TW201602030A - 具圖案化塗層的製品 - Google Patents
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Abstract
本發明提供製品之實施例，該製品包括一基板及一圖案化塗層。在一或多個實施例中，當應變施加於該製品時，該製品展現0.5%或更大之斷裂應變。圖案化塗層可包括微粒塗層或可包括不連續塗層。一些實施例之該圖案化塗層可覆蓋該基板之表面積的約20%至約75%。本發明亦提供用於形成此等製品之方法。
Description
本申請案根據專利法主張2014年4月10日申請的美國臨時申請案序列號第61/977688號及2014年3月21日申請的美國臨時申請案序列號第61/968519號之優先權權益，該等臨時申請案之內容為本文之基礎且係以全文引用方式併入本文中。
本揭示內容係關於具有保留強度之製品，且更特定而言係關於包括基板及安置於基板之表面上的圖案化塗層之製品，以及形成此等製品之方法。
可如本文所述經強化或為強固的包括諸如玻璃基板之基板的製品最近廣泛地用作用於顯示器的防護蓋玻璃，尤其適用於觸控螢幕應用，且其在許多其他應用中存在使用潛力，該等其他應用諸如汽車或建築學窗戶及用於光伏打系統之玻璃。在許多的此等應用中，將塗層塗覆於基板可為有利的。示範性塗層包括氧化銦錫(indium-tin-oxide；「ITO」)或其他透明導電氧化物(例如，鋁及鎵摻雜的氧化鋅及氟摻雜的氧化錫)、各種類的硬質塗層(例如，類金
剛石碳、Al2O3、AlN、AlOxNy、Si3N4、SiOxNy、SiAlxOyNz、TiN、TiC)、紅外線(IR)或紫外線(UV)反射層、導電或半導電層、電子設備層、薄膜電晶體層或抗反射(anti-reflection；「AR」)塗層(例如，SiO2、Nb2O5及TiO2分層結構)。在許多情況下，此等塗層必定必需為硬質及脆性的，或否則該等塗層之其他功能性質(例如，機械性質、耐久性性質、導電性性質、光學性質)將降級。在大多數狀況下，此等塗層為薄膜，亦即，其通常具有在0.005μm至10μm範圍內(例如，5nm至10,000nm)之厚度。
當塗層塗覆於此等基板之表面時，基板之平均撓曲強度可例如當使用落球或環對環強度測試評估時減小。已量測得出，此行為獨立於溫度效應(亦即，該行為不藉由強化玻璃基板中表面壓縮應力由於任何加熱之顯著或可量測鬆弛而引起)。平均撓曲強度之減少亦表觀地獨立於來自處理之任何基板表面破壞或腐蝕，且顯然為製品之固有機械屬性，即使當將具有在約20nm至約200nm範圍內之厚度的薄膜用於製品時亦如此。鑒於此新的理解，需要防止塗層減少基板及包括該基板之製品之平均撓曲強度。
本文所述的製品之實施例藉由防止或抑制塗層中之裂紋形成而展現強度保留，該防止或抑制
係藉由例如增強塗層之固有斷裂應變及/或提供塗層中應變釋放之機制而達成。
本揭示內容之第一態樣係關於製品，該製品包括具有表面之基板，及安置於表面上以成形經塗佈表面之圖案化塗層。在一或多個實施例中，當應變施加於製品時，製品展現0.5%或更大之斷裂應變。在一些實施例中，當應變施加於製品時，圖案化塗層具有第一區域及第二區域，且其中第一區域包含第一拉伸應力，而第二區域包含大於第一拉伸應力之第二拉伸應力。在一些其他實施例中，當應變施加於製品時，基板包含最大基板拉伸應力，且圖案化塗層具有至少一個局部區域，該至少一個局部區域包含小於最大基板拉伸應力之局部拉伸應力。在其他實施例中，當應變施加於製品時，基板包含最大基板拉伸應變，且圖案化塗層具有至少一個局部區域，該至少一個局部區域包含小於最大基板拉伸應變之局部拉伸應變。
在一或多個實施例中，圖案化塗層包括塗層厚度之雙峰分佈，該雙峰分佈包含在約0nm至約100nm範圍內之較低模態厚度，及在約50nm至約5000nm範圍內之較高模態厚度。塗層厚度之雙峰分佈可包括：較低模態厚度，該較低模態厚度包含約1nm或更小之半峰全幅值(full-width-at
half-maximum；FWHM)；以及較高模態厚度，該較高模態厚度包含大於較低模態厚度之FWHM的FWHM。在一些實施例中，較高模態厚度之FWHM小於較低模態厚度及較高模態厚度之表面形貌高度之差異。在其他實施例中，圖案化塗層包括雙峰分佈，該雙峰分佈具有：較低模態厚度，該較低模態厚度包含約1nm或更大FWHM；以及較高模態厚度，該較高模態厚度包含大於較低模態厚度之FWHM的FWHM。在其他實施例中，較高模態厚度之FWHM為較低模態厚度及較高模態厚度之表面形貌高度之差異的至多兩倍。
在一或多個實施例中，圖案化塗層包括複數個峰部及該等峰部之間的複數個谷部。在一個選擇中，複數個谷部包含至少約5nm或至少約10nm之塗層厚度。
圖案化塗層可安置於基板之表面之一部分上。在一或多個實施例中，基板表面具有表面積，且圖案化塗層覆蓋該表面積之至少約20%。
一或多個實施例之圖案化塗層可展現約8GPa或更大之硬度，該硬度係藉由如本文所述的Berkovich壓頭硬度試驗，沿約100nm或更大(例如，約100nm至約300nm、約100nm至約400nm、約100nm至約500nm，或約100nm至約600nm)之壓痕深度來量測。在其他情況下，當與
不具有圖案化塗層之基板比較時，圖案化塗層可在表面之至少一個區域中展現至少10%之刮痕深度減小及至少10%之刮痕寬度減小。在一些實施例中，當應變施加於製品時，圖案展現約0.5%或更大之裂紋初發應變。
用以形成圖案化塗層之材料可有所變化，且可包括透明導電氧化物。在一或多個特定實施例中，圖案化塗層可包括安置於基板之表面上的複數個粒子。在一些實施例中，複數個粒子可安置於表面上之單層中，其中相鄰粒子彼此由間隙分離。在此等實施例中，具有圖案化微粒塗層之表面在約450nm至約1000nm範圍內之波長下具有小於約2%之反射率。用於圖案化微粒塗層之粒子可包括矽石粒子。圖案化微粒塗層可安置於基板之表面的約20%或更大表面積上。在一些狀況下，圖案化微粒塗層可安置於基板表面的至多約75%表面積上。
一或多個實施例之基板展現大於選自0.5%、0.7%、1.0%、1.5%、2%、2.5%及3%之量的平均斷裂應變。在一些情況下，基板包括強化玻璃基板或玻璃陶瓷基板。
在一或多個實施例中，製品可展現與不具有圖案化塗層之基板之平均撓曲強度實質上相同的平均撓曲強度。在其他實施例中，製品可展現超過不具有圖案化塗層之基板的改良平均撓曲強度。在一
或多個實施例中，製品在約450nm至約1000nm範圍內之波長下展現小於約6%之平均反射率。
本揭示內容之第二態樣係關於形成本文所述的製品之方法。在一或多個實施例中，該方法包括：提供具有第一主表面之基板，將塗層選擇性地安置於第一主表面上，以形成包含塗層厚度之雙峰分佈之圖案化塗層。在一或多個實施例中，當應變施加於製品時，塗層厚度之雙峰分佈減少圖案化塗層之局部區域中之應力集中。
在一或多個實施例中，選擇性地安置塗層包括：將具有至少一個開口之遮罩安置於第一主表面上，且將塗層選擇性地安置於遮罩上。在一些實施例中，選擇性地安置塗層包含：將塗層安置於第一主表面上，且移除塗層之部分。
其他特徵及優點將在以下的實施方式中闡述，且在部分程度上，熟習此項技術者將根據彼描述而容易明白該等特徵及優點，或藉由實踐如以下實施方式及發明申請專利範圍以及隨附圖式所述的實施例來認識該等特徵及優點。
應理解，前述的一般描述及以下詳述僅僅為示範，且意欲提供用於理解發明申請專利範圍之性質及特徵的概述及框架。隨附圖式係納入來提供對本說明書的進一步理解，且併入本說明書中並構成本
說明書之一部分。圖式例示一或多個實施例，且與說明書一起用於解釋各種實施例之原理及操作。
10‧‧‧製品
100‧‧‧基板
112‧‧‧相反主表面
114‧‧‧相反主表面
200‧‧‧圖案化塗層
210‧‧‧第一區域
220‧‧‧第二區域
230‧‧‧峰部
240‧‧‧谷部
250‧‧‧非圖案化塗層
300‧‧‧圖案化塗層
310‧‧‧粒子
E‧‧‧尺寸
F‧‧‧側向尺寸
R‧‧‧曲率半徑
R d ‧‧‧局部曲率半徑
