CN111834554A - 用于电子设备中玻璃结构的疏油涂层 - Google Patents

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Abstract

一种电子设备，包括在外壳内的电子部件。该部件可包括光学部件，诸如显示器。可使用保护结构来保护该光学部件。该保护结构可包括一个或多个保护透明层，诸如玻璃层或诸如蓝宝石的晶体材料层。该保护透明层可涂覆有疏油涂层。为了提高涂层耐久性，可使用催化剂来帮助键合疏油涂层。诸如硅的氧化物层的粘合增进层可被沉积于透明保护层上。诸如氟化钠层的催化剂层可被沉积于该粘合增进层上。该疏油材料可被蒸镀于或以其他方式沉积于该催化剂层上。热和水分可帮助该疏油材料与该粘合增进层形成化学键合，从而形成耐久的疏油涂层。

Description

用于电子设备中玻璃结构的疏油涂层
相关交叉引用
本专利申请要求2020年4月8日提交的美国专利申请16/843,137以及2019年4月17日提交的美国临时专利申请62/835,371的优先权，这些专利申请据此全文以引用方式并入本文。
技术领域
本文整体涉及涂层，并且更具体地，涉及用于电子设备中玻璃结构的涂层。
背景技术
电子设备诸如蜂窝电话、计算机、手表和其他设备可包含玻璃层或其他透明材料层。例如，电子设备可具有覆盖有透明材料保护层的显示器和相机窗口。
包含透明保护层可有助于防止对诸如显示器和相机组件的电子部件的损坏，但此类层可留存指纹。为了提供具有防污属性的透明保护层，可将疏油涂层添加至保护层的外表面。疏油涂层有助于减少手指接触产生的污迹，但很容易被刮擦。
发明内容
电子设备可包括外壳。电子部件可安装在外壳的内部区域内。电子部件可包括光学部件，诸如显示器、光学传感器和/或发射和/或检测光的其他部件。
保护结构可用于保护光学部件。保护结构可包括一个或多个透明保护层。透明保护层可由玻璃或诸如蓝宝石的晶体材料形成。
为防止指纹污迹，透明保护层可涂覆有疏油涂层。为了提高涂层耐久性，可使用催化剂来帮助键合疏油涂层。在涂层形成期间，诸如硅的氧化物层的粘合增进层可被沉积于透明保护层上。诸如氟化钠层的催化剂层可被沉积于粘合增进层上。疏油材料可被蒸镀于或以其他方式沉积于催化剂层上。当蒸镀的疏油材料存在于催化剂层上时，可施加热和水分，以帮助疏油材料与粘合增进层形成化学键合。这会形成耐久透明的疏油涂层。
附图说明
图1为根据一个实施方案的可包括具有涂层的透明保护层的类型的例示性电子设备的透视图。
图2为根据一个实施方案的其一个电子部件覆盖有具有涂层的透明保护层的电子设备的一部分的横截面侧视图。
图3为示出根据一个实施方案可如何形成疏油涂层的图示。
图4为根据一个实施方案的例示性疏油材料的示意图。
图5为示出根据一个实施方案可如何将疏油材料键合到粘合层的化学图示。
图6为根据一个实施方案的与形成疏油涂层相关联的例示性操作的流程图。
具体实施方式
电子设备和其他物品可设置有光学部件。这些光学部件可包括显示器和光学传感器。例如，电子设备可包括设备正面上的显示器。该显示器可具有用于为用户显示图像的像素阵列。为了保护像素阵列免受损坏，显示器可覆盖有透明保护层诸如玻璃层、蓝宝石层，或充当显示器覆盖层的其他透明材料层。电子设备的其他部分也可包括透明保护结构。例如，透明保护层可形成相机窗口。透明保护层也可与状态指示灯、接近传感器、环境光传感器和其他光学部件重叠。如果需要，可使用玻璃层、晶体材料(诸如蓝宝石)层或其他透明材料层来形成电子设备外壳结构(例如，后外壳壁、侧壁结构等)。
为防止指纹形成污迹，电子设备中由玻璃、蓝宝石或其他晶体材料形成的透明保护层或其他结构可覆盖有疏油涂层。疏油涂层可由含氟聚合物或具有疏油属性的其他材料形成。为确保疏油涂层的耐久性，可使用催化剂涂覆疏油涂层，该催化剂促进透明保护层表面上的疏油涂层与粘合层之间的键合。
