阅读说明：本技术 使用电流寻址的电活性聚合物的致动器设备 (Actuator device using current-addressed electroactive polymers ) 是由 M·T·约翰逊 D·A·菲什 于 2019-01-29 设计创作，主要内容包括：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。(A device as defined by the claim comprises electroactive polymer actuators (30), each being addressed by two addressing lines for selecting an electroactive polymer actuator and a current direction driving mode. A first circuit (42) is for driving a controllable current through the electroactive actuator in a first direction, and a second circuit (44) is for driving a controllable current through the electroactive actuator in a second direction opposite the first direction. The device enables the actuator to be driven with current in two opposite directions so that the actuator can be driven bi-directionally between actuation states.)

使用电流寻址的电活性聚合物的致动器设备

技术领域

本发明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。

背景技术

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，并且本发明对于所有这样的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。

WO 2017/108489和WO 2017/108443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。

发明内容

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态和下一期望的致动状态。可能地，充电和第二电路可以一起运行，例如，如果所述电路中的一个电路仅具有几位的分辨率而另一个具有更多的位的分辨率。以这种方式，所述驱动信号可以被限定为充电电流与放电电流之间的差电流。该驱动信号可以是改变致动器状态的信号，或者其可以是持续电流。

第一晶体管和第二晶体管优选串联在第一功率线与第二功率线之间，并且电活性聚合物致动器被连接到第一晶体管与第二晶体管之间的接合部处。一个晶体管将电流驱动到致动器内，而另一晶体管从致动器中吸出电流。因此，所述致动器例如处在功率线电压之间的电压处。

在第一组范例中：

所述第一电路包括在第一数据线与第一晶体管的栅极之间的第一开关以及用于存储向第一晶体管的栅极提供的电压的存储电容器，所述第一开关由第一寻址线来控制；以及

所述第二电路包括在第二数据线与第二晶体管的栅极之间的第二开关以及用于存储向第二晶体管的栅极提供的电压的存储电容器，所述第二开关由第二寻址线来控制。

该版本利用两个电压驱动电路，使得第一数据线和第二数据线例如包括电压供应导体。

每个晶体管充当电压到电流转换器，其中，其栅极电压确定电流流动，并且所述存储电容器保持栅极电压使得维持期望的电流。

第一寻址线和第二寻址线可以包括行导体，并且第一数据线和第二数据线可以包括列导体。因此，第一电路和第二电路均具有行(寻址)线和列(数据)线。

针对该第一组范例的电压寻址的实施方式，每个切换电路可以还包括：

与第一晶体管并联的第一升压晶体管；

与第二晶体管并联的第二升压晶体管；以及

用于使能或禁用升压晶体管的使能线。

这些升压晶体管使得充电和放电电流能够是以两种模式准确地可控制的——一种是用于实施致动水平变化的高电流模式，而另一种是用于实施持续功能的低电流模式。

在第二组范例中：

所述第一电路包括第一电流镜像电路，所述第一电流镜像电路至少包括第一晶体管和参考晶体管；

所述第二电路包括第二电流镜像电路，所述第二电流镜像电路至少包括第二晶体管和所述参考晶体管；并且

所述切换电路还包括：

在数据线与参考晶体管之间的第一开关，所述第一开关由第一寻址线来控制；以及

选择电路，其用于在第二寻址线的控制下选择第一电流镜像电路或第二电流镜像电路以用于对从数据线采样的电流进行镜像。

在该组范例中，电流被提供给致动器切换电路，使得所述数据线优选包括电流供应导体。两个电流镜像电路被形成；一个用于第一电路并且一个用于第二电路。对哪个电流镜像电路被使用的选择确定沿着哪个方向控制致动器。

第一寻址线可以包括行导体，并且数据线和第二寻址线均包括列导体。对于选定的行，一个列导体选择充电或放电模式，并且另一列导体提供要被镜像的电流。因此，每个致动器仅需要三个导体。当然，可以替代地存在两条数据线和两条寻址线，使得第一电路和第二电路均包括寻址线和数据线。

