CN100559444C - 通过选择图像间电位差的特征减少残留电压的电泳显示器 - Google Patents

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Abstract

一种电泳显示板(1)包括多个图像元素(2)、具有带电粒子(6)的电泳介质(5)以及与每个图像元素(2)相关联的用于接收电位差的第一和第二电极(3，4)。由于显示板(1)是可寻址的，所以对于每个图像元素(2)来说可以从控制器(102)中读取电压与图像电压持续时间的乘积。在一个或多个图像更新周期之后，将存在由每个图像元素(2)看到的总能量所产生的历史记录。通过将反馈回路引入到控制器(102)来实现DC平衡，该反馈回路通过为每个图像元素(2)施加具有与存储器(104)中所存储的数值相反的极性的一个或多个高电压短脉冲试图将存储器(104)中所存储的数值减为零。

Description

通过选择图像间电位差的特征减少残留电压的电泳显示器
本发明通常涉及电泳显示器，其中微小有色粒子在电极之间的流体中移动。
电泳显示器包括由流体中带电粒子组成的电泳介质、设置在矩阵中的多个图像元素(picture element)(像素)、与每个像素相关联的第一和第二电极以及电压驱动器，该电压驱动器用于将电位差施加到每个像素的电极以导致它占有电极之间的一个位置，根据所施加的电位差值和持续时间以便显示图像。
更详细地，电泳显示器装置是具有像素矩阵的矩阵显示器，该像素与交叉的数据电极和选择电极的交点相关联。像素的灰度级或颜色级取决于特定水平的驱动电压呈现在像素上的时间。取决于驱动电压的极性，像素的光学状态从它当前光学状态连续地向两个有限情况的其中一个而变化，例如所有带电粒子的一种类型是靠近像素的底部或靠近像素的顶部。可以通过控制电压呈现在像素上的时间来获得灰度级。
通常，通过提供合适的电压给选择电极来逐行地选择矩阵显示器的所有像素。经由数据电极并行地将数据提供给与选择线相关联的像素。一次性选择矩阵显示器的所有像素所需的时间称为子帧周期。特定像素在整个子帧周期期间取决于实现所需光学状态的变化接收正驱动电压、负驱动电压或零驱动电压。如果不需要光学状态的变化，则应该将零驱动电压施加到像素上。
通常，为了产生灰度级(或者中间颜色状态)，定义的帧周期包括多个子帧并且在像素应该接收多少子帧期间通过每个像素选择一个驱动电压(正、零、或负)可以再现图像的灰度级。通常，子帧都具有相同的持续时间，但是如果期望的话可以选择该子帧而变化。换句话说，通过使用固定值驱动电压(正、零、或负)和驱动周期的可变持续时间产生典型的灰度级。
在使用电泳箔的显示器中，许多绝缘层存在于ITO电极之间，根据电位差这些层变为带电的。绝缘层上存在的电荷是由最初存在于绝缘层的电荷和电位差的随后历史记录来确定的。因此，粒子的位置不仅取决于所施加的电位差，而且取决于电位差的历史记录。结果，出现了显著的图像残留，并且根据图像数据随后显示的图像显著不同于表示图像数据的确切显示的图像。
如上所述，通常通过为特定数据周期施加电压脉冲产生电泳显示器的灰度级。图像历史记录、停留时间、温度、湿度和电泳箔的侧向不均匀性等严重影响该灰度级。为了考虑完整的历史记录，已经提出了基于转换矩阵的驱动方案。在这种布置中，需要矩阵查找表(LUT)，其中预先确定用于具有不同图像历史记录的灰度级转换的驱动信号。然而，在驱动像素从一个灰度级到另一个灰度级之后，增加残留dc电压是不可避免的，因为驱动电压电平的选择通常是基于灰度值的需要。在多个灰度转换之后特别是在积分之后，残留dc电压产生严重的图像残留并且缩短了显示器的寿命。
减少图像残留的已知方法使用提供给所有像素(在图像电压之间)的复位脉冲。复位脉冲与先前的图像电压具有相同的极性值，但是具有较短的持续时间并且在每个子帧周期之后导致被显示的图像变为完全白色或黑色。因此，因为显示器在黑色和白色之间闪烁，所以这些复位脉冲严重地减少了显示器的性能。
