DE102020112725A1

DE102020112725A1 - Flexible display-vorrichtung, verfahren zum stabilisieren mindestens einer geometrischen konfiguration einer flexiblen display-vorrichtung, rollbare projektionswand, und verfahren zum stabilisieren einer ausgerollten konfiguration einer rollbaren projektionswand

Info

Publication number: DE102020112725A1
Application number: DE102020112725.1A
Authority: DE
Inventors: Adrian Ehrenhofer; Thomas Wallmersperger
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2020-05-11
Filing date: 2020-05-11
Publication date: 2021-11-11
Also published as: WO2021228549A1; EP4150403A1

Abstract

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine flexible Display-Vorrichtung (100) bereitgestellt, aufweisend: eine flexible Schicht (101); mindestens eine an mindestens einer von zwei gegenüberliegenden Seiten (101a, 101b) der flexiblen Schicht (101) angeordnete Schicht (102) zum Stabilisieren mindestens einer geometrischen Konfiguration der flexiblen Schicht (101), wobei die mindestens eine Schicht (102) ein aktives Material (102a) aufweist, welches durch nichtmechanische Stimulation reversibel mechanisch deformierbar ist; und eine Einrichtung (103), eingerichtet zum Anlegen mindestens einer nichtmechanischen Stimulation (104) an das aktive Material (102a).

