液晶调光红外交互式电子白板的研究
摘要：本文从传统电子白板正投模式下使用者自身会遮挡投影光路这一问题出发，提出采用背投模式，使用液晶调光红外交互式电子白板的解决办法。文中介绍了液晶的电光特性、液晶薄膜及其调光原理和液晶调光玻璃的构成，最终提出液晶调光红外交互式电子白板的构想与其应用，指出其优缺点并对其市场进行了简略分析。
关键词：电子白板；液晶调光玻璃；红外触摸框
中图分类号：TP273 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2017）001-000-02
电子白板汇集了电子技术、软件技术等多种技手段，可以实现无纸化办公及教学。交互式电子白板可以与电脑进行信息通讯，将电子白板连接到计算机，并利用投影机将计算机上的内容投影到电子白板屏幕上，在专门的应用程序的支持下，可以构造一个大屏幕、交互式的教学环境或协作会议。如果通过特定的应用程序如MICROSOFT的NETMEETING，交互式电子白板就可以通过网络与其他办公室、会议室进行交流，实现网络会议。
无压触摸的红外交互式电子白板市场应用较广，在使用中普遍采用正投模式。而正投模式的缺陷是使用者自身会遮挡投影光路，使演示不完整，交流不顺畅。以前一般采用身体微侧，或在上方书写的方式来克服这一问题，现在则通过搭配短焦投影机来缓解。
本文即是从硬件角度提出根本解决这个问题的一条有效途径：采用背投模式，使用液晶调光红外交互式电子白板。
一、液晶的物理特性
液晶是介于液体与晶体之间的一种物质状态。它既有液体的流动性，又有晶体的取向特性。
液晶光学性质会因外电场引起改变，此称液晶的电光效应。
当液晶分子有序排列时表现出光学各向异性，光通过液晶时，会产生偏振面旋转、双折射等效应。而液晶分子是含有极性基团的极性分子，在电场作用下，偶极子会按电场方向取向，导致分子原有的排列方式发生变化，从而液晶的光学性质也随之发生改变。
二、液晶薄膜及其调光原理
在两片有机导电薄膜材料之间加上液晶材料，即构成电子液晶调光薄膜，简称液晶薄膜。
液晶薄膜通电时，在电场作用下，薄膜中间的液晶分子有序排列，使光线能穿透玻璃，此时的效果便是透明无色玻璃状态；液晶薄膜断电时，薄膜中间的液晶分子无序排列，使光线无法穿透玻璃，此时的效果便是乳白色的不透明状态（适合做背投幕）。液晶薄膜调光原理如图1所示。
三、液晶调光玻璃的构成
液晶调光玻璃亦称调光玻璃， 是将具有光开关功能的液晶薄膜，通过夹胶复合在两片钢化玻璃中间。利用液晶的电光特性，只需对电源进行控制（控制电压为交流70～110V，采用交流供电可防止电极老化），便可使玻璃在瞬间实现透明与不透明（雾化）的转换。液晶调光玻璃结构如图2所示。
四、液晶调光红外交互式电子白板
液晶调光红外交互式电子白板硬件如图3所示，由液晶调光玻璃（在后）和红外触摸框（在前）构成，两者尺寸匹配，有效投影面积之宽、高比为16：9或4：3，并通过外框组合为稳固、安全的一体。红外触摸框选择USB口，方便与电脑通讯连接。
之所以选择红外触摸框而不选择压感式（电阻式）触摸屏实现触点定位，主要因为背投式是透视显示，感应器件在周边，与操作面没有任何接触，对透视光无阻损，对操作面无磨损。同时，现在的红外技术具有抗光，抗粉尘，抗水等各种特性，也是在各种严酷应用环境要求下触摸技术的首选。
液晶调光玻璃的状态由可控交流电源控制，控制方式可多样化：开关、光控、声控、温控、遥控、远程网络控制等，可为客户量身定制。
交互功能取决于软件，与常规交互式电子白板相同，此处不再赘述。
五、液晶调光红外交互式电子白板应用系统
液晶调光红外交互式电子白板主要作教学和会务使用，应用系统由液晶调光交互式电子白板、电脑、投影机组成。该系统中投影机工作在背投模式，计算机图像从未通电状态下呈乳白色的玻璃板背后透射显示，这样用户可非常自然的操作，不会挡住投影光线产生任何阴影。背投模式需在白板的后面预留出投影机的放置空间，投影机位置选择需注意不要直射观众眼睛，有较强光斑。选择超短焦投影机挂置上方较为理想。液晶调光交互式电子白板一般需独立支架。其应用框图如图4所示。
液晶调光交互式电子白板可兼作玻璃隔断。不通电时呈不透明（雾化）状态，与磨砂玻璃效果相近；通电时呈透明无色玻璃状态，显示背景或装饰图画。
六、液晶調光红外交互式电子白板优缺点与市场浅析
液晶调光交互式电子白板具有显著优点，同时也无可避免的存在一些缺点。
优点：主要是性能优势。背投模式，使用者自身不会遮挡投影光路，演示完整，交流顺畅；画面清晰、亮度高；触感平滑、书写流畅。
缺点：主要是成本、重量劣势。成本增加（液晶调光玻璃+控制电源+微功耗），重量增加较大（主要是两片钢化玻璃较重）。
在结构方面，如若只做投影用，白板后面需留置空间（至少80公分宽）是个代价，若兼做双态（雾化和透明）隔断，则其灵活性与美观上的收获是显而易见的。
电子白板最先兴起于欧美国家，中国的电子白板发展起步相对较晚，但呈现高速发展态势，现已成长为一个巨大的产业。在电子白板的用户中，绝大部分来自教育行业，近些年在各类教育装备展会上，电子白板都占据着举足轻重的位份。
电子白板的技术发展主要呈现在触控软件上，而硬件无太多变化。如液晶调光红外交互式电子白板面市，将成为电子白板大家族中一道亮丽光景。有应用价值就会有市场需求，产业那么大，哪怕是1%的份额也是个了不起的数字。
笔者相信，液晶调光红外交互式电子白板凭借其性能优势和应用上的灵活性，必将在电子白板市场占据一席之地。只是需要消费引导，需要给客户一个用的理由。
作者简介：毛学军，男，江苏淮阴人，硕士，副教授，主要从事液晶显示技术研究。
基金项目：江苏省高等职业院校国内高级访问学者计划资助项目，项目编号：2014FX012。