JP5654235B2 - 粒子の移動を使用した表示デバイス - Google Patents

Description

本発明は、粒子の移動を使用した表示デバイスに関する。この種の表示の一例として、電気泳動表示デバイスがある。

電気泳動表示デバイスは双安定表示技術の一例であり、電界範囲内の荷電粒子の移動を使用し、選択的な光拡散又は吸収機能を提供する。

ある一例では、白い粒子が吸収性液体の中に浮遊しており、該粒子をデバイスの表面に移動させるのに電界を使用することができる。この位置では、表示が白く見えるように光拡散機能を実施することがある。上の表面から遠ざかる移動によって、例えば黒などの液体の色が見える。他の一例では、透明な液体の中に2種類の粒子（例えば黒い負荷電粒子と白い正荷電粒子）が浮遊する。多くの異なった構成が可能である。

電気泳動表示デバイスは双安定性（画像が電圧を印加せずに維持できる）の結果、低消費電力を可能にすると認識されており、バックライトや偏光子が不要であるため、薄型で明るい表示デバイスの形成を可能にする。それらはまた、プラスチック材料から製造されることもあり、そのような表示デバイスの製造では低価格のリール・ツー・リールプロセスも可能である。

興味を引く応用の一例に、電子棚札がある。これらは、小売業者にいくつかの利点を提供する。まず第1に、価格更新はボタンを触る時点で実施されるが、標準の紙の棚札である場合、従業員が全ての棚の周りを巡回し手動で価格を調整する必要がある（時間がかかりエラーが発生しやすい）。第2に電子棚札は、関連情報のみの表示の可能性を提供する。例えば、開店時間外において小売業者が棚のスペースを計画している時、電子棚札は棚の商品の配置、現在の在庫や新しい供給品の到着日を表示できる。開店時間中には製品情報、価格や特別割引価格などの消費者に関する情報を表示できる。

価格を可能な限り低く保つ場合、パッシブ（直接ドライブ）アドレッシング法が適用される。表示デバイスの最も単純な形態は分割型反射表示デバイスであり、この種類の表示デバイスで間に合う応用が多数ある。分割型反射表示デバイスは低消費電力及び良好な輝度を有し、駆動中には双安定動作をする。従って、表示デバイスがオフの時にも情報を表示することが出来る。

しかしながら、マトリックスアドレッシング法を使用して改善された性能及び多用途性が提供される。パッシブマトリックス式アドレッシングを使用する電気泳動表示は通常、底部の電極レイヤー、表示媒体レイヤー、及び上部の電極レイヤーを含む。上部及び／又は底部の電極レイヤーにはバイアス電圧が選択的にかけられ、バイアスがかけられた電極に連結している表示媒体部分の状態が調節される。

電気泳動表示デバイスの１つの特殊なタイプは、「インプレーン型スイッチング方式」と呼ばれる。この種のデバイスは、選択的及び横方向に表示物質レイヤーの粒子の運動を使用する。粒子が側電極に向かって動かされた時、粒子間に隙間が生じ、それを通して下層の表面及び粒子の色が見える。粒子は着色され、下層表面は黒又は白であってもよく、あるいは粒子が黒又は白で下層表面が着色されていてもよい。
インプレーン型スイッチング方式の利点は、デバイスが透過式操作又は透過反射式（transflective）操作に適合することができることである。特に、反射式操作及び透過式操作の両方を、物質を通して実施することができるように、粒子の移動は光の通路を作る。これは、反射式操作よりもむしろバックライトを使用した照射を可能にする。インプレーン型電極は全てが一方の基板上にあるか、あるいは両方の基板にあってもよい。

アクティブマトリックス・アドレッシング法は、電気泳動表示に同様に使用され、これらは一般的に、速い画像更新が高コントラスト及び多数のグレースケールを有する明るいフルカラーの表示デバイスに望まれる時に必要となる。そのようなデバイスは信号や広告用掲示板の表示に適用するために開発され、同様に電子ウィンドウの（ピクセルで構成された）光源及び周囲照明への適用にも開発された。色はカラーフィルター又は減色の原理の適用によって組み入れられ、表示ピクセルは次にグレースケール・デバイスとして単純に機能する。下記の説明は、グレースケール及びグレーレベルについて触れているが、当然のことながらいずれの場合もモノクロ表示デバイス機能だけを示すわけではない。

本発明はこれらの技術の両方に適合するが、パッシブマトリックス式表示技術にとって特に興味深いものであり、さらにインプレーン型スイッチング方式のパッシブマトリックス式表示技術にとっては特に興味深いものである。例えば、インプレーン型電気泳動表示デバイスは、電子棚札の実現を確実にする技術である。この技術は、上記で概説した利点に加えて、消費者が慣れているように紙に似た外観を持っており、全ての角度から読み取ることができる。電気泳動表示デバイスは通常、複雑な駆動信号によって駆動される。例えばひとつのピクセルのグレーレベルを切り替える際にしばしば、白又は黒のリセット段階にまず切り替え、そして最終的なグレーレベルに切り替える。グレーレベルからグレーレベルへの遷移及び黒／白からグレーレベルへの遷移は速度が遅く、黒から白、白から黒、グレーから白又はグレーから黒への遷移よりも複雑である。

電気泳動表示の典型的な駆動信号は複雑であり、例えば遷移速度を上げることや画質を改良することなどを目的とした「振動（shaking）」パルスなどの異なったサブシグナルから構成されることもある。

