一种手写屏的制作方法

本发明涉及电子设备技术领域，尤其涉及一种手写屏。

背景技术：

目前的手写屏，大多为显示面板与触摸模块结合而成，由触摸模块提供位置信息，而显示面板提供显示功能，该种手写屏结构复杂，成本较高。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种手写屏，用以解决现有的手写屏结构复杂，成本高的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种手写屏，包括：第一颜色的第一衬底基板，位于所述第一衬底基板上的多个像素单元，以及位于所述像素单元上的第二衬底基板，每一所述像素单元包括：控制结构以及覆盖所述像素单元所在像素区域的可拉伸薄膜，所述第二衬底基板上设置有与每一所述像素单元对应的镂空区域，所述控制结构包括一带电笔接触部，所述带电笔接触部至少部分填充于所述镂空区域中，带电笔与所述带电笔接触部接触时，所述控制结构能够拉伸或挤压所述可拉伸薄膜，使得所述可拉伸薄膜处于拉伸状态或未拉伸状态，所述可拉伸薄膜处于未拉伸状态时不透光呈第二颜色，所述第二颜色与所述第一颜色不同，所述可拉伸薄膜处于拉伸状态时的透光率大于处于未拉伸状态时的透光率。

优选地，所述可拉伸薄膜处于拉伸状态时呈透明色。

优选地，所述可拉伸薄膜为PDMS薄膜。

优选地，所述控制结构包括：

与所述可拉伸薄膜同层设置，并与所述可拉伸薄膜连接的电致伸缩材料层；

位于所述电致伸缩材料层上下两侧、用于提供电压差的相对设置的第一电极和第三电极，所述第一电极为所述带电笔接触部；

与所述第一电极相对设置的第二电极，所述第一电极和第二电极形成存储电容，所述第二电极与所述第三电极连接。

优选地，所述第三电极接地。

优选地，所有像素单元的第三电极均连接，形成一板状电极。

优选地，所述手写屏还包括：

绝缘层，位于相邻的所述第一电极之间。

优选地，所述手写屏还包括：

与每一所述像素单元的第一电极连接的电极走线；

一总开关，与每一所述电极走线连接；

控制模块，与所述总开关连接，用于产生中和电荷，并控制所述总开关打开或闭合，所述中和电荷与所述带电笔产生的电荷的电性相反。

优选地，所述手写屏还包括：

与每一所述像素单元的第一电极连接的电极走线；

多个开关，每一第一电极对应一开关；

控制模块，与所述多个开关连接，用于产生中和电荷，并控制所述开关打开或闭合，所述中和电荷与所述带电笔产生的电荷的电性相反。

优选地，所述可拉伸薄膜包括一层可拉伸薄膜；或者

所述可拉伸薄膜包括多层叠加设置的可拉伸薄膜，每一层可拉伸薄膜的颜色均不相同。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

在手写屏的每一像素单元的像素区域中设置覆盖该像素区域的可拉伸薄膜，并设置用于拉伸或挤压所述可拉伸薄膜的控制结构，通过带电笔接触对应的像素单元的控制结构，控制结构与带电笔接触后，能够拉伸或挤压对应的可拉伸薄膜，使可拉伸薄膜处于拉伸状态(即透光状态)或未拉伸状态(即不透光状态)，当可拉伸薄膜处于拉伸状态(即透光状态)时，对应的像素区域呈现第一衬底基板的颜色，当可拉伸薄膜处于未拉伸状态(即不透光状态)时，对应的像素区域呈现由可拉伸薄膜形成的颜色，从而实现双色或更多色显示转换，实现手写功能。本发明实施例的手写屏结构简单，成本较低，

