CN110737142A - 具有增强的线锐度的电子书写器 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了具有增强的线锐度的电子书写器。一种具有增强的线锐度的液晶书写设备包括以下特征。包括前书写表面。液晶层包括胆甾型液晶和聚合物的分散体，其中胆甾型液晶的反射率响应于施加到前书写表面的压力而变化，从而在液晶层上形成图像。液晶层设置在导电层之间。导电层中的第二导电层相比于导电层中的第一导电层距离前书写表面更远离前书写表面。背衬支撑施加到前书写表面的压力。粘合剂层被设置在导电层中的第二导电层和背衬之间。图像的线锐度具有根据本公开的线锐度测量方法确定的不大于3.0的值。

Description

具有增强的线锐度的电子书写器
公开的背景
本公开大体上涉及液晶书写/绘画设备，尤其涉及在这种书写/绘画设备中使用的胆甾型液晶显示器(ChLCD)。
目前市场上有玩具产品，诸如涂鸦素描(更新版本的Magna Doodle)和Etch-a-这两种产品都是俄亥俄州艺术公司生产的，允许儿童和其他用户在设备上绘制图像并擦除这些图像。涂鸦素描需要专门的触笔(通过系绳附接到设备)，使用磁电泳显示器。基本的Etch-a-Sketch使用由两个旋钮控制的内置专用触笔来从玻璃屏幕的内表面去除铝粉。这些玩具产品体积很大，并且玩具需要专门的触笔附接到设备。这些玩具不能允许用户通过包括指甲的非专用触笔的单次移动而以在纸上以明亮颜色书写的自然感觉自由创建多幅图像。
作为电子书写和绘画设备的玩具提供了以下优点：多种用途、整洁(即不清理颜料、断的蜡笔、墨迹或铅笔屑)和耐用性。消费者目前选择的玩具是各种各样的特征的电子设备，直到最近，与手写和手绘有关的好处还不是主要因素。此外，消费者寻求一种作为低成本、坚固耐用设备的玩具来为他们的孩子提供娱乐，比如长途汽车旅行，他们经常会被电子设备的成本、复杂性和脆弱性而感到沮丧和打击。许多电子设备在大量使用中很容易被儿童损坏或误操作，或者需要负责任的成年人做大量准备，以限制使用该设备的儿童的不当访问。许多玩具模仿更昂贵的设备的外观，但是没有它们的特征，这很快让儿童用户厌烦。
捕获和显示借助手的书写和绘画的低成本、低功耗的电子设备的玩具市场持续增长，并且竞争日益激烈。消费者想要易于使用和捕获类似于用笔在纸上书写的感觉的手写体验的坚固耐用的设备。在致力于自然资源的可持续性的世界中，消费者和制造商寻求纸和基于纸的解决方案的替代方案，以便轻松且廉价地捕获手写或手绘的想法、信息和图像。消费者还希望他们的电子设备以生动、独特和丰富多彩的方式捕获和呈现文本和图像，模仿不同颜色的笔和纸的使用，而没有笔和纸的花费、杂乱和一次性使用。设备的坚固性和视觉吸引力对于玩具吸引儿童和出于教育和娱乐的目的而为儿童购买的消费者来说尤为重要。
2010年，肯特显示公司的Boogie
Figure BDA0001835013440000021
压敏胆甾型液晶书写板(也被称为电子书写器)出现在市场上，其中尖的触笔或指甲可用于在平板表面上书写或描记图像，如美国专利号6,104,448和9,116,379中所述的，这两项专利都通过引用并入本文。在胆甾型液晶书写板中，液晶被夹在间隔特定单元间隙的包括内部电极层的两个基板之间。前基板是柔性的，以及底部基板是不透明的或半透明的。在单元间隙内是双稳态胆甾型液晶层，该层可以呈现两种织构，基本透明(焦锥)织构和颜色反射(平面)织构。单元间隙的间距通常由在形状上为圆柱形或球形的塑料或玻璃间隔物设置。通过向电极施加电压脉冲以将胆甾型材料电驱动到焦锥状态来初始化平板。当用尖的触笔或手指按压顶部基板时，液晶被局部移位。在液晶中引起的流动将在触笔的位置处的它的光学织构从基本透明变为明亮的反射颜色。反射颜色与液晶层下方的不透明或半透明颜色形成鲜明对比。由触笔或指甲描记的图像将无限期保留在平板上而无需施加电压，直到被擦除。擦除是通过向电极施加电压脉冲来完成的，该电压脉冲驱动胆甾型液晶从其颜色反射状态回到其基本透明的状态。
在美国专利号6,104,448中更详细地公开了上述原理(称为模式B)，该专利通过引用并入本文。另一种操作模式(模式A)可用于擦除图像的选定部分，如在美国专利号8,139,039中所公开的，该专利通过引用并入本文，并可适用于本公开的压敏液晶设备。具有颜色反射背景的操作模式被称为模式A，而具有基本透明背景的另一模式被称为模式B。在模式A中，通过用电压脉冲或多个脉冲将压敏液晶设备电驱动到颜色反射织构来初始化平板。然后，通过向电极施加适当值的连续电压，可以通过用尖的触笔的压力将胆甾型材料驱动到基本透明的织构来书写图像。
在模式B下运行的商业Boogie
Figure BDA0001835013440000022
电子书写器具有黑色作为固定的不透明吸光背景。暗黑色背景为写在电子书写器上的彩色反射图像提供了高对比度。如在美国专利号5,493,430中所公开的，其他不透明颜色也可用于胆甾型液晶电子书写器的固定背景，该专利通过引用并入本文。背景的颜色与胆甾型液晶反射的颜色附加混合，以呈现不同于胆甾型液晶的颜色的颜色。背景上可能有多种颜色，并且这些颜色可以被图案化。作为示例，该图案可以是提供有横格线的平板的线条，以便于类似于如美国专利申请公开第2013/0314621号中所述的方格纸板书写文本，该专利申请通过引用并入本文。
