СПОСОБЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИХ ДИСПЛЕЕВ
METHODS FOR EXCITING ELECTRO-OPTICAL DISPLAYS

Ссылка на родственные заявки
Настоящая заявка испрашивает приоритет в соответствии с предварительной заявкой №62/305,833, поданной 09 марта 2016 года.
Настоящая заявка также относится к совместно рассматриваемой родственной заявке №14/849,658, поданной 10 сентября 2015 года, и испрашивает приоритет в соответствии с заявкой №62/048,591, поданной 10 сентября 2014 года; в соответствии с заявкой №62/169,221, поданной 01 июня 2015 года; и в соответствии с заявкой №62/169,710, поданной 02 июня 2015 года. Содержание указанных выше заявок и всех патентов США, а также опубликованных и совместно рассматриваемых родственных заявок, указанных ниже, полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.
Область техники, к которой относится настоящее изобретения
Настоящее изобретение относится к способам возбуждения электрооптических дисплеев, в частности, помимо прочего, электрофоретических дисплеев, выполненных с возможностью передачи более двух цветов с использованием одного слоя электрофоретического материала, содержащего множество окрашенных частиц.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
Термин «цвет» в контексте настоящего документа включает в себя черный и белый цвета. Белые частицы часто представлены частицам светорассеивающего типа.
Термин «серый» используется в настоящем документе в своем обычном значении, которое применяется в сфере отображения изображений для обозначения состояния, промежуточного между двумя крайними оптическими состояниями пикселя, и не обязательно предполагает черно-белый переход между этими двумя крайними состояниями. Например, в некоторых патентах и опубликованных заявках корпорации Е Ink, упомянутых ниже, описаны электрофоретические дисплеи, в которых крайними состояниями выступают такие цвета, как белый и темно-синий, и поэтому промежуточным состоянием будет фактически бледно-голубой цвет. В действительности, как уже было указано, изменение оптического состояния может не предполагать изменение цвета вообще. Термины «черный» и «белый» могут быть использованы в настоящем документе для обозначения двух крайних оптических состояний дисплея, и должны рассматриваться как обычно отображающие крайние оптические состояния, которые не являются строго черным и белым цветами как, например, указанные выше крайние состояния в виде белого и темно-синего цветов.
В контексте настоящего документа термины «бистабильный» и «бистабильность» используются в своих обычных значениях, которые применяются в данной области техники в отношении дисплеев, содержащих отображающие элементы, которые характеризуются первым и вторым состояниями отображения, отличающимися друг от друга, по меньшей мере, одним оптическим свойством, и тем, что после возбуждения какого-либо из этих элементов с помощью адресного импульса конечной длительности для принятия им первого или второго состояния отображения по окончании воздействия адресного импульса это состояние продолжит свое существование в течение времени, которое превышает, по меньшей мере, в несколько раз, например, по меньшей мере, в четыре раза минимальную длительность адресного импульса, потребную для изменения состояния отображающего элемента. В патенте США №7,170,670 показано, что некоторые электрофоретические дисплеи на основе частиц, выполненные с возможностью отображения серой шкалы, стабильны не только в своих крайних черном и белом состояниях, но также и в промежуточных состояниях; и это же относится к некоторым другим типам электрооптических дисплеев. Дисплеи этого типа правильнее называть мультистабильными, а не бистабильными, хотя в контексте настоящего документа для удобства используется термин «бистабильный», охватывающий как бистабильные, так и мультистабильные дисплеи.
Термин «импульс» при его использовании в отношении электрофоретического дисплея используется в настоящем документе для обозначения интеграла приложенного напряжения по времени, в течение которого происходит возбуждение дисплея.
Частица, которая поглощает, рассеивает или отражает свет, или в широком диапазоне, или при фиксированной длине волны, в настоящем документе называется окрашенной или пигментной частицей. В электрофоретических средах и дисплеях согласно настоящему изобретению могут быть также использованы различные материалы, отличные от пигментов (в строгом смысле этого термина, обозначающего нерастворимые окрашенные материалы), которые поглощают или отражают свет, такие как красители, фотонные кристаллы и пр.
В течение многих лет электрофоретические дисплеи на основе частиц являются предметом серьезных исследований и разработок. В таких дисплеях множество заряженных частиц (иногда называемых пигментными частицами) проходит через флюид под действием электрического поля. Электрофоретические дисплеи могут характеризоваться высокой яркостью и контрастностью, бистабильностью и низким энергопотреблением в сравнении с жидкокристаллическими дисплеями. Тем не менее, проблемы с сохранением надлежащего качества изображений на этих дисплеях в течение длительного времени препятствуют их широкому распространению. Например, частицы, которые составляют электрофоретический дисплей, проявляют тенденцию к осаждению, что сокращает срок службы этих дисплеев.
Как было указано выше, электрофоретические среды требуют наличия флюида. В большинстве электрофоретических сред предшествующего уровня техники этим флюидом является жидкость, но электрофоретическая среда может быть получена с использованием газообразных флюидов; см., например, Kitamura, Т. с соавторами, «Движение электрического тонера в электронном бумагоподобном дисплее», IDW, Япония, 2001 год, документ HCS1-1; и Yamaguchi, Y. с соавторами, «Тонерный дисплей, использующий трибоэлектрически заряженные изоляционные частицы», IDW, Япония, 2001 год, документ AMD4-4. См. также патенты США №№7,321,459 и 7,236,291. Такие электрофоретические среды на основе газа оказываются подвержены тем же проблемам, связанным с осаждением частиц, что и электрофоретические среды на основе жидкости, когда эти среды ориентированы таким образом, что это способствует осаждению частиц, как это может наблюдаться, например, в надписи с расположением среды в вертикальной плоскости. В действительности, осаждение частиц представляется более серьезной проблемой в электрофоретических средах на основе газа, чем в средах на основе жидкости, поскольку более низкая вязкость газообразных взвешенных флюидов в сравнении с жидкими флюидами способствует более быстрому осаждению электрофоретических частиц.
В различных патентах и заявках, переуступленных Массачусетскому технологическому институту (MIT) и корпорации Е Ink или полученных на их имя и поданных от их имени, описаны различные технологии, используемые в герметизированных электрофоретических и иных электрооптических средах. Такие герметизированные среды содержат огромное множество небольших капсул, каждая из которых сама характеризуется наличием внутренней фазы, содержащей электрофоретически подвижные частицы в жидкой среде, и стенки капсулы, окружающей внутреннюю фазу. Обычно сами капсулы удерживаются в полимерном связующем веществе, образуя связанный слой, расположенный между двумя электродами. К технологиям, описанным в этих патентах и заявках, относятся:
(a) Электрофоретические частицы, флюиды и добавки к флюидам; см., например, патенты США №№7,002,728 и 7,679,814;
(b) Капсулы, связующие вещества и процессы инкапсулирования; см., например, патенты США №№6,922,276 и 7,411,719;
(c) Структура микроячеек, материалы стенок и способы формирования микроячеек; см., например, патенты США №№7,072,095 и 9,279,906;
(d) Способы наполнения и герметизации микроячеек; см., например, патенты США №№7,144,942 и 7,715,088;
(e) Пленки и субблоки, содержащие электрооптические материалы; см., например, патенты США №№6,982,178 и 7,839,564;
(t) Задние панели, клеевые слои и прочие вспомогательные слои и способы, используемые в дисплеях; см., например, патенты США №№7,116,318 и 7,535,624;
(g) Цветокалибровка при формировании цвета; см., например, патенты США №№6,017,584; 6,545,797; 6,664,944; 6,788,452; 6,864,875; 6,914,714; 6,972,893; 7,038,656; 7,038,670; 7,046,228; 7,052,571; 7,075,502***; 7,167,155; 7,385,751; 7,492,505; 7,667,684; 7,684,108; 7,791,789; 7,800,813; 7,821,702; 7,839,564***; 7,910,175; 7,952,790; 7,956,841; 7,982,941; 8,040,594; 8,054,526; 8,098,418; 8,159,636; 8,213,076; 8,363,299; 8,422,116; 8,441,714; 8,441,716; 8,466,852; 8,503,063; 8,576,470; 8,576,475; 8,593,721; 8,605,354; 8,649,084; 8,670,174; 8,704,756; 8,717,664; 8,786,935; 8,797,634; 8,810,899; 8,830,559; 8,873,129; 8,902,153; 8,902,491; 8,917,439; 8,964,282; 9,013,783; 9,116,412; 9,146,439; 9,164,207; 9,170,467; 9,170,468; 9,182,646; 9,195,111; 9,199,441; 9,268,191; 9,285,649; 9,293,511; 9,341,916; 9,360,733; 9,361,836; 9,383,623; и 9,423,666; и опубликованные заявки на выдачу патентов США №№2008/0043318; 2008/0048970; 2009/0225398; 2010/0156780; 2011/0043543; 2012/0326957; 2013/0242378; 2013/0278995; 2014/0055840; 2014/0078576; 2014/0340430; 2014/0340736; 2014/0362213; 2015/0103394; 2015/0118390; 2015/0124345; 2015/0198858; 2015/0234250; 2015/0268531; 2015/0301246; 2016/0011484; 2016/0026062; 2016/0048054; 2016/0116816; 2016/0116818; и 2016/0140909;
(h) Способы возбуждения дисплеев; см., например, патенты США №№5,930,026; 6,445,489; 6,504,524; 6,512,354; 6,531,997; 6,753,999; 6,825,970; 6,900,851; 6,995,550; 7,012,600; 7,023,420; 7,034,783; 7,061,166; 7,061,662; 7,116,466; 7,119,772; 7,177,066; 7,193,625; 7,202,847; 7,242,514; 7,259,744; 7,304,787; 7,312,794; 7,327,511; 7,408,699; 7,453,445; 7,492,339; 7,528,822; 7,545,358; 7,583,251; 7,602,374; 7,612,760; 7,679,599; 7,679,813; 7,683,606; 7,688,297; 7,729,039; 7,733,311; 7,733,335; 7,787,169; 7,859,742; 7,952,557; 7,956,841; 7,982,479; 7,999,787; 8,077,141; 8,125,501; 8,139,050; 8,174,490; 8,243,013; 8,274,472; 8,289,250; 8,300,006; 8,305,341; 8,314,784; 8,373,649; 8,384,658; 8,456,414; 8,462,102; 8,514,168; 8,537,105; 8,558,783; 8,558,785; 8,558,786; 8,558,855; 8,576,164; 8,576,259; 8,593,396; 8,605,032; 8,643,595; 8,665,206; 8,681,191; 8,730,153; 8,810,525; 8,928,562; 8,928,641; 8,976,444; 9,013,394; 9,019,197; 9,019,198; 9,019,318; 9,082,352; 9,171,508; 9,218,773; 9,224,338; 9,224,342; 9,224,344; 9,230,492; 9,251,736; 9,262,973; 9,269,311; 9,299,294; 9,373,289; 9,390,066; 9,390,661; и 9,412,314; и опубликованные заявки на выдачу патентов США №№2003/0102858; 2004/0246562; 2005/0253777; 2007/0091418; 2007/0103427; 2007/0176912; 2008/0024429 2008/0024482; 2008/0136774; 2008/0291129; 2008/0303780; 2009/0174651 2009/0195568; 2009/0322721; 2010/0194733; 2010/0194789; 2010/0220121 2010/0265561; 2010/0283804; 2011/0063314; 2011/0175875; 2011/0193840 2011/0193841; 2011/0199671; 2011/0221740; 2012/0001957; 2012/0098740 2013/0063333; 2013/0194250; 2013/0249782; 2013/0321278; 2014/0009817 2014/0085355; 2014/0204012; 2014/0218277; 2014/0240210; 2014/0240373 2014/0253425; 2014/0292830; 2014/0293398; 2014/0333685; 2014/0340734 2015/0070744; 2015/0097877; 2015/0109283; 2015/0213749; 2015/0213765 2015/0221257; 2015/0262255; 2015/0262551; 2016/0071465; 2016/0078820; 2016/0093253; 2016/0140910; и 2016/0180777 (эти патенты и заявки могут именоваться ниже как заявки MEDEOD (Способы возбуждения электрооптических дисплеев));
(i) Сферы применения дисплеев; см., например, патенты США №№7,312,784 и 8,009,348; и
(j) Не электрофоретические дисплеи, описанные в патенте США №№6,241,921; в опубликованной заявке на выдачу патента США №2015/0277160; и в опубликованных заявках на выдачу патентов США №№2015/0005720 и 2016/0012710.
Во многих из указанных патентов и заявок признано, что стенки, окружающие дискретные микрокапсулы в герметизированной электрофоретической среде, могут быть заменены сплошной фазой, вследствие чего образуется так называемый электрофоретический дисплей с диспергированным полимером, в котором электрофоретическая среда содержит множество дискретных капель электрофоретического флюида и сплошную фазу полимерного материала, и что дискретные капли электрофоретического флюида могут рассматриваться в качестве капсул или микрокапсул, даже если ни одна мембрана дискретной капсулы не соотносится с каждой отдельной каплей; см., например, патент США №6,866,760. Соответственно, в контексте представленной заявки такие электрофоретические среды с диспергированным полимером рассматриваются в качестве подвидов герметизированных электрофоретических сред.
