KR102381743B1 - Multilayer actuator and display device comprising the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 다층 가변 소자는, 세 개 이상의 전기 활성층을 포함하는 다층 가변 소자로서, 세 개 이상의 전기 활성층 각각은 강유전성 폴리머로 이루어지고, 세 개 이상의 전기 활성층 모두의 분극(polarization) 방향이 서로 동일하다.A multilayer variable device according to an embodiment of the present invention is a multilayer variable device including three or more electroactive layers, wherein each of the three or more electroactive layers is made of a ferroelectric polymer, and the polarization of all three or more electroactive layers is direction is the same
Description
본 발명은 다층 가변 소자 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 일정한 전압에서도 더 크게 변위될 수 있는 다층 가변 소자 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-layer variable element and a display device including the same, and more particularly, to a multi-layer variable element capable of greater displacement even at a constant voltage and a display device including the same.
최근, 액정 표시 장치 및 유기 발광 표시 장치를 비롯한 다양한 디스플레이 장치를 간편하게 사용하려는 사용자들의 요구에 따라, 디스플레이 장치를 터치하여 입력하는 터치 방식의 표시 장치의 사용이 보편화되고 있다. 이에 따라, 사용자에게 직접적이고 다양한 터치 피드백(feedback)을 제공하기 위해 가변 소자(actuator)를 활용하는 연구가 계속되고 있다. 또한, 근래에 활발하게 개발되고 있는 플렉서블(flexible) 표시 패널에 가변 소자를 부착하여, 플렉서블 표시 패널의 다양한 변위를 구현하려는 연구도 함께 진행되고 있다. Recently, in response to the demand of users who want to conveniently use various display devices, including liquid crystal displays and organic light emitting displays, the use of a touch type display device in which a user touches the display device to input has become common. Accordingly, research using a variable actuator to provide direct and various touch feedback to a user is continuing. In addition, research to implement various displacements of the flexible display panel by attaching a variable element to a flexible display panel that has been actively developed in recent years is also being conducted.
일반적으로, 종래의 표시 장치는 가변 소자로 편심 모터(Eccentric Rotating Mass; ERM), 선형 공진 모터(LRA)와 같은 진동 모터를 사용하였다. 상기 진동 모터는 표시 장치 전체를 울리도록 고안되어 있어, 진동력을 증가시키기 위해서는 질량체의 크기를 증가시켜야 하는 문제점이 있었고, 진동의 정도를 조절하기 위한 주파수 변조가 어려우며 응답 속도가 매우 느리고, 플렉서블 표시 장치에 사용하기에 적절하지 못하다는 단점이 있었다.In general, a conventional display device uses a vibration motor such as an eccentric rotating mass (ERM) or a linear resonance motor (LRA) as a variable element. Since the vibration motor is designed to vibrate the entire display device, there is a problem that the size of the mass needs to be increased in order to increase the vibration force, it is difficult to modulate the frequency to control the degree of vibration, the response speed is very slow, and the flexible display The disadvantage was that it was not suitable for use in the device.
이와 같은 문제점을 개선하기 위하여, 가변 소자 재료로서 형상 기억 합금(Shape Memory Alloy; SMA) 및 압전성 세라믹(Electro-Active Ceramics; EAC)이 개발되어 왔으나, 형상 기억 합금(SMA)은 반응속도가 느리고 수명이 짧으며 불투명하고, 압전성 세라믹은 깨지기 쉽기 때문에, 표시 장치, 특히 플렉서블 표시 장치에 적용하기에 어려움이 있었다. In order to improve this problem, shape memory alloy (SMA) and piezoelectric ceramics (EAC) have been developed as variable element materials, but shape memory alloy (SMA) has a slow reaction rate and lifespan. This short, opaque, and brittle piezoelectric ceramic is difficult to apply to a display device, particularly a flexible display device.
이에 따라, 전기 활성 폴리머(Electro-Active Polymer; EAP)를 이용한 가변 소자(actuator) 기술이 많은 사람들의 관심을 끌고 있다. 전기 활성 폴리머(Electro-Active Polymer; EAP)란 전기적 자극에 의하여 변형될 수 있는 폴리머로서, 전기적 자극에 의해 반복적으로 팽창, 수축 및 벤딩(bending)될 수 있는 폴리머를 의미한다. 이러한 전기 활성 폴리머를 전기 활성층으로 포함하는 가변 소자를 제조하고, 가변 소자를 플렉서블 표시 패널에 부착하여, 디스플레이의 벤딩을 다채롭게 구현하려는 연구가 이루어지고 있다.Accordingly, a variable actuator technology using an electro-active polymer (EAP) has attracted many people's attention. An electro-active polymer (EAP) is a polymer that can be deformed by electrical stimulation, and refers to a polymer that can be repeatedly expanded, contracted, and bent by electrical stimulation. Research is being conducted to fabricate a variable device including such an electroactive polymer as an electroactive layer, and to attach the variable device to a flexible display panel to implement various bending of the display.
그러나, 하나의 전기 활성층만을 포함하는 가변 소자는 그 두께로 인하여 벤딩 성능에 한계가 있으며, 구동 전압이 높다는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 하나의 전기 활성층을 포함하는 단위 가변 소자를 복수로 적층한 다층 가변 소자가 소개되었다. 복수의 전기 활성층을 포함하는 다층 가변 소자는 하나의 전기 활성층만을 포함하는 가변 소자에 비해, 동일한 두께에서 더 큰 구동 변위를 구현할 수 있음이 입증되었다.However, a variable device including only one electroactive layer has a limitation in bending performance due to its thickness and a problem in that a driving voltage is high. In order to solve this problem, a multi-layer variable device in which a plurality of unit variable devices including one electroactive layer are stacked has been introduced. It has been demonstrated that a multi-layer variable device including a plurality of electroactive layers can realize a larger driving displacement at the same thickness as compared to a variable device including only one electroactive layer.
종래의 다층 가변 소자에서 단위 가변 소자의 전기 활성층은 유전성 엘라스토머로 구성하는 것이 일반적이었다. 유전성 엘라스토머는 자연 상태에서 분극 상태를 유지하지 않기 때문에, 종래의 연구자들은 복수의 전기 활성층의 분극 상태에 대해 전혀 고려하지 않았고, 이에 따라 당연히 복수의 전기 활성층의 분극 방향을 어떠한 형태로 배열해야 할지에 대해서도 전혀 고려하지 않았다.In the conventional multi-layer variable device, the electroactive layer of the unit variable device is generally formed of a dielectric elastomer. Since the dielectric elastomer does not maintain a polarization state in a natural state, conventional researchers have not considered the polarization state of the plurality of electroactive layers at all, and accordingly, it is natural that the polarization directions of the plurality of electroactive layers should be arranged in what form. I didn't even consider it at all.
그러나, 유전성 엘라스토머보다 더 높은 구동 변위를 확보할 수 있는 강유전성 폴리머의 전기 활성층으로의 구현이 가시화되고 있고, 본질적으로 강유전성 폴리머는 특정한 방향으로 분극 상태를 유지하고 있기 때문에, 다층ㄱ 가변 소자에서 강유전성 폴리머로 이루어진 복수의 전기 활성층의 분극 방향을 어떠한 형태로 배열해야 할 지에 대해서도 고려할 필요성이 제기되었다. 이에, 전기장의 인가 방향에 따른 전기 활성층의 팽창 및 수축을 고려하여, 복수의 전기 활성층 각각에 대한 전기장의 인가 방향을 조절하는 방법이 일부 소개되었으나, 아직까지 큰 실효성을 거두지는 못하고 있는 실정이다.However, the implementation of an electroactive layer of a ferroelectric polymer that can secure a higher driving displacement than a dielectric elastomer is being visualized, and in essence, the ferroelectric polymer maintains a polarization state in a specific direction. The need to consider how the polarization directions of a plurality of electroactive layers made of Accordingly, in consideration of the expansion and contraction of the electroactive layer according to the direction of application of the electric field, a method of adjusting the direction of application of the electric field to each of the plurality of electroactive layers has been partially introduced, but it is not yet very effective.
