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CN107077041B - 用于反射型彩色显示器中的低分辨率抖动的颜色集 - Google Patents

用于反射型彩色显示器中的低分辨率抖动的颜色集 Download PDF

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CN107077041B CN201580063225.4A CN201580063225A CN107077041B CN 107077041 B CN107077041 B CN 107077041B CN 201580063225 A CN201580063225 A CN 201580063225A CN 107077041 B CN107077041 B CN 107077041B
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Abstract

本发明提供了一种在反射型显示器上呈现图像的方法，其中，每个像素能够呈现有限数量的颜色，每种颜色被存储在波形查找表中的预定组的波形来呈现。此外，本发明提供了使用被选择用于最优颜色呈现的颜色来呈现图像的方法。本发明还提供用于呈现由反射型显示器上的多个像素形成的彩色图像，其中，每个像素具有选自如下组成的组的颜色：红色、绿色、蓝色、青色、品红色、黄色、黑色和白色。

Description

用于反射型彩色显示器中的低分辨率抖动的颜色集
相关申请
本申请要求在2014年9月26日提交的共同在审的美国申请No.62/056,302的权益。
本申请与2015年9月10日提交的共同在审的美国申请No.14/849,658有关。
技术领域
本发明提供了一种用于在反射型显示器上呈现彩色图像的方法，其中在每个像素位置处可以呈现预定调色板的颜色中之一。
背景技术
本文使用的术语颜色包括黑色和白色。白色粒子通常属于光散射类型。
术语灰色状态在本文使用的是其在成像技术领域中的常规含义，指的是介于像素的两个极端光学状态之间的一种状态，但并不一定意味着处于这两个极端状态之间的黑白过渡。例如，下文中所参考的伊英克公司的几个专利和公开申请描述了这样的电泳显示器，其中，极端状态为白色和深蓝色，使得中间的灰色状态实际上为淡蓝色。实际上，如已经提到的，光学状态的改变可以根本不是颜色改变。下文使用的术语黑色和白色是指显示器的两个极端光学状态，并且应当被理解为通常包括并不仅限于黑色和白色的极端光学状态，例如上面提到的白色和深蓝色状态。
已知几种类型的电光显示器。一种类型的电光显示器是旋转双色元件型，例如在美国专利Nos.5,808,783、5,777,782、5,760,761、6,054,071、6,055,091、6,097,531、6,128,124、6,137,467以及6,147,791中所描述的(虽然该类型的显示器通常被称为“旋转双色球”显示器，但是术语“旋转双色元件”是更精确的，因为在上述一些专利中，旋转元件不是球形的)。这种显示器使用大量的小主体(通常为球形或圆柱形)，小主体具有光学性质不同的两个或更多个部分和内部偶极子。这些主体悬浮在基体中的液体填充的液泡内，液泡填充有液体以使得主体自由旋转。通过给显示器施加电场使得主体旋转至不同的位置并且改变通过观察表面看到的主体的部分，显示器的外观发生变化。这种类型的电光介质通常是双稳的。
另一种类型的电光显示器使用电致色变介质，例如以纳米色变膜形式的电致色变介质，其包括至少部分地由半导体金属氧化物形成的电极和附着至电极的能够可逆色变的多个染料颗粒；参见，例如O'Regan,B.等人的Nature 1991,353,737和Wood,D.的Information Display,18(3),24(2002年3月)。再参见Bach,U.等人的Adv.Mater.,2002,14(11),845。这种类型的纳米色变膜例如在美国专利Nos.6,301,038、6,870,657和6,950,220中也进行了描述。这种类型的介质通常也是双稳的。
又一类型的电光显示器是由Philips开发并且由Hayes，R.A.等人在Nature，425，383-385(2003)中发表的“基于电润湿性的视频高速电子纸”(“Video-Speed ElectronicPaper Based on Electrowetting”)中描述的电润湿显示器。美国专利No.7,420,549表明这种电润湿显示器可以是双稳的。
基于粒子的电泳显示器是多年的密集研究和开发的主题。在这种显示器中，多个带电粒子(有时也称为颜料粒子)在电场的影响下移动穿过流体。电泳显示器相比液晶显示器具有如下属性：良好的亮度和对比度、宽视角、状态双稳定性、和低功率损耗。然而，这些显示器的长期图像质量的问题阻碍了它们的广泛应用。例如，构成电泳显示器的粒子易于沉积，使得这些显示器的使用寿命不足。
如上所述，电泳介质需要流体的存在。在多数现有技术的电泳介质中，该流体是液体，但是电泳介质可以用气态流体制造；参见，例如Kitamura，T.等人的电子纸显示器的电子墨粉运动(Electrical toner movement for electronic paper-like display)，IDWJapan，2001，Paper HCSl-1和Yamaguchi，Y.等人的采用摩擦起电带电的绝缘粒子的色粉显示器(Toner display using insulative particles charged triboelectrically)，IDWJapan，2001，Paper AMD4-4。再参见美国专利Nos.7,321,459和7,236,291。当这种基于气体的电泳介质在允许沉积的方向上使用(例如在介质在垂直平面内布置的招牌中)时，该介质由于粒子沉积似乎容易受与基于液体的电泳介质相同类型问题的影响。实际上，相比基于液体的电泳介质，在基于气体的电泳介质中的粒子沉积好像是更为严重的问题，因为气态悬浮流体相比液态悬浮流体的较低的粘度允许电泳粒子更迅速的沉积。
在转让给麻省理工学院(MIT)和E Ink公司或以MIT和E Ink公司的名义的大量专利和申请描述了封装的电泳介质和其他电光介质中使用的多种技术。这种封装的介质包括许多小囊体，每一个小囊体本身包括内部相以及包围内部相的囊壁，其中所述内部相含有在流体介质中的可电泳移动的粒子。典型地，这些囊体本身保持在聚合粘合剂中以形成位于两个电极之间的连贯层。这些技术在包括如下的专利和申请中描述：
(a)电泳粒子、流体和流体添加剂，例如参见美国专利Nos.7,002,728和7,679,814；
(b)囊体、粘合剂和封装过程，例如参见美国专利Nos.6,922,276和7,411,719；
(c)包含电光材料的薄膜和子组件，例如参见美国专利Nos.6,982,178和7,839,564；
(d)用于显示器的背板、粘结剂层和其他辅助层以及方法，例如参见美国专利Nos.7,116,318和7,535,624；
(e)颜色形成和颜色调节，例如参见美国专利Nos.6,017,584、6,664,944、6,864,875、7,075,502、7,167,155、7,667,684、7,791,789、7,956,841、8,040,594、8,054,526、8,098,418、8,213,076和8,363,299；以及美国专利申请公开Nos.2004/0263947、2007/0109219、2007/0223079、2008/0023332、2008/0043318、2008/0048970、2009/0004442、2009/0225398、2010/0103502、2010/0156780、2011/0164307、2011/0195629、2011/0310461、2012/0008188、2012/0019898、2012/0075687、2012/0081779、2012/0134009、2012/0182597、2012/0212462、2012/0157269和2012/0326957；