没有预先公布的欧洲专利申请PHNL030205FPP(已经被提交为欧洲专利申请03100575.4)描述了一种布置，其中施加到图像电压之间每个像素的复位脉冲与先前图像电压具有相反的极性，这减少了像素中不期望电荷的积累并且由于图像电压没有被撤销导致至少部分充电绝缘体。因此，显示板随后能够显示至少相对中等质量的图像。
没有预先公布的欧洲专利申请PHNL021026EPP(已经被提交为欧洲专利申请02079282.6)描述了一种可替换的布置，其中提供DC平衡电路以克服上述问题。DC平衡电路包括控制器，用于确定关于每个像素或相对小的子组像素所应用的(图像电压的)平均时间；以及用于使所施加的图像电压值和/或持续时间适应对应的像素(或子组像素)以获得零附近的平均时间值。驱动电压幅度和/或驱动脉冲的持续时间的这个控制导致减少了图像残留而不需要关于所有像素的复位脉冲，并且因此与上述现有技术方法相比，较少地干扰视觉效应。
本发明的一个目的是提供一种改进的布置。
根据本发明，提供一种显示器设备，其包括：
电泳介质，其包括流体中的带电粒子；
多个图像元素；
与每个图像元素相关联的第一和第二电极，用于接收电位差；以及
驱动装置，被设置用来：
a)提供图像电位差序列给每个所述的图像元素，每个所述图像电位差具有一个图像值和相关联的图像持续时间，它们的乘积表示使粒子能够占有用于显示图像的其中一个位置的图像能量；以及
b)在至少两个连续的图像电位差之间提供一个或多个图像间电位差，所述一个或多个图像间的电位差具有图像间的值和相关联的图像间持续时间，它们的乘积表示图像间的能量，该能量不足以实质上改变粒子的位置；
该设备还包括存储器装置，用于接收表示施加到每个图像元素的所有电位差的图像能量和图像间能量的数据并且为每个图像元素提供其累计值，设置该驱动装置以选择所述一个或多个图像间电位差的极性以便减少相应图像元素的所述累积值的幅度。
在施加到图像元素的每个图像间电位差之间优选地提供大约0.5s的时间间隔以便避免这些电位差所涉及的能量积分，并且因此确保它们导致很少或不导致光学效应。
在本发明的一个实施例中，每个图像间电位差的脉冲时间间隔是2-8ms，并且优选地在驱动装置上获得的最大电压为例如15伏/-15伏。优选地，所述图像间电位差的数值和极性被存储在存储器装置中。
因此，提出一种方法和设备，用于通过减少显示器上的残留dc来减少电泳显示器中的图像残留。在单个高电压短脉冲(即，图像间的电位差)中所涉及的能量(该能量表达为电压×时间)不足以在任何显著距离上移动粒子，因此存在很少的光学状态变化或者不存在光学状态变化。每个脉冲之间的时间间隔0.5s非常有利于避免这些脉冲中所涉及的能量积分(以便避免可视光学效应)。在该设备中提供存储器装置以存储表示来自先前图像转换的残留dc电压的数据以便可以选择这些短脉冲的数值和电压符号来平衡这些dc电压。
本发明的结果是，可以实现dc平衡驱动，这产生具有减少的图像残留的更精确的灰度级。
在本发明的一个实施例中，一个或多个图像间电位差具有在显示器中所用的图像间值。施加足够低的图像间电位差意味着，只要需要就可以应用这个电位差而基本上不改变电泳介质中粒子的位置。
参考下文所描述的实施例将显而易见本发明的这些和其它方面并且参考下文所描述的实施例说明本发明的这些和其它方面。
现在仅仅通过实例以及参考附图来描述本发明的实施例，其中：
图1是根据本发明的一个典型实施例显示板的示意性正视图；
图2是沿图1的II-II的示意性横截面视图；
图3是根据本发明的一个典型实施例设备元件的示意性框图；
图4用图说明对于本发明典型实施例的图像元素，电位差是时间的函数；
图5(a)说明了使用电压调制转换矩阵的典型随机灰度转换序列的一部分；(b)说明了与(a)相同的随机序列，但是使用具有低于阈值电压的幅度的低电压脉冲，用于根据本发明的一个典型实施例减少剩留DC电压；(c)说明了本发明实现的一个实例，其中低电压去平衡脉冲具有与驱动脉冲相反的极性；以及
图6说明了使用具有更多实际灰度转换(具有相同极性的两个连续转换(转换n+2跟随转换n+1))的电压调制转换矩阵的典型随机灰度转换序列的一部分，由此使用的低电压去平衡脉冲具有与驱动脉冲相反的极性。