본 발명의 발명자들은 강유전성 폴리머로 이루어진 세 개 이상의 전기 활성층을 포함하는 다층 가변 소자에서, 세 개 이상의 전기 활성층 모두의 분극 방향을 서로 동일하게 하는 경우 전기장의 인가 방향과 무관하게 다층 가변 소자의 구동 변위를 극대화할 수 있음을 알아내었다. The inventors of the present invention found that in a multilayer variable device including three or more electroactive layers made of a ferroelectric polymer, when the polarization directions of all three or more electroactive layers are the same, the driving displacement of the multilayer variable device regardless of the direction of application of the electric field was found to be maximized.
이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 강유전성 폴리머로 구성된 세 개 이상의 전기 활성층을 포함하면서, 일정한 전압을 인가할 때에 구동 변위가 극대화될 수 있는 다층 가변 소자 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a multi-layer variable device including three or more electroactive layers made of a ferroelectric polymer and maximizing driving displacement when a constant voltage is applied, and a display device including the same.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 세 개 이상의 전기 활성층의 분극 방향이 전압 및 변위면에서 최적화된 형태로 배열된 다층 가변 소자 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하는 것이다.Another object to be solved by the present invention is to provide a multilayer variable element in which the polarization directions of three or more electroactive layers are arranged in an optimized form in terms of voltage and displacement, and a display device including the same.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 낮은 전압으로도 구동 가능하게 되는 다층 가변 소자 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a multilayer variable element capable of being driven even with a low voltage and a display device including the same.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 가변 소자는, 세 개 이상의 전기 활성층을 포함하는 다층 가변 소자로서, 세 개 이상의 전기 활성층 각각은 강유전성 폴리머로 이루어지고, 세 개 이상의 전기 활성층 모두의 분극(polarization) 방향이 서로 동일하다.A multilayer variable device according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is a multilayer variable device including three or more electroactive layers, wherein each of the three or more electroactive layers is made of a ferroelectric polymer, and three The polarization directions of all of the above electroactive layers are the same.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 세 개 이상의 전기 활성층은 서로 동일한 물질로 이루어질 수 있다.According to another feature of the present invention, the three or more electroactive layers may be made of the same material.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 세 개 이상의 전기 활성층 각각은 폴리비닐리덴플루오라이드(poly vinylidenefluoride, PVDF)계 폴리머로 이루어질 수 있다.According to another feature of the present invention, each of the three or more electroactive layers may be formed of a polyvinylidenefluoride (PVDF)-based polymer.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 세 개 이상의 전기 활성층 각각에는 연신 공정 또는 폴링(polling) 공정이 가해질 수 있다.According to another feature of the present invention, a stretching process or a polling process may be applied to each of the three or more electroactive layers.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 다층 가변 소자는, 하나의 전기 활성층을 갖는 단위 가변 소자를 세 개 이상 포함하고, 세 개 이상의 단위 가변 소자 각각은, 전기 활성층을 사이에 두고 서로 대향하는 하부 전극 및 상부 전극을 포함할 수 있다.According to another feature of the present invention, the multi-layer variable element includes three or more unit variable elements having one electroactive layer, and each of the three or more variable unit variable elements includes a lower electrode facing each other with an electroactive layer interposed therebetween. and an upper electrode.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 세 개 이상의 단위 가변 소자에서, 상부 전극과 하부 전극에 의해 형성되는 전기장의 방향은 모두 동일할 수 있다.According to another feature of the present invention, in three or more unit variable elements, the directions of the electric field formed by the upper electrode and the lower electrode may all be the same.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 세 개 이상의 단위 가변 소자 사이에 배치된 접착층을 두 개 이상 더 포함할 수 있다.According to another feature of the present invention, two or more adhesive layers disposed between three or more unit variable elements may be further included.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 두 개 이상의 접착층 각각은 유전성 엘라스토머 및 고유전성 필러를 포함할 수 있다.According to another feature of the present invention, each of the two or more adhesive layers may include a dielectric elastomer and a high dielectric filler.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는, 세 개 이상의 전기 활성층을 포함하는 다층 가변 소자, 및 표시 패널을 갖는 표시 장치로서, 세 개 이상의 전기 활성층 각각은 강유전성 폴리머로 이루어지고, 세 개 이상의 전기 활성층 모두의 분극 방향이 서로 동일하다.A display device according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is a display device including a multilayer variable element including three or more electroactive layers, and a display panel, wherein each of the three or more electroactive layers is ferroelectric It is made of a polymer, and the polarization directions of all three or more electroactive layers are the same.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 표시 패널은 플렉서블 기판을 포함할 수 있다.According to another feature of the present invention, the display panel may include a flexible substrate.
본 발명은 강유전성 폴리머로 구성된 세 개 이상의 전기 활성층을 포함하는 다층 가변 소자가 일정한 전압 하에서 최대의 진동 가속도를 구현하게 할 수 있는 효과가 있다.The present invention has an effect that a multilayer variable device including three or more electroactive layers made of a ferroelectric polymer can realize maximum vibration acceleration under a constant voltage.
본 발명은 다층 가변 소자를 구성하는 복수의 전기 활성층의 분극 방향을 어떠한 형태로 배열해야 하는지에 관한 명확한 기준을 제공할 수 있는 효과가 있다.The present invention has the effect of providing a clear standard regarding the shape in which the polarization directions of the plurality of electroactive layers constituting the multi-layer variable device should be arranged.
본 발명은 낮은 구동 전압을 가져서 휴대용 모바일 기기에 적합한 다층 가변 소자를 제공할 수 있는 효과가 있다.The present invention has the effect of providing a multilayer variable device suitable for a portable mobile device by having a low driving voltage.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 구조를 설명하기 위한 개략적인 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 다층 가변 소자에 대한 개략적인 단면도이다.
도 3은 폴리비닐리덴플루오라이드계 폴리머로 구성되는 제1 전기 활성층의 분극 방향을 나타내는 도면이다.
도 4는 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1 및 비교예 2의 다층 가변 소자의 진동 가속도를 측정한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 다양한 변형 형태를 설명하기 위한 예시적인 상태도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 가변 소자가 유리하게 활용될 수 있는 실례들을 나타내는 도면이다.1 is a schematic exploded perspective view illustrating a structure of a display device according to an exemplary embodiment.
2 is a schematic cross-sectional view of a multilayer variable element of a display device according to an exemplary embodiment.
3 is a view showing the polarization direction of the first electroactive layer composed of a polyvinylidene fluoride-based polymer.
4 is a graph of measuring the vibration acceleration of the multilayer variable elements of Examples 1, 2, Comparative Examples 1 and 2;
5 is an exemplary state diagram for explaining various modified forms of a display device according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing examples in which a multi-layer variable device according to an embodiment of the present invention can be advantageously utilized.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention belongs It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.
