CN112313083B - 具有缓慢放电擦除的液晶书写设备 - Google Patents

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Abstract

液晶书写设备包括：胆甾型液晶和聚合物的分散体；柔性基板，用户在该柔性基板上施加压力，该压力改变胆甾型液晶的织构以形成图像；导电层，分散体设置在该导电层之间；以及电子器件，该电子器件适于跨导电层施加擦除电压波形，以形成焦锥织构并且擦除图像。擦除电压波形包括：i)处于擦除电压VE的擦除部分，该擦除电压VE至少与胆甾型液晶的平面至垂直配向的转变起始电压(VPH0)一样高，以及ii)持续时间td的缓慢放电部分，该时间td至少为10ms。

Description

具有缓慢放电擦除的液晶书写设备
技术领域
本公开涉及一种液晶书写设备(liquid crystal writing device)，其提供新型的低功率、低成本的驱动电路(drive circuitry)和节能的波形来擦除液晶书写/绘图表面(liquid crystal writing/drawing surface)。
本公开的背景
已经存在用于生产替代纸和铅笔或石板上的粉笔的书写设备的各种技术方法。最著名的示例是玩具。20世纪60年代引进的ETCH-A-SKETCHTM是一种这样的设备。在该设备中，可移动的触笔从屏幕内部调动粉末材料以形成暗线。通过将设备倒置并摇动它以弄平表面使图像被擦除。另一个有名的示例是MAGNA DOODLETM，其是一种磁泳设备，其中在尖端上具有磁体的触笔用作画线的笔。设备用位于屏幕后面的细长磁体来擦除。据报道，有4000多万件这样的设备已被出售。
还已经提出了其他液晶书写设备。Hilsum的美国专利号4,525,032是一种这样的示例，其中胆甾型(cholesteric)或近晶型液晶用于提供由显示器上的触笔跟踪的路径的半永久性记录，并用作可重复使用的书写板。根据Hilsum，液晶材料的层被包含在两个基板之间。具有尖端的触笔接触前基板，并改变在与笔尖相邻的位置处的液晶层的选定区域的状态，以提供对应于笔移动的可观察信息。笔可以具有尖头尖端、加热尖端、发光尖端或连接到高电压高阻抗源的尖端。显示器的至少一个基板可以是可变形的、薄的或柔性的，使得液晶层可以通过局部施加压力、热、光、静电荷或电场而从一个状态改变到另一状态。显示器上产生的图像通过层的变形(例如，弯曲、加热和冷却)或电场而被擦除。
Hilsum设备所伴随的实际问题是擦除图像。加热或弯曲设备以擦除图像是缓慢且不方便的。Hilsum公开了使用特殊的胆甾型液晶进行擦除的电子装置，其中AC场的频率被施加到触笔或电极。改变频率以实现书写状态或擦除状态。然而，这并不是没有问题，因为书写和擦除之间的交叉频率(crossover frequency)是强温度相关的，并且频率以及电压非常高，消耗大量的功率导致电池寿命非常有限。
通过双稳态胆甾型液晶的发现(参见美国专利号5,453,863)完成了相当大的改进。胆甾型液晶材料在其光学和电光学特征方面是独一无二的。这些材料拥有螺旋结构，其中液晶(LC)导向器围绕螺旋轴线扭转。反射光以与LC的螺旋结构相同的旋向性(handedness)被圆偏振。通过手性掺杂剂的浓度和向列型主体的双折射来分别控制螺旋扭转的螺距，它们可以被调整成处于预先选择的波长和带宽的布拉格反射光。如果入射光没有被偏振，则其将被分解成具有相反旋向性的两个圆偏振分量，并且分量之一被反射。
胆甾型材料通常被电切换到两个稳态织构(texture)中的任一个：例如，如美国专利号5,453,863中所描述的平面或焦锥。在平面织构中，LC的导向器(分子的长轴方向)在整个单元上均匀地平行于基板的平面，但具有垂直于基板的平面的螺旋扭转。正是均匀平面织构的螺旋扭转对所选波长带中的光进行布拉格反射。焦锥织构包含扰乱液晶螺旋的定向的缺陷。在典型的焦锥织构中，缺陷密度高；因此螺旋域尺寸变小并且在定向上随机化，使得它仅仅是弱散射并且不反射入射光(即，其对入射光基本上是透明的)。一旦产生缺陷结构，它们就是拓扑稳定的并且不能被移除，除非通过诸如电场的一些外力或将液晶相的材料熔化成各向同性。因此，焦锥织构保持稳定，并将所有波长的光前向散射成吸收(通常为黑色)背景。这些双稳态结构可以在彼此之间电切换。灰度级通过各种切换方案在单像素内也是可用的，以便将垂直于基板(平面织构)定向的反射螺旋域的密度调节到随机前向散射域(焦锥织构)。
在胆甾型液晶显示器(LCD)中，液晶通常被夹在间隔特定间隙的两个基板之间。基板可以是玻璃或聚合物。底部基板涂有吸光(黑色或彩色)背景。单元间隙通常由圆柱形或球形形状的聚合物或玻璃间隔物设置。在大多数胆甾型液晶显示器中，单元间隙不是有意改变的。如果按压在胆甾型LCD的顶部基板上，液晶可能被移位(因为流体不是非常可压缩的)并被引导以径向流出该区域。主要感兴趣的是，当胆甾型液晶的焦锥织构被引导流动时，所得到的织构是平面状态。反射平面状态与暗焦锥背景很好地形成对比。这是通过引用以其整体并入本文中的题为“Pressure Sensitive Liquid Crystalline LightModulating Device and Material”的美国专利号为6,104,448的背后的原理，其公开了向液晶调光材料施加机械应力将初始光散射焦锥织构改变为光反射平面织构。美国专利号6,104,448公开了一种聚合物网络，其与手性向列型液晶(chiral nematic liquid crystal)一起溶解，并且与其相分离以形成使单元结构的厚度稳定的分离的聚合物域。
在美国专利号6,104,448中，可以用无缆触笔或指甲在设备上书写图像。整个图像利用按下按钮来擦除，按下按钮向胆甾型设备施加低电压DC脉冲。双稳态胆甾型材料的优点是，在书写设备上产生的图像在不施加电场的情况下不会随着时间的推移而劣化并无限期地持续下去，直到被擦除。然而，如美国专利第6,104,448号所公开的，使用低电压DC脉冲来擦除胆甾型设备使该设备保持易受重影的影响，其中即使在擦除已经完成后，要擦除的图像仍然是模糊可见的。脉冲的电压电平(voltage level)也必须是精确的，因为太低的电压导致图像中的一些明亮平面域(bright planar domain)保留在明亮平面织构中，并且太高的电压导致一些胆甾型材料垂直配向地排列(homeotropically aligning)，使得它在去除脉冲时转到明亮平面织构。
图1A中示出了用于包含胆甾型液晶显示器或LCD的书写/绘图表面的现有技术擦除波形(例如，在Kent Displays,Inc.的Boogie
Figure BDA0002829923380000031
电子书写器(eWriter)中使用的擦除波形)，其解决了重影的问题。图1A的电子书写器(液晶书写设备)包含指定为A和B的两个输入端，驱动波形(drive waveform)VA和VB分别被施加到这两个输入端，以便将显示器擦除到黑暗焦锥状态。驱动波形VA和VB由3个电平组成：0V，VFC(电压焦锥)和VP(电压平面)。当这些电平中的每一个都是零或正时，跨显示器看到的所得电压波形(VA-VB)是双极性的，并且由电平0V、±VFC和±VP组成。所得波形中脉冲(正或负)的典型持续时间是150毫秒(ms)，并且脉冲之间是50ms。
