CN112305802B - 一种磁力局部擦除液晶手写板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁力局部擦除液晶手写板。所述磁力局部擦除液晶手写板包括基底、柔性透明基材层、以及由所述基底和所述柔性透明基材层共同夹持的液晶聚合物层，所述基底和所述柔性透明基材层彼此平行且相对设置，所述基底内侧形成有第一导电层，所述柔性透明基材层内侧形成有第二导电层，所述第一导电层和所述第二导电层均与外部驱动电路电性连接，所述磁力局部擦除液晶手写板还包括位于所述液晶聚合物层与所述第一导电层之间的磁性诱导功能层。本发明的磁力局部擦除液晶手写板，擦除操作方便并且成本低、无擦除痕迹残留。

Description

一种磁力局部擦除液晶手写板
技术领域
本发明涉及液晶应用技术领域，特别涉及一种磁力局部擦除液晶手写板。
背景技术
目前，在教育、商务应用等领域，液晶手写板的应用越来越广泛，对液晶手写板的性能需求推动着液晶手写板技术的不断发展和产品的更新换代。第一代手写板是数位板，其生产设备昂贵难以掌握，字迹无法精准控制；随着显示技术迅猛发展，第二代电容屏板诞生，它利用人体的静电来实现触控操作，触控效果灵敏，但是戴上手套后不能进行屏幕触控操作，即使配上专业触控笔也无法进行精细化的操作，书写体验不理想；柔性液晶手写板作为第三代手写板产品，其综合性能大大提高，基于压感式操作，用户在书写、绘画时可以控制笔尖压力大小来改变笔画的粗细，具有接近纸张的绘画效果和书写的连贯体验，而且无需专业的触控笔，一只铅笔或者其他硬物即可轻而易举的写出彩色字迹。这种柔性液晶手写板属于主动显示，不需要背光源和偏光片，大大降低了生产工艺难度和成本，可以实现单色和彩色显示。
目前市售液晶手写板大多为加电全擦除，其大致结构如图1所示，图1是现有技术中的液晶手写板的截面结构示意图，现有技术中的液晶手写板包括上基板1、下基板2以及位于上基板1和下基板2之间的液晶层5，上基板1的内侧具有上电极3，下基板2的内侧具有下电极4，当液晶手写板需要擦除时，由分别与上电极3和下电极4电性连接的驱动电路6施加给上电极3和下电极4一定的电压差，从而实现对液晶手写板的整体全擦除，但不能实现对液晶手写板的局部擦除。目前，许多厂商都不遗余力地在局部擦除技术上展开研究，最常见的有以下三种方法：1.压缩液晶聚合物层厚度，提升局部电场强度；2.热擦除技术，加热液晶至清亮点、再冷却至常温，字迹消失；3.行列矩阵，将导电膜ITO蚀刻成行，上下ITO垂直贴合形成行列矩，行列交叉点可由驱动装置控制擦除。方法1存在字迹变暗、擦除力度大、擦除不彻底等问题；方法2存在传热速率慢，无法实现2秒内擦除，且存在烫伤隐患和能耗大的问题；方法3存在成本高、字迹残留、误擦等问题；以上三种方法仅方法1实现了产品化，而且也只能应用于擦除要求不高的场合，比如儿童涂鸦画板。
综上所述，目前市场上还没有能够应用到大尺寸手写板上的局部擦除技术，该技术的突破是液晶手写板广泛应用于教育类智能电子消费品市场的关键所在。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的以上技术问题，提出一种磁力局部擦除液晶手写板，擦除操作方便并且成本低、无擦除痕迹残留。
本发明采用以下技术方案：
一种磁力局部擦除液晶手写板，所述磁力局部擦除液晶手写板包括：基底、柔性透明基材层、以及由所述基底和所述柔性透明基材层共同夹持的液晶聚合物层，所述基底和所述柔性透明基材层彼此平行且相对设置，所述基底内侧形成有第一导电层，所述柔性透明基材层内侧形成有第二导电层，所述第一导电层和所述第二导电层均与外部驱动电路电性连接，所述磁力局部擦除液晶手写板还包括位于所述液晶聚合物层与所述第一导电层之间的磁性诱导功能层。
优选地，所述磁性诱导功能层包括磁性粒子、载液和添加剂。
优选地，所述磁性诱导功能层包括多个相互独立的空间结构，每个所述空间结构中均填充有所述磁性粒子、所述载液和所述添加剂的混合物。
