KR102179361B1 - 내스크래치성 반사 방지 코팅 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반사 방지 코팅(5)을 갖는 투명 부재에 관한 것이다. 상기 반사 방지 코팅(5)은 4개의 층(51, 52, 53, 54)을 포함하며, 반사광의 색 위치(color location)가 층 두께 편차에 대해 감소된 의존성을 나타내도록 구성된다.

Description

내스크래치성 반사 방지 코팅{SCRATCH RESISTANT ANTI-REFLECTIVE COATING}
본 발명은 일반적으로 광간섭 코팅에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 내스크래치성이 높은 반사 방지 코팅에 관한 것이다.
스마트폰 또는 태블릿 PC 등의 휴대용 전자 디바이스의 디스플레이를 위한 화학적 강화 유리는 공지되어 있다. 통상적으로, 그러한 디스플레이의 커버 유리로서 알루미노실리케이트 유리가 사용된다. 이러한 알루미노실리케이트 유리는 전형적으로 파장 550 nm에서 1.5 초과의 굴절률을 갖는다.
또한, 영상 디스플레이용 커버 유리를 화학적으로 강화시키는 것도 공지되어 있고 통상적으로 실시되고 있다. 유리의 Na 이온이 염욕으로부터의 칼륨 이온으로 교환되는 동안의 화학적 강화로 인해, 표면 부근의 몇 마이크로미터 두께의 영역에 칼륨 이온이 농축된다. 그곳에서의 칼륨 함량은 수 질량% 이하의 범위이다. 화학적 강화에 의해 굽힘 강도 및 내스크래치성의 증가가 달성된다. 그러나, 일반적인 제품은 단기간 사용한 후에도, 스크래치 형태의 표면 손상이 확인된다. 압축 사전 응력이, 스크래치에 의해 생긴 균열이, 예를 들어 확산되는 것을 방지하거나 늦추기 때문에, 화학적 강화가, 유리가 굽힘 응력에 노출될 때 쉽게 파괴되는 것을 막는다고 해도, 스크래치가 방지되는 것은 아니다.
지문이 생기지 않거나 적어도 아주 쉽게 닦이도록 소유성 또는 소수성 또는 양혐성인 지문 방지 코팅(anti-fingerprint coating; AFP)이 유리에 적용될 수 있다. 오늘날의 제품은 일반적으로 영구적 내성이 아닌 AFP를 갖기 때문에, 쉬운 클리닝 및 지문 자국 현저성 저감 효과는 몇 개월밖에 지속되지 않는다. AFP는, 일반적으로, 광학적 비활성이 되도록 매우 얇게 적용되는 부분적 유기 층이다. 따라서, 제품의 반사율은 주로 유리 표면에 의해 정해진다. 그러므로, 수직 입사에서, 빛의 약 4%가 유리 표면에서 반사되며, 이것은 특히 햇빛 등의 밝은 조건에서 문제가 되고 디스플레이 컨텐츠의 가독성을 제한한다.
반사 방지 코팅은 유리 표면에서의 반사를 방지하기 위한 것으로 알려져 있었다. 구현예에 따라, 반사 방지 코팅은 몇 개의 층으로 이루어지고, 이 층들은 유리 기판의 한면 또는 양면에 적용된다. 제품의 용도에 따라, 반사 방지 시스템의, 기계적으로 안정한, 즉, 내손상성 또는 내스크래치성의 설계가 바람직하다. 광학적 반사 방지 코팅의 종합적 목적은 주로, 전자기 스펙트럼의 가시부의 반사를 균등하게 억제해서, 가능하다면, 불균등한 잔류 반사에 기인하는 색 인식이 생기지 않도록 하는 것이다. 그러한 컬러 뉴트럴 내스크래치성 반사 방지 코팅의 일례가 US 2012/0212826 A1에 개시되어 있다.
휴대폰 커버의 제조 공정 시에, 상기에 언급한 유리에, 사용자를 향하지 않는 쪽의 면, 즉, 커버의 배면에, 일반적으로 흑색 또는 백색의 장식 프린트가 제공될 수 있다. 종종, 제조업체의 회사명이나 제품명이 실버 레터링으로 프린팅된다.
반사 방지 시스템은, 특히, 특정 파장에서만 아니라, 가시 스펙트럼의 대부분에 대하여 반사를 균등하게 방지하고자 의도된다면, 통상적으로 1개보다 많은 층으로 이루어진다. 2개의 연속 층은 상이한 굴절률을 갖는다. 높은 굴절률을 갖는 층과 낮은 굴절률을 갖는 층이 교대로 존재한다. 파장 의존적 반사율 프로파일은 계면에서의 개개의 반사율의 상호작용의 결과이다. 균일한 컬러 뉴트럴 반사는, 광학층 두께의 완벽 매칭 시퀀스의 결과, 즉, 굴절률과 층 두께의 곱이다. 하나 이상의 층 두께가 변경된다면, 반사 조건 및 그에 따른 반사는, 특히 반사의 색 좌표(color coordinate) 또는 색 위치(color location)를 변화시킬 것이다.
따라서, 예를 들어, 샘플 캐리어의 서로 다른 위치에서 발생할 수 있는 것과 같은, 층 두께의 공정 관련 편차(variation) 또는 생산 로트 간의 편차는, 색 위치에 있어서의 큰 변경을 초래할 수 있다. 층 두께 편차의 강도에 따라, 특히 색 위치에 있어서의 현저한 편차가 유발되어, 생산 수율이 감소될 것이다.
