JP5604109B2 - 電気泳動ディスプレイ装置及びその駆動方法 - Google Patents

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Description

本発明はディスプレイ装置に関するもので、例えば電圧レベルが可変な電気泳動ディスプレイでカラーシーケンシャル方式のアドレシングを行うディスプレイ装置に関するものである。
液晶(LC)や電気泳動などを用いたディスプレイは駆動電極もしくはピクセル電極と共通電極に挟まれた媒体に保持された液晶粒子を含んでいる。ピクセル電極は、例えばディスプレー上で画像を生成するようにスイッチをオン/オフするアレー状の薄膜トランジスタ(TFT)のような、ピクセルドライバを含んでいる。TFT間の、すなわちピクセル電極と共通電極の間の、電圧差(VDE=VEink=VCE−Vpx、図3と5A参照。)はディスプレイの視聴者側に印加されており、この電圧が保持されている液晶粒子のマイグレーションを生じさせて画像を生成する。個々に制御されたTFTやピクセルのアレイを持つディスプレイはアクティブマトリクスディスプレイと呼ばれている。
電気泳動ディスプレイの画像内容を変更するには、例えばイーインク社(E Ink Corporation)の製品では、新しい画像情報が500msから1000ms程度のある決まった時間に書き込まれる。アクティブマトリックスのリフレッシュ・レートは通常これより速いので、この書き込みでは複数のフレームで同じ画像内容をアドレシングすることになる。例えば、50Hzのフレーム・レートで25から50フレーム画像のような場合である。電気泳動ディスプレイなどのディスプレイを駆動する回路はよく知られている。例えば米国特許番号5,617,111(発明者:Saitoh)、国際公開番号WO2005/034075(発明者:Johnson)、国際公開番号WO2005/055187(発明者:Shikina)、米国特許番号6,906,851(発明者:Yuasa)、米国公開番号2005/0179852(発明者:Kawai)での記載をそれぞれそのまま引用する。
図1はE-inkの原理100を示す概念図である。ここで、媒体130に保持された黒のマイクロ粒子110や白のマイクロ粒子110などの色の異なる粒子はE-inkカプセル140の壁によりカプセル化されている。一般的にE-inkカプセルの直径は200ミクロン程度である。電圧源150はピクセル電極160を通して接続されており、共通電極170はディスプレイの視聴者180から視聴される側に配置されている。ピクセル電極160の電圧をピクセル電圧Vpx、共通電極170の電圧をVCEとする。ピクセルすなわちカプセル140にかかる電圧、すなわち共通電極とピクセル電極の間の電圧差は図5AでVEinkとして表示されている。
E-ink140を黒から白にアドレシングするには、例えば、ピクセルが表示効果を示すようにしなければならない。これには図3と図5AにあるピクセルキャパシタCDEがピクセル電極160と170の間に接続され、500msから1000msの間−15Vが印加される必要がある。すなわちピクセル電極160で印加されているピクセル電圧Vpx(図5AではノードPの電圧として示されている)は−15Vで、VEink=VCE−Vpx=0− (−15)=+15Vとなる。この間、白粒子120は上部の共通電極170に向かって移動し、黒粒子110はピクセルパッドとも呼ばれる下部電極(TFTなどのアクティブマトリクス側、バックプレーン側)に向かって移動する。
黒い画面は黒粒子110が共通電極170に向かって移動している状態であり、この黒い画面に切り替えるには、ピクセル電極160に、共通電極の電圧VCEに対して、正のピクセル電圧Vpxを印加する必要がある。VCE=0V、Vpx=+15Vの場合は、ピクセル(図5AのCDE)にかかる電圧は、VEink=VCE−Vpx=0 −(+15)=−15Vとなる。ピクセル電極160でのピクセル電圧Vpxと共通電極の電圧VCEが0V(Vpx=VCE=0)の場合のように、ピクセルにかかる電圧VEinkが0Vの場合、E-ink粒子110、120は交代せず、移動しない。
図2のグラフ200で示すように、E-ink140(すなわち図3と図5AのCDE)の黒と白の状態の切り替え時間は、ピクセルにかかる電圧VDEすなわちVEinkが増加すると、減少する。グラフ200はピクセルにかかる電圧VEinkをy軸に、時間をx軸に表示してある。このグラフは黒の95%から白の95%への状態の切り替え、あるいはこの逆の切り替えの場合に対応する。駆動電圧の増加に対し、切り替え時間が1/2以上減少することは注目に値する。従って、切り替え速度は印加された駆動電圧に対し、直線より急激に増加する。
図3はセルのマトリクスすなわちアレイ400を含むアクティブマトリクスディスプレイのピクセル(すなわち図1のカプセル140)を駆動する回路の等価回路を示す。このセルは図4に示すように、セルまたはピクセル当り1個のトランジスタ310を含む(ピクセルキャパシタCDEと同様)。ピクセルのロウ方向の選択は、ゲート線すなわちピクセルのゲートをロウ方向に接続する電極320に適切な選択電圧を印加することにより行われる。ピクセルのカラム方向を選択する場合は、データ線すなわちカラム電極330を経由してピクセルに適宜電圧が印加される。ピクセルが選択された場合は、このピクセルのみに電圧が供給され、他の選択されていないピクセルには電圧が供給されないことが望ましい。選択されなかったピクセルは選択されたピクセルのアレイに供給される電圧から十分に絶縁されている必要がある。外部制御装置と駆動回路がセルマトリクス400に接続される。外部制御装置のセルマトリクス400への接続はフレキシブルPCB、ゴムコネクタ(elastomeric interconnects)、TAB(Tape Automated Bonding)、COG(Chip On Glass)、Chip On Plasticなどの適切な技術を用いて良い。もちろん制御装置と駆動回路をアクティブマトリクス自身に中に組み込んでも良い。
図4では共通電極170が、電圧VCEを供給する電圧源ではなく、グラウンドに接続されている。トランジスタ310はTFTであって良く、例えば図3に示すようにMOSFETトランジスタ310でも良い。トランジスタ310はこのゲートGに接続されているロウ電極320の電圧VrowすなわちVgateによりオン/オフ動作される。すなわち、電流IがソースSとドレインDの間に流れる導通状態と非導通状態が切り替えられる。TFT310のソースとカラム電極330は接続されており、カラム電圧Vcolと呼ばれるデータすなわち画像の電圧が供給される。
図3に示すように、種々のキャパシタがTFT310のドレインに接続されている。すなわちピクセルキャパシタとも呼ばれる、表示効果を持つ表示効果キャパシタ(display effect capacitor)CDEと、図3でTFTのゲートGとドレインDの間の鎖線で示すゲート‐ドレイン寄生キャパシタCgdである。2つの選択状態すなわち2つのTFT−オン状態(図7の765で示す)の間、電荷を保持する、すなわちピクセル電圧Vpx(ノードPではカラム電圧Vcolに近い)を保持するため、蓄積キャパシタ(strage capacitor)CstをTFTのドレインDと蓄積キャパシタ線340の間に設けることができる。独立した蓄積キャパシタ線340の代わりに、次あるいは前のロウ電極を蓄積キャパシタ線として使用しても良い。
従来のアクティブマトリクスE-inkディスプレイには種々の欠点がある。1つの欠点は、ディスプレイのアドレシングに比較的高い電圧が用いられるため、画像更新時の消費電力が比較的大きいことである。最も単純な解決方法はアドレシング電圧を下げることである。しかしながら、電圧を下げると、図2に示すように画像更新時間の増加は直線以上となり、画像更新時間が非常に長く(すなわち画像更新が遅く)なる。もう1つの欠点はE-inkの画像更新時間が高電圧にもかかわらず比較的長いことである。このためアドレシング電圧の増加の無い、従って消費電力増加の無いディスプレイが要求されている。
本装置の目的は、従来のディスプレイのこれらの不具合を解決することである。
