一种可局部擦除的液晶手写板的制作方法

本发明涉及液晶应用技术领域，特别涉及一种可局部擦除的液晶手写板。

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，触控灵敏，但是戴上手套后则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，大大限制了液晶手写板进军庞大的教育市场。从理论上来说，局部擦除技术是实现局部区域液晶分子重新取向，由反射态变为杂乱无章的弱散射态。

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(纳米铟锡金属氧化物)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，且存在烫伤的隐患以及能耗大的问题；方法3存在成本高、字迹残留、误擦等问题。以上三种方法只有方法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于大尺寸手写板的局部擦除技术，技术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。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术中存在的以上技术问题，提出一种可实现局部擦除的液晶手写板，擦除操作简单方便并且成本低、无擦除痕迹残留。

本发明采用以下技术方案：

一种可局部擦除的液晶手写板，所述液晶手写板包括尺寸基本一致地依次堆叠设置的：基底；位于所述基底上的第一导电层；局部擦除功能层；液晶聚合物层；第二导电层；柔性透明基材层；所述第一导电层和所述第二导电层分别与外部驱动电路电性连接，其中当对所述液晶手写板的一待擦除区域进行擦除时，按压所述待擦除区域，使得对应所述待擦除区域的所述局部擦除功能层的所分电压降低、而对应所述待擦除区域的所述液晶聚合物层的所分电压增加以达到阈值实现局部擦除。

优选地，所述局部擦除功能层为压敏薄膜导电层。

优选地，所述压敏薄膜导电层包括聚合物以及掺杂于所述聚合物中的多个导电粒子。

优选地，所述局部擦除功能层包括复合材料膜层、位于所述复合材料膜层靠近所述基底一侧的局部擦除电极层和位于所述第一导电层与所述局部擦除电极层之间的间隔物层。

优选地，所述局部擦除电极层为图案化的电极层。

优选地，所述间隔物层为间隔粒子层。

优选地，所述间隔粒子层中的间隔粒子限定的间隙在1μm-50μm之间。

优选地，所述局部擦除电极层为紧密排列且相互独立设置的三角形、矩形、正方形、圆形、菱形、平行四边形、梯形或其他由多边形构成的规则或不规则图案。

优选地，还包括位于所述复合材料膜层靠近所述液晶聚合物层一侧的辅助局部擦除电极层。

优选地，所述复合材料膜层的相对介电常数在20-200之间。

优选地，所述复合材料膜层的膜厚在30μm-500μm之间。

优选地，所述复合材料膜层包括聚合物和掺杂于所述聚合物中的高介电常数纳米材料。

优选地，所述聚合物选自聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚偏二氟乙烯、脲-甲醛树脂、不饱和聚酯树脂、聚四氟乙烯、聚酰亚胺中的一种或更多种。

优选地，所述高介电常数纳米材料选自银、碳纳米管、导电炭粉、镍、钛酸钡中的一种或更多种。

优选地，所述局部擦除功能层包括聚合物层和分散于所述聚合物层中的多个空心微球。

优选地，所述空心微球的直径在20μm-150μm范围内。

优选地，所述第一导电层和所述第二导电层选自ito、石墨烯、纳米银或其他金属导电层中的一种或更多种。

优选地，所述液晶聚合物层包括聚合物和固化于所述聚合物中的液晶。

优选地，所述液晶聚合物层还包括分散于所述聚合物层中的多个液晶聚合物层间隔子。

优选地，所述液晶为胆甾相液晶。

本发明的可局部擦除的液晶手写板，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是本发明第一实施例的可局部擦除的液晶手写板的横截面结构示意图；

图2是本发明第二实施例的可局部擦除的液晶手写板的横截面结构示意图；

图3是本发明第三实施例的可局部擦除的液晶手写板的横截面结构示意图；

图4是本发明第二和第三实施例的可局部擦除的液晶手写板中的局部擦除电极层的俯视图；

图5是本发明第二和第三实施例的可局部擦除的液晶手写板中的局部擦除电极层其他可能的结构示意图；

图6是本发明第四实施例的可局部擦除的液晶手写板的横截面结构示意图。

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1是本发明第一实施例的可局部擦除的液晶手写板的横截面结构示意图。如图1所示，本实施例的可局部擦除的液晶手写板包括尺寸基本一致地依次堆叠设置的：基底10；位于基底10上的第一导电层20；局部擦除功能层30；液晶聚合物层40；第二导电层50；柔性透明基材层60。第一导电层20和第二导电层50分别与外部驱动电路70电性连接。其中当需要对液晶手写板的一待擦除区域进行擦除时，按压所述待擦除区域，使得对应该待擦除区域的局部擦除功能层30的厚度减小，进而使得局部擦除功能层30所分电压降低、而对应该区域的液晶聚合物层40的所分电压增加，以达到阈值而最终实现局部擦除。

