CN108170265B - 触敏元件以及包括该触敏元件的显示装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种触敏元件以及包括该触敏元件的显示装置。根据示例性实施方式的触敏元件包括：电活性层，其包括由电活性聚合物形成的多个电活性膜；以及多个电极，其被设置在电活性层的至少一个表面上。在这种情况下，所述多个电活性膜由第一电活性膜、第二电活性膜以及设置在第一电活性膜和第二电活性膜之间的一个或更多个电活性膜构成。一个或更多个电活性膜的模量高于或低于与上表面接触的电活性膜的模量和与下表面接触的电活性膜的模量二者。根据本公开的示例性实施方式的触敏元件可在所有频率域内实现足够的振动强度。

Description

触敏元件以及包括该触敏元件的显示装置
技术领域
本公开涉及触敏元件以及包括该触敏元件的显示装置，更具体地，涉及一种提供各种纹理的触觉反馈的触敏元件以及包括该触敏元件的显示装置。
背景技术
近来，响应于想要使用包括液晶显示装置和有机发光显示装置的各种显示装置的用户的需求，广泛使用触摸显示装置以输入信息的触摸型显示装置。因此，继续利用触觉装置向用户提供各种直接触摸反馈的研究。具体地，现有技术的触觉装置被附接在显示面板的后表面上，以使得难以提供对用户触摸的即时且精细的反馈。因此，积极地进行研究以通过将触觉装置定位在显示面板上方来提供对用户触摸灵敏的各种直接反馈。
根据现有技术，诸如偏心旋转质量(ERM)或线性谐振致动器(LRA)的振动电机作为触觉装置用于显示装置。振动电机被配置为使整个显示装置振动。因此，存在这样的问题：为了提高振动强度，需要增加质量的大小，难以调制频率以调节振动级别，并且响应速度非常慢。此外，偏心旋转质量和线性谐振致动器由不透明材料形成，从而难以将偏心旋转质量和线性谐振致动器设置在显示面板上方。
为了解决上述问题，已开发了形状记忆合金(SMA)和电活性陶瓷(EAC)作为用于触觉装置的材料。然而，形状记忆合金(SMA)响应速度慢，寿命短，并且由不透明材料形成。此外，电活性陶瓷对外部冲击的耐久性低，以使得电活性陶瓷容易由于外部冲击而破裂并且是不透明的。此外，难以使电活性陶瓷更薄。
此外，现有技术的触觉装置根据材料而具有唯一的谐振频率，以使得所需的振动强度仅在特定频率域中传递。具体地，由于由用户感测的触觉反馈可根据各个频率域而变化，所以使用现有技术的触觉装置存在向用户传递各种纹理和触感的限制。
发明内容
因此，本公开要实现的目的在于提供一种透明的并向用户提供各种纹理的触觉反馈的触敏元件以及包括该触敏元件的显示装置。
此外，本公开要实现的另一目的在于提供一种根据包括低频率域的所有频率域中的频率具有优异的响应特性的触敏元件以及包括该触敏元件的显示装置。
本公开的目的不限于上述目的，本领域技术人员可从以下描述清楚地理解上文未提及的其它目的。
根据本公开的一方面，提供了一种触敏元件。触敏元件包括：电活性层，其包括多个电活性膜；以及多个电极，其被设置在电活性层的至少一个表面上。在这种情况下，所述多个电活性膜中的每一个的模量大于或小于与上表面和下表面相邻的两个电活性膜的模量。根据本公开的一方面的触敏元件可在所有频率域内实现足够的振动强度。
根据本公开的另一方面，提供了一种触敏元件。该触敏元件包括：电活性层，其由具有第一模量的第一电活性膜、具有第二模量的第二电活性膜以及设置在第一电活性膜和第二电活性膜之间的具有第三模量的第三电活性膜形成；以及多个电极，其被设置在电活性层的至少一个表面上。在这种情况下，第三模量大于或小于第一模量和第二模量。
根据本公开的另一方面，提供了一种触敏元件。该触敏元件包括：电活性层，其由第一电活性膜、第二电活性膜以及设置在第一电活性膜和第二电活性膜之间的第三电活性膜形成；以及多个电极，其被设置在电活性层的至少一个表面上。在这种情况下，第三电活性膜的谐振频率不同于第一电活性膜和第二电活性膜的谐振频率。
根据本公开的另一方面，提供了一种显示装置。该显示装置包括显示面板、设置在显示面板上方的盖以及设置在所述盖下方的触敏元件。在这种情况下，该触敏元件包括：电活性层，其包括多个电活性膜；以及多个电极，其被设置在电活性层的至少一个表面上，并且所述多个电活性膜中的每一个的模量大于或小于与上表面和下表面相邻的两个电活性膜的模量。
示例性实施方式的其它详细内容被包括在详细描述和附图中。
根据本公开，具有不同模量的多个电活性膜非顺序地层压，以使得可实现所有频率域中的足够振动强度。
根据本公开，在所有频率域中根据频率的响应特性优异，以使得各种纹理的触觉反馈可被提供给用户。
根据本公开的效果不限于上文例示的内容，更多不同的效果被包括在本说明书中。
附图说明
本公开的以上和其它方面、特征和其它优点将从以下结合附图进行的详细描述更清楚地理解，附图中：
图1是用于说明根据本公开的示例性实施方式的触敏元件的示意性横截面图；
图2A和图2B是用于说明根据具有不同模量的两个电活性膜的频率的响应特性的示意性曲线图；
图3A、图3B和图3C是用于说明依据根据实现示例1至3的触敏元件的频率的响应特性的示意性曲线图；
