CN102903335A - 具有光学层的耐冲击装置 - Google Patents

Abstract

一种具有光学层的耐冲击装置。该耐冲击装置包括一光学层及一电子层。一可挠薄片构件包括前述光学层及电子层，以及一背板构件利用机械式接触的方式设置于可挠薄片构件的背面。背板构件包括一可变型材料，具有一临界范围内的粘滞响应，其中临界范围是由来自正面的一冲击造成可挠薄片构件的压力临界值以及拉力临界值所定义，当未达到压力临界值及拉力临界值时，前述光学层与电子层不会发生破损。

Description

具有光学层的耐冲击装置

技术领域

本发明涉及一具有光学层的耐冲击装置，特别是一耐冲击显示器装置。

背景技术

以下所提到的“耐冲击”是表示一装置或其中的单一层结构被期望能抵抗冲击的能力，例如一装置经过抛掷或落下后所受冲击，仍能维持其正常的功能。“冲击”的定义为一物体与一装置之间撞击的相对速度超过0.1m/s；“光学层”的定义则是包括一单层或复合层，具有提供电磁辐射的功效，特别是指在光学层中进行光的吸收、发射及穿透等行为。主动式的功效包括，通过光射入或由光学层吸收产生的光电能量转换；而被动式的功效则是包括选择性反射、穿透或改变来自第二光源的光线。其中光学层一般用于显示器上，可提供图像信息给观赏者，通过显示器中例如像电子设计以形成可控制该光学层的接口，以达到上述的功效。

举例而言，在阴极射线显示器(CRT)中，光学层为一萤光层，通过显示器中的电路来控制电子束，并且射向萤光层上产生激发光效果。一般来说，CRT具有较好的耐冲击能力，因为其显示器前方具有一较厚的玻璃，然而，近年来普遍对于显示器的需求转为较薄、较轻者佳，因此CRT目前大多已由液晶显示器(LCDs)所取代，LCDs的光学层包括一液晶层结构，能够调整来自背光模块射出的光线的穿透率。另一个可能更薄且更轻的装置是所谓的电子书显示器(e-readers)，其中光学层由包覆一带电性的染料(electrophoretic ink)的微囊(micro-capsules)所构成，通过电子驱动改变电场以调整光线的反射条件，不论是上述哪一种显示装置，负责调控光学层作用的电子设计都是以紧邻或是整合于光学层中的一薄型电子层结构来呈现。

显示器的使用过程中，有机会遭遇许多不同尺寸、形状及带有冲击力的物体冲击，特别是当那些显示器被应用在较非正式使用的情况，例如提供给学校的儿童使用的电子书显示器。对于现在的薄型显示器装置来说，如何具有足够的耐冲击能力为一大问题，当然，包括用于移动电话、电子书及教育场所的较大型的显示器等对于耐冲击能力方面亦有很大的需求。对于这些较大型的显示器而言，两项最重要的要素为轻量化及好的耐冲击能力，此乃因显示器破损而导致的产品回收率往往会随着显示器尺寸提升而有明显的增加，然而，目前的方法无法同时满足轻量化及较佳的耐冲击能力的需求。

一种典型可增加显示器装置耐冲击能力的做法，就是提供一耐冲击的透明前置层，例如强化玻璃或是丙烯酸树脂板以保护较为脆弱的光学层受到冲击，但不幸的是，这样的耐冲击层却可能造成遮挡光学层的可视范围并且增加显示器装置的厚度，与前述现在普遍显示器的需求互相矛盾。美国专利2005/0077826中公开了使用一耐冲击膜的做法，利用贴覆于平面显示器的前方玻璃上，可避免该玻璃受到冲击而破损。

但是其缺点仍在于提供保护膜的作法仍可能遮挡到光学层的可视范围并影响显示器的图像质量，也可能增加显示器的非预期的厚度及重量，因此上述缺点均使得目前显示器在改善耐冲击能力这方面仍有极大的需求。

发明内容

本发明的一实施例提供一耐冲击薄片装置，包括一光学层、一电子层及一背板构件。光学层可见于显示器的正面(第一面)，而电子层可调控光学层和/或形成光学层的一连接接口。一可挠薄片构件包括上述的光学层与电子层，其具有一压力临界值及拉力临界值，当未达到压力临界值及拉力临界值时，光学层与电路层不会发生破损，而背板构件利用机械式接触的方式设置于可挠薄片构件的背面(第二面)，亦即与显示器的正面相反。

背板构件包括一可变形材料，具有一临界范围内的粘滞响应，此临界范围是由一来自装置正面的冲击造成的上述压力临界值及拉力临界值来定义，该临界范围的上极限定义为，受到冲击造成背板构件变形，其施加于可挠薄片构件上的压力要低于该压力临界；而下极限的定义则是，背板构件的变形量要保持在一最大变形量的范围内，以避免可挠薄片构件发生过度延展以超出其拉力临界，通过这样的做法，能够允许大部分的冲击能量通过背板构件的粘滞响应来消散。

关于粘滞响应，我们定义为一响应涉及应变率或其他复杂的形式，也就是指施加于背板构件的应力可能是相当于一应变的复杂函数再加上应变率。在一实施例中，背板构件具有一粘性η及一厚度d，且当粘性与厚度比(η/d)介于0.25MPa·s/m至5GPa·s/m时，该背板构件的粘滞响应于该临界范围内，如此一来，可挠薄片构件对于一般的冲击及应力可具有适当的耐冲击能力，这里的粘性是在室温及其他标准环境条件下所测量。

通过结合一可挠薄片构件以及一置于装置背面的背板构件，目前公开的装置可提供更好的耐冲击能力，其中该背板构件具有一粘性，能够在装置受到冲击时，通过变形以支撑可挠薄片构件，不会施加过大的压力于可挠薄片构件或是让其发生过度延展。光学层与电子层属于关键零件，并包括于该可挠薄片构件中，由于背板构件能够让可挠薄片构件在受到冲击的情况下，在一可控制的范围内变形，因此冲击的能量不会主要由这些关键零件负责消散，而是会传递至背面的背板构件上。

在一实施例中，例如为一显示器装置，通过电子层设置于光学层内，并能够驱动及控制显示器，且由于一背板构件为设置于光学层的背面，因此不会阻挡其可视范围，进而不会影响该显示器的图像质量。

此设计的一个优势在于，背板构件的材质可不受限于必须使用可置于光学层正面的特性(例如非透明式)，因此，在一优选的实施例中，背板构件可包括一具有理想的粘滞特性的微胞泡棉(micro-cellular foam)层，其有助于冲击能量的消散，例如通过挤压时通过摩擦来消耗，另外泡棉相较于传统实心的保护材料相对较轻，亦有助于减轻整体装置的重量。

在另一实施例中，该耐冲击薄片装置可为一太阳能板装置，其中的光学层包括一光电板以及一电子层，且该电子层与光电板相连接并可传送由光电板产生出的电能。

应了解的是，太阳能板与显示器装置的问题相似，由于目前市面上大多数的太阳能板是生产于玻璃上，而为了安装方便及减少运输的花费，太阳能板同样具有减轻重量的需求。此外，太阳能板还要能承受室外的条件，例如像冰雹等物体落在太阳能板的情况。另外，太阳能板需特别考虑的就是理想效率，所谓理想效率，是只来自光源的光线必须具有一足够好的光行径路线，以抵达太阳能板的能量转换层。

传统的太阳能板，其装置正面会特别强化，以至于会增加重量、费用以及效率的损耗，因此，太阳能板也具有需要改善耐冲击能力同时消去上述缺点的需求。而这些及其他的需求均可以由上述的装置来实现。

