电光显示器、显示器模块驱动器装置及显示器组件的制作方法

专利名称：电光显示器、显示器模块驱动器装置及显示器组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及电光显示器以及驱动这种显示器的方法。更为特别地，本发明涉及大面积电光显示器、用于这种大面积显示器的驱动器、以及旨在降低有源矩阵电光显示器中功耗的驱动方案和控制器。本发明特别用在(但不是排他性的)电泳显示器中。
背景技术：
电光显示器包括电光材料层，在此使用的术语“电光材料”在成像技术领域中的传 统意义是指包括至少有一种光学性能不同的第一和第二显示状态，通过对该材料施加电场可将其从第一显示状态改变到第二显示状态。尽管人眼通常能够在颜色上感觉到该光学性能，但这种光学性能可以是另外的光学性能，例如光学透射率、反射率、发光、或者(在用于机器读取的显示器的情况下)在可见光范围之外的电磁波的反射率改变意义上的伪色。在本发明的显示器中，从该电光介质具有固体外部表面的意义上来说，电光介质通常是固体的(在下文中为了方便将这种显示器称为“固体电光显示器”)，尽管这种介质可具有且通常具有内部液体或气体填充的空间。因此，术语“固体电光显示器”包括胶囊化电泳显示器、胶囊化液晶显示器、以及下述的其它类型显示器。在此使用术语“灰度状态”，在成像技术领域中其传统意思是指介于像素的两个极端光学状态之间的一种状态，但并不一定意味着处于这两个极端状态之间的黑白过渡。例如，下文中所参考的诸多专利和公开申请描述了这样的电泳显示器，即，该极端状态为白色和深蓝色，使得中间的“灰度状态”实际上为淡蓝色。实际上，正如所已经描述的，该两个极端状态之间的过渡有可能根本不是颜色变化。在此使用术语“双稳态”和“双稳态性”，在成像技术领域中其传统意思是指包括如下显示元件的显示器，该显示元件具有至少有一种光学性能不同的第一和第二显示状态，使得通过有限持续时间的寻址脉冲驱动任意特定元件以呈现其第一或第二显示状态后，该寻址脉冲终止之后，该状态将会持续一定的时间，该时间为改变显示元件状态所需的寻址脉冲的最小持续时间的至少好几倍，例如至少四倍。公开的美国专利申请No. 2002/0180687表明，能够显示灰度色标的一些基于颗粒的电泳显示器不仅可以稳定于其极端的黑色和白色状态，还可以稳定于其中间的灰度状态，一些其它类型的电光显示器也是如此。这种类型的显示器确切地可称为是“多稳态的”而非双稳态的，尽管为了方便，在此使用术语“双稳态”以同时覆盖双稳态和多稳态显不器。在此使用术语“脉冲”，在成像技术领域中其传统意思是指电压对时间的积分。然而，一些双稳态电光介质充当电荷转换器，因此对于这些介质可采用脉冲的备选定义，即电流对时间的积分(等于所施加的总电荷)。应当根据该介质是用作电压-时间脉冲转换器还是用作电荷脉冲转换器而使用脉冲的恰当定义。
已知好几种类型的电光显不器。一种电光显不器为例如美国专利No. 5808783、5777782、5760761、6054071、6055091、6097531、6128124、6137467、和 6147791 中所描述的旋转双色部件类型(尽管这种类型的显示器经常称为“旋转双色球显示器”，优选使用更为确切的术语“旋转双色部件”，这是因为在部分上述专利中旋转部件不是球形的)。这种显示器使用许多小物体(典型地为球形或圆柱形)和内部偶极子，其中该小体具有光学特性不同的两个或多个部分。这些小物体悬浮在矩阵中的填充了液体的液泡中，用液体填充该液泡，使得这些小物体可自由地旋转。通过对显示器施加电场，由此将小物体旋转到各种位置并改变透过观察表面能够看到的小物体部分，从而改变显示器的外观。这种类型的电光介质通常是双稳态的。另一种类型的电光显示器使用电变色介质，例如形式为纳米变色薄膜的电变色介质，该纳米变色薄膜包括至少部分地由半导电金属氧化物制成的电极以及粘接到该电极的能够进行可逆颜色变化的多个染料分子；例如可参考O’ Regan, B. et al. , Nature 1991,353，737 和 Wood，D.，Information Display, 18 (3), 24 (March 2002)。还可参考 Bach，U.，et al. ,Adv. Mater.，2002，14 (11)，845。例如在美国专利 No. 6301038、国际专利申请 No. WO 01/27690、以及美国专利申请2003/0214695中也描述了这种类型的纳米变色薄膜。这种类型的介质通常也是双稳态的。成为许多年来广泛研究和发展目标的另一种电光显示器为基于颗粒的电泳显示器，其中多个带电颗粒在电场的影响下移动穿过悬浮液。和液晶显示器相比，电泳显示器具有良好的亮度和对比度、宽视角、状态的双稳定性、以及低功耗的优点。然而，这些显示器的与长期图像质量相关的问题已经阻碍其广泛使用。例如，构成电泳显示器的颗粒趋于沉淀，导致这些显示器的使用寿命不足。如前所述，电泳介质需要存在悬浮液。在绝大多数现有技术的电泳介质中，这种悬浮液为一种液体，但是可以使用气体悬浮液制造电泳介质；例如参考Kitamura, T. , et al.,“Electrical toner movement for electronic paper-like display，，，IDff Japan, 2001,Paper HCS1-1和 Yamaguchi, Y. , et al. ,“Toner display using insulative particlescharged triboelectrically”，IDW Japan, 2001, Paper AMD4-4)。还可参考欧洲专利申请1429178、1462847、1482354、和 1484625，以及国际申请 W02004/090626、WO 2004/079442、WO 2004/077140、WO 2004/059379、WO 2004/055586、WO 2004/008239、WO 2004/006006、W02004/001498.W0 03/091799、以及WO 03/088495。