(f)用于驱动显示器的方法，例如参见美国专利Nos.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、7,116,466、7,119,772、7,193,625、7,202,847、7,259,744、7,304,787、7,312,794、7,327,511、7,453,445、7,492,339、7,528,822、7,545,358、7,583,251、7,602,374、7,612,760、7,679,599、7,688,297、7,729,039、7,733,311、7,733,335、7,787,169、7,952,557、7,956,841、7,999,787、8,077,141、8,125,501、8,139,050、8,174,490、8,289,250、8,300,006和8,314,784；以及美国专利申请公开Nos.2003/0102858、2005/0122284、2005/0179642、2005/0253777、2007/0091418、2007/0103427、2008/0024429、2008/0024482、2008/0136774、2008/0150888、2008/0291129、2009/0174651、2009/0179923、2009/0195568、2009/0322721、2010/0045592、2010/0220121、2010/0220122、2010/0265561、2011/0187684、2011/0193840、2011/0193841、2011/0199671和2011/0285754(这些专利和申请在后文可以被称为MEDEOD(用于驱动电光显示器的方法)申请)；
(g)显示器的应用，例如参见美国专利Nos.7,312,784和8,009,348；以及
(h)非电泳显示器，如美国专利Nos.6,241,921、6,950,220、7,420,549和8,319,759以及美国专利申请公开No.2012/0293858所描述的。
许多前述专利和申请认识到在封装的电泳介质中包围离散的微囊体的壁可以被连续相替代，从而产生所谓的聚合物分散型的电泳显示器，其中电泳介质包括多个离散的电泳流体的微滴和连续相的聚合物材料，并且认识到这种聚合物分散型的电泳显示器中的离散的电泳流体的微滴可以被认为是囊体或微囊体，即使没有离散的囊体膜与每个单独的微滴相关。例如参见美国专利No.6,866,760。因此，为了本申请，这种聚合物分散型电泳介质被认为是封装的电泳介质的子类。
一种相关类型的电泳显示器是所谓的微单元电泳显示器。在微单元电泳显示器中，带电粒子和流体不被封装在微囊体内，而是保持在形成于载体介质(通常是聚合物薄膜)内的多个空腔内；参见诸如都被转让给Sipix Imaging股份有限公司的美国专利Nos.6,672,921和6,788,449。
虽然电泳介质通常是不透明的(因为，例如在很多电泳介质中，粒子基本上阻挡可见光透射通过显示器)并且工作在反射模式下，许多电泳显示器可以被制成在所谓的快门模式下工作，在该模式下一种显示状态实质上是不透明的而一种显示状态是透光的。例如参见美国专利No.5,872,552、6,130,774、6,144,361、6,172,798、6,271,823、6,225,971和6,184,856。介电泳显示器类似于电泳显示器，但是其依赖于电场强度的变化，介电泳显示器能够在类似的模式下工作；参见美国专利No.4,418,346。其他类型的电光显示器也能够在快门模式下工作。工作在快门模式下的电光介质对于用于全彩色显示器的多层结构是有用的；在这种结构中，靠近显示器的观察表面的至少一层在快门模式下工作以暴露或隐藏更远离观察表面的第二层。
封装的电泳显示器通常不受传统电泳装置的聚集和沉积故障模式的困扰并提供更多的有益效果，例如在多种柔性和刚性基片上印刷或涂布显示器的能力。(使用词“印刷”意于包括印刷和涂布的所有形式，包括，但不限于：诸如修补模具涂布、槽或挤压涂布、滑动或层叠涂布、幕式涂布的预先计量式涂布，诸如罗拉刮刀涂布、正向和反向辊式涂布的辊式涂布，凹面涂布，浸渍涂布，喷雾涂布，弯月面涂布，旋转涂布，刷涂，气刀涂布，丝网印刷工艺，静电印刷工艺，热印刷工艺，喷墨印刷工艺，电泳沉积(参见美国专利No.7,339,715)，以及其他类似技术)。因此，所产生的显示器可以是柔性的。另外，因为显示器介质可以被印刷(使用多种方法)，所以显示器本身可以被廉价地制作。
前述美国专利No.6,982,178描述了一种组装固体电光显示器(包括封装的电泳显示器)的方法，该方法非常适合于批量生产。实质上，该专利描述了所谓的“前平面层压”(“FPL”)，其依次包括光透射导电层、与导电层电接触的固体电光介质层、粘结层和释放片。通常，光透射导电层将被承载在光透射基片上，该基片优选是柔性的，该柔性的含义是基片可以被手动地缠绕在(比方说)直径为10英寸(254mm)的圆筒上而不会永久变形。在本专利和本文中使用术语“光透射”指的是这样指定的层传输足够的光以使观察者能够透过该层观察电光介质的显示状态的变化，这通常通过导电层和相邻基片(如果存在的话)来观察；在电光介质显示非可见波长的反射率变化的情况下，术语“光透射”当然应被解释为指相关不可见波长的透射。基片通常是聚合物膜，并且通常具有在约1至约25密耳(25至634μm)，优选约2至约10密耳(51至254μm)范围内的厚度。导电层合宜地是例如铝或ITO的薄金属或金属氧化物层，或者可以是导电聚合物。涂覆有铝或ITO的聚(对苯二甲酸乙二酯)(PET)膜是商业可获得的，例如来自E.I.du Pont de Nemours&Company，Wilmington DE的“镀铝Mylar”(“Mylar”是注册商标)，并且这种商业材料可以在前平面层压中产生好的效果。
使用这种前平面层压的电光显示器的组装可以通过如下来实现：从前平面层压上去除释放片并在使粘结剂层有效地粘结至背板的条件下将粘结剂层与背板接触，由此将粘结剂层、电光介质层和导电层固定至背板。该方法非常适合于批量生产，因为通常使用滚到滚涂布技术可以批量生产前平面层压，然后将其切成用于特定背板所需的任何尺寸的片。
美国专利No.7,561,324描述了所谓的双释放片，它实质上是前述美国专利No.6,982,178的前平面层压的简化版本。一种形式的双释放片包括夹在两个粘结剂层之间的固体电光介质的层，一个或两个粘结剂层被释放片覆盖。另一种形式的双释放片包括夹在两个释放片之间的固体电光介质的层。两种形式的双释放膜都意欲被用于与已经描述的从前平面层压组装电光显示器过程基本类似的过程，但是包括两次单独的层压；典型地，在第一次层压中，双释放片被层压至前电极以形成前子组件，然后在第二次层压中，前子组件被层压至背板以形成最终的显示器，然而，如果需要，这两次层压的顺序可以被反转。
美国专利No.7,839,564描述了所谓的反向前平面层压，它是前述美国专利No.6,982,178所描述的前平面层压的变形。该反向前平面层压按顺序包括：光透射保护层和光透射导电层中的至少一个、粘结剂层、固体电光介质的层、和释放片。该反向前平面层压用于形成具有在电光层和前电极或前基片之间的层压粘结剂的层的电光显示器；通常较薄的粘结剂的第二层可以存在于电光层和背板之间，也可以不在电光层和背板之间。这种电光显示器可以兼具良好的分辨率与良好的低温性能。
如上所述，大多数简单的现有技术的电泳介质实质上仅显示两种颜色。这种电泳介质或者使用在具有不同的第二颜色的有色流体中的具有第一颜色的单一类型的电泳粒子(在这种情况下，当粒子靠近显示器的观察表面时，显示第一颜色；而当粒子远离观察表面时，显示第二颜色)；或者使用在无色流体中的具有不同的第一和第二颜色的第一和第二类型的电泳粒子(在这种情况下，当第一类型的粒子靠近显示器的观察表面时，显示第一颜色；而当第二类型的粒子靠近观察表面时，显示第二颜色)。两种颜色通常为黑色和白色。如果需要全彩色显示器，颜色滤波阵列可以被沉积在单色(黑色和白色)显示器的观察表面上。具有颜色滤波阵列的显示器依赖于区域共享和颜色混合以产生颜色刺激。在例如红/绿/蓝(RGB)或红/绿/蓝/白(RGBW)的三种或四种原色之间共享可获得的显示器区域，滤波器可以以一维(条)或二维(2×2)重复模式布置。原色或超出三原色的其他选择也是本领域公知的。三个(RGB显示器的情况)或四个(RGBW显示器的情况)子像素被选择为足够小以使得，在预期的观察距离，它们视觉地混合在一起成为具有均匀的颜色刺激(‘颜色混合’)的单个像素。区域共享的内在缺陷是着色剂一直存在，并且仅可以通过将下面的单色显示器的相应像素转换成白色或黑色(打开或关闭相应的原色)来调节颜色。例如，在理想的RGBW显示器中，红、绿、蓝和白原色的每一个占据显示器区域的四分之一(四个子像素的一个)，其中白色子像素与潜在的单色显示白色一样亮，以及每一个有色子像素不比单色显示白色的三分之一更明亮。显示器上示出的白色的亮度总体上不大于白色子像素的亮度的二分之一(显示器上的白色区域通过如下产生：显示每四个子像素中的那一个白色子像素，加上每一个以等于白色子像素的三分之一的其颜色形式的有色子像素，因此三个有色子像素一起的贡献不超过一个白色子像素)。通过与转换至黑色的颜色像素的区域共享，颜色的亮度和饱和度被降低。当混合黄色时，区域共享尤其成问题，因为它比相等亮度的任意其他颜色更明亮，并且饱和的黄色几乎和白色一样亮。将蓝色像素(显示器区域的四分之一)转换成黑色使得黄色太深。
