CN116645879A - 立体表面显示设备及其操作方法 - Google Patents

Abstract

提供一种立体表面显示设备，其包括具有单元区域的立体显示单元，其中，所述立体显示单元包括：第一柔性层；在所述第一柔性层中的第一光波导和第一光输出单元，其中所述第一光输出单元设置在所述单元区域中；设置在所述立体显示单元的一个侧面上的第一光源，其中所述第一光波导将所述第一光源和所述第一光输出单元连接；在所述第一柔性层上的第一光热响应层，其中所述第一光热响应层被配置为接收从所述第一光输出单元出射的输出光并出射热能；和在所述第一光热响应层上的形变层，其中所述形变层被配置为通过接收来自所述第一光热响应层的热能而产生弯曲变形。

Description

立体表面显示设备及其操作方法

相关申请的交叉引用

本美国非临时专利申请根据35U.S.C.§119要求2022年2月24日提交的韩国专利申请号10-2022-0024615和2022年12月23日提交的韩国专利申请号10-2022-0183050的优先权，这两个申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明构思涉及立体表面显示设备及其操作方法，更具体地涉及柔性/可穿戴的立体表面显示设备及其操作方法。

背景技术

由于基于触摸屏的便携式电子设备和电子信息设备(例如广告亭)的发展和普及，设置在平板视觉信息显示器上的用户界面(UI)和触摸界面已经在世界范围内流行。目前，大多数平板式触摸界面在用户用手指触摸表面时仅以将振动传递到手指的形式提供触觉反馈。

触觉反馈通过控制致动器(电机、音圈等)的动态驱动信号来提供点击按钮的感觉。还有一种根据接触力改变振动强度的触觉反馈技术。然而，可以通过调节振动信号波形和强度提供的触觉信息可能仅提供UI的操作感。现有的触觉反馈难以传递具有视觉信息的物理三维结构。因此，正在进行各种研究以表达视觉信息的形状或通过物理变换实现盲文显示。例如，已经研究了通过用大型电机系统调节排列成阵列的块的竖直位置或通过经气动压力调节磁体的竖直位置来在磁体上突出柔性薄膜的技术。

发明内容

本发明构思提供了一种具有优良耐久性的可弯曲且可穿戴的立体表面显示设备。

本发明构思还提供了一种操作立体表面显示设备的方法。

本发明构思的一个实施例提供了一种立体表面显示设备，其包括具有单元区域的立体显示单元，其中，所述立体显示单元包括：第一柔性层；在所述第一柔性层中的第一光波导和第一光输出单元，其中所述第一光输出单元设置在所述单元区域中；设置在所述立体显示单元的一个侧面上的第一光源，其中所述第一光波导将所述第一光源和所述第一光输出单元连接；在所述第一柔性层上的第一光热响应层，其中所述第一光热响应层被配置为接收从所述第一光输出单元出射的输出光并出射热能；和在所述第一光热响应层上的形变层，其中所述形变层被配置为通过接收来自所述第一光热响应层的热能而产生弯曲变形。

在本发明构思的一个实施例中，一种立体表面显示设备包括具有多个单元区域的立体显示单元，其中所述立体显示单元包括：第一柔性层；设置在所述第一柔性层中的多个下部光输出单元，其中所述多个下部光输出单元分别设置在所述多个单元区域中；在所述第一柔性层上的第一光热响应层，其中所述第一光热响应层被配置为接收从所述多个下部光输出单元出射的下部光并出射第一热能；在所述第一光热响应层上的形变层；在所述形变层上的第二光热响应层；在所述第二光热响应层上的第二柔性层；和设置在所述第二柔性层中的多个上部光输出单元，其中，所述第二光热响应层被配置为接收从所述多个上部光输出单元出射的上部光并出射第二热能。

在本发明构思的一个实施例中，一种立体表面显示设备的操作方法包括：将入射光从光源照射到光波导，其中所述光波导将入射光引导到光输出单元；将输出光从所述光输出单元出射到光热响应层，其中所述光热响应层接收输出光并产生热能；利用热能加热形变层，其中所述形变层被加热以使得所述形变层中的弹性模量降低并且所述形变层的热膨胀系数增大；以及通过所述形变层的增大的热膨胀系数与所述光热响应层的热膨胀系数之间的差异在所述形变层中产生弯曲变形。

