KR20090075751A - 디스플레이들의 순차적인 어드레싱 - Google Patents

디스플레이들의 순차적인 어드레싱

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KR20090075751A KR1020097011398A KR20097011398A KR20090075751A KR 20090075751 A KR20090075751 A KR 20090075751A KR 1020097011398 A KR1020097011398 A KR 1020097011398A KR 20097011398 A KR20097011398 A KR 20097011398A KR 20090075751 A KR20090075751 A KR 20090075751A
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햘마르 엣제르 아이코 하위테마
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Abstract

디스플레이 기기(500)는 로우 전압을 인가하도록 구성된 로우 구동기(520), 로우 구동기(520)에 연결된 로우 전극(320)을 포함한다. 칼럼 구동기(530)는 칼럼 전극(330)에 칼럼 전압을 인가하도록 구성된다. 또한 공통 구동기(570)는 음의 레벨을 포함하는 공통 전극(170)을 제공하도록 구성된다. 또한 컨트롤러(515)는 모든 로우들이 로우 전압의 비-선택 레벨을 가질 때 적어도 2개의 레벨들 사이에서 공통 전극(170)을 전환하도록 구성된다. 컨트롤러(515)는 동시에 그리고 스토리지 커패시터의 스토리지 전압과 실질적으로 동일한 전압 스윙으로 공통 전극(170)을 전환하도록 또한 구성될 수 있다.

Description

디스플레이들의 순차적인 어드레싱{ Sequential addressing of displays}
본 발명은, 가변(variable) 전압 레벨들을 갖는 전기영동(electrophoretic) 디스플레이 기기들의 칼라 순차적인 어드레싱과 같은, 디스플레이 기기들에 관련된다.
LCD(Liquid Crystal Display)와 같은 디스플레이들 및 전기영동 디스플레이들은 구동(drive) 또는 픽셀 전극과 공통 전극 사이에 끼워진 매체 내에 부유되는(suspended) 입자들을 포함한다. 픽셀 전극은, 디스플레이 상에 이미지를 형성하기 위해 스위치 온 및 스위치 오프하도록 제어되는 TFT(thin film transistor)들의 어레이와 같은, 픽셀 구동기(driver)들을 포함한다. TFT(들) 또는 픽셀 전극(들)과 공통(common) 전극[디스플레이의 뷰어 쪽에 있음] 사이의 전압 차 (VDE = VEink = VCE -Vpx 도 3 및 도 5a에 도시됨)는 부유되는 입자들의 이동을 일으켜서 이미지를 형성한다. 개별적으로 제어되는 TFT들 또는 픽셀들의 어레이를 갖는 디스플레이들은 액티브-매트릭스 디스플레이들로 지칭된다.
전기영동 디스플레이 [예컨대 E Ink Corporation의 제품] 상의 이미지 콘텐츠를 변경하기 위해서, 새로운 이미지 정보가 500 ms 내지 1000 ms와 같은 일정 시간 동안 기록된다. 액티브-매트릭스의 리프레시(refresh) 레이트(rate)가 더 높아짐에 따라, 50 Hz의 프레임 레이트에서, 25 내지 50개의 프레임들과 같은, 다수개의 프레임들 동안 동일 이미지 콘텐츠를 어드레싱하게되는 결과를 낳는다. 전기영동 디스플레이들뿐만 아니라, 구동 디스플레이들에 대한 회로설계가, 각각이 그 전체로서 여기에 참조 병합된 예컨대, 미국특허번호 제5,617,111호 발명자 Saitoh; 국제공개번호 WO 2005/034075 발명자 Johnson; 국제공개번호 WO 2005/055187 발명자 Shikina; 미국특허번호 제6,906,851호 발명자 Yuasa; 및 미국특허출원공개번호 2005/0179852 발명자 Kawai;에 서술된 것과 같이 잘 알려져 있다.
도 1은 E-ink 원리의 개략적 표현(100)이다. 이 경우에 매체(130) 내에 부유하는 검정색 마이크로 입자들(110) 및 흰색 마이크로 입자들(120)과 같이, 서로 다른 칼라 입자들이 E-ink 캡슐(140)의 벽(wall)으로 캡슐화된다. 전형적으로 E-ink 캡슐(140)은 약 200 마이크론 직경을 갖는다. 전원(150)은 픽셀 전극(160) 및 뷰어(180)가 보는 디스플레이 쪽에 위치된 공통 전극(160)을 통해 연결된다. 픽셀 전극(160)의 전압은 픽셀 전압 Vpx으로 지칭되고, 공통 전극(170)의 전압은 공통 전극 전압 VCE으로 지칭된다. 픽셀 또는 캡슐(140)을 통하는 전압 - 즉 공통 전압과 픽셀 전압 간의 차 -가 도 5a에서 VEink로 도시된다.
검정색에서 흰색으로의 E-ink(140)의 어드레싱은 도 3 및 도 5a에서 디스플레이 효과(display effect) 또는 픽셀 커패시터 CDE로서 표현되고, 500 ms 내지 1000 ms 동안 -15V로 충전되도록, 픽셀 전극들(160)과 공통 전극(170) 사이에서 연결된 픽셀을 요구한다. 즉 픽셀 전극(160)에서 픽셀 전압 Vpx (또한 노드 P의 전압으로 도 5a에서 도시됨)이 -15V로 충전되며, VEink = VCE - Vpx = 0 - (-15) = +15V. 이 시간 동안에, 흰색 입자들(120)이 공통 전극(170) 상부로 흐르고, 검정색 입자들(110)이 픽셀 패드(pad)로서 지칭되는, 픽셀 전극(160) 하부(액티브-매트릭스, 예컨대 TFT, 백 플레인(back plane))로 흐른다.
검정색 입자들(110)이 공통 전극(170)으로 이동하는 블랙 스크린으로의 전환(switching)은 공통 전극 전압 VCE에 대하여 픽셀 전극(160)에서 양의 픽셀 전압 Vpx를 요구한다. VCE=0V 및 Vpx=+15V인 경우에, 픽셀(도 5a의 CDE)을 통한 전압은 VEink = VCE-Vpx = 0-(+15) = -15V. 픽셀을 통한 전압 VEink이 0인 경우에, 예컨대 픽셀 전극(160)에서의 픽셀 전압 Vpx 과 공통 전극 전압 VCE 모두가 0V일 때, E-ink 입자들(110, 120)은 전환되거나 이동하지 않는다.
도 2의 그래프(200)에서 보이는 것과 같이, 픽셀 VDE 또는 VEink에 걸친 전압이 증가할 때 검정색 상태와 흰색 상태 사이에서 전환하는 E-ink(140)(또는 도 3 및 도 5a의 CDE)의 전환 시간이 감소한다(즉 전환 속도가 증가하거나 또는 빨라진다). 시간(sec) 대 y축(volts) 상의 픽셀 VEink에 걸친 전압을 보여주는 그래프(200)는 95% 검정색 스크린 상태로부터 95% 흰색 스크린 상태로의 전환 또는 그 반대 모두에 유사하게 적용된다. 구동 전압이 2배가 될 때 전환 시간이 인수(factor) 2 이상 감소하는 것을 주목해야 한다. 따라서 인가되는 구동 전압과 함께 전환 속도는 슈퍼-리니어하게(super-linear) 증가한다.
도 3은 도 4에 도시된 셀 또는 픽셀(예컨대 픽셀 커패시터 CDE) 당 하나의 트랜지스터(310)를 포함하는 셀들의 매트릭스 또는 어레이(400)를 포함하는 액티브-매트릭스 디스플레이 내의 하나의 픽셀(예컨대 도 1의 캡슐(140))을 구동하기 위한 등가 회로(300)를 보여준다. TFT 게이트들을 연결하는 라인 또는 로우 전극(320)을 선택하기 위해 적절한 선택 전압을 픽셀들의 로우에 대해 인가시켜서 픽셀들의 로우(row)가 선택된다. 픽셀들의 로우가 선택되었을 때, 바람직한 전압이 그 데이터 라인 또는 칼럼 전극(330)을 통해 각각의 픽셀이 인가될 수 있다. 픽셀이 선택되었을 때, 주어진 전압을 그 픽셀에만 인가시키고 임의의 비-선택된 픽셀들에는 인가하지 않는 것이 바람직하다. 선택된 픽셀들에 대해 어레이를 통해 순환하는 전압으로부터 비-선택된 픽셀들이 충분히 분리되어야 한다. 외부 컨트롤러(들) 및 구동 회로소자가 셀 매트릭스(400)로 또한 연결된다. 외부 회로들은 플렉스 프린트된(flex-printed) 회로 보드 연결들, 엘라스토머 상호연결들(elastomeric interconnects), 테이프-자동화된(tape-automated) 본딩( bonding), 칩-온-글래스(chip-on-glass), 칩-온-플라스틱(chip-on-plastic) 및 다른 적합한 기술들에 의해 셀 매트릭스(400)로 연결될 수 있다. 물론 컨트롤러들 및 구동 회로소자는 액티브 매트릭스 자체와 함께 또한 집적될 수 있다.
도 4에서, 공통 전극들(170)이 VCE를 제공하는 전원 대신에 접지로 연결된다. 트랜지스터들(310)은 도 3에 도시된 것과 같이 MOSFET 트랜지스터들(310)일 수 있는 TFT들일 수 있고, Vrow 또는 Vgate로 지칭되는, 게이트들 G에 연결된 로우 전극들(320)에 인가되는 전압 레벨들로 온/오프를 바꾸도록 제어된다(즉 전류 Id가 소스 S와 드레인 D 사이에서 흐르는, 전도성 상태와 비-전도성 상태 사이의 전환). TFT들(310)의 소스들 S이 칼럼 전압 Vcol로 지칭되는 데이터 또는 이미지 전압 레벨들이 인가되는 칼럼 전극들(330)로 연결된다.
도 3에 도시되는 것과 같이, 다양한 커패시터들이 TFT(310)의 드레인, 즉 픽셀 커패시터로서 또한 지칭되는 디스플레이 효과를 담고 있는 디스플레이 효과 커패시터 CDE, 및 TFT 게이트 G 및 드레인 D 사이의 기생 커패시터 Cgd [도 3의 대시 선으로 도시]로 연결된다. 2개의 선택 또는 TFT-ON 상태들(도 7의 참조 번호 765에 의해 도시됨) 사이의 픽셀 전압 Vpx(칼럼 전압 Vcol의 레벨에 근접하게 남기 위해 노드 P에 위치됨)의 레벨을 유지하거나 전하를 유지하도록, TFT 드레인 D와 스토리지 커패시터(storage capacitor) 라인(340) 사이에서 스토리지 커패시터 Cst가 제공된다. 별개의 스토리지 커패시터 라인(340) 대신에, 스토리지 커패시터 라인으로 다음 로우 전극 또는 이전 로우 전극을 사용하는 것 또한 가능하다.
종래의 액티브 매트릭스 E-ink 디스플레이들은 다양한 단점들을 지닌다. 하나의 단점은, 디스플레이의 어드레싱 동안에 인가되어야하는 상대적으로 높은 전압들 때문에 이미지 업데이트 동안의 전력 소모가 상대적으로 크다는 것이다. 직접적인 해결책은 어드레싱 전압들을 낮추는 것일 것이다. 그러나 전압 레벨들을 낮추면, 도 2에 도시된 것과 같이 전압 감소와 함께 이미지 업데이트 시간이 선형 이상으로 증가하여서, 매우 긴 이미지 업데이트 시간들(즉 더 느린 이미지 업데이트들)이 된다. 다른 하나의 단점은 E-ink의 이미지 업데이트 시간이 높은 전압 레벨들에 불구하고 상대적으로 길다는 것이다. 따라서, 어드레싱 전압 증가와 그에 따른 전력 소모 증가 없이 이미지 업데이트 시간이 감소하는 디스플레이들과 같은, 더 나은 디스플레이들에 대한 요구가 존재한다.
