TW202407680A - 構造成轉換rgb影像資料以在先進彩色電子紙上顯示的彩色顯示器 - Google Patents

Abstract

一種彩色顯示器，其包括一電泳介質，其中該顯示器包括一處理器，該處理器構造成將影像源顏色(通常為標準RGB值)轉換為電泳顯示裝置顏色(例如，ACeP裝置顏色)，以便以最佳可能顏色將影像顯示在該彩色顯示器上。該處理器使用取決於該電泳介質所產生之八種原色的一查找表。

Description

構造成轉換RGB影像資料以在先進彩色電子紙上顯示的彩色顯示器

[相關申請案]

本申請案請求2022年4月27日提出之美國臨時專利申請案第63/335,677號的優先權。將在此所揭露之所有專利及公開的全部以參照方式(by reference)併入本文中。

本發明係關於構造成轉換RGB影像資料以在先進彩色電子紙上顯示的彩色顯示器。

電泳顯示器(EPD)藉由修改帶電有色粒子相對於透光觀看面的位置來改變顏色。這樣的電泳顯示器通常稱為「電子紙」或「ePaper」，因為所得顯示器具有高對比度且在陽光下係可讀的，很像紙上的墨水。電泳顯示器已在eReaders(例如，AMAZON KINDLE®)中得到廣泛採用，因為電泳顯示器提供類似書本的閱讀體驗，耗電少，並且允許使用者在輕便的手持裝置中攜帶有數百本書的圖書館。

多年來，電泳顯示器只包括兩種類型的帶電顏色粒子(黑色及白色)。(當然，這裡使用的「顏色」包括黑色及白色。)白色粒子通常屬於光散射類型，並且包括例如二氧化鈦，而黑色粒子在整個可見光譜中具有吸收性，並且可以包括碳黑或吸收性金屬氧化物(例如，亞鉻酸銅)。在最簡單的意義上，黑白電泳顯示器只需要一個位於觀察面的透光電極、一個背電極及一個包括帶相反電荷的白色及黑色粒子之電泳介質。當提供一種極性的電壓時，白色粒子移動至觀看面，而當提供相反極性的電壓時，黑色粒子移動至觀看面。如果背電極包括可控制區域(像素)—分段電極或由電晶體控制之像素電極的主動矩陣—可以使圖案以電子方式出現在觀看面上。圖案(pattern)例如可以是一本書的文本。

最近，各種顏色的選擇在商業上已成為可用於電泳顯示器，包括三色顯示器(黑色、白色、紅色；黑色、白色、黃色)及四色顯示器(黑色、白色、紅色、黃色)。與黑白電泳顯示器的操作相似，具有三種或四種反射顏料的電泳顯示器的操作類似於簡單的黑白顯示器，因為所需的顏色粒子被驅動至觀看面。驅動方案遠比只有黑白要複雜得多，但是粒子的光學功能最後是相同的。

先進彩色電子紙(ACeP®)亦包含四種粒子，但青色、黃色及洋紅色粒子是減色性的而不是反射性的，因此每個像素可以產生數千種顏色。色彩處理在功能上等同於平版印刷及噴墨印表機中長期使用的印刷方法。藉由在鮮明的白紙背景上使用正確比例的青色、黃色及洋紅色來產生給定的顏色。在ACeP的情況下，青色、黃色、洋紅色及白色粒子相對於觀看面的相對位置將決定每個像素的顏色。雖然這種類型的電泳顯示器允許在每個像素上顯現數千種顏色，但是在厚度約為10至20微米的工作空間內仔細地控制每種(50至500奈米尺寸的)顏料的位置是至關重要的。顯然，顏料位置的變動將導致在給定像素處顯示不正確的顏色。於是，這樣的系統需要精細的電壓控制。這種系統的更多細節可在以下美國專利中獲得，所有這些專利的全部均以參照方式併入本文：美國專利第9,361,836、9,921,451、10,276,109、10,353,266、10,467,984及10,593,272號。

本發明係特別有關於彩色電泳顯示器，但不排除係有關於能夠使用包含複數種有色粒子(例如，白色、青色、黃色及洋紅色粒子)的單層電泳材料顯現兩種以上的顏色之電泳顯示器。在一些情況下，兩種粒子帶正電，而兩種粒子帶負電。在一些情況下，三種粒子帶正電，而一種粒子帶負電。在一些情況下，一種帶正電粒子具有厚的聚合物外殼，並且一種帶負電粒子具有厚的聚合物外殼。

術語「灰色狀態」在本文中以其成像技藝中之傳統含義用於提及在像素之兩個極端光學狀態間的狀態，以及沒有必定意味著這兩個極端狀態間之黑色-白色過渡(black-white transition)。例如，下面提及的數個E Ink專利及公開申請案描述電泳顯示器，其中極端狀態為白色及深藍色，以致於中間「灰色狀態」實際上是淺藍色。的確，如所述，光學狀態之變化可能根本不是顏色變化。術語「黑色」及「白色」在下面可以用以意指顯示器之兩個極端光學狀態，以及應該理解為通常包括完全不是黑色及白色之極端光學狀態，例如，前述白色及深藍色狀態。

術語「雙穩態(bistable)」及「雙穩性(bistability)」在本文中以該項技藝中之傳統含義用以提及顯示器包括具有在至少一光學性質方面係不同的第一及第二顯示狀態之顯示元件，以及以便在以有限持續時間之定址脈波驅動任何一給定元件後，呈現其第一或第二顯示狀態，以及在定址脈波終止後，那個狀態將持續至少數次，例如至少4次；定址脈波需要最短持續時間來改變顯示元件之狀態。美國專利第7,170,670號顯示一些具有灰度能力之粒子系的電泳顯示器不僅在其極端黑色及白色狀態中，而且在其中間灰色狀態中係穩定的，並且一些其它類型的電光顯示器亦同樣是如此。這種類型的顯示器可適當地稱為多穩態(multi-stable)而不是雙穩態，但是為了方便起見，術語「雙穩態」在此可以用以涵蓋雙穩態及多穩態顯示器。

當用於驅動電泳顯示器時，術語「脈衝(impulse)」在本文中用於提及在驅動顯示器的時段期間施加的電壓相對於時間的積分。

吸收、散射或反射寬帶或被選波長的光之粒子在本文中稱為有色或顏料粒子。本發明的電泳介質及顯示器中亦可以使用除顏料之外的各種吸收或反射光的材料(在那個術語的嚴格意義上是指不溶性有色材料)，例如染料或光子晶體等。

粒子系的電泳顯示器數年來已成為密集研發的主題。在這樣的顯示器中，複數個帶電粒子(有時稱為顏料粒子)在電場之影響下移動通過流體。當相較於液晶顯示器時，電泳顯示器可具有良好的亮度及對比、寬視角、狀態雙穩定性及低功率耗損之屬性。然而，關於這些顯示器的長期影像品質之問題已經阻礙它們的廣泛使用。例如，構成電泳顯示器的粒子往往會沉降，導致這些顯示器的使用壽命不足。

如上所述，電泳介質需要流體之存在。在大部分習知技藝電泳介質中，此流體係液體，但是可使用氣體流體來生產該電泳介質；參見例如，Kitamura, T., et al., Electrical toner movement for electronic paper-like display, IDW Japan, 2001, Paper HCS1-1以及Yamaguchi, Y., et al., Toner display using insulative particles charged triboelectrically, IDW Japan, 2001, Paper AMD4-4。亦參見美國專利第7,321,459及7,236,291號。當在一允許粒子沉降之方位上(例如，在垂直平面中配置介質之表現中)使用該等介質時，這樣的氣體系的電泳介質似乎易受相同於以液體系的電泳介質之因粒子沉降所造成之類型的問題所影響。的確，粒子沉降似乎在氣體系的電泳介質中比在以液體系的電泳介質中更是嚴重問題，因為相較於液體，氣體懸浮流體之較低黏性允許該等電泳粒子之更快速沉降。

