專利名稱：剩余電壓降低的電光顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及剩余電壓降低的電光顯示器，以及用于減小電光顯示器中剩余電壓的方法。術(shù)語“剩余電壓”在這里用于表示，尋址脈沖(用于改變電光介質(zhì)的光學(xué)狀態(tài)的電壓脈沖)終止之后，在特定電光顯示器中剩余的持久或衰減電場。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種剩余電壓會(huì)導(dǎo)致對(duì)電光顯示器上顯示的圖像產(chǎn)生不良影響；特別地，剩余電壓會(huì)導(dǎo)致所謂的“重影(ghosting)”現(xiàn)象，即在重寫該顯示器之后，先前圖像的軌跡仍然是可見的。本發(fā)明特別地旨在用于電泳顯示器，但本發(fā)明并非僅僅適用于電泳顯示器。
電光顯示器包括電光材料層，在此使用的術(shù)語“電光材料”在成像技術(shù)領(lǐng)域中的傳統(tǒng)意義是指包括至少有一種光學(xué)性能不同的第一和第二顯示狀態(tài)的材料，對(duì)該材料施加電場可將其從第一顯示狀態(tài)改變到第二顯示狀態(tài)。盡管人眼通常能夠在顏色上感覺到該光學(xué)性能，但這種光學(xué)性能可以是另外的光學(xué)性能，例如光學(xué)透射率、反射率、發(fā)光、或者是對(duì)于機(jī)器讀取的專用顯示器，在可見光范圍之外的電磁波反射率改變意義上的偽色。
在本發(fā)明的顯示器中，從該電光介質(zhì)具有固體外部表面的角度來說，電光介質(zhì)通常是固體的(在下文中為了方便將這種顯示器稱為“固體電光顯示器”)，盡管這種介質(zhì)可具有且通常具有內(nèi)部液體或氣體填充空間。因此，術(shù)語“固體電光顯示器”包括膠囊化電泳顯示器、膠囊化液晶顯示器、以及下述的其它類型顯示器。
在此使用術(shù)語“灰度狀態(tài)”，在成像技術(shù)領(lǐng)域中其傳統(tǒng)意思是指介于像素的兩個(gè)極端光學(xué)狀態(tài)之間的一種狀態(tài)，但并不一定意味著處于這兩個(gè)極端狀態(tài)之間的黑白過渡。例如，下文中所參考的諸多專利和公開申請描述了這樣的電泳顯示器，即，該極端狀態(tài)為白色和深藍(lán)色，使得中間的“灰度狀態(tài)”實(shí)際上為淡藍(lán)色。實(shí)際上，正如所已經(jīng)描述的，該兩個(gè)極端狀態(tài)之間的過渡有可能根本不是顏色變化。
在此使用術(shù)語“雙穩(wěn)態(tài)”和“雙穩(wěn)態(tài)性”，在成像技術(shù)領(lǐng)域中其傳統(tǒng)意思是指包括如下顯示元件的顯示器，該顯示元件具有至少有一種光學(xué)性能不同的第一和第二顯示狀態(tài)，使得通過有限持續(xù)時(shí)間的尋址脈沖驅(qū)動(dòng)任意特定元件以呈現(xiàn)其第一或第二顯示狀態(tài)，該尋址脈沖終止之后，該狀態(tài)將會(huì)持續(xù)一定的時(shí)間，該時(shí)間為改變顯示元件狀態(tài)所需的尋址脈沖的最小持續(xù)時(shí)間的至少好幾倍，例如至少四倍。公開的美國專利申請No.2002/0180687表明，能夠顯示灰度級(jí)的一些基于顆粒的電泳顯示器不僅可以穩(wěn)定于其極端的黑色和白色狀態(tài)，還可以穩(wěn)定于其中間的灰度狀態(tài)，一些其它類型的電光顯示器也是如此。這種類型的顯示器確切地可稱為是“多穩(wěn)態(tài)的”而非雙穩(wěn)態(tài)的，盡管為了方便，在此使用術(shù)語“雙穩(wěn)態(tài)”以同時(shí)覆蓋雙穩(wěn)態(tài)和多穩(wěn)態(tài)顯示器。
在此使用術(shù)語“脈沖”，在成像技術(shù)領(lǐng)域中其傳統(tǒng)意思是指電壓對(duì)時(shí)間的積分。然而，一些雙穩(wěn)態(tài)電光介質(zhì)充當(dāng)電荷轉(zhuǎn)換器，因此對(duì)于這些介質(zhì)可采用脈沖的備選定義，即電流對(duì)時(shí)間的積分(等于所施加的總電荷)。應(yīng)當(dāng)根據(jù)該介質(zhì)是用作電壓-時(shí)間脈沖轉(zhuǎn)換器還是用作電荷脈沖轉(zhuǎn)換器而使用脈沖的恰當(dāng)定義。
已知好幾種類型的電光顯示器。一種電光顯示器為例如美國專利No.5808783、5777782、5760761、6054071、6055091、6097531、6128124、6137467、和6147791中所描述的旋轉(zhuǎn)雙色部件類型(盡管這種類型的顯示器經(jīng)常稱為“旋轉(zhuǎn)雙色球”顯示器，優(yōu)選使用更為確切的術(shù)語“旋轉(zhuǎn)雙色部件”，這是因?yàn)樵诓糠稚鲜鰧＠行D(zhuǎn)部件不是球形的)。這種顯示器使用許多小物體(典型地為球形或圓柱形)和內(nèi)部偶極子，其中該小物體具有光學(xué)特性不同的兩個(gè)或多個(gè)部分。這些小物體懸浮在矩陣中的填充了液體的液泡中，用液體填充該液泡，使得這些小物體可自由地旋轉(zhuǎn)。通過對(duì)顯示器施加電場，由此將小物體旋轉(zhuǎn)到各種位置并改變透過觀察表面能夠看到的小物體部分，從而改變顯示器的外觀。這種類型的電光介質(zhì)通常是雙穩(wěn)態(tài)的。
另一種類型的電光顯示器使用電變色介質(zhì)，例如形式為納米變色薄膜的電變色介質(zhì)，該納米變色薄膜包括至少部分地由半導(dǎo)電金屬氧化物制成的電極以及粘接到該電極的能夠進(jìn)行可逆顏色變化的多個(gè)染料分子；例如可參考O’Regan，B.et al.，Nature 1991，353，737和Wood，D.，Information Display，18(3)，24(March 2002)。還可參考Bach，U.，et al.，Adv.Mater.，2002，14(11)，845。例如在美國專利No.6301038、國際專利申請No.WO 01/27690、以及美國專利申請2003/0214695中也描述了這種類型的納米變色薄膜。這種類型的介質(zhì)通常也是雙穩(wěn)態(tài)的。
成為許多年來廣泛研究和發(fā)展目標(biāo)的另一種電光顯示器為基于顆粒的電泳顯示器，其中多個(gè)帶電顆粒在電場的影響下移動(dòng)穿過懸浮液。和液晶顯示器相比，電泳顯示器具有良好的明度和對(duì)比度、寬視角、狀態(tài)的雙穩(wěn)定性、以及低功耗的優(yōu)點(diǎn)。然而，這些顯示器的與長期圖像質(zhì)量相關(guān)的問題已經(jīng)阻礙其廣泛使用。例如，構(gòu)成電泳顯示器的顆粒趨于沉淀，導(dǎo)致這些顯示器的使用壽命不足。
如前所述，電泳介質(zhì)需要存在懸浮液。在絕大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)的電泳介質(zhì)中，這種懸浮液為一種液體，但是可以使用氣體懸浮液制造電泳介質(zhì)；例如參考Kitamura，T.，et al.，“Electrical toner movementfor electronic paper-like display”，IDW Japan，2001，PaperHCS1-1和Yamaguchi，Y.，et al.，“Toner display using insulativeparticles charged triboelectrically”，IDW Japan，2001，PaperAMD4-4)。還可參考?xì)W洲專利申請1429178、1462847、1482354、和1484625，以及國際申請WO 2004/090626、WO 2004/079442、WO2004/077140、WO 2004/059379、WO 2004/055586、WO 2004/008239、WO 2004/006006、WO 2004/001498、WO 03/091799、以及WO 03/088495。這種基于氣體的電泳介質(zhì)似乎由于顆粒沉淀，當(dāng)在允許這種沉淀的取向中使用該介質(zhì)時(shí)，例如對(duì)于將該介質(zhì)置于垂直平面的情形，遭受和基于液體的電泳介質(zhì)相同類型的問題。實(shí)際上，基于氣體的電泳介質(zhì)中的顆粒沉淀似乎比基于液體的電泳介質(zhì)中更為嚴(yán)重，因?yàn)楹鸵后w懸浮液相比，氣體懸浮液的粘度更低，使電泳顆粒沉淀地更快。
最近已經(jīng)公開了授權(quán)給或以麻省理工學(xué)院(MIT)和E Ink公司的名義申請的、描述膠囊化電泳介質(zhì)的許多專利和申請。這種膠囊化介質(zhì)包括許多小膠囊，每個(gè)小膠囊本身包括內(nèi)部相和包圍該內(nèi)部相的膠囊，該內(nèi)部相含有懸浮在液體懸浮介質(zhì)中的電泳移動(dòng)顆粒。通常，該膠囊本身保持在聚合物粘接劑內(nèi)，從而形成置于兩個(gè)電極之間的相干層。例如在下述專利和申請中描述了這種類型的膠囊化介質(zhì)美國專利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6822782，美國專利申請公開號(hào)No.2002/0019081、2002/0060321、2002/0060321、2002/0063661、2002/0090980、2002/0113770、2002/0130832、2002/0131147、2002/0171910、2002/0180687、2002/0180688、2003/0011560、2003/0020844、2003/0025855、2003/0053189、2003/0102858、2003/0132908、2003/0137521、2003/0137717、2003/0151702、2003/0214695、2003/0214697、2003/0222315、2004/0008398、2004/0012839、2004/0014265、2004/0027327、2004/0075634、2004/0094422、2004/0105036、2004/0112750、和2004/0119681，以及國際申請公開號(hào)No.WO 99/67678、WO 00/05704、WO 00/38000、WO 00/38001、WO 00/36560、WO 00/67110、WO 00/67327、WO 01/07961、WO 01/08241、WO 03/107315、WO 2004/023195、WO2004/049045、WO 2004/059378、WO 2004/088002、WO 2004/088395、和WO 2004/090857。
許多前述專利和申請意識(shí)到，可以用連續(xù)相替代膠囊化電泳介質(zhì)中包圍離散微膠囊的壁，從而產(chǎn)生所謂的聚合物分散電泳顯示器，其中電泳介質(zhì)包括多個(gè)電泳液體的離散小滴和聚合物材料的連續(xù)相；還意識(shí)到，這種聚合物分散的電泳顯示器中的電泳液體的離散小滴可以被看作是膠囊或微膠囊，盡管離散膠囊膜并不和每個(gè)單獨(dú)的小滴相關(guān)聯(lián)，見例如前述的專利申請2002/0131147。因此，從本申請的角度來說，這種聚合物分散電泳介質(zhì)被看作是膠囊化電泳介質(zhì)的亞種。
一種相關(guān)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，帶電顆粒以及懸浮液體并不包裹在微膠囊內(nèi)，而是保持在形成于載體介質(zhì)(通常為聚合物薄膜)內(nèi)的多個(gè)腔內(nèi)。例如，見國際申請公開No.WO 02/01281和已公開的美國專利申請No.2002/0075556，這兩個(gè)專利申請都授權(quán)給Sipix Imaging公司。
許多前述E Ink及MIT專利和申請還考慮到微單元電泳顯示器和聚合物分散的電泳顯示器。術(shù)語“膠囊化電泳顯示器”可指所有這些顯示器類型，這些顯示器也可共同地描述成“微腔電泳顯示器”以概括壁的形貌。
另一種類型的電光顯示器為由Philips研發(fā)的電浸濕顯示器，在Nature期刊2003年9月25日這一期中標(biāo)題為“Performing PixelsMoving Images on Electronic Paper”的文章中得到描述。在于2004年10月6日提交的未決的申請序號(hào)No.10/711802中表明，這種電浸濕顯示器可制成是雙穩(wěn)態(tài)的。
本發(fā)明中還可以使用其它類型的電光材料。特別讓人感興趣的是，雙穩(wěn)態(tài)鐵電液晶顯示器(FLC)在本領(lǐng)域中是已知的并呈現(xiàn)出剩余電壓性質(zhì)。
盡管電泳介質(zhì)經(jīng)常是不透明的(因?yàn)槔纾谠S多電泳介質(zhì)中，顆粒基本上阻斷可見光透射過顯示器)并工作于反射模式，但許多電泳顯示器可制成工作于所謂的“快門模式”，其中一個(gè)顯示器狀態(tài)基本上是不透明的，一個(gè)顯示器狀態(tài)為透光的。例如，見前述美國專利No.6130774和6172798以及美國專利No.5872552、6144361、6271823、6225971、和6184856。介電電泳顯示器和電泳顯示器相似但依賴于電場強(qiáng)度的變化，可工作于類似的模式，見美國專利No.4418346。其它類型的電光顯示器還可以工作于快門模式。
