KR20160081761A - 다층 가변 소자 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

Abstract

다층 가변 소자 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공한다. 본 발명의 다층 가변 소자는 전기 활성 폴리머를 가변층, 하부 전극 및 상부 전극을 포함하는 복수의 단위 가변 소자 및 복수의 단위 가변 소자 사이에 배치되는 보조 가변층을 포함하고, 보조 가변층은 가변층에 포함되는 전기 활성 폴리머와 상이한 보조 활성 폴리머를 포함한다. 보조 가변층이 복수의 단위 가변 소자 사이에 배치됨에 따라, 가변 소자의 구동 변위가 향상되고, 구동 전압이 감소된다.

Description

다층 가변 소자 및 이를 포함하는 표시 장치{MULTILAYER TRANSFORMABLE DEVICE AND DISPLAY DEVICE COMPRISING THE SAME}

본 발명은 다층 가변 소자 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 벤딩 성능이 향상된 다층 가변 소자 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.

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(transformable device)를 활용하는 연구가 계속되고 있다. 또한, 근래에 활발하게 개발되고 있는 플렉서블(flexible) 표시 장치와 함께 가변 소자를 이용하여, 직접적이고 다양한 표시 장치의 움직임을 위한 연구도 함께 진행되고 있다.

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.

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.

이에 따라, 최근 전기 활성 폴리머(Electro-Active Polymer; EAP)를 이용한 가변 소자 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. 다양한 종류의 전기 활성 폴리머 중 강유전성 폴리머(Ferroelectric Polymer)와 유전성 엘라스토머(Dielectric Elastomer)가 주로 사용되고 있다. 예를 들어, 강유전성 폴리머로는 PVDF(Poly VinyliDene Fluoride) 또는 P(VDF-TrFE)(Poly(VinyliDene Fluoride)-TriFlurorEtylene)를 들 수 있고, 유전성 엘라스토머로는 실리콘계 중합체, 우레탄계 중합체 또는 아크릴계 중합체 등을 들 수 있다. 이러한 전기 활성 폴리머를 가변층으로 포함하는 가변 소자를 제조하고, 가변 소자를 플렉서블 표시 패널에 부착하여, 디스플레이의 벤딩을 다채롭게 구현하려는 연구가 이루어지고 있다.

그러나, 상술한 전기 활성 폴리머를 포함하는 가변층을 하나만 사용하는 가변 소자는 충분한 구동 변위를 구현하기 어려운 단점이 있다. 또한, 구동 변위를 향상시키기 위해 가변층의 두께를 증가시키는 경우 그 두께로 인하여 벤딩 성능에 한계가 있었으며, 구동 전압이 높아 모바일 디스플레이 등과 같이 전압이 상대적으로 낮은 표시 장치에 그대로 사용되기 어렵다는 문제점이 있다.

[관련기술문헌]

1. 전기 활성 액츄에이터 (특허출원번호 제10-2010-0059089호)

본 발명의 발명자들은, 가변 소자의 벤딩 성능을 향상시키면서 구동 전압을 낮추기 위해, 가변 소자를 다층으로 적층하는 기술을 연구하였다. 복수의 가변층을 포함하는 다층 가변 소자는 하나의 가변층만을 포함하는 가변 소자에 비해, 동일한 두께에서 더 큰 구동 변위를 구현할 수 있다는 장점이 있다.

특히, 다층 가변 소자를 제조하기 위하여, 유전성 엘라스토머을 사용하는 경우, 캐스팅 솔루션 방법을 이용하여 전극과 가변층을 용이하게 교번적으로 적층할 수 있다. 그러나, 유전성 엘라스토머만을 이용한 다층 가변 소자는, 유전율에 있어서 한계가 존재하여, 충분한 구동 변위를 구현하기 어려운 문제점이 있었다.

이에, 본 발명의 발명자들은 다층 가변 소자의 벤딩 성능을 향상시키면서 구동 전압을 낮추기 위해, 서로 상이한 종류의 전기 활성 폴리머들이 교번적으로 적층되어 가변층으로 사용되는 새로운 구조의 다층 가변 소자를 발명하였다.

이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 특정 전기 활성 폴리머를 포함하는 복수의 단위 가변 소자 사이에 단위 가변 소자에서 사용한 전기 활성 폴리머와 다른 종류의 전기 활성 폴리머를 포함하는 보조 가변층을 배치함으로써, 구동 변위가 크게 향상될 수 있는 다층 가변 소자 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 높은 유전율을 갖는 가변층과 보조 가변층을 조합함으로써, 낮은 구동 전압을 갖는 다층 가변 소자 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 단위 가변 소자들 사이에 배치되어 접착층의 역할을 수행함과 동시에, 높은 유전율을 갖는 보조 가변층을 이용하는 다층 가변 소자 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 가변 소자가 제공된다. 다층 가변 소자는 전기 활성 폴리머를 포함하는 가변층, 하부 전극 및 상부 전극을 각각 포함하는 복수의 단위 가변 소자를 포함한다. 복수의 단위 가변 소자 사이에 보조 가변층이 배치되고, 보조 가변층은 전기 활성 폴리머와 상이한 보조 전기 활성 폴리머를 포함한다. 보조 가변층이 복수의 단위 가변 소자 사이에 배치됨에 따라, 다층 가변 소자의 구동 변위가 향상되고, 구동 전압이 감소된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 전기 활성 폴리머는 폴리 비닐리덴플루오라이드(poly vinylidenefluoride, PVDF)계 폴리머이고, 보조 전기 활성 폴리머는 유전성 엘라스토머일 수 있다

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 폴리비닐리덴플루오라이드계 폴리머는 폴리비닐리덴플루오라이드 호모폴리머 또는 폴리비닐리덴플루오라이드 코폴리머일 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 가변층은 연신되거나 폴링(polling)된 것일 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 유전성 엘라스토머는 폴리디메틸 실록산(polydimethyl siloxane; PDMS)일 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 보조 가변층은 고유전성 필러를 더 포함 할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 고유전성 필러는 압전성 세라믹, 탄소 나노입자, 금속 나노입자 및 전도성 폴리머로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 압전성 세라믹은 티탄산바륨(barium titanate, BaTiO₃) 및 티탄산 지르콘산납(PZT)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 유전성 엘라스토머 대 고유전성 필러의 중량비는 99:1 내지 50:50일 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 보조 가변층은 1kHz에서 측정한 유전율이 5 이상일 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 보조 가변층은 접착력이 1500 gf/inch 이상일 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 보조 가변층은 두께가 1 내지 300㎛일 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 보조 가변층은 가변층과 동일한 방향으로 수축 또는 팽창할 수 있다.

전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치가 제공된다. 표시 장치는 표시 패널, 터치 패널 및 다층 가변 소자를 가진다. 다층 가변 소자는 다층 가변 소자는 전기 활성 폴리머를 포함하는 가변층, 하부 전극 및 상부 전극을 각각 포함하는 복수의 단위 가변 소자 및 복수의 단위 가변 소자 사이에 배치되고, 가변층에 포함되는 전기 활성 폴리머와 상이한 보조 전기 활성 폴리머를 포함하는 보조 가변층을 갖는다. 가변 소자가 변형됨에 따라 표시 장치도 다양한 형태로 변형되어, 표시 장치는 다양한 형상으로 변형된 출력을 제공할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 표시 패널은 플렉서블 기판을 포함한다.

기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명은 서로 상이한 종류의 전기 활성 폴리머를 교번적으로 배치시킴으로써, 다층 가변 소자의 벤딩 성능을 현저히 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 종래에 유전성 엘라스토머만을 적층시킨 다층 가변 소자에 비하여 높은 유전율을 갖는 가변층과 보조 가변층을 배치시킴으로써, 다층 가변 소자의 구동 전압을 낮출 수 있다.

또한, 본 발명은 단위 가변 소자들 사이에 배치되어 접착층의 역할을 수행하며, 종래의 접착층 보다 유전율이 현저히 높은 보조 가변층을 포함하는 다층 가변 소자를 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 가변 소자의 구조를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층 가변 소자의 구조를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 가변 소자를 포함하는 표시 장치의 구조를 설명하기 위한 개략적인 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 가변 소자를 포함하는 표시 장치의 변형 형태를 설명하기 위한 예시적인 상태도이다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 표시 장치가 유리하게 활용될 수 있는 실례들을 나타내는 도면이다.

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.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.

위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.

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.

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.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.

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.