前記目的と他の目的はロウ電圧を供給するロウドライバとこのロウドライバに接続されたロウ電極を備えたディスプレイ装置の方法で達成される。カラムドライバはカラム電極にカラム電圧を供給するように構成されている。更に、第1の状態には正の共通電圧を、第2の状態には負の共通電圧を、共通ドライバが共通電極に供給するように構成されている。当然ながら、2以上の電圧レベルが共通電極で使用されても良い。更に、全てのロウが非選択のロウ電圧レベルである時は、制御装置は共通電極を少なくとも2つの電圧レベル間で切り替えて良い。以下の場合、VceとVstは実質的に同時に切り替えて良い。(1)ロウが1つも選択されていない場合、または(2)ロウ選択タイミングの開始時、または(3)ロウ選択中であり、このロウ選択後には選択されたロウが、少なくとも選択期間終了までに、ピクセルをカラム電圧に充電する場合。特に、前記のVceとVstの切り替えで、1つもしくは2つ以上のピクセルが正しくない電圧(すなわちカラム電圧以外の電圧)とならないことが好ましい。前記制御装置は更に共通電極を略同一時刻に蓄積電極の蓄積電圧と略同一の電圧変化で切り替えて良い。
共通電極と蓄積キャパシタの前記蓄積電圧が、実質的に同時に、蓄積キャパシタンスと全キャパシタンスの比にほぼ連動して、表示効果すなわちピクセルにより生成された画像が最小の画像乱れで維持され、またより速い画像更新すなわち画像更新時間の短縮や、カラムおよびまたはロウの電圧の低減、消費電力の削減、画像の均一性の改善などの種々の利点が維持される。
本装置と本方法の更なる応用については以下の詳細な説明で明確となる。ここで記載された詳細な説明と実施例は、前記のディスプレイと方法の実施例であるが、本発明の説明を目的とするものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
前記および他の、本発明の装置、システム、方法の特徴、形状、利点は以下の説明、添付の請求項および対応する図で良好に理解される。
図1は、従来のE-inkディスプレイ装置を示す。 図2は、E-inkの切り替え速度をアドレシング電圧の関数で示す。 図3は、従来のアクティブマトリクスディスプレイにおけるピクセルの等価回路を示す。 図4は、アクティブマトリクスディスプレイのセルアレイを示す。 図5Aは、1つの実施例でのアクティブマトリクスのピクセルの回路を簡単にした回路を示す。 図5Bは、1つの実施例での切り替え電圧のタイミングチャートを示す。 図6A−6Cは、E-inkのアドレシングのアクティブマトリクスの駆動方法を用いた場合の種々の電圧パルスを3画像フレームに渡りしめす。 図7は、他の1つの実施例でのカラーシーケンシャル駆動方式の信号波形を示す。 図8A−8Bは、従来の駆動方式を用いた場合の信号波形を2画像フレームに渡り示す。 図9A−9Bは、更に他の1つの実施例でのカラーシーケンシャル方式のアクティブマトリクスの駆動方式の信号波形を2フレームに渡り示す。 図10A−10Bは、更に他のもう1つの実施例で、画像更新時間を短縮したカラーシーケンシャル方式のアクティブマトリクスの駆動方式の信号波形を2フレームに渡り示す。 図11は、更に他の別の実施例で、画像均一性を向上したカラーシーケンシャル方式のアクティブマトリクスの駆動方式の信号波形を示す。
以下の実施例についての記載は、単なる例示であり、本発明とその応用について限定するものではない。以下に、本説明の一部となっている添付する図を用いて、本システム、装置、方法の実施例を詳細に説明する。図によって説明される装置と方法を実現す実施例が示される。これらの実施例は当業者がここで開示されたシステムと方法を実施するのに十分詳細に説明される。他の実施形態を用いたり、構造的、論理的な変更を加えることは、当然ながら本発明のシステムの精神と範囲から離れることなく行えるものである。
従って、以下の詳細説明は限定するものではなく、本システムの範囲は付記された請求項で規定される。図中の引用番号の先頭の数字は、通常は図番号に対応するが、同じ構成要素が複数の図に現れる場合は同じ引用番号である。更に、明確にするため良く知られた装置、回路、方法は本システムの説明を不明瞭にしない程度に省略してある。
図5Aは、図3に示すアクティブマトリクスのピクセルの回路と同様に、簡略に表示した回路500である。ここではTFT310はロウ電極320からの信号で制御されるスイッチ510で表わされている。ピクセルすなわちE-inkは、TFTスイッチ510の一端と共通電極170の間に接続されているピクセルキャパシタCDEで表わされている。
電圧、たとえば負電圧が、ロウ電極からTFTゲートGに印加されると、TFT310すなわちスイッチ510はクローズするすなわち導通する。これによりTFT310(すなわちスイッチ510)のソースSとドレインDの間で電流Iが流れることになる。TFTを電流Iが流れると、ピクセルのノードPの電位がTFTのドレインDでカラム電極の電位に等しくなるまで、蓄積キャパシタCstが充電または放電される。カラム電極はTFTのソースSに接続されている。もしロウ電極の電位が変化すると、例えば正電圧に変化すると、TFT310すなわちスイッチ510はクローズし、導通がなくなり、電荷は保持され、すなわちピクセルノードPの電圧は保持され、蓄積キャパシタCstにより維持される。つまり、TFT310すなわちスイッチ510がオープンして非導通状態となるので、TFTのドレインDでのピクセル電圧Vpxとして表示されているピクセルノードPの電位は、この時は略一定となっている。
蓄積キャパシタCstの電荷量は所定の電位、すなわち蓄積キャパシタ線340とピクセルキャパシタCDEのピクセルノードPの間に電圧差を与え維持する。もし蓄積キャパシタ線340の電位が5V上昇すると、後述するように
Figure 0005604109
を仮定すれば、ピクセルノードPの電位も約5V上昇する。これは蓄積キャパシタCstの両側の電荷がどこにも移動しないので、これらの電荷量が同じになるためである。
理解を容易にするため、ピクセルCDEでのピクセル電圧の変化ΔVpxは蓄積キャパシタCstでの蓄積キャパシタ電圧の変化ΔVstとほぼ等しいとする。すなわち、
Figure 0005604109
とする。特にCstが主要なキャパシタである場合はこれは正しい近似であり、この場合もこれに該当する。VpxとVstのさらに厳密な関係は以下の式(1)で与えられる。
Figure 0005604109
全ピクセルキャパシタンスCTOTALは全てのキャパシタンスの和で定義される、すなわち、
Figure 0005604109
ここで、Crestはピクセルにおける他の全てのキャパシタンス(寄生キャパシタンスを含む)の和である。
ここで、電圧が変化してもピクセルにかかる電圧VEinkに影響が無いこと、そしてこれから表示された画像にも影響が無いことが望ましい。画像に影響が無いこと、すなわちピクセル電圧に変化が無いことはΔVEink=0であることを意味する。
Eink=VCE−Vpxであるので
Figure 0005604109
式(4)は、電圧が変化した際に表示効果に実質的な変化が無い画像状態の好ましい維持の方法を提示する。すなわち、例えば、黒もしくは白の状態が実質的な変化が無いように、ピクセルでの電圧変化ΔVEinkはゼロであることが望ましい。
(1)のΔVpxを式(4)に代入すると、
【数5】
ΔVCE-(ΔVst)[(Cst/CTOTAL)]=0 (5)
となる。
式(5)から分かるようにΔVCEとΔVstの関係は式(6)と(7)で与えられる。
Figure 0005604109
Figure 0005604109
このように、共通電極の電圧がΔVCEだけ変化した時は、蓄積線の電圧変化ΔVstが式(7)を満たすように変化することが望ましい。
式(6)または(7)から分かるように、確実にΔVEink=0となるように、ピクセルCDEでの電圧変化ΔVEinkを避けるためには、そしてこれにより表示画像が実質的に変化しないような表示効果を実質的に維持するためには、共通電圧VCEと蓄積キャパシタ電圧Vstが、実質的に式(6)または(7)で互いに表わされるように適切に、実質的に同時に変化される。特にVstとVCEが式(6)または(7)を満足し、実質的に同時に変化される時には、ピクセルCDEでの電圧には変化が起こらない、すなわちΔVEink=0となる。
ピクセルキャパシタCDEでの電圧、すなわち共通電極170とピクセルノードPの間の電圧差(すなわちVEink)は表示を切り替え、他のピクセルマトリクスアレイと共に画像を形成する役割を担う。もし、共通電極170と蓄積キャパシタ線340の電位が実質的に同時に(例えばこれら2つが接続されている、または同じ制御装置515で制御されている場合)、かつ実質的に式(6)または(7)を満足するように変化されると、ピクセルノードPでの電位は共通電極での電位変化と実質的に同じ大きさでかつ実質的に同時に変化することになる。事実上、これはピクセルキャパシタCDEにかかる電圧VEinkが一定(すなわちVEink=0)となることを意味する。