Description

Verschiedene Ausführungsformen betreffen eine flexible Display-Vorrichtung, ein Verfahren zum Stabilisieren mindestens einer geometrischen Konfiguration einer flexiblen Display-Vorrichtung, eine rollbare Projektionswand, und ein Verfahren zum Stabilisieren einer ausgerollten Konfiguration einer rollbaren Projektionswand.
Flexible Displays, wie z.B. aufrollbare Displays, sind aufgrund ihrer Geometrie- und Materialeigenschaften herkömmlicherweise nicht in der Lage, im ausgerollten Zustand ihre Form stabil zu halten. Eine ausreichend starke Versteifung würde aber die Aufrollbarkeit beschränken. Ähnliches gilt für rollbare Projektionswände (Bildwände).
In unversteifter Form können herkömmliche flexible Displays nur in der Hand gehalten oder auf einer Fläche abgelegt werden. Versteifungen mit harten Bauteilen verhindern in der Regel, dass ein System vollständig flexibel sein kann.
Verschiedene Ausführungsformen betreffen eine flexible Display-Vorrichtung und eine rollbare Projektionswand sowie Verfahren zum Stabilisieren derselben, wobei anschaulich eine Geometrieänderung eines aktiven Materials oder durch ein aktives Material und eine daraus resultierende Versteifung ausgenutzt werden zum Stabilisieren der Display-Vorrichtung oder der Projektionswand.
Ein Aspekt verschiedener Ausführungsformen kann darin gesehen werden, dass dünne Folien, wie sie beispielsweise bei der Herstellung von flexiblen Displays verwendet werden, stabilisiert werden können. Durch Integration von aktiven Materialien (manchmal auch als „intelligente Materialien“ (engl.: „smart materials“) bezeichnet), z.B. Hydrogelen, kann eine kombiniert aktiv-passive Struktur geschaffen werden, mit anderen Worten eine Struktur, welche ein aktives Material und ein passives Material aufweist. Unter einem „aktiven Material“ kann ein Material verstanden werden, dass durch nichtmechanische Stimulation („Aktivierung“) reversibel mechanisch deformierbar ist. Unter einem „passiven Material“ wiederum kann beispielsweise ein Material verstanden werden, dass die vorgenannte Fähigkeit nicht besitzt oder bei dem die vorgenannte Fähigkeit zwar vorhanden ist aber nicht genutzt wird.
Bei Stimulation (Aktivierung) des aktiven Materials kann sich beispielsweise eine Wellplattenstruktur (engl.: corrugated sheet structure) bilden, welche die Biegesteifigkeit der Struktur verändern, insbesondere erhöhen, kann. Die Änderung der Biegesteifigkeit kann durch Geometrieänderung des aktiven Materials, bzw. einer Schicht oder Struktur, welche das aktive Material aufweist oder daraus besteht, erzielt werden. Die Geometrieänderung kann einstellbar und reversibel sein, womit die Biegesteifigkeit frei eingestellt werden kann. Zum Beispiel kann das Ausmaß der Geometrieänderung von der Stärke der Stimulation und/oder der Dauer der Stimulation abhängen. Unter einem aktiven Material kann daher beispielsweise auch ein Material verstanden werden, das als Sensor und/oder Aktor verwendet werden kann.
Verschiedene Ausführungsformen ermöglichen es, flexible Displays bereitzustellen, die ohne harte Teile zur Stabilisierung auskommen. Dadurch kann ein flexibles Display ermöglicht werden, dass vollständig flexibel ist. Ebenso kann beispielsweise eine rollbare Projektionswand (Bildwand) realisiert werden, die keine zusätzliche Fixierung (z.B. durch eine Metallstange oder einen Metallrahmen) benötigt.
In verschiedenen Aspekten wird eine flexible Display-Vorrichtung bereitgestellt, aufweisend: eine flexible Schicht; mindestens eine an mindestens einer von zwei gegenüberliegenden Seiten der flexiblen Schicht angeordnete Schicht zum Stabilisieren mindestens einer geometrischen Konfiguration der flexiblen Schicht, wobei die mindestens eine Schicht ein aktives Material aufweist, welches durch nichtmechanische Stimulation reversibel mechanisch deformierbar ist; und eine Einrichtung, eingerichtet zum Anlegen mindestens einer nichtmechanischen Stimulation an das aktive Material.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die flexible Schicht ein passives Material aufweisen oder daraus bestehen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die flexible Schicht ein anorganisches Material aufweisen oder daraus bestehen. Zum Beispiel kann das passive Material ein anorganisches Material sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die flexible Schicht ein organisches Material aufweisen oder daraus bestehen. Zum Beispiel kann das passive Material ein organisches Material sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die flexible Schicht eine Folie aufweisen oder sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformend kann es sich bei den zwei gegenüberliegenden Seiten der flexiblen Schicht um eine Oberseite und eine Unterseite der flexiblen Schicht handeln. Die Oberseite und die Unterseite der flexiblen Schicht können beispielsweise parallel zu einer Anzeigefläche der flexiblen Display-Vorrichtung, beispielsweise parallel zu einer Anzeigefläche eines Display-Panels der flexiblen Display-Vorrichtung, sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das aktive Material ein Material sein, das sich bei Anlegen der mindestens einen nichtmechanischen Stimulation ausdehnt oder zusammenzieht. Zum Beispiel kann das aktive Material ein Material sein, das sich bei Anlegen der mindestens einen nichtmechanischen Stimulation isotrop ausdehnt oder zusammenzieht. Ein Beispiel für ein aktives Material, welches sich isotrop ausdehnen oder zusammenziehen kann, ist ein Hydrogel. Alternativ können auch aktive Materialien verwendet werden, die sich anisotrop ausdehnen oder zusammenziehen, oder allgemein eine anisotrope Formänderung bei Anlegen der nichtmechanischen Stimulation vollziehen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mindestens eine Schicht so ausgebildet sein, dass eine Biegesteifigkeit der flexiblen Display-Vorrichtung durch die mechanische Deformation des aktiven Materials geändert wird. Insbesondere kann die Biegesteifigkeit der Display-Vorrichtung durch die mechanische Deformation des aktiven Materials erhöht werden. Anschaulich kann sich durch die Deformation des aktiven Materials zumindest die Struktur aus flexibler Schicht und der das aktive Material aufweisenden mindestens einen Schicht verformen (z.B. eine U-Form, eine Schalenform, eine Wellplattenform oder eine andere gekrümmte Form annehmen), wodurch eine Änderung (insbesondere Erhöhung) der Biegesteifigkeit der Struktur und damit der Display-Vorrichtung erreicht werden kann.
Zum Beispiel kann das aktive Material durch eine nichtmechanische Stimulation von einem ersten (z.B. nicht deformierten, oder schwach deformierten Zustand) in einen zweiten (z.B. deformierten, oder stärker deformierten) Zustand übergehen, so dass sich die Biegesteifigkeit der Struktur aus flexibler Schicht und der mindestens einen Schicht, welche das aktive Material aufweist, von einem ersten Wert zu einem zweiten Wert ändert (insbesondere erhöht).
Umgekehrt kann das aktive Material von dem zweiten Zustand wieder zurück in den ersten Zustand übergehen (anders ausgedrückt kann sich die Deformation zurückbilden), wenn die (erste) nichtmechanische Stimulation entfällt, oder wenn eine zweite nichtmechanische Stimulation an das aktive Material angelegt wird, welche beispielsweise einen zu der (ersten) nichtmechanischen Stimulation umgekehrten Deformationseffekt verursacht, so dass sich die Biegesteifigkeit der Struktur aus flexibler Schicht und der mindestens einen Schicht wieder zum ersten Wert hin entwickelt (insbesondere erniedrigt). Zum Beispiel kann die (erste) nichtmechanische Stimulation eine Ausdehnung des aktiven Materials bewirken, und das Weglassen der (ersten) nichtmechanischen Stimulation oder das Anlegen der zweiten nichtmechanischen Stimulation kann bewirken, dass sich das aktive Material wieder zusammenzieht. Dieser Vorgang kann beispielsweise mehrfach reversibel durchlaufen werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann, zum Beispiel durch unterschiedliche Stärke und/oder Dauer der angelegten nichtmechanischen Stimulation, die Biegesteifigkeit der flexiblen Display-Vorrichtung variabel eingestellt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mindestens eine Schicht so eingerichtet sein, dass eine Biegesteifigkeit der mindestens einen Schicht bei nicht deformiertem Zustand des aktiven Materials ungefähr gleich einer Biegesteifigkeit der flexiblen Schicht ist. Dies ermöglicht es beispielsweise, dass die flexible Schicht und die mindestens eine Schicht leicht gemeinsam gebogen werden können, z.B. wenn die flexible Display-Vorrichtung gerollt (z.B. ein-, auf- oder ausgerollt) werden soll.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann sich die Biegesteifigkeit der Struktur aus flexibler Schicht und der mindestens einen Schicht und/oder die Biegesteifigkeit der flexiblen Display-Vorrichtung durch die mechanische Deformation des aktiven Materials um einen Faktor von mindestens 2, beispielsweise mindestens 5, beispielsweise mindestens 10, beispielsweise mindestens 100, beispielsweise mindestens 1000, beispielsweise mindestens 10000 ändern.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das aktive Material mindestens eines der folgenden Materialien aufweisen oder sein: ein Hydrogel, ein elektroaktives Polymer, ein piezoelektrisches oder elektrostriktives Material (beispielsweise ein Piezokeramikmaterial oder ein Piezopolymer), ein Polymerverbundwerkstoff, ein Formgedächtnismaterial (beispielsweise eine Formgedächtnislegierung oder ein Formgedächtnispolymer).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mindestens eine nichtmechanische Stimulation eine elektrische Stimulation, eine thermische Stimulation, eine Stimulation durch Licht und/oder eine chemische Stimulation aufweisen oder sein.
Bei einer elektrischen Stimulation kann es sich beispielsweise um ein Anlegen einer elektrischen Spannung oder eines elektrischen Stroms an das aktive Material handeln. In diesem Fall kann die Einrichtung zum Anlegen mindestens einer nichtmechanischen Stimulation an das aktive Material eingerichtet sein zum Anlegen der elektrischen Spannung oder des elektrischen Stroms. Beispielsweise kann die Einrichtung eine geeignete elektrische Schaltung aufweisen oder sein. Die elektrische Schaltung kann mit der mindestens einen Schicht elektrisch verbunden sein.
Bei einer thermischen Stimulation kann es sich beispielsweise um ein Heizen oder Kühlen des aktiven Materials handeln. In diesem Fall kann die Einrichtung zum Anlegen mindestens einer nichtmechanischen Stimulation an das aktive Material eingerichtet sein zum Heizen oder Kühlen des aktiven Materials. Beispielsweise kann die Einrichtung ein geeignetes Heizelement und/oder Kühlelement aufweisen oder sein. Das Heizelement und/oder Kühlelement kann mit der mindestens einen Schicht gekoppelt sein.
Bei einer Stimulation durch Licht kann es sich beispielsweise um ein Bestrahlen des aktiven Materials mit Licht einer vorbestimmten Wellenlänge oder Licht eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs handeln. In diesem Fall kann die Einrichtung zum Anlegen mindestens einer nichtmechanischen Stimulation an das aktive Material eingerichtet sein zum Bestrahlen des aktiven Materials. Beispielsweise kann die Einrichtung eine geeignete Lichtquelle aufweisen oder sein. Der vorbestimmte Wellenlängenbereich kann beispielsweise im UV-Bereich oder im sichtbaren Bereich liegen, z.B. im Falle eines Hydrogels als aktives Material. Alternativ sind aber auch andere Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereiche möglich.
Bei einer chemischen Stimulation kann es sich beispielsweise um eine Änderung eines pH-Werts oder eine Änderung einer Konzentration zumindest eines Bestandteils des aktiven Materials (z.B. des Hydrogels) handeln. In diesem Fall kann die Einrichtung zum Anlegen mindestens einer nichtmechanischen Stimulation an das aktive Material eingerichtet sein zum Ändern des pH-Werts oder Ändern der Konzentration. Beispielsweise kann die Änderung des pH-Werts bzw. der Konzentration einer umgebenden oder beinhaltenden Lösung durch zum Beispiel reversible chemische Reaktionen oder lichtinduzierte chemische Reaktionen oder Oxidationsreaktionen oder elektrochemische Reaktionen realisiert werden. Beispielsweise kann die Änderung des pH-Werts bzw. der Konzentration durch mikrofluidische Zuführung aus einem Reservoir realisiert werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mindestens eine Schicht nur an einer der zwei gegenüberliegenden Seiten der flexiblen Schicht angeordnet sein. In diesem Fall kann eine mechanische Deformation des aktiven Materials beispielsweise eine Krümmung der flexiblen Schicht bzw. der Struktur aus flexibler Schicht und mindestens einer Schicht bewirken. Dies kann beispielsweise ermöglichen oder dabei helfen, die flexible Display-Vorrichtung von einem flachen Zustand in einen gekrümmten Zustand zu überführen, und wieder zurück.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mindestens eine Schicht eine Mehrzahl von voneinander getrennten Teilschichten aufweisen. Jede Teilschicht kann beispielsweise die Form eines Flickens (Patch), beispielsweise eines Streifens, mit einer Länge, Breite und Höhe haben. Die Länge kann größer sein als die Breite. Die Breite kann größer sein als die Höhe. Die Höhe kann gleich der Dicke der Teilschicht sein. Die Flicken (Patches) können parallel zueinander angeordnet sein. Die Flicken können alle die gleichen Abmessungen haben. Die Flicken können äquidistant angeordnet sein.
Die Teilschichten (z.B. Flicken (Patches), z.B. Streifen) können beispielsweise gemeinsam nichtmechanisch stimuliert werden, oder eine oder mehrere der Teilschichten können unabhängig von den anderen Teilschichten nichtmechanisch stimuliert werden. Mit anderen Worten können eine oder mehrere, z.B. alle, Teilschichten individuell stimuliert (z.B. elektrisch angesteuert) werden. In diesem Fall kann eine mechanische Deformation des aktiven Materials in der jeweiligen Teilschicht unabhängig von der mechanischen Deformation des aktiven Materials der anderen Teilschichten erfolgen. Damit können beispielsweise lokal unterschiedliche Verformungen der mindestens einen Schicht bzw. der Struktur aus flexibler Schicht und mindestens einer Schicht erzielt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mindestens eine Schicht eine erste Schicht, welche an einer der zwei gegenüberliegenden Seiten der flexiblen Schicht angeordnet ist, und eine zweite Schicht, welche an der anderen der zwei gegenüberliegenden Seiten der flexiblen Schicht angeordnet ist, aufweisen. Die zweite Schicht kann beispielsweise als eine Kompensationsschicht wirken, die einer übermäßigen Verformung (z.B. Krümmung), oder einer Verformung in einer bestimmten Richtung, der flexiblen Schicht, welche durch eine mechanische Deformation des aktiven Materials der ersten Schicht hervorgerufen wird, entgegenwirkt. Beispielsweise kann die zweite Schicht die Verformung der flexiblen Schicht verringern. Anschaulich kann dadurch, dass sowohl die erste Schicht an der einen Seite (z.B. Oberseite oder Unterseite) der flexiblen Schicht als auch die zweite Schicht an der anderen (gegenüberliegenden) Seite der flexiblen Schicht ein aktives Material aufweisen, bei Anlegen einer nichtmechanischen Stimulation an das aktive Material eine Auswirkung einer mechanischen Deformation des aktiven Materials an der einen Seite (z.B. Oberseite oder Unterseite) der flexiblen Schicht auf die flexible Schicht durch eine entgegengesetzte Auswirkung einer ebensolchen Deformation des aktiven Materials an der anderen Seite der flexiblen Schicht kompensiert werden. Noch anders ausgedrückt können sich die Auswirkungen der mechanischen Deformationen des aktiven Materials an den beiden Seiten der flexiblen Schicht auf die flexible Schicht zumindest teilweise aufheben, so dass eine übermäßige Verformung der flexiblen Schicht oder eine Verformung in einer bestimmten Richtung reduziert oder verhindert werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die erste Schicht eine Mehrzahl von voneinander getrennten Teilschichten und die zweite Schicht mindestens eine Teilschicht aufweisen. Jede Teilschicht kann beispielsweise die Form eines Flickens (Patch), z.B. eines Streifens, mit einer Länge, Breite und Höhe haben. Die Länge kann größer sein als die Breite. Die Breite kann größer sein als die Höhe. Die Höhe kann gleich der Dicke der Teilschicht sein. Die Flicken (Patches) der ersten Schicht können parallel zueinander angeordnet sein. Die Flicken der ersten Schicht können äquidistant angeordnet sein. Die Flicken der ersten Schicht können senkrecht zu dem oder den Flicken der zweiten Schicht angeordnet sein. Der oder die Flicken der zweiten Schicht kann/können die Streifen der ersten Schicht überlappen.
