CN1653383A - 电泳显示装置 - Google Patents
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Abstract
一种电泳显示装置(1)，包括具有电泳介质的至少一个像素(10)，和至少两个电极(6，7)，以及驱动装置(4)，通过驱动装置(4)使像素处于不同光学状态，驱动装置包括用于在电极之间施加电压差的施加装置。通过向单元提供稳定的低压设定单元的灰度级。在优选实施例中可使用脉冲电压使灰度级接近所期望的值。
Description
技术领域
本发明涉及一种电泳显示装置，该电泳显示装置包括具有电泳介质的至少一个像素，和至少两个电极，以及驱动装置，通过驱动装置可使像素处于不同光学状态，驱动装置包括有在电极之间施加电压差的施加装置(applicator means)。在本申请中提到一个电极(或开关电极)之处，如果需要的话可分成由外部或通过开关元件供给一个相同电压的多个子电极。
背景技术
电泳显示装置基于带电的通常是着色粒子在电场的影响下在具有不同透射率或反射率的两个极端状态之间的运动。采用这些显示装置，可在亮(有色)背景上成像暗(有色)字符，反之亦然。
电泳显示装置特别应用于取代纸张功能的显示装置中，通常称作“白纸(paper white)”装置(电子报纸，电子杂志)。
在已知的电泳显示装置中，电泳介质设置在两个开关电极之间，为开关电极提供驱动电压。从而使像素处于特定光学状态。其中一个开关电极为，例如处于显示元件上侧上的两个相互连接的窄导电条。当该开关电极上相对于覆盖显示元件整个底面的底部电极为正电压时，带电粒子(本例中带负电)向两个相交窄导电条限定的电势平面运动。带(负)电粒子扩散到显示元件(像素)的前表面上，然后呈现出带电粒子的颜色。当该开关电极相对底部电极为负电压时，带(负)电粒子扩散到底面上，该显示元件(像素)呈现出液体的颜色。或者，电泳介质可包含处于透明液体中带有不同电荷的不同颜色粒子。在此情形中，由从观察表面上可以看到的有色粒子的比例决定像素颜色。
还可以显示中间光学状态(称作灰度值)。为此向单元施加电压脉冲，其中电压脉冲的时间长度决定灰度级。
已知有不同种类的电泳显示器，最著名的是带电粒子垂直运动(与像素元件的平面横切，并由两个连续电极驱动)和带电粒子水平运动(平面内)的类型。
尽管这些显示器一般能适当地起作用，不过难以在所显示的图像中获得可靠的灰度级，而该特征是电泳显示器最重要的特征。在本发明范围内，‘灰度级’应当理解为单元可获得的极值之间的亮度或颜色值。在可在白与黑之间切换的单元中，灰度级代表灰色深浅度或灰度，不过如果单元在两种其他颜色之间切换(例如一种为液体的颜色，另一种为带电粒子的颜色)，则灰度级代表这些极值之间的颜色再现(colorrendition)。
发明内容
本发明的目的在于提高显示器的灰度级显示质量。在根据本发明的电泳显示装置中，将施加装置设置成通过向单元提供稳定的低电压而设定单元的灰度级。
本发明范围内低压表示低于常规显示器中所用的复位电压或者随时间变化的设定电压(通常高于10伏)。
本发明基于这样的认识，即，在电泳显示器中，当施加稳定的低压时，单元内的系统即液体与带电粒子的混合物，倾向于平衡的灰度级，之后即使延长驱动电压施加时间，也保持恒定。该电压通常低于5伏。在本发明范围内，低压表示比通常用于设定(使用随时间变化的脉冲电压)灰度级的电压更低的电压。
本发明基于这样的理解，即对于随时间变化的灰度级设定脉冲电压，尽管其确实设定某一灰度级，不过所设定灰度级与实际灰度级之间的关系取决于许多因素，有可能实际灰度级与想要的灰度级之间存在较大偏差。虽然已知方法确实能产生灰度级，不过其缺点在于取决于脉冲的时间和脉冲的高度来实现该灰度级。如果带电粒子的运动发生任何改变，例如由于温度改变导致液体和/或粒子的粘性或介电常数改变，或者由于温度改变导致脉冲高度或脉冲长度改变，或者复位脉冲不完整，则实际灰度级将与所想要的灰度级不同，即发生错误。