도 1은 종래의 E-ink 디스플레이 기기를 보여주며;
도 2는 어드레싱 전압의 함수로서 E-ink의 전환 속도를 보여주며;
도 3은 종래의 액티브-매트릭스 디스플레이 내의 픽셀 등가 회로를 보여주며;
도 4는 액티브-매트릭스 디스플레이의 셀들의 어레이를 보여주며;
도 5a는 하나의 실시 예에 따른 액티브 매트릭스 픽셀 회로에 대한 간이화된 회로를 보여주며;
도 5b는 하나의 실시 예에 따른 전환하는 전압들용 타이밍 다이어그램을 보여주며;
도 6a 내지 도 6c는 E-ink를 어드레싱하는 액티브-매트릭스 구동 스킴(scheme)을 사용하여 3개의 프레임 동안 다양한 전압 펄스들을 보여주며;
도 7은 다른 하나의 실시 예에 따라 칼라 순차적 구동 스킴용 파형을 보여주며;
도 8a 내지 도 8b는 종래의 구동 스킴을 사용하여 2개의 프레임들 동안에 파형들을 보여주며;
도 9a 내지 도 9b는 다른 하나의 실시 예에 따른 칼라 순차적 액티브-매트릭스 구동 스킴을 사용하여 두 개의 프레임들 동안에 파형들을 보여주며;
도 10a 내지 도 10b는 추가적인 실시 예에 따라 이미지 업데이트 시간이 감소된 칼라 순차적 액티브-매트릭스 스킴을 사용해서 2개의 프레임들 동안에 파형들을 보여주며; 그리고
도 11은 또 다른 하나의 실시 예에 따라 이미지 균일성이 증가된 칼라 순차 액티브-매트릭스 구동 스킴을 사용해서 파형들을 보여준다.
본 발명의 기기들 및 방법들의 하나의 목적은 종래의 디스플레이들이 갖는 단점들을 극복하는 것이다.
로우 전압을 인가하도록 구성된 로우 구동기, 및 로우 구동기에 연결된 로우 전극을 포함하는 디스플레이 기기들 및 방법들에 의해 이런 그리고 다른 목적들이 달성된다. 칼럼 구동기는 칼럼 전극에 칼럼 전압을 인가하도록 구성된다. 또한 칼럼 구동기는 제1 상태용 양의 공통 전압 레벨과 제2 상태용 음의 공통 전압 레벨을 공통 전극에 인가하도록 구성된다. 물론 2개 이상의 레벨들이 공통 전극에 인가되는 공통 전압을 위해 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한 모든 로우들이 비-선택된 로우 전압 레벨을 가질 때 적어도 2개의 레벨들 사이에서 공통 전극을 전환하도록 컨트롤러가 구성될 수 있다. 대안적으로 VCE 및 VST가 실질적으로 동시에 전환된다 : (1) 어떤 로우들도 선택되지 않는 때; 또는 (2) 임의의 로우 선택 시간의 시작; 또는 (3) 로우 선택 시간 동안 [ 그 이후에 선택된 로우가 칼럼 전압 레벨로 픽셀들을 충전하기 위해 적어도 총(full) 로우 선택 주기가 걸림]. 특히 바람직하게는 VCE 및 VST의 전환으로 하나 이상의 픽셀들이 부정확한 전압(칼럼 전압과는 다른 전압)으로 충전되지 않는 결과를 낳는다. 실질적으로 동시에 그리고 스토리지 커패시터의 스토리지 전압과 실질적으로 동일한 전압 스윙을 갖는 공통 전극을 전환하도록 컨트롤러가 또한 구성될 수 있다.
실질적으로 동시에 그리고 스토리지 커패시턴스와 총 커패시턴스의 비(ratio)와 실질적으로 관련된 양만큼 공통 전압 및 스토리지 커패시터의 스토리지 전압을 변경시킴으로써, 교란(disturbance)이 최소이면서 디스플레이 효과 또는 픽셀이 형성한 이미지가 유지되고, 여전히 다양한 이점들이 개선된 이미지 균일성(uniformity) 뿐만 아니라 더 빠른 이미지 업데이트 속도 또는 감소된 이미지 업데이트 시간, 감소된 칼럼 및/또는 로우 전압 레벨들, 감소된 전력 소비로서 달성될 수 있다.
본 발명의 시스템들 및 방법들이 적용가능한 또 다른 영역들이 이후에 제공되는 세부적인 설명으로부터 명백해질 것이다. 상세한 설명 및 특정 예들이 디스플레이들 및 방법들의 예시적인 예들을 나타내고 있지만 설명을 위한 목적만이고 본 발명의 범위를 제한하려는 의도가 아님을 이해해야 한다.
본 발명의 장치들, 시스템들, 및 방법들의 이런 그리고 다른 특징들, 양상들, 및 이점들이 아래의 설명, 첨부된 청구항들, 및 첨부된 도면들로부터 더 잘 이해될 것이다.
일정 예시적인 실시 예에 대한 다음의 설명은 단지 예시일 뿐이고 본 발명, 그 응용, 또는 사용에 제한을 둘 의도는 아니다. 본 발명의 시스템들, 기기들, 및 방법들의 실시 예들에 대한 다음의 상세한 설명에서, 본 명세서의 일부를 형성하고 설명된 기기들 및 방법들이 실행될 수 있는 특정된 실시 예들이 도해로서 보여지는, 첨부된 도면들에 대한 참조가 주어진다. 이런 실시 예들이 당업자로 하여금 현재 개시된 시스템들 및 방법들을 실행할 수 있도록 충분히 서술되고, 다른 실시 예들이 이용될 수 있고 본 발명의 시스템의 사상 및 범위를 벗어남이 없이 구조적 및 논리적 변경들이 있을 수 있다는 것을 알아야 한다.
따라서 다음의 상세한 설명은 제한으로서 여겨져서는 안 되고, 본 발명의 시스템의 범위는 첨부된 청구항들에 의해서만 정의된다. 여기 도면들의 첫 자리 숫자는 전형적으로 도면 번호와 일치하고, 다수의 도면들에서 나타나는 동일한 컴포넌트들은 동일한 참조 번호들에 의해 식별된다. 또한 명확화 목적을 위해 잘 알려진 기기들, 회로들, 및 방법들의 상세한 설명이 본 발명의 시스템의 설명을 불명확하게 하지 않도록 생략되었다.
도 5a는 도 3에 도시된 액티브 매트릭스 픽셀 회로(300)와 유사한 단순화된 회로(500)를 보여주며, 여기서 TFT(310)은 로우 전극(320)에 의해 제어되는 스위치(510)로 표현되고, 픽셀 또는 E-ink는 TFT 스위치(510)의 한 단부와 공통 전극(170) 사이에 연결된 픽셀 커패시터 CDE에 의해 표현된다. TFT 스위치(510)의 다른 단부는 칼럼 전극(330)으로 연결된다.
로우 전극으로부터의 전압, 예컨대 음의 전압이 TFT 게이트 G에 인가되어서, 전류 Id가 TFT(310)(또는 스위치(510))을 통해 그 소스 S와 드레인 D 사이에서 흐르는 때, TFT(310) 또는 스위치(510)는 닫히거나 전도된다. 전류 Id가 TFT(310)를 통해 흐르기 때문에, TFT 드레인 D에서의 픽셀 노드 P의 퍼텐셜이 TFT 소스 S에 연결된, 칼럼 전극의 퍼텐셜과 동등할 때까지 스토리지 커패시터 Cst가 충전되거나 방전된다. 예컨대 양의 전압으로 로우 전극 퍼텐셜이 변하면, TFT(310) 또는 스위치(510)가 닫히거나 혹은 비 전도적이되고, 그리고 픽셀 노드 P에서의 전하 또는 전압이 스토리지 커패시터 Cst에 의해 유지 및 보유될 것이다. 즉 TFT 드레인 D에서의 픽셀 전압 Vpx로 지칭되는 픽셀 노드 P의 퍼텐셜은 이 순간에서 실질적으로 불변이다. 왜냐면 열린 또는 비-전도성 상태에서 TFT(310) 또는 스위치(510)를 통해 흐르는 전류가 없기 때문이다.
스토리지 커패시터 Cst 상의 전하의 양은 픽셀 커패시터 CDE의 픽셀 노드 P와 스토리지 커패시터 라인(340) 사이의 일정 퍼텐셜 또는 전압 차를 인가하거나 유지한다. 설명될 것처럼 를 가정할 때, 스토리지 커패시터 라인(340)의 퍼텐셜이 5V 증가하면, 픽셀 노드 P의 퍼텐셜은 약 5 V 증가한다. 그 이유는 전하가 어디론가 갈 수 없기 때문에 스토리지 커패시터 Cst 의 양 노드들의 전하 양이 동일하기 때문이다.
간이화를 위해서, 픽셀 커패시터 CDE에 걸친 픽셀 전압 내의 전하가 스토리지 커패시터 Cst에 걸친 스토리지 커패시터 전압 내의 전하와 대략 같다 [즉 ]것을 알아야 한다. Cst가 지배적인 커패시터일 때 이 근사가 특히 진실이다. Vpx와 Vst 간의 더 정확한 관계가 수학식 1에 의해 주어진다:
[수학식 1]
일 때 이고, 따라서 이다.
총 픽셀 커패시턴스 CTOTAL가 모든 커패시턴스의 합으로서 정의된다, 즉:
[수학식 2]
는 픽셀 내의 모든 다른 커패시턴스 ( 기생 커패시턴스도 포함)의 합이다.
또한 수학식(1)에서 보여지는 것과 같이 (스토리지 커패시턴스 Cst에 걸친) 전압의 변화 에 대한 픽셀 전압의 변화 를 나타내는 것에 더하여, 가 수학식 (3)에서 보여지는 것과 같이 공통 전압의 변화 에 대해서 표현될 수 있다. :
[수학식 3]
CDE는 디스플레이 효과 또는 픽셀의 커패시턴스이다.
픽셀 VEink에 걸친 전압에 영향을 주지 않고 따라서 전압이 변경될 때 디스플레이되는 이미지에 영향을 주지 않는 것이 바람직하다. 디스플레이 효과들 또는 픽셀 전압 변화를 갖지 않는 것은 를 의미한다.
이기 때문에,
[수학식 4]
수학식 4는 전압이 변경될 때 디스플레이 효과들에 실질적으로 어떤 변경도 갖지않는 디스플레이되는 이미지의 바람직한 보존(maintenance)을 나타낸다. 즉, 예컨대 픽셀에 걸친 전압 변화 가 0이 되도록 요구되어서, 흰색 상태 또는 검정색 상태가 실질적으로 어떤 변화도 없이 보존되는 것이다.
수학식 (3)의 를 수학식 (4)로 치환하면:
[수학식 5]
수학식 (5)로부터 와 간의 관계가 수학식 (6)과 수학식 (7)에 의해 주어질 수 있다는 것을 알 수 있다.
[수학식 6]
[수학식 7]
따라서 공통 전극 전압이 만큼 변할 때 스토리지 라인상의 전압을 수학식 (7)을 충족시키는 만큼 변경시키는 것이 바람직하다.
