CN101324732B - 电子纸显示器件及其驱动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电子纸显示器件。该电子纸显示器件包括多个像素，其中：每个像素包括至少两个子像素，每个子像素的像素电极分别与信号总线和栅总线电连接，各子像素的像素电极面积递增。本发明提高了电子纸显示器件的灰度显示能力，且使灰度显示效果更为稳定、精确。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子纸显示器件，尤其涉及一种采用有源矩阵电泳显示技术的电子纸显示器件。
背景技术
电子纸显示器件，一般简称为电子纸，也叫作数字纸，是普通纸张显示信息的特点与计算机显示屏的特点相结合的产物。现有的印刷制品主要采用纸张实现，随着纸张消费量的迅速增加，对环境造成了很大的破坏。在这种情况下，电子纸显示器件应运而生，电子纸显示器件的厚度可以与普通纸张相当，能够复制纸张的显示特点且能够重复利用，而且电子纸显示器件能够显示动态画面，因而电子纸显示器件被认为有望在不久的将来取代现有的纸质文件显示手段。
目前研究较多的是基于电泳技术的电子纸显示器件。电泳是指带电粒子在施加的电场中运动。电泳显示属于一种双稳态显示，电泳液中的粒子都有两个稳定状态，如果没有外力作用，这种稳态是不会改变的，因而能够长久的保持显示图案，所以电泳显示具有极低的功耗水平。
电泳电子纸显示器件的研究虽然早在70年代就已经开始了，为解决其稳定性差、寿命短等问题，美国麻省理工学院(Massachusetts Institute ofTechnology，简称MIT)的研究者通过将电泳粒子进行微胶囊化处理，解决了粒子的自然凝聚问题，大大提高了电泳显示的稳定性。目前微胶囊电子墨水已经由“E-INK”公司成功实现了产业化。一些公司推出了基于微胶囊电子墨水技术的电子书产品。美国的“Sipix”公司则提出了另外一种提高电泳溶 液稳定性的手段，即微杯(micro-cup)技术。微杯技术通过首先在基板上制作出有隔离的格子，然后向格子中注入电泳液，通过格子之间的隔离壁阻隔电泳显示粒子的凝聚，因此提高了电泳显示的稳定性和寿命。
无论微胶囊技术还是微杯技术，要想实现文本信息的显示，都需要使用有源矩阵驱动技术。例如，薄膜晶体管(Thin Film Transistor，以下简称TFT)技术就是实现有源矩阵的一种。
电泳电子纸显示器件一般由上衬底和下衬底对盒而成，其间填充有电泳粒子，上衬底上设有公用电极，下衬底上设有像素电极，像素电极一般呈矩阵状布设，每个像素电极对应一个像素。以TFT有源矩阵为例，像素电极与TFT中的漏电极通过过孔相连，TFT中的源电极与信号总线相连，TFT中的栅电极连接在栅总线上。基于上述结构，以栅总线控制各像素的选通，在栅电极通入选通电压时，通过有源层将漏电极和源电极导通，则像素电极被信号总线施加以信号电压，配合公用电极上的公共电压在电泳粒子上形成电场，使电泳粒子能够在电场作用下形成所需的图案。
但是，采用有源矩阵驱动技术的电泳电子纸显示器件，由于电泳粒子的双稳态特性，导致多灰度显示的实现较为困难。为实现多灰度显示，传统的做法是提高驱动电压和作用时间的控制精度，不同的驱动电压累积对应不同的灰度级。但由于电泳粒子粒径和电荷量的差异，以及膜层厚度的均匀性，限制了可实现的有效灰度级数，一般可实现的灰度不超过八级。
发明内容
本发明的目的是提供一种电子纸显示器件，以有效实现电子纸显示器件的多灰度等级显示。
为实现上述目的，本发明提供了一种电子纸显示器件，包括多个像素，其中：每个像素包括N个子像素，每个所述子像素的像素电极分别与信号总线和栅总线电连接，各子像素的像素电极面积递增，其中，N为自然数，且N ≥2；每个像素的各子像素的像素电极与一条栅总线电连接，且与不同的信号总线电连接；N个所述子像素的像素电极面积比例大于20∶...2i∶...∶2N，且小于(20)2∶...(2i)2∶...∶(2N)2，其中，i为递增的自然数，且0＜i＜N。