使用处于平衡状态的灰度级，即如本发明中那样通过施加低稳定电压，能消除或者至少减小这些依赖性，从而获得更可靠的灰度级。如果存在任何温度依赖性的话，那么这种依赖性也将比较小，这是由于液体内粒子的流变性质微不足道的原因，从而例如通过提供具有温度传感器，包括温度、设定电压和灰度级之间关系的查寻表，以及根据测得的温度和查寻表数据调节平衡态低电压的调节器，非常易于校正任何依赖性。
在优选实施例中，在通过向单元提供稳定低压从而设定该单元的灰度级之前，将施加装置设置成施加脉冲电压，将灰度级从在前的灰度级改变到接近于平衡灰度级的灰度级。
由于所施加的低电压，新图像通常花费相当长的时间显示出来(数秒到数分钟)。此外，图像呈现一种不连接的方式(disjointed mnner)，首先显示出在较高电压时获得的灰度级。例如，如果显示器首先复位到黑状态，新图像中最白的像素迅速显示出来，而较暗灰度级将花费更长时间显现出来。为了减小或消除上述缺点，电泳装置的驱动优选具有过驱动(overdrive)功能，即装置、程序或系统施加最初使灰度级接近想要的灰度级的脉冲电压。重要的是，应注意不使用该脉冲设定灰度级，由低压进行实际设定，初始脉冲使灰度级接近想要的平衡灰度级。使用这种初始脉冲，在已经复位到所设定的黑色或白色状态的显示器中，可通过用更高电压过驱动该显示器较短时间(通常＜1秒)而加速到最终平衡类似(analogue)灰度级的转变。初始脉冲本身取决于所想要的灰度级，以及在某些场合取决于初始或在前灰度级。下面将对其进行进一步解释。
附图说明
从下面所述的实施例显然可以得出本发明的这些和其他方面，并将参照下面所述的实施例进行说明。
在附图中：
图1示意地表示显示装置，
图2表示实现不同灰度值(中间光学状态)的电泳显示器的一个像素，
图3表示在长时间施加小电压之后单元的一部分的微观视图，
图4表示在本发明两个实施例中，灰度级对所施加电压的依赖性，
图5用图表形式表示通过施加稳定的低压，从亮状态开始获得的灰度级，
图6用图表形式表示通过施加稳定的低压，从黑色状态开始获得的灰度级，
图7用图表形式表示通过在短时间施加高电压脉冲之后施加稳定的低压，从亮和黑状态开始获得的灰度级，
图8表示用于从亮或黑状态获得灰度级的优选方法。
附图是示意性的，没有依照比例绘出；通常用相同附图标记表示相应部件。
具体实施方式
图1表示可应用本发明的显示装置1的一部分的等效电路。其包括处于行或选择电极7与列或数据电极6相交区域处的像素10的矩阵。通过行驱动器4连续选择行电极1到m，通过数据寄存器5为列电极1到n提供数据。为此，如果需要的话首先在处理器3中对输入数据2进行处理。通过驱动线8，在行驱动器4与数据寄存器5之间产生互同步。
来自行驱动器4和数据寄存器5的驱动信号选择像素10(称作无源驱动)。在已知装置中，列电极6获取关于行电极7的这一电压，交点区域的像素显示为两种极端状态中的一种(例如黑色或彩色，取决于液体和电泳粒子的颜色)。
如果需要，来自行驱动器4的驱动信号通过栅极与行电极7电连接且源极21与列电极6电连接的薄膜晶体管(TFT)9选择图像电极(称作有源驱动)。列电极6处的信号经由TFT传输给像素10的图像电极，而该图像电极与TFT的漏极连接。像素10的另一图像电极例如通过一个(或多个)公共反电极接地。在图1的例子中，仅示意地表示出对于一个像素10的这种TFT9。
在根据本发明的显示装置中，还为每个像素设置另一电极以及用于向该另一电极输送电压的驱动装置。图2中表示出这种情形，其中表示出设有第三电极6’的这种像素的剖面。驱动装置包括，例如，数据寄存器5(可能是驱动器的一部分)，和额外的列电极6’(以及在有源驱动时额外的TFT)。
像素10(图2)包括设有开关电极7的由例如玻璃或合成材料制成的第一基板11和设有开关电极6的第二透明基板12。用电泳介质填充像素，例如在本例中电泳介质包含带正电黑色粒子14的白色悬浮液13。像素还设有第三电极6’(如上所述，如果需要的话，具有图2中未示出的驱动装置)，以便通过第三电极上的电压实现中间光学状态。
