TW201307082A - 複合板以及使用該複合板之顯示裝置用的基板 - Google Patents

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Abstract

一種複合板以及使用此複合板之顯示裝置用的基板。複合板包括基體和浸漬於基體內的加強材料。25℃下的基體之彈性模數E1對25℃下的加強材料之彈性模數E2的比例為等於或小於10-2(E1/E2≦10-2)。

Description

複合板以及使用該複合板之顯示裝置用的基板
本發明是有關於一種複合板以及使用此複合板之顯示裝置用的基板，且更明確地說，本發明是有關於一種複合板以及使用此複合板之顯示裝置用的基板，其由一種具有一定彈性模數的材料組成以顯出優異的可撓曲性(flexibility)和耐熱性，並且具有低熱膨脹係數以適用於顯示裝置用的基板。
具有優異耐熱性、透明度和線膨脹係數低的玻璃已廣泛應用於液晶顯示器(LCD)或有機發光(EL)顯示器、彩色濾光基板、太陽能電池基板或類似的基板。最近，作為顯示器的基板材料需要具有小尺寸、纖薄細窄、重量輕、耐衝擊性及可撓曲性，而塑料材料成為受注目的一種作為玻璃基板的代替品。
近年來，塑料基板，舉例而言，聚酯類(polyester)諸如聚對苯二甲酸亞乙基酯(polyethylene terephthalate，PET)及聚間苯二甲酸亞乙基酯(polyethylene naphthalate，PEN)、聚碳酸酯(polycarbonate)、聚醚碸(polyethersulfone，PES)、環狀烯烴樹脂(cyclic olefin resin)、環氧樹脂(epoxy resin)及丙烯酸樹脂(acrylic resin)已被使用。然而，這些塑料材料具有相當高的熱膨脹係數，並由此導致產品之彎曲或電線之斷裂。雖然聚亞醯胺樹脂(polyimide resin)具有相對地低膨脹係數，但由於相當低的透明度、高雙折射及吸 濕(hygroscopic)等特性，並不適合作為基板的材料。
為了解決這些問題，日本專利申請案公開第2004-51960號揭露一種透明複合光學板，其使用包括脂環環氧樹脂(alicyclic epoxy resin)、雙酚A環氧樹脂(bisphenol A epoxy resin)、酸酐(acid anhydride)硬化劑、催化劑及玻璃纖維布的酯基(ester group)所組成。日本專利申請案公開第2005-146258號揭露一種透明複合光學板，由包括脂環環氧、具有雙環戊二烯(dicyclopentadiene)結構的環氧樹脂、酸酐硬化劑及玻璃纖維布的酯基所組成。日本專利申請案公開第2004-233851號揭露一種透明基板，由雙酚A環氧樹脂、雙酚A酚醛清漆(bisphenol A novolac)環氧樹脂、酸酐硬化劑及玻璃纖維布所組成。然而，這些複合板在纖維板和樹脂基體之間的熱膨脹係數具有一大差異，其產生導致損壞的應力，以及降低顯示性能的高光學異向性(optical anisotropy)。
本發明提供一種複合板，其具有優異的可撓曲性、透明度和耐熱性，以及顯出耐衝擊性、抗拉伸、抗彎曲性等抗性。
本發明亦提供一種複合板，其具有低熱膨脹係數及低光學異向性。
本發明亦提供一種使用複合板之顯示裝置用的基板，其複合板具有小尺寸，纖薄和重量輕，以使得製造成本能夠降低。
本發明的一個觀點是有關於一種複合板。複合板包括一基體和浸漬於基體內的一加強材料(reinforcing material)，其中25℃下的基體之彈性模數E1對25℃下的加強材料之彈性模數E2的比例為等於或小於10-2(E1/E210-2)。
在一實施例中，在25℃的溫度下，基體之彈性模數對加強材料之彈性模數的比例(E1/E2)在1×10-7至1×10-2範圍內。在一實施例中，基體具有-150至30℃之玻璃轉移溫度(glass transition temperature)。此外，在一實施例中，在25℃的溫度下，基體具有1×105至1×109(達因/平方公分，dyne/cm2)之彈性模數E1。
