CN1892777B - 电光装置 - Google Patents

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Abstract

一种电光装置,包括:电光器件,所述电光器件采取第一显示状态或第二显示状态;以及驱动级,提供第一和第二电极驱动信号以驱动器件的第一和第二电极。处于初始清除操作的驱动级向电极输出电压,使器件处于与器件的第二着色相对应的第二显示状态。随后,驱动级将电压施加到电极,因此器件采取第一显示状态或第二显示状态。这是器件的写阶段。在任意状态中,器件被设置成其电极不会承受高于安全操作电压的电压。优选地,所述器件是电泳器件,在电泳器件的两个显示状态之一中,向电极之一提供高于其它电极上的电压的电压,而在两个显示状态的另一个显示状态中,向一个电极提供低于其它电极上电压的电压。

Description

电光装置
技术领域
本发明涉及一种电光装置以及一种包括电泳器件(electrophoretic device)的电光装置。本发明的第二方面还涉及一种驱动电光器件,尤其是电泳器件,的方法。
背景技术
电泳效应在科学家和工程人员中是公知的,其中分散在流体或液体介质中的带电微粒在电场的影响下移动。作为一种电泳效应的应用示例,工程人员试图通过使用分散并包含在设置于一对电极之间的染料溶液中带电颜料微粒来实现显示,例如,日本专利No.900963公开了这种技术。在电场的影响下,带电颜料微粒附于一个电极,因此可以显示希望的图像。将其中分散有带电颜料微粒的染料溶液称为电泳墨水,将使用电泳墨水的显示器称作电泳显示器(缩写为“EPD”)。
例如,每一个带电颜料微粒均具有与诸如TiO2之类的金红石相对应的核。由例如聚乙烯构成的涂敷层来覆盖该核。作为溶剂,例如可以使用溶解了四氯乙烯、异链烷烃和蒽醌染料的溶液。带电颜料微粒和溶剂分别具有不同的颜色。例如,带电颜料微粒是白色,而溶剂是蓝色、红色、绿色或黑色。形成至少一个电极,作为透明电极。
从外部将电场施加到电泳墨水,如果颜料微粒带负电荷,则沿与电场的方向相反的方向移动。因此,显示器产生了可视表示,由此通过电泳墨水观察到的显示器的一个表面上看上去具有溶剂的颜色或带电颜料微粒的颜色。通过控制每一个像素中带电颜料微粒的移动,可以在显示器的显示表面上表示可视信息。
溶剂和带电颜料微粒具有近似相同的特定重量。因此,即使电场消失,带电颜料微粒也能够在相对较长的时间(例如,可以是从几分钟到二十分钟的范围内,或更长)内,保持通过施加电场来固定的位置不变。由于电泳墨水的带电颜料微粒的上述属性,可以预见电泳显示器较低的功率消耗。此外,由于较高的对比度和非常大的视角(达到近似±90度),电泳显示器非常有利。一般来说,不可避免地需要人类观察者直接观看电泳显示器中颜料的颜色和/或染料的颜色。然而透射类型的液晶显示器需要人类观察者从背光的荧光管观看光,电泳显示器能够可视地产生对于人眼非常柔和的精细颜色和阴影。此外,电泳墨水与液晶相比较为廉价。此外,电泳显示器无需背光。因此,可以预见能够以相对较低的成本来制造电泳显示器。
尽管具有上述优点,由于带电颜料微粒的内聚导致操作的低可靠性,实际中制造商还不能生产用于实用的电泳显示器。然而,近来技术的进步显示出,通过使用填充有电泳墨水的微囊可以改进可靠性。因此,电泳显示器近年来迅速发展为关注的焦点。
已经撰写了各种论文和专著来详细描述使用封装在微囊中的电泳墨水的显示器示例。其中两个这种论文首先是P.Drzaic等的、题目是″44.3L:A Printed and Rollable Bistable Electronic Display″的论文,SID 98 DIGEST 1131,以及其次是H.Kawai等的、题目是″53.3:Microencapsulated Electrophoretic Rewritable Sheet″的论文,SID 99DIGEST 1102。
前述第一论文描述了如何将四种类型的层顺序地印刷在聚酯膜上,即,透明导电板、封装电泳墨水层、银或石墨的图样导电层以及绝缘膜层。简而言之,第一论文提出了一种“柔性”显示器,其中在绝缘膜上开一个孔(或多个孔),以便能够指定图样导电层的一个地址(或多个地址)并且能够设置一个引线(或多个引线)。第二论文提出了一种基于使用微封装电泳墨水的电泳进行操作的可重写片,还提出了一种将信息写到片上的方法。此外,可以提出一种显示器,其中利用电泳墨水涂敷诸如低温工艺处理多晶硅薄膜晶体管(TFT)之类的有源矩阵型单元阵列的表面。因此,可以提供一种优点在于减小电消耗的“视觉上精细和柔和”的显示器。
以本申请人作为受让人的美国专利申请2002/003372描述了一种相对于每一个像素的电泳显示器选择部分的结构。这里再现为图1的该结构的特征在于两个基板111和112,通过接合将其固定并彼此相对设置。在基板112的下方形成公共电极113,其下形成了像素电极114。在公共电极113和像素电极114之间形成包含电泳墨水的多个囊的电泳墨水层115。像素电极114与薄膜晶体管(TFT)116的漏极117串联。TFT 116用作开关。由透明电极构成公共电极113和像素电极114的至少其中之一,所述透明电极与要被人或人类操作员可视观察的显示表面相对应。
