基于等功率的电润湿驱动波形生成方法及系统与流程

本发明涉及电润湿领域，具体为基于等功率的电润湿驱动波形生成方法及系统。

背景技术：

电润湿是通过改变液滴与绝缘基板之间的电压，进而改变液滴在基板上的润湿性，即改变接触角，使液滴发生形变、位移的现象。

在TFT电极层上涂布亲油疏水绝缘层，绝缘层上采用光刻材料构筑像素墙，然后在像素底部涂布一层黑色颜料油膜，将整个基板置于水中，并与上部的ITO玻璃封装在一起构成显示屏。像素在未加电时，油墨铺满整个像素底部，此时像素呈现油墨的颜色；当给下层TFT基板和上层ITO玻璃通电后，即可改变疏水材料的湿润效果，原先抗水的表面变得更加亲水，油滴的表面张力发生改变转移到旁边，该像素呈现出底部的颜色(白色)。这样，通过控制像素施加的电压实现像素的黑白两种颜色的切换，通过改变染色油滴脱离亲油疏水绝缘层的量，即暴露在水中的反射面积的大小，可以调制出各种灰阶亮度。整个生成结构简单，成本低，易于实现大规模制造。

现一般采用方波来进行驱动，通过控制好施加波形的电压以及占空比来实现驱动，通过控制好上下基板的压差来调节好各级灰阶。然而采用方波驱动，这一驱动波形所需要驱动功率较大，长期使用容易影响电润湿器件的使用寿命、易造成损坏。因此有必要进行改进。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于等功率的较优的电润湿驱动波形生成方法及系统。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于等功率的电润湿驱动波形生成方法，所述功率表示为：

$P=\underset{t_0}{\overset{t_1}{\∫}}\[v_1-g_1\left(t\right)\]dt+\underset{t_1}{\overset{t_2}{\∫}}\[v_1-g_2\left(t\right)\]dt$

其中g₁(t)为t₀到t₁期间的波形函数，g₂(t)为t₁到t₂期间的波形函数，V₁为像素极上接的恒定正电压；

在保持同一功率时，其中驱动阶段，即t₀到t₁阶段驱动电压逐渐增大，t₁时刻电压差达到最大值；

恢复阶段，即t₁到t₂阶段，电压差减小至0。

作为该技术方案的改进，所述驱动阶段波形包括线性、抛物状。

作为该技术方案的改进，所述驱动阶段的波形为斜率小于0的直线，所述恢复阶段为斜率大于0的直线。

进一步地，所述驱动阶段波形为斜率小于0的直线，恢复阶段为斜率为0的直线。

进一步地，所述等功率时，三角波和梯形波的最大驱动电压均大于方波的最大驱动电压。

进一步地，其中驱动阶段，三角波的频率为方波频率的两倍，梯形波的频率和方波相等，所述像素极上接的恒定正电压V1与负向驱动电压的最大值相等。

另一方面，本发明还提供一种基于等功率的电润湿驱动波形生成系统，包括单片机、运算放大器、DAC0832，所述单片机的输出端与DAC0832的输入端连接，所述DAC0832的输出端与运算放大器的输入端连接。

本发明的有益效果是：本发明提供的基于等功率的电润湿驱动波形生成方法及系统，在同等功率的前提下通过生成的波形，使得减少了驱动波形的有效功率，延长了电润湿器件的使用寿命。采用逐渐变化的波形，这样可以防止油墨在运动过程中分裂，避免因油墨分裂导致的显示亮度降低，延长了恢复时间、显示效果降低。

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是本发明一实施例的模块连接示意图；

图2是本发明一实施例的电路原理示意图；

图3是现有技术方波驱动示意图；

图4是本发明一实施例的三角波驱动示意图；

图5是本发明一实施例的梯形波驱动示意图；

图6是本发明一实施例的驱动电压和开口率关系示意图；

图7是本发明一实施例的最大驱动电压为20V时梯形波开口率示意图；

图8是本发明一实施例的最大驱动电压为15V时方波开口率示意图；

图9是本发明一实施例的最大驱动电压为20V时三角波开口率示意图；

图10是本发明另一实施例的三角波驱动示意图。

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。

一种基于等功率的电润湿驱动波形生成方法，所述功率表示为：

$P=\underset{t_0}{\overset{t_1}{\∫}}\[v_1-g_1\left(t\right)\]dt+\underset{t_1}{\overset{t_2}{\∫}}\[v_1-g_2\left(t\right)\]dt$

