显示设备驱动方法

专利名称：显示设备驱动方法
技术领域：
本发明涉及一种驱动金属沉积型显示设备的方法，其中通过金属的沉积和溶解来进行显示，特别涉及一种驱动适于所谓的电子纸等的显示设备的方法。
背景技术：
近年来，随着网络的普及，迄今为止以印刷品的形式分发的文档已经开始以所谓的电子文档的形式传输。此外，书籍和杂志已经开始经常地以所谓的电子出版的形式提供。为了读取这些信息，在习惯上已经广泛地进行从计算机的CRT(阴极射线管)和液晶显示器阅读。
然而，在诸如CRT的发光型显示器中，已经指出该显示器会使人体产生明显的疲劳，因此不适于长时间阅读。另外，甚至诸如液晶显示器的受光型显示器由于荧光管的固有闪烁而也被认为是类似地不适于阅读。此外，这两种显示器都有阅读地方受限于放置计算机的地方的问题。
近年来，不使用背光的反射型液晶显示器已投入实际使用。然而，液晶的非显示(白色显示)的反射率为30到40％，与印刷在纸上的印刷品(OA纸和口袋书的反射率为75％，并且报纸的反射率为52％)相比，这意味着相当差的可视性。另外，由于反射器的耀眼等易于产生疲劳，这也不适于长时间阅读。
为了解决这些问题，一直在开发所谓的类似纸的显示器或电子纸的介质。这些介质主要利用通过电泳在电极之间移动有色粒子或者通过在电场中旋转二色性粒子来进行着色。然而，在这些方法中，粒子之间的空隙吸收光，其结果是对比度恶化并且除非驱动电压为100V或更高否则不能获得实用写入速度(1秒内)。
与这些系统的显示器相比，基于电化作用进行显色的电化显示装置(电致变色显示器ECD)在对比度上更好，并且它们已经作为光控玻璃或时钟显示器投入实际使用。在此应当注意，由于执行矩阵驱动本质上是不必要的，因此光控玻璃和时钟显示器不直接适于电子纸或类似的使用。另外，它们的黑色质量一般较差，并且其反射率保持在较低级别。
另外，在诸如电子纸的显示器中，它们由于使用而持续暴露于太阳光或室内光下。在作为光控玻璃或时钟显示器投入实际使用的电化显示装置中，使用有机材料来形成黑色部分。这将导致有关耐光性的问题。一般而言，有机材料的耐光性较差，并且当长时间使用时其黑色密度通过褪色而降低。
为了解决这些技术问题，已提出了一种使用金属离子作为色变材料的电化显示装置。在该电化显示装置中，预先将金属离子混入聚合物电解质层，通过电化氧化还原反应沉积和溶解金属，并且利用伴随于此的颜色改变来执行显示。在此，例如，当聚合物电解质层包含着色材料时，在发生色变的情况下有可能增强对比度。
同时，在基于金属沉积和溶解的金属沉积型电化显示装置中，利用作为沉积过电压的阈值电压来实现显示。在每个像素中，当在电极之间施加超过阈值电压的负电压时，沉积金属，而当在电极之间施加正电压时，溶解金属。
在这样的金属沉积型电化显示装置中，难以控制有色状态，这对于增强显示质量是一个大问题。例如，根据传统想法，金属沉积型显示装置基本上被设计用于黑白显示，并且很少有尝试来实现灰度显示。这是由于难以将有色状态控制为具有良好再现性的中间有色状态这一事实。
另外，在金属沉积型电化显示装置中，沉积或溶解金属将花费一定的时间周期，因此留有关于响应速度和功耗的问题。例如，当在重写屏幕的时候试图一次擦除所有像素并且执行新写入时，将花费相当长的时间并且功耗巨大。
而且，在金属沉积型电化显示装置中，存在随着时间的过去显示对比度将会下降的趋势，并且需要解决该问题的对策。
本发明是考虑相关技术的上述情形而提出的。因此，本发明的目的是提供一种驱动显示设备的方法，通过其有可能在金属沉积型显示设备中将每个像素的有色状态控制成适当的状态，例如均匀状态。本发明的另一个目的是提供一种驱动显示设备的方法，通过其有可能实现灰度显示和高清晰度显示。本发明的另一个目的是提供一种驱动显示设备的方法，通过其有可能实现该设备的较高显示速度和较低功耗。本发明的另一个目的是提供一种驱动方法，通过其有可能在金属沉积型显示设备中长时间地维持图像。

发明内容
为了实现上述目的，首先，根据本发明的驱动显示设备的方法的特征在于，该驱动方法是一种驱动显示设备的方法，用于通过在每个像素上施加预定电压而沉积和溶解金属来显示图像，其中施加具有不大于用于沉积该金属的阈值的幅度的电压脉冲或交流电压，并且根据所得到的电流，控制写入脉冲或擦除脉冲。
金属沉积型显示设备具有电流-电压特性的滞后，使得当负施加电压超过阈值时，电流开始流动从而导致金属的沉积，然后，即使电压降至或低于阈值，也保持电流流动状态。在具有该电流-电压特性的显示设备中，当通过将负电压范围限制于不大于该阈值的范围来进行电压扫描时，随着有色密度的降低，零电压附近处的电阻逐渐升高。
在通过利用上述现象来施加具有小于该阈值的电压的脉冲电压或交流电压、并测量所得到的电流(即电阻)的情况下，有可能检测有色状态。在本发明中，根据所检测的有色状态控制所施加的负写入电压或正擦除电压，由此执行密度控制。通过该操作，将每个像素的有色密度准确控制为预定级别。