本实施例中，优选地，局部擦除功能层30为压敏薄膜导电层。当从柔性透明基材层60一侧施加力于待擦除的区域时，对应该区域的柔性透明基材层60发生弯曲，对应该区域的压敏薄膜导电层因受挤压而电阻值减小。当施加于第一导电层20和第二导电层50之间的电压一定时，可通过按压需要局部擦除的区域使得对应该区域的压敏薄膜导电层的电阻值变小，进一步使得压敏薄膜导电层所分电压降低、液晶聚合物层40所分电压升高，从而使得在对应该区域的液晶聚合物层40内的液晶分子所受电压达到阈值电压，即液晶聚合物层40的被按压区域内的液晶分子受到相较于其他区域较大的电场强度而发生转动(即，液晶分子的取向发生变化，从反射态变成散射态而实现了局部擦除)，从而达到对该区域进行局部擦除的目的。当液晶手写板需要进行全部擦除时，驱动电路70通过在第一导电层20和第二导电层50之间施加相对于局部擦除较大电压差而实现液晶手写板的整体擦除。

本实施例中，局部擦除功能层30所采用的压敏薄膜导电层可以是由单一物质构成的具有压敏特性的薄膜，也可以是由两种或更多种物质混合构成的具有压敏特性的薄膜，例如，压敏薄膜导电层包括聚合物以及在聚合物中掺杂的多个导电粒子。但不限于此，只要是通过外在压力可以改变薄膜本身电阻值的材料均可，不再赘述。

本实施例中，第一导电层20和第二导电层50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20可以选自为透明导电薄膜或不透明的导电薄膜，而第二导电层50选自透明导电薄膜。液晶聚合物层40包括聚合物和固化于聚合物中的液晶。优选地，液晶聚合物层40还包括分散于聚合物层中的多个液晶聚合物层间隔子，用于限定液晶聚合物层40的膜层厚度。本发明具体实施例中，优选地，液晶选自胆甾相液晶。

第二实施例：

图2是本发明第二实施例的可局部擦除的液晶手写板的横截面结构示意图。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，本实施例中局部擦除功能层30中的局部擦除功能层包括多个膜层。如图2所示，本实施例中局部擦除功能层30包括复合材料膜层31、位于复合材料膜层31靠近基底10一侧的局部擦除电极层32和位于第一导电层20与局部擦除电极层32之间的间隔物层33。复合材料膜层31、局部擦除电极层32和间隔物层33共同构成本实施例的局部擦除功能层30。

本实施例中，优选地，局部擦除电极层32为图案化的电极层。优选地，间隔物层33为间隔粒子层。间隔粒子层中的间隔粒子限定的间隙在1μm-50μm之间，更优选地，例如间隔物层33厚度限定在8μm-20μm之间中的8μm、12μm或20μm。但不限于此，间隔物层33也可以采用柱状间隔物层、或其他间隔物层。

本实施例中，优选地，复合材料膜层31为高介电常数材料，复合材料膜层31的相对介电常数在20-200之间。如此一来，可忽略电阻作用而将液晶聚合物层40和复合材料膜层31等效为两个电容串联。液晶聚合物层40分得的电压与复合材料膜层31的电容值正相关，随着复合材料膜层的介电常数增加电容值也在增加，液晶聚合物层分得的电压会随之增长，更加有利于达到阈值电压。复合材料膜层31的膜层厚度在30μm-500μm之间。本实施例中，复合材料膜层31例如包括聚合物和掺杂于聚合物中的高介电常数纳米材料。优选地，聚合物选自聚乙烯(pe)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚氯乙烯(pvc)、聚碳酸酯(pc)、聚偏二氟乙烯(pvdf)、脲-甲醛树脂(uf)、不饱和聚酯树脂(up)、聚四氟乙烯(ptfe)、聚酰亚胺(pi)等材料中的一种或更多种。高介电常数纳米材料选自银、碳纳米管、导电炭粉、镍、钛酸钡中的一种或更多种。