소자 또는 층이 다른 소자 또는 층 "위 (on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. Reference to a device or layer “on” another device or layer includes any intervening layer or other device directly on or in the middle of the other device or layer.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.Although first, second, etc. are used to describe various elements, these elements are not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Accordingly, the first component mentioned below may be the second component within the spirit of the present invention.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Like reference numerals refer to like elements throughout.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.The size and thickness of each component shown in the drawings are illustrated for convenience of description, and the present invention is not necessarily limited to the size and thickness of the illustrated component.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.Each feature of the various embodiments of the present invention may be partially or wholly combined or combined with each other, technically various interlocking and driving are possible, and each of the embodiments may be independently implemented with respect to each other or implemented together in a related relationship. may be
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 구조를 설명하기 위한 개략적인 분해 사시도이다.1 is a schematic exploded perspective view illustrating a structure of a display device according to an exemplary embodiment.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(10)는 상부 커버(100), 하부 커버(200), 플렉서블 표시 패널(300), 및 다층 가변 소자(400)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , a
상부 커버(100)는 플렉서블 표시 패널(300) 및 다층 가변 소자(400)를 커버하도록 플렉서블 표시 패널(300) 및 다층 가변 소자(400) 상부에 배치된다. 상부 커버(100)는 표시 장치(10) 내부의 구성요소들을 외부의 충격 및 이물질이나 수분의 침투로부터 보호한다. 다층 가변 소자(400)가 전기장에 의해서 변위될 때에 함께 변위될 수 있도록 상부 커버(100)는 높은 연성을 갖는 물질, 예를 들어, 플라스틱으로 구성될 수 있다.The
하부 커버(200)는 상부 커버(100)와 대향하도록 배치되며, 플렉서블 표시 패널(300) 및 다층 가변 소자(400)를 커버하도록 플렉서블 표시 패널(300) 및 다층 가변 소자(400) 하부에 배치된다. 하부 커버(200) 역시 표시 장치(10) 내부의 구성요소들을 외부의 충격 및 이물질이나 수분의 침투로부터 보호한다. 다층 가변 소자(400)가 변위될 때에 함께 변위될 수 있도록 하부 커버(200) 역시 높은 연성을 갖는 물질, 예를 들어, 플라스틱으로 구성될 수 있다.The
상부 커버(100)와 하부 커버(200) 사이에 플렉서블 표시 패널(300)이 배치된다. 플렉서블 표시 패널(300)은 종이처럼 휘어질 수 있도록 플렉서빌리티(flexiability)를 가지는 패널로서, 영상을 표시하기 위한 표시 소자가 배치된 패널을 의미한다. 플렉서블 표시 패널(300)은 플렉서빌리티를 가지기 때문에 다층 가변 소자(400)가 전기장에 의해서 변위될 때에 함께 변위될 수 있다. 플렉서블 표시 패널(300)은 플렉서빌리티를 확보하기 위해서, 적어도 플렉서블 기판을 포함할 수 있다. 플렉서블 표시 패널(300)은, 예를 들어 유기 발광 표시 패널일 수 있다. 유기 발광 표시 패널은 유기 발광층에 전류를 흐르게 함으로써, 유기 발광층이 발광하도록 하는 표시 패널이며, 유기 발광층을 사용하여 특정 파장의 빛을 발광한다. 유기 발광 표시 패널은 적어도 캐소드, 유기 발광층, 애노드를 포함한다. The
상부 커버(100)와 하부 커버(200) 사이에 다층 가변 소자(400)가 배치된다. 다층 가변 소자(400)는 플렉서블 표시 패널(300) 하부에 배치되며, OCA(optical clear adhesive) 또는 OCR(optical clear resin)와 같은 접착제에 의해 플렉서블 표시 패널(300)에 부착된다. 다층 가변 소자(400)는 세 개 이상의 전기 활성층 각각이 팽창 또는 수축함에 따라 변위될 수 있다. 다층 가변 소자(400)가 변위되면서 상부 커버(100), 하부 커버(200) 및 플렉서블 표시 패널(300)이 변위되고, 이에 따라 표시 장치(10) 전체가 변위될 수 있다.The multi-layer
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 다층 가변 소자에 대한 개략적인 단면도이다.2 is a schematic cross-sectional view of a multilayer variable element of a display device according to an exemplary embodiment.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 가변 소자(400)는 제1 단위 가변 소자(410), 제1 접착층(420), 제2 단위 가변 소자(430), 제2 접착층(440), 제3 단위 가변 소자(450), 제3 접착층(460) 및 제4 단위 가변 소자(470)를 포함한다.Referring to FIG. 2 , the multilayer
제1 단위 가변 소자(410)는 다층 가변 소자(400)를 구성하는 하나의 단위 가변 소자로서 전기장에 의해 변위되도록 구성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 단위 가변 소자(410)는 제1 하부 전극(412), 제1 상부 전극(414), 및 제1 하부 전극(412)과 제1 상부 전극(414) 사이에 배치된 제1 전기 활성층(416)을 포함한다.The first unit
제1 하부 전극(412) 및 제1 상부 전극(414)은 외부로부터 전압을 인가 받아 제1 전기 활성층(416)에 전기장을 형성하는 역할을 한다. 제1 전기 활성층(416)에 전기장을 형성하기 위해서는 제1 하부 전극(412) 및 제1 상부 전극(414) 사이에 전위 차가 존재하여야 한다. 따라서, 제1 하부 전극(412) 및 제1 상부 전극(414)에는 상이한 크기의 전압이 인가된다. 예를 들어, 제1 하부 전극(412)에 양의 전압이 인가되면서 제1 상부 전극(414)에 접지 전압이 인가될 수 있고, 제1 하부 전극(412)에 음의 전압이 인가되면서 제1 상부 전극(414)에 접지 전압이 인가될 수도 있다.The first
제1 하부 전극(412) 및 제1 상부 전극(414) 각각에 인가되는 전압의 크기에 따라 제1 전기 활성층(416)에 형성되는 전기장의 방향은 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 하부 전극(412)에 인가되는 전압보다 제1 상부 전극(414)에 인가되는 전압이 낮은 경우 제1 전기 활성층(416)에는 상부 방향의 전기장이 형성될 수 있다. 또한, 제1 하부 전극(412)에 인가되는 전압보다 제1 상부 전극(414)에 인가되는 전압이 높은 경우 제1 전기 활성층(416)에는 하부 방향의 전기장이 형성될 수 있다.The direction of the electric field formed in the first
제1 하부 전극(412) 및 제1 상부 전극(414)에는 교류 전압(AC)이 인가될 수도 있고, 직류 전압(DC)이 인가될 수도 있다. 제1 하부 전극(412) 및 제1 상부 전극(414)에 교류 전압(AC)이 인가되는 경우 제1 단위 가변 소자(410)는 주기적으로 변위될 수 있으며, 제1 하부 전극(412) 및 제1 상부 전극(414)에 직류 전압(DC)이 인가되는 경우 제1 단위 가변 소자(410)는 구부러진 상태로 유지될 수 있다.An alternating voltage AC or a direct current voltage DC may be applied to the first
제1 하부 전극(412) 및 제1 상부 전극(414)은 전도성 물질로 형성될 수 있고, 이로써 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, 제1 하부 전극(412) 및 제1 상부 전극(414)은 금(Au), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 알루미늄-구리 합금(Al-Cu alloy) 등과 같은 금속 물질로 형성되거나 또는 PEDOT[Poly(3,4-EthyleneDiOxyThiophene)]:PSS [Poly(4-StyreneSulfonic acid)], 폴리피롤(polypyrrole), 폴리아닐린(polyaniline) 등과 같은 전도성 폴리머로 형성될 수 있다. 제1 하부 전극(412) 및 제1 상부 전극(414)은 서로 동일한 물질로 이루어질 수도 있고, 서로 상이한 물질로 이루어질 수도 있다.The first
전기 활성층의 하면 및 상면에 배치되는 전극의 두께가 증가할수록 일정한 두께를 갖는 다층 가변 소자에 포함되는 전기 활성층의 개수는 줄어들게 된다. 전기 활성층의 개수가 증가할수록 다층 가변 소자의 구동 변위 역시 증가한다는 점을 고려할 때에, 보다 많은 수의 전기 활성층을 일정한 두께의 다층 가변 소자에 배치하기 위해서, 전기 활성층의 하면 및 상면에 배치되는 전극의 두께는 가능한 얇은 것이 바람직하다. 예를 들어, 제1 전기 활성층(416)의 하면 및 상면에 각각 배치되는 제1 하부 전극(412) 및 제1 상부 전극(414)의 두께는 50 nm 내지 100 nm인 것이 바람직하다.As the thickness of the electrodes disposed on the lower surface and the upper surface of the electroactive layer increases, the number of electroactive layers included in the multilayer variable device having a constant thickness decreases. Considering that as the number of electroactive layers increases, the driving displacement of the multilayer variable element also increases, in order to arrange a larger number of electroactive layers in the multilayer variable element having a constant thickness, the electrode disposed on the lower surface and upper surface of the electroactive layer The thickness is preferably as thin as possible. For example, the thickness of the first
동일한 전압이 제1 하부 전극(412) 및 제1 상부 전극(414)에 인가될 때에, 제1 하부 전극(412) 및 제1 상부 전극(414)의 면저항이 낮을수록 제1 전기 활성층(416)에 형성되는 전기장은 커지게 된다. 따라서, 제1 하부 전극(412) 및 제1 상부 전극(414)은 가급적 낮은 면저항, 예를 들어 200 Ω/sq 이하의 면저항을 갖는 것이 바람직하다.When the same voltage is applied to the first
제1 하부 전극(412) 및 제1 상부 전극(414)은 다양한 방식으로 제1 전기 활성층(416)의 양면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 하부 전극(412) 및 제1 상부 전극(414)은 스퍼터링(sputtering), 프린팅(printing), 슬릿 코팅(slit coating) 등과 같은 방식으로 제1 전기 활성층(416)의 양면에 배치될 수 있다. 특히, 제1 하부 전극(412) 및 제1 상부 전극(414)이 동일한 물질로 배치되는 경우, 제1 하부 전극(412) 및 제1 상부 전극(414)은 동일한 공정에서 동시에 배치될 수도 있다.The first
제1 전기 활성층(416)은 제1 하부 전극(412)과 제1 상부 전극(414) 사이에 배치되어, 제1 하부 전극(412) 및 제1 상부 전극(414)에 의해 형성되는 전기장에 의해 변위될 수 있다.The first
제1 전기 활성층(416)은 자연 상태에서 분극(polarization) 상태를 유지하고 있는 강유전성 폴리머로 이루어진다. 예를 들어, 제1 전기 활성층(416)은 폴리비닐리덴플루오라이드 호모폴리머(homopolymer) 또는 폴리비닐리덴플루오라이드 코폴리머(co-polymer) 같은 폴리비닐리덴플루오라이드(poly vinylidenefluoride, PVDF)계 폴리머로 이루어진다. 특정한 방향, 예를 들어 상부 방향 또는 하부 방향으로 분극 상태를 유지하고 있는 제1 전기 활성층(416)에 전기장을 인가하여 제1 전기 활성층(416)의 변위를 유발할 수 있다.The first
제1 전기 활성층(416)의 분극 방향은 제1 전기 활성층(416)을 구성하는 원자들의 배열 상태에 따라 결정될 수 있다. 도 3에서는 제1 전기 활성층(416)이 폴리비닐리덴플루오라이드계 폴리머로 구성되는 것으로 상정하고, 제1 전기 활성층(416)의 분극 방향에 대해 살펴본다.The polarization direction of the first
도 3은 폴리비닐리덴플루오라이드계 폴리머로 구성되는 제1 전기 활성층의 분극 방향을 나타내는 도면이다.3 is a view showing the polarization direction of the first electroactive layer composed of a polyvinylidene fluoride-based polymer.
