CN115148163B - 用于驱动电光显示器的方法 - Google Patents

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Abstract

提供对具有多个显示像素的电光显示器的驱动方法，该方法包括：将多个显示像素划分成多组像素；将至少一个波形结构施加到多组像素，该至少一个波形结构具有用于更新多组像素的驱动部分；以及以连续的方式更新多组像素，使得在任何给定时间只有一组显示像素完成驱动部分。

Description

用于驱动电光显示器的方法
本申请是申请号为201880021239.3、发明名称为“用于驱动电光显示器的方法”的中国专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请涉及2017年4月4日提交的美国临时申请62/481,339。前面提到的申请的全部公开通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及用于驱动电光显示器、特别是双稳态电光显示器的方法。更特别地，本发明涉及旨在减小从一个影像到另一影像的转换期间的不期望的视觉效果的驱动方法。本发明特别但不排他地用于基于粒子的电泳显示器，其中一种或多种类型的带电粒子悬浮在液体中，且在电场的影响下移动通过液体以改变显示器的外观。
发明内容
如上所述，使用总体有限和其它驱动方案以减少在电光显示器中的转换的闪烁的各种技术是已知的。然而在一些情况下或在某些产品和/或应用中，在每个转换影像完全刷新显示器以创建平滑的吸引力可能是合乎需要的。
在这里提供用于具有多个显示像素的电光显示器的驱动方法，该方法包括将多个显示像素分成多组像素，将至少一个波形结构施加到多组像素，该至少一个波形结构具有用于更新多组像素的驱动部分，以及以连续的方式更新多组像素，使得在任何给定时间只有一组显示像素完成驱动部分。
附图说明
将参考下面的附图描述本申请的各个方面和实施方式。应当理解，附图并不一定按比例绘制。出现在多个附图中的项目在它们出现于的所有附图中由相同的参考数字指示。
图1示出用滚动条更新的显示屏的示例性实施方式；
图2示出用扩展环更新的显示屏的示例性实施方式；
图3A-3C是根据本文提出的主题可被采用来更新显示器的示例性波形；
图3D是示出根据本文提出的主题的多组显示像素和可从更新这些组产生的边缘效应；
图4示出根据本文提出的主题示出的平滑更新的16个转换的波形编码的例子；以及
图5是详述使用本文提出的主题用从顶部到底部的滚动条效果来创建白到黑转换所需的步骤的例子。
具体实施方式
使用本发明方法的电光显示器通常包含电光材料，虽然该材料可以且通常具有内部液体或气体填充的空间，但从电光材料具有固态外表面的意义上来说，其是固态。这种使用固态电光材料的显示器在下文中为了方便可称为“固态电光显示器”。
应用于材料或显示器的术语“电光”在此以其在成像技术中的传统含义用以提及具有在至少一个光学特性方面不同的第一和第二显示状态的材料，通过向材料施加电场，将材料从它的第一显示状态改变到第二显示状态。虽然该光学特性一般是人眼可感知的颜色，但它可以是其他光学特性，例如光的透射、光的反射、光释发光或者对用于机器读取的显示器来说，在可见光范围之外的电磁波长的反射率变化意义上的伪色。
术语“灰色状态”在此以其在成像技术中的传统含义上用以提及在像素的两个极端光学状态中间的状态，以及并非必然意味着这两个极端状态间的黑白转换。例如，下面提到的数个专利和公开申请描述的电泳显示器，其中极端状态是白色和深蓝色，使得中间“灰色状态”实际上是浅蓝色。实际上，如前所述，在两个极端状态之间的转换可能根本不是颜色变化。术语“灰阶”在本文用于表示像素的可能的光学状态，包括两个极端光学状态。
术语“双稳态”和“双稳性”在此以该项技术中的传统含义指的是包括具有在至少一个光学特性方面不同的第一和第二显示状态的显示元素的显示器，以及在以有限持续时间的寻址脉冲驱动任何一给定元素后，呈现其第一或第二显示状态，在寻址脉冲终止之后，那个状态将持续至少数次，例如至少四次，即寻址脉冲改变显示元素的状态所需的最短持续时间。在所公开的美国专利申请号2002/0180687中显示具有灰阶能力的一些基于粒子的电泳显示器不仅在极端黑色和白色状态中稳定，而且在中间灰色状态中是稳定的，且同理适用于一些其它类型的电光显示器。这种类型的显示器可适当地称为“多稳态”而不是双稳态，但是为了方便起见术语“双稳态”在此可以用以涵盖双稳态和多稳态显示器。
术语“脉波”在此以电压相对于时间的积分的传统含义来使用。然而，一些双稳态电光介质充当电荷转换器(charge transducer)，以及对于这样的介质，，可以使用脉波的另一定义，即电流相对于时间的积分(其等于所施加的总电荷量)。应该根据介质充当电压-时间脉波转换器或电荷脉波转换器，使用脉波的适当定义。