图4A、图4B和图4C是通过依据根据示例1的触敏元件的频率测量振动加速度而获得的曲线图；
图5是用于说明根据本公开的另一示例性实施方式的触敏元件的示意性横截面图；
图6是通过根据示例4和比较例1的频率测量振动加速度而获得的曲线图；
图7是用于说明根据本公开的示例性实施方式的显示装置的示意性横截面图；以及
图8是用于说明根据本公开的另一示例性实施方式的显示装置的示意性横截面图。
具体实施方式
本公开的优点和特性以及实现这些优点和特性的方法将通过参照下面与附图一起详细描述的示例性实施方式而清楚。然而，本公开不限于本文所公开的示例性实施方式，而是将按照各种形式来实现。示例性实施方式仅作为示例提供以使得本领域普通技术人员可充分地理解本公开的公开和本公开的范围。因此，本公开将仅由所附权利要求书的范围限定。
附图中所示的用于描述本公开的示例性实施方式的形状、尺寸、比率、角度、数量等仅是示例，本公开不限于此。贯穿说明书，相同的标号通常表示相同的元件。此外，在本公开的以下描述中，已知的相关技术的详细描述可被省略，以免不必要地使本公开的主题模糊。本文中所使用的诸如“包括”、“具有”和“由…组成”的术语通常旨在允许添加其它组件，除非所述术语随术语“仅”一起使用。除非明确地另外指出，否则任何单数引用可包括复数。
即使没有明确地指出，组件被解释为包括普通误差范围。
当利用诸如“在…上”、“在…上面”、“在…下面”和“在…旁边”的术语来描述两个部件之间的位置关系时，这两个部件之间可设置一个或更多个部件，除非所述术语随术语“立即”或“直接”一起使用。
当元件或层被设置“在”其它元件或层“上”时，另一层或另一元件可直接夹在其它元件上或者它们之间。
尽管术语“第一”、“第二”等用于描述各种组件，这些组件不受这些术语限制。这些术语仅用于将一个组件与其它组件相区分。因此，在本公开的技术构思内，下面所提及的第一组件可以是第二组件。
贯穿说明书，相同的标号通常表示相同的元件。
图中所示的各个组件的尺寸和厚度为了描述方便而示出，本公开不限于所示的组件的尺寸和厚度。
本公开的各种实施方式的特征可部分地或整个地彼此联接或组合，并且可在技术上以各种方式互锁和操作，实施方式可独立地实现或者彼此关联地实现。
以下，将参照附图详细描述本公开的各种示例性实施方式。
图1是用于说明根据本公开的示例性实施方式的触敏元件的示意性横截面图。参照图1，根据本公开的示例性实施方式的触敏元件100包括电活性层110和多个电极120。
多个电极120将电场施加到电活性层110以通过电刺激引起振动或弯曲。电极120可被设置为具有各种形状并且可根据需要设置各种数量的电极。例如，如图1所示，多个电极120可被设置在电活性层110的上表面和下表面上，或者多个电极可被设置在电活性层110的上表面和下表面中的任一个上。
具体地，电极120可被设置在电活性层110的上表面和下表面二者上。在这种情况下，设置在电活性层110的上表面上的电极120在X轴方向上延伸并且设置在电活性层110的下层上的电极120在Y轴方向上延伸，以形成电极彼此交叉以设置成矩阵的垂直布置结构。此外，可形成电极120仅设置在电活性层110的一个表面上的水平布置结构。此外，多个电极120被设置为在一个单元中的电活性层110的上表面和下表面上彼此相对，以使得可形成实现电极120的垂直布置结构和水平布置结构二者的多层结构。
电极120由导电材料形成。此外，为了确保触敏元件100的光透射率，电极120可由透明导电材料形成。例如，电极120可由诸如铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、石墨烯、金属纳米线和透明导电氧化物(TCO)的透明导电材料形成。此外，电极120可由金属网形成。即，电极120由金属材料被设置为具有网型的金属网形成，以使得电极120可被配置为基本上透明可见。然而，电极120的组成材料不限于上述示例，而是各种透明导电材料可用于电极120的组成材料。当配置多个电极120时，各个电极可由相同的材料或不同的材料形成。
电极120可通过各种方法形成。例如，可通过诸如溅射、印刷和狭缝涂覆的方法在电活性层110上形成电极120。
电活性层110可指当施加电压时变形以生成振动的层。电活性层110具有层压结构。具体地，电活性层110包括多个电活性膜111、112和113。图1所示的触敏元件100的电活性层110包括第一电活性膜111、第二电活性膜112以及在第一电活性膜111与第二电活性膜112之间的第三电活性膜113。尽管在图1中示出了电活性层110包括三个电活性膜，电活性层110可包括四个或更多个电活性膜。即，电活性层110可包括在第一电活性膜111与第二电活性膜112之间的一个或更多个电活性膜。
电活性膜可通过挤出工艺形成，或者通过施加溶液然后烘焙的溶液浇铸工艺形成。此外，在本公开中，尽管构成电活性层的多个层被描述为膜，构成电活性层的多个层可包括涂层而非膜类型。
根据本公开的示例性实施方式的触敏元件100包括具有至少两个不同的模量的多个电活性膜。多个电活性膜中的每一个的模量可大于或小于与上表面和下表面相邻的两个电活性膜的模量。
