CN109311738A - 耐刮擦且光学透明的材料和制品 - Google Patents

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Abstract

公开了一种耐刮擦且光学透明的材料的实施方式，所述材料包含硅、铝、氮和任选的氧。在一个或多个实施方式中，所述材料展现出在400nm波长下小于约1x10‑3的消光系数(k)，在约380nm至约780nm范围中的光学波长区内的约80％或更高的平均透射率，通过厚度为约0.4微米的材料测量。在一个或多个实施方式中，所述材料包含约12GPa或更大的本征最大硬度、低的压缩应力和低的粗糙度(Ra)，所述本征最大硬度通过布氏压头硬度测试沿着约100nm或更深的压痕深度在厚度为约400的材料的主表面上测得。还公开了包含所述材料的制品和装置。

Description

耐刮擦且光学透明的材料和制品
相关申请的交叉参考
本申请根据35U.S.C.§119要求于2016年6月13日提交的系列号为62/349506的美国临时申请的优先权权益，本申请以该申请的内容为基础，并且通过引用的方式全文纳入本文。
背景技术
本公开涉及表现出低光学吸收、高硬度和低压缩应力的材料，更具体地，涉及表现出低光学吸收、高硬度和低压缩应力及可调的压缩应力的包含硅、铝、氮和任选的氧的材料，以及包含所述材料的制品。
人们经常使用盖板制品来保护电子产品内部的关键器件，以提供用于输入和/或显示的用户界面，以及/或者提供许多其他的功能。这些产品包括移动装置，例如智能手机、mp3播放机、笔记本电脑和平板电脑。盖板制品还包括建筑制品、运输制品(例如用于汽车应用、火车、飞行器、船舶等的制品)、家电制品或任何需要一定程度的透明度、耐刮擦性、低应力或其以上性质的组合的制品。这些应用常常需要耐刮擦性和强光学性能特征——就最大光透射率和最小反射率而言。另外，一些盖板应用要求在反射和/或透射中显示或看到的颜色不随视角的改变而显著变化。这是因为，在显示器应用中，如果颜色在反射或透射中随着视角的变化而发生可感知程度的变化，则产品的使用者会感觉到显示器的颜色或亮度发生变化，这会降低显示器的感知质量。在其他应用中，色彩的变化会对美感需求或其他功能需求产生负面影响。
盖板制品的光学性能可通过使用各种抗反射涂层来改善，但是已知的抗反射涂层易受到损耗或磨损。这种磨损会减弱通过抗反射涂层所取得的任何光学性能的改善。例如，光学滤波器经常由折射率不同的多层涂层制得，以及由光学透明的介电材料(例如氧化物、氮化物和氟化物)制得。用于这种光学滤波器的典型的氧化物中的大多数为宽带隙材料，它们不具有用于移动装置、建筑制品、运输制品或家电制品所必需的机械性质，例如硬度。氮化物或类金刚石涂层可展现出高硬度值，但是这些材料不表现出这些应用所需的透射率。
磨损损坏可包括来自对面物体(例如手指)的往复滑动接触。此外，磨损损坏可产生热，这会削弱薄膜材料中的化学键，并对盖板玻璃造成剥落及其他类型的损坏。由于磨损损坏通常比造成刮擦的单一事件经历更长的时间，因此经历了磨损损坏的所设置的涂层材料还会发生氧化，这进一步降低了涂层的耐久性。
已知的抗反射涂层还容易受到刮擦损坏的影响，甚至常比其上设置有这些涂层的下方的基材更容易受到刮擦损坏。在一些情况中，这些刮擦损坏中的很大一部分包括微延展性(microductile)刮擦，其通常包括材料中具有延伸长度且深度在约100nm至约500nm范围内的单一凹槽。微延展性刮擦可伴随其它类型的可见损坏，例如亚表面开裂、摩擦开裂、碎片和/或磨耗。有证据提示这些刮擦和其他可见损坏中的大部分是由在单一接触事件中发生的尖锐接触导致的。盖板基材上一旦出现明显擦痕，制品外观就会变差，因为擦痕使光散射增加，而这可导致显示器上的图像的亮度、清晰度和对比度显著降低。明显的擦痕还会影响包括触敏显示器的制品的精度和可靠性。单一事件刮擦损坏可与磨损损坏形成对比。单一事件刮擦损坏并非由多个接触事件导致，例如来自于坚硬的对面物体(例如沙子、砾石和砂纸)的往复滑动接触，其通常也不会产生热，所述热可削弱薄膜材料中的化学键并导致剥落和其他类型的损坏。另外，单一事件的刮擦通常不会导致氧化或者涉及导致磨损损坏的相同条件，所以，通常用于防止磨损损坏的解决方案可能并不能防止刮擦。再者，已知的刮擦和磨损损坏解决方案往往会使光学性质折衷。
因此，需要新的盖板制品及其制造方法，它们耐刮擦、表现出低的压缩应力值、低的表面粗糙度并且具有改善的光学性能。
发明内容
本公开的第一个方面涉及包含某种组合物的光学透明材料，所述组合物包含硅、铝和氮。在一个或多个实施方式中，所述组合物包含以约25原子％或更少的量存在的硅；铝；约0原子％至约15原子％的量的氧；以及氮。在一个或多个实施方式中，所述组合物包含氧。例如，所述组合物可以包含至少约0.1原子％的氧。在一个或多个实施方式中，所述组合物包含约5原子％至约25原子％的量的硅，约25原子％至约45原子％的量的铝，约0原子％至约15原子％的量的氧，以及约35原子％至约50原子％的量的氮。在一个或多个实施方式中，所述组合物包含约7原子％至约17原子％的量的硅，约33原子％至约43原子％的量的铝，约0原子％至约10原子％的量的氧，以及约40原子％至约50原子％的量的氮。
在一个或多个实施方式中，光学透明材料包含在400nm波长下小于约1x10-3的消光系数(k)，在约380nm至约780nm的光学波长区内的约80％或更高的平均透射率，通过厚度为约2微米的材料测量。在一个或多个实施方式中，所述光学透明材料展现出约12GPa或更大的本征最大硬度(intrinsic maximum hardness)，所述本征最大硬度通过布氏压头硬度测试(Berkovich Indenter Hardness Test)沿着约100nm或更深的压痕深度在厚度为约400nm的材料的主表面上测得。在一个或多个实施方式中，当将光学透明材料设置在基材上时，其展现出可调的压缩应力，所述可调的压缩应力可以在约-1000MPa至约100MPa的范围内(或约-300MPa至约100MPa的范围内)。在一个或多个实施方式中，当在550nm的波长下测量时，光学透明材料包含约2.0或更大的折射率。
在一个或多个实施方式中，光学透明材料包含小于1.5nm的粗糙度(Ra)，通过原子力显微技术在主表面上沿着尺寸为2微米×2微米的成像区测量。
本公开的第二个方面涉及一种制品，所述制品包含：包含主表面的基材以及设置在所述主表面上并形成涂覆表面的光学膜。在一个或多个实施方式中，所述光学膜包含本文所述的光学透明材料。在一个或多个实施方式中，所述基材包含基材透射色坐标(a*基材,b*基材)和基材反射色坐标(a*基材,b*基材)，二者均是在(L*,a*,b*)色度系统中，其是在国际照明委员会的光源下，与法向入射成5度的入射照明角测量的。在一个或多个实施方式中，当在国际照明委员会的光源下以法向入射的入射照明角测量时，所述制品表现出在(L*,a*,b*)色度系统中的透射色坐标，其包含相对于参照点小于约2的参照点色偏，所述参照点包含色坐标(a*＝0,b*＝0)和所述基材的透射色坐标中的一种。在一个或多个实施方式中，当在国际照明委员会的光源下，以与法向入射成5度的入射照明角在涂覆表面测量时，所述制品表现出在(L*,a*,b*)色度系统中的反射色坐标，当在抗反射表面测量时，其表现出相对于参照点小于约5的参照点色偏，所述参照点包含色坐标(a*＝0,b*＝0)、色坐标(a*＝-2,b*＝-2)和所述基材的反射色坐标中的至少一种。当所述参照点是色坐标(a*＝0,b*＝0)时，所述色偏定义为√((a*制品)2+(b*制品)2)。当所述参照点为色坐标(a*＝-2,b*＝-2)时，所述色偏定义为√((a*制品+2)2+(b*制品+2)2)。当所述参照点为所述基材的色坐标时，所述色偏定义为√((a*制品–a*基材)2+(b*制品–b*基材)2)。
在一个或多个实施方式中，光学膜的厚度可以在约200nm至约3微米的范围内。在一个或多个实施方式中，所述制品展现出约12GPa或更大的最大硬度，所述最大硬度通过布氏压头硬度测试沿着约100nm或更深的压痕深度在涂覆表面上测得。在一个或多个实施方式中，所述制品在约380nm至约780nm范围内的光学波长区内展现出在涂覆表面处测得的约8％或更小的单侧平均适光(photopic)反射率。在一个或多个实施方式中，在约6度至约40度范围内的观察角度下，所述制品的单侧平均适光反射率在光学波长区内为约2％或更小。
在一个或多个实施方式中，光学透明材料包含第一层，并且光学膜还包含第二层。在一个实施方式中，将第一层设置在基材的主表面上，并将第二层设置在第一层上。在另一个实施方式中，将第二层设置在基材的主表面上，并将第一层设置在第二层上。在一个或多个实施方式中，第一层或第二层包含在约0.4微米至约3微米范围内的厚度。
