CN112748600A - 一种局部擦除液晶书写装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种局部擦除液晶书写装置及方法，包括：依次设置的导电层、液晶层和基底层；所述基底层上集成有:阵列状排布的若干像素单元，每个像素单元内设有像素电极以及与所述像素电极连接的开关元件；被供给开关元件导通或关断的控制电压的若干第一导线；被供给开关元件输入电压的若干第二导线；所述开关元件被配置为在接收到设定的控制电压和输入电压时实现导通，从而为相应的像素电极输入设定的电压，以使所述像素电极与导电层在空间重叠的位置形成擦除电场，实现局部擦除。本发明可以把擦除点缩小至0.1mm*0.1mm以内，也不会出现由于不断书写导致的断线的情况，减少工艺流程和控制复杂度，提高了控制精度。

Description

一种局部擦除液晶书写装置及方法
技术领域
本发明涉及液晶书写板结构技术领域，特别是涉及一种局部擦除液晶书写 装置及方法。
背景技术
目前市面上的液晶书写膜，其工作原理是利用液晶的双稳态特性实现书写 显示和/或擦除。例如,以胆甾相液晶作为书写膜,通过作用在液晶写字板上的压 力改变笔头处液晶状态来记录书写笔的书写压力轨迹，进而显示对应的书写内 容；通过施加电场使胆甾相液晶结构发生变化，使液晶写字板上的书写压力轨 迹消失以实现擦除。
现有技术公开的能够实现局部擦除的液晶书写膜结构，基本上都是软膜结 构，即依次设置第一层PET导电层、液晶层、第二层PET导电层，实现局部擦 除的方式基本上都是通过蚀刻技术将两层PET导电层分别分割，形成不同的导 电区域，通过为每一个导电区域施加不同的电压，在欲擦除区域形成擦除电场， 来达到局部擦除的目的。
但是，这种方式很难做到极小像素点的分割，如果像素点过小(如小于 5mm*5mm)，其产生断线的几率会大大升高；像素点越小，随着书写次数的增多， 出现断线的风险就越大，不利于产品性能的长期稳定。
其次，由于受到电压加载方式的限制，在欲擦除区域形成擦除电场时，其 临近区域的电场并不能够实现全部为零，因此可能会导致在实现局部擦除的同 时，其他导电区域也会受到擦除电压的影响而变浅或消失。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种局部擦除液晶书写装置及方法，利 用TFT工艺对每个擦除点进行单独控制，能够在实现极小擦除点分割的前提下， 避免由于不断书写导致的断线情况的发生；同时能够实现局部擦除。
为了实现上述目的，在一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种局部擦除液晶书写装置，包括：
依次设置的导电层、双稳态液晶层和基底层；所述基底层上集成有:
阵列状排布的若干像素单元，每个像素单元内设有像素电极以及与所述像 素电极连接的开关元件；
被供给开关元件导通或关断的控制电压的若干第一导线；
被供给开关元件输入电压的若干第二导线；
所述开关元件被配置为在接收到设定的控制电压和输入电压时实现导通，， 从而为相应的像素电极输入设定的电压，以使所述像素电极与导电层在空间重 叠的位置形成擦除电场，实现局部擦除。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种液晶书写装置的局部擦除方法，包括：
基于每一行中的擦除位置，通过控制每一行中设定的开关元件的导通和输 入电压，为相应的像素电极输入设定的电压，以使这些像素电极与导电层在空 间重叠的位置形成设定的电场，实现局部擦除。
具体的电压施加过程包括：
控制所有开关元件导通，为基底层所有像素单元施加第二电压，为所述导 电层施加第二电压；
保持为导电层施加第二电压，保持需要擦除的每一行中覆盖局部擦除区域 的像素单元的开关元件导通，为这些像素单元施加第一电压，该行中其余像素 单元施加第二电压；
非擦除行，开关元件不导通。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种书写板，其特征在于，包括：上述的局部擦除液晶书写装置；或者， 采用上述的局部擦除方法实现局部擦除。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种黑板，包括：上述的局部擦除液晶书写装置；或者，采用上述的局部 擦除方法实现局部擦除。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种画板，包括：上述的局部擦除液晶书写装置；或者，采用上述的局部 擦除方法实现局部擦除。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明采用半导体工艺在底层的基底层上集成阵列式像素单元，可以 把擦除点缩小至0.1mm*0.1mm以内，其工艺可以保证在极小擦除点工艺情况下， 也不会出现由于不断书写导致的断线的情况，减少工艺流程和控制复杂度，提 高了控制精度。