其次，根据本发明的驱动显示设备的方法的特征在于，该驱动方法是驱动通过在每个像素上施加预定电压而沉积和溶解金属来形成图像的显示设备的方法，其中，在施加不小于用于沉积金属的阈值的电压来进行写入之后，施加具有不大于用于沉积金属的阈值的幅度的电压脉冲或交流电压，并且当所得到的电流降至或低于预定值时，施加附加的写入脉冲。
如上所述，可以通过测量上述电流值来掌握有色状态，并且当在电流值随着金属溶解的进展而降低的情况下进行通过附加写入脉冲的附加写入时，保持有色状态(像素密度)。
第三，根据本发明的驱动显示设备的方法的特征在于，该驱动方法是驱动通过在每个像素上施加预定电压而沉积和溶解金属来显示图像的显示设备的方法，其中，施加具有不大于用于沉积金属的阈值的幅度的电压脉冲或交流电压，根据所得到的电流检测每个像素的写入状态，并且根据检测结果选择重写操作。
在本发明第三方面的情况下，首先，通过测量上述电流值，根据像素检测像素状态是有色状态(黑色)还是无色状态(白色)。然后，根据检测结果和重写之后像素的黑/白状态，在不操作、擦除、写入、密度增加写入等中进行选择。例如，在处于黑色状态的像素即使在重写之后还是处于黑色状态、或者处于白色状态的像素即使在重写之后还是处于白色状态的情况下，对相关像素不执行任何操作。在处于黑色状态的像素在重写之后应当处于白色状态、或者处于白色状态的像素在重写之后应当处于黑色状态的情况下，对相关像素执行擦除操作或写入操作。通过该方法，执行最小所需次数的驱动就足够了，由此可以在最少的时间内且以最小的功耗实现重写。


图1是示出简单矩阵系统的金属沉积型显示设备的一个例子的总体截面图；图2是示出简单矩阵系统的金属沉积型显示设备的一个例子的总体分解透视图；图3是示出有源矩阵系统的金属沉积型显示设备的一个例子的总体分解透视图；图4是示出有源矩阵系统的金属沉积型显示设备的电路配置的一个例子的电路图；图5是示出为检查电流-电压瞬时响应特性而施加的三角波电压的波形图；图6是示出电流-电压瞬时响应特性的特性图；图7是3×3像素的面板的示意图；图8是示出用于金属沉积型显示设备的基本驱动方法中的驱动电压波形的波形图；图9是示出所制造的显示设备的电流-电压特性的特性图；图10是写入扫描电压不同时的电流-电压特性之间的差异的特性图；图11是示出有色密度(光学密度)和复阻抗之间的关系的特性图；图12是示出着色控制的一个例子的波形图；图13是示出擦除控制的一个例子的波形图；图14是示出褪色控制的一个例子的波形图；图15是其中通过监测写入之前的状态来控制屏幕重写的一个例子的流程图；以及图16是其中通过监测写入之前的状态来执行灰度控制的一个例子的流程图。
具体实施例方式
下面将参照附图详细描述应用本发明的驱动显示设备的方法。
在描述驱动方法之前，首先将描述作为本发明目的的显示设备的配置例子。
本例中的显示设备是利用金属的电沉积特性、通过金属的沉积和溶解来显示图像的电化显示设备，并且它由简单矩阵驱动系统驱动。因此，驱动电极包括第一电极组X1、X2...和与其正交的第二电极组Y1、Y2...，它们交叉排列在点阵图案中。图1和2示出这些驱动电极的特定结构，其中在透明基板1上形成对应于第一电极组的条纹(stripe)形透明列电极2。在其上安设有对应于第二电极组的条纹形反电极(行电极)4的底部基板3被安置成与透明基板1相对，并且这些基板相互覆盖，其间有聚合物电解质层5。透明列电极2和行电极4根据期望像素数目以预定数目提供，并且两种电极的交叉点构成像素。在透明列电极2和行电极4之间选择性地施加电压的情况下，沉积金属6，其结果是对像素着色。
在上述配置中，诸如石英玻璃板和白色薄板玻璃板的透明玻璃基板可用作透明基板1，但是透明玻璃基板不是限制性的。可用于透明基板1的材料的例子包括诸如聚乙烯萘二甲酸盐(polyethylene naphthalate)、聚对苯二甲酸乙二醇酯等的酯、聚酰胺、聚碳酸酯、诸如醋酸纤维素等的纤维素酯、诸如聚偏二氟乙烯、四氟乙烯-六氟环氧丙烷共聚物等的氟聚合物、诸如聚甲醛等的聚醚、聚乙醛、聚苯乙烯、诸如聚乙烯、聚丙烯、甲基戊烯聚合物等的聚烯烃以及诸如聚酰亚胺-酰胺、聚醚酰亚胺等的聚酰亚胺。在使用这些合成树脂之一作为支撑物的情况下，可以获得不易弯曲的刚性基板，并且也可以获得柔性薄膜形基板。
对于透明电极2，优选使用例如In2O3和SnO2的混合物，即所谓的ITO薄膜或覆盖有SnO2或In2O3的薄膜。也可以使用通过以Sn或Sb搀杂ITO薄膜或覆盖有SnO2或In2O3的薄膜而获得的薄膜，此外也可以使用MgO、ZnO等。