膠囊化或微單元電泳顯示器通常不遭受傳統(tǒng)電泳裝置的群聚和沉淀失效模式，并且可提供另外的優(yōu)點(diǎn)，例如能夠在許多柔性和剛性襯底上印刷或涂敷該顯示器的能力。(使用單詞“印刷”的目的是包括所有形式的印刷和涂敷，包括但不限于諸如斑片模壓涂敷，狹槽或擠壓涂敷，滑塊或級(jí)聯(lián)涂敷、幕涂的預(yù)測量涂敷；諸如刀上輥涂，正向和逆向輥涂的輥涂；凹版涂敷；浸漬涂敷；噴涂；彎月涂敷；旋涂；刷涂；氣刀涂敷；絲網(wǎng)印刷工藝；靜電印刷工藝；熱印刷工藝；噴墨印刷工藝；電泳沉積；和其它類似的技術(shù))。因此，所得到的顯示器可以是柔性的。此外，由于可以(使用各種方法)印刷顯示器介質(zhì)，顯示器本身的制造并不昂貴。
基于顆粒的電泳顯示器以及顯示相似行為的其它電光顯示器(這種顯示器在下文中為了方便而稱為“脈沖驅(qū)動(dòng)顯示器”)的雙穩(wěn)態(tài)或多穩(wěn)態(tài)行為與傳統(tǒng)液晶(LC)顯示器的行為成顯著對(duì)比。扭轉(zhuǎn)向列型液晶并不是雙穩(wěn)態(tài)或多穩(wěn)態(tài)的，而是起著電壓轉(zhuǎn)換器的作用，使得對(duì)這種顯示器的像素施加特定的電場會(huì)在該像素產(chǎn)生特定灰度電平，該灰度電平與像素上先前的灰度電平無關(guān)。此外，LC顯示器只沿一個(gè)方向受驅(qū)動(dòng)(從非透光或“暗”轉(zhuǎn)變到透光或“亮”)，通過降低或消除電場可實(shí)現(xiàn)從較亮狀態(tài)到較暗狀態(tài)的逆向轉(zhuǎn)變。最后，LC顯示器上像素的灰度電平對(duì)電場的極性不敏感而只對(duì)其強(qiáng)度敏感，實(shí)際上出于技術(shù)原因，商品化的LC顯示器通常以頻繁的間隔使驅(qū)動(dòng)電場的極性反轉(zhuǎn)。與此對(duì)照的是，雙穩(wěn)態(tài)電光顯示器在一級(jí)近似下充當(dāng)脈沖轉(zhuǎn)換器，使得像素的最終狀態(tài)不僅取決于所施加的電場以及施加該電場的時(shí)間，還取決于施加該電場前像素的狀態(tài)。
同樣，為了獲得高分辨率的顯示器，顯示器的單個(gè)像素必須是能夠不受鄰近像素干擾而可尋址的。獲得這個(gè)目標(biāo)的一個(gè)途徑是提供諸如晶體管或二極管的非線性元件陣列，至少一個(gè)非線性元件和每個(gè)像素相關(guān)聯(lián)，從而產(chǎn)生“有源矩陣”顯示器。尋址一個(gè)像素的尋址電極或像素電極通過關(guān)聯(lián)的非線性元件連接到適當(dāng)?shù)碾妷涸?。通常，?dāng)非線性元件是晶體管時(shí)，像素電極連接到晶體管的漏極，將在下文中采用這種布置，該連接基本上是任意的并且像素電極可連接到晶體管的源極。傳統(tǒng)上，在高分辨率陣列中，像素布置成行和列的二維陣列，使得由一個(gè)特定行與一個(gè)特定列的交叉而唯一地定義任何特定像素。各列中所有晶體管的源極連接到單個(gè)列電極，而各行中所有晶體管的柵極連接到單個(gè)行電極；同樣，傳統(tǒng)上將源極分配到行，將柵極分配到列，但這種分配基本上是任意的，如果需要可以進(jìn)行相反的分配。行電極連接到行驅(qū)動(dòng)器，這基本上確保在任一特定時(shí)刻只選擇一個(gè)行，即，對(duì)所選定的行電極施加電壓從而確保選定行內(nèi)的所有晶體管都是導(dǎo)通的，而對(duì)所有其它行施加電壓從而確保這些未被選擇的行內(nèi)的所有晶體管保持不導(dǎo)通。列電極連接到列驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器對(duì)各種列電極施加選定電壓，將選定行內(nèi)的像素驅(qū)動(dòng)到其預(yù)期光學(xué)狀態(tài)。(前述電壓是相對(duì)于公共前電極，并在整個(gè)顯示器上延伸，其中該公共前電極傳統(tǒng)上設(shè)于電光介質(zhì)上與非線性陣列相對(duì)的一側(cè)上。)經(jīng)過預(yù)先選定的間隔(已知為“線尋址時(shí)間”)后，取消選定已選定的行，選擇下一行，列驅(qū)動(dòng)器上的電壓被改變到寫顯示器下一條線的電壓。重復(fù)這個(gè)過程，使得以逐行的方式寫整個(gè)顯示器。
前述2003/0137521描述了直流(DC)不平衡波形如何導(dǎo)致形成剩余電壓，通過測量顯示器像素的開路電化學(xué)勢可以確定該剩余電壓。
出于在前述未決申請中已經(jīng)詳細(xì)解釋的原因，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電光顯示器時(shí)，理想地使用DC平衡的驅(qū)動(dòng)方案，即，基于這個(gè)方案，對(duì)于任何光學(xué)狀態(tài)序列，在最終光學(xué)狀態(tài)和初始光學(xué)狀態(tài)匹配的任何時(shí)刻，所施加的電壓的積分為零。這保證了光電層所經(jīng)歷的凈DC不平衡限制在已知值之內(nèi)。例如，可以使用15V、300ms脈沖將電光層從白色狀態(tài)驅(qū)動(dòng)到黑色狀態(tài)。在該轉(zhuǎn)變之后，成像層已經(jīng)經(jīng)歷4.5V的DC不平衡脈沖。為了將薄膜驅(qū)動(dòng)回到白色，如果使用-15V、300ms的脈沖，則在從白色轉(zhuǎn)變到黑色以及恢復(fù)到白色的一系列轉(zhuǎn)變過程中，成像層是DC平衡的。
現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，無論是從原因還是從結(jié)果上說，剩余電壓是電泳及其它脈沖驅(qū)動(dòng)電光顯示器中更為普遍的現(xiàn)象。另外還發(fā)現(xiàn)，DC不平衡導(dǎo)致電泳顯示器長期的壽命退化。
通過使用長時(shí)間(例如幾個(gè)小時(shí)或幾天)未被開關(guān)的樣品而測量電泳顯示器中的剩余電壓。將電壓表連接開放像素電路上，測量“基礎(chǔ)電壓”讀數(shù)。隨后對(duì)像素施加例如轉(zhuǎn)換波形的電場。該波形結(jié)束后，立即使用電壓表測量一系列周期內(nèi)的開路電勢，將測量的讀數(shù)與原始的基礎(chǔ)電壓之間的差看作是“剩余電壓”。
剩余電壓以復(fù)雜的方式衰減，在數(shù)學(xué)上可弱近似成多個(gè)指數(shù)之和。在典型實(shí)驗(yàn)中，對(duì)電光介質(zhì)施加15V約1秒。在該電壓脈沖結(jié)束之后，立即測量得到+3V和-3V之間的剩余電壓；1秒之后測量+1V和-1V之間的剩余電壓；10分鐘之后剩余電壓接近零(相對(duì)于原始的基礎(chǔ)電壓)。
在此使用術(shù)語“剩余電壓”，有時(shí)為了方便而用其表示整體現(xiàn)象。然而，脈沖驅(qū)動(dòng)電光顯示器的轉(zhuǎn)換行為的基礎(chǔ)是在電光介質(zhì)上施加電壓脈沖(電壓對(duì)時(shí)間的積分)。如附圖中的

圖1(該圖為剩余電壓隨時(shí)間變化的典型圖示)所示，在施加驅(qū)動(dòng)脈沖之后，剩余電壓立即到達(dá)峰值(用102表示)(圖1中的時(shí)間標(biāo)尺基本上是任意的)；之后，剩余電壓指數(shù)衰減，如圖1中的曲線104所示。剩余電壓持續(xù)一顯著的時(shí)間段，對(duì)電光介質(zhì)施加“剩余脈沖”，如曲線104下的區(qū)域106所示；嚴(yán)格而言，剩余脈沖而非剩余電壓影響了電光顯示器的光學(xué)狀態(tài)，而通常認(rèn)為是剩余電壓影響該光學(xué)狀態(tài)。
理論上，剩余電壓的效應(yīng)應(yīng)該直接對(duì)應(yīng)于剩余脈沖。然而實(shí)際上，脈沖切換模式在低電壓下精確度降低。包括在這里所描述的實(shí)驗(yàn)中用到的優(yōu)選電泳介質(zhì)在內(nèi)的一些電光介質(zhì)具有小的閾值，使得約為1V的剩余電壓不會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)的光學(xué)狀態(tài)在驅(qū)動(dòng)脈沖終止之后出現(xiàn)明顯變化。因此，兩種等效的剩余脈沖在實(shí)際結(jié)果上互不相同，提高電光介質(zhì)的閾值以降低剩余電壓的影響，這種做法是有用的。E Ink已經(jīng)生產(chǎn)出具有“小閾值”的電泳介質(zhì)，其閾值足夠小，能夠防止在典型使用中出現(xiàn)的剩余電壓在驅(qū)動(dòng)脈沖結(jié)束后立即改變顯示圖像。如果閾值不夠或者剩余電壓過高，則顯示器會(huì)呈現(xiàn)回掃/自擦除或自增強(qiáng)的現(xiàn)象。
即使當(dāng)剩余電壓低于小的閾值時(shí)，如果發(fā)生下一個(gè)圖形更新時(shí)該剩余電壓仍然存在，則該剩余電壓還會(huì)對(duì)圖像轉(zhuǎn)換產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。例如，假設(shè)在電泳顯示器的圖像更新期間，施加+/-15V驅(qū)動(dòng)電壓以移動(dòng)電泳顆粒。如果先前的更新中持續(xù)+1V的剩余電壓，驅(qū)動(dòng)電壓將實(shí)際上從+15V/-15V偏移到+16V/-14V。因此，像素將被朝黑色或白色狀態(tài)偏置，取決于剩余電壓為正或負(fù)。此外，由于剩余電壓的衰減速率，該效應(yīng)隨經(jīng)歷時(shí)間而改變。在緊接著前一圖像更新之后，使用15V、300ms驅(qū)動(dòng)脈沖將像素中的電光材料轉(zhuǎn)換到白色，該電光材料實(shí)際上經(jīng)歷了更接近16V、300ms的波形，而一分鐘后使用完全相同驅(qū)動(dòng)脈沖(15V、300ms)轉(zhuǎn)換到白色狀態(tài)的像素內(nèi)的材料實(shí)際上經(jīng)歷了更接近15.2V、300ms的波形。因此，像素會(huì)呈現(xiàn)顯著不同的白色陰暗。
如果已經(jīng)由先前的圖像(例如白色背景上的黑線)在多個(gè)像素上產(chǎn)生剩余電壓場，則剩余電壓也會(huì)在該顯示器上以相似的圖形排成陣列。從實(shí)際角度出發(fā)，顯示器上剩余電壓的最顯著效應(yīng)就是重影。這個(gè)問題是對(duì)前述問題的補(bǔ)充，即，DC不平衡(例如16V/14V而非15V/15V)可能是電光介質(zhì)緩慢的壽命退化的原因。
使用光度計(jì)可以從光學(xué)上測量重影或者類似的視覺假象。在頭戴式裝置顯示器屏幕中，具有相同目標(biāo)明度的兩個(gè)相鄰像素的實(shí)際明度差異應(yīng)該小于2L*(其中L*具有常用的ICE定義L*＝116(R/R0)1/3-16其中R為反射率，R0為標(biāo)準(zhǔn)反射率值)，優(yōu)選地小于1L*，理想地小于0.3L*以避免給用戶造成障礙。
如果剩余電壓衰減緩慢，近似不變，則其在波形漂移方面的效應(yīng)在不同圖像更新時(shí)是相同的；和衰減迅速的剩余電壓相比，衰減緩慢的剩余電壓實(shí)際上產(chǎn)生更小的重影。因此，10分鐘后更新一個(gè)像素和11分鐘后更新另一個(gè)像素時(shí)所經(jīng)歷的重影遠(yuǎn)小于迅速更新一個(gè)像素和1分鐘后更新另一個(gè)像素時(shí)的重影。相反地，如果剩余電壓迅速衰減，在發(fā)生下一個(gè)更新之前變?yōu)榱?，則該剩余電壓實(shí)際上不會(huì)導(dǎo)致可檢測到的重影。因此，出于實(shí)用目的，大于約0.2V且持續(xù)時(shí)間為10ms至1小時(shí)(最為特殊的是50ms至10分鐘)的剩余電壓最受關(guān)注。
從上述討論中顯而易見，通過最小化剩余脈沖可以減小剩余電壓的影響。如圖1所示，通過減小峰值剩余電壓或通過增大衰減速率可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。理論上可以預(yù)測，如果在驅(qū)動(dòng)脈沖結(jié)束后能夠瞬時(shí)完美地測量剩余電壓，則峰值剩余電壓的大小幾乎等于驅(qū)動(dòng)脈沖的電壓，而符號(hào)相反。實(shí)踐中，許多剩余電壓似乎衰減迅速(例如小于20ms)，使得實(shí)驗(yàn)上測量的“峰值”剩余電壓要小得多。因此，實(shí)踐中降低“峰值”剩余電壓的方法有(1)使顯示器工作于更低的電壓，或者(2)提高在圖像更新后的最初幾毫秒內(nèi)發(fā)生的極快的衰減，該衰減可導(dǎo)致非常低的剩余脈沖。實(shí)際上，除了工作于更低電壓之外，減小剩余脈沖的一個(gè)主要途徑是增大衰減速率。
剩余電壓有好幾種可能來源。我們認(rèn)為(盡管本發(fā)明根本不受該看法的限制)，剩余電壓的主要起因?yàn)樾纬娠@示器各層的材料內(nèi)的離子極化。
這種極化發(fā)生的方式有好幾種。在第一種(為了方便，用“I型”表示)極化中，在材料界面上或毗鄰界面產(chǎn)生離子雙層。例如，氧化銦錫(ITO)電極處的正電勢會(huì)在相鄰的疊層粘合劑中產(chǎn)生相應(yīng)的陰離子極化層。這種極化層的衰減速率和疊層粘合劑層中的分離離子的復(fù)合相關(guān)聯(lián)。這種極化層的幾何結(jié)構(gòu)由界面的形狀決定，但本質(zhì)上典型地為平面形狀。
在第二種(II型)極化中，單個(gè)材料內(nèi)的結(jié)核、晶體、或其它類型的材料不均勻會(huì)形成這樣的區(qū)域，即，離子在這些區(qū)域中的移動(dòng)速度快于或慢于在周圍材料中的移動(dòng)速度。離子遷移速率的不同會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)體內(nèi)電荷極化程度的不同，因此會(huì)在單個(gè)顯示器元件內(nèi)出現(xiàn)極化?；旧线@種極化在本質(zhì)上是局域化的，或者分散在整個(gè)層內(nèi)。
