TWI699918B - 保護結構以及具有此保護結構的電子裝置 - Google Patents

Abstract

一種保護結構包括輔助層以及硬質塗層。輔助層具有第一表面及相對於第一表面的第二表面。硬質塗層位於輔助層的第二表面上。輔助層的楊氏係數由第二表面向第一表面漸近增加。另提供一種具有此保護結構的電子裝置。

Description

保護結構以及具有此保護結構的電子裝置

本發明是有關於一種保護結構以及具有此保護結構的電子裝置，且特別是有關於一種可撓性佳的保護結構以及具有此保護結構的電子裝置。

隨著科技日益發展，電子元件（例如是軟性電子元件）常會於表面設置硬質塗層（hard coating layer, HC），以提升其抗刮能力。然而，當硬質塗層的厚度增加時，雖電子元件的抗刮能力可以提升，但會降低元件的可撓曲性。此外，現行硬質塗層結構經過多次反覆摺疊後會出現表面或邊緣開裂（crack）現象，甚至會導致底部基材脫層等現象，尤其是當元件向外摺疊時，硬質塗層需承受更大的應力，經過多次向外摺疊更容易造成開裂現象。因此，如何克服上述的技術問題，便成為當前亟待解決的問題之一。

本發明實施例提供一種保護結構及電子裝置，可以提升抗刮能力又同時具有良好的可撓曲性，且也可減少電子裝置經摺疊（尤其是向外摺疊）後材料開裂的現象，進而增加電子裝置的使用壽命及可靠度。

本發明一實施例的保護結構包括輔助層以及硬質塗層。輔助層具有第一表面及相對於第一表面的第二表面。硬質塗層位於輔助層的第二表面上。輔助層的楊氏係數由第二表面向第一表面漸近增加。

本發明一實施例的保護結構包括基材以及硬質塗層。硬質塗層位於基材上。硬質塗層具有靠近基材的第一表面及相對於第一表面的第二表面。硬質塗層的楊氏係數由第二表面向第一表面漸近增加。

本發明一實施例的保護結構包括輔助層以及硬質塗層。輔助層具有第一表面及相對於第一表面的第二表面。硬質塗層位於輔助層的第二表面上。輔助層的楊氏係數大於硬質塗層的楊氏係數，且輔助層的材料與硬質塗層包括相同的材料。

本發明實施例的電子裝置包括上述的任一保護結構以及電子元件。

基於上述，具有本發明實施例之保護結構的電子裝置可以提升其抗刮能力又同時具有良好的可撓曲性，且也可減少電子裝置經摺疊後尤其是向外摺疊材料開裂的現象，進而增加電子裝置的使用壽命及可靠度。

為讓本發明能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

本說明書以下的揭露內容提供不同的實施例或範例，以實施本發明各種不同實施例的不同特徵。而本說明書以下的揭露內容是敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以求簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定本發明。另外，本發明的說明中不同範例可能使用重複的參考符號及/或用字。這些重複符號或用字係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定各個實施例及/或所述外觀結構的關係。再者，若是本說明書以下的揭露內容敘述了將第一特徵形成於第二特徵之上或上方，即表示其包含了所形成的上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的實施例，亦包含了尚可將附加的特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與上述第二特徵可能未直接接觸的實施例。另外，本說明書中所稱之濃度，若未特別提及可以代表重量百分濃度（wt%）或體積百分濃度（v%）。所繪圖式中的元件尺寸係為說明方便而繪製，並非代表其實際之元件尺寸比例。

請參考圖1A，保護結構100a包括輔助層110以及位於輔助層110上的硬質塗層120。輔助層110可為具抗刮作用的抗刮輔助層；而硬質塗層120可為具保護作用的抗應力層。具體來說，輔助層110具有第一表面S1及相對於第一表面S1的第二表面S2。硬質塗層120具有頂面S3及相對於頂面S3的底面S4。硬質塗層120位於輔助層110的第二表面S2上。在一些實施例中，硬質塗層120的底面S4與輔助層110的第二表面S2直接接觸。在一些實施例中，輔助層110與硬質塗層120可以是未圖案化層。換言之，硬質塗層120可以將輔助層110的第二表面S2完全覆蓋。

輔助層110的楊氏係數與硬質塗層120的楊氏係數（Young’s modulus）不同。在一些實施例中，硬質塗層120的楊氏係數小於或等於輔助層110的楊氏係數。在一些實施例中，硬質塗層120的楊氏係數為固定值；而輔助層110的楊氏係數呈梯度變化。更具體地說，硬質塗層120的楊氏係數自頂面S3至底面S4大約維持在一固定值，且小於或等於輔助層110的楊氏係數。輔助層110的楊氏係數自第二表面S2向第一表面S1漸近增加。

在一些實施例中，硬質塗層120的楊氏係數可以是介於1至60GPa（10⁹ 帕）。在一些實施例中，硬質塗層120的楊氏係數可以是介於1至40GPa。在一些實施例中，硬質塗層120的楊氏係數可以是介於1至30GPa。在一些實施例中，輔助層110的楊氏係數可以是介於5至100GPa。在一些實施例中，輔助層110的楊氏係數可以是介於5至60GPa。在一些實施例中，輔助層110的楊氏係數可以是介於5至40GPa。在一些實施例中，硬質塗層120的楊氏係數與輔助層110的楊氏係數之比值之範圍可以是0.01~1。在一些實施例中，硬質塗層120的楊氏係數與輔助層110的楊氏係數之比值之範圍可以是0.016~1。在一些實施例中，硬質塗層120的楊氏係數與輔助層110的楊氏係數之比值之範圍可以是0.025~1。

