CN109683366B - 触敏装置和包括该触敏装置的显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及触敏装置和包括该触敏装置的显示装置。提供了一种触敏装置，其包括由电活性基质形成的电活性层，其中电活性基质具有压电陶瓷和电活性聚合物(EAP)结合在一起的结构；以及设置在电活性层的至少一个表面上的电极。根据本发明的示例性实施方式，触敏装置使用透明性优异、能够造薄且压电特性高的电活性基质，从而可以改善触敏装置的透光率和振动强度。

Description

触敏装置和包括该触敏装置的显示装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年10月18日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2017-0135462的优先权，将其公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及触敏装置和包括该触敏装置的显示装置，更具体地，涉及包括具有改善的介电常数的电活性基质的触敏装置以及包括该触敏装置的显示装置。
背景技术
为了应对想方便地使用包括液晶显示装置和有机发光显示装置在内的各种显示装置的用户的近期需求，通常生产触摸式显示装置，其中用户触摸显示装置来输入信息。因此，持续进行了利用触觉反馈(haptic)装置来向用户提供直接的和各种触摸反馈的研究。具体而言，由于相关技术的触觉反馈装置附接到显示面板的背面，因此难以在用户触摸时提供即时且微小的反馈。因此，为了在显示面板上放置触觉反馈装置以提供对用户触摸敏感的各种直接反馈，已经积极地进行了研究。
在诸如触觉反馈装置等相关技术中，已经使用诸如偏心旋转质量(ERM)或线性谐振致动器(LRA)等振动电机。该振动电机被配置为使整个显示装置振动，这导致若干问题。这些问题包括：需要增加质量体的尺寸以增加振动强度，难以调制频率以控制振动程度，以及响应速度慢。此外，由于偏心旋转质量和线性谐振致动器由不透明材料形成，因此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。
为了解决上述问题，已经开发了形状记忆合金(SMA)和压电陶瓷作为触觉反馈装置的材料。然而，形状记忆合金(SMA)的响应速度慢、寿命短，并且由不透明材料形成。具体而言，压电陶瓷具有较高的压电性，但对外部冲击的耐久性低，因此压电陶瓷很容易被外部冲击破坏。此外，压电陶瓷是不透明的并且难以造薄。
因此，使用电活性聚合物(EAP)的触觉反馈装置引起了近来的关注。电活性聚合物是指可以因电刺激而发生改性并且可以因电刺激而反复膨胀、收缩和弯曲的聚合物。因此，可以使用电活性聚合物、铁电聚合物和介电弹性体。具体而言，作为铁电聚合物，具有相对高的压电性的聚偏二氟乙烯(下文简称为PVDF)聚合物引起了关注。
电活性聚合物EAP具有透明性优异和易于造薄的优点。然而，为了用于移动显示装置中，电活性聚合物的缺点包括单独的工艺，例如使用高电压的极化工艺或拉伸工艺，其对于电子装置是必要的，并且由于压电性不足而需要高驱动电压。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种触敏装置和包括该触敏装置的显示装置，所述触敏装置的透明性优异且易于造薄，并且包含压电性高的电活性基质。
本发明的另一个目的是提供具有阻燃性和无毒特性的环境友好的触敏装置和包括该触敏装置的显示装置。
本发明的又一个目的是提供一种触敏元件和包括该触敏元件的显示装置，所述触敏元件在应用于柔性显示装置时直接用作弯曲构件(例如铰链)以简化制造工艺和构造。
根据本发明的一个方面，触敏装置包括：由其中压电陶瓷和电活性聚合物(EAP)结合在一起的电活性基质形成的电活性层，以及设置在所述电活性层的至少一个表面上的电极。根据本发明的示例性实施方式，触敏装置使用透明性优异、易于造薄且压电性高的电活性基质，从而可以改善触敏装置的透光率和振动强度。
根据本发明的另一个方面，显示装置包括显示面板和在显示面板上方或下方的触敏装置，其中，触敏装置包括由其中压电陶瓷和电活性聚合物通过氢键结合在一起的电活性基质形成的电活性层。
示例性实施方式的其他详细内容包括在详细说明和附图中。
根据本发明，使用由其中压电陶瓷和电活性聚合物结合在一起的电活性基质形成的电活性层，使得与相关技术的电活性聚合物相比改善了介电常数，从而改善了触敏装置的驱动位移和振动强度。
本发明提供了一种触敏装置，与相关技术的压电陶瓷相比，其具有改善的透光率。
此外，根据本发明，使用KNN系压电陶瓷材料，由此可以将制造过程中发生的各种事故最小化。