도 3의 (a)를 참조하면, 제1 전기 활성층(416) 내부에서 전자를 많이 보유하고 있는 플루오르(F) 원자가 하부에 배치되고, 전자를 적게 보유하고 있는 수소(H) 원자가 상부에 배치되기 때문에, 제1 전기 활성층(416)의 분극 방향은 상부 방향이 됨을 알 수 있다. 폴리비닐리덴플루오라이드계 폴리머에서 분극 방향은 플루오르(F) 원자에서 수소(H) 원자의 방향으로 규정될 수 있다.Referring to FIG. 3A , in the first
도 3의 (b)를 참조하면, 제1 전기 활성층(416) 내부에서 전자를 많이 보유하고 있는 플루오르(F) 원자가 상부에 배치되고, 전자를 적게 보유하고 있는 수소(H) 원자가 하부에 배치되기 때문에, 제1 전기 활성층(416)의 분극 방향은 하부 방향이 됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 3B , in the first
제1 전기 활성층(416)은 솔루션 캐스팅 방식이 아니라 공압출법을 이용하여 제조된 것일 수 있다. 폴리디메틸 실록산(PDMS)와 같은 유전성 엘라스토머로 전기 활성층을 제조하는 경우, 용액을 기재 상에 도포하여 건조시키는 솔루션 캐스팅 방식이 일반적으로 이용된다. 왜냐하면, 유전성 엘라스토머는 간단한 솔루선 캐스팅 방식으로도 일정 수준의 유전율을 확보할 수 있기 때문이다. 그러나, 폴리비닐리덴플루오라이드계 폴리머와 같은 강유전성 폴리머는 솔루선 캐스팅 방식으로는 높은 유전율을 확보할 수 없기 때문에, 공압출법으로, 나아가 연신 공정 또는 폴링 공정으로 높은 유전율을 확보한다. The first
이러한 의미에서, 제1 전기 활성층(416)은 연신 공정 또는 폴링 공정이 가해진 필름일 수 있다. 연신 공정은 가열 상태에서 중합체의 사슬을 잡아당겨 배향시키는 공정을 말하며, 폴링 공정은 폴리머에 높은 직류 전압을 인가하여 특정한 전하를 가지는 원자들을 한 방향으로 배열시키는 공정을 말한다. 제1 전기 활성층(416)에 연신 공정 또는 폴링 공정이 가해짐에 따라, 제1 전기 활성층(416)은 높은 유전율을 확보하여 전기 활성층으로 기능할 수 있다. 예를 들어, 폴리비닐리덴플루오라이드 호모폴리머인 PVDF(Poly VinyliDene Fluoride)는 연신 및 폴링되어 전기 활성층으로 기능할 수 있고, 폴리비닐리덴플루오라이드 코폴리머인 P(VDF-TrFE)(Poly(VinyliDene Fluoride)-TriFlurorEtylene은 폴링되어 전기 활성층으로 기능할 수 있다.In this sense, the first
제1 전기 활성층(416)을 공압출법, 나아가 연신 공정 또는 폴링 공정을 이용하여 제조하는 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 단위 가변 소자(410)를 제1 하부 전극(412), 제1 상부 전극(414) 및 제1 전기 활성층(416)으로 구성하는 것이, 제1 단위 가변 소자(410)를 단순히 하나의 전극 및 제1 전기 활성층으로 구성하는 것보다 구동 변위 면에서 유리할 수 있다. 왜냐하면, 두 개의 전극 사이의 거리가 가까울수록 동일한 구동 전압으로 더 강한 전기장을 발생시킬 수 있는 것이고, 전자의 경우에 두 개의 전극, 즉 제1 하부 전극(412)과 제2 상부 전극(414) 사이에 제1 전기 활성층(416) 만이 존재하게 되지만, 후자의 경우에 두 개의 전극 사이에 제1 전기 활성층뿐만 아니라 두 개의 단위 가변 소자를 서로 접착시키기 위한 접착층이 더 존재하게 되어, 전자의 경우 후자의 경우보다 두 개의 전극 사이의 거리가 더 가깝게 되기 때문이다.When the first
제1 전기 활성층(416)의 두께는 제1 단위 가변 소자(410)로 동작하는데 필요한 소비 전력과 구동 전압 및 제1 단위 가변 소자(410)로서 정상적인 동작을 할 수 있는지 여부를 고려하여 당업자에 의해 자유롭게 선택될 수 있다. 바람직하게는, 제1 전기 활성층(416)의 두께는 50㎛ 내지 400㎛일 수 있다. 보다 바람직하게는, 제1 전기 활성층(416)의 두께는 100㎛ 내지 300㎛일 수 있다. 여기서, 제1 전기 활성층(416)의 두께가 50㎛보다 작은 경우, 제1 단위 가변 소자(410)가 정상적으로 동작할 수 있는데 필요한 충분한 전압이 인가될 수 없다. 이에 따라, 제1 단위 가변 소자(410)가 정상적으로 동작할 수 없다. 또한, 제1 전기 활성층(416)의 두께가 400㎛보다 큰 경우, 제1 단위 가변 소자(410)의 정상적인 구동에 필요한 맥스웰 스트레스를 발생시키기 위해 높은 구동 전압이 요구되고, 이에 따라 소비 전력이 지나치게 증가될 수 있다.The thickness of the first
제1 접착층(420)은 제1 단위 가변 소자(410)와 제2 단위 가변 소자(430) 사이에 배치되어, 제1 단위 가변 소자(410)와 제2 단위 가변 소자(430)를 접착시키는 역할을 한다. 제1 접착층(420)으로는 OCA(optical clear adhesive) 또는 OCR(optical clear resin)이 이용될 수 있으며, 바람직하게는 유전성 엘라스토머에 강유전성 필러를 첨가한 고유전성의 접착층이 이용될 수도 있다. 여기서, 유전성 엘라스토머는 아크릴계 중합체, 우레탄계 중합체 및 실리콘계 중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물질일 수 있으며, 바람직하게는 폴리디메틸 실록산(polydimethyl siloxane; PDMS)일 수 있다. 강유전성 필러는 압전성 세라믹, 탄소 나노입자, 금속 나노입자 및 전도성 폴리머로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물질일 수 있으며, 바람직하게는 티탄산바륨(barium titanate, BaTiO3)과 같은 압전성 세라믹일 수 있다.The first
고유전성의 접착층은 높은 유전율을 가지기 때문에, 접착층으로서의 역할뿐만 아니라, 또 다른 전기 활성층으로서의 역할을 수행할 수 있다. 구체적으로, 고유전성의 접착층은 제1 단위 가변 소자(410)와 제2 단위 가변 소자(430)를 접착시키는 접착층으로서의 역할뿐만 아니라, 인접한 전극들, 즉 제1 단위 가변 소자(410)의 제1 하부 전극(412) 및 제2 단위 가변 소자(430)의 제2 상부 전극(434)에 의해 인가되는 전기장에 의해서 변형되는 또 다른 전기 활성층으로서의 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 제1 접착층(420)으로서 유전성 엘라스토머에 강유전성 필러를 첨가한 고유전성 접착층을 채용하는 경우, 동일한 전기장에서의 다층 가변 소자(400)의 구동 변위가 향상될 수 있으며, 다층 가변 소자(400)의 전체 유전율이 증가될 수 있다.Since the high dielectric adhesive layer has a high dielectric constant, it can serve not only as an adhesive layer but also as another electroactive layer. Specifically, the high dielectric adhesive layer not only serves as an adhesive layer for bonding the first unit
제2 단위 가변 소자(430), 제3 단위 가변 소자(450) 및 제4 단위 가변 소자(470) 각각은 다층 가변 소자(400)를 구성하는 하나의 단위 가변 소자로서, 전기장에 의해 변위되도록 구성된다.Each of the second unit
도 2에 도시된 바와 같이, 제2 단위 가변 소자(430)는 제2 하부 전극(432), 제2 상부 전극(434), 및 제2 전기 활성층(436)을 포함하고, 제3 단위 가변 소자(450)는 제3 하부 전극(452), 제3 상부 전극(454), 및 제3 전기 활성층(456)을 포함하고, 제4 단위 가변 소자(470)는 제4 하부 전극(472), 제4 상부 전극(474), 및 제4 전기 활성층(476)을 포함한다.As shown in FIG. 2 , the second unit
여기서, 제2 전기 활성층(436), 제3 전기 활성층(456) 및 제4 전기 활성층(476) 각각은 자연 상태에서 분극 상태를 유지하는 강유전성 폴리머로 이루어지며, 전기장에 의해 변위되도록 구성된다. 나아가, 제1 전기 활성층(416), 제2 전기 활성층(436), 제3 전기 활성층(456) 및 제4 전기 활성층(476) 모두의 분극 방향은 서로 동일하다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 전기 활성층(416), 제2 전기 활성층(436), 제3 전기 활성층(456) 및 제4 전기 활성층(476)의 분극 방향은 모두 상부 방향이다.Here, each of the second
