JP5010916B2 - ピクチャ間の電位差の特性の選択により残存電圧が低減される電気泳動ディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は、微小なカラー粒子が電極間の流体で移動する電気泳動ディスプレイ全般に関する。

電気泳動ディスプレイは、液体における帯電粒子からなる電気泳動媒体、マトリクス状に配置される複数の画素（ピクセル）、それぞれの画素に関連される第一及び第二の電極、及び、それぞれの画素の電極に電位差を印加し、ピクチャを表示するように、印加された電位差の値及び期間に依存して電極間の位置を占めさせる電圧ドライバを有する。

より詳細には、電気泳動ディスプレイ装置は、データ電極と選択電極が交差する交点に関連する画素のマトリクスをもつマトリクス型ディスプレイである。グレイレベル、又は画素のカラーレベルは時間に依存し、特定のレベルの駆動電圧は、画素間に存在する。駆動電圧の極性に依存して、画素の光学状態は、その現在の光学状態から２つの限界の状態のうちの一方に変化し、すなわち、一方のタイプの全ての帯電粒子は、画素の下付近又は上付近にある。グレイスケールは、時間を制御することで得られ、電圧は画素間に存在する。

通常、全てのマトリクス型ディスプレイの画素は、適切な電圧を選択電極に供給することでライン毎に選択される。データは、選択ラインに関連する画素にデータ電極を介して並列に供給される。マトリクス型ディスプレイの全ての画素を選択するために必要とされる時間は、サブフレーム周期と呼ばれる。特定の画素は、作用されるのが必要とされる光学状態における変化に依存して、全体のサブフレーム周期の間に正の駆動電圧、負の駆動電圧、又はゼロ駆動電圧のいずれかを受ける。光学状態における変化が作用されるのが必要とされない場合には、ゼロ駆動電圧が画素に印加されるべきである。

一般に、グレスケール（又は中間のカラー状態）を発生するため、複数のサブフレームを有するフレーム周期が定義され、画像のグレイスケールは、画素がどの駆動電圧（正、ゼロ又は負）をどの位多くのサブフレームで受けるべきかを、画素当たり選択することで再現することができる。通常、サブフレームは、全て同じ期間であるが、必要な場合には変化するように選択することができる。言い換えれば、典型的に、グレイスケールは、固定された値の駆動電圧（正、負又はゼロ）及び可変期間の駆動周期を使用することで生成される。

電気泳動フォイルを使用したディスプレイでは、多くの絶縁層は、ＩＴＯ電極間に存在し、この層は、電位差の結果として充電される。絶縁層に存在する電荷は、絶縁層に始めに存在する電荷、及び電位差のその後の履歴により決定される。したがって、粒子の位置は、印加されている電位差に依存するのみでなく、電位差の履歴にも依存する。結果として、著しいイメージリテンション（image retention）が生じる可能性があり、画像データの正確な表現を表す画像とは著しく異なる画像データに従って続いて表示される。

先に述べたように、電気泳動ディスプレイにおけるグレイレベルは、規定された時間期間について電圧パルスを印加することで一般に形成される。これらは、画像の履歴、停止時間、温度、湿度、電気泳動フォイルの横方向の異方性等により強く影響される。完全な履歴を考慮するため、遷移マトリクスに基づいた駆動スキームが提案されている。かかる構成では、異なる画像履歴をもつグレイスケールの遷移のための駆動信号が決定されるマトリクスルックアップテーブル（ＬＵＴ）が必要とされる。画素があるグレイレベルから別のグレイレベルに駆動された後の残余のＤＣ電圧の構築は避けられず、これは、駆動電圧レベルの選択がグレイ値の要件に基づくためである。残余のＤＣ電圧は、特に、複数のグレイスケール遷移後の積分後に、厳しいイメージリテンションとなり、ディスプレイの寿命が短くなる場合がある。

イメージリテンションを低減する公知の方法は、（画素間の）全ての画素に供給されるリセットパルスを使用する。リセットパルスは、先行する画像の電圧と同じ極性値からなるが、より短い時間期間からなり、表示された画像をそれぞれのサブフレーム周期の後に完全に白又は黒にする。結果的に、これらのリセットパルスは、ディスプレイが黒と白との間でフラッシュするので、ディスプレイの性能を深刻に低下させる。

