文獻標(biāo)識碼: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2016.04.007
中文引用格式: 尹倩,白鵬飛,周國富. 電泳電子紙驅(qū)動方式的優(yōu)化[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2016,42(4):25-27.
英文引用格式: Yin Qian,Bai Pengfei,Zhou Guofu. Driving waveform optimization based on electrophoretic displaysr[J].Application of Electronic Technique,2016,42(4):25-27.
0 引言
電泳顯示器(EPD)通過加電壓的方式來呈現(xiàn)圖像,液晶顯示器(LCD)通過加一偏振器來改變光的透過率[3],這與EPD有很大的區(qū)別。而相對于液晶顯示器,電子紙顯示具有下列優(yōu)勢:(1)重量輕,薄,高分辨率顯示;(2)雙穩(wěn)態(tài)顯示,續(xù)航能力強,當(dāng)去除外電壓時,顏料仍會留在電極上;(3)高對比度的反射,在陽光直射下,也可閱讀,閱讀視角更廣;(4)它將傳統(tǒng)紙的屬性和電子顯示可重復(fù)擦寫的特點有機地結(jié)合在一起,同時具有傳統(tǒng)紙的柔韌性和電子顯示屏靈活改變圖像和文字的特性,更加符合人類視覺生理習(xí)慣,閱讀舒適度更高 ;(5)對人身體輻射和眼睛的傷害大大減少。因此電子紙是手持閱讀設(shè)備智能應(yīng)用的必然趨勢[4]。
電泳電子紙的灰度級取決于黑白粒子的分布,而黑白粒子的分布卻取決于所施加的電壓,驅(qū)動波形就是電壓時序,若從一灰階直接驅(qū)動像素到另一灰階,會導(dǎo)致運動狀態(tài)的錯誤和非一致分布的累積,驅(qū)動波形作為電子紙的核心部分,對驅(qū)動波形的優(yōu)化也顯得至關(guān)重要[1]。
1 電泳電子紙顯示原理
電泳電子紙是基于電泳顯示原理顯示圖像,電泳圖像顯示是利用膠體化學(xué)中的電泳原理,把帶電的顏料小球穩(wěn)定地分散在含染料的非水體系分散介質(zhì)中,使分散相與分散介質(zhì)呈強烈反差[5]。膠體懸液呈電中性,所述的帶電小球表面有靜電荷,帶電小球分為白色和黑色兩種,白色粒子帶正電,黑色粒子帶負(fù)電,在沒有電場的情況下,白色和黑色顆粒在布朗運動的作用下隨機分布,此時呈現(xiàn)中間色,當(dāng)公共極板加正電時,黑色帶電粒子向公共極板運動,使得像素極板呈現(xiàn)白色狀態(tài),當(dāng)公共極板帶負(fù)電時,白色粒子向公共極板運動,使得像素極板呈現(xiàn)黑色狀態(tài)[1]。原理圖如圖1所示。
2 灰階
EPD微膠囊中灰階圖像是由像素中公共電極的+15 V(-15 V)直流電壓決定。正脈沖電壓使得白色粒子往像素電極運動,負(fù)脈沖電壓使得白色粒子往公共電極運動,施加電壓的持續(xù)時間決定了粒子的位置,從而決定圖像的灰階。示意圖如圖2所示[2]。
在微膠囊電泳電子紙中,傳統(tǒng)的驅(qū)動波形一般把白色作為參考灰階,其它灰階通過先驅(qū)動到白色灰階得到。通過優(yōu)化驅(qū)動波形,可以有效增加灰階數(shù)量[1]。目前,優(yōu)化后的驅(qū)動波形可由4 級灰度提高到 16級灰度,改善了圖像的顯示效果。如圖3所示為線性的灰度與反射率線性關(guān)系圖。
3 傳統(tǒng)驅(qū)動方式
驅(qū)動電壓的波形一般存儲在波形查詢表內(nèi),通過查詢波形查詢表的方式施加一驅(qū)動電壓,根據(jù)之前的灰度值和目標(biāo)灰度值控制像素顯示相應(yīng)的灰度值。然而由于電泳顯示器具有記憶性,因此在灰度控制過程中,需要像素點先回到極端光學(xué)狀態(tài)(即黑或白極端狀態(tài))。另外,在施加電極電壓改變灰階時,需要遵循直流平衡原則。