下面的很多讨论聚焦于用于通过从初始灰阶到最终灰阶(其可以或可以不与初始灰阶不同)的转换来驱动电光显示器的一个或多个像素的方法。术语“波形”将用以表示用于实现从一个特定初始灰阶到特定最终灰阶的转换的整个电压对时间的关系曲线。一般，这样的波形包括多个波形元素；其中这些元素基本上是矩形的(即，其中给定元素包括在一段时间期间施加恒定电压)；该元素可被称为“脉冲”或“驱动脉冲”。术语“驱动方案”表示足以实现在特定显示器的灰阶之间的所有可能的转换的一组波形。显示器可使用多于一种驱动方案；例如，前面提到的美国专利号7,012,600讲述驱动方案可能需要根据参数例如显示器的温度或显示器所在它的寿命期间已使用的时间来修改，以及因此，显示器可以具有用于不同温度等的多个不同驱动方案。以这种方式使用的一组驱动方案可被称为“一组相关驱动方案”。如在用于驱动显示器应用的下面提到的几种方法中描述的，也可能在同一显示器的不同区域中同时使用多于一种驱动方案，以及以这种方式使用的一组驱动方案可被称为“一组同步驱动方案”。
几种类型的电光显示器是已知的。一种类型的电光显示器是如例如在美国专利号5,808,783、5,777,782、5,760,761、6,054,071、6,055,091、6,097,531、6,128,124、6,137,467和6,147,791中所述的旋转双色构件型(虽然这种类型的显示器常常被称为“旋转双色球”显示器，但是术语“旋转双色构件”是优选的，并且更准确，因为在上面提到的一些专利中，旋转构件不是球形的)。这样的显示器使用大量的小物体(通常是球形的或圆柱形的)，其具有两个或多个有不同光学特性的部分及一个内部偶极子。这些物体悬浮在基质内的填充有液体的液泡中，液泡填充有液体，使得物体可以自由旋转。显示器的外观通过向其施加电场来改变，因而将物体旋转到各种位置并改变物体的哪个部分可经由观看面被看到。这种类型的电光介质一般是双稳态的。
另一类型的电光显示器使用电致变色介质，例如以纳米变色薄膜形式的电致变色介质，纳米变色薄膜包括至少部分地由半导体金属氧化物形成的电极和附着到电极的能够可逆地改变颜色的多个染料分子；参见例如O'Regan,B.等人的Nature 1991,353,737以及Wood,D.的“Information Display”(18(3),24(2002年3月))。也参见Bach,U.等人的Adv.Mater.,2002,14(11),845。在美国专利号6,301,038、6,870,657和6,950,220中也描述了这种类型的纳米变色薄膜。这种类型的介质通常也是双稳态的。
另一类型的电光显示器是由Philips开发并在Hayes,R.A.等人的“Video-SpeedElectronic Paper Based on Electrowetting”(Nature,425,383-385(2003))中描述的电润湿显示器。它在美国专利号7,420,549中示出，在该美国专利中，这样的电润湿显示器可被制成双稳态的。
一种类型的电光显示器数年来已成为密集研发的对象，它是以粒子为基础的电泳显示器，其中多个带电粒子在电场的影响下移动通过流体。当相较于液晶显示器时，电泳显示器可具有良好的亮度和对比度、宽视角、状态双稳态性和低功率消耗的属性。然而，这些显示器的长期影像质量的问题阻止它们的广泛使用。例如，构成电泳显示器的粒子易于沉降，导致这些显示器的使用寿命不足。
如上所述，电泳介质需要流体的存在。在大部分先前技术电泳介质中，这个流体是液体，但电泳介质可使用气态流体来生产；参见例如Kitamura,T.等人的“Electricaltoner movement for electronic paper-like display”(IDW Japan,2001,Paper HCS1-1)和Yamaguchi,Y.等人的“Toner display using insulative particles chargedtriboelectrically”(IDW Japan,2001,Paper AMD4-4)。也参见美国专利号7,321,459和7,236,291。当介质在允许粒子沉降的方位上，例如在标牌(其中介质布置在垂直平面中)中被使用时，这种基于气体的电泳介质会像基于液体的电泳介质一样，容易受到由于粒子沉降所导致的相同类型的问题。实际上，粒子沉降在基于气体的电泳介质中比在基于液体的电泳介质中看起来是更严重的问题，因为与液态悬浮流体比较，气态悬浮流体的更低黏性使得电泳粒子的更快速沉降。
转让给麻省理工学院(MIT)、E Ink Corporation、E Ink California，LLC和相关公司或在麻省理工学院(MIT)、E Ink Corporation、E Ink California，LLC和相关公司的名义下的很多专利和申请描述在封装的和微单元电泳和其它电光介质中使用的各种技术。封装的电泳介质包括很多小囊，每个囊本身包括包含在流体介质中的电泳移动粒子的内相和包围该内相的囊壁。通常，囊本身保持在高分子黏着剂中，以形成位于两个电极之间的黏着层。在微单元电泳显示器中，带电粒子和流体未被封装在微囊内，而是将其保持在载体介质(通常，聚合膜)中形成的多个空腔内。在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；参见例如美国专利号7,002,728和7,679,814；
(b)囊、黏着剂和封装工序；参见例如美国专利号6,922,276和7,411,719；
(c)微单元结构、壁材料和形成微单元的方法；参见例如美国专利号7,072,095和9,279,906；
