CN107407848B - 彩色显示装置的驱动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于驱动能够显示高质量颜色状态的彩色显示装置的驱动方法。所述显示装置使用包括具有不同光学特性的三种类型的颜料颗粒的电泳流体。
Description
技术领域
本发明涉及用于显示高质量颜色状态的彩色显示装置的驱动方法。
背景技术
为了实现彩色显示器，通常使用颜色过滤器。最常见的方法是在像素化显示器的黑色/白色子像素之上附加颜色过滤器以显示红色、绿色和蓝色。当需要红色时，绿色和蓝色子像素变为黑色状态，以使得仅显示红色。当需要蓝色时，绿色和红色子像素变为黑色状态，以使得仅显示蓝色。当需要绿色时，红色和蓝色子像素变为黑色状态，以使得仅显示绿色。当需要黑色状态时，三个子像素都变为黑色状态。当需要白色状态时，三个子像素分别变为红色、绿色和蓝色，从而观看者看到白色状态。
这种技术的最大弊端在于，由于每个子像素具有所需白色状态的大约三分之一(1/3)的反射率，所以白色状态相当暗。为了补偿这一点，可以增加仅可以显示黑色和白色状态的第四个子像素，以使得白色水平是红色、绿色或蓝色水平代价(其中每个子像素仅占像素面积的四分之一)的两倍。可以通过增加来自白色像素的光来实现更亮的颜色，但这是以牺牲色域为代价实现的，从而使得颜色非常浅并且不饱和。通过降低三个子像素的颜色饱和度可以实现类似的结果。即使使用这些方法，白色水平通常实质上小于黑白显示器的白色水平的一半，致使其对于诸如需要良好可读的黑白亮度和对比度的电子阅读器或显示器的显示装置来说是不可接受的选择。
附图说明
图1示出适用于本发明的电泳显示流体。
图2是示出驱动方案的示例的简图。
图3示出本发明的驱动方法。
图4示出本发明的替代驱动方法。
具体实施方式
本发明涉及用于彩色显示装置的驱动方法。
图1示出使用电泳流体的装置。流体包含分散在介电溶剂或溶剂混合物中的三种类型的颜料颗粒。为了便于说明，三种类型的颜料颗粒可以被称为白色颗粒(11)、黑色颗粒(12)和有色颗粒(13)。有色颗粒是非白色和非黑色的。
然而，应当理解，本发明的范围广泛地涵盖任何颜色的颜料颗粒，只要三种类型的颜料颗粒在视觉上可区分即可。因此，三种类型的颜料颗粒也可被称为第一类型的颜料颗粒、第二类型的颜料颗粒和第三类型的颜料颗粒。
对于白色颗粒(11)，它们可以由例如TiO2、ZrO2、ZnO、Al2O3、Sb2O3、BaSO4、PbSO4等的无机颜料形成。
对于黑色颗粒(12)，它们可以由CI颜料黑26或28等(例如，锰铁氧体黑尖晶石或铜铬黑尖晶石)或炭黑形成。
第三类型的颗粒可以具有例如红色、绿色、蓝色、品红色、青色或黄色的颜色。用于这种类型的颗粒的颜料可以包括但不限于CI颜料PR254、PR122、PR149、PG36、PG58、PG7、PB28、PB15:3、PY138、PY150、PY155或PY20。这些是在颜色索引手册“New PigmentApplication Technology”(CMC出版有限公司，1986)和“Printing Ink Technology”(CMC出版有限公司，1984)中描述的常用的有机颜料。具体示例包括Clariant Hostaperm RedD3G 70-EDS、Hostaperm Pink E-EDS、PV fast red D3G、Hostaperm red D3G 70、Hostaperm Blue B2G-EDS、Hostaperm Yellow H4G-EDS、Hostaperm Green GNX、BASFIrgazine red L 3630、Cinquasia Red L 4100 HD和Irgazin Red L 3660 HD；太阳化学酞菁蓝、酞菁绿、苯胺黄或苯胺AAOT黄。
除了颜色之外，第一、第二和第三类型的颗粒还可以具有其他不同的光学特性，例如光透射、反射率、发光，或者在用于机器读取的显示器的情况下，从可见光范围外的电磁波长的反射率变化的意义而言的伪色。
