TW201414613A

TW201414613A - 層狀軟性元件及以該層狀軟性元件製作顯示裝置的方法

Info

Publication number: TW201414613A
Application number: TW101137299A
Authority: TW
Inventors: Hui-Chen Hsu; Wei-Yen Wu; Po-Ching Lin; Chi-Che Tsai; Yu-Yao Chen
Original assignee: Innocom Tech Shenzhen Co Ltd; Chimei Innolux Corp
Priority date: 2012-10-09
Filing date: 2012-10-09
Publication date: 2014-04-16
Also published as: TWI496693B

Abstract

本發明公開一種顯示裝置，其包括：一背光模組；以及一層狀軟性元件，設置於該背光模組之上，該層狀軟性元件包含：一第一軟性層，其厚度大於或等於1μm而小於或等於15μm；一功能層，包含一光學或電子元件並設置於該第一軟性層之上；及一第二軟性層，設置於該功能層之上；其中，該第一軟性層的楊氏係數大於或等於約1GPa而小於或等於約9.8GPa。

Description

層狀軟性元件及以該層狀軟性元件製作顯示裝置的方法

本發明係關於一種顯示裝置技術，特別是一種層狀軟性元件及以該層狀軟性元件製作顯示裝置的方法。

軟性基板具有輕薄及可撓曲等優點，雖然無法直接使用於現有的基板片對片(sheet to sheet)製程，但可藉由一剛性載板(例如，玻璃)的搭配來製作軟性電子或光電元件。例如，在軟性基板和剛性載板中間加入一離型層、犧牲層或特殊黏著劑，使軟性基板有足夠的附著力而可固定於剛性載板上，以進行後續的元件製程，最後再將軟性基板自剛性載板上分離。

在分離軟性基板與剛性載板的過程中，會先降低軟性基板與其下層材料表面之間的附著力以助於兩者的離型效果，並施加大於或等於上述附著力的外力。為了避免在分離過程中發生形變或缺陷，軟性基板必須具有相當的厚度；然而，隨著厚度的增加，軟性基板與剛性載板不同的熱膨脹係數易產生其後續製程中的熱應力，而使剛性載板彎曲現象，甚至影響其製程的穩定性及良率。

因此，有必要發展新的軟性基板技術，降低其厚度並達到良好的離型效果，以對治及改善上述的問題，並可進一步應用於顯示器產品。

為達成此目的，根據本發明的一方面，一實施例提供一種顯示裝置，其包括：一背光模組；以及一層狀軟性元件，設置於該背光模組之上，該層狀軟性元件包含：一第一軟性層，其厚度大於或等於1μm而小於或等於15μm；一功能層，包含一光學或電子元件並設置於該第一軟性層之上；及一第二軟性層，設置於該功能層之上；其中，該第一軟性層的楊氏係數大於或等於約1GPa而小於或等於約9.8GPa。

在本發明的另一方面，另一實施例提供一種製作層狀軟性元件的方法，其包括下列步驟：形成一助離層於一剛性載板上，該助離層具有一離型圖案；形成一第一軟性層於該助離層上，該第一軟性層具有一第一厚度；形成一功能層於該第一軟性層上，該功能層包含一光學或電子元件；形成一第二軟性層於該功能層上，該第二軟性層具有一第二厚度：以及將含有該光學或電子元件部分的該第一軟性層、該功能層及該第二軟性層之組合自該助離層上分離出，而形成該層狀軟性元件；其中，該第一軟性層的厚度大於或等於，其中γ代表該層狀軟性元件與該剛性載板之間的界面附著強度，E代表該第一軟性層之楊氏係數。

在本發明的又另一方面，另一實施例提供一種製作顯示裝置的方法，其包括下列步驟：形成一助離層於一剛性載板上，該助離層具有一離型圖案；形成一第一軟性層於該助離層上；形成一功能層於該第一軟性層上，該功能層包含一光學或電子元件；形成一第二軟性層於該功能層上；將含有該光學或電子元件部分的該第一軟性層、該功能層及該第二軟性層之組合自該助離層上分離出，而形成該層狀軟性元件；以及貼附該層狀軟性元件於一背光模組上；其中，該第一軟性層的厚度大於或等於，其中γ代表該層狀軟性元件與該剛性載板之間的界面附著強度，E代表該第一軟性層之楊氏係數。

為使貴審查委員能對本發明之特徵、目的及功能有更進一步的認知與瞭解，茲配合圖式詳細說明本發明的實施例如後。在所有的說明書及圖示中，將採用相同的元件編號以指定相同或類似的元件。

