CN105742480B - 多层可变形装置和包含该多层可变形装置的显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多层可变形装置和包含该多层可变形装置的显示装置，特别是驱动位移增强的多层可变形装置和包含该装置的显示装置。多层可变形装置例如包含多个单位可变形装置、和设置在多个单位可变形装置之间的可变形亚层，每个单位可变形装置包含下部电极、上部电极和可变形层，该可变形层包含电活性聚合物(EAP)，该可变形亚层包含不同于EAP的亚EAP。

Description

多层可变形装置和包含该多层可变形装置的显示装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年12月31日递交的韩国专利申请第10-2014-0195908号和2015年6月18日递交的韩国专利申请第10-2015-0086831号的优先权，在此通过援引分别将其全部完整并入本文。
技术领域
本公开涉及可变形装置和包含该可变形装置的显示装置，更具体而言，涉及弯曲能力增强的多层可变形装置和包含该多层可变形装置的显示装置。
背景技术
近来，由于使用者期望方便地与其显示装置互动，包括液晶显示器(LCD)和有机发光二极管(OELD)在内的各种显示装置具有触摸功能。为此，研究者已经持续被导向研究可变形装置和其在柔性显示装置中的整合，所述柔性显示装置能够对使用者提供直接的各种触摸反馈。
通常，常规显示装置已经使用振动电机如偏心旋转质量振动电机(ERM)或线性谐振执行器(LRA)作为可变形装置。振动电机被设计为使整个显示装置振动，因此其问题在于其质量体需要在尺寸上增加以提高其振动能量。另外，振动电机的缺点是调节振动水平的频率调制困难，响应速度低，并且振动电机不适合用于柔性显示装置。
为了解决这些问题，已经开发出形状记忆合金(SMA)和电活性陶瓷(EAC)作为可变形装置的材料。然而，SMA的响应速度低、寿命短，并且不透明，而EAC较脆。因此，难以将SMA和EAC应用于显示装置，特别是应用于柔性显示装置。
利用电活性聚合物(EAP)的可变形装置技术已经引起了行业中的关注。EAP是指能够通过电刺激变形的聚合物。更特别的是，EAP可通过电刺激反复伸展、收缩和弯曲。在各种EAP中，主要使用铁电聚合物和介电弹性体。铁电聚合物的实例是聚偏二氟乙烯(PVDF)和P(VDF-TrFE)(聚(偏二氟乙烯)-三氟乙烯)，介电弹性体的实例有硅氧烷系聚合物、氨基甲酸酯系聚合物和丙烯酸系聚合物等。已经制造了包含EAP作为电活性层的可变形装置，该可变形装置连接在柔性显示面板上从而实现显示装置的多种弯曲。
然而，这种仅使用一个可变形层如EAP的可变形层可能难以实施足够的驱动位移。当增加可变形层的厚度以增强驱动位移时，其弯曲能力可能由于其厚度增加而受到限制。然而，可变形层的增加的厚度可能要求高驱动电压，因此可能不适合于移动显示器。
发明内容
因此，本发明涉及可变形装置、包含其的显示装置以及其制造方法，其足以解决由现有技术的限制和缺点造成的一个或多个问题。
本发明的优点是提供具有增强的弯曲能力的可变形装置和包含该可变形装置的显示装置。
本发明的额外特征和优点将在以下描述中阐明，并且部分地根据该描述而显而易见，或者可以通过实践本发明进行学习。通过书面描述中具体指明的结构和其权利要求以及附图可以认识到并获得本发明的这些优点和其他优点。
为了实现如所实施和广泛描述的本发明目的的这些优点和其他优点，显示装置可以例如包含：显示面板；显示面板上的多层可变形装置，多层可变形装置包含：至少两个单位可变形装置，至少两个单位可变形装置中的每一个包含第一电极、第二电极、和在所述第一和第二电极之间的可变形层(transformable layer)，和在所述至少两个单位可变形装置之间的可变形亚层(sub-transformable layer)，其中，所述至少两个单位可变形装置中的每一个的可变形层和可变形亚层包含电活性聚合物，并且其中所述可变形亚层的电活性聚合物不同于所述可变形层的电活性聚合物。
在本公开的另一方面，多层可变形装置可例如包含至少两个单位可变形装置和在所述至少两个单位可变形装置之间的可变形亚层，所述至少两个单位可变形装置中的每一个包含第一电极、第二电极、和在所述第一和第二电极之间的可变形层，其中，所述至少两个单位可变形装置中的每一个的可变形层和可变形亚层包含电活性聚合物，并且其中所述可变形亚层的电活性聚合物不同于所述可变形层的电活性聚合物。
应当理解，上述一般性描述和以下详细描述均是示例性和说明性的，并且意图提供对所要求保护的发明的进一步解说。
附图说明
附图用于提供对本发明的进一步理解，将附图并入本说明书并构成说明书的一部分，附图图示了本发明的实施方式，并与说明书一同用于解释本发明的原理。附图中：
图1是图示本公开的一个实施方式的多层可变形装置的示意性截面图；
图2是图示本公开的另一个实施方式的多层可变形装置的示意性截面图；
图3是图示本公开实施方式包含多层可变形装置的显示装置的示意性分解透视图；
图4是图示本公开实施方式显示装置的变形形状的图；和
图5a、5b和5c是图示其中能够有利地使用本公开各种实施方式的显示装置的实例的图。
具体实施方式
参考以下对示例性实施方式的详细描述和附图可以更容易地理解本公开及其实施方法的优点和特征。然而，本公开可以以多种不同形式实施并且不限于本文所示的实施方式。更确切而言，这些实施方式使得本公开完整，并用于使本领域技术人员更充分地理解本公开的范围。本公开仅由所附权利要求限定。
用于描述本公开实施方式的图中的形状、尺寸、比例、角度和数目等仅是说明性的，因此本公开不局限于此。相同的附图标记在整个说明书中指代相同部件。另外，在本公开的描述中，当确定现有技术的具体描述可能不必要地模糊本公开的主题时，可省略对其的详细描述。当使用在本说明书中提及的术语“包括”、“具有”、“含有”等时，可以另外包括未提及的部分，除非使用了术语“唯一”。单数形式意欲包含复数形式，除非上下文另外有明确表示。