TFT 116包含在嵌入绝缘膜118上形成的源极层119、沟道120、漏极层121和栅极绝缘膜122。此外,还包含在栅极绝缘膜122上形成的栅极123、在源极层119上形成的源极124以及在漏极层121上形成的偶极117。此外,TFT 116分别覆盖有绝缘膜125和另一个绝缘膜126。
接下来,将参考图2(a)-2(c)来描述电泳墨水层115的内部结构和操作,这与从US 2002/0033792导出的相同。由具有透光性和多个微囊212的透明接合剂211形成电泳墨水层115。微囊212以固定状态均匀地分布在接合剂211的内部。电泳墨水层115的厚度是微囊212的外径的1.5到2倍。作为用于接合剂211的材料,可以使用硅树脂等。由具有中空球形形状并且透光的囊体213限定每一个微囊212。由其中分散了带负电微粒215的液体(或溶剂)214来填充囊体213的内部。每一个带电微粒215具有利用涂敷层217涂敷的核216。每一个带电微粒215和液体214的颜色彼此不同。即,分别将其设为不同的颜色。例如,带电微粒是白色,而液体214是蓝色、红色、绿色或黑色。此外,将微囊212中的液体214和带电微粒215近似地设为相同的特定重量。
当从外部向微囊212施加电场时,带电微粒215沿与电场相反的方向在微囊212内移动。如果当前显示器的显示表面与图1所示基板112的上表面相对应,带电微粒215在电泳墨水层115的微囊112内向上移动,图2(b)示出了这种情况。在这种情况下,可以观察到在背景色的上方向上悬浮的带电微粒215的颜色(即,白色),所述背景色与液体214的颜色相对应(例如蓝色、红色、绿色或黑色)。相反,如果由于将电场施加到图1所示的电泳墨水层115的微囊212导致带电微粒215向下移动,则显示器使得只能观察到液体214的颜色(例如蓝色、红色、绿色或黑色),图2(c)示出了这种情况。一旦带电微粒215沿与施加到微囊212的电场相反的方向移动,在电场消失之后,带电微粒215很可能在相对较长的时间内保持在微囊212中的相同位置不变,这是因为带电微粒215具有与液体214近似相同的特定重量。即,一旦在显示表面出现带电微粒215的颜色或液体214的颜色,则可以在数分钟或数十分钟甚至更长的时间内保持不变。简而言之,电泳显示器具有用于保持图像的颜色的存储器。因此,通过控制相对于每一个像素施加电场,可以提供能够显示信息的特定电场施加模式。一旦在电泳显示器的显示表面上显示信息,则信息可以在相对较长的时间内保持在显示表面上。
近年来,已经开发了使用在电传导中表现为半导体的有机材料(有机半导体材料)的薄膜晶体管(TFT)。这种类型的TFT的优点在于,可以通过利用溶液的工艺来生长半导体层,而无需高温工艺或高真空工艺。这种类型的TFT的优点还在于,能够使其非常薄和轻,具有良好的柔性并且在材料方面的成本较低。由于这些优点,已经提出了将其用作包括电泳显示器的柔性显示器中的开关器件。
已经提出了生产有机材料的TFT,用于其栅极、栅极绝缘层、源极、漏极、有机半导体层和对准层。例如,在2000 International Electron Device Meeting Technical Digest,第623-626页中发现了一种有机TFT的示例。能够通过以下产生工艺来产生该薄膜晶体管。
首先,在基板上形成在接下来的步骤中被转换为对准层的分割壁,以便由分割壁包围其中形成源极的区域和其中形成漏极的区域,并且在由分割壁包围的各个区域中形成源极和漏极。然后,沿与沟道方向平行的方向摩擦(rub)所述分割壁,从而将分割壁转换为对准层。
之后,在对准层上涂敷有机半导体材料,并且将有机半导体材料加热到有机半导体材料变为液晶阶段的温度。之后,快速冷却有机半导体材料。结果,得到了沿沟道长度方向对准的有机半导体层。之后,在有机半导体层上形成栅极绝缘膜,并且在栅极绝缘膜上形成栅极。
确定TFT性能的物理特性之一是半导体层的载流子迁移率。TFT的操作速度随着半导体层的载流子迁移率的增大而增大。然而,有机半导体层的载流子迁移率通常是由例如硅的无机材料形成的半导体层的大小的1/2或更小,因此,实现具有高性能并且以较小驱动电压操作的、利用有机半导体层TFT非常困难。
为了改进载流子迁移率,已经研究了用于有机半导体层的多种类型的有机材料。载流子迁移率是通过栅极施加到半导体层的栅极电压的函数,也是栅极绝缘层的相对介电常数和厚度的函数。因此,选择用于栅极绝缘层的适当材料以及产生栅极绝缘层的适当工艺也非常重要。关于这一点,已经提出了设置诸如上述之类的对准层,从而沿特定方向将有机半导体层对准。
然而,还没有研究出足够好的最优层结构,结果存在改进层结构的空间。例如,在以下情况下:已经形成对准层和有机半导体层之后,在有机半导体层上形成栅极绝缘层和栅极,则存在必须按照不会引起有机半导体层的特性恶化的方式来形成栅极绝缘层和栅极的限制。换句话说,当形成有机半导体层时,如果有机半导体材料被暴露于高于将有机半导体层改变为液晶阶段的温度的温度下,则有机半导体层处于随机对准状态,结果,出现了载流子迁移率的较大减小。此外,如果将有机半导体层暴露于高于前述温度的温度下,则其失去了半导体属性。有机半导体层的另一个问题在于,诸如硫酸之类在光刻工艺中使用的蚀刻剂会很容易损坏有机半导体层。