讓渡給Massachusetts Institute of Technology (MIT)及E Ink Corporation或在它們的名義下之許多專利及申請案描述在膠囊型電泳及其它電光介質方面所使用之各種技術。這樣的膠囊型介質包括許多小膠囊，每個膠囊本身包括一包含在一流體介質中之電泳移動粒子的內相(internal phase)及一包圍該內相之膠囊壁。通常，該等膠囊本身係保持於一高分子黏結劑中，以形成一位於兩個電極間之黏合層(coherent layer)。在這些專利及申請案中所述之技術包括： (a)電泳粒子、流體及流體添加劑；參見例如美國專利第7,002,728及7,679,814號； (b)膠囊、黏結劑及膠囊化製程；參見例如美國專利第6,922,276及7,411,719號； (c)微胞結構、壁材及形成微胞之方法；參見例如美國專利第7,072,095 及9,279,906號； (d)用於填充及密封微胞之方法；參見例如美國專利第7,144,942及7,715,088號； (e)包含電光材料之薄膜及次總成(sub-assemblies)；參見例如美國專利第6,982,178及7,839,564號； (f)在顯示器中所使用之背板、黏著層及其它輔助層以及方法；參見例如美國專利第7,116,318及7,535,624號； (g)顏色形成及顏色調整；參見例如美國專利第6,017,584；6,545,797；6,664,944；6,788,452；6,864,875；6,914,714；6,972,893；7,038,656；7,038,670；7,046,228；7,052,571；7,075,502；7,167,155；7,385,751；7,492,505；7,667,684；7,684,108；7,791,789；7,800,813；7,821,702；7,839,564；7,910,175；7,952,790；7,956,841；7,982,941；8,040,594；8,054,526；8,098,418；8,159,636；8,213,076；8,363,299；8,422,116；8,441,714；8,441,716；8,466,852；8,503,063；8,576,470；8,576,475；8,593,721；8,605,354；8,649,084；8,670,174；8,704,756；8,717,664；8,786,935；8,797,634；8,810,899；8,830,559；8,873,129；8,902,153；8,902,491；8,917,439；8,964,282；9,013,783；9,116,412；9,146,439；9,164,207；9,170,467；9,170,468；9,182,646；9,195,111；9,199,441；9,268,191；9,285,649；9,293,511；9,341,916；9,360,733；9,361,836；9,383,623；及9,423,666號；以及美國專利申請案公開第2008/0043318；2008/0048970；2009/0225398；2010/0156780；2011/0043543；2012/0326957；2013/0242378；2013/0278995；2014/0055840；2014/0078576；2014/0340430；2014/0340736；2014/0362213；2015/0103394；2015/0118390；2015/0124345；2015/0198858；2015/0234250；2015/0268531；2015/0301246；2016/0011484；2016/0026062；2016/0048054；2016/0116816；2016/0116818；及2016/0140909號； (h)驅動顯示器之方法；參見例如美國專利第5,930,026；6,445,489；6,504,524；6,512,354；6,531,997；6,753,999；6,825,970；6,900,851；6,995,550；7,012,600；7,023,420；7,034,783；7,061,166；7,061,662；7,116,466；7,119,772；7,177,066；7,193,625；7,202,847；7,242,514；7,259,744；7,304,787；7,312,794；7,327,511；7,408,699；7,453,445；7,492,339；7,528,822；7,545,358；7,583,251；7,602,374；7,612,760；7,679,599；7,679,813；7,683,606；7,688,297；7,729,039；7,733,311；7,733,335；7,787,169；7,859,742；7,952,557；7,956,841；7,982,479；7,999,787；8,077,141；8,125,501；8,139,050；8,174,490；8,243,013；8,274,472；8,289,250；8,300,006；8,305,341；8,314,784；8,373,649；8,384,658；8,456,414；8,462,102；8,514,168；8,537,105；8,558,783；8,558,785；8,558,786；8,558,855；8,576,164；8,576,259；8,593,396；8,605,032；8,643,595；8,665,206；8,681,191；8,730,153；8,810,525；8,928,562；8,928,641；8,976,444；9,013,394；9,019,197；9,019,198；9,019,318；9,082,352；9,171,508；9,218,773；9,224,338；9,224,342；9,224,344；9,230,492；9,251,736；9,262,973；9,269,311；9,299,294；9,373,289；9,390,066；9,390,661；以及9,412,314號；以及美國專利申請案公開第2003/0102858； 2004/0246562；2005/0253777；2007/0091418；2007/0103427；2007/0176912；2008/0024429；2008/0024482；2008/0136774；2008/0291129；2008/0303780；2009/0174651；2009/0195568；2009/0322721；2010/0194733；2010/0194789；2010/0220121；2010/0265561；2010/0283804；2011/0063314；2011/0175875；2011/0193840；2011/0193841；2011/0199671；2011/0221740；2012/0001957；2012/0098740；2013/0063333；2013/0194250；2013/0249782；2013/0321278；2014/0009817；2014/0085355；2014/0204012；2014/0218277；2014/0240210；2014/0240373；2014/0253425；2014/0292830；2014/0293398；2014/0333685；2014/0340734；2015/0070744；2015/0097877；2015/0109283；2015/0213749；2015/0213765；2015/0221257；2015/0262255；2015/0262551；2016/0071465；2016/0078820；2016/0093253；2016/0140910；及2016/0180777號(這些專利及申請案在下文中可以被稱為MEDEOD(用於驅動電光顯示器的方法)申請案)； (i)顯示器之應用；參見例如美國專利第7,312,784及8,009,348號；以及 (j)非電泳顯示器，其如美國專利第6,241,921；以及美國專利申請案公開第2015/0277160號；以及美國專利申請案公開第2015/0005720及2016/0012710號所述。

許多上述專利及申請案認識到在膠囊型電泳介質中包圍離散微膠囊的壁可以由連續相來取代，從而產生所謂的聚合物分散型電泳顯示器，其中電泳介質包含複數個離散小滴的電泳流體及連續相的聚合材料，並且即使沒有離散的膠囊膜與每個個別小滴相關聯，在這樣的聚合物分散型電泳顯示器內之離散小滴的電泳流體可以被視為膠囊或微膠囊；參見例如美國專利第6,866,760號。於是，基於本申請案的目的，這樣的聚合物分散型電泳介質被視為膠囊型電泳介質的亞種。

一種相關類型之電泳顯示器係所謂的「微胞電泳顯示器」。在微胞電泳顯示器中，沒有將帶電粒子及流體裝入微膠囊中，而是將其保持在載體介質(carrier medium)(通常是聚合膜)內所形成之複數個空腔(cavities)中。參見例如美國專利第6,672,921及6,788,449號。

雖然電泳介質通常是不透光的(因為，例如在許多電泳介質中，粒子大致阻擋通過顯示器之可見光的傳輸)且在反射模式中操作，但是可使一些電泳顯示器在所謂「光柵模式(shutter mode)」中操作，在該光柵模式中，一顯示狀態係大致不透光的，而一顯示狀態係透光的。參見例如美國專利第5,872,552；6,130,774；6,144,361；6,172,798；6,271,823；6,225,971；以及6,184,856號。介電泳顯示器(dielectrophoretic displays)(其相似於電泳顯示器，但是依賴電場強度之變化)可在相似模式中操作；參見美國專利第4,418,346號。其它類型之電光顯示器亦能夠在光柵模式中操作。以光柵模式操作的電光介質可用於全彩顯示器的多層結構中；在這樣的結構中，與顯示器的觀看面相鄰的至少一層以光柵模式操作，以暴露或隱藏離觀看面較遠的第二層。

一種膠囊型電泳顯示器通常沒有遭遇傳統電泳裝置之群集(clustering)及沉降(settling)故障模式且提供另外的優點，例如，將顯示器印刷或塗佈在各種撓性及剛性基板上之能力。(文字「印刷」之使用意欲包括所有形式之印刷及塗佈，其包括但不侷限於：預計量式塗佈(pre-metered coatings)(例如：方塊擠壓式塗佈(patch die coating)、狹縫型或擠壓型塗佈(slot or extrusion coating)、斜板式或級聯式塗佈(slide or cascade coating)及淋幕式塗佈(curtain coating))；滾筒式塗佈(roll coating)(例如：輥襯刮刀塗佈(knife over roll coating及正反滾筒式塗佈(forward and reverse roll coating))；雕型塗佈(gravure coating)；濕式塗佈(dip coating)；噴灑式塗佈(spray coating)；彎月形塗佈(meniscus coating)；旋轉塗佈(spin coating)；刷塗式塗佈(brush coating)；氣刀塗佈(air-knife coating)；絲網印刷製程(silk screen printing processes)；靜電印刷製程(electrostatic printing processes)；熱印刷製造(thermal printing processes)；噴墨印刷製程(ink jet printing processes)；電泳沉積(electrophoretic deposition)(參見美國專利第7,339,715號)；以及其它相似技術)。因此，結果的顯示器可以是可撓性的。再者，因為可(使用各種方法)印刷顯示介質，所以可便宜地製造顯示器本身。

如上所述，最簡單習知技藝電泳介質實質上只顯示兩種顏色。這樣的電泳介質在一具有一第二不同顏色之帶色流體中使用具有一第一顏色之單一類型的電泳粒子(在此情況下，當該等粒子相鄰於顯示器之觀看面時，顯示該第一顏色，以及當該等粒子與該觀看面隔開時，顯示該第二顏色)或者在一無色流體中使用具有不同的第一及第二顏色之第一及第二類型的電泳粒子(在此情況下，當該等第一類型之粒子相鄰於顯示器之觀看面時，顯示該第一顏色，以及當該等第二類型之粒子相鄰於該觀看面時，顯示該第二顏色)。通常，該兩種顏色為黑色及白色。如果期望全彩顯示，則可以在單色(黑白)顯示之觀看面上沉積一彩色濾光器陣列(color filter array)。