在解读组分时，即使在未单独给出明确描述时，也应理解为包括误差范围。
在描述两个部分的位置关系时，例如，当使用“在...上”、“在...之上”、“在...下”，“在...旁”等术语时，可以有一个以上其它部分位于两个部分之间，除非采用了术语“紧接地”、“直接”。
当元件或层被描述为“在”另一元件或层“之上”时，该元件或层可以直接布置在另一元件或层上，或在仍有另一元件或层插入其间的情况下放置在另一个元件或层上。
虽然术语“第一”、“第二”等用于描述各种部件，这些部件不受该术语限制。所述术语仅仅用于将一个部件与另一个部件区分开。因此，在本公开中下述第一部件可对应于第二部件。
图中所示的各构造的尺寸和厚度是为了方便描述，本公开不必限于所示构造的尺寸和厚度。
本公开的几个实施方式的各个特征可以全部或部分地彼此组合或联合，并且可以以各种方式在技术上构造联锁和驱动。各实施方式可相互独立或相互连接在一起实现。
在本说明书中，可变形层是指这样的层：其形状可以通过响应于所施加的电压或电流来实施收缩、伸展或弯曲而变形。
现在具体参考本发明的实施方式，附图中示出了其实施例。只要有可能，相同的附图标记在所有图中指代相同或相似的部分。
图1是图示本公开一个实施方式的多层可变形装置构造的示意性截面图。
参见图1，本实施方式的多层可变形装置100包括第一可变形装置110、设置在第一可变形装置110上的可变形亚层120、和设置在可变形亚层120上的第二可变形装置130，第一可变形装置110具有第一可变形层112、第一电极111(即，第一下部电极111)、和第二电极113(即，第一上部电极113)，第二可变形装置130具有第二可变形层132、第一电极131(即，第二下部电极131)、和第二电极133(即，第二上部电极133)。此处，术语“下部”和“上部”是指第一可变形装置110设置在第二可变形装置100下的多层可变形装置100相对于重力方向的取向。
第一可变形装置110是多层可变形装置100中包含的单位可变形装置，并通过施加在第一下部电极111和第一上部电极113上的电压而实施振动或弯曲。为此，第一可变形层112包含电活性聚合物(EAP)。
第一可变形层112设置在第一下部电极111和第一上部电极113之间，从而充当可通过电刺激变形的电活性层。第一可变形层112的EPA层是可通过电刺激变形的聚合物材料。例如，第一可变形层112可包含硅氧烷系、氨基甲酸酯系或丙烯酸系介电弹性体，或者铁电聚合物如聚偏二氟乙烯(PVDF)系聚合物。
当第一可变形层112包含介电弹性体时，介电弹性体可响应于施加在第一可变形层112上的电压所产生的库仑力而收缩或伸展，从而使可变形装置100变形。另外，当第一可变形层112包含铁电聚合物时，第一可变形层112中的偶极排列方向可响应于施加在第一可变形层112上的电压而改变，从而使可变形装置100变形。
第一可变形层112中包含的EAP可为PVDF系聚合物，PVDF系聚合物是在自然条件下保持极化状态的铁电聚合物。通常，PVDF系聚合物具有比介电弹性体更大的介电常数和驱动位移，其优点是利用PVDF系聚合物的极化方向可容易地控制多层可变形装置100的变形。下文中，在第一可变形层112包含PVDF系聚合物的前提下，将给出举例描述。
PVDF系聚合物是指在聚合物主链中包含PVDF重复单元的聚合物。PVDF系聚合物的实例可包含PVDF均聚物或PVDF共聚物。在此情况下，第一可变形层112可制造为膜形式。
当使用介电弹性体如聚二甲基硅氧烷(PDMS)时，可变形层可通过溶液流延法形成，该方法将溶液施涂在基板上并使溶液干燥。在此情况下，可通过交替层叠电极和可变形层来制造多层可变形装置。这是因为通过简单的溶液流延法可形成具有足够的介电常数的可变形层，而不必制造为膜形式。
另一方面，当使用PVDF系聚合物时，可变形层可不通过溶液流延法形成，因为其介电常数可能不够高。然而，可通过例如拉伸工序和选投工序(polling process)中的至少一种来获得由PVDF系聚合物形成的可变形层的足够的介电常数。
为了进行所述的拉伸或选投工序，利用共挤出等将PVDF系聚合物制造为单独的膜。特别是，当通过拉伸或选投工序均匀形成其极化方向时，膜形式PVDF系聚合物可具有足够的介电常数。换言之，用于第一可变形层112的PVDF系聚合物可制造为膜，然后进行拉伸或选投工序。在此情况下，拉伸工序是指牵拉并使受热状态下的聚合物链取向的过程，选投工序是指通过对聚合物施加高直流(DC)电压使具有特定电荷的原子排布在一个方向上的过程。
例如，当对PVDF系聚合物进行拉伸或选投工序时，氟(F)原子可排布在所需位置。通过拉伸或选投工序，第一可变形层112可获得强极化效果。更具体而言，对应于PVDF均聚物的PVDF系聚合物可拉伸或选投从而形成可变形层。另外，对应于PVDF共聚物的P(VDF-TrFE)(聚(偏二氟乙烯)-三氟乙烯)可选投以形成可变形层。如上所述，包含PVDF系聚合物的可变形层可制造为膜形式，从而获得高介电常数。
第一可变形层112的厚度可根据各种因素选择，例如能耗、运行第一可变形装置110的驱动电压、和是否能够进行第一可变形装置110的正常运行。第一可变形层112的厚度可为10μm至300μm，更优选50μm至150μm。此处，当第一可变形层112的厚度小于10μm时，不能施加足够的电压使第一可变形装置110正常运行。另外，当第一可变形层112的厚度大于300μm时，可能需要过高驱动电压以驱动第一可变形装置110，从而增加能耗。
第一可变形层112可响应于由第一下部电极111和第一上部电极113施加的电场而伸展或收缩。在此情况下，可根据第一可变形层112的极化方向和施加在第一可变形层112上的电场方向确定第一可变形层112是伸展还是收缩。
例如，用于第一可变形层112的PVDF系聚合物可具有根据其原子排布而确定的极化方向。即，根据电负性高的F原子的排布确定极化方向。例如，当第一可变形层112设置为使氟(F)原子位于下部并且包含更少电子的氢(H)原子位于上部时，第一可变形层112的极化方向可变为朝向第二可变形装置130的向上方向。