輔助層110可以是包括有機材料，且在有機材料中可以摻雜著無機材料。在一些實施例中，有機材料可以是光固化材料，但本發明不限於此。在一些實施例中，有機材料可以是單體材料、聚合物材料或前述材料的組合。具體來說，有機材料可以是分子量為60 g/mol至500 g/mol的單體材料，或是重量平均分子量（Mw）為500 g/mol至200000 g/mol的聚合物材料。更具體來說，有機材料可包括異戊四醇三甲基丙烯酸酯（pentaerythritol trimethacrylate）、壓克力材料（acrylate）或前述材料的組合。在一些實施例中，壓克力結構式可以以下式（1）來表示 式（1）

其中n例如是1至2000。

輔助層110的無機材料可以是高硬度材料。也就是說，無機材料的硬度可以高於有機材料的硬度，以藉由摻雜無機材料提升輔助層110的楊氏係數。換言之，輔助層110的無機材料的摻雜濃度與其楊氏係數為正相關，藉由調整無機材料的摻雜濃度可以改變輔助層110的楊氏係數，使得輔助層110的楊氏係數由第二表面S2向第一表面S1漸近增加。在一些實施例中，無機材料的濃度自5wt%逐漸增加至45wt%(重量百分濃度)，在輔助層110在第二表面S2之處的楊氏係數從5GPa逐漸增加，使得輔助層110在第一表面S1之處的楊氏係數增加為7~10GPa，但本發明不限於此。

無機材料例如是陶瓷材料。陶瓷材料例如是氧化物。氧化物可包括改質或未改質的二氧化矽、氧化鈦或氧化鋯或其組合。無機材料例如是奈米粒子。在一些實施例中，無機材料的粒徑可以是小於50nm（nanometer）。在另一些實施例中，無機材料的粒徑可以是介於20nm至30nm之間。在又一些實施例中，無機材料的粒徑可以是介於10nm至30nm之間。此外，在一些實施例中，無機材料的平均粒徑可以是小於50nm。在另一些實施例中，無機材料的平均粒徑可以是介於20nm至30nm之間。在又一些實施例中，無機材料的平均粒徑小於25nm時，可提升隨後完成的電子裝置的透光度，但本發明不限於此。

在一實施例中，有機材料例如是壓克力材料；無機材料例如是二氧化矽。壓克力材料的結構式可以下式（2）或式（3）表示。 式（2）

其中R₁ 、R₃ 為分枝或直鏈的烷鏈（例如爲C1-20烷基）；R₂ 為亞烷基（例如爲-(CH₂ )_x -、x為介於1-20之間的整數），n大於等於1。 式（3）

其中n爲O、或大於等於1。

在另一實施例中，有機材料例如是環氧樹脂；無機材料例如是二氧化矽。環氧樹脂的結構式可以下式（4）表示。 式（4）

或

在一些實施例中，於有機材料中摻雜無機材料的方法可以是先使用溶劑將無機材料均勻分散在有機材料中。舉例來說，可以利用溶劑（例如是EA等酯類溶劑）使極性的無機材料均勻分散在非極性的有機材料中。接著，進行軟烤及照光固化（curing）製程，使有機材料中的溶劑揮發。在一些實施例中，軟烤溫度例如是85℃至105℃。照光固化製程可以例如是採用紫外光（UV）來進行。在一些實施例中，照光固化能量例如是500mj（mini joule）至4500mj。在一些實施例中，照光固化能量例如是500mj至2500mj。

具體來說，由於溶劑的揮發會使極性的無機材料無法有效均勻分散於非極性的有機材料中，進而使有機材料中的無機材料因重力而沉降至輔助層110的第一表面S1，因此愈靠近輔助層110的第一表面S1，無機材料的摻雜濃度愈高。在一些實施例中，可於摻雜前先對無機材料進行表面改質，使其能於照光固化的步驟前更均勻分散於有機材料中，提升隨後沉降的效果。在其他實施例中，也可以透過調整軟烤溫度、照光固化能量等控制製程參數的方法，以使輔助層110中的無機材料可以較有效地達到其摻雜效果。

硬質塗層120可包括有機材料。在一實施例中，硬質塗層120可以是未摻雜無機材料的有機材料。在另一實施例中，硬質塗層120也可以是微摻雜無機材料的有機材料，微摻雜無機材料的濃度可介於3wt%至25wt%之間。硬質塗層120的有機材料與無機材料可以相同於或類似於上述輔助層110的有機材料與無機材料，於此不再贅述。

在硬質塗層120是未摻雜無機材料的有機材料實施例中，輔助層110的有機材料可以與硬質塗層120的有機材料相同，以提升輔助層110與硬質塗層120的界面之間的附著性，降低輔助層110與硬質塗層120之間分離的可能性。舉例而言，輔助層110的有機材料與硬質塗層120的有機材料可以是壓克力材料。

