CN110313029A - 可书写的电泳显示器和被配置为用光和电磁感测在电泳显示器上书写的触控笔 - Google Patents

可书写的电泳显示器和被配置为用光和电磁感测在电泳显示器上书写的触控笔 Download PDF

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Abstract

一种可书写的显示介质，其将光敏半导体结合到薄膜晶体管(TFT)中，并且结合了长通滤光器以提供窄的波长窗口，该窄的波长窗口可用于在适当偏置时使TFT切换状态。当发光触控笔在显示器上移动时，光将改变TFT的状态，导致显示器中几乎瞬时的状态变化(即，白色到黑色)。因此，本发明的可书写的显示介质不会遭受许多可书写的平板系统所经历的书写延迟。

Description

可书写的电泳显示器和被配置为用光和电磁感测在电泳显示 器上书写的触控笔
相关申请
本申请要求2017年2月28日提交的第62/464,780号的美国临时申请的优先权，该临时申请通过引用整体并入本文。
发明背景
本发明涉及可书写的电子平板，其允许用户以电子方式记录、绘图和编辑文件。在一些实施方案中，可书写的电子平板记录书写/绘图并将它们转换成易于保存、调用和共享的数字格式。
许多基于LCD的平板是可商购的，其能够记录用户对文件的书写、绘图或标记。例如，Microsoft Pro 4(Microsoft Corporation，Redmond，WA)附带一个触控笔其允许用户记录、描绘和标记在LCD触摸屏上观看的文件。通过将来自触控笔尖端的信号传播到平板的电容式触摸屏来跟踪触控笔的位置，由此使用接近感测算法以确定触控笔的位置。其它基于LCD的平板，例如Sony VAIO LX900(日本东京索尼公司)使用Wacom(Wacom Co.Ltd.，Kazo，Japan)的数字化技术，由此触控笔尖端(包括感应环)由位于LCD显示屏后面的通电数字化层定位。数字化层通常包括与磁性膜相邻的重叠电极的格栅。Wacom系统中的触控笔头包括感应线圈，并且在书写期间线圈的运动可以转换成相对于由数字化层中的电极限定的格栅的位置。
用户普遍抱怨这些基于LCD的平板不能提供“类似纸张”的体验。首先，因为LCD耗电，因此当平板不主动使用时，屏幕通常会变暗。这意味着用户不得不“唤醒”设备以开始书写，并且经常不得不在书写会话期间重新唤醒设备，因为设备在用户正在听演讲者讲话时“进入睡眠”，或者从事不同的任务。其次，笔划感觉或看起来不像在纸上书写，因为书写设备的纹理、深度和延迟与在真实纸上使用笔的感知不同。通常当使用触控笔在LCD显示器上书写时，用户感觉他/她正在将塑料棒拖过玻璃板。此外，当使用这些类型的电子平板时，书写在观看表面中具有令人迷惑的“深度”。书面文字不在与触控笔相互作用的顶部表面，而是与触控笔尖端断开。
已经使用光反射介质，例如电泳墨水(E Ink Corporation，Billerica，MA)构造了替代的电子书写装置。例如，参见Sony(Sony Corporation，Tokyo，Japan)的DPTS1TM。电泳墨水解决了基于LCD的书写系统的许多“睡眠”问题，因为这些设备总是“开启”。它们在书写过程中消耗少得多的功率，因此除非用户提示，否则它们不需要进入睡眠，并且即使在它们睡眠之后它们也会继续显示书写。另外，因为电泳墨水非常靠近设备的表面，所以笔响应看起来更像是书写。这些设备也是阳光可读的，这使得可以在室外或其它明亮的环境中使用该设备。一些可商购的电泳墨水设备，例如ReMARKABLETM平板(REMARKABLE A.S.，Oslo，Norway)，也包括高摩擦表面材料，其产生更像纸的“感觉”。虽然这种摩擦材料可以包括在LCD显示器上，但是这些材料可能干扰LCD的图像质量，因为摩擦材料散射从显示器发出的光。
无论格式(LCD或电泳墨水)如何，电子(平板)显示器书写系统的用户通常在书写时经历触控笔移动和图像更新之间的分散注意力的延迟。这种延迟是由感测触控笔的位置和更新图像驱动器所需的时间引起的，以便将触控笔的移动精确地描绘为在屏幕上书写/绘图。延迟是一系列步骤的附加延迟，所述一系列步骤例如感测触控笔的位置、将位置信息发送到显示驱动器、处理显示变化和刷新显示。在许多情况下，位置信息另外被保存到存储器以允许用户稍后调用笔记，并且该保存步骤可能增加另外的小延迟。在基于LCD的系统中，延迟通常约为60ms。许多用户发现延迟会分散注意力，并且在一些情况下，延迟限制了用户可以记笔记、绘图等的速度。
除了感测和保存位置信息之外，可能存在与刷新图像以显示书写相关联的另外的滞后时间。例如，电泳墨水系统通常具有至少140ms的延迟，因为在将更新发送到像素之后在图像状态之间驱动电泳粒子所花费的另外的时间。另外，延迟可以根据正在更新的显示器的哪个部分而变化。也就是说，延迟在整个显示表面上是不同的，因为显示驱动器以有序的方式更新扫描线。例如，与左上角相比，在平板的右下角书写时，延迟可能更明显。
为了抵消延迟，许多制造商使用预测算法以减少捕获书写所需的更新次数。例如，这些预测算法可以处理先前书写的字母并预测后面的字母。算法还可以采用滚动平均来预测直线或使用平滑解释触控笔感测中的波动。然而，这样的算法可能导致产生无意的笔划，这可能会像等待更新一样分散用户的注意力。
发明概述