附图说明

附图用于提供对本发明构思的进一步理解，并入并构成本说明书的一部分。附图示出了本发明构思的实施例，并且与描述一起用于解释本发明构思的原理。在附图中：

图1是示出根据本发明构思的实施例的立体表面显示设备的组成单元的示意图；

图2是用于解释根据本发明构思的实施例的立体显示单元的平面图；

图3是图2的沿A-A’线截取的剖视图；

图4A、4B和4C是用于解释根据本发明构思的实施例的立体表面显示设备的操作的剖视图；

图5是用于解释根据本发明构思的另一实施例的形状可变显示器的与图1的线A-A’相对应的剖视图；

图6A、6B和6C是用于解释根据本发明构思的实施例的立体表面显示设备的操作的剖视图；

图7是用于解释根据本发明构思的另一实施例的立体显示单元的平面图；

图8是沿图7的线A-A’截取的剖视图；

图9A和9B是示出了根据本发明构思的一个实施例的立体表面显示设备的一个示例的图；

图10A和10B是示出了根据本发明构思的实施例的立体表面显示设备的一个示例的示图；和

图11A和11B是示出了根据本发明构思的一个实施例的立体表面显示设备的一个示例的图。

具体实施方式

为了充分理解本发明构思的配置和效果，将参考附图详细描述本发明构思的优选实施例。本发明构思不限于下面公开的实施例，而是可以以各种形式实施，并且可以添加各种修改和变更。然而，意图通过对本发明实施例的描述完整地公开本发明构思的技术思想，并充分告知本发明构思所属领域的普通技术人员。

在本说明书中，当一个部件被称为在另一个部件上时，它可以直接形成该在另一个部件上，或者其间可以介设有第三个部件。另外，在附图中，为了有效描述技术内容，夸大了部件的粗细。在整个说明书中，相同的附图标记指代相同的元件。

在本说明书的各个实施例中，诸如第一、第二、第三等术语用于描述各种部件，但是这些部件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个部件和另一个部件。本文描述和示出的实施例还包括其补充实施例。

本说明书中使用的术语用于描述实施例，且并非意在限制发明构思。在本说明书中，单数形式也包括复数形式，除非在语句中特别说明。如说明书中所用，“包含”和/或“包括”不排除一个或多个其他元件的存在或添加。

本发明构思的立体表面显示设备可以用作柔性元件和/或可穿戴元件。本发明构思的立体表面显示设备可以包括适用于柔性元件的各种电子设备。在下文中，将描述根据本发明构思的实施例的立体表面显示设备。

图1是示出了根据本发明构思的实施例的立体表面显示设备的组成单元的示意图。

参照图1，立体表面显示设备可以包括立体显示单元SSD、控制单元CNT和电源单元PSU。立体显示单元SSD可以包括至少一个表面形状改变的单元。立体显示单元SSD可以是能够被弯曲或弯折的柔性显示器。立体显示单元SSD可以以立体形状输出用户所需的信息。

控制单元CNT可以控制立体显示单元SSD，以改变立体显示单元SSD中的至少一个单元的形状。由控制单元CNT处理的信号可以被输入到立体显示单元SSD并以与该信号相对应的形状显示。作为本发明构思的一个实施例，控制单元CNT可以包括片上系统(SOC)。

电源单元PSU可以供给立体表面显示设备所需的电力。具体而言，电源单元PSU可以向立体显示单元SSD和控制单元CNT供电。在本发明构思的一个实施例中，电源单元PSU可以包括便携式电池。例如，电源单元PSU可以包括锂二次电池。电源单元PSU的电池可以被配置为适用于柔性设备。

作为本发明构思的另一实施例，立体表面显示设备还可以包括音频输出单元。由控制单元CNT处理的语音信号可以通过音频输出单元作为音频输出。立体表面显示设备还可以包括传感器单元。例如，传感器单元可以设置在立体显示单元SSD中。传感器单元可以包括用于识别用户眼睛的眼睛识别传感器、用于识别用户动作的动作识别传感器、用于识别用户触摸的触摸传感器和用于识别用户语音的语音识别传感器中的至少一者。

图2是用于解释根据本发明构思的实施例的立体显示单元的平面图。图3是沿图2的线A-A’截取的剖视图。参照图2和3，立体显示单元SSD可以包括多个单元区域CEL。例如，多个单元区域CEL可以包括第一至第五单元区域CEL1至CEL5。第一至第五单元区域CEL1至CEL5可以以规则的间隔/等间距布置。

可以在每个单元区域CEL中设置光输出单元OPC。例如，第一至第五光输出单元OPC1至OPC5可以分别设置在第一至第五单元区域CEL1至CEL5中。

作为本发明构思的一个实施例，立体显示单元SSD可以包括在第一方向D1上彼此面对的两个侧面SID1和SID2。多个光源LS1至LS5可以设置在两个侧面SID1和SID2上。例如，第一光源LS1和第二光源LS2可以设置在第一侧面SID1上。第三光源LS3、第四光源LS4和第五光源LS5可以设置在第二侧面SID2上。

