一种可实现多灰阶显示的反射式显示器件的制作方法

本发明涉及显示器，尤其涉及一种可实现多灰阶显示的反射式显示器件。

背景技术：

1、平板显示技术在信息产业中具有重要地位，被列为国家战略性新兴产业。新型显示技术及其相关产业已占信息产业的三成以上，其发展的快慢、技术水平的创新将直接影响电子信息产业的发展。在主流的平板显示技术中，液晶显示器（liquid crystaldisplay，lcd）需要背光源才能显示，有机发光二极管（organic light-emitting diode，oled）则依靠材料自身主动发光。在户外显示时，随着外界光源的加强，显示器内部发光机制与外界光源相互抵消，人眼所能感知的光强十分有限，从而导致显示效果不佳。另外，上述平板显示器需持续供电来维持显示内容，在电能有限的便携式系统中，这些显示技术的续航能力明显不足。因此，寻求一种低功耗、符合人类生理习惯的平板显示器成为必然。目前，我国已成为平板显示产业的最大市场消费国，发展新型平板显示产业刻不容缓。

2、双稳态显示技术由于低功耗的特性，近年来越来越被人们重视。而常见的利用了双稳态技术的产品有电子墨水屏、胆甾相液晶等。以胆甾相液晶类双稳态显示技术为例，其显示原理为：依靠扭曲的液晶层能够反射一定波长的光，根据加载电压的不同，可以形成两种稳态和一种非稳态。电压较低时，处于布拉格反射状态，简称p态（稳态），通过对处于p态的液晶施加一定的脉冲电压，液晶分子的排布被打乱，形成各向同性的状态，没有特定的光被反射，该状态成为焦锥态，简称fc态（稳态）。再次输入高电压脉冲时，液晶分子会全部竖直排列，该状态为场致向列态，简称h态（非稳态）。由h态电压迅速撤电可以实现向p态的转换，由h态电压缓慢撤电可实现向fc态的转换，由p态电压加电到fc态电压，可以实现由p态到fc态的转换。由于胆甾相液晶的r-v曲线（反射率-电压曲线）非常陡峭，测试过程中发现，其中间可利用的灰阶较少，加电过程中基本是p态直接到fc态。

3、在实际应用中，尤其是当液晶面板尺寸较大时，容抗、阻抗等因素会造成液晶面板的面内电压均一性差，而中间灰阶状态对输入电压波动较敏感，为保持整个显示屏面内光学稳定性，胆甾相液晶通常使用稳定的p和稳定的fc两个灰阶状态，导致胆甾相液晶显示灰阶数量较少，不能实现细腻的多灰阶显示。有研究表面，对驱动波形进行优化可以使电子纸的灰阶显示从4级灰度提高到16级灰度，改善了图像的显示效果。但优化驱动波形采用的方式主要是通过脉冲振幅调制或脉冲宽度调制的方法来实现，然后通过逐行逐列扫描方式来驱动显示屏，以期获得一定的灰阶。在成熟的电子纸灰阶设计中，一般采用逐行逐列扫描的方式扫描像素格，要完成一帧的扫描，需要多次逐行扫描，这种方式的灰阶显示反射率低、显示不稳定。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中反射式显示器件的显示灰阶数少、画面细腻感差等问题，本发明提供了一种可实现多灰阶显示的反射式显示器件，其要点在于，所述显示器件中包含若干个像素单元，将所述像素单元划分为n个子像素，通过所述子像素的面积叠加，来实现连续多个灰阶的显示。

2、一种可实现多灰阶显示的反射式显示器件，其包括若干个像素单元，每个所述像素单元包含n个子像素，按照1至n的顺序排序，第i个子像素与第i-1个子像素的面积关系为：si=2×si-1，其中，si为第i个子像素的面积，si-1为第i-1个子像素的面积，n为不小于2的整数，1＜i≤n；其中，不同所述像素单元所包含的子像素的个数相同或不同，每个所述像素单元内的子像素之间被独立控制或联动控制；不同所述像素单元之间呈现的灰阶相同或不同。

3、在本发明的一些实施方式中，2≤n≤8。

4、在显示领域，显示元件中的每个像素都有一定的光亮强度，即从黑色（0）到白色（1），由于人眼对亮度的感知和物理功率不成正比，而是幂函数关系，因此像素的光亮强度与灰阶之间存在一种代数关系，可用式i表示：

5、，

6、其中，ln为灰阶对应的光强亮度（光线透过率），a为常数，gn为灰阶值，γ为校正指数。该公式得到的曲线称为gamma曲线，是一种特殊的色调曲线。

7、在实际应用中，由于显示器的原因会出现实际输出的图像在亮度上有偏差，而利用gamma曲线校正就是通过一定的方法来校正图像显示偏差。当γ值大于1时，图像的高光部分被压缩而暗调（深色调）部分被扩展，当γ值小于1时，图像的高光部分被扩展而暗调部分被压缩。