根据第一可变形层112的极化方向和施加在第一可变形层112上的电场方向，第一可变形层112可收缩或伸展。例如，当第一可变形层112的极化方向不同于施加在第一可变形层112上的电场方向时，第一可变形层112伸展；而当第一可变形层112的极化方向与施加在第一可变形层112上的电场方向相同时，第一可变形层112收缩。第一可变形层112的收缩或伸展导致所述装置的弯曲，其中可变形装置与显示面板或其他基板相接触。
第一下部电极111和第一上部电极113发挥施加电场以引起第一可变形层112变形的功能。第一下部电极111设置在第一可变形层112的第一(例如下部)表面上，第一上部电极113设置在第一可变形层112的第二(例如上部)表面。
第一下部电极111和第一上部电极113可由导电材料制成。例如，第一下部电极111和第一上部电极113可由金属材料制成，例如金(Au)、铜(Cu)、钛(Ti)、铬(Cr)、钼(Mo)、铝(Al)、或Al-Cu合金，或由导电聚合物制成，例如PEDOT[聚(3，4-乙烯二氧噻吩)]：PSS[聚(4-苯乙烯磺酸)]、聚吡咯和聚苯胺。然而，本公开不限于此。第一下部电极111和第一上部电极113可由相同材料或不同材料制成。
另外，第一下部电极111和第一上部电极113可构造为软电极。因此，它们适合于包含第一可变形层112的多层可变形装置100的顺滑重复运行和变形。所述软电极可通过将弹性体和碳导电脂、炭黑或碳纳米管混合而制造。
当第一下部电极111和第一上部电极113的厚度增加时，包含在具有给定厚度的多层可变形装置100中的可变形层的总数量下降。如果多层可变形装置100的驱动位移随着可变形层总数提高而增加，优选的是，第一下部电极111和第一上部电极113的厚度尽可能薄，从而在具有固定厚度的多层可变形装置中设置尽可能多的可变形层。例如，第一下部电极111和第一上部电极113中每一个优选具有200nm以下的厚度，更优选100nm以下的厚度。然而，厚度不限于此。
第一下部电极111和第一上部电极113可利用各种方法设置在第一可变形层112的一个表面上。例如，第一下部电极111和第一上部电极113可通过如溅射、印刷或狭缝涂布等方法设置在第一可变形层112的两面上。特别是，当第一下部电极111和第一上部电极113利用相同材料设置时，第一下部电极111和第一上部电极113可在同一工序中同时设置。
第一下部电极111和第一上部电极113可响应于由外部施加的电压而形成电场。在此，可对第一下部电极111和第一上部电极113施加具有不同水平的电压或具有相反电性质的电压，从而形成第一可变形层112中的电场。例如，当对第一下部电极111施加正电压时，可对第一上部电极113施加负电压或接地电压；当对第一下部电极111施加负电压时，可对第一上部电极113施加正电压或接地电压。在此，当施加到第一下部电极111的电压的电性质和施加到第一上部电极113的电压的电性质改变为相反性质时，电场的方向也随着改变。
可对第一下部电极111和第一上部电极113施加交流(AC)电压或DC电压。当对第一下部电极111和第一上部电极113施加AC电压时，第一可变形装置110可周期性位移，因此能够获得振动效果。当DC电压施加至第一下部电极111和第一上部电极113时，第一可变形装置110可保持在弯曲状态。
可变形亚层120设置在第一可变形装置110和第二可变形装置130之间，从而作为通过电刺激与第一可变形层112和第二可变形层132一同变形的副电活性层。可变形亚层120包含亚EAP，其类型不同于相邻单位可变形装置的可变形层中包含的EAP。可变形亚层120中包含的亚EAP可包含硅氧烷系、氨基甲酸酯系或丙烯酸系介电弹性体，或者铁电聚合物如PVDF系聚合物。然而，本公开不限于此。
例如，当第一可变形装置110和第二可变形装置130包含介电弹性体时，可变形亚层120可包含铁电聚合物；当第一可变形装置110和第二可变形装置130包含铁电聚合物时，可变形亚层120可包含介电弹性体。当第一可变形装置110和第二可变形装置130包含不同于可变形亚层120的EAP时，与仅利用介电弹性体制造的常规多层可变形装置相比，可以实施驱动位移增强的具有低驱动电压的多层可变形装置。
特别是，当第一可变形装置110和第二可变形装置130包含PVDF系聚合物作为EAP时，更优选的是可变形亚层120包含介电弹性体和高介电填料作为亚EAP。当可变形亚层120除介电弹性体之外还包含高介电填料时，可变形亚层120具有比常规介电弹性体高的介电常数，因此可增强多层可变形装置的驱动位移。下文在可变形亚层120包含介电弹性体和高介电填料的前提下，给出举例描述。
可变形亚层120与第一可变形装置110和第二可变形装置130结合在一起。如前所述，当仅利用介电弹性体为可变形层制造多层可变形装置时，电极和可变形层可通过溶液流延法交叠层叠。然而，当利用铁电聚合物如PVDF均聚物制造多层可变形装置时，可能需要进行拉伸或选投工序。因此，PVDF系均聚物可不直接层叠在电极上作为通过溶液流延法形成的介电弹性体。
为了利用PVDF系聚合物制造多层可变形装置，可能需要制备单位可变形装置，其中电极层叠在进行了拉伸或选投工序的PVDF系聚合物膜的两个表面上。另外，可能需要在单位可变形装置之间设置粘合剂层，从而层叠各单位可变形装置。然而，常规光学粘合剂如丙烯酸系粘合剂、聚乙烯醇系粘合剂、和聚氨酯系粘合剂具有低介电常数，并且其缺点在于多层可变形装置的性能会因光学粘合剂的厚度而变差。然而，如上所述，当使用包含介电弹性体和高介电填料的可变形亚层时，可增强包含铁电聚合物的多层可变形装置的性能。因此，在第一可变形装置110和第二可变形装置130之间设置的可变形亚层120优选为除电活性层之外还可充当粘合剂层的高介电性粘合剂。
可变形亚层120中包含的介电弹性体可对应于选自包含丙烯酸系聚合物、氨基甲酸酯系聚合物和硅氧烷系聚合物的组的至少一种。然而，介电弹性体不限于此。特别是，本实施方式的介电弹性体可优选为可提供足够的粘合强度并且可在宽温度范围下工作的硅氧烷系聚合物，例如，聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