本实施例中，图案化的局部擦除电极层32可以是紧密排列且相互独立设置的正方形，如图4俯视图所示，例如该多个正方形图案的边长为0.5mm-10mm，多个正方形之间的间隔为50μm-200μm。但不限于此，如图5所示，局部擦除电极层还可以为紧密排列且相互独立设置的三角形、矩形、正方形、圆形、菱形、平行四边形、梯形、正六边形、正八边形、或者其他由多边形构成的规则或不规则图案，该多种规则或不规则的图案的尺寸例如在1μm到10mm之间。局部擦除电极层的图案可以根据可局部擦除的液晶手写板的具体尺寸适当设置。本实施例中，图案化的局部擦除电极层可以采用同一种形状，也可以采用多种不同形状，不再赘述。本发明实施例中，待擦除区域中的局部擦除电极层设置为相同的正方形形状的图案，当进行局部擦除时，该图案任意位置一旦被按压或多个图案同时被按压，则擦除区域可以覆盖所有被按压的整个图案区域、或者被按压的多个图案区域，图案化的局部擦除电极层可以看作是进行局部擦除的最小单元。

本实施例中，局部擦除功能层为多个膜层共同构成的。当从柔性透明基材层60一侧施加力于待擦除区域时，对应该区域的柔性透明基材层60发生弯曲，使得对应该区域的部分局部擦除电极层32因挤压跨过间隔粒子层33中的间隔粒子而接触第一导电层20，实现电性连接，使得对应该区域的局部擦除功能层所分电压降低、液晶聚合物层40所分电压升高，从而使得在对应该区域的液晶聚合物层40内的液晶分子所受电压达到阈值电压，即液晶聚合物层40被按压区域内的液晶分子受到相较于其他区域较大的电场强度而发生转动，即，液晶分子的取向发生变化，从反射态变成散射态从而达到对该区域进行局部擦除的目的。当液晶手写板需要进行全部擦除时，驱动电路70通过在第一导电层20和第二导电层50之间施加相对于局部擦除较大电压差而实现液晶手写板的整体擦除。

本实施例中，例如复合材料膜层31厚度为30μm，其介电常数为30，电阻率大于1010ω·cm，颜色为黑色，其下表面蒸镀银电极、并且进行蚀刻形成图案化的局部擦除电极层32，局部擦除电极层32的图案为10mm×10mm正方形，间隙为0.2mm；柔性透明基材层60采用的是透明柔性pet，柔性透明基材层60的厚度为180μm；间隔物层33采用球形间隔子支撑，粒径20μm，密度为5个/mm²。在本实施例样品制备过程中，例如基底10为玻璃，第一导电层20为ito，在该具有第一导电层20的基底10上进行清洗并且喷洒间隔子，将液晶聚合物层40滴加在复合材料膜层31和柔性透明基材60之间，用辊压方式加工成膜后贴合至形成有ito层(第一导电层)的玻璃基底10上做成样品。在第一导电层和第二导电层之间施加150v方波电压，按压局部擦除部位，字迹完全消失无残留，进而达到设计要求。

第三实施例：

图3是本发明第三实施例的可局部擦除的液晶手写板的横截面结构示意图。本实施例与第二实施例相同之处不再赘述，其不同之处在于，本实施例中局部擦除功能层30中还包括位于复合材料膜层31靠近液晶聚合物层40一侧的辅助局部擦除电极层34。

本实施例中，辅助局部擦除电极层34与局部擦除电极层32可以设置为相同的图案，也可以设置为不同的图案，辅助局部擦除电极层34与局部擦除电极层32的图案在位置上可以相对应地设置，也可以交错设置，只要能实现本发明局部擦除的功能均可，不再赘述。

本实施例的液晶手写板需要进行局部擦除的区域在受到从柔性透明基材层60一侧力的挤压时，对应该区域的柔性透明基材层60发生弯曲，使得对应该区域的部分局部擦除电极层32因挤压跨过间隔粒子层33中的间隔粒子而接触第一导电层20，实现电性连接，使得对应该区域的局部擦除功能层30所分电压降低、液晶聚合物层40所分电压升高，从而使得在对应该区域的液晶聚合物层40内的液晶分子所受电压达到阈值电压，即液晶聚合物层40被按压区域内的液晶分子受到相较于其他区域较大的电场强度而发生转动(即，液晶分子的取向发生变化，从反射态变成散射态)，从而达到对该区域进行局部擦除的目的。当液晶手写板需要进行全部擦除时，驱动电路70通过在第一导电层20和第二导电层50之间施加相对于局部擦除较大电压差而实现液晶手写板的整体擦除。