具有彩色濾光器陣列之顯示依賴區域共享(area sharing)及混色(color blending)，以產生色刺激。在像紅/綠/藍(RGB)或紅/綠/藍/白(RGBW)之3個或4個原色間共享可用的顯示區域，以及可以1-維(線條)或2-維(2×2)重複圖案中配置濾光片。其它原色或3種以上原色之選擇在該技藝中亦是已知的。選擇足夠小的3個(在RGB顯示之情況下)或4個(在RGBW顯示之情況下)子像素，以便在一預定觀看距離下它們在視覺上混合在一起成為具有均勻色刺激(「混色」)之單一像素。區域共享之固有缺點為著色劑(colorants)一直是存在的，以及只可藉由切換下面單色顯示之對應像素至黑色或白色(打開或關閉對應原色)來調製顏色。例如，在理想的RGBW顯示中，紅色、綠色、藍色及白色原色中之每一者佔據顯示區域的1/4(4個子像素中之一子像素)且白色子像素與下面白色的單色顯示一樣亮，以及該等彩色子像素中之每一者沒有比白色的單色顯示的1/3明亮。該顯示所示之白色的亮度一般來說沒有比該白色子像素之亮度的一半大(藉由在每4個子像素中顯示一個白色子像素，還有同等於一個白色子像素之1/3的彩色形式之每一彩色子像素，產生該顯示之白色區域，所以3個彩色子像素之結合沒有比一個白色子像素貢獻大)。藉由區域共享且彩色像素切換至黑色來降低彩色之亮度及飽和度。當混合黃色時，區域共享會特別有問題的，因為它比任何其它相同亮度之顏色淺，以及飽和黃色幾乎與白色一樣亮。藍色像素(該顯示區域之1/4)至黑色的切換使黃色變得太深。

用於量化顯示器的顏色特性(包括亮度及色調)之常用系統為CIELAB系統，其根據CIE標準光源D65(例如，具有色溫6500K)分配與典型彩色反射顯示裝置顯示之顏色相對應的色彩座標值(亦即，L*、a*、b*)。L*代表從黑色至白色的亮度，範圍為0至100，而a*及b*代表在沒有特定數值限制下的色度。負a*對應於綠色，正a*對應於紅色，負b*對應於藍色，以及正b*對應於黃色。L*可以用以下公式轉換為反射率：L*=116(R/R ₀) ^1/3-16，其中R為反射率，R ₀為標準反射率值。

美國專利第8,576,476及8,797,634號描述具有包含可獨立定址像素電極的單個背板及共用透光前電極之多色電泳顯示器。共用透光前電極亦稱為頂部電極。在背板與前電極之間設置有複數個電泳層。這些申請案中描述的顯示器能夠在任何像素位置顯現任何原色(紅色、綠色、藍色、青色、洋紅色、黃色、白色及黑色)。然而，使用位於單組定址電極之間的多個電泳層存在缺點。特定層中之粒子所經歷的電場低於用相同電壓定址之單個電泳層的情況。此外，最靠近觀看面的電泳層中之光學損失(例如，由光散射或不需要的吸收所引起)可能影響在下面電泳層中形成之影像的顯現。

已試圖提供使用單個電泳層的全彩電泳顯示器。例如，美國專利第8,917,439號描述一種彩色顯示器，其包括電泳流體，該電泳流體包含分散在透明且無色或有色的溶劑中的一種或兩種類型的顏料粒子，該電泳流體設置在共用電極與複數個像素或 驅動電極之間。驅動電極配置成暴露背景層。美國專利第9,116,412號描述一種用於驅動顯示單元的方法，該顯示單元填充有電泳流體，該電泳流體包含攜帶相反電荷極性且有兩種對比色之兩種類型的帶電粒子。兩種類型的顏料粒子分散在有色溶劑中或分散在有不帶電或微帶電的有色粒子之溶劑中。這個方法包括藉由施加為全驅動電壓的約1%至約20%的驅動電壓來驅動顯示單元，以顯示溶劑的顏色或不帶電或微帶電的有色粒子之顏色。美國專利第8,717,664及8,964,282號描述一種電泳流體及一種用於驅動電泳顯示器的方法。該流體包含第一、第二及第三類型的顏料粒子，它們全部分散在溶劑或溶劑混合物中。第一類型及第二類型顏料粒子攜帶相反的電荷極性，而第三類型顏料粒子的電荷位準小於第一類型或第二類型顏料粒子的電荷位準約50%。這三種類型的顏料粒子具有不同位準的臨界電壓或不同位準的遷移率，或兩者皆有之。這些專利申請案都沒有揭露在下面使用術語的意義上之全彩顯示器，其能夠實現至少八種獨立顏色(白色、紅色、綠色、藍色、青色、黃色、洋紅色及黑色)。如前所述，由電泳顯示系統(例如，Advanced Color電子紙)產生的色域(色彩空間)會根據環境條件及所選驅動波形而變化。參見例如美國專利第10,467,984號，在此將其全部以參照方式併入本文。

世界上大部分電子彩色影像都以RGB色彩空間來進行格式化，並且對應於液晶顯示器(LCD)、發光二極體(LED)顯示器或陰極射線管(CRT)顯示器中常用的紅色、綠色及藍色子像素。一種常見的格式係8位元RGB，其將紅色、綠色及藍色子像素值分配至影像中的每個像素，作為一組三個數字，每個數字的範圍為0-255。於是，標準RGB影像檔案由一組與影像中的像素相對應之數字組成。當將那些顏色層次(color levels)提供至指定的像素時，影像出現在顯示器上。下一個影像檔案對應於一張新照片或視頻的下一訊框，在每個像素處都有一組新的數字。

不幸地，RGB數字沒有直接映射至電泳顯示器使用的色彩空間，因此必需將RGB影像檔案轉換為新格式。此外，因為RGB色域的形狀與例如ACeP色域的形狀大不相同，所以沒有簡單的轉換可以將RGB檔案轉換為ACeP檔案。

本文揭露用於將RGB影像資料轉換為先進彩色電子紙的影像資料之系統。在第一階段中，使用RGB源空間的四面體分解將RGB源空間映射至ACeP裝置空間。然後，使用具有相關顏色名稱的同一組頂點，使源四面體與裝置色彩空間的四面體分解相關聯。例如，如果在源空間中一個四面體係R、Y、W、K，則裝置空間中的相關調色盤顏色R、Y、W、K界定裝置空間中的一個四面體，其形狀在與源空間四面體相比時可能會扭曲。然而，可以使用重心座標(Barycentric coordinates)的方法來規定它們之間的平滑映射。使用此方法，可以將任何一個源空間四面體中的每個色點映射至一個裝置空間四面體。特別地，採用重心量化法來產生四面體分解。藉由將源RGB色角映射至相關裝置調色盤顏色，可以保持中性軸(亦即，黑白軸)的中性。這是藉由使用Kuhn分解成六個四面體來完成的。在此分解中，黑白(K-W)邊緣係每個四面體的一部分。這意味著任何一個灰色源顏色將被映射至連接裝置黑色及白色的部分。因此，Kuhn分解不會映射在色調範圍之外的兩個相鄰色調之間的顏色。該系統可以使用查找表及裝置上處理(on-device processing)來即時實施，或者這個處理可以亦即透過雲端運算來遠距離地完成，這將允許使用更精細的色彩圖。

在第二步驟中，該系統對裝置色彩空間中的影像集進行抖色處理，以便使用一組有限的原色(通常是紅色、綠色、藍色、青色、黃色、洋紅色、白色及黑色)來產生更多的感知色。該系統包括用於實施抖色步驟以產生穿越中性軸的分解之量化器。所產生的抖色圖案由與RGB空間亮度相似且粒度降低的調色盤顏色組成。

在一個態態樣中，一種彩色顯示器，包括：一電泳顯示器，其包括一透光電極、一像素電極主動矩陣及包含四種電泳粒子的一電泳介質，該電泳介質設置在該透光電極與該像素電極的主動矩陣之間，該電泳顯示器能夠在每個像素電極產生八種原色；一非暫時性記憶體，用於儲存將RGB(紅、綠、藍)顏色映射至由該電泳顯示器產生的顏色之查找表；一處理器，其耦接至該非暫時性記憶體；以及一控制器，其耦接至該處理器且構造成提供電泳顯示像素顏色指令至該像素電極的主動矩陣。該處理器構造成執行以下步驟：從該非暫時性記憶體接收在一影像中每個像素的RGB影像資料；使用在該非暫時性記憶體中儲存的一查找表(LUT)將在該影像中每個像素的該RGB影像資料轉換為電泳顯示器影像資料；傳送每個像素的該電泳顯示器影像資料至該控制器。在一些實施例中，該查找表(LUT)包含四面體之間的映射，該等四面體包含在一RGB色彩空間中的一黑至白軸及在一電泳顯示器色彩空間中的一黑至白軸。在一些實施例中，將在該影像中每個像素的該RGB影像資料轉換為該電泳顯示器影像資料進一步包括根據由該電泳顯示器產生之原色的線性組合將一分色累積值分配至該電泳顯示器影像資料。在一些實施例中，該處理器進一步構造成在傳送該電泳顯示器影像資料至該控制器之前將該分色累積值與一臨界陣列進行比較。在一些實施例中，該臨界陣列係一藍雜訊遮罩(BNM)。在一些實施例中，該處理器藉由使用一量化函數將該分色累積值與一臨界陣列進行比較。在一些實施例中，該電泳介質被侷限在複數個微膠囊或微胞內。在一些實施例中，該處理器進一步構造成重設該RGB影像資料的大小。在一些實施例中，該彩色顯示器額外地包括一溫度感測器，以及該查找表(LUT)係按溫度進行索引。在一些實施例中，該像素電極的主動矩陣包括含有金屬氧化物半導體的薄膜電晶體(TFTs)。

