TWI572266B - 軟性電子裝置以及其製備方式 - Google Patents

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軟性電子裝置以及其製備方式
本發明係關於一種軟性電子裝置以及其製備方式，尤指一種具有高度抗水氧特性之保護層之軟性電子裝置以及其製備方式。
隨著顯示器技術的進步，液晶顯示器、電漿顯示器、電致發光顯示器、以及真空螢光顯示器等皆朝更輕、更薄的方向發展，甚至發展具可撓性之顯示器，此外，如智慧型手機、以及平板電腦等電子裝置中，整合觸控面板之顯示器更為目前的市場主流。其需求除了更輕薄以外，為了攜帶方便，可撓式顯示器或觸控面板逐漸成為下一代的電子產品。
然而目前於顯示器以及觸控面板中所使用之基板以及最外層之保護層，大多為玻璃所組成，玻璃不僅質重，且容易脆裂，更難以應用於可撓性電子裝置上。為了減輕其重量，多數解決方式為使用塑膠有機板材，然而過厚的板材常因撓曲性不足而容易破裂。此外，一般作為保護層之塑膠板材具有吸濕性，於製程中常容易因吸收水分而產生氣泡，導致其阻水氧能力與穿透率的降低，且由 於塑膠板材通常係使用光學膠固定於顯示器或觸控面板的表面上，而通常塑膠板材大多都會經過特殊表面處理(如抗指紋表面處理等)，使得該板材與光學膠之間的附著力下降，也容易造成阻水氧率的降低。再者，於顯示器以及或觸控面板之製備過程之脫膠程序中，常因壓迫其載板而造成保護層破片，降低其良率。故使用塑膠板材作為顯示器或觸控面板等電子裝置之保護層，除了具有阻水氧率差以及良率不佳的問題。
據此，目前亟需一種可應用於可撓性電子產品 軟性保護層，且具有減輕產品重量、厚度、簡化製程、提升阻水氧能力、以及降低成本等優點。
本發明之目的係在提供一種軟性電子裝置，包括：一可撓性基板；一電子元件，係設置於該可撓性基板上；以及一保護層，係覆蓋該電子元件以及該可撓性基板，其中，該保護層係由一經改質之聚甲基丙烯酸甲酯所構成，該經改質之聚甲基丙烯酸甲酯包括複數個烷基支鏈、複數個改質官能基團、以及一金屬離子；其中，該改質官能基團係至少一選自由羥基、胺基、硫基、醯胺基、羧酸基、或磺酸基所組成之群組；該金屬離子係至少一選自由鋇、鍶、鈣、鈦、鋁所組成之群組；且該金屬離子係與該改質官能基團偶合。
於本發明所提供之軟性電子裝置中，形成該保護層之經改質之聚甲基丙烯酸甲酯中，係以聚甲基丙烯酸 甲酯為主體，並包括複數個烷基支鏈、複數個改質官能基，以及金屬離子。其中，該烷基支鏈可為C4-16烷基，且該烷基支鏈可為未經取代或經至少一氟原子取代以作為一疏水性基團；該改質官能基團係做為親水性基團，而該金屬離子可與該改質官能基團以偶合(Coupling)的方式結合。
本發明所提供之保護層係利用該經改質聚甲 基丙烯酸甲酯上支親水性基團中電負性較強之氧原子與外界之水分子形成氫鍵而固定水分子，該些水分子再與周圍的金屬離子配位形成水合物以阻止該水分子滲入保護層內。此外，該疏水性基團由於其疏水特性，於保護層之網狀結構中，較容易趨向於網格內側，並形成局部不溶性之微粒結構，倘若通入水分子進入保護層中並接觸該疏水性基團，該水分子會因極性作用而被凍結於該疏水性基團所形成之微粒結構中並形成偽冰(Falseice)結構，而失去活動性。如此一來，水分子可完全被隔絕或固定於保護層中，而達到極佳的阻水效果。
本發明所提供之軟性電子裝置之保護層中，該 經改質之聚甲基丙烯酸甲酯類之主鏈可利用甲基丙烯酸甲酯單體以及具有改質官能基團之甲基丙烯酸酯類單體聚合而成，該改質官能基團為親水性官能基，或具有至少一可與水形成氫鍵之官能基即可。其中，該具有改質官能基團之甲基丙烯酸酯類單體較佳可如式(I)所示： 其中，R1可為C1-C10烷基，較佳可為C1-C5烷基；R2可為C1-C20烷基，R2較佳可為C1-C5烷基；而X可選自由-OH、-SO3H、-CONH2、-CO2H、-O-SO3H所組成之群組，較佳可為-OH、-CONH2或-CO2H。此外，該經改質之聚甲基丙烯酸甲酯類之該烷基支鏈可由4~16個碳構成，且該烷基支鏈可經至少一氟原子取代或未經取代，較佳的碳數為6~10個且氫原子均被氟原子所取代。