Die Teilschichten (z.B. Flicken) der ersten Schicht können beispielsweise gemeinsam nichtmechanisch stimuliert werden, oder eine oder mehrere der Teilschichten können unabhängig von den anderen Teilschichten nichtmechanisch stimuliert werden. Mit anderen Worten können eine oder mehrere, z.B. alle, Teilschichten individuell stimuliert (z.B. elektrisch angesteuert) werden. In diesem Fall kann eine mechanische Deformation des aktiven Materials in der jeweiligen Teilschicht unabhängig von der mechanischen Deformation des aktiven Materials der anderen Teilschichten erfolgen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die erste Schicht und die zweite Schicht jeweils eine Mehrzahl von voneinander getrennten Teilschichten aufweisen. Jede Teilschicht kann beispielsweise die Form eines Flickens (Patch), z.B. eines Streifens, mit einer Länge, Breite und Höhe haben. Die Länge kann größer sein als die Breite. Die Breite kann größer sein als die Höhe. Die Höhe kann gleich der Dicke der Teilschicht sein. Die Flicken (Patches) der ersten Schicht können parallel zueinander angeordnet sein. Die Flicken der ersten Schicht können äquidistant angeordnet sein. Die Flicken der zweiten Schicht können parallel zueinander angeordnet sein. Die Flicken der zweiten Schicht können äquidistant angeordnet sein. Die Flicken der ersten Schicht können parallel zu den Flicken der zweiten Schicht angeordnet sein. Die Flicken der ersten Schicht können versetzt zu den Flicken der zweiten Schicht angeordnet sein. Die Flicken der ersten Schicht können die gleichen Abmessungen haben wie die Flicken der zweiten Schicht.
Die Teilschichten der ersten Schicht und/oder der zweiten Schicht können beispielsweise gemeinsam nichtmechanisch stimuliert werden, oder eine oder mehrere der Teilschichten können unabhängig von den anderen Teilschichten nichtmechanisch stimuliert werden. Mit anderen Worten können eine oder mehrere, z.B. alle, Teilschichten individuell stimuliert (z.B. elektrisch angesteuert) werden. In diesem Fall kann eine mechanische Deformation des aktiven Materials in der jeweiligen Teilschicht unabhängig von der mechanischen Deformation des aktiven Materials der anderen Teilschichten erfolgen. Damit können beispielsweise lokal unterschiedliche Verformungen der mindestens einen Schicht erzielt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die flexible Display-Vorrichtung als rollbare Display-Vorrichtung oder faltbare Display-Vorrichtung eingerichtet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mindestens eine Schicht so ausgebildet sein, dass bei deformiertem Zustand des aktiven Materials die flexible Schicht und die mindestens eine Schicht eine Wellenform aufweisen. Durch die Wellenform kann die Biegesteifigkeit der Struktur aus flexibler Schicht und der mindestens einen Schicht und damit die Biegesteifigkeit der flexiblen Display-Vorrichtung stark erhöht sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mindestens eine geometrische Konfiguration der flexiblen Schicht mindestens eine der folgenden Konfigurationen aufweisen oder sein: eine planare Konfiguration; eine Konfiguration mit mindestens einem gekrümmten Abschnitt; eine Konfiguration mit mindestens einem abgewinkelten Abschnitt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mindestens eine geometrische Konfiguration der flexiblen Schicht mindestens eine der folgenden Konfigurationen aufweisen oder sein: eine zusammengerollte Konfiguration; eine zusammengefaltete Konfiguration.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die flexible Display-Vorrichtung eingerichtet sein als: eine Flüssigkristall-Display-Vorrichtung; eine Plasma-Display-Vorrichtung; eine Leuchtdioden(LED)-Display-Vorrichtung; eine Organische-Leuchtdioden (OLED) - Display-Vorrichtung; oder eine Elektrophorese-Display-Vorrichtung.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die flexible Display-Vorrichtung ferner eine Display-Schicht zum Darstellen eines Bildes und eine zwischen der Display-Schicht und der flexiblen Schicht angeordnete Kompensationsschicht zum Reduzieren oder Verhindern einer durch die mechanische Deformation des aktiven Materials der mindestens einen Schicht verursachten mechanischen Deformation der Display-Schicht aufweisen. Beispielsweise kann durch die Kompensationsschicht teilweise oder vollständig verhindert werden, dass sich eine durch die mechanische Deformation des aktiven Materials bedingte (z.B. wellenförmige) Verformung der flexiblen Schicht auf die Display-Schicht überträgt. Beispielsweise kann die Kompensationsschicht an ihrer der flexiblen Schicht zugewandten Seite die (z.B. wellenförmige) Verformung der flexiblen Schicht aufnehmen, an ihrer entgegengesetzten Seite aber ihre (beispielsweise planare) Form behalten und damit teilweise oder vollständig verhindern, dass sich die (z.B. wellenförmige) Verformung der flexiblen Schicht auf die Display-Schicht überträgt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Display-Schicht flexibel sein. Die Display-Schicht kann beispielsweise ein flexibles Material aufweisen oder daraus bestehen. Beispielsweise kann die Display-Schicht eine Folie aufweisen oder sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die flexible Schicht eine Display-Schicht zum Darstellen eines Bildes sein, oder die flexible Display-Vorrichtung kann ferner eine auf oder über der flexiblen Schicht angeordnete Display-Schicht zum Darstellen eines Bildes aufweisen, wobei die flexible Display-Vorrichtung ferner eine elektronische Kompensationsschaltung aufweisen kann zum Kompensieren eines durch die mechanische Deformation des aktiven Materials der mindestens einen Schicht verursachten Bildfehlers in einem durch die Display-Schicht dargestellten Bild. Anschaulich kann eine durch die mechanische Deformation des aktiven Materials bedingte Verformung der Display-Schicht beispielsweise dazu führen, dass sich der Abstand zwischen zwei Pixeln auf der Display-Schicht ändert verglichen mit dem Abstand im nicht verformten Zustand. Durch die veränderten Pixelabstände hervorgerufene Bildfehler, z.B. Verzerrungen oder Helligkeitsabweichungen, können anschaulich mittels einer geeigneten geänderten Ansteuerung der Pixel korrigiert bzw. vermieden werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die flexible Schicht mehrere übereinander angeordnete flexible Teilschichten aufweisen oder daraus bestehen. Mit anderen Worten kann die flexible Schicht einen Schichtenstapel aus flexiblen Teilschichten aufweisen oder daraus bestehen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mindestens eine Schicht zum Stabilisieren der mindestens einen geometrischen Konfiguration der flexiblen Schicht (im Folgenden auch als mindestens eine Stabilisationsschicht bezeichnet) an mindestens einer von zwei gegenüberliegenden Seiten von mindestens einer der flexiblen Teilschichten angeordnet sein. Mit anderen Worten kann an einer oder beiden Seiten von einer oder mehreren der Teilschichten eine Stabilisationsschicht angeordnet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein elektronisches Gerät eine flexible Display-Vorrichtung gemäß einer oder mehreren der hierin beschriebenen Aspekte oder Ausführungsformen aufweisen, wobei das elektronische Gerät beispielsweise eingerichtet ist als: ein Fernseher (z.B. Flachbildfernseher wie beispielsweise LCD-, LED-, PDP- oder OLED-Fernseher); ein Mobiltelefon (z.B. Smartphone); eine elektronische Rechenvorrichtung (z.B. PC, Laptop, Tablet, Notebook, etc.); eine Datenbrille („Smart Glasses“) (z.B. eine Augmented-Reality-Brille oder Virtual-Reality-Brille); oder ein E-Paper (elektronisches Papier). Das elektronische Gerät kann beispielsweise ein tragbares elektronisches Gerät sein. Alternativ kann das elektronische Gerät ein stationäres elektronisches Gerät sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die flexible Display-Vorrichtung in dem elektronischen Gerät (z.B. in einem Mobiltelefon (z.B. Smartphone), in einer Datenbrille (z.B. Augmented-Reality-Brille oder Virtual-Reality-Brille) oder in einer elektronischen Rechenvorrichtung (z.B. Notebook,
Tablet)) beispielsweise als ausrollbare Display-Vorrichtung ausgestaltet sein, die beispielsweise aus einem Gehäuse des elektronischen Geräts ausgerollt werden kann.
In verschiedenen Aspekten wird ein Verfahren zum Stabilisieren mindestens einer geometrischen Konfiguration einer flexiblen Display-Vorrichtung bereitgestellt, das Verfahren aufweisend: in mindestens einer geometrischen Konfiguration der flexiblen Display-Vorrichtung, Anlegen mindestens einer nichtmechanischen Stimulation an ein aktives Material mindestens einer Schicht, welche an mindestens einer von zwei gegenüberliegenden Seiten einer flexiblen Schicht der Display-Vorrichtung angeordnet ist, wobei die nichtmechanische Stimulation eine mechanische Deformation des aktiven Materials verursacht, derart, dass eine Biegesteifigkeit der flexiblen Display-Vorrichtung geändert wird.
Anschaulich kann durch die mechanische Deformation des aktiven Materials eine (z.B. wellenförmige) Verformung der die flexible Schicht und die mindestens eine Schicht aufweisenden Schichtstruktur erreicht werden, wodurch sich die Biegesteifigkeit der Struktur und damit der flexiblen Display-Vorrichtung ändern kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mechanische Deformation des aktiven Materials eine Erhöhung der Biegesteifigkeit der flexiblen Display-Vorrichtung verursachen.
In verschiedenen Aspekten wird eine rollbare Projektionswand (auch als rollbare Bildwand bezeichnet) bereitgestellt, aufweisend: eine rollbare Schicht; mindestens eine an mindestens einer von zwei gegenüberliegenden Seiten der rollbaren Schicht angeordnete Schicht zum Stabilisieren einer ausgerollten Konfiguration der rollbaren Schicht, wobei die mindestens eine Schicht ein aktives Material aufweist, welches durch nichtmechanische Stimulation mechanisch deformierbar ist; und eine Einrichtung, eingerichtet zum Anlegen mindestens einer nichtmechanischen Stimulation an das aktive Material.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die rollbare Projektionswand ferner eine Vorrichtung zum Ein- und Ausrollen der rollbaren Schicht aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die rollbare Schicht ein passives Material aufweisen oder daraus bestehen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mindestens eine Schicht bei nicht deformiertem Zustand des aktiven Materials zusammen mit der rollbaren Schicht ein- oder ausgerollt werden, zum Beispiel mittels der Vorrichtung zum Ein- und Ausrollen der rollbaren Schicht.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Einrichtung zum Ein- und Ausrollen der rollbaren Schicht eine Rolle aufweisen, wobei die rollbare Schicht zumindest indirekt an der Rolle befestigt ist. Die Einrichtung zum Ein- und Ausrollen der rollbaren Schicht kann ferner einen mit der Rolle mechanisch gekoppelten Motor aufweisen zum Antreiben der Rolle. Die Einrichtung zum Ein- und Ausrollen der rollbaren Schicht kann ferner eine mit dem Motor gekoppelte Steuerung zum Steuern des Motors aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Einrichtung zum Anlegen mindestens einer nichtmechanischen Stimulation an das aktive Material so eingerichtet sein, dass sie die nichtmechanische Stimulation nur in einem Teilbereich der mindestens einen Schicht, der einem von der Rolle abgerollten Teilbereich der rollbaren Projektionswand (genauer: der rollbaren Bestandteile der rollbaren Projektionswand) entspricht, an das aktive Material anlegt. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Änderung (z.B. Erhöhung) einer Biegesteifigkeit der rollbaren Projektionswand (genauer: einer Biegesteifigkeit der die rollbare Schicht und die mindestens eine Schicht aufweisenden Struktur der Projektionswand) in dem abgerollten Teilbereich der rollbaren Projektionswand erzeugt werden, während die Biegesteifigkeit in einem nicht (oder noch nicht) abgerollten Teilbereich der Projektionswand einen ungeänderten (z.B. ursprünglichen, z.B. niedrigeren) Wert haben kann.
Dies kann beispielsweise bewirken, dass der bereits abgerollte oder ausgerollte Teil der Projektionswand durch die mindestens eine Schicht (Stabilisationsschicht) z.B. in einer planaren Konfiguration stabilisiert werden kann, während der noch nicht abgerollte Teil der Projektionswand abgerollt werden kann. Umgekehrt kann beim Einrollen der rollbaren Schicht (Aufrollen auf die Rolle) zusammen mit der Stabilisationsschicht auf die Rolle der (bereits) auf der Rolle befindliche Teil der Projektionswand leicht gerollt werden, wenn das aktive Material in diesem Teil der Stabilisationsschicht nicht (mehr) stimuliert wird, während der noch nicht auf die Rolle aufgerollte Teil der Projektionswand (noch) durch die Stabilisationsschicht stabilisiert werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die rollbare Projektionswand als eine Auflichtbildwand oder eine Durchlichtbildwand eingerichtet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die rollbare Projektionswand beispielsweise für die Verwendung in einem Heimkinosystem oder einem Diaprojektionssystem eingerichtet sein.
In verschiedenen Aspekten wird ein Verfahren zum Stabilisieren einer ausgerollten Konfiguration einer rollbaren Projektionswand bereitgestellt, das Verfahren aufweisend: in einer ausgerollten Konfiguration der rollbaren Projektionswand, Anlegen mindestens einer nichtmechanischen Stimulation an ein aktives Material mindestens einer Schicht, welche an mindestens einer von zwei gegenüberliegenden Seiten einer rollbaren Schicht der rollbaren Projektionswand angeordnet ist, wobei die nichtmechanische Stimulation eine mechanische Deformation des aktiven Materials verursacht, derart, dass eine Biegesteifigkeit der rollbaren Projektionswand geändert wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mechanische Deformation des aktiven Materials eine Erhöhung der Biegesteifigkeit der rollbaren Projektionswand verursachen.
Anschaulich kann die mechanische Deformation des aktiven Materials eine (z.B. wellenförmige) Verformung der die rollbare Schicht und die mindestens eine Schicht aufweisenden Schichtstruktur bewirken, wodurch eine Biegesteifigkeit der Struktur und damit der Projektionswand geändert (z.B. erhöht) werden kann.
Ausführungsformen, die in dieser Anmeldung im Zusammenhang mit einer oder mehreren in dieser Anmeldung beschriebenen Vorrichtungen beschrieben sind, sind in analoger Weise auch auf eines oder mehrere in dieser Anmeldung beschriebene Verfahren anwendbar, und umgekehrt. Ausführungsformen, die in dieser Anmeldung im Zusammenhang mit einer flexiblen Display-Vorrichtung beschrieben sind, sind in analoger Weise auch auf eine rollbare Projektionswand anwendbar, und umgekehrt.
Ausführungsformen sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen

1 eine schematische Darstellung einer flexiblen Display-Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Stabilisieren mindestens einer geometrischen Konfiguration einer flexiblen Display-Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
3 eine schematische Darstellung einer rollbaren Projektionswand gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
4 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Stabilisieren einer ausgerollten Konfiguration einer rollbaren Projektionswand gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
5 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung von Aspekten verschiedener Ausführungsformen;
6 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung von Aspekten verschiedener Ausführungsformen;
7 ein Beispiel zur Veranschaulichung eines in verschiedenen Ausführungsformen ausgenutzten Versteifungseffekts;
8A eine schematische Darstellung einer zweidimensionalen Schichtstruktur zur Veranschaulichung von Aspekten verschiedener Ausführungsformen;
8B eine schematische Darstellung verschiedener Verhalten der in 8A gezeigten Struktur zur Veranschaulichung von Aspekten verschiedener Ausführungsformen;
9 eine schematische Darstellung einer Plattenform, einer U-Form und einer Wellplattenform zur Veranschaulichung von Aspekten verschiedener Ausführungsformen;
10A eine schematische Darstellung einer zweidimensionalen Schichtstruktur zur Veranschaulichung von Aspekten verschiedener Ausführungsformen;
10B verschiedene Temperaturzustände und zugehörige Konfigurationen der in 10A gezeigten Schichtstruktur;
11A und 11B die Abhängigkeit von Trägheitsmomenten der in 10A und 13A gezeigten Schichtstrukturen von deren Biegezustand;
12A bis 12C schematische Darstellungen verschiedener Aktiv-passiv-Schichtstrukturen zur Veranschaulichung von Aspekten verschiedener Ausführungsformen;
13A eine schematische Darstellung einer zweidimensionalen Schichtstruktur zur Veranschaulichung von Aspekten verschiedener Ausführungsformen;
13B verschiedene Temperaturzustände und zugehörige Konfigurationen der in 13A gezeigten Schichtstruktur;
14A eine schematische Darstellung einer dreidimensionalen Schichtstruktur zur Veranschaulichung von Aspekten verschiedener Ausführungsformen;
14B einen zentralen Querschnitt der in 14A gezeigten Schichtstruktur.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist in keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Der Begriff „flexibel“, wie er hierin verwendet wird, kann beispielsweise derart verstanden werden, dass ein Element, eine Schicht oder eine Vorrichtung (z.B. die flexible Schicht oder die flexible Display-Vorrichtung) (oder Teile davon) biegbar, biegsam, elastisch, beweglich und/oder faltbar ist.
Der Begriff „rollbar“, wie er hierin verwendet wird, kann beispielsweise derart verstanden werden, dass ein Element, eine Schicht oder eine Vorrichtung (z.B. die rollbare Schicht oder die rollbare Projektionswand) (oder Teile davon) flexibel ist und von einer ganz oder teilweise aufgerollten (oder eingerollten) Konfiguration (z.B. auf eine Rolle aufgerollt) durch Rollen in eine ganz oder teilweise abgerollte (oder ausgerollte) Konfiguration (z.B. eine planare Konfiguration) überführbar ist, und/oder umgekehrt.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer flexiblen Display-Vorrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Die flexible Display-Vorrichtung 100 kann eine flexible Schicht 101 aufweisen. Die flexible Schicht 100 kann eine erste Seite 101a und eine der ersten Seite 101a gegenüberliegende zweite Seite 101b aufweisen. Die flexible Schicht 100 kann ein passives Material aufweisen oder daraus bestehen.
An mindestens einer der beiden gegenüberliegenden Seiten 101a und 101b (im gezeigten Beispiel an der ersten Seite 101a, alternativ an der zweiten Seite 101b oder an beiden Seiten 101a und 101b) der flexiblen Schicht 101 kann eine Schicht 102 angeordnet sein, welche zum Stabilisieren mindestens einer geometrischen Konfiguration der flexiblen Schicht 101 eingerichtet ist. Die Schicht 102 kann ein aktives Material 102a aufweisen, welches durch nichtmechanische Stimulation reversibel mechanisch deformierbar ist.
Die flexible Display-Vorrichtung 100 kann ferner eine Einrichtung 103 aufweisen, die zum Anlegen mindestens einer nichtmechanischen Stimulation an das aktive Material 102a eingerichtet ist. Das Anlegen der mindestens einen nichtmechanischen Stimulation ist in 1 schematisch durch den Pfeil 104 dargestellt.
Bei der in 1 gezeigten flexiblen Display-Vorrichtung 100 kann anschaulich mittels einer Aktivierung des aktiven Materials 102a in der Schicht 102 eine mechanische Deformation (Verformung, z.B. Ausdehnung) des aktiven Materials 102a und dadurch bedingt eine Verformung der Schichten 101 und 102 erreicht werden (nicht in 1 gezeigt), was zu einer Stabilisierung einer geometrischen Konfiguration (z.B. einer planaren Konfiguration, einer abgewinkelten Konfiguration, einer gekrümmten Konfiguration, oder einer anderen geometrischen Konfiguration) der Schichtanordnung führen kann. Beispielsweise kann gemäß manchen Ausführungsformen die Schichtanordnung 101/102 bei Deformation des aktiven Materials 102a eine wellplattenartige Form annehmen (nicht in 1 gezeigt, siehe beispielsweise Schichtstruktur 501 in 5 oder Schichtstruktur 601 in 6), wodurch eine Biegesteifigkeit der Schichtanordnung 101/102 erhöht werden kann. Alternativ kann gemäß manchen Ausführungsformen die Schichtanordnung 101/102 bei Deformation des aktiven Materials 102a eine einfach gekrümmte Form (z.B. U-Form) annehmen, wodurch ebenfalls eine Biegesteifigkeit der Schichtanordnung 101/102 erhöht und/oder ein gekrümmter Zustand der Display-Vorrichtung 100 erreicht werden kann.
Da die mechanische Deformation des aktiven Materials 102a reversibel sein kann, kann die Formänderung der Schichtanordnung 101/102 wieder rückgängig gemacht werden, z.B. durch Weglassen der nichtmechanischen Stimulation oder durch Anlegen einer weiteren nichtmechanischen Stimulation, die eine entgegengesetzte Deformation des aktiven Materials 102a bewirkt. Ferner kann die Formänderung der Schichtanordnung 101/102 mehrfach, z.B. beliebig oft, durchlaufen werden.
Es ist anzumerken, dass die in 1 gezeigte Darstellung der einzelnen Elemente 101, 102, 103 der Display-Vorrichtung 100 schematisch ist und z.B. hinsichtlich der räumlichen Anordnung der Elemente 101, 102, 103 relativ zueinander nicht beschränkend ist, abgesehen davon, dass die Schicht 102 an einer oder beiden der Seiten 101a und 101b der Schicht 101 ausgebildet ist. Ferner ist anzumerken, dass die Schicht 102 sich nicht über die gesamte Fläche der Seite 101a und/oder der Seite 101b erstrecken muss sondern beispielsweise nur über einen Teil oder mehrere Teile. Beispielsweise kann die Schicht 102 mehrere getrennte Teilschichten aufweisen.
Ferner kann die Einrichtung 103 zum Anlegen der nichtmechanischen Stimulation, z.B. in Abhängigkeit von der Art der Stimulation (elektrisch, chemisch, thermisch, optisch, etc.) eine oder mehrere Teilelemente aufweisen und/oder kann mit der Schicht 102 physisch und/oder elektrisch verbunden sein.
Ferner kann die flexible Display-Vorrichtung 100 zusätzliche in 1 nicht gezeigte Elemente aufweisen, die mit einem oder mehreren der Elemente 101, 102, 103 physisch und/oder elektrisch in Kontakt stehen können. Zum Beispiel kann die flexible Display-Vorrichtung zusätzlich zu der in 1 gezeigten flexiblen Schicht 101 eine oder mehrere zusätzliche flexible Schichten aufweisen (z.B. eine oder mehrere Funktionsschichten wie beispielsweise eine Display-Schicht oder ein Display-Panel).
Die flexible Display-Vorrichtung 100 oder Teile davon kann bzw. können insbesondere ferner gemäß einer oder mehreren der in dieser Anmeldung beschriebenen Ausführungsformen ausgestaltet sein.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 200 zum Stabilisieren mindestens einer geometrischen Konfiguration einer flexiblen Display-Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen, z.B. der in 1 gezeigten Display-Vorrichtung 100.
Das Verfahren kann, in 202, aufweisen: in mindestens einer geometrischen Konfiguration der flexiblen Display-Vorrichtung, Anlegen mindestens einer nichtmechanischen Stimulation an ein aktives Material mindestens einer Schicht, welche an mindestens einer von zwei gegenüberliegenden Seiten einer flexiblen Schicht der Display-Vorrichtung angeordnet ist, wobei die nichtmechanische Stimulation eine mechanische Deformation des aktiven Materials verursacht, derart, dass eine Biegesteifigkeit der flexiblen Display-Vorrichtung geändert wird. Insbesondere kann die Deformation des aktiven Materials eine (z.B. wellenförmige) Verformung der die flexible Schicht und die mindestens eine Schicht aufweisenden Schichtstruktur bewirken, welche zu einer Änderung (z.B. Erhöhung) der Biegesteifigkeit der Struktur und damit der flexiblen Display-Vorrichtung führen kann.
Durch die Änderung der Biegesteifigkeit kann anschaulich eine Versteifung und damit eine Stabilisierung einer geometrischen Konfiguration der flexiblen Display-Vorrichtung erreicht werden.
Das Verfahren 200 oder Teile davon kann (können) ferner gemäß einer oder mehreren der in dieser Anmeldung beschriebenen Ausführungsformen ausgestaltet sein.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer rollbaren Projektionswand 300 gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Die Projektionswand 300 kann eine rollbare Schicht 301 aufweisen. Die rollbare Schicht 301 kann eine erste Seite 301a und eine der ersten Seite 301a gegenüberliegende zweite Seite 301b aufweisen. Die rollbare Schicht 301 kann ein passives Material aufweisen oder daraus bestehen.
An mindestens einer der beiden gegenüberliegenden Seiten 301a und 301b (im gezeigten Beispiel an der zweiten Seite 301b, alternativ an der ersten Seite 301a oder an beiden Seiten 301a und 301b) kann eine Schicht 302 angeordnet sein, welche zum Stabilisieren einer ausgerollten Konfiguration der rollbaren Schicht 301 eingerichtet ist. Die Schicht 302 kann ein aktives Material 302a aufweisen, welches durch nichtmechanische Stimulation mechanisch deformierbar ist.
Die Projektionswand 300 kann ferner eine Einrichtung 303 aufweisen, die zum Anlegen mindestens einer nichtmechanischen Stimulation an das aktive Material 302a eingerichtet ist. Das Anlegen der nichtmechanischen Stimulation ist in 3 schematisch durch den Pfeil 304 dargestellt.
Bei der in 3 gezeigten rollbaren Projektionswand 300 kann anschaulich mittels einer Aktivierung des aktiven Materials 302a in der Schicht 302 eine mechanische Deformation (Verformung, z.B. Ausdehnung) des aktiven Materials 302a und dadurch bedingt eine (beispielsweise wellplattenartige) Verformung der Schichtstruktur 301/302 erreicht werden, wodurch eine Biegesteifigkeit der Schichtstruktur 301/302, und damit der Projektionswand 300 (genauer: der rollbaren Bestandteile der Projektionswand 300) erhöht werden kann, was zu einer Stabilisierung einer ausgerollten Konfiguration der Projektionswand 300 führen kann.
Die erste Seite 301a der rollbaren Schicht 301 kann, aber nicht notwendigerweise muss, eine in Richtung einer Projektionsvorrichtung (eines Projektors) und/oder eines Betrachters eines auf die Projektionswand projizierten Bildes weisende Seite sein.
In manchen Ausführungsformen kann die Projektionswand 300 ferner eine Vorrichtung zum Ein- und Ausrollen der rollbaren Schicht 301 aufweisen. Die Vorrichtung kann beispielsweise, wie in 3 gezeigt, eine Rolle 304 aufweisen, auf die bzw. von der die rollbare Schicht 301 aufrollbar bzw. abrollbar ist. Die Rolle 305 kann beispielsweise von einem Motor (nicht gezeigt) angetrieben werden. Die Rolle 305, der Motor und die Einrichtung 303 können beispielsweise in einem Gehäuse 306 untergebracht sein. Alternativ kann die Rolle 305 manuell angetrieben werden, zum Beispiel mittels eines Kurbelmechanismus.
In 3 ist die Projektionswand 300 in einem ausgerollten Zustand dargestellt, in dem anschaulich mittels einer durch eine Verformung des aktiven Materials 302a verursachten Versteifung der Schichtstruktur 301/302 bewirkt werden kann, dass der ausgerollte Teil der Projektionswand 300 eine stabile (z.B. lotrechte) Konfiguration aufweist bzw. beibehält. Mit anderen Worten kann beispielsweise vermieden werden, dass sich bei z.B. senkrechter Ausrichtung des ausgerollten Teils der Projektionswand 300 dieser unter seinem Eigengewicht verbiegt.
Die rollbare Projektionswand 300 kann zusätzliche in 3 nicht gezeigte Elemente aufweisen, die mit einem oder mehreren der Elemente 301 bis 306 physisch und/oder elektrisch in Kontakt stehen können. Zum Beispiel kann die rollbare Projektionswand 300 zusätzlich zu der in 3 gezeigten rollbaren Schicht 301 eine oder mehrere zusätzliche rollbare Schichten aufweisen. Die eine oder mehreren zusätzlichen rollbaren Schichten können beispielsweise an der ersten Seite 301a der rollbaren Schicht 301 angeordnet sein. Beispielsweise kann eine weiter unten beschriebene Kompensationsschicht auf der rollbaren Schicht 301 ausgebildet sein. Die Kompensationsschicht gleichzeitig als Projektionsfläche der Projektionswand dienen. Alternativ kann auf der Kompensationsschicht eine zusätzliche rollbare Schicht ausgebildet sein, die als Projektionsfläche dienen kann. Sämtliche Schichten der rollbaren Projektionswand 300 können beispielsweise zusammen auf die Rolle 305 aufrollbar sein.
Die Projektionswand 300 oder Teile davon kann (können) ferner gemäß einer oder mehreren der der in dieser Anmeldung beschriebenen Ausführungsformen ausgestaltet sein.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 400 zum Stabilisieren einer ausgerollten Konfiguration einer rollbaren Projektionswand gemäß verschiedenen Ausführungsformen, z.B. der in 3 gezeigten Projektionswand 300.
Das Verfahren kann, in 402, aufweisen: in einer ausgerollten Konfiguration der rollbaren Projektionswand, Anlegen mindestens einer nichtmechanischen Stimulation an ein aktives Material mindestens einer Schicht, welche an mindestens einer von zwei gegenüberliegenden Seiten einer rollbaren Schicht der rollbaren Projektionswand angeordnet ist, wobei die nichtmechanische Stimulation eine mechanische Deformation des aktiven Materials verursacht, derart, dass eine Biegesteifigkeit der rollbaren Projektionswand geändert wird. Insbesondere kann die Deformation des aktiven Materials eine Erhöhung der Biegesteifigkeit der rollbaren Projektionswand verursachen.
Durch die Änderung der Biegesteifigkeit der Projektionswand (genauer: der Biegesteifigkeit der Struktur, welche die rollbare Schicht und die mindestens eine Schicht aufweist) kann anschaulich eine Versteifung und damit eine Stabilisierung einer ausgerollten Konfiguration der rollbaren Projektionswand erreicht werden.
Das Verfahren 400 oder Teile davon kann (können) ferner gemäß einer oder mehreren der in dieser Anmeldung beschriebenen Ausführungsformen ausgestaltet sein.
5 zeigt eine schematische Darstellung 500 zum Veranschaulichen eines Aspekts verschiedener Ausführungsformen.
5 zeigt einen Schichtaufbau, aufweisend ein aktiv-passives Komposit 501 (mit anderen Worten, eine aktiv-passive Verbundstruktur), welches eine ein aktives Material aufweisende Schicht und eine ein passives Material aufweisende Schicht aufweist, eine auf dem Komposit 501 angeordnete Kompensationsschicht 502 und eine darauf angeordnete Funktionsschicht 503.
Bei dem aktiv-passiven Komposit 501 kann es sich beispielsweise um eine ähnliche wie die in 1 gezeigte Schichtanordnung 101/102 oder die in 3 gezeigte Schichtanordnung 301/302 handeln, welche sich bei Stimulation des aktiven Materials wellenplattenförmig verformen kann, wie in 5 gezeigt. Mit anderen Worten kann das Komposit (die Verbundstruktur) 501 bei fehlender nichtmechanischer Stimulation des aktiven Materials eine nicht-wellplattenartige Form haben, und kann bei Anlegen der nichtmechanischen Stimulation an das aktive Material eine wellplattenartige Form annehmen, wie in 5 gezeigt. Im wellplattenartig geformten Zustand der Verbundstruktur 501 weist diese eine erhöhte Biegesteifigkeit auf und kann daher zur Stabilisierung beispielsweise einer geometrischen Konfiguration der flexiblen Display-Vorrichtung 100 oder einer ausgerollten Konfiguration der Projektionswand 300 dienen.
Über der Verbundstruktur 501 kann die Funktionsschicht 503 angeordnet sein. Im Falle einer flexiblen Display-Vorrichtung kann die Funktionsschicht 503 beispielsweise eine Display-Schicht zum Anzeigen eines Bildes sein. Die Funktionsschicht 503 kann in diesem Fall beispielsweise eine Vielzahl von Pixeln aufweisen. Im Falle einer rollbaren Projektionswand kann die Funktionsschicht 503 beispielsweise eine als Projektionsfläche dienende Schicht sein, auf die ein Bild projiziert werden kann.
Um zu verhindern, dass sich die deformierte Struktur (z.B. Wellplattenform) der Verbundstruktur 501 auf die Funktionsschicht 503 überträgt und es dadurch möglicherweise zu einer fehlerhaften Darstellung (z.B. einer Verzerrung oder einer Helligkeitsabweichung) eines durch die Funktionsschicht 503 dargestellten Bildes (im Falle einer als Display-Schicht eingerichteten Funktionsschicht 503) bzw. eines auf die Funktionsschicht 503 projizierten Bildes (im Falle einer als Projektionsfläche eingerichteten Funktionsschicht 503) kommt, kann die Kompensationsschicht 502 zwischen der Verbundstruktur 501 und der Funktionsschicht 503 ausgebildet sein.
Die Kompensationsschicht 502 kann die (z.B. wellplattenartige) Verformung der Verbundstruktur 501 (des Komposits 501) ausgleichen, so dass die Kompensationsschicht 502 an ihrer dem aktiv-passiven Komposit 501 zugewandten Seite die gleiche (z.B. wellplattenartige) Verformung annimmt, an ihrer dem Komposit 501 abgewandten Seite jedoch eine nicht verformte (z.B. nicht-wellplattenartige) Struktur beibehält.
6 zeigt eine schematische Darstellung 600 zum Veranschaulichen eines weiteren Aspekts verschiedener Ausführungsformen.
6 zeigt ein aktiv-passives Komposit 601 in einem nicht deformierten Zustand (oben) und einem wellplattenartig verformten Zustand (unten).
Bei dem aktiv-passiven Komposit 601 kann es sich beispielsweise um die in 1 gezeigte Schichtanordnung der Schichten 101 und 102 handeln, welche sich bei Stimulation des aktiven Materials 101a der Schicht 101 wellenplattenförmig verformt, wie in 6 gezeigt. Mit anderen Worten kann das Komposit (die Verbundstruktur) 601 bei fehlender nichtmechanischer Stimulation des aktiven Materials eine nicht-wellplattenartige Form haben, und kann bei Anlegen der nichtmechanischen Stimulation an das aktive Material eine wellplattenartige Form annehmen, wie in 6 gezeigt. Im wellplattenartig geformten Zustand der Verbundstruktur 601 weist diese eine erhöhte Biegesteifigkeit auf und kann daher zur Stabilisierung einer geometrischen Konfiguration der flexiblen Display-Vorrichtung 100 dienen.
In der in 6 gezeigten Darstellung 600 kann die passive Schicht des aktiv-passiven Komposits 601 (flexible Schicht 101 in 1) eine Funktionsschicht, insbesondere eine Display-Schicht zum Anzeigen eines Bildes, einer flexiblen Display-Vorrichtung sein (z.B. der Display-Vorrichtung 100). Die Funktionsschicht kann beispielsweise eine Vielzahl von Pixeln aufweisen. In 6 sind beispielhaft vier Pixel A, B, C, D der Vielzahl von Pixeln gezeigt. Ferner sind der Abstand d1 zwischen den Pixeln A und B und der Abstand d2 zwischen den Pixeln C und D im nicht-deformierten Zustand des Komposits 601 gezeigt, sowie der Abstand d1' zwischen den Pixeln A und B und der Abstand d2' zwischen den Pixeln C und D im wellplattenförmig deformierten Zustand des Komposits 601.
Wie aus 6 zu erkennen, verkürzt sich der Abstand zwischen den Pixeln C und D beim Übergang vom nicht deformierten Zustand zum deformierten Zustand des Komposits 601 (d.h. d2' < d2), während der Abstand zwischen den Pixeln A und B ungefähr gleichbleibt (d.h. d1' = d1). Dies kann zu einer fehlerhaften Darstellung (z.B. einer Verzerrung oder einer Helligkeitsabweichung) des angezeigten Bildes führen. Um dies zu verhindern, kann in einer flexiblen Display-Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen eine elektronische Kompensationsschaltung vorgesehen sein zum Kompensieren eines durch die mechanische Deformation verursachten Bildfehlers in einem durch die Display-Schicht dargestellten Bild. Mittels der Schaltung können die Pixel so angesteuert werden, dass eventuelle durch die geänderten Pixelabstände hervorgerufene Abweichungen in der Bilddarstellung kompensiert werden.
Im Folgenden werden Aspekte, Merkmale und Eigenschaften von verschiedenen Ausführungsformen unter Einbeziehung theoretischer Überlegungen und Simulationen beschrieben. Die Überlegungen und Simulationen beziehen sich im Wesentlichen auf die Verwendung von Hydrogelen als aktives Material. Die hier beschriebenen, verschiedenen Ausführungsformen zugrundeliegenden Prinzipien können aber in analoger Weise auch auf andere aktive Materialien, wie zum Beispiel elektroaktive Polymere, piezoelektrische oder elektrostriktive Materialien (beispielsweise Piezokeramiken oder Piezopolymere), Polymerverbundwerkstoffe, Formgedächtnismaterialien (beispielsweise Formgedächtnislegierungen oder Formgedächtspolymere), angewandt werden. Insbesondere sind hier beschriebene Ausführungsformen nicht auf die Verwendung von Hydrogelen als aktives Material in den beschriebenen Kompositstrukturen beschränkt, sondern es können auch andere aktive Materialien wie beispielsweise die vorgenannten verwendet werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ermöglicht das Anschwellen (z.B. Quellen) von aktiven Materialien wie z.B. Hydrogelen kombiniert mit passiven Schichten das Design von schalenbildenden Strukturen (engl.: shell-forming structures). Eine schalenartige Struktur bietet andere Eigenschaften als eine flache Struktur, z.B. Variationen der Biegesteifigkeit entlang unterschiedlicher Richtungen. Eine signifikante Zunahme der Biegesteifigkeit ist z.B. vorteilhaft bei rollbaren/flexiblen Displays: in ihrer ausgerollten Form sollen diese ausreichend stabil (steif) sein, um einem Biegen (z.B. Durchbiegen) aufgrund ihres Eigengewichts zu widerstehen. Gleichzeitig sollen sie ausreichend flexibel sein, um aufgerollt werden zu können.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann dies erreicht werden durch Schalenbildung. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen werden kombinierte aktiv-passive Schichtstrukturen (z.B. Verbundstrukturen) verwendet, die Schalen bilden, anders ausgedrückt, die Form mindestens einer Schale annehmen können. Als eine beispielhafte Materialklasse können Hydrogele verwendet werden mit isotropen Schwellfähigkeiten.
Unter Hydrogelen können beispielsweise Polymere in wässriger Umgebung mit der Fähigkeit zum durch äußere Stimuli bedingten Anschwellen (Ausdehnen) und Abschwellen (Zusammenziehen) verstanden werden.
Das kombinierte mechanische Verhalten kann zum Beispiel mittels des sogenannten Temperatur-Expansion-Modells (TEM) modelliert werden, und mittels Finite-Elemente-Simulationen können numerische Ergebnisse erhalten werden.
Mittels der hier beschriebenen Schichtstrukturen können beispielsweise weiche rollbare Folien bereitgestellt werden, die durch intrinsische Aktivierung versteift werden können.
<1. Einführung in Hydrogelkompositmembranen und -schalen >
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können stimulus-aktive Materialien (z.B. Hydrogele) mit passiven Schichten kombiniert werden, um aktive Kompositstrukturen zu bilden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die isotropen Schwellfähigkeiten, die Hydrogele charakterisieren, ausgenutzt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können temperaturempfindliche Hydrogele wie beispielsweise poly(N-Isopropyl-Acrylamid) (PNiPAAm) als aktive Materialien verwendet werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können aktiv-passive Verbundstrukturen für Strukturen mit schaltbarer Steifigkeit verwendet werden, um flexible, z.B. rollbare, Displays zu stabilisieren. Flexible, z.B. rollbare, Displays sind derzeit beispielsweise im Fokus der Aufmerksamkeit im Bereich tragbare Geräte (Devices).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können durch geeignete Materialkombinationen und Geometriekombinationen in Kompositstrukturen aus aktiven und passiven Materialien Schalenbildungseffekte oder Wellenbildungseffekte (anders ausgedrückt, das Ausbilden von schalenförmigen oder wellenförmigen Strukturen) auf makroskopischer Skala erzielt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird anschaulich ein Übergang von einer flachen Konfiguration (einer Schichtstruktur) zu einer gekrümmten Konfiguration (der Schichtstruktur) ausgenutzt, um eine Stabilisierung (der Schichtstruktur) zu erzielen. Die gekrümmte Konfiguration kann eine höhere (Biege-)Steifigkeit aufweisen als die flache Konfiguration. Bei der gekrümmten Konfiguration kann es sich beispielsweise um eine verhältnismäßig einfache gekrümmte Konfiguration, wie beispielsweise eine U-förmig gekrümmte Konfiguration, oder eine gekrümmte Konfiguration mit einer komplexeren Form, beispielsweise einer wellenförmigen Form handeln.
Ein Beispiel zur Veranschaulichung der Ausnutzung des oben beschriebenen Versteifungseffekts ist in 7 dargestellt.
7 zeigt das Halten eines Papiers 640 in einer Hand 630. Das Papier 640 wird so gehalten, dass es eine deformierte Form hat, die in einem Querschnitt (entlang der kurzen Seite des Papiers 640) einem „U“ gleicht. Im Gegensatz zu einem flachen Papier weist das Papier 640 mit der U-Form eine signifikant höhere Biegesteifigkeit auf, so dass sich das Papier 640 beim Halten in der Hand 630 nicht durchbiegt.
Analog zu dem durch die U-Form des in 7 gezeigten Papiers erzielten Versteifungseffekt wird gemäß verschiedenen Ausführungsformen der versteifende Effekt einer aktiv-passiven Struktur ausgenutzt, der durch eine mittels nichtmechanischer Stimulation (Aktivierung) des aktiven Materials der aktiv-passiven Struktur verursachte Formänderung und damit verbundene Änderung der Biegesteifigkeit der aktiv-passiven Struktur erzielt wird, wodurch z.B. flexible Displays realisiert werden können, die keine harten Bauteile zur Stabilisierung benötigen und damit vollständig flexibel sein können.
<1.1 Aktive Hydrogel-Komposite>
Bei der Diskussion kombinierter aktiv-passiver Strukturen spielt die Steifigkeit jeder einzelnen Komponente eine zentrale Rolle. Unter dem Begriff „Steifigkeit“ kann der Widerstand eines Körpers gegen elastische Verformung durch eine Kraft oder ein Moment verstanden werden. Unter dem Begriff „Biegesteifigkeit“ kann entsprechend der Widerstand eines Körpers gegen elastische Verformung durch ein Biegemoment verstanden werden. Die Steifigkeit eines Bauteils hängt nicht nur von den elastischen Eigenschaften des Werkstoffs (zum Beispiel dem Elastizitätsmodul und der Querkontraktionszahl) ab, sondern auch von der Geometrie des Bauteils. In der Mechanik beschreibt somit die Steifigkeit einen kombinierten Wert aus Material- und Geometrieeigenschaften einer Struktur.
Bei balkenartigen Strukturen ist die Krümmung κ̅ des Balkens definiert durch $\bar{K} = \frac{M_{b}}{K} = - \frac{M_{b}}{E I},$
wobei E der Elastizitätsmodul ist, / das Flächenträgheitsmoment ist und M_b die Biegemomentbelastung ist.
Die Biegesteifigkeit K = E I enthält daher sowohl einen Materialparameter E als auch einen Geometrieparameter I. Dieser Zusammenhang ist entscheidend, da unter identischer Belastung dasselbe Biegeverhalten erhalten werden kann mit unterschiedlichen Paarungen des Material- und des Geometrieparameters. In einfachen Balkenquerschnittsgeometrien skaliert das Flächenträgheitsmoment / mit der dritten Potenz der Höhe und linear mit der Breite. Eine leichte Zunahme der Höhe ist daher sehr effektiv zum Erhöhen der Steifigkeit einer Struktur, ohne das Material zu verändern. Dies wird zum Beispiel bei profilierten Stahlträgern mit Doppel-T-Profilen ausgenutzt.
Im Folgenden werden zunächst Vorüberlegungen erläutert anhand einer zweidimensionalen (2D) quadratisch geformten Struktur 700, die aus zwei Schichten besteht, siehe 8A. Hierbei stellt die Struktur 700 den Querschnitt eines Balkens (engl.: beam) dar. Die obere Schicht 702 besteht aus einem aktiven Material, das eine isotrope Ausdehnung (Expansion) ausführen kann, z.B. dem Hydrogel poly(N-Isopropyl-Acrylamid). Sie ist fest mit einer unteren passiven Schicht 701 verbunden. Es werden nun die Elastizitätsmodule E^akiv, E^passiv und die Höhen h^aktiv, E^passiv der zwei Schichten 701 und 702 gemäß der nachfolgenden Tabelle 1 variiert. Tabelle 1