第一至第五光源LS1至LS5中的每一个都可以将光(或光信号)输入到光波导OWG。例如，第一至第五光源LS1至LS5中的每一个都可以包括发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)或激光二极管。然而，本发明构思的光源不限于以上示例，并且可以使用设置在立体显示单元SSD的两个侧面SID1和SID2上并且可以将光输入到光波导OWG的任何装置作为光源而没有任何限制。

第一至第五光源LS1至LS5可以通过光波导OWG分别连接到第一至第五光输出单元OPC1至OPC5。第一至第五光源LS1至LS5可以不设置在第一至第五单元区域CEL1至CEL5内。换言之，第一至第五光源LS1至LS5可以不与第一至第五单元区域CEL1至CEL5竖直重叠。

根据本发明构思的实施例，当第一至第五光源LS1至LS5分别设置在第一至第五单元区域CEL1至CEL5中时，第一至第五单元区域CEL1至CEL5的柔性特性可能受到不利影响。因此，通过在立体显示单元SSD的两个侧面SID1和SID2上设置相对不柔性的第一至第五光源LS1至LS5，可以进一步提高立体显示单元SSD的柔性特性和立体显示单元SSD的立体形状实现特性。

返回参照图3，立体显示单元(SSD)可以包括顺序堆叠的柔性层FCL、光热响应层PTR和形变层SDP。柔性层FCL、光热响应层PTR和形变层SDP中的每一者都可以由柔性材料制成，使得其形状可以变形。例如，柔性层FCL、光热响应层PTR和形变层SDP中的每一者的弹性模量可以是0.1MPa至2,000MPa。

可以在柔性层FCL中设置光波导OWG和连接到光波导OWG的光输出单元OPC。光波导OWG和光输出单元OPC可以是光传播通过的核心层。在一个实施例中，光波导OWG和光输出单元OPC彼此连接并且可以包含彼此相同的材料。也就是说，光波导OWG和光输出单元OPC可以一体地构成核心层。

光波导OWG可以引导来自光源LS1至LS5的入射光行进到光输出单元OPC。光输出单元OPC可以将入射光输出到光热响应层PTR。

柔性层FCL可以用作围绕核心层的包层。柔性层FCL可以包含折射率低于光波导OWG和光输出单元OPC的材料。柔性层FCL可以防止沿光波导OWG行进的光出射到外部。

柔性层FCL、光波导OWG和光输出单元OPC可以由柔性材料制成。柔性层FCL、光波导OWG和光输出单元OPC可以被配置为薄且软，以便不减少稍后描述的形变层SDP的变形。例如，柔性层FCL、光波导OWG和光输出单元OPC的弹性模量可以是0.1MPa至2,000MPa。

光热响应层PTR可以被配置为具有通过吸收光(例如，可见光或红外光)来产生热量的光热效应。光热响应层PTR可以包含可以通过吸收光(例如，可见光或红外光)来发热的光热材料。例如，光热响应层PTR可以包含选自由聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT:PSS)、PEDOT/金属颗粒复合材料、PEDOT/氧化物复合材料、石墨烯、碳纳米管和银纳米线(AgNW)组成的组中的至少一者。

光热响应层PTR可以包含具有延展性和弹性的聚合物、以及分散在其中的光吸收材料(或颗粒)。聚合物可以包含聚(二甲基硅氧烷)、丙烯酸弹性体、硅橡胶或液晶弹性体(LCE)。

光热响应层PTR可以设置在稍后描述的形变层SDP的一个侧面或两个侧面上。当它通过将热能传递到形变层SDP而具有延展性时，光热响应层PTR可以与形变层SDP一起具有可变的机械性能。

例如，形成光热响应层PTR包括在柔性层FCL上使用表面涂覆方法(例如，喷涂或旋涂)形成具有光热效应的聚合物膜。

形变层SDP可以根据温度改变机械性能(例如，杨氏模量或弹性模量)。形变层SDP可以可逆地改变热膨胀系数(CTE)。形变层SDP能够可逆地恢复其形状。

在本发明构思的一个实施例中，在常温(例如，20℃)下形变层SDP的CTE可以小于光热响应层PTR的CTE。当形变层SDP的温度升高时，形变层SDP的弹性模量会降低并且CTE会增大。CTE根据形变层SDP的温度变化、其变化率可以大于CTE根据光热响应层PTR的温度的变化率。因此，在一定温度之上，形变层SDP的CTE可大于光热响应层PTR的CTE。