现有技术图1示出了模式B中的电子书写器的顶视图。在电子书写器上书写图像的现有技术过程是首先通过施加擦除电压以将整个单元最初驱动到焦锥织构来擦除所有先前图像。进行此操作的电压值或电压脉冲的幅度在制作胆甾型液晶显示器的技术中是众所周知的，例如，美国专利5,453,863和5,691,795，这两个专利通过引用并入本文。通常，当使用黑色背层时，最初处于焦锥状态的胆甾型液晶看起来是暗的，因为胆甾型液晶是弱散射的或者基本透明的，并且显示黑色背层。在电子书写器的书写表面上来自触笔280的压力在没有进一步施加电压的情况下引起导致液晶重新定向到明亮平面织构的流动。处于平面状态的胆甾型液晶具有一定的明亮颜色和峰值反射波长下的反射值。当通过施加擦除电压切换回焦锥织构时，可以擦除观看区域的液晶。
图2A和图2B分别示出了具有半透明背层的Boogie
Figure BDA0001835013440000031
电子书写器的顶视图和侧视图，该半透明背层使得物品或背面图案能够通过电子书写器查看，该电子书写器能够在电子书写器上在该物品或背面图案上描记、书写和绘画。这在题为“Electronic Displaywith Semitransparent Back Layer”的第9,116,379号美国专利中进行描述，该专利通过引用以其整体并入本文。半透明背层或背面图案通过加法和/或减法颜色混合影响由液晶反射的图像。这里，物品是在电子书写器下面的一只手，且用户正在电子书写器上描记手。
许多当前的电子书写器被构造成具有手持尺寸(例如，图1、图2A和图2B中所示的肯特显示公司的当前Boogie
Figure BDA0001835013440000032
电子书写器)。这种设备被设计成具有压力灵敏度，其能够产生合适的书写线条，就像用笔在一张纸上书写或绘画一样，而无需将手掌对准在电子书写器上。触笔可以用来施加改变液晶反射率的压力。触笔通常不包含油墨。
图3示出了现有技术Boogie
Figure BDA0001835013440000041
电子书写器10的侧视图以及如何支撑显示器子组件400。位于电子书写器设备的周边的具有压敏粘合剂404的边框402粘附到显示器子组件和壳体406的前部。显示器子组件400通过被夹在边框402和壳体406之间而被固定在适当位置，并且用PSA404保持在适当位置。
干擦除白板有很大的幅面，并且可以挂在墙上进行书写和绘画，以供许多人同时观看。然而，这些设备需要使用标记器和干式擦除器，这既昂贵又杂乱。擦除通常会留下难以去除的标记器残留物或残留图像(after-image)。此外，很难保存写在干擦除白板上的图像，除了对其拍照，这会很繁琐。
大幅面智能板书写设备存在于例如教室中，但是非常昂贵，并且有复杂的电子器件。
大幅面胆甾型液晶书写设备的显示器子组件在自由浮动在该设备的后表面上时将最终会下垂并脱离后表面，产生不期望的外观和书写体验。目前市场上的液晶书写设备可以使用粘合剂将设备的后壳附接到显示器子组件的背层。然而，这种书写设备遭受不期望的线锐度或线清晰度的影响，这减损了设备的质量和书写体验。
需要一种更好的技术来允许各年龄段的消费者轻松且重复地书写、绘制和立即/同时显示，以共享对比鲜明、充满活力的多色文本和图像，用于创造性、教育性和治疗性用途。本公开涉及一种具有增强的线锐度的电子书写器，其具有在本公开的后续概述、详细描述、附图和所附权利要求中详细描述的其他期望特征和特性。
公开的概述
本公开涉及一种电子液晶书写设备(电子书写器)，其具有用户可以在其上用清晰且鲜明的线书写或绘制的压敏坚固表面，其形式为手持尺寸的电子书写器，甚至是可以被构造和布置用于供几个人同时观看的大幅面电子书写器。与干擦除白板相比，本公开的电子书写器实现了不同的和增强的功能，包括没有任何残留物或残留图像的电子擦除的特征，以及不分配油墨的触笔。本公开的电子书写器避免了显示器从设备的背衬下垂和脱离的问题，同时提供了非常令人愉悦的外观和书写体验，模仿了笔在纸上的外观和感觉。本电子书写器避免了一次性使用纸张的浪费以及干擦除标记器和擦除器的浪费和杂乱。本公开的电子书写器有利地显示出比当今市场上的其他胆甾型液晶电子书写器更好的线锐度或清晰度。
一般来说，本公开的第一方面的特征在于具有增强的线锐度的液晶书写设备，包括以下特征。在书写设备中包括前书写表面。液晶层包括胆甾型液晶和聚合物的分散体，其中胆甾型液晶的反射率响应于施加到前书写表面的压力而变化，从而在液晶层上形成图像。书写设备包括导电层，液晶层被设置在导电层之间。导电层中的第二导电层相比于导电层中的第一导电层距离前书写表面更远离前书写表面。背衬支撑施加到前书写表面的压力。粘合剂层被设置在导电层中的第二导电层和背衬之间。图像的线锐度不大于3.0，这由下面描述的本公开的线锐度测量方法确定。