따라서, 본 발명은, 유리 기판에 대한 우수한 접착력, 높은 내스크래치성을 나타내고, 지문 방지 코팅을 위한 좋은 기초가 되고, 특히, 층 두께의 전형적 공정 관련 편차가 있어도 색 위치의 변경을 약간만 나타내는 반사 방지 시스템을 제공하는 것에 기초한 것이다. 본 발명은 구체적으로 4개 층을 갖는 반사 방지 코팅을 포함하는 투명 부재에 관한 것이다. 이러한 반사 방지 코팅은, 상기 목적을 감안하여, 반사된 빛의 색 위치가 층 두께 편차에 대한 의존성을 적게 나타내도록 설계된다.
본 발명에 따른 반사 방지 간섭층 시스템은 고굴절률층과 저굴절률층이 교대로 존재하는 연속체를 포함한다. 따라서, 굴절률이 층에서 층으로 교대로 증감한다. 상기 층 시스템은 적어도 4개의 층을 포함한다. 높은 내스크래치성은 적어도 하나의 고굴절률층에 투명한 경질 재료를 사용하여 달성한다.
4층 반사 방지 코팅에 있어서, 색 위치의 층 두께 의존적 편차의 감소가 2종 초과의 재료를 사용하는 것에 의해 얻어질 수 있다는 것을 발견하였다. 기판 위에 적용되는 제1 고굴절률층은, 다른 고굴절률층의 굴절률 nhigh과 저굴절률층의 굴절률 nlow 사이인, 굴절률 nmedium을 가져야 한다.
따라서, 본 발명은, 시트형 부재로서,
- 가시 스펙트럼 영역에서 투명한 기판; 및
- 상기 기판 위에 침적된 반사 방지 코팅
을 포함하며, 상기 반사 방지 코팅은
- 굴절률이 층에서 층으로 교대로 증감하여 저굴절률을 갖는 층과 고굴절률을 갖는 층이 교대로 존재하도록 각각의 인접한 층들의 굴절률이 서로 다른 4개의 연속 층
을 포함하는 것인 시트형 부재를 제공한다.
4개 층 중 최저층은 고굴절률층이고, 그에 따라 인접하는 제2 최저층보다 굴절률이 높다.
상기 4개 층은, 기판에 인접하고 고굴절률을 갖는 최저층의 굴절률이 다른 고굴절률층의 굴절률보다 작도록 3개 이상의 상이한 굴절률을 갖는다. 최저 고굴절률층은 1.665∼1.795, 바람직하게는 1.790 미만, 더 바람직하게는 1.785 미만의 굴절률을 갖는다.
고굴절률을 갖는 최저층은 바람직하게는 산소 함유 재료로 제조된다. 이러한 특징들로 인해, 시트형 부재는, 특히, 층 두께 편차가 있어도 색 좌표에서 적은 편차를 나타낸다.
기판에 인접한 반사 방지 코팅의 최저층은 바람직하게는 산질화물층 또는 산화물층이다. 규소 또는 알루미늄 또는 상기 두 재료의 혼합물을 포함하는 산질화물층이, 이들 재료가 투명성이 높으면서 동시에 경질이기 때문에 특히 적합하며, 코팅 공정 시에 산소 함량을 통해 굴절률이 잘 조정되고 적합화될 수 있다. 일반적으로, 층 조성물에 복수의 성분을 사용하는 것도 가능하다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 최저층이 산질화물 또는 산화물 형태로 3종 이상의 상이한 성분들을 포함하는 것이 고려되며, 그 양은 전체 조성물의 1 원자% 초과이다.
산질화물의 사용은, 규소 산질화물 또는 알루미늄 질화물, 알루미늄 산질화물, 또는 알루미늄과 규소의 혼합물의 질화물 또는 산질화물이 또한 다른 고굴절률 경질 재료층에 사용될 수 있다는 점에서, 다층 반사 방지 코팅 시스템의 제조를 용이하게 한다. 후자의 굴절률이 더 높아야 하기 때문에, 그 산소 함량은 그에 따라 더 적다. 따라서, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 2개의 고굴절률층이 규소 산질화물층 또는 알루미늄 산질화물층 또는 규소 산질화물과 알루미늄 산질화물의 혼합물인 것이 고려되며, 이 때 최저 고굴절률층은 다른 고굴절률층보다 산소 함량이 더 높다.
스퍼터링법을 이용하여 순수한 산화물층 시스템을 제조하기를 원한다면, 반응성 기체로서 산소만을 사용할 수 있다. 반응성 기체의 혼합물은 배제된다. 그러나, 한 재료의 산화물이 높은 굴절률을 갖고 다른 재료의 산화물이 낮은 굴절률을 갖도록 2종 이상의 재료로 이루어지는 합금 타겟을 이용함으로써, 본 발명에 따른 반사 방지 층 시스템을 제조하는 것이 가능하다. 합금 타겟의 조성을 신중하게 선택함으로써, 산소 함유 처리 분위기 하에 스퍼터링법에 의해 혼합 산화물을 제조하는 것이 가능하고, 이것은 상대적으로 높지만 다른 고굴절률층의 굴절률보다 굴절률이 낮다는 점에서 상기 요건을 충족시킨다. 여기서, 지르코늄과 혼합된 규소 타겟, 또는 지르코늄과 혼합된 알루미늄 타겟을 예로서 언급할 수 있지만, 다른 옵션을 배제하는 것은 아니다.