另一方面，要用于聚合物电解质层5的矩阵聚合物的例子包括聚环氧乙烷、聚乙烯亚胺和聚乙烯硫化物，其骨架单元以分子式-(C-C-O)n-、-(C-C-N)n-和-(C-C-S)n-表示。在采用这些骨架单元作为主链结构的情况下，可存在分支(branching)。另外，聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯、聚偏二氯乙烯、聚碳酸酯等对于该用途也是优选的。
在形成聚合物电解质层5中，优选地将所需增塑剂添加到矩阵聚合物。增塑剂的优选例子在矩阵聚合物是亲水性的情况下包括水、乙醇、异丙醇及其混合物，而在矩阵聚合物是憎水性的情况下包括碳酸丙烯、碳酸乙烷(dimethylcarbonate)、碳酸乙烯、γ-丁内酯、乙腈、环丁砜、二甲氧基乙烷、乙醇、异丙醇、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮及其混合物。
聚合物电解质层5通过溶解矩阵聚合物中的电解质而形成。电解质的例子不仅包括能够用作用于显示的显色材料的金属盐，而且包括季铵卤化物(F、Cl、Br、I)、碱性金属卤化物(LiCl、LiBr、LiI、NaCl、NaBr、NaI等)、碱性金属氰化物以及碱性金属硫氰酸盐，并且溶解包含至少一种从这些化合物选择的支持电解质的材料作为电解质。在此，构成能够用作用于显示的显色材料的金属盐的金属离子的例子包括单独或者组合使用的铋、铜、银、锂、铁、铬、镍和镉。金属盐可以是任何这些金属的任意盐；适合的银盐的例子包括硝酸银、氟硼酸银、卤化银、高氯酸银、氰化银以及硫氰酸银。
另外，可以向聚合物电解质层5添加着色材料，以增强对比度。在以黑色发生通过金属沉积的着色的情况下，优选地使用白色作为背景颜色，并且优选地引入具有高遮盖性的白色材料作为着色材料。可以使用用于着色的白色粒子作为这样的材料。用于着色的白色粒子的例子包括二氧化钛、碳酸钙、硅、氧化镁以及氧化铝。
在无机粒子的情况下，混合白色素的比率优选地在重量上为大约1到20％，更优选地在重量上为大约1到10％，并且更优选地在重量上为大约5到10％。以这种方式限制混合比率的原因如下。诸如氧化钛的白色素在聚合物中不是可溶的，而只是分散在聚合物中；因而，当混合比率提高时，白色素发生凝结，从而导致光学密度的不均匀性。另外，白色素缺乏离子导电性，从而混合比率的升高导致聚合物电解质导电性的降低。考虑到这两点，混合比率的上限在重量上为大约20％。
在如上所述将无机粒子混入聚合物电解质层5作为着色材料的情况下，聚合物电解质层5的厚度优选地处于10到200μm的范围内，更优选地处于10到100μm，并且更优选地处于10到50μm。随着聚合物电解质层5变薄，电极之间的电阻降低，这有利地导致显色和去色时间的减少和功耗的降低。然而，当聚合物电解质层5的厚度减至到低于10μm时，机械强度降低，并且将发生诸如产生针孔和裂缝的麻烦。另外，当聚合物电解质层5的厚度太小时，无机粒子的混合比率相应较低，并且白色属性(光学密度)可能不够。
附带地，在使用着色物质作为混入聚合物电解质层5的着色材料的情况下，着色材料的混合比率可以在重量上不大于10％。这是因为着色物质的显色效率大大高于无机粒子的显色效率。因此，当使用在电化学方面稳定的着色物质时，即使少量使用着色物质，也可获得足够的对比度。作为这样的着色物质，例如，油溶性染料是优选的。
安设在背面的底部基板3可以不必是透明的，并且可以使用能够固定支撑行电极4的基板、薄膜等作为底部基板3。可用的基板、薄膜等的例子包括诸如石英玻璃板、白色薄片玻璃板等的玻璃基板、陶瓷基板、纸基板以及木头基板。这些当然不是限制性的，并且也可以使用合成树脂基板等。合成树脂基板材料的例子包括诸如聚乙烯萘烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯等的酯、聚酰胺、聚碳酸酯、诸如乙酸纤维素等的纤维素酯、诸如聚偏氟乙烯、四氟乙烯-六氟环氧丙烷共聚物等的氟聚合物、诸如聚甲醛等的聚醚、聚缩醛、聚苯乙烯、诸如聚乙烯、聚丙烯、甲基戊烯聚合物等的聚烯烃以及诸如聚酰亚胺-酰胺、聚醚酰亚胺等的聚酰亚胺。在使用这些合成树脂中的任一种作为底部基板的情况下，可以获得不易弯曲的刚性基板，并且也可以获得柔性薄膜形基板。
对于行电极4，可以使用导电材料，例如金属材料。然而，在此应当注意，当构成行电极4的金属和要沉积在透明列电极2上的金属之间的电势差较大时，有在有色状态下电荷可能在电极上累积的可能性，并且可能发生电荷的迁移，从而导致意外像素的着色。特别是当电势差超过金属沉积时的沉积过电压(简单矩阵驱动中的阈值)时，可能发生上述着色。有鉴于此，最好选择其本身与要作为显色材料沉积的金属之间的电势差小于沉积过电压(阈值)的金属作为行电极4的材料。理想地，使用处于用作显色材料的金属离子的未电离状态(金属状态)的材料作为构成行电极4的金属材料。也就是，使用与要沉积和溶解的金属相同的金属作为行电极4；例如，在利用银的沉积和溶解的情况下，使用银作为行电极4。这排除了在金属沉积在透明列电极2上的状态下可能产生上述电势差的可能性。
