CN103176326A - 调节膜层结构及其制造方法与应用的显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种调节膜层结构及其制造方法与应用的显示装置，使显示器可调整成雾面或镜面。该调节膜层结构包括一基板、位于基板上的一透明导电层、位于透明导电层上的一胶体层、和分布于胶体层中的多个带电纳米粒子。其中，未施加电压时，带电纳米粒子是自由分散于胶体层中，当施加电压时，带电纳米粒子往透明导电层与胶体层的界面聚集沉积。

Description

调节膜层结构及其制造方法与应用的显示装置

技术领域

本发明是有关于一种调节膜层结构及其制造方法与应用的显示装置，且特别是有关于一种可产生镜面质感和雾面质感的调节膜层结构及其制造方法与应用的显示装置。

背景技术

目前市面上所见的显示器或触控面板等产品，会标示产品为镜面或是雾面。若为镜面其显示器上可能是贴附镜面偏光片、或有一镜面保护片(Coverlens)。若为雾面其显示器上可能是贴附了雾面偏光片、或镜面保护片上加以雾面处理或再贴附一雾面保护膜。常见的雾面处理方式有将表面粗糙化，如利用氢氟酸蚀刻或喷砂处理等方式，或是利用表面涂布方式而改变表面粗糙度。

若消费者较喜爱镜面质感则购买镜面产品；而喜欢雾面质感的消费者则可购买雾面产品、或是购买镜面产品后再加贴雾面的保护贴，使产品转为雾面质感。

然而不论是何种选择，消费者只能拥有单一质感的产品。若因外界环境亮度改变，使得产品观看有些变化，消费者也无法随之调整，在使用上易感到不适。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明提供一种调节膜层结构及其制造方法与应用的显示装置，以在同一产品上可产生镜面质感和雾面质感。

根据本发明的一方面，提出一种调节膜层结构，包括一基板、位于基板上的一透明导电层、位于透明导电层上的一胶体层、和分布于胶体层中的多个带电纳米粒子。其中，未施加电压时，带电纳米粒子是自由分散于胶体层中，当施加电压时，带电纳米粒子往透明导电层与胶体层的界面聚集沉积。

根据本发明的又一方面，提出一种显示装置，包括一显示模块以及一调节膜单元。调节膜单元位于显示模块上方，包括一透明导电层、位于透明导电层上的一胶体层和分布于胶体层中的多个带电纳米粒子。其中，未施加电压时，带电纳米粒子自由分散于胶体层中，当施加电压时，带电纳米粒子往透明导电层与胶体层的界面聚集沉积。

根据本发明的再一方面，提出一种调节膜层结构的制造方法，包括：提供具有一透明导电层的一基板；和形成一胶体层于透明导电层上，且胶体层中分布有多个带电纳米粒子。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1A、1B图绘示依照本发明实施例的一种调节膜层结构，未施加电压与施加电压的示意图。

图2A～2C图绘示依照本发明一实施例的调节膜层结构的制造方法示意图。

图3为应用实施例的调节膜层结构于一种液晶显示装置的简单示意图。

图4为应用实施例的调节膜层结构于一种具触控面板的显示装置的简单示意图。

图5为应用实施例的调节膜层结构于一种具单层触控模块的显示装置的简单示意图。

图6A、6B图绘示具实施例调节膜层结构的实验组件，未施加电压与施加电压的示意图。

主要元件符号说明：

10、66：基板

12、52、62、72、82、83：透明导电层

14、54、64、74、84：胶体层

141：界面

15、55、65、75、85：带电纳米粒子

501：薄膜晶体管阵列基板

504：彩色滤光片基板

507a：下偏光板

507b：上偏光板

61、71：显示模块

671：感应电极

673、79：光学胶

773：图案化ITO

68：保护玻璃

78：保护膜

771：保护玻璃

80a、80b：玻璃基板

具体实施方式

下面的实施例提出一种调节膜层结构，利用在透明导电层上在涂布一层混入带电纳米粒子的胶质，当在透明导电层上施予一电压，带电纳米粒子往该透明导电层与该胶体层的一界面聚集沉积，因此其应用的显示装置或触控面板可随使用者的需要任意改变产品的雾度，而调整其质感为镜面或雾面。

