CN110828387B - 保护结构以及具有此保护结构的电子装置 - Google Patents

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Abstract

一种保护结构包括辅助层以及硬质涂层。辅助层具有第一表面及相对于第一表面的第二表面。硬质涂层位于辅助层的第二表面上。辅助层的杨氏模量由第二表面向第一表面渐近增加。另提供一种具有此保护结构的电子装置。

Description

保护结构以及具有此保护结构的电子装置
技术领域
本发明是有关于一种保护结构以及具有此保护结构的电子装置，且特别是有关于一种可挠性佳的保护结构以及具有此保护结构的电子装置。
背景技术
随着科技日益发展，电子元件(例如是软性电子元件)常会于表面设置硬质涂层(hard coating layer,HC)，以提升其抗刮能力。然而，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，但会降低元件的可挠曲性。此外，现行硬质涂层结构经过多次反复折叠后会出现表面或边缘开裂(crack)现象，甚至会导致底部基材脱层等现象，尤其是当元件向外折叠时，硬质涂层需承受更大的应力，经过多次向外折叠更容易造成开裂现象。因此，如何克服上述的技术问题，便成为当前亟待解决的问题之一。
发明内容
本发明实施例提供一种保护结构及电子装置，可以提升抗刮能力又同时具有良好的可挠曲性，且也可减少电子装置经折叠(尤其是向外折叠)后材料开裂的现象，进而增加电子装置的使用寿命及可靠度。
本发明一实施例的保护结构包括辅助层以及硬质涂层。辅助层具有第一表面及相对于第一表面的第二表面。硬质涂层位于辅助层的第二表面上。辅助层的杨氏模量由第二表面向第一表面渐近增加。
于一实施例中，所述辅助层包括掺杂无机材料的有机材料；所述硬质涂层包括有机材料。
于一实施例中，所述辅助层的所述有机材料与所述硬质涂层的所述有机材料相同。
于一实施例中，所述辅助层具有第一部分以及第二部分，所述第一部分比所述第二部分远离所述硬质涂层，所述第一部分的厚度占所述辅助层的厚度的4/5至9/10；所述第二部分的厚度占所述辅助层的所述厚度的1/5至1/10。
于一实施例中，所述第一部分的所述无机材料为10～60重量百分浓度。而所述第二部分的所述无机材料为0～20重量百分浓度。
于一实施例中，所述第一部分的杨氏模量介于5至50GPa；而所述第二部分的杨氏模量介于3至20GPa。
本发明一实施例的保护结构包括基材以及硬质涂层。硬质涂层位于基材上。硬质涂层具有靠近基材的第一表面及相对于第一表面的第二表面。硬质涂层的杨氏模量由第二表面向第一表面渐近增加。
于一实施例中，所述硬质涂层包括掺杂无机材料的有机材料。
于一实施例中，所述无机材料为纳米粒子，所述无机材料包括二氧化硅、氧化钛或氧化锆或其组合。
于一实施例中，所述有机材料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。
于一实施例中，所述硬质涂层具有第一部分以及第二部分，所述第一部分比所述第二部分靠近所述基材，所述第一部分的厚度占所述硬质涂层的厚度的4/5至9/10，所述第二部分的厚度占所述硬质涂层的所述厚度的1/5至1/10，所述第一部分的所述无机材料为10～60重量百分浓度，而所述第二部分的所述无机材料为0～20重量百分浓度。
于一实施例中，所述第一部分的杨氏模量介于5至50GPa，而所述第二部分的杨氏模量介于3至20GPa。
本发明一实施例的保护结构包括辅助层以及硬质涂层。辅助层具有第一表面及相对于第一表面的第二表面。硬质涂层位于辅助层的第二表面上。辅助层的杨氏模量大于硬质涂层的杨氏模量，且辅助层与硬质涂层包括相同的主体材料。
于一实施例中，所述辅助层包括掺杂无机材料的有机材料，所述硬质涂层包括有机材料，且所述辅助层的所述有机材料与所述硬质涂层的所述有机材料相同。
于一实施例中，所述无机材料为纳米粒子，纳米粒子包括二氧化硅、氧化钛或氧化锆或其组合。
于一实施例中，保护结构更包括：
基材，设置于所述辅助层的所述第一表面，且所述基材的杨氏模量小于所述硬质涂层的杨氏模量；以及
光学结构层，其中所述基材位于所述辅助层及所述光学结构层之间。
于一实施例中，更包括光学结构层，所述基材夹于所述硬质涂层与所述光学结构层之间，且所述基材的杨氏模量小于所述硬质涂层的杨氏模量。
本发明实施例的电子装置包括上述的任一保护结构以及电子元件。
于一实施例中，电子元件，设置于所述辅助层的所述第一表面。
于一实施例中，所述基材夹于所述硬质涂层与所述电子元件之间。
于一实施例中，电子元件，设置于所述光学结构层远离所述基材的表面上。
基于上述，具有本发明实施例的保护结构的电子装置可以提升其抗刮能力又同时具有良好的可挠曲性，且也可减少电子装置经折叠后尤其是向外折叠材料开裂的现象，进而增加电子装置的使用寿命及可靠度。
为让本发明能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1A、图1B、图2A、图2B、图3A以及图3B为依据本发明一些实施例的保护结构的剖面示意图。
图1C、图1D、图2C、图2D、图3C以及图3D为依据本发明一些实施例的电子装置的剖面示意图。
图1E是图1A的保护结构中厚度方向与杨氏模量的关系图。
其中，附图标记：