更具体地，在根据本公开的示例性实施方式的触敏元件100中，具有至少两个不同的模量的电活性膜非根据模量的大小顺序地层压。这里，当多个电活性膜根据模量的大小顺序地层压时，多个电活性膜按照模量的大小连续增加的次序或者按照模量的大小连续减小的次序设置。当多个电活性膜非根据模量的大小顺序地层压时，其意指电活性膜顺序地层压的上述结构以外的结构。例如，在设置有三个电活性膜的结构中，当设置在中间的电活性膜的模量大于或小于与两个表面相邻的电活性膜二者时，其为三个电活性膜非根据模量的大小顺序地层压的结构。此外，四个电活性膜非根据模量的大小顺序地层压的结构可指第二层上的电活性膜的模量大于最下面的电活性层的模量，第三层上的电活性膜的模量小于第二层上的电活性膜的模量，最上面的电活性膜的模量大于第三层上的电活性层的模量的结构。此外，该结构可指第二层上的电活性膜的模量小于最下面的电活性层的模量，第三层上的电活性膜的模量大于第二层上的电活性膜的模量，最上面的电活性膜的模量小于第三层上的电活性层的模量。
在图1所示的触敏元件100中，第一电活性膜111具有与第二电活性膜112相同的模量，并且第三电活性膜113具有与第一电活性膜111和第二电活性膜112不同的模量。即，第一电活性膜111的第一模量等于第二电活性膜112的第二模量，并且第三电活性膜113的第三模量不同于第一模量和第二模量。因此，在图1所示的触敏元件100中，具有与第一电活性膜111的第一模量和第二电活性膜112的第二模量不同的模量的第三电活性膜113被设置在第一电活性膜111和第二电活性膜112之间。因此，电活性层110具有电活性膜非根据模量的大小顺序地层压的结构。
这里，模量是指应变相对于应力之比。对于相同的应力，大的模量意指材料的应变小。具有大模量的材料即使在强的应力下也几乎不变形，以使得刚性优异并且对材料的一部分施加的冲击令人满意地传递到材料的其它部分。
多个电活性膜111、112和113之间的不同的模量可由构成电活性膜的材料确定。即，电活性膜的模量可通过改变构成电活性膜的材料来确定。
多个电活性层111、112和113由通过电刺激而变形的电活性聚合物(EAP)形成。例如，电活性聚合物可以是介电弹性体或铁电聚合物。具体地，介电弹性体可以是选自基于丙烯酸的聚合物、基于聚氨酯的聚合物和基于硅的聚合物中的一种或更多种，但不限于此。此外，铁电聚合物可以是基于聚偏二氟乙烯(以下称为PVDF)的聚合物。基于PVDF的聚合物是指在聚合物的主链中包括PVDF重复单元的聚合物，例如可以是PVDF均聚物、PVDF共聚物或PVDF三元共聚物。当考虑到铁电聚合物具有优于介电弹性体的介电常数时，可取地，电活性膜可由铁电聚合物构成，但是不限于此。
为了实现具有不同模量的电活性膜，多个电活性膜111、112和113可由选自上述电活性聚合物的不同材料构成。例如，一些电活性膜可由PVDF均聚物构成，并且其它电活性膜可由PVDF共聚物构成。
此外，具有不同PVDF模量的电活性膜可通过不同地调节构成PVDF共聚物或PVDF三元共聚物的重复单元的比例来构成。PVDF共聚物是VDF单体与选自三氟乙烯(TrFE)、三氟氯乙烯(CTFE)、四氟乙烯(TFE)、氯氟乙烯(CFE)、六氟丙烯(HFP)和全氟甲基乙烯基醚(PMVE)中的一种单体的二元共聚物。PVDF三元共聚物是VDF单体与选自TrFE、TFE、CFE、CTFE、HFP和PMVE中的两种单体的三元共聚物。在这种情况下，包括在电活性膜中的PVDF共聚物或PVDF三元共聚物可通过调节所构成的单体的比例来实现多个电活性膜之间的模量差异。更具体地，电活性膜可由具有不同比例的重复单元的P(VDF-TrFE-CFE)构成。
此外，模量可根据电活性膜的密度或硬度而变化。因此，当电活性膜使用相同或相似的材料层压时，电活性膜的密度或硬度显著改变以实现多个电活性膜之间的模量差异。
例如，多个电活性膜111、112和113可具有不同的厚度。例如，更具体地，在图1所示的触敏元件100中，第三电活性膜113的厚度可不同于具有与第三电活性膜113不同的模量的第一电活性膜111和第二电活性膜113的厚度。
当第三电活性膜113的厚度大于第一电活性膜111和第二电活性膜112的厚度时，与第三电活性膜113的厚度等于第一电活性膜111和第二电活性膜112的厚度的情况相比，总频率响应特性可变宽。调节具有不同模量的电活性膜的厚度以影响谐振频率的宽度或数量。
第一电活性膜111具有与第二电活性膜112相同的模量，并且第三电活性膜113具有与第一电活性膜111和第二电活性膜112不同的模量。即，第一电活性膜111的第一模量等于第二电活性膜112的第二模量，并且第三电活性膜113的第三模量不同于第一模量和第二模量。因此，在图1所示的触敏元件100中，具有与第一电活性膜111的第一模量和第二电活性膜112的第二模量不同的模量的第三电活性膜113被设置在第一电活性膜111和第二电活性膜112之间。因此，电活性层110具有电活性膜非根据模量的大小顺序地层压的结构。
