TWI374414B - Methods for driving bistable electro-optic displays - Google Patents

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1374414 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於用以驅動光電顯示器（特別是雙穩態光 電顯示器）之方法，以及有關於用於此方法中之裝置。更特 . 別地’本發明係有關於欲實現一光電顯示器之像素的灰色狀 態的較精確控制之驅動方法。本發明特別地（但並非專門地） 欲使用於以粒子爲主之電泳顯示器，其中使一或多型態之電 性充電粒子懸浮在流體中以及在電場影響下經由該流體移 φ 動該等電性充電粒子以改變該顯示器之呈現。 【先前技術】 在此，應用於一材料或一顯示器之術語"光電"使用在成 像技藝中之傳統意思，以提及一具有含至少一不同光學特性 之第一及第二顯示狀態的材料，藉由施加電場至該材料以使 該材料從第一顯示狀態改變至第二顯示狀態。雖然該光學特 性通常係人眼所能感覺到之顏色，但是它可以是另一光學特 性（例如：光學傳輸、反射率、發光或者在意欲使用於機器 β讀取之顯示器的情況中，用以感知在可見光範圍外之電磁波 長的反射率改變之僞色（pseudo-color))。 在此，術語’’灰色狀態”使用在成像技藝中之傳統意思， 以提及在一像素之兩個極端光學狀態間之狀態，以及未必暗 '示這兩個極端狀態間之黑-白變遷。例如：在有關下面所述 之電泳顯示器的幾個專利及已公開申請案中該極端狀態爲 白色及深藍色，以致於一中間"灰色狀態"實際上爲淺藍色。 事實上，如上所述，該兩個極端狀態間之變遷可以完全不是 1374414 一色彩改變。 在此，術語”雙穩態的"及"雙穩態"使用在該項技藝中之 傳統意思，以提及包括顯示元件之之顯示器，該等顯示元件 具有含至少一不同光學特性之第一及第二顯示狀態，以便在 . 已藉由有限持續時間之一定址脈衝驅動任何所給定元件 後，假設爲第一或第二顯示狀態，在終止該定址脈衝之後， 該狀態將持續至少幾個次數時間（例如：至少4次時間），需 要該定址脈衝之最小持續時間以改變該顯示元件之狀態。公 φ 開之美國專利申請案第2002/01 80687號顯示一些具有灰階 能力之以粒子爲主的電泳顯示器不僅在極端黑色及白色狀 態中係穩定的，而且在中間灰色狀態中亦是穩定的，以及其 它一些型態之光電顯示器具有相同情況。雖然爲方便起見可 在此使用術語"雙穩態"以涵蓋雙穩態及多穩態顯示器，但是 寧願將此型態之顯示器適當地稱爲"多穩態"而非"雙穩態"。 在此，術語"脈衝"使用在電壓相對於時間積分之成像技 藝中的傳統意思。然而，一些雙穩態光電介質係用以做爲電 #荷轉換器，以及對此介質可使用脈衝之另一界定，亦即，電 流對時間之積分（等於所施加之總電荷）。應該依據該介質用 以做爲電壓-時間脈衝轉換器或電荷脈衝轉換器來使用脈衝 之適當界定。 •已知幾種型態之光電顯示器。一種型態之光電顯示器係 一例如在美國專利第 5,808,783、5,777,782、5,760,761、 6，054,071、6，055,091 ' 6,097,531、6,128,124、6,137,467 及 6，147,791所述之旋轉雙色構件型態（rotating bichromal 1374414 member type)(雖然經常將此型態之顯示器稱爲"旋轉雙色球 (rotating bichromal ball)”顯示器，但是因爲在上述所提之某 些專利中該等旋轉構件並非是.球形，所以將其稱爲術語"旋 轉雙色構件（rotating bichromal member)”係比較精確。此— 顯示器使用大量之小物體（通常爲球形或圓柱形），其具有含 不同光學特性之兩個或更多部件及一內部偶極。將這些物體

懸浮在一矩陣中之液泡內，該等液泡塡充有液體，以便該等 物體可自由旋轉。藉由施加電場而旋轉該等物體至不同位置 及改變可從一觀察面看到之該等物體的部件，以改變該顯示 器之呈現。此型態之光電介質通常是雙穩態的。 另一型態之光電顯示器使用一電鉻介質（electrochromic medium)，例如：一具有奈米鉻膜（nanochromic film)之形式 的電鉻介質，其包括一至少部分由一半導體金屬氧化物所形 成之電極及複數個具有可反轉色彩變化能力之附著在該電 極上的染色分子例如：參見O'Regan，B.等人，自然期刊 (Nature)，1991，3 5 3，73 7 及 Wood，D.，資訊顯示器雜誌 (Information Display), 1 8 (3 ), 24 (2002 年 3 月）。亦參見 Bach, U.等人，高級材料期刊（Adv_ Mater.), 2002, 14(1 1)， 845。例如在美國專利第6,301，03 8號、世界專利申請公開第 WO 01/27690號及美國專利申請案第2003/0214695號中亦 描述此型態之奈米鉻膜。此型態之介質通常亦是雙穩態的。 另一型態之已經過數年密集硏究及發展的光電顯示器 係以魃子爲主之電泳顯示器，在該電泳顯示器中複數個充電 粒子在電場影響下經由一懸浮流體移動。相較於液晶顯示 1374414 器’電泳顯示器具有好的亮度及對比、寬的視角、狀態雙穩 態及低功率損耗之特性。然而，這些顯示器之長期影像品質 的問題妨礙其廣泛使用》例如：構成電泳顯示器之粒子傾向 於沉降，因而導致這些顯示器之不適當使用壽命。 如上所述，電泳介質需要懸浮流體之存在。在大部分習 知技藝之電泳介質中，此懸浮流體係一液體，然而電泳介質 可使用氣態懸浮流體來製造；例如參見：Kitamura, T.等人，·· 電子似紙顯示器之電性色劑運動 （Electrical toner