优选地，如果在n+2转换之前的所有转换完全地去平衡，则区域Bn+2中电压×时间的乘积应该等于区域An+2。
图1和图2说明了具有第一基板8、相对的第二基板9和多个图像元素2的显示板1的一个典型实施例。在一个实施例中，可能基本上沿二维结构中的直线设置图像元素2。在另一个实施例中，可能将图像元素2设置在蜂窝布置中。在一个有源矩阵的实施例中，图像元素还包括开关电子设备，例如薄膜晶体管(TFT)、二极管、MIM设备等等。
在流体中具有带电粒子6的电泳介质5存在于基板8，9之间。第一和第二电极3，4与每个图像元素2相关联，用于接收电位差。在图2所示的布置中，对于每个图像元素2来说第一基板8具有第一电极3，并且对于每个图像元素2来说第二基板9具有第二电极4。带电粒子6能够占有电极3，4附近的极限位置以及电极3，4之间的中间位置。每个图像元素2具有由电极3，4之间带电粒子的位置所确定的外观。
本质上可以从例如US5961804、US6120839和US6130774中得知电泳介质并且可以从例如E Ink公司获得该电泳介质。作为一个实例，电泳介质5可能包括白色流体中带负电的黑粒子6。根据施加到电极3，4的电位差(例如15伏)，当带电粒子6在第一极限位置，即靠近第一电极3时，在从第二基板9侧观察到图像元素2的情况下图像元素2的外观例如是白色。
根据施加到电极3，4的电位差(例如-15伏)，当带电粒子6在第二极限位置，即靠近第二电极4时，图像元素的外观是黑色。当带电粒子6处于其中一个中间位置，即在电极3，4之间时，图像元素2是多个中间外观的其中一个，例如浅灰色、中间灰色和深灰色，它们是处于黑色和白色之间的灰度级。
参考图3，说明了根据本发明的一个典型实施例的示意框图。驱动器装置100包括控制器102，用于将电位差或脉冲施加到显示器1的图像元素；以及帧存储器104。另外，还提供温度传感器106。
因为显示器1是可寻址的，所以对于每个像素来说可以从控制器102中读取电压和持续时间的乘积。在一个或多个图像更新周期之后，将存在由每个图像元素看到的总能量(或应力)产生的历史记录，即电压×时间。很显然，如果在连续周期中反向像素电压的极性，则将减少存储器104中的数值以便减少图象残留。
通过将反馈回路引入到控制器102来实现DC平衡，该反馈回路通过使用具有与存储器中所存储的数值相反的极性的高电压短脉冲(或者图象间的电位差)试图将存储器中所存储的数值减为零。因此，应该理解的是这些高电压短脉冲的极性不依赖驱动脉冲。
如上所述，在本发明的这个典型实施例中，典型脉冲持续时间是2-8ms并且在驱动器上可用的最大电压电平是优选的。
参考图4，示出了使用脉冲宽度调制转换矩阵的典型随机灰度转换序列。在第n-1个灰度转换之后在t1和t2之间施加高电压短脉冲，用于从这个转换中移除残留的dc电压。在第n个灰度转换之后在t3和t4之间施加两个高电压短脉冲，用于从这个转换中移除残留的dc电压。在所示的实例中，dc平衡脉冲的极性与驱动脉冲的极性相同。在第n+1个灰度转换之后，施加与驱动脉冲相同极性的两个高电压短脉冲，用于在这个转换之后移除残留的dc电压。dc平衡脉冲的数值和极性被存储在存储器中并且基本上不依赖驱动脉冲。
在另一个实施例中，施加低电压脉冲以补偿残留的dc电压。这个低电压脉冲的幅度不足以将粒子移动由光学状态的变化所测量的可见距离。这意味着，这种低电压脉冲的幅度理论上低于显示器所用墨水材料的阈值电压。根据先前的图象历史记录预先确定这个脉冲的持续时间和电压符号并且将该脉冲的持续时间和电压符号存储在存储器中。
图5(a)说明了使用电压调制转换矩阵的典型随机灰度转换序列的一部分。在图像状态n和图像状态n+1之间，通常存在可用的某一时间周期，依赖于不同的用户该时间周期可以是从几秒到几分钟的任意值。当驱动显示器从图像状态n到图像状态n+1时，施加预先确定的电压Vn+1(可以从转换矩阵查找表中获得)。在所说明的实例中，驱动脉冲n具有与驱动脉冲n+1相反的符号，这给出最小的残留dc电压。理论上，当n和n+1驱动脉冲的幅度相等时，这个驱动然后是自动dc平衡的(因为脉冲宽度是相同的)。然而，在实际显示器中的灰度转换是完全随机的，因此，残留dc电压倾向于出现在像素上。有必要及时移除这些残留dc电压。