(2)本发明无需对顶层导电层进行分割，对基底层上的每一个像素单元单 独控制，仅需要为覆盖局部擦除区域的像素单元施加电压，其余区域不再施加 辅助电压(类似于为单独每个像素单元执行一键擦除功能)，能够避免局部擦除 区域之外的区域因为受到擦除电场的影响而出现变浅或者消失。
(3)本发明液晶书写装置能够通过压力实现书写，能够还原书写感觉，充 分体现书写力度和轨迹，具有更加真实的书写效果；同时依靠反射外界自然光 源实现显示，无需背光板或者自发光元件，节省用电量，无电磁辐射，使用过 程更加护眼。
(4)本发明基底层上集成书写及局部擦除定位电路，能够实现对书写件或 者擦除件的定位，在此基础上，可以增加手势投屏功能，实现液晶书写装置与 其他终端的协同互动。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申 请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明实施例中公开的局部擦除液晶书写装置结构示意图；
图2为本发明实施例中公开的基底层上集成的电路结构示意图；
图3为本发明实施例中公开的开关元件等效电路结构图；
图4为本发明实施例中公开的TFT的导通特性曲线；
图5(a)-(b)为实施例二中初始时基底层上各像素单元的电压施加示意 图以及导电层和基底层之间的电压差；
图6(a)-(b)为实施例二中电压施加的前半周期，基底层上各像素单元 的电压施加示意图以及导电层和基底层之间的电压差；
图7(a)-(b)为实施例二中电压施加的后半周期，基底层上各像素单元 的电压施加示意图以及导电层和基底层之间的电压差。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。 除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的 普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图 限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确 指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说 明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器 件、组件和/或它们的组合。
实施例一
根据本发明实施例，公开了一种局部擦除液晶书写装置的实施例，参照图1， 包括：自上往下依次设置的导电层、双稳态液晶层和基底层。基底层上可以以 半导体工艺集成不同的电路结构。其中，导电层不分割，基底层上集成有：
若干像素单元，这些像素单元呈阵列式排布，每个像素单元内设有像素电 极以及与像素电极连接的开关元件。
开关元件被配置为在接收到设定的控制电压和输入电压时实现导通，从而 为相应的像素电极输入设定的电压，以使所述像素电极与导电层在空间重叠的 位置形成擦除电场，实现局部擦除。
本实施例中，双稳态液晶层选用能够通过压力实现书写的双稳态胆甾相液 晶。该液晶能够在接收到压力的时候改变液晶状态，实现压力书写显示；在接 收到设定的第一电场作用时改变液晶状态，实现擦除；其中，第一电场的具体 取值根据双稳态胆甾相液晶自身的性质决定。
基底层上还集成有：
被供给开关导通或关断的控制电压信号的若干第一导线；被供给开关元件 输入电压的若干第二导线。
参照图2，第一导线被同一行的像素单元共用，第二导线被同一列的像素单 元共用。
本实施例中，对应像素单元的每一纵列和每一横行，分别集成若干第一导 线和若干第二导线；第一导线和第二导线的布设方向相互垂直；每个像素单元 内的开关元件分别连接与其邻近的第一导线和第二导线。
作为一种可选的实施方式，开关元件还连接储能元件，储能元件的引出线 与导电层的电极引出线连接；开关元件导通能够为储能元件充电。
图3给出了开关元件的等效电路结构，开关元件包括：薄膜晶体管(以下 简称TFT)，TFT的栅极(控制电压输入端)连接第一导线，TFT的源极(输入电 压输入端)连接第二导线，TFT的漏极(输出端)连接对应的像素电极。