其他的应用，例如像有机发光二极管(OLED)发光层，当将OLED面板贴覆于一墙面时，其亦有耐冲击防护的需求，可同样由上述的装置来实现。

此外，本发明亦提供一可耐正面冲击的装置的制造方法。首先，提供一可挠薄片构件，包括一光学层以及一电子层，该电子层可控制该光学层和/或形成光学层的一连接接口。此外，可挠薄片构件的压力临界值及拉力临界值，以未达到光学层与电子层发生损坏的条件决定；并且，背板构件利用机械性接触的方式设置于可挠薄片构件的背面，与承受冲击的装置正面呈相反，该背板构件包括一可变形材料，具有同上述一黏性临界范围。而利用该制造方法，即可实现一耐冲击装置，并具有以上所述的优点。

为使本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例并配合附图做详细说明。

附图说明

图1表示本发明一实施例的电流模型示意图；

图2A-图2B表示本发明一实施例的耐冲击装置，受到一来自前方冲击的示意图；

图3A-图3E表示针对一冲击的数值计算以及模型示意图；

图4表示本发明一实施例中冲击模型的参数示意图；

图5表示本发明一实施例的装置受到来自一第一面冲击的示意图；

图6A-图6C表示本发明一实施例的可挠显示器装置示意图；

图7A-图7C表示本发明一实施例的实心显示器装置示意图；

图8A-图8C表示本发明一实施例的太阳能板装置示意图；

图9表示本发明一实施例的装置受到来自第一面笔尖碰触的示意图；

图10表示本发明一实施例的显示器装置的多层结构示意图；

图11表示本发明一实施例的太阳能板装置的多层结构示意图；以及

图12表示背板构件材料在不同应变率下的应力(σ)对应变(ε)的曲线。

【主要元件符号说明】

耐冲击装置 1

光学层 2

电子层 3

可挠薄片构件 4

背板构件 5

可变形材料/弹性材料 5a

微胞 5b

外壳 6

实心背板 6a

第一面保护层 7

背板层 8

冲击 9

冲击物体 9a

冲击球体 9b

第一面 10

节点 11/12

弹簧 13

阻尼 14

数值模型曲线 31

分析模型曲线 32

耐冲击装置 1a-1c/1t

囊胞 2a

太阳能板 2b

显示效果层 2d

液体 2f

微粒子 2p

微泡 2m

光电传感器 2t

光电传感器层 2s

反相电极 3c

驱动电极 3d

导电电路 3e

像素电极 3p

绝缘材料 3i

接口/驱动电子层 3s

光能 20

粘着层 45

曲线 121/122/123

具体实施方式

下面段落请参阅图1-图4，其中一分析方法为用来帮助评估材料的性质以提供装置需要的确切耐冲击力范围，以下的说明并不限定于本发明的特定模型以及推导，其他的分析、数值或经验上的方法若可提供关于可挠薄片构件及背板构件需要或理想的相似甚至不同的信息，亦均可包含于本发明的范围。

一超薄型可挠薄片构件包括一光学层，利用其可挠的特性，能够允许超出平面的相对大幅度的变形。例如一显示器装置，具有包括一光学层的可挠薄片构件，当受到物件冲击时，该冲击能量可通过一较长的凹陷深度来消散，以减少施加于装置内层结构的负担，防止发生损坏。另外，利用一些适当的填充材料，也可将冲击造成的变形分散到一大面积范围，进而减少直接作用在装置中脆弱结构上的负担与冲击。如同先前所述，这些特点均适用于显示器与太阳能板装置。

因为一般显示器通常为实心的，因此不具有太多的空间来容纳受到物体冲击所产生的超出平面的变形量，也就是说，这些冲击能量只能消散于有限的凹陷路径中，容易造成极大的负担和应变。这样剧烈的冲击只能直接穿过显示器层及作用在其表面，且糟糕的是，显示器上经常应用材料均为易脆材料(例如玻璃)，在破损前仅能承受相当有限的应变。

在本发明中所公开的显示器装置的一优点为，能够至少降低显示器发生超出平面变形量的限制，并且能够通过导引变形的方式来减少破坏，亦即冲击能量能够被分散到一大面积范围且具有一相对长的凹陷路径(冲击造成的凹陷深度)来消散。

使用超薄型显示器时，其超出平面的变形量较不受限制，因为这型的显示器，其所有内层都非常接近中立线，也就是说，当显示器弯折时，这些层内仅会承受和缓的应力及应变，因此，超薄型显示器较能够承受总体上较大的变形，而不会发生材料破坏(例如弹性变形)。

在平板理论中，平板的挠曲硬度(flexural rigidity)D，代表该平板挠曲时的硬度，如下所示：

$\left(1\right)---D=\frac{{\mathrm{Eh}}^3}{12(1-v^2)}$

E表示平板材料的弹性系数(以下等同于杨氏系数)，ν表示材料的泊松比(Poisson ratio)以及h表示平板的厚度。特别注意的是，挠曲硬度与厚度的三次方成正比，这代表超薄型平板(例如100μm)的挠曲硬度非常的小，也就是非常容易弯折。此外，尽管超薄型显示器可能并非由一同质材料所构成(可能为由多层不同材料迭合组成)，但一有效挠曲硬度仍适用于表示多层结构的显示器，因此，上述理论亦适用于此例，也就是说超薄型显示器不仅可承受大的变形量，不会发生材料破坏，而且相当容易弯折，具有较大的变形范围。

然而，须特别强调的是，只有弯折无法解决冲击对结构边界造成的影响，因为当显示器发生超出平面的变形时，其包含的面积可能超出显示器实际平面的面积，因此除了产生弯折，显示器同时也可能发生延展(或是底层材料可能发生侧向变形，如图2所示)。另外，发生延展也可解释为，当显示器受到冲击，两个平面方向的边界条件需同时维持其曲率，因此需要发生延展。延展程度和多层结构显示器的厚度成比例，也就是说，超薄型显示器是相当容易延展的，即使其延展程度仍是有极限的。

为了避免显示器发生弹性变形或是其内部脆弱层发生破损(因为弯折的曲率半径过小或是延展发生不可承受的应变)，显示器不仅要能够允许相对大的超出平面的变形量，且该冲击产生的变形还要能被导引至一大面积范围。所谓将冲击散布到一大面积代表较容易将冲击消散(通过可挠薄片构件背面的背板构件或其填充材料)以及较小的负担。而设置于可挠薄片构件背面的背板构件较佳地具有上述两功效，包括使变形范围变大以及尽可能地增加消散冲击能量的能力。为了保持背板构件及可挠薄片构件的可挠性，该背板构件于一般使用时应该具有小的弹性系数，这是指当未受到一高速物体冲击时。

综上所述，要使超薄型可挠显示器成为一耐冲击显示器，最理想的条件为同时结合背板构件或是其他填充材料，如此才可符合一些特定的需求。这里发明人所提出的背板构件材料并不限定于Kelvin-Voigt模型，其中该材料的弹性系数E较小(小的弹性常数)，且黏性(应变率前方的系数)较大(大的阻尼)：

$\left(2\right)---\mathrm{\σ}\left(t\right)=\mathrm{E\ϵ}\left(t\right)+\mathrm{\η}\frac{\mathrm{d\ϵ}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}$

σ表示应力，也就是由背板构件施加于可挠薄片构件上的压力，单位为帕(Pal)；ε为应变，是指背板构件的变形量对一参考长度作标准化(无单位)，其中参考长度可为背板构件于未变形时的厚度d；弹性系数E等同于杨氏系数，其和应力σ的关联，须通过和应变ε相乘，其单位可表示为帕(Pal)；粘性η，又解释为动态或绝对粘性，可表示于应力σ与应变ε的变化率的连结关系中，其单位表示为帕·秒(Pal·s)。根据方程式(2)可衍生一做法以求得黏性η，例如在第一次测量时，该响应(亦指应力)在一非常低应变率的条件下，可测得E，之后通过多次重复此测量，并改变其应变率，以代数方式代入得到η(例如使用最小平方近似解)。