앞서 이미 언급한 바와 같이, 2종 초과의 성분을 최저층의 형성에 사용하는 것도 가능하다. 구체적으로, 3종 이상의 상이한 성분들이 산질화물 또는 산화물 형태에 포함될 수 있으며, 그 양은 전체 조성물의 1 원자% 초과에 이른다. 예를 들어, Si 및 Al 이외에도 1종의 추가 성분이 1 이상의 원자%의 비율로 포함될 수 있고 산화물 또는 산질화물 형태로 도입될 수 있다.
반사 방지 코팅으로 된 4개 층의 연속체를 기판에 직접 도포하는 것이 가장 바람직하다. 따라서, 기판 표면은 반사 방지 코팅의 4개 층의 연속체에 바로 인접한다.
본 발명의 특히 바람직한 실시형태에 따르면, 불소 함유 유기층이 반사 방지 코팅에 도포되어도 좋다. 그러한 층은 특히 불소 함유 유기 분자의 단층으로서, 바람직하게는 1 nm∼20 nm의 층 두께로, 더 바람직하게는 1 nm∼10 nm의 층 두께로 형성될 수 있다. 불소 함유 유기층은 예를 들어 소유성 코팅일 수 있다.
특히 반사 방지 코팅의 최대 두께를 갖는 두꺼운 상부 경질 재료층을 포함하는 반사 방지 코팅 상에 추가의 불소 함유 유기층이 부가된 층 시스템이, 지문 자국 현저성을 감소시키고 쉬운 클리닝성을 제공할 뿐만 아니라 그렇게 코팅된 화학적 강화 유리 기판과 그에 따른 본 발명의 부재가 특히 스크래치를 방지하는 데 도움이 된다는 것이 확인되었다.
이것은 추가의 불소 함유 유기층이 추정컨대 표면의 마찰 계수를 감소시켜서 표면에의 손상이 감소하게 되는 사실에 기인한다고 생각된다.
본 발명에 따른 반사 방지 코팅을 침적시키기 위해, 바람직하게는 스퍼터링법, 특히 반응성 스퍼터링을 이용한다.
이하에서는, 도면을 참조하고 예시적인 실시형태를 이용하여 본 발명을 설명한다. 도면에서, 동일한 도면 부호는 동일하거나 유사한 층을 나타낸다. 이 도면에서,
도 1은 4층 반사 방지 코팅을 갖는 기판을 도시하고;
도 2는 도 1의 실시형태의 변형예를 도시하고;
도 3은 광 흡수 배면 코팅을 갖는 본 발명의 개량예를 도시하고;
도 4는 반사 방지 코팅의 구조 및 광 흡수 배면 코팅의 존부에 따른, 상이한 부재에 대한 색 위치의 편차를 도시하고;
도 5는, SiO2/TiO2 층을 포함하는 반사 방지 코팅 시스템에 대한 색 위치의 편차를 도시하고;
도 6은 전자 디바이스에 있어서의 본 발명의 적용을 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 시트형 부재의 일례를 도시한다. 예시된 특정 예에 한정되는 것은 아니지만, 부재(1)는 일반적으로 가시 스펙트럼 영역에서 투명한 기판(3)과, 기판(3)의 한 면(30) 상에 침적된 반사 방지 코팅(5)을 포함한다.
반사 방지 코팅(5)은 4개의 연속 층(51, 52, 53, 54)을 포함한다. 개개의 인접 층은 그 굴절률이 서로 다르다. 더 구체적으로, 굴절률이 교대로 증감하도록 굴절률이 층마다 변화한다. 기판(3)을 향해 상부로부터 하부로 층을 지나갈 때, 굴절률은 최고층(54)에서부터 제2 최고층(53)으로 증가하고, 다음 층(52)에서는 감소하고, 다시, 최저층(51)에서는 증가하되, 단, 층(53)의 굴절률 수준보다는 낮게 유지된다.
4개 층(51, 52, 53, 54) 중 최저층(즉, 층(51))은 고굴절률층이고, 따라서, 인접하는 제2 최저층(52)보다 굴절률이 더 크다.
도 1의 특정 예시적 실시형태에 한정되는 것은 아니지만, 본 발명에 따른 반사 방지 코팅에 있어서 각각의 임의의 경우에, 그와 같은 4개 층(51, 52, 53, 54)의 연속체가 제공된다. 바람직하게는, 코팅(5)은 광학 활성 층으로서 이들 4개 층만을 포함한다. 그러나, 추가 층이 아래 및/또는 위에, 즉, 이 연속체의 기판 측 상에 존재하는 것도 배제되지 않는다.
4개 층(51, 52, 53, 54)은, 기판(3)에 인접한 최저 고굴절률층(51)이 다른 고굴절률층(53)의 굴절률보다 작도록 3개 이상의 상이한 굴절률을 갖는다. 최저 고굴절률층(51)은 바람직하게는 산소 함유 재료로 형성된다.
용어 "저굴절률(lower refractive index)" 및 "고굴절률(higher refractive index)"은 인접한 층들과 관련하여 사용되는 의미이다. 따라서, 저굴절률층이 하나의 고굴절률층에 인접하여 배치되거나(그 저굴절률층이 층 시스템의 끝일 경우) 2개의 고굴절률층에 인접하게 된다(그 저굴절률층이 층 시스템의 인접한 다른 층들과의 2개 계면을 가질 경우).
기판(3)은 무기 산화물 기판, 특히 유리 기판인 것이 가장 바람직하다. 본 발명의 반사 방지 코팅 시스템은 화학적 강화 유리 기판에 특히 적합하다.
