CN120898239A - 具有环境光传感器以及自适应恢复白度和平衡颜色的前光的电泳设备 - Google Patents

Abstract

电泳显示器装置包括环境光传感器和前光系统，用于自适应地在显示器上恢复白度并平衡颜色。

Description

具有环境光传感器以及自适应恢复白度和平衡颜色的前光的 电泳设备

相关申请的交叉引用

本申请要求于2023年6月27日提交的、名称为“ELECTROPHORETIC DEVICE WITHAMBIENT LIGHT SENSOR AND ADAPTIVE WHITENESS RESTORING AND COLOR BALANCINGFRONTLIGHT”（具有环境光传感器以及自适应恢复白度和平衡颜色的前光的电泳设备）的美国临时专利申请第63523487号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

电泳显示器（EPD）通过调整带电有色粒子相对于透光观察表面的位置来改变颜色。此类EPD通常被称为“电子纸”或“ePaper”，因为由此产生的显示器对比度高，并且在阳光下可读，十分类似纸上的墨水。电泳显示器在诸如亚马逊KINDLE®的电子阅读器中得到了广泛采用，因为EPD提供类似书籍的阅读体验，能量使用少，并且允许用户在轻型的手持设备中携带数以百计书籍的图书馆。

多年来，EPD仅包含两种类型的带电有色粒子：黑色和白色。（当然，本文中使用的“有色”包括黑色和白色。）白色粒子经常是光散射类型的，并且包括例如二氧化钛；而黑色粒子在可见光谱范围内是吸收性的，并可能包括炭黑或吸收性金属氧化物（诸如亚铬酸铜）。从最简单的角度而言，黑白EPD只需要在观察表面处的透光电极、背电极以及包含带相反电荷的白色和黑色粒子的电泳介质。当提供一种极性的电压时，白色粒子移动到观察表面；而当提供相反极性的电压时，黑色粒子移动到观察表面。如果背电极包含可控区域（像素）——分段电极或者由晶体管控制的像素电极有源矩阵——则可以在观察表面处以电子方式呈现图案。例如，该图案可以是书籍的文本。

近来，各种颜色选项已在商业上可用于EPD，包括三色显示器（黑色、白色、红色；黑色、白色、黄色）、四色显示器（黑色、白色、红色、黄色）以及依赖于上述黑色/白色粒子的彩色滤波器显示器。具有三种或四种反射粒子的EPD与传统的黑白显示器的操作类似，因为所需的有色粒子被驱动到观察表面。驱动方案远比只有黑色和白色的复杂，但最终，粒子的光学功能是相同的，即以正确的颜色将入射光反射回观察者。

先进彩色电子纸（ACeP™）也包含四种粒子，但青色、黄色和品红色粒子是减色的而非反射的，因此允许在每个像素处产生数千种颜色。这种彩色工艺在功能上等同于长期应用于胶印和喷墨打印机中的印刷方法。通过在明亮的白色纸张背景上使用正确比例的青色、黄色和品红色来产生给定的颜色。在ACeP的实例中，青色、黄色、品红色和白色粒子相对于观察表面的相对位置将决定在每个像素处的颜色。虽然这种类型的EPD允许在每个像素处显有数以千计的颜色，但关键在于在厚度约10至20微米的工作空间内仔细控制（50至500纳米大小）颜料的每一种的位置。显然，在粒子位置方面的变化将导致在给定像素处显示不正确的颜色。因此，此类系统需要精确电压控制。这种系统的更多细节在以下美国专利可获得，所有这些专利其全部内容通过引用并入：美国专利第9361836、9921451、10276109、10353266、10467984和10593272号。

术语灰度状态在本文中使用其在成像领域的常规含义，指在像素的两种极端光学状态中间的状态，并且不必然意味着在这两种极端状态之间的黑色-白色转变。例如，下文提到的多个伊英克公司的专利和已公布申请描述了极端状态为白色和深蓝色的EPD，因此中间灰度状态实际上是淡蓝色。事实上，正如已经提及的，在光学状态方面的变化可能根本不是颜色变化。术语黑色和白色在下文中可用于指代显示器的两种极端光学状态，并且应被理解为通常包括不是严格的黑色和白色的极端光学状态，例如上述的白色和深蓝色状态。

术语双稳态和双稳定性在本文中使用其在本领域的常规含义，指包含具有在至少一个光学特性方面不同的第一显示状态和第二显示状态的显示器元件的显示器，并且使得在任何给定元件通过有限持续时间的寻址脉冲驱动以呈现其第一显示状态或第二显示状态后，在寻址脉冲终止后，该状态将持续至少几倍于（例如至少四倍于）改变显示器元件状态所需的寻址脉冲的最短持续时间的时间。在美国专利第7170670号示出，能支持灰度的一些基于粒子的EPD不仅可稳定于其极端黑色和白色状态，而且还可以稳定于其中间灰度状态，并且一些其他类型的电光显示器也是如此。这种类型的显示器适合被称为多稳态而不是双稳态，但为了方便起见，在本文中可以使用术语双稳态来涵盖双稳态显示器和多稳态显示器两者。

术语冲激在用于涉及驱动EPD时，在本文中用于指代在驱动显示器期间所施加的电压相对于时间的积分。

吸收、散射或反射在宽波段内或在选定波长的光的粒子，在本文中称为有色粒子或颜料粒子。除颜料（该术语严格意义上来说指的是不溶性有色材料）之外的吸收或反射光的各种材料，诸如染料或光子晶体等，也可用于本发明的电泳介质和显示器。

基于粒子的EPD多年以来是深入研究和开发的课题。在此类显示器中，多个带电粒子（有时称为颜料粒子）在电场的作用下移动穿过流体。当与液晶显示器相比时，EPD可具有良好的明亮度和对比度、宽视角、状态双稳定性和功耗低的性质。然而，这些显示器的长期图像质量问题阻碍了它们的广泛应用。例如，构成EPD的粒子易于沉降，导致这些显示器的使用寿命不足。

如上所述，电泳介质要求流体的存在。在大多数现有技术的电泳介质中，这种流体是液体，但电泳介质也可以使用气态流体制成；参见，例如Kitamura, T.等人的“Electrical toner movement for electronic paper-like display”, IDW Japan,2001, Paper HCS1-1以及Yamaguchi, Y.等人的“Toner display using insulativeparticles charged triboelectrically”, IDW Japan, 2001, Paper AMD4-4。也参见美国专利第7321459和7236291号。当介质在允许此类沉降的方向使用时（例如在指示牌中，介质位于垂直平面），此类基于气体的电泳介质如同基于液体的电泳介质一样，呈现容易因粒子沉降而出现相同类型问题。事实上，与在基于液体的电泳介质中相比，在基于气体电泳介质中的粒子沉降呈现更严重的问题，因为与液态相比，气态悬浮流体更低的粘度，使电泳粒子更快地沉降。

麻省理工学院（MIT）和伊英克公司受让或以其名义的众多专利和申请描述了用于封装电泳和其他电光介质的各种技术。此类封装介质包含众多小囊体，每个囊体本身包括的内相以及包围内相的囊体壁，其中内相包含在流体介质中的可电泳移动粒子。通常，囊体本身被容纳在聚合物粘结剂中，以形成位于两个电极之间的连贯层。在这些专利和申请中描述的技术包括：

(a) 电泳粒子、流体和流体添加剂；参见例如美国专利第7002728和7679814号；

(b) 囊体、粘合剂和封装工艺；参见例如美国专利第6922276和7411719号；

(c) 微单元结构、壁材料和形成微单元的方法；参见例如美国专利第7072095和9279906号；

(d) 用于填充和密封微单元的方法；参见例如美国专利第7144942和7715088号；

(e) 包含电光材料的薄膜和子组件；参见例如美国专利第6982178和7839564号；

(f) 在显示器中使用的背板、粘合剂层和其他辅助层以及方法；参见例如美国专利第7116318和7535624号；

(g) 颜色形成颜色调节；参见例如美国专利第6017584、6545797、6664944、6788452、6864875、6914714、6972893、7038656、7038670、7046228、7052571、7075502、7167155、7385751、7492505、7667684、7684108、7791789、7800813、7821702、7839564、7910175、7952790、7956841、7982941、8040594、8054526、8098418、8159636、8213076、8363299、8422116、8441714、8441716、8466852、8503063、8576470、8576475、8593721、8605354、8649084、8670174、8704756、8717664、8786935、8797634、8810899、8830559、8873129、8902153、8902491、8917439、8964282、9013783、9116412、9146439、9164207、9170467、9170468、9182646、9195111、9199441、9268191、9285649、9293511、9341916、9360733、9361836、9383623和9423666号，以及美国专利申请公开第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和2016/0140909号。

(h) 用于驱动显示器的方法；参见例如美国专利第5930026、6445489、6504524、6512354、6531997、6753999、6825970、6900851、6995550、7012600、7023420、7034783、7061166、7061662、7116466、7119772、7177066、7193625、7202847、7242514、7259744、7304787、7312794、7327511、7408699、7453445、7492339、7528822、7545358、7583251、7602374、7612760、7679599、7679813、7683606、7688297、7729039、7733311、7733335、7787169、7859742、7952557、7956841、7982479、7999787、8077141、8125501、8139050、8174490、8243013、8274472、8289250、8300006、8305341、8314784、8373649、8384658、8456414、8462102、8514168、8537105、8558783、8558785、8558786、8558855、8576164、8576259、8593396、8605032、8643595、8665206、8681191、8730153、8810525、8928562、8928641、8976444、9013394、9019197、9019198、9019318、9082352、9171508、9218773、9224338、9224342、9224344、9230492、9251736、9262973、9269311、9299294、9373289、9390066、9390661和9412314号，以及美国专利申请公开第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和2016/0180777号（这些专利和申请在下文中可称为MEDEOD（用于驱动电光显示器的方法）申请）；

(i) 显示器的应用；参见例如美国专利第7312784和8009348号；以及

(j) 非电泳显示器，如美国专利第6241921号、美国专利申请公开第2015/0277160号，以及美国专利申请公开第2015/0005720和2016/0012710号所述。

上述专利和申请中的许多认识到，在封装电泳介质中围绕离散微囊体的壁可以用连续相替代，从而产生所谓的聚合物分散电泳显示器（EPD），其中电泳介质包含电泳流体的多个离散微滴和聚合物材料的连续相，并且在此类聚合物分散电泳显示器内的电泳流体的离散微滴可以被视为囊体或微囊体，即使没有离散囊体膜与每个单独微滴相关联；参见例如美国专利第6866760号。因此，就本申请的目的而言，此类聚合物分散电泳介质被视为封装电泳介质的子类。

一种相关类型的EPD是所谓的微单元EPD。在微单元EPD中，带电粒子和流体没有被封装在微囊体中，而是被保留在形成于载体介质（通常是聚合物薄膜）内的多个腔体中。参见，例如美国专利第6672921和6788449号。

尽管电泳介质经常是不透明的（例如，在许多电泳介质中，粒子实质上阻挡可见光透射通过显示器）并在反射模式下运行，许多EPD可以设置为在所谓的快门模式下运行，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。参见，例如美国专利第5872552、6130774、6144361、6172798、6271823、6225971和6184856号。介电泳显示器与EPD类似，但依赖于电场强度的变化，可以在类似的模式下运行。参见美国专利第4418346号。其他类型的电光显示器也可能能够在快门模式下运行。在快门模式下运行的电光介质可用于全彩显示器的多层结构；在此类结构中，与显示器观察表面相邻的至少一层在快门模式下运行，以暴露或隐藏距离观察表面较远的第二层。

封装EPD通常不会受传统电泳设备的聚集和沉降故障模式的困扰，并且提供进一步的优势，诸如在广泛类型的柔性和刚性基板上印刷或涂覆显示器的能力。（单词印刷意在包含所有形式的印刷和涂覆，包括但不限于：预先计量涂覆，诸如贴片模具涂覆、狭缝或挤压涂覆、滑动或层叠涂覆、幕式涂覆；辊涂，诸如刮刀辊涂、正反辊涂；凹版涂覆；浸涂；喷涂；弯月面涂覆；旋涂；刷涂；气刀涂覆；丝网印刷工艺；静电印刷工艺；热印刷工艺；喷墨打印工艺；电泳沉积（参见美国专利第7339715号）；以及其他类似技术。）因此，最终的显示器可以是柔性的。此外，由于显示器介质可以（使用多种方法）被印刷，因此显示器本身的制造并不昂贵。

