CN114967105B - 一种电润湿灰度显示装置、驱动方法及测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电润湿灰度显示装置、驱动方法及测试方法，本发明采用了收缩阶段和驱动阶段的组合式驱动波形。在收缩阶段，首先通过测量EWD的电压‑亮度曲线，确定了一个特定的起始电压，起始电压的值是根据油墨发生破裂的状态所决定的，然后再通过指数函数进行递增式上升，因为指数函数上升平缓，能够有效地控制油墨的运动，防止油墨自由分散。在驱动阶段，采用的是一段具有交流复位信号与驱动信号的组合脉冲波形以减小亮度振荡并抑制电荷捕获效应，从而实现提高电润湿灰度显示稳定性的目的。本发明的驱动波形能够让EWD获得最大亮度值的同时，还能够保持很高的灰度显示稳定性，使得油墨的显示状态更加稳定，并且开口率也得到了显著提升。

Description

一种电润湿灰度显示装置、驱动方法及测试方法
技术领域
本发明涉及电润湿驱动技术领域，特别地涉及一种电润湿灰度显示装置、驱动方法及测试方法。
背景技术
电润湿显示是一种响应速度为毫秒级，在强光下可以保持高对比度和高反射率的新型电子纸显示设备，它具有全彩、宽视角以及低功耗等特点。它的结构主要由顶板、氧化铟锡电极、极性液体、彩色油墨、像素墙、疏水绝缘层以及玻璃基板组成，如图1所示。当在顶部和玻璃基板之间没有施加驱动电压时，像素格中的彩色油墨处在极性液体和疏水绝缘层之间，其表现为疏水性。因此，像素显示彩色油墨的颜色，电润湿显示处于“关闭”状态。当在顶部和玻璃基板之间施加一定的外部电压时，像素格中的平衡状态被打破，绝缘层表面的润湿性发生变化。极性液体与绝缘层直接接触，彩色油墨被极性液体推到像素格的角落，大部分的反射光可以透过导电液后直接反射出去，只有少部分被彩色油墨阻隔。从而，像素格显示玻璃基板的颜色为白色。此时，电润湿显示处于“打开”状态。因此，可以通过调节顶部和下部基板之间的驱动电压来控制灰度显示。
传统驱动波形一般采用振幅调制(AM)波形或者脉冲宽度调制(PWM)波形。采用AM调制方式来驱动电润湿显示，会产生明显的滞后效应。相反，采用PWM驱动方式能够减小滞后效应带来的影响，但存在响应时间长、开口率低以及灰度显示不足的问题。且斜率函数和指数函数等驱动波形长时间驱动亦会造成油墨回流从而影响开口率显示，结果如图2所示。
发明内容
针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种电润湿灰度显示装置，所述电润湿灰度显示装置包括：
基板，具有配置成连接到电压源的至少一个电极；顶板，具有被配置为连接到所述电压源的至少一个电极；至少一个像素墙；
所述基板和所述顶板基本上相互平行，且通过所述像素墙接合在一起以限定被配置为保持液体的密封空间；
所述基板具有部分地限定所述密封空间的油墨致动表面，所述油墨致动表面包括电极层和疏水绝缘层，所述电极层材料包含氧化物，
当所述基板的所述至少一个电极层和所述顶板的所述至少一个电极连接到所述电压源的相对端子时，所述基板能对与所述基板的所述油墨液滴致动表面接触的水性液滴施加电润湿力。
优选地，基板上方具有致动电极阵列，所述致动电极阵列涂有第一介电层和第一疏水涂层；顶板下方具有至少一个二次电极，其中所述二次电极在其上形成了至少一个疏水涂层，其中所述顶板相对于所述基板具有间隔关系，所述致动电极阵列在电压致动下驱动油墨液滴平移。
优选地，所述第一疏水涂层在第一介电层的至少一部分上形成，使得所述第一介电层的工作电极是亲水的。
本申请还涉及一种提高电润湿灰度显示稳定性的驱动方法，电润湿灰度显示的驱动波形包括油墨收缩阶段和油墨驱动阶段；