在本發明的實施例說明中，對於一元素被描述是在另一元素之「上面/上」或「下面/下」，係指直接地或間接地在該元素之上或下的情況，而包含設置於其間的其他元素。為了說明上的便利和明確，圖式中各層的厚度或尺寸，係以誇張或省略或概略的方式表示，且各構成要素的尺寸並未完全為其實際的尺寸。

圖1為將一軟性薄膜10自一剛性載板20上分離的施力示意圖，其中一垂直的外在拉力Fp欲以固定速度將該軟性薄膜10自該剛性載板20上拉離。為了避免該軟性薄膜10在拉離的過程中產生永久形變，該軟性薄膜10的厚度t_f必須大於或等於，其中γ代表該軟性薄膜10與該剛性載板20之間的界面附著強度，其單位為牛頓/公尺 (N/m)，且E代表該軟性薄膜10的組成材料之楊氏係數，其單位為十億帕斯卡(GPa)，否則將會使該軟性薄膜10在拉離過程中發生永久形變或缺陷。上述針對軟性薄膜厚度的設計條件，將應用於本發明的各實施例中。

例如，倘若該軟性薄膜10為聚醯亞胺(polyimide，簡稱PI)的組成材料，欲自玻璃基板的剛性載板20上剝離，由於此聚醯亞胺(PI)薄膜的楊氏係數為8.4Ga，且其與該剛性載板20之間的界面附著強度約為9.8N/m，則在剝離過程可能使該聚醯亞胺(PI)薄膜發生永久變形的厚度約為1.17μm，故可設計該軟性薄膜10的膜厚需大於或等於1.17μm。另又例如，倘若該軟性薄膜10為聚醯胺(polyamide，簡稱PA)的組成材料，欲自玻璃基板的剛性載板20上剝離，由於此聚醯胺(PA)薄膜的楊氏係數為6.1Ga，且其與該剛性載板20之間的界面附著強度約為24.5N/m，則在剝離過程可能使該聚醯胺(PA)薄膜發生永久變形的厚度約為4.02μm，故可設計該軟性薄膜10的膜厚需大於或等於4.02μm。

圖2至圖8為根據本發明第一實施例的層狀軟性元件在各個製程步驟之結構剖面圖。

首先，如圖2所示，提供一剛性載板110，該剛性載板110可以是玻璃基板，或其他組成材料的剛性基板，用以承載或支持後續即將製作的層狀軟性元件之製作。

接著，形成一助離層(releaser)120於該剛性載板110上，該助離層120具有一離型圖案，其與該剛性載板110之間的界面附著強度大於或等於其與後續層狀軟性元件之間的界面附著強度，用以提供一離型界面，而使該層狀軟性元件在製作完成後，可易於自該剛性載板110上分離。

該助離層120的實現方式至少有二種。第一種方式請參考圖3A，可以轉印或其他濕式鍍膜方式，在該剛性載板110上形成該離型圖案。該助離層120的組成材料包含聚亞醯胺(polyimide)、含環氧或氨基或羧基之矽氧烷類耦合劑、氟系聚合物、或界面活性劑。該助離層120可為單層或多層結構，並可藉由雷射或紫外光照射、及電漿或低溫處理，而改變其與後續層狀軟性元件之間的附著力，例如，錨定力、凡得瓦力、氫鍵、化學鍵結、靜電吸引力或分子間之交互擴散。接著，如圖4A所示，可在該助離層120及該剛性載板110上塗佈一助附層(promoter)125，用以固定即將製作的層狀軟性元件，使之不易受後續水洗、風刀、溶劑製程的影響。該助附層125具有良好的覆膜性，且該助附層125與該助離層120之間的附著強度小於或等於該助附層125與該剛性載板110之間的附著強度。該助附層125的組成材料可包含聚亞醯胺(polyimide)、聚醯胺(polyamide)、或光阻劑。

另一方面，實現該助離層120的第二種方式請參考圖3B，可將該助離層120塗佈於該剛性載板110的表面全區上，該助離層120的組成材料亦可包含聚亞醯胺(polyimide)、含環氧或氨基或羧基之矽氧烷類耦合劑、氟系聚合物、或界面活性劑。接著，如圖4B所示，藉由一光遮罩(mask)123定義出後續層狀軟性元件的預定區域，而以紫外光照射該助離層120，形成未被照射到的離型圖案 121及被照射到的附著圖案122，使得該附著圖案122與該剛性載板110之間的附著強度大於或等於該離型圖案121與該剛性載板110之間的附著強度。

