CN110892362A - 有源元件结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于设备的有源元件结构，该设备具有被配置为促进电感应机械运动的表面结构。根据本发明的有源元件结构包括至少一个可堆叠的有源元件，所述至少一个可堆叠的有源元件的每个所述有源元件包括：基底膜，其本身是导电或半导电的，或包括导电/半导电电极层；和弹性层，其包括以网格阵列布置的多个弹性支撑节，从而在所述多个弹性支撑节之间布置有压缩空间；其中所述有源元件结构布置成当在至少两个堆叠的有源元件之间施加足够的电压差时进行压缩，并且其中所述有源元件结构在电极上方具有绝缘边缘或完全密封，从而当在两个或多个有源元件结构之间施加足以引起显著压缩的电势时，防止在两个或多个有源元件结构的层之间发生高压放电。

Description

有源元件结构
技术领域
本申请公开的主题总体上涉及一种用于促进具有一表面结构的设备(例如，系统或其他装置)中的表面致动机构的布置，该表面结构被配置为促进电感应的机械运动，该设备包括被配置为通过电感应的机械运动来提供各种触觉效果、例如触觉反馈的设备。具体地，本申请提出了一种用于具有被配置为促进电感应的机械运动的表面结构的设备(例如，系统或其他装置)的有源元件结构。
背景技术
存在有多种技术可促进设备——例如消费电子设备——中的电感应机械运动。一种常见的技术是使用偏心旋转质量块(ERM)振动电机。ERM振动电机使偏离于旋转点的小型旋转质量块运动。质量块的旋转产生向心力，导致整个电动机左右运动并振动。促进电感应的机械运动的另一种常见技术是使用线性谐振致动器(LRA)。线性谐振致动器利用磁场和电流向线圈产生力，所述线圈抵抗弹簧的力向上和向下驱动磁体。所述磁体的运动使整个线性谐振致动器运动，从而产生电感应的机械运动。另一种常见技术是使用压电致动器。压电致动器响应于所施加的电荷而在压电材料中产生机械变化，所述机械变化产生电感应的机械运动。
在现有技术中，这种电感应的机械运动技术具有许多缺点。这些缺点包括高功耗、低耐用性、较短的使用寿命、带有外部电机和/或质量的复杂设计以及低可扩展性、和对大面积驱动的不良适应性。
先前已经提出了一些具有弹性结构的致动解决方案。
美国专利公开US 8587541 B2公开了一种用于致动触觉界面层的方法的现有技术解决方案，其中已经建议使用小型液压系统来驱动不同容器中的流体以在触摸表面上产生变形。用手指触摸表面可以很容易地观察到通过液压泵所要产生的变形。
美国专利公开US 9477076 B2公开了一种用于具有柔性支撑柱的机电系统设备的现有技术解决方案，该支撑柱可用于光学微机电系统结构。所提出的解决方案不适合用于致动宏观结构，例如用于触觉反馈应用。
日本专利申请公开JP 2007-259663A公开了一种用于具有介电结构的层压静电致动器的现有技术解决方案。所提出的解决方案中所描述的材料结构不适合用于致动宏观结构，例如用于触觉反馈应用。
附图说明
在附图中通过示例而非限制的方式示出了一些实施方式。
图1是示出根据本发明的一个示例性实施方式的静电致动器结构的单层的至少一部分的概念图。
图2示出了根据本发明的一个示例性实施方式的以间隔开的二维行/列网格阵列布置的多个弹性支撑节。
图3示出了根据本发明的另一示例性实施方式的以间隔开的三角形网格阵列布置的多个弹性支撑节。
图4是示出根据本发明的另一示例性实施方式的静电致动器结构的单层的至少一部分的概念图。
图5是示出根据本发明的一个示例性实施方式的具有四个静电致动层的静电致动器结构的至少一部分的概念图。
图6是示出根据本发明的第三示例性实施方式的静电致动器结构的单层的至少一部分的概念图。
图7是示出根据本发明的另一示例性实施方式的具有六个静电致动层的静电致动器结构的至少一部分的概念图。
图8是示出根据本发明的第三示例性实施方式的具有六个静电致动层的静电致动器结构的至少一部分的概念图。
图9是示出根据本发明的第四示例性实施方式的具有六个静电致动层的静电致动器结构的至少一部分的概念图。
图10A/10B示出了根据本发明的一个示例性实施方式的至少两个静电致动层堆叠。
图11A/11B示出了根据本发明的另一示例性实施方式的具有附加的稳固结构的至少两个静电致动层堆叠。
图12A/12B/12C示出了一概念图，其示出根据本发明的第五示例性实施方式的静电致动器结构的单层的至少一部分。
图13A/13B/13C/13D示出了根据本发明示例性实施方式的有源元件。
图14A/14B/14C/14D/14E/14F示出了根据本发明另一示例性实施方式的有源元件。
图15A/15B/15C/15D/15E示出了根据本发明第三示例性实施方式的有源元件。
图16A/16B/16C/16D示出了根据本发明示例性实施方式的有源元件堆叠。
图17A/17B/17C/17D/17E/17F示出了根据本发明另一示例性实施方式的构成有源元件堆叠的基础有源元件。
图18A/18B/18C示出了根据本发明的第三示例性实施方式的构成有源元件堆叠的基础有源元件。
具体实施方式
本申请提出了一种新的有源元件结构，包括至少一个可堆叠的有源元件，所述至少一个可堆叠的有源元件中的每个所述有源元件包括：
-基底膜，该基底膜本身是导电或半导电的、或者包括导电/半导电的电极层，和
-弹性层，该弹性层包括以网格阵列布置的多个弹性支撑节，从而在所述多个弹性支撑节之间布置有压缩空间；
-所述有源元件结构被布置成：当在至少两个堆叠的有源元件之间施加足够的电压差时进行压缩，以及
其中，所述有源元件结构在电极上方具有绝缘边缘或完全密封，从而当在两个或多个有源元件结构之间施加足以引起显著压缩的电势时，防止在两个或多个有源元件结构的层之间发生高压放电。
所提出的新的静电致动器结构是对现有技术解决方案的明显改进。新的静电致动器结构具有多种创新特征，使得其适合于驱动宏观结构，例如用于触觉反馈应用。特别地，与现有技术的解决方案相比，本发明产生的致动距离和幅度大得多且具有不同的尺度等级。所提出的新的静电致动器结构还适用于新的制造方法，例如注塑成型。
所提出的新的静电致动器结构的模块化性质——具有堆叠的相同的模块结构，允许简单地通过添加或去除有源层和相应地适配功率信号来实现机械致动中的最终能量(压缩幅度和力)。