其中分散有三种类型的颜料颗粒的溶剂是透明且无色的。对于高颗粒迁移率，其优选具有约2至约30，更优选约2至约15范围内的介电常数。合适的介电溶剂的示例包括烃，例如Isopar、十氢化萘(DECALIN)、5-亚乙基-2-降冰片烯、脂肪油、石蜡油、硅流体、例如甲苯、二甲苯、苯基二甲苯基乙烷、十二烷基苯或烷基萘的芳烃；卤化溶剂，例如全氟萘烷、全氟甲苯、全氟二甲苯、二氯三氟甲苯、3,4,5-三氯三氟甲苯、氯代五氟苯、二氯壬烷或五氯苯；以及全氟化溶剂，例如来自明尼苏达St.Paul市的3M公司的FC-43、FC-70或FC-5060，包含例如来自美国俄勒冈州Portland市的TCI Americ的聚(全氟环氧丙烷)的聚合物的低分子量卤素，例如来自新泽西州River Edge市的Halocarbon Product公司的卤烃油的聚(氯三氟乙烯)，例如来自Ausimont的Galden或来自特拉华州的DuPont的Krytox油和油脂K-Fluid系列的全氟聚烷基醚，来自Dow-corning的聚二甲基硅氧烷基硅油(DC-200)。
使用本发明的显示流体的显示层具有两个表面，观看侧上的第一表面(16)和在第一表面(16)的相对侧上的第二表面(17)。因此，第二表面在非观看侧。术语“观看侧”是指观看到图像的一侧。
显示流体夹在两个表面之间。在第一表面(16)的一侧上具有公共电极(14)，其是在显示层的整个顶部上延伸的透明电极层(例如，ITO)。第二表面(17)的一侧上具有包括多个像素电极(15a)的电极层(15)。
显示流体被填充在显示单元中。显示单元可以与像素电极对齐也可以不对齐。术语“显示单元”是指填充有电泳流体的微容器。“显示单元”的示例可以包括如美国专利No.6,930,818中所描述的杯状微单元和如美国专利No.5,930,026所描述的微囊体。微容器可以具有任意的形状或尺寸，所有这些都在本申请的范围内。
与像素电极对应的区域可以被称为像素(或子像素)。通过在公共电极和像素电极之间施加电势差(或称为驱动电压或电场)来实现与像素电极对应的区域的驱动。
像素电极可以属于具有薄膜晶体管(TFT)背板的有源矩阵驱动系统，或其他类型的电极寻址，只要电极用于所需的功能即可。
两条竖直虚线之间的空间表示像素(或子像素)。为了简洁起见，当在驱动方法中涉及“像素”时，该术语也包含“子像素”。
三种类型的颜料颗粒中的两种具有相反的电荷极性，并且第三类型的颜料颗粒稍微带电。术语“稍微带电”或“较低的电荷强度”旨在表示颗粒的电荷水平比较强带电颗粒的电荷水平低大约50％，优选地大约5％至大约30％。在一个实施例中，可以根据Zeta电势测量电荷强度。在一个实施例中，通过具有CSPU-100信号处理单元的胶体动力学声波筛选器IIM(ESA EN#Attn流通池(K：127))来确定Zeta电势。在测试之前输入仪器常数，例如在样品中使用的溶剂的密度、溶剂的介电常数、溶剂中的声速、溶剂的粘度，所有这些常数都是在测试温度(25℃)下得到。将颜料样品分散在溶剂(其通常是具有少于12个碳原子的烃流体)中，并稀释至以重量计的5-10％。样品还包含电荷控制剂(Solsperse
可从Lubrizol公司、Berkshire Hathaway公司获得，“Solsperse”是注册商标)，电荷控制剂与颗粒的重量比为1:10。测定稀释样品的质量，然后将样品加载到流通池中以测定Zeta电势。
例如，如果黑色颗粒带正电并且白色颗粒带负电，那么有色颜料颗粒可以稍微带电。换句话说，在该示例中，由黑色和白色颗粒携带的电荷水平高于有色颗粒携带的电荷水平。
此外，携带轻微电荷的有色颗粒具有与另外两种类型的较强带电颗粒中的任一种携带的电荷极性相同的电荷极性。
应当注意，在三种类型的颜料颗粒中，优选稍微带电的颗粒类型可以具有较大的尺寸。
