CN104408976A - 一种电子黑板和成像笔 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电子黑板和成像笔，属于信息显示技术领域。所述电子黑板包括：下极板、电极胶囊层、上极板、框架以及电源模块，上极板上设有多条分割槽，分割槽将上极板分割为多个子单元，子单元上均匀涂布有透明导电膜，电极胶囊层包括微胶囊体，微胶囊体包括白色带正电的颗粒、黑色带负电的颗粒、以及带颜色的液体。本发明通过能尖端放电的成像笔对电子黑板的上极板上子单元的透明导电膜提供负电荷，以改变上下极板间的电场，从而直接控制电极胶囊层成像，反应速度快；通过控制成像笔的尖端放电量，使得上下极板之间的电场消除，使得电子黑板呈现微胶囊体中液体的颜色，增加了一种颜色显示，使得电子黑板的使用功能更丰富。

Description

一种电子黑板和成像笔
技术领域
本发明涉及信息显示技术领域，特别涉及一种电子黑板和成像笔。
背景技术
黑板和粉笔是教学中最常见的道具，传统的黑板和粉笔在教学过程中会产生大量的粉尘，从而引发肺结核等各种呼吸道疾病。同时，随着多媒体技术的快速发展，传统的黑板和粉笔已不能满足多媒体教学的需求了，在这种情况下，电子黑板应运而生。
现有的电子黑板一般采用一种电泳显示面板的电子黑板，其由透明面板、精确定位测试层、电泳显示面板、驱动电极层以及背板依次重叠组合而成。操作者通过鼠标笔或普通笔在透明面板上书写时，精确定位测试层检测书写痕迹，并根据这些痕迹控制驱动电极层，进而控制电泳显示面板书写内容显示出来。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
现有的电子黑板需要通过精确定位测试层来获取书写痕迹，然后通过驱动电极层来控制电泳显示面板，该过程易产生延时。此外，现有的电子黑板在书写时不能呈现多种颜色的笔迹。
发明内容
为了解决现有电子黑板书写过程易产生延时且不能呈现多种颜色的笔迹的问题，本发明实施例提供了一种电子黑板和成像笔。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种电子黑板，所述电子黑板包括：下极板、均匀涂布在所述下极板上的电极胶囊层、覆盖在所述电极胶囊层上的上极板、将所述下极板、电极胶囊层和上极板固定在一起的框架、以及为所述下极板供电的电源模块，所述上极板上表面设有多条分割槽，所述分割槽将所述上极板分割为多个子单元，所述子单元上均匀涂布有透明导电膜，所述电极胶囊层包括微胶囊体，所述微胶囊体包括白色带正电的颗粒、黑色带负电的颗粒、以及带颜色的液体。
具体地，所述分割槽内设有透明绝缘材料。
进一步地，所述子单元呈正方形。
进一步地，所述电子黑板还包括至少一个用于与所述电子黑板配合使用的成像笔充电的充电座，所述充电座固定在所述框架上。
进一步地，所述充电座内设有充电电路，所述充电电路包括依次电连接的整流单元、放大单元、变压器、箝位保护单元和输出单元，所述放大单元的输出端与所述变压器的第一绕组连接，所述箝位保护单元和所述变压器的第二绕组连接。
另一方面，提供了一种与上述电子黑板配套使用的成像笔，所述成像笔包括：壳体和笔头，所述笔头可伸缩地弹性连接在所述壳体的一端，所述成像笔还包括：固定在所述笔头内的压电陶瓷组和安装在所述壳体内且能产生尖端放电的驱动模块、用于将所述压电陶瓷组产生的电压信号处理后输出至所述驱动模块的电路部分、以及用于控制所述电路部分输出电压的电压控制元件，所述壳体内固定有挤压部件，所述挤压部件的一端伸入所述笔头内与所述压电陶瓷组接触，所述压电陶瓷组与所述电路部分电连接，所述电路部分通过所述电压控制元件与所述驱动模块电连接。
