CN103715364B - 显示装置及以层状软性元件制作显示装置的方法 - Google Patents

显示装置及以层状软性元件制作显示装置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种显示装置及以层状软性元件制作显示装置的方法，显示装置包括：一背光模块；以及一层状软性元件，设置于该背光模块之上，该层状软性元件包含：一第一软性层，其厚度大于或等于1μm而小于或等于15μm；一功能层，包含一光学或电子元件并设置于该第一软性层之上；及一第二软性层，设置于该功能层之上；其中，该第一软性层的杨氏系数大于或等于约1GPa而小于或等于约9.8GPa。

Description

显示装置及以层状软性元件制作显示装置的方法
技术领域
本发明是关于一种显示装置技术，特别是一种层状软性元件及以该层状软性元件制作显示装置的方法。
背景技术
软性基板具有轻薄及可挠曲等优点，虽然无法直接使用于现有的基板片对片(sheet to sheet)加工，但可通过一刚性载板(例如，玻璃)的搭配来制作软性电子或光电元件。例如，在软性基板和刚性载板中间加入一离型层、牺牲层或特殊粘着剂，使软性基板有足够的附着力而可固定于刚性载板上，以进行后续的元件加工，最后再将软性基板自刚性载板上分离。
在分离软性基板与刚性载板的过程中，会先降低软性基板与其下层材料表面之间的附着力以助于两者的离型效果，并施加大于或等于上述附着力的外力。为了避免在分离过程中发生形变或缺陷，软性基板必须具有相当的厚度；然而，随着厚度的增加，软性基板与刚性载板不同的热膨胀系数易产生其后续加工中的热应力，而使刚性载板弯曲现象，甚至影响其加工的稳定性及良率。
因此，有必要发展新的软性基板技术，降低其厚度并达到良好的离型效果，以对治及改善上述的问题，并可进一步应用于显示器产品。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种层状软性元件及以该层状软性元件制作显示装置的方法，以解决上述现有技术中所存在的问题。
为达成此目的，根据本发明的一方面，一实施例提供一种显示装置，其包括：一背光模块；以及一层状软性元件，设置于该背光模块之上，该层状软性元件包含：一第一软性层，其厚度大于或等于1μm而小于或等于15μm；一功能层，包含一光学或电子元件并设置于该第一软性层之上；及一第二软性层，设置于该功能层之上；其中，该第一软性层的杨氏系数大于或等于约1GPa(十亿帕斯卡)而小于或等于约9.8GPa。
其中，该功能层的元件包含彩色滤光器。
其中，该功能层的元件包含薄膜晶体管，且该第一软性层的厚度大于或等于2μm而小于或等于10μm。
其中，该第一软性层的组成材料包含聚亚酰胺、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲脂、或光阻剂。
其中，该第二软性层的组成材料包含聚亚酰胺、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲脂、聚乙烯、聚碳酸酯、乙烯对苯二甲酸酯、环烯烃聚合物或环烯烃共聚物。
在本发明的另一方面，另一实施例提供一种制作层状软性元件的方法，其包括下列步骤：形成一助离层于一刚性载板上，该助离层具有一离型图案；形成一第一软性层于该助离层上，该第一软性层具有一第一厚度；形成一功能层于该第一软性层上，该功能层包含一光学或电子元件；形成一第二软性层于该功能层上，该第二软性层具有一第二厚度；以及将含有该光学或电子元件部分的该第一软性层、该功能层及该第二软性层的组合自该助离层上分离出，而形成该层状软性元件；其中，该第一软性层的厚度大于或等于 其中γ代表该层状软性元件与该刚性载板之间的界面附着强度，E代表该第一软性层的杨氏系数。
其中，进一步包含：
形成一助附层于该助离层及该刚性载板上；
其中，该层状软性元件进一步包含该助附层，且该助附层与该助离层之间的附着强度小于或等于该助附层与该刚性载板之间的附着强度。
其中该助离层的组成材料包含聚亚酰胺、含环氧或氨基或羧基的硅氧烷类耦合剂、氟系聚合物、或界面活性剂，且该助附层的组成材料包含聚亚酰胺、聚酰胺、或光阻剂。
在本发明的又另一方面，另一实施例提供一种制作显示装置的方法，其包括下列步骤：形成一助离层于一刚性载板上，该助离层具有一离型图案；形成一第一软性层于该助离层上；形成一功能层于该第一软性层上，该功能层包含一光学或电子元件；形成一第二软性层于该功能层上；将含有该光学或电子元件部分的该第一软性层、该功能层及该第二软性层的组合自该助离层上分离出，而形成该层状软性元件；以及贴附该层状软性元件于一背光模块上；其中，该第一软性层的厚度大于或等于其中γ代表该层状软性元件与该刚性载板之间的界面附着强度，E代表该第一软性层的杨氏系数。
