TW201312211A - 用於感測器面板的微結構基板 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種感測器面板，其包含：一可撓曲式膜，具有一厚度，該可撓曲式膜具有一第一表面及一第二表面，該第二表面係與該第一表面間隔該薄膜之該厚度；一微結構陣列，位於該可撓曲式膜中，各該微結構包含一腔室，該腔室係自該第一表面形成於該可撓曲式膜中；以及一感測器陣列，位於該第二表面上，用於產生由靜電荷誘發之一電流。

Description

用於感測器面板的微結構基板
本發明一般係關於微製造(micro-fabrication)，更具體而言，係關於用於軟性感測器面板及可撓曲式感測器面板(bendable flexible sensor panel)之具微結構之基板。
隨著各種各樣的電子產品變得日趨小型化、及輕質化，消費者常常會面對如下之兩難選擇：例如，是選擇一輕巧但通常具有一小螢幕之行動電話、筆記型電腦或觸控面板裝置，還是選擇一笨重、但卻具有一較大螢幕之行動電話、筆記型電腦或觸控面板裝置。將一外部感測器面板連接至一輕巧型裝置常常係為某些消費者所想到的折中方案。然而，感測器面板通常係形成於笨重且不便於攜帶之剛性基板(例如玻璃或晶圓)上。某些較輕且較薄之感測器面板係設置於聚合物上，並具有小程度的可撓性(flexibility)。一般而言，此種可撓式感測器面板可被捲起不到一圈。
故需要提供薄且輕量的感測器面板，而且該感測器面板具有之可撓性達至少可以捲起一圈的程度，較佳為二圈或更多圈。
本發明之一實例可提供一種感測器面板，其包含：一可撓曲式膜，具有一厚度，該可撓曲式膜具有一第一表面及一第二表面，該第二表面係與該第一表面間隔該薄膜之該厚度；一微結構陣列，位於該可撓曲式膜中，各該微結構包含一腔室，該腔室係自 該第一表面形成於該可撓曲式膜中；以及一感測器陣列，位於該第二表面上，用於產生由靜電荷誘發之一電流。
結合附圖參閱以下本發明之詳細實例，可得知本發明之其他目的、優點及新穎特徵。
現將詳細參照本發明於隨附圖式中說明之範例。盡其可能，所有圖式中將依相同元件符號以代表相同或類似的部件。
本發明利用微製造技術形成有微結構的可撓曲式薄膜。具體來說，使用微製造技術於薄的和可撓的聚合物薄膜中形成微結構，該聚合物薄膜是可用於軟性顯示裝置(其可被捲起一圈(360°))或可撓曲式顯示裝置(其可被捲起至少兩圈(720°))的基板之組件。
依據本發明之範例，於薄膜中之第一型微結構係指具有從該薄膜的第一表面沖壓進入該薄膜、但不沖壓穿透該薄膜的開口之結構，而且於該第一表面的相反表面上不會形成明顯的突出。此外，該微結構可具有在約100微米(μm，micrometer)至500μm範圍中的直徑。
依據本發明之範例，於薄膜中之第二型微結構係指具有沖壓進入該薄膜的開口、並於該第一表面的相反表面上形成突出之結構。該突出之高度大約等於或小於該微結構之深度。
圖1為用於軟性顯示裝置的基板100之3D圖。基板100包含一可撓曲式薄膜101與一黏性膜102。
可撓曲式薄膜101的厚度t，t的範圍從97.5至102.5 μm。可撓曲式薄膜101具有由可撓曲式薄膜101的厚度t隔開之第一表面S1和第二表面S2(如圖2B所示)。基板100另包含一微結構陣列103於該可撓曲式薄膜101中。可撓曲式薄膜101之尺寸及微結構103之數目可根據膜之應用而異並可根據膜之應用而定製。根據本發明之一實例，可撓曲式薄膜101之尺寸可係為A4紙尺寸、A3紙尺寸及A2紙尺寸其中之一，A4紙尺寸、A3紙尺寸及A2紙尺寸之長度L及寬度W分別為297毫米×210毫米、420毫米×297毫米、及594毫米×420毫米。