Родственным типом электрофоретического дисплея является так называемый микроячеистый электрофоретический дисплей. В микроячеистом электрофоретическом дисплее заряженные частицы и флюид не заключены в микрокапсулы, а вместо этого удерживаются во множестве полостей, сформованных в несущей среде, которая обычно представляет собой полимерную пленку. См., например, патенты США №№6,672,921 и 6,788,449, которые оба принадлежат компании Sipix Imaging, Inc.
Хотя электрофоретические среды обычно являются непрозрачными (поскольку, например, во многих электрофоретических средах частицы по существу блокируют передачу видимого света через дисплей) и работают на отражение, многие электрофоретические дисплеи могут быть выполнены с возможностью работы в так называемом шторочном режиме, который предусматривает два состояния дисплея, в одном из которых он непрозрачен, а в другом - может пропускать свет. См., например, патенты США №№5,872,552; 6,130,774; 6,144,361; 6,172,798; 6,271,823; 6,225,971; и 6,184,856. В аналогичном режиме могут функционировать диэлектрофоретические дисплеи, которые схожи с электрофоретическими дисплеями, но принцип работы которых основан на изменении напряженности электрического поля; см. патент США №4,418,346. В шторочном режиме могут также работать электрооптические дисплеи и других типов. Электрооптические среды, функционирующие в шторочном режиме, могут быть использованы в многослойных структурах полноцветных дисплеев; причем в таких структурах в шторочном режиме функционирует, по меньшей мере, один слой, примыкающий к рабочей поверхности дисплея, открывая или скрывая второй слой, находящийся дальше от указанной рабочей поверхности.
Герметизированный электрофоретический дисплей обычно не страдает таким видами отказов, как кластеризация и осаждение частиц, которые присущи стандартным электрофоретическим устройствам; и обеспечивает дополнительные преимущества, такие как возможность печати и покрытия дисплея на самых разных гибких и жестких подложках (предполагается, что использование слова «печать» включает в себя все виды печати и нанесения покрытий, в том числе, помимо прочего: разновидности нанесения покрытий с предварительным дозированием, такие как покрытие с использование дозирующего наконечника, покрытие с использованием щелевой головки или методом экструзии, покрытие обливом или каскадное покрытие, покрытие поливом; нанесение покрытий валиком, например, покрытие с использованием валкового ракеля, покрытие прямым и реверсивным валиком; покрытие с помощью гравированного цилиндра;
покрытие методом погружения; покрытие методом распыления; покрытием методом пропитки; покрытие методом центрифугирования; покрытие при помощи щетки; покрытие воздушным шабером; трафаретная печать; электростатическая печать; термическая печать; струйная печать; электрофоретическое осаждение (см. патент США №7,339,715); и прочие технологии подобного рода). Таким образом, в итоге может быть получен гибкий дисплей. Кроме того, поскольку среда дисплея может быть напечатана (различными способами), себестоимость самого дисплея может быть невысокой.
Как было указано выше, большинство простых электрофоретических сред предшествующего уровня техники по существу отображают только два цвета. Такие электрофоретические среды используют или один тип электрофоретических частиц, окрашенных в первый цвет, которые находятся во флюиде, окрашенном во второй цвет, отличный от первого (в этом случае первый цвет отображается тогда, когда частицы примыкают к рабочей поверхности дисплея; а второй цвет отображается тогда, когда частицы отстоят от рабочей поверхности на определенное расстояние), или электрофоретические частицы первого и второго типов, имеющих разные первый и второй цвета, в неокрашенном флюиде (в этом случае первый цвет отображается тогда, когда к рабочей поверхности дисплея примыкают частицы первого типа; а второй цвет отображается тогда, когда к рабочей поверхности дисплея примыкают частицы второго типа). Обычно этими двумя цветами являются черный и белый. Если требуется полноцветный дисплей, на рабочую поверхность монохромного (черно-белого) дисплея может быть уложен массив цветных фильтров. Принцип работы дисплеев с массивами цветных фильтров основан на совместном использовании одной области отображения и смешении цветов с целью получения цветовых стимулов. Имеющаяся область отображения совместно используется тремя или четырьмя основными цветами, такими как красный/зеленый/синий (RGB) или красный/зеленый/синий/белый (RGBW), а фильтры могут располагаться по одномерной (в полоску) или двухмерной (2×2) повторяющейся схеме. На известном уровне техники известны и другие варианты выбора основных цветов или более трех основных цветов. Выбранные три (в случае с дисплеями RGB) или четыре (в случае с дисплеями RGBW) субпикселя должны быть достаточно небольшими, чтобы на предполагаемом расстоянии рассматривания они визуально смешивались друг с другом в единый пиксель однородного цвета с равномерным цветовым стимулом («смешением цветов»). Недостаток, присущий совместному использованию области отображения, состоит в том, что в этом случае всегда присутствуют окрашивающие вещества, а цвета могут модулироваться только за счет переключения соответствующих пикселей подлежащего монохромного дисплея на черный или белый цвет (включения и выключения соответствующих основных цветов). Например, в идеальном дисплее RGBW каждый из красного, зеленого, синего и белого основных цветов занимает одну четвертую часть области отображения (один субпиксель из четырех); причем белый субпиксель характеризуется такой же яркостью, что и белый цвет подлежащего монохромного дисплея, а каждый из окрашенных субпикселей не светлее белого цвета монохромного дисплея более чем на треть. Яркость белого цвета, проявляемая дисплеем, в целом не может быть выше половины яркости белого субпикселя (белые области дисплея образуются за счет отображения одного белого субпикселя из каждых четырех субпикселей, плюс каждый цветной субпиксель в его окрашенном виде вносит свой вклад, эквивалентный одной трети белого субпикселя, и поэтому вклад всех трех цветных субпикселей вместе не может превышать вклад одного белого субпикселя). Яркость и насыщенность цветов при совместном использовании области отображения снижается при переключении цветных пикселей на черный цвет. Совместное использование области отображения особенно проблематично при подмешивании желтого цвета, поскольку он светлее любого другого цвета одинаковой яркости, и насыщенный желтый цвет почти так же ярок, как и белый цвет. Переключение синих пикселей (одной четверти области отображения) на черный цвет делает желтый слишком темным.
На существующем уровне техники известны многослойные многоуровневые электрофоретические дисплеи; см., например, J. Heikenfeld, P. Drzaic, J-S Yeo и Т. Koch, журнал Journal of the SID, номер 19(2), 2011 год, С. 129-156. В таких дисплеях окружающий свет проходит через изображения в каждом из трех субтрактивных основных цветов точно так же, как и при обычной цветной печати. В патенте США №6,727,873 описан многоуровневый электрофоретический дисплей, в котором поверх светоотражающей основы уложены три слоя переключаемых ячеек. Известны подобные дисплеи, в которых окрашенные частицы смещаются в боковом направлении (см. международную заявку №WO 2008/065605) или сводятся в изолированные микроячейки за счет комбинации перемещений в вертикальном и поперечном направлениях. В обоих случаях каждый слой снабжен электродами, которые служат для концентрации или диспергирования окрашенных частиц на попиксельной основе, вследствие чего каждый из трех слоев требует наличия слоя из тонкопленочных транзисторов (TFT) (два из трех слоев TFT должны быть по существу прозрачными) и светопропускающего противоэлектрода. Такая сложная схема электродов требует больших затрат на изготовление, и на современном уровне развития техники сложно обеспечить достаточно прозрачную матрицу пиксельных электродов, особенно с учетом того, что белый цвет дисплея должен быть видимым сквозь несколько слоев электродов. В многослойных дисплеях также наблюдаются проблемы, связанные с параллаксом, так как толщина слоев дисплея приближается к размеру пикселя или превышает его.
В опубликованных заявках на выдачу патента США №№2012/0008188 и 2012/0134009 описаны многоцветные электрофоретические дисплеи с одной задней панелью, содержащей независимо адресуемые пиксельные электроды, и общим светопропускающим фронтальным электродом. Между задней панелью и фронтальным электродом располагается множество электрофоретических слоев. Дисплеи, описанные в этих заявках, выполнены с возможностью передачи любого основного цвета (красного, зеленого, синего, голубого, пурпурного, желтого, белого и черного) в любом месте расположения пикселей. Однако использование множественных электрофоретических слоев, расположенных между одинарным набором адресных электродов, характеризуется определенными недостатками. Электрическое поле, оказывающее воздействие на частицы в конкретном слое, будет слабее, чем оно могло бы быть при использовании одинарного электрофоретического слоя, на которое подается такое же напряжение. Кроме того, оптические потери в электрофоретическом слое, который располагается ближе всего к рабочей поверхности дисплея (например, обусловленные рассеянием или чрезмерным поглощением свет), могут влиять на внешний вид изображений, формирующихся в подлежащих электрофоретических слоях.
Были предприняты попутки создать полноцветные электрофоретические дисплеи с единственным электрофоретическим слоем. Например, в опубликованной заявке на выдачу патента США №2013/0208338 описан цветной дисплей, содержащий электрофоретический флюид, который содержит пигментные частицы одного или двух видов, диспергированных в прозрачном и бесцветном или окрашенном растворителе; при этом электрофоретический флюид находится между общим электродом и множеством пиксельных или возбуждающих электродов. Возбуждающие электроды располагаются таким образом, чтобы они могли воздействовать на фоновый слой. В опубликованной заявке на выдачу патента США №2014/0177031 описан способ возбуждения ячейки дисплея, наполненной электрофоретическим флюидом, который содержит заряженные частицы двух типов, несущих заряды противоположной полярности и окрашенных в два контрастных цвета. Пигментные частицы двух типов диспергированы в окрашенном растворителе или в растворителе с диспергированными в нем незаряженными окрашенными частицами или частицами с небольшим зарядом. Этот способ включает в себя возбуждение ячейки дисплея для отображения цвета растворителя или цвета незаряженных окрашенных частиц или частиц с небольшим зарядом путем подачи возбуждающего напряжения, которое составляет от около 1% до около 20% полного возбуждающего напряжения. В опубликованных заявках на выдачу патента США №№2014/0092465 и 2014/0092466 описан электрофоретический флюид и способ возбуждения электрофоретического дисплея. Этот флюид содержит пигментные частицы первого, второго и третьего типов, которые все диспергированы в растворителе или растворяющей смеси. Пигментные частицы первого и второго типов несут заряды противоположной полярности, а пигментные частицы третьего типа характеризуются уровнем заряда, составляющим менее 50% от уровня заряда частиц первого и второго типов. Три типа пигментных частиц характеризуются разным уровнем порогового напряжения или разным уровнем подвижности, или и тем и другим. Ни в одной из этих патентных заявок не раскрыт полноцветный дисплей в том смысле, в котором этот термин используется ниже по тексту.