100a、100b、200a、200b、300a、300b：保护结构
100c、100d、200c、200d、300c、300d、F、G、H、I：电子装置
110、310：辅助层
120、220：硬质涂层
130：基材
140：光学结构层
150：电子元件
A、A’、B、B’、C、D、E、J：堆叠结构
T1、T2、T3、T4、T5、TA、TC、TE：厚度
P1、P3：第一部分
P2、P4：第二部分
S1、S2、S5、S6、S7、S8：表面
S3：顶面
S4：底面
具体实施方式
本说明书以下的公开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。而本说明书以下的公开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是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公开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。另外，本说明书中所称的浓度，若未特别提及可以代表重量百分浓度(wt％)或体积百分浓度(vol％)。所绘图式中的元件尺寸是为说明方便而绘制，并非代表其实际的元件尺寸比例。
请参考图1A，保护结构100a包括辅助层110以及位于辅助层110上的硬质涂层120。辅助层110可为具抗刮作用的抗刮辅助层；而硬质涂层120可为具保护作用的抗应力层。具体来说，辅助层110具有第一表面S1及相对于第一表面S1的第二表面S2。硬质涂层120具有顶面S3及相对于顶面S3的底面S4。硬质涂层120位于辅助层110的第二表面S2上。在一些实施例中，硬质涂层120的底面S4与辅助层110的第二表面S2直接接触。在一些实施例中，辅助层110与硬质涂层120可以是未图案化层。换言之，硬质涂层120可以将辅助层110的第二表面S2完全覆盖。
辅助层110的杨氏模量与硬质涂层120的杨氏模量(Young’s modulus)不同。在一些实施例中，硬质涂层120的杨氏模量小于或等于辅助层110的杨氏模量。在一些实施例中，硬质涂层120的杨氏模量为固定值；而辅助层110的杨氏模量呈梯度变化。更具体地说，硬质涂层120的杨氏模量自顶面S3至底面S4大约维持在一固定值，且小于或等于辅助层110的杨氏模量。辅助层110的杨氏模量自第二表面S2向第一表面S1渐近增加。
在一些实施例中，硬质涂层120的杨氏模量可以是介于1至60GPa(109帕)。在一些实施例中，硬质涂层120的杨氏模量可以是介于1至40GPa。在一些实施例中，硬质涂层120的杨氏模量可以是介于1至30GPa。在一些实施例中，辅助层110的杨氏模量可以是介于5至100GPa。在一些实施例中，辅助层110的杨氏模量可以是介于5至60GPa。在一些实施例中，辅助层110的杨氏模量可以是介于5至40GPa。在一些实施例中，硬质涂层120的杨氏模量与辅助层110的杨氏模量的比值的范围可以是0.01～1。在一些实施例中，硬质涂层120的杨氏模量与辅助层110的杨氏模量的比值的范围可以是0.016～1。在一些实施例中，硬质涂层120的杨氏模量与辅助层110的杨氏模量的比值的范围可以是0.025～1。
辅助层110可以是包括有机材料，且在有机材料中可以掺杂着无机材料。在一些实施例中，有机材料可以是光固化材料，但本发明不限于此。在一些实施例中，有机材料可以是单体材料、聚合物材料或前述材料的组合。具体来说，有机材料可以是分子量为60克/摩尔(g/mol)至500g/mol的单体材料，或是重量平均分子量(Mw)为500g/mol至200000g/mol的聚合物材料。更具体来说，有机材料可包括异戊四醇三甲基丙烯酸酯(pentaerythritoltrimethacrylate)、压克力材料(acrylate)或前述材料的组合。在一些实施例中，压克力结构式可以以下式(1)来表示
式(1)
Figure BDA0002017058810000051
其中n例如是1至2000。
辅助层110的无机材料可以是高硬度材料。也就是说，无机材料的硬度可以高于有机材料的硬度，以通过掺杂无机材料提升辅助层110的杨氏模量。换言之，辅助层110的无机材料的掺杂浓度与其杨氏模量为正相关，通过调整无机材料的掺杂浓度可以改变辅助层110的杨氏模量，使得辅助层110的杨氏模量由第二表面S2向第一表面S1渐近增加。在一些实施例中，无机材料的浓度自5wt％逐渐增加至45wt％，在辅助层110在第二表面S2处的杨氏模量从5GPa逐渐增加，使得辅助层110在第一表面S1处的杨氏模量增加为7～10GPa，但本发明不限于此。
无机材料例如是陶瓷材料。陶瓷材料例如是氧化物。氧化物可包括改质或未改质的二氧化硅、氧化钛或氧化锆或其组合。无机材料例如是纳米粒子。在一些实施例中，无机材料的粒径可以是小于50nm(nanometer)。在另一些实施例中，无机材料的粒径可以是介于20nm至30nm之间。在又一些实施例中，无机材料的粒径可以是介于10nm至30nm之间。此外，在一些实施例中，无机材料的平均粒径可以是小于50nm。在另一些实施例中，无机材料的平均粒径可以是介于20nm至30nm之间。在又一些实施例中，无机材料的平均粒径小于25nm时，可提升随后完成的电子装置的透光度，但本发明不限于此。
