CN1675969A - 电流变流体装置和电子设备 - Google Patents

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Abstract

一种电流变流体装置和电子设备，在所述装置或设备的与人体接触的部分中实现各种硬度或张力，所述装置和设备能应用于需要具有可携带性的产品。通过包括以下部件而形成电流变流体装置，所述部件为：能在内部包含流体的容器；具有柔性的一对电极，其中，所述电极布置在所述容器内以便互相相对；以及，根据在所述电极之间产生的电场而具有可变弹性的电流变流体，所述电流变流体包含在所述容器内并布置在所述电极之间。通过对各种电子设备使用电流变流体装置，可在电气上控制设备的硬度、张力、纹理、形状等。

Description

电流变流体装置和电子设备
技术领域
本发明涉及包括电流变流体的电流变流体装置以及使用所述装置的电子设备，其中，电流变流体具有包含在容器内的可变弹性。
背景技术
具有预定形状的许多产品以及产品的构成部件使用木材、金属、树脂等作为原材料，并且，它们一般构造为保持在制造阶段中一度确定的形状。在外力作用下，除由塑性材料组成的部位外，弹性部位可改变形状，并且，当移开在弹性极限内的外力时，弹性部位回复为原始形状。
本质上坚硬的产品或部件不仅可通过上述机械力也可通过其它方法来改变形状和其它物理性质。例如，当一定值或更大值的电流流经熔丝时，熔丝的构成组件熔化或者变形，以切断电流。在电磁阀中，磁力的电气控制可开关阀门组件。进一步地，形状记忆合金随着温度而变形，并且可回复为原始形状。
另一方面，如果产品或部件由柔软材料形成，或者如果由硬材料形成但由更小单元组成，或者如果具有非常薄的厚度，它们的形状就可以改变。在填充凝胶的乙烯基产品中，外部材料和内部材料都是软的，从而，产品的形状可在一定极限内自由改变。另外，玩偶，如由更小部件通过诸如关节的组件组成的机器人，以及折叠移动电话等可改变形状，但自由度较低。进一步地，对于通过减小形状尺寸来增加柔性从而可改变形状的材料的典型实例，有上述塑料。具体地，构成较大、较厚且实心的物体的塑料，如用于电气设备的壳体，难以折弯，但当塑料与桌垫一样薄时，它就表现出弹性。进一步地，当塑料加工成管状时，换句话说，加工成一维形状时，形状改变的自由度增加。
纸张本身具有一定的张力，但根据握住它的方式而损失强度，并且不能保持其形状。纤维本身具有比纸张更低的张力，并且相似地不能保持其形状。纸张和纤维的优点是它们重量轻且可折成小块或弄成圆形并具有优秀的可携带性，但它们的问题是它们在使用时难以保持伸展形状。
如上所述，木材、金属或某些树脂材料是相对较硬的材料，并且例如希望从防止人体受伤的角度出发，人体接触的部分较软，但是，产品或部件一般都构造得保持它们自身形状并且在制造之后当它们坚硬时使用，从而，硬度导致人体受伤。进一步地，坚硬材料的使用限制产品的形状或尺寸，从而，所希望张力或纹理的程度范围几乎固定为制造时所确定的形状。
对于产品的可携带性，诸如纸张或纤维的材料的使用提高可携带性，因为它可折成小块或弄成圆形，但它只有较差的形状保持能力。然而，当产品由本质上柔软的材料形成时，为了使产品保持它本身的形状，内部具有空间的产品可填充填充物，或者在产品的边缘中引入硬框架等。在此情况下，产品不再能折叠，因而降低可携带性。
在此形势下，本发明的任务是提供一种电流变流体装置和电子设备，它们在装置或设备的人体接触部分中实现满意的可变硬度或张力，并能应用于需要具有可携带性的产品上。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明的电流变流体装置的特征在于包括：能在内部包含流体的容器；具有柔性的一对电极，其中，所述电极布置在所述容器内以便互相相对；以及，包含在所述容器内并布置在所述电极之间的电流变流体，并且，所述电流变流体具有根据在所述电极之间产生的电场而可变的弹性。
电流变流体与一对电极一起布置在容器内，因而，根据在电极之间产生的电场而改变电流变流体的弹性。从而，当容器安装到具有可卷起或折叠的可携带性的设备主体或壳体上时，可控制其上安装容器的设备主体或壳体的形状，使所述形状根据包含在容器内的电流变流体的弹性变化而改变，并进一步地，设备主体或壳体的形状也可保持为伸展或展开。另外，根据容器的形状，人体接触的部分可以是弹性的或坚硬的，并且例如，该部分可提供人体接触的舒适感觉。
本发明的电子设备的特征在于包括：具有柔性的设备主体；能在内部包含流体的容器，所述容器固定到所述设备主体上；具有柔性的一对电极，其中，所述电极布置在所述容器内以便互相相对；以及，包含在所述容器内并布置在所述电极之间的电流变流体，并且，所述电流变流体具有根据在所述电极之间产生的电场而可变的弹性。
与在上述电流变流体装置中一样，在本发明的电子设备中，电流变流体与一对电极一起布置在容器内，并且，根据在电极之间产生的电场而改变电流变流体的弹性。容器安装到具有柔性的设备主体上，从而，包含在容器内的电流变流体根据电场而改变其弹性，以允许卷起或折叠的设备主体回复为原始形状。