3
I/2
В опубликованной заявке на выдачу патента США №2007/0031031 описано устройство обработки изображений, предназначенное для обработки данных для отображения изображения средой дисплея, где каждый пиксель выполнен с возможностью отображения белого, черного и одного другого цвета. В опубликованных заявках на выдачу патента США №№2008/0151355; 2010/0188732; и 2011/0279885 описан цветной дисплей, в котором подвижные частицы проходят через пористую структуру. В опубликованных заявках на выдачу патента США №№2008/0303779 и 2010/0020384 описана среда дисплея, содержащая частицы разных цветов первого, второго и третьего типов. Частицы первого и второго типов могут образовывать агрегаты частиц, а частицы третьего типа меньших размеров могут проходить через отверстия, оставленные между агрегированными частицами первого и второго типов. В опубликованной заявке на выдачу патента США №2011/0134506 описано устройство отображения, включающее в себя электрофоретический отображающий элемент, содержащий частицы множества типов, заключенных между парой подложек, причем, по меньшей мере, одна подложка выполнена светопроницаемой, а частицы каждого из соответствующего множества типов характеризуются зарядом одинаковой полярности, но разными оптическими свойствами и разной скоростью перемещения и/или пороговой величиной электрического поля для перемещения, электрод на светопроницаемой отображающей стороне дисплея, предусмотренный на стороне, где располагается светопроницаемая подложка, первый задний электрод на стороне другой подложки, обращенный в сторону электрода на отображающей стороне, и второй задний электрод на стороне другой подложки, обращенный в сторону электрода на отображающей стороне; и секцию регулирования напряжения, которая регулирует напряжение, подаваемое на электрод на отображающей стороне, первый задний электрод и второй задний электрод таким образом, что типы частиц с самой высокой скоростью перемещения из множества типов частиц или типы частиц с самой низкой пороговой величиной из множества типов частиц перемещаются один за другим в определенной для каждого из разных типов частиц последовательности к первому заднему электроду или ко второму заднему электроду, после чего частицы, которые сместились к первому заднему электроду, перемещаются к электроду на отображающей стороне. В опубликованных заявках на выдачу патента США №№2011/0175939; 2011/0298835; 2012/0327504; и 2012/0139966 описаны цветные дисплеи, принцип работы которых основан на агрегации множества частиц и пороговых величинах напряжения. В опубликованной заявке на выдачу патента США №2013/0222884 описана электрофоретическая частица, которая представляет собой окрашенную частицу, содержащую полимер с заряженной группой и красящий агент, и полимер на основе разветвленного силикона, соединяемый с окрашенной частицей и содержащий в качестве компонентов сополимеризации реактивный мономер и, по меньшей мере, один мономер, выбранный из группы специальных мономеров. В опубликованной заявке на выдачу патента США №2013/0222885 описана дисперсионная жидкость для электрофоретического дисплея, содержащая дисперсионную среду; группу окрашенных электрофоретических частиц, диспергированных в дисперсионной среде и движущихся в электрическом поле; группу не электрофоретических частиц, не движущихся и характеризующихся цветом, отличным от цвета частиц электрофоретической группы; и компаунд с нейтральной полярной группой и гидрофобной группой, объем которого в дисперсионной среде составляет от около 0,01 масс. % до около 1 масс. %, исходя от общего объема дисперсионной жидкости. В опубликованной заявке на выдачу патента США №2013/0222886 описана дисперсионная жидкость для дисплея, содержащая подвижные частицы, в том числе: базовые частицы, включающие краситель и гидрофильную смолу; и оболочку, закрывающую поверхность каждой из базовых частиц и содержащую гидрофильную смолу, отличающуюся параметром растворимости, который составляет 7,95 (Дж/см) или больше. В опубликованных заявках на выдачу патента США №№2013/0222887 и 2013/0222888 описана электрофоретическая частица с особым химическим составом. И, наконец, в опубликованной заявке на выдачу патента США №2014/0104675 описана дисперсия частиц, в том числе первых и вторых окрашенных частиц, перемещающихся под действием электрического поля; и дисперсионная среда; при этом диаметр вторых окрашенных частиц превышает диаметр первых окрашенных частиц, а их зарядные характеристики аналогичны зарядным характеристикам первых окрашенных частиц; и при этом отношение (Cs/Cl) величины Cs заряда первых окрашенных частиц к величине Cl заряда вторых окрашенных частиц в расчете на единицу площади дисплея меньше или равно 5. Некоторые из указанных дисплеев могут обеспечивать полноцветность, но только за счет использования громоздких способов адресации, занимающих много времени.
В опубликованных заявках на выдачу патента США №№2012/0314273 и 2014/0002889 описано электрофорезное устройство, включающее в себя множество первых и вторых электрофоретических частиц, содержащихся в электроизоляционной жидкости; причем эти первые и вторые частицы обладают разными зарядными характеристиками, отличными друг от друга; при этом описанное устройство дополнительно содержит пористый слой, заключенный в электроизоляционную жидкость и обладающий волокнистой структурой. Устройства согласно этим патентным заявкам не представляют собой полноцветные дисплеи в том смысле, в котором этот термин используется ниже.
См. также опубликованную заявку на выдачу патента США №2011/0134506 и упомянутую выше заявку №14/277,107; при этом в последней описан полноцветный дисплей, в котором используются частицы трех разных типов в окрашенном флюиде; однако наличие окрашенного флюида ограничивает качество белого цвета, которое может быть обеспечено дисплеем.
Для получения дисплея с высоким разрешением адресации отдельных пикселей дисплея не должны мешать соседние пиксели. Один из способов достижения этой цели состоит в том, чтобы обеспечить наличие массива нелинейных элементов, таких как транзисторы или диоды; причем для получения дисплея с «активной матрицей» с каждым пикселем должен быть связан, по меньшей мере, один нелинейный элемент. Через соответствующий нелинейный элемент адресный или пиксельный электрод, который обращается к одному пикселю, соединен с соответствующим источником напряжения. Обычно, когда в качестве нелинейного элемента используется транзистор, пиксельный электрод соединен со стоком транзистора, и эта схема будет принята в последующем описании, хотя такой выбор носит по существу произвольный характер, и пиксельный электрод может быть соединен с истоком транзистора. Обычно в массивах с высокой разрешающей способностью пиксели располагаются в виде двухмерного массива, состоящего из строк и столбцов так, что каждый отдельный пиксель будет однозначно определен в точке пересечения одной конкретной строки и одного конкретного столбца. Истоки всех транзисторов в каждом столбце соединены с одним столбцовым электродом, тогда как затворы всех транзисторов в каждой строке соединены с одним строчным электродом. Повторим еще раз, что схема с привязкой истоков к строкам, а затворов - к столбцам является стандартной, но является по существу произвольной и при желании может быть изменена на обратную. Строчные электроды соединены со строчным драйвером, который по существу гарантирует, что в любой данный момент времени может быть выбрана только одна строка, т.е. на выбранный строчный электрод подается выбранное напряжение, благодаря чему гарантируется, что все транзисторы в выбранной строке будут токопроводящими, тогда как на все остальные строки подается невыбранное напряжение, благодаря чему гарантируется, что все транзисторы в этих невыбранных строках останутся непроводящими. Столбцовые электроды соединены со столбцовыми драйверами, которые подают на различные столбцовые электроды напряжения, выбранные для возбуждения пикселей в выбранных строках до требуемого оптического состояния (указанные напряжения соотносятся с общим фронтальным электродом, который обычно предусмотрен на противоположной стороне электрооптической среды относительно массива нелинейных элементов и проходит поперек всего дисплея). По истечении предварительно заданного времени, известного как «время адресации строки», выбор выбранной строки отменяется, выбирается следующая строка, и напряжения на столбцовых драйверах изменяются, вследствие чего на дисплее отображается следующая строка. Этот процесс повторяется, благодаря чему весь дисплей заполняется построчно.
Обычно каждый пиксельный электрод характеризуется наличием конденсаторного электрода, соединенного с ним таким образом, что пиксельный электрод и конденсаторный электрод образуют электрический конденсатор; см., например, международную патентную заявку №WO 01/07961. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения для создания транзисторов может быть использован полупроводник n-типа (например, аморфный кремний), а «выбранное» и «невыбранное» напряжения, подаваемые на вентильные электроды, могут быть, соответственно, положительным и отрицательным.
com
com
KB
На фиг. 10 прилагаемых чертежей приведен пример осуществления эквивалентной схемы одиночного пикселя электрофоретического дисплея. Как можно видеть, эта схема включает в себя конденсатор 10, предусмотренный между пиксельным электродом и конденсаторным электродом. Электрофоретическая среда 20 представлена в виде конденсатора и сопротивления, подключенных параллельно. В некоторых случаях прямая или косвенная емкостная связь 30 (которая обычно называется «паразитной емкостью») между вентильным электродом транзистора, который сопряжен с пикселем, и пиксельным электродом может создавать нежелательные искажения на дисплее. Обычно паразитная емкость 30 намного меньше, чем паразитная емкость накопительного конденсатора 10, и при выборе или отмене выбора пиксельных рядов дисплея паразитная емкость 30 может вызвать подачу на пиксельный электрод небольшого отрицательного смещающего напряжения, также называемого «напряжением обратного выброса», которое обычно составляет менее 2 вольт. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения для компенсации нежелательного «напряжения обратного выброса» на электрод верхней панели и конденсаторный электрод, связанный с каждым пикселем, может быть подан общий потенциал V таким образом, что при задании величины V, равной напряжению обратного выброса (V), каждое напряжение, подаваемое на дисплей, может быть смещено на такую же величину, и результирующий небаланс постоянных токов будет отсутствовать.
com
com
com
com
Однако могут возникнуть проблемы, если установить величину V на напряжение без поправки на напряжение обратного выброса. Это может иметь место, когда требуется подать на дисплей более высокое напряжение, чем может обеспечить одна только задняя панель. Из современного уровня техники хорошо известно, что, например, максимальное напряжение, подаваемое на дисплей, может быть удвоено, если на заднюю панель подавать на выбор номинальное напряжение, например, +V, 0 или -V при отрицательном значении (-V) величины V. В этом случае максимальное напряжение будет составлять +2V (т.е. на задней панели относительно верхней панели), а минимальное - ноль. Если необходимы отрицательные напряжения, потенциал V должен быть увеличен, по меньшей мере, до нуля. Следовательно, колебательные сигналы, используемые для подачи на дисплей положительного или отрицательного напряжения с переключением верхней панели, должны характеризоваться конкретными рамками, установленными для каждой из более чем одной уставки напряжения V.
com
KB
com
com
Если (как было описано выше) величина V намеренно установлена на V, может быть использован отдельный источник питания. Однако использовать столько же отдельных источников питания, сколько предусмотрено уставок V, когда используется переключение верхней панели, оказывается дорого и неудобно. Следовательно, существует потребность в способах компенсации смещения постоянного тока, обусловленного напряжением обратного выброса, с использованием одного и того же источника питания для задней панели и V.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
Соответственно, настоящим изобретением предложен способ возбуждения электрооптического дисплея, который сбалансирован по постоянному току, несмотря на наличие напряжений обратного выброса и изменения напряжения, подаваемого на фронтальный электрод.
Соответственно, согласно одному из аспектов настоящего изобретения предложен способ возбуждения электрооптического дисплея, снабженного фронтальным электродом, задней панелью и средой отображения, находящейся между фронтальным электродом и задней панелью. Этот способ включает в себя подачу первой возбуждающей фазы в среду отображения; при этом первая возбуждающая фаза содержит первый сигнал и второй сигнал, причем первый сигнал характеризуется первой полярностью, первой амплитудой как функцией времени и первой длительностью, а второй сигнал следует за первым сигналом и характеризуется второй полярностью, противоположной первой полярности, второй амплитудой как функцией времени и второй длительностью; при этом сумма первой амплитуды как функции времени, интегрированной по первой длительности, и второй амплитуды как функции времени, интегрированной по второй длительности, дает первое смещение импульса. Предложенный способ дополнительно включает в себя подачу второй возбуждающей фазы в среду отображения, причем эта вторая возбуждающая фаза дает второе смещение импульса, причем сумма первого и второго смещений будет по существу равна нулю.
Согласно некоторым другим аспектам настоящего изобретения также предложен способ возбуждения электрооптического дисплея, снабженного фронтальным электродом, задней панелью и средой отображения, находящейся между фронтальным электродом и задней панелью; причем этот способ включает в себя подачу первой фазы сброса и фазы цветового перехода на дисплей; при этом фаза сброса включает в себя подачу первого сигнала, который характеризуется первой полярностью, первой амплитудой как функцией времени и первой длительностью на фронтальном электроде; подачу второго сигнала, который характеризуется второй полярностью, противоположной первой полярности, второй амплитудой как функцией времени и второй длительностью во время первой длительности на задней панели; подачу третьего сигнала, который характеризуется второй полярностью, третьей амплитудой как функцией времени и третьей длительностью, следующей за первой длительностью на фронтальном электроде; и подачу четвертого сигнала, который характеризуется первой полярностью, четвертой амплитудой как функцией времени и четвертой длительностью, следующей за второй длительностью на задней панели. При этом сумма первой амплитуды как функции времени, интегрированной по первой длительности, второй амплитуды как функции времени, интегрированной по второй длительности, третьей амплитуды как функции времени, интегрированной по третьей длительности и четвертой амплитуды как функции времени, интегрированной по четвертой длительности, дает смещение импульса, призванное поддерживать баланс среды отображения по постоянному току во время фазы сброса и фазы цветового перехода.
В качестве электрофоретических сред, используемых в дисплее согласно настоящему изобретению, могут быть использованы любые из сред, описанных в указанной заявке №14/849,658. Такие среды содержат светорассеивающую частицу, обычно белую, и три другие частицы, которые по существу не рассеивают свет. Электрофоретическая среда согласно настоящему изобретению может быть представлена в любой из форм, описанных выше. Таким образом, электрофоретическая среда может быть негерметизированной; инкапсулированной в дискретные капсулы, окруженные стенками капсул; или выполнена в виде среды с диспергированным полимером или микроячеистой среды.
Краткое описание фигур
На фиг. 1 прилагаемых чертежей представлено схематическое сечение, иллюстрирующее положение различных частиц в электрофоретической среде согласно настоящему изобретению при отображении черного, белого, трех субтрактивных основных цветов и трех аддитивных основных цветов.
На фиг. 2 схематически показаны четыре типа пигментных частиц, используемых в настоящем изобретении.
На фиг. 3 схематически показана относительная сила взаимодействия между парами частиц согласно настоящему изобретению.
На фиг. 4 схематически показано поведение частиц согласно настоящему изобретению, подверженных воздействию электрического поля разной интенсивности и длительности.
На фиг. 5А и 5В представлены колебательные сигналы, используемые для возбуждения электрофоретической среды, показанной на фиг. 1, с целью придания ей, соответственно, черного и белого цветов.
На фиг. 6А и 6В представлены колебательные сигналы, используемые для возбуждения электрофоретической среды, показанной на фиг. 1, с целью придания ей пурпурного и синего цветов.
На фиг. 6С и 6D представлены колебательные сигналы, используемые для возбуждения электрофоретической среды, показанной на фиг. 1, с целью придания ей желтого и зеленого цветов.