图1A、1B图绘示依照本发明实施例的一种调节膜层结构，未施加电压与施加电压的示意图。实施例的调节膜层结构包括一基板10、位于基板10上的一透明导电层12、位于透明导电层12上的一胶体层14、和分布于胶体层14中的多个纳米粒子15，且纳米粒子15表面带有电荷。胶体层14例如是一透明胶体。

如图1A所示，未施加电压时，所述带电纳米粒子15是自由分散于胶体层14中，光线穿过胶体层14在胶体层14和透明导电层12的界面141产生镜面反射，可使应用产品产生镜面质感。此时，界面141具有第一粗糙度，且调节膜层结构具有第一雾度值。

如图1B所示，当在透明导电层12上施予一电压，此时胶体层14便产生一电场梯度的变化，电场产生将诱使带电纳米粒子15往电性相反的电极移动，如往透明导电层12与胶体层14的界面141聚集，进而使带电纳米粒子15沉积于界面141上，光线在胶体层14和透明导电层12的界面141发生散射，可使应用产品产生雾面质感。此时，界面141具有第二粗糙度，且调节膜层结构具有第二雾度值，且第二粗糙度大于第一粗糙度，第二雾度值大于第一雾度值。

虽然，图1A、1B绘示相同尺寸的带电纳米粒子，但本发明并不限于此。实施例中，这些带电纳米粒子亦可包括不同尺寸的带电纳米粒子，施加电压后这些不同尺寸的带电纳米粒子产生不同移动速率，可于胶体层14中与界面141的距离呈现一梯度分布，如移动速率越快的带电纳米粒子越接近界面141处聚集，移动速率越慢的带电纳米粒子越远离界面141处分布。若改变施加电压，亦可改变这些纳米粒子的移动速率和沉积情形，而可改变界面的粗糙化程度(roughness)，进而调节产品的雾度。

一实施例中，纳米粒子15的大小例如是在400nm以下(可见光波长400nm～700nm)，使光线可穿透自由分散于胶体层14中的纳米粒子15，产生高度镜面反射。另一实施例中，纳米粒子的大小是部分大于400nm，其他则小于400nm做搭配，光线通过自由分散或到达沉积于界面处的纳米粒子，仍可造成反射和散射，而达到不同雾度的差别，产生镜面/雾面质感的差异。因此，纳米粒子的实际尺寸可视应用所需而做适当选择。

再者，实施例中这些带电纳米粒子15可包括表面带有不同电荷量的纳米粒子。施加电压后，带有不同电量的纳米粒子是于胶体层14中与界面141的距离呈一梯度分布，如带电量越大的纳米粒子15越接近透明导电层12，带电量越小的纳米粒子15越远离透明导电层12。

因此，依上述，实施例是于透明导电膜上加入一层胶体层，胶体层内含有不同大小和/或带电量不同的纳米粒子，当不施加电压时，纳米粒子自由分散于胶体层内，此时产品呈现镜面质感；当施加电压时，纳米粒子往界面聚集，粒子沉积于界面便改变其粗糙化程度，此时看到为雾面质感。当施加不同电压时，可控制不同大小和/或不同电量的纳米粒子沉积于界面上，进而控制应用产品(如显示器或触控面板)表面的雾度变化。因此，消费者可借由电压控制，调节产品镜面/雾面的质感。

图2A～2C绘示依照本发明一实施例的调节膜层结构的制造方法示意图。首先，提供一基板10，且基板10上具有一透明导电层12，如图2A所示。于透明导电层12上形成一胶体层14，如图2B所示。于胶体层14中混入表面带电荷的纳米粒子15，如图2C所示。

其中，形成具有带电纳米粒子15的胶体层14的步骤例如：先制备一具有带电纳米粒子的溶液，形成一透明胶体于透明导电层12上，再将具有带电纳米粒子的溶液均匀分散于透明胶体(具有孔隙)的表面上，静置后这些带电纳米粒子15渗入透明胶体。