多层堆叠的电泳显示器是本领域公知的；参见J.Heikenfeld、P.Drzaic,J-S Yeo和T.Koch于2011年在Journal of the SID第19卷第2期129-156页发表的内容。与传统的彩色印刷精确类似，在这种显示器中，环境光以减法三原色的每一个通过图像。美国专利No.6,727,873描述了一种堆叠电泳显示器，其中，在反射背景上放置三层可转换单元。类似的显示器是已知的，其中，有色粒子横向移动(参见国际申请No.WO 2008/065605)或者，有色粒子使用纵向和横向运动的组合被隔绝在微坑内。在两种情况下，每一层具有用于以逐个像素为基础聚集或分散有色粒子的电极，因此，三层中的每一个需要一薄膜晶体管(TFT)层(三个TFT层中的两个必须基本透明)和光透射反电极。这种电极的复杂配置制备昂贵，并且在当前的技术状态下，很难提供像素电极的足够透明的平面，特别是由于显示器的白色状态必须通过多个电极层来观察。多层显示器也受到视差问题的困扰，因为显示器堆叠的厚度接近或者超过像素尺寸。
美国专利公开Nos.2012/0008188和2012/0134009描述了具有单个背板的多色电泳显示器，其包括可独立寻址的像素电极和公共的光透射前电极。在背板和前电极之间布置有多个电泳层。这些申请中所描述的显示器能够在任一像素位置显示任一原色(红、绿、蓝、青、品红、黄、白和黑)。然而，使用位于单独一组寻址电极之间的多个电泳层具有缺点。特定层中的粒子所经历的电场相比利用相同电压所寻址的单个电泳层的情况要低。此外，最靠近观察表面的电泳层中的(例如由光散射或者不期望的吸收引起的)光损耗可能影响在下面的电泳层中形成的图像的显现。
已经尝试使用单个电泳层提供全彩色电泳显示器。例如，美国专利申请公开No.2013/0208338描述了一种包括电泳流体的彩色显示器，该电泳流体包含分散在透明无色或有色溶剂中的一种或两种类型的颜料粒子，电泳流体被夹在公共电极和多个驱动电极之间。驱动电极保持在一定距离处以暴露背景层。美国专利申请公开No.2014/0177031描述了一种用于驱动填充有电泳流体的显示单元的方法，电泳流体包含携带有相反电荷极性和具有两种对比色的两种类型的带电粒子。将两种类型的颜料粒子分散在有色溶剂中或分散在其中分散有不带电或微带电的有色粒子的溶剂中。该方法包括通过施加驱动电压(约1至约20％的全驱动电压)来驱动显示单元以显示溶剂的颜色或者不带电或微带电的有色粒子的颜色。美国专利申请公开No.2014/0092465和2014/0092466描述了一种电泳流体以及一种用于驱动电泳显示器的方法。流体包括第一、第二和第三种类型的颜料粒子，它们都分散在溶剂或溶剂混合物中。第一和第二类型的颜料粒子携带相反的电荷极性，并且第三类型的颜料粒子的电荷水平小于第一类型或第二类型的电荷水平的约50％。三种类型的颜料粒子具有不同的阈值电压水平或不同的迁移率水平，或者两者。这些专利申请中没有一个公开了在下文中使用的术语的意义上的全彩色显示器。
美国专利申请公开No.2007/0031031描述了一种图像处理设备，其用于处理图像数据以便在其中每个像素能够显示白色、黑色和另一种颜色的显示介质上显示图像。美国专利申请公开Nos.2008/0151355、2010/0188732、和2011/0279885描述了其中移动粒子移动通过多孔结构的彩色显示器。美国专利申请公开Nos.2008/0303779和2010/0020384描述了包括不同颜色的第一、第二和第三粒子的显示介质。第一和第二粒子可以形成聚集体，而较小的第三粒子可以移动通过在聚集的第一和第二粒子之间留下的孔。美国专利申请公开No.2011/0134506描述了一种显示设备，其包括电泳显示元件和电压控制部分。电泳显示元件包括包封在一对基片之间的多种类型的粒子，至少一个基片是半透明的，并且相应的多种类型的粒子中的每一种带有相同极性的电荷，但是光学性质不同，并且迁移速度和/或针对移动的电场阈值也不同；提供在布置有半透明基片的基片侧的半透明显示侧电极；提供在另一个基片的与显示侧电极相对的一侧的第一背侧电极；以及提供在另一基片的与显示侧电极相对的一侧的第二背侧电极。电压控制部分控制施加到显示侧电极、第一背侧电极和第二背侧电极的电压，使得多种类型的粒子中的具有最快迁移速率的粒子类型，或多种类型的粒子中具有最低阈值的粒子类型按顺序经由不同类型的粒子中的每一种移动到第一背侧电极或第二背侧电极，然后将移动至第一背侧电极的粒子移动到显示侧电极。美国专利申请公开No.2011/0175939、2011/0298835、2012/0327504和2012/0139966描述了依赖于多个粒子的聚集和阈值电压的彩色显示器。美国专利申请公开No.2013/0222884描述了一种电泳粒子，其包含：有色粒子，其包含含有带电基团的聚合物和着色剂；和分枝型硅酮基聚合物，其附着到有色粒子上，并且含有作为共聚组分的反应性单体和选自特定单体组的至少一种单体。美国专利申请公开No.2013/0222885描述了一种用于电泳显示器的分散液，其包含分散介质、分散在分散介质中并且在电场中迁移的有色电泳粒子群、不迁移并且具有与电泳粒子群不同的颜色的非电泳粒子群、以及具有中性极性基团和疏水基团的化合物，化合物以全部分散液的约0.01％至约1％的质量比包含在分散介质中。美国专利申请公开No.2013/0222886描述了一种用于显示器的分散液，其包括：漂浮粒子，其包含包括着色剂和亲水性树脂的核心粒子；和壳体，其覆盖每个核心粒子的表面并包含溶解度参数差为7.95(J/cm3)1/2或更多的疏水性树脂。美国专利申请公开Nos.2013/0222887和2013/0222888描述了具有特定化学成分的电泳粒子。最后，美国专利申请公开No.2014/0104675描述了包括响应于电场移动的第一和第二有色粒子以及分散介质的粒子分散体，第二有色粒子具有比第一有色粒子更大的直径和与第一有色粒子的带电特性相同的带电特性，以及其中，显示器每单位面积的第一有色粒子的电荷量Cs与第二有色粒子的电荷量Cl的比(Cs/Cl)小于或等于5。前述显示器中的一些确实提供了全彩色，但代价是需要冗长而繁琐的寻址方法。
美国专利申请公开Nos.描述了包括包含在绝缘液体中的多个第一和第二电泳粒子的电泳设备，第一和第二粒子具有彼此不同的带电特性；所述设备还包括包含在绝缘液体中并由纤维结构形成的多孔层。这些专利申请不是在下面使用的术语的意义上的全彩色显示器。
另见美国专利申请公开No.2011/0134506和前述申请No.14/277,107；后者描述了使用在有色流体中的三种不同类型的粒子的全彩色显示器，但是有色流体的存在限制了可由显示器实现的白色状态的质量。
总而言之，在现有技术中，存在产生彩色的机理不同的彩色反射型显示器的几个实施例。虽然这样的显示器通常能够在每个像素位置呈现多种颜色(例如，黑色、白色、三种减法原色(青色、品红色和黄色)和三种加法原色(红色、绿色和蓝色))，但是在现有技术中，它们不能在每个像素位置呈现与256个RGB水平对应的颜色。这与典型的发射显示器(例如液晶显示器或使用发光二极管的显示器)形成对比，典型的发射显示器能够在每个像素位置处在红色、绿色和蓝色通道中提供至少256种不同的强度水平，针对总共224种不同的颜色。
本发明致力于提供一种用于在反射显示器上呈现全彩色图像的方法，其能够在每个像素位置处提供颜色调色板，该颜色调色板包括比在整个显示器上呈现图像所需的更少的颜色(即，相比针对特定应用呈现足够质量的图像所需的颜色，在像素级可用的颜色以更粗的级别被量化)。本发明的方法涉及在每个像素的颜色调色板中可用的颜色之间的抖动，使得在显示器上所呈现的图像的空间分辨率降低，但颜色深度增加。这种抖动在印刷领域是公知的。当在足够的距离处观察抖动的图像时，各个彩色像素由人类视觉系统合并成感知的均匀颜色。由于颜色深度和空间分辨率之间的折衷，相比其中在每个像素位置处可获得的颜色调色板具有与整个显示器上呈现图像所需相同的深度的图像，密切观察的抖动的图像具有典型的微粒状态。