既知の駆動法に関する追加の考察は、特許文献1及び特許文献2に記述されている。

国際公開第2005／071651号パンフレット 国際公開第2004／066253号パンフレット

電気泳動表示デバイスの、特にパッシブマトリックス式タイプのひとつの重要な問題は、画像の表示へのアドレッシングにかかる時間である。このアドレッシング・タイムは、ピクセルの出力が該ピクセルのセル内の粒子の物理的位置に依存することに起因し、粒子の移動はある一定の時間を要する。アドレッシングの速度は様々な測定によって増加させることができる。例えば短い距離でのピクセルの動作のみ必要なピクセル・バイ・ピクセル法による画像データの書込みを提供し、その後に表示デバイス全体のピクセル・エリアに粒子を分散させる水平粒子分散段階が続く。

これらの測定法を用いても、大型パッシブマトリックス式表示デバイスのアドレッシングは数分どころか数時間かかる。これは大型の電気泳動表示デバイスの使用を、例えば広告掲示板の適用など、ごくまれにしか更新がされない静止画像の表示に限定する。

電子棚札の応用など、さらに小型の表示デバイスにおいても、300ミクロン・サイズのピクセル100行のライン・バイ・ライン法を用いたパッシブマトリックス式アドレッシングには全体画像の更新には概ね15分もかかる。これは、電子棚札が小売業者のモード状態にある場合、受け入れ難いほど遅い。

従ってそのようなパッシブマトリックス式表示デバイスでは、アドレッシング・タイムを縮小する必要がある。

本発明によれば、表示ピクセルの行及び列の配列を有する表示デバイスの駆動方法が提供され、それぞれのピクセルがその表示デバイスの状態を制御するように移動させる粒子を含んでいる。該方法は、第1モードでは、表示デバイスのアドレッシングが行毎にされ、第1画像が第1モードにおいて可能な限り最も明るいピクセルと最も暗いピクセルとの間の第1コントラスト比で表示され、最も明るいピクセルの出力状態、最も暗いピクセルの出力状態、及び複数個の中間のグレーレベルの出力状態で表示される；及び第2モードでは、表示デバイスのアドレッシングは行毎にされ、第2画像が、第2モードにおいて可能な限り最も明るいピクセルと最も暗いピクセルとの間の第2コントラスト比で表示され、第2コントラスト比は第1コントラスト比よりも優れている。

この方法は、高速初期アドレッシングモードを提供するが、画像のグレースケールの詳細が維持される。アドレッシングは行毎（ロー・バイ・ロー）に行われ、そのため各行の多数の列で並行して同時にアドレッシングが行われる。
このような方法では、第1アドレッシングサイクルにおけるアドレッシング・タイムが可能な限り縮小されるが、あらかじめ決められた画質（コントラスト比によって設定される）での画像の表示を可能にする。パッシブマトリックスにおいてアドレッシングサイクルは、行毎に次々に必要な電圧を電極に印加し粒子の移動を可能にする段階を含む。アクティブマトリックスにおいてアドレッシングサイクルは、行毎に次々と必要な電圧を電極に印加するが、粒子の移動は全ての行で同時に起こる。もちろん行と列を入れ替えることも可能である。

追加のアドレッシングモードでは、最大のグレーレベル数で画像を表示することが好ましい。この最大数が該表示デバイスの限度である。

第1モードは第1表示アドレッシングサイクルを含んでもよく、第2アドレッシングモードは従って、少なくとも1つの追加の表示アドレッシングサイクルを含んでもよい。第1アドレッシングサイクル及び少なくとも1つの追加のアドレッシングサイクルは、その結果、同じ画像の表示に使用されてもよい。

このような方法では、進歩的な表示操作によってコントラスト比及びグレーレベル数の両方を増加させることができる。しかし、コントラスト比が低い第1画像は既に最終の（ただし最終画像よりも狭く間隔が開けられている）グレーレベル数を含んでいてもよい。

代わりに、第1モード及び第2モードは異なった内容の画像を表示するのに使用することもできる。従って、表示内容の内容のいくらかは高いコントラストを必要とせずに速く更新する必要があってもよいが、他の表示内容は高いコントラストを必要とし更新が遅くてもよい。

第1コントラスト比は６：１又はそれ以下、４：１又はそれ以下、あるいは２：１又はそれ以下であってもよい。

該方法は、なるべくインプレーン型パッシブマトリックス式電気泳動表示デバイスの駆動用にする。

第1アドレッシングモードは電気泳動粒子の移動を起こすように、アドレッシング電圧を一定期間印加する段階を含んでもよい。電圧は最大限、全てのグレーレベルにある電気泳動粒子が望まれる状態に達するのに必要な時間のうちの一部分の間に印加される。

このような方法では、粒子の最も大きい移動を必要とする状態に達することができなく、その結果コントラストが失われる。また、これは表示デバイスが黒い背景に白い粒子があるケースで作動する場合、輝度の喪失も示す。

