具备书写显示和电驱动显示的液晶书写装置及方法与流程

本发明涉及液晶书写板结构技术领域，特别是涉及一种具备书写显示和电驱动显示的液晶书写装置及方法。

背景技术：

目前市面上的液晶书写装置，其工作原理是利用液晶的双稳态特性实现压力书写/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状态发生变化，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装置，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，通过蚀刻技术将两层pet导电层分别进行分割，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1mm*1mm)，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。

另外，目前的双稳态胆甾相液晶书写装置，受到电压控制方式的制约，均采用书写显示的方式，并没有电驱动显示的方案。

现有的液晶显示面板虽然能够实现电驱动显示，但是其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；其显示必须靠电驱动维持，一旦掉电后，显示画面将消失；并且其内部需要设置背光板或者自发光元件，长时间使用容易引起视觉疲劳。

现有的电子纸/电子墨水，由下层由基板构成，上面涂有一种由无数微小透明颗粒组成的电子墨水，颗粒由带正、负电的许多黑色和白色粒子密封于内部液态微胶囊内形成，不同颜色的带电粒子会因施加电场的不同，而朝不同的方向运动，在显示屏表面呈现出黑或白的效果。该产品能够实现书写和主动显示，但是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，书写过程存在延时，需要使用专门的书写笔；并且，该类产品成本较高，对于屏幕较大的产品，并不适用。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提出了一种具备书写显示和电驱动显示的液晶书写装置及方法，能够在实现极小像素点分割的前提下，避免由于不断书写导致的断线情况的发生，同时能够实现书写显示和电驱动显示，充分还原真实的书写感觉和书写轨迹。

为了实现上述目的，根据本发明的第一个方面，提供了一种具备书写显示和电驱动显示的液晶书写装置，包括：依次设置的导电层、双稳态液晶层和基底层；所述基底层包括：

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电压控制电路；

所述电压控制电路包括：按行布置的多根x轴导线，按列布置的多根y轴导线，以及多根辅助导线；x轴导线和y轴导线交叉布置，像素电极位于交叉位置处；每一个像素电极通过二极管分别连接相对应的x轴导线和y轴导线，将两个二极管的正极与像素电极连在一起，并通过电阻连接相对应的辅助导线。

根据本发明的第二个方面，提供了一种具备书写显示和电驱动显示的液晶书写装置，包括：依次设置的导电层、双稳态液晶层和基底层；所述基底层包括：

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电压控制电路；

所述电压控制电路包括：按行布置的多根x轴导线，按列布置的多根y轴导线，以及多根辅助导线；x轴导线和y轴导线交叉布置，像素电极位于交叉位置处；每一个像素电极通过二极管分别连接相对应的x轴导线和y轴导线，将两个二极管的负极与像素电极连在一起，并通过电阻连接相对应的辅助导线。

作为进一步地方案，还包括：

控制单元，被配置为采用逐行/列驱动的方式，基于每一行/列像素电极中的显示位置，控制输入给x轴导线、y轴导线和辅助导线的电压，为该行需要显示位置的像素电极加载设定的电压，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，实现电驱动显示。

作为进一步地方案，还包括：

控制单元，被配置为控制输入给x轴导线、y轴导线和辅助导线的电压，为设定的目标区域对应的像素电极加载设定的第一电压，这些像素电极与导电层之间形成的电场，使得目标区域呈显示状态；然后在目标区域中，通过逐行/列驱动擦除的方式，控制输入给每一行像素电极的电压，以使该行中设定的像素电极呈擦除状态。

根据本发明的第三个方面，提供了一种具备书写显示和电驱动显示的液晶书写方法，包括：

接收对设定内容的显示指令并获取显示位置；

采用逐行/列驱动的方式，基于每一行/列像素电极中的显示位置，控制输入给x轴导线、y轴导线和辅助导线的电压，为该行需要显示位置的像素电极加载设定的电压，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，实现电驱动显示。

