電紙顯示系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)器

　　1 引 言

　　許多人認(rèn)為，因應(yīng)電腦的普及，信息得以儲(chǔ)存于電子媒介中，從而減少紙張的用量。然而，由于紙張載體的方便和電腦打印的良好品質(zhì)，許多電子信息還是被打印到紙張上，以方便閱讀。紙張用量的增加造成了浪費(fèi)，帶來(lái)了樹(shù)木的過(guò)度砍伐和環(huán)境的惡化。

　　如果紙張載體可以用電子載體替代，則上面提到的環(huán)境問(wèn)題就可望得到解決。雖然許多常規(guī)的顯示解決方案，如LCD、OLED和等離子顯示，都能達(dá)到部份紙張的功能，但這些技術(shù)難免會(huì)消耗能量，因?yàn)楦鞣N顯示器必須不斷更新以維持圖像的內(nèi)容。這些平板顯示亦不像紙張一樣柔軟，從而必須放置在平面化的裝置中。人們一直在尋找一種新型的顯示器技術(shù)，它的特性要與紙張一樣，即圖像的保持無(wú)需功耗，而且可以卷成不同曲率的曲面，以應(yīng)用于各種不同外形規(guī)格的設(shè)備中。在科學(xué)家的不懈努力下，基于電泳顯示(EPD，Electrophoretic Display)技術(shù)的電紙 技術(shù)于1969年問(wèn)世了。

　　EPD平板本身無(wú)法獨(dú)立運(yùn)作，其圖像的顯示需要一個(gè)驅(qū)動(dòng)器IC的驅(qū)動(dòng)。作為顯示器集成電路行業(yè)的先驅(qū)和領(lǐng)先廠商，晶門(mén)科技已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一種電紙(E-Paper)顯示器驅(qū)動(dòng)IC，將這種創(chuàng)新性的理念變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

　　2 電紙顯示機(jī)理

　　電紙由大量的膠囊構(gòu)成。每個(gè)膠囊盛有彩色的介質(zhì)流體以及大量帶正電的有色顆粒。透明的ITO行電極覆蓋了電紙的上表面，而列電極則埋入底層。列與行電極則分別連接到電紙驅(qū)動(dòng)器IC的分段和共用驅(qū)動(dòng)模塊。

　　當(dāng)電紙驅(qū)動(dòng)器IC向列電極提供正電壓波形時(shí)，帶正電的顆粒受到所施加的正電場(chǎng)的排斥，移向膠囊的上側(cè)面。白色的顆粒是反光型的，可將環(huán)境光反射，讓讀者看到電紙呈白色。如果電紙驅(qū)動(dòng)器IC向列電極提供負(fù)電壓波形，則帶正電的顆粒受到負(fù)電場(chǎng)的吸引，移向膠囊的底部，此時(shí)電紙的上表面將不再有白色顆粒，讀者便能看到彩色的電介質(zhì)液體。

　　3 電紙的優(yōu)勢(shì)

　　具備和紙張一樣的可讀性，電紙是一種不發(fā)光的顯示裝置。白色的顆粒和彩色的電介質(zhì)流體對(duì)環(huán)境照明中不同顏色的光線形成反射，使得讀者可以看到圖像。因此，在可讀性方面它與紙張類似，而且具有很寬的可視角和極高的圖像對(duì)比度。只要環(huán)境光照充足，電紙就無(wú)需添加正面或者背面照明來(lái)照亮圖像。在弱光和強(qiáng)光條件下，電紙都有良好的顯示品質(zhì)。

　　(1) 輕、薄電紙的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，它只包括為數(shù)不多的幾層材料。因此，一張輕、薄的電紙的厚度僅有200_m，這兩點(diǎn)對(duì)于電紙?jiān)诒銛y式裝置中的應(yīng)用都是非常重要的影響因素。

　　(2) 可彎折電紙用柔軟的塑料制成，這些塑料中包封了微小的顆粒和流體。由于沒(méi)有堅(jiān)硬的材料，電紙有高度的柔性，它可以扭曲或彎折成不同的曲面。電紙可以貼附到不同形狀的產(chǎn)品上，沒(méi)有必須貼到平面顯示板上的限制。最終產(chǎn)品在形狀和樣式上將能讓人們發(fā)揮更為豐富的想象力。