如上所述，最简单的现有技术的电泳介质本质上仅显示两种颜色。此类电泳介质使用单一类型的电泳粒子，该粒子具有第一颜色，位于具有不同的第二颜色的有色流体中（在这种情况下，当粒子位于显示器的观察表面附近时显示第一颜色，当粒子远离观察表面时显示第二颜色）；或者使用第一和第二类型的电泳粒子，其具有不同的第一颜色和第二颜色，位于无色流体中（在这种情况下，当第一类型的粒子位于显示器的观察表面附近时显示第一颜色，当第二类型的粒子位于观察表面附近时显示第二颜色）。通常，这两种颜色为黑色和白色。如果期望的是全彩显示，可以在单色（黑色和白色）显示器的观察表面上沉积彩色滤波器阵列（CFA）。（例如，美国专利第6862128号公开了具有CFA的EPD，如从该专利复制的图6所示。）具有CFA的显示器依靠区域共享和颜色混合来产生颜色刺激。可用的显示区域在三种或四种原色（诸如红色/绿色/蓝色（RGB）或红色/绿色/蓝色/白色（RGBW））之间共享，并且滤波器可以排列成一维（条纹）或二维（2 x 2）重复图案。本领域还已经知晓原色的其他选择或多于三种原色的选择。所选择的三种（对于RGB显示器）或四种（对于RGBW显示器）子像素足够小，以便在预期的观看距离处，它们在视觉上混合在一起形成具有均匀颜色刺激（“颜色混合”）的单个像素。区域共享的固有缺点在于着色剂始终存在，并且只能通过将底层单色显示器的相应像素切换为白色或黑色（打开或关闭相应的原色）来调制颜色。例如，在理想的RGBW显示器中，红色、绿色、蓝色、白色原色的每一种占据显示区域的四分之一（四个子像素中的一个），同时白色子像素的亮度与底层单色显示器的白色一样，并且每个彩色子像素的亮度不超过单色显示器的白色亮度的三分之一。显示器显示的白色颜色明亮度作为整体不能超过白色子像素明亮度的一半（显示器的白色区域是通过显示每四个子像素中的一个白色子像素产生的，并且每个彩色子像素以其彩色形式显示时等同于白色子像素的三分之一，因此三个彩色子像素的组合贡献不超过一个白色子像素）。将有色像素切换为黑色后，通过区域共享降低颜色的明亮度和饱和度。当混合黄色时，区域共享尤其存在问题，因为黄色比任何其他同等亮度的颜色都更亮，而饱和黄色几乎和白色一样亮。将蓝色像素（显示区域的四分之一）切换为黑色使黄色过暗。

美国专利第8576476和8797634号描述了具有包含独立可寻址的像素电极和共用的透光的前电极的单个背板的多色EPD。多个电泳层设置在背板和前电极之间。在这些专利中描述的显示器能够在任何像素位置处呈现任何原色（红色、绿色、蓝色、青色、品红色、黄色、白色和黑色）。然而，使用位于单组寻址电极之间的多个电泳层存在缺点。在特定层中粒子所经历的电场低于使用相同电压寻址的单个电泳层的情况。此外，在最靠近观察表面的电泳层中的光学损失（例如，由光散射或不必要的吸收引起）可能会影响在下方电泳层中形成的图像的外观。

两种其他类型的电泳系统提供了能够在任何像素位置处呈现任何颜色的单一电泳介质。具体而言，美国专利第9697778号描述了染色溶剂与白色（光散射）粒子相结合的显示器，其中当使用低施加电压寻址时该粒子沿第一方向移动，当而使用较高电压寻址时沿相反方向移动。当白色粒子和染色溶剂和与白色粒子相反电荷的两种额外粒子相结合时，可以呈现全彩显示。然而，'778专利的颜色状态对于诸如文本阅读器的应用来说不是可以接受的。具体而言，总会有一些染色流体将白色散射粒子与观察表面隔开，这会导致在显示器的在白色状态下出现色偏。

美国专利第9921451号描述了能够在任何像素位置处呈现任何颜色的第二种电泳介质。在'451专利中，电泳介质包含四种粒子：白色、青色、品红色和黄色，其中两种粒子带正电，两种粒子带负电。然而，'451专利的显示器也存在与白色状态颜色混合的问题。由于粒子中的一种与白色粒子具有相同的电荷，因此当期望白色状态时，一定数量的同电荷粒子会随着白色粒子向观察表面移动。虽然可以通过驱动显示器的复杂波形来克服这种不必要的色偏，但此类波形大幅增加显示器的更新时间，并且在某些实例中导致在图像之间出现无法接受的“闪烁”。

像EPD一样的反射式显示器通过调制反射光来显示信息。反射式显示器至少包含两个基本光学元件：反射器（诸如镜子、逆反射器或白色漫反射器）和反射调制器（例如颜料粒子）。反射器的光学特性决定了“白色”背景的外观。一个子类的反射式显示器具有纸张的外观，并因此被描述为“像纸一样”或具有高度的“纸张相似性”。为了看起来像纸一样，白色状态反射率应当尽可能地高，光谱均匀以呈现中性而非彩色，并且具有近朗伯散射特性的漫射，这使得其反射亮度与观察方向无关。调制器的光谱特性决定了反射光是呈现非彩色还是彩色。

纸质印刷的光学特性是能够衡量反射式显示器纸张相似度的合理基准。目前，纸质印刷的行业规范包括用于报纸广告插页的SNAP（新闻纸广告制作规范）和用于杂志及其他高质量印刷的SWOP（卷筒纸胶印出版物规范）。它们规定了白度（由纸张等级决定）、对比度以及印刷原色（青色/品红色/黄色（CMY））、双原色叠印（RGB）和黑色。白色纸张的亮度（以1976 CIELAB单位表示）对于SNAP规范为85L*，而对于SWOP规范为95L*。

目前的EPD，尤其是有色EPD，无法达到纸张的白色反射水平。EPD使用带电颜料。具有近朗伯散射特性的白色颜料构成了在电子纸（ePaper）中的“纸张”，为成像颜料形成不透明的白色背景，这些颜料以墨水在传统纸张上的作用一样的方式吸收或光谱调制反射光。制作有色EPD的两种最可行方法是使用在无彩色（黑白）的背板前的CFA的显示器，或使用四种颜料的ACeP：一种散射白色颜料和三种减色透明彩色颜料，诸如青色、品红色和黄色。

尽管白色颜料的朗伯反射特性确保了电子纸具有像纸一样的外观和电子纸的宽范围的观看方向，但与印刷纸直接比较时，存在一些降低其亮度（CIE 1976 L* - CIE L*,a*,b*颜色空间系统）的基本限制。与干燥且朝向观察者的油墨纸不同，在EPD中的颜料漂浮在液体中，包含在诸如微囊体或微杯体的小隔间中。这些隔间在观察侧顶部设置有功能性透明光学层（诸如粘合剂、电极、保护膜、集成照明单元（ILU）和触摸屏）。EPD表面外观可以是亮光的或哑光的。在光学层堆叠中的表面、光学接口和散射会在环境光到达颜料前反射部分入射环境光。全内反射（TIR）将被颜料漫反射的部分光限制到超过其临界角的方向。低效的入射耦合、反射和出射耦合降低电子纸的总光学效率，使其与纸张相比更暗且颜色更不鲜艳。

与非彩色的黑白EPD或纸质打印相比，CFA进一步限制了白色状态的亮度，因为与“白色”仅仅意味着“没有墨水”或“没有黑色颜料”的打印或黑白EPD不同，CFA始终存在。在具有RGB子像素三者组合的CFA中，最佳滤波特性满足，可见光谱的对应红色、绿色、蓝色的三部分具有100%透光率，当所有三个子像素切换至白色状态（WS）时，白色的反射率不能超过(1/3 + 1/3 + 1/3)/3 = 1/3。这将其白色状态亮度限制为仅64L*的理论最大值。可以通过降低CFA填充系数、通过添加第四无滤波器的W子像素或通过使用透射2/3而不是1/3可见光谱的滤波原色（诸如CMY）来提高CFA显示器的亮度。这会将亮度提高到理论最大值76L*，但以降低颜色饱和度为代价。上述光学损耗系数将CFA显示器的亮度降低到略高于50L*。此外，CFA沉积（印刷）的变化可能导致白色状态出现不希望的色偏。

上述光学损耗系数也适用于ACeP显示器。与CFA显示器相比，ACeP显示器可以被称为“全彩”，因为它们不需要任何子像素；每个像素可以在全区域的白色、全区域的彩色和全区域的黑色之间切换。虽然白色颜料的反射率自身能够达到75至80L*，但隔离和功能光学层带来的光学损耗将白色状态进一步降低到70L*以下。此外，有色颜料对白色状态的污染会导致白色出现不希望的色偏，并使其L*进一步降低至63。

因此，有色EPD的亮度一般限制在约50至70L*的范围内，其大幅低于印刷规范（85至95L*）。

在EPD上显示的信息，需要环境照明才能看到。环境照明来自许多光源，每个光源具有自己的光谱、角度分布和入射方向。原则上，每个照明环境都由来自定向光源（例如，太阳、灯具）的光和半球漫射背景照明（例如，从室外蓝天或阴天散射的光，或从室内白墙和天花板散射的光）组成。虽然环境照明不受显示器设计者控制，但它对显示信息的感知有相当大的影响。EPD的对比度（CR）和色域容积（GV）会随着照明几何形状而变化，在纯定向照明中最高，在纯半球漫射照明中最低，此时对表面反射、TIR和散射的影响最大。在日光、白炽灯或荧光灯下观看显示器时，入射光的光谱分布改变对显示颜色的感知。对于EPD以及纸质印刷，环境光照水平不足将影响信息观察。与有色印刷相比，极低的照度水平夸大了EPD的对比度较低（Stevens效应）或颜色度较低（Hunt效应）的外观。

以ILU的形式实现的EPD的前光有效地控制EPD照明并将其使用扩展到此前发射式显示器是唯一可见选择的弱光环境。ILU包含层压到EPD的前方观察侧的光导板。边缘安装的发光二极管（LED）发出的光耦合到光导板中，通过全内反射使光平行于EPD表面传播。光转向微结构的分布（散射、反射或折射）将光引导至反射电泳层。在大多数电子阅读器中，其ILU的明亮度（亮度）由用户控制，并且可以在宽范围的白色状态亮度水平内自由变化，通常在50 cd/m²和150 cd/m²之间，有时高达300 cd/m²。

因此，与纸张参考的亮度相比，使用前光有潜力进行有效补偿在环境照明下EPD有限的白色状态亮度（L*）。然而，具有用户控制明亮度设置的ILU可能会对EPD的整体性能产生不利影响。用户经常倾向于将其“明亮度”（指定为以cd/m²为单位的亮度）调高到高于舒适阅读实际需要的水平。高于必要的明亮度水平将耗尽EPD的电池，从而消除或降低EPD与背光LCD相比的省电优势。此外，在高明亮度下运行的ILU增加来自ILU的LED光谱中蓝色光暴露带来的潜在不利健康影响。在LED的蓝光发射峰值中，在415 nm和45 nm之间的辐射对视网膜细胞有潜在危害，但只有当其暴露量超过0.5 J/cm²的剂量限制时才会发生。存在自适应ILU的需求，将其亮度限制到阅读所需的明亮度，从而节省电池容量并保护用户眼睛健康。

发明内容

本文中公开了具有环境光传感器的改进电泳设备，以及用于在显示器上自适应恢复白度和平衡颜色的前光系统。

在第一方面，本发明提供了一种电泳显示装置，包括：具有观察表面的电泳设备；耦合到该电泳设备的驱动系统，用于驱动该电泳设备在多个光学状态之间切换；以及在该电泳设备的该观察表面处的一个或多个环境光传感器，用于检测入射到该观察表面上的环境照度水平。该装置还包括设置在该电泳设备的该观察表面上方的前光单元，用于照亮该观察表面。前光控制系统耦合到该一个或多个环境光传感器和该前光单元，并被配置为：(a) 从该一个或多个环境光传感器接收指示入射到该电泳设备的该观察表面上的检测到的环境照度水平的一个或多个信号；(b) 将该检测到的环境照度水平与预定阈值水平进行比较；(c) 当该检测到的环境照度水平小于或等于该预定阈值水平时，控制从该前光单元入射到该观察表面上的前光照度，以自适应地使包括被该观察表面反射的来自该前光照度和该环境照度的光的观察表面亮度保持恒定，而不管该检测到的环境照度水平如何；(d)当该检测到的环境照度水平大于该预定阈值水平时，控制从该前光单元入射到该观察表面上的该前光照度，以使该观察表面亮度保持在与在相同的检测到的环境照度水平下的白色漫反射器大致相同的水平，其中该白色漫反射器包括具有L* = 100的值的朗伯反射表面；以及(e) 重复步骤(a)至(d)多次。

第二方面，本发明提供了一种电泳显示装置，包括：具有观察表面的电泳设备；耦合到该电泳设备的驱动系统，用于驱动该电泳设备在多个光学状态之间切换；以及在该电泳设备的该观察表面处的包括至少一个三色传感器的一个或多个环境光传感器，用于检测入射到该观察表面上的在红色、绿色和蓝色颜色通道中的环境三色辐照度。前光单元设置在该电泳设备的该观察表面上方，用于照亮该观察表面，其包括包含独立可控制的红色、绿色和蓝色颜色通道的至少一个三色光源。前光控制系统耦合到该一个或多个环境光传感器和该前光单元，用于控制来自该至少一个三色光源的照明色度，以补偿该电泳设备的非纯白色（off-white）的白色状态。该前光控制系统被配置为：(a) 从该一个或多个环境光传感器接收指示入射到该观察表面上的在该红色、绿色和蓝色颜色通道中的检测到的环境三色辐照度水平的一个或多个信号；(b) 将该检测到的环境三色辐照度水平与在该红色、绿色和蓝色通道的每一个通道中的预定阈值水平进行比较；(c) 当该检测到的环境三色辐照度水平小于或等于在该红色、绿色和蓝色颜色通道的任一个通道中的该预定阈值水平时，控制在该通道中从该前光单元入射到该观察表面上的前光光照度，以自适应地使包括被该观察表面反射的来自前光照度和该环境三色辐照度的三色辐照度的三色辐照度水平保持恒定，而不管该检测到的环境三色辐照度水平如何；(d) 当该检测到的环境三色辐照度水平大于在该红色、绿色和蓝色颜色通道的任一个通道中的该预定阈值水平时，控制在该通道中从该前光单元入射到该观察表面上的该前光照度，以使该观察表面三色辐照度保持在与在相同的检测到的环境三色辐照度水平下的理想朗伯反射器大致相同的水平；以及(e) 重复步骤(a)至(d)多次。