形变层SDP可以包含选自由聚(丙烯酸叔丁酯)(PTBA)、聚(丙烯酸叔丁酯)-g-聚(二乙基硅氧烷)(PTBA-g-PDMS)、丙烯酸叔丁酯共聚物和丙烯酸硬脂酯聚合物的组的至少一者。例如，形变层SDP可以包含形状记忆聚合物。

根据本发明构思的一个实施例，立体显示单元SSD的每个单元区域CEL还可以包括传感器单元。该传感器单元可以被配置为识别用户施加到形状改变的单元区域CEL的触摸。

图4A、4B和4C是用于解释根据本发明构思的实施例的立体表面显示设备的操作的剖视图。

参照图4A，第一入射光IPL1从第一至第五光源LS1至LS5出射，使得第一入射光IPL1可以入射到光波导OWG中。第一入射光IPL1可以通过光波导OWG被引导到第一至第五光输出单元OPC1至OPC5。第一入射光IPL1可以通过第一至第五光输出单元OPC1至OPC5作为第一输出光OPL1出射。第一输出光OPL1可以照射到光热响应层PTR。

根据本发明构思的实施例，单元区域CEL的光输出单元OPC可以将第一输出光OPL1照射到相应单元区域CEL的光热响应层PTR。单元区域CEL的光热响应层PTR可以响应于入射的第一输出光OPL1而发射热能。从光热响应层PTR发射的热能THE可以被传递到相应单元区域CEL的形变层SDP。

相应单元区域CEL的形变层SDP可以被热能加热，以达到第一温度。第一温度可高于常温。随着形变层SDP达到第一温度，形变层SDP的弹性模量可能降低并且形变层SDP可能变得更具延展性。此外，形变层SDP的CTE可能增大。

根据在第一温度下形变层SDP的改变后的CTE与光热响应层PTR的CTE之间的差异，物理弯曲变形的幅度和方向可以变化。

例如，在第一温度下，形变层SDP的改变后的CTE可以小于光热响应层PTR的CTE。结果，如图4A所示，单元区域CEL的弯曲变形可以发生在与第三方向D3相反的方向上，即，沿向下的方向发生。在第一温度下，单元区域CEL的表面可以是凹的。

参照图4B，第二入射光IPL2可以从第一光源LS1至第五光源LS5出射并且第二输出光OPL2可以入射到光热响应层PTR。根据本实施例，第二输出光OPL2的强度可大于前述第一输出光OPL1的强度。

相应单元区域CEL的形变层SDP可以被热能加热而达到第二温度。第二温度可以高于上述第一温度。形变层SDP在第二温度下的弹性模量可以小于形变层SDP在第一温度下的弹性模量。形变层SDP在第二温度下的CTE可以大于形变层SDP在第一温度下的CTE。

例如，在第二温度下形变层SDP的改变后的CTE可以大于光热响应层PTR的CTE。结果，如图4B所示，相应单元区域CEL的弯曲变形可以发生在第三方向D3上，也就是说沿向上的方向发生。在第二温度下，单元区域CEL的表面可能变成凸的。

在图4A和4B中，入射光从所有第一光源LS1至第五光源LS5均等地出射，但本发明构思不限于此。第一至第五光源LS1至LS5可以通过参考图1描述的控制单元CNT彼此独立地操作。也就是说，第一至第五光源LS1至LS5中的一些可以出射第一入射光IPL1，并且第一至第五光源LS1至LS5中的一些可以不出射光。也就是说，第一至第五光源LS1至LS5中的一些可以出射第一入射光IPL1，并且第一至第五光源LS1至LS5中的一些可以出射第二入射光IPL2。

更具体地，参照图4C，第二入射光IPL2可以从第一光源LS1出射并且第一入射光IPL1可以从第五光源LS5出射。同时，可以不从第二至第四光源LS2至LS4出射光。在第一单元区域CEL1的情况下，随着形变层SDP被加热到第二温度，第一单元区域CEL1的表面可以变为凸的。在第五单元区CEL5的情况下，随着形变层SDP被加热到第一温度，第五单元区CEL5的表面可以变为凹的。同时，第二至第四单元区域CEL2至CEL4的表面可以不变。

如上所述，由于通过控制单元CNT单独控制第一至第五光源LS1至LS5，因此可以单独改变第一至第五单元区域CEL1至CEL5的形状。根据本发明构思的立体表面显示设备可以通过单独控制第一至第五光源LS1至LS5在立体显示单元SSD中实现各种三维形状。