在一個態樣中，一種用於將RGB(紅、綠、藍)影像資料轉換為電泳顯示器影像資料之方法，其中該電泳顯示器包含四種電泳粒子，並且該電泳顯示器能夠在一像素電極主動矩陣的每個像素電極產生八種原色。該方法包括：接收在一影像中每個像素的 RGB影像資料；使用在與該處理器耦接的一非暫時性記憶體中儲存的一查找表(LUT)，以一處理器將每個像素的該RGB影像資料轉換為電泳顯示器影像資料；傳送在該影像中每個像素的該電泳顯示器影像資料至與該處理器耦接的一控制器；從該控制器傳送電壓指令至該像素電極的主動矩陣。在一些實施例中，該查找表(LUT)包含四面體之間的映射，該等四面體包含在一RGB色彩空間中的一黑至白軸及在一電泳顯示器色彩空間中的一黑至白軸。在一些實施例中，將每個像素的該RGB影像資料轉換為該電泳顯示器影像資料進一步包括根據由該電泳顯示器產生之原色的線性組合，將一分色累積值分配至該電泳顯示器影像資料。在一些實施例中，該處理器進一步構造成在傳送該電泳顯示器影像資料至該控制器之前將該分色累積值與一臨界陣列進行比較。在一些實施例中，該臨界陣列係一藍雜訊遮罩(BNM)。

在一個態樣中，該系統包括一彩色電泳顯示器，該彩色電泳顯示器包括：一透光電極，其位於一觀看面；一背板，其包含耦接至像素電極的一薄膜電晶體陣列，其中每個薄膜電晶體包含一金屬氧化物半導體層；以及一彩色電泳介質，其設置在該透光電極與該背板之間。該彩色電泳介質包含：(a)一流體；(b)分散在該流體中的複數個第一粒子及複數個第二粒子，該第一及第二粒子帶有相反極性的電荷，該第一粒子係一光散射粒子，而該第二粒子具有減色法原色中之一；以及(c)分散在該流體中的複數個第三粒子及複數個第四粒子，該第三及第四粒子帶有相反極性的電荷，該第三及第四粒子各自具有彼此不同且不同於該等第二粒子的一減色法原色。

在一些實施例中，使由該第三種及第四種粒子形成的聚集體分離所需的一第一電場大於使由任何其它兩種粒子形成的聚集體分離所需的一第二電場。在一些實施例中，該第二、第三及第四粒子中的至少兩個係非光散射的。在一些實施例中，該等第一粒子係白色的，而該等第二、第三及第四粒子係非光散射的。在一些實施例中，該等第一及第三粒子帶負電，而該等第二及第四粒子帶正電。在一些實施例中，該等第一、第二、第三及第四粒子的顏色分別為白色、青色、黃色及洋紅色，其中該等白色及黃色粒子帶負電，而該等洋紅色及青色粒子帶正電。在一些實施例中，當顏料以15個體積百分比近似等向性地分佈在厚度為1μm之包含顏料及折射率小於1.55的液體之層中時，該黃色、洋紅色及青色顏料在黑色背景上測量分別在650、550及450nm處呈現小於2.5%的漫反射率。在一些實施例中，該液體係介電常數小於約5的非極性液體。在一些實施例中，該流體已經在其中溶解或分散具有超過約20,000的數量平均分子量且基本上不吸附在該等粒子上的一聚合物。在一些實施例中，該金屬氧化物半導體係氧化銦鎵鋅(IGZO)。上述發明可以納入電子書閱讀器、可攜式電腦、平板電腦、行動電話、智慧卡、標牌、手錶、貨架標籤或快閃驅動器中。

在另一個態樣中，一種彩色電泳顯示器包括：一控制器；一透光電極，其位於一觀看面；一背板，其包含耦接至像素電極的一薄膜電晶體陣列，每個薄膜電晶體包含一金屬氧化物半導體層。一彩色電泳介質設置在該透光電極與該背板之間，並且包含(a)一流體；(b)分散在該流體中的複數個第一粒子及複數個第二粒子，該第一及第二粒子帶有相反極性的電荷，該第一粒子係一光散射粒子，而該第二粒子具有減色法原色中之一；以及(c)分散在該流體中的複數個第三粒子及複數個第四粒子，該第三及第四粒子帶有相反極性的電荷，該第三及第四粒子各自具有彼此不同且不同於該等第二粒子的一減色法原色。該控制器構造成提供複數個驅動電壓至該等像素電極，以致於可以在每個像素電極處顯示白色、黃色、紅色、洋紅色、藍色、青色、綠色及黑色，同時將該透光電極保持在恆定電壓。在一些實施例中，該控制器構造成提供大於25伏特及小於-25伏特的電壓至該等像素電極。在一些實施例中，該控制器構造成額外地提供25V至0V之間的電壓以及-25V至0V之間的電壓。在一些實施例中，該金屬氧化物半導體係氧化銦鎵鋅(IGZO)。

在另一個態樣中，一種彩色電泳顯示器包括：一控制器；一透光電極，其位於一觀看面；一背板電極；以及一彩色電泳介質，其設置在該透光電極與該背板電極之間。該彩色電泳介質包括(a)一流體；(b)分散在該流體中的複數個第一粒子及複數個第二粒子，該第一及第二粒子帶有相反極性的電荷，該第一粒子係一光散射粒子，而該第二粒子具有減色法原色中之一；以及(c)分散在該流體中的複數個第三粒子及複數個第四粒子，該第三及第四粒子帶有相反極性的電荷，該第三及第四粒子各自具有彼此不同且不同於該等第二粒子的一減色法原色。該控制器構造成提供一第一高電壓及一第一低電壓至該透光電極以及提供一第二高電壓、一零電壓及一第二低電壓至該背板電極，以致於可以在該觀看面上顯示白色、黃色、紅色、洋紅色、藍色、青色、綠色及黑色，其中該第一高電壓、該第一低電壓、該第二高電壓及該第二低電壓中之至少一者的大小不是相同的。在一些實施例中，該第一高電壓的大小與該第二高壓的大小係相同的。在一些實施例中，該第一低電壓的大小與該第二低電壓的大小係相同的，而該第一高電壓的大小與該第一低電壓的大小係不同的。

在另一個態樣中，一種彩色電泳顯示器包括：一控制器；一透光電極，其位於一觀看面；一背板電極；以及一彩色電泳介質，其設置在該透光電極與該背板電極之間。該彩色電泳介質包括(a)一流體；(b)分散在該流體中的複數個第一粒子及複數個第二粒子，該第一及第二粒子帶有相反極性的電荷，該第一粒子係一光散射粒子，而該第二粒子具有減色法原色中之一；以及(c)分散在該流體中的複數個第三粒子及複數個第四粒子，該第三及第四粒子帶有相反極性的電荷，該第三及第四粒子各自具有彼此不同且不同於該等第二粒子的一減色法原色。該控制器構造成藉由提供複數個時間相依驅動電壓中之一至該背板電極，同時提供下面的驅動電壓((1)一第一時間的一高電壓、一第二時間的一低電壓及一第三時間的一高電壓；或(2)一第一時間的一低電壓、一第二時間的一高電壓及一第三時間的一低電壓)中之一至該透光電極，使白色、黃色、紅色、洋紅色、藍色、青色、綠色及黑色顯示在該觀看面上。

在另一個態樣中，一種用於驅動電泳介質之系統，包括一電泳顯示器；一電源，其能夠提供一正電壓及一負電壓，其中該正電壓與該負電壓具有不同的大小；以及一控制器，其耦接至頂部電極驅動器、第一驅動電極驅動器及第二驅動電極驅動器。該電泳顯示器包括在一觀看面處的一透光頂部電極、一第一驅動電極、一第二驅動電極以及設置在該頂部電極與該第一及第二驅動電極之間的一電泳介質。該控制器構造成：A)在一第一訊框中，提供該正電壓至該頂部電極，提供該負電壓至該第一驅動電極，以及提供該正電壓一該第二驅動電極；B)在一第二訊框中，提供該負電壓至該頂部電極，提供該負電壓至該第一驅動電極，以及提供該負電壓至該第二驅動電極；C)在一第三訊框中，提供接地電壓至該頂部電極，提供該接地電壓至該第一驅動電極，以及提供該正電壓至該第二驅動電極；以及D)在一第四訊框中，提供該正電壓至該頂部電極，提供該正電壓至該第一驅動電極，以及提供該正電壓至該第二驅動電極。在一個實施例中，該控制器構造成進一步：E)在一第五訊框中，提供該負電壓至該頂部電極，提供該接地電壓至該第一驅動電極，以及提供該負電壓至該第二驅動電極；以及F)在一第六訊框中，提供該接地電壓至該頂部電極，提供該接地電壓至該第一驅動電極，以及提供該接地電壓至該第二驅動電極。在一個實施例中，該電泳介質被封裝在複數個微膠囊中，並且該等微膠囊分散在該頂部電極與該第一及第二驅動電極之間的聚合物黏結劑中。在一個實施例中，該電泳介質被封裝在具有開口的一微胞陣列中，其中該等開口用聚合物黏結劑密封，並且該微胞陣列設置在該頂部電極與該第一及第二驅動電極之間。在一個實施例中，該電泳介質包含一非極性流體及四組具有不同光學特性的粒子。在一個實施例中，該第一組及第二組粒子帶有相反極性的電荷，該第三組及第四組粒子帶有相反極性的電荷，該第一粒子係一光散射粒子，以及該第二組、第三組及第四組粒子帶各自為彼此不同的一減色法原色。在一個實施例中，該控制器構造成提供該正電壓、該負電壓及該接地電壓的組合至該頂部電極及該第一驅動電極，以致於可以在該觀看面上顯示白色、黃色、紅色、洋紅色、藍色、青色、綠色及黑色。在一個實施例中，該第一組及第二組粒子帶有相反極性的電荷，該第三組及第四組粒子帶有與該第二粒子相同的電荷，該第一粒子係一光散射粒子，以及該第二組、第三組及第四組粒子各自為彼此不同的一減色法原色。在一個實施例中，該控制器構造成提供提供該正電壓、該負電壓及該接地電壓的組合至該頂部電極及該第一驅動電極，以致於可以在該觀看面上顯示白色、黃色、紅色、洋紅色、藍色、青色、綠色、黑色。在一個實施例中，該正電壓為+15V，而該負電壓為-9V。在一個實施例中，該正電壓為+9V，而該負電壓為-15V。

