一种EFD矩阵显示驱动方法和装置与流程

本发明涉及显示领域，尤其是一种EFD矩阵显示驱动方法和装置。

背景技术：

EFD是Eletro Fluid Display的简写，学术上称之为电润湿显示。电润湿电子纸显示技术是自2003年新发展起来的一类新型电子纸显示技术，电润湿采用电场控制染色油膜在疏水界面上的铺展与收缩来成像，具有响应速度快、易彩色化等优势，因此一直以来受到广泛的关注与持续研究。其单元像素格的显示原理如图1所示，其中，a为彩色油墨，b为像素墙；c为疏水绝缘层，d为透明电极。电润湿显示单元像素格的基本构造及显示原理是：首先在分布有点电极的背板（TFT/ITO）上均匀施加一层极薄的疏水介电层，再沉积一层网状透明像素墙将面板分隔成一个个微米尺寸的单元像素格，在每一个单元像素格内填充一层极薄的非极性有色油膜，然后再填充水层作为第二流体以及公共电极；每一个点电极可独立控制一个单元像素格。显示时，未施加电压的像素格内有色油膜充分润湿绝缘层，形成一个有色像素点；而施加电压的单元像素格内，根据Lippman-Young方程，疏水性绝缘层转变为亲水性，水相润湿绝缘层，推动油膜压缩至一旁，实现反射或透射，完成图像显示。另外，可以通过多层彩色油膜的叠加可实现全彩色图像的显示。

目前EFD技术还处于产业化初期，由于技术实现原理不同，无法直接采用LCD技术成熟的有源TFT驱动背板，实现高密度、高对比度、高色彩数。在没有成熟的驱动芯片和上下游供应链的配合条件下，初期EFD屏幕产品设计，采用无源矩阵为主，研发投入成本最优，方便实现商业化。

一个实际生产的16*16无源矩阵EFD屏幕通过16个行电极输出行驱动信号、16个列电极输出列驱动信号实现驱动控制；行电极对应是上表面，接触的是去离子水，是眼睛观测端；列电极通过绝缘层与油接触。行列电极形成电压差，实现像素驱动控制。无源矩阵是在上表面有16个平行的行电极，下表面有16个与行电极垂直的列电极。电极像素尺寸是5mm*5mm，上下电极构成一个大像素。像素里面，还有26*26 = 676个小像素，一个小像素尺寸是192um*192um，并联在上下电极之间。

针对常规LED显示屏的无源矩阵的驱动方法见图2，从图2可知，COM1-16是行电极，SEG1-16是列电极；16*16的无源矩阵将使用16个行选通信号依次顺序扫描16次实现，列信号与行选通信号同步输入，实现一行的像素状态控制。很显然，一帧显示由16行扫描完成，可以实现所有内容的显示，但是只能显示静态内容，不能显示快速变动的内容。对于被驱动的无源矩阵屏幕，每个像素将只能点亮1/16时间，其他时间是关闭状态，也就是说像素平均亮度只有像素最高工作亮度的1/16。

如图2所示，传统无源矩阵驱动技术，采用行顺序扫描方法，将降低屏幕的工作亮度值，只有像素理论最高亮度的1/16。对于LED或LCD等主动显示技术，可以提高LED的工作电流来提高平均亮度。但是对于采用反射式显示的EFD屏幕，光源来自环境自然光，像素亮度变成1/16，显示内容就无法被有效看清了。另外，为了实现人眼看到清晰的图案，传统LED/LCD屏幕刷新速度必须高于24Hz，行扫描信号驱动速率必须高于16*24=384Hz，这也提高了对驱动硬件的要求。而且，EFD像素是一个电容式结构，物理模型可以模拟成一个电容，实际驱动有开启时间和关闭时间的需求。我们此处提到的EFD无源矩阵，像素的开启时间大于10ms，关闭时间大于8ms；这样，我们采用图2所示的扫描法，理论上驱动EFD屏幕一帧完整内容的最快速度是：10*16=160ms，最快刷新频率只有6Hz，会存在严重的闪烁现象，这样的产品无法被市场接受。

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能显著提升EFD矩阵的显示亮度和图像显示质量的EFD矩阵显示驱动方法，相应地，还提供一种EFD矩阵显示驱动装置。