在特定示例中，液晶书写设备包括吸收穿过液晶层的光的光吸收层，并且粘合剂层被设置在光吸收层和背衬之间。在一些方面，粘合剂层可以被称为压敏粘合剂(PSA)。本发明人已经发现，用于附接背衬的一些PSA会导致液晶层上的书写线出现不期望的模糊或混乱的外观，这在一些情况下发生，如果PSA太软或具有粗糙的表面拓扑的话。本公开允许电子书写器实现增强的线锐度。电子书写器被设计成包括例如合适的PSA。此外，电子书写器可以被设计成比目前的Boogie
Figure BDA0001835013440000051
电子书写器具有更高的压力灵敏度(即，在给定的施加压力下获得更宽的线厚度)。
本公开的电子书写器可以使用常规的擦除电压脉冲和/或电子器件来擦除，例如，使用Boogie电子书写器的擦除电压脉冲或者使用申请人的美国专利申请序列号15/952,471中公开的合适的擦除电压波形和/或擦除电子器件来擦除，该申请的名称为“Liquid Crystal Writing Device With Slow Discharge Erase”，通过引用以其整体并入本文。
有利的是，本公开的电子书写器可以被全部一次电子擦除，并且可以被设计成允许对图像的选择擦除，例如，如美国专利号8,139,039中所公开的，该专利通过引用以其整体并入本文。
本电子书写器可以使用例如如在题为“Writing Tablet Information RecordingDevice”的美国专利申请公开PG Pub.号US 2010/0265214和题为“Electronic WritingDevice with Dot Pattern Recognition System”的美国专利申请公开PG Pub.号US2015/0124178中公开的技术来电子捕获图像，这两个申请通过引用以其整体并入本文。
现在参考本公开的第一方面的更具体特征，线锐度具有不大于2.0的值，特别是不大于1.1的值。
在另一具体特征中，液晶书写设备包括适于跨导电层施加擦除图像的电压或至少一个电压脉冲的电子器件。
在又一个具体特征中，粘合剂层是包括在其一侧上的第一粘合剂表面和在其相对侧上的第二粘合剂表面的膜。
具体地，该膜可以包括至少2密耳厚的光学透明丙烯酸聚合物粘合剂材料。
在另一个具体特征中，粘合剂层是包括载体膜、设置在载体膜一侧上的第一粘合剂层和设置在载体膜的相对侧上的第二粘合剂层的带。第二粘合剂层相比于第一粘合剂层到前书写表面更靠近前书写表面。在又一特征中，带的载体膜具有至少一密耳的厚度并且包括聚对苯二甲酸乙二酯(PET)聚合物，第一粘合剂层具有至少一密耳的厚度和第一剥离强度，并且第二粘合剂层具有至少一密耳的厚度和第二剥离强度。第一粘合剂层和第二粘合剂层包括丙烯酸聚合物。第一剥离强度至少比第二剥离强度大10倍。
在其他特征中，背衬包括铝包覆聚合物。液晶层包括分散体，该分散体具有有效的压力灵敏度以提供具有至少1.5mm特别是至少2mm的平均线宽的图像。
另一个特征是液晶书写设备包括吸收穿过液晶层的光的不透明光吸收层。
另一个特征是液晶书写设备包括吸收穿过液晶层的光的半透明的背层。
在另一特征中，前书写表面包括前基板，并且包括支撑导电层中的第二导电层的后基板。
又一个特征是前书写表面、导电层、任何基板、粘合剂层和背衬是透视的。
液晶书写设备可以被设计成使得其与前书写表面共享一个区域的所有部件都是透视的。这可以与为观看液晶层的图像提供合适的对比度的可选的另外的背层、样板或其他部件或物体一起使用。
本文提到的术语透视包括仅部件的一部分是透视的以及部件的全部是透视的。
本公开的第二方面的特征在于具有增强的线锐度的液晶书写设备，包括以下特征。包括具有至少0.75ft2表面积的前书写表面。液晶层包括胆甾型液晶和聚合物的分散体，其中胆甾型液晶的反射率响应于施加到前书写表面的压力而变化，从而在液晶层上形成图像。图像具有至少1.5mm的平均线宽。包括导电层，液晶层被设置在导电层之间。导电层中的第二导电层相比于导电层中的第一导电层距离前书写表面更远离前书写表面。背衬支撑施加到前书写表面的压力。粘合剂层被设置在导电层中的第二导电层和背衬之间。图像的线锐度具有根据线锐度测量方法确定的不超过3.0的值。
现在参考本公开的第二方面的具体特征，图像的线锐度具有根据线锐度测量方法确定的不大于1.1的值。
在又一特征中，前书写表面具有至少6.0ft2的面积。
在另一个特征中，包括的是不透明的光吸收层，其吸收穿过液晶层的光。
在另一个特征中，包括的是半透明背层，其吸收穿过液晶层的光。
另一个特征是前书写表面、导电层、任何基板、粘合剂层和背衬是透视的。
液晶书写设备可以被设计成使得其与前书写表面共享一个区域的所有部件都是透视的。这可以与为观看液晶层的图像提供合适的对比度的可选的另外的背层、样板或其他部件或物体一起使用。
一种用于制造本公开的液晶书写设备的方法，包括：
a)提供多层显示器子组件，其包括前书写表面、包括胆甾型液晶和聚合物的分散体的液晶层、液晶层被设置在其之间的导电层、以及吸收穿过液晶层的光的可选的光吸收层；
b)提供粘合剂层；
c)提供背衬；