基體可包括選自矽橡膠(silicone rubber)、苯乙烯-丁二烯橡膠(styrene-butadiene rubber，SBR)、丁二烯橡膠(butadiene rubber)、異戊二烯橡膠(isoprene rubber)、氯丁二烯(chloroprene)、尼奧普林(neoprene)橡膠、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(ethylene-propylene-diene terpolymer)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(styrene-ethylene-butylene-styrene(SEBS)block copolymer)、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物(styrene-ethylene-propylene-styrene(SEPS)block copolymer)、丙烯腈-丁二烯橡膠(acrylonitrile-butadiene rubber，NBR)、氫化丁晴膠(hydrogenated nitrile rubber，HNBR)、氟化橡膠(fluorinated rubber)、塑化聚氯乙烯(polyvinyl chloride，PVC)等所組成之族群中的至少一種。 這些材料可單獨使用或使用在其中以上兩個或更多種的組合。
加強材料可選自玻璃纖維、玻璃絲布(glass fiber cloth)、玻璃布(glass fabric)、非織物玻璃布(non-woven glass cloth)、玻璃網(glass mesh)、玻璃珠(glass beads)、玻璃粉(glass powder)、玻璃鱗片(glass flakes)、矽粒子(silica particles)、膠體二氧化矽(colloidal silica)等所組成之族群中的至少一種。在一實施例中，加強材料可存在複合板內5%至95%的體積。
在另一實施例中，複合板可包括一塗層(coating layer)，其在具有加強材料浸漬於其中的基體之至少一表面上。在此，塗層包括選自氮化矽(silicon nitride)、氧化矽(silicon oxide)、碳化矽(silicon carbide)、氮化鋁(aluminum nitride)、銦錫氧化物(indium tin oxide，ITO)及銦鋅氧化物(indium zinc oxide，IZO)所組成之族群中的至少一種。
本發明的另一個觀點是有關於一種包括複合板之顯示裝置用的基板。基板可具有小於或等於20 ppm/℃的熱膨脹係數。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
在下文中，將參看隨附圖示來詳細地描述本發明之實施例。值得注意的是，這些圖示並非為確切比例，為明確和方便描述清楚起見可誇示線之厚度或構件之尺寸。
本發明的一觀點提供一種複合板，其包括一基體和浸漬於基體內的一加強材料。在此，25℃下的基體之彈性模數E1對25℃下的加強材料之彈性模數E2的比例為等於或小於10-2(E1/E210-2)。較佳地，在25℃的溫度下，基體之彈性模數對加強材料之彈性模數的比例(E1/E2)在1×10-7至1×10-2範圍內，以及更佳地在1×10-6至5×10-4範圍內。在這範圍內，複合板顯出優異的可撓曲性和剛性(rigidity)，以及具有很小的熱膨脹係數。
基體可具有25℃下的1×105至1×109 dyne/cm2之彈性模數E1。較佳地，基體具有25℃下的5×105至5×108 dyne/cm2之彈性模數E1，以及更佳地5×105至5×107 dyne/cm2。在這範圍內，複合板顯出優異的可撓曲性和剛性，以及具有小的熱膨脹係數。
在一實施例中，基體可具有-150℃至30℃之玻璃轉移溫度。較佳地，基體可具有-130℃至20℃之玻璃轉移溫度，以及更佳地-130℃至10℃。在這範圍內，複合板顯出優異的可撓曲性和剛性，以及具有小的熱膨脹係數。
基體可由橡膠材料所組成。例如矽橡膠、苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)、丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠、氯丁二烯、尼奧普林橡膠、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯(SEPS)嵌段共聚物、丙烯腈-丁二烯橡膠(NBR)、氫化丁晴膠(HNBR)、氟化橡膠等。此外，基體可由具有玻璃轉移溫度小於或等於室溫的聚矽氧樹脂(silicone resin)所組 成，或由樹脂組成物例如增添塑化劑以確保可撓曲性的塑化聚氯乙烯(PVC)所組成。這些材料可單獨使用或使用其中兩個或更多種的組合。特別的是，矽橡膠用於作為複合板之基體。