在一个或多个实施方式中，所述光学透明材料包含的折射率大于第二层的折射率，并且其中，光学膜包含交替的多个第一层和第二层。
在一些实施方式中，所述基材包含约60GPa或更大的杨氏模量。一个或多个实施方式的基材可包含无定形基材或晶体基材。示例性的无定形基材包括玻璃，诸如钠钙玻璃、碱金属硅铝酸盐玻璃、含碱金属的硼硅酸盐玻璃和碱金属铝硼硅酸盐玻璃。在一些实施方式中，所述基材是强化玻璃，其包含压缩应力(CS)层，该压缩应力(CS)层从强化玻璃的表面延伸到约10μm或更深的压缩深度，且具有至少200MPa的表面CS。
本公开的第三个方面涉及一种装置，所述装置包含具有前表面、后表面和侧表面的壳体；至少部分位于所述壳体内的电子部件；位于所述壳体的前表面或与所述壳体的前表面相邻的显示器；以及设置在所述显示器上方的盖板制品。所述盖板制品可以包括本文所述的制品。
在以下的具体实施方式中给出了其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下具体实施方式、权利要求书以及附图在内的本文所述的各个实施方式而被认识。
应理解，前面的一般性描述和以下的具体实施方式都仅仅是示例性的，并且旨在提供用于理解权利要求的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了一个或多个实施方式，并与说明书一起用来解释各个实施方式的原理和操作。
附图说明
图1是一个或多个实施方式的制品的侧视图；
图2是一个或多个特定实施方式的制品的侧视图；
图3是一个或多个实施方式的装置的前视图；
图4是例示了一个或多个实施方式的光学透明材料的硬度和杨氏模量的图；
图5是例示了光学透明材料的各个实施方式的粗糙度(Ra)的图；以及
图6是例示了硬度测量值随压痕深度的变化关系的图。
具体实施方式
下面将具体参考各个实施方式。
本公开的第一个方面涉及一种光学透明材料，其表现出高硬度，在约380nm至约780nm范围中的光学波长区内具有高透射率，以及在约400nm的波长下具有低的光吸收性。在一个或多个实施方式中，所述光学透明材料还表现出低的表面粗糙度和低的压缩应力(当形成于某一表面上时)。
在一个或多个实施方式中，所述光学透明材料包含一种组合物，所述组合物包含硅、铝和氮。在一个或多个实施方式中，所述组合物包含氧。
根据一个或多个实施方式所述的光学透明材料的组成可以包含约25原子％或更低量的硅。在一些实施方式中，在所述组合物中的硅的量可以在以下范围内：约5原子％至约25原子％、约6原子％至约25原子％、约8原子％至约25原子％、约10原子％至约25原子％、约12原子％至约25原子％、约14原子％至约25原子％、约5原子％至约24原子％、约5原子％至约22原子％、约5原子％至约20原子％、约5原子％至约18原子％、约5原子％至约16原子％、约5原子％至约14原子％、约5原子％至约25原子％、或约7原子％至约17原子％。
根据一个或多个实施方式所述的光学透明材料的组成可以包含一定量的铝。在一个或多个实施方式中，所述组合物包含以下范围内的铝：约25原子％至约45原子％、约26原子％至约45原子％、约28原子％至约45原子％、约30原子％至约45原子％、约32原子％至约45原子％、约34原子％至约45原子％、约36原子％至约45原子％、约38原子％至约45原子％、约40原子％至约45原子％、约25原子％至约44原子％、约25原子％至约42原子％、约25原子％至约40原子％、约25原子％至约38原子％、约25原子％至约36原子％、约25原子％至约34原子％、约32原子％至约44原子％、或约33原子％至约43原子％。
根据一个或多个实施方式所述的光学透明材料的组成可以包含一定量的氮。在一个或多个实施方式中，所述组合物包含以下范围内的氮：约35原子％至约50原子％、约36原子％至约50原子％、约38原子％至约50原子％、约40原子％至约50原子％、约42原子％至约50原子％、约44原子％至约50原子％、约46原子％至约50原子％、约35原子％至约48原子％、约35原子％至约46原子％、约35原子％至约44原子％、约35原子％至约50原子％、约35原子％至约50原子％、约35原子％至约50原子％、或约35原子％至约50原子％。
根据一个或多个实施方式，所述光学透明材料的组成可以包含氧。在一些实施方式中，氧的量大于约0.1原子％。在一些实施方式中，氧的量可以小于或等于约15原子％。在一个或多个实施方式中，所述组合物包含以下范围内的量的氧：约0原子％至约15原子％、约0原子％至约14原子％、约0原子％至约12原子％、约0原子％至约10原子％、约0原子％至约8原子％、约0.1原子％至约15原子％、约0.5原子％至约15原子％、约1原子％至约15原子％、约2原子％至约15原子％、约4原子％至约15原子％、约5原子％至约15原子％、约6原子％至约15原子％、或约7原子％至约15原子％。
在一个或多个实施方式中，所述光学透明材料表现出低吸收。例如，在一个或多个实施方式中，所述光学透明材料包含消光系数(k)，当相对于1微米或2微米的光学透明材料的厚度测量时，所述消光系数(k)在400nm波长下为小于约1x10-3、或小于约1x10-4。在一些实施方式中，在该厚度下，在300nm或400nm波长下的消光系数(k)为约9x10-4或更低、约8x10-4或更低、约7x10-4或更低、约6x10-4或更低、约5x10-4或更低、约4x10-4或更低、约3x10-4或更低、约2x10-4或更低、约1x10-4或更低、约9x10-5或更低、约8x10-5或更低、约7x10-5或更低、约6x10-5或更低、或者约5x10-5或更低。
在一个或多个实施方式中，当相对于1微米或2微米的光学透明材料的厚度测量时，所述光学透明材料表现出高的透射率。例如，所述光学透明材料在约380nm至约780nm范围中(“光学波长区”)的光学波长区内表现出约80％或更高的平均透射率。在一个或多个实施方式中，所述光学透明材料在整个光学波长区内表现出约82％或更高、约84％或更高、约86％或更高、约88％或更高、约90％或更高、约92％或更高、约94％或更高、约95％或更高、或者约96％或更高的平均透射率，并且其是相对于1微米的厚度测量的。
在一个或多个实施方式中，当在材料表面上测量时，所述光学透明材料表现出低的反射率。例如，所述光学透明材料在光学波长区域内表现出约15％或更低的平均反射率。在一个或多个实施方式中，所述光学透明材料在整个光学波长区内表现出平均反射率为约20％或更低、约18％或更低、约16％或更低、约15％或更低、约14％或更低、约12％或更低、约10％或更低、约8％或更低、约6％或更低、约5％或更低、约4％或更低、约3％或更低、约2％或更低、约1％或更低、或者约0.5％或更低。
如本文所用，术语“透射率”定义为在给定波长范围内，透过材料(例如光学透明材料、制品、基材或其部分)的入射光功率的百分比。类似地，术语“反射率”定义为在给定波长范围内，从表面(例如，光学透明材料、制品、基材或其部分的表面)反射的入射光功率的百分比。透射率和反射率用特定的线宽测得。在一个或多个实施方式中，表征透射率和反射率的光谱分辨率小于5nm或0.02eV。
可对光学透明材料(以及包含所述材料的制品)的硬度进行描述，所述硬度通过布氏压头硬度测试测得。在一个或多个实施方式中，所述光学透明材料展现出约12GPa或更大的本征最大硬度，所述本征最大硬度通过布氏压头硬度测试沿着约100nm或更深的压痕深度在厚度为400nm纳米、500纳米、1微米或2微米的材料的主表面上测得。本征最大硬度意为材料自身的硬度，而不考虑材料可以设置在其上的位于下方的任何基材或表面。
如本文所用，“布氏压头硬度测试(Berkovich Indenter Hardness Test)”包括利用金刚石布氏硬度计压头对表面进行压刻，从而在材料表面上测量材料的硬度。布氏压头硬度测试包括利用金刚石布氏硬度计压头对材料的主表面或制品的涂覆表面122(或本文所述的各层中的任何一层或多层的表面)进行压刻以形成指定的压痕深度(或者受测试的材料的整个厚度，取更小者)的压痕，并沿着鉴定的整个压痕深度范围或该压痕深度的一个经鉴定的区段(例如在约100nm至约600nm的范围内)，从该压痕测量最大硬度，使用以下文献中列出的方法来测量：Oliver,W.C.；Pharr,G.M.的《一种使用负荷和位移传感压痕实验确定硬度和弹性模量的改进技术》(An improved technique for determining hardnessand elastic modulus using load and displacement sensing indentationexperiments)J.Mater.Res.,第7卷,第6期,1992,1564-1583；和Oliver,W.C.；Pharr,G.M.的《利用仪器压痕测量硬度和弹性模量：理解的进展和方法的改进》(Measurement ofHardness and Elastic Modulus by Instrument Indentation:Advances inUnderstanding and Refinements to Methodology)J.Mater.Res.，第19卷，第1期，2004，3-20。如本文所用，硬度是指最大硬度而不是指平均硬度。相应地，图6例示了本征最大硬度或最大硬度根据压痕深度的变化关系。在图6中，每条曲线例示了沿着大于50nm或大于100nm的压痕深度，最大硬度为12GPa。虽然硬度沿着压痕范围在更深的压痕深度处减小，但是测得的最大硬度为12GPa或更高、15GPa或更高、或者甚至是16GPa或更高。