본 명세서에서 가변층은 전압이 인가됨에 따라 수축, 팽창 또는 휨을 구현하여 형상이 변형될 수 있는 층을 의미한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 가변 소자의 구조를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 가변 소자(100)는 제1 가변층(112), 제1 하부 전극(111) 및 제1 상부 전극(113)을 포함하는 제1 가변 소자(110), 제1 가변 소자(110)의 상에 배치되는 보조 가변층(120) 및 보조 가변층(120) 상에 배치되고, 제2 가변층(132), 제2 하부 전극(131) 및 제2 상부 전극(133)을 포함하는 제2 가변 소자(130)를 포함한다.

제1 가변 소자(110)는 다층 가변 소자(100)를 구성하는 단위 가변 소자로서, 제1 하부 전극(111) 및 제1 상부 전극(113)에 가해지는 전압에 의해, 변형되어 진동 또는 휨을 구현한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 가변 소자(110)는 전기 활성 폴리머를 포함하는 제1 가변층(112), 제1 하부 전극(111), 및 제1 상부 전극(113)을 포함한다.

제1 가변층(112)은 제1 하부 전극(111), 및 제1 상부 전극(113) 사이에 배치되고, 전기적인 자극에 의하여 변형되는 전기 활성층의 역할을 수행한다. 제1 가변층(112)은 전기적인 자극에 의하여 변형되는 폴리머 재료인 전기 활성 폴리머를 포함한다. 예를 들어, 제1 가변층(112)은 실리콘계, 우레탄계, 아크릴계 등의 유전성 엘라스토머(dielectric elastomer) 또는 폴리비닐리덴플루오라이드계 폴리머 등의 강유전성 폴리머(ferroelectric polymer) 로 이루어질 수 있다. 제1 가변층(112)이 유전성 엘라스토머로 이루어지는 경우, 제1 가변층(112)에 전압이 인가됨에 따라 발생하는 정전기적 인력(Coulombic Force)에 의해 유전성 엘라스토머가 수축 및 팽창되어 가변 소자(100)가 변형될 수 있다. 또한, 제1 가변층(112)이 강유전성 폴리머로 이루어지는 경우, 제1 가변층(112)에 전압을 인가됨에 따라 제1 가변층(112) 내부의 쌍극자(dipole)의 정렬 방향이 변경되어 가변 소자(100)가 변형될 수 있다.

본 발명에서 제1 가변층(112)을 구성하는 전기 활성 폴리머는 자연 상태에서 분극 상태를 유지하고 있는 강유전성 폴리머인 폴리비닐리덴플루오라이드계 폴리머일 수 있다. 폴리비닐리덴플루오라이드계 폴리머는 일반적으로 유전성 엘라스토머에 비하여 유전율 및 구동 변위가 크고, 폴리비닐리덴플루오라이드계 폴리머의 분극 방향을 이용하여 다층 가변 소자의 변형을 용이하게 제어할 수 있다는 장점이 있다. 이하에서는, 제1 가변층(112)이 폴리비닐리덴플루오라이드계 폴리머를 포함하는 것으로 상정하여 설명하도록 한다.

폴리비닐리덴플루오라이드계 폴리머는, 폴리머의 주쇄에 폴리비닐리덴플루오라이드 반복 단위를 포함하는 폴리머를 의미하며, 예를 들어, 폴리비닐리덴플루오라이드 호모폴리머(homo-polymer) 또는 폴리비닐리덴플루오라이드 코폴리머(co-polymer)일 수 있다.

이때, 제1 가변층(112)은 필름형으로 제조된 것일 수 있다. 일반적으로, 가변층으로 사용되는 폴리디메틸 실록산(PDMS)와 같은 유전성 엘라스토머는 용액을 기재 상에 도포하여 건조시키는 솔루션 캐스팅 방식으로 가변층을 형성할 수 있다. 유전성 엘라스토머를 이용하여 다층 가변 소자를 제조해야 하는 경우, 전극과 가변층을 교번적으로 적층시킴으로써 다층 가변 소자를 제조할 수 있다. 유전성 엘라스토머의 경우, 필름형으로 제조할 필요 없이 간단한 솔루선 캐스팅 방식으로도 유전율을 가질 수 있기 때문이다.

그러나, 폴리비닐리덴플루오라이드계 폴리머는, 솔루선 캐스팅 방식으로는 높은 유전율을 가질 수 없기 때문에, 연신 공정 또는 폴링 공정으로 높은 유전율을 확보한다. 이러한 연신 공정 또는 폴링 공정을 위해서, 폴리비닐리덴플루오라이드계 폴리머는 공압출법 등을 이용하여 별도의 필름형으로 제조되어야 한다. 구체적으로, 필름형의 폴리비닐리덴플루오라이드계 폴리머는 연신 공정 또는 폴링(polling)을 통해 분극 방향이 일정하게 형성됨으로써 유전율을 갖게 된다. 즉, 제1 가변층(112)에 사용되는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)계 폴리머는 필름형으로 제조되어 연신 공정 또는 폴링(polling) 공정이 가해진 필름일 수 있다. 이때, 연신 공정은 가열 상태에서 중합체의 사슬을 잡아당겨 배향시키는 공정을 지칭하며, 폴링 공정은 폴리머에 높은 직류 전압을 인가하여 특정한 전하를 가지는 원자들을 한 방향으로 배열시키는 공정을 지칭한다. 예를 들어, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)계 폴리머에 연신 공정 및 폴링 공정이 가해지는 경우, 플루오르(F) 원자가 원하는 위치에 배열될 수 있게 된다. 연신 공정 및 폴링 공정에 의해서, 제1 가변층(112)은 강한 분극 효과를 획득할 수 있게 된다. 보다 구체적으로, 폴리비닐리덴플루오라이드 호모폴리머인 PVDF(Poly VinyliDene Fluoride)는 연신 및 폴링되어 가변층으로 사용되고, 폴리비닐리덴플루오라이드 코폴리머인 P(VDF-TrFE)(Poly(VinyliDene Fluoride)-TriFlurorEtylene은 폴링되어 가변층으로 사용될 수 있다. 이와 같이, 높은 유전율을 획득하기 위해 폴리비닐리덴플루오라이드계 폴리머를 포함하는 가변층은 필름형으로 제조되는 것이 바람직하다.

제1 가변층(112)의 두께는 제1 가변 소자(110)로 동작하는데 필요한 소비 전력과 구동 전압 및 제1 가변 소자(110)로서 정상적인 동작을 할 수 있는지 여부를 고려하여 당업자에 의해 자유롭게 선택될 수 있다. 바람직하게는, 제1 가변층(112)의 두께는 10㎛ 내지 300㎛일 수 있고, 보다 바람직하게는, 제1 가변층(112)의 두께는 50㎛ 내지 150㎛일 수 있다. 여기서, 제1 가변층(112)의 두께가 10㎛보다 작은 경우, 제1 가변 소자(110)가 정상적으로 동작할 수 있는데 필요한 충분한 전압이 인가될 수 없다. 이에 따라, 제1 가변 소자(110)가 정상적으로 동작할 수 없다. 또한, 제1 가변층(112)의 두께가 300㎛보다 큰 경우, 제1 가변 소자(110)의 구동을 위해 과도한 구동 전압이 요구되고, 이에 따라 소비 전력이 지나치게 증가될 수 있다.

제1 가변층(112)은 제1 하부 전극(111) 및 제1 상부 전극(113)에 의해 인가된 전기장에 의해 팽창 또는 수축할 수 있다. 이때, 제1 가변층(112)의 팽창 또는 수축 여부는 제1 가변층(112)의 분극 방향 및 제1 가변층(112)에 인가되는 전기장의 방향에 따라 결정될 수 있다.

제1 가변층(112)의 분극 방향에 대해 살펴보면, 제1 가변층(112)에 사용되는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)계 폴리머는 원자들의 배열 상태에 따라 분극 방향이 결정될 수 있다. 즉, 전기 음성도가 큰 플루오르(F) 원자들의 배열 상태에 따라 분극 방향이 결정된다. 예를 들어, 플루오르(F) 원자가 하부에 배치되고, 전자를 적게 보유하고 있는 수소(H) 원자가 상부에 배치되도록 제1 가변층(112)을 배치시키면 제1 가변층(112)의 분극 방향은 상부 방향이 될 수 있다.

제1 가변층(112)은 제1 가변층(112)의 분극 방향 및 제1 가변층(112)에 인가되는 전기장의 방향에 따라 수축 또는 팽창할 수 있다. 예를 들어, 제1 가변층(112)의 분극 방향과 제1 가변층(112)에 인가되는 전기장의 방향이 상이하면 제1 가변층(112)이 팽창하고, 제1 가변층(112)의 분극 방향과 제1 가변층(112)에 인가되는 전기장의 방향이 동일하면 제1 가변층(112)이 수축된다. 이러한 제1 가변층(112)의 수축 또는 팽창은 가변 소자가 표시 패널 또는 기타 기판들과 접촉함으로써 디바이스의 벤딩 효과를 가져온다.