出于上述原因,不能诸如等离子体CVD或溅射之类的高温镀膜沉积工艺以及光刻工艺用于形成栅极绝缘膜和栅极。当然,需要类似微制造技术的任意材料也是毫无疑问。结果,当利用有机半导体层形成TFT时,没有实现足够高的有机半导体层载流子迁移率,因此,需要较高的驱动电压,但操作速度仍然较低。
可以通过三种公知方法的任意一种来驱动应用了本发明的电泳显示器,即,直接驱动、无源矩阵驱动以及有源矩阵驱动。
图3示出了直接驱动的一个示例,其中由控制器级12中的专用驱动器来直接驱动7段显示器10中的段。为了简要地描述驱动过程,首先,通过将与公共下电极相关的一个极性的电压施加到上电极,使显示器处于“清除”状态。然后,所有显示器段显示相同的颜色,取决于极性,所述颜色可以是微囊的颜色(例如白色)。然后,通过控制器将正极性的电压施加到需要被激活的那些电极,由此那些电极采取其它颜色,即在该示例中是溶剂的颜色,例如可以是蓝色。然后,可以通过隔离开关14将控制器与显示器分离。该方案设计简单并且能够利用由分离元件或外围电子设备构造的控制器来驱动。然而,由于互连的数目随着电极的数目增加,该驱动方法对于高分辨率图像的显示效率较低并且不合适。
关于无源矩阵驱动,T.Bert等的论文“14-1:Passive Matrix Addressing of Electrophoretic Image Display”,Eurodisplay 2002,第251-254页,描述了这种驱动技术。该技术涉及使用包括DC和AC元件的复杂寻址波形。显示器的像素要经历三个驱动阶段:(1)准备阶段,(2)选择阶段,以及(3)休眠阶段。在准备阶段期间,像素经历较高的正DC电压和叠加到DC电压上的较高AC电压,由此清除像素(显示白色)。在选择阶段期间,像素经历较小的负DC电压和AC分量。如果AC分量较小,则不进行改变,即,像素继续显示白色。然而,如果AC分量较大,则像素切换到例如蓝色。在休眠阶段期间,像素经历适度的AC信号,而没有任何DC分量。结果,在所显示的颜色中没有出现变化。
转让给本申请人的US 2005/0029514公开了一种用于电泳显示器的典型基于TFT的有源矩阵驱动方案,本申请的图4和5示出了该方案。图4是示出了体现为电泳显示器形式的显示器的纵向截面图,而图5是图4所示的电泳显示器中设置的有源矩阵器件的典型方框图。
图4所示的电泳显示器包括设置在第二基板22上的有源矩阵器件60。电泳显示器20还包括第二电极24、微囊40、透光的第一电极23和透光的第一基板21,其中按照将上述组件层叠的方式在有源矩阵器件60上形成上述组件。以规则的间隔垂直和水平地将第二电极24划分为矩阵阵列的形式。第二电极24的阵列的每一个单元与设置在有源矩阵器件60上的一个对应操作电极64相接触。通过形成图样来形成操作电极64,以便按照与设置第二电极24的各个单元的间隔相同的间隔来设置各个操作电极64,并且以便在与第二电极24的对应单元的位置相对应的位置处设置各个操作电极64。
如图5所示,有源矩阵器件60包括多个数据线61和以直角与数据线61相交的多个扫描线62。在数据线61和扫描线62的每一个交点附近设置TFT(用作开关器件)1和操作电极64。TFT 1的栅极与对应一个扫描线62相连,源极/漏极与对应一个数据线61相连,漏极/源极与对应一个操作电极64相连。
在每一个囊40中,封装了两种类型不同类型的电泳微粒。每一种类型的电泳微粒的特性与另一种类型的电泳微粒不同。在实施例中,在每一个囊40中封装了电泳微粒20的液体分散,包括不同电荷和颜色(色调)的两种类型的电泳微粒25a和25a。
在该电泳显示器中,如果将选择信号(选择电压)施加到一个或多个扫描线62,则导通与施加了选择信号(选择电压)的一个或多个扫描线62相连的TFT 1。结果,连接到每一个这些导通TFT 1的数据线61和操作电极64有效地彼此相连。在该状态下,如果将特定数据(电压)提供到数据线61,则通过操作电极64将数据(电压)提供给第二电极24。结果,在第一电极23和第二电极24之间出现了电场,取决于电场的强度和方向以及取决于电泳微粒25a和25b的特性,电泳微粒25a和25b利用电泳现象向电极23和24之一移动。在该状态下,如果停止向扫描线62提供选择信号(选择电压),TFT 1截止,因此,连接到TFT 1的数据线61和操作电极64彼此电断开。
因此,通过适当地控制选择信号到扫描线62导通/截止以及数据信号到数据线61的导通/截止,可以在电泳显示器的屏幕板(在所示的示例中是第一基板21的表面上)上显示希望的图像(信息)。
前述US 2002/0033792公开了一种将TFT用作驱动器件的另一种有源矩阵驱动方案。这里用于电泳显示器的驱动方法是一种还用于液晶显示器的方法,涉及与像素电极的电势一起改变各个电极的电势。电势的该变化被称作“公共电压摆动”。具体地,将像素电极驱动电压设为0V,而将施加到公共电极的电压设为10V,以便相对于像素电极的电势增大公共电极的电势。可选地,将像素电极驱动电压设为10V,而将公共电极驱动电压设为0V,以便相对于公共电极的电势增大像素电极的电势。电极驱动电压和公共电极驱动电压的适当摆动能够使电泳显示器重写其显示内容。
