TWI443632B - 顯示單元的驅動方法 - Google Patents

Description

顯示單元的驅動方法

本發明主要揭示一種顯示單元的驅動方法，特別是指一種能保護該顯示單元並增加對比度的帶電粒子驅動方法。

本領域技術是基於具有兩電極及隔間所組成的封閉空間之內，至少有一電極是透明的，且這空間之內會具有至少一種顏色的帶電粒子，經由調整施加於兩電極上面的不同電壓大小與極性，產生電場來移動粒子，茲舉例如下：請參考第1圖，其係習知技術一種顯示單元及該顯示單元的驅動方法示意圖。習知技術可能有兩種略有差異的驅動方法，分別如第1圖上、下半部所示，為描述便利本揭露書先以上半部為例提出說明。如圖式，顯示單元1至少包括一第一電極11、一第二電極13、一第一粒子15及一第二粒子17，其中該第一電極11及該第二電極13相互保持該一適當閒距使該第一粒子15及該第二粒子17充塞於該第一電極11及該第二電極13與裝置本體(未繪示)所定義之一容置空間內。藉由同時或分別施加電壓於該第一電極11及第二電極13，使該第一電極11及第二電極13間產生一電壓差(或電場)V2，因而驅動該第一粒子15及該第二粒子17運動，在此例，該第一粒子15是朝該第二電極13移動，以及該第二粒子17是朝該第一電極11移動。

請繼續參閱第1圖，習知技術的驅動方法為求更佳對比結果，會以PWM的方式來做驅動，並且調整ON/OFF的時間、比例與Pulse數目來達到所需的對比度。希望在ON的時間之內，所施加的電場能讓粒子移動，並且在OFF的時間之內，關閉兩端電壓，讓粒子不再受外部電場影響，能夠以在ON的時間之內所獲得的能量來繼續前進，直到能量消失為止。同理，對於第1圖下半部所述驅動方法，則是先在第一電極11及第二電極13間產生一與前述V2反向之一電壓差-V1，驅動該第一粒子15從該第一電極11處往該第二電極13處移動，以及該第二粒子17從該第二電極13處往該第一電極11處移動。當然，第1圖下半部所述驅動方法仍以PWM的方式來做驅動，並且調整ON/OFF的時間、比例與Pulse數目來達到所需的對比度，其餘作動方式則不再贅述。

承上所述，要讓能量消失的方式至少有三種：(1)粒子與粒子間的相互作用力影響而停止；(2)撞擊其他粒子或是電極隔間牆而停止；以及(3)與兩電極與隔間所形成的密閉空間中的介質相互作用力而停止而因為粒子本身特性、起始位置、分布均勻度、吸引力與互斥力的關係，通常會施加單次且較長驅動時間的Pulse是改採多次驅動Pulses的方式，來克服這些變數，使得驅動結束之後，粒子能在另外一端電極上停止，且均勻分布。因此ON的時間越長，粒子所獲得的能量也越大，這種能量作用在粒子上，產生三種現象：(1)粒子還在移動，在下一次ON的時間之內所獲 得的能量會讓粒子繼續加速前進；(2)粒子呈現靜止狀態，並且與電極接觸，在下一次ON的時間之內所獲得的能量會讓粒子繼續向電極方向擠壓；以及(3)如果有不同極性的粒子在同一空間之內，此時有可能不同極性的粒子在上一次的驅動結束之後就相互吸引，而在下一次ON的時間之內所獲得的能量會抵銷掉粒子間的相互吸引力，讓粒子分開，到相對應的電極去。而在OFF的時間之內，電場會停止對粒子的作用力，讓粒子繼續以從ON時間內所獲得的能量繼續前進或是與其他粒子及電極間的相互作用力來移動達到穩定的狀態。

然而，上述三種現象均會有以下幾種缺失：(1)在ON的時間之內所獲得的能量不足與讓粒子克服粒子間或是電極的相互作用力；(2)粒子高速撞擊電極，或是撞擊其他粒子，造成粒子位置偏移或是反彈，及粒子與電極的永久性破壞；以及(3)粒子不斷被電場擠壓會造成本身形變，與電極間接觸面積變大，造成電極或是粒子本身結構或是帶電特性改變。

