專利名稱：電子紙顯示器的被動復(fù)用擴展的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種被動多路復(fù)用電子紙顯示器。
背景技術(shù)：
字母數(shù)字式電子紙顯示器(EPD)的典型實現(xiàn)以其中每個顯示區(qū)段由一個輸入/輸出(I/o)線路驅(qū)動的單一區(qū)段驅(qū)動方案為基礎(chǔ)。更復(fù)雜的顯示器需要大量I/O線路，導(dǎo)致管腳數(shù)目多的驅(qū)動器1C。典型的管腳數(shù)目多的顯示驅(qū)動器裝置通常不適合低成本實現(xiàn)。典型地，昂貴的顯示驅(qū)動器提高了成本，該昂貴的顯示驅(qū)動器由于大量I/o線路而要求大的硅區(qū)域；由于顯示驅(qū)動器的低傾度(1w-Pitch)而需要昂貴的柔性(flex)基板；因為低傾度的顯示驅(qū)動器而需要高定位精確度，從而管芯附著工藝需要昂貴的拾取和放置設(shè)備；以及，特別在存在機械應(yīng)力的情況下，因結(jié)合低傾度和大數(shù)量的I/O線路，導(dǎo)致可靠性損失。字母數(shù)字式電子紙顯示器，例如，可以用在嵌入式智能卡、帶有顯示功能的智能標(biāo)簽、安全令牌、條形碼顯示器以及電子文檔中。

發(fā)明內(nèi)容
用于EPD的單一區(qū)段驅(qū)動方案被多路復(fù)用(multiplexed)驅(qū)動方案所取代，該多路復(fù)用驅(qū)動方案將驅(qū)動器管腳的數(shù)目減少到每個位(bit)或字母數(shù)字符號的顯示區(qū)段加上每個位或字母數(shù)字符號的一個輸入/輸出(I/O)線路的數(shù)目。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)?shù)湫筒捎玫腅ro材料具有結(jié)合了小滯后的穩(wěn)定閾值時，被動數(shù)位(digit)選擇機制能夠?qū)崿F(xiàn)多路復(fù)用顯示驅(qū)動方案。典型地，顯示操作越好，所采用的Ero材料的滯后越小并且閾值越穩(wěn)定。


圖1a示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例。圖1b示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例。圖2a示出了電子紙顯示膜的非線性翻轉(zhuǎn)行為(flipping behavior)。圖2b示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的作為時間的函數(shù)的施加電壓和位移。圖2c示出了根據(jù)本發(fā)明的電子紙顯示膜的校準(zhǔn)步驟。圖2d示出了根據(jù)本發(fā)明，針對示例電子紙顯示膜，作為時間的函數(shù)，從淺色狀態(tài)(白色)到深色狀態(tài)(黑色)的反射率轉(zhuǎn)變和從深色狀態(tài)(黑色)到淺色狀態(tài)(白色)的
反射率轉(zhuǎn)變。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的電子紙顯示器的橫截面。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的電子紙顯示器的相關(guān)電容和寄生電容。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實施例中的三位七段顯示。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實施例，針對主動白色上黑色顯示的實現(xiàn)的典型示例性顯示驅(qū)動序列。