수학식 (6) 및 수학식 (7)로부터 알 수 있듯이 픽셀 CDE에 걸친 임의의 전압 변화 를 방지하도록, 즉 를 보장해서, 실질적으로 디스플레이되는 이미지의 어떤 변화도 없는 동일한 디스플레이 효과를 실질적으로 보전하도록, 공통 전압 VCE 및 스토리지 커패시터 전압 Vst는 실질적으로 동시에 그리고 수학식 (6) 및 수학식 (7)에서 보여지는 것과 같이 서로 간에 대하여 적절한 양만큼 변경된다. 특히 VST 및 VCE가 수학식 (6) 및 수학식 (7)을 충족시키는 양만큼 실질적으로 동시에 변경될 때, 픽셀 CDE에 걸친 전압 변화가 없을 것이다. 즉
픽셀 커패시터 CDE에 걸친 전압 - 즉 공통 전극(170)과 픽셀 노드 P 사이의 전압 차 -이 디스플레이를 전환시키고, 그리고 남은 픽셀 매트릭스 어레이에 따라 이미지를 형성한다. 공통 전극(170) 상의 퍼텐셜과 스토리지 커패시터 라인(340)이 실질적으로 동시에(예컨대 그 둘이 서로 연결되거나 동일 컨트롤러(515)의 제어하에 있음) 수학식 (6) 및 수학식 (7)을 충족시키는 양만큼 변경된다면, 픽셀 노드 P 에서의 퍼텐셜은 공통 전극 전압의 퍼텐셜 변화와 실질적으로 동일한 양만큼 그리고 실질적으로 동시에 변할 것이다. 실제로 이것은 픽셀 커패시터 CDE에 걸친 전압 VEink가 일정하게 남아있다는 것을 의미한다(i.e VEink = 0).
반면에 공통 전극(170)과 스토리지 커패시터 라인(340)이 서로 간에 연결되지 않으면, 공통 전극(170)의 전압 VCE 변화가 픽셀 커패시터 CDE에 걸친 전압 VEink에 또한 영향을 미치거나 변경할 것이다. 즉 공통 전극 퍼텐셜 VCE의 변화가 전체 디스플레이에 영향을 미칠 것이다. 또한 로우가 선택될 때 공통 전극 퍼텐셜 VCE이 변화되면(즉, TFT(310)이 닫히거나 전도되면), 그 선택된 로우에 대한 다른 움직임(behavior)과 이미지 아티팩트(artifact)가 생길 것이다.
E-ink( 또는 픽셀/디스플레이 효과 커패시터 CDE)를 구동하기 위해 설계된 액티브-매트릭스 회로 내의 스토리지 커패시터 Cst가 디스플레이 효과 커패시터 CDE와 게이트-드레인 커패시터 Cgd의 20 내지 60배라는 것을 주목해야 한다. 전형적으로 E-ink의 큰 셀 갭과 E-ink 물질의 상대적으로 큰 누설(leakage) 전류 때문에 디스플레이 효과 커패시터 CDE의 값은 작다. 그 누설 전류는 디스플레이 효과 커패시터 CDE와 병렬인 저항 때문이다. 그 누설 전류와 연결된 디스플레이 효과 커패시터 CDE의 작은 값은 상대적으로 큰 스토리지 커패시터 Cst를 요구한다.
로우 전극(320), 칼럼 전극(330), 및 공통 전극(170)에 각각 연결된 참조 부호(520), 참조 부호(530), 참조 부호(570)에 도시된, 다양한 전압 공급원들 및/또는 구동기들을 제어하는 컨트롤러(515)가 제어할 수 있는 전압 공급원들 및/또는 구동기들에 다양한 전극들이 연결될 수 있다. 컨트롤러(515)는 예컨대 등가 회로(500)에 도시되고 앞으로 설명될 서로 다른 전압 레벨들을 갖는 펄스들이 있는, 픽셀 셀과 같은 다양한 디스플레이 전극들 또는 라인들을 구동한다
스토리지 커패시터 전압 Vst와 공통 전극 VCE의 전압 변화들의 적절한 양과 타이밍을 실현하기 위해서, 수학식 7에 도시된 것과 같이 동시에 실질적으로 적절한 양 [즉, ] 만큼 스토리지 전압 VST 및 공통 전압 VCE 모두를 변화시키기 위해서, 공통 전극 구동기(570)가 컨트롤러(515)에 의해 프로그램되거나 제어될 수 있는 스토리지 구동기(580)를 통해 스토리지 커패시터 라인(340)에 연결될 수 있다. 이 경우에 스토리지 구동기(580)는 공통 전압 VCE에 상응하는 출력 신호 VST를 생성하는 스케일러(scaler)이다. 환언하면 출력 신호의 전압 Vst가 비례적으로 변하고, 바람직하게는 공통 전극 VCE와 비례하여 리니어하게 변한다. 대안적으로 스토리지 구동기(580)는 컨트롤러(515)와 분리된 구동기일 수 있다. 이 경우에 공통 전극 구동기(570)와 스토리지 구동기(580) 간의 연결이 불필요하다. 컨트롤러(515)는 실질적으로 동시에 스토리지 전압 Vst 및 공통 전압 VCE를 변경하고, 그리고 스토리지 구동기(580)를 제어해서 스토리지 및 공통 전압 변경이 일치하도록 한다 [ 예컨대 수학식 (6)과 수학식(7)에서 보여지는 관계를 충족한다].
스토리지 전압 Vst 및 공통 전압 VCE이 동시에 전환되지 않는다면 아티팩트들의 결과로 디스플레이된 이미지가 생길 수 있다. 또한 도 5b에 도시되는 것과 같이 스토리지 전압 Vst 및 공통 전압 VCE이 실질적으로 동시에 전환되지 않을 뿐만 아니라, 로우들 중 어느 것도 선택되지 않을 때 또한 전환되지 않는다.
대안적으로 VCE 및 VST는 실질적으로 동시에 전환된다. : (1) 어떤 로우들도 선택되지 않을 때; 또는 (2) 임의의 로우 선택 시간의 시작에서; 또는 (3) 로우 선택 시간 동안 [ 그 이후에 선택된 로우가 칼럼 전압 레벨로 픽셀들을 충전하기 위해 적어도 총(full) 로우 선택 주기가 걸림]. 특히 바람직게는 Vce와 Vst의 전환으로 하나 이상의 픽셀들이 부정확한 전압(칼럼 전압과 다른 전압)으로 충전되는 결과를 낳지 않을 것이다. 특히 도 5b는 로우들 1, 2 및 N의 로우 또는 게이트 전압들을 도시하고, 여기서 낮은(low) 레벨 590 Vrow - select는 예컨대 로우를 선택하거나 TFT(510)을 턴온시키고(전도성 상태, 스위치가 닫힘), 및 높은(high) 레벨 592 Vrow non -select은 TFT(510)을 턴오프시킨다(비-전도성 상태, 스위치가 열림). 로우에 적절한 전압 레벨을 인가함으로써 연속으로 로우들은 한번에 하나 선택되고, 여기서 제1 단계(596) 및 제2 단계(598)를 각각 분리시키는 전환 시간 주기(594) 동안 로우들의 어떤 것도 선택되지 않는다. 대안적으로 Vce 및 Vst는 실질적으로 동시에 전환된다. : (1) 어떤 로우들도 선택되지 않을 때; 또는 (2) 임의의 로우 선택 시간의 시작에서; 또는 (3) 로우 선택 시간 동안 [ 그 이후에 선택된 로우가 칼럼 전압 레벨로 픽셀들을 충전하기 위해 적어도 총(full) 로우 선택 주기가 걸림]. 특히 바람직게는 Vce와 Vst의 전환으로 하나 이상의 픽셀들이 부정확한 전압(칼럼 전압과 다른 전압)으로 충전되는 결과를 낳지 않는 것이다. 공통 전압들 Vst, VCE에서의 변경의 타이밍 관점에서 관련 없지만, 설명 목적을 위해 도 5b에 칼럼 전압이 또한 도시된다. 예컨대 모든 로우들이 어드레싱되거나, 로우들의 반(half)이 어드레싱되거나, 로우들의 임의의 개수가 어드레싱되는 것과 같이 원하는 데로 순차적 로우 어드레싱이 방해되는 임의의 원하는 시간 동안 전환(switch) 시간 주기(590)가 생길 수 있다는 것을 주목해야 한다. 전환 주기(590) 이후에, 다음 로우가 어드레싱되고 연속 로우 어드레싱이 다시 시작된다.
컨트롤러(515)가 설명될 것과 같이 서로 다른 전압 레벨들 및 타이밍을 갖는 펄스들로 디스플레이(500)를 구동하기 위해 다양한 전압 전원 및/또는 구동기들(520, 530, 570)을 제어하는 것과 같이, 본 발명의 시스템들, 디스플레이들, 및 방법들에 따르는 오퍼레이션 동작들을 수행하도록 구성된 컨트롤러 및/또는 프로세서의 임의 유형일 수 있다. 메모리(517)는 컨트롤러/프로세서(515)의 일부이거나 연결되어 동작될 수 있다.
메모리(517)는 데이터가 저장되는 모든 적합한 유형의 메모리(예를 들어, RAM, ROM, 분리형(removable) 메모리, CD-ROM, 하드 드라이브들, DVD, 플로피 디스크들 또는 메모리 카드들)일 수 있거나 전송 매체일 수 있거나 네트워크(섬유광학들(fiber-optics),월드와이드웹(world-wide web), 케이블들, 시간 분할 다중 접속(time-division multiple access) 방식, 코드 분할 다중 액세스(code-division multiple access) 방식을 사용하는 무선 채널, 또는 다른 무선 주파수 채널로 연결된 네트워크)를 통해 액세스가능할 수 있다. 컴퓨터 시스템에서 사용하기 적합한 정보를 저장하고/또는 전송할 수 있는 알려지거나 개발된 매체가 컴퓨터 판독가능 매체 및/또는 메모리로서 사용될 수 있다. 메모리(517) 또는 추가 메모리는 본 발명의 시스템들, 디스플레이들, 및 방법들에 따른 오퍼레이션 동작들을 수행하도록 컨트롤러/프로세서(515)가 액세스할 수 있는 다른 바람직한 데이터는 물론 애플리케이션 데이터 또한 저장할 수 있다.
추가 메모리들이 사용될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체(517) 및/또는 임의의 다른 메모리들은 장기, 단기, 또는 장기와 단기의 조합 메모리들일 수 있다. 이런 메모리들은 여기서 개시된 방법들 연산 동작들, 및 기능들을 실행하도록 프로세서(515)를 환경설정할(configure) 수 있다. 메모리들은 분산되거나 국부적일 수 있고, 그리고 추가적인 프로세서들이 제공될 수 있는 프로세서(515)가 또한 분산될 수 있거나, 또는 단독일 수 있다. 메모리들은 전기적, 자기적 또는 광학적 메모리, 또는 스토리지 기기들의 이런 또는 다른 유형들의 조합으로 구현될 수 있다. 또한 용어 "메모리"는 프로세서가 액세스하는 어드레싱가능한 공간 안의 주소로부터 판독되거나 그 주소로 기록될 수 있는 임의의 정보를 포괄하기 충분하도록 넓게 해석되어야 한다. 이 정의로서, 예컨대 네트워크에 대한 정보가 여전히 메모리(517) 내에 있고 그 이유는 예컨대 프로세서(515)가 본 발명의 시스템에 따른 오퍼레이션을 위해 네트워크로부터 정보를 검색할 수 있기 때문이다.
프로세서(515)는 디스플레이(500)를 구동하기 위해 전압 전원들 및/또는 구동기들(520, 530, 570)을 제어하는 제어 신호들을 인가할 수 있고, 그리고/또는 기술될 다양한 어드레싱 구동 스킴들에 따라 오퍼레이션들을 수행할 수 있다. 프로세서(515)는 애플리케이션-특정 또는 범용(general-use) 집적 회로들일 수 있다. 또한 프로세서(515)는 본 발명의 시스템에 따라 수행하기 위한 전용 프로세서일 수 있거나, 많은 기능들 중 하나만이 본 발명의 시스템에 따라 수행하기 위해 동작하는 범용 프로세서일 수 있다. 프로세서(515)는 프로그램 일부(portion), 다수의 프로그램 세그먼트들을 사용하여 동작할 수 있거나, 전용 집적 회로(들) 또는 멀티-목적 집적회로들을 이용하는 TV, DVD 플레이어/리코더, PDA(personal digital assistant ), 이동 전화 기타 등등과 같은 렌더러, 디코더, 또는 디모듈레이터와 같이 하드웨어 기기일 수 있다.