进一步地，本发明的另一电子设备的特征在于包括：设备主体；能在内部包含流体的容器，所述容器安装到所述设备主体上；一对电极，其中，所述电极布置在所述容器内以使电极互相相对；以及，包含在所述容器内并布置在所述电极之间的电流变流体，并且，所述电流变流体具有根据在所述电极之间产生的电场而可变的弹性。
设备主体不局限于具有柔性的主体，而可以是具有在主体一部分内形成的通道的结构或具有开关部分的结构，并且，包含在容器内的电流变流体改变弹性，以实现所述通道或开关部分的开关控制。
附图说明
图1为示出根据本发明一个实施例的电子设备的示意性透视图，其中，(a)示出控制电流变流体装置为断开状态的电子设备，(b)示出控制电流变流体装置为接通状态的电子设备。
图2A和2B示出安装在本发明电子设备上的电流变流体装置的基本结构，其中，图2A为层叠结构的分解透视图，图2B示出根据电极之间电压变化的电流变流体的状态。
图3A和3B示出其中电流变流体单元以矩阵形式布置的电流变流体装置的一个实例，其中，图3A为层叠结构的分解透视图，图3B示出根据电极之间电压变化的电流变流体的状态。
图4A和4B为用于解释驱动模式的视图，其中，图4A为示出被动矩阵模式一个实例的示意图，图4B为示出主动矩阵模式一个实例的示意图。
图5A和5B为示出本发明电流变流体装置的构造实例的透视图，其中，图5A为示出形成用于覆盖电流变流体侧部的容器的实例的分解透视图，图5B为示出形成用于完全覆盖电流变流体和电极全部的容器的实例的分解透视图。
图6A和6B为示出本发明电子设备的一个实施例的视图，其中，图6A为示出已经折叠的电子设备的透视图，图6B为示出已经展开的电子设备的透视图。
图7为示出本发明的基本为平板形的电流变流体装置的结构的分解透视图。
图8为本发明电子设备一个实例的透视图，其中，在基板的整个顶面上形成电流变流体装置。
图9为本发明电子设备一个实例的透视图，其中，在基板的顶面上形成具有基本正方形形状的电流变流体装置。
图10为本发明电子设备一个实例的透视图，其中，在基板的顶面上形成在对角线上进一步延伸的基本为正方形的电流变流体装置。
图11为本发明电子设备一个实例的透视图，其中，在基板的顶面上形成沿着十字形进一步延伸的具有基本正方形形状的电流变流体装置。
图12为本发明电子设备一个实例的透视图，其中，在基板的顶面上形成多个互相平行的带状电流变流体装置。
图13为本发明电子设备一个实例的透视图，其中，在基板的顶面上形成具有棋盘格图案的电流变流体装置。
图14为本发明电子设备一个实例的透视图，其中，电流变流体装置形成得包围基板侧壁。
图15为本发明电子设备一个实例的透视图，其中，在基板的整个顶面和整个侧壁上形成电流变流体装置。
图16为本发明电子设备一个实例的透视图，其中，互相层叠薄片，每一个薄片都具有在基板全部表面上形成的电流变流体装置。
图17为示出本发明的基本为圆柱形的电流变流体装置的结构的透视图。
图18为本发明电子设备一个实例的透视图，其中，在基板的顶面上形成基本为正方形的电流变流体装置。
图19为本发明电子设备一个实例的透视图，其中，在基板侧壁上的角落部分上形成电流变流体装置。
图20为本发明电子设备一个实例的透视图，其中，在基板的顶面上形成沿对角线进一步延伸的基本为正方形的电流变流体装置。
图21A-21D为示出电子设备的壳体实例的透视图，其中，在电子设备内布置电流变流体装置，其中，图21A示出在可以弯曲的壳体中布置电流变流体装置的实例，图21B示出处于弯曲状态的壳体，图21C示出在可以局部变形的壳体中布置电流变流体装置的实例，图21D示出处于折弯状态的壳体。
图22为示出柔性显示器的示意性透视图，该装置作为本发明电子设备的一个实例。
图23为示出耳机型网络音频设备的实例的透视图，该设备作为本发明电子设备的一个实例。
具体实施方式
本发明的电流变流体装置和电子设备分别具有以下结构，从而，改变包含在容器内的电流变流体的弹性，以使装置或设备的硬度、张力、纹理或形状改变或使装置或设备机械移动。
首先，用于本发明中的电流变流体(简称为ER流体)是这样的流体，其中，作用到电极的电场使得布置在电极之间的物质的粘性显著改变。更具体地，所述流体是包含分散在电绝缘液体(分散介质)中的微粒(分散相)的流体，其中所述微粒具有极化性质并具有约0.1-100μm的直径，其中，当外部电场作用到悬浮流体上时，发生流体表观粘度显著增加的现象。对于微粒，可以使用各种材料，如铝硅酸盐、诸如聚苯胺和聚吡咯的聚合物、以及球壳状碳分子。另一方面，对于分散介质，溶剂可以有较多的选择，如硅酮油、煤油、矿物油和多氯联苯。当电场作用到胶体上时，固体颗粒因极化效应而互相连接，在电极之间的方向上形成非常小的纤毛形状，从而，全部电流变流体的粘性或弹性系数急剧改变，因而把流体从液体(胶体)状态改变为固体(凝胶体)状态。此粘性变化在短至几毫秒的时间周期内发生，并且是可逆的。只有微小的电流在电极之间流动，因而，功耗非常小(例如参见Tian Hao的“电流变流体”，Advanced Materials，第13卷，第24期，第1847-1857页，2001年)。
