TWI430225B - Electrophoretic display and its screen update method - Google Patents

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Description

電泳顯示器及其畫面更新方法
本發明係有關一種電泳顯示器(ElectroPhoretic Display;EPD)，特別是關於一種EPD的畫面更新方法。
與其他種類的顯示器相比，EPD具有較低功耗的優點，但卻有驅動方式較複雜的缺點。對EPD而言，要將一個像素從某個灰階改變為另一個灰階，其驅動信號不只要考慮最終的灰階，還要考慮初始的灰階，例如M.Johnson等人的“High Quality Images on Electronic Paper Displays”,SID 05 Digest 1666(2005)參照。
以圖1所示的主動矩陣式EPD為例，在控制EPD 10更新畫面時，主機12將新畫面傳送至時序控制器14，時序控制器14利用記憶體16分別儲存新、舊畫面，再根據每一個像素的新、舊灰階值從快閃記憶體18查出相對應的驅動波形，然後產生控制信號給EPD面板20，由列驅動器22循序驅動列電極24，行驅動器26提供特定的電壓給行電極28。在EPD面板20中，每一條列電極24與每一條行電極28相交處有一個像素30，每一個像素30配置一個薄膜電晶體32，其閘極、源極與汲極分別連接該像素30的列電極24、行電極28與像素電極，因此可選擇性地施加電壓到該像素30，以產生電場驅動該像素30的電泳粒子遷移，因而使該像素30變亮或變暗。以圖2所示的微膠囊雙元粒子系統為例，在兩平行電極34及36之間夾著微膠囊38，其內有懸浮的黑粒子40及白粒子42，二者攜帶相反電性的電荷，因此施加電壓V在電極34及36上可驅動黑粒子40及白粒子42分別往相反的方向移動。當黑粒子40越接近觀視側，例如在電極34的那一側，像素30所呈現的顏色越黑，反之，當白粒子42越接近觀視側，像素30所呈現的顏色越白，因而可藉控制黑粒子40及白粒子42的位移表現不同的灰階。黑粒子40及白粒子42的位移，以及因而衍生的光學狀態的變化，與電壓V對時間的積分(稱為電壓脈衝)為正相關，例如R. Zehner等人的“Drive waveforms for active matrix electrophoretic displays”,SID 03 Digest 842(2003)參照。回到圖1，從任一個灰階改變為另一個灰階的驅動波形，係以檢索表的形式儲存在記憶體18中，供時序控制器14讀取，例如H. Gates等人的“High Performance Active Matrix Electrophoretic Display Controller”,SID 08 Digest 693(2008)參照。以圖3所示的16灰階系統為例，初始的灰階有16種，最終的灰階也有16種，因此共有16×16=256種灰階改變方式，亦即需要256種驅動波形。在現有的EPD中，如圖4所示，其驅動方式係將電泳粒子從目前的位置經過多個框架的驅動遷移到目標灰階對應的位置，過程中包含反復驅動電泳粒子，使其逐漸到達目標灰階對應的位置。這種驅動方式非常複雜且耗時，而且因為框架數量多而導致耗電量較多。
此外，如果一個框架的驅動波形需要2個位元儲存，那麼檢索表就需要256×N×2÷8=64N個位元組(byte)的容量，而且會隨著灰階數的增加而大幅增加。其次，材料的特性會隨著溫度改變，因此檢索表需要儲存多種不同溫度下的驅動波形，例如H. Gates等人的“High Performance Active Matrix Electrophoretic Display Controller”,SID 08 Digest 693(2008)參照，造成檢索表更龐大。
由於材料的差異，同一筆灰階調整的驅動波形無法適用全部的EPD面板，因此每一批產品都要重新設定檢索表，不適合大量生產。
上述的驅動方式對EPD面板的亮度調整也有不利的影響，這是因為亮度由電泳粒子的位置決定，一旦要改變每個灰階的亮度差異，則所有的驅動波形都必須更新。
本發明的目的之一，在於提出一種EPD及其畫面更新方法。