这种基于气体的电泳介质似乎由于颗粒沉淀，当在允许这种沉淀的取向中使用该介质时，例如对于将该介质置于垂直平面的情形，遭受和基于液体的电泳介质相同类型的问题。实际上，基于气体的电泳介质中的颗粒沉淀似乎比基于液体的电泳介质中更为严重，因为和液体悬浮液相比，气体悬浮液的粘度更低，使电泳颗粒沉淀地更快。最近已经公开了授权给或以麻省理工学院(MIT)和E Ink公司的名义申请的、描述胶囊化电泳介质的许多专利和申请。这种胶囊化介质包括许多小胶囊，每个胶囊本身包括内部相和包围该内部相的胶囊，该内部相含有悬浮在液体悬浮介质中的电泳移动颗粒。通常，该胶囊本身保持在聚合粘接剂内，从而形成置于两个电极之间的相干层。例如在下述专利和申请中描述了这种类型的胶囊化介质美国专利No. 5930026,5961804,6017584、6067185、6118426、6120588、6120839、6124851、6130773、6130774、6172798、6177921、6232950、6249721、6252564、6262706、6262833、6300932、6312304、6312971、6323989、6327072、6376828、6377387、6392785、6392786、6413790、6422687、6445374、6445489、6459418、6473072、6480182、6498114、6504524、6506438、6512354、6515649、6518949、6521489、6531997、6535197、6538801、6545291、6580545、6639578、6652075、6657772、6664944、6680725、6683333、6704133、6710540、6721083、6727881、6738050、6750473、6753999、6816147、6819471、和 68 2 2 7 8 2，美国专利申请公开号 No. 2002/0019081、2002/006032 I、2002/006032 I、2002/006366 I、2002/0090980、2002/0 1 13770、2002/0 130832、2002/013 1147、2002/0 171910、2002/0180687、2002/0180688、2003/00 11560、2003/0020844、2003/0025855、2003/0053 189、2003/0 102858、2003/0 132908、2003/013752 I、2003/0137717、2003/0151702、2003/0214695、2003/0214697、2003/0222315、2004/0008398、2004/0012839、2004/00 14265、2004/0027327、2004/0075634、2004/0094422、2004/0105036、2004/0112750、和2004/0119681，以及国际申请公开号 No. WO 99/67678、WO 00/05704、WO 00/38000、WO 00/38001, WO 00/36560、 TO 00/67110、 W000/67327、 WO 01/07961、 TO 01/08241、·WO 03/107315、W02004/023195, WO 2004/049045、WO 2004/059378、WO 2004/088002, WO2004/088395、和 WO 2004/090857。许多前述专利和申请意识到，可以用连续相替代胶囊化电泳介质中包围离散微胶囊的壁，从而产生所谓的聚合物分散电泳显示器，其中电泳介质包括多个电泳液体的离散小滴和聚合材料的连续相；还意识到，这种聚合物分散的电泳显示器中的电泳液体的离散小滴可以被看作是胶囊或微胶囊，尽管离散胶囊膜并不和每个小滴相关联，见例如前述的专利申请2002/0131147。因此，从本申请的角度来说，这种聚合物分散电泳介质被看作是胶囊化电泳介质的亚种。一种相关类型的电泳显示器是所谓的“微单元电泳显示器”。在微单元电泳显示器中，带电颗粒以及悬浮液体并不包裹在微胶囊内，而是保持在形成于载体介质(通常为聚合物薄膜)内的多个腔内。例如，见国际申请公开No. WO 02/01281和已公开的美国专利申请No. 2002/0075556,这两个专利申请都授权给Sipix Imaging公司。许多前述E Ink及MIT专利和申请还考虑到微单元电泳显示器和聚合物分散的电泳显示器。术语“胶囊化电泳显示器”可指所有这些显示器类型，这些显示器也可共同地描述成“微腔电泳显示器”以概括壁的形貌。另一种类型的电光显不器为由Phi Iips研发的电浸湿显不器,在Nature期刊2003年9月 25 日这一期中标题为“Performing Pixels Moving Images on Electronic Paper”的文章中得到描述。在于2004年10月6日提交的未决的美国申请序号No. 10/711802(还可参考相应的国际申请PCT/US2004/32828)中表明，这种电浸湿显示器可制成是双稳态的。本发明中还可以使用其它类型的电光材料。特别让人感兴趣的是，双稳态铁电液晶显示器(FLC)在本领域中是已知的。尽管电泳介质经常是不透明的(因为例如，在许多电泳介质中，颗粒基本上阻断可见光透射过显示器)并工作于反射模式，但许多电泳显示器可制成工作于所谓的“快门模式”，其中一个显示器状态基本上是不透明的，一个显示器状态为透光的。例如，见前述美国专利 No. 6130774 和 6172798 以及美国专利 No. 5872552、6144361、6271823、6225971、和6184856 ο介电电泳显不器和电泳显不器相似但依赖于电场强度的变化，可工作于类似的模式，见美国专利No. 4418346。其它类型的电光显示器还可以工作于快门模式。