粘性因电场而显著改变的效应首先由Willis Winslow在1949年进行的研究探索中发现(参考文献：W.M.Winslow，Journal of AppliedPhysics，第20卷，第1137-1140页，1949年)，并且称作Winslow效应或电流变效应(ER效应)。已经提出在离合器、阻尼器和阀门等上利用电流变流体粘性变化的商业应用，其中，所述离合器、阻尼器和阀门等在电气上控制从粘性获得的机械力，并且，对于此技术的专利，已知有专利号3101081，另外，考虑各种应用，包括在专利号3073712中公布的手指触觉传感设备。
考虑到电流变流体的上述特性，本发明的特征在于电流变流体的特性应用于控制电子设备的形状，并且本发明是对具有柔性基本结构的电子设备尤其有利的技术。图1为示出根据本发明一个实施例的电子设备的视图。设备主体10是具有柔性的膜形结构，并且设备主体10设置有下述电流变流体装置。在图1的(a)中示出控制为断开状态的电流变流体装置，其中，设备主体10卷起。相反，如图1的(b)所示，当电流变流体装置控制为接通状态时，控制设备主体10伸展并为平板形。
设备主体10是用于构造各种电子设备产品或其部件的组件，并且，它可以是各种设备的产品或部件，所述设备例如为膜形移动电话、诸如PDA(个人数字助理)和计算机的信息处理单元、显示器、音频再现设备、遥控器、传感器、电池、扬声器、加热器、用于电子卡等的个人识别设备、分析机、测量设备、诸如书写板和触摸屏的输入/输出设备、玻璃、时钟、头戴受话器、耳机、和电子电路。
设备主体10由具有柔性的材料组成，并且，对于材料的实例，可以涉及各种材料，例如：薄的聚合物有机材料，玻璃、陶瓷、木材、金属等的板和膜，由纸或自然或人工纤维编织的织物，以及无纺布。设备主体10不一定由单个主体组成，可以由多个用相对较硬材料制成且互相可移动连接的部件组成。
图2A和2B示出安装在电子设备上的电流变流体装置的基本结构。如图2A和2B所示，电流变流体13布置在一对平板形电极11、12之间的空间内，并且，电源14连接到电极11、12，用于形成电极之间的电场。在图示实例中，平板形电极11、12基本为正方形，但它们也可以是任意形式，并且，它们在容器15内形成，容器15例如由图中虚线所示的聚合物膜材料组成。产生平板形电极11、12的实例例如为在由聚合物膜材料组成的容器15内通过薄膜形成工艺而形成导电薄膜的方法，其中，所述薄膜形成工艺例如为真空蒸发技术、淀积技术、镀覆技术、溅射技术或层叠技术。可替换地，电极可由具有柔性的导电材料形成，所述材料例如为导电橡胶板。也就是说，电极11、12由薄膜或平板形导电材料部件组成，并且，尤其是在改变形状的应用中，优选电极本身具有柔性。这里，电极的柔性包括以下情形：由多个相对较硬电极部件组成的电极互相电连接，并且可以整体弯曲或扭曲。当电极由具有柔性的导电材料如导电橡胶板形成时，例如可使用薄约100μm的橡胶板。
电流变流体13是这样的流体，其中，如上所述，向电极作用电场导致布置在电极之间的物质的粘性显著变化，更具体地，电流变流体13是包含分散在电绝缘液体(分散介质)中的微粒的流体，其中，所述微粒具有极化特性并具有大约0.1-100μm的直径，其中，当从电极11、12向悬浮流体作用电场时，流体的弹性系数显著改变。电流变流体13中所用材料的实例包括无定形硅酸盐陶瓷，并且具体地，已知铝硅酸盐表现出强烈的电流变效应。铝硅酸盐包含由通式：M(x/n)[(AlO2)x(SiO2)y]·wH2O(这里，M代表具有平均化合价的金属阳离子或金属阳离子的混合物，并且，x，y和w每一个都是整数)代表的沸石官能团，包括诸如皂石和蒙脱石的粘土、3A、5A和X型沸石、以及各种分子筛。不仅铝硅酸盐而且导电有机材料或聚合物材料可构成将被分散的微粒。聚合物材料的实例包括氧化聚丙烯腈、聚苯胺、聚(p-苯撑)、离子化的染料、聚吡咯及其衍生物、以及聚噻吩，并且，这些材料一般因π-共轭键结构而具有导电性。另外，含碳材料和球壳状碳分子也可用作分散材料，并且，被热加热的含碳材料的实例包括煤、液体煤、焦炭、石油、树脂、炭黑、石蜡、烯烃、沥青、焦油、芳香族化合物(萘、联苯、萘磺酸、蒽磺酸和菲磺酸)以及聚合物(聚乙烯、聚丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、酚醛树脂和聚丙烯腈)。进一步地，已经知道：超导材料，如YB2Cu3O7-x、NdBa2Cu3Ox、YbBa2Cu3Ox和Bi2Sr2CaCu2O8+x，例如在室温下在硅酮油中表现出电流变效应，并且，可使用这些超导材料。
一般具有上述结构的电流变流体装置通过根据从电源14施加的电压较大地改变电流变流体的粘性而操作。也就是说，当电源14处于断开状态并且施加到电极11、12上的电压E为零(E＝0)时，在分散介质中分散导致电流变特性的微粒。另一方面，当电源14处于接通状态并且施加到电极11、12上的电压E为大于零的某个值(E＞0)时，导致电流变特性的微粒因极化效应而互相连接，在沿着电极之间电场的方向上形成非常小的纤毛形状。根据微粒的聚集状态，流体的粘性或弹性系数急剧地变化，从而，在非常短的几毫秒时间周期内，流体从液态(胶态)改变为固态(凝胶状态)。液态与固态之间的相位变化可改变容器15外部的硬度或纹理，或者改变连续容器15的部分如设备主体的形状。
