专利名称：具有光学层的耐冲击装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一具有光学层的耐冲击装置，特别是一耐冲击显示器装置。
背景技术：
以下所提到的“耐冲击”是表示一装置或其中的单一层结构被期望能抵抗冲击的能力，例如一装置经过抛掷或落下后所受冲击，仍能维持其正常的功能。“冲击”的定义为一物体与一装置之间撞击的相对速度超过O. lm/s ;“光学层”的定义则是包括一单层或复合层，具有提供电磁辐射的功效，特别是指在光学层中进行光的吸收、发射及穿透等行为。主动式的功效包括，通过光射入或由光学层吸收产生的光电能量转换；而被动式的功效则是包括选择性反射、穿透或改变来自第二光源的光线。其中光学层一般用于显示器上，可提供图像信息给观赏者，通过显示器中例如像电子设计以形成可控制该光学层的接口，以达到上述的功效。 举例而言，在阴极射线显示器(CRT)中，光学层为一萤光层，通过显示器中的电路来控制电子束，并且射向萤光层上产生激发光效果。一般来说，CRT具有较好的耐冲击能力，因为其显示器前方具有一较厚的玻璃，然而，近年来普遍对于显示器的需求转为较薄、较轻者佳，因此CRT目前大多已由液晶显示器(IXDs)所取代，IXDs的光学层包括一液晶层结构，能够调整来自背光模块射出的光线的穿透率。另一个可能更薄且更轻的装置是所谓的电子书显示器(e-readers),其中光学层由包覆一带电性的染料(electrophoretic ink)的微囊(micro-capsules)所构成,通过电子驱动改变电场以调整光线的反射条件,不论是上述哪一种显示装置，负责调控光学层作用的电子设计都是以紧邻或是整合于光学层中的一薄型电子层结构来呈现。显示器的使用过程中，有机会遭遇许多不同尺寸、形状及带有冲击力的物体冲击，特别是当那些显示器被应用在较非正式使用的情况，例如提供给学校的儿童使用的电子书显示器。对于现在的薄型显示器装置来说，如何具有足够的耐冲击能力为一大问题，当然，包括用于移动电话、电子书及教育场所的较大型的显示器等对于耐冲击能力方面亦有很大的需求。对于这些较大型的显示器而言，两项最重要的要素为轻量化及好的耐冲击能力，此乃因显示器破损而导致的产品回收率往往会随着显示器尺寸提升而有明显的增加，然而，目前的方法无法同时满足轻量化及较佳的耐冲击能力的需求。一种典型可增加显示器装置耐冲击能力的做法，就是提供一耐冲击的透明前置层，例如强化玻璃或是丙烯酸树脂板以保护较为脆弱的光学层受到冲击，但不幸的是，这样的耐冲击层却可能造成遮挡光学层的可视范围并且增加显示器装置的厚度，与前述现在普遍显示器的需求互相矛盾。美国专利2005/0077826中公开了使用一耐冲击膜的做法，利用贴覆于平面显示器的前方玻璃上，可避免该玻璃受到冲击而破损。但是其缺点仍在于提供保护膜的作法仍可能遮挡到光学层的可视范围并影响显示器的图像质量，也可能增加显示器的非预期的厚度及重量，因此上述缺点均使得目前显示器在改善耐冲击能力这方面仍有极大的需求。
发明内容
本发明的一实施例提供一耐冲击薄片装置，包括一光学层、一电子层及一背板构件。光学层可见于显示器的正面(第一面)，而电子层可调控光学层和/或形成光学层的一连接接口。一可挠薄片构件包括上述的光学层与电子层，其具有一压力临界值及拉力临界值，当未达到压力临界值及拉力临界值时，光学层与电路层不会发生破损，而背板构件利用机械式接触的方式设置于可挠薄片构件的背面(第二面)，亦即与显示器的正面相反。背板构件包括一可变形材料，具有一临界范围内的粘滞响应，此临界范围是由一来自装置正面的冲击造成的上述压力临界值及拉力临界值来定义，该临界范围的上极限定义为，受到冲击造成背板构件变形，其施加于可挠薄片构件上的压力要低于该压力临界；而下极限的定义则是，背板构件的变形量要保持在一最大变形量的范围内，以避免可挠薄片构件发生过度延展以超出其拉力临界，通过这样的做法，能够允许大部分的冲击能量通过背板构件的粘滞响应来消散。