これに対して、もし共通電極170と蓄積キャパシタ線340が接続されていない場合、共通電極170の電圧VCEはピクセルキャパシタCDEでの電圧を変化させるように効果を及ぼす。すなわち、共通電極の電位VCEの変化は全ディスプレイに影響を及ぼす。更に、もし共通電極の電位VCEが、1つのロウが選択されている(すなわちTFT310が閉じ、導通している)時に変化すると、この選択されたロウが異なる動作となり、画像欠陥となる。
ここで、注目すべきは、E-ink(ピクセルすなわち表示効果のキャパシタCDE)を駆動するように設計されたアクティブマトリクス回路の蓄積キャパシタCstは表示効果キャパシタCDEやゲート‐ドレインキャパシタCgdの20から60倍大きいことである。通常、E-inkの大きなセルギャップとE-inkの材質の大きな漏れ電流のために、表示効果キャパシタCDEは、小さい。漏れ電流に連動して、表示効果キャパシタCDEは小さな値となるので、比較的大きな蓄積キャパシタCstを必要とする。
種々の電極が電圧源および/またはドライバに接続されて良く、これらは制御装置515により制御されて良い。この制御装置515は参照番号520、530、570でそれぞれ示される種々の電圧源および/またはドライバなどを制御する。制御装置515は、たとえば等価回路500で表わされているピクセルのセルに示されているように、種々の表示電極や配線を後述するように種々の電圧レベルのパルスにより駆動する。
適切な大きさとタイミングで蓄積キャパシタの電圧Vstと共通電極の電圧VCEを変化させるため、すなわち蓄積電圧Vstと共通電圧VCEを、実質的に同時にかつ実質的に式(7)のΔVst=(ΔVCE)[(CTOTAL)/(Cst)]による適切な大きさで変化させるため、共通電極ドライバ570は蓄積ドライバ580を通して蓄積キャパシタ線340に接続することができる。蓄積ドライバ580はプログラマブルに構成することができる。すなわち蓄積ドライバ580を制御装置515で制御するようにできる。この場合、蓄積ドライバ580は共通電圧VCEに対応する出力信号Vstを生成するスケーラである。言い換えると、出力信号の電圧Vstは共通電圧VCEに比例的に、好ましくは直線的に比例して、変化する。他の方法として蓄積ドライバ580は制御装置515から独立したドライバであって良い。この場合は共通電極ドライバ570と蓄積ドライバ580の接続は不要である。制御装置515は蓄積電圧と共通電圧Vst、VCEを実質的に同時に変化させるように構成してもよい。この蓄積電圧と共通電圧の変化は例えば式(6)または(7)で示す関係を満たすように対応している。
蓄積電圧と共通電圧Vst、VCEが実質的に同時に切り替えられない場合は、表示画像の欠陥となる。更に、図5Bに示すように、蓄積電圧と共通電圧Vst、VCEは実質的に同時に切り替えられるだけでなく、どのロウも選択されていない時に切り替えられる。Vst、VCEが同時に切り替えられる場合としては、(1)ロウが1つも選択されていない時、または(2)ロウ選択の開始時、または(3)ロウ選択中でこの選択期間が終了するまでにピクセルがカラム電圧レベルまで充電された後、である。特に、VCEとVstの切り替えが1つまたは2つ以上のピクセルが正しくない電圧(すなわちカラム電圧以外の電圧)に充電されることにならないようにすることが好ましい。特に、図5Bはロウ1、2、Nのロウすなわちゲートの電圧を示す。ここでは、たとえば低レベルVrow−select590がロウを選択し、すなわちTFT510をオン(導通状態、スイッチ閉)にし、高レベルVrow non−select592がTFT510をオフ(非導通状態、スイッチ開)にする。複数のロウは各ロウに適切な電圧を与えてシーケンシャルに1つづつ選択される。ここで、第1と第2の段階596、598の間の切り替え期間594で選択されるロウは無い。Vst、VCEが実質的に同時に切り替えられる場合としては、(1)ロウが1つも選択されていない時、または(2)ロウ選択の開始時、または(3)ロウ選択時の間でこの選択期間が終了するまでにピクセルがカラム電圧レベルまで充電された後、である。特に、VCEとVstの切り替えが1つまたは2つ以上のピクセルが正しくない電圧(すなわちカラム電圧以外の電圧)に充電されることにならないようにすることが好ましい。共通電圧Vst、VCEの変化のタイミングの観点とは関連が無いが、見易くするためカラム電圧も図5Bに示してある。なお、切り替え期間590はシーケンシャルロウアドレシングに割り込みが入った場合にはどのタイミングでも良い。例えば全てのロウのアドレシングの後、またはロウの半分のアドレシングの後、更にはどの番号のロウのアドレシングの後でも、所望の時刻に行って良い。切り替え期間590の後、次のロウがアドレシングされ、シーケンシャルロウアドレシングが再開される。
制御装置515はどのようなタイプの制御装置および/またはプロセッサであっても良い。本発明の装置、ディスプレイ、方法に適合して動作するように構成され、記述されたような種々の電圧レベルとタイミングのパルスでディスプレイ500を駆動する、種々の電圧源および/またはドライバ520、530、570、を制御するようになっていれば良い。メモリ517が制御装置/プロセッサ515の一部となっているか、あるいは結合されて動作しても良い。
メモリ517はデータを格納するのに適切なものであればどのようなタイプのもの(例えば、RAM、ROM、リムーバブルメモリ、CD−ROM、ハードドライブ、DVD、フレキシブルディスク、またはメモリカード)でも良い、また伝送媒体すなわちネットワークを通じてアクセスできるもの(例えば、光ファイバ、ワールドワイドウェブ、ケーブル、時間分割マルチアクセスを利用したワイヤレスチャネル、コード分割マルチアクセス、または他のラジオ周波数チャネル)でも良い。情報を格納および/または伝達できるように開発され知られているものであって、コンピュータ装置と共に使用するのに適合していれば、どの媒体であってもコンピュータ読み込み用の媒体および/またはメモリとして使用して良い。メモリ517または更に他のメモリはアプリケーションデータを格納して良い。このメモリは他の所望のデータと共に制御装置および/またはプロセッサ515からアクセスでき、本発明の装置、ディスプレイ、方法と適合して動作するように制御装置および/またはプロセッサ515を設定する。
追加のメモリを使用しても良い。コンピュータ読み込み可能な媒体517および/または他のどのようなメモリも、長期メモリ、短期メモリまたはこれらのコンビネーションであって良い。これらのメモリはプロセッサ515に本発明に開示する方法、動作、機能を実装して構成する。これらメモリはプロセッサ515に分散していても、一か所にまとまっていても良い。ここでは追加のプロセッサがあっても良く、複数が分散していても、1個であっても良い。メモリは電気的、磁気的、光学的メモリ、またはこれらのコンビネーション、または他のストレージタイプの装置として実装しても良い。更に、「メモリ」は、プロセッサからアクセスされアドレス指定できる空間を持ち情報を読み書きできるどのようなものも含むように広く解釈されるべきである。この定義により、ネットワーク上の情報もやはりメモリ517の範囲にある。例えば、プロセッサ515はネットワークから本装置に適合した動作の情報を取り出しても良いからである。
プロセッサ515は、電圧供給源および/またはディスプレイ500を駆動するドライバ520、530、570を制御する制御信号を供給すること、および/または後述する種々の駆動方法のアドレシングに適合した動作を実行することができる。プロセサ515は特定用途向けのものでも汎用の集積回路であっても良い。更に、プロセッサ515は、本システムに適合して動作する専用のものであっても、多くの機能の内1個だけが本システムに適合して動作するのであれば汎用のプロセッサであって良い。プロセッサ515は、プログラムの一部または複数の部分プログラムを利用して動作しても良く、または変調器、複調器などのハードウェアであっても良く、もしくはTV、DVDプレーヤ/レコーダ、携帯情報端末(PDA)、携帯電話、等の専用あるいは多目的の集積回路を利用した表示装置を動作しても良い。