d)将粘合剂层的暴露的第一表面附接到背衬以形成背衬子组件；
e)将多层显示器子组件粘附到背衬子组件的粘合剂层的暴露的第二表面。
具体地，该方法包括向多层显示器子组件和背衬子组件中的至少一个施加压力，以便将多层显示器子组件粘附到背衬子组件。此外，该方法包括通过使多层显示器子组件和背部子组件在辊之间通过或使用层压机施加压力。
用于粘附电子书写器的背衬的制造方法提供了各种优点，例如，防止显示器子组件下垂或鼓胀。这里公开的制造电子书写器的方法还提供了加工优势，例如背衬可返工性和均匀的粘合剂铺设，以及通过减少颗粒的视觉效果和保持具有适当粘合剂性质的清晰线锐度的美学/产量优势。
以上结合第一方面、第二方面讨论的具体特征、该方法的特征以及详细描述中讨论的特征以任何组合适用于以上的第一方面和第二方面。
附图说明
图1是现有技术的胆甾型液晶书写设备的顶视图；
图2A是现有技术的半透明胆甾型液晶书写设备的顶视图，以及图2B是其侧视图；
图3是现有技术的胆甾型液晶书写设备的侧视图，更详细地示出了整体结构；
图4A是本公开的胆甾型液晶书写设备的透视前视图，其采用自由膜形式的粘合剂片，以及图4B是其侧视图；
图5A是本公开的胆甾型液晶书写设备的透视前视图，其采用带形式的粘合剂片，以及图5B是其侧视图；
图6是采用显示器子组件的本公开的半透明胆甾型液晶书写设备的透视图，该显示器子组件包括半透明背层、透视自由膜形式的粘合剂片，并且背衬是透视的；
图7是采用显示器子组件的本公开的半透明胆甾型液晶书写设备的透视图，该显示器子组件包括半透明背层、透视带形式的粘合剂片，并且背衬是透视的；
图8是采用显示器子组件的本公开的半透明胆甾型液晶书写设备的透视图，该显示器子组件包括半透明背层、透视自由膜形式的粘合剂片，并且背衬的一部分是透视的；
图9是采用显示器子组件的本公开的半透明胆甾型液晶书写设备的透视图，该显示器子组件包括半透明背层、透视带形式的粘合剂片，并且背衬的一部分是透视的；
图10是在书写操作期间图4的液晶书写设备(自由膜粘合剂片)的侧视图；
图11是在书写操作期间图5的液晶书写设备(带粘合剂片)的侧视图；
图12A和图12B比较分别形成在图14A和图14B中提到的比较电子书写器和示例电子书写器上的书写的反射线，如在下面讨论的线锐度测量方法中所实现的，其中比较电子书写器(图12A)表现出较差的线锐度，而示例电子书写器(图12B)表现出增强的线锐度；
图13是解释在下面讨论的线锐度测量方法中使用的图像分析算法的简化示意图；
图14A和图14B相对于下面讨论的线锐度测量方法分别示出了比较电子书写器和示例电子书写器的曲线图，其中阈值像素位置相对于像素行数进行绘制；
图15A和图15B是示出液晶书写设备的制造的示意性侧视图，其中自由膜粘合剂层具有去除的剥离衬垫(release liner)并粘附到背衬(图15A)以形成背衬子组件；并且其中剥离衬垫从背衬子组件的自由膜移除，并且显示器子组件粘附到背衬子组件(图15B)；
图16A和图16B是示出液晶书写设备的制造的示意性侧视图，其中带粘合剂层具有去除的剥离衬垫并粘附到背衬(图16A)以形成背衬子组件；以及其中剥离衬垫从背衬子组件的带移除，并且显示器子组件粘附到背衬子组件(图16B)；
图17A是本公开的利用自由膜粘合剂的电子书写器的侧视图，示出了用于固定粘附到背衬的显示器子组件的外围设备的机械夹具结构和周围壳体，以及图17B是其放大视图，为了清楚起见，其仅示出了显示器子组件和背衬的一部分；以及
图18A是本公开的利用带粘合剂的电子书写器的侧视图，示出了用于固定粘附到背衬的显示器子组件的外围设备的机械夹具结构和周围壳体，以及图18B是其放大视图，为了清楚起见，其仅示出了显示器子组件和背衬的一部分。
以下详细描述中描述的其他特征可以以任何组合应用于本公开的所有方面，包括上述具体特征。
详细描述
在本公开的几个视图中，相同的参考数字指的是相似的部分。现在转到附图，图4A、图4B和图5A、图5B示出了根据本公开制造的液晶书写设备或电子书写器，其包括以下部件。提供包括前基板6的前书写表面W。液晶层4包括胆甾型液晶和聚合物的分散体。胆甾型液晶的反射率响应于施加到前书写表面W的压力而变化，从而在液晶层上形成图像。提供前导电层5和后导电层3，液晶层4被设置在它们之间。可以提供可选的间隔物或其他结构来设置导电层5、3之间的间隙。光吸收层1吸收穿过液晶层4的光，为液晶层上的图像提供合适的对比度。液晶层上的图像可以通过前书写表面W和上导电层5看到。背衬500支撑施加到前书写表面W的压力。自由膜形式的粘合剂片502a(图4A、图4B)和带形式的粘合剂片502b(图5A、图5B)设置在光吸收层1和背衬500之间，其中粘合剂片包括相对的粘合剂表面504、506，其中至少一个在移除至少一个剥离衬垫之后暴露。粘合剂片502a或502b具有合适的厚度，例如至少一密耳，特别是至少2或3密耳。在图4A、图4B和图5A、图5B中，光吸收层1是不透明的，并且后导电层3、粘合剂层502a或502b和背衬500不需要是透视的，而是例如可以是不透明的。