在收缩阶段，驱动电压V包括指数函数上升级和直流电压驱动级；驱动电压V的初始值为阈值电压V0，阈值电压V0的值通过测量电润湿显示在不同的直流电压驱动下亮度值的变化情况确定；驱动电压V的值沿指数函数曲线V＝(V0-1)+eαt平缓上升；然后直流电压驱动级驱动油墨迅速收缩至像素的角落；
在驱动阶段，驱动电压V是一段具有交流复位信号与驱动信号的组合脉冲波形，复位信号用于抑制电荷捕获效应，驱动信号用于控制像素的状态；驱动阶段的组合脉冲波形能够及时释放被困在绝缘层中的电荷，从而有效的维持公共级与像素级之间的驱动电压。
优选地，驱动电压V的初始电压为油墨破裂的阈值电压，通过观察油墨破裂时亮度的突增来确定。
优选地，所述收缩阶段中，驱动电压V的值沿指数函数曲线平缓上升的时间为t1，直流电压驱动级的驱动时间为t2，t1和t2分别设置为80ms和100ms。
优选地，复位信号由正电压阶段与负电压阶段两部分组成，负电压阶段为电荷释放阶段，持续时间为tR1，释放电荷的效率分别受到复位信号中的释放电荷VGn与tR1的影响；正电压阶段为驱动恢复阶段，持续时间为tR2，tR1与tR2占比取值为1：1。
优选地，复位信号的持续时间在驱动阶段中的占比定义为η＝(tR1+tR2)/tD，取值为1：5。
本申请还涉及一种对提高电润湿灰度显示稳定性的驱动方法进行测试的方法，包括以下步骤：
步骤S1、编辑驱动波形的电压幅值、频率以及驱动周期等性能参数，输出波形文件；然后进行格式转换，将文件保存入U盘中；
步骤S2、将U盘插入函数信号发生器中，然后在函数发生器上选择任意波形输出方式，在U盘中找到波形文件并调节好高低电平和驱动频率进行输出；
步骤S3、将函数发生器输出端与电压放大器输入端通过转接线相连，电压放大器输入电阻被调整为50Ω，放大倍数为10倍；
步骤S4、将电压放大器的正极输出端与电润湿显示的公共电极相连，负极输出端与电润湿显示的像素电极相连；
步骤S5、将色度计连接至电脑，然后把色度计通过标准参考白板进行校准，同时将延迟设置为7，以便能完整正确地采集到电润湿显示的亮度值；
步骤S6、将色度计平稳地摆放在电润湿显示上，然后将函数信号发生器和电压放大器的输出端打开以提供输入信号，并开始实时测量电润湿显示的亮度值；
步骤S7、最后，对色度计测得的亮度值以及对应图像进行性能分析得出最终结果。
上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。
本发明提供的一种提高电润湿灰度显示稳定性的驱动方法及测试方法，与现有技术相比，至少具备有以下有益效果：
相对于传统的驱动波形而言，传统的驱动波形存在着响应时间长，油墨回流和亮度振荡等问题。本发明采用了收缩阶段和驱动阶段的组合式驱动波形。在收缩阶段，首先通过测量电润湿显示的电压-亮度曲线，确定了一个特定的起始电压，起始电压的值是根据油墨发生破裂的状态所决定的，然后再通过指数函数进行递增式上升，因为指数函数上升平缓，能够有效地控制油墨的运动，防止油墨自由分散。在驱动阶段，采用的是一段具有交流复位信号与驱动信号的组合脉冲波形以减小亮度振荡并抑制电荷捕获效应，从而实现提高电润湿灰度显示稳定性的目的。该发明的优点是提出的驱动波形能够让电润湿显示获得最大亮度值的同时，还能够保持很高的灰度显示稳定性，使得油墨的显示状态更加稳定，并且开口率也得到了显著提升。此外，通过对收缩阶段中油墨破裂后分散运动的分析，确定了在收缩阶段中不同指数函数上升时间和直流电压驱动时间对亮度值影响的最优值，以获得更好的显示性能，并开发了一个实验平台来验证驱动波形的有效性。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1显示了本发明的电润湿内部结构示意图；
