TW201815720A - 耐刮且光學透明之材料及製品 - Google Patents

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Abstract

本案揭示一種耐刮且光學透明之材料之實施例，該材料包含矽、鋁、氮及視需要氧。在一或多個實施例中，該材料展現在400 nm波長下之小於約1x10-3之消光係數(k)，及在約380 nm至約780 nm範圍內之光學波長區間中之約80%或更大之平均透射率，當透過具有約0.4微米厚度之材料來量測時。在一或多個實施例中，該材料包含：約12 GPa或更大之本徵最大硬度，當在具有約400 nm厚度之材料之主表面上、藉由別爾科維奇(Berkovich)壓頭硬度試驗沿著約100 nm或更大之壓痕深度來量測時；低壓縮應力；及低粗糙度(Ra)。亦揭示併入該材料之製品及裝置。

Description

耐刮且光學透明之材料及製品
本揭示內容係關於展現低光學吸收、高硬度及低壓縮應力之材料，並且更具體而言係關於展現低光學吸收、高硬度及低壓縮應力及可調壓縮應力的包含矽、鋁、氮及視需要氧之材料，以及包括此等材料之製品。
覆蓋製品常常用於保護電子產品內的關鍵裝置，用於提供用於輸入及/或顯示及/或許多其他功能的使用者介面。此等產品包括行動裝置，諸如智慧型電話、mp3播放器、膝上型電腦及電腦平板。覆蓋製品亦包括建築製品，運輸製品(例如，汽車、火車、飛機、海上船舶等等所使用之製品)，電器製品或需要某種透明度、防刮性、低應力或其組合的任何製品。此等應用常常要求防刮性及就最大光透射率及最小反射率而言的強光學效能特徵。此外，一些覆蓋應用需要反射及/或透射中之所展現或感知的色彩不會隨視角改變而可觀地改變。在顯示器應用中，這是因為若反射或透射之色彩隨視角改變至可觀程度，則產品之使用者將感知顯示器之色彩或亮度的改變，該改變可降低顯示器之感知品質。在其他應用中，色彩之變化可消極地影響美學要求或其他功能要求。
覆蓋製品之光學效能可藉由使用各種抗反射塗層來改良；然而，已知抗反射塗層易受磨損或磨耗影響。此磨耗可損害藉由抗反射塗層達成之任何光學效能改良。舉例而言，濾光片經常由具有不同折射率之多層塗層來製成並且由光學透明介電材料(例如，氧化物、氮化物及氟化物)製成。用於此等濾光片之大多數典型氧化物係寬帶隙材料，該等材料不具有用於行動裝置、建築製品、運輸製品或電器製品的必要機械性質，諸如硬度。氮化物及類金剛石塗層可展現高硬度值，但是此等材料不展現此等應用所需要的透射率。
磨耗損壞可包括來自對面物體(例如，手指)之往復滑動接觸。此外，磨耗損壞可產生熱量，從而可使膜材料中之化學鍵降解且引起剝脫及對覆蓋玻璃的其他類型損壞。由於磨耗損壞經常在比造成刮痕之單一事件更長的時期內發生，因此被安置成經歷磨耗損壞之塗層材料亦可氧化，進一步降低了塗層之耐久性。
已知抗反射塗層亦易受刮痕損壞的影響，並且經常甚至比安置此等塗層之下伏基板更易受刮痕損壞的影響。在一些情況下，此刮痕損壞之顯著部分包括微延性(microductile)刮痕，其通常包括材料中之單一凹槽，該單一凹槽具有延伸的長度及在約100 nm至約500 nm範圍變化的深度。微延性刮痕可伴隨其他類型的可見損壞，諸如亞表面開裂、摩擦開裂、碎裂及/或磨損。有證據表明，大多數此等刮痕及其他可見損壞係藉由單次單一接觸事件中發生的銳利接觸所引起。一旦顯著的刮痕出現於覆蓋基板上，製品之外觀即遭降級，因為刮痕造成光散射之增加，從而可造成顯示器上影像之亮度、清晰度及對比度的顯著降低。顯著刮痕亦可影響包括觸敏顯示器之製品之精確度及可靠性。單一事件刮痕損壞可與磨耗損壞形成對比。單個事件刮痕損壞並不是由諸如來自硬質對面物件(例如，砂、碎石子及砂紙)之往復滑動接觸的多次接觸事件所造成，其通常亦不產生熱量，該熱量可使膜材料中之化學鍵降解並且導致剝脫及其他類型之損壞。另外，單一事件刮痕通常不導致氧化或涉及導致磨耗損壞之相同條件，因此，經常用於預防磨耗損壞之解決方案不可亦用於預防劃痕。此外，已知的刮痕及磨耗損壞解決方案常常損害光學性質。