在另一個態樣中，一種用於驅動電泳介質之系統，包括：一電泳顯示器；一電源，其能夠提供一正電壓及一負電壓，其中該正電壓與該負電壓具有不同的大小；以及一控制器，其耦接至頂部電極驅動器、第一驅動電極驅動器及第二驅動電極驅動器。該電泳顯示器包括在一觀看面處的一透光頂部電極、一第一驅動電極、第一二驅動電極以及設置在該頂部電極與該第一及第二驅動電極之間的一電泳介質。該控制器構造成：A)在一第一訊框中，提供該正電壓至該頂部電極，提供該負電壓至該第一驅動電極，以及提供該正電壓至該第二驅動電極；B)在一第二訊框中，提供該負電壓至該頂部電極，提供該負電壓至該第一驅動電極，以及提供該負電壓至該第二驅動電極；C)在一第三訊框中，提供接地電壓至該頂預電極，提供該接地電壓至該第一驅動電極，以及提供該接地電壓至該第二驅動電極；以及D)在一第四訊框中，提供該正電壓至該頂部電極，提供該正電壓至該第一驅動電極，以及提供該正電壓至該第二驅動電極。在一個實施例中，該控制器構造成進一步：E)在一第五訊框中，提供該負電壓至該頂部電極，提供該接地電壓至該第一驅動電極，以及提供該負電壓至該第二驅動電極；以及F)在一第六訊框中，提供該接地電壓至該頂部電極；提供該接地電壓至該第一驅動電極；以及提供該接地電壓至該第二驅動電極。在一個實施例中，該電泳介質被封裝在複數個微膠囊中，並且該等微膠囊分散在該頂部電極與該第一及第二驅動電極之間的聚合物黏結劑中。在一個實施例中，該電泳介質被封裝在具有開口的一微胞陣列中，其中該等開口用聚合物黏結劑密封，並且該微胞陣列設置在該頂部電極與該第一及第二驅動電極之間。在一個實施例中，該電泳介質包含一非極性流體及四組具有不同光學特性的粒子。在一個實施例中，該第一組及第二組粒子帶有相反極性的電荷，該第三組及第四組粒子帶有相反極性的電荷，該第一粒子係一光散射粒子，以及該第二組、第三組及第四組粒子各自為彼此不同的一減色法原色。在一個實施例中，該控制器構造成提供該正電壓、該負電壓及該接地電壓的組合至該頂部電極及該第一驅動電極，以致於可以在該觀看面上顯示白色、黃色、紅色、洋紅色、藍色、青色、綠色及黑色。在一個實施例中，該第一組及第二組粒子帶有相反極性的電荷，該第三組及第四組粒子帶有與該第二粒子相同的電荷，該第一粒子係一光散射粒子，以及該第二組、第三組及第四組粒子各自為彼此不相同的一減色法原色。在一個實施例中，該控制器構造成提供該正電壓、該負電壓及該接地電壓的組合至該頂部電極及該第一驅動電極，以致於可以在該觀看面上顯示白色、黃色、紅色、洋紅色、藍色、青色、綠色及黑色。在一個實施例中，該正電壓為+15V，而該負電壓為-9V。在一個實施例中，該正電壓為+9V，而該負電壓為-15V。

在此我們關注將源(輸入)顏色(通常是標準RGB值)映射至彩色電泳顯示器的每個像素處之裝置顏色(例如，ACeP裝置顏色)。這樣的顯示通常有一個簡短的可能顏色列表，稱為調色盤。在調色盤顏色中的典型情況下，通常選擇八種顏色，其顏色名稱為黑色、紅色、綠色、藍色、青色、洋紅色、黃色及白色，但是實際顏色會與具有那些名稱的源空間顏色不同。當從足夠遠的距離觀看時，可以對這些顏色進行抖色處理，以提供連續色調範圍的感覺。根據裝置的像素數量及各個像素的大小，足夠的距離可以是幾釐米至幾米(或更多)。

在標準情況下，八種調色盤顏色與下面基本顏色相關聯：K、R、G、B、C、M、Y、W，它們是R、G、B立方體的角(參見圖6)。這些顏色係色彩最豐富的源空間顏色，因此將這些顏色直接映射至調色盤顏色是頗具意義的。亦即，如果源空間中的像素為(R,G,B)=255,0,0，則那個像素應該被映射至與紅色相關聯的調色盤顏色等。現在保證此屬性的一種方法是僅使用與調色盤相關聯的源空間顏色對源空間中的源影像進行抖色處理。接著，在抖色之後，將相關裝置顏色替換為實際像素處的每種源顏色。這在某些情況下效果很好，但是當裝置顏色沒有很好地平衡(例如，從立方體映射至扭曲的多邊形)時，可能會發生較大的色調偏移。色調偏移在中性區域中會特別令人不安。例如，抖色認為可以藉由抖色等量的紅色、綠色及藍色來形成中性色，因為這在源空間中是可能的。但是，如果裝置空間中的綠色特別弱，則目標灰色調將在新裝置中呈現紫色調。可以藉由使用本文描述的系統及方法來最小化不需要的色調偏移。在一些情況下，系統包括電泳介質，其使用正電壓源及負電壓源，其中電壓源具有不同的大小；以及控制器，其使頂部電極在兩個電壓源與接地之間循環，同時協調與頂部電極相對之至少兩個驅動電極的驅動。與為每個驅動電極提供六個獨立驅動位準及接地相比，所獲得的系統可以實現大致相同的顏色狀態。因此，系統簡化所需的電子裝置且僅有微小的色域損失。系統特別適用於對包含四組不同粒子的電泳介質進行定址，例如，其中三種粒子係彩色的且減色的，而一種粒子係光散射的。

可以以習知技藝中已知的幾種方式使用本發明的電泳流體來構造顯示裝置。電泳流體可以封裝在微膠囊中或包含在隨後用聚合物層密封的微胞結構中。可以將微膠囊或微胞層塗佈或壓印至帶有透明導電材料塗層的塑料基板或薄膜上。可以使用導電黏著劑將此組合件層壓至帶有像素電極的背板。或者，電泳流體可以直接分配在已經配置在包含像素電極主動矩陣的背板上之薄開孔格網上。然後，可以用整合式保護片/透光電極對填充的格網進行頂部密封。

關於圖1及圖2，電泳顯示器(101、102)通常包括頂部透光電極110、電泳介質120及底部驅動電極130/135，其中底部驅動電極130/135通常是由薄膜電晶體(TFT)控制的像素電極主動矩陣。或者，底部驅動電極130/135可以直接連線至控制器或某個其它開關，其可提供電壓至底部驅動電極130/135，以實現電泳介質120的光學狀態之改變，亦即，分段電極。重要的是，驅動電極130/135之間的接面不必對應於微膠囊的交叉線或對應於微胞的壁127。因為電泳介質120足夠薄，並且膠囊或微胞足夠寬，所以當從觀看面觀看顯示器時，驅動電極的圖案(正方形、圓形、六邊形、波浪形、文本或其它)將顯示；不是容器的圖案。電泳介質120包含至少一種電泳粒子121，然而第二種電泳粒子122或第三種電泳粒子123、第四種電泳粒子124或更多種粒子是可行的。[應該注意，第三種電泳粒子123及第四種電泳粒子124可包含在圖1的微膠囊126內，但為了清楚起見已被省略。]電泳介質120通常包含溶劑(例如，異鏈烷烴)，並且亦可以包含分散聚合物及電荷控制劑，以促進狀態穩定性(例如，雙穩態)，亦即，在不輸入任何額外能量的情況下維持電光狀態的能力。

電泳介質120通常被微膠囊126或微胞127的壁分隔開。整個顯示器堆疊通常設置在基板150上，基板150可以是剛性的或撓性的。顯示器(101、102)通常亦包括保護層160，它可以簡單地保護頂部電極110免受損壞，或者它可以包住整個顯示器(101、102)，以防止進水等。電泳顯示器(101、102)亦可以根據需要包括一個以上的黏著層140、170及/或密封層180。在一些實施例中，黏著層可以包含底漆成分，以提高對電極層110的黏附性，或者可以使用單獨的底漆層(未顯示在圖1或2中)。電泳顯示器的結構及組成部分、顏料、黏著劑、電極材料等被描述在E Ink Corporation公開的許多專利及專利申請案(例如，美國專利第6,922,276；7,002,728；7,072,095；7,116,318；7,715,088；以及7,839,564號)中，在此以參照方式將其全部併入本文。