在硬質塗層120是微摻雜無機材料的有機材料實施例中，輔助層110的有機材料可以與硬質塗層120的有機材料相同。換言之，輔助層110與硬質塗層120採用相同的有機材料做為主體材料，以提升輔助層110與硬質塗層120的界面之間的附著性，降低輔助層110與硬質塗層120之間分離的可能性。在一些實施例中，硬質塗層120摻雜的無機材料可以與輔助層110摻雜的無機材料相同；而硬質塗層120摻雜的無機材料的濃度小於或等於輔助層110摻雜的無機材料的濃度。在一些實施例中，硬質塗層120摻雜的無機材料可以與輔助層110摻雜的無機材料不同；而硬質塗層120與輔助層110的無機材料的濃度可視實際設計而定，只要輔助層110的楊氏係數自第二表面S2向第一表面S1漸近增加，皆在本發明的保護範圍內。

請繼續參照圖1A，在一些實施例中，輔助層110具有第一部分P1以及位於第一部分P1上的第二部分P2。具體來說，第一部分P1為輔助層110中遠離硬質塗層120的部分；第二部分P2為輔助層110中靠近硬質塗層120的部分；第一部分P1比第二部分P2遠離硬質塗層120。更具體來說，第一部分P1的下表面為輔助層110的第一表面S1；第二部分P2的上表面為輔助層110的第二表面S2；而第二部分P2位於第一部分P1與硬質塗層120之間。

輔助層110的第一部分P1的厚度T1佔輔助層110輔助層110的總厚度T_A 的比例大於輔助層110的第二部分P2的厚度T2佔輔助層110輔助層110的總厚度T_A 的比例。具體來說，第一部分P1的厚度T1例如是佔輔助層110的總厚度T_A 的4/5至9/10；而第二部分P2的厚度T2例如是佔輔助層110的厚度T_A 的1/5至1/10。在一些實施例中，第一部分P1的楊氏係數可以是梯度變化；第二部分P2的楊氏係數可以是維持定值或梯度變化；而硬質塗層120的楊氏係數可以是維持定值或梯度變化。在一些實施例中，第一部分P1的楊氏係數大於硬質塗層120的楊氏係數；第二部分P2的楊氏係數大於或等於硬質塗層120的楊氏係數；而第一部分P1的楊氏係數大於第二部分P2的楊氏係數。具體來說，第一部分P1中的楊氏係數的最小值大於硬質塗層120的楊氏係數的最大值；第二部分P2的楊氏係數的最小值大於或等於硬質塗層120的楊氏係數的最大值；而第一部分P1的楊氏係數的最小值大於第二部分P2的楊氏係數的最大值。在一些實施例中，第一部分P1的楊氏係數介於5至50GPa，而第二部分P2的楊氏係數介於3至20GPa，但本發明不限於此。在一些實施例中，第一部分P1的楊氏係數介於7至45GPa，而第二部分P2的楊氏係數介於4至20GPa，但本發明不限於此。

第一部分P1的無機材料的重量百分濃度大於第二部分P2的無機材料的重量百分濃度。在一些實施例中，第一部分P1的無機材料的濃度為10wt%~60wt%，或5v%~30v%。第二部分P2的無機材料的濃度為0wt%~20wt%，或0v%~10v%。換句話說，第一部分P1摻雜有無機材料，而第二部分P2中可以是未摻雜無機材料，也可以是微摻雜無機材料。

應注意的是，本發明不限制使輔助層110的楊氏係數由第二表面S2向第一表面S1漸近增加的方法，如摻雜無機材料，只要輔助層110的楊氏係數由第二表面S2向第一表面S1漸近增加，皆在本發明的保護範圍內。

圖1B為依據本發明另一實施例之保護結構的剖面示意圖。

請參考圖1B，保護結構100b與圖1A中的保護結構100a相似，不同之處在於：保護結構100b更包括基材130與光學結構層140。更具體地說，基材130的一側是輔助層110；基材130的另一側是光學結構層140。

基材130可以是單一材料基材，例如有機材料或無機材料。有機材料可包括聚醯亞胺（PI）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）、聚醚碸（PES）、聚醯胺（PA）、聚對苯二甲酸乙二酯（PET）、聚醚醚酮（PEEK）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚乙烯亞胺（PEI）、聚氨酯（PU）、聚二甲基矽氧烷（PDMS）、壓克力（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，或上述材料的組合，但不以此為限。無機材料的材質包括單一金屬、金屬氧化物、非金屬氧化物、非金屬氮化物、陶瓷等材料或上述材料所組成的複合材料，但不以此為限。無機材料例如是類鑽碳（Diamond-like Carbon, DLC）、氮化矽、氧化矽、氮氧化矽、氧化鋁、鋁二氧化鈦、氧化鈦、氮氧化鈦、塗佈型阻氣層（solution gas barrier, SGB）（SGB例如是聚矽氮烷（Polysilazane））等材料。在一些實施例中，基材130可以是包括有機材料與無機材料之複合基材。所述有機材料與無機材料之複合基材係指有機材料與無機材料混合而形成的基材。

在一些實施例中，光學結構層140可以是圓偏光膜層（Circular Polarizer, CPL）或濾光結構層（Light Filter Structure）。圓偏光膜層例如為偏光層與相位延遲層，其中偏光層可為線偏光層，相位延遲層可為1/4波長延遲片。濾光結構層例如為黑色濾光層、彩色濾光層或兩者結合之結構。

