CN109143710A - 一种可反复书写的电子绘图纸 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可反复书写的电子绘图纸，它包括上基板、下基板及夹持在上基板、下基板之间的液晶混合层，上基板是柔性透明基板，下基板是柔性、半柔性或硬性的透明基板，所述液晶混合层至少含有液晶和聚合物，上基板和下基板在与液晶混合层相接触的一侧均设有透明导电层。本发明的可反复书写的电子绘图纸呈透明态，可以置于图案、文字、甚至3D物体上，能清晰地看到图文或物体的细节，同时对比度高，驱动电压低，手写效果好，适合人体手写舒适度，字体清晰，无扩散，可以用于临摹、描绘等领域。

Description

一种可反复书写的电子绘图纸

技术领域

本发明属于液晶显示领域，具体涉及到一种可反复书写的电子绘图纸。

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。双稳态液晶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相液晶材料。胆甾相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。胆甾相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。鉴于此，双稳态液晶显示器特别适合应用在对便携度、节能度有较高要求的电子纸(electric papers)领域。

处于平面态的胆甾相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是胆甾相液晶的双折射率，P是胆甾相液晶螺旋的螺距，其它波段的光穿透过液晶层而被显示器的底板吸收。由于胆甾相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，胆甾相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，胆甾相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，成本高。

目前对电子纸技术的开发很多，但鲜少有专门用于描绘或临摹的电子绘图纸，现有技术应用于电子绘图纸时仍存在各种问题。如，中国专利CN102654708A公开了一种手写式电子纸显示器，包括：具有相同像素电极点阵结构的第一电极基板和第二电极基板、电子纸薄膜、柔性电路板、手写笔和电源，其电极设置比较复杂，且书写装置(如手写笔)还必须与电源相连接，工艺复杂，成本高。又如，胆甾相液晶处于平面态时，根据Bragg反射原理，反射特定波长的光，而处于焦锥态具有半透明半散射的特点，使得该状态下的液晶显示器件雾度高，透明度不够，不利于描绘。

故开发一种可重复使用的透明的、可用于描绘或临摹的电子绘图纸，有待进一步研究。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种液晶显示器件，其具有驱动电压低、柔性显示、可重复使用等优点，适用于电子纸领域。

本发明的技术方案：

一种可反复书写的电子绘图纸，包括上基板、下基板及夹持在上基板、下基板之间的液晶混合层，上基板是柔性透明基板，下基板是柔性、半柔性或硬性的透明基板，所述液晶混合层至少含有液晶和聚合物，上基板和下基板在面向液晶混合层一侧均设有透明导电层。

向该电子绘图纸施加电压后，整个电子绘图纸呈透明态，而向透明态的电子绘图纸施加压力后呈散射态，即可显示图案。当然，根据显示或擦除图案的需要，可以将透明导电层划分为若干单元。

在一些实施方案中，为了增加电子绘图纸的透视效果，可在液晶混合物中添加染料。液晶混合物中加入染料后，加电后的透明态由于少量的染料分子仍垂直于电场排列，对光线有少量的吸收，呈现出有颜色的透明态，透过率仅有较小的牺牲；在散射态状态下，液晶分子对入射的光线有散射作用，其中的染料分子也对入射光有较强的吸收，故散射状态下的的透过率较低；这样两种状态下形成的透过率比值会提高，即人眼观测到的对比度高。

在一些实施方案中，所述染料为二色性染料，含量≤2wt％。所述二色性染料的材料可以选自偶氮染料、蒽醌染料、偶氮甲碱染料、靛蓝染料、硫靛染料、花青染料、二氢化茚染料、薁染料、苝染料、酞吡呤染料和吖嗪染料的中的一种或多种。

进一步的，在一些实施方案中，所述二色性染料含量≤1.5wt％。

再进一步的，在一些实施方案中，所述二色性染料含量≥0.25wt％且≤1.5wt％。

在一些实施方案中，所述二色性染料的颜色可以选自橙色、蓝色、红色和黑色中的一种或由多种构成的混合色，优选橙色、蓝色、黑色。

在一些实施方案中，优选所述二色性染料的二色比≥10，染料的二色比越高，透明区域和散射区域的透过率比值越高。

在一些实施方案中，所述液晶为近晶相液晶。

在一些实施方案中，所述近晶相液晶的含量范围是60～85wt％。

进一步的，在一些实施方案中，所述聚合物的含量范围是4～30wt％，合适的聚合物含量可以有效控制压力灵敏度和图像的分辨率，若含量过高，则需要施加的压力过大，不实用。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。

再进一步的，在一些实施方案中，所述聚合物的含量范围是15～30wt％。

再进一步的，在一些实施方案中，所述聚合物的含量范围是20～30wt％。

进一步的，在一些实施方案中，所述液晶混合层的厚度为2～16μm，若液晶混合层厚度太大，则液晶处于透明态的雾度会较高，使用不方便，若液晶层太薄，则使用时液晶的散射强度不够，显示不明显。