具体地，所述驱动模块包括：放电尖端、内柱形金属筒以及外柱形金属筒，所述内柱形金属筒与所述电压控制元件的输出端的正极电连接，所述外柱形金属筒与所述电压控制元件的输出端的负极电连接，所述笔头一端设有通槽，所述放电尖端位于所述通槽内且固定在所述外柱形金属筒上。
具体地，所述电路部分包括：与所述压电陶瓷组电连接的压电传感模块、光电倍增模块、电压倍增模块以及用于为所述光电倍增模块提供电能的储能元件，所述压电传感模块、所述电压倍增模块以及所述储能元件分别与所述光电倍增模块电连接。
进一步地，所述成像笔还包括：设置在所述壳体一侧的擦除模块和物理开关，所述擦除模块包括多个放电尖端，所述多个放电尖端分别与所述储能元件的正极电连接，所述物理开关串联在所述储能元件和所述擦除模块之间。
进一步地，所述笔头的一端设有垫圈。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过能尖端放电的成像笔对电子黑板的上极板上子单元的透明导电膜提供负电荷，以改变上下极板间的电场，从而直接控制电极胶囊层成像，反应速度快，而且，通过控制成像笔的尖端放电量，使得上下极板之间的电场消除，同时由于位于上下极板的黑白颗粒相互吸引，使得电子黑板呈现微胶囊体中液体的颜色，增加了一种颜色显示，使得电子黑板的使用功能更丰富。此外，与现有的电子黑板相比不需要精确定位测试层来获取书写轨迹，也不需要驱动电极层来控制显示层成像，结构简单、易于制造，成本低且能耗低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种电子黑板的结构示意图；
图2是本发明实施例一提供的一种电子黑板的充电电路的结构示意图；
图3是本发明实施例一提供的一种电子黑板的充电电路的电路图；
图4是本发明实施例二提供的一种成像笔的结构示意图；
图5是本发明实施例二提供的一种成像笔的驱动模块的结构示意图；
图6是本发明实施例二提供的一种成像笔的驱动模块的结构示意图；
图7是本发明实施例二提供的一种成像笔的电路部分的结构示意图；
图8是本发明实施例二提供的一种成像笔的电路部分的电路图；
图9是本发明实施例二提供的一种成像笔的电压倍增模块的电路图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种电子黑板，参见图1，该电子黑板包括：下极板1、均匀涂布在下极板1上的电极胶囊层2、覆盖在电极胶囊层2上的上极板3、将下极板1、电极胶囊层2和上极板3固定在一起的框架(图1中未标识)、以及为下极板1供电的电源模块(图1中未标识)，上极板3上表面设有多条分割槽，该分割槽将上极板3分割为多个子单元，子单元上均匀涂布有透明导电膜，电极胶囊层2包括微胶囊体，该微胶囊体包括白色带正电的颗粒、黑色带负电的颗粒、以及带颜色的液体。
本实施例中，透明导电膜可以采用导电玻璃膜。电源模块使得下极板1带负电。此外，为了便于电子黑板上图像的显示，上极板3上表面的子单元的面积应尽可能的小，即将上极板3的上表面尽可能的分割成多个子单元。
在本实施例中，子单元之间相互隔绝，当一个子单元上的透明导电膜带电后，不会影响到其附近的子单元。
本实施例中，制作电极胶囊层2所采用的材料为现有的电子纸中的电子墨水。其中，微胶囊体中的液体颜色为该电子黑板所能显示的第三种颜色。在实际应用中，微胶囊体中的液体颜色可以根据实际需求选择除了黑白两色外的其他颜色。此外，在对微胶囊体中的液体进行上色时，选择绝缘材料，使得带颜色的液体中不含有黑白两色除外的带电颗粒。
具体地，分割槽内设有透明绝缘材料，用于隔离相邻的子单元。
进一步地，子单元呈正方形。
具体地，该电子黑板还包括至少一个用于与电子黑板配合使用的成像笔充电的充电座，该充电座固定在框架上。
