一种基于EWD三维仿真建模拓展波形验证方法

本发明涉及彩色油墨仿真，特别地涉及一种基于ewd三维仿真建模拓展波形验证方法。

背景技术：

1、电润湿理论作为一种前沿的液体操控技术，其核心在于利用电场的力量精确引导和控制液体的行为。这一技术通过在电介质材料的表面巧妙地施加电场，能够动态地改变液体与固体界面间的接触角，进而驱动液体按照预定的模式进行定向流动、形态变化乃至分裂等一系列复杂而精细的操作。这一原理的发现可追溯至1981年，标志着人类开始探索电场与液体相互作用的新纪元。历经22年的技术积淀与创新，robert a.hayes终于将这一理论转化为现实，成功研发出高质量的电润湿显示技术(ewd)，为显示领域带来了革命性的突破。

2、相较于传统的电子纸显示技术(epd)，ewd显示技术以其卓越的响应速度——达到毫秒级、丰富的色彩表现力以及高反射率等优势，展现了无可比拟的应用潜力。然而，ewd技术的实现并非一帆风顺，特别是在油墨分裂这一关键环节上，直流驱动方案的电压选择显得尤为重要。电压的精准调控直接关系到油墨分裂的均匀性、稳定性和效率，是确保显示效果的关键所在。

3、尽管ewd技术前景广阔，但当前针对其三维仿真模型的研究仍处于起步阶段，面临着诸多挑战。一方面，现有模型的精度有限，难以准确捕捉油墨分裂过程中的细微变化，导致计算结果易出现不收敛、流体质量损失等问题；另一方面，由于计算精度要求较高，仿真过程往往耗时较长，严重制约了科研进展和实际应用。此外，关于ewd中油墨分裂现象的直观仿真研究也相对匮乏，缺乏一种能够清晰展示流体运动过程中分布变化的有效手段。

4、鉴于此，本发明致力于拓展ewd三维模型在验证油膜运动特性方面的应用，通过深入探究不同驱动方案对油墨分裂现象的内禀关系，本发明不仅能够有效拓展驱动方案的验证手段，为科研人员提供更加全面、准确的仿真模型支持，还将为ewd技术的进一步优化和广泛应用奠定坚实的基础。这一创新成果无疑将为显示技术的未来发展开辟新的道路，引领我们迈向更加智能、高效、多彩的显示新时代。

5、此外，本发明还利用直观的仿真可视化工具，展示油墨分裂过程中的流体运动分布变化情况，实时呈现液体的流动轨迹、速度分布和接触角变化等关键信息，使得科研人员能够直观地观察到油墨分裂的微观过程和动态特征。这不仅有助于深入理解油墨分裂的物理机制，还为优化驱动方案和提升显示效果提供了有力的支持。

6、在驱动方案的研究上，本发明通过大量的实验和仿真分析，深入探究了不同电压波形、频率和幅度对油墨分裂现象的影响。通过对比分析不同驱动方案下的仿真结果和实验数据，本发明揭示了驱动方案与油墨分裂现象之间的内禀关系，为优化驱动方案提供了科学依据。

7、综上所述，本发明通过创新性的模型构建方法、高效的计算技术和直观的仿真可视化工具，成功拓展了ewd三维模型在验证油墨运动特性方面的应用。这一成果不仅为科研人员提供了更加全面、准确的仿真模型支持，还为ewd技术的进一步优化和广泛应用奠定了坚实的基础。未来，随着技术的不断发展和完善，ewd技术有望在显示技术、微流控系统、生物医学工程等领域展现出更加广阔的应用前景。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种基于ewd三维仿真建模拓展波形验证方法，在仿真模型中设置共同流体场和静电场，使用层流场和相场法来模拟流体场，采用矩形像素单元的ewd进行几何建模，共同建立ewd像素单元仿真模型；设置固体光刻胶和疏水绝缘层的介电常数，设置流体油墨和水的动力粘度、介电常数、表面张力系数；在流体力学中使用纳维斯托克斯方程组描述流体受力，在电场中需要麦克斯韦应力张量来描述流体所受电场力并将其作为体积力添加至纳维斯托克斯方程组中；设置流体场内的润湿壁、出入口边界、静电场内的接地、电势边界，通过网格剖分和模型求解生成一维、二维或三维的绘图组。

2、在一种实施方式中，ewd中包括至少两种流体和多层固体薄膜。

3、在一种实施方式中，采用正方形像素单元的ewd进行几何建模，油墨在不同方向上受力具有各向同性。

4、在一种实施方式中，ewd由多层堆叠的固-液薄膜组成；最外层是ito玻璃，其下侧涂有疏水绝缘层；光刻胶屏障形成像素壁，像素壁内填充有油墨；一层水膜作为中间介质，油墨在像素壁内能够移动。

