CN118159903A - 用于驱动电光显示器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于驱动电光显示器的方法及相关装置，电光显示器具有电泳显示介质，电泳显示介质电耦合在共用电极与显示像素之间，显示像素与显示像素电极和n型晶体管相关联，n型晶体管电耦合到显示控制器电路，显示控制器电路能通过经由n型晶体管将电压施加到共用电极与显示像素电极，将包括帧的波形施加到该显示像素。该方法包括：将一个或多个波形施加到显示像素，以将邻近显示像素的电泳显示介质驱动到第一光学状态，并且利用n型晶体管的泄露导电效应从电泳显示介质释放残余电压。该方法也可以包括将显示像素保持在第一光学状态中达保持时段，保持时段包括一个或多个帧；以及将显示像素置于浮动状态。

Description

用于驱动电光显示器的方法
相关申请的交叉引用
本申请主张2021年11月4日提交的美国临时专利申请第63/275,515号的优先权，其全部内容结合于此。另外，本文引用的任何专利、已公开申请、或其他已公开作品的全部内容通过引用整体结合于此。
技术领域
本发明涉及反射式电光显示器以及用于这种显示器的材料。更具体地，本发明涉及具有降低的残余电压的显示器以及用于降低电光显示器中的残余电压的驱动方法。
背景技术
通过直流(DC)不平衡波形驱动的电光显示器可能产生残余电压，该残余电压可通过测量显示像素的开路电化学势来判定。已经发现，无论是在原因还是结果上，残余电压为电泳以及其他冲激驱动电光显示器中更普遍的现象。还已经发现，DC不平衡可能导致某些电泳显示器的长期寿命退化。
术语“残余电压”有时也用作指称整体现象的方便术语。然而，冲激驱动电光显示器的切换行为的基础是在电光介质上施加电压冲激(电压相对于时间的积分)。在施加驱动脉冲之后残余电压可以立即达到峰值，并且随后，可能大幅呈指数地衰减。残余电压持续很长一段时间会将“残余冲激”施加到电光介质，并且严格来说，该残余冲激而不是残余电压，可能是对电光显示器的光学状态产生效应的原因，其通常被认为是由残余电压引起的。
理论上，残余电压的效应应该直接对应于残余冲激。然而，实际上，冲激切换模型在低电压下可能会失去准确度。一些电光介质具有临界值，使得大约1V的残余电压可能不会在驱动脉冲结束之后引起介质的光学状态的显著变化。然而，其他电光介质，包括本文所述实验中使用的较佳电泳介质，大约0.5V的残余电压可能引起光学状态的显著变化。因此，两个等效的残余冲激在实际结果上可能会有所不同，并且可能有助于增加电光介质的临界值，以降低残余电压的效应。E Ink公司已经生产具有“小临界值”的电泳介质，其足以防止在某些情况下经历的残余电压在驱动脉冲结束之后立即地改变显示图像。如果临界值不足或如果残余电压太高，则显示器可能会出现反冲/自我删除或自我增强现象。本文使用术语“光学反冲”来描述像素的光学状态的变化，这种变化至少部分地响应于像素残余电压的释放而发生。
即使当残余电压低于小临界值，如果残余电压在下次图像更新发生时仍然存在，残余电压也可能对图像切换产生严重效应。例如，假设在电泳显示器的图像更新期间，施加+/-15V驱动电压来移动电泳粒子。如果+1V残余电压从先前更新持续存在，驱动电压将有效地从+15V/-15V位移到+16V/-14V。因此，像素将偏向暗或白色状态，这取决于该像素是具有正残余电压还是负残余电压。此外，由于残余电压的衰减率，该效应会随着时间经过而变化。在前一个图像更新后立即地使用15V、300ms驱动脉冲将像素中的电光材料切换为白色，可能实际上经历接近16V的波形达300ms，而在1分钟后使用完全相同的驱动脉冲(15V、300ms)切换为白色的像素中的材料可能实际上经历接近15.2V的波形达300ms。因此，像素可能显示明显不同的白色阴影。
如果已经由先前图像(例如，白色背景上的黑线)在多个像素上建立残余电压场，则残余电压也可以以相似的模式在显示器上排列。则实际上，残余电压对显示性能最显著的效应可能是重影。该问题是先前提到的问题之外的问题，即DC不平衡(例如，16V/14V而不是15V/15V)可能是电光介质的寿命缓慢退化的一个原因。
如果残余电压缓慢地衰减且几乎固定，则其对波形位移的效应不会因图像更新而变化，且可能实际上比迅速衰减的残余电压产生更少的重影。因此，10分钟后更新一个像素且在11分钟后更新另一个像素所经历的重影远小于立即地更新一个像素且在1分钟后更新另一个像素所经历的重影。相反地，衰减如此快以至于在下次更新发生之前接近0的残余电压可能实际上不会导致可检测的重影。
有多个潜在的残余电压来源。据信(尽管一些实施例绝不受此信念的限制)残余电压的一个重要原因是形成显示器的各种层的材料内的离子极化。
总而言之，残余电压作为一种现象可以本身以多种方式呈现为图像重影或视觉伪影，其严重程度会随着图像更新之间经过的时间而变化。残余电压还可能产生DC不平衡且降低最终的显示器寿命。因此，残余电压的效应可能对电泳或其他电光设备的质量有害，可取的是，将残余电压本身最小化并且将该设备的光学状态对残余电压影响的敏感性最小化。
因此，即使在残余电压已经很低的情况下，释放电光显示器的残余电压也可以改善显示图像的质量。发明人已经认知到且理解的是，用于释放电光显示器的残余电压的传统技术可能无法完全地释放残余电压。也就是说，释放残余电压的传统技术可能导致电光显示器保持至少低残余电压。因此，需要更佳地释放来自电光显示器的残余电压的技术。