图12是介绍上述的步骤，图中显示背板构件材料在三个不同应变率的挤压时的应力(σ)对应变(ε)的关系曲线，其中曲线121，122和123分别对应每秒为0.02，5及10的应变率。三条直线(虚线)表示近似这些曲线的结果(近似的过程为忽略曲线的初始段)，曲线121具有非常低的应变率，基本上可代表材料的弹性行为，而三条虚线自零开始的平移，或相当于这些具有非常低的应变率的线的转移，乃通过结合粘性η乘上应变率。将这些平移的结果分别除上各自的应变率，并且以一常数直线去近似，可表示为一应变率的函数，最后得到一可能的粘性η数值，以建立该背板构件的应力模型。

图1显示此设计的电流模型示意图，此模型系统包括一弹簧13和一阻尼器14，通过并联的形式连接两节点11与12，节点11可能连接例如冲击端，而节点12则是连接例如承载装置用的托盘。此模型将两节点11与12间以时变的应变ε与产生时变的应力σ相互连结，使得该系统可以弹性系数与粘性的函数表示。尽管此模型是以一阻尼及一弹簧相互并联组成，但是其他不同材料构成的模型，也可能是以弹簧和阻尼相互串联或是同时具有并联与串联的形式表示。

当冲击事件具有一极大速度时，背板构件的材料较佳地情况是可凹陷得非常快，以产生一大的应变变化及应力，并导致一大的作用力施加于该冲击物体，也就是指当发生冲击速度极大时，材料会表现得比较硬(实心阻尼)。但是，一般使用的情况，冲击速度可能比较慢，阻尼相对于弹簧为可忽略的，亦即材料表现得较有弹性及较为可挠的(因为E较小)。

发明人提到泡棉(foam)，为一弹性材料且具有许多充满空气的孔洞，该材料与Kelvin-Voigt模型的特性近似。弹性的部分来自于材料本身，而充满空气的孔洞则相当于阻尼，当泡棉受到挤压使孔洞中的空气溢出，该过程需要花费时间并且消耗能量，然而，当挤压速度很快时，泡棉即显得比较硬，因为这时孔洞中的空气没办法快速离开；而若是挤压速度较慢时，空气则能快速的跑出，因此，剩下的即为表现其本身材料具有弹性的特质。

再来请参阅图2A及图2B，其表示两不同时序的情况。其中冲击球体9b，具有一半径R，且由装置1的正面(第一面)10进行冲击，该图显示一实施例中的系统具有一超薄型可挠薄片构件4与设置于背面(第二面)的背板构件5，其中背板构件5可能包括像泡棉或是其他Kelvin-Voigt模型的阻尼材料。

特别强调的是，当物体具有一高的冲击速度v时，背板构件5可能会表现得像一坚硬的系统，较佳的情况为，背板构件5的厚度d较可挠薄片构件4的厚度要大上许多，如此一来，背板构件5可表现得较可挠薄片构件4来得更硬。回到可挠薄片构件4具有一小的挠曲硬度的情况，其变形形状可能主要是由背板构件5来决定，亦即可挠薄片构件4的硬度对其本身变形形状的影响为可忽略的。此外，泡棉变得相对坚硬也就代表变形的面积会相对变得更大，这对于能量消散以及随着变形加诸于该可挠薄片构件上的弯曲及延展，与其施加的应变及应力部分均有助益。

特别强调的是，在图2B中，由于冲击球体9b拉扯可挠薄片构件(顶层)造成背板构件5上的剪应变τ，使得背板构件5的顶部产生一向内方向的移动，这样的剪应变τ对于减少可挠薄片构件4上的应变为有利的，因为相较于不发生剪应变，此情况可能可使延展较少。

进一步强调的是，背板构件5的硬度具有一上限(冲击速度很快时)，其定义是可挠薄片构件4所能承受的垂直负荷或是最大压力。如前所述，施加于可挠薄片构件4的作用力是来自于冲击球体9b及背板构件5的夹击，而一来自于垂直方向的最大压力可用来表示当时的冲击，如下所列：

$\left(3\right)---{\mathrm{\σ}}_{\max }=\frac{\mathrm{\η}{v}_0}{d}$

我们将方程式(2)中的弹力项忽略，并且代入应变相当于球体冲击速度v₀除上d的推导，较佳的情况是，背板构件5的材料参数包括η和d的条件为：最大垂直应力σ_max小于发生材料破坏的临界应力σ_critical情况(例如一电泳式(electrophoretic)显示器中的SiPix cups或E-Ink胶囊发生破裂时)，也就是：

$\left(4\right)---\frac{\mathrm{\η}}{d}\≤\frac{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{critical}}}{v_0}$

一般来说，显示器中光学层(或是指可挠薄片构件中的光学层)的σ_critical数值范围在0.1MPa-500MPa，太阳能板装置则可能更高，在1MPa-1000MPa的范围。这里我们更详细地来看一冲击球体9b作用于可挠薄片构件4以及背板构件5的情况，该冲击球体9b于特定冲击的几何条件，能够以作用于冲击点的两主要曲率半径所描绘，为求简化，这里的计算会假设此两半径为相等，也就是说这里所讨论的冲击，其实可表示为一半径R的球体，并且还包括四个重要的参数：例如关于冲击物体的有两项，质量m和冲击速度v₀(或是等同于质量m及落下高度h)以及关于发泡材料的另外两项，粘性η与厚度d。

将牛顿第二及第三定律套用至该球体(其中反应力来自方程式(2)，并将弹性项忽略)，可得到下列动态方程式：

$\left(5\right)---m\frac{d^2\mathrm{\δ}}{{\mathrm{dt}}^2}=-\frac{\mathrm{\η}}{d}\frac{\mathrm{d\δ}}{\mathrm{dt}}A\left(\mathrm{\δ}\right)$

δ表示凹陷深度，A(δ)是代表球体与泡棉(连同可挠薄片构件4)间的接触面积，我们假定A是随着时间变化且只和δ有关，并以B置换原来的A函数，将原来的方程式(4)改写为：

$\left(6\right)---\frac{d}{\mathrm{dt}}[\frac{\mathrm{d\δ}}{\mathrm{dt}}+\frac{\mathrm{\η}}{\mathrm{md}}B\left(\mathrm{\δ}\right)]=0$

将方程式(6)作积分得到：

$\left(7\right)---\frac{1}{1-\frac{\mathrm{\η}}{\mathrm{mdC}1}B\left(\mathrm{\δ}\right)}\frac{\mathrm{d\δ}}{\mathrm{dt}}=C1$

这里的C1代表积分常数，通过之后初始条件代入可得到该数值，另外根据赫兹凹陷理论(Hertz indentation theory)，我们假定A(δ)=πδR，并且重新改写方程式(7)：

$\left(8\right)---\frac{1}{1-\frac{\mathrm{\η\πR}}{2\mathrm{mdC}1}{\mathrm{\δ}}^2}\frac{\mathrm{d\δ}}{\mathrm{dt}}=C1$

定义 $x=\mathrm{\δ}\sqrt{(\mathrm{\η\πR}/\left(2\mathrm{mdC}1\right))},$ 代入后得到：

$\left(9\right)---\frac{1}{1-x^2}\frac{\mathrm{dx}}{\mathrm{dt}}=\sqrt{\frac{\mathrm{\η\πRC}1}{2\mathrm{md}}}$

利用等效关系：

$\left(10\right)---\frac{1}{1-x^2}=\frac{1}{2}(\frac{1}{1+x}+\frac{1}{1-x})$

将方程式(9)作积分，然后得到：

$\left(11\right)---\log \left|\frac{1+x}{1-x}\right|=\sqrt{\frac{2\mathrm{\η\πRC}1}{\mathrm{md}}}t+C2$