US 2002/0033792中公开的一个可选驱动方案涉及将数值为10V的电压施加到电泳显示器的公共电极,而将0V或20V施加到像素电极,由此使器件在两个状态之间摆动。
为了同时初始清除显示器的所有像素,同时将像素电极设为低电势,而将公共电极设为高电势,因此可以立即从显示表面的整个区域擦除显示内容。在这种情况下,由于当附于公共电极时带负电的微粒在微囊中向上移动,显示表面整个为白色。然后,在公共电极被设为低电势以便响应显示数据以新数据来重写显示内容的同时,响应显示数据来分别驱动像素电极。由于前述过程,可以保证无误地重写显示内容。
如该美国专利申请所述,改变显示内容所需的驱动电压(或电势差)取决于微囊的大小(即,直径),并且估计大约是1V/μm。通常,微囊具有例如直径在数十微米范围内的规定直径。考虑到这些规定的微囊直径,估计所需的驱动电压处于大约10V。然而,这与驱动TFT的阈值电压具有相同的数量级。此外,随着EPD进程的发展,在一些情况下,EPD的安全操作电压小于用于驱动EPD的有机TFT的阈值电压。这意味着,如果使用上述传统驱动方法,由于TFT发出的最小驱动电压高于前述安全电压,则存在会损坏EPD的危险。
发明内容
本发明寻求提供一种该问题的解决方案。因此,在本发明的第一方面提供了一种电光装置,包括:电光器件,能够选择性地处于第一显示状态和第二显示状态,所述电光器件具有第一和第二电极,和要施加到第一和第二电极上的电压的预定安全操作电压值Vsafe;以及驱动器级,用于提供驱动所述第一电极的第一电极驱动信号和驱动所述第二电极的第二电极驱动信号,驱动器级被配置成,施加作为第一电极驱动信号的第一电压V1和作为第二电极驱动信号的第二电压V2,来驱动所述电光器件处于第一显示状态,以及施加作为第一电极驱动信号的第三电压V3和作为第二电极驱动信号的第四电压V4,来驱动所述电光器件处于第二显示状态,其中:
V2>V1
V3>V4
|V1-V2|≤Vsafe,以及
|V3-V4|≤Vsafe
有利地,电压V1和V3彼此相等。
驱动器级可以包括缓冲器,用于接收来自外部控制器的驱动信号并将该驱动信号作为第二电极驱动信号提供给电光器件。
所述装置可以包括电光器件的二维阵列,所述缓冲器包括多个驱动元件,一个用于一行中的每一个电光器件,其中,驱动器级包括插入在外部控制器和缓冲器级之间的移位寄存器和锁存器,由此来自用于一行电光器件的外部控制器的驱动信号(Vdata)能够被顺序地加载到移位寄存器,被锁存,并且作为第二电极驱动信号(Vdat),经由缓冲器通向电光器件的一行。
驱动元件可以是有机薄膜晶体管。
第一、第二、第三和第四电压之间的关系可以是:
V1=V3≈1/2(V2-V4)
驱动器级被配置成当将锁存的驱动信号(Vdata)施加到阵列的一行时,将用于下一行的驱动信号(Vdata)加载到移位寄存器。优点在于节约了实现一个或多个EPD器件充电的时间。
缓冲器被设置成提供恒流输出,驱动器级被设置成在一系列连续的写操作中将数据信号写入到电光器件中,在一个或多个写操作中,连续地改变选定电光器件的着色强度,直到实现了针对每一个选定电光器件的希望着色强度为止。该措施使得能够实现灰度级,写操作的数目与灰度级的比特数相对应。
可以设置连续的写操作,以实现不同的附加着色强度。这些附加着色强度可以按照二进顺序增大或减小。
在着色强度没有增大的写操作期间,第二电极驱动信号可以采取(assume)悬空状态。可选地,在着色强度没有增大的写操作期间,第一和第二电极驱动信号之间的电压差可以小于在着色强度增大的写操作期间第一和第二电极驱动信号之间的电压差。
电光器件可以是电泳器件。
可以将驱动器级配置成在施加第一、第二、第三和第四电压V1-V4之前,将第五和第六电压V5和V6分别施加到第一和第二电极,以便将电泳器件处于其第二显示状态,其中|V5-V6|≤Vsafe,所述器件具有与第二显示状态相对应的第二着色和与第一显示状态相对应的第一着色。
在本发明的第二方面,提出了一种用于驱动电光器件的方法,所述电光器件能够选择性地处于第一显示状态和第二显示状态,所述电光器件具有第一和第二电极以及要施加到第一和第二电极上的电压的预定安全操作电压值Vsafe,所述方法包括:沿一个方向将小于安全操作电压的第一电压施加到第一和第二电极上,以使电光器件处于第一显示状态,或沿相反方向将小于安全操作电压的第二电压施加到第一和第二电极上,以使电光器件处于第二显示状态。
第一和第二显示状态可以分别是第一和第二着色状态。
所述电光器件可以是按照二维阵列排列的多个这种电光器件之一,用于一行电光器件的电极的驱动信号(Vdata)可以被顺序地加载到移位寄存器,被锁存,并且经由缓冲器,通向电光器件的一行。
如果在将锁存的驱动信号(Vdata)施加到阵列的一行同时将用于下一行的驱动信号(Vdata)加载到移位寄存器,则尤其有利。