为实现上述目的，本发明还提供了一种电子纸显示器件的驱动方法，包括：
获取像素的灰度等级，根据像素中所包含的、面积递增的子像素的个数N以及所述像素的灰度等级，确定各所述子像素的灰度等级作为组合灰度显示方案；
通过栅总线向所述像素的各子像素所对应的栅电极施加选通电压的同时，按照所述组合灰度显示方案通过N条信号总线向属于所述像素的N个子像素的像素电极施加信号电压，以分别驱动各子像素呈现其灰度等级，各子像素的灰度等级组合呈现所述像素的灰度等级，
其中，N为自然数，且N≥2。
由以上技术方案可知，本发明采用将像素划分为多个子像素，以子像素的亮、暗灰度等级组合获取该像素的灰度等级的技术手段，提高了电子纸显示器件的灰度显示能力，该灰度显示方法不会受到脉宽、时间等因素的影响，灰度显示效果稳定且更为精确。
下面通过具体实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明电子纸显示器件具体实施例的俯视结构示意图；
图2为本发明电子纸显示器件具体实施例的局部剖面结构示意图。
图中：
1-上衬底 2-公用电极 3-下衬底
4-微胶囊 5-电泳粒子 6-像素电极
7-栅总线 81、82、83-信号总线 9-栅电极
10-漏电极 11-源电极 12-欧姆接触层
13-过孔 14-有源层 15-TFT沟道保护层
16-栅绝缘层 61-第一子像素电极 62-第二子像素电极
63-第三子像素电极
具体实施方式
本发明的电子纸显示器件包括多个像素，每个像素又具体包括N个子像素，每个子像素对应的像素电极分别与信号总线和栅总线电连接，并且各子像素的像素电极面积递增，其中，N为自然数，且N≥2。本发明的电子纸显示器件具体是将现有电子纸显示器件的像素分割成为多个子像素来实现的。下面结合实施例分别介绍。
如图1所示为本发明电子纸显示器件具体实施例的俯视结构示意图，图2为该电子纸显示器件一子像素区域的局部剖面结构示意图。在本实施例中，如图1所示，电子纸显示器件中的像素被分割为三个子像素，分别为第一子像素、第二子像素和第三子像素，各子像素区域内的第一子像素电极61、第二子像素电极62和第三子像素电极63分别以独立的TFT与不同的信号总线81、82和83相连，且以独立的TFT共同连接在同一栅总线7上。如图2所示，该电子纸显示器件由透明的上衬底1和下衬底3基板对盒而成，上衬底1和下衬底3可以采用柔性透明基板，也可以采用玻璃等刚性透明材料；电泳粒子5设置在微胶囊4之内，填注在上衬底1和下衬底3之间；在上衬底1朝向电泳粒子5的内侧设置有公用电极2；在下衬底3朝向电泳粒子5的内侧设置有像素电极6、栅总线7、信号总线81、82、83和TFT。其中，像素电极6呈矩阵状排列，分别与各子像素对应；栅总线7和信号总线81、82、83一般为纵横交错的布设在下衬底3上，栅总线7中的选通电压起到控制TFT导通和关断的作用，进而控制像素信号数据的写入和刷新，而像素的显示内容则通过信号总线81、82和83输入的信号电压提供给像素电极6。TFT由漏电极10、源电极11和栅电极9等部件组成，具体地，TFT的结构可以采用现有液晶显示中使用的非晶硅(a-Si:H)TFT结构，为倒栅结构，TFT的具体连接关系是：漏电极10的一端通过过孔13与各子像素的像素电极6电连接； 各源电极11的一端分别与信号总线81、82或83电连接；漏电极10的另一端和源电极11的另一端相对设置，且覆盖在栅电极9的一端之上；在漏电极10和源电极11与栅电极9之间还设置有有源层14，有源层14的材质可以有多种，例如非晶硅(a-Si:H)、低温多晶硅、氧化锌或有机半导体等，在有源层14与漏电极10和源电极11之间还可以设置欧姆接触层12，欧姆接触层12的材质与有源层14材质相适应，例如，当采用非晶硅(a-Si:H)制备有源层14时，则可以采用N+非晶硅(a-Si:H)材质制备欧姆接触层12；在像素电极6和下衬底3之间还设置有TFT沟道保护层15和栅绝缘层16等层结构；栅电极9的另一端与栅总线7电连接，较佳的是属于同一像素的各子像素连接在同一条栅总线7上可以一并控制其通断，且可以连接在不同的信号总线81、82和83上以分别控制子像素的灰度等级。其中，第一子像素、第二子像素和第三子像素所对应的像素电极面积比例为1∶2∶4，如图1所示。