充电座内有充电电路，参见图2，该充电电路包括：依次电连接的整流单元201、放大单元202、变压器203、箝位保护单元204和输出单元205，放大单元202的输出端与变压器203的第一绕组连接，箝位保护单元204与变压器203的第二绕组连接。
具体地，充电电路还包括过充保护单元206。具体的，变压器203还包括第三绕组，过充保护单元206连接在该第三绕组和放大单元202之间，用于降低充电电压，以保护电池。
进一步地，充电电路还包括连接在箝位保护单元204和输出单元205之间的指示单元207，用于提示是否处于充电过程。
在本实施例中，参见图3，该充电电路包括：两个三极管Q1～Q2、多个二极管D1～D7(其中二极管D5为稳压二极管)、发光二极管D8、多个电阻R1～R9、多个电容C1～C3、变压器以及物理开关K，该变压器包括第一绕组L1、第二绕组L2以及第三绕组L3。
其中，二极管D1～D4构成桥式整流电路。桥式整流电路的第一输入端连接电阻R1的一端，桥式整流电路的第二输入端连接物理开关K，电阻R2的一端连接桥式整流电路的第一输出端、第一绕组L1的一端和电阻R7的一端，电阻R2的另一端连接三极管Q1的集电极、三极管Q2的基极和电容C1的一端，电容C1的另一端连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接第二绕组L2的一端和二极管D6的负极，二极管D6的正极连接桥式整流电路的第二输出端、三极管Q1的发射极、电阻R4的一端、电阻R5的一端以及电容C2的负极，第二绕组L2的另一端连接电阻R5的另一端、电容C2的正极和稳压二极管D5的负极，电阻R4的另一端连接电阻R3的一端和三极管Q2的发射极，电阻R3的另一端连接三极管Q1的基极和稳压二极管D5的正极，电阻R7的另一端连接第一绕组L1的另一端和三极管Q2的集电极，第一绕组L1和第二L2分别耦合第三绕组L3，第三绕组L3的一端连接二极管D7的正极，二极管D7的负极连接电容C3的正极、发光二极管D8的正极、电阻R9的一端和金属触片A，第三绕组L3的另一端连接电容C3的负极、电阻R8的一端、电阻R9的另一端和金属触片B，电阻R8的另一端连接发光二极管D8的负极。
其中，由电阻R1和二极管D1～D4组成前述的整流单元201；由三极管Q2、电阻R2、电阻R4和电阻R7组成前述的放大单元202；由二极管D7与电容C3组成前述的箝位保护单元204；由电阻R8和发光二极管D8组成前述的指示单207；由电阻R3、电阻R5、电阻R6、电容C1～C2、稳压二极管D5、二极管D6和三极管Q1组成前述的过充保护单元206，具体为，当成像笔中的储能元件充电饱和时，储能元件内部截止，导致第三绕组L3两端的电压变大，那么相应的第二绕组L2两端的电压变大，则电容C2两端的电压发生改变，使三极管Q1的增益发生改变，三极管Q2输入变小，使耦合电压降低，最终使成像笔中的储能元件的充电电压变小，达到充电过保护的作用。
下面结合图1，简述一下该电子黑板的工作原理。
当电源模块为电子黑板的下极板1供电后，下极板1带负电，上极板3不带电，上下极板之间形成电场。白色带正电颗粒在电场作用下移动到下极板1处，黑色带负电颗粒在电场作用下移动到上极板3处，此时，电子黑板呈现黑色。
使用能尖端放电的成像笔在电子黑板上划过，电子黑板的上极板3在成像笔划过的区域的子单元都带上负电荷。调节成像笔所能输出的负电场强度，使得上极板3上带负电荷的子单元的电势大于下极板1的电势。此时，上下极板之间的电场方向发生改变，使得白色带正电颗粒运动到上极板3处，黑色带负电颗粒运动到下极板1处，此时，书写的笔迹呈现白色。
当需要在电子黑板上书写出第三种颜色(除了黑色和白色)的字时，调节成像笔尖端放电的强度，使得上极板3的子单元的电势与下极板1一样大，此时，上下极板之间没有电场，黑色带负电颗粒与白色带正电颗粒相互吸引，使得上极板3的书写笔迹呈现微胶囊体中液体的颜色。