本發明的目的之一，在於提出一種畫面更新較快的EPD及其畫面更新方法。
本發明的目的之一，在於提出一種較省電的EPD及其畫面更新方法。
本發明的目的之一，在於提出一種減少檢索表容量的EPD及其畫面更新方法。
本發明的目的之一，在於提出一種簡化亮度調整的EPD及其畫面更新方法。
根據本發明，一種EPD包括EPD面板，時序控制器連接該EPD面板，快閃記憶體連接該時序控制器，該快閃記憶體以檢索表的形式儲存變動一個灰階的驅動波形。在更新畫面時，先抹除該EPD面板上舊畫面的殘影，再連續開啟多個框架，每一個框架只變動一個灰階，以逐步將所有像素調整至其各自所要的灰階。
由於每一個框架只變動一個灰階，因此簡化畫面的更新，也減少框架的數量，因而加快更新畫面的速度，且減少耗電。由於只儲存變動一個灰階的驅動波形，因此大幅減少檢索表的容量。更進一步地，使用此驅動方式，調整系統時脈的頻率即可調整每個灰階的亮度差異。
如圖2所示，電泳粒子40及42的位移dL是電壓V及其施加時間長度的函數，例如R.Zehner等人的“Drive waveforms for active matrix electrophoretic displays”,SID 03 Digest 842(2003)參照，因此可事先規劃每變動一個灰階所需的電壓脈衝。例如，圖5是T. Whitesides等人在"Towards video-rate microencapsulated dual-particle electrophoretic displays,"SID 04 Digest 133(2004)中揭示的，不同電壓及脈衝長度與亮度變化dL*之間的關係，其中脈衝長度表示施加電壓的時間長度，L*係在CIELAB標準中定義的亮度(lightness)單位。從圖2及圖5可知，灰階可由
dL*=v×t=kV×t　公式1
決定，其中ν為電泳粒子40及42的移動速度。在理想狀況下，亮度變化dL*與電泳粒子40及42的移動時間t成正比，亦即k是常數。但實施上dL*的特性曲線不是線性的，如圖5所示。不過從dL*的特性曲線可以訂出每變動一個灰階所需的電壓脈衝，例如在某個電壓V所需的脈衝長度t。以此為基礎，將所有變動一個灰階所需的驅動波形儲存在圖1的快閃記體18中。當調整像素30的灰階時，連續開啟多個框架，施加相對應的驅動波形到像素30，每一個框架只變動一個灰階，直到像素30達到想要的灰階。
圖6係根據本發明的一個方法實施例。參照圖1及圖6，在更新畫面時，先由步驟S1抹除目前畫面的殘影。在這個步驟中，時序控制器14開啟數個框架，對EPD面板20的所有像素30施加重設電壓脈衝，較佳者，包含至少一次黑白交替。接著步驟S2將所有像素30調整至相同的灰階，例如參照圖7，全部的像素30都調整至灰階0，如虛線44所示，或灰階15，如虛線46所示，灰階7，如虛線48所示。回到圖1及圖6，最後步驟S3連續開啟多個框架，每一個框架只變動一個灰階，逐步將所有像素30調整至其各自所要的灰階。例如參照圖8，要將像素調整到灰階15，不論其初始灰階為何，先經抹除，然後連續開啟16個框架，在第1個框架後調整到灰階0，在第2個框架後調整到灰階1，依此類推，直到第16個框架後調整到灰階15。如圖8所示，在一個16灰階的系統中，最多只需要16個框架便可完成所有像素的灰階調整，再加上先前抹除的框架，其框架總數比習知的驅動方式少，因此畫面更新的速度較快，也較省電。參照圖9，要將像素調整到灰階3，其過程與圖8相同，但是在第4個框架後已經達到灰階3，後續的框架即不再對該像素施加電壓，該像素保持灰階3直到16個框架結束。其他灰階的像素也是相同的情況，任何一個像素在達到其目標灰階後便不再變動，只有尚未達到目標灰階的像素會在後續的框架中繼續每一個框架變動一個灰階。由於較低灰階的像素較早停止變動其灰階，因此更進一步省電。圖10顯示另一種狀況，在抹除後全部的像素都調整到灰階15，然後也是每一個框架變動一個灰階，目標為灰階0的像素經過16個框架達到灰階0。在圖11中，全部的像素在抹除後都先調整至灰階7，然後連續開啟多個框架，目標低於灰階7的像素經每一個框架降低一個灰階，目標高於灰階7的像素經每一個框架增加一個灰階，如此更進一步減少框架的數量。
