一种自适应环境光的液晶书写装置及方法与流程

1.本发明涉及液晶书写技术领域，特别涉及一种自适应环境光的液晶书写装置及方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
3.目前市面上的液晶书写板或电子纸，其工作原理是利用液晶的双稳态特性实现显示和/或擦除液晶写字板上的书写内容。以胆甾相液晶为例，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，从而使液晶写字板上的书写轨迹消失以实现擦除。
4.由于薄膜晶体管（以下简称tft）半导体沟道在受到光照情况下会形成光生载流子，即电子空穴对，对n沟道tft来说，电子向高电位方向移动，空穴向低电位方向移动，从而形成空穴漏电流，因此光生载流子对tft器件的漏电流影响非常明显；光照时，tft的开、关电流相比于无光照情况下都会有所上升，阈值电压也会发生相应的变化。
5.基于上述现象，中国专利cn112684618a公开了利用tft的光照敏感特性实现对液晶书写装置进行局部擦除的技术方案，该方案无需设置定位电路及驱动电路，简化了产品的电路结构，提高了产品的可靠性；但是上述方案容易受到环境光的干扰，在液晶书写装置加电后，环境光照射预设时长后会使得像素电极与导电层之间的压差等于或大于擦除启动电压，从而容易导致非目标擦除区域的字迹变淡；而且，现有技术中的光擦除件光照强度是固定的，尚无法根据环境光的强度自适应的进行光照强度调整，从而导致光擦除件的耗电量较大。


技术实现要素：

6.为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种自适应环境光的液晶书写装置及方法，根据光擦除件的照度和环境光强度控制基底层和导电层之间的放电频率，有效的避免了较强环境光带来的非目标擦除区域的字迹变淡问题；实时的根据环境光的强度调整光擦除件的照度，在保证光擦除效果的基础上降低了光擦除件的耗电量。
7.为了实现上述目的，根据本发明的第一个方面，提供了一种自适应环境光的液晶书写装置，包括书写板和光擦除件，书写板包括依次设置的导电层、双稳态液晶层和基底层，基底层上集成有主控单元以及阵列状排布的若干擦除单元，每个擦除单元内设有像素电极以及与所述像素电极连接的薄膜场效应晶体管tft，所述液晶书写装置还包括环境光检测元件，所述环境光检测元件与主控单元无线或有线通信。
8.进一步的，所述环境光检测元件位于光擦除件上。
9.进一步的，所述光擦除件包括供电单元，所述供电单元为电池、有线充电电源或者无线充电电源。
10.根据本发明的第二个方面，提供了一种利用第一方面所述液晶书写装置的局部擦
除方法，包括以下过程：根据环境光强度和光擦除件照度控制基底层与导电层之间的放电时间间隔，以使得非擦除区由环境光引起的从加电到擦除启动电压的时间间隔与擦除区从加电到放电的时间间隔的差值大于预设量。
11.进一步的，所述预设量根据tft光电流与照度的关系决定。
12.进一步的，根据环境光强度调整光擦除件的照度，以使得光擦除件的照度大于环境光强度，且光擦除件的照度为环境光强度的预设倍数。
13.更进一步的，预设倍数根据tft光电流与照度的关系决定，预设倍数大于或等于2。
14.根据本发明的第三个方面，提供了一种双稳态液晶书写板，包括本发明第一方面所述的液晶书写装置；或者，利用本发明第二方面所述的局部擦除方法。
15.根据本发明的第四个方面，提供了一种双稳态液晶黑板，包括本发明第一方面所述的液晶书写装置；或者，利用本发明第二方面所述的局部擦除方法。
16.根据本发明的第五个方面，提供了一种双稳态液晶画板，包括本发明第一方面所述的液晶书写装置；或者，利用本发明第二方面所述的局部擦除方法。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明根据环境光强度和光擦除件照度控制基底层与导电层之间的放电时间间隔，以使得非擦除区由环境光引起的从加电到擦除启动电压的时间间隔与擦除区从加电到放电的时间间隔的差值大于预设量，当环境光强度较强时，缩短擦除区从加电到放电的时间间隔，有效的避免了较强的环境光带来的非目标擦除区域的字迹变淡问题，当环境光强度较弱时，延长擦除区从加电到放电的时间间隔，在一个擦除周期中，擦除时间占比提高，提高了擦除速度。