第1圖為根據一或多個實施例的製品之側視圖圖解；第2A-2B圖為藉由本揭示內容之一或多個實施例展現的強度保留機制之示意圖；第3A-3F圖為根據一或多個實施例的示範性圖案化塗層之俯視圖圖解；第4圖為根據一或多個實施例的製品之側視圖圖解及塗層厚度之相應雙峰分佈；第5圖為根據一或多個實施例的製品之側視圖圖解及表面形貌之相應雙峰分佈；第6圖為根據一或多個實施例的製品之側視圖圖解及表面形貌與膜厚度之相應雙峰分佈；第7圖為根據一或多個實施例的製品之側視圖圖解及表面形貌與膜厚度之相應雙峰分佈；第8圖為根據一或多個替代實施例的製品之側視圖圖解；第9A及9B圖為實例1D之顯微鏡影像；第10圖為實例1A-1D之韋伯繪圖；以及第11圖為實例2A-2C之韋伯繪圖。
現將詳細參考各種實施例，該等實施例之實例例示於隨附圖式中。在任何可能的情況下，整個圖式將使用相同參考數字指代相同或相似部件。
本揭示內容之第一態樣係關於製品，該製品包括具有表面之基板，及安置於表面上以成形經塗佈表面之圖案化塗層。如本文所使用，術語「安置」包括使用此項技術中的任何已知方法將材料塗佈、沉積及/或形成於表面上。所安置材料可構成塗層、層或膜。片語「安置於...上」包括將材料形成至表面上以使得材料與表面直接接觸的情況，且亦包括以下情況：將材料形成至表面上，其中使一或多種中介材料位於所安置材料與表面之間。一或多種中介材料可構成如本文所定義之塗層、層或膜。在一或多個實施例中，製品展現0.5%或更大之斷裂應變。第1圖中展示一個示範性製品10，該製品10具有基板100及圖案化塗層200。
本文所述的圖案化塗層200為製品提供強度保留，以保存製品10或基板100之強度(在與圖案化塗層200組合之後)。所得強度保留可藉由本文所述的包括圖案化塗層及基板之製品10之環對環測試證明。在不受理論束縛的情況下，咸信當宏觀應變施加於製品時，圖案化塗層減少塗層中之應力，亦即，圖案化結構提供用於圖案化塗層中之「應變釋放」之機制。此機制例示於第2A及2B圖。在第2A圖中，
非圖案化塗層250上之應變在中心部分處最大化，其中曲率半徑R在中心區域處最小化。在第2B圖中，圖案化塗層200上之應變在接近於中心部分處最大化，其中局部曲率半徑R d 大於非圖案化塗層250之總體曲率R。因此，圖案化塗層200中之最大應變可藉由圖案化塗層之結構緩和。因而，在加載事件期間，圖案化塗層將比非圖案化塗層更加緩慢地積累應力。應力之此種減小相應地防止圖案化塗層中強度限制性瑕疵或裂紋之形成。在不受理論束縛的情況下，此種強度保留亦可由限制圖案化塗層之平面內的側向裂紋生長之圖案化結構引起。
在一或多個實施例中，圖案化塗層可提供本文所述的強度保留屬性，同時亦提供其他功能益處。為達成兩者，圖案化塗層之結構及/或性質可加以特定地特製。例如，在需要防刮性的情況下，圖案化塗層可形成來提供具有高分數表面覆蓋率之峰部(例如，經由使用峰部之間的狹窄谷部形成)。在此等實施例中，圖案化塗層中之谷部可具有鈍的或平坦橫截面輪廓，以便限制此等高深寬比特徵充當應力集中部之任何潛在趨勢。在需要跨於圖案化塗層之接觸導電性的情況下(例如，在圖案化塗層用於形成觸控感測器的情況下)，可利用導電互連部於峰部之間的使用。
在需要某些光學特徵之實施例(例如，用於消費者電子裝置中之蓋玻璃)中，亞波長圖案化方法之使用可用於形成具有極為狹窄谷部之圖案化塗層(例如，尺寸低於光之波長的谷部，通常<500nm)，以使得谷部自身不藉由光場解析且對眼睛不可見。在一或多個實施例中，週期性、偽隨機或非週期島狀物形狀之使用可用於最小化光學干涉效應，諸如繞射、像素莫列效應(moiré effect)等等。在其他實施例中，圖案化塗層之經塗佈區域與名義上未塗佈區域之間的溫和或分級轉變亦可用於使得彼介面較不陡變，且使圖案化塗層對眼睛較不可見。
在一或多個實施例中，可設想各種圖案化塗層結構。此等結構之確切設計及尺度可取決於所要應用及生產方法，且可改變所關注的各參數以達成所要性質平衡，該等參數諸如峰部大小、谷部大小、表面覆蓋率、週期性/非週期性等等。第3A-3F圖展示示範性圖案化塗層。
基板
參考第1圖，製品10包括基板100，該基板100可為玻璃。此等玻璃基板可如本文所述的為強化或強固的。基板100包括相反主表面112、114，且圖案化塗層200安置於至少一個相反主表面(112或114)上。在一或多個替代實施例中，除安置於至少一個主表面(112或114)上之外或替代安置
於至少一個主表面(122或124)上，圖案化塗層200可安置於基板之次表面上。基板100可為實質上平面片材，儘管其他實施例可利用彎曲或以其他方式成形或雕刻的基板。基板100可為實質上清晰、透明且無光散射的。在基板100包括玻璃基板的情況下，此基板可具有在約1.45至約1.55範圍內之折射率。
在一或多個實施例中，玻璃基板100可經強化或表徵為強固的，如將在本文中較詳細地描述。玻璃基板100可為相對初始的(pristine)且於此種強化之前不含瑕疵(例如，具有低數量的表面瑕疵，或平均表面瑕疵大小小於約1微米)。在利用強化或強固玻璃基板100的情況下，此等基板可表徵為在此等基板之一或多個主相反表面上具有高的平均撓曲強度(當與未強化或不強固的玻璃基板比較時)或高的表面斷裂應變(當與未強化或不強固的玻璃基板比較時)。
另外或替代地，出於美學原因及/或功能性原因，基板100之厚度可隨其尺寸之一或多者而變化。例如，相較於基板100之較中心區域，基板100之邊緣可較厚。基板100之長度、寬度及厚度尺寸亦可根據製品10之應用或用途而變化。
根據一或多個實施例的基板100包括平均撓曲強度，該平均撓曲強度可在基板100與圖案化塗層200及/或其他膜或層組合之前及之後量測。在
本文所述的一或多個實施例中，在基板100與圖案化塗層200及/或其他膜、層或材料組合之後，當相較於基板100於此種組合之前的平均撓曲強度而言，製品10保留其平均撓曲強度。換言之，製品10之平均撓曲強度實質上在圖案化塗層200及/或其他膜或層安置於基板100上之前及之後為實質上相同的。在一或多個實施例中，製品10具有平均撓曲強度，該平均撓曲強度顯著地大於不包括圖案化塗層200之類似製品之平均撓曲強度。
根據一或多個實施例，玻璃基板100具有平均斷裂應變，該平均斷裂應變可在玻璃基板100與圖案化塗層200及/或其他膜或層組合之前及之後量測。術語「平均斷裂應變」指代裂紋傳播而不施加額外負載所處的應變，其通常導致給定材料、層或膜的劇變斷裂，或許甚至橋接至另一材料、層或膜，如本文所定義。平均斷裂應變可使用例如環對環或球對環測試來量測。在不受理論束縛的情況下，平均斷裂應變可使用適當的數學轉換而直接與平均撓曲強度相關聯。在特定實施例中，可如本文所述的為強化或強固的玻璃基板100具有平均斷裂應變，該平均斷裂應變為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2%或更大。在特定實施例中，玻
璃基板具有為1.2%、1.4%、1.6%、1.8%、2.2%、2.4%、2.6%、2.8%或3%或更大之平均斷裂應變。在不受理論束縛的情況下，咸信玻璃基板或任何其他材料之平均斷裂應變取決於此種材料之表面品質。就玻璃基板而言，除玻璃基板之表面品質之外或替代玻璃基板之表面品質，特定玻璃基板之平均斷裂應變可取決於所利用的離子交換或強化製程之條件。
在利用玻璃基板的情況下，此等基板可使用各種不同的製程來提供。例如，示例性玻璃基板形成方法包括浮製玻璃製程及諸如熔融拉製及狹槽拉製的下拉製程。
在浮製玻璃製程中，可表徵為平滑表面及均勻厚度的玻璃基板係藉由在熔融金屬(典型地為錫)床層上浮動熔融玻璃來製成。在一示例性製程中，進料至熔融錫床層之表面上的熔融玻璃形成浮製玻璃帶。隨著玻璃帶沿著錫浴流動，溫度逐步降低直至玻璃帶固化成固體玻璃基板，該固體玻璃基板可自錫提升至滾筒上。一旦離開浴槽，玻璃基板即可進一步冷卻並經退火來減少內部應力。
下拉製程產生具有均勻厚度之玻璃基板，該玻璃基板擁有相對初始的表面。因為玻璃基板之平均撓曲強度係藉由表面瑕疵之頻率、量及大小控制，所以有過最小接觸的初始表面具有較高的初始強度。當此高強度玻璃基板接著經進一步強化(例如，
化學強化)時，所得強度可高於具有已研磨及拋光的表面之玻璃基板的強度。下拉玻璃基板可拉伸至小於約2mm之厚度。此外，下拉玻璃基板可具有極為平坦、平滑的表面，該表面可用於其最終應用而無需高成本的研磨及拋光。