제1 하부 전극(111) 및 제1 상부 전극(113)은 제1 가변층(112)의 변형을 유도하도록 전기장을 인가하는 역할을 한다. 제1 하부 전극(111)은 제1 가변층(112) 하면에 배치되고, 제1 상부 전극(113)은 제1 가변층(112) 상면에 배치된다.

제1 하부 전극(111) 및 제1 상부 전극(113)은 전도성 물질로 형성될 수 있고, 이로써 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, 제1 하부 전극(111) 및 제1 상부 전극(113)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(111) 및 제1 상부 전극(113)은 서로 동일한 물질로 이루어질 수도 있고, 서로 상이한 물질로 이루어질 수도 있다.

또한, 제1 하부 전극(111) 및 제1 상부 전극(113)은 가변층(112)을 포함하는 다층 가변 소자(100)의 원활한 반복적인 구동 및 변형에 적합한 연질(soft) 전극으로 이루어질 수 있다. 이러한 연질 전극으로는 탄소 도전성 그리스(carbon conductive grease), 카본 블랙(Carbon Black) 또는 탄소 나노 튜브(Carbon Nano Tube; CNT)에 탄성체를 혼합하여 제조된 전극이 사용될 수 있다.

제1 하부 전극(111) 및 제1 상부 전극(113)의 두께가 증가할수록 일정한 두께를 갖는 다층 가변 소자(100)에 포함되는 가변층의 개수는 줄어들게 된다. 가변층의 개수가 증가할수록 다층 가변 소자(100)의 구동 변위 역시 증가한다는 점을 고려할 때에, 보다 많은 수의 가변층을 일정한 두께의 다층 가변 소자에 배치하기 위해서, 제1 하부 전극(111) 및 제1 상부 전극(113)은 가능한 얇은 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 이로써 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, 제1 하부 전극(111) 및 제1 상부 전극(113)은 두께가 200nm 이하인 것이 바람직하며, 100nm 이하인 것이 더욱 바람직하다.

제1 하부 전극(111) 및 제1 상부 전극(113)은 다양한 방식으로 제1 가변층(112)의 일 면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 하부 전극(111) 및 제1 상부 전극(113)은 스퍼터링(sputtering), 프린팅(printing), 슬릿 코팅(slit coating) 등과 같은 방식으로 제1 가변층(112)의 양면에 배치될 수 있다. 특히, 제1 하부 전극(111) 및 제1 상부 전극(113)이 동일한 물질로 배치되는 경우, 제1 하부 전극(111) 및 제1 상부 전극(113)은 동일한 공정에서 동시에 배치될 수도 있다.

제1 하부 전극(111) 및 제1 상부 전극(113)은 외부로부터 전압이 인가되어 전기장을 형성한다. 여기서, 제1 가변층(112)에 전기장을 형성하기 위해서, 제1 하부 전극(111)과 제1 상부 전극(113)에는 서로 상이한 크기의 전압이 인가되거나, 서로 반대의 전기적 성질을 갖는 전압이 인가될 수 있다. 예를 들어, 제1 하부 전극(111)에 양(+)의 전압이 인가되는 경우 제1 상부 전극(113)에는 음(-)의 전압 또는 접지 전압이 인가되고, 제1 하부 전극(111)에 음(-)의 전압이 인가되는 경우 제1 상부 전극(113)에는 양(+)의 전압 또는 접지 전압이 인가될 수 있다. 여기서, 제1 하부 전극(111)에 인가되는 전압의 전기적 성질과 제1 상부 전극(113)에 인가되는 전압의 전기적 성질이 서로 반대로 변경됨에 따라, 전기장의 방향도 함께 변경된다.

제1 하부 전극(111) 및 제1 상부 전극(113)에는 교류 전압(AC)이 인가될 수도 있고, 직류 전압(DC)이 인가될 수도 있다. 제1 상부 전극(111) 및 제1 하부 전극(113)에 교류 전압(AC)을 인가하는 경우, 제1 가변 소자(110)는 주기적으로 변위될 수 있어, 진동하는 효과를 낼 수 있고, 제1 상부 전극(111) 및 제1 하부 전극(113)에 직류 전압(DC)을 인가하는 경우, 제1 가변 소자(110)는 구부러진 상태를 유지할 수 있다.

보조 가변층(120)은 제1 가변 소자(110) 및 제2 가변 소자(130) 사이에 배치되어, 제1 가변층(112) 및 제2 가변층과(132) 함께 전기적인 자극에 의하여 변형되는 보조적인 전기 활성층의 역할을 수행한다. 본 발명의 보조 가변층(120)은 인접하는 단위 가변 소자의 가변층을 구성하는 전기 활성 폴리머와 상이한 종류의 보조 전기 활성 폴리머를 포함한다. 이로써 제한되는 것은 아니나, 보조 가변층(120)을 구성하는 보조 전기 활성 폴리머는 실리콘계, 우레탄계, 아크릴계 등의 유전성 엘라스토머 또는 폴리비닐리덴플루오라이드계 폴리머 등의 강유전성 폴리머로 이루어질 수 있다.

예를 들어, 제1 가변 소자(110) 및 제2 가변 소자(130)가 유전성 엘라스토머를 포함하는 경우, 보조 가변층(120)은 강유전성 폴리머를 포함할 수 있고, 제1 가변 소자(110) 및 제2 가변 소자(130)가 강유전성 폴리머를 포함하는 경우, 보조 가변층(120)은 유전성 엘라스토머를 포함할 수 있다. 이처럼, 제1 가변 소자(110) 및 제2 가변 소자(130)와 보조 가변층(120)이 서로 상이한 전기 활성 폴리머를 포함함으로써, 종래의 유전성 엘라스토머만을 사용하여 제조된 다층 가변 소자에 비하여 구동 변위가 향상되고 구동 전압이 낮은 다층 가변 소자를 구현할 수 있다.

특히, 제1 가변 소자(110) 및 제2 가변 소자(130)가 전기 활성 폴리머로서 폴리비닐리덴플루오라이드계 폴리머를 포함하는 경우, 보조 가변층(120)은 보조 전기 활성 폴리머로서 유전성 엘라스토머와 고유전성 필러를 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 보조 가변층(120)이 유전성 엘라스토머뿐만 아니라 고유전성 필러를 더 포함함으로써, 종래의 유전성 엘라스토머에 비하여 높은 유전율을 가지며, 이로 인해, 다층 가변 소자의 구동 변위를 향상시킬 수 있기 때문이다. 이하에서는 보조 가변층(120)이 유전성 엘라스토머 및 고유전성 필러를 포함하는 것으로 상정하여 설명하도록 한다.

보조 가변층(120)은 제1 가변 소자(110)와 제2 가변 소자(130) 서로 접착시키는 역할을 수행한다. 상술한 바와 같이, 유전성 엘라스토머만을 가변층으로 사용하여 다층 가변 소자를 제조하는 경우, 솔루션 캐스팅 방법을 이용하여 전극과 가변층을 교번적으로 적층될 수 있으나, 폴리비닐리덴플루오라이드 호모폴리머와 같은 강유전성 폴리머를 사용하여 다층 가변 소자를 제조하는 경우, 연신 또는 폴링 공정을 거쳐야하므로 유전성 엘라스토머와 같이 전극 상에 솔루션 캐스팅 방법으로 폴리비닐리덴플루오라이드계 호모폴리머가 곧바로 적층될 수 없다. 따라서, 폴리비닐리덴플루오라이드계 폴리머를 사용하여 다층 가변 소자를 제조하기 위해서는, 연신 또는 폴링 공정을 거친 폴리비닐리덴플루오라이드계 폴리머의 양면에 전극이 적층된 단위 가변 소자가 마련되어야 하며, 각각의 단위 가변 소자를 적층하기 위해 단위 가변 소자 사이에 접착층이 배치되어야 한다. 그러나, 아크릴계 접착제, 폴리비닐알코올계 접착제, 폴리우레탄계 접착제 등과 같은 종래의 광학 접착제는 유전율이 낮으며, 광학 접착제의 두께로 인해 다층 가변 소자의 성능이 저하되는 단점이 있었다. 그러나, 상술한 바와 같이 유전성 엘라스토머 및 고유전성 필러를 포함하는 보조 가변층을 이용함으로써, 강유전성 폴리머를 포함하는 다층 가변 소자의 성능을 향상시킬 수 있다. 따라서, 제1 가변 소자(110)와 제2 가변 소자(130) 사이에 배치되는 보조 가변층(120)은 전기 활성층의 역할뿐만 아니라 접착층의 역할도 수행할 수 있는 고유전성 접착층이다.