图2显示了本发明的油墨回流状态示意图；
图3显示了本发明的驱动波形图；
图4显示了亮度值在不同的上升时间与驱动时间下的变化情况图；
图5显示了本发明的亮度测试平台示意图；
图6显示了本发明的驱动波形曲线图；
图7显示了具有指数上升的组合波形曲线图；
图8显示了传统的指数函数波形曲线图；
图9显示了具有初始电压的线性函数波形曲线图；
图10显示了不同驱动波形的亮度对比图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
本发明提供了一种提高电润湿灰度显示稳定性的驱动方法，本发明旨在通过抑制油墨回流从而提高电润湿屏灰度显示的稳定性。驱动波形分为油墨收缩阶段和油墨驱动阶段。
在收缩阶段，首先具有一个初始的阈值电压，阈值电压的值是通过测量电润湿显示在不同的直流电压驱动下亮度值的变化情况所决定的，通过观察亮度的突增来确定油墨的破裂；然后再根据指数函数上升，遵循公式V＝(V0-1)+eαt，因为指数函数上升平缓，能够有效地抑制电润湿显示中的油墨分散现象。
在驱动阶段，是一段具有交流复位信号与驱动信号的组合脉冲波形，复位信号用于抑制电荷捕获效应，驱动信号用于控制像素的状态。驱动阶段这样设计的目的是为了电润湿显示能够及时释放被困在绝缘层中的电荷，从未有效的维持公共级与像素级之间的驱动电压。
这样，不仅避免了极化现象，还可以保持油墨在当前驱动电压下的平衡状态，提高了油墨收缩的稳定性。
电润湿显示的响应时间取决于驱动波形的设计。传统的驱动波形通常使用电压幅度为30V的脉冲宽度调制波形。但是，传统的驱动波形具有灰度显示不稳定的缺点。所提出的驱动波形由油墨收缩阶段和驱动阶段组成，如图3所示。
在收缩阶段中，由指数函数上升级和直流电压驱动级组成。上升级从初始电压V0开始，采用指数递增式来控制驱动电压增大以防止油墨分散，直流电压驱动级驱动油墨迅速收缩至像素的角落。初始电压V0为油墨破裂的阈值电压，不同上升时间t1和驱动时间t2的亮度变化如图4所示。通过分析亮度值随着不同的t1和t2的变化情况，在充分考虑响应时间的前提下，为了达到饱和亮度值，t1和t2分别设置为80ms和100ms。收缩阶段用于抑制油墨分散，使得油墨运动更加稳定。
驱动阶段是一段具有交流复位信号与驱动信号的组合脉冲波形，复位信号由正电压阶段与负电压阶段两部分组成，负电压阶段为电荷释放阶段，持续时间为tR1，释放电荷的效率分别受到复位信号中的释放电荷VGn与tR1的影响；正电压阶段为驱动恢复阶段，持续时间为tR2。在驱动恢复阶段，将驱动电压设置为Vmax可以获得更好的灰度响应。整个驱动阶段中用tR1+tR2来代表一个复位信号的驱动时间。驱动信号采用直流信号，持续时间为tD，用于将电润湿显示驱动至目标灰度。可以通过测量电润湿显示的滞后特性曲线来确定目标灰度的驱动电压。其中，复位信号中高低电平的持续时间分别为tR1与tR2，其占比取值为1：1。将复位信号的持续时间在驱动阶段中的占比定义为η＝(tR1+tR2)/tD，取值为1：5。驱动阶段这样设计的目的是为了有效抑制电润湿显示中彩色油墨在电荷捕获效应的影响下造成的回流现象并减小亮度振荡，从而实现应用所提出的驱动波形能够获得更好的灰度显示稳定性以及更高的开口率的目的。
电润湿显示的亮度和响应时间需要测试并分析驱动波形的性能。因此，开发了一个完整的光学实验平台来记录像素的显示状态并测量电润湿显示的亮度值。如图5所示，实验平台主要由驱动系统和测试系统组成。驱动系统由计算机(Pro G6，惠普，中国)，函数信号发生器(AFG1022，Tektronix，美国)和电压放大器(Agilent 33502A，Agilent，美国)组成，用于生成和输出驱动波形。测试系统由计算机和色度计(Arges-45，Admesy，荷兰)组成，用于测试和记录电润湿显示的亮度数据。
