可變形裝置及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開設(shè)及可變形裝置W及制造該可變形裝置的方法，并且更具體地，設(shè)及一種 包括電極的可變形裝置W及一種制造該可變形裝置的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電活性聚合物（EA巧是通過(guò)電刺激可變形的聚合物，并且意指能夠通過(guò)電刺激反 復(fù)地膨脹、收縮和彎曲的聚合物。在各種類型的電活性聚合物當(dāng)中，主要使用鐵電聚合物和 介電彈性體。例如，鐵電聚合物包括PVDF(聚偏二氣乙締）和P(VD巧-TrFE(聚（偏二氣乙 締）-S氣乙締），而介電彈性體可W基于娃、聚氨醋、丙締等。
[0003] 鐵電聚合物具有令人滿意的柔性和令人滿意的介電常數(shù)（permittivity)的優(yōu) 點(diǎn)，但是在諸如光透射率的光學(xué)特性方面具有顯著問(wèn)題。因此，難W在顯示裝置的整個(gè)表面 上使用鐵電聚合物。此外，介電彈性體有令人滿意的透射率，但是其驅(qū)動(dòng)電壓較高。因此， 存在難W照原樣在諸如移動(dòng)裝置的具有相對(duì)較低的驅(qū)動(dòng)電壓的顯示裝置中使用介電彈性 體的問(wèn)題。
[0004] 然而，電活性聚合物的介電彈性體通常具有使得其形狀可不同地變形的柔性和彈 性。因此，已經(jīng)利用近來(lái)一直積極地開發(fā)的柔性顯示裝置研究了能夠利用介電彈性體的領(lǐng) 域。為了方便描述，在下文中，假定介電彈性體被用作電活性聚合物。 陽(yáng)〇化]當(dāng)通過(guò)被設(shè)置在由電活性聚合物構(gòu)成的電活性層的上表面和下表面運(yùn)二者上的 電極對(duì)電活性層施加電場(chǎng)時(shí)，在電活性層內(nèi)部發(fā)生極化。正電荷和負(fù)電荷分別由于運(yùn)種極 化而被累積在被設(shè)置在電活性層的上部和下部處的電極上，并且通過(guò)在經(jīng)累積的電荷當(dāng)中 產(chǎn)生的靜電引力（庫(kù)侖力）對(duì)電活性層施加麥克斯韋應(yīng)力（Maxwell Stress)。表示麥克斯 韋應(yīng)力的大小的公式如下。
[0006] [數(shù)學(xué)式U
[0007]
[0008] 在本文中，麥克斯韋應(yīng)力意指通過(guò)電荷的靜電引力要在厚度方向上收縮并且要在 長(zhǎng)度方向上膨脹的電活性層的力。由于通過(guò)麥克斯韋應(yīng)力變形的電活性層的特性，電活性 層作為構(gòu)成可變形裝置的電活性層的新材料而引人注目。
[0009] 參照數(shù)學(xué)式1，麥克斯韋應(yīng)力的大小P與電活性層的介電常數(shù)e f、電場(chǎng)E和電壓V 的大小成比例。當(dāng)麥克斯韋應(yīng)力的大小變得更大時(shí)，電活性層有更多位移或者進(jìn)一步變形。 因此，為了增加可變形裝置的位移或變形度，必須增加麥克斯韋應(yīng)力的大小。因此，為了增 加麥克斯韋應(yīng)力并降低可變形裝置的驅(qū)動(dòng)電壓，正在進(jìn)行用于提高電活性層的介電常數(shù)或 用于提高有效電場(chǎng)的研究。
[0010] 通過(guò)電活性層的柔性和彈性W及麥克斯韋應(yīng)力，在可變形裝置中設(shè)置并形成電極 的方法成為一件重要的事情。通過(guò)作為通常的電極形成方法的瓣射而形成的電極可能在操 作包括由電活性聚合物構(gòu)成的電活性層的可變形裝置時(shí)被變形損壞，并且可變形裝置的性 能根據(jù)可變形裝置的反復(fù)操作而降低?？蒞將電活性聚合物層插入在通過(guò)其它方法形成有 電極的支承基板之間。然而，因?yàn)橹С谢迮c電活性層相比具有不令人滿意的柔性，所W電 活性層的位移可能受支承基板約束。因此，作為應(yīng)用于包括由電活性聚合物構(gòu)成的電活性 層的可變形裝置的電極，使用了適合于變形的軟電極。
[0011] 作為運(yùn)種軟電極，使用了通過(guò)使彈性體與碳導(dǎo)電膏、碳黑或碳納米管（CNT)混合 而制造的電極。運(yùn)種電極可W通過(guò)印刷工藝而被形成，并且具有薄層電阻特性不是令人滿 意的并且工藝不容易的問(wèn)題。
[0012] 因此，性能不管反復(fù)操作都不降低、能夠通過(guò)麥克斯韋應(yīng)力最大地保證電活性層 的位移、并且制造工藝容易的可變形裝置W及制造該可變形裝置的方法是必需的。
[0013] 為了解決如W上描述的可變形裝置的電極的低性能和短壽命的問(wèn)題，本公開的發(fā) 明人已經(jīng)發(fā)明了一種新結(jié)構(gòu)可變形裝置及其制造方法，其中電極形成在電活性層內(nèi)部。