本发明通过提供一种类似纸张的可书写的显示介质解决了现有技术的若干缺点，并且当触控笔在显示器的表面上移动时允许几乎即时的文本更新。可书写的显示介质包括透光前电极、包含在电场的存在下移动的带电粒子的电泳介质、包括光敏半导体的薄膜晶体管阵列、长通滤光器和被配置为定位可书写的显示介质上的触摸的数字化层。长通滤光器将仅允许特定波长的光，例如，长于550nm的光，以使薄膜晶体管致动并且使显示状态更新。本发明允许用合适的长波长光源控制显示状态，而不受环境光，例如太阳光的干扰。通常，可书写的显示介质将可操作地耦合到电源和显示驱动器，由此使用电源以偏置薄膜晶体管，使得光源可以寻址显示器。可书写的显示介质还可以耦合到存储器，所述存储器可以用于从数字化层接收位置信息并将位置信息发送到显示驱动器。可书写的显示介质通常可用于数字化层，因此使用电磁感测或电容感测的数字化层可用于本发明。
如上所述，可书写的显示介质可以被结合到包括触控笔的可书写的系统中。所述触控笔具有A)被配置为与光敏薄膜晶体管交互的光源，和B)允许触控笔与设备的数字化层交互的电磁或电容耦合元件。当触控笔移动时，来自触控笔的光使各种TFT改变状态，从而使电泳介质切换显示配置(例如，白色到黑色)。
当更新上述可书写的显示介质时，薄膜晶体管(TFT)被偏置，使得来自触控笔的入射光将足以改变TFT的状态并立即改变显示状态。然而，在一些情况下，仅偏置那些紧邻触控笔的TFT将是有益的。这可以通过动态反馈来实现，由此触控笔的感测位置(即，通过数字化背板)被用于确定将被偏置的TFT阵列的区域，而TFT阵列的其余部分保持在未偏置状态，且因此更不易通过杂散光(spurious light)意外地改变状态。例如，以触控笔的位置为中心的10TFT×10TFT正方形可以被偏置。然而，可以增加偏置区域的尺寸以适应TFT的密度或书写速度。例如，以触控笔的位置为中心的100TFT×100TFT正方形可以被偏置，或者以触控笔的位置为中心的1000TFT×1000TFT正方形可以被偏置。偏置区域不必是正方形，可以是圆形、椭圆形、三角形或其它形状。通常，偏置区域将被动态更新，使得偏置区域将与触控笔一起移动穿过书写表面的区域。除了更新偏置区域之外，可以将相同的位置信息写至存储器，由此位置信息可以是写入图像的全局更新的基础，并且还可以(通过电子格式)发送到文件或另一设备，例如手机、数字白板、电脑、辅助显示器等。
附图简述
图1是适用于本发明的电泳介质的一般描绘；
图2是适用于本发明的薄膜晶体管(TFT)阵列的一般描绘；
图3描绘了现有技术的涂覆有光吸收层以改善电泳显示器的性能的薄膜晶体管；
图4示出了用触控笔书写至本发明的可书写的显示介质；
图5示出了用触控笔书写至本发明的可书写的显示介质；
图6示出了包括可书写的显示介质和触控笔的系统；
图7示出了适用于本发明的可书写的显示介质的触控笔的实施方案；
图8示出了适用于本发明的可书写的显示介质的触控笔的实施方案；
图9是示出了当触控笔在书写表面上移动时如何动态更新TFT阵列的书写区域的流程图。
详细说明
如上所述，本发明提供了一种具有更快图像更新的可书写的显示介质。通过将光敏半导体结合到用于控制电泳介质的图像状态的薄膜晶体管(TFT)中，并结合长通滤光器以提供可用于使薄膜晶体管切换状态的窄波长窗口，使得本发明成为可能。当发光触控笔在显示器上移动时，光将改变TFT的状态，导致显示器中几乎瞬时的状态变化(即，白色到黑色)。因此，本发明的可书写的显示介质不会遭受大多数可书写的平板系统所经历的书写延迟。此外，在触控笔引起显示状态改变的同时，使用单独的电磁(或电容)数字化系统来记录触控笔的位置，使得书写可以被电子记录并转换成电子图像文件。
本发明旨在与E Ink Corporation(Billerica，MA)开发的电泳介质类型一起使用，并在下面列出的专利和专利公布中进行了描述。封装的电泳介质包括许多小囊，每个小囊本身包括在流体介质中含有电泳移动粒子的内相和围绕内相的囊壁。通常，囊本身保持在聚合物粘合剂内以形成位于两个电极之间的粘附层。在微孔电泳显示器中，带电粒子和流体不封装在微囊内，而是保留在载体介质内形成的多个腔内，所述载体介质通常是聚合物膜。这些专利和申请中描述的技术包括：(a)电泳粒子、流体和流体添加剂；参见例如第7,002,728和7,679,814号美国专利；(b)囊、粘结剂和封装方法；参见例如第6,922,276和7,411,719号美国专利；(c)微孔结构、壁材料和形成微孔的方法；参见例如第7,072,095和9,279,906号的美国专利；(d)用于填充和密封微孔的方法；参见例如第7,144,942和7,715,088号美国专利；(e)含有电光材料的膜和子组件；参见例如第6,982,178和7,839,564号美国专利；(f)显示器中使用的背板、粘合剂层和其它辅助层和方法；参见例如第D485,294；6,124,851；6,130,773；6,177,921；6,232,950；6,252,564；6,312,304；6,312,971；6,376,828；6,392,786；6,413,790；6,422,687；6,445,374；6,480,182；6,498,114；6,506,438；6,518,949；6,521,489；6,535,197；6,545,291；6,639,578；6