发明内容
本发明提供一种用于驱动电光显示器的显示像素的方法，该方法包括：将负偏压施加到像素晶体管的栅极-源极，以诱发晶体管上的泄露导电，由此产生用于排出残余电压的导电路径。
在一个方面，本发明的特征在于一种电光显示器，包括：电泳显示介质，该电泳显示介质电耦合在共用电极与和与显示像素相关联的显示像素电极之间。该电光显示器还包括显示控制器电路，该显示控制器电路与共用电极以及和显示像素电极相关联的n型晶体管电通信。显示控制器电路能够通过将一个或多个时间相关的电压施加在共用电极与显示像素电极之间，将波形施加到显示像素，其中，该一个或多个时间相关的电压经由n型晶体管施加到显示像素电极。显示控制器电路被配置为：将一个或多个波形施加到显示像素，以将邻近显示像素的电泳显示介质驱动到第一光学状态，并且将显示像素保持在第一光学状态中达保持时段。显示控制器电路还被配置为：使显示像素置于浮动状态；将实质0伏特施加到共用电极和显示像素电极。显示控制器电路还被配置为：将低栅极电压轨电压施加到n型晶体管的栅极电极，其中，低栅极电压轨电压为负电压，负电压的大小足够在n型晶体管内引起泄露导电路径，以从电泳显示介质释放残余电压，并且低栅极电压轨电压具有比n型晶体管的栅极关闭电压更大的大小。
在一些实施例中，该电光显示器包括显示像素的有源矩阵，显示像素为显示像素有源矩阵的显示像素中的一个显示像素。在一些实施例中，该一个或多个波形均由一个或多个帧构成。在一些实施例中，保持时段由一个或多个帧构成。
在一些实施例中，泄露导电路径形成在n型晶体管的漏极电极与n型晶体管的源极电极之间。
在一些实施例中，使第一显示像素置于浮动状态包括：将栅极关闭电压施加到n型晶体管的栅极电极，其中，栅极关闭电压为负电压，该负电压足够防止形成通过n型晶体管的漏极电极和n型晶体管的源极电极的导电路径。在一些实施例中，使第一显示像素置于浮动状态包括中断共用电极与电压源之间的电连接。
在一些实施例中，将显示像素保持在第一光学状态中达保持时段包括：将实质相等的电压施加到共用电极和显示像素电极，以及将栅极开启电压施加到n型晶体管的栅极电极，其中，栅极开启电压为正电压，该正电压足够建立通过n型晶体管的导电路径。
在另一个方面，本发明的特征在于一种用于驱动电光显示器的方法，该电光显示器包括：电泳显示介质，该电泳显示介质电耦合在共用电极与显示像素之间。显示像素与显示像素电极和n型晶体管相关联，n型晶体管电耦合到显示控制器电路，显示控制器电路能够通过经由n型晶体管将一个或多个时间相关的电压施加在共用电极和显示像素电极之间，将波形施加到显示像素，其中，该一个或多个时间相关的电压施加到显示像素电极。该方法依次包括以下步骤：(1)将一个或多个波形施加到显示像素，以将邻近显示像素的电泳显示介质驱动到第一光学状态，(2)将显示像素保持在第一光学状态中达保持时段，(3)使显示像素置于浮动状态，(4)将实质0伏特施加到共用电极和显示像素电极，以及(5)将低栅极电压轨电压施加到n型晶体管的栅极电极，其中，低栅极电压轨电压为负电压，该负电压的大小足够在n型晶体管内引起泄露导电路径，以从电泳显示介质释放残余电压，并且其中，低栅极电压轨电压具有比n型晶体管的栅极关闭电压更大的大小。
在一些实施例中，该方法包括显示像素有源矩阵，其中，显示像素为显示像素有源矩阵的显示像素中的一个显示像素。在一些实施例中，该一个或多个波形均包括一个或多个帧。在一些实施例中，保持时段包括一个或多个帧。在一些实施例中，泄露导电路径形成在n型晶体管的漏极电极与n型晶体管的源极电极之间。
在一些实施例中，使第一显示像素置于浮动状态包括：将栅极关闭电压施加到n型晶体管的栅极电极，其中，栅极关闭电压为负电压，该负电压足够防止形成通过n型晶体管的漏极电极和n型晶体管的源极电极的导电路径。在一些实施例中，使第一显示像素置于浮动状态包括中断共用电极与电压源之间的电连接。
在一些实施例中，将显示像素保持在第一光学状态中达保持时段包括：将实质相等的电压施加到共用电极和显示像素电极，以及将栅极开启电压施加到n型晶体管的栅极电极，其中，栅极开启电压为正电压，该正电压足够建立通过n型晶体管的导电路径。
在另一个方面，本发明的特征在于一种电光显示器，包括：电泳显示介质，该电泳显示介质电耦合在共用电极与和显示像素相关联的显示像素电极之间。该电光显示器还包括显示控制器电路，该显示控制器电路与共用电极以及和显示像素电极相关联的n型晶体管电通信。显示控制器电路能够通过经由n型晶体管将一个或多个时间相关的电压施加在共用电极与显示像素电极之间，将波形施加到显示像素，其中，该一个或多个时间相关的电压施加到显示像素电极。显示控制器电路被配置为：将一个或多个波形施加到显示像素，以将邻近显示像素的电泳显示介质驱动到第一光学状态。该显示控制器电路还被配置为：将实质0伏特施加到共用电极和显示像素电极，以及将低栅极电压轨电压施加到n型晶体管的栅极电极，其中，低栅极电压轨电压为负电压，该负电压的大小足够在n型晶体管内引起泄露导电路径，以从电泳显示介质释放残余电压，并且其中，低栅极电压轨电压具有比n型晶体管的栅极关闭电压更大的大小。
在一些实施例中，该电光显示器包括显示像素有源矩阵，其中，显示像素为显示像素有源矩阵的显示像素中的一个显示像素。在一些实施例中，一个或多个波形均包括一个或多个帧。在一些实施例中，保持时段包括一个或多个帧。
在一些实施例中，泄露导电路径形成在n型晶体管的漏极电极与n型晶体管的源极电极之间。