C2为另一积分常数，将方程式(11)取幂次并代入初始条件x(0)=0，得到C2=0，经过一些基本运算后可得到：

$\left(12\right)---\mathrm{\δ}\left(t\right)=\sqrt{\frac{2\mathrm{mdC}1}{\mathrm{\η\πR}}}\frac{\exp \left(\sqrt{\frac{2\mathrm{\η\πRC}1}{\mathrm{md}}}t\right)-1}{\exp \left(\sqrt{\frac{2\mathrm{\η\πRC}1}{\mathrm{md}}}t\right)+1}$

代入初始条件δ’(0)=v₀后，得到C1=v0，而凹陷深度δ对时间t的函数即可表示为：

$\left(13\right)---\mathrm{\δ}\left(t\right)=\sqrt{\frac{2\mathrm{mdv}0}{\mathrm{\η\πR}}}\frac{\exp \left(\sqrt{\frac{2\mathrm{\η\πR}{v}_0}{\mathrm{md}}}t\right)-1}{\exp \left(\sqrt{\frac{2\mathrm{\η\πR}{v}_0}{\mathrm{md}}}t\right)+1}$

图3显示一般代表冲击事件的五种不同的图示(A)-(E)，其中曲线32表示目前的分析模型，而曲线31表示将弹性项简化后的数值模型，将方程式(13)化作曲线即如图3A中的曲线32，由于已省略弹性项，因此该球体并不会反弹而是渐渐趋近一极限，比较(A)图中的分析模型和数值模型可发现，最大凹陷深度可由方程式(13)的一渐近值来粗略估计：

$\left(14\right)---{\mathrm{\δ}}_{\max }=\underset{t\→\∞}{\lim }\mathrm{\δ}\left(t\right)=\sqrt{\frac{2\mathrm{md}{v}_0}{\mathrm{\η\πR}}}$

这表示背板构件厚度d的最小值等于：

$d_{\min }=\frac{2m{v}_0}{\mathrm{\η\πR}}$

也就是说，下列η乘上d的限制条件为：

$\mathrm{\ηd}\≥\frac{2m{v}_0}{\mathrm{\πR}}$

一材料例如一微胞泡棉(micro-cellular foam)，具有许多微小孔洞能够增加其杨氏系数，尤其是当凹陷达到所有的孔洞均被完全压平(所有空气均离开这些孔洞)的状态。这是一个优点：因为当杨氏系数开始增加的时候，该冲击物体的冲击速度其实已经开始减小，这代表额外施加于可挠薄片构件4上的弹性作用力仍不是太大，因此作用于可挠薄片构件4上的负荷压力并不会超过压力临界值，并且，接下来由冲击物体造成的凹陷也会由弹性项的部分来贡献，避免冲击物体真的撞击底下实心的部分。

第二个优点是，当我们以手指或笔尖(stylus)碰触装置时(速度是相对慢的，因此粘滞项为可忽略的)，泡棉承受冲击的该点会表现出较大弹性系数(E)的特性，使凹陷不会变得过深。较佳的情况，杨氏系数会一直增加直到超过该可挠薄片构件的拉力临界值，一般可挠薄片构件发生破损的凹陷深度大约在0-2mm的范围，因此，在一实施例中，背板构件的杨氏系数会伴随凹陷深度增加而变大，同时该凹陷深度不会超过2mm以避免破损发生。这个增加应该是要足够的，才能将冲击速度确实地减速，例如杨氏系数增加至少要10%，更好是50%或是更多。

假设背板构件由一微胞泡棉组成，密度为ρ，而该泡棉的密度为ρ₀，当非理想状态发生，亦即冲击物体造成泡棉凹陷并使该处的微胞结构被压平，这时这个背板(泡棉)的最小厚度可表示为：

$d_{\min }=\frac{{{\mathrm{\ρ}}_0}^2}{{({\mathrm{\ρ}}_0-\mathrm{\ρ})}^2}\frac{2m{v}_0}{\mathrm{\η\πR}}$

并导致η乘上d具有以下限制关系：

$\mathrm{\ηd}=\frac{{{\mathrm{\ρ}}_0}^2}{{({\mathrm{\ρ}}_0-\mathrm{\ρ})}^2}\frac{2m{v}_0}{\mathrm{\πR}}$

图3的图示(B)显示最大应力真正发生于t=0(请同时参考方程式(3))，而在图示(C)与(E)中应力-应变曲线与力-位移曲线下方包含的面积，则可表示该两模型所测得的消散能量，以上均显示分析模型在高速条件下的描绘是非常正确的。

当凹陷至最大程度时，球体的速度为零。这表示方程式(2)中只有弹性项是有关系的，因为泡棉的杨氏系数E非常小，因此凹陷的曲面会相当贴近球体的表面，如图4所示，这使得可挠薄片构件4的延展必须保持在临界值ε_critical以下，一般可挠式显示器的ε_critical范围可能介于0.1%-5%。我们得到下列应变的表示式：

$\left(15\right)---\mathrm{\ϵ}=\frac{S-l}{l}=\frac{2R\arccos \left(\frac{R-\mathrm{\δ}}{R}\right)-2\sqrt{2\mathrm{\δR}-{\mathrm{\δ}}^2}}{2\sqrt{2\mathrm{\δR}-{\mathrm{\δ}}^2}}$

由于δ很小，可将上列方程式于δ=0作泰勒展开，并采计到δ的一阶项，得到以下：

$\left(16\right)---\mathrm{\ϵ}\≈\frac{\mathrm{\δ}}{3R}$

代入方程式(14)得到下列η/d的限制关系：

$\left(17\right)---\frac{\mathrm{\η}}{d}\≥\frac{m{v}_0}{4.5\mathrm{\π}{R}^3{{\mathrm{\ϵ}}^2}_{c_{\mathrm{ritica}}l}}$

方程式(4)及(17)描述了本设计参数η/d的限制，需提醒的是，可挠薄片构件4除了产生延展之外，该泡棉还会发生剪应变τ，这代表了可挠薄片构件4可不必要延展过多(因为可挠薄片构件4的剪应变亦构成变形的一部分)，因此根据不等式E17的临界范围也可因此变大一些。

特别强调的是，美国专利2010/0253604公开了一电子装置，包括一可挠式显示器，具有使压力分散的设计，这个已知装置包括一弹性材料层粘贴于背面，负责吸收来自正面受到手指或笔尖所产生的外来压力，也就是施加于该装置的一相对慢速的挤压。但是，关于该背面具有理想的粘滞或应变率响应的特性则并未提及，本发明目前则能够指出，该背板构件的粘滞响应相较于弹性响应，能够大幅减少施加于可挠薄片构件上的压力。

接下来的段落请参阅图5-图9，将通过多个实施例来更详细地介绍耐冲击薄片装置。其中物体及各层单元间的相对的比例可能会有些失真，也可能省略部分细节，但其主要目的为清楚地描绘装置的结构。

图5显示一耐冲击装置1，其中包括一光学层2、电子层3及一背板构件5，自装置1的正面10可以看到光学层(以眼睛来示意)，电子层3主要是来控制光学层2和/或形成光学层2的一连接接口，该光学层2与电子层3是包括于一可挠薄片构件4中。

可挠薄片构件具有一确定的压力临界值σ_critical以及一拉力临界值ε_critical，通过多个测试薄片及施加不同的压力及拉力直到发生破裂的做法，可轻易获得此两临界值。此两临界值的定义为，当压力Pi，Pb施加于可挠薄片构件4上，该压力维持在压力临界值σ_critical之下，并且该可挠薄片构件的延展不会超过拉力临界值ε_critical，且可挠薄片构件中的光学层2与电子层3不会发生破坏，这些临界值σ_critical与ε_ritical会随着组成结构的特性不同而改变。

背板构件5以机械性接触的方式设置在可挠薄片构件4的背面，也就是位于装置1的正面(观看面)的相反侧。背板构件5由一可变形材料所构成，具有一厚度d(在未变形状态)，且该可变形