再进一步的，在一些实施方案中，所述液晶混合层的厚度为4～12μm。

进一步的，在一些实施方案中，所述上基板的厚度不超过200μm。

再进一步的，在一些实施方案中，所述上基板厚度不超过150μm。

进一步的，在一些实施方案中，本发明的电子绘图纸，还可以包括透明顶板和/或透明底板，用于实现各种的光学效果和显示效果。所述透明顶板位于第一基体层上方，为透明的单层薄膜或透明度多层复合材料，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。所述透明底板位于第二基体层下方，为玻璃、透明塑料或者透明多层复合材料，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。

在一些实施方案中，所述可反复书写的电子绘图纸还可以设置相应的外部驱动电路和相应的封装，以实现循环利用。

有益效果：

本发明提高的可反复书写的电子绘图纸呈透明态，可以置于图案、文字、甚至3D物体上，清晰地看到图文或物体的细节，同时对比度高，驱动电压低，手写效果好，适合人体手写舒适度，字体清晰，无扩散，可以用于临摹、描绘等领域。

附图说明

图1为双稳态近晶A相液晶的垂直态的示意图；

图2为双稳态近晶A相液晶的焦锥态的示意图；

图3为本发明的电子绘图纸的剖面示意图；

图4为本发明的包含透明顶板和透明底板的电子绘图纸的剖面示意图；

图5为本发明的电子绘图纸对不同压力的感应效果图；

图6为本发明的电子绘图纸与市售手写板在同等压力下的感应效果对比图。

具体实施方式

本发明中的可反复书写的电子绘图纸的示意性剖面图请参照图3。如图3所示，可反复书写的电子绘图纸包括上基板、下基板及夹持在上基板、下基板之间的液晶混合层，上基板是柔性透明基板，下基板是柔性、半柔性或硬性的透明基板，所述液晶混合层至少含有液晶和聚合物，上基板、下基板在与液晶混合层相接触的一侧均设有透明导电层。

本发明上基板、下基板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；上基板、下基板基板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，但二者必须是透明材料。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。

液晶混合层由近晶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相的液晶单体或液晶单体组合物，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。

液晶混合层的厚度为2～16μm，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。

所述的液晶混合层还可以混合有一定量的二色性染料，例如黑色的偶氮类二色性染料等。

如图4所示，本发明的电子绘图纸，还可以包括透明顶板和/或透明底板，用于实现各种的光学效果和显示效果。

所述透明顶板位于第一基体层上方，为透明的单层薄膜或透明度多层复合材料，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。

所述透明底板位于第二基体层下方，为玻璃、透明塑料或者透明多层复合材料，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。

本发明的电子绘图纸在写入时，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2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。

本发明的电子绘图纸具有选择性的压力敏感。只有当单位面积下的压力(P)大于临界压强(Critical Pressure，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。

本发明中电子绘图纸在擦除时，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1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～100V，直流和交流均可使用。

以下将结合具体实施方案来说明本发明。需要说明的是，下面的实施例为本发明的示例，仅用来说明本发明，而不用来限制本发明。在不偏离本发明主旨或范围的情况下，可进行本发明构思内的其他组合和各种改良。

实施例1

选取两片具有导电层的透明PET材料，用作上层基板PET薄膜的厚度是125μm，作为下层基板PET薄膜的厚度188μm。

称量5g液晶材料，其中近晶A相液晶重量比73％、聚合物重量比27％，将所述液晶材料混合均匀形成涂料，再利用滚动条式(roll-to-roll)法将该涂料涂布于两片透明PET材料之间，控制涂料厚度12μm。近晶A相材料为江苏和成显示股份有限公司生产的，型号是HJC50600-000。聚合物由两种聚合物单体组成，分别是购于成都托马斯科技有限公司生产的型号是4409-8的聚合物和购于上海博枫贸易有限公司聚合物单体LA，该两种聚合物单体的质量比为9：1。

涂布均匀后在紫外灯下聚合5min，即可。

当施加90V电压时，该电子绘图纸呈透明态，雾度为2.5％；当施加压力(如手写)后，受压的区域呈散射态，显示乳白色，透明区域和乳白色区域的透过率比值为3.7。

实施例2

选取两片具有导电层的透明PET材料，用作上层基板PET薄膜的厚度是125μm，作为下层基板PET薄膜的厚度188μm。

称量5g液晶材料，其中近晶A相液晶73％、聚合物27％及占液晶材料总重量0.75％的黑色二色性染料，将所述液晶材料混合均匀形成涂料，再利用滚动条式(roll-to-roll)法将该涂料涂布于两片透明PET材料之间，控制涂料厚度12μm。近晶A相材料和染料均是江苏和成显示股份有限公司生产的，型号分别是HJC50600-000和RL-1。聚合物由两种聚合物单体组成，分别是购于成都托马斯科技有限公司生产的型号是4409-8的聚合物和购于上海博枫贸易有限公司聚合物单体LA，该两种聚合物单体的质量比为9：1。