,657,772；6,664,944；6,680,725；6,683,333；6,724,519；6,750,473；6,816,147；6,819,471；6,825,068；6,831,769；6,842,167；6,842,279；6,842,657；6,865,010；6,873,452；6,909,532；6,967,640；6,980,196；7,012,735；7,030,412；7,075,703；7,106,296；7,110,163；7,116,318；7,148,128；7,167,155；7,173,752；7,176,880；7,190,008；7,206,119；7,223,672；7,230,751；7,256,766；7,259,744；7,280,094；7,301,693；7,304,780；7,327,511；7,347,957；7,349,148；7,352,353；7,365,394；7,365,733；7,382,363；7,388,572；7,401,758；7,442,587；7,492,497；7,535,624；7,551,346；7,554,712；7,583,427；7,598,173；7,605,799；7,636,191；7,649,674；7,667,886；7,672,040；7,688,497；7,733,335；7,785,988；7,830,592；7,843,626；7,859,637；7,880,958；7,893,435；7,898,717；7,905,977；7,957,053；7,986,450；8,009,344；8,027,081；8,049,947；8,072,675；8,077,141；8,089,453；8,120,836；8,159,636；8,208,193；8,237,892；8,238,021；8,362,488；8,373,211；8,389,381；8,395,836；8,437,069；8,441,414；8,456,589；8,498,042；8,514,168；8,547,628；8,576,162；8,610,988；8,714,780；8,728,266；8,743,077；8,754,859；8,797,258；8,797,633；8,797,636；8,830,560；8,891,155；8,969,886；9,147,364；9,025,234；9,025,238；9,030,374；9,140,952；9,152,003；9,152,004；9,201,279；9,223,164；9,285,648；和9,310,661号美国专利；和第2002/0060321；2004/0008179；2004/0085619；2004/0105036；2004/0112525；2005/0122306；2005/0122563；2006/0215106；2006/0255322；2007/0052757；2007/0097489；2007/0109219；2008/0061300；2008/0149271；2009/0122389；2009/0315044；2010/0177396；2011/0140744；2011/0187683；2011/0187689；2011/0292319；2013/0250397；2013/0278900；2014/0078024；2014/0139501；2014/0192000；2014/0210701；2014/0300837；2014/0368753；2014/0376164；2015/0171112；2015/0205178；2015/0226986；2015/0227018；2015/0228666；2015/0261057；2015/0356927；2015/0378235；2016/077375；2016/0103380；和2016/0187759号美国专利申请公开；和第WO 00/38000号国际申请公开；第1,099,207B1和1,145,072B1号欧洲专利；(g)颜色形成和颜色调整；参见例如第7,075,502和7,839,564号美国专利；和(h)用于驱动显示器的方法；参见例如第7,012,600和7,453,445号美国专利。本文列出的所有专利和专利申请均通过引用整体并入。
许多上述专利和申请认识到，封装的电泳介质中的围绕离散的微囊的壁可以被连续相代替，从而产生所谓的聚合物分散的电泳显示器，其中，电泳介质包括多个电泳流体离散液滴和聚合物材料的连续相，并且即使离散囊膜与每个单独的液滴没有关联，这种聚合物分散的电泳显示器中的电泳流体的离散液滴也可以被视为囊或微囊；参见例如上述第6,866,760号美国专利。因此，出于本申请的目的，这种聚合物分散的电泳介质被认为是封装的电泳介质的子种类。
封装的电泳显示器通常不会遭受传统电泳设备的聚类和沉降失效模式，并且提供进一步的优点，例如在各种柔性和刚性基材上印刷或涂布显示器的能力。(“印刷”一词的使用旨在包括所有形式的印刷和涂布，包括但不限于：预计量涂布，诸如小块模具涂布(patchdie coating)、狭缝或挤出涂布，坡流或阶流涂布，幕式涂布；辊涂，诸如辊衬刮刀涂布、正向和反向辊涂；凹版涂布；浸渍涂布；喷涂；弯月面涂布；旋涂；刷涂；气刀涂布；丝网印刷工艺；静电印刷工艺；热印刷工艺；喷墨印刷工艺；电泳沉积(参见第7,339,715号的美国专利)；和其它类似技术。)因此，所得到的显示器可以是柔性的。此外，因为可以(使用各种方法)印刷显示介质，所以可以廉价地制造显示器本身。
