專利名稱：驅(qū)動雙穩(wěn)態(tài)電光顯示器的方法
驅(qū)動雙穩(wěn)態(tài)電光顯示器的方法本申請是申請日為2002年11月20日，申請?zhí)枮?00910163444. 6，發(fā)明名稱為“驅(qū)動雙穩(wěn)態(tài)電光顯示器的方法”的申請的分案申請。本發(fā)明涉及一種驅(qū)動雙穩(wěn)態(tài)電光顯示器的方法和這種方法使用的裝置。更確切地，本發(fā)明涉及一種用于能更準(zhǔn)確控制電光顯示器象素的灰度狀態(tài)的驅(qū)動方法和設(shè)備控制器。本發(fā)明還涉及一種使提供到電泳顯示器的驅(qū)動脈沖保持長期直流(DC)平衡的方法。本發(fā)明尤其是用來和基于粒子的電泳顯示器一起使用，但不限于此，在這種顯示器中，一種或多種類型的帶電粒子懸在液體中并在電場的影響下在液體中移動以改變顯示器的顯示。一方面，本發(fā)明涉及能使用供驅(qū)動液晶顯示器的電路來驅(qū)動對于所提供電場的極性敏感的電光介質(zhì)的裝置，其中液晶材料對極性是不敏感的。 在這里所使用的如用于材料或顯示器的術(shù)語“電光”，在圖像技術(shù)中它常規(guī)的含義涉及一種具有至少在一種光學(xué)特性上不同的第一和第二顯示狀態(tài)的材料，通過向該材料施加電場，該材料從其第一顯示狀態(tài)變化到其第二顯示狀態(tài)。盡管該光學(xué)特性通常是人眼的可識別色彩，但它也可以是其它光學(xué)特性，例如光傳輸，反射率，亮度或在用于機(jī)讀顯示器的情況下在可見光范圍之外的電磁波長反射率變化意義上的偽彩色。在這里所使用的術(shù)語“灰度狀態(tài)”在圖像技術(shù)中它常規(guī)的含義涉及一種在象素的兩個極端(extreme)光學(xué)狀態(tài)中間的狀態(tài)，而且不必意味著在兩極端狀態(tài)之間的黑-白轉(zhuǎn)換。例如，幾個下面談到的專利和公開申請描述了其極端狀態(tài)是白和深藍(lán)的電泳顯示器，這樣中間“灰度狀態(tài)”實際上就是淡藍(lán)。事實上，如已經(jīng)指出的，在兩極端狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換可以根本不是一種色彩變換。在這里所使用的術(shù)語“雙穩(wěn)態(tài)”和“雙穩(wěn)定性”在該技術(shù)中它們常規(guī)的含義涉及一種顯示器，該顯示器包含至少在一種光學(xué)特性上具有不同的第一和第二顯示狀態(tài)的顯示部件，這樣當(dāng)依靠有限時間的尋址脈沖完成對任一給定部件的驅(qū)動以呈現(xiàn)其第一或第二顯示狀態(tài)之后，在尋址脈沖結(jié)束之后，該狀態(tài)會持續(xù)至少幾倍時間(several times),例如為改變顯示部件狀態(tài)所需的尋址脈沖最短時間的至少四倍時間。在于2002年4月2日提交的申請序列號10/063236的共同未決申請(同時見相應(yīng)的國際申請公開NO. W002/079869)中所示，一些基于粒子的有灰度級的電泳顯示器不僅在它們的極端黑白狀態(tài)，而且在它們的中間灰度狀態(tài)也是穩(wěn)定的，這同樣適合于一些其它類型的電光顯不器。這種類型的顯不器相對于雙穩(wěn)態(tài)其更適于稱為“多穩(wěn)態(tài)”，盡管通常術(shù)語“雙穩(wěn)態(tài)”可以在這里用于涵蓋雙穩(wěn)態(tài)和多穩(wěn)態(tài)顯不器。在這里使用的術(shù)語“伽馬電壓”是指驅(qū)動器用來確定向顯示器象素提供電壓的外部電壓基準(zhǔn)。會意識到雙穩(wěn)態(tài)電光介質(zhì)并不顯示為相應(yīng)于所提供的電壓和液晶光學(xué)狀態(tài)特征之間一對一關(guān)系的類型，在這里對術(shù)語“伽馬電壓”的使用不像在常規(guī)液晶顯示器中一樣準(zhǔn)確，在常規(guī)液晶顯示器中伽馬電壓確定在電壓等級/輸出電壓曲線中的拐點。在這里所使用的術(shù)語“脈沖”按其常規(guī)的含義是指電壓相對于時間的積分。但是，一些雙穩(wěn)態(tài)電光介質(zhì)作為電荷傳感器，而對于這樣的介質(zhì)，可以使用一個可供選擇的對脈沖的定義，即電流在時間上的積分(其等于所提供的總電荷量)。對脈沖的適當(dāng)定義取決于介質(zhì)是作為電壓-時間脈沖傳感器還是電荷脈沖傳感器。已知幾種類型的雙穩(wěn)態(tài)電光顯示器。一種類型的電光顯示器是旋轉(zhuǎn)雙色元類型，例如在美國專利號 5808783 ；5777782 ；5760761 ；6054071 ；6055091 ；6097531 ；6128124 ；6137467 ;和6147791中所述(盡管這種類型的顯示器經(jīng)常被稱為“旋轉(zhuǎn)雙色球”顯示器，但術(shù)語“旋轉(zhuǎn)雙色元”更為準(zhǔn)確，因為在上述一些專利中旋轉(zhuǎn)元不是球形的)。這樣一種顯示器使用大量具有兩個或更多有不同光學(xué)特性部分(section)和一個內(nèi)偶極子的小體(通常為球形或圓柱形)。這些小體懸浮在位于矩陣中的充滿液體的液泡中，由于液泡充滿液體，所以小體可以自由旋轉(zhuǎn)。這種顯示器的表象變?yōu)橥ㄟ^向其施加電場，進(jìn)而把小體旋轉(zhuǎn)到各種位置和改變從一個觀察面所看到的小體的部分。另一種類型的電光介質(zhì)使用一種電致變色 介質(zhì)，例如一種以納化色膜形式的電致變色介質(zhì)，所述膜包括至少一部分是由半導(dǎo)體金屬氧化物構(gòu)成的電極和多個依附于電極的能夠可逆變色的染料分子；參見例如O’ Regan, B.，等人的Nature 1991,353,737 ；和 Wood, D.，的 Information Display, 18 (3)，24 (2002 年3月)。也可參見 Bach, U.，等人的Adv. Mater.，2002，14 (11)，845。這種類型的納化色膜也有介紹，例如，在美國專利號6301038，國際申請公開NO. WO 01/27690以及其共同未決的都在2002年3月18日提交的系列申請NO. 60/365368 ；60/365369和60/365385 ;都在2002年5月31日提交的系列申請NO. 60/319279 ;60/319280和60/319281以及在2002年7月31日提交的系列申請NO. 60/319438。已經(jīng)認(rèn)真研究并發(fā)展多年的另一種類電光顯示器是基于粒子的電泳顯示器，其中多個帶電粒子在電場的影響下穿過懸浮液移動。同液晶顯示器相比，電泳顯示器具有優(yōu)良的亮度和對比度，寬的視角，雙穩(wěn)態(tài)狀態(tài)和低功耗的特性。不過，這些顯示器在長期圖像品質(zhì)上的問題已經(jīng)阻礙了它們的廣泛使用。例如，組成電泳顯示器的粒子易于沉淀，導(dǎo)致這些顯示器的使用壽命不足。在麻省理工學(xué)院(MIT)和E Ink公司名下或轉(zhuǎn)讓給其的多個描述封裝的電泳介質(zhì)的專利和申請已經(jīng)在近期公開了。這樣的封裝介質(zhì)包括多個小的內(nèi)體(capsuIe),每個內(nèi)體本身包括一個包含有懸浮在液體懸浮介質(zhì)中的電泳移動粒子的內(nèi)相(internal phase),而一內(nèi)體壁圍繞著內(nèi)相。通常，內(nèi)體將其本身保持在聚合物粘合劑中以形成一個位于兩電極間的結(jié)合層(coherent layer)。在以下文件中描述了這種類型的封裝介質(zhì),例如美國專利號 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 和 6459418 ;以及美國專利申請公開號 2001/0045934 ；2002/0019081 ； 2002/0021270 ； 2002/0053900 ； 2002/0060321 ； 2002/0063661 ；2002/0063677 ；2002/0090980 ；2002/106847 ；2002/0113770 ；2002/0130832 ；2002/0131147和 2002/0154382，和國際申請公開號 W099/53373 ；W099/59101 ；W099/67678 ；W000/05704 ；W000/20922 ；W000/38000 ；W000/38001 ；W000/36560 ；W000/20922 ；W000/36666 ；W000/67110 ；W000/67327 ；W001/07961 ；W001/08241 ；W001/17029 和 W001/17041。