専用でも共有でもどのようなタイプのプロセッサを使用しても良い。プロセッサはマイクロプロセッサ、CPU(central processing unit)、DSP(digital signal processor)、ASIC、または同じ機能を持つ光デジタルデバイスやアナログ電子回路などの、他のどのようなプロセッサや制御装置を含んで良く、電子技術や構造を用いて良い。プロセッサは通常ソフトウェアで制御され、メモリを持ちあるいはメモリと交信し、これらのメモリはユーザの希望によりソフトウェアやデータを格納する。
当然、制御装置/プロセッサ515、メモリ517、とディスプレイ500は(全体的あるいは部分的)一体型ユニットの全部あるいは一部であって良い。一体型ユニットはフレキシブル、ロール可能、巻きつけ可能なディスプレイ装置のようなディスプレイを含むような装置であっても、電話機、電気泳動ディスプレイ、他のPDA、TV、コンピュータ、または他の電子装置などのディスプレイを含むような装置であっても良い。更にプロセッサは、1個のデバイスに集積されたものの代わりに、電子装置あるいは筺体とピクセルマトリクスを備えた取り付け可能なディスプレイ500の中に分散していても良い。
アクティブマトリクスディスプレイは1つのロウが同時に駆動される。1枚のフレーム時間内でTFTをオンにする電圧を印加し全てのロウがシーケンシャルに選択される。すなわちTFTは非導通状態から導通状態に変化する。図6A−6Bは等価回路(図3の300と図5Aの500)の種々のノードにおける電圧を時間に対して示したものである。
図6Aは、特に3つのフレーム610、612、614のグラフ600で、アクティブマトリクス駆動方法でのE-inkのアドレシングを、4つの電圧パルスを重ねて示す。実線620は図3と5でロウ電極320でのロウ電圧Vrowを示す。Vrowは図6でも示されているが、簡単にするため、4つの電圧パルスの内2個だけ表示されており、他の2個は図6Cに表示されている。図6Aで点線650は、図1、3、5に示す共有電極170での電圧VCEを示す。VCEは図6Bにも示されている。図6Aで鎖線630は、図3、5のカラム電極330の電圧Vcolを示す。Vcolは図6Cでも示されている。図6Aの一点鎖線640は図5AのピクセルキャパシタCDEの一方の端末のピクセルノードPでのピクセル電圧Vpxを表わしている。Vpxは説明のため図6Cにも示してある。
図6Aのグラフ600はp型TFTのアクティブマトリクスバックプレーンの薄膜電子回路に印加されるパルスを示す。n型(例えばアモルファスシリコン)ではロウパルスと共通電極の電圧の極性が変わる。図6Aのグラフ600では、6個のロウが6個の点線のパルス630で示されているが、実際のディスプレイはもっと多くのロウを持っている。
ホールド時間すなわちフレーム610の非選択期間618は図6Aに示すように、実線620のロウ電圧Vrowは高レベル、例えば25Vで、TFT310をオフ(非導通状態、すなわちスイッチ510は開)にする。フレーム610の選択部分616の間TFT310は導通状態であり(すなわちスイッチ510は閉じ、選択されたロウがアドレシングされている)、図5Aに示す選択されたロウのピクセルキャパシタ(TFT310すなわちスイッチ510のドレイン側の全キャパシタンス)はカラム電極330に供給された電圧まで充電される。フレームの残りの時間618の間(すなわちホールド時間)、例えば図5Bに示すように、現在のロウはアドレシングされず他のロウがシーケンシャルにアドレシングされる。ホールド期間618の間、TFTは非導通状態であり、例えば蓄積キャパシタ(図3と5)Cstに蓄えられた電荷により、ピクセルキャパシタの電荷は維持される。
負の電圧630、例えば−15V、がピクセルに印加されると、このピクセルは白の状態に向け切り替えられ、正の電圧、例えば+15V、がカラム530に印加されると、ピクセルは黒い状態に向け切り替えられるが、これは図1に示す通りである。1つのフレームの間、いくつかのピクセルは白に向かって、他のものは黒に向かって切り替えられる。薄膜電子回路やアドレス指定可能なTFTまたはE-inkを持つピクセル電極のアクティブマトリクスのバックプレーンにおいては、通常の各電圧は、ロウ選択電圧(選択期間616の間)は−25Vで、ロウの非選択電圧(非選択期間618の間)は+25V、カラム電圧は−15V(白ピクセル)と+15V(黒ピクセル)の間、そして共通電極電圧は+2.5Vである。これらは図6A−6Cに示す。
図7はディスプレイのアドレシング方法700を示す。ここではモノクローム(例えば黒と白、もしくは他の2種類の色)を例に示すが、全イメージは2つのアドレシング段階の後に書き込まれる。1番目のアドレシング段階710では、黒状態の方向に切り替えられなければいけないピクセルが、最初の電圧レベルすなわち「黒」電圧720(例えば+15V)で、アドレシングされる。基準電圧Vrefでアドレシングされるピクセルは切り替え状態は変化しない。
2番目のアドレシング段階740の間で、白状態の方向に切り替えられなければいけないピクセルが、2番目の電圧レベル、すなわち「白」電圧750(例えば−15V)で、アドレシングされる。他の全部のピクセルは基準電圧(例えば0V)でアドレシングされ、2番目のアドレシング段階740の間は第1段階と同様に切り替え状態は変化しない。これら2つのアドレシング段階の後、結果として完全な画像(黒と白)が書き込まれる。
図7は実施例の信号波形の電圧をボルトで、ミリ秒単位の時間に対して示したものである。ここでは例として、前述の1番目のアドレシング段階710でピクセルが黒状態に向かって切り替えられ、2番目のアドレシング段階で基準電圧が印加されて黒状態を維持する場合の、アドレシング方法を示している。図7の上側の信号波形760はロウiに印加される。ここで、ロウ電圧(すなわちロウ電極に印加されたVgate)の低電圧レベルVselect765はロウ選択電圧Vselectである。高電圧レベルVnon−select770はTFT310(すなわち図3と5のスイッチ510)のゲートGに印加される非選択電圧レベルであり、TFTスイッチ310、510を閉じて、TFT310を導通状態にする。
図7の中央の信号波形780はカラムjに印加される。ここで実線782、784、786はロウiとカラムjが交差するピクセルに印加される電圧レベル(Vblack720とVref750)を示す。点線788はこのカラムjに接続された他のピクセルに印加される電圧で、電圧レベルVblack720、Vref730とVwhite750である。
図7の下の信号波形790はノードP(図3と5参照)におけるピクセル電圧Vpxで、ロウiとカラムjが交差するところのピクセルキャパシタCDEに印加される。従ってこの信号には中央の信号780の実線782、784、786が関連している。1番目のアドレシング段階710の最後のフレームが示されているが、ここで、Vblack720はピクセルキャパシタCDEに印加され(すなわちVpx=Vblack)、これによりピクセルは黒状態に向け切り替えられる。これに続いて2番目のアドレシング段階720の最初のフレームとなるが、ここではピクセルは784での基準電圧Vref730まで充電され、切り替え状態は変化しない。これによりE-inkカプセル140(図1)の中の粒子は現在の場所に留まり移動しない、すなわちピクセルは黒状態のままである。2番目のアドレシング段階720の最初のフレームの間に、他のピクセル(図示していない)は白状態に向けて充電される。このようにしてこれらの2つのアドレシング段階の後、全画像が書き込まれることになる。
1つの実施例ではカラーシーケンシャルでの更新方法が、低減したアドレシング電圧で実施されている。特に図7のアドレシング方法が用いられた場合、カラム電圧Vcolは1/2低減される。ロウ電圧Vrowも同様に低減される。これはディスプレイの消費電力を削減し、多くの市販のカラムとロウのドライバを使用することが可能となる。フレキシブルな薄膜ディスプレイにおいては、カラムとロウ電圧の低減はディスプレイを長寿命にする。これは使用される電圧がトランジスタのストレス効果を決定するからである。
図8A−8Bでは、従来の駆動方法が示されている。図9A−9Bでは1つの実施例での駆動方法が示されているが、この駆動方法ではカラム電圧が、図8A−8Bで示す従来の駆動方法に比べ、半分になっている。
図8A−8Bはそれぞれ、従来のアクティブマトリクスの駆動方法800、805を用いた場合の、種々の信号の電圧レベルを時間に対して示す。実線810は1つのロウ電圧Vrowを示す。これはTFT310(図3)のゲート電圧Vgateでもある。ゲートすなわちロウ電圧Vrow(またはVgate)は+25Vと−25Vの間である。鎖線820で示す0VのDC電圧は、図3と5に示す、対応する蓄積キャパシタ線340の電圧である。共通電極の電圧VCEも図3と5に示す。点線830はカラムの電圧Vcolで+15Vと−15Vの間である。鎖線840はピクセル電圧Vpx(ノードPにおける)であり、前記のロウとカラムに接続するピクセルに印加される。ピクセルは図3と5のCDEで示されている。