(d)用于填充和密封微单元的方法；参见例如美国专利号7,144,942和7,715,088；
(e)包含电光材料的膜和子组件；参见例如美国专利号6,982,178和7,839,564；
(f)在显示器中所使用的背板、黏着层和其它辅助层以及方法；参见例如美国专利号7,116,318和7,535,624；
(g)颜色形成和颜色调整；参见例如美国专利号7,075,502和7,839,564；
(h)用于驱动显示器的方法；参见例如美国专利号5,930,026；6,445,489；6,504,524；6,512,354；6,531,997；6,753,999；6,825,970；6,900,851；6,995,550；7,012,600；7,023,420；7,034,783；7,061,166；7,061,662；7,116,466；7,119,772；7,177,066；7,193,625；7,202,847；7,242,514；7,259,744；7,304,787；7,312,794；7,327,511；7,408,699；7,453,445；7,492,339；7,528,822；7,545,358；7,583,251；7,602,374；7,612,760；7,679,599；7,679,813；7,683,606；7,688,297；7,729,039；7,733,311；7,733,335；7,787,169；7,859,742；7,952,557；7,956,841；7,982,479；7,999,787；8,077,141；8,125,501；8,139,050；8,174,490；8,243,013；8,274,472；8,289,250；8,300,006；8,305,341；8,314,784；8,373,649；8,384,658；8,456,414；8,462,102；8,514,168；8,537,105；8,558,783；8,558,785；8,558,786；8,558,855；8,576,164；8,576,259；8,593,396；8,605,032；8,643,595；8,665,206；8,681,191；8,730,153；8,810,525；8,928,562；8,928,641；8,976,444；9,013,394；9,019,197；9,019,198；9,019,318；9,082,352；9,171,508；9,218,773；9,224,338；9,224,342；9,224,344；9,230,492；9,251,736；9,262,973；9,269,311；9,299,294；9,373,289；9,390,066；9,390,661；和9,412,314；以及美国专利申请公开号2003/0102858；2004/0246562；2005/0253777；2007/0091418；2007/0103427；2007/0176912；2008/0024429；2008/0024482；2008/0136774；2008/0291129；2008/0303780；2009/0174651；2009/0195568；2009/0322721；2010/0194733；2010/0194789；2010/0220121；2010/0265561；2010/0283804；2011/0063314；2011/0175875；2011/0193840；2011/0193841；2011/0199671；2011/0221740；2012/0001957；2012/0098740；2013/0063333；2013/0194250；2013/0249782；2013/0321278；2014/0009817；2014/0085355；2014/0204012；2014/0218277；2014/0240210；2014/0240373；2014/0253425；2014/0292830；2014/0293398；2014/0333685；2014/0340734；2015/0070744；2015/0097877；2015/0109283；2015/0213749；2015/0213765；2015/0221257；2015/0262255；2015/0262551；2016/0071465；2016/0078820；2016/0093253；2016/0140910；以及2016/0180777；
(i)显示器的应用；参见例如美国专利号7,312,784和8,009,348；以及
(j)非电泳显示器，如在美国专利号6,241,921和美国专利申请公开号2015/0277160中所述；以及除了在显示器以外的封装和微单元技术的应用；参见例如美国专利号7,615,325和美国专利申请公开号2015/0005720和2016/0012710。
很多前面提到的专利和申请认识到在封装的电泳介质中包围离散微囊的壁可以由连续相来取代，因而产生所谓的聚合物分散型电泳显示器，其中，电泳介质包括多个电泳流体的离散小滴和聚合物材料的连续相，并且认识到即使没有离散的囊膜与每个单独的小滴相关联，在这样的聚合物分散型电泳显示器内的电泳流体的离散小滴仍可被视为囊或微囊；参见例如前面提到的美国专利号6,866,760。因此，基于本申请的目的，这样的聚合物分散型电泳介质被视为封装的电泳介质的亚种。