在电流变流体装置中，通过有选择性地驱动一对电极，可局部地改变电流变流体的粘性，所述每个电极分为多个电极。图3A和3B示出电极11、12划分为矩阵形式电极图案11a、12a的实例。在此情况下，电极图案11a、12a可单独地改变电流变流体的粘性，并且，装置结构为在相同平面上布置多个电流变流体单元的结构，其中，每个电流变流体单元都具有布置在电极图案11a、12a之间的电流变流体。
构成各个电流变流体单元的矩阵形式电极图案11a、12a能以被动矩阵模式或主动矩阵模式驱动。被动矩阵模式或主动矩阵模式是用于液晶显示器的驱动模式之一，并且，例如，如图4A所示，被动矩阵模式是这样的模式，其中，在两个方向即X轴方向和Y轴方向上布置导体线(带状电极图案11a和12a)，并且，在X和Y轴方向上施加电压，以驱动交叉处的液晶(在此情况下为电流变流体)。在每个交叉处布置电流变流体，从而，在X轴方向导体线与Y轴方向导体线之间布置电流变流体。被动矩阵模式的特征是：结构简单，因而成本较低并且产量较大。在主动矩阵模式中，如图4B所示，每个电流变流体单元都布置有源元件16如薄膜晶体管和各个电极(与电极图案11a或电极图案12a相对应)。有源元件16借助信号线和扫描线的电压而接通或断开，并且，当有源元件16处于接通状态时，通过各个电极向所希望的电流变流体施加电压，并改变电流变流体的粘性。从而，可保证只操作所希望的电流变流体单元。
图5A和5B为示出电流变流体装置的结构实例的视图。图5A为示出在一对带状电极21、22之间布置上述电流变流体23并且在电极21、22之间形成容器24的实例的分解视图，其中，容器24用于覆盖电流变流体23的侧部。电流变流体23在此为流体，并因而具有不确定的形状，根据覆盖电流变流体侧部的容器24的形状而示出电流变流体23的形状。容器24由具有柔性的绝缘材料组成，并且例如可由薄绝缘橡胶板或合成树脂板构成，并且，用于构成容器的材料不局限于单一材料，并可使用由层叠在一起的多个材料层组成的复合膜等。电极21、22为向电流变流体23施加电压的电极元件，并且，通过未示出的电源等施加所希望的电压，以改变电流变流体23的粘性。容器24在一对带状电极21、22的边缘部分上液体密封地连接到电极21、22上，从而，容器内的电流变流体23可安全地保留在带状电极21、22之间。
图5B为示出电流变流体装置的另一构造实例的视图。上述电流变流体27布置在一对带状电极25、26之间，并且形成用于完全覆盖电极25、26和电流变流体27的袋状容器28。当形成袋状容器28时，容器28也存在于电极25、26的相对表面的对立侧上，并且，在容器28内部保存电流变流体27。袋状容器28由具有柔性的绝缘材料组成，并且例如可由薄绝缘橡胶板或合成树脂板构成，并且，用于构成容器的材料不局限于单一材料，并可使用由层叠在一起的多个材料层组成的复合膜等。电极25、26和袋状容器28不必互相接触。
在带状电流变流体装置中，通过控制电流变流体的弹性系数，可控制电流变流体装置的形状。具体地，图6A和6B示出具有可携带性的电子设备31，可携带性是指折叠或展开设备，其中，图6A为示出已经折叠的电子设备31的透视图，图6B为示出已经展开的电子设备31的透视图。
电子设备31由总体上具有柔性的薄而轻的材料如柔性显示器或所谓的电子纸组成，并且，以用电流变流体装置32为电子设备31镶边的图案布置电流变流体装置32。在电子设备31的表面上形成开关33，并且，开关33的两个三角形按钮控制电流变流体装置32接通或断开，其中，电流变流体装置32是电子设备31的镶边。
电子设备31中的显示器包括未示出的显示部分和驱动部分，对于显示部分，可以使用：由具有柔性的且利用电流变效应的微囊组成的显示器；根据电化学反应实现发光的电致变色显示器或电解沉淀显示器；等等。例如，显示部分布置在基本为板形的电子设备31的中间部分上，从而，电子设备总体上具有柔性构造。驱动部分是用于控制显示部分中象素的着色的电路部分，并优选是柔性的，从而，可使用有机元件如薄膜有机晶体管作为驱动电路。有机晶体管具有以下构造，其中，有机晶体管由薄膜组成，并且控制通过半导体中通道的载流子，其中，所述薄膜由有机半导体(如，具有导电性质的聚合物材料)等形成。使用柔性显示部分和柔性驱动部分以此方式产生电子设备31，因而，此设备具有可折叠或弄成圆形的此种令人欢迎的可携带性。
当电子设备从图6A所示折叠状态改变为图6B所示展开状态时，作为电子设备31镶边的电流变流体装置32从断开状态改变为接通状态。接着，在电流变流体装置32内未示出的一对电极之间形成电场，并且，包含在电流变流体装置32内的电流变流体改变为与电场一致的固体。结果，布置为电子设备31镶边的电流变流体装置32用作支持所述板的框架，从而，用户容易握住处于展开状态的电子设备31。