因此，需要新的覆蓋製品及其製造方法，該等製品係耐刮的、展現低壓縮應力值、低表面粗糙度並且具有改良之光學效能。
本揭示內容之第一態樣涉及光學透明材料，該材料包含含有矽、鋁及氮之組成物。在一或多個實施例中，組成物包括以約25原子%或更少之量存在之矽、鋁、約0原子%至約15原子%範圍內之量之氧及氮。在一或多個實施例中，組成物包括氧。舉例而言，組成物可包括至少約0.1原子%氧。在一或多個實施例中，組成物包含約5原子%至約25原子%範圍內之量的矽、約25原子%至約45原子%範圍內之量的鋁、約0原子%至約15原子%範圍內之量的氧及約35原子%至約50原子%範圍內之量的氮。在一或多個實施例中，組成物包含約7原子%至約17原子%範圍內之量的矽、約33原子%至約43原子%範圍內之量的鋁、約0原子%至約10原子%範圍內之量的氧及約40原子%至約50原子%範圍內之量的氮。
在一或多個實施例中，光學透明材料包含在400 nm波長下之小於約1x10-3 之消光係數(k)，及在約380 nm至約780 nm範圍內之光學波長區間中之約80%或更大之平均透射率，當透過具有約2微米厚度之材料來量測時。在一或多個實施例中，光學透明材料展現約12 GPa或更大之本徵最大硬度，當在具有約400 nm厚度之材料之主表面上、藉由別爾科維奇(Berkovich)壓頭硬度試驗沿著約100 nm或更大之壓痕深度來量測時。在一或多個實施例中，在安置在基板上時，光學透明材料展現可調的壓縮應力，該壓縮應力可在約-1000 MPa至約100 MPa(或約-300 MPa至約100 MPa)範圍內。在一或多個實施例中，光學透明材料包含約2.0或更大之折射率，當在550 nm之波長下量測時。
在一或多個實施例中，光學透明材料包含小於1.5 nm之粗糙度(Ra)，當藉由原子力顯微術、在主表面上沿著具有2微米乘以2微米之尺寸的成像區域來量測時。
本揭示內容之第二態樣涉及一種製品，該製品包含基板，該基板包含主表面，及光學膜，該光學膜安置在主表面上並且形成經塗佈表面。在一或多個實施例中，光學膜包含本文所述之光學透明材料。在一或多個實施例中，基板包括均在(L*，a*，b*)測色系統中之基板透射率色彩坐標(a*基板 ，b*基板 )及基板反射率色彩坐標(a*基板 ，b*基板 )，該等坐標在國際照明委員會施照體下、以相對於垂直入射之5度之入射照明角度來量測。在一或多個實施例中，在國際照明委員會施照體下、以垂直入射之入射照明角度來量測時，製品展現(L*，a*，b*)測色系統中之製品透射率色彩坐標，該等坐標包含相對於參考點之小於約2之參考點色移，該參考點包含色彩坐標(a*=0，b*=0)及基板透射率色彩坐標中之一者。在一或多個實施例中，在國際照明委員會施照體下、在相對於垂直入射之5度入射照明角度下在經塗佈表面處量測時，製品展現(L*，a*，b*)測色系統中之製品反射率色彩坐標，該等坐標展現當在抗反射表面處量測時的相對於參考點之小於約5之參考點色移，該參考點包含色彩坐標(a*=0，b*=0)、色彩坐標(a*=-2，b*=-2)及基板反射率色彩坐標中之至少一者。當參考點係色彩坐標(a*=0，b*=0)時，色移藉由√((a*製品 )2 +(b*製品 )2 )來定義。當參考點係色彩坐標(a*=-2，b*=-2)時，色移藉由√((a*製品 +2)2 +(b*製品 +2)2 )來定義。當參考點係基板之色彩坐標時，色移藉由√((a*製品 -a*基板 )2 +(b*製品 -b*基板 )2 )來定義。
在一或多個實施例中，光學膜可具有約200 nm至約3微米範圍內之厚度。在一或多個實施例中，製品展現約12 GPa或更大之最大硬度，當在經塗佈表面上、藉由Berkovich壓頭硬度試驗沿著約100 nm或更大之壓痕深度來量測時。在一或多個實施例中，在約380 nm至約780 nm範圍內之光學波長區間中，製品展現在經塗佈表面所量測的約8%或更少之單側平均明反射率。在一或多個實施例中，在光學波長區間中、在約6度至約40度範圍內之視角下，製品之單側平均明反射率係約2%或更少。