熔融拉製製程例如使用拉伸槽，該拉伸槽具有用於接收熔融玻璃原料之通道。通道具有堰口，該等堰口在通道之兩側上沿通道之長度於頂部處敞開。當通道充滿熔融材料時，熔融玻璃溢出堰口。由於重力，熔融玻璃作為兩個流動的玻璃膜沿拉伸槽之外表面向下流動。拉伸槽之此等外表面向下延伸且向內延伸，以使得此等表面在拉伸槽下方的邊緣處會合。兩個流動玻璃膜在此邊緣處會合以便熔合且形成單個流動玻璃基板。熔融拉製方法提供的優點在於：因為在通道上方流動的兩個玻璃膜熔合在一起，所以所得玻璃基板之任一外表面均不與設備之任何部分接觸。因此，熔融拉製玻璃基板之表面性質不受此種接觸影響。
狹槽拉製製程不同於熔融拉製方法。在狹槽拉製製程中，熔融原料玻璃係提供至拉伸槽。拉伸槽之底部具有敞開狹槽，該狹槽具有沿狹槽之長度延伸的噴嘴。熔融玻璃流動穿過狹槽/噴嘴且作為連續基板向下拉伸並進入退火區域。
一旦形成，玻璃基板可經強化來形成強化玻璃基板。如本文所使用，術語「強化玻璃基板」可指代已經化學強化的玻璃基板，例如已經由將玻璃基板之表面中的較小交換成較大離子的離子交換而強化。然而，可利用此項技術中已知的其他強化方法來形成強化玻璃基板，該等方法諸如熱回火。如將要描述的，強化玻璃基板可包括玻璃基板，該玻璃基板於其表面中具有表面壓縮應力，該表面壓縮應力有助於玻璃基板之強度保存。強固玻璃基板亦在本揭示內容之範疇內，且包括玻璃基板，該等玻璃基板可尚未經歷特定強化製程，且可不具有表面壓縮應力，但仍為強固的。此等強固玻璃基板製品可定義為具有大於約0.5%、0.7%、1%、1.5%或甚至大於2%之平均斷裂應變的玻璃片製品或玻璃基板。此等強固玻璃基板可例如藉由在熔融及形成玻璃基板之後保護初始玻璃表面而製成。此保護之一實例發生於熔融拉製方法中，其中玻璃膜之表面在形成之後不與設備之任何部分或其他表面進行接觸。形成自熔融拉製方法之玻璃基板係自其初始表面品質獲得其強度。初始表面品質亦可經由玻璃基板表面之蝕刻或拋光及後續保護以及此項技術中已知的其他方法而達成。在一或多個實施例中，例如當使用環對環或球對環撓曲測試量測時，強化玻璃基板及強固玻璃基板兩者可具有大於約
0.5%、0.7%、1%、1.5%、2%、2.5%或甚至3%之平均斷裂應變率。
如以上所提及，本文所述的玻璃基板可藉由離子交換製程化學強化，或藉由提供核心玻璃及/或包覆玻璃之間的熱膨脹係數(coefficient of thermal expansion；「CTE」)之失配來強化，該失配產生壓縮應力以提供強化玻璃基板120。藉由CTE失配形成的強化玻璃基板可稱為「CTE強化」玻璃基板。玻璃基板亦可藉由此項技術中已知的其他方法來強化，該等方法諸如熱回火。在離子交換製程中，典型地藉由將玻璃基板浸沒於熔融鹽浴中歷時預定時段，使玻璃基板之表面處或附近的離子與來自鹽浴的較大金屬離子交換。在一個實施例中，熔融鹽浴之溫度為約350℃至450℃且預定時段為約兩小時至約八小時。較大離子於玻璃基板中之併入藉由在玻璃基板之近表面區域中或處於表面處及鄰近於該表面的區域中產生壓縮應力來強化玻璃基板。在玻璃基板之中心區域內或離表面一段距離的區域內誘導相應拉伸應力來平衡壓縮應力。利用此強化製程的玻璃基板可更確切而言描述為化學強化玻璃基板100或離子交換玻璃基板100。如本文所提及，在具有核心玻璃與包覆玻璃之間的熱膨脹係數失配(其中核心玻璃通常具有較高CTE)之CTE強化玻璃中，壓縮應力
可在冷卻期間產生於包覆層上，以強化玻璃基板。未強化的玻璃基板可在本文中稱為非強化玻璃基板。
在一個實例中，強化玻璃基板100中之鈉離子由來自諸如硝酸鉀鹽浴的熔融浴之鉀離子置換，然而諸如銣或銫的具有較大原子半徑之其他鹼金屬離子可置換玻璃中之較小鹼金屬離子。根據特定實施例，玻璃中之較小鹼金屬離子可由Ag+離子置換。類似地，諸如但不限於硫酸鹽、磷酸鹽、鹵化物及類似物的其他鹼金屬鹽可用於離子交換製程。
較小離子於低於玻璃網狀結構可鬆弛所處的溫度的溫度下由較大離子之置換產生離子跨於強化玻璃基板100之表面的分佈，從而產生應力特徵分佈。引入離子之較大體積在表面上產生壓縮應力(compressive stress；CS)，且在強化玻璃基板100之中心產生張力(中心張力(central tension)或CT)。交換深度可描述為強化玻璃基板100內離子交換藉由離子交換製程發生而促進的深度(亦即，玻璃基板之表面至玻璃基板之中心區域的距離)。
在一個實施例中，強化玻璃基板100可具有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800MPa或更大之
表面壓縮應力。強化玻璃基板100可具有15μm或更大、20μm或更大(例如，25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm或更大)之壓縮層深度，及/或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)但小於100MPa(例如，95MPa、90MPa、85MPa、80MPa、75MPa、70MPa、65MPa、60MPa、55MPa或更小)之中心張力。在一或多個特定實施例中，強化玻璃基板100具有以下一或多者：大於500MPa之表面壓縮應力、大於15μm之壓縮層深度以及大於18MPa之中心張力。
在不受理論束縛的情況下，咸信具有大於500MPa之表面壓縮應力及大於約15μm之壓縮層深度的強化玻璃基板100典型地具有比非強化玻璃基板(或換言之，尚未離子交換或以其他方式強化的玻璃基板)更大之斷裂應變率。在一些實施例中，相較於不滿足此等位準之表面壓縮應力或壓縮層深度的非強化或弱強化類型的玻璃基板而言，本文所述的一或多個實施例之益處可不那麼顯著，此係由於在許多典型應用中皆存在處置或常見玻璃表面損壞事件。然而，如先前所提及，在其中玻璃基板表面可受足夠保護以免於刮痕或表面破壞(例如藉由保護塗層或其他層)的其他特定應用中，具有相對高斷裂應變
之強固玻璃基板亦可經由使用諸如熔融成形方法的方法形成並保護初始玻璃表面品質而產生。在此等替代應用中，本文所述的一或多個實施例之益處可類似地實現。
可用於強化玻璃基板100中的示例性離子可交換玻璃可包括鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃組成物或鹼金屬鋁硼矽酸鹽玻璃組成物，然而涵蓋其他玻璃組成物。如本文所使用，「可離子交換」意指玻璃基板能夠使位於玻璃基板之表面處或附近的陽離子與大小較大或較小的具有相同原子價之陽離子交換。一種示例性玻璃組成物包含SiO2、B2O3及Na2O，其中(SiO2+B2O3)66mol.%，且Na2O9mol.%。在一實施例中，玻璃基板100包括具有至少6wt.%氧化鋁之玻璃組成物。在另一實施例中，玻璃基板100包括具有一或多種鹼土金屬氧化物之玻璃組成物，以使得鹼土金屬氧化物之含量為至少5wt.%。在一些實施例中，適合玻璃組成物進一步包含K2O、MgO及CaO中之至少一者。在一特定實施例中，用於玻璃基板120中的玻璃組成物可包含61-75mol.% SiO2；7-15mol.% Al2O3；0-12mol.% B2O3；9-21mol.% Na2O；0-4mol.% K2O；0-7mol.% MgO；以及0-3mol.% CaO。
適用於可視需要經強化或為強固的玻璃基板120之另一示例性玻璃組成物包含：60-70mol.% SiO2；6-14mol.% Al2O3；0-15mol.% B2O3；0-15mol.% Li2O；0-20mol.% Na2O；0-10mol.% K2O；0-8mol.% MgO；0-10mol.% CaO；0-5mol.% ZrO2；0-1mol.% SnO2；0-1mol.% CeO2；小於50ppm As2O3；以及小於50ppm Sb2O3；其中12mol.%(Li2O+Na2O+K2O)20mol.%且0mol.%(MgO+CaO)10mol.%。