介电弹性体可优选对应于具有大极性(即，大介电常数)的化合物，从而以小驱动电压获得大的变形。例如，优选在1kHz测定的相对介电常数大于或等于2.5。
考虑到多层可变形装置100所需的机械性质，介电弹性体可为重均分子量为10,000g/mol以上的聚合物。
接下来，高介电填料可优选包含选自包括压电陶瓷、碳纳米颗粒、金属纳米颗粒和导电聚合物的组中的至少一种，作为可通过与介电弹性体混合而增强可变形亚层120的介电常数的材料。然而，高介电填料不限于此。
压电陶瓷可优选包含含有诸如铅(Pb)、锆(Zr)、钛(Ti)和钡(Ba)等金属原子的压电金属氧化物。例如，压电陶瓷可对应于钙钛矿型氧化物，包括PbZrO3-PbTiO3(PZT)或钛酸钡(BaTiO3)。然而，压电陶瓷不限于此。
碳纳米颗粒可优选包含选自单壁碳纳米管(SWCNT)、双壁碳纳米管(DWCNT)、多壁碳纳米管(MWCNT)、石墨烯、石墨、炭黑、碳纤维和富勒烯组成的组中的至少一种。特别地，更优选SWCNT，因为可变形亚层120的介电常数在低频区域大大增强。然而，碳纳米颗粒没有特别限制。
金属纳米颗粒可对应于包含金(Au)或银(Ag)的纳米线、纳米棒、纳米孔或纳米管。然而，金属纳米颗粒没有特别限制。
导电聚合物优选包括选自包含聚芴、聚苯撑、聚芘、聚薁、聚萘、聚乙炔(PAC)、聚(对亚苯基乙炔)(PPV)、聚吡咯(PPY)、聚咔唑、聚吲哚、聚氮杂卓(polyazepine)、聚(亚噻吩基乙炔)、聚苯胺(PANI)、聚(噻吩)、聚(对苯硫醚)(PPS)、聚(3，4-亚乙二氧基噻吩(PEDOT)、聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)掺杂聚(苯乙烯磺酸盐)(PSS))(PEDOT：PSS)、聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)-四(甲基丙烯酸酯)(PEDOT-TMA)和聚呋喃的组的至少一种。然而，导电聚合物没有特别限制。
导电聚合物的电导率可优选为10-6S/cm以上，更优选为10-2S/cm以上。当导电聚合物的电导率大于10-6S/cm时，可变形亚层120的介电常数可通过与介电弹性体的相互作用来增强。
在可变形亚层120中，介电弹性体与高介电填料的重量比可优选99∶1至50∶50，更优选90∶10至60∶40。当高介电填料的含量低于1％时，可变形亚层120介电常数的增强可能不充分，可变形亚层120可能难以充当另一可变形层。另一方面，当高介电填料的含量超过50％时，介电常数的增强效果可能饱和或变差。另外，当以颗粒形式存在的高介电填料的含量增加时，可变形亚层120的粘合强度可能变差。
当以1kHz测定介电常数时，可变形亚层120的介电常数可优选5.0以上，更优选7.0以上。通常，广泛用作介电弹性体的PDMS具有约2.5至3.0的介电常数。然而，当使用高介电填料时，介电常数可增加至7.0以上，优选增加9.0以上。
当利用拉力强度计测定粘合强度时，可变形亚层120的粘合强度可优选1500gf/英寸以上(即，579N/m以上)，更优选1800gf/英寸以上(即，695N/m以上)。如果可变形亚层120的粘合强度大于579N/m，即使在多层可变形装置100变形时，也可保持单位可变形装置110和130之间的粘合状态。
可变形亚层120的厚度可优选为1μm至300μm，更优选为10μm至150μm。当可变形亚层120的厚度小于1μm时，多层可变形装置100的驱动位移的增强效果可能不充分。另一方面，当可变形亚层120的厚度超过300μm时，多层可变形装置100的厚度可增加，因此驱动位移可能变差，并且多层可变形装置100的重量可能大大增加。
可变形亚层120设置在第一可变形装置110和第二可变形装置130之间。因此，可变形亚层120的第一表面或下部表面接触第一可变形装置110的第二电极113(第一上部电极113)，并且可变形亚层120的第二表面或上部表面接触第二可变形装置130的第一电极131(第二下部电极131)。换言之，由于第一可变形装置110的第一上部电极113和第二可变形装置130的第二下部电极131之间的电场产生库仑力，因此对包含介电弹性体和高介电填料的可变形亚层120施加了麦克斯韦应力。在此情况下，下面的方程式1表示出了麦克斯韦应力的大小：
[方程式1]
(ε0：真空下的空间介电常数，εr：相对介电常数，E：电场，V：电压，t：可变形层的厚度)。
此处，麦克斯韦应力是指使可变形亚层120在厚度方向上收缩并在长度方向上伸展所施加的力。参见方程式1，麦克斯韦应力的大小(P)与相对介电常数(εr)、电场(E)和电压(V)成比例。当麦克斯韦应力的大小增加时，可变形亚层120具有更大位移，或更大程度地变形。
可变形亚层120具有高介电常数。根据方程式1，考虑到麦克斯韦应力与介电常数成比例，具有高介电常数的可变形亚层120可充当另一电活性层。换言之，除了在多层可变形装置100中包含的第一可变形层112和第二可变形层132之外，可变形亚层120也可通过在可变形装置中形成的电极而收缩或伸展。
在此情况下，对第一可变形装置110的第一下部电极111和第一上部电极113以及第二可变形装置130的第二下部电极131和第二上部电极133施加具有不同水平的电压或具有相反电性的电压。例如，对单位可变形装置110和130的电极111、113、131和133交替施加正电压和负电压。例如，对第一可变形装置110的第一下部电极111施加正电压，对第一可变形装置110的第一上部电极113施加负电压，对第二可变形装置130的第二下部电极131也施加正电压，并对第二可变形装置130的第二上部电极133也施加负电压。在此情况下，通过在第一可变形装置110的第一上部电极113上施加的负电压和在第二可变形装置130的第二下部电极131上施加正电压而产生的静电吸引，可使可变形亚层120移动。