在另一个方面，本发明的特征在于一种用于驱动电光显示器的方法，该电光显示器包括：电泳显示介质，该电泳显示介质电耦合在共用电极与显示像素之间。显示像素与显示像素电极和n型晶体管相关联，n型晶体管电耦合到显示控制器电路，显示控制器电路能够通过经由n型晶体管将一个或多个时间相关的电压施加在共用电极和显示像素电极之间，将波形施加到显示像素，其中，该一个或多个时间相关的电压施加到显示像素电极。该方法依次包括以下步骤：(1)将一个或多个波形施加到显示像素，以将邻近显示像素的电泳显示介质驱动到第一光学状态，(2)将实质0伏特施加到共用电极和显示像素电极，以及(3)将低栅极电压轨电压施加到n型晶体管的栅极电极，其中，低栅极电压轨电压为负电压，该负电压的大小足够在n型晶体管内引起泄露导电路径，以从电泳显示介质释放残余电压，并且其中，低栅极电压轨电压具有比n型晶体管的栅极关闭电压更大的大小。
在一些实施例中，该电光显示器包括显示像素有源矩阵，其中，显示像素为显示像素有源矩阵的显示像素中的一个显示像素。
在一些实施例中，一个或多个波形均包括一个或多个帧。在一些实施例中，保持时段由一个或多个帧构成。在一些实施例中，泄露导电路径形成在n型晶体管的漏极电极与n型晶体管的源极电极之间。
附图说明
图1是表示根据本文公开的主题的电泳显示器的电路图；
图2示出了根据本文公开的主题的电光成像层的电路模型；
图3示出了晶体管响应于所施加的栅极电压的导电图；
图4示出了根据本文公开的主题的驱动序列的一个实施例；
图5示出了根据本文公开的主题的驱动序列的另一个实施例；以及
图6示出了使用不同栅极电压的残余电压放电效能的比较。
具体实施方式
当施加到材料或显示器时，本文使用的术语“电光”是其在成像技术中的传统意义，以指具有在至少一个光学性质上不同的第一和第二显示状态的材料，通过将电场施加到该材料使该材料从其第一显示状态改变至第二显示状态。尽管光学性质对人眼而言通常为颜色感知，光学性质可以为另一光学性质，例如，光学透射率、反射率、亮度，或者在旨在用于机器读取的显示器的情况下，可以为伪彩色，意指电磁波长在可见光范围之外的反射率变化。
术语“灰色状态”在本文使用其在成像技术中的传统意义，以指介于像素的两个极端光学状态中间的状态，不一定意味着这两个极端状态之间的黑白转变。例如，在参考以下的几个E Ink专利以及已公开的专利申请描述电泳显示器，其中，极端状态为白色和深蓝色，以使得中间的“灰色状态”实际上将是淡蓝色。实际上，如已经提及的，光学状态的改变可能根本不是颜色的改变。在下文中，术语“黑色”和“白色”可以用于指称显示器的两个极端光学状态，并且应该被理解为通常包括非严格黑色和白色的极端光学状态，例如，前述白色和深蓝色状态。在下文中，术语“单色”可以用来表示驱动方案，该驱动方案仅将像素驱动至其两个极端光学状态，而没有介于其间的灰色状态。
以下大部分讨论将集中在通过从初始灰度级到最终灰度级(可能与初始灰度级不同，也可能并非不同)的转变来驱动电光显示器的一个或多个像素的方法。术语“波形”将用于表示用于实现从一个特定初始灰度级转变到特定最终灰度级的整体电压对时间曲线。通常，这种波形将包括多个波形元件；其中，这些元件本质上是矩形的(即，其中，给定元件包括在一段时间内施加固定电压)；这些元件可以称为“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所有可能转变的一组波形。显示器可以使用一个以上的驱动方案；例如，前述美国专利第7,012,600号教导，可能需要根据例如显示器的温度或显示器在其寿命期间已经工作的时间等参数来修改驱动方案，并且因此可以为显示器提供多个不同的驱动方案，以在不同的温度等下使用。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”。如前述几个MEDEOD申请所述，在相同显示器的不同区域也可以同时使用一个以上的驱动方案也是可能的，并且以这种方式使用的一组驱动方案可以称为“一组同步驱动方案”。
一些电光材料为固态，意指材料具有固态外表面，尽管这些材料可能且通常具有内部液体或气体填充空间。为了方便起见，使用固态电光材料的这种显示器在下文中可以被称为“固态电光显示器”。因此，术语“固态电光显示器”包括旋转双色构件显示器、封装电泳显示器、微细胞电泳显示器以及封装液晶显示器。
术语“双稳态”和“双稳态性”在本文中以其在本领域中的常规含义使用，是指包括显示元件的显示器，该显示元件具有在至少一个光学特性上不同的第一和第二显示状态，并且使得在任何给定元件被驱动之后，通过有限持续时间的寻址脉冲，呈现其第一或第二显示状态，在寻址脉冲终止后，该状态将持续改变显示元件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。美国专利第7,170,670号表明，一些具有灰度等级的基于粒子的电泳显示器不仅在其极端黑白状态下稳定，而且在中间灰色状态下也稳定，并且一些其它类型的电泳显示器也是如此。这种类型的显示器被恰当地称为“多稳态”而不是双稳态，尽管为方便起见术语“双稳态”可在本文中用于涵盖双稳态和多稳态显示器。
