CN116931134A - 减反射玻璃、其制备方法、电子设备的显示屏及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例一种减反射玻璃,包括玻璃基板,所述玻璃基板的第一表面具有微纳结构;叠加在所述玻璃基板的第一表面的第一减反射膜层,所述第一减反射膜由高折射率层和低折射率层交替叠加形成。本申请实施例还提供了一种电子设备显示屏及电子设备。本申请实施例在玻璃基板表面设置微纳结构,微纳结构为微米或纳米尺寸的表面结构,能够保证短程上膜层原子致密堆积,提高膜层硬度,从而提高镀膜玻璃表面的抗划伤能力,同时在长程上高低起伏的结构使膜层压应力在局部得到释放,减少玻璃基板的应力变形,叠加厚度较厚的减反射膜层时也不会产生较大应力变形,从而可以用于电子设备显示屏等尺寸较大的结构中。
Description
技术领域
本申请涉及电子设备技术领域,尤其涉及一种减反射玻璃、其制备方法、电子设备的显示屏及电子设备。
背景技术
随着触摸电子产品的普及,消费者对触摸电子产品的要求越来越高。触摸电子产品的屏幕上方具有盖板玻璃,玻璃是光密介质,折射率为1.54的玻璃,每个表面有4.2%左右的反射光。在光线强烈的环境下,例如,户外强烈的阳光下,强烈的反射进入人眼,造成炫光,导致眼睛看不清屏幕上的显示内容,无法正常阅读,影响产品的使用。
采用高折射率材料和低折射率材料,按照光学薄膜设计交替叠加,在玻璃基板上形成AR(减反射,Anti-Reflection)膜层,能够降低玻璃的反射率,增加玻璃的透过率,但是该AR膜层一般比较薄,容易被刺穿,导致玻璃易被划伤,出现肉眼可见的划痕,随着触摸电子产品使用的延续,划痕越来越多,影响触摸电子产品的外观。同时,划痕会破坏玻璃的应力平衡,导致玻璃的抗冲击能力下降。
为了提高玻璃基材的抗划伤能力,可以在玻璃基材表面镀制致密的高硬度材料涂层,但是,致密的高硬度材料涂层之间会产生排斥力,产生压应力,导致玻璃基材变形,使得其无法在尺寸较大的结构,例如手机盖板上使用,而只能用于摄像头镜片、手表盖板等小尺寸结构上。
发明内容
本申请提供了一种减反射玻璃、其制备方法、电子设备的显示屏及电子设备,解决了减反射玻璃易被划伤、抗冲击能力下降以及玻璃基材容易变形的问题。
为了实现上述目的,本申请提供了以下技术方案:
一种减反射玻璃,包括玻璃基板,所述玻璃基板的第一表面具有微纳结构;叠加在所述玻璃基板的第一表面的第一减反射膜层,所述第一减反射膜由高折射率层和低折射率层交替叠加形成。
本申请实施例在玻璃基板表面设置微纳结构,微纳结构为微米或纳米尺寸的表面结构,能够保证短程上膜层原子致密堆积,提高膜层硬度,从而提高镀膜玻璃表面的抗划伤能力,同时在长程上高低起伏的结构使膜层压应力在局部得到释放,减少玻璃基板的应力变形,叠加厚度较厚的减反射膜层时也不会产生较大应力变形,从而可以用于电子设备显示屏等尺寸较大的结构中。。
在一些可能的实现方式中,所述微纳结构由多个微米尺寸和/纳米尺寸的凸起构成;或者由多个微米尺寸和/纳米尺寸的沟壑或者凹陷构成。上述多个凸起、沟壑或凹陷可以不规则排列,也可以规则排列,例如,以阵列结构的方式排列。
为了不影响减反射玻璃的光学性能,所述凸起的高度为50~1000nm,底部尺寸为100~3000nm,相邻凸起之间的间距为100~1000nm。同样的,微纳结构由多个沟壑或者多个凹陷形成时,沟壑的深度、长度和相邻沟壑之间的距离也满足上述尺寸或关系。
在一些可能的实施例中,所述第一减反射膜层的厚度为500~3000nm。表面具有微纳结构的玻璃基板在叠加厚度为500nm以上的减反射膜层时,能够减少膜层应力,减少玻璃基板的应力变形,使其能够应用于50mm以上的大尺寸结构中。
在一些可能的实施例中,所述第一减反射膜层中,所述低折射率层的材料为Al2O3;所述高折射率层的材料为AlN或AlON。Al2O3的硬度较高,莫氏硬度为9左右,能够进一步提高减反射玻璃的抗划伤能力。
在一些可能的实现方式中,所述减反射玻璃表面在500g力下的莫氏硬度为7以上。
在一些可能的实现方式中,所述减反射玻璃采用玻璃轮廓测试时,厚度为0.55mm时,其变形量小于0.20mm。
在一些可能的实现方式中,所述减反射玻璃的维氏硬度为1100HV以上。
在一些可能的实现方式中,所述减反射玻璃在380~780nm范围的光波长区域上,反射率<2%,透过率>93%。
本申请实施例还提供了减反射玻璃的制备方法,其特征在于,包括:
步骤S1:在玻璃基板的至少一个表面形成微纳结构;
步骤S2:在具有微纳结构的玻璃基板表面叠加第一减反射膜层,所述第一减反射膜由高折射率层和低折射率层交替叠加形成。
具体而言,可以通过金属掩膜法、金刚石飞刀、酸腐蚀法等在玻璃基板的至少一个表面形成微纳结构,可以采用真空沉积法在具有微纳结构的玻璃基板表面叠加第一减反射膜层。
本申请实施例还提供了一种电子设备显示屏及电子设备,包括上述技术方案所述的减反射玻璃或上述技术方案所述的制备方法制备得到的减反射玻璃。上述减反射玻璃具有较小的应力形变、较低的反射率、较高的透射率、良好的抗划伤性能和高硬度,可以用作电子设备的显示屏,例如手表等小尺寸显示屏或者手机等大尺寸显示屏。具体而言,所述减反射玻璃可用作电子设备显示屏的外屏。以上述减反射玻璃作为显示屏的电子设备在强烈的阳光下也不会造成炫光,方便使用者看清屏幕上的显示内容,提高产品的使用体验。另外,电子设备显示屏的抗划伤能力较好,不容易出现肉眼可见的划痕,不影响电子设备的外观,不会降低玻璃的抗冲击能力。
附图说明
图1为AR镀膜玻璃的叠层结构示意图;
图2为硬质AR镀膜玻璃的叠层结构示意图;