在一实施例中，有机材料例如是压克力材料；无机材料例如是二氧化硅。压克力材料的结构式可以下式(2)或式(3)表示。
式(2)
Figure BDA0002017058810000061
其中R1、R3为分枝或直链的烷链(例如为C1-20烷基)；R2为亚烷基(例如为-(CH2)x-、x为介于1-20之间的整数)，n大于等于1。
式(3)
Figure BDA0002017058810000071
其中n为0、或大于等于1。
在另一实施例中，有机材料例如是环氧树脂；无机材料例如是二氧化硅。环氧树脂的结构式可以下式(4)表示。
式(4)
Figure BDA0002017058810000072
在一些实施例中，于有机材料中掺杂无机材料的方法可以是先使用溶剂将无机材料均匀分散在有机材料中。举例来说，可以利用溶剂(例如是EA等酯类溶剂)使极性的无机材料均匀分散在非极性的有机材料中。接着，进行软烤及照光固化(curing)工艺，使有机材料中的溶剂挥发。在一些实施例中，软烤温度例如是85℃至105℃。照光固化工艺可以例如是采用紫外光(UV)来进行。在一些实施例中，照光固化能量例如是500mj(mini joule)至4500mj。在一些实施例中，照光固化能量例如是500mj至2500mj。
具体来说，由于溶剂的挥发会使极性的无机材料无法有效均匀分散于非极性的有机材料中，进而使有机材料中的无机材料因重力而沉降至辅助层110的第一表面S1，因此愈靠近辅助层110的第一表面S1，无机材料的掺杂浓度愈高。在一些实施例中，可于掺杂前先对无机材料进行表面改质，使其能于照光固化的步骤前更均匀分散于有机材料中，提升随后沉降的效果。在其他实施例中，也可以通过调整软烤温度、照光固化能量等控制工艺参数的方法，以使辅助层110中的无机材料可以较有效地达到其掺杂效果。
硬质涂层120可包括有机材料。在一实施例中，硬质涂层120可以是未掺杂无机材料的有机材料。在另一实施例中，硬质涂层120也可以是微掺杂无机材料的有机材料，微掺杂无机材料的浓度可介于3wt％至25wt％之间。硬质涂层120的有机材料与无机材料可以相同于或类似于上述辅助层110的有机材料与无机材料，于此不再赘述。
在硬质涂层120是未掺杂无机材料的有机材料实施例中，辅助层110的有机材料可以与硬质涂层120的有机材料相同，以提升辅助层110与硬质涂层120的界面之间的附着性，降低辅助层110与硬质涂层120之间分离的可能性。举例而言，辅助层110的有机材料与硬质涂层120的有机材料可以是压克力材料。
在硬质涂层120是微掺杂无机材料的有机材料实施例中，辅助层110的有机材料可以与硬质涂层120的有机材料相同。换言之，辅助层110与硬质涂层120采用相同的有机材料作为主体材料，以提升辅助层110与硬质涂层120的界面之间的附着性，降低辅助层110与硬质涂层120之间分离的可能性。在一些实施例中，硬质涂层120掺杂的无机材料可以与辅助层110掺杂的无机材料相同；而硬质涂层120掺杂的无机材料的浓度小于或等于辅助层110掺杂的无机材料的浓度。在一些实施例中，硬质涂层120掺杂的无机材料可以与辅助层110掺杂的无机材料不同；而硬质涂层120与辅助层110的无机材料的浓度可视实际设计而定，只要辅助层110的杨氏模量自第二表面S2向第一表面S1渐近增加，皆在本发明的保护范围内。
请继续参照图1A，在一些实施例中，辅助层110具有第一部分P1以及位于第一部分P1上的第二部分P2。具体来说，第一部分P1为辅助层110中远离硬质涂层120的部分；第二部分P2为辅助层110中靠近硬质涂层120的部分；第一部分P1比第二部分P2远离硬质涂层120。更具体来说，第一部分P1的下表面为辅助层110的第一表面S1；第二部分P2的上表面为辅助层110的第二表面S2；而第二部分P2位于第一部分P1与硬质涂层120之间。
辅助层110的第一部分P1的厚度T1占辅助层110的总厚度TA的比例大于辅助层110的第二部分P2的厚度T2占辅助层110辅助层110的总厚度TA的比例。具体来说，第一部分P1的厚度T1例如是占辅助层110的总厚度TA的4/5至9/10；而第二部分P2的厚度T2例如是占辅助层110的厚度TA的1/5至1/10。在一些实施例中，第一部分P1的杨氏模量可以是梯度变化；第二部分P2的杨氏模量可以是维持定值或梯度变化；而硬质涂层120的杨氏模量可以是维持定值或梯度变化。在一些实施例中，第一部分P1的杨氏模量大于硬质涂层120的杨氏模量；第二部分P2的杨氏模量大于或等于硬质涂层120的杨氏模量；而第一部分P1的杨氏模量大于第二部分P2的杨氏模量。具体来说，第一部分P1中的杨氏模量的最小值大于硬质涂层120的杨氏模量的最大值；第二部分P2的杨氏模量的最小值大于或等于硬质涂层120的杨氏模量的最大值；而第一部分P1的杨氏模量的最小值大于第二部分P2的杨氏模量的最大值。在一些实施例中，第一部分P1的杨氏模量介于5至50GPa，而第二部分P2的杨氏模量介于3至20GPa，但本发明不限于此。在一些实施例中，第一部分P1的杨氏模量介于7至45GPa，而第二部分P2的杨氏模量介于4至20GPa，但本发明不限于此。
第一部分P1的无机材料的重量百分浓度大于第二部分P2的无机材料的重量百分浓度。在一些实施例中，第一部分P1的无机材料的浓度为10wt％～60wt％，或5vol％～30vol％。第二部分P2的无机材料的浓度为0wt％～20wt％，或0vol％～10vol％。换句话说，第一部分P1掺杂有无机材料，而第二部分P2中可以是未掺杂无机材料，也可以是微掺杂无机材料。