矽橡膠可為具有5至2000之平均聚合度的有機聚矽氧烷(organopolysiloxane)。有機聚矽氧烷之範例包括聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane)、聚甲基苯基矽氧烷(polymethylphenylsiloxane)、聚烷基芳基矽氧烷(polyalkylarylsiloxane)、聚烷基烷基矽氧烷(polyalkylalkylsiloxane)等。這些材料之每一個以分子等級(molecular level)來觀察時具有立體網狀結構。較佳地，矽橡膠之網狀結構包括5至500個R2SiO單元的單一交聯(cross-linking)點。較佳地，具有5至500,000 Cst之黏度(viscosity)的有機聚矽氧烷可用於作為矽橡膠。在這範圍內，複合板顯出優異的可撓曲性和剛性，以及具有小的熱膨脹係數。矽橡膠較佳地具有50至120,000 Cst之黏度，更佳地有100至100,000 Cst，以及還更佳地有1000至80,000 Cst。
加強材料浸漬於基體內。其中，加強材料可從玻璃纖維、玻璃絲布、玻璃布、非織物玻璃布、玻璃網、玻璃珠、玻璃粉、玻璃鱗片、矽粒子、膠體二氧化矽等之中選取出來。複合板可藉由加強材料內的浸漬元件構成基體，其後再進行交聯來製備。
圖1為根據一實施例之一種複合板的剖視圖。請參照 圖1，當加強材料2a是一種如玻璃絲布、玻璃布、非織物玻璃布、玻璃網等的單片式時，此單片式加強材料2a可浸入一基體1。雖然圖1中單片式加強材料2a繪示成作為構成基體1內的單一層，在其中可形成兩層或更多層的單片式加強材料2a。舉例而言，加強材料2a可具有兩種或多種玻璃絲布之堆疊結構或玻璃絲布與非織物玻璃布之堆疊結構。在此，"堆疊"結構中，兩層或多層的單片式加強材料2a可在接觸狀態時上下堆疊或在分離狀態下經由基體插入於其間。
此外，當加強材料2a是一種如玻璃纖維、玻璃珠、玻璃粉、玻璃鱗片、矽粒子或膠體二氧化矽基體等的纖維式或粉末式時，加強材料2a可分散(disperse)於基體內。在此，術語"分散"包括均勻分散(uniform dispersion)及非均勻分散。
在另一實施例中，單片式加強材料及粉末式加強材料可以同時使用。
加強材料2a存在於含量為5至95%的體積，較佳地在複合板內為35至75%的體積。在這範圍內，複合板顯出優異的可撓曲性和剛性，以及具有小的熱膨脹係數。
圖2為根據另一實施例之一種複合板10的剖視圖。請參照圖2，複合板10可包括至少一塗層2b，其在一基體1之至少一表面上形成。塗層可在基體之一個或兩個表面上形成。塗層2b可藉由物理氣相沉積法(physical vapor deposition)、化學氣相沉積法(chemical vapor deposition)、 塗佈法、濺鍍法(sputtering)、蒸鍍法(evaporation)、離子電鍍法(ion plating)、濕塗膜法(wet coating)、有機-無機多層塗佈法(organic-inorganic multilayer coating)等在基體之表面上形成。這些過程可單獨應用或應用兩個或兩個以上其組合。
塗層2b可由氮化矽、氧化矽、碳化矽、氮化鋁、銦錫氧化物(ITO)或銦鋅氧化物(IZO)等組成。這些材料可單獨使用或使用兩個或兩個以上其組合。在另一實施例中，塗層2b可以形成為單一層或包括兩層或更多層上下堆疊。
相對於基體之厚度，塗層2b可形成的厚度比例(thickness ratio)為1×10-3至5×10-1，較佳地為1×10-3至5×10-2。在這範圍內，可控制表面異物之去除或有效的水蒸氣滲透性(water vapor permeability)。
塗層2b可最佳化氣體遮蔽(gas shielding)特性、耐水蒸氣滲透性、機械特性、平坦性(flatness)及介於基體與塗層之間的黏著性(adhesion)。
在一實施例中，基體具有50至200微米(μm)的厚度T1，較佳地有70至150微米，以及塗層具有1至300奈米(nm)的厚度T2，較佳地有10至150奈米。在這範圍內，可能最大化耐水蒸氣滲透性而抑制上塗層之分離。此外，包括此塗層的複合板10具有10至500微米之總厚度，較佳地有50至150微米。在這範圍內，可能最小化薄膜電晶體製程(TFT process)中的不良情形。
根據實施例的這些複合板可應用於顯示器或光學裝 置，舉例而言，液晶顯示器用的基板、彩色濾光用的基板、有機電激發光(EL)顯示器用的基板及太陽能電池基板等。
當應用複合板於顯示裝置用的基板時，此基板具有等於或小於20 ppm/℃之熱膨脹係數，較佳地有等於或小於10 ppm/℃。
根據這些實施例，複合板具有優異的可撓曲性、透明度和耐熱性，以及顯出耐衝擊性、抗拉伸、抗彎曲性等抗性。此外，當顯出優異的平坦性及顯示品質時，複合板具有低熱膨脹係數、低光學異向性及低水蒸氣滲透性。包括此複合板之顯示裝置用的基板具有小尺寸，纖薄和重量輕，以使得製造成本能夠降低。