適用於可視需要經強化或為強固的玻璃基板100之又一示例性玻璃組成物包含：63.5-66.5mol.% SiO2；8-12mol.% Al2O3；0-3mol.% B2O3；0-5mol.% Li2O；8-18mol.% Na2O；0-5mol.% K2O；1-7mol.% MgO；0-2.5mol.% CaO；0-3mol.% ZrO2；0.05-0.25mol.% SnO2；0.05-0.5mol.% CeO2；小於50ppm As2O3；以及小於50ppm Sb2O3；其中14mol.%(Li2O+Na2O+K2O)18mol.%且2mol.%(MgO+CaO)7mol.%。
在一特定實施例中，適用於可視需要經強化或為強固的玻璃基板100的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃組成物包含氧化鋁、至少一種鹼金屬以及在一些實
施例中大於50mol.% SiO2，在其他實施例中至少58mol.% SiO2，且在其他實施例中至少60mol.% SiO2，其中比率，其中組分之比率係以mol.%表示且改質劑為鹼金屬氧化物。在特定實施例中，此玻璃組成物包含：58-72mol.% SiO2；9-17mol.% Al2O3；2-12mol.% B2O3；8-16mol.% Na2O以及0-4mol.% K2O，其中比率。
在另一實施例中，可視需要經強化或為強固的玻璃基板可包括鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃組成物，該組成物包含：64-68mol.% SiO2；12-16mol.% Na2O；8-12mol.% Al2O3；0-3mol.% B2O3；2-5mol.% K2O；4-6mol.% MgO；以及0-5mol.% CaO，其中：66mol.%SiO2+B2O3+CaO69mol.%；Na2O+K2O+B2O3+MgO+CaO+SrO>10mol.%；5mol.%MgO+CaO+SrO8mol.%；(Na2O+B2O3)-Al2O3 2mol.%；2mol.%Na2O-Al2O3 6mol.%；以及4mol.%(Na2O+K2O)-Al2O3 10mol.%。
在一些實施例中，可視需要經強化或為強固的玻璃基板100可包含鹼金屬矽酸鹽玻璃組成
物，該組成物包含：2mol%或更大的Al2O3及/或ZrO2，或4mol%或更大的Al2O3及/或ZrO2。
在一些實施例中，用於玻璃基板120之玻璃基板可用0-2mol.%的至少一種澄清劑分批處理，該至少一種澄清劑選自包括以下者之群：Na2SO4、NaCl、NaF、NaBr、K2SO4、KCl、KF、KBr及SnO2。
視需要，基板100可包括可經強化或非強化的玻璃陶瓷基板。適合玻璃陶瓷之實例可包括Li2O-Al2O3-SiO2系統(亦即，LAS-系統)玻璃陶瓷、MgO-Al2O3-SiO2系統(亦即，MAS-系統)玻璃陶瓷及/或包括優勢晶體相的玻璃陶瓷，該優勢晶體相包括β-石英固溶體、β-鋰輝石固溶體(ss)、堇青石以及二矽酸鋰。玻璃陶瓷基板可使用本文所揭示的化學強化製程來強化。在一或多個實施例中，MAS-系統玻璃陶瓷基板可在Li2SO4熔鹽中強化，藉以可發生2Li+與Mg2+的交換。
根據一或多個實施例的基板100可具有在約50μm至5mm範圍變化之厚度。示例性基板100之厚度在100μm至500μm範圍變化，例如為100μm、200μm、300μm、400μm或500μm。另一示例性基板100之厚度在500μm至1000μm範圍變化，例如為500μm、600μm、700μm、800μm、900μm或1000μm。基板100可具有
大於1mm之厚度，例如為約2mm、3mm、4mm或5mm。在一或多個特定實施例中，基板100可具有為2mm或更小或小於1mm之厚度。基板100可經酸拋光或以其他方式處理來移除或減少表面瑕疵之效應。
圖案化塗層
如本文所使用，術語「圖案化」包括的塗層為不連續的，具有變化厚度，包括相之混合物，包括組成物之混合物，包括彼此具有不同韌性之區域，及/或包括彼此具有不同彈性模數值之區域。在第1圖所示的實施例中，圖案化塗層係展示為不連續的且包括第一區域210及第二區域220。第1圖所示的圖案化塗層200之結構可表徵為一系列分立或幾乎分立的「島狀物」或「峰部」，該等具有在約100nm至約100μm範圍內之側向尺寸(排除厚度)。在一或多個實施例中，峰部具有小於約1mm之側向尺寸(排除厚度)。峰部(或「谷部」)之間的空間可為裸露的(不具有任何塗層)或可具有小量塗層。
在一個實施例中，相比第二區域220之拉伸應力，第一區域210包括較低拉伸應力。此等拉伸應力可在不同加載條件下存在，諸如環對環加載，該等負載條件不受特定限制。在一或多個實施例中，第一區域210具有在約5MPa至約1000MPa範圍內之拉伸應力。第一區域210可具有在以下範圍內之
拉伸應力：約5MPa至約900MPa、約5MPa至約800MPa、約5MPa至約700MPa、約5MPa至約600MPa、約5MPa至約500MPa、約5MPa至約400MPa、約5MPa至約300MPa、約5MPa至約200MPa、約10MPa至約1000MPa、約50MPa至約1000MPa、約100MPa至約1000MPa、約150MPa至約1000MPa、約200MPa至約1000MPa、約300MPa至約1000MPa、約50MPa至約500MPa、約50MPa至約400MPa、約50MPa至約300MPa、約100MPa至約500MPa、約500MPa至約1000MPa、約800MPa至約1000MPa及其之間的所有範圍及子範圍。在一或多個實施例中，第二區域220具有在以下範圍內之拉伸應力：約500MPa至約4000MPa、約500MPa至約3500MPa、約500MPa至約3000MPa、約500MPa至約2500MPa、約500MPa至約2000MPa、約500MPa至約1500MPa、約600MPa至約4000MPa、約700MPa至約4000MPa、約800MPa至約4000MPa、約900MPa至約4000MPa、約1000MPa至約4000MPa、約1500MPa至約4000MPa、約2000MPa至約4000MPa、約3000MPa至約4000MPa、約3500MPa至約4000MPa及其之間的所有範圍及子範圍。第一區域210之拉伸應力與
第二區域220之拉伸應力之間的差異可在以下範圍內：約150MPa至900MPa、約1000MPa或更大，或約2000MPa或更大。
一或多個實施例之製品10可展現圖案化結構，以使得當應變施加於製品時，基板100包含最大基板拉伸應變，且圖案化塗層200具有至少一個局部區域，該至少一個局部區域包含小於最大基板拉伸應變之局部拉伸應變。至少一個局部區域(其具有小於最大基板拉伸應變之局部拉伸應變)可包括第一區域210，或亦可包括區域220之子部分。在一些實施例中，最大基板拉伸應變可在約0.5%至約3%範圍內。在其他實施例中，局部拉伸應變可為約2%或更小、約1.5%或更小、約1%或更小，或約0.5%或更小。
一或多個實施例之製品10可展現圖案化結構，以使得當應變施加於製品時，基板100包含最大基板拉伸應力，且圖案化塗層200具有至少一個局部區域，該至少一個局部區域包含小於最大基板拉伸應力之局部拉伸應力。至少一個局部區域(其具有小於最大基板拉伸應力之局部拉伸應力)可包括第一區域210，或亦可包括區域220之子部分。
在一或多個實施例中，圖案化塗層200可展現彈性模數(「塗層彈性模數」)，該彈性模數與基板之彈性模數(「基板彈性模數」)具有各種關係。
示範性圖案化塗層200可具有在圖案之一些部分(例如，圖案之較厚區域)中量測的至少25GPa之塗層彈性模數，及/或至少1.75GPa之硬度，然而此範圍外部的一些組合為可能的。在一些實施例中，圖案化塗層200可具有50GPa或更大或甚至70GPa或更大之塗層彈性模數。例如，塗層彈性模數可為55GPa、60GPa、65GPa、75GPa、80GPa、85GPa或更大。
一或多個實施例之圖案化塗層200可包括塗層厚度及相應表面形貌高度之雙峰分佈。第4圖展示塗層厚度之示範性雙峰分佈，其中A指示較低模態厚度，且B指示較高模態厚度。雙峰分佈可包括在約0nm至約100nm範圍內之較低模態厚度，及在約50nm至約5000nm範圍內之較高模態厚度。