보조 가변층(120)에 포함되는 유전성 엘라스토머는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것일 수 있고, 이로써 제한되는 것은 아니나, 아크릴계 중합체, 우레탄계 중합체 및 실리콘계 중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 수 있다. 특히, 본 발명의 유전성 엘라스토머는 충분한 접착력을 제공하고 넓은 온도 범위에서 동작할 수 있다는 장점을 갖는 실리콘계 중합체, 예를 들어, 폴리디메틸 실록산(polydimethyl siloxane; PDMS)인 것이 바람직하다.

유전성 엘라스토머는 작은 구동 전압으로 큰 변형을 얻기 위해 극성이 큰, 즉 유전율(permittivity)이 큰 화합물인 것이 바람직하다. 예를 들면, 1kHz에서 측정한 유전율이 2.5이상인 것이 더욱 바람직하다.

유전성 엘라스토머는 다층 가변 소자(100)에 요구되는 기계적 물성을 감안할 때, 중량 평균 분자량이 10,000 g/mol 이상인 중합체일 수 있다.

다음으로, 본 발명의 고유전성 필러는 유전성 엘라스토머와 혼합되어 보조 가변층(120)의 유전율을 향상시킬 수 있는 재료로서, 이로써 제한되는 것은 아니나, 압전성 세라믹, 탄소 나노입자, 금속 나노입자 및 전도성 폴리머로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.

압전성 세라믹은 이로써 제한되는 것은 아니나, 납(Pb), 지르코늄(Zr), 티탄(Ti), 바륨(Ba) 등의 금속 원자를 포함하는 압전성 금속 산화물을 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 압전성 세라믹은 티탄산 지르콘산납(PbZrO₃-PbTiO₃, PZT) 또는 티탄산바륨(barium titanate, BaTiO₃)으로 이루어지는 페로브스카이트형 산화물일 수 있다.

탄소 나노입자는 이로써 제한되는 것은 아니나, 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT), 이중벽 탄소나노튜브(DWCNT), 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT), 그라펜(graphene), 그래파이트(graphite), 카본블랙(carbon black), 카본파이버(carbon fiber) 및 플러렌(fullerene)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 특히, 단일벽 탄소나노튜브의 경우 저주파수 영역에서 보조 가변층(120)의 유전율을 크게 향상시킨다는 점에서 더욱 바람직하다.

금속 나노입자는 이로써 제한되는 것은 아니나, 금(Au) 또는 은(Ag)을 포함하는 나노와이어, 나노로드, 나노포어 또는 나노튜브일 수 있다.

전도성 폴리머는 이로써 제한되는 것은 아니나, 폴리플루오렌(polyfluorene), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리피렌(polypyrene), 폴리아줄렌(polyazulene), 폴리나프탈렌(polynaphthalene), 폴리아세틸렌(polyacetylene, PAC), 폴리-p-페닐렌비닐렌(poly(p-phenylene vinylene, PPV), 폴리피롤(polypyrrole, PPY), 폴리카바졸(polycarbazole), 폴리인돌(polyindole), 폴리아제핀(polyazepine), 폴리티에닐렌비닐렌(poly(thienylene vinylene), Poly Thienylene Vinylene폴리아닐린(polyaniline, PANI), 폴리티오펜(poly(thiophene)), 폴리(p-페닐렌설파이드(poly(p-phenylene sulfide, PPS), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜(poly(3,4-ethylenedioxy thiophene, PEDOT), 폴리스티렌술폰산(poly(styrene sulfonate, PSS)로 도핑된 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT:PSS), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)-테트라메타크릴레이트(PEDOT-TMA) 및 폴리퓨란(polyfuran)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다

전도성 폴리머는 전기전도도가 10^-6 S/cm 이상인 것이 바람직하고, 10^-2 S/cm 이상인 것이 더욱 바람직하다. 전도성 폴리머의 전기전도도가 상기 범위를 만족하는 경우, 유전성 엘라스토머와의 작용에 의해 보조 가변층(120)의 유전율이 향상될 수 있다.

본 발명에 따른 보조 가변층(120)에 있어서, 유전성 엘라스토머 및 고유전성 필러의 중량비는 99:1 내지 50:50인 것이 바람직하고, 90:10 내지 60:40인 것이 더욱 바람직하다. 고유전성 필러의 함량이 상기 범위보다 작은 경우, 보조 가변층(120)의 유전율의 향상이 미비하여, 보조 가변층(120)이 또 다른 가변층으로서 역할을 하기 어렵다. 또한, 고유전성 필러의 함량이 상기 범위보다 큰 경우, 유전율 상승 효과가 포화되거나, 오히려 저하되는 현상이 발생한다. 뿐만 아니라, 입자 형태로 존재하는 고유전성 필러의 함량이 증가함으로써, 보조 가변층(120)의 접착력을 저하시키는 문제가 발생할 수 있다.

보조 가변층(120)은 1kHz에서 측정한 유전율이 5.0 이상인 것이 바람직하며, 7.0 이상인 것이 더욱 바람직하다. 유전성 엘라스토머로 가장 널리 사용되는 폴리디메틸 실록산(PDMS)의 경우, 일반적으로 약 2.5 내지 3.0 정도의 유전율을 가지나, 본 발명과 같은 고유전성 필러를 사용하는 경우, 유전율이 7.0 이상으로 향상되며, 더욱 바람직하게 9.0 이상으로 향상될 수 있다.

보조 가변층(120)은 인장강도계를 이용하여 측정한 접착력이 1500 gf/inch 이상인 것이 바람직하고, 1800 gf/inch 이상인 것이 더욱 바람직하다. 보조 가변층(120)의 접착력이 상기 범위를 만족하는 경우, 다층 가변 소자(100)가 변형되는 경우에도, 단위 가변 소자들(110, 130) 사이의 접착 상태가 유지될 수 있다.

보조 가변층(120)은 두께가 1㎛ 내지 300㎛인 것이 바람직하고, 10㎛ 내지 150㎛인 것이 더욱 바람직하다. 보조 가변층(120)의 두께가 상기 범위보다 작은 경우, 충분한 접착력을 확보하기 어렵고, 다층 가변 소자(100)의 구동 변위의 향상 효과도 미비하다. 또한, 보조 가변층(120)의 두께가 상기 범위보다 큰 경우, 다층 가변 소자(100)의 두께가 증가함으로써 구동 변위가 오히려 저하될 수 있으며, 다층 가변 소자(100)의 무게도 크게 증가할 수 있다.

보조 가변층(120)은 제1 가변 소자(110) 및 제2 가변 소자(130) 사이에 배치되어, 보조 가변층(120)의 하면은 제1 가변 소자(110)의 제1 상부 전극(113)과 접촉되고, 보조 가변층(120)의 상면은 제2 가변 소자(130)의 제2 하부 전극(131)과 접촉된다. 즉, 제1 가변 소자(110)의 제1 상부 전극(113)과 제2 가변 소자(130)의 제2 하부 전극(131) 사이에 발생하는 전기장에 의해 정전기적 인력(Coulombic Force)이 발생하여 유전성 엘라스토머 및 고유전성 필러를 포함하는 보조 가변층(120)에 맥스웰 스트레스(Maxwell Stress)가 가해진다. 이때, 맥스웰 스트레스의 크기를 표현하는 식은 다음과 같다.

[수학식 1]

(ε₀: 진공 유전율, ε_r: 상대 유전율, E: 전기장, V: 전압, t: 가변층 두께)

여기서, 맥스웰 스트레스는 보조 가변층(120)이 두께 방향으로 수축하고 길이 방향으로 팽창하려는 힘을 의미한다. [수학식 1]을 참조하면, 맥스웰 스트레스의 크기(P)는 가변층의 상대 유전율(ε_r), 전기장(E) 및 전압(V)의 크기에 비례한다. 맥스웰 스트레스의 크기가 증가하면 보조 가변층(120)은 더 큰 변위를 갖거나 더 크게 변형된다.

보조 가변층(120)은 유전율이 높다. 수학식 1에서 확인할 수 있듯이, 맥스웰 스트레스가 유전율에 비례한다는 점을 고려하여 볼 때, 높은 유전율을 갖는 보조 가변층(120)은 또 다른 전기 활성층으로서의 역할을 수행할 수 있다.