除了直接将具有带电纳米粒子的溶液分散在胶体表面，还可利用两基板夹置胶体后浸泡在含带电纳米粒子的溶液中、或是将纳米粒子溶液自两基板的单边开口注入，使纳米粒子混入胶体等方式进行。其混入方式可视实际应用时胶体材料与纳米粒子溶液的性质作适当的选择。

另一实施例中，也可先混和纳米粒子与胶体材料，再涂布于透明导电层12上，以形成分布有带电纳米粒子15的胶体层14。可视实际应用时选用的胶体材料与纳米粒子溶液的性质而决定先形成胶体再混入纳米粒子、或是先混合纳米粒子与胶体材料后再涂布成形，本发明对此并不多作限制。

用来制作胶体层14的胶体例如是琼脂醣(agarose)或聚丙烯酰胺凝胶(polyarcylamide)。琼脂醣为海藻的萃取物，可直接购买市售的琼脂醣将其溶于水中并加热至80℃以上，待其降温至室温便为胶体状。而聚丙烯酰胺凝胶为人工合成胶体，可调配不同浓度的丙烯酰胺搭配交粘剂(如四甲基乙二胺，N，N，N′，N′-Tetramethylethylenediamine，TEMED)聚合而成。这两种胶体都是形成固体且具有孔隙的基质(外观和触感如同透明的果冻)。

透明导电膜12例如是导电高分子、纳米碳管、纳米银线、氧化铟锡(ITO)。选择胶体后，可利用旋转涂布(spin coating)、狭缝涂布(slit coating)、滚轮涂布(roller coating)等方式，将透明胶体涂布于透明导电层12上，再于胶体层内加入纳米粒子溶液便完成胶体层制作。或是混合纳米粒子与胶体材料后再涂布成形。

纳米粒子的材料包括天然高分子或合成高分子，其制作方式有许多种。天然高分子的纳米粒子例如是几丁聚醣(Chitosan)纳米粒子。利用几丁聚醣制备纳米粒子的一流程如下所述。首先，准备含有几丁聚醣的醋酸溶液、以及准备三聚磷酸盐(tripolyphosphate，TPP)水溶液，将两溶液混合和调整pH值后，搅拌一段时间后以制得含几丁聚醣纳米粒子(Chitosan nanoparticles)的溶液。表1为含几丁聚醣纳米粒子溶液的重量百分比、对应的纳米粒子粒径以及界面电位(Zeta potential)。

表1

合成高分子的纳米粒子例如是聚乳酸-甘醇酸(Poly(lactic-co-glycolic acid)，PLGA)或聚乳酸-甘醇酸-聚乙二醇共聚物(PLGA-PEG)的纳米粒子。利用聚乳酸-甘醇酸制备纳米粒子的一流程如下所述。首先将聚乳酸-甘醇酸溶于有机溶剂如丙酮(acetone)，并搅拌均匀形成类乳化粒滴(quasi-emulsion droplet)。将有机溶剂自粒滴中扩散出来，而制得一聚乳酸-甘醇酸纳米粒子溶液(PLGAnanoparticle solution)。表2为聚乳酸-甘醇酸(PLGA)纳米粒子和聚乳酸-甘醇酸-聚乙二醇共聚物(PLGA-PEG)的粒径大小，及其界面电位(Zeta potential)。

表2

由于带电粒子在溶液中的表面电荷会影响粒子旁的离子分布，如此将导致相反电荷吸附在带电粒子之上，粒子影响的范围称为电双层(electrical doublelayer)，上述的界面电位(Zeta potential)即指带电粒子的电双层边界所带的电荷。当电场施加于溶液中时，溶液中的带电粒子会往相反电性的电极移动(称为电泳，electrophoresis)，当粒子移动时即会产生一相反方向的粘滞力，此粘滞力与电场产生的引力达到平衡时，此时粒子将维持一等速度，而此速度又称为电泳迁移率(electrophoretic mobility)。电泳迁移率与Zeta potential之间存在一关系式为Henry equation。