在一个或多个实施方式中，当通过x射线衍射和透射电子显微技术(TEM)测量时，所述光学透明材料具有基本上是无定形的结构。在一个或多个实施方式中，当通过TEM图像沿着1微米的厚度测量时，所述光学透明材料具有非柱状(noncolumnar)形态。
在一个或多个实施方式中，所述光学透明材料包含约-1000MPa至约100MPa的压缩应力。在一个或多个实施方式中，所述光学透明材料包含以下范围内的压缩应力：约-1000MPa至约100MPa、约-900MPa至约100MPa、约-800MPa至约100MPa、约-700MPa至约100MPa、约-600MPa至约100MPa、约-500MPa至约100MPa、约-400MPa至约100MPa、约-300MPa至约100MPa、约-200MPa至约100MPa、约-100MPa至约100MPa、或约-50MPa至约50MPa。为了确定光学透明材料的压缩应力，将1微米厚的材料层设置在基材上，并且在形成该层之前和之后，使用轮廓仪测量下方基材的曲率。使用真空沉积技术形成所述层。其上设置有光学透明材料的基材的厚度为约1mm，并且长度和宽度尺寸为5cm×5cm。
在一个或多个实施方式中，当在550nm的波长下测量时，光学透明材料包含约2.0或更大的折射率。在一些实施方式中，当在550nm的波长下测量时，所述折射率可以为约2.05或更大、2.1或更大、2.15或更大或者2.2或更大。
一个或多个实施方式的光学透明材料包含小于1.5nm的本征粗糙度(Ra)。所述本征粗糙度通过使用真空沉积技术形成厚度为0.4微米或更大的光学透明材料的层，然后使用原子力显微技术(AFM)沿着尺寸为2微米×2微米的成像区域在该层的主表面上测量粗糙度来测量。在一个或多个实施方式中，所述光学透明材料包含约1.2nm或更小、1nm或更小、或者0.8nm或更小的本征粗糙度(Ra)。
参考图1，本公开的第二个方面涉及一种制品100，其包含基材110，以及设置在所述基材上的光学膜120。基材110包含相对的主表面112、114和相对的次表面116、118。光学膜120在图1中显示为设置在第一相对主表面112上；但是，除了设置于第一相对主表面112上之外，或者不同于设置在第一相对主表面112上，光学膜120也可设置在第二相对主表面114和/或各相对的次表面中的一个或两个次表面上。光学膜120形成涂覆表面122。
光学膜120的厚度可以为约400nm或更厚，且仍然能够提供展现本文所述的光学性能的制品。在一些实例中，光学膜120的厚度可以在约400nm至约5μm的范围内(例如约400nm至约5μm、约500nm至约5μm、约600nm至约5μm、约800nm至约5μm、约1μm至约5μm、约1.2μm至约5μm、约1.4μm至约5μm、约1.5μm至约5μm、约1.6μm至约5μm、约1.8μm至约5μm、约2μm至约5μm)。
光学膜120包含本文所述的光学透明材料的一个或多个实施方式。光学透明材料可以作为离散层存在于光学膜120中。术语“层”可包括单一层，或者可包括一个或多个亚层。这些亚层可彼此直接接触。这些亚层可由相同材料或者两种或更多种不同材料形成。在一个或多个替代性实施方式中，这些亚层之间可设置有不同材料的居间层。在一个或多个实施方式中，层可包括一个或多个毗邻且不间断的层以及/或者一个或多个不连续的间断层(即，由彼此相邻形成的具有不同材料的层)。层或亚层可通过本领域已知的任何方法形成，包括离散沉积(discrete deposition)或连续沉积法。在一个或多个实施方式中，层可仅利用连续沉积法形成，或替代性地，仅利用离散沉积法来形成。
本文所用的术语“设置”包括利用本领域已知的任何方法将材料涂覆、沉积和/或形成到表面上。设置的材料可构成本文所定义的层。词语“设置在……上”包括以下情形：将材料形成到表面上，以使材料直接接触表面，还包括以下情形：使材料在表面上形成，并且在设置的材料与表面之间有一种或多种居间材料。居间材料可构成本文所定义的层。
在一个或多个实施方式中，光学膜120可包括第二层132。在一个或多个实施方式中，第二层可包含与第一层不同的材料。可以将第一层130直接设置在基材的主表面112上(没有任何居间层)，并且可以将第二层132设置在第一层130上。在一个或多个实施方式中，可以将第二层132直接设置在基材的主表面112上(没有任何居间层)，并且可以将第一层130设置在第二层132上。
如图2所示，光学膜120可包含第一层130和第二层132的交替层。在一个或多个实施方式中，第二层可以由与第一层不同的材料形成。在一些实施方式中，第二层的折射率可以小于光学透明材料形成的第一层的折射率。用于第二层的合适的材料的实例包括SiO2、Al2O3、GeO2、SiO、AlOxNy、SiOxNy、SiuAlvOx、SiuAlvOxNy、MgO、MgAl2O4、MgF2、BaF2、CaF2、DyF3、YbF3、YF3和CeF3。可将用于第二层的材料(例如，在诸如Al2O3和MgAl2O4这样的材料中)的含氮量降到最低。
在一个或多个实施方式中，第一层和第二层中的至少一个层可包括特定的光学厚度范围。如本文所用，术语“光学厚度”通过(n*d)确定，其中，“n”是指层的折射率，并且“d”是指层的物理厚度。在一个或多个实施方式中，第一层和第二层中的至少一个层可包含约2nm至约200nm、约10nm至约100nm、约15nm至约100nm、约15至约500nm、或约15至约5000nm范围内的光学厚度。在一些实施方式中，光学膜120中的所有层都可各自具有约2nm至约200nm、约10nm至约100nm、约15nm至约100nm、约15至约500nm、或约15至约5000nm范围内的光学厚度。在一些情况中，光学膜120的至少一个层具有约50nm或更厚的光学厚度。在一些情况中，第一层中的每一层都具有约2nm至约200nm、约10nm至约100nm、约15nm至约100nm、约15至约500nm、或约15至约5000nm范围内的光学厚度。在其他情况中，第二层中的每一层都具有约2nm至约200nm、约10nm至约100nm、约15nm至约100nm、约15至约500nm、或约15至约5000nm范围内的光学厚度。
在一些实施方式中，可将光学膜120的一个或多个层的厚度降到最小。在一个或多个实施方式中，将第一层的厚度降到最小，以使它们小于约500nm。
在一些实施方式中，可将第二层的厚度或体积量降到最小。无意受限于理论，当第二层具有比第一层更低的折射率时，第二层通常也由硬度较低的材料形成，这是因为原子键合和电子密度的特性会同时影响折射率和硬度，所以使第二层的材料最少化能够在保持如本文所述的反射率和色彩性能的同时使光学膜和制品的硬度最大化。表述为相对于光学涂层的物理厚度的比例，第二层占光学膜的物理厚度的比例可小于约60％、小于约50％、小于约40％、小于约30％、小于约20％、小于约10％、或小于约5％。
可对光学膜120和制品100的硬度进行描述，所述硬度通过布氏压头硬度测试测得。通常，在对比下方基材更硬的膜进行的纳米压痕测试方法(例如通过使用布氏硬度计压头)中，由于在浅的压痕深度处形成了塑性区，因此所测得的硬度可能在最初显示为增加，然后增加并在更深的压痕深度处达到最大值或平台期。随后，由于下方基材的影响，硬度在更深的压痕深度处开始下降。在所使用的基材相比于膜具有增加的硬度的情况下，可以看到相同的效应；但是，由于下方基材的影响，硬度在更深的压痕深度处增加。
可对压痕深度范围和在某压痕深度范围内的硬度值进行选择，以确定如本文所述的光学膜结构及其层的具体硬度响应，而不受下方基材的影响。当利用布氏硬度计压头对光学膜结构(当设置于基材上时)的硬度进行测量时，材料的永久变形区域(塑性区)与材料的硬度相关联。在压刻过程中，弹性应力场的范围延伸大大超出该永久变形区域。随着压痕深度的增加，表观硬度和模量受到应力场与下方基材相互作用的影响。基材对硬度的影响发生在更深的压痕深度处(即，通常是在大于光学膜结构或层厚度的约10％的深度处)。另外，另一种复杂情况是硬度响应需要某个最小负荷以在压刻过程中形成完全的塑性。在达到该确定的最小负荷前，硬度显示出大体递增的趋势。