可变形亚层120优选在与第一可变形层112和第二可变形层132相同的方向上收缩或伸展。然而，本公开不限于此。通常，多层可变形装置100与显示面板等的基板结合，从而实现完整装置的弯曲。在此情况下，当第一可变形层112和第二可变形层132的收缩或伸展方向与可变形亚层120相同时，可以使完整装置的弯曲能力最大化。在此情况下，如上所述，可根据极化方向和所施加电场的方向调整PVDF系聚合物的收缩或伸展。因此，例如，如果第一可变形层112和第二可变形层132构造为具有不同极化方向和不同的电场施加方向，当可变形亚层120响应于所施加的电场在长度方向上伸展时，第一可变形层112和第二可变形层132可同时随可变形亚层120在长度方向上伸展。
同时，第二可变形装置130设置在可变形亚层120上。第二可变形装置130是多层可变形装置100中包含的单位可变形装置，并通过在第二下部电极131和第二上部电极133上施加的电压而发生变形，从而实现振动或弯曲。
第二可变形装置130中所含的第二可变形层132、第二下部电极131、和第二上部电极133中的每一个可构造为与第一可变形装置110中所含的第一可变形层112、第一下部电极111、和第一上部电极113中的每一个相同。
第二可变形装置130的对应具体构造和效果与第一可变形装置110相同，因此省去重复描述。
本实施方式的多层可变形装置100可包含单位可变形装置110和130之间的可变形亚层120，单位可变形装置110和130含有PVDF系聚合物作为可变形层，可变形亚层120包含介电弹性体和高介电填料。
为形成多层结构中利用PVDF系聚合物作为可变形层的可变形装置，可能需要粘合剂层。常用粘合剂层具有低介电常数。特别是，光学透明粘合剂(OCA)在1kHz测定的介电常数为3.0以下。如上所述，常规粘合剂层具有低介电常数，因此仅可用于粘合。粘合剂层增加了可变形装置的厚度，这会阻碍可变形装置的驱动位移。
然而，可变形亚层120是基于介电弹性体而具有优异介电常数的粘合剂层。因此，可变形亚层120不仅起到粘合剂的作用，还由于接触可变形亚层120的两个表面的电极引起的静电吸引而起到可变形层的作用。
结果，插入第一可变形装置110和第二可变形装置130之间时，可变形亚层120可当第一可变形装置110和第二可变形装置130变形时与第一可变形装置110和第二可变形装置130一同变形。另外，本实施方式的多层可变形装置100利用具有高介电常数的可变形亚层120替代常规粘合剂，以及介电常数高于介电弹性体的PVDF系聚合物，从而增加驱动位移的量。另外，由于多层可变形装置100的总介电常数增加，因此也可降低多层可变形装置100的驱动电压。
图2是图示本公开另一实施方式的多层可变形装置200的示意性截面图。
参见图2，本实施方式的多层可变形装置200包含第一可变形装置210、设置在第一可变形装置210上的第一可变形亚层220、设置在第一可变形亚层220上的第二可变形装置230、设置在第二可变形装置230上的第二可变形亚层240、和设置在第二可变形亚层240上的第三可变形装置250，第一可变形装置210具有第一可变形层212、第一下部电极211、和第一上部电极213，第二可变形装置230具有第二可变形层232、第二下部电极231、和第二上部电极233，第三可变形装置250具有第三可变形层252、第三下部电极251、和第三上部电极253。
图2的多层可变形装置200与图1的多层可变形装置100不同之处在于多层可变形装置200具有层叠了三个单位可变形装置的构造。换言之，本实施方式的多层可变形装置200可包含2个以上单位可变形装置，并且各单位可变形装置之间可分别设置独立可变形亚层。
在多层可变形装置200中，单位可变形装置210、230、和250中分别包含的第一可变形层212、第二可变形层232、和第三可变形层252包括与第一可变形亚层220和第二可变形亚层240不同类型的EAP。
在此情况下，多层可变形装置200具有与图1的多层可变形装置100基本相同的构造，不同之处在于还包含第三可变形装置250和第二可变形亚层240，因此省略了重复描述。
在多层可变形装置200中，第二可变形亚层240设置在第二可变形装置230上。与第一可变形亚层220相似，第二可变形亚层240包含与相邻单位可变形装置的可变形层不同类型的EAP。第二可变形亚层240可具有与图1的可变形亚层120相同的构造。
第三可变形装置250设置在第二可变形亚层240上。第三可变形装置250可具有与第一可变形装置210和第二可变形装置230中的至少一种相同的构造。
在多层可变形装置200中，对第一可变形装置210的第一下部电极211和第一上部电极213、第二可变形装置230的第二下部电极231和第二上部电极233、和第三可变形装置250的第三下部电极251和第三上部电极253交替施加具有不同电性的电压。在此情况下，通过接触两个表面的电极所产生的电场使第一可变形亚层220和第二可变形亚层240中每一个变形。
结果，在多层可变形装置200中，各单位可变形装置210、230和250、第一可变形亚层220和第二可变形亚层240均因所施加的电压而变形。因此，多层可变形装置200的驱动位移大于仅利用介电弹性体制造的多层可变形装置或包含介电常数低的常规粘合剂层的多层可变形装置的驱动位移。
下面，将通过示例性实施方式中更详细地描述本公开。然而，下述示例性实施方式仅用于显示本公开的实施例，并且本公开的范围不限于所述示例性实施方式。
通过改变可变形层和可变形亚层(粘合剂层)而制造实施例1和比较例1至3的多层可变形装置。
实施例1
通过在拉伸PVDF均聚物后进行层压，制备了厚度各自为80μm的第一可变形层和第二可变形层，并将金属电极(碳导电脂)沉积在各可变形层的两个表面上，从而制造第一可变形装置和第二可变形装置，第一可变形装置和第二可变形装置中每一个的构造为下部电极/可变形层/上部电极。之后，向溶剂己烷中加入作为介电弹性体的PDMS和作为高介电填料的钛酸钡(粒径：120nm，通过SEM测定)，从而制造混合溶液。在此情况下，PDMS与钛酸钡的重量比为60∶40。以所制造的混合溶液涂覆第一可变形装置的上部电极，形成厚度为50μm的可变形亚层(粘合剂层)，然后将第二可变形装置与其结合，从而制造实施例1的多层可变形装置。