应注意的是，本发明不限制使辅助层110的杨氏模量由第二表面S2向第一表面S1渐近增加的方法，如掺杂无机材料，只要辅助层110的杨氏模量由第二表面S2向第一表面S1渐近增加，皆在本发明的保护范围内。
图1B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1B，保护结构100b与图1A中的保护结构100a相似，不同之处在于：保护结构100b更包括基材130与光学结构层140。更具体地说，基材130的一侧是辅助层110；基材130的另一侧是光学结构层140。
基材130可以是单一材料基材，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。在一些实施例中，基材130可以是包括有机材料与无机材料的复合基材。所述有机材料与无机材料的复合基材指有机材料与无机材料混合而形成的基材。
在一些实施例中，光学结构层140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。
基材130的杨氏模量与硬质涂层120的杨氏模量不同。在一些实施例中，基材130的杨氏模量小于辅助层110的杨氏模量，且小于硬质涂层120的杨氏模量。基材130的杨氏模量例如是3～10GPa。换言之，保护结构100b各层的杨氏模量由低至高为基材130、硬质涂层120以及辅助层110。光学结构层140的杨氏模量可介于1～20GPa，厚度则可介于1～50μm(micrometer)。
在一些实施例中，保护结构100b的制造方法可以是先于基材130的一表面上涂布包括溶剂与掺杂无机材料的有机材料的溶液，再对其进行软烤工艺。接着，再进行照光固化工艺，以形成辅助层110。之后，再于辅助层110上涂布包括有机材料的溶液，再进行照光固化工艺，以形成硬质涂层120。光学结构层140可通过黏着层(未绘示)贴附于基材130的另一表面上，或以湿式涂布或干式成膜方式直接形成于基材130上。
在另一些实施例中，保护结构与上述保护结构100b相似，但不包括光学结构层140。
图1C为依据本发明一些实施例的具有保护结构的电子装置的剖面示意图。
请参考图1C，电子装置100c包括如图1A的保护结构100a以及电子元件150。具体来说，保护结构100a设于电子元件150上。在一些实施例中，电子元件150与辅助层110的第一表面S1接触。在另一实施例中，上述保护结构100a可以通过黏着层(未绘示)与电子元件150贴合以形成电子装置100c，但不以此为限。
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)，但本发明不限于此。在一些实施例中，电子元件150可以是导线、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、回馈元件、显示器、触控显示元件、单芯片模块、多芯片模块，OLED照明(organic light emitting diode(OLED)lighting)或其它适当的电子元件。在另一些实施例中，电子元件150也可以是光学元件或具有滤光层的元件，但本发明不限于此。在一实施例中，显示器可为有源矩阵(Active Matrix)显示器或无源矩阵(Passive Matrix)显示器，有源矩阵(Active Matrix)显示器可为有机发光二极管(organic light emitting diode,OLED)显示器、微发光二极管(Micro LED)或其它适当的显示器。
在一些实施例中，电子元件150的杨氏模量可以是介于15至100GPa；辅助层110的杨氏模量可以是介于5至100GPa；硬质涂层120的杨氏模量可以是介于1至60GPa。在又一些实施例中，电子元件150的杨氏模量可以是介于15至100GPa；辅助层110的杨氏模量可以是介于5至60GPa；硬质涂层120的杨氏模量可以是介于1至40GPa。在另一些实施例中，电子元件150的杨氏模量可以是介于15至100GPa；辅助层110的杨氏模量可以是介于5至40GPa；硬质涂层120的杨氏模量可以是介于1至30GPa。
在一些实施例中，硬质涂层120的杨氏模量与辅助层110的杨氏模量的比值的范围可以是0.01～1；辅助层110的杨氏模量与电子元件150的杨氏模量的比值的范围可以是0.1～6.7。在另一些实施例中，硬质涂层120的杨氏模量与辅助层110的杨氏模量的比值的范围可以是0.016～1；辅助层110的杨氏模量与电子元件150的杨氏模量的比值的范围可以是0.1～4。在又一些实施例中，硬质涂层120的杨氏模量与辅助层110的杨氏模量的比值的范围可以是0.025～1；辅助层110的杨氏模量与电子元件150的杨氏模量的比值的范围可以是0.1～2.7。
请继续参考图1C，在一些实施例中，保护结构100c中的电子元件150的厚度TE可以是介于30～200μm；辅助层110的厚度TA可以是介于10～40μm；而硬质涂层120的厚度TC可以是介于1～30μm。在一些实施例中，硬质涂层120的厚度TC与辅助层110的厚度TA的比值(即TC/TA)的范围可以是0.025～3；辅助层110的厚度TA与电子元件150的厚度TE的比值(即TA/TE)的范围可以是0.05～1.4。