本实施例中，例如复合材料膜层31厚度为50μm，其介电常数为45，电阻率大于1010ω·cm，颜色为黑色，在其上下表面分别蒸镀银电极、并且进行蚀刻形成图案化的局部擦除电极层32和辅助局部擦除电极层34，局部擦除电极层32和辅助局部擦除电极层34的图案均为10mm×10mm的正方形，间隙为0.2mm；柔性透明基材层60采用的是透明柔性pet，柔性透明基材层60的厚度为180μm；间隔物层33采用光刻形成的直径为70μm、高度为12μm的柱状间隔物支撑，柱状间隔物上下左右间隔5mm规则排布。在本实施例样品制备过程中，例如基底10为玻璃，第一导电层20为ito，将液晶聚合物层40滴加在复合材料膜层31和柔性透明基材层60之间，用辊压方式加工成膜后贴合至形成有ito层(第一导电层)的玻璃基底10上制成样品。在第一导电层和第二导电层之间施加100v方波电压，按压局部擦除部位，字迹完全消失无残留，进而达到设计要求。

本实施例相对于第二实施例，增加设置了辅助局部擦除电极层34，并且其与局部擦除电极层32图案相同并且位置相对应，在进行局部擦除过程中，设置辅助局部擦除电极层34更有利于局部擦除功能层30的所分电压的进一步降低、液晶聚合物层40所分电压的进一步升高，相对于第二实施例具有更优的局部擦除效果。

第四实施例：

图6是本发明第四实施例的可局部擦除的液晶手写板的横截面结构示意图。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，本实施例中局部擦除功能层30采用的局部擦除功能层30包括聚合物层301和分散于聚合物层301中的多个空心微球302，本实施例中，优选地，空心微球302的直径在20μm-150μm范围内。

本实施例中，局部擦除功能层30为弹性膜层。当从柔性透明基材层60一侧施加力于待擦除区域时，对应该区域的柔性透明基材层60发生弯曲，使得对应该区域的局部擦除功能层因被挤压而厚度减小。当施加于第一导电层20和第二导电层50之间的电压恒定时，可通过按压需要局部擦除的区域，使得对应该区域的局部擦除功能层30的厚度变小，使得对应该区域的局部擦除功能层30所分电压降低、液晶聚合物层40所分电压升高，从而使得在对应该区域的液晶聚合物层40内的液晶分子所受电压达到阈值电压，即液晶聚合物层40被按压区域内的液晶分子受到相较于其他区域较大的电场强度而发生转动(即，液晶分子的取向发生变化，从反射态变成散射态)，从而达到对该区域进行局部擦除的目的。当液晶手写板需要进行全部擦除时，驱动电路70通过在第一导电层20和第二导电层50之间施加相对于局部擦除较大电压差而实现液晶手写板的整体擦除。

本实施例中，局部擦除功能层30所采用的材料还可以是单一物质构成的具有优异的弹性形变性能的薄膜，按压后具有较好的厚度恢复性能；也可以是两种或更多种物质混合构成的弹性薄膜。本发明不限于此，只要是具有通过外在压力可以改变薄膜本身厚度、并且在压力解除后及时恢复或能接近恢复到原状的材料均可，不再赘述。

本发明具体实施例的可局部擦除的液晶手写板实现局部擦除的原理为：复合材料膜层与液晶聚合物层可等效为串联电路，从夹持液晶聚合物层的膜层的外侧施加足够高的电压于待擦除的局部区域，当液晶聚合物层分得的电压达到阈值时，即可实现该局部区域出字迹的擦除；通常液晶手写板的膜材为pet材料，其分得的电压远远大于液晶聚合物层分得的电压，导致需要达到擦除的电压极高而很难实现此局部擦除功能。本发明则通过设置压敏电阻膜、弹性膜层或提高复合材料膜层的介电常数即可成功地将擦除电压降低至安全范围。一般薄膜的等效电路可采用电阻电容的串并联等效，因本发明中复合材料膜层的介电常数非常高，可忽略电阻作用从而将液晶聚合物层和复合材料膜层等效为两个电容串联，液晶聚合物层分得的电压与复合材料膜层的电容值正相关，随着复合材料膜层的介电常数增加电容值也在增加，液晶聚合物层分得的电压会随之增长，所以当复合材料膜层的介电常数高到一定值，即可实现用低电压在膜外加驱动电压使液晶层相态发生转变。

在此要说明的是，本发明主要通过调整局部擦除功能层的电阻、或厚度、或调整其中复合材料膜层的介电常数降低驱动电压，但也可以同时调整局部擦除功能层的电阻、厚度和介电常数中的两个或两个以上的参数来共同达到本发明所要达到的目的，只要符合本发明的设计理念均可实现，不再赘述。

本发明中的局部擦除功能层与液晶聚合物层相对独立，互不影响，更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。很好的规避了其他局部擦除方法存在的擦除力度大、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。