基材130的楊氏係數與硬質塗層120的楊氏係數不同。在一些實施例中，基材130的楊氏係數小於輔助層110的楊氏係數，且小於硬質塗層120的楊氏係數。基材130的楊氏係數例如是3~10GPa。換言之，保護結構100b各層的楊氏係數由低至高為基材130、硬質塗層120以及輔助層110。光學結構層140的楊氏係數可介於1~20GPa，厚度則可介於1~50μm（micrometer）。

在一些實施例中，保護結構100b的製造方法可以是先於基材130的一表面上塗佈包括溶劑與摻雜無機材料的有機材料的溶液，再對其進行軟烤製程。接著，再進行照光固化製程，以形成輔助層110。之後，再於輔助層110上塗佈包括有機材料的溶液，再進行照光固化製程，以形成硬質塗層120。光學結構層140可透過黏著層（未繪示）貼附於基材130的另一表面上，或以濕式塗佈或乾式成膜方式直接形成於基材130上。

在另一些實施例中，保護結構與上述保護結構100b相似，但不包括光學結構層140。

圖1C為依據本發明一些實施例之具有保護結構之電子裝置的剖面示意圖。

請參考圖1C，電子裝置100c包括如圖1A的保護結構100a以及電子元件150。具體來說，保護結構100a設於電子元件150上。在一些實施例中，電子元件150與輔助層110的第一表面S1接觸。在另一實施例中，上述保護結構100a可以藉由黏著層（未繪示）與電子元件150貼合以形成電子裝置100c，但不以此為限。

黏著層的材料例如是樹脂膜、光學透明黏著劑（OCA）、熱熔膠黏著劑、光學感壓膠（PSA）或光學感壓樹脂（OCR），但本發明不限於此。在一些實施例中，電子元件150可以是導線、電極、電阻、電感、電容、電晶體、二極體、開關元件、放大器、處理器、控制器、薄膜電晶體、觸控元件、壓力感測元件、微機電元件、回饋元件、顯示器、觸控顯示元件、單晶片模組、多晶片模組，或其它適當的電子元件。在另一些實施例中，電子元件150也可以是光學元件或具有濾光層的元件，但本發明不限於此。在一實施例中，顯示器可為主動式矩陣（Active Matrix）顯示器或被動式矩陣（Passive Matrix）顯示器，主動式矩陣（Active Matrix）顯示器可為有機發光二極體（organic light emitting diode, OLED）顯示器。

在一些實施例中，電子元件150的楊氏係數可以是介於15至100GPa；輔助層110的楊氏係數可以是介於5至100GPa；硬質塗層120的楊氏係數可以是介於1至60GPa。在又一些實施例中，電子元件150的楊氏係數可以是介於15至100GPa；輔助層110的楊氏係數可以是介於5至60GPa；硬質塗層120的楊氏係數可以是介於1至40GPa。在另一些實施例中，電子元件150的楊氏係數可以是介於15至100GPa；輔助層110的楊氏係數可以是介於5至40GPa；硬質塗層120的楊氏係數可以是介於1至30GPa。

在一些實施例中，硬質塗層120的楊氏係數與輔助層110的楊氏係數的楊氏係數之比值之範圍可以是0.01~1；輔助層110的楊氏係數與電子元件150的楊氏係數之比值之範圍可以是0.1~6.7。在另一些實施例中，硬質塗層120的楊氏係數與輔助層110的楊氏係數的楊氏係數之比值之範圍可以是0.016~1；輔助層110的楊氏係數與電子元件150的楊氏係數之比值之範圍可以是0.1~4。在又一些實施例中，硬質塗層120的楊氏係數與輔助層110的楊氏係數的楊氏係數之比值之範圍可以是0.025~1；輔助層110的楊氏係數與電子元件150的楊氏係數之比值之範圍可以是0.1~2.7。

請繼續參考圖1C，在一些實施例中，保護結構100c中的電子元件150之厚度T_E 可以是介於30~200μm；輔助層110之厚度T_A 可以是介於10~40μm；而硬質塗層120之厚度T_C 可以是介於1~30μm。在一些實施例中，硬質塗層120的厚度T_C 與輔助層110的厚度T_A 之比值（即T_C /T_A ）之範圍可以是0.025~3；輔助層110的厚度T_A 與電子元件150的厚度T_E 之比值（即T_A /T_E ）之範圍可以是0.05~1.4。

圖1D為依據本發明另一些實施例之具有保護結構之電子裝置的剖面示意圖。

請參考圖1D，電子裝置100d包括如圖1B的保護結構100b以及電子元件150。具體來說，保護結構100b設於電子元件150上。在一些實施例中，電子元件150的表面可以與光學結構層140遠離基材130的表面接觸。換言之，光學結構層140設置於電子元件150與基材130之間。電子裝置100d中除電子元件150之外，其餘各層的特性與圖1B的保護結構100b相同或相似。電子元件150的楊氏係數可以是介於15至100GPa。

由於以上圖1A與圖1B所述的保護結構100a~100b的輔助層110的楊氏係數由第二表面S2向第一表面S1漸近增加，因此，具有保護結構100a的電子裝置100c（圖1C）以及具有保護結構100b的電子裝置100d（圖1D）可以提升其抗刮能力又同時具有良好的可撓曲性。故，可減少電子裝置100c~100d經摺疊後尤其是向外摺疊材料開裂的現象，進而增加電子裝置100c~100d的使用壽命及可靠度。

