CN101800017A - 电子纸系统及其驱动装置 - Google Patents

Abstract

一种电子纸系统及其驱动装置，该驱动装置包含：多个公用电极、多个点电极及一驱动单元。该驱动单元包含：多个第一输出端点及多个第二输出端点。每一该公用电极分别电连接至对应的该第一输出端点。相同对应位置的点电极电连接至对应的该第二输出端点。该驱动单元可通过该些第一输出端点及该些第二输出端点将高电位、低电位或高阻抗输出至该些公用电极及该些点电极，以驱动一电子纸的带电微粒以显示影像。

Description

电子纸系统及其驱动装置

技术领域

本发明涉及一种电子纸系统及其驱动装置，特别涉及一种利用高电位、低电位及高阻抗控制带电微粒的电子纸系统及其驱动装置。

背景技术

电子纸具有下列优点：可挠曲、只有在变换显示数据的瞬间才需要耗电因此省电、无视觉死角及日光下仍可清晰显示。电子纸是新世代的显示器，各先进国家相关产业都陆续投入研发及生产。此一革命性的显示器将为人类生活带来重大改变，前景可期。

现有的电子纸以其控制方式来区分，共有两大类。第一种是矩阵式(matrixtype)，第二种是直接式(direct type)。其中，若想要显示不特定(亦即可变化)的文字或图案，一定要用矩阵式的电子纸。但矩阵式的电子纸构造相当复杂，必须包含电源控制芯片、频率控制芯片、直流变压芯片以及在印刷电路板上的多个闸驱动器(gate driver)、源驱动器(source driver)等等。再者，矩阵式的电子纸工艺涉及精密复杂的生产技术，需以先进的精密工艺才能达到；因而成本高，必须大量生产才值得。然现代产品已趋向量小但样式多变化的模式，如此的高成本而需大量的情况是不符和潮流的。结果是造成原本很多可以应用电子纸的商品，却因此放弃不用了。这是目前电子纸无法普及应用的主因。

直接式电子纸顾名思义其只能依照预先在电路板上布好的固定文字或图案做有限度的显示变化；这样当然无法满足多变的商品需求。且对于直接式电子纸来说，当要控制任何一个显示点时，就必须要在驱动芯片上有一只对应的接脚。因此当显示点越多时，驱动芯片及其封装就越复杂，甚至要靠多颗芯片拼凑达到，造成成本的提高。

因此如何制造出一种价格低廉，但是却能显示复杂图形文字的矩阵式电子纸，实是当务之急。比如说电子货架卷标(electronic shelflabels)，由于货架上的商品是会变动的，所以必须能够在标签上任意变化商品名称、价格等等信息。但是直接式电子纸就无法满足可变化的需求，而上述现有矩阵式电子纸也会因为价格过于昂贵而不适用。

发明内容

因此本发明的目的即在提供一种电子纸驱动装置，使电子纸可自由变化显示图像且可降低电子纸系统价格。

为了达到上述目的，本发明的电子纸驱动装置用以驱动多个电子纸单元。每一该电子纸单元具有多个带电微粒。该电子纸驱动装置包含：多个公用电极，分别对应该些电子纸单元设置，且彼此分开；对应每一该电子纸单元的多个点电极，且该些电子纸单元的该些点电极有位置对应关系；及一驱动单元，该驱动单元包含：多个第一输出端点，且每一该公用电极分别电连接至对应的该第一输出端点；及多个第二输出端点，且该些电子纸单元上的相同对应位置的点电极电连接至对应的一该第二输出端点。其中该驱动单元可通过该些第一输出端点将高电位或低电位输出至欲改变显示的电子纸单元的公用电极，且对其余该些电子纸单元的公用电极提供高阻抗。其中该驱动单元可通过该些第二输出端点将高电位、低电位或是高阻抗输出至每一该点电极，以驱动该些带电微粒，进而分次在该些电子纸单元上显示影像。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明的电子纸驱动装置方块图；