根据本发明的第四个方面，提供了一种具备书写显示和电驱动显示的液晶书写方法，包括：

接收对设定内容的显示指令并获取显示位置；

控制输入给x轴导线、y轴导线和辅助导线的电压，为设定的目标区域对应的像素电极加载设定的第一电压，这些像素电极与导电层之间形成的电场，使得目标区域呈显示状态；然后在目标区域中，通过逐行/列驱动擦除的方式，控制输入给每一行像素电极的电压，以使该行中设定的像素电极呈擦除状态。

根据本发明的第六个方面，提供了一种电子书包，包括：上述的具备书写显示和电驱动显示的液晶书写装置；所述液晶书写装置内设有：

显示控制模块，被配置为用于选定显示内容并在液晶书写装置的设定位置进行显示；

擦除控制模块，被配置为用于实现对液晶书写装置上设定位置内容的擦除；

数据传输模块，被配置为用于实现液晶书写装置与其他终端设备之间的数据传输。

根据本发明的第六个方面，提供了一种液晶大屏，包括：上述的具备书写显示和电驱动显示的液晶书写装置；所述液晶书写装置内设有：

显示控制模块，被配置为用于选定显示内容并在液晶书写装置的设定位置进行显示；

擦除控制模块，被配置为用于实现对液晶书写装置上设定位置内容的擦除；

数据传输模块，被配置为用于实现液晶书写装置与其他终端设备之间的数据传输。

根据本发明的第七个方面，提供了一种智慧教室，包括：上述的电子书包、上述的液晶大屏，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；所述电子书包上的显示或书写内容，能够在教师终端同步显示。

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)本发明液晶书写装置无需对顶层导电层进行分割，通过合理施加电压能够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，同时能够将一些复杂的内容呈现在液晶黑板上，达到更好的教学目的。

(3)本发明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)本发明液晶书写装置成本低，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。

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具备显示功能的液晶书写装置结构示意图；

图2为本发明实施例中公开的一种基底层上集成的电路结构示意图；

图3(a)为图2中公开实施方案的等效电路图；

图3(b)为图2中公开的实施方案中，基底层上各像素单元的电压情况；

图3(c)为图2中公开的实施方案中，基底层与导电层的电压差；

图4为本发明实施例中公开的另一种基底层上集成的电路结构示意图；

图5(a)为图4中公开实施方案的等效电路图；

图5(b)为图4中公开的实施方案中，基底层上各像素单元的电压情况；

图5(c)为图4中公开的实施方案中，基底层与导电层的电压差。

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，公开了一种具备书写显示和电驱动显示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、双稳态液晶层和基底层。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电压控制电路；电压控制电路能够控制加载在相应像素单元上的电压。

电压控制电路能够为需要显示位置的像素电极加载设定的电压，以使所述像素电极与导电层在空间重叠位置形成设定的电场，实现对设定内容的显示。

具备书写显示和电驱动显示的液晶书写装置还包括：

控制单元，被配置为采用逐行/列驱动的方式，基于每一行/列像素电极中的显示位置，控制输入给x轴导线、y轴导线和辅助导线的电压，为该行需要显示位置的像素电极加载设定的电压，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，实现电驱动显示。

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。该液晶能够在接受到压力的时候，能够实现压力书写显示；在接受到设定的第一电场作用时，能够呈擦除状态；在接收到设定的第二电场作用时，能够呈电驱动显示状态。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厚度决定。

具体地，参照图2,电压控制电路具体包括：

在基底层上，分别沿x轴方向和y轴方向集成的若干x轴导线(x1…xn)和y轴导线(y1…ym)，以及沿x轴方向或者y轴方向集成的若干辅助导线；

n、m分别表示x轴导线和y轴导线的数量，两者的取值根据液晶书写区域的大小进行设置，可以相等，也可以不等。

每一个像素电极通过二极管分别连接与其邻近的x轴导线和y轴导线，两个二极管的正极和像素单元连接在一起，并通过电阻连接与其邻近的辅助导线。

当然，每一个像素电极只连接与其邻近的一条x轴导线、y轴导线以及辅助导线，下面实施例也是一样。

基于上述电路结构的显示方法具体为：

采用逐行/列驱动的方式，基于每一行/列像素电极中的显示位置，控制输入给x轴导线、y轴导线和辅助导线的电压，为该行需要显示位置的像素电极加载设定的电压，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，实现电驱动显示。