一种相关类型的电泳显示器是所谓的“微单元电泳显示器”。在微单元电泳显示器中，带电粒子和流体不被封装在微囊内，但替代地被保持在载体介质例如聚合物膜内形成的多个空腔中。参见例如均被转让给Sipix Imaging,Inc的美国专利号6,672,921和6,788,449。
虽然电泳介质通常是不透光的(因为例如在很多电泳介质中，粒子基本上阻挡通过显示器的可见光的传输)并在反射模式中操作，但很多电泳显示器可被制造成在所谓的“光闸模式”中操作，其中一个显示状态是基本不透光的而另一个显示状态是光透射的。参见例如美国专利号5,872,552、6,130,774、6,144,361、6,172,798、6,271,823、6,225,971和6,184,856。类似于电泳显示器但依赖于电场强度的变化的介电泳显示器可在类似的模式中操作；参见美国专利号4,418,346。其它类型的电光显示器也能够在光闸模式中操作。在光闸模式中操作的电光介质可以在全彩色显示器的多层结构中是有用的；在这样的结构中，相邻于显示器的观看面的至少一层在光闸模式中操作，以暴露或隐藏更远离观看面的第二层。
封装的电泳显示器一般不遭受传统电泳设备的聚集和沉降失效模式，并提供另外的优点，例如将显示器印刷或涂布在各种柔性和刚性基板上的能力。(术语“印刷”的使用意欲包括印刷和涂布的所有形式，其包括但不局限于：预计量式涂布(例如：方块挤压式涂布、狭缝型或挤压型涂布、斜板式或级联式涂布和帘幕式涂布)；滚筒式涂布(例如：辊衬刮刀涂布、正反滚筒式涂布)；凹版涂布；浸涂布；喷洒式涂布；弯月形涂布；旋转涂布；涂刷涂布；气刀涂布；丝网印刷工序；静电印刷工序；热印刷工序；喷墨印刷工序；电泳沉积(参见美国专利第7,339,715号)；以及其它相似技术)。因此，所获得的显示器可以是柔性的。此外，因为显示器介质可被印刷(使用各种方法)，显示器本身可以被廉价地制造。
也可在本发明的显示器中使用其它类型的电光介质。
基于粒子的电泳显示器和呈现相似表现的其它电光显示器(为了方便起见，这样的显示器在下文中可被称为“脉波驱动显示器”)的双稳态或多稳态行为与传统液晶(“LC”)显示器的行为形成鲜明的对比。扭曲向列型液晶不是双稳态或多稳态的，但是可充当电压转换器，使得将给定电场施加到这样的显示器的像素产生在该像素处的特定灰阶，而不管先前存在于该像素处的灰阶。此外，LC显示器只在一个方向(从非透射或“深”到透射或“浅”)上被驱动，从较浅状态到较深状态的反向转换通过减小或去除电场来实现。最后，LC显示器的像素的灰阶对电场的极性不敏感，只受它的大小的影响，且实际上由于技术原因，商用LC显示器通常在频繁的间隔下反转驱动电场的极性。相较下，双稳态电光显示器可相当近似地充当脉波转换器，使得像素的最终状态不仅取决于所施加的电场和施加电场的时间，而且还取决于在电场施加之前的像素的状态。
不管所使用的电光介质是否是双稳态的，为了得到高分辨率显示器，显示器的各个像素必须是可寻址的，且不受相邻像素的干扰。实现这个目的的一种方式是提供非线性组件例如晶体管或二极管的阵列，且至少一个非线性组件与每个像素相关联，以产生“主动矩阵(active matrix)”显示器。用以寻址一个像素的寻址或像素电极通过相关非线性组件连接到适当的电压源。通常，当非线性组件是晶体管时，像素电极连接到晶体管的漏极，且这种配置将在下面的描述中被采用，虽然它本质上是任意的且该像素电极可连接到晶体管的源极。传统上，在高分辨率阵列中，像素布置在行和列的二维阵列中，使得任何特定的像素唯一地由一个特定行和一个特定列的交叉点定义。在每列中的所有晶体管的源极连接到单个列电极，而在每行中的所有晶体管的栅极连接到单个行电极；再者，源极到行和栅极到列的分配是传统的，但本质上是任意的，且可反转，如果需要的话。行电极连接到行驱动器，其本质上确保在任何给定时刻只有一行被选择，即，有施加到选定行电极的电压，以确保在选定行中的所有晶体管都是导通的，同时有施加到所有其它行的电压，以确保在这些未选择的行中的所有晶体管都是不导通的。列电极连接到列驱动器，该列驱动器将电压施加至不同的列电极，选择所述电压被以驱动在该被选行中的像素至它们期望的光学状态。(前面提到的电压是相对于公共前电极，其照传统设置在来自非线性阵列的电光介质的相对侧上并延伸横越整个显示器。)在被称为“行地址时间”的预选间隔之后，选定行被取消选定，下一行被选择，且在列驱动器上的电压改变，使得显示器的下一行被写入。重复此过程，使得整个显示器以逐行方式被写入。
起初，用以寻址这样的脉波驱动的电光显示器的理想方法是所谓的“一般灰阶影像流(general grayscale image flow)”，其中控制器安排影像的每次写入，使得每个像素直接从它的初始灰阶转换到它的最终灰阶。然而，在脉波驱动的显示器上写入影像时不可避免地存在一些误差。在实践中遇到的一些这样的误差包括：
(a)先前状态相依性；对于至少一些电光介质，用以将像素切换到新的光学状态所需的脉波不仅取决于当前和期望光学状态，而且取决于像素的先前光学状态。