已经开发了用于将特定颜色分配给特定像素的算法，以避免由于抖动在图像中呈现的令人讨厌的图案和纹理。这样的算法可能涉及误差扩散，即一种其中由特定像素处所需的颜色与每像素调色板中最接近的颜色之间的差异造成的误差(即，量化残差)被分配给尚未被处理的相邻像素的技术。欧洲专利No.0677950详细描述了这种技术，而美国专利No.5,880,857描述了用于比较抖动技术的度量。
在本发明中，提出了一种针对在反射型显示器中的每个像素位置处可获得的(减少的)颜色调色板，选择哪些颜色应该被最佳地选择的方法。
发明内容
本发明提供了一种在反射型显示器上呈现图像的方法，其中涉及三种不同的颜色集。第一颜色集包含特定数量的颜色，每种颜色由存储在波形查找表中的预定组的波形之一呈现。第二颜色集由要在显示器上呈现的图像限定(通常包括224种不同颜色)，以及第三颜色集由能够使用任何可能的波形由显示器呈现的颜色限定。第一颜色集小于第二和第三颜色集，并且第一颜色集是第三颜色集的子集。此外，本发明提供了一种通过从第三颜色集(要形成第一颜色集的那些颜色)分配被选择用于最佳颜色呈现的那些颜色来呈现图像的方法。
此外，本发明提供了由反射型显示器上的多个像素形成的图像，其中每个像素具有选自如下组成的组的颜色：红色、绿色、蓝色、青色、品红色、黄色、黑色和白色。
另外，本发明提供一种由反射型显示器上的多个像素形成的图像，其中每个像素具有选自如下组成的组的颜色：红色、绿色、蓝色、青色、品红色、黄色、黑色、白色、浅红色、浅绿色、浅蓝色、深青色、深品红色、深黄色、浅灰色和深灰色。
又另外，本发明提供了一种在反射型显示器上形成的图像，其中每个像素具有选自如下组成的组的颜色：红色、绿色、蓝色、青色、品红色、黄色、黑色、白色、橙色、粉红色、绿色、紫色、青石灰色和纯蓝色。
在另外，本发明提供了一种在反射型显示器上形成的图像，其中每个像素具有选自如下颜色的浅色、中间和深色版本组成的组的颜色：红色、绿色、蓝色、青色、品红色、黄色、黑色和白色。
附图说明
图1是示出在显示黑色、白色、三种减法原色和三种加法原色时本发明的电泳介质中的各种粒子的位置的截面示意面。
图2A和2B分别示出用于将图1所示的电泳介质驱动至其黑色和白色状态的波形。
图3A和3B示出用于将图1所示的电泳介质驱动至其品红色和蓝色状态的波形。
图3C和3D示出用于将图1所示的电泳介质驱动至其黄色和绿色状态的波形。
图4A和4B分别示出用于将图1所示的电泳介质驱动至其红色和青色状态的波形。
图5-6示出可以代替图2A-2B、3A-3D和4A-4B所示的波形以将图1所示的电泳介质驱动至其所有的颜色状态的波形。
附图的图7A、7B和7C示出在反射介质上呈现颜色的三种一般方法。
图8-14示出针对根据本发明的每像素调色板的各种选择的RGB值。
图15A、15B和15C是示出如在CIELab颜色空间中限定的优选的每像素调色板的颜色的示意图，其中，各种颜色被示出为投影至a*/b*平面。
具体实施方式
一种类型的反射型显示器是包含电泳介质的电泳显示器。电泳介质包含流体、第一光散射粒子(通常为白色)和具有三种减法原色(通常为品红色、青色和黄色)的第二、第三和第四粒子；这些有色粒子中的至少两个是非光散射的。第一和第二粒子承载聚合物涂层，以使得分离由第三和第四粒子形成的聚集体所需的电场大于分离由任何其它两种类型的粒子形成的聚集体所需的电场。用于驱动介质以产生白色(“W”)、黑色(“K”)、品红色(“M”)、青色(“C”)、黄色(“Y”)、红色(“R”)、绿色(“G”)和蓝色(“B”)的方法也被描述。
附图中的图1是示出在显示黑色、白色、三种减法原色和三种加法原色时本发明的电泳介质中的各种粒子的位置的截面示意面。在图1中，假设显示器的观察表面位于顶部(如图所示)，即用户从该方向观察显示器，并且光从该方向入射。如已经注意到的，在优选实施例中，本发明的电泳介质中使用的四种粒子中只有一种基本上散射光，而在图1中，该粒子被假设是白色颜料。基本上，该光散射白色粒子形成白色反射体，迎着白色反射体，白色粒子上方的任何粒子(如图1所示)都被观察到。进入显示器观察表面的光通过这些粒子，从白色粒子反射，返回通过这些粒子并从显示器中浮现。因此，白色粒子上方的粒子可以吸收各种颜色，并且用户所看到的颜色是由白色粒子上方的粒子的组合产生的。在白色粒子之下分布(在用户观察点的后方)的任何粒子都被白色粒子掩蔽，并且不影响所显示的颜色。由于第二、第三和第四粒子基本上是非光散射的，它们相对于彼此的顺序或布置是不重要的，但是由于已经说明的原因，它们相对于白色(光散射)粒子的顺序或布置是关键的。
更具体地说，当青色、品红色和黄色粒子位于白色粒子之下时(图1中的情况[A])，在白色粒子之上没有粒子，像素简单地显示白颜色。当单种粒子在白色粒子之上时，那个单种粒子的颜色被显示，在图1中情况[B]，[D]和[F]中分别为黄色、品红色和青色。当两种粒子位于白色粒子上方时，所显示的颜色是这两种粒子的组合；在图1中，在情况[C]，品红色和黄色粒子显示红颜色，在情况[E]，青色和品红色粒子显示蓝颜色，以及在情况[G]，黄色和青色粒子显示绿颜色。最后，当所有三种有色粒子位于白色粒子上方(图1中的情况[H])时，所有的入射光被三种减法原色粒子吸收，像素显示黑颜色。
可能的是，一种减法原色可以由散射光的粒子呈现，以使得显示器包含两种类型的光散射粒子，其中一种是白色的，另一种有色的。然而，在这种情况下，光散射有色粒子相对于覆盖白色粒子的其它有色粒子的位置将是重要的。例如，在显示黑色时(当所有三种有色粒子位于白色粒子上方时)，散射有色粒子不能位于非散射有色粒子之上(否则非散射有色粒子将部分或完全地隐藏在散射粒子后面并且所呈现的颜色将是散射有色粒子的颜色，而不是黑色)。
如果多于一种类型的有色粒子散射光，那么呈现黑色并不容易。
图1示出了颜色未被污染的理想情况(即，光散射白色粒子完全掩蔽位于白色粒子后面的任何粒子)。在实践中，白色粒子的掩蔽可能是不完美的，因此可能存在理想地被完全掩蔽的粒子的一些小的光吸收。这种污染通常会降低所呈现的颜色的亮度和色度。在本发明的电泳介质中，这种颜色污染应当被最小化以使得所形成的颜色与用于颜色呈现的行业标准相当。特别倾向的标准是SNAP(报纸广告制作的标准)，其规定了上述八种原色中的每一种的L*、a*和b*值。可以以现有技术中已知的几种方式使用本发明的电泳流体来构建显示设备。电泳流体可以被封装在微囊体中或者被包含在之后用聚合物层密封的微单元结构中。微囊体或微单元层可以被涂覆或压印至具有导电材料的透明涂层的塑料基片或塑料膜上。可以使用导电粘结剂将该组件层压到承载像素电极的背板上。
现在将参照图2-4描述用于实现图1所示的粒子布置的每一种的波形的第一实施例。在下文中。这种驱动方法将被称为本发明的“第一驱动方案”。在该讨论中，假设第一组粒子是白色的并且带负电，第二组粒子是青色的并且带正电，第三组粒子是黄色的并且带负电，以及第四组粒子是品红色的并且带正电。本领域技术人员将理解，如果粒子颜色的这些分配被改变，颜色过渡将如何改变。类似地，只要用于驱动介质的波形(见下一段)的极性反转，就可以将所有粒子上的电荷的极性类似地反转，并且电泳介质将仍然以相同的方式起作用。
在下面的讨论中，假定前电极接地(即，零电位)，描述并绘制施加至本发明的显示器背板的像素电极的波形(电压时间曲线)。电泳介质所经历的电场当然由背板和前电极之间的电势差和它们的分离距离决定。显示器通常通过其前电极被观察，以使得与前电极相邻的粒子控制由像素显示的颜色，并且如果考虑前电极相对于背板的电势，有时更容易理解所涉及的光学转变；这可以简单地通过反转下文讨论的波形来完成。
这些波形要求显示器的每个像素可以在五个不同的寻址电压下被驱动，五个不同的寻址电压被标称为+V高、+V低、0、-V低和-V高，在2-4中示为30V、15V、0、-15V和-30V。实际上，优选使用更大数量的寻址电压。如果只有三个电压可用(即+V高、0和-V高)，则通过使用电压为V高但占空比为1/n的脉冲寻址就可以获得与在较低电压(例如，V高/n，其中n为>1的正整数)下寻址相同的结果。
本发明中使用的波形可以包括三个阶段：DC平衡阶段，其中校正了由于施加到像素上的先前波形产生的DC不平衡，或者校正了在随后的颜色呈现过渡中要产生的DC不平衡(如本领域已知的)；“复位”阶段，其中像素返回到起始配置，不管像素的先前光学状态如何，起始配置都至少近似相同；以及“颜色呈现”阶段，如下文所描述的。根据具体应用的要求，DC平衡和复位阶段是可选的并且可以被省略。如果应用，“复位”阶段可以与下文描述的品红色呈现波形相同，或者可以包括连续驱动最大可能的正电压和负电压，或者可以是一些其他脉冲模式，只要其使显示器返回到可以可再现地获得随后的颜色的状态即可。
图2A和2B以理想的形式示出了用于在本发明的显示器中产生黑色和白色状态的波形的典型的颜色呈现阶段。图2A和2B中的曲线图示出了施加到显示器的背板(像素)电极的电压，而顶板上的透明公共电极接地。x轴表示以任意单位测量的时间，而y轴是以伏特为单位的施加电压。将显示器驱动为黑色(图2A)或白色(图2B)状态分别由正或负脉冲序列实现，优选在电压V低，因为如上所述，在对应于V低的场(或电流)中，品红色和黄色颜料聚集一起。因此，白色和青色颜料移动，而品红色和黄色颜料保持静止(或以低得多的速度移动)，并且显示器在白色状态和对应于被青色、品红色和黄色颜料吸收的状态(在本领域通常被称为“复合黑”)之间转换。驱动至黑色和白色的脉冲的长度可以在大约10-1000毫秒之间变化，并且脉冲可以通过在10-1000毫秒的范围内的长度的休止(零施加电压)来分隔。尽管图2分别示出了产生黑色和白色的正电压和负电压的脉冲，这些脉冲被提供零电压的“休止”分隔开，但有时优选的是这些“休止”周期包括与驱动脉冲相反极性的脉冲，但具有较低的冲激(impulse)(即，具有比主驱动脉冲更短的持续时间或更低的施加电压，或两者)。
图3A-3D示出了用于产生品红色和蓝色(图3A和3B)以及黄色和绿色(图3C和3D)的波形的典型的颜色呈现阶段。在图3A中，波形在正冲激和负冲激之间振荡，但是正冲激的长度(tp)短于负冲激的长度(tn)，而在正冲激中施加的电压(Vp)大于在负冲激中施加的电压(Vn)。当Vptp＝Vntn时，波形整体上“DC平衡”。正冲激和负冲激的一个循环的周期可以在约30-1000毫秒的范围内。
当正冲激结束时，显示器处于蓝色状态，而在负冲激结束时，显示器处于品红色状态。这与对应于青色颜料的运动的光密度的变化大于对应于品红色或黄色颜料(相对于白色颜料)的运动的变化是一致的。根据上述假设，如果品红色颜料和白色颜料之间的相互作用强于青色颜料和白色颜料之间的相互作用，这是可以预期的。黄色和白色颜料(都带负电荷)的相对迁移率远低于青色和白色颜料(带相反电荷)的相对迁移率。因此，在产生品红色或蓝色的优选波形中，优选的是包含至少一个Vntn紧随Vptp的循环的冲激序列，其中Vp>Vn以及tp<tn。当需要蓝色时，序列以Vp结束，而当需要品红色时，序列以Vn结束。
图3B示出了仅使用三个电压水平来产生品红色和蓝色状态的替代波形。在该替代波形中，优选的是至少一个Vntn紧随Vptp的循环，其中Vp＝Vn＝V高并且tn<tp。该序列不能是DC均衡的。当需要蓝色时，序列以Vp结束，而当需要品红色时，序列以Vn结束。
图3C和3D所示的波形分别是图3A和3B所示波形的反转，并产生相应互补的黄色和绿色。在产生黄色或绿色的一个优选波形中，如图3C所示，使用包含至少一个Vntn紧随Vptp的循环的冲激序列，其中Vp<Vn并且tp>tn。当需要绿色时，序列以Vp结束，而当需要黄色时，序列以Vn结束。
图3D示出仅使用三个电压水平产生黄色或绿色的另一个优选波形。在这种情况下，使用至少一个Vntn紧随Vptp的循环，其中Vp＝Vn＝V高并且tn>tp。该序列不能是DC平衡的。当需要绿色时，序列以Vp结束，而当需要黄色时，序列以Vn结束。
图4A和4B示出了用于在本发明的显示器上呈现红色和青色的波形的颜色呈现阶段。这些波形也在正冲激和负冲激之间振荡，但是它们与图3A-3D的波形的区别在于正和负冲激的一个循环的周期通常较长，并且所使用的寻址电压可能(但不一定)较低。图4A的红色波形包括产生黑色的脉冲(+V低)(类似于图2A中所示的波形)，之后是相反极性的较短脉冲(-V低)，其移除了青色粒子并将黑色变为红色，其是青色的互补色。青色波形是红色波形的反转，其具有产生白色的部分(-V低)，之后是短脉冲(V低)，其使得青色粒子在观察表面附近移动。就像在图3A-3D中所示的波形一样，青色颜料相对于白色颜料比品红色或黄色颜料相对于白色颜料移动得更快。然而，与图3的波形相反，图4的波形中黄色颜料保持在白色粒子的和品红色粒子相同的一侧。
上面参照图2-4描述的波形使用五电平驱动方案，即，其中在任意给定时间，像素电极相对于公共前电极可以处于两个不同正电压、两个不同负电压或零伏中的任一个的驱动方案。在图2-4所示的具体波形中，五个电平为0、±15V和±30V。然而，已经发现至少在某些情况下使用七电平驱动方案是有利的，其使用七个不同的电压：三正、三负和零。该七电平驱动方案在下文可以被称为本发明的“第二驱动方案”。用于寻址显示器的电压数量的选择应考虑用于驱动显示器的电子元件的限制。通常，较大数量的驱动电压将在寻址不同颜色方面提供更大的灵活性，但是使得为传统设备显示驱动器提供更大数量的驱动电压所必需的布置复杂化。本发明人已经发现，使用七种不同的电压在显示结构的复杂性和颜色色域之间提供了很好的折衷。
现在将参照图5来描述使用应用于本发明的显示器(例如图1所示)的该第二驱动方案产生八种原色(白色、黑色、青色、品红色、黄色、红色、绿色和蓝色)的一般原理。如图2-4所示，假设第一种颜料是白色、第二种是青色、第三种是黄色而第四种是品红色。本领域普通技术人员将清楚，如果改变颜料颜色的分配，则由显示器显示的颜色将改变。
施加到像素电极的最大正电压和负电压(在图5中标示为±V最大)分别产生由第二和第四粒子的混合物形成的颜色(青色和品红色，产生蓝颜色，参见图1中的情况[E])，或由第三粒子形成的颜色(黄色，参见图1中的情况[B]，白色颜料散射光并且位于有色颜料之间)。这些蓝颜色和黄颜色不一定是显示器可达到的最好的蓝色和黄色。施加于像素电极的中间水平的正电压和负电压(图5中标示为±V中间)分别产生黑颜色和白颜色。
通过仅相对于第一粒子(在这种情况下为白色粒子)移动第二粒子(在这种情况下为青色粒子)可以从这些蓝色、黄色、黑色或白色光学状态获得其它四种原色，这使用最低的施加电压(图5中为±V最小)来实现。因此，使青色脱离蓝色(通过给像素电极施加-V最小)产生品红色(参见分别针对蓝色和品红色的图1中的情况[E]和[D])；将青色移入黄色(通过给像素电极施加+V最小)提供绿色(参见分别针对黄色和绿色的图1中的情况[B]和[G])；将青色移出黑色(通过给像素电极施加-V最小)提供红色(参见分别针对黑色和红色的图1中的情况[H]和[C])，以及将青色移入白色(通过给像素电极施加+V最小)提供青色(参见分别针对白色和青色的图1中的情况[A]和[F])。
虽然这些一般原理在本发明的显示器中产生特定颜色的波形的构造中是有用的，但是在实践中可能不会观察到上述理想行为，并且期望采用对基本方案的修改。
在图5中示出了体现上述基本原理的修改的通用波形，其中横坐标表示时间(以任意单位)，而纵坐标表示像素电极和公共前电极之间的电压差。在图5所示的驱动方案中使用的三个正电压的大小可以在约+3V和+30V之间，以及三个负电压的大小在约-3V和-30V之间。在一个经验上优选的实施例中，最高正电压+V最大为+24V，中间正电压+V中间为12V，以及最低正电压+V最小为5V。以类似的方式，负电压-V最大、-V中间和-V最小在优选实施例中为-24V、-12V和-9V。对于三个电压水平中的任一个，电压的幅值|+V|＝|-V|不是必需的，但是在某些情况下可能是优选的。
在图5所示的通用波形中有四个不同的阶段。在第一阶段(图5中的“A”)，提供在+V最大和-V最大的用于擦除在显示器上呈现的先前图像(即，“重置”显示器)的脉冲(其中，“脉冲”表示单极方波，即施加恒定电压预定的时长)。这些脉冲(t1和t3)和休止(即脉冲之间的零电压周期(t2和t4))的长度可以被选择为使得整个波形(即，如图5所示的整个波形上的电压对时间的积分)是DC平衡的(即积分大致为零)。DC平衡可以通过如下来实现：调节阶段A中脉冲和休止的长度以使得在该阶段提供的净冲激与在阶段B和C的组合中提供的净冲激大小相等而符号相反，在阶段B和C期间，如下文所述，显示器将被切换到特定的期望颜色。
图5所示的波形纯粹是为了说明通用波形的结构，而不以任何方式限制本发明的范围。因此，在图5中，在阶段A中，负脉冲被示出为在正脉冲之前，但这不是本发明的要求。在阶段A中也不要求仅有单个的负脉冲和单个的正脉冲。
如上所述，通用波形本质上是DC平衡的，并且在本发明的某些实施例中这可能是优选的。可替代地，阶段A中的脉冲可以给一系列颜色过渡而非单个过渡提供DC平衡，其方式类似于现有技术中某些黑白显示器中提供的方式，参见例如美国专利No.7,453,445。
在波形的第二阶段(图5中的阶段B)中提供使用最大和中间电压幅度的脉冲。在该阶段中，白色、黑色、品红色、红色和黄色优选以前面参照图2-4描述的方式呈现。
如上所述(参见图2B和相关描述)，可以通过在-V中间处的一个或多个脉冲来呈现白色。然而，在某些情况下，以这种方式产生的白颜色可能被黄色颜料污染并呈淡黄色。为了校正这种颜色污染，可能需要引入一些正极性的脉冲。因此，例如，可以通过脉冲序列的单个实例或实例的重复来获得白色，脉冲序列包括长度为T1、幅度为+V最大或+V中间的脉冲，以及随后的长度为T2、幅度为-V中间的脉冲，其中T2>T1。最后的脉冲应为负脉冲。在图5中，示出了+V最大持续时间t5以及随后的-V中间持续时间t6的序列的四次重复。在这个脉冲序列期间，显示器的外观在品红色(但通常不是理想的品红色)和白色之间振荡(即，在白颜色之前将经历比最终白色状态的L*更低而a*更高的状态)。这与图3A所示的脉冲序列相似，其中观察到品红色和蓝色之间的振荡。这里的区别在于脉冲序列的净冲激比图3A所示的脉冲序列更负，因此，振荡偏向带负电的白色颜料。
如上所述(参见图3A和相关描述)，可以通过在+V中间处的一个或多个脉冲(被零电压周期分隔)来获得黑色。
如上所述(参见图3A和3B及相关描述)，可以通过脉冲序列的单个实例或实例的重复来获得品红色，该脉冲序列包括长度为T3、幅度为+V最大或+V中间的脉冲，以及随后的长度为T4、幅度为-V中间的脉冲，其中T4>T3。为了产生品红色，波形的该阶段中的净冲激应该比用于产生白色的净冲激更正。在用于产生品红色的脉冲序列期间，显示器将在基本上是蓝色和品红色的状态之间振荡。在品红色之前将经历比最终品红色状态a*更负以及L*更低的状态。
如上所述(参见图4A和相关描述)，可以通过脉冲序列的单个实例或实例的重复来获得红色，该脉冲序列包括长度为T5、幅度为+V最大或+V中间的脉冲，以及随后的长度为T6、幅度为-V最大或-V中间的脉冲。为了产生红色，净冲激应该比用于产生白色或黄色的净冲激更正。优选地，为了产生红色，所使用的正电压和负电压基本上具有相同的幅值(都是V最大或者都是V中间)，正脉冲的长度比负脉冲的长度更长，并且最终脉冲是负脉冲。在用于产生红色的脉冲序列期间，显示器将在基本上为黑色和红色的状态之间振荡。在红色之前将经历比最终红色状态L*更低、a*更低以及b*更低的状态。
可以通过脉冲序列的单个实例或实例的重复来获得黄色(参见图3C和3D及相关描述)，该脉冲序列包括长度为T7、幅度为+V最大或+V中间的脉冲，以及随后的长度为T8、幅度为-V最大的脉冲。最终脉冲应为负脉冲。可替代地，如上所述，黄颜色可以通过在-V最大的单独一个或多个脉冲来获得。
在波形的第三阶段(图5中的阶段C)，提供使用中间和最小电压幅度的脉冲。在波形的这个阶段，在波形的第二阶段驱动至白色之后产生蓝色和青色，并且在波形的第二阶段驱动至黄色之后产生绿色。因此，当观察到本发明的显示器的波形瞬变现象时，在蓝色和青色之前将经历其中b*比最终的青色或蓝色的b*值更正的颜色，并且在绿色之前将经历其中L*比最终绿色的L*更高而a*和b*比最终绿色的a*和b*更正的更黄的颜色。更一般地，当本发明的显示器呈现与第一和第二粒子中的有色粒子相对应的颜色时，在该状态之前将经历基本上是白色的状态(即C*小于约5)。当本发明的显示器呈现与第一和第二粒子中的有色粒子和第三和第四粒子中与该粒子相反极性的粒子的结合相对应的颜色时，显示器将首先基本上呈现第三和第四粒子中与第一和第二粒子中的有色粒子相反极性的粒子的颜色。
通常，青色和绿色将通过必须使用+V最小的脉冲序列产生。这是因为只有在该最小正电压下，青色颜料才可以独立于品红色和黄色颜料相对于白色颜料移动。青色颜料的这种运动是从白色呈现青色或者从黄色呈现绿色所必需的。
最后，在波形的第四阶段(图5中的阶段D)，提供零电压。
虽然本发明的显示器已经被描述为产生八种原色，但是在实践中，优选在像素级产生尽可能多的颜色。然后可以使用成像技术领域的技术人员熟知并且在下面更详细描述的技术通过这些颜色之间的抖动来呈现全彩色灰度图像。例如，除了如上所述产生的八种原色之外，显示器可以被配置为呈现另外八种颜色。在一个实施例中，这些另外的颜色是：浅红色、浅绿色、浅蓝色、深青色、深品红色、深黄色以及黑色和白色之间的两个级别的灰色。在本文中使用的术语“浅”和“深”是指分别在诸如CIE L*a*b*的颜色空间中具有与参考色基本上相同的色相角，但分别具有较高或较低的L*的颜色。
通常，以与深颜色相同的方式获得浅颜色，但是使用在阶段B和C中具有略微不同的净冲激的波形。因此，例如，相比相应的红色、绿色和蓝色波形，浅红色、浅绿色和浅蓝色波形在阶段B和C中具有更负的净冲激，而相比相应的青色、品红色和黄色波形，深青色、深品红色和深黄色在阶段B和C中具有更正的净冲激。净冲激中的变化可以通过改变阶段B和C中的脉冲长度、脉冲数或脉冲幅度来实现。
灰颜色通常通过在低或中等电压之间振荡的脉冲序列来实现。
本领域普通技术人员将清楚的是，在使用薄膜晶体管(TFT)阵列驱动的本发明的显示器中，图5的横坐标上的可用时间增量通常被显示器的帧速量化。类似地，将显而易见的是，通过改变像素电极相对于前电极的电势来寻址显示器，并且这可以通过改变像素电极或前电极或两者的电势来实现。在现有技术中，通常在背板上存在像素电极的矩阵，而前电极对所有像素是公共的。因此，当改变前电极的电势时，影响所有像素的寻址。不管是否向前电极施加变化的电压，以上参照图5描述的波形的基本结构是相同的。
图5所示的通用波形要求驱动电子器件在显示器的选定行的更新期间向数据线提供多达七个不同的电压。虽然可以传送七种不同电压的多电平源驱动器是可获得的，但是用于电泳显示器的许多商业可获得的源驱动器仅允许在单个帧期间传送三个不同的电压(通常为正电压、零和负电压)。本文中术语“帧”是指显示器中的所有行的单次更新。可以修改图8的通用波形以适应三电平源驱动器结构，只要提供给面板的三个电压(通常为+V、0和-V)可以从一个帧到下一个帧发生改变就行(即，例如，在帧n提供电压(+V最大、0、-V最小)而在帧n+1提供电压(+V中间、0、-V最大))。
由于提供给源驱动器的电压的变化会影响每个像素，波形需要被相应地修改，以使得用于产生每种颜色的波形必须与所提供的电压对齐。图6示出了对图5的通用波形的适当修改。在阶段A中，不需要任何改变，因为仅需要三个电压(+V最大、0、-V最大)。阶段B分别被长度被限定为L1和L2的子阶段B1和B2代替，在每个子阶段中使用特定的一组三个电压。在图6中，在阶段B1，电压(+V最大、0、-V最大)可用，而在阶段B2，电压+V中间、0、-V中间可用。如图6所示，在子阶段B1，波形需要+V最大持续时间t5的脉冲。子阶段B1比时间t5更长(例如，为了容纳可能需要长于t5的脉冲的另一种颜色的波形)，所以在时间L1-t5提供零电压。可以根据需要调节子阶段B1内长度为t5的脉冲和长度为L1-t5的一个或多个零脉冲的位置(即，如图所示，子阶段B1不必以长度t5的脉冲开始)。通过将阶段B和C细分为子阶段，其中可以选择三个正电压中的一个、三个负电压中的一个和零，可以实现与使用多电平源驱动器获得的相同的光学结果，尽管代价是较长的波形(以容纳必要的零脉冲)。
当顶板切换与三电平源驱动器组合使用时，应用与上述参照图6所述相同的一般原理。当源驱动器不能提供与优选的V最大一样高的电压时，顶板切换可能是优选的。使用顶板切换驱动电泳显示器的方法是本领域公知的。
根据本发明的第二驱动方案的典型波形在下表1中示出，其中括号中的数字对应于使用所指示的背板电压(相对于假定为零电势的顶板)驱动的帧的数量。
表1
Figure GDA0002641140740000211
Figure GDA0002641140740000221
在重置阶段，提供最大负电压和正电压的脉冲以擦除显示器的先前状态。在每个电压的帧数被偏移补偿颜色被呈现的高/中电压和低/中电压阶段中的净冲激的量(针对颜色x表示为Δx))。为了实现DC平衡，Δx被选择为净冲激的一半。重置阶段不需要精确地按照表中所示的方式实现；例如，当使用顶板切换时，需要向负驱动和正驱动分配特定数量的帧。在这种情况下，优选地提供与实现DC平衡一致的最大数量的高电压脉冲(即，从负或正帧适当地减去2Δx)。
