CN107291298B - 一种手写屏及触控显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种手写屏及触控显示装置，通过在第一基板和第二基板之间与各像素对应的位置设置相连的温差发电单元和显示单元，其中，各像素之间绝热间隔，当手指触控第一基板时，温差发电单元能够根据第一基板和第二基板的温度差产生电场，从而利用所述电场为显示单元供电，实现触控显示。本发明有效利用触控时手指(即第一基板)与外界环境(即第二基板)之间的温度差，将热能转换为电能，进行温差发电，从而可以代替现有的电源，无需额外再设置电源，能够从根本上解决手写屏持续供电不足的问题，使用方便。

Description

一种手写屏及触控显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，具体涉及一种手写屏及触控显示装置。
背景技术
传统的手写屏是在液晶面板上添加触摸屏实现，需要由电源持续供电，一方面，在特定的使用环境下，充电不便，影响触控显示装置的持续使用；另一方面，额外设置电源导致手写屏和触控显示装置体积较大，重量较重，与现有的器件轻薄化、便捷化的趋势相悖，使用不便。
因此亟需一种手写屏及触控显示装置以解决上述问题。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供一种手写屏及触控显示装置，用以至少部分解决现有手写屏及触控显示装置使用不便的问题。
本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：
本发明提供一种手写屏，包括多个阵列设置的像素，以及绝缘且导热的第一基板和第二基板，所述各像素之间绝热间隔，且所述像素包括相连的温差发电单元和显示单元，所述温差发电单元与所述显示单元位于所述第一基板和第二基板之间；
所述温差发电单元用于，当手指触控所述第一基板时，根据所述第一基板和所述第二基板的温度差产生电场，以使所述电场为所述显示单元供电。
优选的，当所述第一基板和所述第二基板的温度差为零时，所述电场消除。
优选的，所述第一基板包括：衬底基板、绝缘导热结构和呈网格状的第一绝热间隔层和第二绝热间隔层，所述衬底基板上阵列设置有多个通孔；
所述第一绝热间隔层和第二绝热间隔层分别相对设置在所述衬底基板的两侧，所述第一绝热间隔层和第二绝热间隔层的开口区域与所述像素的开口区域相对应；
所述绝缘导热结构填充所述通孔，且覆盖所述衬底基板的两侧，并分别与所述第一绝热间隔层和所述第二间隔层拼接。
优选的，所述绝缘导热结构的材料为透明材料，所述第一绝热间隔层和第二绝热间隔层的材料为非透明材料。
优选的，所述温差发电单元包括：分别包括第一导电柱和第二导电柱的第一组导电柱和第二组导电柱，第一组导电柱内的第一导电柱和第二导电柱相连，第二组导电柱内的第一导电柱和第二导电柱相连，所述第一组导电柱内的第二导电柱与所述第二组导电柱内的第一导电柱相连；所述第一组导电柱内的第一导电柱和所述第二组导电柱内的第二导电柱分别与所述显示单元相连；
所述第一导电柱与所述第二导电柱的塞贝克系数不同。
优选的，所述第一导电柱和所述第二导电柱为半导体。
优选的，所述第一导电柱为P型半导体，所述第二导电柱为N型半导体。
优选的，所述显示单元具体用于，在所述电场作用下显示第一颜色。
优选的，所述显示单元包括：相对设置的第一电极和第二电极、相对设置的第一挡墙和第二挡墙、液态介质和多个旋转球，所述第一电极、第二电极、第一挡墙和第二挡墙与所述第一基板和第二基板垂直，且所述第一电极、第二电极、第一挡墙、第二挡墙、第一基板和第二基板形成密闭空间，所述液态介质位于所述密闭空间内，且所述旋转球悬浮在所述液态介质中；所述旋转球的一半球体表面为所述第一颜色，另一半球体表面为第二颜色；
所述第一电极与所述第一组导电柱内的第一导电柱相连，所述第二电极与所述第二组导电柱内的第二导电柱相连；