Testfall E^aktiv/E^passiv h^aktiv/h^passiv

Fall I 0.01 1

Fall II 1 1

Fall III 100 1

Fall IV 1 0.01

Fall V 1 100
Es werden somit für den in 8A dargestellten Aufbau der Elastizitätsmodul E und die Höhe h der aktiven und passiven Schicht variiert, um die Testfälle I bis V zu bilden. Die zweidimensionale Struktur ist an der linken Seite mit einem festen Lager 703 befestigt und an der rechten Seite mit einem gleitenden Lager 704.
Es ist anzumerken, dass der Absolutwert der Elastizitätsmodule E^aktiv, E^passiv und der Höhen h^aktiv, h^passiv für das Gesamtverhalten der Struktur keine Rolle spielen. Daher sind nur normalisierte Werte angegeben, die auf den Elastizitätsmodul eines bekannten Materials bezogen sind.
Für die in Tabelle 1 angegebenen Testfälle ist das Verhalten der Struktur in der 8B dargestellt. 8B zeigt somit einen Vergleich unterschiedlicher Steifigkeitskombinationen zwischen der aktiven Schicht 702 und der passiven Schicht 701. Die Befestigung der Strukturen 701/702 ist jeweils wie in 8A gezeigt realisiert.
Falls das Anschwellen des Hydrogels isotrop ist, können drei unterschiedliche Arten von resultierendem Verhalten der Struktur identifiziert werden:

1) Behindertes Schwellen: Im Fall I und Fall IV ist die Steifigkeit der passiven Schicht viel größer als die der aktiven Schicht, d.h. K^passiv >> K^aktiv. Daher wird die Gesamtstruktur 701/702 nicht merklich durch das Anschwellen oder Abschwellen des aktiven Materials der Schicht 702 beeinflusst.
2) Freies Schwellen: Der Fall III und der Fall V zeichnen sich durch eine im Vergleich zur aktiven Schicht 702 sehr weiche passive Schicht 701 aus, d.h. K^passiv << K^aktiv. In solchen Strukturen 701/702 wird das Gesamtverhalten dominiert durch das freie Schwellen des Hydrogels der aktiven Schicht 702.
3) Kombinierte Deformation: In dem für verschiedene Ausführungsformen besonders interessanten Fall II hängt das Verhalten der Gesamtstruktur 701/702 von der Materialpaarung ab, d.h. wenn K^passiv ≈ K^aktiv Bei einer balkenartigen Zweischichtstruktur 701/702 können Kombinationen vom Typ Fall II zu einem Biegeverhalten bei isotropem Anschwellen des Hydrogels der aktiven Schicht 702 führen.

Falls der Unterschied in den Materialelastizitätsmodulen hoch ist (z.B. beim Paaren eines Hydrogels mit einem Metall), kann dies durch das Verhältnis der Schichtdicken (dünne Metallfolie und dickes Hydrogel) kompensiert werden, um Steifigkeiten für aktive und passive Schicht von derselben Größenordnung zu erzielen. Auf diese Weise kann eine kombinierte Deformation von aktiver und passiver Schicht beobachtet werden, obwohl die passive Schicht einen (z.B. viel) höheren Elastizitätsmodul besitzt.
Kombinationen von isotropen Hydrogelen mit anisotropen passiven Materialien können in verschiedene Kategorien fallen, abhängig von der Richtung. Zum Beispiel kann für faserverstärkte Hydrogelkompositmaterialien das Verhalten in Faserrichtung durch die Fasern dominiert sein aufgrund deren sehr hohen Elastizitätsmoduls (Fall I). In dazu senkrechten Richtungen ist der Querschnitt der Fasern sehr klein im Vergleich zur Hydrogel-Matrix (Fall V). Daher kann das Verhalten in dieser Richtung durch das freie Schwellen dominiert sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verhalten von Strukturen gemäß Fall II zur Stabilisierung von flexiblen Displays ausgenutzt werden. Die tatsächliche Steifigkeit (Materialeigenschaften und Geometrie) eines flexiblen Displays kann im Allgemeinen von der verwendeten Display-Technologie abhängen. Bei Kenntnis der Steifigkeitsverhältnisse kann ein Verhalten gemäß Fall II für unterschiedlichste Display-Technologien erreicht werden.
<1.2 Passive Schalen und Wellplatten>
Schalen sind feste Strukturen mit beliebiger Krümmung. Der theoretische Hintergrund der Modellierung von Kompositschalen ist relativ umfangreich. Im Folgenden sollen Aspekte der Modellierung von Kompositschalen kurz anhand eines einfachen Beispielmodells diskutiert werden. Und zwar wird das Biegeverhalten von BERNOULLI-Balken, das durch die obige Gleichung (1) beschrieben ist, erläutert. Dieses einfache Beispielmodell liefert bereits grundlegende Einblicke in die Änderung der Steifigkeit von Strukturen beim Biegen. Quantitative Aussagen können mit fortgeschrittenen Modellierungstechniken erhalten werden.
9 zeigt eine Platte 901 und dieselbe Struktur in einer gekrümmten U-Form (links unten) und einer Wellplattenform (rechts unten). Die plattenartige Struktur (oben) hat eine viel niedrigere Biegesteifigkeit bei Biegungen um die x-Achse als die schalenförmige Struktur (links unten) oder die Wellplattenstruktur (rechts unten) mit demselben Volumen.
Das grundlegende Konzept von gewellten Platten (z.B. Wellblech) liegt darin, den geometrischen Versteifungseffekt der Krümmung auch an größeren Deckflächen zu verwenden, siehe 9. Zum Beispiel kann Wellblech eine kostengünstige und stabile Bedachung ermöglichen. Es kann auf einfache Weise hergestellt werden durch lokale plastische Verformung, z.B. mittels Walzenformens.
Ein Aspekt verschiedener Ausführungsformen kann darin gesehen werden, dass ein Konzept bereitgestellt wird, reversibel lokales Anschwellen und Abschwellen zu induzieren zur Bildung von wellplattenförmigen Strukturen. Dies kann erreicht werden durch Verwendung eines aktiv-passiven Komposits aus einem aktiven Material (z.B. einem Hydrogel) und einem passiven Material. Gemäß dem oben erläuterten Fall II ist es von Vorteil, wenn die Steifigkeiten beider Komponenten des Komposits von derselben Größenordnung sind, um die Deformation der Kombinationsstruktur zu ermöglichen. Die Deformation (z.B. Biegung) der Struktur kann anschaulich als Reaktion auf im Inneren des Materials auftretende (mechanische) Spannungen (Stress) angesehen werden. Mit anderen Worten können durch die Deformation (z.B. Biegung) der Struktur mechanische Spannungen im Komposit, die durch das Anschwellen des aktiven Materials hervorgerufen werden, verringert werden.
<2. Modellierung von Kompositschalen unter Verwendung des Temperatur-Expansion-Modells>
Ein Modell für das isotrope Anschwellen von Hydrogelen ist das sogenannte Temperatur-Expansion-Modell (TEM). Es basiert auf der Analogie von isotropem Anschwellen und thermischer Expansion (Ausdehnung). Das Modell wurde zunächst definiert für lineare Elastizität und Geometrie, ist einfach zu implementieren und zeigt hervorragende Übereinstimmung mit experimentellen Daten. Im nächsten Schritt wurde das Modell erweitert im Hinblick auf nichtlineare Geometrie. Das erweiterte TEM (ETEM) erlaubt die Simulation von Hydrogelstrukturen mit großen Deformationen. Eine weitere Erweiterung des Modells ist das sogenannte Normalisierte ETEM (NETEM). Mit der Normalisierungsprozedur können beliebige Stimuli, die zu isotropem Anschwellen führen, berücksichtigt werden, nicht nur Temperatur. Eine weitere Ergänzung des Modells ist die Berücksichtigung von multisensitivem Verhalten, im sogenannten M-NETEM.
Im Folgenden wird die Anwendung des NETEM beschrieben, um Einsichten in die Schalenbildung von Hydrogelkompositen zu gewinnen. Der folgende Satz von Gleichungen beschreibt den kontinuumsmechanischen Hintergrund thermischer Expansion.
Gleichgewichtsgesetze: $\begin{matrix} σ_{k l, k} + ƒ_{l} = 0 & σ_{k l} = σ_{l k} \end{matrix}$