当在用户完成观看显示部分的屏幕并把电子设备再次放在口袋或袋子内以便携带时，操作保持为展开状态的电子设备31的开关，以使作为电子设备31镶边的电流变流体装置32从接通状态改变为断开状态。相应地，清除电流变流体装置32内的电极之间的电场，并且，在电流变流体装置32接通状态过程中处于固态的电流变流体改变为普通流体，从而，电流变流体装置32不具有作为电子设备21框架的硬度，因而使得容易改变设备的形状，如折叠设备。
下面结合图7-20描述电流变流体装置的布置图案。首先，图7为示出基本为平板形的电流变流体装置44的结构的分解透视图，其中，在一对基本为平板形的电极41、42之间布置电流变流体43。图7所示结构与图2A所示上述结构相似。基本为平板形的电流变流体装置44改变电极41、42的平面图案，并且具有其形状根据电极41、42所改变平面图案选择的容器。优选电极41、42由具有柔性的导电材料形成，并且，通过未示出的电源在电极41、42之间产生用于控制的电场。可在基本为平板形的电极41、42之间形成防止发生短路的间隔物，其中，所述间隔物由绝缘体等组成。以下结合图8-16描述电流变流体装置的各种平面图案。
图8示出电流变流体装置形成为基本扁平形状的实例。具体地，在基本为平板形的基板52的整个顶面上形成基本为平板形的电流变流体装置51。对于电流变流体装置51的结构，具体地，采用图7所示结构，即，在一对基本为平板形的电极之间布置电流变流体，并且，用容器完全覆盖全部电流变流体和电极。在图8实例中，电流变流体装置具有覆盖基板全部顶面的平面图案，从而，可根据电流变流体装置51的接通-断开控制而控制电流变流体装置51的全部表面的纹理或硬度，并且，例如，当基板52由柔性材料组成时，可控制折弯的基板52展开。可引入基板52作为上述电子设备的一部分，如扁平型显示器的一部分、或直接佩带到人体上的可佩带装置的一部分。这应用于以下基板。
图9示出电流变流体装置形成为基本正方形形状的实例。在基本为平板形的基板54上形成带状电流变流体装置53，以形成沿着基板顶面侧边上的整个边缘部分存在所述装置的图案。具体地，电流变流体装置53具有图7所示结构，其中，在一对基本为带状的电极之间布置电流变流体，并且，整个电流变流体和电极完全用容器覆盖。在图9的实例中，基本为带状的电流变流体装置53沿着基板54的边缘部分延伸，从而，当被控制为接通状态时，基本为带状的电流变流体装置53变硬，并且用作基板54的框架，从而，用户容易握住基板54。基本为带状的电流变流体装置53在交叉的两个方向上延伸，并且沿着从向上直立的基板54前侧观察的水平方向(横向)和垂直方向(纵向)的边缘部分形成。
图10示出图9的图案与沿着对角线延伸的图案的组合的实例。图10的电流变流体装置55包括：在基板56的端部上形成的、在从向上直立的基板56前侧观察的水平方向(横向)上延伸的水平部分55a；在基板56的端部上形成的、在从向上直立的基板56前侧观察的垂直方向(纵向)上延伸的垂直部分55b；以及沿着对角线延伸的对角线部分55c。具体地，电流变流体装置55具有图7所示结构，其中，在一对基本为带状的电极之间布置电流变流体，并且，整个电流变流体和电极完全用容器覆盖。基本为带状的电流变流体装置55在交叉的两个方向上延伸，即在水平方向(横向)和垂直方向(纵向)上延伸，并进一步地，在该结构上增加沿着对角线延伸的对角线部分55c，尤其是当基板56具有大面积时，沿着对角线延伸的对角线部分55c提高基板56的握持性质。
图11示出电流变流体装置形成为基本为正方形的图案的实例，该图案中具有十字形部分。图11的电流变流体装置57包括：在基板58的端部和中部上形成的、在从向上直立的基板58前侧观察的水平方向(横向)上延伸的水平部分57a；以及在基板58的端部和中部上形成的、在从向上直立的基板58前侧观察的垂直方向(纵向)上延伸的垂直部分57b。具体地，电流变流体装置57具有图7所示结构，其中，在一对基本为带状的电极之间布置电流变流体，并且，整个电流变流体和电极完全用容器覆盖。基本为带状的电流变流体装置57在交叉的两个方向上延伸，即在水平方向(横向)和垂直方向(纵向)上延伸，并且，尤其是当基板58具有大面积时，穿过中部的水平部分57a和垂直部分57b也提高基板58的握持性质。
图12示出多个带状电流变流体装置布置得互相平行的图案实例。在图12中，在从向上直立的基板60前侧观察的垂直方向(纵向)上，多个带状电流变流体装置59以预定间隔在基板60的顶面上延伸。具体地，每个电流变流体装置59具有图7所示结构，其中，在一对基本为带状的电极之间布置电流变流体，并且，整个电流变流体和电极完全用容器覆盖。例如，当由柔性结构组成的基板60在垂直方向上折弯时，在基板60顶面上形成的带状电流变流体装置59一度一起折弯，但是，通过控制带状电流变流体装置59为接通状态，电流变流体装置59改变形状，从而，它们展开为直线形式，即，控制装置在垂直方向上折弯，以使它们整体展开。