材料具有一粘性η，并位于一临界粘性范围内，由于为机械性接触，因此来自于正面的冲击9会穿过置于前方的可挠薄片构件4，并来到位于后面的背板构件。

于较佳的情况下，可挠薄片构件与背板构件间的机械性接触是以直接接触的方式连接两构件，或者，机械性接触也可广义地包括任何直接或间接地接触，其中可挠薄片构件发生的机械变形会传至背板构件，因而使背板构件也产生变形，而一非直接机械性接触，则例如设置一中间层(可挠的)于可挠薄片构件与背板构件之间。

这里所谓的“可挠”，是指在一般应用上可挠薄片构件可以重复地弯折，且弯折的半径超过50cm或少一些，在汽车消费应用上，可挠则是指50mm或少一些，而应用在可卷曲或可折迭的产品，可挠表示10mm或少一些，更佳的情况还可能为4mm或更少，尤其是在内部光学层和/或电子层未丧失主要功能的情况下。或者，当其中之一或是复合的结构、平板具有小于500Pa·m³的挠曲硬度(见方程式(1))即认为是可挠的(大致对应到弯折半径为50cm)，更佳的是小于0.5Pa·m³(大致对应到弯折半径为50mm)，最佳的是小于0.005Pa·m³(大致对应到弯折半径为10mm)，特别是当可挠薄片构件具有一小范围的挠曲硬度时(也就是非常容易弯折)，例如D=0.1-50mPa·m³，该薄片能够提供一理想的耐冲击承受度。

目前讨论关于背板构件的粘滞响应可以泛指背板构件和/或整个系统包括可挠薄片构件4的黏滞-弹性响应。特别需强调的是，在一优选实施例中，背板构件的材料选择条件为，当受到具有一相对速度的冲击时，该材料是具有相对于弹性响应(例如正比于目前所选择材料的杨氏系数)较高的粘滞响应(例如正比于该材料的粘性η)，然而，当背板构件受到冲击发生挤压时，弹性响应会增加，成为主要影响作用力施加于可挠薄片构件的要素，另外当一般使用时，可挠薄片构件受到例如手指或是笔尖的较缓慢的压迫时，弹性响应也可能扮演一重要角色。

在一实施例中，背板构件5具有一临界范围内的粘滞响应，其中临界范围的定义为，受到一来自正面的冲击9，可挠薄片构件4达到前述的压力临界值σ_critical以及拉力临界值ε_critical。一方面来说，背板构件5应该具有较小的粘滞响应以拥有足够变形量，使得冲击9造成施加在可挠薄片构件4上的压力Pb能够小于压力临界值σ_critical；另一方面，又希望该粘滞响应是足够大的，使得背板构件5的变形不会超出一最大变形范围，以避免可挠薄片构件4因过度延展而超出拉力临界值ε_critical，最后，期待大部分的冲击能量能够通过该背板构件的粘滞响应来消散。

接着，我们来更仔细地研究一冲击9，应注意的是，该冲击可以被定义为一冲击球体，具有一质量m、速度v及半径R，其中，质量m与速度v决定了冲击的动量及能量，半径R决定了施加在装置上的冲击动量及能量的作用面积。通过来自正面的冲击9，一作用力或压力施加于该装置的正面10，且作用于可挠薄片构件4之上。要再提醒的是，可挠薄片构件受到冲击产生的应变，可能由于背板构件发生的剪应变而变得较为缓和。

要判断一装置是否为耐冲击，可以通过一来自正面的一球体，直径7cm、质量160g，且由距离装置正面40cm的高度落下形成的冲击来测试。

其他关于来自正面的冲击的定义(视情况而定)，则可能例如：

室外条件，例如一太阳能板装置必须抵抗剧烈冰雹的状况，可利用一冲击球体来模拟，其具有半径30mm、质量104g以及冲击速度15m/s；

严苛的环境：以一铁制球体来模拟，其具有半径25mm、质量510g以及冲击速度5m/s；

较不严苛的环境：以一撞球来模拟，具有半径29.5mm、质量139g以及冲击速度5m/s或是一铁制球体，具有半径9.5mm、质量28g以及冲击速度2.5m/s；

平常使用，例如手肘撞击到该装置可等效于半径10mm、质量500g以及冲击速度0.3m/s。

在一实施例中，一装置被认定为“耐冲击”，是指可承受至少一等效于具有质量100g、半径10cm及冲击速度1m/s的物体来自正面的冲击。对于上述典型的冲击情况，其中背壳构件的粘性η及厚度d比(η/d)介于0.25MPa·s/m-5GPa·s/m时，粘滞响应是在一临界范围内。

冲击球体的动量，决定了作用于可挠薄片构件上的冲击作用力Fi，根据该球体的半径，这个冲击作用力Fi散布于一对应的接触表面，会造成一冲击压力Pi，由于该可挠薄片构件的可挠性，冲击作用力Fi会穿过薄片构件4来到与该薄片构件呈机械性接触的背板构件5上，而受到该力作用，背板构件可通过其粘性η来特性来变形，在变形过程中，背板构件5会施加一正向力Fb于可挠薄片构件4上，且该力对应到一确定的面积，形成一压力Pb。应了解的是，可挠薄片构件4感受到的有效压力主要是由背板构件5所施加的正向压力Pb所决定。举例而言，如果没有背板构件5时，可挠薄片构件4可以任意地变形，并且不会感受到任何的压力。而当受到一冲击9时，为了使可挠薄片构件承受的有效压力低于压力临界值σ_critical，该背板构件应该要能足够的变形；也就是说，具有一足够低的粘性η及弹性E，使得在冲击过程中所产生的压力不会超过压力临界值。

另一方面，在该冲击过程中，冲击9的速度及质量可以决定该可挠薄片构件发生的全部延展量s。较佳的情况是，背板构件5具有足够高的粘性η以对抗冲击，可避免可挠薄片构件发生过度延展及破裂的可能。特别要注意的是，背板构件的全部最大变形量是由通过变形所消散的能量多寡所决定，尤其是，当冲击物体停止时，所有的冲击动能不是通过粘滞响应消散就是以潜能的形式存储，例如弹性响应。较佳的情况是，在冲击初期的弹性响应是维持在最小，以避免额外的力作用在可挠薄片构件上，之后随着冲击速度渐渐减小(例如背板构件受到更多挤压)，弹性响应才会开始增加。

应了解的是，当发生一速度及质量较大的冲击9时，代表该装置需要消散的能量也越多。较佳的情况是，不是以可挠薄片构件发生延展、弯折/剪应变及挤压变形的型式来消散能量，因此理想的情况是，大部分的冲击能量，例如50%或是超过80%的能量能够通过背板构件5的粘滞响应来消散，如此一来，只有少部分的冲击能量会由可挠薄片构件4来消散或短暂存储，可避免其中的光学层2与电子层3发生损坏。

请注意，对于达到理想的能量消散效果，不只是背板构件的粘性η，包括厚度d都是重要的条件，因此，在一优选实施例中，背板构件的粘性η和厚度d的选定是(η/d)介于0.25MPa·s/m-5GPa·s/m，而就绝对粘性η要求，背板构件的粘性范围是介于250Pa·s-5MPa·s，一方面能提供足够能力来消散一般冲击9产生的能量，另一方面也能够提供足够的粘性来使冲击9造成可挠薄片构件上的压力低于压力临界值σ_critical。

值得注意的是，尽管目前的光学层2和电子层3是分开独立的形式，但是也可将其整合为一单层，或是电子层3同时设在光学层的两侧或维持于其中一侧。在一实施例中，可将电子层3设置于装置的正面10，例如一透明电极(提供电压)能够被设置于光学层2的正面10。