Kinematik: $ε_{k l}^{H} = \frac{1}{2} ln (B_{k l})$

Konstitutive Beziehung: $σ_{k l} = E_{k l m n} (ε_{m n}^{H} - \underset{Expansionsdehnung}{\underset{︸}{β (F^{Stimulus}) δ_{m n} Δ F^{Stimulus}}})$
Hierbei bezeichnet σ_kl die tatsächliche Spannung (Stress), E_klmn den Elastizitätstensor, der im linear-elastischen Fall die beiden Konstanten des linear elastischen Materialverhaltens, also Elastizitätsmodul und Querkontraktionszahl, enthält, ƒ_i die Volumenbelastungen und $ε_{k l}^{H}$
die logarithmische HENCKY-Dehnung (Strain), wobei B_kl der linke CAUCHY-GREEN-Deformationstensor ist. Im Falle eines SAINT-VENANT-KIRCHHOFF-artigen linear-elastischen Materialverhaltens gibt der zusätzliche Term in Gleichung (4) die Expansionsdehnung (engl.: expansion strain) an. Er setzt sich zusammen aus dem isotropen Stimulusexpansionskoeffizienten β(F^Stimulus) und dem Unterschied im Stimulus-Anteil ΔF^Stimulus = (F^Stimulus -1), was den Stimuluseinfluss angibt. δ_mn bezeichnet das KRONECKER-Delta (d.h., δ_mn = 1, für m = n, und 0 sonst). Die Indizes k, l, m, n ∈ [x, y, z] bezeichnen die entsprechende Tensorbasis, und es gilt die EINSTEINsche Summenkonvention (d.h., über doppelt auftretende Indizes wird summiert).
Es ist anzumerken, dass im Rahmen der hier dargestellten Erläuterung der Fokus nicht auf spezifischem Materialverhalten liegt. Stattdessen werden beispielhafte Materialdaten verwendet zum Zwecke der Veranschaulichung. Um den Vergleich mit experimentellen Daten zu ermöglichen, wird im Folgenden die Expansionsdehnung in derselben Größenordnung gewählt (≈ 30%) wie das Anschwellen von PNiPAAm. Daher ist in den nachfolgend dargestellten Simulationsstudien β = 0.1 gewählt. Eine Stimulusanteiländerung von ΔF^Stimulus = 1 (was durch eine Pseudotemperaturänderung von 1 K modelliert wird) führt daher zu 10% Expansionsdehnung.
<3. Ergebnisse für schalenbildende Hydrogelkomposite und aktive Wellplatten >
Im Folgenden werden die Ergebnisse für die Schalenbildung angegeben. Zunächst wird der Fokus auf einfache zweischichtige Strukturen gelegt, die unter Schwellung eine U-Form bilden. Dann wird das Konzept erweitert zu Strukturen, die einfache wellplattenartige Konfigurationen bilden.
Es ist zu beachten, dass der Fokus in den nachfolgend erläuterten Simulationsstudien nur auf dem Anschwellen von Hydrogelen innerhalb der Strukturen liegt, d.h. auf einer positiven Volumenausdehnung. Darüber hinaus werden die Elastizitätsmodule der Materialien entsprechend der obigen Diskussion als E^aktiv = E^passiv gewählt. Daher resultieren alle Steifigkeitsänderungen in den nachfolgend erläuterten Simulationsstudien nur aus Geometrieänderungen.
<3.1 Einfache gekrümmte balkenartige (U-bildende) Struktur>
Die untersuchte Struktur ist eine balkenartige Struktur mit einer Breite von l_x = 100 mm in x-Richtung, einer Höhe von l_y = 10 mm in y-Richtung und einer Länge von l_z = 1000 mm in z-Richtung und ist in 10A dargestellt. Die Struktur weist eine aktive Schicht 1002 (obere Schicht) und eine passive Schicht 1001 (untere Schicht) auf.
Vorbereitende zweidimensionale (2D) Simulationen des Balkenquerschnitts zeigen den gewünschten Effekt, siehe 10A. Der rechteckig geformte Querschnitt in der x-y-Ebene biegt sich um die z-Achse (senkrecht zur Bildebene) aufgrund Anschwellens des aktiven Materials der aktiven Schicht 1002 und aktiv-passiver Wechselwirkung ähnlich wie im Fall II in 8B. Mit zunehmendem Anschwellen wandelt sich der rechteckige Querschnitt in ein umgekehrtes U-Profil und krümmt sich schließlich zu einem o-förmigen Hohlprofil, siehe 10B, die in einem Diagramm 1000 für drei verschiedene Temperaturzustände 32°C, 32,4°C und 36°C entsprechende Konfigurationen „A“, „B“ und „C“ der zweischichtigen Balkenstruktur 1001/1002 der 10A zeigt.
Um die Steifigkeitsänderung zwischen den Konfigurationen zu quantifizieren, wird das Trägheitsmoment bezogen auf das Koordinatensystem im Massenschwerpunkt $I_{x x} = \int \int y^{2} d y d x$
der ursprünglichen und der deformierten Strukturen berechnet. In 11A ist die Steifigkeitsänderung über die Temperatur dargestellt (Kurve 1102). D.h., die Kurve 1102 in 11A stellt für die Struktur der 10A das Trägheitsmoment I_xx für eine Biegung um die x-Achse dar.
Der Vollständigkeit halber wird auch der Geometrieeinfluss bei der Biegesteifigkeit um die y-Achse $I_{y y} = \int \int x^{2} d x d y .$
berechnet.
Die Ergebnisse des Trägheitsmoments I_yy sind in 11B dargestellt (Kurve 1152). D.h., die Kurve 1152 in 11B stellt für die Struktur der 10A das Trägheitsmoment I_yy für eine Biegung um die y-Achse dar.
11A und 11B zeigen, dass das Anschwellen der einfachen Zweischichtstruktur gemäß 10A (U-Bildung) zu einer Änderung in I_xx und I_yy führen.
Das Deviationsmoment, das bei unsymmetrischen Profilen zu einer Schrägbiegung führt, wird berechnet durch $I_{x y} = - \int \int x y^{} d x d y .$
Für den U-förmigen Balkenquerschnitt erhält man eine Erhöhung von I_xx und anschließend eine Steifigkeitsänderung auf ein Maximum von I_xx,max/I_xx,min ≈ 49. Das Trägheitsmoment um die y-Achse nimmt zunächst bis ϑ ≈ 33,2°C zu und danach wieder ab. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich der Querschnitt (i) in x-Richtung verlängert und (ii) um die z-Achse biegt und sich daher in seiner x-Dimension zusammenzieht. Für 9 > 33,2°C beginnt der letztgenannte Effekt zu dominieren und I_yy nimmt ab und erreicht ein Minimum von I_yy,min/I_yy,max ≈ 0,55. Die Untersuchungen am 2D-Querschnitt zeigen, dass durch die Bildung einer einfachen gekrümmten U-Struktur eine enorme Veränderung von I_xx erreicht werden kann.
Dieser Effekt kann jedoch nicht direkt auf 3D-Strukturen übertragen werden. Aufgrund des isotropen Anschwellens der Hydrogelschicht ergibt sich eine zusätzliche Biegung um die x-Achse. Diese Biegung übersteigt den Krümmungsgewinn (U-Bildung) durch Biegung um die z-Achse bei weitem, siehe 12A. 12A zeigt eine Zweischichtstruktur mit aktiver oberer Schicht 1202 und passiver unterer Schicht 1201 im nicht deformierten Zustand (links) und deformierten Zustand (rechts). Die Temperatur des deformierten Zustands beträgt 9 = 32,1°C. Im Anwendungsfall für z.B. ein flexibles Display ist die zusätzliche Biegung um die x-Achse in manchen Fällen nicht erwünscht, kann in anderen Fällen jedoch zum Beispiel zur Realisierung eines gebogenen Displays (Curved Display) verwendet werden.
In Fällen, in denen die zusätzliche Biegung nicht erwünscht ist, kann beispielsweise eine Kompensationsschicht aus aktivem Material (hier: Hydrogel) hinzugefügt werden, die dieser Biegung entgegenwirkt (hier ist anzumerken, dass die hier beschriebene Kompensationsschicht sich von der im Zusammenhang mit 5 beschriebenen Kompensationsschicht 502 unterscheidet und insbesondere eine andere Funktion hat). In der hier erläuterten Simulation wurde auf der Unterseite eine Kompensationsschicht 1203 mit den Abmessungen 33,3 mm × 3,33 mm × 1000 mm eingefügt, siehe 12B und 12C. Die Kompensationsschicht 1203 erstreckt sich über die gesamte Länge des Balkens und übt daher einen hohen Biegeeinfluss um die x-Achse aus. Der Biegeeinfluss um die z-Achse (der der U-Verformung entgegenwirkt) ist jedoch gering, da sich die Kompensationsschicht 1203 nur über ein Drittel der Balkenbreite erstreckt.
In den Beispielen der 12B und 12C erstreckt sich die aktive Schicht nicht über die gesamte Länge des Balkens, sondern ist in Form eines Flickens (Patch) 1202a, der sich über die gesamte Breite aber nur über ein 1/3 der Länge des Balkens erstreckt (12B), bzw. 24 Flicken (Patches) 1202b, die sich jeweils über die gesamte Breite aber nur über 1/50 der Länge des Balkens erstrecken (12C), ausgebildet.
Die Hydrogel-Flicken (Hydrogel-Patches) an der Oberseite führen zu einer Biegung um die z-Achse wie in 10A und damit zur U-Verformung. Im Gegensatz zur Kompensationsschicht ist ihr Einfluss auf die U-Verformung wesentlich höher. Die Abmessungen der Patches sind in der nachfolgend dargestellten Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2