本文所述的新的静电致动器结构包括易于制造的绝缘体层，该绝缘体层具有结合在其中的合适的弹性结构，并且可以在合适的电压范围内显著地压缩。在我们的测试中，弹性节的总面积最佳约为整个流体空间的1％，与现有技术的解决方案相比，这代表了实质性的改进。
图1是示出根据本发明的一个示例性实施方式的静电致动器结构的单个静电致动层的至少一部分的概念图。所示的静电致动器结构的单个静电致动层10包括第一基底膜11和第二基底膜12。在图1所示的示例性实施方式中，第一基底膜11和第二基底膜12的厚度为100微米(100μm)。第一基底膜11通常是电绝缘材料的，但是也可以本身是导电或半导电的。在图1所示的示例性实施方式中，第一基底膜11包括施加在第一基底膜11的顶部上的第一导电/半导电电极层13，所述第一导电/半导电电极层13是第一电极的一部分。第二基底膜12通常是电绝缘材料的，但是也可以本身是导电或半导电的。在图1所示的示例性实施方式中，第二基底膜12包括施加在第二基底膜12的顶部上的第二导电/半导电电极层14，所述第二导电/半导电电极层14是第二电极的一部分。在图1所示的示例性实施方式中，所述第一导电/半导电电极层13是绝缘的。在本发明的替代实施方式中，所述第二导电/半导电电极层14是绝缘的。此外，在本发明的另一替代实施方式中，所述第一导电/半导电电极层13和所述第二导电/半导电电极层14均是绝缘的。
在所述第一基底膜11和所述第二基底膜12、和/或所述第一导电/半导电电极层13和所述第二导电/半导电电极层14中使用半导电材料代替完全导电材料(即具有金属导电性)的优点可以是，可以使用更具成本效益的材料，特别是在希望电极透明性的情况下，或者在希望高柔韧性和/或一定弹性的情况下。使用半导电材料还提高了设备的安全性，以防发生意外故障时产生强烈的放电。
具有所述绝缘的第一导电/半导电电极层13的第一基底膜11具有电绝缘的弹性材料层15，例如，电绝缘的弹性体覆层15被施加在第一基底膜11的所述绝缘的第一导电/半导电电极层13的顶部上。此外，有许多弹性支撑节16排列成网格阵列并贴附在第一基底膜11的所述绝缘的第一导电/半导电电极层13的所述电绝缘弹性材料层15的顶部、或形成该电绝缘弹性材料层15的固有结构的一部分。
在本发明的替代实施方式中，可以不存在弹性基础层15，并且在两个导电/半导电电极层13和14之间的区域中将仅存在弹性支撑节16。
在图1示出的示例性实施方式中，所述电绝缘弹性材料层15的厚度为20微米(20μm)，所述多个弹性支撑节16的高度为60微米(60μm)，直径为60微米(60μm)。所述多个弹性支撑节16的高度与最大宽度的高宽比的最大值为2。电绝缘弹性材料层15和/或所述多个弹性支撑节16可以使用适当的沉积技术例如薄膜沉积技术来施加。所述多个弹性支撑节16可以由硅基有机聚合物制成，例如聚二甲基硅氧烷(PDMS)。所述多个弹性支撑节16可以被布置为彼此间隔小于10mm，优选地彼此间隔小于2mm。所述多个弹性支撑节16可具有圆锥形的形状，其底部比尖端厚。该形状因数特别适合于注塑成型，以使弹性层从模具中顺利地脱开。所述多个弹性支撑节16例如可以布置在如图2所示的间隔开的二维行/列网格阵列的网格阵列中。可选择地，所述多个弹性支撑节16可以布置在如图3所示的间隔开的三角形网格阵列的网格阵列中。
在将所述多个弹性支撑节16施加在第一基底膜11上之后，将具有所述第二导电/半导电电极层14的第二基底膜12上下翻转，并将其放置在多个弹性支撑节16的顶部上以形成静电致动层。在将所述第二基底膜12放置在第一基底膜11和多个弹性支撑节16的顶部上之前，可以将粘合剂施加到所述第二基底膜12和/或所述多个弹性支撑节16上。当所述第一基底膜11和所述第二基底膜12已经彼此堆叠为静电致动层时，所述静电致动层中的所述第一导电/半导电电极层13与所述第二导电/半导电电极层14之间的距离(即电极之间的距离)可以小于1000微米(1000μm)，优选小于200微米(200μm)。在图1所示的示例性实施方式的所述静电致动层中，所述第一和第二导电/半导电电极层13、14之间的距离是80微米(80μm)。
在所述静电致动层中，所述多个弹性支撑节16在所述第一和第二导电/半导电电极层13、14之间提供压缩空间，所述压缩空间没有完全填充有固体材料。在图1所示的示例性实施方式中，所述压缩空间为80微米(80μm)厚，并且具有20微米(20μm)厚的电绝缘弹性材料层15，因此留下60微米(60μm)的空间间隙，所述压缩空间的该空间间隙可以填充以流体，例如空气、氮气或电介质液体，例如电介质液压流体。在所提出的示例性实施方式中，所述静电致动层中的至少一个还可以包括网格阵列，所述网格阵列包括多个限制节，所述多个限制节布置在弹性支撑节之间、以及所述第一基底膜和所述第二基底膜之间，用于限制所述静电致动器结构的压缩。在所提出的示例性实施方式中，在所述空间间隙和弹性支撑节16的两侧上的所述第一和第二导电/半导电电极层13、14的表面可以本身是疏水的，或者被覆层为疏水或超疏水的，或者被处理成疏水的或超疏水的。
根据本发明的静电致动器结构被布置成当在所述至少第一电极和第二电极之间施加足够的电压差时发生压缩。所述静电致动器结构可以被嵌入成为柔性基底的一部分。所述静电致动器结构不一定是平坦的，并且可以是柔性的，并且可以作为一刚性的、不一定平坦的、或柔性的基底的一部分被嵌入。所示的静电致动器结构的单个静电致动层10的总厚度为280微米(280μm)，加上所述第一和第二导电/半导电电极层13、14的厚度以及所述粘合剂107的厚度，这给出了约为290微米(290μm)的总厚度。
发明人已经观察到，该系统对于节间隔和尺寸是非常由针对性的。对于该系统所设计的宏观致动应用，例如，具有100微米直径和1毫米间隔的100微米高的节尺寸在典型的硅橡胶硬度下可以很好地工作。当施加约1KV电压的电势差时，这样的节可例如压缩10至30微米。可以通过在彼此上方堆叠多个层来增加致动的幅度和强度。