图6A-6C显示一耐冲击薄片装置的三个不同视角示意图，该装置例如可作为一显示器装置1a。

图6A表示显示器装置1a的侧视图，包括位于正面10的可挠薄片构件4及一与可挠薄片构件4呈机械性接触的背板构件5。

在此实施例中，显示器装置1a的整体为可挠的，可通过提供一可挠背板构件5来实现。更佳的情况是，背板构件式5与可挠薄片构件4相较之下至少是一样可挠或是更加可挠的。因此，在一优选的实施例中，背板构件于未变形状态时的弹性系数E大小至少是较可挠薄片构件要小一个量级的，此优点是当显示器装置1a弯折时(例如一般使用时)，背板构件能够轻易变形，也表示当没有太多外力施加时，仅仅会有最小的应力作用在可挠薄片构件上。要注意的是，当背板构件被充分挤压后，其弹性系数可能会增加，变得不再是比可挠薄片构件的弹性系数还要小一个量级的情况。

图6B为显示器装置1a的前视图，其中光学层2为可见于装置的正面。

图6C是表示图6A的更详细的截面。显示器装置1a具有一可挠薄片构件4与一背板构件5，可挠薄片构件4包括一光学层2与一电子层3，当一选择性的保护层7被使用时，该层最好仍是可挠的，如此可挠薄片构件4才可传递来自正面的冲击，以维持在一可接受的承受范围内。在此实施例中，光学层2包括囊胞2a，可通过电子层3的操控提供一需要的显示效果，例如由对应的电子层3提供这些囊胞2a电压。为此目的，电子层3可能采用薄膜晶体管(TFTs)或是其他的方式来控制显示的效果。要注意的是，显示器的像素是由电子层3来定义而非光学层2，因此有可能多个像素由单一晶体管所驱动，或是，每一个像素都对应一单一晶体管。

在一实施例中，囊胞2a可能来自E Ink公司开发的电子墨水(electronicink)，通过电子层3来驱动显示，成为所谓的电泳式显示器。该详尽的显示器技术可见于WO2008/054209及WO2008/054210(Markvorrt)，同时这些文献均被列为本发明的参考文献。囊胞2a中可以包含黑色及白色的粒子(未显示于图上)，且分别带有正电荷或负电荷，根据施加在囊胞的电压极性，黑色或白色的粒子会浮到显示器装置1a的可视正面10，该电子层也可以为一透明电极并设在光学层的前方。

电泳式显示器的光学层的一优势就是非常薄(例如一般的厚度x差不多在100-150μm或是更小的范围)，这表示其挠曲硬度(见方程式(1))是非常小的，为非常容易弯折而且非常可挠的。不过，本发明并不仅限定于电泳式显示器，也可以是与一包含光学层及电子层的具有足够可挠度的可挠薄片构件相互组合，例如一可挠的有机发光二极管薄片(OLEDs)或是垂直共振腔面射型雷射(VCSELs)及其对应的电子层，其中任何一种或是组合的型式。另外包括像一液晶显示器(LCD)阵列亦能够设置于可挠薄片上。总而言之，任何(主动/被动)的光学层或是光学层的组合及其对应的电子层都可以被包含于一可挠构件中，不仅能够提供理想的显示效果，同时受惠于目前的技术还能成为一具耐冲击能力的显示器装置。

为了提供一理想的挠曲硬度，可挠薄片构件的厚度x较佳的是小于1cm，更佳的是小于1mm，甚至是小于200μm，而最佳的范围则是介于50-150μm或是更小，例如110μm。要注意的是，当可挠薄片构件4的厚度x变得更小时，该薄片也会变得更为脆弱。

为了提供一具有理想强度的显示器1a，以及能够通过足够的粘性来消散能量，该背板构件5不应该是过薄，因此，背板构件的厚度d较佳的是200μm以上，更佳的是500μm以上，最佳的则是1500μm以上，例如1-3mm。另外，如果一可挠薄片构件1a希望具有足够小的挠曲硬度，则该背板构件不应该是太厚，例如较佳的是小于1cm，更佳的是小于5mm，最佳的是小于2mm或甚至1mm，如此一来，该薄片可挠显示器即可应用于例如一可卷式显示器装置。

要提醒的是，不同的厚度有些可能仅适合显示器装置而不适合太阳能板装置，尤其当太阳能板通常为较厚的情况。因此，在一实施例中，耐冲击显示器装置的可挠薄片构件，其厚度是介于50μm-300μm，而背板构件的厚度则在0.5mm-6mm；在另一实施例中，一耐冲击太阳能板装置的可挠薄片构件，其厚度是介于50μm-3000μm，而背板构件的厚度则在0.5mm-2cm。

对应上述实施例的厚度，其背板构件的粘性范围是介于250Pa·s和5MPa·s之间，以能够承受前述的冲击。

图7A-图7C显示另一耐冲击薄片装置的三个不同视角状态，该装置例如为一显示器装置1b。

图7A为显示器装置1b的侧视图，包括位于正面10的可挠薄片构件4及一与可挠薄片构件4呈机械性接触的背板构件5，并具有一包含实心背板6的外壳，背板构件5是设置于可挠薄片构件4与该实心背板6a之间，这里的“实心”是指背板6的弹性系数是较可挠薄片构件4和/或背板构件5的弹性系数至少大一个量级，换句话说，实心背板6相较于可挠薄片构件4和/或背板构件5是较不可挠而且较不容易弯折的。

此实施例的一个优点就是，该显示器装置1b为一实心的装置，但仍同时保留了许多目前技术上的优点，例如该装置不须于正面设置一保护玻璃板即可具有耐冲击的能力，而省去正面玻璃板的好处就是：特别在户外的环境时，可以享有一更自然的阅读体验，传统电子书及其他显示器装置因为设置一反射面于显示器视野的正面，影响其显示器的清晰度。

图7B为显示器装置1b的前视图，其中光学层以及部分外壳6是可被看到的。

图7C图表示图7A的更详细的剖面。该显示器装置1b与图6相似，亦包括一可挠薄片构件4与一背板构件5，不同点在于装置1b包括一属于外壳6的实心背板6a。

图8A-图8C显示一耐冲击薄片装置的三个不同视角状态，该装置例如为一太阳能板装置1c。

图8A显示含有太阳能板(solar cell)的一(可挠)平板或薄片的侧视图，和图6与图7的显示器装置类似，亦包含一设于装置正面的可挠薄片构件4，具有一光学层2，且在可挠薄片构件4的背面，提供一背板构件5，负责将来自装置正面的冲击消散，例如包括下雨及冰雹等天气条件。

图8B为装置1c的前视图，其中可挠薄片构件中4中的光学层2是可见于装置的正面的。而重点是，由于该光学层是可见于装置的正面，因此一可见光波长的光线能够到达光学层2并激发该太阳能板。

图8C表示图8A的更详细的剖面。太阳能板装置1c包括一可挠薄片构件4及一背板构件5，和前述的实施例相同，可挠薄片构件4包括一光学层2及对应的电子层3；不同于图6与图7显示的显示器装置1a及1b，太阳能板装置1c的光学层2还包括太阳能板2b，该太阳能板2b可以为一光电太阳能板，是用来将入射光转换为电能，将太阳能板以印刷或是其他作法设置于可挠薄片上属于先前技艺，产生的电能能够通过与太阳能板2b形成接口的电子层3来传送，这个电子层可能包含连接太阳能板至外部电极的导线，且该电极再与电池或是其他充电装置连接(未显示)。

特别强调的是，本发明可提供显示器装置许多优点，例如可提供一冲击保护，且不会遮挡住光学层的视野，本发明亦有利于太阳能板装置，尤其是，传统的太阳能板装置须要通过一保护罩(例如玻璃)防护，但本实施例中的太阳能板装置1c并不需这样的外罩。值得注意的是，当除去可能遮挡视野的外罩，可有助于提高太阳能板的能量转换效率，并且该太阳能板的配置亦不再受限于该坚硬的外罩(例如可提供不规则的设计)；另外，该太阳能板仍然是受到足够的保护，能够承受冰雹、风暴的冲击，或甚至是让人和动物直接走在太阳能板上。将本实施例的耐冲击装置与其他设计做结合亦为有益的，例如可提供一抗刮层于太阳能板的顶部；或是，该可挠薄片构件可以自行提供抗刮程度的测量。在一太阳能板装置的实施例中，为了增加对抗冲击的防护，太阳能板可采用模块形式，也就是当其中一个太阳能板发生损坏，装置中其余的太阳能板仍能维持其作用。