附图说明
图1为将软性薄膜自刚性载板上分离的施力示意图。
图2至图8为根据本发明第一实施例的层状软性元件在各个加工步骤的结构剖面图。
图9为根据本发明第二实施例的显示装置的结构剖面图。
图10为根据本发明另一实施例的显示装置的结构剖面图。
附图标记说明：10软性薄膜；100/101显示装置；20/110刚性载板；120助离层；121离型图案；122附着图案；125助附层；130第一软性层；140功能层；141/142/143光学或电子元件；144/145/146彩色滤光器；150第二软性层；160/160a/160b/161层状软性元件；180背光模块。
具体实施方式
为使贵审查委员能对本发明的特征、目的及功能有更进一步的认知与了解，兹配合图式详细说明本发明的实施例如后。在所有的说明书及图示中，将采用相同的元件编号以指定相同或类似的元件。
在本发明的实施例说明中，对于一元素被描述是在另一元素的「上面/上」或「下面/下」，是指直接地或间接地在该元素的上或下的情况，而包含设置于其间的其他元素。为了说明上的便利和明确，图式中各层的厚度或尺寸，是以夸张或省略或概略的方式表示，且各构成要素的尺寸并未完全为其实际的尺寸。
图1为将一软性薄膜10自一刚性载板20上分离的施力示意图，其中一垂直的外在拉力Fp欲以固定速度将该软性薄膜10自该刚性载板20上拉离。为了避免该软性薄膜10在拉离的过程中产生永久形变，该软性薄膜10的厚度tf必须大于或等于 其中γ代表该软性薄膜10与该刚性载板20之间的界面附着强度，其单位为牛顿/公尺(N/m)，且E代表该软性薄膜10的组成材料的杨氏系数，其单位为十亿帕斯卡(GPa)，否则将会使该软性薄膜10在拉离过程中发生永久形变或缺陷。上述针对软性薄膜厚度的设计条件，将应用于本发明的各实施例中。
例如，倘若该软性薄膜10为聚酰亚胺(polyimide，简称PI)的组成材料，欲自玻璃基板的刚性载板20上剥离，由于此聚酰亚胺(PI)薄膜的杨氏系数为8.4Ga，且其与该刚性载板20之间的界面附着强度约为9.8N/m，则在剥离过程可能使该聚酰亚胺(PI)薄膜发生永久变形的厚度约为1.17μm，故可设计该软性薄膜10的膜厚需大于或等于1.17μm。另又例如，倘若该软性薄膜10为聚酰胺(polyamide，简称PA)的组成材料，欲自玻璃基板的刚性载板20上剥离，由于此聚酰胺(PA)薄膜的杨氏系数为6.1Ga，且其与该刚性载板20之间的界面附着强度约为24.5N/m，则在剥离过程可能使该聚酰胺(PA)薄膜发生永久变形的厚度约为4.02μm，故可设计该软性薄膜10的膜厚需大于或等于4.02μm。
图2至图8为根据本发明第一实施例的层状软性元件在各个工艺步骤的结构剖面图。
首先，如图2所示，提供一刚性载板110，该刚性载板110可以是玻璃基板，或其他组成材料的刚性基板，用以承载或支持后续即将制作的层状软性元件的制作。
接着，形成一助离层(releaser)120于该刚性载板110上，该助离层120具有一离型图案，其与该刚性载板110之间的界面附着强度大于或等于其与后续层状软性元件之间的界面附着强度，用以提供一离型界面，而使该层状软性元件在制作完成后，可易于自该刚性载板110上分离。
该助离层120的实现方式至少有二种。第一种方式请参考图3A，可以转印或其他湿式镀膜方式，在该刚性载板110上形成该离型图案。该助离层120的组成材料包含聚亚酰胺(polyimide)、含环氧或氨基或羧基的硅氧烷类耦合剂、氟系聚合物、或界面活性剂。该助离层120可为单层或多层结构，并可通过激光或紫外光照射、及电浆或低温处理，而改变其与后续层状软性元件之间的附着力，例如，锚定力、凡得瓦力、氢键、化学键结、静电吸引力或分子间的交互扩散。接着，如图4A所示，可在该助离层120及该刚性载板110上涂布一助附层(promoter)125，用以固定即将制作的层状软性元件，使的不易受后续水洗、风刀、溶剂加工的影响。该助附层125具有良好的覆膜性，且该助附层125与该助离层120之间的附着强度小于或等于该助附层125与该刚性载板110之间的附着强度。该助附层125的组成材料可包含聚亚酰胺(polyimide)、聚酰胺(polyamide)、或光阻剂。