프로세서의 어떤 유형도 전용으로 또는 공유로 사용될 수 있다. 프로세서는 마이크로-프로세서들, CPU(central processing unit)들, DSP(digital signal processor)들, ASIC들, 또는 동일한 기능들을 수행하고 전자 테크닉들 및 아키텍처들을 사용하는 디지털 광학 기기들, 또는 아날로그 전자 회로들과 같은 임의의 다른 프로세서(들) 또는 컨트롤러(들)일 수 있다. 프로세서는 예컨대 소프트웨어 제어하에 있는 것이 전형적이고, 소프트웨어와 사용자 선호도와 같은 다른 데이터를 저장하는 메모리를 갖거나 통신한다.
명백하게 컨트롤러/프로세서(515), 메모리(517), 및 디스플레이(500)는, 모두 또는 부분적으로 플렉시블(flexible), 롤러블(rollable), 랩퍼블한(wrapable) 디스플레이 기기들과 같은 디스플레이, 전화들, 전기영동 디스플레이들, 또는 디스플레이이 있는 다른 기기들(PDA, 전화, 컴퓨터 시스템, 또는 다른 전자 기기들을 포함)을 갖는 임의의 기기와 같은 단일 (전체적 또는 부분적인) 집적 유닛의 일부일 수 있다. 또한 단일 기기에 집적되는 대신에, 프로세서는 하나의 전자 기기 또는 하우징과, 픽셀 셀들의 매트릭스(500)를 구비한 부착가능한 디스플레이 기기들 사이에서 분산될 수 있다.
액티브-매트릭스 디스플레이들이 한 번에 하나의 로우 씩 구동된다. 하나의 프레임 시간 동안에, TFT들을 턴온하는 전압을 인가함으로써 - 즉 TFT들을 비-전도성 상태로부터 전도성 상태로 변경함으로써- 모든 로우들이 연속적으로 선택된다. 도 6a 내지 도 6c는 등가 회로(도 3의 300, 도 5a의 500)의 다양한 노드들에서 시간 대 전압 레벨들을 도시한다.
특히 도 6a는 E-ink를 어드레싱하기 위한 액티브-매트릭스 구동 스킴을 사용하여 4개의 포개놓은 전압 펄스들을 보여주는 3개의 프레임들(610, 612, 614)의 그래프(600)를 도시한다. 도 3 및 도 5에 도시되고, 또한 4개의 전압 펄스들 중 2개만을 도시한 도 6c(나머지 2개의 전압 펄스들은 명확성을 위해 도 6c에 도시됨)의 로우 전극(320)에 표시된 로우 전압 Vrow를 실선 커브(620)가 나타낸다. 도 6a에서, 대시선(650)은 도 1, 도 3, 및 도 5에 도시되고, 또한 도 6b에 도시된 공통 전극(170)에 표시된 전압 VCE이다. 도 6a에서, 점선 커브(630)는 도 3, 도 5, 또는 점선(630)과 같이 도 6c에 또한 도시된 칼럼 전극(330)에서 제시된 칼럼 전극 Vcol를 나타낸다. 도 6a의 세미-대시 커브(640)는 도 5a, 그리고 명확성을 위해 점선(640)으로서 도 6c에 또한 도시된 픽셀 커패시터 CDE의 하나의 단자의 픽셀 노드 P에 표시된 픽셀 전압 Vpx를 나타낸다.
도 6a의 그래프(600)는 p-타입 TFT들을 갖는 폴리머 일렉트로닉스(polymer electronics) 액티브-매트릭스 백 플레인에 인가되는 펄스들을 보여준다. n-타입 TFT들(예컨데 비결정질 실리콘(amorphous silicon))의 경우에, 공통 전극 전압 및 로우 펄스들의 극성이 변한다. 도 6a에 도시된 이 그래프에서, 오직 6개의 로우들만이 6개의 점선으로된 펄스들(630)에서 보이는 것과 같이 어드레싱되지만, 실제 디스플레이는 훨씬 더 많은 로우들을 포함한다는 것을 알아야 한다.
도 6a에 도시된 프레임(610)의 홀드(hold) 또는 비-선택 주기(618) 동안에 로우 전압 Vrow의 실선(620)이 하이(high)이고, 예컨대 25V이고, 따라서 TFT(310)를 턴오프한다(비-전도성 상태, 즉 스위치(510)가 열린 상태). TFT(310)가 전도성 있는(즉, 스위치(510)가 닫힌 상태이고 선택된 로우가 어드레싱됨) 프레임(610)의 선택 부분(616) 동안, 선택된 로우의 도 5a에 도시된 픽셀 커패시터들 CDE(즉 TFT(310) EH는 스위치(510)의 드레인측에서의 총 커패시턴스)이 칼럼 전극들(330)에 인가된 전압으로 충전된다. 잔여 프레임 시간(618)(즉 홀드 시간) 동안, 현재 로우가 어드레싱되지 않지만, 예컨대 도 5b에 도시된 것처럼 연속적으로 다른 로우들이 어드레싱된다. 홀드 주기(618) 동안, TFT들이 비전도성 상태이고, 픽셀 커패시터들 상의 전하가 예컨대 스토리지 커패시터 Cst(도 3 및 도 5)에 저장된 전하들에 의해 보유된다.
음의 칼럼 전압(630), 예컨대 -15V가 픽셀에 인가될 때, 이 픽셀은 흰색 상태로 전환되고, 양의 전압, 예컨대 +15V가 칼럼(530)에 인가될 때, 이 픽셀은 도 1에 도시된 것과 같이 검정색 상태로 전환한다. 하나의 프레임 동안에, 일정 픽셀들이 흰색으로 전환될 수 있는 반면에, 다른 픽셀들은 검정색으로 전환될 수 있다. 폴리머 일렉트로닉스 E-ink 디스플레이의, 어드레싱가능한 TFT들 또는 픽셀 전극들의 액티브 매트릭스 백플레인의 경우에, 전형적인 전압 레벨들은 -25V 의 로우 선택 전압(선택 주기(616) 동안), 및 +25V의 로우 비-선택 전압(비선택 주기(618) 동안), -15V(흰색 픽셀)와 +15V(검정색 픽셀) 사이의 칼럼 전압, 및 +2.5V의 공통 전극 전압이고, 도 6a 내지도 6c에 도시된다.
도 7은 단색(예컨대 흰색과 검정색 또는 다른 2가지 칼라들)의 디스플레이에 대해서, 2개의 어드레싱 단계(phase)들 이후에 완전한 이미지가 기록되는 디스플레이를 위한 어드레싱 스킴(700)을 도시한다. 첫 번째 어드레싱 단계(710)에서, 검정색 상태로 전환되어야 하는 픽셀들이 제1 전압 레벨 또는 '검정색' 전압(720)(예컨대 +15V)로 어드레싱되는 반면에, 모든 다른 픽셀들이 레퍼런스 전압 Vref(730)(예컨대 0V)으로 어드레싱된다. 레퍼런스 전압 Vref으로 어드레싱되는 픽셀들은 전환 상태를 변경하지 않는다.
제2 어드레싱 단계(740) 동안, 흰색 상태로 전환되어야 하는 픽셀들은 제2 전압 레벨 또는 '흰색' 전압(750)(예컨대 -15V)으로 어드레싱되는 반면에, 모든 다른 픽셀들이 레퍼런스 전압 Vref(730)(예컨대 0V)으로 어드레싱되고, 레퍼런스 전압 Vref으로 어드레싱되는 픽셀들은 제2 어드레싱 단계(740) 동안 전환 상태를 변경하지 않는다. 이런 2개의 어드레싱 단계들(710, 740) 이후에, 완전한(검정 및 흰색) 이미지가 기록된다.
도 7은 제1 어드레싱 단계(710) 동안 검정색 상태로 전환되고 제2 어드레싱 단계(720) 동안 레퍼런스 전압이 인가되는 때 검정색으로 유지되는 픽셀에 대해 서술된 어드레싱 스킴을 적용한 전압(volts) 대 시간(ms)으로 된 신호들의 파형 플롯들의 예들을 도시한다. 도 7의 상부 파형 신호(760)가 로우 i에 인가되고, 여기서 로우 전압 Vrow의 낮은 전압 레벨 765 Vselect(또는 로우 전극(320)에 인가되는 Vgate)이 로우 선택 전압 레벨 Vselect이고, 그리고 높은 전압 레벨 770 Vnon - select가 TFT(들)(310)의 전도성 상태를 선택하도록, TFT 스위치(들)(310, 510)을 닫기 위해TFT(s)(310)(또는 도 3 및 도 5의 스위치들(510))의 게이트(들) G에 인가되는 비-선택 전압 레벨이다.
도 7의 중간 파형 신호(780)가 칼럼 j에 인가되고, 여기서 실선들(782, 784, 786)은, 로우 i와 칼럼 j 사이의 교차점에서 픽셀에 인가되는 전압 레벨들(Vblack(720) 및 Vref(750))을 보여준다. 점선들(788)은 전압 레벨들 Vblack (720), Vref (730), 및 Vwhite (750)을 포함하는, 이 칼럼 j에 부착된 다른 픽셀들에 인가된 전압을 보여준다.
도 7의 하위 파형 신호(790)는 로우 i와 칼럼 j 사이의 교차점에서 픽셀 커패시터 CDE에 인가되는 노드 P의 픽셀 전압 Vpx(도 3 및 도 5)이며, 즉 중간 파형 신호(780)의 실선들(782, 784, 786)과 연관된다. 제1 어드레싱 단계(710)의 마지막 프레임(710)이 도시되며, 여기서 Vblack 이 참조 부호(782)의 픽셀 커패시터 CDE (i.e., Vpx =Vblack) 에 인가되고, 따라서 그 픽셀이 검정색 상태로 전환된다. 이것 다음에 제2 어드레싱 단계(720)의 제1 프레임이 나오고, 여기서 픽셀이 그 전환 상태를 변경하지 않는 도면부호(784)의 레퍼런스 전압 Vref(730)으로 충전되고, 따라서 E-ink 캡슐(140)(도 1) 내의 입자들이 현재 위치들에 머물고 이동하지 않는다. 즉 픽셀이 검정색 상태로 머문다. 제2 어드레싱 단계(720)의 제1 프레임 동안에, 나머지 픽셀들(미도시)가 흰색 상태로 충전된다. 따라서 완전한 이미지가 이 2개의 어드레싱 상태 이후에 기록된다.
하나의 실시 예에서, 칼라 순차적 업데이트 방법은 감소된 어드레싱 전압들로 수행된다. 특히, 도 7의 어드레싱 방법이 사용되면, 칼럼 전압 Vcol이 인수 2만큼 감소되고, 그리고 그에 따라 로우 전압 Vrow가 또한 감소된다. 이것은 디스플레이의 전력 소모를 감소시키고 상업적으로 이용가능한 로우 및 칼럼 구동기들의 광범위한 사용을 가능케한다. 유연한 폴리머 일렉트로닉스 디스플레이들의 경우에, 요구된 로우 전압 변동(swing)이 트랜지스터들에서의 스트레스 효과를 또한 결정하기 때문에 칼럼 및 로우 전압의 감소가 또한 디스플레이의 수명을 증가시킨다.
도 8a-8b에서 종래의 구동 스킴이 도시되고, 도 9a-9b에서 하나의 실시 예에 따른 구동 스킴이 도 8a-8b에 도시된 종래의 구동 스킴의 칼럼 전압보다 2배 낮은 칼럼 전압들로 도시된다.