图9为另一实施例的情况，耐冲击装置1受到一冲击物体9a，例如一笔尖的压迫(此图式不考虑比例的关系)。图中显示薄片装置包括一具有光学层2与电子层3的可挠薄片构件4及一与可挠薄片构件4呈机械性直接接触的背板构件5。如图所绘，实施例中的背板构件5可包含一微胞泡棉，此泡棉可包括一实心可变形和/或具有弹性的材料5a与微胞(micro-cells)5b或微囊(micro-pockets)5b。

可变形材料5a可能由聚氨酯或其他聚合物材质所构成，微胞5b则由充满空气或是其他气体的微囊或泡泡所构成，并且如图中所示能够被挤压。该微胞5b较佳的尺寸是在微米等级，例如0.1-500微米。微胞5b可以是密封或是和环境有一开放的通道，其中空气或是其他气体通过此开放通道进入或离开该背板构件5，其优点在于可在背板构件5的挤压过程而将能量消散。当然，该材料也可同时包括一开放式与密封式的微胞5b。通过调整该材料5a的尺寸和/或气体交换通道，一理想的粘滞行为能够被实现，该微胞泡棉较佳地具有一相对低的密度，例如50-600kg/m³。

特别注意的是，当背板构件5受到如图中所绘的外力Fi压挤时，该材料5a会变得扁平，当到达某个程度时，材料5a的弹性行为会成为影响材料响应特性的主要因素。在一实施例中，该微胞5b为密封式的并且将气体包覆于内部，当受到挤压到一个程度时，会开始产生抵抗进一步的挤压，因此，要强调的是，该背板构件5的粘性及弹性行为(η，E)是背板构件5的变形量或压缩量的函数，当背板构件5处于未变形状态，也就是没有外力作用在装置时(例如受到冲击前或是刚开始承受冲击时)，背板构件的粘滞响应(正比于η)为主要决定项，而当达到完全挤压的状态时，背板构件的弹性响应(正比于E)即为主要的决定项。而介于两状态间，则两种响应须同时考虑。

优点是，由于这些响应是可以被调整的，因此任何程度的挤压均不会造成超过该压力及该拉力临界值的情况。在一实施例中，背板构件于挤压状态的弹性响应即为避免可挠薄片构件发生过度延展，例如超过拉力临界值而损坏，如此一来，该装置也会因可挠薄片构件是受到较慢的挤压而受到保护，粘滞响应这时可扮演比较次要的角色，也就是说，当背板构件受到部分或完全的挤压时，其弹性系数可能较可挠薄片构件的弹性系数为相当或是更高。

如图9所示，可挠薄片构件4另可包括一正面(第一面)保护层7及一背板层8，其中光学层2及电子层3设置于前方保护层7及一背板层8之间。图上标示的一虚线或平面Ln，是表示当不同层受到弯折或压迫时，其压缩量或伸长量均为零的基电平置。较佳的情况下，正面保护层7、光学层及电子层、背板层8及背板构件5各自具有相对的弹性系数及厚度d₇，d₄，d和d₈，另外，该复合层(包括上述层7，4，8，5)的中立平面或线Ln较佳地是与这些光学层和电子层互相紧邻，并位于可挠薄片构件4的位置，这种情况下，当该装置受到一般的弯折或挤压时，只会发生最小的应变于可挠薄片构件4中较为脆弱的元件上。

此外，有一点是有优势的，就是当无论有没有额外的保护层7及层8，一背板构件5至少在未变形状态的弹性系数是远小于可挠薄片构件的弹性系数，特别是当层4及层5是互相连结且一起弯折时，由于背板构件5能够轻易地变形且不会拉扯可挠薄片构件4，因此该可挠薄片构件4只会承受最小的应力负担。

图10显示详尽的多层结构，可用以表示一耐冲击显示器1a，该显示器1a包括一可挠薄片构件4及一背板构件5，并且较佳的是利用一粘着层45将两层粘合在一起，可挠薄片构件4包括一显示效果层2及一电子层3。在此的实施例为一电泳式(electrophoretic)显示器，然而，其他被动式的光学效果层，例如电流体(electrofluidic)或液晶显示器(LCD)层也是可以被应用的。

该显示效果层2d包括微泡2m，其中该微泡2m包含液体2f及微粒子2p，不同颜色(例如黑或白)的微粒子2p是通过相反电荷来驱动提供。

显示器的驱动电子层3包括位在显示效果层2d背面的驱动电路，其通过一导电或是半导电材料3e和一绝缘材料3d互相整合，因而形成导电或半导电的电路。紧邻囊胞2a为一显示驱动电极3d，包括一平面或像素电极3p，负责定义像素，有些情况，一个像素包括三个微泡2m，其他由一个像素对应一或多个微胞也是可能的。此外，驱动电极3d还可能包括薄膜晶体管、电容器等，能够通过控制转换或是维持施加于像素电极3p的电压，例如专利WO2008/054209的阵列电极结构。另外，显示器驱动电极3d可能包括一位于显示效果层2d前方的透明(准许可见光频率的光线通过)的反相电极。

使用者所观赏的像素，其颜色是由微粒子呈现于显示器1a前方的颜色所决定，通过施加在像素电极3p以及反相电极3c的电压差异，一电场能够作用在囊胞2a并且使具有特定颜色且带电的微粒子朝向或远离该显示器1a前方10，通过此方式，像素能够改变其颜色并且具有显示的效果。

图中显示背板构件5具有一厚度d，且一虚线的横截线用以表示该厚度可能为相当厚的，例如1-6mm，而可挠薄片构件4则大约为100-200μm的厚度。背板构件5包括一微胞泡棉，其粘性与厚度的比例具有一特定范围已经在前面讨论过。

显示器1a的正面10，一用于保护可挠薄片构件4的保护层7，可以是整合为一体或是分开的形式，该保护层7可能包括一PET材料的可挠层，用来防止显示效果层2d发生刮伤、潮湿或是其他伤害的影响。值得注意的是，由于背板构件5已提供冲击防护的效果，因此相于较传统使用在一般冲击防护和/或更高要求的冲击防护而言，保护层7可具有较小的厚度(例如50-250μm的范围)。另外，可挠薄片构件中还可具有一选择性的背板层8，利用一粘着层45将其粘贴在背板构件5上。而位于显示器1a的背面，背板构件还可具有一选择性的实心背板6a，能够应用在像电子书之类的实心显示器上。

图11显示详尽的多层结构，可用以表示一耐冲击显示器1t，其中光学层2s包括光学传感器2t，该装置1t例如为一显示器装置，其中光电传感器2t包括光发射元件例如LEDs，OLEDs，VCSELs等，能够将电能转换为光能20以提供理想的显示效果。或者是该装置1t可能为一太阳能板装置，其中光电传感器2t包括光电太阳能板，能够将光能20转换为电能。不管是哪一种装置，理想上都希望设置于光学(传感器)层2s之外的外层能够对光线进出的阻隔影响是越小越好。

接口/驱动电子层3s可能包括设于绝缘材料3i中的导电电路3e，能够与传感器2t间相连来传递电能，或者是电子层3s也可通过导线来直接与传感器相连。

在该实施例图中，光学层2s和电子层3s是由正面保护层7与背板层8所夹持，并且构成可挠薄片构件4，而该可挠薄片构件4再通过粘着层45或是其他方式与设于背面的背板构件5相贴附，背板构件5包括一微胞泡棉，其粘性与厚度的比例具有一特定范围已经在前面讨论过。