在一或多個實施例中，較低模態厚度可在以下範圍內：約0nm至約90nm、約0nm至約80nm、約0nm至約70nm、約0nm至約60nm、約0nm至約50nm、約0nm至約40nm、約0nm至約30nm、約0nm至約20nm、約0nm至約10nm、約0nm至約5nm及其之間的所有範圍及子範圍。在一些實施例中，較高模態厚度可在以下範圍內：約50nm至約4000nm、約50nm至約3000nm、約50nm至約2000nm、約50nm至約1500nm、約50nm至約1000nm、約50nm至約900
nm、約50nm至約800nm、約50nm至約700nm、約50nm至約600nm、約50nm至約500nm、約50nm至約400nm、約50nm至約300nm、約50nm至約200nm及其之間的所有範圍及子範圍。
圖案化塗層200亦可展現表面形貌之雙峰分佈，如第5圖所示，其中C指示較低模態高度，且D指示較高模態高度。
較高模態厚度(或高度)及較低模態厚度(或高度)可具有關於各自之模態值，且關於兩個中心模態值(針對較高模態厚度/形貌及較低模態厚度/高度)中之每一者的厚度(或高度)之分佈可為尖銳或寬闊的。第6圖例示圖案化塗層，該圖案化塗層具有具模態值之較高模態厚度(B)及較低模態厚度(A)，以及關於兩個中心模態值中之每一者的為尖銳的厚度分佈。第6圖亦例示具有較高模態厚度(B)及較低模態厚度(A)之圖案化塗層，其中厚度直方圖中之峰幅度為不等的，且等同於由一個塗層厚度模態表示的表面積比由另一塗層厚度模態表示的表面積更大。第6圖進一步例示圖案化塗層，該圖案化塗層具有具模態值之較高模態高度(D)及較低模態高度(C)，以及關於兩個中心模態值中之每一者的為尖銳的形貌分佈。第6圖亦例示具有較高模態高度(D)及較低模態高度(C)之圖案化塗層，其中表面高度直方圖中之峰
幅度為不等的，且等同於由一個表面高度模態表示的表面積比由另一表面高度模態表示的表面積更大。第7圖例示圖案化塗層，該圖案化塗層具有具模態值之較高模態厚度(B)及較低模態厚度(A)，以及關於兩個中心模態值中之每一者的為寬闊的厚度分佈。第7圖亦例示具有較高模態厚度(B)及較低模態厚度(A)之圖案化塗層，其中關於模態值之厚度分佈為不對稱的。第7圖亦例示圖案化塗層，該圖案化塗層具有具模態值之較高模態高度(D)及較低模態高度(C)，以及關於兩個中心模態值中之每一者的為寬闊的高度分佈。第7圖亦例示具有較高模態高度(D)及較低模態高度(C)之圖案化塗層，其中關於模態值之高度分佈為不對稱的。一些實施例之圖案化塗層亦可具有其他特徵。例如，圖案化塗層可展現表示較高高度模態的可為寬闊、不對稱及高的(亦即，具有較高幅度)之峰部，而表示較低高度模態之峰部可為尖銳、對稱及短的(亦即，較低幅度)。就此等度量而言，一個模態之特徵可不依賴另一模態之特徵。
如本文所使用，術語「尖銳」及「寬闊」可就較低模態分佈及較高模態分佈中之每一者的半峰全幅值(full-width-at-half-maximum；FWHM)而言來定量。關於模態厚度/高度之「尖銳」分佈可包括約10nm或更小，或甚至1nm或更小之FWHM。「寬闊」分佈可包括大於尖銳分佈之FWHM
的FWHM。在一或多個實施例中，寬闊分佈之FWHM可小於模態之間的高度差。較高模態厚度之FWHM與較低模態厚度之FWHM之間的差異可小於較低模態厚度與較高模態厚度之表面形貌高度差異。
在實施例中，應力集中(本文中定義為在裂紋尖端處之應力強度因子)可在圖案化塗層之某些局部區域處減少。應力集中之此等局部減少可由局部減小的塗層厚度、局部減小的塗層模數、局部減小的塗層應力或局部減小的塗層應變引起，或與該等者關聯。
在一或多個實施例中，製品可包括圖案化塗層之表面覆蓋率。在一個實例中，圖案化塗層覆蓋基板之表面覆蓋率可在基板之表面積之約1%至約99%範圍內。在一些實施例中，表面覆蓋率可在以下範圍內：約10%至約99%、約20%至約99%、約30%至約99%、約10%至約90%、約10%至約80%、約10%至約70%、約10%至約75%、約10%至約60%及其之間的所有範圍及子範圍。
在一些實施例中，圖案化塗層200包括複數個峰部及該等峰部之間的複數個谷部。如第7圖所示，圖案化塗層可為連續的(但可展現使塗層製成如本文所定義的「圖案化」的其他屬性)，但可包括複數個峰部230及複數個谷部240。在一或多個實施例中，複數個谷部可包括至少約5nm之塗層厚度。
在一或多個實施例中，製品10包括圖案化塗層300，該圖案化塗層300包括安置於基板之至少一個表面(例如，112)上的複數個粒子310，如第8圖所示。包括此複數個粒子310之圖案化塗層可稱為「微粒圖案化塗層」。不含特意添加粒子之圖案化塗層可稱為「非微粒圖案化塗層」。在一或多個實施例中，複數個粒子310可形成單層。在一些實施例中，粒子自身形成不連續性，該等不連續性構成圖案化塗層300之圖案。在一或多個替代實施例中，複數個粒子310在層中可不為有序的，且一些粒子可形成堆疊粒子。在一些實施例中，複數個粒子310可作為雙層或多個層存在。在其他實施例中，複數個粒子可形成多個層，且在一些狀況下，在局部區域1中可存在較多粒子層，且在局部區域2中存在較少粒子層(因此，粒子之黏聚或多個層可用於形成圖案化塗層之圖案)。在一或多個實施例中，複數個粒子310係安置於基板表面114上之單層中，以使得相鄰粒子彼此由間隙分離。在此等實施例中，圖案化塗層300可提供抗反射性質。例如，圖案化塗層在約450nm至約1000nm範圍內之波長下展現小於約2%、小於約1.5%或小於約1%之反射率。當圖案化塗層300與基板100組合時，所得製品10可在約450nm至約1000nm範圍內之波長下，展現小於約7%、小於約
6.5%、小於約6%或甚至小於約5.5%之平均反射率。
在一或多個實施例中，複數個粒子310包括矽石粒子或包括矽石之粒子。在一些實施例中，複數個粒子全部為矽石粒子。在利用包括複數個粒子之圖案化塗層300的情況下，當將粒子之直徑向下投影至基板之表面上時，複數個粒子覆蓋基板表面114之表面積的至少約20%至約75%(亦即，覆蓋面積可等於投影或陰影面積，未必是實體接觸面積)。
圖案化塗層(200、300)之組成物或材料不受特定限制。此等材料之一些非限制性實例包括：氧化物，諸如SiO2、Al2O3、TiO2、Nb2O5、Ta2O5；氮氧化物，諸如SiOxNy、SiAlxOyNz及AlOxNy；氮化物，諸如SiNx、AlNx、立方氮化硼及TiNx；碳化物，諸如SiC、TiC及WC；上述者之組合，諸如碳氧化物及氮氧碳化物(例如，SiCxOy及SiCxOyNz)；半導體材料，諸如Si及Ge；透明導體(或透明導電氧化物)，諸如氧化銦錫、氧化錫、氟化氧化錫、氧化鋁鋅或氧化鋅；碳奈米管或石墨烯摻雜氧化物；銀或其他金屬摻雜的氧化物；高矽質聚合物，諸如高度固化矽氧烷及矽倍半氧烷；金剛石或類金剛石碳材料；或可展現斷裂行為的所選金屬膜。
在一或多個實施例中，圖案化塗層200、300可包括複數個層。在一或多個實施例中，
圖案化塗層之每一層可表徵為基於以下一或多者之脆性：層對製品之平均撓曲強度的影響及/或層之斷裂應變、斷裂韌性或臨界應變能量釋放率值，如本文另外所述。在一個變體中，圖案化塗層200之層無需具有相同的性質，諸如相同的彈性模數及/或斷裂韌性。在另一變體中，圖案化塗層200之層可包括彼此不同的材料。
圖案化塗層200、300可藉由此項技術中已知的各種方法安置於基板100上，例如藉由真空沉積技術進行，該等真空沉積技術例如化學氣相沉積(例如，電漿增強化學氣相沉積、大氣壓化學氣相沉積或電漿增強大氣壓化學氣相沉積)、物理氣相沉積(例如，反應性或非反應性濺鍍或雷射剝蝕)、熱蒸發、電阻蒸發或電子束蒸發，或原子層沉積。如將在以下較詳細地描述，此等製程可經最佳化以提供圖案化塗層之圖案化特徵。圖案化塗層200、300亦可使用以液體為基礎之技術安置於基板100之一或多個表面(例如，第1圖之112、114)上，該等以液體為基礎之技術例如溶膠-凝膠塗佈或聚合物塗佈方法，尤其例如，旋塗、噴塗、槽拉塗佈、滑塗、繞線桿塗佈、刀片/刮刀塗佈、氣刀塗佈、簾幕式塗佈、凹版塗佈及輥塗。在一些實施例中，可能需要在圖案化塗層200、300與基板100之間及/或在圖案化塗層200、300之各層(若存在)之間使用黏附促進劑，諸