在浅的压痕深度处(也可被表征为小负荷)(例如不超过约50nm)，材料的表观硬度出现相对于压痕深度急剧增加。该较小的压痕深度区域不代表硬度的真实度量，而是反映出如上文所述的塑性区的形成，其与硬度计压头的有限曲率半径有关。在中间压痕深度处，表观硬度接近最大水平。在更深的压痕深度处，随着压痕深度的增加，基材的影响变得更加显著。一旦压痕深度超过光学膜结构厚度或层厚度的约30％，硬度就会开始急剧减小。
在一些实施方式中，光学膜120可展现出约8GPa或更大、约10GPa或更大、或者约12GPa或更大(例如14GPa或更大、16GPa或更大、18GPa或更大、20GPa或更大)的本征最大硬度。光学膜120的本征最大硬度可以为最高至约20GPa或30GPa。当通过布氏压头硬度测试在涂覆的表面122上测量时，包括光学膜120以及本文所述的任何附加涂层的制品100展现出以下硬度：约5GPa或更大、约8GPa或更大、约10GPa或更大或者约12GPa或更大(例如14GPa或更大、16GPa或更大、18GPa或更大、20GPa或更大)。光学膜120和/或制品100可沿着约50nm或更深、或者约100nm或更深的压痕深度(例如约100nm至约300nm、约100nm至约400nm、约100nm至约500nm、约100nm至约600nm、约200nm至约300nm、约200nm至约400nm、约200nm至约500nm、或者约200nm至约600nm的压痕深度)展现出这些测得的硬度值。在一个或多个实施方式中，所述制品展现出的硬度大于基材的硬度(所述基材的硬度可在与涂覆表面相对的表面上测得)。与上述光学膜本征最大硬度相关的光学膜厚度可以在约200纳米至约2微米的范围内。
在一个或多个实施方式中，当通过x射线衍射和透射电子显微技术(TEM)测量时，所述光学膜120具有基本上是无定形的结构。在一个或多个实施方式中，当通过TEM图像沿着1微米的厚度测量时，所述光学膜120具有非柱状形态。
在一个或多个实施方式中，所述制品的光学膜120包含约-1000MPa至约100MPa的压缩应力。在一个或多个实施方式中，所述光学膜包含以下范围内的压缩应力：约-1000MPa至约100MPa、约-900MPa至约100MPa、约-800MPa至约100MPa、约-700MPa至约100MPa、约-600MPa至约100MPa、约-500MPa至约100MPa、约-400MPa至约100MPa、约-300MPa至约100MPa、约-200MPa至约100MPa、约-100MPa至约100MPa、或约-50MPa至约50MPa。以与上文关于光学透明材料所述的相同方式测量光学膜的压缩应力，但是测量的是光学膜形成之前和之后，制品的基材110的曲率半径。
本公开的一个方面涉及在反射和/或透射时呈无色的制品，即使在光源下以不同入射照明角度进行观察时也如此。在一个或多个实施方式中，制品在参照照明角与任何在本文提供的范围内的入射照明角之间展现出约5或更小或者约2或更小的反射和/或透射的角色偏。如本文所用，词语“色偏”(角度或参照点)是指在CIEL*,a*,b*色度系统下，反射和/或透射中a*和b*的变化。应当理解的是，除非另有说明，否则本文所述的制品的L*坐标在任何角度或参照点下都是相同的，并且不会影响色偏。例如，角色偏可使用下式来确定：√((a*2-a*1)2+(b*2-b*1)2)，其中，a*1和b*1表示当以入射参照照明角(可包括法向入射)进行观察时制品的a*和b*坐标，而a*2和b*2表示当以入射照明角进行观察时制品的a*和b*坐标，前提是入射照明角与参照照明角不同，且在一些情况中，入射照明角与参照照明角相差至少约1度、2度或约5度。在一些情况中，当在光源下从相对于参照照明角的各种入射照明角进行观察时，制品展现出约10或更小(例如，5或更小、4或更小、3或更小、或者2或更小)的反射和/或透射的角色偏。在一些情况中，反射和/或透射的角色偏约为1.9或更小、1.8或更小、1.7或更小、1.6或更小、1.5或更小、1.4或更小、1.3或更小、1.2或更小、1.1或更小、1或更小、0.9或更小、0.8或更小、0.7或更小、0.6或更小、0.5或更小、0.4或更小、0.3或更小、0.2或更小、或者0.1或更小。在一些实施方式中，角色偏可以为约0。光源可包括CIE确定的标准光源，包括A光源(代表钨丝照明设备)、B光源(日光模拟光源)、C光源(日光模拟光源)、D系列光源(代表自然日光)和F系列光源(代表各种类型的荧光照明设备)。在一些特定的实例中，当在CIE F2、F10、F11、F12或D65光源下，或更具体而言，在CIE F2光源下，从相对于参照照明角的入射照明角进行观察时，制品展现出约2或更小的反射和/或透射的角色偏。
参照照明角可包括法向入射(即约0度至约10度)、或与法向入射成5度、与法向入射成10度、与法向入射成15度、与法向入射成20度、与法向入射成25度、与法向入射成30度、与法向入射成35度、与法向入射成40度、与法向入射成50度、与法向入射成55度、或者与法向入射成60度，前提是参照照明角之间的差异以及入射照明角与参照照明角之间的差异为至少约1度、2度或约5度。相对于参照照明角，入射照明角偏离参照照明角的角度可在以下范围以及它们之间的所有范围和子范围内：约5度至约80度、约5度至约70度、约5度至约65度、约5度至约60度、约5度至约55度、约5度至约50度、约5度至约45度、约5度至约40度、约5度至约35度、约5度至约30度、约5度至约25度、约5度至约20度、约5度至约15度。当参照照明角为法向入射时，制品可在约2度至约80度(或约10度至约80度、或约20度至约80度)范围内的所有入射照明角下以及沿着上述入射照明角展现出本文所述的反射和/或透射的角色偏。在一些实施方式中，当入射照明角与参照照明角之间的差异为至少约1度、2度或约5度时，制品可在约2度至约80度(或约10度至约80度、或约20度至约80度)范围内的所有入射照明角下以及沿着上述入射照明角展现出本文所述的反射和/或透射的角色偏。在一个实例中，制品可在偏离与法向入射相等的参照照明角约2度至约60度、约5度至约60度、或约10度至约60度范围内的任意入射照明角下展现出5或更小(例如4或更小、3或更小、或者约2或更小)的反射和/或透射的角色偏。在其他实例中，当参照照明角为10度且入射照明角是偏离参照照明角约12度至约60度、约15度至约60度、或约20度至约60度范围内的任意角度时，制品可展现出5或更小(例如4或更小、3或更小、或约2或更小)的反射和/或透射的角色偏。
在一些实施方式中，角色偏可在参照照明角(例如法向入射)与入射照明角之间为约20度至约80度范围内的所有角度下测量。换言之，可在约0度至20度、约0度至约30度、约0度至约40度、约0度至约50度、约0度至约60度、或者约0度至约80度范围内的所有角度下测量角色偏，且测得的角色偏可小于约5或小于约2。
在一个或多个实施方式中，制品在反射和/或透射时展现出CIE L*,a*,b*色度系统中的色彩，以使在光源[可包括CIE确定的标准光源，包括A光源(代表钨丝照明设备)、B光源(日光模拟光源)、C光源(日光模拟光源)、D系列光源(代表自然日光)和F系列光源(代表各种类型的荧光照明设备)]下的透射色或反射坐标相对于参照点的距离或参照点色偏小于约5或小于约2。在一些特定的实例中，当在CIE F2、F10、F11、F12或D65光源下，或更具体而言，在CIE F2光源下，以相对于参照照明角的入射照明角进行观察时，制品展现出约2或更小的反射和/或透射的色偏。换言之，制品可展现出在具有如本文所定义的相对于参照点的参照点色偏小于约2的涂覆表面122上测得的透射色(或透射色坐标)和/或反射色(或反射色坐标)。除非另有说明，否则透射色或透射色坐标是在制品的两个表面上测得的，所述两个表面包括制品的涂覆表面122和相对的裸露表面(即114)。除非另有说明，仅在制品的涂覆表面122上测量反射色或反射色坐标。然而，可使用双表面测量(来自制品两侧的反射都包括在内)或单表面测量(只测量来自制品的涂覆表面122的反射)中的任一种，在制品的涂覆表面122和制品的相对侧(即图1中的主表面144)上测量本文所述的反射色或反射色坐标。
在一个或多个实施方式中，参照点可以是CIE L*a*b*色度系统中的原点(0,0)(或色坐标a*＝0,b*＝0)、坐标(a*＝-2,b*＝-2)或基材的透射或反射色坐标。应当理解的是，除非另有说明，否则本文所述的制品的L*坐标与参照点相同，并且不会影响色偏。在制品的参照点色偏是相对于基材来定义的情况中，将制品的透射色坐标与基材的透射色坐标进行比较，并且将制品的反射色坐标与基材的反射色坐标进行比较。