图3为本申请实施例提供的减反射玻璃的叠层结构示意图;
图4为本申请提供的玻璃基板表面的第一种微纳结构示意图;
图5为本申请提供的玻璃基板表面的第二种微纳结构示意图;
图6为本申请提供的玻璃基板表面的第三种微纳结构示意图;
图7为本申请提供的第一减反射膜层的第一种交替结构示意图;
图8为本申请提供的第一减反射膜层的第二种交替结构示意图;
图9为本申请提供的第一减反射膜层的第三种交替结构示意图;
图10为本申请实施例提供的减反射玻璃的制备流程示意图;
图11为本申请实施例采用金属掩膜法形成表面微纳结构的流程示意图;
图12为本发明实施例1制备的玻璃基材的扫描电镜照片;
图13为本申请实施例1减反射玻璃的CAV扫描结果;
图14为本发明实施例2制备的玻璃基材的扫描电镜照片;
图15为本申请实施例2减反射玻璃的CAV扫描结果;
图16为手机的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的,而并非旨在作为对本申请的限制。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样,单数表达形式“一个”、“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式,除非其上下文中明确地有相反指示。还应当理解,在本申请实施例中,“一个或多个”是指一个、两个或两个以上。本申请实施例中使用的“第一”“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。
在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此,在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例,而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”,除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”,除非是以其他方式另外特别强调。
在本申请实施例中,“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言,使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
在本申请实施例中,盖板属于电子设备显示屏的一部分,也可称为显示屏的外屏,用于保护显示屏中具有显示功能的内屏。
在本申请实施例中,高折射率和低折射率指的是折射率相互之间的相对值,例如,高折射率>低折射率。相应的,高折射率材料和低折射率材料指的是不同材料的折射率的相对值。在一个或多个实施例中,低折射率约为1.3~1.7或1.3~1.75,低折射率材料包括折射率约为1.3~1.7或1.3~1.75的材料;高折射率约为1.7~2.5,高折射率材料包括折射率约为1.7~2.5的材料。
在本申请实施例中,玻璃的透射是指光线透过玻璃的性质,以透光率表示;玻璃的反射是指光线被玻璃阻挡,按一定角度反射出来,以反射率表示;玻璃的折射率是指光在真空中的传播速度与光在玻璃中的传播速度之比。
在本申请实施例中,玻璃基板是指未经减反射处理的玻璃,包括普通玻璃、钢化玻璃等,其中,钢化玻璃是普通玻璃经过离子交换等化学强化处理得到的化学强化玻璃。
玻璃是光密介质,折射率为1.54的玻璃,在光线强烈的环境下,每个表面有4.2%左右的反射光线反射进入人眼,造成炫光导致眼睛看不清屏幕上的显示内容,影响电子产品的使用。为了减小玻璃的反射率,提高玻璃的透射率,一般采用高折射率材料(高折1)和低折射率材料(低折1),按照光学薄膜设计交替叠加在玻璃基板(基板)上形成AR镀膜玻璃,如图1所示,图1为AR镀膜玻璃的叠层结构示意图。玻璃基材反射率为8.4%时,双面镀膜后反射率<1%;玻璃基材透过率为93%时,双面镀膜后透过率>98%;而且该膜层的厚度一般小于300nm,膜层应力造成的玻璃基板变形可以忽略,不影响玻璃在较大尺寸结构上的应用,例如用作手机盖板玻璃等。但是,该膜层较薄,容易被刺穿,镀膜后的玻璃相对玻璃基材更容易被划伤。
为了提高AR镀膜玻璃的抗划伤能力,可以在AR膜层中插入一层硬质膜层,形成硬质AR膜层,参见图2,图2为硬质AR镀膜玻璃的叠层结构示意图,采用高折射率材料(高折1)和低折射率材料(低折1),按照光学薄膜设计交替叠加在玻璃基板(基板)上,同时插入一层硬质膜层作为抗划伤层,形成硬质AR镀膜玻璃。该硬质AR膜层一方面能够减少玻璃反射率,玻璃基材反射率为8.4%时,双面镀膜后反射率<1%;增加玻璃透过率,玻璃基材透过率为93%时,双面镀膜后透过率>98%;另一方面能够提高玻璃的抗划伤能力。但是,该硬质膜层的厚度一般为500~5000nm,使得整个硬质AR膜层的厚度大于800nm,膜层应力造成的玻璃基板变形较大,例如,硬质AR膜层为800nm厚时,用作手机盖板的0.55mm厚的钢化玻璃变形比例为0.4mm,超出标准要求公差0.2mm。这种玻璃无法在较大尺寸结构上应用,只能用在摄像头镜片、手表盖板等小于50mm的小尺寸结构中。
参见图3,图3为本申请实施例提供的减反射玻璃的叠层结构示意图。所述减反射玻璃包括:玻璃基板1,所述玻璃基板的第一表面具有微纳结构11;叠加在所述玻璃基板1的第一表面的第一减反射膜层2,所述第一减反射膜层由高折射率层21和低折射率层22交替叠加形成。