在测试过程中，首先，由计算机的波形编辑软件编辑并导出波形文件。其次，将这些文件通过串行总线(USB)导入函数信号发生器，电压经过放大器放大。然后，使用色度计实时测量电润湿显示的亮度值。最后，使用将采集到的亮度值传输至计算机中，并使用Admesy软件记录亮度值。
在一个实施例中，所提出的驱动波形与其他三种波形进行了对比。图6是本发明设计的驱动波形，指数函数上升阶段的起始电压为16V，驱动时间为80ms，驱动阶段中最大驱动电压为30V，目标灰度的驱动电压为28V。图7、图8、图9分别为具有指数上升的组合波形，传统的指数函数驱动波形以及具有初始电压的线性函数波形。为了控制变量，上升时间均设置为80ms，用作该次性能对比。与图7，图8和图9的驱动波形进行亮度对比，结果如图10所示，可以明显看出，本次发明所提出的驱动波形比其他三种驱动波形所达到的亮度更高，即开口率更高。其中所提驱动波形达到的亮度为501.567，具有指数上升的组合波形所达到的亮度为452.378，传统的指数函数波形达到的亮度为431.303，具有初始电压的线性函数波形达到的亮度为459.566。
表1不同驱动波形驱动电润湿显示的性能参数比较
几种不同驱动波形与提出的驱动波形的性能参数比较如表1所示，所提出的驱动波形的平均亮度为498.044，高于其他驱动波形的平均值。所提驱动波形的响应时间为103.038ms，比具有初始电压的线性函数波形高20.27％。应用所提出的驱动波形，电润湿显示的开口率达到57.43％，比传统的指数函数波形高24.42％。与具有指数上升的组合波形相比，开口率提高了15.97％。此外，所提出波形的亮度标准偏差为0.82187，低于其他三种驱动波形，表明在驱动过程中因为油墨运动引起的亮度振荡能够得到有效地抑制，即电润湿显示的灰度显示稳定性明显增强。本发明的提出的驱动波形能够让电润湿显示获得最大亮度值的同时，还能够保持很高的灰度显示稳定性，使得油墨的显示状态更加稳定，并且开口率也得到了显著提升。
在一个实施例中，对电润湿显示的测试步骤包括：
1.在Matlab软件中编辑驱动波形的电压幅值、频率以及驱动周期等性能参数，输出为txt格式的波形文件。然后通过Arbexpress Application软件进行格式转换，将文件保存为tfw文件，存入U盘中。
2.将U盘插入函数信号发生器中，然后在函数发生器上选择任意波形输出方式，在U盘中找到波形文件并调节好高低电平和驱动频率进行输出。
3.将函数发生器输出端与电压放大器输入端通过转接线相连，电压放大器输入电阻被调整为50Ω，放大倍数为10倍。
4.将电压放大器的正极输出端与电润湿显示的公共电极相连，负极输出端与电润湿显示的像素电极相连。
5.将色度计连接至电脑，在电脑中打开Admesy软件，然后把色度计通过标准参考白板进行校准，同时将延迟设置为7，以便能完整正确地采集到电润湿显示的亮度值。
6.将色度计平稳地摆放在电润湿显示上，然后将函数信号发生器和电压放大器的输出端打开以提供输入信号，并开始实时测量电润湿显示的亮度值。
7.最后，在Admesy软件上将色度计测得的亮度值以及对应图像分别保存为EXCEL格式文档与jpg格式图片，然后将两者进行性能分析得出最终结果。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (8)

1.一种电润湿灰度显示装置，其特征在于，所述电润湿灰度显示装置包括：
基板，具有配置成连接到电压源的至少一个电极；顶板，具有被配置为连接到所述电压源的至少一个电极；至少一个像素墙；