5、在一种实施方式中，在仿真模型中，通过改变电场中的的电势选项，模拟10v至15v的直流电压驱动仿真模型中的油墨运动，通过流体体积分数场表征油墨分布情况。

6、在一种实施方式中，在ewd像素单元仿真模型中建立笛卡尔坐标系，使用三维坐标值表述油墨分布位置。

7、在一种实施方式中，建立不同等级或分值的油墨分布坐标数据库，使不同的三维坐标集对应不同的ewd像素单元性能，进而评估不同驱动电压下的ewd像素单元性能。

8、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。

9、本发明提供的一种基于ewd三维仿真建模拓展波形验证方法，与现有技术相比，至少具备有以下有益效果：

10、相对于直接通过实验测试波形，重复的多次实验会造成实物损耗导致实验结果不准确。本发明利用三维ewd模型，模拟液体在像素单元内的运动情况，为新驱动方案的研发提供指导，同时可以直观地观察到长时间直流驱动电压后油墨分裂情况可能随着电压的升高严重。如图3所示，在模拟模型中加入持续20ms的不同幅值的直流电压，发现在实际测试中，随着电压的升高，开口率略微上升，但油墨分裂情况逐渐变得严重，甚至出现了油墨溢出的情况。仿真模型与实际结果吻合较好，ewd的三维仿真模型可以拓展波形验证手段。

技术特征：

1.一种基于ewd三维仿真建模拓展波形验证方法，其特征在于，在仿真模型中设置共同流体场和静电场，使用层流场和相场法来模拟流体场，采用矩形像素单元的ewd进行几何建模，共同建立ewd像素单元仿真模型；设置固体光刻胶和疏水绝缘层的介电常数，设置流体油墨和水的动力粘度、介电常数、表面张力系数；在流体力学中使用纳维斯托克斯方程组描述流体受力，在电场中需要麦克斯韦应力张量来描述流体所受电场力并将其作为体积力添加至纳维斯托克斯方程组中；设置流体场内的润湿壁、出入口边界、静电场内的接地、电势边界，通过网格剖分和模型求解生成一维、二维或三维的绘图组。

2.根据权利要求1所述的基于ewd三维仿真建模拓展波形验证方法，其特征在于，ewd中包括至少两种流体和多层固体薄膜。

3.根据权利要求1所述的基于ewd三维仿真建模拓展波形验证方法，其特征在于，采用正方形像素单元的ewd进行几何建模，油墨在不同方向上受力具有各向同性。

4.根据权利要求1所述的基于ewd三维仿真建模拓展波形验证方法，其特征在于，ewd由多层堆叠的固-液薄膜组成；最外层是ito玻璃，其下侧涂有疏水绝缘层；光刻胶屏障形成像素壁，像素壁内填充有油墨；一层水膜作为中间介质，油墨在像素壁内能够移动。

5.根据权利要求1所述的基于ewd三维仿真建模拓展波形验证方法，其特征在于，在仿真模型中，通过改变电场中的的电势选项，模拟直流电压驱动仿真模型中的油墨运动，通过流体体积分数场表征油墨分布情况。

6.根据权利要求1所述的基于ewd三维仿真建模拓展波形验证方法，其特征在于，在ewd像素单元仿真模型中建立笛卡尔坐标系，使用三维坐标值表述油墨分布位置。

7.根据权利要求6所述的基于ewd三维仿真建模拓展波形验证方法，其特征在于，建立不同等级或分值的油墨分布坐标数据库，使不同的三维坐标集对应不同的ewd像素单元性能，进而评估不同驱动电压下的ewd像素单元性能。

技术总结
本发明提供了一种基于EWD三维仿真建模拓展波形验证方法，在仿真模型中设置共同流体场和静电场，使用层流场和相场法来模拟流体场，采用矩形像素单元的EWD进行几何建模，共同建立EWD像素单元仿真模型；设置固体光刻胶和疏水绝缘层的介电常数，设置流体油墨和水的动力粘度、介电常数、表面张力系数；在流体力学中使用纳维斯托克斯方程组描述流体受力，在电场中需要麦克斯韦应力张量来描述流体所受电场力并将其作为体积力添加至纳维斯托克斯方程组中；设置流体场内的润湿壁、出入口边界、静电场内的接地、电势边界，通过网格剖分和模型求解生成一维、二维或三维的绘图组。仿真模型与实际结果吻合较好，EWD的三维仿真模型可以拓展波形验证手段。

技术研发人员：易子川,王佳帅,刘黎明,迟锋
受保护的技术使用者：电子科技大学中山学院
技术研发日：
技术公布日：2025/3/18