本发明的效果不限于上文例示的内容，更多不同的效果包括在本说明书中。
附图说明
本发明的上述和其它方面、特征和其它优点将从以下结合附图进行的详细描述中得到更清楚地理解，附图中：
图1是示出本发明示例性实施方式的触敏装置的示意性截面图；
图2是示出形成本发明示例性实施方式的触敏装置的电活性层的电活性基质的结构的示意图；
图3是示出由ABO3表示的钙钛矿型纳米颗粒的立方体单元结构以及在表面上包含羟基的结构的示意图；
图4示出了测量实施例1和比较例1的介电常数获得的结果；
图5A和5B分别示出了实施例1和比较例1的FT-IR分析结果；
图6是示出本发明的示例性实施方式的显示装置的示意性截面图；
图7是示出本发明的另一个示例性实施方式的显示装置的示意性截面图。
具体实施方式
本发明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可见。然而，本发明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施。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发明的公开内容和本发明的范围。因此，本发明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发明的示例性实施方式的形状、尺寸、比率、角度和数量等仅是示例，本发明不限于此。在整个说明书中，相同的附图标记通常表示相同的要素。此外，在本发明的以下描述中，对已知的现有技术的详细描述可被省略，以免不必要地模糊本发明的主题。本文中所使用的诸如“包括”、“具有”和“由……组成”等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，否则任何单数的表述可包括复数。
即使没有明确地指出，组件也被解释为包括普通误差范围。
当利用诸如“在……上”、“在……上方”、“在……下方”和“在……旁边”等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多个部件，除非所述术语随术语“紧接着”或“直接”一起使用。
当一个元件或层被设置在另一元件或层“上”时，另一层或元件可直接设置在其它元件上或者夹在它们之间。
尽管术语“第一”和“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，在本发明的技术构思内，下面所提及的第一组件可以是第二组件。
在整个说明书中，相同的附图标记通常表示相同的要素。
附图中所示的各个组件的尺寸和厚度为了描述方便而示出，本发明不限于所示的组件尺寸和厚度。
本领域技术人员理解，本发明的各实施方式的特征可部分地或整个地彼此附着或组合，并且可在技术上以各种方式互锁和操作，并且这些实施方式可独立地实施或者彼此联合实施。
以下将参照附图详细描述本发明的各种示例性实施方式。
触敏装置
图1是示出本发明示例性实施方式的触敏装置的示意性截面图。本发明的所有实施方式的触敏装置的所有组件都可操作地耦接和配置。参照图1，本发明的示例性实施方式的触敏装置100包括电活性层110和电极120。
电极
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。根据需要，电极120可以以各种形式和各种数量设置。例如，如图1所示，可在电活性层110的上表面和下表面上设置多个电极120，或者可在电活性层110的上表面和下表面中的任一个上设置多个电极120。
具体而言，电极120可分别设置在电活性层110的上表面和下表面上。在此情况下，设置在电活性层110的上表面上的电极120可以在X轴方向上延伸，而设置在电活性层110的下表面上的电极可以在Y轴方向上延伸。因此，电极可以具有垂直排列结构，其中电极彼此相交以形成矩阵。此外，电极120可以具有水平排列结构，其中电极120设置在电活性层110的仅一个表面上。此外，电极120可以具有多层结构，其中在一个单元中多个电极120被设置在电活性层110的上表面和下表面上以彼此相对，使得电极120的垂直排列结构和水平排列结构都被实施。
电极120由导电材料形成。此外，电极120可以由透明导电材料形成，以确保触敏装置100的透光率。例如，电极120可以由透明导电材料形成，例如氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、石墨烯、金属纳米线和透明导电氧化物(TCO)。此外，电极120可以由金属网形成。也就是说，电极120可以由金属网构成，其中金属材料以网形式设置，使得电极120可以基本上透明。然而，电极120的构成材料不限于上述实例。各种透明导电材料可用于电极120的构成材料。当提供多个电极120时，电极120可由相同材料或不同材料形成。