movement for electronic paper-like dispaly)"，ID W Jap en, 200 1，Paper HCS1-1以及Yamaguchi，Y.等人，"使用磨擦帶電 之絕綠粒子的色劑顯示器（Toner display using insulative particles charged triboelectrically)" ， IDW Japan, 200 1, Paper AMD4-4。亦參見歐洲專利申請案第1,429,178號、第 1,462,847號、第1,482,354及第1，484,625號以及世界專利 申請案第 WO 2004/090626 號、第 WO 2004/079442 號、第 WO 2004/07 7 140、第 W 0 2 0 0 4 / 0 5 9 3 7 9、% W0 2004/05 5 5 86 號、第 W0 2004/008239 號、第 W0 2004/006006 號、第 WO 2004/00 1498 號、第 WO 03/09 1 799 號及第 WO 03/088495。 當使該以氣體爲主之電泳介質朝一允許沉降之定向（例如： 在使該介質設置在一垂直平面的情況中）來使用時，該以氣 體爲主之電泳介質明顯易受相同於液體爲主之電泳介質因 粒子沉降所造成的問題之影響。事實上，因爲相較於液態懸 浮流體，氣態懸浮流體之較低黏度允許該等電泳粒子之較快 速沉降，所以粒子沉降之問題在氣體爲主之電泳介質中明顯 1374414 比在液體爲主之電泳介質更嚴重。 以麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology，MIT)及 E Ink 公司（E Ink Corporation)名義或讓 與麻省理工學院及及E Ink公司之數個專利及申請案最近已 公開描術述膠囊化電泳介質（encapsulated electrophoretic media)。此膠囊化電泳介質包括數個小的膠囊，每一膠囊本 身包括一包含在一液態懸浮介質中所懸浮之電泳移動粒子

的內質（internal phase)及一包圍該內質之膠囊壁。通常，該 等膠囊本身係容納於一高分子黏結劑（polymeric binder)中 以形成一位於兩個電極間之同調層（coherent layer)»此型態 之膠囊化介質例如係描述於美國專利第5,930,026號、第 5,961，804 號、第 6,0 1 7,5 84 號、第 6,067，185 號、第 6,118,426 號、第 6,120,588 號、第 6,120,839 號、第 6,124,851 號 '第 6,1 3 0,7 73 號、第 6，1 3 0,7 74 號、第 6，1 72,798 號、第 6，1 77,92 1 號、第 6,23 2,9 5 0 號 '第 6,249,271 號、第 6,252,564 號、第 6,262,706 號、第 6,262,83 3 號、第 6,300,932 號、第 6,312,304 號、第 6,312,971 號、第 6,323,989 號、第 6,327,072 號、第 6,376,828 號、第 6,3 77,3 87 號、第 6,392,785 號、第 6,392,786 號、第 6,4 1 3,790 號、第 6,422,687 號、第 6,445,374 號、第 6,445,489 號、第 6,459,4 1 8 號、第 6,473,072 號、第 6,480,1 8 2 號、第 6,498，114號、第 6,504,524號、第 6,506,438號、第 6,512,354 號、第 6,515,649 號、第 6,518,949 號、第 6,521，489 號、第 6,531，997 號、第 6,535,197 號、第 6,538,801 號、第 6,545,291 號 '第 6,580,545 號、第 6,639,578 號、第 6,652,075 1374414 號、第 6,6 5 7,7 72 號、第 6,664,944 號、第 6,680,725 號、第 6,68 3,3 3 3 號、第 6,704，133 號、第 6,71 0,540 號、第 6,72 1,083

號、第 6,727,881 號、第 6,738,050 號、第 6,750,473 號、第 6,753,999 號、第 6,816,147 號、第 6,819,471 號、第 6,822,782 號、第 6,825,068 號、第 6,825,829 號、第 6,825,970 號、第 6,831，769 號、第 6,839，158 號、第 6,842,279 號、第 6,842,65 7 號及第 6,842，167 號以及美國專利申請案公開第 2002/0060321 號、第 2002/0060321 號、第 2002/0063661 號、 第 2002/0090980號、第 2002/0113770號、第 2002/0130832 號、第 2002/013 1 1 47 號、第 2002/01 7 1 9 1 0 號、第 2002/0 1 80687 號、第 2002/0180688號、第 2003/0011560號、第 2003/0020844 號、第 2 003/002 5 8 5 5 號、第 2003/01 02858 號、第 2003/0 1 32908 號、第 2003/0137521 號、第 2003/0151702號、第 2003/0214695 號、第 2003/0214697 號、第 2003/0222315 號、第 2004/0012839 號、第 2004/0014265號、第 2004/0027327號、第 2004/0075634 號、第 2004/0094422號、第 2004/0105036 號、第 2004/0112750 號、第 2004/0119681 號、第 2004/0196215 號、第 2004/0226820 號、第 2004/0233509 號、第 2004/0239614號、第 2004/0252360 號、第 2004/0257635 號、第 2004/0263947號、第 2005/0000813 號、第 2005/0001812 號、第 2005/0007336號、第 2005/0007653 號、第 2005/0012980號、第 2005/0017944號、第 2005/0018273 號及第2005/00243 53號以及世界專利申請案公開第WO 99/67678 號、第 WO 00/05 704 號、第 WO 00/38000 號、第 WO 00/3 800 1 號、第 WO 00/36560 號、第 WO 00/67 1 1 0 號、 ⑧ -10- 1374414 第 WO 00/6 732 7 號、第 WO 0 1/0796 1 號、第 WO 01/0824 1 號、第 WO 03/ 1 073 1 5 號、第 WO 2004/023 1 95 號、第 WO 2004/049045 號、第 WO 2004/059378 號、第 WO 2004/088002 號、第 WO 2004/088395 號、第 WO 2004/09085 7 號及第 WO • 2004/099862 號 〇 許多上述專利及申請案了解到用以包圍在一膠囊化電 泳介質中之離散微膠囊的側壁可由一連續質（continuous phase)取代，因而產生一所謂高分子分散電泳顯示器 (polymer-dispersed electrophoret ic display广在該尚分子分 散電泳顯示器中該電泳介質包括一電泳流體之複數個離散 小滴及一高分子材料之連續質，以及縱並未使離散膠囊薄膜 與每一個別小滴結合，亦可將在此高分子分散電泳顯示器中 * 之電泳流體的離散小滴視爲膠囊或微膠囊；例如：參見上述 美國專利申請案公開第2002/0131147號。因此，基於本申 請案，將此高分子分散電泳介質爲膠囊化電泳介質之亞種。 一相關型態之電泳顯示器係一所謂”微胞電泳顯示器 (microcell eletrophoretic display)"。在一微胞電泳顯示器 中’並未將該充電粒子及該懸浮流體密封在微膠囊中，取而 代之，將其保持在一載體介質（通常是一高分子材料）內所形 成複數估空腔中。例如：參見讓與給矽峰影像公司（Sipix Imaging Inc.)之世界專利申請案公開第w〇 02/01281號及公 開之美國專利申請案第2002/0075 5 5 6號。 另一型態之光電顯示器係一由飛利浦所發展之電濕顯 示器（electro-wetting display)及描述於 2003 年 9 月 25 日所