$U_E=\frac{2\mathrm{\ϵzf}\left(\mathrm{ka}\right)}{3\mathrm{\η}}$ (Henry equation)

其中，UE为电泳迁移率，z为zeta potential，ε为溶液的介电常数，η为溶液的粘度，f(ka)为Henry’s function(通常为1.0或1.5两个值)。由此关系式可知电泳粒子的速率与Zeta potential成正比。

<调节膜层结构的应用>

实施例的调节膜层结构可应用于不同态样的电子产品，如显示装置或触控面板等。显示装置中的显示模块例如是一液晶显示器、一有机发光二极管显示器或是一电子纸显示器等。以下提出三种不同的应用结构做说明，然这些应用的说明与相关图示仅为举例说明之用，并非对于可应用的态样与构造做限制。具有通常知识者亦可根据这些例子于实际应用的态样中稍作变化或修饰，亦可获致如实施例的镜面/雾面可调节的结果。

图3为应用实施例的调节膜层结构于一种液晶显示装置的简单示意图。在液晶显示装置中，除了原有的液晶显示模块，可加入实施例的调节膜层结构。液晶显示模块包括对组的一薄膜晶体管阵列基板(Thin film transistor arraysubstrate)501和一彩色滤光片基板(Color filter substrate)504，且两者之间设置有一液晶分子层(未显示)。一调节膜单元则位于彩色滤光片基板504的上方，包括一透明导电层52、位于透明导电层上的一胶体层54和分布于胶体层54中的带电纳米粒子55。另外，一下偏光板507a位于薄膜晶体管阵列基板501的底面，一上偏光板507b位于胶体层54上。

未施加电压时，胶体层54中的带电纳米粒子是自由分散于该胶体层中，此时显示装置呈现镜面质感；当施加电压时，这些带电纳米粒子往透明导电层52与胶体层54的界面聚集沉积，此时显示装置呈现雾面质感。而施加不同电压时，可让不同大小且/或带有不同电量的纳米粒子先后沉积于界面上，而使界面有不同粗糙度的表现结果，进而控制显示装置的雾度变化。

实际制作时，可于彩色滤光片基板504的背面形成透明导电层52与含带电纳米粒子55的胶体层54，再与阵列基板501进行对组(成为Cell结构)。再于胶体层54上贴附镜面偏光板如上偏光板507b，即为一镜面/雾面可调节显示装置。

图4为应用实施例的调节膜层结构于一种具触控模块的显示装置的简单示意图。显示装置中除了显示模块61，还包括一触控模块位于显示模块61上方。触控模块包括一基板66，其上设置有感应电极671(如图案画电极)，并以一保护玻璃(cover glass)68透过光学胶(optical clear adhesion，OCA)673与基板66贴合。而实施例的调节膜单元可位于触控模块与显示模块61之间，如透明导电层62形成于显示模块61上，胶体层64(含带电纳米粒子65)形成于透明导电层62上。

未施加电压时，带电纳米粒子65自由分散于胶体层64中，显示装置可呈现镜面质感；施加电压后，带电纳米粒子65泳动和沉积，此时显示装置呈现雾面质感；同样的，施加不同电压亦可让不同大小且/或带有不同电量的纳米粒子先后沉积于界面上，而使界面有不同粗糙度的表现结果，进而控制显示装置的雾度变化。

图5为应用实施例的调节膜层结构于一种具单层触控模块的显示装置的简单示意图。显示装置中除了显示模块71，还包括一单层触控模块位于显示模块71上方。单层触控模块是采用单片外挂式结构WIS(Window Integrated Sensor，视窗整合式触碰感应器)的触控模块，是结合保护玻璃与感应玻璃或感应薄膜的单层触控模块(如图5所示的保护玻璃771与其上的图案化ITO773)，相较于传统触控面板的2片或多片玻璃及胶膜对贴制程，WIS结构具有简化制程、降低生产成本，模块厚度减薄、重量减轻等优点。实施例的调节膜单元可位于单层触控模块上方，例如在保护玻璃771上(对应图案化ITO773的另一侧)形成透明导电层72，胶体层74(含带电纳米粒子75)形成于透明导电层72上。于胶体层74上方可更形成一保护膜78，以保护胶体层74不被弄坏。另外，触控模块借由光学胶(OCA)79与显示模块71进行贴合。