图4是示出根据本发明的另一示例性实施方式的静电致动器结构的单个静电致动层的至少一部分的概念图。所示的静电致动器结构的单个静电致动层20包括第一基底膜21和第二基底膜22。在图4所示的示例性实施方式中，第一基底膜21的厚度为100微米(100μm)，第二基底膜22的厚度为175微米(175μm)。第一基底膜21通常由电绝缘材料制成，但是也可以本身是导电或半导电的。在图4所示的示例性实施方式中，第一基底膜21包括施加在第一基底膜21的顶部上的第一导电/半导电电极层23，所述第一导电/半导电电极层23是第一电极的一部分。第二基底膜22通常由电绝缘材料制成，但是也可以本身是导电或半导电的。在图4所示的示例性实施方式中，第二基底膜22包括施加在第二基底膜22的顶部上的第二导电/半导电电极层24，所述第二导电/半导电电极层24是第二电极的一部分。在图4所示的示例性实施方式中，所述第一导电/半导电电极层23是绝缘的。在本发明的替代实施方式中，所述第二导电/半导电电极层24是绝缘的。此外，在本发明的另一替代实施方式中，所述第一导电/半导电电极层23和所述第二导电/半导电电极层24均是绝缘的。
在所述第一基底膜21和所述第二第一基底膜22和/或所述第一导电/半导电电极层23和所述第二导电/半导电电极层24中使用半导电材料代替完全导电(即具有金属导电性)的优点可以是，可以使用更具成本效益的材料，特别是在希望电极透明性的情况下，或者在希望高柔韧性和/或一定弹性的情况下。使用半导电材料还提高了设备的安全性，以防发生意外故障时产生强烈的放电。
具有所述绝缘的第一导电/半导电电极层23的第一基底膜21具有电绝缘的弹性材料层25，例如，电绝缘的弹性体覆层25被施加在第一基底膜21的所述绝缘的第一导电/半导电电极层23的顶部上。此外，有许多弹性支撑节26排列成网格阵列并附在第一基底膜21的所述绝缘的第一导电/半导电电极层23的所述电绝缘弹性材料层25的固有结构的顶部，或形成该固有结构的一部分。
在本发明的替代实施方式中，可以不存在弹性基层25，并且在两个导电/半导电电极层23和24之间的区域中将仅存在弹性支撑节26。
在图4所示的示例性实施方式中，所述电绝缘弹性材料层25的厚度为20微米(20μm)，所述多个弹性支撑节26的高度为150微米(150μm)。所述多个弹性支撑节26的高度与最大宽度的高宽比的最大值为2。电绝缘弹性材料层25和/或所述多个弹性支撑节26可以使用适当的微加工技术例如薄膜沉积技术来施加。所述多个弹性支撑节26可以由硅基有机聚合物制成，例如聚二甲基硅氧烷(PDMS)。所述多个弹性支撑节26可以被布置成彼此间隔小于10mm的距离，优选地彼此间隔小于2mm的距离。所述多个弹性支撑节26可具有圆锥形的形状，其底部比尖端厚。该形状因数特别适用于注塑成型，以使弹性层从模具中顺利地脱开。所述多个弹性支撑节26例如可以布置在如图2所示的间隔的二维行/列网格阵列的网格阵列中。可选择地，所述多个弹性支撑节26可以布置在如图3所示的间隔的三角形网格阵列的网格阵列中。
对第二基底膜22进行微加工，例如刻蚀，以向所述第二基底膜22提供阱孔28，所述阱孔28被布置为与第一基底膜21的多个弹性支撑节26相匹配。可以使用合适的微加工技术微加工出阱孔28，例如各向异性湿法蚀刻技术。将具有所述第二导电/半导电电极层24的被微加工的第二基底膜22上下颠倒，并放置在第一基底膜21的多个弹性支撑节26的顶部上，以使阱孔28与多个弹性支撑节26重合，以形成静电致动层。在所述静电致动层中，弹性支撑节26位于所述阱孔28中。在将所述第二基底膜22放置在多个弹性支撑节26的顶部上之前，可以将粘合剂27施加到所述阱孔28和/或所述多个弹性支撑节26。在图4所示的示例性实施方式中，所述阱孔28的所述深度为90微米(90μm)。取决于待微加工的第二基底膜22的厚度，也可以使用其他合适的深度。
当所述第一基底膜21和所述第二基底膜22已经彼此上下堆叠成静电致动层时，所述静电致动层中的所述第一导电/半导电电极层23和所述第二导电/半导电电极层24之间的距离(即电极之间的距离)可以小于1000微米(1000μm)，优选小于200微米(200μm)。在图4所示的示例性实施方式的所述静电致动层中，所述第一和第二导电/半导电电极层23、24之间的所述距离是80微米(80μm)。由于所述第二基底膜22的阱孔28与所述第一基底膜21的多个弹性支撑节26相匹配，所述第一和第二导电/半导电电极层23、24之间的距离明显小于多个弹性支撑节26的高度。这是这种类型配置的主要优点，因为对于相同的节高度而言，电极之间的较短距离允许较强的静电压缩力。最终，这导致针对相似致动力的更高的压缩比。
在所述静电致动层中，所述多个弹性支撑节26在所述第一和第二导电/半导电电极层23、24之间提供压缩空间，所述压缩空间没有完全填充以固体材料。在图4所示的示例性实施方式中，所述压缩空间为80微米(80μm)厚，并且具有20微米(20μm)厚的电绝缘弹性材料层25，因此留下60微米(60μm)的空间间隙，所述压缩空间的该空间间隙可以填充以流体，例如空气、氮气或电介质液体，例如电介质液压流体。在所提出的示例性实施方式中，所述静电致动层中的至少一个还可以包括网格阵列，所述网格阵列包括多个限制节，所述多个限制节布置在弹性支撑节之间、并位于所述第一基底膜和所述第二基底膜之间，用于限制所述静电致动器结构的压缩。在所提出的示例性实施方式中，位于所述压缩空间的所述空间间隙和弹性支撑节26的两侧上的所述第一和第二导电/半导电电极层23、24的表面可以本身是疏水的，或者被覆层为疏水或超疏水的，或者被处理成疏水或超疏水的。
根据本发明的静电致动器结构被布置成：当在所述至少第一电极和第二电极之间施加足够的电压差时发生压缩。所述静电致动器结构可以被嵌入成为柔性基底的一部分。所述静电致动器结构不一定是平坦的，并且可以是柔性的，并且可以作为一刚性的、不一定平坦的、或柔性的基底的一部分被嵌入。所示的静电致动器结构的单个静电致动层20的总厚度为355微米(355μm)，加上所述第一和第二导电/半导电电极层23、24的厚度以及所述粘合剂27的厚度，这给出了约为365微米(365μm)的总厚度。