例如，在图2A中，开关电极7接地，电极6、6’均连接电压+V。黑色粒子14(在本例中带有正电)朝向处于最低电势的电极运动，在此情形中最低电势的电极为电极7。从观察方向15观察时，此时像素具有液体13的颜色(在此情形中为白色)。在图2B中，开关电极7接地，电极6、6’均连接电压-V。带正电的黑色粒子14朝向最低电势运动，在此情形中朝向由电极6，6’定义的平行于基板12并且刚好靠近基板12旁边的电势平面运动。从观察方向15观看时，此时像素具有黑色粒子14的颜色。
如图2C中所示，开关电极7接地。电极6再连接电压-V。不过，与电极7相同，此时第三电极6’接地。带正电的黑色粒子14朝向最低电势运动，在此情形中朝向电极6周围的区域运动。如图2D中所示，当第三电极6’连接电压+V时，这种情形更加强烈。从观察方向15观看时，此时像素仅部分地具有黑色粒子14的颜色，部分具有白色液体的颜色。从而获得灰色调(在图2C的情形中为暗灰色，在图2D的情形中为亮灰色)。上述实施例用于说明电泳装置。存在几种不同类型的电泳装置，其中带电粒子上下运动(即与显示器的平面横切)或横向运动(即显示装置平面的横向)。在这些进一步的实施方式中，仅需要2个电极(6，7)操纵像素。
电泳介质可以呈现多种形态。根据本发明的显示装置包括电泳介质处于两基板之间的实施方式，其中每个基板设有开关电极，同时至少一个基板设有另一电极，如图2A至2C中所示。带电粒子可以处于两基板之间的液体中，不过电泳介质也可以处于微胶囊中。在上述第一种情形中，可通过隔板相互分隔像素。
在实施例中，电泳介质处于两基板之间，每个基板设有一电极。带电粒子可处于两基板之间的液体中，不过电泳介质也可以处于微胶囊中。在上述第一种情形中，可通过隔板相互分隔像素。
在常规电泳显示装置中为了获得灰度级，使用定时脉冲电压。为此，电压脉冲施加给单元，其中电压脉冲的时间长度决定灰度级。基本上，在短时间周期内将极高电压施加到单元上，将该时间周期分割成长度为最小时间周期tmin的1、2、4、8、16倍等的时间段(或者其他组合)。通过在若干这种时隙上施加高脉冲电压，设定灰度级(例如1+4+8，产生灰度级13)。这种驱动机制与OLED和PDP中使用的驱动机制类似。尽管在大多数装置中这种机制可相当好地起作用，不过本发明人意识到，在电泳装置中，该机制遇到某些电泳装置所特有的问题。所设定的灰度级与实际灰度级之间的关系取决于许多因素，有可能实际灰度级与想要的灰度级之间存在较大偏差。虽然已知方法确实能产生灰度级，不过其缺点在于取决于脉冲时间和高度来实现该灰度级。如果带电粒子的运动发生任何改变，特别是例如由于温度改变导致液体和/或粒子的粘性或介电常数改变，或者由于温度改变导致老化效应或者脉冲高度或脉冲长度改变，或者复位脉冲不完整，则实际灰度级将与所想要的灰度级不同，即发生错误。
本发明人意识到，当施加比通常设定灰度级所施加(利用高脉冲电压)的电压更低的电压时，单元内的系统朝向平衡灰度级运动，之后即使延长所述电压的施加时间，也保持恒定。图3中对此进行了说明，表示在长时间施加下面各子图中给出的电压后，单元的一部分的微观视图。灰度级基本上与复位脉冲长度、寻址脉冲长度或者诸如液体的粘性之类的性能无关。通过这种方法，产生不依赖于驱动时间的类似灰度级，从而对于温度所致的粘度改变或复位脉冲不完整所致的温度的依赖性大大降低。
使用处于平衡状态的灰度级，即如同本发明中那样通过施加低稳态电压而设定的灰度级，消除或者至少减少这些依赖性，从而获得更可靠的灰度级。如果存在任何温度依赖性的话，那么这种依赖性也将非常小，这是因为流体内粒子的流变性质微不足道的原因，从而，从而例如通过提供具有温度传感器，包括温度、设定电压和灰度级之间关系的查寻表，以及根据测得的温度和查寻表数据调节平衡态低电压的调节器，非常易于校正任何依赖性。
在优选实施例中，在通过向单元提供稳定低压从而设定该单元的灰度级之前，施加装置施加脉冲电压，将灰度级从在前(prior)的灰度级改变到接近于平衡灰度级的灰度级。