На фиг. 7А и 7В представлены колебательные сигналы, используемые для возбуждения электрофоретической среды, показанной на фиг. 1, с целью придания ей, соответственно, красного и голубого цветов.
На фиг. 8 и 9 проиллюстрированы колебательные сигналы, которые могут быть использованы вместо тех, которые показаны на фиг. 5А-5В, 6A-6D и 7А-7В, для возбуждения электрофоретической среды, показанной на фиг. 1, с целью придания ей всех цветов.
На фиг. 10, как уже было указано, приведен пример осуществления эквивалентной схемы одинарного пикселя электрофоретического дисплея.
На фиг. 11 показан схематический график зависимости напряжения от времени, иллюстрирующий изменение во времени фронтального и пиксельных электродов, с результирующим напряжением в электрофоретической среде, с колебательным сигналом, используемым для генерирования одного цвета в схеме возбуждения согласно настоящему изобретению.
На фиг. 12 представлен схематический график зависимости напряжения от времени, иллюстрирующий изменение во времени фронтального и пиксельного электродов на фазе сброса с колебательным сигналом, показанным на фиг. 11, а также представлены различные параметры, используемые при расчетах баланса по постоянному току, описанных ниже.
На фиг. 13 показан еще один график зависимости напряжения от времени, иллюстрирующий параметры колебательного сигнала возбуждения, сбалансированного по постоянному току.
Подробное раскрытие настоящего изобретения
Как было указано выше, настоящее изобретение может быть использовано с электрофоретической средой, содержащей одну светорассеивающую частицу (обычно белую) и три другие частицы, обеспечивающие три субтрактивных основных цвета.
Три частицы, обеспечивающие три субтрактивных основных цвета, могут представлять собой частицы, по существу не рассеивающие свет (частицы SNLS). Использование частиц SNLS позволяет смешивать цвета и обеспечивает большую цветоотдачу в сравнении с той, которая могла бы быть получена при использовании такого же количества рассеивающих частиц. В указанной заявке на выдачу патента США №2012/0327504 используются частицы, характеризующиеся субтрактивными основными цветами, но для независимого воздействия на небелые частицы (т.е. на дисплей подается три положительных и три отрицательных напряжения) требуются два разных пороговых напряжения. Эти пороговые значения должны быть достаточно отдалены друг от друга во избежание перекрестных помех, и это отделение обуславливает необходимость использования высоких адресных напряжений для тех же цветов. Кроме того, подача на окрашенные частицы максимального порогового напряжения также приводит к перемещению всех остальных окрашенных частиц.
Эти и другие частицы должны быть впоследствии переведены в требуемое положение при более низких напряжениях. Такая ступенчатая схема воздействия на частицы приводит к появлению вспышек нежелательных цветов и продлению времени перехода. Настоящее изобретение не требует использования такой ступенчатой формы сигнала, а воздействие на все цвета может быть достигнуто, как это описано ниже, с использованием только двух положительных и двух отрицательных напряжений (т.е. в дисплее необходимы только пять разных напряжений, а именно два положительных, два отрицательных и нулевое; хотя, как это описано ниже в привязке к некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, предпочтительным может быть вариант с использованием большего числа разных напряжений, воздействующих на дисплей).
Как было указано выше, на фиг. 1 прилагаемых чертежей представлено схематическое сечение, иллюстрирующее положение различных частиц в электрофоретической среде согласно настоящему изобретению при отображении черного, белого, трех субтрактивных основных цветов и трех аддитивных основных цветов. На фиг. 1 предполагается, что рабочая поверхность дисплея находится сверху (как это показано), т.е. пользователь видит дисплей с этого направления, и свет падает с этого направления. Как уже было отмечено выше, в предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения только одна из четырех частиц, используемых в электрофоретической среде согласно настоящему изобретению, по существу рассеивает свет; и на фиг. 1 этой частицей считается белый пигмент. По существу эта светорассеивающая белая частица образует белый отражатель, на фоне которого видны любые частицы, находящиеся выше белых частиц (как показано на фиг. 1). Свет, падающий на рабочую поверхность дисплея, проходит через эти частицы, отражается от белых частиц, проходит обратно через эти частицы и выходит из дисплея. Таким образом, частицы, находящиеся поверх белых частиц, могут поглощать различные цвета; и цвет, наблюдаемый пользователем, представляет собой цвет, обусловленный комбинацией частиц, находящихся над белыми частицами. Любые частицы, расположенные ниже (с точки зрения пользователя) белых частиц, скрыты белыми частицами и не влияют на отображаемый цвет. Поскольку вторая, третья и четвертая частицы по существу не рассеивают свет, порядок или схема их расположения относительно друг друга не имеет значения, но по уже указанным причинам порядок или схема их расположения относительно белых (светорассеивающих) частиц является критически важной.
В частности, когда голубая, пурпурная и желтая частицы лежат ниже белых частиц (ситуация [А] на фиг. 1), над этими белыми частицами не оказывается никаких частиц, и пиксель просто отображает белый цвет. Когда поверх белых частиц располагается одна единственная частица, эта одиночная частица отображается желтым, пурпурным и голубым цветом, соответственно, в ситуациях [В], [D] и [F], показанных на фиг. 1. Когда поверх белых частиц лежат две частицы, отображаемый цвет будет обусловлен комбинацией конкретных двух частиц; на фиг. 1 в ситуации [С] пурпурная и желтая частицы отображают красный цвет; в ситуации [Е] голубая и пурпурная частицы отображают синий цвет; а в ситуации [G] желтая и голубая частицы отображают зеленый цвет. И, наконец, когда все три окрашенных частицы лежат поверх белых частиц (ситуация [Н] на фиг. 1), весь падающий свет поглощается частицами, окрашенными тремя субтрактивными основными цветами, и пиксель отображает черный цвет.
Предусмотрена возможность того, что один субтрактивный основной цвет может передаваться частицей, которая рассеивает свет, вследствие чего дисплей может характеризоваться наличием светорассеивающих частиц двух типов, одна из которых была бы белой, а другая - окрашенной. Однако в этом случае большое значение имело бы положение светорассеивающей окрашенной частицы относительно других окрашенных частиц, лежащих поверх белой частицы. Например, при передаче черного цвета (когда все три окрашенные частицы лежат поверх белых частиц) светорассеивающая окрашенная частица не может располагаться поверх окрашенных частиц, не рассеивающих свет (в противном случае они будут полностью или частично скрыты за светорассеивающей частицей, и передаваемый цвет будет цветом светорассеивающей окрашенной частицы, т.е. не черным).
Было бы сложно передавать черный цвет при использовании светорассеивающей окрашенной частицы более одного типа.
На фиг. 1 показана идеальная ситуация с чистыми цветами (т.е. светорассеивающие белые частицы полностью скрывают любые частицы, лежащие за белыми частицами). На практике маскирование белыми частицами может быть неидеальным, и поэтому может наблюдаться небольшое поглощение света частицей, которая в идеальной ситуация должна была бы быть полностью скрытой. Такое «загрязнение» цвета обычно понижает как светлость, так и насыщенность передаваемого цвета. В электрофоретической среде согласно настоящему изобретению такое загрязнение цвета должно быть сведено к минимуму до уровня, на котором формируемые цвета удовлетворяют требованиям промышленного стандарта к цветопередаче. В частности, преимущество отдается такому стандарту, как SNAP (стандарт на производство газетной рекламы), который задает значения L*, а* и b* для каждого из восьми основных цветов, перечисленных выше (в настоящем документе термин «основные цвета» используется для обозначения восьми цветов, таких как черный, белый, три субтрактивных основных цвета и три аддитивных основных цвета, как это показано на фиг. 1).
Способы электрофоретического размещения множества окрашенных разными цветами частиц «слоями», как это показано на фиг. 1, описаны на предшествующем уровне развития техники. Простейший из этих способов предусматривает быстрое перемещение пигментов, характеризующихся разной степенью электрофоретической подвижности; см., например, патент США №8,040,594. Такое перемещение намного сложнее, чем это может показаться на первый взгляд, поскольку движение заряженных пигментов само по себе изменяет электрические поля, оказывающие локальное воздействие в электрофоретическом флюиде. Например, по мере движения положительно заряженных частиц к катоду и отрицательно заряженных частиц к аноду их заряды экранируют электрическое поле, воздействующее на заряженные частицы, на полпути между двумя электродами. И хотя электрофорез согласно настоящему изобретению предусматривает быстрое перемещение пигментов, считается, что это не единственное явление, влияющее за такую схему расположения частиц, которая показана на фиг. 1.
Второе явление, которое может быть использовано для управления движением множества частиц, представляет собой гетероагрегацию между разными типами пигментов; см., например, опубликованную заявку на выдачу патента США №2014/0092465, упомянутую выше. Такая агрегация может быть зарядно-опосредованной (кулоновское взаимодействие), или же она может возникать в результате, например, водородного связывания или ван-дер-ваальсовых взаимодействий. На силу взаимодействия может влиять выбор поверхностной обработки пигментных частиц. Например, кулоновские взаимодействия могут быть ослаблены, когда расстояние в момент наибольшего приближения противоположно заряженных частиц максимально увеличено стерическим барьером (обычно полимером, привитым или поглощенным поверхностью одной или обеих частиц). В настоящем изобретении, как было сказано выше, такие полимерные барьеры используются на частицах первого и второго типов, и могут или не могут быть использованы на частицах третьего и четвертого типов.
Третье явление, которое может быть использовано для управления движением множества частиц, представляет собой подвижность, зависимую от напряжения или силы тока, которая подробно описана в указанной заявке №14/277,107.
На фиг. 2 представлено схематическое изображение в разрезе пигментов четырех типов (1-4), используемых в предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения. Полимерная оболочка, поглощенная основным пигментом, обозначена темной заливкой, тогда как сам основной пигмент не закрашен. Основной пигмент может быть представлен в самых разных формах, включая: сферическую, игольчатую или иную анизометрическую форму; в виде агрегатов частиц меньшего размера (т.е. типа «гроздей винограда»); в виде составных частиц, содержащих небольшие пигментные частицы или красители, диспергированные в связующем веществе; и в других формах, хорошо известных из современного уровня техники. Полимерная оболочка может представлять собой ковалентно связанный полимер, полученный методом прививки или хемосорбции, хорошо известным из существующего уровня техники. Например, полимер может представлять собой блок-сополимер, содержащий нерастворимые и растворимые сегменты. Некоторые способы соединения полимерной оболочки с основными пигментами описаны в примерах, приведенных ниже.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения частицы первого и второго типов предпочтительно характеризуются наличием более существенной полимерной оболочки в сравнении с частицами третьего и четвертого типов. К частицам первого или второго типа относятся светорассеивающие белые частицы (или отрицательно заряженные, или положительно заряженные). В последующем описании предполагается, что белые частицы несут отрицательный заряд (т.е. они являются частицами типа 1), но специалистам в данной области техники очевидно, что раскрытые общие принципы применимы и к набору частиц, в которых белые частицы заряжены положительно.
В настоящем изобретении электрическое поле, потребное для отделения агрегата, состоящего из смеси частиц типа 3 и 4 в суспендирующем растворителе, содержащем агент управления зарядом, сильнее электрического поля, потребного для отделения агрегатов, состоящих из частиц двух типов в любой иной комбинации. С другой стороны, электрическое поле, потребное для отделения агрегатов, состоящих из частиц первого и второго типов, слабее электрического поля, которое необходимо для отделения агрегатов, состоящих из частиц первого и четвертого типов или второго и третьего типов (и, конечно же, слабее электрического поля, потребного для отделения частиц третьего и четвертого типов).
На фиг. 2 основные пигменты, составляющие частицы, показаны как характеризующиеся примерно одинаковыми размерами; при этом электрокинетические потенциалы всех частиц, хотя они и не показаны, также считаются примерно одинаковыми. Эти пигменты отличаются только толщиной полимерной оболочки, окружающей каждый основной пигмент. Как показано на фиг. 2, эта полимерная оболочка толще у частиц первого и второго типов в сравнении с частицами третьего и четвертого типов, и в действительности такая ситуация является предпочтительной для некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения.
Для облегчения понимания того, как толщина полимерной оболочки влияет на электрическое поле, потребное для отделения агрегатов противоположно заряженных частиц, целесообразно рассмотреть равновесие сил между парами частиц. На практике агрегаты могут состоять из огромного числа частиц, и эта ситуация намного сложнее, чем в случае простых попарных взаимодействий. Тем не менее, анализ пар частиц дает определенную информацию для понимания настоящего изобретения.
Сила, действующая на одну из частиц пары в электрическом поле, записывается следующим образом:
C
VW
D
, где величина Fapp обозначает силу, прикладываемую к частице внешним электрическим полем; величина F обозначает силу кулоновского взаимодействия, прикладываемую к частице второй частицей с противоположным зарядом; величина F обозначает ван-дер-ваальсовую силу притяжения, прикладываемую к частице второй частицей; а величина F обозначает силу притяжения, воздействующую на пару частиц вследствие вытеснительной флокуляции в результате (необязательного) включения полимера со стабилизирующими свойствами в суспендирующий растворитель.