8、在本发明中，发明人通过试验发现，如果子像素的面积分配不合理，则所能实现的灰阶数将会减少。例如三个子像素的面积划分比为1:2:3，其最终能实现0、1、2、3、4、5、6这7种灰阶，比本发明所提供的面积划分方式所能实现的灰阶数少。即使有些方式的面积分配能够实现最大化的灰阶数量，如三个子像素的面积划分比为1:3:5，能够实现0、1、3、4、5、6、8、9 这8个灰阶，若gamma曲线中γ值不为1，相邻灰阶之间的亮度间隔时大时小，会导致灰阶之间过渡不均匀，画面的细腻感差。在本发明中，分割所得子像素数量有限，同时也要确保可实现的灰阶数最大化，因此，在本发明的一些实施方式中，所述像素单元的gamma曲线中，γ=1，且每种灰阶对应的输出亮度与其对应的所述像素单元内被点亮的任意子像素的面积或面积之和成正比。

9、在本发明的一些实施方式中，所述显示器件还包括栅线和数据线；所述子像素包括开关晶体管，所述开关晶体管的输出端与像素电极电连接；所述n个子像素的开关晶体管的控制端连接同一条所述栅线，n个所述子像素的输入端分别连接不同的所述数据线。

10、所述反射式显示器件进行多灰阶显示时，通过所述每个子像素的开关晶体管控制每个子像素的点亮开关，以改变包含所述每个子像素的所述像素单元的点亮面积，从而改变所述像素单元的亮度，由于所述像素单元能显示的不同亮度均具有相应的灰阶，因而，每个所述像素单元的灰阶被改变。若所述反射式显示器件所包含的某一像素单元包含n个子像素，该像素单元所能实现的最大灰阶种类数为2n。

11、假如第一个子像素的面积最小，为1，则第i个子像素的面积为2i-1。具体的，当每个像素单元被分为3个子像素，则这三个子像素的面积比为1：2：4，通过其中任意两个或三个子像素的面积叠加，可以实现0、1、2、3（=1+2）、4、5（=1+4）、6（=2+4）、7（=1+2+4）这8个灰阶；若每个像素单元被分为5个子像素，则这五个子像素的面积比为1:2:4:8:16，通过其中任意子像素的面积叠加，可以实现0、1、2、3（=1+2）、4、5（=1+4）、6（=2+4）、7（=1+2+4）、8、9（=1+8）、10（=2+8）、11（=1+2+8）、12（=4+8）、13（=1+4+8）、14（=2+4+8）、15（=1+2+4+8）、16、17（=1+16）、18（=2+16）、19（=1+2+16）、20（=4+16）、21（=1+4+16）、22（=2+4+16）、23（=1+2+4+16）、24（=8+16）、25（=1+8+16）、26（=2+8+16）、27（=1+2+8+16）、28（=4+8+16）、29（=1+4+8+16）、30（=2+4+8+16）、31（=1+2+4+8+16）这一共32个灰阶。

12、在本发明的一些实施方式中，每个所述子像素可按照面积的升序或降序或乱序进行配置。

13、在本发明的一些实施方式中，所述像素单元的结构为：所述n个子像素按照横向线性排列、纵向线性排列或几何纵横排列进行的排布结构。顾名思义，横向线性排列或纵向线性排列即以直线的方式（横向、竖向）排列；几何纵横排列是横向和纵向同时应用的排列方式，它有纵向排列的关系同时，也有横向排列的关系。

14、在制备显示器件时，像素点的尺寸会因人工操作误差、成型条件误差等原因，存在一定范围的波动，而这一波动会影响到最终像素显示效果。在本发明中，发明人发现，若所述像素单元的宽度尺寸误差较大而长度尺寸的生产误差较稳定时，所述子像素沿纵向依次排列可避免所述反射式显示器件出现条纹状图形的现象；若所述像素单元的长度尺寸误差较大而宽度尺寸误差较稳定时，所述子像素沿横向依次排列则可避免出现条纹状图案；若所述像素单元的长、宽尺寸误差均不稳定时，所述子像素可按照几何纵横排列的方式排布。

15、在图形更新过程中，反射式显示器件的驱动波形需要在高低电平之间相互转换，显示屏需要在色彩之间选择性刷新，这样就会导致闪烁，影响阅读舒适度。因此，为了解决这一现象，在本发明中，通过调整子像素的排列方式，减少甚至避免原始图像残影的残留，使所述反射式显示器件的图像变换更为稳定。

