CN108615506A - 一种电泳电子纸显示器及其显示控制方法 - Google Patents
一种电泳电子纸显示器及其显示控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种电泳电子纸显示器的显示控制方法，包括以下步骤：获取待显示图像的n阶灰阶信息；将每个像素单元划分为n‑1个子像素单元，每个子像素单元占像素单元的面积比例不一；根据待显示图像的n阶灰阶信息得到若干个n‑1位二进制数；根据若干个n‑1位二进制数对应控制若干个像素单元显示对应灰阶，每位二进制数对应控制一个子像素单元显示黑色或白色；还公开一种电泳电子纸显示器。本发明中一种电泳电子纸显示器的显示控制方法只需考虑黑、白两个灰阶的显示，方便实现快速精准的灰阶控制，减弱鬼影，缩短灰阶的驱动时间；本发明中一种电泳电子纸显示器简化驱动波形，提升电泳电子纸视频播放的质量与速度，使得灰阶更容易统一控制，减弱鬼影。
Description
技术领域
本发明涉及电子纸显示领域，尤其是一种电泳电子纸显示器及其显示控制方法。
背景技术
EPD(电泳)电子纸：电泳电子纸已经广泛应用于电子书阅读器、电子标签、电子广告牌等，其具备良好的双稳态特性，在静态显示时，几乎不耗电，是一种具备节能环保特色的显示技术。
现有电泳电子纸难以完成视频的播放，其中最主要原因在于电泳电子纸实现精准的灰阶需要上百毫秒的刷新时间，远远不能达到视频播放的效果，且短时间的驱动波形设计如果状态未统一，更加容易形成鬼影，在连续播放时大大影响视频质量。而想要在短时间内通过驱动波形的优化改进视频播放难以实现，越短的驱动波形意味着精准调节灰阶的能力越低。
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能减弱鬼影，缩短灰阶驱动时间的电泳电子纸显示器及其显示控制方法。
本发明所采用的技术方案是：一种电泳电子纸显示器的显示控制方法，包括以下步骤：
获取待显示图像的n阶灰阶信息；
将每个像素单元划分为n-1个子像素单元，每个子像素单元占像素单元的面积比例不一；
根据所述待显示图像的n阶灰阶信息得到若干个n-1位二进制数；
根据所述若干个n-1位二进制数对应控制若干个像素单元显示对应灰阶，每位二进制数对应控制一个子像素单元显示黑色或白色。
进一步地，所述子像素单元占像素单元的面积比例的获取方法包括以下步骤：
根据待显示图像的n阶灰阶信息与物理显示亮度的对应关系，即
物理显示亮度＝待显示图像的n阶灰阶值＾gamma，得到待显示图像的n阶灰阶值对应的物理显示亮度值；
根据物理显示亮度值得到n-1个子像素单元占像素单元的面积比例。
进一步地，所述根据所述若干个n-1位二进制数对应控制若干个像素单元显示对应灰阶包括：
根据所述待显示图像的若干个n-1位二进制数与上一帧图像的若干个n-1位二进制数进行逐位对比；
当二进制数由0变为1时，驱动子像素单元显示白色或黑色；相应地，当二进制数由1变为0时，驱动子像素单元显示黑色或白色；当二进制数未发生变化时，所述子像素单元继续显示原来显示的颜色。
进一步地，所述gamma的范围为1.8～2.5。
进一步地，所述子像素单元占像素单元的面积比例的获取方法包括以下步骤：
根据待显示图像的n阶灰阶信息与物理显示亮度的对应关系，即
物理显示亮度＝待显示图像的n阶灰阶值＾gamma，
待显示图像的n阶灰阶值分为0、1/n-1、2/n-1……n-2/n-1、1,与此对应的物理显示亮度值为0、(1/n-1)＾gamma、(2/n-1)＾gamma……(n-2/n-1)＾gamma、1；