18.2、本发明根据环境光强度调整光擦除件的照度，以使得光擦除件的照度大于环境光强度，且光擦除件的照度为环境光强度的预设倍数，当环境光较强时，光擦除件的照度增强，使得光擦除件能够快速的实现局部擦除，避免较强环境光对非擦除区域的影响；当环境光线较弱的时候，降低光擦除件照度，有效的节省了光擦除件电量，延长了光擦除件的单次充电使用时间。
附图说明
19.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
20.图1为本发明实施例1中公开的自适应环境光的液晶书写装置结构示意图。
21.图2为本发明实施例1中公开的自适应环境光的液晶书写装置基底层结构示意图。
22.图3为本发明实施例1中公开的tft连接示意图一。
23.图4为本发明实施例1中公开的tft连接示意图二。
24.图5为本发明实施例1中公开的光擦除件的结构示意图。
25.其中，1、壳体；2、电池仓；3、灯珠；4、线路板；5、遮光板；6、导电圈；7、红外检测单元；8、凸透镜；9、羊毛毡；10、磁铁组；11、环境光检测元件。
具体实施方式
26.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
27.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
28.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发明的示例性实施方式。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。
29.在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
30.实施例1：本发明实施例1提供了一种自适应环境光的液晶书写装置，包括：书写板和光擦除件，所述书写板依次设置的导电层、双稳态液晶层和基底层，如图1所示，基底层上集成有主控单元以及阵列状排布的若干擦除单元，每个擦除单元内设有像素电极以及与所述像素电极连接的薄膜场效应晶体管tft；所述液晶书写装置还包括环境光检测元件，所述环境光检测元件与主控单元无线或有线通信。
31.本实施例中，环境光检测元件位于光擦除件上，可以理解的，在其他一些实施方式中，环境光检测元件也可以设置在书写板的边框上或者设置在书写板旁边的墙体上。
32.主控单元根据环境光强度和光擦除件照度控制基底层与导电层之间的放电时间间隔，以使得非擦除区由环境光引起的从加电到擦除启动电压的时间间隔与擦除区从加电到放电的时间间隔的差值大于预设量，以使得非擦除区不会因为环境光的影响而变淡；当环境光强度较强时，缩短擦除区从加电到放电的时间间隔，有效的避免了较强的环境光带来的非目标擦除区域的字迹变淡问题，当环境光强度较弱时，延长擦除区从加电到放电的时间间隔，在一个擦除周期中，擦除时间占比提高，提高了擦除速度。
33.所述预设量能够确保在板擦擦除区域完全擦除的情况下，非擦除区域不因环境光照射而产生肉眼可辨别的字迹变淡，预设量由tft光电流与照度的关系决定。
34.薄膜场效应晶体管tft的光照感应电流：i=f（窗口大小，离子浓度，存储电容，受光强度）在窗口大小、离子浓度和存储电容一定的情况下，薄膜场效应晶体管tft接收到的光强度越强，其光照感应电流就越大，漏极的电位升高的就越快，因为像素电极与漏极等电位，所以使得像素电极与导电层之间的电压能够更快速的达到擦除启动电压。
35.根据受光强度与薄膜场效应晶体管tft的光照感应电流的对应关系，假设导电层电位为v1，达到擦除启动电压的漏极电位为v2，当环境光的强度为a1时，对应的薄膜场效应晶体管tft的光照感应电流为i1，基于此光照感应电流i1使得漏极电位到达v2的时间为t1；当光擦除件的光照强度为a2时，对应的薄膜场效应晶体管tft的光照感应电流为i2，基于此光照感应电流i2使得漏极电位到达v2的时间为t2；本实施例中，t1‑
t2≥t
阈值
，t
阈值
为一个常数，通过设定时间间隔的阈值，使得环境光强度较大时，液晶书写装置的放电时间间隔随着缩短，避免非擦除区因为环境光的影响而
变淡；当环境光强度较小时，液晶书写装置的放电时间间隔可以随着延长，擦除时间延长，在一个擦除周期中，擦除时间占比提高，提高了擦除速度，例如：在环境光强度变弱之前对应的擦除时间为10ms、放电时间为5ms，擦除时间占比为67.7%；在环境光强度变弱后对应的擦除时间延长为300ms、放电时间为5ms，擦除时间占比为98.3%，提高了擦除时间占比。
