CN214151308U - 双稳态液晶书写装置、电子书包、液晶大屏及智慧教室 - Google Patents

双稳态液晶书写装置、电子书包、液晶大屏及智慧教室 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了双稳态液晶书写装置、电子书包、液晶大屏及智慧教室，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；所述开关元件包括：输入端、输出端和控制端，每个开关元件的输出端连接像素电极；每个开关元件的控制端连接对应的控制导线；每个开关元件的输入端连接对应的输入导线。本实用新型液晶书写装置能够对设定的内容进行显示，同时能够将一些复杂的内容呈现在书写装置上，节省了大量的书写时间。

Description

双稳态液晶书写装置、电子书包、液晶大屏及智慧教室
技术领域
本实用新型涉及智慧教学技术领域，特别是涉及一种双稳态液晶书写装置、电子书包、液晶大屏及智慧教室。
背景技术
目前在液晶书写显示领域，常规的技术有三种：
第一种是触摸显示屏(LCD或LED或OLED等)，该显示屏必须在通电状态下才能够实现书写/显示功能，掉电无法书写/显示；其显示依靠内部设置的背光或者自发光器件，对使用者视力具有一定的伤害，较长时间使用容易引起视觉疲劳；其书写需要依靠电磁笔或者针对电容屏的电容笔或者手指，利用对电磁笔或电容笔书写压力的检测或者手指与屏幕接触面积的检测，产生电信号，驱动液晶分子显示状态的变化，实现模拟书写；笔迹不是利用压力书写，无法还原真实的书写感觉和书写效果。
第二种是电子纸/电子墨水，其内部为极性材料，通过反射外光源实现字迹显示，断电后仍能保持；但是其在通电状态下才能实现书写，其书写也不是利用压力书写，无法还原真实的书写感觉和书写效果；同时，其书写需要依靠电磁笔或者针对电容屏的电容笔或者手指，利用对电磁笔或电容笔书写压力的检测或者手指与屏幕接触面积的检测，产生电信号，驱动极性材料显示状态的变化，实现模拟书写；不是利用压力书写，无法还原真实的书写感觉和书写效果。
第三种是双稳态液晶压力书写装置，其结构包括依次设置第一PET导电层、液晶层和第二PET导电层；其工作原理是利用液晶的双稳态特性实现压力书写显示；例如,以胆甾相液晶作为液晶层,通过施加在书写区域的压力改变受压处的液晶状态，来记录书写压力轨迹，从而显示对应的书写内容。但是，上述液晶书写装置仅能够通过压力书写的方式呈现书写内容显示，而无法实现电压驱动显示，对于使用者来说，有一些复杂的公式或者视图，通过压力书写显示十分不便，不利于提高书写效率和质量。
电子书包是利用信息化设备进行教学的便携式终端，越来越受到老师和学生的欢迎；但是，现有的电子书包大都利用触摸显示屏技术(LCD或LED或OLED等)，长时间观看不利于学生的用眼健康，并且进行书写时也无法还原真实的书写感受和书写笔记，不利于良好的书写习惯的养成。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型提出了一种双稳态液晶书写装置、电子书包、液晶大屏及智慧教室，同时具备书写显示和电驱动显示功能，充分还原真实的书写感觉和书写轨迹，无需设置背光或者自发光器件，最大程度减少视觉疲劳。
为了实现上述目的，在一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种双稳态液晶书写装置，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；
所述开关元件包括：输入端、输出端和控制端，每个开关元件的输出端连接像素电极；每个开关元件的控制端连接对应的控制导线；每个开关元件的输入端连接对应的输入导线。
作为进一步地方案，所述控制导线和输入导线交叉布置，像素电极位于交叉位置处。
作为进一步地方案，所述双稳态液晶层为能够通过压力实现书写的双稳态胆甾相液晶。
作为进一步地方案，同一行的像素单元共用同一控制导线，同一列的像素单元共用同一输入导线；
或者，
同一列的像素单元共用同一控制导线，同一行的像素单元共用同一输入导线。
作为进一步地方案，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。
作为进一步地方案，所述开关元件为：TFT、MOSFET、IGBT或者双极性开关管中的任一种。
作为进一步地方案，所述基底层上还集成有：
开关元件控制端驱动单元，用于为所述控制导线提供设定的控制电压；