所述切换电路例如包括用于响应于从数据线提供的电流而存储参考晶体管的栅极上的电压的存储电容器。这提供了电流采样保持功能。

在所有范例中，切换电路例如包括薄膜晶体管，例如低温多晶硅晶体管。

本发明还提供了一种对包括电流驱动的电活性聚合物致动器的有源矩阵阵列的设备进行致动的方法，其中，所述方法包括：

在不同的寻址时段期间使用一组寻址线来选择处于放电模式或充电模式的一组电活性聚合物致动器；

当以充电模式来驱动致动器时，响应于第一寻址信号而使用第一电路来驱动沿第一方向通过电活性聚合物致动器的可控制电流；并且

当以放电模式来驱动致动器时，响应于第二寻址信号而使用第二电路来驱动沿相反的第二方向通过电活性致动器的可控制电流。

两个寻址模式可以是顺序的。然而，其也可以是同时的，其中，被递送到致动器(从致动器排出)的实际电流是基于充电电流与放电电流之间的差。

所述方法还包括以持续模式来操作所述致动器，其中，提供比在充电模式或放电模式中更小的电流以便维持致动水平。

在第一组范例中，所述方法包括：

当以充电模式驱动时，从第一数据线提供数据，并且存储向第一电路的第一晶体管的栅极提供的电压；并且

当以放电模式驱动时，从第二数据线提供数据，并且存储向第二电路的第二晶体管的栅极提供的电压。

这提供了电压驱动的寻址方法，其中，驱动电压被提供给第一数据线和第二数据线。

为了实施用于该电压驱动方案的持续模式，第一电路和第二电路均可以包括并联的第一晶体管和升压晶体管，其中，所述方法包括：

操作第一晶体管和升压晶体管以用于充电模式或放电模式；以及

仅操作第一晶体管用于持续模式。

在第二组范例中，所述方法包括：

当以充电模式驱动时，使用第一电流镜像电路来采样被提供在数据线上的电流；并且

当以放电模式驱动时，使用第二电流镜像电路来采样被提供在数据线上的电流，

其中，选择放电或充电模式包括选择第一或第二电流镜像电路以用于对从数据线采样的电流进行镜像。

附图说明

现在将参考示意性附图详细地描述本发明的范例，在附图中：

图1A示出了未被夹持的已知电活性单元；

图1B示出了由垫层约束的已知电活性单元；

图2示出了根据一个或多个实施例的致动单元的第一范例；

图3示出了根据一个或多个实施例的致动单元的第二范例；

图4示出了如何将图2或图3的多个致动单元组合成阵列；

图5示出了根据一个或多个实施例的致动单元的第三范例；

图6示出了如何将图5的致动单元中的多个致动单元组合成阵列；

图7示出了对图3的致动单元的修改；

图8示出了如何将图7的致动单元中的多个致动单元组合成阵列；并且

图9示出了根据一个或多个实施例的致动方法。

具体实施方式

本发明提供了一种具有致动器单元和驱动单元的设备，所述致动器单元具有电活性致动器，所述驱动单元用于利用沿两个相反方向的电流来驱动电活性致动器以允许或者引起对致动器的双向致动或双向切换。

图2示出了作为根据各权利要求中的一项或多项权利要求的设备的部分的致动器单元20的第一范例。

所述致动单元包括电活性致动器30，电活性致动器30具有用于驱动致动器的至少两个电极。例如，所述致动器可以是图1A或图1B的类型或者备选地另一类型的电活性致动器。致动器30的一个电极被连接到电参考，在这种情况下，所述电参考是接地端子，并且另一电极被连接到节点32。所述节点在第一晶体管34与第二晶体管36之间的接合部处，所述晶体管在第一功率线38与第二功率线40之间彼此串联。所述功率线提供了用于驱动电活性致动器的拉电流或灌电流。这些是提供或灌入以用于切换电活性致动器或者用于维持其致动状态的电流的线。

第一晶体管34是p型，并且第二晶体管36是n型。关于功率线和如下文所描述的寻址的一些方式，这是有利的。然而，其不是必要的，并且其可以是相同的类型。

第一晶体管通道与电活性致动器被串联地连接在第一功率线38与电参考之间，而第二晶体管通道与电活性致动器被串联地连接在第二功率线40与电参考之间。

因此，第一晶体管34是包括晶体管34的第一电路42的部分，用于响应于经由被连接到第一晶体管的栅极的第一寻址线52向第一晶体管的栅极提供的第一寻址信号Vad1而控制沿第一方向(例如，朝向电参考)通过电活性致动器30的电流。类似地，第二晶体管36是第二电路44的部分，用于响应于经由被连接到第二晶体管的栅极的第二寻址线60向第二晶体管的栅极提供的第二寻址信号Vad2而控制沿与第一方向相反的方向(例如，与电参考远离)通过电活性致动器30的电流。