更具体地说，光吸收层1放置在后面的可选透明的基板2上或其附近，该基板2在其另一表面上涂覆有可选透明的后导电层3。液晶层4包括胆甾型液晶和聚合物的固化分散体，并且间隔物设置在导电层5和3之间的间隙中。书写表面W包括透明前基板6，该透明前基板6在内表面上涂覆有透明前导电层5。虽然术语“透明”用于描述前基板(以及其上的任何层)和前导电层，并且在一些情况下描述后导电层、后基板、粘合剂片和背衬的至少一部分，但是应该理解，电子书写器不应该被解释为限于光学透明层，并且可以使用能够通过它们看到液晶层上的图像以及任何可选的物品或背面图案的部件。此外，尽管本公开涉及通过向书写表面施加改变液晶反射率的压力而形成的液晶层上的图像，但是该图像可能会受到设备的其他部件的影响，包括但不限于形成在前基板、导电层、光吸收层(例如，后半透明层)上的图案或标记以及透过半透明层看到的背面图案或物品。
前基板6的未被前导电层5涂覆的侧面形成了靠近设备的观看者V(观看者V沿箭头的大致方向看)的书写表面W。观看者V使用触笔或指甲来通过向书写表面W施加压力而在电子书写器上形成图像。当然，可能有多个观看者，并非所有观看者都可以在电子书写器上书写。可选的透明层可用在上基板6上以形成书写表面W，例如防眩或抗刮涂层或膜。前基板和后基板延伸以形成后凸缘7和前凸缘8。导电层3和5分别暴露在凸缘7和8上，以用于连接到擦除电子器件，使得擦除电压或至少一个擦除电压脉冲可以施加在导电层3和5上，适合于初始化或完全擦除压敏液晶设备上的图像，如例如题为“Liquid Crystal Writing DeviceWith Slow Discharge Erase”的序列号为15/952,471的美国专利申请和美国专利8,228,301中所公开的，并且用于选择擦除图像，如在美国专利号8,139,039中所描述的，这些专利通过引用以其整体并入本文。电极5、3可以例如以正交的行和列被图案化。在另一方面，电极跨书写表面的大部分或整个书写表面是连续的。
液晶层4中的胆甾型液晶可以是受限的或不受限的互连微滴，其通过乳化、聚合诱导相分离、温度诱导相分离、溶剂蒸发相分离或通过导电层3和5之间的流动减少特征来制备。
如本领域已知的，电子书写器的最大光反射率是通过平面织构实现的，而电子书写器的最小光反射率是通过焦锥织构实现的。由胆甾型液晶反射的颜色可以使用公式
Figure BDA0001835013440000121
来调节，其中λmax是期望的峰值反射率波长，
Figure BDA0001835013440000122
是所使用的向列型液晶分子的平均折射率，φ是手性掺杂剂分子的浓度，其用于在向列型液晶中诱导均匀扭曲使得它可以布拉格反射，以及HTP是手性掺杂剂的螺旋扭曲力。
电子书写器的前书写表面可以具有例如至少0.75ft2的表面积，更具体地，具有至少6ft2的表面积。电子书写器可以在其上形成至少1.5mm宽、特别是2-3mm宽的粗反射线。本公开的电子书写器可以被设计成比目前市场上的Boogie电子书写器更具压力敏感性，该Boogie电子书写器形成大约1mm宽或更小的线。电子书写器的这种压力敏感性可以如本领域已知的那样增加(例如，参见US 2009/0033811，该文献通过引用以其整体并入本文)，例如通过降低分散层中聚合物的浓度。本公开的所有电子书写器可以被设计成形成至少1.5mm宽、特别是2-3mm宽的粗线，包括手持尺寸和大幅面尺寸。电子书写器具有保持分散层平坦的结构，即使在大幅面设备中也是如此，并且其书写表面或屏幕可以具有各种形状，包括但不限于正方形和矩形。
图6和图7示出了根据本公开制造的半透明电子书写器。除了半透明电子书写器的透视设计之外，图6和图7的半透明电子书写器在结构上分别与图4和图5中所示的电子书写器相似。图4和图5的电子书写器包括不透明的光吸收层1。图6和图7示出了以半透明背层形式的光吸收层1’，如题为“Electronic Display with Semitransparent Back Layer”的第9,116,379号美国专利中所述的，该光吸收层1’在允许看到电子书写器后面的物品的同时提供合适的对比度。半透明背层1’吸收穿过液晶层4的光，反射灰色光或某颜色的光，并且是透光的。在半透明背层1’下方，与前书写表面W共享表面区域的粘合剂片膜502a(图6)或粘合片带502b(图7)和背衬500’也是透视的，使得半透明电子书写器是透视的。基板和导电层在透视电子书写器中也是透视的。与图2A类似，这使得包括样板和显示器的背面图案能够被放置在半透明电子书写器的后面并通过其看到，如9,116,379专利中所公开的。尽管在图6和图7中液晶书写设备部件被示为完全透视，但这并不是必需的，因为它可能只适合于部件的某些部分是透视的。