기판에 대한 제1 경질 재료의 우수한 접착력은, 제1 경질 재료가 산화물 경질 재료층(예를 들어, ZrO2, 또는 Zr-Si 혼합 산화물, 즉 ZrO2와 SiO2의 혼합물 또는 ZrO2와 Al2O3의 혼합 산화물)일 경우 또는 제1 경질 재료층이 산질화물 형태의 산소 함유 질화물일 경우에 얻어질 수 있다는 것이 확인되었다. 적절한 산질화물은, 예를 들어, 규소 산질화물(SiOxNy) 또는 알루미늄 산질화물(AlOxNy) 또는 규소 알루미늄 산질화물(SiAlOxNy)을 포함한다.
이러한 상기 재료, 즉 ZrO2, 또는 ZrO2와 SiO2 또는 Al2O3의 혼합물, 및 규소 또는 알루미늄, 또는 알루미늄과 규소의 혼합물의 산질화물이 최저 고굴절률층에 특히 바람직하다. ZrO2가, 예를 들어, 추가의 또는 위쪽의 고굴절률층으로서의 TiO2 층과 조합될 수 있다. 또 다른 옵션은, 아래쪽의 고굴절률층에 티탄 함유 산화물, 즉, 티탄과 추가 원소를 포함하는 혼합 산화물을 사용하는 것이다. 가능한 한 가지 예로 티탄/규소 혼합 산화물이 있다. 본 발명에 따른 반사 방지 시스템의 바람직한 변형예에 따르면, 아래쪽의 고굴절률층(51)으로서의 지르코늄과 규소 또는 지르코늄과 알루미늄 또는 지르코늄과 규소와 알루미늄의 혼합 산화물과 함께, 위쪽의 고굴절률층으로서 ZrO2 층을 사용하는 것이 고려된다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 기판(3) 다음의 반사 방지 코팅(5)의 최저층(51)은 산질화물 또는 산화물 층이다. 이 층은, 특히, 원소 규소, 알루미늄, 또는 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 산화물 또는 산질화물로 형성된다. 최저 고굴절률층(51)으로서의 산화물층이 알루미늄 및/또는 규소와 함께 티탄 및/또는 지르코늄의 산화물로 형성될 수 있다. 이로써 일반적으로, 화학적 강화 유리 기판에 대해 특히 우수한 접착력이 또한 얻어진다.
어느 경우에나, 2개 층(51, 53)은 고굴절률층이지만, 전술한 바와 같이, 2개 층의 굴절률이 상이하다는 점에서 서로 다르다.
그러나, 2개 층(51, 53)이 동일한 구성성분을, 단, 상이한 조성으로 포함하는 것도 실제로 가능하다. 구성성분이 적어도 부분적으로 동일할 경우, 원칙적으로 두 층을 동일한 제조 공정을 이용하여 침적시킬 수 있고 공정 파라미터를 적합화시키는 것만 필요하기 때문에, 공정이 촉진될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태는, 양쪽의 고굴절률층(51, 53)이 규소, 질소, 및 산소를 함유하는 층이고, 이 때 최저 고굴절률층(51)이 다른 고굴절률층(53)보다 더 높은 산소 함량을 갖는다는 특징에 기초한다.
산질화물층의 경우, 층의 충분한 접착력이, 질소에 대하여 약 5∼10 원자%의 낮은 산소 함량으로 이미 달성된다는 것이 확인되었다. 다시 말해서, 본 발명의 이러한 실시형태에 따르면, 최저층(51)의 질소에 대한 산소 함량이 5 원자% 이상 10 원자% 미만이다. 또 다른 실시형태에 따르면, 산질화물, 바람직하게는 규소 산질화물의 질소에 대한 산소의 함량비(원자%로 제공된 함량)는 0.41∼1.02 범위이다.
일반적으로, 예시적인 실시형태에 한정되는 것은 아니지만, 모든 규소 함유 층이 규소 이외에도 알루미늄을 포함할 수 있다. 위쪽 3개 층, 즉 층(52, 53, 54)에서, 각각의 경우 원자%로 나타낸 알루미늄의 비율은 바람직하게는 규소의 비율보다 적다. 규소 양에 대한 알루미늄 양의 비는 바람직하게는 0.05 초과, 더 바람직하게는 0.08 초과이며, 다만 이 때, 규소 양이 알루미늄 양보다 많다. 바람직하게는, 규소 양에 대한 알루미늄 양의 비는 약 0.075∼0.5이고, 더 바람직하게는 약 0.1이다.
상기에 제시된 양의 비가, 최저 고굴절률층(51)에도 적용될 수 있지만, 단, Al 및 Si의 양의 임의의 다른 비도 적합하다.
반사 방지 코팅의 내스크래치성은 본 발명에 따른 반사 방지 코팅(5) 상에 추가의 불소 함유 유기층(6)을 적용함으로써 더 개선시킬 수 있다. 이러한 불소 함유 유기층은 또한 지문 자국 현저성을 감소시키고 쉬운 클리닝성을 촉진하는 데 유효하다.
향상된 내스크래치성은, 추가적인 불소 함유 유기층으로 인해 표면의 마찰 계수가 감소하여 표면 손상이 줄어든 것에 기인하는 것이라고 생각된다.
도 2는 도 1의 실시형태의 변형예를 도시한다. 도 1과 도 2 둘 다, 4층 반사 방지 코팅(5)의 제2 최고층(53)인 위쪽의 고굴절률층이 층(51, 52)보다 더 두꺼운 층 두께를 갖는 것인 본 발명의 실시형태의 예를 도시한다.