图5是示出根据本发明的一个示例性实施方式的具有四个静电致动层的静电致动器结构的至少一部分的概念图。所示的静电致动器结构包括四个静电致动层211-214。在图5所示的示例性实施方式中，每个静电致动层211-214包括：具有第一导电/半导电电极层的第一基底膜，所述第一导电/半导电电极层是第一电极230的一部分；以及具有第二导电/半导电电极层的第二基底膜，所述第二导电/半导电电极层是第二电极240的一部分；所述第一和第二导电/半导电电极层中的至少一个与其他导电/半导电电极层绝缘；以及包括多个弹性支撑节的网格阵列，所述多个弹性支撑节布置在所述第一基底膜和所述第二基底膜之间，从而在所述第一和第二导电/半导电电极层之间设置压缩空间，所述压缩空间未完全填充以固体材料。根据本发明的静电致动器结构还可以包括高电压驱动器250，例如具有反激模式(Flyback-mode)升压转换器的高电压驱动器。
在图5所示的示例性实施方式中，每个静电致动层211-214彼此上下叠置，使得所述静电致动层211-214的相似结构元件至少部分地重合，优选完全重合。根据本发明的静电致动器结构被布置成当在所述第一电极230和所述第二电极240之间施加足够的电压差时发生压缩。由于所述静电致动层211-214的重合、贴附和接合的结构，所述静电致动器结构的压缩效果随着重合层的数量而显著增加。借助于所述静电致动层211-214的贴附和接合的结构，避免了上述的孔，并且弥补/补偿了由于潜在的柱间吞咽而导致的可能的空气压缩效果降低。此外，还避免了潜在的层间起伏或不一致的分离。
由于每个静电致动层211-214具有大约365微米(365μm)的总厚度，根据所提出的示例性实施方式的具有四个静电致动层的静电致动器结构的厚度大约是365微米的四倍(4x365μm)，这使得静电致动器结构的总厚度约为1.46毫米(1.46mm)。根据本发明的静电致动器结构可以被气密密封。
所述的压缩节结构与气密密封一起，允许将层的压缩用作气动泵结构。气体或液体材料可用于致动受压力影响的各种弹性结构，通过气动或液压装置形成带纹理的表面或致动系统的某些部分。
图6是示出根据本发明的第三示例性实施方式的静电致动器结构的单个静电致动层的至少一部分的概念图。所示的静电致动器结构的单个静电致动层30包括第一基底膜31和第二基底膜32。在图6所示的示例性实施方式中，第一基底膜31的厚度为100微米(100μm)，第二基底膜32的厚度为175微米(175μm)。第一基底膜31通常是电绝缘材料的，但是也可以本身是导电或半导电的。在图6所示的示例性实施方式中，第一基底膜31包括施加在第一基底膜31的顶部上的第一导电/半导电电极层33，所述第一导电/半导电电极层33是第一电极的一部分。第二基底膜32通常是电绝缘材料的，但是也可以本身是导电或半导电的。在图6所示的示例性实施方式中，第二基底膜32包括施加在第二基底膜32的顶部上的第二导电/半导电电极层34，所述第二导电/半导电电极层34是第二电极的一部分。所述第一导电/半导电电极层33和所述第二导电/半导电电极层34中的一个或两个是绝缘的。
在所述第一基底膜31和所述第二第一基底膜32和/或所述第一导电/半导电电极层33和所述第二导电/半导电电极层34中使用半导电材料代替完全导电(即具有金属导电性)的优点可以是，可以使用更具成本效益的材料，特别是在希望电极透明性的情况下，或者在希望高柔韧性和/或一定弹性的情况下。
具有所述绝缘的第一导电/半导电电极层33的第一基底膜31具有电绝缘的弹性材料层35，例如，电绝缘的弹性体覆层35被施加在第一基底膜31的所述绝缘的第一导电/半导电电极层33的顶部上。此外，有许多弹性支撑节36排列成网格阵列并附着在第一基底膜31的所述绝缘的第一导电/半导电电极层33的所述电绝缘弹性材料层35的固有结构的顶部，或形成该固有结构的一部分。在图6所示的示例性实施方式中，所述电绝缘弹性材料层35的厚度为20微米(20μm)，所述多个弹性支撑节36的高度为80微米(80μm)。所述多个弹性支撑节36的高度与最大宽度的高宽比的最大值为2。电绝缘弹性材料层35和/或所述多个弹性支撑节36可以使用适当的微加工技术例如薄膜沉积技术来施加。所述多个弹性支撑节36可以由硅基有机聚合物制成，例如聚二甲基硅氧烷(PDMS)。所述多个弹性支撑节36可以被布置成彼此间隔小于10mm的距离，优选地彼此间隔小于2mm的距离。所述多个弹性支撑节16可具有圆锥形的形状，其底部比尖端厚。该形状因数特别适用于注塑成型，以使弹性层从模具中顺利地脱开。所述多个弹性支撑节36例如可以布置在如图2所示的间隔的二维行/列网格阵列的网格阵列中。可选择地，所述多个弹性支撑节36可以布置在如图3所示的间隔的三角形网格阵列的网格阵列中。
此外，根据本示例性实施方式的静电致动器结构包括气体储存部37，例如空气储存部，其允许在空气压缩或从压缩层移出时减少总的空气压缩。对第二基底膜32进行微加工，例如刻蚀，以向所述第二基底膜32提供气体储存部37、例如空气储存部37，所述气体储存部37布置成减小空气体积的压缩比。气体储存部37可以使用合适的微加工技术例如各向异性湿法蚀刻技术进行微加工。将具有所述第二导电/半导电电极层34的被微加工的第二基底膜32上下翻转，并放置在多个弹性支撑节36的顶部上，以形成静电致动层。在图6所示的示例性实施方式中，所述气体储存部37的深度为90微米(90μm)。取决于待微加工的第二基底膜32的厚度，也可以使用其他合适的深度。此外，所述气体储存部37的深度可以与第二基底膜32的厚度相同，从而它们形成穿过第二基底膜32的孔。
发明人已经观察到，该系统对于节间隔和尺寸非常具有针对性。对于该系统所设计的宏观致动应用，例如，具有100微米直径和1毫米间隔的100微米高的节的尺寸在典型硅橡胶硬度下可以很好地工作。当施加约1KV电压的电势差时，这样的节可例如压缩10至30微米。可以通过在彼此之上堆叠数各层来增加致动的幅度和强度。
另外，可以选择半导电层的电阻，使得所述致动器结构可以定位在电容式触摸传感器或电容式触摸面板的顶部上，并允许触摸传感器穿过该层进行感测。这是可能的，因为电容式触摸传感器或电容式触摸面板通常使用超过100kHz的信号进行感测，而本致动器通常以低于500Hz的信号进行驱动。因此，有可能使用例如表面电阻为100k Ohm/square至100M Ohm/square之间的半导电材料制作致动器电极，其中它们对于致使致动器致动而言可以充电得足够快，但它们对于触摸面板更高频率的感应信号而言表现为绝缘层。可以选择第一基底膜和第二基底膜的半导体性能，使得所述第一基底膜和所述第二基底膜对于较高频率感测信号表现为绝缘层。