则n-1个子像素单元占像素单元的面积比例为
a1＝(1/n-1)＾gamma、
a2＝(2/n-1)＾gamma-a1、
a3＝(3/n-1)＾gamma-a2-a1、
a4＝(4/n-1)＾gamma-a3-a2-a1、
……
an-2＝(n-2/n-1)＾gamma-an-3-……-a2-a1、
an-1＝1-(n-2/n-1)＾gamma。
本发明所采用的另一技术方案是：一种电泳电子纸显示器，包括
待显示图像灰阶信息获取模块，用于获取待显示图像的n阶灰阶信息；
像素单元模块，用于将每个像素单元划分为n-1个子像素单元，每个子像素单元占像素单元的面积比例不一；
图像处理模块，用于根据所述待显示图像的n阶灰阶信息得到若干个n-1位二进制数；
显示模块，用于根据所述若干个n-1位二进制数对应控制若干个像素单元显示对应灰阶，每位二进制数对应控制一个子像素单元显示黑色或白色。
进一步地，获取所述子像素单元占像素单元的面积比例包括以下步骤：
根据待显示图像的n阶灰阶信息与物理显示亮度的对应关系，即
物理显示亮度＝待显示图像的n阶灰阶值＾gamma，得到待显示图像的n阶灰阶值对应的物理显示亮度值；
根据物理显示亮度值得到n-1个子像素单元占像素单元的面积比例。
进一步地，所述显示模块包括
图像差分缓冲器，用于根据所述待显示图像的若干个n-1位二进制数与上一帧图像的若干个n-1位二进制数进行逐位对比；
当二进制数由0变为1时，驱动子像素单元显示白色或黑色；相应地，当二进制数由1变为0时，驱动子像素单元显示黑色或白色；当二进制数未发生变化时，所述子像素单元继续显示原来显示的颜色；
驱动背板，用于驱动像素单元。
进一步地，所述gamma的范围为1.8～2.5。
进一步地，所述待显示图像灰阶信息获取模块为图像缓冲器。
本发明的有益效果是：本发明中一种电泳电子纸显示器的显示控制方法，通过获取待显示图像的n阶灰阶信息；将每个像素单元划分为n-1个子像素单元，子像素单元占像素单元的面积比例不一；根据待显示图像的n阶灰阶信息得到若干个n-1位二进制数；根据若干个n-1位二进制数对应控制若干个像素单元显示对应灰阶，每位二进制数对应控制一个子像素单元显示黑色或白色。由此，驱动波形只需考虑黑、白两个灰阶的显示，方便实现快速精准的灰阶控制，减弱鬼影，缩短灰阶的驱动时间，提升视频播放的质量和速度。
本发明的另一有益效果是：本发明中一种电泳电子纸显示器通过像素单元模块将像素单元进行划分，并通过待显示图像灰阶信息获取模块获取待显示图像的n阶灰阶信息，图像处理模块实现将n阶灰阶信息转换成若干个n-1位二进制数，最后显示模块根据若干个n-1位二进制数对应控制若干个像素单元显示对应灰阶，实现多级灰阶显示，不仅缩短灰阶驱动时间，简化驱动波形，提升电泳电子纸视频播放的质量与速度，使得灰阶更容易统一控制，减弱鬼影。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
图1是驱动白色灰阶时采用的驱动波形；
图2是驱动黑色灰阶时采用的驱动波形；
图3是维持灰阶时所采用的驱动波形；
图4是本发明中一种电泳电子纸显示器的显示控制方法中四阶灰阶显示时的像素单元划分示意图；
图5是本发明中一种电泳电子纸显示器的一具体实施例示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
一种电泳电子纸显示器的显示控制方法，包括以下步骤：
获取待显示图像的n阶灰阶信息；
将每个像素单元划分为n-1个子像素单元，每个子像素单元占像素单元的面积比例不一；
根据待显示图像的n阶灰阶信息得到若干个n-1位二进制数；