±VP(电压平面)脉冲将液晶从平面和焦锥初始织构驱动到垂直配向状态，以便清除先前的图像。这些快速断开(放电)的脉冲本身将使显示器保持为明亮(反射)的平面织构。为了准备新的书写/绘图，需要±VFC脉冲来将显示器置于黑暗(不反射)的焦锥织构中。脉冲之间的时间具有在液晶内产生附加湍流的功能，以帮助消除先前图像的重影。脉冲之间的时间的另一个功能是通过在施加相反极性的脉冲之前对显示器放电来降低功耗。所得波形的DC平衡使显示器能够经受连续、重复的切换，而没有否则由于显示器内的离子杂质而可能出现的故障。
图2提供了用于产生现有技术波形的显示驱动电路的示意图。胆甾型液晶显示器(LCD)书写/绘图表面200(内部表示为电容器)具有两个驱动端子210和220。高压侧驱动器250被提供以将驱动端子210和220连接到高压电源240。低压侧驱动器260被提供以将驱动端子210和220连接到地。限流电阻器230(可选的)被包括在驱动端子210和220与驱动器250和260之间。控制信号270至273被排序以使能/禁用驱动器，以便在驱动端子210和220处产生所需的驱动波形。协调地，高压电源240被配置成在前两个脉冲期间输出VP，并且对于剩余的脉冲输出VFC。
用于擦除书写/绘图表面的现有技术依赖于最初为基于玻璃的胆甾型LCD标牌产品(signage product)开发的方法。这些产品中的显示器需要具有精确电压电平的DC平衡驱动波形，以便有效地擦除，并且在擦除期间，驱动波形常常在显示器上产生可见的闪烁。
生产具有擦除功能的电子液晶书写设备将是有用的，所述擦除功能是专门为这些设备的柔性胆甾型液晶书写/绘图表面开发的。这样的设备将受益于升压转换器和驱动电路的尺寸、复杂性和成本的降低，同时还提高了能量效率并且消除了擦除期间可见的显示器闪烁。
公开概述
本公开的第一方面的液晶书写设备的特征在于：胆甾型液晶和聚合物的分散体；柔性基板，用户在该柔性基板上施加压力，该压力改变胆甾型液晶的织构以形成图像；导电层，分散体设置在该导电层之间；以及电子电路，该电子电路适于跨导电层施加擦除电压波形，以形成焦锥织构并且擦除图像。擦除电压波形包括：i)处于擦除电压VE的擦除部分，该擦除电压VE至少与胆甾型液晶的平面至垂直配向的转变起始电压(VPH0)一样高，以及ii)持续时间td的缓慢放电部分，时间td为至少10毫秒(ms)。本领域的普通技术人员在阅读本公开时会意识到，尽管“缓慢放电部分”及其持续时间的含义可以根据液晶材料和电子书写器设计而变化，但是它比使用现有技术方波形发生的从擦除电压到零的瞬时电压降更长。擦除电压波形可以由较低成本和复杂性的电子器件产生，比现有技术的电子书写器的擦除波形更节能，并且消除了擦除期间的可见闪烁，该可见闪烁是现有技术的电子书写器中使用的擦除波形的典型现象。
如本领域普通技术人员根据本公开所理解的，可以修改包括Kent Displays,Inc.的胆甾型液晶的任何电子书写设备(也称为电子书写器)，以利用本公开的缓慢放电擦除和/或擦除电子设备，包括在美国专利第9,116,379号中和在公布的专利申请公布号US2010/0265214和US2016/0342023中公开的电子书写器，上述专利和专利申请以其整体通过引用并入本文。
在使用单极波形的一个实施方式中，本公开的液晶书写设备具有低成本、低复杂性、低功率擦除功能。特别地，现有技术驱动电路的高压侧250和低压侧260驱动器块(driver block)每个都需要多个组件来实现。通过减少必须产生的控制信号270至273的数量，消除这些块减小了电路的尺寸和成本，并且减小了控制器(未示出)的尺寸和成本。在使用双极波形的另一个实施方式中，即使液晶书写设备没有消除高压侧/低压侧驱动器块并且没有增加另外的复杂性，本主题的优点仍然存在。另外的益处来自于减少必须由升压电源(boost supply)(VFC和VP)产生的电压电平的数量以及这些电压所需的精度。虽然VP必须仅高于某一阈值，该阈值足够高以使液晶导向器垂直配向地排列，但VFC必须在几伏内是精确的，以在与现有技术的书写/绘图表面一起使用的电路中实现良好的黑暗状态(darkstate)。并且最后，通过减少本公开的擦除波形中的脉冲的数量来实现更节能的擦除，每个脉冲需要能量来对胆甾型液晶书写/绘图表面的电容充电。脉冲数量的任何减少都提供了附加的益处，即在擦除期间减少书写/绘图表面的可见闪烁。此外，通过使用驱动波形来完全消除明亮的闪烁，所述驱动波形确保处于垂直配向状态的液晶域转变为黑暗焦锥织构而不是明亮平面织构。
现在参考本公开的第一方面的更多具体特征，时间td是下列中的任一个：至少25ms、至少50ms、至少56ms、至少64ms、至少80ms；至少150ms、至少0.5秒、至少1秒；至少2秒；至少3秒；以及至少10秒。td的这些值是作为示例提供的，不应被解释为不适当地限制主题公开。另一个具体特征是擦除电压波形是单极波形。另外的具体特征是擦除电压波形是双极波形。又一个特征是擦除电压VE高于平面至垂直配向的转变电压(VPH)和焦锥至垂直配向的转变电压(VFH)两者。更具体地，另一个特征是其中擦除电压波形的擦除部分是瞬时的。还此外，一个特征是擦除电压波形持续时间te，时间te至少是150ms。应当理解的是，在公开概述中列出的具体特征可以彼此以任意组合使用，并且在替代方案中与详述的特征组合使用。本公开的第一方面的具体特征可以与其第二方面和第三方面结合使用，并且反之亦然。
第一方面的另一个具体特征是电子器件为擦除电压波形的缓慢放电部分提供以下中的至少一种：(i)RC放电特性；(ii)恒定电流下的电压放电和(iii)阶梯式放电特性。
第一方面的其他具体特征是以下中的任何特征。双极波形包括多于一个脉冲，并且每个所述脉冲包括所述缓慢放电部分。在另一个特征中，书写设备在擦除时没有平面闪烁(planar flash)，并且在使用单极擦除波形或双极擦除波形时没有图像残留(imagesticking)。可以通过包括缓慢放电来避免液晶看起来明亮的平面闪烁，该缓慢放电防止在足以将液晶驱动到垂直配向状态的振幅的擦除波形的任何部分之后在液晶中形成平面织构。通过适当选择擦除电压波形参数，可以避免图像残留，图像残留也被称为重影，并且指的是即使在擦除后图像的一部分仍然可见。
应当理解，在本主题公开的所有方面和实施方式中，考虑了以最低反射率擦除到焦锥织构。然而，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以在擦除的电子书写器中容许一定量的灰度级，正如以任何方式实现的，例如，通过使用擦除电压波形的缩短的缓慢放电部分，或时间td。
此外，还应当理解，在本公开中，擦除电压VE的值可以是正的或负的，并且除非另有说明，否则任一个电压都被预期以及修改以实现任一种极性。
现在转到第一方面的电子器件的一个具体特征，该电子器件包括升压转换器电路，该升压转换器电路包括处于擦除电压VE的输出端子。跨导电层施加擦除电压波形，并且以被选择以产生擦除电压波形的缓慢放电部分的电阻、相对于导电层来设置电阻器。
在第一方面的电子器件的另一个具体特征中，该电子器件包括定时电路、开关和用于向升压转换器电路提供包括电压输入的电力的稳压电源或电池。定时电路适于检测来自开关的信号，该信号使定时电路能够向升压转换器电路的输入端发送使能信号，由此升压转换器电路输出擦除电压VE。
在第一方面的电子器件的又一个具体特征中，该电子器件包括开关和稳压电源或电池，该稳压电源或电池用于向电子电路提供电力，包括向升压转换器电路提供电压输入。开关被激活的持续时间控制到升压转换器电路的输入端的使能信号的持续时间，由此升压转换器电路输出擦除电压VE。
