CN105044904A - 一种全彩色动态三层电子纸 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全彩色动态三层电子纸，包括基板、控制器以及第一电润湿显示层、第二电润湿显示层和第三电润湿显示层，第一电润湿显示层、第二电润湿显示层和第三电润湿显示层均由透明上极板、绝缘疏水层、像素墙、彩色油墨、无色液体、透明下极板、封装胶以及驱动芯片构成，驱动芯片分别与透明上极板和透明下极板连接，第三电润湿显示层的透明下极板位于基板的上方；第一电润湿显示层、第二电润湿显示层和第三电润湿显示层所填充的彩色油墨分别为青色油墨、洋红色油墨、黄色油墨；控制器根据印刷三基色的减色法混合原理，控制3块驱动芯片的电压波形来实现全彩色显示。本发明具有全面和应用范围广的优点，可广泛应用于电子纸领域。

Description

一种全彩色动态三层电子纸

技术领域

本发明涉及电子纸领域，尤其是一种全彩色动态三层电子纸。

背景技术

电润湿显示技术是一种结合了普通纸张和电子显示技术优势的新型类纸显示技术。电润湿显示技术具有快速的响应时间以致于它能实现动态显示；与主动发光型面板（如LCD和AMOLED）相比，电润湿显示面板不需要背光模组，因此电润湿显示具有低功耗的特点。作为反射式显示技术，电润湿显示面板只需环境光就可以达到显示的目的，因此其还具有高亮度、高对比度和广视角的优点。

2003年，Philips公司的RobertA．Hayes与B.J.Feenstra在《Nature》上发表的文章首先提出了电润湿在显示领域的应用前景并给出了基于电润湿技术的显示器件原型设计。目前业内普遍使用的单层电润湿显示器件结构如图1所示，其由透明玻璃或塑料基板14、透明导电层13、绝缘疏水层18、像素墙12、底电极11、彩色油墨、无色液体17（水或离子液）、涂有导电层的透明上极板16和封装胶15构成。该电润湿显示器件在不加电时，非极性的油墨平铺在绝缘疏水层18上，此时显示器显示油墨的颜色；施加电压时，静电力改变原有的界面平衡，水17将油墨挤开到某一角落，此时光线透过绝缘疏水层18被白色基底14反射，显示白色。然而，目前的单层电润湿电子纸显示器件是一种单层的油墨填充结构中，绝缘疏水层18只填充一种有色油墨，因此其在施加电场的作用下只能显示一种颜色（即所填充油墨的颜色），难以实现全彩色的显示，不够全面且应用范围较小。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是：提供一种全面和应用范围广的全彩色动态三层电子纸。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种全彩色动态三层电子纸，包括基板、控制器以及自上而下垂直分布的第一电润湿显示层、第二电润湿显示层和第三电润湿显示层，所述第一电润湿显示层、第二电润湿显示层和第三电润湿显示层均由透明上极板、绝缘疏水层、像素墙、彩色油墨、无色液体、透明下极板、封装胶以及驱动芯片构成，所述驱动芯片分别与透明上极板和透明下极板连接，所述第三电润湿显示层的透明下极板位于基板的上方；所述第一电润湿显示层、第二电润湿显示层和第三电润湿显示层中绝缘疏水层所填充的彩色油墨分别为青色油墨、洋红色油墨、黄色油墨；所述控制器根据印刷三基色的减色法混合原理，控制3块驱动芯片的电压波形来实现垂直结构上不同颜色的叠加以及该电子纸的全彩色显示。

进一步，所述驱动芯片在透明上极板和透明下极板间所施加的电压大于等于设定的电压阈值时，彩色油墨将收缩到绝缘疏水层的一侧，此时光线能透过绝缘疏水层；反之，则彩色油墨平铺在绝缘疏水层上，此时光线不能透过绝缘疏水层。

进一步，所述控制器采用STM32微控制器，所述3块驱动芯片均采用SSD1623双稳态显示驱动器。

进一步，所述第一电润湿显示层、第二电润湿显示层和第三电润湿显示层均由64个像素段组成，所述每个像素段由多个通过像素墙进行分隔的像素组成，其中，同一个像素段中所有像素的下电极连接在一起构成一个段像素电极，所述64个段像素电极组成透明下电极；同一个像素段中所有像素的中的上电极连接在一起构成公共电极，所述64段像素的公共电极又连接成一个作为透明上极板的总公共电极，所述64个段像素电极以及1个总公共电极分别与驱动芯片的65个引脚连接。