虽然本发明主要涉及上述类型的电泳介质以及所列出的专利和专利申请中的电泳介质，但是在本发明中也可以使用其它类型的电光材料。供选择的电光介质本质上通常是反射的，即，它们依赖于环境照明光而不是背光源，如发光LCD显示器中所见。供选择的电光介质包括，例如，第5,808,783；5,777,782；5,760,761；6,054,0716,055,091；6,097,531；6,128,124；6,137,467；和6,147,791号美国专利中所述的旋转双色构件类型的介质。这种显示器使用大量小物体(通常为球形或圆柱形)，其具有两个或更多个具有不同光学特性的部分，和内部偶极子。这些物体悬浮在基质内充满液体的液泡中，液泡充满液体，使物体自由旋转。显示器的外观通过如下改变：向其施加电场，从而将物体旋转到各种位置并且改变通过观察表面看到的物体的部分。这种类型的电光介质通常是双稳态的。
另一种供选择的电光显示介质是电致变色的，例如纳米变色膜形式的电致变色介质，其包括至少部分地由半导体金属氧化物形成的电极和附着至电极的能够可逆变色的多个染料分子；参见，例如O'Regan,B.等人,Nature 1991,353,737；和Wood,D.,InformationDisplay,18(3),24(2002年3月)。还参见Bach,U.等人,Adv.Mater.,2002,14(11),845。例如，在第6,301,038；6,870,657；和6,950,220号美国专利中也描述了这种类型的纳米变色膜。这种类型的介质通常也是双稳态的。
另一种类型的电光显示器是由Philips开发的电润湿显示器，并且在Hayes，R.A.等人的“Video-Speed Electronic Paper Based on Electrowetting”，Nature，425,383-385(2003)中有描述。第7,420,549号美国专利中示出了这种电润湿显示器可以制成双稳态的。
示例性电泳显示器(EPID)示于图1中。显示器100通常包括电泳材料层130和设置在电泳材料130的相对侧上的至少两个其它层110和120，这两个层中的至少一个是电极层，例如，如图1中的层110所示。前电极110可以代表显示器100的观看侧，在这种情况下，前电极110可以是透明导体，例如氧化铟锡(ITO)(在一些情况下其可以沉积在透明基材上，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)上)。这样的EPID还包括，如图1所示，背板150，其包括多个驱动电极153和基材层157。电泳材料层130可包括微囊133，其保持电泳颜料粒子135和137以及溶剂，微囊133分散在聚合物粘结剂139中。然而，应当理解，电泳介质(粒子135和137以及溶剂)可以封装在微孔(微型杯)中或分布在没有周围微囊的聚合物中(例如，上述PDEPID设计)。通常，颜料粒子137和135由前电极110和像素电极153之间产生的电场控制(移位)。在许多传统的EPID中，电驱动波形通过耦合到薄膜晶体管(TFT)的导电迹线(未示出)传输到像素电极153，薄膜晶体管(TFT)允许像素电极以行-列寻址方案被寻址。在一些实施方案中，前电极110仅接地并且通过向像素电极153提供正电势和负电势来驱动图像，像素电极153可单独寻址。在其它实施方案中，还可以将电势施加到前电极110，以提供可以在前电极和像素电极153之间提供的场的更大变化。
在许多实施方案中，TFT阵列形成用于图像驱动的有源矩阵，如图2所示。例如，每个像素电极(图1中的153)耦合到图案化成阵列的薄膜晶体管210，并连接到与行电极220成直角延伸的细长行电极220和细长列电极230。在一些实施方案中，一个电极层具有单个连续电极的形式，而另一个电极层被图案化成像素电极矩阵，每个像素电极限定显示器的一个像素。如图2所示，数据驱动器250连接到列电极230，并向待被寻址的列中的所有TFT提供源电压。扫描驱动器240连接到行电极220，以提供将沿着行打开(或关闭)每个TFT的栅极的偏置电压。栅极扫描速率通常为～60-100Hz。将栅极-源极电压设为正值可使源极电压被短路至漏极。使栅极相对于源极为负值引起漏极源极电流下降并且漏极有效地浮动。因为扫描驱动器以顺序方式起作用，所以在顶部和底部行电极之间通常存在一些可测量的更新时间延迟。应当理解，“行”和“列”电极的分配在某种程度上是任意的，并且可以制造TFT阵列，其中行和列电极的作用互换。