於本說明書中，「經取代或未經取代」之用語係指一官能基經一取代基取代或未經取代。
本發明之軟性電子裝置中，於該保護層中，以該保護層為100wt%為計，該具有改質官能基團之甲基丙烯酸酯類單體之含量為1至10wt%，較佳為1至5wt%；該經至少一氟原子取代或未經取代之C4-16烷基支鏈之含量為1至10wt%，較佳為1至5wt%。
為了增強該保護層之耐衝擊性質，本發明之軟性電子裝置之保護層中，可更添加一成核劑，該成核劑可提供一穩定的晶面，使得保護層聚合物之分子鏈移動至晶面上並於晶面上排列，以形成整齊堆疊之新晶面，使得晶體逐漸增大而整體保護層之機械強度以及耐衝擊性也因此而增加。因此，本發明所提供之軟性電子裝置中，該保護層 中可更包括一成核劑，以該保護層為100wt%為計，該成核劑之含量為0.1~3wt%，較佳為0.1~1wt%。且該成核劑可使用本領域中習知適用於高分子之成核劑，較佳為使用至少一選自由金屬酸鹽(如己二酸鈉、辛二酸鈉、苯甲酸鈉)、金屬碳酸鹽、二亞芐基山梨醇、以及亞芐基山梨糖醇所組成之群組。
於本發明所提供之軟性電子裝置中，可更包括一 表面修飾層以增加該電子裝置之表面硬度，其中，該表面修飾層係包括選自化合物(II)、以及化合物(III)其中之一化合物；
其中，R3為經至少一鹵素取代之C1-C20烷基，較佳為經至少一氟原子取代之C1-C20烷基；R4為C1-C10烷基、或C3-C10環烷基，較佳為C1-C6烷基、或C3-C6環烷基；R5為經至少一選自由經取代或未經取代之芳香基、經取代或未經取代之雜環基所組成之群組。於該表面修飾層中，於化合物(II)中，由於R3基團中具有氟原子，藉由氟之超疏水特性，可增加電子裝置表面之平滑程度以及其硬度；此外，於化合物(III)中，其R5基團為經取代或未經取代之芳香基或雜芳基，其立體結構的大小可造成結構緻密性的差異，因而調控電子裝置表面之硬度。根據本發明之一實施態樣，經由表面修飾層修飾之電子裝置，其表面硬度可由2B提升至H至3H。
本發明之另一目的係在於提供一種軟性電子裝 置之製備方法，其步驟包括：(A)提供一可撓性基板，並將一電子元件設置於該可撓性基板上；(B)塗佈一保護層，覆蓋該電子元件以及該可撓性基板，其中，該保護層係由一經改質之聚甲基丙烯酸甲酯所構成；其中，該經改質之聚甲基丙烯酸甲酯包括複數個烷基支鏈、複數個改質官能基團、以及一金屬離子，其中，該改質官能基團係至少一選自由羥基、胺基、硫基、醯胺基、羧酸基、或磺酸基所組成之群組；該金屬離子係至少一選自由鋇、鍶、鈣、鈦、鋁所組成之群組；且該金屬離子係與該改質官能基團偶合而成。
於本發明之一實施態樣中，可更包括步驟(C)固化該保護層，其係以UV光照射以固化該保護層。
於本發明之一實施態樣中，可更包括包括(D)設置一表面修飾層於該保護層上，該表面修飾層係選自化合物(II)、以及化合物(III)其中之一；
其中，R3為經至少一鹵素取代之C1-C20烷基；R4為C1-C10烷基、C3-C10環烷基；以及R5為經至少一選自由經取代或未經取代之芳香基、經取代或未經取代之雜環基所組成之群組。
於本發明之一實施態樣中，於步驟(A)中，該電 子元件可包括本領域中所有之電子元件種類，如薄膜電晶體元件、彩色濾光片、及/或觸控元件等皆可應用。於步驟(B)中，塗佈保護層之方法可使用本領域中習知之全平面塗佈法，例如可使用棒式塗佈法(bar coating method)，或點膠法(dispensing method)等。且於塗佈保護層時可任意調整該保護層之厚度，以達到薄型化輕量化的功能，並同時兼具高穿透率的特性，且由於本發明中的保護層具有良好地表面硬度與阻水性，因此不需如習知製程中，貼覆一層覆蓋玻璃(cover glass)做為保護層，而進行額外的製程或造成貼合時良率的損失。
1‧‧‧基板
2‧‧‧分離膜
3‧‧‧緩衝層
4‧‧‧電子元件
5‧‧‧保護層
圖1至圖4係本發明實施例1之軟性電子裝置製備示意圖。
以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可針對不同觀點與應用，在不悖離本創作之精神下進行各種修飾與變更。