进一步，所述基板为白色基板。

进一步，在3个透明上极板都施加低电压波形的前提下，若第一电润湿显示层、第二电润湿显示层和第三电润湿显示层的段像素电极都施加高电压波形，则该电子纸显示的颜色是基板的白色；若第一电润湿显示层、第二电润湿显示层和第三电润湿显示层的段像素电极都施加低电压波形，则该电子纸显示的颜色是黑色；若第一电润湿显示层及第二电润湿显示层的段像素电极都施加高电压波形，第三电润湿显示层的段像素电极施加低电压波形，则该电子纸显示的颜色是黄色；若第二电润湿显示层及第三电润湿显示层的段像素电极都施加高电压波形，第一电润湿显示层的段像素电极施加低电压波形，则该电子纸显示的颜色是青色；若第一电润湿显示层及第三电润湿显示层的段像素电极都施加高电压波形，第二电润湿显示层的段像素电极施加低电压波形，则该电子纸显示的颜色是洋红色；若第一电润湿显示层及第二电润湿显示层的段像素电极都施加低电压波形，第三电润湿显示层的段像素电极施加高电压波形，则该电子纸显示的颜色是蓝色；若第一电润湿显示层及第三电润湿显示层的段像素电极都施加低电压波形，第二电润湿显示层的段像素电极施加高电压波形，则该电子纸显示的颜色是绿色；若第二电润湿显示层及第三电润湿显示层的段像素电极都施加低电压波形，第一电润湿显示层的段像素电极施加高电压波形，则该电子纸显示的颜色是红色。

进一步，所述控制器通过SPI总线与驱动芯片连接，所述驱动芯片通过FPC排线而分别与透明上极板和透明下极板连接。

进一步，还包括触摸按键，所述触摸按键的输出端与控制器的输入端连接。

进一步，所述透明上极板和透明下极板均涂氧化铟锡导电层。

进一步，所述无色液体为水。

本发明的有益效果是：包括自上而下垂直分布的第一电润湿显示层、第二电润湿显示层和第三电润湿显示层，由分别填充有青色油墨、洋红色油墨和黄色油墨的三层电润湿结构垂直叠加而成，在传统单层电润湿显示器件的基础上叠加了另外的两层电润湿显示层，并结合三种印刷三基色的减色法原理以及控制器来控制每种颜色对应的驱动芯片驱动波形，实现了全彩色的显示，更加全面且应用范围更广。进一步，采用通用的CMOS显示驱动控制器SSD1623作为驱动芯片，可以单独驱动96个段像素且其驱动电压可调，从而可以控制三层电润湿显示屏结构中的每个段像素，更加灵活和方便。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为现有单层电润湿显示器件的结构示意图；

图2为本发明全彩色动态三层电子纸的结构示意图；

图3为三层矩阵电润湿显示屏的结构示意图；

图4为本发明三层电润湿显示层中透明下电极的驱动波形图；

图5为本发明印刷三原色的减色法混合原理图；

图6为与本发明电子纸对应的控制系统的结构框图。

附图标记：11.底电极；13.透明导电层；14.基板；15和21.封装胶；12和22.像素墙；18、23、26和27.绝缘疏水层；24.透明下极板；16和25.透明上极板；17和28.无色液体；3.段像素电极引线。

具体实施方式

参照图2，一种全彩色动态三层电子纸，包括基板、控制器以及自上而下垂直分布的第一电润湿显示层、第二电润湿显示层和第三电润湿显示层，所述第一电润湿显示层、第二电润湿显示层和第三电润湿显示层均由透明上极板25、绝缘疏水层23、26和27、像素墙22、彩色油墨、无色液体28、透明下极板24、封装胶21以及驱动芯片构成，所述驱动芯片分别与透明上极板25和透明下极板24连接，所述第三电润湿显示层的透明下极板24位于基板的上方；所述第一电润湿显示层、第二电润湿显示层和第三电润湿显示层中绝缘疏水层23、26和27所填充的彩色油墨分别为青色油墨、洋红色油墨、黄色油墨；所述控制器根据印刷三基色的减色法混合原理，控制3块驱动芯片的电压波形来实现垂直结构上不同颜色的叠加以及该电子纸的全彩色显示。