优选地，所述空间结构为圆柱体、三棱柱、四棱柱、椭圆柱体或底面为其他多边形的柱体空间结构。
优选地，所述磁性诱导功能层包括聚合物和多个胶囊，所述磁性粒子、所述载液和所述添加剂的混合物共同容纳于所述多个胶囊中，所述多个胶囊分散于所述聚合物中。
优选地，所述胶囊的直径尺寸范围为1-50μm。
优选地，所述多个胶囊具有胶囊壁，所述胶囊壁的材料选自异氰酸酯类中的D-110、D-120、D-140、D-160、HMI、TDI、IPDI、N75、N3390或异氰酸酯衍生物或有机胺类中的乙二胺、丁二胺、己二胺、辛二胺、癸二胺、乙胺、三乙烯四胺、三乙醇胺、三乙胺、二乙烯三胺、四乙烯五胺。
优选地，所述聚合物包括明胶、***胶、脲醛树脂、密胺树脂、聚脲甲醛、酚醛树脂、环氧树脂、乙烯基或环硫化物、甲基丙烯甲酯、烯砜和重氮类聚合物中的一种或更多种。
优选地，所述磁性粒子的材料包括Fe3O4、Fe3N和Fe、Co、Ni及其合金中的一种或更多种。
优选地，所述载液包括硅油、水、乙二醇、聚酯、聚醚、合成烃油中的一种或更多种。
优选地，所述添加剂包括油酸、聚乙二醇、纳米硅酸镁锂、二氧化硅中的一种或更多种。
本发明的磁力局部擦除液晶手写板，擦除操作方便并且成本低、无擦除痕迹残留。
附图说明
通过参照本发明的实施方案的图示说明可以更好地理解本发明，在附图中：
图1是现有技术中的液晶手写板的截面结构示意图；
图2是本发明第一实施例的磁力局部擦除液晶手写板的截面结构示意图；
图3是图2的等效电路示意图；
图4是本发明第一实施例的磁力局部擦除液晶手写板中多个相互独立的空间结构示意图；
图5是本发明第一实施例的磁力局部擦除液晶手写板中多个相互独立的空间结构另一示意图；
图6是本发明第一实施例的磁力局部擦除液晶手写板中多个相互独立的空间结构的形成步骤的例子；
图7是本发明第二实施例的磁力局部擦除液晶手写板的截面结构示意图。
具体实施方式
在以下的描述中，为了达到解释说明的目的以对本发明有一个全面的认识，阐述了大量的具体细节，然而，很明显的，对本领域技术人员而言，无需这些具体细节也可以实现本发明。本发明所列举的说明性的示例实施方案仅为了说明，并不对本发明造成限制。因此，本发明的保护范围并不受具体实施方案所限，仅以所附的权利要求书的范围为准。
第一实施例：
图2是本发明第一实施例的磁力局部擦除液晶手写板的截面结构示意图。如图2所示，本实施例的磁力局部擦除液晶手写板，其包括：基底10、柔性透明基材层20、以及由基底10和柔性透明基材层20共同夹持的液晶聚合物层30，基底10和柔性透明基材层20彼此平行且相对设置，基底10内侧形成有第一导电层11，柔性透明基材层20内侧形成有第二导电层21，第一导电层11和第二导电层21均与外部驱动电路50电性连接，本实施例的磁力局部擦除液晶手写板还包括位于液晶聚合物层30与第一导电层11之间的磁性诱导功能层40。
图3是图2的等效电路示意图。结合图2和图3，本实施例中，磁性诱导功能层40中包括磁性粒子41、载液42和添加剂(未图示)。如图2所示，本实施例中，磁性诱导功能层40包括多个相互独立的空间结构，多个空间结构紧密排列并相互独立，每个空间结构中均分布有磁性粒子41、载液42和添加剂的混合物。图2中，当本实施例的磁力局部擦除液晶手写板的局部区域需要进行擦除时，磁力装置60靠近该擦除区域时，该区域的多个空间结构中的磁性粒子41受到磁力的作用而形成相互有序的紧密排列结构。如图2中位于磁力装置60正下方的区域所示，相互接触紧密排列的磁性粒子41中至少部分构成具有一定电阻的导体。图3是图2的等效电路示意图，如图3所示，当第一导电层11与第二导电层12之间施加电压(低于阈值电压)时，该区域内的磁性诱导功能层40中的磁性粒子41由无序排列转变为有序的紧密排列，其相对介电常数增大，因而对应于磁性诱导功能层40的电场强度降低。因共同施加给液晶聚合物层30和磁性诱导功能层40的总电场强度不变，磁性诱导功能层40之间的电场强度降低，从而相应施加给液晶聚合物层30的电场强度则会显著增大，因而位于磁力装置60正下方的区域的液晶聚合物层中的液晶分子受到较大的电场强度而被局部擦除。若需要对液晶手写板全部进行擦除，则只需要在第一导电层11与第二导电层12之间施加大于阈值电压的电压即可。