如上所述，当电活性层110具有多个电活性膜111、112和113被层压并且层压的电活性膜111、112和113不是根据模量的大小从上方或下方顺序地设置，而是非顺序地设置的结构时，可在宽的频率范围内实现优异的振动加速度。即，具有不同模量的电活性膜111、112和113在一个方向上非顺序地设置，以使得可实现具有优异的频率响应特性的触敏元件100。优异的频率响应特性意指触敏元件100不仅在特定频率域内实现优异的振动，而且在各种频率域内实现足够的振动。
通常，由一种电活性聚合物构成的电活性层具有在特定频率下表现出强振动特性的性质。即，由一种电活性聚合物构成的电活性层具有一个谐振频率。因此，包括由一种电活性聚合物构成的电活性层的触敏元件仅在谐振频率域内实现强的振动强度，以使得触敏元件可能在其它频率下实现不足的振动强度。因此，难以在各种频率下实现足够的振动，并且不足以传递各种纹理的触觉反馈。因此，正在研究可在各种频率下实现强的振动加速度的触敏元件。为此，已考虑了多个电活性层被层压以改变触敏元件的振动强度和振动频率的结构。然而，当在不考虑模量的情况下简单地层压多个电活性层时，振动强度在特定频率下显著增加或者谐振频率改变，但是在宽频率域内不足以实现优异的振动强度。与此不同，如在根据本公开的示例性实施方式的触敏元件100中一样，当多个电活性膜中的至少一些具有不同的模量并且多个电活性膜非根据模量的大小顺序地层压时，电活性层110的谐振频率的数量增加或者谐振频率的宽度变宽。因此，可在各种频率域内实现足够的振动强度。
此外，在图1所示的触敏元件100中，多个电活性膜具有至少两个不同的谐振频率。如上所述，由一种电活性聚合物构成的电活性层具有一个谐振频率。当电活性层由不同的材料构成或者具有不同的模量时，谐振频率可变化。因此，在图1所示的触敏元件100中，第一电活性膜111可具有与第二电活性膜112相同的谐振频率。第三电活性膜113可具有与第一电活性膜111和第二电活性膜112不同的谐振频率。
将参照图2A、图2B和图3A至图3C描述如上所述根据本公开的示例性实施方式的触敏元件100的效果。
图2A和图2B是用于说明根据具有不同模量的两个电活性膜的频率的响应特性的示意性曲线图。具体地，图2A示出根据电活性层由具有小模量的一个电活性膜构成的触敏元件的频率的振动加速度的级别。图2B示出根据电活性层由具有大模量的一个电活性膜构成的触敏元件的频率的振动加速度的级别。例如，图2A的电活性层可以是PVDF三元共聚物，图2B的电活性层可以是PVDF均聚物。
参照图2A，由于由具有小模量的一个电活性膜构成的触敏元件在低频下具有表示高振动加速度的谐振频率，所以其仅在低频下表现出优异的响应特性。相反，参照图2B，由于由具有大模量的一个电活性膜构成的触敏元件在高频下具有表示高振动加速度的谐振频率，所以其仅在高频下表现出优异的响应特性。
图3A至图3C是用于说明依据根据实现示例1至3的触敏元件的频率的响应特性的示意性曲线图。
实现示例1
实现示例1是第一电活性膜111的第一模量和第二电活性膜112的第二模量大于第三电活性膜113的第三模量的触敏元件100。具体地，第一电活性膜111和第二电活性膜112可由PVDF均聚物构成，第三电活性膜113可由PVDF三元共聚物构成。这里，第一电活性膜111、第二电活性膜112和第三电活性膜113具有相同的厚度。
图3A是用于说明依据根据实现示例1的触敏元件的频率的响应特性的示意性曲线图。如实现示例1中所设置的，当具有小模量的电活性膜被设置在中间并且具有大模量的电活性膜上下设置时，生成多个谐振频率。因此，与图2A和图2B相比，实现示例1在低频和高频下表现出响应特性，并且甚至在中频下也表现出响应特性。
实现示例2
实现示例2是第一电活性膜111的第一模量和第二电活性膜112的第二模量小于第三电活性膜113的第三模量的触敏元件。具体地，第一电活性膜111和第二电活性膜112可由PVDF三元共聚物构成，第三电活性膜113可由PVDF均聚物构成。这里，第一电活性膜111、第二电活性膜112和第三电活性膜113具有相同的厚度。
图3B是用于说明依据根据实现示例2的触敏元件的频率的响应特性的示意性曲线图。如实现示例2中所设置的，当具有大模量的电活性膜被设置在中间并且具有小模量的电活性膜上下设置时，生成多个谐振频率并且低频率域内的谐振频率的宽度变宽。因此，与图2A和图2B相比，根据实现示例2的触敏元件表现出在各种频率下的优异振动加速度以及低频下的宽响应特性。
实现示例3
实现示例3是第一电活性膜111的第一模量和第二电活性膜112的第二模量大于第三电活性膜113的第三模量的触敏元件。具体地，第一电活性膜111和第二电活性膜112可由PVDF均聚物构成，第三电活性膜113可由PVDF三元共聚物构成。此外，与实现示例1不同，实现示例3被配置为使得第三电活性膜113的厚度大于第一电活性膜111和第二电活性膜112的厚度。
图3C是用于说明依据根据实现示例3的触敏元件的频率的响应特性的示意性曲线图。如实现示例3中所设置的，当具有小模量的电活性膜被设置在中间并且其厚度大于具有大模量的电活性膜时，频率响应特性完全变宽。具体地，不仅在低频率域中，而且在高频率域中，谐振频率的宽度变宽并且频率响应特性优异。