在第一方面的电子器件的又一个具体特征中，该电子器件包括用于提供电源电压VDD的稳压电源或电池，以及包括处于与擦除电压VE+电源电压VDD相等的电压的输出端子的升压转换器电路。导电层中的一个处于输出端子电压，导电层中的另一个处于电源电压VDD。电阻器被配置成产生擦除电压波形的缓慢放电部分的期望持续时间。
在本公开的第二方面，胆甾型液晶电子书写器通过向包括液晶层的书写/绘图表面施加压力来形成图像，所述液晶层包括胆甾型液晶材料和聚合物的分散体。提供导电层，液晶层设置在所述导电层之间。电子书写器的电子器件适于跨导电层施加擦除电压波形，以形成焦锥织构并且擦除图像。擦除电压波形包括擦除部分和缓慢放电部分。电子器件包括：
具有电压VDD的稳压电源或电池；
控制器，所述控制器包括电压VDD输入端、开关SW输入端、使能EN输出端、升压BST输出端、反馈FB输入端和可选的放电DCHG输出端；
充当开关的晶体管Q3，所述晶体管Q3由来自控制器的使能EN输出端的使能信号控制；
升压转换器电路，所述升压转换器电路包括：充当开关的晶体管Q1，所述晶体管Q1由来自控制器的BST输出端的升压信号控制；二极管；电感器，所述电感器位于开关Q3和二极管之间；以及电容器C1，所述电容器C1与书写/绘图表面并联；
升压转换器电路包括反馈电路，所述反馈电路被配置成基于来自升压转换器电路的升压转换器输出电压向控制器的FB输入端提供反馈；
放电电路，所述放电电路可选地受来自控制器的DCHG输出端的放电信号的控制。
响应于施加到开关SW输入端的、指示擦除图像的控制信号，控制器使晶体管Q3导通，将电压VDD施加到升压转换器电路。反馈电路通过反馈FB输入端向控制器指示升压转换器输出电压何时低于设定的电平，导致控制器使能来自输出端BST的信号，所述信号使晶体管Q1导通并且使能量存储在电感器中。当控制器随后断开晶体管Q1时，存储在电感器中的能量通过二极管放电，增加了电容器C1上的擦除电压并且增加了并联的书写/绘图表面中的擦除电压，从而形成擦除电压波形的擦除部分，并且放电电路产生擦除电压波形的缓慢放电部分。
虽然系统控制器在本公开中被描述为微控制器，但是应当理解，可以使用其他类型的控制器类型，例如基于现场可编程门阵列(FPGA)的设备或具有由适当设计的状态机实现的控制器逻辑的专用集成电路(ASIC)。
现在转到本公开的第二方面的具体特征，反馈电路包括电阻分压器(resistivevoltage divider)，该电阻分压器适于产生作为升压转换器输出电压的缩放版本的控制器的FB输入，升压转换器输出电压调节到VFB的换算值。VFB是控制器通过泵浦或不泵浦升压转换器电路来将FB输入端调节到的电压电平。升压转换器电路的泵浦在BST信号上输出一系列脉冲，此时每个脉冲导致电容器C1上的电压增加，直到升压转换器输出电压达到设定的电平。
在本公开的第二方面的另一个具体特征中，反馈电路包括齐纳二极管和电阻器。反馈电路适于将升压转换器输出电压调节到VFB+VZ，其中VZ是齐纳二极管电压，并且VFB是控制器通过泵浦/不泵浦升压转换器电路来将其FB输入调节到的电压电平。升压转换器电路的泵浦在BST信号上输出一系列脉冲，此时每个脉冲导致电容器C1上的电压增加，直到升压转换器输出电压达到设定的电平。
在本公开的第二方面的又一具体特征中，放电电路包括电阻器，该电阻器被配置成向擦除电压波形的缓慢放电部分提供RC放电特性。
在本公开的第二方面的另外的具体特征中，放电电路包括电阻器和充当开关的晶体管Q4，该晶体管Q4受从控制器输出的放电信号DCHG的控制。控制器在升压转换器电路被使能时断开晶体管Q4，从而节省电力，并且然后在升压转换器电路被禁用时使晶体管Q4导通，从而使升压转换器电路输出电压能够通过电阻器放电。
在本公开的第二方面的另一个具体特征中，放电电路被配置成通过以恒定电流释放电压来形成擦除电压波形的缓慢放电部分。
还进一步作为第二方面的特征，放电电路包括充当限流开关的晶体管Q5，该晶体管Q5受来自控制器的DCHG输出端的放电信号的控制。感测电阻器R15产生与通过晶体管Q5从升压转换器电路输出端放电的电流成比例的电压。在感测电阻器两端的电压变得足够大以使晶体管Q6导通时，晶体管Q6通过从晶体管Q5的基极汲取电流来限制放电电流。控制器在升压转换器电路被使能时断开晶体管Q5，从而节省电力，并且然后在升压转换器电路被禁用时导通晶体管Q5，使得升压转换器输出电压能够在由感测电阻器R15设定的电流限制下放电。
在本公开的第三方面，胆甾型液晶电子书写器通过向包括液晶层的书写/绘图表面施加压力来形成图像，所述液晶层包括胆甾型液晶材料和聚合物的分散体。提供导电层，液晶层设置在所述导电层之间。电子书写器的电子器件适于跨导电层施加擦除电压波形，以形成焦锥织构并且擦除图像。擦除电压波形包括擦除部分和缓慢放电部分。电子器件包括：
具有电压VDD的稳压电源或电池；
控制器，所述控制器包括电压VDD输入端、开关SW输入端、使能EN输出端、升压BST输出端和反馈FB输入端；
充当低压侧开关的晶体管Q2，所述晶体管Q2由来自所述控制器的所述EN输出端的使能信号所控制并且以接地为参考；
升压转换器电路，包括充当开关的晶体管Q1，电感器，二极管D2，电连接到二极管D2的阴极和导电层中的第一个的电容器C1，该晶体管Q1由来自控制器的BST输出的升压信号所控制，
电容器C1上的电压是来自所述升压转换器电路的输出；
升压转换器电路包括被配置成向控制器的FB输入端提供反馈的反馈电路；
可选的限流电阻器，所述限流电阻器位于导电层的第二层和晶体管Q2之间的路径中；
放电电阻器R6，所述放电电阻器R6跨导电层连接。
响应于指示擦除图像的控制信号，控制器使晶体管Q2导通，向升压转换器电路提供接地参考(ground reference)。反馈电路被配置成向控制器指示从升压转换器电路输出的、出现在电容器C1上的升压转换器电压何时低于设定的电平，导致控制器使能升压信号，该升压信号使晶体管Q1导通并且使能量存储在电感器中。当控制器随后断开晶体管Q1时，存储在电感器中的能量通过二极管D2放电，从而增加了电容器C1上的电压并且增加了跨书写/绘图表面的擦除电压，以形成擦除电压波形的擦除部分，并且放电电阻器R6产生擦除电压波形的缓慢放电部分。
转到本公开的第三方面的具体特征，控制器包括三个通用数字输入/输出引脚：一个用于FB输入端，一个用于BST输出端，并且一个用于使能EN输出端。
又一个特征是其中控制器包括耦合到用户控制的开关的第四通用输入/输出引脚，所述用户控制的开关适于产生启动擦除电压的施加的控制信号。
在另外的特征中，控制器是微控制器。
附图简述
参考附图，在阅读下文的详细描述后，本文描述的本发明的示例的特征和优势对于本发明所涉及的领域的技术人员将变得明显，在附图中：
图1A示出了分别施加到书写/绘图表面的两个端子(A和B)以便擦除现有技术的电子书写器的电压波形VA和VB，而图1B提供了书写/绘图表面的电-光响应曲线；
图2示出了用于产生图1A的波形的书写/绘图表面驱动电路的框图；
图3A、图3B、图3C和图3D示出了具有本公开的主题的缓慢放电的四个单极擦除波形；
图4根据本公开示出了用于实现图3的波形的电子器件的框图；
图5示出了用于本公开的液晶书写设备的基于控制器的系统，该系统可适于产生图3A、图3B、图3C和图3D中的所有擦除波形；