每個微結構103的腔室內填充粉末104，粉末104受靜電力吸引，並且在施加不同的等級的電壓時會展現不同的顏色。例如，粉末104可以是液晶粉末，該液晶粉末可以向默克公司(Merck & Co.,Inc.)取得。每個內部填充粉末104的微結構103可以作為軟性顯示裝置的一個像素。
圖2A和圖2撓曲式薄膜101的俯視圖與剖視圖。每個微結構103包括從第一表面S1穿入可撓曲式薄膜101形成的一腔室，其中該腔室具有一凹部103a，該凹部103a具有一預定的深度D2且接近第二表面S2，該腔室並具有接近第一表面S1的一側壁部分103b。該側壁部分103b具有起自第一表面S1的一預定深度D1。
側壁部分103b的深度D1介於5至75 μm之間。例如，側壁部分103b的深度D1係基於所需的可視距離而決定。在一個範例中，當可視距離每增加二公尺(2 m)，側壁部分103b的深度D1即增加5 μm。例如，對於2 m的可視距離，側壁部分103b的深度D1 可大約為5 μm，而對於20 m的可視距離，側壁部分103b的深度D1可大約為50 μm。另外，側壁部分103b的深度D1可基於顯示裝置的所需解析度與亮度而決定。
依據本發明之範例，側壁部分103b的深度D1可大約為5 μm。因為裝置中粉末104的量很少，故產生的亮度適合用於小的空間，如住宅內的一個房間。
依據本發明之另一範例，側壁部分103b的深度D1可大約為15 μm。該種顯示裝置含有較多量的粉末104，而產生的亮度適合用於稍微大的空間，如辦公空間。
依據本發明之又另一範例，側壁部分103b的深度D1可大約為40 μm。包含該種基板之顯示裝置將具有適合用於更大封閉空間之亮度，如禮堂。
依據本發明之範例，側壁部分103b的深度D1可大約為75 μm。由於其將於每個微結構103中含有大量的粉末104，產生的亮度將適用於戶外使用的顯示裝置。
凹部103a的深度D2可基於側壁部分103b的深度D1而決定，而且凹部103a往第二表面S2逐漸變小的比率可基於側壁部分103b的尺寸決定。
側壁部分103b與第一表面S1平行的剖面可以是圓形、橢圓形與多邊形中之一者。在側壁部分103b各處之該剖面可以皆相同。依據本發明一範例之微結構103，其側壁部分103b具有90μm之長l和70 μm寬w之矩形剖面。各微結構103之間有一間距d，該間 距d可為15μm。
另一方面，凹部103a也可具有圓形、橢圓形或多邊形之與第一表面S1平行的剖面，該等剖面可往第二表面S2逐漸變小。凹部103a與該第一表面S1垂直的剖面可為等邊三角形、等腰三角形、拋物線及半圓中之一者。
在依據本發明之範例中，其中凹部103a與該第一表面S1垂直的剖面為等腰三角形，該等腰三角形之二個相等角度為45度。
可撓曲式薄膜101包含聚合物，該聚合物使該薄膜具有90%或更大的透明度。例如，該聚合物可為聚對苯二甲酸乙二酯(PET，polyethylene terephthalate)、聚碳酸酯(PC，polycarbonate)及光學聚萘二甲酸乙二酯(OPEN，optical polyethylene naphthalate)中之一者。
OPEN的重複化學結構單元為下式：
可撓曲式薄膜101的密度介於每立方公分0.86至0.98克(g/cm3)之間。可撓曲式薄膜101的其他物理性質可包括：抗張強度(tensile strength)介於234與246百萬帕(MPa，megapascal)之間，張力伸長(tensile elongation)介於126%與173%之間，抗張模數(tensile modulus)介於4.55至5.04十億帕(GPa，gigapascal)之間，以及撕裂強度(tearing strength)介於697與899毫牛頓(mN，millinewtou)之間。