다층 가변 소자가 두 개의 전기 활성층만을 포함하는 경우 다층 가변 소자의 구동 변위는 복수의 전기 활성층들의 분극 방향이 어떠한 형태로 배열되었는지 보다는 복수의 전기 활성층 각각에 인가되는 전기장의 방향에 크게 영향을 받는다. 그러나, 다층 가변 소자가 세 개 이상의 전기 활성층을 포함하는 경우에는 다층 가변 소자의 구동 변위는 전기 활성층에 인가되는 전기장의 방향보다는 전기 활성층들의 분극 방향이 어떠한 형태로 배열되었는지에 크게 영향을 받는다.When the multilayer variable device includes only two electroactive layers, the driving displacement of the multilayer variable device is greatly affected by the direction of the electric field applied to each of the plurality of electroactive layers rather than the arrangement of the polarization directions of the plurality of electroactive layers. However, when the multilayer variable device includes three or more electroactive layers, the driving displacement of the multilayer variable device is greatly affected by the arrangement of the polarization directions of the electroactive layers rather than the direction of the electric field applied to the electroactive layers.
이러한 맥락에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 가변 소자(400)에서는, 제1 전기 활성층(416), 제2 전기 활성층(436), 제3 전기 활성층(456) 및 제4 전기 활성층(476) 모두의 분극 방향을 동일하게 하여, 다층 가변 소자(400)의 구동 변위를 극대화한다. 다층 가변 소자(400)가 세 개 이상의 전기 활성층(416, 436, 456, 476)을 포함하는 경우에는, 복수의 전기 활성층(416, 436, 456, 476) 모두의 분극 방향을 동일하게 하는 것이 복수의 전기 활성층(416, 436, 456, 476)의 분극 방향을 상이하게 하는 것보다 일정한 전압에서 더 높은 구동 변위를 나타낸다. 이와 같은 결과는 복수의 전기 활성층(416, 436, 456, 476) 각각에 인가되는 전기장의 방향을 어떠한 형태로 조절하는지 여부와 무관하게 도출된다.In this context, in the multilayer
물론 세 개 이상의 전기 활성층(416, 436, 456, 476) 모두의 분극 방향을 동일하게 배열한 경우에도, 다층 가변 소자(400)의 구동 변위는 전기장의 방향에 일부 영향을 받는다. 구체적으로, 세 개 이상의 전기 활성층(416, 436, 456, 476) 모두의 분극 방향을 동일하게 배열한 경우에도, 세 개 이상의 전기 활성층(416, 436, 456, 476)에 인가되는 전기장의 방향을 동일하게 하는 것이 세 개 이상의 전기 활성층(416, 436, 456, 476)에 인가되는 전기장의 방향을 상이하게 하는 것보다 일정한 전압에서 더 높은 구동 변위를 나타낸다. 이에 대해서는, 표 1 및 도 4를 참조하여 더 후술된다.Of course, even when the polarization directions of all three or more
제1 전기 활성층(416), 제2 전기 활성층(436), 제3 전기 활성층(456) 및 제4 전기 활성층(476)은 서로 동일한 물질, 예를 들어 폴리비닐리덴플루오라이드계 폴리머로 이루어질 수 있다. 제1 전기 활성층(416), 제2 전기 활성층(436), 제3 전기 활성층(456) 및 제4 전기 활성층(476)을 동일한 물질로 구성하는 경우, 공압출 공정, 연싱 공정 및 폴링 공정이 한번에 진행될 수 있으므로, 다층 가변 소자(400)의 제조 공정의 단순화를 도모할 수 있다. 또한, 제1 전기 활성층(416), 제2 전기 활성층(436), 제3 전기 활성층(456) 및 제4 전기 활성층(476)이 일정한 전압에서 서로 동일한 거동을 하게 되므로, 다층 가변 소자(400)의 구동 변위를 예측해내는데 유리하다.The first
제2 전기 활성층(436), 제3 전기 활성층(456) 및 제4 전기 활성층(476)의 두께, 형성 방법 등은 제1 전기 활성층(416)과 관련하여 앞서 서술한 내용을 그대로 채용할 수 있으므로, 중복되는 설명은 생략한다. 또한, 제2 하부 전극(432), 제3 하부 전극(452), 제4 하부 전극(472)은 제1 하부 전극(412)과 실질적으로 동일하게 구성될 수 있으며, 제2 상부 전극(434), 제3 상부 전극(454), 제4 상부 전극(474)은 제1 상부 전극(414)과 실질적으로 동일하게 구성될 수 있으므르, 중복되는 설명은 생략한다.The thickness of the second
제2 접착층(440)은 제2 단위 가변 소자(430)와 제3 단위 가변 소자(450) 사이에 배치되며, 제3 접착층(460)은 제3 단위 가변 소자(450)와 제4 단위 가변 소자(470) 사이에 배치된다. 제2 접착층(440) 및 제3 접착층(460)은 제1 접착층(420)과 실질적으로 동일하게 구성될 수 있으므로, 중복되는 설명은 생략한다.The second
설명의 편의를 위해서, 도 2의 다층 가변 소자(400)가 네 개의 단위 가변 소자(410, 430, 450, 470), 및 네 개의 단위 가변 소자(410, 430, 450, 470) 사이에 배치된 세 개의 접착층(420, 440, 460)을 가지는 것으로 설명하였으나, 본 발명의 다층 가변 소자는 기본적으로 세 개 이상의 단위 가변 소자, 및 세 개 이상의 단위 가변 소자 사이에 배치된 두 개 이상의 접착층을 포함하여 구성될 수 있음을 밝혀둔다.For convenience of description, the multi-layer
본 발명의 효과에 대해서 알아보기 위해, 도 2에 도시된 바와 같은, 동일한 분극 방향으로 배열된 네 개의 전기 활성층을 포함하는 다층 가변 소자를 플렉서블 표시 패널에 부착시킨 상태에서 네 개의 전기 활성층에 인가되는 전기장의 방향을 달리하여 다층 가변 소자의 곡률 반경 및 진동 가속도를 측정하였다. 그리고, 상이한 분극 방향으로 배열된 네 개의 전기 활성층을 포함하는 다층 가변 소자를 플렉서블 표시 패널에 부착시킨 상태에서 네 개의 전기 활성층에 인가되는 전기장의 방향을 달리하여 다층 가변 소자의 곡률 반경 및 진동 가속도를 측정하였다.In order to examine the effects of the present invention, as shown in FIG. 2 , a multilayer variable device including four electroactive layers arranged in the same polarization direction is applied to the four electroactive layers while attached to the flexible display panel. The radius of curvature and vibration acceleration of the multilayer variable device were measured by changing the direction of the electric field. In a state in which a multilayer variable device including four electroactive layers arranged in different polarization directions is attached to the flexible display panel, the directions of electric fields applied to the four electroactive layers are changed to increase the radius of curvature and vibration acceleration of the multilayer variable device. measured.
