CN102473058B - 混合显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种显示装置（100-300），其包括用于显示视觉图像的图像显示器单元（IDU），以及可以可控制地改变触觉显示表面（TDS）上的拓扑的邻近的拓扑显示器单元（TDU）。因此视觉和触觉信息均可以被展现并且可以通过控制单元（CU）彼此关联。

Description

混合显示装置

技术领域

本发明涉及用于呈现包括视觉图像的信息的显示装置和方法。

背景技术

用于展现或显示视觉信息的手段是公知的并且包括静态图片（例如印刷物）以及用于动态显示图像的比如LCD屏幕的电子显示装置。这种显示装置的物理表面是静态的并且通常与显示的图像不相关。

US2009/002205公开了一种输入装置，该输入装置具有图像显示器以及位于该显示器顶部上的聚合物，该聚合物可以用于调制该显示器上方的表面的高度。固体层被提供在该显示器的顶部上，该固体层中具有腔体。腔体用电活性聚合物材料填充，电极被提供在腔体的壁上，位于聚合物材料的对立侧面上。应用在电极之间的电场可以用于使该聚合物材料膨胀，使得表面抬升高于固体层的水平。因而例如可以在输入键盘上模仿抬升的按键。力检测层被提供在固体层和图像显示器之间，也在该腔体下方扩展。该力检测层可以用于检测施加在按键上的力。

US2003/098845公开了一种两部分的图像显示器，其包括大显示器屏幕和较小装置，该较小装置可以在该大显示器屏幕的表面上方移动。该较小装置提供增强功能，比如局部更高分辨率的图像显示、图像放大和高度调制。后者的实施方式未予以描述。

US2009002205公开了一种数据输入装置，其具有按键检测机构和提供在该按键检测机构上方的固体材料层。固体材料层包括含有腔体的电活性聚合物以及用于提供按键的两个电极，所述两个电极可以基于所应用的电压而改变形状，使得该腔体中的材料的表面抬升高于固体材料层的水平。

US2003098845公开了一种显示器系统，其具有大面积显示装置和小面积装置，该小面积装置可以在大面积显示装置的表面上方移动。可以使小的装置在该大面积显示装置上示出图像的底部部分的放大或高分辨率版本。该文件提到这样的可能性：该小装置也可以用于给出触觉反馈。

发明内容

基于这种情形，本发明的目的是提供用于更逼真呈现视觉信息的手段。

此目的是通过根据权利要求1的显示装置和根据权利要求2的方法实现的。优选实施例在从属权利要求中公开。

根据本发明的第一方面，本发明涉及一种用于呈现信息的显示装置，所述装置包括下述部件：

a）"图像显示器单元"，其具有"视觉显示表面"，视觉图像可以在该视觉显示表面被显示。

b）"拓扑显示器单元"，其邻近前述视觉显示表面布置并且调适为可控制地改变拓扑显示器单元的"触觉显示表面"的拓扑。通常，术语"拓扑"应表示表面的三维结构，其中该结构的特征尺度典型地在约0.1μm和约5mm之间的范围中。拓扑可以是可触的（palpable），例如作为纹理，或者它可以如此精细，使得它是可见的，但是无法被触摸感觉到。

根据第二方面，本发明涉及一种利用显示装置呈现信息的方法，其中术语"信息"应包括任何故意设计的结构，其包括符号和装饰。该方法包括下述步骤：

a）在图像显示器单元的视觉显示表面上将一部分的信息光学地呈现为视觉图像。

b）在拓扑显示器单元的触觉显示表面上将另一部分的信息以触觉方式呈现为可改变的拓扑，其中触觉显示表面邻近视觉显示表面布置。

图像显示器单元和/或拓扑显示器单元可以是刚性装置，或者优选地为柔性和顺应性的（例如可卷曲的、可弯折的等等）。相应视觉显示表面和/或触觉显示表面可以是平坦（平面）或不平坦的，即弯曲的或者以任意方式预成形。对于图像显示器单元是柔性的情形，拓扑显示器单元将优选地也是柔性的（顺应性的），因而能够跟进完美邻接的视觉显示表面的变形。