当然，本领域技术人员也可以根据实际需要选取其他的开关元件，比如： MOSFET、IGBT等。
参照图3，TFT的漏极还连接储能电容C1的一端，该储能电容C1的另一端 引出线与导电层的电极引出线连接。第一极板代表基底层上每个或者某几个相 邻的像素单元对应的像素电极区域；第二极板代表导电层。
本实施例中，储能电容C1的作用是为了实现储能，当然也可以利用导电层 和基底层之间自身形成的电容来实现储能电容C1的作用，此时便可以省略储能 电容C1；下面的实施方式中均是以带有储能电容C1为例来进行的说明，本领域 技术人员应当理解的是，这不能构成本专利保护范围的限制，在其他一些实施 方式中，也可以不设置储能电容C1，而利用导电层和基底层之间自身形成的分 布电容来达到储能的目的。
在一些实施方式中，在基底层和导电层分别引出电极线；用以连接能够提 供所需电压的电压驱动电路。
作为一种可选的实施方式，通过在框胶里加入些导电粒子，将一整面的导 电层的电极连接到基底层的FPC金手指上，这样整个模组的电极引出就都从基 底层上引出，比原来在导电层和基底层上分别引出电极的方式简单且稳定。
作为一种可选的实施方式，在基底层上还集成有定位电路，用于对书写笔 或者板擦的定位，以实现局部擦除时的位置定位或者书写笔迹的位置定位或者 其他定位功能。
定位电路可以采用电磁定位、电容定位、红外定位、超声定位或者影像定 位的方式实现，这些定位方式均是现有技术中已经公开的定位方式，具体实现 过程不再详述。
其中，采用电容定位或者红外定位方式时，由于此种定位方式能够对手势 进行识别，以使得与液晶书写装置通信的显示终端，根据识别出的手势类型， 响应出设定的执行动作，实现手势投屏功能。
比如：在学校或面积较大的教室环境中，整个液晶黑板的左右宽度较宽的 环境下，由于显示大屏的显示内容需要在同步显示液晶黑板内容和显示其他内 容之间来回切换，老师需要来回走动去触控显示大屏的同步显示软件的最大化 和最小化；操作过程较为繁琐。
通过本实施例的手势投屏功能，可以实现液晶书写装置与其他终端，比如 液晶显示大屏的协同互动。具体地，可以通过识别特定的手势，来触发显示大 屏端同步显示软件的最大化和最小化操作，这样老师在液晶黑板端书写时，仅 需要做出设定的手势，就可以控制显示大屏端对显示的内容进行切换，操作过 程简单快捷。
在另外一些实施方式中，也可以通过设定的手势，将液晶书写装置上显示 的内容传输至显示终端进行显示。
当然，为了防止手势误触发，可以采用手势识别和移动距离条件同时满足 的条件下进行动作响应。
需要说明的是，采用半导体工艺在基底层上集成上述的电路结构，半导体 工艺是比较成熟的技术，本领域技术人员完全可以实现，不再详述。
实施例二
根据本发明实施例，公开了一种液晶书写装置局部擦除方法的实施例，该 方法基于实施例一中公开的液晶书写装置的结构，实现过程如下：
基于每一行中的擦除位置，通过控制每一行中设定的开关元件的导通和输 入电压，为相应的像素电极输入设定的电压，以使这些像素电极与导电层在空 间重叠的位置形成设定的电场，实现局部擦除。
具体的电压施加过程包括：
控制所有开关元件导通，为基底层所有像素单元施加第二电压，为所述导 电层施加第二电压；
保持为导电层施加第二电压，保持需要擦除的每一行中覆盖局部擦除区域 的像素单元的开关元件导通，为这些像素单元施加第一电压，该行中其余像素 单元施加第二电压；
非擦除行，开关元件不导通。
以开关元件为TFT为例进行说明，其他开关元件的实现原理与其相同。
具体地，通过第一导线为TFT的栅极提供导通控制电压，通过第二导线为 TFT的源极提供局部擦除所需要的输入电压，以实现液晶书写装置的局部擦除功 能。
TFT的导通特性曲线如图4所示，图4中，横坐标为电压，纵坐标为电流； 为栅极G施加电压VGoff时，TFT截止电流最小，为栅极G施加电压Von时，TFT接 近最大导通电流。
参照图3，实现局部擦除的电压控制方法如下：
(1)为基底层的各像素单元和导电层分别施加第二电压，此时，导电层和 基底层各像素单元之间的电压差为零。
具体地，通过第一导线为基底层每一个像素单元的TFT栅极提供导通电压 Von，通过第二导线为基底层每一个像素单元的TFT源极提供第二电压；这样， 每一个像素单元的TFT均导通，从而每一个像素电极上施加的电压均为第二电 压，同时，每一个储能电容C1两端的电压也预充电至第二电压。
而导电层上施加的电压也为第二电压，所以整个基底层的各像素单元和导 电层对应区域的电场均为零，此时不会出现局部擦除。