比较例1
采用与实施例1相同的方法制造比较例1的多层可变形装置，不同之处在于形成仅包含PDMS的第一可变形层和第二可变形层，而不使用PVDF均聚物。
比较例2
采用与实施例1相同的方法制造比较例2的可变形亚层和多层可变形装置，不同之处在于以混合溶液涂覆基板并干燥以获得厚度均为80μm的第一可变形层和第二可变形层，然后在所制造的各可变形层的两个表面上沉积金属电极(碳导电脂)，从而制造包含PDMS和高介电填料的第一可变形装置和第二可变形装置，该混合溶液通过将重量比为60∶40的作为介电弹性体的PDMS和作为高介电填料的钛酸钡(粒径：120nm，通过SEM测定)添加到溶剂己烷中形成，而不使用PVDF均聚物。
比较例3
采用与实施例1相同的方法制造比较例3的多层可变形装置，不同之处在于利用常规丙烯酸系OCA粘合剂替代实施例1中制造的PDMS和钛酸钡混合溶液来形成可变形亚层(粘合剂层)。
进行以下实验以获得实施例1和比较例1至3的制造出的多层可变形装置的包括驱动位移在内的性质。
实验例1.可变形亚层的介电常数的测量
利用LCR计(4284A)测定1kHz频率下的电容，并对实施例1和比较例1至3制造的多层可变形装置的可变形亚层的介电常数利用以下方程式2进行计算并测量。测定结果如下表1所示。
[方程式2]
ε＝C×t/εo×A(ε：介电常数，C：电容，εo：真空介电常数，t：可变形层的厚度，A：接触截面积)
实验例2.可变形亚层的粘合强度的测量
利用拉力强度计(Tinius Olsen，Ltd.，H5KT UTM)测定实施例1和比较例1至3制造的多层可变形装置的可变形亚层的粘合强度。测定结果如下表1所示。
实验例3.可变形装置的驱动位移的测量
为测定实施例1和比较例1至3制造的多层可变形装置的驱动位移，利用激光装置(Keyenece，Ltd.，LK-G80)在2.4kVpp条件下测定最大曲率半径和最小曲率半径，然后计算曲率半径变化值，从而获得弯曲能力。测定结果如下表1所示。
[表1]
表1表明交替层压了不同类型EAP的实施例1多层可变形装置具有优异的驱动位移。特别是，实施例1与比较例1之间的比较表明：具有仅层压了介电弹性体的构造的常规多层可变形装置具有显著更小的驱动位移。
另外，实施例1与比较例2之间的比较表明：与第一可变形层、第二可变形层、和可变形亚层均包含介电弹性体和高介电填料的比较例2多层可变形装置相比时，实施例1的多层可变形装置在相同电压下具有明显更大的曲率半径变化值。换言之，可理解的是，与通过简单层压多个具有高介电常数的弹性体的层而形成的多层可变形装置相比，实施例1的多层可变形装置具有远为优异的性能。
同时，实施例1与比较例3之间的比较表明：与利用常规粘合剂的比较例3可变形亚层的介电常数相比，实施例1可变形亚层的介电常数明显增强，因此多层可变形装置的驱动电压下降。更具体而言，该比较表明：相同电压下，实施例1的多层可变形装置的曲率半径是比较例3多层可变形装置的曲率半径的两倍大。换言之，可理解的是，多层可变形装置的弯曲程度由于可变形亚层的优异介电常数而大大增强。
如上所述，用于将包含PVDF系聚合物的第一可变形装置和第二可变形装置结合在一起的包含介电弹性体和高介电填料的可变形亚层与常规光学粘合剂相比具有明显更高的介电常数。在实施例1中，可变形亚层除其粘合剂功能之外还具有可变形层的功能。因此，当利用该可变形亚层将第一可变形装置和第二可变形装置结合在一起时，多层可变形装置可具有大大增强的弯曲能力，即，大大增强的驱动移动，并具有降低的驱动电压。
以此方式，当利用包含铁电聚合物中的PVDF系聚合物的可变形层以及利用可变形亚层通过结合单位可变形装置制造多层可变形装置时，可以获得驱动移动增强的多层可变形装置。
图3是图示本公开实施方式包含多层可变形装置的显示装置300的示意性分解透视图。
参见图3，本实施方式的显示装置300包含下部盖窗310、多层可变形装置100、显示面板320、触摸面板330和上部盖窗340。
下部盖窗310设置在多层可变形装置100下，以覆盖多层可变形装置100、显示面板320和触摸面板330的下部。下部盖窗310保护显示装置300的内部部件免受外部冲击和水或异物的渗入。下部盖窗310可由能够随多层可变形装置100的形状变化一同变形的材料制成。例如，下部盖窗310可由如塑料等具有延展性的材料制成。然而，下部盖窗310不限于此。
多层可变形装置100可设置在显示面板320之下。特别是，多层可变形装置100可直接接触显示面板320的表面而设置，或利用粘合剂设置在显示面板320表面和多层可变形装置100表面之间。粘合剂的实例可包含光学透明粘合剂(OCA)或光学透明树脂(OCR)。然而，粘合剂不限于此。多层可变形装置100可设置在下部盖窗310上。
图3中所示的多层可变形装置100包括第一可变形装置110、第二可变形装置130和设置在第一可变形装置110和第二可变形装置130之间的可变形亚层120。换言之，多层可变形装置100可具有与图1和2中分别图示的多层可变形装置100和200其中之一相同的构造。
可变形亚层120包含与相邻单位可变形装置的可变形层中所含EAP类型不同的亚EAP。可变形亚层120具有优异的介电常数，因此除将第一可变形装置110和第二可变形装置130粘结在一起的功能之外，可具有可变形层的功能。结果，多层可变形装置100可具有进一步增强的弯曲能力和降低的驱动电压。
多层可变形装置100可与显示面板320电连接。例如，设置在显示面板320上的柔性印刷线路板(FPCB)和多层可变形装置100的电极可通过导线而相互电连接。
显示面板320是指包含显示元件的面板，显示元件用于在显示装置300上显示图像。例如，诸如有机发光显示面板、液晶显示面板、和电泳显示面板等各种显示面板可用作显示面板320。