도 8a 내지 도 8b는 각각 종래의 액티브-매트리그 구동 스킴(800, 805) 각각 사용하여 2개의 프레임 동안 다양한 신호들의 전압 레벨들 대 시간을 나타낸다. 실선(810)은 TFT(310)의 게이트 전압 Vgate인 하나의 로우 상의 전압 Vrow을 도시한다. 게이트 또는 로우 Vrow(또는 Vgate)는 +25V 및-25V이다. 대시 선(820)에서 보이는 0V DC 전압 커브는 도 3 및 도 5에 또한 도시된 공통 전극 전압 VCE 뿐만 아니라, 도 3 및 도 5에 도시된 대응하는 저장 커패시터 라인(340) 상의 전압이다. 점선 커브(830)는 +15V와 -15V 사이의 칼럼상의 전압 Vcol이다. 대시 커브(840)는 도 3 및 도 5에 도시된 픽셀 커패시터 CDE가 나타내는 로우 및 칼럼에 부착된 픽셀에 인가되는 픽셀 전압 Vpx(노드 P에 위치)이다.
도 8a는 음의 점선 커브 또는 Vcol(830), 및 도 1에 도시된 픽셀 전극(160)인 도 4 및 도 5의 노드 P에 인가되는 -15V와 같은 대응하는 음의 픽셀 전압 Vpx(예컨대 흰색 픽셀)를 보여준다. 대시 커브 또는 Vpx(840)에서 보이는 것과 같이, TFT 스위치(310)를 턴오프함(도 3 또는 도 5a에 도시된 스위치(510)를 열기)에 따라 음의 픽셀 전압 Vpx이 게이트 또는 로우 Vrow (즉 Vrow = +25V)에 의해 약간 방전하기(discharge) 시작한다(그 값이 0V를 향해감). 도 8b는 양의 점선 커브 또는 Vcol(832), 및 +15V와 같은 대응하는 양의 픽셀 전압 Vpx (예컨대 검정색 픽셀)를 보여주며, 여기서 TFT 스위치(310)(도 3)를 턴오프함에 따라 양의 픽셀 전압 Vpx(842)이 게이트 또는 로우 Vrow (즉 Vrow = +25V)에 의해 약간 방전하기(discharge) 시작한다(그 값이 0V를 향해감).
대시 커브 또는 Vpx(840, 842)에서 알 수 있듯이, 픽셀 전압 Vpx는 제1 프레임(850) 전에 0V에서 시작하고, 약간 방전되고, 그리고 제2 프레임(860)의 시작에서 요구되는 픽셀 전압에 근접한다. 칼럼 전극 전압 Vcol(830, 832)가 2개의 로우 선택 또는 게이트 펄스들(810) 사이에서 0V이지만, 칼럼에 부착된 다른 픽셀들이 어드레싱되기 때문에 현실의 또는 실제 디스플레이에서의 칼럼 전압은 완전히 0V가 아닐 수 있다. 도 8a 및 도 8b에 도시된 펄스들은 p-type TFT들을 갖는 폴리머 일렉트로닉스의 액티브 매트릭스 백플레인 내의 전형적인 펄스들이다. n-type TFT들(예를 들어 비결정(amorphous) 실리콘)의 경우에, 공통 전극 전압 및 로우 펄스들의 극성이 반대로 된다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 디스플레이 및 구동 방법의 하나의 실시 예에 따라 검정색 및 흰색 또는 칼라 순차적 액티브-매트릭스 구동 스킴(900, 905)을 사용해서 2개의 프레임 동안 시간에 대한 도 8a 및 도 8b에 도시된 신호들의 전압 레벨들과 비교되는 신호들의 전압 레벨들을 도시한다. 2개의 픽셀 전압 레벨들이 검정색 픽셀 및 흰색 픽셀과 연관되지만, 임의의 2개의 칼라들이 2개의 픽셀 전압 레벨들과 연관될 수 있고, 또한 추가의 픽셀 전압 레벨들이 추가적인 (또는 대안적인) 빨강, 녹색 및 파랑색 픽셀 레벨들과 같은 칼라 이미지를 형성하기 위해 제공될 수 있다는 것을 알아야 한다.
도 8a 및 도 8b에서 도시된 커브들과 유사하게, 도 9a 및 도 9b에서, 실선(910)이 하나의 로우 상의 전압 Vrow를 나타낸다. 점선(930, 932)은 칼럼 상의 전압 레벨들 Vcol이다. 대시 커브(940, 942)는 로우 및 칼럼에 부착된 픽셀(도 5a의 CDE)로 노드 P에서 인가되는 픽셀 전압 레벨 Vpx이다. 도 9a에서 7.5V에 있는 실선(945) 및 도 9b에서 -7.5V에 있는 실선(947)은 공통 전극 전압 VCE를 나타낸다.
도 9a 및 도 9b에 있는 칼럼 전압 Vcol(930)은 도 8a 및 도 8b의 +15V와 -15V 대신에, +7.5V와 -7.5V 사이로 감소하였다는 것을 주목해야 한다. 또한 도 9a에서 도시된 것과 같이, 픽셀이 시간 주기(960)에서 어드레싱되었을 때(즉 게이트 또는 로우 Vrow 전압이 -17.5V이고 TFT(310)(도 3) 또는 스위치(510)(도 5a)가 닫힘(즉 TFT가 전도성 상태임)이면, Vpx = Vrow = -7.5V) 칼럼 전압 Vcol(930)이 -7.5V이면, 공통 전극 전압 VCE(945)이 (도 8a 및 도 8b에서 0V 대신에) 도 9a에서 +7.5V이다. 따라서 퍼텐셜 상승(화살표 970) 또는 픽셀 또는 CDE(도 5a)에 걸친 전압, 즉 VCE - VPX는 +7.5-(-7.5V) = +15V 이고, 그것은 퍼텐셜 상승(화살표 870) 또는 도 8a에 도시된 픽셀 CDE에 걸친 전압, 즉 0-(-15V) = +15V와 동일하다.
유사하게, 도 9b에서 도시된 것과 같이, 픽셀이 시간 구간(980)에서 어드레싱되었을 때 칼럼 전압 Vcol(930)이 +7.5V이면, 공통 전극 전압 VCE(947)이 도 8b의 참조 번호(820)에 의해 보이는 것과 같이 0V인 대신에 -7.5V이다. 따라서 퍼텐셜 하강(화살표 990) 또는 픽셀 CDE에 걸치는 전압, 즉 VCE-Vpx 는 -7.5 V-(+7.5V)= -15V이며, 이것은 퍼텐셜 드롭(화살표 990) 또는 도 8a에 도시된 CDE를 통한 전압, 즉 0-(+15V)=-15V이다.
설명되는 것과 같이 도 8a - 도 8b 및 도 9a - 도9b에서 도시된 구동 방법들은 15V의 픽셀 CDE에 걸친 동일한 퍼텐셜(상승 또는 하강)을 갖고 있지만, 도9a- 도 9b에서 도시된 구동 방법에서 픽셀 CDE에 걸친 이 15V의 퍼텐셜 차는, 감소된 전압 레벨들의 절대 값으로 얻는다. 예컨대 칼럼 전압 Vcol은 도 9b에 도시된 +15V 레벨로부터 +7.5V 레벨로 감소하고, 또한 도 9a에 도시되는 것과 같이 칼럼 전압 Vcol의 절대값은 15V로부터 7.5V로 감소된다.
대응적으로, 도 8a-8b에 도시된 종래의 구동 스킴들(800, 805)와 비교했을 때, 칼럼 전압 Vcol(930, 932)는 (도 8a-8b에서는 ±15V로부터) +7.5V와 -7.5V사이이다. 특히, 게이트 또는 로우 Vrow는 도 8a-8b에서 도시된 종래의 구동 스킴(800, 805)의 ±25V 대신에 +17.5V와 -17.5V 사이로 감소된다.
도 9a 내지 도 9b에 도시된 것과 같이 픽셀 전압 Vpx는 제1 프레임 전에 0V에서 시작하고, 그리고 제2 프레임(960)의 시작에서 요구되는 픽셀 전압에 근접한다. 픽셀이 어드레싱 단계 동안 전환되지 않을 때(즉 게이트 또는 로우 전압 Vrow가 +17.5V일 때) 칼럼 전압 Vcol은 공통 전극 전압 VCE와 같다(예를 들어 도 9a에서 +7.5V와 같고 도 9b에서 -7.5V와 같다). 도 8a에서 픽셀이 Vpx = -7.5V(예컨대 흰색 픽셀)로 충전되고, 공통 전극은 +7.5V로 충전된다. 레퍼런스 전압(또는 시간 구간들(992, 994) 동안 다른 픽셀들에 인가된 칼럼 전극 Vcol의 레벨)이 이 어드레싱 단계(992, 994) 동안 전환되지 않는다(즉 게이트 또는 로우 전압 Vrow가 +17.5V이다). 도 8b에서, 픽셀이 +7.5V (예를 들어 검정색 픽셀)로 충전되고, 공통 전극이 -7.5V로 설정된다. 어드레싱 단계(992, 994) 동안 전환되지 않는 픽셀들에 대해 레퍼런스 전압은 -7.5V이다. 도 9a 내지도 9b의 커브들은 p-type TFT들을 갖는 폴리머 일렉트로닉스 액티브 매트릭스 백 플레인에 인가되는 펄스들이다. n-type TFT들(예를 들어 비결정(amorphous) 실리콘)의 경우에, 공통 전극 전압 및 로우 펄스들의 극성이 반대로 된다.
2개의 구동 단계들에 대해 서로 다른 공통 전극 전압들 VCE - 도 9a에 도시된 '흰색' 단계 동안 +7.5V 및 도 9b에 도시된 '검정색' 단계 동안 -7.5V - 를 선택함으로써, 디스플레이가 15V(예를 들어 -7.5V와 +7.5V 사이)의 칼럼 전압 스윙(970, 99)로 어드레싱되며, 이것은 화살표들(770, 780)의 조합에 의해 도 8a-8b에 도시된 종래의 어드레싱 스킴에서 사용되는 30V의 칼럼 전압 스윙(여기서 30V의 칼럼 전압 스윙은 ±15V이다)의 2배만큼 낮다.
'흰색' 단계(도 9a) 동안에 유효한(effective) 픽셀 전압 Vpxeff(여기서 Vpxeff는 공통 전극 전압 VCE에 상대적인 도 5a의 노드 P에서의 픽셀 전압)는 흰색 상태로 전환되는 픽셀들에 대해 -15V이고(즉 픽셀들이 -7.5V가 아닌 -15V의 등가(equivalent) 또는 유효한(effective) 전압으로 충전됨), 그리고 이 어드레싱 단계 동안에 전환되지 않는 픽셀들에 대해 0V이다. 즉 (전환되지 않는) 그 픽셀들은 노드 P(도 5a)에서 +7.5V로 충전되고, 여기서 +7.5V는 공통 전극 전압 VCE(도 9a)와 같아서 유효한 픽셀 전압 Vpxeff이 0V이 된다. 환언하면, 픽셀 커패시터 CDE에 걸쳐서 어떤 전압 차도 없기 때문에(+7.5V의 동일한 전압 레벨이 도 5a에 도시된 픽셀 커패시터 CDE의 양 단자들로 제공됨), 픽셀 커패시터 CDE에 걸친 전압 레벨 VEink는 0V이다.