一般来讲，任何电子设备结构都可覆盖有疏油涂层。这些结构可包括由玻璃、蓝宝石或其他晶体材料、透明陶瓷、聚合物和/或其他材料形成的结构。疏油涂层可包括一个或多个薄膜层。这些层可包括介电材料(例如，聚合物、无机电介质，诸如氧化物、碳化物、氮化物等)、金属和/或半导体。其中使用薄膜层在诸如玻璃层或晶体材料(诸如蓝宝石)层的透明保护层上形成疏油涂层的例示性布置有时可在本文中描述为示例。透明保护层可覆盖显示器，可充当相机窗口，或可与其他光学部件重叠。
图1中示出了可包括透明保护结构的类型的例示性电子设备。电子设备10可为诸如膝上型计算机的计算设备、包含嵌入式计算机的计算机监视器、平板电脑、蜂窝电话、媒体播放器、或其他手持式或便携式电子设备，诸如腕表设备(例如，带有腕带的腕表)的较小设备、挂式设备、耳机或听筒设备、被嵌入在眼镜中的设备或者佩戴在用户头部的其他设备，或其他可穿戴式或微型设备、电视机、不包含嵌入式计算机的计算机显示器、游戏设备、导航设备、嵌入式系统(诸如其中具有显示器的电子设备被安装在信息亭或汽车中的系统)、实现这些设备中两者或更多者的功能的设备或者其他电子设备。在图1的例示性配置中，设备10是便携式设备，诸如蜂窝电话、媒体播放器、平板电脑，手腕设备，或者其他便携式计算设备。如果需要，其他配置可用于设备10。图1的示例仅为例示性的。
在图1的示例中，设备10包括显示器，诸如显示器14。显示器14可为并入导电电容性触摸传感器电极层或其他触摸传感器部件(例如，电阻性触摸传感器部件、声学触摸传感器部件、基于力的触摸传感器部件、基于光的触摸传感器部件等)的触摸屏显示器或者可为非触敏的显示器。电容触摸屏电极可由氧化铟锡焊盘或者其他透明导电结构的阵列形成。
显示器14可包括由液晶显示器(LCD)部件形成的像素阵列、电泳像素阵列、等离子体像素阵列、有机发光二极管像素或其他发光二极管(诸如由晶体半导体晶片形成的发光二极管)的阵列、电润湿像素阵列，或者基于其他显示器技术的像素。例如，显示器14可以是有机发光二极管显示器或液晶显示器。
设备10可具有外壳诸如外壳12。有时可称为壳体或箱体的外壳12可由塑料、玻璃、陶瓷、纤维复合材料、金属(例如，不锈钢、铝、钛、金等)、其他合适的材料，或者这些材料中任意两者或更多者的组合形成。外壳12可以利用一体式配置形成，在一体式配置中，外壳12的一部分或全部被机加工或模制成单个结构，或者可以利用多个结构(例如，内部框架结构、形成外部外壳表面的一个或多个结构等)形成。电子部件(例如，显示器14的像素阵列、光学传感器、其他光学部件、集成电路、电池等)可安装在外壳12内的内部区域中。
外壳12或耦接到外壳12的结构可包括一个或多个透明部分。例如，外壳12的一部分可由诸如玻璃的透明材料层或诸如蓝宝石或充当显示器覆盖层的其他晶体材料的透明材料层形成。显示器覆盖层可覆盖和保护显示器14和其他重叠光学部件(例如，接近传感器、环境光传感器、相机闪光灯、三维传感器、飞行时间传感器、数字图像传感器等)的像素。显示器14和与显示器14重叠(并且如果需要，与诸如光学传感器的其他光学部件重叠)的透明保护层可形成在设备10的正面F或设备10的其他部分上。
设备10中的其他结构也可由透明材料形成。例如，外壳12在背面R上的部分和/或外壳12的形成延伸于外壳12在正面F上的部分和外壳12在背面R上的部分之间的侧壁W的部分可由玻璃或诸如蓝宝石的晶体材料形成。设备10中的透明结构诸如外壳12的玻璃或蓝宝石部分可包括平面层和具有非平面形状诸如具有弯曲横截面轮廓的形状的透明构件、沿设备10的周边边缘弯曲的透明层、用于相机和其他光学部件的玻璃窗口结构，和/或具有平面和/或弯曲形状的其他玻璃构件。
图2为包含透明结构的例示性设备诸如图1的设备10的一部分的横截面侧视图。如图2所示，设备10可具有安装在设备10的内部区域16内的光学部件，诸如部件18。部件18可以是显示器(例如，像素阵列)、发射和检测光的接近传感器、图像传感器(例如，可见光和/或红外相机)、三维图像传感器、环境光传感器、状态指示灯、相机闪光灯和/或发射和/或检测光的其他部件。部件18可形成在设备10内的内部区域中(例如，在图1的外壳12内的内部区域16中)。外壳12可包括例如后壁结构、侧壁和/或前外壳壁部分(例如，用于显示器的显示器覆盖层)。设备10中的外壳12的透明部分(例如，显示器覆盖层)、相机窗口结构和其他透明保护结构被示为图2的透明保护层(结构)20。