在一个或多个特定的实施方式中，透射色和/或反射色的参照点色偏可小于1或甚至小于0.5。在一个或多个特定的实施方式中，透射色和/或反射色的参照点色偏可以是1.8、1.6、1.4、1.2、0.8、0.6、0.4、0.2、0以及它们之间的所有范围和子范围。在参照点为色坐标a*＝0,b*＝0的情况下，参照点色偏通过下式计算：参照点色偏＝√((a*制品)2+(b*制品)2)。
在参照点为色坐标a*＝-2,b*＝-2的情况下，参照点色偏由下式计算：参照点色偏＝√((a*制品+2)2+(b*制品+2)2)。
在参照点为基材的色坐标的情况下，参照点色偏由下式计算：参照点色偏＝√((a*制品–a*基材)2+(b*制品–b*基材)2)。
在一些实施方式中，制品可展现出一定的透射色(或透射色坐标)和反射色(或反射色坐标)，使得当参照点为基材的色坐标、色坐标a*＝0,b*＝0和坐标a*＝-2,b*＝-2中的任一个时，参照点色偏小于2。
在一个或多个实施方式中，在约0至约60度(或约0度至约40度、或约0度至约30度)范围内的所有入射照明角下，制品在CIE L*,a*,b*色度系统中可以表现出反射中的b*值(仅在涂覆表面处测量)在约-5至约1、约-5至约0、约-4至约1、或约-4至约0的范围内。
在一个或多个实施方式中，在约0至约60度(或约0度至约40度、或约0度至约30度)范围内的所有入射照明角下，制品在CIE L*,a*,b*色度系统中可以表现出透射中的b*值(其在制品的涂覆表面和相对的裸露表面处测得)小于约2(或约为1.8或更小、约1.6或更小、1.5或更小、1.4或更小、1.2或更小、或者约1或更小)。透射中的b*值的下限可为约-5。
在一些实施方式中，在光源D65、A和F2下，在约0度至约60度的入射照明角下，制品(在涂覆表面和相对的裸露表面处)展现出透射中的a*值在约-1.5至约1.5的范围内(例如-1.5至-1.2、-1.5至-1、-1.2至1.2、-1至1、-1至0.5、或-1至0)。在一些实施方式中，在光源D65、A和F2下，在约0度至约60度的入射照明角下，制品(在涂覆表面和相对的裸露表面处)展现出透射中的b*值在约-1.5至约1.5的范围内(例如-1.5至-1.2、-1.5至-1、-1.2至1.2、-1至1、-1至0.5、或-1至0)。
在一些实施方式中，在光源D65、A和F2下，在约5度至约60度的入射照明角下，制品(仅在涂覆表面处)表现出反射中的a*值在约-5至约2的范围内(例如-4.5至1.5、-3至0、-2.5至0.25)。在一些实施方式中，在光源D65、A和F2下，在约5度至约60度的入射照明角下，制品(仅在涂覆表面处)展现出反射中的b*值在约-7至约0的范围内。
一个或多个实施方式的制品在光学波长区内可以展现出约80％或更高的平均透射率。在一个或多个实施方式中，所述制品在整个光学波长区内表现出约82％或更高、约84％或更高、约86％或更高、约88％或更高、约90％或更高、约92％或更高、约94％或更高、约95％或更高、或者约96％或更高的平均透射率。
在一个或多个实施方式中，所述制品展现出低的平均反射率。例如，所述制品在光学波长区内可以展现出约15％或更低的平均反射率(例如约20％或更低、约18％或更低、约16％或更低、约15％或更低、约14％或更低、约12％或更低、约10％或更低、约8％或更低、约6％或更低、约5％或更低、约4％或更低、约3％或更低、约2％或更低、约1％或更低、或者约0.5％或更低)。
在一些实施方式中，这些平均反射率和平均透射率数值可以是总反射率或总透射率(将涂覆表面122和相对的主表面114上的反射率或透射率均考虑进去)。在一些实施方式中，所记录的制品的平均反射率可以是制品的平均单侧反射率，其仅在涂覆表面122上测量(而不将相对的表面考虑进去)。除非另有说明，否则平均反射率是与法线成5度的入射照明角下测量的，并且平均透射率是在法向入射下测量的。
基材
基材110可包含无机材料，且可包含无定形基材、晶体基材或它们的组合。基材110可由人工材料和/或天然材料(例如石英和聚合物)形成。例如，在一些情况中，基材110可被鉴定为有机物且具体来说可以是聚合物。合适的聚合物的实例包括但不限于：热塑性材料，包括聚苯乙烯(PS)(包括苯乙烯共聚物和掺混物)；聚碳酸酯(PC)(包括共聚物和掺混物)；聚酯(包括共聚物和掺混物，包括聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯共聚物)；聚烯烃(PO)和环聚烯烃(环-PO)；聚氯乙烯(PVC)；丙烯酸类聚合物，包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(包括共聚物和掺混物)；热塑性氨基甲酸酯(TPU)；聚醚酰亚胺(PEI)以及这些聚合物相互之间的掺混物。其他示例性聚合物包括环氧树脂、苯乙烯类树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂和有机硅树脂。
在一些特定的实施方式中，基材110可具体排除聚合物、塑料和/或金属基材。基材可被表征为含碱金属的基材(即，该基材包含一种或多种碱金属)。在一个或多个实施方式中，基材展现出约1.45至约1.55范围内的折射率。在一些特定的实施方式中，基材110可在一个或多个相对主表面上的表面处展现出平均断裂应变，该平均断裂应变为0.5％或更大、0.6％或更大、0.7％或更大、0.8％或更大、0.9％或更大、1％或更大、1.1％或更大、1.2％或更大、1.3％或更大、1.4％或更大、1.5％或更大或者甚至是2％或更大，利用环上球测试(ball-on-ring testing)使用至少5个、至少10个、至少15个或至少20个样品进行测量。在一些特定的实施方式中，基材110可在一个或多个相对主表面上的表面处展现出平均断裂应变，该平均断裂应变为约1.2％、约1.4％、约1.6％、约1.8％、约2.2％、约2.4％、约2.6％、约2.8％、或约3％或更大。
合适的基材110可展现出约30GPa至约120GPa的弹性模量(或杨氏模量)。在一些情况中，基材的弹性模量可在以下范围以及它们之间的所有范围和子范围内：约30GPa至约110GPa、约30GPa至约100GPa、约30GPa至约90GPa、约30GPa至约80GPa、约30GPa至约70GPa、约40GPa至约120GPa、约50GPa至约120GPa、约60GPa至约120GPa、约70GPa至约120GPa。
在一个或多个实施方式中，无定形基材可包含玻璃，该玻璃可以是经过强化的或未经过强化的。合适的玻璃的实例包括钠钙玻璃、碱金属硅铝酸盐玻璃、含碱金属的硼硅酸盐玻璃和碱金属铝硼硅酸盐玻璃。在一些变化形式中，玻璃可以不含氧化锂。在一个或多个替代性的实施方式中，基材110可以包含结晶基材，例如玻璃陶瓷基材(其可以是经过强化的或未经过强化的)，或者可包含单晶结构，例如蓝宝石。在一个或多个具体的实施方式中，基材110包括无定形基底(例如玻璃)和晶体包层(例如蓝宝石层、多晶氧化铝层和/或尖晶石(MgAl2O4)层)。
一个或多个实施方式的基材110的硬度可小于制品的硬度(所述硬度由本文所述的布氏压头硬度测试测得)。基材的硬度可使用本领域已知的方法测量，包括但不限于布氏压头硬度测试或维氏硬度测试。
基材110可基本上是平面的或片状的，但其他实施方式可使用弯曲的或者经过其他方式成形或造形的基材。基材110可基本上是光学澄清的、透明的和不发生光散射的。在这些实施方式中，基材在光学波长区内可表现出约85％或更高、约86％或更高、约87％或更高、约88％或更高、约89％或更高、约90％或更高、约91％或更高或者约92％或更高的平均光透射率。在一个或多个替代性的实施方式中，基材110可以是不透明的或者在光学波长区内展现出小于约10％、小于约9％、小于约8％、小于约7％、小于约6％、小于约5％、小于约4％、小于约3％、小于约2％、小于约1％、或者小于约0％的平均光透射率。在一些实施方式中，这些光反射率和透射率数值可以是总反射率或总透射率(将基材的两个主表面上的反射率或透射率考虑进去)，或者可以是在基材的单侧上观察到的(即，仅在抗反射表面122上观察而不考虑相对的表面)。除非另有说明，否则平均反射率或透射率是在0度的入射照明角下测得的(但是，这些测量结果也可在45度或60度的入射照明角下提供)。基材110可以任选地展现出颜色，例如白色、黑色、红色、蓝色、绿色、黄色、橙色等。
另外或替代地，出于美观和/或功能原因，基材110的物理厚度可沿着其一个或多个尺寸变化。例如，基材110的边缘可以比更靠近基材110中心的区域厚。基材110的长度、宽度和物理厚度尺寸也可根据制品100的应用或用途而变化。
基材110可采用各种不同的方法来提供。例如，当基材110包含无定形基材(例如玻璃)时，各种成形方法可包括浮法玻璃方法和下拉法，例如熔合拉制法和狭缝拉制法。