다시 말해서, 다층 가변 소자(100)를 구성하는 제1 가변층(112) 및 제2 가변층(132)뿐만 아니라, 보조 가변층(120) 역시 가변 소자에 형성된 전극에 의해 수축 및 팽창할 수 있다.

이때, 제1 가변 소자(110)의 제1 하부 전극(111) 및 제1 상부 전극(113)과 제2 가변 소자(130)의 제2 하부 전극(131) 및 제2 상부 전극(133)에는 서로 상이한 크기의 전압이 인가되거나, 서로 반대의 전기적 성질을 갖는 전압이 인가된다. 예를 들면, 양(+)의 전압과 음(-)의 전압이 교차되어 인가된다. 예를 들면, 제1 가변 소자(110)의 제1 하부 전극(111)에는 양(+)의 전압이, 제1 가변 소자(110)의 제1 상부 전극(113)에는 음(-)의 전압이, 제2 가변 소자(130)의 제2 하부 전극(131)에는 다시 양(+)의 전압이, 제2 가변 소자(130)의 제2 상부 전극(133)에는 다시 음(-)의 전압이 인가된다. 이 경우, 보조 가변층(120)은 제1 가변 소자(110)의 제1 상부 전극(113)에 인가된 음(-)의 전압과 제2 가변 소자(130)의 제2 하부 전극(131)에 인가된 양(+)의 전압에 의해 발생한 정전기적 인력에 의해 변위할 수 있게 된다.

이로써 제한되는 것은 아니나, 보조 가변층(120)은 제1 가변층(112) 및 제2 가변층(132)과 동일한 방향으로 수축 또는 팽창하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 다층 가변 소자(100)는 표시 패널 등의 기판과 접합되어 디바이스 전체의 벤딩을 구현하는 것이 일반적이고, 이러한 경우에 제1 가변층(112) 및 제2 가변층(132)과 보조 가변층(120)의 수축 또는 팽창 방향을 동일하게 하는 것이 디바이스의 벤딩 성능을 극대화시킬 수 있기 때문이다. 이때, 상술한 바와 같이, 폴리비닐리덴플루오라이드계 폴리머는 분극 방향과 인가되는 전기장 방향에 따라 수축 또는 팽창을 조절할 수 있으므로, 예를 들어, 보조 가변층(120)에 전기장이 인가되어 길이 방향으로 팽창하는 경우, 제1 가변층(112) 및 제2 가변층(132)의 분극 방향과 인가되는 전기장 방향을 상이하게 설정함으로써, 보조 가변층(120)과 제1 가변층(112) 및 제2 가변층(132)이 동시에 길이 방향으로 팽창하게 할 수 있다.

한편, 보조 가변층(120) 상에 제2 가변 소자(130)가 배치된다. 제2 가변 소자(130)는 다층 가변 소자(100)를 구성하는 단위 가변 소자로서, 제2 하부 전극(131), 및 제2 상부 전극(133)에 가해지는 전압에 의해, 변형되어 진동 또는 휨을 구현한다.

제2 가변 소자(130)를 구성하는 제2 가변층(132), 제2 하부 전극(131), 및 제2 상부 전극(133) 각각은 제1 가변 소자(110)를 구성하는 제1 가변층(112), 제1 하부 전극(111), 및 제1 상부 전극(133) 각각과 서로 동일하게 구성될 수 있다.

제2 가변 소자(130)의 각각의 구체적인 구성 및 효과는 제1 가변 소자(110)와 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

일 실시예에 따른 다층 가변 소자(100)는 가변층으로 폴리비닐리덴플루오라이드계 폴리머를 포함하는 단위 가변 소자(110, 130) 사이에 유전성 엘라스토머 및 고유전성 필러를 포함하는 보조 가변층(120)이 배치될 수 있다.

폴리비닐리덴플루오라이드계 폴리머를 가변층으로 사용하는 가변 소자를 다층 구조로 형성하기 위해서는 접착층이 필요하였다. 종래에 사용되던 접착층은 낮은 유전율을 가졌고, 특히, 1kHz에서 측정한 OCA(optical clear adhesive)의 유전율은 3.0 이하였다. 이와 같이, 종래에 접착층은 낮은 유전율을 가지기 때문에, 접착의 목적으로만 사용이 가능하였다. 이러한 접착층은 가변 소자의 두께를 향상시키고, 결과적으로 가변 소자의 구동 변위 향상을 방해하는 결과를 초래하였다.

그러나, 보조 가변층(120)은 유전성 엘라스토머를 기초로 한 유전율이 우수한 접착층이므로, 접착제로서의 역할을 할 뿐만 아니라, 보조 가변층(120) 양면에 접촉한 전극에 의해 발생하는 정전기적 인력에 의하여 또 다른 가변층의 역할을 수행하게 된다.

따라서, 보조 가변층(120)은 제1 가변 소자(110)와 제2 가변 소자(130) 사이에 개재된 상태에서, 제1 가변 소자(110)와 제2 가변 소자(130)가 변형될 때에 함께 변형될 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 가변 소자(100)에서는, 유전성 엘라스토머에 비하여 높은 유전율을 가지는 폴리비닐리덴플루오라이드계 폴리머를 사용함과 동시에, 종래의 접착제 대신에 유전율이 높은 보조 가변층(120)을 이용하므로, 다층 가변 소자(100)의 구동 변위가 크게 향상될 수 있다. 더욱이, 다층 가변 소자(100)의 전체 유전율이 향상되기 때문에, 다층 가변 소자(100)의 구동 전압이 저하될 수 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층 가변 소자(200)를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층 가변 소자(200)는 제1 가변층(212), 제1 하부 전극(211) 및 제1 상부 전극(213)을 포함하는 제1 가변 소자(210), 제1 가변 소자(110)의 상에 배치되는 제1 보조 가변층(220), 제1 보조 가변층(220) 상에 배치되고, 제2 가변층(232), 제2 하부 전극(231) 및 제2 상부 전극(233)을 포함하는 제2 가변 소자(230), 제2 가변 소자(230)의 상에 배치되는 제2 보조 가변층(240), 및 제2 보조 가변층(240) 상에 배치되고, 제3 가변층(252), 제3 하부 전극(251) 및 제3 상부 전극(253)을 포함하는 제3 가변 소자(250)를 포함한다.

도 2의 다층 가변 소자(200)는 도 1의 다층 가변 소자(100)와 달리, 3개의 단위 가변 소자를 적층시킨 구조를 가진다는 점에서 차이점이 있다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층 가변 소자(200)는 3개 이상의 단위 가변 소자를 포함할 수 있고, 각 단위 가변 소자(210, 230, 250) 사이에는 별도의 보조 가변층(220, 240)이 배치되어 있다.

도 2의 다층 가변 소자(200)에서, 각 단위 가변 소자(210, 230, 250)에 포함되는 제1 가변층(212), 제2 가변층(232) 및 제3 가변층(252)와 제1 보조 가변층(220) 및 제2 보조 가변층(240)은 서로 상이한 종류의 전기 활성 폴리머를 포함한다.

이때, 도 2의 다층 가변 소자(200)는 도 1의 다층 가변 소자(100)에 제3 가변 소자(250) 및 제2 보조 가변층(240)을 더 포함하는 구성만이 상이하고, 다른 구성은 실질적으로 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 2의 다층 가변 소자(200)에서, 제2 가변 소자(230) 상에 제2 보조 가변층(240)이 배치된다. 제2 보조 가변층(240)은 제1 보조 가변층(220)과 마찬가지로, 인접하는 단위 가변 소자의 가변층과 상이한 종류의 전기 활성 폴리머를 포함한다. 제2 보조 가변층(240)의 구성은 도 1의 보조 가변층(120)과 동일할 수 있다.

제3 가변 소자(250)는 제2 보조 가변층(240) 상에 배치된다. 제3 가변 소자(250)의 구성은 제1 가변 소자(210) 및 제2 가변 소자(230)과 동일할 수 있다.

도 2의 다층 가변 소자(200)에서, 제1 가변 소자(210)의 제1 하부 전극(211) 및 제1 상부 전극(213), 제2 가변 소자(230)의 제2 하부 전극(231) 및 제2 상부 전극(233) 및 제3 가변 소자(250)의 제3 하부 전극(251) 및 제3 상부 전극(253)에는 서로 다른 전기적 성질의 전압이 교차되어 인가된다. 이 경우, 제1 보조 가변층(220) 및 제2 보조 가변층(240)은 양면에 접촉한 전극으로부터 발생하는 전기장에 의하여 변형된다.