虽然EPID介质被描述为“黑色/白色”，但是它们通常被驱动到黑色和白色之间的多个不同状态以实现各种色调或“灰度”。另外，可以通过驱动像素从初始灰度级过渡到最终灰度级(其可以与初始灰度级不同或可以与初始灰度级没有不同)，在第一和第二灰度级状态(其包括白色和黑色的端点)之间驱动给定像素。术语“波形”将用于表示用于实现从一个特定初始灰度级到特定最终灰度级的转换的整个电压对时间曲线。通常，这种波形将包括多个波形元素；其中这些元素基本上是矩形的(即，其中给定元素包括施加恒定电压一段时间)；这些元素可称为“脉冲”或“驱动脉冲”。术语“驱动方案”表示足以实现特定显示器的灰度级之间的所有可能转换的一组波形。显示器可以使用多于一种的驱动方案；例如，上述第7,012,600号美国专利教导了可能需要根据诸如显示器的温度或其在其寿命期间已运行的时间的参数来修改驱动方案，且因此可能给显示器提供在不同温度等下使用的多种不同的驱动方案。以这种方式使用的一组驱动方案可以被称为“一组相关的驱动方案。”也可以在同一显示器的不同区域中同时使用多于一种驱动方案，并且以这种方式使用的一组驱动方案可以称为“一组同时驱动方案”。
三层电泳显示器的制造通常涉及至少一次层压操作。例如，在上述专利和申请中的几个专利和申请中，描述了一种用于制造封装电泳显示器的方法，其中，将包含粘结剂中的囊的封装电泳介质涂覆到包含氧化铟锡(ITO)或塑料膜上的类似导电涂层(其作为最终显示器的一个电极)的柔性基材上，将囊/粘结剂涂层干燥以形成牢固地粘附到基材的电泳介质的粘附层。单独地，准备背板(参见图1)，其包含像素电极阵列和用于将像素电极连接到驱动电路的适当导体布置(参见图2)。为了形成最终显示器，使用层压粘合剂将其上具有囊/粘结剂层的基材层压到背板上。在其中期望具有另外的层的实施方案中，另外的层例如数字化传感器层(Wacom Technologies，Portland，OR)，可以将那些层插入电极层和基材之间，或者可以在电极层和另外的层之间添加另外的基材。在一个优选实施方案中，背板本身是柔性的，并且通过在塑料膜或其它柔性基材上印刷像素电极和导体制备。通过该方法大规模生产显示器的层压技术是使用层压粘合剂进行辊层压。
在层压方法期间，使用一种或多种层压粘合剂为部件的堆叠提供机械连续性，并且还确保层相对于彼此相对平坦。在一些情况下，可以使用商业层压粘合剂(lamad)，然而，层压粘合剂(天然地)的制造商花费相当大的努力以确保诸如粘合强度和层压温度之类的性能，同时忽略层压粘合剂的电性能。因此，电泳显示器的制造商通常改变商业粘合剂以实现所需的体积电阻率。在前面提到的专利中的几个专利中描述了用于改变商业粘合剂的电性能的方法。该方法通常涉及添加带电荷的共聚物、带电荷的部分或导电粒子。因为电泳制造商在掺杂层压粘合剂层方面经验丰富，所以期望添加另外的组分以调整光学特性，例如，以制造长通滤光层压粘合剂层将是直截了当的。例如，为了减少短于550nm的波长的透射，层压粘合剂可掺杂有蒽醌化合物，例如1-甲基氨基蒽醌。还可以加入添加剂的混合物以调谐低通滤光器，使得TFT材料的吸收光谱和添加剂的吸收光谱的组合导致窄的光学波长窗口，基本上与结合到触控笔中的发光元件的输出重叠。滤光器的功效通常根据光密度(O.D.)测量，其中，光密度定义为射在材料上的辐射与透过材料的辐射之比的以十为底的对数。本发明的低通滤光器通常具有从400至550nm的0.4或更高的光密度，例如，并且从400到550nm的1或更高的O.D.，例如从400到550nm的2或更高的O.D.。
由掺杂的非晶硅构造的薄膜晶体管(TFT)的光敏性已知有一段时间了。非晶硅(a-Si)具有约350-700nm的宽吸收光谱，在500nm附近具有峰值吸收。由于这种吸收光谱，太阳光会在a-Si TFT中引起少量的光电流。光电流可以在图像中产生不需要的特征。如图3所示，可以通过向TFT添加钝化层310解决光敏性。如图3所示，TFT背板300包括钝化层310，以保护掺硼非晶硅层320免受某些波长的影响。钝化层310可以由氮化硅制成，并且在已经铺设电极330之后容易地沉积在背板结构上。用于为EPID应用配置背板的进一步细节可见于第6,683,333号美国专利，该专利通过引用整体并入本文。
在本发明的可书写的显示介质中，用长通滤光器440代替钝化层，如图4和5所示。当阵列中的一个或多个TFT 450被适当地偏置时，发光触控笔480(下面描述)将因此引起偏置TFT 450的状态改变，从而引起相关联的像素电极460获得足以改变与像素电极460相关联的电泳介质430的阶段的电势。TFT的状态变化将导致电泳介质从一种状态变为另一种状态(例如，从白色变为黑色)，这对于用户来说将表现为在显示器上书写/绘图。TFT的偏置是通过与扫描和数据驱动器的电连接实现的，但是电连接没有在图4中示出。在一些实施方案中，长通滤光器440是波长吸收或波长反射膜。在供选择的实施方案中，为长通滤光器440提供波长选择的吸收或反射材料可以直接添加到层压粘合剂540以产生长通层压粘合剂，如图5所示。例如，层压粘合剂540可包括一定量的染料或颜料，其将吸收较短波长的光(黄色至蓝色)，同时不干扰较长波长(例如，红色或红外)的透射。将长通材料结合到层压粘合剂540中减少了背板的处理步骤的数量，并且允许更薄的材料堆叠(前平面层压板)，从而允许更快地切换电泳介质530。合适的颜料包括例如，品红色和黄色颜料，例如喷墨品红E 02(可从Clariant Corporation获得)和Novoperm Yellow P M3R(Clariant Corporation)。当然，颜料和/或染料可以组合以获得具有期望的长通特性的粘合剂。在一些实施方案中，层压粘合剂在层压粘合剂中包含0.1％至20％(wt/wt)的颜料和/或染料。在一些实施方案中，层压粘合剂在层压粘合剂中包含1％至10％(wt/wt)的颜料和/或染料。在一些实施方案中，层压粘合剂在层压粘合剂中包含2％至5％(wt/wt)的颜料和/或染料。层压粘合剂可以是聚氨酯层压粘合剂。