-11- 1374414 發行之"自然"期刊中名稱爲"實施像素：在電子紙上移動影 像（Performing Pixels: Moving Images on Electronic

Paper)"的文章中。2004年10月6日提出之相互關連申請案 第1 0/7 1 1,802號顯示可使此電濕顯示器成爲雙穩態。 .其它型態之光電材料亦可用於本發明中。特別感興趣是 在該項技藝中所已知之雙穩態鐵電式液晶顯示器（bistable ferroelectric liquid crystal displays, FLC's)。 雖然電泳介質經常是不透明的（因爲例如在許多電泳介 φ 質中，粒子會大致上阻擋可見光經由該顯示器之傳輸）及操 作於反射模式中，但是可使許多電泳顯示器操作於一所謂" 快門模式（shutter mode)"中，其中一顯示狀態大致上是不透 明的及一顯示狀態係光透射的。例如：參見上述美國專利第 6，1 30,774號及第6,1 72,798號以及美國專利第5,872,5 52 • 號、第 6,144,361 號、第 6,271，823 號、第 6,225，971 號及第 6，1 8 4,8 5 6號。介電泳顯示器（相似於電泳顯示器，然而相依 於電場強度之變化）可操作於相似模式中；參見美國專利第 4,4 1 8,346號。其它型態之光電顯示器亦可操作於一快門模 式中。 一膠囊化或微胞電泳顯示器通常不會受傳統電泳裝置 _ 之群集及沉降失敗模式的不利影響以及提供額外的優點（例 ，如：將顯示印刷或塗佈至多種可撓性及剛性基板上之能 力）。（字”印刷”之使用意欲包括所有形式之印刷及塗佈，其 包括但不局限於·預g十量式塗佈（pre-metered.coatings)(例 如：方塊擠壓式塗佈（patch die coating)、狹縫型或擠壓型塗 -12- 1374414

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：輕観刮刀塗佈（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（dip coating):噴德式塗佈（spray coating);彎月开多塗佈（meniscus coating):旋轉塗佈（spin coating);手刷塗佈（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);以及其它相似技術）。因 此，結果顯示係具有可撓性的。再者，因爲可（使用各種方 * 法）印刷該顯示介質，所以可使顯示本身並非是昂貴的。 以粒子爲主之電泳顯示器及其它呈現相似行爲之光電 顯示器（爲方便起見，以下將此顯示器稱爲"脈衝驅動顯示器 _ ")的雙穩態或多穩態行爲與傳統液晶（"LC")顯示器成明顯對 比。扭轉向列型液晶不是雙穩態或多穩態，而是用以做爲電 壓轉換器’以便施加一給定電場至此一顯示器之一像素以在 該像素上產生一特定灰階，而不關於先前在該像素上所呈現 •之灰階。再者，只朝一個方向驅動LC顯示器（從非穿透或·' 暗”至穿透’'亮"），可藉由減少或去除電場來影響從一較亮狀 態至一較暗狀態的反變遷。最後，一 LC顯示器之像素的灰 階對該電場之極性是不敏感的，而只對該電極之大小有敏感 -13- 1374414 性’以及事實上，基於技術理由，商用LC顯示器經 繁時間間隔反轉該驅動電場之極性。 相較下，雙穩態光電顯示器之第一近似係用以做 轉換器’以便一像素之最後狀態不僅相依於所施加之 . 電場之施加時間，而且亦相依於在該電場之施加前的 . 態。再者’用以經由灰階中之同等變化（藉由內眼判 準光學設備判斷）來改變一給定像素的脈衝未必是固 亦未必是交換的。例如：考量一顯示器，其中每一像 φ 示彼此有利隔開之〇(白色）、1、2或3(黑色）之灰階 由內眼或標準光學設備來測量時，該等灰階間之間隔 反射率而言可以是線性的，然而亦可使用其它間隔。 該等間隔對L*來說係線性的（其中L*具有一般CIE另 * L* = l 16(R/R〇)1/3-16 其中R係反射率及R〇係一標準反射率値），或者選 間隔以提供一特定伽瑪値（gamma):對監視器經常採 之伽瑪値，一相似伽瑪値之使用亦是妥當的。）已發 以改變該像素從灰階0至灰階1(爲了方便起見，以 "〇-1變遷"）之脈衝經常不同於1-2或2-3變遷所用之 再者，用於1-0變遷之脈衝未必相同於0-1變遷反轉。 —些系統明顯呈現"記憶"效應，以便用於0-1變遷之 微依據一特定像素是否遭遇0-0-1、1-0-1或3-0-1變 變。（符號"χ-y-z”表示在一連續時間中一連串之任意 其中X、y及z皆是任意狀態〇、1、2或3。）雖然可 所需像素至其它狀態前藉由驅動該顯示器之所有像 常以頻 爲脈衝 電場及 像素狀 斷或標 定的， 素可顯 ，（當藉 對百分 例如： :義 擇該等 用2.2 現到用 下稱爲 脈衝。 此外， 脈衝稍 遷而改 狀態， 在驅動 素至該 -14- 1374414 l 1 '·