결국, 다층 가변 소자(200)는 각각의 단위 가변 소자(210, 230, 250)와 제1 보조 가변층(220) 및 제2 보조 가변층(240)이 인가된 전압에 의해 함께 변형되고, 이로 인하여, 유전성 엘라스토머만으로 제조된 다층 가변 소자 또는 유전율이 낮은 종래의 접착층을 포함하는 다층 가변 소자에 비하여 큰 구동 변위를 가지게 된다.

이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 발명의 예시를 위한 것이며, 하기 실시예에 의해 본 발명㎛의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 효과에 대해서 알아보기 위해, 가변층 및 보조 가변층(접착층)의 구성을 달리하여 실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 다층 가변 소자를 제조하였다.

실시예 1

폴리비닐리덴플루오라이드 호모폴리머(Homo-PVDF)를 연신한 후 라미네이션(lamination)하여 80㎛ 두께의 제1 가변층 및 제2 가변층을 준비하였고, 각각의 가변층의 양면에 금속 전극(탄소 도전성 그리스)을 증착함으로써, 하부 전극/가변층/상부 전극의 구조를 갖는 제1 가변 소자 및 제2 가변 소자를 제조하였다. 이후, 유전성 엘라스토머로서 폴리디메틸 실록산(PDMS)과 고유전성 필러로서 티탄산바륨(입자 직경: 120nm)을 용매인 헥산에 넣고 혼합한 용액을 제조하였다. 이때, 폴리디메틸 실록산(PDMS)과 티탄산바륨의 중량비는 60:40 이였다. 제1 가변 소자의 상부 전극 상에 제조된 용액을 코팅하여 50㎛ 두께의 보조 가변층(접착층)을 형성한 후 제2 가변 소자를 접합하여, 실시예 1의 다층 가변 소자를 제조하였다.

비교예 1

폴리비닐리덴플루오라이드 호모폴리머(Homo-PVDF)를 사용하는 대신에, 폴리디메틸 실록산(PDMS)만을 포함하는 제1 가변층 및 제2 가변층을 형성하는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로, 비교예 1의 다층 가변 소자를 제조하였다.

비교예 2

폴리비닐리덴플루오라이드 호모폴리머(Homo-PVDF)를 사용하는 대신에, 유전성 엘라스토머로서 폴리디메틸 실록산(PDMS)과 고유전성 필러로서 티탄산바륨(입자 직경: 120nm)을 용매인 헥산에 각각 60:40의 중량비로 넣고 혼합한 용액을 기재 상에 도포하여 건조시켜 두께가 80㎛인 제1 가변층 및 제2 가변층 얻은 후, 제조된 가변층의 양면에 금속 전극(탄소 도전성 그리스)을 증착함으로써, 폴리디메틸 실록산(PDMS)과 고유전 필러를 포함하는 제1 가변 소자 및 제2 가변 소자를 제조한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로, 보조 가변층 및 비교예 2의 다층 가변 소자를 제조하였다.

비교예 3

실시예 1에서 제조한 폴리디메틸 실록산(PDMS) 및 티탄산바륨 혼합 용액 대신에 종래의 아크릴계 OCA 접착제를 이용하여 보조 가변층(접착층)을 형성한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로, 비교예 3의 다층 가변 소자를 제조하였다.

제조된 실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 다층 가변 소자의 성질 및 구동 변위 정도를 확인하기 위하여, 하기와 같은 실험을 진행하였다.

실험예 1 - 보조 가변층의 유전율 측정

실시예 1 및 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 다층 가변 소자의 보조 가변층의 유전율은 LCR 미터(4284A)를 이용하여 주파수 1kHz에서의 정전용량을 측정하고, 하기 수학식 2를 이용하여 계산하여 측정하였다. 측정 결과는 하기 표 1에 표시하였다.

[수학식 2]

ε = C × t / ε_o × A

(ε: 유전율, C: 정전용량, ε_o: 진공 유전율, t: 가변층의 두께, A: 전극의 접촉 단면적)

실험예 2 - 보조 가변층의 접착력 측정

실시예 1 및 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 다층 가변 소자의 보조 가변층의 접착력은 인장강도계(Tinius Olsen社, H5KT UTM)를 이용하여 측정하였다. 측정 결과는 하기 표 1에 표시하였다.

실험예 3 - 가변 소자의 구동 변위 측정

실시예 1 및 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 다층 가변 소자 구동 변위를 측정하기 위해서, 레이저 장치(Keyenece社, LK-G80)를 이용하여 2.4kVpp의 조건하에서 각각 최대 곡률반경과 최소 곡률반경을 측정한후 곡률 변화값을 계산함으로써 벤딩 성능을 확인하였다. 측정 결과는 하기 표 1에 표시하였다.

구분	가변층 / 보조 가변층의 구성			보조 가변층의 유전율 (at 1kHz)	보조 가변층의 접착력 (gf/inch)	최소 곡률반경 (mm)	최대 곡률반경 (mm)	곡률 변화값 (mm)
	제1 가변층	보조 가변층	제2 가변층
실시예 1	Homo-PVDF	PDMS+티탄산바륨	Homo-PVDF	8.5	1850	629	1875	1246
비교예 1	PDMS	PDMS+티탄산바륨	PDMS	8.5	1850	1322	1396	74
비교예 2	PDMS+티탄산바륨	PDMS+티탄산바륨	PDMS+티탄산바륨	8.5	1850	1039	1543	504
비교예 3	Homo-PVDF	아크릴계 OCA	Homo-PVDF	3.5	2015	943	1632	689

표 1을 통해 확인한 바와 같이, 서로 상이한 종류의 전기 활성 폴리머가 교번적으로 적층된 실시예 1의 다층 가변 소자는 현저히 우수한 구동 변위를 가지는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 실시예 1과 비교예 1을 비교해 보면, 종래의 유전성 엘라스토머만으로 적층된 구조를 갖는 다층 가변 소자는 구동 변위가 현저히 작은 것을 확인할 수 있었다.

또한, 실시예 1과 비교예 2를 비교해 보면, 실시예 1의 다층 가변 소자는 제1 가변층, 제2 가변층 및 보조 가변층이 모두 유전성 엘라스토머와 고유전성 필러를 포함하는 비교예 2의 다층 가변 소자에 비하여, 동일한 전압에서 곡률 변화가 현저히 큰 것을 확인할 수 있었다. 즉, 실시예 1의 다층 가변 소자는 단순히 고유전율을 가지는 엘라스토머를 다층으로 적층하여 형성된 다층 가변 소자에 비하여 성능이 월등히 향상됨을 알 수 있었다.

한편, 실시예 1과 비교예 3을 비교해 보면, 실시예 1의 보조 가변층의 유전율은 종래의 접착제를 사용한 비교예 3의 보조 가변층의 유전율에 비해서, 현저히 향상됨을 확인할 수 있었으며, 이를 통해, 다층 가변 소자의 구동 전압이 낮아짐을 알 수 있었다. 보다 구체적으로, 실시예 1의 다층 가변 소자는 비교예 3의 다층 가변 소자에 비하여 동일한 전압에서 곡률 변화가 2배 정도 큰 것을 확인할 수 있었다. 즉, 보조 가변층의 우수한 유전율로 인해, 다층 가변 소자의 벤딩 정도가 크게 향상되는 것을 알 수 있었다.

이와 같이, 폴리비닐리덴플루오라이드계 폴리머를 포함하는 제1 가변 소자 및 제2 가변 소자를 접착하기 위한, 유전성 엘라스토머 및 고유전성 필러를 포함하는 보조 가변층은, 종래의 광학 접착제에 비하여 유전율이 현저히 높다. 이로써, 본 발명의 보조 가변층은 단순한 접착제로서의 역할뿐만 아니라, 또 다른 가변층의 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 본 발명의 보조 가변층을 제1 가변 소자 및 제2 가변 소자를 접착하기 위한 접착층으로 채용하는 경우, 다층 가변 소자의 벤딩 즉, 구동 변위가 크게 향상되고, 구동 전압이 낮아질 수 있다.

이와 같이, 강유전성 폴리머 중 폴리비닐리덴플루오라이드계 폴리머를 포함하는 가변층을 이용한 단위 가변 소자들을 본 발명의 보조 가변층으로 접착시켜 다층 가변 소자를 제조하는 경우, 구동 변위가 최대인 다층 가변 소자를 얻을 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 가변 소자를 포함하는 표시 장치(300)의 구조를 설명하기 위한 개략적인 분해 사시도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(300)는 하부 커버(310), 다층 가변 소자(100), 표시 패널(320), 터치 패널(330) 및 상부 커버(340)을 포함한다.