基材110一旦形成就可对其进行强化以形成强化基材。如本文所用，术语“强化基材”可指已经经过化学强化的基材，例如通过将基材表面中较小的离子离子交换成较大的离子来进行化学强化。然而，也可利用本领域已知的其他强化方法来形成强化基材，例如热回火，或者利用基材各部分之间的热膨胀系数错配来产生压缩应力区和中心张力区。
可以基于中心张力(CT)、表面压缩应力(CS)和层深度(DOC)这些参数对强化程度进行量化。强化基材具体包含CS层(具有表面CS值)，其从第一主表面112和第二主表面114中的一者或两者延伸到DOC。CT层或CT区从DOC延伸到基材的中心部分。如本文所用，DOC表示基材内的应力从压缩应力变为拉伸应力处的深度。在DOC处，应力从正应力(压缩应力)转化为负应力(拉伸应力)并因此表现出为零的应力值。
但是，在本说明书中，基材的CS以正值或绝对值表示，即，如本文所述，CS＝|CS。
通过表面应力计(FSM)，使用商购仪器，例如日本折原实业有限公司[OriharaIndustrial Co.,Ltd.(Japan)]制造的FSM-6000，来测量压缩应力(包括表面CS)。表面应力测量依赖于应力光学系数(SOC)的精确测量，而应力光学系数与玻璃的双折射相关。进而根据ASTM标准C770-16中所述的方案C(玻璃盘方法)，题为“Standard Test Method forMeasurement of Glass Stress-Optical Coefficient”[《测量玻璃应力-光学系数的标准测试方法》]来测量SOC，其全文通过引用结合入本文。
DOC和CT值使用本领域已知的散射光偏振光镜(SCALP)技术测量。
在一个实施方式中，强化基材110的表面CS可以为250MPa或更大、300MPa或更大、例如,400MPa或更大、450MPa或更大、500MPa或更大、550MPa或更大、600MPa或更大、650MPa或更大、700MPa或更大、750MPa或更大、或者800MPa或更大。强化基材的DOC可以为10μm或更大、15μm或更大、20μm或更大(例如，25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm或更大)，并且/或者CT可以为10MPa或更大、20MPa或更大、30MPa或更大、40MPa或更大(例如，42MPa、45MPa或者50MPa或更大)，但小于100MPa(例如95、90、85、80、75、70、65、60、55MPa或更小)。在一个或多个具体的实施方式中，强化基材具有以下一项或多项：大于500MPa的表面CS、大于15μm的DOC和大于18MPa的CT。
可用于基材的示例性玻璃可以包含碱金属硅铝酸盐玻璃组合物或碱金属铝硼硅酸盐玻璃组合物，但是也可考虑其他玻璃组合物。这些玻璃组合物能够通过离子交换法来进行化学强化。一种示例性玻璃组合物包含SiO2、B2O3和Na2O，其中，(SiO2+B2O3)≥66摩尔％，并且Na2O≥9摩尔％。在一个实施方式中，玻璃组合物包含至少6重量％的氧化铝。在另一个实施方式中，基材包含具有一种或多种碱土金属氧化物的玻璃组合物，以使碱土金属氧化物的含量为至少5重量％。在一些实施方式中，合适的玻璃组合物还包含K2O、MgO和CaO中的至少一种。在一个具体的实施方式中，用于基材的玻璃组合物可包含61-75摩尔％的SiO2；7-15摩尔％的Al2O3；0-12摩尔％的B2O3；9-21摩尔％的Na2O；0-4摩尔％的K2O；0-7摩尔％的MgO；以及0-3摩尔％的CaO。
另一种适用于基材的示例性玻璃组合物包含：60-70摩尔％SiO2；6-14摩尔％Al2O3；0-15摩尔％B2O3；0-15摩尔％Li2O；0-20摩尔％Na2O；0-10摩尔％K2O；0-8摩尔％MgO；0-10摩尔％CaO；0-5摩尔％ZrO2；0-1摩尔％SnO2；0-1摩尔％CeO2；小于50ppm的As2O3；以及小于50ppm的Sb2O3；其中12摩尔％≤(Li2O+Na2O+K2O)≤20摩尔％且0摩尔％≤(MgO+CaO)≤10摩尔％。
另一种适用于基材的示例性玻璃组合物包含：63.5-66.5摩尔％SiO2；8-12摩尔％Al2O3；0-3摩尔％B2O3；0-5摩尔％Li2O；8-18摩尔％Na2O；0-5摩尔％K2O；1-7摩尔％MgO；0-2.5摩尔％CaO；0-3摩尔％ZrO2；0.05-0.25摩尔％SnO2；0.05-0.5摩尔％CeO2；小于50ppm的As2O3；以及小于50ppm的Sb2O3；其中14摩尔％≤(Li2O+Na2O+K2O)≤18摩尔％且2摩尔％≤(MgO+CaO)≤7摩尔％。
在一个具体的实施方式中，适用于基材的碱金属硅铝酸盐玻璃组合物包含氧化铝、至少一种碱金属，且在一些实施方式中包含大于50摩尔％的SiO2，在其他实施方式中包含至少58摩尔％的SiO2，而在另一些实施方式中包含至少60摩尔％的SiO2，其中，(Al2O3+B2O3)/∑改性剂(即改性剂的总量)的比值＞1，在该比值中，组分以摩尔％计且改性剂是碱金属氧化物。在一些具体的实施方式中，该玻璃组合物包含：58-72摩尔％SiO2；9-17摩尔％Al2O3；2-12摩尔％B2O3；8-16摩尔％Na2O；和0-4摩尔％K2O，其中，(Al2O3+B2O3)/∑改性剂(即改性剂的总量)的比值＞1。
在另一个实施方式中，基材可以包含：含有以下物质的碱金属硅铝酸盐玻璃组合物：64-68摩尔％SiO2；12-16摩尔％Na2O；8-12摩尔％Al2O3；0-3摩尔％B2O3；2-5摩尔％K2O；4-6摩尔％MgO；和0-5摩尔％CaO，其中：66摩尔％？SiO2+B2O3+CaO？69摩尔％；Na2O+K2O+B2O3+MgO+CaO+SrO>10摩尔％；5摩尔％？MgO+CaO+SrO？8摩尔％；(Na2O+B2O3)-Al2O3？2摩尔％；2摩尔％？Na2O-Al2O3？6摩尔％；且4摩尔％？(Na2O+K2O)-Al2O3？10摩尔％。
在一个替代性实施方式中，基材可以包含：含有以下物质的碱金属硅铝酸盐玻璃组合物：2摩尔％或更高的Al2O3和/或ZrO2，或者4摩尔％或更高的Al2O3和/或ZrO2。
在基材110包括晶体基材的情况下，所述基材可包括单晶，所述单晶可包括Al2O3。这种单晶基材被称作蓝宝石。适用于晶体基材的其他材料包括多晶氧化铝层和/或尖晶石(MgAl2O4)。
任选地，晶体基材110可包括玻璃陶瓷基材，其可以是经过强化的或未经过强化的。合适的玻璃陶瓷的实例可包括Li2O-Al2O3-SiO2体系(即LAS体系)的玻璃陶瓷、MgO-Al2O3-SiO2体系(即MAS体系)的玻璃陶瓷、和/或包含主晶相，且主晶相包含β-石英固溶体、β-锂辉石固溶体、堇青石和二硅酸锂的玻璃陶瓷。玻璃陶瓷基材可利用本文所述的化学强化工艺进行强化。在一个或多个实施方式中，MAS体系的玻璃陶瓷基材可以在Li2SO4熔融盐中强化，由此可发生2Li+对Mg2+的交换。
根据一个或多个实施方式，基材110可具有约100μm至约5mm的物理厚度。示例性基材110的物理厚度在约100μm至约500μm的范围内(例如100、200、300、400或500μm)。另一个示例性基材110的物理厚度在约500μm至约1000μm的范围内(例如500、600、700、800、900或1000μm)。基材110的物理厚度可以大于约1mm(例如约2、3、4或5mm)。在一个或多个具体的实施方式中，基材110的物理厚度可以是2mm或更小或者小于1mm。基材110可经过酸抛光，或者以其他方式处理，以消除或减少表面缺陷的影响。
在一个或多个实施方式中，所述基材可以具有基材透射色坐标(a*基材,b*基材)和基材反射色坐标(a*基材,b*基材)，其中，基材透射色坐标和基材反射色坐标在(L*,a*,b*)色度系统中，并且是在国际照明委员会的光源下，与法向入射成5度的入射照明角下测量的。如上所述，这些数值可以用于计算制品的参照点色偏。
本公开的第三个方面涉及包含本文所述的制品的装置。例如，所述装置可包括：包含显示器或需要强化的薄玻璃的任何装置。在一个或多个实施方式中，所述装置为电子设备，其可包括移动装置，例如，手机、笔记本电脑、平板电脑、mp3播放器、导航装置等；或固定装置，例如，计算机、电子显示器、车载信息/娱乐系统中、广告牌、销售点系统、导航系统等。在一些实施方式中，本文所述的制品100可被包含到建筑制品(墙、固定装置、面板、窗等)、运输制品(例如，汽车应用、火车、飞行器、船舶等中的装配玻璃的表面或内表面)、电器(例如，清洗器、干燥器、洗碗机、冰箱等)，或要求具备一些抗断裂性的任何制品中。