在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。

請參考圖2A，保護結構200a包括基材130以及位於基材130上的硬質塗層220。具體來說，硬質塗層220具有靠近基材130的第一表面S5及相對於第一表面S5的第二表面S6。基材130位於硬質塗層220的第一表面S5上。硬質塗層220的楊氏係數與基材130的楊氏係數不同。在一些實施例中，硬質塗層220的楊氏係數大於基材130的楊氏係數。在一些實施例中，基材130的楊氏係數為固定值；而硬質塗層220的楊氏係數呈梯度變化。更具體地說，基材130的楊氏係數自頂部至底部大約維持在一固定值，且小於硬質塗層220的楊氏係數。硬質塗層220的楊氏係數自第二表面S6向第一表面S5漸近增加。硬質塗層220的楊氏係數的範圍例如是1GPa~100GPa。

在一些實施例中，硬質塗層220可以是包括有機材料，且可以在有機材料中摻雜著無機材料。無機材料的摻雜濃度與硬質塗層220的楊氏係數為正相關，因此可藉由調整無機材料的摻雜濃度而改變硬質塗層220的楊氏係數。更具體而言，將無機材料的濃度自2wt%逐漸增加至50wt%，可使得硬質塗層220的楊氏係數由第二表面S6向第一表面S5漸近增加，但本發明不限於此。硬質塗層220的無機材料與有機材料可以類似於圖1A輔助層110的無機材料與有機材料所描述的內容，於此不再贅述。

在一些實施例中，保護結構200a的製造方法可以是先於基材130上塗佈包括溶劑與摻雜無機材料的有機材料的溶液，再對其進行軟烤製程。接著，再進行照光固化製程，以形成硬質塗層220。

請繼續參考圖2A，硬質塗層220具有第一部分P3以及位於第一部分P3上的第二部分P4。具體來說，第一部分P3為硬質塗層220中靠近基材130的部分；第二部分P4為硬質塗層220中遠離基材130的部分。亦即，第一部分P3位於第二部分P4與基材130之間。換言之，第一部分P3的下表面為硬質塗層220的第一表面S5；而第二部分P4的上表面為硬質塗層220的第二表面S6。

在一些實施例中，第一部分P3的楊氏係數與第二部分P4的楊氏係數均大於基材130的楊氏係數，且第一部分P3的楊氏係數大於第二部分P4的楊氏係數。在一些實施例中，第一部分P3的楊氏係數介於5至50GPa，而第二部分P4的楊氏係數介於3至20GPa，但本發明不限於此。

在硬質塗層220中，第一部分P3之無機材料的平均摻雜濃度大於第二部分P4之無機材料的平均摻雜濃度。在一些實施例中，第一部分P3的無機材料的濃度為10wt%~60wt%，或5v%~30v%。第二部分P4的無機材料的濃度為0wt%~20wt%，或0v%~10v%。在一些實施例中，第一部分P3所摻雜的無機材料的濃度為10wt%~60wt%，或5v%~30v%。第二部分P4所摻雜的無機材料的濃度為2wt%~20wt%，或1v%~10v%。

本發明摻雜無機材料的方法並無特別限制，只要硬質塗層220的楊氏係數由第二表面S6向第一表面S5漸近增加，皆在本發明的保護範圍內。

此外，在一些實施利中，第一部分P3的厚度T3大於第二部分P4的厚度T4。在一些實施例中，第一部分P3的厚度T3可為佔硬質塗層220的厚度T5的4/5至9/10；而第二部分P4的厚度T4可為佔硬質塗層220的厚度T5的1/5至1/10。

請參考圖2B，保護結構200b與圖2A中的保護結構200a相似，不同之處在於：保護結構200b更包括光學結構層140。具體來說。基材130的一側為硬質塗層220；基材130的另一側為光學結構層140。在另一些實施例中，保護結構與保護結構200b相似，但不包括光學結構層140。

請參考圖2C，電子裝置200c包括如圖2A的保護結構200a以及電子元件150。具體來說，保護結構200a設置於電子元件150上。換言之，基材130夾於硬質塗層220與電子元件150之間。

請參考圖2D，電子裝置200d包括如圖2B的保護結構200b以及電子元件150。具體來說，保護結構200b設置於電子元件150上，亦即光學結構層140夾在基材130與電子元件150之間。

保護結構200a~200b的硬質塗層220的楊氏係數由第二表面S6向第一表面S5漸近增加，因此具有保護結構200a的電子裝置200c以及具有保護結構200b的電子裝置200d可以提升其抗刮能力，又同時具有良好的可撓曲性，且也可減少電子裝置200c~200d經摺疊後尤其是向外摺疊材料開裂的現象，因此可以增加電子裝置200c~200d的使用壽命及可靠度。此外，由於保護結構200a~200b僅使用單層硬質塗層220，因此可進一步減少製程步驟，提升生產效率。

請參考圖3A，保護結構300a包括輔助層310以及位於輔助層310上的硬質塗層120。具體來說，輔助層310具有第一表面S7及相對於第一表面S7的第二表面S8，硬質塗層120位於輔助層310的第二表面S8上。輔助層310的楊氏係數與硬質塗層120的楊氏係數不同。具體來說，輔助層310的楊氏係數大於硬質塗層120的楊氏係數。在一些實施例中，輔助層310與硬質塗層120分別具有固定的楊氏係數。輔助層310的材料與硬質塗層120是同質結構。具體來說，輔助層310的材料與硬質塗層120的材料相同，以提升輔助層310與硬質塗層120的界面之間的附著性，降低輔助層310與硬質塗層120之間分離的可能性。