36.本实施例中，所述光擦除件包括光照单元；光照单元，被配置为：根据环境光强度调整照度，以使得光擦除件的照度大于环境光强度，且光擦除件的照度为环境光强度的预设倍数，当环境光较强时，提高光擦除件的照度增强，使得光擦除件能够快速的实现局部擦除，避免较强环境光对非擦除区域的影响；当环境光线较弱的时候，降低光擦除件照度，有效的节省了光擦除件电量，延长了光擦除件的单次充电使用时间。
37.可选的，预设倍数根据tft光电流与照度的关系决定，优选的，本实施例中，预设倍数选择4倍，即光擦除件的照度为环境光强度的4倍，可以理解的，在其他一些实施方式中，预设倍数也可以是2.5倍、3被、5倍等等其他大于或等于2的整数或者非整数倍，本领域技术人员可以根据具体工况进行选择，这里不再赘述。
38.本实施例中，具体的局部擦除策略为：在接收到光擦除件发送的加电信号时，将薄膜场效应晶体管tft配置为临界截止状态，以使得薄膜场效应晶体管tft在接收到设定强度的光照后导通，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。
39.所述加电具体为：液晶书写装置基底层上全部或设定的部分tft的栅极和源极分别施加设定的电压；所述电压能够使得tft在未接收到设定强度范围内的光照时处于截止状态；而在接收到设定强度范围内的光照后能够导通，并且能够使得导通tft连接的像素电极上加载的电压与导电层之间形成擦除电场，实现局部擦除；所述临界截止状态，具体为：为导电层施加设定的电压，为tft电极分别施加设定的控制电压和输入电压；在接受到设定光照强度的光照照射时，tft会导通；而不受设定光照强度的光照照射时，tft处于截止状态；基底层和导电层之间的放电，具体为：液晶书写装置基底层上全部或设定的部分tft的栅极和源极分别施加设定的电压；所述电压能够使得tft导通，并且使得基底层和导电层之间形成的电压差为零或小于液晶擦除所需要的电压。
40.本实施例中，在放电之前，环境光引起的像素电极与导电层之间的电压差始终小于擦除启动电压，而擦除启动电压与环境光引起的像素电极与导电层之间的电压差的差值可以根据具体工况进行设定，这里不再赘述。
41.本实施例中，为tft施加设定的电压能够使其处于临界截止状态，tft处于临界截止状态时，能够通过接收设定强度的光照照射而实现导通。
42.需要说明的是，tft的临界截止状态指的是：为tft的栅极施加设定的控制电压，为tft的源极施加设定的输入电压，在没有受到设定光照强度的光照照射时，tft处于截止状
态；在接受到设定光照强度的光照照射时，tft的通过电流到达设定值，为像素电极施加设定的电压。
43.tft的导通能够为相应的像素电极提供设定的电压，以使所述像素电极与导电层在空间重叠的位置形成大于或等于液晶擦除电场的电场，引起局部擦除，而未受到设定强度的光照照射的tft仍处于截止状态，相对应区域的显示不受影响。
44.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；在受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和液晶厚度决定。
45.tft处于临界截止状态时，为栅极和源极施加的电压需要结合tft自身的工艺特性以及所施加的光照强度范围确定，本领域技术人员可以结合实际需要通过试验来进行选择，所施加的光照强度范围也是可以根据设计需要进行选择的。
46.本实施例的设定光照强度（光照强度指的是单位面积能量）的光源，可以是可见光源，也可以是红外、紫外等不可见光源。
47.进行局部擦除时，为基底层上所有tft的栅极和源极分别施加设定的第一电压和第二电压，使得所有tft处于临界截止状态；同时为导电层施加设定的第三电压；液晶书写装置上某一区域接受到设定强度的光照照射时，该区域所对应的基底层上相应擦除单元的tft会导通，为相应像素电极施加第二电压；而这些像素电极与导电层之间的电压差|第二电压
‑
第三电压|，该电压差能够达到液晶的局部擦除电压，从而实现对光照照射区域的局部擦除。
48.当然，也可以根据需要仅为设定的部分tft施加电压，使其处于临界截止状态；这种情况下，只有在该部分tft覆盖的区域施加光照，才能够实现局部擦除，该区域之外的部分，由于其tft并没有处于临界截止状态，因此，即使接收到该设定强度的光照照射，也不会实现擦除。