在一或多個實施例中，光學透明材料包含第一層並且光學膜進一步包含第二層。在一實施例中，第一層安置在基板之主表面上並且第二層安置在第一層上。在另一實施例中，第二層安置在基板之主表面上並且第一層安置在第二層上。在一或多個實施例中，第一層或第二層包含約0.4微米至約3微米範圍內之厚度。
在一或多個實施例中，光學透明材料包含大於第二層之折射率的折射率並且其中光學膜包含交替的複數個第一層及第二層。
在一些實施例中，基板包含約60 GPa或更大之楊氏模數。根據一或多個實施例之基板可包括非晶形基板或結晶基板。示例性非晶形基板包括玻璃，諸如鈉鈣玻璃、鹼鋁矽酸鹽玻璃、含鹼硼矽酸鹽玻璃及鹼鋁硼矽酸鹽玻璃。在一些實施例中，基板係強化玻璃，該強化玻璃包含具有至少200 MPa之表面CS的壓縮應力(CS)層，該層從強化玻璃之表面延伸至約10 μm或更大之壓縮深度。
本揭示內容之第三態樣涉及一種裝置，該裝置包含具有前、後及側表面之殼體，至少部分地在殼體內部之電氣零件，在殼體之前表面處或與其相鄰之顯示器，及安置在顯示器上之覆蓋製品。覆蓋製品可包括本文所述製品。
其他特徵及優勢將在以下的詳述中闡述，且在部分程度上，熟習此項技術者將根據該描述而容易明白該等特徵及優勢，或藉由實踐本文(包括後續實施方式、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勢。
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申請專利範圍之性質及特徵的概述或框架。附圖包括在內以提供進一步理解，並且併入本說明書中並構成其一部分。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。
現在詳細地參考各種實施例。
本揭示內容之第一態樣涉及一種光學透明材料，該光學透明材料展現高硬度、在約380 nm至約780 nm範圍內之光學波長區間中之高透射率，及約400 nm波長下之低光學吸收。在一或多個實施例中，光學透明材料亦展現低表面粗糙度及低壓縮應力(在表面上形成時)。
在一或多個實施例中，光學透明材料包含組成物，該組成物包括矽、鋁及氮。在一或多個實施例中，組成物包括氧。
根據一或多個實施例之光學透明材料之組成物可包括約25原子%或更少之量的矽。在一些實施例中，組成物中之矽之量可在約5原子%至約25原子%、約6原子%至約25原子%、約8原子%至約25原子%、約10原子%至約25原子%、約12原子%至約25原子%、約14原子%至約25原子%、約5原子%至約24原子%、約5原子%至約22原子%、約5原子%至約20原子%、約5原子%至約18原子%、約5原子%至約16原子%、約5原子%至約14原子%、約5原子%至約25原子%、或約7原子%至約17原子%之範圍內。
根據一或多個實施例之光學透明材料之組成物可包括一些量之鋁。在一或多個實施例中，組成物包含約25原子%至約45原子%、約26原子%至約45原子%、約28原子%至約45原子%、約30原子%至約45原子%、約32原子%至約45原子%、約34原子%至約45原子%、約36原子%至約45原子%、約38原子%至約45原子%、約40原子%至約45原子%、約25原子%至約44原子%、約25原子%至約42原子%、約25原子%至約40原子%、約25原子%至約38原子%、約25原子%至約36原子%、約25原子%至約34原子%、約32原子%至約44原子%或約33原子%至約43原子%之範圍內之鋁。
根據一或多個實施例之光學透明材料之組成物可包括一些量之氮。在一或多個實施例中，組成物包含約35原子%至約50原子%、約36原子%至約50原子%、約38原子%至約50原子%、約40原子%至約50原子%、約42原子%至約50原子%、約44原子%至約50原子%、約46原子%至約50原子%、約35原子%至約48原子%、約35原子%至約46原子%、約35原子%至約44原子%、約35原子%至約50原子%、約35原子%至約50原子%、約35原子%至約50原子%、或約35原子%至約50原子%之範圍內之氮。