(2)在电压施加的前半周期，为基底层上每一行像素单元中，覆盖局部擦 除区域的像素电极施加第一电压，其余像素电极仍保持第二电压，导电层上施 加的电压也保持为第二电压；此时，该行中仅覆盖局部擦除区域的像素电极与 导电层之间的电压差为|第一电压-第二电压|，该差值达到了擦除电场，其余区域 的电压差仍为零，能够实现对于局部擦除区域的擦除。
具体地，为某一行像素单元连接的第一导线提供导通电压Von，从而通过该 第一导线为该行所有像素单元的TFT栅极提供导通电压；与该第一导线连接的 所有像素单元的TFT均导通；通过剩余的第一导线为其他行像素单元提供电压 VGoff，使得其他像素单元均不导通。
为该行中覆盖局部擦除区域的像素单元的TFT源极连接的第二导线提供第 一电压，为该行其余像素单元的TFT源极连接的第二导线提供第二电压。
此时，对于覆盖局部擦除区域的像素单元来说，其TFT的导通电压为第一 电压，该区域与导电层相应区域之间形成的电场为|第一电压-第二电压|，该差值 达到了擦除电场；对于该行其余像素单元来说，其TFT的导通电压为第二电压， 这些区域与导电层相应区域之间形成的电场均为零；
对于其他行不导通的像素单元来说，由于TFT不导通，之前预充电的储能 电容C1的电压无法得到泄放，从而这些像素单元对应的电压等于储能电容的电 压，均为第二电压，这些区域与导电层相应区域之间形成的电场也均为零。
因此，只有局部擦除区域的字迹被擦除，其余区域的字迹不会受到影响。
(3)在电压施加的后半周期，为基底层上每一行像素单元中，覆盖局部擦 除区域的像素单元施加第三电压，其余像素单元仍保持第二电压，导电层上施 加的电压也保持为第二电压；此时，仅覆盖局部擦除区域的像素单元与导电层 之间的电压差为|第三电压-第二电压|＝|第一电压-第二电压|，该差值达到了擦除电 场，其余区域的电压差仍为零，能够实现对于局部擦除区域的擦除。
具体的电压控制实现方式与前半周期相同，不再赘述。
当然，上述的前半周期和后半周期是可以互换的，也可以取任意半个周期 实现擦除。
作为一种更为具体的实施方式，以擦除图2中VG1和VS1对应的像素单元 K中的字迹为例，选取第二电压的值为擦除电压Vcom，第一电压的值选取 Vcom+VE，第三电压的值选取Vcom-VE；下面各图中仅示出与该像素单元相邻的4 个像素单元的电压施加情况，以及与导电层的电压差。
初始时，为基底层的各像素单元和导电层分别施加电压Vcom，此时，导电 层和基底层各像素单元之间的电压差为零；基底层上各像素单元的电压施加示 意图以及导电层和基底层之间的电压差参见图5(a)-(b)所示。
在电压施加的前半周期，基底层中，通过第一导线VG1为与其连接的TFT 施加导通电压，通过第二导线VS1为像素单元K施加电压Vcom+VE，通过第二导 线VS2-VS6为与第一导线VG1连接的其余像素单元施加电压Vcom；通过第一导 线VG2-VG4为与其连接的TFT施加关断电压，以使这些TFT均不导通。
这样，像素单元K上施加的电压为Vcom+VE，其余像素单元仍保持电压Vcom， 导电层上施加的电压也保持为电压Vcom；此时，仅像素单元K与导电层之间的 电压差为擦除电压VE，其余区域的电压差仍为零，能够实现对于局部擦除区域 的擦除；基底层上各像素单元的电压施加示意图以及导电层和基底层之间的电 压差参见图6(a)-(b)所示。
在电压施加的后半周期，基底层中，通过第一导线VG1为与其连接的TFT 施加导通电压，通过第二导线VS1为像素单元K施加电压Vcom-VE，通过第二导 线VS2-VS6为与第一导线VG1连接的其余像素单元施加电压Vcom；通过第一导 线VG2-VG4为与其连接的TFT施加关断电压，以使这些TFT均不导通。
这样，像素单元K上施加的电压为Vcom-VE，其余像素单元仍保持电压Vcom， 导电层上施加的电压也保持为电压Vcom；此时，仅像素单元K与导电层之间的 电压差为擦除电压-VE，其余区域的电压差仍为零，能够实现对于局部擦除区域 的擦除；基底层上各像素单元的电压施加示意图以及导电层和基底层之间的电 压差参见图7(a)-(b)所示。
图5(a)-图7(b)可以看出，对于每一行像素单元，仅覆盖局部擦除区 域的像素单元与导电层之间形成的电压差(电场)达到了擦除电场，其余位置 的电场均为零，不会受到任何影响。
需要说明的是，本实施例中，擦除电压是指能够将书写笔迹完全擦除所需 要的电压，擦除电场指的是擦除电压在两个导电层相应的区域之间所形成的电 场。