在最简单情形中，图像显示器单元可以仅仅是比如印刷物的静态图像。优选地，然而该图像显示器单元为一种显示设备，不同视觉图像可以在该显示设备上选择性地被显示。这种显示设备可以特别地包括阴极射线管（CRT）、液晶显示器（LCD）、有机发光二极管（OLED）显示器和/或双电泳装置。这种图像显示器单元可以是刚性或柔性实体。

拓扑显示器单元不仅能够改变触觉显示表面上的拓扑，而且附加地调适为提供传感器信号，该传感器信号指示应用外力（或压力）在表面上。在拓扑显示器单元的一些实现中，这种感觉功能对应于拓扑显示器功能的反转并且可以因此利用小的附加努力来实现。由于触觉显示表面通常旨在并且设计用于由用户触觉探索，将经常发生的是力施加在此表面上。借助传感器信号，这些力可以被探测，并且例如在力变得太高并且显示装置可能损伤使可以给出警报。优选地，拓扑显示器单元是至少部分透明的以允许查看到视觉显示表面上的图像。附加地或者可替换地，拓扑显示器单元可具有其它光学属性，比如是反射的，透射的（例如彩色层，或者具有孔洞的镜或黑色层），吸收的，彩色的等等。应指出，所有所述光学属性可以涉及任意范围的电磁波谱。

上文限定的混合显示装置和方法具有这样的优点，它们将视觉图像中光学信息的呈现与拓扑展现的形状信息的呈现相组合，其中所述拓扑叠加到该图像。再者，拓扑可以选择性地改变并且因此调适为动态地展现拓扑信息。通过合作地组合形状和颜色二者的变化从而传递更多信息和/或以更逼真方式传递信息，提出的显示装置因此增强用户体验。这增加了已知显示装置的体验和使用并且使能实现新的应用，比如改变表面的外观，组合的视觉和触觉渲染。拓扑增大了表面外观的逼真感（realism），因为它比纯视觉显示更逼真地影响入射、反射和透射的光。拓扑显示器单元可以例如形成水跨过触觉显示表面移动的印象，使得它看上去是湿的。

在下文中，将描述涉及上述类型的显示装置和方法这二者本发明的各种另外发展。

该显示装置优选地包括（第一）控制单元，其调适为控制在触觉显示表面上显示的拓扑。因此非常任意的空间和/或时间模式的拓扑可以由该装置展现。控制单元可以例如由专用电子硬件和/或具有关联软件的数字数据处理硬件实现。

前述控制单元优选地调适为将在触觉显示表面上显示的拓扑与（在另一时间点，或者优选地同时）在图像显示器单元上显示的视觉图像关联。控制单元可以特别地在空间上关联拓扑和图像，即在触觉显示表面的一点处依据在该点的相应图像内容而调整拓扑。示出例如木头或金属的不同材料的图像可以因此被提供逼真触觉外观。

根据前述实施例的另外发展，该显示装置包括（第二）控制单元，其调适为相对于所应用的和检测的外力的位置而评估拓扑显示器单元提供的传感器信号。应用力的位置于是可以与某种含义或代码关联，这允许例如实施键盘功能。应指出，第二控制单元可以与上述第一控制单元集成。

该拓扑显示器单元的优选实现方式包括具有下述部件的至少一个"有源叠层"：

a）在下文中称为"EAP"的电活性聚合物的层，优选地介电电活性聚合物的层，其在外部电场中改变其几何形状。EAP的实例可以在文献中发现（例如Bar-Cohen, Y.: "Electroactive polymers as artificial muscles: reality, potential and challenges", SPIE Press, 2004；Koo, I.M.等人: "Development of Soft-Actuator-Based Wearable Tactile Display", IEEE Transactions on Robotics, 2008, 24（3）: p. 549-558；F. Carpi等人编辑的"Dielectric Elastomers as Electromechanical Transducers；Fundamentals, materials, devices, models and applications of an emerging electroactive polymer technology" 2008, Elsevier. p.227-238中的Prahlad, H.等人的"Programmable surface deformation: thickness-mode electroactive polymer actuators and their applications"；US-2008 0289952 A；所有文件通过引用结合在本申请中）。

b）电极单元阵列，其布置于前述EAP层的第一侧上。优选地，电极单元是选择性地可寻址的，即单独电势可以应用到每一个电极单元。

c）至少一个对电极，其布置于EAP层的第二侧上，该第二侧与第一侧相对。

应用合适的电压在该阵列的电极单元和该对电极之间引起在电极之间的位置处EAP层的变形，这导致各层的三维表面配置的局部改变。因此可以实现触觉显示表面的不同拓扑。

可选地，拓扑显示器单元的前述实现方式可以附加地包括至少一个另一电极，其在下文中称为"控制电极"，该电极可以独立地被供应其自己的电势。控制电极可以特别是邻近该阵列的电极单元布置或者邻近该对电极布置（即与这些在同一层），或者布置在它们之间的中间空间中。借助控制电极，EAP层内部的电场可以被影响以允许更全面控制得到的层变形。