根据若干个n-1位二进制数对应控制若干个像素单元显示对应灰阶，每位二进制数对应控制一个子像素单元显示黑色或白色。
本发明公开了一种电泳电子纸显示器的显示控制方法，在显示器件的像素单元进行面积比例的划分，每个像素单元分成n-1个子像素单元，利用黑与白所占面积的不同以区分n级灰阶，例如白色灰阶与黑色灰阶都对应整个像素单元的显示面积；浅灰灰阶对应9％像素单元面积显示黑色，剩余91％显示白色；深灰灰阶有40％显示黑色，60％显示白色；并分别对每个子像素单元进行驱动控制实现灰阶显示，从而驱动波形只需考虑黑、白两个灰阶的显示，简化了对驱动波形的要求，减弱快速刷新时产生的鬼影，方便实现快速精准的灰阶控制，缩短灰阶的驱动时间，实现快速刷新灰阶，提升视频播放的质量和速度。
另外，待显示图像的n阶灰阶信息为待显示图像中所有像素单元的灰阶值，也即若干灰阶值，其中灰阶阶级数为n阶；一个n-1位二进制数对应控制一个灰阶显示，因此，待显示图像的若干灰阶值对应若干个n-1位二进制数；以一帧图像为例，这帧图像包括50个像素单元，其中包括4级灰阶，分别为白色、浅灰、深灰和黑色，10个像素单元显示白色，20个像素单元显示浅灰，10个像素单元显示深灰，10个像素单元显示黑色，由此，这一帧图像的4阶灰阶信息即为10个白色灰阶值，20个浅灰灰阶值，10个深灰灰阶值和10个黑色灰阶值。
具体地，参考图1、图2和图3，图1是驱动白色灰阶时采用的驱动波形，图2是驱动黑色灰阶时采用的驱动波形，图3是维持灰阶时所采用的驱动波形，驱动波形仅需采用+15V、0V、-15V三种驱动电压，分别实现驱动像素单元为白色、不变和黑色三种状态，将原本n级灰阶显示需要n＾2种驱动波形简化至3种驱动波形。以四阶灰阶显示为例，4级灰阶传统驱动方式需要16种驱动波形，而通过本发明的方法仅需3种驱动波形；本发明中实现多级灰阶只需要通过像素单元面积的区分并对子像素单元进行显示控制，而不需要通过控制驱动波形完成中间灰阶如浅灰、深灰灰阶的显示，驱动波形在本发明中只需要对子像素单元完成电子纸黑与白两种灰阶的变化、和维持不变这三种驱动方案，就可以实现多级灰阶的显示，驱动方式简单快速，驱动所需功耗小。
作为技术方案的进一步改进，子像素单元占像素单元的面积比例的获取方法包括以下步骤：
根据待显示图像的n阶灰阶信息与物理显示亮度的对应关系，即
物理显示亮度＝待显示图像的n阶灰阶值＾gamma，
得到待显示图像的n阶灰阶值对应的物理显示亮度值；根据物理显示亮度值得到n-1个子像素单元占像素单元的面积比例。
本发明根据人眼感知灰阶规律(用以显示器的Gamma曲线)
显示物理亮度＝人眼感受亮度＾gamma，
得到待显示图像的n阶灰阶信息与物理显示亮度的对应关系，即
物理显示亮度＝待显示图像的n阶灰阶值＾gamma，计算出各级灰阶所需的面积比例。进一步地，gamma的范围为1.8～2.5，传统电子行业在显示器件中通常选用2.2作为gamma值用以方便计算机存储和转换，因此，本发明中，gamma值优选2.2。
作为技术方案的进一步改进，子像素单元占像素单元的面积比例的获取方法包括以下步骤：
根据待显示图像的n阶灰阶信息与物理显示亮度的对应关系，即
物理显示亮度＝待显示图像的n阶灰阶值＾gamma，
假设待显示图像的n阶灰阶值即亮度值的范围为0-1,其中0是黑色，1是白色，则待显示图像的n阶灰阶值分为0、1/n-1、2/n-1……n-2/n-1、1,与此对应的物理显示亮度值为0、(1/n-1)＾gamma、(2/n-1)＾gamma……(n-2/n-1)＾gamma、1；
则n-1个子像素单元占像素单元的面积比例为