[0014] 本公開的一個(gè)目的在于提供一種能夠通過(guò)簡(jiǎn)單工藝將電極形成在電活性層內(nèi)部 的可變形裝置及其制造方法。
[0015] 此外，本公開的另一目的在于提供一種能夠根據(jù)將電極形成在所述電活性層內(nèi)部 而不管反復(fù)操作都保持電極的性能并且增加壽命的可變形裝置及其制造方法。
[0016] 此外，本公開的又一目的在于提供一種不需要用來(lái)在可變形裝置外部粘合電極的 獨(dú)立的粘合層W及根據(jù)將電極形成在所述可變形裝置內(nèi)部的獨(dú)立的屏蔽層從而較薄的顯 示裝置。
[0017] 本公開的目的不限于W上描述的目的，并且W上未提及的其它目的能夠由本領(lǐng)域 技術(shù)人員從W下描述清楚地理解。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 為了解決W上描述的問(wèn)題，提供了一種根據(jù)本公開的實(shí)施方式的可變形裝置。所 述可變形裝置包括電活性層。第一電極被設(shè)置在所述電活性層內(nèi)部。第二電極被設(shè)置在所 述電活性層內(nèi)部，并且按照離所述第一電極一定距離設(shè)置在所述第一電極上。在根據(jù)本公 開的實(shí)施方式的所述可變形裝置中，與將電極形成在電活性層外部的情況相比，不管反復(fù) 操作都抑制所述電極的性能降低并且能夠增加所述可變形裝置的壽命。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述電活性層被設(shè)置為圍繞所述第一電極和所述第二電 極中的全部。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述第一電極和所述第二電極中的至少一個(gè)包括導(dǎo)電材 料的沉淀物。在運(yùn)種情況下，能夠?qū)⑺龅谝浑姌O和所述第二電極嵌入在所述電活性層的 材料中，包括導(dǎo)電材料在重力影響下沉降在所述電活性層的仍然至少部分地為液體的材料 內(nèi)的自然沉淀、W及借助于與所述導(dǎo)電材料在化學(xué)上起反應(yīng)的附加沉淀劑的化學(xué)沉淀。根 據(jù)本公開的另一方面，所述電活性層包括電活性聚合物。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，所述電活性層包括彈性體，具體地，介電彈性體。
[0022] 根據(jù)本公開的又一方面，所述電活性層還包含雜質(zhì)，所述雜質(zhì)包括導(dǎo)電材料、沉淀 劑和所述導(dǎo)電材料與所述沉淀劑的化合物W及硬化劑中的至少一種。
[0023] 根據(jù)本公開的又一方面，所述電活性層中的所述雜質(zhì)的濃度隨著更靠近所述第一 電極和所述第二電極而變得更高。
[0024] 根據(jù)本公開的又一方面，所述電活性層被設(shè)置為圍繞所述第一電極和所述第二電 極。
[0025] 根據(jù)本公開的又一方面，所述第一電極和所述第二電極被設(shè)置在沿著所述電活性 層的厚度方向的所述電活性層中的雜質(zhì)的濃度比特定濃度高的范圍內(nèi)。
[0026] 根據(jù)本公開的又一方面，所述電活性層的厚度是50 y m至400 y m。根據(jù)一個(gè)示例 性實(shí)施方式，所述電活性層的所述厚度是100 ym至300 ym。應(yīng)該考慮到操作所述可變形 裝置所需的功耗和驅(qū)動(dòng)電壓來(lái)選擇所述厚度。如果所述厚度過(guò)量，則需要高驅(qū)動(dòng)電壓來(lái)產(chǎn) 生正常地操作所述可變形裝置所需的麥克斯韋應(yīng)力，并且功耗增加。然而，如果所述厚度太 小，則不能夠施加正常地操作所述可變形裝置所需的足夠電壓。
[0027] 根據(jù)本公開的又一方面，所述第一電極的下表面與所述電活性層的下表面之間 的厚度W及所述第二電極的上表面與所述電活性層的上表面之間的厚度中的至少一個(gè)是 0. 1 y m 至 10 Ji m。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施方式，所述第一電極的下表面與所述電活性層的下 表面之間的厚度W及所述第二電極的上表面與所述電活性層的上表面之間的厚度中的至 少一個(gè)與所述電活性層的厚度成比例。
[0029] 為了解決W上描述的問(wèn)題，提供了一種根據(jù)本公開的另一實(shí)施方式的顯示裝置。 根據(jù)本發(fā)明的顯示裝置包括顯示面板W及如上所述的可變形裝置。所述可變形裝置被設(shè)置 在所述顯示面板下方。所述可變形裝置包括電活性層W及被插入到所述電活性層中的電 極。當(dāng)所述可變形裝置變形時(shí)，所述顯示裝置也變形為各種形式，并且所述顯示裝置能夠提 供被變形為各種形式的輸出。