以下提出部分相关实验和结果，以作说明。

<几丁聚醣纳米粒子制作流程>

首先将5g高分子量几丁聚醣溶于500mL的5％醋酸，并搅拌隔夜后可得1％chitosan溶液。将350mg三聚磷酸盐(tripolyphosphate，TPP)溶于500mL二次过滤水(ddH2O)中，并搅拌隔夜后可得0.7％TPP溶液。将1％chitosan溶液以5％醋酸稀释成0.35％chitosan溶液。之后，将400mL 0.35％chitosan溶液混合50mL 0.7％TPP溶液，并将混合溶液的pH值以氢氧化钠(NaOH)调整至约pH＝5.0，再搅拌隔夜后即可得含几丁聚醣纳米粒子(Chitosan nanoparticles)的溶液。

<两对组基板间夹置实施例的调节膜层结构，施加电压后产生的雾度变化>

此实验中提出一具有实施例的调节膜层结构的装置，在未施加电压下和施加电压下进行结构的雾度量测。如第6A、6B图所示，该装置包括在两玻璃基板(厚度0.5mm)80a、80b上各形成一透明导电层(ITO，厚度120nm，表面电阻率35Ω/sq)82、83，在两透明导电层82、83之间形成一含带电纳米粒子85的胶体层84。胶体层84为聚丙烯酰胺凝胶(polyarcylamide)，厚度0.7mm。带电纳米粒子85为几丁聚醣纳米粒子，粒径360nm，界面电位(Zeta potential)32.6mV。

如图6A所示，在未施加电压时，带电纳米粒子85自由分散于胶体层84中，此时穿透率为83.6％，雾度为0.18％。如图6B所示，施加电压(5V，5分钟)后，带电纳米粒子85朝相反电性的透明导电层82泳动和沉积于胶体层84与透明导电层82的界面，此时穿透率为84.6％，雾度为0.8％，有明显的变化。目视该结构，亦有镜面质感与雾面质感的明显区别。

<胶体层的制作>

在此提出一种胶体层于对组基板件的制作方式，但本发明并不限于此。

将两片分别具有透明导电层的玻璃以0.7mm间隔物(spacer)隔开，并固定于一治具。将12％聚丙烯酰胺(Polyarcylamide)注入进两片玻璃的空间，于白光下静置固化10分钟，胶体即固化成型。12％聚丙烯酰胺的配制法为：分别加入8mL丙烯酰胺单体(30％)、4倍Tris-HCl 5mL和6.8mL的二次过滤水(ddH2O)，混合后再添加10％的过硫酸铵(APS，ammonium persulfate)和20uL交粘剂TEMED，再次混合后即可得12％的Polyarcylamide。

<含有纳米粒子的胶体层的制作方式>

以下提出三种可将纳米粒子混入胶体层的制作方式，但本发明并不限于此。

1.将夹置有胶体层的两对组基板浸泡在含带电纳米粒子的溶液中，放置隔夜，粒子即渗入胶体层内。

2.将涂布完胶体层的基板，利用如点胶/涂布机(dispenser)，将具有带电纳米粒子的溶液均匀分散于胶体层的表面上，静置一段时间后这些带电纳米粒子渗入胶体层。之后再以保护膜或是另一层玻璃将胶体层封装隔绝。

3.先将胶体层封装并留单边开口后，利用注入(injection)方式将含带电纳米粒子的溶液注入开口，再以UV胶将注入口封闭。注入一段时间后这些带电纳米粒子渗入胶体层。