公開されていない欧州特許出願ＰＨＮＬ０３０２０５ＥＰＰは、欧州特許出願０３１００５７５．４として提出されており、ピクチャ電圧間のそれぞれの画素に印加されるリセットパルスは、先行するピクチャ電圧に対して反対の極性からなり、これにより、画素における望まれない電荷の蓄積を低減し、画素電圧による絶縁体の充電の少なくとも１部を取り消させる。したがって、ディスプレイパネルは、少なくとも比較的中間の品質の画像を表示可能である。

公開されていない欧州特許出願ＰＨＮＬ０２１０２６ＥＰＰは、欧州特許出願０２０７９２８２．６として提出されており、代替的な構成を記載しており、先に記載された問題を克服するためにＤＣバランス回路が設けられている。ＤＣバランス回路は、それぞれの画素又は比較的小さなサブグループの画素に関して、これに印加される（ピクチャ電圧の）時間平均を決定し、ゼロ周辺の時間平均値を得るために、それぞれの画素（又はサブグループの画素）に印加されるピクチャ電圧の値及び／又は期間を調整するコントローラを含んでいる。駆動電圧の振幅及び／又は駆動パルスの期間のこの制御は、全ての画素に関してリセットパルスの必要なしに、イメージリテンションを低減させ、先に記載された従来技術の方法におけるよりも視覚的な作用が少ない。

本発明の目的は、改善された構成を提供することにある。
本発明によれば、液体における帯電粒子を含む電気泳動媒体と、複数の画素と、電位差を受けるためにそれぞれに画素に関連される第一及び第二の電極と、駆動手段とを有するディスプレイ装置が提供され、駆動手段は、ａ）前記画素のそれぞれに一連のピクチャの電位差を供給するために構成され、前記ピクチャ電位差のそれぞれは、画素値及び関連されるピクチャの期間を有し、これらの積は、ピクチャを表示するための位置のうちの１つを粒子が占めるのを可能にするためのピクチャエネルギーを表す。また、駆動手段は、ｂ）少なくとも２つの連続するピクチャの電位差間で１以上のピクチャ間の電位差を供給するために構成されており、前記１以上のピクチャ間の電位差は、ピクチャ間の値及び関連するプクチャ間の期間を有し、これらの積は、粒子の位置を実質的に変化させるために不十分なピクチャ間のエネルギーを表す。

本装置は、それぞれの画素に印加される全ての電位差のピクチャエネルギー及びピクチャ間のエネルギーを表すデータを受信し、それぞれの画素についてそのランニングトータル（running total）を供給するメモリ手段、それぞれの画素の前記ランニングトータルの大きさが低減されるように前記１以上のピクチャ間の電位差の極性を選択するために構成される駆動手段を更に有している。

０．５秒前後の時間インターバルは、これら電位差に含まれるエネルギーの統合を回避するように、画素に印加されるそれぞれのピクチャ間の電位差間で提供されるのが好ましく、したがって、僅かな光学的作用を引き起こすか、全く光学的作用を引き起こさない。

本発明の１実施の形態では、それぞれのピクチャ間の電位差のパルス時間期間は、２〜８ミリ秒である場合があり、駆動手段で利用可能な最大電圧は、たとえば１５ボルト／−１５ボルトが好ましい。前記ピクチャ間の電位差の数及び極性は、メモリ手段に記憶されることが好ましい。

したがって、ディスプレイの残存するＤＣを低減することで、電気泳動ディスプレイにおけるイメージリテンションを低減するための方法及び装置が提案される。単一の高電圧短パルスに含まれるエネルギー（すなわち、ピクチャ間の電位差）は、電圧×時間として表現され、僅かな距離にわたり粒子が移動するのが不十分であり、光学状態の変化が僅かであるか、全くない。それぞれのパルス間の０．５秒の時間インターバルは、（目に見える光作用）これらパルスに含まれるエネルギーの統合を回避するために非常に利益がある。メモリ手段は、前の画像の遷移からの残存するＤＣ電圧を表すデータを記憶するために装置に提供され、これらショートパルスの数及び電圧の符号がこれらＤＣ電圧をバランスするために選択することができる。

本発明の結果として、ＤＣバランスされた駆動を実現することができ、これにより、低減されたイメージリテンションをもつ、より正確なグレイレベルとなる。

本発明の１実施の形態では、１以上のピクチャ間の電位差は、ディスプレイで使用されるピクチャ間電位差を有する。十分に低いピクチャ間の電位差を印加することは、この電位差が電気泳動媒体における粒子の位置を実質的に変えることなしに必要とされる限り印加することができることを意味している。