薄膜電晶體(TFT)背板通常每個像素電極或推進電極只有一個電晶體。傳統上，每個像素電極與一個電容器電極相關聯，使得像素電極與電容器電極構成一個電容；參見例如國際專利申請案第WO 01/07961號。在一些實施例中，N型半導體(例如，非晶矽)可以用於形成電晶體，並且施加至閘極電極的「選擇」及「未選擇」電壓可以分別是正的及負的。

如圖3所示，每個電晶體(TFT)連接至閘極線、資料線及像素電極(推進電極)。當TFT閘極上有足夠大的正電壓(或負電壓，這取決於電晶體的類型)時，掃描線與耦接至TFT汲極的像素電極之間存在低阻抗(亦即，Vg「ON」或「OPEN」狀態)，因此掃描線上的電壓被轉移至像素的電極。然而，當TFT閘極上存在負電壓時，則存在高阻抗，並且電壓儲存在像素儲存電容器上且不受掃描線上電壓的影響，因為其它像素被定址(亦即，Vg「OFF」或「CLOSE」)。因此，理想上，TFT應該充當數位開關。實際上，當TFT處於「ON」設定時，仍然存在一定量的電阻，因此像素需要一些時間充電。此外，當TFT處於「OFF」設定時，電壓會從V _S洩漏至V _pix，從而導致串擾。增加存儲電容器C _s的電容可減少串擾，但是代價是使像素更難充電，並增加充電時間。如圖3A所示，提供單獨電壓(V _TOP)至頂部電極，因而在頂部電極與像素電極(V _FPL)之間建立電場。最終，正是V _FPL的數值決定相關電光介質的光學狀態。當儲存電容器的第一側耦接至像素電極時，儲存電容器的第二側耦接至允許電荷從像素電極移除的單獨線(V _COM)。參見例如美國專利號7,176,880號，並以參照方式將其全部內容併入本文。[在一些實施例中，N型半導體(例如，非晶矽)可用於形成電晶體，並且施加至閘極電極的「選擇」及「非選擇」電壓可以分別為正的及負的。]在一些實施例中，V _COM可以接地，但是有許多不同的設計用於從充電電容器中排出電荷，例如，如美國專利第10,037,735號中所述，在此以參照方式將其全部內容併入本文。

關於傳統非晶矽TFTs的一個問題是操作電壓被限制在大約±15V，因此電晶體開始漏電流並最終失效。雖然±15V的操作範圍適用於許多雙粒子電泳系統，但是已經發現，增加電壓範圍可以更容易地分離具有不同zeta電位的粒子，從而使先進的電泳顯示器更新更快且具有更可再現的顏色。一種用於增加像素電極的電壓範圍之解決方案係使用頂部平面切換(top plane switching)，亦即，藉此頂部(共用)電極上的電壓隨時間變化。另一種解決方案係使用先進的TFT材料(例如，金屬氧化物)，以允許更高的電壓切換，亦即，大約±28V的操作範圍。

通常，TFTs排列成矩陣，具有到每個TFT的閘極及信號線以及通常耦接至像素電極的汲極電極。此主動矩陣背板耦接至例如如圖1及2所示的電光介質，並且通常密封以形成如圖3B所示的顯示模組55。這樣的顯示模組55成為彩色顯示器100的焦點。彩色顯示器100通常會包括處理器50，處理器50構造成協調與在顯示模組55上顯示內容相關的許多功能，並且將「標準」影像(例如，sRGB影像)轉換為可最佳地在顯示模組55上複製影像的顏色體系(color regime)。處理器通常是例如由Freescale或Qualcomm製造的行動處理器晶片，但是其它製造商係已知的。處理器與非暫時性記憶體70頻繁通信，它從中提取影像檔案及/或查找表，以執行下面描述的彩色影像變換。彩色顯示器100可以具有超過一個的非暫時性記憶體晶片。記憶體70可以是快閃記憶體。一旦期望影像已被轉換以顯示在顯示模組55上，將特定影像指令傳送至控制器60，這有助於將電壓序列傳送至個別的薄膜電晶體(如上所述)。這樣的電壓通常源自一個以上的電源80，其可以包括例如電源管理積體晶片(PMIC)。彩色顯示器100可以額外地包括通信85，通信85可以是例如WIFI協定或藍牙(BLUETOOTH)且允許彩色顯示器100接收影像及指令，所述影像及指令亦可以儲存在記憶體70中。彩色顯示器100可以額外地包括一個以上的感測器90，其可以包括溫度感測器及/或光感測器，並且將這樣的資訊饋送至處理器50，以允許處理器在這樣的查找表針對環境溫度或入射照明強度或光譜進行索引時選擇一個最佳查找表。在某些情況下，彩色顯示器100的多個組件可以嵌入單個積體電路中。例如，一個專用積體電路可以實現處理器50及控制器60的功能。

在ACeP®的情況下，八種主要顏色(紅色、綠色、藍色、青色、洋紅色、黃色、黑色及白色)中的每一種對應於四種顏料的不同排列，使得觀看者只能看到在白色顏料(亦即，唯一散射光的顏料)的觀看側之那些彩色顏料。更具體地，當青色、洋紅色及黃色粒子位於白色粒子下方(圖4中的情況[A])時，白色粒子上方沒有粒子且像素僅顯示白色。當單種粒子位於白色粒子上方時，顯示此單種粒子的顏色(分別在圖4的情況[B]、[D]及[F]中黃色、洋紅色及青色)。當兩種粒子位於白色粒子上方時，顯示的顏色係這兩種粒子的顏色組合；在圖4的情況[C]中，洋紅色粒子與黃色粒子顯示紅色，在情況[E]中，青色粒子與洋紅色粒子顯示藍色，以及在情況[G]中，黃色粒子與青色粒子顯示綠色。最後，當所有三種有色粒子都位於白色粒子上方(圖4中的情況[H])時，所有入射光都被三種減色法原色粒子吸收，因而像素顯示黑色。

一種減色法原色可能由一種散射光的粒子來顯現，使得顯示器將包含兩種類型的光散射粒子，其中一種是白色的，另一種是有色的。然而，在這種情況下，光散射有色粒子相對於覆蓋在白色粒子上的其它有色粒子的位置將是重要的。例如，在顯現黑色時(當所有三種有色粒子都位於白色粒子上方時)，散射有色粒子不能位於非散射有色粒子上方(否則它們將部分或完全隱藏在散射粒子後面，顯現的顏色將是散射有色粒子的顏色，而不是黑色)。如果有一種以上的有色粒子散射光，就會不容易顯現黑色。

已經發現，將四種顏料分類成適當配置以產生這些顏色的波形最好用至少七個電壓位準(高正、中正、低正、零、低負、中負、高負)來實現。圖5顯示用於驅動上述四粒子彩色電泳顯示系統的典型波形(以簡化形式)。這樣的波形具有「推挽」結構：亦即，它們由一個偶極子組成，所述偶極子包含兩個相反極性的脈衝。這些脈衝的大小及長度決定獲得的顏色。一般來說，「高」電壓的振幅越高，顯示器實現的色域就越好。「高」電壓通常在20V與30V之間，更通常的是大約25V，例如24V。「中」(M)位準通常在10V與20V之間，更通常的是大約15V，例如15V或12V。「低」(L)位準通常在3V與10V之間，更通常的是大約7V，例如9V或5V。當然，H、M、L的數值在一定程度上取決於粒子的組成以及電泳介質的環境。在一些應用中，H、M、L可以由用於產生及控制這些電壓位準的組件之成本來設定。

如圖5所示，如果頂部電極保持恆定電壓(亦即，沒有頂部平面切換)，則即使ACeP®系統的「簡單」波形也需要驅動電子裝置在顯示器的一個被選像素之更新期間提供七個不同電壓(+H、+M、+L、0、-L、-M、-H)至資料線。雖然能夠傳送七個不同電壓的多位準源極驅動器係可購得的，但是大多數用於電泳顯示器的市售源極驅動器僅允許在單個訊框期間傳送三個不同電壓(通常是正電壓、零電壓及負電壓)。

當然，用圖5的驅動脈衝實現期望顏色取決於從已知狀態開始這個過程的粒子，其中已知狀態不太可能是像素上顯示的最後顏色。於是，一系列重置脈衝在驅動脈衝之前，這增加將像素從第一顏色更新至第二顏色所需的時間量。重置脈衝更詳細地被描述在以參照方式併入本文的美國專利第10,593,272號中。可以選擇這些脈衝(更新及定址)及任何休止(亦即，它們之間的零電壓之期間)的時間長短，使得整個波形(亦即，整個波形上電壓相對於時間的積分)係直流平衡的(亦即，電壓隨時間的積分實質上是零)。直流平衡可以藉由調整重置階段(reset phase)中脈衝及休止的時間長短來實現，使得重置階段中提供的淨脈衝與定址階段中提供的淨脈衝大小相同但符號相反，在定址階段期間顯示被切換至特定的期望顏色。