半透明电子书写器的背面图案可以选自由以下项组成的组：运动场、球场或竞技场的样板、儿童游戏的图案、儿童着色的图像、记录本线、图形纸线或人们从中可选择项的菜单。在另一方面，背面图案包括含有被设置在其边缘处的光源的波导和使光能够以某种模式离开波导的波导表面上的光出射部分。在又一个方面中，背面图案包括用于显示图像的发射式、背光式或反射式显示设备。如题为“Electronic Writing Device with DotPattern Recognition System”的美国2015/0124178公布中所公开的，背面图案可以形成为具有点图案或标记的样板，使得当由专用触笔读取时能够在远程处理设备上执行功能。因此，电子书写器的用户可以使用半透明电子书写器来描记背面图案，在书写时使用背面图案作为指导，例如在具有线、图形或运动场或球场的样板、着色书页类型样板的特征中的颜色等的情况下。据信，这是第一次披露大幅面半透明电子书写器或这种类型的较粗线电子书写器，其表现出清晰的线锐度。
图8和图9是本公开的半透明胆甾型液晶书写设备的透视图，该设备分别采用包括半透明背层1’和透视自由膜形式的粘合剂片502a或透视带形式的粘合剂片502b的显示器子组件。图8和图9的液晶书写设备分别与图6和图7的液晶书写设备相同，除了只有背衬500″的一部分是透视的。背衬500”的另一部分可以是不透明的。例如，这可能是有利的，因为较小的样板可以放置在背衬500”的透视部分后面，与前书写表面共享表面区域。半透明背层1’将为液晶层4上的图像提供适当的对比度，同时允许通过背衬500”的透视部分看到样板。背衬500”的不透明部分将有效地为液晶层4上的图像提供合适的对比度。在背衬500”的不透明部分后面将不会看到图像或物体。本领域的普通技术人员将会理解，本公开的液晶书写设备的任何或所有层都可以是透视的(在液晶层之上和之下并且包括液晶层)。此外，如通过引用以其整体并入本文的美国专利9,851,612和9,235,075中公开的，各种标识符、图案和标记可以在液晶书写设备的所有部件中使用，这对于本领域的技术人员来说是明显的。背衬的透视部分可以具有任何尺寸或形状。例如，背衬的透视部分可以采取例如不透明标志周围区域的形式。
关于液晶书写设备的操作，图10和图11是具有自由膜粘合剂片502a(图4A和图4B)的电子书写器和具有带粘合剂片502b(图5a和图5B)的电子书写器的侧视图，其示出了液晶层4，该液晶层4具有未减小的单元间隙290的区域和由于来自触笔280的压力而减小的单元间隙300的区域。导电电极3和5利用电互连件270连接到电子擦除(和可选的写入)电路301，该电路301通常以至少一个电压脉冲的形式在导电层或电极3、5上提供合适的电压。来自触笔280的压力被施加以产生图像。申请人不打算受关于单元间隙变化或压力及其对胆甾型液晶及其光学行为的影响的理论的束缚。出于解释压力正被施加到液晶层以形成图像的目的，在附图中仅示出了单元间隙可以改变或不可以改变的程度，并且不应该用于将本公开的主题范围限制到单元间隙的特定减小或其效果。
本公开的电子书写器的图像以类似于图1的模式B中的电子书写器的顶视图中所示的方式形成。书写图像的过程是首先通过施加适当的擦除电压脉冲以将整个单元最初驱动到焦锥织构56(图1)，来擦除所有先前的图像。进行此操作的电压值或电压脉冲的幅度在制作胆甾型液晶显示器的技术中是众所周知的，例如，美国专利5,453,863和5,691,795，这两个专利都通过引用并入本文。焦锥状态56中的胆甾型液晶基本上是透明的，并显示光吸收层。虽然不想受理论束缚，但据信来自触笔280的压力在没有进一步施加电压的情况下会引起导致胆甾型液晶重新定向到明亮的平面织构55的流动，该明亮的平面织构55具有本领域已知的反射率和颜色，这与背景形成对比。电子书写器的用户可以通过再次施加擦除电压脉冲而使观看区域的液晶切换回焦锥织构(即，被初始化或被擦除)。
线锐度测量方法
线锐度测量方法测量压敏电子书写器上书写线的清晰度或粗糙度。它利用自动书写系统、扫描仪和图像分析程序来控制可能影响所得到的测量值的参数。
书写
为了在电子书写器上写一条线，具有3mm直径的碳化钨球端的155g触笔杆被固定到Fisnar 4400N分配机器人的移动臂。电子书写器被放置在触笔下面的丙烯酸压板上。触笔以75mm/s的速度画出一条100mm的长线。
图像捕获
写完这条线后，使用Epson Perfection 4490照片扫描仪捕获图像。该图像以600dpi扫描为8位灰度级图像。图12B中示出了根据本公开的电子书写器的扫描图像的示例。图12A中示出了比较现有技术大幅面电子书写器的扫描图像的比较示例。
图像分析
对于图像分析，仅分析线的中间三英寸，以便排除触笔不在恒定速度下的线的开始和结束。
参照图13，示出了解释图像分析算法的简化示意图。图像分析算法扫描垂直于书写方向的连续1800行像素，在每行像素的强度分布中搜索高于某个阈值强度(阈值像素)的第一像素。
阈值强度(IT)被定义为存在于整个图像中的强度范围(IMax–IMin)的30％。
IT＝0.30(IMax-IMin)
一旦找到每一行的阈值像素，就如图14A(比较)和图14B(示例)中的曲线所示，相对像素行数绘制阈值像素位置。
然后用线性拟合来拟合相对像素行数数据的阈值像素位置。通过使用最小二乘法计算与线性拟合的偏差或残差来量化线锐度：