具體實施例方式典型地，電子紙顯示器(Ero)的微囊體包含在載流子流體中的有色和預(yù)充電顆粒。在電場的影響下，這些色素顆粒在流體中移動。載流子流體中顆粒的速度給出為:V = μ.E (I)其中V是載流子流體中顆粒的速度，μ是電泳遷移率，而E是施加的電場。例如，黑色和白色顆粒通常具有相反的電泳遷移率。假設(shè)電場與單元間隙(cell gap)上施加的電壓成比例，并且黑色顆粒和白色顆粒的電泳遷移率是常數(shù):Spart = / V dt (2)其中Spart是顆粒163的顆粒位移，而dt是時間變化。結(jié)合等式(I)和等式⑵，得出:Spart = μ./ E dt(3)參見圖1a:E = uepd/s (4)其中Uepd是底部電極160和頂部電極162 (其典型地是ΙΤ0)之間的電壓差，而s (單元厚度)是底部電極160和頂部電極162之間的距離。定義:k = μ /s(5)其中k是取決于電泳遷移率μ的常數(shù)，而單元厚度s允許將顆粒位移寫為:Spart = k./ Uepd (t)dt (6)顆粒位移Spart是所施加電壓(t)的時間積分的函數(shù)。在兩種顆粒顏色(白色和灰色)的情況下，大于零而小于S的顆粒位移Spart得到中間灰度級別。引入作為積分常數(shù)的顆粒163的初始位移Spart ini，得到:Spart tot = Spart ini+k./ uepd(t)dt(7)總顆粒位移Spartt(rt是所施加電壓Uepd⑴時間積分和初始位移Spart ini的函數(shù)，這意味著由初始位移spart—ini表示的灰度級別能夠通過對顆粒163進一步施加電壓Uepd(t)而改變。在EH)顯示器的典型操作中，電壓被施加至EPD區(qū)段以改變其顏色或者產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)(flip)。一旦完成了理想的顏色變化或者翻轉(zhuǎn)，則去除所施加的電壓，并且顏色狀態(tài)保持，而無進一步能耗。在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中，電容分壓器110由兩個本征電容器121和131組成。電容器121由電極120和浮動收集器(floating collector) 140形成。如圖1b所示，電容131由電極130和浮動收集器140形成。電容分壓器110具有兩個電壓輸入端110和112。電子紙顯示(EPD)膜170由在浮動收集器140上得到的電壓直接驅(qū)動。電容分壓器110實現(xiàn)對控制非線性EH)顏色變化或翻轉(zhuǎn)行為的E場的選擇性減小。注意，電容分壓器110可以在標(biāo)準(zhǔn)板工藝(board process)中典型地通過銀印(silver printing)或者銅(copper)實現(xiàn)。圖2a示出了 EH)膜170的非線性翻轉(zhuǎn)行為。如曲線120所示的非線性驅(qū)動行為主要起于Ero膜170中載流子流體中的摩擦。一旦浮動收集器140上的電壓達(dá)到vth，曲線120顯示出在Ero膜170中發(fā)生翻轉(zhuǎn)或者顏色變化。典型地，施加的電壓超過了 Vth“安全”裕度。在Vth以下(和在與Vth有關(guān)的負(fù)電壓處)，由于低遷移率，Ero膜170不會改變狀態(tài)。
以簡化方式在圖2b中示出了由公式(7)表示的電泳顯示器對在特定時間段上施加的驅(qū)動電壓Uepd的積分反應(yīng)。例如如圖2b中所示的，曲線212顯示了作為時間t的函數(shù)的位移Spart，初始位移spart—ini為50 μ m，這表示了中間顏色級別。曲線215顯示了作為時間t的函數(shù)的所施加電壓。當(dāng)時間t = 0.4秒時，施加15伏特的正電壓Uepd，顆粒朝向底部電極160移動(參見圖la)。0.2秒以后，顆粒的位移Spartttrt為0μπι(顆粒已到達(dá)其底部位置)。當(dāng)在0.9秒處施加-15伏特的負(fù)電壓Uepd時，顆粒朝向頂部電極162移動(參見圖la)。0.4秒以后，顆粒的位移Sparttot為ΙΟΟμπι(顆粒已到達(dá)其頂部位置)。由于電泳材料的雙穩(wěn)態(tài)屬性，在底部電極160處的O伏特電壓將會保持當(dāng)前狀態(tài)，而不需要施加電力。通過在恒定時間上施加小于驅(qū)動電壓的電壓，或者通過在小于I位建立時間的時間上施加驅(qū)動電壓，可以獲得中間灰度級別(參見表I)。