Сила  прикладываемая к частице внешним электрическим полем, записывается следующим образом:
а
, где величина q обозначает заряд частицы, который соотносится с электрокинетическим потенциалом (величиной Q в уравнении (2) (приблизительно в пределе Хюккеля); величина  обозначает радиус основного пигмента; величина s обозначает толщину набухающей при растворении полимерной оболочки; а остальные символы представлены в своих обычных значениях, известных из уровня техники.
Величина силы, прикладываемой к одной частице другой частицей в результате кулоновских взаимодействий, имеет приблизительно следующий вид:
для частиц 1 и 2.
Следует отметить, что силы  прикладываемые к каждой частице, действуют на отталкивание частиц, тогда как другие три силы представляют собой силы притяжения между частицами. Если сила  воздействующая на одну частицу, превышает силу воздействия на другую частицу (поскольку заряд на одной частице выше заряда на другой частице) согласно третьему закону Ньютона, то сила, действующая на разделение пары, будет определяться более слабой из двух сил
Из уравнений (2) and (3) можно видеть, что величина разницы между членами кулоновского притяжения и отталкивания выражена следующим образом:
a
, если частицы имеют одинаковый радиус и электрокинетический потенциал, и поэтому уменьшение (+s) или увеличение ς затруднит отталкивание частиц. Таким образом, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения предпочтительно, чтобы частицы первого и второго типов характеризовались большим размером и имели относительно низкий электрокинетический потенциал, а частицы третьего и четвертого типов характеризовались малым размером и имели относительно высокий электрокинетический потенциал.
a
a
1
2
1
2
Однако ван-дер-ваальсовские силы взаимодействия между частицами также могут быть сильно изменены при увеличении толщины полимерной оболочки. Полимерная оболочка на частицах разбухает под действием растворителя и смещает поверхности основных пигментов, которые за счет действия ван-дер-ваальсовских сил еще больше отходят друг от друга. Для сферических основных пигментов с радиусами (, ), намного превышающими расстояние между ними (s+s),
1
2
, где величина А обозначает константу Гамакера. По мере увеличения расстояния между основными пигментами это выражение усложняется, но эффект остается таким же: повышение величины s или s оказывает существенное влияние на уменьшение ван-дер-ваальсовской силы притяжения между частицами.
Учитывая вышесказанное, можно понять причины выбора частиц, типы которых проиллюстрированы на фиг. 2. Частицы первого и второго типов обладают существенными полимерными оболочками, которые разбухают под действием растворителя, заставляя основные пигменты удаляться друг от друга и уменьшая ван-дер-ваальсовские взаимодействия между ними в большей степени, чем это могло бы быть в случае с частицами третьего и четвертого типов, которые снабжены полимерными оболочками меньшего размера или вообще не имеют полимерных оболочек. Даже если частицы характеризуются примерно одинаковыми размерами и величиной электрокинетического потенциала, в соответствии с настоящим изобретением можно распределить силу взаимодействий между агрегатами, состоящими из пар частиц, чтобы обеспечить соответствие требованиям, указанным выше.
Более полные сведения о предпочтительных частицах, предназначенных для использования в дисплее и показанных на фиг. 2, читатель может найти в заявке №14/849,658, указанной выше.
На фиг. 3 схематически показана напряженность электрических полей, потребная для попарного разделения агрегатов типов частиц согласно настоящему изобретению. Взаимодействие между частицами третьего и четвертого типов сильнее взаимодействия между частицами второго и третьего типов. Сила взаимодействия между частицами второго и третьего типов примерно равна силе взаимодействия между частицами первого и четвертого типов и превышает силу взаимодействия между частицами первого и второго типов. Любые силы взаимодействия между парами частиц с одним знаком заряда знака не превышают силу взаимодействия между частицами первого и второго типов.
На фиг. 4 показано, как эти взаимодействия могут быть использованы для получения всех основных цветов (субтрактивных, аддитивных, черного и белого), в общем, описанных выше в привязке к фиг. 1.
При воздействии слабого электрического поля (фиг. 4(A)), частицы 3 и 4 агрегируются и не разделяются. Частицы 1 и 2 свободно перемещаются в поле. Если частицей 1 служит белая частица, ее цвет будет белым, если смотреть слева, и черным, если смотреть справа. Изменение полярности поля обеспечивает переключение между белым и черным состояниями. Однако переходные цвета, промежуточные между белым и черным, являются цветными. Агрегат частиц 3 и 4 будет перемещаться в поле очень медленно относительно частиц 1 и 2. Могут иметь место условия, при которых частица 2 проходит частицу 1 (влево), тогда как агрегат частиц 3 и 4 заметно не смещается. В этом случае частица 2 будет видна, если смотреть слева, тогда как агрегат частиц 3 и 4 будет виден, если смотреть справа. Как показано в примерах, приведенных ниже, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения агрегат частиц 3 и 4 имеет слабый положительный заряд, и поэтому располагается вблизи частицы 2 в начале такого перехода.
При воздействии сильного электрического поля (фиг. 4(B)), частицы 3 и 4 отделяются друг от друга. Какие из частиц 1 и 3 (каждая из которых имеет отрицательный заряд) будет видны, если смотреть слева, зависит от формы сигнала (см. ниже). Как показано, частица 3 видна слева, а комбинация частиц 2 и 4 видна справа.
Из начального состояния, показанного на фиг. 4(B), низкое напряжение противоположной полярности будет перемещать положительно заряженные частицы влево, а отрицательно заряженные частицы - вправо. Однако положительно заряженная частица 4 столкнется с отрицательно заряженной частицей 1, а отрицательно заряженная частица 3 столкнется с положительно заряженной частицей 2. В результате видна комбинация частиц 2 и 3, если смотреть слева, и частица 4 - если смотреть справа.
Как было указано выше, в предпочтительном варианте частица 1 окрашена в белый цвет, частица 2 - в голубой цвет, частица 3 - в желтый цвет, а частица 4 - в пурпурный цвет.
Основной пигмент, используемый в белой частице, обычно представляет собой оксид металла с высоким коэффициентом преломления, хорошо известный в сфере электрофоретических дисплеев. Примеры белых пигментов описаны в примерах осуществления настоящего изобретения, представленных ниже.
Основные пигменты, используемые для создания частиц типов 2-4, описанных выше, обеспечивают три субтрактивных основных цвета: голубой, пурпурный и желтый.
Устройство отображения может быть выполнено с использованием электрофоретического флюида согласно настоящему изобретению несколькими способами, известными на предшествующем уровне развития техники. Электрофоретический флюид может быть заключен в микрокапсулы или интегрирован в микроячеистые структуры, которые затем герметизируются полимерным слоем. Слои микрокапсул или микроячеек могут быть снабжены покрытием или выдавлены на пластмассовой подложке или пленке, несущей прозрачное покрытие, выполненное из токопроводящего материала. Эта сборка может быть приклеена к задней панели, ненесущей пиксельные электроды, с использованием токопроводящего клея.
Первый вариант осуществления колебательных сигналов, используемых для получения каждой из схем расположения частиц, представленных на фиг. 1, будет описан ниже в привязке к фиг. 5-7. Далее по тексту этот способ возбуждения будет называться «первой схемой возбуждения» согласно настоящему изобретению. В представленном описании предполагается, что первые частицы являются белыми и отрицательно заряженными; вторые частицы - голубыми и положительно заряженными; третьи частицы - желтыми и отрицательно заряженными; а четвертые частицы - пурпурными и положительно заряженными. Специалистам в данной области техники понятно, как могут измениться цветовые переходы, если изменить указанные назначения цветов частицам, при условии, что белый цвет присвоен или первым частицам, или вторым частицам. Подобным же образом может быть изменена полярность зарядов на всех частицах, а электрофоретическая среда может по-прежнему функционировать аналогичным образом при условии, что так же изменена полярность колебательных сигналов (см. следующий параграф), используемых для возбуждения среды.
В последующем описании представлен вычерченный колебательный сигнал (кривая зависимости напряжения от времени), поданный на пиксельный электрод на задней панели дисплея согласно настоящему изобретению; при этом фронтальный электрод считается заземленным (т.е. имеющим нулевой потенциал). Сила электрического поля, воздействующего на электрофоретическую среду, конечно же, определяется разницей потенциалов между задней панелью и фронтальным электродом, а также расстоянием между ними. Дисплей обычно рассматривается через его фронтальный электрод, и поэтому именно частицы, примыкающие к фронтальному электроду, управляют цветом, который отображается пикселем; а если иногда легче понять сопутствующие оптические переходы с учетом потенциала фронтального электрода относительно задней панели, то это может быть сделано просто путем инвертирования колебательных сигналов, что описано ниже.
high
low
low
high
high
high
high
high
Эти колебательные сигналы требуют, чтобы каждый пиксель дисплея мог возбуждаться при подаче трех разных адресных напряжений, которые обозначены как +V, +V, 0, -V и -V и отображены на фиг. 5-7 в виде напряжений 30V, 15V, 0, -15V и -30V. На практике предпочтительным может оказаться использование большего числа адресных напряжений. При наличии только трех напряжений (т.е. +V, 0 и -V) можно достигнуть такого же результата, что и при воздействии более низкого напряжения (скажем, V/n, где величина п обозначает положительное целое число > 1) путем подачи импульсов напряжения V, но с периодичностью 1/n.
Колебательные сигналы, используемые в настоящем изобретении, могут характеризоваться тремя фазами: фазой уравновешивания постоянных токов, в которой корректируется небаланс постоянных токов, обусловленный предшествующими колебательными сигналами, поданными на пиксель, или в которой корректируется небаланс постоянных токов, вносимый при последующем цветовом переходе (как это известно в данной области техники); фазой «сброса», в которой пиксель возвращается в исходную конфигурацию, которая, по меньшей мере, остается практический неизменной вне зависимости от предыдущего оптического состояния пикселя; и фазой «цветопередачи», которая будет описана ниже. Фазы выравнивания постоянных токов и сброса являются необязательными и могут быть опущены в зависимости от требований конкретной сферы применения. Фаза «сброса», если она применяется, может быть аналогичной колебательному сигналу передачи пурпурного цвета, описанному ниже; или может предусматривать последовательное возбуждение максимально возможных положительного и отрицательного напряжений; или может представлять собой какую-либо иную последовательность импульсов при условии, что она возвращает дисплей в состояние, из которого могут быть воспроизводимо получены последующие цвета.
low
low
На фиг. 5А и 5В в идеализированной форме показаны типичные фазы цветопередачи колебательных сигналов, используемых для отображения черного и белого состояний в дисплеях согласно настоящему изобретению. На графиках, представленных на фиг. 5А и 5В, отображено напряжение, подаваемое на электроды задней панели (пиксельные электроды) дисплея, причем прозрачный общий электрод на верхней панели заземлен. По оси X отложено время, измеренное в произвольных единицах, а по оси Y отложено напряжение в вольтах. Перевод привода в черное (фиг. 5А) или белое (фиг. 5В) состояние осуществляется за счет последовательности, соответственно, положительных или отрицательных импульсов, предпочтительно под напряжением V, поскольку, как было отмечено выше, при значениях силы электрического поля (при тока), соответствующих величине V, происходит агрегирование пурпурного и желтого пигментов. Таким образом, белый и голубой пигменты смещаются, тогда как пурпурный и желтый пигменты остаются неподвижными (или перемещаются с намного меньшей скоростью), и происходит переключение дисплея между белым состоянием и состоянием, соответствующим поглощению голубым, пурпурным и желтым пигментами (часто именуемым в данной области техники «составным черным цветом»). Длительность импульсов для перехода в черное или белое состояние может варьироваться в диапазоне около 10-1000 миллисекунд, а сами импульсы могут быть отделены друг от друга паузами (при нулевом подаваемом напряжении) длительностью также 10-1000 миллисекунд. И хотя на фиг. 5 показаны импульсы положительного и отрицательного напряжений для получения, соответственно, черного и белого цветов, разделенные «паузами», в которых подаваемое напряжение равно нулю, иногда предпочтительно, чтобы периоды «покоя» содержали импульсы, которые характеризовались бы полярностью, противоположной полярности возбуждающих импульсов, но были бы более слабыми (т.е. характеризовались бы меньшей длительностью или более низким подаваемым напряжением в сравнении с основными возбуждающими импульсами, или и тем и другим).
p
p
p
n
На фиг. 6A-6D показаны типичные фазы цветопередачи колебательных сигналов, используемых для получения пурпурного и синего цветов (фиг. 6А и 6В), а также желтого и зеленого цветов (фиг. 6С и 6D). На фиг. 6А можно видеть колебание сигнала между положительным и отрицательным импульсами; при этом длительность положительного импульса (t) меньше длительности отрицательного импульса (t), тогда как напряжение, подаваемое с положительным импульсом (V), превышает напряжение отрицательного импульса (V). Когда
p
p
n
n
Vt=Vt
, колебательный сигнал в целом будет «сбалансирован по постоянному току». Период повторения положительных и отрицательных импульсов может составлять около 30-1000 миллисекунд.