如实现示例1至3中所描述的，在由三个电活性膜构成的电活性层110的情况下，具有不同模量的电活性膜111、112和113交替地设置。因此，触敏元件的频率响应特性可改进。具有不同模量的两个电活性层非顺序地设置，以使得除了两个电活性层的谐振频率之外在其它频率域中形成新的谐振频率，或者谐振频率的宽度变宽。通过这样做，可实现具有改进的频率响应特性的触敏元件。
以下，将通过示例更详细地描述本公开。然而，阐述以下示例以示出本公开，但是本公开的范围不限于此。
图4A是通过依据根据示例1的触敏元件的频率测量振动加速度而获得的曲线图。
根据示例1的触敏元件具有电活性层，其中由PVDF三元聚合物P(VDF-TrFE-CFE)(模量为423Mpa)形成并且厚度为15μm的第三电活性膜被设置在由PVDF均聚物(模量为1200Mpa)形成并且厚度为15μm的第一电活性膜和第二电活性膜之间。
此外，根据比较例A1的触敏元件由单个膜所构成的电活性层形成，该单个膜由PVDF均聚物(模量为1200Mpa)形成并且具有15μm的厚度。此外，根据比较例A2的触敏元件由单个膜所构成的电活性层形成，该单个膜由PVDF三元聚合物P(VDF-TrFE-CFE)(模量为423Mpa))形成并且具有15μm的厚度。
参照图4A，在根据示例1的触敏元件中，可确认与由PVDF均聚物形成的单个膜的电活性层所构成的比较例A1以及由PVDF三元共聚物形成的单个膜的电活性层所构成的比较例A2相比，低频率域(大约75Hz至125Hz)内的振动加速度显著增加，谐振频率的宽度变宽，并且高频率域(大约200Hz至230Hz)内的振动加速度增加。此外，与比较例A1和A2不同，在根据示例1的触敏元件中，可确认在170Hz至190Hz处生成新的谐振频率。如上所述，在根据示例1的触敏元件中，在低频率域和高频率域中振动加速度得以改进，并且生成新的谐振频率，以使得振动加速度和频率二者的响应特性得以改进。
图4B是通过依据根据示例2的触敏元件的频率测量振动加速度而获得的曲线图。
根据示例2的触敏元件具有电活性层，其中由PVDF均聚物A1(模量为1200Mpa)形成并具有15μm的厚度的第三电活性膜被设置在由PVDF三元共聚物A2P(VDF-TrFE-CFE)(模量为423Mpa)形成并具有15μm的厚度的第一电活性膜与第二电活性膜之间。
参照图4B，在根据示例2的触敏元件中，与比较实施方式A1和A2相比，可确认低频率域(大约75Hz至125Hz)内的振动加速度和高频率域(大约200Hz至230Hz)内的振动加速度增加。另外，在根据示例2的触敏元件中，生成低频率域内的多个谐振频率，以使得其在20Hz至100Hz的低频率域下表现出优异的响应特性。
图4C是通过依据根据示例3的触敏元件的频率测量振动加速度而获得的曲线图。
根据示例3的触敏元件具有电活性层，其中由PVDF三元共聚物B2P(VDF-TrFE-CFE)(模量为423Mpa)形成并具有20μm的厚度的第三电活性膜被设置在由PVDF均聚物B1(模量为1200Mpa)形成并具有10μm的厚度的第一电活性膜与第二电活性膜之间。
此外，根据比较例B1的触敏元件由单个膜所构成的电活性层形成，该单个膜由PVDF均聚物(模量为1200Mpa)形成并具有10μm厚度。此外，根据比较例B2的触敏元件由单个膜所构成的电活性层形成，该单个膜由PVDF三元共聚物P(VDF-TrFE-CFE)(模量为423Mpa))形成并具有20μm的厚度。
参照图4C，在根据示例3的触敏元件中，与比较例B1和B2相比，不仅在低频率域(大约75Hz至125Hz)和高频率域(大约200Hz至230Hz)内，而且在整个频率域内，生成多个谐振频率。此外，在所有频率域内生成高振动加速度。如上所述，在根据第三示例性实施方式的触敏元件中，根据频率的响应特性完全变宽，因此可表示各种纹理和振动特性。
根据本公开的示例性实施方式的触敏元件包括电活性层，该电活性层具有至少一些电活性膜具有不同的模量并且多个电活性膜非根据模量的大小顺序地层压的结构。因此，电活性层的谐振频率的数量增加或者谐振频率的宽度增加，以使得可在各种频率域内实现足够的振动强度。因此，可向用户提供各种精确的触感。
图5是用于说明根据本公开的另一示例性实施方式的触敏元件的示意性横截面图。参照图5，根据本公开的示例性实施方式的触敏元件100包括电活性层210和电极220。除了电活性层210包括具有不同模量的三个电活性膜之外，图5所示的触敏元件200与图1所示的触敏元件100相同。因此，将省略冗余描述。
具体地，电活性层210包括具有第一模量的第一电活性膜211、具有第二模量的第二电活性膜212以及具有第三模量的第三电活性膜213。第一模量、第二模量和第三模量彼此不同。设置在第一电活性膜211和第二电活性膜212之间的第三电活性膜213的模量大于或小于与下表面接触的第一电活性膜211和与上表面接触的第二电活性膜212的模量二者。即，第三模量大于或小于第一模量和第二模量二者。通过这样做，构成电活性层的第一电活性膜211、第二电活性膜212和第三电活性膜213非根据模量的大小顺序地层压。