　　(3) 低功耗對(duì)電紙的驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行圖像更新后，面板就不需要用任何刷新來(lái)保持圖像顯示。即使切斷電紙顯示系統(tǒng)的電源，流體中的顆粒也可以長(zhǎng)時(shí)間保持其原位置，直到下一次施加電場(chǎng)為止。這展示出電紙的雙穩(wěn)態(tài)特性。在無(wú)電源的情況下，電紙的圖像可以維持幾天。因此，整個(gè)系統(tǒng)的功耗得到降低，從而可以延長(zhǎng)便攜式裝置的電池供電壽命，正好應(yīng)用于不需要頻繁更新的電子書(shū)這類型的廣品。照片1，電紙可以柔性地彎折。

　　(4) 制造工藝簡(jiǎn)單制造工藝采用了連續(xù)傳送滾筒(roll-roll)方式，該方式與報(bào)紙的印刷類似，制造中要將電介質(zhì)流體和帶電顆粒注入膠囊層的膠囊中，然后將頂層密封住。制造過(guò)程可以高速度運(yùn)行。此外，更可制作大張的電紙，然后隨意切割成需要的尺寸和形狀，以滿足不同的應(yīng)用。.

　　4 電紙驅(qū)動(dòng)器

　　電紙需要高性能的驅(qū)動(dòng)器IC，以展示令人印象深刻的圖像品質(zhì)和更長(zhǎng)的雙穩(wěn)定性，這樣，即使在電源被切斷以后，圖像也能維持。基本上驅(qū)動(dòng)IC從微控制器接收輸入信號(hào)，然后將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)哪M波形，以驅(qū)動(dòng)電紙。

　　4.1 電紙的驅(qū)動(dòng)要求

　　基于EPD技術(shù)的電紙，需要驅(qū)動(dòng)器具有某些特殊的、及要求極高的功能，才能完成驅(qū)動(dòng)功能。為了讓帶電的彩色顆粒從一側(cè)遷移到另一側(cè)，就需要在嵌入到電子書(shū)平板兩側(cè)的兩個(gè)電極間形成極高的電勢(shì)差。該電壓值約為40V(峰-峰值)，這對(duì)于電池驅(qū)動(dòng)的手持式裝置應(yīng)用來(lái)說(shuō)是一個(gè)很高的量值。

　　圖1 電紙的驅(qū)動(dòng)波形

　　4.2 電紙驅(qū)動(dòng)器的功能特性

　　晶門(mén)科技提供的電紙驅(qū)動(dòng)器IC，實(shí)現(xiàn)了電紙技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)中。這種驅(qū)動(dòng)器IC是一個(gè)單芯片的解決方案，具有160個(gè)段通道，還有一個(gè)共用通道和一個(gè)背景通道。它可以接收來(lái)自微控制器的顯示數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)波形，以實(shí)現(xiàn)電紙圖像顯示。.

　　輸入的邏輯電源電壓為2.5V到5.5V，到EPD的輸出驅(qū)動(dòng)電壓是15V到40V。考慮到輸出電壓非常高(特別是相對(duì)于手持設(shè)備而言)，驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部集成了一個(gè)DC-DC變換器。只需給驅(qū)動(dòng)器提供單種邏輯電壓，DC-DC變換器即可將很低的邏輯電壓變換為極高的輸出電壓，以驅(qū)動(dòng)EPD面板。為了進(jìn)一步降低電紙顯示器系統(tǒng)的功耗，驅(qū)動(dòng)器還具備節(jié)電模式。只要EPD面板的內(nèi)容無(wú)需更新，微控制器就可以命令驅(qū)動(dòng)器進(jìn)入這一模式，從而將驅(qū)動(dòng)器IC的功耗降至最低。

　　電紙驅(qū)動(dòng)器IC的EPD驅(qū)動(dòng)輸出波形有單極或者雙極兩種形式，波形可以由用戶設(shè)置。該驅(qū)動(dòng)器的另一個(gè)功能特性是包含連接MCU 的SPI接口，該接口使得微控制器可以對(duì)驅(qū)動(dòng)器的特性和功能進(jìn)行配置。該電紙驅(qū)動(dòng)IC帶有一個(gè)雙向的級(jí)聯(lián)接口，以支持更大的EPD面板。 晶門(mén)科技提供COF和COG兩種封裝的電紙驅(qū)動(dòng)IC。

　　4.3 系統(tǒng)應(yīng)用圖示

　　圖2 電紙顯示系統(tǒng)原理圖