图6A和图6B示出了图5中的反馈电路的多个实施方案；
图7A、图7B和图7C示出了图5中的放电电路的多个实施方案；
图8示出了用于本公开的液晶书写设备的基于控制器的系统的另一方面，该系统使用低压侧开关在擦除之间使反馈电路、放电电路和LCD掉电；
图9A、图9B、图9C和图9D示出了具有本公开的主题的缓慢放电的四个DC平衡擦除波形；
图10示出了本公开的液晶书写设备的书写/绘图表面驱动电路的框图，该驱动电路可适于产生图9A、图9B和图9C中的所有擦除波形；以及
图11示出了根据本公开的用于实现图9A的波形的液晶书写设备的书写/绘图表面驱动电路的框图的另一方面。
详述
本公开的液晶书写设备的特征在于：液晶层，该液晶层包含胆甾型液晶和聚合物的分散体；柔性基板，用户在该柔性基板上施加压力，该压力改变胆甾型液晶的反射率以形成图像；导电层，液晶层设置在该导电层之间；以及电子电路，该电子电路适于跨导电层施加擦除电压波形，其中该擦除电压波形包括缓慢放电部分并且在胆甾型液晶中形成焦锥织构，擦除了图像。
单极擦除波形
图1B提供了电-光响应曲线，其基于两个初始状态(最大反射(明亮)状态100和最小反射(黑暗)状态110)中的任一个图示了给定持续时间例如150ms的跨书写/绘图表面施加的方波电压脉冲(square voltage pulse)对书写/绘图表面的所得反射率的影响，在最大反射(明亮)状态100中，液晶材料处于平面织构，在最小反射(黑暗)状态110中，液晶材料处于焦锥织构。从初始明亮状态开始，例如在每微米单元厚度约0.5伏至2伏的范围内的适当阈值电压120的脉冲将导致液晶材料的至少一部分变为焦锥织构，并且将导致其反射率降低。例如在每微米单元厚度约1伏至6伏的范围内的另一个阈值电压(平面到焦锥转变电压(VPF)130)的脉冲将把液晶材料变为黑暗状态。在明亮状态和黑暗状态之间，反射率沿灰度级变化，该灰度级是两种状态之间反射率值的连续体。例如在每微米单元厚度约2伏至9伏的范围内的大于VPF并且低于另一个阈值的脉冲(平面至垂直配向的转变起始电压(VPH0)140)将液晶材料变为黑暗状态。在VPH0，初始处于明亮状态的材料的至少一部分将垂直配向地排列，并且在脉冲结束时切换到明亮状态，导致具有大于黑暗状态的反射率的光学状态。在更高的阈值电压(平面至垂直配向的转变电压(VPH)150)处，初始处于明亮状态的所有材料将垂直配向地排列并且在脉冲结束时返回到明亮状态，导致书写/绘图表面返回到其最大反射(明亮)状态。
从初始的黑暗状态110，低于阈值电压(焦锥至垂直配向的转变起始电压(VFH0)160)、通常略高于VPH0的脉冲将使液晶材料保持在黑暗状态。在VFH0，最初处于黑暗状态的材料的至少一部分将垂直配向地排列，并且在脉冲结束时切换到明亮状态，导致具有大于黑暗状态的反射率的光学状态。在更高的阈值电压(焦锥至垂直配向的转变电压(VFH)170)处，初始处于黑暗状态的所有材料将垂直配向地排列并且在脉冲结束时切换到明亮状态，导致书写/绘图表面切换到其最大反射(明亮)状态。例如在每微米单元厚度约4伏至13伏的范围内的焦锥至垂直配向的转变电压通常略高于VPH。
应当理解，在光学状态之间驱动材料所需的每微米电压可能取决于材料的组成而变化，但是考虑到本公开，应当理解确定所需的电压完全在本领域的技术范围内。
图1A中用于擦除现有技术电子书写器上的书写/绘图表面的擦除波形是基于为电子寻址图形显示器(electronically addressed graphical display)开发的使用例如在图1B中的电-光响应曲线的擦除技术，其中VP将被选择为大约VFH或更高，并且VFC将被选择为在VPF和VPH0之间的中间电平，以确保在给定电子器件的容差以及由于显示器制造容差和温度产生VPF和VPH0阈值电平的偏移的情况下，实现良好的焦锥。这些图形显示器以以下方式更新，在该方式中，在新图像将被逐行电子书写之前，整个显示器将被擦除。需要快速擦除，以便最小化在新图像将被显示之前用户必须等待的时间量。此外，因为这些类型的显示器在计算机控制下可能连续的更新，所以显示器在更新的次数和频率方面具有严格的寿命要求。然而，电子书写器中的书写/绘图表面的使用和操作与图形显示器不同。在典型的使用中，本公开的电子书写器(液晶书写设备)的书写/绘图表面通过手利用触笔施加压力来书写或绘图，并且由用户手动地擦除(通过激活擦除开关来完全擦除)，通常在短时间活动脉冲之间具有延长的间隔。显示器的不频繁擦除具有恢复效果，即使在使用不是DC平衡的擦除波形时，也能保持显示器的寿命。此外，用户期望擦除以呈现空白页面用于书写，这使较长持续时间的擦除(在此期间书写/绘图表面呈现空白)是可接受的。
本公开是基于以下发现：在电子寻址图形显示器和电子书写器的书写/绘图表面之间的这些使用和操作模式差异使得不同的擦除机制成为可能。长期已知的是，当快速去除足够高的电场使电子寻址图形LCD中的胆甾型液晶切换到明亮的平面织构时，缓慢去除电场使胆甾型液晶切换到黑暗焦锥织构(参见美国专利第5,437,811号)。然而，在此之前，使用这种缓慢减小的电场的机制来将显示器切换到焦锥织构的益处和适用性还没有被认识到并且应用到电子书写器的使用中。相反，根据这样的图形胆甾型LCD的设计，本领域的普通技术人员在精确擦除电压电平和快速电压去除的不同方向上被导引，即使电子书写器追溯到过期的美国专利第6,104,448号已经存在了很长时间。
图3A-图3D提供了用于本公开的电子书写器的书写/绘图表面的合适的擦除波形的四个示例。这些单极波形需要从升压电源产生单个电压电平VE，并且包括波形的缓慢放电部分，在该缓慢放电部分期间波形从VE下降到0V。VE电平310的波形持续时间是时间te。虽然图1B定义了方波电压脉冲的电-光响应曲线上的阈值，但是这些阈值在被获得用于持续时间te的方波脉冲时在为VE定义合适的值的上下文中也是有用的。用于VE的电压应当至少与平面至垂直配向的转变起始电压(VPH0)一样高，因为任何垂直配向地排列的域将通过逐渐放电切换到焦锥，而其他不垂直配向地排列的域将直接切换到焦锥。缓慢放电确保了直接切换到焦锥的显示器的所有区域经历适合这种转变的电压电平，从而放松了对显示器均匀性的要求。注意，基于方波脉冲的现有技术波形不能使用大于VPH0的幅度的脉冲来切换到黑暗状态。最后，VE的电压高于平面至垂直配向的转变电压(VPH)和焦锥至垂直配向的转变电压(VFH)两者是有利的，因为它垂直配向地排列所有材料以用于消除重影的最大效果，并且所有显示器通过缓慢放电从垂直配向的排列切换到黑暗焦锥织构。因为擦除电压VE仅受最小阈值而非范围的限制，所以它有利地不具有严格的精度要求。