그러나, 도 2의 예시적인 실시형태에서, 제2 최고층(53)의 두께는 도 1에 도시된 예보다 현저히 더 크다. 일반적으로, 고굴절률층 중 하나가 매우 두껍지만 여전히 우수한 반사 방지 특성을 갖는 층 설계를 찾아볼 수 있다. 경질의 고굴절률층 중 하나, 바람직하게는 제2 최고층(53)의 큰 두께는, 층 시스템의 높은 내스크래치성으로 귀결된다. 그러나, 제2 최고층(53)의 두께가 4개 층(51, 52, 53, 54) 전부의 총 두께의 1/2보다 크지 않은 것이 유익한 것으로 확인되었다. 또한 도 2의 예에서 구현되는 또 다른 실시형태에 따르면, 2개의 고굴절률층(51, 53) 사이에 삽입되는 저굴절률층인 층(52)가 4개 층 중 최소 두께를 갖는다. 실제로 이 층은, 층 두께 편차가 있는 경우에도 최소 색 위치 편차를 달성하기 위해 가능한 한 얇게 선택되는 것이 바람직한 것으로 드러났다.
예시적인 특정 실시형태에 한정되는 것은 아니지만, 저굴절률층(52, 54)은 일반적으로 SiO2 층을 포함할 수 있다. 다시 말해서, 4층 반사 방지 코팅(5)에 있어서, 최고층(54) 및 제2 최저층(52)은 이 경우 SiO2로 형성된다. 상대적으로 낮은 굴절률로 인해, 반사 방지 코팅의 계면에서 높은 굴절률 급상승을 얻기 위해서는 규소 산화물이 특히 적합하다. 이러한 규소 산화물층은 바람직하게는 적은 비율의 Al2O3를 포함할 수 있고, 이 때 원자%로 나타낸 규소에 대한 알루미늄의 함량비는 0.05∼0.3 범위, 바람직하게는 약 0.1 범위이다. SiO2에 Al2O3가 이처럼 소량 섞인 것은 단지 굴절률을 아주 약간 증가시킨다.
도 2의 예시적인 실시형태에서, 본 발명의 또 다른 실시형태가 구현된다. 이러한 실시형태에 따르면, 최저층(51)의 층 두께는 제2 최저층(52)의 층 두께보다 두껍다. 굴절률 설계와 함께, 층 두께의 이러한 일반적인 관계가 또한, 제조와 관련된 층 두께 편차가 있는 경우에도 반사 방지 효과의 안정성을 개선한다. 이 실시형태는 도 2에 예시된 특정한 층 두께에 독립적이다.
도 3은 본 발명의 개량예를 도시한다. 이 실시형태에 따르면, 일반적으로, 광 흡수 코팅(7), 바람직하게는 흑색 코팅이 반사 방지 코팅(5)이 제공되는 면(30) 반대쪽의 기판(3)의 면(31)에 도포된다. 이 장식 코팅은 바람직하게는 불투명한 장식으로서의 기능을 하며, 일반적으로, LCD 또는 OLED 디스플레이와 같은 디스플레이가 관찰자에게 보일 수 있는 디스플레이 영역(32)의 프레임을 한정한다. 불투명 장식은 기판(3)의 주변부 어태치먼트와 같은 구성요소들 또는 디스플레이의 주변 영역에 배치된 연결부를 감춘다.
본 발명을 예시하기 위한 출발점으로서의 역할을 하는 실시예는, 선행 기술에 공지되어 있는 유리/Si3N4/SiO2/Si3N4/SiO2의 층 연속체를 갖는 반사 방지 코팅이 제공된 커버 유리이다. 따라서, 기판(3)으로서의 유리 시트 상에 먼저 규소 질화물층이 층(51)로서 침적되고, 그 다음으로 SiO2 층이 층(52)로서, 그 다음으로 다른 규소 질화물층(53)이 침적되고, 그 위에 SiO2 층이 반사 방지 코팅의 최고층(54)으로서 침적된다. 도 1에 예시된 바와 같이, 불소 함유 유기층은 반사 방지 코팅(5)의 최고층(54)에 추가로 적용될 수 있다.
도 4는, 반사 방지 코팅(5)의 구조와, 기판(3)의 면(31) 상의 광 흡수 또는 광 차단 코팅(7)의 존부에 따라 달라지는, 상이한 부재(1) 상의 색 위치 편차를 도시한다. 측정값은 괄호 안에 참조 번호를 기재하여 각각 나타낸다.
예를 들어, 알루미노실리케이트 유리가 기판(3)에 사용될 경우, 균일한 반사의 최적 케이스가 제공되며, 유리로부터 시작하는 층 두께는 다음과 같다:
Figure 112016107042881-pat00001
이 경우, CIE-Lab에 따른 색 위치가, 광 흡수 코팅(7)이 없음을 의미하는 순수한 비장식 유리 상에서 각각 1.0 및 3.7의 좌표 a 및 b로 측정된다(측정값 40).
층 두께가 +1 nm만큼 변경될 경우(16 nm(층 51), 33 nm(층 52), 133 nm(층 53), 88 nm(층 54)), 색 위치 값 1.5 및 2.8이 확인된다(측정값 41). 층 두께가 1 nm만큼 감소할 경우(14 nm, 31 nm, 131 nm, 86 nm), a 및 b는 각각 0.1 및 4.7로 확인된다. 상기에 언급한 3개의 측정값(40, 41, 42)은 도 4에 삼각형 기호로 표시된다.