其中N是分析的像素行数，fi是第i行像素的最佳线性拟合阈值像素位置，以及yi是第i行像素的实际阈值像素位置。
高残差表示模糊或带轮廓的边缘，而低残差表示清晰的直边缘。对于图14B中的绘制线(对应于在由图12B表示的示例电子书写器上形成的反射参考线)，绘制线的残差是1.05。图14A的绘制线(对应于形成在由图12A表示的比较电子书写器上的反射参考线)具有5.32的绘制线的残差。如图12A和图12B所示，对形成在电子书写器上的反射参考线的视觉检查确认了本公开的示例电子书写器的示例反射线(图12B)具有增强的线锐度，而比较电子书写器的比较反射线具有较差的线锐度(图12A)。
本领域的普通技术人员将理解，使用术语反射参考线不需要在正常使用期间在电子书写器上形成这些实际线，或者不需要在正常使用中发生用于形成这些线的条件。相反，在本公开中讨论的反射参考线被呈现以在线锐度测量方法的特定条件下解释本公开的电子书写器的增强线锐度，使能够比较电子书写器的线锐度。
电子书写器的一种实施方式使用自由膜PSA结构形式的粘合剂层，其包括由两个硅树脂剥离衬垫覆盖的PSA，其中相对的粘合剂表面具有剥离衬垫的不同剥离性质。在制造电子书写器的示例方法中，首先剥离第一剥离衬垫(较低剥离强度)(图15A)，暴露PSA的一侧。暴露的PSA层压到背衬上，形成背衬子组件，其中第二剥离衬垫面朝上。例如，这在连续的卷对卷过程中进行了说明，在该过程中，第一剥离衬垫的剥离和PSA在背衬上的铺设在时间上紧密地发生。接着将第二剥离衬垫(较高的剥离强度)从背衬子组件剥离(图15B)，暴露PSA。最后，多层显示器子组件(例如，包括液晶层、导电层、至少一个基板和光吸收层)被层压到背衬子组件的暴露粘合剂上。另外，这例如在连续的卷对卷的过程中说明，在该过程中第二剥离衬垫的剥离和显示器子组件在背衬子组件上的铺设在时间上紧密地发生。最后，添加包括电子电路、电池和开关的其他设备部件，并且组件在其外围用机械夹紧结构510固定，该机械夹紧结构510被挤压框架或壳体512覆盖，形成完整的电子书写器，如图17A和图17B所示。
用于实现作为带结构的粘合剂片的方法采用两侧上涂有粘合剂的载体膜。在这种层压方法中，更粘的粘合剂(具有更高水平的粘性的层)被层压到背衬的表面上，使得粘性较小的粘合剂朝多层显示器子组件面向上。多层显示器子组件通常使用层压机层压到粘性较小的侧面。这使得光吸收层与背面子组件的带的粘性较小的正面粘合剂层接触，并且背衬与带的较高粘性的粘合剂层接触。在示例的方法中，从带的较高粘性的粘合剂层移除剥离衬垫(图16A)，并将带层压到背衬上，形成背衬子组件。例如，这在连续的卷对卷过程中进行了说明，在该过程中，第一剥离衬垫的剥离和带在背衬上的铺设在时间上紧密地发生。接下来，从较低粘性的粘合剂层移除剥离衬垫，并将显示器子组件层压到背衬子组件上(图16B)。另外，这例如在连续的卷对卷的过程中说明，在该过程中第二剥离衬垫的剥离和显示器子组件在背衬子组件上的铺设在时间上紧密地发生。最后，添加包括电子电路、电池和开关的其他设备部件，并且组件在其外围用机械夹紧结构510固定，该机械夹紧结构510被挤压框架或壳体512覆盖，形成完整的电子书写器，如图18A和图18B所示。
具体的层压技术取决于所使用的粘合剂类型。例如，对于粘性较小的粘合剂，显示器子组件从一端到另一端层压到背衬。显示器子组件在粘合剂通过夹层(nip)之前不会与其接触。在另一方面，显示器子组件可以盖在背衬上，然后穿过层压机，将空气从显示器子组件和粘合剂层之间推出。
虽然不想被理论束缚，但是PSA的织构被认为会影响通过压力写在电子书写器上的反射线的锐度。PSA的评估可以通过眼睛来完成。具有粗糙织构的光学透明PSA可能导致书写的反射线看起来呈波浪状，而具有平滑织构的光学透明PSA可能导致书写的线看起来更清晰。以这种方式评估包括光学透明PSA的粘合剂层可以导致普通技术人员根据本公开设计具有增强的线锐度的电子书写器，而无需过多的实验。本公开的电子书写器也可以按照鉴于本公开而对普通技术人员明显的方式设计成比Boogie电子书写器具有更高的压力灵敏度，例如通过降低液晶和聚合物的分散体中聚合物的浓度，从而获得宽度至少为1.5mm的较粗的线，特别是宽度为2-3mm的较粗的线。例如，这将适合于用在大幅面电子书写器中，使得观看者在更远的距离处能够轻松地读出写在电子书写器上的较粗的线。
现在将参考以下非限制性示例描述本公开的主题。
示例
示例1：使用3M 8212光学透明压敏粘合剂(PSA)，根据自由膜法构建了电子书写器原型，其表现出线锐度为1.05。这种自由膜产品是2密耳厚的永久性丙烯酸PSA。移除第一侧上的剥离衬垫，并且在压力下使用GBS层压机将PSA层压到ACP(铝包覆塑料)背衬，使得第二侧的剥离衬垫在背衬子组件的顶部上面向上。剥离衬垫从PSA的第二侧剥离，并且使用GBS层压机将显示器子组件层压到背衬子组件上(即，光吸收层接触PSA的第二侧)。