胶囊化或微单元电泳显示器通常不遭受传统电泳装置的群聚和沉淀失效模式，并且可提供另外的优点，例如能够在许多柔性和刚性衬底上印刷或涂敷该显示器的能力。(使用单词“印刷”的目的是包括所有形式的印刷和涂敷，包括但不限于诸如斑片模压涂敷，狭槽或挤压涂敷，滑块或级联涂敷的预测量涂敷；诸如刀上辊涂，正向和逆向辊涂的辊涂；凹版涂敷；浸溃涂敷；喷涂；弯月涂敷；旋涂；刷涂；气刀涂敷；丝网印刷工艺；静电印刷工艺；热印刷工艺；喷墨印刷工艺；电泳沉积；和其它类似的技术)。因此，所得到的显示器可以是柔性的。此外，由于可以(使用各种方法)印刷显示器介质，显示器本身的制造并不昂贵。基于颗粒的电泳显示器以及显示相似行为的其它电光显示器(这种显示器在下文中为了方便而称为“脉冲驱动显示器”)的双稳态或多稳态行为与传统液晶(LC)显示器的行为成显著对比。扭转向列型液晶并不是双稳态或多稳态的，而是起着电压转换器的作用，使得对这种显示器的像素施加特定的电场会在该像素产生特定灰度电平，该灰度电平与像素上先前的灰度电平无关。此外，LC显示器只沿一个方向受驱动(从非透光或“暗”转变到透光或“亮”)，通过降低或消除电场可实现从较亮状态到较暗状态的逆向转变。最 后，LC显示器上像素的灰度电平对电场的极性不敏感而只对其强度敏感，实际上出于技术原因，商品化的LC显示器通常以频繁的间隔使驱动电场的极性反向。与此对照的是，双稳态电光显示器在一级近似下充当脉冲转换器，使得像素的最终状态不仅取决于所施加的电场以及施加该电场的时间，还取决于施加该电场前像素的状态。同样，为了获得高分辨率的显示器，显示器的单个像素必须是能够不受邻近像素干扰而可寻址的。获得这个目标的一个途径是提供诸如晶体管或二极管的非线性元件阵列，至少一个非线性元件和每个像素相关联，从而产生“有源矩阵”显示器。寻址一个像素的寻址电极或像素电极通过关联的非线性元件连接到适当的电压源。通常，当非线性元件是晶体管时，像素电极连接到晶体管的漏极，将在下文中采用这种布置，该连接基本上是任意的并且像素电极可连接到晶体管的源极。传统上，在高分辨率阵列中，像素布置成行和列的二维阵列，使得由一个特定行与一个特定列的交叉而唯一地定义任何特定像素。各列中所有晶体管的源极连接到单个列电极，而各行中所有晶体管的栅极连接到单个行电极；同样，传统上将源极分配到行，将栅极分配到列，但这种分配基本上是任意的，如果需要可以进行相反的分配。行电极连接到行驱动器，这基本上确保在任一特定时刻只选择一个行，即，对所选定的行电极施加电压从而确保选定行内的所有晶体管都是导通的，而对所有其它行施加电压从而确保这些未被选择的行内的所有晶体管保持不导通。列电极连接到列驱动器，该驱动器对各种列电极施加选定电压，将选定行内的像素驱动到其预期光学状态。(前述电压是相对于公共前电极，并在整个显示器上延伸，其中该公共前电极传统上设于电光介质上与非线性阵列相对的一侧上。)经过预选选定的间隔(已知为“线寻址时间”)后，取消选定已选定的行，选择下一行，列驱动器上的电压被改变到写显示器下一条线的电压。重复这个过程，使得以逐行的方式写整个显示器。除了电光材料层之外，电光显示器通常包括置于电光材料两个相对侧上的至少两个其它层，该两层中的一层为电极层。在绝大部分这种显示器中，这两个层都是电极层，一个或两个电极层被图形化以定义显示器的像素。例如，一个电极层可图形化成细长的行电极，另一个被图形化成与行电极成直角的列电极，由行电极与列电极的交点定义像素。备选地且更为普遍地，一个电极层的形式为单个连续电极，另一个电极层被图形化成像素电极矩阵，每个像素电极定义显示器的一个像素。在另一种类型的电光显示器(目标是用于与该显示器分离的针式打印头或类似可移动电极)中，只有毗邻电光层的一个层包括电极，电光层相对一侧上的层通常为用于防止移动电极损伤电光层的保护层。无论所使用的电光介质是否为双稳态的，为了获得高分辨率的显示器，显示器的单个像素必须是能够不受邻近像素干扰而可寻址的。获得这个目标的一个途径是提供诸如晶体管或二极管的非线性元件阵列，至少一个非线性元件和每个像素相关联，从而产生“有源矩阵”显示器。寻址一个像素的寻址电极或像素电极通过关联的非线性元件连接到适当的电压源。通常，当非线性元件为晶体管时，像素电极连接到晶体管的漏极，将在下文中采用这种布置，该连接基本上是任意的，像素电极可连接到晶体管的源极。传统上，在高分辨率阵列中，像素布置成行和列的二维阵列，使得由一个特定行与一个特定列的交叉而唯一地定义任何特定像素。各列中所有晶体管的源极连接到单个列电极，而各行中所有晶体管的栅极连接到单个行电极；同样，传统上将源极分配到行，将栅极分配到列，但这种分配基 本上是任意的，如果需要可以进行相反的分配。行电极连接到行驱动器，这基本上确保在任一特定时刻只选择一个行，即，对所选定的行电极施加电压从而确保选定行内的所有晶体管都是导通的，而对所有其它行施加电压从而确保这些未被选择的行内的所有晶体管保持不导通。列电极连接到列驱动器，该驱动器对各种列电极施加选定电压，将选定行内的像素驱动到其预期光学状态。(前述电压是相对于公共前电极，并在整个显示器上延伸，其中该公共前电极传统上设于电光介质上与非线性阵列相对的一侧上。)经过预选选定的间隔(已知为“线寻址时间”)后，取消选定已选定的行，选择下一行，列驱动器上的电压被改变到写显示器下一条线的电压。重复这个过程，使得以逐行的方式写整个显示器。如前所述，并在前述的2003/0137521、于2004年3月31日提交的未决申请序列号10/814205、以及于2004年6月29日提交的未决申请序列号10/879335 (还可参考分别相对应的国际申请W02004/090857和PCT/US2004/21000)，双稳态电光显示器在一级近似下充当脉冲转换器，使得像素的最终状态不仅取决于所施加的电场以及施加该电场的时间，还取决于施加该电场前像素的状态。此外，现在已经发现，至少在许多基于颗粒的电光显示器的情形中，通过等量的灰度电平变化(通过眼睛或标准光学仪器判断)而改变特定像素所需要脉冲无需保持不变，该脉冲也无需是可交换的。