所述基板和所述顶板基本上相互平行，且通过所述像素墙接合在一起以限定被配置为保持液体的密封空间；
所述基板具有部分地限定所述密封空间的油墨致动表面，所述油墨致动表面包括电极层和疏水绝缘层，所述电极层材料包含氧化物，
当所述基板的所述至少一个电极层和所述顶板的所述至少一个电极连接到所述电压源的相对端子时，所述基板能对与所述基板的所述油墨液滴致动表面接触的水性液滴施加电润湿力；
电润湿灰度显示的驱动波形包括油墨收缩阶段和油墨驱动阶段；
在收缩阶段，驱动电压V包括指数函数上升级和直流电压驱动级；驱动电压V的初始值为阈值电压V0，阈值电压V0的值通过测量电润湿显示在不同的直流电压驱动下亮度值的变化情况确定；驱动电压V的值沿指数函数曲线平缓上升；然后直流电压驱动级驱动油墨迅速收缩至像素的角落；
在驱动阶段，驱动电压V是一段具有交流复位信号与驱动信号的组合脉冲波形，复位信号用于抑制电荷捕获效应，驱动信号用于控制像素的状态；驱动阶段的组合脉冲波形能够及时释放被困在绝缘层中的电荷，从而有效的维持公共级与像素级之间的驱动电压。
2.根据权利要求1所述的电润湿灰度显示装置，其特征在于，基板上方具有致动电极阵列，所述致动电极阵列涂有第一介电层和第一疏水涂层；顶板下方具有至少一个二次电极，其中所述二次电极在其上形成了至少一个疏水涂层，其中所述顶板相对于所述基板具有间隔关系，所述致动电极阵列在电压致动下驱动油墨液滴平移。
3.根据权利要求2所述的电润湿灰度显示装置，其特征在于，所述第一疏水涂层在第一介电层的至少一部分上形成，使得所述第一介电层的工作电极是亲水的。
4.一种提高权利要求1所述的电润湿灰度显示装置稳定性的驱动方法，其特征在于，驱动电压V的初始电压为油墨破裂的阈值电压，通过观察油墨破裂时亮度的突增来确定。
5.根据权利要求4所述的驱动方法，其特征在于，所述收缩阶段中，驱动电压V的值沿指数函数曲线平缓上升的时间为t1，直流电压驱动级的驱动时间为t2，t1和t2分别设置为80ms和100ms。
6.根据权利要求4所述的驱动方法，其特征在于，复位信号由正电压阶段与负电压阶段两部分组成，负电压阶段为电荷释放阶段，持续时间为tR1，释放电荷的效率分别受到复位信号中的释放电荷VGn与tR1的影响；正电压阶段为驱动恢复阶段，持续时间为tR2 ，tR1与tR2占比取值为1：1。
7.根据权利要求4所述的驱动方法，其特征在于，复位信号的持续时间在驱动阶段中的占比定义为，取值为1：5。
8.一种对权利要求4至7任一项所述的驱动方法进行测试的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、编辑驱动波形的电压幅值、频率以及驱动周期，输出波形文件；然后进行格式转换，将文件保存入U盘中；
步骤S2、将U盘插入函数信号发生器中，然后在函数发生器上选择任意波形输出方式，在U盘中找到波形文件并调节好高低电平和驱动频率进行输出；
步骤S3、将函数发生器输出端与电压放大器输入端通过转接线相连，电压放大器输入电阻被调整为50Ω，放大倍数为10倍；
步骤S4、将电压放大器的正极输出端与电润湿显示的公共电极相连，负极输出端与电润湿显示的像素电极相连；
步骤S5、将色度计连接至电脑，然后把色度计通过标准参考白板进行校准，同时将延迟设置为7，以便能完整正确地采集到电润湿显示的亮度值；
步骤S6、将色度计平稳地摆放在电润湿显示上，然后将函数信号发生器和电压放大器的输出端打开以提供输入信号，并开始实时测量电润湿显示的亮度值；
步骤S7、最后，对色度计测得的亮度值以及对应图像进行性能分析得出最终结果。
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