雖然修改電源軌電壓在實現與四粒子電泳系統不同的電光性能方面提供一些靈活性，但是頂部平面切換引入了許多的限制。例如，為了用本發明的顯示器形成白色狀態，通常較佳的是較低的負電壓V _M-小於最大負電壓V _H-的一半。

可以藉由使用具有較高電子遷移率之不太常見的材料製造控制電晶體來提供頂部平面切換的複雜性之一種替代解決方案，從而允許電晶體直接切換較大的控制電壓，例如，+/-30V。新開發的主動矩陣背板可以包括含有金屬氧化物材料(例如，氧化鎢、氧化錫、氧化銦及氧化鋅)的薄膜電晶體。在這些應用中，每個電晶體使用這樣的金屬氧化物材料來形成通道形成區域，以允許較高電壓的更快切換。這樣的電晶體通常包括閘極電極、閘極絕緣膜(通常為SiO ₂)、金屬源極電極、金屬汲極電極及閘極絕緣膜上方的金屬氧化物半導體膜，金屬氧化物半導體膜至少與閘極電極、源極電極及汲極電極部分重疊。這樣的背板可從諸如Sharp/Foxconn、LG及BOE的製造商購得。

用於這樣的應用之一種較佳金屬氧化物材料係氧化銦鎵鋅(IGZO)。IGZO-TFT的電子遷移率是非晶矽的20-50倍。藉由在主動矩陣背板中使用IGZO TFTs，可以透過合適的顯示驅動器來提供大於30V的電壓。再者，能夠供應至少五個(較佳地是七個)位準的源極驅動器為四粒子電泳顯示系統提供不同的驅動範例。在一個實施例中，會有兩個正電壓、兩個負電壓及零伏電壓。在另一個實施例中，會有三個正電壓、三個負電壓及零伏電壓。在一個實施例中，會有四個正電壓、四個負電壓及零伏電壓。這些位準可以在大約-27V至+27V的範圍內選擇，而不受如上述頂部平面切換所強加的限制。

使用先進的背板(例如，金屬氧化物背板)，可以用合適的推挽波形(亦即，如圖5所述)來直接定址每個像素。這大大地減少更新每個像素所需的時間，在某些情況下使六秒的更新時間變成不到一秒。雖然在某些情況下，可能需要使用重置脈衝來建立定址的起點，但是重置可在較高電壓下更快地完成。此外，在具有減少的色集(color sets)之四色電泳顯示器中，可以用僅略長於圖5中所示之推挽波形的特定波形來直接從第一顏色驅動至第二顏色。

雖然可以如圖4及5所示簡單地產生八種原色，但是所得到的色彩空間與標準RGB影像資料(例如，8-位元RGB彩色影像資料)不兼容。理想上，反射式彩色裝置中之八種原色的範圍大致呈如圖6所示的立方體。在這樣的情況下，可以使用簡單的變換 f(p _i) 將每個像素顏色分配轉換為新裝置中的新像素分配。在這個理想化的實例中，將數兆現有RGB影像中的任何一個轉換為適合在新裝置(例如，反射式彩色電泳顯示器)上使用的新影像是微不足道的。不幸的是，市售的反射式彩色裝置通常沒有立方體色彩空間，並且反射式色彩空間的大小及形狀取決於照明光源。再者，在電泳顯示器的情況下，顏色響應可能取決於其它環境因素(例如，溫度)以及裝置性能(例如，TFT性能及訊框速率)。

於是，本發明使用三步驟過程將RGB影像資料轉換為裝置影像資料。在圖7A-7C中例示一種用於將RGB影像資料轉換為ACeP影像資料的方法。在第一步驟中，將RGB色彩空間及裝置色彩空間反捲積成一組四面體，其中每個四面體包括K-W軸以及兩個其它原色頂點(例如，RY)，如圖7A及7B所示。只需要界定六個四面體來映射色彩空間，但是可以產生額外的四面體。在第二步驟中，如圖7C所示，將存在於特定RGB四面體中之影像顏色資料的部分映射至裝置四面體的影像顏色資料。然而，如圖7C所示，每個四面體的形狀不需要是一致的，通常裝置四面體的形狀及尺寸係不同的，而RGB四面體的形狀及尺寸係比較一致的。在第三步驟中，重建裝置影像資料，以產生影像檔案，此影像檔案最終被提供至控制器，而控制器提供指令至裝置背板，以產生所需的電壓，進而在每個像素實現所需的顏色。

在裝置影像資料的重建期間，影像資料會經歷一些附加步驟，以改善影像在裝置上顯示時的感知品質。例如，諸如誤差擴散算法(其中以與一個像素理論上所需的顏色不同的特定顏色打印那個像素而引入的「誤差」分佈在相鄰像素之間，使得總體上會產生正確的色感)的標準抖色算法可用於有限的調色盤顯示。參見，例如Pappas, Thrasyvoulos N. "Model-based halftoning of color images," IEEE Transactions on Image Processing 6.7 (1997)：1014-1024，並且以參照方式將其全部內容併入本文。重建亦可以補償裝置中的誤差(例如，「影像擴散(blooming)」)，其中像素電極所產生的電場影響比像素電極本身的區域還寬之電光介質的區域，以致於實際上一個像素的光學狀態散開至相鄰像素的部分區域。

在另一個實施例中，當實施顏色映射時，假設輸入顏色可以代表為多原色的線性組合。在此所描述的系統中，這是藉由使用多原色的線性組合(亦稱為分離累積值)將輸入色域映射至裝置空間色域來實現。藉由建立裝置原色臨界值可以很容易地對這樣的累積值進行抖色。在一個替代語言中，裝置影像中的每種顏色C都可以被定義為：

其中P _i 係La*b*空間中給定原色 i的顏色。這些權重的部分總和稱為分離累積值 ，其中

在預先的實施例中，如圖8所示，將一種多色顯現算法整合至顏色映射過程中，所有步驟都由一個以上的處理器來執行。這樣的處理器通常是專門為與可攜式(行動)顯示器一起使用而構造的，以有效地分配計算步驟來節省能源。參見例如來自Freescale或Qualcomm 的處理器。如圖所示，標準RGB影像資料im _i,j可以首先被饋送通過多個清理步驟，其可以包括銳化濾波器602，銳化濾波器602在一些實施例中可以是任選的。當臨界陣列T(x)或濾波器不如誤差擴散系統鮮明時，銳化濾波器602在某些情況下可能是有用的。銳化濾波器602可以是簡單的有限脈衝響應(FIR)濾波器(例如，3x3)，其可以容易地被計算。此外，雖然未顯示在圖8中，但是可以重設RGB影像資料的大小，例如，從16位元至8位元，或者可以重設實際影像的大小，以適應RGB影像中存在比目標裝置上可用的像素還多之像素。

隨後，如上述關於圖7A-7C所述，可以在顏色映射步驟604中映射顏色資料，以及可以在分離產生步驟606中藉由本技藝常用的方法(例如，使用重心座標法)產生顏色分離，以及此顏色資料可以用於索引CSC_LUT查找表，CSC_LUT查找表可以每個索引有N個項目，以基於遮罩的抖色步驟(例如，步驟612)直接需要的形式給出期望的分離資訊。在一些實施例中，CSC_LUT查找表可以藉由組合期望色彩增強及/或色域映射與所選的分離算法來構建，並且構造成包含輸入影像的顏色值與分色累積值之間的映射。以這種方式，查找表(例如，CSC_LUT)可以設計成以基於遮罩的抖色步驟(例如，使用量化器的步驟612)直接需要的形式快速地提供期望分離累積資訊。最後，量化器612使用分離累積資料608與臨界陣列610，以產生裝置影像資料y _i,j，進而產生多種顏色。量化器可以是單獨的積體電路，但是此功能通常併入處理器50中。在一些實施例中，顏色映射604、分離產生606及累積608步驟可以被實施為單個內插CSC_LUT查找表。在這種配置中，分離階段不是藉由在多原色的四面體化中找到重心座標來進行，而是可以由查找表來實施，這允許更大的靈活性。此外，由本文所例示的方法計算之輸出係完全獨立於其它輸出來進行計算的。再者，在此使用的臨界陣列T(x)可以是藍雜訊遮罩(BNM)。

圖9顯示從RGB影像資料(亦即，包含在.jpeg、.png或位元映像檔案中)轉換至電泳彩色顯示器上的影像之完整順序900。從步驟910開始，提供影像檔案作為RGB資料。可以在步驟920中對RGB資料進行調節、重設大小、平滑化、銳化、變亮等。如上面關於圖7A-7C所述，將所得RGB資料映射至裝置色彩空間上。實際上，顏色映射步驟通常使用查找表935來完成，查找表935根據裝置性能的預先存在的測量值(例如，使用校準的測試圖案及顏色光具座)將RGB資料映射至裝置數據。在許多情況下，查找表是動態的且根據裝置性能933(電池、前光源、訊框速率)以及諸如溫度的環境資料938的測量值而改變。在一些實施例中，裝置會具有用於儲存針對裝置性能933及環境資料938索引的複數個查找表935之非暫時性記憶體。

可以在步驟950中使用例如重心座標法對所得到的裝置影像資料940進行抖色處理。裝置影像資料亦可以經歷誤差擴散，以補償影像擴散。一旦最終的裝置影像資料被轉換，將裝置影像資料儲存在記憶體中，直到它被傳送至控制器950為止，控制器950最終指示閘極及源極驅動器將合適的電壓傳送至前電極及顯示像素，以便在裝置970上顯示期望影像。