目前,傳統(tǒng)驅(qū)動波形的灰度控制過程包2個階段:擦除原始灰階階段、寫入新的灰階階段。第一階段采用與寫入階段極性相反的驅(qū)動電壓來擦除當(dāng)前圖像,第二階段到達目標(biāo)灰階。傳統(tǒng)的驅(qū)動方式第一階段全部到達黑色狀態(tài),但由于液體的黏度與遷移速度不相同,并非所有帶電微粒在相應(yīng)的驅(qū)動電壓下都能到達同樣的位置(即使是施加相應(yīng)的電壓,也會有部分帶電顆粒由于庫侖力的作用而再次沉降或浮起),不同灰階到同一灰階的反射率都沒有到達同一灰度值。第二階段激活粒子的作用是當(dāng)灰階數(shù)過多時,需要到達一個確定的極端光學(xué)狀態(tài),而傳統(tǒng)的驅(qū)動方式是以白色灰階作為參考灰階,會減少一些目標(biāo)灰階。傳統(tǒng)驅(qū)動波形的驅(qū)動方式示意圖如圖4所示。因此,電泳顯示器在結(jié)束時會顯示鬼影圖像,因此寫入新的圖像時,由于受擦除階段的影響,新的圖像也會有鬼影,降低了閱讀舒適度。
4 新的驅(qū)動方式
新的驅(qū)動波形的灰度控制過程包括3個階段:擦除原始灰階階段、激活粒子階段、寫入新的灰階階段。新的驅(qū)動方式充分考慮到原始灰階與目標(biāo)灰階,適當(dāng)減少刷新時間,以及縮短驅(qū)動時長。由于傳統(tǒng)的驅(qū)動方式在激活階段以白色作為參考灰階,導(dǎo)致灰階的丟失,從而產(chǎn)生鬼影。新的驅(qū)動方式以黑色作為參考灰階,減少鬼影。
新的驅(qū)動方式的具體方法是:所述16階灰度由4階基礎(chǔ)灰度調(diào)解而成,所述4階基礎(chǔ)灰度包括黑、深灰、淺灰和白,所述16階灰度分別為黑黑、黑深灰、黑淺灰、黑白、深灰黑、深灰深灰、深灰淺灰、深灰白、淺灰黑、淺灰深灰、淺灰淺灰、淺灰白、白黑、白深灰、白淺灰和白白,所述16階灰度依次用數(shù)字0-15表示,其中,0代表最大黑色,5代表深灰色,10代表淺灰色,15代表最大白色。
擦除階段包括:將灰階在0至3范圍內(nèi)的當(dāng)前灰階擦除為最大黑色灰階;將灰階在4至7范圍內(nèi)的當(dāng)前灰階擦除為深灰色灰階;將灰階在8至11范圍內(nèi)的當(dāng)前灰階擦除為淺灰色灰階;將灰階在12至15范圍內(nèi)的當(dāng)前灰階擦除為最大白色灰階。
5 實驗結(jié)果
按照新的驅(qū)動方式設(shè)計的驅(qū)動波形查找表,加載驅(qū)動波形查找表所得的結(jié)果如圖6所示。
6 結(jié)束語
本設(shè)計提供了一種改進電泳顯示器16階灰度顯示效果的驅(qū)動方法。如果電泳顯示器直接進行16到16階的變換,那么其變換就有16×16=256種,此時每一種變換都需設(shè)計一個相應(yīng)的波形,顯然會占用更多的內(nèi)存,且設(shè)計起來也非常繁瑣。雖然在傳統(tǒng)方案的基礎(chǔ)上,已有人提出選擇先擦除到達黑色狀態(tài),再以白色灰階作為參考灰階,最后到目標(biāo)灰階的改進方案。這一方案雖然減少了更新時間,但是其并沒有縮短驅(qū)動波形的時間長度,也沒有減少鬼影的存在。
本設(shè)計在傳統(tǒng)灰度控制過程的基礎(chǔ)上增加了激活帶電粒子階段,先讓粒子在擦除階段結(jié)束時回到黑色、白色、淺灰、深灰灰階,再在激活帶電粒子階段結(jié)束時達到黑色極端的狀態(tài),最后從特定的狀態(tài)去往想要驅(qū)動的狀態(tài),在擦除階段過程中,能就近選擇黑色、白色、淺灰、深灰灰階,縮短了顯示器的驅(qū)動時間,大大降低了波形設(shè)計的工作量,也提高了效率。由于16階灰度值由4階灰度值調(diào)制而成和電光效應(yīng)的記憶性,前一灰階會影響目標(biāo)灰階??紤]到懸浮液的黏性和響應(yīng)延遲的特點,本設(shè)計在灰度控制中粒子在激活帶電粒子階段結(jié)束時達到黑色極端,即以黑色灰階作為參考灰階,減少了白色灰階作為參考灰階時帶來的鬼影。
參考文獻
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