CN103246096B - 双稳态液晶手写装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种双稳态液晶手写装置，所述手写装置包括第一基体层、第一导电层、混合层、第二导电层以及第二基体层；其中，所述混合层包括近晶A相液晶和聚合物。混合层包括30～95％的近晶A相液晶和5～70％的聚合物。当用尖笔在手写装置的屏幕上书写时，设备会进行有选择性的压力响应。对手写装置加电后，能够将所写的内容擦除。本发明提供的双稳态液晶手写装置具有对比度高、价格便宜、携带方便等特点，可以显示白色或彩色字体或图案，并且能够切割成任何形状。

Description

双稳态液晶手写装置
技术领域
本发明涉及一种双稳态液晶手写装置，特别涉及一种使用白色或彩色字体书写、显示以及删除信息的可重复使用的双稳态液晶手写装置。
背景技术
在液晶显示器领域中，双稳态液晶显示器因其极低的功耗而逐渐成为主流。双稳态显示器在显示文字或图像后，不需要能量的支持就可以长期保持文字或图像，直到被切换至下一个内容，所以大幅度节省了长期显示所耗费的能源。
近年来，双稳态液晶显示器的研究主要在于胆甾液晶材料。胆甾液晶本身具有数个不同的态，包括电场下液晶分子平行电场的垂直态、以及不需要外加电场的两个稳态：平面态与焦锥态。胆甾液晶材料所具有的双稳态特性，两个稳态都能在无外加电场的情况下保持稳定，分别表现出亮态或者暗态，除切换的过程以外不需要外加电源即可保存显示信息；另一方面，具有不需要背光源及偏光片即可反射外界光线的特点，因而较一般显示器更节能。
处于平面态的胆甾液晶只反射某个波段的光波，根据Bragg反射原理，其反射波段为Δλ＝Δn*P，其中Δn是胆甾液晶的双折射率，P是胆甾液晶螺旋的螺距，其它波段的光穿透过液晶层而被显示器的底板吸收。由于胆甾液晶的反射波段仅仅是可见光波段(400～750nm)的一部分，因此反射的光线是有颜色的；另外，胆甾液晶的焦锥态具有半透明半散射的特点，外界的入射光一部分穿透过液晶层而被黑色背板吸收，另一部分被焦锥态散射，从而表现出较浅的乳白色。这种显示模式被应用在美国专利US2009033811中，胆甾液晶在外界压力的作用下形成平面态而表现出带有颜色(通常是暗绿色)的亮态，施加电压后切换至焦锥态而表现出带有较浅的乳白色的暗态，因此对比度不高，而且不美观。
近晶A相液晶材料是一种具有垂直态和焦锥态两个稳态的液晶材料，当处于垂直态时，入射光线可以几乎全部穿透而不被散射，当处于焦锥态时，入射光线几乎全部被散射，因此具有非常好的光学特性。在目前已知的技术中，中国专利CN101415280和美国专利US2003112204均采用了高频率和低频率的电压来分别切换两个稳态，这增加了驱动芯片的设计和制造的难度，提高了成本。
因此，对于能够使用白色或彩色字体书写、显示以及删除信息的可重复使用的双稳态液晶手写装置，存在巨大的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种双稳态液晶手写装置，克服以往双稳态液晶手写装置对比度低以及字体亮度低的缺点。
本发明人通过研究发现，外界压力的作用可以引起近晶A相液晶从垂直态转换至焦锥态，从而提供了一种双稳态液晶手写装置。
本发明的一个方面提供一种双稳态液晶手写装置，其特征在于：所述手写装置包括第一基体层、第一导电层、混合层、第二导电层以及第二基体层；其中，所述混合层包括近晶A相液晶和聚合物。
在一些实施方案中，第一基体层为玻璃或硬质膜层，第二基体层为玻璃或者硬质膜层，所述硬质膜层可以为透明塑料薄膜或者透明塑料板；第一导电层和第二导电层为透明电极层，并且可以根据显示或擦除图案的需要被分割成若干单元。
在一些实施方案中，混合层厚度为2微米～50微米，并且近晶A相液晶占混合物总重量的30％～95％，聚合物占混合物总重量的5～70％。
在一些实施方案中，近晶A相液晶为具有近晶A相(SmecticA)的液晶单体或液晶单体组合。
在一些实施方案中，聚合物的折射率(np)＝近晶A相液晶的寻常光折射率(no)±0.5。
在一些实施方案中，混合层还包括二色性染料。
在一些实施方案中，双稳态液晶手写装置还包括顶板。
在一些实施方案中，顶板位于第一基体层上方，为透明的单层薄膜或多层复合材料，用于提供增强的光学效果。
在一些实施方案中，双稳态液晶手写装置还包括底板。