如图3所示，电子装置1000可包括本文所述的一个或多个实施方式的制品100。装置1000包括壳体1020，其具有前表面1040、后表面1060和侧表面1080；电子部件(未示出)，其至少部分或完全位于所述壳体内并且至少包括控制器、存储器，和显示器1120，其位于所述壳体的前表面处或与前表面相邻。制品100显示为设置在所述壳体的前表面处或上方的盖板，从而其位于显示器1120上方。在一些实施方式中，所述制品可以用作后盖板。
实施例
通过以下实施例进一步阐述各个实施方式。
实施例1-22
实施例1-22包括光学透明材料的各单层，所述光学透明材料包含具有各种量的硅、铝、氧和氮的组合物。在AJA工业公司(AJA-Industries)提供的真空室中，利用物理气相沉积工艺在厚度为1mm的化学强化的碱金属硅铝酸盐玻璃基材上形成各层。表1提供了针对各个实施例1-22的沉积条件、得到的厚度(nm)和生长速率(GR)(nm/秒)。使用铝源(靶)的DC反应性溅射结合硅源(靶)的RF溅射来形成各层。靶为3"直径的硅和3"直径的铝。存在两种铝钯(均是使用DC激发)，以及一种硅靶，其使用RF激发。反应性气体为氮气和氧气，“工作”(或惰性)气体为氩气。提供给硅的功率(单位为瓦特)为13.56Mhz的射频(RF)。提供给铝的功率为DC(单位为瓦特)。
表2示出了测得的折射率数值(n)(在550nm的波长下)，消光系数值(k)(在400nm的波长下以及还在300nm的波长下)，根据2微米×2微米的成像区的Ra粗糙度(通过AFM测量)，压缩应力(如本文所述进行测量)，以及最大硬度(通过布氏压头硬度测试测量到100nm深或更深处)。表3示出了硅、铝、氧和氮的组成，以原子％计。
表1：用于实施例1-22的沉积条件
表2：实施例1-22的性能
表3：实施例1-22的组成。
如上所示，实施例8和22展现出低的压缩应力和低的Ra粗糙度。
实施例23-27
实施例23-27是光学透明材料的各单层，所述光学透明材料包含具有硅、铝、氧和氮的组合物，其中硅的量从实施例23至实施例27增加。使用实施例1-22的物理气相沉积工艺和真空室，在相同的基材上形成各层。使用铝源或靶(其是单个铝靶)的DC反应性溅射结合RF(称为“RF叠加DC”)，以及使用硅源或靶的RF激发来形成各层。靶为3"直径的硅和3"直径的铝。反应性气体为氮气和氧气，“工作”(或惰性)气体为氩气。提供给硅的功率(单位为瓦特)为13.56Mhz的射频(RF)。提供给铝的功率为DC(单位为瓦特)。
表4示出了各个实施例23-27的沉积条件。图4在左边的轴上示出了硬度(GPa)并在右边的轴上示出了比值E/H[杨氏模量(单位为GPa)/硬度(单位为GPa)]，二者均随着提供给硅靶的功率(单位为瓦特)的变化而变化。表5示出了各个实施例23-27所测得的硬度、杨氏模量、E/H、厚度(nm)、折射率(在550nm波长下)、在400nm波长下以及300nm波长下的消光系数、和压缩应力(Pa)。
表4：实施例23-27的沉积条件
表5：实施例23-27的硬度(H)(GPa)、杨氏模量(E)(GPa)、H/E、厚度(nm)、折射率(n)(在550nm波长下)、在400nm波长下和300nm波长下的消光系数(k)、以及膜应力(MPa)。
实施例27-42
实施例28-43是包含各种组合物的材料的各单层。使用与实施例23-27相同的物理气相沉积工艺和真空室形成各层。使用铝源(其是单个铝靶)的DC反应性溅射结合RF(称为“RF叠加DC”)，以及使用硅源或靶的RF激发来形成各层。靶为3"直径的硅和3"直径的铝。反应性气体为氮气和氧气，“工作”(或惰性)气体为氩气。提供给硅的功率(单位为瓦特)为13.56Mhz的射频(RF)。提供给铝的功率为DC(单位为瓦特)。
表6示出了各个实施例28-43的沉积条件。图5示出了各个样品的粗糙度(Ra)。
表6：实施例28-43的沉积条件。
对本领域的技术人员而言，显而易见的是可以对本发明进行各种修改和变动而不偏离本发明的范围或精神。例如，变化形式可以包括以下实施方式。
实施方式1：一种光学透明材料，其包含：
包含硅、铝和氮的组合物；
在400nm波长下小于约1x10-3的消光系数(k)，在约380nm至约780nm范围中的光学波长区内的约80％或更高的平均透射率，其通过厚度为约2微米的材料测量；
约12GPa或更大的本征最大硬度，其通过布氏压头硬度测试沿着约100nm或更深的压痕深度在厚度为约400nm的材料的主表面上测得。
实施方式2：如实施方式1所述的光学透明材料，其中，所述组合物还包含氧。
实施方式3：如实施方式1或实施方式2所述的光学透明材料，其中，当将所述材料设置在基材上时，所述材料包含约-1000MPa至约100MPa的压缩应力。
实施方式4：如实施方式3所述的光学透明材料，其中，所述压缩应力在约-300MPa至约100MPa的范围内。
实施方式5：如前述实施方式中任一个所述的光学透明材料，其中，所述材料包含约2.0或更大的折射率，所述折射率在550nm的波长下测得。
实施方式6：如前述实施方式中任一个所述的光学透明材料，其中，所述材料包含小于1.5nm的粗糙度(Ra)，所述粗糙度(Ra)通过原子力显微技术在主表面上沿着尺寸为2微米×2微米的成像区测量。
实施方式7：一种光学透明材料，其包含：
包含硅、铝、氧和氮的组合物，其中，硅存在的量为约25原子％或更少，氧存在的量在约0原子％至约15原子％的范围内；
在约380nm至约780nm范围中的光学波长区内的约80％或更高的平均透射率，其通过厚度为2微米的材料测得；
约12GPa或更大的本征最大硬度，其通过布氏压头硬度测试沿着约100nm或更深的压痕深度在厚度为约400nm的材料的主表面上测得。
实施方式8：如实施方式7所述的光学透明材料，其中，所述组合物包含约5原子％至约25原子％的量的硅，约25原子％至约45原子％的量的铝，约0原子％至约15原子％的量的氧，以及约35原子％至约50原子％的量的氮。
实施方式9：如实施方式7所述的光学透明材料，其中，所述组合物包含约7原子％至约17原子％的量的硅，约33原子％至约43原子％的量的铝，约0原子％至约10原子％的量的氧，以及约40原子％至约50原子％的量的氮。
实施方式10：如实施方式7-9中任一个所述的材料，其中，所述组合物包含至少约0.1原子％的氧。
实施方式11：如实施方式7-10中任一个所述的光学透明材料，其中，当将所述材料设置在基材上时，所述材料包含约-1000MPa至约100MPa的压缩应力。
实施方式12：如实施方式7-11中任一个所述的光学透明材料，其中，所述材料包含小于约1x10-3的400nm波长下的消光系数(k)，其通过厚度为约400nm的材料测得。
实施方式13：如实施方式7-12中任一个所述的光学透明材料，其中，所述材料包含约2.0或更大的折射率，所述折射率在550nm的波长下测得。
实施方式14：如实施方式7-13中任一个所述的光学透明材料，其中，所述材料包含小于1.5nm的粗糙度(Ra)，所述粗糙度(Ra)通过原子力显微技术在主表面上沿着尺寸为2微米×2微米的成像区测得。
实施方式15：一种制品，所述制品包括：
基材，所述基材包含主表面、基材透射色坐标(a*基材,b*基材)和基材反射色坐标(a*基材,b*基材)，其中，基材透射色坐标和基材反射色坐标在(L*,a*,b*)色度系统中，并且是在国际照明委员会的光源下，与法向入射成5度的入射照明角下测量的；和
厚度在约200nm至约3微米范围内的光学膜，其被设置在主表面上以形成涂覆表面，所述光学膜包含：含有硅、铝和氮的光学透明材料，并且
其中，所述制品展现出约12GPa或更大的最大硬度，所述最大硬度通过布氏压头硬度测试沿着约100nm或更深的压痕深度在涂覆表面上测得；
其中，所述制品在约380nm至约780nm范围中的光学波长区内展现出约8％或更小的单侧平均适光反射率，所述单侧平均适光反射率在所述涂覆表面处测得，且所述制品展现出下述中的任意一项或两项：
当在国际照明委员会的光源下以法向入射的入射照明角测量时，制品的透射色坐标在(L*,a*,b*)色度系统中，其包含相对于参照点小于约2的参照点色偏，所述参照点包含色坐标(a*＝0,b*＝0)和所述基材的透射色坐标中的一种，和
当在国际照明委员会的光源下，以与法向入射成5度的入射照明角在涂覆表面处测量时，制品的反射色坐标在(L*,a*,b*)色度系统中，当在抗反射表面测量时，其表现出相对于参照点小于约5的参照点色偏，所述参照点包含色坐标(a*＝0,b*＝0)、色坐标(a*＝-2,b*＝-2)和所述基材的反射色坐标中的至少一种，
其中，当所述参照点是色坐标(a*＝0,b*＝0)时，所述色偏定义为√((a*制品)2+(b*制品)2)，
其中，当所述参照点为色坐标(a*＝-2,b*＝-2)时，所述色偏定义为√((a*制品+2)2+(b*制品+2)2)，并且
其中，当所述参照点为所述基材的色坐标时，所述色偏定义为√((a*制品–a*基材)2+(b*制品–b*基材)2)。
实施方式16：如实施方式15所述的制品，其中，所述光学透明的材料还包含氧。