根據一或多個實施例，光學透明材料之組成物可包括氧。在一些實施例中，氧之量大於約0.1原子%。在一些實施例中，氧之量可小於或等於約15原子%。在一或多個實施例中，組成物包含約0原子%至約15原子%、約0原子%至約14原子%、約0原子%至約12原子%、約0原子%至約10原子%、約0原子%至約8原子%、約0.1原子%至約15原子%、約0.5原子%至約15原子%、約1原子%至約15原子%、約2原子%至約15原子%、約4原子%至約15原子%、約5原子%至約15原子%、約6原子%至約15原子%或約7原子%至約15原子%範圍內之量的氧。
在一或多個實施例中，光學透明材料展現低吸收。舉例而言，在一或多個實施例中，在相對於1微米或2微米之光學透明材料之厚度來量測時，光學透明材料包含小於約1x10-3 或小於約1x10-4 的400 nm波長下之消光係數(k)。在一些實施例中，在此厚度下、300 nm或400 nm波長下之消光係數(k)係約9x10-4 或更少、約8x10-4 或更少、約7x10-4 或更少、約6x10-4 或更少、約5x10-4 或更少、約4x10-4 或更少、約3x10-4 或更少、約2x10-4 或更少、約1x10-4 或更少、約9x10-5 或更少、約8x10-5 或更少、約7x10-5 或更少、約6x10-5 或更少或約5x10-5 或更少。
在一或多個實施例中，在相對於1微米或2微米之光學透明材料之厚度來量測時，光學透明材料展現高透射率。舉例而言，光學透明材料在約380 nm至約780 nm範圍內之光學波長區間(「光學波長區間」)中展現約80%或更大之平均透射率。在一或多個實施例中，在整個光學波長區間中並且相對於1微米之厚度來量測，光學透明材料展現約82%或更大、約84%或更大、約86%或更大、約88%或更大、約90%或更大、約92%或更大、約94%或更大、約95%或更大或約96%或更大之平均透射率。
在一或多個實施例中，在材料之表面上量測時，光學透明材料展現低反射率。舉例而言，光學透明材料在光學波長區間內展現約15%或更少之平均反射率。在一或多個實施例中，光學透明材料在整個光學波長區間內展現約20%或更少、約18%或更少、約16%或更少、約15%或更少、約14%或更少、約12%或更少、約10%或更少、約8%或更少、約6%或更少、約5%或更少、約4%或更少、約3%或更少、約2%或更少、約1%或更少或約0.5%或更少之平均反射率。
如本文所使用，術語「透射率」係定義為給定波長範圍內穿過一材料(例如，光學透明材料、製品、基板或其部分)透射的入射光功率之百分比。術語「反射率」類似地定義為給定波長範圍內從一表面(例如，光學透明材料、製品、基板或其部分之表面)反射的入射光功率之百分比。透射率及反射率係使用特定線寬來量測。在一或多個實施例中，表徵透射率及反射率之光譜解析度小於5 nm或0.02 eV。
光學透明材料(及包括此等材料之製品)可在藉由Berkovich壓頭硬度試驗來量測之硬度方面來描述。在一或多個實施例中，光學透明材料展現約12 GPa或更大之本徵最大硬度，當在具有400 奈米、500奈米、1微米或2微米厚度之材料之主表面上、藉由Berkovich壓頭硬度試驗沿著約100 nm或更大之壓痕深度來量測時。本徵最大硬度意謂材料本身之硬度，不考慮任何下伏基板或材料可安置在其上之表面。