多個上文中提及的專利和申請認(rèn)識到可以用一種連續(xù)相來取代在封裝的電泳介質(zhì)中圍繞著離散微體(microcapsule)的壁，由此制造一種所謂的分散聚合體電泳顯示器，在這種顯示器中電泳介質(zhì)包括許多電泳液的離散微滴和聚合材料的連續(xù)相，而且即使離散的內(nèi)體膜不和每個單獨微滴結(jié)合，在這樣的分散聚合體顯示器中的電泳液的離散微滴可以看作內(nèi)體或微體；例如參見W001/02899，第10頁第6-19行。也可參見于2002年2月28日提交的共同未決系列申請NO. 09/683903，和相應(yīng)的國際申請PCT/US02/06393。因此，為了本申請的目的，這樣的分散聚合體電泳介質(zhì)被看作封裝的電泳介質(zhì)的一個亞種。封裝的電泳顯示器通常不會遭受傳統(tǒng)電泳設(shè)備的凝塊和沉淀損壞模式，并提供進(jìn)一步的優(yōu)點，例如在各種柔性和剛性基板上印刷或涂覆顯示器的能力。(詞“印刷”的使用是要包括全部形式的印刷和涂覆，包括(但不局限如此)例如帖片口模涂覆，狹縫或擠出涂覆，滑動或分級涂覆，幕簾涂覆的預(yù)先計量涂覆；例如刀上輥涂，向前或反向輥涂的輥涂，凹板涂覆；浸潰涂覆；噴涂；彎液面涂覆；旋涂；刷涂；氣刀涂覆；絲網(wǎng)印刷處理；靜電印刷處理；熱敏印刷處理；噴墨印刷處理；和其它類似技術(shù)。)由此所得到的顯示器可以是柔性的。此外，由于顯示介質(zhì)可以(使用各種方法)印刷，因此顯示器本身可以變得便宜。

一種相應(yīng)類型的電泳顯示器是所謂的“微單元電泳顯示器”。在微單元電泳顯示器中，帶電粒子和懸浮液不是封裝在微體內(nèi)而是保持在形成在通常是聚合物膜的載體介質(zhì)內(nèi)的多個空腔內(nèi)。例如，參見都是轉(zhuǎn)讓給Sipix Imaging公司的國際申請公開NO. W002/01281,以及公開的美國申請 NO. 2002-0075556。基于粒子的電泳顯示器的雙穩(wěn)態(tài)或多穩(wěn)態(tài)特性和其它電光顯示器表現(xiàn)的類似特性和傳統(tǒng)液晶(“LC”)顯示器的形成了鮮明的對比。扭曲向列液晶不是雙穩(wěn)態(tài)或多穩(wěn)態(tài)而是作為電壓傳感器，所以不管原來存在于象素上的灰度級而向這種顯示器的象素提供一個設(shè)定的電場，在象素上產(chǎn)生一個指定的灰度級。此外，液晶顯示器只在一個方向進(jìn)行驅(qū)動(從非透射或“黑”到可透射或“亮”)，從亮狀態(tài)到黑狀態(tài)的逆向轉(zhuǎn)換是通過減小或去掉電場來實現(xiàn)的。最后，液晶顯示器象素的灰度級對電場的極性不敏感的，而只對其大小敏感，而實際上出于技術(shù)原因，商業(yè)液晶顯示器經(jīng)常以頻繁的間隔翻轉(zhuǎn)驅(qū)動電場的極性。與之相比，第一個近似之處，雙穩(wěn)態(tài)電光顯示器作為脈沖傳感器，所以象素的最終狀態(tài)不僅依賴于所加電場和所加電場的時間，而且還依賴于施加電場之前象素的狀態(tài)。此夕卜，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，至少在許多基于粒子的電光顯示器中，通過在灰度級中(如通過眼睛或標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)儀器判斷)的相等改變來改變一給定象素所需的脈沖不必是常量，它們也不必是可互換的。例如，設(shè)想一種顯示器，其每一個象素可以顯示O (白)，I，2，3 (黑)的灰度級，以一定間隔比較好。(在灰度級之間的間隔可以是在反射系數(shù)百分比中呈線性的，如由眼睛或儀器所測的，但是也可以使用其它分布。例如，分布可以是在L*中呈線性的，或者可以選擇提供一特定伽馬值；2. 2的伽馬值經(jīng)常用于監(jiān)視器，其中用該顯示器作為監(jiān)視器的替換物，可以根據(jù)需要使用類似的伽馬值。)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)將象素從O級到I級的變化(下文中為方便起見稱為“0-1轉(zhuǎn)換”)所需的脈沖經(jīng)常和1-2或2-3轉(zhuǎn)換所需的不一樣。而且，1-0轉(zhuǎn)換所需的脈沖不必和相反的0-1轉(zhuǎn)換的相同。此外，一些系統(tǒng)表現(xiàn)顯示一種“存儲”效應(yīng)，這樣(比如說)0-1轉(zhuǎn)換所需的脈沖取決于特定象素是否經(jīng)歷0-0-1,1_0_1或3-0-1轉(zhuǎn)換而稍微變化。(其中，符號“x-y-z”表示按時間順序訪問的光學(xué)狀態(tài)的序列，這里X，y，z都是光學(xué)狀態(tài)0，1，2或3。)盡管可以通過在將所需象素驅(qū)動到另一狀態(tài)之前以一基本周期將顯示器的所有象素驅(qū)動到極端狀態(tài)之一來緩解或克服這些問題，但是所產(chǎn)生的純色“閃爍”經(jīng)常是不能接受的；例如，電子圖書的讀者可能需要圖書的文本向屏幕下滾動，如果顯示器需要純黑或純白以頻繁的間隔閃爍，那讀者可能會被搞暈或丟失他的位置。此外，顯示器的這種閃爍增加了功耗并且會減少顯示器的使用壽命。最后，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，至少在一些情況下，某一特定轉(zhuǎn)換所需脈沖受溫度和顯示總操作時間，以及特定象素在給定轉(zhuǎn)換之前保持在某一特定光學(xué)狀態(tài)的時間的影響，為了確保準(zhǔn)確的灰度再現(xiàn)，需要對這些因素進(jìn)行補償。在一個方面，本發(fā)明尋求提供一種方法和控制器，可以無需在顯示器上以頻繁的間隔進(jìn)行純色閃爍而給電光顯示器提供準(zhǔn)確的灰度級。此外，如從上面描述中很容易看出，雙穩(wěn)態(tài)電光介質(zhì)的驅(qū)動要求使得為驅(qū)動有源矩陣液晶顯示器(AMLCD)設(shè)計的驅(qū)動器不修改不適于用于基于雙穩(wěn)態(tài)電光介質(zhì)的顯示器。但是，這樣的AMLCD驅(qū)動器在商業(yè)上易于獲得，具有大的容許電壓范圍和高的引線數(shù)封裝，具有現(xiàn)貨供應(yīng)的基礎(chǔ)，價格便宜，因此這樣的AMLCD驅(qū)動器對于驅(qū)動雙穩(wěn)態(tài)電光顯示器是具有吸引力的，而定制類似的為基于雙穩(wěn)態(tài)電光介質(zhì)顯示器的驅(qū)動器實際上會貴一些，還要占用基本設(shè)計和制造時間。因此，修改AMLCD驅(qū)動器用于雙穩(wěn)態(tài)電光顯示器具有花費和開發(fā)周期上的優(yōu)勢，本發(fā)明尋求提供能滿足這一點的一種方法和修改的驅(qū)動器。
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同樣，如已經(jīng)提到的，本發(fā)明涉及驅(qū)動電泳顯示器的方法，使提供到電泳顯示器的驅(qū)動脈沖保持長期直流(DC)平衡。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)封裝的和其它電泳顯示器需要以精確直流平衡的波形來驅(qū)動(即，對于顯示器任一特定象素電流對時間的積分要在顯示操作的整個擴(kuò)展周期中保持為零)以保持圖像穩(wěn)定，維持對稱的開關(guān)特性以及提供顯示器的最大使用壽命。用于保持精確直流平衡的常規(guī)方法需要精確控制的電源供應(yīng)，用于灰度的精確電壓調(diào)制驅(qū)動器以及用于定時的晶振，上邊和類似部件的提供大大增加了顯示器的花費。而且，即使增加了這樣昂貴的部件，仍然沒有實現(xiàn)真正的直流平衡。已經(jīng)經(jīng)驗性地發(fā)現(xiàn)，許多電泳介質(zhì)具有不對稱的電流/電壓(I/V曲線)，盡管本發(fā)明不受這種認(rèn)識的任何限制，但是相信這種不對稱曲線歸咎于在介質(zhì)中的電化學(xué)電壓源。