实施方式17：如实施方式15或实施方式16所述的制品，其中，所述光学透明材料包含约-1000MPa至约100MPa的压缩应力。
实施方式18：如实施方式15-17中任一个所述的制品，其中，所述光学透明材料包含第一层，并且光学膜还包含第二层。
实施方式19：如实施方式18所述的制品，其中，将第一层设置在基材的主表面上，并将第二层设置在第一层上。
实施方式20：如实施方式18所述的制品，其中，将第二层设置在基材的主表面上，并将第一层设置在第二层上。
实施方式21：如实施方式18所述的制品，其中，透明材料包含的折射率大于第二层的折射率，并且其中，光学膜包含交替的多个第一层和第二层。
实施方式22：如实施方式15-21中任一个所述的制品，其中，在约6度至约40度范围内的观察角度下，所述制品的单侧平均适光反射率在光学波长区内为约2％或更小。
实施方式23：如实施方式15-22中任一个所述的制品，其中，所述基材包含无定形基材或晶体基材。
实施方式24：如实施方式15-23中任一个所述的制品，其中，所述基材包含约60GPa或更大的杨氏模量。
实施方式25：如实施方式15-24中任一个所述的制品，其中，所述无定形基材包含选自下组的玻璃：钠钙玻璃、碱金属硅铝酸盐玻璃、含碱金属的硼硅酸盐玻璃和碱金属铝硼硅酸盐玻璃。
实施方式26：如实施方式25所述的制品，其中，所述玻璃是经过强化的，并且其包含压缩应力(CS)层，该压缩应力(CS)层从强化玻璃的表面延伸到约10μm或更深的压缩深度，且具有至少200MPa的表面CS。
实施方式27：如实施方式15-26中任一个所述的制品，其中，第一层包含约0.4微米至约3微米范围内的厚度。
实施方式28：一种装置，所述装置包括：
具有前表面、后表面和侧表面的壳体；
至少部分位于所述壳体内的电子部件；
位于所述壳体的前表面处或者与所述壳体的前表面相邻的显示器；以及
设置在显示器上方的盖板制品，其中，所述盖板制品包含如实施方式15-27中任一个所述的制品。

Claims (28)

1.一种光学透明材料，其包含：
包含硅、铝和氮的组合物；
在400nm波长下小于约1x10-3的消光系数(k)，在约380nm至约780nm范围中的光学波长区内的约80％或更高的平均透射率，其通过厚度为约2微米的材料测得；
约12GPa或更大的本征最大硬度，其通过布氏压头硬度测试沿着约100nm或更深的压痕深度在厚度为约400nm的材料的主表面上测得。
2.如权利要求1所述的光学透明材料，其中，所述组合物还包含氧。
3.如权利要求1或权利要求2所述的光学透明材料，其中，当将所述材料设置在基材上时，所述材料包含约-1000MPa至约100MPa的压缩应力。
4.如权利要求3所述的光学透明材料，其中，所述压缩应力在约-300MPa至约100MPa的范围内。
5.如前述权利要求中任一项所述的光学透明材料，其中，所述材料包含约2.0或更大的折射率，所述折射率在550nm的波长下测得。
6.如前述权利要求中任一项所述的光学透明材料，其中，所述材料包含小于1.5nm的粗糙度(Ra)，所述粗糙度(Ra)通过原子力显微技术在主表面上沿着尺寸为2微米×2微米的成像区测量。
7.一种光学透明材料，其包含：
包含硅、铝、氧和氮的组合物，其中，硅存在的量为约25原子％或更少，氧的量在约0原子％至约15原子％的范围内；
在约380nm至约780nm范围中的光学波长区内的约80％或更高的平均透射率，其通过厚度为2微米的材料测得；
约12GPa或更大的本征最大硬度，其通过布氏压头硬度测试沿着约100nm或更深的压痕深度在厚度为约400nm的材料的主表面上测得。
8.如权利要求7所述的光学透明材料，其中，所述组合物包含约5原子％至约25原子％的量的硅，约25原子％至约45原子％的量的铝，约0原子％至约15原子％的量的氧，以及约35原子％至约50原子％的量的氮。
9.如权利要求7所述的光学透明材料，其中，所述组合物包含约7原子％至约17原子％的量的硅，约33原子％至约43原子％的量的铝，约0原子％至约10原子％的量的氧，以及约40原子％至约50原子％的量的氮。
10.如权利要求7-9中任一项所述的材料，其中，所述组合物包含至少约0.1原子％的氧。
11.如权利要求7-10中任一项所述的光学透明材料，其中，当将所述材料设置在基材上时，所述材料包含约-1000MPa至约100MPa的压缩应力。
12.如权利要求7-11中任一项所述的光学透明材料，其中，所述材料包含小于约1x10-3的400nm波长下的消光系数(k)，其通过厚度为约400nm的材料测得。
13.如权利要求7-12中任一项所述的光学透明材料，其中，所述材料包含约2.0或更大的折射率，所述折射率在550nm的波长下测得。
14.如权利要求7-13中任一项所述的光学透明材料，其中，所述材料包含小于1.5nm的粗糙度(Ra)，所述粗糙度(Ra)通过原子力显微技术在主表面上沿着尺寸为2微米×2微米的成像区测得。
15.一种制品，所述制品包括：
基材，所述基材包含主表面、基材透射色坐标(a*基材,b*基材)和基材反射色坐标(a*基材,b*基材)，其中，基材透射色坐标和基材反射色坐标在(L*,a*,b*)色度系统中，并且是在国际照明委员会的光源下，与法向入射成5度的入射照明角下测量的；和
厚度在约200nm至约3微米范围内的光学膜，其被设置在主表面上以形成涂覆表面，所述光学膜包含：含有硅、铝和氮的光学透明材料，并且
其中，所述制品展现出约12GPa或更大的最大硬度，所述最大硬度通过布氏压头硬度测试沿着约100nm或更深的压痕深度在涂覆表面上测得；
其中，所述制品在约380nm至约780nm范围中的光学波长区内展现出约8％或更小的单侧平均适光反射率，所述单侧平均适光反射率在所述涂覆表面处测得，且所述制品展现出下述中的任意一项或两项：
当在国际照明委员会的光源下以法向入射的入射照明角测量时，制品的透射色坐标在(L*,a*,b*)色度系统中，其包含相对于参照点小于约2的参照点色偏，所述参照点包含色坐标(a*＝0,b*＝0)和所述基材的透射色坐标中的一种，和
当在国际照明委员会的光源下，以与法向入射成5度的入射照明角在涂覆表面处测量时，制品的反射色坐标在(L*,a*,b*)色度系统中，当在抗反射表面测量时，其表现出相对于参照点小于约5的参照点色偏，所述参照点包含色坐标(a*＝0,b*＝0)、色坐标(a*＝-2,b*＝-2)和所述基材的反射色坐标中的至少一种，
其中，当所述参照点是色坐标(a*＝0,b*＝0)时，所述色偏定义为√((a*制品)2+(b*制品)2)，
其中，当所述参照点为色坐标(a*＝-2,b*＝-2)时，所述色偏定义为√((a*制品+2)2+(b*制品+2)2)，并且
其中，当所述参照点为所述基材的色坐标时，所述色偏定义为√((a*制品–a*基材)2+(b*制品–b*基材)2)。
16.如权利要求15所述的制品，其中，所述光学透明材料还包含氧。
17.如权利要求15或权利要求16所述的制品，其中，所述光学透明材料包含约-1000MPa至约100MPa的压缩应力。
18.如权利要求15-17中任一项所述的制品，其中，所述光学透明材料包含第一层，并且光学膜还包含第二层。
19.如权利要求18所述的制品，其中，将第一层设置在基材的主表面上，并将第二层设置在第一层上。
20.如权利要求18所述的制品，其中，将第二层设置在基材的主表面上，并将第一层设置在第二层上。
21.如权利要求18所述的制品，其中，透明材料包含的折射率大于第二层的折射率，并且其中，光学膜包含交替的多个第一层和第二层。
22.如权利要求15-21中任一项所述的制品，其中，在约6度至约40度范围内的观察角度下，所述制品的单侧平均适光反射率在光学波长区内为约2％或更小。
23.如权利要求15-22中任一项所述的制品，其中，所述基材包含无定形基材或晶体基材。
24.如权利要求15-23中任一项所述的制品，其中，所述基材包含约60GPa或更大的杨氏模量。
25.如权利要求15-24中任一项所述的制品，其中，所述无定形基材包含选自下组的玻璃：钠钙玻璃、碱金属硅铝酸盐玻璃、含碱金属的硼硅酸盐玻璃和碱金属铝硼硅酸盐玻璃。
26.如权利要求25所述的制品，其中，所述玻璃是经过强化的，并且其包含压缩应力(CS)层，该压缩应力(CS)层从强化玻璃的表面延伸到约10μm或更深的压缩深度，且具有至少200MPa的表面CS。
27.如权利要求15-26中任一项所述的制品，其中，第一层包含约0.4微米至约3微米范围内的厚度。
28.一种装置，所述装置包括：
具有前表面、后表面和侧表面的壳体；
至少部分位于所述壳体内的电子部件；
位于所述壳体的前表面处或者与所述壳体的前表面相邻的显示器；以及
设置在显示器上方的盖板制品，其中，所述盖板制品包含如权利要求15-27中任一项所述的制品。
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