實施例1
於本實施例中，組成保護層之經改質之甲基丙 烯酸甲酯之主鏈可利用甲基丙烯酸甲酯單體與具有羧酸基改質的甲基丙烯酸甲酯單體聚合而成，而其烷基支鏈係由經氟取代的辛烷基構成。
此外，於本實施例中，該保護層亦包括一金屬 離子，該金屬離子為鋇及鋁所組成，且更包括一亞芐基山梨糖醇作為成核劑。該金屬離子以及該核劑可於上述該些單體行聚合反應前或行聚合反應後添加，以引入該保護層中，且該金屬離子係與聚合物主鏈上之改質官能基基團偶合。而於其他實施態樣中，該金屬離子較佳係至少一選自由鋇、鍶、鈣、鈦、鋁、或其合金所組成之群組；該成核劑較佳係選自由金屬酸鹽、金屬碳酸鹽、以及二亞芐基山梨醇所組成之群組。
本實施例中，以保護層為100wt%為計，該保 護層包括80wt%之甲基丙烯酸甲酯；5wt%之具有羧酸基改質的甲基丙烯酸甲酯；5wt%之經氟取代辛烷基的支鏈；0.3wt%之鋇或鋁金屬離子；0.3wt%之亞芐基山梨糖醇；以及餘量溶劑，如二甲基甲醯胺(DMF)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)。
於其他實施態樣中，該溶劑可為本領域中習知 之任一有機溶劑。
接著請參考圖1，首先，提供一如圖1所示之 電子裝置基板，其中包括基板1、分離膜2、緩衝層3、以及電子元件4。其中基板1為玻璃基板，然而其他實施態樣中，該基板可為本領域中任一習知作為基板之材料，如矽、 金屬、陶瓷材料、塑膠材料等；分離膜2以及緩衝層3可為本領域中任一習知之材料，較佳為軟性電子裝置中習知之材料，而圖中所示之電子元件4為一觸控感應器，於其他實施態樣中，該電子元件4可為薄膜電晶體元件、彩色濾光片、以及顯示元件等。
接者，如圖2所示，將上述所製備之保護層組 成物以點膠法之全平面塗膠技術覆蓋於該電子元件4以及該緩衝層3上，接者於365nm波長下進行1500Mj曝光固化，以形成厚度為0.1至2mm之保護層5固定於該電子元件4以及該緩衝層3上。
再者，塗佈一表面修飾層(圖未示)於該保護層 之表面上，本實施例中所塗佈之表面修飾層係由含氟聚醚化合物，即化合物(II)所構成。而於其他實施態樣中，該表面修飾層係較佳由化合物(II)、以及化合物(III)組成：
其中，R3為經至少一氟原子取代之C1-C20烷基；R4為C1-C6烷基、或C3-C6環烷基；以及R5為經至少一選自由經取代或未經取代之芳香基、經取代或未經取代之雜環基所組成之群組。
接者，如圖3所示，進行一脫膠程序，分離緩 衝層3以及分離膜2，最終製得一如圖4所示之觸控裝置，且該處控裝置係包括緩衝層3、電子元件4、以及保護層5。
由本實施例所製備之軟性電子裝置，其中，保 護層之透光率為90%，阻水氧性係經由85℃/85%相對溼度的環境下進行鈣測試驗(Calcium test)，所測得之水氧入侵時間為80小時。而目前以光學膠(OCA)將保護玻璃貼附於電子元件上作為保護層之電子裝置，於85℃/85%相對溼度的環境下所進行之鈣測試驗，所測得之水氧入侵時間約為25小時。由此可證，本發明中之保護層係具有極佳之阻水氧特性。
本發明之其他實施態樣中，保護層可用於填平 電子元件之高度段差區，以減少脫膠時元件損傷的風險，並同時提高阻水氧特性以延長軟性電子裝置之使用壽命。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
本發明所提供之軟性電子裝置中，以高防水性膠材作為保護層，除了可提升水氧阻隔效率，同時利用表面修飾層，也可達到抗刮以及抗污之功能。此外，本發明所提供之軟性電子裝置之製備方法，其製程步驟簡單，僅需使用本領域中習知之全平面塗膠技術即可達成，且可改善以往製備保護層時，於貼合步驟時產生氣泡而導致良率降低之缺點，此外，本發明之保護層厚度可任意調整，可使得軟性電子裝置更加輕薄化，同時又具有高穿透率之特性。
1‧‧‧基板
2‧‧‧分離膜
3‧‧‧緩衝層
4‧‧‧電子元件
5‧‧‧保護層

Claims (12)