已知有几种类型的电光显示器。一种类型的电光显示器是旋转双色构件类型，例如，在美国专利第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号中所述(尽管该类型的显示器通常称为“旋转双色球”显示器，但术语“旋转双色构件”更为准确，因为在上述提及的某些专利中，旋转构件并非球形的)。这种显示器使用大量的小主体(通常为球形或圆柱形)，小主体具有两个或更多个具有不同光学特征的部分以及内部偶极。这些主体悬浮在位于基质中的液体填充的液泡内，液泡是以液体填充的，使得主体能自由地旋转。通过对其施加电场而改变显示器的外观，因此使主体旋转至各种位置，并且改变这些主体中通过观看表面所见的部分。这种类型的电光介质通常是双稳态的。
多年来已经被热烈研究及开发的主题的一种类型的电光显示器是基于粒子的电泳显示器，其中，多个带电粒子在电场的影响下移动经过流体。当与液晶显示器相比时，电泳显示器可以具有下列属性：良好的亮度及对比度、宽视角、状态双稳定性、以及低功耗。然而，这些显示器的长期图像质量问题已经阻碍了它们的广泛使用。例如，构成电泳显示器的粒子倾向于沉降，导致这些显示器的使用寿命不足。
如上所述，电泳介质需要存在流体。在大多数先前技术的电泳介质中，该流体为液体，但电泳介质可以使用气态流体来制造；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。也参见美国专利第7,321,459以及7,236,291号。当该介质用于允许这种沉降的定向中时(例如，在介质设置于垂直平面的标志中)，由于粒子沉降，这种以气体为基础的电泳介质可能显现出易受到与以液体为基础的电泳介质相同类型的问题的影响。实际上，粒子沉降在以气体为基础的电泳介质中显现出，比在以液体为基础的电泳介质中更为严重的问题，因为与液体悬浮液相比，气体悬浮液的较低粘度允许电泳粒子更快速的沉降。
很多受让予美国麻省理工学院(MIT)及以及E Ink Corporation、或属于其名下的专利和专利申请描述用于封装电泳介质和其他电光介质的各种技术。这种封装介质包括很多小胶囊，其中每一种本身均包括在流体介质中含有电泳移动粒子的内相以及围绕内相的胶囊壁。通常，胶囊本身保持在聚合物接合剂内，以形成定位在两个电极之间的连贯层。这些专利和专利申请中描述的技术包括：
(a)电泳粒子、流体和流体添加剂；参见例如美国专利第7,002,728；以及7,679,814号；
(b)胶囊、接合剂和封装过程；参见例如美国专利第6,922,276；以及7,411,719号；
(c)微细胞结构、壁材料和形成微细胞的方法；参见例如美国专利第7,072,095及9,279,906号；
(d)用于填充和密封微细胞的方法；参见例如美国专利第7,144,942和7,715,088号；
(e)含有电光材料的薄膜和子组件；参见例如美国专利第6,982,178和7,839,564号；
(f)用于显示器中的背板、粘附层和其他辅助层和方法；参见例如美国专利第7,116,318；以及7,535,624号；
(g)颜色形成和颜色调整；参见例如美国专利第7,075,502及7,839,564号；
(h)显示器的应用；参见例如美国专利第7,312,784和8,009,348号；
(i)非电泳显示器，如美国专利第6,241,921号和美国专利申请公开第2015/0277160号中所述；以及除显示器以外的封装和微细胞技术的应用；参见例如美国专利申请公开第2015/0005720及2016/0012710号；以及
用于驱动显示器的方法；参见例如美国专利第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；8,537,105；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；以及9,412,314号；以及美国专利申请公开第2003/0102858；2004/0246562；2005/0253777；2007/0070032；2007/0076289；2007/0091418；2007/0103427；2007/0176912；2007/0296452；2008/0024429；2008/0024482；2008/0136774；2008/0169821；2008/0218471；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；2016/0071465；2016/0078820；2016/0093253；2016/0140910；以及2016/0180777号。
很多前述专利和专利申请认可在封装电泳介质中围绕离散微胶囊的壁可以被连续相取代，因此生产所谓的聚合物分散型电泳显示器，其中，电泳介质包括电泳流体的多个离散液滴和聚合物材料的连续相，并且这种聚合物分散型电泳显示器内的电泳流体的离散液滴可以被视为胶囊或微胶囊，即使没有离散的胶囊膜与每个单独的液滴相关；参见例如前述美国专利申请公开第2002/0131147号。因此，为了本申请的目的，这种聚合物分散型电泳介质被视为封装电泳介质的子种类。
相关类型的电泳显示器是所谓的“微细胞电泳显示器”。在微细胞电泳显示器中，带电粒子和悬浮流体并未封装在微胶囊内，而是取而代之留存在形成于载体介质(例如，聚合物膜)中的多个腔室内。参见例如国际申请公开第WO 02/01281号和已公开的美国专利申请第2002/0075556号，两者均受让予Sipix Imaging公司。