接著，將參照以下實例詳細描述本發明之結構及功能。這些實例僅提供說明用途，並非以任何方式解釋欲限制本發明。
將省略對所屬技術領域中具有通常知識者詳細描述關於本發明顯而易見的部分。
實例
在實例及比較實例中所使用之構件為下列描述。
(A)基體：Dow Corning有限公司(Dow Corning Co.,Ltd.)之Sylgard 184，其具有4000Cst之黏度及25℃下的2x107 dyne/cm2之彈性模數。
(B1)加強材料：Nittobo有限公司(Nittobo Co.,Ltd.)之玻璃布3313。
(B2)塗層：氧化矽和氮化矽被交替使用。
實例1
將加強材料(Nittobo有限公司之玻璃布3313)置放於玻璃基板(承載玻璃，carrier glass)上，塗佈基體樹脂(Dow Corning有限公司之Sylgard 184)至加強材料上。然後，置放覆蓋玻璃(cover glass)於基體之上，以及透過疊合法(lamination)將玻璃布浸入至基體內。承載玻璃透過熱固化(heat curing)移除。
實例2
實例2與實例1相同，除了複合板之表面可透過濺鍍法接受氧化矽及氮化矽之交替沉積。
實例3
200公克三甲氧基苯基矽烷(trimethoxyphenylsilane)、38.7公克四甲基二乙烯基二矽氧烷(tetramethyldivinyldisiloxane)、65.5公克去離子水(deionized water)、256公克甲苯(toluene)及1.7公克三氟甲烷磺酸(trifluoromethanesulfonate)，在配備有迪安-斯塔克分離器(Dean-Stark trap)及溫度計的三頸圓底燒瓶(three-neck round bottom flask)中混合。這混合物在60至65℃下加熱兩小時。混合物回流(reflux)以及經由迪安-斯塔克分離器移除水與甲醇(methanol)。當反應溫度達到80℃且水與甲醇完全地被移除時，冷卻混合物至低於50℃。3.3公克二碳化鈣(calcium carbide)及約1公克水添加至混合物。混合物在室溫下攪拌2小時，並且0.17公克氫氧化鉀(potassium hydroxide)添加至混合物。然後，混合物回流以及經由迪安 -斯塔克分離器移除水。當反應溫度達到120℃且水完全地被移除時，冷卻混合物至低於40℃，0.37公克氯基二甲基乙烯基矽烷(chlorodimethylvinylsilane)添加至混合物，接著在室溫下混合1小時。藉由過濾這混合物，取得在甲苯中具有(PhSiO3/2)0.75(ViMe2SiO1/2)0.25化學式的矽樹脂(silicon resin)溶液。這取得的矽樹脂具有約1700g/mol之重量平均分子量(weight average molecular weight)、約1440g/mol之數量平均分子量(number average molecular weight)及150,000Cst之黏度，以及包含約1mol%之經矽偶合的羥基(silicon-coupled hydroxy group)。
混合這樹脂溶液與1,4-雙(二甲基矽烷基)苯(1,4-bis(dimethylsilyl)benzene)，以使得經矽偶合的氫元素對經矽偶合的乙烯基(SiH/SiVi)之莫耳比例變成1.1：1。藉由在80℃及5 mmHg(667Pa)之壓力下加熱混合物，進而從混合物中移除甲苯。然後，添加少量的1,4-雙(二甲基矽烷基)苯至混合物以恢復SiH/SiVi之莫耳比例至1.1：1。就樹脂之重量而言，添加包含1000 ppm鉑(platinum)的鉑催化劑其含量為0.5% w/w至混合物。藉由處理1,1,3,3-四甲基二矽氧烷(1,1,3,3-tetramethyldisiloxane)之鉑(0)錯合物，在1,1,3,3-四甲基二矽氧烷之大量莫耳過量存在下，與三苯基膦(triphenylphosphine)製備催化劑以達到三苯基膦對鉑之約4：1的莫耳比例。
藉由如實例1中的相同方法使用此混合物作為基體樹脂，來製備一種浸漬的試樣品。
比較實例1
比較實例1與實例1相同，除了使用丙烯酸樹脂(Noru Paint有限公司(Noru Paint Co.,Ltd.)之CK1002)作為基體，以及使用Igacure 184起始劑(initiator)進行紫外線固化(UV curing)。
機械性質之量測