흑색 장식 코팅을 갖거나, 도 3에 도시된 바와 같이 커버 유리의 배면 상에 광 흡수 코팅(7)을 갖는 부위에서는, 동일한 코팅의 경우에도 색 위치 값이 현저히 큰 편차를 나타낸다. 해당 측정값(43, 44, 45)은 다이아몬드 기호로 표시된다. 또한, 오프 상태, 이 경우 어두운 상태, 그리고, 예를 들어 어두운 배경의 경우와 같은 온 상태의 디스플레이의 어두운 영역의 디스플레이에 있어서 더 강한 색 위치 편차가 발생한다.
이 경우, 최적 케이스의 색가는 다음과 같다: a = -0.2, b = 2.1(측정값 43);
+1 nm 층 두께의 경우: a = 1.7 및 b = -0.7(측정값 44);
-1 nm 층 두께의 경우: a = -2.6 및 b = 4.6(측정값 45).
이러한 더 큰 편차와 층 두께에 대한 의존성은, 장식 코팅에 의해 억제되는 배면 반사의 결여에 기인할 수 있다. 순수한 유리의 경우, 약 4%가 그 배면으로부터 다시 반사되고(가시광의 파장 영역에 걸쳐 균일하게), 이것은 반사 방지 전면(약 0.5%)의 약 10배로 총 반사에 기여한다. 층 두께 편차에 의해 유발되는 색 위치의 편차가 배면에 의해 "능가"되어, 덜 현저해진다. 흑색 배면 장식의 경우, 배면 반사가 거의 억제된다. 따라서, 색 위치는 반사 방지 코팅(5)에 의해 거의 전적으로 결정되며, 층 두께 편차에 의해 유발되는 색 위치 편차가 더 큰 비중을 갖는다.
비교를 위한 것으로, 측정값(60∼62)(X 기호) 및 63∼65(사각형 기호)는 동일한 층 두께 편차를 나타내는 본 발명에 따른 반사 방지 코팅(5)의 계산된 색 위치 편차이다.
각각의 경우, 본 발명의 반사 방지 코팅(5)의 제1 층은, 산소 대 질소 비, 즉 O/N이, 550 nm에서 약 1.71의 굴절률이 얻어지도록 조정되는, 산소 함유 규소 질화물층이다. Si3N4 쪽으로 굴절률이 높을 때, 색 위치 편차가 증가한다. SiOxNy에 과잉 산소가 있는 경우, 4층 반사 방지 코팅은 우수한 반사 방지 조건을 더 이상 나타내지 않는다. 일반적으로, 최저층(51)의 조성에 제한이 있는 것은 아니지만, 최저 고굴절률층(51)의 굴절률은 1.665∼1.795이다. 이 경우 굴절률이 1.790보다 작은 것이 더 바람직하고, 1.785보다 작은 것이 가장 바람직하다.
측정값 60∼62는 장식 코팅이 없는 유리 기판에 관한 것이며, 따라서, 측정값 40, 41, 42에 비교할 수 있다. 동일한 층 두께 편차를 갖는 본 발명의 층 시스템에 있어서, 색 위치들이, 유사한 고굴절률층을 포함하는 반사 방지 코팅에 대한 것보다 현저히 서로 더 가깝다. 광 흡수 코팅(7)을 갖는 영역에서, 재료 및 굴절률 면에서 상이한 고굴절률층(51, 53)을 포함하는 본 발명의 반사 방지 코팅(5)에 대해, 색 위치 편차(측정값 63∼65)가 또한 증가한다. 그러나 이 경우에도, 색 위치의 편차는 재료 및 굴절률이 유사한 고굴절률층(51, 53)을 갖는 반사 방지 코팅에 대한 것보다 현저히 더 적다.
층 두께 편차가 있는 경우 선행 기술 AR 시스템보다 더 적은 색 위치 편차를 나타내는 본 발명의 반사 방지 시스템의 구체적인 예를 하기 표에 기재한다:
Figure 112016107042881-pat00002
도 5는, TiO2/SiO2에 기초한 반사 방지 코팅을 갖는 기판으로부터의 광 반사의 색 위치를 도시한다. 색 위치는 역시 그 배면 상에 광 흡수 코팅(7)이 제공된 시트형 부재(1)에 대해 계산된 것이었다.
또한, 이들 반사 방지 코팅(5) 각각은 4개 층을 포함한다. 고굴절률층(51, 53)에 대해서는, 도 5에 나타낸 색 위치 값(46, 47, 48)의 경우 이산화티탄층(TiO2)이 사용되었다. 색 위치 값(66, 67, 68)은, 코팅의 4개 층(51, 52, 53, 54)이, 기판(3) 다음의 최저 고굴절률층(51)이 다른 고굴절률층(53)의 굴절률보다 작도록 적어도 3가지의 상이한 굴절률을 갖는, 본 발명에 따른 코팅(5)에 속하며, 이 때 최저 고굴절률(51)은 산소 함유 재료로 형성된다.
본 발명의 경우, SiOxNy, 즉, 약 1.77의 굴절률을 갖는 산소 함유 규소 질화물을 최저층(51)에 선택하였다. 이와는 달리, 순수한 규소 질화물은 약 n = 2의 굴절률을 갖는다. 값이 1.77인 경우, 층(51)의 굴절률은 SiO2의 값(즉, 층(52, 54)의 굴절률)과 TiO2의 값(즉, 층(53)의 굴절률) 사이이다.