缓冲器可以提供恒流输出,驱动器级可以在一系列连续的写操作中将数据信号写入到电光器件中,在一个或多个写操作中,连续地改变选定电光器件的着色强度,直到实现了针对每一个选定电光器件的希望着色强度为止。
连续的写操作可以实现不同的附加着色强度。此外,连续的写操作可以实现按照二进顺序增大或减小的附加着色强度。
电光器件可以是电泳器件,缓冲器可以包括用于驱动电泳器件的一行的有机薄膜晶体管驱动器。
缓冲器可以将第一值的电压(Vdat)施加到第二电极,以实现第一显示状态,或将第二值的电压(Vdat)施加到第二电极,以实现第二显示状态,并且可以将第一和第二电压值之间的第三值的电压施加到第一电极。第三电压值可以近似地处于第一和第二电压值的中间。
缓冲器可以是有机薄膜晶体管缓冲器,包括用于一行中的各个电光器件的多个薄膜晶体管级,薄膜晶体管级与用于这些级的阈值电压相关联,其中所述第二电压值比所述第一电压值高所述阈值电压值。第三电压值可以近似地位于所述第一和第二电压值的中间。
第一和第二显示状态可以分别是第一和第二着色状态,其中电泳器件显示不同的颜色。
附图说明
现在将参考附图,仅作为示例来详细描述本发明的实施例,图中:
图1是公知电泳器件的截面图;
图2是描述公知电泳器件的操作模式的示意图;
图3是电光器件的公知直接驱动装置的示意图;
图4是公知有源矩阵电泳显示器的部件的截面图;
图5是与图4的电泳显示器相关联的有源矩阵驱动装置的电路图;
图6是根据本发明的电光装置的实施例的示意图;
图7(a)和7(b)是与本发明相关的有源矩阵驱动电压图;
图8是根据本发明第一实施例的有源矩阵驱动方法的波形图;
图9是与图8相似但适于EPD矩阵的更快驱动的波形图;
图10是根据本发明的电光装置的灰度级版本;以及
图11是根据图10所示本发明的电光装置的灰度级版本的变体。
具体实施方式
图6示出了根据本发明的电光装置的实施例。在图6中,显示区域50包括如结合图4的图5所示的有源矩阵电泳显示驱动方案。
由利用外部控制器54提供的行选择信号(Vsel)53和同样利用外部控制器54提供的数据信号(Vdata)55来驱动显示区域50。将行选择信号(Vsel)和数据信号(Vdata)馈入各个移位寄存器56、57,并且在锁存器58中锁存移位寄存器57的并行输出并利用缓冲器59将其提供到线61上的TFT 1。因此,由控制器54将用于矩阵或阵列的一行的数据信号55顺序地输出到移位寄存器57,并且随后由移位寄存器57将其并行输出到缓冲器59。缓冲器59将锁存的数据信号作为信号Vdat通向各个TFT 1,并保证在写过程期间有足够的电流可用于驱动像素单元51和线电容。
移位寄存器56接收来自外部控制器54的串行扫描信号,并将其作为信号Vsel并行输出到线62上的显示区域50。向电极23(参见图4)提供公共电压Vcom。
参考图7(a),将解释用于EPD的驱动电压电平。首先,为了将显示器清除为第二颜色(例如白色),将公共电极设为高于或等于0V的电压Vcom,EPD所有像素的数据线同时采取高于Vcom的电压Vdat,但要满足限制:Vdat-Vcom≤Vsafe。Vsafe是要施加到EPD上的安全工作电压,并被设为小于或等于缓冲器TFT的阈值电压VT的电压。在该清除操作之后,将根据从控制器54通过缓冲器59提供的行数据Vdat写入像素,同样,Vdat大于用于像素的Vcom,以便显示第二颜色,而对于第一颜色,如图所示,Vdat比Vcom更负(negative)。
此外,公共电极和像素之间的电压差|Vdat-Vcom|决定了出现颜色改变的相对快慢。图7(a)示出了两个这种电压差,即,相对于到颜色1或颜色2的较快颜色变化的较大电压差,和相对于到颜色2或颜色1的较慢颜色变化的较小电压差。结合随后的实施例,这两个速度的意义会更加显而易见。
图7(b)示出了驱动波形,作为显示矩阵的行序列的连续波形。记住有机TFT通常是在其栅极需要负向(negative going)波形以便导通的P沟道器件,可以看到,在初始清除阶段中,在用于选定行中所有TFT的Vdat变为高期间,行选择电压Vsel从加电状态开始负向变化。当Vdat为高时,向Vcom提供一个较小的正电压。这与图7(a)的左手侧所示的情况相对应,并且用于将该行中的所有像素清除为颜色2(例如可以是白色)。如果希望同时清除显示器中的所有像素,将负向电压Vsel同时施加到显示器中的所有行。通过使Vdat具有比实质上等于安全工作电压Vsafe的Vcom较高的值,能够以其最快的速率出现将颜色清除为白色。
在该清除阶段之后,Vcom取值Vsafe内比0V高的值,Vdat取低于用于特定像素的Vcom的值以便将该像素的颜色改变为颜色1,或取高于用于该像素的Vcom的值,以便保持颜色2(白色)。在颜色改变有效的情况下,可以将用于Vdat的“快”或“慢”电压电平提供给有源矩阵的TFT 1。这与图7(a)的右手侧所示的情况相对应,并且用于将适当数据写入到特定行的像素中。如图所示,对于矩阵中每一行重复该过程,通过将低电压Vsel施加到有源电泳矩阵来选择特定行。
