CN109747235A - 保护结构以及电子装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种保护结构包括基板、硬质涂层以及辅助层。辅助层位于基板上，硬质涂层位于辅助层上，所述辅助层位于所述基板与所述硬质涂层之间，其中所述辅助层的杨氏模量大于所述硬质涂层的杨氏模量，所述硬质涂层的杨氏模量大于所述基板的杨氏模量。
Description
技术领域
本发明涉及电子元件保护领域，特别涉及一种保护结构以及电子装置。
背景技术
电子元件(例如是软性电子元件)在轻薄化后本身的机械强度、硬度不足，在制造、搬运及使用时容易受到外力的刮伤、磨损而造成损伤，因而造成元件可靠度的问题。
若在电子元件的表面设置硬质涂层，可以增加电子元件的抗刮能力，但当硬质涂层的厚度增加时，虽电子元件的抗刮能力可以提升，但元件经折叠(摺叠)后容易造成材料破裂的现象。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明目的在于提供数种保护结构。
具体地说，本发明公开了一种保护结构，其中包括：
基板；
辅助层，位于所述基板上；以及
硬质涂层，位于所述辅助层上，所述辅助层位于所述基板与所述硬质涂层之间，其中所述辅助层的杨氏模量大于所述硬质涂层的杨氏模量，所述硬质涂层的杨氏模量大于所述基板的杨氏模量。
所述保护结构，其中所述辅助层的杨氏模量介于15至100GPa，所述硬质涂层的杨氏模量介于10至30GPa，所述基板的杨氏模量介于1至20GPa。
所述保护结构，其中所述辅助层的厚度介于0.1至30μm，所述硬质涂层的厚度介于5至35μm，所述基板的厚度介于5至50μm。
所述保护结构，其中还包括光学结构层，其中所述光学结构层设置于所述基板上，所述基板位于所述光学结构层及所述辅助层之间，且所述光学结构层的杨氏模量介于1至20GPa及厚度介于0.5至20μm。
所述的保护结构，其中还包括光学结构层，其中所述光学结构层设置于所述基板及所述辅助层之间，且所述光学结构层的杨氏模量介于1至20GPa及厚度介于0.5至20μm。
所述保护结构，其中所述辅助层包括无机材料、有机材料或有机材料与无机材料组成的复合材料，所述无机材料包括类钻碳、氮化硅、氧化硅、二氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、铝二氧化钛、蓝宝石镀膜、氮氧化钛或聚硅氮烷。
所述保护结构，其中所述辅助层靠近所述硬质涂层的表面为不连续面，所述不连续面具有微间隙小于1μm的表面结构。
所述保护结构，其中所述硬质涂层包括异戊四醇三甲基丙烯酸酯、压克力材料，或前述材料的组合。
所述保护结构，其中所述辅助层为图案化辅助层，所述图案化辅助层具有多个第一开口区，其中所述硬质涂层填入于所述图案化辅助层的所述第一开口区。
所述保护结构，其中还包括界面层，其中所述界面层位于所述辅助层及所述硬质涂层之间。
所述保护结构，其中所述辅助层为图案化辅助层，所述图案化辅助层具有多个第一开口区，其中所述界面层填入于所述图案化辅助层的所述第一开口区。
所述保护结构，其中所述硬质涂层为图案化硬质涂层，其中所述图案化硬质涂层具有多个第二开口区，所述保护结构还包括第一辅助层，所述第一辅助层覆盖于所述图案化硬质涂层的上方及侧边，并覆盖于被所述第二开口区所曝露出来的所述辅助层的部分表面。
所述保护结构，其中所述辅助层为图案化辅助层，所述图案化辅助层包括第一部分及第二部分，所述第二部分具有多个第三开口区，且所述第三开口区曝露出部分所述第一部分的表面，所述硬质涂层填入于所述第三开口区。
所述保护结构，其中还包括界面层，其中所述界面层覆盖于所述第二部分的上方及侧边，并覆盖于被所述第三开口区所曝露出来的所述第一部分的所述部分表面，所述硬质涂层覆盖于所述界面层。
所述保护结构，其中还包括第一硬质涂层，其中所述第一硬质涂层位于所述基板及所述辅助层之间，其中所述第一硬质涂层位于预定折叠区的厚度大于在非预定折叠区的厚度，所述硬质涂层位于所述预定折叠区的厚度小于在所述非预定折叠区的厚度。
本发明还提出了一种电子装置，其中包括：
电子元件；以及
位于所述电子元件上的保护结构，所述保护结构至少包括硬质涂层以及辅助层，所述辅助层位于所述电子元件及所述硬质涂层之间，其中所述辅助层的杨氏模量大于所述硬质涂层的杨氏模量。
所述电子装置，其中还包括光学结构层，其中该光学结构层设置于该电子元件与该辅助层之间，且该光学结构层的杨氏模量介于1至20GPa。
本发明还提出了一种保护结构，适用于电子元件，其中包括：
硬质涂层，位于所述电子元件上；以及
辅助层，位于所述电子元件及所述硬质涂层之间，其中所述辅助层的杨氏模量大于所述硬质涂层的杨氏模量。
所述保护结构，其中所述辅助层的杨氏模量介于15至100GPa，所述硬质涂层的杨氏模量介于10至30GPa。
所述保护结构，其中所述辅助层的厚度介于0.1至30μm，所述硬质涂层的厚度介于5至35μm。
所述保护结构，其中还包括光学结构层，其中该光学结构层设置于该辅助层上，且该光学结构层的杨氏模量介于1至20GPa。
所述保护结构，其中所述辅助层包括无机材料、有机材料或有机材料与无机材料组成的复合材料，所述无机材料包括类钻碳、氮化硅、氧化硅、二氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、铝二氧化钛、蓝宝石镀膜、氮氧化钛或聚硅氮烷。
所述保护结构，其中所述辅助层靠近所述硬质涂层的表面为不连续面，所述不连续面具有微间隙小于1μm的表面结构。
所述保护结构，其中所述硬质涂层包括异戊四醇三甲基丙烯酸酯、压克力材料或其组合。
综上本发明提供的保护结构可形成或贴合在电子元件上，减少电子元件受到外力刮伤，进而增加电子装置的使用寿命及可靠度。本发明还提供数种电子装置，其电子元件可以受到保护，减少外力刮伤，进而增加电子装置的使用寿命及可靠度。