参照图3(a)，为本实施例方案中基底层与导电层之间的等效电路图；

给导电层提供电压vcom,为辅助导线提供电压vh+vcom；分别为每一行/列中覆盖欲显示位置的像素电极所连接的x轴导线和y轴导线提供电压vh+vcom或者浮空，其余x轴导线和y轴导线提供参考电压vcom,图中电容的两个电极的电压相当于加载在基底层和导电层上的电压。

在每一行/列的各像素单元中，由于覆盖欲显示位置的像素电极所连接的x轴导线和y轴导线提供电压vh+vcom或者浮空，此时，这些像素电极连接x轴导线和y轴导线的两个二极管均不会导通，因此，加载在覆盖欲显示位置的像素电极上的电压为vh+vcom；而其他像素电极所连接的x轴导线和y轴导线提供电压vcom，因此他们的二极管均会导通，因此，加载在覆盖像素电极上的电压为vcom。

以图3(b)公开的基底层上上各像素电极的电压情况为例，九宫格的中间位置为覆盖欲显示位置的像素电极对应的电压vh+vcom，而其余方格均为其他区域对应的vcom；x轴和y轴分别表示像素电极连接的x轴导线和y轴导线提供的电压。

可见，本实施例中，电压控制电路控制每一行/列中覆盖欲显示位置的像素电极上的电压为第一电压vh+vcom，其余像素电极上的电压为第二电压vcom。

在此基础上，参照图3(c),为导电层提供电压vcom，此时，基底层每一行设定的像素单元与导电层形成的电场能够实现对预先显示位置的显示，且其他区域不受影响。

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。

实施例二

根据本发明实施例，公开了一种具备书写显示和电驱动显示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、双稳态液晶层和基底层。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电压控制电路；电压控制电路能够控制加载在相应像素单元上的电压。

电压控制电路能够为需要显示位置的像素电极加载设定的电压，以使所述像素电极与导电层在空间重叠位置形成设定的电场，实现对设定内容的显示。

具备书写显示和电驱动显示的液晶书写装置还包括：

控制单元，被配置为采用逐行/列驱动的方式，基于每一行/列像素电极中的显示位置，控制输入给x轴导线、y轴导线和辅助导线的电压，为该行需要显示位置的像素电极加载设定的电压，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，实现电驱动显示。

本实施例与实施例一的液晶书写装置相比，区别点在于，电压控制电路的结构不同。

参照图4，电压控制电路具体包括：

在基底层上，分别沿x轴方向和y轴方向集成的若干x轴导线(x1…xn)和y轴导线(y1…ym)，以及沿x轴方向或者y轴方向集成的若干辅助导线；

n、m分别表示x轴导线和y轴导线的数量，两者的取值根据液晶书写膜的大小进行设置，可以相等，也可以不等。

每一个像素电极通过二极管分别连接与其邻近的x轴导线和y轴导线，两个二极管的负极与像素电极相连，并通过电阻连接与其邻近的辅助导线。

基于上述电路结构的显示方法具体为：

采用逐行/列驱动的方式，基于每一行/列像素电极中的显示位置，控制输入给x轴导线、y轴导线和辅助导线的电压，为该行需要显示位置的像素电极加载设定的电压，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，实现电驱动显示。

参照图5(a)，为本实施例方案中基底层与导电层之间的等效电路图；为导电层提供电压vh+vcom,为辅助导线提供参考电压vcom；分别为每一行/列中覆盖欲显示位置的像素电极所连接的x轴导线和y轴导线提供电压vcom，其余x轴导线和y轴导线提供电压vh+vcom，图中电容的两个电极的电压相当于加载在基底层和导电层上的电压。