실시예 1에서는 네 개의 전기 활성층의 분극 방향이 모두 상부 방향으로 배열된 다층 가변 소자를 플렉서블 표시 패널에 부착시키고, 제1 전기 활성층 및 제3 전기 활성층에는 하부 방향의 전기장이 인가되고, 제2 전기 활성층 및 제4 전기 활성층에는 상부 방향의 전기장이 인가되도록 실험을 진행하였다. 이를 위해서, 제1 상부 전극, 제2 하부 전극, 제3 상부 전극 및 제4 하부 전극에는 양의 전압을 인가하고, 제1 하부 전극, 제2 상부 전극, 제3 하부 전극, 제4 상부 전극에는 음의 전압을 인가하였다.In Example 1, a multilayer variable device in which the polarization directions of all four electroactive layers are arranged in an upward direction is attached to the flexible display panel, an electric field in a downward direction is applied to the first electroactive layer and the third electroactive layer, and the second electric field is applied An experiment was conducted so that an electric field in an upward direction was applied to the active layer and the fourth electroactive layer. To this end, a positive voltage is applied to the first upper electrode, the second lower electrode, the third upper electrode, and the fourth lower electrode, and the first lower electrode, the second upper electrode, the third lower electrode, and the fourth upper electrode are applied with a positive voltage. A negative voltage was applied.
실시예 2에서는 네 개의 전기 활성층의 분극 방향이 모두 상부 방향으로 배열된 다층 가변 소자를 플렉서블 표시 패널에 부착시킨 상태에서, 제1 전기 활성층, 제2 전기 활성층, 제3 전기 활성층 및 제4 전기 활성층 모두에 하부 방향의 전기장이 인가되도록 실험을 진행하였다. 이를 위해서, 제1 상부 전극, 제2 상부 전극, 제3 상부 전극 및 제4 상부 전극에는 양의 전압을 인가하고, 제1 하부 전극, 제2 하부 전극, 제3 하부 전극, 제4 하부 전극에는 음의 전압을 인가하였다.In Example 2, in a state in which multilayer variable elements in which the polarization directions of all four electroactive layers are arranged in an upward direction are attached to the flexible display panel, the first electroactive layer, the second electroactive layer, the third electroactive layer, and the fourth electroactive layer The experiment was conducted so that the electric field in the downward direction was applied to all. To this end, a positive voltage is applied to the first upper electrode, the second upper electrode, the third upper electrode, and the fourth upper electrode, and the first lower electrode, the second lower electrode, the third lower electrode, and the fourth lower electrode are applied with a positive voltage. A negative voltage was applied.
비교예 1에서는 네 개의 전기 활성층의 분극 방향이 교번적으로 상이하게 배열된 다층 가변 소자를 준비하였다. 구체적으로, 제1 전기 활성층 및 제3 전기 활성층의 분극 방향은 상부 방향으로, 제2 전기 활성층 및 제4 전기 활성층의 분극 방향은 하부 방향으로 배열된 다층 가변 소자를 준비하였다. 그리고, 이러한 다층 가변 소자를 플렉서블 표시 패널에 부착시킨 상태에서, 제1 전기 활성층 및 제3 전기 활성층에는 하부 방향의 전기장이 인가되고, 제2 전기 활성층 및 제4 전기 활성층에는 상부 방향의 전기장이 인가되도록 실험을 진행하였다.In Comparative Example 1, a multilayer variable device in which the polarization directions of the four electroactive layers are alternately arranged differently was prepared. Specifically, a multilayer variable device was prepared in which the polarization directions of the first electroactive layer and the third electroactive layer were arranged in the upper direction, and the polarization directions of the second electroactive layer and the fourth electroactive layer were arranged in the lower direction. In a state in which the multilayer variable element is attached to the flexible display panel, a downward electric field is applied to the first electroactive layer and the third electroactive layer, and an upward electric field is applied to the second electroactive layer and the fourth electroactive layer. The experiment was carried out as much as possible.
비교예 2에서는 비교예 1과 같은 다층 가변 소자를 플렉서블 표시 패널에 부착시킨 상태에서, 제1 전기 활성층, 제2 전기 활성층, 제3 전기 활성층 및 제4 전기 활성층 모두에 하부 방향의 전기장이 인가되도록 실험을 진행하였다.In Comparative Example 2, an electric field in a downward direction is applied to all of the first electroactive layer, the second electroactive layer, the third electroactive layer, and the fourth electroactive layer in a state in which the multilayer variable device as in Comparative Example 1 is attached to the flexible display panel. The experiment was carried out.
실시예 1, 실시예 2, 비교예 1 및 비교예 2에서는 네 개의 전기 활성층의 분극 방향, 그리고 네 개의 전기 활성층에 대한 전기장의 인가 방향을 제외하고는 모두 동일한 조건이 적용되었다. 구체적으로, 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1 및 비교예 2 모두에서는 폴리비닐리덴플루오라이드 호모폴리머에 연신 공정 및 폴링 공정을 수행한 이후에, 폴리비닐리덴플루오라이드 호모폴리머를 라미네이션(lamination)하여 네 개의 전기 활성층을 준비하였고, 각각의 전기 활성층 양면에 금속 전극을 증착함으로써, 네 개의 단위 가변 소자를 제조하였다. 분극 방향 측정 장비(APC International社, 90-2030)를 이용하여 네 개의 전기 활성층의 분극 방향을 측정하였고, 4.2 kVpp의 조건 하에서 최대 곡률 반경 및 최소 곡률 반경을 측정하였으며, 100 kHz 및 1.4 kVpp의 조건 하에서 진동 가속도를 측정하였다.In Example 1, Example 2, Comparative Example 1, and Comparative Example 2, the same conditions were applied except for the polarization directions of the four electroactive layers and the direction of application of the electric field to the four electroactive layers. Specifically, in Example 1, Example 2, Comparative Example 1, and Comparative Example 2, the polyvinylidene fluoride homopolymer was laminated after the stretching process and the falling process were performed on the polyvinylidene fluoride homopolymer. ) to prepare four electroactive layers, and by depositing metal electrodes on both sides of each electroactive layer, four unit variable devices were manufactured. The polarization directions of the four electroactive layers were measured using a polarization direction measuring device (APC International, 90-2030), and the maximum radius of curvature and the minimum radius of curvature were measured under the condition of 4.2 kVpp, and the condition of 100 kHz and 1.4 kVpp. Vibration acceleration was measured under
아래의 표 1은 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1 및 비교예 2의 최대 곡률 반경, 최소 곡률 반경 및 곡률 변화값을 나타내는 표이다.