这种配置使得能够使用第一晶体管和第二晶体管来关于其方向、量值和时序来控制通过致动器的驱动电流。同样地，第一电路和第二电路的组合使得能够选择可以为在充电和放电的基础上工作的致动器所需的充电模式(例如，使用第一电路)或放电模式(例如，使用第二电路)。

通过范例，第一功率线38能够处于在要存在于节点32处的最大电压之上阈值量的电压，并且第二功率线能够处于在要存在于节点32处的最小电压之下阈值量的电压。功率线38能够处于高电压，并且功率线40能够处于低电压。第一功率线和第二功率线可以例如分别处于+3V和-3V、或者分别处于+5V和-5V。传送寻址信号Vad1和Vad2的寻址线然后具有类似量级的电压以提供所需的切换功能性。这些值被给出以示出量级，并且示出与高电压场驱动设备相比的离子设备的低电压操作。

当图2的多个致动器单元是阵列的部分时，其可以共享功率线38和40。然而，寻址线52和60需要是分离的，因为要不然对一个致动器的驱动可能影响另一致动器。

图3示出了致动器单元30，其是图2的范例的变型。其具有以下优点：不仅功率线可以被共享在多个致动器单元之间，而且寻址线也能够被共享。这降低了阵列复杂性。在该范例中，第一电路42还包括在电压V1被提供在其上的第一数据线48与第一晶体管34的栅极之间的第一开关46。电路42还包括第一电容器50，其中，其板中的一个板在栅极与第一开关46之间被连接到第一晶体管34的栅极，并且其另一个板被连接到第一功率线38(如果需要，这可以是另一电参考)。该电容器能够充当用于存储向第一晶体管的栅极提供的电压(在这种情况下是数据线电压V1)的存储电容器。电容器50存储晶体管34的栅极-源极电压。第一开关通过第一寻址线52来控制，寻址电压Vad1被提供在第一寻址线52上。

第二电路44包括在电压V2被提供在其上的第二数据线56与第二晶体管36的栅极之间的第二开关54。所述第二电路还包括存储电容器58，其中，其板中的一个板在栅极与第二开关54之间被连接到第二晶体管36的栅极，并且其另一个板被连接到第二功率线40(如果需要，这可以是另一电参考)。该电容器能够用于存储向第二晶体管的栅极提供的电压。电容器58存储晶体管36的栅极-源极电压。事实上第二开关是通过寻址电压Vad2被提供在其上的第二寻址线60来控制的。

开关46、54例如包括或者由晶体管组成，其中，相应的寻址线52和60被连接到晶体管栅极，并且源极和漏极被连接到相应的数据线和相应的第一/第二晶体管34、36的栅极。

再次地，如针对图2的范例，并且通过范例，第一功率线能够处于在要存在于节点32处的最大电压之上阈值量的电压，并且第一功率线处于在要存在于节点32处的最小电压之下阈值量的电压。第一功率线和第二功率线可以例如处于+3V和-3V或者+5V和-5V。传送寻址信号Vad1和Vad2的寻址线然后具有相似量级的电压以提供所需的切换功能性。所述数据线可以正在传送相同量值的电压。电压的符号可以取决于被用于第一晶体管和第二晶体管的晶体管的类型。本领域技术人员将能够选取什么电压要应用于所选取的晶体管的类型。这些值被简单地给出以示出量级，并且示出与高电压场驱动设备相比的离子设备的低电压操作。

上文所描述的致动单元具有利用两个电压驱动子电路的驱动单元。第一和第二寻址线52、60包括或者由电压供应导体组成。数据线48和56还包括或者由电压供应导体组成。每个晶体管34、36充当电压到电流转换器，其中，其栅极电压确定电流流动。因此，这些单元可以被称为电压寻址的电流驱动单元。尽管在图2的范例中是寻址电压确定电流流动，但是在图3的范例中是数据线电压限定流动的电流。然而，在这两个范例中，电活性致动器与两条寻址线52、60相关联，每条线在切换和/或维持其致动期间执行选择单元和其电流流动模式的双重角色。