如以矽烷為基礎之材料。在一或多個替代實施例中，圖案化塗層200、300可安置於基板100上作為轉移層。
圖案化塗層200、300亦可起多種功能，或與如本文所述的額外膜或層整合，該等額外膜或層起不同於圖案化塗層200的其他功能或甚至起與圖案化塗層相同的功能。圖案化塗層可包括UV或IR光發射或光吸收層、抗反射層、抗眩光層、防污層、自清潔層、防刮層、障壁層、鈍化層、氣密層、擴散阻斷層、防指紋層及類似物。另外，圖案化塗層200、300可包括導電層或半導電層、薄膜電晶體層、電子干擾(EMI)屏蔽層、破裂感測器、警報感測器、電致變色材料、光致變色材料、觸摸感測層或資訊顯示層。圖案化塗層200、300及/或前述層中之任何層可包括上色劑或著色劑。當資訊顯示層整合至製品10中時，製品10可形成觸摸感應顯示器、透明顯示器或抬頭顯示器之部分。合乎需要的可為圖案化塗層執行干涉功能，其選擇性地透射、反射或吸收不同波長或色彩的光。例如，圖案化塗層200、300可在抬頭顯示器應用中選擇性地反射目標波長。
圖案化塗層200、300之功能性質可包括光學性質、電氣性質及/或機械性質，諸如硬度、彈性模數、斷裂應變、耐磨性、機械耐久性、摩擦係數、電導率、電阻率、電子遷移率、電子或電洞載子
摻雜、光學折射率、密度、不透明度、透明度、反射性、吸收性、透射性及類似功能性質。此等功能性質在圖案化塗層200、300與基板100及/或包括在製品10中之其他膜組合之後實質上得以維持或甚至改良。
本文所述的製品10具有防刮性，該防刮性可表徵為製品之經量測硬度(或圖案化塗層之經量測硬度，如本文所述)。硬度可藉由「Berkovich壓頭硬度試驗」量測，該試驗包括藉由利用金剛石Berkovich壓頭對表面進行壓痕來量測表面上材料之硬度。Berkovich壓頭硬度試驗包括利用金剛石Berkovich壓頭對製品之經塗佈表面或對圖案化塗層之表面進行壓痕來形成壓痕深度在約50nm至約1000nm(或圖案化塗層之整個厚度，以較小者為準)範圍內之壓痕，以及沿整個壓痕深度範圍或此壓痕深度之一區段(例如，在約100nm至約600nm範圍內)，大體上使用以下中闡明的方法來量測此壓痕之最大硬度：Oliver,W.C.；Pharr,G.M.An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments J.Mater.Res.，第7卷，第6期，1992，1564-1583；以及Oliver,W.C.；Pharr,G.M.Measurement of Hardness
and Elastic Modulus by Instrument Indentation：Advances in Understanding and Refinements to Methodology J.Mater.Res.，第19卷，第1期，2004，3-20。自製品之經塗佈表面、圖案化塗層之表面及/或構成圖案化塗層的層/粒子之任何一或多者之表面製得及量測壓痕深度。如本文所使用，硬度係指最大硬度，且不為平均硬度。
典型地在比下伏基板更硬的塗層或膜之奈米壓痕量測方法中(諸如藉由使用Berkovich壓頭來進行)，經量測硬度可似乎由於在淺壓痕深度處塑性區之發展而在最初增加，且隨後增加並於較深壓痕深度處達到最大值。此後，由於下伏基板之效應，硬度開始在更深壓痕深度處減小。在利用相較於塗層而言具有增加硬度之基板的情況下，可見相同效應；然而，由於下伏基板之效應，硬度在較深壓痕深度處增加。
壓痕深度範圍及特定壓痕深度範圍處之硬度值可經選擇來識別如本文所述的圖案化塗層及其層/粒子在無下伏基板之效應的情況下的特定硬度回應。當利用Berkovich壓頭量測圖案化塗層或其層/粒子(當安置於基板上時)之硬度時，材料之永久變形區域(塑性區)與材料之硬度相關聯。壓痕期間，彈性應力場延伸遠遠超出此永久變形區域。隨著壓痕
深度增加，表觀硬度及模數受應力場與下伏基板相互作用的影響。基板對硬度的影響發生在較深壓痕深度處(亦即，典型地在大於圖案化塗層厚度之約10%的深度處)。此外，另一難題在於，硬度回應需要特定最小負載來在壓痕方法期間產生完全塑性。在彼特定最小負載之前，硬度展示大體增加的趨勢。
在小壓痕深度(其亦可表徵為小負載)處(例如，至多約100nm或小於約70nm)，材料之表觀硬度相對於壓痕深度呈現出急劇增加。此小壓痕深度型式(regime)並不表示硬度之真實度量，但相反，其反映出前述塑性區之發展，此與壓頭之有限曲率半徑有關。在中間壓痕深度處，表觀硬度達到最大位準。在較深壓痕深度處，隨著壓痕深度增加，基板之影響變得愈加明顯。一旦壓痕深度超過圖案化塗層厚度之約30%，硬度即可開始急劇下降。
已觀察到，在中間壓痕深度處(在此壓痕深度處，硬度接近並維持於最大位準)及較深壓痕深度處量測的硬度取決於材料厚度或層之厚度。
在一些實施例中，製品、圖案化塗層及/或圖案化塗層中之層/粒子在大於約100nm或大於約200nm的壓痕深度處展現最大硬度，且因此展現足夠的硬度以提供不受基板影響的防刮性。在一些實施例中，製品、圖案化塗層及/或圖案化塗層中之層/粒子在此等壓痕深度處具有最大硬度，且因此對特定
刮痕有抵抗性，諸如對微延性刮痕(其典型地具有約100nm至約500nm或約200nm至約400nm之深度)有抵抗性。例如，因為製品沿特定壓痕深度展現本文所闡述的硬度值，如藉由Berkovich壓頭硬度試驗所量測，所以經塗佈表面(或圖案之表面)可抵抗微延性刮痕。
製品、圖案化塗層及/或圖案化塗層中之層/粒子之經量測表觀硬度可藉由微調圖案化塗層之厚度或圖案化塗層中之一或多個層/粒子之厚度來最大化。
在一或多個實施例中，圖案化塗層可展現防刮性，且可具有大於3.0GPa之硬度，該硬度係藉由如本文所述的Berkovich壓頭硬度試驗，沿約100nm或更大(例如，約100nm至約300nm、約100nm至約400nm、約100nm至約500nm，或約100nm至約600nm)之壓痕深度來量測。例如，圖案化塗層可具有5GPa、5.5GPa、6GPa、6.5GPa、7GPa、7.5GPa、8GPa、8.5GPa、9GPa、9.5GPa、10GPa或更大、12GPa或更大、14GPa或更大，或甚至15GPa或更大之硬度，該硬度如藉由如本文所述的Berkovich壓頭硬度試驗，沿約100nm或更大(例如，約100nm至約300nm、約100nm至約400nm、約100nm至約500nm，或約100nm至約600nm)之壓痕
深度來量測。在一些實例中，圖案化塗層可具有約18GPa或更大、20GPa或更大，或甚至22GPa或更大之硬度，該硬度如藉由如本文所述的Berkovich壓頭硬度試驗，沿約100nm或更大(例如，約100nm至約300nm、約100nm至約400nm、約100nm至約500nm，或約100nm至約600nm)之壓痕深度來量測。
在一或多個實施例中，當此等圖案化塗層200、300與基板100組合以形成製品10時，當與不具有圖案化塗層之基板100(經類似測試)比較時，該等圖案化塗層在其表面之至少一個區域中展現至少10%之刮痕深度減小及至少10%之刮痕寬度減小。
在一或多個實施例中，製品10亦展現耐磨性。確切言之，本文所述的製品之一或多個實施例展現對刮痕及藉由磨耗(或多次接觸事件)形成的其他破壞的抵抗性。此項技術中已知各種形式的磨耗試驗，諸如ASTM D1044-99中指定的試驗，其使用藉由Taber Industries供應的磨料介質。可使用不同類型的磨耗介質、磨耗幾何形狀及運動、壓力等等來建立與ASTM D1044-99有關的修改磨耗方法，以便提供可重複及可量測的磨耗或磨損痕跡，從而有意義地區分不同樣本之耐磨性。例如，不同試驗條件將通常適於軟塑膠對硬無機試驗樣本。本文所述
的實施例展現如藉由本文中稱為「塔柏試驗(Taber Test)」或「賈納試驗(Garnet Test)」的ASTM D1044-99試驗之特定修改版本所量測的防刮性，從而在主要包含硬無機材料的不同樣本之間提供耐久性之清晰及可重複的區分。此等試驗方法可產生微延性刮痕與上述其他破壞模式一起的組合，其取決於所測試的特定樣本。