其中g₁(t)为t₀到t₁期间的波形函数，g₂(t)为t₁到t₂期间的波形函数，V₁为像素极上接的恒定正电压；

在保持同一功率时，其中驱动阶段，即t₀到t₁阶段驱动电压逐渐增大，t₁时刻电压差达到最大值；

恢复阶段，即t₁到t₂阶段，电压差减小至0。

作为该技术方案的改进，所述驱动阶段波形包括线性、抛物状。

作为该技术方案的改进，所述驱动阶段的波形为斜率小于0的直线，所述恢复阶段为斜率大于0的直线。

进一步地，所述驱动阶段波形为斜率小于0的直线，恢复阶段为斜率为0的直线。

进一步地，所述等功率时，三角波和梯形波的最大驱动电压均大于方波，但三者的最大驱动电压都必须在合理的范围之内，不损坏EFD器件的前提下。

进一步地，其中驱动阶段，三角波的频率为方波频率的两倍，梯形波的频率和方波相等，所述像素极上接的恒定正电压V1与负向驱动电压的最大值相等。

另一方面，本发明还提供一种基于等功率的电润湿驱动波形生成系统，包括单片机、运算放大器、DAC0832，所述单片机的输出端与DAC0832的输入端连接，所述DAC0832的输出端与运算放大器的输入端连接。

参照图1，是本发明一实施例的模块连接示意图。单片机利用编程方式产生所要实现的波形，所述波形经过DAC0832，数字信号转换成模拟信号，最后通过运算放大器将该模拟信号放大至需要的驱动信号，其中通过电源来调节电压的大小，通过不同电压、不同波形来测试开口率的大小。

参照图2，是本发明一实施例的电路原理示意图。其通过单片机模块的IO口与DAC0832模块的接口连接，所述DAC0832模块还与供电电源连接。

作为一实施例，参照图3-5，分别是方波驱动、三角波驱动和梯形波驱动的波形示意图。

其中功率计算公式为：

其中g₁(t)为t0到t1期间的波形函数式子，g₂(t)为t1到t2期间的波形函数式子.通过积分计算来算得各个波形的功率。其中因为在像素极上接上恒定的正电压V1，在驱动端所加的驱动电压和V1电压差就是实际的驱动电压。

以本实验中所涉及的驱动波形为例，各驱动波形表示如下：

方波：g₁(t)＝v₂(0≤t＜t1)

g₂(t)＝v₁(t1＜t≤t2)

三角波：g₁(t)＝k₁t(0≤t＜t1)，其中k₁＝v₂/t₁

g_2(t)＝k₂t+v₂(t1＜t≤t2)，其中k₂＝v₁/(t₂-t₁)

梯形波：g₁(t)＝k₁t(0≤t＜t1)，其中k₁＝v₂/t₁

g₂(t)＝v₁(t1＜t≤t2)

也同样适用于其他具有此类特征的其他波形。

其中三角波在t0-t1之间先是逐渐增到最大压差，在t1时刻压差最大；在t1-t2之间，压差逐渐减小，从V1减小到0。

梯形波中在t0-t1之间逐渐增加，在t1时刻压差最大，这种逐渐增大的电压更适用于油墨液滴的特性，不会因为电压骤增而导致油滴撕裂。在之后的驱动中可以保持很好的活性。在t1-t2之间，为恢复阶段。

在等功率的前提下，三角波的最大驱动电压为方波的两倍，通过以上的积分公式以及上述的各驱动波形表达式，可以直接算出，驱动效果也优于方波；而梯形波的最大驱动电压也大于方波，驱动效果同样优于方波。本方案中生成的两种波形均优于方波，经过优化后效果优于等功率下的方波。

在本段电润湿驱动中采用负向电压驱动，即在像素极上接上恒定的正电压V1，在驱动端所加的驱动电压和V1电压差就是实际的驱动电压。以方波为例，在t0-t1之间所施加的即为驱动电压，该阶段像素点可以打开，达到驱动的效果；而在t1-t2这个阶段处于恢复阶段，该阶段加在EFD上的电压差为0。