상기에 언급한 재료 SiOxNy, SiO2, 및 TiO2로 제조된, 본 발명에 따른 AR 시스템의 구조에 대한 가능한 한 가지 예가, 하기 표에 예로서 제시된다.
Figure 112016107042881-pat00003
이 결과는 도 4의 예에 대한 것과 유사하다. 4층 AR 시스템에 단 2가지의 굴절률이 사용될 경우(색 위치 값 46, 47, 48), 층의 ± nm의 층 두께 편차에 대한 색 위치의 편차는, 3가지의 굴절률(색 위치 값 66, 67, 68)이 사용되고, 이들이 상기에 기재된 바와 같이 기판으로부터 볼 때 nmedium, nlow, nhigh, nlow의 순서로 배열되는 경우보다 크다. 도 2에 도시된 예에서, 층 두께의 관계는 상기 표의 값에 상응한다.
상기에 기재된 층 두께가 10% 벗어난 경우에도 우수한 반사 방지 특성을 얻을 수 있다. 그러므로, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 층 두께가 최저층(51)의 경우 61±6.1 nm이고, 제2 최저층(52)의 경우 10±1 nm이며, 위쪽 고굴절률층(53)의 경우 102±10.2 nm이고, 최고층(54)의 경우 89±8.9 nm이다.
이러한 실시예들로부터, 2개의 고굴절률층(51, 53)은 굴절률에 일정한 최소 차이를 갖는 것이 유리하다는 것이 명백하다. 일반적으로, 도면을 참조하여 설명한 실시예에 한정되는 것은 아니지만, 본 발명의 개량예에 따르면, 반사 방지 코팅(5)의 4개 층(51, 52, 53, 54) 중 최저층(51)의 굴절률이 1.79보다 작고 동시에 인접 층(52)이 1∼20 nm, 바람직하게는 5∼15 nm의 두께를 갖도록 조정되어야 하는 것이 고려된다. 층(52)의 작은 층 두께가, 층 두께를 변화시킬 때, 색 위치의 편차에 대한 AR 시스템의 민감성을 감소시키는 데 특히 유효한 것으로 확인되었다. 따라서, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 2개의 고굴절률층(51, 53) 사이에 배치되고 제2 최저층을 구성하는 저굴절률층(52)의 두께가 20 nm 미만, 바람직하게는 18 nm 미만, 더 바람직하게는 15 nm 미만인 것이 고려된다.
굴절률 차이의 하한은 저굴절률층의 굴절률에 의해 제공된다. 반사 방지 시스템의 구조에 사용되는 재료에 따라, 여기서는, 최저층(51)의 굴절률이 1.66 이상인 것이 바람직하다.
따라서, 층(51)의 굴절률은 바람직하게는 1.66∼1.79 범위이다.
도 6은 본 발명의 전형적인 적용예를 도시한다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 예시된 실시예에 한정되는 것은 아니지만, 휴대용 전자 디바이스(20)에 전자 디스플레이(21), 바람직하게는 매트릭스 디스플레이 또는 화소 조절 디스플레이가 제공되고, 전자 디바이스(20)는, 전자 디스플레이(21)를 커버하는 본 발명에 따른 시트형 부재(1)를 포함하며, 이 때 시트형 부재(1)의, 반사 방지 코팅(5)이 제공된 면(30)이 외측을 향한다. 이러한 방식으로, 반사 방지 코팅(5)은 한편으로 교란하는 광반사를 감소시키고 다른 한편으로 외적인 기계적 충격으로 인한 스크래칭으로부터 보호하는 데 유효할 수 있다.
예시된 실시예는 태블릿 PC 형태의 휴대용 디바이스이다. 본 발명은 또한 휴대폰, 특히 소위 스마트폰, 휴대용 네비게이션 디바이스 및 휴대용 미디어 플레이어, 예컨대 특히 뮤직 및 비디오 플레이어와, 또한 스마트워치에도 적합하다.
이와 같은 디바이스는, 특히 디바이스에 터치 감응 스크린을 비롯한 유저 인터페이스가 장착될 경우 특정 기계적 응력에 노출되어, 본 발명에 따른 부재(1)의 반사 방지 코팅(5)을 갖는 면(30)이 동시에 인터페이스의 오퍼레이팅 면을 구성한다. 특히, 본 발명의 이러한 실시형태에서는, 상기에 언급되고 도 1의 실시예에 도시된 불소 함유 유기층(6) 형태의 추가 코팅이 유익하다.
도 3을 참조하여 위에서 설명한 바와 같이, 전자 디스플레이의 커버 유리가 완전히 투명한 것이 아니라 오히려 특정 부위를 감추는 것이 종종 바람직하다. 이러한 목적을 위해, 부재(1)의 주변부를 커버하고 전자 디스플레이(21)의 프레임을 제공하는 광 흡수 코팅(7)이 제공된다. 특히, 광 차단 코팅이 제공된, 도 6에 흑색으로 예시된 이러한 주변부에 있어서, 도 4 및 5의 실시예에 의해 입증된 바와 같이, 색 위치의 편차가 특히 명백히 가시적이다. 실제로, 반사 방지 코팅(5)으로 인해, 광 반사 자체는 매우 약하다. 그러나, 광 흡수 코팅으로 인해, 어두운 배경은 높은 컨트라스트를 유발하여, 더욱 더 약한 광 반사가 인식되어질 것이다. 본 발명에 따른, 반사 방지 코팅(5)의 설계는, 잔류 가시광이 균일한 색으로 나타나도록 확실히 한다.