接著，一第一軟性層130可以濕式塗佈、印刷或乾式貼附等方式，形成於該助離層120或該助附層125上。該第一軟性層130可為單層或多層的有機或無機高分子薄膜，例如，聚亞醯胺(polyimide)、聚醯胺(polyamide)、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、光阻劑、及上述物質的組合。如圖5A所示，該第一軟性層130與該助附層125之間具有良好的界面附著力；如圖5B所示，該第一軟性層130與該離型圖案121之間具有良好的離型性質，而與該附著圖案122之間則具有良好的附著性質。

接著，如圖6A及6B所示，可進行該層狀軟性元件的元件製程，而形成一功能層140於該第一軟性層130上，該功能層140包含至少一光學或電子元件141/142/143，例如，彩色濾光器(CF)、薄膜電晶體(TFT)、或感測器。該第一軟性層130用以支持該功能層140。

接著，如圖7A及7B所示，可以濕式塗佈、印刷或貼附等方式，於該功能層140上形成一第二軟性層150。該第二軟性層150的組成材料可為有機或無機高分子材料，例如，聚亞醯胺(polyimide)、聚醯胺(polyamide)、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、聚乙烯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、乙烯對苯二甲酸酯(PET)、環烯烴聚合物(COP)或環烯烴共聚物(COC)。該第二軟性層150可以良好的附著性或黏著性而形成於該功能層140上，其可為單層或多層的結構，用以增加該層狀軟性元件的整體厚度和支撐性。此外，該第二軟性層150亦可以為銦錫氧化物感測器薄膜(ITO sensor film)、或是具阻水氧性質之阻障膜(barrier film)或抗反射膜(AR Film)等。

接著，將該層狀軟性元件160a或160b自該助離層120上分離出，例如，可以雷射、輪刀、鋼刀或沖刀等方式裁切該離型圖案121之邊緣，再利用具黏性之捲軸(roller)或真空吸附方式，將該層狀軟性元件160a或160b取出。如圖8B所示，該層狀軟性元件160a包含有該光學或電子元件141/142/143部分的該第一軟性層130、該功能層140及該第二軟性層150之組合；而如圖8A所示，該層狀軟性元件160a包含有該光學或電子元件141/142/143部分的該助附層125、該第一軟性層130、該功能層140及該第二軟性層150之組合。

在本實施例中，該第一軟性層130具有第一厚度，該第二軟性層150具有第二厚度。該第一軟性層130的厚度須滿足大於或等於之條件，其中，在圖8A的實施例中，γ代表如所示該層狀軟性元件160a的底層(該助附層125)與該助離層120之間的界面附著強度，其單位為N/m；E代表該第一軟性層130之楊氏係數，其單位為GPa(十億帕斯卡)。而在圖8B的實施例中，γ代表如所示該層狀軟性元件160b的底層(該第一軟性層130)與該助離層120之間的界面附著強度(其單位為N/m)，E代表該第一軟性層130之楊氏係數(其單位為GPa)。在本實施例中，該第一厚度可大於或等於1μm而小於或等於15μm，而該第二厚度並無特別的限制；較佳者，該第一軟性層130之楊氏係數約介於1GPa與9.8GPa之間，且該第二厚度大於或等於該第一厚度。此外，在該功能層140的元件為薄膜電晶體的案例中，該第一軟性層130的較佳厚度介於2μm與10μm之間。

依據上述該層狀軟性元件160a或160b的製作方法，吾人可製作具有彩色濾光功能的軟性元件，這將詳述如下。請參考圖2至8，該助離層120以含環氧或氨基或羧基之矽氧烷類聚合物以溼式塗佈法沉積於一無鹼玻璃的剛性載板110上，再以光遮罩123及紫外光照射而定義出該軟性彩色濾光元件的製作區域於該離型圖案121上。該第一軟性層130可為透明聚亞醯胺膜(膜厚約2μm)以及透明壓克力系光阻材料膜(膜厚約1μm)的多層結構；上述的光阻材料膜具有阻水氧之特性。該功能層140所包含的光學或電子元件141/142/143為彩色濾光器(CF)，以作為該軟性元件的元件操作區。由於本實施例的軟性元件並不包含銦錫氧化物(ITO)透明電極，因此可在該功能層140上偏貼光學膠(OCA)及高透明度(穿透度>90%)之聚碳酸酯(PC)或乙烯對苯二甲酸酯(PET)等軟性聚合物，以作為該第二軟性層150。此外，該第二軟性層150上可再偏貼具有基礎膜(base film)的透明膠膜，以增加該軟性彩色濾光元件的整體厚度和支撐性。最後，可將該離型圖案121上的該軟性元件分離取出，且該軟性元件為該第一軟性層130、具有彩色濾光器(CF)的該功能層140、及該第二軟性層150之組合。