在高/中电压阶段中，如上所述，提供了适用于每种颜色的脉冲序列的N次重复的序列，其中N可以是1-20。如所示，该序列包括14个帧，其被分配幅度为V最大或V中间的正电压或负电压，或者零。所示的脉冲序列符合上述讨论。可以看出，在波形的这个阶段中，呈现白色、蓝色和青色的脉冲序列是相同的(因为蓝色和青色在这种情况下从白色状态开始，如上所述)。同样地，在这个阶段，呈现黄色和绿色的脉冲序列是相同的(因为绿色从黄色状态开始，如上所述)。
在低/中电压阶段，蓝色和青色从白色获得，而绿色从黄色获得。
表2示出了驱动本发明的显示器的典型结果。所使用的波形类似于表1中所示的N＝18的波形，并且如上所述，利用优选电压以每秒65帧寻址显示器。
表2
Figure GDA0002641140740000222
Figure GDA0002641140740000231
从表1可以清楚的看出，用于在本发明的显示器上呈现特定颜色的典型波形可以使用100-1000帧，其中在每一帧期间具有可以应用于像素的3-7种不同电压的选择。因此，存在可以使用大量可能的波形。然而，实际上，只有相对较少数量的波形有可能被存储在波形查找表中。在现有技术中，通常支持16(4位)或32(5位)种不同的颜色状态(尽管，如本领域技术人员将清楚的那样，更多数量的波形被存储，因为针对每种颜色状态，可能存在取决于例如显示器的先前状态、温度、更新的性质(全局或局部)等的所需要的不同波形。因此，需要从可以由过多的可能波形呈现的无数可能的颜色中选择要在像素级呈现的一组较小数量(最小8，但优选地为16或32)的颜色。如本领域已知的，通过在这些像素颜色之间的抖动来产生全彩色图像。以这种方式呈现颜色不同于在典型的发射显示器中，或者在传统的彩色打印中呈现颜色。
图7A示出了使用诸如喷墨打印机或CMYK半色调处理的打印机在反射介质(例如白纸)上呈现全彩色图像的传统方法。透明或半透明的墨水在三种减法原色以及可选黑色中可用。墨水的点依次施加以使得它们可以被重叠。因此，例如通过品红色和黄色点的重叠来获得红色。全彩色图像需要不超过三种减法原色的点。
图7B示出了使用覆盖有颜色滤波阵列的呈现黑色、白色和灰色的反射型显示器(例如，反射型电泳显示器)的情况。全彩色图像是调制的红色、绿色、蓝色和可选的黑色和白色像素的混合，各种像素彼此分离且并排排列。在这种显示器的整个区域上不可能呈现特定的颜色。例如，为了呈现红色，蓝色和绿色滤波器后面的电泳墨水必须被切换为黑色，并且黑色和白色像素可能是黑色、白色或灰色(取决于所需的红色的亮度)。
图7C示出了本发明的电泳显示器，其可以在每个像素位置处至少呈现红色、绿色、蓝色、青色、品红色、黄色、白色和黑色。以上描述了实现这些颜色所需的颜料的精确配置。注意，在这种情况下，由于像素仍然并排布置，并且减法原色不能被覆盖以形成加法原色，所以仅应用减法原色是不够的(如在打印中)。仅应用加法原色也是不够的，因为在这种情况下，减法原色不能以100％的面积覆盖率被呈现。
本发明的电泳显示器通常能够在每个像素位置呈现许多不同的颜色，但是这些颜色将不能通过三个控制变量的独立操作来选择(与具有颜色滤波阵列的显示器形成对比，如参照图1中的情况[B]所描述的，其中，例如可以独立于绿色像素的反射率来控制红色像素的反射率)。如上所述，在本发明的电泳显示器中，通常通过在单层电泳材料内控制颜料粒子(其可以是白色、青色、品红色和黄色)的运动来呈现颜色。这些颜料粒子的运动通常不是独立可控的(即，引起一种颜料粒子的运动的电冲激也将移动其它颜料粒子)。因此，在本发明的显示器中，某些RGB组合可以在像素级呈现，而其他的不能。
在本发明的一个实施例中，通过与[255,0,0]、[0,255,0]、[0,0,255]、[0,255,255]、[255,0,255]、[255,255,0]、[255,255,255]和[0,0,0]源空间中(即，在要呈现的图像的颜色空间中)的RGB值相对应的由红色、绿色、蓝色、青色、品红色、黄色、白色和黑色组成的像素级的颜色调色板的抖动而获得全彩色图像。这些原色在图8中示出，并且在下文中被称为每像素调色板原色，在本文中也称为“设备原色(device primaries)”或“第一颜色集”。
例如，可以通过在像素级采样可用于显示器的所有颜色并选择最接近特定颜色空间的标准的八种颜色来执行可用于作为设备原色的可用于本发明的显示器像素级的特定颜色的分配。例如，可以在CIELab颜色空间中测量由显示器呈现的颜色，并且可以选择具有与那些颜色的最近的矢量距离的颜色作为八种设备原色。
实际上，不可能与图8所示的理想颜色精确匹配，并且必须提供用于确定哪些颜色最接近于理想颜色的一些方法。一种方法是用波形参数(如表1所示的波形参数)变化的波形来寻址显示器并测量所呈现的颜色。从这组呈现的颜色中，可以识别在特定颜色空间中最接近标准的那些颜色。该方法用于生成表2所示的颜色。
表3以光密度为单位示出了使用如上关于表1和2所述被寻址的显示器获得的一些颜色。
表3
Figure GDA0002641140740000241
Figure GDA0002641140740000251
对于红色、绿色和蓝色，分别在650nm、550nm和450nm测量的光密度(在表中以粗体显示)应该比在三个波长中的另外两个波长处测量的光密度的平均值低至少0.2OD，并且比在三个波长中的另外两个波长处测量的光密度中的任一个低至少0.1OD。可以看出，在该特定显示器中呈现的绿颜色不在该基本优选规范内。
对于青色、品红色和黄色，分别在650nm、550nm和450nm测量的光密度(如表中下划线所示)应比在三个波长中的另外两个波长处测量的光密度的平均值高至少0.2OD，并且比在三个波长中的另外两个波长处测量的光密度中的任一个高至少0.1OD。
对于黑色(K)和白色，分别在650nm、550nm和450nm处测量的光密度的差异不应该超过0.2OD。
当设备原色与源空间中的目标颜色(例如表3所示的颜色)有很大差异时，可以使用以下步骤在显示器上呈现图像。
首先，测量每种颜色的L*a*b*(CIELAB 1978，D65/2)值。这些L*a*b*值使用已知的变换矩阵转换为sRGB(0-255)颜色空间。结果是一组表示sRGB空间中实际设备原色的点。
这组点可以被任意变换，以便于促成用于呈现彩色图像的抖动。例如，所测量的原色的sRGB值可以被移动以更接近源空间中的目标点。源空间中的目标图像也可以被变换，例如通过线性缩放以对应于显示器的测量的黑白状态(即，图像中的每个点可以被标准化为显示器的测量的动态范围)。
在这样的变换之后，可以使用本领域已知的算法来执行图像抖动，例如Floyd-Steinberg抖动。
如果显示器的分辨率足够高并且观察距离足够长，则在仅八个设备原色之间进行抖动是足够的。但是，在实践中，可能需要提供比仅这八种原色更多的每像素调色板组成。
例如，对于设计为在1米的距离处观察的信息指示牌，当像素是边长为0.25mm的正方形时，各个像素对于典型的观察者变得不令人不快。然而，以该像素分辨率使用仅八个设备原色呈现图像导致不可接受的图像伪影，无论采用现有技术的抖动算法中哪一种。通常，在浅颜色和深颜色之间的灰度级斜坡(即，亮度的梯度)中，急剧转变可能导致中间色调的斑点外观。可以通过使用较高像素分辨率(例如，使用边长小于例如0.125mm的正方形像素)来解决该问题。然而这样的显示器将需要更多的驱动电路，这将增加其成本。
根据本发明，优选地保持显示器的分辨率并增加每像素调色板中可获得的颜色数量。如上所述，每像素调色板由8(即23)种颜色组成。然而，利用四位波形，16种每像素颜色可以是可寻址的，以及利用五位波形，32种每像素颜色可以是可寻址的，因此每像素调色板可以被扩展。
图9示出了针对上述灰度斜坡中的斑点问题的一个解决方案或实施例。使用仅八种设备原色，只能通过在黑色和白色之间抖动获得灰度级。引入单个中间灰色点，如图9所示，在[127,127,127]源空间中具有RGB值(或者实际上是介于黑色和白色状态之间的L*值)减轻了该问题。由于根据本发明的一个实施例实际上存在使用四位波形可获得的另外八(8)个可寻址状态，它们被分配在[0,0,0]和[255,255,255]之间(即，沿着图9中的黑/白对角线分隔)的中间灰度级。
使用与用于分配设备原色的颜色空间相同的颜色空间来执行每像素调色板中的中间颜色的实际分配。例如，使用CIELab颜色空间，这些颜色是不同级别的灰色，因此不应该有C*>5(其中C*是与L*轴的距离并且被限定为：
Figure GDA0002641140740000261