可用来构成行电极的其他材料包括铂(Pt)、金(Au)和碳(C)。鉴于反应机制等，使用与要用于沉积-溶解反应的金属离子种类相同的金属例如银(Ag)作为如上所述行电极(反电极)的材料是最理想的系统。然而，在基于工艺仅以大约数百纳米的厚度形成行电极的银以增强简单矩阵装置的精细度的情况下，沉积-溶解反应的重复导致诸如枝状结晶生长的不可逆反应的重叠，从而导致行电极的银逐渐消耗，并且最终电极本身消失。在行电极被溶解且消失的状态下，鉴于简单矩阵驱动的原理，不仅对与消失的电极相对应的像素而且对整个显示器都施加了极其坏的影响。考虑到该问题，可以使用铂和金即在电势方面比经受沉积-溶解反应的银不易起化学作用(更稳定)的金属作为电极。附带地，比银不易起化学作用的金属只有这两种金属(铂和金)；在使用在电势方面比银更易起化学作用的金属(不同于银、铂和金的金属)的情况下，该金属无条件地被溶解，并且包含在液体电解质成分中的银离子将以置换电镀的形式沉积在金属表面上。
将对在金属如上所述沉积在透明列电极2上的状态下、上述电势差接近零的现象进行附加的描述。银、铂和金具有以下标准电极电势(在水溶液中)E0＝0.80V，E0＝1.18V，E0＝1.83V。
所有电势值都对照标准氢电极电势(SHE)，并且铂和金分别将产生Δ＝0.38V和1.03V的电势差。在理想初始状态下也不能排除电势差的产生。然而，随着沉积-溶解反应的重复，在铂或金电极上，Ag最好保持在不完全溶解的状态，其结果是电势差Δ接近零。
虽然上面描述了简单矩阵驱动系统的金属沉积型显示设备的配置例子，但是通过采用每个像素分别由一个或多个薄膜晶体管组成的电路驱动的有源矩阵系统，可以实现较高速度的屏幕重写。图3示出有源矩阵系统的显示设备的配置例子。
另外在有源矩阵系统的显示设备中，透明基板11和底部基板12以相同于简单矩阵系统的显示设备的方式，被安置成在其间夹有由聚合物电解质等组成的电解质层13。另外，构成透明基板11、底部基板12和电解质层13等的材料也与简单矩阵系统的显示设备相同。有源矩阵系统的显示设备在电极结构上大大不同于简单矩阵系统的显示设备。首先，透明基板11上安设有透明电极14，其形成在透明基板11的整个表面上，而不是以条纹图案形成，并且用作公共电极。另一方面，点形像素电极15对应于像素以矩阵形式排列在底部基板12上，并且用于驱动的薄膜晶体管连接到每一个像素电极15。
图4示出有源矩阵系统的显示设备中的电路配置。如上所述，在有源矩阵系统的显示设备中，均由薄膜晶体管21、像素电极22和公共电极23组成的像素24以矩阵的形式排列。另外，提供了用于选择性地驱动每个像素24的数据线驱动电路25a、25b和栅极线驱动电路26。数据线驱动电路25a、25b和栅极线驱动电路26根据来自信号控制单元27的控制信号选择预定数据线28或栅极线29，并且切换每个像素24的导通/关断状态。
接下来，将描述该显示设备的基本驱动方法。在利用电沉积特性的显示设备中，例如，在简单矩阵系统的显示设备中，当在列电极和行电极之间施加如图5所示的三角波电压时，显示如图6所示的电流-电压瞬时响应特性。附带地，图6示出使用Ag(银)电极作为行电极并且银离子和碘化物离子溶解在聚合物电解质中的情况下的特性的例子。
参照图6，当在列电极和行电极之间施加范围从零到负端的电压时，银的非沉积持续一会儿，并且当电压超过阈值电压Vth时，银开始沉积到列电极上。这从图6可以看出，其中，当电压超过阈值电压Vth时，伴随于沉积的电流开始流动。因此，每个像素具有这样的特性，即电容器在沉积之前占主导地位(白色)，并且随着沉积(黑色)的进行电阻下降。
当电压一旦由于与三角波电压的顶点相对应的写入电压Vw而超过阈值电压Vth时，即使当电压逐渐降低时，银的沉积也将继续，并且即使当电压小于阈值电压Vth时，银沉积也将继续。当所施加的电压降至保持电压Vke时，银的沉积结束。换句话说，一旦所施加的电压超过阈值电压Vth，并且形成核(种子)，则即使处于不大于阈值电压Vth的电压也发生银沉积。
另一方面，当在列电极和行电极之间施加相反极性(正)的电压时，银的溶解开始，并且当所施加的电压达到擦除电压Vith的时候，所沉积的银消失。当施加不小于此值的电压时，碘被释放而沉积在电极上，从而导致黄色的着色。
考虑显示上述电流-电压瞬时响应特性的显示设备的驱动，最简单的模式是在地址驱动的时候施加超过上述阈值电压的电压以沉积银，从而执行像素的写入。以下为了简化描述起见，将以利用图7所示的3×3像素的单色显示为例，并且将描述用于金属沉积型显示设备的基本驱动方法。
图8示出在金属沉积型显示设备中通过利用沉积阈值电压来执行显示的驱动电压波形的一个例子，其中当所施加的负电压超过阈值电压Vth时，银沉积在列电极上，并且当施加正电压时银被溶解。在图8中，示出了施加在列电极C1、C2和C3上的列电压、施加在行电极R1、R2和R3上的行电压以及施加在像素(C1、R1)、(C1、R2)和(C2、R1)上的电压。
在显示的时候，将小于阈值电压Vth的信号写入电压脉冲Vsig施加在每一个列电极C1、C2和C3上，并且将小于阈值电压Vth的选择电压脉冲Vsel施加在每一个行电极R1、R2和R3上，以执行从上方开始的顺序选择操作。在这种情况下，仅在要沉积银的像素上施加超过阈值电压Vth的电压(写入电压VW)(＝Vsig-Vsel)，以实现银在透明列电极上的沉积，由此执行写入。
例如，在像素(C1、R1)和(C2、R2)上，列电极C1和C2上的信号写入电压脉冲Vsig与行电极R1和R2上的选择电压脉冲Vsel相互叠加，由此施加由于这些电压脉冲之间的电压差的写入电压Vw，以实现银沉积(写入)。另一方面，在像素(C1、R2)上，列电极C1上的信号写入电压脉冲Vsig与行电极R2上的选择电压脉冲Vsel在任何周期内都不相互叠加，并且仅施加小于阈值电压Vth的信号写入电压脉冲Vsig和选择电压脉冲Vsel之一；因此，不发生银沉积，并且不执行像素上的写入。
在写入之后，可以通过断开或短路列电极和行电极来记忆显示。另外，当以预定定时在行电极R1、R2和R3上施加擦除电压-Ve、使得将正电压Ve施加在每个像素上时，实现银的溶解，由此执行擦除。附带地，将擦除电压Ve设为等于或稍微低于上面图6中的擦除电压Vith。如果擦除电压Ve超过擦除电压Vith，则可能发生着色。
虽然上面描述了基本驱动方法，但是在本发明中，在具有如上所述的配置的显示设备中，实现了适当密度的显示，并且可以通过如下所述的控制方法来进行灰度显示。
当向图6所示的电流-电压特性施加通过限制负电压范围的电压扫描时，与通过以足够电压扫描的完全着色的情况相比，在无色状态或不充分着色状态的情况下、零电压附近处的电阻更高。电阻在无色状态下最高，并且在完全着色的情况下最低；电阻具有根据着色程度的值。
通过利用此现象并且通过首先以小于着色阈值的电压施加脉冲电压(或交流电压)，测量所得到的电流，即电阻(状态检测)，并且随后施加适量的负写入电压，有可能控制密度。例如，施加0.1伏和10毫秒的电压脉冲作为检测脉冲，并且测量电阻(电流值)。接下来，施加1伏和10毫秒的负电压脉冲作为写入脉冲。重复该循环直到电阻被带到目标值为止，由此可以实现着色，同时恒定地控制相应的密度。
通过执行这样的着色控制，还有可能实现灰度显示。当通过限制负电压范围来进行电压扫描时，零电压附近处的电阻表示根据着色程度的值。因此，相互对应地设置每个灰度和相关电阻值(电流值)、并且执行基于此的密度控制是足够的。
在擦除有色像素的情况下，施加正电压以使适当的电流流动，由此溶解银，从而导致像素变得透明。如图6所示，当过量施加正电压时，例如，在使用碘化银作为溶解离子的情况下，不仅擦除了颜色，而且释放了碘，从而导致黄色的着色。为了实现适当的着色同时防止该现象，以相同于上述着色控制的方式检测电阻值并且控制擦除是有效的。
具体地说，当重复通过以小于着色阈值的电压施加脉冲电压(或交流电压)来测量电流，即电阻(状态检测)，随后施加具有适当幅度和适当时间的正擦除电压的循环时，有可能实现适当的擦除，并且通过利用此来控制密度。例如，施加0.1伏和10毫秒的正或负电压脉冲作为检测脉冲，并且测量电阻(电流)。随后，施加1伏和10毫秒的正电压脉冲作为擦除脉冲。通过重复该循环直到电阻被带到目标值为止，有可能恒定地控制相应的密度。
上述现象还可用于褪色控制。在上述显示设备中，通过在着色之后将电压返回到零或者断开电路，有色状态可以保持一定的时间长度(室温下数十分钟)；然而，随着时间的过去，银逐渐地被溶解，并且着色密度(光学密度)逐渐地降低。为了长时间地保持该密度，进行根据不足密度的适当写入，这对于最小化功耗也是有效的。
通过施加上述控制，检测由于状态检测脉冲而流动的电流，并且当电流降至或低于预定值时施加附加的写入脉冲，由此可以长时间地保持该密度。如上所述，当通过限制负电压范围来进行电压扫描时，随着密度的降低，零电压附近处的电阻升高。有鉴于此，在写入之后周期性地施加状态检测脉冲，监测所得到的电流，并且当测出的电阻超过预定等级时，判断出密度已降低，并且施加附加的写入脉冲。
而且，可以应用于重写控制。例如，在重写用于显示字符等的黑白两值屏幕时，可以考虑采用下面的技术、根据当前屏幕状态将当前屏幕重写成下一个屏幕。首先，通过利用状态检测脉冲或微小交流电压来检测每个像素的当前状态是白色(无色状态)还是黑色(有色状态)。接下来，根据重写之后的像素的黑/白状态，通过在“不操作”、“擦除”、“写入”和“密度增加写入”中选择来进行重写。
例如，在处于黑色状态的像素在重写之后还要处于黑色状态的情况下、或者在处于白色状态的像素在重写之后还要处于白色状态的情况下，执行“不操作”作为重写操作。在处于黑色状态的像素在重写之后要处于白色状态的情况下、或者在处于白色状态的像素在重写之后要处于黑色状态的情况下，执行擦除操作或写入操作。这保证了只需最小所需的操作，并且可以在最少时间内、以最小功耗实现屏幕的重写。
实施例接下来，将根据实验结果描述应用本发明的具体实施例。
第一电极(显示电极)在测量为10cm×10cm和0.2mm厚的聚碳酸酯基板上，以下面工序形成条纹形透明电极和绝缘薄膜。附带地，条纹形透明电极具有150μm的条纹宽度和170μm的间距，并且开口部分(未被绝缘薄膜覆盖的部分)的尺寸为140μm平方。
首先，通过溅射在上述聚碳酸酯基板上形成薄膜厚度为500nm且薄层电阻为12Ω/□的ITO薄膜。接下来，向ITO薄膜涂敷光致抗蚀剂，并且通过光刻技术将光致抗蚀剂处理成期望条纹形状。然后，将聚碳酸酯基板浸入ITO蚀刻溶液，以去除未被光致抗蚀剂覆盖的ITO薄膜部分。随后，通过使用诸如丙酮的有机溶剂去除其余的光致抗蚀剂。
接下来，使用TEOS(四乙氧基原硅酸酯Si(OC2H5)4)和O2通过等离子体CVD方法在条纹形ITO薄膜上以200nm的厚度形成SiO2薄膜。向SiO2薄膜涂敷光致抗蚀剂，并且通过光刻技术将光致抗蚀剂处理成期望条纹形状。然后，将基板浸入氟化铵、氢氟酸等的混合溶液，以去除SiO2薄膜未被光致抗蚀剂覆盖的部分。随后，通过使用诸如丙酮的有机溶剂去除其余的光致抗蚀剂。
第二电极(反电极)通过下面工序制作反电极。在由聚碳酸酯或PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)或环氧树脂如用于电路基板的玻璃环氧树脂制成的底部基板上以条纹形形成铜电极。通过如下方法形成条纹形铜电极。首先，通过溅射等在底部基板的整个表面上形成铜薄膜。随后，向铜电极的整个表面涂敷光致抗蚀剂，以采用条纹图案形成的金属掩膜或紫外线(UV)屏蔽掩膜覆盖光致抗蚀剂，随后是采用紫外线照射。通过湿蚀刻或干蚀刻去除通过光刻技术掩盖的区域中的光致抗蚀剂和电极，以便使每个条纹形电极绝缘。接下来，向浸入包含溶解在其中的银或期望金属的溶液的条纹形电极施加电场，并且通过电镀法在电极上沉积银，以制作反电极。
在反电极中，铜的厚度为大约15μm，银的厚度为大约15μm，并且总电极厚度为大约30μm。附带地，在不施加电场的情况下沉积银或金属的无电喷镀法也是公知的，但是由于所沉积金属的厚度较大，因此电镀法是理想的。
底部基板最好被形成为用于显示的像素的间距尽可能地小。另外，在底部基板中，以固体电解质覆盖像素之间的间隙；假设固体电解质是透明或半透明的，最好使用白色基板。
将在重量上为1份的分子重量为大约350,000的聚偏氟乙烯、在重量上为10份的二甲基亚砜、在重量上为1.7份的碘化银以及在重量上为1份的碘化钠的混合物加热至120℃，以准备均匀溶液。接下来，将0.2份的平均粒子直径为0.5μm的二氧化钛添加到该溶液，并且通过均化器均匀分散。通过利用刮刀以20μm的厚度将所得到的液体涂敷到上述玻璃基板，然后，立即向其粘合第二电极，并且在1hr为0.1Mpa的压力下、且在110℃下对所得到的组合件进行真空干燥，由此在这两种电极之间形成胶质聚合物固体电解质。接下来，以粘合剂密封该层压制件的端面。
通过选择一组期望条纹形电极来切换有色(黑色)显示和无色(白色)显示，从而在显色的时候，在0.1秒内以一个像素2μC的量将电流传递到显示电极，以在显示电极侧产生还原反应，并且在去色的时候传递相同量的电流，以产生氧化作用。无色(白色)时的反射率为85％，并且显色(黑色)时显示部分的光学密度(OD)为大约1.4(反射率4％)。未选的像素没有经过显色或去色。
在第一电极设为正的情况下，对具有将银离子用作金属离子且将ITO用于透明电极的上述结构的显示设备进行电流-电压特性的测量，以获得如图9所示的结果。具体地说，在向第一电极施加负电压的情况下，当电压不大于特定电平(在本例中阈值0.8伏)时，电流极其小且可忽略不计。另一方面，当电压超过阈值时，电流开始流动，并且在第一电极处发生着色。即使电压降至或低于阈值，也保持电流流动状态。此外，当向第一电极施加相反电压即正电压以使电流流动时，颜色逐渐消失，电流也减小，并且当颜色完全消失时，电流变得极其小。存在这样的电流-电压特性滞后是该装置的特性。
当向图9所示的电流特性施加限制负电压范围同时的电压扫描时，零电压附近处的电阻高于通过以足够电压扫描来进行完全着色的情况，如图10所示。通过实际上施加0.1V的交流电压来监测电阻(复阻抗)的结果如图11所示。可以看出，随着着色密度(光学密度)提高，复阻抗降低。
通过利用上述现象来进行着色控制。首先，施加小于着色阈值的电压(0.1到0.5V)下的交流或脉冲电压，测量所得到的电流，即电阻(状态检测)，然后施加适量的负写入电压，由此可以控制密度。
其具体例子如图12所示。图12示出在像素上施加的脉冲电压，由于施加脉冲电压而流动的电流以及像素的光学密度(OD)。在电流值中，以虚线表示的线是用作期望光学密度级别的标准电流值。标准电流值是基于上面图11而预设的。
在本实施例中，首先，在写入之前，施加0.1伏和10毫秒的检测电压脉冲v1，并且测量电流i1(电阻)。这里，由于电流i1小于上述标准电流，因此施加负写入电压脉冲P1。在此，负写入电压脉冲P1为-1V和10ms。当施加负写入电压脉冲P1时，电流Iw流动，以导致银的沉积。在施加写入电压脉冲P1之后，再次施加0.1伏和10毫秒的检测电压脉冲v2，并且测量电流i2(电阻)。虽然密度被提高一阶，但是与预设密度相比，该密度是不够的，并且电流i2还低于标准电流值；因此，再次施加写入电压脉冲P2。重复该循环直到施加检测电压脉冲vn时的电流in超过标准电流值为止。当施加检测电压脉冲vn时的电流in超过了标准电流值时，在那个时候停止写入电压脉冲的施加。这使得有可能以预定密度对像素进行着色。
在对有色像素进行去色的情况下，施加正电压以使适当的电流流动，由此溶解银，并且由此像素变得透明。然而，如果过量施加正电压，则例如在碘化银用作被溶解离子的源的情况下，不仅发生去色，而且碘被释放出来从而导致黄色的着色。为了实现适当的去色同时防止该现象，采用相同于上述着色控制的方式，施加检测电压脉冲，检测所得到的电流，并且控制去色。
其具体例子如图13所示。图13示出在像素上施加的脉冲电压，由于施加脉冲电压而流动的电流以及像素的光学密度(OD)。在电流值中，以虚线表示的线是用作期望去色密度级别的标准电流值。该标准电流值也是基于上面图11而预设的，但是这小于上述着色(光学)密度级别的标准电流。
当在有色像素上施加0.1伏和10毫秒的检测电压脉冲v1，并且测量电流i1(电阻)时，电流i1超过上述标准电流值，从而检测出像素处于有色状态。有鉴于此，施加用于擦除的正擦除电压脉冲P1。在此，正擦除电压脉冲P1为1V和10ms(毫秒)。当施加正擦除电压脉冲P1时，擦除电流IE流动，并且银被溶解。在施加擦除电压脉冲P1之后，再次施加0.1伏和10毫秒的检测电压脉冲v2，并且测量电流i2(电阻)。虽然密度被降低一阶，但是与预设擦除状态相比，该密度是不够的，并且电流i2还超过上述标准电流值。有鉴于此，再次施加擦除电压脉冲P2。重复该循环直到施加检测电压脉冲vn时的电流in变得小于标准电流值为止。当施加检测电压脉冲vn时的电流in降至或低于标准电流值时，停止擦除电压脉冲的施加。这使得有可能充分地将像素密度降至预定密度，并且安全地获得擦除状态。
在如上显示设备中，通过在着色之后将电压返回到零或者断开电路，可以将有色状态保持一定的时间长度(室温下数十分钟)。然而，随着时间的过去，银被溶解，从而光学密度降低。有鉴于此，进行根据不足密度的适当写入，由此长时间地保持密度。
其具体例子如图14所示。图14示出在像素上施加的脉冲电压、由于施加脉冲电压而流动的电流、以及像素的光学密度(OD)。在电流值中，以虚线表示的线是用作期望光学密度级别的标准电流值，并且是基于上面图11而预设的。
该写入相同于上面的着色控制情况，并且重复写入电压脉冲Pn的施加直到施加检测电压脉冲vn时的电流in超过标准电流值为止。同样，在写入之后，以预定间隔施加检测电压脉冲vn，并且通过电流in监测光学密度级别。在此周期内，随着时间的过去，银被溶解，光学密度逐渐降低，并且电流in也逐渐降低。当施加检测电压脉冲vd时的电流id降至或低于标准电流值时，施加附加的写入脉冲Pt，如图所示。当通过在写入之后周期性地施加状态检测脉冲来进行监测、并且根据需要施加附加的写入脉冲时，以这种方式，可以长时间地保持光学密度级别。
在重写黑白两值屏幕时，采用下面技术、根据当前屏幕的状态进行对下一个屏幕的重写。监测写入之前的黑/白状态并且控制屏幕重写的例子如图15所示。
首先，在每个像素上施加状态识别脉冲PS1，并且根据所得到的电流，判别像素的显示状态是白色还是黑色(S1)。施加小于着色阈值的电压(0.1到0.5V)下的交流或脉冲电压作为状态识别脉冲PS1，并且测量所得到的电流，即电阻，由此可以判别有色状态。例如，较小的电流(较高的电阻)对应于白色，并且较大的电流(较低的电阻)对应于黑色。