Table 1 below is a table showing the maximum radius of curvature, the minimum radius of curvature, and the change in curvature values of Examples 1, 2, Comparative Examples 1 and 2;
도 4는 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1 및 비교예 2의 다층 가변 소자의 진동 가속도를 측정한 그래프이다.4 is a graph of measuring the vibration acceleration of the multilayer variable device of Examples 1, 2, Comparative Examples 1 and 2;
도 4를 참조하면, 실시예 1은 약 0.19 G의 진동 가속도를, 실시예 2는 약 0.27G의 진동 가속도를, 비교예 1은 약 0.10G의 진동 가속도를, 비교예 2는 약 0.06G의 진동 가속도를 나타내는 것을 확인할 수 있다.4 , Example 1 has a vibration acceleration of about 0.19 G, Example 2 has a vibration acceleration of about 0.27 G, Comparative Example 1 has a vibration acceleration of about 0.10 G, and Comparative Example 2 has a vibration acceleration of about 0.06 G It can be seen that the vibration acceleration is represented.
표 1 및 도 4의 결과로부터, 실시예 2와 같이 배치 및 구동하는 것이, 즉 네 개의 전기 활성층의 변위 방향을 동일하게 한 상태에서 네 개의 전기 활성층에 인가되는 전기장의 방향을 동일하게 하는 것이 일정한 전압에서 다층 가변 소자의 구동 변위를 극대화할 수 있음을 확인할 수 있었다.From the results of Table 1 and FIG. 4, it is consistent to arrange and drive as in Example 2, that is, to make the direction of the electric field applied to the four electroactive layers the same in a state where the displacement directions of the four electroactive layers are the same. It was confirmed that the driving displacement of the multi-layer variable device can be maximized at voltage.
그리고, 표 1 및 도 4의 결과로부터, 실시예 1과 같이 배치 및 구동하는 것이, 즉 네 개의 전기 활성층의 변위 방향을 동일하게 한 상태에서 네 개의 전기 활성층에 인가되는 전기장의 방향을 상이하게 하는 것이, 실시예 3과 같이 배치 및 구동하는 것보다, 즉 네 개의 전기 활성층의 변위 방향을 상이하게 한 상태에서 네 개의 전기 활성층에 인가되는 전기장의 방향을 동일하게 하는 것보다, 일정한 전압에서 다층 가변 소자의 구동 변위를 증가시킬 수 있음을 확인할 수 있었다. 이러한 사실로부터, 네 개의 전기 활성층 각각에 인가되는 전기장의 방향과 무관하게, 세 개 이상의 전기 활성층의 방향을 동일하게 하는 것이 다층 가변 소자의 구동 변위를 증가시킬 수 있는 효과적인 방안임을 확인할 수 있었다.And, from the results of Table 1 and FIG. 4, disposing and driving as in Example 1, that is, in a state in which the displacement directions of the four electroactive layers are the same, change the directions of the electric fields applied to the four electroactive layers Rather than disposing and driving as in Example 3, that is, making the direction of the electric field applied to the four electroactive layers the same in a state where the displacement directions of the four electroactive layers are different, multilayer variableness at a constant voltage It was confirmed that the driving displacement of the device could be increased. From this fact, it was confirmed that, regardless of the direction of the electric field applied to each of the four electroactive layers, making the directions of three or more electroactive layers the same is an effective way to increase the driving displacement of the multilayer variable device.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 다양한 변형 형태를 설명하기 위한 예시적인 상태도이다. 도 5에서는 설명의 편의를 위해 표시 장치(500)가 스마트폰인 것으로 상정하고 설명한다.5 is an exemplary state diagram for explaining various modified forms of a display device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 5 , it is assumed that the
도 5를 참조하면, 표시 장치(500)의 일부가 상부 또는 하부로 벤딩(bending)될 수 있다. 구체적으로, 표시 장치(500)에서 표시 화면(510)의 후면에 다층 가변 소자가 고정되어 있고, 다층 가변 소자의 구동에 의해 다층 가변 소자 및 표시 장치(500) 전체가 변형된다. 즉, 다층 가변 소자의 일부가 상부 또는 하부로 벤딩됨에 따라 표시 장치(500)의 일부도 상부 또는 하부로 벤딩될 수 있다. 여기서, 다층 가변 소자의 일부가 일정한 주기를 가지고 상부 또는 하부로 벤딩됨에 따라 표시 장치(500)의 일부도 상부 또는 하부로 벤딩될 수 있다. 또한, 다층 가변 소자의 일부가 상부 또는 하부로 벤딩된 상태에서 유지됨에 따라 표시 장치(500)의 일부도 상부 또는 하부로 벤딩된 상태에서 유지될 수 있다.Referring to FIG. 5 , a portion of the
예를 들어, 표시 장치(500)에 입력되는 사용자의 터치 입력에 대응하는 출력으로 표시 장치(500)의 일부가 상부 또는 하부로 벤딩될 수 있다. 즉, 표시 장치(500)에서 메시지를 수신하거나, 표시 장치(500)에 음성 통화가 걸려오는 경우, 이에 대한 출력으로 표시 장치(500)의 일부가 상부 또는 하부로 벤딩될 수 있다.For example, as an output corresponding to a user's touch input input to the
표시 장치(500)에서 벤딩되는 부분, 벤딩되는 방향, 벤딩되는 시간 및 벤딩되는 방향이 변하는 주기 등은 표시 장치(500)를 통해 다양하게 설정될 수 있다. 즉, 다층 가변 소자에 의한 표시 장치(500)의 형상의 변화는 사용자에 의해 다양하게 설정될 수 있으며, 위에 제시된 예시적인 형상의 변화에 제한되지 않는다.In the
본 발명의 일 실시예에 따른 다층 가변 소자를 포함하는 표시 장치(500)에서는 다양한 입력에 대응하여 입력에 따라 상이하게 다층 가변 소자가 변형된다. 구체적으로, 변형되는 부분, 변형되는 방향, 변형이 지속되는 시간 및 변형되는 방향이 변하는 주기 등은 표시 장치(500)에 인가되는 입력마다 상이하게 설정될 수 있다. 이에 따라, 다층 가변 소자에 의해 표시 장치(500)가 다양한 형상으로 변형되어 사용자에게 다양한 종류의 출력이 제공될 수 있다.In the
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 가변 소자가 유리하게 활용될 수 있는 실례들을 나타내는 도면이다.6 is a view showing examples in which a multi-layer variable device according to an embodiment of the present invention can be advantageously utilized.