這種不對稱曲線意味著即使在兩種情況下將電壓小心控制為精確一致的時候，介質(zhì)尋址到一個極端光學(xué)狀態(tài)時(假設(shè)黑色)的電流和該介質(zhì)尋址到相對的極端光學(xué)狀態(tài)(假設(shè)白色)時的不相同?，F(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在顯示器中使用的電泳介質(zhì)中的直流不平衡的程度可以通過測量開路電化學(xué)電位(下文中為方便稱為介質(zhì)的“殘余電壓(remnant voltage)”)來探知。當(dāng)象素的殘余電壓為零時，其就已經(jīng)為良好的直流平衡了。如果殘余電壓為正，就是正方向上的直流非平衡。如果殘余電壓為負(fù)，就是在負(fù)方向上的直流非平衡。本發(fā)明使用殘余電壓數(shù)據(jù)來保持顯示器的長期直流平衡。因此，在一個方面，本發(fā)明提供一種驅(qū)動雙穩(wěn)態(tài)電光顯示器的方法，所述顯示器具有多個象素，其中的每一個可以顯示至少三個灰度級(如在常規(guī)顯示技術(shù)中，極端黑和白狀態(tài)被視作為了用于計算灰度級的兩個灰度級)。本方法包括存儲一查詢表，其保存有表示要轉(zhuǎn)換一初始灰度級到一最終灰度級所需脈沖的數(shù)據(jù)；存儲代表顯示器的每個象素的至少一個初始狀態(tài)的數(shù)據(jù)；接收表示顯示器的至少一個象素的一期望最終狀態(tài)的輸入信號；和產(chǎn)生一輸出信號，表示將所述象素的初始狀態(tài)轉(zhuǎn)換到其期望的最終狀態(tài)所需的脈沖，如從所述查詢表中確定的。這種方法為方便起見在下文中稱為本發(fā)明的“查詢表法”。
本發(fā)明還提供一種使用這種方法的設(shè)備控制器。該控制器包括存儲裝置，用于存儲保存有表示要轉(zhuǎn)換一初始灰度級到一最終灰度級所需脈沖數(shù)據(jù)的查詢表和代表顯示器的每個象素的至少一個初始狀態(tài)的數(shù)據(jù)；輸入裝置，用于接收表示顯示器的至少一個象素的一期望最終狀態(tài)的輸入信號；計算裝置，用于從輸入信號、所存儲的表示所述象素的初始狀態(tài)的數(shù)據(jù)以及查詢表確定用于將所述一個象素的初始狀態(tài)變化到期望的最終狀態(tài)所需的脈沖；以及用于產(chǎn)生表不所述脈沖的輸出信號的輸出 裝置。本發(fā)明還提供一種驅(qū)動雙穩(wěn)態(tài)電光顯示器的方法，所述顯示器具有多個象素，其中的每一個可以顯示至少三個灰度級。該方法包括存儲一查詢表，其保存有表示要轉(zhuǎn)換一初始灰度級到一最終灰度級所需脈沖的數(shù)據(jù)；存儲代表顯示器的每個象素的至少一個初始狀態(tài)的數(shù)據(jù)；接收表示顯示器的至少一個象素的一期望最終狀態(tài)的輸入信號；和產(chǎn)生一輸出信號，表示將所述象素的初始狀態(tài)轉(zhuǎn)換到其期望最終狀態(tài)所需的脈沖，如從所述查詢表中確定的，輸出信號表示要提供給所述象素的基本恒定的驅(qū)動電壓的時間周期。本發(fā)明還提供一種使用這種方法的設(shè)備控制器。該控制器包括存儲裝置，用于存儲保存有表示要轉(zhuǎn)換一初始灰度級到一最終灰度級所需脈沖數(shù)據(jù)的查詢表和代表顯示器的每個象素的至少一個初始狀態(tài)的數(shù)據(jù)；輸入裝置，用于接收表示顯示器的至少一個象素的一期望最終狀態(tài)的輸入信號；計算裝置，用于從輸入信號、所存儲的表示所述象素的初始狀態(tài)的數(shù)據(jù)以及查詢表確定用于將所述一個象素的初始狀態(tài)變化到期望最終狀態(tài)所需的脈沖；以及用于產(chǎn)生表不所述脈沖的輸出信號的輸出裝置，輸出信號表不要提供給所述象素的基本恒定的驅(qū)動電壓的時間周期。在另一個方面，本發(fā)明提供一種使用本發(fā)明方法的設(shè)備控制器。該控制器包括存儲裝置，用于存儲保存有表示要轉(zhuǎn)換一初始灰度級到一最終灰度級所需脈沖數(shù)據(jù)的查詢表和表示顯示器的每個象素的至少一個初始狀態(tài)數(shù)據(jù)的查詢表；輸入裝置，用于接收表示顯示器的至少一個象素的一期望最終狀態(tài)的輸入信號；計算裝置，用于從輸入信號、所存儲的表示所述象素的初始狀態(tài)的數(shù)據(jù)以及查詢表確定用于將所述一個象素的初始狀態(tài)變化到期望的最終狀態(tài)所需的脈沖；以及用于產(chǎn)生表不所述脈沖的輸出信號的輸出裝置，輸出信號表不多個在至少電壓和持續(xù)時間之一中變化的脈沖，在一個預(yù)定時間周期屆滿后輸出信號表示為零電壓。在另一個方面，本發(fā)明提供一種具有用于連接到電光顯示器的驅(qū)動電極的輸出線的驅(qū)動器電路。該驅(qū)動器電路包括第一輸入裝置，用于接收多個表示要放在驅(qū)動電極上的信號電壓和極性的(n+1)位數(shù)字；以及用于接收時鐘信號的第二輸入裝置。一接收到時鐘信號，驅(qū)動器電路就把所選電壓顯示在其輸出線上。在該驅(qū)動器電路的一個優(yōu)選形式中，所選電壓可以是在R和R+V之間2n個離散電壓中的任一個或在R和R-V之間2n個離散電壓中的任一個，其中R是預(yù)定基準(zhǔn)電壓(通常是有源矩陣顯示器的公共前電極的電壓，如在下文中詳細(xì)描述的)，V是該驅(qū)動器電路確定(assert)的與基準(zhǔn)電壓的最大壓差。這些所選的電壓可以是線性分布在R±V范圍內(nèi)，也可以是非線性方式分布的，該非線性可以由兩個或更多的位于特定范圍內(nèi)的伽馬電壓來控制，每個伽馬電壓定義一個在伽馬電壓與相鄰的伽馬值或基準(zhǔn)電壓之間的線性條件(regime)。在另一個方面，本發(fā)明提供一種具有用于連接到電光顯示器的驅(qū)動電極的輸出線的驅(qū)動器電路。該驅(qū)動器電路包括第一輸入裝置，用于接收多個表示要放在驅(qū)動電極上的信號電壓和極性的2位數(shù)字(2-bit number);以及用于接收時鐘信號的第二輸入裝置。一接收到時鐘信號，驅(qū)動器電路就把從R+V，R和R-V (其中R和V如上定義)中所選的電壓顯示在其輸出線上。在另一個方面，本發(fā)明提供一種驅(qū)動雙穩(wěn)態(tài)電光顯示器方法，特別是驅(qū)動電泳顯示器的方法，所述顯示器顯示一殘余電壓。該方法包括(a)向顯示器的象素提供第一驅(qū)動脈沖；(b)在第一驅(qū)動脈沖之后測量象素的殘余電壓；以及·(c)在殘余電壓的測量之后向象素提供第二驅(qū)動脈沖，依賴所測量的殘余電壓來控制第二驅(qū)動脈沖的大小以減小象素的殘余電壓。本方法在下文中為了方便起見會稱為本發(fā)明的“殘余電壓”法。圖I是表示本發(fā)明裝置，由該裝置驅(qū)動的顯示器以及關(guān)聯(lián)裝置的示意圖，設(shè)計為表現(xiàn)整個系統(tǒng)的構(gòu)造；圖2是圖I中所示的控制器單元的示意性框圖，并說明了由該單元產(chǎn)生的輸出信號;圖3是表示圖I和2所示的控制器單元產(chǎn)生圖2中所示的某一輸出信號的方式的示意性框圖；圖4和5表示可以用于圖I所示顯示器的兩種不同的基準(zhǔn)電壓設(shè)置；圖6是表示在本發(fā)明的查詢表方法中在脈寬調(diào)制和電壓調(diào)制方法之間權(quán)衡的示意圖；圖7是用于本發(fā)明查詢表方法中的定制(custom)驅(qū)動器的框圖；圖8是說明可由圖I和2所示控制器單元運行的程序的流程圖；圖9和10展示了本發(fā)明的兩種驅(qū)動配置；圖IlA和IlB展示了本發(fā)明的第三種驅(qū)動配置的兩部分。如上面已經(jīng)指出的，本發(fā)明的查詢表部分提供了用于驅(qū)動電光顯示器的方法和控制器，所述顯示器具有多個象素，其中的每一個可以顯示至少三個灰度級。本發(fā)明當(dāng)然可以用于具有更多數(shù)量灰度級的電光顯示器，例如4，8，16或更多。同樣如上所述，驅(qū)動雙穩(wěn)態(tài)電光顯示器需要與通常用于驅(qū)動液晶顯示器(IXD)大有區(qū)別的方法。在常規(guī)(非膽留型)LCD中，向象素施加一個足夠周期的特定電壓，可以使象素獲得一個特定灰度級。而且，液晶材料只對電場的大小敏感，而對其極性不敏感。與之相比，雙穩(wěn)態(tài)電光顯不器作為脈沖傳感器，所以沒有在施加電壓和獲得灰度狀態(tài)間一對一的映射；必須施加到象素用于得到一給定灰度狀態(tài)的脈沖(和由此的電壓)隨相應(yīng)象素的“初始”灰度狀態(tài)而變化。