根据本发明构思的实施例的立体表面显示设备可以使用光热响应方法加热形变层SDP而不使用焦耳加热方法加热形变层SDP。因此，可以在短时间内仅局部地加热单元区域CEL的形变层SDP。另外，根据本发明构思的实施例，由于不使用焦耳加热电极，因此可以实现柔性设备。

单元区域CEL的形变层SDP的表面改变，并且对应的单元区域CEL可以通过光输出单元OPC具有特定颜色。例如，本发明构思可以在显示器上形成盲文类型按钮。用户可以通过视觉和触觉识别形变层SDP的改变后的表面并触摸它来向本发明构思的设备输入信息。

作为根据本发明构思的一个比较例的立体表面显示设备，提供这样的设备：其使用基于聚合物活性材料的柔性致动器在柔性触摸界面中提供振动触感。还有一种使用液压或气压柔性聚合物薄膜变形的设备，或者将焦耳加热与具有可变机械性能的材料相结合的设备。

然而，在通过使用聚合物材料的变形来实现振动触感的设备的情况下，由于材料的延展性而导致振动触感的降低。在使用液压或气压的技术的情况下，由于液压供应单元或气压供应单元而难以使设备小型化。在使用焦耳加热的技术的情况下，由于施加到焦耳加热电极的力导致电阻发生变化，因此电极的耐久性可能劣化。另外，当通过焦耳加热对聚合物材料进行加热时，存在难以在短时间内均匀加热材料的问题。

根据本发明构思的实施例，由于立体显示单元SSD未使用机械驱动单元，因此它可以具有薄型结构。也就是说，立体显示单元SSD的小型化和柔性化是可能的。由于根据本发明构思的立体表面显示设备基于光热响应来改变材料的机械性能，因此可以快速且均匀地加热材料。本发明构思的设备可以被用作柔性设备和/或可穿戴设备。

根据本发明构思的设备可以独立地控制单元区域的物理形状和变形方向。结果，本发明构思的设备结构简单，耐用性高，并且可以以高分辨率实现表面的三维变形。由于根据本发明构思的设备可以实现各种形状和颜色，因此它可以应用于汽车/移动设备的形状改变的输入设备、视障人士的盲文显示器、现实交互教育的教材或博物馆历史文物体验型设备。

在根据本发明构思的实施例的立体表面显示设备中，可以不存在限定多个单元区域CEL的分隔壁。多个单元区域CEL可以彼此共享光热响应层PTR和形变层SDP。本发明构思的显示设备可以通过仅控制设置在侧面上的光源的开/关来以简单配置实现各种三维形状。

图5是用于解释根据本发明构思的另一实施例的形状可变显示器的与图1的线A-A’相对应的剖视图。在该实施例中，将省略与之前参考图2和3描述的技术特征重复的技术特征的描述，并且将详细描述差别。

参照图5，立体显示单元SSD可以包括顺序堆叠的第一柔性层FCLL、第一光热响应层PTRL、形变层SDP、第二光热响应层PTRU和第二柔性层FCLU。形变层SDP可以设置在第一光热响应层PTRL与第二光热响应层PTRU之间。

该实施例的形变层SDP可以与之前参考图3描述的形变层SDP基本相同。本实施例的第一柔性层FCLL和第二柔性层FCLU中的每一者都可以与之前参考图3描述的柔性层FCL基本相同。第一柔性层FCLL和第二柔性层FCLU可以包含相同或不同的材料。本实施例的第一光热响应层PTRL和第二光热响应层PTRU中的每一者都可以与之前参考图3描述的光热响应层PTR基本相同。第一光热响应层PTRL和第二光热响应层PTRU可以包含相同或不同的材料。

可以在单元区域CEL中设置下部光输出单元OPCL和上部光输出单元OPCU。该实施例的下部光输出单元OPCL和上部光输出单元OPCU中的每一者都可以与之前参考图3描述的光输出单元OPC基本相同。下部光输出单元OPCL和上部光输出单元OPCU可以彼此竖直重叠。

下部光输出单元OPCL和上部光输出单元OPCU可以分别连接到不同的光源。因此，可以单独控制下部光输出单元OPCL和上部光输出单元OPCU。

下部光输出单元OPCL可以设置在第一柔性层FCLL中。下部光输出单元OPCL可以接触第一光热响应层PTRL。换句话说，下部光输出单元OPCL可以被配置为将光照射到第一光热响应层PTRL，并且第一光热响应层PTRL可以被配置为将照射的光转换成热能。