如图2所示，透明保护层20可被粘合增进层(诸如粘合增进层22)覆盖。层22可例如为薄膜层，诸如硅的氧化物薄膜层。疏油涂层24可由化学键合到层22的聚合物层形成。使用硅的氧化物来形成层22可有助于层22良好地粘合到透明保护层20，并且可促进疏油涂层24与层22(以及进而层20)的粘合。疏油层24可为疏油聚合物层，诸如含氟聚合物层。
透明保护层20的厚度可为至少100μm、至少0.5mm、至少1mm、至少2mm、小于4mm、小于3mm或其他合适的厚度。粘合增进层22的厚度可为约2nm-10nm、5nm、5nm-10nm、至少0.005μm、至少0.01μm、至少0.05μm、小于0.3μm、小于0.1μm或其他合适的厚度。疏油层24的厚度可为2nm-100nm、至少0.005μm、至少0.01μm、至少0.1μm、至少1μm、小于5μm、小于2μm、小于0.7μm、小于0.3μm或其他合适的厚度。
当用户触摸设备10的外表面时，疏油涂层24可有助于抵抗指纹，从而防止在透明保护层20上形成污迹。图3示出了用于形成疏油层24的过程。在图3的顶部，示出了已在上部(最外)表面28上执行清洁过程之后的基板20。在表面28被清洁之后，粘合增进层22可如图3的从顶部起第二部分所示进行沉积。然后可在层22上形成催化剂层26，如图3的从顶部起第三部分所示。在例示性布置中，层20为玻璃或诸如蓝宝石的晶体材料。粘合增进层22为薄膜电介质层，诸如促进聚合物与层20的粘合的硅的氧化物层。催化剂层26为催化疏油涂层24和粘合增进层22之间的键合形成的材料。如图3的底部所示，催化剂层26的存在有助于促进键合形成并增强疏油涂层24与粘合增进层22的粘合，从而有助于将疏油涂层24附接到层22和下面的透明保护层20。在例示性配置中，疏油层26为含氟聚合物，并且层26为氟化钠。
图4为用于形成层24的疏油聚合物材料的示意图。如图4所示，疏油材料36可包括疏油聚合物链30和诸如耦联基团34的耦联基团(例如硅烷耦联基团)。耦联基团34形成在聚合物链30的末端，并且有助于将疏油聚合物材料32附接到透明保护层20。疏油聚合物链30可为含氟聚合物链。最初，耦联基团34具有被甲基基团封端的氧原子。在存在水分和热并暴露于层22的表面并且在层22上存在氟化钠或其他催化剂26的情况下，甲基基团被羟基基团取代并开始与来自层22的羟基基团键合。最终，从每个OH-OH基团释放水(氢原子和氧原子对)，形成Si-O-Si化学键，如图5所示。通过这种方式，硅烷耦联基团(以及进而疏油材料36的聚合物链30)被化学键合到粘合增进层22，如图5所示。具体地，来自耦联基团34的大部分或所有硅原子通过相应的氧原子键合到硅的氧化物粘合增进层22中的对应的硅原子上，该硅原子将疏油材料36化学键合到层22的材料。因此，疏油涂层24被牢固地附接到粘合增进层22，并且将比在不存在催化剂层26的情况下形成在层22上的疏油涂层更耐磨损。
形成疏油涂层24所涉及的例示性操作在图6中示出。
在框40的操作期间，透明保护层20被清洁。例如，玻璃层或诸如蓝宝石的晶体材料层被进行机械和化学清洁，之后进行表面处理(例如，离子束表面处理)以活化表面自由基。
清洁后，粘合增进层22可形成于层20的外表面上(并且可任选地被清洁和/或暴露于表面处理)。例如，在框42的操作期间，可通过在真空室中蒸镀来将硅的氧化物层沉积在层20的表面上。硅的氧化物层的厚度可为5nm-10nm、至少1nm、小于50nm或其他合适的厚度。
在框44的操作期间，催化剂层26可沉积在层22的暴露表面上。例如，可将厚度为0.5nm至2nm或其他合适厚度(例如，至少0.1nm、至少0.5nm、至少1nm、小于10nm、小于5nm等)的氟化钠(NaF)层蒸镀到层22上。电子束蒸镀可用于形成层22和沉积催化剂层26(例如)。