时间te>0，并且特别地，te是至少约150ms。例如，在具有2μm单元间隙和10V/μm的VFH的书写/绘图表面上使用23V的VE的室温测试表明，只要时间td的缓慢放电部分320、320'、320”的波形持续时间足够长，则一旦达到VE电平，就可以立即通过开始放电来擦除。在这种情况下，虽然不想被理论所束缚，但te可以是无穷小的或非常短的。然而，te的典型值可以是150ms。例如，图3B中所示的恒定电流放电的缓慢放电部分320'(室温并且使用te＝150ms，VE＝23V)表明，当td在约56ms至68ms的范围内时，良好的擦除开始；并且当使用更长持续时间的放电时实现了良好的擦除。在另一个示例中，图3A中所示的RC放电的缓慢放电部分320(室温并且使用te＝150ms，VE＝23V)表明，当td在约64ms至80ms的范围内时，良好的擦除开始；并且当使用更长持续时间的放电时实现了良好的擦除。在这种情况下，在约5至6个RC时间常数之后，放电被认为是完全的，其中单个RC时间常数被定义为电压放电到其初始值的e-1(＝0.3679)倍所需的时间。在没有办法禁用放电电阻器的原型中，RC放电部分320使用约3秒的td来保持VE部分的负载最小。虽然不想被理论所束缚，但是在所有实施方式中，较长的持续时间te和td可以避免重影并且适应温度的变化。缓慢放电部分320、320'、320”的时间td是下列中的任一个：至少10ms、至少25ms、至少50ms、至少56ms、至少64ms、至少80ms；至少150ms；至少0.5秒、至少1秒；至少2秒；至少3秒；以及至少10秒。例如，对于在最低限度情况下的恒定电流放电，缓慢放电部分320'的持续时间td在56ms至68ms的范围内，并且擦除在较长的缓慢放电持续时间内保持良好。对于在最低限度情况下的RC放电，缓慢放电部分320的持续时间td在64ms至80ms的范围内，并且擦除在较长的缓慢放电持续时间内保持良好。驱动波形参数(幅度VE、VE部分的持续时间te和缓慢放电的持续时间td)将根据温度以及所使用的特定的液晶和聚合物的特性和量而变化，但是可以由本领域普通技术人员根据本公开容易地确定。图3A-图3D不是按比例绘制的，而是电压行为随时间变化的近似值，其不应当被用于限制本公开。图3的波形的缓慢放电部分320、320'或320”可以比波形的VE电压部分310更短或更长，甚至长得多。此外，波形的缓慢放电部分的斜率和形状可以与附图中所示的不同，而不脱离本公开的主题的精神和范围。
图3A中的波形的缓慢放电部分320是使用跨书写/绘图表面端子210和220放置的简单的电阻器产生的，以便释放跨液晶电容的电压。图3B中的波形的缓慢放电部分320'是使用附加电路产生的，所述附加电路被配置成以恒定电流释放跨液晶电容的电压。最后，图3C中的波形的缓慢放电部分320”是使用附加控制以间歇地释放跨液晶电容的电压(使用类似于图3A或图3B中的方法)来产生的，以便产生由一系列阶跃电平(step level)组成的可调放电特性。尽管它们在形状上相对不同，但是图3A、图3B和图3C的每个擦除电压波形的特征在于缓慢放电部分，使波形与现有技术的电子书写器中(例如，参见图1A)和图形显示器中使用的方波擦除电压脉冲大不相同。
图3A、图3B和图3C中的擦除波形是节能的，因为只有单个驱动脉冲(液晶电容只充电一次)。此外，由于单个缓慢放电的驱动脉冲不产生平面织构，因此在电子书写器上没有闪烁。然而，如图3D中所示，本公开的擦除波形也可以包括两个或更多个驱动脉冲。虽然图3D示出了多个图3B中的类型的脉冲，但是可以使用图3A、图3B或图3C中的脉冲的任何类型或类型的任何组合。在一些情况下，脉冲可以由时间间隔330分开，如图3D所示的第一脉冲和第二脉冲之间。在其他情况下，脉冲之间的时间间隔330可以减少至零。在又其他情况下，脉冲320、320'或320”的缓慢放电部分可以被截断，使得下一个脉冲在较早的脉冲完全放电之前开始，如图3D中所示，其中第三脉冲的VE电平310处的波形持续时间在第二脉冲的缓慢放电部分320'完成之前开始。附加脉冲的使用可以以每个脉冲的附加能量消耗为代价来提供针对重影的附加的保护。即使有多个脉冲，在擦除期间也没有明亮的闪烁，因为缓慢放电防止平面织构的形成。
电子器件
图4示出了实现图3A的擦除波形的液晶书写设备400的框图。该设备包括电池410以给该设备供电。开关420由用户激活来触发设备擦除书写/绘图表面200(LCD)。在本文的所有实施方式中，术语“书写/绘图表面”和“LCD”与电子书写器结构可互换地使用，所述电子书写器结构包括液晶层和可选的间隔物、柔性基板以及导电层，所述液晶层包括胆甾型液晶和聚合物的分散体，用户在所述柔性基板上施加压力，该压力改变胆甾型液晶的织构以形成图像，液晶层设置在所述导电层之间。此外，在本文的所有实施方式中，驱动端子210和220各自连接到液晶层被设置在其间的两个导电层中的单独的一个，使得跨驱动端子的电压与跨显示器的电压、跨书写/绘图表面的电压、跨导电层的电压或跨液晶电容的电压可互换地使用。开关420的激活由定时电路430检测，定时电路430在固定的时间量内向升压电路440的使能输入端EN断言使能信号。定时电路可以简单地将开关420直接连接到升压电路440使能输入端EN，在这种情况下，定时由用户按压开关的持续时间控制。替代地，定时可以使用RC电路、单触发(单稳态多谐振荡器)或本领域普通技术人员熟悉的其他手段来控制，以向升压电路440的使能输入端EN提供期望持续时间的使能信号。升压电路440在使能信号EN被断言时拉(source)电流以在其输出端OUT支持擦除电压VE，并且在未被断言时为零电流。书写/绘图表面驱动端子210连接到升压电路440的输出端OUT，端子220连接到地，使得当升压电路440被使能时，电压VE跨书写/绘图表面200出现。一旦升压电路440被禁用，跨书写/绘图表面端子210和220放置的电阻器R就被调整大小以基于特定的液晶显示器产生期望的放电速率。等效地，升压电路440可以以逆向配置使用，该逆向配置在使能信号EN被断言时灌(sink)电流以在其输出端OUT支持擦除电压VE，并且当未被断言时为零电流。因此，擦除机制可以在单极脉冲的任一极性下工作。升压电路将液晶层快速充电直至擦除电压VE。在升压电路被使能的时间期间，它通过连续提供电荷来替换由电阻器R消耗(drainoff)的电荷，将跨书写/绘图表面200的电压保持在擦除电压VE。一旦升压电路不再被使能，由电阻器R消耗的电荷就导致电压下降，如图3A中所示。
在替代实施方式中，当图4中的升压电路被禁用时，该升压电路在其输出端OUT拉电流以支持电池电压VDD。在这种情况下，端子220的接地连接可以用与VDD的连接来代替，使得当升压转换器被禁用并且液晶电容已经通过电阻器R放电时，跨书写/绘图表面200(端子210和220两者都处于VDD)出现0V。使升压电路适于输出(VE+VDD)的电压使得当升压电路被使能时期望的擦除电压VE跨书写/绘图表面出现，其中端子210处于(VE+VDD)，并且端子220处于VDD。图3A的擦除波形跨书写/绘图表面200产生(端子210电压减去端子220电压)，并且当升压转换器被禁用时，端子210通过电阻器R缓慢放电至VDD。
基于微控制器的系统
图5中示出了以微控制器510(例如Texas Instruments MSP430G2111)为特征的替代实施方式。由稳压电源或直接由电池将电源(VDD)提供给设备。用户向微控制器510发送信号，以通过激活(例如按压)开关S1来擦除书写/绘图表面，这将微控制器510的通常高的SW输入拉低。微控制器中的固件检测到这种变化，并且在可选地将信号去抖动之后，开始向书写/绘图表面200(LCD)产生期望的擦除波形。在该实施方式中，微控制器510实现图4的定时电路430和升压电路440的功能。