当发生触控时，所述旋转球在所述电场的作用下旋转180°，以使所述旋转球具有所述第一颜色的半球体表面朝向所述第一基板。
优选的，所述第一颜色为黑色，所述第二颜色为白色。
本发明还提供一种触控显示装置，包括如前所述的手写屏。
本发明能够实现以下有益效果：
本发明提供的手写屏，通过在第一基板和第二基板之间与各像素对应的位置设置相连的温差发电单元和显示单元，其中，各像素之间绝热间隔，当手指触控第一基板时，温差发电单元能够根据第一基板和第二基板的温度差产生电场，从而利用所述电场为显示单元供电，实现触控显示。本发明有效利用触控时手指(即第一基板)与外界环境(即第二基板)之间的温度差，将热能转换为电能，进行温差发电，从而可以代替现有的电源，无需额外再设置电源，能够从根本上解决手写屏持续供电不足的问题，使用方便；而且，温差发电单元可以在有微小温差存在的条件下就能将热能直接转化为电能，转换过程中不需要机械运动部件，也无气态或液态介质存在，体积小、重量轻、安全可靠。
附图说明
图1为本发明提供的手写屏的结构示意图；
图2为本发明提供的第一基板的截面示意图；
图3为本发明提供的温差发电单元与显示单元的连接示意图；
图4a为本发明提供的温差发电单元的工作原理图之一；
图4b为本发明提供的温差发电单元的工作原理图之二；
图5a为本发明提供的显示单元在未触控时的状态示意图；
图5b为本发明提供的显示单元在触控时的状态示意图。
图例说明：
1、第一基板 2、第二基板 3、温差发电单元
4、显示单元 5、像素 11、衬底基板
12、绝缘导热结构 13、第一绝热间隔层 14、第二绝热间隔层
15、通孔 31、第一组导电柱 32、第二组导电柱
33、第一导电柱 34、第二导电柱 35、第一导流片
36、第二导流片 37、第三导流片 38、第四导流片
41、第一电极 42、第二电极 43、旋转球
111、第一表面 112、第二表面
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种手写屏，结合图1和图3所示，所述手写屏包括多个阵列设置的像素5，以及绝缘且导热的第一基板1和第二基板2，各像素5之间绝热间隔，且各像素5包括温差发电单元3和显示单元4，温差发电单元3和显示单元4相连，温差发电单元3与显示单元4位于第一基板1和第二基板2之间。温差发电单元3用于，当手指触控第一基板1时，根据第一基板1和第二基板2的温度差产生电场，以使所述电场为显示单元4供电。
需要说明的是，由于像素5在第一基板1上呈矩阵排列，一组温差发电单元3和显示单元4与一个像素5相对应，在本发明实施例中，附图1和附图3是以一组温差发电单元3和显示单元4为例进行说明。
本发明提供的手写屏，通过在第一基板1和第二基板2之间与各像素5对应的位置设置温差发电单元3和显示单元4，其中，各像素5之间绝热间隔，当手指触控第一基板1时，温差发电单元3能够根据第一基板1和第二基板2的温度差产生电场，从而利用所述电场为显示单元4供电，实现触控显示。本发明有效利用触控时手指(即第一基板1)与外界环境(即第二基板2)之间的温度差，将热能转换为电能，进行温差发电，从而可以代替现有的电源，无需额外再设置电源，能够从根本上解决手写屏持续供电不足的问题，使用方便；而且，温差发电单元3可以在有微小温差存在的条件下就能将热能直接转化为电能，转换过程中不需要机械运动部件，也无气态或液态介质存在，体积小、重量轻、安全可靠。
以下结合图1和图2，对本发明的第一基板1的具体结构进行详细说明。
如图2所示，第一基板1包括：衬底基板11、绝缘导热结构12和呈网格状的第一绝热间隔层13和第二绝热间隔层14，衬底基板11上阵列设置有多个通孔15。第一绝热间隔层13和第二绝热间隔层14分别相对设置在衬底基板11的两侧，结合图1所示，第一绝热间隔层13和第二绝热间隔层14的开口区域与像素5的开口区域相对应。绝缘导热结构12填充通孔15，且覆盖衬底基板11的两侧，并分别与第一绝热间隔层13和第二间隔层14拼接。