此外，在本申请的上下文中，高驱动电压(VH1或VH2)被定义为足以将像素从一种极端颜色状态驱动到另一极端颜色状态的驱动电压。如果第一和第二类型的颜料颗粒是高带电颗粒，那么高驱动电压(VH1或VH2)是指足以将像素从第一类型的颜料颗粒的颜色状态驱动到第二类型的颜料颗粒的颜色状态的驱动电压，反之亦然。例如，高驱动电压VH1是指当施加适当的时间段时足以将像素从第一类型的颜料颗粒的颜色状态驱动到第二类型的颜料颗粒的颜色状态的驱动电压，并且VH2是指当施加适当的时间段时足以将像素从第二类型的颜料颗粒的颜色状态驱动到第一类型的颜料颗粒的颜色状态的驱动电压。
以下是说明如何如上述通过电泳流体显示不同颜色状态的驱动方案的示例。
示例
该示例在图2中示出。白色颜料颗粒(21)带负电，而黑色颜料颗粒(22)带正电，并且两种类型的颜料颗粒小于有色颗粒(23)。
有色颗粒(23)的电荷极性与黑色颗粒相同，但是稍微带电。结果，在某些驱动电压下，黑色颗粒比有色颗粒(23)移动得更快。
在图2a中，施加的驱动电压为+15V(即VH1)。在这种情况下，白色颗粒(21)移动到像素电极(25)或像素电极(25)附近，并且黑色颗粒(22)和有色颗粒(23)移动到公共电极(24)或公共电极(24)附近。结果，在观看侧看到黑颜色。有色颗粒(23)朝向观看侧的公共电极(24)移动；然而，由于它们较低的电荷强度和较大的尺寸，它们移动比黑色颗粒更慢。
在图2b中，当施加-15V(即VH2)的驱动电压时，白色颗粒(21)移动到观看侧的公共电极(24)或公共电极(24)附近，并且黑色颗粒和有色颗粒移动到像素电极(25)或像素电极(25)附近。结果，在观看侧看到白颜色。
应当注意，VH1和VH2具有相反的极性，并且具有相同的幅度或不同的幅度。在图2所示的示例中，VH1为正(与黑色颗粒相同的极性)，VH2为负(与白色颗粒相同的极性)。
在图2c中，当施加足以将有色颗粒驱动到观看侧并且与有色颗粒极性相同的低电压(例如+5V)时，白色颗粒被向下推并且有色颗粒向上移向公共电极(24)以到达观看侧。黑色颗粒由于低驱动电压而不能移动到观看侧，因为当两种较强的且带相反电荷的颗粒(即黑色颗粒和白色颗粒)相遇时，低驱动电压不足以使这两种类型的颜料颗粒彼此分离。
有两个问题可能会影响三种颜色状态中的每一种的质量。
其中一个问题是黑色和白色状态的颜色色调。如果有色颗粒为红色，那么白色状态可能会受到具有红色色调(即高a*值)的影响，红色色调来源于未与白色颗粒很好地分离的红色颗粒。尽管白色和红色颗粒携带相反的电荷极性，但在白色状态下观看侧上显示的少量红色颗粒可能引起红色色调，这会让观看者感到不舒服。
黑色状态也受到红色色调的影响。黑色和红色颗粒携带相同的电荷极性，但具有不同水平的电荷强度。较高带电的黑色颗粒被预期比较低带电的红色颗粒移动得更快以显示良好的黑色状态，而没有红色色调；但实际上，红色色调很难避免。
第二个问题是重影现象，这是由从不同颜色状态驱动到相同颜色状态的像素引起的，所得到的颜色状态通常表现出L*的差异(即ΔL*)和/或a*的差异(即，Δa*)，因为之前的状态具有不同的颜色。
在一个示例中，两组像素同时被驱动到黑色状态。从白色状态驱动到黑色状态的第一组像素可以示出L*为15，而从黑色状态驱动到最终黑色状态的另一组像素可以示出L*为10。在这种情况下，最终黑色状态的ΔL*为5。
在如图2所示的三色系统的另一示例中，三组像素同时被驱动到黑色状态。从红色驱动到黑色状态的第一组像素可以表现出L*为17和a*值为7(这里的高a*值也表示颜色着色)。从黑色状态驱动到最终黑色状态的第二组像素可以表现出L*为10和a*值为1。从白色状态驱动到最终黑色状态的第三组像素可以表现出L*为15和a*为3。在这种情况下，最严重的重影是由ΔL*为7而Δa*为6引起的。
本发明人现在发现了可以提供两个问题的改进的驱动方法。换句话说，本发明的驱动方法不仅可以减少/消除颜色着色(即，降低黑色和/或白色状态的a*值)，还可以减少/消除重影(即降低ΔL*和Δa*)。
图3和图4示出了本发明的驱动方法。在将像素驱动到期望的颜色状态之前，每个方法也可以被视为“重新设置”或“预处理”。
