CN110085175A - 一种电润湿油墨驱动方法和相关设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电润湿油墨驱动方法和相关设备，涉及电润湿显示技术领域，方法包括：编辑电润湿油墨驱动波形，所述电润湿油墨驱动波形为周期性波形，每个波形周期包括一个反向脉冲和一个斜方波，所述反向脉冲的峰值为第一驱动电压，所述斜方波的初始值为所述第二驱动电压，沿预设斜率上升至第一驱动电压后保持预设时间，将所述电润湿油墨驱动波形加载到电润湿显示屏的两端，本发明通过第一驱动电压，控制电润湿油墨液滴收缩，第二电压控制电润湿油墨起始值，有效减少了响应时间，并设置反相脉冲有效改善了电润湿像素油墨回流现象，克服现有技术中存在油墨液滴易分散、相应速度过慢的问题，实现了一种开口率高、响应速度快的电润湿油墨驱动方法。

Description

一种电润湿油墨驱动方法和相关设备
技术领域
本发明涉及电润湿显示技术领域，尤其是一种电润湿油墨驱动方法和相关设备。
背景技术
电润湿(EFD)显示技术属于一种反射式显示技术。电润湿器件在无电场施加的情形下，器件内部带染色的极性液体铺满整个像素单元，像素单元显示极性液体的颜色，在施加驱动电压后，像素单元染色液体(如油墨)收缩，从而露出白色底板，像素单元染色液体在平铺或者收缩的状态间转换，实现像素的灰阶显示。
现有的电润湿显示技术，通过施加电压驱动彩色油墨运动实现显示，然而现有的驱动电压多采用方波或不同斜率的驱动波形，存在电润湿显示的开口率低或响应时间过慢的问题。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的是提供一种开口率高、相应速度快的电润湿油墨驱动方法。
本发明所采用的技术方案是：
第一方面，本发明提供一种电润湿油墨驱动方法，包括：计算所述电润湿元件的第一驱动电压UEW，
计算所述电润湿元件的第二驱动电压Uswitch，
编辑电润湿油墨驱动电压波形，所述电润湿油墨驱动电压波形为周期性波形，每个波形周期包括一个反向脉冲和一个斜方波，所述反向脉冲的峰值为所述第一驱动电压UEW，所述斜方波的初始值为所述第二驱动电压Uswitch，沿预设变化率上升至所述第一驱动电压UEW后保持预设时间；
将所述电润湿油墨驱动波形加载到电润湿显示屏的输入端。
进一步地，所述第一驱动电压UEW为其中，d为绝缘层膜厚，θα为电润湿为Lippmann接触角，θo为静态接触角，θα、θo可通过接触角测试仪获得，γow为油水界面张力，ε0为真空介电常数，δFP为疏水绝缘层介电常数。
进一步地，所述第二驱动电压Uswitch为其中C为微空间像素单元等效电路模型中的等效电容，H代表油墨厚度，C”(H)为电容C对H的二阶导数，S代表单个像素单元的面积，ε0真空介电常数，δO为油墨液滴介电常数，δFP为疏水绝缘层介电常数，d为绝缘层膜厚，γow为油水界面张力。
进一步地，所述预设变化率为0.4V/s。
第二方便，本发明提供一种电润湿油墨驱动装置，包括：
第一驱动电压计算模块：用于计算所述电润湿元件的第一驱动电压UEW，
第二驱动电压计算模块：计算所述电润湿元件的第二驱动电压Uswitch，
波形编辑模块，所述电润湿油墨驱动电压波形为周期性波形，每个波形周期包括一个反向脉冲和一个斜方波，所述反向脉冲的峰值为所述第一驱动电压UEW，所述斜方波的初始值为所述第二驱动电压Uswitch，沿预设斜率上升至所述第一驱动电压UEW后保持预设时间；
电压加载模块，用于将所述电润湿油墨驱动波形加载到电润湿显示屏的输入端。
第三方面，本发明提供一种电润湿油墨电子纸，使用所述的电润湿油墨驱动方法。
第四方面，本发明提供一种电润湿电子纸显示器，包括所述的一种电润湿油墨电子纸。
第五方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行所述的电润湿油墨驱动方法。
本发明的有益效果是：