如本文所使用，「Berkovich壓頭硬度試驗」包括藉由利用金剛石Berkovich壓頭對表面進行壓痕來於材料之表面上量測材料之硬度。Berkovich壓頭硬度試驗包括利用金剛石Berkovich壓頭對材料之主表面或製品之經塗佈表面122(或如本文所述之該等層之任何一或多者的表面)進行壓痕來形成壓痕，以達所規定之壓痕深度(或所測試材料之整個厚度，以較小者為準)，以及沿整個所確定壓痕深度範圍或此壓痕深度之一所確定區段(例如，在約100 nm至約600 nm範圍內)，使用以下中闡述的方法來自此壓痕量測最大硬度：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。如本文所使用，硬度係指最大硬度，而非平均硬度。因此，隨著壓痕深度而變化之本徵最大硬度或最大硬度在第6圖中示出。在第6圖中，每個曲線沿著大於50 nm或大於100 nm之壓痕深度示出12 GPa之最大硬度。雖然在更深壓痕深度下，硬度減少，但是沿著壓痕範圍，最大量測硬度係12 GPa或更大、15 GPa或更大或甚至16 GPa或更大。
在一或多個實施例中，光學透明材料具有實質上非晶形結構，如藉由x射線繞射及透射電子顯微術(transmission electron microscopy; TEM)來量測。在一或多個實施例中，光學透明材料具有非柱狀形態，如沿著1微米之厚度藉由TEM影像來量測。
在一或多個實施例中，光學透明材料包含在約-1000 MPa至約100 MPa範圍內之壓縮應力。在一或多個實施例中，光學透明材料包含約-1000 MPa至約100 MPa、約-900 MPa至約100 MPa、約-800 MPa至約100 MPa、約-700 MPa至約100 MPa、約-600 MPa至約100 MPa、約-500 MPa至約100 MPa、約-400 MPa至約100 MPa、約-300 MPa至約100 MPa、約-200 MPa至約100 MPa、約-100 MPa至約100 MPa或約-50 MPa至約50 MPa範圍內之壓縮應力。為了判定光學透明材料之壓縮應力，將1微米厚之材料層安置在基板上並且在形成層之前及之後，使用輪廓測定儀來量測下伏基板之曲率。層使用真空沉積技術來形成。安置光學透明材料之基板具有約1 mm之厚度及5 cm乘以5 cm之長度及寬度尺寸。
在一或多個實施例中，光學透明材料包含約2.0或更大之折射率，當在550 nm之波長下量測時。在一些實施例中，折射率可為約2.05或更大、2.1或更大2.15或更大或2.2或更大，當在550 nm之波長下量測時。
一或多個實施例之光學透明材料包含小於1.5 nm之本徵粗糙度(Ra)。本徵粗糙度之量測方法係藉由使用真空沉積技術來形成具有0.4微米或更大之厚度的光學透明材料之層，然後在層之主表面上、使用原子力顯微術(atomic force microscopy; AFM)沿著具有2微米 x 2微米之尺寸之成像區域來量測粗糙度。在一或多個實施例中，光學透明材料包含約1.2 nm或更少、1 nm或更少或0.8 nm或更少之本徵粗糙度(Ra)。
參看第1圖，本揭示內容之第二態樣涉及製品100，該製品包括基板110，及安置在基板上之光學膜120。基板110包括相反主表面112、114及相反次表面116、118。光學膜120在第1圖中展示為安置於第一相反主表面112上；然而，除安置於第一相反主表面112上之外或取而代之，光學膜120可安置於第二相反主表面114上及/或相反次表面之一者或兩者上。光學膜120形成經塗佈表面122。
光學膜120之厚度可為約400 nm或更大，同時仍然提供展現本文所述光學效能之製品。在一些實施例中，光學膜120厚度可在約400 nm至約5 μm(例如，約400 nm至約5 μm、約500 nm至約5 μm、約600 nm至約5 μm、約800 nm至約5 μm、約1 μm至約5 μm、約1.2 μm至約5 μm、約1.4 μm至約5 μm、約1.5 μm至約5 μm、約1.6 μm至約5 μm、約1.8 μm至約5 μm、約2 μm至約5 μm)範圍內。