图1D为依据本发明另一些实施例的具有保护结构的电子装置的剖面示意图。
请参考图1D，电子装置100d包括如图1B的保护结构100b以及电子元件150。具体来说，保护结构100b设于电子元件150上。在一些实施例中，电子元件150的表面可以与光学结构层140远离基材130的表面接触。换言之，光学结构层140设置于电子元件150与基材130之间。电子装置100d中除电子元件150之外，其余各层的特性与图1B的保护结构100b相同或相似。电子元件150的杨氏模量可以是介于15至100GPa。
由于以上图1A与图1B所述的保护结构100a～100b的辅助层110的杨氏模量由第二表面S2向第一表面S1渐近增加，因此，具有保护结构100a的电子装置100c(图1C)以及具有保护结构100b的电子装置100d(图1D)可以提升其抗刮能力又同时具有良好的可挠曲性。因此，可减少电子装置100c～100d经折叠后尤其是向外折叠材料开裂的现象，进而增加电子装置100c～100d的使用寿命及可靠度。
在此必须说明的是，下述实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，下述实施例不再重复赘述。
请参考图2A，保护结构200a包括基材130以及位于基材130上的硬质涂层220。具体来说，硬质涂层220具有靠近基材130的第一表面S5及相对于第一表面S5的第二表面S6。基材130位于硬质涂层220的第一表面S5上。硬质涂层220的杨氏模量与基材130的杨氏模量不同。在一些实施例中，硬质涂层220的杨氏模量大于基材130的杨氏模量。在一些实施例中，基材130的杨氏模量为固定值；而硬质涂层220的杨氏模量呈梯度变化。更具体地说，基材130的杨氏模量自顶部至底部大约维持在一固定值，且小于硬质涂层220的杨氏模量。硬质涂层220的杨氏模量自第二表面S6向第一表面S5渐近增加。硬质涂层220的杨氏模量的范围例如是1GPa～100GPa。
在一些实施例中，硬质涂层220可以是包括有机材料，且可以在有机材料中掺杂着无机材料。无机材料的掺杂浓度与硬质涂层220的杨氏模量为正相关，因此可通过调整无机材料的掺杂浓度而改变硬质涂层220的杨氏模量。更具体而言，将无机材料的浓度自2wt％逐渐增加至50wt％，可使得硬质涂层220的杨氏模量由第二表面S6向第一表面S5渐近增加，但本发明不限于此。硬质涂层220的无机材料与有机材料可以类似于图1A辅助层110的无机材料与有机材料所描述的内容，于此不再赘述。
在一些实施例中，保护结构200a的制造方法可以是先于基材130上涂布包括溶剂与掺杂无机材料的有机材料的溶液，再对其进行软烤工艺。接着，再进行照光固化工艺，以形成硬质涂层220。
请继续参考图2A，硬质涂层220具有第一部分P3以及位于第一部分P3上的第二部分P4。具体来说，第一部分P3为硬质涂层220中靠近基材130的部分；第二部分P4为硬质涂层220中远离基材130的部分。也即，第一部分P3位于第二部分P4与基材130之间。换言之，第一部分P3的下表面为硬质涂层220的第一表面S5；而第二部分P4的上表面为硬质涂层220的第二表面S6。
在一些实施例中，第一部分P3的杨氏模量与第二部分P4的杨氏模量均大于基材130的杨氏模量，且第一部分P3的杨氏模量大于第二部分P4的杨氏模量。在一些实施例中，第一部分P3的杨氏模量介于5至50GPa，而第二部分P4的杨氏模量介于3至20GPa，但本发明不限于此。
在硬质涂层220中，第一部分P3的无机材料的平均掺杂浓度大于第二部分P4的无机材料的平均掺杂浓度。在一些实施例中，第一部分P3的无机材料的浓度为10wt％～60wt％，或5vol％～30vol％。第二部分P4的无机材料的浓度为0wt％～20wt％，或0vol％～10vol％。在一些实施例中，第一部分P3所掺杂的无机材料的浓度为10wt％～60wt％，或5vol％～30vol％。第二部分P4所掺杂的无机材料的浓度为2wt％～20wt％，或1vol％～10vol％。
本发明掺杂无机材料的方法并无特别限制，只要硬质涂层220的杨氏模量由第二表面S6向第一表面S5渐近增加，皆在本发明的保护范围内。
此外，在一些实施例中，第一部分P3的厚度T3大于第二部分P4的厚度T4。在一些实施例中，第一部分P3的厚度T3可为占硬质涂层220的厚度T5的4/5至9/10；而第二部分P4的厚度T4可为占硬质涂层220的厚度T5的1/5至1/10。
请参考图2B，保护结构200b与图2A中的保护结构200a相似，不同之处在于：保护结构200b更包括光学结构层140。具体来说。基材130的一侧为硬质涂层220；基材130的另一侧为光学结构层140。在另一些实施例中，保护结构与保护结构200b相似，但不包括光学结构层140。
请参考图2C，电子装置200c包括如图2A的保护结构200a以及电子元件150。具体来说，保护结构200a设置于电子元件150上。换言之，基材130夹于硬质涂层220与电子元件150之间。
请参考图2D，电子装置200d包括如图2B的保护结构200b以及电子元件150。具体来说，保护结构200b设置于电子元件150上，也即光学结构层140夹在基材130与电子元件150之间。