도 6의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 가변 소자를 포함하는 전자 신문(600)의 예시적인 외관도이다. 도 6(a)를 참조하면, 전자 신문(600)은 표시 패널(610) 및 표시 패널(610)의 후면에 합착된 다층 가변 소자를 포함한다. 6A is an exemplary external view of an
본 발명의 일 실시예에 따른 다층 가변 소자를 포함하는 전자 신문(600)에서 다층 가변 소자에 의해 실제 종이 신문을 보는 것과 비슷한 느낌이 제공될 수 있다. 전자 신문(600)의 표시 패널(610)을 통해 페이지를 넘기는 신호를 입력하면, 신호가 입력된 부분의 다층 가변 소자가 변형될 수 있다. 이에 따라, 다층 가변 소자가 변형되면서 전자 신문(600)의 일부가 일시적으로 벤딩되어 종이 신문과 같이 페이지를 넘기는 느낌이 제공될 수 있다.In the
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 가변 소자를 포함하는 전자 신문(600)에서 새로운 기사가 업로드되어 표시되는 경우, 전자 신문(600)의 일부가 변형되어 기사가 업로드 되었다는 사실이 제공된다. 예를 들어, 새로운 헤드라인을 갖는 기사가 업로드된 경우, 기사가 업로드된 부분의 다층 가변 소자가 변형되어 기사의 업로드 사실이 즉각적으로 표시된다.In addition, when a new article is uploaded and displayed in the
도 6의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 가변 소자를 포함하는 시계(700)의 예시적인 도면이다. 도 11의 (b)를 참조하면, 시계(700)는 표시 패널(710) 및 표시 패널(710)의 하부에 합착된 다층 가변 소자를 포함한다. 여기서, 설명의 편의를 위해 시계(700)는 스마트 워치(smart watch)로 상정하고 설명한다.6B is an exemplary diagram of a
본 발명의 일 실시예에 따른 다층 가변 소자를 포함하는 시계(700)에서 다층 가변 소자에 의해 시계(700)의 다양한 기능이 구현될 수 있다. 시계(700)의 표시 패널(710)을 통해 일반적인 시간 정보가 표시된다. 또한, 시계(700)의 표시 패널(710)을 통해 날씨, 뉴스 등이 표시될 수 있다. 또한, 시계(700)는 간단한 통화 기능을 포함할 수 있으며, 시계(700)를 차고 있는 사용자의 심박수를 판단할 수도 있다. 여기서, 매시 정각을 알리거나 지정된 알람 시간을 알리기 위해 시계(700) 내부의 다층 가변 소자가 수축될 수 있다. 이에 따라, 사용자의 손목을 조여 시간 정보가 제공될 수 있다. 또한, 새로운 날씨 정보나 뉴스가 표시되는 경우에도 시계(700) 내부의 다층 가변 소자가 수축되거나, 전화가 수신되는 경우 시계(700)의 표시 패널(710)의 일부에 돌출부가 형성되어 정보가 제공될 수 있다. 또한, 시계(700)의 일부를 통해 측정된 사용자의 심박수가 위험 수준인 경우 시계(700) 내부의 다층 가변 소자가 수축되거나 형상이 변하여 사용자에게 경고 알림이 제공될 수 있다.In the
도 6의 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 가변 소자를 포함하는 커튼(curtain)의 예시적인 도면이다. 도 6의 (c)를 참조하면, 커튼(800)은 표시 패널(810) 및 표시 패널(810)의 하부에 합착된 다층 가변 소자를 포함한다.6C is an exemplary view of a curtain including a multi-layer variable element according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6C , the
본 발명의 일 실시예에 따른 다층 가변 소자를 포함하는 커튼(800)에서 가변 소자에 의해 외부 환경에 대한 정보가 다양한 방식으로 표현될 수 있다. 구체적으로, 커튼(800)의 표시 패널(810)을 통해 외부의 날씨가 정해진 화면으로 표시될 수 있고, 커튼(800)의 형태가 변경되어 구체적인 날씨의 상태가 표현될 수 있다. 예를 들어, 흐린 날씨에 바람이 부는 경우, 커튼(800)의 표시 패널(810)을 통해 구름이 표시되고, 바람이 부는 방향 및 바람의 속도에 따라 다층 가변 소자에 의해 커튼(800)의 일부가 벤딩되고, 벤딩되는 부분의 면적도 상이해질 수 있다. 즉, 바람의 방향에 따라 실제 커튼이 접히거나 흔들릴 수 있는 방향이 커튼(800)의 벤딩 방향으로 표현될 수 있고, 강한 바람일수록 커튼(800)이 벤딩되는 부분의 면적이 증가할 수 있다. 또한, 유리창을 통해 입사되는 조도량이 일정 조도량 이하가 되면, 커튼(800)이 자동으로 상부로 말려 올라가거나 좌측 또는 우측 방향으로 접힐 수도 있다.In the
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Although embodiments of the present invention have been described in more detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not necessarily limited to these embodiments, and various modifications may be made within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. . Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
10, 500: 표시 장치
100: 상부 커버
200: 하부 커버
300: 표시 패널
400: 다층 가변 소자
410: 제1 단위 가변 소자
412: 제1 하부 전극
414: 제1 상부 전극
416: 제1 전기 활성층
420: 제1 접착층
430: 제2 단위 가변 소자
432: 제2 하부 전극
434: 제2 상부 전극
436: 제2 전기 활성층
440: 제2 접착층
450: 제3 단위 가변 소자
452: 제3 하부 전극
454: 제3 상부 전극
456: 제3 전기 활성층
460: 제3 접착층
470: 제4 단위 가변 소자
472: 제3 하부 전극
474: 제3 상부 전극
476: 제3 전기 활성층
600: 전자 신문
700: 시계
800: 커튼10, 500: display device
100: upper cover
200: lower cover
300: display panel
400: multi-layer variable element
410: first unit variable element
412: first lower electrode
414: first upper electrode
416: first electroactive layer
420: first adhesive layer
430: second unit variable element
432: second lower electrode
434: second upper electrode
436: second electroactive layer
440: second adhesive layer
450: third unit variable element
452: third lower electrode
454: third upper electrode
456: third electroactive layer
460: third adhesive layer
470: fourth unit variable element
472: third lower electrode
474: third upper electrode
476: third electroactive layer
600: electronic newspaper
700: clock
800: curtain
Claims (10)
인접한 두 개의 단위 가변 소자 사이에 각각 배치된 복수의 접착층을 구비하고,
상기 복수의 단위 가변 소자 각각은 전기 활성층 및 상기 전기 활성층을 사이에 두고 대향하는 하부 전극 및 상부 전극을 포함하고,
상기 복수의 단위 가변 소자 각각에 포함되는 복수의 전기 활성층 각각은 강유전성 폴리머로 이루어지고,
상기 복수의 전기 활성층 모두의 분극(polarization) 방향이 서로 동일하고,
상기 복수의 접착층은 인접한 전극에 의해 인가되는 전기장에 의하여 변형하는 또 다른 전기 활성층이 되도록 고유전율을 가지는, 다층 가변 소자.a plurality of unit variable elements; and
A plurality of adhesive layers each disposed between two adjacent unit variable elements,
Each of the plurality of unit variable elements includes an electroactive layer and a lower electrode and an upper electrode facing each other with the electroactive layer interposed therebetween,
Each of the plurality of electroactive layers included in each of the plurality of unit variable elements is made of a ferroelectric polymer,
The polarization directions of all of the plurality of electroactive layers are the same as each other,
wherein the plurality of adhesive layers have a high dielectric constant to be another electroactive layer deformed by an electric field applied by an adjacent electrode.
상기 복수의 전기 활성층은 서로 동일한 물질로 이루어지는, 다층 가변 소자.According to claim 1,
The plurality of electroactive layers are made of the same material as each other, a multi-layer variable device.
상기 복수의 전기 활성층 각각은 폴리비닐리덴플루오라이드(poly vinylidenefluoride, PVDF)계 폴리머로 이루어지는, 다층 가변 소자.According to claim 1,
Each of the plurality of electroactive layers is made of a polyvinylidenefluoride (PVDF)-based polymer.
상기 복수의 전기 활성층 각각에는 연신 공정 또는 폴링(polling) 공정이 가해진, 다층 가변 소자.According to claim 1,
A stretching process or a polling process is applied to each of the plurality of electroactive layers, a multilayer variable device.
상기 복수의 단위 가변 소자에서, 상기 상부 전극과 상기 하부 전극에 의해 형성되는 전기장의 방향은 모두 동일한, 다층 가변 소자.According to claim 1,
In the plurality of unit variable elements, the directions of the electric fields formed by the upper electrode and the lower electrode are all the same.
상기 복수의 접착층 각각은 유전성 엘라스토머 및 고유전성 필러를 포함하는, 다층 가변 소자.According to claim 1,
wherein each of the plurality of adhesive layers includes a dielectric elastomer and a high dielectric filler.
상기 다층 가변 소자는 복수의 단위 가변 소자; 및
인접한 두 개의 단위 가변 소자 사이에 각각 배치된 복수의 접착층을 구비하고,
상기 복수의 단위 가변 소자 각각은 전기 활성층 및 상기 전기 활성층을 사이에 두고 대향하는 하부 전극 및 상부 전극을 포함하고,
상기 복수의 단위 가변 소자 각각에 포함되는 복수의 전기 활성층 각각은 강유전성 폴리머로 이루어지고, 상기 복수의 전기 활성층 모두의 분극 방향이 서로 동일하고,
상기 복수의 접착층은 인접한 전극에 의해 인가되는 전기장에 의하여 변형하는 또 다른 전기 활성층이 되도록 고유전율을 가지는, 표시 장치.A display device having a multilayer variable element and a display panel, comprising:
The multi-layer variable element may include a plurality of unit variable elements; and
A plurality of adhesive layers each disposed between two adjacent unit variable elements,
Each of the plurality of unit variable elements includes an electroactive layer and a lower electrode and an upper electrode facing each other with the electroactive layer interposed therebetween,
Each of the plurality of electroactive layers included in each of the plurality of unit variable elements is made of a ferroelectric polymer, and the polarization directions of all of the plurality of electroactive layers are the same as each other,
The plurality of adhesive layers have a high dielectric constant so as to be another electroactive layer deformed by an electric field applied by an adjacent electrode.
상기 표시 패널은 플렉서블 기판을 포함하는, 표시 장치.10. The method of claim 9,
The display panel includes a flexible substrate.
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