此外，当书写者需要擦除所写内容时，只需提供一个可产生正电荷的装置擦拭上极板3的上表面即可。
在实际应用中，在电子黑色上能多使用一种颜色，可以为电子黑板上展示的重点内容做标记，便于教学，同时丰富了电子黑板的功能。
需要说明的是，本实施例中仅以电子黑板板面为黑色，书写内容为白色为例；当然也可以电子黑板板面为白色，书写内容为黑色，或者其他颜色的组合。
本发明实施例中，直接通过能尖端放电的成像笔对电子黑板的上极板上子单元的透明导电膜提供负电荷，以改变上下极板间的电场，从而直接控制电极胶囊层成像，反应速度快，而且，通过控制成像笔的尖端放电量，使得上下极板之间的电场消除，同时由于位于上下极板的黑白颗粒相互吸引，使得电子黑板呈现微胶囊体中液体的颜色，增加了一种颜色显示，使得电子黑板的使用功能更丰富。此外，与现有的电子黑板相比不需要精确定位测试层来获取书写轨迹，也不需要驱动电极层来控制显示层成像，结构简单、易于制造，成本低且能耗低。
实施例二
本发明实施例提供了一种成像笔，用于与实施例一所述的电子黑板配套使用，参见图4，该成像笔包括：
壳体101、笔头102、固定在笔头102内的压电陶瓷组103、安装在壳体101内且能产生尖端放电的驱动模块104、用于将压电陶瓷组103产生的电压信号处理后输出至驱动模块104的电路部分105、以及用于控制电路部分105输出电压的电压控制元件106。
笔头102可伸缩地弹性连接在壳体101的一端，壳体101内固定有挤压部件111，挤压部件111的一端伸入笔头102内与压电陶瓷组103接触，压电陶瓷组103与电路部分105电连接，电路部分105通过电压控制元件106与驱动模块104电连接。
在本实施例中，电压控制元件106可以为可变电阻器、电位器等能调节电路的输出电压大小的电子元件，此外，还可以用可以调节输出电压大小的电路代替，这种电路的技术已经很成熟，这里不在赘述。
具体地，参见图5和图6，驱动模块104包括：放电尖端114、外柱形金属筒124以及内柱形金属筒134。内柱形金属筒124与电压控制元件106输出端的正极电连接，外柱形金属筒124与电压控制元件106输出端的负极电连接，笔头一端设有通槽，放电尖端位于通槽内且固定在外柱形金属筒上。
本实施例中，内柱形金属筒134和外柱形金属筒124在电路中可以视为电容，当接高电压后，负电荷会充满整个内柱形金属筒134和外柱形金属筒124组成的区间，外柱形金属筒124会积累大量的负电荷，由放电尖端114的面积极小，那么放电尖端114的负电荷的密度非常大，进而聚集大量的负电荷。
具体地，参见图7，电路部分105包括：与压电陶瓷组103电连接的压电传感模块115、光电倍增模块125、电压倍增模块135以及用于为光电倍增模块125提供电能的储能元件145，压电传感模块115、电压倍增模块135和储能元件145分别与光电倍增模块125电连接。
本实施例中的电路部分105的工作过程为：压电陶瓷组103受压变形后产生电信号，压电传感模块115将该电信号转化为光信号，光电倍增模块125将上述光信号重新转化为电信号，并将该电信号的电流放大后输出到电压倍增模块135，电压倍增模块135将电信号的电压放大后通过电压控制元件106控制输出到驱动模块104，其中储能元件145为光电倍增模块125供电。