由于每一行/列中覆盖欲显示位置的像素电极所连接的x轴导线和y轴导线提供电压vcom，此时，这些像素电极连接x轴导线和y轴导线的两个二极管均不会导通，因此，加载在覆盖欲显示位置的像素电极上的电压为vcom，而其他像素电极所连接的x轴导线和y轴导线提供电压vh+vcom，此时他们对应的二极管均导通，因此，加载在其他像素电极上的电压为电压vh+vcom。

以图5(b)公开的基底层上各像素电极的电压情况为例，九宫格的中间位置为覆盖欲显示位置的像素电极对应的电压为vcom，而其余方格均为其他区域对应的电压为vh+vcom；x轴和y轴分别表示像素电极连接的x轴导线和y轴导线提供的电压。

可见，本实施例中，电压控制电路控制覆盖每一行/列中欲显示位置的像素电极上的电压为第一电压vcom，其余像素电极上的电压为第二电压vh+vcom。

在此基础上，参见图5(c),为导电层提供电压vh+vcom，此时，基底层每一行/列中设定像素单元与导电层形成的电场能够实现对预先显示位置的显示，且其他区域不受影响。

实施例三

根据本发明实施例，公开了一种具备显示功能的液晶书写装置的实施例，包括：自上往下依次设置的导电层、双稳态液晶层和基底层。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电压控制电路；电压控制电路能够控制加载在相应像素单元上的电压。

上述结构与实施例一或者实施例二中的液晶书写装置结构相同；基于上述结构，与实施例一或者实施例二中的液晶书写装置不同的是，本实施例具备书写显示和电驱动显示的液晶书写装置的控制单元还可以被配置为控制输入给x轴导线、y轴导线和辅助导线的电压，为设定的目标区域对应的像素电极加载设定的第一电压，这些像素电极与导电层之间形成的电场，使得目标区域呈显示状态；然后在目标区域中，通过逐行/列驱动擦除的方式，控制输入给每一行像素电极的电压，以使该行中设定的像素电极呈擦除状态。

具体的电压控制方法如下：

接收对设定内容的显示指令并获取显示位置；

为设定的像素电极加载设定的第一电压，所述第一电压与导电层在空间重叠位置形成的电场，能够使得液晶书写装置在设定的目标区域呈现显示状态；

然后在目标区域中，通过逐行/列驱动擦除的方式，为目标区域内每一行/列中设定的像素电极加载设定的第二电压，所述第二电压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第二区域呈现局部擦除状态；

最终实现对欲显示位置的显示。

上述过程的具体实现方法已经在实施例一或者实施例二中进行了详细的说明，不再赘述。

实施例四

根据本发明实施例，公开了一种电子书包的实施例，该电子书包采用实施例一或实施例三中公开的液晶书写装置实现，液晶书写装置内设有：

显示控制模块，被配置为用于选定显示内容并在液晶书写装置的设定位置进行显示；

擦除控制模块，被配置为用于实现对液晶书写装置上设定位置内容的擦除；

数据传输模块，被配置为用于实现液晶书写装置与其他终端设备之间的数据传输；

数据存储模块，被配置为用于实现对设定书写或显示内容按照时间序列进行存储。

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/记录；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。

实施例五

根据本发明实施例，公开了一种液晶大屏的实施例，该液晶大屏采用实施例一或实施例三中公开的液晶书写装置实现，液晶书写装置内设有：

显示控制模块，被配置为用于选定显示内容并在液晶书写装置的设定位置进行显示；

擦除控制模块，被配置为用于实现对液晶书写装置上设定位置内容的擦除；

数据传输模块，被配置为用于实现液晶书写装置与其他终端设备之间的数据传输；

数据存储模块，被配置为用于实现对设定书写或显示内容按照时间序列进行存储。

液晶大屏上可以划分显示区域和书写区域；或者，自主设定液晶大屏的显示区域和书写区域。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。

实施例六

根据本发明实施例，公开了一种智慧教室的实施例，该智慧教室包括实施例四中的电子书包、实施例五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；教师终端能够控制液晶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。