本发明所采用的技术方案是：一种EFD矩阵显示驱动方法，包括以下步骤：

S1、获取待显示内容；

S2、处理所述待显示内容得到显示控制信息，所述显示控制信息包括至少一组行显示控制信息和/或至少一组列显示控制信息；

S3、根据所述显示控制信息控制像素点矩阵显示待显示内容。

进一步地，所述行显示控制信息包括至少一个显示起点列序号、至少一个显示终点列序号和至少一个行序号，所述列显示控制信息包括至少一个显示起点行序号、至少一个显示终点行序号和至少一个列序号。

进一步地，所述步骤S3包括以下步骤：

S31、根据所述显示起点列序号、显示终点列序号和行序号得到对应待显示内容的行显示组合；

S32、根据所述显示起点行序号、显示终点行序号和列序号得到对应待显示内容的列显示组合；

S33、根据所述至少一个行显示组合和/或至少一个列显示组合进行层叠扫描驱动像素点以分别实现待显示内容的显示。

进一步地，所述步骤3中，根据多个行显示组合和/或多个列显示组合控制待显示内容显示，除最后一个行显示组合或列显示组合之外，每根据一个行显示组合或列显示组合控制像素点开启后，通过施加行驱动电压为状态保持电压Vhold，列驱动电压为0V的驱动电压以使已开启的像素点不关闭。

进一步地，所述待显示内容显示完毕后，施加行驱动电压为低功耗维持电压Vlow，列驱动电压为0V的驱动电压以实现EFD矩阵维持低功耗稳态显示。

进一步地，所述状态保持电压Vhold的取值范围为Voff～Von，所述Voff为像素点的关闭电压，所述Von为像素点的开启电压。

进一步地，所述低功耗维持电压Vlow为Vlow=Von+a，其中，所述Von为像素点的开启电压，所述a为预设补偿电压。

本发明所采用的另一技术方案是：一种EFD矩阵显示驱动装置，包括

待显示内容获取单元，用于获取待显示内容；

显示控制信息获取单元，用于处理所述待显示内容得到显示控制信息，所述显示控制信息包括至少一组行显示控制信息和/或至少一组列显示控制信息；

显示控制单元，用于根据所述显示控制信息控制像素点矩阵显示待显示内容。

进一步地，所述EFD矩阵显示驱动装置包括MCU、行驱动芯片和列驱动芯片，所述MCU分别与行驱动芯片、列驱动芯片连接，所述行驱动芯片的输出端、列驱动芯片的输出端分别与EFD矩阵的输入端连接。

进一步地，所述行驱动芯片包括SSD1629型号的芯片，所述列驱动芯片包括74HC595型号的芯片。

本发明的有益效果是：本发明一种EFD矩阵显示驱动方法，获取待显示内容并将其处理以得到显示控制信息，显示控制信息包括至少一组行显示控制信息和/或至少一组列显示控制信息，根据显示控制信息即可以控制像素点矩阵显示待显示内容，不仅能减少显示需要的扫描次数，提高显示效率，实现人眼观察到的稳定显示效果，还能大幅度提升像素点的平均亮度，实现高质量的显示；另外，一种EFD矩阵显示驱动装置，通过其实施上述EFD矩阵显示驱动方法，实现高亮度高质量显示。

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是现有技术中电润湿的显示原理示意图；

图2是现有技术中16*16 EFD无源矩阵的扫描驱动波形图；

图3是本发明中一种EFD矩阵显示驱动方法的步骤流程图；

图4是本发明中一种EFD矩阵显示驱动方法的一具体实施例示意图；

图5是本发明中一种EFD矩阵显示驱动方法的另一具体实施例示意图；

图6是EFD像素开启/关闭电压驱动的迟滞特性曲线示意图；

图7是本发明中一种EFD矩阵显示驱动方法的驱动波形的一具体示意图；

图8是本发明中一种EFD矩阵显示驱动装置的示意图；

图9是本发明中一种EFD矩阵显示驱动装置的一具体实施例示意图。

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EFD矩阵显示驱动方法，参考图3，图3是本发明中一种EFD矩阵显示驱动方法的步骤流程图，包括以下步骤：