Fall Flecken Geometrie [mm] Figur

Ubeam0 0 100 × 50 × 1000 12A

Ubeam1 1 100 × 33.3 × 333.3 12B

UbeamN 24 100 × 33.3 × 20 12C
In Tabelle 2 sind die drei in 12A bis 12C dargestellten Testfälle „Ubeam0“, „Ubeam1“ und „Ubeam24“ sowie die entsprechende Geometrie der jeweiligen U-bildenden Balkenstruktur angegeben. Die Geometrie ist als Breite × Höhe × Länge, d.h. l_x × l_y × l_z, angegeben.
Der Aufbau mit einer Kompensationsschicht und einem Flicken (Patch) führt zu einer Wellenform unter Schwellung, siehe 12B. 12B zeigt eine Struktur, bei der zusätzlich zu dem Kompensationsstreifen 1203 an der Unterseite der passiven Schicht 1201 ein einzelner Hydrogel-Flicken (Patch) 1202a an der Oberseite der passiven Schicht 1201 eingefügt ist. Die Temperatur des geschwollenen Zustands (rechts) beträgt 9 = 33°C. Der Wellenbildungseffekt bei Schwellung kann durch die Verwendung mehrerer Flicken aus eingearbeitetem Hydrogel und einer geeigneten Hydrogel-Kompensationsschicht auf der Unterseite gemildert werden, siehe 12C. 12C zeigt eine Struktur, bei der zusätzlich zu dem Kompensationsstreifen 1203 an der Unterseite der passiven Schicht 1201 mehrere Hydrogel-Flicken (Patches) 1202b an der Oberseite der passiven Schicht 1201 eingefügt sind, so dass sie sich senkrecht zu dem Kompensationsstreifen 1203 erstrecken. Die Temperatur des geschwollenen Zustands (rechts) beträgt ϑ = 33°C. Die in 12C dargestellte Struktur beginnt sich zunächst in der gleichen Weise wie die in 12A zu biegen und kehrt während des Schwellvorgangs wieder zu einer flachen Wellenform zurück. Es ist zu beachten, dass bei den in 12A bis 12C gezeigten Strukturen aufgrund unterschiedlicher Volumen des aktiven Materials sich auch die Temperaturen für die geschwollenen Zustände unterscheiden.
Bei den hier dargestellten Untersuchungen ist zu erkennen, dass zur Erzielung eines Systems ohne Biegung in Trägerlängsrichtung (um die x-Achse) die Längskomponente (in z-Richtung) der Schwellung kompensiert werden sollte. Zusätzliche Untersuchungen haben gezeigt, dass dies nicht durch einfaches Einbringen des gleichen Volumens an Hydrogel auf beiden Seiten der neutralen Balkenachse erreicht werden kann, sondern dass die Hydrogelkompensationsschicht (an der Unterseite) kleiner sein sollte. Dieser Effekt kann wahrscheinlich auf den Einfluss der nichtlinearen Geometrie zurückzuführen sein.
Die Untersuchungen mit einem einfachen Balkenaufbau für schalenbildende Strukturen haben gezeigt, dass eine zweischichtige Struktur allein möglicherweise noch nicht ausreichend ist, um einen ausreichenden Versteifungseffekt für flexible Displays zu erreichen. Der Effekt der Biegung um die x-Achse kann beispielsweise durch die Verwendung anisotroper Materialien vermieden werden, die in Längsrichtung einen wesentlich höheren Elastizitätsmodul aufweisen als in Quer- und Dickenrichtung, d.h. E_z >> E_x, E_y. Dann würde sich in der y-z-Ebene ein ähnlicher Fall wie im Fall I in 8B ergeben und es käme zu keiner Biegung um die x-Achse. Dies würde jedoch auch die Änderung der Biegesteifigkeit in dieser Richtung verringern, da das hohe E_z einen viel stärkeren Einfluss auf die Biegesteifigkeit hat als die Schalenbildung. Durch eine geeignete Material- und Geometrie-Kombination kann dem entgegengewirkt und eine adäquate U-Formung erreicht werden.
<3.2. Aktive Wellplatten >
In aktiven gewellten Platten sind auf beiden Seiten der Platte mehrere Schichten Hydrogel enthalten. Daher wird die Biegung um die x-Achse aufgrund der Schwellung kompensiert, und es bleibt nur die Schalenbildung übrig. Das Grundkonzept wird in einer zweidimensionalen (2D) Simulation dargestellt, siehe 13A. In dem in 13A gezeigten Simulationsbeispiel haben die beiden in der passiven Schicht 1301 eingeschlossenen Hydrogel-Flicken 1302a die Abmessungen 20 mm × 3,33 mm und die Ausdehnung des Balkens ist 100 mm × 10 mm. Hier führen die beiden in der passiven Schicht 1301 eingeschlossenen Hydrogel-Flicken 1302a zu einer S-Verformung der Struktur. 13B zeigt für drei verschiedene Temperaturzustände 32°C, 32,4°C und 36°C entsprechende Konfigurationen „D“, „E“ und „F“ der Zweischichtstruktur als Ergebnisse der 2D-Simulation.
11A und 11B zeigen, dass das Anschwellen der wellplattenartigen Struktur gemäß 13A zu einer Veränderung in den Trägheitsmomenten T_xx und I_yy führt.
In 11A ist die Auswirkung der Änderung des Trägheitsmoments I_xx dargestellt (Kurve 1104). Im Vergleich zur U-Formung (Kurve 1102) ist die Änderung mit I_xx,max/I_xx,min ≈ 12 wesentlich geringer. Dies ist jedoch nur auf das viel kleinere Volumen des aktiven Materials im Vergleich zum Volumen des passiven Materials zurückzuführen. Der Geometrieeinfluss von I_yy auf die Biegesteifigkeit um die y-Achse bleibt mit einer maximalen Änderung von I_yy,min/I_yy,max ≈ 0,93 nahezu gleich, siehe Kurve 1154 in 11B. Aufgrund des nicht spiegelsymmetrischen Aufbaus ist das Deviationsträgheitsmoment nicht Null, d.h. I_xy ≠ 0. Daher ist bei einer balkenartigen Struktur mit diesem Querschnitt eine Schrägbiegung zu erwarten.
Im dreidimensionalen Aufbau (rechteckförmige Platte mit Abmessungen l_x = 100 mm, l_y = 10 mm und l_z = 100 mm) ist zu sehen, dass aufgrund der gegenüberliegenden Schichten 1302a keine resultierende Biegung um die x-Achse beobachtet wird, siehe 14A. Man beobachtet jedoch eine Verwölbung (Bitorsion) an der Vorder- und Rückseite der Verbundplatte. Anschaulich weist die verformte Struktur eine gewellte Schalenform (engl.: corrugated shell) auf. Daher können, je nach Befestigung, zusätzliche Spannungen in Längsrichtung auftreten. In 14B ist ein Schnitt durch die verformte Struktur (14A rechts) dargestellt. Da er sich aufgrund der Symmetrie in der Mitte der Struktur (d.h., bei z = 50 mm) befindet, hebt sich die Verwölbungsverschiebung an diesem Schnitt auf. Es kann eine S-Form, wie in 13A dargestellt, beobachtet werden. Der deformierte Zustand in 14A und 14B ist bei 9 = 34°C, und die x- und y-Abmessungen der Hydrogel-Flicken 1302a in Fig. 14A und 14B sind gleich denen in 13A.
Die hier dargestellten Untersuchungsergebnisse zur wellplattenformenden Struktur zeigen, dass diese Struktur zur Stabilisierung eines Displays geeigneter sein kann als die oben gezeigten U-förmigen Strukturen. Es besteht keine Notwendigkeit, eine unerwünschte Biegung um die x-Achse zu kompensieren. Im Rahmen einer Optimierung von wellplattenformenden Hydrogel-Kompositen können beispielsweise Größe und Positionierung der Patches im Verhältnis zum passiven Material variiert werden.
<4. Abschließende Bemerkungen>
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Schwellfähigkeiten in aktiv-passiven Strukturen auf andere Weise verwendet werden als bei herkömmlichen muskelartigen Linearaktuatoren oder einfachen Biegern. Anders als bei den vorgenannten ist bei den hier beschriebenen aktiv-passiven Strukturen das aktive Material (z.B. Hydrogel) selbst nicht lasttragend, sondern dient dazu, eine Schalenstruktur (engl.: shell-structure) zu bilden. Diese indirekte Betätigung (engl.: actuation) führt zu einer starken Zunahme der Biegesteifigkeit bedingt durch eine Geometrieänderung.
Numerische Simulationen unter Verwendung des Temperatur-Expansion-Modells (TEM) ermöglichen die Quantifizierung dieser Veränderung der Steifigkeit.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können Strukturen verwendet werden, die (bei Anschwellen des aktiven Materials) einen U-förmigen Querschnitt bilden (siehe z.B. 10A). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können Strukturen verwendet werden, die (bei Anschwellen des aktiven Materials) einen S-förmigen Querschnitt bilden (siehe z.B. 13A). Zum Beispiel kann im Falle eines einfachen Zweischichtverbunds eine U-Form erzielt werden, wenn das aktive Material anschwillt (anders ausgedrückt, sich ausdehnt). Mittels einer geeigneten Verteilung des aktiven Materials kann ein S-förmiger Querschnitt erzielt werden. In diesem Fall kann ein in manchen Fällen nicht gewünschter Biegeeffekt, welcher bei einer einfachen U-bildenden Struktur auftreten kann und einen Versteifungseffekt mindern kann, vermieden oder reduziert werden.
Unter Einbeziehung z.B. des Temperatur-Expansion-Modells (TEM) können fortgeschrittene Komposit-Schalen-Theorien entwickelt werden zum Realisieren von beliebig gekrümmten Oberflächen.
Das in dieser Anmeldung beschriebene Konzept der aktiv-passiven Kompositstrukturen kann direkt auf rollbare/flexible Displays angewendet werden: in ihrem nicht-stimulierten Zustand besitzt eine solche Struktur eine sehr niedrige Biegesteifigkeit und kann daher gebogen oder aufgerollt werden. Bei Stimulierung bildet sich z.B. eine gewellte Schichtkonfiguration aus, und das Display ist steif. Daher kann z.B. durch die Integration von versteifenden aktiven Materialschichten bei Vorrichtungen mit flexiblen Displays auf harte Gehäuse verzichtet werden.
Eine Kompositstruktur, die bei Anschwellen des aktiven Materials eine U-förmige Struktur annimmt, kann beispielsweise ebenfalls in einem flexiblen Display genutzt werden, um ein flexibles Display zu realisieren, welches von einem planaren Zustand in einen gekrümmten Zustand übergehen kann, und umgekehrt. Mit anderen Worten kann ein Display realisiert werden, dass zwischen einer planaren und einer gekrümmten Konfiguration wechseln kann.
Im Folgenden werden einige Beispiele beschrieben, die sich auf das hierin Beschriebene und in den Figuren Dargestellte beziehen.
Beispiel 1 ist eine flexible Display-Vorrichtung, aufweisend: eine flexible Schicht; mindestens eine an mindestens einer von zwei gegenüberliegenden Seiten der flexiblen Schicht angeordnete Schicht zum Stabilisieren mindestens einer geometrischen Konfiguration der flexiblen Schicht, wobei die mindestens eine Schicht ein aktives Material aufweist, welches durch nichtmechanische Stimulation reversibel mechanisch deformierbar ist; und eine Einrichtung, eingerichtet zum Anlegen mindestens einer nichtmechanischen Stimulation an das aktive Material.
In Beispiel 2 kann die flexible Display-Vorrichtung gemäß Beispiel 1 optional so eingerichtet sein, dass das aktive Material ein Material ist, das sich bei Anlegen der mindestens einen nichtmechanischen Stimulation ausdehnt oder zusammenzieht, beispielsweise isotrop ausdehnt oder zusammenzieht.
In Beispiel 3 kann die flexible Display-Vorrichtung gemäß Beispiel 1 oder 2 optional so eingerichtet sein, dass eine Biegesteifigkeit der mindestens einen Schicht durch die mechanische Deformation des aktiven Materials geändert, insbesondere erhöht, wird.
In Beispiel 4 kann die flexible Display-Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 3 optional so eingerichtet sein, dass eine Biegesteifigkeit der mindestens einen Schicht bei nicht deformiertem Zustand des aktiven Materials ungefähr gleich einer Biegesteifigkeit der flexiblen Schicht ist.
In Beispiel 5 kann die flexible Display-Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 4 optional so eingerichtet sein, dass das aktive Material mindestens eines der folgenden Materialien aufweist: ein Hydrogel, ein elektroaktives Polymer, ein piezoelektrisches oder elektrostriktives Material (beispielsweise ein Piezokeramikmaterial oder ein Piezopolymer), ein Polymerverbundwerkstoff, ein Formgedächtnismaterial (beispielsweise eine Formgedächtnislegierung oder ein Formgedächtnispolymer).
In Beispiel 6 kann die flexible Display-Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 5 optional so eingerichtet sein, dass die mindestens eine nichtmechanische Stimulation eine elektrische Stimulation, eine thermische Stimulation, eine Stimulation durch Licht und/oder eine chemische Stimulation aufweist.
In Beispiel 7 kann die flexible Display-Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 6 optional so eingerichtet sein, dass die mindestens eine Schicht nur an einer der zwei gegenüberliegenden Seiten der flexiblen Schicht angeordnet ist.
In Beispiel 8 kann die flexible Display-Vorrichtung gemäß Beispiel 7 optional so eingerichtet sein, dass die mindestens eine Schicht eine Mehrzahl von voneinander getrennten Teilschichten aufweist.
In Beispiel 9 kann die flexible Display-Vorrichtung gemäß Beispiel 8 optional so eingerichtet sein, dass die Einrichtung eingerichtet ist zum Anlegen einer ersten nichtmechanischen Stimulation an eine erste Teilschicht der Mehrzahl von Teilschichten und einer zweiten nichtmechanischen Stimulation an eine zweite Teilschicht der Mehrzahl von Teilschichten.
In Beispiel 10 kann die flexible Display-Vorrichtung gemäß Beispiel 9 optional so eingerichtet sein, dass sich die erste nichtmechanische Stimulation und die zweite nichtmechanische Stimulation in zumindest einer Eigenschaft voneinander unterscheiden.
In Beispiel 11 kann die flexible Display-Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 6 optional so eingerichtet sein, dass die mindestens eine Schicht eine erste Schicht, welche an einer der zwei gegenüberliegenden Seiten der flexiblen Schicht angeordnet ist, und eine zweite Schicht, welche an der anderen der zwei gegenüberliegenden Seiten der flexiblen Schicht angeordnet ist, aufweist.
In Beispiel 12 kann die flexible Display-Vorrichtung gemäß Beispiel 11 optional so eingerichtet sein, dass die erste Schicht und die zweite Schicht jeweils eine Mehrzahl von voneinander getrennten Teilschichten aufweisen.
In Beispiel 13 kann die flexible Display-Vorrichtung gemäß Beispiel 12 optional so eingerichtet sein, dass die Einrichtung eingerichtet ist zum Anlegen einer ersten nichtmechanischen Stimulation an eine erste Teilschicht der Mehrzahl von Teilschichten der ersten Schicht und einer zweiten nichtmechanischen Stimulation an eine zweite Teilschicht der Mehrzahl von Teilschichten der ersten Schicht.
In Beispiel 14 kann die flexible Display-Vorrichtung gemäß Beispiel 13 optional so eingerichtet sein, dass sich die erste nichtmechanische Stimulation und die zweite nichtmechanische Stimulation in zumindest einer Eigenschaft voneinander unterscheiden.
In Beispiel 15 kann die flexible Display-Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 12 bis 14 optional so eingerichtet sein, dass die Einrichtung eingerichtet ist zum Anlegen einer ersten nichtmechanischen Stimulation an eine erste Teilschicht der Mehrzahl von Teilschichten der zweiten Schicht und einer zweiten nichtmechanischen Stimulation an eine zweite Teilschicht der Mehrzahl von Teilschichten der zweiten Schicht.
In Beispiel 16 kann die flexible Display-Vorrichtung gemäß Beispiel 15 optional so eingerichtet sein, dass sich die an die erste Teilschicht der Mehrzahl von Teilschichten der zweiten Schicht angelegte erste nichtmechanische Stimulation und die an die zweite Teilschicht der Mehrzahl von Teilschichten der zweiten Schicht angelegte zweite nichtmechanische Stimulation in zumindest einer Eigenschaft voneinander unterscheiden.
In Beispiel 17 kann die flexible Display-Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 16 optional als rollbare Display-Vorrichtung oder faltbare Display-Vorrichtung eingerichtet sein.
In Beispiel 18 kann die flexible Display-Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 17 optional so eingerichtet sein, dass die mindestens eine Schicht so ausgebildet ist, dass bei deformiertem Zustand des aktiven Materials die flexible Schicht und die mindestens eine Schicht eine Wellenform aufweisen.
In Beispiel 19 kann die flexible Display-Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 18 optional so eingerichtet sein, dass die mindestens eine geometrische Konfiguration der flexiblen Schicht mindestens eine der folgenden Konfigurationen aufweist: eine planare Konfiguration; eine Konfiguration mit mindestens einem gekrümmten Abschnitt; eine Konfiguration mit mindestens einem abgewinkelten Abschnitt.
In Beispiel 20 kann die flexible Display-Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 19 optional so eingerichtet sein, dass die mindestens eine geometrische Konfiguration der flexiblen Schicht mindestens eine der folgenden Konfigurationen aufweist: eine zusammengerollte Konfiguration; eine zusammengefaltete Konfiguration.
In Beispiel 21 kann die flexible Display-Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 20 optional eingerichtet sein als: eine Flüssigkristall-Display-Vorrichtung; eine Plasma-Display-Vorrichtung; eine Leuchtdioden(LED)-Display-Vorrichtung; eine Organische-Leuchtdioden(OLED)-Display-Vorrichtung; oder eine Elektrophorese-Display-Vorrichtung.
In Beispiel 22 kann die flexible Display-Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 21 optional so eingerichtet sein, dass sie ferner aufweist eine Display-Schicht zum Darstellen eines Bildes und eine zwischen der Display-Schicht und der flexiblen Schicht angeordnete Kompensationsschicht zum Reduzieren oder Verhindern einer durch die mechanische Deformation der mindestens einen Schicht verursachten mechanischen Deformation der Display-Schicht.
In Beispiel 23 kann die flexible Display-Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 21 optional so eingerichtet sein, dass die flexible Schicht eine Display-Schicht zum Darstellen eines Bildes ist oder dass die flexible Display-Vorrichtung ferner eine auf oder über der flexiblen Schicht angeordnete Display-Schicht zum Darstellen eines Bildes aufweist, und dass die flexible Display-Vorrichtung ferner eine elektronische Kompensationsschaltung aufweist zum Kompensieren eines durch die mechanische Deformation der mindestens einen Schicht verursachten Bildfehlers in einem durch die Display-Schicht dargestellten Bild.
Beispiel 24 ist ein elektronisches Gerät, aufweisend eine flexible Display-Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 23, wobei das elektronische Gerät eingerichtet ist als: ein Fernseher; ein Mobiltelefon; eine elektronische Rechenvorrichtung; eine Datenbrille; oder ein E-Paper.
Beispiel 25 ist ein Verfahren zum Stabilisieren mindestens einer geometrischen Konfiguration einer flexiblen Display-Vorrichtung, das Verfahren aufweisend: in mindestens einer geometrischen Konfiguration der flexiblen Display-Vorrichtung, Anlegen mindestens einer nichtmechanischen Stimulation an ein aktives Material mindestens einer Schicht, welche an mindestens einer von zwei gegenüberliegenden Seiten einer flexiblen Schicht der Display-Vorrichtung angeordnet ist, wobei die nichtmechanische Stimulation eine mechanische Deformation des aktiven Materials verursacht, derart, dass eine Biegesteifigkeit der flexiblen Display-Vorrichtung geändert wird.
In Beispiel 26 kann das Verfahren gemäß Beispiel 25 optional so eingerichtet sein, das die mechanische Deformation des aktiven Materials eine Erhöhung der Biegesteifigkeit der flexiblen Display-Vorrichtung verursacht.
Beispiel 27 ist eine rollbare Projektionswand, aufweisend: eine rollbare Schicht; mindestens eine an mindestens einer von zwei gegenüberliegenden Seiten der rollbaren Schicht angeordnete Schicht zum Stabilisieren einer ausgerollten Konfiguration der rollbaren Schicht, wobei die mindestens eine Schicht ein aktives Material aufweist, welches durch nichtmechanische Stimulation mechanisch deformierbar ist; und eine Einrichtung, eingerichtet zum Anlegen mindestens einer nichtmechanischen Stimulation an das aktive Material.
In Beispiel 28 kann die rollbare Projektionswand gemäß Beispiel 27 optional so eingerichtet sein, dass sie ferner eine Vorrichtung zum Ein- und Ausrollen der rollbaren Schicht aufweist.
Beispiel 29 ist ein Verfahren zum Stabilisieren einer ausgerollten Konfiguration einer rollbaren Projektionswand, das Verfahren aufweisend: in einer ausgerollten Konfiguration der rollbaren Projektionswand, Anlegen mindestens einer nichtmechanischen Stimulation an ein aktives Material mindestens einer Schicht, welche an mindestens einer von zwei gegenüberliegenden Seiten einer rollbaren Schicht der rollbaren Projektionswand angeordnet ist, wobei die nichtmechanische Stimulation eine mechanische Deformation des aktiven Materials verursacht, derart, dass eine Biegesteifigkeit der rollbaren Projektionswand geändert wird.
In Beispiel 30 kann das Verfahren gemäß Beispiel 29 optional so eingerichtet sein, dass die mechanische Deformation des aktiven Materials eine Erhöhung der Biegesteifigkeit der rollbaren Projektionswand verursacht.