本实施例电子纸显示器件的工作过程为：当栅电压为高电平时，栅总线为所连的栅电极通入高电平；栅电极通过有源层使对应的源电极和漏电极导通，从而使这些源电极所连接的信号总线中的信号电压被施加到各子像素的像素电极上，通过相应信号电压信息对三个子像素进行写入或者刷新操作，使各子像素区域内的电泳粒子能够在像素电极与公用电极所形成的电场下显示图像。由于本实施例中的每个像素都被分割为三个子像素，且每个子像素能够得到信号总线的独立控制，按照每个子像素能呈现亮、暗两种灰度来计算，则每个像素由三个子像素的不同显示状态组合可呈现出八个灰度等级，如表1所示，像素灰度级数值越大则像素越明亮：
表1
| 第一子像素 | 第二子像素 | 第三子像素 | 像素灰度级 |
| 亮 | 亮 | 亮 | 7 |
| 暗 | 亮 | 亮 | 6 |
| 亮 | 暗 | 亮 | 5 |
| 暗 | 暗 | 亮 | 4 |
| 亮 | 亮 | 暗 | 3 |
| 暗 | 亮 | 暗 | 2 |
| 亮 | 暗 | 暗 | 1 |
| 暗 | 暗 | 暗 | 0 |
本实施例的技术方案是一种新型的像素结构设计方案，将现有实现灰度显示的单一像素按一定的面积比例分割为多个子像素，每个子像素所对应的像素电极都通过TFT开关元件与信号总线和栅总线相连，能够分别对其亮度进行控制，从而实现了像素的多灰度表现能力。本实施例中的TFT为液晶显示装置(Liquid Crystal Display，简称LCD)中常用的标准底栅非晶硅(a-Si:H)结构，在具体应用中，本实施例分割像素的技术也可以适用于采用顶栅型非晶硅(a-Si:H)TFT、微晶硅TFT或低温多晶硅TFT等结构，且能够以氧化锌(ZnO)或有机半导体作为有源层。
在具体应用中，每个像素所分割得到的子像素个数并不限于三个，两个或两个以上均可以，即可以为N个，N为自然数，且N≥2，这是由所要达到的灰度等级数量来决定的。而且电子纸显示器件中各个像素所分割的子像素个数也可以不等，例如，在边缘处或灰度等级不敏感的地方可以减少子像素的个数。同时，各子像素也不限于按照面积递增的顺序排列，可以根据像素矩阵的分布需要来设计。
各子像素的面积比例关系可以遵循两个基本原则进行分配。一是线性关系原则，即灰度级与亮度成线性关系，因此子像素的像素电极面积比例可以为20∶...2i∶...∶2N，其中，i为递增的自然数，且0＜i＜N，例如当分割为三个子像素时，像素电极面积比例就为1∶2∶4。另一原则是基于视觉效果的，亮度与归一化的灰度级平方近似成正比，这要求子像素的像素电极面积比接近(20)2∶...(2i)2∶...∶(2N)2，例如当分割为三个子像素时，像素电极面积比例应接近1∶4∶16。因后者造成部分子像素的像素电极面积过小，设计和制造都很困难，所以实际上的子像素的像素电极面积比例应介于二者之间，即较佳的是像素电极面积接近的两个子像素，其像素电极面积比例应控制在1∶2～1∶4之间，那么N个子像素的像素电极面积比例可以是大于20∶...2i∶...∶2N，且小于(20)2∶...(2i)2∶...∶(2N)2。在每个子像素只有亮、暗两种状态的情况下，该像素可实现的灰度级数为2N个，此时无须在驱动电路中增加驱动信号波形和施加时间控制的电路，能够简化现有的驱动装置电路设 计。
在本实施例中，因电泳粒子只有在电场作用下才会发生泳动，去除外加电场后，粒子会保持位置不变，理论上可以通过对驱动电压幅度和施加电压时间进行控制，增加每个子像素的灰度等级数，从而将上表中的灰度级进一步细分，增加总体灰度表现能力。在本实施例中，还可以包括一驱动装置，与各信号总线和栅总线相连，用于对应像素中各子像素产生具有设定幅度和脉宽的驱动信号，以该驱动信号驱动各子像素。当每个子像素可实现的灰度等级为M个时，则整个像素可实现的灰度级数为(M-1)*2N，能够进一步增加可实现的灰度等级数量，其中M为自然数，是驱动信号控制下可实现的每个子像素的灰度等级个数。