第一實施例的層狀軟性元件160a或160b可進一步用於顯示裝置的製作。例如，如圖9所示，上述實施例的具有彩色濾光功能的軟性元件，可以光學膠(OCA)或UV膠等高透明黏著劑而黏合於一背光模組180上。倘若該背光模組180為白光有機發光二極體(organic light emitting diode，簡稱OLED)的薄膜電晶體(thin film transistor，簡稱TFT)元件，貼附該軟性元件於其上則可製作OLED顯示器。

以下針對各種類型的液晶顯示面板，依據不同的基板類型及該功能層140所包含不同的元件(CF或TFT)，假設薄膜應力僅來自高溫製程中之熱應力殘留而在不考慮其他應力影響，該第一軟性層130在不同製程溫度之厚度上限整理如下表：藉此可推算出本說明書各實施例的該第一軟性層130之厚度值。

圖9為根據本發明第二實施例的顯示裝置100之結構剖面圖。如圖9所示，該顯示裝置100包含一背光模組180以及一層狀軟性元件160。以下將針對各組成件作詳細的描述。

該背光模組180用以提供平面背光源給該顯示裝置 100。該背光模組180可以是發光二極體(light emitting diode，簡稱LED)或是冷陰極燈管(cold cathode fluorescent lamp，簡稱CCFL)的背光源；但本發明並不對此加以限制。

該層狀軟性元件160為先形成於一剛性載板(未圖示)上再分離自其上的層狀結構，例如，依據上述第二實施例的製作方法所製造者，且該剛性載板可以是玻璃基板。該層狀軟性元件160可包含一第一軟性層130、一功能層140、及一第二軟性層150。該第一軟性層130可為單層或多層的有機或無機高分子薄膜，例如，聚亞醯胺(polyimide)、聚醯胺(polyamide)、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、光阻劑、及上述物質的組合。該功能層140設置於該第一軟性層130上，並包含至少一光學或電子元件，例如，紅色(R)彩色濾光器144、綠色(G)彩色濾光器145、及藍色(B)彩色濾光器146；但本發明並不對此加以限制，該光學或電子元件亦可以是薄膜電晶體或感測器。該第二軟性層150可為單層或多層的結構，其組成材料可包含有機或無機高分子材料，例如，聚亞醯胺(polyimide)、聚醯胺(polyamide)、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、聚乙烯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、乙烯對苯二甲酸酯(PET)、環烯烴聚合物(COP)或環烯烴共聚物(COC)，用以增加該層狀軟性元件160的整體厚度和支撐性。該層狀軟性元件160可貼附於該背光模組180上。

本實施例的特色之一在於該第一軟性層130與該第二軟性層150的厚度條件。倘若該第一軟性層130具有第一厚度，該第二軟性層150具有第二厚度，則該第一軟性層 130的厚度大於或等於之條件，其中γ代表該層狀軟性元件160的底層(該第一軟性層130)與該剛性載板之間的界面附著強度，E代表該第一軟性層130之楊氏係數；例如，該第一厚度可約大於或等於1μm而小於或等於15μm，且該第二厚度約大於或等於10μm。較佳者，該第一軟性層130為透明聚亞醯胺膜(膜厚約2μm)以及透明阻水氧性的壓克力系光阻材料膜(膜厚約1μm)的多層結構，該第二軟性層150為膜厚約10μm的高透明度(穿透度>90%)聚碳酸酯(PC)或乙烯對苯二甲酸酯(PET)等軟性聚合物膜。

為了製程上的需要，該層狀軟性元件160的底面亦可進一步包含一助附層125。圖10為根據本發明另一實施例的顯示裝置101之結構剖面圖。除了該助附層125之外，該顯示裝置100的其餘組成件皆同於圖9之實施例，因此在此不再贅述。該助附層125的組成材料可包含聚亞醯胺(polyimide)、聚醯胺(polyamide)、或光阻劑，則該層狀軟性元件161可包含該助附層125、該第一軟性層130、該功能層140、及該第二軟性層150。該第一軟性層130的厚度須大於或等於，其中γ代表該層狀軟性元件160的底層(該助附層125)與該剛性載板之間的界面附著強度，E代表該第一軟性層130之楊氏係數，例如，介於1GPa與9.8GPa之間。

唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，當不能以之限制本發明的範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化及修飾，仍將不失本發明之要義所在，亦不脫離本發明之精神和範圍，故都應視為本發明的進一步實施狀況。

10‧‧‧軟性薄膜

100/101‧‧‧顯示裝置

20/110‧‧‧剛性載板

120‧‧‧助離層

121‧‧‧離型圖案

122‧‧‧附著圖案

125‧‧‧助附層

130‧‧‧第一軟性層

140‧‧‧功能層

141/142/143‧‧‧光學或電子元件

144/145/146‧‧‧彩色濾光器

150‧‧‧第二軟性層

160/160a/160b/161‧‧‧層狀軟性元件

180‧‧‧背光模組

圖1為將軟性薄膜自剛性載板上分離的施力示意圖。

圖9為根據本發明第二實施例的顯示裝置之結構剖面圖。

圖10為根據本發明另一實施例的顯示裝置之結構剖面圖。

100‧‧‧顯示裝置

130‧‧‧第一軟性層

140‧‧‧功能層

144/145/146‧‧‧彩色濾光器

150‧‧‧第二軟性層

160‧‧‧層狀軟性元件

180‧‧‧背光模組

Claims

一種顯示裝置，其包括：一背光模組；以及一層狀軟性元件，設置於該背光模組之上，該層狀軟性元件包含：一第一軟性層，其厚度大於或等於1μm而小於或等於15μm；一功能層，包含一光學或電子元件並設置於該第一軟性層之上；及一第二軟性層，設置於該功能層之上；其中，該第一軟性層的楊氏係數大於或等於約1GPa(十億帕斯卡)而小於或等於約9.8GPa。
如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中，該功能層的元件包含彩色濾光器。
如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中，該功能層的元件包含薄膜電晶體，且該第一軟性層的厚度大於或等於2μm而小於或等於10μm。
如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中，該第一軟性層的組成材料包含聚亞醯胺(polyimide)、聚醯胺(polyamide)、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、或光阻劑。
如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中，該第二軟性層的組成材料包含聚亞醯胺(polyimide)、聚醯胺(polyamide)、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、聚乙烯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、乙烯對苯二甲酸酯(PET)、環烯烴聚合物(COP)或環烯烴共聚物(COC)。
一種製作層狀軟性元件的方法，其包括下列步驟：形成一助離層(releaser)於一剛性載板上，該助離層具有一離型圖案；形成一第一軟性層於該助離層上，該第一軟性層具有一第一厚度；形成一功能層於該第一軟性層上，該功能層包含一光學或電子元件；形成一第二軟性層於該功能層上，該第二軟性層具有一第二厚度；以及將含有該光學或電子元件部分的該第一軟性層、該功能層及該第二軟性層之組合自該助離層上分離出，而形成該層狀軟性元件；其中，該第一軟性層的厚度大於或等於，其中γ代表該層狀軟性元件與該剛性載板之間的界面附著強度，E代表該第一軟性層之楊氏係數。
如申請專利範圍第6項所述之製作層狀軟性元件的方法，進一步包含：形成一助附層(promoter)於該助離層及該剛性載板上；其中，該層狀軟性元件進一步包含該助附層，且該助附層與該助離層之間的附著強度小於或等於該助附層與該剛性載板之間的附著強度。
如申請專利範圍第7項所述之製作層狀軟性元件的方法，其中，該助離層的組成材料包含聚亞醯胺(polyimide)、含環氧或氨基或羧基之矽氧烷類耦合劑、氟系聚合物、或界面活性劑，且該助附層的組成材料包含聚亞醯胺(polyimide)、聚醯胺(polyamide)、或光阻劑。
一種製作顯示裝置的方法，其包括下列步驟：形成一助離層於一剛性載板上，該助離層具有一離型圖案；形成一第一軟性層於該助離層上；形成一功能層於該第一軟性層上，該功能層包含一光學或電子元件；形成一第二軟性層於該功能層上；將含有該光學或電子元件部分的該第一軟性層、該功能層及該第二軟性層之組合自該助離層上分離出，而形成該層狀軟性元件；以及貼附該層狀軟性元件於一背光模組上；其中，該第一軟性層的厚度大於或等於，其中γ代表該層狀軟性元件與該剛性載板之間的界面附著強度，E代表該第一軟性層之楊氏係數。