图2为本发明的电位输出子单元的方块图；

图3为本发明应用于微杯电子纸的侧视图；

图4为本发明应用于微胶囊电子纸的侧视图；

图5为本发明的微控制单元与驱动单元整合应用实施例方块图；

图6为本发明的微控制单元与驱动单元整合应用又一实施例方块图；

图7为本发明的微控制单元与驱动单元整合应用再一实施例方块图；

图8为本发明的电位输出子单元的实施例方块图。

其中，附图标记

10微控制单元

20驱动单元

30a、30b～30n电子纸单元

222a、222b～222n电位输出子单元

232a～232m电位输出子单元

220a、220b～220n第一输出端点

230a～230m第二输出端点

301a1～301am点电极

301b1～301bm点电极

301n1～301nm点电极

310a、310b～310n公用电极

202高电位

208低电位

204第一开关

206第二开关

40a透明导电层

402a细痕

50a微杯

500a带电微粒

40b透明导电层

402b细痕

50b微胶囊

500b带电微粒

500c带电微粒

60芯片

20A～20D驱动单元

204A PMOS

206A NMOS

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

请参考图1，其为说明本发明的电子纸系统的一方块图。本发明的电子纸系统包含多个电子纸单元30a、30b～30n(图标仅显示三个)，及一电子纸驱动装置以驱动该些电子纸单元30a、30b～30n。每一该电子纸单元30a、30b～30n具有多个带电微粒(未图示)。该电子纸驱动装置包含：多个公用电极310a、310b～310n、对应每一该电子纸单元30a、30b～30n的多个点电极301_ak、301_bk～301_nk，k＝1..m、一驱动单元20及一微控制单元10。该微控制单元10电连接至该驱动单元20。该微控制单元10控制该驱动单元20，以驱动该些电子纸单元30a、30b～30n的该些带电微粒。

配合参见图3上半部，该些公用电极310a、310b～310n是由分割一透明导电层(transparent conductive layer)氧化铟锡(ITO)40a所形成。该分割工艺通常只要将该透明导电层(transparent conductive layer)氧化铟锡(ITO)40a划上细痕402a用以阻断该些公用电极310a、310b～310n之间的电流传导即可。该些公用电极310a、310b～310n分别对应该些电子纸单元30a、30b～30n设置，且彼此分开(由细痕402a界定，详见后述)。该些电子纸单元30a、30b～30n的该些点电极301_ak、301_bk～301_nk，k＝1..m有位置对应关系，例如该点电极301_a1与该点电极301_b1及301_n1有位置对应关系；该点电极301_am与该点电极301_bm及301_nm有位置对应关系。换言之，在点电极如图1所示呈数组状排列时，对应位置的点电极301_ak、301_bk～301_nk，k＝1..m是在电子纸单元30a、30b～30n的相同位置。该驱动单元20包含：多个第一输出端点220a、220b～220n(图标仅显示三个)及多个第二输出端点230a～230m(图标仅显示两个)。每一该公用电极310a、310b～310n分别电连接至对应的该第一输出端点220a、220b～220n，例如该公用电极310a电连接至该第一输出端点220a；该公用电极310b电连接至该第一输出端点220b；该公用电极310n电连接至该第一输出端点220n。

该些电子纸单元30a、30b～30n上的相同位置的点电极301_ak、301_bk～301_nk，k＝1..m电连接至对应的该第二输出端点230a～230m。例如该点电极301_a1、301_b1及301_n1电连接至该第二输出端点230a；该点电极301_am、301_bm及301_nm电连接至该第二输出端点230m。该驱动单元20可通过该些第一输出端点220a、220b～220n将高电位或低电位输出至欲改变显示的电子纸单元(30a、30b～30n其中至少一个)的公用电极310a、310b～310n，且对其余该些电子纸单元30a、30b～30n的该些公用电极310a、310b～310n提供高阻抗。该驱动单元20可通过该些第二输出端点230a～230m将高电位、低电位或是高阻抗输出至每一该点电极301_ak、301_bk～301_nk，k＝1..m，以驱动该些带电微粒，进而分次在该些电子纸单元30a、30b～30n上显示影像。例如想变更该电子纸30a的显示内容，则该驱动单元20的该第一输出端点220a输出高电位或低电位至该公用电极310a，而对其余公用电极310b～310n输出高阻抗。