本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下に記載される実施の形態を参照して明らかにされるであろう。
本発明の実施の形態は、例示を通して、添付図面を参照して記載されるであろう。

図１及び図２は、第一の基板８、第二の対向する基板９、及び複数の画素２を有するディスプレイパネル１の例示的な実施の形態を例示している。１実施の形態では、画素２は、二次元構造における実質的に直線に沿って配列される。別の実施の形態では、画素２は、ハニカム構成で配列される。アクティブマトリクスの実施の形態では、画素は、たとえば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、ダイオード、ＭＩＭデバイス等といったスイッチングエレクトロニクスを更に有している。

電気泳動媒体５は、流体において帯電粒子を有しており、基板８，９の間に存在する。第一及び第二の電極３，４は、電位差を受けるためにそれぞれの画素２と関連付けされる。図２に例示される構成では、第一の基板８は、それぞれの画素２について第一の電極３を有しており、第二の基板９は、それぞれの画素２について第二の電極４を有している。帯電粒子６は、電極３，４の近くの極端な位置、及び電極３，４間の中間的な位置を占めることができる。それぞれの画素２は、電極３，４間の帯電粒子の位置により決定される外観を有している。

電気泳動媒体は、ＵＳ５，９６１，８０４号、ＵＳ６，１２０，８３９号及びＵＳ６，１３０，７７４号から知られており、Ｅ Ｉｎｋ社から得ることができる。例として、電気泳動媒体５は、白色流体において負に帯電された黒の粒子６を含んでいる場合がある。帯電された粒子６が第一の極端な位置、すなわち第一の電極３の近くにあるとき、たとえば１５ボルトである電極３，４に印加される電位差の結果として、画素２の外観は、たとえば、画素２が第二の基板９の側から観察されるケースでは白である。

帯電粒子６が第二の極端な位置、すなわち第二の電極４の近くにあるとき、たとえば−
１５ボルトである電極３，４に印加される電位差の結果として、画素の外観は黒である。帯電粒子６が中間的な位置のうちの１つ、すなわち電極３，４間にあるとき、画素２は、複数の中間的な外観のうちの１つ、たとえば黒と白との間のグレイレベルであるライトグレイ、ミッドグレイ及びダークグレイを有する。

図３を参照して、本発明に係る装置の例示的な実現に関する概念的なブロック図が例示される。駆動手段１００は、電位差又はパルスをディスプレイ１の画素に印加するためのコントローラ１０２、及びフレームメモリ１０４を有している。温度センサ１０６も提供される。

ディスプレイ１がアドレス指定されるとき、それぞれの画素について、電圧及び期間の積は、コントローラ１０２から読まれる。１以上の画像の更新周期の後、それぞれの画素により見られた、全体のエネルギー（又はストレス）、すなわち電圧×時間の生成された履歴が存在する。明らかに、連続する期間において、画素電圧の極性は逆にされる場合、メモリ１０４における数が低減され、イメージリテンションが低減される。

ＤＣバランシング（balancing）は、メモリに記憶された数と逆の極性をもつ高電圧ショートパルス（又はピクチャ間の電位差）を使用することで、ゼロにメモリに記憶された数を低減することを試みるコントローラ１０２にフィードバックループを導入することで達成される。したがって、これら高電圧ショートパルスの極性は、駆動パルスに独立であることが理解される。

先に述べたように、本発明の例示的な実施の形態では、典型的なパルス期間は、２〜８ミリ秒であって、ドライバで利用可能な最大の電圧レベルが好まれる。

図４を参照して、パルス幅変調された遷移マトリクスをもつパルスを使用した典型的なランダムグレイスケール遷移が示される。高電圧のショートパルスは、（ｎ−１）番目のグレイスケールの遷移の後にｔ１とｔ２との間で印加される。２つの高電圧のショートパルスは、この遷移から残存するＤＣ電圧を除くため、（ｎ）番目のグレイスケール遷移の後にｔ３とｔ４との間に印加される。図示される例では、ＤＣバランシングパルスの極性は、駆動パルスの極性と同じである。（ｎ＋１）番目のグレイスケールの遷移の後、駆動パルスと同じ極性をもつ２つの高電圧ショートパルスは、この遷移の後に残存するＤＣ電圧を除くために印加される。ＤＣバランシングパルスの数及び極性は、メモリに記憶され、駆動パルスとは本質的に独立である。