為了準(zhǔn)備根據(jù)本發(fā)明的電子紙膜，需要對電子紙顯示膜進行如圖2c所示的校準(zhǔn)。校準(zhǔn)序列如下:在步驟220中，測量所需的恒定驅(qū)動電壓(±)Va，該電壓需要被施加至電子紙膜以獲得用于兩種顏色狀態(tài)(例如，深色和淺色)的期望對比率CR。在步驟222中，對電子紙膜施加幅度為(±)Va并且脈沖持續(xù)時間變化的電壓脈沖。在步驟224中，測量從期望對比率CR上的一個顏色狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到期望對比率CR上的另一個顏色狀態(tài)所需的I位(最小)建立時間tset，如圖2d所示，針對BRIDGESTONEQR-LPD0圖2d顯示了針對根據(jù)本發(fā)明的示例性電子紙膜，作為時間函數(shù)的給出從淺色狀態(tài)(白色)到深色狀態(tài)(黑色)的反射率轉(zhuǎn)變的曲線240和給出從深色狀態(tài)(黑色)到淺色狀態(tài)(白色)的反射率轉(zhuǎn)變的曲線245。圖2d中的tset是0.2msec。在步驟226中，施加具有持續(xù)的安全建立時間tssetup的脈沖，該安全建立時間tssetup典型地為tsrtup的兩倍；以及將脈沖的幅度從-Va變化至+Va，并且測量相應(yīng)的對比率CR。在步驟228中，識別當(dāng)CR開始增加時在深色狀態(tài)下的閾值電壓+Vp，該電壓等于當(dāng)CR開始減小時在淺色狀態(tài)下的電壓。在步驟230中，識別當(dāng)淺色狀態(tài)下的CR已經(jīng)達(dá)到最大值CRlight時的電壓+Va。在步驟232中，識別當(dāng)CR開始增加時在深色狀態(tài)下的閾值電壓_Vp，該電壓等于當(dāng)CR開始減小時在淺色狀態(tài)下的電壓。在步驟234中，識別當(dāng)深色狀態(tài)下的CR已經(jīng)達(dá)到最大值CRdart時的電壓-Va。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的帶多路復(fù)用300的電子紙顯示器的橫截面。EPD膜170由透明氧化銦錫(ITO)或者PEDOT公共電極310覆蓋。公共電極310不是結(jié)構(gòu)化的(structured)。屏蔽電極315與區(qū)段收集器電極(collector electrode) 320一起位于EPD膜170下面。注意，區(qū)段收集器電極被完全隔離，使得不存在任何可能引起溫度相關(guān)泄漏電流的結(jié)點。聚合物350提供區(qū)段選擇電極365、數(shù)位選擇電極360和區(qū)段收集器電極320之間的隔離。聚合物350典型地需要具有相對高的介電常數(shù)ε，以保持EH)膜170的電容和選擇電容之間的至少為15的典型比率(見圖4)。聚合物350可以典型地具有高達(dá)20的相對介電常數(shù)K。合適的聚合物材料包括聚(偏二氟乙烯-三氟乙烯)，鈦酸鋇/苯并環(huán)丁烯，鈦酸鍶鋇(例如，Baa6Sra4TiO3)和氰乙基支鏈淀粉。區(qū)段選擇觸點335電耦接至區(qū)段選擇電極365，數(shù)位選擇觸點340電耦接至數(shù)位選擇電極360，屏蔽觸點345電耦接至屏蔽電極315?；?55提供對帶多路復(fù)用300的電子紙顯示器的結(jié)構(gòu)性支撐。圖4示出了圖3根據(jù)本發(fā)明實施例的帶多路復(fù)用300的電子紙顯示器的相關(guān)電容以及寄生電容，以及示出了包括在Ero膜170中的電子墨微囊體。電容410是與Ero膜170相關(guān)聯(lián)的電容。電容420和430是與屏蔽315相關(guān)聯(lián)的電容。電容440是與區(qū)段選擇電極365相關(guān)聯(lián)的電容，電容450是與數(shù)位選擇電極360相關(guān)聯(lián)的電容。注意，電容410、440和450形成如圖1b中所示的電容分壓器110。最后，電容460是區(qū)段選擇電極365和數(shù)位選擇電極360之間的電容。