電泳式顯示器之驅動波形與系統相關之研究

近年來已經有相關文獻探討電泳式顯示器搭配主動式矩陣背板驅動多灰階 的影像[10][19]，採用的驅動方法為脈波寬度調變，脈波寬度調變大致上可分為 雙 極 性 驅 動 (Bipolar)[17] 及單極性驅動 (Unipolar)兩 種 方 法 。 雙 極 性 驅 動 如 圖 2-16，共用端 Common 電極固定在 0V，而像素電極固定施加+15V 或-15V 讓帶電 粒子往上或下移動，利用脈波寬度調變讓粒子移動至不同的位置進而顯示灰 階，雙極性驅動可在同一時間施加正負不同極性的電壓在各個像素的電極，使 各個像素的粒子同時往上或下驅動，如圖 2-17。單極性驅動如圖 2-18，共用端 Common 電極並非固定在 0V，而是隨著 Source 電壓切換且與 Source 電壓極性相 反，此用意是為了提高電極與 Common 點之壓差，使粒子移動速度更快，且電 源供應系統與雙極性驅動相同，但電壓差卻可倍增。

亮度

解析度為掃描整張影像所需的時間，也就是驅動一個 frame 的時間。為了使像素 驅動至指定灰階，利用電壓值的切換與持續驅動多少個 frame，即可設計出相應 灰階的驅動波形，如圖 2-19 所示。然因電泳式顯示器的光學響應為非線性，因 此灰階到灰階的轉換驅動波形都必須獨立設計，但有文獻表示[10]，若粒子沒有 經過活化，灰階驅動的效果將變得不穩定，因此提出粒子活化的波形設計，如 圖 2-20 所示[19]。

+15V

-15V 0V

Source Voltage:

Vcom Voltage:

1

0 2 3 4 5 6 7 8 9

Frame Number :

圖 2-19 驅動波形時間解析度

圖 2-20 粒子活化波形

由於電泳式顯示器之對比度還不夠高，因此在灰階的顯示有限，近年已有 文獻提出可驅動 16 灰階的系統設計[19]，系統架構如圖 2-21 所示[9][10]，因為電 泳式顯示器特性，若要顯示下一張影像，必須參考前一張與後一張影像每個像

素的灰階狀態，作為影像清除波形的參考依據，因此系統設計可放置兩張影像 的 Image Buffer，將前一張與下一張影像分別存入 Image Buffer 中，驅動下一張 影像時，系統會同時讀取 Image Buffer 兩個影像之相同座標像素的灰階值，並將 灰階值資訊送至波形對照表查表，即可根據前一張影像的資訊清除並驅動至下 一張影像之狀態。電泳式顯示器控制晶片架構，外部系統硬體可分為 FPGA 控制 晶片、MCU 微控制晶片、SRAM、Flash、Memory Card 以及電泳式顯示器，

FPGA 控制晶片架構主要可分為控制模組(Control Unit)、儲存介面模組(Storage Interface) 、 Flash 控 制 模 組 (Flash Controller) 、 SRAM 控 制 模 組 (SRAM Controller) 、 波 形 對 照 表 模 組 (Waveform LUTs) 、 時 序 控 制 模 組 (Timing Generator)。

控制晶片運作流程如圖 2-22 所示，首先 MCU 會控制 Memory Card 將圖片讀 出，圖片資料以每個像素 8 bits(1 byte)格式傳送，FPGA 由 Storage Interface 模組 負責接資料，並暫存在 SRAM Controller 模組中的 Buffer，當 SRAM Controller 模組的 Buffer 滿了之後，把 Buffer 的資料寫入 SRAM 中。當整張的影像資料全 部寫入 SRAM 後，準備要顯示圖片，控制模組啟動 SRAM Controller 將影像資料 從 SRAM 讀出，並讀取 Flash 裡的驅動波形，驅動波形與影像像素資料在 Waveform LUTs 模組進行比對，將比對結果輸出驅動資料給 Timing Generator 進 行面板驅動的掃描動作，因此當讀取完整張影像資料時，面板的影像隨即也顯 示完成。

至於電泳式顯示器之驅動品質的改善也有相關文獻研究，包括利用影像處 理技術將低灰階的影像模擬出多階灰階顯示[15]，以及因應溫度變化對驅動做校 正[18]。影像處理改善灰階顯示大多使用 Dithering 或是 Halftoning 的方法，類似 印刷技術，利用低灰階數能模擬出更多灰階的效果，目前顯示效果已可達到近 似 256 灰階，如圖 2-23 所示[10]。

圖 2-21 驅動系統架構

圖 2-22 控制晶片運作流程

圖 2-23 電泳式顯示器顯示效果

2.4 影像處理相關研究