关于粘滞响应，我们定义为一响应涉及应变率或其他复杂的形式，也就是指施加 于背板构件的应力可能是相当于一应变的复杂函数再加上应变率。在一实施例中，背板构件具有一粘性Η及一厚度山且当粘性与厚度比(η/d)介于O. 25MPa · s/m至5GPa · s/m时，该背板构件的粘滞响应于该临界范围内，如此一来，可挠薄片构件对于一般的冲击及应力可具有适当的耐冲击能力，这里的粘性是在室温及其他标准环境条件下所测量。通过结合一可挠薄片构件以及一置于装置背面的背板构件，目前公开的装置可提供更好的耐冲击能力，其中该背板构件具有一粘性，能够在装置受到冲击时，通过变形以支撑可挠薄片构件，不会施加过大的压力于可挠薄片构件或是让其发生过度延展。光学层与电子层属于关键零件，并包括于该可挠薄片构件中，由于背板构件能够让可挠薄片构件在受到冲击的情况下，在一可控制的范围内变形，因此冲击的能量不会主要由这些关键零件负责消散，而是会传递至背面的背板构件上。 在一实施例中，例如为一显示器装置，通过电子层设置于光学层内，并能够驱动及控制显示器，且由于一背板构件为设置于光学层的背面，因此不会阻挡其可视范围，进而不会影响该显示器的图像质量。此设计的一个优势在于，背板构件的材质可不受限于必须使用可置于光学层正面的特性(例如非透明式)，因此，在一优选的实施例中，背板构件可包括一具有理想的粘滞特性的微胞泡棉(micro-cellular foam)层,其有助于冲击能量的消散,例如通过挤压时通过摩擦来消耗，另外泡棉相较于传统实心的保护材料相对较轻，亦有助于减轻整体装置的重量。在另一实施例中，该耐冲击薄片装置可为一太阳能板装置，其中的光学层包括一光电板以及一电子层，且该电子层与光电板相连接并可传送由光电板产生出的电能。应了解的是，太阳能板与显示器装置的问题相似，由于目前市面上大多数的太阳能板是生产于玻璃上，而为了安装方便及减少运输的花费，太阳能板同样具有减轻重量的需求。此外，太阳能板还要能承受室外的条件，例如像冰雹等物体落在太阳能板的情况。另夕卜，太阳能板需特别考虑的就是理想效率，所谓理想效率，是只来自光源的光线必须具有一足够好的光行径路线，以抵达太阳能板的能量转换层。
传统的太阳能板，其装置正面会特别强化，以至于会增加重量、费用以及效率的损耗，因此，太阳能板也具有需要改善耐冲击能力同时消去上述缺点的需求。而这些及其他的需求均可以由上述的装置来实现。其他的应用，例如像有机发光二极管(OLED)发光层，当将OLED面板贴覆于一墙面时，其亦有耐冲击防护的需求，可同样由上述的装置来实现。此外，本发明亦提供一可耐正面冲击的装置的制造方法。首先，提供一可挠薄片构件，包括一光学层以及一电子层，该电子层可控制该光学层和/或形成光学层的一连接接口。此外，可挠薄片构件的压力临界值及拉力临界值，以未达到光学层与电子层发生损坏的条件决定；并且，背板构件利用机械性接触的方式设置于可挠薄片构件的背面，与承受冲击的装置正面呈相反，该背板构件包括一可变形材料，具有同上述一黏性临界范围。而利用该制造方法，即可实现一耐冲击装置，并具有以上所述的优点。为使本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例并配合附图做详细说明。·
图I表示本发明一实施例的电流模型示意图；图2A-图2B表示本发明一实施例的耐冲击装置，受到一来自前方冲击的示意图；图3A-图3E表示针对一冲击的数值计算以及模型示意图；图4表示本发明一实施例中冲击模型的参数示意图；图5表示本发明一实施例的装置受到来自一第一面冲击的示意图；图6A-图6C表不本发明一实施例的可挠显不器装置不意图；图7A-图7C表示本发明一实施例的实心显示器装置示意图；图8A-图8C表示本发明一实施例的太阳能板装置示意图；图9表示本发明一实施例的装置受到来自第一面笔尖碰触的示意图；图10表示本发明一实施例的显示器装置的多层结构示意图；图11表示本发明一实施例的太阳能板装置的多层结构示意图；以及图12表示背板构件材料在不同应变率下的应力(σ )对应变(ε )的曲线。主要元件符号说明耐冲击装置I光学层2电子层3可挠薄片构件4背板构件5可变形材料/弹性材料5a微胞5b外壳6实心背板6a第一面保护层7背板层8
