使用电流寻址的电活性聚合物的致动器设备制造技术

如通过权利要求限定的设备包括电活性聚合物致动器(30)，每个电活性聚合物致动器通过用于选择电活性聚合物致动器和电流方向驱动模式的两条寻址线来寻址。第一电路(42)用于驱动沿第一方向通过所述电活性致动器的可控制电流，并且第二电路(44)用于驱动沿与第一方向相反的第二方向通过所述电活性致动器的可控制电流。该设备使得致动器能够利用沿两个相反方向的电流来驱动，使得所述致动器可以在各致动状态之间被双向地驱动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用电流寻址的电活性聚合物的致动器设备
本专利技术涉及利用电活性聚合物、特别是电流寻址的电活性聚合物的致动器阵列设备。
技术介绍
电活性聚合物(EAP)是电响应材料的领域内的新兴类别的材料。EAP能够作为传感器或致动器来工作，并且能够被容易地制造成各种形状，以允许容易地集成到各种系统中。在过去的十年中，已经开发了具有已经显著改善的特性(诸如致动应力和应变)的材料。技术风险已经降低到对于产品开发而言可接受的水平，使得EAP在商业上和技术上变得日益感兴趣。EAP的优点包括低功率、小形状因数、柔韧性、无噪声操作、准确度、高分辨率的可能性、快速响应时间和循环致动。EAP材料的经改善的性能和特定优点导致了对新应用的适用性。EAP设备能够在期望部件或特征的基于电致动的少量移动的任何应用中使用。类似地，所述技术能够被用于感测小的移动。与普通致动器比较，由于相对大的变形与小体积中的力或薄的形状因子的组合，EAP的使用能够实现以前不可能的功能，或者提供优于普通传感器/致动器解决方案的大的优势。EAP还给出了无噪声操作、准确的电子控制、快速响应以及大范围的可能的致动频率，诸如0-20kHz。使用电活性聚合物的设备能够被细分成场驱动的和离子驱动的材料。场驱动EAP的范例是电介质弹性体、电致伸缩聚合物(诸如聚偏氟乙烯基的弛豫聚合物或聚亚安酯)和液晶弹性体(LCE)。离子驱动EAP的范例是共轭聚合物、碳纳米管(CNT)聚合物复合物和离子聚合物金属复合物(IPMC)。这两个类别都具有多个族成员，每个族成员都有其自身的优点和缺点。从技术角度来看，通常，场驱动EAP通过直接机电耦合由电场来致动。在原理上，场或电极上的产生这种场的电压确定设备的致动的状态。这能够被称为电压驱动的致动器设备。另一方面，离子EAP或者其至少大的子集是能够被称为电流驱动的材料的范例，即，其一般需要增加的量的或持续的电流来实现和/或维持致动的状态。对应的致动器能够被称为电流驱动的或电流致动的致动器。然而，两种类型之间的区别不总是都那样清楚。例如，电压驱动设备可能是不完美的(由于范例给定泄露)，并且需要恒定电流来维持所实现的致动状态。然而，存在需要切换的和/或持续的电流以用于其准确致动的两种类型的许多EAP，并且本专利技术对于所有这样的EAP都是有益的。图1A和图1B示出了针对一般EAP设备的两种可能的操作模式，所述一般EAP设备能够是当前公开的设备的部分。所述设备包括电活性聚合物层14，所述电活性聚合物层被夹置在电活性聚合物层14的相对侧上的电极10、12之间。所述电极被用于对致动器的驱动。图1A示出了未被夹持的设备。取决于所使用的EAP材料的类型，电压或电流被用于使电活性聚合物层在所有方向上扩展，如图所示。图1B示出了被设计为使得仅在一个方向上产生扩展的设备。所述设备由载体层16支撑。再次地，取决于所使用的EAP的类型，电压或电流致动信号被用于使电活性聚合物层弯曲或屈曲。例如，该弯曲或屈曲移动的性质源于在被致动时扩展的活性层与对抗这样的扩展的被动载体层之间的相互作用。为了获得如图所示的围绕轴的不对称的弯曲，可以例如施加分子取向(膜拉伸)，从而迫使在一个方向上的移动。在一个方向上的扩展可能由电活性聚合物中的不对称性引起，或者其可能由载体层的属性的不对称引起，或者可能由上述两者的组合引起。对于致动的切换和/或维持来说需要电流的事实需要针对这样的致动器的驱动单元(驱动IC)的特殊措施。当对于特定应用来说要使用多个这样的致动器时，例如在可以被用于定位系统或受控的拓扑表面的致动器阵列设备，甚至更是如此。在这样的情况下，利用其自己的驱动器IC个体地驱动每个致动器会变得很昂贵，并且个体致动由于串扰而不是容易的。尽管如从显示器技术知晓的被动矩阵驱动方案能够是阵列驱动系统的有用并且简单的实施方式，因为其仅使用行(n行)和列(m列)连接，并且因此仅需要(n+m)个驱动器来寻址至多个(n×m)致动器，但是在常规EAP致动器的这样的阵列中，将存在对相邻致动器的一些串扰。