在第三種(III型)極化中，會(huì)在對(duì)于任何特定類型離子的電荷輸運(yùn)而言代表勢壘的任何界面處發(fā)生極化。微腔電泳顯示器中這種界面的一個(gè)重要示例為包括懸浮介質(zhì)和顆粒(“內(nèi)部相”)的電泳懸浮液與包括壁、粘合劑、和膠合劑的周圍介質(zhì)(“外部相”)之間的邊界。在許多電泳顯示器中，內(nèi)部相為憎水液體，而外部相為例如凝膠的聚合物。內(nèi)部相中存在的離子通常不會(huì)在外部相中溶解和擴(kuò)散，反之亦然。當(dāng)垂直于該界面施加電場時(shí)，會(huì)在該界面的兩側(cè)上積聚符號(hào)相反的極化層。除去所施加的電場時(shí)，最終的非平衡電荷分布會(huì)導(dǎo)致可測量的剩余電壓電勢，該可測量的剩余電壓電勢以某一弛豫時(shí)間衰減，該弛豫時(shí)間由界面兩側(cè)的任一側(cè)上的兩個(gè)相中離子的遷移率決定。
通常在驅(qū)動(dòng)脈沖期間發(fā)生極化。典型地，每個(gè)圖像更新是引發(fā)剩余電壓的事件。正波形電壓會(huì)在電光介質(zhì)上產(chǎn)生極性相同或相反(或幾乎為零)的剩余電壓，具體取決于特定的電光顯示器，這將在下文中得到描述。
從前述討論顯而易見，會(huì)在電泳或其它電光顯示器內(nèi)的多個(gè)位置發(fā)生極化，每個(gè)位置具有各自的衰減時(shí)間特征光譜，主要是在界面和材料不均勻的位置發(fā)生極化。依賴于這些電壓源相對(duì)于電活性元件(例如電泳懸浮液)的布置(換而言之，極化電荷分布)，以及各種電荷分布之間的電學(xué)耦合程度以及顆粒運(yùn)動(dòng)穿過懸浮液或其它電光微腔，各種極化將會(huì)產(chǎn)生或多或少有害的影響。由于電泳顯示器是通過帶電顆粒的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行工作，這本質(zhì)上會(huì)導(dǎo)致電光層的極化，某種意義上說，優(yōu)選的電泳顯示器不是指顯示器上的剩余電壓總為零的情形，而是指剩余電壓不會(huì)導(dǎo)致討厭的電光行為。理想地，可最小化脈沖，在1秒(優(yōu)選地為50ms)內(nèi)將剩余電壓降低到1V之下，優(yōu)選地低于0.2V，使得通過在圖像更新之間引入最小中斷，電泳顯示器可實(shí)現(xiàn)光學(xué)狀態(tài)之間的所有轉(zhuǎn)換而無需考慮剩余電壓效應(yīng)。對(duì)于工作于視頻速率或電壓低于+/-15V的電泳顯示器，這些理想值應(yīng)相應(yīng)地降低。類似的考慮適用于其它類型的電光顯示器。
總而言之，剩余電壓作為一種現(xiàn)象，至少基本上是發(fā)生在顯示材料元件內(nèi)的離子極化所致，該離子極化可能發(fā)生于材料的界面或者發(fā)生于材料本身內(nèi)部。這種極化會(huì)產(chǎn)生問題，特別是當(dāng)該極化持續(xù)約50ms至約1小時(shí)之間的某個(gè)中間時(shí)間長度時(shí)。剩余電壓本身可通過各種方式而表現(xiàn)為圖像重影或視覺假象，其嚴(yán)重程度隨圖像更新之間所經(jīng)歷的時(shí)間而變化。剩余電壓還會(huì)產(chǎn)生DC不平衡，并降低最終顯示器壽命。因此對(duì)于電泳或其它電光裝置的質(zhì)量而言，剩余電壓的影響通常是有害的，應(yīng)該最小化剩余電壓本身以及裝置的光學(xué)狀態(tài)對(duì)剩余電壓影響的敏感度。
在先前的E Ink專利申請中描述了降低或消除由剩余電壓所致的重影和視覺假象的諸多方法。例如，前述申請2003/0137521以及于2004年6月29日提交的未決申請序列號(hào)PCT/US2004/21000(還可參考相應(yīng)的國際申請PCT/US2004/21000)描述了所謂的“軌道穩(wěn)定”驅(qū)動(dòng)方案，其中周期性地將電光介質(zhì)驅(qū)動(dòng)到“光學(xué)軌道”(電光介質(zhì)的兩個(gè)極端光學(xué)狀態(tài))之一；在該方案中，小的剩余電壓對(duì)光學(xué)狀態(tài)沒有明顯的影響。于2004年4月30日提交的未決申請序列號(hào)No.10/837062(還可參考相應(yīng)的國際申請PCT/US2004/13573)描述了控制電泳介質(zhì)的膠囊高度和色素水平，使得在轉(zhuǎn)換成黑色和白色時(shí)，小的剩余電壓將不會(huì)導(dǎo)致顯著的光學(xué)變化。
盡管這種方法可用于單色顯示器，但并沒有解決剩余電壓的根本原因。此外，盡管一定程度上對(duì)灰度級(jí)或彩色顯示有幫助，這些方法并沒有徹底解決系統(tǒng)尋址到灰度級(jí)的問題，這是因?yàn)殡娪撅@示器中的灰度級(jí)通常依賴于白色和黑色顆粒的混合比例，而不受到校正顆粒速度上的差異的物理壁的影響，因此灰度級(jí)尋址通常更易受目標(biāo)波形和電泳介質(zhì)經(jīng)歷的實(shí)際電壓之間微小差異的影響。
在前述2003/0137521所描述的方法中，測量了剩余電壓，在每個(gè)圖像轉(zhuǎn)換之后立即或者周期性地施加校正平衡脈沖，以獲得零剩余電壓狀態(tài)。這對(duì)于單色和灰度級(jí)尋址都是有幫助的。然而，使用前述2003/0137521中所描述的方法測量剩余電壓并非都是實(shí)用的。
本發(fā)明旨在提供用于電光顯示器的附加尋址方法，該方法將能夠減小由剩余電壓所致的重影，但該方法無需測量像素水平的剩余電壓。本發(fā)明還旨在提供電光顯示器的附加尋址方法，該方法并不測量剩余電壓，但相對(duì)于前述方法以及測量剩余電壓的備選方法得到改進(jìn)。本發(fā)明的方法可用于除了電泳顯示器之外的電光顯示器。本發(fā)明還旨在提供電光材料、制造方法、和將剩余電壓最小化的設(shè)計(jì)。通過減小峰值剩余電壓，加速電壓衰減速率或其任意組合，能夠?qū)崿F(xiàn)剩余電壓的降低。
本發(fā)明提供了呈現(xiàn)剩余電壓的電泳或其它電光顯示器的改進(jìn)尋址方法。本發(fā)明還提供了呈現(xiàn)剩余電壓的電泳和其它電光顯示器的改進(jìn)的顯示電子裝置。
一方面，本發(fā)明提供了雙穩(wěn)態(tài)電光顯示器的驅(qū)動(dòng)方法，該顯示器具有多個(gè)像素，每個(gè)像素能夠顯示至少兩個(gè)灰度級(jí)。該方法包括對(duì)顯示器的每個(gè)像素施加由像素的初始及最終灰度級(jí)確定的波形。對(duì)于從特定初始灰度級(jí)到特定最終灰度級(jí)的至少一次轉(zhuǎn)換，可得到互不相同的至少第一和第二波形。根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)方面，在轉(zhuǎn)換之前就確定了正在發(fā)生轉(zhuǎn)換的像素的剩余電壓，根據(jù)所確定的剩余電壓而對(duì)該轉(zhuǎn)換采用第一或第二波形。
在下文中為了方便，將本發(fā)明的這個(gè)方面稱為本發(fā)明的“波形選擇”方法。在該波形選擇方法的優(yōu)選變形(下文中為了方便稱之為“停留時(shí)間波形選擇”方法)，對(duì)特定轉(zhuǎn)換中使用的第一或第二波形的選擇是基于相關(guān)像素的停留時(shí)間，即，在該轉(zhuǎn)換之前該相關(guān)像素已經(jīng)處于其初始灰度級(jí)的時(shí)間。如果該像素處于初始灰度級(jí)的時(shí)間小于預(yù)定間隔，則使用第一波形，如果該像素處于初始灰度級(jí)的時(shí)間大于預(yù)定間隔，則使用第二波形。對(duì)于相同的轉(zhuǎn)換，停留時(shí)間波形選擇方法當(dāng)然可以利用不止兩個(gè)波形。因此，在停留時(shí)間波形選擇方法的一個(gè)形式中，對(duì)于相關(guān)的轉(zhuǎn)換，使用了至少第一、第二、和第三波形，所有波形互不相同；如果像素處于初始灰度級(jí)而時(shí)間上小于第一預(yù)定時(shí)間間隔，則使用第一波形，如果像素處于初始灰度級(jí)而時(shí)間上大于第一預(yù)定時(shí)間間隔且小于第二預(yù)定時(shí)間間隔，則使用第二波形，如果像素處于初始灰度級(jí)而時(shí)間上大于第二預(yù)定時(shí)間間隔，則使用第三波形。第一和第二預(yù)定時(shí)間間隔當(dāng)然將隨所使用的特定波形和電光顯示器而變化；然而，第一預(yù)定時(shí)間間隔范圍為約0.3至3秒，第二預(yù)定時(shí)間間隔范圍為約1.5至15秒。
如前述2003/0137521所述，可以使用查找表執(zhí)行本發(fā)明的波形選擇方法。因此，波形選擇方法包括存儲(chǔ)包含數(shù)據(jù)的查找表，對(duì)于像素灰度級(jí)之間的每個(gè)可能轉(zhuǎn)換，該數(shù)據(jù)代表該轉(zhuǎn)換將使用的一個(gè)或多個(gè)波形；存儲(chǔ)初始狀態(tài)數(shù)據(jù)，該初始狀態(tài)數(shù)據(jù)代表每個(gè)像素的至少一個(gè)初始狀態(tài)；存儲(chǔ)停留時(shí)間數(shù)據(jù)，該停留時(shí)間數(shù)據(jù)代表每個(gè)像素保持在其初始狀態(tài)的時(shí)間段；接收輸入信號(hào)，該輸入信號(hào)代表顯示器至少一個(gè)像素的預(yù)期最終狀態(tài)；以及產(chǎn)生輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)代表將一個(gè)像素的初始狀態(tài)轉(zhuǎn)換到最終狀態(tài)所需的波形，由查找表確定該波形，該輸出信號(hào)依賴于初始狀態(tài)數(shù)據(jù)、停留時(shí)間數(shù)據(jù)、和輸入信號(hào)。
如前述2003/0137521、PCT/US2004/21000、以及于2004年3月31日提交的未決申請序列號(hào)10/814205(還可參考相應(yīng)的國際申請WO2004/090857)所述，本發(fā)明的這種“查找表波形選擇”方法利用了查找表方法的任一可選方面；特別地可利用如這些未決申請中所描述的查找表方法中先前狀態(tài)、溫度補(bǔ)償、壽命補(bǔ)償方面，而不損害前述聲明的一般性。因此查找表波形選擇方法可包括存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)代表每個(gè)像素的初始狀態(tài)之前的至少一個(gè)先前狀態(tài)；并基于相關(guān)像素的至少一個(gè)先前狀態(tài)和初始狀態(tài)而產(chǎn)生輸出信號(hào)。該查找表波形選擇方法還包括接收代表顯示器至少一個(gè)像素的溫度的溫度信號(hào)，并根據(jù)該溫度信號(hào)產(chǎn)生輸出信號(hào)。該查找表波形選擇方法還包括產(chǎn)生代表相關(guān)像素的工作時(shí)間的壽命信號(hào)，并基于該壽命信號(hào)產(chǎn)生輸出信號(hào)。
本發(fā)明還提供了用于執(zhí)行本發(fā)明的查找表波形選擇方法的裝置控制器，該控制器因此用于控制具有多個(gè)像素的雙穩(wěn)態(tài)電光顯示器，每個(gè)像素能夠顯示至少兩個(gè)灰度級(jí)。該控制器包括用于存儲(chǔ)查找表數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)工具，對(duì)于像素灰度級(jí)之間的每個(gè)可能轉(zhuǎn)換，該查找表數(shù)據(jù)代表該轉(zhuǎn)換將使用的波形，至少一個(gè)轉(zhuǎn)換具有與其相關(guān)的至少兩個(gè)不同的波形，該存儲(chǔ)工具還用于存儲(chǔ)初始狀態(tài)數(shù)據(jù)和停留時(shí)間數(shù)據(jù)，該初始狀態(tài)數(shù)據(jù)代表每個(gè)像素的至少一個(gè)初始狀態(tài)，該停留時(shí)間數(shù)據(jù)代表每個(gè)像素保持在其初始狀態(tài)的時(shí)間段；用于接收輸入信號(hào)的輸入工具，該輸入信號(hào)代表顯示器至少一個(gè)像素的預(yù)期最終狀態(tài)；計(jì)算工具，根據(jù)輸入信號(hào)、初始狀態(tài)數(shù)據(jù)、停留時(shí)間數(shù)據(jù)和查找表數(shù)據(jù)來確定將一個(gè)像素的初始狀態(tài)改變?yōu)轭A(yù)期最終狀態(tài)所需的波形；以及用于產(chǎn)生代表波形的輸出信號(hào)的輸出工具。
在這種“查找表波形選擇控制器”中，存儲(chǔ)工具還可用于存儲(chǔ)每個(gè)像素在其初始狀態(tài)之前的至少一個(gè)先前狀態(tài)，計(jì)算工具可用于確定依賴于輸入信號(hào)、初始狀態(tài)數(shù)據(jù)、停留時(shí)間數(shù)據(jù)、先前狀態(tài)數(shù)據(jù)、和查找表的波形。該輸入工具可用于接收代表顯示器至少一個(gè)像素的溫度的溫度信號(hào)，計(jì)算工具可用于確定依賴于輸入信號(hào)、初始狀態(tài)數(shù)據(jù)、停留時(shí)間數(shù)據(jù)、和溫度信號(hào)的波形。該控制器可進(jìn)一步包括壽命信號(hào)發(fā)生工具，用于產(chǎn)生代表相關(guān)像素工作壽命的壽命信號(hào)，并包括根據(jù)輸入信號(hào)、初始狀態(tài)數(shù)據(jù)、停留時(shí)間數(shù)據(jù)、和壽命信號(hào)確定波形的計(jì)算工具。