此外，由于雙穩(wěn)態(tài)電光顯示器需要在兩個方向上(白到黑，和黑到白)驅(qū)動，所以需要指定所需脈沖的極性和大小。這里，需要考慮根據(jù)其在顯示技術(shù)中的常規(guī)含義來定義一些在此使用的術(shù)語。下面大多數(shù)討論會集中于經(jīng)歷從“初始”狀態(tài)到“最終”狀態(tài)的單一灰度轉(zhuǎn)換(即，從一種灰度到另一種的變化)的一個或多個象素。顯然，初始狀態(tài)和最終狀態(tài)指定為只考慮單一的所研究的轉(zhuǎn)換，而在大多數(shù)情況下，象素在“初始”狀態(tài)前已經(jīng)經(jīng)歷過轉(zhuǎn)換，并在“最終”狀態(tài)后還要經(jīng)過轉(zhuǎn)換。如下面的解釋，本發(fā)明的一些實施例不僅會考慮象素的初始和最終狀態(tài)，還會考慮象素在達(dá)到初始狀態(tài)前所存在的“在前”狀態(tài)。這里需要在多個在前狀態(tài)之間進(jìn)行區(qū)別，術(shù)語“第一在前狀態(tài)”用于指相應(yīng)象素存在一個在初始狀態(tài)之前的(非零)轉(zhuǎn)換的狀態(tài)，術(shù)語“第二在前狀態(tài)”用于指相應(yīng)象素存在一個在第一在前狀態(tài)之前的(非零)轉(zhuǎn)換的狀態(tài)，依次類推。術(shù)語“非零轉(zhuǎn)換”用于指實現(xiàn)至少一個灰度單位變化的“轉(zhuǎn)換”;術(shù)語“零轉(zhuǎn)換”用于指沒有產(chǎn)生所選象素灰度的任何變化的“轉(zhuǎn)換”(盡管同時顯示器的其它象素可以經(jīng)歷非零轉(zhuǎn)換)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易看出的，本發(fā)明的方法的一個簡單實施例可以只考慮每個象素的初始狀態(tài)和最終狀態(tài)，在這種情況下，查詢表是二維的。但是，如已經(jīng)指出的，一些電光介質(zhì)表現(xiàn)出存儲效應(yīng)，而且這樣的介質(zhì)是需要的，當(dāng)產(chǎn)生輸出信號時，對于這種介質(zhì)需要不僅考慮每個象素的初始狀態(tài)，而且還要(至少)考慮該象素的第一在前狀態(tài)，在這種情況中，查詢表是三維的。在一些情況下，可能需要考慮每個象素的多于一個的在前狀態(tài)，由·此導(dǎo)致在查詢表中有四個(如果只考慮第一和第二在前狀態(tài))或更多維度。從形式數(shù)學(xué)觀點看，本發(fā)明可以看作包括一個算法，給出有關(guān)電光象素的初始和最終以及(可選的)在前狀態(tài)的信息，以及(可選的-參見下文中更詳細(xì)的討論)有關(guān)顯示器的物理狀態(tài)的信息，會產(chǎn)生一個可以用于象素以實現(xiàn)到期望的最終狀態(tài)轉(zhuǎn)換的函數(shù)V(t)。從該形式觀點出發(fā)，本發(fā)明的控制器實質(zhì)上可以看作該算法的一個物理實施方式，控制器用作在期望顯示信息的設(shè)備和電光顯示器之間的接口。暫時忽略物理狀態(tài)信息，根據(jù)本發(fā)明，把該算法編碼為查詢表或轉(zhuǎn)換矩陣。該矩陣會有每個用于期望的最終狀態(tài)的一維，以及在計算中使用用于其它狀態(tài)(初始和任何在前狀態(tài))的每個維度。矩陣的要素會包括要用于電光介質(zhì)的的函數(shù)V(t)。查詢表或轉(zhuǎn)換矩陣的要素會具有多種形式。在一些情況下，每個要素可以包含單個數(shù)。例如，電光顯示器可以使用能夠輸出多種在一個基準(zhǔn)電壓上下的不同電壓的高精度電壓調(diào)制驅(qū)動器電路，并簡單地以一個標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)定周期向象素提供所需電壓。在這種情況下，在查詢表中的每個條目可以簡單具有單個整數(shù)的形式，該整數(shù)指定要向給定象素提供哪個電壓。在另一種情況下，每個要素會包括涉及波形的不同位置的一系列數(shù)。例如，在下面描述的本發(fā)明的實施例使用單個或雙預(yù)脈沖波形，而指定這樣的所需脈沖需要指出波形的不同位置的幾個數(shù)。同樣在下面講到的是一個本發(fā)明的實施例，其在一個完整掃描中選擇多個子掃描周期中的幾個的過程中，通過向象素提供一個預(yù)定電壓而有效應(yīng)用脈沖長度調(diào)制。在這樣的實施例中，轉(zhuǎn)換矩陣的要素可以有幾位指示是否在相應(yīng)轉(zhuǎn)換的每個子掃描周期中施加預(yù)定電壓的形式。最后，如下面更詳細(xì)的描述，在一些情況中，例如溫度補償顯示器，可以對于查詢表的要素更方便地為函數(shù)的形式(或者，實際上更確切的是在這樣的函數(shù)中的各種項的系數(shù))。顯然在本發(fā)明的一些實施例中所使用的查詢表會變得非常大。舉一個極端的例子，設(shè)想將一種考慮初始、最終和兩個在前狀態(tài)的算法用于256(28)灰度級顯示的本發(fā)明的操作。所需的四維查詢表會有232個條目。如果每個條目需要(假設(shè))64位(8字節(jié))，那么查詢表的總量會是大約32G字節(jié)。盡管在臺式電腦上存儲這么大數(shù)量的數(shù)據(jù)不會有什么問題，但是在便攜設(shè)備中就可能存在問題。但是，實際上這么大的查詢表的尺寸是可以大大減小的。在很多情況下，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)只有很少數(shù)目的波形類型需要大量的不同轉(zhuǎn)換，例如普通波形的單獨脈沖的長度是在不同轉(zhuǎn)換間變化的。因此，可以通過使每個條目包括以下部分來減少在查詢表中單獨條目的長度(a) —個指向用于指定要使用的小數(shù)目波形類型之一的在第二表中條目的指針；以及(b) —個指定普通波形怎樣為相關(guān)轉(zhuǎn)換變化的小數(shù)目的參數(shù)?？梢酝ㄟ^一個經(jīng)驗最優(yōu)處理來預(yù)先確定在 查詢表中條目的值?；旧希瑢⑾笏卦O(shè)置到相應(yīng)的初始狀態(tài)，提供一個據(jù)估測需要獲得的期望最終狀態(tài)大致相同的脈沖，并測量象素的最終狀態(tài)以確定實際和期望最終狀態(tài)之間的偏差，如果該偏差存在的話。然后該處理會以調(diào)制脈沖重復(fù)進(jìn)行直到偏差小于預(yù)定值，這可以由用于測量最終狀態(tài)的儀器的功能來確定。在考慮一個或更多象素的在前狀態(tài)的該方法的情況中，除了初始狀態(tài)之外，當(dāng)象素狀態(tài)在用于確定脈沖的初始狀態(tài)和全部的在前狀態(tài)中為恒定的時候，一般首先確定特定轉(zhuǎn)換所需的脈沖，然后考慮不同的在前狀態(tài)對該脈沖進(jìn)行“精密調(diào)整”是便利的。本發(fā)明期望提供在考慮到溫度和/或顯示器的總操作時間的變化時對脈沖調(diào)制，和由于一些電光介質(zhì)的“老化”以及在長期操作后它們狀態(tài)的變化可能需要的對操作時間的補償。這樣的調(diào)制可以一種或兩種方法實現(xiàn)。首先，可以由用于在計算輸出信號時所考慮的每種變量的附加維度來擴(kuò)展查詢表。顯然，當(dāng)處理例如溫度和操作的連續(xù)變量時，為了將查詢表保持在一個特定的有限尺寸內(nèi)，需要對連續(xù)變量進(jìn)行量化。為了找出要施加到象素的波形，計算裝置可以簡單地選擇查詢表條目作為最接近所測溫度的表格?？蛇x地，為了提供更準(zhǔn)確的溫度補償，計算裝置可以尋找在測得的連續(xù)變量兩側(cè)的兩個鄰接查詢表條目，并應(yīng)用一個合適的插值算法來得到在測得的變量中間值處的所需條目。例如，假設(shè)矩陣包括以10°C遞增的溫度條目。如果實際的顯示器溫度是25°C，那么計算會尋找20°C和30°C的條目并使用這兩個的中間值。注意到由于和溫度一起的電光介質(zhì)的特性變化經(jīng)常不是線性的，所以查詢表存儲的為溫度設(shè)置的條目可以不是按線性分布的；例如，許多電光介質(zhì)溫度的變化大都在高溫處變快，因此在低溫處在查詢表中20°C的間距就足夠了，而在高溫處5 °C的間距可以滿足要求。