产生擦除波形的第一步是微控制器510使用EN信号导通(通常断开)充当开关的晶体管Q3，使电路的其余部分能够通电。对于本领域普通技术人员明显的是，L1、D1、R2、Q1、C1和反馈电路520是由微控制器510控制的升压转换器电路540的组件。该电路在操作时的目的是产生大于电容器C1上的VDD并且与书写/绘图表面200并联的电压(擦除波形电压VE)。反馈电路520使用FB信号向微控制器510指示，在C1上的升压转换器电路540输出电压是否低于设定的电平，设定的电平在这种情况下为VE。当低于设定的电平时，微控制器510在BST信号上输出一系列的脉冲，其中每个脉冲导致电容器C1上的电压稍微增加，直到达到设定的电平。处于VDD电压的BST信号上的每个脉冲都导通充当开关的晶体管Q1，使电流流过电感器L1并且将能量存储在电感器中。当晶体管Q1随后通过在脉冲结束时将BST清除至输出0V而断开时，该能量流过二极管D1进入电容器C1，增加电容器上的电压。对于二极管D1，通常优选的是肖特基二极管(Shottky diode)，因为它们的低正向电压增加了升压电路的效率。BST信号被调谐到处于适合于所选电路组件和电压输入/输出电平的频率和占空比的脉冲，以有效地增加电容器C1上的电压，并且从而也增加书写/绘图表面200上的电压。一旦电容器C1上的电压达到设定的电平，BST上的脉冲就停止，直到反馈电路指示电压已经下降到低于设定的电平，并且需要一个或更多个附加的脉冲来重新建立设定的电平。
在图6A和图6B中提供了替代的反馈电路实施方案520和520'。在图6A中提供了电阻分压器反馈电路。该电路产生(1+R8/R7)*VFB的升压转换器输出电压，其中VFB是微控制器510通过泵浦/不泵浦升压转换器(通过脉动(pulsing)/不脉动其BST输出)来将其FB输入调节到的电压电平。(1+R8/R7)的值可以基于VFB和所需的输出电压电平(VE)容易地在从5至25的范围内。在设定输出电压电平时，大的(1+R8/R7)值与VFB相乘需要高精度的VFB，以便避免输出电压中的大误差。通常，这需要带有内部比较器和电压基准的微控制器，以用于调节VFB。注意，现有技术的设备通常包括这些组件，以便精确地产生VFC(焦锥擦除)电压电平。
图6B中示出了并入齐纳二极管D2的特别合适的反馈电路实施方案520'。采用该电路，升压转换器输出电压被调节到(VFB+VZ)，其中VZ是齐纳二极管电压。在该电路中，VFB的不确定性被添加到输出电压中，而不用乘以大比例因子。这与要求通过升压转换器只产生单个电压容限电平(voltage-tolerant level)VE的新的擦除波形相结合，允许使用微控制器510上的通用数字输入/输出引脚用于输入FB，消除了对电压基准和比较器的需要。
在图7A-图7C中提供替代的放电电路实施方案530、530'、530”。放电电路的目的是在擦除波形的一个或更多个脉冲结束时产生从VE下降到0V的缓慢放电部分，这导致书写/绘图表面200切换到黑暗焦锥织构。图7A中的电路由简单的电阻器R10组成，一旦升压转换器断开，就会产生众所周知的RC电压放电响应。该反馈电路在放电电路控制输入端532处不需要来自微控制器510的放电(DCHG)信号，这可能允许使用较小的微控制器设备。
图7A中放电电路的一个小缺点是当升压转换器被使能并且产生VE时，从升压转换器输出端通过电阻器R10汲取的电流。图7B中的放电电路530'通过在放电电路控制输入端532处添加充当开关的晶体管Q4来补救这一点，晶体管Q4受来自微控制器510的放电(DCHG)信号的控制。微控制器510可以在升压转换器被使能时断开晶体管Q4，从而节省功率，并且然后在升压转换器被禁用时导通晶体管Q4用于缓慢放电，使输出电压能够通过电阻器R12释放。
图7C中的放电电路530”的特征在于晶体管Q5充当限流开关。当升压转换器被使能时，微控制器可以断开晶体管Q5(0V被提供给放电电路控制输入端532)，从而节省功率，并且然后当升压转换器被禁用时导通晶体管Q5(VDD被提供给放电电路控制输入端532)用于缓慢放电。跨感测电阻器R15的电压与从升压转换器输出端放电的电流成比例。电阻器R15的值可以被调谐，使得晶体管Q6以期望的放电电流导通。当较高的放电电流导通晶体管Q6时，电流从晶体管Q5的基极汲取出，从而产生将放电电流降低到期望的电平的反馈。这样的放电电路可以被用来产生图3B中所示的擦除波形。
图7B和图7C的任何一个电路都可以被用来产生图3C中所示类型的擦除波形。具有这种类型的缓慢放电部分320”的擦除波形可以通过脉动来自微控制器510的DCHG信号来产生，以将输出电压降低到慢放电部分320”中的每个单独的阶跃电平。
图3D中所示类型的擦除波形可以使用图5的基于微控制器的系统来实现，该系统具有图6A-图6B的反馈电路和图7A-图7C的放电电路。虽然图3D示出了来自图3B的恒定电流放电类型的多个脉冲，但是应当理解，也可以实现图3A和图3C中所示类型的多个脉冲。鉴于本公开，微控制器的可编程性减少了本领域普通技术人员容易执行的固件开发的延迟和附加脉冲的实现。
图8呈现了另外的实施方式，其中使用充当开关的低压侧晶体管Q2而不是高压侧开关(例如，图5中的晶体管Q3)来防止反馈和放电电路在擦除之间消耗来自VDD的功率，同时还确保在擦除之间不存在跨书写/绘图表面200(LCD)的电压。微控制器510'(在这种情况下是Microchip PIC12F509)使用来自通用I/O引脚GP2的EN信号来在升压转换器电路功能被使能时导通晶体管Q2并且产生VE。这通过向电阻器R3提供接地参考来使能反馈电路，并且还通过向端子220提供接地参考来使VE跨书写/绘图表面200出现。注意，当晶体管Q2断开足够的持续时间时，书写/绘图表面200的端子210和220两者都将处于VDD的电池BT1电压电平(跨书写/绘图表面的0V)，去往微控制器510'通用I/O引脚GP4的反馈信号也将如此。电阻器R6起放电电路的作用，并且总是跨书写/绘图表面端子210和220连接。电阻器R4起限流电阻器的作用。通用I/O的GP3、GP4和GP5分别用于SW输入端、FB信号输入端和BST信号输出端，如关于图5所描述的。
双极擦除波形
在一些实施方式中，可能希望将缓慢放电擦除波形与DC平衡波形的益处相结合。例如，用作白板的大幅面电子书写器可以具有使用模型和寿命要求，这需要使用DC平衡波形，而驱动电路成本不算什么问题。缓慢放电擦除波形在减少能量、减少闪烁、减少电压电平数量和降低所需电压精度方面的益处仍然是合意的。
图9A-图9D提供了缓慢放电擦除波形的四个示例，其通过包含相反极性的第二相同擦除脉冲而被DC平衡。图10提供了在图2的现有技术显示驱动电路中增加合适的放电电路530、530'或530”时如何实现图9A-图9C的波形的示例。图10中的两个放电电路是相同的，并且由控制信号274和275激活。此外，高压电源240被配置成输出擦除电压VE。
图9A-图9C的擦除波形可以通过使能高压侧驱动器控制信号270和低压侧驱动器控制信号273以将书写/绘图表面充电到电压(在时间te的VE电平处的波形部分310的)+VE(处于VE的端子210和处于0V的端子220)来产生。在此时之后，对于+VE电压脉冲的缓慢放电部分320、320'、320”，高压侧驱动器控制信号270可以被禁用，并且放电电路控制信号274可以被使能。在脉冲放电时间td之后，对于脉冲之间的延迟部分330，所有驱动器控制信号270-275可以被禁用。
相反极性的第二驱动脉冲以等效的方式使用驱动电路的剩余一半来产生。使能高压侧驱动器控制信号271和低压侧驱动器控制信号272将书写/绘图表面充电到电压(在时间te的-VE电平下的波形部分310的)-VE(处于0V的端子210和处于VE的端子220)。在此时之后，对于-VE电压脉冲的缓慢放电部分320、320'、320”，高压侧驱动器控制信号271可以被禁用，并且放电电路控制信号275可以被使能。在脉冲放电时间td之后，所有驱动器控制信号270-275可以被禁用。