在一些实施方案中，底板位于第二基体层下方，为玻璃、金属层、塑料或者多层复合材料，塑料可以是透明、半透明或不透明的，多层复合材料可以提供增强的光学效果，通过使用底板可以达到透射式、反射式或者半透射半反射式的显示效果。
本发明中双稳态液晶手写装置在写入时，在手写装置的单位面积上施加足够大的压力使混合层的厚度减小，受压点下方的近晶A相液晶会重新取向而转变为焦锥态，如图1B所示，因为焦锥态是稳定状态，所以压力消失后仍然保持着这个状态，从而呈现白色的文字或图案。
本发明中双稳态液晶手写装置具有选择性的压力敏感。如图4所示，只有当单位面积下的压力(P)大于临界压强(CriticalPressure，Pc)的条件下，混合层的厚度才会发生改变而产生焦锥态。当P＜Pc时，液晶不能转变为焦锥态，装置对外界压力没有响应；当P＞Pc时，液晶转变为焦锥态，装置对外界压力敏感。
本发明中双稳态液晶手写装置在擦除时，在两个导电层中间施加电压，近晶A相液晶平行于电场方向排列而转变为垂直态，如图1A所示，因为垂直态是稳定状态，所以切断电压后仍能保持垂直态，从而消除了焦锥态所表现出的文字或图案。
本发明的优点是：本发明提供的双稳态液晶手写装置具有对比度高、价格便宜、携带方便等特点，可以显示白色或彩色字体或图案，并且能够切割成任何形状。
附图说明
图1A与图1B分别为双稳态近晶A相液晶的垂直态与焦锥态的示意图；
图2为本发明的双稳态液晶手写装置的剖面示意图；
图3为本发明的包含顶板和底板的双稳态液晶手写装置的剖面示意图；
图4为手写装置压力感应图。
具体实施方式
本发明中的双稳态液晶手写装置的示意性剖面图请参照图2。
如图2所示，双稳态液晶手写装置包括依次叠层第一基体层、第一导电层、混合层、第二导电层、第二基体层。其中，混合层设置在第一导电层与第二导电层之间。
基体层和导电层可以合并在一起，例如市售的氧化铟锡-聚酯薄膜(ITO-PET)是合并在一起做为商品出售的；基体层和导电层也可以独立存在，分别使用不同的薄膜底材和导电涂层，薄膜底材可以使用聚酯(PET或PEN)、聚碳酸酯(PC)、三乙酸纤维素(TAC)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、尼龙(Nylon)、聚氯乙烯(PVC)、硝基纤维素(NC)、镀铝薄膜、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氯乙烯(PVDC)、聚偏二氯乙烯(PVDF)、聚氨酯(PU)、聚苯乙烯(PS)等透明或不透明的材料，而导电涂层可以使用氧化铟锡(ITO)、导电高分子(ConductivePolymer)、金属、合金、碳纳米管(CNT)、石墨烯(Graphene)等透明或不透明的材料。导电涂层可以通过机械涂布、化学气相沉积(CVD)、溅射镀膜、电化学镀膜等方法在基体层上均匀分布形成薄膜。
混合层由近晶A相液晶和聚合物组成，所述近晶A相液晶是指具有近晶A相(SmecticA)的液晶单体或液晶单体组合，具有垂直态和焦锥态两个稳态，具有寻常光折射率(no)和非寻常光折射率(ne)。所述聚合物是指其折射率(np)和近晶A相液晶的寻常光折射率(no)具备np＝no±0.5关系的聚合物。
近晶A相液晶和聚合物可以在室温下混溶而形成混合物，此混合物通过涂布的方式被均匀地“夹在”第一导电层和第二导电层的中间，并具有一定的厚度，随后在光、热的作用下近晶A相液晶和聚合物之间发生相分离而形成细微的结构，从而起到支撑压力、限制液晶流动的作用。
混合层的厚度为2微米～50微米，可以通过公知的方法来控制，例如使用普通的间隙控制物(spacer)、光聚合的间隙控制物(Photo-spacer)或者精密涂布的方式等。
所述的混合层还可以混合有一定量的二色性染料，例如红色的偶氮类二色性染料等。通过混合二色性染料，可以使本发明的手写装置实现有色的字体和图案。本发明中使用的二色性染料选用棒状的二色性染料，该二色性染料与近晶A相液晶的光轴结构类似，在沿长光轴的平行方向，该二色性染料对光的吸收非常弱，而在沿光长轴的垂直方向，该二色性染料分子会极大程度的吸收其特征波段的光线。
本发明的双稳态液晶手写装置，如图3所示，还可以包括顶板或/和底板，用于实现各种的光学效果和显示效果。
所述顶板位于第一基体层上方，为透明的单层薄膜或多层复合材料，用于提供增强的光学效果例如消除眩光、增加亮度、提高对比度等。
所述底板位于第二基体层下方，为玻璃、金属层、塑料或者多层复合材料，所述塑料可以是透明、半透明或不透明的，所述多层复合材料可以提供增强的光学效果例如增加亮度、补偿视角或者提高对比度等，通过使用底板可以达到透射式、反射式或者半透射半反射式的显示效果。