优选地，EAP层是（至少部分）透明的，即它透射大于10%，优选地大于50%，最优选地大于90%的入射在其上的可见光。因此将有可能通过EAP层观看视觉显示表面上的图像。

在显示装置的具体实施例中，拓扑显示器单元包括多个上述有源叠层，每个有源叠层具有布置于在第一侧上的电极单元阵列和在第二侧上的至少一个对电极之间的EAP层。优选地，邻近叠层将共享中间电极层，即在给定EAP的第一侧上的电极阵列将同时构成相邻EAP层的对电极。利用所描述的一系列有源叠层，触觉显示表面上拓扑结构的延伸和/或类型可以增加。再者，将EAP材料的总厚度分割为多个EAP层具有这样的优点：控制每层所需的电压因此降低。这减小了对驱动电子器件的要求，并且最重要的是增大显示装置的安全使用。

在具有多个有源叠层的前述实施例中，叠层的各EAP层的厚度优选地随着这些层与触觉显示表面的距离增大而增大。这具有的优点为，越接近外表面，操作各EAP层需要的电压将越低，因而增大显示装置的安全性，因为在故障（电压击穿）情况下，触摸外表面的用户会体验到暴露于较低（无害）的电压。

拓扑显示器单元的透明部件的折射率优选地彼此相似；即它们相差典型地小于25%，优选地小于10%，甚至更优选地小于5%。这种折射率匹配保证不同透明部件可能引起的光学畸变被最小化或者是在严格限定的水平，以及拓扑显示器单元因此不损害其后方的图像的观看且同时具有自然外观。

在上述显示装置的有源叠层中，阵列的电极单元和/或多个对电极和/或多个控制电极（如果存在）可以特别地覆盖它们各自层中的总可用面积的小于100%，优选小于20%，最优选小于5%。前述折射率匹配和使用适当电极表面积比率形成了更自然外观的重要方面（匹配的光学和触觉）。

具有EAP和/或多个其对电极和/或多个其控制电极（如果存在）的拓扑显示器单元的电极单元可以以规则或不规则阵列（模式）布置。以不规则模式布置它们的至少一个则帮助防止光学假象，比如出现莫尔条纹。

根据具有EAP层的拓扑显示器单元的另一变型，存在附加无源层，该附加无源层不生成其自己的任何顺应性改变而是仅仅跟进其它层的改变。无源层因此可以用于转变有源层的顺应性改变，例如从而增强该顺应性改变。

在另一实施例中，拓扑显示器单元包括至少一个（电）绝缘层，该绝缘层提供触觉显示表面。绝缘层可以特别地被前述无源层包含或者与前述无源层相同。绝缘层将触摸该拓扑显示器单元的外表面的用户从该拓扑显示器单元内部的电气电压屏蔽。

该显示装置可以可选地另外包括导电层，其布置在图像显示器单元和拓扑显示器单元之间和/或触觉显示表面和拓扑显示器单元的任何其它导电部件之间。再者，此导电层可以被提供给定电势。优选地，该导电层是透明的或者仅仅包括非常小份额的各自表面积；此面积应小于总可用表面积的100%，优选小于20%以及更优选小于5%。对于图像显示器单元和拓扑显示器单元二者用（不同）控制电压驱动的情形，图像显示器表面上的导电层可以用于防止图像显示器单元和拓扑显示器单元之间的电气干扰。在触觉显示表面的导电层增大安全性，因为对于故障的情形，触摸该拓扑显示器单元的用户将首先电接触具有其给定电势的此最外层，该给定电势可以被选择处于安全区域（例如选择为地电势）。