a1＝(1/n-1)＾gamma、
a2＝(2/n-1)＾gamma-a1、
a3＝(3/n-1)＾gamma-a2-a1、
a4＝(4/n-1)＾gamma-a3-a2-a1、
……
an-2＝(n-2/n-1)＾gamma-an-3-……-a2-a1、
an-1＝1-(n-2/n-1)＾gamma。
进一步地，根据若干个n-1位二进制数对应控制若干个像素单元显示对应灰阶包括：
根据待显示图像的若干个n-1位二进制数与上一帧图像的若干个n-1位二进制数进行逐位对比；
当二进制数由0变为1时，驱动子像素单元显示白色或黑色，驱动波形选择图1或者图2；相应地，当二进制数由1变为0时，驱动子像素单元显示黑色或白色，驱动波形选择图2或图1；当二进制数未发生变化时，子像素单元继续显示原来显示的颜色，驱动波形选择图3。
本发明以四阶灰阶显示为例，则像素单元分为三份用以显示四级灰阶，参考图4，图4是本发明中一种电泳电子纸显示器的显示控制方法中四阶灰阶显示时的像素单元划分示意图，将显示器单个像素单元分成3个子像素单元，命名为一区域、二区域和三区域，各个子像素单元划分可按照矩形排列，但不限于其他几何图形。本实施例中，待显示图像的n阶灰阶信息为四阶灰阶值，即为0、1/3、2/3、1，gamma取2.2，与此对应的物理显示亮度值应为0、0.09、0.4和1；在此称为亮度值0、亮度值1、亮度值2和亮度值3，则一区域占总像素单元面积的数值为亮度值1即0.09份；二区域占总像素单元面积的数值为亮度值2-亮度值1即0.31份；三区域占总像素单元面积的数值为1-亮度值2即0.6份。
得出4级灰阶面积比例后，一个像素单元被划分为3份，分别占有9％，31％，60％，这三部分形成一个像素单元；在进行四阶灰阶显示时，由于白色灰阶与黑色灰阶都对应整个像素单元的显示面积；浅灰灰阶对应9％像素单元面积显示黑色，剩余91％显示白色；深灰灰阶有40％显示黑色，60％显示白色。因此，显示白色灰阶时，一区域、二区域和三区域这三个区域全刷白；显示浅灰灰阶时，一区域刷黑，二三区域刷白；显示深灰灰阶时，一区域与二区域刷黑，三区域刷白；显示黑色灰阶时，三个区域全刷黑。最后，利用3个二进制数来实现四级灰阶显示控制，以二进制数由0变为1时，驱动子像素单元显示白色，驱动波形选择图1；相应地，二进制数由1变为0时，驱动子像素单元显示黑色，驱动波形选择图2；二进制数未发生变化时，子像素单元继续显示原来显示的颜色，驱动波形选择图3为例做具体说明；则白色灰阶对应的3位二进制数为111，浅灰灰阶对应011，深灰灰阶对应001，黑色灰阶对应000。
本发明相较于传统的灰阶显示方式，在缩短驱动时间，简化驱动波形的基础上，提升电泳电子纸视频播放的质量与速度，使得灰阶更容易统一控制，减弱鬼影；减少了许多视频播放时存在的闪烁问题，在灰阶变化时，三份面积可能有部分不需要驱动，例如由浅灰变化到深灰时，一区域不变化，仍旧刷黑，第一区域在整个视频播放中，黑色的保留时间会相对长，减少驱动电压的功耗。
一种电泳电子纸显示器，包括
待显示图像灰阶信息获取模块，用于获取待显示图像的n阶灰阶信息，待显示图像灰阶信息获取模块为图像缓冲器；
像素单元模块，用于将每个像素单元划分为n-1个子像素单元，每个子像素单元占像素单元的面积比例不一；
图像处理模块，用于根据待显示图像的n阶灰阶信息得到若干个n-1位二进制数；
显示模块，用于根据若干个n-1位二进制数对应控制若干个像素单元显示对应灰阶，每位二进制数对应控制一个子像素单元显示黑色或白色。
本发明中一种电泳电子纸显示器具有播放视频的功能，其通过像素单元模块将像素单元进行划分，并通过待显示图像灰阶信息获取模块获取待显示图像的n阶灰阶信息，图像处理模块实现将n阶灰阶信息转换成若干个n-1位二进制数，最后显示模块根据若干个n-1位二进制数对应控制若干个像素单元显示对应灰阶，实现多级灰阶显示，不仅缩短灰阶驱动时间，简化驱动波形，提升电泳电子纸视频播放的质量与速度，使得灰阶更容易统一控制，减弱鬼影。
进一步地，获取子像素单元占像素单元的面积比例包括以下步骤：
根据待显示图像的n阶灰阶信息与物理显示亮度的对应关系，即
物理显示亮度＝待显示图像的n阶灰阶值＾gamma，得到待显示图像的n阶灰阶值对应的物理显示亮度值；
根据物理显示亮度值得到n-1个子像素单元占像素单元的面积比例。
进一步地，gamma的范围为1.8～2.5，本发明中优选2.2。
参考图1、图2、图3、图4和图5，图5是本发明中一种电泳电子纸显示器的一具体实施例示意图，以显示器播放视频为例，图像缓冲器获取视频中一帧图像的灰阶信息后，下面以四阶灰阶为例；则图像的灰阶信息为白色、浅灰、深灰和黑色灰阶的灰阶值，图像处理模块将灰阶值转化成三位二进制数黑色对应000，深灰对应001，浅灰对应011，白色对应111；显示模块包括
图像差分缓冲器，用于根据待显示图像的若干个n-1位二进制数与上一帧图像的若干个n-1位二进制数进行逐位对比；
当二进制数由0变为1时，驱动子像素单元显示白色或黑色；相应地，当二进制数由1变为0时，驱动子像素单元显示黑色或白色；当二进制数未发生变化时，子像素单元继续显示原来显示的颜色；
驱动背板，用于驱动像素单元，本实施例中，驱动背板为TFT-EPD(薄膜晶体管电泳显示屏)。
本实施例中，二进制数由0变为1时，驱动子像素单元显示白色，即选择图1的驱动波形；相应地，当二进制数由1变为0时，驱动子像素单元显示黑色，即选择图2的驱动波形；当二进制数未发生变化时，即由0到0或者由1到1时，子像素单元继续显示原来显示的颜色，即选择图3的驱动波形，维持灰阶显示；具体的，图像差分缓冲器根据波形查找表选择波形，即
| 二进制数由0变为1 | 选择图1的波形 |
| 二进制数由1变为0 | 选择图2的波形 |
| 二进制数由0变为0或由1变为1 | 选择图3的波形 |
三位二进制数从高位到低位分别对应控制一、二、三区域。选择出的驱动波形后，驱动背板根据驱动波形控制三个区域的电压变化，电压驱动使电泳颗粒运动使得电泳电子纸显示器显示新灰阶。
本发明中一种电泳电子纸显示器具有播放视频的功能，其通过像素单元模块将像素单元进行划分，并通过待显示图像灰阶信息获取模块获取待显示图像的n阶灰阶信息，图像处理模块实现将n阶灰阶信息转换成若干个n-1位二进制数，最后显示模块根据若干个n-1位二进制数对应控制若干个像素单元显示对应灰阶，实现多级灰阶显示，不仅缩短灰阶驱动时间，简化驱动波形，提升电泳电子纸视频播放的质量与速度，使得灰阶更容易统一控制，减弱鬼影。
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)
1.一种电泳电子纸显示器的显示控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取待显示图像的n阶灰阶信息；
将每个像素单元划分为n-1个子像素单元，每个子像素单元占像素单元的面积比例不一；
根据所述待显示图像的n阶灰阶信息得到若干个n-1位二进制数；
根据所述若干个n-1位二进制数对应控制若干个像素单元显示对应灰阶，每位二进制数对应控制一个子像素单元显示黑色或白色。