図8Aは負のカラム電圧830を点線で示す。これに対応して、負のピクセル電圧Vpx、例えば−15V(白ピクセルの場合)が図4と5のノードPに印加される。ノードPは図1のピクセル電極160である。Vpx840の鎖線で示されるように、ゲートすなわちロウ電圧Vrow電圧(例えばVrow=+25V)により、TFTスイッチ310をオフにする(図3すなわち図5Aで示すスイッチ510を開く)と、負のピクセル電圧Vpxは少しずつ(ゼロボルトに向かって)放電し始める。図8Bは正の電圧Vcol832を点線で表わす。これに対応した正のピクセル電圧Vpx、例えば+15V(黒ピクセルの場合)、も示す。ここで正のピクセル電圧Vpx842は、ゲートすなわちロウ電圧Vrow電圧(例えばVrow=+25V)により、TFTスイッチ310をオフにする(図3すなわち図5Aで示すスイッチ510を開く)と、少しずつ(ゼロボルトに向かって)放電し始める。
鎖線Vpx840、842で示されるように、ピクセル電圧Vpxは最初のフレーム850の前に0Vから開始し、少しずつ放電して、2番目のフレームの開始時に、要求されるピクセル電圧に近づく。2つのロウ選択パルスすなわちゲートパルス810の間、カラム電極電圧Vcol830、832は0Vであるが、実際のディスプレイのカラム電圧は全く0にならないこともある。これは接続されている他のピクセルがアドレシングされているからである。図8A−8Bで示すパルスは薄膜電子回路でp型TFTを備えたアクティブマトリクスバックプレーンでは典型的なパルスである。n型TFT(例えばアモルファスシリコン)では、ロウパルスと共通電極電圧の極性は反転している。
図9A−9Bは、図8A−8Bで示してあると同様に、白黒もしくはカラーシーケンシャルのアクティブマトリクス駆動方法900、905を用いて、本発明のディスプレイと駆動方法について2つのフレームで信号電圧レベルを示したものである。ピクセル電圧は黒と白のピクセルの場合のものであるが、2つのピクセル電圧に対するものであればどの2色であっても良く、カラー画像を生成する追加のピクセルの電圧であっても良い。カラーの追加(または選択可能な)ピクセル電圧には赤、緑、青がある。
図8A−8Bでのグラフと同様に、図9A−9Bにおいて、実線910のグラフはロウの電圧Vrowを示す。点線のグラフ930、932はカラム電圧Vcolである。鎖線グラフ940、942はノードPでピクセル(図5AのCDE)に印加したピクセル電圧Vpxである。ピクセルはロウとカラムに接続されている。図9Aの7.5Vの実線945と図9Bの−7.5Vの実線947は共通電極の電圧VCEを示す。
なお、図9A−9Bのカラム電圧Vcol930が、図8A−8Bでの+15Vと−15Vの代わりに、+7.5Vと−7.5Vの間になるように低減されている。更に、図9Aに示すように、期間960の間にピクセルがアドレシングされ、カラム電圧Vcol930が−7.5Vの場合(ゲートすなわちロウ電圧Vrowが−17.5VでTFT310(図3)すなわちスイッチ510(図5A)が閉じ、TFTが導通状態になる)、Vpx=Vrow=−7.5Vとなり共通電極の電圧VCE945は+7.5Vとなる(図8A−8Bでは0Vである。)。 これより電位上昇(矢印970)すなわちピクセルCDE(図5A)での電圧は、VCE−Vpx=+7.5−(−7.5V)=+15Vとなる。これは図8Aで示した電位上昇(矢印870)すなわちピクセルCDEでの電圧と同じであり、0−(−15V)=+15Vとなる。
同様に、図9Bに示すように、期間980の間にピクセルがアドレシングされ、カラム電圧Vcol930が+7.5Vの場合、共通電極の電圧VCE947は、図8Bの参照番号820で示される0Vに代わり、−7.5Vとなる。これより電位低下(矢印990)すなわちピクセルCDEでの電圧は、VCE−Vpx=−7.5−(+7.5V)=−15Vとなる。これは図8Aで示した電位低下(矢印990)すなわちピクセルCDEでの電圧と同じであり、0−(+15V)=−15Vとなる。
上記で説明されたように、図8A−8Bと図9A−9Bで示された駆動方法はピクセルCDEでの同じ15Vの電位上昇または低下を伴う。しかし、この図9A−9Bで示す駆動方法のピクセルCDEでの15Vの電位差は低減された絶対電圧値で実現され、例えば図9Bにおいてはカラム電圧Vcolが+15Vから+7.5Vに低減され、図9AにおいてはVcolの絶対値は15Vから7.5Vに低減されている。
これに対応して、図8A−8Bで示す従来の駆動方法800、805と比べ、カラム電圧Vcol930、932もまた(図8A−8Bでの±15から)+7.5Vと−7.5Vの間になるように低減されている。ゲートすなわちロウ電圧Vrow,Vgate910もまた、図9A−9Bに示すカラーシーケンシャルのアクティブマトリクス駆動方法900、905において低減されている。とりわけ、ゲートすなわちロウ電圧Vrowは図8A−8Bで示す従来の駆動方法800、805の±25から+17.5Vと−17.5Vの間になるように変更または低減されている。
図9A−9Bに示すように、ピクセル電圧Vpxは最初のフレーム950の前に0Vで開始し、2番目のフレーム960の開始時に要求されるピクセル電圧に近づく。ピクセルがアドレシング段階の間(ゲートすなわちロウの電圧Vrowが+17.5Vの時)でピクセルが切り替えられていない時、カラム電圧Vcolは共通電極の電圧VCEと等しい(例えば図9Aの+7.5V、図9Bの−7.5Vと等しい)。
図8Aでは、ピクセルはVpx=−7.5V(すなわち白ピクセル)に充電され、共通電極は+7.5Vに設定される。基準電圧(すなわち期間992、994の間で他のピクセルに印加されるカラム電圧Vcol)は、アドレシング段階992、994の間で他の切り替えられないピクセルに対しては、+7.5Vである。このアドレシング段階ではゲートすなわちロウ電圧Vrowは+17.5Vである。図8Bでは、ピクセルはVpx=+7.5V(すなわち黒ピクセル)に充電され、共通電極は−7.5Vに設定される。基準電圧は、アドレシング段階992、994の間で他の切り替えられないピクセルに対しては、−7.5Vである。図9A−9Bに示すグラフは薄膜電子回路でp型TFTを備えたアクティブマトリクスバックプレーンでのパルスである。n型TFT(例えばアモルファスシリコン)では、ロウパルスと共通電極電圧の極性は反転している。
2つの駆動段階で異なる共通電極の電圧を設定する場合、すなわち図9Aの「白」段階では+7.5V、図9Bの「黒」段階では−7.5Vとすると、ディスプレイは15Vの振幅(すなわち+7.5Vと−7.5Vの間)のカラム電圧でアドレシングされる。これは図8A−8Bで矢印770と780で示す従来のアドレシング方法で用いられる30Vの電圧振幅の半分となっている。この30Vの電圧振幅は±15Vの間である。
実効的なピクセル電圧Ppxeff(Ppxeffは共通電極の電圧VCEと比較した図5AのノードPでの相対的なピクセル電圧)は「白」段階(図9A)の間は、白状態に向かって切り替えられているピクセルに対しては−15Vである。すなわちピクセルは等価的または実効的な電圧−15Vで充電される(−7.5Vではない)。そしてこのアドレシング段階の間に切り替えられないピクセルに対してはPpxeffは0Vとなる。すなわち、切り替えられないピクセルはノードP(図5A)で+7.5Vに充電される。ここで+7.5Vは共通電極の電圧VCE(図9A)と等しく、従って実効的ピクセル電圧Ppxeffは0Vとなる。言い換えると、ピクセルキャパシタCDEにかかる電圧VEinkは0Vとなる。これは、同じ+7.5Vの電圧がピクセルキャパシタCDEの両端(図5A)に供給されるので、ピクセルキャパシタCDEにかかる電圧差が無くなるからである。
実効的ピクセル電圧は「黒」段階(図9B)の間は、黒状態に向かって切り替えられるピクセルは+15Vであり(すなわちピクセルは、+7.5Vでなく、等価的または実効的な電圧+15Vで充電される)、このアドレシング段階で切り替えられないピクセルに対しては0Vである。すなわち、これらの切り替えられないピクセルはノードP(図5A)で−7.5Vに充電され、この−7.5Vは共通電極の電圧VCE(図9B)に等しいので実効的ピクセル電圧Ppxeffは0Vになる。