如图4和5所示，可以将数字化层475/575添加到组件中以跟踪触控笔480/580的位置。因为触控笔480/580包括感应线圈，所以触控笔的运动与数字化层475/575产生的电磁场相互作用，允许数字化层确定由数字化层限定的X-Y平面中的位置。数字化层475/575通常耦合到存储器，使得触控笔480/580的移动可以记录在电子文件中，由此电子文件可以被打印、转换成pdf文件、电子邮件等。此外，在完成一定量的书写之后，电子文件可以是例如经由显示驱动器对图像进行全局更新的基础。
本发明的可书写的显示介质可以结合到可书写的系统600中，例如图6所示。可书写的系统包括可书写的显示介质620(以上参考图4和5讨论)，和触控笔680，其包括光源并且被配置为与数字化层交互。如图6所示，可书写的系统600类似于传统的电子可书写的平板，其包括外壳610和界面控制件640，界面控制件640可以是真实的或虚拟的。也就是说，界面控件640可以是单独的按钮、拨盘等，或者界面控件640可以由操作软件生成并通过显示器显示/界面连接(interface)。如前所述，触控笔680产生的光基本上不被长通滤光器阻挡，但波长适合于在偏置TFT中引起光电流。例如，触控笔可以包括发光二极管或激光器，其产生600-900nm的光，例如600-700nm的光，例如650-700nm的光。合适的光源是Fabry-Perot-类型激光二极管，其可以从诸如Newport Corporation(Irvine，CA)的供应商获得，其中心波长为660nm或680nm。其它光源，例如高强度红色LED可从诸如DigiKey(ThiefRiver Falls，MN)的各个供应商处获得。
当用户使用触控笔680在可书写的介质620上“书写”时，从触控笔680的尖端发射的光将穿过透光前电极410、电泳介质430和长通滤光器440，并射到一个或多个已被偏置以接受光书写的薄膜晶体管450上。当用适当的波长照射TFT时，光电流将足以引起TFT 450的状态变化，其在像素电极460上增加(或根据需要减小)电势，于是电泳介质430将切换(例如，从白色到黑色)触控笔680所在的显示器。得到的图形690将在大约20ms内出现在可书写的介质620上，因为与现有技术的平板不同，在触控笔680下不需要信号处理来创建图案。也就是说，触控笔直接打开(或关闭)TFT的栅极，因此“延迟”仅仅是电泳粒子响应新电势所花费的时间。
在光书写期间，显示控制器将指示扫描驱动器将所有栅极电压(VG)设置为负电压，同时数据驱动器将所有源极电压(Vs)设置为高正值。参见图2。高电压将通常对应于状态变化的驱动电压，而VG的精确负值将取决于TFT材料的选择和触控笔中使用的光源。在栅极电压为负且源极电压高的同时，TFT(VD)的所有漏极将浮置。一旦处于这种状态，用户就可以用发光触控笔寻址显示器。当触控笔通过显示器时，它将照射触控笔下的各种TFT的栅极。栅极中产生的光电流将引起TFT的源极和漏极端子短路，这将使像素电极电压达到高正值(例如，15V)。一旦像素电极切换到高正值，带正电荷的黑色电泳粒子将被驱动远离像素电极并朝向透光的顶部电极，从而形成线条的外观。当然，如果需要，显示器可以被“涂黑(black out)”，并且如果切换电压，触控笔用于“书写”白色特征。此外，在具有多于两种类型的粒子的电泳系统中，通过为源电压选择合适的初始电压，可以使线条出现，对应于期望的粒子组，例如强调色。
在大多数实施方案中，光书写将由传统的电磁或电容数字化仪补充，该数字化仪将跟踪触控笔的位置。该配置将允许在用图形690更新可书写的显示器620的同时记录“书写”。提供光源和用于跟踪触控笔的运动的机构两者的示例性触控笔设计在图7和图8中示出。图7示出了具有光和电磁感应(EMR)能力的触控笔700的尖端的剖视图。触控笔包括主体710，主体710由用户握持并且容纳功能所需的电子部件。光源720可以是LED或二极管激光器。可以使用其它激光源，然而，触控笔的尺寸和形状可以根据光学腔和激光介质的要求变化。光源720直接耦合到护套724，护套724提供从光源720到发出光728的尖端的光路。触控笔700的尖端另外包括感应线圈734，感应线圈734耦合到电子设备730，电子设备730允许跟踪运动期间产生的电磁通量并将其传播回738到数字化层。如图7所示，光护套724围绕感应线圈，从而允许线圈和光聚焦在大致相同的位置。
实现相同性能的供选择的触控笔结构如图8所示。在图8中，光被引导通过在感应线圈834内行进的光纤823，从而允许光828在尖端处离开触控笔800。应理解，提供光并允许电子感测的其它设计也是合适的。例如，触控笔可以在尖端中使用电容式触摸元件，并且可书写的设备可以在“书写”期间使用电容式触摸屏来感测笔的位置。待与本发明一起使用的触控笔可以包括其它另外的元件，例如电源(例如电池)、通信、按钮和在与尖端相对的触控笔末端处的橡皮擦。通常，橡皮擦将以与数字化仪相同的功能工作。