—種用于溫度/操作時間補償?shù)目蛇x擇方法是使用以物理變量的函數(shù)形式或也許在這樣的函數(shù)中標(biāo)準(zhǔn)項的更精確系數(shù)的查詢表條目。對于簡單考慮使用時間調(diào)制驅(qū)動方案的顯示器的情況，其中通過向每個象素提供一個變量時間長度的恒定電壓(任一極性的)來控制每次轉(zhuǎn)換，因此，省去任何環(huán)境變量的修正，在查詢表中的每一個條目可以只包含表示要施加的恒定電壓的持續(xù)時間和它的極性的單一帶符號數(shù)。如果需要為溫度變化修正這樣的顯示，那么在溫度t上為特定轉(zhuǎn)換而需要施加的恒定電壓的時間Tt由下式給出Tt = Τ0+Α Δ t+B ( Δ t)2其中Ttl是在一些標(biāo)準(zhǔn)溫度處所需的時間，通常是顯示器預(yù)計操作溫度范圍的中點，At是在t和在Ttl所測溫度之間的差，在查詢表中的條目可以包括Ttl以及用于涉及給定條目的特定轉(zhuǎn)換的A和B的值，而計算裝置可以使用這些系數(shù)來計算在所測溫度處的Tt。將其推至更普遍地，計算裝置找出適于相應(yīng)初始和最終狀態(tài)的查詢表條目，然后使用由該條目定義的函數(shù)來計算已經(jīng)考慮了其它需要考慮的變量的合適的輸出信號。
用于溫度補償計算的相關(guān)溫度是在相應(yīng)象素上的電光介質(zhì)的溫度，而這個溫度可以和環(huán)境溫度明顯不同，特別是在顯示器要用于室外使用的情況下，例如在那里陽光通過前保護(hù)板作用導(dǎo)致電光介質(zhì)層的溫度實際上要高于環(huán)境溫度。實際上，在巨大的公告板型室外標(biāo)志的情況中，例如，如果顯示器的部分落入鄰近建筑的陰影下，而其它部分則在陽光中，那么同一顯示器上不同象素間的溫度會是不同的。因此，可能需要在電光層中或鄰近其嵌入一個或更多的電熱偶或其它溫度傳感器以探測該層的實際溫度。在大顯示器的情況中，可能還需要規(guī)定在通過許多溫度傳感器測得的溫度間的插值法以估計每個特定象素的溫度。最后，在由許多可以單獨替換的模塊構(gòu)成的大顯示器的情況中，本發(fā)明的方法和控制器可以為不同模塊中的象素規(guī)定不同的操作時間。本發(fā)明的方法和控制器還可以考慮要驅(qū)動的特定象素的駐留時間(即象素維持一非零轉(zhuǎn)換的周期)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，至少在一些情況下，為給定轉(zhuǎn)換所需的脈沖隨著象素在其光學(xué)狀態(tài)中的駐留時間變化。這樣，就期望或必須把用于給定轉(zhuǎn)換的脈沖作為象素在其初 始光學(xué)狀態(tài)的駐留時間的函數(shù)而改變。為了完成它，查詢表可以包括一個由一個計數(shù)器索引的用于指示象素在其初始光學(xué)狀態(tài)中的駐留時間的附加維度。此外，控制器需要含有用于顯示器中每一象素的計數(shù)器的一個附加存儲區(qū)。這也需要一個顯示時鐘，其由存儲在每個象素的計數(shù)值以設(shè)置間隔增加。間隔的長度必須是顯示器幀周期的整數(shù)倍，因此必須不小于一個幀周期。計數(shù)器的大小和時鐘頻率會由所用的變化的脈沖經(jīng)過的時間長度和必要的時間分辨率來決定。例如，為每個象素存儲一個4位計數(shù)器可以允許脈沖在一個4秒周期中(4秒X4次計數(shù)/秒=16次計數(shù)=4位)以O(shè). 25秒的間隔變化。一旦發(fā)生特定事件該計數(shù)器可以清零，例如象素的轉(zhuǎn)換到了一種新狀態(tài)。一旦達(dá)到其最大值，可以將計數(shù)器設(shè)置為“翻轉(zhuǎn)”到零計數(shù)，或者保持其的最大值直到它被清零。當(dāng)然可以依據(jù)需要產(chǎn)生電光介質(zhì)的任何一種或更多特定轉(zhuǎn)換的脈沖考慮任何其它具有可探測效應(yīng)的物理參數(shù)來改變本發(fā)明的查詢表法。例如，如果發(fā)現(xiàn)電光介質(zhì)是對濕度敏感的，可以改變本方法以結(jié)合環(huán)境濕度的修正。對于雙穩(wěn)態(tài)電光介質(zhì)，查詢表會具有以下特征，對于任何象素的初始和最終狀態(tài)相同的零轉(zhuǎn)換，條目為零，或者換句話說，不會有電壓施加到象素上。作為一個必然結(jié)果，如果在給定的間隔中顯示器上沒有象素改變，就不必施加脈沖。這可以實現(xiàn)超低功耗操作，也確保了在顯示靜態(tài)圖像時電光介質(zhì)不會過度驅(qū)動。一般，查詢表只會保留關(guān)于非零轉(zhuǎn)換的信息。換言之，對于兩個圖像，I和1+1，如果給定的象素在I和1+1中處于相同的狀態(tài)，那么狀態(tài)1+1就不會存儲在在前狀態(tài)表中，而且直到象素經(jīng)歷轉(zhuǎn)換之后才會再存儲信息。如對于現(xiàn)代電子技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員來說是顯而易見的，本發(fā)明的控制器可以具有各種物理形式。并且可以使用任何常規(guī)數(shù)據(jù)處理部件。例如，可以使用通用數(shù)字計算機(jī)來實現(xiàn)本方法，該計算機(jī)與用于將來自計算機(jī)的數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)南笏赜秒妷旱倪m當(dāng)設(shè)備(例如，一個或更多數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，“DAC”)相結(jié)合?？蛇x的，本發(fā)明的方法可以通過使用專用集成電路(ASIC)來實現(xiàn)。特別的，本發(fā)明的控制器可以具有視頻卡的形式，其可以插入到個人電腦中使得由電腦產(chǎn)生的圖像顯示在取代例如LCD的現(xiàn)有顯示屏或作為現(xiàn)有顯示屏的補充的電光屏幕上。由于本發(fā)明控制器的結(jié)構(gòu)恰好在圖像處理技術(shù)中的技術(shù)水平上，所以不必在此詳細(xì)描述其電路細(xì)節(jié)。本發(fā)明的控制器的優(yōu)選物理實施例是一種計時控制器集成電路(IC)。該IC接收輸入圖像數(shù)據(jù)并輸出用于數(shù)據(jù)收集和選擇驅(qū)動IC的控制信號，以在象素上產(chǎn)生合適的電壓來產(chǎn)生期望的圖像。該IC可以通過訪問保存圖像數(shù)據(jù)的存儲緩沖器來接收圖像數(shù)據(jù)，或者可以接收用于驅(qū)動傳統(tǒng)LCD面板的信號，從中提取圖像數(shù)據(jù)。它還可以接收任意保存有其需要執(zhí)行的必要脈沖計算信息的串行信號。另一方面，該計時控制器可用軟件實現(xiàn)，或被結(jié)合為CPU的一部分。該計時控制器還可以具有測量例如溫度的任何影響顯示操作的外部參數(shù)的能力?？刂破骺梢匀缦虏僮?。在存儲器中存儲控制器可以獲取的查詢表。對于依次的每個象素，所有必要的初始、最終和(可選的)在前以及物理狀態(tài)信息都作為輸入提供。然后這些狀態(tài)信息用于計算到查詢表中的索引。在量化的溫度或其它修正的情況中，來自這個查詢的返回值會是一個電壓，或是一個相對時間的電壓陣列。控制器會為在查詢表中的兩個定標(biāo)試驗溫度重復(fù)該操作，然后在這些值之間進(jìn)行插值。對于算法溫度修正，查詢表的返回值會有一個或更多的參數(shù)，然后如上所述，會將這些參數(shù)同溫度一起代入一個等式以確定驅(qū)動脈沖的適當(dāng)形式。該程序可以為其它任何需要驅(qū)動脈沖實時變化的系統(tǒng)變量以類似的方式實現(xiàn)。一個或多個這樣的系統(tǒng)變量可以由例如為了優(yōu)化顯示器的性能而在構(gòu)造的時候設(shè)置在顯示面板上的可編程電阻器的值或存儲于EPROM中的記憶來確定。