在装置1t的正面10，可挠薄片构件4受到一保护层7所防护，该保护层可能包括一PET材料的可挠层用来防止光电传感器发生刮伤、潮湿或是其他伤害的影响。特别注意的是，一般来说，OLED装置尤其对潮湿以及冲击的影响最为灵敏。此外，由于背板构件5已提供冲击防护的效果，因此相于较传统使用在一般冲击防护和/或更高要求的冲击防护而言，保护层7可具有较小的厚度d7。

在显示器1t的背面，背板构件5还可具有一选择性的实心背板6a，能够应用例如显示器或是太阳能板的类具有实心的光电传感元件的装置上。

以上不同的实施例中，均提供一些优点可实现一耐冲击的薄片装置，且已于前述讨论及显示过。当然，要特别提醒的是，任何上述的实施例或过程均能通过相互组合以提供更优良的设计，并且同时保持其优势。本发明特别可应用于显示器装置以及任何其他的系统，其中脆弱的光学电子层需要特别受到高度耐冲击保护，并且具有不希望遮挡住该光学电子层的视野的需求。需要特别强调的是，任何形式上的变换具有和上述相似的功能均属于本发明公开的范围，例如图式中虽然将显示光学层设置于电子层的正面，然而也可以将电子层设在该光学层的正面、任一边或是同一平面上。

因此，以上实施例的描述仅供了解发明的内容和配合图片的介绍，属于整体发明说明的一部分。说明书中，相关的部分例如理论公式的描述仅供读者了解内容，图片则为了进行讨论之用，这些相关的部分仅是供叙述方便，而非限定装置必须以此作为构建及操作基础。一些项目包括贴附、连结等使用则是描述其中这些相邻结构之间的直接或间接的关系，当然还包括可动件或是实心件的贴附等关系均仅为描述的表示。

上述的实施例也可描述为，一耐冲击薄片装置包括一光学层，可见于装置的正面，及一电子层用来控制该光学层及形成该光学层的一连接接口；其中光学层与电子层包含于一可挠薄片构件中，且该可挠薄片构件具有一压力临界值σ_critical及拉力临界值ε_critical，这些临界值(σ_critical及ε_critical)的定义为光学层和电子层未达发生损坏的情况；以及一背板构件以机械性接触的方式设置于可挠薄片构件的背面，亦即与装置正面相反的位置；其中背板构件包括一可变形材料，具有一临界范围内的粘性(η)，该粘性临界范围由受到一正面冲击而达到压力临界值及拉力临界值时的条件来定义，其中较高的粘性范围是定义于，在受到冲击造成背板构件发生变形时，施加于可挠薄片构件的压力大于其压力临界值的条件；而较低的粘性范围则是指还不到可挠薄片构件的延展超过拉力临界值，藉此能够允许大部分的冲击能量通过该背板构件的粘滞响应来消散。

最后，虽然本发明以前述的实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰。因此本发明的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

Claims (16)

1.一种耐冲击薄片装置，包括：

一光学层；

一电子层，可控制该光学层且形成该光学层的一连接接口；

其中该光学层及该电子层组成一可挠薄片构件的至少一部分，且该可挠薄片构件具有一压力临界值σ_critical及一拉力临界值ε_critical，当未达到该压力临界值σ_critical及该拉力临界值ε_critical时，该光学层与该电子层不会发生破损；以及

一背板构件，以机械性接触的方式设置于该可挠薄片构件的一第二面，该第二面相反于该耐冲击薄片装置的一第一面；

其中，该背板构件包括一可变形材料，具有一临界范围内的一粘滞响应，该临界范围是由来自该第一面的一冲击造成的该压力临界值σ_critical及该拉力临界值ε_critical所定义，该临界范围的上极限定义为，当受到该冲击造成该背板构件变形时，必须使得施加于该可挠薄片构件上的压力要低于该压力临界值σ_critical；而下极限的定义则是，该背板构件的变形量要保持在一最大变形量的范围内，以避免该可挠薄片构件因过度延展而超出该拉力临界值ε_critical，藉此能够允许大部分的冲击能量通过该背板构件的该粘滞响应来消散。

2.如权利要求1所述的耐冲击薄片装置，其中该背板构件具有一粘性η以及一厚度d，且当η/d介于0.25MPa·s/m-5GPa·s/m时，该粘滞响应在该临界范围内。

3.如权利要求1所述的耐冲击薄片装置，其中该背板构件的粘性介于250Pa·s-5MPa·s。

4.如权利要求1所述的耐冲击薄片装置，其中该背板构件具有一微胞泡棉层。

5.如权利要求1所述的耐冲击薄片装置，其中当该背板构件因受到该冲击而发生的一凹陷深度小于2mm时，该背板构件的杨氏系数会随着该凹陷深度增加而变大。

6.如权利要求1所述的耐冲击薄片装置，其中该耐冲击薄片装置为一显示器装置，其中该电子层用以驱动、控制和/或提供该光学层的一显示效果。

7.如权利要求1所述的耐冲击薄片装置，其中该可挠薄片构件的厚度介于50μm-3000μm，及该背板构件的厚度介于0.5mm-2cm。

8.如权利要求1所述的耐冲击薄片装置，其中该可挠薄片构件的厚度介于50μm-300μm，及该背板构件的厚度介于0.5mm-6cm。

9.如权利要求1所述的耐冲击薄片装置，其中该耐冲击薄片装置为一太阳能板装置，其中该光学层包括光电太阳能板，且该电子层与该光电太阳能板相连接，并传送该光电太阳能板所产出的电能。

10.如权利要求1所述的耐冲击薄片装置，其中该背板构件的可挠性较该可挠薄片构件为更高。

11.如权利要求1所述的耐冲击薄片装置，其中该背板构件于未变形状态时的弹性系数(E)大小至少较该可挠薄片构件小一个量级。

12.如权利要求1所述的耐冲击薄片装置，其中该可挠薄片构件还包括一第一面保护层及一背板层，其中该光学层与该电子层是设置于该第一面保护层与该背板层之间。

13.如权利要求12所述的耐冲击薄片装置，其中该第一面保护层、该背板层、该光学层、该电子层及该背板构件各自具有相对的弹性系数及厚度并组成一复合层，且该复合层发生变形时的一中立面实质上位于该光学层和/或该电子层中。

14.如权利要求1所述的耐冲击薄片装置，其中该耐冲击薄片装置还包括具有一实心背板的一外壳，该实心背板的弹性系数较该可挠薄片构件至少大一个量级，其中该背板构件设置于该可挠薄片构件与该实心背板之间。

15.如权利要求1所述的耐冲击薄片装置，其中该可挠薄片构件的挠曲硬度介于0.1-50mPa·m³。

16.一种可耐一第一面冲击的装置的制造方法，包括：

提供一光学层及一电子层，该电子层可控制该光学层和/或形成该光学层的一连接接口，其中该光学层及该电子层组成一可挠薄片构件的至少一部分；

决定该可挠薄片构件的一压力临界值σ_critical与一拉力临界值ε_critical，其中当未达到该压力临界值σ_critical及该拉力临界值ε_critical时，该光学层与该电子层不会发生破损；

选择一背板构件且将该背板构件利用机械性接触的方式设置于该可挠薄片构件的一第二面，该第二面相反于该装置的该第一面；

其中，该背板构件包括一可变形材料，具有一临界范围内的一粘滞响应，该临界范围是由来自该第一面的一冲击造成的该压力临界值σ_critical及该拉力临界值ε_critical所定义，该临界范围的上极限定义为，当受到该冲击造成该背板构件变形时，必须使得施加于该可挠薄片构件上的压力要低于该压力临界值σ_critical；而下极限的定义则是，该背板构件的变形量要保持在一最大变形量的范围内，以避免该可挠薄片构件因过度延展而超出该拉力临界值ε_critical，藉此能够允许大部分的冲击能量通过该背板构件的该粘滞响应来消散。

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