由于所施加的低电压，新图像通常花费相当长的时间显示出来(数秒到数分钟)。此外，图像呈现一种不连接的方式，首先显示出在较高电压时获得的灰度级。例如，如果显示器首先复位原到黑状态，新图像中最白的像素迅速显示出来，而较暗灰度级将花费更长时间显现出来。为了减小或消除上述缺点，电泳装置的驱动优选具有过驱动功能，即装置、程序或系统施加最初使灰度级接近想要的灰度级的脉冲电压。重要的是，不使用该脉冲设定灰度级，由低压进行实际设定，初始脉冲使灰度级接近想要的平衡灰度级。使用这种初始脉冲，在已经复位到所设定的黑色或白色状态的显示器中，可通过用更高电压过驱动该显示器较短时间(通常＜1秒)而加速到最终平衡类似灰度级的转变。
图4中表示出这种方法，表示电压的两种施加方法，一种施加方法为施加稳定的低压(虚线、上图)，另一种施加方法为施加高压将单元驱动到接近平衡灰度级的高压，之后施加稳定的低压(实线、下图)。
图5表示通过从墨水复位(ink reset)开始到最大亮度(反射率＝1)并通过从上到下长时间周期(200秒)地施加如下的小的正DC电压来产生的一系列灰度级：0.75伏，1.5伏，2.25伏，3伏，3.75伏和4.5伏，。在所有情形中，都达到平衡灰度级。随着所施加的正电压增大，平衡亮度下降(变暗)，而达到平衡灰度级的时间增加。图6表示一个类似的试验，从黑色复位墨水(反射率＝0)开始，并使用从下向上分别为-1.5伏，-2.25伏，-3伏和-4.5伏的负DC电压。不过在所有情形中，尽管达到了平衡灰度级，不过达到该值花费相当长的时间。为此，在优选实施例中，与在前过驱动脉冲结合，施加稳定的低压。
在这些实施例中，施加短驱动脉冲(“过驱动”脉冲)，使单元接近于其想要的灰度值，然后使用DC电压实现所定义的最终数值。通过这种方法，用户取得快速开关的印象，同时DC电压应当确保达到正确的灰度级(不过是在数秒之后)。图7中表示出这样一个例子，其中试图产生0.45的灰度级。从图6可以看出，从黑色(反射率＝0)开始，通过施加-2.25V，在大约100秒后可获得该平衡灰度级从白色开始时，实现该灰度级所花费的时间相当。在图7中，也是从黑色开始，首先施加160毫秒的-15V过驱动电压(使亮度为0.3)，并使用相同DC电压(-2.25V)在大约7秒后达到相同的平衡灰度级。
在同一幅附图中，还论证了当从完全不同的初始状态即白状态开始时这一性质成立。在仅沿一个方向施加DC电压(在本例中为负)的实施例中，将墨水驱动到比最终亮度更暗的状态，然后通过施加负电压再次向平衡状态运动。在此情形中，使用480毫秒持续时间的105V脉冲(使亮度为0.1)，并使用相同DC电压(-2.25V)在大约7秒之后达到相同平衡灰度级。选择脉冲的长度和强度，使灰度级下降到所期望的灰度级以下，之后施加相同的负DC电压将灰度级增大到所期望的值。从而将达到平衡所需的时间减小到大约14分之一。在这些试验中，表明首先施加过驱动脉冲使单元接近所期望的灰度级(大约0.15以内)，高于或低于所期望的灰度级，之后施加稳定的正(right signature)DC电压，可从白色或黑色灰度级开始在10秒钟之内达到所期望的灰度级。另一方面，优选脉冲最好使灰度级与所期望的灰度级的接近程度不超出0.02。如果过驱动脉冲太弱(短持续时间)，则单元相当远地远离所期望的灰度级，在10秒期间内不会完全达到最终灰度级(不过当然与不使用过驱动脉冲时相比更接近于平衡灰度级)。当然，如果过驱动脉冲太强(导致亮度太低)，则正电压不能使亮度再次恢复(实际上，导致朝向更低亮度发生非常小的漂移)。如果脉冲使灰度级太接近于所想要的灰度级，则在脉冲之后该灰度在所期望的灰度级的“错误侧(at the wrong side)”，并且施加DC稳定低压，使灰度级与所想要的灰度级发生微小偏离。
在第二组测量中，用80毫秒的15V脉冲将单元驱动到中间灰度级(0.66)。从该初始灰度级开始施加过驱动和DC。在另一个80毫秒的过驱动脉冲和2.25V DC之后，实际上达到与单个160毫秒过驱动脉冲和2.25V DC时相同的最终亮度(0.45)(为2.25V时的平衡灰度级)。这对于其他驱动条件同样成立。这表明，初始灰度级并非决定最终灰度级，而是所施加的负电压决定最终灰度级。