使用半导电材料还可具有另一个益处，如果所述致动器暴露于例如由导电物体引起的穿刺危险中，则半导电材料用作自然的电流限制法子/方式，提供额外的安全益处。
图7是示出根据本发明的另一示例性实施方式的具有六个静电致动层的静电致动器结构的至少一部分的概念图。所示的静电致动器结构包括六个静电致动层111-116。在图7所示的示例性实施方式中，每个静电致动层111-116包括：具有第一导电/半导电电极层的第一基底膜，所述第一导电/半导电电极层是第一电极130的一部分；以及具有第二导电/半导电电极层的第二基底膜，所述第二导电/半导电电极层是第二电极140的一部分；所述第一和第二导电/半导电电极层中的至少一个与其他导电/半导电电极层绝缘；所述静电致动层111-116彼此上下堆叠在一起作为静电致动层的叠层，从而在所述叠层的中间，一双功能基底膜形成用于所述静电致动层111-116中的两个层的第一基底膜或第二基底膜，一个层位于所述双功能基底膜下方、另一个层位于所述双功能基底膜上方。根据本发明的静电致动器结构还可包括高电压驱动器150，例如具有反激模式升压转换器的高电压驱动器。此外，在所述静电致动层的叠层中的每个基底膜可包括嵌入式连接元件121-127，例如嵌入式金属线121-127，所述嵌入式连接元件121-127将一个/多个导电/半导电电极层连接到所述高电压驱动器150。在所述静电致动层的叠层的中间，嵌入式连接元件122-126将所述双功能基底膜的导电/半导电电极层连接在一起，并连接到所述高电压驱动器150。
每个静电致动层111-116还包括网格阵列，该网格阵列包括多个弹性支撑节，所述多个弹性支撑节布置在所述第一基底膜和所述第二基底膜之间，从而在所述第一和第二导电/半导电电极层之间布置有压缩空间，所述压缩空间没有完全填充以固体材料。
图8是示出根据本发明的第三示例性实施方式的具有六个静电致动层的静电致动器结构的至少一部分的概念图。所示的静电致动器结构包括六个静电致动层131-136。在图8所示的示例性实施方式中，每个静电致动层131-136包括：具有第一导电/半导电电极层的第一基底膜，所述第一导电/半导电电极层是第一电极130的一部分；以及具有第二导电/半导电电极层的第二基底膜，所述第二导电/半导电电极层是第二电极140的一部分；所述第一和第二导电/半导电电极层中的至少一个与其他导电/半导电电极层绝缘；所述静电致动层131-136彼此上下堆叠在一起作为静电致动层的叠层，使得在所述叠层的中间，双功能基底膜形成用于所述静电致动层131-136中的两个层的第一基底膜或第二基底膜，一个层位于所述双功能基底膜下方、另一个层位于所述双功能基底膜上方。此外，在所述静电致动层的叠层的中间，所述双功能基底膜的双功能导电/半导电电极层被布置成用作用于所述静电致动层131-136中的两个层的导电/半导电电极层，一个层位于所述双功能导电/半导电电极层下方、另一个层位于所述双功能导电/半导电电极层上方。
根据本发明的静电致动器结构还可以包括高电压驱动器150，例如具有反激模式升压转换器的高电压驱动器。此外，所述静电致动层的叠层中的每个基底膜可包括嵌入式连接元件141-147，所述嵌入式连接元件141-147将导电/半导电电极层/覆层连接至所述高电压驱动器150。
每个静电致动层131-136还包括网格阵列，该网格阵列包括多个弹性支撑节，所述多个弹性支撑节布置在所述第一基底膜和所述第二基底膜之间，从而在所述第一和第二导电/半导电电极层之间布置有压缩空间，所述压缩空间没有完全填充以固体材料。
图9是示出根据本发明的第四示例性实施方式的具有六个静电致动层的静电致动器结构的至少一部分的概念图。所示的静电致动器结构包括六个静电致动层151-156。在图9所示的示例性实施方式中，每个静电致动层151-156包括：具有第一导电/半导电电极层的第一基底膜，所述第一导电/半导电电极层是第一电极130的一部分；以及具有第二导电/半导电电极层的第二基底膜，所述第二导电/半导电电极层是第二电极140的一部分；所述第一和第二导电/半导电电极层中的至少一个与其他导电/半导电电极层绝缘；所述静电致动层151-156彼此上下堆叠在一起作为静电致动层的叠层，使得在所述叠层的中间，双功能电绝缘弹性材料层形成用于所述静电致动层151-156中的两个层的第一基底膜或第二基底膜，一个层位于所述双功能电绝缘弹性材料层下方、另一个层位于所述双功能电绝缘弹性材料层上方。此外，在所述静电致动层的叠层的中间，所述双功能电绝缘弹性材料层的双功能导电/半导电电极层被布置成用作用于所述静电致动层151-156中的两个层的导电/半导电电极层，一个层位于所述双功能导电/半导电电极层下方、另一个层位于所述双功能导电/半导电电极层上方。
根据本发明的静电致动器结构还可以包括高电压驱动器150，例如具有反激模式升压转换器的高电压驱动器。此外，所述静电致动层的叠层中的每个基底膜可以包括嵌入式连接元件161-167，所述嵌入式连接元件161-167将导电/半导电电极层/覆层连接至所述高电压驱动器150。
每个静电致动层151-156还包括网格阵列，该网格阵列包括多个弹性支撑节，所述多个弹性支撑节布置在所述第一基底膜和所述第二基底膜之间，从而在所述第一和第二导电/半导电电极层之间布置有压缩空间，所述压缩空间没有完全填充以固体材料。
所述静电致动器结构的所述两个或更多个静电致动层可以包括若干个彼此上下堆叠以形成至少两个静电致动层的叠层的静电致动层，如图10A、图10B、图11A和图11B所示。在所示出的示例性实施方式中，位于所述空间间隙和弹性支撑节的两侧上的所述第一和第二导电/半导电电极层的表面可以本身是疏水的，或者被覆层成疏水或超疏水的，或者被处理成疏水或超疏水的。