하부 커버(310)는 다층 가변 소자(100), 표시 패널(320) 및 터치 패널(330)의 하부를 덮도록 다층 가변 소자(100) 아래에 배치된다. 하부 커버(310)는 표시 장치(300) 내부의 구성들을 외부의 충격 및 이물질이나 수분의 침투로부터 보호한다. 하부 커버(310)는 다층 가변 소자(100)의 형상 변화에 따라 함께 변형될 수 있는 물질로 이루어질 수 있다 예를 들어, 하부 커버(310)는 연성을 갖는 플라스틱과 같은 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

다층 가변 소자(100)는 하부 커버(310) 상에 배치되고, 표시 패널(320) 하부에 배치된다. 구체적으로, 가변 소자(100)는 표시 패널(320)의 하면에 직접 접촉되도록 배치될 수도 있고, 표시 패널(320)의 하면과 다층 가변 소자(100)의 상면 사이에 접착제를 이용하여 배치될 수도 있다. 접착제로는 이로써 제한되는 것은 아니나, OCA(optical clear adhesive) 또는 OCR(optical clear resin)이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

도 3에 도시된 다층 가변 소자(100)는 제1 가변 소자(110), 제2 가변 소자(130) 및 제1 가변 소자(110), 제2 가변 소자(130) 사이에 배치되는 보조 가변층(120)을 포함한다. 즉, 다층 가변 소자(100)는 도 1 또는 도 2에 도시된 다층 가변 소자(100, 200)와 동일한 구성을 가질 수 있다.

보조 가변층(120)은 인접하는 단위 가변 소자의 가변층(112, 132)에 포함된 전기 활성 폴리머와 상이한 종류의 보조 전기 활성 폴리머를 포함한다. 보조 가변층(120)은 유전율이 우수하여, 제1 가변 소자(110)와 제2 가변 소자(130)를 접착시키는 역할뿐만 아니라, 또 다른 가변층의 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 보조 가변층(120)을 채용하는 경우, 다층 가변 소자(100)의 벤딩 능력이 더욱 향상되고, 구동 전압이 저하될 수 있다.

다층 가변 소자(100)는 표시 패널(320)과 전기적으로 연결될 수도 있다. 예를 들어, 표시 패널(320)에 배치된 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)와 다층 가변 소자(100)의 전극이 배선에 의해 서로 전기적으로 연결될 수도 있다.

표시 패널(320)은 표시 장치(300)에서 영상을 표시하기 위한 표시 소자가 배치된 패널을 의미한다. 표시 패널(320)로서, 예를 들어, 유기 발광 표시 패널, 액정 표시 패널, 전기 영동 표시 패널 등과 같은 다양한 표시 패널이 사용될 수 있다. 바람직하게는 표시 패널(320)은 유기 발광 표시 장치일 수 있다. 유기 발광 표시 장치는 유기 발광층에 전류를 흐르게 함으로써, 유기 발광층이 발광하도록 하는 표시 장치이며, 유기 발광층을 사용하여 특정 파장의 빛을 발광한다. 유기 발광 표시 장치는 적어도 캐소드, 유기 발광층, 애노드를 포함한다. 표시 패널(320)의 아래에 배치된 가변 소자(100)는 플렉서빌리티를 갖고 변형될 수 있으므로, 유기 발광 표시 장치도 플렉서빌리티를 갖고 변형될 수 있도록 구성될 수 있다. 즉, 유기 발광 표시 장치는 플렉서빌리티를 갖는 플렉서블(flexible) 유기 발광 표시 장치로서, 플렉서블 기판을 포함한다. 플렉서블 유기 발광 표시 장치는 외부에서 가해지는 힘에 의해 다양한 방향 및 각도로 변형될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 표시 패널(320)은 플렉서블 유기 발광 표시 장치로 구성된 것으로 상정하고 설명한다.

표시 패널(320)의 아래에 배치된 다층 가변 소자(100)는 연성을 갖고 변형될 수 있으므로, 유기 발광 표시 장치도 연성을 갖고 변형될 수 있도록 구성될 수 있다. 즉, 유기 발광 표시 장치는 연성을 갖는 플렉서블(flexible) 유기 발광 표시 장치로서, 플렉서블 기판을 포함한다. 플렉서블 유기 발광 표시 장치는 외부에서 가해지는 힘에 의해 다양한 방향 및 각도로 변형될 수 있다.

표시 패널(320) 상에는 터치 패널(330)이 배치된다. 터치 패널(330)은 표시 장치(300)에 대한 사용자의 터치 입력을 감지하고, 터치 좌표를 제공하는 기능을 수행하는 패널을 의미한다.

터치 패널(330)은 배치되는 위치에 따라 구분될 수 있다. 예를 들면, 표시 패널(320) 상부 표면에 부착하는 애드-온(Add-On) 방식, 표시 패널(320) 상에 증착시키는 온-셀(On-Cell) 방식 및 표시 패널(320)의 내부에 형성한 인-셀(In-Cell) 방식 등이 있다. 또한, 터치 패널(330)은 작동 방식에 따라 구분될 수도 있다. 예를 들어, 정전 용량 방식, 저항막 방식, 초음파 방식, 적외선 방식 등이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 정전 용량 방식의 터치 패널이 터치 패널(330)로서 사용될 수 있다.

또한, 터치 패널(330)은 다층 가변 소자(100)와 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 터치 패널(330)은 다층 가변 소자(100)의 전극들과 전기적으로 연결되어, 터치 패널(330)에서 입력된 다양한 터치 신호 또는 전압이 다층 가변 소자(100)로 전달될 수 있다.

상부 커버(340)는 다층 가변 소자(100), 표시 패널(320) 및 터치 패널(330)의 상부를 덮도록 터치 패널(330) 상에 배치된다. 상부 커버(340)는 하부 커버(310)와 동일한 기능을 할 수 있다. 또한, 상부 커버(340)도 하부 커버(320)와 마찬가지로 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 특히, 다층 가변 소자(100)에 의해 다양한 형상으로 변형될 수 있는 터치 패널(330) 및 표시 패널(320)과 함께 변형될 수 있도록 상부 커버(340)도 연성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상부 커버(340)는 연성을 갖는 플라스틱과 같은 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

표시 장치(300)는 다층 가변 소자(100)에 전압이 인가됨에 따라 다층 가변 소자(100)와 함께 변형된다. 즉, 다층 가변 소자(100)와 접합된 표시 패널(320)과 터치 패널(330)도 다층 가변 소자(100)를 구성하는 제1 가변 소자(110), 제2 가변 소자(130) 및 보조 가변층(120)의 변형에 따라 함께 변형되고, 표시 장치(300) 또한 변형된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(300)에서는 다층 가변 소자(100), 표시 패널(320) 및 터치패널(330)이 하나로 결합되고, 다층 가변 소자(100)에 의해 표시 장치(300)이 다양한 형상으로 변형될 수 있다. 다층 가변 소자(100)의 변형에 의한 표시 장치(300)가 변형되는 모습에 대해서는 도 4를 참조하여 후술한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 가변 소자를 포함하는 표시 장치의 다양한 변형 형태를 설명하기 위한 예시적인 상태도이다. 도 4에서는 설명의 편의를 위해 표시 장치(400)가 스마트폰인 것으로 상정하고 설명한다.

도 4를 참조하면, 표시 장치(400)의 일부가 상부 또는 하부로 벤딩(bending)될 수 있다. 구체적으로, 표시 장치(400)에서 표시 화면(410)의 하부에 다층 가변 소자가 고정되어 있고, 다층 가변 소자의 구동에 의해 다층 가변 소자 및 표시 장치(400) 전체가 변형된다. 즉, 다층 가변 소자의 일부가 상부 또는 하부로 벤딩됨에 따라 표시 장치(400)의 일부도 상부 또는 하부로 벤딩될 수 있다. 여기서, 다층 가변 소자의 일부가 일정한 주기를 가지고 상부 또는 하부로 벤딩됨에 따라 표시 장치(400)의 일부도 상부 또는 하부로 벤딩될 수 있다. 또한, 다층 가변 소자의 일부가 상부 또는 하부로 벤딩된 상태에서 유지됨에 따라 표시 장치(400)의 일부도 상부 또는 하부로 벤딩된 상태에서 유지될 수 있다.

예를 들어, 표시 장치(400)에 입력되는 사용자의 터치 입력에 대응하는 출력으로 표시 장치(400)의 일부가 상부 또는 하부로 벤딩될 수 있다. 즉, 표시 장치(400)에서 메시지를 수신하거나, 표시 장치(400)에 음성 통화가 걸려오는 경우, 이에 대한 출력으로 표시 장치(400)의 일부가 상부 또는 하부로 벤딩될 수 있다.