2.根据权利要求1所述的电泳电子纸显示器的显示控制方法，其特征在于，所述子像素单元占像素单元的面积比例的获取方法包括以下步骤：
根据待显示图像的n阶灰阶信息与物理显示亮度的对应关系，即
物理显示亮度＝待显示图像的n阶灰阶值＾gamma，得到待显示图像的n阶灰阶值对应的物理显示亮度值；
根据物理显示亮度值得到n-1个子像素单元占像素单元的面积比例。
3.根据权利要求1或2所述的电泳电子纸显示器的显示控制方法，其特征在于，所述根据所述若干个n-1位二进制数对应控制若干个像素单元显示对应灰阶包括：
根据所述待显示图像的若干个n-1位二进制数与上一帧图像的若干个n-1位二进制数进行逐位对比；
当二进制数由0变为1时，驱动子像素单元显示白色或黑色；相应地，当二进制数由1变为0时，驱动子像素单元显示黑色或白色；当二进制数未发生变化时，所述子像素单元继续显示原来显示的颜色。
4.根据权利要求2所述的电泳电子纸显示器的显示控制方法，其特征在于，所述gamma的范围为1.8～2.5。
5.根据权利要求2或4所述的电泳电子纸显示器的显示控制方法，其特征在于，所述子像素单元占像素单元的面积比例的获取方法包括以下步骤：
根据待显示图像的n阶灰阶信息与物理显示亮度的对应关系，即
物理显示亮度＝待显示图像的n阶灰阶值＾gamma，
待显示图像的n阶灰阶值分为0、1/n-1、2/n-1……n-2/n-1、1,与此对应的物理显示亮度值为0、(1/n-1)＾gamma、(2/n-1)＾gamma……(n-2/n-1)＾gamma、1；
则n-1个子像素单元占像素单元的面积比例为
a1＝(1/n-1)＾gamma、
a2＝(2/n-1)＾gamma-a1、
a3＝(3/n-1)＾gamma-a2-a1、
a4＝(4/n-1)＾gamma-a3-a2-a1、
……
an-2＝(n-2/n-1)＾gamma-an-3-……-a2-a1、
an-1＝1-(n-2/n-1)＾gamma。
6.一种电泳电子纸显示器，其特征在于，包括
待显示图像灰阶信息获取模块，用于获取待显示图像的n阶灰阶信息；
像素单元模块，用于将每个像素单元划分为n-1个子像素单元，每个子像素单元占像素单元的面积比例不一；
图像处理模块，用于根据所述待显示图像的n阶灰阶信息得到若干个n-1位二进制数；
显示模块，用于根据所述若干个n-1位二进制数对应控制若干个像素单元显示对应灰阶，每位二进制数对应控制一个子像素单元显示黑色或白色。
7.根据权利要求6所述的电泳电子纸显示器，其特征在于，获取所述子像素单元占像素单元的面积比例包括以下步骤：
根据待显示图像的n阶灰阶信息与物理显示亮度的对应关系，即
物理显示亮度＝待显示图像的n阶灰阶值＾gamma，得到待显示图像的n阶灰阶值对应的物理显示亮度值；
根据物理显示亮度值得到n-1个子像素单元占像素单元的面积比例。
8.根据权利要求6或7所述的电泳电子纸显示器，其特征在于，所述显示模块包括
图像差分缓冲器，用于根据所述待显示图像的若干个n-1位二进制数与上一帧图像的若干个n-1位二进制数进行逐位对比；
当二进制数由0变为1时，驱动子像素单元显示白色或黑色；相应地，当二进制数由1变为0时，驱动子像素单元显示黑色或白色；当二进制数未发生变化时，所述子像素单元继续显示原来显示的颜色；
驱动背板，用于驱动像素单元。
9.根据权利要求7所述的电泳电子纸显示器，其特征在于，所述gamma的范围为1.8～2.5。
10.根据权利要求6、7或9所述的电泳电子纸显示器，其特征在于，所述待显示图像灰阶信息获取模块为图像缓冲器。
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