由于在图3中示出的范例中，如在寻址时段期间由数据线向晶体管的栅极提供的电压能够被至少部分地存储在电容器中，即使在寻址信号已经被去除之后，该单元中的电流流动也能够被维持至少一些时间。然而，应当注意，电容器可以被省略，因为其对于具有开关46和54的基本电路而言不是必须的。

图3的个体的第一和第二电路的操作能够在很大程度上相当于用于驱动LED或OLED设备的已知有源矩阵电路。在第一电路的情况下，其涉及将第一晶体管34的栅极编程有数据电压V1(使用采样保持寻址方案)，晶体管以如下模式来驱动：通过由数据电压V1限定的栅极-源极电压V_GS1来限定电流：

I＝β(w/l)(V_GS1-V_TH)²

其中，w是晶体管栅极的宽度，l是晶体管栅极的长度；β是晶体管因子；并且V_TH是晶体管开始导电的阈值电压。晶体管因此充当电压控制的电流源。

如果存在的话，存储电容器的功能是在电路未正在被寻址的时段中帮助维持电流源的控制端子处的恒定电压。第一电路能够用于引起电流驱动的EAP沿给定方向进行致动。

为了反转通过第一电路操作所诱导的致动，第二电路44被提供到总电路内。所述第二电路用于驱动沿相反方向通过电活性致动器的电流。其以与第一电路相同的方式来操作。晶体管36的栅极再次使用采样保持寻址方案被编程有数据电压V2，并且晶体管再次以如下方式来驱动：通过由数据电压V2限定的栅极-源极电压V_GS2来限定电流：

I＝β(w/l)(V_GS2-V_TH)²

如果存在的话，存储电容器的功能再次是在电路未正在被寻址的时段中帮助维持电流源的控制端子处的恒定电压。所述第二电路用于引起电流驱动的致动器沿与第一电路相反的方向进行致动。

以上电路或电路的部分(诸如晶体管)可以以基于半导体的技术来构建，所述半导体诸如是非晶硅、低温激光结晶硅(LTPS)或者基于氧化锌的半导体(诸如氧化铟镓锌(IGZO))是范例的其他非晶半导体。从显示器领域获知这些技术。备选地，可以使用塑料电子设备技术。这些可以与基于电活性聚合物的电活性致动器更好地兼容。

上文的范例提供了具有按照切换方向充当电流源的单个晶体管的最基本电路。更复杂的方案是可能的，并且可以例如被应用于可以在老化期间出现的薄膜晶体管的阈值电压的偏移的补偿。这样的额外补偿措施例如在如下文所描述的用于有源矩阵(O)LED显示像素寻址方案的寻址电路中是已知的。如果电路以本文中之前提到的技术(诸如基于硅的技术)来构建，这样的方案则会是需要的。为了简短并且因为其不改变本文中所公开的新颖性构思的操作方式，这样的补偿电路将不进行描述。

图4示出了如何将图3的(多个)致动器单元30中的多个致动器单元组合成阵列，诸如有源矩阵阵列中的一个。每个致动器单元60与两条行寻址线52、60和两条列数据线48、56相关联。第一和第二寻址线52、60例如包括行导体，并且第一和第二数据线48、56包括列导体。然而，应当注意，术语列和行的使用是稍微任意的。因此，在工作原理上没有实质差异的情况下，寻址线可以包括行线，而数据线可以包括列线。因此，在图4的情况下，第一和第二电路均具有行(寻址)线和列(数据)线。功率线也可以被不同的致动器单元共享(例如在行中的那些行之间)，并且因此其也能够被包括在列线中。为了清楚，其尚未在图4中进行示出。所述致动器单元的参考端子可以在阵列中的许多致动器(例如，寻址行中的所有致动器或实际上阵列中的所有致动器)之间是共同的。

图2的致动器单元20中的多个致动器单元也能够被组合在根据图4的阵列(诸如有源矩阵阵列)中，具有以下差异：数据线48和56现在表示寻址线，而寻址线52和60被省略。