当施加信号以致动一个致动器时，该致动器周围的致动器也将部分地致动，这对于许多应用来说是不希望的效应。因此，对于被动矩阵寻址方案，独立于其他致动器个体地寻址每个致动器并不是简单直接的。WO2017/108489和WO2017/108443中的申请人已经提出了使用有源矩阵用于对电压驱动的电活性聚合物致动器的阵列进行寻址。这种方案涉及在每个电活性聚合物致动器处、在行导体和列导体的交叉处提供开关设备。以这种方式，阵列中的每个致动器——如果需要的话——都能够被个体地致动。有源矩阵寻址方案意指能够使阵列中的任何随机图案的致动器被同时地致动。然而，这种方案不适合用于驱动其中需要如上文中所描述的电流控制的EAP。
技术实现思路
仍然存在对于实现或改善需要电流用于致动状态之间的切换和/或用于致动状态的维持的电活性聚合物致动器的有源矩阵寻址的方案的需求。根据各权利要求的设备和方法的目的是解决前文提到的需求。该目的至少部分地利用根据权利要求的设备和方法来实现。从属权利要求限定了有利的实施例。根据权利要求，提供了一种致动器设备，包括：电流驱动的电活性聚合物致动器的有源矩阵阵列；一组寻址线，其中，每个电活性聚合物致动器与两条寻址线相关联，用于选择所述电活性聚合物致动器以及放电或充电模式；与每个电活性聚合物致动器相关联的相应切换电路，其中，每个切换电路包括：第一电路，其包括用于响应于第一寻址信号而驱动沿第一方向通过所述电活性聚合物致动器的可控制电流的至少第一晶体管；以及第二电路，其包括用于响应于第二寻址信号而驱动沿相反的第二方向通过所述电活性聚合物致动器的可控制电流的至少第二晶体管。所述控制线是控制驱动晶体管的栅极。所述控制线因此适合于提供确定到致动器的电流的驱动数据(栅极控制电压)并且适合于对致动模式的选择。因此，沿第一方向驱动致动器可以被称为充电模式，而沿第二方向的驱动可以被称为放电模式，或者反之亦然。所述控制线能够被用于选取致动的意义。该设备使得致动器能够利用沿两个相反方向的电流来驱动，使得致动器可以在各状态之间被双向地驱动。电流能够被用于在各状态之间进行切换和/或用于维持状态。所述设备能够因此工作用于电流驱动和电压驱动的致动器或混合型设备。对于电流驱动的致动器，其具有其特定的优点。同样地，当存在多个致动器时(诸如具有致动器的阵列的设备)，所述控制线能够被用于选择致动器。所述设备避免了在驱动方向改变时必须在致动器的驱动导体中运送大量电荷。电流方向的寻址线改变驱动。对功率线和/或寻址线的这样的充电或放电会引起不期望的时间延迟。第一寻址信号可以是在第一寻址阶段期间，并且第二寻址信号可以是在第二寻址阶段期间。在该背景下，术语“时段”仅仅用于指示不同时间处的不同致动命令。术语“时段”不一定对于所有致动器都是相同的或者事实上是规律的或周期性的。何时需要充电和何时需要放电将取决于当前致动状本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包括致动器单元的设备，所述致动器单元包括：/n电活性致动器(30)，其用于电流寻址的致动；/n驱动电路，其用于对所述电活性致动器的电流寻址的致动，所述驱动电路包括：/n第一控制线(52、80)和第二控制线(60、82)，其用于控制所述致动器单元；/n第一电路(42)，其包括用于驱动沿第一方向通过所述电活性致动器的电流的第一晶体管(34)，所述第一晶体管的栅极与所述第一控制线相关联；以及/n第二电路(44)，其包括用于驱动沿与所述第一方向相反的第二方向通过所述电活性致动器的电流的第二晶体管(36)，所述第二晶体管的栅极与所述第二控制线相关联。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180209 EP 18156078.01.一种包括致动器单元的设备，所述致动器单元包括：
电活性致动器(30)，其用于电流寻址的致动；
驱动电路，其用于对所述电活性致动器的电流寻址的致动，所述驱动电路包括：
第一控制线(52、80)和第二控制线(60、82)，其用于控制所述致动器单元；
第一电路(42)，其包括用于驱动沿第一方向通过所述电活性致动器的电流的第一晶体管(34)，所述第一晶体管的栅极与所述第一控制线相关联；以及
第二电路(44)，其包括用于驱动沿与所述第一方向相反的第二方向通过所述电活性致动器的电流的第二晶体管(36)，所述第二晶体管的栅极与所述第二控制线相关联。