49.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基底层和导电层相应的区域之间所形成的电场。
50.本实施例中，将基底层上每一个擦除单元的tft的栅极分成一组或若干组，各组之间施加相同或相近的电压，tft的源极也分成一组或若干组，各组之间施加相同或相近的电压，电压施加电路类似于一键擦除的电路结构，电路结构简单，操作方便。
51.由此，在具体的实施方式中，基底层上所有tft的栅极可以连接到同一根导线，也可以通过引出线连接到不同的导线，可以将这些导线并联在一起进行供电，也可以将各个导线分组进而按组分别供电；同样地，基底层上所有tft的源极可以连接到同一根导线，也可以通过引出线连接到不同的导线；可以将这些导线并联在一起进行供电，也可以将各个导线分组进而按组分别供电；基底层上所有tft的漏极分别连接相对应的像素电极。
52.参照图2给出的示例，每一行擦除单元中的tft栅极连接同一根第一导线，每一列擦除单元中的tft源极连接同一根第二导线，各tft的漏极连接对应的像素电极。各第一导线可以施加相同或相近的电压，各第二导线也可以施加相同或相近的电压。
53.图3和图4分别给出了tft的接线示意图，参照图3，第一极板代表基底层上tft连接的像素电极区域；第二极板代表导电层；tft的漏极还可连接电容，每一个电容的引出电极
线均与导电层的引出电极线连接，tft开通能够为电容充电。图3中，存储电容c1的作用是防止电压突变，当然也可以利用导电层和基底层之间自身形成的分布电容来实现存储电容c1的作用，此时便可以省略存储电容c1，参照图4所示。
54.本实施例中，基底层为tft玻璃层，其上可以以半导体工艺集成不同的电路结构。
55.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。当然，电压驱动电路也可以集成到基底层上。
56.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。
57.本实施例中，使得所有或者设定的部分tft处于临界截止状态所施加的电压，可以一直施加，也可以仅在需要局部擦除时才施加，以节省功耗。
58.作为具体的实施方式，可以在液晶书写装置上设置功能按键，通过该功能按键，可以选择是否为所有或者设定的部分tft施加设定的电压，以使其处于临界截止状态。
59.作为一种可选的实施方式，也可以在液晶书写装置上设置无线信号接收单元，用于接收第一无线信号，以给导电层施加设定的电压，同时给设定的tft施加设定的电压，使所述tft处于临界截止状态；接收第二无线信号，根据接收到的环境光强度以及光擦除件发送的根据环境光强度自适应调整后的发光强度，控制基底层和导电层之间的放电；接收第三无线信号，以撤销施加在导电层和基底层的电压。
60.无线发射信号可以由专用的光擦除件提供。
61.本实施例中，所述光擦除件，还包括：电源单元，被配置为用于为其他各单元供电；环境光检测单元，被配置为检测环境光的强度；触发单元，被配置为用于在接收到设定的触发信号后，触发光照单元发出设定光照强度的光源。
62.在其他一些实施方式中，光擦除件上设置无线信号发射单元，通过按键启动无线信号发射单元，或者，在光擦除件上的光照单元符合触发条件或光照单元被触发点亮后启动无线信号发射单元。
63.无线信号发射单元向液晶书写装置发射无线信号；液晶书写装置上的无线信号接收单元接收到第一无线信号后，控制为所有或者设定的部分tft施加设定的电压以使其处于临界截止状态；液晶书写装置上的无线信号接收单元接收到第二无线信号后，根据接收到的环境光强度以及光擦除件发送的根据环境光强度自适应调整后的发光强度，控制基底层和导电层之间的放电；当擦除结束后，液晶书写装置上的无线信号接收单元接收到第三无线信号后，控制施加的电压撤销。
64.这样可以控制液晶书写装置只有在需要擦除时才施加电压，以节省能耗。
65.本实施例利用光照实现tft的导通，从而实现液晶书写装置局部擦除的技术方案，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化和精准，控制
电路更加简单，擦除效果更好，不会对其他区域产生影响；能够极大节省成本，保证产品可靠性。