作为一实施例，在这三种波形中，其中横轴为驱动时间，方波采用的占空比为50％，其中方波、梯形波整个驱动过程中所采用的频率为45HZ，所设置的周期为22ms，而三角波的频率为90HZ，周期为11ms，纵轴为驱动电压，分为三个节点电压，V0、是V1、V2，其中V1＝-V2。

在实际的驱动过程中，利用现有的电润湿片子，先以方波来驱动，改变方波的驱动电压来比较驱动效果。其中驱动电压和开口率的关系如图6所示。其中曲线1代表电压值的变化，单位为v，曲线2代表开口率的变化。

开口率指在上极板和底电极间施加一定的电压，油滴收缩，脱离亲油疏水绝缘层的表面，反射光大部分直接通过水后反射出去，只有小部分通过油滴而不能反射出去，像素整体显示为亮态即出现“开”态，而此时白色的面积占总像素面积的百分比即为开口率。像素的开口率对于电润湿显示是体现器件所能表达对比度大小最直观的因素。

由于现有的片子中所驱动的阈值电压为+-12V(阈值电压根据电润湿材料的不同而不同)，以步进的方式且在电润湿能够承受的电压范围内来找到最佳驱动电压(不击穿像素点)，最佳驱动电压为+-20V，电压继续增大的话容易导致电润湿片子损坏。其中驱动电压为+-15V时开口率为43.6％。

基于方波的最佳驱动电压为+-20V，在所涉及的三角波和梯形波中将V1设置为20V，此时根据三种不同波形的特性，可以得到：20V的三角波的功率相当于+-10V的方波，而20V的梯形波的功率相当于+-15V的方波。

参照图7-9，经过实验测试得到20V三角波的开口率为42.8％，相当于+-14V电压方波的开口率，与其等功率的方波是+-10V，而+-10V的方波是不能正常驱动的。因此等功率情况下三角波的驱动效果优于方波。

20V的梯形波的开口率为48.1％，相当于+-17V方波电压的开口率，与其等功率的方波是+-15V(开口率为43.6％)，相比较而言，因此等功率情况下梯形波的驱动效果优于方波。

在等功率的前提下，通过控制波形的形状，设计了相对应的三角波、梯形波，比较了开口率，发现三角波、梯形波会优于方波。

三角波和方波相比较而言，功率减少了一半，三角波驱动的初始电压慢慢增大，在等功率情况下20V的三角波的开口率优于+-10V的方波。

梯形波和方波相比较而言，功率也相应的减小了，在驱动阶段，方波是保持V2不变，而梯形波在此阶段是缓慢增加的，功率相比而言小了一部分。其驱动电压慢慢增加，而不是像方波一样骤增，在等功率前提下，20V的梯形波的开口率优于+-15V的方波。

三角波和梯形波均采用逐渐增加电压的方式，更加符合油墨的运动性质。

等功率情况下，三角波、梯形波都优于方波，且方波可以延长电润湿器件的使用寿命，在开口率大小一样的情况下，可以减少有效功率。梯形波的驱动波形中，在驱动阶段，电压采用逐渐增大的方式，避免了电压骤增导致油墨不稳定的情况。

参照图10，为另一三角波的实施例。该三角波在驱动的过程中，采用逐渐减小电压的方式，先增至最大电压而后慢慢减少；进入恢复时间，当其中的压差减小到阈值电压之下时就会停止驱动。其和方波相比，驱动电压均骤增，但三角波先增加到最大电压而后慢慢减少进入恢复时间，当其中的压差减小到阈值电压之下时就会停止驱动。该三角波其周期为方波的一半，相比而言功率减少了一半，三角波驱动的初始电压和方波一样，而后慢慢的减少，在等功率情况下20V的三角波的开口率优于+-10V的方波。该三角波和梯形波相比较，梯形波采用逐渐增加电压的方式，更加符合油墨的运动性质。

在同等功率的前提下，它们的功率一样，但是三角波和梯形波的开口率明显优于方波。在一定的范围内，采用三角波和梯形波的驱动波形来驱动电润湿器件，不仅可以使开口率增大、显示效果增强，还能延长电润湿器件的使用寿命，减少了驱动波形的有效功率。

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。