S1、获取待显示内容；

S2、处理待显示内容得到显示控制信息，显示控制信息包括至少一组行显示控制信息和/或至少一组列显示控制信息；

S3、根据显示控制信息控制像素点矩阵显示待显示内容。

一种EFD矩阵显示驱动方法通过将待显示内容进行处理得到其行显示控制信息和/或列显示控制信息，进而根据行显示控制信息和/或列显示控制信息进行显示控制，可以减少显示需要的扫描次数，提高显示效率，实现人眼能观察到的稳定显示效果，还能大幅度提升像素点的平均亮度，实现高质量的显示。本发明中，待显示内容包括数码字符（数字或字母）、规则文字和图案，一般地，由于待显示内容像素点的分布位置不同，待显示内容同时需要使用行显示控制信息和列显示控制信息来表示待显示内容，特殊地，如数字“11”，仅需要显示两列列号不同的竖列像素点（像素点个数不限）即可以实现数字“11”的显示，则此时仅需要列显示控制信息就可以表示待显示内容（如数字“11”）；同理，如数字“一”，可以通过显示一排横向像素点（像素点个数不限）或者相邻的两排横向像素点（像素点个数不限）即可以实现数字“一”，此时，仅需要行显示控制信息则可以表示待显示内容（如数字“一”）。

进一步地，行显示控制信息包括至少一个显示起点列序号、至少一个显示终点列序号和至少一个行序号，列显示控制信息包括至少一个显示起点行序号、至少一个显示终点行序号和至少一个列序号。参考图4，图4是本发明中一种EFD矩阵显示驱动方法的一具体实施例示意图，以大写字母“H”为例说明本发明的显示控制信息，字母“H”可以表达为1行2竖，即分开成行显示和列显示，2竖见图4中的浅灰色部分像素，1行见图4中的黑色部分像素。对应于“H”的行显示控制信息为：显示起点列序号为S6、显示终点列序号为S11，行序号为C9；而列显示控制信息为显示起点行序号为C2，显示终点行序号为C15，列序号为S5和S12。

进一步地，步骤S3包括以下步骤：

S31、根据显示起点列序号、显示终点列序号和行序号得到对应待显示内容的行显示组合；

S32、根据显示起点行序号、显示终点行序号和列序号得到对应待显示内容的列显示组合；

S33、根据至少一个行显示组合和/或至少一个列显示组合进行层叠扫描驱动像素点以分别实现待显示内容的显示。

继续以大写字母“H”为例，具体说明本发明的显示驱动方法，参考图4，图4是本发明中一种EFD矩阵显示驱动方法的一具体实施例示意图，将大写字母“H”的列显示控制信息：显示起点行序号为C2，显示终点行序号为C15，列序号为S5和S12进行组合，得到对应大写字母“H”2列的列显示组合（C2,C15,S5）和（C2，C15，S12），同步输出，显示2竖，此为第一层显示；将“H”的行显示控制信息：显示起点列序号为S6、显示终点列序号为S11，行序号为C9进行组合，得到对应“H”1行的行显示组合（S6,S11,C9），同步输出，显示1行，此为第二层显示；

至此，大写字母“H”已完成显示一帧，这一帧图像，只需要2次刷新；而传统的16行扫描方法，是从C1-C16依次扫描，S1-S16依次同步输出对应行的像素点二进制状态，与行电极电平组合驱动像素点；与传统扫描方法的16次刷新相比，本发明中只需利用行显示组合和列显示组合即可实现待显示内容的层叠显示，只需要2次刷新，速度提高了8倍。

参考图5，图5是本发明中一种EFD矩阵显示驱动方法的另一具体实施例示意图，以数字“1”为例继续说明本发明的层叠驱动方法，具体实现方法如下：

首先把“1”拆分为3个扫描组合，对应图5中A、B、C 3个灰色区域。

C5与S7组合，同步输出，显示B区域，此为第一次扫描。

C4-C13与S8组合，同步输出，显示A区域，此为第二次扫描。

C14与S7-9组合，同步输出，显示C区域，此为第三次扫描。

通过3次扫描层叠组合，实现数字“1” 显示，数字0-9都可以采取类似方法实现。

进一步地，步骤3中，根据多个行显示组合和/或多个列显示组合控制待显示内容显示，除最后一个行显示组合或列显示组合之外，每根据一个行显示组合或列显示组合控制像素点开启后，通过施加行驱动电压为状态保持电压Vhold，列驱动电压为0V的驱动电压以使已开启的像素点不关闭。进一步地，状态保持电压Vhold的取值范围为Voff～Von，Voff为像素点的关闭电压，Von为像素点的开启电压。