另一方面，实现该助离层120的第二种方式请参考图3B，可将该助离层120涂布于该刚性载板110的表面全区上，该助离层120的组成材料亦可包含聚亚酰胺(polyimide)、含环氧或氨基或羧基的硅氧烷类耦合剂、氟系聚合物、或界面活性剂。接着，如图4B所示，通过一光遮罩(mask)123定义出后续层状软性元件的预定区域，而以紫外光照射该助离层120，形成未被照射到的离型图案121及被照射到的附着图案122，使得该附着图案122与该刚性载板110之间的附着强度大于或等于该离型图案121与该刚性载板110之间的附着强度。
接着，一第一软性层130可以湿式涂布、印刷或干式贴附等方式，形成于该助离层120或该助附层125上。该第一软性层130可为单层或多层的有机或无机高分子薄膜，例如，聚亚酰胺(polyimide)、聚酰胺(polyamide)、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、光阻剂、及上述物质的组合。如图5A所示，该第一软性层130与该助附层125之间具有良好的界面附着力；如图5B所示，该第一软性层130与该离型图案121之间具有良好的离型性质，而与该附着图案122之间则具有良好的附着性质。
接着，如图6A及6B所示，可进行该层状软性元件的元件加工，而形成一功能层140于该第一软性层130上，该功能层140包含至少一光学或电子元件141/142/143，例如，彩色滤光器(CF)、薄膜晶体管(TFT)、或感测器。该第一软性层130用以支持该功能层140。
接着，如图7A及7B所示，可以湿式涂布、印刷或贴附等方式，于该功能层140上形成一第二软性层150。该第二软性层150的组成材料可为有机或无机高分子材料，例如，聚亚酰胺(polyimide)、聚酰胺(polyamide)、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、聚乙烯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、乙烯对苯二甲酸酯(PET)、环烯烃聚合物(COP)或环烯烃共聚物(COC)。该第二软性层150可以良好的附着性或粘着性而形成于该功能层140上，其可为单层或多层的结构，用以增加该层状软性元件的整体厚度和支撑性。此外，该第二软性层150亦可以为铟锡氧化物感测器薄膜(ITO sensorfilm)、或是具阻水氧性质的阻障膜(barrier film)或抗反射膜(AR Film)等。
接着，将该层状软性元件160a或160b自该助离层120上分离出，例如，可以激光、轮刀、钢刀或冲刀等方式裁切该离型图案121的边缘，再利用具粘性的卷轴(roller)或真空吸附方式，将该层状软性元件160a或160b取出。如图8B所示，该层状软性元件160a包含有该光学或电子元件141/142/143部分的该第一软性层130、该功能层140及该第二软性层150的组合；而如图8A所示，该层状软性元件160a包含有该光学或电子元件141/142/143部分的该助附层125、该第一软性层130、该功能层140及该第二软性层150的组合。
在本实施例中，该第一软性层130具有第一厚度，该第二软性层150具有第二厚度。该第一软性层130的厚度须满足大于或等于 的条件，其中，在图8A的实施例中，γ代表如所示该层状软性元件160a的底层(该助附层125)与该助离层120之间的界面附着强度，其单位为N/m；E代表该第一软性层130的杨氏系数，其单位为GPa(十亿帕斯卡)。而在图8B的实施例中，γ代表如所示该层状软性元件160b的底层(该第一软性层130)与该助离层120之间的界面附着强度(其单位为N/m)，E代表该第一软性层130的杨氏系数(其单位为GPa)。在本实施例中，该第一厚度可大于或等于1μm而小于或等于15μm，而该第二厚度并无特别的限制；较佳者，该第一软性层130的杨氏系数约介于1GPa与9.8GPa之间，且该第二厚度大于或等于该第一厚度。此外，在该功能层140的元件为薄膜晶体管的案例中，该第一软性层130的较佳厚度介于2μm与10μm之间。