如前所述,缓冲器59优选是TFT缓冲器,包括用于一行中的每一个像素的TFT缓冲器级。每一个这些级用于像素各个列中的所有像素。TFT是优选的,这是由于TFT具有足以可靠驱动EPD的电流提供能力,和/或优点还在于能够通过与EPD制造工艺相兼容的工艺来生产TFT。然而,与在本环境中使用TFT相关联的一个问题在于其具有大于EPD上所容许的最大电压(EPD击穿电压)的最小输出电压。这是新一代EPD的显著因子,新一代EPD具有与典型有机TFT的阈值电压相同数量级的操作电压,在一些情况下更小。例如,典型有机TFT级最小输出电压(在实际中与级的阈值电压值(VTH)相对应)是30V。例如,通过将Vcom增大为两个显示状态的Vdat值之间的中间值,上述驱动装置解决了该问题。因此,如果将Vcom设置在大约15V,由于15V的驱动电压小于相关EPD器件中的击穿电压值,对于各个显示状态,Vdat可以取值0V或30V,而不会危及EPD。实际中,本发明试图保持EPD器件上的电压低于小于或等于该器件的击穿电压的安全操作电压(Vsafe)。
图8从外部控制器的角度演示了像素驱动过程。图8以纵轴示出了公共信号Vcom、用于M行的选择信号(Vsel)、数据信号Vdata、锁存信号Vlatch和加载到像素单元的数据信号Vdat。横轴是时间。
执行如下步骤:
首先,在没有加电的情况下,显示器与控制器相连。其次,在加电步骤中加电。第三,将LOW信号Vsel同时施加到所有行,其中Vdata HIGH和Vcom处于比零伏特稍高的数值,如图7(a)和7(b)的适当部分所示。利用上述操作,使显示器的所有像素单元处于其清除(白色)状态。第四,然后按照行的次序写行1-M的像素单元。这涉及根据时钟将用于特定行的数据信号Vdata写入移位寄存器57,之后利用锁存信号70锁存这些数据,并且使这些数据作为其数据线61上的Vdat,对于该行的不同TFT驱动器1可用。然后,施加用于该行的负向Vsel,作为信号71,由此数据信号Vdat使各个像素单元处于其颜色1状态或保持现有清除(白色)状态。在完全充电像素单元的行所需的时间TC的末端,相关的Vsel信号变低且像素单元保持其当前状态。保持锁存的数据信号Vdat,同时移位寄存器57接收用于下一行像素单元的数据信息Vdata。当已经将所有的数据信息都写入到移位寄存器之后,再次施加锁存信号70以便将该新信息锁存到该新行的驱动器TFT的数据线61,作为新数据Vdat。然后,用于该行的Vsel在时间TC内变高,并且对于显示器中的所有行顺序地重复上述操作。一旦已经写了所有行,显示器断电并且与控制器断开。如前所述,然后,在没有加电的情况下,显示器在延长的时间段内保持其显示信息。
如果在显示器中一行有N个像素且有M行,并且如果将Vdata从外部控制器54传送到移位寄存器所需的时间是TTF,以及如前所述,对一个像素行进行完全充电所需的时间是TC,则利用其所有图像数据来写单色显示器所需的总时间是:
M*(N*TTF+TC)
该驱动方案比较简单,但是当显示器较大以及当TC也较大时,需要花费较长时间。图9示出了一种较快的方案。该方案和图8所示的方案之间的差别在于:在时间TC期间(即,在显示器吸收前一行的数据时),将一行的数据Vdata加载到移位寄存器57中。对于显示器的每一行,这有效地节约了时间N*TTF。为了使该方案更加实用,在充电时间TC和行数据传送时间N*TTF之间必须保持以下关系:
TC≥N*TTF。
本发明还设想在EPD显示器中使用灰度级控制。图10示出了一种用于实现上述控制的方案,其中将用于对显示器进行充电的总时间划分为三个“写周期”。与通常构成运动图像的“帧”相区分,将图10中的这些“写”周期称作“子帧”。EPD可以显示由一系列帧构成的运动图像。对于这些帧中的每一个,有在写过程中EPD进行充电的多个周期(“写”周期),因此构成了了连续的子帧。然而,可以理解,在仅显示静态图像的情况下,灰度级“子帧”是单个“帧”的一部分。
如上结合图8和9所述,对于显示器的每一行执行将数据Vdata加载到移位寄存器57以及锁存这些数据的操作。在第一子帧的情况下,利用相应行数据对每一行的像素单元进行充电的时间长度是TC1。在第二子帧中,再次出现加载到移位寄存器57中以及由锁存器58进行锁存,但此时锁存数据Vdat的充电时间是大于TC1的TC2。最后,在大于TC2的充电时间TC3中重复该过程。因此,创建了三比特灰度级。
在一般情况下,存在M子帧,按照一种形式可以将不同子帧的充电时间加权表示为:
TCn=R(n)*TC0
其中,n=0,1,2...M-1,R(n)是校正函数,TC0是通常将其应用于第一子帧的最小充电周期。在优选的实施例中,R(n)=2n,即,不同的充电周期TC1、TC2、TC3等遵循二进序列,因此TC2=2*TC1、TC3=2*TC2等。其优点在于能够使控制器设计的复杂度最低。然而,也可以使用其它加权设置。例如,对于线性加权,可以将充电时间表示为:
TCn=(nk+1)TC0
其中k是常数,n=0,1,2...M-1。
上述基于帧的方案与运动图像的显示无关,运动图像的显示通常可能隐含使用术语“帧”。在这种情况下,用于所有帧的图像相同。在每一帧中充电的是允许到每一行的各个像素单元的电荷量。因此,图像是静态图像,在本发明的前一个实施例中也假定如此。
为了细化灰度级的分辨率,求助于具有多于三个的更多数目的子帧。