在本发明的另一实施例中，该显示装置可包括用于控制拓扑显示器单元和/或图像显示器单元的控制单元，其中所述控制单元调适为探测故障条件以及在探测到故障条件情况下中断向受控制部件的电力供应。这种故障条件可以诸如包括探测到漏电流，因为当用户触摸触觉显示表面时，触觉显示表面中的电压击穿会造成该漏电流。

附图说明

本发明的这些和其它方面将从下述（多个）实施例而显见并且将参考下述（多个）实施例予以阐述。将借助附图通过实例方式描述这些实施例，在附图中：

图1示意性示出通过根据本发明的显示装置的一部分的沿着图2的线I–I的截面；

图2示意性示出图1的显示装置的俯视图；

图3示意性示出在显示装置中使用规则电极布置；

图4示意性示出在显示装置中使用不规则电极布置；

图5示意性示出驱动电极和控制电极的各种布置；

图6示意性示出通过显示装置的截面，该显示装置包括两个EAP层；

图7示意性示出通过显示装置的截面，该显示装置包括具有变化厚度的若干EAP层。

相同的参考数字或者相差100的整数倍的数字在图中涉及相同或相似部件。

具体实施方式

通过使用发射和/或反射方法，本领域中已知的若干显示技术能够改变产品的视觉外观（例如颜色或透明度）。尽管这些方法提供了改变表面的视觉感知的巨大机会，它们仍然未能通过动态手段提供自然表面拓扑的相应展现，即以电气方式提供木材或岩石中的藤蔓、皮肤、拉丝铝等的外观和感觉。

鉴于此，本发明提出使用介电弹性层的电气激励用于电活性生成表面拓扑。这种层在透明时可以与有源或无源光学显示技术组合，藉此允许同时操纵两个或更多个层叠层中的光学和触觉表面属性。结果，表面的用户体验变得让人信服得多，因为大多数（如果不是所有）的感觉信息可以形成为匹配预期（或者可替换地，可以故意地形成为失配，例如用于视觉/触觉游戏）。

图1示出根据上述原理的"混合"显示装置100的截面图（不是按比例）。该图描绘整个显示装置的多个基本上相似单元的仅仅一个单元。显示装置100（的单元）包括下述部件：

- "图像显示器单元"IDU，其具有"视觉显示表面"VDS，视觉图像可以在该视觉显示表面处展现。在最简单情形中，视觉显示单元IDU可以是静态图片，比如照片或印刷物。优选地，然而视觉显示单元IDU为具有多个像素（未示出）的电气显示设备，所述多个像素可以由关联控制单元CU单独地控制。可以用于此装置的可能显示技术（反射和发射）包括双电泳装置、OLED显示器、LED背光式（或者侧光式）LCD显示器或类似物。

- "拓扑显示器单元"TDU，其耦合到控制单元CU并且可以受此控制以在"触觉显示表面"TDS上表现出顺应性改变。

此外，该拓扑显示器单元TDU包括

- （无源）衬底层PL1，

- 电活性聚合物（EAP）层L1（典型厚度：1-100μm），以及

- 无源增强层PL2（典型厚度：0.1-5mm）。

EAP层L1构成激励层。典型地，这种激励层能够变形（机械应变）大于10%，优选大于20%，甚至更优选地大于50%。这种激励层的实例为聚合物激励层（也称为人造肌肉）。例如由SRI international（美国加利福尼亚）和PolyPower（丹麦诺德堡）发展出电活性聚合物，其中PolyPower提供EAP的真正的卷对卷（roll-to-roll）加工。介电弹性体为在电场影响下改变形状（电致伸缩）的材料。它们是特别是适合于在比较薄（潜在顺应性的）层中使用的一类聚合物激励器。

对电极E1布置在衬底PL1和EAP层L1之间。与此相对，电极单元E2布置于EAP层L1的对立侧面上。电极E1、E2的至少一个优选地是可伸展的并且是（至少部分）透明的。电极材料的实例为诸如石墨粉末或油脂、碳纳米管、石墨烯（石墨单层）、PEDOT（在塑料太阳能电池中使用的PEDOT-PSS）、聚吡咯（导电聚合物）或者ITO（导电金属氧化物）。应指出，这些材料仅仅是可能材料的实例，而不是限制本发明的范围。