在第三方面，本发明提供了一种电泳显示装置，包括：具有观察表面的电泳设备；耦合到该电泳设备的驱动系统，用于驱动该电泳设备在多个光学状态之间切换；以及在该电泳设备的该观察表面处的一个或多个环境光传感器，包括具有多于三个光谱通道的至少一个多光谱传感器。前光单元设置在该电泳设备的该观察表面上方，用于照亮该观察表面，其包括具有多于三个独立控制的光谱通道的至少一个多光谱前光。前光控制系统耦合到该一个或多个环境光传感器和该前光单元，用于控制来自该至少一个多光谱前光的光谱辐照度，该前光控制系统被配置为：(a) 从该一个或多个环境光传感器接收指示在光谱通道中入射到该观察表面上的检测到的环境光谱辐照度水平的一个或多个信号；(b) 将该检测到的环境光谱辐照度水平与每一个光谱通道中的预定阈值水平进行比较；(c) 当该检测到的环境光谱辐照度水平小于或等于在任一个光谱通道中的该预定阈值水平时，控制在该通道中从该前光单元入射到该观察表面上的前光照度，以自适应地使包括被该观察表面反射的来自该前光照度和该环境光谱辐照度的光谱辐照度的光谱辐照度水平保持恒定，而不管该检测到的环境光谱辐照度水平如何；(d) 当该检测到的环境光谱辐照度水平大于在任一个光谱通道中的该预定阈值水平时，控制在该通道中从该前光单元入射到该观察表面上的该前光照度，以使该观察表面光谱辐照度保持在与相同的检测到的环境光谱辐照度水平下的理想朗伯反射器大致相同的水平；以及(e) 重复步骤(a)至(d)多次。

附图说明

专利或申请文件包含至少一张彩色附图。专利局根据请求并必要费用的支付提供本专利或专利申请公开的彩色附图副本。

图1是当显示黑色、白色、三种减色原色和三种加色原色时示出在电泳介质中各种有色粒子的位置的示意性剖视图。

图2A是示例性EPD的简化图示，其在非极性流体中具有四种类型的粒子（白色、黄色、品红色和青色），能够在每个像素电极处呈现全范围的颜色。

图2B示出了在第一光学状态和第二光学状态之间的转变，其中第一光学状态中具有第一电荷极性的所有粒子都位于观察表面，而第二光学状态中具有第二（相反）电荷极性的粒子位于观察表面。

图2C示出了在第一光学状态和第三光学状态之间的转变，其中第一光学状态中具有第一电荷极性的所有粒子都位于观察表面，而第三光学状态中具有第二（相反）电荷极性的粒子在位于观察表面的具有第一电荷极性的中等带电粒子之后。

图2D示出了在第一光学状和与第四光学状态之间的转变，其中第一光学状态中具有第一电荷极性的所有粒子都位于观察表面，而第四光学状态中具有第二（相反）电荷极性的粒子在位于观察表面的具有第一电荷极性的低带电粒子之后。

图2E示出了在第一光学状态和第五光学状态之间的转变，其中第一光学状态中具有第一电荷极性的所有粒子都位于观察表面，而第五光学状态中具有第二（相反）电荷极性的粒子在位于观察表面的具有第一电荷极性的低带电粒子和中等带电粒子的组合之后。

图3示出了EPD的单个像素的示例性等效电路。

图4是示出了示例性EPD的各层的简化图。

图5示出了具有五个电压电平的示例性推挽驱动波形，用于寻址具有白色、黄色、品红色和青色粒子的四粒子电泳介质。

图6是具有CFA的EPD的简化剖面图。

图7是具有ILU的EPD的简化剖面图。

图8是根据一个或多个实施例的具有自适应前光系统的示例性EPD的简化框图。

图9是根据一个或多个实施例的用于EPD的自适应前光控制的示例性过程的流程图。

图10A是示出与100%白色朗伯反射器进行对比，用于具有53L*的示例性EPD的白色状态亮度（无前光）与环境照度的关系的曲线图，同时示出了需要通过前光照明进行补偿的亮度损失ΔL。图10B示出了补偿较低EPD的白色状态所需的前光照度以及所需的光通量。

图11A是示出根据一个或多个实施例的用于示例性EPD的总白色状态亮度与环境照度的关系的曲线图。图11B是示出用于EPD的前光照度与环境照度的关系的曲线图。

图12A是示出测量示例性EPD白色状态的光谱反射率的曲线图。图12B示出了没有前光照明的反射式显示器的颜色。图12C示出了在环境D50照明下的显示器的颜色。图12D是示出在环境D50照明下白色状态的光谱辐射度的曲线图。

图13A是示出开启前光时EPD白色状态的环境光谱辐射度的曲线图。图13B示出了没有前光的在环境D50照明下的显示器的颜色。图13C是示出具有前光的显示器的颜色。图13D是示出关闭前光和开启前光时在环境D50照明下的a*b*色域面积的曲线图。

具体实施方式

本文公开的发明的各个实施例涉及具有环境光传感器以及用于在显示器上自适应恢复白度和平衡颜色的前光系统的改进电泳装置。

作为背景，美国专利申请公开第20220082896号（其全部内容通过引用并入本文）公开了示例性电泳介质，具体而言是四粒子电泳介质，包括一种具有第一极性的第一粒子和三种具有相反极性和不同电荷量的其它粒子。通常，此种系统包括带负电的白色粒子，以及具有减色原色的带正电的黄色、品红色和青色粒子。此外，一些粒子可以被设计成其电泳迁移率与所施加的电场强度呈非线性关系。因此，在施加正确极性的高压电场（例如，20V或更高）时，一种或多种粒子将经历电泳迁移率的降低。此种四粒子系统如图1所示，它可以在每个像素处提供白色、黄色、红色、品红色、蓝色、青色、绿色和黑色。

如图1所示，八种主色（红色、绿色、蓝色、青色、品红色、黄色、黑色和白色）的每一种对应四种粒子的不同排列，使得观察者只能看到在白色粒子（即唯一散射光的粒子）的观察侧的有色粒子。为了实现宽范围的颜色，使用额外的电压水平来更精细地控制粒子。在所述的方案中，第一粒子（通常带负电）是反射的（通常为白色），而其他三种带相反电荷（通常带正电）的粒子包含三种基本不散射光（substantially non-light-scattering, “SNLS”）的粒子。使用SNLS粒子允许颜色的混合，并提供比使用相同数量的散射粒子所能实现的颜色效果更多的颜色效果。这些阈值必须被充分分离以避免串扰，并且这种分离需要对某些颜色使用高寻址电压。四粒子电泳介质还可以更快地更新，要求“更少闪烁”的转变，并产生更令观察者愉悦的颜色光谱（并因此，商业价值更高）。此外，所公开的方案提供了在黑色和白色像素之间的快速（例如，小于500毫秒，例如，小于300毫秒，例如，小于200毫秒，例如，小于100毫秒）更新，从而实现白底黑字文本的快速翻页。

在图1中，假设显示器的观察表面在顶部（如图所示），即用户从这个方向观察显示器，并且光线从这个方向入射。如前所述，电泳介质中使用的四种粒子中只有一种会显著散射光线，并且在图1中，这种粒子被假设为白色颜料。这种光散射白色粒子形成白色反射器，任何位于白色粒子上方的粒子（如图1所示）都会被看到。进入显示器观察表面的光会穿过这些粒子，被白色粒子反射，再次穿过这些粒子，从显示器射出。因此，在白色粒子上方的粒子可以吸收各种颜色，而呈现给用户的颜色是在白色粒子上方粒子的组合的结果。任何位于白色粒子下方（从用户的观察点来看是后方）的粒子都被白色粒子遮挡，并且不会影响显示的颜色。因为第二、第三和第四粒子基本不散射光，所以它们相对于彼此的顺序或排列是不重要的，但由于已经说明的原因，它们相对于白色（光散射）粒子的顺序或排列至关重要。

更具体地说，当青色、品红色和黄色粒子位于白色粒子下方时（图1中的情况[A]），在白色粒子上方没有粒子，同时像素仅显示白色。当单一粒子位于白色粒子上方时，则显示这种单一粒子的颜色，分别为在图1中的情况[B]、[D]和[F]下的黄色、品红色和青色。当两种粒子位于白色粒子上方时，显示的颜色是这两个粒子颜色的组合；在图1中，在情况[C]下，品红色和黄色粒子显示红色；在情况[E]下，青色和品红色粒子显示蓝色；在情况[G]下，黄色和青色粒子显示绿色。最后，当所有三种彩色粒子都位于白色粒子上方时（图1中的情况[H]），所有入射光都被这三种减色原色粒子吸收，像素显示黑色。

一种减色原色可以由散射光的粒子呈现是可能的，因此显示器将包含两种类型的光散射粒子，其中一种为白色，另一种为彩色。然而，在这种情况下，光散射彩色粒子相对于覆盖在白色粒子上的其他彩色粒子的位置将变得重要。例如，在呈现黑色时（当所有三种彩色粒子都位于白色粒子上方时），散射彩色粒子不能位于非散射彩色粒子上方（否则它们将部分或完全隐藏在散射粒子后面，呈现的颜色将是散射彩色粒子的颜色，而不是黑色）。

图1示出了颜色未被污染（即，光散射白色粒子完全遮盖了位于白色粒子后方的任何粒子）的理想情况。实际上，白色粒子的遮盖可能是不完美的，因此理想情况下被完全遮盖的粒子可能吸收少量光。此类污染通常降低所呈现颜色的亮度和色度。应该将此类颜色污染降至最低，以使所形成的颜色符合颜色还原的行业标准。一个特别受青睐的标准是SNAP（新闻纸广告制作规范），其规定了上面提及的八种原色的每一种的L*、a*和b*值。（下文将使用“原色”来指代图1所示的八种颜色：黑色、白色、三种减色原色和三种加色原色。）

图2A-2E（也在美国专利申请公开第20220082896号中公开）示出了四种粒子类型的示意性剖面表示。采用改进电泳介质的显示层包括在观察侧的第一（观察）表面13和位于第一表面13相对侧的第二表面14。电泳介质位于这两个表面之间。在两条垂直虚线之间的每个空间表示一个像素。在每个像素内，可以对电泳介质进行寻址，并且每个像素的观察表面13无需额外的层并且无需彩色滤波器阵列即可实现图1所示的颜色状态。

如EPD的标准一样，第一表面13包含公共电极11，该电极是透光的，例如由其上设置的具有氧化铟锡（ITO）的PET板构成。在第二表面14上有电极层12，该电极层包含多个像素电极15。此类像素电极在美国专利第7046228号中描述，该专利的全部内容通过引用并入本文。需要注意的是，虽然提及了使用薄膜晶体管（TFT）背板驱动有源矩阵用于像素电极层，但只要电极能够实现期望的功能，也可以使用其他类型的电极寻址。例如，顶部电极和底部电极可以是连续的，也可以是分段的。此外，不同于'228专利中描述的像素电极背板也适用，并且可以包括能够提供比通常发现的使用非晶硅薄膜晶体管背板更高的驱动电压的有源矩阵背板。

新开发的有源矩阵背板包括并入金属氧化物材料的薄膜晶体管，诸如氧化钨、氧化锡、氧化铟、氧化锌或更复杂的金属氧化物，诸如氧化铟镓锆。在这些应用中，每个晶体管通过使用此类金属氧化物材料形成沟道形成区，从而能够更快地切换更高的电压。此类金属氧化物晶体管在薄膜晶体管（TFT）的“关闭”状态下允许的泄露电流，与例如非晶硅TFT所能实现的相比更少。在包含n条线的典型扫描TFT背板中，晶体管将处于“关闭”状态占刷新显示器的每条线所需的时间的大约(n-1)/n的比例。与每个像素相关的存储电容器的任何电荷泄漏将导致显示器的电光性能衰退。TFT通常包括栅极电极、栅极绝缘膜（通常是SiO₂）、金属源极电极、金属漏极电极以及在栅极绝缘膜上方的、至少部分地与栅极电极、源极电极和漏极电极重叠的金属氧化物半导体膜。此类背板可从诸如夏普/富士康、LG和京东方的制造商获得。此类背板能够提供±30V（或更高）的驱动电压。可以包含中间电压驱动器，以便作为结果的驱动波形可以包括五级、七级、九级或更多级。

用于此类应用的一种优选金属氧化物材料是铟镓锌氧化物（IGZO）。IGZO-TFT的电子迁移率是非晶硅的20到50倍。通过在有源矩阵背板中使用IGZO TFT，可以经由合适的显示器驱动器提供高于30V的电压。这使得使用源极驱动器（在EPD中的切换，用于确定在显示器的给定选定行中向每个列电极施加哪个电压）能够提供至少五种，并可能提供七种驱动电压电平。在一个示例中，有两种正电压、两种负电压和零伏。在另一个示例中，有三种正电压、三种负电压和零伏。在另一个示例中，有四种正电压、四种负电压和零伏。这些电平可以在大约-27V到+27V的范围内选择，而不受如上所述的顶板切换所施加的限制。