附图说明

图1为PDMS薄膜的结构示意图；

图2为PDMS薄膜掺杂黑色染料前与掺杂黑色染料后在不同波长范围内的透光率的比对示意图；

图3为PDMS薄膜掺杂的黑色染料的掺杂浓度不同时的平均透光率的比对示意图；

图4为一实验中掺杂了黑色染料的PDMS薄膜处于拉伸状态和未拉伸状态时的透光率的示意图；

图5为电致伸缩材料中掺杂的粒子浓度不同时电致伸缩材料的应变比对示意图；

图6为本发明一实施例的手写屏的结构示意图；

图7为图6所示的控制结构的等效电路图；

图8为图7中的存储电容充电时等效电路的工作原理示意图；

图9为图7中的存储电容放电时等效电路工作原理示意图。

图10为本发明另一实施例的手写屏的结构示意图；

图11为本发明实施例的手写屏的画面清除方式示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

本发明实施例提供了一种手写屏，包括：第一颜色的第一衬底基板，位于所述第一衬底基板上的多个像素单元，以及位于所述像素单元上的第二衬底基板，每一所述像素单元包括：控制结构以及覆盖所述像素单元所在像素区域的可拉伸薄膜，所述第二衬底基板上设置有与每一所述像素单元对应的镂空区域，所述控制结构包括一带电笔接触部，所述带电笔接触部至少部分填充于所述镂空区域中，带电笔与所述带电笔接触部接触时，所述控制结构能够拉伸或挤压所述可拉伸薄膜，使得所述可拉伸薄膜处于拉伸状态或未拉伸状态，所述可拉伸薄膜处于未拉伸状态时不透光呈第二颜色，所述第二颜色与所述第一颜色不同，所述可拉伸薄膜处于拉伸状态时的透光率大于处于未拉伸状态时的透光率。

本发明实施例中，在每一像素单元的像素区域中设置覆盖该像素区域的可拉伸薄膜，并设置用于拉伸或挤压所述可拉伸薄膜的控制结构，通过带电笔接触对应的像素单元的控制结构，控制结构与带电笔接触后，能够拉伸或挤压对应的可拉伸薄膜，使可拉伸薄膜处于拉伸状态(即透光状态)或未拉伸状态(即不透光状态)，当可拉伸薄膜处于拉伸状态(即透光状态)时，对应的像素区域呈现第一衬底基板的颜色，当可拉伸薄膜处于未拉伸状态(即不透光状态)时，对应的像素区域呈现由可拉伸薄膜形成的颜色，从而实现双色或更多色显示转换，实现手写功能。

本发明实施例中的手写屏结构简单，成本较低。

本发明实施例中，优选地，所述手写屏中的多个像素单元呈矩阵方式排列。

本发明实施例中，优选地，所述第二衬底基板为透明基板。

本发明实施例中，优选地，所述可拉伸薄膜处于拉伸状态(即透光状态)时呈透明色，从而使得手写图案更清晰，提高手写显示效果。当然，在本发明的其他一些实施例中，所述可拉伸薄膜处于拉伸状态(即透光状态)时，也可以呈半透明色。

本发明实施例中，优选地，所述可拉伸薄膜为PDMS(聚二甲基硅氧烷)薄膜。本发明实施例中的PDMS薄膜，是利用透明PDMS薄膜与染料掺杂而形成。

如图1所示，在微观结构上，透明PDMS薄膜是由多个矩形透明PDMS堆栈薄片搭堆而成的结构，PDMS堆栈薄片的尺寸为微米甚至纳米级别。透明PDMS薄膜与染料掺杂后，每一个PDMS堆栈薄片呈染料的颜色，PDMS薄膜处于未拉伸状态时，PDMS堆栈薄片倾斜着搭堆在一起，光无法通过，PDMS薄膜呈染料的颜色。PDMS薄膜被拉伸之后，呈拉伸状态，PDMS堆栈薄片彼此被拉开，甚至从倾斜变到竖直，光可以通过，PDMS薄膜变透明，并且拉伸越大，PDMS堆栈薄片之间的空隙越大，透过的光越多，PDMS薄膜越透明。

下面举例说明PDMS薄膜掺杂染料前与掺杂染料后的透光率。

请参考图2，图2为PDMS薄膜掺杂黑色染料前与掺杂黑色染料后在不同波长(wavelength)范围内的透光率(transmittance)的比对示意图，本实验中，染料的掺杂浓度C＝0.08％，PDMS薄膜的厚度h＝2.9mm，图2中，Specimen1为PDMS薄膜掺杂黑色染料前在不同波长范围内的透光率，Specimen2为PDMS薄膜掺杂黑色染料后在不同波长范围内的透光率。从图2中可以看出，掺杂黑色染料后的PDMS薄膜的透光率大幅下降。

请参考图3，图3为PDMS薄膜掺杂的黑色染料的掺杂浓度(surface concentration)不同时的平均透光率(Mean transmittance)的比对示意图，从图中可以看出，当掺杂浓度C持续增高时，平均透光率将持续下降，C＝0.54％时就可以达到接近10^-3的数量级。