凹部103a在每個微結構中心提供較大且較密的發光強度，因為在中心液晶粉末104的濃度最高。
黏性膜102包含聚合物層102a以及黏附於聚合物層102a的膠黏劑102b。該聚合物層包含一內嵌的導電圖案(未圖式)。聚合物層102a可包含PET、PC及OPEN中之一者，而導電圖案可包含銅。導電圖案的厚度約為一毫英吋，大約相當於25.4 μm。膠黏劑102b可包含膠水，如以丙烯酸為主的膠，膠黏劑102b並可具有介於10至15 μm之間的厚度。
依據本發明，每個其內填充有粉末104的微結構103可作為軟性顯示裝置的一個像素。此外，聚合物層102a中的導電圖案之功能為對微結構103電定址。
依據本發明的基板100，可提供製造具有高度可撓性的軟性顯示裝置之部件。例如，以基板100製造的軟性顯示裝置可捲起一圈(360°)。在依據本發明的另一範例中，可撓曲式顯示裝置可捲起至少二圈(720°)。
圖3為用以於可撓曲式薄膜101中製造微結構103的一對微沖壓模具301、302之剖面示意圖。
該對微沖壓模具301、302包含上模具301與下模具302。上模具301包含複數個突出301a，而下模具302包含複數個相對於該 上模具301的複數個突出301a之微結構302a。模具301、302的大小以及突出301a與微結構302a的數量可基於薄膜之用途而變化與客製化。
依據本發明之範例，模具301、302的大小可為A4、A3及A2紙張尺寸中之一者，其尺寸分別為297 mm乘210 mm、420 mm乘297 mm以及594 mm乘420 mm。依據本發明之範例，下模具302之複數個微結構302a具有與上述可撓曲式薄膜101的複數個微結構103之結構相同的結構。
現將參照圖4描述依據本發明範例之製造基板100的方法。
首先，將一捲包含PET、PC與OPEN其中之一者的可撓曲式薄膜展開並放置於該對微沖壓模具301、302之間。該捲可撓曲式薄膜具有介於0.75至0.85 g/cm3之間的密度。在步驟401中，藉由該對微沖壓模具301、302以「輕觸」法沖壓該可撓曲式薄膜。具體而言，控制上模具301沖壓可撓曲式薄膜101的力量，以使上模具301不會沖壓穿透可撓曲式薄膜101，但可沖壓出複數個具有所需深度的微結構103。此外，為便利沖壓製程，可以使用該上模具301之陣列與對應的該下模具302之陣列，且該陣列尺寸設計成符合薄膜尺寸。
在步驟402中，在沖壓出複數個微結構103之後，將可撓曲式薄膜101翻轉，使微結構103的開口向下面對充滿粉末104的托盤，該粉末係用以填充微結構103的腔室。之後，當啟動產生靜電場的工具時，托盤中的粉末104受靜電力向上吸引並填充每個微結構103的腔室。
某些粉末會吸附在微結構之間的表面上，因此，在步驟403中藉由將填充了粉末10的可撓曲式薄膜101通過一組產生超音波振盪的滾輪之間來移除該些粉末。黏在微結構103之間的表面上之過多粉末藉由超音波振盪被搖下。
接著，在步驟404中，將具有導電圖案的黏性膜102黏附於已填充粉末104的可撓曲式薄膜101，藉以形成基板100。可將基板100通過一組滾輪之間，以適當地將黏性膜102與可撓曲式薄膜101按壓在一起，並確保基板100之可撓性。
圖5為依據本發明之範例，用於可撓曲式顯示裝置的基板500之剖面示意圖，該可撓曲式顯示裝置可被捲起至少二圈(720°)。基板500包含薄膜101、第一黏性膜502以及第二黏性膜505。基板500進一步包含第一型微結構503的陣列於薄膜101中，而且每個微結構503在底表面上包含一層粉末104。