別の実施の形態では、低電圧パルスは、残存するＤＣ電圧を補正するために印加される場合がある。この低電圧パルスの振幅は、光学状態の変化により測定される目に見える距離について粒子が移動するのに不十分な振幅である。このことは、この低電圧パルスの振幅は、理想的には、ディスプレイで使用されるインク材料の閾値電圧以下であることを意味する。このパルスの時間長及び電圧の符号は、前の画像履歴に従って予め決定され、メモリに記憶される。

図５（ａ）は、電圧変調されたトランジションマトリクスを使用した、典型的なランダムグレイスケールトランジションシーケンスの一部を例示している。画像状態ｎと画像状態ｎ＋１との間、異なるユーザに依存して、数秒から数分である場合がある利用可能な所定の時間期間が常に存在する場合がある。ディスプレイが状態ｎから画像状態ｎ＋１に駆動されるとき、（トランジションマトリクスのルックアップテーブルから利用可能な）予め決定された電圧Ｖ_n+1が印加される。例示される例では、駆動パルスｎは、駆動パルスｎ＋１に対して反対の符号を有し、これは最小の残存するＤＣ電圧を与える。理想的には、両方のｎ駆動パルス及びｎ＋１駆動パルスが等しいとき、この駆動は、次いで、（パルス幅が同じであるので）自動的にＤＣバランスされる。しかし、実際のディスプレイにおけるグレイスケールトランジションは、完全にランダムであり、したがって、残存するＤＣ電圧は、画素に現れる傾向にある。これらの残存するＤＣ電圧を適時に除く必要がある。

図５（ｂ）は、本発明の例示的な実施の形態に係る改善された駆動スキームを例示しており、低電圧パルスは、完全な駆動パルスの直後に駆動シーケンスに加えられる。望まれる場合、駆動パルスとＤＣバランシングパルスとの間でゼロ電圧をもつ時間期間を有することが許容される。これは、選択されたＤＣバランシングパルスの低電圧が、画素の残存するＤＣ電圧を除くことのみが可能であって、視覚的な作用が存在しないように、光学的な性能を変化することが不可能であるためである。

ＤＣバランシングパルスの電圧符号は、ｎ状態へのトランジションの後に図５（ｃ）に概念的に示されるように、駆動パルスの電圧符号とは反対の場合もある。さらに、これは、ＤＣバランシングパルスが視覚的な作用を有さないので可能である。ＤＣバランシングパルスの振幅は、このパルスの影響下で粒子の動きを回避するために十分に小さくあるべきであることが明らかである。電圧符号及びパルスの時間長は、先に記載された（電圧）×（時間）の積の原理を使用して画素の前の実際のグレイスケールのトランジションにより決定される。電圧の振幅は、特定のインク材料のスイッチング閾値電圧よりも小さくあるべきであって、通常は１．０Ｖ以下であり、パルス時間長は、制限されないが、画像の履歴に依存して数１０ミリ秒と数秒との間である傾向にある。

図６は、同じ極性（ｎ＋１，ｎ＋２）をもつ２つの連続するトランジションの例を示している。明らかにかかる状況は、ｎ＋２の遷移が完了した後に画素の最も深刻な残存するＤＣ電圧を構築する。反対の電圧符号をもつ低電圧のＤＣバランシングパルスを印加することで、残存するＤＣ電圧のみが除かれる。ｎ＋２トランジションの前の全てのトランジションが完全にＤＣバランスされた場合に、エリアＢ_n+2における（電圧）×（時間）の積は、エリアＡ_n+2に等しくなるはずであることが明らかである。対応するパルスの時間長及び電圧は、予め決定されたマトリクス上のルックアップテーブルに記憶される場合があり、ここでは、駆動電圧Ｖ_n+2及び駆動時間も位置される。