请参考图4，图4为一实验中掺杂了黑色染料的PDMS薄膜处于拉伸状态和未拉伸状态时的透光率的示意图，图中下一行的四个图案分别为PDMS薄膜在四种状态下的示意图，上一行的四个图案分别对应PDMS薄膜处于四种状态时，位于PDMS薄膜下方的图案的示意图，当PDMS薄膜处于未拉伸状态时，无法看到PDMS薄膜下方的图案，当不断向PDMS薄膜中冲入气体拉伸PDMS薄膜时，PDMS薄膜越来越透明，可以逐渐看清PDMS薄膜下方的图案。图中，p是PDMS薄膜内的冲入的气体的气压。

从上述实验可知，当PDMS薄膜处于未拉伸状态时，PDMS薄膜呈模糊态，光几乎无法透过PDMS薄膜，当PDMS薄膜受力发生拉伸变形时，材料逐渐呈透明态，光将大量透过薄膜。PDMS薄膜拉伸后的透光率满足公式：T＝T0^λ，其中，T为PDMS薄膜拉伸后的透光率；T0为PDMS薄膜拉伸前的透光率，T0＝10^-εch0，C为掺杂浓度，h0为PDMS薄膜的初始厚度，ε为定值参数，λ＝h/h0为拉伸系数，h为拉伸后的PDMS薄膜的厚度。

本发明实施例中，利用PDMS薄膜的上述特性，采用PDMS薄膜作为可拉伸薄膜。

当然，本发明的其他一些实施例中，也不排除其他具有可拉伸特性的薄膜作为可拉伸薄膜。

本发明实施例中，可拉伸薄膜可以仅包括一层可拉伸薄膜，所述可拉伸薄膜呈第二颜色。

当然，在本发明的其他一些实施例中，可拉伸薄膜还可以包括多层叠加设置的可拉伸薄膜，其中，每一层可拉伸薄膜的颜色均不相同。

在一实施例中，所述多层可拉伸薄膜是同时控制的，即控制结构控制多层可拉伸薄膜同时处于拉伸状态或者同时处于未拉伸状态，多层可拉伸薄膜叠加后呈现第二颜色。

在另一实施例中，所述多层可拉伸薄膜可分别控制，即控制结构可以分别控制每一可拉伸薄膜处于拉伸状态或者处于未拉伸状态。

上面对可拉伸薄膜的结构进行了介绍，下面对本发明实施例中的控制结构进行说明。

本发明实施例中的控制结构可以为多种类型的控制结构，下面举例进行说明。

电致伸缩材料的长度可以随加载在其两端的电压变化而变化，长度的变化遵循以下公式：X＝RE²，其中，X为电致伸缩材料在电压/电场作用下的应变，E为加载在电致伸缩材料两端的电压值/电场强度，R为电致伸缩系数，R主要与电致伸缩材料中掺杂的粒子浓度和电致伸缩材料的厚度等参数有关。以聚氨酯弹性体材料为例，如5图所示，当在1mm厚的掺杂钛酸钡的聚氨酯弹性体材料两端加载3V电压时(电场强度1MV/m)，掺杂6％钛酸钡的聚氨酯弹性体材料形变量最佳，能高达50％。电致伸缩应变的大小还与聚氨酯弹性体材料的厚度有关。在一定的厚度范围内(0.1mm～2mm)，随着样品厚度的减小，应变与电场的二次方关系保持不变，但系数R增加，应变更为明显。

本发明实施例中的控制结构可以采用电致伸缩材料制作的电致伸缩材料层图形作为拉伸和挤压可拉伸薄膜的部件，实现可拉伸薄膜的拉伸和挤压。

请参考图6，图6为本发明一实施例中的手写屏的结构示意图，该手写屏包括：黑色的第一衬底基板10，位于所述第一衬底基板10上的多个像素单元，以及位于所述像素单元上的第二衬底基板20，所述第二衬底基板20上设置有多个间隔设置的镂空区域，每一镂空区域对应一像素单元，每一所述像素单元包括：控制结构以及覆盖所述像素单元所在像素区域的掺杂了白色颜料的PDMS薄膜30。

所述控制结构包括：

与所述PDMS薄膜30同层设置，并与所述PDMS薄膜30连接的电致伸缩材料层41；

位于所述电致伸缩材料层41上下两侧、用于提供电压差的相对设置的第一电极42和第三电极43；所述第一电极42的部分填充于所述镂空区域中；

与所述第一电极42相对设置的第二电极44，所述第一电极41和第二电极44形成存储电容，所述第二电极44与所述第三电极43连接。

本发明实施例中，PDMS薄膜30两侧均设置有电致伸缩材料层41，可以从水平方向上向两侧拉伸PDMS薄膜30，或者从两侧挤压PDMS薄膜30。当然，在本发明的其他一些实施例中，也不排除只在PDMS薄膜30一侧设置电致伸缩材料层41的可能，例如在PDMS薄膜30的水平方向上的第一侧设置电致伸缩材料层41，在相对的第二侧设置一固定部件，将PDMS薄膜30在第二侧固定住，只在第一侧拉伸或挤压PDMS薄膜30。