圖5中的第一黏性膜502與第二黏性膜505類似於圖1所示的黏性膜102，不同之處在於第一黏性膜502與第二黏性膜505皆不包含用以對微結構503電定址之導電圖案。
基板500於第二表面S2上包含一層矽粉末506。該層矽粉末506藉由靜電吸附的方式黏附於第二表面S2，並由第二黏性膜505密封。
該層矽粉末506的功能之一是作為太陽能面板。太陽光中的光子撞擊該層矽粉末506並由矽粉末506吸收。電子從其原子被撞擊鬆動，而產生電位差。電流開始流經矽粉末506以抵消電位差， 而該電流所產生的電力可被儲存。
可撓曲式顯示裝置可包含太陽能電池與積體電路(IC，integrated circuit)，用以控制收及由該層矽粉末506產生的電力，並提供微結構503不同的電壓，以控制粉末104的顏色變化。IC與太陽能電池可位於薄膜101與第一黏性膜502或第二黏性膜505之間。可撓曲式顯示裝置之總厚度小於200 μm。
圖6為依據本發明另一範例用於可撓曲式顯示裝置的基板600之剖面示意圖，該可撓曲式顯示裝置可捲起至少二圈(720°)。在圖6所示的基板600與在圖5所示的基板500相似，兩者不同之處在於微結構603不包含凹部。取而代之的，微結構603具有平的底部。
圖7為依據本發明另一範例用於軟性顯示裝置的基板700之剖面示意圖。基板700與在圖6中的基板600相似，兩者不同之處在於可撓曲式薄膜101包含第二型的微結構703之陣列，微結構703包含出自第二表面S2的突出703b。此外，微結構703填充有粉末104，而且介於突出703b之間的空間填充有結晶矽706以自太陽能產生電力。
本發明更關於具有微結構之基板，該等基板係用於可被捲起一圈(360°)之軟性感測器面板、或可被捲起至少二圈(720°)之可撓曲式感測器面板。根據本發明一實例之一軟性感測器面板或一可撓曲式感測器面板可包含圖1、圖5、圖6及圖7所示基板其中之一，且更包含一感測器陣列，以用於產生由靜電荷誘發之電流。
圖8係為例示根據本發明一實例之一用於一可撓曲式感測器面板之剖面示意圖。圖8所示基板800包含一圖6所示用於可撓曲式顯示裝置之基板600、一感測器810陣列、以及一第三黏性膜820。感測器810陣列包含一圖案化絕緣層811及一圖案化導電凝膠層812。圖案化絕緣層811可包含氧化矽(silicon oxide)或其他絕緣材料，並具有一介於25微米至50微米間之厚度。圖案化導電凝膠層812具有一介於2.5微米至10微米間之厚度。
圖案化絕緣層811及圖案化導電凝膠層812被形成為使得當一攜帶靜電荷之物體(例如，一手指或一觸控筆)靠近感測器面板時，該物體之靜電荷可自位於該物體下方之感測器810陣列至少其中之一感測器810誘發電流。一連接至感測器810陣列之積體電路可偵測該誘發電流並於感測器面板上確定該誘發電流之起源(即，該物體相對於該感測器面板之位置)。
可撓曲式薄膜101中之該等微結構503之密度可係為每平方英吋包含160至280個微結構。根據本發明之一實例，可撓曲式薄膜101每平方英吋包含200個微結構。觸控筆可包括一含碳的尖端。根據本發明，手指或觸控筆無需與感測器面板有實體接觸來誘發電流。當手指或觸控筆於距感測器面板之表面1毫米至1.5毫米之距離處「觸摸」感測器面板時，感測器面板對該「觸摸」係敏感的。
在闡述本發明之代表性實例時，本說明書可能已將本發明之操作方法及/或過程呈現為一具體序列之步驟。然而，由於該方法或過程並非依賴於本文所述步驟之具體順序，因而該方法或過程不 應被限制於所述步驟之具體序列。此項技術中之通常知識者應理解，亦可採用其他序列之步驟。因此，本說明書所述步驟之具體順序不應被視為係對申請專利範圍之限制。此外，關於本發明之方法及/或過程之申請專利範圍不應被限制於以所述順序執行其各步驟，且熟習此項技術者可輕易地理解，該等序列可有所變化且仍屬於本發明之精神及範圍內。