电极120可以通过各种方法形成。例如，可以使用溅射方法、印刷方法或狭缝涂布方法在电活性层110上形成电极120。
电活性层
电活性层110是指当施加电压时其形状变形并产生振动的层。本发明的示例性实施方式的触敏装置100的电活性层110由其中压电陶瓷和电活性聚合物(EAP)结合在一起的电活性基质形成。
电活性基质具有其中压电陶瓷和电活性聚合物结合在一起的结构。例如，压电陶瓷和电活性聚合物可以通过化学键彼此结合。具体而言，压电陶瓷和电活性聚合物可通过氢键结合。将参照图2描述电活性基质的具体结构。
图2是示出形成本发明示例性实施方式的触敏装置100的电活性层110的电活性基质的结构的示意图。
参照图2，电活性基质包括由压电陶瓷形成的核心颗粒A和与核心颗粒化学键合的电活性聚合物EAP。更具体而言，电活性基质包括表面上包含羟基(-OH)的核心颗粒A以及与核心颗粒形成氢键的电活性聚合物EAP。
电活性基质的核心颗粒A由压电陶瓷形成。在此情况下，压电陶瓷是由ABO3表示的钙钛矿型纳米颗粒，并且其表面被改性成使得纳米颗粒的氧原子被羟基取代。
核心颗粒A的外围被与核心颗粒A结合的电活性聚合物EAP包围，但并不限于此。包围核心颗粒A的电活性聚合物EAP可具有壳形状。电活性聚合物EAP包含能够与在压电陶瓷(其形成核心颗粒A)的表面上形成的羟基形成氢键的官能团。例如，电活性聚合物EAP可包含卤化物基团。在此情况下，在核心颗粒A的羟基与电活性聚合物EAP的卤素元素之间形成氢键。在图2中，示出了1个核心颗粒A和8个电活性聚合物EAP形成氢键的结构，但并不限于此。
压电陶瓷是这样一种材料：在施加压力时其产生电压，在施加外部电场时其产生机械应变，使得机械振动能量可以转换成电能，反之亦然。
本发明的示例性实施方式的压电陶瓷可以是由ABO3表示的钙钛矿型纳米颗粒。理想的是，压电陶瓷可具有立方体单元结构。将参照图3描述由ABO3表示的钙钛矿型纳米颗粒的具体结构。
图3是示出由ABO3表示的钙钛矿型纳米颗粒的立方体单元结构和在表面上包括羟基的结构的示意图。
参照图3，由ABO3表示的钙钛矿结构中的元素A和B分别以A位点和B位点处的离子形式存在。例如，在立方体单元结构中，元素A位于立方体的顶点，元素B位于体心。O元素以氧阴离子的形式占据立方体的面心位置。压电陶瓷的钙钛矿结构可以通过用X射线衍射或电子束衍射进行晶体结构分析来确认。当A、B和O元素从晶胞的相应位置发生移位时，钙钛矿结构晶胞发生变形，这导致四方晶体、各向异性晶体或斜方晶体。从获得具有优异的压电常数的压电陶瓷的观点来看，压电陶瓷的晶系在室温下可具有四方结构。
本发明的示例性实施方式的压电陶瓷的实例可以是(Pb,Zr)TiO3(PZT)、BaTiO3、(K,Na)NbO3(KNN)、BiNaTiO3(BNT)、BiKTiO3(BKT)和Bi(Na,K)TiO3(BNKT)。上述材料是具有充分的压电特性并包含氧原子的钙钛矿型纳米颗粒，并且与电活性聚合物形成氢键。
此外，本发明的示例性实施方式的压电陶瓷不限于此，而可以是无铅材料，例如(K,Na)NbO3(KNN)、BiNaTiO3(BNT)、BiKTiO3(BKT)和Bi(Na,K)TiO3(BNKT)。广泛用作压电陶瓷材料的PZT廉价且具有优异的压电特性。然而，PZT的问题在于它含有铅(Nb)成分，这对人体有害并导致环境污染。因此，可以期望使用不含铅的无铅材料；然而，并不限于此。
更理想地，压电陶瓷可以是KNN系压电陶瓷。在上述无铅材料中，KNN系压电陶瓷的优点在于压电特性强，残余极化大，相变温度高，且反电场低。
本发明的示例性实施方式的KNN系压电陶瓷可通过固态工艺合成。例如，KNN系压电陶瓷可以通过以下固态工艺制造：将工业原料粉末(例如K2CO3、Na2CO3和Nb2O5)混合然后在高温下煅烧。此外，为了改善压电特性，添加非常少量的Ta2O5和Li2CO3。此外，将少量商购分散剂和粘合剂(例如聚乙烯醇缩丁醛(PVB))加入到混合有甲基乙基酮(MEK)和乙醇的溶剂中，通过球磨法进行混炼。在此情况下，由于Na2CO3和K2CO3具有吸湿性，Na2CO3和K2CO3可以在储存时从周围环境吸收水分，从而增加其重量。因此，当Na2CO3和K2CO3干燥不充分时，组合物的变化可以多达所含水分的量，相应地，压电特性也会改变。因此，压电陶瓷可以通过将Na2CO3和K2CO3粉末在90至200℃的干燥烘箱中干燥2至16小时来制造，以确保不会因先前所含水分的干燥而引起重量损失的状态，也就是说，完全干燥的状态。
构成电活性基质的压电陶瓷可在其表面上包含羟基以与电活性聚合物形成氢键。参照图3，在具有钙钛矿型纳米颗粒结构的压电陶瓷的情况下，氢连接至占据面心位置的一部分氧原子，以形成羟基。