(b)停留时间相依性；对于至少一些电光介质，用以将像素切换到新的光学状态所需的脉波取决于像素在它的各种光学状态中花费的时间。尚未准确理解该相依性的准确性质，但通常所需的脉波越多，像素在它的当前光学状态中的时间就越长。
(c)温度相依性；用以将像素切换到新的光学状态所需的脉波在很大程度上取决于温度。
(d)湿度相依性；对于至少一些类型的电光介质，用以将像素切换到新的光学状态所需的脉波取决于周围湿度。
(e)机械均匀性；用以将像素切换到新的光学状态所需的脉波可能受显示器中的机械变动(例如电光介质或相关层压黏着剂的厚度的变化)的影响。其它类型的机械非均匀性可由在不同制造批次的介质之间的不可避免的变动、制造公差和材料变动所产生。
(f)电压误差；由于由驱动器所传送的电压的不可避免的微小误差，施加到像素的实际脉波将不可避免地稍微不同于理论上施加的脉波。
一般灰阶影像流遭受“误差累积”现象。例如，设想温度相依性导致在每次转换时在正方向上有0.2L*(其中L*具有通常的CIE定义：
L*＝116(R/R0)1/3–16，
其中R是反射系数以及R0是标准反射系数值)误差。在50次转换之后，这个误差将累积到10L*。也许更现实地，假设从在显示器的理论和实际反射系数之间的差异方面表示的在每次转换时的平均误差是±0.2L*。在100次连续的转换之后，像素将显示离它们的预期状态有2L*的平均偏差；这样的偏差对于某些类型的影像的一般观察者是明显的。
此误差累积的现象不仅适用于由于温度而引起的误差，而且适用于上面列出的所有类型的误差。如在前面提到的美国专利号7,012,600中所述的，补偿这样的误差是可能的，但仅在有限程度的精度上。例如，可通过使用温度传感器和查找表来补偿温度误差，但温度传感器具有有限的分辨率，并且可能读取的温度与电光介质的温度稍微不同。类似地，先前状态相依性可通过存储先前状态并使用多维转换矩阵来补偿，但控制器存储器限制可被记录的状态的数量和可被存储的转换矩阵的大小，将限制这种类型的补偿的精度。
因此，一般灰阶影像流需要所施加的脉波的非常精确的控制以给出良好的结果，且凭经验发现在电光显示器的技术的目前状态中，一般灰阶影像流在商用显示器中是不可行的。
在一些情况下，单个显示器使用多个驱动方案可能是合乎需要的。例如，能够有多于两个灰阶的显示器可使用灰阶驱动方案(“GSDS”)和单色驱动方案(“MDS”)，其中灰阶驱动方案(“GSDS”)可实现在所有可能的灰阶之间的转换，单色驱动方案(“MDS”)实现只在两个灰阶之间的转换，MDS提供比GSDS的显示器的更快重写。当在显示器的重写期间改变的所有像素只在由MDS使用的两个灰阶之间实现转换时，使用MDS。例如，前面提到的美国专利号7,119,772描述以电子书的形式的显示器或能够显示灰阶影像且还能够显示允许用户输入与所显示的影像有关的文本的单色对话框的类似设备。当用户输入文本时，快速MDS用于对话框的快速更新，因而给用户提供输入文本的快速确认。另一方面，当在显示器上显示的整个灰阶影像改变时，较慢的GSDS被使用。
可选地，显示器可同时使用GSDS与“直接更新”驱动方案(“DUDS”)。DUDS可具有一般比GSDS少的两个或多于两个灰阶，但DUDS的最重要的特性是，转换由从初始灰阶到最终灰阶的简单单向驱动处理，与常常在GSDS中使用的“间接”转换相反，其中在至少一些转换中，像素从初始灰阶被驱动到一个极端光学状态，然后在反向方向上到最终灰阶；在一些情况下，转换可由从初始灰阶到一个极端光学状态、由此到相反的极端光学状态以及然后才到最终极端光学状态的驱动实现，参见例如在前面提到的美国专利号7,012,600的图11A和11B中所示的驱动方案。因此，目前的电泳显示器在灰阶模式中可具有在大约两倍至三倍于饱和脉冲的长度(其中“饱和脉冲的长度”被定义为在足以将显示器的像素从一个极端光学状态驱动到另一极端光学状态的特定电压下的时间周期)或大约700-900毫秒的更新时间，而DUDS具有等于饱和脉冲的长度或大约200-300毫秒的最大更新时间。
然而，驱动方案的变化不限于所使用的灰阶的数量的差异。例如，驱动方案可分成总体驱动方案和部分更新驱动方案，在总体驱动方案中，驱动电压施加到在总体更新驱动方案(更准确地被称为“总体完全”或“GC”驱动方案)被应用于的区域(其可以是整个显示器或其某个指定部分)中的每个像素，而在部分更新驱动方案中，驱动电压只施加到经历非零转换(即，一种转换，其中初始和最终灰阶不同于彼此)的像素，但没有驱动电压在零转换(其中初始和最终灰阶是相同的)期间被施加。驱动方案的中间形式(被称为“总体限制”或“GL”驱动方案)类似于GC驱动方案，除了没有驱动电压施加到经历零、白到白转换的像素以外。例如在白色背景上显示黑色文本的用作电子书阅读器的显示器中，存在很多白色像素，特别是在页边空白中和在从文本的一页到下一页保持不变的文本的行之间；因此，不重写这些白色像素实质上减小了显示器重写的明显“闪烁”。然而，某些问题依然存在于这种类型的GL驱动方案中。首先，如在用于驱动显示器应用的一些前面提到的方法中详细讨论的，双稳态电光介质一般不是完全双稳态的，且被置于一个极端光学状态中的像素在数分钟到数小时的时期内朝着中间灰阶逐渐漂移。特别是，被驱动的白色像素朝着浅灰色逐渐缓慢漂移。因此，如果在GL驱动方案中白色像素被允许在多个页面跳转期间保持不被驱动，在此期间其它白色像素(例如形成文本字符的部分的那些像素)被驱动，则新近更新的白色像素将比未被驱动的白色像素稍微浅，且差异最终甚至对于未经训练的用户来说将变得明显。