如前所述，電泳粒子的位移取決於電壓脈衝。如果施加的電壓較高，則所需的脈衝長度便較短，反之亦然。又因為dL*特性曲線的非線性，即使施加相同的電壓，從不同的灰階變動一個灰階所需的時間也未必相同。因此，不同框架的時間長度未必相同，不同框架的驅動電壓也未必要相同，每一個框架的時間長度及驅動電壓由系統設計者決定。不過在一個系統中，每一個框架的時間長度都是以系統時脈為基礎產生的，因此可以利用這項特點來調整EPD面板的灰階差異。因為每一個框架變動一個灰階，所以在相同的驅動電壓下，改變框架的時間長度即改變一個灰階變動的亮度。例如圖12所示，時序控制器14包含壓控振盪器50提供系統時脈CLK，該系統時脈CLK即為決定框架的時間長度的基礎。當要調整EPD面板20的亮度時，可以調整系統時脈CLK的頻率，因而改變每一個框架的時間長度。例如圖13所示，系統時脈從CLK1變成CLK2，其頻率提高，所以施加到EPD面板20的每一個框架的時間長度都會縮短，於是每一個框架期間電泳粒子移動的時間變短，在相同的電壓驅動下，其位移縮短。參照公式1，時間t的縮短將使灰階的差異變小，因此可藉由調整系統時脈CLK的頻率來改變每個灰階的細緻度。
在不同的實施例中，不改變系統時脈CLK的頻率，而是改變每一個框架對應時脈計數的數量。例如，原來一個框架的時間長度相當於50個時脈計數，將其減少為40個時脈計數，即縮短其時間長度20%。
現在檢視檢索表的容量。在一個16灰階的系統中，檢索表只需要儲存16個框架的驅動波形。如果每一個框架所對應的頻率階以4個位元儲存，則檢索表需要16×4÷8=8個位元組的容量，遠低於習知檢索表的容量。
10．．．EPD
12．．．主機
14．．．時序控制器
16．．．記憶體
18．．．快閃記憶體
20．．．EPD面板
22．．．列驅動器
24．．．列電極
26．．．行驅動器
28．．．行電極
30．．．像素
32．．．薄膜電晶體
34．．．電極
36．．．電極
38．．．微膠囊
40．．．黑粒子
42．．．白粒子
44．．．灰階0
46．．．灰階15
48．．．灰階7
50．．．壓控振盪器
圖1係主動矩陣式EPD的示意圖；
圖2係微膠囊雙元粒子系統的示意圖；
圖3係16灰階系統的灰階改變方式的示意圖；
圖4係習知的EPD驅動方式的示意圖；
圖5係不同電壓及脈衝長度與亮度變化之間的關係圖；
圖6係根據本發明的一個方法實施例；
圖7係將所有像素調整至相同灰階的示意圖；
圖8係將像素調整到灰階15的過程；
圖9係將像素調整到灰階3的過程；
圖10係將像素調整到灰階0的過程；
圖11係將雙向調整灰階的過程；
圖12係可調整灰階的變動亮度的EPD的示意圖；以及
圖13係兩種系統時脈頻率的示意圖。

Claims (10)

  1. 一種電泳顯示器，包括：電泳顯示器面板，含有多個像素；時序控制器，連接該電泳顯示器面板；以及快閃記憶體，連接該時序控制器，儲存該多個像素變動一個灰階的驅動波形；其中，在更新畫面時，該時序控制器從該快閃記憶體讀取需要的驅動波形，產生控制信號給該電泳顯示器面板，將該多個像素調整至一相同的灰階，再連續開啟多個框架，每一個框架只變動一個灰階，逐步將該多個像素調整至其各自所要的灰階。
  2. 一種電泳顯示器的畫面更新方法，包括下列步驟：(A)抹除舊畫面的殘影；以及(B)連續開啟多個框架，每一個框架只變動一個灰階，以逐步將要更新的像素調整至其各自所要的灰階。
  3. 如請求項2之畫面更新方法，其中該步驟A包括對該電泳顯示器的全部像素施加重設電壓脈衝。
  4. 如請求項2之畫面更新方法，其中該步驟B包括將該電泳顯示器的全部像素先調整至同一灰階。
  5. 如請求項2之畫面更新方法，其中該步驟B包括將該電泳顯示器的全部像素先調整至全黑灰階。
  6. 如請求項2之畫面更新方法，其中該步驟B包括將該電泳顯示器的全部像素先調整至全白灰階。
  7. 如請求項2之畫面更新方法，其中該步驟B包括將該電泳顯 示器的全部像素先調整至介於全黑灰階及全白灰階之間的一個灰階。
  8. 如請求項2之畫面更新方法，更包括調整該多個框架的時間度。
  9. 如請求項2之畫面更新方法，更包括調整系統時脈的頻率，以調整該多個框架的時間長度。
  10. 如請求項2之畫面更新方法，更包括調整每一個框架對應時脈計數的數量，以調整該多個框架的時間長度。
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