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該顯示控制器的一個重要特點在于其不象大多數(shù)顯示器，在大多數(shù)實際情況中為了完成一個圖像更新需要幾個完整的顯示掃描。為一個圖像更新所需的幾個掃描應(yīng)當(dāng)組成一個不可間斷單元。如果顯示控制器和圖像源同步操作，那么該控制器必須保證用于計算所提供脈沖的數(shù)據(jù)在整個掃描中保持恒定。這可以以一種或兩種方法實現(xiàn)。首先，輸入圖像數(shù)據(jù)會由顯示控制器存儲在一個單獨的緩沖器中(可選地，如果顯示控制器正在通過雙端口存儲器訪問顯示緩沖器，其應(yīng)該封鎖來自CPU的訪問)。其次，在第一次掃描中，控制器可以將計算的脈沖存儲在一個脈沖緩沖器中。這第二個選項的好處是每次轉(zhuǎn)換用于掃描面板的內(nèi)務(wù)操作(overhead)只進(jìn)行一次，而且用于保持掃描的數(shù)據(jù)會直接從緩沖器輸出?？蛇x的，圖像更新可以以一種同步的方式處理。一般來說，盡管一般產(chǎn)生一次兩個圖像間的完整轉(zhuǎn)換會花費幾次掃描，但是單獨象素可以在幀的中間開始轉(zhuǎn)換或翻轉(zhuǎn)已經(jīng)開始的轉(zhuǎn)換。為了實現(xiàn)這個，控制器必須記住對于給定象素整個轉(zhuǎn)換的哪個部分已經(jīng)完成了。如果接收到改變一個不在當(dāng)前轉(zhuǎn)換中的象素的光學(xué)狀態(tài)的請求，那么這個象素的計數(shù)器會被清零，而這個象素會在下一幀中開始轉(zhuǎn)換。如果當(dāng)收到一個新的請求時象素正在有效轉(zhuǎn)換中，則控制器會提供一個算法來確定怎樣從當(dāng)前的幀中間狀態(tài)到達(dá)新的狀態(tài)。對于I位的普通圖像流，一種可能的算法是簡單地提供一個翻轉(zhuǎn)極性的脈沖，其經(jīng)過放大并具有和已經(jīng)提供的在前脈沖部分相同的持續(xù)時間。為了使操作顯示器所需的功率最小化，并使電光介質(zhì)的圖像穩(wěn)定性最大化，當(dāng)在顯示器中沒有象素進(jìn)行轉(zhuǎn)換的時候，該顯示控制器可以停止顯示器的掃描并減小施加到所有象素的電壓或使其接近零。非常有利的是當(dāng)顯示器處于“保持”狀態(tài)時，該顯示控制器可以關(guān)閉到其相應(yīng)行和列驅(qū)動器的電源，這樣可以使功耗最小化。在這種方案中，當(dāng)請求下一次象素轉(zhuǎn)換時該驅(qū)動器會被重新激活。附圖
I示意性地表示和關(guān)聯(lián)裝置一起使用的本發(fā)明的裝置。圖I中所示的全部裝置(通常指示為10)包括一個圖像源，如一個所示的在數(shù)據(jù)線14上輸出表示圖像數(shù)據(jù)的個人電腦12。數(shù)據(jù)線14可以是任何一種的常規(guī)類型并且可以是一條單獨數(shù)據(jù)線或是總線；例如，數(shù)據(jù)線14可以包括通用串行總線(USB)，串行，并行，IEEE-1394或其它線。在線14上放置的數(shù)據(jù)可以是常規(guī)的位映射圖像形式，例如位圖(BMP)，標(biāo)簽圖像文件格式(TIF)，可交換圖像格式(GIF)或聯(lián)合(Jooint)圖像專家組(JPEG)文件。然而，可選的，放置在線14上的數(shù)據(jù)可以是用于驅(qū)動視頻設(shè)備的信號形式；例如，許多電腦提供一種用于驅(qū)動外部顯示器的視頻輸出，而在這種輸出上的信號可以用于本發(fā)明。在圖像處理領(lǐng)域的技術(shù)人員可以了解到本發(fā)明下面所述的裝置可能要執(zhí)行基本文件格式轉(zhuǎn)換和/或解碼，以使用不同類型的可用輸入信號，但是這樣的轉(zhuǎn)換和/或解碼對本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的，因此，只會從這一點對本發(fā)明的裝置進(jìn)行描述作為其原始輸入的圖像數(shù)據(jù)已經(jīng)轉(zhuǎn)換到為本發(fā)明的裝置可以處理的格式。如下面詳細(xì)描述的，數(shù)據(jù)線14延伸到本發(fā)明的控制器單元16。該控制器單元16在數(shù)據(jù)總線18上產(chǎn)生一組輸出信號并在單獨數(shù)據(jù)總線20上產(chǎn)生第二組信號。數(shù)據(jù)總線18連接到兩個行(或者柵)驅(qū)動器22，而數(shù)據(jù)總線20連接到多個列(或者源)驅(qū)動器24 (在圖I中所示的列驅(qū)動器的數(shù)目為了便于表示大為減少)。行和列驅(qū)動器控制雙穩(wěn)態(tài)電光顯不器26的操作。
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在圖I中所示的裝置被選擇來表示各種可用單元，其最適于一種試驗性的“試驗板”單元。在實際的商業(yè)制造中，如在裝配LCD的傳統(tǒng)便攜式電腦和個人數(shù)字助手中，控制器16通常會成為顯示器26的同一物理單元的部分，而圖像源也會成為該物理單元的部分。同樣的，本發(fā)明表示在圖I中并在下面主要結(jié)合一種有源矩陣顯示器結(jié)構(gòu)來描述，這種顯示器結(jié)構(gòu)具有在電光層的一側(cè)上的單獨的公共透明電極，該公共電極延伸穿過顯示器的全部象素。通常，該公共電極位于電光層和觀察者之間并形成一個觀察者通過其觀看顯示器的觀察面。在電光層的相反一側(cè)放置著以行和列布置的象素電極矩陣，這樣由單獨行和單獨列的交叉處唯一確定每個象素電極。由此，通過改變相對于提供到公共前電極的電壓(一般表示為“Vcom” )的提供到相應(yīng)象素電極的電壓，控制由電光層的每個象素所經(jīng)受的電場。每個象素電極至少和一個晶體管連接，通常是薄膜晶體管。在每行上晶體管的柵極經(jīng)單獨的延長行電極連接到行驅(qū)動器22之一上。在每列上晶體管的源極經(jīng)單獨的延長列電極連接到列驅(qū)動器24之一上。每個晶體管的漏電極直接連接到象素電極上。可以理解柵極到行和源極到列的分配是隨機(jī)的，就像源極和漏極的分配那樣，是可以顛倒過來的。但是，以下描述會假設(shè)常規(guī)分配。在操作中，行驅(qū)動器22施加電壓到柵極，這樣在任一給定時間有一個且只有一行的晶體管是導(dǎo)通的。同時，列驅(qū)動器24提供預(yù)定的電壓到每個列電極。由此，施加到列驅(qū)動器的電壓只提供到象素電極的一行上，這樣在電光介質(zhì)上寫入(或至少部分寫入)一行期望的圖像。然后行驅(qū)動器切換使得在下一行中的晶體管導(dǎo)通，將一組不同的電壓施加到列電極，寫入下一行圖像。需要強調(diào)的是本發(fā)明不限于這樣的有源矩陣顯示器。只要根據(jù)本發(fā)明確定出用于圖像每個象素的正確波形，可以使用任何切換方案來向象素提供波形。例如，本發(fā)明可以使用一種所謂的“直接驅(qū)動”的方案，其中單獨的驅(qū)動線提供給每個象素。在原理上，本發(fā)明還可以使用一種用于一些LCD的被動矩陣驅(qū)動方案，但是需要注意的是，由于許多雙穩(wěn)態(tài)電光介質(zhì)缺少切換閾值(即，只要提供一個延長周期的很小電場，該介質(zhì)就會改變光學(xué)狀態(tài))，所以這樣的介質(zhì)不適于被動矩陣驅(qū)動。但是，由于看來本發(fā)明發(fā)現(xiàn)其主要應(yīng)用于有源矩陣顯示器中，所以本發(fā)明在此主要是參照這樣的顯示器進(jìn)行描述的?？刂破鲉卧?6(圖I)具有兩個主要功能。第一，使用本發(fā)明的方法，控制器計算出要從初始圖像變化到最終圖像必須施加到顯示器象素上的脈沖(或波形)的一個二維矩陣。第二，使用為LCD設(shè)計的常規(guī)驅(qū)動器來驅(qū)動雙穩(wěn)態(tài)電光顯示器，控制器16從該脈沖矩陣中計算出要在象素電極上施加期望脈沖所需的全部定時信號。如圖2所示，在圖I中所示的控制器單元16具有兩個主要部分，即一個緩存表示控制器16B要寫入到顯示器26(圖I)的最終圖像數(shù)據(jù) 的幀緩沖器16A，以及控制器本身，標(biāo)為16B。控制器16B從緩沖器16A中逐個象素讀取數(shù)據(jù)并在數(shù)據(jù)總線18和20上產(chǎn)生如下所述的各種信號。圖2中所示的信號如下DO: D5-象素的一個六位電壓值(顯然，在該信號中的位數(shù)可以依據(jù)所用的特定行和列驅(qū)動器而改變)POL-相對于Vcom (參見下文)的象素極性START-在列驅(qū)動器24中放置一個開始位以啟動象素值的加載HSYNC-閂鎖列驅(qū)動器的水平同步信號PCLK-沿行驅(qū)動器切換開始位的象素時鐘VSYNC-將開始位加載到行驅(qū)動器的垂直同步信號OE-閂鎖行驅(qū)動器的輸出啟動信號。