很多前述E Ink和麻省理工学院的专利和专利申请也考虑微细胞电泳显示器和聚合物分散型电泳显示器。术语“封装电泳显示器”可以指称所有这种显示器类型，它们也可以整体地描述为“微腔电泳显示器”，以概括跨过壁的形态。
另一类型的电光显示器为电子湿润显示器，其由Philips开发且在Hayes R.A.等人的“Video-Speed Electronic Paper Based on Electrowetting”，Nature期刊425期，第383至385页(2003年)中描述。在2004年10月6日提交的未决申请第10/711,802号中显示，这种电子湿润显示器可以制造为双稳态。
也可以使用其他类型的电光材料。特别令人感兴趣的是，双稳态铁电液晶显示器(FLC)在该技术中是已知的且已经表现出残余电压行为。
尽管电泳介质可以是不透光的(例如，由于在很多电泳介质中，粒子实质上阻挡可见光透射穿过显示器)并且以反射模式来操作，但是一些电泳显示器可以制造为以所谓的“快门模式”来操作，其中，一个显示器状态实质上为不透光，而一个显示器则是可透光的。参见例如美国专利第6,130,774和6,172,798号以及美国专利第5,872,552、6,144,361、6,271,823、6,225,971和6,184,856号。类似于电泳显示器但依靠电场强度变化的介电泳显示器可以以相似的模式操作；参见美国专利第4,418,346号。其他类型的电光显示器也能够以快门模式操作。
高分辨率显示器可以包括单独的像素，其为可寻址的而不受相邻像素的干扰。获得这种像素的一种方法是提供非线性元件阵列，例如，晶体管或二极管，具有与每个像素相关联的至少一个非线性元件，以产生“有源矩阵”显示器。寻址一个像素的寻址电极或像素电极通过相关的非线性元件而连接到适当的电压源。当非线性元件是晶体管时，像素电极可连接到晶体管的漏极，并且在以下详细描述中将假设该布置，尽管其基本上是任意的，并且像素电极可以连接到晶体管的源极。在高分辨率的阵列中，像素可以以行和列的二维阵列来布置，使得任何特定的像素由一个特定行和一个特定列的交叉点唯一地定义。每列中的所有晶体管的源极可连接到单个列电极，而每行中的所有晶体管的栅极可连接到单个行电极；同样，如果需要，将源极分配给行以及将栅极分配给列可以颠倒。
可以以逐行的方式写入显示器。行电极连接到行驱动器，行驱动器可以将电压施加到所选择的行电极，以便确保所选择行中的所有晶体管是导电的，同时将电压施加到所有其他行，以便确保这些未选择行中的所有晶体管保持未导电。列电极连接到列驱动器，列驱动器在各种列电极上施加电压，该电压经选择以将所选择行中的像素驱动到其期望的光学状态。(前述电压是相对于共用前电极的，共用前电极可以设置在电光介质中与非线性阵列相对的一侧且延伸跨过整个显示器。如在该领域中已知的，电压是相对的并且是两个点之间的电荷差的测量。一个电压值是相对于另一个电压值的。例如，零电压(0V)是指相对于另一个电压没有电压差。)在被称为“行地址时间”的预选择间隔之后，所选择的行被取消选择，另一行被选择，并且列驱动器上的电压发生变化，使得显示器的下一行被写入。
然而，在使用中，某些波形可能会对电光显示器的像素产生残余电压，并且从上述讨论中可以明显看出，该残余电压产生一些不需要的光学效应且通常是不期望的。
如本文所呈现的，与寻址脉冲相关联的光学状态的“位移”是指下述状态，特定的寻址脉冲首先施加到电光显示器，导致第一光学状态(例如：第一灰阶)，并且相同的寻址脉冲随后施加到电光显示器，导致第二光学状态(例如：第二灰阶)。残余电压可能会发生光学状态的位移，因为在施加寻址脉冲期间施加到电光显示器的像素的电压包括残余电压以及寻址脉冲的电压的总和。
显示器的光学状态随着时间的“漂移”是指下述状态，当显示器处于休息时(例如，在未将寻址脉冲施加到显示器期间)，电光显示器的光学状态改变。残余电压可能会引起光学状态的漂移，因为像素的光学状态可能依据像素的残余电压而定，并且像素的残余电压可能随着时间衰减。
如上所述，“重影”是指下述状态，在电光显示器已经重写入之后，前一个(一些)图像的痕迹仍是可见的。残余电压可能会引起“边缘重影”，这种类型的重影为前一个图像的部分的轮廓(边缘)保持可见。
本文使用术语“光学反冲”来描述像素的光学状态的变化，该变化至少部分地响应于释放像素的残余电压而发生。
图1示出了根据本文呈现的主题的电光显示器的像素100的示意图。像素100可以包括成像膜110。在一些实施例中，成像膜110可以是双稳态的。在一些实施例中，成像膜110可以包括但不限于封装的电泳成像膜，其可以包括例如带电颜料粒子。
成像膜110可以设置在前电极102和后电极104之间。前电极102可以形成在成像膜与显示器的前面之间。在一些实施例中，前电极102可以是透明的。在一些实施例中，前电极102可以由任何适合的透明材料形成，包括但不局限于氧化铟锡(ITO)。后电极104可以形成为与前电极102相对。在一些实施例中，寄生电容(未示出)可以形成在前电极102与后电极104之间。
像素100可以是多个像素中的一个像素。多个像素可以以行和列的二维阵列的方式布置，以形成矩阵，使得任何特定的像素由一个特定行及一个特定列的交叉点唯一地定义。在一些实施例中，像素矩阵可以是“有源矩阵”，其中，每个像素与至少一个非线性电路元件120相关联。非线性电路元件120可以耦合在背板电极104与寻址电极108之间。在一些实施例中，非线性元件120可以包括二极管和/或晶体管，包括但不局限于MOSFET。MOSFET的漏极(或源极)可以耦合至背板电极104，MOSFET的源极(或漏极)可以耦合至寻址电极108，并且MOSFET的栅极106可以耦合至驱动器并且被配置为控制MOSFET的激活和去激活。(为简化起见，MOSFET中耦合至背板电极104的端子将被称为MOSFET的漏极，并且MOSFET中耦合至寻址电极108的端子将被称为MOSFET的源极。然而，本领域普通技术人员将意识到，在一些实施例中，MOSFET的源极和漏极可以互换。)