上部光输出单元OPCU可以设置在第二柔性层FCLU中。上部光输出单元OPCU可以接触第二光热响应层PTRU。换言之，上部光输出单元OPCU被配置为将光照射到第二光热响应层PTRU，并且第二光热响应层PTRU可以被配置为将照射的光转换成热能。

图6A、6B和6C是用于解释根据本发明构思的实施例的立体表面显示设备的操作的剖视图。在该实施例中，将省略与之前参考图4A和4C描述的技术特征重复的技术特征的描述，并且将详细描述差别。

参照图6A，上部光OPLU可以从第一、第三和第五单元区域CEL1、CEL3和CEL5的上部光输出单元OPCU输出。上部光OPLU可以被照射到第一、第三和第五单元区域CEL1、CEL3和CEL5的第二光热响应层PTRU上。

下部光OPLL可以从第二和第四单元区域CEL2和CEL4的下部光输出单元OPCL输出。下部光OPLL可以被照射到第二和第四单元区域CEL2和CEL4的第一光热响应层PTRL上。

通过第一、第三和第五单元区域CEL1、CEL3和CEL5的第二光热响应层PTRU，第一、第三和第五单元区域CEL1、CEL3和CEL5的形变层SDP的温度可以升高。第一、第三和第五单元区域CEL1、CEL3和CEL5的形变层SDP的CTE可以大于第二光热响应层PTRU的CTE。因此，在第一、第三和第五单元区域CEL1、CEL3和CEL5中可能沿向下方向发生弯曲变形。

通过第二和第四单元区域CEL2和CEL4的第一光热响应层PTRL，第二和第四单元区域CEL2和CEL4的形变层SDP的温度可以升高。第二和第四单元区域CEL2和CEL4的形变层SDP的CTE可以大于第一光热响应层PTRL的CTE。结果，在第二单元区域CEL2和第四单元区域CEL4中可能沿向上方向发生弯曲变形。

根据该实施例，通过独立地控制每个单元区域CEL中的下部光输出单元OPCL和上部光输出单元OPCU，可以控制单元区域CEL的弯曲变形的方向。根据该实施例，立体显示单元SSD的表面可以被控制为具有波浪形状。

参照图6B，可以单独控制第一至第五单元区域CEL1至CEL5。例如，通过操作第一单元区域CEL1的下部光输出单元OPCL，第一单元区域CEL1可以向上弯曲。第五单元区域CEL5的上部光输出单元OPCU可以被操作以使第五单元区域CEL5向下弯曲。另一方面，第二至第四单元区域CEL2、CEL3和CEL4的光输出单元不工作，使得第二至第四单元区域CEL2、CEL3和CEL4可以保持平坦表面。

参照图6C，可以通过调节来自光输出单元的输出光的强度来调节弯曲变形的程度。例如，第一单元区域CEL1的上部光输出单元OPCU可以输出第一上部光OPLU1，并且第二单元区域CEL2的上部光输出单元OPCU可以输出第二上部光OPLU2。在这种情况下，第二上部光OPLU2的强度可以大于第一上部光OPLU1的强度。因此，第一单元区域CEL1的形变层SDP的温度可以低于第二单元区域CEL2的形变层SDP的温度。结果，第一单元区域CEL1可以以第一向下位移DDW1向下弯曲，并且第二单元区域CEL2可以以第二向下位移DDW2向下弯曲。第二向下位移DDW2可以大于第一向下位移DDW1。

第三单元区域CEL3的下部光输出单元OPCL可以输出第一下部光OPLL1，并且第四单元区域CEL4的下部光输出单元OPCL可以输出第二下部光OPLL2。在这种情况下，第二下部光OPLL2的强度可以大于第一下部光OPLL1的强度。因此，第三单元区域CEL3的形变层SDP的温度可以低于第四单元区域CEL4的形变层SDP的温度。结果，第三单元区域CEL3可以以第一向上位移DUW1向上弯曲，并且第四单元区域CEL4可以以第二向上位移DUW2向上弯曲。第二向上位移DUW2可以大于第一向上位移DUW1。

如在本实施例中那样，根据本发明构思的立体显示单元SSD的表面可以被控制为针对每个单元区域CEL在不同的方向上并以不同的位移弯曲。因此，本发明构思的立体显示单元SSD可以实现更多样化的立体形状。

图7是用于解释根据本发明构思的另一实施例的立体显示单元的平面图。图8是沿图7的线A-A’截取的剖视图。在该实施例中，将省略与之前参考图2和3描述的技术特征重复的技术特征的描述，并且将详细描述差别。