本发明通过设置第一驱动电压，控制电润湿油墨液滴收缩，设置第二电压作为控制电润湿油墨的起始值，有效减少了响应时间，并设置反相脉冲有效改善了电润湿像素油墨回流现象，克服现有技术中存在油墨液滴易分散、相应速度过慢的技术问题，实现了一种开口率高、响应速度快的电润湿油墨驱动方法。
附图说明
图1是电润湿像显示技术中采用的方波驱动电压的示意图；
图2是电润湿像显示技术中采用的斜方波驱动电压的示意图；
图3是电润湿像素结构的等效电路图；
图4是电润湿像素结构的静态接触角示意图；
图5是电润湿像素结构的Lippmann接触角示意图；
图6是本发明电润湿油墨驱动方法中一具体实施例的驱动电压示意图；
图7为典型的高速摄像机拍摄下油墨形状和相对应计算的开口率值；
图8为采用斜方波驱动电压下电润湿像素结构的开口率随时间变化的示意图；
图9为采用方波驱动电压下电润湿像素结构的开口率随时间变化的示意图；
图10为采用本发明中一种具体实施例中驱动电压下电润湿像素结构的开口率随时间变化的示意图；
图11为3种不同驱动电压下电润湿像素结构的开口率随时间变化的示意图。
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。
电润湿显示技术通过施加电压来控制带色油滴运动实现灰阶显示，其本质是一个简单的光学开关，这个光学开关具有优秀的灰阶显示特性。当未向电润湿结构施加电压时，油墨液滴呈平铺状态，此时的状态也是最低能态，当时施加电压时，理想状态下，油墨液滴收缩到一个角落，此时电润湿的开口率达到最大。
现已有的驱动波形主要是传统方波，如图1所示，满足电润湿快速响应需求，但对于电润湿显示驱动像素方面却会出现油墨分散，油墨液滴通常会收缩至两个或者三个角落，油墨与基板的接触面积增大，使得电润湿的开口率降低，影响显示效果。油墨液滴分散的部分越多，开口率越低，白色基板的面积显示面积越小，油墨的形状很大程度影响电润湿显示白色基板的面积。
若采用不同斜率的驱动波形，如图2所示，通过降低驱动波形上升的斜率有效改善了油墨分散的问题，但响应时间过慢，不能满足电润湿动态效果的显示问题。
电润湿像素结构中，在交流电场下驱动油墨液滴，相同的介电层中的油墨和像素墙可看成一个组合回路，其等效电路模型如图3所示，Co油墨液滴等效电容，CFP疏水绝缘层等效电容，Ro为油墨液滴等效电阻，RFP为疏水绝缘层等效电阻，V为等效电压，U为控制液滴显示的驱动电压。根据等效模型可估算出驱动电润湿像素的第一驱动电压UEW，即阈值电压，第一驱动电压可控制油墨液滴发生收缩。
其中，d为绝缘层膜厚，如图4所示，θo为静态接触角，接触角指在气、液、固三相交点处所作的气、液界面的切线穿过液体与固、液交界线之间的夹角θ，是润湿程度的量度，静态接触角指不通电情况下的接触角，如图5所示，θα为电润湿为Lippmann接触角，为通电情况下的接触角，θα、θo可通过接触角测试仪获得，γow为油水界面张力V为液滴体积，ε0真空介电常数，δO为油墨液滴介电常数，δFP为疏水绝缘层介电常数。
绝缘层和油墨的电阻和电容遵从欧姆定律，单个像素格的电阻公式表达如下：
疏水绝缘层等效电阻：
油墨液滴等效电阻：
疏水绝缘层等效电容：
油墨液滴等效电容：
电路的等效电阻：
电路的等效电容：
电润湿元件的第二驱动电压，即单个电润湿像素单元的临界启动电压可以由下式进行估算：
从第二驱动电压，沿预设斜率上升至第一驱动电压，既可以降低油墨液滴的分散现象，又避免传统的斜率波形(如图2)响应时间过慢的问题。
本发明中的驱动波形还包括一个反向的脉冲电压，可以有效降低电润湿疏水绝缘层电荷介陷(电荷束缚)导致电润湿像素油墨回流现象(电润湿像素油墨回流现象将导致开口率逐渐减小)，本实施例中，反相脉冲的峰值电压为UEW。
完整的驱动波形如图6所示，每个周期包括一个反向脉冲和一个斜方波，所述反向脉冲的峰值为第一驱动电压UEW，所述斜方波的初始值为所述第二驱动电压Uswitch，沿预设斜率上升至第一驱动电压UEW后保持预设时间，预设斜率本实施例取0.4V/s，经实验表明：在该斜率的电压控制下即可以保持较快的响应速度，且开口率高，油墨不易分散。