图10A/10B和图11A/11B示出了一种静电致动器结构，该静电致动器结构具有至少两个静电致动层的叠层，该静电致动层的叠层具有至少一个气体储存部、例如空气储存部以及一弹性表面层，该气体储存部布置在所述至少两个静电致动层的叠层之间，该弹性表面层布置在所述至少两个静电致动层的叠层的顶部和所述至少一个气体储存部的顶部。在图11A/11B中，所述静电致动器结构在所述弹性表面层的顶部还具有附加的稳固结构。图10A/11A示出了处于静止状态时的所述静电致动器结构。图10B/11B示出了当被压缩时的所述静电致动器结构，从而位于所述至少一个气体储存部的顶部上的所述弹性表面层相应地凸出。
图12A/12B/12C示出了一概念图，其示出根据本发明的第五示例性实施方式的静电致动器结构的单层的至少一部分。在图12A/12B/12C中，所述静电致动器结构具有柔性的上基底。
图12A示出了处于静止状态时的所述静电致动器结构。图12B示出了当被部分压缩时的所述静电致动器结构。图12C示出了当被完全压缩时的所述静电致动器结构。在图12B/12C中，当所述静电致动器结构的柔性上基底被压缩时，多余的气体在支撑节的位置处隆起。
图13A/13B/13C/13D示出了根据本发明示例性实施方式的有源元件。图13A和13B分别是有源元件的俯视图和仰视图。图13C和13D分别是如图13B所示的有源元件的沿轴线AB和CD的剖面图。
在图13A/13B/13C/13D中，电极层用附图标记101表示。节103或柱体103均由以相同材料制造的基础层连接，它们与该相同材料的基础层形成单个单元，用弹性层102表示。然而，这仅是一个示例，在其他实施方式中，节或柱体可以单独地分布、在它们之间没有连接的情况下形成压缩层，或者可以通过相同或不同材料的网格结构进行连接。所提出的有源元件用于堆叠，并在相邻有源元件之间驱动电荷以便在它们之间产生吸引力。与本发明中的一样，静电系统中的关键问题是，当它们经受相对较高的电势差时，在电极层之间可能发生放电。为了解决这个问题，如上所述，当施加的电压差足够高时，必须具体地适配在不同示例性实施方式中所提出的每种配置，以防止电极之间的流体的介电击穿。在当前示例性实施方式中，非导电弹性层102具有比电极层101更大的表面积，并且如果施加的电势差足够低，则该区域差足以防止电极之间的放电。可以以这种方式使用与弹性节相同的材料对电极进行绝缘，并且弹性节可以形成同一层的一部分，但是也可以通过用附加的绝缘层完全覆盖暴露的、与电极之间的流体接触的电极区域来实现或改善电绝缘，其中附加的绝缘层由高电绝缘材料(例如聚合物或聚酰亚胺)制成，例如Kapton，从而形成防止在有源元件的两个或多个电极之间放电的层。该后一种配置在图14A/14B/14C/14D/14E/14F所示的以下示例性实施方式中示出。
图14A/14B/14C/14D/14E/14F示出了根据本发明另一示例性实施方式的有源元件。在图14A/14B/14C/14D/14E/14F所示的另一示例性实施例中，通过包括附加的绝缘层来进一步防止电极之间的放电。图14A和14B分别是有源元件的俯视图和仰视图。图14C和14D/14E/14F是如图14B所示的有源元件的沿着轴线AB和CD的剖面图，图14D/14E/14F分别表示不同的替代配置。
在图14A/14B/14C/14D/14E/14F中，电极层用附图标记201表示。节203或柱体203与相同材料的基础层一起形成弹性层202的整体部分。绝缘层用附图标记204表示，所述绝缘层204的表面延伸超过电极201区域的边缘，从而在此区域中与非导电弹性层202直接接触以实现电绝缘。位于弹性层202和绝缘层204之间的电极201的位置在图14A和14B中用细虚线表示。
图14D/14E/14F的不同替代配置表示用于电极层201的暴露区域的结构的不同替代方案的示例，该暴露区域对于电连接而言是必需的。它们全部旨在允许来自有源元件的两侧的电接触，这在一些基本的堆叠配置中是非常有用的，如下文描述的图16A/16B/16C/16D所示。
在图14D中，在电接触区域处，电极层201在绝缘层204的边缘之后弯曲，并在绝缘层204的上侧延伸，保持与绝缘层204上表面的直接接触。仅在电极层的导电性不受其在边缘处的高弯曲度影响的情况下，该图中所示的配置才是可能的。例如，对于一些实施方式，诸如铜箔的固体金属层是合适的材料。
在图14E中，电极层201始终与绝缘层204的底面接触，并且在接触区域处与绝缘层204一起弯曲，从而使电极从有源元件的两侧暴露出来。取决于这些层的弯曲边缘处的最大曲率，该配置将允许使用更薄的电极层，例如薄膜覆层。
在图14F中，极薄的电极层(在图中不可见)始终与绝缘层204的底面接触。较厚的导电层205布置在接触区域处，在绝缘层204的底部处与电极层直接电接触，并在边缘后方弯曲，从而有利于该区域中从有源元件的两侧的电接触。
图15A/15B/15C/15D/15E示出了根据本发明第三示例性实施方式的有源元件。在图15A/15B/15C/15D/15E所示出的另一示例性实施方式中，通过包括第二附加绝缘层305进一步防止了电极之间的放电。图15A和15B分别是有源元件的俯视图和仰视图。图15C、15D和15E分别是如图15B所示的有源元件的沿轴线AB、CD和EF的剖面图。
在图15A/15B/15C/15D/15E中，电极层用附图标记301表示。节303或柱体303与相同材料的基础层一起形成弹性层302的整体部分。第一绝缘层304及其表面延伸超出电极301区域的边缘，与非导电弹性层302直接接触，或在扩展接触区域中与附加绝缘层305直接接触，以实现电绝缘。电极301在弹性层302(或绝缘层305)和绝缘层304之间的位置在图15A和15B中用细虚线表示。
图14A/14B/14C/14D/14E/14F和图15A/15B/15C/15D/15E的示例之间的主要区别在于：图14A/14B/14C/14D/14E/14F中的沿着狭窄直线区域朝向接触区域延伸的非导电弹性层202已经被图15A/15B/15C/15D/15E的第二绝缘层305代替。这对于更简单或更经济的制造、或对于更牢固的最终产品而言可能是有益的。这还可以帮助限制电极层在该连接区域中的移动或弯曲。