由控制单元CU在对电极E1和电极单元E2之间应用电压则引起EAP层L1的顺应性改变。EAP层L1可以特别地被压缩在电极E1和E2之间的空间中，其中其材料被挤到邻近边界区域中，邻近边界区域因此凸起。由于无源增强层PL2的平均化效果，EAP层L1的这些顺应性改变被转化为在触觉显示表面TDS上的电极单元E2上方出现平滑沉降D。在完整显示装置100中，大量的这种小的局部顺应性改变（沉降D）将致使触觉显示表面TDS呈现出某种拓扑。

在图像显示器单元IDU和拓扑显示器单元TDU之间的界面处，必须采取措施使得图像显示器内部的电场不受拓扑显示器中的高电压（高电场）影响。这可以通过下述实现：提供拓扑显示器TDU的底部电极E0并且向底部电极E0提供与图像显示器的上电极相同的电压。以此方式，其间的电场为零并且不发生电容充电。

图2示出图1的整个显示装置100上的俯视图，其中图1中描绘的截面用虚线I-I指示。此外，在图2中仅仅示出EAP层L1的顶表面上的电极阵列的几个电极单元E2。

为了避免在不同层界面上的衍射、折射和反射，在所有界面的折射率应优选形成为尽可能地匹配。为了避免莫尔条纹，电极单元E2的不规则布局是优选的。

再者，图2指示比如控制按钮或者键盘的按键的功能部件的实现方式。此按键或按钮由图像显示器单元IDU光学地显示为圆K_opt，并且附加地在同一位置由拓扑显示器单元TDU通过特别的拓扑K_tac展现。

概言之，本发明的非常重要的特征是提供动态的，优选地柔性且顺应性的电气控制表面拓扑到静态或动态的数字表面或者互动完成（interactive finish），电气表面拓扑基本上匹配预期表面拓扑和/或纹理，从而形成触觉-视觉显示器。

在优选实施例中，这是通过分段或矩阵寻址的透明、不透明或半透明弹性体的层实现的，该层披覆在至少一个规则或不规则（图案化）驱动电极之间，该驱动电极可选地至少一个相对的、邻近的或者居间的控制电极扩展，所述电极和控制电极是透明的、半透明的、不透明的、反射吸收的或者彩色的、非透明的或者其任何组合，但是层叠成使得所生成的表面拓扑和所选择的电极配置不使在光学域中存在的信息畸变，不排除显示表面的光学属性和/或外观的可选的增强（方向、匹配、重合的图像以及浮雕结构）。

相对于前述设计，图3在图1的显示装置（或者类似一个）上的俯视图中分开示出驱动电极E1、E2的规则矩阵布置（图的顶部）以及在显示装置中的它们的组合（图的底部）。可以看出该组合生成莫尔条纹。

图4在图1的显示装置或者类似一个上的俯视图中分开示出驱动电极E2的不规则矩阵布置和驱动电极E1的规则布置（图的顶部）以及在显示装置中的它们的组合（图的底部）。这种情况下不会出现莫尔条纹。

由于两个规则阵列的组合通常将导致光学域中的畸变（莫尔条纹），优选的是阵列中的至少一个电极是不规则的，使得当与第二（规则或不规则）阵列以90°角度组合时，莫尔条纹无法被观察到。另外在这种情况下，无法观察到畸变。

图5在与图1的显示装置类似的显示装置的侧视图中说明电极的各种布置，即：

a）驱动电极E1、E2的（规则或不规则）布置；

b）+f）邻近控制电极EC在上层中的驱动电极E1、E2的布置；

c）+d）具有居间控制电极EC的驱动电极E1、E2的布置，

e）邻近控制电极EC在下层中的驱动电极E1、E2的布置。

商业上可获得的EAP目前是由这样的事实表征：需要高电场来激励它们。因此，包括这种EAP的拓扑显示器单元需要高驱动电压（在千伏的范围中），这使得它们操作起来困难且危险。因此必须采取适当预防措施以使得人们可以触摸和使用这些显示装置。作为一个步骤，可以采取外部措施限制来自高电压电源和存储能量电势的电流。附加地，此处提出两个主要内部措施：

- 拓扑显示器单元与用户手指或其它外部电器之间的电学绝缘和屏蔽。

- 拓扑显示器单元和图像显示器单元之间的恰当的电学屏蔽，使得前者的高电压/电场不影响后者后者的操作。

这些措施的第一个使得显示器内在地是安全的，并且它可以特别地包括在显示装置的外部上应用下述两层：

- 连接到地的电极，以及

- 位于该电极上的电绝缘层。

因此触摸显示装置的用户将总是首先接触绝缘层。并且如果绝缘失败，用户将接触地层。这可以优选地通过控制单元而被电气探测到，例如借助电容测量，并且用于关闭拓扑显示器单元的高电压驱动作为额外安全手段。