ptp
n
n
p
n
p
n
p
n
В конце положительного импульса дисплей характеризуется синим состоянием, а в конце отрицательного импульса дисплей характеризуется пурпурным состоянием. Это согласуется с изменением оптической плотности, соответствующей движению голубого пигмента, которое превышает изменение, соответствующее движению пурпурного или желтого пигмента (относительно белого пигмента). Согласно гипотезе, представленной выше, предполагается, что взаимодействие между пурпурным пигментом и белым пигментом будет сильнее, чем взаимодействие между голубым пигментом и белым пигментом. Относительная подвижность желтого и белого пигментов (оба которых заряжены отрицательно) намного ниже относительной подвижности голубого и белого пигментов (противоположно заряженных). Таким образом, в одном из предпочтительных колебательных сигналов для получения пурпурного или синего цвета предпочтительна последовательность импульсов, включающая в себя, по меньшей мере, один период V повторения импульсов, за которым следует Vt, где V>V, a t<t. Если требуется получить синий цвет, последовательность заканчивается на V, а если требуется получить пурпурный цвет, последовательность заканчивается на V.
p
p
n
n
p
n
high
n
p
p
n
На фиг. 6В показан альтернативный колебательный сигнал, потребный для получения пурпурного и синего цветов с использованием только трех уровней напряжения. В этом альтернативном колебательном сигнале предпочтителен, по меньшей мере, один период Vt повторения импульсов, за которым следует Vt, где V=V=V, a t<t. Эта последовательность не может быть сбалансирована по постоянному току. Когда требуется получить синий цвет, последовательность заканчивается на V, а если требуется получить пурпурный цвет, последовательность заканчивается на V.
p
p
n
n
p
n
p
n
p
n
Колебательные сигналы, показанные на фиг. 6С и 6D, представляют собой перевернутые изображения сигналов, показанных, соответственно на фиг. 6А и 6В; и они предназначены для получения соответствующих дополнительных желтого и зеленого цветов. В одном из предпочтительных колебательных сигналов для получения желтого или зеленого цвета, который проиллюстрирован на фиг. 6С, используется последовательность импульсов, включающая в себя, по меньшей мере, один период Vt повторения импульсов, за которым следует Vt, где V<V, a t>t. Если требуется получить зеленый цвет, последовательность заканчивается на V, а если требуется получить желтый цвет, последовательность заканчивается на V.
p
p
n
n
p
D
high
n
p
p
n
Еще один предпочтительный колебательный сигнал для получения желтого или зеленого цвета с использованием только трех уровней напряжения показан на фиг. 6D. В этом случае используется, по меньшей мере, один период Vt повторения импульсов, за которым следует Vt, где V=V=V, a t>t. Эта последовательность не может быть сбалансирована по постоянному току. Когда требуется получить зеленый цвет, последовательность заканчивается на V, а если требуется получить желтый цвет, последовательность заканчивается на V.
low
low
low
low
На фиг. 7А и 7В показаны фазы цветопередачи колебательных сигналов, используемых для отображения черного и белого цветов на дисплее согласно настоящему изобретению. В данном случае также можно наблюдать колебание этих сигналов между положительным и отрицательным импульсами; но эти сигналы отличаются от колебательных сигналов, показанных на фиг. 6A-6D, более длительным периодом одного цикла повторения положительного и отрицательного импульсов, а также тем, что могут быть использованы (но не обязательно) более низкие адресные напряжения. Колебательный сигнал для получения красного цвета, показанный на фиг. 7А, состоит из импульса (+V), который дает черный цвет (аналогично колебательному сигналу, показанному на фиг. 5А), за которым следует более короткий импульс (-V) противоположной полярности, который удаляет голубые частицы и меняет черный цвет на красный, т.е. на дополнительный цвет голубого. Колебательный сигнал для получения голубого цвета представляет собой перевернутое изображение сигнала для получения красного цвета, один участок которого дает белый цвет (-V), за которым следует более короткий импульс (V), который перемещает голубые частицы, примыкающие к рабочей поверхности. Точно так же, как и в случае использования колебательных сигналов, показанных на фиг. 6A-6D, голубые пигменты смещаются быстрее относительно белых, чем пурпурный или желтый пигменты. Однако в отличие от колебательных сигналов, показанных на фиг. 6, желтый пигмент при использовании колебательных сигналов, показанных на фиг. 7, остается на той же стороне белых частиц, что и пурпурные частицы.
В колебательных сигналах, описанных выше в привязке к фиг. 5-7, используется пятиуровневая схема возбуждения, т.е. схема возбуждения, в которой в любой данный момент времени пиксельный электрод может находиться под любым из двух разных отрицательных напряжений, двух разных положительных напряжений или нулевым напряжением относительно общего фронтального электрода. В конкретных колебательных сигналах, показанных на фиг. 5-7, предусмотрены следующие пять уровней: 0, ±15V и ±30V. Однако, по меньшей мере, в некоторых случаях, было признанно более эффективным использовать семиуровневую схему возбуждения, в которой используются семь разных напряжений: три положительных, три отрицательных и одно нулевое напряжение. Эта семиуровневая схема возбуждения может называться в настоящем документе «второй схемой возбуждения» согласно заявленному изобретению. При выборе количества напряжений, подаваемых на дисплей, необходимо учитывать ограничения электроники, используемой для возбуждения дисплея. В общем, большее число возбуждающих напряжений обеспечивает большую гибкость для получения разных цветов, но усложняет схемные решения, необходимые для подачи такого увеличенного количества возбуждающих напряжений на драйверы стандартных устройств отображения. Авторы настоящего изобретения установили, что использование семи разных напряжений обеспечивает разумный компромисс между сложностью архитектуры дисплея и гаммой цветов.
Ниже раскрыты общие принципы, используемые для получения восьми основных цветов (белого, черного, голубого, пурпурного, желтого, красного, зеленого и синего) с помощью этой второй схемы возбуждения дисплея согласно настоящему изобретению (такой, как показана на фиг. 1). Как и на фиг. 5-7, предполагается, что первым пигментом является белый, вторым пигментом - голубой, третьим пигментом - желтый, а четвертым пигментом - пурпурный. Специалисту в данной области техники очевидно, что цвета, отображаемые дисплеем, могут измениться, если поменять закрепленные за пигментами цвета.
Максимально возможные положительное и отрицательное напряжения (обозначенные как ± Vmax на фиг. 8), подаваемые на пиксельные электроды, создают, соответственно, цвет, который образуется смесью вторых и четвертых частиц (голубых и пурпурных для получения синего цвета - ср. фиг. 1Е и фиг. 4В, если смотреть справа); или только третьими частицами (желтыми - ср. фиг. 1В и фиг. 4В, если смотреть слева; белый пигмент рассеивает свет и лежит между цветными пигментами). Эти синий и желтый цвета не обязательно представляют собой наилучшие синий и желтый цвета, которых можно добиться на дисплее. Положительное и отрицательное напряжения среднего уровня (обозначенные как ±Vmid на фиг. 8), подаваемые на пиксельные электроды, создают, соответственно, черный и белый цвета (хотя эти цвета не обязательно представляют собой наилучшие черный и белый цвета, которых можно добиться на дисплее - ср. фиг. 4А).
Из этих синего, желтого, черного или белого оптических состояний могут быть получены остальные четыре основных цвета путем перемещения только вторых частиц (в качестве которых в этом случае выступают голубые частицы) относительно первых частиц (в качестве которых в этом случае выступают белые частицы), что достигается за счет подачи минимальных напряжений (обозначенные как ±Vmin на фиг.8). Таким образом, отведение голубых частиц от синих (путем подачи напряжения -Vmin на пиксельные электроды) дает пурпурный цвет (ср. фиг. 1Е и 1D для синего и пурпурного, соответственно); подведение голубых частиц к желтыми (путем подачи напряжения +Vmin на пиксельные электроды) дает зеленый цвет (ср. фиг. 1В и 1G для желтого и зеленого, соответственно); отведение голубых частиц от черных (путем подачи напряжения -Vmin на пиксельные электроды) дает красный цвет (ср. фиг. 1Н и 1С для черного и красного, соответственно); а подведение голубых частиц к белым (путем подачи напряжения +Vmin на пиксельные электроды) дает голубой цвет (ср. фиг. 1А и 1F для белого и голубого, соответственно).
И хотя эти общие принципы полезны при построении формы колебаний для получения конкретных цветов в дисплеях согласно настоящему изобретению, на практике идеальное поведение, описанное выше, может не наблюдаться, и требуется внесение определенных модификаций в базовую схему.
Характерный колебательный сигнал, в котором реализованы модификации базовых принципов, описанных выше, проиллюстрирован на фиг. 8, где по абсциссе отложено время (в произвольных единицах), а по ординате - разность напряжений между пиксельным электродом и общим фронтальным электродом. Величины трех положительных напряжений, используемых в схеме возбуждения, проиллюстрированной на фиг. 8, могут лежать в диапазоне около +3V и +30V, а трех отрицательных напряжений - в диапазоне около -3V и -30V. В одном эмпирически предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения максимальное положительное напряжение +Vmax составляет +24V, среднее положительное напряжение +Vmid составляет 12V, а минимальное положительное напряжение +Vmin составляет 5V. Аналогичным образом в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения отрицательные напряжения -Vmax, -Vmid и -Vmin составляют -24V, -12V и -9V. Величины напряжений |+V| не обязательно должны быть равны величинам напряжений |-V| для какого-либо из трех уровней напряжения, хотя в некоторых случаях может оказаться предпочтительным, чтобы это было так.
1
3
2
4
Характерный колебательный сигнал, проиллюстрированный на фиг. 8, имеет четыре четко выраженные фазы. В первой фазе («А» на фиг. 8) происходит подача импульсов (причем под «импульсом» понимается однополярная прямоугольная волна, т.е. приложение постоянного напряжения в течение заданного времени) под напряжением +Vmax и -Vmax, причем эти импульсы служат для стирания предыдущего изображения, воспроизведенного на дисплее (т.е. для «сброса» дисплея). Длительность этих импульсов (t и t) и пауз (т.е. периодов с нулевым напряжением между ними (t and t)) может быть выбрана таким образом, чтобы колебательный сигнал в целом (т.е. интеграл напряжения по времени по всему колебательному сигналу, показанному на фиг. 8) был сбалансирован по постоянному току (т.е. чтобы интеграл был по существу равен нулю). Баланс по постоянному току может быть достигнут путем корректировки длительности импульсов и пауз в фазе А таким образом, чтобы полный импульс, подаваемый в этой фазе, был равным по величине и противоположным по знаку полному импульсу, подаваемому в комбинации фаз В и С, в течение которых дисплей, как это будет описано ниже, переключается на конкретный желаемый цвет.
Колебательный сигнал, показанный на фиг. 8, представлен исключительно для иллюстрации структуры характерного колебательного сигнала; при этом предполагается, что он никоим образом не ограничивает объем настоящего изобретения. Таким образом, на фиг. 8 показан отрицательный импульс, предшествующий положительному импульсу в фазе А, но это не является обязательным условием согласно заявленному изобретению. Также не является обязательным условием, чтобы в фазе А был представлен только один отрицательный и только один положительный импульс.
Как было описано выше, характерный колебательный сигнал по существу сбалансирован по постоянному току, и в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения это может быть предпочтительным признаком. В альтернативном варианте импульсы в фазе А могут обеспечивать баланс по постоянному току для ряда цветовых переходов, а не для единичного перехода, аналогично тому, как это происходит в некоторых черно-белых дисплеях предшествующего уровня техники; см., например, патент США №7,453,445 и более ранние заявки, перечисленные в разделе 1 этого патента.
Во второй фазе колебательного сигнала (фазе В на фиг. 8) происходит подача импульсов с использованием максимальной и средней амплитуд напряжения. В этой фазе белый, черный, пурпурный, красный и желтый цвета предпочтительно передаются способом, описанным в привязке к фиг. 5-7. Если брать шире, то в этой фазе колебательного сигнала формируются цвета, соответствующие частицам типа 1 (при условии, что белые частицы заряжены отрицательно), комбинации частиц типов 2, 3 и 4 (черный цвет), частицам типа 4 (пурпурный цвет), комбинации частиц типов 3 и 4 (красный цвет) и частицам типа 3 (желтый цвет).