'검정색' 단계(도 9b) 동안에 유효한 픽셀 전압 Vpxeff는 검정색 상태로 전환되는 픽셀들에 대해 +15V이고(즉 픽셀들이 +7.5V가 아닌 +15V의 등가(equivalent) 또는 유효한(effective) 전압으로 충전됨), 그리고 이 어드레싱 단계 동안에 전환되지 않는 픽셀들에 대해 0V이다. 즉 (전환되지 않는) 그 픽셀들은 노드 P(도 5a)에서 -7.5V로 충전되고, 여기서 -7.5V는 공통 전극 전압 VCE(도 9b)와 같아서 유효한 픽셀 전압 Vpxeff이 0V이 된다.
예컨대 (±7.5V로 픽셀을 충전하는 대신에) 0V로 픽셀을 충전하도록 공통 전압 VCE를 변경함으로써, 픽셀 CDE(도 5a)에 걸친 ±15V의 전압 레벨 VEink는 ±7.5V로 변경될 수 있다. VCE = 0V이면, 픽셀 VEink에 걸친 전압 레벨들은 (±15V 대신에) ±7.5V이다(즉 -7.5V('흰색' 단계)로부터 +7.5V('검정색' 단계이다)). 픽셀 VEink에 걸친 2개의 서로 다른 전압 레벨들(예를 들어 ±15V 및 ±7.5V)을 제공함으로써, 2개의 서로 다른 속도들로 검정색과 흰색 사이를 오가는 픽셀을 구동할 수 있다.
설명된 다양한 실시 예들에 따른 구동 스킴으로, 픽셀 VEink에 걸친 전압 VEink(즉 ±15V 스윙)는 도 8a-8b에서의 화살표 870, 890 및 도 9a - 9b의 화살표 970, 990에서 보이는 것과 같은 종래의 구동 스킴과 동일하다는 것을 주목해야 한다. 그러나 요구되는 칼럼 전압은 15V(도 8a-8b의 참조 번호 830)에서 7.5V(도 8a-8b의 참조 번호(830))로 2 인수로 감소한다.
도 9a-8b에 도시된 칼라 순차적 구동 스킴(900, 905)에 대해서, 전체 이미지 업데이트 시간은 15V 대신에 7.5V로 더 낮은 실제 픽셀의 절대값 때문에, 도 8a-8b의 종래의 구동 스킴(800, 805) 보다 더 길 것이다. 그러나 도 2에 도시된 구동 전압과 이미지 업데이트 시간과의 비-선형 관계 때문에, 이미지 업데이트 시간에서의 감소는 선택되는 업데이트 시퀀스에 의존하여 1.1 - 2 인자인 것이 전형적일 것이다. 종래의 어드레싱 스킴(800, 805)은 15V 대신에 7.5V로 2배 낮은 칼럼 전압들, 인자 2 또는 3 이상으로 증가된 이미지 업데이트 시간을 사용하며; 도 9a-9b의 칼라 순차적 구동 스킴(900, 905)의 경우에는, 인자가 1.1-2 사이이다. 즉 도 8a-8b 및 도 9a-9b에 도시된 두 개의 구동 스킴들에 대해서 (도 8a-8b의 ±15V 대신에) ±7.5V의 감소된 칼럼 전압 레벨들을 써서, 이미지 업데이트 시간의 증가(또는 이미지 업데이트 속도의 감소)가 도 8a-8b의 종래의 구동 스킴(800, 805)와 비교할 때, 도 9a-9b의 칼라 순차적 구동 스킴(900, 905)의 경우에 더 적다.
도 8a-8b 및 도 9a-9b에서 알 수 있듯이, 로우 또는 게이트 전압 Vrow(또는 Vgate)가 예컨대 25V로부터 17.5V로 따라서 또한 낮춰질 수 있다. 도 8a 내지 도 8b에 도시된 종래의 구동 스킴에서, 로우 선택 전압이 -25V이고, 로우 비-선택 전압이 +25V였다(예를 들어 ±15V의 칼럼 전압 보다 10V 더 낮거나 더 높음). 도 9a-9b에 도시된 칼라 순차적 구동 스킴에서 로우 선택 전압과 로우 비-선택 전압은 각각 -17.5V와 +17.5V이며, 픽셀 충전(charging) 특성들은 (도 8a-8b의) 종래의 어드레싱 스킴과 동일하게 남아있는데, 그 이유는 유효한 픽셀 전압 Vpx 또는 스윙이 종래의 구동 스킴(도 8a-8b)과 칼라 순차적 구동 스킴(도 9a-9b) 모두에서 동일하기 때문이다. 즉 도 8a-8b에서 화살표 870, 890 및 도 9a-9b에서 화살표로부터 보이는 것과 같이 ±15V이다.
±7.5V와 같이 공통 전극 전압 VCE에 대해 큰 값을 갖는 대신에, 공통 전극 전압 VCE의 값 또는 레벨이 (도 8a-8b의 VCE 레벨과 유사하게) 0V 또는 도 9a-9b에도시된 2개(흰색 픽셀 및 검정색 픽셀) 어드레싱 단계들 동안 반동(kickback)과 동일한 작은 양의 전압으로 선택될 수 있다는 것을 주목해야 한다. VCE 레벨이 약 0V인 경우에, 예컨대 약 ±15V의 픽셀 CDE(도 5a)에 걸쳐서 동일한 전압 차 VEink를 유지하기 위해 칼럼 전압 및 로우 전압은 도 9a-9b의 2개의 어드레싱 단계들 동안 다르게 선택된다.
반동(kickback)은 다음과 같은 현상을 나타낸다. TFT(Vrow = -17.5V)의 전도성 상태 동안, 작은 게이트-드레인 기생 커패시터 Cgd 및 커패시터들 Cst 및 CDE가 충전될 것이다(도 3 및 도 5). TFT가 스위치 오프되는 순간에(Vrow가 17.5V로 스위치될 것임), 커패시터 Cgd에 걸친 전압은 35V만큼 늘어날 것이다(-17.5V에서 +17.5V). 전하들이 Cgd로부터 Cst로 이동할 것이고 CDE는 결과적으로 TFT가 스위치 오프된 직후 Vpx로 증가할 것이다. Cgd가 다른 커패시터들과 비교해서 상대적으로 작기 때문에, Vpx의 퍼텐셜 증가 또한 작다.
일반적으로, 근소한 추가값 이 언급된 VCE 전압들 이외(예컨대 -7.5, 0, +7.5V의 이외)에 요구된다. 그 이유는 로우가 낮은 전압으로부터 높은 전압으로 변할 때 픽셀 내의 기생 커패시턴스(예를 들어 Cgd)가 작은 전압 도약을 일으키기 때문이다. 이 도약은 반동(kickback) 전압 VKB으로 지칭되고 다음과 같이 계산될 수 있다: . 이것은 정확한 VEink를 갖기 위해서 VCE에 추가되어야 한다. 따라서 이 작은 추가 반등 전압이 모든 설명된 VCE 전압들에 추가되어야 한다.
전력 소비가 일정 전압 VEink 픽셀 CDE(잉크 전환을 만듦)에 대해 요소가 되는 칼럼, 로우, 및 공통 전극 전압들과 같은, 구동 전압들의 제곱에 비례하기 때문에, (도 9a-9b의 칼라 순차적 어드레싱 스킴의) 전력 소비가 (도 8a-8b의 종래의 어드레싱 스킴의 것) 더 적다는 것을 주목해야 한다. Vrow 및 Vcol 및 VCE의 변경들이 제곱 관계로 전력 소비에 영향을 미친다.
도 8a-8b의 종래의 어드레싱 스킴과 9a-9b의 칼라 순차적 어드레싱 스킴에 대해 다음의 계산들은 전력 소비를 비교한다. 폴리머 일렉트로닉스 QVGA (Quarter Video Graphics Array) 액티브-매트릭스 E-ink 디스플레이의 전력 소비는 종래의 어드레싱 스킴과 9a-9b의 칼라 순차적 어드레싱 스킴에 대해 계산된다. 이런 E-ink 디스플레이는 표준 액티브-매트릭스 디자인이고; 따라서 이 디자인에 대한 다음의 전력 소비 계산들이 일반적인 액티브-매트릭스 디스플레이들을 나타낸다.
(도 8a-8b의) 종래의 구동(800, 805)을 쓴 총 전력 소비는:
[수학식 1]
로우들의 전력 소비()는 다음 수학식으로 계산될 수 있다.
[수학식 2]
,,,및 인 로우들의 전력 소비는 이다.
칼럼들의 전력 소비는 다음 수학식으로 계산될 수 있다:
[수학식 3]
,,, 및 인 칼럼들의 최대 전력 소비는 이다. 이것은 체크보드(checkerboard)가 거꾸로 되었을 때에만 도달할 수 있다.
따라서 (도 8a- 8b의)의 종래의 구동 스킴들(800, 805)의 총 전력 소비는 적어도 3.8 mW이고 많아야 51.8 mW이다.
(도9a-9b의) 칼라 순차적 어드레싱 구동 스킴들(900, 905)의 총 전력 소비:
[수학식 4]
이 계산에서 35V의 로우들에서의 전압 스윙 및 15V의 칼럼 전압 스윙이 사용될 것이다. 로우들에서의 전력 소비는 . 칼럼들에서의 최대 전력 소비는 .
따라서 (도 9a-9b의) 칼라 순차적 어드레싱 구동 스킴(900, 905)의 총 전력 소비, 는 적어도 1.3mW이고 많아야 13.3mW이고, 이것은 (도 8a- 8b의)의 종래의 구동 스킴(800, 805)에서의 적어도 3.8mW이고 많아야 51.8mW인 총 전력 소비보다 거의 인자 4만큼 낮다. 이미지 업데이트 시간은 많아야 2배 더 길고, 그 결과 이미지 업데이트 당 에너지 소모가 최소한 인자 2 보다 낮게 된다.
추가적인 실시 예들이 도 10a-10b에서 보이는 것과 같이 이미지 업데이트 시간의 감소와 더불어 칼라 순차적 업데이트를 포함한다. 특히, 도 10a-10b는 본 발명의 디스플레이와 구동 스킴의 다른 하나의 실시 예에 따라 감소된 이미지 업데이트 시간을 갖는, 칼라 순차적 액티브-매트릭스 구동 스킴(예를 들어 픽셀을 흰색으로 구동하는 스킴(1000)과 픽셀을 검정색으로 구동하는 스킴(1005))을 사용해서 2개의 프레임들(1050, 1060) 동안 시간에 대한 신호들의 전압 레벨을 도시한다. 실선(1010)은 하나의 로우 Vrow(또는 Vgate) 상의 전압을 보여준다. 점선 커브들(1030, 1032)은 칼럼 전압 Vcol이다. 대시 커브들(1040, 1042)은 로우와 칼럼에 부착된 픽셀(도 5a의 CDE)로 노드 P에서 인가된 픽셀 전압 Vpx이다. 도 10a의 15V에 있는 실선(1045) 및 도 10b의 -15V에 있는 실선(1047)이 공통 전극 전압 VCE를 보여준다.
제1 프레임(1050) 이전에 픽셀 전압 Vpx은 0V에서 시작하며, 그동안 제2 프레임(1060)의 시작에서 요구된 픽셀 전압에 근접한다. 이 실시 예에서 픽셀이 전환되지 않는 때 칼럼 전압 Vcol은 공통 전극 전압 VCE와 동일하다 [예를 들어 도 10b에서 도시된 검정색 픽셀 구동(1005)을 형성하기 위해서 Vcol = VCE = +15V]. 따라서 유효한 픽셀 전압 Vpxeff 또는 도 5a에 도시된 픽셀 CDE에 걸친 픽셀 전압 VEink는 어드레싱 단계 또는 시간 주기들(1052, 1062) 동안 ±30V이고, 픽셀 CDE가 전환되지 않을 때 비-어드레싱 시간 구간들(1054, 1064) 동안 0V이다. 그러나 TFT의 전도성 단계 동안 관련(relevant) 시간 주기(1062)(도 10a 참조)에 있지 않을 때, 칼럼 전압은 모든 전압이 될 수 있고, 특히 다른 로우들용 칼럼 데이터가 칼럼 전극에 놓일 수 있다.