图3中的波形包括三个部分，(i)驱动到白色，(ii)施加与黑色颗粒具有相同极性的驱动电压(VH1，例如+15V)较短的时间段t1，该时间段t1并不足够长到从白色状态驱动到黑色状态，因此导致灰色状态，(iii)抖动。
图4中的波形包括三个部分：(i)驱动到黑色，(ii)施加与白色颗粒具有相同极性的驱动电压(VH2，例如-15V)较短的时间段t2，该时间段t2并不足够长到从黑色状态驱动到白色状态，因此导致灰色状态，(iii)抖动。
t1或t2的长度不仅取决于(在图3或图4的重新设置和预处理波形之后)驱动到的最终颜色状态，而且还取决于最终颜色状态的期望光学特性(例如，a*，ΔL*和Δa*)。例如，当图3的波形中的t1是40msec时存在最少的重影，并且无论是从红色、黑色还是白色驱动，像素都被驱动到红色状态。类似地，当t1为60msec时存在最少的重影，并且无论是从红色、黑色还是白色驱动，像素都被驱动到黑色状态。
符号“msec”表示毫秒。
抖动波形包括重复一对相反的驱动脉冲多个周期。例如，抖动波形可以包括20msec的+15V脉冲和20msec的-15V脉冲，并且这样的一对脉冲重复50次。这种抖动波形的总时间将为2000msec。
抖动波形中的每个驱动脉冲被施加不超过从全黑状态驱动到全白状态所需的驱动时间的一半，反之亦然。例如，如果将像素从全黑状态驱动到全白状态需要300msec，或反过来，那么抖动波形可以包括正脉冲和负脉冲，每个脉冲被施加不超过150msec。实际上，优选该脉冲更短。
应当注意，在图3和4中，将抖动波形被缩短(即，脉冲数量小于实际数量)了。
抖动完成后，三种类型的颗粒在显示流体中处于混合状态。
在图3或图4的“重新设置”或“预处理”完成之后，再将像素驱动到期望的颜色状态(例如，黑色、红色或白色)。例如，可以施加正脉冲以将像素驱动到黑色；可以施加负脉冲以将像素驱动到白色；或者可以施加负脉冲紧随较低幅度的正脉冲以将像素驱动到红色。
当比较具有或不具有本发明的“重新设置”或“预处理”的驱动方法时，具有本发明的“重新设置”或“预处理”的方法具有附加的优势，即在实现相同水平的光学性能(包括重影)时需要的波形时间较短。
本发明的驱动方法可以被总结如下：
一种电泳显示器的驱动方法，电泳显示器包括在观看侧的第一表面、在非观看侧的第二表面以及电泳流体，所述电泳流体夹在公共电极和像素电极层之间，并且包括第一类型的颜料颗粒、第二类型的颜料颗粒和第三类型的颜料颗粒，三种类型的颜料颗粒全部分散在溶剂或溶剂混合物中，其中：
(a)三种类型的颜料颗粒具有彼此不同的光学特性；
(b)所述第一类型的颜料颗粒和所述第二类型的颜料颗粒携带相反的电荷极性；以及
(c)所述第三类型的颜料颗粒具有与所述第二类型的颜料颗粒相同的电荷极性，但是具有较低的电荷强度，
该方法包括如下步骤：
(i)将所述电泳显示器中的像素驱动到所述第一类型的颜料颗粒的颜色状态或所述第二类型的颜料颗粒的颜色状态；
(ii)给处于第一类型的颜料颗粒的颜色状态的像素施加第一驱动电压第一时间段，该驱动电压具有与第二类型的颜料颗粒相同的极性，并且第一时间段不足够长到将像素驱动到第二类型的颜料颗粒的颜色状态，或者
给处于第二类型的颜料颗粒的颜色状态的像素施加第二驱动电压第二时间段，该驱动电压具有与第一类型的颜料颗粒相同的极性，并且第二时间段不足够长到将像素驱动到第一类型的颜料颗粒的颜色状态；以及
(iii)施加抖动波形。
在一个实施例中，第一类型的颜料颗粒是带负电的，以及第二类型的颜料颗粒是带正电的。
在一个实施例中，第一类型的颜料颗粒是白色的，以及第二类型的颜料颗粒是黑色的。
在一个实施例中，第三类型的颜料颗粒是红色的。
尽管已经参照本发明的具体实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离本发明的范围的前提下，可以进行各种改变并且可以替换等同物。此外，可以进行许多修改以使特定情况、材料、组合物、工艺、工艺步骤适应本发明的目的、精神和范围。所有这样的修改意图包括在所附权利要求的范围内。
Claims (9)