此外，诸如通过下述手段，也可以实现激励电压的减小：

- 层叠n个激励层。替代在整个叠层上的一个大的电压差异ΔV，于是可以将电场分割为n个更小部分，使得相应电极之间所需要的电压差异仅仅为ΔV的一份额。

- 使用具有低弹性模量（杨氏模量）的激励材料。这使得更容易压缩材料，从而同样需要比较低的电场并且因此需要低电压用于激励。

图6示意性示出结合了上述特征的显示装置200。应指出，此图（以及图7）不是按比例（特别是层厚度被夸大），并且电极阵列的内部结构未示出。显示装置200包括顶部上具有拓扑显示器单元TDU的图像显示器单元IDU。拓扑显示器单元TDU具有在从视觉显示表面VDS到拓扑显示器表面TDS的方向列出的下述序列的层：

- 电绝缘层PL1，其位于视觉显示表面VDS的顶部上；

- 第一电极E1，其优选地连接到地并且从拓扑显示器单元TDU中的电场屏蔽图像显示器单元IDU；

- 第一EAP层L1；

- 第二电极E2，其可以被提供高电压；

- 第二EAP层L2；

- 上电极ET，其优选地连接到地；

- 电绝缘层PL2，其提供触觉显示表面TDS。

电极层E1、E2和E3连接到控制单元CU，该控制单元CU向它们供应适当的电压。应指出，至少一个这些层（例如中心层E2）通常将再分为单个电极单元的阵列（未示出）。

在图像显示器单元IDU和拓扑显示器单元TDU之间的界面处，必须采取措施使得前者内部的电场不受后者内部的高电压（高电场）影响。通过向底部电极E1提供与图像显示器单元IDU的上电极相同的电压，可以在显示装置200中实现这一点。以此方式，它们之间的电场为零并且不发生电容充电。

图7示出显示装置300的另一实施例，该显示装置包括布置于图像显示器单元IDU顶部上的拓扑显示器单元TDU。如在先前实施例中那样，视觉显示表面VDS被电学绝缘PL1覆盖，该电学绝缘PL1进而被导电层ET（典型地接地）覆盖。类似地，触觉显示表面TDS为绝缘层PL2的外表面，其位于最顶部（并且典型地接地）的导电电极ET上。

多个"有源叠层"位于前述部件之间，每个有源叠层包括布置在两个电极层（E1和E2、E2和E3、E3和E4、E4和E5、或者E5和ET）之间的EAP层（L1、L2、L3、L4或L5）。相邻有源叠层因此共享中间电极层。

在从触觉显示表面TDS到视觉显示表面VDS的方向上，EAP层具有增大的厚度，使得在激励时可以跨过更接近用户皮肤的层而应用更小的、安全电压。EAP层L1–L5的厚度调适为针对所应用的电压而在电极E1-ET之间生成足够强电场。在典型实例中，对于电极层E2、E3、E4和E5（E0和ET接地），这些电压可以分别为1kV、100V、10V以及1V。

所述设计的另外优点在于，（高）电压电极E2-E5之间不需要地电极。从高电压（kV）开始，在控制单元CU中通过利用电阻性结构实现的分压可以生成较低电压。另外，由于最高电压电极E2在叠层内部深处，击穿电流将朝向那个电极流动。

在刚刚描述的系统中，应用到不同层的电压之间的关系是由分压结构固定。在更先进实施例中，每个层可以单独地被寻址并且特定电压可以分开应用到每一层。

本发明的方法和所述显示装置具有下述益处：

- 通过扩展视觉效果的不同表面的更自然外观：激励表现出凹陷或隆起、额外视觉效果、3D效果等。

- 真实触觉效果：3D拓扑可以被用户感觉，使得表面不仅仅看起来像特定表面，而且给人那种感觉。刺激听觉、视觉、触觉和热感。

- 支持与可编程触觉元件的视觉（或图形）用户界面：激励聚合物的巨大希望是在用户界面中，其中比如'真实按钮'的控件以及织物感可以随意在表面任何位置形成。支持具有相应视觉效果的这些触觉元件将增大容易使用和自然性。