与具有不同模量的三个电活性层根据模量的大小顺序地设置的结构的触敏元件相比，具有不同模量的三个电活性层非根据模量的大小顺序地设置的结构的触敏元件根据频率具有显著优异的响应特性。
以下，将通过示例详细描述依据根据本公开的另一示例性实施方式的触敏元件的频率的改进的响应效果。然而，阐述以下示例以示出本公开，但是本公开的范围不限于此。
图6是通过根据示例4和比较例1的频率测量振动加速度而获得的曲线图。
根据示例4和比较例1的触敏元件包括由PVDF三元共聚物P(VDF-TrFE-CFE)形成的第一电活性膜、第二电活性膜和第三电活性膜。在这种情况下，通过变化构成电活性膜的PVDF三元共聚物P(VDF-TrFE-CFE)的重复单元的比例来调节各个电活性膜的模量。构成示例4和比较例1的电活性膜的PVDF三元共聚物P(VDF-TrFE-CFE)的比例和模量表示于下表1中。
[表1]
Figure BDA0001494490500000121
根据示例4的触敏元件具有电活性层，其中由化合物C3(模量为646Mpa)形成并具有10μm的厚度的第三电活性膜被设置在由化合物C2(模量为423Mpa)形成并具有10μm的厚度的第一电活性膜与由化合物C1(模量为115Mpa)形成并具有10μm的厚度的第二电活性膜之间。即，根据示例4的触敏元件具有设置在中间的第三电活性膜的模量高于设置在上面和下面的第一电活性膜和第二电活性膜的模量的结构。
与此不同，根据比较例1的触敏元件具有电活性层，其中由化合物C2(模量为423Mpa)形成并具有10μm的厚度的第三电活性膜被设置在由化合物C1(模量为115Mpa)形成并具有10μm的厚度的第一电活性膜与由化合物C3(模量为646Mpa)形成并具有10μm的厚度的第二电活性膜之间。即，根据比较例1的触敏元件具有从具有小模量的电活性膜到具有大模量的电活性膜顺序地层压的结构。
参照图6，根据比较例1的触敏元件仅在高频率域(200Hz至230Hz)内具有高振动加速度，而在低频率域内具有非常低的振动加速度。因此，依据根据比较例1的触敏元件的频率的响应特性不好。然而，根据示例4的触敏元件除了高频率域(200Hz至230Hz)的一部分之外在所有频率域内具有高振动加速度，并且在低频率域内具有多个谐振频率。
可从图6看出，具有不同模量的三个电活性膜非根据模量的大小顺序地层压的结构的触敏元件在所有频率域内表现出高振动加速度，并且具体地，在低频率域内表现出高振动加速度。因此，可实现各种纹理和振动特性。
图7是用于说明包括根据本公开的示例性实施方式的触敏元件的显示装置的示意性横截面图。参照图7，显示装置400包括显示面板440、触敏元件100、触摸面板450和盖460。在这种情况下，包括在图7的显示装置400中的触敏元件100与参照图1描述的根据本公开的示例性实施方式的触敏元件100相同。因此，将省略对触敏元件100的冗余描述。
显示面板440是指设置有用于在显示装置400中显示图像的显示元件的面板。作为显示面板440，例如，可使用诸如有机发光显示面板、液晶显示面板和电泳显示面板的各种显示面板。
触摸面板450被设置在触敏元件100上。触摸面板450是指感测对显示装置400的用户触摸输入的面板。作为触摸面板450，例如，可使用电容型、电阻型、超声波型、红外型等，但是电容型触摸面板可用作触摸面板450。图7所示的显示装置400包括单独制造的触摸面板450单独地设置在显示面板440上的外挂(add-on)式触摸面板450。
盖460被设置在触摸面板450上。盖460是用于保护显示装置免受来自显示装置400外部的冲击的构造。盖460可由透明绝缘材料形成。
尽管图7中未示出，可使用粘合层将显示面板440、触敏元件100、触摸面板450和盖460彼此粘结。作为粘合层，例如，可使用光学透明粘合剂(OCA)或光学透明树脂(OCR)，但是粘合层不限于此。
根据本公开的示例性实施方式的显示装置包括触敏元件，该触敏元件是透明的并且在所有频率域内实现足够的振动强度，以使得触敏元件被设置在显示面板上方并向用户提供各种纹理的触觉反馈。
图8是用于说明包括根据本公开的另一示例性实施方式的触敏元件的显示装置的示意性横截面图。当图8所示的显示装置500与参照图7描述的显示装置400相比时，除了构造代替单独的触摸面板，设置触摸传感器以与显示面板540集成的内嵌型触摸传感器之外，其它组件基本上相同，以使得冗余描述将被省略。
显示面板540是设置有用于在显示装置500中显示图像的显示装置的面板，并且包括被配置为集成在面板中的触摸传感器。即，触摸传感器被设置在显示面板540中以构造内嵌型触摸传感器。在内嵌型触摸传感器中，显示面板540的公共电极同时用作触摸电极。
此外，图8所示的显示装置500的显示面板540可以是有机发光显示面板或液晶显示面板。关于这一点，在图8中，将详细描述显示面板540是液晶显示面板的情况。
液晶显示面板被设置在盖460与触敏元件100之间。液晶显示面板通过调节从背光单元570发射的光的透射率来显示图像。液晶显示面板包括下偏振器、包括薄膜晶体管(TFT)的下基板、液晶层、包括滤色器的上基板和上偏振器，但是不限于此。