玻璃基板1作为主体材料,具有较高的透过率即可。在一个实施例中,玻璃基板1在380~780nm范围的光波长区域上透过率大于等于85%。在其他实施例中,玻璃基板1在380~780nm范围的光波长区域上透过率大于等于90%,甚至大于等于92%。在一个实施例中,玻璃基板1在380~780nm范围的光波长区域上的反射率≤15%。在其他实施例中,玻璃基板1在380~780nm范围的光波长区域上的反射率≤10%。
玻璃基板1可以为普通玻璃,也可以为普通玻璃经过离子交换处理得到的钢化玻璃。玻璃基板1的一个典型的化学组成包括SiO2、B2O3、Al2O3、碱金属氧化物和碱土金属氧化物,在其他实施例中,玻璃基板1还可以根据需要包括其他化学成分,例如稀土氧化物或其他二价金属氧化物。
玻璃基板1为钢化玻璃时,所述钢化玻璃可以按照以下方法制备:将普通玻璃预热后进行离子交换处理,依次酸洗、碱洗后得到钢化玻璃。其中,离子交换处理具体为:在离子交换处理剂中进行处理,所述离子交换剂包括KNO3、NaNO3、H2SiO3、La2O3和KOH,离子交换处理的温度为435~445℃,时间为1.8~22h。具体而言,所述离子交换剂包括165~185质量份的KNO3、14~18质量份的NaNO3、3~5质量份的H2SiO3、0.05~0.15质量份的La2O3和4~8质量份的KOH。采用上述方法制备的钢化玻璃具有良好的强度和抗冲击性能,不易破碎。
在一个实施例中,玻璃基板1的厚度为0.4mm~0.7mm。在其他实施例中,玻璃基板1的厚度为0.45mm~0.65mm。
玻璃基板1表面具有微纳结构11,微纳结构11为微米和/或纳米尺寸的表面结构,能够保证短程上膜层原子致密堆积,提高膜层硬度,从而提高镀膜玻璃表面的抗划伤能力,同时在长程上高低起伏的结构使膜层压应力在局部得到释放,减少玻璃基板1的应力变形,叠加厚度较厚的减反射膜层时也不会产生较大应力变形,从而可以用于电子设备显示屏等尺寸较大的结构中。。
在一个实施例中,玻璃基板1表面具有多个微米和/或纳米尺寸的凸起,该多个凸起构成了玻璃基板1表面的微纳结构。参见图4,图4为本申请提供的玻璃基板表面的第一种微纳结构示意图。凸起41的底部尺寸大于顶部尺寸,可以为圆台形、金字塔形或馒头形。在其他实施例中,所述凸起的底部尺寸与顶部尺寸相同,可以为矩形、圆柱形等。在一个实施例中,所述凸起的高度为50~1000nm,在其他实施例中,为了避免影响减反射玻璃的光学性能,例如不增加其反射率、不减少其透射率,所述凸起的高度可以为100~800nm,或者可以为150~700nm,或者可以为200~600nm,或者可以为250~500nm,或者可以为300~400nm。在一个实施例中,所述凸起的底部尺寸为100~3000nm,在其他实施例中,为了避免影响减反射玻璃的光学性能,例如不增加其反射率、不减少其透射率,所述凸起的底部尺寸可以为150~2000nm,或者可以为200~1500nm,或者可以为250~1000nm,或者可以为300~800nm,或者可以为350~500nm。在一个实施例中,相邻凸起之间的间距为100~1000nm,在其他实施例中,为了避免影响减反射玻璃的光学性能,例如不增加其反射率、不减少其透射率,相邻凸起之间的间距可以为150~800nm,或者可以为200~600nm,或者可以为250~500nm,或者可以为300~400nm。
在一个实施例中,所述多个凸起可以不规则排布,分散在玻璃基板表面即可。在其他实施例中,所述多个凸起可以按照规律排布,例如以阵列的方式排布,即多个凸起呈阵列排布或者类阵列排布。以多个凸起作为玻璃基板表面的微纳结构更容易形成规则结构,例如阵列结构,从而有利于膜层应力的释放,减少玻璃基板的应力变形。
表面具有微纳结构的玻璃基板1具有较高的光泽度和透过率,在一个实施例中,表面具有微纳结构的玻璃基板1在380~780nm范围的光波长区域上透过率大于等于85%甚至大于等于90%,或者大于等于92%。在一个实施例中,表面具有微纳结构的玻璃基板1的光泽度大于85,甚至大于90。
在另外的实施例中,玻璃基板1表面具有多个微米和/或纳米尺寸的沟壑,该多个沟壑构成了玻璃基板1表面的微纳结构。参见图5,图5为本申请提供的玻璃基板表面的第二种微纳结构示意图。沟壑51的底部尺寸小于顶部尺寸,即其横截面可以为倒圆台形、倒金字塔形或倒馒头形。在其他实施例中,所述沟壑的底部尺寸与顶部尺寸相同,其横截面为矩形、圆柱形等。在一个实施例中,所述沟壑的深度为50~1000nm,在其他实施例中,为了避免影响减反射玻璃的光学性能,例如不增加其反射率、不减少其透射率,所述沟壑的深度可以为100~800nm,或者可以为150~700nm,或者可以为200~600nm,或者可以为250~500nm,或者可以为300~400nm。在一个实施例中,所述沟壑的长度为100~3000nm,在其他实施例中,为了避免影响减反射玻璃的光学性能,例如不增加其反射率、不减少其透射率,所述沟壑的长度可以为150~2000nm,或者可以为200~1500nm,或者可以为250~1000nm,或者可以为300~800nm,或者可以为350~500nm。在一个实施例中,所述沟壑顶部的宽度为100~3000nm,在其他实施例中,为了避免影响减反射玻璃的光学性能,例如不增加其反射率、不减少其透射率,所述沟壑顶部的宽度可以为150~2000nm,或者可以为200~1500nm,或者可以为250~1000nm,或者可以为300~800nm,或者可以为350~500nm。在一个实施例中,相邻沟壑之间的间距为100~1000nm,在其他实施例中,为了避免影响减反射玻璃的光学性能,例如不增加其反射率、不减少其透射率,相邻沟壑之间的间距可以为150~800nm,或者可以为200~600nm,或者可以为250~500nm,或者可以为300~400nm。
在一个实施例中,所述多个沟壑可以不规则排布,分散在玻璃基板表面即可。在其他实施例中,所述多个沟壑可以按照规律排布,例如以经纬交错的方式排布或者呈阵列方式排布。以多个沟壑作为玻璃基板的表面微纳结构,形成方式更为多样,例如以酸处理的方式获得不规则的多个沟壑,或者以金刚石飞刀的方式获得规则的沟壑等。
在另外的实施例中,玻璃基板1表面具有多个微米和/或纳米尺寸的凹陷,该多个凹陷构成了玻璃基板1表面的微纳结构。参见图6,图6为本申请提供的玻璃基板表面的第三种微纳结构示意图。凹陷61的底部尺寸小于顶部尺寸,可以为倒圆台形、倒金字塔形或倒馒头形。在其他实施例中,所述凹陷的底部尺寸与顶部尺寸相同,可以为矩形、圆柱形等。在一个实施例中,所述凹陷的深度为50~1000nm,在其他实施例中,为了避免影响减反射玻璃的光学性能,例如不增加其反射率、不减少其透射率,所述凹陷的深度可以为100~800nm,或者可以为150~700nm,或者可以为200~600nm,或者可以为250~500nm,或者可以为300~400nm。在一个实施例中,所述凹陷的顶部尺寸为100~3000nm,在其他实施例中,为了避免影响减反射玻璃的光学性能,例如不增加其反射率、不减少其透射率,所述凹陷的顶部尺寸可以为150~2000nm,或者可以为200~1500nm,或者可以为250~1000nm,或者可以为300~800nm,或者可以为350~500nm。在一个实施例中,相邻凹陷之间的间距为100~1000nm,在其他实施例中,为了避免影响减反射玻璃的光学性能,例如不增加其反射率、不减少其透射率,相邻凹陷之间的间距可以为150~800nm,或者可以为200~600nm,或者可以为250~500nm,或者可以为300~400nm。
在一个实施例中,所述多个凹陷可以不规则排布,分散在玻璃基板表面即可。在其他实施例中,所述多个凹陷可以按照规律排布,例如以阵列的方式排布。以多个凹陷作为玻璃基板的表面微纳结构,有利于保留玻璃基板的表面结构,例如保留钢化玻璃基板表面的离子交换层,使玻璃基板保持较好的机械性能。
玻璃基板1表面的微纳结构可以通过金属掩膜、金刚石飞刀、酸腐蚀等本领域技术人员熟知的表面加工方法获得,本申请对此并无特殊限制。
例如,采用金属掩膜获得表面微纳结构的一个典型过程如下:在玻璃基板上镀金属膜,例如铟膜,然后加热使所述金属膜收缩,等离子刻蚀后将残余金属膜退镀,即可获得表面具有微纳结构的玻璃基板。
采用金刚石飞刀获得表面微纳结构的一个典型过程为:将玻璃基板置于工作台上,采用金刚石刀具对其进行飞刀切削,形成微沟槽结构阵列、棱柱矩阵、微结构线性层等表面结构。
采用酸腐蚀获得表面微纳结构的一个典型过程为:将玻璃基板在氢氟酸和硫酸混合液中浸泡处理5~30min,清洗后干燥。
所述减反射玻璃还包括叠加在玻璃基板1表面的第一减反射膜层2,第一减反射膜层2由高折射率层21和低折射率层22交替叠加形成,能够降低玻璃反射率,增加玻璃的透过率。在一个实施例中,第一减反射膜层2的厚度为500~3000nm,在其他实施例中,第一减反射膜层2的厚度可以为600~2500nm,或者可以为700~2000nm,或者可以为800~1500nm,或者可以为900~1200nm。
第一减反射膜层2中,高折射率层21和低折射率层22交替叠加的周期以及各层的厚度可以按照光学要求通过膜层设计软件,如TFC,Macleod等设计,本申请对此并无特殊限制。具体而言,高折射率层21和低折射率层22交替叠加的周期可以为整数个周期,也可以为非整数个周期。例如,第一减反射膜层2的叠层结构可以为:高折射率层21/低折射率层22/高折射率层21/低折射率层22……/高折射率层21/低折射率层22/高折射率层21/低折射率层22,如图7所示;也可以为:高折射率层21/低折射率层22/高折射率层21/低折射率层22……/高折射率层21/低折射率层22/高折射率层21/低折射率层22/高折射率层21,如图8所示,或者可以为:低折射率层22/高折射率层21/低折射率层22/高折射率层21/低折射率层22……/高折射率层21/低折射率层22/高折射率层21/低折射率层22,如图9所示。
在一个实施例中,第一减反射膜层2中各个高折射率层的材料相同,各个低折射率层的材料相同。在其他实施例中,第一减反射膜层2中各个高折射率层的材料相同,各个低折射率层的材料不同;或者,第一减反射膜层2中各个高折射率层的材料不同,各个低折射率层的材料相同;或者,第一减反射膜层2中各个高折射率层的材料不同,各个低折射率层的材料也不同。
在一个实施例中,第一减反射膜层2中,所述高折射率层材料的折射率为1.9~2.3;所述低折射率层材料的折射率为1.6~1.8。具体而言,所述高折射率层的材料包括但不限于Nb2O5、TiO2、Ta2O5、Si3N4、ZrO2、AlN或AlON;所述低折射率层的材料包括但不限于SiO2、MgF2或Al2O3。进一步的,第一减反射膜层2中,所述低折射率层的材料为Al2O3;所述高折射率层的材料为AlN或AlON,Al2O3的硬度较高,莫氏硬度为9左右,能够提高玻璃的抗划伤能力。
在一个典型的实施例中,第一减反射膜层2具有Al2O3/AlN/Al2O3/AlN/Al2O3/AlN/Al2O3/AlN/Al2O3或Al2O3/AlN/Al2O3/AlN/Al2O3/AlN/Al2O3/AlN/Al2O3/AlN/Al2O3的叠层结构,该结构使得到的减反射玻璃具有较低的反射率、较高的透射率、良好的抗划伤性能和较高的硬度。
在一个典型的实施例中,第一减反射膜层2具有SiO2/Nb2O5/SiO2/Nb2O5/SiO2/Nb2O5/SiO2/Nb2O5/SiO2/Si3N4的叠层结构,该结构使得到的减反射玻璃具有较低的反射率、较高的硬度和良好的耐摩擦性。
在一个实施例中,所述减反射玻璃为单面镀膜玻璃,即玻璃基板1的第一表面叠加第一减反射膜层2。在其他实施例中,所述减反射玻璃可以为双面镀膜玻璃,即在玻璃基板1的第一表面叠加第一减反射膜层,在与第一表面相对应的第二表面叠加第二减反射膜层,双面镀膜玻璃具有更低的反射率和更高的透射率。本领域技术人员可以理解的是,第二减反射膜层与第一减反射膜层可以相同,也可以不同;第二减反射膜层与第一减反射膜层不同时,第二减反射膜层的设置参考上文第一减反射膜层的设置,本申请在此不再赘述。
在一些可能的实现方式中,通过雾度仪或者光泽度仪对减反射玻璃进行测试,其光泽度大于85。在一些可能的实施例中,所述减反射玻璃的光泽度大于88,更有利于获得较高的透射率和较低的反射率。
在一个可能的实现方式中,通过维氏压痕仪硬度对减反射玻璃进行测试,其表面上测得小于或等于约100nm的压痕深度,硬度大于或等于约1100HV。在一个实施例中,减反射玻璃的维氏硬度大于1150HV。
在一个可能的实现方式中,通过莫氏硬度笔测试减反射玻璃表面硬度,500g力下,莫氏硬度7的莫氏硬度笔划过玻璃表面,800lux光线下无肉眼可见划伤。
在一些实施例中,通过分光光度计测试减反射玻璃的光学性能,380~780nm范围的光波长区域上单面镀膜反射率<2%,单面透过率>93%;940nm光波长透光率>92%。
在一些实施例中,根据国际照明委员会,在法向入射条件下,在(L*,a*,b*)色度体系中,采用色差仪测试减反射玻璃,其反射颜色值a值±2,b值±2,透过颜色值a值±1,b值±1。
在一些实施例中,在表面粗糙度为5.6um的大理石表面,5*5cm减反射玻璃上施加10Kg力,行程10cm,来回为一个周期,40周期摩擦后,800lux光线下无肉眼可见划伤。
在一些实施例中,采用玻璃轮廓测试(CAV扫描)减反射玻璃,其玻璃变形量小于0.20mm。在一些实施例中,减反射玻璃的变形量小于0.1mm。
在本申请中,第一减反射膜层2通过磁控溅射的方法依次在玻璃基板1上镀膜形成即可,镀膜参数根据膜层体系进行选择即可,本申请没有特殊限制。
本申请实施例还提供了上述减反射玻璃的制备方法,其流程示意图如图10所示,包括以下步骤:
步骤S1:在玻璃基板的至少一个表面形成微纳结构;
步骤S2:在具有微纳结构的玻璃基板表面叠加第一减反射膜层。
首先,在玻璃基板的至少一个表面形成微纳结构,具体而言,可以采用金属掩膜、金刚石飞刀、酸腐蚀等本领域技术人员熟知的表面加工方法获得,在玻璃基板的表明形成微沟槽结构阵列、棱柱矩阵、微结构线性层、呈阵列分布的凸起等微纳结构。
在一个具体的实现方式中,可以采用金属掩膜的方式获得微纳结构,其流程示意图如图11所示,包括以下步骤:
步骤S11、在玻璃基板的至少一个表面形成金属膜;
步骤S12、对所述金属膜进行处理使其形成金属纳米颗粒;
步骤S13、对所述步骤S12得到的玻璃进行等离子刻蚀,在玻璃表面构建纳米凸起阵列结构;
步骤S14、退镀所述步骤S13得到的玻璃表面的金属。
在一个实施例中,以金属铟为例,首先通过真空溅射等方法在玻璃基板的至少一个表面上形成金属铟膜,然后对其进行处理,例如热处理,使金属铟膜热收缩形成呈类阵列排布的纳米颗粒,然后对玻璃基板进行等离子刻蚀,铟纳米颗粒覆盖的玻璃基板表面不会被刻蚀,未被铟纳米颗粒覆盖的玻璃基板表面被刻蚀,从而形成具有凸起的表面结构,退镀铟纳米颗粒后即可得到具有微纳结构的玻璃基板,其表面具有呈类阵列排布的凸起。
本申请实施例对所述真空溅射形成金属铟膜的参数没有特殊限制,本领域技术人员根据需要进行选择即可。为了后续形成金属纳米颗粒,在一个实施例中,所述金属铟膜的厚度为3~8nm。
形成铟膜后,对其进行热处理,形成铟纳米颗粒。本申请实施例对所述热处理的参数没有特殊限制,本领域技术人员根据需要进行选择即可,例如,热处理的升温速度为15~25℃/min,加热至100~200℃,保温5~10min。为了不影响最终产品的光学性能,铟纳米颗粒分布均匀,其直径为50~70nm。
等离子刻蚀的目的在于刻蚀未被铟纳米颗粒覆盖的玻璃基板表面,使铟纳米颗粒覆盖的玻璃基板表面形成凸起。本申请实施例对所述等离子刻蚀的参数没有特殊限制,本领域技术人员可以根据预期的凸起的尺寸进行设定,控制刻蚀厚度,得到不影响最终产品的光学性能的凸起。
最后去除玻璃基板表面的铟纳米颗粒,例如对其进行退镀,即可得到表面具有微纳结构的玻璃基板。
可以理解的是,在对金属铟膜进行热处理,使其形成铟纳米颗粒的过程中,可能有部分金属铟膜未热收缩形成纳米颗粒,而是以残余金属铟层的形式存在,在后续等离子处理和退镀过程中,金属铟层覆盖的玻璃基板表面与铟纳米颗粒覆盖的玻璃基板表面会发生相同的变化,最终得到表面具有微纳结构的玻璃基板。
得到表面具有微纳结构的玻璃基板后,在其表面叠加减反射膜,即可得到减反射玻璃。本申请实施例可以通过沉积的方式在玻璃基板表面形成减反射膜,例如真空沉积,包括化学气相沉积、物理气相沉积、热沉积、电子束蒸发沉积或原子层沉积等,也可以通过使用基于液体的方法,例如喷涂、浸涂、旋涂或狭缝涂覆(例如,使用溶胶凝胶材料)等。
具体而言,本申请实施例可以采用TFCALC、Macleod等软件按照光学要求进行膜系设计,然后按照设计得到的膜系结构进行沉积。在一个实施例中,可以采用真空溅射镀膜机进行镀膜,镀膜参数可以根据膜系结构各层的材料进行选择,本申请对此并无特殊限制。例如,AlN层的镀膜参数可以为:铝靶的溅射功率:7000~8000W,Ar流量:100~150sccm,N2流量:100~120sccm,RadicalSource的功率:4000~5000W。Al2O3层的镀膜参数可以为:铝靶的溅射功率:7500~8500W,Ar流量:200~300sccm,O2流量:100~150sccm;RadicalSource的功率:4000~5000W。本申请提供的减反射玻璃通过在玻璃基板表面设置微纳结构再叠加第一减反射膜层,一方面能够保证短程上膜层原子致密堆积,提高镀膜玻璃表面的抗划伤能力,另一方面在长程上高低起伏的结构使膜层压应力在局部得到释放,减少玻璃基板的应力变形。在此基础上,可以在玻璃基板上叠加较厚的,例如500nm以上厚度的硬质减反射膜层,降低玻璃反射率、增加玻璃的抗划伤性能,同时减少了玻璃基板的应力变形,不仅可以用于摄像头镜片和手表盖板等<50mm的小尺寸结构中,也可以应用于电子设备盖板等尺寸较大的结构中。
另外,所述第一减反射膜层中低折射率层的材料可以为硬度较高的Al2O3,进一步提高减反射膜层的硬度,从而提高减反射玻璃的抗划伤能力。
本申请提供的减反射玻璃具有较低的反射率、良好的抗划伤性能和较小的应力变形,不仅可以用于摄像头镜片和手表盖板等<50mm的小尺寸结构中,也可以应用于电子设备盖板等尺寸较大的结构中。
具体而言,本申请提供的减反射玻璃可以用作电子设备盖板,在强烈的阳光下也不会造成炫光,方便使用者看清屏幕上的显示内容,提高产品的使用体验。另外,电子设备盖板的抗划伤能力较好,不容易出现肉眼可见的划痕,不影响电子设备的外观,不会降低玻璃的抗冲击能力。
本申请提及的电子设备可以是任何具备通信和存储功能的设备,例如智能手机、蜂窝电话、无绳电话、会话启动协议(Session Initiation Protocol,SIP)电话、平板电脑、个人数字处理(Personal Digital Assistant,PAD)、笔记本电脑、数码相机、电子书籍阅读器、便携多媒体播放器、具有无线通信功能的手持设备、计算设备或连接到无线调制解调器的其他处理设备、车载设备、可穿戴设备、5G终端设备等,本申请实施例对此并不限定。
以下结合实施例对本申请提供的减反射玻璃、其制备方法、电子设备的显示屏及电子设备进行详细说明。
以下各实施例中,玻璃基材为0.55mm厚的钢化玻璃;光泽度通过光泽度仪测试;维氏硬度通过维氏压痕仪测试;莫氏硬度通过莫氏硬度笔测试;光学性能通过分光光度计测试;颜色值通过色差仪测试。
实施例1
步骤1:在玻璃基材上真空溅射金属铟膜,具体步骤如下:
设定5nm金属铟的膜厚输入到镀膜机,设置工艺参数:本底真空5.0×10-4Pa;温度设置为:80℃;
镀膜之前用射频磁控溅射(RF)进行前处理,具体参数:Radical Source功率:4500W;Ar流量:0sccm;O2流量:120sccm;N2流量:0sccm;时间(Time):240s;
铟膜镀膜参数:铟靶的溅射功率:3000W;Ar流量:120sccm。
将待镀膜的玻璃基材装载到基片架上,放入上述镀膜设备,关门抽真空,输入镀膜程序,点击成膜开始,完成镀膜;
步骤2:加热金属铟膜层使其收缩成球,具体步骤如下:
1)镀膜完成后,关闭铟靶和气体,待真空抽到5.0×10-3Pa,加热金属铟膜,升温速度20℃/min,加热至120℃并保温7min,获得玻璃基材模板,所述模板表面具有金属铟纳米颗粒,该纳米颗粒分布均匀,直径为50~70nm;
2)入气,冷却时间5min,入气时间:3min;
3)取片,转入等离子刻蚀设备内;
步骤3:对玻璃基材模板进行等离子刻蚀,具体步骤如下:
1)等离子刻蚀的参数为:
本底真空5.0×10-3Pa;反应离子刻蚀功率500W,腔体气压为10Pa,氩气流量40sccm,三氟甲烷流量5sccm,刻蚀时间10min,在玻璃表面构建纳米凸起阵列结构;
2)入气,冷却时间5min,入气时间:3min;
3)取片。
步骤4:清洗去除玻璃基材模板表面的残余金属铟,具体步骤如下:
常温下,对残余金属铟进行退镀处理,然后纯净水清洗玻璃表面,得到表面具有微纳结构的玻璃基材。
对所述玻璃基材表面进行扫描电镜观察,结果参见图12,图12为本发明实施例1制备的玻璃基材的扫描电镜照片。由图12可知,玻璃基材表面具有呈类似阵列结构的纳米尺寸的凸起,该纳米凸起类似于圆台形,底部尺寸大于顶部尺寸,该纳米凸起高120nm,底部尺寸为200nm。
测试所述玻璃基材的性能,其对550nm波长的光的透过率为90%,其反射率为3%,光泽度为92。
步骤5:对表面具有微纳结构的玻璃基材进行硬质AR镀膜,具体步骤如下:
1)基于TFCALC进行膜系的设计,380~780nm单面透过率平均值要求大于93%,由于可见光波段透过率要求较高,故使用膜堆2H,L选用硬度高、折射率相对低的Al2O3,H选用AlN,在光学薄膜软件形成初始膜系HL,于是形成了由L和H的堆叠的膜系,然后在连续目标中输入波段优化条件,确保透过率达到要求;然后在颜色目标中输入LAB值要求,确保颜色为无色,经过一系列的优化设计后得到的膜系结构如表1所示,表1为本发明实施例1提供的AR膜系结构:
表1本发明实施例1提供的AR膜系结构
膜层材料 | Al2O3 | AlN | Al2O3 | AlN | Al2O3 | AlN | Al2O3 | AlN | Al2O3 |
膜厚nm | 133.19 | 16.63 | 40.05 | 151.03 | 45.25 | 33.62 | 32.28 | 70.6 | 80.1 |
2)将步骤4制备的表面具有微纳结构的玻璃转入镀膜机,将设计的膜厚输入到镀膜机,然后设置工艺参数:本底真空5.0×10-4Pa;温度设置为:80℃;镀膜之前用RF进行前处理,具体参数:RadicalSource功率:4500W;Ar流量:0sccm;O2流量:120sccm;N2流量:0sccm;Time:240s;
AlN层的镀膜参数为:铝靶的溅射功率:7500W,Ar流量:120sccm,N2流量:80sccm,RadicalSource的功率:4500W;
Al2O3层的镀膜参数:铝靶的溅射功率:8000W,Ar流量:250sccm,O2流量:120sccm;RadicalSource的功率:4500W;
进行镀膜,得到结构为玻璃基材(0.55mm)/Al2O3(133.19nm)/AlN(16.63nm)/Al2O3(40.05nm)/AlN(151.03nm)/Al2O3(45.25nm)/AlN(33.62nm)/Al2O3(32.28nm)/AlN(70.6nm)/Al2O3(80.1nm)的减反射玻璃。
对得到的减反射玻璃进行性能测试,结果如下:
其光泽度为95;
维氏硬度为1170HV;
500g力下,莫氏硬度7的莫氏硬度笔划过玻璃表面,800lux光线下无肉眼可见划伤;表面粗糙度为5.6μm的大理石表面,5*5cm玻璃上施加10Kg力,行程10cm,来回为一个周期,40周期摩擦后,800lux光线下无肉眼可见划伤。
380~780nm范围的光波长区域上单面镀膜反射率为0.46%,单面透过率为94.34%,940nm光的透过率为92.6%;
在法向入射条件下,在(L*,a*,b*)色度体系中,反射颜色值a值±2,b值±2,透过颜色值a值±1,b值±1。
玻璃基板应力变形采用玻璃轮廓测试(CAV扫描)玻璃变形量小于0.20mm,如图13所示,图13为本申请实施例1减反射玻璃的CAV扫描结果。
实施例2
步骤1:在玻璃基材上真空溅射金属铟膜,具体步骤如下:
设定10nm金属铟的膜厚输入到镀膜机,然后设置工艺参数:本底真空5.0×10-4Pa;温度设置为:80℃;
镀膜之前用RF进行前处理,具体参数:RadicalSource功率:4500W Ar流量:0sccm;O2流量:120sccm;N2流量:0sccm;Time:240s;
铟膜镀膜参数:铟靶的溅射功率:3000W,Ar流量:120sccm。
将待镀膜的玻璃基材装载到基片架上,放入上述镀膜设备,关门抽真空,输入镀膜程序,点击成膜开始,完成镀膜;
步骤2:加热金属铟膜层使其收缩,具体步骤如下:
1)镀膜完成后,关闭铟靶和气体,待真空抽到5.0×10-3Pa,加热金属铟膜,升温速度20℃/min,加热至120℃并保温7min,获得玻璃基材模板,所述模板表面具有金属铟纳米颗粒,该纳米颗粒分布均匀,直径为120~150nm;
2)入气,冷却时间5min,入气时间:3min;
3)取片,转入等离子刻蚀设备内;
步骤3:对玻璃基材模板进行等离子刻蚀,具体步骤如下:
1)等离子刻蚀的参数为:
本底真空5.0×10-3Pa;反应离子刻蚀功率500W,腔体气压为10Pa,氩气流量40sccm,三氟甲烷流量10sccm,刻蚀时间8min,在玻璃表面构建纳米凸起阵列结构;
3)入气,冷却时间5min,入气时间:3min;
4)取片。
步骤4:清洗去除玻璃基材模板表面的残余金属铟膜层,具体步骤如下:
常温下,对残余金属铟膜层进行退镀处理,然后纯净水清洗玻璃表面,得到表面具有微纳结构的玻璃基材。
对所述玻璃基材表面进行扫描电镜观察,结果参见图14,图14为本发明实施例2制备的玻璃基材的扫描电镜照片。由图14可知,玻璃基材表面具有呈类似阵列结构的纳米尺寸的凸起,该纳米凸起类似于圆台形,底部尺寸大于顶部尺寸,该纳米凸起高100nm,底部尺寸400nm。
测试所述玻璃基材的性能,其对550nm波长的光的透过率为90%,反射率为1%,光泽度为85。
步骤5:对表面具有微纳结构的玻璃基材进行硬质AR镀膜,具体步骤如下:
1)基于TFCALC进行膜系的设计,380~780nm单面透过率平均值要求大于93%,由于可见光波段透过率要求较高,故使用膜堆2H,L选用硬度高、折射率相对低的Al2O3,H选用AlN,在光学薄膜软件形成初始膜系HL,于是形成了由L和H的堆叠的膜系,然后在连续目标中输入波段优化条件,确保透过率达到要求;然后在颜色目标中输入LAB值要求,确保颜色为无色,经过一系列的优化设计后得到的膜系结构如表2所示,表2为本发明实施例2提供的AR膜系结构:
表2本发明实施例2提供的AR膜系结构
膜层材料 | Al2O3 | AlN | Al2O3 | AlN | Al2O3 | AlN | Al2O3 | AlN | Al2O3 | AlN | Al2O3 |
膜厚nm | 78 | 125 | 151 | 272 | 150 | 131 | 180 | 21 | 188 | 47 | 83 |
2)将步骤4制备的表面具有微纳结构的玻璃转入镀膜机,将设计的膜厚输入到镀膜机,然后设置工艺参数:本底真空5.0×10-4Pa;温度设置为:80℃;镀膜之前用RF进行前处理,具体参数:RadicalSource功率:4500W;Ar流量:0sccm;O2流量:120sccm;N2流量:0sccm;Time:240s;
AlN层的镀膜参数:铝靶的溅射功率:7500W;Ar流量:120sccm,N2流量:80sccm;RadicalSource功率:4500W;
Al2O3层的镀膜参数:铝靶的溅射功率:8000W;Ar流量:250sccm,O2流量:120sccm;RadicalSource功率:4500W。