例如，考虑每个像素可显示O (白色)，1，2，或3(黑色)灰度电平的显示器中，灰度电平优选地被分隔开。(各电平之间的间隔可以是百分比反射率的线性关系，可通过眼睛或仪器测量该间隔，还可使用其它间隔。例如该间隔可以是随L*线性变化(其中I/具有通常的CIE定义L* = 116(R/R0)1/3-16其中R为反射率，Rtl为标准反射率值)，或者选择该间隔以提供特定的灰度系数；监视器通常采用2. 2的灰度系数，当本发明的显示器用作监视器的替代品时，理想地使用类似的灰度系数。)已经发现，将像素从电平O改变到电平I (下文中为了方便，称之为“0-1转变”)所需的脉冲经常不同于1-2或2-3转变所需的脉冲。此外，1-0转变所需的脉冲无需和逆向的0-1转变所需的脉冲相同。此外，某些系统似乎显示“记忆”效应，使得(例如)0-1转变所需的脉冲随特定像素是否经过0-0-1、1-0-1、或3-0-1转变而略微变化(其中标注“x-y-z”，其中x、y、z都是光学状态，0、1、2、3表示从前到后罗列的、在时间顺序上依次观察到的光学状态顺序)。尽管在将所需像素驱动到其它状态之前，将显示器的所有像素驱动到一个极端状态并保持长时间，从而可以降低或克服这些问题，由此引起的单色的“闪耀”通常无法接受；例如，电子书的读者要求书的文本在屏幕上向下滚动，如果显示器需要频繁地闪耀纯黑色或白色，则读者会受到干扰或失去兴趣。此外，显示器的这种闪耀增大了能耗，可能降低显示器的工作寿命。最后，已经发现，至少在一些情形中，特定转变所需的脉冲受显示器的温度和总工作时间的影响，并受特定像素在给定转变之前保持在特定光学状态时间的影响；还发现，为了确保精确地再现灰度电平，需要补偿这些因素。因此，需要对电光介质控制和施加严格定义脉冲的方法，以在电光显示器中产生良好的图像再现。当正在重写有源矩阵电光显示器时(即，当将新图像置于显示器上或正在刷新图像时)，列电极的充电和放电是功耗的重要来源。(行电极的充电和放电也消耗一些功率，但行电极的功耗非常小，因为只在写整个显示器的周期内对任何特定的行电极充电和放电一次，而每次重写显示器的新行时都要对列电极充电和放电，通常有源矩阵显示器具有好几百个行。)当显示图像内的条纹或格子被反转时，出现这种列电极功耗最严重的情形；在这种情形中，在写显示器的每一行时，每个列线转变经过整个电压范围(即，为了支持白色 到黑色或黑色到白色的像素光学状态改变)。在这种情况下，用于充电和放电列电极的电容性功率为P = l/2fCV2 (A)其中P为显示器扫描时耗费的功率，C为被转变的所有列电极的组合电容，V为列驱动器的全“摆动电压”(即，全电压工作范围)，f为在列电极看到的波形的有效频率。在使用相对高电压的显示器(例如一些电光显示器)中，显示器功耗的大部分来源于此。在一个方面，本发明寻求提供驱动有源矩阵电光显示器的方法，该方法降低由于列电极转变所致的功耗。本发明还提供了用于执行这个方法的经过修改的驱动器；这些驱动器可设计成减小平均功耗和峰值功耗。前面已经提及，本发明的第二方面涉及大面积电光显示器，以及用于这种大面积显示器的驱动器。特别地，本发明的这个方面涉及具有用于驱动这种大面积电光显示器的集成控制器逻辑的显示驱动器。通常，电子(包括电光)显示器是刚性装置，包括安装到刚性支持结构的元件。为了制造大面积显示器，通过将子系统粘附到刚性框架而组合出多个刚性显示器子系统。这种大面积显示器沉重且昂贵，升级到更大尺寸受到显著限制。本发明旨在提供柔性大面积电光显示器，其中可以使用相对廉价材料并使用包括印刷和叠层步骤的低成本工艺的子部件来制造该电光显示器。因此，可以制成包括电光显示器的大面积指示牌(sign)，该显示器和相似的传统显示器相比具有许多优点。这些优点包括重量轻、更低的功耗、在各种照明条件下的可见度、升级、以及改进的大面积制造能力。这种指示牌基本上是无需维护且是防水的，可在户内及户外使用。因此，使用电光显示器的大面积指示牌在大范围的商业或非商业应用中是特别理想的。然而，在构造这种大面积指示牌时的一个挑战为驱动电子装置的设计。如前所解释，电光介质的驱动要求通常采用设计成驱动液晶显示器的已知驱动器，这些驱动器如果不经过定制修改则不适用于驱动双稳态电光显示器。在前述的2003/0317521、W0 2004/090857、和 PCT/US2004/21000 中描述了特别设计成用于驱动电光显示器的电路驱动器。然而，这些驱动器优化成用于驱动有源矩阵显示器的数据线，因此不包括外部逻辑，配备了并未将驱动器逐个级联的移位寄存器。这意味着在使用这种驱动器的大面积或长指示牌中，控制器必须顺序地载入特定行中用于每个像素的每显示器像素的两位中，之后才能更新该显示器。这种数据载入要花费大量的时间。同样，由于通常以相对高的频率传送数据，数据路径可能过于脆弱，可能导致数据崩溃。

发明内容
本发明旨在提供一种驱动器，该驱动器解决了包括电光显示器的用于大面积指示牌的已知驱动器的这些缺点。特别地，本发明旨在提供一种驱动器，该驱动器可实现以相对低的带宽将字符数据传送到大量的显示驱动器，由此降低功耗并减小数据崩溃的可能性。本发明还旨在通过使用低电压数据界面而降低源于显示器的电磁干扰的数量，并提供和现有字符显示器模块兼容的驱动器，由此允许显示器包括相同指示牌上的显示驱动器的非均 匀混合。最终，本发明旨在提供改进的控制器功能性和电光介质之间的集成，每个显示器模块因此实际上具有各自的控制器，从而允许用较新的、可能具有显著不同性能的模块代替每个模块，而不影响指示牌其余元件的工作。在一个方面，本发明提供了驱动电光显示器的方法，该电光显示器包括电光介质、能够对电光介质施加电场的像素电极、以及于像素电极相关联的列电极，该方法包括将列电极上的电压从第一个值改变成不同于第一个值的第二个值，由此使像素电极导致电光介质的光学状态的改变，其中首先将列电极上的电压从第一个值改变成第三个值(介于第一和第二个值之间)并保持足够长的时间以允许电荷从列电极流出或流到列电极，之后将该列电极上的电压从第三个电压改变到第二个电压。