图13示出以棋盘格图案布置基本为矩形的电流变流体装置的实例。在图13中，在基板62的顶面上以棋盘格图案布置多个基本为矩形的电流变流体装置61。具体地，每个电流变流体装置61具有图7所示结构，其中，在一对基本为带状的电极之间布置电流变流体，并且，整个电流变流体和电极完全用容器覆盖。形成以棋盘格图案布置的电流变流体装置61，因而，基板62的大约一半用电流变流体装置61覆盖，并且，即使基板62具有大面积，电流变流体装置61也提高基板62的握持性质。另外，基板62的大约一半用电流变流体装置61覆盖，因而，可控制基板62表面的纹理与每个电流变流体装置61的可变表面纹理的组合。
图14示出在基板64侧壁上形成电流变流体装置63的实例。在基本为平板形的基板64的侧壁上形成基本为带状的电流变流体装置63，以便环绕侧壁。具体地，在基板64的侧壁上形成的电流变流体装置63具有图7所示结构，其中，在一对基本为带状的电极之间布置电流变流体，并且，整个电流变流体和电极完全用容器覆盖。当形成具有此图案的电流变流体装置63时，与图9中形成基本为正方形的电流变流体装置的实例一样，当控制电流变流体装置63处于接通状态时，电流变流体装置63用作基板64的框架。
图15示出在未示出的基板的全部表面上形成电流变流体装置65、66的实例。在基本为平板形的基板的侧壁上形成电流变流体装置65，并且，在基本为平板形的基板的顶面上形成电流变流体装置66。尽管未示出，但在基板的底面上形成电流变流体装置。当如上所述在基板的全部表面上形成电流变流体装置65、66时，用户可触摸由电流变流体装置65、66在装置任何部分上产生的硬度或纹理，并且，通过向电流变流体装置65、66内的电极施加电压，而控制所感觉纹理的变化。
图16示出三个薄片互相层叠的结构实例，其中，每个薄片都包括在基本为平板形的基板上形成的基本为平板形的电流变流体装置。具体地，在基本为平板形的基板72上形成基本为平板形的电流变流体装置71，并且，在电流变流体装置71上层叠基本为平板形的基板70。在基本为平板形的基板70上形成基本为平板形的电流变流体装置69，并且，在电流变流体装置69上层叠基本为平板形的基板68。进一步地，在基本为平板形的基板68上形成基本为平板形的电流变流体装置67。在层叠结构中，可控制折弯的设备展开，反之亦然，并且，当在由一层组成的结构中控制形状的效果较弱时，此结构尤其有效。
下面结合图17描述另一结构的电流变流体装置。此电流变流体装置包括具有圆柱形的外电极81和具有圆棒形的内电极82，并且，在外电极81和内电极82之间填充电流变流体。例如，外电极81具有总体上为柔性的构造，即，在由柔性合成树脂材料制成的管83内布置容易折弯的多根线84，并且，当电流变流体装置折弯时，外电极的形状可柔性地改变。在图中所示实例中，在由柔性合成树脂材料制成的管83内布置线84，但是，可在管83的内部形成导电材料薄膜，如金属薄膜，或者，可在管83的内壁上涂敷导电涂层复合物以形成电极。与外电极81相同，可使用柔性材料形成具有具有圆棒形的内电极82，并且内电极82可改变其形状或折弯。在电极81、82之间形成用于防止短路的由绝缘体等组成的间隔物。
将被填充的电流变流体是这样的流体，其中，如上所述，向电极作用电场导致布置在电极之间的物质的粘性显著变化，更具体地，电流变流体是包含分散在电绝缘液体(分散介质)中的微粒的流体，其中，所述微粒具有极化特性并具有大约0.1-100μm的直径，当从电极81、82向悬浮流体作用电场时，流体的弹性系数显著改变。电流变流体中所用材料的实例包括无定形硅酸盐陶瓷，并且具体地，已知铝硅酸盐表现出强烈的电流变效应。不仅铝硅酸盐而且导电有机材料或聚合物材料可构成将被分散的微粒。聚合物材料一般因π-共轭键结构而具有导电性。另外，含碳材料和球壳状碳分子也可用作分散材料，并进一步地，已经知道超导材料例如在室温下在硅酮油中具有电流变效应，并且，可使用这些超导材料。以下结合图18-20描述电流变流体装置的各种图案。
图18示出形成为基本正方形的电流变流体装置的实例。在基本为平板形的基板86上形成电流变流体装置85，以便在基板的顶面侧边上沿着全部边缘部分存在装置的图案。具体地，电流变流体装置85具有图17所示结构，其中，在圆柱形外电极和圆柱形内电极之间布置电流变流体，并且，整个电流变流体和电极完全用管状容器覆盖。在图18的实例中，薄的圆柱形电流变流体装置85沿着基板86的边缘部分延伸，从而，当被控制为接通状态时，薄的圆柱形电流变流体装置85变硬，并且用作基板86的框架，从而，当用户握基板86时容易握住它。基本为带状的电流变流体装置85在交叉的两个方向上延伸，并且沿着从向上直立的基板86前侧观察的水平方向(横向)和垂直方向(纵向)的边缘部分形成。可引入基板86，作为上述电子设备的一部分，如扁平型显示器的一部分，或直接佩带到人体上的可佩带装置的一部分。这应用于以下基板。
图19示出安装到基本为平板形的基板的四个角部分上的电流变流体装置。在图19中，在基本为平板形的基板88的四个角部分上分别形成电流变流体装置87，从而，电流变流体装置在与基板主表面正交的方向上延伸，以便连接底侧和顶侧。具体地，电流变流体装置87具有图17所示结构，其中，在圆柱形外电极和圆柱形内电极之间布置电流变流体，并且，整个电流变流体和电极完全用管状容器覆盖。在基本为平板形的基板88的四个角部分上分别形成电流变流体装置87的结构中，向电流变流体装置87施加电压可控制所述角部分变硬，当需要所述角变硬时，此结构有效。