如图2A-2E所示的电泳介质包含在非极性流体17中的四种类型的电泳粒子。第一粒子（W-*；空心的圆圈）带负电，并且可以经过表面处理，使得第一粒子的电泳迁移率取决于驱动电场的强度（下文进行更详细的讨论）。在此种情况下，当存在更强的电场强度时，粒子的电泳迁移率实际上降低，这有点与直觉相悖。第二粒子（M++*；暗色的圆圈）带正电，并且也可以经过表面处理（或有意不进行处理），使得：第二粒子的电泳迁移率取决于驱动电场的强度；或者，当电场方向反转时，在第二粒子被驱动到包含粒子的腔体的一侧后，第二粒子的集合解包速率比第三和第四粒子集合解包速率更慢；或者，该粒子与第一粒子（在本例中为W-）形成库仑聚集体，其可通过施加高电场分离，但不能通过施加低电场分离。第三粒子（Y+；带方格图案的圆圈）带正电，但其具有的电荷量小于第二粒子。此外，第三粒子可以经过表面处理，但处理方式不会导致第三粒子的电泳迁移率取决于驱动电场的强度。也就是说，第三粒子可以进行表面处理，然而此类表面处理不会导致上述随着电场增加而电泳迁移率降低的情况。第四粒子（C+++；灰色的圆圈）具有最高量的正电荷，并且其表面处理类型与第三粒子相同。如图2A所示，这些粒子在颜色方面称为白色、品红色、黄色和青色，从而产生如图1所示的颜色。然而，该系统并不限定于这种特定的颜色集合，也不限定于一种反射粒子和三种吸收粒子。例如，该系统可以包含一种黑色吸收粒子和具有适当匹配反射光谱的三种反射粒子（为红色、黄色和蓝色），当所有三种反射粒子混合并在表面可视时，产生工艺白状态。

第一粒子（带负电）呈白色且具有散射性。第二粒子（带正电，中等电荷量）呈品红色且具有吸收性。第三粒子（带正电，低电荷量）呈黄色且具有吸收性。第四粒子（带正电，高电荷量）呈青色且具有吸收性。下表1示出了在本发明的电泳介质中可用的示例性黄色、品红色、青色和白色粒子的漫反射率，以及根据这些材料分散在聚异丁烯基质中的Kubelka-Munk分析得出的吸收系数和散射系数的比值。

表1. 优选的黄色、品红色、青色和白色粒子的漫反射率。

电泳介质可以采用上述任何一种形式。因此，电泳介质可以是未封装的、封装在由囊体壁包围的独立囊体中的、封装在密封微单元中的，或者以聚合物分散介质的形式存在。颜料在其他文献中有更详细的描述，诸如美国专利第9697778和9921451号。简而言之，白色粒子W1是硅烷醇官能化光散射颜料（二氧化钛），其键合包含甲基丙烯酸月桂酯（LMA）单体的聚合物材料，如美国专利第7002728号所述。白色粒子W2是聚合物包覆的二氧化钛，其制备方法大致与美国专利第5852196号中的示例1的所述的相同，其聚合物涂层包含大约99:1比例的甲基丙烯酸月桂酯和2,2,2-三氟乙基甲基丙烯酸酯。黄色粒子Y1是C.I.颜料黄180，未经包覆处理，并在Solsperse 19000存在下通过研磨分散，如美国专利第9697778号所述。黄色粒子Y2是C.I.颜料黄155，未经包覆处理，并在Solsperse 19000存在下通过研磨分散，如美国专利第9697778号所述。黄色粒子Y3是C.I.颜料黄139，未经包覆处理，并在Solsperse 19000存在下通过研磨分散，如美国专利号9697778中所述。黄色粒子Y4是C.I.颜料黄139，通过分散聚合包覆，并入了甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸甲酯和含二甲基硅氧烷的单体，如美国专利第9921451号的示例4所述。品红色粒子M1是带正电荷的品红色材料（二甲基喹吖啶酮，C.I.颜料红122），使用乙烯基苄基氯和LMA包覆，如美国专利第9697778号和美国专利第9921451号的示例5所述。

品红色粒子M2为C.I.颜料红122，其通过分散聚合包覆了甲基丙烯酸甲酯和含二甲基硅氧烷的单体，如美国专利第9921451号的示例6所述。青色粒子C1为铜酞菁材料（C.I.颜料蓝15:3），其通过分散聚合包覆，并入了甲基丙烯酸甲酯和含二甲基硅氧烷的单体，如美国专利第9921451号的示例7所述。在一些实施例中，已发现通过使用喷墨黄4GC（Clariant）作为核心黄色颜料以改善色域，同时并入了甲基丙烯酸甲酯表面聚合物。可以通过添加2,2,2-三氟乙基甲基丙烯酸酯（TFEM）单体和单甲基丙烯酸酯封端的聚（二甲基硅氧烷）来调节这种黄色颜料的zeta电位。

美国专利第9697778号详细讨论了用于促进不同电泳迁移率的电泳介质添加剂和表面处理，以及在表面处理与周围电荷控制剂和/或自由聚合物之间相互作用的被提出的机制，其全部内容通过引用并入本文。在此类电泳介质中，控制在各种类型的粒子之间相互作用的一种方法是控制粒子上聚合物涂层的种类、数量和厚度。例如，为了控制粒子特性，使得在第二类型粒子与第三和第四类型粒子之间的粒子-粒子相互作用小于例如在第三种类的第三类型粒子与第四类型粒子之间的相互作用，第二类型粒子进行聚合物表面处理，而第三和第四类型粒子不进行聚合物表面处理，或者进行聚合物表面处理，但使每单位面积的粒子表面积的质量覆盖度低于第二类型粒子。更普遍地，Hamaker常数（衡量在两个粒子之间范德华相互作用强度，这对势能与Hamaker常数成正比，与两个粒子之间距离的六次方成反比）和/或粒子间的间距需要通过合理选择在这三种类粒子上的聚合物涂层进行调整。

如美国专利第9921451号所述，不同类型的聚合物可以包含不同类型的聚合物表面处理。例如，当带相反电荷的粒子通过空间位阻（通常是接枝或吸附在一种或两种粒子表面的聚合物）而最大化最接近接触距离时，库伦相互作用可能会减弱。聚合物壳可以是通过本领域众所周知的接枝工艺或化学吸附的制得的共价键合聚合物，也可以物理吸附到粒子表面上。例如，聚合物壳可以是包含不溶性段和可溶性段的嵌段共聚物。可替代地，聚合物壳可以是动态的，即它是来自电泳介质的自由聚合物的松散网络，在电场以及足够数量和种类的电荷控制剂（CCA——下文讨论）存在下与颜料粒子络合。因此，根据电场的强度和极性，粒子可能具有更多的缔合聚合物，这会导致粒子与容器（例如，微囊体或微单元）和其他粒子的相互作用不同。聚合物壳的程度可以通过热重分析（TGA）方便地评估，该技术将粒子干燥样品的温度升高，并测量由于热解引起的质量损失随温度的变化。使用TGA可以测量粒子质量中聚合物的比例，然后使用的核心颜料和颜料所附着的聚合物的已知密度将其转变为体积分数。可以发现失去聚合物涂层但保留核心颜料的条件（这些条件取决于所使用的准确核心颜料粒子）。根据图2A-2E所述，可以采用多种聚合物组合实现下面所述。例如，在一些实施例中，粒子（通常是第一粒子和/或第二粒子）可以具有与容器（例如，微单元或微囊体）强烈相互作用的共价键合聚合物壳。同时，其他具有相同电荷的粒子没有聚合物涂层或与溶液中的自由聚合物形成复合物，因此这些粒子与容器的相互作用很小。在其他实施例中，粒子（通常是第一粒子和/或第二粒子）将没有表面涂层，因此这样的粒子更容易形成电荷双层，并在强电场存在的情况下经历电泳迁移率降低。

分散这四种类型粒子的流体17是清澈无色的。该流体包含在电场的作用下移动穿过流体的带电电泳粒子。优选的悬浮流体具有低介电常数（约2）、高体积电阻率（约10¹⁵欧姆-厘米）、低粘度（小于5 mPas）、低毒性和环境影响、低水溶性（如果采用传统的水性封装方法，则小于百万分之十（ppm）；但是要注意，对于非封装或某些微单元显示器，这个要求可能会放宽）、高沸点（大于约90°C）以及低折射率（小于1.5）。最后的要求源于使用高折射率的散射颜料（通常为白色），其散射效率取决于在粒子和流体之间折射率的不匹配。

诸如饱和直链或支链碳氢化合物、硅油、卤化有机溶剂以及低分子量含卤聚合物的有机溶剂是一些有用的流体。流体可以包含单一成分，也可以是多于一种成分的混合物，以调节其化学特性和物理特性。用于微囊体化工艺的反应物或溶剂（如使用的话），诸如油溶性单体，也可以包含在流体中。

该流体优选具有低粘度，并且介电常数在约2到约30的范围内，为了实现高粒子迁移率，优选在约2到约15的范围内。合适的介电流体的例子包括碳氢化合物（诸如Isopar®、十氢萘（DECALIN）、5-亚乙基-2-降冰片烯、脂肪油、石蜡油、硅流体）、芳香烃（诸如甲苯、二甲苯、苯基二甲基乙烷、十二烷基苯或烷基萘）、卤化溶剂（诸如全氟萘烷、全氟甲苯、全氟二甲苯、二氯三氟甲苯、3,4,5-三氯三氟甲苯、氯代五氟苯、二氯壬烷或五氯苯）以及全氟溶剂（诸如来自3M公司（明尼苏达州，圣保罗）的FC-43、FC-70或FC-5060），低分子量含卤聚合物（诸如来自TCI America（俄勒冈州，波特兰）的聚(全氟环氧丙烷)），聚(氯三氟乙烯)（诸如来自Halocarbon Product Corp.（新泽西州，River Edge）的Halocarbon油），全氟聚醚（诸如来自Ausimont的Galden，或者来自特拉华州DuPont的Krytox油和Greases K-Fluid系列、来自Dow-corning的聚二甲基硅氧烷基硅油（DC-200）。

电泳介质通常还包含一种或多种电荷控制剂（CCA），并且可以还包含电荷导向剂。CCA和电荷导向剂通常包含低分子量表面活性剂、聚合物剂或一种或多种成分的混合物，用于稳定或以其他方式改变在电泳粒子上电荷的符号和/或大小。CCA通常是包含离子或其他极性基团（以下称为头部基团）的分子。至少一个正离子或负离子头部基团优选键合到非极性链（通常为烃链）（该链以下称为尾部基团）。人们认为CCA在内相中形成反胶束，并且正是少量带电反胶束导致在通常用作电泳流体的强非极性流体中具有电导性。

添加CCA提供包含高度极性核心的反胶束的生成，该核心尺寸可从1纳米到几十纳米变化（并且可以具有球形、圆柱形或其他几何形状），被CCA分子的非极性尾部基团包围。在电泳介质中，通常可以区分为三个相：具有表面的固体粒子、以极小微滴形式分布的高度极性相（反胶束）以及包含流体的连续相。在施加电场时，带电粒子和带电反胶束两者均可移动穿过流体，因此存在两条平行的用于电传导穿过流体的路径（流体本身通常具有极低的电导率）。

CCA的极性核心被认为通过在表面上吸附来影响在表面上的电荷。在EPD中，此种吸附可能发生在电泳粒子表面或微囊体内壁（或其他固态相，诸如微单元壁）上，从而形成类似于反胶束的结构，这些结构在下文中称为半胶束。当离子对中的一个离子比另一个离子更牢固地键合到表面（例如通过共价键），在半胶束和未结合的反胶束之间的离子交换可以导致电荷分离，其中结合力较强的离子保持与粒子结合，而结合力较弱的离子则被并入到自由反胶束的核心中。

构成CCA头部基团的离子材料也可以在粒子（或其他）表面处引起离子对的形成。因此，CCA可以发挥两种基本功能：在表面处产生电荷和从表面分离电荷。电荷的产生可能由于存在于CCA分子中的某些部分或以其他方式并入到反胶束核心或流体中的某些部分与粒子表面之间的酸碱反应或离子交换反应。因此，有用的CCA材料是那些能够参与此类反应或本领域已知的任何其他带电反应。

在电泳介质中有用的非限制性类型的电荷控制剂包括有机硫酸盐或磺酸盐、金属皂、嵌段或梳状共聚物、有机酰胺、有机两性离子以及有机磷酸盐和膦酸盐。有用的有机硫酸盐和磺酸盐包括但不限于，双(2-乙基己基)磺基琥珀酸钠、十二烷基苯磺酸钙、石油磺酸钙、中性或碱性二壬基萘磺酸钡、中性或碱性二壬基萘磺酸钙、十二烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸铵。有用的金属皂包括但不限于，碱性或中性的石油酸钡、石油酸钙，以及羧酸（诸如环烷酸、辛酸、油酸、棕榈酸、硬脂酸和肉豆蔻酸等）的钴、钙、铜、锰、镁、镍、锌、铝和铁盐。有用的嵌段或梳状共聚物包括但不限于，由(A)用对甲苯磺酸甲酯季铵化的2-(N,N-二甲基氨基)乙基甲基丙烯酸酯的聚合物与(B)聚(2-乙基己基甲基丙烯酸酯)的AB二嵌段共聚物，以及具有油溶性尾端（聚(12-羟基硬脂酸)）并且分子量约为1800的梳状接枝共聚物，附着在由聚(甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸)构成的油溶性锚合基团上。有用的有机酰胺/胺包括但不限于，聚异丁烯琥珀酰亚胺，诸如OLOA 371或1200（可从Chevron Oronite Company LLC（德克萨斯州，休斯顿）获得），或SOLSPERSE 17000或19000（可从Lubrizol（俄亥俄州，Wickliffe）获得：Solsperse是注册商标），以及N-乙烯基吡咯烷酮聚合物。有用的有机两性离子包括但不限于卵磷脂。有用的有机磷酸盐和膦酸盐包括但不限于，饱和和不饱和酸取代基的磷酸化单甘油酯和双甘油酯的钠盐。用于CCA的有用的尾部基团包括烯烃聚合物，诸如分子量在200至10,000的范围内的聚异丁烯。头部基团可以是磺酸、磷酸或羧酸或酰胺，或者可替代地氨基基团，例如伯铵、仲铵、叔铵或季铵基团。美国专利公开第2017/0097556号公开了一类用于所公开的四粒子电泳介质的CCA，其全部内容通过引用并入本文。此类CCA通常包含季胺头部基团和不饱和聚合物尾部，即包含至少一个C-C双键。聚合物尾部通常为脂肪酸尾部。可以使用各种的CCA分子量。在一些实施例中，CCA的分子量为12,000克/摩尔或更高，例如在14,000克/摩尔和22,000克/摩尔之间。