涂布均匀后在紫外灯下聚合5min，即可。

当施加100V电压时，该电子绘图纸呈透明态，雾度为3.5％；当施加压力(如手写)后，受压的区域呈散射态，显示黑色，透明区域和黑色区域的透过率比值为4.73。

实施例3

选取两片具有导电层的透明PET材料，用作上层基板PET薄膜的厚度是125μm，作为下层基板PET薄膜的厚度188μm。

称量5g液晶材料，其中近晶A相材料74％、聚合物26％及占液晶材料总重量1％的黑色二色性染料，将所述液晶材料混合均匀形成涂料，再利用roll-to-roll法将该涂料涂布于两片透明PET材料之间，控制涂料厚度8μm。近晶A相材料和染料是江苏和成显示股份有限公司生产的，型号是HJC50600-001和RL-2。聚合物组分同实施例1。

涂布均匀后在紫外灯下聚合4min，即可。

当施加80V电压时，该电子绘图纸呈透明态，雾度为3.2％；当施加压力(如手写)后，受压的区域呈散射态，显示黑色，透明区域和黑色区域的透过率比值为6.54。

实施例4

选取一片厚度为125μm的具有导电层的透明PET材料作为上基板，选取一片ITO导电玻璃作为下基板。

称量5g液晶材料，其中近晶A相材料80％、聚合物20％及及占液晶材料总重量1.2％的蓝色二色性染料浓度，将所述液晶材料混合均匀形成涂料，再利用roll-to-roll法将该涂料涂布于两片透明PET材料之间，控制涂料厚度5μm。近晶A相材料和染料是江苏和成显示股份有限公司生产的，型号是HJC50600-002和RL-3。聚合物组分同实施例1。

涂布均匀后在紫外灯下聚合4min，即可。

当施加60V电压时，该电子绘图纸呈透明态，雾度为2.5％；当施加压力(如手写)后，受压的区域呈散射态，显示蓝色，透明区域和黑色区域的透过率比值为5。

实施例5

向实施例2制得的电子绘图纸及市售手写板分别施加不同重量(86.05g、86.05g+50g、86.05g+100g、86.05g+150g、86.05g+200g、86.05g+250g、86.05g+300g、86.05g+500g)的书写压力，显示效果如图5和图6所示。

由图5可以看出，本发明的电子绘图纸对压力比较敏感，在50～250g(正常人的笔压范围)书写时，字迹的粗细随着压力增大逐渐变粗，可以满足练习书法等书写要求。

由图6的对比可知(a为本发明电子绘图纸，b为市售手写板Boogie BoardOriginal 10.5eWriter)，本发明电子绘图纸在同等压力下的字迹比市售手写板锐利很多，无晕染，分辨率更高。

本发明还可以由其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种可反复书写的电子绘图纸，包括上基板、下基板及夹持在上基板、下基板之间的液晶混合层，其特征在于，上基板是柔性透明基板，下基板是柔性、半柔性或硬性的透明基板，所述液晶混合层至少含有液晶和聚合物，上基板和下基板在面向与液晶混合层一侧均设有透明导电层。

2.根据权利要求1所述的可反复书写的电子绘图纸，其特征在于，所述液晶混合层含有染料。

3.根据权利要求2所述的可反复书写的电子绘图纸，其特征在于，所述染料为二色性染料，含量≤2wt％。

4.根据权利要求3所述的可反复书写的电子绘图纸，其特征在于，所述二色性染料含量≤1.5wt％。

5.根据权利要求4所述的可反复书写的电子绘图纸，其特征在于，所述二色性染料含量≥0.25wt％，且≤1.5wt％。

6.根据权利要求3-5任一项所述的可反复书写的电子绘图纸，其特征在于，所述二色性染料的颜色可以选自橙色、蓝色、红色和黑色中的一种或由多种构成的混合色，所述二色性染料的二色比≥10。

7.根据权利要求1所述的可反复书写的电子绘图纸，其特征在于，所述液晶为近晶相液晶。

8.根据权利要求7所述的可反复书写的电子绘图纸，其特征在于，所述近晶相液晶的含量范围是60～85wt％。

9.根据权利要求1所述的可反复书写的电子绘图纸，其特征在于，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，聚合物的含量范围是4～30wt％。

10.根据权利要求1所述的可反复书写的电子绘图纸，其特征在于，所述液晶混合层的厚度为2～16μm，所述上基板的厚度不超过200μm。

11.根据权利要求1所述的可反复书写的电子绘图纸，其特征在于，上基板上表面可设透明顶板，下基板底部可设透明底板。