Claims

Flexible Display-Vorrichtung (100), aufweisend: eine flexible Schicht (101); mindestens eine an mindestens einer von zwei gegenüberliegenden Seiten (101a, 101b) der flexiblen Schicht (101) angeordnete Schicht (102) zum Stabilisieren mindestens einer geometrischen Konfiguration der flexiblen Schicht (101), wobei die mindestens eine Schicht (102) ein aktives Material (102a) aufweist, welches durch nichtmechanische Stimulation reversibel mechanisch deformierbar ist; und eine Einrichtung (103), eingerichtet zum Anlegen mindestens einer nichtmechanischen Stimulation (104) an das aktive Material (102a).
Flexible Display-Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, wobei das aktive Material (102a) ein Material ist, das sich bei Anlegen der mindestens einen nichtmechanischen Stimulation (104) ausdehnt oder zusammenzieht.
Flexible Display-Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens eine Schicht (102) so ausgebildet ist, dass eine Biegesteifigkeit der flexiblen Display-Vorrichtung (100) durch die mechanische Deformation des aktiven Materials (102a) geändert wird.
Flexible Display-Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die mindestens eine Schicht (102) so eingerichtet ist, dass eine Biegesteifigkeit der mindestens einen Schicht (102) bei nicht deformiertem Zustand des aktiven Materials (102a) ungefähr gleich einer Biegesteifigkeit der flexiblen Schicht (101) ist.
Flexible Display-Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das aktive Material (102a) mindestens eines der folgenden Materialien aufweist: ein Hydrogel, ein elektroaktives Polymer, ein piezoelektrisches oder elektrostriktives Material, ein Polymerverbundwerkstoff, ein Formgedächtnismaterial.
Flexible Display-Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die mindestens eine nichtmechanische Stimulation eine elektrische Stimulation, eine thermische Stimulation, eine Stimulation durch Licht und/oder eine chemische Stimulation aufweist.
Flexible Display-Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die mindestens eine Schicht (102) nur an einer der zwei gegenüberliegenden Seiten (101a, 101b) der flexiblen Schicht (101) angeordnet ist.
Flexible Display-Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die mindestens eine Schicht (102) eine erste Schicht, welche an einer der zwei gegenüberliegenden Seiten der flexiblen Schicht angeordnet ist, und eine zweite Schicht, welche an der anderen der zwei gegenüberliegenden Seiten der flexiblen Schicht angeordnet ist, aufweist.
Flexible Display-Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 8, wobei die erste Schicht und die zweite Schicht jeweils eine Mehrzahl von voneinander getrennten Teilschichten aufweisen.
Flexible Display-Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, eingerichtet als rollbare Display-Vorrichtung oder faltbare Display-Vorrichtung.
Flexible Display-Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die mindestens eine Schicht (102) so ausgebildet ist, dass bei deformiertem Zustand des aktiven Materials (102a) die flexible Schicht (101) und die mindestens eine Schicht (102) eine Wellenform aufweisen.
Flexible Display-Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die mindestens eine geometrische Konfiguration der flexiblen Schicht (101) mindestens eine der folgenden Konfigurationen aufweist: eine planare Konfiguration; eine Konfiguration mit mindestens einem gekrümmten Abschnitt; eine Konfiguration mit mindestens einem abgewinkelten Abschnitt.
Flexible Display-Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die mindestens eine geometrische Konfiguration der flexiblen Schicht (101) mindestens eine der folgenden Konfigurationen aufweist: eine zusammengerollte Konfiguration; eine zusammengefaltete Konfiguration.
Flexible Display-Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, eingerichtet als: eine Flüssigkristall-Display-Vorrichtung; eine Plasma-Display-Vorrichtung; eine Leuchtdioden(LED)-Display-Vorrichtung; eine Organische-Leuchtdioden (OLED) - Display-Vorrichtung; oder eine Elektrophorese-Display-Vorrichtung.
Flexible Display-Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, ferner aufweisend eine Display-Schicht (503) zum Darstellen eines Bildes und eine zwischen der Display-Schicht (503) und der flexiblen Schicht (101) angeordnete Kompensationsschicht (502) zum Reduzieren oder Verhindern einer durch die mechanische Deformation des aktiven Materials (102a) der mindestens einen Schicht (102) verursachten mechanischen Deformation der Display-Schicht (503) .
Flexible Display-Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die flexible Schicht (101) eine Display-Schicht zum Darstellen eines Bildes ist oder wobei die flexible Display-Vorrichtung (100) ferner eine auf oder über der flexiblen Schicht (101) angeordnete Display-Schicht zum Darstellen eines Bildes aufweist, und wobei die flexible Display-Vorrichtung (100) ferner eine elektronische Kompensationsschaltung aufweist zum Kompensieren eines durch die mechanische Deformation des aktiven Materials (102a) der mindestens einen Schicht (102) verursachten Bildfehlers in einem durch die Display-Schicht dargestellten Bild.
Elektronisches Gerät, aufweisend eine flexible Display-Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das elektronische Gerät eingerichtet ist als: ein Fernseher; ein Mobiltelefon; eine elektronische Rechenvorrichtung; eine Datenbrille; oder ein E-Paper.
Verfahren (200) zum Stabilisieren mindestens einer geometrischen Konfiguration einer flexiblen Display-Vorrichtung (100), das Verfahren aufweisend: in mindestens einer geometrischen Konfiguration der flexiblen Display-Vorrichtung (100), Anlegen mindestens einer nichtmechanische Stimulation (104) an ein aktives Material (102a) mindestens einer Schicht (102), welche an mindestens einer von zwei gegenüberliegenden Seiten (101a, 101b) einer flexiblen Schicht (101) der flexiblen Display-Vorrichtung (100) angeordnet ist, wobei die nichtmechanische Stimulation eine mechanische Deformation des aktiven Materials (102a) verursacht, derart, dass eine Biegesteifigkeit der flexiblen Display-Vorrichtung (100) geändert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei die mechanische Deformation des aktiven Materials (102a) eine Erhöhung der Biegesteifigkeit der flexiblen Display-Vorrichtung (100) verursacht.
Rollbare Projektionswand (300), aufweisend: eine rollbare Schicht (301); mindestens eine an mindestens einer von zwei gegenüberliegenden Seiten (301a, 301b) der rollbaren Schicht (301) angeordnete Schicht (302) zum Stabilisieren einer ausgerollten Konfiguration der rollbaren Schicht (301), wobei die mindestens eine Schicht (302) ein aktives Material (302a) aufweist, welches durch nichtmechanische Stimulation mechanisch deformierbar ist; und eine Einrichtung (303), eingerichtet zum Anlegen mindestens einer nichtmechanischen Stimulation (304) an das aktive Material (302a).
Rollbare Projektionswand (300) gemäß Anspruch 20, ferner aufweisend eine Vorrichtung zum Ein- und Ausrollen der rollbaren Schicht (301).
Verfahren (400) zum Stabilisieren einer ausgerollten Konfiguration einer rollbaren Projektionswand (300), das Verfahren aufweisend: in einer ausgerollten Konfiguration der rollbaren Projektionswand (300), Anlegen mindestens einer nichtmechanischen Stimulation (304) an ein aktives Material (302a) mindestens einer Schicht (302), welche an mindestens einer von zwei gegenüberliegenden Seiten (301a, 301b) einer rollbaren Schicht (301) der rollbaren Projektionswand (300) angeordnet ist, wobei die nichtmechanische Stimulation (304) eine mechanische Deformation des aktiven Materials (302a) verursacht, derart, dass eine Biegesteifigkeit der rollbaren Projektionswand (300) geändert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 22, wobei die mechanische Deformation des aktiven Materials (302a) eine Erhöhung der Biegesteifigkeit der rollbaren Projektionswand (300) verursacht.