图16A/16B/16C/16D示出了根据本发明示例性实施方式的有源元件叠层。图16A和图16B分别是构成有源元件叠层的基础有源元件的透视图、以及最终有源元件叠层的一种可能构造的透视图。图16C和16D分别是如图16B所示的有源元件叠层的沿轴线AB和CD的剖面图。在图16A/16B/16C/16D中，电极层用元件401表示，弹性层用元件402表示，包括其相应的柱体403，绝缘层用元件404表示。
在图16A/16B/16C/16D中，用于电连接的触点以180度构型(沿直线)定位，但是根据传感器或致动器(传感器/致动器)的最终布置，只要它们之间不重叠，它们可以以任何其他角度放置。
在有源元件叠层的每一侧，电极401之间的电接触可以通过将它们焊接在一起、或者通过使用一些机械夹(例如弹簧夹)、或者通过将其夹在小型永磁体之间来实现。电连接的牢固性和安全性可以通过用固体材料(例如弹性层材料)对其进行密封来提高。
图17A/17B/17C/17D/17E/17F示出了根据本发明另一示例性实施方式的构成有源元件叠层的基础有源元件。图17A和图17B分别是该新的有源元件的透视图和俯视图。图17C、17D、17E和17F分别是如图17B所示的有源元件的沿轴线AB、CD、EF和GH的剖面图。在图17A/17B/17C/17D/17E/17F中，电极层用附图标记501表示，弹性层(包括柱体)用附图标记502表示，绝缘层用附图标记504表示。电极层501在弹性层502和绝缘层504之间(或在图17F的绝缘层504之间)的位置在图17B中用细虚线表示。
图18A/18B/18C示出了在本发明的前述示例性实施方式中描述的有源元件的可能的叠层配置。在这些附图中，图17A/17B/17C/17D/17E/17F中描述的基础有源元件以下述配置堆叠：其中只有两个基础有源元件以交错配置相重叠。图18A表示图17A/17B/17C/17D/17E/17F中描述的基础有源元件的可能的层叠配置的透视图，图18B和18C分别是如图18A所示的叠层的沿轴线AB和CD的剖面图。在图18A/18B/18C中，电极层用附图标记601表示，弹性层用附图标记602表示(包括其对应的柱体)，绝缘层用附图标记604表示。
如上所述，在本发明的该示例性实施方式中，每个叠层的基础有源元件(如图17A/17B/17C/17D/17E/17F中的基础有源元件)的数量为两个。然而，如在图18A/18B/18C中可见的，与弹性层(502或602)的数量相等的有源层的数量由基础有源元件的长度、即由其包括的弹性层的数量确定。
图18A/18B/18C中描述的有源元件的叠层的主要优点是，相对于在图16A/16B/16C中描述的有源元件叠层，每个电极层都存在用于电连接的单个触点，以及具有更高的叠层牢固性。另外，在图17A/17B/17C/17D/17E/17F中描述的有源元件的长度可以通过简单地以特定长度切割较长的带材卷来进行调整。但是，这种选择要求在切割后要有新的用于电连接的触点，例如可以通过使电极层501的暴露部分位于弹性层502之间的区域中来实现。
两种类型的有源元件——图13A至图16D中的有源元件或图17A至图18C中的有源元件——都可以按照现有的工业工艺制造，例如注塑成型、卷对卷层压、和切割台(cuttingstage)。
有源元件的叠层可以用作单个致动元件，或者可以将多个叠层(来自每种配置——图16A/16B/16C/16D和图18A/18B/18C——或包含两者的混合)与同一电信号源并联。如上所述，多个叠层的水平分布可以利于在不同局部区域中产生不同的致动。
源可以将信号提供给每个叠层——例如通过将它们连接到电缆或分层导体的导电网络或网格，或连接到印刷电路板或任何其他配置。
对于在所有附图中表现为彼此直接接触的所有层，可以假定，它们可以包括连接它们的一小层粘合剂以增加有源元件的牢固性。
由于压缩时有源元件的表面积没有变化——这是基于柱体的弹性层相对于传统电活性聚合物致动器的主要优点——因此可以在任何适宜的导电或半导电材料中自由选择电极层的材料，并且由于在该层中没有拉伸，电极的电阻率值在叠层的压缩期间预期保持恒定。
弹性层的材料可以是任何非导电弹性材料，例如天然橡胶、聚合物例如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、或复合材料。
取决于最终应用，有源元件的表面积可以在1mm2至100m2的范围内或者更大。
未定义有源元件的表面形状。有源元件可以是圆形、六边形、正方形、三角形，或者可以具有任何其他形状，例如任何复杂的多边形形状。为了清楚起见，在呈现的示例中仅示出了圆形。
作为一个层，有源元件是部分可弯曲的，使得它们的叠层可适合于通过适度的曲率在表面上提供致动、感测或两者。
用于制作功能叠层的单个有源元件的最小数量是两个。没有限定用于制作功能设备的有源元件的最大数量；根据应用，其范围可以从2到1000，甚至更多。
柱体的形状可以是圆柱形、立方体形，或者可以具有更复杂的结构，例如截锥或其他形状。
在图16A/16B/16C/16D和图18A/18B/18C中所示的有源元件的叠层可以包括不具有弹性层的附加底层(仅电极和绝缘层)——对于其中存在可压缩或具有柱体结构的叠层底层会很不方便的情况而言。
在图16A/16B/16C/16D和图18A/18B/18C中所示的有源元件的叠层可以被装在绝缘材料的袋子、小袋或信封中，以提高最终产品的安全性和耐用性，并保护其免受环境湿度引起的潜在问题的影响。
在一个替代实施方式中，所述静电致动器结构的所述两个或更多个静电致动层包括彼此上下堆叠的数个静电致动层，使得所述层的相似结构元件甚至没有部分地重合，即不相互搭叠。在所述替代实施方式中，由一个静电致动层中的力引起的可能的弯曲在另一(或另外数个)静电致动层的一个或多个弹性支撑件附近对准。这导致这样一种整体结构：其中，尽管在所述结构的各个层中发生弯曲，但是根据所述替代实施方式的静电致动层的叠层大致均匀地压缩。这里的弯曲指的是静电致动层中发生弯曲、使得弹性支撑节之间的区域比弹性支撑节的位置处更靠近相对电极的过程。
在另一个替代实施方式中，所述静电致动器结构包括一网格，其包括更具刚性的瓦块结构以及位于更具刚性的结构之间的更可延展区域。所述另一替代实施方式的结构允许致动器表面在可延展区域结构的部位处弯曲，同时在刚性瓦块结构的部位处保持局部刚性，当对静电致动层施加电位差时，所述刚性瓦块结构有助于压缩，同时抵抗节之间的弯曲。