依据上述该层状软性元件160a或160b的制作方法，可制作具有彩色滤光功能的软性元件，这将详述如下。请参考图2至8，该助离层120以含环氧或氨基或羧基的硅氧烷类聚合物以湿式涂布法沉积于一无碱玻璃的刚性载板110上，再以光遮罩123及紫外光照射而定义出该软性彩色滤光元件的制作区域于该离型图案121上。该第一软性层130可为透明聚亚酰胺膜(膜厚约2μm)以及透明压克力系光阻材料膜(膜厚约1μm)的多层结构；上述的光阻材料膜具有阻水氧的特性。该功能层140所包含的光学或电子元件141/142/143为彩色滤光器(CF)，以作为该软性元件的元件操作区。由于本实施例的软性元件并不包含铟锡氧化物(ITO)透明电极，因此可在该功能层140上偏贴光学胶(OCA)及高透明度(穿透度>90%)的聚碳酸酯(PC)或乙烯对苯二甲酸酯(PET)等软性聚合物，以作为该第二软性层150。此外，该第二软性层150上可再偏贴具有基础膜(basefilm)的透明胶膜，以增加该软性彩色滤光元件的整体厚度和支撑性。最后，可将该离型图案121上的该软性元件分离取出，且该软性元件为该第一软性层130、具有彩色滤光器(CF)的该功能层140、及该第二软性层150的组合。
第一实施例的层状软性元件160a或160b可进一步用于显示装置的制作。例如，如图9所示，上述实施例的具有彩色滤光功能的软性元件，可以光学胶(OCA)或UV胶等高透明粘着剂而黏合于一背光模块180上。倘若该背光模块180为白光有机发光二极管(organic light emitting diode，简称OLED)的薄膜晶体管(thin film transistor，简称TFT)元件，贴附该软性元件于其上则可制作OLED显示器。
以下针对各种类型的液晶显示面板，依据不同的基板类型及该功能层140所包含不同的元件(CF或TFT)，假设薄膜应力仅来自高温加工中的热应力残留而在不考虑其他应力影响，该第一软性层130在不同加工温度的厚度上限整理如下表：
由此可推算出本说明书各实施例的该第一软性层130的厚度值。
图9为根据本发明第二实施例的显示装置100的结构剖面图。如图9所示，该显示装置100包含一背光模块180以及一层状软性元件160。以下将针对各组成件作详细的描述。
该背光模块180用以提供平面背光源给该显示装置100。该背光模块180可以是发光二极管(light emitting diode，简称LED)或是冷阴极灯管(cold cathode fluorescent lamp，简称CCFL)的背光源；但本发明并不对此加以限制。
该层状软性元件160为先形成于一刚性载板(未图示)上再分离自其上的层状结构，例如，依据上述第二实施例的制作方法所制造者，且该刚性载板可以是玻璃基板。该层状软性元件160可包含一第一软性层130、一功能层140、及一第二软性层150。该第一软性层130可为单层或多层的有机或无机高分子薄膜，例如，聚亚酰胺(polyimide)、聚酰胺(polyamide)、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、光阻剂、及上述物质的组合。该功能层140设置于该第一软性层130上，并包含至少一光学或电子元件，例如，红色(R)彩色滤光器144、绿色(G)彩色滤光器145、及蓝色(B)彩色滤光器146；但本发明并不对此加以限制，该光学或电子元件亦可以是薄膜晶体管或感测器。该第二软性层150可为单层或多层的结构，其组成材料可包含有机或无机高分子材料，例如，聚亚酰胺(polyimide)、聚酰胺(polyamide)、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、聚乙烯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、乙烯对苯二甲酸酯(PET)、环烯烃聚合物(COP)或环烯烃共聚物(COC)，用以增加该层状软性元件160的整体厚度和支撑性。该层状软性元件160可贴附于该背光模块180上。
本实施例的特色之一在于该第一软性层130与该第二软性层150的厚度条件。倘若该第一软性层130具有第一厚度，该第二软性层150具有第二厚度，则该第一软性层130的厚度大于或等于 的条件，其中γ代表该层状软性元件160的底层(该第一软性层130)与该刚性载板之间的界面附着强度，E代表该第一软性层130的杨氏系数；例如，该第一厚度可约大于或等于1μm而小于或等于15μm，且该第二厚度约大于或等于10μm。较佳者，该第一软性层130为透明聚亚酰胺膜(膜厚约2μm)以及透明阻水氧性的压克力系光阻材料膜(膜厚约1μm)的多层结构，该第二软性层150为膜厚约10μm的高透明度(穿透度>90%)聚碳酸酯(PC)或乙烯对苯二甲酸酯(PET)等软性聚合物膜。