保护结构200a～200b的硬质涂层220的杨氏模量由第二表面S6向第一表面S5渐近增加，因此具有保护结构200a的电子装置200c以及具有保护结构200b的电子装置200d可以提升其抗刮能力，又同时具有良好的可挠曲性，且也可减少电子装置200c～200d经折叠后尤其是向外折叠材料开裂的现象，因此可以增加电子装置200c～200d的使用寿命及可靠度。此外，由于保护结构200a～200b仅使用单层硬质涂层220，因此可进一步减少工艺步骤，提升生产效率。
请参考图3A，保护结构300a包括辅助层310以及位于辅助层310上的硬质涂层120。具体来说，辅助层310具有第一表面S7及相对于第一表面S7的第二表面S8，硬质涂层120位于辅助层310的第二表面S8上。辅助层310的杨氏模量与硬质涂层120的杨氏模量不同。具体来说，辅助层310的杨氏模量大于硬质涂层120的杨氏模量。在一些实施例中，辅助层310与硬质涂层120分别具有固定的杨氏模量。辅助层310的材料与硬质涂层120是同质结构。具体来说，辅助层310的材料与硬质涂层120的材料相同，以提升辅助层310与硬质涂层120的界面之间的附着性，降低辅助层310与硬质涂层120之间分离的可能性。
在一些实施例中，辅助层310可以是包括有机材料，且可以在有机材料中掺杂着无机材料，因此可通过调整无机材料的掺杂浓度而改变辅助层310的杨氏模量，使辅助层310的杨氏模量大于硬质涂层120的杨氏模量。硬质涂层120可以是包括有机材料。换言之，辅助层310与硬质涂层120采用相同的有机材料作为主体材料。举例而言，辅助层310与硬质涂层120的有机材料均是以压克力材料作为主体材料。辅助层310的无机材料与有机材料可以类似于图1A的辅助层110所描述的内容，于此不再赘述。
请参考图3B，保护结构300b与图3A中的保护结构300a相似，不同之处在于：保护结构300b更包括基材130与光学结构层140。具体来说，辅助层310位于基材130的一侧；光学结构层140位于基材130的另一侧。换言之，基材130夹于辅助层310及光学结构层140之间。在另一些实施例中，保护结构与保护结构300b相似，但不包括光学结构层140。
请参考图3C，电子装置300c包括如图3A的保护结构300a以及电子元件150。具体来说，保护结构300a位于电子元件150上，换言之，辅助层310位于电子元件150与硬质涂层120之间。
请参考图3D，电子装置300d包括如图3B的保护结构300b以及电子元件150。具体来说，保护结构300b设置于电子元件150上。换言之，光学结构层140位于电子元件150与基材130之间。
保护结构300a～300b的辅助层310的杨氏模量大于硬质涂层120的杨氏模量，因此具有保护结构300a的电子装置300c以及具有保护结构300b的电子装置300d可以提升其抗刮能力，又同时具有良好的可挠曲性，且也可减少电子装置300c～300d经折叠后尤其是向外折叠材料开裂的现象，进而增加电子装置300c～300d的使用寿命及可靠度。此外，由于保护结构300a～300b的辅助层310的材料与硬质涂层120的材料相同，因此可提升辅助层310与硬质涂层120的界面之间的附着性，进一步增加电子装置300c～300d的使用寿命及可靠度。
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。
<例1>
提供堆叠结构A。堆叠结构A类似于图1B中所述的保护结构100b，但不包括光学结构层140。堆叠结构A的形成方法包括提供基材130。基材130为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，厚度为125μm。接着，在基材130上形成辅助层110及硬质涂层120。辅助层110及硬质涂层120的形成方法是先使用溶剂将浓度为10wt％的二氧化硅均匀分散在压克力中。接着，进行软烤(85℃至105℃)及紫外光固化工艺，使有机材料中的溶剂挥发。照光固化能量例如是500mj至2500mj。所形成的辅助层110为掺杂二氧化硅的压克力，厚度为10μm。自第二表面S2至第一表面S1，二氧化硅的浓度为1wt％至10wt％，使辅助层110的杨氏模量由第二表面S2向第一表面S1渐近增加。硬质涂层120为未掺杂二氧化硅的压克力，厚度为10μm。之后，对堆叠结构A进行表面硬度测试。实际所测得堆叠结构A的表面硬度为7H(铅笔硬度)。
<比较例1>
提供堆叠结构A’。堆叠结构A’类似于堆叠结构A，但不具辅助层110。对堆叠结构A’进行硬度测试。实际所测得的堆叠结构A’的表面硬度为5H(铅笔硬度)。
依据例1与比较例1的结果，可看出辅助层的设置提高了整体结构的表面的硬度。
<例2>
提供堆叠结构B，并对其进行表面硬度的测试。堆叠结构B类似于图1B实施例中所述的保护结构100b，即堆叠结构B包括光学结构层140、黏着层(图1B中未绘示)、基材130、辅助层110及硬质涂层120的堆叠结构。提供厚度为10μm的聚酰亚胺(PI)基材130，接着以类似堆叠结构A的方法在基材130上形成辅助层110及硬质涂层120。之后，以厚度为2μm的黏着层，将光学结构层140黏着在基材130上。光学结构层140为厚度5～50μm的圆偏光片所形成的辅助层110为厚度为10μm的掺杂二氧化硅的压克力材料。自第二表面S2至第一表面S1，二氧化硅的浓度为10wt％至35wt％，使得辅助层110的杨氏模量由第二表面S2向第一表面S1渐近增加。所形成的硬质涂层120为压克力材料，厚度为20μm。实际所测得堆叠结构B的表面硬度为8H(铅笔硬度)。