示例2：使用Catalina Graphics CMTT100PR-OC可移除PSA，根据带方法构建了电子书写器原型，其表现出线锐度为1.06。这种带产品具有1密耳的PET载体膜，在一侧上具有1密耳厚的“永久性”(65oz/in)丙烯酸PSA，在另一侧上具有1密耳厚的“可移除”(6oz/in)丙烯酸PSA。术语“永久性”和“可移除”仅涉及粘性的相对程度。剥离衬垫从带的永久性侧剥离，该带的永久性侧在压力下使用GBS层压机被层压到ACP(铝包覆塑料)背衬层上，使带的可移除侧面向上，从而形成背衬子组件。剥离衬垫从背衬子组件的可移除侧剥离，并且使用GBS层压机将显示器子组件层压到背衬子组件上(即，光吸收层接触PSA的第二侧)。
根据前述公开，所公开的实施例的许多修改和变型对于本领域中的普通技术人员来说将是明显的。因此，将理解，在所附权利要求的范围内，本发明可以不同于已经具体示出和描述的而被实践。

Claims (23)

1.一种具有增强的线锐度的液晶书写设备，包括：
前书写表面；
液晶层，其包括胆甾型液晶和聚合物的分散体，其中所述胆甾型液晶的反射率响应于施加到所述前书写表面的压力而变化，以便在所述液晶层上形成图像；
导电层，所述液晶层被设置在所述导电层之间，其中，相比于所述导电层中的第一导电层距所述前书写表面的距离，所述导电层中的第二导电层更远离所述前书写表面；
背衬，其支撑施加到所述前书写表面的压力；以及
粘合剂层，其设置在所述导电层中的所述第二导电层和所述背衬之间，
其中，所述图像的线锐度具有根据线锐度测量方法确定的不大于3.0的值。
2.根据权利要求1所述的液晶书写设备，其中，所述线锐度具有不大于2.0的值。
3.根据权利要求1所述的液晶书写设备，其中，所述线锐度具有不大于1.1的值。
4.根据权利要求1所述的液晶书写设备，包括适于跨所述导电层施加擦除所述图像的电压或至少一个电压脉冲的电子器件。
5.根据权利要求1所述的液晶书写设备，其中，所述粘合剂层是膜，所述膜包括在其一侧上的第一粘合剂表面和在其相对侧上的第二粘合剂表面。
6.根据权利要求5所述的液晶书写设备，其中，所述膜包括丙烯酸聚合物，并且具有至少2密耳的厚度。
7.根据权利要求1所述的液晶书写设备，其中，所述粘合剂层是带，所述带包括载体膜、设置在所述载体膜的一侧上的第一粘合剂层和设置在所述载体膜的相对侧上的第二粘合剂层，所述第二粘合剂层比所述第一粘合剂层更靠近所述书写表面。
8.根据权利要求7所述的液晶书写设备，其中，所述载体膜具有至少一密耳的厚度并包括聚对苯二甲酸乙二酯聚合物，所述第一粘合剂层具有至少一密耳的厚度和第一剥离强度，以及所述第二粘合剂层具有至少一密耳的厚度和第二剥离强度，所述第一粘合剂层和所述第二粘合剂层包括丙烯酸聚合物，并且所述第一剥离强度至少比所述第二剥离强度大10倍。
9.根据权利要求1所述的液晶书写设备，其中，所述背衬包括铝包覆聚合物。
10.根据权利要求1所述的液晶书写设备，其中，所述图像具有至少1.5mm的平均线宽。
11.根据权利要求1所述的液晶书写设备，其中，所述图像具有至少2.0mm的平均线宽。
12.根据权利要求1所述的液晶书写设备，其中，所述前书写表面包括前基板，并且包括支撑所述导电层中的所述第二导电层的后基板。
13.根据权利要求1所述的液晶书写设备，包括吸收穿过所述液晶层的光的不透明的光吸收层。
14.根据权利要求1所述的液晶书写设备，包括吸收穿过所述液晶层的光的半透明背层。
15.根据权利要求1所述的液晶书写设备，其中，所述前书写表面、所述导电层、所述粘合剂层和所述背衬是透视的。
16.一种具有增强的线锐度的液晶书写设备，包括：
前书写表面，其具有至少0.75ft2的表面积；
液晶层，其包括胆甾型液晶和聚合物的分散体，其中所述胆甾型液晶的反射率响应于施加到所述前书写表面的压力而变化，以便在所述液晶层上形成图像，所述图像具有至少1.5mm的平均线宽；
导电层，所述液晶层被设置在所述导电层之间，其中相比于所述导电层中的第一导电层距所述前书写表面的距离，所述导电层中的第二导电层更远离所述前书写表面；
背衬，其支撑施加到所述前书写表面的压力；以及
粘合剂层，其设置在所述导电层中的所述第二导电层和所述背衬之间，
其中，所述图像的线锐度具有根据线锐度测量方法确定的不大于3.0的值。
17.根据权利要求16所述的液晶书写设备，其中，所述图像的所述线锐度具有根据线锐度测量方法确定的不大于1.1的值。
18.根据权利要求16所述的液晶书写设备，其中，所述前书写表面具有至少6.0ft2的面积。
19.根据权利要求16所述的液晶书写设备，包括吸收穿过所述液晶层的光的不透明的光吸收层。
20.根据权利要求16所述的液晶书写设备，包括吸收穿过所述液晶层的光的半透明背层。
21.根据权利要求16所述的液晶书写设备，其中，所述前书写表面、所述导电层、所述粘合剂层和所述背衬是透视的。
22.根据权利要求16所述的液晶书写设备，其中，所述前书写表面包括前基板，并且包括支撑所述导电层中的所述第二导电层的后基板。
23.根据权利要求16所述的液晶书写设备，包括适于跨所述导电层施加擦除所述图像的电压或至少一个电压脉冲的电子器件。
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