图20示出图18的图案与沿对角线延伸的图案的组合实例。图20的电流变流体装置89包括：在基板90的端部上形成的、在从向上直立的基板90前侧观察的水平方向(横向)上延伸的水平部分89a；在基板90的端部上形成的、在从向上直立的基板90前侧观察的垂直方向(纵向)上延伸的垂直部分89b；以及沿着对角线延伸的对角线部分89c。具体地，电流变流体装置89具有图17所示结构，其中，在圆柱形外电极和圆柱形内电极之间布置电流变流体，并且，整个电流变流体和电极完全用管状容器覆盖。电流变流体装置89在交叉的两个方向上延伸，即在水平方向(横向)和垂直方向(纵向)上延伸，并进一步地，在该结构上增加沿着对角线延伸的对角线部分89c，尤其是当基板90具有大面积时，沿着对角线延伸的对角线部分89c提高基板90的握持性质。
下面，结合图21A-21D描述另一实施例。图21A示出在电子设备的壳体100中形成第一电流变流体装置101和电流变流体装置102、103的实例，使第一电流变流体装置101以基本相等的间隔布置在壳体的相互平行的预定两侧之间，并且，电流变流体装置102、103分别沿着壳体的与第一电流变流体装置101正交的剩余两侧布置。在总体上为柔性的壳体100中，当电流变流体装置101和电流变流体装置102、103都接通(向它们施加电压)时，保证在直角方向上的刚性，从而，壳体100总体上保持基本为平板形。相反，当接通电流变流体装置101而断开电流变流体装置102、103时，保持在电流变流体装置101延伸方向上的刚性，但是，除去在电流变流体装置102、103延伸方向上的刚性，从而，壳体在此方向上变成是柔性的。结果，如图21B所示，在壳体100中形成与第一电流变流体装置101平行的折弯部分104，因而，壳体100总体上呈弯曲形状。当向每个电流变流体装置102、103中的一对电极施加电压以再次接通它们时，包含在这些装置内的电流变流体变为固态，以使电流变流体装置102、103展开，使壳体从图21B所示的弯曲状态回复到如图21A所示的不弯曲的、基本为平板形的状态。
相似地，图21C示出例如能以直角折弯的电子设备的壳体105的一个实例。前一实例是壳体在任何部分上沿着壳体长侧变形(折弯)的实例，而此实例是壳体在某个部分上沿着壳体长侧变形的实例。壳体能以此方式局部变形，并且，在此实例中，壳体105以直角折弯。在此实例中，如图21C所示，在壳体105几乎中间的部分上布置两个电流变流体装置106，并且，电流变流体装置107、108分别沿着壳体的与电流变流体装置106正交的两侧布置。当电流变流体装置106和电流变流体装置107、108都接通(向它们施加电压)时，与前一实例一样，保证在直角方向上的刚性，从而，壳体105总体上保持基本为平板形。另一方面，当接通电流变流体装置106而断开电流变流体装置107、108时，保持在电流变流体装置106延伸方向上的刚性，并且，除去在电流变流体装置107、108延伸方向上的刚性。结果，如图21D所示，在电流变流体装置106之间形成折弯部分109，从而，壳体以直角折弯。当再次接通电流变流体装置107、108时，包含在这些装置内的电流变流体变为固态，以使电流变流体装置107、108展开，使壳体105从图21D所示的弯曲状态回复到如图21C所示的不弯曲的、基本为平板形的状态。
通过在电子设备的壳体100、105的弯曲部分或折弯部分上布置电流变流体装置101、102、103、106、107、108并如上所述地改变施加到这些装置上的电压，可控制壳体100、105的形状。在此情况下，不需要机构操作组件，如特殊铰链或执行器，并且，本实施例的优点是所述设备一般尺寸小、重量轻。
图22示出作为另一实施例的柔性显示设备的实例。柔性显示设备110具有片状柔性设备主体、以及在设备主体的中间部分上形成的显示部分112。另外，尽管未示出，在显示部分周围形成驱动部分或无线电通信电路部分，并进一步地，形成片状扬声器部分、触摸屏部分等。沿着柔性显示设备110的边缘部分形成电流变流体装置111。电流变流体装置111具有以下结构，其中，在一对电极之间布置电流变流体，并且整个电流变流体和电极完全用容器覆盖，当向电极施加电压时，包含在此装置内的电流变流体变为固态，以使电流变流体装置111展开，因而控制柔性显示设备110展开。相反，当控制装置以便不向电极施加电压时，包含在此装置内的电流变流体变为液态，从而，柔性显示设备110甚至容易折叠。
图23示出耳机型网络音频设备的实例。在与用户耳朵背后接触的一对接触部分120、121中包含电源、音频再现电路部分、通信电路部分等，并且尤其是在接触部分120、121外部上，在与耳朵接触的部分上形成电流变流体装置122。当用户使用该设备时，在用户把接触部分120、121按向耳朵背后的同时，控制电流变流体装置122变柔软，并且，软化的电流变流体装置降低用户长时间欣赏音乐的负担。在音频再现电路部分123的部分内形成引导路径125，其中，引导路径125例如从背侧向耳朵侧引导低音，并且，在引导路径125的端部形成电流变流体装置124。当施加电压时，或当停止施加电压而闭合引导路径126时，电流变流体装置124开启引导路径125，因而，把扬声器切换为中高音。电流变流体装置124小而轻，因而，不牺牲耳机型网络音频设备的可携带性就可实现以上控制。