在有源矩阵的一些实施例中，每列中的所有像素的寻址电极108可以连接到相同的列电极，并且耦合到每行中的所有像素的所有晶体管的栅极106可以连接到相同的行电极。行电极可以连接到行驱动器，行驱动器可以通过将足以激活所选择行中的所有像素100的非线性元件120的电压施加到所选择的行电极来选择一行或多行像素。列电极可以连接到列驱动器，列驱动器可以在所选择的(激活的)像素的晶体管栅极106上施加适于将像素驱动到期望的光学状态的电压。施加到寻址电极108的电压可以相对于施加到像素的前板电极102的电压(例如，大约0伏特的电压)。在一些实施例中，有源矩阵中的所有像素的前板电极102可以耦合至共用电极。
在一些实施例中，有源矩阵的像素100可以以逐行的方式来写入。例如，可以通过行驱动器来选择一行像素，并且可以通过列驱动器将与该行像素的期望光学状态相对应的电压施加到像素。在被称为“行地址时间”的预选择间隔之后，可以取消选择所选择的行，而选择另一行，并且可以改变列驱动器上的电压，使得显示器的另一行被写入。
电光显示器可以接收来自外部电子产品(例如，显示控制器)的电力以及来自“电力管理”电路的供应电压。电力管理电路可以供应多个电压，包括供应给栅极线(本文也称为“选择线”)的“栅极启动电压”，以使得在所选择线上的晶体管成为导电的。电力管理电路可以是分离的组件或集成电路(例如：电力管理集成电路“PMIC”)。另外的电路可以包括下拉电阻和/或下拉电容。
电光显示器可以包括显示控制器电路，该显示控制器电路包括用于将足以改变邻近显示像素的电泳显示介质的光学状态的电压波形施加到显示像素的电力管理电路。本领域技术人员将理解的是，本发明的显示控制器电路可以以多种不同的物理形式来实现并且可以利用各种模拟和数字组件。例如，显示控制器电路可以包括与适当的外围组件结合使用的通用微处理器(例如，一个或多个数模转换器，“DAC”)，以将来自微处理器的数字输出转换为适当的电压，以施加到像素。或者，显示控制器电路可以在专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)中实现。本领域技术人员将理解的是，显示控制器电路可以包括处理组件和电力管理电路，例如，以上所述的PMIC。
在一些实施例中，显示控制器电路包括：时序控制器集成电路(IC)，其接受传入的图像数据，并且将控制信号输出到一系列数据及选择驱动器IC，以便在像素处产生适当的电压，从而显示期望的图像。在一些实施例中，与显示控制器电路通信的主机控制器请求对显示器的更新，并且将用于更新的图像数据供应给显示控制器电路。在一些实施例中，显示控制器电路通过访问含有图像数据的存储缓冲器来接受图像数据，或者接收从其提取图像数据的信号。在一些实施例中，存储缓冲器具有例如在上述引用的美国专利第9,721,495号描述的结构。在一些实施例中，显示控制器电路接收含有执行必要计算所需的信息的序列信号，以产生驱动冲激(例如，驱动波形)，从而在像素阵列扫描期间施加到电泳介质。
图2示出根据本文呈现的主题设置在前电极102与后电极104之间的电光成像层110的电路模型。电阻202和电容204可以表示电光成像层110、前电极102、以及后电极104(包括任何粘附层)的电阻和电容。电阻212和电容214可以表示层压粘附层的电阻和电容。电容216可以表示可以在前电极102与后电极104之间形成的电容，例如，层之间的界面接触区域，例如，成像层及层压粘附层之间的界面和/或层压粘附层与背板电极之间的界面。像素的成像膜110两端的电压Vi可以包括像素的残余电压。
在一些实施例中，残余电压的释放可以通过利用与每个显示像素相关联的晶体管的泄露导电效应来实现。例如，现在参考图3的曲线图300，晶体管漏电流在本文显示为漏极到源极电流或Ids随着晶体管栅极到源极上的偏压即Vgs变得越来越负而增加。实际上，随着Vgs变得越来越负，晶体管变为导电的，该导电可以用于从显示像素以及显示器排出残余电压。
在使用中，可以通过将任何适合的信号组施加到像素来启动和/或控制使用像素晶体管的泄露导电效应来释放像素的残余电压，包括但不局限于以下在图4和图5中更详细地说明的信号组。
图4示出根据本文公开的主题的用于利用n型场效晶体管和储存电容来驱动单个显示像素的驱动脉冲配置的一个实施例。图4的示例显示栅极电压402(例如，施加到像素晶体管的栅极的电压)、参考电压404(例如，0伏特)、施加到前电极102(图1)的共用电压406(通常称为VCOM)、源极电压408，以及电压Vi 410为电光层所经历的电压。
如图4所示，在寻址阶段420期间将一个或多个波形施加到显示像素，以将邻近显示像素的电泳显示介质驱动到期望的光学状态。在寻址阶段420之后，保持时段430持续一个或多个帧的持续时间。在保持时段430期间，经由源极电压408将实质相等的电压施加到共用电压406和显示像素电极，同时经由栅极电压402将栅极开启电压施加到n型晶体管的栅极电极。栅极开启电压是足以建立通过n型晶体管的导电路径的正电压。在一些实施例中，保持时段430为寻址阶段420的一部分。