本发明中双稳态液晶手写装置在写入时，在单位面积上施加足够大的压力使混合层的厚度减小，受压点下方的近晶A相液晶会重新取向而转变为焦锥态，如图1B所示，因为焦锥态是稳定状态，所以压力消失后仍然保持着这个状态，从而呈现白色或有色的文字或图案。
本发明中近晶A相手写装置具有选择性的压力敏感。如图4所示，只有当单位面积下的压力(P)大于临界压强(CriticalPressure，Pc)的条件下，混合层的厚度才会发生改变而产生焦锥态。当P＜Pc时，液晶不能转变为焦锥态，装置对外界压力没有响应；当P＞Pc时，液晶转变为焦锥态，装置对外界压力敏感。
本发明中近晶A相手写装置在擦除时，在两个导电层中间施加电压，近晶A相液晶平行于电场方向排列而转变为垂直态，如图1A所示，因为垂直态是稳定状态，所以切断电压后仍能保持垂直态，从而消除了焦锥态所表现出的文字或图案。所施加的电压和混合层的厚度有关，混合层的厚度越大，所施加的电压越高，本发明所使用的电压范围是2V～220V，直流和交流均可使用。
本发明所使用的液晶、聚合物以及其他原料均为市售的商业原料。
下面通过实施例更详细的描述本发明，但本发明不应被以下实施例所限制。
实施例1
提供两片25cm*20cm的PET薄膜，该PET薄膜的一个表面上具有氧化铟锡(ITO)导电膜。
称量5g混合物，混合物的组成是80％近晶A相液晶和20％聚合物，近晶A相液晶和聚合物均为江苏和成化学材料有限公司生产，型号分别是HJC150600-000和JH-002。混合物在室温下搅拌均匀。
将混合物均匀的涂布在两片有ITO的PET中间，控制混合层的厚度10微米。
涂布均匀后，将混合物置于紫外灯下聚合3min，或者在70℃的烘箱中烘烤30min，以完成相分离(PhaseSeparation)。
相分离完成后即可以书写，显示白色的字体和图案。
对ITO-PET施加80V50Hz的交流电，可以将写入的内容擦除。

Claims (10)

1.一种双稳态液晶手写装置，其特征在于：所述双稳态液晶手写装置包括第一基体层、第一导电层、混合层、第二导电层以及第二基体层；其中，所述混合层包括近晶A相液晶和聚合物，所述混合层厚度为2微米～50微米，并且所述近晶A相液晶占所述混合物总重量的30％～95％，所述聚合物占所述混合物总重量的5～70％，并且所述双稳态液晶手写装置具有选择性的压力敏感，即，当所述双稳态液晶手写装置单位面积下受到的压力大于临界压强时，所述混合层的厚度发生改变而产生焦锥态；而当单位面积下受到的压力小于临界压强时，液晶不能转变为焦锥态，所述双稳态液晶手写装置对外界压力没有响应。
2.根据权利要求1所述的双稳态液晶手写装置，其特征在于：所述第一基体层为玻璃或硬质膜层，所述第二基体层为玻璃或者硬质膜层，所述硬质膜层可以为透明塑料薄膜或者透明塑料板；所述第一导电层和所述第二导电层为透明电极层，并且可以根据显示或擦除图案的需要被分割成若干单元。
3.根据权利要求1～2中的任一项所述的双稳态液晶手写装置，其特征在于：所述近晶A相液晶为具有近晶A相(SmecticA)的液晶单体或液晶单体组合。
4.根据权利要求1～2中的任一项所述的双稳态液晶手写装置，其特征在于：所述聚合物的折射率(np)＝所述近晶A相液晶的寻常光折射率(no)±0.5。
5.根据权利要求3所述的双稳态液晶手写装置，其特征在于：所述聚合物的折射率(np)＝所述近晶A相液晶的寻常光折射率(no)±0.5。
6.根据权利要求1所述的双稳态液晶手写装置，其特征在于：所述混合层还包括二色性染料。
7.根据权利要求1所述的双稳态液晶手写装置，其特征在于：所述双稳态液晶手写装置还包括顶板。
8.根据权利要求7所述的双稳态液晶手写装置，其特征在于：所述顶板位于所述第一基体层上方，为透明的单层薄膜或多层复合材料，用于增强光学效果。
9.根据权利要求1所述的双稳态液晶手写装置，其特征在于：所述双稳态液晶手写装置还包括底板。
10.根据权利要求9所述的双稳态液晶手写装置，其特征在于：所述底板位于所述第二基体层下方，为玻璃、金属层、塑料或者多层复合材料，所述塑料可以是透明、半透明或不透明的，所述多层复合材料可以增强光学效果，通过使用所述底板可以达到透射式、反射式或者半透射半反射式的显示效果。
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