通过可编辑的函数发生器编辑波形，并通过高压放大器放大得到如图6所示的波形，将高压放大器输出的电压接在插有电润湿显示屏接口上，驱动电润湿显示。
通过高速摄像机记录油墨的变化，并经过开口率测试软件进行开口率测试，如图7所示，图7为典型的高速摄像机下油墨形状和相对应计算的开口率值，包括a、b、c、d四种典型电润湿像素在电压驱动下的油墨分散状态，其开口率分别为73.9％、62.1％、61.6％和60.7％。
图8～图11显示了在三种不同波形下，开口率随时间函数的变化趋势，在相同的峰值电压(第一驱动电压UEW)下，施加方波驱动电压的相应时间最短，约8ms(图9)，但是出现油墨分散比较严重，开口率低，严重影响了电润湿显示效果。当施加驱动波形电压斜率为0.4V/s时，如图8所示，虽然油墨不出现分散，电润湿开口率显著提高，但是响应时间(达到最终开口率80％以上)变得更长(约65ms)，电润湿的动态响应速度较慢。采用本发明实施例中的驱动电压，如图10所示，可以实现更短的响应时间(约15ms)，而人眼可感受到的闪烁频率是24Hz(约41.6ms)，因此，能够更好地改善电润湿动态显示的响应速度。同时，开口率也达到最大(约74％)，相比传统驱动波形开口率提高了约8％。如图11所示，本发明提出的电润湿油墨驱动方法可以有效控制油墨运动的形状以及改善油墨的稳定性，并且实现开口率的最大化。
本发明还公开了一种电润湿油墨电子纸，使用上述的电润湿油墨驱动方法。
本发明还公开了一种电润电子显示器，包括上述的电润湿油墨电子纸。
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 (8)

1.一种电润湿油墨驱动方法，其特征在于，包括：
计算所述电润湿元件的第一驱动电压UEW，
计算所述电润湿元件的第二驱动电压Uswitch，
编辑电润湿油墨驱动电压波形，所述电润湿油墨驱动电压波形为周期性波形，每个波形周期包括一个反向脉冲和一个斜方波，所述反向脉冲的峰值为所述第一驱动电压UEW，所述斜方波的初始值为所述第二驱动电压Uswitch，沿预设变化率上升至所述第一驱动电压UEW后保持预设时间；
将所述电润湿油墨驱动波形加载到电润湿显示屏的输入端。
2.根据权利要求1所述的一种电润湿油墨驱动方法，其特征在于，所述第一驱动电压UEW为其中，d为绝缘层膜厚，θα为电润湿为Lippmann接触角，θo为静态接触角，θα、θo可通过接触角测试仪获得，γow为油水界面张力，ε0为真空介电常数，δFP为疏水绝缘层介电常数。
3.根据权利要求1所述的一种电润湿油墨驱动方法，其特征在于，所述第二驱动电压Uswitch为其中C为微空间像素单元等效电路模型中的等效电容，H代表油墨厚度，C”(H)为电容C对H的二阶导数，S代表单个像素单元的面积，ε0真空介电常数，δO为油墨液滴介电常数，δFP为疏水绝缘层介电常数，d为绝缘层膜厚，γow为油水界面张力。
4.根据权利要求1所述的一种电润湿油墨驱动方法，其特征在于，所述预设变化率为0.4V/s。
5.一种电润湿油墨驱动装置，其特征在于，包括：
第一驱动电压计算模块：用于计算所述电润湿元件的第一驱动电压UEW，
第二驱动电压计算模块：计算所述电润湿元件的第二驱动电压Uswitch，
波形编辑模块，所述电润湿油墨驱动电压波形为周期性波形，每个波形周期包括一个反向脉冲和一个斜方波，所述反向脉冲的峰值为所述第一驱动电压UEW，所述斜方波的初始值为所述第二驱动电压Uswitch，沿预设斜率上升至所述第一驱动电压UEW后保持预设时间；
电压加载模块，用于将所述电润湿油墨驱动波形加载到电润湿显示屏的输入端。
6.一种电润湿油墨电子纸，其特征在于，使用权利要求1至4任一项所述的一种电润湿油墨驱动方法。
7.一种电润湿电子纸显示器，其特征在于，包括权利要求5所述的一种电润湿油墨电子纸。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如权利要求1至4任一项所述的方法。
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