最后，我们尝试着从黑色开始，并用相同的正DC值达到平衡。这并非总能获得成功。例如，如果尝试着从黑色(0)切换到暗灰色(0.3)时，仅在如果过驱动脉冲使样品变得比50％白色更亮(假定0.66)时，发现正确的平衡亮度。如果过驱动脉冲比这种情形小，则最终灰度级太暗。我们的解释是，在此情形中，过驱动脉冲不足以将粒子混合(从而，足够多的粒子彼此受到静电吸引)，并且DC决定灰度级的概念+过驱动机制不再适用。图8中示意地表示出这种情形。从黑色状态开始，通过施加小的负电压(图6)可或多或少地直接到达暗灰色状态(0.3)，这需要花费一些时间，或者施加脉冲电压使灰度级低于想要的灰度级，然后施加相同的小的负电压(图7)，或者施加大脉冲，使灰度级超过50％白色(＞0.5)，然后施加小的正电压。如果尝试着通过施加脉冲，使灰度级为0.35-0.45，然后施加小的正电压，使灰度级为0.3，那么所产生的灰度级实际上低于0.3，即太暗。从而优选脉冲电压使灰度级变成超出(从在前灰度级看)平衡灰度级，并且在前和经过改变的灰度级处于50％灰度级标记的两侧。例如，从黑状态开始，上面给出了说明。图7中给出了另一个图形形式的例子，从白(1)状态开始。从白(1)状态开始，脉冲驱动下使反射率为0.1(即，非常暗的灰色，并且从在前灰度级(即起始灰度级)看，超出平衡灰度级(即施加低稳定电压要达到的最终灰度级)。改变值(0.1)和在前值(1)处于0.5线的相反侧。
在实施例中，电泳介质处于两基板之间，一个基板包括开关电极和另一电极，特别是当利用横向效应时，如“Development of InPlane EPD”(SID 2000 Digest，pp.24-27)中所述。
在实施例中，开关电极可以是梳形和交叉指型的，(绝缘的)另一电极的一部分处于两开关电极的梳齿之间。或者，电泳介质可以处于棱镜结构中，如“New Reflective Display Based on Total InternalReflection in Prismatic Microstructures”(Proc.20th IDRCconference，pp.311-314(2000))中所述。
本发明的保护范围不受所述实施例的限制。
本发明在于每一个新颖特征以及特征的每种组合中。权利要求中的附图标记不限制其保护范围。使用动词“包括”及其变形，不排除存在除权利要求中所述及以外的元件或步骤。元件前面的冠词“一个”不排除存在多个这种元件。
在本发明范围内，‘用于施加…的装置’应当理解为包括任何硬件部分(如施加装置)，按照规定设计的任何施加电压的电路或子电路，以及任何设计或编程用于按照规定施加电压的软件部分(计算机程序或子程序或计算机程序组)，以及起这种作用的硬件和软件部分的任何组合，不限于上面(下面)给出的实施例。简而言之，本发明可以如下权利要求描述。
Claims (4)
1、一种电泳显示装置(1)，包括具有电泳介质的至少一个像素(10)，和至少两个电极(6，7)，以及驱动装置(4)，通过驱动装置(4)可使像素处于不同光学状态，驱动装置包括用于在电极间施加电压差的施加装置，其特征在于将该施加装置设置成通过向单元提供稳定的低压来设定该单元的灰度级。
2、如权利要求1所述的电泳显示装置(1)，其特征在于将该施加装置设置成在通过向单元提供稳定的低压以设定单元的灰度级之前，该施加装置用于施加脉冲电压，将灰度级从在前灰度级改变到相当接近于平衡灰度级的改变后的灰度级。
3、如权利要求2所述的电泳显示装置(1)，其特征在于所述脉冲电压使灰度级成为在前灰度级与平衡灰度级中间的一个改变后的灰度级。
4、如权利要求2所述的电泳显示装置，其特征在于所述脉冲电压将灰度级改变到超出(从在前值看)平衡灰度级，并且在前灰度级和改变后的灰度级处于50％灰度级标记的两侧。
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