附图说明
图1A为依据本发明实施例的具有基板的保护结构的剖面示意图；
图1B为依据本发明另一实施例的具有基板的保护结构的剖面示意图；
图1C为依据本发明又一实施例的具有基板的保护结构的剖面示意图；
图1D为依据本发明实施例的电子装置的剖面示意图；
图1E为依据本发明另一实施例的电子装置的剖面示意图；
图1F为依据本发明又一实施例的电子装置的剖面示意图；
图2A～2B为依据本发明实施例的辅助层的非连续面结构的剖面示意图；
图2C-1～2C-3为图2A～2B的三种范例的非连续面结构的辅助层的俯视图；
图3A为依据本发明另一实施例的保护结构的剖面示意图；
图3B为依据本发明另一实施例的保护结构的剖面示意图；
图3C为依据本发明另一实施例的电子装置的剖面示意图；
图3D为依据本发明另一实施例的电子装置的剖面示意图；
图4为依据本发明另一实施例的保护结构的剖面示意图；
图5A～5C为依据本发明实施例中图案化辅助层的三种范例的俯视图；
图6A为依据本发明另一实施例的保护结构的剖面示意图；
图6B为依据本发明另一实施例的保护结构的剖面示意图；
图6C为依据本发明另一实施例的保护结构的剖面示意图；
图7为依据本发明另一实施例的保护结构的剖面示意图；
图8为依据本发明另一实施例的保护结构的剖面示意图；
图9为依据本发明另一实施例的保护结构的剖面示意图；
图10为依据本发明另一实施例的保护结构的剖面示意图；
图11为依据本发明另一实施例的保护结构的剖面示意图；
图12为依据本发明另一实施例的保护结构的剖面示意图；
图13为不同保护结构的最大下压力模拟结果图。
符号说明：
10a～10j、10b-1、10b-2、10d-1、10d-2、20a、20a-1：保护结构；
10a’、10b’-1、10b’-2、20a’、20a’-1：电子装置；
100：基材； 110：辅助层；
110’：图案化辅助层； 110a’：网状结构；
110b’：长条形结构； 110c’：六边形结构；
110”：第一辅助层； 1101：第一部分；
1102：第二部分； 110a：第一开口区；
110b：第二开口区； 110c：第三开口区；
120：硬质涂层； 1201：第一硬质涂层；
120’：图案化硬质涂层； 130：电子元件；
140：界面层； A1：预定摺叠区；
A2：非预定摺叠区； S1：第一表面；
S2：第二表面； S3：第三表面；
OS：光学结构层； cc：凹槽结构；
cv：凸起结构； pl：平面；
d1：间隙深度； d2：间隙；
w：间隙宽度； sp1：缝隙间距；
sp2：缝隙间距； R：区域。
具体实施方式
本说明书以下的揭露内容提供不同的实施例或范例，以实施本发明各种不同实施例的不同特征。而本说明书以下的揭露内容是叙述各个构件及其排列方式的特定范例，以求简化说明。当然，这些特定的范例并非用以限定本发明。另外，本发明的说明中不同范例可能使用重复的参考符号及/或用字。这些重复符号或用字为了简化与清晰的目的，并非用以限定各个实施例及/或所述外观结构的关系。再者，若是本说明书以下的揭露内容叙述了将第一特征形成于第二特征之上或上方，即表示其包含了所形成的上述第一特征与上述第二特征是直接接触的实施例，也包含了尚可将附加的特征形成于上述第一特征与上述第二特征之间，而使上述第一特征与上述第二特征可能未直接接触的实施例。所绘图式中的元件尺寸为说明方便而绘制，并非代表其实际之元件尺寸比例。
为让本发明的上述特征和效果能阐述的更明确易懂，下文特举实施例，并配合说明书附图作详细说明如下。
图1A为依据本发明实施例的具有基板(substrate)100的保护结构10a的剖面示意图。请参考图1A，保护结构10a包括基板100、辅助层110以及硬质涂层(hard coatinglayer)120，其中辅助层110可为具抗刮作用的抗刮辅助层。基板100具有第一表面S1及与第一表面S1相对的第二表面S2，辅助层110位于基板100的第一表面S1上。硬质涂层120位于基板100的第一表面S1上，且辅助层110位于基板100及硬质涂层120之间。辅助层110与硬质涂层120可以各自分别是未图案化层。换言之，辅助层110将第一基板100的第一表面S1完全覆盖，且硬质涂层120将辅助层110完全覆盖。
在一实施例中，基板100可以是单一材料基板，例如有机材料或无机材料。有机材料可包括聚酰亚胺(PI)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚醚砜(PES)、聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚醚醚酮(PEEK)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚乙烯亚胺(PEI)、聚氨酯(PU)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、压克力(acrylic)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇(PVA)、含醚(ether)系列的聚合物、聚烯(polyolefin)等材料，或上述材料的组合，但不以此为限。无机材料的材质包括单一金属、金属氧化物、非金属氧化物、非金属氮化物、陶瓷等材料或上述材料所组成的复合材料，但不以此为限。无机材料例如是类钻碳(Diamond-like Carbon；DLC)、氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、铝二氧化钛、氧化钛、氮氧化钛、涂布型阻气层(solution gas barrier；SGB)(SGB例如是聚硅氮烷(Polysilazane))等材料。在另一实施例中，基板100可以是包括有机材料与无机材料的复合基板。所述有机材料与无机材料的复合基板指有机材料与无机材料混合而形成的基板。