本发明实施例中，第一电极42包括位于第二衬底基板20下表面的第一部分421，与第一部分421接触并填充于第二衬底基板20的镂空区域中的第二部分422，以及与所述第二部分422接触，位于第二衬底基板20的上表面的第三部分423。位于第二衬底基板20的上表面的第三部分423暴露在外，用于与带电笔接触。

当然，在本发明的其他一些实施例中，第一电极42也可以仅包括位于第二衬底基板20下表面的第一部分421，以及，与第一部分421接触并填充于第二衬底基板20的镂空区域中的第二部分422，不包括位于第二衬底基板20的上表面的第三部分423。此时，填充于第二衬底基板20的镂空区域中的第二部分422可用于与带电笔接触。

基于工艺的原因，相邻的第一电极42在第二衬底基板20的上表面和下表面可能会接触，为避免相邻的第一电极42在第二衬底基板20的上表面和下表面接触，本发明实施例的手写屏还可以包括：位于相邻的第一电极42之间的绝缘层，该绝缘层包括设置于第二衬底基板20的下表面上，用于间隔第一电极42的第一部分421的第一绝缘层51，以及设置于第二衬底基板20的上表面上，用于间隔第一电极42的第三部分423的第二绝缘层52。在第二衬底基板20的上表面和下表面设置绝缘层，同时还可以保证第二衬底基板20的上表面和下表面的平坦度。

本发明实施例中，第三电极43接地，第一电极42能够与带电笔接触，从而与第三电极43之间形成电势差，驱动位于第一电极42和第三电极43之间的电致伸缩材料层41在水平方向上拉伸形变。该种情况下，无需为第三电极43供电，从而整个模组均不需要供电，节省了能源。当然，在本发明的其他一些实施例中，也不排除采用电源模块为第三电极43提供一固定电位的方案。

本发明实施例中，所有像素单元的第三电极均连接，形成一板状电极，从而方便制作。当然，在本发明的其他一些实施例中，每一个或多个像素单元的第三电极43也可以分开间隔设置，并同时接地，或者接一固定电位。

上述实施例中，第一电极42、第二电极44和第三电极43均采用透明导电材料制成，例如ITO。

本发明实施例中，PDMS薄膜30并不与第一电极42和第三电极43接触，从而保证PDMS薄膜30的形变空间。

请参考图7-图9，图7为图6所示的控制结构的等效电路图，图8为图7中的存储电容充电时等效电路的工作原理示意图，图9为图7中的存储电容放电时等效电路工作原理示意图。

请参考图8，当带有正电的带电笔与第一电极42接触时，带电笔与第三电极43连接的大地之间形成电势差，对第一电极42和第二电极44形成的存储电容进行充电，同时第一电极42和第三电极43对电致伸缩材料41的两端加压，电致伸缩材料41发生形变，拉伸或挤压PDMS薄膜30，改变PDMS薄膜30的透光率，从而实现PDMS薄膜30的颜色与第一衬底基板10的颜色间的转换，完成黑白显示。

请参考图9，当带电笔离开后，第一电极42与第二电极44形成的存储电容放电，因接地端和带电笔端均为断路，电路未闭合无法导通，故存储电容只能对电致伸缩材料层41放电，给电致伸缩材料层41两端加压，维持电致伸缩材料41的形变。

本发明实施例中，假设PDMS薄膜30的初始状态为拉伸状态，光可透过，手写屏显示第一衬底基板的颜色：黑色。当带有正电的带电笔与一像素单元的第一电极42接触时，带电笔与第三电极43连接的大地之间形成电势差，对第一电极42和第二电极44形成的存储电容进行充电，同时第一电极42和第三电极43对对应的电致伸缩材料层41的两端加压，电致伸缩材料41拉伸，从两侧水平挤压该像素单元对应的PDMS薄膜30，PDMS薄膜30变成未拉伸状态，不透光，该像素单元位置处显示PDMS薄膜30的颜色：白色，从而实现手写功能。当带电笔离开后，第一电极42与第二电极44形成的存储电容放电，因接地端和带电笔端均为断路，电路未闭合无法导通，故存储电容只能对电致伸缩材料层41放电，给电致伸缩材料层41两端加压，电致伸缩材料层41保持拉伸状态，PDMS薄膜30保持未拉伸状态，该像素单元位置处继续显示PDMS薄膜30的颜色：白色。