本发明的技术方案，以子像素灰度等级组合的形式实现了像素的多灰度等级显示能力，灰度等级数量更多。并且，该显示方式不会受到脉冲幅度和宽度等不稳定因素的影响，也不会由于粒子粒径、带电量以及微胶囊尺度的不一致性而影响灰度显示，所以灰度等级的显示更加稳定、精确。
本发明电子纸显示器件的电泳粒子既可以设置在微胶囊中，也可以设置在微杯中，即现有的微胶囊技术电子纸显示器件和微杯技术电子纸显示器件均可以采用本发明的像素分割技术。
电子纸显示器件的驱动方法实施例
本发明电子纸显示器件的驱动方法的具体实施例可以用于驱动本发明的电子纸显示器件，例如驱动上述实施例的电子纸显示器件，该驱动方法包括如下步骤：
驱动装置根据输入的视频数据信号，获取电子纸显示器件中各像素的灰度等级，根据某一像素中所包含的像素电极面积递增的子像素的个数N，以及该像素的灰度等级，确定该像素中各子像素的灰度等级作为组合灰度显示方案，具体可以仅确定子像素的亮、暗状态；
驱动装置通过栅总线向该像素的各子像素所对应的栅电极施加选通电压，以便选通对应的像素电极，与此同时，驱动装置按照组合灰度显示方案 通过N条信号总线向属于该像素的N个子像素的像素电极施加信号电压，以分别驱动各子像素呈现其灰度等级，例如变亮或变暗，以使各子像素的灰度等级组合在一起呈现该像素的灰度。其中，N为自然数，且N≥2。
以上述电子纸显示器件实施例一为例，每个像素有三个子像素时，驱动各子像素变亮或变暗，可以得到八种组合，则该像素可以对应呈现八个灰度等级。
进一步地，驱动装置可以按照组合灰度显示方案通过N条信号总线向N个子像素的像素电极施加信号电压，并且还以设定幅度和/或设定时间的信号电压分别驱动各子像素呈现设定的灰度等级，则各子像素不仅能够呈现亮、暗两种状态，还可以进一步细分为多个灰度等级，则多个子像素能够得到更多的灰度组合，以呈现该像素的灰度等级。
本发明的电子纸显示器件的驱动方法可以用于驱动本发明的电子纸显示器件，以将像素划分为多个子像素，从而以组合方式得到多个灰度等级的技术手段，提高了电子纸显示器件的灰度显示能力，且灰度显示稳定、精确，不受粒子粒径、带电量以及微胶囊尺度等因素的限制。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种电子纸显示器件，包括多个像素，其特征在于：每个像素包括N个子像素，每个所述子像素的像素电极分别与信号总线和栅总线电连接，各子像素的像素电极面积递增，其中，N为自然数，且N≥2；
每个像素的各子像素的像素电极与一条栅总线电连接，且与不同的信号总线电连接；
N个所述子像素的像素电极面积比例大于20∶...2i∶...∶2N，且小于(20)2∶...(2i)2∶...∶(2N)2，其中，i为递增的自然数，且0＜i＜N。
2.根据权利要求1所述的电子纸显示器件，其特征在于：所述电子纸显示器件中的电泳粒子设置在微胶囊中或设置在微杯中。
3.根据权利要求1或2所述的电子纸显示器件，其特征在于：所述电子纸显示器件由上衬底和下衬底对盒而成，所述上衬底的内侧设置有公用电极，所述下衬底的内侧设置有各所述像素电极、多条栅总线、多条信号总线和多个薄膜晶体管，所述像素电极与薄膜晶体管呈矩阵状排列，分别与各子像素对应设置，各所述薄膜晶体管中的漏电极分别与各子像素的像素电极电连接，各所述薄膜晶体管中的源电极分别与各所述信号总线电连接，各所述薄膜晶体管中的栅电极分别与所述栅总线电连接，所述漏电极与所述源电极相对设置且叠设在有源层和所述栅电极之上。
4.根据权利要求3所述的电子纸显示器件，其特征在于：所述有源层的材质为a-Si:H、低温多晶硅、氧化锌或有机半导体。
5.根据权利要求3所述的电子纸显示器件，其特征在于，还包括：驱动装置，与各信号总线和栅总线相连接，用于分别对应所述像素中各子像素产生具有设定幅度和脉宽的驱动信号，以各所述驱动信号分别驱动各子像素。
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