有机发光显示装置是使电流在有机发光层中流动从而让有机发光层发射具有特定波长的光的显示装置。有机发光显示装置至少包括阴极、有机发光层和阳极。设置在显示面板320下的可变形装置100可柔性地变形，因此有机发光显示装置可构造为柔性地变形。换言之，有机发光显示装置是具有柔性的柔性有机发光显示装置，并且包含柔性基板。柔性有机发光显示装置可因外部施加的力在不同方向上以不同角度变形。下文在显示面板320构造为柔性有机发光显示装置的前提下进行举例说明。
在显示面板320下设置的多层可变形装置100可延展地变形，因此可将有机发光显示装置构造为延展地变形。换言之，有机发光显示装置是具有延展性的柔性有机发光显示装置，并包含柔性基板。柔性有机发光显示装置可因外部施加的力在不同方向上以不同角度变形。
触摸面板330设置在显示面板320上。触摸面板330是指这样的面板：检测由使用者对显示装置300的触摸输入并行使提供触摸坐标的功能。
可根据设置位置来划分触摸面板330。例如，可以利用触摸面板330附接在显示面板320上部表面的add-on方式、触摸面板330沉积在显示面板320上的on-cell方式、和触摸面板330在显示面板320中形成的in-cell方式等。另外，可根据运行方式划分触摸面板330。例如，可利用电容触摸面板、电阻触摸面板、超声触摸面板、和红外触摸面板等。可优选使用电容触摸面板作为触摸面板330。
另外，触摸面板330可与多层可变形装置100电连接。特别是，触摸面板330可与多层可变形装置100的电极电连接，从而可以将通过触摸面板330输入的各种触摸信号或电压传送到多层可变形装置100。另外，触摸面板330可具有柔性，从而随多层可变形装置100一同变形。
上部盖窗340设置在触摸面板330上，从而覆盖多层可变形装置100、显示面板320以及触摸面板330的上部。上部盖窗340可具有与下部盖窗310相似的功能。另外，上部盖窗340可由与下部盖窗310相同的材料制成。特别是，上部盖窗340可由具有延展性的材料制成，从而随可通过多层可变形装置100而变形为各种形状的触摸面板330和显示面板320一同变形。例如，上部盖窗340可由如具有延展性的塑料等材料制成，但不限于此。
响应于对多层可变形装置100施加的电压，显示装置300随多层可变形装置100一同变形。换言之，当多层可变形装置100中包含的第一可变形装置110、第二可变形装置130和可变形亚层120变形时，与多层可变形装置100结合的显示面板320和触摸面板330一同变形。因此，显示装置300能够变形。
在本实施方式的显示装置300中，多层可变形装置100、显示面板320、和触摸面板330可结合为一个单元，并且显示装置300可通过多层可变形装置100变形为各种形状。现在将参考图4描述因多层可变形装置100变形而变形的显示装置300的变形后外观。
图4是图示包含本公开实施方式的多层可变形装置的显示装置400状态的图。图4中，在显示装置400为智能手机的前提下进行举例说明。
参见图4，显示装置400的一部分可以向上或向下弯曲。特别是，在显示装置400中，多层可变形装置附接在显示屏410的下部，并且当多层可变形装置受到驱动时，多层可变形装置和显示装置400变形。换言之，当多层可变形装置的一部分向上或向下弯曲时，显示装置400的一部分可以向上或向下弯曲。此处，当多层可变形装置的一部分周期性向上或向下弯曲时，显示装置400的一部分可以相应地向上或向下弯曲。另外，当多层可变形装置的一部分保持向上或向下弯曲时，显示装置400的一部分可以相应地保持向上或向下弯曲。
例如，作为响应于使用者对显示装置400触摸输入的输出，显示装置400的一部分可以向上或向下弯曲。即，当显示装置400接受信息或语音呼叫时，显示装置400的一部分可向上或向下弯曲，作为响应于所接受的信息或语音呼叫的输出。
通过显示装置400可以对显示装置400的弯曲部分、弯曲方向、弯曲时间、弯曲方向的改变时间等进行各种设定。换言之，通过控制多层可变形装置使用者可以对显示装置400的形状改变进行各种设定，但显示装置400的形状改变不限于以上形状改变的实例。
在显示装置400中，多层可变形装置可响应于各种输入而变形为不同形状。特别是，对于向显示装置400的各种输入，弯曲部分、弯曲方向、弯曲时间、弯曲方向的改变时间等可以具有不同设定。结果，通过控制多层可变形装置，可以使显示装置400变形为各种形状，从而为使用者提供各种类型的输出。
图5a、5b和5c是图示其中能够有利地使用本公开各种实施方式的多层可变形装置的实例的图。
图5a是图示包含本公开实施方式多层可变形装置的电子报纸500的外观的图。
参见图5a，电子报纸500包含显示面板510和连接在显示面板510下部的多层可变形装置。
电子报纸500通过多层可变形装置可提供真实阅读报纸的感觉。当通过电子报纸500的显示面板510输入翻页的信号时，多层可变形装置接收该信号输入的部分可发生变形。这样，电子报纸500的一部分可由于多层可变形装置的变形而发生临时弯曲，因此可提供作为报纸翻页的感觉。
另外，当新文章上传并显示在包含本实施方式多层可变形装置的电子报纸500上时，电子报纸500的一部分变形，从而对使用者提供该文章上传的输出。例如，当上传了具有新标题的文章时，多层可变形装置包含所上传文章的部分发生变形，从而立即对使用者提供该文章上传的输出。
图5b是图示包含本公开实施方式多层可变形装置的手表600的图。
参见图5b，手表600包含显示面板610和与显示面板610下部附接的多层可变形装置。此处在手表600为智能手表的前提下进行举例说明。
可通过多层可变形装置执行手表600的各种功能。普通时间信息通过手表600的显示面板610显示。另外，天气、新闻等可通过手表600的显示面板610显示。另外，手表600可包含简单呼叫功能，并确定佩戴手表600的使用者的心率。此处，手表600中的多层可变形装置可收缩以每小时或在设定闹钟时间报时。这样，通过对使用者的手腕提供压力来向使用者提供时间信息。另外，当显示新天气信息或新闻时，手表600中的多层可变形装置可收缩，或者在收到呼叫时可在手表600的显示面板610的一部分上形成凸起，从而对使用者提供这些信息。另外，当通过手表600的一部分测定的使用者的心率达到危险水平时，手表600中的可多层可变形装置可收缩或变形，从而对使用者提供预警警报。