(1)彈性模數：使用一種配備著100N負載單元的MTS Alliance RT/5測試框架，於室溫下量測彈性模數。載入此測試樣品於間隔為25毫米(mm)的兩個氣動夾具(pneumatic grip)中，以及在1 mm/min之夾頭速度(crosshead speed)下拉伸。不斷地收集負載(load)及位移(displacement)的資料。在負載-位移曲線之初始區段中的最陡斜坡被作為楊氏模數。對於基體及加強材料之每一個，量測在25℃下的彈性 模數。彈性模數之比例如表1中所示。
(2)熱膨脹係數：根據ASTM E 831使用TMA裝置(Texas Instruments公司之Q40)，量測熱膨脹係數。
(3)水蒸氣滲透性：根據ASTM F 1249使用MOCON裝置，量測水蒸氣滲透性。切割製備的樣品至30 mm x 40 mm之尺寸，以及在其中央插入夾具藉以量測。在室溫下的蒸氣壓被視為100%之相對溼度。
雖然本文已以一些實施例揭露如上，然其應當理解這些提供的實施例僅作為說明之方式，以及在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之各種修飾、更換與替換。故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧基體
2a‧‧‧加強材料
2b‧‧‧塗層
10‧‧‧複合板
E1‧‧‧基體之彈性模數
T1‧‧‧基體厚度
T2‧‧‧塗層厚度
為讓本發明之上述和其它觀點、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖示，作詳細說明如下。
圖1為根據本發明之一實施例之一種複合板的剖視圖。
圖2為根據本發明之另一實施例之一種複合板的剖視圖。
1‧‧‧基體
2a‧‧‧加強材料
2b‧‧‧塗層
10‧‧‧複合板

Claims (10)

  1. 一種複合板，包括：一基體；以及一加強材料，其浸漬於所述基體內；其中25℃下的所述基體之彈性模數E1對25℃下的所述加強材料之彈性模數E2的比例為等於或小於10-2(E1/E210-2)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之複合板，其中在25℃的溫度下，所述基體之彈性模數對所述加強材料之彈性模數的比例(E1/E2)在1×10-7至1×10-2範圍內。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之複合板，其中在25℃下，所述基體具有1×105至1×109(達因/平方公分)之彈性模數(E1)。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之複合板，其中所述基體包括選自矽橡膠、苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)、丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠、氯丁二烯、尼奧普林橡膠、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯(SEPS)嵌段共聚物、丙烯腈-丁二烯橡膠、氫化丁晴膠(HNBR)、氟化橡膠、塑化聚氯乙烯(PVC)及其組合其中之一所組成之族群中的至少一種。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之複合板，其中所述加強材料浸漬於所述基體內以及包括選自玻璃纖維、玻璃絲布、玻璃布、非織物玻璃布、玻璃網、多個玻璃珠、玻璃 粉、多個玻璃鱗片、多個矽粒子、膠體二氧化矽及其組合其中之一所組成之族群中的至少一種。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之複合板，其中所述加強材料包括玻璃絲布、玻璃布、非織物玻璃布或其組合其中之一。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之複合板，其中所述加強材料存在所述複合板內5%至95%的體積。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之複合板，更包括：一塗層，其在所述基體之至少一表面上，所述塗層包括選自氮化矽、氧化矽、碳化矽、氮化鋁、銦錫氧化物及銦鋅氧化物所組成之族群中的至少一種。
  9. 一種顯示裝置用的基板，包括申請專利範圍第1項至第8項任一項所述之複合板。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之基板，其中所述基板具有小於或等於20 ppm/℃的一熱膨脹係數。
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