等極端狀態中之一有一實質期間以減少或克服這些問題，但 是單色之結果所產生的"閃燥"常常是不可接受的；例如：如 果需要該顯示器以頻繁時間間隔閃出單黑或單白的光，則一 電子書之讀者可能希望該書之文字向下捲動螢幕及可能使 讀者轉移注意力或使讀者迷失方向。再者，該顯示之閃爍會 增加能量損耗及可能減少該顯示器之工作壽命。最後，已發 現到至少在某些情況中，一特定變遷所需之脈衝受該顯示器 之溫度及總操作時間以及一特定像素在一給定變遷前保持 在一特定光學狀態的時間之影響，以及希望這些因素之補償 獲得精確的灰階再現。 已發現到至少在某些情況中，在一雙穩態光電顯示器中 一給定變遷之脈衝係隨著一像素在其光學狀態之停留時間 而改變，儘管術語"停留時間敏感度（dwell time sensitivity)" 已使用於某些習知應用中，但是將此未在先前討論之現象稱 爲"停留時間相依性（dwell time dependence)"或"DTD"。因 此，希望或者事實上甚至在某些情況中以該像素在其初始光 學狀態中之停留時間爲函數來改變針對一給定變遷所施加 之脈衝。 在驅動雙穩態光電顯示器中之另一問題係橫跨該光電 介質之小的殘餘電壓（residual voltages)會在一變遷波形後 持續存在。此殘餘電壓（稱爲殘留電壓（remnant voltage))造 成在所完成之光學狀態中的漂移。將亦現象稱爲自我抹除 (self-erasing)。 現在將配合所附唯一圖式來較詳細說明停留時間相依

1374414 I» · 性之現象，其中該圖式針對一連串由R3 — R2 — R, f 遷顯示爲時間之函數的一像素之反射率，其中該 之每一項表示在一連串之灰階中的一灰階，其中j 數之R係發生在具有較小指數之R前。亦表示έ 間以及R2與R】間之變遷。DTD係在該光學狀態 費之時間（稱爲停留時間）中的變化所造成之最卷 R 1的變化。 【發明內容】 本發明係有關於用以在驅動雙穩態光電顯 留時間相依性之方法》 在一觀點中，本發明提供一種驅動一具有至 雙穩態光電顯示器的（第一）方法，其包括施加一 該像素，以便：

T (1) 大約小於1伏特·秒。（其中T係該波形之長ί 係在該波形之期間實施，V(t)係爲時間t之函隻 壓，以及M (t)係一記憶函數，其特徵在於減少在日 一短脈衝所產生之殘留電壓引起停留時間相依性 在本發明之第一方法中，希望積分値J小於 秒，最佳是希望小於〇_1伏特秒》事實上，儘量 較小，理想爲零値。在此方法之一形式中，該波无 有電壓、極性及持續時間之第一脈衝以及一具有 小、相反於該第一脈衝之極性及大致上小於該第 表示之變 ^ RK項中 有較大指 r3 與 r2 r2中所花 光學狀態 時減少停 一像素之 形V(t)至 ，該積分 的波形電 間零時從 1效能。） 0.5伏特· 此積分値 包括一具 同電壓大 脈衝之持 -16- 1374414

• 1 I (b)該第一對之第一脈衝；該第三對之第一脈衝；該第 三對之第二脈衝；該第一對之第二脈衝；該第二對之第一脈 衝；以及該第二對之第二脈衝。 本發明之第一方法的記憶函數M(t)通可具有不同形 式。例如：Μ⑴可以等於1，或者M(t)可以是如下之多個指 數函數之總和： Μ(〇 = Σα*βχρ(-ί/Γ*) (3)