为了实现行中每一个像素的正确灰度级数据,外部控制器54被设置成根据所需的二进值,输出用于适当子帧的清除(颜色2)或颜色1的适当数据信号。作为示例,以下表1列出了对于该行中2、4、1、0、5、7、7、6、3、0(来自从0到7的尺度)的灰度级显示,三帧的10个像素单元一行的数据输出。
Figure B2006100999961D00161
表1
Vdata采用针对“颜色1”或“清除(颜色2)”的适当电压值,允许Vdat悬空,以便不干扰前一帧的状态。
实现灰度级驱动的一种可选方式是在非有效子帧期间,相对于Vcom将减小的电压Vdat施加到EPD器件,该减小的电压避免了分离“悬空”驱动状态的需要。这种情况在图7(a)中被表示为“慢”Vdat电平,前文已进行了描述。严格的说,该方法意味着当在无效帧期间应当暂停颜色变化过程时,实际上会沿相同的方向继续,但以非常低的速率。取决于速率,该继续的充电可以小到可忽略。
以下表2展示了该可选的灰度级驱动情况。
Figure B2006100999961D00162
表2
该可选灰度级驱动方案的一个可能缺点在于缓冲器必需具有任意三个驱动状态:清除(“0”)、颜色1高(“CH”)和颜色1低(“CL”)。在另一个变体方案中,由颜色1低(“CL”)代替清除状态(“0”)。其优点在于将缓冲器设计的复杂度减小到只需要两个状态而不是三个。以下表3展示了该方案。
Figure B2006100999961D00171
表3
设想灰度级驱动方案的所有三个版本仅描述了初始利用施加所有HIGH作为驱动信号Vdat来清除显示器。
图10示出了对于每一个连续子帧顺序增大的、用于各个帧的充电时间TC。图11示出了一种可选的方案,其中第一子帧与最长的充电时间相关联,最后一个子帧与最短的充电时间相关联,同样,中间的子帧位于连续地位于这些限制之间。
为了实现灰度级方案,优选但不是必须地,将缓冲器59实现为恒流源,具有受限的输出电压,以便防止EPD超出其Vmax限制。在这种情况下,控制将该电流施加到不同像素单元期间的时间长度决定了按照线性方式被引入这些单元的电荷量。
尽管已经结合有源矩阵EPD显示器描述了本发明,还可以在直接驱动或无源矩阵型EPD显示器中实现本发明。当然,本发明并不局限于EPD,而可以应用于具有以下特征的其它技术:所使用的器件具有最大安全工作电压,用于驱动这些器件的驱动器具有高于该安全工作电压的最小实际驱动电压电平。
在使用有源矩阵驱动的情况下,并不局限于TFT型驱动,例如也可以基于CMOS器件。然而,这取决于驱动所使用的实际EPD所需的驱动电压的大小。
尽管图7-11所示的波形假定将P沟道有机TFT用作缓冲器级59(参见图6),可以理解,可以改为使用n沟道器件。在这种情况下,驱动电压是相反情况(例如,Vsel是正向,以便选择像素的特定行)。可选地,可以使用负向驱动电压以便得到“反视频”效果。

Claims (21)

1.一种电光装置,包括:
公共电极;
扫描线;
数据线;
像素电极,与扫描线和数据线的交点相对应;
电泳层,位于所述公共电极和所述像素电极之间,所述电泳层具有要施加到所述公共电极和所述像素电极上的电压的预定安全操作电压值Vsafe;以及
驱动器级,用于提供驱动所述公共电极和所述像素电极的电极驱动信号,所述驱动器级被配置成提供清除阶段和第一显示阶段;
其特征在于,
所述驱动器级被配置成通过向所述公共电极施加第一公共电压V1和向所述像素电极施加第一数据电压V2,来提供清除阶段;以及
所述驱动器级被配置成通过向所述公共电极施加第二公共电压V3和向所述像素电极施加第二数据电压V4,来提供第一显示阶段,
其中,V1,V2,V3,和V4具有如下关系:
V2>V1
V3<V4
V1<V3,以及
|V3-V4|<|V1-V2|≤Vsafe
2.一种电光装置,包括:
公共电极;
多个扫描线;
多个数据线;
多个像素电极,与所述多个扫描线与所述多个数据线的多个交点相对应;
电泳层,位于所述公共电极和所述多个像素电极之间,所述电泳层具有要施加到所述公共电极和所述多个像素电极上的电压的预定安全操作电压值Vsafe;以及
驱动器级,用于提供驱动所述公共电极和所述多个像素电极的电极驱动信号,所述驱动器级被配置成提供清除阶段和第一显示阶段;
其特征在于,
所述驱动器级被配置成通过向所述公共电极施加第一公共电压V1和向所述多个像素电极中的一个像素电极施加第一数据电压V2,来提供清除阶段;以及
所述驱动器级被配置成通过向所述公共电极施加第二公共电压V3和向所述多个像素电极中的所述一个像素电极施加第二数据电压V4,来提供第一显示阶段,
其中,V1,V2,V3,和V4具有如下关系:
V2>V1
V3<V4
V1<V3,以及
|V3-V4|<|V1-V2|≤Vsafe
3.根据权利要求2所述的电光装置,其中,所述驱动器级被配置成提供第二显示阶段,在所述第二显示阶段中,将第三公共电压V5施加到所述公共电极,并且将第三数据电压V6施加到所述多个像素电极的所述一个像素电极,
其中V1,V2,V3,V4,V5和V6具有如下关系:
V2>V1
V3<V4
V1<V3
V5>V6
|V3-V4|<|V1-V2|≤Vsafe,以及