上記で説明されたように、第1画像は第2画像と同じ数のグレーレベルを有してもよい。

駆動法は、ピクセルのデータによっては、違った電圧を違ったピクセルに印加してグレースケールレベルを提供してもよい。

全ピクセルの電圧は、それらのピクセルが望ましい状態に到達するのに必要な時間の一部分の間だけ印加してもよい。このような方法では、全ピクセルの駆動状態が修正される。該一部分の時間は、ピクセル電圧の印加時間の直線スケーリングを提供するために定数であってもよい。あるいは、該一部分の時間は、ピクセル電圧の印加の非直線スケーリングを提供するために画像データに依存した変数であってもよい。この方法によって数個のピクセルが第1アドレッシングの後に望ましい状態に達するという結果になってもよい。その結果、少なくとも1つの追加のアドレッシングサイクルの間に、既に書き込まれている画像データと異なった内容の画像を必要とする行だけにおいて再アドレッシングがされなければいけない。

違ったモードで同じ画像を形成する場合、少なくとも1つの追加の表示アドレッシングモードは、最初の低コントラスト画像の後に少なくとも1つの追加のコントラスト改善のサイクルを含み、最も輝度レベルの低いグループにアドレッシングがされるピクセルの輝度の範囲を拡大し、中間の輝度レベルのグループにアドレッシングがされるピクセルのエラーを修正する。

各ピクセルは上限として最大コントラストレベルまで駆動されることができるが、該方法は、各ピクセルが最大コントラストレベルよりも高いコントラストを可能にする粒子数を含んでいる表示デバイスの駆動方法である。これは、ピクセルの過充填（表示デバイスが駆動される最大コントラストを達成するのに必要な充填と比較した上で）を表わし、駆動速度を増加させることができる。過充填は5%乃至15%であってもよい。
本発明はまた、表示ピクセルの列及び行の配列、及び表示デバイスを制御するコントローラーを含む電気泳動表示デバイスを提供し、該コントローラーは本発明の方法を実施するように適合されている。

本発明はまた、電気泳動表示デバイスの表示コントローラーを提供し、該コントローラーは本発明の方法を実施するように適合されている。

基盤技術を解説するため、一種の既知のデバイスを図式的に表す； 本発明に適用できるもう一種の既知のデバイスを平面図に表す； 図2の表示デバイスがどのように駆動されるか表す； 図2の表示デバイスがどのように駆動されるか表す； 図2の表示デバイスがどのように駆動されるか表す； 画像のコントラスト及び画像を生成するのに使用したラインタイムの関係を表す； 低コントラストの画像を提供する表示データを修正する異なった方式を表す； 低コントラストの画像を提供する表示データを修正する異なった方式を表す； 低コントラストの画像を提供する表示データを修正する異なった方式を表す； 低コントラストの画像を提供する表示データを修正する異なった方式を表す； ピクセル電極の配置の他の例を表す； 図11に似た追加的なピクセル配置がどのように駆動されるか表す； 図12で説明されたデバイスのコントラスト比とラインタイムの関係を表す；及び 本発明の表示デバイスを表す。

本発明は、第1表示アドレッシングサイクルが第1画像を第1低コントラスト比で表示するのに使用され、少なくとも1つの追加の表示アドレッシングサイクルがそれよりも高いコントラスト比で画像を表示する、表示デバイス及び駆動方法を提供する。これは、最初の低画質の出力画像を生成するアドレッシング・タイムを縮小する。

本発明についてさらに詳細に説明する前に、本発明を適用することが可能な表示デバイスの種類の一例を手短に説明する。

図1は本発明の説明に使用する表示デバイス2の種類の一例を表し、インプレーン型スイッチング方式パッシブマトリックス式透過表示デバイスの1つの電気泳動表示セルを表す。

該セルは側壁4によって境界づけられ、電気泳動インク粒子6が収容される容積を定める。図1の例は、光源（表示ではない）からの照明8及びカラーフィルター10を通したインプレーン型スイッチング方式透過ピクセルの配置である。

セル内の粒子の位置は、共通電極12、列導体に駆動されるストレージ電極14及び行導体に駆動されるゲート電極16によって制御される。任意的にピクセルは、1つ又は複数の追加のコントロール電極を有してもよく、該コントロール電極は、例としてセルの粒子の運動をさらに制御するために、共通電極とゲート電極との間に位置してもよい。

電極12、14及び16の相対電圧は、粒子が静電力下においてストレージ電極14に移動するか駆動電極12に移動するかを決定する。

ストレージ電極14（コレクタとしても知られている）は、粒子が遮光体18によって視野から隠れる領域を定める。ストレージ電極14上の粒子によって、ピクセルは光学的に透過状態にあり、照明8が表示の反対側の観察者に届くようにし、ピクセルの開口は、該ピクセルの全体的な寸法に相対した光透過口のサイズを決める。任意的に表示は、光源を反射面に差し替えた反射素子でもよい。

リセット段階では、粒子はストレージ電極14に集められる。表示のアドレッシングは粒子を電極12の方向へ移動させ、ピクセルの表示エリアに分散するようにする。

図1は3つの電極を有するピクセルを表し、ゲート電極16はパッシブマトリックス式アドレッシング法を使用して各ピクセルの独立制御を可能にする。

図2から図5までは、わずかに違った3つの電極を持つピクセルの操作をさらに詳細に説明し、平面図においてピクセルの配置を表す。

図2では、第1列電極20が共通リザーバ電極22に接続する。列電極20はスパーズ23を含む。第2列電極（データ電極）24はピクセル電極26に接続し、ゲート／選択電極28が行毎に走る。この場合も1ピクセルに3つの電極がある。この例では、ストレージ電極23は共通電極として配置され、ピクセル電極26はデータ列に結合される。