ピクセルCDE(図5A)にかかる電圧VEink±15Vは±7.5Vに変えることができる。これは±7.5Vでピクセルを充電する代わりに、0Vでピクセルを充電するように共通電圧VCEを変更することによる。VCE=0Vの時、ピクセルにかかる電圧VEinkは±15Vの代わりに±7.5Vとなる、すなわち、−7.5V(「白」段階)から+7.5V(「黒」段階)になる。ピクセルにかかる電圧VEinkに2種類、±15Vと±7.5V、を準備することにより、ピクセルの黒白間の駆動を2つの異なる速度で行うことができる。
ここで注目すべきは、前述の種々の実施形態における駆動方法で、ピクセルCDEでの電位差、±15V振幅、は従来の駆動方法と同じであることである。これは図8A−8Bの矢印870、890と図9A−9Bの矢印970、990で分かる。しかしながら、要求されるカラム電圧Vcolは15V(図8A−8Bの参照番号830)から7.5V(図8A−8Bの参照番号830)に1/2低減されている。
図9A−9Bに示すカラーシーケンシャルの駆動方法900、905では、全画像更新時間は図8A−8Bの従来の駆動方法800、805より長くなる。これは実際のピクセル電圧の絶対値が15Vの代わりに7.5Vになるためである。しかしながら、図2に示すように駆動電圧と画像更新時間の非直線的関係のため、画像更新時間の減少のファクターは、更新シーケンスにより、通常1.1から2の間である。従来のアドレシング方法800、805が半分のカラム電圧で行われた場合、すなわち15Vの代わりに7.5Vとした場合、画像の更新時間増加のファクターは2から3倍となる。図9A−9Bに示すカラーシーケンシャルの駆動方法900、905の場合にはこの係数は1.1から2である。これは図8A−8Bと図9A−9Bに示す駆動方法でカラム電圧レベルを共に±7.5Vに下げた場合(図8A−8Bでは±15V)、画像更新時間の増加(すなわち画像更新速度の減少)は、図8A−8Bの従来の駆動方法800、805に比べ、図9A−9Bのカラーシーケンシャルの駆動方法900、905の方が少ない。
図8A−8B、図9A−9Bから分かるように、ロウまたはカラムの電圧Vrow(またはVgate)も25Vから17.5Vに低減する。図8A−8Bで示す従来の駆動方法では、ロウ選択電圧は−25Vであり、ロウの非選択電圧は+25Vである。これらはカラム電圧±15Vに比べそれぞれ10V低いか高い。図9A−9Bに示すカラーシーケンシャルのアドレシング方法では、ロウ選択と非選択の電圧はそれぞれ−17.5Vと+17.5Vである。これに対し、ピクセルの充電特性は従来のアドレシング方法(図8A−8B)と同じになる。これは実効的なピクセル電圧Vpx、すなわち電圧振幅が従来の駆動方法((図8A−8B)とカラーシーケンシャルの駆動方法(図9A−9B)で、共に±15Vであり、等しくなっているからである。これは図8A−8Bと図9A−9Bの矢印870、890、と970、990で示されている。
ここで注目すべきは、図9A−9Bでは±7.5Vとなっているように、共通電極の電圧VCEを大きくすることなく、この共通電極の電圧VCEを0Vとする(これは図8A−8BのVCEと同様である)、あるいは図9A−9Bで示す2つのアドレシング段階(白と黒のピクセル)の間にキックバックに等しい小さな正の電圧とすることができることである。VCEがほぼ0Vの場合、図9A−9Bで示す2つのアドレシング段階では、ピクセルCDE(図5A)にかかる同じ電圧差約±15Vを維持するため、カラムとロウの電圧に異なる電圧を設定する。
キックバックとは以下に述べる現象のことである。TFTが導通状態(Vrow=−17.5V)の間、ゲート−ドレインの寄生キャパシタCgdとキャパシタCst、CDEは充電される(図3と5)。TFTがオフに切り替えられる時(Vrowは17.5Vに切り替えられる)、キャパシタCgdにかかる電圧は35V上昇する(−17.5Vから+17.5V)。電荷はCgdからCstとCDEに移動し、VpxはTFTのオフ切り替え後すぐに上昇する。Cgdは他のキャパシタに比べ比較的小さいので、Vpxの電位上昇は比較的小さい。
一般的に、前述のVCEの電圧振幅端(例えば−7.5V、0V、+7.5Vの振幅端)に小さな追加電圧ΔVCEが必要となる。この理由は、ロウ電圧を低電圧から高電圧に変化する時に、ピクセルの寄生キャパシタンス(Cgd)が小さな電圧ジャンプを生じさせるためである。このジャンプはキックバック電圧VKBと呼ばれ、次のように計算できる。ΔVKB=(ΔVrow(Cgd/CTotal)。正しいVEinkを得るためには、これがVCEに加えられなければならない。従って、この小さなキックバック電圧は前述の全てのVCE電圧に加えられなければならない。
更にここで注目すべきは、図9A−9Bのカラーシーケンシャルのアドレシング方法の消費電力は図8A−8Bの従来のアドレシング方法より少ないことである。これは消費電力は駆動電圧の2乗に比例するからである。電圧としてはカラム電圧、ロウ電圧、共通電極などがあり、これらはピクセルCDEの電圧VEinkを決定する(E-inkを切り替える)。Vrow、Vcol、VCEの変化は消費電力に対し2乗の関係で寄与する。
次に示す計算で、図8A−8B、図9A−9Bの、従来の駆動方法とカラーシーケンシャルアドレシングの駆動方法の消費電力を比較する。薄膜電子回路QVCA(Quarter Video Graphics Array)アクティブマトリクスE-inkディスプレイの消費電力が、従来駆動方法とカラーシーケンシャル駆動方法に対し計算される。このようなE-inkディスプレイは標準的なアクティブマトリクスの設計である。従って、一般的に、この設計での計算はアクティブマトリクスディスプレイの代表的なものである。
従来の駆動方法800、805(図8A−8B)での総消費電力は、
Figure 0005604109
となる。
ロウの消費電力(Prows)消費電力は次の式で計算される。
Figure 0005604109
rows=240、Crow=87pF、V off=−25V、f=50Hzでは2.6mWとなる。
カラムの消費電力(Pcolumns)は次の式で計算される。
Figure 0005604109
カラムの最大消費電力は、Nrows=240、Ncols=320、Ccolumn=26pF、Vdata min=−15V、Vdata max=15V、f=50Hzとして48mWになる。チェッカーボードを反転させた場合のみこの消費電力に達する。
従来の駆動方法800、805(図8A−8B)の総消費電力PQVGA−convは従って最小3.8mW、最大で51.8mWとなる。
カラーシーケンシャルアドレシングの駆動方法900、905(図9A−9B)の総消費電力は、
Figure 0005604109
となる。
この計算ではロウ電圧35V、カラム電圧振幅15Vを用いる。ロウでの最大消費電力は2.6mW/50×35=1.3mWとなる。カラムの最大消費電力は48mW/30×15=12mWとなる。
カラーシーケンシャルアドレシングの駆動方法900、905(図9A−9B)の総消費電力PQVGA−propは従って最小1.3mW、最大13.3mWとなる。これは従来の駆動方法800、805(図8A−8B)の総消費電力最小3.8mW、最大51.8mWに比べほぼファクター4小さくなっている。画像更新時間は最大2倍長くなり、画像当りの消費電力はファクター2以上小さくなる。
更にもう1つの実施例は、図10A−10Bで示すように、カラーシーケンシャルの画像更新で更新時間を短縮したものである。図10A−10Bは特に2つのフレーム1050、1060での電圧レベルを時間に対して示す。ここではカラーシーケンシャルのアクティブマトリクス駆動法(ピクセルを白に駆動する方法1000とピクセルを黒に駆動する方法1005)を用いており、本発明のもう1つの実施例のディスプレイと駆動方法による画像更新時間の短縮がなされている。実線1010は1つのロウ電圧Vrow(すなわちVgate)を示す。点線1030、1032はカラム電圧Vcolである。鎖線1040、1042はピクセルVpxの電圧で前記ロウとカラムに接続されたピクセル(図5AのCDE)にノードPで印加される。図10Aで15Vの実線1045と図10Bで−15Vの実線1047は共通電極の電圧VCEを示す。