电流变流体装置例如可应用于家用游戏机的控制器的一部分，作为本发明电子设备的另一实例。用户通过手指接触控制器的控制部分，并且通过电流变流体装置来控制触觉。例如，如果玩游戏者在战斗游戏中被打败，就控制电流变流体装置变软，以便提高游戏中的逼真感觉。
基于使用一对带状、片状、或圆柱形电极的电流变流体装置实例来进行解释，但两个或一个电极可由板簧或盘簧形成，并且，在此情况下，弹簧本身的弹性用于形状的改变。
通过使用本发明的电流变流体装置或电子设备，可在电气上控制设备的硬度、张力、纹理、形状等。将被电气控制的电流变流体容易减小尺寸或重量，并且具有高响应速率，并进而可通过取消施加电压来可逆地控制。从而，电子设备的硬度、张力、纹理、形状等可作为新功能增加到通常仅为坚硬设备的电子设备中，因而，明显地拓宽应用范围。

Claims (23)

1.一种电流变流体装置，特征在于包括：
能在内部包含流体的容器；
具有柔性的一对电极，其中，所述电极布置在所述容器内以便互相相对；以及
包含在所述容器内并布置在所述电极之间的电流变流体，并且，所述电流变流体具有根据在所述电极之间产生的电场而可变的弹性。
2.如权利要求1所述的电流变流体装置，特征在于：所述容器由柔性材料构成。
3.如权利要求1所述的电流变流体装置，特征在于：所述一对电极包括点状、片状或带状的相对电极。
4.如权利要求1所述的电流变流体装置，特征在于：所述一对电极包括布置在外围边界上以便互相相对的一个轴状电极和另一电极。
5.如权利要求1所述的电流变流体装置，特征在于：所述一对电极在延伸所述容器的方向上延伸。
6.如权利要求1所述的电流变流体装置，特征在于形成所述对电极的至少两对，其中，由一对电极产生的电场和由其它对电极产生的电场交叉。
7.一种电流变流体装置，特征在于包括：
多个电流变流体单元；
所述电流变流体单元具有：
能在内部包含流体的容器；
具有柔性的一对电极，其中，所述电极布置在所述容器内以便互相相对；以及
根据在所述电极之间产生的电场而具有可变弹性的电流变流体，所述电流变流体包含在所述容器内并布置在所述电极之间。
8.如权利要求7所述的电流变流体装置，特征在于：所述电流变流体装置布置成基本为平板形。
9.如权利要求7所述的电流变流体装置，特征在于：通过被动矩阵模式或主动矩阵模式驱动所述多个布置的电流变流体装置。
10.一种电子设备，特征在于包括：
具有柔性的设备主体；
能在内部包含流体的容器，所述容器连接到所述设备主体上；
具有柔性的一对电极，其中，所述电极布置在所述容器内以便互相相对；以及
包含在所述容器内并布置在所述电极之间的电流变流体，并且，所述电流变流体具有根据在所述电极之间产生的电场而可变的弹性。
11.如权利要求10所述的电子设备，特征在于：所述容器由柔性材料构成。
12.如权利要求10所述的电子设备，特征在于：在与人体接触的部分中形成所述容器。
13.如权利要求10所述的电子设备，特征在于：所述设备主体设置有图象显示部分。
14.如权利要求10所述的电子设备，特征在于：提供有机晶体管作为控制装置。
15.如权利要求10所述的电子设备，特征在于：所述图象显示部分设置有机晶体管，作为控制装置。
16.一种电子设备，特征在于包括：
设备主体；
具有柔性并能在内部包含流体的容器，所述容器连接到所述设备主体上；
具有柔性的至少一对电极，其中，所述电极布置在所述容器内以便互相相对；以及
包含在所述容器内并布置在所述电极之间的电流变流体，并且，所述电流变流体具有根据在所述电极之间产生的电场而可变的弹性。
17.如权利要求16所述的电子设备，特征在于：在形成于所述设备主体一部分中的路径上设置所述容器，并且，根据包含在所述容器内的所述电流变流体的特性变化而执行所述路径的开启/闭合操作。
18.如权利要求16所述的电子设备，特征在于：在所述设备主体的开启/闭合部分上形成所述容器，并且，根据包含在所述容器内的所述电流变流体的特性变化而执行所述开启/闭合部分的开启/闭合操作。
19.一种电子设备，特征在于包括：
具有柔性的片状主体；
能在内部包含流体的容器，所述容器连接到所述片状主体上；
具有柔性的至少一对电极，其中，所述电极布置在所述容器内以便互相相对；以及
包含在所述容器内并布置在所述电极之间的电流变流体，并且，所述电流变流体具有根据在所述电极之间产生的电场而可变的弹性。
20.如权利要求19所述的电子设备，特征在于：所述容器在所述片状主体上或在所述片状主体内的一个方向上延伸。
21.如权利要求19所述的电子设备，特征在于：所述片状主体能保持为卷筒形。
22.如权利要求19所述的电子设备，特征在于：所述片状主体能保持为折叠形状。
23.如权利要求19所述的电子设备，特征在于：所述容器由柔性材料构成。
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