因此，本發明提供全彩電泳顯示器，其能夠接收標準RGB資料並將其顯示在彩色電泳顯示器(例如，先進彩色電子紙(ACeP®)裝置)上。已經如此描述本申請案的技術之數個態樣及實施例，應當理解，本技術領域中具通常知識者將容易想到各種變更、修改及改進。這樣的變更、修改及改進意欲在本申請案中所述之技術的精神及範圍內。例如，本技術領域中具通常知識者將可輕易地設想出用於執行本文所述之功能及/或獲得本文所述之結果及/或一個以上的；優點的各種其它手段及/或結構，因此這樣的變更及/或修改中的每一者被認為是在本文所描述的實施例之範圍內。熟悉該項技藝者將認識到或能夠僅使用例行實驗來確定本文描述之特定實施例的許多均等物。因此，應當理解，前述實施例僅以示例的方式來呈現，並且在所附權利請求項及其均等物的範圍內，可以以不同於具體描述的方式來實踐本發明的實施例。此外，本文所述之兩個以上的特徵、系統、物品、材料、套件及/或方法的任何組合在沒有相互矛盾的情況下包含在本發明的範圍內。

50:處理器 55:顯示模組 60:控制器 70:非暫時性記憶體 80:電源 85:通信 90:感測器 100:彩色顯示器 101:電泳顯示器 102:電泳顯示器 110:頂部透光電極 120:電泳介質 121:電泳粒子 122:第二種電泳粒子 123:第三種電泳粒子 124:第四種電泳粒子 126:微膠囊 127:壁 130:底部驅動電極 135:底部驅動電極 140:黏著層 150:基板 160:保護層 170:黏著層 180:密封層 602:銳化濾波器 604:顏色映射步驟 606:分離產生步驟 608:分離累積資料 610:臨界陣列 612:量化器 900:完整順序 910:RGB影像資料 920:重設影像的大小；減小位元大小 930:將RGB顏色映射至裝置顏色 933:裝置性能 935:查找表 938:環境資料 940:裝置影像資料 950:抖色 960:控制器 970:在裝置上顯示影像

圖1係顯示適用於本發明的方法之膠囊型電泳顯示器的一個實施例之示意剖面圖。 圖2係顯示適用於本發明的方法之膠囊型電泳顯示器的一個實施例之示意剖面圖。 圖3A說明電泳顯示器的單個像素之示例性等效電路，其中單個像素上的電壓由電晶體控制。圖3A的電路常用於主動矩陣背板中。 圖3B說明示例性彩色顯示器，其包括可以是任何電光顯示模組但較佳地是彩色電泳顯示模組的顯示模組。彩色顯示器亦包括處理器、記憶體、一個以上的電源及控制器。 圖4係顯示在顯示黑色、白色、三種減色法原色及三種加色法原色時各種有色粒子在彩色電泳介質中的位置之示意剖面圖。 圖5顯示用於定址包含三個減色粒子及一個散射(白色)粒子的電泳介質之示例性推挽(push-pull)驅動方案。 圖6描繪標準RGB色彩空間與理想化裝置色彩空間之間的理想化轉換，其中兩個色彩空間在形狀及大小上係相似的。實際上，標準RGB色彩空間與ACeP色彩空間在形狀及大小上並不相似，因此需要使用四面體分解、映射及重建。 圖7A顯示將RGB色彩空間解構成一系列四面體。 圖7B顯示將裝置色彩空間(ACeP色彩空間)解構成一系列四面體。裝置色彩空間的形狀及大小僅僅是示例性的且可以根據諸如顯示器的溫度及入射光的光譜之環境因素而改變。 圖7C顯示將顏色資料從一個解構的RGB四面體映射至一個解構的裝置色彩空間(亦即，ACeP色彩空間)四面體。 圖8說明接著對映射的顏色進行抖色處理，以產生用於裝置上顯示的ACeP影像檔案。 圖9係由本發明的系統使用之示例性流程圖。

101:電泳顯示器

110:頂部透光電極

120:電泳介質

121:電泳粒子

122:第二種電泳粒子

126:微膠囊

130:底部驅動電極

135:底部驅動電極

140:黏著層

150:基板

160:保護層

170:黏著層

Claims (19)

1. 一種彩色顯示器，包括： 一電泳顯示器(101、102)，其包括一透光電極(110)、一像素電極(130)主動矩陣及包含四種電泳粒子(121、122、123、124)的一電泳介質(120)，該電泳介質(120)設置在該透光電極(110)與該像素電極(130)的主動矩陣之間，該電泳顯示器(101、102)能夠在每個像素電極(130)產生八種原色； 一非暫時性記憶體(70)，用於儲存將RGB(紅、綠、藍)顏色映射至由該電泳顯示器(101、102)產生的顏色之查找表； 一處理器(50)，其耦接至該非暫時性記憶體(70)； 一控制器(60)，其耦接至該處理器(50)且構造成提供電泳顯示像素顏色指令至該像素電極(130)的主動矩陣， 其中該處理器(50)構造成執行以下步驟： 從該非暫時性記憶體(70)接收在一影像中每個像素的RGB影像資料； 使用在該非暫時性記憶體(70)中儲存的一查找表(LUT)將在該影像中每個像素的該RGB影像資料轉換為電泳顯示器影像資料； 傳送每個像素的該電泳顯示器影像資料至該控制器(60)。
2. 如請求項1之彩色顯示器，其中該查找表(LUT)包含四面體之間的映射，該等四面體包含在一RGB色彩空間中的一黑至白軸及在一電泳顯示器色彩空間中的一黑至白軸。
3. 如請求項1之彩色顯示器，其中將在該影像中每個像素的該RGB影像資料轉換為該電泳顯示器影像資料進一步包括根據由該電泳顯示器(101、102)產生之原色的線性組合將一分色累積值分配至該電泳顯示器影像資料。
4. 如請求項2之彩色顯示器，其中將在該影像中每個像素的該RGB影像資料轉換為該電泳顯示器影像資料進一步包括根據由該電泳顯示器(101、102)產生之原色的線性組合將一分色累積值分配至該電泳顯示器影像資料。
5. 如請求項3之彩色顯示器，其中該處理器(50)進一步構造成在傳送該電泳顯示器影像資料至該控制器(60)之前將該分色累積值與一臨界陣列進行比較。
6. 如請求項5之彩色顯示器，其中該臨界陣列係一藍雜訊遮罩(BNM)。
7. 如請求項5之彩色顯示器，其中該處理器(50)藉由使用一量化函數將該分色累積值與一臨界陣列進行比較。
8. 如請求項1之彩色顯示器，其中該電泳介質(120)被侷限在複數個微膠囊(126)或微胞(127)內。
9. 如請求項1之彩色顯示器，其中該處理器(50)進一步構造成重設該RGB影像資料的大小。
10. 如請求項1之彩色顯示器，其中該彩色顯示器額外地包括一溫度感測器，以及該查找表(LUT)係按溫度進行索引。
11. 如請求項1之彩色顯示器，其中該像素電極(130)的主動矩陣包括含有金屬氧化物半導體的薄膜電晶體(TFTs)。
12. 一種用於將RGB(紅、綠、藍)影像資料轉換為電泳顯示器影像資料之方法，其中該電泳顯示器(101、102)包含四種電泳粒子(121、122、123、124)，並且該電泳顯示器(101、102)能夠在一像素電極(130)主動矩陣的每個像素電極(130)產生八種原色，該方法包括： 接收在一影像中每個像素的RGB影像資料； 使用在與該處理器(50)耦接的一非暫時性記憶體(70)中儲存的一查找表(LUT)，以一處理器(50)將每個像素的該RGB影像資料轉換為電泳顯示器影像資料； 傳送在該影像中每個像素的該電泳顯示器影像資料至與該處理器(50)耦接的一控制器(60)； 從該控制器(60)傳送電壓指令至該像素電極的主動矩陣(130)。
13. 如請求項12之方法，其中該查找表(LUT)包含四面體之間的映射，該等四面體包含在一RGB色彩空間中的一黑至白軸及在一電泳顯示器色彩空間中的一黑至白軸。
14. 如請求項12之方法，其中將每個像素的該RGB影像資料轉換為該電泳顯示器影像資料進一步包括根據由該電泳顯示器(101、102)產生之原色的線性組合將一分色累積值分配至該電泳顯示器影像資料。
15. 如請求項13之方法，其中將每個像素的該RGB影像資料轉換為該電泳顯示器影像資料進一步包括根據由該電泳顯示器(101、102)產生之原色的線性組合將一分色累積值分配至該電泳顯示器影像資料。
16. 如請求項15之方法，其中該處理器(50)進一步構造成在傳送該電泳顯示器影像資料至該控制器(60)之前將該分色累積值與一臨界陣列進行比較。
17. 如請求項16之方法，其中該臨界陣列係一藍雜訊遮罩(BNM)。
18. 如請求項16之方法，其中該處理器(50)藉由使用一量化函數將該分色累積值與一臨界陣列進行比較。
19. 如請求項12之方法，其中該查找表(LUT)係按溫度進行索引。

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