其中在Ν個指數項之總和中之每一項具有振幅ak及衰 減時間。 本發明之第一方法並不需施加有一驅動方案之所有波 形’在此所使用之一項表示一組能在一組灰階間引起所有可 能變遷之波形。當將該第一方法應用至一顯示器（在該顯示 器中每一像素能顯示至少4個灰階）時，該積分J之絕對値 可針對在一內群之灰階（不包括兩個極端灰階）中之一的變 遷開始及結束維持在1伏特·秒以下，然而對於其它變遷則 無需維特在1伏特秒以下。 本發明之第一方法可使用在上述任何型態之雙穩態光 電介質中。因此，例如：該方法可使用於一包括一電泳光電 介質之顯示器，該電泳光電介質包括在一懸浮流體中之複數 個電性充電粒子及能夠在施加電場至該懸浮流體時經由該 懸浮流體移動。該懸浮流體可以是氣體或液體。可膠囊密封 該電泳介質，亦即，將該等充電粒子及該懸浮流體局限在複 數個膠囊或微胞中。該第一方法亦可使用於一包括一旋轉雙 •18- ⑧ 1374414 » 1 I l 色構件或電鉻介質之顯示器0 本發明亦提供一種驅動一具有至少一像素之雙穩態光 電顯示器的（第二）方法，其包括施加—波形V(t)至該像素， 以致於： Γ+Δ ^d~ jv(t)M(T + A-t)dt (4) 小於大約1伏特.秒。（其中T係該波形之長度，該積分 係在該波形之期間實施，v(t)係爲時間t之函數的波形電 壓’ M(t)係一記憶函數，其特徵在於減少在時間零時從—短 脈衝所產生之殘留電壓引起停留時間相依性的效能，以及△ 係一小於該週期T之正週期。） 在本發明之第二方法中，Δ可以約小於0.25T，希望約小 於0.1 5 T，以及最好約小於〇 . 1 〇τ。

本發明亦提供一種驅動一具有至少一像素之雙穩態光 電顯示器的（第三）方法，該像素能顯示至少3個不同光學狀 態，該方法包括施加一組足以促使該像素在其不同光學狀態 間遭遇所有可能變遷之波形V(t)至該像素，施加該組之所有 波形’以致於從方程式（4)(然而其中△可以是零）所計算之積 分値Jd小於該變遷脈衝之約40%。將該變遷脈衝界定成一固 定電壓之單脈衝所施加之脈衝，該單脈衝具有相同於該組之 任何波形所施加之最高電壓的大小以及剛好足以驅動該像 素從其極端光學狀態中之一至其它光學狀態（通常白色至黑 色或黑色至白色）。 在本發明之第三方法中，該積分値Jd可以小於該所引起 -19- 1374414 I ' *· 之變遷脈衝的約30%，希望小於約20%，以及最好小於約 10%。 如上所述，本發明之第二及第三方法使用相同於第一方 法之寬範圍之光電介質。 . 【實施方式】 如上所述，所附圖式中之第1圖係一顯示隨著一顯示器 之一像素的光學狀態之時間而變化的圖形以及描述保留時 間相依性之現象。 φ 第2、3及4圖描述可使用於本發明之3種方法中之任 何一者的較佳形態之波形。 如上所述，本發明提供各種驅動雙穩態光電顯示器之方 法，這些方法意欲減少停留時間相依性（DTD)。雖然本發明 4 決不受限於有關其起源之任何理論，但是DTD明顯大部分 ' 是由該光電介質所經歷之殘留電場所造成。這些殘留電場係 施加至該介質之驅動脈衝的剩餘部分。一般說是所施加之脈 衝導致的殘留電壓，以及該殘留電壓在一般適用於靜電理論 _ 之方法中僅僅是對應於殘留電場之純量電位。這些殘留電壓 會促使一顯示膜之光學狀態隨著時間而漂移。它們亦會改變 一隨後驅動電壓之效能，因而改變在該隨後脈衝之後所完成 ‘的最後光學狀態。在此方式中，來自一變遷波形之殘留電壓 -會促使在一隨後波形之後的最後狀態不同於所應有之狀態 (如果該兩個變遷彼此非常地分開）。”非常地分開”表示在時 間上係充分分開的，.以便來自該第一變遷波形之殘留電壓在 施加該第二變遷波形前大致上已衰減。 -20- 1374414 ι · «毒 變遷波形所導致之殘留電壓及施加至一光電介質之其 它簡單脈衝的測量表示該殘留電壓隨著時間而衰減。該衰減 明顯是單調的’而絕對不是指數函數的。然而，在大部分所 測試之膠囊密封的電泳介質之情況中，做爲一第一近似，可 將該衰減近似成爲具有一達到1秒程度之衰減時間常數的指 數函數’以及期望其它雙穩態光電介質呈現相似衰減時間。 因此’本發明之方法係設計成使用可產生小殘留電壓及 因而產生低DTD之波形。依據本發明之第一方法，使該波 形及一記憶函數之乘積在該波形之長度上的積分値J(參見 方程式（1))保持在1伏特·秒以下，其中該記億函數之特徵在 於減少該殘留電壓引起DTD之效能，該積分値J希望在0.5 伏特·秒以下，以及最好在0 · 1伏特·秒以下。事實上，：[應該 儘可能小，理想是零値。 藉由產生合成脈衝來設計波形，以提供非常低的J値及 因而提供非常小之DTD。例如：使一長負電壓脈衝在一較短 正電壓脈衝之前（兩者具有相同大小，然而具有相反符號）會

導致一非常低DTD。明顯地，如需要的話，可反轉該兩個脈 衝之極性。相信（雖然本發明絕不受限於此信念）該兩個脈衝 提供具有相反符號之殘留電壓。當正確地設定該兩個脈衝之 長度的比率時，會造成該兩個脈衝之殘留電壓彼此大大地抵 消。針對該殘留電壓可藉由該記憶函數決定該兩個脈衝之長 度的適當比率。 如上所述，在本發明之第一方法的較佳形式中，該記憶 函數表示一指數衰減（參見方程式（2)) ^ -21-