在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中，電子墨微囊體480包括由無電(clear)流體495分離的帶負(fù)電黑色色素顆粒485和帶正電白色色素顆粒490。電子墨微囊體480示出為在其深色狀態(tài)。在圖4中，在淺色狀態(tài)下，極性反轉(zhuǎn)，帶正電白色色素顆粒490占據(jù)黑色色素顆粒485的位置，而帶負(fù)電黑色色素顆粒485占據(jù)帶正電白色色素顆粒490的位置。圖5中示出了三位七段顯示500以提供根據(jù)本發(fā)明的一個實施例。區(qū)段501，502，503，504，505，506 和 507 每個分別需要輸入 / 輸出(I/O)線路 501a, 502a, 503a, 504a, 505a,506a和507a以產(chǎn)生數(shù)位。三個I/O線路510，520和530被用來分別控制對數(shù)位560，570和580的訪問。I/O線路550控制屏蔽電極315 (參見圖3)以設(shè)置背景顏色(例如，黑色或者白色)。頂部ITO公共電極310(圖5中未示出)需要額外的I/O線路(未顯示)。如圖1b中所示的，電容分壓器110具有兩個電壓輸入端110和112并且控制EPD膜170的翻轉(zhuǎn)。如果V是電壓輸入端110上的電壓輸入而Viift是電壓輸入端112上的電壓輸入，那么:V 輸出=(C121.V 區(qū)段+C131.V 數(shù)位)/ (C12I+C131) (8)其中C121為本征電容器121的電容，而C131為本征電容器131的電容。圖5中所示的每個數(shù)位560，570和580的每個區(qū)段501，502，503，504，505，506，507由類似于電容分壓器110的電容分壓器控制。例如，參照圖5中由黑至白改變數(shù)位560的區(qū)段501，Vgs被施加至I/O線路501a，并且V被施加至I/O線路510并傳遞給數(shù)位560的所有7個電容分壓器的電壓輸入端112。數(shù)位560，570和580的區(qū)段501并聯(lián)，使得Vgs通過I/O線路501a被施加至所有區(qū)段501。如果翻轉(zhuǎn)至白色需要例如Vth = 3伏特(當(dāng)C121 = C131時)，Vgii =4伏特且Viwi= 7伏特，那么利用公式(8)當(dāng)施加Vfia= 5.5伏特時，數(shù)位560的區(qū)段501開始向白色變化。電壓越高，達(dá)到白色狀態(tài)越快。假設(shè)數(shù)位570的區(qū)段501也是黑色而沒有翻轉(zhuǎn)至白色，由于所有區(qū)段501并聯(lián)但是Viwi= O伏特被施加至I/O線路520，Vgg=4伏特，并且Vfia= 2伏特，使得數(shù)位570的區(qū)段501不開始轉(zhuǎn)至白色?？梢钥闯?，翻轉(zhuǎn)是由I/O輸入端510，520和530上的電壓控制的，這些I/O輸入端510，520和530分別提供電壓給數(shù)位560，570和580。圖6示出了示出了根據(jù)本發(fā)明,針對主動白色上黑色顯示(active blackon whitedisplay)的實現(xiàn)的典型示例性顯示驅(qū)動序列。在步驟610中，通過將電壓Vffig施加至I/O線路550，將三位七段顯示500的背景設(shè)為白色。在步驟620中，通過將電壓-Vgs (典型地等于-Viw)分別施加至區(qū)段I/O線路501a，502a, 503a, 504a, 505a, 506a和507a，并且將電壓-V數(shù)位(典型地等于-V屏蔽)施加至區(qū)段I/O線路510，520和530，將所有區(qū)段501，502，503，504，506，507設(shè)為黑色。在步驟630中，通過將電壓Vgs施加至區(qū)段501，502，503，504，506,507中所選擇區(qū)段的區(qū)段I/O線路，并且將電壓Viwi施加至用于數(shù)位560，570和580中所選擇數(shù)位的數(shù)位I/o線路，將區(qū)段501，502，503，504，506，507中所選擇的區(qū)段設(shè)為白色。