在本实施例中，参见图8，压电传感模块115包括：电阻R1～R6、电容C1～C4、二极管D1、稳压二极管D3、三极管Q1～Q2、发光二极管LED、可控硅管SCR和电BT。其中，笔头102中的压电陶瓷组103的输出端分别连接电阻R1的一端和电容C1的一端，三极管Q2的基极连接电容C1的另一端和电阻R2的一端，三极管Q2的集电极连接电容C4的一端和电阻R4的一端，电阻R2的另一端连接电阻R1的另一端、电阻R4的另一端、电容C2的一端和电阻R3的一端，三极管Q1的基极连接电容C4的另一端和稳压二极管D3的负极，三极管Q1的集电极连接电容C3的一端、电阻R3的另一端和二极管D1的负极，二极管Q1的发射极连接电阻R5的一端和电阻R6的一端，电阻R5的另一端连接可控硅管SCR的控制极，可控硅管SCR的阳极连接发光二极管LED的负极，电容C3的另一端连接电容C2的另一端后接地，二极管D1的正极连接发光二极管LED的正极和电源BT的正极，电源BT的负极连接可控硅管SCR的阴极、电阻R6的另一端、稳压二极管D3的正极、三极管Q2的发射极和压电陶瓷组203的另一输出端后接地。其中，由电阻R1和电容C1组成滤波电路；由三极管Q2、电阻R2和电阻R4组成一级放大电路；由电容C4和稳压二极管D3组成稳压电路；由三极管Q1、电阻R6和电阻R5组成二级放大电路，用于功率放大；电容C2、电容C3和电阻R3组成抗干扰电路，消除二级放大电路对三极管Q2的干扰。
具体的，本实施例中的笔头102中的压电陶瓷组103在受到挤压部111沿径向方向上的作用力后变形产生一个电激励，经过一系列处理后转化为持续T时间的一个电信号，使可控硅管SCR由关断变为导通，发光二极管LED导通发光。本实施例中，只要时间参数T设置在合适范围内，就可以保证本成像笔流畅的工作。同时当书写停止T时间后，电路会停止工作，进入省电模式，此时可控硅管SCR由导通变为关断。其中，时间参数T的值可由一阶电路的时间常数的确定，其大小根据电路的具体参数而定。
进一步地，本实施例中的光电倍增模块125为光电倍增管。
进一步地，本实施例中的电压倍增模块125包括放大电路和四倍半波压整流电路；如图9所示，高频变压器与三极管Q构成的放大电路，用于将光电倍增管输出的电信号的电压放大，其电压可以放大到几百伏特；其中高频变压器由第一绕组L1、第二绕组L2、第三绕组L3和铁芯组成T。电容C11～C14和二极管D11～D14构成的四倍半波压整流电路，用于将电压再次放大，可将电压升高到一千多伏。其中，放大电路与四倍半波压整流电路间串联电阻R13和电阻R14。
进一步地，本实施例中的储能元145可以为蓄电池或超大容量电容等。当然也可以直接使用锂电池等电源供电。
进一步地，成像笔还包括设于壳体101一侧的擦除模块107和物理开关108，擦除模块包括多个放电尖端，多个放电尖端分别与储能元件的正极电连接，物理开关108串联在储能元件和擦除模块107之间。
在本实施例中，物理开关108用于控制擦除模块107的开启或关闭。擦除模块107包括多个放电尖端，分别设置在壳体101侧壁的多个通槽内，与笔头102中的放电尖端114的结构类似，在此省略详细描述。该擦除模块213可以提供正电荷，其多个放电尖端构成较大的擦除面，用于擦除使用本成像笔的笔头书写的内容。
进一步地，笔头102的一端设有垫圈。
本实施例中，笔头102的前端端部设有一圈柔性的垫圈，起缓冲作用，使笔头102不直接与书写面接触，达到保护书写面和放电尖端114的目的。
本发明实施例通过设计一种能改变产生可控尖端放电的成像笔，在与相应的电子黑板配套使用时，通过能尖端放电的成像笔对电子黑板的上极板上子单元的透明导电膜提供负电荷，以改变上下极板间的电场，从而直接控制电极胶囊层成像，反应速度快，而且，通过控制成像笔的尖端放电量，使得上下极板之间的电场消除，同时由于位于上下极板的黑白颗粒相互吸引，使得电子黑板呈现微胶囊体中液体的颜色，增加了一种颜色显示，使得电子黑板的使用功能更丰富。此外，与现有的电子黑板相比不需要精确定位测试层来获取书写轨迹，也不需要驱动电极层来控制显示层成像，结构简单、易于制造，成本低且能耗低。
综上所述，本发明实施例