在一实施例中，辅助层110可为无机材料、有机材料或是有机材料与无机材料组成的复合材料。无机材料的材质包括单一金属、金属氧化物、非金属氧化物、非金属氮化物、陶瓷等材料，或上述材料所组成的复合材料，但不限于此。无机材料例如是类钻碳(Diamond-like Carbon；DLC)、氮化硅(Silicon nitride)、氧化硅、二氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、铝二氧化钛、蓝宝石镀膜、氮氧化钛、涂布型阻气层(solution gas barrier，例如是聚硅氮烷(Polysilazane))。有机材料则包括异戊四醇三甲基丙烯酸酯(pentaerythritol tri(meth)acrylate)或压克力材料(acrylate)、树脂、聚合物、光阻等材料，或上述材料所组成的复合材料，但不限于此。在一实施例中，无机材料可以为粒径小于100纳米的粉体材料。以类钻碳为例，由类钻碳所形成的辅助层110的远离基板100的一第三表面S3可以是连续面结构，也可以是非连续面结构；连续面结构指第三表面S3(X-Y平面)为平坦的表面，而非连续面结构则指第三表面S3(X-Y平面)为凹凸的表面，此非连续面结构可利用例如溅镀等方法而形成，非连续面结构的表面微间隙(micro gap ofsurfaces)的宽度小于1μm。
请参考图2A～2B，图2A～2B为依据本发明实施例的辅助层110的剖面示意图，其用以说明辅助层110的非连续面结构；所述非连续面结构指具凹凸结构的表面。以图1A的实施例来说明，图2A～2B为图1A中区域R的放大图。图2A为一实施例中具非连续面结构的辅助层110的剖面示意图，图2B为另一实施例中非连续面结构的辅助层110的剖面示意图。请参考图2A，辅助层110的非连续面结构为在辅助层110的平面pl(pl位于X-Y平面)上具有多个凹槽结构cc所形成，图2B的辅助层110的非连续面结构则为在辅助层110的平面pl(pl位于X-Y平面)上具有多个凸起结构cv所形成，图2A及图2B中标示了间隙深度及间隙宽度，间隙深度d1为辅助层110的平面pl与凹槽结构cc底部或凸起结构cv顶部间的高度，其可为0.1～0.8μm；间隙宽度w则为辅助层110的相邻两凹槽结构cc间的宽度或相邻两凸起结构cv间的宽度，其小于1μm，在一实施例中为介于0.1～0.99μm。
请参考图2C-1～图2C-3，图2C-1～图2C-3为图2A～2B的非连续面结构的辅助层110的俯视图，图2C-1～图2C-3显示三种范例的非连续面结构的俯视图。图2C-1为有序性线段式(ordered line segments)的凹凸结构的表面，图2C-2为有序性多边形式(orderedpolygons)的凹凸结构的表面，图2C-3则为无序性的(disordered)凹凸结构的表面。此些表面结构仅为范例说明，本发明不以此为限。
在一实施例中，硬质涂层120包括异戊四醇三甲基丙烯酸酯((pentaerythritoltri(meth)acrylate))、压克力(acrylate)等材料，或上述材料的组合，但不限于此。
请再参考图1A，保护结构10a中的基板100、辅助层110及硬质涂层120的杨氏模量由大而小依序为：辅助层110的杨氏模量、硬质涂层120的杨氏模量、基板100的杨氏模量。基板100的杨氏模量可介于1～20GPa(109帕)。硬质涂层120的杨氏模量可介于10～30GPa。在满足上述辅助层110的杨氏模量、硬质涂层120的杨氏模量及基板100的杨氏模量大小的关系之条件下，辅助层110材料的杨氏模量例如至少大于或等于15GPa，在一实施例中，辅助层110材料的杨氏模量可介于15～100GPa，而辅助层110的杨氏模量与硬质涂层120的杨氏模量的比值(即杨氏模量辅助层/杨氏模量硬质涂层)为大于1且小于等于10，辅助层110的杨氏模量与基板100的杨氏模量的比值(即杨氏模量辅助层/杨氏模量基板)为大于1且小于等于100。在另一实施例中，辅助层110的杨氏模量可介于20～80GPa，而辅助层110的杨氏模量与硬质涂层120的杨氏模量的比值范围为大于1且小于等于8，辅助层110的杨氏模量与基板100的杨氏模量的比值范围则为大于1且小于等于80。在又一实施例中，辅助层110的杨氏模量则可介于40～60GPa，而辅助层110的杨氏模量与硬质涂层120的杨氏模量的比值范围为1.33～6，辅助层110的杨氏模量与基板100的杨氏模量的比值范围则为2～60。
请继续参考图1A，保护结构10a中的基板100的厚度介于5～50μm。硬质涂层120的厚度则介于5～35μm，而辅助层110的厚度则介于0.1～30μm。辅助层110的厚度与硬质涂层120的厚度的比值(即厚度辅助层/厚度硬质涂层)范围为0.003～6，辅助层110的厚度与基板100的厚度的比值(即厚度辅助层/厚度基板)范围为0.002～6。在一实施例中，若辅助层110采用无机材料，其厚度可介于0.1～1μm，辅助层110的厚度与硬质涂层120的厚度的比值(即厚度辅助层/厚度硬质涂层)范围为0.03～6，辅助层110的厚度与基板100的厚度的比值(即厚度辅助层/厚度基板)范围为0.02～6。在另一实施例中，若辅助层110采用有机材料，则其厚度可介于1～30μm，辅助层110的厚度与硬质涂层120的厚度的比值(即厚度辅助层/厚度硬质涂层)范围为0.003～0.16，辅助层110的厚度与基板100的厚度的比值(即厚度辅助层/厚度基板)范围为0.002～6。