其次，当未被驱动的像素位于相邻于被更新的像素处时，被称为“影像扩散(blooming)”的现象出现，其中被驱动的像素的驱动使得在比被驱动的像素的区域稍微大的区域之上引起在光学状态中的变化，且这个区域侵入到相邻像素的区域内。这样的影像扩散表现为沿着未被驱动的像素位于相邻于被驱动的像素处的边缘的边缘效应。当使用区域性更新(其中只有显示器的特定区域被更新，例如以显示影像)时，类似的边缘效应出现，除了下面的情况以外：使用区域性更新，边缘效应出现在被更新的区域的边界处。随着时间的过去，这样的边缘效应变成在视觉上分散注意力且必须被清除。到目前为止，这样的边缘效应(和在未被驱动的白色像素中的颜色漂移的效应)一般通过以一定间隔使用单个GC更新来被移除。不幸的是，这样的偶然GC更新的使用重新引入“闪烁”更新的问题，且实际上更新的闪烁可由下面的事实增强：闪烁更新只在长时间间隔出现。美国申请序列号13/755,111(公开号2013/0194250)描述了用于减少在显示器中的闪烁的各种技术，包括总体限制驱动方案，其中在任何单次转换期间更新较小比例的背景像素，使得背景像素的完全更新只在多次转换之后出现。
本发明涉及减小或消除上面讨论的问题，同时仍然尽可能避免闪烁更新。
如已经指出的，本文公开的该主题的一个方面涉及执行可能对一些用户在视觉上更有吸引力的平滑更新(例如总体完全(GC)更新)的方法。平滑GC更新产生可在系统约束内根据期望定制的转换效果。在一个实施方式中，如图1所示，新影像100可以用特殊转换效果(例如滚动条104)代替前一影像102。在实践中，显示器的像素可被划分成多个不重叠的组。对各个组的更新可在时间上从彼此偏移，导致具有期望的转换效果的平滑转换。例如，垂直或水平地移动的滚动条(图1示出垂直地移动的滚动条102)或“循环更新”(其中像素的各个组被布置为环，使得转换向内移动到显示器的中心区域或从显示器的中心区域向外移动，如图2所示)，或像时钟一样的条旋转揭开下一影像(其中像素的各个组布置在从中心点向四方延伸的扇区中)。很多其它转换效果可被创建，但都具有转换看起来更平滑和更少闪烁的特征，因为显示器的完全刷新是动态过程并在显示器的整个区域上扩展，使得在给定时间，只有显示器的小区域被主动更新。
在一些实施方式中，像素的组的位置应被布置成使得至少一个短暂影像(例如棋盘格、公司标识、时钟、页号)或动画类效果(例如溶解、擦除、滚动条、从中心或螺旋的扩展环)可在影像更新期间被显示。例如在图1中，显示器的区域可被划分成具有固定高度和与显示器的宽度相等的宽度的矩形区域。在滚动条的变形中，例如使用较大的显示标牌，其中单个滚动条的使用可能导致较大的条和/或不可接受的总转换时间，显示器可被划分成矩形区域，每个矩形区域提供有它自己的滚动条，其只横穿它自己的矩形区域。例如，整个显示器可被划分成矩形区域的矩阵，区域沿着在垂直和水平滚动条之间的轴交替。在一些其它实施方式中，如图2所示，显示器可被划分成环，其中给定区域的较大圆的半径等于从中心向外的邻近区域的较小圆的半径。然后，对各个组的更新在时间上偏移，导致具有期望效果的平滑转换。有较大数量的组可能在使更新变得更平滑时是有益的，且也减小在更新期间不同区域的可见性，但这可能被系统约束例如存储器或查找表大小限制。时间偏移可被控制以实现期望转换效果，因为它将影响转换的速度。使时间偏移较小将使更新变得更快，但更新也可变得更闪烁，如果时间偏移太小。使时间偏移变高将使转换变得长和平滑，但如果区域的数量小，各种区域就变得可见，而且使更新变得块状。在实践中，共同优化区域的数量和时间偏移以在系统的约束内实现具有期望效果的最平滑的转换可能是合乎需要的。在一些实施方式中，像素的区域可由一行或列像素组成，其中在其它实施方式中，像素的区域可由多行或列像素组成。在一个实施方式中，显示器的更新可以以具有多行像素的一个区域或一组像素开始，并一次继续一行，直到所有行的像素被更新为止。在一个例子中，对于具有显示像素的1600行乘1200列和具有250ms的更新时间(例如驱动波形完全更新一行像素所花费的时间)的显示器，将花费400秒来更新整个显示器，如果更新一次完成一行。可选地，使用滚动条作为例子，我们可以用特定的方式设计波形和更新结构，使得多行像素可在给定的时间一起被更新，对下面的像素行内置一个时间延迟，使得看起来条滚动横越显示器且显示器被连续地更新。在该配置中，像素的行以连续的方式被更新，其中显示像素的行以连续和有序的方式被更新。
在一些实施方式中，在每组中的像素可以是或可以不是连续的，取决于特定的应用；例如，显示器的像素可随机地被分配到不同的组。这被发现是特别有利的，当应用于意欲作为在零售商店、购物中心或室外显示器中的标牌例如饭店中的菜单板的大显示器时。这样的标牌可能只以长间隔被更新(例如菜单板可能每天只更新几次以显示早餐、午餐和晚餐的不同菜单)，且在这样的情况下，大约5-60秒的长更新时间可以被容忍。这样的长更新时间允许大量像素组的使用。例如，具有50Hz的扫描率并意欲用作菜单板的32英寸(812mm)主动矩阵标牌用将像素随机地分配到64个组之一来更新，各组的波形彼此延迟了0.12秒(6次扫描)导致在第一和最后一组之间的7.56秒的总延迟，且总更新时间——包括边缘清除部分(如下面讨论的)——不超过10秒，这对于这种类型的标牌是容易接受的。因为这种类型的标牌一般放置在服务柜台后面和在头部高度之上，以便由接近柜台的消费者容易阅读，它一般在至少8英尺(大约2.4米)的距离处被阅读，且在这个距离处，单独的像素对读者是不可见的，读者只看到一个影像逐渐消失并由基本上没有在转换中的闪烁的新影像代替。