2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一晶体管(34)的通道和所述第二晶体管(36)的通道串联在第一功率线(38)与第二功率线(40)之间，并且所述电活性聚合物致动器被连接到所述第一晶体管的所述通道与所述第二晶体管的所述通道之间的接合部(32)处。


3.根据权利要求1或2所述的设备，其中：
所述第一控制线包括第一数据线(48)和第一寻址线(52)，并且所述第二控制线包括第二数据线(56)和第二寻址线(60)；
所述第一电路(42)包括：
在所述第一数据线与所述第一晶体管的栅极之间的第一开关(46)，并且所述第一开关被配置为由所述第一寻址线来控制，并且
所述第二电路(44)包括：
在第二数据线(56)与所述第二晶体管的栅极之间的第二开关(54)，所述第二开关(54)由所述第二寻址线(60)来控制。


4.根据权利要求2或3所述的设备，其中：
所述第一电路(42)包括：
第一电容器(50)，其用于存储向所述第一晶体管的栅极提供的电压；并且
所述第二电路(44)包括：
第二电容器(58)，其用于存储向所述第二晶体管的栅极提供的电压。


5.根据权利要求3或4所述的设备，其中：
所述第一电路包括第一升压晶体管(34')，其中，所述第一升压晶体管的通道与所述第一晶体管(34)并联，并且其中，所述第一升压晶体管的栅极被连接到用于控制所述第二升压晶体管的第一使能线(90)；并且
所述第二电路包括第二升压晶体管(36')，其中，所述第二升压晶体管的通道与所述第二晶体管(36)并联，所述第二升压晶体管的栅极被连接到用于控制所述第二升压晶体管的第二使能线(90)。


6.根据权利要求2所述的设备，其中：
所述第一电路(42)包括第一电流镜像电路，所述第一电流镜像电路包括所述第一晶体管(34)和第一参考晶体管(72)；
所述第二电路(44)包括第二电流镜像电路，所述第二电流镜像电路包括所述第二晶体管(36)和第二参考晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·T·约翰逊，D·A·菲什，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL