CN112051630A - 具有多层光学膜的浅色耐划痕制品 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施方式涉及具有耐划痕性和改善的光学性质的制品(100)。在一些实施方式中,当在光源下从相对于垂直方向大约0度~大约60度范围内的入射照明角度进行观察时,所述制品具有大约2或更小的色偏。在一种或多种实施方式中,所述制品(100)包含基材(110)和设置在所述基材上的光学膜(120)。所述光学膜包含耐划痕层(140)和光学干涉层(130)。所述光学干涉层(130)可包含一个或多个具有不同折射率的亚层(131)。在一个例子中,所述光学干涉层包含第一低折射率亚层(131a)和第二高折射率亚层(131B)。在一些情况中,所述光学干涉层可包含第三亚层。

Description

具有多层光学膜的浅色耐划痕制品
本发明专利申请是国际申请号为PCT/US2014/055281,国际申请日为2014年9月12日,进入中国国家阶段的申请号为201480062322.7,发明名称为“具有多层光学膜的浅色耐划痕制品”的发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请依据35 U.S.C.§119要求2014年8月7日提交的美国临时申请序列号62/034412、2014年3月18日提交的美国临时申请序列号61/954697和2013年9月13日提交的美国临时申请序列号61/877568的优先权,它们的内容作为本申请的基础,并通过引用全文纳入本文。本申请是2014年4月25日提交的美国申请序列号14/262066的部分继续申请并依据35 U.S.C.§120要求其优先权,美国申请序列号14/262066依据35 U.S.C.§119要求2014年3月18日提交的美国临时申请序列号61/954697和2013年9月13日提交的美国临时申请序列号61/877568以及2013年5月7日提交的美国临时申请序列号61/820407的优先权,它们的内容作为本申请的基础,并通过引用全文纳入本文。
背景
本发明涉及具有保留的光学性质的耐划痕制品,更具体而言,涉及具有高硬度且从不同的入射照明角度观察时具有低色偏(color shift)的制品。
消费电子产品中经常使用盖板和外壳基材来保护产品内部的关键设备,以提供用于输入和/或显示和/或许多其它功能的用户界面。这种消费电子产品包括移动设备,如智能手机、mp3播放机和平板电脑。盖板制品还包括建筑制品、与运输相关的制品、家用电器制品或任何需要一定程度的透明度、耐划痕性、耐磨性或以上性质的组合的制品。这些应用或其它应用还往往需要耐用(例如耐划痕)的盖板和外壳基材,这种基材还具有强光学性能特征。通常,盖板基材包含针对该目的的玻璃;但是也可以使用其它基材。
就强光学性能而言,盖板基材应用中需要尽可能大的透光性和尽可能小的反射性(在一些外壳基材应用中也可能需要这些性能)。另外,盖板基材应用要求在反射和/或透射中显示或看到的色彩不随观察角度(或入射照明角度)的改变而显著变化。这是因为,如果色彩、反射或透射随着观察角度的变化而发生可感知程度的变化,包含盖板玻璃的产品的使用者会感受到显示的色彩或亮度发生变化,这会降低显示的感官质量。在这些变化中,色彩变化往往是最显著的,也是使用者最反感的。
已知的盖板基材包括玻璃和膜的组合,这种组合在恶劣的操作条件下使用后往往会出现各种不同种类的划痕。在一些例子中,这些划痕中的很大一部分是微延展性(microductile)划痕,其通常包括材料中具有延伸长度且深度在大约100nm~大约500nm范围内的单一凹槽。微延展性划痕可伴随其它类型的可见损伤一起出现,例如表面下破裂、摩擦破裂、碎片和/或磨耗。有证据暗示这些划痕和其它可见损伤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,产品外观就会变差,因为擦痕使光散射增强,而这会导致显示图像的亮度、清晰度和对比度显著降低。明显的擦痕还会影响触敏显示器的精度和可靠性。上述的这些划痕和其它可见损伤中的一部分还可能是由多个接触事件(包括往复磨损或磨耗)造成的。这些擦痕,甚至不那么明显的擦痕,都有碍观瞻,并且会影响产品性能。
单一事件划痕损伤可与磨损损伤形成对比。磨损损伤通常是由多个接触事件造成的,例如来自于坚硬对向面的物体的往复滑动接触(例如例如砂子、砾石和砂纸)。磨损损伤会产生热量,这会削弱膜材料中的化学键,给盖板玻璃造成剥落和其他类型的损伤。此外,由于磨损损伤通常比造成擦痕的单一事件经历更长的时间,经历磨损损伤的膜材料还会发生氧化,这进一步降低了膜的耐久性,从而降低玻璃-膜层压件的耐久性。造成擦痕的单一事件与造成磨损损伤的事件一般不涉及相同的条件,因此,通常用于预防磨损损伤的解决方案可能并不能预防盖板基材中的擦痕。而且,已知的刮擦和磨损损伤解决方案还往往影响光学性质。
因此,需要新的盖板基材及其制造方法,所述基材具有对于宽范围的不同类型划痕的耐划痕性、耐磨性且具有良好的光学性能。
发明概述
本发明的一个方面涉及一种制品,该制品包含具有表面的基材和设置在该基材的表面上的光学膜,其形成涂覆表面。一种或多种实施方式的制品具有透射色彩和/或反射,以使当在光源下从相对于垂直入射大约0度~60度范围内的入射照明角度进行观察时透射色坐标和/或反射色坐标具有大约2或更小的色偏或大约0.5或更小的色偏(在涂覆表面处测量)。示例性的光源包括国际照明委员会(“CIE”)F2或CIE F10。
一些实施方式的制品可具有大约8GPa或更大的硬度,如本文所述,该硬度通过布氏压痕硬度测试沿着大约100nm或更深(例如大约100nm~大约300nm、大约100nm~大约400nm、大约100nm~大约500nm、大约100nm~大约600nm)的压痕深度测得。该制品可任选包括设置在光学膜与基材之间,或者设置在光学膜内部的裂纹减轻层。
在一种或多种实施方式中,光学膜包括耐划痕层。该耐划痕层可具有大约8GPa或更大的硬度,该硬度通过布氏压痕硬度测试测得。一些实施方式中的耐划痕层具有大约1.7或更大的折射率。耐划痕层可包括AlN、Si3N4、AlOxNy、SiOxNy、Al2O3、SixCy、SixOyCz、ZrO2、TiOxNy、金刚石、类金刚石碳和SiuAlvOxNy中的一种或多种。
一种或多种实施方式的光学膜包含设置在耐划痕层与基材之间的光学干涉层。该光学干涉层可包含第一低折射率(RI)亚层和第二高RI亚层。第一低RI亚层的折射率与第二高RI亚层的折射率之间的差异可为大约0.01或更大(例如大约0.1或更大、大约0.2或更大、大约0.3或更大、大约0.4或更大)。在一种或多种实施方式中,光学干涉层包含多个亚层组(例如不超过大约10个亚层组),其可包含第一低RI亚层和第二高RI亚层。第一低RI亚层可包括SiO2、Al2O3、GeO2、SiO、AlOxNy、SiOxNy、SiuAlvOxNy、MgO、MgF2、BaF2、CaF2、DyF3、YbF3、YF3和CeF3中的一种或多种。第二高RI亚层可包括SiuAlvOxNy、Ta2O5、Nb2O5、AlN、Si3N4、AlOxNy、SiOxNy、HfO2、TiO2、ZrO2、Y2O3、Al2O3和MoO3中的至少一种。
在一些情况中,光学干涉层包含第三亚层。第三亚层可设置在多个亚层组与耐划痕层之间。或者,第三亚层可设置在基材与多个亚层组之间。在一种或多种实施方式中,第三亚层组的RI可在第一低RI亚层的折射率与第二高RI亚层的折射率之间。一些实施方式的光学膜可包含设置在耐划痕层上的盖层。
光学干涉层的第一低RI亚层和/或第二高RI亚层可具有大约2nm~200nm的光学厚度(n*d)。光学干涉层可具有大约800nm或更薄的厚度。
在一些实施方式中,光学干涉层在光学波长区内具有大约0.5%或更小的平均反光率。在一些实施方式中,制品在光学波长区内具有平均振幅为大约5个百分点或更小的平均透射率或平均反射率。
一种或多种实施方式的基材可包含无定形基材或晶体基材。无定形基材可包含选自钠钙玻璃、碱金属铝硅酸盐玻璃、含碱金属的硼硅酸盐玻璃和碱金属铝硼硅酸盐玻璃的玻璃。玻璃可选地经过化学强化并且/或者可包含压缩应力(CS)层,在经过化学强化的玻璃中,压缩应力(CS)层从经过化学强化的玻璃的表面延伸至一个层深度(DOL)处,所述压缩应力层具有至少为250MPa的表面CS。这种基材的DOL可至少为大约10μm。
本发明的制品可包括具有显示器的制品(或显示器制品)(例如消费电子产品,包括手机、平板电脑、电脑、导航系统及类似物)、建筑制品、运输制品(例如汽车、火车、飞机、船舶等)、家用电器制品或任何需要一定程度的透明度、耐划痕性、耐磨性或以上性质的组合的制品。
其他特征和优点将在以下详细描述中予以说明。本领域技术人员通过该描述很容易理解其他特征和优点,或者通过实施本文所述和附图所示的实施方式获得认识。
应理解,前面的一般性描述和以下的详细描述都仅仅是示例性的,用来提供理解权利要求的性质和特性的总体评述或框架。所附附图提供了对本发明的进一步理解,附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图说明了一种或多种实施方式,并与说明书一起用来解释各种实施方式的原理和操作。
附图的简要说明
图1是已知的基材和耐划痕材料的实施方式的示意图;
图2是包含单层干涉层的已知制品的示意图;
图3是图2所示制品的反射谱;
图4是显示基于图3所示的反射谱的算得的a*和b*色偏范围的图线;
图5是一种或多种实施方式的制品的示意图;
图6是图5所示制品的更详细的示意图;
图7是根据建模实施例1算得的制品的反射谱,所述制品具有包含三个亚层组的光学干涉层;
图8是显示建模实施例1的算得的a*和b*色偏范围的图线;
图9是建模实施例2的制品的示意图;
图10是建模实施例2的制品的算得的反射谱;
图11是显示建模实施例2的算得的a*和b*色偏范围的图线;
图12是建模实施例3的制品的示意图;
图13是建模实施例3的制品的算得的反射谱;
图14是显示建模实施例3的算得的a*和b*色偏范围的图线;
图15是建模实施例4的制品的示意图;
图16是建模实施例4的制品的算得的反射谱;
图17是显示建模实施例4的算得的a*和b*色偏范围的图线;
图18是建模实施例5的制品的示意图;
图19是建模实施例5的制品的算得的反射谱;
图20是建模实施例6的制品的示意图;
图21是建模实施例6的制品的算得的反射谱;
图22是建模实施例7的制品的示意图;
图23是建模实施例7的制品的算得的反射谱;
图24是建模实施例8的制品的示意图;
图25是建模实施例8的制品的算得的反射谱;
图26是显示建模实施例6~8的算得的a*和b*色偏范围的图线;
图27是建模实施例9的制品的示意图;
图28是建模实施例9的制品的算得的反射谱;
图29显示了根据实施例10~11和比较例12的制品所测的透射谱;
图30显示了实施例10~11和裸露玻璃在不同入射照明角度下测得的反射色坐标;
图31显示了实施例10~11在5度入射照明角下测得的透射光色坐标;以及
图32是建模实施例13的制品的示意图。
发明详述
下面将详细说明各种实施方式,这些实施方式的例子在附图中示出。只要可能,在附图中使用相同的附图标记表示相同或相似的组件。
例如AlN、Si3N4、AlOxNy和SiOxNy的已知的耐划痕材料具有例如在大约1.7~大约2.1的范围内的高折射率。包含耐划痕材料的常规基材有玻璃和塑料基材。玻璃和塑料通常具有大约1.45~大约1.65范围内的折射率。耐划痕材料与基材的这种折射率差异会造成不希望的光学干涉效应。当耐划痕材料具有大约0.05~10微米范围内的物理厚度时,这些不希望的光学干涉效应会更加明显。耐划痕材料/空气界面10(如图1所示)的反射波与耐划痕材料/基材界面20(如图1所示)的反射波之间的光学干涉会导致光谱反射率振荡,该振荡在耐划痕材料30(以及/或者耐划痕材料30与基材40的组合)中产生明显的色彩,特别是在反射中。由于光谱反射率振荡随着入射照明角度发生偏移,因此反射中的色彩也随视角发生偏移。观察到的色彩和色彩随入射照明角度的偏移常常引起设备使用者的厌恶或反感,特别是在具有尖锐谱特征的照明下,例如荧光照明和一些LED照明。
通过使界面10和/或界面20处的反射率降到最低,可以减少观察到的色彩和色偏,从而减小整个制品的反射率振荡和反射色偏。对于耐划痕材料,降低耐划痕材料/基材界面20处的反射率往往最为可行,并同时保持耐划痕材料/空气界面10的高耐久性或耐划痕性。减小反射率的各种方法包括在耐划痕材料/基材界面20处采用单一光学干涉层(如图2所示)或折射率单调渐变的层。然而,这种方法常常在各种光源下表现出透射谱和/或反射谱的大幅振荡。在图2所示的制品中包含单层干涉层。该制品包括碱金属铝硼硅酸盐玻璃基材10、物理厚度为大约80纳米(nm)的Al2O3单层干涉层50、物理厚度为大约2000nm的SiuAlvOxNy耐划痕层30和物理厚度为大约10nm的SiO2层60。图3显示了图2所示制品的模拟反射谱。该谱在光学波长区内显示出振荡,振幅在大约3.5个百分点(例如在大约520nm~540nm波长范围内具有大约8.5%的低反射率和大约12%的峰值反射率)至大约8个百分点(例如,在约400nm~410nm波长处具有大约6.5%的低反射率和大约14.5%的峰值反射率)的范围内。如本文所用,术语“振幅”包括反射率或透射率的峰-谷变化。如本文所用,术语“透射率”定义为给定波长范围内的入射光功率穿过材料(例如制品、基材、光学膜或其中的部分)的百分率。类似地,术语“反射率”定义为给定波长范围内的入射光功率从材料(例如制品、基材、光学膜或其中的部分)反射的百分率。透射率和反射率由特定的线宽测得。在一种或多种实施方式中,表征透射率和反射率的光谱分辨率小于5nm或0.02eV。
词语“平均振幅”包括在光学波长区内针对每个可能的100nm波长范围计算平均值的反射率或透射率峰-谷变化。如本文所用“光学波长区”包括大约420nm~大约700nm的波长范围。从该信息可以预计当在不同光源下从相对于垂直入射沿不同入射照明角度进行观察时,图2和图3所示制品将显示较大的色偏,如图4所示。
本发明的实施方式采用包含设置在基材与耐划痕材料之间的多个层的光学干涉层。在不同光源下从相对于垂直入射沿各种入射照明角度进行观察时,光学干涉层在无色性和/或更小的色偏方面改善了光学性能。相对于单调渐变设计,这种光学干涉层能够更快地制造,并且包含光学干涉层的制品提供了耐划痕性和优异的光学性质。
本发明的第一方面涉及即使在光源下沿不同入射照明角度进行观察也不显示色彩的制品。在一种或多种实施方式中,对于本文限定范围内的任何入射照明角度,该制品的色偏为大约2或更小。如本文所用,词语“色偏”是指在CIE L*,a*,b*色度系统下,反射或透射中a*和b*的数值的变化。a*和b*的数值分别描述为透射色彩(或透射色坐标)或反射色彩(或反射色坐标)。色偏可利用下式确定:√((a*2-a*1)2+(b*2-b*1)2),a*和b*是沿垂直入射方向观察(即a*1和b*1)和沿偏离垂直入射方向的入射照明角度进行观察(即a*2和b*2)时的制品的(透射或反射)坐标,前提是入射照明角度不同于垂直入射,并且在一些情况中与垂直入射相差至少大约2度或大约5度。让许多不同观察者测量各种色彩,结果表明,当色偏约为2时,普通观察者能够看出两种色彩的最小可觉差异。
在一些情况中,当在光源下相对于垂直入射沿各种入射照明角度进行观察时,制品表现出大约2或更小的色偏。在一些情况中,色偏为大约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0.1或更小。在一些实施方式中,色偏可为大约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(代表日光模拟光源)、C光源(代表日光模拟光源)、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)。在特定的例子中,当在CIE F2、F10、F11、F12或D65光源下、相对于垂直入射沿入射照明角度进行观察时,这些制品具有大约2或更小的色偏。相对于垂直入射,入射照明角度可在以下范围及它们之间的所有范围和子范围内:大约0度~大约80度、大约0度~大约75度、大约0度~大约70度、大约0度~大约65度、大约0度~大约60度、大约0度~大约55度、大约0度~大约50度、大约0度~大约45度、大约0度~大约40度、大约0度~大约35度、大约0度~大约30度、大约0度~大约25度、大约0度~大约20度、大约0度~大约15度、大约5度~大约80度、大约5度~大约80度、大约5度~大约70度、大约5度~大约65度、大约5度~大约60度、大约5度~大约55度、大约5度~大约50度、大约5度~大约45度、大约5度~大约40度、大约5度~大约35度、大约5度~大约30度、大约5度~大约25度、大约5度~大约20度、大约5度~大约15度。该制品在相对于垂直入射大约0~大约80度范围内的所有入射照明角度可展现出本文所述的最大色偏。在一个例子中,该制品在相对于垂直入射的大约0度~大约60度、大约2度~大约60度或大约5度~大约60度范围内的任何入射照明角度可展现出2或更小的色偏。
根据一种或多种实施方式,制品100在可见光谱范围内展现出85%或更高的平均透射率。在一种或多种实施方式中,制品100具有15%或更低的总反射率。
参考图5,根据一种或多种实施方式的制品100可包含基材110和设置在该基材上的光学膜120。基材110包含相反的主表面112、114和相反的次表面116、118。光学膜120在图5中显示为设置于第一相反主表面112上;但是,在设置于第一相反主表面112上之外或者不设置于第一相反主表面112上的情况中,光学膜120也可设置于第二相反主表面114和/或相反次表面之一或二者之上。制品100包含涂覆表面101。
光学膜120包含至少一种材料的至少一个层。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。在一种或多种替代性的实施方式中,这些亚层之间可设置有不同材料的中间层。在一种或多种实施方式中,层可包含一个或多个连续且不间断的层以及/或者一个或多个不连续的间断层(即由不同材料彼此相邻形成的层)。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。在一种或多种实施方式中,层可仅利用连续沉积法形成、或仅利用离散沉积法形成。
如本文所用,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/或形成至表面上。沉积的材料可构成本文所定义的层。词语“设置在……上”包括如下情形:将材料形成到表面上,以使材料直接接触该表面;还包括如下情形:使材料在表面上形成,在设置的材料与表面之间有一种或多种中间材料。中间材料可构成本文所定义的层。
本发明的制品具有耐划痕性,这可以通过测量制品的硬度来表征(或测量光学膜的硬度,所述光学膜可包含本文所述的耐划痕层)。硬度可通过“布氏压痕硬度测试”来测得,其包括通过利用金刚石布式硬度计对材料表面进行压刻,来在材料的表面测量其硬度。布氏压痕硬度测试包括利用金刚石布氏压痕硬度计对制品的涂覆表面101或光学膜(其可包含本文所述的耐划痕层)的表面进行压刻以形成压痕深度在大约50nm~大约1000nm范围内(或者光学膜的整个厚度,取更小者)的压痕,并测量从该压痕沿着整个压痕深度范围或该压痕深度的一个区段(例如在大约100nm~大约600nm的范围内)的最大硬度,通常使用以下文献中的方法:由Oliver,W.C.;Pharr,G.M.所著的《一种改进的使用负荷和位移传感凹痕实验测定硬度和弹性模量的技术》(An improved technique for determininghardness and 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.所著的《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。由该制品的涂覆表面101、光学膜的表面和/或该光学膜中的任一个或多个层制造压痕深度并对其进行测量。如本文所用,“硬度”是指最大硬度而不是指平均硬度。
特别是在对于比下方基材更硬的涂层或膜所进行的纳米压痕测试方法(例如通过使用布氏压痕硬度计)中,由于在较浅的压痕深度处形成了塑性区,因此所测得的硬度似乎可在最初增加,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。在基材相对于所使用的涂层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。
对压痕深度范围以及在一个或多个压痕深度范围内的硬度值进行选择,以确定与光学膜及其层相对应的具体硬度,如本文所述,而不受下方基材的影响。当利用布氏压痕硬度计对光学膜或其层(当设置于基材上时)的硬度进行测量时,材料的永久形变区域(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形变区域。随着压刻深度的增加,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于更深的压痕深度处(即,通常是在深于光学膜结构或层厚度的大约10%的深度)。另外,另一种同时出现的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。在达到该最小负荷前,硬度显示出大体递增的趋势。
在浅的压刻深度处(也可被表征为小的负荷)(例如不超过大约100nm或小于大约70nm),材料的表观硬度显示为相对于压痕深度急剧增加。该小的压刻深度区段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,其与硬度计的曲率的有限半径有关。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,基材的影响更加显著。一旦压痕深度超过光学膜结构深度或层深度的大约30%,硬度就会开始急剧减小。
观察到在中间压痕深度(硬度在此处接近并保持在最大水平)和更深的压痕深度处测得的硬度取决于材料或层的厚度。具体而言,对具有不同厚度的AlOxNy的四个不同层(即500nm厚、1000nm厚、1500nm厚和2000nm厚)的硬度响应进行了评价。利用布氏压痕硬度测试对各层的硬度进行测量。厚度为500nm的层在大约100nm~180nm的压痕深度处展现出最大硬度,接着该硬度在大约180nm~大约200nm的压痕深度处急剧减小,这表明基材的硬度对硬度测量产生了影响。厚度为1000nm的层在大约100nm~大约300nm的压痕深度处展现出最大硬度,接着该硬度在大于大约300nm的压痕深度处急剧减小。厚度为1500nm的层在大约100nm~大约500nm的压痕深度处展现出最大硬度,而厚度为2000nm的层在大约100nm~大约600nm的压痕深度处展现出最大硬度。
在一些实施方式中,该制品、光学膜和/或光学膜中的层在大于大约100nm或大于大约200nm的压痕深度处展现出最大硬度,从而展现出足以提供耐划痕性的硬度,其不受基材的影响。在一些实施方式中,该制品、光学膜和/或光学膜中的层在这些压痕深度处具有最大硬度,从而能够耐受例如微延展性划痕(其通常具有大约100nm~大约500nm或大约200nm~大约400nm的深度)的特定划痕。例如,涂覆表面101(或光学膜的表面或光学膜的任一个或多个层)能够耐受微延展性划痕,因为该制品沿着特定的压痕深度展现出本文所述的硬度值,该硬度通过布氏压痕硬度测试测得。
可通过调整光学膜或该光学膜中的一个或多个层的厚度来使该制品和/或光学膜(或该光学膜中的层)的测量的硬度或表观硬度达到最大。
在一种或多种实施方式中,制品100展现出大约8GPa或更大、大约10GPa或更大、大约14GPa或更大、大约18GPa或更大的平均硬度,该硬度通过布氏压痕硬度测试测得。在一些实施方式中,该制品的平均硬度在以下范围及它们之间的所有范围和子范围内:大约5GPa~大约30GPa、大约6GPa~大约30GPa、大约7GPa~大约30GPa、大约8GPa~大约30GPa、大约9GPa~大约30GPa、大约10GPa~大约30GPa、大约12GPa~大约30GPa、大约5GPa~大约28GPa、大约5GPa~大约26GPa、大约5GPa~大约24GPa、大约5GPa~大约22GPa、大约5GPa~大约20GPa、大约12GPa~大约25GPa、大约15GPa~大约25GPa、大约16GPa~大约24GPa、大约18~大约22GPa。这些硬度值可在以下压痕深度处出现:大约50nm或更深、或大约100nm或更深(例如大约100nm~大约300nm、大约100nm~大约400nm、大约100nm~大约500nm、大约100nm~大约600nm、大约200nm~大约300nm、大约200nm~大约400nm、大约200nm~大约500nm、或大约200nm~大约600nm)。
在一种或多种实施方式中,制品100还具有耐磨性。具体而言,本发明的制品的一种或多种实施方式展现出对划痕或由磨损(或多个接触事件)形成的其它损伤的耐受性。各种形式的磨损测试在本领域中是已知的,例如ASTM D1044-99中所规定的方法,使用由泰伯尔工业(Taber Industries)提供的磨损介质。可通过利用不同类型的磨损介质、研磨剂的几何构型和运动、压力等来得到与ASTM D1044-99相关的修改的研磨方法,以提供可重复的和可测量的磨损或磨耗轨迹,从而有意义地区分不同样品的耐磨性。例如,不同的测试条件通常适用于软质塑料对硬质无机测试样品的比较。本发明的实施方式所显示的耐划痕性是通过在本文中被称为“泰伯尔测试(Taber Test)”或“石榴石测试(Garnet Test)”的ASTMD1044-99的一个特定的修改版本来测得的,其为主要包含硬质无机材料的不同样品之间的耐久性提供了清晰且可重复的区分。这些测试方法可产生微延展划痕与上述其它损伤模式的组合出现,这取决于测试的特定样品。
如本文所用,词语“泰伯尔测试”是指使用泰伯尔线性研磨器5750(TLA5750)和由泰伯尔工业提供的附件、在大约22℃±3℃的温度和不超过大约70%的相对湿度的环境下进行的测试方法。TLA 5750包括具有直径为6.7mm的研磨头的CS-17研磨器材料。按照泰伯尔测试使各样品发生磨损,利用雾度和双向透射分布函数(BTDF)测量以及其它方法对磨损损伤进行评价。在泰伯尔测试中,使各样品磨损的程序包括将TLA 5750和一个平坦的样品载具置于一个坚硬而平坦的表面上,并将TLA 5750和该样品载具固定在该表面上。在使各样品在泰伯尔测试中发生磨损前,使用粘合在玻璃上的崭新的S-14磨刀条对研磨器材料(CS-17)进行表面修整。使用25个循环/分钟的循环速率和1英寸的冲程长度,在不使用额外增加的负重(即表面修整过程中所使用的大约350g的总负重,这是固定研磨器的纺锤体和筒夹的总重)的条件下,对研磨器进行10个表面修整循环。然后,该程序包括操作TLA 5750使样品磨损,其中,样品置于与研磨头相连并承载施加到研磨头上的负重的样品载具中,使用25个循环/分钟的循环速率和1英寸的冲程长度,且向样品施加的总负重为850g(即在纺锤体和筒夹的350g的总重以外再施加500g额外负重)。该程序包括为了重复性而在各样品上形成两条磨耗轨迹,并且对各样品上的两条磨损轨迹中每一个进行500个循环的磨损。
在一种或多种实施方式中,制品的涂覆表面101按照上述泰伯尔测试而受到磨损,制品显示出大约5%或更低的雾度,该雾度是使用BYK加德纳(BYK Gardner)提供的雾度计(商品名:Haze-Gard
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)在磨损表面上测得的,在源端口上使用孔,该孔的直径为8mm。
在一些实施方式中,泰伯尔测试后测得的雾度可为大约4%或更低、大约3%或更低、大约2%或更低、大约1%或更低、大约0.8%或更低、大约0.5%或更低、大约0.4%或更低、大约0.3%或更低、大约0.2%或更低、或大约0.1%或更低。
在一种或多种实施方式中,制品的涂覆表面101在经过泰伯尔测试的磨损后可展现出耐磨性,由光散射测量测得。在一种或多种实施方式中,光散射测量包括使用RadiantZemax IS-SATM测试仪进行的双向反射分布函数(BRDF)或双向透射分布函数(BTDF)测量。该仪器可灵活地使用反射中从垂直至大约85度的任何入射角作为输入角度的光散射以及透射中从垂直至大约85度的任何入射角作为输入角度的光散射进行测量,同时,还能够捕获反射或透射中向2*Pi球面度(反射或折射中的完整半球)内输出的所有散射光。在一种实施方式中,制品100展现出耐磨性,使用BTDF在垂直入射下进行测量,并在选定的角度范围内对透射的散射光进行分析,例如在大约10°~大约80°的极角以及其间的任何角度范围内。可对角度的完整方位角范围进行分析和整合、或者可选择具体的方位角的区间(slice),例如方位角上从大约0°至90°。在线性磨损的情况中,可使用与磨损方向基本上正交的方位角方向,以增加光学散射测量的信噪比。在一种或多种实施方式中,该制品在经过泰伯尔测试之后在涂覆表面101处测得的散射光强度可为近似小于大约0.1、大约0.05或更小、大约0.03或更小、大约0.02或更小、大约0.01或更小、大约0.005或更小、或大约0.003或更小(单位为l/球面度),试验利用Radiant Zemax IS-SA工具进行,模式为CCBTDF,以垂直入射进行透射,2mm孔且将单色仪设定在600nm波长处,并且在大约15°~大约60°(例如,具体而言为大约20°)的极散射角范围内进行评价。以垂直入射进行透射也可以称为以0度进行透射,其可被仪器软件表示为180°入射。在一种或多种实施方式中,可沿着与被泰伯尔测试磨损的样品的磨损方向基本上正交的方位角方向对散射光强度进行测量。这些光强数值也可相当于小于散射入大于大约5度、大于大约10度、大于大约30度或大于大约45度的极散射角的入射光强度的大约1%、大约0.5%、大约0.2%或大约0.1%。
通常,本文所述的垂直入射下的BTDF测试与透射雾度测量紧密相关,体现在它们都是测量光线透过样品(或者,在本发明的制品的情况中,在使涂覆表面101磨损后)后散射的量。BTDF测量相比于雾度测量能够提供更高的灵敏度以及更详细的角度信息。BTDF允许对形成不同极角度和方位角度的散射进行测量,例如允许我们有选择性地对形成基本上与线性泰伯尔测试中的磨损方向正交的方位角度(这些角度是从线性磨损散射出的光最强的角度)的散射进行评价。透射雾度基本上是所有进入极角大于大约+/-2.5度的整个半球的通过垂直入射BTDF测得的散射光的积分。
石榴石测试使用与泰伯尔测试相同的装置(即泰伯尔线性研磨器或等效的装置)。石榴石测试包括使用150号石榴石砂纸使样品表面磨损,对一个往复循环(即一个前进-后退循环)使用不同的施加负荷,冲程长度为1英寸,速度为45个循环/分钟。所施加的负荷以总负荷表示(包括研磨器的纺锤体、固定器的重量和任何施加的负重)。石榴石砂纸与样品的接触面积与泰伯尔测试相似,为大约7mm。以这种方式进行的石榴石测试通常要比泰伯尔测试更加剧烈,且能够提供更多种类的损伤模式。肉眼可见的划痕和损伤也更加随机。从这些样品散射出的光线可利用上述BTDF和雾度测试来表征。
在一种或多种实施方式中,通过总负荷在大约380g~大约2100g的石榴石测试测得该制品在石榴石测试后具有大约3%或更低(例如大约2%或更低、大约1%或更低、大约0.5%或更低或大约0.2%或更低)的雾度。一种或多种实施方式的制品在20度极角处(正交于磨损轴,通过CC-BTDF测定)的散射光水平为大约0.04或更小、大约0.02或更小、大约0.01或更小或甚至为大约0.005或更小,单位是l/球面度。
根据一种或多种实施方式,制品100具有大约80%或更高的平均透光率。术语“透光率”是指光透过介质的量。透光率的度量标准是光进入介质的量与光离开介质的量之间的差异。换言之,光的透射是指光通过介质而没有被吸收或散射。术语“平均透光率”是指透光率的光谱平均值乘以发光效率函数,如CIE标准观察者所述。特定实施方式中的制品100的平均透光率可为80%或更高、82%或更高、85%或更高、90%或更高、90.5%或更高、91%或更高、91.5%或更高、92%或更高、92.5%或更高、93%或更高、93.5%或更高、94%或更高、94.5%或更高、或95%或更高。
在一种或多种实施方式中,制品100具有20%或更低的总反射率。例如,制品的总反射率可为20%或更低、15%或更低、10%或更低、9%或更低、8%或更低、7%或更低、或6%或更低。在一些特定的实施方式中,制品的总反射率为6.9%或更低、6.8%或更低、6.7%或更低、6.6%或更低、6.5%或更低、6.4%或更低、6.3%或更低、6.2%或更低、6.1%或更低、6.0%或更低、5.9%或更低、5.8%或更低、5.7%或更低、5.6%或更低、或5.5%或更低。根据一种或多种实施方式,制品100的总反射率等于或小于基材110的总反射率。在一种或多种实施方式中,制品100在光学波长区中具有相对平坦的透射谱、反射谱或者透射和反射谱。在一些实施方式中,相对平坦的透射和/或反射谱是沿着整个光学波长区或者在光学波长区中的一些波长范围区段内具有大约5个百分点或更小的平均振幅。波长范围区段可为大约50nm、大约100nm、大约200nm或大约300nm。在一些实施方式中,平均振幅可为大约4.5个百分点或更小、大约4个百分点或更小、大约3.5个百分点或更小、大约3个百分点或更小、大约2.5个百分点或更小、大约2个百分点或更小、大约1.75个百分点或更小、大约1.5个百分点或更小、大约1.25个百分点或更小、大约1个百分点或更小、大约0.75个百分点或更小、大约0.5个百分点或更小、大约0.25个百分点或更小、或大约0个百分点,包括它们之间的所有范围和子范围。在一种或多种具体实施方式中,该制品在光学波长区中选定的大约100nm或200nm的波长范围区段内具有透射率,其中,来自光谱的振荡的最大峰值为大约80%、大约82%、大约84%、大约86%、大约87%、大约88%、大约89%、大约90%、大约91%、大约92%、大约93%、大约94%、或者大约95%,包括它们之间的所有范围和子范围。
在一些实施方式中,相对平稳的平均透射率和/或平均反射率包括在光学波长区中沿特定的波长范围区段的最大振幅,表示为平均透射率或平均反射率的百分数。平均透射率或平均反射率也在光学波长区中沿相同的特定波长范围区段测量。波长范围区段可为大约50nm、大约100nm或大约200nm。在一种或多种实施方式中,制品100所具有的平均透射率和/或平均反射率的平均振幅为大约10%或更小、大约5%或更小、大约4.5%或更小、大约4%或更小、大约3.5%或更小、大约3%或更小、大约2.5%或更小、大约2%或更小、大约1.75%或更小、大约1.5%或更小、大约1.25%或更小、大约1%或更小、大约0.75%或更小、大约0.5%或更小、大约0.25%或更小、或者大约0.1%或更小,包括它们之间的所有范围和子范围。在光学波长区内,制品沿着大约50nm、大约100nm、大约200nm或大约300nm的波长范围区段具有这种基于百分数的平均振幅。例如,在光学波长区内,制品沿着大约500nm~大约600nm波长范围的平均透射率可为大约85%,该范围是大约100nm波长区段。该制品沿着相同的波长范围(500nm~大约600nm)还可具有大约3%的基于百分数的振幅,这意味着沿着500nm至600nm的波长范围,绝对(非基于百分数的)振幅为大约2.55个百分点。
基材
基材110可以是无机物,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/或天然材料形成。在一些特定的实施方式中,基材110可特定地排除塑料和/或金属基材。在一些实施方式中,基材110可以是有机物和特定的聚合物。合适的聚合物例子包括但不限于:热塑性塑料,包括聚苯乙烯(PS)(包括苯乙烯的共聚物和混合物)、聚碳酸酯(PC)(包括共聚物和混合物)、聚酯(包括共聚物和混合物,包括聚对苯二甲酸乙二酯和聚对苯二甲酸乙二酯的共聚物)、聚烯烃(PO)和环聚烯烃(环-PO)、聚氯乙烯(PVC)、丙烯酸聚合物,包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(包括共聚物和混合物)、热塑性氨基甲酸酯(TPU)、聚醚酰亚胺(PEI)以及这些聚合物之间的混合物。其它示例性的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。
在一种或多种实施方式中,基材的折射率在大约1.45~大约1.55的范围内。在特定的实施方式中,基材110可在一个或多个相反主表面上具有平均断裂应变,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%或更大或甚至为2%或更大,利用球叠环测试(ball-on-ring testing)通过至少5个、至少10个、至少15个或至少20个样品进行测量。在特定的实施方式中,基材110可在一个或多个相反主表面上具有平均破裂应变,所述平均破裂应变为大约1.2%、大约1.4%、大约1.6%、大约1.8%、大约2.2%、大约2.4%、大约2.6%、大约2.8%或大约3%或更大。
合适的基材110的弹性模量(或杨氏模量)可在大约30~大约120GPa的范围内。在一些例子中,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:大约30GPa~大约110GPa、大约30GPa~大约100GPa、大约30GPa~大约90GPa、大约30GPa~大约80GPa、大约30GPa~大约70GPa、大约40GPa~大约120GPa、大约50GPa~大约120GPa、大约60GPa~大约120GPa、大约70GPa~大约120GPa。
在一种或多种实施方式中,基材可以是无定形基材,且可包含玻璃,该玻璃可以是经过强化的或未经过强化的。合适的玻璃的例子包括钠钙玻璃、碱金属铝硅酸盐玻璃、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,玻璃可不含氧化锂。在一种或多种替代性的实施方式中,基材110可包含例如玻璃陶瓷基材的晶体基材(可以是经过强化的或未经过强化的),或者可包含例如蓝宝石的单晶结构。在一种或多种特定的实施方式中,基材110包含无定形基底(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)。
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雕刻的基材。基材110可基本上是光学澄清的、透明的以及不发生光散射的。在这些实施方式中,基材在光学波长区内的平均透光率可为大约85%或更高、大约86%或更高、大约87%以上、大约88%或更高、大约89%或更高、大约90%或更高、大约91%或更高或者大约92%或更高。在一种或多种替代实施方式中,基材110可以是不透明的或者在光学波长区内的平均透光率小于大约10%、小于大约9%、小于大约8%、小于大约7%、小于大约6%、小于大约5%、小于大约4%、小于大约3%、小于大约2%、小于大约1%、或小于大约0%。基材110可选地具有色彩,例如白色、黑色、红色、蓝色、绿色、黄色、橙色等。
附加地或替代地,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维度变化。例如,基材110的边缘可比基材110更靠中心的区域更厚一些。基材110的长度、宽度和物理厚度维度也可根据制品100的用途或用法而变化。
基材110可采用各种不同的方法来提供。例如,当基材110包含例如玻璃的无定形基材时,各种成形方法可包括浮法玻璃法和下拉法,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更小的离子离子交换成更大的离子。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,例如热退火,或者利用基材不同部分之间热膨胀系数的错配来产生压缩应力区和中心张力区。
在通过离子交换处理对基材进行化学强化的场合,基材表面层中的离子被具有相同价态或氧化态的更大的离子替换或交换。离子交换处理通常这样进行:将基材浸泡在熔盐浴中,该熔盐浴含有将与基材中的更小离子进行交换的更大离子。本领域技术人员应当理解,离子交换处理的参数包括但不限于浴的组成和温度、浸泡时间、基材在一种或多种盐浴中的浸泡次数、多种盐浴的使用、例如退火、洗涤等的其他步骤,这些参数通常是根据以下因素确定的:基材的组成和想要通过强化操作获得的压缩应力(CS)、压缩应力层深度(或层深度)。例如,含碱金属的玻璃基材的离子交换可以通过以下方式实现:在至少一种包含盐的熔融浴中进行浸泡,所述盐例如但不限于较大碱金属离子的硝酸盐、硫酸盐和盐酸盐。熔融盐浴的温度通常在大约380℃~大约450℃的范围内,而浸泡时间在大约15分钟~大约40小时的范围内。但是,也可以采用不同于上文所述的温度和浸泡时间。
另外,在以下文献中描述了在多离子交换浴中浸泡玻璃基材且在浸泡间隙进行洗涤和/或退火步骤的离子交换法的非限制性示例:由Douglas C.Allan等人于2009年7月10日提交的美国专利申请第12/500650号,题为《用于消费用途的具有压缩表面的玻璃》(Glass with Compressive Surface for Consumer Applications),其要求于2008年7月11日提交的美国临时专利申请第61/079995号的优先权,其中通过在具有不同浓度的盐浴中多次浸泡,相继进行离子交换处理,从而对该玻璃基材进行强化;以及ChristopherM.Lee等人于2012年11月20日获得授权的美国专利8312739,题为《用于玻璃化学强化的两步离子交换》(Dual Stage Ion Exchange for Chemical Strengthening of Glass),其要求于2008年7月29日提交的美国临时专利申请第61/084398号的优先权,其中玻璃基材通过以下方式进行强化:首先在用流出离子稀释的第一浴中进行离子交换,然后在第二浴中浸泡,所述第二浴的流出离子的浓度小于第一浴。美国专利申请号12/500650和美国专利号8312739的内容通过引用全文纳入本文。
通过离子交换获得的化学强化程度可基于中心张力(CT)、表面CS和层深度(DOL)等参数进行量化。表面CS可在表面附近或者在强化玻璃内不同深度处测量。最大CS值可包括在强化基材表面测得的压缩应力(CSs)。中心张力CT可由压缩应力CS、物理厚度t和层深度DOL计算得到,它是为玻璃基材内毗邻压缩应力层的内核区域算得的。CS和DOL利用本领域已知的手段测量。此类手段包括但不限于,使用诸如鲁机欧有限公司(日本东京)制造的FSM-6000或者类似的商用仪器来测量表面应力(FSM),测量CS和DOL的方法如题为《用于化学强化的平坦玻璃的标准规范》(Standard Specification for ChemicallyStrengthened Flat Glass)的ASTM 1422C-99和题为《用于退火的、热强化的、完全回火的平坦玻璃中的边缘和表面应力的非破坏性光弹性测量的标准测试方法》(Standard TestMethod for Non-Destructive Photoelastic Measurement of Edge and SurfaceStresses in Annealed,Heat-Strengthened,and Fully-Tempered Flat Glass)的ASTM1279.19779所述,其全文通过引用纳入本文。表面应力测量依赖于对应力光学系数(SOC)的精确测量,其与玻璃基材的双折射有关。SOC则使用本领域已知的那些方法来进行测量,例如纤维和四点弯曲法(这两种方法如题为《测试玻璃应力-光学系数的标准测试方法》(Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient)的ASTM标准C770-98(2008)所述,其全文通过引用结合入本文)和大圆柱体法。CS与CT的关系由表达式(1)给出:
CT=(CS·DOL)/(t-2DOL) (1),
其中,t是玻璃制品的物理厚度(μm)。在本文的各个部分,CT和CS在这里以兆帕(MPa)表示,物理厚度t以微米(μm)或毫米(mm)表示,而DOL以微米(μm)表示。
在一种实施方式中,强化基材110的表面CS可为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DOL可为10μm或更厚、15μm或更厚、20μm或更厚(例如25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm或更厚),并且/或者CT可为10MPa或更大、20MPa或更大、30MPa或更大、40MPa或更大(例如42MPa、45MPa或50MPa或更大)但小于100MPa(例如95、90、85、80、75、70、65、60、55MPa或更小)。在一种或多种特定的实施方式中,经过强化的基材具有以下参数中的一种或多种:大于500MPa的表面CS、大于15μm的DOL以及大于18MPa的CT。
可用于基材的示例性玻璃可包括碱金属铝硅酸盐玻璃组合物或者碱金属铝硼硅酸盐玻璃组合物,但其他玻璃组合物也在构思之列。这种玻璃组合物能够通过离子交换工艺进行化学强化。一种示例性的玻璃组合物包含SiO2、B2O3和Na2O,其中,(SiO2+B2O3)≥66摩尔%,且Na2O≥9摩尔%。在一种实施方式中,玻璃组合物包含至少6重量%的氧化铝。在另一种实施方式中,基材包括含有一种或多种碱土金属氧化物的玻璃组合物,从而碱土金属氧化物的含量至少为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。在一种特定的实施方式中,基材中所用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的玻璃组合物包含:60~70摩尔%的SiO2、6~14摩尔%的Al2O3、0~15摩尔%的B2O3、0~15摩尔%的Li2O、0~20摩尔%的Na2O、0~10摩尔%的K2O、0~8摩尔%的MgO、0~10摩尔%的CaO、0~5摩尔%的ZrO2、0~1摩尔%的SnO2、0~1摩尔%的CeO2、小于50ppm的As2O3和小于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的玻璃组合物包含:63.5~66.5摩尔%的SiO2、8~12摩尔%的Al2O3、0~3摩尔%的B2O3、0~5摩尔%的Li2O、8~18摩尔%的Na2O、0~5摩尔%的K2O、1~7摩尔%的MgO、0~2.5摩尔%的CaO、0~3摩尔%的ZrO2、0.05~0.25摩尔%的SnO2、0.05~0.5摩尔%的CeO2、小于50ppm的As2O3和小于50ppm的Sb2O3,其中,14摩尔%≤(Li2O+Na2O+K2O)≤18摩尔%且2摩尔%≤(MgO+CaO)≤7摩尔%。
在一种具体的实施方式中,适用于基材的碱金属铝硅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,在其它实施方式中包含至少58摩尔%的SiO2,在其他实施方式中包含至少60摩尔%的SiO2,其中满足比例
Figure BDA0002682795650000211
在所述比例中,组分以摩尔%计且改性剂是碱金属氧化物。在具体的实施方式中,该玻璃组合物包含:58~72摩尔%的SiO2、9~17摩尔%的Al2O3、2~12摩尔%的B2O3、8~16摩尔%的Na2O和0~4摩尔%的K2O,其中满足比例
Figure BDA0002682795650000212
在另一种实施方式中,基材可包含碱金属铝硅酸盐玻璃组合物,所述碱金属铝硅酸盐玻璃组合物包含:64~68摩尔%的SiO2、12~16摩尔%的Na2O、8~12摩尔%的Al2O3、0~3摩尔%的B2O3、2~5摩尔%的K2O、4~6摩尔%的MgO和0~5摩尔%的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%;以及4摩尔%≤(Na2O+K2O)-Al2O3≤10摩尔%。
在一种替代性的实施方式中,基材可包含碱金属铝硅酸盐玻璃组合物,所述碱金属铝硅酸盐玻璃组合物包含:2摩尔%或更多的Al2O3和/或ZrO2、或4摩尔%或更多的Al2O3和/或ZrO2
在基材110包含晶体基材的场合,所述基材可包含单晶,所述单晶可包含Al2O3。这种单晶基材称作蓝宝石。用于晶体基材的其他合适材料包括多晶氧化铝层和/或尖晶石(MgAl2O4)。
可选地,晶体基材110可包含玻璃陶瓷基材,其可以是经过强化的或未经过强化的。合适的玻璃陶瓷的例子可包括Li2O-Al2O3-SiO2系统(即LAS系统)玻璃陶瓷、MgO-Al2O3-SiO2系统(即MAS系统)玻璃陶瓷和/或包含主晶相的玻璃陶瓷,所述主晶相包括β-石英固溶体、β-锂辉石固溶体、堇青石和二硅酸锂。玻璃陶瓷基材可利用本文所述的化学强化处理进行强化。在一种或多种实施方式中,MAS系统玻璃陶瓷基材可在Li2SO4熔盐中强化,由此可发生两个Li+对Mg2+的交换。
根据一种或多种实施方式的基材110可具有大约100μm~大约5mm的物理厚度。示例性的基材110的物理厚度在大约100μm~大约500μm的范围内(例如100、200、300、400或500μm)。另一个示例性的基材110的物理厚度在大约500μm~大约1000μm的范围内(例如500、600、700、800、900μm或1000μm)。基材110的物理厚度可大于大约1mm(例如大约2、3、4或5mm)。在一种或多种特定的实施方式中,基材110的物理厚度可为2mm或更小或小于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。
光学膜
如图5~6所示,光学膜120可包含多个层130、140、150。光学膜120也可包含其他层。另外,在一些实施方式中,可在基材110的与光学膜120相反的一侧(即主表面114)上设置一个或多个膜或层。
光学膜120的物理厚度可在大约0.1μm~大约3μm的范围内。在一些例子中,光学膜120的物理厚度可在以下范围以及它们之间的所有范围和子范围内:大约0.1μm~大约2.9μm、大约0.1μm~大约2.8μm、大约0.1μm~大约2.7μm、大约0.1μm~大约2.6μm、大约0.1μm~大约2.5μm、大约0.1μm~大约2.4μm、大约0.1μm~大约2.3μm、大约0.1μm~大约2.2μm、大约0.1μm~大约2.1μm、大约0.1μm~大约2μm、大约0.5μm~大约3μm、大约1μm~大约3μm、大约1.1μm~大约3μm、大约1.2μm~大约3μm、大约1.3μm~大约3μm、大约1.4μm~大约3μm、或大约1.5μm~大约3μm。
光学膜120可具有大于大约5GPa的最大硬度,所述最大硬度是利用布氏压痕硬度测试在涂覆表面101上测得的。例如,光学膜120的硬度可在以下范围以及它们之间的所有范围和子范围内:大约6GPa~大约30GPa、大约7GPa~大约30GPa、大约8GPa~大约30GPa、大约9GPa~大约30GPa、大约10GPa~大约30GPa、大约12GPa~大约30GPa、大约5GPa~大约28GPa、大约5GPa~大约26GPa、大约5GPa~大约24GPa、大约5GPa~大约22GPa、大约5GPa~大约20GPa、大约12GPa~大约25GPa、大约15GPa~大约25GPa、大约16GPa~大约24GPa、大约18GPa~大约22GPa。这些硬度值可在大约50nm或更大或大约100nm或更大的压痕深度处显现。在一种或多种实施方式中,压痕深度可在以下范围内:大约100nm~大约300nm、大约100nm~大约400nm、大约100nm~大约500nm、大约100nm~大约600nm、大约200nm~大约300nm、大约200nm~大约400nm、大约200nm~大约500nm、大约200nm~大约600nm。
在一种或多种实施方式中,光学膜包含设置在基材110的主表面112上的光学干涉层130、设置在光学干涉层130上的耐划痕层140、以及设置在耐划痕层140上的可选的盖层150。在所示的实施方式中,光学干涉层130设置在基材110与耐划痕层140之间,从而改变了基材110与耐划痕层140之间的界面。
光学膜或光学膜中的任一个或多个层可具有大约10-4或更小的消光系数(在大约400nm的波长处)。
光学干涉层130可包含两个或更多个亚层。在一种或多种实施方式中,所述两个或更多个亚层的特征在于可具有不同的折射率。除非另有说明,否则文本所述的折射率数值是根据大约550nm波长的数值。在一种实施方式中,光学干涉层130包含第一低RI亚层和第二高RI亚层。第一低RI亚层与第二高RI亚层的折射率差异可约为0.01或更大、0.05或更大、0.1或更大甚至0.2或更大。
如图6所示,光学干涉层可包含多个亚层组(131)。单个亚层组可包含第一低RI亚层和第二高RI亚层。例如,亚层组131包含第一低RI亚层131A和第二高RI亚层131B。在一些实施方式中,光学干涉层可包括多个亚层组,使得第一低RI亚层(为说明目的而记作“L”)和第二高RI亚层(为说明目的而记作“H”)以下列亚层顺序提供:L/H/L/H或H/L/H/L,以使第一低RI亚层组和第二高RI亚层组沿着光学干涉层的物理厚度方向交替出现。在图6的例子中,光学干涉层130包含三个亚层组。在一些实施方式中,光学干涉层130可包含多达10个亚层组。例如,光学干涉层130可包括大约2~大约12个亚层组、大约3~大约8个亚层组、大约3~大约6个亚层组。
在一些实施方式中,光学干涉层可包含一个或多个第三亚层。第三亚层可具有低RI、高RI或中等RI。在一些实施方式中,第三亚层可与第一低RI亚层131A或第二高RI亚层131B具有相同的RI。在其他实施方式中,第三亚层可具有介于第一低RI亚层131A的RI与第二高RI亚层131B的RI之间的中等RI。第三亚层可设置在多个亚层组与耐划痕层140之间(参见图12,231C)或者基材与多个亚层组之间(参见图12,231D)。或者,第三亚层可包含在多个亚层组当中(未示出)。第三亚层可按照以下示例性的构造提供在光学干涉层中:L第三亚层/H/L/H/L;H第三亚层/L/H/L/H;L/H/L/H/L第三亚层;H/L/H/L/H第三亚层;L第三亚层/H/L/H/L/H第三亚层;H第三亚层/L/H/L/H/L第三亚层;L第三亚层/L/H/L/H;H第三亚层/H/L/H/L;H/L/H/L/L第三亚层;L/H/L/H/H第三亚层;L第三亚层/L/H/L/H/H第三亚层;H第三亚层//H/L/H/L/L第三亚层;L/M/H/L/M/H;H/M/L/H/M/L;M/L/H/L/M,以及其他组合。在这些构造中,无任何下标的“L”表示第一低RI亚层,无任何下标的“H”表示第二高RI亚层。标记“L第三亚层”表示具有低RI的第三亚层,“H第三亚层”表示具有高RI的第三亚层,“M”表示具有中等RI的第三亚层。
如本文所用,术语“低RI”、“高RI”和“中等RI”是就RI之间的相对值而言(例如低RI<中等RI<高RI)。在一种或多种实施方式中,就第一低RI亚层或第三亚层使用的术语“低RI”包括大约1.3~大约1.7的范围(例如大约1.4~大约1.6、或者为大约1.46)。在一种或多种实施方式中,就第二高RI亚层或第三亚层使用的术语“高RI”包括大约1.6~大约2.5的范围(例如大约1.8~大约2.1、或者大约1.9~大约2.0)。在一些实施方式中,就第三亚层使用的术语“中等RI”包括大约1.55~大约1.8的范围。在一些例子中,低RI、高RI和中等RI的范围可能重叠;然而,在多数例子中,光学干涉层的各亚层通常具有以下RI关系:低RI<中等RI<高RI。
适用于光学干涉层130的示例性材料包括:SiO2、Al2O3、GeO2、SiO、AlOxNy、AlN、Si3N4、SiOxNy、SiuAlvOxNy、Ta2O5、Nb2O5、TiO2、ZrO2、TiN、MgO、MgF2、BaF2、CaF2、SnO2、HfO2、Y2O3、MoO3、DyF3、YbF3、YF3、CeF3、聚合物、含氟聚合物、等离子体聚合的聚合物、硅氧烷聚合物、硅倍半氧烷、聚酰亚胺、氟化聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚苯砜、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、丙烯酸类聚合物、氨基甲酸酯聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯、下面引述的适用于耐划痕层的其他材料、以及本领域已知的其他材料。适用于第一低RI亚层的材料的一些例子包括SiO2、Al2O3、GeO2、SiO、AlOxNy、SiOxNy、SiuAlvOxNy、MgO、MgF2、BaF2、CaF2、DyF3、YbF3、YF3、以及CeF3。适用于第二高RI亚层的材料的一些例子包括SiuAlvOxNy、Ta2O5、Nb2O5、AlN、Si3N4、AlOxNy、SiOxNy、HfO2、TiO2、ZrO2、Y2O3、Al2O3、以及MoO3
在一种或多种实施方式中,光学干涉层的至少一个亚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”表示亚层的RI,而“d”表示亚层的物理厚度。在一种或多种实施方式中,光学干涉层的至少一个亚层可包括大约2nm~大约200nm、大约10nm~大约100nm、或大约15nm~大约100nm范围内的光学厚度。在一些实施方式中,光学干涉层130的所有亚层各自可具有大约2nm~大约200nm、大约10nm~大约100nm或大约15nm~大约100nm范围内的光学厚度。在一些情况中,光学干涉层130的至少一个亚层具有大约50nm或更厚的光学厚度。在一些情况中,各第一低RI亚层具有大约2nm~大约200nm、大约10nm~大约100nm、或大约15nm~大约100nm范围内的光学厚度。在一些情况中,各第二高RI亚层具有大约2nm~大约200nm、大约10nm~大约100nm、或大约15nm~大约100nm范围内的光学厚度。在另一些情况中,各第三亚层具有大约2nm~大约200nm、大约10nm~大约100nm、或大约15nm~大约100nm范围内的光学厚度。
在一种或多种实施方式中,光学干涉层130具有约800nm或更薄的物理厚度。光学干涉层130的物理厚度可在以下范围以及它们之间的所有范围和子范围内:大约10nm~大约800nm、大约50nm~大约800nm、大约100nm~大约800nm、大约150nm~大约800nm、大约200nm~大约800nm、大约10nm~大约750nm、大约10nm~大约700nm、大约10nm~大约650nm、大约10nm~大约600nm、大约10nm~大约550nm、大约10nm~大约500nm、大约10nm~大约450nm、大约10nm~大约400nm、大约10nm~大约350nm、大约10nm~大约300nm、大约50nm~大约300nm、大约100nm~大约200nm、大约125nm~大约200nm、大约150nm~大约190nm、或大约160nm~大约180nm。
在一些实施方式中,当在浸没状态(immersed state)下测量时,光学干涉层在光学波长区内所具有的平均光反射率为大约2%或更低、1.5%或更低、0.75%或更低、0.5%或更低、0.25%或更低、0.1%或更低、或甚至为0.05%或更低。如本文所用,词语“浸没状态”包括通过如下方式测量平均反射率:减去或者通过其他方式消除制品在界面产生的反射,但不减去或消除涉及光学干涉层的反射。在一些例子中,光学干涉层可在下述其他波长范围内具有这样的平均光反射率,例如大约450nm~大约650nm、大约420nm~大约680nm、大约420nm~大约740nm、大约420nm~大约850nm、或大约420nm~大约950nm。在一些实施方式中,光学干涉层在光学波长区内具有大约90%或更高、92%或更高、94%或更高、96%或更高或98%或更高的平均透光率。
本发明的实施方式的光学干涉层130可与具有单调渐变折射率的层相区别。在耐划痕层140与基材110之间包含光学干涉层130的制品具有改善的光学性能(例如,如本文所述的高平均透光率、低平均反光率、低色偏),同时减小光学膜120的物理厚度。折射率单调渐变的层提供了类似的光学性质,但可能需要更大的物理厚度。
一种或多种实施方式的耐划痕层140可包括无机碳化物、氮化物、氧化物、类金刚石材料或它们的组合。适用于耐划痕层140的材料的例子包括金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物、金属碳化物、金属碳氧化物和/或它们的组合。示例性的金属包括B、Al、Si、Ti、V、Cr、Y、Zr、Nb、Mo、Sn、Hf、Ta和W。可用于耐划痕层140中的材料的特定例子可包括Al2O3、AlN、AlOxNy、Si3N4、SiOxNy、SiuAlvOxNy、金刚石、类金刚石碳、SixCy、SixOyCz、ZrO2、TiOxNy和它们的组合。
耐划痕层还可包含纳米复合材料或者具有受控微结构的材料,以改善硬度、韧性或者耐磨损/磨耗性。例如,耐划痕层可包含尺寸在大约5nm~30nm范围内的纳米微晶。在一些实施方式中,耐划痕层可包含相变增韧的氧化锆、部分稳定化的氧化锆或者氧化锆增韧的氧化铝。在一些实施方式中,耐划痕层具有大于大约1MPa√m的断裂韧度值,同时具有大于大约8GPa的硬度值,所述硬度值通过布氏压痕硬度测试测得。
可调整耐划痕层140的组成以提供特定性质(例如硬度、折射率等)。在一种或多种实施方式中,耐划痕层可包含AlOxNy,所述AlOxNy包含不超过大约60原子%的铝、不超过大约20原子%的氧以及不超过大约40原子%的氮。在一些实施方式中,AlOxNy材料可包含硅。在一些实施方式中,AlOxNy材料可包含大约45原子%~大约55原子%的量(例如大约50原子%)的铝、大约12原子%~大约20原子%的量(例如大约15原子%~大约17原子%)的氧、和大约30原子%~大约35原子%的量(例如大约32原子%或大约33原子%)的氮。
在一些情况中,可控制耐划痕层中氧的量以形成更大的晶体粒度或更小的晶体粒度。换言之,可改变氧的量以提供耐划痕层所需的结晶度和/或晶体粒度(或粒度范围)。可控制氮的量以提供所需的硬度,所述硬度通过布氏压痕硬度测试测得。氮的量相对于氧的量的增加可提供耐划痕层,进而提供包含该耐划痕层的制品,它们的硬度比包含较少的氮相对于氧的量的层或制品的硬度更大。另外,氮相对于氧的量会改变折射率,进而会影响该制品的透射和色偏。
在一种或多种实施方式中,耐划痕层140的硬度在大约5GPa~大约30GPa的范围内,所述硬度通过布氏压痕硬度测试测得(从耐划痕层的主表面测量)。在一种或多种实施方式中,耐划痕层140的平均硬度可在以下范围以及它们之间的所有范围和子范围内:大约6GPa~大约30GPa、大约7GPa~大约30GPa、大约8GPa~大约30GPa、大约9GPa~大约30GPa、大约10GPa~大约30GPa、大约12GPa~大约30GPa、大约5GPa~大约28GPa、大约5GPa~大约26GPa、大约5GPa~大约24GPa、大约5GPa~大约22GPa、大约5GPa~大约20GPa、大约12GPa~大约25GPa、大约15GPa~大约25GPa、大约16GPa~大约24GPa、大约18GPa~大约22GPa。在一种或多种实施方式中,耐划痕层140可具有大于15GPa、大于20GPa、或大于25GPa的硬度。在一种或多种实施方式中,耐划痕层具有大约15GPa~大约150GPa、大约15GPa~大约100GPa或大约18GPa~大约100GPa范围内的硬度。这些硬度值可在大约50nm或更深、或大约100nm或更深的压痕深度处出现(例如大约100nm~大约300nm、大约100nm~大约400nm、大约100nm~大约500nm、大约100nm~大约600nm、大约200nm~大约300nm、大约200nm~大约400nm、大约200nm~大约500nm、或大约200nm~大约600nm的范围)。
耐划痕层140的物理厚度可在大约1.5μm~大约3μm的范围内。在一些实施方式中,耐划痕层140的物理厚度范围可在以下范围以及它们之间的所有范围和子范围内:大约1.5μm~大约3μm,大约1.5μm~大约2.8μm,大约1.5μm~大约2.6μm,大约1.5μm~大约2.4μm,大约1.5μm~大约2.2μm,大约1.5μm~大约2μm,大约1.6μm~大约3μm,大约1.7μm~大约3μm,大约1.8μm~大约3μm,大约1.9μm~大约3μm,大约2μm~大约3μm,大约2.1μm~大约3μm,大约2.2μm~大约3μm,大约2.3μm~大约3μm。在一些实施方式中,耐划痕层140的物理厚度可在大约0.1μm~大约2μm、或约0.1μm~大约1μm、或0.2μm~大约1μm的范围内。
在一种或多种实施方式中,耐划痕层140具有大约1.6或更高的折射率。在一些例子中,耐划痕层140的折射率可为大约1.65或更高、1.7或更高、1.8或更高、1.9或更高、2或更高或2.1或更高(例如在大约1.8~大约2.1、或大约1.9~大约2.0的范围内)。耐划痕层的折射率可大于基材110的折射率。在特定的实施方式中,当在大约550nm的波长处测量时,耐划痕层的折射率比基材的折射率大大约0.05折射率单位(index unit)或者大约0.2折射率单位。
一种或多种实施方式的盖层150可包含低折射率材料,例如SiO2、Al2O3、GeO2、SiO、AlOxNy、SiOxNy、SiuAlvOxNy、MgO、MgF2、BaF2、CaF2、DyF3、YbF3、YF3、和CeF3及其他此类材料。盖层的物理厚度范围可在以下范围以及它们之间的所有范围和子范围内:大约0nm~大约100nm、大约0.1nm~大约50nm、大约1nm~大约50nm、大约5nm~大约50nm、大约10nm~大约50nm、大约0nm~大约40、大约0nm~大约30nm、大约0nm~大约20nm、大约0nm~大约10nm、大约0.1nm~大约15nm、大约0.1nm~大约12nm、大约0.1nm~大约10nm、大约0.1nm~大约8nm、大约4nm~大约30nm、大约4nm~大约20nm、大约8nm~大约12nm、大约9nm~大约10nm。盖层的折射率可在大约1.4~大约1.6的范围内(例如大约1.46)。盖层的固有硬度可在大约7GPa~大约10GPa的范围内,所述固有硬度通过布氏压痕硬度测试测得(在盖层的相同材料的层的表面测得,该盖层的相同材料的层以相同的方式形成,但其厚度为大约1微米或更厚)。
在一种或多种实施方式中,该制品在涂覆表面101处(可包括盖层)的折射率为大约1.7或更高。盖层150可利用包括氟硅烷、烷基硅烷、硅倍半氧烷的基于硅烷的低摩擦材料通过液体沉积或蒸气沉积方法形成。在一种或多种实施方式中,盖层可包含两种或更多种材料、或者两个或更多个亚层(例如4个亚层或6个亚层)。盖层可提供减反射功能,特别是在采用多个亚层的场合。亚层可具有不同的折射率,且可包含具有高折射率(H)和低折射率(L)的层,其中“高”和“低”是彼此相对而言,而且在用于减反射膜的已知范围内。可对亚层进行排布以使高折射率亚层和低折射率亚层交替配置。材料或亚层可包含例如SiO2或SiOxNy。在这些实施方式中,一个或多个亚层各自的厚度或总厚度可在大约4nm~大约50nm的范围内。在一些实施方式中,盖层150可包含基于硅烷的低摩擦亚层,其厚度在大约0.1nm~20nm的范围内,设置在盖层的下面的亚层上(例如SiO2和/或SiOxNy层)。
在一些实施方式中,光学干涉层130还可包含裂纹减轻层。该裂纹减轻层可抑制或防止耐划痕层140与基材110之间桥接的裂纹,从而改变或改善制品的机械性质或强度。对裂纹减轻层的实施方式的进一步描述见美国专利申请号14/052055、14/053093和14/053139,它们通过引用纳入本文。裂纹减轻层可包含裂纹钝化材料、裂纹偏转材料、裂纹拦阻材料、韧性材料或受控粘附界面。裂纹减轻层可包含聚合物材料、纳米多孔材料、金属氧化物、金属氟化物、金属材料或本文提到的用于光学干涉层130或耐划痕层140的其他材料。裂纹减轻层的结构可以是多层结构,其中所述多层结构设计用于使裂纹扩展方向偏转,或者抑制或防止裂纹扩展,同时提供本文所述的光学干涉益处。裂纹减轻层可包括纳米微晶、纳米复合材料、相变增韧材料、多层有机材料、多层无机材料、多层交叉有机和无机材料或者有机-无机杂化材料。裂纹减轻层可具有大于大约2%或大于大约10%的断裂应变。这些裂纹减轻层也可单独与本文所述的基材、耐划痕层和光学干涉层组合;并不严格要求裂纹减轻层同时用作光学干涉层。在一些实施方式中,裂纹减轻层可在存在或不存在光学干涉层的情况下发挥其功能(反之亦然)。光学干涉层的设计可根据需要进行调整,以适应裂纹减轻层的存在。
裂纹减轻层可包括韧性无机物或纳米结构无机物,例如氧化锌、某些Al合金、Cu合金、钢、或者稳定化的四方相氧化锆(包括相变增韧的、部分稳定化的、氧化钇稳定化的、氧化铈稳定化的、氧化钙稳定化的和氧化镁稳定化的氧化锆);氧化钙增韧的陶瓷(包括氧化锆增韧的氧化铝);陶瓷-陶瓷复合物;碳-陶瓷复合物;纤维增强或晶须增强的陶瓷或玻璃陶瓷(例如SiC或Si3N4纤维增强或晶须增强的陶瓷);金属陶瓷复合物;多孔或非多孔有机-无机杂化材料,例如纳米复合物、聚合物-陶瓷复合物、聚合物-玻璃复合物、纤维增强的聚合物、碳纳米管-陶瓷或石墨烯-陶瓷复合物、硅倍半氧烷、聚硅倍半氧烷或“RMOSIL”(有机改性氧化硅或硅酸盐);和/或者各种多孔或非多孔聚合物材料,例如硅氧烷、聚硅氧烷、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸类、PI(聚酰亚胺)、氟化聚酰亚胺、聚酰胺、PAI(聚酰胺酰亚胺)、聚碳酸酯、聚砜、PSU或PPSU(聚芳基砜)、含氟聚合物、含氟弹性体、内酰胺、聚环烯烃;以及类似材料,包括但不限于PDMS(聚二甲基硅氧烷)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、BCB(苯并环丁烯)、PEI(聚乙基醚酰亚胺)、聚亚芳基醚如PEEK(聚醚醚酮)、PES(聚醚砜)和PAR(聚芳酯),PET(聚对苯二甲酸乙二酯)、PEN(聚萘二甲酸乙二酯=聚(亚乙基-2,6-萘二甲酸酯))、FEP(氟化乙烯丙烯)、PTFE(聚四氟乙烯)、PFA(全氟烷氧基聚合物,例如商品名
Figure BDA0002682795650000301
)以及类似材料。其他合适的材料包括改性聚碳酸酯、一些类型的环氧化物、氰酸酯、PPS(聚苯硫醚)、聚苯、聚吡咯烷酮、聚喹喔啉和双马来酰亚胺。
可对光学膜120各层的物理和/或光学厚度进行调整,以得到所需的光学和机械性质(例如硬度)。例如,可将耐划痕层140做得更薄一些,例如在大约100nm~500nm范围内,同时仍然提供对刮擦、磨损或损伤事件(包括制品掉落到硬质表面如沥青、水泥或砂纸上的事件)的耐受性。也可对盖层的物理和/或光学厚度进行调整。可在需要更低的总反射时引入盖层。也可引入盖层来进一步调节制品的色彩。例如,本文所述的光学膜最大程度减小了随入射照明角度的改变而发生的a*或b*坐标色偏,但反射谱仍然可能表现出稍微倾斜。可在光学膜120中引入盖层150,可对盖层的物理和/或光学厚度稍做调整(例如从大约10nm~大约14nm),以便在光学波长区提供更加平坦的反射谱(或者振幅更小的反射谱)。
一种或多种实施方式的光学膜可包含或具有传感功能,或者包含或具有一种或多种使其能够传感的性质。如本文所用,传感可包含光学传感、电传感、磁传感、机械传感或它们的组合。传感功能可包括电容传感、电阻传感、感应传感、表面声波传感、光电传感、或其它已知的传感功能。在一种或多种实施方式中,光学膜的一部分(例如一个单一层或一个或多个选定层)可具有这种传感功能或一种或多种使其能够传感的性质。在一种实施方式中,光学膜及其部分可具有压电性质、热电性质或它们的组合。在一些实施方式中,光学膜可具有压电性质但基本上无热电性质,反之亦然。光学膜中的一个或多个压电层可包含晶体或多晶材料,且还可具有本文所述的硬度和/或低光学吸收(和/或高光学透明度)。在一些实施方式中,压电性质可存在于光学膜中的一个或多个氮化铝或氧掺杂的氮化铝层中。在一些实施方式中,这些光学膜可感应力或压力的大小、可感应声学信号、以及/或者感应加速度。一些实施方式可被描述成具有包含传感器或传感层的光学膜。光学膜可包含一个或多个导电层、透明导体层(例如可选的透明和导电层)和/或光学波导层或可与一个或多个导电层、透明导体层(例如可选的透明和导电层)和/或光学波导层一起使用,以实现这些传感功能。光学膜可与信号检测器、电极或型号处理器相连,以捕获、储存或解读传感功能的输出。
本发明的制品可包括具有显示器的制品(或显示器制品)(例如消费电子产品,包括手机、平板电脑、电脑、导航系统及类似物)、建筑制品、运输制品(例如汽车、火车、飞机、船舶等)、家用电器制品或任何需要一定程度的透明度、耐划痕性、耐磨性或以上性质的组合的制品。
实施例
通过以下实施例对各种实施方式作进一步阐述。实施例1~9利用建模来理解包含光学膜的制品的反射谱和色偏,所述光学膜具有光学干涉层、耐划痕层和盖层。该建模以收集到的折射率数据为基础,所述数据来自各种材料形成的层和强化的铝硼硅酸盐(“ABS”)玻璃基材。实施例10、11和比较例12是实验制备的多层加工例,它们进一步阐明了实施例1~9的建模原理。
这些层通过在硅晶片上进行直流电(DC)反应性溅镀、反应性DC/射频(RF)溅镀和电子束蒸发来形成。一些形成的层包括SiO2、Nb2O5或Al2O3,它们在大约50℃的温度下利用离子辅助(分别)通过DC反应性溅镀硅、铌或铝靶来沉积在硅晶片上。通过这种方式形成的层标记为“RS”。其他包含SiO2的层通过电子束蒸发的方法沉积到硅晶片上,将晶片加热到300℃,且不用离子辅助。这种层标记为“E”。Ta2O5层通过电子束蒸发的方法沉积到硅晶片上,将晶片加热到300℃,且不用离子辅助。
SiuAlvOxNy层通过DC反应性溅镀结合RF叠加DC溅镀来沉积到硅晶片上,利用AJA工业(AJA-Industries)销售的溅镀沉积工具并采用离子辅助。在沉积期间将晶片加热至200℃,使用直径为3英寸的硅靶和直径为3英寸的铝靶。所用的反应性气体包括氮气和氧气,且使用氩气作为惰性气体。为硅靶提供13.56MHz的RF功率,为铝靶提供DC功率。所得到的SiuAlvOxNy层在550nm波长处具有大约1.95的折射率,测得的硬度大于大约15GPa,所述硬度通过布氏压痕硬度计测试在所测试的SiuAlvOxNy层的表面上测得,如本文所述。
所形成的光学膜各层和玻璃基材的折射率(随波长变化)通过椭圆偏振光谱法测得。表1~7包括所测的折射率和色散曲线。进而利用测得的折射率计算各个模型实施例的反射谱和角色偏(angular color shift)。
表1:RS-SiO2层的折射率和色散曲线-波长
Figure BDA0002682795650000331
表2:SiuAlvOxNy层的折射率和色散曲线-波长
Figure BDA0002682795650000341
表3:强化的铝硼硅酸盐玻璃基材的折射率和色散曲线-波长
Figure BDA0002682795650000351
表4:RS-Al2O3层的折射率和色散曲线-波长
Figure BDA0002682795650000361
表5:E-Ta2O5层的折射率和色散曲线-波长
Figure BDA0002682795650000362
表6:E-SiO2层的折射率和色散曲线-波长
Figure BDA0002682795650000371
表7:RS-Nb2O5层的折射率和色散曲线-波长
Figure BDA0002682795650000381
实施例1
模型实施例1包括具有与图6所示相同结构的制品。模型实施例1包含经过强化的碱金属铝硼硅酸盐玻璃基材和设置在该基材上的光学膜。光学膜包含具有三个亚层组的光学干涉层、设置在该光学干涉层上的耐划痕层以及设置在该耐划痕层上的盖层。光学膜中依次排列的各层的光学膜材料和厚度列于表8。
表8:模型实施例1的光学膜属性
Figure BDA0002682795650000391
为模型实施例1算得的反射谱示于图7。如图7所示,反射谱的振荡很小(即光学波长区内小于大约0.5个百分点),导致在F2光源下,在60度至垂直入射的入射视角范围内,对于10度观察者计算得到相对低的可见色偏,如图8所示。图7显示了在F2照明下半径为0.2的靶,其中心位于基材的色坐标上,该基材上没有设置光学膜。
实施例2
模型实施例2包含具有经过化学强化的碱金属铝硼硅酸盐基材210和设置在该基材上的光学膜220的制品200。光学膜220包含光学干涉层230、设置在该光学干涉层上的耐划痕层240以及盖层250,如图9所示。光学干涉层230包含四组亚层231A、231B。光学膜中依次排列的各层的光学膜材料和厚度列于表9。
表9:模型实施例2的光学膜属性
Figure BDA0002682795650000392
为模型实施例2算得的反射谱示于图10。如图10所示,反射谱的振荡很小(即光学波长区内小于大约0.5个百分点),导致在F2光源下,在60度至垂直入射的入射视角范围内,对于10度观察者计算得到相对低的可见色偏,如图11所示。图11显示了在F2照明下半径为0.2的靶,其中心位于基材的色坐标上,该基材上没有设置光学膜。
实施例3
模型实施例3包含具有经过化学强化的碱金属铝硼硅酸盐基材310和设置在该基材上的光学膜320的制品300。光学膜320包含光学干涉层330、设置在该光学干涉层上的耐划痕层340以及设置在该耐划痕层250上的盖层350。该光学干涉层包含两组亚层331A、331B,设置在该多个亚层与耐划痕层之间的第三亚层331C,以及设置在该多个亚层与基材之间的第三亚层331D,如图12所示。光学膜中依次排列的各层的光学膜材料和厚度列于表10。
表10:模型实施例3的光学膜属性
Figure BDA0002682795650000401
为模型实施例3算得的反射谱示于图13。如图13所示,反射谱的振荡很小(即光学波长区内小于大约0.5个百分点),导致在F2光源下,在60度至垂直入射的入射视角范围内,对于10度观察者计算得到相对低的可见色偏,如图14所示。图14显示了在F2照明下半径为0.2的靶,其中心位于基材的色坐标上,该基材上没有设置光学膜。
实施例4
模型实施例4包含具有经过化学强化的碱金属铝硼硅酸盐基材410和设置在该基材上的光学膜420的制品400。光学膜420包含光学干涉层430、设置在该光学干涉层上的耐划痕层440以及设置在该耐划痕层上的盖层450。该光学干涉层包含三组亚层431A、431B,设置在该多个亚层与耐划痕层之间的第三亚层431C、以及设置在该多个亚层与基材之间的第三亚层431D,如图15所示。光学膜中依次排列的各层的光学膜材料和厚度列于表11。
表11:模型实施例4的光学膜属性
Figure BDA0002682795650000411
为模型实施例4算得的反射谱示于图16。如图16所示,反射谱的振荡很小(即光学波长区内小于大约0.5个百分点),导致在F2光源下,在60度至垂直入射的入射视角范围内,对于10度观察者计算得到相对低的可见色偏,如图17所示。图17显示了在F2照明下半径为0.2的靶,其中心位于基材的色坐标上,该基材上没有设置光学膜。
实施例5
模型实施例5包含具有经过化学强化的碱金属铝硼硅酸盐基材510和设置在该基材上的光学膜520的制品500。光学膜520包含光学干涉层530、设置在该光学干涉层上的耐划痕层540以及设置在该耐划痕层550上的盖层550。该光学干涉层包含六组亚层531A、531B、以及设置在该多个亚层与耐划痕层之间的第三亚层531C,如图18所示。光学膜中依次排列的各层的光学膜材料和厚度列于表12。
表12:模型实施例5的光学膜属性
Figure BDA0002682795650000421
为模型实施例5算得的反射谱示于图19。如图19所示,反射谱的振荡很小(即在光学波长区中小于大约1个百分点),这使得在光源下,在相对于垂直入射大约0度~大约60度范围的入射视角观察时,发生相对低的可见色偏。
实施例6
模型实施例6包含具有经过化学强化的碱金属铝硼硅酸盐基材610和设置在该基材上的光学膜620的制品600。光学膜620包含光学干涉层630、设置在该光学干涉层上的耐划痕层640以及设置在该耐划痕层650上的盖层650。该光学干涉层包含两组亚层631A、631B、以及设置在该多个亚层与基材之间的第三亚层631C,如图20所示。光学膜中依次排列的各层的光学膜材料和厚度列于表13。
表13:模型实施例6的光学膜属性
Figure BDA0002682795650000422
为模型实施例6算得的反射谱示于图21。如图21所示,反射谱的振荡很小(即光学波长区内小于大约1个百分点),导致在F2光源下,在60度至垂直入射的入射视角范围内,对于10度观察者计算得到相对低的可见色偏,如图26所示。图26显示了在F2照明下半径为0.2的靶,其中心位于基材的色坐标上,该基材上没有设置光学膜。
实施例7
模型实施例7包含具有经过化学强化的碱金属铝硼硅酸盐基材710和设置在该基材上的光学膜720的制品700。光学膜720包含光学干涉层730、设置在该光学干涉层上的耐划痕层740以及设置在该耐划痕层750上的盖层750。该光学干涉层包含三组亚层731A、731B,以及设置在该多个亚层与基材之间的第三亚层731C,如图22所示。光学膜中依次排列的各层的光学膜材料和厚度列于表14。
表14:模型实施例7的光学膜属性
Figure BDA0002682795650000431
为模型实施例7算得的反射谱示于图22。如图22所示,反射谱的振荡很小(即光学波长区内小于大约0.5个百分点,并且在一些情况下,光学波长区内小于大约0.1个百分点),导致在F2光源下,在60度至垂直入射的入射视角范围内,对于10度观察者计算得到相对低的可见色偏,如图26所示。
实施例8
模型实施例8包含具有经过化学强化的碱金属铝硼硅酸盐基材810和设置在该基材上的光学膜820的制品800。光学膜820包含光学干涉层830、设置在该光学干涉层上的耐划痕层840以及设置在该耐划痕层840上的盖层850。该光学干涉层包含四组亚层831A、831B、以及设置在该多个亚层与耐刮擦层之间的第三亚层831C,如图23所示。光学膜中依次排列的各层的光学膜材料和厚度列于表15。
表15:模型实施例8的光学膜属性
Figure BDA0002682795650000441
为模型实施例8算得的反射谱示于图25。如图25所示,反射谱的振荡很小(即光学波长区内小于大约0.25个百分点,并且在一些情况下,光学波长区内小于大约0.1个百分点),导致在F2光源下,在60度至垂直入射的入射视角范围内,对于10度观察者计算得到相对低的可见色偏,如图26所示。
实施例9
模型实施例9包含具有经过化学强化的碱金属铝硼硅酸盐基材910和设置在该基材上的光学膜920的制品900。光学膜920包含光学干涉层930、设置在该光学干涉层上的耐划痕层940以及设置在该耐划痕层950上的盖层950。该光学干涉层包含三组亚层931A、931B,以及设置在该多个亚层与耐划痕层之间的第三亚层931C,如图27所示。光学膜中依次排列的各层的光学膜材料和厚度列于表16。
表16:模型实施例9的光学膜属性
Figure BDA0002682795650000451
为模型实施例9算得的反射谱示于图28。如图28所示,反射谱的振荡很小(即光学波长区内小于约1个百分点,并且在一些情况下,光学波长区内小于约0.1个百分点),这导致在光源下,在相对于垂直入射大约0度~60度范围内的入射视角发生较低的可见色偏。
实施例10~11和比较例12
制备实施例10,其包括基材和设置在该基材上的光学膜。该基材包含具有大约900MPa的压缩应力和大约45μm的DOL的经过化学强化的ABS玻璃基材。如图17所示,光学膜包含具有六个亚层组的光学干涉层。所述六个亚层组包括第一低RI SiOxNy亚层(在大约550nm波长处具有大约1.49的折射率)和第二高RI AlOxNy亚层(在大约550nm波长处具有大约2.0的折射率)。光学膜还包含AlOxNy耐划痕层。实施例10的光学干涉层通过反应磁控溅镀法形成,利用AJA工业的溅镀沉积工具,采用氧化和氮化环境。所用的溅镀靶包括直径为3英寸的硅靶和直径为3英寸的铝靶。
第一低RI层通过向硅靶提供大约490W的射频来形成。在形成第一低RI层的过程中,向铝靶提供大约75W的RF和50W的DC;但是关闭铝挡板以预防铝的沉积。在沉积第一低RI亚层的过程中,氧气以大约3.3sccm(标准立方厘米每分钟)的流速流入反应器,氩气以大约30sccm的流速流入反应器,氮气以大约30sccm的流速流入反应器。调整第一低RI亚层的沉积时间,以提供表17和18所示的厚度。
采用导向铝靶的RF叠加DC功率设置第二高RI亚层。向铝靶提供大约300W的DC功率,并向Al靶提供大约200W的RF功率。在形成第二高RI层的过程中,向硅靶提供大约50W的RF功率;但是关闭硅挡板以防硅的沉积。在沉积第二高RI亚层的过程中,氧气以大约0.25sccm的流速流入反应器,氩气以大约30sccm的流速流入反应器,氮气以大约30sccm的流速流入反应器。调整第二高RI亚层的沉积时间,以提供表17和18所示的厚度。
表17还提供了第一低RI亚层、第二高RI亚层和耐刮擦层各自在大约550nm波长处的折射率值。这些亚层的全部色散曲线类似于模型实施例1~9所用的相似材料(其折射率色散也通过实验测量)。模型实施例1~9所用的色散曲线可在每个波长处上下稍微偏移线性量或成比例的量,以达到实施例10和11所用的目标折射率,从而非常贴切地重现加工例10和11中材料的实际色散曲线。
在第一低RI亚层(SiOxNy)和第二高RI亚层(AlOxNy)之间的每个转变处,当气流转变到后面的亚层所需的气流时,硅挡板和铝挡板均关闭大约60秒钟。在该转变的过程中,对功率和气流进行调整。溅镀保持“开启”,但是溅镀材料跑到关闭的挡板上。在一些情况中,提供给硅靶的功率留在约500W,以清除残留氧,因为第二高RI亚层采用低氧气流量(相比于形成第一低RI亚层所用的氧气流量)。该处理使得在为指定亚层打开挡板之前,在用于各层的气体的存在下,溅镀靶能够达到其所需的功率。
耐刮擦层在用于形成第二高RI亚层的相同条件下形成。所得的耐刮擦层与所述光学干涉层一起具有大约15GPa的硬度,所述硬度通过本文所述的布氏压痕硬度计测得,以及具有大约212GPa的模量,所述模量通过已知的纳米压痕法测得。
表17.实施例10的光学膜的目标折射率和厚度
材料 550nm处的目标折射率 目标厚度(nm)
耐划痕层 AlO<sub>x</sub>N<sub>y</sub> 2.00709 2000
第一低RI亚层 SiO<sub>x</sub>N<sub>y</sub> 1.49658 9.7
第二高RI亚层 AlO<sub>x</sub>N<sub>y</sub> 2.00709 42.17
第一低RI亚层 SiO<sub>x</sub>N<sub>y</sub> 1.49658 30.27
第二高RI亚层 AlO<sub>x</sub>N<sub>y</sub> 2.00709 24.68
第一低RI亚层 SiO<sub>x</sub>N<sub>y</sub> 1.49658 52.71
第二高RI亚层 AlO<sub>x</sub>N<sub>y</sub> 2.00709 8.25
基材 ABS玻璃 1.51005
表18.实施例10采用的溅镀工艺条件
Figure BDA0002682795650000471
总时间:35523.0
实施例11采用与实施例10相同的设备和类似的反应性溅镀工艺来形成;但是,实施例11在第二高RI亚层中包括SiuAlvOxNy作为耐划痕层,其在大约550nm波长处具有大约1.998的折射率。实施例11中采用与实施例10相同的基材。实施例11的光学膜设计和形成实施例11的溅镀工艺条件如表19和20所示。
如本文所述,采用布氏金刚石硬度计测量实施例11的硬度,压痕深度为大约100nm,实施例11的制品的测得的硬度为21GPa。实施例11还具有237GPa的弹性模量。
表19:实施例11的光学膜的目标折射率和厚度
材料 550nm处的目标折射率 目标厚度(nm)