可以通过表面处理工艺形成在表面上包含羟基的压电陶瓷。例如，通过使压电陶瓷在高温下经受大量过氧化氢H2O2的处理，将构成压电陶瓷的氧原子替换为羟基。通过表面处理工艺在压电陶瓷表面上形成的羟基与电活性聚合物形成氢键，以形成电活性基质。
电活性聚合物(EAP)是因电刺激而变形的聚合物材料，并且可以由介电弹性体形成，例如硅树脂、聚氨酯、丙烯酸系树脂或铁电聚合物，例如聚偏二氟乙烯聚合物；然而，并不限于此。构成电活性基质的电活性聚合物在自然状态下保持极化状态，因此它可以是具有相对高的介电常数的铁电聚合物。
用于本发明的示例性实施方式的触敏装置的电活性聚合物与压电陶瓷结合以构成电活性基质。具体而言，电活性聚合物可以是能够与压电陶瓷形成氢键的化合物；然而，并不限于此。电活性聚合物可以包括作为官能团的卤化物基团，以便与压电陶瓷形成氢键。
作为包括卤化物基团的电活性聚合物的实例，可以使用聚偏二氟乙烯(下文中称为PVDF)聚合物。PVDF聚合物是指在聚合物主链上包含PVDF重复单元的聚合物。PVDF聚合物是具有优异的压电特性的结晶聚合物，并且适合于用于本发明的示例性实施方式的可变要素的电活性聚合物。PVDF聚合物可以是PVDF均聚物或PVDF共聚物。PVDF聚合物的氟基团与在压电陶瓷表面上形成的羟基形成氢键，从而形成电活性基质，其中PVDF聚合物与压电陶瓷键合。
作为包含卤化物基团的电活性聚合物的另一个实例，可使用聚磷腈，其中经取代的芳氧基与磷原子键合。在此情况下，所述芳氧基包含一个或多个卤化物基团。
聚磷腈是指主链由磷和氮形成的聚合物。在此情况下，主链中的磷和氮通过双键偶联，并且聚磷腈可以是其中主链以直线连接的线性聚合物，或者可以是其中主链延伸连接成环的环状聚合物。在此情况下，为了使聚磷腈骨架中的极性最大化，可以使用线性聚合物作为电活性层，但并不限于此。
芳氧基是指具有取代有芳基的氧基的官能团。此处，芳基是包括一个或多个芳环体系的化合物。具体而言，作为芳基的实例，单环芳基包括苯基、联苯基和三联苯基。多环芳基包括萘基、蒽基、菲基、芘基、苝基和
Figure BDA0001831926740000082
基，但并不限于此。例如，芳氧基包括苯氧基(也称为苯基氧基)、萘氧基(又称萘基氧基)、蒽基氧基、联苯基氧基、红荧烯基氧基和苝基氧基。在此情况下，芳氧基可取代有卤原子。换言之，聚磷腈包括作为官能团的取代有卤原子的芳氧基。
芳氧基中取代的卤原子与在压电陶瓷表面上形成的羟基形成氢键，从而形成聚磷腈和压电陶瓷结合在一起的电活性基质。
更具体而言，包含卤化物基团的电活性聚合物可以是包含下述化学式1表示的重复单元的聚磷腈。
[化学式1]
Figure BDA0001831926740000081
在化学式1中，R1和R2相同或不同，并且各自独立地为经取代或未经取代的C6-C50芳氧基，并且R1和R2中的至少一个为具有至少一个取代的卤原子的C6-C50芳氧基。在化学式1中，n为任意整数。然而，并不限于此，n可以为1000以上，或者理想地可以为3000以上。
此处，术语“经取代或未经取代的”是指在芳氧基的芳基部分单取代或多取代有选自由氘、卤素基团、硝酰基、硝基、氨基、氧化膦基、烷氧基、甲硅烷基、硼基、烷基、环烷基、烯基、芳基、芳烷基、芳烯基、烷基芳基、烷基胺基、杂芳基胺基、芳基胺基和杂环基团组成的组的一个或多个取代基，或没有取代基。
更具体而言，经取代的芳氧基可以是对甲基苯氧基、4-乙烯基苯氧基、乙炔基苯氧基、苯基苯氧基、4-苯基乙炔基苯氧基、4-乙烯基苯基苯氧基、4-乙炔基苯基苯氧基、4-(苯基乙炔基)-苯氧基、十氢萘-2-氧基或萘-2-氧基，但并不限于此。
包含化学式1表示的重复单元的聚磷腈可以是以下结构：磷原子上取代的两个芳氧基中的至少一个取代有卤原子。由于卤原子具有高电负性，与未经取代的芳氧基相比，取代有卤原子的芳氧基具有非常高的极性。当与磷原子键合的经取代的芳氧基具有高极性时，聚磷腈的极化程度增加，使得可提供具有更高压电特性的电活性层。
在此情况下，取代有卤原子的芳氧基可以是下述化学式2表示的氟苯氧基。
[化学式2]
Figure BDA0001831926740000091
在化学式2中，X是卤原子，a是1至5的整数。
在此情况下，聚磷腈不限于此，且重均分子量可以为100,000至1,000,000，或者可以为200,000至500,000。当聚磷腈的重均分子量满足上述范围时，聚磷腈容易用于形成电活性层并具有优异的压电性。
例如，包含卤化物基团的电活性聚合物可以是下述化学式3表示的聚五氟苯氧基/萘氧基磷腈。
[化学式3]
Figure BDA0001831926740000092