在介质中所使用的电荷辅助剂可以使在电泳粒子表面上的电荷产生偏向，详情见下文所述。此类电荷辅助剂可以是Bronsted酸或碱，也可以是Lewis酸或碱。示例性电荷辅助剂公开于美国专利第9765015、10233339和10782586号，其全部内容通过引用并入本文。示例性辅助剂可以包括含有至少两个羟基的多羟基化合物，包括但不限于，乙二醇、2,4,7,9-四甲基癸炔-4,7-二醇、聚丙二醇、五乙二醇、三丙二醇、三乙二醇、甘油、季戊四醇、甘油三(12-羟基硬脂酸酯)、丙三醇单羟基硬脂酸酯和乙二醇单羟基硬脂酸酯。在同一分子中包含至少一个醇基和一个胺基的氨基醇化合物的示例包括但不限于，三异丙醇胺、三乙醇胺、乙醇胺、3-氨基-1-丙醇、邻氨基苯酚、5-氨基-1-戊醇以及四(2-羟乙基)乙二胺。在一些实施例中，电荷辅助剂存在在EPD介质中的含量为每克粒子质量在约1到约500毫克（“mg/g”）之间，更优选为在约50到约200 mg/g之间。

可以添加粒子分散稳定剂，以防止粒子絮凝或附着到囊体或其他壁或表面。对于作为在EPD中的流体的典型高电阻率液体，可以使用非水表面活性剂。这些表面活性剂包括但不限于乙二醇醚、炔二醇、烷醇酰胺、山梨醇衍生物、烷基胺、季胺、咪唑啉、二烷基氧化物和磺基琥珀酸酯。

如美国专利第7170670号所述，通过在流体中加入数均分子量超过约20,000的聚合物（这种聚合物对电泳粒子基本不吸附），可以改善电泳介质的双稳态性；聚异丁烯是用于此目的的优选聚合物。此外，如美国专利第6693620号所述，在其表面上带有固定电荷的粒子会在周围流体中形成具有相反电荷的电双层。CCA的离子头部基团可以与在电泳粒子表面上的带电基团进行离子配对，从而形成固定或部分固定的带电物质层。这层之外是包括在流体中包含CCA分子的带电（反）胶束的扩散层。在传统的直流电泳中，施加的电场对固定表面电荷施加力，对移动反电荷施加相反的力，使得在扩散层内发生滑移，粒子相对于流体发生移动。在滑移面处的电位被称为zeta电位。

因此，在电泳介质中的一些粒子类型具有不同的取决于跨越电泳介质的电场强度的电泳迁移率。例如，当向电泳介质施加第一（低强度，即约±10V或更低）电场时，第一类型的粒子相对于电场沿一个方向开始移动；然而，当施加第二（高强度，即约±20V或更高）电场，且该电场的极性与第一电场相同时，第一类型的粒子开始相对于电场沿相反方向移动。理论认为，这种行为是由带电反胶束或带相反电荷的电泳粒子介导的在高度非极性流体内的传导引起的。因此，任何电化学产生的质子（或其他离子）都可能通过在胶束核心中的非极性流体进行传输，或者吸附在电泳粒子上。例如，如美国专利第9697778号的图5B所示，带正电的反胶束可以接近沿相反方向行进的带负电的电泳粒子，其中该反胶束在带负电粒子周围被并入电双层。（电双层包括具有增强的反离子浓度的电荷扩散层和在粒子上的半胶束表面吸附涂层两者；在后一种情况下，反胶束电荷将与在如上所述的定义粒子zeta电位的滑移包层内的粒子结合。）通过这种机制，带正电离子的电化学电流流经电泳液，而带负电的粒子可能偏向于更加具有正电性的电荷。因此，例如第一类型的带负电粒子的电泳迁移率是电化学电流大小和正电荷在靠近粒子表面的驻留时间的函数，而后者是电场强度的函数。

此外，正如美国专利第9697778号所述，可以制备带正电的粒子，这些粒子也取决于施加的电场而表现出不同的电泳迁移率。在一些实施例中，可以添加次级（或共-）CCA到电泳介质，以调节各种粒子的zeta电位。仔细选择共-CCA可以使一个粒子的zeta电位发生改变，同时保持其他粒子的zeta电位基本不变，从而能够精确控制在切换过程中各种粒子的电泳速度以及粒子间的相互作用这两者。

在一些实施例中，在电泳粒子合成期间添加一部分用于最终方案的电荷控制剂，以控制期望的zeta电位，并影响强电场导致的电泳迁移率的降低。例如，已观察到在聚合物接枝期间添加季胺类电荷控制剂会导致一定量的CCA与粒子络合。（这可以通过从电泳流体中去除粒子，并随后用THF剥除颜料的表面物质以去除所有吸附物质来确认。当使用1H NMR对THF提取物进行评估时，可以清楚地看出，大量的CCA已经吸附到颜料粒子或与表面聚合物络合。）实验表明，在强电场的存在下，在粒子的表面聚合物中高的CCA含量有利于在粒子周围形成电荷双层。例如，具有每克成品品红色粒子中含有超过200毫克的电荷控制剂（CCA）的品红色粒子在高正电场存在下具有优异的保持性能。（参见例如图2C和上文描述。）在一些实施例中，CCA包含季胺头部基团和脂肪酸尾部。在一些实施例中，脂肪酸尾部是不饱和的。当在电泳介质中的一些粒子包含高CCA含量时，重要的是期望具有一致的电泳迁移率的粒子不具有显著的CCA含量，例如，每克成品粒子少于50毫克电荷控制剂（CCA），例如，每克成品粒子少于10毫克电荷控制剂（CCA）。

可替代地，包含四种类型粒子的电泳介质在Isopar E中存在Solsperse 17000的情况下，添加少量酸性物质（诸如二叔丁基水杨酸铝盐，Bontron E-88，可从OrientCorporation（新泽西州，Kenilworth）获得）产生益处。添加酸性物质使许多粒子（尽管不是全部）的zeta电位向更加具有正电性的值移动。在一种情况下，约1%的酸性物质和99%的Solsperse 17000（基于两种物质的总重量）使第三类型粒子（Y+）的zeta电位从-5mV移动到约+20mV。特定粒子的zeta电位是否会被像铝盐的Lewis酸性物质改变，将取决于粒子表面化学的细节。

表2示出了在优选实施例中的三种类型的彩色粒子和单个白色粒子的示例性相对zeta电位。

表2. 在存在白色粒子的相对zeta电位时彩色粒子的相对zeta电位。

带负电（白色）粒子具有-30mV的zeta电位，而其余三种粒子相对于白色粒子均为正电。因此，包含带正电的青色、品红色和黄色粒子的显示器可以在黑色状态（所有彩色粒子相对于观察表面均位于白色粒子前方）和白色状态（白色粒子最靠近观察者，并阻挡观察者感知其余三种粒子）之间切换。相比之下，当白色粒子具有0V的zeta电位时，带负电的黄色粒子是所有粒子中最具有负电性，因此包含这种粒子的显示器将在黄色状态和蓝色状态之间切换。如果白色粒子带正电，也会出现这种情况。然而，带正电的黄色粒子将比白色粒子更加具有正电性，除非黄色粒子的zeta电位超过+20mV。

电泳介质的行为表明白色粒子（在表2中以zeta电位表示）的迁移率和施加的电场相关。因此，在表2所示的示例中，当使用低电压寻址时，白色粒子的行为可能表现为看起来其zeta电位为-30mV，但当使用较高电压寻址时，其可能表现为看起来其zeta电位更加具有正电性，甚至可能高达+20mV（与黄色粒子的zeta电位一致）。因此，当使用低电压寻址时，显示器会在黑色和白色状态之间切换，但当使用较高电压寻址时，显示器会在蓝色和黄色状态之间切换。

带相反电荷的粒子也可能形成库仑聚集体。在聚集体中的粒子迁移率可能与针对聚集体组分所测量的迁移率不同。因此，例如，在带负电的白色粒子和任何带相反电荷的颜料之间都可能形成聚集体。在某些实施例中，可能优选的是，对于一些颜料组合而言，分离库仑聚集体所需的电场高于其他颜料组合。在本例中，分离在品红色和白色颜料之间形成的聚集体所需的电场可能大于分离在青色和白色或者黄色和白色粒子之间形成的聚集体所需的电场。

各种颜料粒子的电荷可能会受到在其环境中其他带电颜料存在的影响。因此，在其最终方案中颜料的电荷（或zeta电位）不必然正确地与在CCA存在的情况下分散于溶剂中时颜料本身测得的电荷相同。

图2B-2E示出了在存在高电场（例如“±H”，例如±20V，例如±25V）和低电场（例如“±L”，例如±5V，例如±10V）时，根据一种可能的假设，各种粒子进行运动。为了说明的目的，由虚线包围的每个方框都代表像素，该像素由顶部透光电极21和底部电极22包围，底部电极可以是有源矩阵的像素电极，然而它也可以是透光电极或分段电极等。从第一状态开始，所有带正电粒子都出现在观察表面处（名义上为黑色），电泳介质可以被驱动到四种不同的光学状态，如图2B-2E所示。在优选实施例中，这会产生白色光学状态（图2B）、品红色光学状态（图2C）、黄色光学状态（图2D）和红色光学状态（图2E）。显然，图1中的其余四种光学状态可以通过反转初始状态和驱动电场的顺序来实现，如图5中简略所示。

如图2B所示，当使用低电压寻址时，粒子的行为取决于其相对的zeta电位，箭头表示的是当负电压施加到背板上时的相对速度。因此，在本示例中，青色粒子比品红色粒子移动更快，而品红色粒子比黄色粒子移动更快。第一（正）脉冲不会改变粒子的位置，因为它们已经被壳体壁限制了移动。第二（负）脉冲交换了彩色粒子和白色粒子的位置，从而使显示器在黑色和白色状态之间切换，但是瞬态颜色反映了彩色粒子的相对迁移率。反转脉冲的起始位置和极性允许从白色到黑色的转变。因此，与经由工艺黑或经由工艺白的多种颜色方式实现的其他黑色和白色方案相比，本实施例提供的黑色-白色更新所需电压更低（并且能耗更少）。

在图2C中，第一（正）脉冲具有较高的正电压，足以降低品红色粒子（即三种带正电的彩色粒子中迁移率中等的粒子）的迁移率。由于迁移率降低，品红色粒子基本保持静止，而随后反向的低电压脉冲使青色、白色和黄色粒子的移动多于品红色粒子，从而在观察表面处产生品红色颜色，同时带负电的白色粒子在品红色粒子的后面。重要的是，如果反转脉冲的起始位置和极性（等同于从观察表面的相对一侧观察显示器，即通过电极22观察），则这个脉冲序列将产生绿色颜色（即黄色和青色粒子的混合）。

在图2D中，第一脉冲为不会显著降低品红色粒子或白色粒子的迁移率的低电压。然而，第二脉冲为降低白色粒子的迁移率的高负电压。这使得在三种正粒子之间能够更有效地竞争，使得最慢类型的粒子（本示例中为黄色）仍然在白色粒子前方可见，白色粒子的迁移由于早先的负脉冲而减弱。值得注意的是，黄色粒子无法使其到达容纳粒子的腔体的顶部表面。重要的是，如果反转脉冲的起始位置和极性（等同于从观察表面的相对一侧观察显示器，即通过电极22观察），则这个脉冲序列将产生蓝色颜色（即品红色和青色粒子的混合）。

图2E示出了，当两个脉冲均为高电压时，第一高正脉冲将降低品红色粒子的迁移率，而第二高负脉冲导致白色迁移率降低，从而增强在青色和黄色之间的竞争。这产生红色颜色。重要的是，如果反转脉冲的起始位置和极性（等同于从观察表面的相对一侧观察显示器，即通过电极22观察），则这个脉冲序列将产生青色颜色。