光學膜120包括本文所述光學透明材料之一或多個實施例。光學透明材料可以離散層形式存在於光學膜120中。術語「層」可包括單層或可包括一或多個子層。此等子層可彼此直接接觸。子層可由相同材料或兩種或兩種以上不同材料形成。在一或多個替代實施例中，此等子層可具有安置於其間的不同材料之中介層。在一或多個實施例中，層可包括一或多個相連且不間斷的層，及/或一或多個不連續且間斷的層(亦即，形成為彼此鄰近的具有不同材料之層)。層或子層可藉由此項技術中已知的任何方法形成，該等方法包括離散沉積或連續沉積製程。在一或多個實施例中，層可僅使用連續沉積製程形成，或替代地僅使用離散沉積製程形成。
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。所安置材料可構成如本文定義之層。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，且亦包括其中將材料形成至表面上同時使一或多個中介材料位於所安置材料與表面之間的情況。一或多種中介材料可構成如本文所定義之一層。
在一或多個實施例中，光學膜120可包括第二層132。在一或多個實施例中，第二層可包括與第一層不同之材料。第一層130可直接安置在基板之主表面112上(沒有任何中介層)並且第二層132可安置在第一層130上。在一或多個實施例中，第二層132可直接安置在基板之主表面112上(沒有任何中介層)並且第一層130可安置在第二層132上。
如第2圖示出，光學膜120可包括第一層130及第二層132之交替層。在一或多個實施例中，第二層可由與第一層不同之材料來形成。在一些實施例中，第二層可具有小於形成第一層之光學透明材料的折射率。適用於第二層的適合材料之實例包括SiO2 、Al2 O3 、GeO2 、SiO、AlOx Ny 、SiOx Ny 、Siu Alv Ox 、Siu Alv Ox Ny 、MgO、MgAl2 O4 、MgF2 、BaF2 、CaF2 、DyF3 、YbF3 、YF3 及CeF3 。用於第二層中之材料之含氮量可最小化(例如，在諸如Al2 O3 及MgAl2 O4 之材料中)。
在一或多個實施例中，第一層及第二層之至少一者可包括特定光學厚度範圍。如本文所使用，術語「光學厚度」係藉由(n*d)決定，其中「n」係指層之折射率，且「d」係指層之實體厚度。在一或多個實施例中，第一層及第二層中之至少一者可包括約2 nm至約200 nm、約10 nm至約100 nm、約15 nm至約100 nm、約15至約500 nm、或約15至約5000 nm範圍內之光學厚度。在一些實施例中，光學膜120中之所有層可各自具有約2 nm至約200 nm、約10 nm至約100 nm、約15 nm至約100 nm、約15至約500 nm、或約15至約5000 nm之範圍內之光學厚度。在一些情況下，光學膜120之至少一個層具有約50 nm或更大之光學厚度。在一些情況下，第一層中之每一者具有約2 nm至約200 nm、約10 nm至約100 nm、約15 nm至約100 nm、約15至約500 nm或約15至約5000 nm之範圍內之光學厚度。在其他情況下，第二層中之每一者具有約2 nm至約200 nm、約10 nm至約100 nm、約15 nm至約100 nm、約15至約500 nm、或約15至約5000 nm之範圍內之光學厚度。
在一些實施例中，光學膜120之層中之一或多者之厚度可最小化。在一或多個實施例中，將第一層之厚度最小化以使得其小於約500 nm。
在一些實施例中，第二層之厚度或以體積計之量可最小化。不受理論約束，在第二層具有比第一層更低之折射率時，第二層亦通常由較低硬度材料形成，此歸因於同時影響折射率及硬度之原子鍵結及電子密度之性質，並且因此最小化此材料可最大化光學膜及製品之硬度，同時保持本文所述反射率及色彩效能。表示為光學塗層之實體厚度之分率，第二層可佔光學膜之實體厚度之小於約60%、小於約50%、小於約40%、小於約30%、小於約20%、小於約10%或小於約5%。