请再参考图1A，辅助层110及硬质涂层120可以采用任何已知的方法来形成，为有机材料者可使用例如涂布、印刷等方式来形成，若为无机材料者则可使用例如测镀、蒸镀、化学气相沉积、物理气相沉积等制程方式来形成。在一实施例中，可以在基板110上先以涂布、印刷、溅镀或化学气相沉积等方式形成辅助层110，接着，再以涂布方式在辅助层110上形成硬质涂层120。
图1B为依据本发明另一实施例的保护结构的剖面示意图，其中保护结构10b-1具有基板100及光学结构层OS(Optical Structure Layer；OSL)，光学结构层可以是圆偏光膜层(Circular Polarizer；CPL)或滤光结构层(Light Filter Structure)。
请参考图1B，保护结构10b-1与图1A中的保护结构10a相似，不同处为保护结构10b-1还包括光学结构层OS，光学结构层OS设置于基板100的第二表面S2，基板100位于辅助层110及光学结构层OS之间。光学结构层OS可以是圆偏光膜层(Circular Polarizer；CPL)或滤光结构层(Light Filter Structure)。圆偏光膜层例如为偏光层与相位延迟层，其中偏光层可为线偏光层，相位延迟层可为1/4波长延迟片。滤光结构层例如为黑色滤光层、彩色滤光层或两者结合的结构。光学结构层OS的杨氏模量可介于1～20GPa，厚度则可介于0.5～20μm。光学结构层OS可透过胶材贴附于基板100上或以湿式涂布或干式成膜方式直接形成于基板100上。
图1C为依据本发明又一实施例的保护结构的剖面示意图，其中保护结构10b-2具有基板100及光学结构层OS(Optical Structure Layer；OSL)。
请参考图1C，保护结构10b-2与图1B中的保护结构10b-1相似，不同处为保护结构10b-2的光学结构层OS设置于基板100的第一表面S1，光学结构层OS位于基板100与辅助层110之间。圆偏光膜层例如为偏光层与相位延迟层，其中偏光层可为线偏光层，相位延迟层可为1/4波长延迟片。光学结构层OS的杨氏模量可介于1～20GPa，厚度则可介于0.5～20μm。光学结构层OS可透过胶材贴附于基板100上或以湿式涂布或干式成膜方式直接形成于基板100上。图1D为依据本发明一实施例的电子装置的剖面示意图，其中电子装置10a’具有基板100。
请参考图1D，在一实施例中，电子装置10a’除了包括如图1A的保护结构10a外，还包括电子元件130。电子元件130设置于基板100的第二表面S2，其中第一表面S1与第二表面S2为基板100的相对两表面。上述保护结构10a可以通过黏着层(未绘示)与电子元件130贴合以形成电子装置10a’。
黏着层的材料例如是树脂膜、光学透明黏着剂(OCA)、热熔胶黏着剂、光学感压胶(PSA)或光学感压树脂(OCR)，但不限于此。在一实施例中，电子元件130例如是导线、电极、电阻、电感、电容、晶体管、二极管、开关元件、放大器、处理器、控制器、薄膜晶体管、触控元件、压力感测元件、微机电元件、反馈元件、显示器、触控显示元件、单晶片模块、多芯片模块，或其它适当的电子元件。在另一实施例中，电子元件130也可以是光学元件或具有滤光层的元件，但不限于此。在一实施例中，显示器可为主动式矩阵(Active Matrix)显示器或被动式矩阵(Passive Matrix)显示器，主动式矩阵(Active Matrix)显示器可为有机发光二极管(organic light emitting diode；OLED)显示器。
图1E为依据本发明另一实施例的电子装置的剖面示意图，其中电子装置10b’-1具有基板100及光学结构层OS(Optical Structure Layer；OSL)。
请参考图1E，电子装置10b’-1与图1D中的电子装置10a’相似，不同处为电子装置10b’-1还包括光学结构层OS，光学结构层OS设置于基板100的第二表面S2，光学结构层OS位于基板100及电子元件130之间。光学结构层OS可以胶材贴附于基板100及电子元件130之间或以湿式涂布或干式成膜方式直接形成于基板100上。光学结构层OS的其他说明请参考上述实施例，在此不再重复。
图1F为依据本发明又一实施例的电子装置的剖面示意图，其中电子装置10b’-2具有基板100及光学结构层OS(Optical Structure Layer；OSL)。
请参考图1F，电子装置10b’-2与图1E中的电子装置10b’-1相似，不同处为电子装置10b’-2的光学结构层OS设置于基板100的第一表面S1，光学结构层OS位于基板100与辅助层110之间。光学结构层OS可以胶材贴附于基板100及辅助层110之间或以湿式涂布或干式成膜方式直接形成于基板100上。光学结构层OS的其他说明请参考上述实施例，在此不再重复。
图3A及图3B为依据本发明另一实施例的保护结构的剖面示意图。图3C及图3D为依据本发明另一实施例的电子装置的剖面示意图。
请参考图3A，保护结构20a与图1A中的保护结构10a相似，不同处为保护结构20a不具有基板100。保护结构20a包括辅助层110及硬质涂层120。接着请参考图3B，保护结构20a-1与图3A中的保护结构20a相似，不同处为保护结构20a-1还包括光学结构层OS，光学结构层OS设置于辅助层110上，辅助层110位于硬质涂层120及光学结构层OS之间。光学结构层OS可以胶材贴附于辅助层110上或以湿式涂布或干式成膜方式直接形成于基板100上。光学结构层OS的其他说明请参考图1B，在此不再重复。
请再参考图3C，电子装置20a’与图1D中的电子装置10a’相似，不同处为电子装置20a’的保护结构20a不具有基板100。在一实施例中，可以直接在电子元件130上形成保护结构20a，举例而言，在电子元件130上以例如涂布、印刷、溅镀或化学气相沉积等方式形成辅助层110，接着再以涂布方式形成硬质涂层120，如此进一步形成电子装置20a’。不具有基板的保护结构可使厚度变薄，但不影响其功能，上述功能例如为抗刮功能。