该驱动单元20通过该第二输出端点230a将高电位、低电位或是高阻抗输出至该些点电极301_a1、301_b1～301_n1；通过该第二输出端点230m将高电位、低电位或是高阻抗输出至该点电极301_am、301_bm～301_nm。如此将驱动该电子纸单元30a的带电微粒(因为该公用电极310a接收到高电位或低电位，而不是高阻抗)，而其余该些电子纸单元30b～30n则在此时显示内容无变化，因为公用电极310b～310n所接收到的是高阻抗。换言之，欲变化显示内容的该电子纸单元30a的该公用电极310a接收到高电位或低电位；其余不作变化的电子纸单元30b～30n的该些公用电极310b～310n接收到高阻抗；而全部的电子纸单元30a、30b～30n的相同对应位置的该些点电极301_ak、301bk～301_nk，k＝1..m，接收到同样的高电位、低电位或高阻抗。如此，将分次在该些电子纸单元30a、30b～30n上显示影像。

例如该驱动单元20先对该公用电极310a输出高电位或低电位，以改变该电子纸单元30a的显示内容(此时对其余该些公用电极310b～310n来说是接收到高阻抗，故其余该些电子纸单元30b～30n的显示内容无变化)。接着该驱动单元20对该公用电极310b输出高电位或低电位，以改变该电子纸单元30b的显示内容(此时对其余该些公用电极来说是接收到高阻抗，故其余该些电子纸单元的显示内容无变化)。余此类推，最后该驱动单元20对该公用电极310n输出高电位或低电位，以改变该电子纸单元30n的显示内容(此时对其余该些公用电极来说是接收到高阻抗，故其余该些电子纸单元的显示内容无变化)。该驱动单元20设计上可一次仅改变该些电子纸单元30a、30b～30n的其中之一。然若有相同显示内容的该些该些电子纸单元30a、30b～30n则可同时驱动。例如假设该电子纸单元30a与该电子纸单元30n需要有相同的显示内容，则该驱动单元20可同时对该电子纸单元30a的该公用电极310a与该电子纸单元30n的该公用电极310n输出高电位或低电位。

该驱动单元20还包含多个电位输出子单元222a、222b～222n(图标仅显示三个)、232a～232m(图标仅显示两个)，电连接至该些第一输出端点220a、220b～220n与该些第二输出端点230a～230m。请参考图2，其为本发明的电位输出子单元的方块图(该图2所示为输出至该第一输出端点220a)。每一该电位输出子单元222a、222b～222n、232a～232m包含：高电位202、低电位208、一第一开关204及一第二开关206。该第一开关204电连接至高电位202并且通过该第二开关206电连接至低电位208。当该第一开关204导通且该第二开关206开路时，该第一输出端点220a输出高电位202。当该第二开关206导通且该第一开关204开路时，该第一输出端点220a输出低电位208。当该第一开关204与高电位202断开，且该第二开关206与低电位208断开时，则形成高阻抗，即回路断开。在上述说明中，高电位及低电位的差异在10伏以上。高电位例如可为30伏特；低电位例如可为0伏特。该第一开关204与该第二开关206为金氧半场效晶体管(MOSFET)，但并不以此为限，任何具开关功能的电子零件均可达到。