如本文所使用，片語「塔柏試驗」係指使用藉由Taber Industries供應的塔柏線性磨機5750(TLA 5750)及附件，在包括約22℃±3℃之溫度及至多約70%之相對濕度的環境中進行的試驗方法。TLA 5750包括具有6.7mm直徑磨機頭的CS-17磨機材料。根據塔柏試驗磨耗每一樣本，且使用渾濁度及雙向透射率分佈函數(Bidirectional Transmittance Distribution Function；BTDF)量測兩者連同其他方法來評估磨耗損壞。在塔柏試驗中，用於磨耗每一樣本之程序包括將TLA 5750及平坦樣本支撐件置放於剛性平坦表面上，且將TLA 5750及樣本支撐件固定至表面。在根據塔柏試驗磨耗每一樣本之前，磨機材料(CS-17)使用附著於玻璃的新S-14重修表面條帶來重修表面。磨機經受使用25次循環/分鐘之循環速度及1吋之衝程長度的10次重修表面循環，而不增加額外重量(亦即，在重修表面期間使用約350g之總重量，其為錠
子及固持磨機的筒夾之組合重量)。程序隨後包括：操作TLA 5750來磨耗樣本，其中將樣本置放於與磨機頭接觸且支撐施加於磨機頭之重量的樣本支撐件中；使用25次循環/分鐘之循環速度，及1吋之衝程長度，以及使得施加於樣本之總重量為850g的重量(亦即，除錠子及筒夾之350g組合重量之外，施加500g輔助重量)。程序包括針對可重複性在每一樣本上形成兩個磨損痕跡，且在每一樣本上的兩個磨損痕跡中之每一者中磨耗每一樣本達500次循環計數。
在一或多個實施例中，根據以上塔柏試驗磨耗製品之經塗佈表面，且製品展現約5%或更小之渾濁度，如於磨耗側上使用藉由BYK Gardner以商標Haze-Gard plus®供應的濁度計所量測，該濁度計使用處於源埠之上的孔徑，該孔徑具有8mm之直徑。
在一些實施例中，塔柏試驗之後量測的渾濁度可為約4%或更小、約3%或更小、約2%或更小、約1%或更小、約0.8%或更小、約0.5%或更小、約0.4%或更小、約0.3%、約0.2%或更小，或約0.1%或更小。
在一或多個實施例中，在藉由塔柏試驗磨耗之後，如藉由光散射量測所量測，製品10之經塗佈表面可展現耐磨性。在一或多個實施例中，光散射
量測包括使用Radiant Zemax IS SATM儀器進行的雙向反射率分佈函數(bi-directional reflectance distribution function；BRDF)或雙向透射率分佈函數(bi-directional transmittance distribution function；BTDF)量測。此儀器具有量測光散射之靈活性，其使用自法向至約85度之反射入射及自法向至約85度透射入射的任何輸入角，同時亦將反射或透射中輸出的所有散射光俘獲於2 * Pi立體弧度(反射或透射中的全半球)中。在一個實施例中，如使用法向入射下的BTDF且分析在所選角度範圍的所透射散射光所量測，製品100展現耐磨性，該所選角度範圍為約10°至約80°度極角及其中任何角度範圍。可分析並積分角度之全方位角範圍，或可選擇例如約0°及90°方位角的特定方位角切片(angular slice)。在線性磨耗之狀況下，可利用大致上正交於磨耗方向的方位角方向，以便增加光散射量測之訊雜比。在一或多個實施例中，當在法向透射入射下以CCBTDF模式使用具有2mm孔徑及設定至600nm波長的單色儀之Radiant Zemax IS-SA工具時，且當以約15°至約60°範圍內(例如確切而言，約20°)之極散射角評估時，如在經塗佈表面101處所量測，製品可在塔柏試驗之後展現約小於約0.1、約0.05或更小、約0.03或更小、約0.02或更小、約0.01或更小、約0.005
或更小，或約0.003更小(以1/立體弧度為單位)之散射光強度。法向透射入射可另外稱為零度透射，其可藉由儀器軟體表示為180°入射。在一或多個實施例中，散射光強度可沿實質上正交於藉由塔柏試驗磨耗樣本之磨耗方向的方位角方向來量測。此等光學強度值亦可相應於散射至大於約5度、大於約10度、大於約30度或大於約45度的極散射角度中的輸入光強度之小於約1%、小於約0.5%、小於約0.2%或小於約0.1%。
一般而言，如本文所述的在法向入射下的BTDF試驗與透射渾濁度量測緊密相關，原因在於兩者均量測透射穿過樣本(或在此狀況下，為磨耗經塗佈表面101之後的製品)時散射的光之量。BTDF量測相較於渾濁度量測而言提供更大靈敏度以及更詳細的角度資訊。BTDF允許對進入不同極角及方位角中的散射之量測，從而例如允許吾等選擇性地評估進入實質上正交於線性塔柏試驗中之磨耗方向的方位角(此等方位角為其中自線性磨耗的光散射為最高的角)中之散射。透射渾濁度基本上為藉由法向入射BTDF在大於約+/-2.5度的極角之整個半球中量測的所有散射光之積分值。
賈納試驗使用與塔柏試驗相同的設備(亦即，塔柏線性磨機或等效設備)。賈納試驗包括：在針對一個往復運動循環(亦即，一個前向及返回循
環)的變化施加負載下，利用1」之衝程長度及45次循環/分鐘之速度，使用150粒賈納砂紙來磨耗樣本表面。所施加負載係就總負載(包括磨機錠子、支座及任何外加重量之重量)而言。類似於塔柏試驗，賈納砂紙具有與樣本的約7mm之接觸面積。以此方式進行的賈納試驗通常比塔柏試驗更具侵入性，且可產生更多種的破壞模式。可見刮痕及破壞亦更為隨機。自此等樣本之光散射可使用如上所述的BTDF及渾濁度量測來表徵。
在一或多個實施例中，當在賈納試驗中利用在約380g至約2100g範圍內之總負載測試時，製品在賈納試驗之後展現約3%或更小(例如，約2%或更小、約1%或更小、約0.5%或更小，或約0.2%或更小)之渾濁度。一或多個實施例之製品展現在20度之極角下(正交於磨耗軸，如CC-BTDF所量測)約0.04或更小、約0.02或更小、約0.01或更小，或甚至約0.005或更小(以1/立體弧度為單位)之散射光位準。
在一或多個實施例中，當應變施加於製品時，圖案化塗層200、300之裂紋初發應變為大於約0.5%、大於約0.7%，或大於約0.9%及其之間的所有範圍及子範圍。在一或多個實施例中，圖案化塗層200、300於圖案化塗層之一個局部區域內之裂紋初發應變可為小於0.5%，但將裂紋自一個局
部區域傳播至圖案化塗層之另一類似局部區域(例如，在第1圖中藉由區域210分離的兩個分離區域220之間傳播)所需的應變位準可為大於0.5%、大於0.7%，或大於0.9%。在一或多個實施例中，在側向方向(x-y平面中之任何方向，大體平行於基板之表面)中使裂紋生長或伸長大於約1.0mm之距離所需的應變大於約0.5%。在一或多個實施例中，整個經塗佈製品10之劇變斷裂應變為大於約0.5%、大於約0.7%，或大於約0.9%及其之間的所有範圍及子範圍。在一或多個實施例中，塗層之裂紋初發應變可定義為使裂紋在塗層內之任何方向上生長或伸長所需的應變位準。
本揭示內容之第二態樣係關於形成本文所述的製品之方法。在一或多個實施例中，該方法包括提供具有第一主表面之基板(如本文所述)，以及將塗層選擇性地安置於第一主表面上，以形成本文所述的圖案化塗層，該圖案化塗層包括塗層厚度及相應表面形貌高度之雙峰分佈。在一或多個實施例中，選擇性地安置塗層可包括：將具有至少一個開口之遮罩安置於第一主表面上，且將塗層選擇性地安置於遮罩上。在另一實施例中，選擇性地安置塗層包括：將塗層安置於基板之表面上，且移除塗層之部分。移除塗層之部分可經由蝕刻或其他已知機械及/或化學移除手段來達成。在一或多個實施例中，當應變施加於製
品時，塗層厚度及相應表面形貌高度之雙峰分佈減少圖案化塗層中之應力累積。
各種實施例將藉由以下實例進一步闡明。
實例1A-1D包括六十個樣本，該等樣本係藉由提供具有包括以下之組成物的六十個鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃基板來形成：至少約50mol% SiO2；約12mol%至約22mol% Al2O3；約4.5mol%至約10mol% B2O3；約10mol%至約20mol% Na2O；0mol%至約5mol% K2O；至少約0.1mol% MgO及/或ZnO，其中0mol%MgO6且0ZnO6mol%；其中0mol%CaO+SrO+BaO2mol%。基板具有約50.8mm x 50.8mm x 1.0mm之尺寸且包括第一主表面。基板經化學強化且展現約940MPa之表面壓縮應力及約40μm之壓縮應力層深度(depth of compressive stress layer；DOL)。