耐划痕层 Si<sub>u</sub>Al<sub>v</sub>O<sub>x</sub>N<sub>y</sub> 1.99823 2000
第一低RI亚层 SiO<sub>x</sub>N<sub>y</sub> 1.49594 11.8
第二高RI亚层 Si<sub>u</sub>Al<sub>v</sub>O<sub>x</sub>N<sub>y</sub> 1.99823 45.4
第一低RI亚层 SiO<sub>x</sub>N<sub>y</sub> 1.49594 33.6
第二高RI亚层 Si<sub>u</sub>Al<sub>v</sub>O<sub>x</sub>N<sub>y</sub> 1.99823 27.5
第一低RI亚层 SiO<sub>x</sub>N<sub>y</sub> 1.49594 56.5
第二高RI亚层 Si<sub>u</sub>Al<sub>v</sub>O<sub>x</sub>N<sub>y</sub> 1.99823 10.1
基材 ABS玻璃 1.51005
表20.实施例11采用的溅镀工艺条件
Figure BDA0002682795650000481
采用与实施例10和11相同的基材形成比较例12,但基材上设置的膜通过采用新柯隆(Shincron)转鼓涂布机的反应性溅镀来形成。比较例12的膜包括设置在耐划痕层与玻璃基材之间的单一光学干涉层。比较例12包含以下结构:玻璃基材/115nm的Al2O3光学干涉层/2000nm的AlOxNy耐刮擦层/32nm的SiO2盖层。
实施例10和11以及比较例12的光学性质汇总于图29~31。图29显示了实施例10~11和比较例12的透射谱。图30显示了在F2照明下,在不同入射照明角度(例如5、20、40和60度)下,为实施例10~11测定的反射光色坐标。图31显示了实施例10~11在D65照明下,在5度入射照明角测得的透射光色坐标。图30和31显示了圆形靶线,作为眼睛的导引。
在大约450nm~大约650nm或大约400nm~大约700nm的更宽波长范围内,对于任何50nm或100nm波长范围区段,测得实施例10的透射率振幅小于大约3个百分点。如图30所示,在F2照明下,当测量入射照明角度从5度变化到60度时,实施例10的反射色坐标的最大变动是b*色坐标中的最大变动小于+/-1.5,a*色材坐标中的最大变动小于+/-0.5。如图31所示,在D65照明下,当入射照明角度为5度时,实施例10的透射色坐标相对于未涂覆玻璃的色坐标的变动是b*色坐标中的最大变动小于+/-0.2,a*色坐标中的最大变动小于+/-0.1。
在大约450nm~650nm或大约400nm~700nm的更宽波长范围内,对于任何50nm或100nm波长范围区段,测得实施例11的透射率振幅小于大约3个百分点。在一些情况中,对于某些50nm或100nm波长范围区段,振幅甚至小于2个百分点。如图30所示,在F2照明下,当测量入射照明角度从5度变化到60度时,实施例11的反射色坐标的最大变动对于a*和b*色坐标都小于+/-0.4。如图31所示,在D65照明和5度下,实施例11的透射色坐标相对于未涂覆玻璃的色坐标的变动对于b*色坐标是小于+/-0.4,对于a*色坐标是小于+/-0.1。
比较例12的透射率振幅较大,如图29所示。基于此数据可以预测,在与评价实施例10和11所用的相同光源和相同入射照明角度下,色坐标a*和b*将发生显著变动。
通过增加盖层(例如厚度在大约5nm~大约25nm范围内的SiO2或SiOxNy盖层),可进一步调节实施例10和11的绝对色坐标,如模型实施例所示。尽管实施例10和11的色彩变动稍大于模型实施例中观察到的色彩变动,但其色彩变动范围和反射/透射振荡在有用的低范围内。据信,模型实施例1~9与实施例10~11之间的这种差异与反应性RF溅镀过程中遇到的层厚度和折射率的变动有关。如本文所述,本领域已知的许多方法可用于形成实施例10~11的光学膜,这些方法在这些实验中没有使用,但它们能够进一步改善对通过实验制备的层和亚层的厚度以及折射率的控制。示例性的方法包括减慢光学膜中最薄的层的沉积速率,在沉积过程中对层或亚层的厚度实施光学或石英晶体厚度监控,在沉积过程中对沉积室内的气体组成实施等离子体发射或质谱监控;以及在薄膜沉积中用来控制层厚度和组成的其他已知技术。
实施例中采用的光学干涉层经过设计后,最大程度地减小了耐划痕层与基材之间的反射,从而减小了整个制品的反射振荡。在多种照明源下,减小的反射率振荡(或者具有减小的幅度的反射率振荡)在不同入射视角减少了观察到的色彩并降低了色偏,所述照明源包括具有锐利的波长尖峰的照明源,例如CIE F2和F10照明。当利用本文所述的布氏压痕硬度计进行测量时,耐划痕层的硬度大于大约15GPa,在一些情况中甚至大于20GPa。
实施例13
模型实施例13包括具有经过化学强化的玻璃基材1010和设置在该基材上的光学膜1020的制品1000。光学膜1020包含光学干涉层1030、设置在该光学干涉层上的耐划痕层1040以及设置在该耐划痕层1040上的盖层1050。如图32所示,光学干涉层包含位于基材与耐划痕层之间的三组亚层1031A、1031B。光学膜中依次排列的各层的光学膜材料和厚度列于表21。
表21:模型实施例13的光学膜属性
Figure BDA0002682795650000501
实施例13具有对称的光学干涉层。在一种或多个实施方式中,可以调整光学干涉层,使其具有不同的亚层和厚度不同的亚层,只要保持对称性即可。
实施例14
实施例14A通过使用经过化学强化的铝硅酸盐玻璃基材来形成,且具有范围在大约700MPa~大约900MPa内的压缩应力、以及范围在大约40μm~大约50μm内的压缩应力层深度。实施例14A包含光学膜,该光学膜包含以下如表22所示的结构,出于制造容差的考虑,各层厚度的变化不超过5nm。
表22:实施例14A的光学膜性质
Figure BDA0002682795650000502
比较例14B包含与实施例14A相同的基材,但是未经涂覆。比较例14C包含与实施例14A相同的基材、以及设置在该基材上的厚度为大约10nm的疏水性低摩擦含氟硅烷涂层。比较例14D~14F包含与实施例14A相同的基材、以及厚度为186nm(14D)或478nm(14E)的SiuAlvOxNy单层、或者厚度约为294nm(14F)的AlOxNy单层。
实施例14A和比较例14D~14F上的涂层通过使用从金属钯的反应性DC溅镀或同时使用从金属钯的反应性DC和RF溅镀来形成。应当注意的是,AlOxNy的各层常常可被SiuAlvOxNy层的各层所取代,且可通过使用与形成这些层相同或相似的工艺来形成。SiuAlvOxNy和AlOxNy层都可制成在550nm处具有大约1.95~2.05的折射率以及沿着大约100nm或更深的压痕深度具有大于15GPa的测得的硬度,所述硬度通过布氏压痕硬度测试测得。
表23显示了这些样品经过泰伯尔测试后的散射光强度(CCBTDF,1/球面度)和透射雾度(8mm孔)。表23还显示了实施例14A和比较例14B-F的平均散射光强度值和雾度值,以作为基线。磨损测试后,更低的散射光强度和更低的雾度对应于更少的可见划痕和更少的可见损伤。泰伯尔测试后,实施例14A具有最低的散射光强度和雾度,表明其对多次接触事件损伤具有优异的耐受性。
表23:实施例14A和比较例14B~14F的散射光强度和雾度测量结果
Figure BDA0002682795650000511
如表24所示,还以不同的总负荷对实施例14A进行了石榴石测试(独立于泰伯尔测试)。比较例14B也进行了石榴石测试(独立于泰伯尔测试)以作比较之用。
表24:实施例14A和比较例14B石榴石测试结果
Figure BDA0002682795650000512
如表24所示,在所有负荷的石榴石测试后,实施例14A相比于比较例14B具有明显更低的雾度和更少的散射光。
对本领域的技术人员而言,显而易见的是可以在不偏离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改和变动。

Claims (19)

1.一种装置,其包含:
盖板制品,所述盖板制品包含具有表面的基材;和设置在所述基材的表面上的光学膜,其形成涂覆表面,所述光学膜包含耐划痕层以及设置在所述耐划痕层与所述基材之间的光学干涉层,所述光学膜还包含设置在耐划痕层上的盖层;
所述光学干涉层的物理厚度约为10-300nm;
所述耐划痕层的物理厚度约为100-500nm;
所述光学干涉层还包含至少一个第一低折射率(RI)亚层和至少一个第二高RI亚层,其中,所述光学干涉层中的亚层各自具有在约2nm~约200nm范围内的光学厚度(n*d)。
2.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述盖层的物理厚度约为0-100nm。
3.如权利要求1或2所述的装置,其特征在于,所述盖层包含两种或更多种材料以及两个或更多个亚层。
4.如权利要求1或2所述的装置,其特征在于,所述盖板制品具有约8GPa或更大的最大硬度,所述最大硬度通过布氏压痕硬度测试沿着约100nm或更深的压痕深度测得。
5.如权利要求1或2所述的装置,其特征在于,所述光学干涉层在光学波长区内具有约2%或更小的平均反光率。
6.如权利要求1或2所述的装置,其特征在于,所述耐划痕层包含AlN、Si3N4、AlOxNy、SiOxNy、Al2O3、SixCy、SixOyCz、ZrO2、TiOxNy、金刚石、类金刚石碳和SiuAlvOxNy中的一种或多种。
7.如权利要求1或2所述的装置,其特征在于,所述第一低RI亚层包含SiO2、Al2O3、GeO2、SiO、AlOxNy、SiOxNy、SiuAlvOxNy、MgO、MgF2、BaF2、CaF2、DyF3、YbF3、YF3和CeF3中的至少一种,且所述第二高RI亚层包含SiuAlvOxNy、Ta2O5、Nb2O5、AlN、Si3N4、AlOxNy、SiOxNy、HfO2、TiO2、ZrO2、Y2O3、Al2O3和MoO3中的至少一种。
8.如权利要求1或2所述的装置,其特征在于,所述盖板制品展现出约94%或更高的平均透光率。
9.如权利要求1或2所述的装置,其特征在于,所述盖板制品展现出在整个光学波长区或者在光学波长区中的一些波长范围区段内具有约2.0个百分点或更小的平均振幅的平均反射率。
10.如权利要求1或2所述的装置,其特征在于,还包含:具有用户界面的显示器,其中,所述盖板制品设置在所述显示器上。
11.一种装置,其包含:
盖板制品,所述盖板制品包含具有表面的基材;和设置在所述基材的表面上的光学膜,其形成涂覆表面,所述光学膜包含耐划痕层以及设置在所述耐划痕层与所述基材之间的光学干涉层,所述光学膜还包含设置在耐划痕层上的盖层;
所述光学膜的物理厚度约为0.1-3μm;
所述光学干涉层还包含至少一个第一低折射率RI亚层和至少一个第二高RI亚层;
所述光学干涉层在约450-650nm的光学波长范围内展现出约1%或更小的平均反光率;以及
所述盖板制品具有约8GPa或更大的最大硬度,所述最大硬度通过布氏压痕硬度测试沿着约100nm或更深的压痕深度测得。
12.如权利要求11所述的装置,其特征在于,所述盖层的物理厚度约为0-100nm。
13.如权利要求11或12所述的装置,其特征在于,所述盖层包含两种或更多种材料以及两个或更多个亚层。
14.如权利要求11或12所述的装置,其特征在于,所述耐划痕层的物理厚度约为0.1-2μm。
15.如权利要求11或12所述的装置,其特征在于,所述耐划痕层包含AlN、Si3N4、AlOxNy、SiOxNy、Al2O3、SixCy、SixOyCz、ZrO2、TiOxNy、金刚石、类金刚石碳和SiuAlvOxNy中的一种或多种。
16.如权利要求11或12所述的装置,其特征在于,所述第一低RI亚层包含SiO2、Al2O3、GeO2、SiO、AlOxNy、SiOxNy、SiuAlvOxNy、MgO、MgF2、BaF2、CaF2、DyF3、YbF3、YF3和CeF3中的至少一种,且所述第二高RI亚层包含SiuAlvOxNy、Ta2O5、Nb2O5、AlN、Si3N4、AlOxNy、SiOxNy、HfO2、TiO2、ZrO2、Y2O3、Al2O3和MoO3中的至少一种。
17.如权利要求11或12所述的装置,其特征在于,所述盖板制品展现出约94%或更高的平均透光率。
18.如权利要求11或12所述的装置,其特征在于,所述盖板制品展现出在整个光学波长区或者在光学波长区中的一些波长范围区段内具有约2.0个百分点或更小的平均振幅的平均反射率。
19.如权利要求11或12所述的装置,还包含:具有用户界面的显示器,其中,所述盖板制品设置在所述显示器上。
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