在框46的操作期间，疏油材料36(例如，诸如全氟聚醚(PFPE)的含氟聚合物)可在真空室中的坩埚中加热以将材料36蒸镀到层22的催化剂涂覆表面上。真空室的压力可为约2.5*10-2Pa并且包含残余的水分。由于沉积过程的加热，层20和层20上的薄膜结构的温度升高至约20℃-100℃(例如，70℃、50-100℃等)。如结合图5所述，热和水分的施加使得羟基基团形成在耦联基团34上，并且在存在催化剂26的情况下，引发在材料36和粘合增进层22之间形成Si-O-Si键，如图5所示。
在固化和最终处理操作期间发生完全的键合形成(框48)。涂层在以下情况下可固化：1)在室温下(例如，在5天的时间段内)，2)在真空室产生的和/或通过使用加热工具将涂层的温度升高至140℃(或至少100℃、至少120℃，或小于200℃的其他温度)达0.5-24小时后产生的蒸镀温度下，或3)在90％湿度下处于65℃达4小时，或者可使用其他合适的固化布置进行固化。在来自层26的催化剂的存在下的固化过程完成在材料36和层22之间形成全组或几乎全组的Si-O-Si键，从而在粘合增进层22上形成稳健的化学键合疏油层(图2的层24)。
在固化期间(例如，部分地通过固化过程，诸如在固化5-50小时后)，可去除过量的催化剂材料。例如，可将水喷涂到层22上的材料层36上(例如，使用温和清洁剂，用布垫抛光材料36的过量部分)。这有助于从催化剂层26中去除钠，从而防止钠与碳和氧反应而形成致雾材料(例如，有助于防止可能使疏油涂层模糊的Na2CO3的形成)。粘合增进层22可不含大量钠掺杂(例如，层22可为无大量钠掺杂硅的氧化物层，并且因此可包含按重量计小于0.1％的钠，按重量计小于0.01％的钠，和/或按重量计其他合适量的钠)，以帮助减少在层22中而不是层26中使用钠催化剂时可能出现的外观缺陷。喷涂和抛光过程通常将从层26中去除大部分钠并且将在层24中防止雾化。在一些情况下(例如，当不执行清洁操作时)，在形成层24之后可存在残余量的钠。例如，涂层24与层22之间的交界面处的Na/Si的比率可以为0.02-0.5、至少0.01、小于0.8，或其他合适的量。
根据一个实施方案，提供了一种方法，该方法包括将粘合增进层沉积到透明保护层上，将催化剂层沉积到粘合增进层上，将疏油材料沉积到催化剂层上，以及固化疏油材料以形成化学键合到透明保护层的疏油涂层。
根据另一个实施方案，沉积粘合增进层包括将硅的氧化物层沉积到透明保护层上。
根据另一个实施方案，沉积催化剂层包括将氟化钠层沉积到粘合增进层上。
根据另一个实施方案，沉积疏油材料包括沉积含氟聚合物。
根据另一个实施方案，沉积含氟聚合物包括蒸镀全氟聚醚。
根据另一个实施方案，沉积硅的氧化物层包括通过蒸镀来沉积硅的氧化物层，并且沉积氟化钠层包括通过蒸镀来沉积氟化钠层。
根据另一个实施方案，固化包括将疏油材料暴露于水分中。
根据另一个实施方案，固化包括将疏油材料暴露于至少100℃的温度中以形成Si-O-Si化学键。
根据另一个实施方案，该方法包括用水喷涂疏油材料以去除钠。
根据一个实施方案，提供了一种在用于电子设备的透明保护层上形成疏油涂层的方法，该方法包括清洁透明保护层，将硅的氧化物层蒸镀到清洁的透明保护层的表面上，将催化剂层蒸镀到硅的氧化物层上，以及将含氟聚合物沉积到催化剂层上。
根据另一个实施方案，蒸镀催化剂层包括将氟化钠催化剂层蒸镀到硅的氧化物层上。
根据另一个实施方案，沉积含氟聚合物包括将全氟聚醚蒸镀到催化剂层上。
根据另一个实施方案，该方法包括在氟化钠催化剂层的存在下固化沉积的含氟聚合物以将疏油涂层化学键合到透明保护层。
根据另一个实施方案，该含氟聚合物包括硅烷耦联基团。
根据一个实施方案，提供了一种电子设备，该电子设备包括外壳，该外壳具有内部、位于内部的光学部件、与光学部件重叠的透明层、在透明层上的不具有大量钠掺杂的粘合增进层，以及在包含钠的透明层上的疏油涂层。
根据另一个实施方案，在疏油涂层和粘合增进层之间的交界面处钠与硅的比率为0.02-0.5。
根据另一个实施方案，疏油涂层包括全氟聚醚。
根据另一个实施方案，粘合增进层包括硅的氧化物层。
根据另一个实施方案，光学部件包括由透明层重叠的像素阵列，并且透明层包括由玻璃形成的显示器覆盖层。
