0 引言

    電泳顯示器（EPD）通過加電壓的方式來呈現(xiàn)圖像，液晶顯示器（LCD）通過加一偏振器來改變光的透過率^[3],，這與EPD有很大的區(qū)別,。而相對于液晶顯示器，電子紙顯示具有下列優(yōu)勢：(1)重量輕,，薄,，高分辨率顯示；(2)雙穩(wěn)態(tài)顯示,，續(xù)航能力強,，當去除外電壓時，顏料仍會留在電極上,；(3)高對比度的反射,，在陽光直射下，也可閱讀,，閱讀視角更廣,；(4)它將傳統(tǒng)紙的屬性和電子顯示可重復擦寫的特點有機地結(jié)合在一起，同時具有傳統(tǒng)紙的柔韌性和電子顯示屏靈活改變圖像和文字的特性,，更加符合人類視覺生理習慣,，閱讀舒適度更高 ；(5)對人身體輻射和眼睛的傷害大大減少,。因此電子紙是手持閱讀設(shè)備智能應(yīng)用的必然趨勢^[4],。

    電泳電子紙的灰度級取決于黑白粒子的分布，而黑白粒子的分布卻取決于所施加的電壓,，驅(qū)動波形就是電壓時序,，若從一灰階直接驅(qū)動像素到另一灰階,，會導致運動狀態(tài)的錯誤和非一致分布的累積，驅(qū)動波形作為電子紙的核心部分,，對驅(qū)動波形的優(yōu)化也顯得至關(guān)重要^[1],。

1 電泳電子紙顯示原理

    電泳電子紙是基于電泳顯示原理顯示圖像，電泳圖像顯示是利用膠體化學中的電泳原理,，把帶電的顏料小球穩(wěn)定地分散在含染料的非水體系分散介質(zhì)中,，使分散相與分散介質(zhì)呈強烈反差^[5]。膠體懸液呈電中性,，所述的帶電小球表面有靜電荷,，帶電小球分為白色和黑色兩種，白色粒子帶正電,，黑色粒子帶負電,，在沒有電場的情況下，白色和黑色顆粒在布朗運動的作用下隨機分布,，此時呈現(xiàn)中間色,，當公共極板加正電時，黑色帶電粒子向公共極板運動,，使得像素極板呈現(xiàn)白色狀態(tài),，當公共極板帶負電時，白色粒子向公共極板運動,，使得像素極板呈現(xiàn)黑色狀態(tài)^[1],。原理圖如圖1所示,。

2 灰階 

    EPD微膠囊中灰階圖像是由像素中公共電極的+15 V(-15 V)直流電壓決定,。正脈沖電壓使得白色粒子往像素電極運動，負脈沖電壓使得白色粒子往公共電極運動,，施加電壓的持續(xù)時間決定了粒子的位置,，從而決定圖像的灰階。示意圖如圖2所示^[2],。

    在微膠囊電泳電子紙中,，傳統(tǒng)的驅(qū)動波形一般把白色作為參考灰階，其它灰階通過先驅(qū)動到白色灰階得到,。通過優(yōu)化驅(qū)動波形,，可以有效增加灰階數(shù)量^[1]。目前,，優(yōu)化后的驅(qū)動波形可由4 級灰度提高到 16級灰度,，改善了圖像的顯示效果。如圖3所示為線性的灰度與反射率線性關(guān)系圖,。

3 傳統(tǒng)驅(qū)動方式

    驅(qū)動電壓的波形一般存儲在波形查詢表內(nèi),，通過查詢波形查詢表的方式施加一驅(qū)動電壓,，根據(jù)之前的灰度值和目標灰度值控制像素顯示相應(yīng)的灰度值。然而由于電泳顯示器具有記憶性,，因此在灰度控制過程中,，需要像素點先回到極端光學狀態(tài)(即黑或白極端狀態(tài))。另外,，在施加電極電壓改變灰階時,，需要遵循直流平衡原則。