本発明は、パルス幅変調駆動方法又は他のパルス成形駆動にも適用可能である。

本発明の実施の形態は、例のみを介して先に記載されたが、特許請求の範囲により定義されるように本発明の範囲から逸脱することなしに、記載された実施の形態に対して変更及び変形が行われることが当業者にとって明らかである。さらに、請求項では、括弧間に配置された参照符号は、請求項を限定するとして解釈されるべきではない。用語「有する“comprising”」は、請求項に列挙された以外のエレメント又はステップの存在を排除するものではない。本発明は、幾つかの個別のエレメントを有するハードウェアにより、及び適切にプログラムされたコンピュータにより実現することができる。幾つかの手段を列挙する装置の請求項では、これら手段の幾つかは、同一のハードウェアにより実施することができる。相互に独立な請求項で引用される手段という事実は、これらの手段の組み合わせが利用するために使用することができないことを示していない。

本発明の例示的な実施の形態に係るディスプレイパネルの概念的な正面図である。 図１のＩＩ−ＩＩＩに沿う断面図である。 本発明の例示的な実施の形態に係る装置のエレメントの概念的なブロック図である。 本発明の例示的な実施の形態の画素について時間の関数としての電位差を示す図である。 図５（ａ）は、電圧変調された遷移マトリクスを使用した典型的なランダムグレイスケールトランジションシーケンスの一部を例示する図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）と同じランダムシーケンスであるが、本発明の例示的な実施の形態に係る残存するＤＣ電圧を低減するための閾値電圧以下の振幅をもつ低電圧パルスを使用した図である。図５（ｃ）は、低電圧のデバランスパルスが駆動パルスに対して反対の極性を有する、本発明の実現の例を示す図である。 より実用的なグレイスケールトランジションをもつ電圧変調されたトランジションマトリクスを使用した典型的なランダムグレイスケールトランジションシーケンスの一部を例示する図であり、２つの連続したトランジションは同じ極性（トランジションｎ＋１に続きｎ＋２）をもち、駆動パルスと同じ極性を有する低電圧のデバランシングパルスが使用される。好ましくは、エリアＢ_n+2における（電圧）×（時間）の積は、ｎ＋２の遷移の前の全ての遷移が完全にデバランスされる場合にエリアＡ_n+2に等しくなるべきである。

Claims (7)

1. 流体において帯電された粒子を含む電気泳動媒体と、
   複数の画素と、
   電位差を受けるためにそれぞれの画素に関連する第一及び第二の電極と、
   前記複数の画素のそれぞれにピクチャの電位差の系列を供給する駆動手段とを有し、
   前記ピクチャの電位差のそれぞれは、ピクチャの値と関連するピクチャの期間とを有し、前記ピクチャの値と前記関連するピクチャの期間との積は、ピクチャを表示するために粒子が複数の位置のうちの１つを占めるのを可能にするためのピクチャエネルギーを表し、
   前記駆動手段は、少なくとも２つの時間的に連続するピクチャの電位差にそれぞれ対応する時間の間に１以上の電位差を前記複数の画素のそれぞれに供給し、前記１以上の電位差は、ピクチャの値と関連するピクチャの期間とを有し、前記１以上の電位差の前記ピクチャの値と前記関連するピクチャの期間との積は、粒子の位置を実質的に変えるには不十分なエネルギーを表し、
   当該ディスプレイ装置は、それぞれの画素に印加される全ての電位差の前記ピクチャエネルギー及び前記エネルギーを表すデータを受信して、それぞれの画素についてエネルギーの合計値を提供するメモリ手段を更に備え、
   前記駆動手段は、それぞれの画素について前記エネルギーの合計値の大きさが低減されるように前記１以上の電位差の極性を選択し、選択された前記１以上の電位差の極性は、前記少なくとも２つの時間的に連続する電位差とは独立である、
   ことを特徴とするディスプレイ装置。
2. 前記１以上の電位差のうちの１つが、ある画素に印加された後に、前記画素に電位が印加されない時間間隔が設けられる、
   請求項１記載の装置。
3. 前記時間間隔は０．５秒である、
   請求項２記載の装置。
4. 前記１以上の電位差の前記関連するピクチャの期間は２〜８ミリ秒である、
   請求項１乃至３のいずれか記載の装置。
5. 前記１以上の電位差の前記ピクチャの値は、前記駆動手段で利用可能な最大電圧である、
   請求項１乃至４のいずれか記載の装置。
6. 前記１以上の電位差の前記ピクチャの値は、当該ディスプレイ装置で使用されるインク材料の閾値電圧以下の値を有する、
   請求項１乃至３のいずれか記載の装置。
7. 前記１以上の電位差の数及び極性は、前記メモリ手段に記憶される、
   請求項１乃至６のいずれか記載の装置。

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