进一步地，待显示内容显示完毕后，施加行驱动电压为低功耗维持电压Vlow，列驱动电压为0V的驱动电压以实现EFD矩阵维持低功耗稳态显示。进一步地，低功耗维持电压Vlow为Vlow=Von+a，其中，Von为像素点的开启电压，a为预设补偿电压，a可以是正值，也可以是负值。

参考图6，图6是EFD像素开启/关闭电压驱动的迟滞特性曲线示意图，如图6所示是EFD像素的工作电压与像素光学反射率（对应像素开口率）关系表，点状实线是像素开启过程，从0V开始，一直到像素点的开启电压Von为17V，像素才开始打开；正方形状虚线是像素关闭过程，电压从25V开始下降，降低到像素点的关闭电压Voff为10V像素才真正关闭。在10V和17V之间，构成了一个契形回滞空间，这个开启电压与关闭电压的电压回滞现象，就是EFD像素的迟滞曲线。参考图7，图7是本发明中一种EFD矩阵显示驱动方法的驱动波形的一具体示意图，利用图7所示的驱动波形，实现“H”显示，然后保持稳态。在波形的起始阶段，是复位过程，这时候像素2面的电压是0V。第一帧，刷新实现“H”的2竖显示；然后是一个保持状态，状态保持电压Vhold为12V，这个电压高于像素关闭电压Voff，又低于像素开启电压Von，保证已开启像素不关闭，保障显示的亮度；第二帧，刷新实现“H”的1行显示；然后维持整个屏幕所有行的驱动电压为19V，列为0V；即低功耗维持电压Vlow为Vlow=Von+a=17+2V，本实施例中，预设补偿电压为2V；这时候转入低功耗稳态，其他未开启的像素点不能开启，或刚刚开启，反射率为0。“H”图案对应的已开启像素的反射率是35%，已经可以达到kindle电子书的正常显示效果。在这种情况下，屏幕不需要刷新就能维持显示内容，基本无电流损耗，可以实现一种近似于零功耗的图案显示。低功耗稳态的维持时间，从1分钟到几个月，取决于EFD像素的参数设计和工艺水平。

本发明不仅在EFD无源矩阵驱动的时候采用了层叠显示驱动方法，实现了屏幕快速清晰显示，动态显示更新数码字符、规则文字和图案等内容，显著提升EFD屏幕显示亮度和图像显示质量；还在EFD无源矩阵驱动波形的设计上，利用了EFD像素的迟滞特性，实现低功耗、高亮度静态显示；利用EFD像素的迟滞保持特性，提出了一套对应的驱动波形来实现内容显示，显著降低EFD屏幕显示静态内容的功耗。值得注意的是，EFD有源矩阵，可以实现像素点直接驱动，本发明利用EFD像素迟滞特性原理的驱动方法，仍然适用。

一种EFD矩阵显示驱动装置，参考图8，图8是本发明中一种EFD矩阵显示驱动装置的示意图，包括

待显示内容获取单元，用于获取待显示内容；

显示控制信息获取单元，用于处理待显示内容得到显示控制信息，显示控制信息包括至少一组行显示控制信息和/或至少一组列显示控制信息；

显示控制单元，用于根据显示控制信息控制像素点矩阵显示待显示内容。

一种EFD矩阵显示驱动装置，通过其实施上述EFD矩阵显示驱动方法，实现高亮度高质量显示。

作为技术方案的进一步改进，参考图9，图9是本发明中一种EFD矩阵显示驱动装置的一具体实施例示意图，EFD矩阵显示驱动装置包括MCU、行驱动芯片和列驱动芯片，MCU分别与行驱动芯片、列驱动芯片连接，行驱动芯片的输出端、列驱动芯片的输出端分别与EFD矩阵的输入端连接。MCU（Micro Controller Unit）是为微处理器单元的缩写，泛指具有智慧可编程的中央处理单元。MCU完成与外部的通信，接收文字内容，然后通过算法处理得到行列扫描信号并根据其控制行驱动芯片和列驱动芯片，将内容显示到屏幕。本实施例中，MCU型号是STM32F103；行驱动芯片包括SSD1629型号的芯片，列驱动芯片包括74HC595型号的芯片。

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。