请参考图8，其为本发明的电位输出子单元的实施例方块图。该第一开关204为一PMOS(204A)；该第二开关206为一NMOS(206A)。则该PMOS(204A)的源极电连接至高电位202；该NMOS(206A)的源极接地；该PMOS(204A)的漏极与该NMOS(206A)的漏极电连接至该第一输出端点220a。当该PMOS(204A)导通且该NMOS(206A)开路时(于栅极施加一够大的负电压)，该第一输出端点220a输出高电位202。当该NMOS(206A)导通且该PMOS(204A)开路时(于栅极施加一够大的正电压)，该第一输出端点220a输出接地。当该PMOS(204A)开路(于栅极施加一够大的正电压)且该NMOS(206A)开路时(于栅极施加一够大的负电压)，此时该第一输出端点220a为高阻抗，即回路断开。

前述该些点电极301ak、301bk～301nk，k＝1..m的形状并不限定，可以为圆形或方形或任何形状，端视设计者需求而定。且该些点电极301_ak、301_bk～301_nk，k＝1..m并不限定需整齐排列呈矩形。例如可为现时流行的七段显示器(seven-segment display)或十四段显示器(fourteen-segment display，可显示英文字母)。则该些点电极301_ak、301_bk～301_nk，k＝1..m的形状为长条形。兹举七段显示器为例，假设需显示五十个数字，即会有五十个该些电子纸单元30a、30b～30n、五十个该些公用电极310a、310b～310n及在每一该电子纸单元30a、30b～30n下的七个该些点电极301_ak、301_bk～301_nk，k＝1..m。对应到该驱动单元20，则有五十个该些第一输出端点220a、220b～220n及七个该些第二输出端点230a～230m。假设每一该电子纸单元30a、30b～30n需独立显示，则跑完上述五十个数字将非常耗时。因此本发明尚且可以缩短显示所需时间，例如即将上述五十个数字以十次来完成显示，每次显示五个数字。因此需将该些公用电极310a、310b～310n减为十个，每一该公用电极310a、310b～310n对应的该些点电极301_ak、301_bk～301_nk，k＝1..m需增加为三十五个。因此该驱动单元20则有十个该些第一输出端点220a、220b～220n及三十五个该些第二输出端点230a～220m。一次可显示五个数字，如此将可减少需显示全部数字的时间。其中，七段显示器或十四段显示器除了上述该些点电极301_ak、301_bk～301_nk，k＝1..m之外，尚且剩余许多不规则的空间(一般称为背景background)。这些背景(background)也可作变化，例如变白色或黑色。这些背景是以铜铂来作成。因为背景一般是同色的，所以通常互相电连接来控制。当然并不以此为限，背景太大或有其它目的时，也可分开控制，端视设计者需求而定。而整齐排列成矩形的该些点电极301_ak、301_bk～301_nk，k＝1..m，虽然没有背景的问题，但在文字显示区的外围也适合加上一个整齐的外框(也可以看作是背景)。原则上是所有的文字显示区合起来使用一个外框，但也可以一个文字显示区使用一个外框，端视设计者需求而定。这样做的优点是可让文字图像显示时得以离开该些电子纸单元30a、30b～30n的边缘。而在制作电子纸工艺时同样也有一块边缘缓冲区，因此电子纸工艺若有些许偏差时，不会直接影响到文字图像的显示。上述背景(background)或外框通常只在一开始时给予高电位或低电位以控制显示，之后都给予高阻抗以维持背景或外框。

此外，对应每一该电子纸单元30a、30b～30n的多个点电极301ak、301_bk～301_nk，k＝1..m的数量亦不限定需要相同。比如说该电子纸单元30a被设计成需显示较复杂的图像文字，因此需较密集较多的该些点电极301_a1～301_am，例如一个12X12的矩阵。因此该些点电极301_a1～301_am的数量为144个。而若该电子纸单元30n只需显示简单的数字，所以可被设计成为一个5X7的矩阵。因此该些点电极301_n1～301_nm的数量为35个。