ピクセル電圧Vpxは最初のフレーム1050の前に0Vで開始し、2つ目のフレーム1060の開始時に要求されるピクセル電圧に近づく。この実施例では、ピクセルが切り替えられない時は、カラム電圧Vcolは共通電極の電圧VCEと等しくなる。すなわち、図10Aで示す白ピクセルの駆動方法1000ではVcol=VCE=+15V、図10Bで示す黒ピクセルの駆動方法1005ではVcol=VCE=−15Vとなる。このように、実効的ピクセル電圧Ppxeff、すなわち図5Aで示すピクセルCDEでのピクセル電圧VEinkは、アドレシング段階すなわち期間1052の間は±30Vであり、ピクセルCDEが切り替えられない時の非アドレシング期間1054、1064の間は0Vである。しかし、重要な期間1062(図10A参照)以外であれば、すなわちTFTの導通段階であれば、カラム電圧はどんな電圧であっても良く、特に、他のロウのカラムデータをカラム電極に印加しても良い。
図10A−10Bで示すパルスは薄膜電子回路のp型TFTアクティブマトリクスバックプレーンに印加されるパルスである。n型TFT(例えばアモルファスシリコン)ではロウパルスと共通電極電圧の極性は反転している。図10Aでは、ピクセルは−15V(白ピクセル)のピクセル電圧Vpx1040に充電され、共通電極の電圧VCEは+15Vに設定される。基準電圧Vref1035(図7で説明したVcol)は、このアドレシング段階で切り替えられないピクセルに対しては+15Vである。図10Bでは、ピクセルは+15V(黒ピクセル)のピクセル電圧Vpx1042に充電され、共通電極の電圧VCEは−15Vに設定されるが、共通電極(図1と3−5で示す170)に印加される電圧VCEは−15Vに設定される。基準電圧Vref1037(図7で説明したVcol)は、このアドレシング段階で切り替えられないピクセルに対しては−15Vである。
図7のアドレシング方法700が使用される場合、図10A−10Bのアドレシング方法1000、1005を用いることで、駆動電圧の相応の増加無しに(VcolとVrowの増加無しに)、従来のアドレシング方法800、805(図8A−8B参照)と比べて画像更新時間を短縮することができる。図10A−10Bのアドレシング方法1000、1005では、共通電極の電圧VCE以外は、図8A−8Bの従来のアドレシング方法800、805と同じ電圧レベルがVcol、Vrow、Vpxで使用されている。共通電極の電圧VCEは図8A−8Bの0Vから図10A−10Bでは±15V(すなわち図10AではVCE=+15V、図10BではVCE=−15V)に変更されている。これにより、図8A−8Bの参照番号870、890で示す±15Vに比べ、図10A−10Bの参照番号1070、1090で示すピクセルCDEにかかる電圧VEinkは±30Vと倍になっている。図10A−10Bの増加したVEinkは画像更新速度を増加(すなわち画像更新時間を減少)する。この際、図8A−8Bの従来のアドレシング方法800、805に比べ消費電力の相応の増加は無い。これは電圧レベルVcol、Vrow、Vpxは図10A−10Bと図8A−8Bで同じからである。
例えばフレキシブルな薄膜電子回路ディスプレイでは、このようなカラーシーケンシャルの画像更新(図10A−10B)は組み込んだロウドライバの寿命を長くする。これはデューティサイクルが削減されるためであり、アドレシングすなわちTFTのオン時間1090(ドライバが動作可能となる時間)が削減されるためである。デューティサイクルの削減は、より速い画像更新(すなわち画像更新時間の短縮)に対し不利な影響を与えること無しに、可能である。これは図9A−9Bに示すような駆動方法の場合においても電圧振幅が減少するので同様である。
図8A−8Bに示す1つの電圧レベル、ゼロボルト、が用いられる従来のアドレシング方法800、805と比較して、図10A−10Bに示す画像更新時間を短縮したカラーシーケンシャルの更新方法1000、1005では、共通電極VCEが、例えば±15Vの正負の電圧値の間で、可変である。これはピクセルCDEの電圧振幅VEinkを±15Vから±30Vに増加させる。これにより、共通電極の電圧VCEに2つの駆動段階1000、1005で異なる電圧レベル、「白」段階の間は+15V、「黒」段階の間は−15V、を設定することにより、ピクセル電圧にVEink=±30Vを印加してディスプレイのアドレシングが可能となる。これは図8A−8Bに示す従来のアドレシング方法800、805で用いられるピクセル電圧±15Vの倍である。
ここで注目すべきは、図10A−10Bに示す画像更新時間を短縮したカラーシーケンシャルの更新方法1000、1005では、VEink=±30Vであり(参照番号1070、1090に示す)、これは図8A−8Bに示す従来の駆動方法800、805の±15V(図8A−8Bの870、890)の倍であるが、要求されるカラム電圧は図8A−8Bと図10A−10Bで同じVcol=±25Vであることである。
Einkが±15V(図8A−8Bの870、890)から±30V(図10A−10Bの1070、1090)に増加されたことにより、図2に示すように、総画像更新時間が短くなる。例えば、図2に示すように、切り替え時間は20Vで約230msとなり、10Vでは切り替え時間は約600msとなる。これにより、図10A−10Bに示す画像更新時間を短縮したカラーシーケンシャルの更新方法1000、1005では、総画像更新時間は約460ms(すなわち2×230ms)となる。これは図8A−8Bに示す従来の駆動方法では600msである。画像更新時間が約25%少なくなる(600msから460msに140ms短縮される、140/600=23.33%)ので画像更新当りの電力消費は低下する。
更に別のもう一つの実施形態は画像均一性を改善したカラーシーケンシャルの更新の駆動方法を含むものである。ここでは実施形態は画像均一性を向上するために図9A−9Bと図10A−10Bが組み合わされている。画像の不均一性はフレキシブルな薄膜電子回路アクティブマトリクスE-inkディスプレイでは特に問題となる。これはピクセルの負電圧(すなわち白)への充電がしばしば不十分となるからである。不十分な負電圧の充電は、ピクセルTFTの不均一性により、不均一な画像をもたらす。画像の均一性はロウ(すなわちゲート)の電圧Vrowをより大きな負電圧としてピクセルを充電することで改善される。これはTFTを通って流れる電流はロウ電圧と、カラム(すなわちソース)とピクセル(すなわちドレイン)の電圧の最小値との差に依存するからである。更に画像均一性を改善するため、特にTFTでのリークが画像不均一性の主因である場合は、非選択のロウ電圧と最大ピクセル電圧の差を増加させても良い。
図9A−9Bで示すアドレシング方法を用いる場合、ロウすなわちTFTゲートの電圧Vrowの振幅は15V下げられる。すなわち、図8A−8Bの50V(または±25V)のVgate(すなわちVrow)の振幅は15V下げられて35V(または±17.5V、図9A−9B)になる。図9A−9Bで示すような±17.5VのVgateの代わりに、図11に示すように、ロウ電圧Vrowすなわちゲート電圧Vgateの負電圧レベルを更に下げ、−17.5Vから−32.5Vにしても良い。これにより電圧振幅は+17.5Vから−32.5Vの50Vとなる。これは、図8A−8Bの参照番号895で分かるように、ロウの50Vの電圧振幅1110(+17.5Vから−32.5V)が従来の駆動方法のものと同じである。しかし、図11で示すロウ選択電圧は−32.5Vであり、−7.5Vのカラム電圧Vcol1130やピクセル電圧より25V低い(図11の参照番号1120)。これに対し、図8Aで示すロウ選択電圧−25Vは、従来の駆動方法におけるカラムすなわちピクセル電圧−15V(図8Aの参照番号897で示す)より10V(=−15−(−25))低いだけである。一方のロウ選択電圧と他方のカラムおよびピクセル電圧の間には大きな差がある(すなわち図11の参照番号1120の25Vに対し図8Aの参照番号897の10V)が、これはTFT電流を増加し、これからピクセルの充電率を向上し、結果として均一性が向上することになる。
更に次の別のもう一つの駆動方法の実施例は共通電極における電圧の切り替えタイミング、すなわちVCEの変更タイミング、に関連する。画像欠陥を避けるため、全てのロウが非選択の時に、共通電極が切り替えられる。VceとVstは、以下の時に実質的に同時に交互に切り替えられる。すなわち(1)ロウが1つも選択されていない時、または(2)ロウ選択開始時、(3)ロウ選択時間の間で、選択されたロウが少なくとも選択期間が終了するまでにピクセルをカラム電圧まで充電する間。とりわけ好ましくは、VceとVstの切り替えにより、1つまたは複数のピクセルが正しくない電圧(すなわちカラム電圧以外の電圧)に充電されないことである。もし1つのロウが選択されると、このロウは他の全ての非選択のロウと比べて異なる動作を行う。共通電極が切り替えあるいは変更されると、ピクセルでの電圧は変更される。これはまた画像欠陥となる。このような画像欠陥を避けるため、全てのロウが非選択の時に、共通電極の電圧VCEが切り替えられる。言い換えれば、共通電極電圧を変更する間は、全てのロウのゲート電圧(VgateすなわちVrow)は高電圧(すなわちTFTは非選択で非導通)に保持される。全てのTFTがオフ(すなわち非導通)となっているので、カラム電圧Vcolはこの時は無関係である。