冲击9冲击物体9a冲击球体9b第一面10节点11/12弹簧13阻尼14数值模型曲线31 分析模型曲线32耐冲击装置la-lc/lt囊胞2a太阳能板2b显示效果层2d液体2f微粒子2p微泡2m光电传感器2t光电传感器层2s反相电极3c驱动电极3d导电电路3e像素电极3p绝缘材料3i接口 /驱动电子层3s光能20粘着层45曲线121/122/12具体实施例方式下面段落请参阅图I-图4，其中一分析方法为用来帮助评估材料的性质以提供装置需要的确切耐冲击力范围，以下的说明并不限定于本发明的特定模型以及推导，其他的分析、数值或经验上的方法若可提供关于可挠薄片构件及背板构件需要或理想的相似甚至不同的信息，亦均可包含于本发明的范围。一超薄型可挠薄片构件包括一光学层，利用其可挠的特性，能够允许超出平面的相对大幅度的变形。例如一显示器装置，具有包括一光学层的可挠薄片构件，当受到物件冲击时，该冲击能量可通过一较长的凹陷深度来消散，以减少施加于装置内层结构的负担，防止发生损坏。另外，利用一些适当的填充材料，也可将冲击造成的变形分散到一大面积范围，进而减少直接作用在装置中脆弱结构上的负担与冲击。如同先前所述，这些特点均适用于显示器与太阳能板装置。
因为一般显示器通常为实心的，因此不具有太多的空间来容纳受到物体冲击所产生的超出平面的变形量，也就是说，这些冲击能量只能消散于有限的凹陷路径中，容易造成极大的负担和应变。这样剧烈的冲击只能直接穿过显示器层及作用在其表面，且糟糕的是，显示器上经常应用材料均为易脆材料(例如玻璃)，在破损前仅能承受相当有限的应变。在本发明中所公开的显示器装置的一优点为，能够至少降低显示器发生超出平面变形量的限制，并且能够通过导引变形的方式来减少破坏，亦即冲击能量能够被分散到一大面积范围且具有一相对长的凹陷路径(冲击造成的凹陷深度)来消散。使用超薄型显示器时，其超出平面的变形量较不受限制，因为这型的显示器，其所有内层都非常接近中立线，也就是说，当显示器弯折时，这些层内仅会承受和缓的应力及应变，因此，超薄型显示器较能够承受总体上较大的变形，而不会发生材料破坏(例如弹性变形)。在平板理论中，平板的挠曲硬度(flexural rigidity)D,代表该平板挠曲时的硬度，如下所示
权利要求
1.一种耐冲击薄片装置，包括 一光学层; 一电子层，可控制该光学层且形成该光学层的一连接接口 ； 其中该光学层及该电子层组成一可挠薄片构件的至少一部分，且该可挠薄片构件具有一压力临界值σ raitic;al及一拉力临界值ε ^itiral，当未达到该压力临界值σ itic;al及该拉力临界值ε critical时，该光学层与该电子层不会发生破损；以及 一背板构件，以机械性接触的方式设置于该可挠薄片构件的一第二面，该第二面相反于该耐冲击薄片装置的一第一面； 其中，该背板构件包括一可变形材料，具有一临界范围内的一粘滞响应，该临界范围是由来自该第一面的一冲击造成的该压力临界值oraitic;al及该拉力临界值ε raitiMl所定义，该临界范围的上极限定义为，当受到该冲击造成该背板构件变形时，必须使得施加于该可挠薄片构件上的压力要低于该压力临界值oraitic;al ;而下极限的定义则是，该背板构件的变形量要保持在一最大变形量的范围内，以避免该可挠薄片构件因过度延展而超出该拉力临界值ε ttitic;al，藉此能够允许大部分的冲击能量通过该背板构件的该粘滞响应来消散。
2.如权利要求I所述的耐冲击薄片装置，其中该背板构件具有一粘性Π以及一厚度d，且当n /d介于O. 25MPa · s/m_5GPa · s/m时，该粘滞响应在该临界范围内。
3.如权利要求I所述的耐冲击薄片装置，其中该背板构件的粘性介于250Pa · s_5MPa · S。