1.一种用于驱动电泳显示器的驱动方法，所述显示器具有第一观看表面(16)、第二非观看表面(17)、电泳流体层、和用于在所述电泳流体层上施加电场的部件(14，15，15a)，所述电泳流体包括第一类型的颜料颗粒(11；21)、第二类型的颜料颗粒(12；22)和第三类型的颜料颗粒(13；23)，三种类型的颜料颗粒全部分散在溶剂或溶剂混合物中，其中：
(a)三种类型的颜料颗粒(11，12，13；21，22，23)具有彼此不同的光学特性；
(b)所述第一类型的颜料颗粒(11；21)和所述第二类型的颜料颗粒(12；22)携带相反的电荷极性；以及
(c)所述第三类型的颜料颗粒(13；23)具有与所述第二类型的颜料颗粒(12；22)相同的电荷极性，但是具有较低的电荷强度，
所述方法包括如下步骤：
(i)将所述电泳显示器中驱动到所述第一类型的颜料颗粒(11；21)或所述第二类型的颜料颗粒(12；22)的颜色状态；其中，在被驱动到所述第一类型的颜料颗粒(11；21)或所述第二类型的颜料颗粒(12；22)的颜色状态之前，所述电泳显示器处于所述第一类型的颜料颗粒(11；21)、所述第二类型的颜料颗粒(12；22)或所述第三类型的颜料颗粒(13；23)的颜色状态；
所述方法的特征在于：
(ii)在步骤(i)之后，
给处于所述第一类型的颜料颗粒(11；21)的颜色状态的像素施加第一驱动电压第一时间段(t1)，其中，所述第一驱动电压具有与所述第二类型的颜料颗粒(12；22)相同的极性，并且所述第一时间段(t1)的持续时间被配置为将像素驱动到所述第一类型的颜料颗粒(11；21)的颜色状态与所述第二类型的颜料颗粒(12；22)的颜色状态之间的灰色状态，或者
给处于所述第二类型的颜料颗粒(12；22)的颜色状态的像素施加第二驱动电压第二时间段(t2)，其中，所述第二驱动电压具有与所述第一类型的颜料颗粒(11；21)相同的极性，并且所述第二时间段的持续时间被配置为将像素驱动到所述第二类型的颜料颗粒(12；22)的颜色状态与所述第一类型的颜料颗粒(11；21)的颜色状态之间的灰色状态；以及
(iii)在步骤(ii)之后，施加抖动波形。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一类型的颜料颗粒是带负电的，以及所述第二类型的颜料颗粒是带正电的。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，三种类型的颜料颗粒具有不同的颜色。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一类型的颜料颗粒是白色的，以及所述第二类型的颜料颗粒是黑色的。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第三类型的颜料颗粒是非白色和非黑色的。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第三类型的颜料颗粒是红色的。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：在步骤(iii)之后，施加具有将所述第一类型的颜料颗粒朝向所述观看表面驱动的极性的驱动电压，以在所述观看侧驱动到第一类型的颜料颗粒的颜色状态。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括：在步骤(iii)之后，施加具有将所述第二类型的颜料颗粒朝向所述观看表面驱动的极性的驱动电压，以在所述观看侧驱动到第二类型的颜料颗粒的颜色状态。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括：在步骤(iii)之后，施加具有将所述第三类型的颜料颗粒朝向所述观看表面驱动的极性的驱动电压，以在所述观看侧驱动到第三类型的颜料颗粒的颜色状态。
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