本实施例中，较佳情况下，位于磁力装置60正下方的区域中的磁性粒子41均匀有序排列后，排列成沿纵向方向延伸的条形结构，该条形结构的下端与第一导电层11接触导通，其上端延伸至液晶聚合物层30的边缘处。在该区域中，第一导电层11沿着该条形结构导通至液晶聚合物层30的边缘处，相当于位于磁力装置60正下方的区域中第一导电层11与第二导电层12之间的距离减小，根据公式
E＝U/d
由此可知，当第一导电层11与第二导电层12之间的电压U不变时，液晶手写板磁力装置60的靠近相当于减小了该区域中第一导电层11与第二导电层12之间的厚度d，因此施加给其间的液晶聚合物层的电场强度E显著增大，因而位于磁力装置60正下方的区域的液晶聚合物层中的液晶分子受到较大的电场强度而被局部擦除。同样，若需要对液晶手写板全部进行擦除，则只需要在第一导电层11与第二导电层12之间施加大于阈值电压的电压即可。
本发明具体实施例中，液晶聚合物层30中的液晶选用的是胆甾相液晶，其具有双稳态特性，当螺距大小与可见光波长相当时，液晶聚合物层30选择性反射入射光，与螺距相对应的特定波长的光被反射，其他波长的光则被透射，最终被涂覆于基底10下方的染料层或置于基底10下方的背板吸收掉，此状态为反射态。当对反射态加低电压时，液晶分子指向矢平行于电场方向(针对正性液晶)，螺旋轴一定程度上被解螺旋。撤掉电场后，在手性扭曲力、高分子网格锚定力、基板内表面锚定力和液晶体系内弹性力共同作用下液晶分子重新指向，变成多畴弱散射态。此状态下，入射光被大部分向前散射进入基底10，之后被吸收，液晶手写板呈现黑板态。此时，用书写笔按压手写板，压力所到之处留下亮色字迹。针对液晶手写板书写有字迹的区域，若其局部需要擦除时，磁力装置60靠近该擦除区域，施加给该区域的液晶聚合物层的电场强度显著增大，当该区域的液晶分子所处电场强度超过阈值时，液晶分子在电场作用下偏离原来的有序排列变为取向杂乱的多畴散射态，使得该区域内的书写字迹被擦除，而磁力装置60未靠近的其他区域，由于电场强度未超过散射态的驱动电压，所以仍然保持显示字迹的反射态，这便是本发明磁力局部擦除液晶手写板实现对液晶手写板局部擦除的原理。
本实施例中，空间结构可以为圆柱体、三棱柱、四棱柱、椭圆柱体或底面为其他多边形的柱体空间结构。图4是本实施例的磁力局部擦除液晶手写板中多个相互独立的空间结构示意图，图4所示的空间结构为紧密排列的底面为正六边形的柱体结构。图5是本发实施例的磁力局部擦除液晶手写板中多个相互独立的空间结构的另一示意图，图5所示的空间结构为紧密排列的底面为正方形的柱体结构。但本发明不限于此，相互独立的空间结构也可以是底面为其他图形结构构成的柱体或类似柱体的结构，只要是空间结构彼此相互独立并能实现分别容纳磁性粒子41、载液42和添加剂的混合物即可，不再赘述。
图6是本发明第一实施例的磁力局部擦除液晶手写板中多个相互独立的空间结构的形成步骤的示例性实施方案。如图6所示，本实施例中的磁性诱导功能层40例如可以采用以下步骤形成：步骤S1，在基底10的具有第一导电层11的一侧涂覆光刻胶，对光刻胶层进行局部曝光、显影和蚀刻之后，在多个相互独立空间结构之间形成隔离结构(该结构为起到隔离作用的“墙体”结构)；之后进行步骤S2，涂覆磁性粒子41、载液42和添加剂的混合物，使其填充于步骤S1形成的空间结构中；之后进行步骤S3，磁性粒子41、载液42和添加剂的混合适当挥发；之后进行步骤S4，对填充于空间结构中的磁性粒子41、载液42和添加剂的混合物进行封顶，例如可以采用液晶聚合物层30直接贴合其上进行封顶，也可以额外采用膜层进行封顶密封后再在其上贴合液晶聚合物层30。本实施例中，光刻胶可以选自聚肉桂酸系(聚酯胶)和环化橡胶系，也可以是以重氮醌为感光化合物、以酚醛树脂为基体材料的光刻胶，还可以是环氧树脂、乙烯基或环硫化物的聚合物，或者是甲基丙烯甲酯、烯砜和重氮类聚合物(比如PMMA胶)，只要是可以通过光刻形成相互独立的空间结构的光刻胶均可，不再赘述。