在保持时段430之后，栅极电压402被设定为0伏特，将显示像素置于浮动驻留状态440。在一些实施例中，将显示像素置于浮动驻留状态440包括：经由栅极电压402将栅极关闭电压施加到n型晶体管的栅极电极。栅极关闭电压可以是负电压，其足够防止形成通过n型晶体管的漏极电极和n型晶体管的源极电极的导电路径。在一些实施例中，将显示像素置于浮动驻留状态440包括：中断共用电极与提供共用电压406的电压源之间的电连接。
在浮动驻留状态440之后，显示像素进入放电状态450。在放电状态450期间，可以经由栅极电压402将低栅极电压轨电压460(也称为VEEd460)施加到n型晶体管的栅极电极。电压VEEd 460的大小足以在n型晶体管内引起泄露导电路径，用于从电泳显示介质释放残余电压。在一些实施例中，低栅极电压轨电压具有比n型晶体管的栅极关闭电压更大的大小。在排出残余电压结束时，栅极电压402可以返回到0伏特。
替代地，现在参考图5，低栅极电压轨电压VEEd 560可以经由栅极电压502施加到n型晶体管的栅极电极，以在寻址阶段520结束时使显示像素直接地置于放电状态550，而没有任何介于其间的保持时段或浮动停留状态。
图6示出与如传统技术那样将栅极电压设定至+28伏特电平(VDDH＝+28V(610))相比较，利用不同电平的VEEd(VEEd＝-10V(620)、VEEd＝-20V(630)、VEEd＝-25V(640)、VEEd＝-28V(650))的残余电压放电效能。如图所示，与使用正栅极电压相比，使用泄露导电效应可实现相当程度的放电。另外，利用该泄露导电量，显示器仍可以用于正常或标准更新操作。
此外，使用图4和图5中示出的驱动序列，不再需要用于给像素晶体管提供高栅极电压以减轻晶体管性能不稳定性的专用电路，并且由于使用正栅极电压来排出残余电压，不再与传统技术一样对晶体管引入另外的正应力偏压。
因此，本文公开的技术提供比传统技术更简单的释放残余电压的方法。此外，由于本文描述的技术在与寻址阶段分开的时段期间释放残余电压，所以可以使用持续时间通常比DC平衡波形持续时间短的DC不平衡波形来驱动显示像素。这通过减少显示器的整体更新时间来增强用户体验。
对于本领域的技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明范围的情况下，可以对上述本发明的具体实施例进行多种改变和修改。因此，整个前述描述应解释为说明性的而非限制性的。

Claims (26)

1.一种电光显示器，包括：
电泳显示介质，所述电泳显示介质电耦合在共用电极与和显示像素相关联的显示像素电极之间；
显示控制器电路，所述显示控制器电路与所述共用电极以及和所述显示像素电极相关联的n型晶体管电通信，所述显示控制器电路能够通过将一个或多个时间相关的电压施加在所述共用电极与所述显示像素电极之间，将波形施加到所述显示像素，其中，所述一个或多个时间相关的电压经由所述n型晶体管施加到所述显示像素电极，所述显示控制器电路被配置为：
将一个或多个波形施加到所述显示像素，以将邻近所述显示像素的所述电泳显示介质驱动到第一光学状态；
将所述显示像素保持在所述第一光学状态中达保持时段；
使所述显示像素置于浮动状态；
将实质0伏特施加到所述共用电极和所述显示像素电极；以及
将低栅极电压轨电压施加到所述n型晶体管的栅极电极，其中，所述低栅极电压轨电压为负电压，所述负电压的大小足够在所述n型晶体管内引起泄露导电路径，以从所述电泳显示介质释放残余电压，并且其中，所述低栅极电压轨电压具有比所述n型晶体管的栅极关闭电压更大的大小。
2.根据权利要求1所述的电光显示器，还包括显示像素有源矩阵，其中，所述显示像素为所述显示像素有源矩阵的所述显示像素中的一个显示像素。
3.根据权利要求2所述的电光显示器，其中，所述一个或多个波形均包括一个或多个帧。
4.根据权利要求3所述的电光显示器，其中，所述保持时段包括一个或多个帧。
5.根据权利要求1所述的电光显示器，其中，所述泄露导电路径形成在所述n型晶体管的漏极电极与所述n型晶体管的源极电极之间。
6.根据权利要求1所述的电光显示器，其中，使第一显示像素置于浮动状态包括：将栅极关闭电压施加到所述n型晶体管的栅极电极，其中，所述栅极关闭电压为负电压，所述负电压足够防止形成通过所述n型晶体管的漏极电极和所述n型晶体管的源极电极的导电路径。
7.根据权利要求1所述的电光显示器，其中，使所述第一显示像素置于浮动状态包括中断所述共用电极与电压源之间的电连接。
8.根据权利要求1所述的电光显示器，其中，将所述显示像素保持在所述第一光学状态中达所述保持时段包括：
将实质相等的电压施加到所述共用电极和所述显示像素电极；以及
将栅极开启电压施加到所述n型晶体管的栅极电极，其中，所述栅极开启电压为正电压，所述正电压足够建立通过所述n型晶体管的导电路径。
9.一种用于驱动电光显示器的方法，所述电光显示器包括电泳显示介质，所述电泳显示介质电耦合在共用电极与显示像素之间，所述显示像素与显示像素电极和n型晶体管相关联，所述n型晶体管电耦合到显示控制器电路，所述显示控制器电路能够通过经由所述n型晶体管将一个或多个时间相关的电压施加在所述共用电极和所述显示像素电极之间，将波形施加到所述显示像素，其中，所述一个或多个时间相关的电压施加到所述显示像素电极，所述方法依次包括以下步骤：