[0030] 根據(jù)本公開的另一方面，所述顯示面板具有柔性基板。
[0031] 根據(jù)本公開的又一方面，所述顯示裝置還包括：下蓋，該下蓋被設(shè)置在所述可變形 裝置下方；W及上蓋，該上蓋被設(shè)置在所述可變形裝置上，其中，所述下蓋和所述上蓋由具 有柔性的材料構(gòu)成。
[0032] 上述類型的所述顯示裝置可W是W下各項(xiàng)中的一個(gè)：智能電話；手表；電子報(bào)紙； 窗簾。
[0033] 根據(jù)本公開的又一方面，上述類型的所述顯示裝置是W下各項(xiàng)中的一個(gè)：智能電 話；手表；電子報(bào)紙；窗簾。
[0034] 本公開還設(shè)及一種用于制造上述類型的可變形裝置的方法，該方法包括W下步 驟：將導(dǎo)電材料注入到第一電活性層材料和第二電活性層材料；使所述導(dǎo)電材料沉淀W形 成第一電活性層和第二電活性層，其中第一電極和第二電極分別被設(shè)置在所述第一電活性 層和所述第二電活性層內(nèi)部，并且使所述第一電活性層和所述第二電活性層硬化；W及將 所述第一電活性層和所述第二電活性層彼此結(jié)合。
[0035] 在該方法中，所述第一電極和所述第二電極單獨(dú)地形成在相應(yīng)的第一電活性層和 第二電活性層中。通過(guò)控制所述導(dǎo)電材料的沉淀W及所述第一電活性層和所述第二電活性 層的材料的硬化，雜質(zhì)（包括例如所述導(dǎo)電材料、所述沉淀劑和所述硬化劑）的濃度的變化 能夠在相應(yīng)的電活性層內(nèi)W及所述第一電極和所述第二電極的形成時(shí)變化。當(dāng)使單獨(dú)的第 一電活性層和第二電活性層硬化時(shí)，能夠在它們之間無(wú)需任何粘合層的情況下將它們彼此 結(jié)合。
[0036] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述第一電活性層和所述第二電活性層通過(guò)熱彼此結(jié)合。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，壓力被施加到被加熱的所述第一電活性層和所述第 二電活性層，從而使它們完全結(jié)合。所述第一電活性層與所述第二電活性層之間的界面在 該工藝中消失，并且形成在電活性層上。
[003引根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，所述導(dǎo)電材料的沉淀是自然沉淀，其中所述導(dǎo)電材 料通過(guò)重力沉淀在具有液性的所述電活性層材料中。運(yùn)種自然沉淀是所述沉淀劑被沉積的 沉降。
[0039] 根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，所述沉淀是所述導(dǎo)電材料通過(guò)與沉淀劑的化學(xué)反應(yīng) 而沉淀在具有流動(dòng)性的所述電活性層材料中的化學(xué)沉淀。
[0040] 根據(jù)本發(fā)明的不同的實(shí)施方式，能夠通過(guò)所述電活性層材料在正常溫度下硬化的 自然硬化、通過(guò)化學(xué)硬化（意味著所述電活性層材料在化學(xué)反應(yīng)中硬化）、通過(guò)熱（即，在比 正常溫度高的溫度下）硬化或通過(guò)光（例如，通過(guò)紫外線OJV))硬化來(lái)執(zhí)行所述第一電活 性層材料和所述第二電活性層材料的硬化。
[0041] 根據(jù)依據(jù)本發(fā)明的方法的另一實(shí)施方式，所述方法包括將沉淀劑和/或硬化劑注 入到所述第一電活性層材料和所述第二電活性層材料的工藝。
[0042] 根據(jù)本發(fā)明的又一優(yōu)選實(shí)施方式，將沉淀劑注入到所述第一電活性層材料和所述 第二電活性層材料的工藝W及將硬化劑注入到所述第一電活性層材料和所述第二電活性 層材料的工藝被同時(shí)執(zhí)行。
[0043] 根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式，所述第一電活性層材料和所述第二電活性層材 料的硬化的速度是通過(guò)設(shè)定相應(yīng)的電活性層材料和所述硬化劑的比率來(lái)控制的。在該實(shí)施 方式中，能夠控制相應(yīng)的電活性層中的所述雜質(zhì)（包括所述導(dǎo)電材料、所述沉淀劑和所述 硬化劑）的濃度。利用所述雜質(zhì)的濃度的變化，能夠改變相應(yīng)的電