도 10a-10b에서 도시된 펄스들은 p-type TFT들을 갖는 폴리머 일렉트로닉스 액티브-매트릭스 백플레인에 인가되는 펄스들이다. n-type TFT들(예컨대 비결정질 실리콘)의 경우에 칼럼 전극과 로우 펄스들의 전압의 극성이 반대이다. 도 10a에서, 픽셀은 -15V의 픽셀 전압 Vpx(예컨대 흰색 픽셀)(1040)으로 충전되고, 반면에 공통 전극 전압 VCE는 +15V로 설정된다. (도 7과 연관하여 설명되는 Vcol의) 레퍼런스 전압 Vref(1035)은 이 어드레싱 단계에서 전환되지 않는 픽셀들에 대해 +15V이다. 도 10b에서, 픽셀은 +15V의 픽셀 전압 Vpx(예컨대 검정색 픽셀)(1042)으로 충전되고, 반면에 공통 전극에 인가되는 전압 VCE(도 1 과 도 3-5에 도시된 도면부호(170))는 -15V로 설정된다. 레퍼런스 전압 Vref(1037)은 이 어드레싱 단계에서 전환되지 않는 픽셀들에 대해 -15V이다.
도 7의 어드레싱 스킴(700)이 사용될 때, 구동 전압들에서의 균형이 잡힌 (commensurate)의 증가 없이(예컨대 Vcol과 Vrow의 증가 없이) 도 10a-10b의 어드레싱 스킴들(1000, 1005) [공통 전극 전압 VCE가 도 8a-8b에서 0으로부터 도 10a-10b서 ±15(즉 도 10a에서는 +15V이고 도 10b에서는 -15V임)로 충전된다는 것을 제외하고는, 도 8a- 8b의 종래의 어드레싱 스킴(800, 805)와 같은, Vcol, Vrow, 및 Vpx에 대한 동일 전압 레벨들이 사용됨]을 사용해서, 도 8a- 8b의 종래의 어드레싱 스킴들(800, 805)과 비교할 때 총 이미지 업데이트 시간을 감소시키는 것이 가능하다. 이것은 참조 번호(870, 890)에 의해 도시된 도 8a-8b의 ±15V와 비교할 때, 참조 번호(1070, 1090)에 도시된 도 10a-10b의 픽셀 CDE에 걸친 픽셀 전압 VEink ±30V이 두 배가 되게 한다. 도 10a-10b의 증가된 VEink는, Vcol, Vrow, 및 Vpx에 대한 전압 레벨들이 도 10a-10b 및 도 8a-8b의 모두에 동일하기 때문에, 도 8a-8b의 종래의 어드레싱 스킴(800, 805)와 비교할 때 이미지 업데이트 속도(즉 이미지 업데이트 시간)를 증가시키는 결과를 낳는다.
유연성을 위해, 칼라 순차적 업데이트(도 10a-10b)와 같은 폴리머 일렉트로닉스 디스플레이들은 듀티 사이클, 예컨대 TFT들의 어드레싱 또는 ON-시간(1090)(즉 구동기들이 동작하는 시간 구간들)의 감소 때문에 집적된 로우 구동기들의 수명을 또한 증가시킨다. 감소된 듀티 사이클은 더 빠른 이미지 업데이트(또는 감소된 이미지 업데이트 시간) 때문에 해로운 영향을 미치지 않고 가능하다. 이것은 또한 감소된 전압 스윙의 이유로 도 9a-9c에 도시된 구동 스킴들의 케이스이다.
VCE에 대해 단일의 예컨대 0(zero)가 사용되는 도 8a- 8b에 도시된 종래의 어드레싱 스킴들(800, 805)과 비교할 때, 도 10a-10b에 도시된 감소된 이미지 업데이트 시간을 갖는 칼라 순차적 업데이트 스킴들(1000,1005)은 ±15V인 양의 값과 음의 값 사이로처럼, 공통 전극 전압 VCE를 변화 또는 변동시키는 것을 포함한다. 이것은 픽셀 CDE에 걸친 VEink 또는 전압 스윙을 ±15V에서 ±30V로 증가시킨다. 따라서 2개의 구동 단계들(1000, 1005) [예를 들어 '흰색' 단계 동안 +15V이고, '검정색' 단계 동안 -15V임] 동안 공통 전극 전압 VCE에 대해 서로 다른 전압 레벨들을 선택함으로써, 디스플레이를 도 8a-8b에서 도시된 종래의 어드레싱 스킴들(800, 805)에서 사용되는 픽셀 전압 ±15V의 두 배인, VEink=±30V로의 픽셀 전압으로 어드레싱하는 것이 가능하다.
도 10a-10b에서 도시된 감소된 이미지 업데이트 시간을 갖는 칼라 순차적 업데이트 스킴 [여기서 도 8a-8b의 종래의 구동 스킴들(800, 805)에서 사용되는 ±15V 레벨(도 8a-8b의 도면부호들 870, 890)의 2배인, VEink = ±30V(참조번호들(1070, 1090)에서 도시됨)]을 써서, 요구된 칼럼 전압들이 도 8a-8b 및 도 10a-10b에서 모두 도시된 스킴들에서 예를 들어 Vcol = ±25V로 동일하다는 것을 주목해야 한다.
±15V (도 8a-8b의 참조 번호 870, 890)로부터 ±30V (도 10a-10b의 참조 번호 1070, 1090)로 증가된 VEink 때문에, 총 이미지 업데이트 시간이 도 2에 도시된 것보다 더 짧을 것이다. 예를 들어 도 2에 도시된 것과 같이, 전환 시간이 20V에서 약 230ms이고; 전환 시간이 10V에서 약 600ms이다. 이것은 결과적으로 도 8a-8b에 도시된 종래의 구동 스킴에서 600ms와 비교했을 때, 도 10a-10b에 도시된 칼라 순차적 업데이트 구동 스킴들(1000, 1005)에서 약 460ms(예를 들어 2 * 230ms)의 총 이미지 업데이트 시간이 생기게 한다. 이미지 업데이트 시간이 약 25% 더 낮아짐에 따라(즉 600ms에서 460ms로 140ms(140/600=23.33%)만큼 감소함에 따라) 이미지 업데이트 당 에너지 소모는 더 낮아질 것이다.
추가적인 실시 예가 개선된 이미지 균일성(uniformity)을 갖고 칼라 순차적 업데이트를 하기 위한 구동 스킴을 포함하며, 여기서 도 9a-9b와 도 10a-10b와 연관된 실시 예가 이미지 균일성을 증가시키도록 결합된다. 이미지 비-균일성은 유연한, 폴리머 일렉트로닉스 액티브-매트릭스 E-ink 디스플레이들의 경우에 특히 문제이고, 여기서 음의 전압(즉 흰색)으로의 픽셀들의 충전이 종종 불완전하다. 픽셀 TFT들의 비-균일성들 때문에, 불완전한 음의 픽셀 충전이 비-균일 이미지들의 결과를 낳는다. TFT를 통해 흐르는 전류가 로우 전압과 칼럼(또는 소스)와 픽셀(또는 드레인) 전압들 중 최소 값 사이의 전압 차에 의존하므로 이미지들의 비균일성은 더 큰 음의 로우(또는 게이트) 전압 Vrow로 픽셀들을 충전함으로써 개선될 수 있다. 추가적인 이미지 균일성을 위해, 특히 TFT를 통한 누설(leakage)의 경우에 이미지 비-균일성에의 지배적인 인자인 비-선택 로우 전압과 최대 픽셀 전압 사이에서 전압 차는 또한 증가될 수 있다.
도 9a-9b에서 도시된 어드레싱 스킴을 사용할 때, 로우들 또는 TFT 게이트들 상의 Vrow의 전압 스윙이 15V로 감소된다. 즉 도 8a-8b의 Vgate (또는 Vrow)의 50V(또는 ±25V) 스윙이 15V에서 35V(또는 ±17.5V 도 9a-9b)만큼 감소된다. 도 9a-9b에서 도시된 것과 같이 ±17.5V의 Vgate를 인가하는 대신에 도 11에서 도시된 것과 같이 로우 또는 게이트 전압 Vgate Vrow(1105)의 음의 전압 레벨이 -17.5V로부터 -32.5V로더 감소될 수 있고, 도 11의 화살표 1110에서 도시되는 것과 같이 +17.5V에서 -32.5V로 50V의 전압 스윙이 결과로서 생긴다. 즉 로우들 상에서 50V 전압 스윙(1110)(+17.5V에서 -32.5V 사이)가 참조번호(895)로 도 8a-8b에서 도시되는 것과 같이 종래의 구동 스킴의 전압 스윙과 동일하다. 그러나 도 11에서 -32.5V의 로우 선택 전압은 -7.5V의 칼럼 전압 Vcol(1130)과 픽셀 전압보다 25V 더 낮고(도 11의 참조 번호 1120), 반면에 도 8a의 -25V의 로우 선택 전압은 도 8a의 참조 번호 897에서 도시된 종래의 구동 스킴에서 -15V의 칼럼 및 픽셀 전압보다 10V(즉 -15V-9-25V)만 작다. 한 편으로는 로우 선택 전압, 그리고 다른 한편으로는 칼럼 및 픽셀 전압들이 더 큰 차(즉 도 8a의 참조 번호(897)에서 도시된 10V에 비교해서 도 11의 참조 번호(1120)에서 도시된 25V)는 TFT 전류를 증가시키고 따라서 픽셀들의 충전 비율이, 그리고 그 결과로서 균일성이 증가될 것이다.
추가의 구동 스킴의 실시 예가 공통 전극에서 전압의 전환(switching) 타이밍, 즉 VCE의 전환 또는 변경 타이밍에 관련된다. 이미지 아티팩트들을 회피하기 위해서, 모든 로우들이 선택되지 않을 때 공통 전극이 전환된다. 대안적으로 Vce 및 Vst가 실질적으로 동시에 전환된다 : (1) 어떤 로우들도 선택되지 않거나; 또는 (2) 임의의 로우 선택 시간의 시작에서; 또는 (3) 로우 선택 시간 동안 [그 이후에 선택된 로우가 칼럼 전압 레벨로 픽셀들을 충전시키기 위해 적어도 전체(full) 로우 선택 주기가 걸림]. 특히 바람직하게는 Vce 및 Vst의 전환이 하나 이상의 픽셀들이 부정확한 전압(즉 칼럼 전압과 다른 하나의 전압)으로 충전되는 결과를 낳지 않는다. 로우가 선택되면, 이 로우는 모든 다른 선택된 로우들과 비교할 때 다른 행동을 취할 것이다. 공통 전극이 전환되거나 변경된 이후에, 픽셀들에 걸친 전압이 변할 것이다. 이것은 이미지 아티팩트들의 원인이 된다. 이런 이미지 아티팩트들을 회피하기 위해서, 모든 로우들이 선택되지 않을 때, 공통 전극 전압 VCE이 변경될 것이다. 환언하면, 공통 전극 전압을 변경하는 동안에 모든 로우들의 게이트 전압(Vgate 또는 Vrow)이 높게(즉 비-선택된 TFT들이 전도성이 없을 때) 유지되어야 한다. 모든 TFT들이 스위치 오프(즉-비전도성)이기 때문에 칼럼 전압 Vcol은 관련이 없다.