- 可替换地，在例如服装的实际实现之前，织物拓扑可以被探索以匹配给定颜色。

- 触觉检测的集成：聚合物激励层形成电容器，当该层被压缩时，电容器的电容改变。这可以用于检测来自用户的触觉输入，并且反之亦然以在探测到触摸时向用户提供触觉反馈。

- 通过拓扑驱动的光学触觉反馈/意识形成。例如，在另外全透明层中（例如，类似水的表面中的涟漪）或者染色介电弹性体材料中生成拓扑。这种效果可以是或者纯光学或者纯触觉效果的任何组合。

本发明的应用包括形状（表面拓扑）改变的显示装置、用户-界面表面（其组合GUI和真实按钮拓扑）以及触摸屏。

最后指出，在本申请中术语"包括"不排除其它元件或步骤，"一"或"一个"不排除多个，以及单个处理器或其它单元可以实现若干装置的功能。本发明存在于每一个新颖特性特征以及特性特征的每一个组合。再者，权利要求中的附图标记不应解读为限制它们的范围。

Claims (1)

1.一种显示装置（100-300），包括

a）具有视觉显示表面（VDS）的图像显示器单元（IDU），视觉图像可以显示在该视觉显示表面；

b）叠置在该视觉显示表面（VDS）上并且调适为可控制地改变拓扑显示器单元（TDU）的触觉显示表面（TDS）上的拓扑的拓扑显示器单元（TDU），其中该拓扑显示器单元（TDU）包括多个具有电活性聚合物（EAP）层（L1-L5）的有源叠层，并且其中该电活性聚合物（EAP）层（L1-L5）布置在第一电极层和第二电极层（E1-E5, ET）之间，特征在于这些有源叠层的电活性聚合物（EAP）层（L1-L5）的厚度随着与该触觉显示表面（TDS）的距离增大而增大。

2. 根据权利要求1的显示装置（100-300），

特征在于该显示装置（100-300）包括用于控制在该触觉显示表面（TDS）上显示的拓扑的控制单元（CU）。

3. 根据权利要求2的显示装置（100-300），其中所述控制单元（CU）调适为将显示的拓扑与该图像显示器单元（IDU）显示的视觉图像关联。

4. 根据权利要求1的显示装置（100-300），

特征在于该图像显示器单元（IDU）为显示设备（IDU），不同图像可以选择性地显示在该显示设备上。

5. 根据权利要求1的显示装置（100-300），

特征在于该显示装置（100-300）包括控制单元（CU），该控制单元调适为相对于所应用的外力的位置而评估传感器信号。

6. 根据权利要求1的显示装置（100-300），

特征在于该有源叠层包括至少一个控制电极（EC）。

7. 根据权利要求6的显示装置（100-300），

特征在于该电活性聚合物（EAP）层（L1-L5）是至少部分透明的。

8. 根据权利要求6的显示装置（200-300），

特征在于相邻有源叠层共享中间电极层，该中间电极层为第一或第二电极层中的一个。

9. 根据权利要求6的显示装置（100-300），

特征在于阵列的电极单元（E2-ET）和/或多个对电极（E1-E5）和/或多个控制电极（EC）覆盖它们各自层中的面积小于总可用面积的100%。

10. 根据权利要求6的显示装置（100-300），

特征在于阵列的电极单元（E2-ET）和/或多个对电极（E1-E5）和/或多个控制电极（EC）覆盖它们各自层中的面积小于总可用面积的20%。

11. 根据权利要求6的显示装置（100-300），

特征在于阵列的电极单元（E2-ET）和/或多个对电极（E1-E5）和/或多个控制电极（EC）覆盖它们各自层中的面积小于总可用面积的5%。

12. 根据权利要求6的显示装置（100-300），

特征在于阵列的电极单元（E2-ET）和/或多个对电极（E1-E5）和/或多个控制电极（EC）以不规则方式布置。

13. 根据权利要求1的显示装置（100-300），

特征在于该拓扑显示器单元（TDU）包括提供该触觉显示表面（TDS）的绝缘层（PL2）和/或附加无源层（PL2）。

14. 根据权利要求1的显示装置（100-300），

特征在于该显示装置（100-300）包括布置在图像显示器单元（IDU）和拓扑显示器单元（TDU）之间的导电层（E0）和/或布置在触觉显示表面（TDS）和拓扑显示器单元的任何其它导电部件（E1-E5）之间的导电层（ET），其中所述导电层（E0，ET）可以被提供给定电势。