本发明亦可将该微控制单元10与该驱动单元20搭配作成各种组合应用。例一，请参考图5，其为本发明的微控制单元与驱动单元整合应用实施例方块图。可将该微控制单元10与该驱动单元20整合在一个芯片60。该芯片60并含有软轫体及应用程序。例二，请参考图6，其为本发明的微控制单元与驱动单元整合应用又一实施例方块图。该微控制单元10控制一驱动单元20A与一驱动单元20B。该驱动单元20A控制该些公用电极310a、310b～310n；该驱动单元20B控制该些点电极301_ak、301_bk～301_nk，k＝1..m。例三，请参考图7，其为本发明的微控制单元与驱动单元整合应用再一实施例方块图。该微控制单元10控制一驱动单元20C与一驱动单元20D。该驱动单元20C控制某一区块的该些公用电极310a、310b～310n及该些点电极301_ak、301_bk～301_nk，k＝1..m。而该驱动单元20D则控制剩余区块的该些公用电极310a、310b～310n及该些点电极301_ak、301_bk～301_nk，k＝1..m。

本发明最适用于电泳(electrophoretic)形态的电子纸，也适用于其它双稳态(bi-stable)形式的电子纸。应用商品例如电子货架卷标、信息告示牌、智能卡(Smart Cards)等需求低成本，却要能灵活显示任意文字或图形而对显示速度要求不高的商品。

请参考图3，其为本发明应用于微杯(microcup)电子纸的侧视图。一透明导电层40a经过分割后，可形成前述的该些公用电极310a、310b～310n。该分割工艺通常只要将该透明导电层40a划上细痕402a用以阻断该些公用电极310a、310b～310n之间的电流传导即可。一微杯50a内含多个带电微粒500a。该些带电微粒500a为带正电荷。前述的该驱动单元20是输出高电位、低电位或高阻抗至该些公用电极310a、310b～310n及该些点电极301_ak、301_bk～301_nk，k＝1..m，以控制该些带电微粒500a，进而分次在该些电子纸单元30a、30b～30n上显示影像。假设该微杯50a内的电解液为黑色且该些带电微粒500a为白色，则可发下列现象：当该公用电极310a或该点电极301_a1为高阻抗时，该些带电微粒500a保持不动；当该公用电极310a为低电位而该点电极301_a1为高电位时，该些带电微粒500a上浮，将显现白色；当该公用电极310a为高电位而该点电极301_a1为低电位时，该些带电微粒500a下沉，将显现黑色；当该公用电极310a与该点电极301_a1同时为高电位或同时为低电位时，该些带电微粒500a原则上不动，但可能受相邻的点电极影响而部份上浮或下沉，故该点电极301_a1应以高阻抗取代原本的高电位或低电位，以确保该些带电微粒500a保持不动。

请参考图4，其为本发明应用于微胶囊(microcapsule)电子纸的侧视图。一透明导电层40b经过分割后，可形成前述的该些公用电极310a、310b～310n。该分割工艺通常只要将该透明导电层40b划上细痕402b用以阻断该些公用电极310a、310b～310n之间的电流传导即可。一微胶囊50b内含多个带电微粒500b及多个带电微粒500c。该些带电微粒500b为带正电荷且为白色；该些带电微粒500c为带负电荷且为黑色。前述的该驱动单元20是输出高电位、低电位或高阻抗至该些公用电极310a、310b～310n及该些点电极301_ak、301_bk～301_nk，k＝1..m，以控制该些带电微粒500b及该些带电微粒500c，进而分次在该些电子纸单元30a、30b～30n上显示影像。当该公用电极310a或该点电极301_a1为高阻抗时，该些带电微粒500b与该些带电微粒500c保持不动；当该公用电极310a为低电位而该点电极301_a1为高电位时，该些带电微粒500b上浮而该些带电微粒500c下沉，将显现白色；当该公用电极310a为高电位而该点电极301_a1为低电位时，该些带电微粒500b下沉而该些带电微粒500c上浮，将显现黑色；当该公用电极310a与该点电极301_a1同时为高电位或同时为低电位时，该些带电微粒500b与该些带电微粒500c原则上不动，但可能受相邻的点电极影响而部份上浮或下沉，故该点电极301_a1应以高阻抗取代原本的高电位或低电位，以确保该些带电微粒500b与该些带电微粒500c保持不动。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (12)