1374414 ,* · < 對於一些膠囊化電泳介質而言，實驗上已發現至 J値之波形亦會引起特別低之DTD，然而具有特別^ 的波形會引起大的DTD。事實上，在上述具有設定爲 略等於在一所施加之電壓脈衝後該殘留電壓之測量 間）之τ的方程式（2)所計算之J値間已發現到好的相丨 然，雖然τ値可隨著確切形態之介質而變，但是相f| 態之雙穩態光電介質會有相似行爲。 因此，應用在上述專利及申請案中所述之具有Ί 的方法係有利的：以可提供小J値之波形完成從一为 一灰階之每一變遷（或在查照表中至少大部分之變遷 値最好是零，然而在經驗上已發現到，至少對於在J 及申請案中所述之膠囊化電泳介質而言，只要在環每 J具有小於約1伏特·秒之大小，該結果之停留時間年丨 當地小。 因此，本發明提供一用以完成一組光學狀態間之 波形，其中對於每一變遷而言，J之計數値的大小保 以一大槪單調遞減之記憶函數來計算J値。此記憶函 是任意的，而是可藉由觀察該顯示器之像素對一單電 或合成電壓脈衝的停留時間相依性來估計。做爲一» 將一電壓脈衝施加至一像素以完成從第一至第二光 之變遷，然後施加一第二電壓脈衝以完成從第二至第 狀態之變遷。藉由監控在該第三光學狀態中爲停留時 數的位移，可決定該記憶函數之近似形狀。該記憶函 一近似於該第三光學狀態與其長停留時間之値的差 丨引起小 :之J値 1秒（大 衰減時 裙性。當 其它型 '列波形 :階至另 )。此J .述專利 :溫度中 丨依性相 .變遷的 :小的。 ;數並非 :壓脈衝 ί例，可 學狀態 三光學 間之函 數具有 異之形 -22 - 1374414 • * I · 狀，以成爲該停留時間之函數。然後，將此形狀提供給該記

憶函數，以及當獨立變數爲零時，該記憶體函數具有單位之 大小。此方法僅產生該記億函數之近似，以及針對各種最後 光學狀態，期望該記億函數之測量形狀有些改變。然而，總 特徵（gross features)(例如：該記億函數之衰減的特性時間） 對於各種光學狀態而言應該是相似的。然而，如果在形狀上 與最後光學狀態有重大的差異，則所要採用之最佳記憶函數 形狀係在該第三光學狀態位於該顯示介質之光學範圍的中 間時之形狀。該記憶函數之總特徵亦應該可藉由在一所施加 電壓脈衝後測量該殘留電壓之衰減來估計。 雖然在此所討論之用以估計該記憶函數的方法並非是 嚴格的，但是發現到從一近似記憶函數所計算之J値可導致 具有低DTD之波形。如上所述，一有用記憶體函數表示該 DTD之時間相依性的總特徵。因此，上述方程式（2)中之τ値 隨著所使用之光電介質而變，以及亦隨著溫度而變。例如： 已發現到一記憶函數（係一具有1秒之衰減時間的指數函數） 可妥適地預測用以提供低DTD之波形。將該衰減時間改變 至0.7或1·3秒並不會損壞到作爲該低DTD波形之預測者的 結果J値之效用。然而，一記憶函數（沒有衰減，而是無期 限地保持在1値）明顯無法有效地作爲一預測者，以及一具 有非常短衰減時間（例如：0.05秒）之記憶函數無法成爲低 DTD波形之預測者。 可提供小〗値之波形的範例係如世界專利申請案公開第 W0 2004/09085 7號之第17、18及20圖所示的波形，其分 -23-

1374414 > 1 «> 別如所附圖式之第2、3及4圖所再現。第 一波形）包括兩對脈衝（表示成X及y對）’ 大致相同電壓大小及相同持續時間，然市 以及該第二對之脈衝具有比該第一對；: 間，該兩個脈衝對係以下列次序來施加： -y, +y, -χ, +χ (可了解到χ及y値可以是負的），其 所有持續時間比該記憶函數之特性衰減转 波形係由串列之相反脈衝元件（其殘留電 抵消）所構成，所以當符合此條件時此波 對於沒有比該記憶函數之特性衰減時間 衰減時間大之χ及y値而言，發現到具有 的波形傾向提供較小J値，以及因爲該各 該波形之施加後會完全彼此抵消或至少 殘留電壓，所以可發現χ及y脈衝持續時 小的J値。 第3圖顯示第2圖所示之波形的變 該-y脈衝後轉移至該波形之末端，以致

-y，-χ, +x, +y 第4圖顯示第2圖所示之波形的另 中，該波形包括一第三對之脈衝（表示成 該第一對及第二對之脈衝，該第三對之脈 之電壓大小及相同之持續時間，然而具有 2圖所示之波形（第 每一對之脈衝具有 [具有相反之極性， 匕脈衝長之持續時 中該X及y脈衝之 ;間小很多。因此此 壓大致上傾向於被 形可妥善地作用。 小很多但沒有比此 ‘相反符號之χ及y 種脈衝元件提供在 大大地彼此抵消之 間實際上允許非常 七，其中在將+y從 於該等脈衝之次序 —變化。在此變化 "-Z"及"+Z")。如同 衝具有大致上相同 相反之極性。該第 -24 -· 1374414 .! .< 三對之脈衝具有比該第二對之脈衝短的持續時間。第4圖所 示之波形可視爲是藉由從第3圖所示之波形中在該第一對之 第一脈衝後立即插入該第三對之脈衝所獲得，以及因而具有 下列結構： . -y, -z, +z, -X，+x, +y 同樣地，可藉由在該+y脈衝後插入該第三脈衝對來修 改第2圖所示之波形，因而產生下列結構之波形： -y, +y, -z, +z, -x, +x φ 上述方程式（1)係有關於在一變遷之結束時該特定波形 積分値J，以及上述討論著重在儘可能使此積分値維持在小 的數値。然而，對於在更新後之一短時間才使積分値成爲小 値亦是有利的。爲了考量此可能性，可依據上述方程式（4) 界定另一積分値Jd。A不是任意大的數値，然而必須是正値 及小於其更新時間T。希望△小於約〇. 2 5 T，以及最好是小於 0.1 5 T，以及最佳是小於0.1 T。 方程式（4)及本發明之第二方法係依據下面的認知：減 0少殘留電壓之益處並非局限於在一變遷後立即使此電壓維 持在小値（小J値，如方程式（1)所界定），然而亦可在一變遷 之結束後的一顯著時間才使此電壓成爲小値（小Jd，如方程 式（4)所界定）。當該記憶函數不是一單純指數形式時，此觀 ‘點特別重要（因爲在情況中，使J成爲小値並不保證使Jd成 爲小値）：完美合理之記憶函數很難構成一具有小J値之變 遷波形’然而容易地允許Jd成爲小値，因而提供實質好處。 已配合方程式（2)描述本發明中所使用之一單純衰減指 -25 - 1374414 數型態之較佳記億函數。其它有用記憶函數包括： (a) M(t)= 1 此爲一特殊情況，其使方程式（1)或（4)之J或Jd積分値 等於該變遷波形之淨電壓脈衝。此特殊積分値可界定成爲 I，其中：