具体的，衬底基板11包括相对设置的第一表面111和第二表面112，其中，第二表面112与第二基板2相对，即第二表面112为衬底基板11的下表面，第一表面为衬底基板11的上表面。第一绝热间隔层13设置在衬底基板11的第一表面111上，第二绝热间隔层14设置在衬底基板11的第二表面112上。优选的，第一绝热间隔层13和第二绝热间隔层14在衬底基板11上的正投影重合，即第一绝热间隔层13和第二绝热间隔层14相对设置在衬底基板11相对的两个表面。如图1所示，所述绝热间隔层(包括第一绝热间隔层13和第二绝热间隔层14)呈网格状，所述网格的镂空部的位置即对应像素5。绝缘导热结构12的截面呈工字型，绝缘导热结构12填充衬底基板11的通孔15并用与第一绝热间隔层13和第二绝热间隔层14拼接。
需要说明的是，绝缘导热结构12的材料为透明材料，优选的，可以选用透明的导热硅胶，既能够满足显示的要求，又能够在触控时将手指的热量传导至温差发电单元4。
第一绝热间隔层13和第二绝热间隔层14的材料为非透明材料，优选的，可以选用陶瓷纤维，避免热量在各像素之间传递，影响显示效果。
以下结合图1和图3，对温差发电单元3的具体结构及位置进行详细说明。
如图3所示，温差发电单元3包括第一组导电柱31和第二组导电柱32，第一组导电柱31和第二组导电柱32分别包括第一导电柱33和第二导电柱34，第一组导电柱31内的第一导电柱33和第二导电柱34相连，第二组导电柱32内的第一导电柱33和第二导电柱34相连，第一组导电柱31内的第二导电柱34与第二组导电柱32内的第一导电柱33相连。第一组导电柱31内的第一导电柱33和第二组导电柱32内的第二导电柱34分别与显示单元4相连。其中，第一导电柱33与第二导电柱34的塞贝克系数不同，即第一导电柱33与第二导电柱34的热电特性不同。
具体的，温差发电单元3中的各导电柱依次首尾相连，即在第一组导电柱31内和第二组导电柱32内，第一导电柱33和第二导电柱34通过第一导流片35相连，第一组导电柱31内的第二导电柱34与第二组导电柱32内的第一导电柱33通过第二导流片36相连。第一导流片35与第一基板1的绝缘导热结构12相连，第二导流片36与第二基板2相连，第一导流片35和第二导流片36可以为金属片。
第一导电柱33和第二导电柱34可以为半导体，在本发明实施例中，第一导电柱33可以为P型半导体，第二导电柱34可以为N型半导体。
以下结合图4a和图4b，对温差发电单元的工作原理进行详细说明。
图4a示出了一个最简单、最基本的温差发电单元，温差发电单元由P型和N型两种类型不同的半导体经电导率较高的导流片串联并将导流片固定于导热系数较小的陶瓷片上而成。当半导体的两端存在温差时，根据塞贝克效应，在半导体的两端将产生电压，若在回路中接入负载电阻，则会产生电流。如图中箭头所示，电流方向在N型半导体中由冷端流向热端，在P型半导体中由热端流向冷端。这种温差发电单元在有微小温差存在时就能将热能直接转化为电能，且转换过程中不需要机械运动部件，也无气态或液态介质存在，体积小、重量轻、安全可靠。如图4b所示，将多对P型和N型半导体连接起来组成模块，就可得到更高的电压。
优选的，显示单元4可以为电子墨水显示单元，能够在温差发电单元3产生的电场的作用下显示第一颜色。相应的，所述手写屏可以为电子纸(即电子墨水触控屏)。当第一基板1和第二基板2的温度差为零时，所述电场消除，温差发电单元3不再为显示单元4供电，但是，由于电子墨水的双稳态，电场消除后，电子墨水仍然保持当前的状态，从而手写屏仍然保持当前的显示状态。
本发明的手写屏采用电子墨水显示单元，无需设置背光源，这样就避免了背光源中蓝光波段对眼睛的损伤，从而保护用户的视力。