  1. 一種軟性電子裝置，包括：一可撓性基板；一電子元件，係設置於該可撓性基板上；以及一保護層，係覆蓋該電子元件以及該可撓性基板，其中，該保護層係由一經改質之聚甲基丙烯酸甲酯所構成；其中，該經改質之聚甲基丙烯酸甲酯包括複數個烷基支鏈、複數個改質官能基團、以及一金屬離子，其中，該烷基支鏈為經氟原子取代之烷基支鏈，且以該保護層為100wt%為計，該經氟原子取代之烷基支鏈含量為1至10wt%；該改質官能基團係至少一選自由羥基、胺基、硫基、醯胺基、羧酸基、或磺酸基所組成之群組；該金屬離子係至少一選自由鋇、鍶、鈣、鈦、鋁所組成之群組；且該金屬離子係與該改質官能基團偶合。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中，該烷基支鏈係C4-16烷基。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中，該保護層係藉由該金屬離子係與至少一水分子形成水合物。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中，該保護層中，更包括一成核劑，以該保護層為100wt%為計，該成核劑之含量為0.1~3wt%。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電子裝置，其中，該成核劑係至少一選自由金屬酸鹽、金屬碳酸鹽、二亞芐基山梨醇、以及亞芐基山梨醇所組成之群組。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，更包括一表面修飾層，係形成於該保護層上，且該表面修飾層係包括選自化合物(II)、以及化合物(III)其中之一化合物； 其中，R3為經至少一鹵素取代之C1-C20烷基；R4為C1-C10烷基、C3-C10環烷基；以及R5為經至少一選自由經取代或未經取代之芳香基、經取代或未經取代之雜環基所組成之群組。
  7. 一種軟性電子裝置之製備方法，包括：(A)提供一可撓性基板，並將一電子元件設置於該可撓性基板上；(B)塗佈一保護層，覆蓋該電子元件以及該可撓性基板，其中，該保護層係由一經改質之聚甲基丙烯酸甲酯所構成；其中，該經改質之聚甲基丙烯酸甲酯包括複數個烷基支鏈、複數個改質官能基團、以及一金屬離子，其中，該烷基支鏈為經氟原子取代之烷基支鏈，且以該保護層為100wt%為計，該經氟原子取代之烷基支鏈含量為1至10wt%；該改質官能基團係至少一選自由羥基、胺基、硫基、醯胺基、羧酸基、或磺酸基所組成之群組；該金屬離子係至少一選自由鋇、鍶、鈣、鈦、鋁所組成之群組；且該金屬離子係與該改質官能基團偶合。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中，該烷基支鏈係C4-16烷基。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之方法，更包含步驟(C)固化該保護層，其中，係以UV光照射以固化該保護層。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中，該保護層中，更包括一成核劑，以該保護層為100wt%為計，該成核劑之含量為0.1~3wt%。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中，該成核劑係至少一選自酸金屬鹽、碳酸金屬鹽類二亞芐基山梨醇、以及亞芐基山梨糖醇所組成之群組。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之方法，更包括(D)設置一表面修飾層於該保護層上，該表面修飾層係選自化合物(II)、以及化合物(III)其中之一； 其中，R3為經至少一鹵素取代之C1-C20烷基；R4為C1-C10烷基、C3-C10環烷基；以及R5為經至少一選自由經取代或未經取代之芳香基、經取代或未經取代之雜環基所組成之群組。
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