在由化学式3表示的聚磷腈中，具有大极性的五氟苯氧基作为芳氧基取代在磷原子的一个方向上，并且卤素元素与在压电陶瓷表面上形成的羟基形成氢键，从而形成电活性基质。
作为含有卤化物基团的电活性聚合物的另一个实例，可使用线性硼氮化物聚合物，其中含有卤素元素的取代基与主链连接。
硼氮化物聚合物意指主链由硼和氮形成的聚合物。在此情况下，主链以直线连接，其不同于硼和氮形成六边形环主链的六方硼氮化物。具体而言，常见的硼氮化物聚合物由于由硼和氮形成的六边形环形而具有结晶性，并且具有多个层叠的板结构或纳米管结构。然而，线性硼氮化物聚合物具有主链沿直线延伸的结构，类似于链结构。
在线性硼氮化物聚合物中取代的卤原子与在压电陶瓷表面上形成的羟基形成氢键，从而形成线性硼氮化物聚合物和压电陶瓷结合在一起的电活性基质。
更具体而言，包含卤化物基团的电活性聚合物可以是包含下述化学式4表示的重复单元的线性硼氮化物聚合物。
[化学式4]
Figure BDA0001831926740000101
在化学式4中，R3是C1-C20烷基、C2-C20烯基、C2-C20炔基、C5-C20芳基、C3-C20环烷基、C1-C20卤代烷基、卤化物基团或氢，R4是C1-C20卤代烷基或卤化物基团，m是任意整数。
通过拉伸过程，氟基团以反式或邻位交叉式混合的α相转变成氟基团为全反式的β相。因此，线性硼氮化物聚合物可以具有恒定且高的极性，而不会因拉伸过程或极化过程改变原子的排列，这与确保介电常数的PVDF聚合物不同。此外，由于原子的排列在高温下不易改变，因此线性硼氮化物聚合物具有优异的耐热性。
线性硼氮化物聚合物不限于此，且重均分子量可以为10,000至1,000,000，或者可以为100,000至500,000。当线性硼氮化物聚合物的重均分子量满足上述范围时，线性硼氮化物聚合物容易用于形成电活性层并具有优异的压电性。
构成电活性基质的压电陶瓷和电活性聚合物的重量比可以为1:9至9:1。当电活性基质中压电陶瓷的含量增加时，实现了优异的介电常数以改善压电性能，但透明度降低。相反，当电活性基质中电活性聚合物的含量增加时，介电常数降低，但透明度可以提高。因此，可以根据所需的性能自由调节压电陶瓷和电活性聚合物之间的重量比。为了确保透明度并实现柔性，压电陶瓷和电活性聚合物之间的重量比可以是1:9至5:5，但并不限于此。
可以确定电活性层110的厚度以使得即使在低驱动电压下触敏装置100也产生足够的振动。例如，电活性层110的厚度可以为10μm至50μm，更理想地可以为20μm至30μm。当电活性层的厚度满足上述范围时，电活性层110可以在不引起裂缝的情况下形成，并产生足够的振动。
本发明的示例性实施方式的触敏装置100包括由电活性基质(其中压电陶瓷和电活性聚合物结合在一起)形成的电活性层110。与相关技术的压电陶瓷材料(例如PZT)相比，压电陶瓷和电活性聚合物结合在一起的所述电活性基质具有优异的透明度，并且可以造薄，以使其易于应用于产品。此外，与电活性聚合物(例如PVDF聚合物)相比，所述电活性基质具有显著优异的介电常数，以提高电活性层的压电性。因此，本发明的示例性实施方式的触敏装置可提高透光率和振动强度。
此外，当将KNN系材料用于构成电活性基质的压电陶瓷时，KNN系材料具有阻燃性和无毒特性，这对于操作者来说比相关技术的压电陶瓷材料更安全。
下面将描述制造构成本发明的触敏装置的电活性层的电活性基质的方法。
首先，制备具有钙钛矿型纳米结构的压电陶瓷材料。例如，可以制备KNN系压电陶瓷。
接下来，在高温条件下将KNN的表面用过氧化氢H2O2改性，以在KNN表面上形成羟基。过氧化氢在水中分解以形成自由基(·OOH)与KNN表面上的氧反应，从而在表面上形成羟基(-OH)，之后过氧化氢最终转化为·O2。
接下来，将具有卤化物基团的电活性聚合物与表面上包含羟基的压电材料混合。因此，在电活性聚合物中取代的卤素元素和压电陶瓷的氢之间产生氢键。结果，电活性聚合物和压电陶瓷结合以形成电活性基质。
然而，本领域技术人员可以采用压电陶瓷材料的任何制造方法，过氧化氢处理的任何时间条件，任何表面处理条件，任何时间条件和任何浓度的反应物。
通过上述制造方法合成其中KNN系压电陶瓷和具有卤化物基团的聚磷腈结合在一起的电活性基质的合成反应式如下。
Figure BDA0001831926740000121
在下文中，将通过实施例更详细地描述本发明的有关上述耐热性的效果。然而，阐述以下实施例用来说明本发明，但是本公开的范围并不限于此。
实施例1
将15g的Na2CO3、15g的K2CO3和15g的Nb2O5在300mL离子交换水中混合，然后使用固态工艺热处理2小时以制备KNN粉末。
将制备的KNN粉末与400mL过氧化氢混合，然后在106℃下热处理6小时，从而在KNN表面上形成羟基。