第2A、2B及2C圖分別為習知技術常用三種驅動方法示意圖。請參閱第2A圖，習知技術(1)使用較長ON時間的單根Pulse的驅動方法，會讓粒子以最高速度撞擊其他粒子與電極，並且繼續擠壓粒子，這有可能會造成粒子與電極的永久性破壞。

請參閱第2B圖，習知技術(2)使用較短ON時間的多根Pusles的驅動方法，會固定ON/OFF時間的比例，讓粒子 以較低的能量前進，並且在OFF的時間之內讓粒子與電極間相互作用使其穩定下來。這種方法會因為需要較長的OFF時間，所以驅動時間會較長。

請參閱第2C圖，習知技術(3)是調整ON的時間長短來讓粒子快速移動到另外一端的電極，來減少驅動耗時。但是此方法無法避免粒子高速撞擊粒子與電極的現象。

本發明主要目的在於提供一種顯示單元的驅動方法，在驅動過程當中，提供一組與ON驅動時間之內相反極性的電場，讓粒子在OFF的時間之內獲得反相電場來：(1)減低粒子撞擊粒子與電極的能量，減少損耗，提高粒子與電極壽命；以及(2)施加反向電壓時，提供之反向電場來抵減粒子與粒子及粒子與電極間的吸引力，讓粒子較容易受到其他粒子或是電極間的作用力影響而移動，但是又不讓粒子因此脫離電極，此作用力可以讓粒子排列時間更短，更容易且更加整齊。或是讓在ON時間之內，在電極上受到擠壓的粒子，可以回復原先形狀，減少與電極間的接觸面積。

驅動過程中新增加一組與ON的反向電壓/電場，再配合單根/多根Pulses的驅動方式，可以大幅度的減少驅動耗時，減少粒子撞擊與變形，提高使用壽命，且粒子排列更加整齊，獲得更高的對比度。

第3圖為本發明一種顯示單元及該顯示單元的驅動方法示意圖。如圖所示，本發明主要應用在顯示單元之技術領域，顯示單元例如是電子紙或具帶電顯示顆粒之類似裝置。本發明同樣提供兩種略有差異的驅動方法，分別被繪示於第3圖的上、下半部波型圖及對應的顯示裝置示意圖，為便於說明先以第3圖上半部所示的驅動方法為例。

如第3圖上半部所示。顯示單元2至少包括相對設置且保持一距離之一第一電極21及一第二電極23。而該第一電極21及該第二電極23與顯示裝置2本體所共同界定的封閉空間內具有兩種帶不同電性及顏色的粒子，在此實施例中不同電性的粒子例如為第一粒子25及第二粒子27，為了便於示意，各種粒子僅繪示一粒，特此說明。其中，該第一粒子25例如為白色帶負電，該第二粒子27例如為黑色帶正電。該顯示單元2至少有一面是透明的，可以讓光線穿透進來，經由不同顏色粒子的表面反射回去，所以接近穿透面的粒子分佈多寡及顏色，就會讓顯示單元2顯示出不同的顏色或是灰階度，在此實施例中該透明面例如是第一電極21所在之面。在驅動之前的靜止狀態，該第一粒子25例如是部分貼附於該第一電極21上，該第二粒子27例如是部分貼附於該第二電極23上，而第3圖上半部(及下半部)所繪示的狀態，是驅動開始之後粒子的運動方向及位置，詳如後述。

而改變粒子位置則由調整施加在各電極上的電壓大小、維持時間及極性等來決定。本實施例中，例如當在第一電極21施加負電，以及在第二電極23施加正電，此時會形成一個電壓差(或電場)V2，此電壓差V2強度一但大於粒子吸附在電極的吸引力，以及粒子與粒子間的吸引力，就會讓粒子開始順著電場移動，此時原部分貼附於第二電極23上之第二粒子27，會開始往第一電極21靠近(或移動)；反之，原部分貼附於第一電極21上之第一粒子25，則開始往第二電極23靠近(或移動)。此時使用者由第一電極21的透明面外側看起來就會顯示出黑色，反之亦然。因此，要讓粒子開始移動，電場強度就至少要大於粒子與電極所形成的吸引力，施加電壓就必須夠大，而大於此臨限電壓(Threshold Voltage)之後，粒子會開始受到電場的影響及本身帶電的大小，形成一種推力開始移動，再加上施加電壓的時間的影響(Fe=qE=ma；v=at)，在關閉施加電壓之後，粒子本身會根據最後所獲得的速度繼續飛行，直到：(1)受到與其他粒子的相互作用力影響而減速至停止；或是(2)直接撞擊電極而停止。