電圧変更の適切なタイミングは独立した蓄積キャパシタ線340(図3と5に示す)の設定により実現される。この電圧変更は、図5Bに示す切り替え期間594の間で、蓄積キャパシタ電圧を共通電極170の電圧に対応した電圧振幅で実質的に同時に変更することで行われる。蓄積キャパシタCstはほぼ少なくとも20倍以上、ピクセルの他の全てのキャパシタより大きいので、蓄積キャパシタ電圧線340と共通電極170が共に実質的に同時に切り替えられる時も、ピクセルCDEにかかる電圧VEinkは実質的に同じ値を維持する。
前記の種々の実施例は確実な利点を提供する。例えば、カラム−データ−ドレイン電圧が1/2減少(すなわち15Vから7.5Vに)すること、および/または、双安定なディスプレイ(例えば電気泳動)でのアドレシングの間、階調を生成する能力を失うことなくロウすなわちゲート電圧を対応して低減することである。これは多くの市販のドライバを使用することを可能とする。更なる利点にディスプレイの画像更新時間の減少がある。更に加えてフレキシブルな薄膜電子回路のE-inkディスプレイの均一性が向上する。これはカラム電圧が減少した場合に、ロウとカラムの電圧差が増加するからである。
もちろん、前記のいずれの実施例または方法は1つあるいは複数の他の実施例や方法と組み合わせても良く、これによりユーザの特別な特性を理解しこれに合わせた改良や、これに関連した提案を行うことができる。
最後に、前記の説明は本発明のシステムの単なる実施例であり、添付された請求項をどの実施例やこれら実施例群に限定するものでない。従って、本発明のシステムは引用された特定の実施例について特に説明してあるが、当業者であれば、以下に続く請求項に記載してある、広く、目的とする本発明のシステムの精神と範囲から離れることなく、多くの変更や他の実施例の考案を行うことが、可能である。明細書と図はこれに対応して実施例と見なされ、添付の請求項の範囲を制限することを意図していない。
−請求項の解釈について−
添付の請求項の解釈においては、以下のように理解されたい。
a)「備える(comprising)」はその請求項に記載された以外の要素または動作を除外するものではない。
b)要素の前に置かれた「a」または「an」はこれらの要素が複数存在することを除外するものでない。
c)請求項中のいずれの参照記号もこの請求項の範囲を限定しない。
d)いくつかの「手段(means)」が同じまたは異なる事項、ハードウェア、組み込まれたソフトウェア構造、機能で表わされている。
e)いかなる開示された要素はハードウェア部分(例えばディスクリート電子回路および集積電子回路)、ソフトウェア部分(例えばコンピュータプログラム)から成って良く、またこれらの組み合わせであっても良い。
f)ハードウェア部分はアナログとデジタルの1つまたは両方から成っていて良い。
g)これらのいずれの開示された装置または部分は、特に記載がなければ、一緒に組み合わせても、分離して更に別の部分とされていても良い。
h)特に記載がなければ、動作または手順の順序は決まっていない。


Claims (11)

  1. 第1の端末と第2の端末を備え、前記第1の端末と第2の端末の間に加えられる電圧の極性に応じて白状態と黒状態のいずれかの表示状態をとるピクセルと、
    ロウ電圧をロウ電極に供給するように構成されたロウドライバと、
    カラム電圧をカラム電極に供給するように構成されたカラムドライバと、
    前記ロウ電圧の値に応じて前記カラム電極と前記ピクセルの第1の端末との接続を制御するスイッチング素子と、
    前記ピクセルの白状態か黒状態のいずれか一方の表示状態のために前記ピクセルの第2の端末に共通電極を介して正の共通電圧レベルを供給し、かつ前記ピクセルの他方の表示状態のために負の共通電圧レベルを供給するように構成された共通電極ドライバと、
    を備える電気泳動ディスプレイ装置において、
    更にキャパシタ線と、
    前記キャパシタ線と前記第1の端末の間に接続された蓄積キャパシタと、
    前記キャパシタ線の電圧レベルと前記共通電圧レベルとを、前記蓄積キャパシタの蓄積キャパシタンス値と、前記蓄積キャパシタの蓄積キャパシタンス値と前記ピクセルのキャパシタンス値と寄生キャパシタンス値とを含む前記ピクセルの総キャパシタンスとの比により互いに関連づけて実質的に同時に切り替えるよう構成されている制御装置とを備える電気泳動ディスプレイ装置。
  2. 請求項1に記載の電気泳動ディスプレイ装置において、
    前記カラム電圧は正と負の値を持つ電気泳動ディスプレイ装置。
  3. 請求項1に記載の電気泳動ディスプレイ装置において、
    前記ロウドライバは前記ロウ電圧の絶対値を増加することによりピクセルの
    不十分な充電を補償するように構成されている電気泳動ディスプレイ装置。
  4. 請求項1に記載の電気泳動ディスプレイ装置において、
    前記制御装置は全てのロウが非選択レベルのロウ電圧である時に前記キャパシタ線の電圧レベルと前記共通電圧レベルとを切り替えるように構成されている電気泳動ディスプレイ装置。
  5. 請求項1に記載の電気泳動ディスプレイ装置において、
    前記キャパシタ線は蓄積電圧ドライバに接続されて前記蓄積キャパシタに前記キャパシタ線の電圧レベルを供給し、また前記蓄積電圧ドライバは前記共通電極ドライバに接続されて前記共通電圧レベルに比例した電圧を前記キャパシタ線の電圧レベルとして供給する電気泳動ディスプレイ装置。
  6. 請求項1に記載の電気泳動ディスプレイ装置において、
    前記キャパシタ線は蓄積電圧ドライバに接続されて前記蓄積キャパシタに前記キャパシタ線の電圧レベルを供給し、前記蓄積電圧ドライバは前記共通電極ドライバから独立して動作するとともに前記制御装置により制御される電気泳動ディスプレイ装置。
  7. 第1の端末と第2の端末を備え、前記第1の端末と第2の端末の間に加えられる電圧の極性に応じて白状態と黒状態のいずれかの表示状態をとるピクセルと、
    前記ピクセルの第1の端末にスイッチング素子を介して接続されたカラム電極と、
    前記スイッチング素子を制御するロウ電極と、
    前記ピクセルの第1の端末とキャパシタ線の間に接続された蓄積キャパシタと、
    前記ピクセルの第2の端末に接続さた共通電極とを備えた電気泳動ディスプレイ装置を駆動する方法であって、
    ロウ電圧を前記ロウ電極に印加する動作と、
    白状態への切り替えのために第1のカラム電圧を前記カラム電極に、第1の共通電圧を前記共通電極にそれぞれ印加する動作と、
    黒状態への切り替えのために第2のカラム電圧を前記カラム電極に、第2の共通電圧を前記共通電極にそれぞれ印加する動作と、
    前記共通電極への共通電圧の切り替えと実質的に同時に前記キャパシタ線に印加する蓄積キャパシタ電圧を、前記蓄積キャパシタの蓄積キャパシタンス値と、前記蓄積キャパシタの蓄積キャパシタンス値と前記ピクセルのキャパシタンス値と寄生キャパシタンス値とを含む前記ピクセルの総キャパシタンスとの比により前記共通電圧に関連づけて切り替える動作と
    を備える電気泳動ディスプレイ装置の駆動方法。
  8. 請求項に記載の方法において、
    前記第1のカラム電圧と前記第2のカラム電圧は極性が異なる電気泳動ディスプレイ装置の駆動方法。
  9. 請求項に記載の方法において、
    更に前記ロウ電圧の絶対値を大きくすることによりピクセルの不十分な充電を補償する動作を備える電気泳動ディスプレイ装置の駆動方法。
  10. 請求項に記載の方法において、
    前記蓄積キャパシタ電圧として前記共通電圧に比例した電圧が供給される電気泳動ディスプレイ装置の駆動方法。
  11. 請求項に記載の方法において、
    前記蓄積キャパシタ電圧と前記共通電圧は共通に制御され互に独立したドライバにより供給される電気泳動ディスプレイ装置の駆動方法。
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