1.一种电子纸驱动装置，用以驱动多个电子纸单元，每一该电子纸单元具有多个带电微粒，其特征在于，该电子纸驱动装置包含：

多个公用电极，分别对应该些电子纸单元设置，且彼此分开；

对应每一该电子纸单元的多个点电极，且该些电子纸单元的该些点电极有位置对应关系；及

一驱动单元，包含：

多个第一输出端点，且每一该公用电极分别电连接至对应的该第一输出端点；及

多个第二输出端点，且该些电子纸单元上的相同对应位置的点电极电连接至对应的一该第二输出端点，

其中该驱动单元通过该些第一输出端点将高电位或低电位输出至欲改变显示的电子纸单元的公用电极，且对其余该些电子纸单元的公用电极提供高阻抗，

其中该驱动单元通过该些第二输出端点将高电位、低电位或是高阻抗输出至每一该点电极，以驱动该些带电微粒，进而分次在该些电子纸单元上显示影像。

2.根据权利要求1所述的电子纸驱动装置，其特征在于，还包含一微控制单元，电连接至该驱动单元。

3.根据权利要求1所述的电子纸驱动装置，其特征在于，该驱动单元还包含多个电位输出子单元，电连接至该些第一输出端点与该些第二输出端点，每一该电位输出子单元包含：高电位、低电位、一第一开关及一第二开关，其中该第一开关电连接至高电位并且通过该第二开关电连接至低电位。

4.根据权利要求3所述的电子纸驱动装置，其特征在于，该第一开关与该第二开关为金氧半场效晶体管。

5.根据权利要求3所述的电子纸驱动装置，其特征在于，该第一开关与高电位断开且该第二开关与低电位断开时，则形成高阻抗。

6.根据权利要求1所述的电子纸驱动装置，其特征在于，该些公用电极是由分割一透明导电层所形成。

7.一种电子纸系统，其特征在于，包含

多个电子纸单元，每一该电子纸单元具有多个带电微粒；

多个公用电极，分别对应该些电子纸单元设置，且彼此分开；

对应每一该电子纸单元的多个点电极，且该些电子纸单元的该些点电极有位置对应关系；及

一驱动单元，包含：

多个第一输出端点，且每一该公用电极分别电连接至对应的该第一输出端点；及

多个第二输出端点，且该些电子纸单元上的相同对应位置的点电极电连接至对应的一该第二输出端点，

其中该驱动单元通过该些第一输出端点将高电位或低电位输出至欲改变显示的电子纸单元的公用电极，且对其余该些电子纸单元的公用电极提供高阻抗，

其中该驱动单元通过该些第二输出端点将高电位、低电位或是高阻抗输出至每一该点电极，以驱动该些带电微粒，进而分次在该些电子纸单元上显示影像。

8.根据权利要求7所述的电子纸系统，其特征在于，还包含一微控制单元，电连接至该驱动单元。

9.根据权利要求7所述的电子纸系统，其特征在于，该驱动单元还包含多个电位输出子单元，电连接至该些第一输出端点与该些第二输出端点，每一该电位输出子单元包含：高电位、低电位、一第一开关及一第二开关，其中该第一开关电连接至高电位并且通过该第二开关电连接至低电位。

10.根据权利要求9所述的电子纸系统，其特征在于，该第一开关与该第二开关为金氧半场效晶体管。

11.根据权利要求9所述的电子纸系统，其特征在于，该第一开关与高电位断开且该第二开关与低电位断开时，则形成高阻抗。

12.根据权利要求7所述的电子纸系统，其特征在于，该些公用电极由分割一透明导电层所形成。

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