T I = \v{t)dt (5) 0 以便在所有時間當該記憶函數等於1時，J等於I。已 發現到可藉由使用I等於或接近零之變遷波形來減少停留狀 態相依性。 (b) 該記憶函數係多個指數衰減之總和。在此情況中， 該記憶函數具有上述方程式（3)中所給定之形式。因爲此記 憶函數可較恰當地描述例如在一電壓脈衝之後該殘留電壓 之效能的衰減，所以此記憶函數係有用的。 通常，該記憶體函數係一單調衰減函數 (monotonically-decaying function)，然而它可具有其它合適 形式（例如：所謂擴展指數函數（stretched exponential function)) °

本發明並非局限於J及/或Jd値受限之驅動方案。在某 些情況中’可期望所有變遷已限制J及/或Jd値。在其它情 況中’很難針對某些變遷（特別是那些用以形成極端灰階之 變遷）限制J及/或Jd，或者基於其它理由可期望一混合模式 變遷方案，其中只有某些變遷已限制J及/或Jd値。已發現 下面兩種情況是有利於具有係至少4個灰階之光電顯示器。 (a)對於內變遷（亦即，初始及最後狀態落在一受限群之 中間灰階內的變遷）而言，|/| < 5。 -26 - 137,441.4 本發明能以在Rj與Rk間之針對變遷的波形積分限制來 實施，其中Rj及Rk屬於一組中間灰階，以及當Rj及Rk兩 者或其中一者不屬於該中間灰階組時，此限制未必符合灰階 Rj及Rk間之變遷。該中間灰階組可以是不在任何極端1 /4 . 灰階（亦即，最黑25%或最白25%)(或在雙色顯示器中之均等 物）中之所有灰階的組。例如：在一4-灰階顯示器中，該兩 個中間灰階係在該中間灰階組中，以及該兩個極端灰階不在 該中間灰階組中。在一 3 2階灰度中，該中間灰階組可以包 φ 括除4個最黑及4個最白灰階之外的所有灰階。 (b)對內變遷而言，μι^。 在此情況中，如前段所界定，該等內變遷遵循較一般的 積分限制。 如以上所述，本發明係有關於該所選擇積分値I、J或 Jd之減少。雖然上面已以絕對脈衝値（亦即，伏特.秒）界定該 等積分之最大允許値，但是在至少某些情況中，或許考量相 關於用以驅動該顯示器之一像素從一極端光學狀態至另一 ^ 光學狀態的變遷脈衝之大小（如上所界定）的積分値會比較 實際。例如：從上述一些E Ink專利及申請案得知可藉由3 00 毫秒之15伏特脈衝將某些膠囊化電泳介質從一極端光學狀 態驅動至其它光學狀態。對於此一變遷而言，該變遷脈衝（表 •示成爲G〇)係4.5伏特·秒。至於爲了本發明之目的對任何所 給定變遷認爲該所選擇積分値I、J或Jd爲小値而言，此積 分通常應該約小於該變遷脈衝之40%，期望約小於該變遷脈 衝之30%，以及最好是約小於該變遷脈衝之20% »在非常需 -27 - 1374414 要之情況中，甚至可限制該積分値約小於該變遷脈衝之 10%。當該顯示器之每一像素能具有大量的灰階（8個或更多） 時，明顯易知在相鄰灰階間之某些變遷的選擇積分値相對於 變遷脈衝係小的。例如：即使僅使用一具有固定電壓及極性 之單一驅動脈衝來實現在一 8灰階像素中從灰階4至灰階5 之變遷，但是對此一變遷之積分値通常小於該變遷脈衝之 20%。然而’因爲一變遷所產生之一殘留電壓對—個或多個 隨後變遷會有不利影像，所以發現針對一驅動方案之所有變 遷（亦即’足以在一像素之各種灰階間實施所有可能變遷之 —組波形）使該選擇積分値維持在小數値係重要的，以及因 此本發明提供一種使用此一驅動方案以驅動一光電顯示器 之方法。 本發明亦可應用至多種波形及驅動方案。一波形結構可 藉由參數來設計，針對這些參數之不同數値來計算其J値， 以及選擇適當參數値以最小化J値，因而減少該波形之DTD。 【圖式簡單說明】

第1圖係一顯示隨著一顯示器之一像素的光學狀態之時 間而變化的圖形。 第2圖顯示一具有兩對脈衝之波形。 第3圖顯示第2圖所示之波形的變化。 第4圖顯示第2圖所示之波形的另一變化。 【主要元件符號說明】 〇 - -28 -

Claims (1)