在另一個(gè)方面中，本發(fā)明提供了包括電光材料層和電壓提供工具的電光顯示器，該電壓提供工具用于沿跨過電光材料層的任一方向施加不大于預(yù)定值的電壓，其中該電光材料的閾值電壓大于零，但小于該預(yù)定值的約三分之一。
在下文中為了方便，將本發(fā)明的這個(gè)方面稱為本發(fā)明的“低閾值”顯示器。這種低閾值顯示器旨在降低剩余電壓對(duì)顯示器的影響。在這種低閾值顯示器中，電光材料的閾值電壓不小于預(yù)定值的約五十分之一，但小于預(yù)定值的約三分之一。這種低閾值顯示器中的電光材料可以是前述類型中的任意一種；然而，該低閾值顯示器專門使用基于顆粒的電泳材料，該基于顆粒的電泳材料包括懸浮液和多個(gè)帶電顆粒，其中多個(gè)帶電顆粒保持在該懸浮液中，并在電光材料層上施加電壓時(shí)能夠移動(dòng)穿過懸浮液。該電泳材料可以是例如膠囊化電泳材料、聚合物分散電泳材料、或微單元電泳材料。該懸浮液可以是液體或氣體。
在另一個(gè)方面中，本發(fā)明提供了一種電泳介質(zhì)，包括懸浮液、多個(gè)第一類型帶電顆粒、和多個(gè)第二類型帶電顆粒，其中該多個(gè)第一類型帶電顆粒保持在懸浮液中并在電泳介質(zhì)上施加電場時(shí)能夠移動(dòng)穿過懸浮液，多個(gè)第二類型帶電顆粒保持在懸浮液中并在電泳介質(zhì)上施加電場時(shí)能夠移動(dòng)穿過懸浮液，第二類型顆粒的電荷極性與第一類型顆粒的極性相反，其中第二類型顆粒上的總電荷為第一類型顆粒上總電荷的一半至兩倍。
在下文中，為了方便將本發(fā)明的這個(gè)方面稱為本發(fā)明的“電荷平衡雙模顆粒電泳介質(zhì)”。該電泳介質(zhì)可以是例如膠囊化電泳材料、聚合物分散電泳材料、或微單元電泳材料。該懸浮液可以是液體或氣體。理想地，對(duì)這種電荷平衡雙模顆粒電泳介質(zhì)施加15V、300毫秒的方波尋址脈沖1秒之后，該電泳介質(zhì)所呈現(xiàn)的剩余電壓低于約1V，優(yōu)選地低于約0.2V。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種電泳介質(zhì)，包括懸浮液、多個(gè)第一類型帶電顆粒、和多個(gè)第二類型帶電顆粒，其中該多個(gè)第一類型帶電顆粒保持在懸浮液中并在電泳介質(zhì)上施加電場時(shí)能夠移動(dòng)穿過懸浮液，多個(gè)第二類型帶電顆粒保持在懸浮液中并在電泳介質(zhì)上施加電場時(shí)能夠移動(dòng)穿過懸浮液，第二類型顆粒的電荷極性與第一類型顆粒的電荷極性相反，對(duì)該電泳介質(zhì)施加15V、300毫秒的方波尋址脈沖1秒之后，呈現(xiàn)的剩余電壓低于1V。
在下文中，為了方便將本發(fā)明的這個(gè)方面稱為本發(fā)明的“低剩余電壓電泳介質(zhì)”。理想地，對(duì)這種電泳介質(zhì)施加15V、300毫秒的方波尋址脈沖1秒之后，該電泳介質(zhì)所呈現(xiàn)的剩余電壓低于約0.2V。
在另一個(gè)方面中，本發(fā)明提供了包括分散在連續(xù)相中的懸浮液的多個(gè)離散小滴，該小滴進(jìn)一步包括保持在懸浮液中并在電泳介質(zhì)上施加電場時(shí)能夠移動(dòng)穿過懸浮液的多個(gè)帶電顆粒，其中連續(xù)相的體電阻率不大于約小滴體電阻率的一半，連續(xù)相和小滴的體電阻率都小于約1011ohm.cm。在下文中，為了方便將本發(fā)明的這個(gè)方面稱為本發(fā)明的“體電阻率平衡電泳介質(zhì)”，該介質(zhì)可以是任何前述類型的電泳介質(zhì)；因此，例如，該體電阻率平衡電泳介質(zhì)可以是膠囊化電泳介質(zhì)(膠囊壁包圍小滴，聚合物粘合劑包圍這些膠囊)、聚合物分散電泳介質(zhì)、或者微單元電泳介質(zhì)。
本發(fā)明還提供了用于降低電光介質(zhì)和顯示器(特別是電泳顯示器和介質(zhì))上剩余電壓影響的附加改進(jìn)和設(shè)計(jì)技術(shù)。例如，本發(fā)明提供了一種電泳顯示器，該顯示器包括被選擇或設(shè)計(jì)成具有承載低峰值剩余電壓的能力或允許剩余電壓快速衰減(在縮短的剩余脈沖內(nèi))的材料。本發(fā)明還提供了一種電泳顯示器，該顯示器包括已經(jīng)摻雜、處理、純化、或其它加工以降低其攜帶剩余電壓的能力的材料。本發(fā)明還提供了包括膠合劑和層疊粘合劑的電泳顯示器，該膠合劑和粘合劑具有相似的成分、電導(dǎo)率、或離子遷移率。本發(fā)明還提供了一種電泳顯示器，其中至少兩個(gè)相鄰元件之間的界面已經(jīng)被處理以降低剩余電壓，或者其中至少部分地引入中間層以降低剩余電壓。在下文中，將本發(fā)明的這些方面共同稱為“材料選擇”發(fā)明。
本發(fā)明還提供了一種電泳顯示器，該顯示器包括用于降低剩余電壓的位于顯示器像素內(nèi)的導(dǎo)電路徑。在下文中將本發(fā)明的這個(gè)方面稱為“導(dǎo)電路徑”發(fā)明。
本發(fā)明還提供了包括兩種帶電顆粒的電泳顯示器，選擇各種顆粒的總電荷以降低剩余電壓。在下文中將本發(fā)明的這個(gè)方面稱為“ζ電勢”發(fā)明。
本發(fā)明還提供了一種電泳懸浮液，包括降低剩余電壓的懸浮液中的添加劑。在下文中將本發(fā)明的這個(gè)方面稱為“懸浮液添加劑”發(fā)明。
本發(fā)明還為具有降低的剩余電壓的微腔電泳顯示器提供了外部相材料。在下文中將本發(fā)明的這個(gè)方面稱為“微腔外部材料”發(fā)明。
本發(fā)明還提供了具有降低的剩余電壓的電泳顯示器和其它電光顯示器的制造方法，并提供了用于確定剩余電壓的工具。
如前所述，附圖中的圖1示出了電光顯示器中剩余電壓隨時(shí)間衰減的典型曲線。
圖2為示意性側(cè)面圖，示出了在涂敷膠囊化電泳介質(zhì)期間膠囊和周圍液體之間的接觸圓。
圖3A為示意性側(cè)面圖，示出了在涂敷膠囊化電泳介質(zhì)時(shí)作用于稀疏涂敷膠囊上的力。
圖3B為示意性側(cè)面圖，和圖3A的側(cè)面圖相似，但示出了由于圖3A所示力的作用，在最后干燥的膠囊層內(nèi)膠囊的形式。
圖4A和4B為示意性側(cè)面視圖，分別和圖3A及3B相似，示出了作用于密堆積涂敷膠囊上的力以及最后干燥的膠囊層內(nèi)膠囊的形式。
如前所述，本發(fā)明提供了電光顯示器和介質(zhì)方面的諸多不同改進(jìn)，并提供了用于驅(qū)動(dòng)該顯示器的波形和控制器方面的改進(jìn)。下面將分別(或關(guān)聯(lián)組)描述本發(fā)明的不同方面，盡管應(yīng)該了解到，單個(gè)顯示器或介質(zhì)可利用本發(fā)明的不止一個(gè)方面。例如，單個(gè)顯示器可包括本發(fā)明的體電阻率平衡電泳介質(zhì)并使用本發(fā)明的波形選擇方法來驅(qū)動(dòng)該介質(zhì)。
確定剩余電壓的方法，用于呈現(xiàn)剩余電壓的電光顯示器的尋址方法和控制器前面已經(jīng)描述，從剩余電壓對(duì)電光顯示器光學(xué)性能的有害影響角度考慮，當(dāng)顯示器遭受這種剩余電壓時(shí)，通常需要或者理想地要采用可最小化剩余電壓影響的尋址方法。
對(duì)于電光顯示器的特定像素，剩余電壓的狀態(tài)受“圖像歷史”(即，先前施加的電場)的影響很大，因此受例如所使用的波形、電場強(qiáng)度、和連續(xù)圖像更新之間經(jīng)歷時(shí)間這些參數(shù)的影響。
在前述2003/0137521以及于2003年5月23日提交的美國專利申請No.10/249973(亦可參考國際專利申請WO 03/107315)中所描述的一組有用的尋址方法中，使用了先前圖像數(shù)據(jù)的知識(shí)。使用了一種查找表，其中例如，將黑色像素轉(zhuǎn)換成白色的波形是不同的，取決于該黑色像素先前是否為白色，或者是否先前曾經(jīng)為灰色(灰色轉(zhuǎn)變假設(shè)為不同的波形，將會(huì)產(chǎn)生不同數(shù)量的剩余電壓)。實(shí)際上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種“先前n個(gè)狀態(tài)查找表”確實(shí)能減小由剩余電壓引起的重影。
然而，這種方法有好幾個(gè)缺點(diǎn)。首先，在跟蹤先前的光學(xué)狀態(tài)時(shí)，在某些情形中，所使用的算法并未考慮到每個(gè)圖像轉(zhuǎn)換(光學(xué)狀態(tài)改變)之間所經(jīng)歷的時(shí)間，因此選擇查找表中所選用的值時(shí)，必須記住某些使用模型，例如平均每秒更新一次。第二，這個(gè)方法要求附加的存儲(chǔ)器，為了獲得更高的精度，必須增大查找表的尺寸，而所需要的存儲(chǔ)器的數(shù)量進(jìn)一步增大，特別是當(dāng)n超過2或3時(shí)。在前述專利申請中已經(jīng)討論，在某些情形中，需要的查找表非常大，難以容納在便攜裝置中。
根據(jù)本發(fā)明的波形選擇方法，現(xiàn)在提出一種備選方法，其中首先確定每個(gè)像素的剩余電壓(或者使用已知與剩余電壓有關(guān)的各種參數(shù)來評(píng)估)，然后至少部分地基于所確定或評(píng)估的剩余電壓而選擇兩個(gè)或多個(gè)波形中的一個(gè)。這種波形選擇方法可利用諸多可能的途徑，基于已知或測量的顯示特性而評(píng)估或預(yù)計(jì)剩余電壓。波形選擇方法還可能涉及剩余電壓的直接測量。
在窮舉方法中，記錄每個(gè)像素的完整的更新歷史，包括所施加的電壓以及圖像更新之間經(jīng)歷的時(shí)間。使用衰減模型預(yù)計(jì)每個(gè)先前的更新所遺留的剩余電壓。在所考慮的轉(zhuǎn)變之前的足夠長時(shí)間(通常約為10分鐘)所發(fā)生的更新可以被忽略，可以擦除其歷史，這是因?yàn)槠鋵?duì)剩余電壓電平的貢獻(xiàn)已經(jīng)基本上降為零。該像素的剩余電壓可以模型化為來自每個(gè)先前相關(guān)更新的剩余電壓的總數(shù)。
實(shí)際上，需要更少存儲(chǔ)器的優(yōu)選方法是跟蹤每個(gè)像素的單個(gè)剩余電壓值和時(shí)間標(biāo)記。在每個(gè)圖像更新之前，每個(gè)像素的剩余電壓值被降低，降低的數(shù)量取決于顯示器的衰減函數(shù)，并更新該時(shí)間標(biāo)記。在每次更新之后，基于實(shí)際使用的波形，將剩余電壓值增大或減小一定數(shù)量，并更新時(shí)間標(biāo)記。這樣，任何時(shí)間的剩余電壓都被跟蹤，但每個(gè)像素只需要存儲(chǔ)兩個(gè)數(shù)據(jù)值。
可以使用任何適當(dāng)?shù)姆绞接?jì)算該衰減函數(shù)和變化函數(shù)，例如通過基于公式和數(shù)據(jù)參數(shù)的邏輯計(jì)算、使用模擬邏輯裝置、或者使用具有適合于顯示器應(yīng)用的足夠等級(jí)的查找表。可以以任何適當(dāng)?shù)姆绞?，例如組合兩種計(jì)算結(jié)果的單個(gè)步驟進(jìn)行所存儲(chǔ)的剩余電壓和時(shí)間標(biāo)記值的實(shí)際更新。如果用于圖像更新的波形包括在長時(shí)間段(例如300至1000毫秒)上擴(kuò)展的一系列脈沖，則在圖像更新本身期間更新剩余電壓和/或時(shí)間標(biāo)記值是有利的。
特定顯示器的衰減函數(shù)對(duì)許多因素非常敏感，例如顯示器中所使用材料、制造方法、以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)特征。因此，對(duì)于不同的電光顯示器，需要改變衰減函數(shù)或函數(shù)參數(shù)值。實(shí)踐中，由于電光介質(zhì)和顯示器的復(fù)雜性，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)最有用的做法為，實(shí)驗(yàn)上測量一系列施加電壓下顯示器系統(tǒng)的剩余電壓響應(yīng)和衰減，由此創(chuàng)建查找表或者對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行函數(shù)擬合。在制造過程中周期性地重復(fù)這個(gè)測量步驟是有幫助的，例如，當(dāng)轉(zhuǎn)換到新材料組或進(jìn)行批改變時(shí)。在組裝之后單獨(dú)地表征每個(gè)顯示器的衰減函數(shù)并在顯示控制器中記錄最終參數(shù)，這種做法也是有幫助的。
特定顯示器的剩余電壓衰減和響應(yīng)函數(shù)會(huì)受諸如溫度和濕度水平的環(huán)境因素影響?？蓪?duì)顯示器添加傳感器或用戶可選取的輸入值(或包括該顯示器的裝置)以跟蹤這種因素。因此，使用剩余響應(yīng)和衰減函數(shù)或者考慮到這些環(huán)境參數(shù)的查找表是有利的。同樣，優(yōu)選定期地(例如每隔30至300秒)更新剩余電壓值，而不管顯示器是否已經(jīng)更新，使得所存儲(chǔ)的值考慮到諸如溫度和濕度的環(huán)境變化并保持精確性。
如果顯示器中的像素小，像素上的整體剩余電壓可能受到其相鄰的剩余電壓的顯著影響。因此，使用考慮到橫向場效應(yīng)的剩余電壓更新函數(shù)，或者引入前處理或后處理算法以考慮這種效應(yīng)。同樣地，響應(yīng)于其緊鄰的剩余電壓值而周期性地更新每個(gè)像素的剩余電壓值，從而獲得對(duì)實(shí)際剩余電壓值的足夠精確的評(píng)估。