上述实施例所提出的调节膜层结构，利用在胶体层内加入带电纳米粒子，并利用电压驱动使带电纳米粒子沉积于胶体层与透明导电层的界面处，以改变雾度。若添加的带电纳米粒子具有不同尺寸且/或带不同电量，则施加不同电压亦可让不同大小且/或带有不同电量的带电纳米粒子先后沉积于界面上，而有不同粗糙度的表现结果，进而可控制表面的雾度变化。此设计可搭配于显示器、触控面板、保护镜(Cover lens)等多种应用结构，而成为镜面/雾面调节的产品，让使用者可随需要任意改变产品的外观质感，同时满足镜面和雾面两种型态于同一产品上。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (19)

1.一种调节膜层结构，包括：

一基板；

一透明导电层，位于该基板上；

一胶体层，位于该透明导电层上；和

多个带电纳米粒子，分布于该胶体层中，

其中，未施加电压时，所述带电纳米粒子是自由分散于该胶体层中，当施加电压时，所述带电纳米粒子往该透明导电层与该胶体层的一界面聚集沉积。

2.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述带电纳米粒子自由分散于该胶体层时，该界面具有一第一粗糙度，所述带电纳米粒子聚集于该界面时，该界面具有一第二粗糙度，且该第二粗糙度大于该第一粗糙度。

3.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述带电纳米粒子自由分散于该胶体层时，该结构具有一第一雾度，所述带电纳米粒子聚集于该界面时，该结构具有一第二雾度，且该第二雾度大于该第一雾度。

4.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述带电纳米粒子包括不同尺寸的带电纳米粒子，施加电压后，所述带电纳米粒子于该胶体层中与该界面的距离呈一梯度分布。

5.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述带电纳米粒子包括带有不同电量的纳米粒子，施加电压后，所述带有不同电量的纳米粒子于该胶体层中与该界面的距离呈一梯度分布。

6.如权利要求1所述的结构，还包括一另一基板或一保护膜，该另一基板或该保护膜位于该胶体层上。

7.一种显示装置，包括：

一显示模块，以及

一调节膜单元，位于该显示模块上方，包括一透明导电层、位于该透明导电层上的一胶体层和分布于该胶体层中的多个带电纳米粒子，

其中，未施加电压时，所述带电纳米粒子是自由分散于该胶体层中，当施加电压时，所述带电纳米粒子往该透明导电层与该胶体层的一界面聚集沉积。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，该显示模块为一液晶显示器、一有机发光二极管显示器或是一电子纸显示器。

9.如权利要求7所述的装置，还包括一触控模块，位于该显示模块上方。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，该调节膜单元是位于该触控模块与该显示模块之间。

11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，该调节膜单元是位于该触控模块上。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，该透明导电层位于该触控模块上，该胶体层位于该透明导电层上，该装置更包括一保护膜位于该胶体层上。

13.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述带电纳米粒子自由分散于该胶体层时，该装置具有一第一雾度，所述带电纳米粒子聚集于该界面时，该装置具有一第二雾度，且该第二雾度大于该第一雾度。

14.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述带电纳米粒子包括不同尺寸的带电纳米粒子，施加电压后所述带电纳米粒子于该胶体层中与该界面的距离呈一梯度分布。

15.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述带电纳米粒子包括带有不同电量的纳米粒子，施加电压后，所述带有不同电量的纳米粒子于该胶体层中与该界面的距离呈一梯度分布。

16.一种调节膜层结构的制造方法，包括：

提供一基板，该基板具有一透明导电层；

形成一胶体层于该透明导电层上，且该胶体层中分布有多个带电纳米粒子。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，形成该胶体层的步骤包括：

提供一具有带电纳米粒子的溶液；

形成一透明胶体于该透明导电层上；和

将具有带电纳米粒子的该溶液均匀分散于该透明胶体的表面上，静置后所述带电纳米粒子渗入该透明胶体。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，是利用旋转涂布(spincoating)、狭缝涂布(slit coating)、滚轮涂布(roller coating)其中之一，将该透明胶体涂布于该透明导电层上。

19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，形成该胶体层的步骤包括：

提供一具有带电纳米粒子的溶液；

形成一透明胶体于该透明导电层上；和

使该具有带电纳米粒子的溶液与该透明胶体的一侧边接触，静置后所述带电纳米粒子渗入该透明胶体。

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