這些信號中，盡管這些信號的確切計時當(dāng)然會依據(jù)所使用的精密電光介質(zhì)而變化，由于在圖I中所示裝置中行掃描方法在原理上和LCD掃描方法相同，所以提供到行驅(qū)動器22的VSYNC和OE基本上和在常規(guī)有源矩陣LCD中提供到行驅(qū)動器的相應(yīng)信號一樣。類似的，對于START，HSYNC和PCLK，盡管它們的計時會依據(jù)所使用的精密電光介質(zhì)而變化，提供到列驅(qū)動器的這些信號基本上和在常規(guī)有源矩陣LCD中提供到列驅(qū)動器的相應(yīng)信號一樣。因此，可以認(rèn)為沒有必要進(jìn)一步描述這些輸出信號。圖3以高度示意性的方式表示在圖2中所示的控制器16B產(chǎn)生D0:D5和POL信號的方法。如上所述，控制器16B存儲表示最終圖像120 (該圖像是期望寫入顯示器的)，預(yù)先寫入顯示器的初始圖像122以及可選擇的在初始圖像之前寫入顯示器的一個或更多個在前圖像123的數(shù)據(jù)。在圖3所示的本發(fā)明的實施例存儲了兩個這樣的在前圖像123。(顯然，必要數(shù)據(jù)的存儲可以在控制器16B或在一個外部數(shù)據(jù)存儲設(shè)備中?？刂破?6B使用特定象素(如在圖3陰影中所示的，表示為第一行第一個象素)在初始、最終以及在前圖像120，122和123的數(shù)據(jù)作為進(jìn)入查詢表124的指針，該查詢表提供要改變該象素的狀態(tài)到在最終圖像中的期望灰度級所必須施加到特定象素的脈沖的值。將來自查詢表124的合成輸出以及來自幀計數(shù)器126的輸出提供到一個產(chǎn)生D0:D5和POL信號的電壓V.幀陣列128?？刂破?6B設(shè)計為和TFT IXD驅(qū)動器一起使用，該驅(qū)動器裝配有通常相對于頂面改變相鄰象素極性的象素翻轉(zhuǎn)電路。間隔的象素可以設(shè)計為按偶數(shù)和奇數(shù)并且連接于電壓階梯的兩相對側(cè)。此外，標(biāo)記為“極性”的驅(qū)動器輸入用于切換偶數(shù)和奇數(shù)象素的極性。驅(qū)動器連同四個或更多伽馬電壓等級一起提供，對上述電壓等級的設(shè)置可以確定電壓-等級曲線的局部斜率。具有這些特點的商用集成電路(IC)的典型例子是三星的KS0652300/309通道TFT-IXD源驅(qū)動器。如上所述，要驅(qū)動的顯示器使用在電光介質(zhì)一側(cè)上的公共電極，施加到該公共電極的電壓參考如“頂面電壓”或“Vcom”。在如附圖4所示的一個實施例中，驅(qū)動器的基準(zhǔn)電壓布置為頂面電壓位于驅(qū)動器所能提供的最大電壓(Vmax)的一半上，SPVcom = Vmax/2而伽馬電壓布置為在頂面電壓上下線性變化。(圖4和5是假設(shè)一個奇數(shù)的伽馬電壓而繪制的，所以例如在圖4中伽馬電壓VGMA(n/2+1/2)等于Vcom。如果存在一個偶數(shù)的伽馬電壓，VGMA(n/2)和VGMA(n/2+l)都設(shè)置等于Vcom。類似的，在圖5中，如果存在一個偶數(shù)的伽馬電壓，VGMA (n/2)和VGMA(n/2+l)都設(shè)置等于地電壓Vss)。獲得全部轉(zhuǎn)換所需的脈沖長度由分配通過Vmax/2建立新圖像所需的最大脈沖來決定。該脈沖可以通過乘以顯示掃描率折合為幀數(shù)。然后必要的幀數(shù)乘以2以給出相當(dāng)數(shù)目的偶數(shù)和奇數(shù)幀。這些 偶數(shù)和奇數(shù)幀會相應(yīng)于極性位相對于該幀是設(shè)置為高或是低。對于每幀中的每個象素，控制器16B必須提供一種算法，以(I)象素是偶數(shù)還是奇數(shù)；(2)對于所考慮的幀，極性位是高還是低；(3)所期望的脈沖是正還是負(fù)；以及(4)期望脈沖的大小作為其輸入。然后算法再確定在此幀中該象素能否以期望的極性被尋址。如果是，就向該象素提供適當(dāng)?shù)尿?qū)動電壓(脈沖長度)。如果不是，則將該象素停在頂面電壓(Vmax/2)以使其位于保持狀態(tài)，其中在本幀中沒有電場施加到象素。例如，考慮顯示器中兩個相鄰象素，一個奇象素I和一個偶象素2。而且，假設(shè)當(dāng)極性位是高的時候，奇象素可以訪問正驅(qū)動電壓范圍(即在頂面電壓之上)，偶象素可以訪問負(fù)電壓(即在頂面電壓下面)。如果象素I和2都需要以正脈沖驅(qū)動，那么必須存在以下次序(a)在正極性幀中，以正電壓驅(qū)動象素1，象素2保持在頂面電壓上；和(b)在負(fù)極性幀中，象素I保持在頂面電壓，而以正電壓驅(qū)動象素2。盡管一般幀會以I : I的正負(fù)極性交替(即，相互交替)，但是這不是必需的；例如，所有的奇數(shù)幀可以聚集在一起，跟著是所有的偶數(shù)幀。這會導(dǎo)致會在兩個分離的組中驅(qū)動顯示器的交替列。本實施例的主要優(yōu)點在于在操作期間不必切換公共前電極。該主要優(yōu)點在于可以得到的電光介質(zhì)的最大驅(qū)動電壓只是驅(qū)動器最大電壓的一半，而每一行可以只驅(qū)動50%的時間。這樣，在相同的最大驅(qū)動電壓下，這種顯示器的刷新時間是電光介質(zhì)切換時間的四倍。在本發(fā)明的這種形式的第二實施例中，驅(qū)動器的伽馬電壓如圖5所示布置，公共電極在V = O和V = Vmax之間切換。以這種方法布置的伽馬電壓允許同時以單一方向驅(qū)動偶象素和奇象素，但是需要將公共電極切換到接近相反的驅(qū)動極性。此外，由于這種布置是關(guān)于頂面電壓對稱的，因此到驅(qū)動器的特定輸入會導(dǎo)致相同的電壓提供到奇象素或偶象素上。在這種情況下，算法的輸入是所期望脈沖的大小和符號，以及頂面的極性。如果相應(yīng)于期望脈沖的符號來設(shè)置當(dāng)前公共電極，則該值就是輸出。如果期望脈沖是在相反的方向，那么將該象素設(shè)置在頂面電壓，這樣在本幀中沒有電場施加到該象素上。如前一實施例所述，在本實施例中可以通過用最大驅(qū)動電壓除以最大脈沖來計算驅(qū)動脈沖的必要長度，而該值通過乘以顯示刷新率折合為幀數(shù)。幀數(shù)必須再翻倍以說明顯示器每次只能相應(yīng)于頂面在一個方向上驅(qū)動的事實。
第二實施例的主要優(yōu)點在于可以使用驅(qū)動器的全電壓，以及可以立刻驅(qū)動所有的輸出。但是，兩幀需要在相反的方向上驅(qū)動。由此，在相同的最大驅(qū)動電壓下，這種顯示器的刷新時間是電光介質(zhì)的切換時間的兩倍。其主要缺點是需要切換公共電極，這可能導(dǎo)致在電光介質(zhì)，與象素電極相連的晶體管或兩者中的不期望的電壓噪聲。在任一實施例中，伽馬電壓一般都以線性斜率分布在驅(qū)動器的最大電壓和頂面電壓之間。依賴于驅(qū)動器的設(shè)計，為了確保驅(qū)動器能在輸出上真的產(chǎn)生頂部電壓，可能需要一個或更多在頂面值上的伽馬電壓。上文中已經(jīng)對需要使本發(fā)明的方法適于為用于IXD設(shè)計的常規(guī)驅(qū)動器的限制作出了參照。更具體地，常規(guī)LCD的列驅(qū)動器，和特別是超扭曲向列(STN)LCD(可以比其它類型的列驅(qū)動器控制更高的電壓)，在任一給定時間中只能向驅(qū)動線施加兩電壓之一，因為這就是對極性非敏感的液晶材料的全部需要。相反的，為驅(qū)動對極性敏感的電光顯示器，最少需要三個驅(qū)動器電壓電平。這三個所需的驅(qū)動器電壓是以相對頂面電壓為負(fù)的驅(qū)動象素的V-,以相對頂面電壓為正的驅(qū)動象素的V+，以及保持象素在相同的顯示狀態(tài)的相對頂面電壓為OV的電壓。·但是，本發(fā)明的方法可以用這種類型的常規(guī)LCD驅(qū)動器來實現(xiàn)，為了要向電光顯示器的象素提供必要的脈沖，安排所提供的控制器向一個或更多列驅(qū)動器以及與其相關(guān)的行驅(qū)動器提供一個適當(dāng)?shù)碾妷盒蛄小＿@種方法具有兩個主要變量。在第一變量中，所有所提供的脈沖必須具有+1，-I或O的三個值之一，其中+I = - (-I) = VappXtpulse其中Vapp是所提供的在頂面電壓之上的電壓，而tpulse是以秒為單位的脈沖長度。該變量只允許顯示器以二進(jìn)制(黑/白)模式操作。在第二個變量中，所提供的脈沖可以從+I變化到-I，但是必須是Vapp/freq的整數(shù)倍,其中freq是顯示器的刷新頻率。