参照图7和图8，可以在柔性层FCL与光热响应层PTR之间另外设置热扩散层HDL。在一个实施例中，热扩散层HDL可以包括暴露光输出单元OPC的开口OPN。因此，从光输出单元OPC输出的光可以直接入射到光热响应层PTR。

热扩散层HDL可以被配置为快速冷却相邻单元区域CEL之间的形变层SDP。例如，当第一单元区域CEL1的形变层SDP和第二单元区域CEL2的形变层SDP被加热时，热扩散层HDL可以冷却第一单元区域CEL1和第二单元区域CEL2之间的形变层SDP。因此，可以防止由于来自第一单元区域CEL1和第二单元区域CEL2的热扩散引起的第一单元区域CEL1和第二单元区域CEL2之间的形变层SDP的物理特性的变化。另外，热扩散层HDL可有助于在变形后保持单元区域CEL的形状。

对于热扩散层HDL，可能期望使用具有高刚性、并且物理性质随温度的变化小的材料。热扩散层HDL可以包含具有高导热率的材料。例如，热扩散层HDL可以包含选自由石墨烯氧化物、碳纳米管和金属(例如，金、银和/或铜)组成的组中的至少一种。金属可以具有颗粒或网状网络结构。在另一个实施例中，热扩散层HDL可以包含具有低热变形的聚合物膜(例如，聚酰亚胺)和涂覆或嵌入聚合物膜中的碳或金属。

根据本实施例的热扩散层HDL可以清楚地限定相邻单元区域CEL之间的物理边界。因此，可以确保每个单元区域CEL的变形形状的一致性并且提高单元区域CEL的变形的空间分辨率。热扩散层HDL可以提高立体显示单元SSD的变形空间分辨率，并通过快速散热帮助保持变形的形状。

图9A和9B是示出了根据本发明构思的一个实施例的立体表面显示设备的一个示例的图。参照图9A和9B，本发明构思的立体表面显示设备可以用作可穿戴盲文显示器。盲文书籍的缺点是体积大，携带起来很重。最近，已经开发出使用诸如音圈、电机或磁铁等致动器的平板式盲文设备，但平板设备不适合在户外活动时使用。

相比之下，本发明构思的立体表面显示设备可以被配置为可穿戴的并且可以自由地输出盲文。如图9A和9B所示，上述立体显示单元SSD可以附接到皮肤SKN上。立体显示单元SSD可以提供目标盲文BRA。立体显示单元SSD很轻，因此当附着在皮肤SKN上时可以很容易地携带并且较为方便。立体表面显示设备可以在盲文BRA中输出视觉障碍者在活动期间所需的各种信息。

图10A和10B是示出了根据本发明构思的一个实施例的立体表面显示设备的一个示例的图。参照图10A和10B，本发明构思的立体表面显示设备可以提供未签名图形信息SSI。

例如，如图10A和10B所示，立体显示单元SSD可以附着到皮肤SKN上。立体显示单元SSD可以在变形区域(比如图9A和9B所示的盲文BRA)之间形成2.3mm至2.5mm的间隙。另外，立体显示单元SSD可能能够进行连续的表面变形，如图10A和10B所示。也就是说，单个单元区域的变形是独立的，但单元区域的变形是相互联系的，以实现连续的表面变形。

由于立体显示单元SSD实现了三维图形信息SSI，因此可以以图形而不是盲文形式提供人行横道等行人信息和危险标志信息(例如，触电危险、禁止通行、坠落危险或正在施工)。

图11A和11B是示出了根据本发明构思的一个实施例的立体表面显示设备的一个示例的图。参照图11A和11B，本发明构思的立体表面显示设备可以同时提供图形信息SSI和盲文BRA。

可附着到皮肤SKN上的立体显示单元SSD可以在第一区域上输出图形信息SSI并且在第二区域上输出盲文BRA。通过同时提供图形信息SSI和盲文BRA，可以向用户提供更详细的信息。

根据本发明构思的立体表面显示设备具有高耐久性并且可以以高分辨率实现表面的三维变形。由于本发明构思的立体表面显示设备具有简单的构型，因此它可以容易地弯曲和佩戴。由于本发明构思的设备基于光热响应来改变材料的机械性能，因此材料的快速变形是可能的。

尽管已经描述了本发明构思的实施例，但是应当理解，本发明构思不应限于这些实施例，而是本领域的普通技术人员可以在如在下文中主张的本发明构思的精神和范围内做出各种变更和修改。

Claims (18)