上述第一種方式因為是非接觸力的影響，對於粒子本身特性上並不會有太大影響，但是這種相對排斥或吸引力有機會會讓粒子改變移動路徑，造成混亂，影響到粒子是否能排列整齊，及相對位置。

上述第二種方式因為是以相對高的速度來直接撞擊電極，在撞擊的時候能量會相對影響到粒子與電極，可能會 造成粒子及電極本身物理材質上的永久破壞，而粒子接觸電極時會在接觸面上面產生某種程度的電性中和，會讓粒子帶電特性受到些微影響，而直接撞擊時會讓粒子產生形變，導致與電極間的接觸面積變大，電性中和的區域也變大，粒子帶電特性會受到更大的影響。而粒子多次撞擊電極之後，會對電極產生用久性破壞，影響電場產生的強度，甚至這種撞擊在較軟的面板材質(Flexible type)上會產生震盪，震盪的震波有可能會影響到其他顯示區域的粒子排列結果或是產生聲響。

這些問題主要的發生原因就是習知技術在粒子在移動過程中，採用粒子相互作用力及直接撞擊電極來做停止移動的動作，而電場強度不夠時，粒子飛行距離不夠，或是能量不足，無法推擠開其他在電極上的粒子，排列就會不整齊，造成對比度變差。而使用較大的驅動電場就會產生問題如前言所敘。本發明主要用來改善這些缺點，茲敘述如下：請同時參閱第3、4A及4B圖，其中第4A及4B圖分別為第3圖所示顯示單元的兩種驅動方法示意圖。如圖所示，E1/Eb/E2分別代表為因為兩電極21及23不同電壓所產生的電場強度，正負值則代表電場方向或電壓差數值，本實施例為V2/-V1。Ton/Toff_1/Toff_2/Treverse則代表電場施加時間。因此，以第3圖上半部為例，本發明提供的驅動方法至少包括下列步驟：(1)施加一第一電壓差V2於該第一及第二電極21、 23之間，以使該第一粒子25朝該第二電極23方向移動；(2)停止施加該第一電壓差V2；以及(3)施加一第二電壓差-V1於該第一電極21及第二電極23之間，該第二電壓差-V1與該第一電壓差V2之極性相反，故得以驅動該第一粒子25朝該第二電極23方向作減速運動。

其中在上述步驟(1)、(2)、(3)，仍可同時對第二粒子27做相同的驅動，而第二粒子27與第一粒子25電性相反，故在上述步驟(1)、(2)、(3)所呈現的運動方式，均應對應第一粒子25相反而為之。另外，施加第一及第二電壓差V2/-V1時，均可包括單獨施加該些電位差V2/-V1於該第一電極21或該第二電極23，或施加不同電位於該第一電極21及第二電極23使其總和電壓差達到所需極性及數值。再者，上述步驟(3)若經適當電壓差、時間等控制，可使該第一粒子25在運動後輕靠、停止、或部分貼附於該第二電極23，以及可使第二粒子27在運動後輕靠、停止、或部分貼附於該第一電極21，因此達到保護粒子及電極免於遭受碰撞破壞的效果。上述多種操作，均應為業界從業人員能輕易思及者，故不贅述。

承上所述，本發明主要的特點在於，新增加一種與Ton時間之內的驅動電場的反向電場，讓粒子25及27獲得一組可調整的非接觸式的反作用力來：(1)減速；以及(2)減 少粒子與粒子或是粒子與電極間的相互吸引力。這組相反電場施加時間、電場強度、施加次數可依照所需反射率、上下兩電極間隔、粒子材質特性、粒子起始位置、溫度等等外在設備條件來做調整。並且可配合單根/多根Pulse輸出的驅動方法來達到更加的顯示結果。