最后，在步驟 640 中，所有 I/O 線路 501a, 502a, 503a, 504a, 505a, 506a, 507a, 510，520，530和550上的電壓都被設(shè)為零。由于圖2a所示的翻轉(zhuǎn)行為的非線性，顯示將穩(wěn)定而不需要供給電力。注意，對于黑色上白色顯示的情況，圖6中的電壓反轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明，還可以使用諸如SIPIX MICR0CUP和BRIDGESTONEQR-LPD等其它電泳顯示器。SIPIX MICROCUP的使用典型地需要改變所需電壓水平以適應(yīng)如表I中所示的不同閾值電壓以及如表I中所示的顯示材料的I位建立時間所表示的電泳遷移率。BRIDGESTONEQR-LH)根據(jù)類似于電子墨(E-1nk)的靜電原理操作。因為帶電顆粒懸浮在空氣中，所以典型地需要更高的電壓來驅(qū)動該顯示器。需要針對如表I中所示的閾值電壓以及如表I中所示的顯示材料的I位建立時間所表示的電泳遷移率，來調(diào)整正電壓水平、負(fù)電壓水平以及兩個中間電壓水平。表I顯示了適用于根據(jù)本發(fā)明的電泳顯示器的材料的典型值。
權(quán)利要求
1.一種被動多路復(fù)用電子紙顯示器，包括: 電子紙顯示膜，所述電子紙顯示膜被分成η個字母數(shù)字符號顯示部，每個字母數(shù)字符號顯示部包括m個顯示區(qū)段；和 m個輸入/輸出線路，所述m個輸入/輸出線路電耦接至n*m個所述顯示區(qū)段。
2.按權(quán)利要求1所述的被動多路復(fù)用電子紙顯示器，其中所述η個字母數(shù)字符號顯示部中的每一個電耦接至專用輸入/輸出線路。
3.按權(quán)利要求1所述的被動多路復(fù)用電子紙顯示器，其中電容分壓器提供電場以控制所述字母數(shù)字符號顯示部的每個所述區(qū)段的顏色變化。
4.按權(quán)利要求1所述的被動多路復(fù)用電子紙顯示器，其中屏蔽電極位于所述電子紙顯示膜的下方。
5.按權(quán)利要求1所述的被動多路復(fù)用電子紙顯示器，其中所述電子紙顯示膜包括電子墨微囊體。
6.按權(quán)利要求4所述的被動多路復(fù)用電子紙顯示器，其中區(qū)段收集器電極位于所述電子紙顯示膜的下方。
7.按權(quán)利要求6所述的被動多路復(fù)用電子紙顯示器，其中所述區(qū)段收集器電極和所述屏蔽電極彼此之間通過聚合物隔離。
8.按權(quán)利要求3所述的被動多路復(fù)用電子紙顯示器，其中需要閾值電場來影響所述區(qū)段的顏色變化。
9.按權(quán)利要求1所述的被動多路復(fù)用電子紙顯示器，還包括在所述電子紙顯示膜上方的頂部電極。
10.按權(quán)利要求9所述的被動多路復(fù)用電子紙顯示器，其中所述頂部電極不是結(jié)構(gòu)化的。
11.按權(quán)利要求1所述的被動多路復(fù)用電子紙顯示器，其中所述電子紙顯示膜包括電子墨微囊體。
全文摘要
由多路復(fù)用驅(qū)動方案取代電子紙顯示器(EPD)的單一區(qū)段驅(qū)動方案，該多路復(fù)用驅(qū)動方案將驅(qū)動器管腳的數(shù)目減少為每個位或字母數(shù)字符號的顯示區(qū)段加上每個位或字母數(shù)字符號的一個輸入/輸出(I/O)線路的數(shù)目。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)?shù)湫筒捎玫腅PD材料具有穩(wěn)定閾值并結(jié)合了小的滯后時，被動數(shù)位選擇機制支持多路復(fù)用顯示驅(qū)動方案。典型地，顯示操作越好，滯后越小并且所采用的EPD材料的閾值越穩(wěn)定。
文檔編號G02F1/167GK103091924SQ201210428768
公開日2013年5月8日 申請日期2012年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
發(fā)明者托馬斯·蘇瓦爾德 申請人:Nxp股份有限公司