接下来，将90重量％的作为聚磷腈的聚双(三氟乙氧基)磷腈和10重量％的KNN(其中已形成羟基)混合，然后搅拌，从而制备其中KNN和所述聚磷腈形成了氢键的电活性基质。
在ITO电极上对所制备的电活性基质进行溶液浇铸，然后干燥电活性基质以获得厚度为100μm的电活性层。其后，涂布ITO的所制备的电活性层的反面，从而制成在两个表面上都形成有透明电极的触敏装置。
比较例1
将15g的Na2CO3、15g的K2CO3和15g的Nb2O5在300mL离子交换水中混合，然后使用固态工艺热处理2小时以制备KNN粉末。
将90重量％的作为聚磷腈的聚双(三氟乙氧基)磷腈和10重量％的制备的KNN粉末混合，从而制备KNN和聚磷腈混合在一起的混合物。
在ITO电极上对所制备的混合物进行溶液浇铸，然后干燥混合物以获得厚度为100μm的电活性层。其后，涂布ITO的所制备的电活性层的反面，从而制成在两个表面上都形成有透明电极的触敏装置。
实验例1–介电常数的测量
使用LCR测量仪(4284A)测量电容，并使用以下等式1计算实施例1和比较例1中制备的触敏装置的介电常数。测量结果在图4中示出。
[等式1]
εr＝C×t/A
εr：介电常数，C：电容，t：电活性层的厚度，A：电极的接触截面积。
参照图4可以确认，在整个频率区域，其中压电陶瓷和电活性聚合物通过氢键形成电活性基质的实施例1的介电常数约为其中压电陶瓷和电活性聚合物简单混合的比较例1的两倍高。
下面进行图5A和5B的FT-IR分析以证实本发明的示例性实施方式的电活性基质是否形成。具体而言，这通过以下方式证实：将实施例1的方法得到的由压电陶瓷(其被改性为在表面上包含羟基)与电活性聚合物的氢键形成的电活性基质与比较例1的方法得到的混合有压电陶瓷和电活性聚合物的混合物进行比较。
图5A和5B分别示出了实施例1和比较例1的FT-IR分析结果。参照图5A，在3500cm-1附近观察到IR吸收峰。这是因为当包含羟基的改性压电陶瓷与电活性聚合物形成氢键时，在压电陶瓷的表面上检测到一些未参与氢键的剩余羟基。与此不同的是，图5B中，在3500cm-1附近没有观察到IR吸收峰。这证明在压电陶瓷的表面上没有可以形成氢键的羟基。这样做，可以估计压电陶瓷的羟基是否与电活性聚合物的卤化物基团形成了氢键。
显示装置
图6是示出包括本发明的示例性实施方式的触敏装置的显示装置的示意性截面图。参照图6，显示装置600包括显示面板640、触敏装置100、触摸面板650和盖板660。在此情况下，图6的显示装置600中包含的触敏装置100与已参照图1描述的本发明的示例性实施方式的触敏装置100相同。因此，将省略对触敏装置100的冗余描述。
显示面板640是指其上设置有用于在显示装置600中显示图像的显示装置的面板。可以使用各种显示面板，例如有机发光显示面板、液晶显示面板和电泳显示面板。
触摸面板650设置在触敏装置100上。触摸面板650是指感测用户对显示装置600的触摸输入的面板。可以使用各种触摸面板，例如电容型、电阻型、超声波型或红外型，但是优选使用电容型触摸面板。图6所示的显示装置600包括外挂(add-on)型触摸面板，其中，单独制造的触摸面板650被单独地设置在显示面板640上。
盖板660设置在触摸面板650上。盖板660是保护显示装置600免受显示装置600外部的冲击的部件。盖板660可以由透明绝缘材料形成。
尽管图6中未示出，但是可以使用用于将显示面板640、触敏装置100、触摸面板650和盖板660彼此结合在一起的粘合层。例如，作为粘合层，可以使用光学透明粘合剂(OCA)或光学透明树脂(OCR)，但粘合层不限于此。
图6所示的触敏装置100使用了压电陶瓷和电活性聚合物通过氢键结合在一起的电活性基质。因此，可兼具具有高压电特性的压电陶瓷的特性和具有优异透明度且易于造薄的电活性聚合物的特性。因此，压电性和振动强度是优异的，从而可以改善显示装置600的触觉效果。当将KNN系材料用于构成电活性基质的压电陶瓷时，KNN系材料具有阻燃性和无毒特性。因此，可以提供比使用PZT等压电陶瓷材料的相关技术的显示装置更环保的显示装置。
图7是示出包括本发明的另一示例性实施方式的触敏装置的显示装置的示意性截面图。图7所示的显示装置700与已参照图6描述的显示装置600的区别在于，显示面板740是液晶面板，由此还包括背光单元770。另外，内嵌型触摸传感器被配置成与显示面板740集成在一起，而不是单独的触摸面板。而其他组件基本相同，因此将省略多余的描述。
参照图7，显示面板740设置在盖板660和触敏装置100之间。液晶显示面板通过调节从背光单元770发射的光的透射率来显示图像。液晶面板包括下偏光器、包括薄膜晶体管(TFT)的下基板、液晶层、包含滤色器的上基板和上偏光器，但并不限于此。