图7A的放电电路530可以用于产生图9A的RC放电特性。如在单极情况下，该放电电路不需要控制信号274和275，但代价是在擦除波形的恒定电压310部分期间从高压电源240汲取电流。跨书写/绘图表面端子210和220放置的电阻器也可以产生等效效果。图7B的放电电路530'通过使用作为开关操作的晶体管Q4来补救在图9A中的擦除波形的恒定电压310部分期间的不希望的放电，以在擦除波形的恒定电压310部分期间禁用通过R12的放电。
图7C的放电电路530”可以用于以类似于在单极情况下的恒定电流放电特性的方式产生图9B中的恒定电流放电特性。最后，图9C中的波形320”的缓慢放电部分是使用附加控制以间歇性地释放液晶电容两端的电压(使用放电电路530'或530”)来产生的，以便产生由一系列阶跃电平组成的可调放电特性。
在另一个实施方式中，图2中现有技术的驱动电路被修改以产生图9D的擦除波形。具体地，高压电源240被配置成输出擦除电压VE，并且连接到低压侧驱动器260的限流电阻器230的值增加，以产生持续时间td的期望的RC放电特性320。这些较大值的电阻器导致两个脉冲的显著的RC充电特性305，这在某些情况下可能是可接受的性能与成本的折衷。
在图11中提供了对图2的现有技术驱动电路的修改。该实施方案提供了实现图9A的擦除波形的有效方法。这种实施方案将图2的电路修改为具有二极管232和电阻器234。高压电源240被配置成输出擦除电压VE。当相对侧上的相应的低压侧驱动器260和高压侧驱动器250被使能时，通过二极管232快速发生书写/绘图表面200的充电。然而，当低压侧驱动器260和高压侧驱动器250两者都不被使能时，波形320的放电部分发生。对于任一极性脉冲，二极管232中的一个将阻断电流，从而迫使放电电流通过相应的放电电阻器234。放电电阻器234的尺寸可以被调整以产生期望的RC特性放电持续时间。
上文已经利用特定的示例和实施方式描述了本公开的主题；然而，本领域中的普通技术人员将理解，可以使用各种替代方案，并且等同物可替代本文描述的元件和/或步骤，而不偏离所公开的主题的范围。可以做出修改以使公开的主题适应于特定情况或者特定需要而不偏离其范围。意图是本公开不限于本文描述的特定的实施方案和实施方式，而是可以给权利要求提供其最广泛的解释，以涵盖被公开或者由其所涵盖而未公开的所有实施方式、实际实现或者等同物。

Claims (26)

1.一种液晶书写设备，包括：
胆甾型液晶和聚合物的分散体；
柔性基板，用户在所述柔性基板上施加压力，所述压力改变所述胆甾型液晶的织构以形成图像；
导电层，所述分散体设置在所述导电层之间；
电子器件，所述电子器件适于跨所述导电层施加擦除电压波形，以形成焦锥织构并且擦除所述图像，其中，所述擦除电压波形包括：i)处于擦除电压VE的擦除部分，其中，所述擦除电压VE≥VPH0，其中，VPH0是所述胆甾型液晶的平面至垂直配向的转变起始电压，VPH0是第一最低电压，其中，当施加具有周期性并且具有与所述擦除部分相同的持续时间的参考方波脉冲时，所述胆甾型液晶的处于平面织构中的部分改变为垂直配向的织构，以及ii)持续时间td的缓慢放电部分，所述时间td至少为10ms；以及
其中，所述电子器件包括升压转换器电路，所述升压转换器电路包括处于所述擦除电压VE的输出端子，其中，所述擦除电压波形跨所述导电层施加，并且所述升压转换器电路包括电阻器，所述电阻器的电阻被选择以产生所述擦除电压波形的所述缓慢放电部分。
2.根据权利要求1所述的液晶书写设备，其中，所述时间td是下列中的任一个：至少25ms、至少50ms、至少56ms、至少64ms、至少80ms；至少150ms、至少0.5秒、至少1秒；至少2秒；至少3秒；以及至少10秒。
3.根据权利要求1所述的液晶书写设备，其中，所述擦除电压波形是单极波形。
4.根据权利要求1所述的液晶书写设备，其中，所述擦除电压波形是双极波形。
5.根据权利要求1所述的液晶书写设备，其中，所述擦除电压波形包括具有对应的缓慢放电部分的多个所述擦除部分。
6.根据权利要求1所述的液晶书写设备，其中，所述擦除电压VE>VPH并且所述擦除电压VE>VFH，其中，VPH是平面至垂直配向的转变电压，VFH是焦锥至垂直配向的转变电压。
7.根据权利要求1所述的液晶书写设备，其中，所述擦除电压波形的所述擦除部分持续的时间至少为150ms。
8.根据权利要求1所述的液晶书写设备，其中，所述电子器件包括定时电路、开关和用于向所述升压转换器电路提供包括电压输入的电力的稳压电源或电池，其中，所述定时电路适于检测来自所述开关的信号，所述信号使所述定时电路能够向所述升压转换器电路的输入端发送使能信号，由此所述升压转换器电路输出所述擦除电压VE。
9.根据权利要求1所述的液晶书写设备，其中，所述电子器件包括开关和用于向所述升压转换器电路提供包括电压输入的电力的稳压电源或电池，其中，所述开关被激活的持续时间控制到所述升压转换器电路的输入端的使能信号的持续时间，由此所述升压转换器电路输出所述擦除电压VE。
10.一种液晶书写设备，包括：
胆甾型液晶和聚合物的分散体；
柔性基板，用户在所述柔性基板上施加压力，所述压力改变所述胆甾型液晶的织构以形成图像；
导电层，所述分散体设置在所述导电层之间；
电子器件，所述电子器件适于跨所述导电层施加擦除电压波形，以形成焦锥织构并且擦除所述图像，其中，所述擦除电压波形包括：i)处于擦除电压VE的擦除部分，其中，所述擦除电压VE≥VPH0，其中，VPH0是所述胆甾型液晶的平面至垂直配向的转变起始电压，VPH0是第一最低电压，其中，当施加具有周期性并且具有与所述擦除部分相同的持续时间的参考方波脉冲时，所述胆甾型液晶的处于平面织构的部分改变为垂直配向的织构，以及ii)持续时间td的缓慢放电部分，所述时间td至少为10ms；以及
其中，所述电子器件为所述擦除电压波形的所述缓慢放电部分提供在恒定电流下的电压放电。
11.一种液晶书写设备，包括：
胆甾型液晶和聚合物的分散体；
柔性基板，用户在所述柔性基板上施加压力，所述压力改变所述胆甾型液晶的织构以形成图像；
导电层，所述分散体设置在所述导电层之间；
电子器件，所述电子器件适于跨所述导电层施加擦除电压波形，以形成焦锥织构并且擦除所述图像，其中，所述擦除电压波形包括：i)处于擦除电压VE的擦除部分，其中，所述擦除电压VE≥VPH0，其中，VPH0是所述胆甾型液晶的平面至垂直配向的转变起始电压，VPH0是第一最低电压，其中，当施加具有周期性并且具有与所述擦除部分相同的持续时间的参考方波脉冲时，所述胆甾型液晶的处于平面织构的部分改变为垂直配向的织构，以及ii)持续时间td的缓慢放电部分，所述时间td至少为10ms；以及
其中，所述电子器件包括稳压电源或电池以及升压转换器电路，所述稳压电源或电池用于提供电源电压VDD，所述升压转换器电路包括处于与所述擦除电压VE加上电源电压VDD相等的电压的输出端子，其中，所述导电层中的一个处于所述输出端子的电压，并且所述导电层的另一个处于所述电源电压VDD，并且电阻器被配置成产生所述擦除电压波形的所述缓慢放电部分的期望的持续时间。