接着请参考图3D，电子装置20a’-1与图3C中的电子装置20a’相似，不同处为电子装置20a’-1还包括光学结构层OS，光学结构层OS设置于电子元件130与辅助层110之间。光学结构层OS例如是以胶材贴附于电子元件130与辅助层110之间或以湿式涂布或干式成膜方式直接形成于基板100上。光学结构层OS的其他说明请参考图1B，在此不再重复。
在图3A～图3D的实施例中，与图1A～1F相同或相似元件的说明请参考图1A～1F，在此不再重复。例如辅助层110及硬质涂层120的材料、厚度、形成方式及杨氏模量以及电子元件130可参考图1A及1D的实施例，于此不再详述。
本发明实施例的保护结构可以如同以上图1A所示之包含基板100，或如同图3A所示不包含上述基板100。以下的各实施例将以具基板的保护结构来进行说明，但在这些实施例中，保护结构也同样可以不包含上述基板100，本说明书则不再重复进行说明。
另外，本发明实施例的保护结构可以如同以上图1B所示与电子元件组合成电子装置。以下各实施例将以保护结构来进行说明，但同样这些实施例中的保护结构也可以与电子元件组合形成电子装置，电子元件相关说明则请参考图1D实施例的电子元件130，不再另行详述。
图4为依据本发明另一实施例的保护结构的剖面示意图，其中保护结构具有基板100。
请参考图4，保护结构10c与图1A中保护结构10a相似，不同处为保护结构10c的辅助层为图案化层，经图案化后的图案化辅助层110’具有多个第一开口区110a，多个第一开口区110a曝露出部分基板100。与图1A相同或相似元件请参考图1A的实施例，于此不再详述。保护结构10c的硬质涂层120填入于图案化辅助层110’的各第一开口区110a且接触被开口区110a所曝露出的部分基板100，硬质涂层120远离基板100的一表面实质上为一平坦表面。
在未绘示的另一实施例中，若保护结构不具有基板100，当应用于电子元件时，多个第一开口区110a会曝露出部分电子元件且硬质涂层120填入于图案化辅助层110’的各第一开口区110a且接触被开口区110a所曝露出的部分电子元件。
对辅助层进行图案化的方式可为曝光显影或网印等方式。经图案化后的图案化辅助层110’形成多个图案，其中每两相邻的图案之间有一缝隙间距sp1，缝隙间距sp1可小于或等于5μm。对辅助层进行图案化可减少当保护结构10c在被弯曲或折叠时产生的应力。
图5A～5C为依据本发明实施例中图案化辅助层的俯视图，请参考图5A，图5A为一实施例中如图4的X-Y平面上的基板100上的图案化辅助层110’，其中图案化辅助层110’可以是彼此连接的结构，例如是网状结构110a’，如图5A所示，图案化辅助层110’可为沿X方向及Y方向延伸的长条形结构，图案化辅助层110’的长条形结构可为复数条，且X方向及Y方向的图案化辅助层110’为相交而形成网状结构110a’；另外，X方向及Y方向的辅助层110’的数目可以为相同也可以为不同。请参考图5B及图5C，其中图案化辅助层110’可以是彼此不连接的结构，如图5B所示，其显示另一实施例中如图4的X-Y平面上的基板100上的图案化辅助层110’，图案化辅助层110’可为沿X方向或沿Y方向单一方向的长条形结构110b’，图案化辅助层110’的长条形结构可为复数条，且彼此平行。请参考图5C，其显示又一实施例中如图4的X-Y平面上的基板100上的图案化辅助层110’，图案化辅助层110’可为多个彼此不相连的图案，该多个图案可为圆形、多边形的几何形状(例如图5C所示的六边形结构110c’)或其他非几何形状，每两相邻的图案之间的间隙d2小于或等于5μm。上述图案化辅助层仅为范例说明，图案化辅助层的图案化图形并不限于此。
图6A为依据本发明另一实施例的保护结构的剖面示意图，其中保护结构具有基板100。
请参考图6A，保护结构10d与图1A中保护结构10a相似，不同处为保护结构10d在辅助层110及硬质涂层120间配置有界面层140。与图1A相同或相似元件请参考图1A的实施例，于此不再详述。界面层140可包括有机材料，有机材料例如六甲基二硅氮烷(HMDS)、丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA)，压克力树脂(acrylic resin)、三甲氧基硅烷(trimethoxysilane)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、甲基丙烯酸基丙基三甲氧基硅烷(methacryloxy propyltrimethoxyl silane)、苯乙烯共聚物(MS)、醋酸纤维素(CA)、压克力(acrylic)系列的聚合物、硅烷(silane)等材料，或上述材料的组合，但不以此为限。界面层140的形成方式例如为涂布、印刷等。界面层140靠近硬质涂层120的表面实质上为一平坦表面，其可增加辅助层110及硬质涂层120间的附着力。
图6B为依据本发明另一实施例的保护结构的剖面示意图，请参考图6B，保护结构10d-1与图6A中的保护结构10d相似，不同处为保护结构10d-1还包括光学结构层OS，光学结构层OS设置于基板100上，且基板100位于光学结构层OS及辅助层110之间。光学结构层OS可以胶材贴附于基板100上或以湿式涂布或干式成膜方式直接形成于基板100上。光学结构层OS的其他说明请参考图1B，在此不再重复。
图6C为依据本发明另一实施例的保护结构的剖面示意图，请参考图6C，保护结构10d-2与图6B中的保护结构10d-1相似，不同处为保护结构10d-2的光学结构层OS设置于基板100及辅助层110之间。光学结构层OS可以胶材贴附于基板100及辅助层110之间。光学结构层OS的其他说明请参考图1B，在此不再重复。
图7为依据本发明另一实施例的保护结构的剖面示意图，其中保护结构具有基板100。