1.一种立体表面显示设备，包括具有单元区域的立体显示单元，

其中，所述立体显示单元包括：

第一柔性层；

位于所述第一柔性层中的第一光波导和第一光输出单元，所述第一光输出单元设置在所述单元区域中；

设置在所述立体显示单元的一个侧面上的第一光源，所述第一光波导将所述第一光源和所述第一光输出单元连接；

位于所述第一柔性层上的第一光热响应层，所述第一光热响应层被配置为接收从所述第一光输出单元出射的输出光并出射热能；和

位于所述第一光热响应层上的形变层，

其中，所述形变层被配置为通过接收来自所述第一光热响应层的热能而产生弯曲变形。

2.根据权利要求1所述的立体表面显示设备，还包括用于控制第一光源的控制单元。

3.根据权利要求2所述的立体表面显示设备，其中，所述控制单元设置在所述立体显示单元外部。

4.根据权利要求1所述的立体表面显示设备，其中，所述形变层被配置为接收热能并改变热膨胀系数，

其中，根据热膨胀系数的变化量来控制弯曲变形的幅度和方向。

5.根据权利要求1所述的立体表面显示设备，其中，所述立体显示单元还包括：

位于所述形变层上的第二光热响应层；

位于所述第二光热响应层上的第二柔性层；和

位于所述第二柔性层中的第二光输出单元，

其中，所述第二光输出单元设置在所述单元区域内并与所述第一光输出单元竖直重叠，

其中，所述形变层夹在所述第一光热响应层与所述第二光热响应层之间。

6.根据权利要求5所述的立体表面显示设备，其中，所述第一光输出单元和所述第二光输出单元各自都被彼此独立地控制。

7.根据权利要求1所述的立体表面显示设备，其中，所述立体显示单元还包括位于所述第一柔性层与所述第一光热响应层之间的热扩散层。

8.根据权利要求7所述的立体表面显示设备，其中，所述热扩散层具有暴露所述第一光输出单元的开口。

9.根据权利要求1所述的立体表面显示设备，其中，所述立体显示单元被配置为能够附着到皮肤上。

10.根据权利要求1所述的立体表面显示设备，其中，所述第一光热响应层是包含光热材料的聚合物膜。

11.根据权利要求1所述的立体表面显示设备，其中，所述形变层包含形状记忆聚合物。

12.一种立体表面显示设备，包括具有多个单元区域的立体显示单元，

其中，所述立体显示单元包括：

第一柔性层；

设置在所述第一柔性层中的多个下部光输出单元，所述多个下部光输出单元分别设置在所述多个单元区域中；

位于所述第一柔性层上的第一光热响应层，其中所述第一光热响应层被配置为接收从所述多个下部光输出单元出射的下部光并出射第一热能；

位于所述第一光热响应层上的形变层；

位于所述形变层上的第二光热响应层；

位于所述第二光热响应层上的第二柔性层；和

设置在所述第二柔性层中的多个上部光输出单元，

其中，所述第二光热响应层被配置为接收从所述多个上部光输出单元出射的上部光并出射第二热能。

13.根据权利要求12所述的立体表面显示设备，其中，在所述多个单元区域的每一个中通过第一热能或第二热能发生弯曲变形。

14.根据权利要求12所述的立体表面显示设备，还包括：

设置在所述立体显示单元的一个侧面上的多个光源；和

用于控制所述多个光源的控制器。

15.一种立体表面显示设备的操作方法，所述立体表面显示设备包括具有单元区域的立体显示单元，

其中，所述立体显示单元包括：

柔性层；

位于所述柔性层中的光波导和光输出单元，所述光输出单元设置在所述单元区域中；

设置在所述立体显示单元的一个侧面上的光源，所述光波导将所述光源和所述光输出单元连接；

位于所述柔性层上的光热响应层；和

位于所述光热响应层上的形变层，

其中，所述操作方法包括：

将入射光从所述光源照射到所述光波导，所述光波导将入射光引导到所述光输出单元；

将输出光从所述光输出单元出射到所述光热响应层，所述光热响应层接收输出光并产生热能；

利用热能加热所述形变层，所述形变层被加热以使得所述形变层中的弹性模量降低并且所述形变层的热膨胀系数增大；以及

通过所述形变层的增大的热膨胀系数与所述光热响应层的热膨胀系数之间的差异在所述形变层中产生弯曲变形。

16.根据权利要求15所述的操作方法，其中，所述立体表面显示设备还包括用于控制所述光源的控制单元。

17.根据权利要求15所述的操作方法，其中，所述立体显示单元还包括传感器单元，

其中，所述操作方法还包括通过使用所述传感器单元识别用户施加至形状已经改变的单元区域的触摸。

18.根据权利要求15所述的操作方法，其中，所述形变层的位于所述单元区域外的部分不改变该部分的形状。