图5(b)说明了根据本发明的一个典型实施例改进的驱动方案，其中在全部驱动脉冲之后立即将低电压脉冲增加到驱动序列。如果希望的话，允许在驱动脉冲和dc平衡脉冲之间具有一个零电压的时间周期，因为dc平衡脉冲的所选低电压仅仅能够移除像素上的残留dc电压并且不能改变光学性能以致于没有视觉效应。
如图5(c)所示的，在转换到n状态之后dc平衡脉冲的电压符号也可以与驱动脉冲的符号相反。此外，这是可能的，因为dc平衡的确不具有视觉效应。很显然，dc平衡脉冲的幅度应该足够小以避免在这个脉冲的影响下粒子运动。电压符号和脉冲持续时间是通过使用上述原理的电压×时间的乘积由先前在像素上的实际灰度转换来确定。电压幅度应该小于特定墨水材料的开关阈值电压，通常低于1.0V并且脉冲持续时间不受限制，但是依赖图像历史记录该脉冲持续时间倾向于几十毫秒到几秒之间的值。
图6说明了具有相同极性的两个连续转换(n+1，n+2)的实例。很显然，在完成第n+2个转换之后这种情况在像素上出现最严重的残留dc电压。仅仅通过施加具有相反电压符号的低电压dc平衡脉冲来移除残留的dc电压。很显然，如果在第n+2个转换之前的所有转换优选地被dc平衡，则区域Bn+2中的电压×时间的乘积应该等于区域An +2。相应的脉冲持续时间和电压被存储在预先确定的矩阵的查找表中，其中也可以定位驱动电压Vn+2和驱动时间。
应该理解的是，本发明也应用于脉冲宽度调制驱动方法或其它脉冲整形驱动。
仅仅通过实例描述了本发明的一个实施例。本领域的技术人员应该显而易见的是，在不脱离所附权利要求所定义的本发明范围的情况下可以对所描述的实施例进行修改和变化。另外，在权利要求中，括号之间的任何参考符号不应该构成对权利要求的限制。术语“包括”不排除除了权利要求所列出的元件或步骤外其它元件或步骤的存在。术语“一”或“一个”不排除多个。可以通过包括若干不同元件的硬件以及通过合适可编程的计算机来执行本发明。在列举若干装置的设备权利要求中，可以通过同一项硬件来实施这些装置中的若干个。在相互不同的独立权利要求中记载的措施的事实并不表示，不能有利地使用这些措施的组合。

Claims (7)

1.一种显示器设备(1)，包括：
电泳介质(5)，其包括流体中的带电粒子(6)；
多个图像元素(2)；
与每个图像元素(2)相关联的第一和第二电极(8，9)，用于接收电位差；以及
驱动装置(100)，被设置用来：
a)提供图像电位差序列给每个所述的图像元素(2)，每个所述图像电位差具有一个图像值和相关联的图像持续时间，它们的乘积表示使粒子能够占有用于显示图像的其中一个位置的图像能量；以及
b)在至少两个连续的图像电位差之间提供一个或多个图像间电位差，所述一个或多个图像间电位差具有图像间的值和相关联的图像间的持续时间，它们的乘积表示图像间的能量，该能量不足以实质上改变粒子的位置；
该设备(1)还包括存储器装置(104)，用于接收表示施加到每个图像元素(2)的所有电位差的图像能量和图像间能量的数据，并且为每个图像元素(2)提供其累计值，设置该驱动装置(100)以选择所述一个或多个图像间电位差的极性以便减少相应图像元素(2)的所述累积值的幅度，由此所述一个或多个图像间电位差的极性取决于该累积值并且不依赖于在前的图像电位差。
2.根据权利要求1的设备(1)，其中在施加到图像元素(2)上的每个图像间的电位差之间提供时间间隔。
3.根据权利要求2的设备(1)，其中所述时间间隔为0.5s。
4.根据前面任一权利要求的设备(1)，其中每个图像间电位差的脉冲时间周期是2-8ms。
5.根据权利要求1的设备(1)，其中所述图像间电位差的值基本上是在驱动装置(100)上可获得的最大电压。
6.根据权利要求1的设备(1)，其中一个或多个所述图像间电位差具有低于所述显示器设备中所用的墨水材料的阈值电压的图像间值。
7.根据权利要求1的设备(1)，其中所述图像间电位差的数值和极性被存储在存储器装置(104)中。
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