前述討論注重于基于系統(tǒng)輸入和特征而評(píng)估剩余電壓的方法。備選的方法是直接測量剩余電壓。在美國專利No.6512354中描述了感測電泳顯示器狀態(tài)的技術(shù)。類似的技術(shù)可用于感測其它電光顯示器中的剩余電壓。前述2003/0137521特別描述了使用比較器測量剩余電壓?？稍诿總€(gè)圖像更新之前或者周期性地執(zhí)行剩余電壓的直接測量，以更新和校正前述數(shù)據(jù)值。
可以結(jié)合使用評(píng)估及直接測量方法。例如，在每個(gè)圖像更新時(shí)可以使用評(píng)估方法，但可基于實(shí)際測量而周期性地更新剩余電壓值。由于剩余電壓響應(yīng)和衰減速率會(huì)隨顯示器的工作壽命(幾年的時(shí)間)而改變，優(yōu)選使用顯示控制器軟件跟蹤這些變化并使用基于實(shí)際數(shù)據(jù)而更新預(yù)測參數(shù)的適應(yīng)性算法，例如Bayesian算法。
類似地，可對(duì)每個(gè)像素使用評(píng)估方法，可在一個(gè)或多個(gè)測試像素上直接感測剩余電壓值，并至少部分地基于該測試像素的評(píng)估剩余電壓和測量剩余電壓之間的差異而調(diào)整其余像素的剩余電壓值。該測試像素可以是顯示器觀察者能夠或不能看到的像素。
在至少一些情形中，顯示器的剩余電壓特性對(duì)顯示器的一個(gè)或多個(gè)特定層(例如粘合層)的電學(xué)性能非常敏感。因此，評(píng)估或測量剩余電壓的前述方法可被調(diào)整成評(píng)估或測量對(duì)剩余電壓特性有主要影響的特定層(例如粘合層)的電學(xué)特性，并恰當(dāng)?shù)卣{(diào)整各像素的剩余電壓值的算法?？墒褂脗鞲衅鳈z測顯示器的特定層，傳感器可檢測或不檢測與可見像素相關(guān)的材料。此外，可在顯示器之外提供相關(guān)層的材料的物理樣品作為傳感器的一部分，該傳感器直接包括這種材料以測量其隨時(shí)間的響應(yīng)和變化。
剩余電壓感知波形和尋址方法通過上述或其它任何恰當(dāng)方法評(píng)估或測量剩余電壓(或間接變量)后，根據(jù)本發(fā)明的波形選擇方法，至少部分地基于評(píng)估或測量得到的當(dāng)前剩余電壓或間接變量而選擇尋址方法?？苫谔囟ㄏ袼氐氖Ｓ嚯妷?、該像素及其周圍像素的剩余電壓、或者大于一個(gè)像素及其緊鄰像素的整個(gè)或部分顯示器上的整體剩余電壓，選擇尋址方法。
可使用各種方法調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)波形(即，不是剩余電壓感知波形)以考慮特定像素或像素組的剩余電壓。例如，可以從預(yù)期波形減去剩余電壓并施加降低的電壓，使得該像素所經(jīng)歷的有效波形是原始的預(yù)期波形。備選地，可對(duì)該波形施加縮放因子或其它轉(zhuǎn)變。備選地，可保持波形內(nèi)的電壓電平不變，而調(diào)整其持續(xù)時(shí)間。例如，如果標(biāo)準(zhǔn)波形要求10V、50ms的脈沖，但像素具有2V的剩余電壓，則該脈沖可為10V 40ms、8V 50ms、8.94V 44.7ms，或者甚至是插入了0V 10ms脈沖的兩個(gè)10V 20ms的脈沖(為了簡化，這些示例并不考慮2V剩余電壓的衰減速率，并且可以更為精確地調(diào)整以匹配從2V初始值衰減的預(yù)期剩余脈沖)。也可以調(diào)整這些波形以考慮這個(gè)實(shí)情，即，凈脈沖并不一定嚴(yán)格地保持不變，因?yàn)殡姽饨橘|(zhì)具有輕微的閾值或者對(duì)波形脈沖中電壓或持續(xù)時(shí)間的光學(xué)響應(yīng)不對(duì)稱。
按這個(gè)方式直接計(jì)算波形調(diào)整會(huì)對(duì)顯示控制器增加巨大的開銷。為了降低這個(gè)開銷，控制器可從分別與某個(gè)范圍的剩余電壓值相關(guān)聯(lián)的一系列選項(xiàng)中選擇尋址波形、算法、公式或查找表。因此本發(fā)明的波形選擇方法擴(kuò)展到在兩個(gè)或多個(gè)基本上等效的波形(在波形結(jié)束后，像素的最終光學(xué)狀態(tài)基本上沒有差別)內(nèi)進(jìn)行選擇，從而最小化像素內(nèi)總體剩余電壓的變化(即，獲得非常低的剩余電壓波形)。通過模型化電光介質(zhì)的衰減速率，或通過直接實(shí)驗(yàn)以及對(duì)波形的調(diào)諧和優(yōu)化過程，可確定最佳波形。本發(fā)明的波形選擇方法還擴(kuò)展到在產(chǎn)生等效或非最小剩余電壓的基本上等效波形內(nèi)進(jìn)行選擇，選擇使特定像素的凈剩余電壓更接近零的波形；這種波形稱為“偏置剩余電壓波形”。
如前述WO 2004/090857和PCT/US2004/21000所述，可以且通常理想地使用這樣的驅(qū)動(dòng)方案每個(gè)轉(zhuǎn)換所使用的波形是DC平衡(和DC平衡的總體驅(qū)動(dòng)方案相反)。在其它情形中，波形的特定部分可以是DC平衡的，即使整個(gè)波形非DC平衡；這種示例為振動(dòng)脈沖、消隱脈沖(見下文)、以及許多軌道穩(wěn)定尋址方法。在這種DC平衡波形序列中，部分序列涉及被驅(qū)動(dòng)到極端光學(xué)狀態(tài)(下文中為了方便而假設(shè)為黑色和白色)的像素，控制器可以選擇先轉(zhuǎn)換到哪個(gè)方向，先向白色還是先向黑色轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換到一極端光學(xué)狀態(tài)之后轉(zhuǎn)換到另一個(gè)極端光學(xué)狀態(tài)時(shí)，第二次轉(zhuǎn)換會(huì)對(duì)剩余電壓產(chǎn)生更大的影響，簡單的原因?yàn)樵撧D(zhuǎn)換發(fā)生的時(shí)間靠后以及剩余電壓隨時(shí)間衰減的效應(yīng)。因此，在DC平衡波形序列中，選擇先向黑色轉(zhuǎn)換還是向白色轉(zhuǎn)換會(huì)決定特定像素的剩余電壓會(huì)輕微增大或減小。這是本發(fā)明的偏置剩余電壓波形的另一個(gè)示例。
一些驅(qū)動(dòng)方案需要周期性(典型地約每10分鐘一次或在每次圖像更新時(shí))的消隱脈沖，將像素驅(qū)動(dòng)到兩個(gè)極端光學(xué)狀態(tài)；例如參考前述的2003/0137521。例如，消隱脈沖可將顯示器轉(zhuǎn)換到全白然后全黑，或者轉(zhuǎn)換到全黑然后全白。根據(jù)本發(fā)明的波形選擇方法，可在這些備選中進(jìn)行選擇以降低剩余電壓并因此降低察覺到的重影。備選地，通過確定顯示器的像素是否含有全部、正的、或負(fù)的剩余電壓，可通過選擇恰當(dāng)?shù)南[序列(黑/白或白/黑)而降低顯示器上的總剩余電壓而不增大圖像更新時(shí)間。在一個(gè)變形中，首先轉(zhuǎn)換到哪個(gè)光學(xué)軌道(極端光學(xué)狀態(tài))的決定不是基于整體剩余電壓，而是基于任意方向上具有高剩余電壓的像素的數(shù)目。更為普遍地，鑒于目標(biāo)應(yīng)用的用戶喜好，可以使用任何適當(dāng)?shù)乃惴ù_定將介質(zhì)先驅(qū)動(dòng)到哪個(gè)軌道，從而最小化界外值或由剩余電壓引起的顯示器的其它分散視覺假象。
如果需要，在剩余電壓沿一個(gè)或兩個(gè)方向?yàn)闃O值時(shí)，該算法還可準(zhǔn)備引入附加的消隱序列(白-黑-白或白-黑-白-黑)。顯而易見的是，可以調(diào)整各像素上消隱脈沖的電壓電平而非持續(xù)時(shí)間。
本發(fā)明的波形選擇方法還擴(kuò)展到，擴(kuò)展電光介質(zhì)已經(jīng)處于極端光學(xué)狀態(tài)(即處于光學(xué)軌道)時(shí)的電壓脈沖的周期，由此增大或減小剩余電壓而不分散光學(xué)變化。每次像素處于極端光學(xué)狀態(tài)時(shí)都有這種電壓脈沖擴(kuò)展的機(jī)會(huì)。前述消隱脈沖是一個(gè)示例。波形選擇方法因此提供了基于逐個(gè)像素的消隱脈沖持續(xù)時(shí)間(或電壓)的改變?；诿總€(gè)像素計(jì)算結(jié)果，通過延長某個(gè)方向上的脈沖，可施加凈剩余電壓分量，由此可降低或消除該像素的總剩余電壓。因此，消隱脈沖可用于降低顯示器上所有像素的剩余電壓，而沒有明顯的光學(xué)影響。實(shí)際問題為，脈沖延長的程度能夠得到量化，即，基于剩余電壓范圍可將所有像素分類并對(duì)各類別中的所有像素施加相同的調(diào)整。
所謂的“軌道穩(wěn)定”驅(qū)動(dòng)方案是已知的(例如，參考前述2003/0137521、WO 2004/090857、和PCT/US2004/21000)，該方案允許任何特定像素經(jīng)過有限數(shù)目的轉(zhuǎn)換而不接觸光學(xué)軌道，因此經(jīng)常將待轉(zhuǎn)換的每個(gè)像素轉(zhuǎn)換其極端光學(xué)狀態(tài)中的一個(gè)極端光學(xué)狀態(tài)。例如，將像素從一個(gè)灰度級(jí)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)灰度級(jí)，可首先將該像素轉(zhuǎn)換到黑色或白色狀態(tài)(可能保持一延長的周期)，接著施加后續(xù)脈沖以到達(dá)預(yù)期灰度級(jí)。由于像素被尋址朝向極端光學(xué)狀態(tài)的周期長，這種轉(zhuǎn)換趨于創(chuàng)建正的或負(fù)的剩余電壓。根據(jù)本發(fā)明的波形選擇方法，通過使該轉(zhuǎn)變使用光學(xué)軌道，由該轉(zhuǎn)變方向所創(chuàng)建的剩余電壓的符號(hào)與該轉(zhuǎn)變之前像素所承載的剩余電壓的符號(hào)相反，由此可最小化像素的剩余電壓。
使用軌道穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)方案的一個(gè)原因是減輕剩余電壓的光學(xué)影響。如前所述，逐個(gè)像素級(jí)別地評(píng)估剩余電壓的測量可以減小使用這種軌道穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)方案的必要性。一種混合方法是在剩余電壓相對(duì)高的像素中使用軌道穩(wěn)定方法，而在剩余電壓低或不影響圖像時(shí)直接將像素轉(zhuǎn)變到預(yù)期狀態(tài)(直接脈沖方法)。
另一個(gè)降低剩余電壓的方法為識(shí)別剩余電壓為極值(即，幅度大于某些預(yù)定值)的像素，在通常的圖像更新之前，對(duì)這種像素施加偏置電壓以降低其剩余電壓，或者預(yù)先調(diào)整顯示器上的剩余電壓電平。這種預(yù)先調(diào)整可減小軌道穩(wěn)定的周期并獲得更快的察覺圖像更新時(shí)間。如果偏置電壓小并保持相同的時(shí)間，或者如果趨于延長軌道穩(wěn)定的周期而不是將顆粒從軌道拉回，則可以實(shí)現(xiàn)剩余電壓的降低而不分散視覺效果。
上述討論集中在跟蹤凈剩余電壓和選擇降低剩余電壓的恰當(dāng)算法。像素或顯示器的圖像歷史的另一個(gè)參數(shù)為凈DC不平衡。成像技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)了解到，不論是和剩余電壓的任何調(diào)整相組合或者是獨(dú)立地使用上述方法，絕大部分上述方法可以被調(diào)整以跟蹤和校正凈DC不平衡。上述方法中確定先選擇哪個(gè)光學(xué)軌道以及什么樣的預(yù)先調(diào)整是恰當(dāng)?shù)臅r(shí)候，可以使用DC不平衡。同樣地，例如，即使當(dāng)通過調(diào)整波形而降低剩余電壓時(shí)，如果像素已經(jīng)是DC不平衡且在剩余電壓調(diào)整后變得更加不平衡，則驅(qū)動(dòng)方案省略這個(gè)校正。類似地，當(dāng)評(píng)估每個(gè)像素上的剩余電壓時(shí)，將會(huì)考慮到顯示器的任何改變或波形的調(diào)整以實(shí)現(xiàn)凈DC平衡。
因此，本發(fā)明的波形選擇方法可歸納為能夠呈現(xiàn)剩余電壓的電光顯示器的尋址方法，其中確定和剩余電壓相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)值，并至少部分地基于剩余電壓值而選擇尋址波形。在這種方法中，通常明確地跟蹤時(shí)間和剩余電壓值或代表各值的數(shù)據(jù)。然而，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，電泳和其它電光顯示器的尋址波形隱含或近似地說明了時(shí)間和剩余電壓值。例如，在前述2003/0137521、WO 2004/090857、和PCT/US2004/21000中描述的所謂“先前n個(gè)狀態(tài)”的尋址方法并不跟蹤時(shí)間，但這些方法跟蹤先前像素光學(xué)狀態(tài)的歷史，如果驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)人員具有關(guān)于典型的使用模型以及圖像更新之間通常經(jīng)歷的時(shí)間方面的知識(shí)，則從該方法可得到時(shí)間。因此，現(xiàn)在意識(shí)到這種方法趨于降低剩余電壓，因此呈現(xiàn)改善的重影行為。