为了寻址致动器的阵列，假设阵列最初处于特定的致动状态，并且所有行最初被供应有非选择电压(Vns)。在这种情况下，没有数据能够被传输到致动器。

致动器的第一行利用被应用于这两条寻址线52、60的选择电压来寻址，并且其他行不被选择(Vns仍然被应用)。如果致动器需要沿一个方向被切换(能够是对致动器单元的充电)，驱动电压V1被应用于第一数据线48以产生流入到致动器中的合适电流。如果致动器需要沿另一方向被切换(能够是对致动器单元的放电)，驱动电压V2被应用于第二数据线56以产生从致动器流出的合适电流。在该时段的结束的时候，电流将流入第一行中的致动器或者从第一行中的致动器流出，并且将通过存储电容器来维持。

致动器的第二行然后利用被应用于这两条寻址线的选择电压来寻址，并且其他行不被选择(Vns)。针对每个另外的行，然后接着与用于前一行相同的过程，直至整个阵列已经被寻址并且根据需要被致动。

在整个寻址阶段结束的时候，所有行都能够被取消选择(利用寻址电压Vns)，并且电压能够从列去除，由此致动器将保持处于其切换的状态，直至达到所需的最终的致动状态，此时，阵列可以以与上文所描述的方式类似的方式被重新寻址以仅设置持续电流(如果需要的话)。所述持续电流被用于在切换电流已经被提供之后维持所实现的致动状态。

图5示出了作为新颖性设备的部分的致动器单元51的另外的范例。

如针对图3的范例，图5的致动单元51包括电活性致动器30，其中，一个电极被连接到参考(诸如接地)，并且另一电极被连接到节点32。所述节点在第一晶体管34与第二晶体管36之间的接合部处，并且第一晶体管34和第二晶体管36在第一功率线38与第二功率线40之间。第一晶体管34是第一电路42的部分，用于在第一寻址时段期间响应于第一寻址信号而控制沿第一方向通过电活性致动器30的电流。第二晶体管36是第二电路44的部分，用于在第二寻址阶段期间响应于第二寻址信号而控制沿相反的第二方向(例如，远离接地)通过电活性致动器30的电流。

该单元与图2或图3中的单元不同在于：其在数据线70上被提供有数据电流I1。

第一电路42包括由第一晶体管34和参考晶体管72部分地形成的第一电流镜像电路。数据电流I1通过参考晶体管72来提供，并且其被第一镜像晶体管74并且再次被由第二镜像晶体管76和第一晶体管34的组合形成的另一电流镜像电路进行镜像。

第一电路44包括由第二晶体管36和参考晶体管72形成的第二电流镜像电路。

第一开关78在数据线70与参考晶体管72之间，并且其由电压Vad1被提供在其上的第一寻址线80来控制。

还提供了选择电路，所述选择电路包括用于中断通过第一电流镜像电路的电流流动的另外的第一开关84和用于中断通过第二电流镜像电路的电流流动的另外的第二开关86。选择线82被提供用于传送用于控制另外的第一和第二开关的选择电压Vsel。选择线以及其上的电压能够因此被用于以互补的方式来控制两个串联开关84、86。所述选择电路因此用于在第二寻址线82的控制下选择第一或第二电流镜像以用于对从数据线70采样的电流进行镜像。

第一寻址线80、数据线70和第二寻址线82均可以包括单独的导体。对于选定单元(使用寻址线80)，导体82选择电流流动的方向(其可以是对致动器的充电或放电)，并且另一个列导体70提供要被镜像的电流。因此，每个致动器单元仅需要三个导体。在这种情况下，模式选择和致动器选择被分开，但是两项功能再次利用两条寻址线来实现。

所述第一电路可以包括存储电容器88，存储电容器88用于响应于从数据线70提供的电流而存储参考晶体管72的栅极上的电压。这提供了被共享在第一电路与第二电路之间的电流采样保持功能。这种电路的优点是，仅需要一个寻址电流以用于灌入和拉出到致动器30的电流。电容器88存储针对晶体管36和74的栅极电压，并且晶体管74使得电流能够被复制到晶体管34内并且因此被复制到致动器30中。具有经由***电路中的数据线70的一个电流驱动器比具有带有相反极性的两个电流驱动器更易于处理并且更便宜。