显示面板740是其上设置有用于在显示装置700中显示图像的显示元件的面板，并且包括触摸传感器，该触摸传感器被配置为集成在面板中。换言之，触摸传感器设置在显示面板740中以构成内嵌型触摸传感器。在内嵌型触摸传感器中，显示面板740的公共电极也用作触摸电极。
由于图7所示的显示装置700是液晶显示装置，向着显示面板740发射光的背光单元770被设置在显示面板740的下方。
在显示面板740和背光单元770之间设置有包含电活性层110的触敏装置100，电活性层110由压电陶瓷和电活性聚合物通过氢键结合在一起的电活性基质形成。
一般而言，当显示面板是液晶显示面板且内嵌型触摸传感器与显示面板集成时，并且当触敏装置设置在触摸传感器上时，由于施加到触敏装置的高驱动电压产生的噪声，可能导致对触摸输入的错误识别。因此，触敏装置可设置在显示面板的下方。然而，当触敏装置设置在显示面板的下方时，触敏装置被设置成远离用户施加触摸输入的位置，由此可能降低输送给用户的振动强度。因此，为了使振动强度的降幅最小化，触敏装置可以设置在液晶显示面板和背光单元之间。然而，如上所述，存在如下问题：用于相关技术的触敏装置的形状记忆合金或压电陶瓷具有低透光率。然而，在本发明的另一示例性实施方式的显示装置700中，压电陶瓷被改性成在压电陶瓷的表面上形成羟基，其随后与具有卤化物基团的电活性聚合物形成氢键，从而使用了包括压电陶瓷和电活性聚合物结合在一起的电活性基质的触敏装置100。压电陶瓷和电活性聚合物结合在一起的电活性基质的压电性显著高于仅使用电活性聚合物的情况。结果，具有不透明特性的压电陶瓷的透明度增加，从而改善了振动强度并具有优异的透明度。因此，即使触敏装置100设置在液晶面板和背光单元之间，与使用电活性聚合物的相关技术相比，也可以输送更强的振动，同时从背光单元向液晶显示面板提供的光具有优异的透光率。
本发明的示例性实施方式还可如下进行描述：
根据本发明的一个方面，提供了一种触敏装置，其包括由电活性基质形成的电活性层，以及设置在所述电活性层的至少一个表面上的电极；在所述电活性基质中，压电陶瓷和电活性聚合物(EAP)结合在一起。
所述压电陶瓷可以包括羟基。所述压电陶瓷和所述电活性聚合物通过氢键结合。
所述压电陶瓷可以是由ABO3表示的钙钛矿型纳米颗粒并且在表面上包括羟基。
所述压电陶瓷可以是选自由(K,Na)NbO3(KNN)、BiNaTiO3(BNT)、Bi(Na,K)TiO3(BNKT)和BiKTiO3(BKT)组成的组的至少一种。
所述电活性聚合物可以包括卤化物基团。
所述电活性聚合物可以是铁电聚合物。
所述电活性聚合物可以是PVDF。
所述电活性聚合物可以是聚磷腈，其中在磷原子上取代有芳氧基。
所述聚磷腈可以包括由下述化学式1表示的重复单元：
[化学式1]
Figure BDA0001831926740000161
在化学式1中，R1和R2相同或不同，并且各自独立地为经取代或未经取代的C6-C50芳氧基，并且R1和R2中的至少一个为具有至少一个取代的卤原子的C6-C50芳氧基，n为任意整数。
R1可以是萘氧基、苯氧基或苯基苯氧基，R2可以是氟苯氧基。
所述电活性聚合物可以是线性硼氮化物聚合物。
所述线性硼氮化物聚合物可以包括由下述化学式4表示的重复单元：
[化学式4]
Figure BDA0001831926740000162
在化学式4中，R3是C1-C20烷基、C2-C20烯基、C2-C20炔基、C5-C20芳基、C3-C20环烷基、C1-C20卤代烷基、卤化物基团或氢，R4是C1-C20卤代烷基或卤化物基团，m是任意整数。
根据本发明的另一个方面，提供了一种显示装置，其包括显示面板和在所述显示面板上方或下方的触敏装置。所述触敏装置包括由电活性基质形成的电活性层，在所述电活性基质中，压电陶瓷和电活性聚合物通过氢键结合在一起。
所述压电陶瓷可包含羟基，所述电活性聚合物包含卤化物基团。
所述显示装置还可包括单独设置在所述显示面板上的外挂型触摸面板。触敏装置设置在所述显示面板和所述触摸面板之间。
所述显示面板可以是液晶显示面板，其包括配置为集成在所述显示面板中的触摸传感器，在所述液晶显示面板下方设置背光单元，并且触敏装置设置在所述液晶显示面板和所述背光单元之间。
尽管参照附图详细描述了本发明的示例性实施方式，但本发明不限于此，而是可在不脱离本发明的技术构思的情况下以许多不同的形式具体实现。因此，本发明的示例性实施方式仅为了例示性目的而提供，而非旨在限制本发明的技术精神。本发明的技术精神的范围不限于此。因此，应该理解，上述示例性实施方式在所有方面均为例示性，而非限制本发明。本发明的保护范围应该基于所附权利要求书来解释，其等同范围内的所有技术构思应该被解释为落入本发明的范围内。