以前使用這種方法的一個(gè)實(shí)際原因?yàn)?，許多電光顯示器中的顯示控制器沒有訪問時(shí)鐘信息以跟蹤圖像更新之間經(jīng)歷的時(shí)間，可能是因?yàn)檫@種經(jīng)歷時(shí)間數(shù)據(jù)對(duì)于雙穩(wěn)態(tài)顯示器是最為有用的，而迄今為止已經(jīng)商品化的雙穩(wěn)態(tài)顯示器極少。在本發(fā)明的波形選擇方法的優(yōu)選形式中，控制器包括時(shí)鐘或等效計(jì)時(shí)機(jī)制。備選地，控制器與外部信息源(諸如使用該顯示器作為輸出裝置的裝置)邏輯通信，該外部信息源產(chǎn)生經(jīng)歷時(shí)間值并將該信息提供給控制器。例如，該裝置可以將時(shí)間信息和函數(shù)調(diào)用一起提供給顯示控制器，或者和每個(gè)新的圖像數(shù)據(jù)組一起向控制器提供。這種時(shí)間信息被量化(例如，立即、0.5秒、1秒、2秒、10秒、30秒、60秒、60秒以上)，由此降低數(shù)據(jù)帶寬而仍然提供有用的信息，特別是如果量化的時(shí)間帶被選擇成對(duì)應(yīng)于剩余電壓的基本指數(shù)衰減。
通常，最有用的是，控制器接收每個(gè)像素的經(jīng)歷時(shí)間數(shù)據(jù)，因?yàn)槟承┫袼卦诟缕陂g可能沒有變化。然而，控制器接收對(duì)應(yīng)于經(jīng)歷時(shí)間的數(shù)據(jù)仍然是有用的，這是因?yàn)樽罱膱D像更新、最近的消隱脈沖、或像素組的最近更新影響最大。另外，控制器可接收表示顯示器的可能更新頻率的數(shù)據(jù)，例如表示用戶是否正輸入文本(要求對(duì)整個(gè)顯示器或其特定區(qū)域進(jìn)行快速連續(xù)的更新)的標(biāo)記。
在本發(fā)明的停留時(shí)間波形選擇方法中使用另一個(gè)形式的對(duì)剩余電壓的近似校正，該方法提供了多個(gè)波形供選擇以實(shí)現(xiàn)圖像轉(zhuǎn)變，其中在多個(gè)波形間進(jìn)行選擇至少部分是基于相關(guān)像素在其初始灰度狀態(tài)的停留時(shí)間，或者該停留時(shí)間的某些代表。在多個(gè)波形之間進(jìn)行的這種時(shí)間敏感選擇隱含地解釋了剩余電壓隨時(shí)間的衰減，即使沒有明確跟蹤、評(píng)估、或測量該剩余電壓。
例如，本發(fā)明的特定停留時(shí)間波形選擇方法可應(yīng)用于顯示器的控制器，該顯示器具有四個(gè)灰度級(jí)，使用基于具有16項(xiàng)的邏輯轉(zhuǎn)換表的驅(qū)動(dòng)方案，各項(xiàng)對(duì)應(yīng)于從一個(gè)灰度級(jí)(0，1，2，3)到另一個(gè)(0，1，2，3)的轉(zhuǎn)變。項(xiàng)的選擇是基于關(guān)于預(yù)期轉(zhuǎn)變的初始和最終灰度級(jí)。在每個(gè)項(xiàng)內(nèi)，有三種可能的波形。當(dāng)在先前圖像更新之后的1秒內(nèi)發(fā)生圖像轉(zhuǎn)變時(shí)，控制器選擇第一波形；當(dāng)在先前圖像更新之后的1至5秒內(nèi)發(fā)生圖像轉(zhuǎn)變時(shí)，控制器選擇第二波形；當(dāng)在先前圖像更新之后的5秒以上發(fā)生圖像轉(zhuǎn)變時(shí)，控制器選擇第三波形。
在停留時(shí)間波形選擇方法中，可以用查找表代表波形(如前所述)，可以調(diào)整波形(或分裂成多個(gè)子表)以考慮環(huán)境條件的變化，還可以在制造顯示器時(shí)整體或部分地設(shè)置以包括單個(gè)顯示器的特定參數(shù)。簡而言之，本方法中使用的波形可能包括在前述2003/0137521、WO2004/090857、和PCT/US2004/21000中描述的任一可選分量和變化。
從前述描述可以看出，盡管在本發(fā)明的停留時(shí)間波形選擇方法中沒有明確跟蹤剩余電壓，盡管經(jīng)歷的時(shí)間可以是基于自從顯示器更新之后經(jīng)歷的時(shí)間而不是基于自從特定像素更新之后經(jīng)歷的時(shí)間，但該停留時(shí)間波形選擇方法確實(shí)隱含地近似剩余電壓和經(jīng)歷的像素更新時(shí)間，因此呈現(xiàn)優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)驅(qū)動(dòng)方案的改進(jìn)的重影行為。
材料選擇如前所述，用于電光顯示器的材料選擇對(duì)在這種顯示器工作過程中出現(xiàn)的剩余電壓有著主要影響，因此對(duì)這種顯示器的電光性能有著主要影響。
同樣如前所述，當(dāng)用于電光顯示器時(shí)，特定材料呈現(xiàn)對(duì)剩余電壓有貢獻(xiàn)的I型極化。我們認(rèn)為(盡管本發(fā)明根本不受該看法的限制)，但是該極化經(jīng)常是由于移動(dòng)穿過至少一個(gè)成分材料的離子的遷移率和濃度引起的。
制備測試單元，其中材料與擬制造的顯示器中相同的界面接觸，由此可以測量任意特定材料的剩余電壓衰減速度。例如，制備出包括涂敷到ITO襯底上的受控厚度的疊層粘合劑的測試單元，在層疊粘合劑/ITO界面上施加電場。隨后通過切斷充電電路，用高阻抗電壓表監(jiān)視像素上的電壓，由此測量剩余電壓峰值和衰減。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，具有更高離子遷移率的疊層粘合劑呈現(xiàn)更快的剩余電壓衰減速率。優(yōu)選的疊層粘合劑具有小于約1011ohm.cm的體電阻率。
先前的E Ink專利申請，例如前述的2003/0011867和2003/0025855，以及與2004年2月10日提交的美國專利申請序列號(hào)10/708121描述了具有受控電阻率的疊層粘合劑，或非均相或各向異性導(dǎo)電的例如Z軸粘合劑。這種粘合劑可提供進(jìn)一步降低剩余電壓的優(yōu)點(diǎn)。
疊層粘合劑也可以呈現(xiàn)II型極化。在測試單元中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)增大的粘合劑厚度與更高的剩余電壓相關(guān)聯(lián)。由于在界面的極化應(yīng)該和薄膜厚度無關(guān)，這個(gè)結(jié)果暗示著存在內(nèi)部電荷極化位置，這是II型極化效應(yīng)的特征。因此必須謹(jǐn)慎地選擇粘合劑厚度，以及對(duì)于膠囊化電泳顯示器來講其在膠囊周圍的形貌。加熱相同的測試疊層粘合劑，以逐出可疑的雜質(zhì)和結(jié)晶區(qū)域。之后呈現(xiàn)降低的剩余電壓。
可在顯示器內(nèi)存在材料界面的任何位置發(fā)生I型極化。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，疊層粘合劑和膠合劑使用相同的材料(即，用于包圍膠囊和將它們形成粘接層的材料，如許多前述E Ink及MIT專利和申請中所描述的)，消除界面，并降低剩余電壓。因此，本發(fā)明提供了包括微腔膠合劑和疊層粘合劑的電泳顯示器，其中這些材料是相同的或者在成分上是相似的，或者在電導(dǎo)率或離子遷移率上是電學(xué)等效的。在材料組分不同的一些情形中，理想地?fù)诫s弱導(dǎo)電材料以在界面的兩側(cè)上獲得基本上相同的離子遷移率。
在某些界面的I型極化會(huì)受表面粗糙度影響。優(yōu)選地對(duì)某些界面進(jìn)行平整化或引入紋理，由此在界面的任意側(cè)上提供一定程度的材料相互貫穿。這些技術(shù)會(huì)導(dǎo)致特定界面處的極化增強(qiáng)或極化減弱，根據(jù)所考慮的特定顯示器，任意一種情形可以是有利的。例如，抵消顯示器中其它位置極化的一個(gè)位置上的極化增大可能導(dǎo)致整個(gè)電光介質(zhì)上剩余電壓降低。典型地，如果界面形成強(qiáng)耦合到電光介質(zhì)的剩余電壓，則理想地應(yīng)降低界面處的極化程度及其衰減速率。
在某些表面的I型極化也會(huì)受到表面清潔度影響。理想地應(yīng)在涂敷和層疊之前清洗襯底以獲得一致的電學(xué)行為。
電泳層中的導(dǎo)電路徑在微腔電泳顯示器中，存在單元壁(這里使用該術(shù)語包括膠囊化顯示器的膠囊壁)，該單元壁與電泳內(nèi)部相(懸浮液和帶電顆粒)電學(xué)上并聯(lián)。形式為帶電離子的電流可以流過該內(nèi)部相或者穿過單元壁。單元壁可以是諸如凝膠的聚合物，或者可以是任何其它適當(dāng)?shù)牟牧?。單元壁通常進(jìn)一步地被前述的膠合劑包圍。因此，部分電流會(huì)通過膠合劑或單元壁在顯示器的電極之間流動(dòng)，而不流過電泳內(nèi)部相，因此對(duì)顯示器或像素的電光狀態(tài)的改變沒有貢獻(xiàn)。
在前述E Ink和MIT專利及申請中所述的優(yōu)選電泳顯示器中，單元壁和膠合劑的電導(dǎo)率通常略微高于內(nèi)部相的電導(dǎo)率。因此通過膠合劑和單元壁可部分地發(fā)生剩余電壓的弛豫。
對(duì)電泳介質(zhì)施加電場時(shí)，帶電顆粒向顯示器的兩個(gè)電極移動(dòng)。如果帶電顆粒在前電極(通常觀察者穿過這個(gè)電極察看顯示器)附近群聚一段時(shí)間，相應(yīng)的電子或電荷相反的離子相應(yīng)地可流過該單元壁和/或膠合劑。由此創(chuàng)建的帶電區(qū)域可產(chǎn)生剩余電壓，該電壓影響后續(xù)的圖像更新。因此，單元壁和膠合劑的電導(dǎo)率和離子遷移率和其形貌一樣重要。
可以使用和上面的疊層粘合劑中所描述的方法相似的方法測量特定單元/膠合劑形貌的剩余電壓。根據(jù)本發(fā)明的體電阻率平衡電泳介質(zhì)方面，優(yōu)選地膠合劑和單元壁的體電阻率至少比電泳內(nèi)部相的體電阻率小兩倍，且該兩個(gè)體電阻率均小于約1011ohm.cm。更為普遍地，在包括分散在連續(xù)相(形式上可以是聚合物分散介質(zhì)、膠囊化電泳介質(zhì)中單元壁和膠合劑的組合、或僅僅是微單元電泳介質(zhì)內(nèi)的單元壁內(nèi)的單個(gè)連續(xù)相)內(nèi)的多個(gè)懸浮液離散小滴的電泳介質(zhì)中，該小滴包括保持在懸浮液中并在對(duì)電泳介質(zhì)施加電場時(shí)可移動(dòng)穿過懸浮液的多個(gè)帶電顆粒，優(yōu)選地該連續(xù)相的體電阻率不大于小滴的體電阻率的約一半，且該連續(xù)相和小滴的體電阻率都小于約1011ohm.cm。在優(yōu)選實(shí)施例中，膠合劑和單元壁占據(jù)電泳層體積的約5％至20％(其余為電泳內(nèi)部相)，膠合劑均勻地分布在膠囊壁之間。
考慮ζ電勢以及電荷平衡雙模顆粒電泳介質(zhì)在許多前述E Ink和MIT專利和申請中描述的優(yōu)選類型電泳介質(zhì)為所謂的“相反電荷雙模顆粒(dual particle)”介質(zhì)，其中電泳內(nèi)部相包括兩種不同類型的顆粒，所述顆粒攜帶的電荷的極性相反(例如見前述2002/0171910中不同類型電泳介質(zhì)的討論)。例如通過在前述2002/0185378以及在2004年10月7日提交的未決申請序列號(hào)10/711829(還可參考相應(yīng)的國際申請No.PCT/US2004/33188)中所描述的表面改性，可以控制每個(gè)顆粒上電荷的數(shù)量。通過在膠囊化或填充微單元之前，選擇在電泳內(nèi)部相中提供的顆粒的總數(shù)量，可以通過可預(yù)計(jì)的方式控制每個(gè)微腔內(nèi)的顆粒的數(shù)目。將每個(gè)顆粒的平均電荷數(shù)乘以每個(gè)微腔的平均顆粒數(shù)目，可以評(píng)估該微腔內(nèi)各種類型顆粒的總電荷。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果電荷類型相反顆粒的總電荷不是近似平衡，在極化微腔內(nèi)產(chǎn)生特別大的極化，這會(huì)在連續(xù)相材料內(nèi)引入相應(yīng)大的緩慢衰減的極化。還已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過改變顆粒類型的凈總電荷，可以在下述狀態(tài)之間改變膠囊化電泳顯示器電場留下相同符號(hào)的剩余電壓(使得相反方向的后續(xù)更新被延遲)的狀態(tài)、出現(xiàn)非常小的剩余電壓的狀態(tài)、以及電場留下相反符號(hào)的剩余電壓(使得相反方向的后續(xù)更新得到促進(jìn))的狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的電荷平衡雙模顆粒方面，優(yōu)選地，任意一種類型的電泳顆粒的總電荷不大于另一種電泳顆?？傠姾傻募s兩倍。同樣優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的低剩余電壓電泳介質(zhì)方面，在相反電荷雙模顆粒電泳顯示器中，選擇顆粒電荷、顆粒質(zhì)量、和顆粒遷移率，使得該顯示器呈現(xiàn)“低剩余電壓行為”；該行為在此被定義為，施加15V、300毫秒方波DC尋址脈沖1秒之后，測量的剩余電壓低于約1V(理想地低于約0.2V)。
為了評(píng)估相反電荷雙模顆粒電泳內(nèi)部相中的電荷平衡，分析每個(gè)顆粒上的電荷與質(zhì)量之比(因?yàn)樵谥圃鞎r(shí)可以容易地測量質(zhì)量)是有幫助的。我們認(rèn)為，盡管本發(fā)明根本不受該看法的限制，但可以使用下述關(guān)系評(píng)估電荷與質(zhì)量之比q/M正比于ξ/d2(1)其中q為顆粒電荷；M為質(zhì)量；ξ為ζ電勢(mV)；d為顆粒直徑。
理想地，應(yīng)該通過仔細(xì)地協(xié)同優(yōu)化顆粒電荷、顆粒質(zhì)量、顆粒直徑、和ζ電勢而控制電泳內(nèi)部相的總凈電荷。