4.如权利要求I所述的耐冲击薄片装置，其中该背板构件具有一微胞泡棉层。
5.如权利要求I所述的耐冲击薄片装置，其中当该背板构件因受到该冲击而发生的一凹陷深度小于2mm时，该背板构件的杨氏系数会随着该凹陷深度增加而变大。
6.如权利要求I所述的耐冲击薄片装置，其中该耐冲击薄片装置为一显示器装置，其中该电子层用以驱动、控制和/或提供该光学层的一显示效果。
7.如权利要求I所述的耐冲击薄片装置，其中该可挠薄片构件的厚度介于50 μ m-3000 μ m,及该背板构件的厚度介于O. 5mm-2cm。
8.如权利要求I所述的耐冲击薄片装置，其中该可挠薄片构件的厚度介于50 μ m-300 μ m,及该背板构件的厚度介于O. 5mm_6cm。
9.如权利要求I所述的耐冲击薄片装置，其中该耐冲击薄片装置为一太阳能板装置，其中该光学层包括光电太阳能板，且该电子层与该光电太阳能板相连接，并传送该光电太阳能板所产出的电能。
10.如权利要求I所述的耐冲击薄片装置，其中该背板构件的可挠性较该可挠薄片构件为更高。
11.如权利要求I所述的耐冲击薄片装置，其中该背板构件于未变形状态时的弹性系数(E)大小至少较该可挠薄片构件小一个量级。
12.如权利要求I所述的耐冲击薄片装置，其中该可挠薄片构件还包括一第一面保护层及一背板层，其中该光学层与该电子层是设置于该第一面保护层与该背板层之间。
13.如权利要求12所述的耐冲击薄片装置，其中该第一面保护层、该背板层、该光学层、该电子层及该背板构件各自具有相对的弹性系数及厚度并组成一复合层，且该复合层发生变形时的一中立面实质上位于该光学层和/或该电子层中。
14.如权利要求I所述的耐冲击薄片装置，其中该耐冲击薄片装置还包括具有一实心背板的一外壳，该实心背板的弹性系数较该可挠薄片构件至少大一个量级，其中该背板构件设置于该可挠薄片构件与该实心背板之间。
15.如权利要求I所述的耐冲击薄片装置，其中该可挠薄片构件的挠曲硬度介于O.l_50mPa · m3。
16.一种可耐一第一面冲击的装置的制造方法，包括 提供一光学层及一电子层，该电子层可控制该光学层和/或形成该光学层的一连接接口，其中该光学层及该电子层组成一可挠薄片构件的至少一部分； 决定该可挠薄片构件的一压力临界值σ raitic;al与一拉力临界值ε raitic;al，其中当未达到该压力临界值oraitic;al及该拉力临界值eraitic;al时，该光学层与该电子层不会发生破损；选择一背板构件且将该背板构件利用机械性接触的方式设置于该可挠薄片构件的一第二面，该第二面相反于该装置的该第一面； 其中，该背板构件包括一可变形材料，具有一临界范围内的一粘滞响应，该临界范围是由来自该第一面的一冲击造成的该压力临界值σ raitiMl&该拉力临界值ε raitiMl所定义，该临界范围的上极限定义为，当受到该冲击造成该背板构件变形时，必须使得施加于该可挠薄片构件上的压力要低于该压力临界值oraitic;al ;而下极限的定义则是，该背板构件的变形量要保持在一最大变形量的范围内，以避免该可挠薄片构件因过度延展而超出该拉力临界值ε ttitic;al，藉此能够允许大部分的冲击能量通过该背板构件的该粘滞响应来消散。
全文摘要
一种具有光学层的耐冲击装置。该耐冲击装置包括一光学层及一电子层。一可挠薄片构件包括前述光学层及电子层，以及一背板构件利用机械式接触的方式设置于可挠薄片构件的背面。背板构件包括一可变型材料，具有一临界范围内的粘滞响应，其中临界范围是由来自正面的一冲击造成可挠薄片构件的压力临界值以及拉力临界值所定义，当未达到压力临界值及拉力临界值时，前述光学层与电子层不会发生破损。
文档编号H01L31/048GK102903335SQ20121026656
公开日2013年1月30日 申请日期2012年7月30日 优先权日2011年7月29日
发明者L.M.博滕, M.A.J.H.J.谢勒肯斯, E.范维南达尔, H.E.A.休伊特马 申请人:聚合物视象有限公司