因为触控笔结合光书写和电磁(或电容)感测两者，所以可以以多种模式书写。例如，如果用户仅想要进行设计或注释，则系统可以切换到所有TFT都被偏置的模式，并且触控笔仅在触控笔通过时切换电泳墨水的状态。在这种模式下，设备的工作很像(Kent Displays，Kent OH)，它能够快速书写，但无法保存设计或转换为文本等。在另一种模式下，系统将使用光源和数字化仪两者，提供几乎即时的书写更新，同时还以电子方式保存触控笔位置以供日后参考。在另一种模式中，可以停用光并且没有一个TFT偏置，使得可书写的系统类似于当前可获得的许多可书写的平板工作。当在电子文件上注释时，这种“无光”模式可能是有用的，因为用户不一定想要“翻转”像素的状态，而是在正确的位置做出标记。在“无光”模式的实施方案中，器件的TFT的栅极和源极电压(VGS)之间的差值将被设置为大的负值，从而确保即使来自触控笔的光被显示在显示器上，显示状态不会改变。
在优选的实施方案中，书写模式可能更复杂。用于显示和记录书写的算法需要考虑超出触控笔的位置的其它因素。例如，先进的算法可以考虑用户的手位置、环境照明条件以及显示器上先前图像的存在。在一些实施方案中，减少被偏置的TFT的数量以允许光书写至小于整个TFT阵列的数量将是有益的。也就是说，在书写期间，仅触控笔附近的TFT将被偏置并且可用于光书写。
图9中示出了用于更新具有局部数量的偏置TFT的可书写的系统的显示的方法。该方法从用户启动书写模式开始，于是数字化仪将确定触控笔的位置。一旦已知触控笔的位置，就会偏置许多TFT以允许其状态被触控笔发出的光切换。如图9所示，偏置区域是100TFT×100TFT区域，然而根据用户和应用的需要可以使用更多或更少数量的TFT。例如，如果可书写的设备具有大像素和较低分辨率，则只偏置10TFT×10TFT区域可能是合适的。一旦TFT被偏置，任何TFT都可以被触控笔“书写”。如上所述，触控笔的运动将几乎瞬间被捕获在显示器上。然而，在触控笔引起偏置TFT中的状态切换的同时，触控笔的位置也由数字化仪记录，保存到存储器，并最终发送到显示驱动器。显示驱动器接收位置数据时和更新图像时之间的延迟是任意的，并且可以由用户根据偏好设置。在一些情况下，显示驱动器将通过移除TFT上的偏置并根据数字化仪记录的触控笔的位置将它们恢复到“正确”状态动态更新显示。也就是说，在用触控笔书写一个区域并且来自触控笔的光引起电泳介质的状态切换之后，整个区域将被刷新，使得图像与数字化仪记录的内容匹配。还可以对记录的触控笔位置执行另外的校正，例如平滑和文本校正。因此，该系统允许对触控笔书写的快速光学响应，但也记录书写，使得它可以电子地存储和共享。例如，在一些实施方案中，显示控制器将检测笔何时断开与显示器的接触并刷新屏幕。
定义
应用于材料或显示器的术语“电光”在本文中以其在成像领域中的常规含义使用，以指代具有在至少一种光学性质上不同的第一和第二显示状态的材料，通过向材料施加电场，该材料从其第一显示状态变为其第二显示状态。尽管光学性质通常是人眼可感知的颜色，但它可以是另一种光学性质，例如光学透射、反射、发光，或者在显示器打算用于机器读取的情况下，是在可见光范围之外的电磁波长反射率变化的意义上的伪彩色。
术语“灰色状态”或“灰度”在本文中以其在成像领域中的常规含义使用，以指代像素的两个极端光学状态之间的状态，并且不一定意味着这两个极端状态之间的黑白转换。例如，下面提到的几个E Ink专利和公开的申请描述了电泳显示器，其中，极端状态是白色和深蓝色，因此中间的“灰色状态”实际上是淡蓝色。实际上，如已经提到的，光学状态的变化可能根本不是颜色变化。术语“黑色”和“白色”在下文中可用于指代显示器的两个极端光学状态，并且应理解为通常包括非严格黑色和白色的极端光学状态，例如上述白色和深蓝色状态。在下文中可以使用术语“单色”来表示仅将像素驱动到它们的两个极端光学状态而没有中间灰色状态的驱动方案。
一些电光材料在材料具有固体外表面的意义上是固体，尽管这些材料可以并且通常确实具有内部液体或气体填充空间。这种使用固体电光材料的显示器在下文中为方便起见可称为“固体电光显示器”。因此，术语“固体电光显示器”包括旋转双色构件显示器、封装的电泳显示器、微孔电泳显示器和封装的液晶显示器。
术语“双稳态的”和“双稳态性”在本文中以其在本领域中的常规含义使用，以指代包括具有在至少一种光学性质上不同的第一和第二显示状态的显示元件的显示器，并且使得在通过有限持续时间的寻址脉冲驱动任何给定元件以呈现其第一或第二显示状态之后，在寻址脉冲终止后，该状态将持续改变显示元件的状态所需的寻址脉冲的最小持续时间的至少几倍，例如至少四倍。第7,170,670号美国专利中示出了一些基于粒子的能显示灰阶的电泳显示器不仅在它们的极端黑色和白色状态下稳定，而且在它们的中间灰度状态下也是稳定的，并且对于一些其它类型的电光显示器也是如此。这种类型的显示器被适当地称为“多稳态的”而不是双稳态的，但是为了方便，术语“双稳态的”在本文中可以用于覆盖双稳态的显示器和多稳态的显示器两者。
实施例
用去除的薄膜晶体管(TFT)栅极掩模(E Ink Holdings，Hsinchu，Taiwan)制造有源矩阵背板的样品。(通常，提供栅极掩模以防止较高能量光子(例如来自直射太阳光)造成的晶体管的虚假开口。)第9,752,034号美国专利描述了用约3％(重量/重量)的分散的官能化喹吖啶酮颜料制备聚氨酯层压粘合剂，其全部内容通过引用并入本文。使用上述专利中描述的方法制备在烃溶液中包含黑色和白色电泳颜料的囊的浆料。将浆料涂覆在PET-ITO(Saint Gobain)片上，并在期望的温度和湿度下进行调节。在调节之后，用包括喹吖啶酮颜料的层压粘合剂将囊覆盖，并将所得的前平面层压板层压到没有栅极掩模的有源矩阵上，以产生仅响应较长波长的可见光的光敏可书写的显示器。