在呈現(xiàn)(如前所定義的)低剩余電壓行為的基本上電荷平衡的電泳介質(zhì)中，如果發(fā)生任一下述情況則該行為通常會(huì)停止(a)任一類型顆粒上的平均電荷改變了約20％至100％；(b)一種類型顆粒的相對(duì)質(zhì)量改變了約50％至300％；(c)一種類型顆粒的平均直徑改變了約30％至200％；以及(d)一種類型顆粒的平均遷移率改變了約20％至100％。
懸浮液添加劑已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，向電泳介質(zhì)的懸浮液添加表面活性劑會(huì)降低剩余電壓。例如，使用相同的雙模顆粒相反電荷的電泳介質(zhì)制備單個(gè)像素顯示器時(shí)，對(duì)其中一個(gè)懸浮液添加脫水山梨醇三油酸酯(作為Span 80銷售)，包括脫水山梨醇三油酸酯的顯示器呈現(xiàn)降低的剩余電壓。
我們認(rèn)為盡管本發(fā)明并不限于該看法，但是表面活性劑改變了兩種電泳顆粒之間的相對(duì)電荷平衡。我們還認(rèn)為，表面活性劑通過調(diào)整電泳內(nèi)部相內(nèi)的電荷弛豫速率而降低了III型極化，使其更緊密地平衡外部相內(nèi)相應(yīng)的弛豫速率。
因此，本發(fā)明提供了呈現(xiàn)(前面所定義的)低剩余電壓行為的電泳顯示器，如果電泳內(nèi)部相中的表面活性劑或電荷控制劑的濃度改變了約30％至200％，則這種行為終止。
用于微腔電泳顯示器的外部相材料可以選擇用于微腔電泳顯示器的外部相材料，或者混合、摻雜、或調(diào)整這種材料，以獲得預(yù)期的剩余電壓弛豫速率。如前所述，內(nèi)部相的弛豫速率會(huì)受許多因素影響，包括電泳顆粒的選擇、表面活性劑的濃度、和電荷控制劑。本發(fā)明的一個(gè)方面提供了外部相材料和內(nèi)部相材料在弛豫速率上的平衡(因子小于2)。
本發(fā)明的這個(gè)方面提供了呈現(xiàn)(前面所定義的)低剩余電壓行為的電泳顯示器，如果外部相材料的電導(dǎo)率改變了約30％至200％，則這種行為終止。
在典型的膠囊化電泳顯示器中，關(guān)鍵的外部相材料為凝膠膠囊壁。壁的電導(dǎo)率受濕度影響顯著。在優(yōu)選實(shí)施例中，電泳顯示器包括濕氣阻擋層，對(duì)工作環(huán)境的相對(duì)濕度(RH)變化有抵抗性。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，(通過將顯示器放置于濕度受控的環(huán)境中直到平衡和/或在濕度受控的環(huán)境中制造該顯示器)將顯示器調(diào)整成最終顯示器內(nèi)的電泳層的相對(duì)濕度為20％RH至55％RH，優(yōu)選為35％RH。
因此，本發(fā)明提供了包括RH調(diào)節(jié)顯示器材料的電泳顯示器的制造方法。該電泳顯示器還包括不滲透水的濕氣阻擋層或襯底。
低閾值電光顯示器可以通過許多方式制造小閾值的電泳或其它電光顯示器。該閾值由顆粒和壁之間或顆粒之間的吸引力所致。該吸引力可以是電學(xué)的，例如電荷極性相反的顆粒之間的吸引力；物理的，例如來源于表面張力的吸引力；或者是磁性的。閾值也可由懸浮液的性質(zhì)決定，該性質(zhì)可以為強(qiáng)剪切變稀、或具有明顯的屈服應(yīng)力(例如對(duì)于Bingham流體)或電流變性能。附加電場例如由面內(nèi)電極或控制柵格創(chuàng)建的電場可以替代閾值。
出于本申請的目的，當(dāng)在特定電壓電平下對(duì)顯示器施加1秒持續(xù)時(shí)間的方波DC脈沖導(dǎo)致小于2L*的光學(xué)變化時(shí)，認(rèn)為在該特定電壓電平下存在閾值。
已知在顯示技術(shù)中，電光介質(zhì)的閾值用于無源尋址方案的基礎(chǔ)。通常，這種方案依賴于等于轉(zhuǎn)變電壓一半的閾值(“V/2”)；在一些驅(qū)動(dòng)方案中，使用為轉(zhuǎn)變電壓三分之一(“V/3”)的最小閾值可實(shí)現(xiàn)無源尋址。
相反，如前所述，和轉(zhuǎn)變電壓的±15V相比，小到1V的閾值有助于降低剩余電壓對(duì)電光性能的影響。因此，本發(fā)明的低閾值顯示器方面提供了工作電壓不大于±V的電光顯示器，其中電光材料的閾值電壓大于零但小于約3/V。
制造具有降低的剩余電壓的電泳顯示器本發(fā)明的最后一個(gè)方面涉及電泳顯示器制造的改進(jìn)，以降低由此制造的顯示器所呈現(xiàn)的剩余電壓。
在膠囊化電泳顯示器制造過程中，膠囊通常懸浮在漿料中，該漿料包括膠囊和聚合物膠合劑，還可包括各種添加劑，例如水、可塑劑、pH值調(diào)節(jié)劑、抗微生物劑、和表面活性劑或電荷控制劑。出于當(dāng)前的目的，這種漿料可以被看作包括構(gòu)成漿料的非揮發(fā)性成分的、不包括膠囊的“膠合劑”。在一些情形中，膠合劑材料在漿料制備過程中或運(yùn)輸和儲(chǔ)存過程中可能分離，在涂敷之前并不總是充分混合。因此存在區(qū)域間不均勻的區(qū)域，導(dǎo)致最終顯示器中的II型極化問題。為了緩解這種問題，理想地應(yīng)徹底混合這種膠合劑材料，例如通過諸如使用螺旋槳葉片進(jìn)行混合或者在輥軋機(jī)上處理時(shí)間加長等適當(dāng)?shù)姆椒ā?br> 干燥膠合劑材料理想地應(yīng)具有均勻的電學(xué)特性，使得在施加15V電壓脈沖300ms并在1秒后停止，測量得到的粘合劑材料本身的剩余電壓應(yīng)該小于約1V，優(yōu)選小于0.2V。
如前所述，理想地應(yīng)控制被膠合劑占據(jù)的、膠囊之間的間隙大小，因?yàn)檫@個(gè)間隙對(duì)III型極化有貢獻(xiàn)?？梢允褂秒姵练e直接控制膠囊間距，如于2004年3月24日提交的未決申請序列號(hào)10/807594中所描述的。在微單元或光圖形化電泳顯示器中，可以直接控制微腔間距。
在涂敷膠囊化電泳顯示器中，干燥膠囊間距和形貌是由許多可控制因素的結(jié)果，如諸多前述E Ink和MIT專利及申請中所討論的。總而言之，通過改變膠囊壁厚度和彈性、涂敷漿料的配方、涂敷襯底的表面能、涂敷模具距離襯底的高度、流過或泵壓經(jīng)過模具到襯底上的涂敷漿料的數(shù)量、襯底絲網(wǎng)的速度、以及濕涂敷薄膜的干燥條件諸如溫度、持續(xù)時(shí)間和氣流可以調(diào)節(jié)膠囊形態(tài)。下面將描述有助于膠囊間距和形貌控制的原理。
A膠囊壁性能對(duì)干燥膠囊形狀的影響膠囊壁性能隨材料變化而不同，并隨膠囊化的過程變量特別是混合速度而變化。膠囊壁應(yīng)該理想地是足夠彈性的，以允許整體膠囊高度/直徑比例為0.33至0.5。然而，膠囊壁理想地也應(yīng)該允許局部變化，實(shí)現(xiàn)在涂敷膠囊的襯底上在膠囊六方密堆積的銳角轉(zhuǎn)角上出現(xiàn)接近90度的轉(zhuǎn)彎半徑，如美國專利No.6067185和6392785中的示例所描述的。
我們認(rèn)為(盡管本發(fā)明根本不受該看法的限制)，膠囊壁的彈性會(huì)受到膠囊壁材料(弱交聯(lián)通常會(huì)產(chǎn)生更具柔性的膠囊壁)的交聯(lián)程度以及壁厚度的影響。壁厚度受到內(nèi)部相配方、凝膠/阿拉伯膠水平、以及工藝參數(shù)影響。對(duì)于特定膠囊堆積圖形，降低壁厚度可改善介質(zhì)的“孔徑比”(即，發(fā)生光學(xué)狀態(tài)變化的電泳介質(zhì)區(qū)域與被膠囊壁占據(jù)不發(fā)生這種變化的區(qū)域之間的比值)；然而，太薄的壁容易破裂。
在下表中列出了已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的對(duì)壁厚度有重要影響的特定工藝參數(shù)。通過在4L尺度下進(jìn)行膠囊化實(shí)驗(yàn)而產(chǎn)生該表中所列的結(jié)果。還在該表中示出了和標(biāo)準(zhǔn)的膠囊化工作程序相比較的壁厚度的相對(duì)定量排序。4L膠囊化的標(biāo)準(zhǔn)工藝條件為阿拉伯膠水平(為標(biāo)準(zhǔn)水平的100％)、pH值(4.95)、乳化溫度(40℃)、冷卻速率(3小時(shí))、和內(nèi)部相添加速率。在該表中，序號(hào)3表示標(biāo)準(zhǔn)厚度的壁，1表示非常薄的壁，5表示厚壁。
表
對(duì)壁性能而言，pH值為一個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)，不僅影響壁厚度，而且在不同pH水平下的凝聚層固體含量和粘性大不相同。最終，所使用的凝膠和阿拉伯膠的類型對(duì)壁性能具有極大的影響。
B膠合劑蒸發(fā)作為改變干燥膠囊形狀的機(jī)制膠合劑蒸發(fā)的影響取決于涂敷的漿料仍是濕的時(shí)候膠囊的密堆積程度。相同的膠合劑比例，對(duì)于相同的膠囊直徑，根據(jù)濕膠囊接近程度會(huì)產(chǎn)生平坦的(扁橢球形)或高的(基本上為棱柱形)膠囊。
圖2示出了這樣的情形，即膠囊/膠合劑漿料涂敷到襯底110上使得膠囊112稀疏涂敷，即，膠囊112被與膠囊112的直徑相當(dāng)?shù)哪z囊112之間的間隙分開。如圖2所示，在這些情形下，膠囊112僅部分浸漬在未固化膠合劑114中，使得遠(yuǎn)離襯底110的膠囊112部分從膠合劑層114凸出，膠合劑和各膠囊之間的邊界是圍繞基本圓形膠囊的半徑為rc的圓?？梢源_定干燥過程中表面張力作用在膠囊上的向下的力為F＝2πσrcsinψc其中
F為膠囊上向下的力；σ為包圍膠囊的液體的表面張力；rc為液體和膠囊的接觸圓的直徑，如圖2所示；以及ψc為包圍膠囊的液體的接觸角的余角(即，90°-接觸角)。
從圖2可以看出，膠囊尺寸增大時(shí)及周圍液體水平降低時(shí)，rc將增大。
在如圖的圖3A和3B及圖4A和4B中分別示出了這種向下的力的兩個(gè)極端情形。在圖3A和4A中，箭頭A表示水從濕潤膠合劑中蒸發(fā)，而箭頭B表示表面張力對(duì)膠囊所施加的力。在圖3B和4B中，“C”表示干燥的膠合劑。(注意，從圖3A一直到圖4B，都忽略了所示兩個(gè)膠囊之外的膠合劑的存在。)圖3A和3B闡述了該向下的力對(duì)稀疏涂敷的濕膠囊的作用，即，膠囊被涂敷成在相鄰膠囊之間留下的間隙基本上為膠囊直徑的相當(dāng)大部分。從圖3A和3B可以看出，向下的力的效果是將原始球形膠囊平整成扁橢球，該橢球通常將在最終干燥層內(nèi)相互接觸，但這些橢球經(jīng)過相鄰膠囊之間的接觸只出現(xiàn)微小畸變或根本不畸變。相反，圖4A和4B闡述了向下的力對(duì)密堆積涂敷濕膠囊的作用，其中涂敷的濕膠囊相互接觸。從圖4A和4B可以看出，向下的力的效果是強(qiáng)迫膠囊在逐漸越來越大的區(qū)域上相互接觸，使得在最終干燥層內(nèi)，這些膠囊基本上具有多棱柱的形式，棱柱的高度基本上大于其寬度；如果濕膠囊為六方密堆積(理想地就是這種情形)，干燥的膠囊將基本上具有六方棱柱的形式。應(yīng)該注意，如果膠囊太過稀疏堆積，干燥后會(huì)在膠囊之間留下空隙并趨于連接成串。
C漿料制備對(duì)干燥膠囊形狀的影響膠囊的pH水平會(huì)影響干燥膠囊的形狀。當(dāng)pH值增大時(shí)，凝膠上的電荷變化，影響凝膠與涂敷膠囊的襯底(典型地為ITO表面)之間的吸引力，并使膠囊的位置移動(dòng)變得更困難或更容易。通過改變襯底而選擇襯底表面能可以影響這個(gè)關(guān)系。
表面活性劑等級(jí)影響膠囊之間的相互粘附(膠粘)并可能影響到與膠合劑的粘附。表面活性更強(qiáng)的表面活性劑削弱表面張力，應(yīng)降低干燥過程中作用于膠囊上的表面張力。表面活性弱的配方有助于平整膠囊。
膠合劑比例是影響干燥膠囊形狀的關(guān)鍵因素。低的膠合劑比例形成更圓的膠囊。2∶1的膠合劑比例(即，兩份重量的膠囊比一份重量的膠合劑)足以在干燥時(shí)包圍作為完全球形的每個(gè)膠囊，因此形成最不平整的膠囊。低的膠合劑比例允許膠合劑在干燥時(shí)填充各膠囊之間的空隙。根據(jù)涂敷條件，8∶1的膠合劑比例足以獲得平坦的膠囊或加高的(多邊形)膠囊。
D涂敷參數(shù)對(duì)干燥膠囊形狀的影響如前所述，涂敷工藝應(yīng)最佳地將濕膠囊沉積成相互之間形成預(yù)定間距。獲得這種預(yù)期間距的關(guān)鍵參數(shù)包括涂敷速度、模具類型、模具高度、和漿料流速。
實(shí)驗(yàn)上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，增大涂膠機(jī)內(nèi)的漿料流速，同時(shí)保持所有其它參數(shù)不變，可增大涂敷高度，產(chǎn)生濕膠囊更緊密放置的結(jié)果。這會(huì)導(dǎo)致部分膠囊太過密集，導(dǎo)致平整度更低/更為增高的干燥膠囊。
在相關(guān)涂敷實(shí)驗(yàn)中，將模具內(nèi)間隙減小到低數(shù)值(例如40-50微米)會(huì)將模具的高度增大到與所使用的濕膠囊相當(dāng)?shù)闹?。在該模具高度，?shí)際上膠囊是單層排列，但通常堆積得非常緊密。在低的模具高度下涂敷趨于形成增高的干燥膠囊。理想地，膠囊應(yīng)涂敷成濕潤時(shí)“幾乎相互接觸”但又不堆積在一起。
E干燥參數(shù)對(duì)干燥膠囊形狀的影響實(shí)驗(yàn)上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，鏈條式平爐在60℃下干燥2分鐘能夠創(chuàng)建包括膠囊的薄膜，該薄膜具有平整的、增高的、和球形的干燥膠囊。太快干燥膠囊的嘗試導(dǎo)致在膠合劑頂部形成“皮膚”；該皮膚捕獲膠合劑內(nèi)的濕并使得薄膜干燥非常慢。