图10示出了根据本发明的与四位波形一起使用的每像素调色板中的中间颜色的替代实施例。除了以上限定的设备原色，还有另外六个中间颜色，它们包括颜色立方体的面的中心。这六种中间颜色对应于[127,127,0](深黄色)、[127,0,127](深品红色)、[0,127,127](深青色)、[127,127,255](浅红色)、[127,255,127](浅绿色)和[255,127,127](浅蓝色)源空间中的RGB值。可以沿着白/黑对角线分配剩余的两种中间颜色(即，使用CIELab颜色空间，这些颜色是不同级别的灰色，因此不应该具有C*>5)。
根据本发明的每像素调色板的中间颜色的实际颜色可以参照上述八种设备原色的任一种在CIELab(或其它)颜色空间中测量。例如，颜色立方体的白色/黄色/红色/品红色面中的中间颜色应该与原色(角)点的每对斜对角大致等距(即，与等距距离的差不超过10dE*单位)，以使得其大致位于颜色立方体的面的中心。
表4示出了使用本发明的与上述用于获得表3所示的颜色相同的显示器获得的中间颜色的光密度。
表4
Figure GDA0002641140740000271
与上述参照表3所述相同的标准应用于指定的“红色”、“绿色”、“蓝色”、“青色”、“品红色”和“黄色”的较浅和较深的颜色。红色、绿色和蓝色的浅色版本应分别具有在650nm、550nm和450nm测量的光密度，其比“红色”、“绿色”和“蓝色”的光密度低至少0.1OD。
“青色”、“品红色”和“黄色”的深色版本的光密度应该比“青色”、“品红色”和“黄色”的光密度高至少0.1OD。
根据本发明的针对每像素调色板的中间颜色的又一替代选择在图1中示出。在这种情况下，采用边长为原色立方体的三分之一的第二颜色立方体。第二颜色立方体的坐标对应于[170,85,85]、[85,170,85]、[85,85,170]、[85,170,170]、[170,85,170]、[170,170,85]、[170,170,170]和[85,85,85]源空间中的RGB值。
在图10和图11所示的本发明的颜色调色板中，分别在灰色轴上具有仅3个和4个点。如果有五位寻址波形可用，则沿着灰色轴的附加点可以被添加至图10和图11。被添加至图11的这样的单个点在图12中示出。
根据本发明的用于利用五位寻址(32个状态)的每像素调色板的中间颜色的另一替代选择在图13中示出。在这种情况下，除了上面限定的每像素调色板原色组成之外，还有19种与颜色立方体的每个面和边的中点对应的中间颜色。这些坐标对应[0,0,127]、[0,127,0]、[0,127,127]、[0,127,255]、[0,255,127]、[127,0,0，]、[127,0,127]、[127,0,255]、[127,127,0]、[127,127,127]、[127,127,255]、[127,255,0]、[127,255,127]、[127,255,255]、[255,0,127]、[255,127,0]、[255,127,127]、[255,127,255]和[255,255,127]源空间中的RGB值。这些对应的颜色是藏青色、办公室绿色、青绿色、纯蓝色、青石灰色、栗色、紫色、紫罗兰色、橄榄色、灰色、浅蓝色、绿色、浅石灰色、浅青色、粉色、橙色、浅红色、浅品红色和浅黄色。还有另外5种颜色可用，其可以被选择以沿着上述灰色轴，或者可以被分配给其他中间颜色。
实践中，可能发生的情况是，显示器能够呈现与实际位于CIElab空间中的多面体之外的颜色立方体的边或面的中心对应的颜色，该CIElab空间包括由八个每像素调色板原色组成构造的凸包。在这种情况下，中间颜色的色相角和亮度应被保持为与上述一致，但应允许色度扩展。例如，被限定为边的中点的中间颜色的色相角和亮度应该基本上等于与两个每像素调色板原色组成等距离的点的颜色的色相角和亮度(即，分别在10度和10dE*内)。
如果超过五位的寻址是可能的，则可以向每像素调色板添加额外的中间颜色。需要六位寻址的扩展的每像素调色板的示例如图14所示。
图15A-C是描绘如在CIELab颜色空间中限定的优选的每像素调色板的颜色的示意图，其中颜色被示出为投影到a*/b*平面上(a*是水平轴；b*是竖直轴)。L*轴垂直于a*/b*平面。色相角(h°)是从水平轴逆时针方向测量的，并且由下式计算：
Figure GDA0002641140740000281
在图15A中，每像素调色板由八(8)种颜色限定，其对应于上面参照图8描述的其中源空间是sRGB的调色板。在这8种颜色中，六(6)种颜色的C*值大于10，两(2)种颜色的C*值小于5。C*值小于5的两种颜色优选是白色和黑色。优选地，C*值大于10的六种颜色大致相同地分布在CIELab颜色空间中，以使得在色相角的六个扇区中的每一个中分配一(1)种颜色。例如，一种颜色具有1至60度的角度之间的h°，一种颜色在60度和120度之间，一种颜色具有在120度和180度之间的h°，一种颜色具有在180度和240度之间的h°，一种颜色具有在240和310度之间的h°，以及一种颜色具有在310和360度之间的h°。
在图15B中，每像素调色板由十六(16)种颜色限定，如上文参照图10所述，其中源空间为sRGB。在这16种颜色中，十二(12)种颜色的C*值大于10，四(4)种颜色的C*值小于5。优选地，C*值小于5的四种颜色中的两种是白色和黑色，而另外两种是分布在黑色和白色之间的灰色色调，其优选地在黑色和白色之间以L*的大致相等间距分布。C*值大于10的12种颜色优选地分布在CIELab颜色空间中，以使得在色相角的六个扇区的每一个内分配2种颜色。例如，两种颜色具有1度和60度之间的角度的h°，两种颜色具有在60度和120度之间的h°，两种颜色具有在120和180度之间的h°，两种颜色具有在180和240度之间的h°，两种颜色具有在240和310度之间的h°，而两种颜色具有在310到360度之间的h°。每个区段中的颜色对的L*彼此不同(例如，如上所述，提供了较浅的和较深的红色)。
在图15C中，每像素调色板由三十二(32)种颜色限定，如上文参照图13所述，其中源空间为sRGB。在这32种颜色中，二十四(24)种颜色的C*值大于10，并且八(8)种颜色的C*值小于5。优选地，C*值小于5的八种颜色中的两种是白色和黑色，另外六种分布在黑色和白色之间，其优选地在黑色和白色之间以L*的大致相等间距分布。C*值大于10的24种颜色优选地分布在CIELab颜色空间中，以使得所有颜色被分配在色相角的七个扇区中的每一个中。例如，三种颜色具有15和45度的角度之间的h°，一种颜色具有在45度和75度之间的h°，三种颜色具有75度到110度之间的h°，五种颜色具有在110度和180度之间的h°，三种颜色具有在180和250度之间的h°，八种颜色具有在250和345度之间的h°，一种颜色具有在345和15度之间的h°，其所在的扇区包括h°＝360°。
那么，在本发明中，通过在每像素调色板颜色之间的抖动在反射型显示器上呈现图像。所呈现的图像中对应于每像素调色板颜色的颜色可以没有抖动地被呈现。因此，当指示显示器在远多于一个像素的扩展区域上显示每像素调色板颜色中的一个时，该整个区域将是没有任何另一种颜色的像素的每像素调色板颜色。然而，在具有高度多样的颜色(即，第二颜色集)的复杂图像中，由于需要在邻近像素呈现其它颜色的抖动算法引入的误差，图像像素可能不被分配其每像素调色板颜色(即，第一颜色集)。

Claims (3)

1.一种电泳显示器，包括用于产生彩色图像的多个像素，每个像素能够呈现8种、16种或32种颜色，其中，
在每个像素呈现8种颜色的情况下，2种颜色具有小于5的C*值，以及6种颜色具有大于10的C*值；
在每个像素呈现16种颜色的情况下，4种颜色具有小于5的C*值，以及12种颜色具有大于10的C*值；以及
在每个像素呈现32种颜色的情况下，8种颜色具有小于5的C*值，以及24种颜色具有大于10的C*值。
2.权利要求1的电泳显示器，其中，具有小于5的C*值的2种颜色是白色和黑色。
3.根据权利要求1所述的电泳显示器，其中，在具有大于10的C*值的6种颜色中，一种颜色具有1和60度之间的h°，一种颜色具有60度和120度之间的h°，一种颜色具有120和180度之间的h°，一种颜色具有180和240度之间的h°，一种颜色具有在240和300度之间的h°，以及一种颜色具有在300和360度之间的h°。
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