在一些其它实施方式中，任何给定像素可能不必永久地保持在同一组中。实际上，在某种程度上，在使用在相邻组之间的相同边界的重复转换可能倾向于沿着这样的边界产生不想要的光学伪影，例如边缘效应(因为也许不可能布置横越这样的边界的边缘清除部分的必要关联，如下面讨论的)，在某个时期和/或给定数量的转换之后改变组可能是有利的。例如，在图2所示的布置中，我们可能在特定数量的转换之后将在相邻环之间的边界向外移动一个或多个像素，新环逐渐出现在显示器的中心周围。可选地，我们可逐渐移动中心，从而移动所有边界。然而应注意，在主动矩阵电光显示器的技术中的技术人员将认识到，在这样的显示器中，驱动脉冲的施加不对在所有行中的像素同时出现，因为显示器被逐行扫描，使得例如在驱动脉冲施加到显示器的第一行和同一驱动脉冲施加到最后一行之间存在几乎一个帧形(frame)的延迟。为了便于解释，这样的“行内延迟”在本文被忽略，且在同一帧形周期中开始的驱动脉冲被视为同时被施加，即使在实践中它们将在稍微不同的时间被施加到不同的行。
在一些实施方式中，每组像素的波形或波形结构不一定是相同的，只要在所有不同的组中的像素的颜色变化不同时进行。图3A-3C示出对于相同的光学转换的不同组的波形的例子。在图3A中，波形结构是相同的，在组之间有一个帧形时间偏移，使得至少两组像素一次被更新(即，更新施加到像素上的波形)。另一方面，波形结构可以是不同的，如图3B和3C所示。例如，至少部分地由于在边缘清除部分相对于驱动部分的时序中的差异，在图3B中的波形与彼此不相似。在组1波形中的边缘清除部分304远离驱动部分302五个帧形，以及相较而言，组4的边缘清除部分306和驱动部分308只相隔2个帧形。图3C进一步示出波形结构，其中边缘清除部分可具有不同的持续时间并相对于驱动部分出现在不同的时间。然而在所提出的所有这些情况下，电光介质开始从黑色转换到白色或从白色转换到黑色时的时间(在图3A-3C中由红色和绿色箭头标记)与所有其它组的相应时间分离以确保平滑转换。
图3B-3C还示出关于被设计成处理在相邻像素之间的边缘效应的波形的重要问题。这样的波形具有两个部分，即驱动部分(例如在图3A-3C中的每个的左手侧上显示的两个正脉冲和两个负脉冲的序列)和边缘清除部分(例如在图3B-3C中的每个的右手侧上显示的一个或多个负脉冲的序列)。为了减轻边缘伪影问题，每个波形的边缘清除部分与至少一个其它组的波形的相应部分具有共有的至少一个帧形是合乎需要的。例如，沿着图3D所示的边缘12的伪影可通过组1和2在至少一个帧形(例如帧形17)中的波形的重叠来改善，如图3C所示。在图3C所示的另一例子中，在图3D中的边缘14 310的清除由在组4的波形的驱动部分的最后的帧形和在帧形15中的组1的边缘清除部分的第一帧形之间的重叠实现。在像素到组的随机分配的情况下，其中任何组的像素可与任何其它组的像素共享边缘，所有边缘清除部分具有共有的至少一个帧形是合乎需要的，如例如在图3B中所示的，其中虽然所有四个组的驱动部分在不同的时间点开始，但所有四个波形共享共有的单个帧形边缘清除部分。然而，所有组同时应用边缘清除确实倾向于产生在转换中的增加的闪烁，所以可能必须在彻底的边缘清除和闪烁之间做出折衷。
如图3B和3C所示，使用该更新配置，只有像素的一个区域或组在任何给定的时间接收或完成波形的驱动部分，从而创建显示器更新的转换外观，其中更新过程在用户看来是平滑的。此外，像素的多个区域的边缘清除部分在时间上共享至少一个帧形，以清除在像素的组之间的不想要的边缘效应，如上所述。
如在本文已经描述的，本主题的方法可以用多种不同的方式实现。在一个实施方式中，使用标准现有架构，波形可存储在转换查找表(参见前面提到的用于驱动显示器应用的方法)中，其编码方式是使得控制器将对给定像素调用转换k→n，其中“k”是相应于像素的当前光学状态的唯一状态，以及“n”是相应于如由下一输入影像请求的像素的下一光学状态的唯一状态。一般影像是8位以及一般控制器支持4位或5位的查找表大小，所以来自输入影像0-255的期望状态由控制器转换为期望波形状态0-15(对于4位控制器)或0-31(对于5位控制器)。描述此的另一方式是输入影像是8位但一般控制器只支持16个灰阶(对于4位控制器)或32个灰阶(对于5位控制器)。