1
2
2
1
5
6
Как было описано выше (см. фиг. 5В и соответствующее описание), белый цвет может быть передан импульсом или множеством импульсов под напряжением -Vmid. Однако в некоторых случаях белый цвет, полученный таким способом, может быть «загрязнен» желтым пигментом и проявляться в виде бледно-желтого цвета. Для устранения этого загрязнения может потребоваться подача нескольких импульсов положительной полярности. Таким образом, например, белый цвет может быть получен с помощью одной последовательности импульсов или повторения последовательности импульсов, содержащей импульс длительностью T и амплитудой напряжения +Vmax или +Vmid, за которым следует импульс длительностью Т и амплитудой напряжения -Vmid, где Т>T. Последний импульс должен быть отрицательным. На фиг.8 показаны четыре цикла последовательности импульсов с амплитудой напряжения +Vmax за время t с последующей амплитудой напряжения -Vmid за время t. Во время этой последовательности импульсов наблюдаются колебания изображения на дисплее между пурпурным цветом (хотя обычно это не идеально пурпурный цвет) и белым цветом (т.е. белому цвету будет предшествовать состояние с более низкой величиной L* и более высокой величиной а* в сравнении с конечным белым цветом), аналогично последовательности импульсов, показанной на фиг. 6А, где наблюдались колебания между пурпурным цветом и синим цветом. В данном случае отличие состоит в том, что полный импульс последовательности импульсов имеет большее отрицательное значение в сравнении с последовательностью импульсов, показанной на фиг. 6А, и поэтому колебание смещается в сторону отрицательно заряженного белого пигмента.
Как было описано выше (см. фиг. 5А и соответствующее описание), черный цвет может быть получен путем подачи одного импульса или множества импульсов (разделенных паузой с нулевым напряжением) под напряжением +Vmid.
3
4
4
3
Как было описано выше (см. фиг. 6А и 6В и соответствующее описание), пурпурный цвет может быть получен с помощью одной последовательности импульсов или повторения последовательности импульсов, содержащей импульс длительностью Т и амплитудой напряжения +Vmax или +Vmid, за которым следует импульс длительностью Т и амплитудой напряжения -Vmid, где Т>Т. Для получения пурпурного цвета полный импульс в этой фазе колебательного сигнала должен иметь большее положительное значение, чем полный импульс, используемый для получения белого цвета. Во время последовательности импульсов, используемой для получения пурпурного цвета, будут наблюдаться колебания состояний дисплея, соответствующих по существу синему и пурпурному цветам. Пурпурному цвету будет предшествовать состояние с большим отрицательным значением величины а* и более низкой величиной L* в сравнении с конечным пурпурным цветом.
5
6
Как было описано выше (см. фиг. 7А и соответствующее описание), красный цвет может быть получен с помощью одной последовательности импульсов или повторения последовательности импульсов, содержащей импульс длительностью Т и амплитудой напряжения +Vmax или +Vmid, за которым следует импульс длительностью Т и амплитудой напряжения -Vmax или -Vmid. Для получения красного цвета полный импульс должен иметь большее положительное значение, чем полный импульс, используемый для получения белого или желтого цвета. В предпочтительном варианте положительное и отрицательное напряжения, используемые для получения красного цвета, характеризуются по существу одинаковой величиной (оба характеризуются или одинаковой величиной Vmax, или одинаковой величиной Vmid), длительность положительного импульса превышает длительность отрицательного импульса, а последний импульс является отрицательным. Во время последовательности импульсов, используемой для получения красного цвета, будут наблюдаться колебания состояний дисплея, соответствующих по существу черному и красному цветам. Красному цвету будет предшествовать состояние с более низкой величиной L*, более низкой величиной а* и более низкой величиной b* в сравнении с конечным красным цветом.
7
8
Желтый цвет (см. фиг. 6С и 6D и соответствующее описание) может быть получен с помощью одной последовательности импульсов или повторения последовательности импульсов, содержащей импульс длительностью Т и амплитудой напряжения +Vmax или +Vmid, за которым следует импульс длительностью Т и амплитудой напряжения -Vmax. Последний импульс должен быть отрицательным. В альтернативном варианте, как было указано выше, желтый цвет может быть получен с помощью единичного импульса или множества импульсов под напряжением at -Vmax.
В третьей фазе колебательного сигнала (фаза С на фиг. 8) происходит подача импульсов с использованием средней или минимальной амплитуд напряжения. В этой фазе колебательного сигнала синий и голубой цвета воспроизводятся после возбуждения белого цвета во второй фазе колебательного сигнала, а зеленый цвет воспроизводится после возбуждения желтого цвета во второй фазе колебательного сигнала. Таким образом, когда на дисплее согласно настоящему изобретению наблюдаются переходные состояния колебательного сигнала, синему и голубому цветам будет предшествовать цвет, в котором величина b* характеризуется более высоким положительным значением в сравнении с величиной b* конечного голубого или синего цвета; а зеленому цвету будет предшествовать более желтый цвет, в котором величина L* выше, а величины а* и b* характеризуются более высокими положительными значениями в сравнении с величинами L*, а* и b* конечного зеленого цвета. В более широком смысле, когда дисплей согласно настоящему изобретению передает цвет, соответствующий одной из окрашенных первой и второй частиц, этому состоянию будет предшествовать по существу белое состояние (т.е. с величиной С* менее около 5). Когда дисплей согласно настоящему изобретению передает цвет, соответствующий комбинации одной из окрашенных первой и второй частиц и частицы из числа третьей и четвертой частиц с противоположным зарядом, дисплей сначала передаст по существу цвет частицы из числа третьей и четвертой частиц, заряд которой противоположен заряду одной из окрашенных первой и второй частиц.
Голубой и зеленый цвета обычно формируются за счет подачи последовательности импульсов, в которой должно быть использовано напряжение +Vmin. Это обусловлено тем, что только под этим минимальным положительным напряжением голубой пигмент может перемещаться относительно белого пигмента независимо от пурпурного и желтого пигментов. Такое движение голубого пигмента необходимо для передачи голубого цвета, начиная с получения белого или зеленого, начиная с желтого.
И, наконец, в четвертой фазе (фаза D на фиг. 8) происходит подача нулевого напряжения.
Хотя дисплей согласно настоящему изобретению описан как отображающий восемь основных цветов, на практике предпочтительно, чтобы на пиксельном уровне могло быть получено максимально возможное число цветов. Затем может быть передано полноцветное полутоновое изображение путем смешивания этих цветов с использованием технологий, хорошо известных специалистам в сфере построения изображений. Например, помимо восьми основных цветов, получаемых так, как это описано выше, дисплей может быть выполнен с возможностью передачи дополнительных восьми цветов. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения к этим восьми дополнительным цветам относятся: светло-красный, светло-зеленый, светло-синий, светло-голубой, темно-пурпурный, темно-желтый и два оттенка серого между черным и белым цветами. В контексте настоящего документа термины «светлый» и «темный»  используются для обозначения цветов, которые характеризуются по существу одинаковым углом цветового тона в цветовом пространстве, например, CIE L*a*b* в качестве эталонного цвета, но с более высоким или низким значением L*, соответственно.
В общем, светлые цвета могут быть получены таким же образом, что и темные цвета, но с использованием колебательных сигналов с немного отличающимся полным импульсом в фазах В и С. Таким образом, например, колебательный сигнал для получения светло-красного, светло-зеленого и светло-синего цветов характеризуется большим отрицательным значением полного импульса в фазах В и С в сравнении с соответствующими колебательными сигналами для получения красного, зеленого и синего цветов, тогда как колебательный сигнал для получения темно-голубого, темно-пурпурного и темно-желтого цветов характеризуется большим положительным значением полного импульса в фазах В и С в сравнении с соответствующими колебательными сигналами для получения голубого, пурпурного и желтого цветов. Изменение полного импульса может быть обеспечено за счет изменения длительности импульсов, числа импульсов или величины импульсов в фазах В и С.
Серые цвета обычно образуются за счет колебаний последовательности импульсов в диапазоне низких или средних напряжений.
Специалисту в данной области техники очевидно, что в дисплее согласно настоящему изобретению, который возбуждается с использованием матрицы тонкопленочных транзисторов (TFT), имеющиеся шаги приращения времени, отложенные по абсциссе на фиг. 8, обычно квантуются частотой смены кадров на дисплее. Также понятно, что дисплей возбуждается за счет изменения потенциала пиксельных электродов относительно фронтального электрода, и что это может быть осуществлено путем изменения потенциала или пиксельных электродов, или фронтального электрода, или и тех и другого. На современном уровне развития техники обычно матрица пиксельных электродов располагается на задней панели, тогда как фронтальный электрод является общим для всех пикселей. Следовательно, при изменении потенциала фронтального электрода происходит возбуждение всех пикселей. Базовая структура колебательного сигнала, описанного выше в привязке к фиг. 8, будет одинаковой вне зависимости от того, подаются ли на фронтальный электрод переменные напряжения или нет.
Характерный колебательный сигнал, проиллюстрированный на фиг. 8, требует от возбуждающей электроники подачи на строки ввода вплоть до семи разных напряжений во время обновления выборочных строк дисплея. Хотя доступны многоуровневые драйверы, выполненные с возможностью подачи семи разных напряжений, многие серийно выпускаемые драйверы для электрофоретических дисплеев обеспечивают подачу лишь трех разных напряжений в течение одного цикла (обычно положительного напряжения, нулевого напряжения и отрицательного напряжения). В настоящем документе термин «кадр» обозначает одинарное обновление всех строк на дисплее. При этом предусмотрена возможность модификации характерного колебательного сигнала, показанного на фиг. 8, под архитектуру трехуровневого драйвера при условии, что три напряжения, подаваемые на панель (обычно +V, 0 и -V), могли бы изменяться при смене одного кадра другим (т.е. таким образом, чтобы, например, в кадре n могли подаваться напряжения +Vmax, 0 и -Vmin, а в кадре n+1 могли подаваться напряжения +Vmid, 0 и -Vmax).
1
2
5
5
5
1
5
5
1
5
5
Поскольку изменения напряжений, подаваемых на драйверы, влияют на каждый пиксель, колебательный сигнал должен быть модифицирован соответствующим образом с тем, чтобы колебательный сигнал, используемый для получения каждого цвета, был обязательно согласован с подаваемыми напряжениями. На фиг. 9 показана соответствующая модификация характерного колебательного сигнала, который был проиллюстрирован на фиг. 8. В фазе А потребность в изменениях отсутствует, поскольку необходимы лишь три напряжения (+Vmax, 0 и -Vmax). Фаза В заменена субфазами В1 и В2 длительностью L и L, соответственно, во время каждой из которых используется определенный набор из трех напряжений. В фазе В1 на фиг. 9 доступны напряжения +Vmax, 0 и -Vmax, тогда как в фазе В2 доступны напряжения +Vmid, 0 и -Vmid. Как показано на фиг. 9, колебательный сигнал требует подачи импульса +Vmax в течение времени t в субфазе В1. Субфаза В1 характеризуется длительностью, превышающей время t (например, под колебательный сигнал для получения другого цвета, в котором может потребоваться импульс, длительность которого превышает t), и поэтому нулевое напряжение подается в течение времени L - t. При необходимости местоположение импульса длительностью t и нулевого импульса или импульсов длительностью L - t в пределах субфазы В1 может быть отрегулировано (т.е. субфаза В1 не обязательно начинается с импульса длительностью t, как это показано на фигуре). За счет разделения фаз В и С на субфазы, в которых может быть выбрано одно из трех положительных напряжений, одно из трех отрицательных напряжений и нулевое напряжение, можно получить такой же оптический результат, что и при использовании многоуровневого драйвера, хотя и ценой удлинения колебательного сигнала (чтобы можно было вместить необходимые нулевые импульсы).
Иногда для управления электрофоретическим дисплеем желательно использовать схему возбуждения с так называемым «переключением верхней панели». В схеме возбуждения с переключением верхней панели общий электрод, расположенный на верхней панели, может переключаться между напряжениями -V, 0 и +V; при этом напряжения, подаваемые на пиксельные электроды, также могут изменяться от -V и 0 до +V с обработкой переходов пикселей в одном направлении, когда общий электрод находится под нулевым напряжением, и с обработкой переходов в другом направлении, когда общий электрод находится под положительным напряжением.
При использовании варианта переключения верхней панели в сочетании с трехуровневым драйвером применяются те же общие принципы, что были описаны выше в привязке к фиг. 9. Вариант с переключением верхней панели может оказаться предпочтительным, если драйверы не в состоянии подавать такое же высокое напряжение, как предпочтительное напряжение Vmax. Способы возбуждения электрофоретических дисплеев с использованием переключения верхней панели хорошо известны в данной области техники.
Типичный колебательный сигнал в соответствии со второй схемой возбуждения согласно настоящему изобретению показан ниже в Таблице 1, где числа в круглых скобах соответствуют количеству кадров, возбуждаемых указанным напряжением задней панели (относительно верхней панели, которая, как предполагается, имеет нулевой потенциал).
х
х
x
В фазе сброса импульсы максимального отрицательного и максимального положительного напряжений используются для стирания предыдущего состояния дисплея. Количество кадров при каждом напряжении смещается на определенную величину (обозначенную как Δ для цвета х) с целью компенсации полного импульса в фазах высокого/среднего напряжения и низкого/среднего напряжения, в которых осуществляется передача цвета. Для обеспечения баланса по постоянному току величина Δ выбрана равной половине полного импульса. Нет необходимости в том, чтобы фаза сброса была реализована точно так же, как это показано в Таблице 1; например, при использовании варианта переключения верхней панели необходимо назначить определенное число кадров отрицательному и положительному напряжениям возбуждения. В таком случае предпочтительно обеспечить максимальное число импульсов высокого напряжения, согласующееся с обеспечением баланса по постоянному току (т.е. вычесть 2Δ из числа кадров отрицательного или положительного напряжения сообразно обстоятельствам).