可就藉由Berkovich壓頭硬度試驗量測的硬度而言來描述光學膜120及製品100。通常，在比下伏基板更硬的膜之奈米壓痕量測方法(諸如藉由使用Berkovich壓頭)中，量測硬度最初可由於在淺壓痕深度處塑性區之產生而出現增加，且接著增加並在較深壓痕深度處達到最大值或平臺值(plateau)。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。在利用相較於膜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光學膜結構及其層的不具有下伏基板之效應的特定硬度回應。當使用Berkovich壓頭量測光學膜結構(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，通常在大於光學膜結構或層厚度之約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50 nm)，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。一旦壓痕深度超過光學膜結構厚度或層厚度之約30%，硬度可開始急劇下降。
在一些實施例中，光學膜120可展現約8 GPa或更大、約10 GPa或更大或約12 GPa或更大(例如，14 GPa或更大、16 GPa或更大、18 GPa或更大、20 GPa或更大)之本徵最大硬度。光學膜120之本徵最大硬度可多達約20 GPa或30 GPa。包括光學膜120及如本文描述之任何額外塗層的製品100展現約5 GPa或更大、約8 GPa或更大、約10 GPa或更大或約12 GPa或更大(例如，14 GPa或更大、16 GPa或更大、18 GPa或更大、20 GPa或更大)的硬度，當在經塗佈表面122上藉由Berkovitch壓頭硬度試驗來量測時。此等量測硬度值可藉由光學膜120及/或製品100沿約50 nm或更大或約100 nm或更大(例如，約100 nm至約300 nm、約100 nm至約400 nm、約100 nm至約500 nm、約100 nm至約600 nm、約200 nm至約300 nm、約200 nm至約400 nm、約200 nm至約500 nm或約200 nm至約600 nm)之壓痕深度來展現。在一或多個實施例中，製品展現大於基板之硬度(該硬度可在與經塗佈表面相反的表面上量測)的硬度。與上述光學膜本徵最大硬度相關聯之光學膜之厚度可在約200奈米至約2微米範圍內。
在一或多個實施例中，光學膜120具有實質上非晶形結構，如藉由x射線繞射及透射電子顯微術(transmission electron microscopy; TEM)來量測。在一或多個實施例中，光學膜120具有非柱狀形態，如沿著1微米之厚度藉由TEM影像來量測。
在一或多個實施例中，製品之光學膜120包含約-1000 MPa至約100 MPa範圍內之壓縮應力。在一或多個實施例中，光學膜包含約-1000 MPa至約100 MPa、約-900 MPa至約100 MPa、約-800 MPa至約100 MPa、約-700 MPa至約100 MPa、約-600 MPa至約100 MPa、約-500 MPa至約100 MPa、約-400 MPa至約100 MPa、約-300 MPa至約100 MPa、約-200 MPa至約100 MPa、約-100 MPa至約100 MPa或約-50 MPa至約50 MPa之範圍內之壓縮應力。光學膜之壓縮應力以如上參照光學透明材料所述之相同的方式來量測，但是在形成光學膜之前及之後，量測製品之基板110之曲率半徑。