66.如图5所示，为一种优选的光擦除件的结构形式，包括：壳体1，壳体1内设有供电电源、控制单元、第一发光光源和红外检测单元7，壳体上设有环境光检测元件11；其中，供电电源为控制单元、第一发光光源和红外检测单元7供电，控制单元与第一发光光源、环境光检测元件11和红外检测单元7分别通信；红外检测单元7包括相对设置的红外发射件和红外接收件；在壳体1底部开设有用于出射和入射红外信号的开孔。红外发射件发出的红外信号经过出射孔射出，被遮挡物（液晶书写板本体）反射，经过入射孔返回被红外接收件接收。
67.本实施例中，所述环境光检测元件嵌入在壳体的外壁内且与外界环境连通，具体的，所述壳体的外壁上开有凹槽，所述环境光检测元件嵌入固定在凹槽内，且连接线通过线孔穿过凹槽后与控制单元连接。
68.可以理解的，在其他一些实施方式中，所述壳体的外壁上开有将壳体内外环境连通的通槽，所述环境光检测元件固定在通槽内，且通过连接线直接的与控制单元连接。
69.当然，所述环境光检测元件直接固定在壳体的外侧面上，本领域技术人员可以根据具体工况进行选择，这里不再赘述。
70.当控制单元检测到红外接收件接收到红外信号时，才控制第一发光光源开启发光。
71.在一些实施方式中，光擦除件上还设有电容式触摸检测装置和加速度传感器；电容式触摸检测装置和加速度传感器分别向控制单元发送检测信号；电容式触摸检测装置设置在壳体1的周边，用于检测使用者触摸光擦除件；加速度传感器设置在主控板上，用于检测光擦除件运动姿态。
72.当检测到使用者触摸光擦除件，并且光擦除件的发光面正对液晶书写装置本体的时候，控制单元才控制第一发光光源开启发光。
73.当然，上述的控制第一发光光源开启发光的条件，可以根据实际需要进行设置，可以设置上述条件同时满足，也可以设置仅部分条件满足；本实施例通过控制第一发光光源的开启条件，能够有效避免光擦除件的误触发。
74.在另一些实施方式中，光擦除件内还设有无线信号发射单元，无线发射单元与控制单元通信；控制单元可以通过无线发射单元向液晶书写装置本体发送无线信号，以使得液晶书写装置本体加载设定的电压，满足光擦除的条件。
75.在又一些实施方式中，光擦除件的侧面还设有第二发光光源和用于控制第二发光光源开通和关断的开关；本实施例中，第一发光光源可以用于擦除大面积区域的书写痕迹，而第二发光光源用于擦除小面积区域的书写痕迹，第一发光光源和第二发光光源均能够在控制单元的控制下实现光强度调整。
76.光擦除件的壳体1内设置线路板4，线路板4上分别设有控制单元、加速度传感器和无线发射单元；供电电源为电池，设置在电池仓2内；壳体1外侧设置一圈为电容式触摸检测装置，在壳体1内设有一圈导电圈6。壳体1内设有至少一个发光灯珠3，作为第一发光光源；壳体1与发光灯珠3相对的底部为光源出射口，发光灯珠3与光源出射口之间设置凸透镜8。灯珠3设置在凸透镜8的焦点位置，灯珠3发出的光经过凸透镜8变成均匀的平行的光，自光
源出射口射出。发光灯珠3与凸透镜8之间设置遮光板5，避免光源自灯珠上面射出，使得灯珠3发出的光均自出射口射出。
77.在凸透镜8两侧靠近光源出射口的位置，相对设置红外发射件和红外接收件，红外发射件发出的红外信号经过光源出射口射出，被设定距离之内的液晶书写装置本体遮挡后，能够自光源出射口返回，而被红外接收件接收。
78.此时，光源出射口即作为光擦除件光源的出射口，又可以作为检测出射和入射红外信号的开口。
79.在光擦除件壳体1的底部设置磁铁组10，可以吸附在液晶书写装置本体上，方便存取；另外在光擦除件上，与液晶书写装置本体的接触位置，设置软性接触层，比如羊毛毡9等，用于防止光擦除件划伤液晶书写面板。
80.当然，可以理解的，在其他一些实施方式中，具体的光擦除件结构也可以是其他形式的结构，只要能够结合环境光的强度自适应调整照度即可，这里不再赘述。
81.实施例2：在实施例1公开的自适应环境光的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或者局部擦除方法应用于写字板、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。
82.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。
83.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。