|V5-V6|<|V1-V2|≤Vsafe
4.根据权利要求2所述的电光装置,还包括:
第一移位寄存器,被配置成控制所述多个扫描线;
第二移位寄存器,被配置成控制所述多个数据线;
缓冲器,位于所述第二移位寄存器和所述多个数据线之间;
锁存器,位于所述第二移位寄存器和所述缓冲器之间;以及
外部控制器,被配置成向所述第二移位寄存器顺序地提供驱动信号,所述驱动信号要被所述锁存器锁存,并且被作为数据电压从所述缓冲器提供给所述多个数据线。
5.根据权利要求4所述的电光装置,其中,所述缓冲器包括多个驱动元件,一个驱动元件用于一行中的每个光电元件,所述驱动元件是有机薄膜晶体管。
6.根据权利要求4所述的电光装置,其中,所述驱动器级被配置成当将锁存的驱动信号施加到所述多个像素电极的一行时,将用于下一行的驱动信号加载到所述第二移位寄存器。
7.根据权利要求6所述的电光装置,其中,所述缓冲器被设置成在一系列的写操作中将数据信号写入到所述多个像素电极,在一个或多个写操作中,连续地改变选定像素电极的着色强度,直到实现了针对每一个选定像素电极的希望着色强度为止。
8.根据权利要求7所述的电光装置,其中,设置连续的写操作,以实现不同的附加着色强度。
9.根据权利要求8所述的电光装置,其中,设置每个连续的写操作,以实现附加着色强度,该附加着色强度是之前的写操作的附加着色强度的二倍或者一半。
10.根据权利要求7所述的电光装置,其中,在着色强度没有增大的写操作期间,所述驱动器级被配置成将所述像素电极的数据信号采取悬空状态。
11.根据权利要求7所述的电光装置,其中,在着色强度没有增大的写操作期间,施加到所述公共电极上的驱动信号和施加到所述像素电极上的驱动信号之间的电压差小于在着色强度增大的写操作期间施加到所述公共电极上的驱动信号和施加到所述像素电极上的驱动信号之间的电压差。
12.一种用于驱动电泳器件的方法,所述电泳器件包括:公共电极;扫描线;像素电极,与扫描线和数据线的交点相对应;以及电泳层,位于所述公共电极和所述像素电极之间,所述电泳层具有要施加到所述公共电极和所述像素电极上的电压的预定安全操作电压值Vsafe,所述方法包括:
通过向所述公共电极施加第一公共电压V1和向所述像素电极施加第一数据电压V2而工作在清除阶段;以及
通过向所述公共电极施加第二公共电压V3和向所述像素电极施加第二数据电压V4而工作在第一显示阶段,
其中,V1,V2,V3,和V4具有如下关系:
V2>V1
V3<V4
V1<V3,以及
|V3-V4|<|V1-V2|≤Vsafe
13.一种驱动电泳器件的方法,所述电泳器件包括:公共电极;多个扫描线;多个数据线;多个像素电极,与所述多个扫描线与所述多个数据线的交点相对应;以及电泳层,位于所述公共电极和所述多个像素电极之间,所述电泳层具有要施加到所述公共电极和所述多个像素电极上的电压的预定安全操作电压值Vsafe;所述方法包括;
通过向所述公共电极施加第一公共电压V1和向所述多个像素电极中的一个像素电极施加第一数据电压V2而工作在清除阶段;以及
通过向所述公共电极施加第二公共电压V3和向所述多个像素电极中的所述一个像素电极施加第二数据电压V4而工作在第一显示阶段,
其中,V1,V2,V3,和V4具有如下关系:
V2>V1
V3<V4
V1<V3,以及
|V3-V4|<|V1-V2|≤Vsafe
14.根据权利要求13所述的方法,其中,所述方法还包括:
通过将第三公共电压V5施加到所述公共电极和将第三数据电压V6施加到所述多个像素电极的所述一个像素电极而工作在第二显示阶段,
其中V1,V2,V3,V4,V5和V6具有如下关系:
V2>V1
V3<V4
V1<V3
V5>V6
|V3-V4|<|V1-V2|≤Vsafe,以及
|V5-V6|<|V1-V2|≤Vsafe
15.根据权利要求13所述的方法,其中,用于一行像素电极的第二数据电压被顺序地加载到所述移位寄存器,被锁存,并且经由缓冲器,通向像素电极的一行。
16.根据权利要求15所述的方法,其中,当将锁存的第二数据电压施加到像素电极的一行时,用于下一行的第二数据电压被加载到移位寄存器。
17.根据权利要求16所述的方法,其中,在一系列的写操作中将第二数据电压写入到像素电极,在一个或多个写操作中,连续地改变选定像素电极的着色强度,直到实现了针对每一个选定像素电极的希望着色强度为止。
18.根据权利要求17所述的方法,其中,设置连续的写操作来实现不同的附加着色强度。
19.根据权利要求18所述的方法,其中,设置每个连续的写操作来实现附加着色强度,该附加着色强度之前的写操作的附加着色强度的二倍或者一半。
20.根据权利要求17所述的方法,其中,在着色强度没有增大的写操作期间,将所述像素电极的第二数据信号采取悬空状态。
21.根据权利要求17所述的方法,其中,在着色强度没有增大的写操作期间,施加到所述公共电极上的驱动信号和施加到所述像素电极上的驱动信号之间的电压差小于在着色强度增大的写操作期间施加到所述公共电极上的驱动信号和施加到所述像素电极上的驱动信号之间的电压差。
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