图5c是图示包含本公开实施方式多层可变形装置的幕帘700的图。
参见图5c，幕帘700包括显示面板710和附接在显示面板710下部的多层可变形装置。
在幕帘700中，关于外部环境的信息可以以各种方式随多层可变形装置表示。特别是，外部天气可通过幕帘700的显示面板710显示为预定图像，可通过改变幕帘700的形状来表现天气的特定状态。
例如，当多云天气中有风吹过时，可通过幕帘700的显示面板710显示云，幕帘700的一部分可根据风向和风速随多层可变形装置弯曲，并且弯曲部分的面积可以改变。换言之，幕帘700可根据风向实际折叠或摇摆的方向可表示为幕帘700的弯曲方向，并且幕帘700弯曲部分的面积可随风强度增加而增加。另外，当通过窗进入的光强度变得小于或等于某一水平时，幕帘700可自动卷起或向左或右方向折叠。
如上所述，本公开实施方式可通过交替设置不同类型EAP来增强多层可变形装置的弯曲能力。
另外，本公开实施方式可将其中设置有介电常数高的可变形层和可变形亚层的多层可变形装置的驱动电压降低至小于其中仅层叠介电弹性体的常规多层可变形装置的驱动电压的水平。
另外，本公开实施方式可提供多层可变形装置，其中设置在单位可变形装置之间的可变形亚层具有粘合剂层的功能并具有明显高于常规粘合剂层的介电常数。
参考附图更详细地描述了本公开的实施方式。然而，本公开不限于所述实施方式，而是可以在本公开技术构思范围内进行各种改变和实施。因此，所述实施方式的公开是用于描述本公开的技术构思，而不是限制技术实质。本公开技术构思的范围不限于实施方式。本公开的范围应由所附权利要求进行解释，其等同范围内的所有技术构思应理解为包含在本公开范围内。
对本领域技术人员显而易见的是，可以在本发明中进行各种修改和变化而不背离本发明的观点和范围。因此，只要本发明的修改和变化落入所附权利要求及其等同方式的范围内，则本发明就应覆盖这些修改和变化。

Claims (21)

1.一种显示装置，所述显示装置包含：
显示面板；
所述显示面板上的多层可变形装置，所述多层可变形装置包含：
至少两个单位可变形装置，所述至少两个单位可变形装置中的每一个包含第一电极、第二电极、和在所述第一电极和第二电极之间的可变形层，和
在所述至少两个单位可变形装置之间的可变形亚层，其中所述可变形亚层使与上部相邻的单位可变形装置的第一电极和与下部相邻的单位可变形装置的第二电极相粘附，
其中，所述至少两个单位可变形装置中的每一个的可变形层和可变形亚层包含电活性聚合物，并且其中所述可变形亚层的电活性聚合物不同于所述可变形层的电活性聚合物。
2.如权利要求1所述的显示装置，其中，所述可变形层的电活性聚合物包含介电弹性体和铁电聚合物中的至少一种。
3.如权利要求1所述的显示装置，其中，所述可变形亚层包含介电弹性体作为所述电活性聚合物。
4.如权利要求1所述的显示装置，其中，所述至少两个单位可变形装置的可变形层包含相同的电活性聚合物。
5.如权利要求1所述的显示装置，其中，所述可变形层的电活性聚合物包含聚偏二氟乙烯(PVDF)系聚合物。
6.如权利要求1所述的显示装置，其中，所述可变形亚层包含高介电填料。
7.如权利要求6所述的显示装置，其中，所述高介电填料包含压电陶瓷、碳纳米颗粒、金属纳米颗粒和导电聚合物中的一种或多种。
8.如权利要求7所述的显示装置，其中，所述高介电填料包含钛酸钡(BaTiO3)和PbZrO3-PbTiO3(PZT)中的一种或多种。
9.如权利要求6所述的显示装置，其中，所述可变形亚层包含介电弹性体，并且所述介电弹性体与所述高介电填料的重量比为99:1至50:50。
10.如权利要求1所述的显示装置，其中，所述可变形亚层的电活性聚合物包含聚二甲基硅氧烷。
11.如权利要求1所述的显示装置，其中，所述可变形亚层厚度为1μm至300μm。
12.如权利要求1所述的显示装置，其中，所述可变形亚层和所述至少两个单位可变形装置中的所述可变形层构造为在相同方向上收缩或伸展。
13.如权利要求1所述的显示装置，其中，所述可变形亚层在1kHz测定时具有5以上的相对介电常数。
14.如权利要求1所述的显示装置，所述显示装置还包含位于所述显示面板上或包含在所述显示装置中的触摸面板。
15.如权利要求1所述的显示装置，其中，所述显示面板包含其上形成有多个像素的柔性基板。
16.如权利要求15所述的显示装置，其中，所述显示面板是其中各像素包含发光层的有机发光二极管显示面板。
17.一种多层可变形装置，其包含：
至少两个单位可变形装置，所述至少两个单位可变形装置中的每一个包含第一电极、第二电极、和在所述第一电极和第二电极之间的可变形层，和
在所述至少两个单位可变形装置之间的可变形亚层，其中所述可变形亚层使与上部相邻的单位可变形装置的第一电极和与下部相邻的单位可变形装置的第二电极相粘附，
其中，所述至少两个单位可变形装置中每一个的可变形层和可变形亚层包含电活性聚合物，并且其中所述可变形亚层的电活性聚合物不同于所述可变形层的电活性聚合物。
18.如权利要求17所述的多层可变形装置，其中，所述可变形层的电活性聚合物包含介电弹性体和铁电聚合物中的至少一种。
19.如权利要求17所述的多层可变形装置，其中，所述可变形亚层包含高介电填料，所述高介电填料包含压电陶瓷、碳纳米颗粒、金属纳米颗粒和导电聚合物中的一种或多种。
20.如权利要求19所述的多层可变形装置，其中，所述高介电填料包含钛酸钡(BaTiO3)和PbZrO3-PbTiO3(PZT)中的一种或多种。
21.如权利要求19或20所述的多层可变形装置，其中，所述可变形亚层包含介电弹性体，所述介电弹性体与高介电填料的重量比为99:1至50:50。
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