干燥時(shí)的氣流速率影響蒸發(fā)速率并影響蒸發(fā)氣體是否被捕獲在膠囊之間。不使用足夠的通風(fēng)難以獲得成功，膠合劑上方的氣流對(duì)此有幫助。
*******************************************上述描述已經(jīng)強(qiáng)調(diào)了本發(fā)明應(yīng)用于電泳顯示器。這種電泳顯示器可以是任何類型，并仍然受益于本發(fā)明的至少一些方面。因此，該顯示器可包括例如膠囊化、微單元、微杯、和聚合物分散顯示器的微腔電泳顯示器；使用一種或多種顆粒的電泳顯示器(雙模顆粒電泳顯示器所特有的本發(fā)明的方面當(dāng)然除外)；使用無色或染料懸浮液的電泳顯示器；包括油基和氣體懸浮介質(zhì)的電泳顯示器；柔性和剛性電泳顯示器；通過非線性裝置(例如薄膜晶體管)，通過無源工具(例如控制柵格)，以及通過直接驅(qū)動(dòng)而尋址的電泳顯示器；通過電泳顆粒的橫向或面內(nèi)移動(dòng)，通過垂直或電極到電極移動(dòng)，或其任意組合而工作的電泳顯示器；以及全色、點(diǎn)色、和單色電泳顯示器。
最后再次強(qiáng)調(diào)，盡管主要將本發(fā)明描述成應(yīng)用于電泳顯示器，但本發(fā)明的許多方面可適用于具有剩余電壓的任何電光顯示器或介質(zhì)，對(duì)于雙穩(wěn)態(tài)電光顯示器具有特殊重要性。
權(quán)利要求
1.一種具有多個(gè)像素的雙穩(wěn)態(tài)電光顯示器的驅(qū)動(dòng)方法，每個(gè)像素能夠顯示至少兩個(gè)灰度級(jí)，該方法包括對(duì)顯示器的每個(gè)像素施加由像素的初始和最終灰度級(jí)決定的波形，所述方法的特征在于，對(duì)于從特定初始灰度級(jí)到特定最終灰度級(jí)的至少一個(gè)轉(zhuǎn)變，如果像素處于初始灰度級(jí)而時(shí)間上小于預(yù)定時(shí)間間隔則使用第一波形，如果像素處于初始灰度級(jí)而時(shí)間上大于預(yù)定時(shí)間間隔則使用不同于第一波形的第二波形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中對(duì)于至少一個(gè)轉(zhuǎn)變，使用互不相同的第一、第二、和第三波形，如果像素處于初始灰度級(jí)而時(shí)間上小于第一預(yù)定時(shí)間間隔則使用第一波形，如果像素處于初始灰度級(jí)而時(shí)間上大于第一預(yù)定時(shí)間間隔且小于第二預(yù)定時(shí)間間隔則使用第二波形，如果像素處于初始灰度級(jí)而時(shí)間上大于第二預(yù)定時(shí)間間隔則使用第三波形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中第一預(yù)定時(shí)間間隔的范圍為0.3至3秒，第二預(yù)定時(shí)間間隔范圍為1.5至15秒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，包括存儲(chǔ)包含數(shù)據(jù)的查找表，對(duì)于像素灰度級(jí)之間的每個(gè)可能轉(zhuǎn)換，該數(shù)據(jù)代表該轉(zhuǎn)換將使用的一個(gè)或多個(gè)波形；存儲(chǔ)初始狀態(tài)數(shù)據(jù)，該初始狀態(tài)數(shù)據(jù)代表每個(gè)像素的至少一個(gè)初始狀態(tài)；存儲(chǔ)停留時(shí)間數(shù)據(jù)，該停留時(shí)間數(shù)據(jù)代表每個(gè)像素保持在其初始狀態(tài)的時(shí)間段；接收輸入信號(hào)，該輸入信號(hào)代表顯示器至少一個(gè)像素的預(yù)期最終狀態(tài)；以及產(chǎn)生輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)代表將一個(gè)像素的初始狀態(tài)轉(zhuǎn)換到最終狀態(tài)所需的波形，由查找表確定該波形，該輸出信號(hào)依賴于初始狀態(tài)數(shù)據(jù)、停留時(shí)間數(shù)據(jù)、和輸入信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，進(jìn)一步包括存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，該存儲(chǔ)數(shù)據(jù)代表在初始狀態(tài)之前的每個(gè)像素的至少一個(gè)先前狀態(tài)，其中根據(jù)一個(gè)像素的至少一個(gè)先前狀態(tài)和初始狀態(tài)而產(chǎn)生輸出信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，進(jìn)一步包括接收代表顯示器至少一個(gè)像素的溫度的溫度信號(hào)，并基于該溫度信號(hào)產(chǎn)生輸出信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，進(jìn)一步包括產(chǎn)生代表像素工作時(shí)間的壽命信號(hào)，并根據(jù)該壽命信號(hào)而產(chǎn)生輸出信號(hào)。
8.一種用于控制具有多個(gè)像素的雙穩(wěn)態(tài)電光顯示器的裝置控制器，其中每個(gè)像素能夠顯示至少兩個(gè)灰度級(jí)，該控制器包括用于接收輸入信號(hào)的輸入工具，該輸入信號(hào)代表顯示器至少一個(gè)像素的預(yù)期最終狀態(tài)；用于存儲(chǔ)查找表數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)工具，對(duì)于像素灰度級(jí)之間的每個(gè)可能轉(zhuǎn)換，該查找表數(shù)據(jù)代表該轉(zhuǎn)換將使用的波形，該存儲(chǔ)工具還用于存儲(chǔ)初始狀態(tài)數(shù)據(jù)，該初始狀態(tài)數(shù)據(jù)代表每個(gè)像素的至少一個(gè)初始狀態(tài)；計(jì)算工具，根據(jù)輸入信號(hào)、初始狀態(tài)數(shù)據(jù)、和查找表確定將一個(gè)像素的初始狀態(tài)改變?yōu)轭A(yù)期最終狀態(tài)所需的波形；以及用于產(chǎn)生代表波形的輸出信號(hào)的輸出工具，該控制器的特征在于，對(duì)于至少一個(gè)轉(zhuǎn)變，存儲(chǔ)工具存儲(chǔ)至少兩個(gè)與其相關(guān)聯(lián)的不同波形，并存儲(chǔ)代表每個(gè)像素保持在初始狀態(tài)時(shí)間段的停留時(shí)間數(shù)據(jù)，計(jì)算工具部分地根據(jù)該停留時(shí)間數(shù)據(jù)確定使用至少兩個(gè)不同波形中的哪一個(gè)波形。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的控制器，其中該存儲(chǔ)工具還用于存儲(chǔ)代表每個(gè)像素在其初始狀態(tài)之前的至少一個(gè)先前狀態(tài)的先前狀態(tài)數(shù)據(jù)，計(jì)算工具用于確定依賴于輸入信號(hào)、初始狀態(tài)數(shù)據(jù)、停留時(shí)間數(shù)據(jù)、先前狀態(tài)和查找表的波形。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的控制器，其中該輸入工具用于接收代表顯示器至少一個(gè)像素的溫度的溫度信號(hào)，計(jì)算工具用于確定依賴于輸入信號(hào)、初始狀態(tài)數(shù)據(jù)、停留時(shí)間數(shù)據(jù)、和溫度信號(hào)的波形。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的控制器，進(jìn)一步包括壽命信號(hào)發(fā)生工具，用于產(chǎn)生代表像素工作壽命的壽命信號(hào)，并包括根據(jù)輸入信號(hào)、初始狀態(tài)數(shù)據(jù)、停留時(shí)間數(shù)據(jù)、和壽命信號(hào)確定波形的計(jì)算工具。
12.一種包括電光材料層和電壓提供工具的電光顯示器，該電壓提供工具用于沿跨過電光材料層的任一方向施加不大于預(yù)定值的電壓，該顯示器的特征在于，該電光材料的閾值電壓大于零但小于該預(yù)定值的三分之一。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的電光顯示器，其中該電光材料具有不小于預(yù)定值的五十分之一但小于預(yù)定值的三分之一的閾值電壓。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的電光顯示器，其中該電光材料包括基于顆粒的電泳材料，該基于顆粒的電泳材料包括懸浮液和保持在懸浮液內(nèi)并在電光材料層上施加電壓時(shí)可移動(dòng)穿過懸浮液的多個(gè)帶電顆粒。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的電光顯示器，其中該電泳材料為膠囊化電泳材料、聚合物分散電泳材料或微單元電泳材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的電光顯示器，其中懸浮液為氣體。
17.一種電泳介質(zhì)，包括懸浮液、多個(gè)第一類型帶電顆粒、和多個(gè)第二類型帶電顆粒，其中該多個(gè)第一類型帶電顆粒保持在懸浮液中并在電泳介質(zhì)上施加電場時(shí)能夠移動(dòng)穿過懸浮液，多個(gè)第二類型帶電顆粒保持在懸浮液中并在電泳介質(zhì)上施加電場時(shí)能夠移動(dòng)穿過懸浮液，第二類型顆粒的電荷極性與第一類型顆粒的極性相反，該電泳介質(zhì)的特征在于第二類型顆粒上的總電荷為第一類型顆粒上總電荷的一半至兩倍。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的電泳介質(zhì)，其中該電泳介質(zhì)為膠囊化電泳介質(zhì)、聚合物分散電泳介質(zhì)或微單元電泳介質(zhì)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的電泳介質(zhì)，其中該懸浮液為氣體。
20.根據(jù)權(quán)利要求17的電泳介質(zhì)，其中對(duì)其施加15V、300毫秒的方波尋址脈沖1秒之后，該電泳介質(zhì)所呈現(xiàn)的剩余電壓低于1V。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的電泳介質(zhì)，其中對(duì)其施加15V、300毫秒的方波尋址脈沖1秒之后，該電泳介質(zhì)所呈現(xiàn)的剩余電壓低于0.2V。
22.一種電泳介質(zhì)，包括懸浮液、多個(gè)第一類型帶電顆粒、和多個(gè)第二類型帶電顆粒，其中該多個(gè)第一類型帶電顆粒保持在懸浮液中并在電泳介質(zhì)上施加電場時(shí)能夠移動(dòng)穿過懸浮液，多個(gè)第二類型帶電顆粒保持在懸浮液中并在電泳介質(zhì)上施加電場時(shí)能夠移動(dòng)穿過懸浮液，第二類型顆粒的電荷極性與第一類型顆粒的電荷極性相反，該電泳介質(zhì)的特征在于對(duì)該電泳介質(zhì)施加15V、300毫秒的方波尋址脈沖1秒之后，呈現(xiàn)的剩余電壓低于1V。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的電泳介質(zhì)，其中對(duì)其施加15V、300毫秒的方波尋址脈沖1秒之后，該電泳介質(zhì)所呈現(xiàn)的剩余電壓低于0.2V。
24.一種具有多個(gè)像素的雙穩(wěn)態(tài)電光顯示器的驅(qū)動(dòng)方法，每個(gè)像素能夠顯示至少兩個(gè)灰度級(jí)，該方法包括對(duì)顯示器的每個(gè)像素施加由像素的初始和最終灰度級(jí)決定的波形，該方法的特征在于，對(duì)于從特定初始灰度級(jí)到特定最終灰度級(jí)的至少一個(gè)轉(zhuǎn)變，可以使用互不相同的至少第一和第二波形，在轉(zhuǎn)變之前確定正在經(jīng)歷轉(zhuǎn)變的像素的剩余電壓，根據(jù)所確定的剩余電壓對(duì)該轉(zhuǎn)變使用第一或第二波形。
25.一種包括分散在連續(xù)相中的懸浮液的多個(gè)離散小滴的電泳介質(zhì)，該小滴進(jìn)一步包括保持在懸浮液中并在電泳介質(zhì)上施加電場時(shí)能夠移動(dòng)穿過懸浮液的多個(gè)帶電顆粒，該介質(zhì)的特征在于連續(xù)相的體電阻率不大于小滴體電阻率的一半，連續(xù)相和小滴的體電阻率都小于1011ohm.cm。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于降低電光顯示器中剩余電壓影響的材料和方法(包括驅(qū)動(dòng)方法)。
文檔編號(hào)G09G3/34GK101027711SQ200480035154
公開日2007年8月29日 申請日期2004年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月26日
發(fā)明者R·J·維爾科克斯, T·H·懷特賽德斯, K·R·阿蒙森, G·M·丹納, R·M·韋伯, C·H·霍尼曼, 曹嵐, R·J·保利尼, R·切尼亞姆 申請人:伊英克公司