进一步作为优选的实施方式，所述驱动芯片在透明上极板25和透明下极板24间所施加的电压大于等于设定的电压阈值时，彩色油墨将收缩到绝缘疏水层23、26和27的一侧，此时光线能透过绝缘疏水层23、26和27；反之，则彩色油墨平铺在绝缘疏水层23、26和27上，此时光线不能透过绝缘疏水层23、26和27。

进一步作为优选的实施方式，所述控制器采用STM32微控制器，所述3块驱动芯片均采用SSD1623双稳态显示驱动器。

参照图3，进一步作为优选的实施方式，所述第一电润湿显示层、第二电润湿显示层和第三电润湿显示层均由64个像素段组成，所述每个像素段由多个通过像素墙22进行分隔的像素组成，其中，同一个像素段中所有像素的下电极连接在一起构成一个段像素电极，所述64个段像素电极组成透明下电极24；同一个像素段中所有像素的中的上电极连接在一起构成公共电极，所述64段像素的公共电极又连接成一个作为透明上极板25的总公共电极，所述64个段像素电极以及1个总公共电极分别与驱动芯片的65个引脚连接。

进一步作为优选的实施方式，所述基板为白色基板。

参照图4，进一步作为优选的实施方式，在3个透明上极板25都施加低电压波形的前提下，若第一电润湿显示层、第二电润湿显示层和第三电润湿显示层的段像素电极都施加高电压波形，则该电子纸显示的颜色是基板的白色；若第一电润湿显示层、第二电润湿显示层和第三电润湿显示层的段像素电极都施加低电压波形，则该电子纸显示的颜色是黑色；若第一电润湿显示层及第二电润湿显示层的段像素电极都施加高电压波形，第三电润湿显示层的段像素电极施加低电压波形，则该电子纸显示的颜色是黄色；若第二电润湿显示层及第三电润湿显示层的段像素电极都施加高电压波形，第一电润湿显示层的段像素电极施加低电压波形，则该电子纸显示的颜色是青色；若第一电润湿显示层及第三电润湿显示层的段像素电极都施加高电压波形，第二电润湿显示层的段像素电极施加低电压波形，则该电子纸显示的颜色是洋红色；若第一电润湿显示层及第二电润湿显示层的段像素电极都施加低电压波形，第三电润湿显示层的段像素电极施加高电压波形，则该电子纸显示的颜色是蓝色；若第一电润湿显示层及第三电润湿显示层的段像素电极都施加低电压波形，第二电润湿显示层的段像素电极施加高电压波形，则该电子纸显示的颜色是绿色；若第二电润湿显示层及第三电润湿显示层的段像素电极都施加低电压波形，第一电润湿显示层的段像素电极施加高电压波形，则该电子纸显示的颜色是红色。

参照图6，进一步作为优选的实施方式，所述控制器通过SPI总线与驱动芯片连接，所述驱动芯片通过FPC排线而分别与透明上极板25和透明下极板24连接。

参照图6，进一步作为优选的实施方式，还包括触摸按键，所述触摸按键的输出端与控制器的输入端连接。

进一步作为优选的实施方式，所述透明上极板25和透明下极板24均涂氧化铟锡导电层。

进一步作为优选的实施方式，所述无色液体28为水。

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例一

本发明在传统单层单色电润湿显示器件结构的基础上，提出了一种三层结构的电润湿显示器件—全彩色动态三层电子纸。该电子纸向三层绝缘疏水层结构中分别填充青色、洋红色和黄色（即印刷三基色）油墨，按照印刷三基色的减色法混合原理，通过控制器控制每一层中像素的开关（即驱动芯片的驱动波形），来实现垂直结构上不同颜色的叠加，进而实现全彩色的显示。

