电泳电子纸驱动机理及驱动波形优化研究

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电泳电子纸已经成为一种非常重要的信息显示载体,目前已经广泛应用于电子书阅读器、电子标签、电子广告牌,等。其具备了良好的双稳态特性,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。然而,电泳电子纸还存在一系列缺点,例如:响应速度较慢,画面显示质量不佳,画面切换时伴随着闪烁现象,等。这些缺点严重影响了电泳电子纸显示效果,并制约了市场应用范围。电泳电子纸的灰阶显示,主要是由施加在像素电极上的电压序列驱动形成,这种电压序列被称之为驱动波形。而电泳电子纸显示时所表现出来的缺点,诸多是由驱动波形的不良设计所造成。在本文中,对电泳电子纸的驱动性能进行了研究,针对电泳电子纸的缺点,进行逐一分析,并提出了一系列的解决方法,进而改善电泳电子纸的驱动性能。  在传统的电泳电子纸驱动波形中,主要有三个阶段组成:擦除原始图像、激活粒子、刷写新灰阶。然而,每个阶段均需要数百毫秒的时间,以致现阶段的驱动波形时间长度已经达到了500ms,严重影响了电子纸的响应速度。针对驱动波形不同阶段的对驱动的作用,对其进行充分融合,以缩短驱动波形长度。同时,针对不同的显示质量、显示内容需求,编辑不同的驱动波形,可以有效缩短响应时间。另外,图像信息经过信号处理后,可以使其适应短时驱动波形,并能够使得电泳电子纸具备了一定的视频播放能力。  在电泳电子纸的画面显示质量方面,鬼影图像是一个不利的因素。在静态显示时,电泳粒子处于未驱动状态,粒子的活性也随之降低。当再次刷新画面时,原始图像便不能够被完全擦除,留下了鬼影图像。因此,通过研究粒子在电场下的运动规律,找出鬼影消除途径是非常必要的。第一,适当延长驱动波形中粒子激活的时间,进而减弱甚至消除鬼影图像;第二,优化参考灰阶形成过程,使得参考灰阶反射率趋向一致,是减弱鬼影图像的一个重要途径;第三,研究原始图像充分擦除的方法,在不延长驱动波形的同时,可以有效减弱鬼影。  电泳电子纸驱动波形由三种电压组成:0V、-15V、+15V。然而,在灰阶显示过程中,驱动波形不可避免的在不同种类的电压值之间相互切换,这种切换的频率较低,可以为人眼所感知,便形成了闪烁。消除闪烁是提高电泳电子纸阅读舒适性的重要方面,经过驱动波形各个阶段的有机融合,可以减少驱动过程中电压的切换次数,进而减少闪烁次数。另外,通过提高电压切换频率,使之高于人眼可感知的频率范围,进而减弱闪烁感。再者,可以利用一定时间长度的0V电压,作为高低电平转换的过渡阶段,减弱闪烁强度。  在实验过程中,本文引入了电泳电子纸测试装置,其为电泳电子纸的测试提供了一个密闭的恒温环境。驱动波形可以通过测试装置的人机界面直接下载到控制板的查找表中,而电泳电子纸的屏幕变化过程也可以由其记录。另外,已经商业化的E-ink电泳显示屏被用来验证本文提出的驱动波形方案。实验结果表明,本文提升了电泳电子纸的响应速度、显示质量、以及阅读舒适度,具有良好的实用性。
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