为了获得高分辨率显示器，显示器的各个像素应该可以寻址，而不受相邻像素的干扰。实现这个目标的一种方法是提供非线性元件（诸如晶体管或二极管）阵列，同时每个像素与至少一个非线性元件相关联，从而形成“有源矩阵”显示器。为一个像素寻址的寻址电极或像素电极通过关联的非线性元件连接到适当的电压源。通常，当非线性元件是晶体管时，像素电极连接到晶体管的漏极，并且在以下描述中将假定这种布置，尽管这种布置本质上是任意的，并且像素电极可以连接到晶体管的源极。传统上，在高分辨率阵列中，像素按照行和列的二维阵列排列，使得任何特定像素都由一个指定行与一个指定列的交点来唯一限定。在每列中的所有晶体管的源极连接到单个列电极，而在每行中的所有晶体管的栅极连接到单个行电极；同样，源极到行的分配以及栅极到列的分配是常规的，但本质上是任意的，如果需要可以反转。行电极连接到行驱动器，这本质上确保在任何给定时刻仅选择一行，即，向所选择的行电极施加选择电压，以确保在选择行中的所有晶体管都导通，而向所有其他行施加非选择电压，以确保在这些非选择行中的所有晶体管都保持非导通。列电极连接到列驱动器，列驱动器向各个列电极施加选择电压，以将在选择行中的像素驱动到其期望的光学状态。（上述电压是相对于公共前电极的，该电极通常被提供在在电光介质与非线性阵列相对的一侧，并延伸横跨整个显示器。）在称为“线寻址时间”的预选间隔之后，取消选择所选择的行，选择下一行，并改变在列驱动器上的电压，以便写入显示器的下一线。重复此过程，以便以逐行方式写入整个显示器。

传统上，每个像素电极都与电容器电极相关联，使得像素电极和电容器电极形成电容器；参见，例如国际专利申请WO2001007961。在一些实施例中，可以使用N型半导体（例如非晶硅）来构成晶体管，并且施加到栅极电极的“选择”电压和“非选择”电压可以分别为正和负。

附图中的图3示出了EPD的单个像素的示例性等效电路。如图所示，该电路包括形成在像素电极和电容器电极之间的电容器10。电泳介质20表示为并联的电容器和电阻器。在某些实例中，在与像素相关的晶体管的栅极电极与像素电极之间的直接或间接耦合电容30（通常称为“寄生电容”）可能为显示器产生不需要的噪声。通常，寄生电容30比存储电容器10的电容小得多，并且当选择或取消选择显示器的像素行时，寄生电容30可能会对像素电极产生小的负偏移电压，也称为“反冲电压”，其通常小于2伏。在一些实施例中，为了补偿不需要的“反冲电压”，可以向与每个像素相关的顶板电极和电容器电极提供公共电位V_com，使得当V_com被设置为与反冲电压（V_KB）相等的值时，向显示器提供的每个电压都可以被以相同的量进行抵消，并且不会经历净直流不平衡。

然而，当V_com被设置为对于反冲电压不进行补偿的电压时，可能出现问题。当期望向显示器施加的电压高于背板电压单独所能提供的电压时，可能发生这种情况。在本领域中众所周知，例如，如果背板以标称+V、0或-V的选项供电（例如，当V_com采用-V电压供电时），则施加到显示器的最大电压可以翻倍。在这种情况下，所经历的最大电压为+2V（即在背板处相对于顶板的电压），而最小电压为零。如果需要负电压，则V_com电位必须至少升到零。因此，使用顶板切换来实现正电压和负电压对显示器进行寻址所使用的波形，必须因此具有为每个多于一个V_com电压设置而分配的特定帧。

用于驱动具有四种粒子的有色EPD的波形组在美国专利第9921451号描述，该专利通过引用并入本文。在美国专利第9921451号中，向像素电极施加了七种不同的电压：三种正电压、三种负电压和零电压。然而，在某些情况下，在这些波形中使用的最大电压高于非晶硅薄膜晶体管能够处理的电压。在此类实例中，可以通过使用顶板切换获得合适的高电压。当（如上所述）V_com被有意设置为V_KB时，可以使用单独的电源。然而，在使用顶板切换时，使用与V_com设置数量相同的单独电源成本高昂且不方便。此外，已知顶板切换会增加反冲，从而降低颜色状态的稳定性。

可以通过在现有技术中已知的几种方法利用电泳流体构建显示器设备。电泳流体可以封装在微囊体中，或者并入微单元结构中，然后使用聚合物层密封。微囊体或微单元层可以涂覆或压印在带有透明导电材料涂层的塑料基板或薄膜上。该组件可以使用导电粘合剂层压到带有像素电极的背板上。可替代地，可以将电泳流体直接分散到薄的开孔网格上，该网格已布置在包含有像素电极有源矩阵的背板上。然后，可以用集成的保护板/透光电极对填充后的网格进行顶部密封。

图4示出了包含电泳介质的显示器结构200的示意性剖面图（未按比例绘制）。在显示器200中，电泳流体被描述为被限制在微单元，但也可以使用其他结构，例如微囊体。基板202可以是玻璃或塑料，其承载像素电极204，这些电极可以是单独寻址段，也可以与在有源矩阵排列中的薄膜晶体管相关联。（基板202和电极204的组合通常称为显示器的背板。）层206是根据本发明应用于背板的可选介电层。（沉积合适的介电层的方法在美国专利公布第2020/0348576号中描述，通过引用并入。）显示器的前平面包括透明基板222，其带有透明导电涂层220。覆盖在电极层220上的是可选的介电层218。层（或多层）216是聚合物层，其可以包括用于将微单元粘附到透明电极层220的底层涂料层和构成微单元底部的一些残留聚合物。微单元212的壁用于容纳电泳流体214。微单元使用层210进行密封，同时整个前平面结构使用导电粘合剂层208粘附到背板。形成微单元的工艺在现有技术中描述，例如在美国专利第6930818号中。在一些实例中，微单元的深度小于20μm，例如深度小于15μm，例如深度小于12μm，例如深度约为10μm，例如深度约为8μm。

由于制造设施的广泛可用性以及各种起始物料的成本，大多数商用EPD在有源矩阵背板（202/024）的构造中使用基于薄膜晶体管（TFT）的非晶硅。遗憾的是，当提供将允许高于约+/- 15V的电压切换的栅极电压时，非晶硅薄膜晶体管变得不稳定。尽管如此，如下所述，当允许高正电压和高负电压的幅度超过+/-15 V时，ACeP的性能被改善。因此，如前面公开所述，通过额外改变顶部透光电极的偏置相对于在背板像素电极上的偏置（也称为顶板切换）来实现性能改进。因此，如果需要+30 V（相对于背板）的电压，则可以将顶板切换到-15 V，同时将相应的背板像素切换到+15 V。例如在美国专利第9921451号中更详细地描述了使用顶板切换来驱动四粒子电泳系统的方法。

这些波形要求显示器的每个像素都可以在五种不同的寻址电压下驱动，表示为+V_high、+V_low、0、-V_low和-V_high，图示为30 V、15 V、0、-15 V和-30 V。在实际中，可能更倾向于使用更多数量的寻址电压。如果只有三种电压可用（即+V_high、0和-V_high），则可以通过使用占空比为1/n的电压V_high脉冲进行寻址，实现与较低电压（例如，V_high/n，其中n为大于1的正整数）寻址相同的效果。

图5示出了用于驱动上述四粒子有色电泳显示系统的典型波形（简化形式）。此类波形具有“推挽”结构：即，它们由包含两个极性相反脉冲的偶极子组成。这些脉冲的幅度和长度决定了所获得的颜色。该波形具有五种此类电压电平。图5示出了高、低正电压和高、低负电压，以及零伏。通常，“低”（L）指的是约5 – 15 V的范围，而“高”（H）指的是约15 – 30 V的范围。通常，“高”电压的幅度越高，显示器所达到的色域越好。也可以使用额外的“中”（M）电平，通常约为15 V；但是，M的值在某种程度上取决于粒子的成分以及电泳介质的环境。

尽管图5示出了形成颜色所需的最简单的偶极子，但可以理解，实际波形可以多次重复使用这些模式，或使用其他非周期性的模式。

当然，使用图5中的驱动脉冲实现期望的颜色取决于粒子从已知状态开始该过程，而该状态不太可能是在像素上显示的最后颜色。因此，在驱动脉冲前有一系列的复位脉冲，这增加了像素从第一颜色更新到第二颜色所需的时间。美国专利第10593272号中对复位脉冲进行了更详细的描述，通过引用并入。这些脉冲（刷新和寻址）的长度以及任何停顿（即它们之间的零电压的时间段）的长度是可以选择的，以使整个波形（即整个波形上电压对时间的积分）是直流平衡的（即电压对时间的积分基本为零）。可以通过调整在复位阶段的脉冲和停顿的长度来实现直流平衡，使得在复位阶段提供的净冲激与在寻址阶段提供的净冲激幅度相等并且符号相反，在此阶段，显示器切换到特定期望的颜色。然而，如图2B-2E所示，八种原色的起始状态是黑色状态或者白色状态，这可以使用持续的低压驱动脉冲实现。实现这种起始状态的简单性进一步减少了在状态之间更新的时间，这对用户来说更为令人满意，同时也减少了功耗量（从而延长了电池寿命）。

此外，前面的波形讨论，特别是直流平衡讨论，忽略了反冲电压的问题。实际上，如前所述，每个背板电压都会与由电源提供的电压存在偏移，偏移量等于反冲电压V_KB。因此，如果使用的电源提供三种电压+V、0和–V，则背板实际上将接收电压V+V_KB、V_KB和–V+V_KB（注意，就非晶硅TFT而言，V_KB通常为负数）。然而，相同的电源将向前电极提供+V、0和–V，而没有任何反冲电压偏移。因此，例如，当前电极由–V供电时，显示器将经历最大电压2V+V_KB和最小电压V_KB。无需使用单独的电源为前电极提供V_KB（这可能既昂贵又不方便），而是可以将波形分成各个部分，为前电极提供正电压、负电压和V_KB。

具有前光系统的EPD

本文公开的各种实施例涉及具有环境光传感器和前光的EPD，用于在显示器上自适应地恢复白度并平衡颜色。

美国专利第8690408号（其全部内容通过引用并入本文）公开了以ILU的形式实现的用于EPD的示例性前光系统，用于在低环境光环境下照亮EPD的观察表面。图7复制自该专利，示出了照明显示器设备120的简化剖面图。光源122将光124注入或发射到波导126中。光124可以以一定角度注入，从而实现全内反射（TIR）。由于注入光124在波导126内发生全内反射，因此提供抑制器128以使受抑光130从波导126的底部表面132射出。受抑光130向下传导，并导入EPD 180上。由于波导126设置在EPD 180的像素元件阵列140上方，因此受抑光130入射到EPD上表面142上，从而从上方照亮像素元件阵列140。反射光144从像素单元阵列140的上表面142反射，并返回到波导126内。反射光144通过波导126传播并从波导126的外表面146出射。因此，反射光144将像素单元阵列140产生的图像呈现给观察者的眼睛150。图7因此示出了像素单元阵列140从上方照明的顶光布置。

ILU的波导126可以是层压到EPD 180的前方观察侧的光导板。光源122可以是一个或多个耦合入光导板的边缘安装的发光二极管（LED），通过全内反射将光沿EPD表面平行传播。抑制器128可以是光转向微结构（散射、反射或折射）的分布，用于将光导向反射电泳层。

图8为根据一个或多个实施例示出的示例性电泳显示器装置300的简化框图。该装置300包括EPD单元302，其可以是本领域已知的任何类型的EPD，包括ACeP、具有CFA的EPD以及上述其他EPD。

装置300还包括嵌入在EPD单元壳体中位于观察表面320处的一个或多个环境光传感器304，用于检测入射到EPD单元302的观察表面320上的环境照度水平。

装置300还包括设置在EPD单元302的观察表面320上方的前光单元306（其可以以ILU的形式实现）。前光单元306照亮观察表面320，类似于例如上述公开的ILU。

包含一个或多个处理器310的控制系统308控制EPD单元302和前光单元306的操作。该一个或多个处理器310可以执行显示器驱动器过程312，用于驱动在多个光学状态之间切换的EPD单元302。与上述EPD类似，通过这种方式，控制系统308可以控制EPD单元302的源极驱动器，将来自电源318的选择电压施加到所选择的像素电极，从而呈现显示器输出。

该一个或多个处理器310还执行前光控制器过程314，用于响应从环境光传感器304接收的输出来控制前光单元306的操作，如下文进一步详细讨论。显示器驱动器312和前光控制器314的过程可以存储在控制系统308的存储器316中。电源（例如电池）318为装置的各个组件供电。

该一个或多个处理器310可以包括微控制器、微处理器、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或任何可以被编程的或被配置为执行本文所述功能的通用或专用电路。

环境光传感器304是具有照度计或勒克斯计的光学和光谱特性的表面光传感器。

环境光传感器304测量入射到EPD 302的观察表面320的环境照明的照度E_AMB。在EPD观察表面320上显示的白色颜料不仅反射前光单元306发出的光，还反射环境照明。根据显示器光反射的物理模型，可以确定显示器在白色状态下的总亮度（明亮度）（L_W）等于反射前光照明E_FL的亮度L_W,FL与反射环境照明E_AMB的亮度L_W,AMB之和。从前光单元306入射到EPD的白色颜料上的照度E_FL是前光LED发出的光通量Φ_FL除以前光板的面积A_FL（等于显示器或观察表面面积）。光学损失通过前光效率η_FL进行考虑。

假设漫射照明来自前光照明和环境照明，则EPD显示器在各个照明分量下的亮度是在白色状态下其漫反射系数R_W与照度E的乘积除以π。在前光照明和环境照明组合下的在白色状态下显示器总亮度L_W为