在一些实施方式中，本文提出的主题也可使用现有控制器通过为每个单个可能的转换分配N个波形转换来实现，其中N等于在当前方法中使用的像素的组的数量。考虑例如用4位控制器来实现图1的垂直滚动条更新方法：如果16组像素被使用，则更新可以只支持四个灰阶，因为每个实际转换需要16个不同波形的存储以及4x 4x 16＝256。第一步骤是确定波形编码，其给每个实际转换分配16个可能的转换，在它们当中有期望时间偏移。图4示出波形编码的例子，其示出具有8个帧形的最小时间偏移的转换白→黑。在这种情况下，转换(13,14,15,16)→(1,2,3,4)被分配白→黑的16个可能的波形。转换13→1相应于白→黑将看起来首先在时间上更新(即，组1的波形)，而16→4是将最后更新的相应波形(即，组16的波形)。在从顶部到底部滚动的条的情况下，在显示器的顶部处的区域中经历白→黑的像素将接收波形13→1，而在显示器的底部处的区域中经历白→黑的像素将接收波形16→4。
图5更详细地解释使用图4所示的波形来实现具有从顶部到底部的垂直滚动条效果的白→黑转换所需的各种步骤。第一步骤是修改在控制器中记录的每个像素的当前状态以匹配由波形所需的初始状态。在这种情况下，屏蔽施加到影像，其中状态16根据在显示器中的区域被修改为状态13-16。这可例如通过使用空波形和被适当地处理的影像请求对控制器的伪更新来实现。这个伪更新的目的是改变如存储在控制器中的像素的当前状态。下一步骤是对于这个特定的例子使用如图4所示被适当地处理的下一影像用图4所示的波形请求真实更新。这个特定实现需要请求伪更新。
沿着在不同区域之间的边界的边缘伪影可能是在这种方法中的问题，但以前的经验表明它在这些类型的更新中不是严重的问题，且在不同区域中使用的波形之间的时间偏移可谨慎地被设计以最小化边缘伪影。
控制器可被设计成允许像素的当前状态的操纵而不请求更新，因而通过用如由控制器存储的像素的当前状态的处理代替伪更新来允许如参考图5所述的额外伪更新的消除，因而可以加速这个步骤的实现。对于每个像素，当前控制器存储当前状态、下一状态和帧形计数。控制器可将帧形偏移存储为额外的字段，因而在控制器内部允许用于各个区域的帧形和由此波形之间的时间偏移。例如对于如附图中所示的垂直滚动条更新，在控制器中的帧形偏移字段将被编程以通过对于位于显示器的顶部区域中的像素将帧形偏移设置为0来实现期望滚动条转换效果，且帧形偏移对于在离显示器的顶部边缘的增加距离处的像素将增加。帧形计数和帧形偏移将由控制器使用来执行更新。例如，如果帧形计数减去帧形偏移是负的，则对于那个像素没有更新被执行。否则，对于帧形数＝帧形计数-帧形偏移，执行更新。
以这种方式修改现有的控制器应是相对廉价的，因为修改只需要存储一个额外的字段，一般是4位字段。这样的经修改的控制器将去除对如上面参考图4所述的波形的特殊编码的需要，但将允许平滑更新。此外，这样的控制器修改将去除在波形查找表大小、所呈现的灰阶的数量和所使用的区域(像素的组)的数量之间所需的折衷。最后，这样的经修改的控制器将可以实现非常平滑的更新，因为在显示器中的区域的数量可以变得非常大，这将为创建感兴趣的平滑转换效果提供更大的灵活性。
从前文中将看到，本发明可提供与标准全屏总体更新比较对某些消费者更有吸引力的具有转换效果的平滑完全刷新转换(smooth full refresh transitions)。本发明可能对可穿戴和移动设备应用是特别有用的。
对本领域中的技术人员将显而易见的是，可在上面所述的本发明的特定实施方式中做出很多变化和修改而不偏离本发明的范围。因此，前述描述的全部将被解释为说明性的而非限制性的。

Claims (13)

1.一种具有位于多个行和列中的多个显示像素的电光显示器，所述显示器包括：
将所述多个显示像素划分成N个组的装置，其中N是大于1的整数；以及
控制器，被配置为针对显示像素调用从当前光学状态到下一光学状态的转换，其中所述控制器为所述显示像素能够执行的每个可能的转换分配N个转换，并将第一波形提供到第一组像素和将第二波形提供至第二组像素，所述第一波形和所述第二波形各自具有驱动部分和边缘清除部分，其中所述第一波形和所述第二波形在时间上重叠，但所述第二波形的驱动部分比所述第一波形的驱动部分滞后至少一个帧形。
2.如权利要求1所述的显示器，其中所述控制器还被配置为提供帧形偏移，所述帧形偏移被编码以实现设计的转换效果。
3.如权利要求2所述的显示器，其中所述帧形偏移被配置为随着所述设计的转换效果在所述显示器上进行而增加。
4.如权利要求1所述的显示器，其中所述控制器还被配置为执行伪更新以改变存储在所述控制器中的所述多个显示像素的当前状态。
5.如权利要求1所述的显示器，其中所述多组像素每组具有至少一行显示像素。
6.如权利要求1所述的显示器，其中所述电光显示器是具有一层电泳材料的电泳显示器。
7.如权利要求6所述的显示器，其中所述电泳材料包括布置在流体中并能够在电场的影响下移动通过流体的多个带电粒子。
8.如权利要求7所述的显示器，其中所述带电粒子和所述流体被限制在多个囊或微单元内。
9.如权利要求6所述的显示器，其中所述电泳材料包括在用微单元限制的染色流体中的一种类型的电泳粒子。
10.如权利要求7所述的显示器，其中所述带电粒子和所述流体作为由包括聚合物材料的连续相包围的多个离散小滴存在。
11.如权利要求10所述的显示器，其中所述流体是气态的。
12.如权利要求1所述的显示器，其中所述控制器被配置为修改所述显示像素的当前状态信息以更好地接收下一转换状态。
13.如权利要求1所述的显示器，其中所述控制器被配置为存储每个显示像素的当前状态信息、下一状态信息和帧形计数信息。
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