请参考图7，保护结构10e与图6中保护结构10d相似，不同处为保护结构10e的辅助层与图4的辅助层一样为图案化辅助层110’，而在图案化辅助层110’及硬质涂层120间则如图6实施例一样配置有界面层140。相同或相似元件请参考图1A、图4及图6的实施例，于此不再详述。保护结构10e的图案化辅助层110’具有多个第一开口区110a，界面层140填入于辅助层110’的多个第一开口区110a且接触被开口区110a所曝露出的部分基板100，且界面层140远离辅助层110’的表面实质上为一平坦表面。图案化辅助层110’的俯视图范例说明则请参考图5A～5C。
在另一实施例中，若保护结构不具有基板100，当应用于电子元件时，多个第一开口区110a会曝露出部分电子元件且界面层140填入于图案化辅助层110’的各第一开口区110a且接触被第一开口区110a所曝露出的部分电子元件。
对辅助层进行图案化的方式可为曝光显影或网印等方式。经图案化后的图案化辅助层110’形成多个图案，其中每两相邻的图案之间的缝隙间距sp2可小于或等于5μm。对辅助层进行图案化可减少保护结构10c在被弯曲或折叠时的应力，而界面层140则可增加辅助层110及硬质涂层120间的附着力。
图8为依据本发明另一实施例的保护结构的剖面示意图，其中保护结构具有基板100。请参考图8，保护结构10f与图1A中保护结构10a相似，不同处为保护结构10f中的硬质涂层为图案化硬质涂层120’，辅助层除了形成于基板100及硬质涂层120’间之外，也覆盖于图案化硬质涂层120’的上方及侧边。相同或相似元件请参考图1A的实施例，于此不再详述。
请继续参考图8，在一实施例中，可先形成辅助层110于基板100上，之后形成硬质涂层120于辅助层110上，形成辅助层110及硬质涂层120的方法请参考前述的实例施，在此不再详述。接着，对硬质涂层120进行图案化制程以形成图案化硬质涂层120’，图案化硬质涂层120’具有多个第二开口区110b，曝露出辅助层110的部分表面；对硬质涂层120进行图案化方法可为曝光显影或网印等方式。接着，顺应的(conform to)在图案化硬质涂层120’上及被图案化硬质涂层120’所曝露出来的辅助层110的表面上形成一第一辅助层110”，形成第一辅助层110”的方法可参考前述形成辅助层110的方法，于此不再详述。第一辅助层110”会覆盖于图案化硬质涂层120’的上方及侧边，也会覆盖被图案化硬质涂层120’所曝露出来的辅助层110的表面。覆盖于图案化硬质涂层120’的上方及被图案化硬质涂层120’所曝露出来的辅助层110的表面的第一辅助层110”的厚度例如约为0.8μm。
图9为依据本发明另一实施例的保护结构的剖面示意图，其中保护结构具有基板100。请参考图9，保护结构10g与图8中保护结构10f相似，不同处为保护结构10g在辅助层110及图案化硬质涂层120’间配置有界面层140。相同或相似元件请参考前述的实施例，于此不再详述。保护结构10g的界面层140的部分表面被图案化硬质涂层120’所覆盖，而另一部分的表面则被第一辅助层110”所覆盖。
请继续参考图9，在一实施例中，可先形成辅助层110于基板100上，之后形成界面层140于辅助层110上，再形成硬质涂层120于界面层140上，其中辅助层110介于基板100及界面层140之间。形成辅助层110、界面层140及硬质涂层120的方法请参考前述的实例施，在此不再详述。接着，对硬质涂层120进行图案化制程以形成图案化硬质涂层120’，图案化硬质涂层120’曝露出界面层140的部分表面；对硬质涂层120进行图案化方法可为曝光显影或网印等方式。接着，顺应的在图案化硬质涂层120’上及被图案化硬质涂层120’所曝露出来的界面层140的表面上形成一第一辅助层110”，形成第一辅助层110”的方法可参考前述形成辅助层110的方法，于此不再详述。第一辅助层110”会覆盖于图案化硬质涂层120’的上方及侧边，也会覆盖被图案化硬质涂层120’所曝露出来的界面层140的表面。覆盖于图案化硬质涂层120’的上方及被图案化硬质涂层120’所曝露出来的界面层140的表面的第一辅助层110”的厚度例如约为0.8μm。
图10为依据本发明另一实施例的保护结构的剖面示意图，其中保护结构具有基板100。请参考图10，保护结构10h与图1A中保护结构10a相似，不同处为保护结构10h的辅助层为图案化层，相同或相似元件及图案化辅助层的方法请参考前述的实施例，于此不再详述。在此实施例中，将辅助层进行图案化后，形成具有第一部分1101及第二部分1102的图案化辅助层110’，第一部分1101配置于基板100的第一表面S1且完全覆盖基板100的该第一表面S1，第二部分1102配置于第一部分1101上，且为图案化，图案化的第二部分1102具有多个第三开口区110c，该多个第三开口区110c曝露出部分图案化辅助层110’的第一部分1101。相同或相似元件请参考图1A的实施例，于此不再详述。保护结构10h的硬质涂层120填入于图案化辅助层110’的第三开口区110c且接触被第三开口区110c所曝露出的部分图案化辅助层110’的第一部分1101。硬质涂层120远离基板100的一表面实质上为一平坦表面。
图11为依据本发明另一实施例的保护结构的剖面示意图，其中保护结构具有基板100。
请参考图11，保护结构10i与图10中保护结构10h相似，不同处为保护结构10i的图案化辅助层110’中被第二部分1102所曝露出的第一部分1101及辅助层110’第二部分1102的上方及侧边皆被一界面层140所覆盖。相同或相似元件请参考前述的实施例，于此不再详述。保护结构10i的硬质涂层120填入于辅助层110’的第三开口区110c且接触界面层140。硬质涂层120远离基板100的一表面实质上为一平坦表面。