在一些實施例中，輔助層310可以是包括有機材料，且可以在有機材料中摻雜著無機材料，因此可藉由調整無機材料的摻雜濃度而改變輔助層310的楊氏係數，使輔助層310的楊氏係數大於硬質塗層120的楊氏係數。硬質塗層120可以是包括有機材料。換言之，輔助層310與硬質塗層120採用相同的有機材料做為主體材料。舉例而言，輔助層310與硬質塗層120的有機材料均是以壓克力材料做為主體材料。輔助層310的無機材料與有機材料可以類似於圖1A的輔助層110所描述的內容，於此不再贅述。

請參考圖3B，保護結構300b與圖3A中的保護結構300a相似，不同之處在於：保護結構300b更包括基材130與光學結構層140。具體來說，輔助層310位於基材130的一側；光學結構層140位於基材130的另一側。換言之，基材130夾於輔助層310及光學結構層140之間。在另一些實施例中，保護結構與保護結構300b相似，但不包括光學結構層140。

請參考圖3C，電子裝置300c包括如圖3A的保護結構300a以及電子元件150。具體來說，保護結構300a位於電子元件150上，換言之，輔助層310位於電子元件150與硬質塗層120之間。

請參考圖3D，電子裝置300d包括如圖3B的保護結構300b以及電子元件150。具體來說，保護結構300b設置於電子元件150上。換言之，光學結構層140位於電子元件150與基材130之間。

保護結構300a~300b的輔助層310的楊氏係數大於硬質塗層120的楊氏係數，因此具有保護結構300a的電子裝置300c以及具有保護結構300b的電子裝置300d可以提升其抗刮能力，又同時具有良好的可撓曲性，且也可減少電子裝置300c~300d經摺疊後尤其是向外摺疊材料開裂的現象，進而增加電子裝置300c~300d的使用壽命及可靠度。此外，由於保護結構300a~300b的輔助層310的材料與硬質塗層120的材料相同，因此可提升輔助層310與硬質塗層120的界面之間的附著性，進一步增加電子裝置300c~300d的使用壽命及可靠度。

以下對本案實施例之保護結構的功效以實驗及模擬進行說明。

＜例1＞

提供堆疊結構A。堆疊結構A類似於圖1B中所述的保護結構100b，但不包括光學結構層140。堆疊結構A的形成方法包括提供基材130。基材130為聚對苯二甲酸乙二酯（PET），厚度為125μm。接著，在基材130上形成輔助層110及硬質塗層120。輔助層110及硬質塗層120的形成方法是先使用溶劑將濃度為10wt%的二氧化矽均勻分散在壓克力中。接著，進行軟烤（85℃至105℃）及紫外光固化製程，使有機材料中的溶劑揮發。照光固化能量例如是500mj至2500mj。所形成的輔助層110為摻雜二氧化矽的壓克力，厚度為10μm。自第二表面S2至第一表面S1，二氧化矽的濃度為1wt%至10wt%，使輔助層110的楊氏係數由第二表面S2向第一表面S1漸近增加。硬質塗層120為未摻雜二氧化矽的壓克力，厚度為10μm。之後，對堆疊結構A進行表面硬度測試。實際所測得堆疊結構A之表面硬度為7H（鉛筆硬度）。

＜比較例1＞

提供堆疊結構A’。堆疊結構A’類似於堆疊結構A，但不具輔助層110。對堆疊結構A’進行硬度測試。實際所測得的堆疊結構A’之表面硬度為5H（鉛筆硬度）。

依據例1與比較例1的結果，可看出輔助層的設置提高了整體結構之表面的硬度。

＜例2＞

提供堆疊結構B，並對其進行表面硬度的測試。堆疊結構B類似於圖1B實施例中所述的保護結構100b，即堆疊結構B包括光學結構層140、黏著層（圖1B中未繪示）、基材130、輔助層110及硬質塗層120的堆疊結構。提供厚度為10μm的聚醯亞胺（PI）基材130，接著以類似堆疊結構A的方法在基材130上形成輔助層110及硬質塗層120。之後，以厚度為2μm的黏著層，將光學結構層140黏著在基材130上。光學結構層140為厚度5~50μm的圓偏光片所形成的輔助層110為厚度為10μm之摻雜二氧化矽的壓克力材料。自第二表面S2至第一表面S1，二氧化矽的濃度為10wt%至35wt%，使得輔助層110的楊氏係數由第二表面S2向第一表面S1漸近增加。所形成的硬質塗層120為壓克力材料，厚度為20μm。實際所測得堆疊結構B之表面硬度為8H（鉛筆硬度）。

＜比較例2＞

提供堆疊結構B’。堆疊結構B’類似於堆疊結構B，但不具輔助層110。對堆疊結構B’進行硬度測試。實際測得堆疊結構B’之表面硬度為6H（鉛筆硬度）。

依據例2與比較例2的結果，可看出輔助層的設置提高了整體結構之表面的硬度。

＜例3＞

提供堆疊結構C。堆疊結構C之結構類似於堆疊結構B，不同之處在於輔助層110中二氧化矽的摻雜濃度。在堆疊結構C中，自第二表面S2至第一表面S1，輔助層110中二氧化矽的濃度為15wt%至30wt%。實際測得堆疊結構C之表面硬度為8H（鉛筆硬度）。