<比较例2>
提供堆叠结构B’。堆叠结构B’类似于堆叠结构B，但不具辅助层110。对堆叠结构B’进行硬度测试。实际测得堆叠结构B’的表面硬度为6H(铅笔硬度)。
依据例2与比较例2的结果，可看出辅助层的设置提高了整体结构的表面的硬度。
<例3>
提供堆叠结构C。堆栈结构C的结构类似于堆叠结构B，不同之处在于辅助层110中二氧化硅的掺杂浓度。在堆叠结构C中，自第二表面S2至第一表面S1，辅助层110中二氧化硅的浓度为15wt％至30wt％。实际测得堆叠结构C的表面硬度为8H(铅笔硬度)。
<例4>
提供堆叠结构D。堆叠结构D的结构类似于堆叠结构A，不同之处在于硬质涂层120为掺杂二氧化硅的压克力材料。硬质涂层120中二氧化硅的浓度为1wt％至5wt％。实际测得堆叠结构C的表面硬度为8H(铅笔硬度)。
<例5>
提供堆叠结构E。堆叠结构E的结构类似于堆叠结构B，不同之处在于硬质涂层120为掺杂二氧化硅的压克力材料。硬质涂层120中二氧化硅的浓度为1wt％至5wt％。实际所测得的结构的表面硬度为8H(铅笔硬度)。
<例6>
提供堆叠结构J。堆叠结构J类似于图1A实施例中所述的保护结构100a。即，堆叠结构J包括辅助层110及硬质涂层120。硬质涂层120为厚度为20μm的未掺杂的压克力。辅助层110为厚度10μm的掺杂二氧化硅的压克力。对堆叠结构J进行弯曲应力(Bending Stress)的模拟，挠曲半径(radius of curvature)为3mm(millimeter)。结果如图1E及表1所示。
从图1E的结果显示硬质涂层120从顶面S3至底面S4的杨氏模量维持在一定值，即在厚度为30μm、25μm、20μm、15μm的位置上硬质涂层120的杨氏模量一直维持在14.3GPa。硬质涂层120的底面S4与辅助层110的界面处的杨氏模量为14.3GPa。辅助层110的杨氏模量从第二表面S2逐渐朝第一表面S1增加。在厚度为10μm、5μm、0μm位置辅助层110的杨氏模量依序为14.3GPa、20GPa、30GPa。
表1
Figure BDA0002017058810000181
从表1的结果可看出随着辅助层110中的杨氏模量逐渐变大，弯曲应力则逐渐变小。当辅助层110的杨氏模量为30GPa时，弯曲应力可降至272.83MPa(106帕)，小于挠曲半径为3mm的降伏强度278Mpa。
因此，增加辅助层110的杨氏模量可降低其所受的弯曲应力，进而减少辅助层110形变的机会。
<例7>
提供电子装置F。电子装置F类似于图1D实施例中所述的电子装置100d。即，电子装置F包括电子元件150、光学结构层140、基材130、辅助层110及硬质涂层120。光学结构层140下方的电子元件150由上而下包括12μm的光学透明黏着剂(OCA)、触控传感器、197OCA、薄膜晶体管/有源矩阵有机发光二极管(TFT/AMOLED)、12μm的光学透明黏着剂以及聚酰亚胺。光学结构层140为厚度5～50μm的圆偏光片。基材130为聚酰亚胺，厚度为9～30μm。辅助层110为掺杂二氧化硅的压克力材料，厚度为10μm。自第二表面S2至第一表面S1，二氧化硅的浓度为15wt％至30wt％，使得辅助层110的杨氏模量由第二表面S2向第一表面S1渐近增加；硬质涂层120为未掺杂的压克力材料，厚度为20μm。对电子装置F进行表面硬度的测试，所测得的表面硬度为7H(铅笔硬度)。
<例8>
提供电子装置G。电子装置G类似于例7的电子装置F，不同之处在于硬质涂层120为掺杂二氧化硅的压克力材料。自第二表面S2至第一表面S1，二氧化硅的浓度为1wt％至5wt％。对电子装置G进行表面硬度的测试，所测得的表面硬度为7H(铅笔硬度)。
<例9>
提供电子装置H。电子装置H类似于图1D实施例中所述的电子装置100d。即，电子装置H包括电子元件150、光学结构层140、基材130、辅助层110及硬质涂层120。电子元件150为具触控功能显示功能电子元件(如AMOLED)。光学结构层140厚度为5μm的圆偏光片。基材130为聚酰亚胺，厚度为9～12μm。辅助层110为掺杂二氧化硅的压克力材料，厚度为10μm。自第二表面S2至第一表面S1，二氧化硅掺杂的浓度为20wt％至35wt％，使得辅助层110的杨氏模量由第二表面S2向第一表面S1渐近增加。硬质涂层120为未掺杂的压克力材料，厚度为10μm。对电子装置H进行挠曲测试(flexural test)，挠曲半径为3mm。电子装置H通过了向外折叠2万次的挠曲测试与向内折叠2万次的挠曲测试，显示电子装置H具有良好的耐挠曲性(flexibility)。
此外，还对电子装置H进行落球测试与表面硬度测试。钢球重量为135克并由35公分高落下。电子装置H通过了落球测试，且所测得的表面硬度为7H(铅笔硬度)，显示电子装置H具有相当的硬度及抗冲击性。
<例10>