실질적으로 동시에 그리고 도 5b에 도시된 것과 같은 전환 주기(594) 동안 공통 전극(170)의 전압에 대응하는 전압 스윙으로 스토리지 커패시터를 변경함으로써, 전압 변경들의 적절한 타이밍은 별개의 스토리지 커패시터 라인(340)의 구성(configuration)으로 달성될 수 있다. 스토리지 커패시터 Cst가 픽셀의 모든 다른 커패시터들보다 대략 적어도 20배 더 크기 때문에, 스토리지 커패시터 라인(340)과 공통 전극(170) 모두가 실질적으로 동시에 전환될 때 픽셀 CDE에 걸친 전압 VEink는 실질적으로 동일한 값을 유지할 것이다.
다양한 실시 예들이 일정한 이점들을 제공하기 때문에, 인자 2로 칼럼-데이터-드레인 전압들을 낮추고(예를 들어 15V에서 7.5V로) 그리고/또는 그레이 레벨들을 발생시키는 성능을 잃지 않고 쌍안정(bistable)(예를 들어 전기영동) 디스플레이의 어드레싱 동안에 로우 또는 게이트 전압들을 그에 따라 낮추는 것과 같은 일정한 이점들을 제공한다. 이것은 상업적으로 이용가능한 구동기들을 더 널리 사용하는 것을 가능케한다. 추가의 이점들은 디스플레이의 이미지 업데이트 시간을 감소시키는 것을 포함한다. 또한 융통성 있는, 폴리머 일렉트로닉스 E-ink 디스플레이들의 균일성이 증가될 수 있는데, 그 이유는 칼럼 전압이 감소할 때 로우들 및 칼럼들의 전압 차가 증가되기 때문이다.
물론 위의 실시 예들 또는 프로세스들 중 어느 것이 하나로 결합되거나 특정 성격들을 갖는 사용자들을 찾아 매칭시키고, 관련된 추천(recommendation)들을 제공하는 것을 개선시키기 위해 하나 이상의 다른 실시 예들 또는 프로세스들과 결합할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
마지막으로 위의 논의들이 본 발명의 시스템들을 단순히 설명할 목적이고, 첨부된 청구항들의 실시 예들의 그룹 중 임의의 특정 실시 예에 제한되는 것으로 해석되어서는 안 되는 것이 의도된다. 따라서 본 발명의 시스템이 특정 예시적인 실시 예들을 참조하여 자세하게 설명되었지만, 다양한 수정들 및 대안적인 실시 예들이 다음의 청구항들에서 설명되는 것과 같은 본 발명의 시스템의 더 넓게 의도된 사상 및 범위 내에서 벗어남이 없이 당업자에 의해 고안될 것이다. 따라서 명세서 및 도면들이 예시로서 고려되어야 하고 첨부된 청구항들의 범위를 제한하려는 의도가 아니다.
첨부된 청구항들을 해석하는데 있어서,
a) "포함(comprising)"은 주어진 청구항에 열거된 것 외의 다른 요소들 또는 동작(act)들의 존재를 배제하려는 것이 아니며;
b) 요소 앞의 "하나(a, 또는 an)"는 복수의 이런 요소들을 배제하려는 것이 아니며;
c) 청구항들에서 임의의 기준 부호(reference sign)는 그 범위를 제한하려는 것이 아니며;
d) 다수의 "수단(means)"은 동일하거나 다른 아이템(들) 또는 하드웨어 또는 소프트웨어 구현의 구조 또는 기능에 의해 표현될 수 있으며;
e) 개시된 요소들 중 일부는 (예컨대 개별적인 또는 집적적인 전자 회로를 포함하는) 하드웨어 부분들, 소프트웨어 부분들(예컨대 컴퓨터 프로그래밍), 및 그것들의 조합으로 이뤄질 수 있으며;
f) 하드웨어 부분들은 아날로그 또는 디지털 부분들 중 하나 또는 모두에 의해 이뤄질 수 있고;
g) 다르게 서술되지 않는한 개시된 기기들 또는 그 부분들 중 어느 것은 함께 결합될 수 있거나, 추가적인 부분들로 분리될 수 있고; 그리고
h) 특별히 표시되지 않는 한 동작들 또는 단계들의 어떤 특정 순서가 필요한 것은 아니다.

Claims (24)

  1. 로우(row) 전압을 인가하도록 구성된 로우 구동기(520);
    상기 로우 구동기(520)에 연결된 로우 전극(320);
    픽셀의 제1 단자에 칼럼(column) 전압을 인가하도록 구성된 칼럼 구동기(530);
    상기 칼럼 구동기(530)에 연결된 칼럼 전극(330);
    상기 픽셀의 제1 상태를 위해 상기 픽셀의 제2 단자에 양의 공통(common) 전압 레벨을 인가하도록 구성되고, 그리고 상기 픽셀의 제2 상태를 위해 음의 공통 전압 레벨을 인가하도록 구성된 공통 구동기(570); 및
    상기 공통 구동기(570)에 연결된 공통 전극(170)을 포함하는 디스플레이 기기(500).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 상태는 상기 픽셀의 흰색 상태 및 검정색 상태 중 하나를 포함하고, 그리고
    상기 제2 상태는 상기 픽셀의 흰색 상태 및 검정색 상태 중 다른 하나를 포함하는 디스플레이 기기(500).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 칼럼 전압은 양의 값 및 음의 값을 가지는 디스플레이 기기(500).
  4. 제1항에 있어서,
    칼럼 구동기(530) 및 공통 구동기(570) 중 적어도 하나는 상기 픽셀에 걸친 전압을 증가시킴으로써 이미지 업데이트 시간을 감소시키도록 구성된 디스플레이 기기(500).
  5. 제1항에 있어서,
    상기 로우 구동기(530)는 로우 전압의 음의 레벨을 감소시킴으로써 픽셀의 불완전한 충전을 보상하도록 구성된 디스플레이 기기(500).
  6. 제1항에 있어서,
    모든 로우들이 로우 전압의 비-선택 레벨을 갖거나 또는 (2) 로우 선택 주기의 시작 또는 (3) 로우 선택 주기 동안 공통 전극(170)을 전환하도록 구성된 컨트롤러(515)를 더 포함하는 디스플레이 기기(500).
  7. 제1항에 있어서,
    커패시터 라인과 상기 픽셀의 상기 제1 단자 사이에 연결된 스토리지 커패시터; 및
    실질적으로 동시에 그리고 상기 스토리지 커패시터의 스토리지 전압의 전압에 대응하는 전압 스윙(swing)으로 공통 전극(170)을 전환하도록 구성된 컨트롤러(515)를 더 포함하는 디스플레이 기기(500).
  8. 제7항에 있어서,
    상기 커패시터 라인은 상기 스토리지 커패시터에 상기 스토리지 전압을 인가하기 위해 스토리지 구동기(580)에 연결되고;
    상기 스토리지 구동기(580)는 상기 공통 전압 레벨에 비례한 상기 스토리지 전압으로서 전압을 인가하기 위해 상기 공통 구동기(570)에 연결된, 디스플레이 기기(500).
  9. 제7항에 있어서,
    상기 커패시터 라인이 상기 스토리지 커패시터로 상기 스토리지 전압을 인가하기 위해 스토리지 구동기(580)에 연결되고,
    스토리지 구동기(580)는 공통 구동기(570)와 독립적으로 동작하고, 그리고 컨트롤러(515)에 의해 제어되는 디스플레이 기기(500).
  10. 제7항에 있어서,
    상기 스토리지 전압은 상기 스토리지 커패시터의 스토리지 커패시턴스 값과 상기 픽셀의 총 커패시턴스의 비(ratio)로 상기 공통 전압과 관계가 있는 디스플레이 기기(500).
  11. 로우 전압을 인가하도록 구성된 로우 구동기(520);
    상기 로우 구동기(520)에 연결된 로우 전극(320);
    픽셀의 제1 단자에 칼럼 전압을 인가하도록 구성된 칼럼 구동기(530);
    상기 칼럼 구동기(530)에 연결된 칼럼 전극(330);
    상기 픽셀의 제2 단자에 공통 전압을 인가하도록 구성된 공통 구동기(570);
    상기 공통 구동기(570)에 연결된 공통 전극(170); 및
    모든 로우들이 상기 로우 전압의 비-선택 레벨을 가질 때 적어도 2개의 레벨들 사이에서 상기 공통 전극(170)을 전환하도록 구성된 컨트롤러(515)를 포함하는 디스플레이 기기(500).
  12. 제11항에 있어서,
    상기 공통 전압의 적어도 2개의 레벨들 중 하나는 음의 레벨을 포함하는 디스플레이 기기(500).
  13. 제11항에 있어서,
    상기 칼럼 구동기(530) 및 상기 공통 구동기(570) 중 적어도 하나는 상기 픽셀에 걸친 전압을 증가시킴으로써 이미지 업데이트 시간을 감소시키도록 구성된 디스플레이 기기(500).
  14. 제11항에 있어서,
    상기 로우 구동기(530)는 상기 로우 전압의 음의 레벨을 감소시킴으로써 픽셀의 불완전한 충전을 보상하도록 구성된 디스플레이 기기(500).
  15. 제11항에 있어서,
    커패시터 라인과 상기 픽셀의 제1 단자 사이에 연결된 스토리지 커패시터를 더 포함하고;
    상기 컨트롤러(515)는 실질적으로 동시에 그리고 상기 스토리지 커패시터의 스토리지 전압의 전압에 대응하는 전압 스윙(swing)으로 공통 전극(170)을 전환하도록 구성되는 디스플레이 기기(500).
  16. 제15항에 있어서,
    상기 커패시터 라인은 상기 스토리지 커패시터에 상기 스토리지 전압을 인가하기 위해 스토리지 구동기(580)에 연결되고;
    상기 스토리지 구동기(580)는 상기 공통 전압 레벨에 비례한 전압을 상기 스토리지 전압으로서 인가하기 위해 상기 공통 구동기(570)에 연결된, 디스플레이 디스플레이 기기(500).
  17. 제15항에 있어서,
    상기 커패시터 라인은 상기 스토리지 커패시터에 상기 스토리지 전압을 인가하기 위해 스토리지 구동기(580)에 연결되고,
    상기 스토리지 구동기(580)는 상기 공통 구동기(570)와 독립적으로 동작하고 상기 컨트롤러(515)에 의해 제어되는 디스플레이 기기(500).
  18. 로우 전극, 칼럼 전극, 및 공통 전극을 구비한 디스플레이 기기를 구동하는 방법으로서,
    로우 전압을 상기 로우 전극(520)으로 인가하는 동작;
    칼럼 전압을 상기 칼럼 전극(530)으로 인가하는 동작;
    공통 전압을 상기 공통 전극(170)으로 인가하는 동작; 및
    모든 로우들이 상기 로우 전압의 비-선택 레벨을 가질 때 적어도 2개의 레벨들 사이에서 상기 공통 전극(170)을 전환하는 동작을 포함하는 디스플레이 기기를 구동하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 공통 전압의 적어도 2개의 레벨들 중 하나가 음의 레벨을 포함하는, 디스플레이 기기를 구동하는 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 방법은
    상기 픽셀에 걸친 전압을 증가시킴으로써 이미지 업데이트 시간을 감소시키는 동작을 더 포함하는, 디스플레이 기기를 구동하는 방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 로우 전압의 음의 레벨을 감소시킴으로써 픽셀의 불완전한 충전을 보상하는 동작을 더 포함하는, 디스플레이 기기를 구동하는 방법.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 전환하는 동작은 실질적으로 동시에 그리고 상기 스토리지 커패시터의 스토리지 전압의 전압에 대응하는 전압 스윙(swing)으로 공통 전극(170)을 전환하는 것을 더 포함하는, 디스플레이 기기를 구동하는 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 공통 전압 레벨에 비례하는 전압이 스토리지 전압으로서 제공되는, 디스플레이 기기를 구동하는 방법.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 스토리지 전압 및 공통 전극 전압은 공통 제어하에 상호 독립적인 구동기들에 의해 인가되는, 디스플레이 기기를 구동하는 방법.
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