以下结合图1、图3、图5a-图5b，对显示单元4的具体结构及位置进行详细说明。
如图1和图3所示，显示单元4包括：相对设置的第一电极41和第二电极42、相对设置的第一挡墙和第二挡墙(图中未绘示)、液态介质(图中未绘示)和多个旋转球43(图1中以一个显示单元4内的一个旋转球43示意)。第一电极41、第二电极42、第一挡墙和第二挡墙与第一基板1和第二基板2垂直，且第一电极41、第二电极42、第一挡墙、第二挡墙、第一基板1和第二基板2形成密闭空间，所述液态介质位于所述密闭空间内，且旋转球43悬浮在所述液态介质中。如图5a和图5b所示，旋转球43的一半球体表面为第一颜色，另一半球体表面为第二颜色。优选的，第一颜色为黑色，第二颜色为白色。
如图3所示，第一电极41与第一组导电柱31内的第一导电柱33通过金属的第三导流片37相连，第二电极42与第二组导电柱32内的第二导电柱34通过金属的第四导流片38相连。
未发生触控时，如图5a所示，旋转球43具有第一颜色的半球体表面朝向第二基板2，旋转球43具有第二颜色的半球体表面朝向第一基板1，此时手写屏显示白色。
当手指触控第一基板1时(即发生触控时)，如图5b所示，与触控位置对应的旋转球43在温差发电单元3产生的电场的作用下旋转180°，以使旋转球43具有第一颜色的半球体表面朝向第一基板1，此时，手写屏的该触控位置显示黑色。
具体的，在本发明实施例中，如图5a所示，在旋转球43的第一颜色半球和第二颜色半球分界位置的一端涂覆具有正离子的透明溶液，在所述分界位置的另一端涂覆具有负离子的透明溶液。当发生触控时，如图5b所示，显示单元4内形成电场，电场方向为第一电极41指向第二电极42的方向，旋转球43表面上的正、负离子在电场的作用下带动旋转球43旋转180°，得到图5b所示的状态。
旋转球43也可以采用两种性质相反的材料组合形成，例如，左半球采用正电材料制成，右半球采用负电材料制成，在显示单元4形成电场的作用下，旋转球43同样能够旋转180°。
需要说明的是，当手指离开手写屏后，第一基板1与第二基板2之间的温差逐渐减小直至消除，相应的，温差发电单元3产生的电场也逐渐减小直至消除。由于旋转球43具有双稳态，其状态不会发生变化，也就是说，在温差发电单元3产生的电场逐渐减小直至消除的过程中，以及所述电场消除之后，旋转球43仍然保持当前的状态。
为了清楚说明本发明的技术方案，以下对手写屏的工作过程进行详细说明。
结合图1、3、5a、5b所示，当手指划过手写屏时，手指作为热端与手写屏的第一基板1接触，第二基板2与外界环境(即冷端)接触，这样在第一基板1和第二基板2之间形成温差。具体的，温差发电单元3中的第一导电柱33和第二导电柱34的上端受热，上端的空穴和电子浓度比下端高，在浓度梯度的驱动下，第二导电柱34(即N型半导体)内的电子和第一导电柱33(即P型半导体)内的空穴向下端扩散。由于第一导电柱33和第二导电柱34彼此首尾相连，第一组导电柱31和第二组导电柱32分别与显示单元4的第一电极41和第二电极42相连，因此，电子和空穴的扩散使得分别在第一电极41和第二电极42上产生正、负电荷，从而在第一电极41和第二电极42之间形成电场。位于第一电极41和第二电极42之间的旋转球43在所述电场作用下旋转180°，黑色半球面朝上，此时手写屏的触控位置显示黑色。当手指离开手写屏时，第一基板1和第二基板2之间的温差逐渐缩小，第一电极41和第二电极42之间的电场逐渐消除，但由于旋转球43与显示单元4内的液态介质的比重接近，即使电场消除，旋转球43的状态也不会发生改变(即旋转球43具有双稳态)，因此手写屏的触控位置仍然显示黑色。
本发明还提供一种触控显示装置，所述触控显示装置包括如前所述的手写屏。