进行镀膜,得到结构为玻璃基材(0.55mm)/Al2O3(78nm)/AlN(125nm)/Al2O3(151nm)/AlN(272nm)/Al2O3(150nm)/AlN(131nm)/Al2O3(180nm)/AlN(21nm)/Al2O3(188nm)/AlN(47nm)/Al2O3(83nm)的减反射玻璃。
对得到的减反射玻璃进行性能测试,结果如下:
其光泽度为89;
维氏硬度为1138HV;500g力下,莫氏硬度7的莫氏硬度笔划过玻璃表面,800lux光线下无肉眼可见划伤;表面粗糙度为5.6um的大理石表面,5*5cm玻璃上施加10Kg力,行程10cm,来回为一个周期,40周期摩擦后,800lux光线下无肉眼可见划伤。
380~780nm范围的光波长区域上单面镀膜反射率为0.2%,单面透过率为91.8%,940nm光的透过率为91.5%;
在法向入射条件下,在(L*,a*,b*)色度体系中,反射颜色值a值±2,b值±2,透过颜色值a值±1,b值±1。
玻璃基板应力变形采用玻璃轮廓测试(CAV扫描)玻璃变形量小于0.10mm,如图15所示,图15为本申请实施例2减反射玻璃的CAV扫描结果。
上文所述的减反射玻璃用于手机等电子设备的盖板,参见图16,图16为手机的结构示意图,手机100包括屏幕10,屏幕10的外屏(即盖板)由上文所述的减反射玻璃制成。该外屏表面平整,基本无变形;用户使用该手机时,在强烈的阳光下也不会造成炫光,能够看清屏幕上的显示内容,产品使用体验较好。同时,该手机外屏的抗划伤能力较好,不贴膜也不容易出现肉眼可见的划痕,长时间使用后手机外观较好。
以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (23)
1.一种减反射玻璃,包括玻璃基板,所述玻璃基板的第一表面具有微纳结构;叠加在所述玻璃基板的第一表面的第一减反射膜层,所述第一减反射膜由高折射率层和低折射率层交替叠加形成。
2.根据权利要求1所述的减反射玻璃,其特征在于,所述微纳结构由多个微米尺寸和/或纳米尺寸的凸起构成。
3.根据权利要求2所述的减反射玻璃,其特征在于,所述多个凸起呈阵列分布。
4.根据权利要求3所述的减反射玻璃,其特征在于,所述凸起的高度为50~1000nm;所述凸起的底部尺寸为100~3000nm;相邻凸起的间距为100~1000nm。
5.根据权利要求1所述的减反射玻璃,其特征在于,所述微纳结构由多个微米尺寸和/或纳米尺寸的沟壑构成。
6.根据权利要求5所述的减反射玻璃,其特征在于,所述沟壑的深度为50~1000nm;所述沟壑的长度为100~3000nm;所述沟壑顶部的宽度为150~2000;相邻沟壑的间距为100~1000nm。
7.根据权利要求1所述的减反射玻璃,其特征在于,所述微纳结构由多个微米尺寸和/或纳米尺寸的凹陷构成。
8.根据权利要求7所述的减反射玻璃,其特征在于,所述多个凹陷呈阵列分布。
9.根据权利要求8所述的减反射玻璃,其特征在于,所述凹陷的深度为50~1000nm;所述凹陷顶部的尺寸为100~3000nm;相邻凹陷的间距为100~1000nm。
10.根据权利要求1~9任意一项所述的减反射玻璃,其特征在于,所述玻璃基板为钢化玻璃。
11.根据权利要求1~9任意一项所述的减反射玻璃,其特征在于,所述第一减反射膜层的厚度为500~3000nm。
12.根据权利要求1~9任意一项所述的减反射玻璃,其特征在于,所述第一减反射膜层中,高折射率层材料的折射率为1.9~2.3;低折射率层材料的折射率为1.6~1.8。
13.根据权利要求12所述的减反射玻璃,其特征在于,所述高折射率层的材料为Nb2O5、TiO2、Ta2O5、Si3N4、ZrO2、AlN或AlON;所述低折射率层的材料为SiO2、MgF2或Al2O3。
14.根据权利要求13所述的减反射玻璃,其特征在于,所述低折射率层的材料为Al2O3;所述高折射率层的材料为AlN或AlON。
15.根据权利要求1~9任意一项所述的减反射玻璃,其特征在于,所述玻璃基板与其第一表面相对应的第二表面上叠加有第二减反射膜层。
16.一种减反射玻璃,包括玻璃基板,所述玻璃基板的第一表面具有微纳结构;叠加在所述玻璃基板的第一表面的减反射膜层;
所述减反射玻璃表面在500g力下的莫氏硬度为7以上。
17.根据权利要求16所述的减反射玻璃,其特征在于,所述减反射玻璃采用玻璃轮廓测试时,厚度为0.55mm时其变形量小于0.20mm。
18.根据权利要求17所述的减反射玻璃,其特征在于,所述减反射玻璃的维氏硬度为1100HV以上。
19.根据权利要求18所述的减反射玻璃,其特征在于,所述减反射玻璃在380~780nm范围的光波长区域上,反射率<2%,透过率>93%。
20.一种减反射玻璃的制备方法,其特征在于,包括:
在玻璃基板的至少一个表面形成微纳结构;
在具有微纳结构的玻璃基板表面叠加第一减反射膜层,所述第一减反射膜由高折射率层和低折射率层交替叠加形成。
21.根据权利要求20所述的制备方法,其特征在于,在玻璃基板的至少一个表面形成微纳结构为通过金属掩膜法在玻璃基板的至少一个表面形成微纳结构;或者采用金刚石飞刀在玻璃基板的至少一个表面形成微纳结构;或者通过酸腐蚀玻璃基板的至少一个表面形成微纳结构。
22.一种电子设备显示屏,包括权利要求1~19任意一项所述的减反射玻璃或权利要求20或21所述的制备方法制备得到的减反射玻璃。
23.一种电子设备,包括权利要求22所述的显示屏。
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