本发明的特定配置和结构可以在同一系统中提供致动和感知检测，这是方便的并且在现有设备中不常见。
本发明的特定配置和结构可以在同一系统中提供致动和感知检测。由于已知驱动信号，因此可以监视电容的变化和由致动器汲取的电流，因此可以估计所述致动器的整体压缩。此外，还可以在没有驱动信号的情况下监视系统的电容，该驱动信号会明显压缩系统。在该情况下，系统电容的变化表明系统受到外力的压缩。各种校准程序允许将测量的信号值转换为对于系统的物理形变的变化的估计。该系统还可以分为子系统，每个子系统都有自己的监视电路，这允许对系统中的物理变化进行更局部化的监视。还应注意到，可以通过各种其他信号代理例如电压变化、电流消耗变化或系统振荡频率的变化来监视电容的变化。
电极层的相互交错的配置使得叠层的电容对小的叠层压缩非常敏感。因此，可以通过持续监视叠层的电容来实现压缩感测的功能。
代替包括弹性支撑节，所述静电致动器结构的其他替代实施方式可以包括例如连接到顶部层的刚性支撑、弹性层材料、泡沫填充结构、连续支撑件、连续限制结构、腹板结构、凸起支撑。所述静电致动器结构的另一替代实施方式可包括密封单元上的空气，在压缩时像弹簧那样工作。所述静电致动器结构的另一替代实施方式可以包括半固体泡沫，其用作电极之间的弹簧。此处的半固体泡沫是指固态泡沫，其中的气包未完全密封，但它们会聚合，从而在气泡之间的固态壁中留下孔。所述静电致动器结构的第三另外的替代实施方式可以包括由适当的聚合物制成的3D打印或模制的3D网格，其在压缩时用作弹簧。在这种情况下，可以利用磁体，以便对于较高的弹簧系数值，可以将极性相反、彼此面对放置的约束磁体的排斥力用作分离节点。
应该理解，以上描述和附图仅旨在教导发明人所知晓的制造和使用本发明的最佳方式。对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以以各种方式来实现本发明构思。因此，如本领域技术人员根据上述教导所理解的，可以在不偏离本发明的情况下修改或改变本发明的上述实施方式。因此，应当理解，本发明及其实施方式不限于上述示例，而是可以在权利要求及其等同方案的范围内变化。

Claims (23)

1.一种有源元件结构，包括至少一个可堆叠的有源元件，所述至少一个可堆叠的有源元件中的每个所述有源元件包括：
-基底膜，其本身是导电或半导电的、或包括导电/半导电的电极层，和
-弹性层，其包括以网格阵列形式布置的多个弹性支撑节，从而在所述多个弹性支撑节之间布置有压缩空间；
-其中，所述有源元件结构被布置为当在至少两个堆叠的有源元件之间施加足够的电压差时进行压缩，以及
-其中，所述有源元件结构在电极上方具有绝缘边缘或完全密封，从而当在两个或多个有源元件结构之间施加足以引起显著压缩的电势时，防止两个或多个有源元件结构的层之间发生高压放电。
2.根据权利要求1所述的有源元件结构，其中，所述弹性层包括基础弹性层，所述多个弹性支撑节布置在所述基础弹性层上。
3.根据权利要求1所述的有源元件结构，其中，所述有源元件结构被嵌入作为柔性基底的一部分。
4.根据权利要求1所述的有源元件结构，其中，至少两个堆叠的所述有源元件之间的距离小于1000微米(1000μm)，优选地小于200微米(200μm)。
5.根据权利要求1所述的有源元件结构，其中，所述多个弹性支撑节中的相邻支撑节布置成彼此间隔小于10mm的距离，优选地彼此间隔小于2mm的距离。
6.根据权利要求1所述的有源元件结构，其中，至少两个堆叠的所述有源元件的所述压缩空间至少部分地填充有流体，例如空气、氮气或电介质液体，例如电介质液压流体。
7.根据权利要求1所述的有源元件结构，其中，所述多个弹性支撑节由硅基有机聚合物制成，例如聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
8.根据权利要求1所述的有源元件结构，其中，所述多个弹性支撑节具有锥形形状，其底部比尖端厚。
9.根据权利要求1所述的有源元件结构，其中，所述多个弹性支撑节的高度与最大宽度的高宽比的最大值为2。
10.根据权利要求1所述的有源元件结构，其中，所述有源元件的表面本身是疏水的，或者被覆层成疏水或超疏水的，或者被处理成疏水或超疏水的。
11.根据权利要求1所述的有源元件结构，其中，所述有源元件中的两个或多个相互叠置，使得数个所述静电致动层的相似结构元件至少部分地重合。
12.根据权利要求1所述的有源元件结构，其中，两个或更多个所述有源元件彼此上下堆叠，使得所述层的相似结构元件甚至没有部分重合。
13.根据权利要求1所述的有源元件结构，其中，所述有源元件结构包括网格，所述网格包括更具刚性的瓦块结构和更可延展的区域结构。
14.根据权利要求1所述的有源元件结构，其中，所述有源元件结构是气密密封的。
15.根据权利要求1所述的有源元件结构，其中，所述有源元件结构包括气体储存部，例如空气储存部，其允许在空气压缩或从压缩层移出时减少总体空气压缩。
16.根据权利要求14所述的有源元件结构，其中，所述静电致动器结构具有至少两个有源元件结构的叠层、至少一个气体储存部、和布置在所述至少两个有源元件结构的叠层的顶部上以及所述至少一个气体储存部的顶部上的弹性表面层。
17.根据权利要求16所述的有源元件结构，其中，所述有源元件结构具有位于所述弹性层的顶部上的、附加的稳固结构。
18.根据权利要求1所述的有源元件结构，其中，所述有源元件是柔性的。
19.根据权利要求1所述的有源元件结构，其中，所述基底膜的半导电性能被选择成使得所述基底膜针对高频率感测信号表现为绝缘层。
20.根据权利要求1所述的有源元件结构，其中，监视其电信号特性，以允许检测和/或控制所述致动器中的物理变化。
21.一种致动器，包括根据权利要求1至20中任一项所述的有源元件结构。
22.一种传感器，包括根据权利要求1至20中任一项所述的有源元件结构。
23.一种致动器/传感器，包括根据权利要求1至20中任一项所述的有源元件结构。
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