为了方便，在下文中将本发明的这个方面称为本发明的“两步电压改变方法”(“TSVCM”)，尽管应该了解到，这个方法不限于仅使用两个步骤，通过采用介于第一和第二电压之间的不止一个的中间电压而在实践中可以采用两个以上的步骤。在本发明的两步电压改变方法中，第一和第二电压可以是相反的极性，第三电压可以为接地电压。第三电压可以基本上等于第一和第二电压的算术平均值。当显示器包括置于电光介质上和像素电极相对一侧上的前电极时(有源矩阵显示器通常是这种情形)，前电极保持在基本恒定的电压，第三电压可以等于或至少基本上等于前电极上的电压。同样，当显示器包括连接到列电极并布置成对列电极施加第一、第二、和第三电压的列驱动器，并包括布置成向列驱动器提供至少两种电压的电压提供工具时(实际情形通常是这样的)，可以实现TSVCM，使得当公共电极上的电压设为第三个值时，从列电极流出或流向列电极的电荷并不流经电压提供工具。电光显示器技术领域中技术人员所熟知的是，这种显示器通常使用连接到列电极的列驱动器，这种列电极具有处于导通和截止状态的“允许输出”(“0E”)输入，使得当OE输入处于导通状态时，列驱动器可对列电极施加至少三种不同的电压，但是当OE输入处于截止状态时，列驱动器只对列电极施加单个电压(通常为公共前电极的电压)。当本发明的TSVCM用于这种显示器时，可以这样实现这个方法先将OE输入设于截止状态，由此使列驱动器对列电极施加第三电压，之后将OE输入设成导通状态，由此使列驱动器对列电极施加第二电压。同样，将在下文中进行更加详细的讨论，实际上理想地TSVCM包括将列电极的初始状态和预期最终状态进行比较的步骤，只有当列电极的两个状态不同时才将OE输入设置成截止状态。更为特别地，如果电光显示器是包括多个列电极和多个像素电极的传统类型，使得每个像素电极连接到一个列电极，在TSVCM中，当正重写显示器上的图像时，将一个重写过程步骤期间每个列电极上的初始电压和重写过程后续步骤期间列电极上的最终电压进行比较，只有当该初始电压和最终电压不同时才对列电极施加第三电压。TSVCM可应用于任意类型的电光显示器，包括例如在诸多前述E Ink和MIT专利及申请中的所谓“直接驱动”显示器，其中为每个像素电极提供了分离的导电路径(“列电极”)，通过该列电极可以控制像素电极上的电压。TSVCM还可用于无源矩阵寻址显示器。然而，TSVCM可特别用于有源矩阵显示器，该有源矩阵显示器包括位于电光介质一侧上的二维阵列像素电极和位于电光介质相对一侧上的公共电极，连接到该二维阵列像素电极的列的多个列电极和连接到该二维阵列像素电极的行的多个行电极，使得由一个特定列电极和一个特定行电极的交叉唯一地定义每个像素电极。TSVCM可以用于任意类型的电光介质，包括任一前述的电光介质。因此，例如，该电 光介质可以是旋转双色部件或电致变色介质，或者是基于颗粒的电泳介质，该基于颗粒的电泳介质包括悬浮液和保持在该悬浮液中并且在向该悬浮液施加电场时能够在其中移动的多个带电颗粒。该悬浮液可以是液体或是气体。该电泳介质可以是具有连续相的胶囊化介质，该连续相的胶囊化介质将悬浮液和带电颗粒分离成多个离散的小滴(当悬浮液为气体时称之为“空隙”可能更好)。本发明还提供了用于本发明的两步电压控制方法的设备。因此，本发明提供了用于驱动电光显不器的设备，其中该电光显不器包括电光介质、能够施加电场的像素电极、以及和像素电极相关联的列电极，该设备包括能够对列电极施加至少第一、第二、和第三电压的列驱动器，第一和第二电压互不相同，第三电压介于第一电压和第二电压之间；以及逻辑工具，该逻辑工具被布置成确定何时需要将施加于列电极的电压从第一电压改变到第二电压，以及当检测到需要这种改变时，使列驱动器先对该列电极施加第三电压并保持足够长的时间以允许电荷从该列电极流出或流到该列电极，之后使列驱动器将第二电压施加到该列电极。另一方面，本发明提供了电光显示器系统，该系统包括柔性衬底和粘附到该柔性衬底的多个柔性电光显示器单元。为了方便，在下文中将本发明的这个方面称为本发明的“柔性大面积显示器”(“FLAD”)，其中这个方面主要用于大面积显示器，但是并非专用于大面积显示器。这种柔性大面积显示器可进一步包括将多个显示器单元固定到柔性衬底的粘附层。通常，该柔性衬底是透光的(基本上透明的，尽管不排除存在某些颜色，例如出于显示器的颜色校正或抗反射或抗眩光目的)。该显示器单元可以用于任何已知的显示器介质，包括前述各种类型的电光介质、液晶介质(包括聚合物分散和基于塑料的液晶介质)、电致发光介质、和有机发光二极管。柔性衬底可设有任意已知的滤光器或表面处理特性；例如柔性衬底可具有紫外滤光性能或抗眩光表面处理。
在本发明的FLAD中，显示器单元通常将被定向成通过柔性衬底进行观察。FLAD可设有毗邻衬底的掩模，该掩模有效地隐藏了显示器单元的非活性部分。该掩模的颜色基本上和显示器单元的颜色或其一个颜色匹配。存在粘附层时，该层通常基本上是透明的。粘附层可包括例如下述材料中的至少一种乙烯树脂醋酸纤维、聚乙烯丁酸酯、热固材料、热塑材料、和辐射固化材料。该粘附层可以是薄层的形式，或包括液体。FLAD还可包括保护薄膜以及介于该保护薄膜和柔性衬底之间的第二粘附层。该保护层可以是热成形的和/或包括基本上透明的塑料薄层。柔性衬底可包括下述材料中的至少一种聚酯、丙烯酸、聚碳酸酯、聚碳酸酯-PVF合成物、及透明的含氟聚合物。FLAD可包括内嵌在粘附层(存在该层时)内的安装块。在FLAD中，显示器单元可以在它们的边缘处交叠。本发明还提供了制造电光显示器系统的工艺，该工艺包括提供柔性衬底、提供多个柔性电光显示器单元、以及将该多个柔性电光显示器单元粘附到该柔性衬底上。