本發(fā)明的這個方面利用已經(jīng)指出的以下事實，常規(guī)IXD驅(qū)動器設(shè)計成以頻率間隔翻轉(zhuǎn)極性來避免某些不期望但可能會在顯示器中產(chǎn)生的效應(yīng)。因此，這樣的驅(qū)動器設(shè)計成接收來自控制器的極性或控制電壓，其可以為高或者為低。當(dāng)表明是一個低控制電壓時，在任一給定驅(qū)動器輸出線上的輸出電壓可以采用可能所需的三個電壓之外的兩個之一，比方說Vl或V2，而當(dāng)表明是一個高控制電壓時，在任一給定驅(qū)動器輸出線上的輸出電壓可以采用可能需要的三個電壓中不同的兩個之一，比方說V2或V 3。由此，僅當(dāng)三個所需電壓之外的兩個可以在任一特定時間被尋址，全部的三個電壓才可以在不同時間中獲得。這三個所需電壓通常會滿足以下關(guān)系式V2 = (V3+Vl)/2Vl可以在或者接近邏輯地。在本發(fā)明的這種方法中，顯示器會被掃描2 XtpulseX freq次。對于這些掃描的一半(即，對于tpulseXfreq次的掃描)，會把驅(qū)動器的輸出設(shè)置為Vl或V2，其通常會分別等于-V和Vcom。由此,在這些掃描中，象素或者驅(qū)動為負(fù)，或者保持在相同的顯示狀態(tài)。對于掃描的另一半，會把驅(qū)動器的輸出切換到V2或V3，其通常會分別等于Vcom和+V。在這些掃描中，象素或者驅(qū)動為正，或者保持在相同的顯示狀態(tài)。下面的表I說明這些選項是如何組合以產(chǎn)生在任一方向的驅(qū)動或一個保持狀態(tài)；當(dāng)然相應(yīng)的會得到黑狀態(tài)的正驅(qū)動和會得到亮狀態(tài)的負(fù)驅(qū)動是所用特定電光介質(zhì)的一種功能。表I同STN驅(qū)動器的保持獲得雙向驅(qū)動脈沖的驅(qū)動序列
權(quán)利要求
1.一種驅(qū)動雙穩(wěn)態(tài)電光顯示器的方法，所述顯示器具有至少一個具有兩個極端光學(xué)狀態(tài)的象素，所述的方法包括 (a)將所述象素從初始灰度級驅(qū)動至一個與所述初始灰度級不同的極端光學(xué)狀態(tài)；以及 (b)將所述象素從所述一個極端光學(xué)狀態(tài)驅(qū)動至與所述一個極端光學(xué)狀態(tài)不同的最終灰度級。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中步驟(b)通過將所述象素從所述一個極端光學(xué)狀態(tài)驅(qū)動到相對的極端光學(xué)狀態(tài)并在其后將所述象素驅(qū)動至最終灰度級而實現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中步驟(b)通過將所述象素從一個極端光學(xué)狀態(tài)驅(qū)動到 相對的極端光學(xué)狀態(tài)，并在其后將所述象素驅(qū)動回所述一個極端光學(xué)狀態(tài)以及其后驅(qū)動所述象素至所述最終灰度級而實現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中所述顯示器包括多個分成第一和第二組的象素，并且其中，在步驟(a)中，第一組的象素被驅(qū)動至一個極端光學(xué)狀態(tài)以及第二組象素被驅(qū)動至相對的極端光學(xué)狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中所述象素具有至少4個灰度級，S卩，白色極端光學(xué)狀態(tài)，淺灰光學(xué)狀態(tài)，比所述淺灰光學(xué)狀態(tài)深的深灰光學(xué)狀態(tài)，以及黑色極端光學(xué)狀態(tài)，以及其中執(zhí)行步驟(b)以使得當(dāng)所述最終灰度級是淺或深灰光學(xué)狀態(tài)時，向指定灰度級的最后驅(qū)動脈沖總是在同樣的方向上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述顯示器包括被分成第一和第二組的多個象素，以及其中執(zhí)行步驟(b)以使得當(dāng)最終灰度級是淺或深灰的光學(xué)狀態(tài)時，對于所述第一和第二組的象素，向指定灰度級的最后驅(qū)動脈沖是在相反的方向上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述向深灰級的最后驅(qū)動脈沖具有趨于將所述象素從其黑色到其白色極端光學(xué)狀態(tài)驅(qū)動的極性，而所述向所述淺灰度級的最后驅(qū)動脈沖具有趨于將所述象素從其白色向其黑色極端光學(xué)狀態(tài)驅(qū)動的極性。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中向深灰級的最后驅(qū)動脈沖具有趨于將所述象素從其白色向其黑色極端光學(xué)狀態(tài)驅(qū)動的極性，同時所述向淺灰級的最后驅(qū)動脈沖具有將所述象素從其黑色向其白色極端光學(xué)狀態(tài)驅(qū)動的極性。
9.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中對所述驅(qū)動脈沖進(jìn)行設(shè)置以使得一旦所述的象素已經(jīng)通過一個極性的脈沖從一個極端光學(xué)狀態(tài)向相反的極端光學(xué)狀態(tài)驅(qū)動時，所述象素不接收相反極性的驅(qū)動脈沖直到其已經(jīng)達(dá)到相對的極端光學(xué)狀態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中所述驅(qū)動脈沖被設(shè)置，以使得對于在一個極端光學(xué)狀態(tài)中的開始和結(jié)束的像素的任何轉(zhuǎn)換序列，通過所述象素的電流的代數(shù)和基本為零。
11.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述顯示器是電泳顯示器。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述顯示器是封裝的電泳顯示器。
13.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述顯示器是包括留在載體介質(zhì)內(nèi)形成的多個空腔內(nèi)的帶電粒子和懸浮液的微單元顯示器。
14.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述顯示器是無源矩陣顯示器。
15.一種雙穩(wěn)態(tài)電光顯示器，所述顯示器具有至少一個具有兩個極端光學(xué)狀態(tài)的象素，以及顯示控制器，用于將電場施加至所述象素并且從而將其光學(xué)狀態(tài)從初始灰度級改變至最終灰度級，所述顯示控制器被設(shè)置成 (a)將所述象素 從所述初始灰度級驅(qū)動至與所述初始灰度級不同的一個極端光學(xué)狀態(tài)；以及 (b)將所述象素從所述一個極端光學(xué)狀態(tài)驅(qū)動至與所述一個極端光學(xué)狀態(tài)不同的最終灰度級。
全文摘要
一種雙穩(wěn)態(tài)電光顯示器，具有多個象素，每個象素可以至少顯示三個灰度級。驅(qū)動該顯示器的方法包括以下步驟存儲一包含表示將初始灰度轉(zhuǎn)換到最終灰度所需的脈沖的數(shù)據(jù)的查詢表，存儲表示顯示器的每個象素的至少一種初始狀態(tài)的數(shù)據(jù)；接收表示顯示器至少一個象素期望的最終狀態(tài)的一輸入信號；以及產(chǎn)生輸出信號，表示如從查詢表中所確定的對于從一個象素的初始狀態(tài)轉(zhuǎn)換到其所期望的最終狀態(tài)所必需的脈沖。本發(fā)明還提供一種用于減少電光顯示器的殘余電壓的方法。
文檔編號G02F1/167GK102789758SQ20121016885
公開日2012年11月21日 申請日期2002年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月20日
發(fā)明者A·C·阿蘭戈, A·N·克奈安, H·G·加特斯, J·F·歐, J·L·扎勒斯基, K·R·阿穆德森, R·W·澤赫納 申請人:伊英克公司