＜例4＞

提供堆疊結構D。堆疊結構D之結構類似於堆疊結構A，不同之處在於硬質塗層120為摻雜二氧化矽的壓克力材料。硬質塗層120中二氧化矽的濃度為1wt%至5wt%。實際測得堆疊結構C之表面硬度為8H（鉛筆硬度）。

＜例5＞

提供堆疊結構E。堆疊結構E之結構類似於堆疊結構B，不同之處在於硬質塗層120為摻雜二氧化矽的壓克力材料。硬質塗層120中二氧化矽的濃度為1wt%至5wt%。實際所測得的結構之表面硬度為8H（鉛筆硬度）。

＜例6＞

提供堆疊結構J。堆疊結構J類似於圖1A實施例中所述的保護結構100a。即，堆疊結構J包括輔助層110及硬質塗層120。硬質塗層120為厚度為20μm的未摻雜的壓克力。輔助層110為厚度10μm的摻雜二氧化矽的壓克力。對堆疊結構J進行彎曲應力（Bending Stress）的模擬，撓曲半徑（radius of curvature）為3mm（millimeter）。結果如圖1E及表1所示。

從圖1E的結果顯示硬質塗層120從頂面S3至底面S4的楊氏係數維持在一定值，即在厚度為30μm、25μm、20μm、15μm的位置上硬質塗層120的楊氏係數一直維持在14.3GPa。硬質塗層120的底面S4與輔助層110的界面處的楊氏係數為14.3GPa。輔助層110的楊氏係數從第二表面S2逐漸朝第一表面S1增加。在厚度為10μm、5μm、0μm位置輔助層110的楊氏係數依序為14.3GPa、20GPa、30GPa。

表1

從表1的結果可看出隨著輔助層110中的楊氏係數逐漸變大，彎曲應力則逐漸變小。當輔助層110的楊氏係數為30GPa時，彎曲應力可降至272.83MPa（10⁶ 帕），小於撓曲半徑為3mm的降伏強度278Mpa。

因此，增加輔助層110的楊氏係數可降低其所受的彎曲應力，進而減少輔助層110形變的機會。

＜例7＞

提供電子裝置F。電子裝置F類似於圖1D實施例中所述的電子裝置100d。即，電子裝置F包括電子元件150、光學結構層140、基材130、輔助層110及硬質塗層120。光學結構層140下方的電子元件150由上而下包括12μm的光學透明黏著劑（OCA）、觸控感應器、197OCA、薄膜電晶體/主動矩陣有機發光二極體（TFT/AMOLED）、12μm的光學透明黏著劑以及聚醯亞胺（30E PI）。光學結構層140為厚度5~50μm的圓偏光片。基材130為聚醯亞胺（30E PI），厚度為9~30μm。輔助層110為摻雜二氧化矽的壓克力材料，厚度為10μm。自第二表面S2至第一表面S1，二氧化矽的濃度為15wt%至30wt%，使得輔助層110的楊氏係數由第二表面S2向第一表面S1漸近增加；硬質塗層120為未摻雜的壓克力材料，厚度為20μm。對電子裝置F進行表面硬度的測試，所測得之表面硬度為7H（鉛筆硬度）。

＜例8＞

提供電子裝置G。電子裝置G類似於例7之電子裝置F，不同之處在於硬質塗層120為摻雜二氧化矽的壓克力材料。自第二表面S2至第一表面S1，二氧化矽的濃度為1wt%至5wt%。對電子裝置G進行表面硬度的測試，所測得之表面硬度為7H（鉛筆硬度）。

＜例9＞

提供電子裝置H。電子裝置H類似於圖1D實施例中所述的電子裝置100d。即，電子裝置H包括電子元件150、光學結構層140、基材130、輔助層110及硬質塗層120。電子元件150為具觸控功能顯示功能(如AMOLED)電子元件。光學結構層140厚度為5μm的圓偏光片。基材130為30E PI，厚度為9~12μm。輔助層110為摻雜二氧化矽的壓克力材料，厚度為10μm。自第二表面S2至第一表面S1，二氧化矽摻雜的濃度為20wt%至35wt%，使得輔助層110的楊氏係數由第二表面S2向第一表面S1漸近增加。硬質塗層120為未摻雜的壓克力材料，厚度為10μm。對電子裝置H進行撓曲測試（flexural test），撓曲半徑為3mm。電子裝置H通過了向外摺疊2萬次的撓曲測試與向內摺疊2萬次的撓曲測試，顯示電子裝置H具有良好的耐撓曲性（flexibility）。

此外，還對電子裝置H進行落球測試與表面硬度測試。鋼球重量為135克並由35公分高落下。電子裝置H通過了落球測試，且所測得之表面硬度為7H（鉛筆硬度），顯示電子裝置H具有相當的硬度及抗衝擊性。