通过在第一基板1和第二基板2之间与各像素5对应的位置设置相连的温差发电单元3和显示单元4，其中，各像素5之间绝热间隔，当手指触控第一基板1时，温差发电单元3能够根据第一基板1和第二基板2的温度差产生电场，从而利用所述电场为显示单元4供电，实现触控显示。本发明有效利用触控时手指(即第一基板1)与外界环境(即第二基板2)之间的温度差，将热能转换为电能，进行温差发电，从而可以代替现有的电源，无需额外再设置电源，能够从根本上解决手写屏持续供电不足的问题，使用方便；而且，温差发电单元3可以在有微小温差存在的条件下就能将热能直接转化为电能，转换过程中不需要机械运动部件，也无气态或液态介质存在，体积小、重量轻、安全可靠。
本发明利用温差发电单元3和电子墨水类型的显示单元4，共同制成了一种无需外界电源供电且护眼的手写屏及触控显示装置。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种手写屏，其特征在于，包括多个阵列设置的像素，以及绝缘且导热的第一基板和第二基板，所述各像素之间绝热间隔，且所述像素包括相连的温差发电单元和显示单元，所述温差发电单元与所述显示单元位于所述第一基板和第二基板之间；
所述温差发电单元用于，当手指触控所述第一基板时，根据所述第一基板和所述第二基板的温度差产生电场，以使所述电场为所述显示单元供电；
所述第一基板包括：衬底基板、绝缘导热结构和呈网格状的第一绝热间隔层和第二绝热间隔层，所述衬底基板上阵列设置有多个通孔；
所述第一绝热间隔层和第二绝热间隔层分别相对设置在所述衬底基板的两侧，所述第一绝热间隔层和第二绝热间隔层的开口区域与所述像素的开口区域相对应；
所述绝缘导热结构填充所述通孔，且覆盖所述衬底基板的两侧，并分别与所述第一绝热间隔层和所述第二绝热间隔层拼接。
2.如权利要求1所述的手写屏，其特征在于，当所述第一基板和所述第二基板的温度差为零时，所述电场消除。
3.如权利要求1所述的手写屏，其特征在于，所述绝缘导热结构的材料为透明材料，所述第一绝热间隔层和第二绝热间隔层的材料为非透明材料。
4.如权利要求3所述的手写屏，其特征在于，所述温差发电单元包括：分别包括第一导电柱和第二导电柱的第一组导电柱和第二组导电柱，第一组导电柱内的第一导电柱和第二导电柱相连，第二组导电柱内的第一导电柱和第二导电柱相连，所述第一组导电柱内的第二导电柱与所述第二组导电柱内的第一导电柱相连；所述第一组导电柱内的第一导电柱和所述第二组导电柱内的第二导电柱分别与所述显示单元相连；
所述第一导电柱与所述第二导电柱的塞贝克系数不同。
5.如权利要求4所述的手写屏，其特征在于，所述第一导电柱和所述第二导电柱为半导体。
6.如权利要求5所述的手写屏，其特征在于，所述第一导电柱为P型半导体，所述第二导电柱为N型半导体。
7.如权利要求4-6任一项所述的手写屏，其特征在于，所述显示单元具体用于，在所述电场作用下显示第一颜色。
8.如权利要求7所述的手写屏，其特征在于，所述显示单元包括：相对设置的第一电极和第二电极、相对设置的第一挡墙和第二挡墙、液态介质和多个旋转球，所述第一电极、第二电极、第一挡墙和第二挡墙与所述第一基板和第二基板垂直，且所述第一电极、第二电极、第一挡墙、第二挡墙、第一基板和第二基板形成密闭空间，所述液态介质位于所述密闭空间内，且所述旋转球悬浮在所述液态介质中；所述旋转球的一半球体表面为所述第一颜色，另一半球体表面为第二颜色；
所述第一电极与所述第一组导电柱内的第一导电柱相连，所述第二电极与所述第二组导电柱内的第二导电柱相连；
当发生触控时，所述旋转球在所述电场的作用下旋转180°，以使所述旋转球具有所述第一颜色的半球体表面朝向所述第一基板。
9.如权利要求8所述的手写屏，其特征在于，所述第一颜色为黑色，所述第二颜色为白色。
10.一种触控显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的手写屏。
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