熟習此項技術者應理解，在不背離上述實例之廣泛發明概念之條件下，可對該等實例作出改變。因此，應理解，本發明並非僅限於所揭示之具體實例，而是旨在涵蓋屬於隨附申請專利範圍所界定之本發明精神及範圍內之所有潤飾。
100‧‧‧基板
101‧‧‧可撓曲式薄膜
102‧‧‧黏性膜
102a‧‧‧聚合物層
102b‧‧‧膠黏劑
103‧‧‧微結構
103a‧‧‧凹部
103b‧‧‧側壁部分
104‧‧‧粉末
301‧‧‧微衝壓模具
302‧‧‧微衝壓模具
301a‧‧‧突出
301b‧‧‧微結構
500‧‧‧基板
502‧‧‧第一黏性膜
503‧‧‧微結構
505‧‧‧第二黏性膜
506‧‧‧矽粉末
600‧‧‧基板
603‧‧‧微結構
700‧‧‧基板
703‧‧‧微結構
703b‧‧‧突出
706‧‧‧結晶矽
800‧‧‧基板
811‧‧‧圖案化絕緣層
812‧‧‧圖案化導電凝膠層
820‧‧‧第三黏性膜
t‧‧‧厚度
l‧‧‧長
w‧‧‧寬
L‧‧‧長度
W‧‧‧寬度
d‧‧‧距離
S1‧‧‧第一表面
S2‧‧‧第二表面
D1‧‧‧深度
D2‧‧‧深度
當併同各隨附圖式而閱覽時，即可更佳瞭解本發明之前揭摘要以及上文較佳範例的詳細說明。然應瞭解本發明並不限於所繪之精確排置方式及設備裝置。此外，將瞭解到為了說明之簡單與清楚，顯示於圖式中之元件並不一定依照比例繪製。例如，為清楚之故，某些元件的尺寸相對於其他元件可能有所放大。在各圖式中：圖1為依據本發明之範例，用於軟性顯示裝置的基板之三維(3D)圖；圖2A和圖2B為依據本發明之另一範例，具有微結構陣列的可撓曲式薄膜之俯視與剖面示意圖；圖3為一對微沖壓模具之剖面示意圖； 圖4為依據本發明之範例形成用於軟性顯示裝置的基板之方法流程圖；圖5為依據本發明之範例，用於可撓曲式顯示裝置的基板之剖面示意圖；圖6為依據本發明另一範例用於可撓曲式顯示裝置的基板之剖面示意圖；以及圖7為依據本發明另一範例用於軟性顯示裝置的基板之剖面示意圖；以及圖8係為例示根據本發明一實例之一用於一可撓曲式觸控螢幕顯示裝置之基板之剖面示意圖。
101‧‧‧可撓曲式膜
104‧‧‧粉末
502‧‧‧第一黏性膜
505‧‧‧第二黏性膜
506‧‧‧矽粉末
603‧‧‧微結構
800‧‧‧基板
811‧‧‧圖案化絕緣層
812‧‧‧圖案化導電凝膠層
820‧‧‧第三黏性膜

Claims (19)

  1. 一種感測器面板，包含：一可撓曲式薄膜，具有一厚度，該可撓曲式薄膜具有一第一表面及一第二表面，該第二表面係與該第一表面間隔該薄膜之該厚度；一微結構陣列，位於該可撓曲式薄膜中，各該微結構包含一腔室，該腔室係自該第一表面形成於該可撓曲式薄膜中；以及一感測器陣列，位於該第二表面上，用於產生由靜電荷誘發之一電流。
  2. 如請求項1之感測器面板，其中該感測器陣列包含一位於該第二表面上之圖案化絕緣層及一位於該圖案化絕緣層上之圖案化導電凝膠層。
  3. 如請求項2之感測器面板，其中該圖案化絕緣層包含氧化矽(silicon oxide)。
  4. 如請求項1之感測器面板，其中該可撓曲式薄膜每平方英吋包含160-280個微結構。
  5. 如請求項1之感測器面板，更包含一積體電路，該積體電路連接至該感測器陣列，以用於偵測該誘發電流並確定該感測器面板上該誘發電流之起源。
  6. 如請求項1之感測器面板，更包含黏附至該第二表面之一層矽粉末。