Claims (24)

1.一种触敏装置，其包括：
由电活性基质形成的电活性层，其中，所述电活性基质具有压电陶瓷和电活性聚合物(EAP)通过氢键结合在一起的结构；以及
设置在所述电活性层的至少一个表面上的电极。
2.如权利要求1所述的触敏装置，其中，所述压电陶瓷包含羟基。
3.如权利要求1所述的触敏装置，其中，所述压电陶瓷是由ABO3表示的钙钛矿型纳米颗粒并且在表面上包含羟基。
4.如权利要求3所述的触敏装置，其中，所述压电陶瓷是(K,Na)NbO3(KNN)、BiNaTiO3(BNT)、Bi(Na,K)TiO3(BNKT)和BiKTiO3(BKT)中的至少一种。
5.如权利要求1所述的触敏装置，其中，所述电活性聚合物包含卤化物基团。
6.如权利要求5所述的触敏装置，其中，所述电活性聚合物是铁电聚合物。
7.如权利要求5所述的触敏装置，其中，所述电活性聚合物是PVDF。
8.如权利要求5所述的触敏装置，其中，所述电活性聚合物是聚磷腈，其中在磷原子上取代有芳氧基。
9.如权利要求8所述的触敏装置，其中，所述聚磷腈包含由下述化学式1表示的重复单元：
[化学式1]
Figure FDA0003048628470000011
其中R1和R2相同或不同，并且各自独立地为经取代或未经取代的C6-C50芳氧基，并且R1和R2中的至少一个为具有至少一个取代的卤原子的C6-C50芳氧基，n为任意整数。
10.如权利要求9所述的触敏装置，其中，R1是萘氧基、苯氧基或苯基苯氧基，R2是氟苯氧基。
11.如权利要求5所述的触敏装置，其中，所述电活性聚合物是线性硼氮化物聚合物。
12.如权利要求11所述的触敏装置，其中，所述线性硼氮化物聚合物包含由下述化学式4表示的重复单元：
[化学式4]
Figure FDA0003048628470000021
其中R3是C1-C20烷基、C2-C20烯基、C2-C20炔基、C5-C20芳基、C3-C20环烷基、C1-C20卤代烷基、卤化物基团或氢，R4是C1-C20卤代烷基或卤化物基团，m是任意整数。
13.如权利要求1所述的触敏装置，其中，所述压电陶瓷是(K,Na)NbO3(KNN)，并且其中所述电活性聚合物是聚磷腈，其中在磷原子上取代有芳氧基。
14.一种显示装置，其包括：
显示面板；和
在所述显示面板上方或下方的触敏装置，
其中，所述触敏装置包括由电活性基质形成的电活性层，其中所述电活性基质具有压电陶瓷和电活性聚合物通过氢键结合在一起的结构。
15.如权利要求14所述的显示装置，其中，所述压电陶瓷包含羟基，并且所述电活性聚合物包含卤化物基团。
16.如权利要求14所述的显示装置，其还包括：
单独设置在所述显示面板上的外挂型触摸面板，
其中，所述触敏装置设置在所述显示面板和所述触摸面板之间。
17.如权利要求14所述的显示装置，其中，所述显示面板是液晶显示面板，其包括配置为集成在所述显示面板中的触摸传感器，在所述液晶显示面板下方设置有背光单元，并且所述触敏装置设置在所述液晶显示面板和所述背光单元之间。
18.如权利要求14所述的显示装置，其中，所述压电陶瓷是由ABO3表示的钙钛矿型纳米颗粒并且在表面上包含羟基。
19.如权利要求14所述的显示装置，其中，所述压电陶瓷是(K,Na)NbO3(KNN)、BiNaTiO3(BNT)、Bi(Na,K)TiO3(BNKT)和BiKTiO3(BKT)中的至少一种。
20.如权利要求14所述的显示装置，其中，所述电活性聚合物是PVDF或聚磷腈，在所述聚磷腈中在磷原子上取代有芳氧基。
21.如权利要求14所述的显示装置，其中，所述电活性聚合物是聚磷腈，所述聚磷腈包含由下述化学式1表示的重复单元：
[化学式1]
Figure FDA0003048628470000031
其中R1和R2相同或不同，并且各自独立地为经取代或未经取代的C6-C50芳氧基，并且R1和R2中的至少一个为具有至少一个取代的卤原子的C6-C50芳氧基，n为任意整数。
22.如权利要求21所述的显示装置，其中，R1是萘氧基、苯氧基或苯基苯氧基，R2是氟苯氧基。
23.如权利要求14所述的显示装置，其中，所述电活性聚合物是线性硼氮化物聚合物。
24.如权利要求23所述的显示装置，其中，所述线性硼氮化物聚合物包含由下述化学式4表示的重复单元：
[化学式4]
Figure FDA0003048628470000032
其中R3是C1-C20烷基、C2-C20烯基、C2-C20炔基、C5-C20芳基、C3-C20环烷基、C1-C20卤代烷基、卤化物基团或氢，R4是C1-C20卤代烷基或卤化物基团，m是任意整数。
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