开关元件输入端驱动单元，用于为所述输入导线提供设定的输入电压。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种电子书包，包括：上述的双稳态液晶书写装置；所述液晶书写装置内设有：
控制单元，被配置为控制输入给各像素电极的电压，以实现对设定内容的书写显示、电驱动显示或者擦除；
存储单元，被配置为用于实现对设定书写或显示内容的存储。
通信单元，被配置为用于实现电子书包与其他终端的数据传输和通信。
作为进一步地方案，所述显示内容包括：书籍内容、练习本或作业本或者画本的辅助线。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种液晶大屏，包括：上述的双稳态液晶书写装置；所述液晶书写装置内设有：
控制单元，被配置为控制输入给各像素电极的电压，以实现对设定内容的书写显示、电驱动显示或者擦除；
存储单元，被配置为用于实现对设定书写或显示内容的存储。
通信单元，被配置为用于实现液晶大屏与其他终端的数据传输和通信。
作为进一步地方案，所述液晶大屏划分电驱动显示位置和书写区域；或者，自主设定液晶大屏的电驱动显示位置和书写区域。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种智慧教室，包括：上述的电子书包、液晶大屏，以及教师终端；所述电子书包、液晶大屏和教师终端相互通信。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型采用较为成熟的半导体工艺在底层的基底层上集成阵列式像素单元，可以把像素点缩小至0.1mm*0.1mm以内，其工艺可以保证在极小像素点工艺情况下，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)本实用新型液晶书写装置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，逐行对欲显示位置的像素单元施加电压，实现对设定的内容进行显示；这样，老师在教学时，可以将一些诸如公式或者图示的内容直接在液晶书写装置(比如液晶黑板)上进行显示，无需再自己书写，节省了大量的板书时间，同时能够呈现一些复杂的内容，达到更好的教学目的。
(3)本实用新型液晶书写装置通过压力实现书写，书写无延时，同时能够还原书写感觉，充分体现书写力度和书写轨迹，具有更加真实的书写效果。
(4)本实用新型液晶书写装置利用半导体集成工艺，技术成熟，控制过程简单，无需二次开发，成本低，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。
(5)本实用新型电子书包兼具教科书、作业本、练习本等功能，极大地节省纸张耗材，同时能够与液晶大屏或者教师终端进行通信，实现智能化教学。
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为本实用新型实施例中公开的具双稳态液晶书写装置结构示意图；
图2为本实用新型实施例中公开的基底层上集成的电路结构示意图；
图3(a)-(b)分别为本实用新型实施例中开关元件连接等效电路图；
其中，1.导电层，2.双稳态液晶层，3.基底层，4.像素单元，5.像素电极。
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
根据本实用新型实施例，公开了一种具备显示功能的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1、双稳态液晶层2和基底层3。其中，导电层1可以不分割，基底层3上集成有若干像素单元4，这些像素单元呈阵列式排布，每个像素单元4内设有像素电极5以及与像素电极5连接的开关元件；开关元件开通能够为与其连接的像素电极提供电压。
本实施例中，双稳态液晶层2选用能够通过压力实现书写的双稳态胆甾相液晶。该液晶能够在接受到压力的时候，改变液晶分子状态，来实现书写显示；在接受到设定的第一电场作用时，能够实现擦除；在接收到设定的第二电场作用时，能够实现电驱动显示。其中，第一电场和第二电场的具体取值根据双稳态胆甾相液晶自身的性质和液晶厚度决定。
本实施例中，开关元件可以选用薄膜晶体管TFT，也可以选用MOSFET、IGBT或者双极性开关管中的任一种。
本实施例中，开关元件包括：输入端、输出端和控制端，每个开关元件的输出端连接像素电极；每个开关元件的控制端连接对应的控制导线；每个开关元件的输入端连接对应的输入导线。
参照图2，控制导线和输入导线交叉布置，像素电极位于交叉位置处。
同一行的像素单元共用同一控制导线，同一列的像素单元共用同一输入导线；
或者，
同一列的像素单元共用同一控制导线，同一行的像素单元共用同一输入导线。
图2中，对应像素单元的每一行和每一列，分别集成若干控制导线和若干输入导线；控制导线和输入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控制导线和输入导线。
图3(a)-(b)给出了开关元件的连接等效电路图，其中，第一极板代表基底层上开关元件连接的像素电极区域；第二极板代表导电层。
开关元件的栅极(或者基极)连接控制导线，开关元件的源极(或者集电极)连接输入导线，开关元件的漏极(或者发射极)连接对应的像素电极。通过控制导线为开关元件的栅极(或者基极)提供导通控制电压，通过输入导线为开关元件的源极(或者集电极)提供显示所需要的输入电压，为导电层施加设定的第三电压，通过控制输入电压与第三电压之间的电压差，能够实现对设定像素电极的电驱动显示或者擦除；具体的电压值根据结合液晶特性进行选择。
参照图3(a)，开关元件的漏极(或者发射极)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，开关元件开通能够为储能电容C1充电。
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；参照图3(b)。
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，在其他一写实施方式中，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电容来达到储能的目的。
为开关元件的栅极(或者基极)施加电压Von时，开关元件接近最大导通电流；则电压Von为开关元件的导通电压。为开关元件的栅极(或者基极)施加电压VGoff时，开关元件截止电流最小，则电压VGoff为开关元件的截止电压。
本实施例中，基底层为玻璃层，其上以半导体工艺集成不同的电路结构。比如：在一些实施方式中，基底层上还集成有：
开关元件栅极(或者基极)驱动单元(即控制端驱动单元)，用于为所述控制导线提供设定的控制电压，以驱动相应开关元件的导通和关断。
开关元件源极(或者集电极)驱动单元(即输入端驱动单元)，用于为所述输入导线提供设定的输入电压。
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。
在另一些实施方式中，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。
本实施例上述双稳态液晶书写装置的具体电压驱动方法为：
采用逐行/列驱动的方式，基于每一行/列中的显示位置，依次通过控制每一行/列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，最终实现对欲显示内容的显示。
或者，
控制设定开关元件的导通状态和输入电压，这些开关元件与导电层在空间重叠位置形成的电场，使得液晶书写装置在设定的目标区域呈现显示状态；在目标区域中，通过逐行/列驱动擦除的方式，依次控制每一行/列中设定开关元件的导通状态和输入电压，这些开关元件连接的像素电极与导电层在空间重叠位置形成的电场，使得所述像素电极覆盖的子区域呈擦除状态；最终实现设定内容的电驱动显示。
上述具体的电压驱动方法可以通过已有的控制器实现，本领域技术人员完全能够实现。
可以将本实用新型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。
实施例二
根据本实用新型实施例，公开了一种电子书包的实施例，该电子书包采用实施例一中公开的双稳态液晶书写装置实现，液晶书写装置内设有：
控制单元，被配置为控制输入给各像素电极和导电层的电压，以实现对设定内容的书写显示、电驱动显示或者擦除；
该控制单元采用现有的控制器控制电压输出电路输出设定的电压值即可，本领域技术人员完全可以实现。
存储单元，被配置为用于实现对设定书写或显示内容的存储。
通信单元，被配置为用于实现电子书包与其他终端的数据传输和通信。
其中，显示内容包括：书籍内容、练习本或作业本或者画本的辅助线。
本实施例中，电子书包可以从云端、存储系统或者通过网络获取各门功课的书本内容、练习册内容进行显示，可以在显示上述内容的基础上进行批注；也可以显示成为练习本或作业本或者画本，并在此基础上进行书写/绘画、擦除或保存，按照时间序列进行保存，使得保存的内容能够像真正的本子一样，一页一页记录内容；同时保存的内容可以被调取出来进行查阅/编辑。
本实施例中，电子书包集书本、练习本/作业本/画本、书写笔、橡皮与一体，无需纸张耗材，最大程度保护学生眼睛，同时极大地方便学生学习和复习，提高课堂显效率。
实施例三
根据本实用新型实施例，公开了一种液晶大屏的实施例，该电子大屏采用实施例一中公开的双稳态液晶书写装置实现，液晶书写装置内设有：
控制单元，被配置为控制输入给各像素电极和导电层的电压，以实现对设定内容的书写显示、电驱动显示或者擦除；
该控制单元采用现有的控制器控制电压输出电路输出设定的电压值即可，本领域技术人员完全可以实现。
存储单元，被配置为用于实现对设定书写或显示内容的存储。
通信单元，被配置为用于实现电子书包与其他终端的数据传输和通信。
液晶大屏上可以划分显示位置和书写区域；或者，自主设定液晶大屏的显示位置和书写区域。这样在显示设定内容的同时，可以在旁边进行标注或讲解；无需使用者花费过长时间进行板书，能够节省时间，提高效率。
当然，液晶大屏的设定位置也可以设置液晶显示屏，以实现对动画、视频等动态内容的播放。
本实施例液晶大屏可以用在教室、办公室等场所，能够集书写、显示、擦除、存储、通信等功能与一体。
实施例四
根据本实用新型实施例，公开了一种智慧教室的实施例，该智慧教室包括实施例二中的电子书包、实施例三中的液晶大屏以及教师终端；
三者相互通信能够实现数据传输，电子书包上显示或书写的内容，能够在教师终端同步显示；教师终端能够控制电子大屏或者电子书包上显示的内容，实现智慧教学。
上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型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实用新型的保护范围以内。

Claims (12)

1.一种双稳态液晶书写装置，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；
所述开关元件包括：输入端、输出端和控制端，每个开关元件的输出端连接像素电极；每个开关元件的控制端连接对应的控制导线；每个开关元件的输入端连接对应的输入导线。
2.如权利要求1所述的一种双稳态液晶书写装置，其特征在于，所述控制导线和输入导线交叉布置，像素电极位于交叉位置处。
3.如权利要求1所述的一种双稳态液晶书写装置，其特征在于，所述双稳态液晶层为能够通过压力实现书写的双稳态胆甾相液晶。
4.如权利要求1所述的一种双稳态液晶书写装置，其特征在于，同一行的像素单元共用同一控制导线，同一列的像素单元共用同一输入导线；
或者，
同一列的像素单元共用同一控制导线，同一行的像素单元共用同一输入导线。
5.如权利要求1所述的一种双稳态液晶书写装置，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。
6.如权利要求1所述的一种双稳态液晶书写装置，其特征在于，所述开关元件为：TFT、MOSFET、IGBT或者双极性开关管中的任一种。
7.如权利要求1所述的一种双稳态液晶书写装置，其特征在于，所述基底层上还集成有：
开关元件控制端驱动单元，用于为所述控制导线提供设定的控制电压；
开关元件输入端驱动单元，用于为所述输入导线提供设定的输入电压。
8.一种电子书包，其特征在于，包括：权利要求1-7任一项所述的双稳态液晶书写装置；所述液晶书写装置内设有：
控制单元，被配置为控制输入给各像素电极和导电层的电压，以实现对设定内容的书写显示、电驱动显示或者擦除；
存储单元，被配置为用于实现对设定书写或显示内容的存储；
通信单元，被配置为用于实现电子书包、液晶大屏、教师终端的数据传输和通信。
9.如权利要求8所述的一种电子书包，其特征在于，所述显示内容包括：书籍内容、练习本或作业本或者画本的辅助线。
10.一种液晶大屏，其特征在于，包括：权利要求1-7任一项所述的双稳态液晶书写装置；所述液晶书写装置内设有：
控制单元，被配置为控制输入给各像素电极和导电层的电压，以实现对设定内容的书写显示、电驱动显示或者擦除；
存储单元，被配置为用于实现对设定书写或显示内容的存储；
通信单元，被配置为用于实现电子书包、液晶大屏、教师终端的数据传输和通信。
11.如权利要求10所述的一种液晶大屏，其特征在于，所述液晶大屏划分电驱动显示位置和书写区域；或者，自主设定液晶大屏的电驱动显示位置和书写区域。
12.一种智慧教室，其特征在于，包括：权利要求8-9任一项所述的电子书包、权利要求10-11任一项所述的液晶大屏，以及教师终端；所述电子书包、液晶大屏和教师终端相互通信。
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