  7. 如請求項6之感測器面板，更包含一位於該層矽粉末與該感測器陣列間之第一黏性膜，該第一黏性膜包含一聚合物核心 (polymeric core)，該聚合物核心包含聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate；PET)、聚碳酸酯(polycarbonate；PC)及光學聚萘二甲酸乙二醇酯(optical polyethylene naphthalate；OPEN)其中之一。
  8. 如請求項1之感測器面板，更包含位於該第二表面上之複數個突出(protrusion)、以及位於該等突出間之結晶矽(crystalline silicon)。
  9. 如請求項8之感測器面板，更包含一位於該可撓曲式薄膜與該感測器陣列間之第一黏性膜，該第一黏性膜包含一聚合物核心，該聚合物核心包含聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯及光學聚萘二甲酸乙二醇酯其中之一。
  10. 如請求項1之感測器面板，其中該腔室具有一靠近該第二表面之凹部。
  11. 如請求項10之感測器面板，其中該凹部具有朝該第二表面漸縮的一圓形剖面、一橢圓形剖面及一多邊形剖面其中之一。
  12. 如請求項1之感測器面板，其中該腔室具有一靠近該第一表面之側壁部分，該側壁部分具有一距該第一表面5N微米(μm)之深度，N係為一自1至15之自然數，且其中該側壁部分包含一圓形剖面、一橢圓形剖面及一多邊形剖面其中之一。
  13. 如請求項12之感測器面板，其中該側壁部分之該剖面係為一90微米×70微米之矩形，且各該矩形間之距離係為15微米。
  14. 如請求項1之感測器面板，其中各該微結構包含可被靜電力吸引之粉末，並因應該微結構之該腔室中之不同電壓而呈現不同之顏色。
  15. 如請求項14之感測器面板，其中該粉末包含液晶粉末。
  16. 如請求項1之感測器面板，其中該可撓曲式薄膜包含聚合物，該聚合物使該可撓曲式薄膜具有一90%或以上之透明度。
  17. 如請求項16之感測器面板，其中該可撓曲式薄膜包含一聚合物核心，該聚合物核心包含聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯及光學聚萘二甲酸乙二醇酯其中之一，且該可撓曲式薄膜之該聚合物係為聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯及光學聚萘二甲酸乙二醇酯其中之一。
  18. 如請求項1之感測器面板，其中該可撓曲式薄膜之密度介於0.86克/立方公分與0.98克/立方公分之間，該可撓曲式薄膜之抗張強度(tensile strength)介於234百萬帕(MPa)與246百萬帕之間，該可撓曲式薄膜之張力伸長(tensile elongation)介於126%與173%之間，該可撓曲式薄膜之抗張模數(tensile modulus)介於4.55十億帕(GPa)與5.04十億帕之間，該可撓曲式薄膜之撕裂強度(tearing strength)介於697毫牛(mN)與899毫牛之間，且該可撓曲式薄膜之該厚度介於97.5微米與102.5微米之間。
  19. 如請求項1之感測器面板，更包含一位於該第一表面上之第二黏性膜、以及一位於該感測器陣列上之第三黏性膜，該第二黏性膜與該第三黏性膜包含一聚合物核心，該聚合物核心包含聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯及光學聚萘二甲酸乙二醇酯其中之一。
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