본 발명은 도면에 예시된 예시적인 실시형태에 한정되는 것은 아니고 청구범위의 대상의 범위 내에서 변경될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 특히, 개개의 예시적 실시형태의 특징들이 조합될 수 있다. 예를 들어, 휴대용 전자 디바이스(20)의 경우, 도 1에 도시된 코팅과 도 2의 실시예의 추가 특징이 둘 다 이용될 수 있다. 예시된 실시형태 각각에 불소 함유 유기 코팅(6)이 제공될 수 있다. 이 옵션이 더 분명히 바람직하다.

Claims (17)

  1. 전자 디바이스용 시트형 부재(1)로서,
    - 가시 스펙트럼 영역에서 투명한 기판(3); 및
    - 상기 기판(3) 위에 침적된 반사 방지 코팅(5)
    을 포함하며, 상기 반사 방지 코팅(5)은
    - 굴절률이 층에서 층으로 교대로 증감하여 저굴절률층(52, 54)과 고굴절률층(51, 53)이 교대로 존재하도록 각각의 인접한 층의 굴절률이 서로 다른 4개의 연속 층(51, 52, 53, 54)
    을 포함하고, 여기서,
    - 4개 층(51, 52, 53, 54) 중 최저층(51)은 인접한 제2 최저층(52)보다 굴절률이 큰 고굴절률층이고;
    - 4개 층(51, 52, 53, 54)은, 기판(3)에 인접한 고굴절률을 가진 최저층(51)의 굴절률은 더 큰 굴절률을 가진 제2 최고층(53)의 굴절률보다 작도록 3개 이상의 상이한 굴절률을 가지며, 고굴절률을 가진 최저층(51)이 1.665∼1.795의 굴절률을 가지고, 고굴절률을 가진 최저층(51)은 산소 함유 재료로 제조되고, 최저층(51)이 제2 최저층(52)의 층 두께보다 두꺼운 층 두께를 갖는 것인 전자 디바이스용 시트형 부재(1).
  2. 제1항에 있어서, 기판(3)이 유리 기판인 전자 디바이스용 시트형 부재(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기판(3)에 인접한 반사 방지 코팅(5)의 최저층(51)은 산질화물층 또는 산화물층인, 전자 디바이스용 시트형 부재(1).
  4. 제3항에 있어서, 2개의 고굴절률층(51, 53)은 규소 산질화물층이고, 고굴절률을 가진 최저층(51)은 더 큰 굴절률을 가진 제2 최고층(53)보다 산소 함량이 높은 것인 전자 디바이스용 시트형 부재(1).
  5. 제3항에 있어서, 최저층(51)은, 5∼10 원자% 범위로 산소를 함유하거나, 산질화물 중의, 원자%로 나타낸 질소에 대한 산소의 함량비가 0.41∼1.02 범위인 전자 디바이스용 시트형 부재(1).
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 4층 반사 방지 코팅(5)의 제2 최고층(53)인 위쪽의 고굴절률층은 4개 층(51, 52, 53, 54) 중 최대 두께를 갖는 층인 전자 디바이스용 시트형 부재(1).
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반사 방지 코팅(5) 위에, 불소 함유 유기층(6)이 도포되는 것인 전자 디바이스용 시트형 부재(1).
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 반사 방지 코팅(5)이 제공된 면(30) 반대쪽의 기판(3)의 면(31) 위에, 광 흡수 코팅(7)이 도포되는 것인 전자 디바이스용 시트형 부재(1).
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 저굴절률층(52, 54)이 SiO2 층인 전자 디바이스용 시트형 부재(1).
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 저굴절률층(52, 54)이 SiO2 층이고, 이 층은, 원자%로 나타낸 규소(Si)에 대한 알루미늄(Al)의 함량비가 0.05∼0.3 범위가 되도록 Al2O3를 더 포함하는 것인 전자 디바이스용 시트형 부재(1).
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2 최저층(52)이 20 nm 미만의 층 두께를 갖는 것인 전자 디바이스용 시트형 부재(1).
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 반사 방지 코팅(5)이 하기와 같은 층 두께를 갖는 것인 전자 디바이스용 시트형 부재(1):
    4개의 연속 층 중 최저층(51)에 대해 61±6.1 nm,
    4개의 연속 층 중 제2 최저층(52)에 대해 10±1 nm,
    4개의 연속 층 중 위쪽의 더 큰 굴절률을 가진 제2 최고층(53)에 대해 102±10.2 nm, 그리고
    4개의 연속 층 중 최고층(54)에 대해 89±8.9 nm.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기판 표면이, 반사 방지 코팅(5)의 4개 층(51, 52, 53, 54)의 연속체에 바로 인접한 것인 전자 디바이스용 시트형 부재(1).
  14. 전자 디스플레이(21)가 구비된 휴대용 전자 디바이스(20)로서, 상기 전자 디바이스(20)는, 전자 디스플레이(21)를 커버하는 제1항 또는 제2항에 기재된 전자 디바이스용 시트형 부재(1)를 포함하고, 상기 전자 디바이스용 시트형 부재(1)의 반사 방지 코팅(5)이 제공된 면(30)이 외측을 향하는 것인 휴대용 전자 디바이스(20).
  15. 제14항에 있어서, 터치 감응 스크린을 비롯한 유저 인터페이스를 포함하는 것으로서, 상기 전자 디바이스용 시트형 부재(1)의, 반사 방지 코팅(5)이 제공된 면(30)이 인터페이스의 오퍼레이팅 면인 휴대용 전자 디바이스(20).
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