为了工艺上的需要，该层状软性元件160的底面亦可进一步包含一助附层125。图10为根据本发明另一实施例的显示装置101的结构剖面图。除了该助附层125之外，该显示装置100的其余组成件皆同于图9的实施例，因此在此不再赘述。该助附层125的组成材料可包含聚亚酰胺(polyimide)、聚酰胺(polyamide)、或光阻剂，则该层状软性元件161可包含该助附层125、该第一软性层130、该功能层140、及该第二软性层150。该第一软性层130的厚度须大于或等于 其中γ代表该层状软性元件160的底层(该助附层125)与该刚性载板之间的界面附着强度，E代表该第一软性层130的杨氏系数，例如，介于1GPa与9.8GPa之间。
以上所述者，仅为本发明的较佳实施例，当不能以的限制本发明的范围。即大凡依本发明申请专利范围所做的均等变化及修饰，仍将不失本发明的要义所在，亦不脱离本发明的精神和范围，故都应视为本发明的进一步实施状况。

Claims (10)

1.一种显示装置，其特征在于，其包括：
一背光模块；以及
一层状软性元件，其为先形成于一刚性载板上再分离自其上的层状结构，并设置于该背光模块之上，该层状软性元件包含：
一第一软性层，其厚度大于或等于其中γ代表该层状软性元件与该刚性载板之间的界面附着强度，E代表该第一软性层的杨氏系数，且其厚度大于或等于1μm而小于或等于15μm；
一功能层，包含一光学或电子元件并设置于该第一软性层之上；及
一第二软性层，设置于该功能层之上；
其中，该第一软性层的杨氏系数大于或等于约1GPa而小于或等于约9.8GPa。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该功能层的元件包含彩色滤光器。
3.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该功能层的元件包含薄膜晶体管，且该第一软性层的厚度大于或等于2μm而小于或等于10μm。
4.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该第一软性层的组成材料包含聚亚酰胺、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲脂、或光阻剂。
5.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该第二软性层的组成材料包含聚亚酰胺、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲脂、聚乙烯、聚碳酸酯、乙烯对苯二甲酸酯或环烯烃聚合物。
6.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该第二软性层的组成材料包含环烯烃共聚物。
7.一种制作层状软性元件的方法，其特征在于，其包括下列步骤：
形成一助离层于一刚性载板上，该助离层具有一离型图案；
形成一第一软性层于该助离层上，该第一软性层具有一第一厚度；
形成一功能层于该第一软性层上，该功能层包含一光学或电子元件；
形成一第二软性层于该功能层上，该第二软性层具有一第二厚度；以及
将含有该光学或电子元件部分的该第一软性层、该功能层及该第二软性层的组合自该助离层上分离出，而形成该层状软性元件；
其中，该第一软性层的厚度大于或等于其中γ代表该层状软性元件与该刚性载板之间的界面附着强度，E代表该第一软性层的杨氏系数。
8.根据权利要求7所述的制作层状软性元件的方法，其特征在于，进一步包含：
形成一助附层于该助离层及该刚性载板上；
其中，该层状软性元件进一步包含该助附层，且该助附层与该助离层之间的附着强度小于或等于该助附层与该刚性载板之间的附着强度。
9.根据权利要求8所述的制作层状软性元件的方法，其特征在于，该助离层的组成材料包含聚亚酰胺、含环氧或氨基或羧基的硅氧烷类耦合剂、氟系聚合物、或界面活性剂，且该助附层的组成材料包含聚亚酰胺、聚酰胺、或光阻剂。
10.一种制作显示装置的方法，其特征在于，其包括下列步骤：
形成一助离层于一刚性载板上，该助离层具有一离型图案；
形成一第一软性层于该助离层上；
形成一功能层于该第一软性层上，该功能层包含一光学或电子元件；
形成一第二软性层于该功能层上；
将含有该光学或电子元件部分的该第一软性层、该功能层及该第二软性层的组合自该助离层上分离出，而形成一层状软性元件；以及
贴附该层状软性元件于一背光模块上；
其中，该第一软性层的厚度大于或等于其中γ代表该层状软性元件与该刚性载板之间的界面附着强度，E代表该第一软性层的杨氏系数。
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