16、在本发明的一些实施方式中，所述像素单元内的显示材料为具有双稳态特性的电子材料。

17、在本发明的一些实施方式中，所述具有双稳态特性的电子材料选自具有电泳效应的微胶囊、具有电泳效应的微杯、胆甾相液晶中的至少一种。

18、在本发明的一些实施方式中，所述具有电泳效应的微胶囊或微杯中包含黑色颗粒、红色颗粒、蓝色颗粒和绿色颗粒中的至少一种；所述胆甾相液晶的反射光为红光、蓝光、绿光中的至少一种。

19、为了实现更加清晰的彩色显示，在本发明的一些实施方法中，所述反射式显示器件中还可包含滤光层，滤光层包括红色滤光单元、蓝色滤光单元和绿色滤光单元；其中，红色像素包括红色滤光单元，蓝色像素包括蓝色滤光单元，绿色像素包括绿色滤色单元。

20、在本发明的一些实施方式中，所述反射式显示器件还包含：亮度调节模块，用于调节所述像素单元的灰阶值与显示亮度的关系。

21、一种可实现反射式显示器件多灰阶显示的实现方法，其含有的每个像素单元按照如下方式进行面积划分：假设将每个像素单元划分为n个子像素，按照1至n的顺序排序，第i个子像素与第i-1个子像素的面积关系为：si=2×si-1，其中，si为第i个子像素的面积，si-1为第i-1个子像素的面积，2≤n≤8，1＜i≤n；通过亮度调节模块调整所述像素单元gamma曲线中的γ为1，使得所述像素单元的输出亮度与其对应的灰阶呈线性正比关系。

22、在本发明的一些实施方式中，所述显示器件包括栅线和数据线；所述子像素包括开关晶体管，所述开关晶体管的控制端与所述栅线电连接，所述开关晶体管的输出端与所述像素电极电连接，所述开关晶体管的输入端与所述数据线电连接；属于同一像素的n个子像素由同一个栅线控制，且n个子像素的数据电压分别由不同的数据线提供。

23、在进行多种灰阶显示时，所述像素单元显示初始灰阶，所述初始灰阶为所述像素单元能实现的灰阶中的任意一种灰阶；控制所述子像素的像素电极上驱动电压的变化，以使得所述像素单元显示目标灰阶，包括：所述栅线提供电信号控制所述开关晶体管的开启，以通过所述像素电极向所述数据线写入驱动电压；在所述驱动电压的控制下，所述子像素中包含的电子材料的排列形态发生变化，所述子像素被点亮（显示目标颜色）或被关闭，调整被点亮或被关闭的所述子像素面积，使得包含所述子像素的所述像素单元由所述初始灰阶切换到所述目标灰阶。

24、在本发明的一些实施方式中，当所述反射式显示器件包含的显示材料层数大于1时，理论上，其可以实现的最大总灰阶数为每层可实现的灰阶数的乘积，具体情况与每层之间使用的显示材料是否相同有关。例如，若所述反射式显示器件含有双层显示材料层，其中一层显示材料层包含的电子材料为胆甾相液晶，该层能实现的最大灰阶数为2a，另一层显示材料层包含的电子材料为微胶囊，该层能实现的最大灰阶数为2b，则该含有双层显示材料层的所述反射式显示器件能实现的最大灰阶数为2a×2b；若所述反射式显示器件含有三层显示材料层，且三层液晶盒中包含的电子材料均不同，则其能实现的最大灰阶数为2a ×2b×2c。若所述反射式显示器件含有的多层显示材料层中包含的电子材料均为同一种，由于同种电子材料显示的原理一致，即使含有多层显示材料层，所述反射式显示器件所能实现的最大灰阶数仍为2n，其中n为像素单元包含的子像素的个数。

25、上述可实现多灰阶显示的反射式显示器件作为电子纸的应用。

26、有益效果：与现有技术相比，本发明提供的能实现多灰阶显示的反射式显示器件，因为所述反射式显示器件中包含的每个像素单元包含若干个面积不同的子像素，可通过简单地控制子像素被点亮与否的面积或面积之和，实现最多2n种灰阶显示，增加了所述像素单元显示的灰阶个数。在所述反射式显示器件包含的所述像素单元伽马曲线指数γ=1的前提下，在获得最大灰阶数的同时，相邻两个灰阶的亮度差值相等，保证了灰阶过渡流畅，所展现的画面细腻感更好；通过对子像素进行适应显示元件尺寸误差的空间排布，避免了灰阶显示反射率低、显示不稳定、出现条纹状图案等问题。