电容器88能够被分成两个，一个仍然作为电容器88并且新的电容器在晶体管34的栅极处。这将需要另一开关来利用电压对其进行寻址，非常像图3中的电路。备选地，图5的右侧上的寻址电路实施用于晶体管34，使得晶体管34能够使用电流副本来进行寻址，即如同晶体管36被寻址。功率节省能够通过在晶体管34的栅极处添加开关和电容器来实现，并且这将是有利的，但是考虑到84将被关闭，将需要额外的开关来关闭晶体管74和76之间的电流路径。

被选取用于图5的电路的电压将适合于所使用的技术，诸如LTPS或如上文所描述的技术的类型。所选取的电流将适合于具体类型的电活性致动器。

图6示出了将图5的致动器单元51中的多个致动器单元组合成阵列，诸如有源矩阵阵列。每个单元51与一条行寻址线和两条列线相关联，其中的一条列线是寻址线，并且其中的一条列线是数据线。

第一寻址线80可以包括行导体，并且数据线70和第二寻址线82均包括列导体。然而，这也可以被反转，因为寻址线可以包括或者由列导体组成，而数据线和第二寻址线包括或者由行导体组成。

为了对致动器的阵列进行寻址，可以接着与上文类似的方法。假设所述阵列最初处于特定的致动状态，并且所有行最初被供应有非选择电压(Vns)。在这种情况下，没有数据能够被传输到致动器。

致动器的第一行利用被应用于寻址线80的选择电压来寻址，并且其他行不被选择(Vns仍然被应用)。对于行中的每个致动器，电流方向模式(能够是充电或放电模式)是使用第二寻址线82来选择的。期望的电流从电流驱动器被应用于数据线70。在已经达到期望的致动之后，致动器的第二行然后利用被应用于行寻址线的选择电压来寻址，并且其他行不被选择(Vns)。然后接着与前一行相同的过程。

在整个寻址阶段结束的时候，所有行都能够被取消选择(利用寻址电压Vns)。阵列可以被周期性地重新寻址，以在需要的情况下仅提供持续电流。

如上文所提到的，可能需要持续电流来维持期望的致动状态。这可以通过以适合的电流水平周期性地对阵列进行重新寻址来实现。大多数时候，阵列中的致动器可以处于这种持续模式，并且因此重要的是，持续电流能够被准确地设置在致动状态所需的水平处并且被维持。

所需的持续电流是具体电活性致动器的特性，并且甚至可以取决于致动状态。其可以在由制造商提供或者在产品校准和测试阶段期间获得的查找表中进行限定。

当切换致动状态时，需要比持续电流所需的高得多的电流。难以从基本电流驱动电路提供准确的低水平持续电流和显著更高的切换电流两者。

图7示出了致动器单元71，其是图3的致动器单元的修改，用于实现高水平驱动电流和低水平持续电流。在一种类型的晶体管的情况下，这两种电流的递送通常是困难的。

与图3中相同的参考数字被用于相同的部件，并且描述不被重复。

第一电路包括第一升压晶体管34'，第一升压晶体管34'与第一晶体管34并联地连接在第一功率线38与节点32之间。第一晶体管的栅极和第一升压晶体管被连接。第一电路还包括用于使能或禁用第一升压晶体管提供的电流路径的另外的第一开关92。在这种情况下，开关92处在功率线38与第一升压晶体管之间。然而，其也可以被提供在第一晶体管的栅极与第一升压晶体管之间。

第二电路包括第二升压晶体管36'，第二升压晶体管36'与第二晶体管36并联地连接在第二功率线40与节点32之间，其中，其栅极被连接到第二晶体管36的栅极。第二电路还包括用于使能或禁用第二升压晶体管提供的电流路径的另外的第二开关94。在这种情况下，开关94在功率线40与第二升压晶体管之间。然而，其也可以被提供在第二晶体管的栅极与第二升压晶体管之间。