在该“FLAD工艺”中，通常通过叠层而将显示器单元粘附到柔性衬底上。该叠层可以是真空叠层，可通过加热执行。该叠层还可以是轧辊叠层。使用热熔粘附剂可执行该堆叠，其中该粘附剂包括下述至少一种乙烯树脂醋酸纤维、聚酰胺、聚氨基甲酸乙脂；和/或可以通过涂敷包括硅酮、环氧树脂、和聚氨基甲酸乙脂中至少一种的液体粘附剂而实现该置层。在另一个方面中，本发明提供了显示器模块驱动器装置，用于控制待显示在显示器模块上的图像，该显示器模块包括多个像素，每个像素具有与其相关联的像素电极，该驱动器装置包括输入工具，用于接收表示待显示的初始和最终图像的数据；转换工具，用于将输入工具接收的数据转变成初始和最终图像的像素方式的表示；存储工具，用于存储初始和最终图像的像素方式的表示；多个输出工具，布置成控制将被施加到显示器的像素电极的电压；以及逻辑工具，布置成从存储工具接收数据并在多个输出工具上根据该数据产生所需要的输出。在本发明的这种显示器模块驱动器装置(“DMDD”)中，逻辑工具可布置成改变输出工具内的输出，该改变是根据下述参数中的至少一种环境参数、表示显示器模块工作寿命的参数、以及表示显示器模块的电光特性的参数。该DMDD主要用于包括前述任意类型电光介质的电光显示器。该DMDD尤其适用于前面提及的直接驱动类型的显示器，其中该显示器被划分成一系列像素，每个像素设有分离的电极，该显示器进一步包括用于独立地控制施加到每个分离电极的电压的转换工具。该DMDD还可用于大面积直接驱动矩阵显示器，其中和诸如电光介质成本的其它成本相比，为每个像素提供驱动器连接的总体成本相对较低。本发明还提供了显示器组件(本发明的“DMDD组件”)，该显示器组件包括多个显示器模块和显示器组件输入工具，其中每个显示器模块包括与其相关联并控制显示在其关联显示器模块上的图像的本发明的显示器模块驱动器装置，该显示器组件输入工具布置成接收表示将被显示在显示器组件上图像的图像数据并将至少部分图像数据提供给每个显示器模块驱动器装置。在这种DMDD组件中，可以通过任何已知的方式实现将图像数据分布在各种DMDD内，将在下文中详细地描述这种数据分布的优选方法。典型地，这些DMDD是“菊花链”(daisy-chained);在该菊花链中，每个DMDD具有被连接到该链中下一个DMDD的输入工具的数据输出工具(和控制像素上电压的输出工具分离)。本发明的DMDD可被布置成执行在前述的2003/0137521、W02004/090857、和PCT/US2004/21000中描述的任何一种驱动方法，包括例如校正温度、相对湿度、电光介质的工作寿命等的这些驱动方法的可选方面。因此，该DMDD可包含这些驱动方法所需的附加电子装置或传感器，例如温度或湿度传感器，或者测量关联电光显示器模块的工作时间的计时器。


图I为本发明的用于寻址显示器的两步电压改变方法的流程图。图2A为用于执行图I方法的列驱动器和关联设备的方框图。图2B为和图2A相似的，示出了用于执行现有技术驱动方法的设备的方框图。图2C示出了在图2B的驱动方法中对列电极施加的电压以及特定控制信号的数值随时间变化的图示。图2D为和图2B相似的方框图，但示出了现有技术驱动方法的后期阶段。图3A为和图2B相似的方框图，但阐述了本发明的两步电压改变方法的第一阶段。图3B和图2C的图示相似，示出了图3A的两步电压改变方法中对列电极施加的电压以及特定控制信号的数值随时间变化的图示。图3C为和图3A相似的方框图，但阐述了两步电压改变方法的第二阶段。图3D为和图3A及3C相似的方框图，但阐述了两步电压改变方法的最后阶段。图4A示出了和图2C及3B的视图相似的视图，但示出了当需要在列电极上施加多个连续周期的相同电压时，现有技术驱动方法的相应信号。图4B示出了和图4A相似的图示，示出了在和图4A相同条件下的本发明的两步电压改变方法。图5为现有技术列驱动器的一个通道的方框图(即，用于控制一个列电极的这种驱动器的一部分)。图6为和图5相似的方框图，示出了用于本发明两步电压控制方法中调整驱动器的一个列。图7为和图2C、3B、4A、和4B相似的图示，示出了当使用图6的驱动器执行本发明的优选两步电压改变方法时，施加在显示器的同一列但位于两个毗邻线内的像素上的电压以及特定控制信号随时间的变化。图8为本发明的柔性大面积显示器的俯视图。图9为沿图8的线9-9的示意性截面。图10为可用于制造图8和9所示的柔性大面积显示器的轧辊叠层工艺。图11为本发明的显示器模块驱动器装置的方框图。图12为阐述图11所示显示器模块驱动器装置的操作方法的流程图。
具体实施例方式前面已经提及，本发明包括三个主要方面，S卩，(a)两步电压改变方法和用于执行这种方法的设备；(b)柔性大面积显示器；和(C)显示器模块驱动器装置以及包括这种装置的显示器组件。下面将分开描述本发明的这些各个方面，尽管应该了解到，单个显示器或其驱动方法可利用本发明的一个以上的方面。例如，本发明的DMDD组件可实现本发明的两步电压改变方法，并可用于驱动本发明的柔性大面积显示器。两步电压改变方法以及用于执行该方法的设备已经提到，本发明提供了用于驱动电光显示器的两步电压改变方法(TSVCM)，该电光显示器包括电光介质、能够对该电光介质施加电场的像素电极、以及和该像素电极相关联的列电极。TSVCM涉及分两步改变列电极上的电压在第一步中，将电压从第一个值改变到介于第一个(初始)值和第二个(最终)值之间的第三个值，并保持足够的时间以允许电荷从列电极流出或流到列电极。之后，在第二步中，将列电极上的电压从第三电压改变到第二电压。同样，如前所述，该TSVCM用于降低显示器的功耗。·TSVCM是基于下述认识，S卩，在电源没有提供电流的情况下，先将列电极设为介于改变所需要的初始(第一)电压和最终(第二)电压之间的中间(第三)电压，之后使用电源提供的电流对列电极充电以完成列电极电压的改变，这样可以以更低的功耗实现列电极电压的改变。通常，当对包括多个列电极的显示器应用TSVCM时(商品化的显示器可能具有好几百个列电极)，对所有列电极使用相同的第三电压，该公共第三电压可以是接地电势，或者是电光介质上和像素电极相对一侧上的公共前电极所保持的电压。因此，在TSVCM中，电源只提供列电极电压变化所需的电荷的一部分，因此降低了由电源提供的功率。在TSVCM中，优选地第三电压为第一和第二电压的算数平均值，因为根据平均值，这提供了最大的功耗降低。使用算数平均值的第三电压使上述方程A中的频率f增大一倍或两倍，同时有效地将电源需要提供的电压V降低两倍，最终使功率P降低两倍。因此，通过在更新显示器的一部分时允许电荷泄漏而不是通过在更新该部分时主动地施加电流，降低了由电源元件驱动的电压改变部分，从而降低显示器功耗。TSVCM可利用电子显示技术领域中普通技术人员已知的显示器图像数值数据信号。例如，显示器可包括例如视频卡的控制器，该控制器处理图像位图数据并将图像数据发送到逻辑电路。本领域中已知的逻辑电路可以接收表征电压信号、水平计时数据、和垂直计时数据的数值电压脉冲数据。该逻辑电路随后可向行驱动器和列驱动器提供数值信号。由于从电源提取的功率与输出电压的平方有关，为了实现显示器列电压改变而降低由驱动器部件施加的电压可以实现总功耗的大幅降低。本发明的一些实施例并不要求提供传统列驱动器中的附加电路，可实现峰值功率输出的降低。不要求提供附加电路的其它实施例可以减小平均功率和峰值功率。通过参考附图进行的下述描述，可以看出本发明的上述优点以及另外的优点。在附图中，所有不同视图中的相同参考字符通常表示相同部分。同样，这些附图不一定按比例绘制，重点放在阐述本发明的原理。图I为示出了本发明的TSVCM的广泛特征的流程图。该方法包括提供和具有电压的列电极相关的像素；定义和像素的图像状态转变相关联的列电极从第一电压到第二电压的电压转变；以及从列电极提取电荷以导致列电极的电压至少部分地转变到第二电压。可以无需电源的支持而提取该电荷，因此不会消耗电源的功率。该电源可仅支持全电压转变的一部分，实现显示器的峰值和/或平均功耗的降低。之后，可选地，电源向列电极提供第二电荷以完成列电极电压转变成第二电压。图2A为用于寻址显示器一个列的设备(通常用100表示)的方框图。该设备包括输入线102，承载例如来自电池的+3V。该输入线连接到+15V的升压电源104和-15V的升压电源106，这些增压器电源提供的+15V和-15V输出被提供到列驱动器108，该驱动器转而连接到地或连接到显示器的列线或电极110。该显示器为有源矩阵显示器，具有OV的公共前电极电压；组合列电容为20nF，行寻址时间(即，在显示器扫描期间选择每个行的时间)为30微秒。升压电源104和106为80%的效率。假设一种最糟糕的情形，其中正被写入的图像包括交替的黑色和白色行，使得每次选择新行时，列电极110必须在+15V和-15V之间转变。在写这种图像的传统方法中，如图2B和2C所示，当线允许(LE)信号为高电平时，列驱动器108使用-15V的升压电源106输出Q1库仑的电荷以将列电极110从+15V转变到-15V，如图2C中的112所示。
当30微秒之后选择显示器的下一个行时，列电极110需要进行从-15V到+15V的逆向转变。因此，如图2C和2D所示，当LE再次变为高电平时，列驱动器108使用+15V升压电源104从而将Q1库仑的电荷输出到列电极110，如图2C中的114所示。在112和114发生的这两个连续转变中，可如下计算Q1的值Q1 = CVQ1 = 20nF*30VQ1 = 600nC将在交替的行上或者每60微秒发生正的转变(例如，对于从白色到黑色的转化)。因此在一秒内，+15V电源将提供I秒/60微秒次数的600nC电荷，这导致IOmA的电流提取。如果升压电源的效率为80 %，这对应于3. OV输入时62. 5mA的平均电流，或者是187. 5mff的
功率提取。类似地，对于负的转变，-15V电源106提供Q1库仑的电荷(例如，将其余行从黑色转化成白色)，这导致另一个输入的187. 5mff功率，形成375mW的总电容性功率。(和传统相同，为列驱动器108提供了“允许输出”(“0E”)输入，使得当该OE输入为高电平时，列驱动器108可向列电极110提供+15V、0V、或-15V，但当OE为低电平时，列驱动器只提供0V，和提供给显示器的公共前电极的电压相同，而与载入到驱动器内的显示器数据无关。通常该OE输入用于向显示器上电或者断电，或者有时用于实施休眠(低功率)模式。如图2C所示，在现有技术驱动方法中，OE在整个过程中保持高电平，因此对列驱动器108的输出没有影响。)图3A至3D阐述了使用和图2A至2D所示相同的设备用于执行本发明的两步电压改变方法。该TSVCM和图2A至2D的现有技术过程不同之处在于在使用升压电源104和106之一将列电极充电到预期最终值之前，不使用升压电源104和106，在列电极电压转变时使用驱动器108的OE输入先将列电极110放电到0V。图3B示出了和图2C相同系列的列电极电压转变，再次假设最糟糕的情形，即，每次选择新行时，其中列电极电压必须从+15V改变到-15V，或者从-15V改变到+15V。将在下文中详细地解释，根据本发明的TSVCM，从一个黑色行转变到两行之后的下一个黑色行的完整黑色-白色-黑色周期可分成四个阶段实现。该周期的第一个部分为列电极电压从+15V到-15V的转变，并分两个阶段实现这个转变。在第一阶段，如图3A以及图3B中的312所示，OE变为低电平(同时LE保持低电平)，因此迫使列驱动器108的输出为0V，并从列电极110提取Q2到列驱动器108的地输出。该阶段并不从电源104或106驱动任何电流。在该周期的第二部分中，如图3B中的322所示，在短时间之后(对于列电极110至少绝大部分完成放电到OV而言足够长)，LE和OE都被驱动到高电平。这产生了如下效应重新允许驱动器110，还将新载入的行数据锁存到其输出。这导致驱动器110输出02库仑的电荷到-15V的电源106，如图3C所示，由此分两个阶段完成+15V到-15V的转变。如图3B中的324所示，该周期的第三阶段和第一阶段非常相似。OE再次变为低电平(同时LE保持低电平)，因此迫使列驱动器108的输出为0V，并从列驱动器108的地输出提取Q2到列电极110 ;换而言之，该情形和图3A中所示相同，除了电流相反。同样，该阶段并不需要来自电源104和106的任何电流。 最后，在该周期的第四阶段，如图3B的326所示，LE和OE都被驱动到高电平。这产生了如下效应重新允许驱动器110，还将新载入的行数据锁存到其输出。这导致电源104输出Q2库仑的电荷到列驱动器108，如图3D所示，由此分两个阶段完成-15V到+15V的转变。在图3A至3D所示的TSVCM中Q2 = CVQ2 = 20nF*15VQ2 = 300nC从该事实可以看出，本发明的TSVCM的电压为现有技术方法的一半。因此Q1 = 2Q2S卩，在本方法中，电源提供的电荷只为图2A至2D的现有技术方法中的一半，本方法实际上向列电极提供功率时的电压只是现有技术方法的一半。在现有技术方法中，通过OE始终保持高电平，在一个完整(黑色-白色-黑色)周期(两行)内提供的电荷为2Qi库仑。在本发明的方法中，流进或流出列电极的电荷为4Q2，但只需电源提供2Q2;因此，现有技术方法电流的一半是由电源提供，由此导致输入的总电容性功率为187. 5mW。图3A至3D所示的TSVCM具有可用于绝大部分传统列驱动器而无需修改任何电路的优点。然而，当需要将OE驱动到低电平以导致从一个或多个列电极提取电荷时，它确实要求迫使整个显示器的所有列驱动器通道都为0V。因此，在任何时候选择新行而无需将列电极110在+15V和-15V之间转变的情形中，该TSVCM方法会导致低于最佳功率使用的功耗。例如，图3A至3D的方法不是非常适用于全黑和全白屏幕(或者更为普遍地，同一列电极上大量的相邻像素需要同时经历相同的转变，当待显示的图像包括大面积的单色时这种情形很普遍)之间的转变，因为在这些情形中，列电极110可停留在+15V或-15V而保持延长的时间段，而几乎不从电源提取任何电容性功率。图4A示出了这种情况，该图示出了列电极110上的电压(假设为+15V)以及连续好几个扫描线上的OE和LE信号。图4B示出了当对相同的情况施加图3A至3D的TSVCM时，和图4A相同的信号。如图4B所示，每次OE变成低电平时(S卩，就在选择每个新行之前)，迫使列电极将其电荷清空至地，随后必须使用+15V电源104将列电极110充电回到+15V，因此在每次选择新行时要求该电源提供Q2，使得消耗的功率约为图3A至3D中的交替行示例中所消耗功率的大约一半。然而在这种情况下，无需消耗功率即可实现每次转变回到+15V，这是因为无需将电荷清空从而将列电极电压电平降低到公共电压电平。通过本发明的更为精细的方法可避免这种不必要的功耗，该方法要求修改驱动器电路，且现在将参考图5至7描述一个这种方法。将要描述的方法允许按照和图3A至3D的方法中所实现的相同方式而提取单个列电极，但只有当该列电极电压需要改变时才提取该电极；当列电极电压保持相同时，可以避免将电荷清空到地，由此还可以避免由于需要重新对列电极充电而引起的不必要功耗。图5阐述了列驱动器(通常用500表示)的一个通道，即用于控制一个列电极的列驱动器的部分。列驱动器500的通道包括第一(下一个)数据寄存器502、第二(当前)数据寄存器504、以及输出级506。当前数据寄存器504接收LE信号，而输出级506的输入包括+15V、-15V、地电势、以及(在“允许”输入处)全局OE信号，并包括连接到列电极110 的输出。图5所示的设备以下述方式工作。通过输入时钟和输入移位寄存器逻辑(都未在图5中示出)，将两位的输入数据载入下一个数据寄存器502。当LE变为高电平时，来自下一个数据寄存器502的数据被载入当前数据寄存器504。输出级506与寄存器502和504是异步地起作用的，并根据当前数据寄存器504中的数据位以及OE信号的值，按照下表，在列电极110上输出+15V、0 (地电势)、或-15V，其中下表中的Dl和DO分别为当前数据寄存器504中的最高和最低有效位，X代表O或I :表
权利要求
1.ー种用于控制待显示在显示器模块上图像的显示器模块驱动器装置，该显示器模块包括多个像素，每个像素具有与其相关联的像素电极，该驱动器装置的特征在于 输入工具，用于接收表示待显示的初始图像和最终图像的数据； 转换工具，用于将输入工具接收的数据转变成初始图像和最终图像的像素方式的表示； 存储工具，用于存储初始图像和最终图像的像素方式的表示； 多个输出工具，布置成控制将被施加到显示器的像素电极的电压；以及逻辑工具，布置成从存储工具接收数据并在多个输出工具上根据该数据产生所需要的输出。
2.如权利要求I所述的显示器模块驱动器装置，其中逻辑工具被布置成根据下述參数中的至少ー个来改变输出工具内的输出环境參数、表不显不器模块工作寿命的參数、以及表不显不器模块的电光特性的參数。
3.ー种电光显示器，包括如权利要求I所述的显示器模块驱动器装置和电光介质。
4.如权利要求3所述的电光显示器，其中电光介质为旋转双色部件或电致变色介质。
5.如权利要求3所述的电光显示器，其中电光介质为基于颗粒的电泳介质，该基于颗粒的电泳介质包括悬浮液和保持在该悬浮液中并且在向该悬浮液施加电场时能够在其中移动的多个带电颗粒。
6.如权利要求5所述的电光显示器，其中电泳介质为具有连续相的胶囊化介质，该具有连续相的胶囊化介质将悬浮液和带电颗粒分离成多个离散的小滴。
7.—种显示器组件，其特征在于多个显示器模块和显示器组件输入工具，其中每个显示器模块包括与其相关联并被布置成控制显示在其关联的显示器模块上的图像的如权利要求I所述的显示器模块驱动器装置，该显示器组件输入工具被布置成接收表示将被显示在显示器组件上图像的图像数据并将至少部分图像数据提供给每个显示器模块驱动器装置。
全文摘要
本发明涉及电光显示器及驱动方法。该电光显示器包括电光介质、用于对该介质施加电场的像素电极、以及和该像素电极相关联的列电极。为了降低功耗，当需要将列电极上的电压从第一个值改变到第二个值从而改变该电光介质的光学状态时，先将该列电极电压改变到介于第一个和第二个值之间的第三个值以允许电荷流到该列电极或从该列电极流出，之后将该列电极电压从第三个值改变到第二个值。
文档编号G02BGK102842289SQ20121017759
公开日2012年12月26日 申请日期2004年11月26日 优先权日2003年11月25日
发明者H·G·加特斯, R·W·策纳, J·D·阿尔伯特 申请人:伊英克公司