请再参考图11，保护结构10i的界面层140顺应的，也可是说共形的(conformal)，形成在辅助层110’第二部分1102的上方及侧边以及图案化辅助层110’中被第二部分1102所曝露出的第一部分1101上，界面层140的形成方式例如为涂布、印刷等方式。上述顺应的在辅助层110’第二部分1102上形成界面层140是指沿着辅助层110’第二部分1102的上表面形成实质上厚度相当的一层界面层140。
图12为依据本发明另一实施例的保护结构的剖面示意图，其中保护结构具有基板100。
请参考图12，图12中的保护结构10j包括两层硬质涂层，即硬质涂层120及第一硬质涂层1201。如图12所示，硬质涂层120如图1A实施例的保护结构10a所示，位于基板100及辅助层110之上，第一硬质涂层1201则位于基板100及辅助层110之间。硬质涂层120及第一硬质涂层1201的材料请参考图1A的实施例，在此不再详述。需说明的是，硬质涂层120及第一硬质涂层1201的材料可为相同或不同，厚度可不限于相同或不同。在一实施例中，保护结构10j在应用于折叠式装置(例如折叠式显示器)时，可使用具相同杨氏模量的硬质涂层120及第一硬质涂层1201，并使硬质涂层120在预定折叠区A1的厚度不同于非预定折叠区A2的厚度，且第一硬质涂层1201的厚度在预定折叠区A1不同于非预定折叠区A2的厚度。例如对第一硬质涂层1201进行图案化使得第一硬质涂层1201位于预定折叠区A1的厚度大于在非预定折叠区A2的厚度，再顺应的形成辅助层110，之后形成硬质涂层120并使硬质涂层120远离基板的表面实质上为一平坦表面，则此时在硬质涂层120位于预定折叠区A1的厚度小于在非预定折叠区A2的厚度，则在预定折叠区A1中硬质涂层120的厚度小于第一硬质涂层1201的厚度。此结构可使得元件在折叠时降低应力。在上述其他实施例中，也可如同此例说明对硬质涂层进行图案化。
在未绘示的另一实施例中，类似于图12的保护结构10j包括了两层硬质涂层，不同的是，可在辅助层110及硬质涂层120之间另形成一界面层，界面层的材料及形成方式等说明可参考前述的实施例，于此不再详述。要说明的是，顺应的在第一硬质涂层1201形成辅助层110之后，界面层顺应的形成于辅助层110之上，之后再形成硬质涂层120并使硬质涂层120远离基板的表面实质上为一平坦表面，此时在硬质涂层120位于预定折叠区A1的厚度小于在非预定折叠区A2的厚度，则在预定折叠区A1中硬质涂层120的厚度小于第一硬质涂层1201的厚度。此结构可使得元件在折叠时降低应力。在上述其他实施例中，也可如同此例说明对硬质涂层进行图案化。
以下对本案实施例的保护结构的功效以实验及模拟进行说明。
<实验例>
以如图1B实施例中所述的电子装置10a’的结构，即电子装置、基板、辅助层及硬质涂层依序的堆栈结构进行表面硬度的测试(被测试的表面是硬质涂层远离电子装置的表面)，其中基板为聚酰亚胺(PI)，厚度为10μm；辅助层为类钻碳(Diamond-like Carbon；DLC)，厚度为0.6μm；硬质涂层为异戊四醇三甲基丙烯酸酯((pentaerythritol tri(meth)acrylate))及压克力材料(acrylate)所组成的复合材料，厚度为25μm(此电子装置结构称为结构A)。实际所测得的结构的表面硬度为8～9H(铅笔硬度)。为了进行比较，以如结构A但不具辅助层之堆栈结构(此电子装置结构称为结构B)同样进行硬度测试，实际所测得的结构的表面硬度为5H(铅笔硬度)。可看出辅助层的设置提高了整体结构的表面的硬度值。
另外，也以结构A及结构B分别进行结构之弯曲测试(flexural test)，弯曲半径(radius ofcurvature)为3mm；结构A(具辅助层)及结构B(不具辅助层)皆通过了10万次的弯曲测试，可知辅助层的配置并不影响结构的耐弯曲性(flexibility)。
<模拟例>
以上述实验例中的结构A(具辅助层)及结构B(不具辅助层)进行基板与硬质涂层(hard coating layer；HC)间的表面之最大下压力(MaximumNormal Stress)的模拟。模拟方法采用有限元素法(finite element method(FEM))，模拟结果如图13所示。
请参考图13，图13为不同的保护结构之最大下压力的模拟结果图。横轴代表各种模拟条件，最左方为结构B，即未配置辅助层，基板上方只配置有硬质涂层(HC)向右依序分别为配置材料为类钻碳(DLC)且杨氏模量E为20GPa的辅助层[HC+DLC(E＝20GPa)]、配置材料为类钻碳且杨氏模量E为50GPa的辅助层[HC+DLC(E＝50GPa)]、配置材料为类钻碳且杨氏模量E为100GPa的辅助层[HC+DLC(E＝100GPa)]。左方的緃轴代表最大下压力，右方代表最大下压力的比值。请参考图13中的长条图，所示为各种结构的最大下压力，请参照左方的緃轴(单位为MPa)，最左方的长条为结构B之最大下压力，其值为509.43MPa，向右依序分别为294.75MPa(辅助层为杨氏模量20GPa的类钻碳，HC+DLC(E＝20GPa))、87.69MPa(辅助层为杨氏模量50GPa的类钻碳，HC+DLC(E＝50GPa))及62.55MPa(辅助层为杨氏模量100GPa的类钻碳，HC+DLC(E＝100GPa))。接着，请参考图13中的折线图，其中各节点代表各结构的最大下压力与结构B的最大下压力相比的比值，由左至右分别为100％、57.86％、17.21％及12.28％。从上述的模拟结果可看出配置辅助层后最大下压力下降的幅度可大于30％，提升了电子装置的抗刮能力。
由前述各实施例可知，本发明实施例的保护结构可以形成在或贴合在电子元件(例如软性电子元件)上，借以减少电子元件受到外力刮伤，进而增加电子装置的使用寿命及可靠度。另外，本发明实施例的电子装置包括了电子元件及保护结构，保护结构可减少电子元件受到外力刮伤，进而增加电子装置的使用寿命及可靠度。