표시 장치(400)에서 벤딩되는 부분, 벤딩되는 방향, 벤딩되는 시간 및 벤딩되는 방향이 변하는 주기 등은 표시 장치(400)를 통해 다양하게 설정될 수 있다. 즉, 다층 가변 소자에 의한 표시 장치(400)의 형상의 변화는 사용자에 의해 다양하게 설정될 수 있으며, 위에 제시된 예시적인 형상의 변화에 제한되지 않는다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다층 가변 소자를 포함하는 표시 장치(400)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(400)에 인가되는 입력마다 상이하게 설정될 수 있다. 이에 따라, 다층 가변 소자에 의해 표시 장치(400)가 다양한 형상으로 변형되어 사용자에게 다양한 종류의 출력이 제공될 수 있다.

도 5는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 표시 장치가 유리하게 활용될 수 있는 실례들을 나타내는 도면이다.

도 5(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 가변 소자를 포함하는 전자 신문(500)의 예시적인 외관도이다. 도 5(a)를 참조하면, 전자 신문(500)은 표시 패널(510) 및 표시 패널(510)의 하부에 합착된 다층 가변 소자를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다층 가변 소자를 포함하는 전자 신문(500)에서 다층 가변 소자에 의해 실제 종이 신문을 보는 것과 비슷한 느낌이 제공될 수 있다. 전자 신문(500)의 표시 패널(510)을 통해 페이지를 넘기는 신호를 입력하면, 신호가 입력된 부분의 다층 가변 소자가 변형될 수 있다. 이에 따라, 다층 가변 소자가 변형되면서 전자 신문(500)의 일부가 일시적으로 벤딩되어 종이 신문과 같이 페이지를 넘기는 느낌이 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 가변 소자를 포함하는 전자 신문(500)에서 새로운 기사가 업로드되어 표시되는 경우, 전자 신문(500)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.

도 5(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 가변 소자를 포함하는 시계(600)의 예시적인 도면이다. 도 5(b)를 참조하면, 시계(600)는 표시 패널(610) 및 표시 패널(610)의 하부에 합착된 다층 가변 소자를 포함한다. 여기서, 설명의 편의를 위해 시계(600)는 스마트 워치(smart watch)로 상정하고 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다층 가변 소자를 포함하는 시계(600)에서 다층 가변 소자에 의해 시계(600)의 다양한 기능이 구현될 수 있다. 시계(600)의 표시 패널(610)을 통해 일반적인 시간 정보가 표시된다. 또한, 시계(600)의 표시 패널(610)을 통해 날씨, 뉴스 등이 표시될 수 있다. 또한, 시계(600)는 간단한 통화 기능을 포함할 수 있으며, 시계(600)를 차고 있는 사용자의 심박수를 판단할 수도 있다. 여기서, 매시 정각을 알리거나 지정된 알람 시간을 알리기 위해 시계(600) 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(600) 내부의 다층 가변 소자가 수축되거나, 전화가 수신되는 경우 시계(600)의 표시 패널(610)의 일부에 돌출부가 형성되어 정보가 제공될 수 있다. 또한, 시계(600)의 일부를 통해 측정된 사용자의 심박수가 위험 수준인 경우 시계(600) 내부의 다층 가변 소자가 수축되거나 형상이 변하여 사용자에게 경고 알림이 제공될 수 있다.

도 5(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 가변 소자를 포함하는 커튼(curtain)의 예시적인 도면이다. 도 5(c)를 참조하면, 커튼(700)은 표시 패널(710) 및 표시 패널(710)의 하부에 합착된 다층 가변 소자를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다층 가변 소자를 포함하는 커튼(700)에서 가변 소자에 의해 외부 환경에 대한 정보가 다양한 방식으로 표현될 수 있다. 구체적으로, 커튼(700)의 표시 패널(710)을 통해 외부의 날씨가 정해진 화면으로 표시될 수 있고, 커튼(700)의 형태가 변경되어 구체적인 날씨의 상태가 표현될 수 있다. 예를 들어, 흐린 날씨에 바람이 부는 경우, 커튼(700)의 표시 패널(710)을 통해 구름이 표시되고, 바람이 부는 방향 및 바람의 속도에 따라 다층 가변 소자에 의해 커튼(700)의 일부가 벤딩되고, 벤딩되는 부분의 면적도 상이해질 수 있다. 즉, 바람의 방향에 따라 실제 커튼이 접히거나 흔들릴 수 있는 방향이 커튼(700)의 벤딩 방향으로 표현될 수 있고, 강한 바람일수록 커튼(700)이 벤딩되는 부분의 면적이 증가할 수 있다. 또한, 유리창을 통해 입사되는 조도량이 일정 조도량 이하가 되면, 커튼(700)이 자동으로 상부로 말려 올라가거나 좌측 또는 우측 방향으로 접힐 수도 있다.

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. 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.

100, 200: 다층 가변 소자
110, 210: 제1 가변 소자
111, 211: 제1 하부 전극
112, 212: 제1 가변층
113, 213: 제1 상부 전극
120: 보조 가변층
130, 230: 제2 가변 소자
131, 231: 제2 하부 전극
132, 232: 제2 가변층
133, 233: 제2 상부 전극
220: 제1 보조 가변층
240: 제2 보조 가변층
250: 제3 가변 소자
251: 제3 하부 전극
252: 제3 가변층
253: 제3 상부 전극
300, 400: 표시 장치
310: 하부 커버
320, 410, 510, 610, 710: 표시 패널
330: 터치패널
340: 상부 커버
500: 전자 신문
600: 시계
700: 커튼

Claims (15)

1. 전기 활성 폴리머를 포함하는 가변층, 하부 전극 및 상부 전극을 각각 포함하는 복수의 단위 가변 소자; 및
   상기 복수의 단위 가변 소자 사이에 배치되고, 상기 전기 활성 폴리머와 상이한 보조 전기 활성 폴리머를 포함하는 보조 가변층을 갖는 다층 가변 소자.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 전기 활성 폴리머는 폴리 비닐리덴플루오라이드(poly vinylidenefluoride, PVDF)계 폴리머이고, 상기 보조 전기 활성 폴리머는 유전성 엘라스토머인, 다층 가변 소자.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 폴리비닐리덴플루오라이드계 폴리머는 폴리비닐리덴플루오라이드 호모폴리머 또는 폴리비닐리덴플루오라이드 코폴리머인, 다층 가변 소자.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 가변층은 연신되거나 폴링(polling)된 것인, 다층 가변 소자.
5. 제2 항에 있어서,
   상기 유전성 엘라스토머는 폴리디메틸 실록산(polydimethyl siloxane; PDMS)인, 다층 가변 소자.
6. 제2 항에 있어서,
   상기 보조 가변층은 고유전성 필러를 더 포함하는, 다층 가변 소자.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 고유전성 필러는 압전성 세라믹, 탄소 나노입자, 금속 나노입자 및 전도성 폴리머로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인, 다층 가변 소자.
8. 제6 항에 있어서,
   상기 고유전성 필러는 티탄산바륨(barium titanate, BaTiO₃) 및 티탄산 지르콘산납(PZT)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인, 다층 가변 소자.
9. 제6 항에 있어서,
   상기 유전성 엘라스토머 대 상기 고유전성 필러의 중량비는 99:1 내지 50:50인, 다층 가변 소자.
10. 제1 항에 있어서,
    상기 보조 가변층은 1kHz에서 측정한 유전율이 5 이상인, 다층 가변 소자.
11. 제1 항에 있어서,
    상기 보조 가변층은 접착력이 1500 gf/inch 이상인, 다층 가변 소자.
12. 제1 항에 있어서,
    상기 보조 가변층은 두께가 1 내지 300㎛인, 다층 가변 소자.
13. 제1 항에 있어서,
    상기 보조 가변층은 상기 가변층과 동일한 방향으로 수축 또는 팽창하는, 다층 가변 소자.
14. 표시 패널, 터치 패널 및 다층 가변 소자를 갖는 표시 장치로서,
    상기 다층 가변 소자는,
    전기 활성 폴리머를 포함하는 가변층, 하부 전극 및 상부 전극을 각각 포함하는 복수의 단위 가변 소자; 및
    상기 복수의 단위 가변 소자 사이에 배치되고, 상기 전기 활성 폴리머와 상이한 보조 전기 활성 폴리머를 포함하는 보조 가변층을 갖는, 표시 장치
15. 제14 항에 있어서,
    상기 표시 패널은 플렉서블 기판을 포함하는, 표시 장치.

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