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电子黑板，其特征在于，所述电子黑板包括：下极板(1)、均匀涂布在所述下极板(1)上的电极胶囊层(2)、覆盖在所述电极胶囊层(2)上的上极板(3)、将所述下极板(1)、电极胶囊层(2)和上极板(3)固定在一起的框架、以及为所述下极板(1)供电的电源模块，所述上极板(3)上表面设有多条分割槽，所述分割槽将所述上极板(3)分割为多个子单元，所述子单元上均匀涂布有透明导电膜，所述电极胶囊层(2)包括微胶囊体，所述微胶囊体包括白色带正电的颗粒、黑色带负电的颗粒、以及带颜色的液体。
2.根据权利要求1所述的电子黑板，其特征在于，所述分割槽内设有透明绝缘材料。
3.根据权利要求2所述的电子黑板，其特征在于，所述子单元呈正方形。
4.根据权利要求1-3任一项所述的电子黑板，其特征在于，所述电子黑板还包括至少一个用于与所述电子黑板配合使用的成像笔充电的充电座，所述充电座固定在所述框架上。
5.根据权利要求4所述的电子黑板，其特征在于，所述充电座内设有充电电路，所述充电电路包括依次电连接的整流单元(201)、放大单元(202)、变压器(203)、箝位保护单元(204)和输出单元(205)，所述放大单元(202)的输出端与所述变压器(203)的第一绕组连接，所述箝位保护单元(204)和所述变压器(203)的第二绕组连接。
6.一种与权利要求1所述的电子黑板配套使用的成像笔，所述成像笔包括：壳体(101)和笔头(102)，所述笔头(102)可伸缩地弹性连接在所述壳体(101)的一端，
其特征在于，所述成像笔还包括：固定在所述笔头(102)内的压电陶瓷组(103)和安装在所述壳体(101)内且能产生尖端放电的驱动模块(104)、用于将所述压电陶瓷组(103)产生的电压信号处理后输出至所述驱动模块(104)的电路部分(105)、以及用于控制所述电路部分(105)输出电压的电压控制元件(106)，所述壳体(101)内固定有挤压部件(111)，所述挤压部件(111)的一端伸入所述笔头(102)内与所述压电陶瓷组(103)接触，所述压电陶瓷组(103)与所述电路部分(105)电连接，所述电路部分(105)通过所述电压控制元件(106)与所述驱动模块(104)电连接。
7.根据权利要求6所述的成像笔，其特征在于，所述驱动模块(104)包括：放电尖端(114)、内柱形金属筒(124)以及外柱形金属筒(134)，所述内柱形金属筒(124)与所述电压控制元件(106)的输出端的正极电连接，所述外柱形金属筒(134)与所述电压控制元件(106)的输出端的负极电连接，所述笔头(102)一端设有通槽，所述放电尖端(114)位于所述通槽内且固定在所述外柱形金属筒(134)上。
8.根据权利要求6所述的成像笔，其特征在于，所述电路部分(105)包括：与所述压电陶瓷组(103)电连接的压电传感模块(115)、光电倍增模块(125)、电压倍增模块(135)以及用于为所述光电倍增模块(125)提供电能的储能元件(145)，所述压电传感模块(115)、所述电压倍增模块(135)以及所述储能元件(145)分别与所述光电倍增模块(125)电连接。
9.根据权利要求8所述的成像笔，其特征在于，所述成像笔还包括：设置在所述壳体一侧的擦除模块(107)和物理开关(108)，所述擦除模块包括多个放电尖端，所述多个放电尖端分别与所述储能元件(145)的正极电连接，所述物理开关(108)串联在所述储能元件(145)和所述擦除模块(107)之间。
10.根据权利要求6-9任一项所述的成像笔，其特征在于，所述笔头(102)的一端设有垫圈。
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