請參閱第5圖，為使用本發明驅動方法相對習知技術驅動方法，在對比度及驅動時間上的比較圖表。以下為第5圖的實驗數據圖表：

(1)兩組測試條件為Pulse number=20，連續輸出20根Pulse，Ton為100μs，其中μs指時間單位的微秒。

(2)其中第5圖上方線為本發明的驅動方法，其Toff_1為150μs，不輸出反向電壓。

(3)其中第5圖下方線為習知技術的驅動方法，其Toff_1為0μs，Treverse為50μs，Toff_2為10μs。

由第5圖的圖表可知，當使用本發明的驅動方法之後，在同樣時間之內可以得到更佳的對比度，而使用本發明也可以得到更高的對比度，也就是說本發明不但可以提升對比度，且還可以節省不少時間。另外，亦可參閱附表一、二及三，其係分別為使用本發明驅動方法相對習知技術驅動方法，在驅動時間、對比度及耗時等實驗數據之比較表。由該些附表亦可驗證上述說法，足證本發明提供的驅動方法具有相對習知技術更佳的顯示效果。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附申請專利範圍所界定者為準。

1,2‧‧‧顯示單元

11,21‧‧‧第一電極

13,23‧‧‧第二電極

15,25‧‧‧第一粒子

17,27‧‧‧第二粒子

第1圖為習知技術一種顯示單元及該顯示單元的驅動方法示意圖；第2A、2B及2C圖分別為習知技術常用三種驅動方法示意圖；第3圖為本發明一種顯示單元及該顯示單元的驅動方法示意圖；第4A及AB圖分別為第3圖所示顯示單元的兩種驅動方法示意圖；第5圖為使用本發明驅動方法相對習知技術驅動方法，在對比度及驅動時間上的比較圖表；以及附表一、二及三分別為使用本發明驅動方法相對習知 技術驅動方法，在驅動時間、對比度及耗時等實驗數據之比較表。

2‧‧‧顯示單元

21‧‧‧第一電極

23‧‧‧第二電極

25‧‧‧第一粒子

27‧‧‧第二粒子

Claims (13)

1. 一種顯示單元的驅動方法，該顯示單元包括相對設置且保持一距離之一第一電極及一第二電極，以及具極性之一第一粒子，該第一粒子散佈於該第一電極及第二電極之間，其中該驅動方法包括以下步驟：施加一第一電壓差於該第一及第二電極之間，以使該第一粒子朝該第二電極方向移動；停止施加該第一電壓差；以及施加一第二電壓差於該第一電極及第二電極之間，該第二電壓差與該第一電壓差之極性相反，以驅動該第一粒子朝該第二電極方向作減速運動。
2. 如申請專利範圍第1項所述的驅動方法，其中施加該第一電壓差前，該第一粒子部分貼附於該第一電極上。
3. 如申請專利範圍第1項所述的驅動方法，其中該第一粒子受該第一電壓差驅動，朝該第二電極方向以等速度或加速度移動。
4. 如申請專利範圍第1項所述的驅動方法，其中施加該第一電壓差包括單獨施加該電位差於該第一電極或該第二電極，或施加不同電位於該第一電極及第二電極。
5. 如申請專利範圍第1項所述的驅動方法，其中施加該第二電壓差包括單獨施加該電位差於該第一電極或該第二電極，或施加不同電位於該第一電極及第二電極。
6. 如申請專利範圍第1項所述的驅動方法，更包括使該第一粒子停止並貼附於該第二電極之表面。
7. 如申請專利範圍第1項所述的驅動方法，其中該第一粒子是白色帶負電。
8. 如申請專利範圍第1項所述的驅動方法，其中更包括一第二粒子散佈於該第一電極及第二電極之間，該第二粒子與該第一粒子具不同極性。
9. 如申請專利範圍第8項所述的驅動方法，更包括使該第二粒子停止並貼附於該第一電極之表面。
10. 如申請專利範圍第8項所述的驅動方法，其中該第二粒子是黑色帶正電。
11. 如申請專利範圍第8項所述的驅動方法，其中施加該第一電壓差前，該第二粒子部分貼附於該第二電極上。
12. 如申請專利範圍第11項所述的驅動方法，其中該第一電壓差足以克服該第一粒子或第二粒子受該第一電極或第二電極之吸引力。
13. 如申請專利範圍第12項所述的驅動方法，其中該第一電壓差大於臨限電壓。