提供了连接到另外的第一和第二开关92和94的使能线90，以便使用使能信号Ven来使能或禁用升压晶体管。

当被激活时的并联升压晶体管意指两个电流并联地流入或流出致动器。因此，更高的电流被实现。这样的更高的电流能够被有利地用于改变致动器的致动状态所需的切换电流。

如果这两个并联晶体管具有相同的尺寸，则由第一/第二晶体管所提供的电流是两倍。然而，在优选范例中，升压晶体管被设计为提供比第一/第二晶体管更大的电流，使得切换电流能够变得大得多。例如，如果升压晶体管是第一/第二晶体管的尺寸五倍，总和将是仅第一/第二晶体管的电流六倍。设计更高电流输出的最简单方法是通过将晶体管定尺寸为具有为布局设计问题的更高宽长比。清楚地，备选方案可以被用于调整在以上晶体管电流公式中的其他因子中的任意因子。

如果在切换之后需要准确的持续电流，并联晶体管中的更小晶体管可以被使用，而升压晶体管使用使能/禁用信号来禁用。

图8示出了额外的升压晶体管如何改变图5的矩阵设计。其示出了使能线90被提供为额外的行导体。

在致动器至新致动水平的驱动期间，使能线被用于提供电路中的这两个并联晶体管。一旦致动器阵列处于其期望的致动状态，周期性重新寻址就可以在升压晶体管被禁用的情况下被执行，使得持续电流水平使用第一或第二晶体管被供应给致动器(或者从致动器排出)。

图9示出了对包括电活性致动器的有源矩阵阵列的设备进行致动的方法。所述方法包括，在步骤100中，在不同的寻址阶段期间使用一组寻址线来选择处在第一方向电流模式(其可以是放电或充电模式)中的一组电活性致动器。

当以第一电流方向模式来驱动致动器时，步骤102包括响应于第一寻址信号而使用第一电路来驱动沿第一方向通过电活性致动器的可控制电流。

当以第二电流方向模式来驱动致动器时，步骤104包括响应于第二寻址信号而使用第二电路来驱动沿相反的第二方向通过电活性致动器的可控制电流。

在所有范例中，所述电活性致动器包括用于提供机械致动的电活性材料结构，使得所述结构限定非致动状态以及能通过电驱动电流到所述结构的应用实现的至少一个致动状态(不同于非致动状态)。致动器具有电极布置，所述电极布置具有用于向材料提供驱动电流的至少两个电极。

每个单元的致动器材料可以被夹置在电极之间。备选地，电极能够在材料的相同侧上。在任一种情况下，电极能够在其之间中没有任何(被动)层的情况下直接地、或者在其之间具有额外(被动)层的情况下间接地被物理地附到材料。电极可以是可拉伸的，使得其跟随电活性致动器的变形。适合于电极的材料也是已知的，并且可以例如选自包括以下项的组：薄金属膜，诸如金、铜或铝；或者有机导体，诸如炭黑、碳纳米管、石墨、聚苯胺(PANI)、聚(3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)，例如聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)。也可以使用金属化聚酯膜，诸如金属化聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，例如使用铝涂层。

将例如考虑不同层的弹性模量(杨氏模量)来选择不同层的材料。

在图中已经示出了2×2阵列。一般而言，存在具有均由如图所示的有源驱动电路驱动的m×n个电活性聚合物致动器的阵列。n≥2并且m≥2，例如，n≥4或n≥10或n≥50和/或m≥4或m≥10或m≥50。

上文的电路是基于晶体管的使用，并且开关也可以是晶体管。晶体管优选在例如非晶硅或IGZO或多晶技术中被制作为薄膜晶体管。

适合于电活性致动器的材料是已知的。其可以具有无机性质或有机性质。优选地，其具有有机性质，因为这提供容易的设计选项。电活性材料优选是聚合物类型，使得电活性致动器是电活性聚合物致动器。

电活性聚合物包括但不限于下述子类：压电聚合物、机电聚合物、弛豫铁电聚合物、电致伸缩聚合物、电介质弹性体、液晶弹性体、共轭聚合物、离子聚合物金属复合物、离子胶体和聚合物胶体。

离子EAP(其是本发明的主题)通过转运介质内的电诱导的离子和/或溶剂的转运而被激活。其通常需要低电压但是高电流。介质可以包括液体/凝胶电解质介质(但是一些材料系统也能够使用例如聚合体形式的固体电解质来操作)。