本实施例中，优选地，磁性粒子41材料包括Fe3O4、Fe3N和Fe、Co、Ni及其合金中的一种或更多种。载液42包括硅油、水、乙二醇、聚酯、聚醚、合成烃油中的一种或更多种。添加剂包括油酸、聚乙二醇、纳米硅酸镁锂、二氧化硅(SiO2)中的一种或更多种。
本实施例中，第一导电层11和第二导电层21选自ITO、石墨烯、纳米银或其他金属导电层中的一种或更多种。第一导电层11可以选自为透明导电薄膜或不透明导电薄膜，第二导电层21则选自透明导电薄膜。液晶聚合物层30包括聚合物和分散在聚合物中的液晶。优选地，液晶聚合物层还包括分散于聚合物层中的多个间隔子，用于限定液晶聚合物层的厚度。
本实施例中，磁力装置60可以是永磁铁，也可以是电磁线圈，磁力装置60只要是能够产生磁力的发生装置均可，不作具体限定。磁力装置60优选地例如其可以集成或容纳于液晶手写板擦除笔内、擦除板或其他擦除装置内，也可以例如位于液晶手写板书写笔的书写端的另一端，便于书写和擦除使用。
本实施例的磁力局部擦除液晶手写板，擦除操作方便并且成本低、无擦除痕迹残留，有利于推广应用。
第二实施例：
本实施例与第一实施例相同之处不再赘述，其不同之处在于，本实施例中，磁性诱导功能层40采用的是在聚合物中分散胶囊的结构。图7是本发明第二实施例的磁力局部擦除液晶手写板的截面结构示意图。如图7所示，本实施例中，磁性诱导功能层40包括聚合物P1和分散于聚合物P1内的多个胶囊C1，磁性粒子41、载液42和添加剂(未图示)的混合物共同容纳于多个胶囊C1中。
本实施例中，优选地，胶囊C1的直径尺寸范围为1-50μm。优选地，胶囊C1具有胶囊壁，胶囊壁的材料选自异氰酸酯类中的D-110、D-120、D-140、D-160、HMI、TDI、IPDI、N75、N3390或异氰酸酯衍生物或有机胺类中的乙二胺、丁二胺、己二胺、辛二胺、癸二胺、乙胺、三乙烯四胺、三乙醇胺、三乙胺、二乙烯三胺、四乙烯五胺。
本实施例中，优选地，聚合物P1包括明胶、***胶、脲醛树脂、密胺树脂、聚脲甲醛、酚醛树脂、环氧树脂、乙烯基或环硫化物、甲基丙烯甲酯、烯砜和重氮类聚合物中的一种或更多种，优选地，选自光刻胶中的一种或更多种，光刻胶的选取与第一实施例相同，不再赘述。
本实施例的磁力局部擦除液晶手写板在需要对局部区域进行擦除时，磁力装置60靠近该擦除区域时，该区域的多个胶囊C1中的磁性粒子41受到磁力的作用而形成相互有序的紧密排列结构。如图7中位于磁力装置60正下方的区域所示，相互接触紧密排列的磁性粒子41中至少部分构成具有一定电阻的导体。当第一导电层11与第二导电层12之间施加电压(低于阈值电压)时，该区域内的磁性诱导功能层40中的磁性粒子41由无序排列转变为有序的紧密排列，其相对介电常数增大，因而对应于磁性诱导功能层40的电场强度降低。因共同施加给液晶聚合物层30和磁性诱导功能层40的总电场强度不变，对应于磁性诱导功能层40的电场强度降低，从而相应施加给液晶聚合物层30的电场强度则会显著增大，因而位于磁力装置60正下方的区域的液晶聚合物层中的液晶分子受到较大的电场强度而被局部擦除。若需要对液晶手写板全部进行擦除，则只需要在第一导电层11与第二导电层12之间施加大于阈值电压的电压即可。
本发明以上具体实施例中，仅针对磁性诱导功能层40做了举例说明，但不限于此，磁性诱导功能层40还可以是由具有磁性诱导材料构成的一层或多层膜，具体结构不限于上述实施例，只要是能实现磁场诱导、使得局部液晶聚合物层30所受电场强度增大、从而实现液晶手写板的局部擦除功能即可。本发明中的磁性诱导功能层40与液晶聚合物层30相对独立，互不影响，容易调整各自参数而达到最佳驱动效果，擦除操作方便并且成本低、无擦除痕迹残留。规避了现有技术的局部擦除方法中存在的擦除力度大、痕迹残留、成本高昂、字迹变暗、响应不及时等问题。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其他具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种磁力局部擦除液晶手写板，其特征在于，所述磁力局部擦除液晶手写板包括：基底、柔性透明基材层、以及由所述基底和所述柔性透明基材层共同夹持的液晶聚合物层，所述基底和所述柔性透明基材层彼此平行且相对设置，所述基底内侧形成有第一导电层，所述柔性透明基材层内侧形成有第二导电层，所述第一导电层和所述第二导电层均与外部驱动电路电性连接，所述磁力局部擦除液晶手写板还包括位于所述液晶聚合物层与所述第一导电层之间的磁性诱导功能层；
所述磁性诱导功能层包括磁性粒子、载液和添加剂；
所述磁性诱导功能层包括多个相互独立的空间结构，每个所述空间结构中填充有所述磁性粒子、所述载液和所述添加剂的混合物。
2.根据权利要求1所述的磁力局部擦除液晶手写板，其特征在于，所述空间结构为圆柱体、三棱柱、四棱柱、椭圆柱体或底面为其他多边形的柱体空间结构。
3.根据权利要求1或2所述的磁力局部擦除液晶手写板，其特征在于，所述磁性粒子的材料包括Fe3O4、Fe3N和Fe、Co、Ni及其合金中的一种或更多种。
4.根据权利要求1或2所述的磁力局部擦除液晶手写板，其特征在于，所述载液包括硅油、水、乙二醇、聚酯、聚醚、合成烃油中的一种或更多种。
5.根据权利要求1或2所述的磁力局部擦除液晶手写板，其特征在于，所述添加剂包括油酸、聚乙二醇、纳米硅酸镁锂、二氧化硅中的一种或更多种。
6.一种磁力局部擦除液晶手写板，其特征在于，所述磁力局部擦除液晶手写板包括：基底、柔性透明基材层、以及由所述基底和所述柔性透明基材层共同夹持的液晶聚合物层，所述基底和所述柔性透明基材层彼此平行且相对设置，所述基底内侧形成有第一导电层，所述柔性透明基材层内侧形成有第二导电层，所述第一导电层和所述第二导电层均与外部驱动电路电性连接，所述磁力局部擦除液晶手写板还包括位于所述液晶聚合物层与所述第一导电层之间的磁性诱导功能层；
所述磁性诱导功能层包括磁性粒子、载液和添加剂；
所述磁性诱导功能层包括聚合物和多个胶囊，所述磁性粒子、所述载液和所述添加剂的混合物共同容纳于所述多个胶囊中，所述多个胶囊分散于所述聚合物中。
7.根据权利要求6所述的磁力局部擦除液晶手写板，其特征在于，所述多个胶囊的直径尺寸范围为1-50μm。
8.根据权利要求6所述的磁力局部擦除液晶手写板，其特征在于，所述多个胶囊具有胶囊壁，所述胶囊壁的材料选自异氰酸酯类中的D-110、D-120、D-140、D-160、HMI、TDI、IPDI、N75、N3390或异氰酸酯衍生物或有机胺类中的乙二胺、丁二胺、己二胺、辛二胺、癸二胺、乙胺、三乙烯四胺、三乙醇胺、三乙胺、二乙烯三胺、四乙烯五胺。
9.根据权利要求6所述的磁力局部擦除液晶手写板，其特征在于，所述聚合物包括明胶、***胶、脲醛树脂、密胺树脂、聚脲甲醛、酚醛树脂、环氧树脂、乙烯基或环硫化物、甲基丙烯甲酯、烯砜和重氮类聚合物中的一种或更多种。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的磁力局部擦除液晶手写板，其特征在于，所述磁性粒子的材料包括Fe3O4、Fe3N和Fe、Co、Ni及其合金中的一种或更多种。
11.根据权利要求6-9中任一项所述的磁力局部擦除液晶手写板，其特征在于，所述载液包括硅油、水、乙二醇、聚酯、聚醚、合成烃油中的一种或更多种。
12.根据权利要求6-9中任一项所述的磁力局部擦除液晶手写板，其特征在于，所述添加剂包括油酸、聚乙二醇、纳米硅酸镁锂、二氧化硅中的一种或更多种。
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