    目前,，傳統(tǒng)驅(qū)動波形的灰度控制過程包2個階段：擦除原始灰階階段,、寫入新的灰階階段。第一階段采用與寫入階段極性相反的驅(qū)動電壓來擦除當前圖像,，第二階段到達目標灰階,。傳統(tǒng)的驅(qū)動方式第一階段全部到達黑色狀態(tài)，但由于液體的黏度與遷移速度不相同,，并非所有帶電微粒在相應(yīng)的驅(qū)動電壓下都能到達同樣的位置（即使是施加相應(yīng)的電壓,，也會有部分帶電顆粒由于庫侖力的作用而再次沉降或浮起），不同灰階到同一灰階的反射率都沒有到達同一灰度值,。第二階段激活粒子的作用是當灰階數(shù)過多時,，需要到達一個確定的極端光學狀態(tài)，而傳統(tǒng)的驅(qū)動方式是以白色灰階作為參考灰階,，會減少一些目標灰階,。傳統(tǒng)驅(qū)動波形的驅(qū)動方式示意圖如圖4所示。因此,，電泳顯示器在結(jié)束時會顯示鬼影圖像,，因此寫入新的圖像時，由于受擦除階段的影響,，新的圖像也會有鬼影,，降低了閱讀舒適度。

4 新的驅(qū)動方式

    新的驅(qū)動波形的灰度控制過程包括3個階段：擦除原始灰階階段,、激活粒子階段,、寫入新的灰階階段。新的驅(qū)動方式充分考慮到原始灰階與目標灰階,，適當減少刷新時間,，以及縮短驅(qū)動時長。由于傳統(tǒng)的驅(qū)動方式在激活階段以白色作為參考灰階,，導致灰階的丟失,，從而產(chǎn)生鬼影。新的驅(qū)動方式以黑色作為參考灰階,，減少鬼影,。

    新的驅(qū)動方式的具體方法是：所述16階灰度由4階基礎(chǔ)灰度調(diào)解而成,，所述4階基礎(chǔ)灰度包括黑、深灰,、淺灰和白,，所述16階灰度分別為黑黑、黑深灰,、黑淺灰,、黑白、深灰黑,、深灰深灰,、深灰淺灰、深灰白,、淺灰黑,、淺灰深灰、淺灰淺灰,、淺灰白,、白黑、白深灰,、白淺灰和白白,，所述16階灰度依次用數(shù)字0-15表示，其中,，0代表最大黑色,，5代表深灰色，10代表淺灰色,，15代表最大白色,。

    擦除階段包括：將灰階在0至3范圍內(nèi)的當前灰階擦除為最大黑色灰階；將灰階在4至7范圍內(nèi)的當前灰階擦除為深灰色灰階,；將灰階在8至11范圍內(nèi)的當前灰階擦除為淺灰色灰階,；將灰階在12至15范圍內(nèi)的當前灰階擦除為最大白色灰階。

5 實驗結(jié)果

    按照新的驅(qū)動方式設(shè)計的驅(qū)動波形查找表,，加載驅(qū)動波形查找表所得的結(jié)果如圖6所示。

6 結(jié)束語

    本設(shè)計提供了一種改進電泳顯示器16階灰度顯示效果的驅(qū)動方法,。如果電泳顯示器直接進行16到16階的變換,，那么其變換就有16×16=256種，此時每一種變換都需設(shè)計一個相應(yīng)的波形,，顯然會占用更多的內(nèi)存,，且設(shè)計起來也非常繁瑣。雖然在傳統(tǒng)方案的基礎(chǔ)上,，已有人提出選擇先擦除到達黑色狀態(tài),，再以白色灰階作為參考灰階,，最后到目標灰階的改進方案。這一方案雖然減少了更新時間,，但是其并沒有縮短驅(qū)動波形的時間長度,，也沒有減少鬼影的存在。

    本設(shè)計在傳統(tǒng)灰度控制過程的基礎(chǔ)上增加了激活帶電粒子階段,，先讓粒子在擦除階段結(jié)束時回到黑色,、白色、淺灰,、深灰灰階,，再在激活帶電粒子階段結(jié)束時達到黑色極端的狀態(tài)，最后從特定的狀態(tài)去往想要驅(qū)動的狀態(tài),，在擦除階段過程中,，能就近選擇黑色、白色,、淺灰,、深灰灰階，縮短了顯示器的驅(qū)動時間,，大大降低了波形設(shè)計的工作量,，也提高了效率。由于16階灰度值由4階灰度值調(diào)制而成和電光效應(yīng)的記憶性,，前一灰階會影響目標灰階,。考慮到懸浮液的黏性和響應(yīng)延遲的特點,，本設(shè)計在灰度控制中粒子在激活帶電粒子階段結(jié)束時達到黑色極端,，即以黑色灰階作為參考灰階，減少了白色灰階作為參考灰階時帶來的鬼影,。

參考文獻

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[5] 趙曉鵬,，郭慧林,，王建平．復相微納米膠囊與電子墨水[M]．西安：西北工業(yè)大學出版社，2007．