15. 根据权利要求1的显示装置（100-300），

特征在于该显示装置包括用于控制拓扑显示器单元（TDU）和/或图像显示器单元（IDU）的控制单元（CU），其中该拓扑显示器单元（TDU）调适为提供用于指示应用外力在其表面上的传感器信号，并且所述控制单元调适为接收用于探测故障条件的传感器信号以及响应于该传感器信号而中断电力供应。

16. 一种用于利用显示装置（100-300）呈现信息的方法，包括：

a）在图像显示器单元（IDU）的视觉显示表面（VDS）上将一部分的信息呈现为视觉图像；

b）在拓扑显示器单元（TDU）的触觉显示表面（TDS）上将另一部分的信息呈现为可改变的拓扑，其中所述触觉显示表面叠置在该视觉显示表面上，其中该拓扑显示器单元（TDU）包括多个具有电活性聚合物（EAP）层（L1-L5）的有源叠层，并且其中该电活性聚合物（EAP）层（L1-L5）布置在第一电极层和第二电极层（E1-E5, ET）之间，特征在于这些有源叠层的电活性聚合物（EAP）层（L1-L5）的厚度随着与该触觉显示表面（TDS）的距离增大而增大。

17. 根据权利要求16的方法，

特征在于该显示装置（100-300）包括用于控制在该触觉显示表面（TDS）上显示的拓扑的控制单元（CU）。

18. 根据权利要求17方法，其中所述控制单元（CU）调适为将显示的拓扑与该图像显示器单元（IDU）显示的视觉图像关联。

19. 根据权利要求16的方法，

特征在于该图像显示器单元（IDU）为显示设备（IDU），不同图像可以选择性地显示在该显示设备上。

20. 根据权利要求16的方法，

特征在于该显示装置（100-300）包括控制单元（CU），该控制单元调适为相对于所应用的外力的位置而评估传感器信号。

21. 根据权利要求16的方法，

特征在于该有源叠层包括至少一个控制电极（EC）。

22. 根据权利要求21的方法，

特征在于该电活性聚合物（EAP）层（L1-L5）是至少部分透明的。

23. 根据权利要求21的方法，

特征在于相邻有源叠层共享中间电极层，该中间电极层为第一或第二电极层中的一个。

24. 根据权利要求21的方法，

特征在于阵列的电极单元（E2-ET）和/或多个对电极（E1-E5）和/或多个控制电极（EC）覆盖它们各自层中的面积小于总可用面积的100%。

25. 根据权利要求21的方法，

特征在于阵列的电极单元（E2-ET）和/或多个对电极（E1-E5）和/或多个控制电极（EC）覆盖它们各自层中的面积小于总可用面积的20%。

26. 根据权利要求21的方法，

特征在于阵列的电极单元（E2-ET）和/或多个对电极（E1-E5）和/或多个控制电极（EC）覆盖它们各自层中的面积小于总可用面积的5%。

27. 根据权利要求21的方法，

特征在于阵列的电极单元（E2-ET）和/或多个对电极（E1-E5）和/或多个控制电极（EC）以不规则方式布置。

28. 根据权利要求16的方法，

特征在于该拓扑显示器单元（TDU）包括提供该触觉显示表面（TDS）的绝缘层（PL2）和/或附加无源层（PL2）。

29. 根据权利要求16的方法，

特征在于该显示装置（100-300）包括布置在图像显示器单元（IDU）和拓扑显示器单元（TDU）之间的导电层（E0）和/或布置在触觉显示表面（TDS）和拓扑显示器单元的任何其它导电部件（E1-E5）之间的导电层（ET），其中所述导电层（E0，ET）可以被提供给定电势。

30. 根据权利要求16的方法，

特征在于该显示装置包括用于控制拓扑显示器单元（TDU）和/或图像显示器单元（IDU）的控制单元（CU），其中该拓扑显示器单元（TDU）调适为提供用于指示应用外力在其表面上的传感器信号，并且所述控制单元调适为接收用于探测故障条件的传感器信号以及响应于该传感器信号而中断电力供应。