提供电子装置I。电子装置I类似于图1D实施例中所述的电子装置100d。即，电子装置I包括电子元件150、光学结构层140、基材130、辅助层110及硬质涂层120。电子元件150为具触控功能显示功能电子元件(如AMOLED)。光学结构层140为厚度5μm的圆偏光片。基材130为聚酰亚胺，厚度为9～12μm。辅助层110为掺杂二氧化硅的压克力材料，厚度为5μm。自第二表面S2至第一表面S1，二氧化硅掺杂的浓度为20wt％至35wt％，使得辅助层110的杨氏模量由第二表面S2向第一表面S1渐近增加。硬质涂层120为未掺杂的压克力材料，厚度为10μm。对电子装置I进行挠曲测试，挠曲半径为3mm。电子装置I通过了向外折叠2万次的挠曲测试与向内折叠2万次的挠曲测试，可知电子装置I具有良好的耐挠曲性。
此外，还对电子装置I进行落球测试与表面硬度的测试，钢球重量为135克并由35公分高落下。电子装置I通过了落球测试，且所测得的表面硬度为7H(铅笔硬度)，显示电子装置I具有相当的硬度及抗冲击性。
综上所述，本发明实施例的保护结构的辅助层或硬质涂层的杨氏模量由第二表面向第一表面渐近增加，因此具有上述保护结构的电子装置可以提升其抗刮能力又同时具有良好的可挠曲性，且也可减少电子装置经折叠后尤其是向外折叠材料开裂的现象，进而增加电子装置的使用寿命及可靠度。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (20)

1.一种保护结构，其特征在于，包括：
辅助层，具有第一表面及相对于所述第一表面的第二表面；以及
硬质涂层，位于所述辅助层的所述第二表面上，
其中所述辅助层的杨氏模量由所述第二表面向所述第一表面渐近增加。
2.如权利要求1所述的保护结构，其特征在于，所述辅助层包括掺杂无机材料的有机材料；所述硬质涂层包括有机材料。
3.如权利要求2所述的保护结构，其特征在于，所述辅助层的所述有机材料与所述硬质涂层的所述有机材料相同。
4.如权利要求2所述的保护结构，其特征在于，所述辅助层具有第一部分以及第二部分，所述第一部分比所述第二部分远离所述硬质涂层，所述第一部分的厚度占所述辅助层的厚度的4/5至9/10，所述第二部分的厚度占所述辅助层的所述厚度的1/5至1/10。
5.如权利要求4所述的保护结构，其特征在于，所述第一部分的所述无机材料为10～60重量百分浓度，而所述第二部分的所述无机材料为0～20重量百分浓度。
6.如权利要求4所述的保护结构，其特征在于，所述第一部分的杨氏模量介于5至50GPa；而所述第二部分的杨氏模量介于3至20GPa。
7.一种保护结构，其特征在于，包括：
基材；以及
硬质涂层，位于所述基材上，其中所述硬质涂层具有靠近所述基材的第一表面及相对于所述第一表面的第二表面，所述硬质涂层的杨氏模量由所述第二表面向所述第一表面渐近增加。
8.如权利要求7所述的保护结构，其特征在于，所述硬质涂层包括掺杂无机材料的有机材料。
9.如权利要求8所述的保护结构，其特征在于，所述无机材料为纳米粒子，所述无机材料包括二氧化硅、氧化钛或氧化锆或其组合。
10.如权利要求8所述的保护结构，其特征在于，所述有机材料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。
11.如权利要求8所述的保护结构，其特征在于，所述硬质涂层具有第一部分以及第二部分，所述第一部分比所述第二部分靠近所述基材，所述第一部分的厚度占所述硬质涂层的厚度的4/5至9/10，所述第二部分的厚度占所述硬质涂层的所述厚度的1/5至1/10，所述第一部分的所述无机材料为10～60重量百分浓度，而所述第二部分的所述无机材料为0～20重量百分浓度。
12.如权利要求11所述的保护结构，其特征在于，所述第一部分的杨氏模量介于5至50GPa，而所述第二部分的杨氏模量介于3至20GPa。
13.一种保护结构，其特征在于，包括：
辅助层，具有第一表面及相对于所述第一表面的第二表面；以及
硬质涂层，位于所述辅助层的所述第二表面上，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，且所述辅助层与所述硬质涂层包括相同的主体材料。
14.如权利要求13所述的保护结构，其特征在于，所述辅助层包括掺杂无机材料的有机材料，所述硬质涂层包括有机材料，且所述辅助层的所述有机材料与所述硬质涂层的所述有机材料相同。
15.如权利要求14所述的保护结构，其特征在于，所述无机材料为纳米粒子，纳米粒子包括二氧化硅、氧化钛或氧化锆或其组合。
16.如权利要求1至6、13至15中任一项所述的保护结构，其特征在于，更包括：
基材，设置于所述辅助层的所述第一表面，且所述基材的杨氏模量小于所述硬质涂层的杨氏模量；以及
光学结构层，其中所述基材位于所述辅助层及所述光学结构层之间。
17.如权利要求7至12中任一项所述的保护结构，其特征在于，更包括光学结构层，其中所述基材夹于所述硬质涂层与所述光学结构层之间，且所述基材的杨氏模量小于所述硬质涂层的杨氏模量。
18.一种电子装置，其特征在于，包括：
权利要求1至6项、13至15中任一项所述的保护结构；以及
电子元件，设置于所述辅助层的所述第一表面。
19.一种电子装置，其特征在于，包括：
权利要求7至12中任一项所述的保护结构；以及
电子元件，其中所述基材夹于所述硬质涂层与所述电子元件之间。
20.一种电子装置，其特征在于，包括：
权利要求16项所述的保护结构；以及
电子元件，设置于所述光学结构层远离所述基材的表面上。
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