虽然本发明以上述实施例公开，但具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，任何本技术领域技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内，可作一些的变更和完善，故本发明的权利保护范围以权利要求书为准。
Claims (24)
1.一种保护结构，其特征在于，包括：
基板；
辅助层，位于所述基板上；以及
硬质涂层，位于所述辅助层上，所述辅助层位于所述基板与所述硬质涂层之间，其中所述辅助层的杨氏模量大于所述硬质涂层的杨氏模量，所述硬质涂层的杨氏模量大于所述基板的杨氏模量。
2.如权利要求1所述的保护结构，其特征在于，所述辅助层的杨氏模量介于15至100GPa，所述硬质涂层的杨氏模量介于10至30GPa，所述基板的杨氏模量介于1至20GPa。
3.如权利要求2所述的保护结构，其特征在于，所述辅助层的厚度介于0.1至30μm，所述硬质涂层的厚度介于5至35μm，所述基板的厚度介于5至50μm。
4.如权利要求3所述的保护结构，其特征在于，还包括光学结构层，其中所述光学结构层设置于所述基板上，所述基板位于所述光学结构层及所述辅助层之间，且所述光学结构层的杨氏模量介于1至20GPa及厚度介于0.5至20μm。
5.如权利要求3述的保护结构，其特征在于，还包括光学结构层，其中所述光学结构层设置于所述基板及所述辅助层之间，且所述光学结构层的杨氏模量介于1至20GPa及厚度介于0.5至20μm。
6.如权利要求1所述的保护结构，其特征在于，所述辅助层包括无机材料、有机材料或有机材料与无机材料组成的复合材料，所述无机材料包括类钻碳、氮化硅、氧化硅、二氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、铝二氧化钛、蓝宝石镀膜、氮氧化钛或聚硅氮烷。
7.如权利要求6所述的保护结构，其特征在于，所述辅助层靠近所述硬质涂层的表面为不连续面，所述不连续面具有微间隙小于1μm的表面结构。
8.如权利要求6所述的保护结构，其特征在于，所述硬质涂层包括异戊四醇三甲基丙烯酸酯、压克力材料，或前述材料的组合。
9.如权利要求1所述的保护结构，其特征在于，所述辅助层为图案化辅助层，所述图案化辅助层具有多个第一开口区，其中所述硬质涂层填入于所述图案化辅助层的所述第一开口区。
10.如权利要求1所述的保护结构，其特征在于，还包括界面层，其中所述界面层位于所述辅助层及所述硬质涂层之间。
11.如权利要求10所述的保护结构，其特征在于，所述辅助层为图案化辅助层，所述图案化辅助层具有多个第一开口区，其中所述界面层填入于所述图案化辅助层的所述第一开口区。
12.如权利要求1所述的保护结构，其特征在于，所述硬质涂层为图案化硬质涂层，其中所述图案化硬质涂层具有多个第二开口区，所述保护结构还包括第一辅助层，所述第一辅助层覆盖于所述图案化硬质涂层的上方及侧边，并覆盖于被所述第二开口区所曝露出来的所述辅助层的部分表面。
13.如权利要求1所述的保护结构，其特征在于，所述辅助层为图案化辅助层，所述图案化辅助层包括第一部分及第二部分，所述第二部分具有多个第三开口区，且所述第三开口区曝露出部分所述第一部分的表面，所述硬质涂层填入于所述第三开口区。
14.如权利要求13所述的保护结构，其特征在于，还包括界面层，其中所述界面层覆盖于所述第二部分的上方及侧边，并覆盖于被所述第三开口区所曝露出来的所述第一部分的所述部分表面，所述硬质涂层覆盖于所述界面层。
15.如权利要求1所述的保护结构，其特征在于，还包括第一硬质涂层，其中所述第一硬质涂层位于所述基板及所述辅助层之间，其中所述第一硬质涂层位于预定折叠区的厚度大于在非预定折叠区的厚度，所述硬质涂层位于所述预定折叠区的厚度小于在所述非预定折叠区的厚度。
16.一种电子装置，其特征在于，包括：
电子元件；以及
位于所述电子元件上的保护结构，所述保护结构至少包括硬质涂层以及辅助层，所述辅助层位于所述电子元件及所述硬质涂层之间，其中所述辅助层的杨氏模量大于所述硬质涂层的杨氏模量。
17.如权利要求16所述的电子装置，其特征在于，还包括光学结构层，其中该光学结构层设置于该电子元件与该辅助层之间，且该光学结构层的杨氏模量介于1至20GPa。
18.一种保护结构，适用于电子元件，其特征在于，包括：
硬质涂层，位于所述电子元件上；以及
辅助层，位于所述电子元件及所述硬质涂层之间，其中所述辅助层的杨氏模量大于所述硬质涂层的杨氏模量。
19.如权利要求18所述的保护结构，其特征在于，所述辅助层的杨氏模量介于15至100GPa，所述硬质涂层的杨氏模量介于10至30GPa。
20.如权利要求19所述的保护结构，其特征在于，所述辅助层的厚度介于0.1至30μm，所述硬质涂层的厚度介于5至35μm。
21.如权利要求20所述的保护结构，其特征在于，还包括光学结构层，其中该光学结构层设置于该辅助层上，且该光学结构层的杨氏模量介于1至20GPa。
22.如权利要求18所述的保护结构，其特征在于，所述辅助层包括无机材料、有机材料或有机材料与无机材料组成的复合材料，所述无机材料包括类钻碳、氮化硅、氧化硅、二氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、铝二氧化钛、蓝宝石镀膜、氮氧化钛或聚硅氮烷。
23.如权利要求22所述的保护结构，其特征在于，所述辅助层靠近所述硬质涂层的表面为不连续面，所述不连续面具有微间隙小于1μm的表面结构。
24.如权利要求22所述的保护结构，其中所述硬质涂层包括异戊四醇三甲基丙烯酸酯、压克力材料或其组合。
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