所得到的显示器用标准电泳显示控制器(EVK3-6SL/TPS，E Ink公司)驱动，并且当用适当的波形驱动时显示标准灰度测试图案。然后通过将VEE值设置为-22V并将VCOM设置为-15V，将显示器设置为“书写模式”。在这种“书写模式”下关闭栅极线的扫描。
一旦处于“书写模式”，就可以用红色二极管激光指示器(650nm；大约1mW)瞬时寻址像素阵列。然而，超过10倍强度(～12mW)的绿色激光指示器(532nm)没有在“书写模式”下寻址像素阵列，这证实了寻址与波长密切相关。此外，当可书写的显示器处于“书写模式”并且暴露于直射太阳光30分钟时，没有观察到切换。一旦“书写模式”被关闭，当从控制器馈送期望的波形时，显示器返回到正常切换。
从上述内容可以看出，本发明可以提供一种可书写的电光显示介质和一种发光触控笔，用于使由光敏薄膜晶体管控制的显示器几乎瞬时更新。对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对上述本发明的特定实施方案进行许多改变和修改。因此，整个前述描述将被解释为说明性的而非限制性的。

Claims (25)

1.一种可书写的显示介质，其包括：
透光前电极；
包含在电场的存在下移动的带电粒子的电泳介质；
包括光敏半导体的薄膜晶体管阵列；
长通滤光器；和
被配置为定位可书写的显示介质上的触摸的数字化层。
2.权利要求1所述的可书写的显示介质，还包括电源和显示驱动器，两者都可操作地耦合到薄膜晶体管阵列。
3.权利要求2所述的可书写的显示介质，还包括可操作地耦合到数字化层和显示驱动器的存储器，并且存储器被配置为从数字化层接收位置信息并将位置信息发送到显示驱动器。
4.权利要求2所述的可书写的显示介质，其中，所述显示驱动器通过源极线和栅极线耦合到所述薄膜晶体管阵列。
5.权利要求1所述的可书写的显示介质，其中，所述长通滤光器结合到粘合剂层中。
6.权利要求5所述的可书写的显示介质，其中，所述粘合剂层包含光吸收染料或颜料。
7.权利要求5所述的可书写的显示介质，其中，所述粘合剂层包含吸收400nm至550nm的光的添加剂。
8.权利要求1所述的可书写的显示介质，其中，所述长通滤光器反射400nm至550nm的光。
9.权利要求1所述的可书写的显示介质，其中，所述长通滤光器在400-550nm的范围具有至少为0.5的光密度。
10.权利要求9所述的可书写的显示介质，其中，所述长通滤光器在400-550nm的范围具有至少为1的光密度。
11.权利要求1所述的可书写的显示介质，其中，所述光敏半导体包括非晶硅。
12.权利要求1所述的可书写的显示介质，其中，所述光敏半导体在暴露于波长为600-900nm的光时经历光电流。
13.权利要求1所述的可书写的显示介质，其中，所述数字化层使用电磁感测以确定触摸的位置。
14.权利要求1所述的可书写的显示介质，其中，所述数字化层使用电容感测以确定触摸的位置。
15.一种可书写的系统，其包括：
可书写的显示介质，其包括：
透光前电极，
包含在电场的存在下移动的带电粒子的电泳介质，
包括光敏半导体的薄膜晶体管阵列，
长通滤光器，和
被配置为定位可书写的显示介质上的触摸的数字化层；和
包括光源并被配置为与数字化层交互的触控笔。
16.权利要求15所述的可书写的系统，还包括可操作地耦合到薄膜晶体管阵列的电源和显示驱动器。
17.权利要求16所述的可书写的系统，还包括可操作地耦合到数字化层和显示驱动器并且被配置为从数字化层接收位置信息，然后将位置信息发送到显示驱动器的存储器。
18.权利要求16所述的可书写的系统，其中，所述电源可操作地耦合到所述数字化层。
19.权利要求15所述的可书写的系统，其中，所述光源产生600至900nm的光。
20.权利要求19所述的可书写的系统，其中，所述光源包括发光二极管或激光器。
21.一种用于切换电泳显示器的状态的方法，其包括：
提供包括透光电极、包含光敏半导体的薄膜晶体管阵列、包含在电场的存在下移动的带电粒子的电泳介质、和长通滤光器的电泳显示器，其中，所述电泳介质夹在透光电极和薄膜晶体管阵列之间；
偏置阵列的薄膜晶体管(TFT)，使得当电泳显示器暴露于光时，薄膜晶体管将使电泳介质切换状态；和
将电泳显示器暴露于光源，从而使电泳显示器切换状态。
22.权利要求21所述的方法，还包括：
感测光源在由薄膜晶体管阵列限定的X-Y平面中的位置，并在以光源的位置为中心的10TFT×10TFT正方形内偏置薄膜晶体管。
23.权利要求22所述的方法，包括在以光源的位置为中心的100TFT×100TFT正方形内偏置薄膜晶体管。
24.权利要求21所述的方法，还包括记录光源在由所述薄膜晶体管阵列限定的X-Y平面中的位置，并将所述位置写至存储器。
25.权利要求24所述的方法，还包括：
将光源的位置发送给显示驱动器；
清除电泳显示器上的图像；
将图像数据从所述显示驱动器发送到所述薄膜晶体管阵列，其中，所述图像数据表示记录的光源的位置；和
在所述电泳显示器上显示所述图像数据。
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