實例1A及實例1B之基板為實驗對照。十五個基板不經處置或經受任何其他處理(processing)或處理(treatment)(實例1A)。十五個基板(實例1B)以與實例1C及1D相同的方
式處置(亦即，將樣本設置於平臺上，且將銅陰影遮罩以膠帶向下黏附，且隨後在不接收塗層的情況下移除，如本文所述)，且經受與實例1C及1D相同的退火製程。對實例1B不塗覆塗層。實例1A及1B係設計來評估樣本歸因於處置相關瑕疵之強度，該等處置相關瑕疵可已經或可尚未在使玻璃表面與陰影遮罩接觸以及一般樣本處置及熱處理之過程中累積。
實例1C之基板係以非圖案化塗層塗佈於第一主表面上，且實例1D之基板係以圖案化塗層塗佈於第一主表面上。
為於實例1D上形成圖案化塗層，將銅網400作為陰影遮罩施加於基板，如第9A圖所示。銅絲網具有100 x 100之網格大小標識，相應於網格中大致0.006” x 0.006”之開口孔徑，且係藉由McMaster-Carr Supply公司供應。銅絲網係用作陰影遮罩以用於氧化銦錫塗層材料於第一主表面上之選擇性沉積。第9A圖例示銅絲網圖案，其包括具有約150μm至約160μm之長度的尺寸特徵，如在顯微鏡下所量測。銅絲網包括具有約100μm至約110μm之厚度的銅線。銅絲網之總計算開口面積率為約33%。遮罩在施加於玻璃之前藉由於丙酮、隨後於異丙醇中超音波處理來預清潔，且利用氮來乾燥。
圖案化塗層及非圖案化塗層包括氧化銦錫(indium-tin-oxide；ITO)。ITO材料係在KDF沉積系統中，使用標準未加熱基板配方(recipe)濺鍍於裸基板上(在實例1C的狀況下)，或濺鍍於基板及銅絲網上(在實例1D的狀況下)，以提供具有約85nm之厚度的非圖案化塗層及圖案化塗層。對此製程而言，實例1C及1D之基板中之每一者係置放於具有凹入狹槽之金屬平臺上，該等凹入狹槽係設計來將十六個50.8mm x 50.8mm樣本固持於膜沉積腔室中。進行兩次獨立沉積運作，其中每次運作含有總共15個樣本。在每次運作中，隨機選擇15個總樣本中之8個，且使用清潔銅陰影遮罩遮蔽(在轉角處以Kapton膠帶黏附)，以使得所得塗層經圖案化，而剩餘7個樣本保持未遮蔽且接收非圖案化塗層。實例1C及1D之全部經塗佈樣本在200℃下退火1小時，隨後進行膜沉積。
實例1D之圖案化塗層之圖案化結構藉由差分干涉顯微鏡檢查來驗證，如第9B圖所示。圖案化塗層包括具有約150μm至約160μm之尺寸(排除厚度)「E」的第一區域(或峰部)。圖案化塗層之峰部之間的第二區域(或谷部)具有在約100μm至約110μm範圍內之側向尺寸「F」。圖案化塗層覆蓋基板之表面積的約33%。
一般而言根據ASTM方法C1499-09，在溫度及濕度受控室內，使用環對環(ring-on-ring；ROR)等雙軸撓曲試驗來評估所有樣本之強度。將樣本中之每一者膠帶黏附於背側，且以使經塗佈表面受張力之配置加載至試驗設備中。使用0.5”負載環對1”支撐環幾何形狀，其中負載以受控速率增加，且記錄斷裂負載。
第10圖展示來自實例1A-1D之負載分佈之韋伯繪圖。實例1A之樣本展示446kgf之特徵斷裂負載，此建立強化玻璃基板之強度基線預期值。對「處置」對照(亦即實例1B)獲得幾乎相同值，此指示遮蔽、樣本處置或熱處理對ROR強度之最小效應。藉由展示274kgf之特徵斷裂負載(或自實例1A及1B之約39%之減小)，具有非圖案化ITO塗層之實例1C展示預期強度損耗效應。對比而言，實例1D(具有圖案化塗層)展示與實例1A及1B相同的斷裂負載。確切言之，斷裂負載在實例1A及1B之斷裂負載之3%內。
實例2A-2C係藉由提供具有2”x2”之尺寸及約0.7mm之厚度的鋁矽酸鹽玻璃基板來形成。基板具有包括以下者之組成物：SiO2、Al2O3及Na2O，且SiO2+B2O3 66mol%，Al2O3 7mol%，B2O3 6.27mol%，Na2O9
mol%，B2O3+Na2O+K2O+MgO+CaO18mol%，且CaO2mol%。基板亦具有第一主表面且經化學強化，且展現約700MPa之表面壓縮應力及約40μm之壓縮應力層深度(depth of compressive stress layer；DOL)。
實例2A係以複數個矽石粒子(具有約100nm之直徑)塗佈於第一主表面上，且將所得製品在處於約600℃下的爐中炙烤，以使粒子黏附於第一主表面。實例2A在塗覆及炙烤微粒塗層之後予以離子交換強化。實例2B係以具有約10nm之厚度的矽酸鈉之無機黏結劑層首先塗佈於第一主表面上，且隨後以與實例2A相同的複數個矽石粒子塗佈。實例2B係於黏合劑及矽石粒子之塗覆之前予以離子交換強化。在黏合劑及矽石粒子之塗覆之後，將所得製品在處於約300℃下之爐中炙烤，以強化粒子及黏合劑對表面之黏附。實例2C保持裸露且不塗佈。
使用與實例1中所使用之相同的環對環(ring-on-ring；ROR)等雙軸撓曲試驗來測試實例2A-2C中之每一者。第10圖展示來自實例2A-2C之斷裂負載分佈之韋伯繪圖。如第10圖所例示，實例2A及2B具有與實例2C約為相同的斷裂負載，此證明實例2A及2B之圖案化塗層之強度保留。
熟習此項技術者將明白的是，可在不脫離本發明之精神或範疇的情況下做出各種修改及變化。
Claims (10)
- 一種製品，其包含：一基板，其包括一表面；一圖案化塗層，其安置於該表面上以成形一經塗佈表面，其中當一應變施加於該製品時，該製品展現0.5%或更大之一斷裂應變。
- 如請求項1所述之製品，其中當一應變施加於該製品時，該製品展現以下任何一或多者：該圖案化塗層具有一第一區域及一第二區域，且其中該第一區域包含一第一拉伸應力，而該第二區域包含大於該第一拉伸應力之一第二拉伸應力，該基板包含一最大基板拉伸應力，且該圖案化塗層具有至少一個局部區域，該至少一個局部區域包含小於該最大基板拉伸應力之一局部拉伸應力，且該基板包含一最大基板拉伸應變，且該圖案化塗層具有至少一個局部區域，該至少一個局部區域包含小於該最大基板拉伸應變之一局部拉伸應變。
- 如請求項1或請求項2所述之製品，其中該圖案化塗層包含塗層厚度之一雙峰分佈，該雙峰分佈包含在約0nm至約100nm範圍內之一較低模態厚度，及在約50nm至約5000nm範圍內之一較高模態厚度。
- 如請求項1或請求項2所述之製品，其中該圖案化塗層包含塗層厚度之一雙峰分佈，該雙峰分佈包含：一較低模態厚度，該較低模態厚度包含約1nm或更小之一半峰全幅值(FWHM)；以及一較高模態厚度，該較高模態厚度包含大於該較低模態厚度之該FWHM的一FWHM。
- 如請求項4所述之製品，其中該較高模態厚度之該FWHM小於該較低模態厚度及該較高模態厚度之表面形貌高度之差異。
- 如請求項5所述之製品，其中該圖案化塗層包含複數個峰部及在該等峰部之間的複數個谷部，且其中該圖案化塗層於該複數個谷部處包含至少約5nm之一塗層厚度。
- 如請求項1或請求項2所述之製品，其中該基板展現大於選自0.5%、0.7%、1.0%、1.5%、2%、2.5%及3%之一量的一平均斷裂應變。
- 如請求項1或請求項2所述之製品，其中該圖案化塗層包含8GPa或更大之一硬度，該硬度如在該經塗佈表面上藉由利用一Berkovitch壓頭對該經塗佈表面進行凹痕以形成一凹痕所量測，該凹痕具有自該經塗佈表面之該 表面至多約100nm之一壓痕深度。
- 如請求項1或請求項2所述之製品，其中當一應變施加於該製品時，該圖案化塗層之該裂紋初發應變為大於0.5%。
- 如請求項1或請求項2所述之製品，其中該圖案化塗層包含安置於該表面上之複數個粒子，且其中該製品在約450nm至約1000nm的一範圍內之波長下展現小於約6%之一平均反射率。
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