根据另一个实施方案，透明层包括选自由玻璃和蓝宝石构成的组的材料。
前述内容仅为例示性的并且可对所述实施方案作出各种修改。前述实施方案可独立实施或可以任意组合实施。

Claims (20)

1.一种方法，包括：
将粘合增进层沉积到保护透明层上；
将催化剂层沉积到所述粘合增进层上；
将疏油材料沉积到所述催化剂层上；以及
固化所述疏油材料以形成化学键合到所述保护透明层的疏油涂层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，沉积所述粘合增进层包括将硅的氧化物层沉积到所述保护透明层上。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，沉积所述催化剂层包括将氟化钠层沉积到所述粘合增进层上。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，沉积所述疏油材料包括沉积含氟聚合物。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，沉积所述含氟聚合物包括蒸镀全氟聚醚。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，沉积所述硅的氧化物层包括通过蒸镀来沉积所述硅的氧化物层，并且其中，沉积所述氟化钠层包括通过蒸镀来沉积所述氟化钠层。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述固化包括将所述疏油材料暴露于水分中。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述固化包括将所述疏油材料暴露于至少100℃的温度中以形成Si-O-Si化学键。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述方法还包括用水喷所述疏油材料以去除钠。
10.一种在用于电子设备的透明保护层上形成疏油涂层的方法，包括：
清洁所述透明保护层；
将硅的氧化物层蒸镀到已清洁的透明保护层的表面上；
将催化剂层蒸镀到所述硅的氧化物层上；以及
将含氟聚合物沉积到所述催化剂层上。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，蒸镀所述催化剂层包括将氟化钠催化剂层蒸镀到所述硅的氧化物层上。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，沉积所述含氟聚合物包括将全氟聚醚蒸镀到所述催化剂层上。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述方法还包括在存在所述氟化钠催化剂层的情况下固化已沉积的含氟聚合物，以将所述疏油涂层化学键合至所述透明保护层。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述含氟聚合物包括硅烷耦联基团。
15.一种电子设备，包括：
外壳，所述外壳具有内部；
光学部件，所述光学部件在所述内部中；
透明层，所述透明层与所述光学部件重叠；
粘合增进层，所述粘合增进层不具有大量钠掺杂在所述透明层上；以及
疏油涂层，所述疏油涂层在包含钠的所述透明层上。
16.根据权利要求15所述的电子设备，其中，在所述疏油涂层和所述粘合增进层之间的交界面处的钠与硅的比率为0.02-0.5。
17.根据权利要求16所述的电子设备，其中，所述疏油涂层包括全氟聚醚。
18.根据权利要求17所述的电子设备，其中，所述粘合增进层包括硅的氧化物层。
19.根据权利要求18所述的电子设备，其中，所述光学部件包括与所述透明层重叠的像素阵列，并且其中，所述透明层包括由玻璃形成的显示器覆盖层。
20.根据权利要求18所述的电子设备，其中，所述透明层包括从由玻璃和蓝宝石构成的组中选择的材料。
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