＜例10＞

提供電子裝置I。電子裝置I類似於圖1D實施例中所述的電子裝置100d。即，電子裝置I包括電子元件150、光學結構層140、基材130、輔助層110及硬質塗層120。電子元件150為具觸控功能顯示功能(如AMOLED)電子元件。光學結構層140為厚度5μm的圓偏光片。基材130為30E PI，厚度為9 ~12μm。輔助層110為摻雜二氧化矽的壓克力材料，厚度為5μm。自第二表面S2至第一表面S1，二氧化矽摻雜的濃度為20wt%，使得輔助層110的楊氏係數由第二表面S2向第一表面S1漸近增加。硬質塗層120為未摻雜的壓克力材料，厚度為10μm。對電子裝置I進行撓曲測試，撓曲半徑為3mm。電子裝置I通過了向外摺疊2萬次的撓曲測試與向內摺疊2萬次的撓曲測試，可知電子裝置I具有良好的耐撓曲性。

此外，還對電子裝置I進行落球測試與表面硬度的測試，鋼球重量為135克並由35公分高落下。電子裝置I通過了落球測試，且所測得之表面硬度為7H（鉛筆硬度），顯示電子裝置I具有相當的硬度及抗衝擊性。

綜上所述，本發明實施例之保護結構的輔助層或硬質塗層的楊氏係數由第二表面向第一表面漸近增加，因此具有上述保護結構的電子裝置可以提升其抗刮能力又同時具有良好的可撓曲性，且也可減少電子裝置經摺疊後尤其是向外摺疊材料開裂的現象，進而增加電子裝置的使用壽命及可靠度。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100a、100b、200a、200b、300a、300b‧‧‧保護結構100c、100d、200c、200d、300c、300d、F、G、H、I‧‧‧電子裝置110、310‧‧‧輔助層120、220‧‧‧硬質塗層130‧‧‧基材140‧‧‧光學結構層150‧‧‧電子元件A、A’、B、B’、C、D、E、J‧‧‧堆疊結構T1、T2、T3、T4、T5、T_A、T_C、T_E‧‧‧厚度P1、P3‧‧‧第一部分P2、P4‧‧‧第二部分S1、S2、S5、S6、S7、S8‧‧‧表面S3‧‧‧頂面S4‧‧‧底面

圖1A、圖1B、圖2A、圖2B、圖3A以及圖3B為依據本發明一些實施例之保護結構的剖面示意圖。 圖1C、圖1D、圖2C、圖2D、圖3C以及圖3D為依據本發明一些實施例之電子裝置的剖面示意圖。 圖1E是圖1A的保護結構中厚度方向與楊氏係數的關係圖。

100a‧‧‧保護結構

110‧‧‧輔助層

120‧‧‧硬質塗層

T1、T2、T_A‧‧‧厚度

P1‧‧‧第一部分

P2‧‧‧第二部分

S1、S2‧‧‧表面

S3‧‧‧頂面

S4‧‧‧底面

Claims (12)

1. 一種保護結構，包括：輔助層，具有第一表面及相對於所述第一表面的第二表面；以及硬質塗層，位於所述輔助層的所述第二表面上，其中所述輔助層的楊氏係數由所述第二表面向所述第一表面漸近增加。
2. 如申請專利範圍第1項所述的保護結構，其中所述輔助層包括摻雜無機材料的有機材料；所述硬質塗層包括有機材料。
3. 如申請專利範圍第2項所述的保護結構，其中所述輔助層的所述有機材料與所述硬質塗層的所述有機材料相同。
4. 如申請專利範圍第2項所述的保護結構，其中所述輔助層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遠離所述硬質塗層，所述第一部分的厚度佔所述輔助層的厚度的4/5至9/10；所述第二部分的厚度佔所述輔助層的所述厚度的1/5至1/10。
5. 如申請專利範圍第4項所述的保護結構，其中所述第一部分的所述無機材料為10~60重量百分濃度。而所述第二部分的所述無機材料為0~20重量百分濃度。
6. 如申請專利範圍第4項所述的保護結構，其中所述第一部分的楊氏係數介於5至50GPa：而所述第二部分的楊氏係數介於3至20GPa。
7. 一種保護結構，包括：輔助層，具有第一表面及相對於所述第一表面的第二表面；以及硬質塗層，位於所述輔助層的所述第二表面上，其中所述輔助層的楊氏係數大於所述硬質塗層的楊氏係數，且所述輔助層與所述硬質塗層包括相同的主體材料。
8. 如申請專利範圍第7項所述的保護結構，其中所述輔助層包括摻雜無機材料的有機材料，所述硬質塗層包括有機材料，且所述輔助層的所述有機材料與所述硬質塗層的所述有機材料相同。
9. 如申請專利範圍第8項所述的保護結構，其中所述無機材料為奈米粒子，奈米粒子包括二氧化矽、氧化鈦或氧化鋯或其組合。
10. 如申請專利範圍第1至6項、第7至9項中任一項所述的保護結構，更包括：基材，設置於所述輔助層的所述第一表面，且所述基材的楊氏係數小於所述硬質塗層的楊氏係數；以及光學結構層，其中所述基材位於所述輔助層及所述光學結構層之間。
11. 一種電子裝置，包括：如申請專利範圍第1至6項、第7至9項中任一項所述的保護結構；以及 電子元件，設置於所述輔助層的所述第一表面。
12. 一種電子裝置，包括：如申請專利範圍第10項所述的保護結構；以及電子元件，設置於所述光學結構層遠離所述基材的表面上。

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