环境照度E_AMB是不可控的，因为它可能由于显示器位置的变化、一天中的时间、房间灯光的开关等而随时发生变化。

为了考虑照明变化的影响，使用环境光传感器304测量入射到EPD上的环境照度E_AMB（及其变化）。然后，测得的环境照度E_AMB会被用于自动控制回路，以改变前光单元306的LED的光通量输出Φ_FL，该输出与入射到EPD上的前光照度E_FL成正比。前光照度E_FL的控制应满足两个条件：

1. 增加EPD的总白色状态亮度L_W，使其与作为EPD在相同的环境照明下的100%白色漫反射器（R = 1，100%白色朗伯反射）的总白色状态亮度L_W相匹配；以及

2. 在低照明或黑暗的观看环境下，保持恒定的最小总显示亮度L_W,min，具有建议的最小水平，例如为30 cd/m²（大约为在100 lx照明下的白色纸张亮度）。

为了满足条件1，两者均在相同的环境照度E_AMB下，在白色状态下的EPD总亮度与100%白色漫反射器的亮度之间的差值ΔL由前光照明补偿：

将前光亮度L_FL替换为其照度E_FL和测量的白色状态反射率R_W，得出前光在任何环境照度E_AMB下必须提供的照度E_FL表达式，以补偿EPD与理想朗伯反射器(R=1)相比较低的白色状态反射率R_W：

在低照度或黑暗的观察环境中，保持恒定的最小总显示亮度L_WS,min需要确定最小环境照度阈值E_AMB,min。考虑到𝑅_𝑊 = 1的期望100%白色状态，阈值为E_AMB,min = πL_min。以53L*的CFA有色EPD为例，阈值为94 lx。如果存在环境照度E_AMB，则从期望的前光照度E_FL中减去环境照度，以防止其贡献导致EPD比100%白色漫反射器更亮。在黑暗的照明条件下，从完全的黑暗到阈值E_AMB,min所需的前光照度为

完整控制算法通过测量E_AMB来控制E_FL，考虑了E_AMB是否高于、等于或低于最小阈值E_AMB,min

从黑暗到阈值E_AMB,min，自适应前光保持恒定的总显示亮度，而不受环境照明影响。当高于阈值时，它将使总环境显示亮度保持在与100%白色漫反射器在相同环境照明下的亮度水平。

图9是示出根据一个或多个实施例的自适应控制EPD显示亮度的示例性过程400的简化流程图。在步骤402中，从环境光传感器304接收一个或多个信号，该信号指示的入射到电泳装置302的观察表面320上的检测到环境照度水平。在步骤404中，将检测到的环境照度水平与预定阈值水平进行比较。在步骤406中，当检测到的环境照度水平小于或等于预定阈值水平时，控制前光单元306自适应地使观察表面亮度（包括被观察表面反射的来自前光照度和环境照度的光）大致保持恒定，而不管检测到的环境照度水平。在步骤408中，当检测到的环境照度水平高于预定阈值水平时，控制前光单元，使观察表面亮度保持在与在相同的检测到的环境照度水平下的白色漫反射器大致相同的水平。该过程重复执行。

示例

图10A是示出与100%白色朗伯反射器（L_100%W）进行对比，用于具有53L*白色（L_W）的示例性的6英寸CFA有色EPD的白色状态亮度（无前光）与环境照度的关系的曲线图，同时示出了需要通过前光反射来增加亮度差，以弥补由于低于100%白色状态反射率而导致亮度损失ΔL。图10B示出了补偿较低EPD的白色状态所需的前光照度以及所需的光通量与环境照度的关系。

示例说明了仅75 cd/m²的最大前光亮度就足以在高达300 lx的环境照度水平（室内或办公室照明的典型值）下使显示器保持明亮。这在具有12 lm总输出LED的6英寸CFA显示器中实现。在EPD上常用的前光实现至少125 cd/m²的白色状态亮度，这使得使用20 lmLED时，在高达500 lx的环境照度的额外范围内实现白色状态补偿。

图11A示出了前光关闭L_W（FL关闭）和前光开启L_W（FL开启）、没有和有最小阈值切换的情况时EPD的总白色状态亮度与环境照度的关系。图11B示出了阈值以下的前光照度不是恒定的。从E_AMB = 0（黑暗）时的最高水平448 lx开始，它随着E_AMB的增加而降低，直到达到在阈值处的最小值355 lx。这说明了在保持总显示亮度恒定的情况下，来自环境光反射的亮度贡献增加。在阈值以上，前光照度随环境照度增加而增加，以便显示器与100%白色参考相匹配。

具有自适应颜色平衡的EPD

在一个或多个进一步的实施例中，公开了具有环境光传感器和用于在EPD观察表面上自适应平衡颜色的前光的EPD。在本实施例中的环境光传感器包含光谱灵敏度涵盖RGB三个颜色通道的三色传感器。（RGB通道的波长范围约为：红色620-750 nm，蓝色450-495nm，绿色495-570 nm。）该传感器可以检测来自G通道的照度，并使用标准比色法检测来自所有RGB三个通道的环境照明色度和色温。

在本实施例中，前光是包含RGB LED的三色的，而非白色LED。前光的三个RGB颜色通道的每一个均可独立控制，例如，通过改变施加到每个LED的电流来改变前照明的色温。

用于检测环境照度和色度的三色传感器与三色前光的组合，以允许控制前光照明的色度，以便当EPD的白色状态为非纯白色时可以补偿。

控制算法独立应用于三个颜色通道(R,G,B)的每一个。它计算在任何环境三色辐照度(E(R),E(G),E(B))_AMB水平下（由三色传感器测量）前光必须提供的三色辐照度(E(R),E(G),E(B))_FL，以补偿EPD低于1且非中性的白色状态(R(R),R(G),R(B))_W，从而使在前光和环境光的组合下，显示器白色状态的总亮度和颜色与理想的朗伯反射器(R(R),R(G),R(B))_W= 1时的总亮度和颜色相等。从自适应切换到恒定显示亮度和颜色的阈值为(E(R),E(G),E(B))_AMB,min。

每个前光颜色通道的辐照度(E(R),E(G),E(B))_FL可以通过改变施加到前光单元的各自RGB LED的电流来进行控制。

在一个或多个实施例中，三色传感器和前光的颜色通道通过近似于CIE 1931(X,Y,Z)颜色通道的光谱特性来实现。

在一个或多个实施例中，环境光传感器是具有多于三个光谱通道的光谱传感器。此外，前光具有多于三个可以独立控制的颜色通道，以改变前光照明的色度。

用于检测环境照度和色度的光谱传感器与三色或多光谱前光的组合，以允许更精细地控制前光照明的色度，以便当EPD的白色状态为非纯白色时可以更好地补偿。

控制算法独立应用于每个光谱通道λ。它计算在任何环境光谱辐照度E_AMB(λ)水平下（由光谱传感器测量）前光必须提供的三色或光谱辐照度E_FL(λ)，以补偿EPD低于1且非中性的白色状态R_W(λ)，从而使在前光和环境光的组合下，显示器白色状态的总亮度和颜色与理想的朗伯反射器R(λ) = 1时的总亮度和颜色相等。从自适应切换到恒定显示器的亮度和颜色的阈值为E_AMB,min(λ)。

示例

以下示例使用了实验性的ACeP显示器，其白色状态较低并且具有不期望的黄色色偏的非纯白色。使用三色或光谱传感器测量的环境照明大约为CIE D50。该显示器设备包含具有三个独立可控制的LED的前光，其R、G和B峰值波长和半宽分别为630±16、540±37和460±18 nm。

使用分光光度计测量了白色状态的漫反射光谱反射率。其非纯白色特性和根据光谱反射率计算出的1976 CIELAB颜色分别为L* = 70、a* = -5.4、b* = 2.3。图12A示出了白色状态的测量光谱反射率，图12B示出了反射式显示器颜色。图12C示出了在环境D50照明下的显示器颜色。具有CIE D50光谱特性的环境照明放大了黄色色偏，其根据图12D所示的在白色状态下测量的光谱显示辐射率计算出的CIELAB颜色更加鲜艳，其中L* = 70、a* = -9.7、b* = 10.2。

900 lx的前光照明与300 lx的D50环境照明相组合。将控制算法应用于这种组合照明，图12A所示白色状态反射光谱得出施加到RGB LED的相对电流为I_R = 100%、I_G = 76%和I_B = 73%。图13A所示的在组合前光照明和环境照明组合下产生的白色状态不仅亮度与100%白色漫反射器（L* = 100）相比是相等的，而且是颜色平衡的（a* = b* = 0）。图12B和12C分别示出了无前光照明和有前光照明时在环境D50照明下的显示颜色。更明亮、更均匀的白色带来的额外好处是其他显示颜色的亮度和饱和度可见改善。如图13B所示，在开启自适应颜色平衡前光时的色域区域不仅扩大了，而且以L* = 100、a* = b* = 0的中性白色为中心。

与现有技术相比，自适应EPD前光具有显著的技术优势。基于模型的过程通过在宽范围的环境照度水平下提高EPD的白色状态到达100%白色漫反射器的水平，改善了白色状态的像纸一样的外观。此外，自适应前光消除白色状态的色偏。它弥补了EPD的技术相关的缺陷，诸如白色状态的亮度低和不期望的白色状态的颜色色偏。当环境照明的照度和色温变化时，前光自适应地增强白色状态并消除颜色色偏。在昏暗和黑暗的观察环境中，前光提供最低的恒定显示亮度和色度。它最小化前光使用对电池消耗，从而延长了电池寿命。自适应前光还能通过将前光的亮度保持在最低必要水平，最小化暴露于潜在有害蓝光，为用户提供更舒适、更对眼睛安全的观察体验。

前文所述的前光控制系统的过程可以通过软件、硬件、固件或其任意组合来实现。这些过程优选通过在一个或多个处理器上运行的一个或多个计算机程序来实现。每个计算机程序可以是驻留在控制系统的随机存取存储器中的在代码模块中的一组指令（程序代码）。直到控制器需要前，该组指令可以存储在另一个计算机存储器中，或存储在另一个计算机系统上，并经由互联网或其他网络下载。

以上描述了几个示例性实施例，应当理解，对于本领域技术人员，各种变更、修改和改进是显而易见的。此类变更、修改和改进旨在构成本公开的一部分，并旨在落入本公开的精神和范围内。尽管本文中提出的一些示例涉及功能或结构元素的特定组合，但应当理解，这些功能和元素可以根据本公开以其他方式组合，以实现相同或不同的目标。特别是，与一个实施例相关联的所讨论的动作、元素和特征并非旨在排除在其他实施例中的类似或其他作用。

此外，本文描述的元件和组件可以进一步划分为附加组件或连接在一起以形成用于执行相同功能的更少的组件。

因此，前述描述和附图仅作为示例，并不旨在限制。

Claims (23)

1.一种电泳显示器装置，包括：

具有观察表面的电泳装置；

耦合到所述电泳装置的驱动系统，用于驱动所述电泳装置在多个光学状态之间切换；

在所述电泳装置的所述观察表面处的一个或多个环境光传感器，用于检测入射到所述观察表面上的环境照度水平；

设置在所述电泳装置的所述观察表面上方的前光单元，用于照亮所述观察表面；以及

耦合到所述一个或多个环境光传感器和所述前光单元的前光控制系统，并被配置为：

(a) 从所述一个或多个环境光传感器接收指示入射到所述电泳装置的所述观察表面上的检测到的环境照度水平的一个或多个信号；

(b) 将所述检测到的环境照度水平与预定阈值水平进行比较；

(c) 当所述检测到的环境照度水平小于或等于所述预定阈值水平时，控制从所述前光单元入射到所述观察表面上的前光照度，以自适应地使包括被所述观察表面反射的来自所述前光照度和所述环境照度的光的观察表面亮度保持恒定，而不管所述检测到的环境照度水平如何；

(d) 当所述检测到的环境照度水平大于所述预定阈值水平时，控制从所述前光单元入射到所述观察表面上的所述前光照度，以使所述观察表面亮度保持在与在相同的检测到的环境照度水平下的白色漫反射器大致相同的水平，其中所述白色漫反射器包括具有L* =100的值的朗伯反射表面；以及

(e) 重复步骤(a)至(d)多次。

2.根据权利要求1所述的电泳显示器装置，其中在步骤(c)中根据以下来控制从所述前光单元入射到所述观察表面上的所述前光照度：

其中E_FL是从所述前光单元入射到所述观察表面上的照度，E_AMB是入射到所述观察表面上的检测到的环境照度水平，E_AMB,MIN是预定阈值水平，以及R_W是在白色状态下所述观察表面的漫反射系数。

3.根据权利要求1所述的电泳显示器装置，其中在步骤(d)中根据以下来控制从所述前光单元入射到所述观察表面上的所述前光照度：

其中E_FL是从所述前光单元入射到所述观察表面上的照度，E_AMB是入射到所述观察表面上的检测到的环境照度水平，E_AMB,MIN是预定阈值水平，以及R_W是在白色状态下所述观察表面的漫反射系数。