将一个或多个波形施加到所述显示像素，以将邻近所述显示像素的所述电泳显示介质驱动到第一光学状态；
将所述显示像素保持在所述第一光学状态中达保持时段；
使所述显示像素置于浮动状态；
将实质0伏特施加到所述共用电极和所述显示像素电极；以及
将低栅极电压轨电压施加到所述n型晶体管的栅极电极，其中，所述低栅极电压轨电压为负电压，所述负电压的大小足够在所述n型晶体管内引起泄露导电路径，以从所述电泳显示介质释放残余电压，并且其中，所述低栅极电压轨电压具有比所述n型晶体管的栅极关闭电压更大的大小。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括显示像素有源矩阵，其中，所述显示像素为所述显示像素有源矩阵的所述显示像素中的一个显示像素。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述一个或多个波形均包括一个或多个帧。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述保持时段包括一个或多个帧。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述泄露导电路径形成在所述n型晶体管的漏极电极与所述n型晶体管的源极电极之间。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，使第一显示像素置于浮动状态包括：将栅极关闭电压施加到所述n型晶体管的栅极电极，其中，所述栅极关闭电压为负电压，所述负电压足够防止形成通过所述n型晶体管的漏极电极和所述n型晶体管的源极电极的导电路径。
15.根据权利要求9所述的方法，其中，使所述第一显示像素置于浮动状态包括中断所述共用电极与电压源之间的电连接。
16.根据权利要求9所述的方法，其中，将所述显示像素保持在所述第一光学状态中达所述保持时段包括：
将实质相等的电压施加到所述共用电极和所述显示像素电极；以及
将栅极开启电压施加到所述n型晶体管的栅极电极，其中，所述栅极开启电压为正电压，所述正电压足够建立通过所述n型晶体管的导电路径。
17.一种电光显示器，包括：
电泳显示介质，所述电泳显示介质电耦合在共用电极与和显示像素相关联的显示像素电极之间；
显示控制器电路，所述显示控制器电路与所述共用电极以及和与所述显示像素电极相关联的n型晶体管电通信，所述显示控制器电路能够通过经由所述n型晶体管将一个或多个时间相关的电压施加在所述共用电极与所述显示像素电极之间，将波形施加到所述显示像素，其中，所述一个或多个时间相关的电压施加到所述显示像素电极，所述显示控制器电路被配置为：
将一个或多个波形施加到所述显示像素，以将邻近所述显示像素的所述电泳显示介质驱动到第一光学状态；
将实质0伏特施加到所述共用电极和所述显示像素电极；以及
将低栅极电压轨电压施加到所述n型晶体管的栅极电极，其中，所述低栅极电压轨电压为负电压，所述负电压的大小足够在所述n型晶体管内引起泄露导电路径，以从所述电泳显示介质释放残余电压，并且其中，所述低栅极电压轨电压具有比所述n型晶体管的栅极关闭电压更大的大小。
18.根据权利要求17所述的电光显示器，还包括显示像素有源矩阵，其中，所述显示像素为所述显示像素有源矩阵的所述显示像素中的一个显示像素。
19.根据权利要求18所述的电光显示器，其中，所述一个或多个波形均包括一个或多个帧。
20.根据权利要求19所述的电光显示器，其中，所述保持时段包括一个或多个帧。
21.根据权利要求17所述的电光显示器，其中，所述泄露导电路径形成在所述n型晶体管的漏极电极与所述n型晶体管的源极电极之间。
22.一种用于驱动电光显示器的方法，所述电光显示器包括电泳显示介质，所述电泳显示介质电耦合在共用电极与显示像素之间，所述显示像素与显示像素电极和n型晶体管相关联，所述n型晶体管电耦合到显示控制器电路，所述显示控制器电路能够通过经由所述n型晶体管将一个或多个时间相关的电压施加在所述共用电极和所述显示像素电极之间，将波形施加到所述显示像素，其中，所述一个或多个时间相关的电压施加到所述显示像素电极，所述方法依次包括以下步骤：
将一个或多个波形施加到所述显示像素，以将邻近所述显示像素的所述电泳显示介质驱动到第一光学状态；
将实质0伏特施加到所述共用电极和所述显示像素电极；以及
将低栅极电压轨电压施加到所述n型晶体管的栅极电极，其中，所述低栅极电压轨电压为负电压，所述负电压的大小足够在所述n型晶体管内引起泄露导电路径，以从所述电泳显示介质释放残余电压，并且其中，所述低栅极电压轨电压具有比所述n型晶体管的栅极关闭电压更大的大小。
23.根据权利要求22所述的方法，还包括显示像素有源矩阵，其中，所述显示像素为所述显示像素有源矩阵的所述显示像素中的一个显示像素。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述一个或多个波形均包括一个或多个帧。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述保持时段包括一个或多个帧。
26.根据权利要求22所述的方法，其中，所述泄露导电路径形成在所述n型晶体管的漏极电极与所述n型晶体管的源极电极之间。
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