12.一种胆甾型液晶书写设备，所述胆甾型液晶书写设备通过向书写/绘图表面施加压力来形成图像，所述胆甾型液晶书写设备包括液晶层和导电层，所述液晶层包括胆甾型液晶材料和聚合物的分散体，并且所述液晶层设置在所述导电层之间，其中，所述胆甾型液晶书写设备的电子器件适于跨所述导电层施加擦除电压波形，以形成焦锥织构并且擦除所述图像，所述擦除电压波形包括擦除部分和缓慢放电部分，所述电子器件包括：
具有电压VDD的稳压电源或电池；
控制器，所述控制器包括电压VDD输入端、开关SW输入端、使能EN输出端、升压BST输出端和反馈FB输入端；
充当开关的晶体管Q3，所述晶体管Q3由来自所述控制器的所述使能EN输出端的使能信号控制；
升压转换器电路，所述升压转换器电路包括：充当开关的晶体管Q1，所述晶体管Q1由来自所述控制器的所述BST输出端的升压信号控制；二极管；电感器，所述电感器位于所述开关Q3和所述二极管之间；以及电容器C1，所述电容器C1与所述书写/绘图表面并联；
所述升压转换器电路包括反馈电路，所述反馈电路被配置成基于来自所述升压转换器电路的升压转换器输出电压向所述控制器的所述FB输入端提供反馈；
放电电路；
其中，响应于指示施加到所述开关SW输入端的、擦除所述图像的控制信号，所述控制器使所述晶体管Q3导通，将所述电压VDD施加到所述升压转换器电路，所述反馈电路通过所述反馈FB输入端向所述控制器指示所述升压转换器输出电压何时低于设定的电平，从而导致所述控制器使能来自所述输出端BST的所述信号，所述信号使所述晶体管Q1导通并且使能量存储在所述电感器中，其中当所述控制器随后断开所述晶体管Q1时，存储在所述电感器中的所述能量通过所述二极管释放，增加了所述电容器C1上的所述擦除电压并且增加了所述并联的书写/绘图表面中的所述擦除电压，从而形成所述擦除电压波形的所述擦除部分，并且所述放电电路产生所述擦除电压波形的所述缓慢放电部分。
13.根据权利要求12所述的胆甾型液晶书写设备，其中，所述擦除电压波形的所述擦除部分是瞬时的。
14.根据权利要求12所述的胆甾型液晶书写设备，其中，所述电子器件为所述擦除电压波形的所述缓慢放电部分提供阶梯放电特性。
15.根据权利要求12所述的胆甾型液晶书写设备，其中，所述反馈电路包括电阻分压器，所述电阻分压器适于产生所述控制器的所述FB输入作为所述升压转换器输出电压的缩放版本，所述升压转换器输出电压调节到VFB的换算值，其中，VFB是所述控制器通过泵浦或不泵浦所述升压转换器电路来将所述FB输入调节到的电压电平，其中，所述升压转换器电路的所述泵浦在BST信号上输出一系列的脉冲，此时每个脉冲导致电容器C1上的电压增加，直到所述升压转换器输出电压达到所述设定的电平。
16.根据权利要求12所述的胆甾型液晶书写设备，其中，所述反馈电路包括齐纳二极管和电阻器，所述反馈电路适于将所述升压转换器输出电压调节到VFB加VZ，其中，VZ是齐纳二极管电压，并且VFB是所述控制器通过泵浦/不泵浦所述升压转换器电路来将所述控制器的FB输入调节到的电压电平，其中，所述升压转换器电路的所述泵浦在BST信号上输出一系列的脉冲，此时每个脉冲导致电容器C1上的电压增加，直到所述升压转换器输出电压达到所述设定的电平。
17.根据权利要求12所述的胆甾型液晶书写设备，其中，所述放电电路包括电阻器，所述电阻器被配置成向所述擦除电压波形的所述缓慢放电部分提供RC放电特性。
18.根据权利要求12所述的胆甾型液晶书写设备，其中，所述控制器包括放电的DCHG输出端并且所述放电电路受来自所述控制器的所述DCHG输出端的放电信号的控制。
19.根据权利要求18所述的胆甾型液晶书写设备，其中，所述放电电路包括电阻器和充当开关的晶体管Q4，所述晶体管Q4受从来自所述控制器的所述DCHG输出端的所述放电信号的控制，其中，所述控制器在所述升压转换器电路被使能时断开所述晶体管Q4，从而节省电力，并且然后在所述升压转换器电路被禁用时使所述晶体管Q4导通，从而使所述升压转换器电路输出电压能够通过所述电阻器放电。
20.根据权利要求12所述的胆甾型液晶书写设备，其中，所述放电电路被配置成通过以恒定电流释放电压来形成所述擦除电压波形的所述缓慢放电部分。
21.根据权利要求18所述的胆甾型液晶书写设备，其中，所述放电电路包括充当限流开关的晶体管Q5、感测电阻器R15和晶体管Q6，所述晶体管Q5受来自所述控制器的所述DCHG输出端的所述放电信号的控制；所述感测电阻器R15产生与通过所述晶体管Q5从所述升压转换器电路的输出端放电的电流成比例的电压；所述晶体管Q6在所述感测电阻器两端的电压变得大到足以使所述晶体管Q6导通时，通过从所述晶体管Q5的基极汲取电流来限制放电电流，其中，所述控制器在所述升压转换器电路被使能时断开所述晶体管Q5，从而节省电力，并且然后在所述升压转换器电路被禁用时使所述晶体管Q5导通，使得所述升压转换器输出电压能够在由所述感测电阻器R15设定的电流限制下放电。
22.一种胆甾型液晶书写设备，所述胆甾型液晶书写设备通过向书写/绘图表面施加压力来形成图像，所述胆甾型液晶书写设备包括液晶层和导电层，所述液晶层包括胆甾型液晶材料和聚合物的分散体，所述液晶层设置在所述导电层之间，其中，所述胆甾型液晶书写设备的电子器件适于跨所述导电层施加擦除电压波形，以形成焦锥织构并且擦除所述图像，所述擦除电压波形包括擦除部分和缓慢放电部分，所述电子器件包括：
具有电压VDD的稳压电源或电池；
控制器，所述控制器包括电压VDD输入端、开关SW输入端、使能EN输出端、升压BST输出端和反馈FB输入端；
充当低压侧开关的晶体管Q2，所述晶体管Q2由来自所述控制器的所述EN输出端的使能信号控制并且以接地为参考；
升压转换器电路，所述升压转换器电路包括充当开关的晶体管Q1、电感器、二极管D2、电容器C1，所述晶体管Q1由来自所述控制器的所述BST输出端的升压信号控制，所述电容器C1电连接到所述二极管D2的阴极和所述导电层的第一层，
所述电容器C1上的电压是来自所述升压转换器电路的输出；
所述升压转换器电路包括被配置成向所述控制器的所述FB输入端提供反馈的反馈电路；
放电电阻器R6，所述放电电阻器R6跨所述导电层连接；
其中，响应于指示擦除所述图像的控制信号，所述控制器使所述晶体管Q2导通，向所述升压转换器电路提供接地参考，所述反馈电路被配置成向所述控制器指示从所述升压转换器电路输出的、出现在所述电容器C1上的升压转换器电压何时低于设定的电平，从而导致所述控制器使能所述升压信号，所述升压信号使所述晶体管Q1导通并且使能量存储在所述电感器中，其中，当所述控制器随后断开所述晶体管Q1时，存储在所述电感器中的所述能量通过所述二极管D2释放，从而增加所述电容器C1上的电压并且增加跨所述书写/绘图表面的所述擦除电压，以形成所述擦除电压波形的所述擦除部分，并且所述放电电阻器R6产生所述擦除电压波形的所述缓慢放电部分。
23.根据权利要求22所述的胆甾型液晶书写设备，其中，所述控制器包括三个通用数字输入/输出引脚：一个用于所述FB输入端，一个用于所述BST输出端，并且一个用于所述使能EN输出端。
24.根据权利要求23所述的胆甾型液晶书写设备，其中，所述控制器包括耦合到用户控制的开关的第四通用输入/输出引脚，所述用户控制的开关适于产生启动所述擦除电压的施加的所述控制信号。
25.根据权利要求22所述的胆甾型液晶书写设备，其中，所述控制器是微控制器。
26.根据权利要求22所述的胆甾型液晶书写设备，还包括限流电阻器，所述限流电阻器位于所述导电层的第二层和所述晶体管Q2之间的路径中。
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