这些设备可以利用大的滞后回线来操作。需要大的电流注入来移动滞后回线并且因此改变致动状态，并且需要小的持续电流来保持致动水平。也可能需要持续电流。

离子EAP的第一显著子类是离子聚合物金属复合物(IPMC)。IPMC包括溶剂溶胀的离子交换聚合物膜，所述膜被层压在两个薄金属或炭基电极之间，并且需要使用电解质。典型的电极材料是Pt、Gd、CNT、CP、Pd。典型的电解质是Li+和Na+水基溶液。当施加场时，阳离子通常与水一起行进到阴极侧。这导致亲水簇的重组和聚合物膨胀。阴极区域中的应变导致聚合物基质的其余部分中的应力，导致朝向阳极弯曲。反转所施加的电压使弯曲反转。众所周知的聚合物膜是和

离子聚合物的另一显著子类是共轭/导电聚合物。共轭聚合物致动器通常包括由两层共轭聚合物夹置的电解质。所述电解质用于改变氧化态。当通过电解质向聚合物施加电势时，电子被添加到聚合物或者从聚合物去除，从而驱动氧化和还原。还原导致收缩，氧化导致膨胀。

在一些情况下，当聚合物自身缺乏足够的导电性(尺寸方向)时，添加薄膜电极。所述电解质能够是液体、凝胶或固体材料(即，高分子量聚合物和金属盐的复合物)。最常见的共轭聚合物是聚吡咯(PPy)、聚苯胺(PANi)和聚噻吩(PTh)。

设备中诱导的应变例如与电荷成比例(并且因此，应变率与电流成比例)。例如对于聚吡咯，就是这种情况。应变与电荷之间的这种线性关系在多达1Hz的大频率范围内是有效的。表示电学行为的简单模型是大的电容器以及并联电阻器与另一电阻器串联。

如果电镀的电极被布置在非对称配置中，则所施加的电压能够引起所有类型的变形，诸如扭曲、滚动、扭转、旋转和非对称的弯曲变形。

如通过权利要求限定的设备能够被应用在各种各样的应用中。

在许多应用中，产品的主要功能依赖于对人体组织的(局部)操纵或者对组织接触界面的致动。在这样的应用中，致动器并且尤其是有机类型的致动器提供独有的益处，主要是因为小形状因子、灵活性且高能量密度。因此，其能够被容易地集成到柔软的、3D形状的和/或微型的产品和接口中。这样的应用程序的示例如下：

皮肤美容处置，诸如皮肤贴片形式的皮肤致动设备，其对皮肤施加恒定或循环的拉伸以拉紧皮肤或减少皱纹；

具有患者接口面罩的呼吸设备，其具有致动器致动的活性衬垫或密封件以向皮肤提供交替的正常压力，从而减少或防止面部红印；

具有自适应剃须刀头的电动剃须刀。能够使用致动器来调节皮肤接触表面的高度，以便影响紧密度与刺激之间的平衡；

口腔清洁设备，诸如具有动态喷嘴致动器的空气牙线，以改善喷雾的达到范围，特别是在牙齿之间的空间中。备选地，可以为牙刷提供激活的刷毛；

消费电子设备或触摸板，其经由被集成在用户接口中或附近的换能器的阵列来提供局部触觉反馈；

具有可转向尖端的导管，其实现了在曲折血管中的轻松导航。

受益于致动器的另一类别的相关应用涉及对光的修改。通过使用致动器的形状或位置适应，能够使诸如透镜、反射表面、光栅等的光学元件变得自适应。在此，致动器的益处是例如更低的功耗。

注意，术语“行”和“列”是稍微任意的，并且仅仅用于表示正交线。因此，尽管行一般被认为从左向右行进并且列一般被认为从顶部向底部行进，但是如果设备以特殊方式被旋转地取向，这不排除行可以上下进行并且列可以左右行进。因此，“行”和“列”仅仅用于阅读者的方便，并且可以被认为相当于“第一向量方向”和“第二正交向量方向”。

本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。尽管某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应当被解释为对范围的限制。

总之，如通过权利要求限定的设备包括电活性聚合物致动器，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。第一电路是用于驱动沿第一方向通过电活性致动器的可控制电流，并且第二电路是用于驱动沿与第一方向相反的第二方向通过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，使得致动器可以在致动状态之间被双向地驱动。