ピクセル電極はピクセル内の可視部の中に粒子を移動させるのに使用され、図2ではピクセル電極26がピクセル・エリアのほとんどを占めるように表わされている。それぞれのピクセル・エリアは図2においてエリア30として示されており、他のピクセル・エリアと物理的に離すことができる。リザーバ電極20、22、23は粒子をピクセルの隠れた部分に横方向に移動するのに使用される。ゲート電極28は、粒子が選択されたラインではなく全てのラインにおいてリザーバの部分からピクセルの可視部へ移動することを防ぐのに使用されるため、ピクセルの行毎の作動を可能にする。

ゲート電極28はリザーバ電極とピクセル電極との間の電界を遮断するために機能し、ピクセル電極にかかる駆動電圧が、電界が遮断されていない、選択された行の粒子を移動させる。

このゲート電極28はパッシブアドレッシング法の結果必要であり、選択されていない行ではなく選択された行へ異なった条件を提供することが必要とされる。

図3から図5までは、電圧が図2のピクセル設計の3つの電極にかけられる様子の一例を表わし、荷電粒子がどう移動するか示す。説明として、左の列のピクセルは「書込み済」とされ、粒子がピクセル電極に移動することになっていることを意味する。一方、右の列のピクセルは「未書込み」とされ、粒子は電極23の近辺のリザーバに残ることを意味する。

解説として、粒子はマイナスの電荷を有することが推定されており、共通リザーバ電極はノーマル・アドレッシングのために基準電圧の0Vを持つ。

図3の最初のステップはグローバルリセット段階を実施することである。これは（＋V）として表わされているように、リザーバ電極23に高電圧を印加して他の電極の電圧を0V にすることによって達成される。

この例では、全てのゲート電極は続いてマイナス電圧（−V）に設定され、リザーバ電極は基準電圧の0Vに戻される。これは、リザーバ23からピクセル電極に粒子が移動するのを防ぎ、該リザーバから出る粒子の移動に対して障壁を作る。

ピクセルのライン毎（ライン・バイ・ライン）のアドレッシングを実施するには、選択されたラインのゲート電極の電圧は、例えば0Vなどのそれほどマイナスでない電圧に設定する。図4は、最上部の行のアドレッシングを表わし、図5は最下部の行のアドレッシングを表わす。ラインが選択されると、プラスの電圧を持つピクセル電極は、図4に示されるように、電圧が0Vであるピクセル電極のピクセルが占められていない間に、粒子をピクセル内に移動させる。従って、書込みが行われるピクセルのデータライン（ピクセル電極に接続している）にはプラスの電圧（V）が印加される。

ピクセルのライン・バイ・ライン式アドレッシングを実施するために、選択されたラインのゲート電極28の電圧は、例えば0Vなどそれほどマイナスでない電圧に設定する。図4は最上行のアドレッシングを表わし、図5は最下行のアドレッシングを表わす。ラインが選択されると、プラスの電圧を持ったピクセル電極は粒子がピクセル内に移動する原因となり、それは図4に見られるようにピクセル電極の電圧が0V のピクセルが占められていない間に起こる。従って1つのピクセルに書き込まれるデータライン（ピクセル電極26に接続している）にはプラスの電圧（V）が与えられる。

図4に見られるように、選択されていない行のゲート電極28は、書込み電圧がプラスのデータ列においても粒子の移動は全て妨げる。言い換えれば、図4の左下のピクセルはその行が選択されていないため、及びゲート電極28が粒子の動きを電極23から離れる方向に行くのを妨げる障壁として作用するため、まだ書込みがされていない。

ピクセルの充填が終了した後、ゲート電極はマイナスの電圧に戻り次のラインが選択され、必要に応じて次のラインにあるピクセルが充填される。これは図5に示されている。
駆動方式には、ピクセルへのデータ書込みの前に振動（shaking）パルスなどの追加の段階が使用されてもよい。しかし、更新時間は図4及び図5に表わすようにアドレッシング段階によって独占され、その間粒子は選択的にストレージ電極からピクセル電極へと移動させられる。このアドレッシング・タイムは表示に現存するライン数に対応する。ラインタイムの縮小は従って表示の更新速度に重要な影響をもたらす。

本発明は部分的な充填をするための駆動方法を提供する。特に、短いアドレッシング・タイムが使用されると、共通電極23からピクセル電極26まで粒子の完全な輸送がされない。本発明は、部分的輸送は低コントラストではあるが、グレーレベルの詳細が維持される最初の画像の形成を可能にするように制御することができることを認識している。特に、高速な更新は最終の表示状態よりも低いコントラストを表示するが、最も明るいピクセル状態と最も暗いピクセル状態との間の少なくとも1つの中間グレーレベルの状態を維持する。

図6は、表示された画像のラインタイムの減少が一般的にどのようにコントラストに影響するのかを表わすために、コントラスト変調対ラインタイムをグラフで表わす。

ライン60は、コントラスト比９：１までの標準充填速度を表わす。ライン62はさらに10%の粒子が入っている表示デバイスのレスポンスを表わす。このピクセルの過充填は、表示が実際に駆動される値である、最大コントラストよりも高いコントラストを可能にする粒子数を与え、図6はこの過充填が該表示のアドレッシング・タイムの縮小を可能にするかを表わす。

コントラスト変調は、(L_white-L_black)/(L_white+L_black)で定義されており、L_white及びL_blackは白及び黒の状態のルミナンス（luminance）値を表わす。コントラスト変調は、感知されるコントラストのコントラスト比よりも良い概算であることから、グラフとして示す。

ライン60は、コントラスト９：１に最適化された粒子密度での標準的なセルの作用を表わす。Ｘ軸のタイムスケールは任意だが、表示例はコントラスト８：１に達する時間の約160秒を表わす。垂直の点線はコントラスト比の８：１（コントラスト変調＝0.778）に達する時間及び４：１（コントラスト変調＝0.6）に達する時間を示す。

計算された作用は、充填速度が共通電極に残った粒子数の関数であると推定して表わされ、指数関数的な性質を見せる。さらに、ルミナンスは充填の量に対して指数関数的に減少する関数である。

最後に、最初の粒子がゲート電極を通過してしまうまでに多少時間がかかるためタイムラグの10秒が考慮される。これはタイム軸上でコントラストが変化し始めるポイントとして見ることができる。

ライン62はさらに10%追加の浮遊している粒子を持つセルにおけるコントラスト対時間を表わす。これは、ラインタイムが通常よりも2.5倍短縮することを可能にし、コントラスト８：１に達する。

本発明は最初の画像には他よりも低いコントラストが充分であるという認識に基づく。例えば、コントラストの４：１（コントラスト変調の0.6）が最初のフレームには充分だと考えられる。この場合、必要な時間は過充填された粒子セルでは43秒となり、又は標準的なセルでは60秒である。これは、過充填のケースでは倍数3.7の速度改善及び標準的なケースでは2.7を提供する。

このコントラスト比４：１は、読込み可能な画像を意味し、例えば電子ペーパーのアプリケーションにおける新聞のプリントには充分である。適用によってはこの比は、例えば２：１に下げることもできる。それに続くフレームでは、コントラスト比を改善するためにさらに多くの粒子をピクセルの表示部分に移動することができる。

もちろん時間をさらに縮小することは最初の画像のコントラストを、例えばコントラスト変調0.4又はそれ以下にさらに低くすることによって、達成できる。

インプレーン型電気泳動表示デバイスには基本的にグレースケールを生成する2通りの方法がある。1つは一定の電圧レベルでのアドレッシング段階の間でデータパルス幅を変える方法で、もう1つはデータ電圧レベルを変える方法である。
A. 電圧レベルの変動
違ったピクセルは違った電圧で駆動されるように、データ電圧レベルの変動がグレースケールの形成の方法として使用される場合、表示をさらに短いラインタイムで操作しながらも電圧は同じ値に維持することによってコントラスト比はさらに低くなる。望まれる値の全ての最終グレースケールは、最終フレームの後はそれまでのグレースケールと異なり、そして最初のフレームはピクセルの充填量の観点からすると、実質的には最終画像のスケール調整版の画像を示す。
駆動シグナルが変動する様子は図7に図式的に表わされ、同じ時間内での違った高さの電圧パルス70を示す。これらは時間軸に沿って圧縮されている。
印加される電圧はシンプルなスケーリングよりもさらに複雑な方法で変えることができ、これはさらに明るいグレースケールをそれらの最終値に持っていくのに望ましい。これは、画像の内容によっては同じ電圧に保つよりもさらに良い画像をもたらす。
図8はこの一例を表わし、明るい方のピクセルではコントラストを改善するために最初に移動している粒子はない。
このケースでは、選択された如何なるラインタイムでも、ある一定の電圧が調節される方式はグレーレベルに依存し、この実行にはマッピングが特定のグレーレベル及び選択されたラインに取り入れられる必要があり、そうすると望まれる電圧は可能なラインタイム及び望まれるグレーレベルに基づいて決定できる。
B. パルス長の変動
データパルスの長さの変動がグレースケールの生成の方法として使用される場合、それぞれの選択されたラインタイム用の最初のパルス長から最終パルス長までの単純なマッピングカーブが存在する。

このケースでは、他よりも短いラインタイムでの表示の操作は異なった方法で実行できる。
(i) すべてのデータパルスの長さは、固定された電圧パルス90を表示する図9で図式
化されているように直線的にスケーリングができる。これは最終画像に比較してさらに低いコントラスト及び同じグレースケール数に至る。しかし、グレーレベル間のL^＊（感知された輝度）の違いは最終フレームの後のL^＊の違いに比例しない。電圧の直線スケーリングのように、最初の画像は、ピクセルの充填レベルの観点からすれば最終画像のスケール調整版を効果的に含み、全てのラインはそれに続くフレームでアドレッシングする必要がある。
(ii) 全てのデータパルスの長さはグレーレベル間で最終フレームのように、一定の
感知輝度L^＊を達成するために非直線的な方法でスケール設定される。それでもこれは最終画像に比較すれば、さらに低いコントラスト及び同じ数のグレースケール数をもたらす。全てのラインは再び、次に続くフレームでアドレッシングする必要がある。グレーレベル間で感知されるコントラスト比は直線的にスケール設定されていなく、グレーレベルの感知を一定にするステップが単純な直線スケーリングではないのはこのためである。
(iii) 縮小されたラインタイムよりも長いデータパルスだけが該ラインタイムにカッ
トされる。これは図10に示されている。点線が切断タイムを表わし、表示例では、第1に暗いピクセルのパルス時間が切られており、第2に明るいピクセルには切られたパルス時間はない。そして第3のピクセルはリミットに達しているため、パルス時間のクリップ（clip）はない。これは軽いキャッピング機能を表わし、特に、閾値よりも暗いピクセルを閾値にキャップする。これは最終画像に比較してグレースケール数が低い画像をもたらす。この手法の利点は、それに続くフレームにおいて最も低いグレーレベルのピクセルを含むライン（最も暗いはずで最初のフレームの段階で切り取られた）のみがアドレッシングされる必要がある。

最初の画像が作成された方法に関わらず複数のフレームにおいて画像を生成する多数の選択技もある。

ある一例では、良質な画像に至るよう必要なだけ多くのグレースケールで低コントラストの画像が最初に作成される。ラインタイムは更新を速くするために短い。

次の更新では、コントラストはピクセルのルミナンスを最も低いグレーレベルに下げることによって改善される。この更新では、比較的速いコントラスト改善につながるように全てのラインのアドレッシングを行う必要はない。

最後に、中間グレーのピクセルでのエラーは修正することができ、また全てのラインのアドレッシングを行う必要はない。

このフレームを生成する方法は最初の段階において電圧及び／又はデータパルスのパルス長を変えることによって達成できる。3つの段階はそれぞれにおいて複数のアドレスを含む。

異なる段階を混ぜることも可能である。例えば、表示のある特定の部分はコントラスト改善のアドレッシング段階のみを必要とし、グレースケールはほとんど含まないが、該画像の他の部分はグレースケール数が多く、最初の低コントラスト・アドレッシングの後及びコントラスト改善段階の前にグレーレベル修正段階を適用することによって最も改善する。

適用する正確な手法は画像の内容により、パネルのライン毎に異なってもよく、多くの表示の画像の処理をする中央コンピューターにおいてオフラインで計算してもよい。

過充填した表示デバイスでは（上記で説明されたようにピクセルが望ましいコントラストレベルを達成できるのに必要な例えば10%余分の粒子）、標準の量で充填された表示よりも大きい最終コントラストを達成することが可能だが、毎回パネルを最大コントラストで操作する必要はない。

本発明は、単純な3つの電極を有するピクセルの設計に関連して上記で説明されている。しかし、当然のことながらそれは、多数のピクセル設計に応用することが可能である。
例えば、さらに複雑なピクセル電極の設計が可能であり、図11が1例である。
図11に表わされるように、各ピクセル110は4つの電極を有する。これらのうち2つは各ピクセルを個別に識別するためのもので、行選択ライン電極111及び書込み列電極112という方式で識別する。その上、一時的なストレージ電極114及びピクセル電極116がある。

この設計では、ピクセルは再びコントロール電極111、112の近辺とピクセル電極116との間の粒子の運動を提供するように設計されているが、一時的なストレージリザーバとしての働きをする中間電極114が提供される。これはライン・バイ・ラインのアドレッシングの間の移動距離の縮小を可能にし、一時的な電極114からピクセル電極116までのさらに大きな移動距離を並列で実行できる。図11はピクセル・エリアを110として表わす。

アドレッシング時間は従って、移動する距離が縮小したこと及び増大した電界により粒子速度が増加したことによってさらに速くなる。

他の電極の設計及び駆動法も可能である。図12は図11に似た電極の配置の作動について説明する。コレクタ電極120、ゲート電極122及び2つのピクセル電極124、126がある。これらのうち最初の電極124は、図11に参照して説明されたように一時的なストレージ電極として考えられる。

右の列の画像は表示エリアに移動させられた粒子を持つピクセルの電圧の配列を表わし、左の列の画像は粒子がコレクタエリアに留まっているピクセルの電圧の配列を表わす。
第1に、リセット段階において（プラスの電荷を持つと推定された）全ての粒子は、全てのピクセルで同時にコレクタ電極120にひきつけられる。

次に、1行毎にそれぞれの行が、選択がされない行よりもゲート電圧を低くすることによって選択される。表示した例では、選択された行（「select」）は0V のゲート電圧を持つが、選択されていない行（「non-select」）は＋20Vのゲート電圧を持つ。書込みがされないピクセルは−10Vのコレクタ電圧を持ち、書込みがされるピクセルは＋10Vのコレクタ電圧を持つ。図式的に表わされるように、選択された行の書込みがされるピクセルにおいてのみ、一時的なストレージ電極としての働きをする第1ピクセル電極124に向けての粒子の移動がある。第2ピクセル電極126の電圧を第1の電圧よりも低くすることも可能であり、その場合、粒子は第2ピクセル電極126の方向に向かってさらに輸送される。

表示全体はこのような方法でアドレッシングがされる。

次の進展段階では、全てのピクセルで同時に、図式的に表わされるように、第1ピクセル電極124（あるいは第2ピクセル電極126）に書込まれた粒子が2つのピクセル電極の電圧を同じにすることによって両電極の間に分散させる。

この例では、コレクタ電極は列データ電圧ラインの一部で、ゲート電極は行選択電圧ラインの一部である。その代わりにコレクタ電極を行、ゲート電極を列として配線することも可能である。典型的な電子棚札では（垂直）列の数は（水平）行の数よりも圧倒的に大きく、従って合計の更新タイムは、列がデータに使用され行が選択に使用されると最も短くなる。

上記で説明された本発明の実施形態では、低コントラストで最初の画像が表示される。これは、上記で説明された電子棚札の応用において下書きのプレビュー・モードとして使用することができ、減らされた画質での画像のプレビューを可能にする。これは、画像のコントラストの可読性が充分である間（例えばコントラスト比が２：１）に更新時間を10倍縮小できる。

最初の低コントラストモードにおいて得られた時間の縮小は、コントラストの減少を上まわってもよい。これは、粒子移動及び目の特徴は非常に非直線型であるという理解に基づく。例えば、わずか10%のラインタイムで、大まか25%の粒子が輸送され、最大達成可能なコントラストの40%である感知されるコントラスト（L^＊）が生じる。

このラインタイム及びその結果としての画像の質の関係は、図13に示されるように極めて非直線型であり、画質とラインタイムとの関係を表わす。

実験結果によると、ラインタイムの10倍の縮小（例えば10秒〜1秒）はコントラストが７：１から２：１に喪失することが示されている。これは予想を下回る喪失であり、上記で述べた全ての粒子の25%の移動に相当する。その上、観測者にとって２：１のコントラストは画像を点検するには充分である。光学コントラストを明るい状態及び暗い状態のルミナンス比で表わしても、人間の目の画像の感知の仕方の良し悪しには正確には反映されない。
上記で概説したように、ルミナンス値はL^＊の値で表わした方が良く、その結果２：１コントラストは視聴者からは、７：１コントラストの範囲の40%として感知される。

本発明の電子札の応用に関して、ここでさらに詳細に説明する。典型的な電子棚札では、ディプレイの幅は棚の形に合わせるため、その高さよりもずっと長い。パッシブ・マトリックス・アドレッシングでは（選択）行を最も大きい寸法及び（データ）列を最も小さい寸法に沿って配置するのが最もふさわしい。寸法が100cmｘ3cmの典型的な電子棚札はその結果3000列及び100行を含む。

次に、低コントラストの画像はレビュー画像とすることができ、ユーザーが最大画質の画像を必要とせずにデータ内容をチェックすることを可能にする。それに続く全画質の画像は、必ずしも直後に表示される必要はなく、本発明の第1表示アドレッシングモードと少なくとも1つの追加の表示アドレッシングモードとの間に遅れがあってもよい。例えば、ハイコントラストの画像は翌日には、低コントラストモードで使用する違う画像であってもよい。

上記の例は、ピクセルの個別のアドレッシングを可能にするためにゲート電極を使用する。パッシブマトリックス法は、閾値の電圧レスポンスを使用し、既にアドレッシングされた他の行に影響せずに一行のピクセルのアドレッシングを可能にする。そのような場合、行及び列の電圧の組み合わせは、閾値はアドレスされたピクセルでのみ超え、その他の全てのピクセルは以前の状態に保留することができる。本発明は閾値レスポンスをマトリックスアドレッシング法の一部に使用して表示デバイスに応用することができる。これは上記で説明されたゲート電極の使用の代わりに使用する又はそれと共に使用してもよい。

本発明はパッシブマトリックス式表示及びインプレーン型スィッチング方式表示技術に最大の利益をもたらす。

図14は、本発明の表示160がピクセル配列、行ドライバ164、列ドライバ166及びコントローラー168を有する表示パネル162として実施することができることを図式的に表わす。コントローラーは、本発明の駆動法を実施し、1つの例において、第1アドレッシングサイクルのターゲット・ラインタイムによって異なる駆動法を実施することができる。

本発明は多くの他のピクセル配置に適用することができ、電気泳動表示デバイス又はパッシブマトリックス方式表示デバイスに限定されない。本発明は、アドレッシング・タイムが長いことから、パッシブマトリックス式表示デバイスにとって特に興味深いものであるが、アクティブマトリックス式表示デバイスにとっても利点は得られる。

最終的に表示された画像は低コントラストであるが、グレースケールの値は維持される。グレースケールの数は選択された方法に依存するが、通常は少なくとも最終画像の半分の値にある。

本発明は多数の異なる応用に適用することができ、それは説明した電子札の例を含むが、さらに一般的には駆動速度の増加が望まれるいかなる応用にも適用することができる。

「行」という用語は本文書ではいくらか任意であり水平方向にだけ限定されていると理解するべきではない。その代わりに、ロー・バイ・ロー式アドレッシング法は、単にライン・バイ・ライン式アドレッシング法のシーケンスに言及する。行は表示の上下又は左右に走ってもよく、並列アドレッシングが可能なピクセルのラインである。

本発明は図及び前述の説明において詳細に例証及び描写されているが、そのような例証及び描写は実例的及び典型的であって限定的ではないと見なされるべきである；本発明は開示した実施形態に限定されていない。本発明の変化形は記載されている発明の実施において図の研究、開示、及び付随の請求項から当業者が理解及び達成することができる。請求項における、「有する」又は「含む」という用語は他の要素を除外してはいなく、単数としての語句は複数の要素を除外しない。特定の基準が相互的に異なる請求項に記載されているという単なる事実はこれらの基準の組み合わせを利用してはいけないことは示していない。請求項のいかなる参照符号も本目的を限定するものとして解釈すべきではない。

4…側壁
6…インク粒子
8…照明
10…カラーフィルター
12…共通電極
14…ストレージ電極
16…ゲート電極
18…遮光体
20…第1列電極
22…共通リザーバ電極
23…スパーズ（spurs）
24…第2列電極
26…ピクセル電極
28…ゲート／選択電極
30…ピクセル・エリア
60…コントラスト9:1の標準的なセル
62…浮遊粒子が10%過充填されたセル
111、112…コントロール電極
110…ピクセル
114…中間電極
116…ピクセル電極
120…コレクタ電極
122…ゲート電極
124…ピクセル（ストレージ）電極
126…ピクセル電極
160…表示デバイス
162…表示パネル
164…行ドライバ
166…列ドライバ
168…コントローラー

Claims (16)

1. 複数の表示ピクセルから成る行及び列の配列を有する表示デバイスを駆動させる方法であり、前記複数の表示ピクセルはそれぞれ、前記複数の表示ピクセルのそれぞれの表示状態をコントロールするように移動する粒子を含み、
   当該方法は：
   第1モードにおいて、該表示デバイスのアドレッシングが行毎に順次的に行われ、第1画像が、該第1モードにおいて可能な限り最も明るいピクセルと最も暗いピクセルとの間の第1コントラスト比で表示され、最も明るいピクセルの出力状態、最も暗いピクセルの出力状態及び複数個の中間のグレーレベルの出力状態で表示される段階；及び
   第2モードにおいて、前記表示デバイスのアドレッシングが行毎に順次的に行われ、第2画像が、該第2モードにおいて可能な限り最も明るいピクセルと最も暗いピクセルとの間の前記第1コントラスト比よりも高い第2コントラスト比で表示される段階；
   を含み、
   前記第1及び第2モードが、コレクタ電極と一時的なストレージ電極に電圧を印加することによって、粒子を行毎に前記コレクタ電極から前記一時的なストレージ電極に移動する第1駆動段階、及び、一時的なストレージ電極とピクセル電極に電圧を印加することによって、表示デバイス全体の粒子を前記一時的なストレージ電極から前記ピクセル電極に平行に移動させる第2駆動段階をそれぞれに含む、
   方法。
2. 前記第1モードが第1表示アドレッシングサイクルを含み、前記第2モードが少なくとも1つの追加の表示アドレッシングサイクルを含む、請求項1に記載された方法。
3. 前記第1表示アドレッシングサイクル及び前記少なくとも1つの追加のアドレッシングサイクルが同じ内容の画像の表示に用いられる、請求項2に記載された方法。
4. 最終表示アドレッシングサイクルが最大のグレーレベル数で画像を表示する、請求項2又は請求項3に記載された方法。
5. 前記第1モード及び前記第2モードが、異なった内容の画像を表示するのに使用される、請求項1に記載された方法。
6. 前記第1コントラスト比が、４：１以下である、請求項1乃至5のいずれか1項に記載された方法。
7. 前記第1コントラスト比が、２：１以下である、請求項6に記載された方法。
8. 前記第1モードがアドレッシング電圧を時間区切りで印加し、粒子の移動を起こす段階を含み、
   前記アドレッシング電圧は最長で、全てのグレーレベルにある前記粒子がそれぞれ望ましい状態に到達するのに必要な時間のうち一部分の時間印加される、請求項1に記載された方法。
9. 全ピクセルの前記アドレッシング電圧が、それらのピクセルが望ましい状態に到達するまで、閾値の時間を上限として必要な限り印加され、ルミナンスの上限を提供する、請求項8に記載された方法。
10. 前記第2モードで、既に書き込まれている画像に違った内容の画像を必要とする行だけが再アドレッシングされる、請求項1に記載された方法。
11. 前記第2モードが、最も低い輝度レベルのグループにアドレッシングがされるピクセルの輝度の範囲を増加させる少なくとも1つの追加のコントラスト改善の段階、及び中間の輝度レベルのグループにアドレッシングがされるピクセルでのエラーを修正する少なくとも1つの追加の画像修正の段階、を含む請求項1に記載された方法。
12. 各ピクセルが最大コントラストレベルで駆動される方法であり、各ピクセルが該最大コントラストレベルよりも高いコントラストレベルを可能にする粒子数を含む、請求項1に記載された方法。
13. 前記粒子数が、前記最大コントラストレベルを達成するのに必要な粒子数の1.05倍乃至1.15倍である、請求項12に記載された方法。
14. 表示ピクセルの行及び列の配列、行導体、列導体、並びに、前記表示デバイスを制御するコントローラーを含み、
    各表示ピクセルは電気泳動粒子を含み、
    前記電気泳動粒子の位置は、共通電極、該共通電極によって駆動されるストレージ電極、及び、前記列伝極によって駆動されるゲート電極を有する電極配置によって制御され、
    前記コントローラーが請求項1乃至13のうちいずれか一項に記載された方法を実施するように適合されている、電気泳動表示デバイス。
15. 各ピクセルが最大コントラストレベルで駆動されるように適合されており、
    各ピクセルは、前記最大コントラストレベルよりも高いコントラストレベルを可能にする数の粒子を含む、請求項14に記載の電気泳動表示デバイス。
16. 請求項1乃至13のうち1項に記載された方法を実施するように適合されている、電気泳動表示デバイスの表示デバイス・コントローラー。

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