当然，在本发明的其他一些实施例中，PDMS薄膜30的初始状态也可以为未拉伸状态，光不可透过，手写屏初始显示PDMS薄膜30的颜色：白色。当带有负电的带电笔与一像素单元的第一电极42接触时，带电笔与第三电极43连接的大地之间形成电势差，对第一电极42和第二电极44形成的存储电容进行充电，同时第一电极42和第三电极43对对应的电致伸缩材料层41的两端加压，电致伸缩材料41形变，从两侧水平拉伸该像素单元对应的PDMS薄膜30，PDMS薄膜30变成拉伸状态，透光，该像素单元位置处显示第一衬底基板10的颜色：黑色，从而实现手写功能。

请参考图10，图10为本发明另一实施例的手写屏的结构示意图，图10所示的实施例与图6所示的实施例的区别在于，第一衬底基板10的颜色为白色，PDMS薄膜30是掺杂了黑色染料的PDMS薄膜。

本发明实施例中，假设PDMS薄膜30的初始状态为拉伸状态，光可透过，手写屏显示第一衬底基板的颜色：白色。当带有正电的带电笔与一像素单元的第一电极42接触时，带电笔与第三电极43连接的大地之间形成电势差，对第一电极42和第二电极44形成的存储电容进行充电，同时对该像素单元对应的电致伸缩材料41的两端加压，电致伸缩材料层41形变，挤压该像素单元对应的PDMS薄膜30，PDMS薄膜30不透光，该像素单元位置处显示PDMS薄膜30的颜色：黑色，从而实现手写功能。当带电笔离开后，第一电极42与第二电极44形成的存储电容放电，因接地端和带电笔端均为断路，电路未闭合无法导通，故存储电容只能对电致伸缩材料层41放电，给电致伸缩材料层41两端加压，电致伸缩材料41保持拉伸状态，PDMS薄膜30保持未拉伸状态，该像素单元位置处继续显示PDMS薄膜30的颜色：黑色。

同样的，本发明实施例中，PDMS薄膜30的初始状态也可以为未拉伸状态，光不可透过，手写屏初始显示PDMS薄膜30的颜色：黑色。当带有负电的带电笔与一像素单元的第一电极42接触时，带电笔与第三电极43连接的大地之间形成电势差，对第一电极42和第二电极44形成的存储电容进行充电，同时对该像素单元对应的电致伸缩材料层41的两端加压，电致伸缩材料层41形变，拉伸该像素单元对应的PDMS薄膜30，PDMS薄膜30透光，该像素单元位置处显示第一衬底基板10的颜色：白色，从而实现手写功能。

上述实施例中，电致伸缩材料41加正电时拉伸，加负电时收缩，当然，在本发明的其他一些实施例中，也不排除某些电致伸缩材料是加正电时收缩，加负电时拉伸的情况。

上述实施例中，第一衬底基板10和PDMS薄膜30分别为黑色和白色，或者分别为白色和黑色，当然，在本发明的其他一些实施例中，第一衬底基板10和PDMS薄膜30并不限于黑白两种颜色，还可以为其他颜色。

在本发明的一实施例中，为了能够在需要时清除手写屏上手写的画面，本发明实施例中的手写屏还可以包括：

与每一所述像素单元的第一电极连接的电极走线；

一总开关，与每一所述电极走线连接；

控制模块，与所述总开关连接，用于产生中和电荷，并控制所述总开关打开或闭合，所述中和电荷与所述带电笔产生的电荷的电性相反。

本发明实施例中，通过一总开关与每一电极走线连接，通过控制模块产生中和电荷可以一次对所有第一电极进行刷新处理，中和第一电极表面的电荷，一次完全清除手写屏上全部画面。

在本发明的另一实施例中，在需要时清除手写屏上手写的画面，本发明实施例中的手写屏还可以包括：

与每一所述像素单元的第一电极连接的电极走线；

多个开关，每一第一电极对应一开关；

控制模块，与所述多个开关连接，用于产生中和电荷，并控制所述开关打开或闭合，所述中和电荷与所述带电笔产生的电荷的电性相反。

本发明实施例中，每一第一电极均对应一控制开关，通过单独控制，可以部分清除预定像素单元对应的画面。

此外，本发明实施例中，请参考图11，还可以通过一清除笔，中和预定像素单元的第一电极上的电荷，即可清除对应位置画面，清除笔所带电荷的电性与带电笔所带电荷的电性相反。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。