本实施例采用TFT工艺的液晶书写装置，相比于目前市场上普遍使用的膜 材结构，实现局部擦除的控制过程更加简单和精准，控制灵活度增加，擦除效 果更好，不会对其他区域产生影响。
同时，本实施例的采用TFT工艺的液晶书写装置，不仅能够实现书写和局 部擦除功能，还保留着液晶书写装置的压力书写、节能、环保、护眼、无蓝光、 无粉尘、无耗材，最大限度的还原书写感觉，充分体现书写力度和轨迹，具有 更加真实的书写/绘画效果。
实施例三
在实施例一的局部擦除液晶书写装置的基础上，公开了液晶书写装置的具 体应用产品，比如：
将本发明的液晶书写装置应用于写字板、画板或者黑板上，实现局部擦除 功能或者显示功能或者上述公开的其他功能。
具体地，可以将本发明实施例的液晶书写装置应用于光能写字板、光能液 晶手写板、光能大液晶写字黑板、光能无尘写字板、光能便携黑板、电子画板、 lcd电子写字板、电子手写板、电子记事笔记本、涂鸦板、儿童手写板、儿童涂 鸦画板、橡皮擦功能速写板、液晶电子绘画板或者彩色液晶手写板或者本领域 技术人员能够获知的其他相关产品中。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明 保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上， 本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明 的保护范围以内。

Claims (13)

1.一种局部擦除液晶书写装置，其特征在于，包括：
依次设置的导电层、双稳态液晶层和基底层；所述基底层上集成有:
阵列状排布的若干像素单元，每个像素单元内设有像素电极以及与所述像素电极连接的开关元件；
被供给开关元件导通或关断的控制电压的若干第一导线；
被供给开关元件输入电压的若干第二导线；
所述开关元件被配置为在接收到设定的控制电压和输入电压时实现导通，，从而为相应的像素电极输入设定的电压，以使所述像素电极与导电层在空间重叠的位置形成擦除电场，实现局部擦除。
2.如权利要求1所述的一种局部擦除液晶书写装置，其特征在于，所述液晶层为能够通过压力实现书写的双稳态胆甾相液晶。
3.如权利要求1所述的一种局部擦除液晶书写装置，其特征在于，同一行像素单元的开关元件连接同一第一导线，同一列像素单元的开关元件连接同一第二导线；
或者，
同一列像素单元的开关元件连接同一第一导线，同一行像素单元的开关元件连接同一第二导线。
4.如权利要求1所述的一种局部擦除液晶书写装置，其特征在于，所述开关元件为薄膜晶体管TFT。
5.如权利要求4所述的一种局部擦除液晶书写装置，其特征在于，所述TFT的控制电压输入端与第一导线连接，所述TFT的输入电压输入端与第二导线连接，所述TFT的输出端与像素电极连接。
6.如权利要求1所述的一种局部擦除液晶书写装置，其特征在于，所述开关元件还连接储能元件，所述储能元件的引出线与所述导电层的电极引出线连接。
7.如权利要求1所述的一种局部擦除液晶书写装置，其特征在于，在基底层和导电层上分别引出电极；或者，将所述导电层的电极线连接到所述基底层上，仅从基底层上引出电极。
8.一种液晶书写装置的局部擦除方法，其特征在于，包括：
基于每一行中的擦除位置，通过控制每一行中设定的开关元件的导通和输入电压，为相应的像素电极输入设定的电压，以使这些像素电极与导电层在空间重叠的位置形成设定的电场，实现局部擦除。
9.如权利要求8所述的一种局部擦除方法，其特征在于，具体的电压施加过程包括：
控制所有开关元件导通，为基底层所有像素单元施加第二电压，为所述导电层施加第二电压；
保持为导电层施加第二电压，保持需要擦除的每一行中覆盖局部擦除区域的像素单元的开关元件导通，为这些像素单元施加第一电压，该行中其余像素单元施加第二电压；
非擦除行，开关元件不导通。
10.如权利要求9所述的局部擦除方法，其特征在于，
在施加电压的前半周期或后半周期，满足：|第一电压-第二电压|＞擦除启动电压。
11.一种书写板，其特征在于，包括：权利要求1-7任一项所述的局部擦除液晶书写装置；或者，采用权利要求8-10任一项所述的局部擦除方法实现局部擦除。
12.一种黑板，其特征在于，包括：权利要求1-7任一项所述的局部擦除液晶书写装置；或者，采用权利要求8-10任一项所述的局部擦除方法实现局部擦除。
13.一种画板，其特征在于，包括：权利要求1-7任一项所述的局部擦除液晶书写装置；或者，采用权利要求8-10任一项所述的局部擦除方法实现局部擦除。
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