其中，三层结构的电润湿显示器件的垂直结构如图2所示，该结构分别向每一层从上到下添加青色、洋红色、黄色三种不同颜色的油墨。图中每层电润湿显示层的每个像素之间通过像素墙隔开，每一层都有涂有ITO（氧化铟锡）的透明上下极板。当施加在某一层电润湿显示层的电压差达到设定的电压阈值（如30V）时，根据电润湿原理，这一层的油墨会收缩到一个角落里（即绝缘疏水层的一侧）。如果三次都施加电压使每一层中的油墨会收缩到一个角落里，此时光将透过绝缘疏水层后经基板反射，使电子纸显示白色。若三层电润湿显示层都不加电压（即电压差为0），则每层中的油墨不收缩，此时根据图5的印刷三基色减色法原理图可知，自然光中不同波长的光被三种油墨吸收后反射出来的颜色为黑色。

如图3所示，本发明的电子纸可采用三层矩阵电润湿显示屏，该显示屏的每一层均包含64个像素段，每个像素段的结构均由多个像素组成。同一个像素段里的像素的下电极连接在一起构成段像素电极，上电极连接在一起构成公共电极，64个像素段的公共电极又连接在一起。因此，该显示屏每层的显示面板有64个段像素电极和一个总公共电极，64个段像素电极对应1—64个电极引线3。

与本发明电子纸对应的控制系统的结构图如图6所示，STM32控制器对驱动芯片的驱动波形进行编程，并通过SPI总线传输数据到3块显示驱动芯片SSD1623,每一层电润湿显示层的64个电极分别连接到驱动芯片的64个segments引脚上，而透明上极板单独连接到驱动芯片的一个segment引脚上。

通过STM32编程可以控制驱动芯片的驱动电极电压，其中，编程“1”表示响应的segment引脚输出电压为高电压，编程“0”表示segment引脚响应的输出电压为低电压。本发明的电子纸采用加电压的直接驱动方法，假设连接每一层上极板的segment引脚输出高电压“1”，当段像素电极加相同的高电压“1”时，该像素段的彩色油墨打不开（即彩色油墨平铺在绝缘疏水层上），反之，即当段像素加低电压“0”时，该像素段的彩色油墨打开（即彩色油墨收缩到绝缘疏水层的一侧）。图4为本发明三层电润湿结构的电子纸显示各种颜色相应的每一层对应的驱动波形，如图4中所示，在3个透明上极板都施加低电压波形的前提下，如果要让电子纸显示白色，则需要同时给每一层的段像素电极都加高电压波形，使每一层的彩色油墨都打开；如果要让电子纸显示黑色，根据图5的减色法原理图，则需要同时给每一层的段像素电极都加低电压波形，此时第一层中的青色油墨打不开，第二层中的洋红色油墨打不开，第三层中的黄色油墨打不开；如果要要让电子纸显示绿色，根据图5的减色法原理图，则需要第一层的段像素电极加低电压波形，同时第二层的段像素电极加高电压波形，且第三层的段像素电极加低电压波形，此时第一层中的青色油墨打不开，第二层中的洋红色油墨打开，第三层中的黄色油墨打不开。同理，可根据图5的减色法原理图得到其他颜色对应的输出驱动波形以及对应每一层彩色油墨的开关状态（如果需要这一层的彩色油墨打开，则需要为像素段电极加高电压波形，如果需要这一层的彩色油墨不打开，则需要为像素段电极加低电压波形）。

电润湿又名电湿润，本发明同样适用于基于电湿润原理的全彩色电子纸。

与现有技术相比，本发明由分别填充有青色油墨、洋红色油墨和黄色油墨的三层电润湿结构垂直叠加而成，在传统单层电润湿显示器件的基础上叠加了另外的两层电润湿显示层，并结合三种印刷三基色的减色法原理以及控制器来控制每种颜色对应的驱动芯片驱动波形，实现了全彩色的显示，更加全面且应用范围更广。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种全彩色动态三层电子纸，其特征在于：包括基板、控制器以及自上而下垂直分布的第一电润湿显示层、第二电润湿显示层和第三电润湿显示层，所述第一电润湿显示层、第二电润湿显示层和第三电润湿显示层均由透明上极板（25）、绝缘疏水层（23、26和27）、像素墙（22）、彩色油墨、无色液体（28）、透明下极板（24）、封装胶（21）以及驱动芯片构成，所述驱动芯片分别与透明上极板（25）和透明下极板（24）连接，所述第三电润湿显示层的透明下极板（24）位于基板的上方；所述第一电润湿显示层、第二电润湿显示层和第三电润湿显示层中绝缘疏水层（23、26和27）所填充的彩色油墨分别为青色油墨、洋红色油墨、黄色油墨；所述控制器根据印刷三基色的减色法混合原理，控制3块驱动芯片的电压波形来实现垂直结构上不同颜色的叠加以及该电子纸的全彩色显示。