137^414 s 第 94108946 號

用於驅動雙穩態之光電顯示器的方法」專利案 (2012年6月26日修正） 十、申請專利範圍： 1. 一種驅動一具有至少一像素之雙穩態光電顯示器的方 法，其包括施加一波形V(t)至該像素，其特徵在於： Γ J = \v{t)M{T~t)dt 小於1伏特.秒。（其中T係該波形之長度，該積分係在 該波形之期間實施，v(t)係爲時間t之函數的波形電壓， 以及M(t)係一記憶函數，其特徵在於減少在時間零時從_ 短脈衝所產生之殘留電壓引起停留時間相依性的效能。） 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中j小於〇.5伏特.秒。 3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中J小於0.1伏特·秒。 4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之方法，其中該波形 包括一具有電壓、極性及持續時間之第—脈衝以及一具有 相同電壓大小、相反於該第一脈衝之極性及大致上小於該 第一脈衝之持續時間的第二脈衝。 5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之方法，其中j係由 下列方程式來計算： y = |F(〇exp^-— 其中τ係一預定衰減（鬆弛）時間。 6. 如申請專利範圍第5項之方法’其中該預定時間τ係在〇2 至2秒間之範圍內。 1374414 修正本 7. 如申請專利範圍第6項之方法’其中該預定時間τ係在0.7 至1 . 3秒間之範圍內。 8. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之方法，其中該波形 包括兩對脈衝，每一對之脈衝具有大致上相同電壓大小及 相同持續時間但具有相反極性’以及該第二對之脈衝具有 比該第一對之脈衝長之持續時間，該兩個脈衝對係以下列 任一次序來施加：' (a) 該第一對之第一脈衝；該第二對之第一脈衝；該第 φ 二對之第二脈衝；及該第一對之第二脈衝。 (b) 該第一對之第一脈衝；該第一對之第二脈衝；該第 * 二對之第一脈衝；及該第二對之第二脈衝。 9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該波形進一步包括一 第三對之脈衝，該第三對之脈衝具有大致上相同電壓大小 及相同持續時間但具有相反極性，以及該第三對之脈衝具 有比該第二對之脈衝短之持續時間，該第三脈衝對係以下 列任一次序來施加： φ (a)該第一對之第一脈衝：該第三對之第一脈衝；該第 三對之第二脈衝；該第二對之第一脈衝；該第二對之第二 脈衝；以及該第一對之第二脈衝。 * (b)該第一對之第一脈衝；該第三對之第一脈衝；該第 ' 三對之第二脈衝：該第一對之第二脈衝；該第二對之第一 脈衝；以及該第二對之第二脈衝。 10.如申請專利範圍第1項之方法，其中M(t)=l或M(t)係下 面多個指數函數之總和： 1374414 鬌 修正本 Μ ⑺=Σα* exPH/r*) *=1 其中在N個指數項之總和中之每一項具有振幅ak及衰 減時間τΐς。 11.如申請專利範圍第1至3項中任一項之方法，其中該光電 • 顯示器中之每一像素能顯示至少4個灰階，以及該積分J • 之絕對値針對在一內群之灰階（不包括兩個極端灰階）中之 —的變遷開始及結束維持在1.伏特.秒以下，然而對於其它 變遷則無需維特在1伏特·秒以下。 ® 12.如申請專利範圍第1至3項中任一項之方法，其中該顯示 - 器包括一電泳光電介質，該電泳光電介質包括在一懸浮流 體中之複數個電性充電粒子及能夠在施加電場至該懸浮 流體時經由該懸浮流體移動。 1 3 _如申請專利範圍第1 2項之方法，其中該懸浮流體是氣體。 14_如申請專利範圍第12項之方法，其中該等充電粒子及該 懸浮流體係局限在複數個膠囊或微胞中。 15. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之方法，其中該顯示 ^ 器包括一旋轉雙色構件或電鉻介質。 16. —種驅動一具有至少一像素之雙穩態光電顯示器的方 - 法，該方法之特徵在於施加一波形V(t)至該像素，以致於： Γ+Δ - Jd= jv(t)M(T + ^-t)dt Ο 小於1伏特·秒。（其中Τ係該波形之長度，該積分係在 該波形之期間實施，v(t)係爲時間t之函數的波形電壓， M (t)係一記憶函數’其特徵在於減少在時間零時從一短脈 1374414 I « • 修正本 衝所產生之殘留電壓引起停留時間相依性的效能，以及A 係一小於該週期T之正週期。） 17. 如申請專利範圍第16項之方法，其中a小於0.25Ί^ 18. 如申請專利範圍弟17項之方法，其中a小於〇·ΐ5Τ。 .19. 一種驅動一具有至少一像素之雙穩態光電顯示器的（第三） 方法’該像素能顯示至少3個不同光學狀態，該方法包括 施加一組足以促使該像素在其不同光學狀態間遭遇所有 可能變遷之波形V(t)至該像素，該方法之特徵在於施加該 φ 組之所有波形，以致於： Γ+Δ Jd= \V{t)M{T + ^-t)dt * 0 小於該變遷脈衝之4〇%。（其中T係該波形之長度，該 積分係在該波形之期間實施，V(t)係爲時間t之函數的波 形電壓’ M(t)係一記億函數，其特徵在於減少在時間零時 從一短脈衝所產生之殘留電壓引起停留時間相依性的效 能，以及Δ係一小於該週期T或〇之正週期。） φ 2 0.如申請專利範圍第19項之方法，其中對於該組之所有波 形而言，該積分値Jd小於該變遷脈衝之30%。 21·如申請專利範圍第20項之方法，其中對於該組之所有波 形而言，該積分値Jd小於該變遷脈衝之2 0%。 22.如申請專利範圍第21項之方法，其中對於該組之所有波 形而言，該積分値Jd小於該變遷脈衝之10%。