当图8所示的显示装置500的显示面板540是液晶显示面板时，朝着显示面板540发射光的背光单元570被设置在显示面板540下面。
包括多个电活性膜并被配置为使得各个电活性膜的模量高于或低于与上表面和下表面相邻的两个电活性膜的模量的触敏元件100被设置在显示面板540与背光单元570之间。
通常，当内嵌型触摸传感器与显示面板集成时，如果触敏元件被设置在触摸传感器上，则由于可能由于施加到触敏元件的高驱动电压而生成噪声，可能错误地识别触摸输入。因此，触敏元件可被设置在显示面板下方。然而，当触敏元件被设置在显示面板下方时，由于用户远离施加触摸输入的位置，所以传递给用户的振动强度降低。因此，为了使振动强度的降低最小化，可将触敏元件设置在显示面板下方。
然而，当显示面板是液晶显示面板时，触敏元件的光透射率可能成为问题。如上所述，存在现有技术的触敏元件中所使用的形状记忆合金或压电陶瓷的光透射率低的问题。然而，在根据本公开的另一示例性实施方式的显示装置中，触敏元件具有优异的透明度，以使得触敏元件可被设置在液晶显示面板与背光单元之间。此外，可实现各种纹理。
本公开的示例性实施方式也可描述如下：
根据本公开的一方面，一种触敏元件包括：电活性层，其包括多个电活性膜；以及多个电极，其被设置在电活性层的至少一个表面上，其中所述多个电活性膜中的每一个的模量大于或小于与上表面和下表面相邻的两个电活性膜的模量。
所述多个电活性膜可具有模量不同的两个电活性膜交替地层压的结构。
所述多个电活性膜可具有模量不同的三个或更多个电活性膜非顺序地层压的结构。
所述多个电活性膜可由电活性聚合物(EAP)形成。
电活性聚合物可以是PVDF均聚物、PVDF共聚物和PVDF三元共聚物中的至少一个。
电活性聚合物可以是PVDF三元共聚物，并且构成所述多个电活性膜中的每一个的PVDF三元共聚物可具有不同比例的重复单元。
所述多个电活性膜中的每一个的谐振频率可不同于与上表面接触的电活性膜的谐振频率和与下表面接触的电活性膜的谐振频率。
根据本公开的另一方面，一种触敏元件包括：电活性层，其由具有第一模量的第一电活性膜、具有第二模量的第二电活性膜以及设置在第一电活性膜和第二电活性膜之间的具有第三模量的第三电活性膜形成；以及多个电极，其被设置在电活性层的至少一个表面上，其中第三模量大于或小于第一模量和第二模量。
第一模量可等于第二模量并且第三模量可大于第一模量和第二模量。
第一模量可等于第二模量并且第三模量可小于第一模量和第二模量。
第一电活性膜的厚度可等于第二电活性膜的厚度并且第三电活性膜的厚度可不同于第一电活性膜的厚度和第二电活性膜的厚度。
第一模量、第二模量和第三模量可彼此不同。
第一电活性膜、第二电活性膜和第三电活性膜可由基于PVDF的聚合物形成。
根据本公开的另一方面，一种触敏元件包括：电活性层，其由第一电活性膜、第二电活性膜以及设置在第一电活性膜和第二电活性膜之间的第三电活性膜形成；以及多个电极，其被设置在电活性层的至少一个表面上，其中第三电活性膜的谐振频率不同于第一电活性膜和第二电活性膜的谐振频率。
第一电活性膜的谐振频率可不同于第二电活性膜的谐振频率。
第三电活性膜的模量可大于或小于第一电活性膜的模量和第二电活性膜的模量二者。
根据本公开的另一方面，一种显示装置包括显示面板、设置在显示面板上方的盖以及设置在所述盖下方的触敏元件，其中触敏元件包括电活性层以及设置在电活性层的至少一个表面上的多个电极，该电活性层包括多个电活性膜，并且所述多个电活性膜中的每一个的模量大于或小于与上表面和下表面相邻的两个电活性膜的模量。
所述多个电活性膜可具有模量不同的两个电活性膜交替地层压的结构。
所述多个电活性膜可具有模量不同的三个或更多个电活性膜非顺序地层压的结构。
所述多个电活性膜可由电活性聚合物形成。
显示装置还可包括单独地设置在显示面板上的外挂式触摸面板，并且触敏元件被设置在显示面板与触摸面板之间。
显示面板可包括被配置为集成在显示面板中的触摸传感器，并且触敏元件被设置在显示面板下方。
显示面板可以是液晶显示面板，显示装置可进一步包括设置在显示面板下方的背光单元，并且触敏元件可被设置在液晶显示面板与背光单元之间。
尽管参照附图详细描述了本公开的示例性实施方式，本公开不限于此，而是可在不脱离本公开的技术构思的情况下以许多不同的形式具体实现。因此，本公开的示例性实施方式仅为了例示性目的而提供，而非旨在限制本公开的技术精神。本公开的技术精神的范围不限于此。本公开的保护范围应该基于以下权利要求书来解释，其等同范围内的所有技术构思应该被解释为落入本公开的范围内。
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年12月7日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2016-0166237的优先权，其公开整体通过引用并入本文。

Claims (21)

1.一种触敏元件，该触敏元件包括：
电活性层，该电活性层包括多个电活性膜；以及
多个电极，所述多个电极被设置在所述电活性层的至少一个表面上，
其中，所述多个电活性膜中的每一个的模量大于或小于与上表面和下表面相邻的两个电活性膜的模量，
其中，所述电活性层中包含的最上面的电活性膜和最下面的电活性膜之外的每个电活性膜具有比所述最上面的电活性膜和所述最下面的电活性膜更厚的厚度，并且
其中，所述电活性层中包含的最上面的电活性膜和最下面的电活性膜之外的每个电活性膜与所述多个电活性膜中的两个电活性膜直接接触。
2.根据权利要求1所述的触敏元件，其中，所述多个电活性膜具有模量不同的两个电活性膜交替地层压的结构。
3.根据权利要求1所述的触敏元件，其中，所述多个电活性膜具有模量不同的三个或更多个电活性膜非顺序地层压的结构。
4.根据权利要求1所述的触敏元件，其中，所述多个电活性膜是由电活性聚合物EAP形成的。
5.根据权利要求4所述的触敏元件，其中，所述电活性聚合物是PVDF均聚物、PVDF共聚物和PVDF三元共聚物中的至少一个。
6.根据权利要求4所述的触敏元件，其中，所述电活性聚合物是PVDF三元共聚物，并且构成所述多个电活性膜中的每一个的所述PVDF三元共聚物具有不同比例的重复单元。
7.根据权利要求1所述的触敏元件，其中，所述多个电活性膜中的每一个的谐振频率不同于与上表面接触的电活性膜的谐振频率和与下表面接触的电活性膜的谐振频率。
8.一种触敏元件，该触敏元件包括：
电活性层，该电活性层由具有第一模量的第一电活性膜、具有第二模量的第二电活性膜以及设置在所述第一电活性膜和所述第二电活性膜之间的具有第三模量的第三电活性膜形成；以及
多个电极，所述多个电极被设置在所述电活性层的至少一个表面上，
其中，所述第三模量高于或低于所述第一模量和所述第二模量，
其中，所述第三电活性膜具有比所述第一电活性膜和所述第二电活性膜更厚的厚度，并且
其中，所述第三电活性膜与所述第一电活性膜和所述第二电活性膜直接接触。
9.根据权利要求8所述的触敏元件，其中，所述第一模量等于所述第二模量，并且所述第三模量大于所述第一模量和所述第二模量。
10.根据权利要求8所述的触敏元件，其中，所述第一模量等于所述第二模量，并且所述第三模量小于所述第一模量和所述第二模量。
11.根据权利要求9所述的触敏元件，其中，所述第一电活性膜的厚度等于所述第二电活性膜的厚度。
12.根据权利要求8所述的触敏元件，其中，所述第一模量、所述第二模量和所述第三模量彼此不同。
13.根据权利要求8所述的触敏元件，其中，所述第一电活性膜、所述第二电活性膜和所述第三电活性膜是由基于PVDF的聚合物形成的。
14.一种触敏元件，该触敏元件包括：
电活性层，该电活性层是由第一电活性膜、第二电活性膜以及设置在所述第一电活性膜和所述第二电活性膜之间的第三电活性膜形成的；以及
多个电极，所述多个电极被设置在所述电活性层的至少一个表面上，
其中，所述第三电活性膜的谐振频率不同于所述第一电活性膜和所述第二电活性膜的谐振频率，
其中，所述第三电活性膜具有比所述第一电活性膜和所述第二电活性膜更厚的厚度，并且
其中，所述第三电活性膜与所述第一电活性膜和所述第二电活性膜直接接触。
15.根据权利要求14所述的触敏元件，其中，所述第一电活性膜的谐振频率不同于所述第二电活性膜的谐振频率。
16.根据权利要求14所述的触敏元件，其中，所述第三电活性膜的模量大于或小于所述第一电活性膜的模量和所述第二电活性膜的模量二者。
17.一种显示装置，该显示装置包括：
显示面板；
盖，该盖被设置在所述显示面板上方；以及
根据权利要求1至16中的任一项所述的触敏元件，该触敏元件被设置在所述盖下方。
18.一种显示装置，该显示装置包括：
显示面板；
盖，该盖被设置在所述显示面板上方；以及
触敏元件，该触敏元件被设置在所述盖下方，
其中，所述触敏元件包括电活性层以及设置在所述电活性层的至少一个表面上的多个电极，所述电活性层包括多个电活性膜，并且所述多个电活性膜中的每一个的模量大于或小于与上表面和下表面相邻的两个电活性膜的模量，
其中，所述电活性层中包含的最上面的电活性膜和最下面的电活性膜之外的每个电活性膜具有比所述最上面的电活性膜和所述最下面的电活性膜更厚的厚度，并且
其中，所述电活性层中包含的最上面的电活性膜和最下面的电活性膜之外的每个电活性膜与所述多个电活性膜中的两个电活性膜直接接触。
19.根据权利要求18所述的显示装置，该显示装置还包括：
外挂式触摸面板，该外挂式触摸面板被单独地设置在所述显示面板上，
其中，所述触敏元件被设置在所述显示面板和所述触摸面板之间。
20.根据权利要求18所述的显示装置，其中，所述显示面板包括被配置为集成在所述显示面板中的触摸传感器，并且所述触敏元件被设置在所述显示面板下方。
21.根据权利要求20所述的显示装置，其中，所述显示面板是液晶显示面板，
所述显示装置还包括被设置在所述显示面板下方的背光单元，并且
所述触敏元件被设置在所述液晶显示面板和所述背光单元之间。
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