作为判别结果，在处于白色显示状态W的像素中，当下一个屏幕也是“白色”时，通过白色显示保持命令WH1保持白色显示状态。附带地，在这种情况下，以相同于上面擦除控制的技术进行白色状态判别WS1，并且当像素密度较高时，通过擦除脉冲输入ER1执行擦除操作。另一方面，在处于白色显示状态W的像素中，当下一个屏幕是“黑色”时，通过黑色显示命令BH1进行写入。在写入的时候，以相同于上面着色控制的技术进行黑色状态判别BS1，并且当光学密度不足时，重复写入脉冲输入WR1，直到获得预定光学密度为止。
作为上面判别结果，在处于黑色显示状态B的像素中，当下一个屏幕也是“黑色”时，通过黑色显示保持命令BH2保持黑色显示状态。在这种情况下，以相同于上面着色控制的技术进行黑色状态判别BS2，并且当像素密度不足时，重复写入脉冲输入WR2，直到获得预定光学密度为止。在下一个屏幕是“白色”的情况下，通过白色显示命令WH2进行白色显示或擦除。在这种情况下，以相同于上面擦除控制的技术进行白色状态判别WS2，并且当剩有未被擦除的部分时，通过利用擦除脉冲输入ER2执行擦除操作，直到获得预定白色级别为止。
通过施加上述着色控制，可以实现灰度控制。监测写入之前的密度然后控制至预定密度的例子如图16所示。
在执行灰度控制的情况下，首先，在像素上施加状态识别脉冲PS，并且掌握初始密度状态(SN)。初始密度状态可以通过采用相同于上面着色控制或擦除控制情况的方式、施加小于着色阈值的电压(0.1到0.5V)下的交流或脉冲电压、并且测量所得到的电流或电阻来判别。
接下来，通过任意密度显示命令N将每个像素的密度带到预定灰度密度。在这种情况下，相互对应地设置每个灰度密度和相关电阻值(电流值)并且据此执行密度控制是足够的。以相同于着色控制或擦除控制情况的方式，在通过状态判别JS监测像素的有色状态的同时进行密度控制。基于根据每个灰度密度的电流值进行状态判别JS，并且将各个像素设成预定灰度密度。根据状态判别JS的结果，当密度高时，通过擦除脉冲输入ER降低密度，而当密度低时，通过写入脉冲输入WR提高密度。
从上面描述可以清楚，根据本发明，有可能定量控制光学密度(着色密度)，并且将每个像素的有色状态控制到适当的状态，例如，均匀状态。另外，通过定量控制，还可以实现灰度显示。
此外，根据本发明，甚至在擦除操作中也可以定量控制光学密度，从而与在完全擦除之后进行着色的方法相比，可以缩短擦除和写入时间，并且可以最小化功耗。特别是在黑白两值显示或基于灰度级的灰度显示的情况下，可以以最小功耗执行屏幕重写。而且，根据本发明，可以准确地补偿光学密度随着时间的过去而降低的现象，并且可以最小化伴随的功耗。
权利要求
1.一种驱动显示设备的方法，所述显示设备用于通过施加每个像素的预定电压而沉积和溶解金属来显示图像，其中施加电压脉冲或交流电压，并根据所得到的电流，控制写入脉冲或擦除脉冲，其中所述电压脉冲或交流电压具有不大于用于沉积所述金属的阈值的幅度。
2.如权利要求1所述的驱动显示设备的方法，其中通过控制所述写入脉冲或擦除脉冲，控制每个所述像素的密度，从而执行灰度显示。
3.如权利要求1所述的驱动显示设备的方法，其中所述显示设备具有这样的结构，其中相对电极分别安置在包含金属离子的电解质层的两侧，在所述相对电极之间传递电流，从而在所述电极之一上沉积金属作为着色材料，并且沉积了所述金属的所述像素被识别为有色状态。
4.如权利要求3所述的驱动显示设备的方法，其中所述着色材料是从包括铋、铜、银、锂、铁、铬、镍和镉的组中选择的至少之一。
5.如权利要求3所述的驱动显示设备的方法，其中所述电解质层是聚合物电解质层。
6.如权利要求3所述的驱动显示设备的方法，其中在其上沉积了所述金属的所述电极是透明电极。
7.一种驱动显示设备的方法，所述显示设备用于通过在每个像素上施加预定电压而沉积和溶解金属来显示图像，其中在通过施加不小于沉积所述金属的阈值的电压来进行写入之后，施加具有不大于沉积所述金属的阈值的幅度的电压脉冲或交流电压，并且当所得到的电流降至或低于预定值时，施加附加的写入脉冲。
8.一种驱动显示设备的方法，所述显示设备用于通过在每个像素上施加预定电压而沉积和溶解金属来显示图像，其中施加具有不大于用于沉积所述金属的阈值的幅度的电压脉冲或交流电压，根据所得到的电流检测每个所述像素的写入状态，并且根据检测结果选择重写操作。
全文摘要
一种显示设备驱动方法，可以适当地控制每个像素中的有色状态，执行灰度显示，并且以高速和低功耗显示。该驱动方法用于将预定电压施加到每个像素以沉积和溶解金属从而显示图像的显示设备。施加具有不大于用于沉积金属的阈值的幅度的电压脉冲或交流电压，并且根据此时流动的电流，控制写入脉冲或擦除脉冲。可选地，在完成写入之后并且当前述电流变得等于或低于预定值时，增加附加的写入脉冲。而且，根据前述电流，检测像素状态，并据此选择重写操作。
文档编号G09G3/20GK1668971SQ03816
公开日2005年9月14日 申请日期2003年5月28日 优先权日2002年5月31日
发明者新井道夫, 高桥贤一 申请人:索尼株式会社