В фазе высокого/среднего напряжения, описанной выше, обеспечивается N-oe количество повторов последовательности импульсов, соответствующей каждому цвету; при этом величина N может составлять 1-20. Как можно видеть, эта последовательность содержит 14 кадров, которые назначены положительному и отрицательному напряжениям величиной Vmax или Vmid или нулевому напряжению. Показанные последовательности импульсов согласуются с описанием, представленным выше. Как можно видеть, в этой фазе колебательного сигнала последовательности импульсов для передачи белого, синего и голубого цветов одинаковы (поскольку в этом случае синий и голубой цвета образуются из белого цвета, как это описано выше). В этой фазе также одинаковы последовательности импульсов для передачи желтого и зеленого цветов (поскольку в зеленый цвет образуется из желтого цвета, как это описано выше).
В фазе низкого/среднего напряжения синий и голубой цвета образуются из белого, а зеленый цвет - из желтого.
KB
KB
KB
KB
KB
KB
KB
KB
KB
В предшествующем описании колебательных сигналов, показанных на фиг. 5-9, в частности, в описании баланса по постоянному току проигнорирован вопрос с напряжением обратного выброса. На практике, как было указано выше, каждое напряжение задней панели смещается относительно напряжения, подаваемого источником питания, на величину, равную напряжению V обратного выброса. Таким образом, если используемый источник питания обеспечивает три напряжения +V, 0 и -V, то задняя панель фактически получает напряжения V+V, V и -V+V (следует отметить, что напряжение V в случае использования TFT из аморфного кремния обычно представляет собой отрицательное число). Однако этот же источник питания может подавать напряжения +V, 0 и -V на фронтальный электрод без какой-либо компенсации напряжения обратного выброса. Следовательно, например, при подаче на фронтальный электрод напряжения -V дисплей будет испытывать максимальное напряжение 2V+V и минимальное напряжение V. Вместо использования отдельного источника питания для подачи напряжения V на фронтальный электрод, что может быть дорого и неудобно, колебательный сигнал может быть разделен на участки, где на фронтальный электрод подается положительное напряжение, отрицательное напряжение и напряжение V.
Как было сказано выше, в некоторых колебательных сигналах, описанных в указанной заявке №14/849,658, на пиксельные электроды может подаваться семь разных напряжений: три положительных напряжения, три отрицательных напряжения и нулевое напряжение; как это описано выше в привязке к фиг. 8 и 9. В предпочтительном варианте максимальные напряжения, используемые в этих колебательных сигналах, превышают напряжения, которые могут обрабатываться тонкопленочными транзисторами из аморфного кремния на современном уровне развития техники. В таких случаях высокие напряжения могут быть получены за счет использования переключения верхней панели, а возбуждающие колебательные сигналы могут быть выполнены с возможностью компенсации напряжения обратного выброса и могут быть по существу сбалансированы по постоянному току способами согласно настоящему изобретению. На фиг. 11 схематически показан один такой колебательный сигнал, используемый для отображения одного цвета. Как показано на фиг. 11, колебательные сигналы для получения каждого цвета имеют одинаковую базовую форму; т.е. колебательный сигнал по существу сбалансирован по постоянному току и может содержать два участка или фазы: (1) предварительный ряд кадров, который используется для обеспечения «сброса» дисплея до состояния, из которого может быть воспроизводимо получен любой цвет, и во время которого обеспечивается небаланс постоянных токов, равный и противоположный небалансу постоянных токов остальной части колебательного сигнала; и (2) ряд кадров, соответствующий цвету, подлежащему передаче; ср. участки А и В колебательного сигнала, показанного на фиг. 8.
com
P
com
n
com
n
com
p
Во время первой фазы сброса дисплея в идеальном варианте стирается вся память о предыдущем состоянии, включая остаточные напряжения и конфигурации пигментов, характерные для ранее отображенных цветов. Такое стирание наиболее эффективно тогда, когда дисплей возбуждается максимально возможным напряжением в фазе «сброс/баланс по постоянному току». Кроме того, в этой фазе может быть назначено достаточное число кадров, обеспечивающее уравновешивание наиболее несбалансированных цветовых переходов. Поскольку некоторые цвета требуют положительного баланса по постоянному току на втором участке колебательного сигнала, а другие - отрицательного баланса, примерно в половине кадров фазы «сброс/баланс по постоянному току» напряжение V фронтального электрода установлено на величину VH (что обеспечивает максимально возможное отрицательное напряжение между задней панелью и фронтальным электродом), а в остальных кадрах напряжение V установлено на величину VH (что обеспечивает максимально возможное положительное напряжение между задней панелью и фронтальным электродом). Опытным путем было установлено, что в предпочтительном варианте кадрам V=VH должны предшествовать кадры V=VH.
com
P
n
P
n
KB
«Желательный» колебательный сигнал (т.е. кривая зависимости фактического напряжения от времени, которая должна быть применена к электрофоретической среде) проиллюстрирован в нижней части фиг. 11, а его реализация с переключением верхней панели показана в верхней части, где можно видеть потенциалы, приложенные к фронтальному электроду (V) и задней панели (BP). Предполагается, что используется пятиуровневый столбцовый драйвер, соединенный с источником питания, выполненный с возможностью подачи следующих напряжений: VH, VH (наибольшие положительное и отрицательное напряжения, обычно лежащие в диапазоне ± 10-15V), VL, VL (более низкие положительное и отрицательное напряжения, обычно лежащие в диапазоне ± 1-10V) и нулевое напряжение. Помимо этих напряжений дополнительным источником питания на фронтальный электрод может быть подано напряжение V обратного выброса (небольшая величина, характерная исключительно для конкретно используемой задней панели, измеренная, например, согласно описанию, представленному в патенте США №7,034,783).
KB
KB
Как показано на фиг. 11, каждое напряжение задней панели смещено на величину V (представленную в виде отрицательного числа) относительно напряжения, подаваемого источником питания, тогда как напряжения фронтального электрода так не смещены, за исключением случая, когда фронтальный электрод однозначно установлен на величину V, как это описано выше.
Баланс по постоянному току может быть обеспечен следующим образом:
Предположим, что цветовой переход колебательного сигнала (второй участок или сегмент или фаза согласно описанию, представленному выше, без участка или сегмента или фазы «сброс/баланс по постоянному току») характеризуется n-ым числом кадров. Пусть
u
будет полным импульсом цветового перехода с учетом напряжения обратного выброса, где величина  обозначает напряжение на задней панели, а величина  обозначает напряжение фронтального электрода при числе i кадров. Полный импульс фазы «сброс» должен быть равен -I для поддержания общего баланса по постоянному току для всего колебательного сигнала.
r
Теперь можно выбрать смещение σ импульса, которое будет отображать смещение баланса по постоянному току, и поэтому величина σ=0 точно соответствует балансу по постоянному току. Далее можно выбрать длительность сброса (полную длительность фазы сброса), обозначенную величиной d, и два напряжения сброса с противоположными знаками, которые описываются следующими уравнениями:
См. фиг. 12.
1
2
Затем могут быть определены длительности d и d, участки фазы сброса, показанные на фиг. 12, которые описываются следующими формулами:
2z
B
com
Затем можно рассчитать параметр d, который задает длительность, для которой V=V во время второй половины сброса, таким образом, что
2z
2
r
1
2
2z
2z
2z
2
2
Следует отметить необходимость выполнения следующего условия: 0 ≤ d ≤ d. Длительность d сброса и напряжения V и V сброса должны характеризоваться достаточно большими значениями, учитывающими полный импульс обновления. Если величина d выходит за пределы этого ограничения, то можно просто привязать ее к ближайшему граничному значению. Например, если d < 0, то следует установить ее на 0; а если d > d, то следует установить ее на значение величины d. В этом случае результирующий баланс/сброс по существу не обеспечит баланс обновления по постоянному току, но может максимально приблизиться к заданным напряжениям/длительности сброса.
2z
По окончании вычисления величины d можно завершить расчет остальных параметров уравновешивания следующим образом:
com
1
2
1p
1z
2p
2z
По окончании вычисления этих параметров формируется участок сброса/баланса обновления так, как это показано на фиг. 12. Напряжение V возбуждается при  в течение времени d, а затем - при  в течение времени d. Задняя панель возбуждается при  в течение времени d; затем при 0 в течение времени d; затем - при  в течение времени d; и, наконец, при 0 в течение времени d.
jz
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения «нулевые» напряжения V для фазы сброса (т.е. фактические напряжения в электрофоретическом слое, когда фронтальный и задние электроды номинально находятся под одинаковым напряжением) могут быть рассчитаны следующим образом:
, где величина  обозначает напряжение задней панели на «нулевых» участках фазы сброса и выбирается так, чтобы она минимизировала
1p
1z
2p
2z
Теперь могут быть также рассчитаны длительности (d, d) и (d, d) субфаз фазы сброса так, что каждый импульс делится между возбуждающей и нулевой субфазами, где
где
2p
2
Следует учесть, что если импульс обновления характеризуется длительностью, достаточной для того, чтобы величина d вышла за пределы диапазона [0, d], то переход не будет сбалансирован по постоянному току, но может максимально приблизиться к напряжениям/длительности первой фазы.
1p
1z
2p
2z
1
2
По окончании такого расчета величин d, d, d и d и, соответственно, величин d и d происходит возбуждение фронтального электрода (см. фиг. 12) при:
1
p
1.  в течение времени d, где =VH
2
n
2.  в течение времени d, где =VH
и задней панели при:
1p
n
1.  в течение времени d, где =VH
1z
p
2.  в течение времени d, где =VH
2p
p
3.  в течение времени d, где =VH
2z
n
4.  в течение времени d, где =VH
com
com
Как было описано выше, задняя панель возбуждается посредством сканирования строк в течение каждого кадра. Таким образом, каждая строка обновляется за немного разное время. Однако при использовании варианта с переключением верхней панели сброс напряжения V до иного напряжения происходит за одно конкретное время. В течение кадра, в котором происходит переключение напряжения V, все строки кроме одной подвергаются воздействию немного «неправильного» импульса, как это показано на фиг. 13.
com
com
Как было описано выше, задняя панель возбуждается посредством сканирования строк в течение каждого кадра. Таким образом, каждая строка обновляется за немного разное время. Однако при использовании варианта с переключением верхней панели сброс напряжения V до иного напряжения происходит за одно конкретное время. В течение кадра, в котором происходит переключение напряжения V, все строки кроме одной подвергаются воздействию немного «неправильного» импульса, как это показано на фиг. 13.
com
KB
KB
com
1
com
KB
KB
x
com
На фиг. 13 представлен случай, где напряжение V корректируется с напряжения V до отрицательного напряжения в течение трех кадров, а затем - до положительного напряжения в течение трех кадров, после чего возвращается к напряжению V. На протяжении всей этой серии переходов желательно поддерживать примерно нулевой потенциал. Предполагается, что переключение напряжения V происходит в начале кадра (т.е. в первой строке BP задней панели). В течение всего времени, когда напряжение V не равно V, как это описано выше, разница потенциалов в дисплее составляет V. Переключение верхней панели происходит немного ранее того момента, когда при указанном сканировании достигается строка BP. Таким образом, в течение периода времени, продолжительность которого может быть практически равна одному кадру, некоторые строки изображения могут получить импульс, смещенный относительно требуемого. Однако в последних кадрах наблюдаются компенсирующие смещения, поскольку уставка V опять скорректирована. Следовательно, сканирование задней панели не влияет на суммарный баланс постоянного тока, достигаемый согласно настоящему изобретению.
На первый взгляд может показаться, что последовательное сканирование различных строк дисплея с активной матрицей может расстроить указанные расчеты, призванные гарантировать точный баланс по постоянному току колебательных сигналов и схем возбуждения, поскольку при изменении напряжения фронтального электрода (обычно между следующими друг за другом сканированиями активной матрицы) на каждый пиксель дисплея будет воздействовать «неправильное» напряжение до тех пор, пока сканирование не дойдет до соответствующего пикселя и напряжение на его пиксельном электроде не будет скорректировано для компенсации изменения напряжении фронтального электрода, а период времени между изменением напряжения фронтального электрода и моментом времени, когда сканирование достигнет соответствующего пикселя, варьируется в зависимости от строки, в которой находится соответствующий пиксель. Однако дальнейшие исследования покажут, что фактическая «погрешность» импульса, подаваемого на пиксель, пропорциональна изменению напряжения фронтального электрода, помноженному на период между изменением напряжения фронтального электрода и временем, когда сканирование достигает соответствующего пикселя. Последний период является фиксированным при условии неизменности частоты сканирования, вследствие чего для любой серии изменений напряжения фронтального электрода, которое оставляет конечное напряжение передней панели равным первоначальному, полная сумма «погрешностей» импульса будет равна нулю и не повлияет на общий баланс схемы возбуждения по постоянному току.