4.根据权利要求1所述的电泳显示器装置，其中所述阈值水平为在3 lx和500 lx之间。

5.根据权利要求1所述的电泳显示器装置，其中所述阈值水平为约94 lx。

6.根据权利要求1所述的电泳显示器装置，其中：

所述一个或多个环境光传感器包括至少一个三色传感器，用于检测入射到所述观察表面上的在红色、绿色和蓝色颜色通道中的环境三色辐照度；

所述前光单元包括包含独立可控制的红色、绿色和蓝色颜色通道的至少一个三色光源；以及

所述前光控制系统还被配置为控制来自至少一个三色光源的照明色度，以补偿所述电泳装置的非纯白色的白色状态。

7.根据权利要求1所述的电泳显示器装置，其中：

所述一个或多个环境光传感器包括至少一个三色传感器，用于检测入射到所述观察表面上的在红色、绿色和蓝色颜色通道中的环境三色辐照度；

所述前光单元包括包含独立可控制的红色、绿色和蓝色颜色通道的至少一个三色光源；以及

所述前光控制系统还被配置为

(a) 从所述一个或多个环境光传感器接收指示入射到所述观察表面上的在所述红色、绿色和蓝色颜色通道中的检测到的环境三色辐照度水平的一个或多个信号；

(b) 将所述检测到的环境三色辐照度水平与在所述红色、绿色和蓝色颜色通道的每一个通道中的预定阈值水平进行比较；

(c) 当所述检测到的环境三色辐照度水平小于或等于在所述红色、绿色和蓝色颜色通道的任一个通道中的所述预定阈值水平时，控制在该通道中从所述前光单元入射到所述观察表面上的前光照度，以自适应地使包括被所述观察表面反射的来自所述前光照度和所述环境三色辐照度的三色辐照度的三色辐照度水平保持恒定，而不管所述检测到的环境三色辐照度水平如何；

(d) 当所述检测到的环境三色辐照度水平大于在所述红色、绿色和蓝色颜色通道的任一个通道中的所述预定阈值水平时，控制在该通道中从所述前光单元入射到所述观察表面上的所述前光照度，以使所述观察表面三色辐照度保持在与在相同的检测到的环境三色辐照度水平下的理想朗伯反射器大致相同的水平；以及

(e) 重复步骤(a)至(d)多次。

8.根据权利要求7所述的电泳显示器装置，其中在步骤(c)中根据以下来控制从所述前光单元入射到所述观察表面上的所述前光照度：

其中E(R)_FL、E(G)_FL和E(B)_FL分别是在所述红色、绿色和蓝色颜色通道中所述前光单元提供的三色辐照度水平；E(R)_AMB、E(G)_AMB和E(B)_AMB分别是在所述红色、绿色和蓝色颜色通道中入射到所述观察表面上的检测到的环境三色辐照度水平；E(R)_AMB,MIN、E(G)_AMB,MIN和E(B)_AMB,MIN分别是在所述红色、绿色和蓝色颜色通道中的预定阈值水平；R(R)_W、R(G)_W和R(B)_W分别是在所述红色、绿色和蓝色颜色通道中在白色状态下所述观察表面的漫反射系数。

9.根据权利要求7所述的电泳显示器装置，其中在步骤(d)中根据以下来控制从所述前光单元入射到所述观察表面上的所述前光照度：

其中E(R)_FL、E(G)_FL和E(B)_FL分别是在所述红色、绿色和蓝色颜色通道中所述前光单元提供的三色辐照度水平；E(R)_AMB、E(G)_AMB和E(B)_AMB分别是在所述红色、绿色和蓝色颜色通道中入射到所述观察表面上的检测到的环境三色辐照度水平；E(R)_AMB,MIN、E(G)_AMB,MIN和E(B)_AMB,MIN分别是在所述红色、绿色和蓝色颜色通道中的预定阈值水平；R(R)_W、R(G)_W和R(B)_W分别是在所述红色、绿色和蓝色颜色通道中在白色状态下所述观察表面的漫反射系数。

10.根据权利要求6所述的电泳显示器装置，其中E(R)_AMB,MIN、E(G)_AMB,MIN和E(B)_AMB,MIN是根据E(G)_AMB,min确定的。

11.根据权利要求1所述的电泳显示器装置，其中：

所述一个或多个环境光传感器包括具有多于三个光谱通道的至少一个多光谱传感器；以及

所述前光单元包括具有多于三个独立控制的光谱通道的至少一个多光谱前光，用于改变前光照明色度。

12.根据权利要求11所述的电泳显示器装置，其中所述前光控制系统还被配置为

(a) 从所述一个或多个环境光传感器接收指示入射到所述观察表面上在所述光谱通道中的检测到的环境光谱辐照度水平的一个或多个信号；

(b) 将所述检测到的环境光谱辐照度水平与在每个所述光谱通道中的预定阈值水平进行比较；

(c) 当所述检测到的环境光谱辐照度水平小于或等于在任一个光谱通道中的所述预定阈值水平时，控制在该通道中从所述前光单元入射到所述观察表面上的前光照度，以自适应地使包括被所述观察表面反射的来自所述前光照度和所述环境光谱辐照度的光谱辐照度的光谱辐照度水平保持恒定，而不管所述检测到的环境光谱辐照度水平如何；

(d) 当所述检测到的环境光谱辐照度水平大于在任一个光谱通道中的所述预定阈值水平时，控制在该通道中从所述前光单元入射到所述观察表面上的所述前光照度，以使所述观察表面光谱辐照度保持在与在相同的检测到的环境光谱辐照度水平下的理想朗伯反射器大致相同的水平；以及

(e) 重复步骤(a)至(d)多次。

13.根据权利要求12所述的电泳显示器装置，其中在步骤(c)中根据以下来控制从所述前光单元入射到所述观察表面上的所述前光照度：

其中E_FL(λ)是在所述光谱通道中从所述前光单元入射到所述观察表面上的照度；E_AMB(λ)是在所述光谱通道中入射到所述观察表面上的检测到的环境光谱辐照度水平；以及R_W(λ)是在所述光谱通道中在白色状态下所述观察表面的漫反射系数。

14.根据权利要求13所述的电泳显示器装置，其中E_AMB,min是使用明视光度函数V(λ)根据E_AMB,min(λ)确定的：

15.根据权利要求13所述的电泳显示器装置，其中E_AMB,min(λ)是在大约94 lx的环境照度阈值水平E_AMB,min下确定的。

16.根据权利要求13所述的电泳显示器装置，其中E_AMB,min(λ)是在3 lx和500 lx之间的环境照度阈值水平E_AMB,min下确定的。

17.根据权利要求1所述的电泳显示器装置，其中，所述电泳装置包括：

在观察表面处的透光电极；

背电极；以及

设置在所述透光电极和所述背电极之间的电泳介质，包括：

非极性流体；以及

分散在所述非极性流体中的多颜料粒子系统。

18.根据权利要求1所述的电泳显示器装置，其中所述前光单元包括波导、用于将光注入所述波导的光源以及用于将来自所述波导的所述光分布在所述观察表面上的抑制器。

19.一种方法，包括：

(a) 从在电泳显示器中的一个或多个环境光传感器接收指示入射到所述电泳显示器的观察表面上的检测到的环境照度水平的一个或多个信号；

(b) 将所述检测到的环境照度水平与预定阈值水平进行比较；

(c) 当所述检测到的环境照度水平小于或等于所述预定阈值水平时，控制从所述前光单元入射到所述观察表面上的前光照度，以自适应地使包括被所述观察表面反射的来自所述前光照度和所述环境照度的光的观察表面亮度保持恒定，而不管所述检测到的环境照度水平如何；

(d) 当所述检测到的环境照度水平大于所述预定阈值水平时，控制从所述前光单元入射到所述观察表面上的所述前光照度，以使所述观察表面亮度保持在与在相同的检测到的环境照度水平下的白色漫反射器大致相同的水平，其中所述白色漫反射器包括具有L* =100的值的朗伯反射表面；以及

(e) 重复步骤(a)至(d)多次。

20.一种用于控制电泳显示器的前光单元的操作的控制系统，所述控制系统包括一个或多个控制器，其被配置为：

(a) 从在电泳显示器中的一个或多个环境光传感器接收指示入射到所述电泳显示器的观察表面上的检测到的环境照度水平的一个或多个信号；

(b) 将所述检测到的环境照度水平与预定阈值水平进行比较；

(c) 当所述检测到的环境照度水平小于或等于所述预定阈值水平时，控制从所述前光单元入射到所述观察表面上的前光照度，以自适应地使包括被所述观察表面反射的来自所述前光照度和所述环境照度的光的观察表面亮度保持恒定，而不管所述检测到的环境照度水平如何；

(d) 当所述检测到的环境照度水平大于所述预定阈值水平时，控制从所述前光单元入射到所述观察表面上的所述前光照度，以使所述观察表面亮度保持在与在相同的检测到的环境照度水平下的白色漫反射器大致相同的水平，其中所述白色漫反射器包括具有L* =100的值的朗伯反射表面；以及

(e) 重复步骤(a)至(d)多次。

21.一种控制系统，包括：

至少一个处理器；

与所述至少一个处理器相关联的存储器；以及

存储在所述存储器中的用于控制电泳显示器的前光单元的操作的程序，所述程序包含多个指令，当由所述至少一个处理器执行时，使得所述至少一个处理器执行以下操作：

(a) 从在电泳显示器中的一个或多个环境光传感器接收指示入射到所述电泳显示器的观察表面上的检测到的环境照度水平的一个或多个信号；

(b) 将所述检测到的环境照度水平与预定阈值水平进行比较；

(c) 当所述检测到的环境照度水平小于或等于所述预定阈值水平时，控制从所述前光单元入射到所述观察表面上的前光照度，以自适应地使包括被所述观察表面反射的来自所述前光照度和所述环境照度的光的观察表面亮度保持恒定，而不管所述检测到的环境照度水平如何；

(d) 当所述检测到的环境照度水平大于所述预定阈值水平时，控制从所述前光单元入射到所述观察表面上的所述前光照度，以使所述观察表面亮度保持在与在相同的检测到的环境照度水平下的白色漫反射器大致相同的水平，其中所述白色漫反射器包括具有L* =100的值的朗伯反射表面；以及

(e) 重复步骤(a)至(d)多次。

22.一种电泳显示装置，包括：

具有观察表面的电泳装置；

耦合到所述电泳装置的驱动系统，用于驱动所述电泳装置在多个光学状态之间切换；

在所述电泳装置的所述观察表面处的包括至少一个三色传感器的一个或多个环境光传感器，用于检测入射到所述观察表面上的在红色、绿色和蓝色颜色通道中的环境三色辐照度；

设置在所述电泳装置的所述观察表面上方的用于照亮所述观察表面的前光单元，其包括包含独立可控制的红色、绿色和蓝色颜色通道的至少一个三色光源；

耦合到所述一个或多个环境光传感器和所述前光单元的前光控制系统，用于控制来自所述至少一个三色光源的照明色度，以补偿所述电泳装置的非纯白色的白色状态，所述前光控制系统被配置为：

(a) 从所述一个或多个环境光传感器接收指示入射到所述观察表面上的在所述红色、绿色和蓝色颜色通道中的检测到的环境三色辐照度水平的一个或多个信号；

(b) 将所述检测到的环境三色辐照度水平与在所述红色、绿色和蓝色颜色通道的每一个通道中的预定阈值水平进行比较；

(c) 当所述检测到的环境三色辐照度水平小于或等于在所述红色、绿色和蓝色颜色通道的任一个通道中的所述预定阈值水平时，控制在该通道中从所述前光单元入射到所述观察表面上的前光照度，以自适应地使包括被所述观察表面反射的来自所述前光照度和所述环境三色辐照度的三色辐照度的三色辐照度水平保持恒定，而不管所述检测到的环境三色辐照度水平如何；

(d) 当所述检测到的环境三色辐照度水平大于在所述红色、绿色和蓝色颜色通道的任一个通道中的所述预定阈值水平时，控制在该通道中从所述前光单元入射到所述观察表面上的所述前光照度，以使所述观察表面三色辐照度保持在与在相同的检测到的环境三色辐照度水平下的理想朗伯反射器大致相同的水平；以及

(e) 重复步骤(a)至(d)多次。

23.一种电泳显示器装置，包括：

具有观察表面的电泳装置；

耦合到所述电泳装置的驱动系统，用于驱动所述电泳装置在多个光学状态之间切换；

在所述电泳设备的所述观察表面处的一个或多个环境光传感器，包括具有多于三个光谱通道的至少一个多光谱传感器；

设置在所述电泳装置的所述观察表面上方的用于照亮所述观察表面的前光单元，其包括具有多于三个独立控制的光谱通道的至少一个多光谱前光；

耦合到所述一个或多个环境光传感器和所述前光单元的前光控制系统，用来控制来自所述至少一个多光谱前光的光谱辐照度，所述前光控制系统被配置为：

(a) 从所述一个或多个环境光传感器接收指示在光谱通道中入射到所述观察表面上的检测到的环境光谱辐照度水平的一个或多个信号；

(b) 将所述检测到的环境光谱辐照度水平与在每一个光谱通道中的预定阈值水平进行比较；

(c) 当所述检测到的环境光谱辐照度水平小于或等于在任一个光谱通道中的所述预定阈值水平时，控制在该通道中从所述前光单元入射到所述观察表面上的前光照度，以自适应地使包括被所述观察表面反射的来自所述前光照度和所述环境光谱辐照度的光谱辐照度的光谱辐照度水平保持恒定，而不管所述检测到的环境光谱辐照度水平如何；

(d) 当所述检测到的环境光谱辐照度水平大于在任一个光谱通道中的所述预定阈值水平时，控制在该通道中从所述前光单元入射到所述观察表面上的所述前光照度，以使所述观察表面光谱辐照度保持在与在相同的检测到的环境光谱辐照度水平下的理想朗伯反射器大致相同的水平；以及

(e) 重复步骤(a)至(d)多次。