2.根据权利要求1所述的一种全彩色动态三层电子纸，其特征在于：所述驱动芯片在透明上极板（25）和透明下极板（24）间所施加的电压大于等于设定的电压阈值时，彩色油墨将收缩到绝缘疏水层（23、26和27）的一侧，此时光线能透过绝缘疏水层（23、26和27）；反之，则彩色油墨平铺在绝缘疏水层（23、26和27）上，此时光线不能透过绝缘疏水层（23、26和27）。

3.根据权利要求2所述的一种全彩色动态三层电子纸，其特征在于：所述控制器采用STM32微控制器，所述3块驱动芯片均采用SSD1623双稳态显示驱动器。

4.根据权利要求3所述的一种全彩色动态三层电子纸，其特征在于：所述第一电润湿显示层、第二电润湿显示层和第三电润湿显示层均由64个像素段组成，所述每个像素段由多个通过像素墙（22）进行分隔的像素组成，其中，同一个像素段中所有像素的下电极连接在一起构成一个段像素电极，所述64个段像素电极组成透明下电极（24）；同一个像素段中所有像素的中的上电极连接在一起构成公共电极，所述64段像素的公共电极又连接成一个作为透明上极板（25）的总公共电极，所述64个段像素电极以及1个总公共电极分别与驱动芯片的65个引脚连接。

5.根据权利要求4所述的一种全彩色动态三层电子纸，其特征在于：所述基板为白色基板。

6.根据权利要求5所述的一种全彩色动态三层电子纸，其特征在于：在3个透明上极板（25）都施加低电压波形的前提下，若第一电润湿显示层、第二电润湿显示层和第三电润湿显示层的段像素电极都施加高电压波形，则该电子纸显示的颜色是基板的白色；若第一电润湿显示层、第二电润湿显示层和第三电润湿显示层的段像素电极都施加低电压波形，则该电子纸显示的颜色是黑色；若第一电润湿显示层及第二电润湿显示层的段像素电极都施加高电压波形，第三电润湿显示层的段像素电极施加低电压波形，则该电子纸显示的颜色是黄色；若第二电润湿显示层及第三电润湿显示层的段像素电极都施加高电压波形，第一电润湿显示层的段像素电极施加低电压波形，则该电子纸显示的颜色是青色；若第一电润湿显示层及第三电润湿显示层的段像素电极都施加高电压波形，第二电润湿显示层的段像素电极施加低电压波形，则该电子纸显示的颜色是洋红色；若第一电润湿显示层及第二电润湿显示层的段像素电极都施加低电压波形，第三电润湿显示层的段像素电极施加高电压波形，则该电子纸显示的颜色是蓝色；若第一电润湿显示层及第三电润湿显示层的段像素电极都施加低电压波形，第二电润湿显示层的段像素电极施加高电压波形，则该电子纸显示的颜色是绿色；若第二电润湿显示层及第三电润湿显示层的段像素电极都施加低电压波形，第一电润湿显示层的段像素电极施加高电压波形，则该电子纸显示的颜色是红色。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种全彩色动态三层电子纸，其特征在于：所述控制器通过SPI总线与驱动芯片连接，所述驱动芯片通过FPC排线而分别与透明上极板（25）和透明下极板（24）连接。

8.根据权利要求1-6任一项所述的一种全彩色动态三层电子纸，其特征在于：还包括触摸按键，所述触摸按键的输出端与控制器的输入端连接。

9.根据权利要求1-6任一项所述的一种全彩色动态三层电子纸，其特征在于：所述透明上极板（25）和透明下极板（24）均涂氧化铟锡导电层。

10.根据权利要求1-6任一项所述的一种全彩色动态三层电子纸，其特征在于：所述无色液体（28）为水。