本揭示內容之一個態樣涉及甚至在施照體下、在不同入射照明角度下觀看時展現反射率及/或透射率中之無色性的製品。在一或多個實施例中，製品展現在參考照明角度與本文提供範圍內之任何入射照明角度之間的約5或更少或約2或更少的反射率及/或透射率之角色移。如本文使用，片語「色移」(角或參考點)係指在反射率及/或透射率中之在CIE L*，a*，b*測色系統下之a*及b*之變化。應瞭解除非另外提及，否則本文所述製品之L*坐標在任何角度或參考點下係相同的並且不影響色移。舉例而言，角色移可使用以下方程來判定：√((a*2 -a*1 )2 +(b*2 -b*1 )2 )，其中a*1 及b*1 表示在入射參考照明角度(其可包括垂直入射)下觀看時之製品之a*及b*坐標，並且a*2 ，及b*2 表示在入射照明角度下觀看時之製品之a*及b*坐標，限制條件為入射照明角度不同於參考照明角度並且在一些情況下，與參考照明角度的差異係至少約1度、2度或約5度。在一些情況下，在施照體下、在相對於參考照明角度之各種入射照明角度下觀看時，製品展現約10或更少(例如，5或更少、4或更少、3或更少或2或更少)之反射率及/或透射率中之角色移。在一些情況下，反射率及/或透射率中之角色移係約1.9或更少、1.8或更少、1.7或更少、1.6或更少、1.5或更少、1.4或更少、1.3或更少、1.2或更少、1.1或更少、1或更少、0.9或更少、0.8或更少、0.7或更少、0.6或更少、0.5或更少、0.4或更少、0.3或更少、0.2或更少或0.1或更少。在一些實施例中，角色移可為約0。施照體可包括如由CIE決定的標準施照體，包括A施照體(表示鎢絲照明)、B施照體(日光模擬施照體)、C施照體(日光模擬施照體)、D系列施照體(表示自然日光)及F系列施照體(表示各種類型的螢光照明)。在特定實例中，在CIE F2、F10、F11、F12或D65施照體，或更具體而言，在CIE F2施照體下、在相對於參考照明角度之入射照明角度下觀看時，製品展現約2或更少之反射率及/或透射率中之角色移。
參考照明角度可包括垂直入射(即，約0度至約10度)，或相對於垂直入射之5度、相對於垂直入射之10度、相對於垂直入射之15度、相對於垂直入射之20度、相對於垂直入射之25度、相對於垂直入射之30度、相對於垂直入射之35度、相對於垂直入射之40度、相對於垂直入射之50度、相對於垂直入射之55度或相對於垂直入射之60度，只要參考照明角度之間之差異及入射照明角度與參考照明角度之間之差異係至少約1度、2度或約5度。相對於參考照明角度，入射照明角度可在偏離參考照明角度約5度至約80度、約5度至約70度、約5度至約65度、約5度至約60度、約5度至約55度、約5度至約50度、約5度至約45度、約5度至約40度、約5度至約35度、約5度至約30度、約5度至約25度、約5度至約20度、約5度至約15度之範圍內，及其之間所有範圍及子範圍。當參考照明角度係垂直入射時，製品可在並且沿著約2度至約80度(或約10度至約80度，或約20度至約80度)之範圍內之所有入射照明角度下展現本文所述之反射率及/或透射率中之角色移。在一些實施例中，當入射照明角度與參考照明角度之間之差異係至少約1度、2度或約5度時，製品可在並且沿著約2度至約80度(或約10度至約80度，或約20度至約80度)之範圍內之所有入射照明角度下展現本文所述之反射率及/或透射率中之角色移。在一個實例中，製品可在偏離等於垂直入射之參考照明角度的約2度至約60度、約5度至約60度或約10度至約60度之範圍內之任何入射照明角度下展現5或更少(例如，4或更少、3或更少或約2或更少)之反射率及/或透射率中之角色移。在其他實例中，當參考照明角度係10度並且入射照明角度在偏離參考照明角度之約12度至約60度、約15度至約60度或約20度至約60度之範圍內之任何角度下時，製品可展現5或更少(例如，4或更少、3或更少或約2或更少)之反射率及/或透射率中之角色移。
在一些實施例中，角色移可在約20度至約80度之範圍內的參考照明角度(例如，垂直入射)與入射照明角度之間之所有角度下量測。換言之，在約0度及20度、約0度至約30度、約0度至約40度、約0度至約50度、約0度至約60度或約0度至約80度之範圍內之所有角度下，可量測角色移並且角色移可小於約5或小於約2。
在一或多個實施例中，製品展現反射率及/或透射率中之CIE L*，a*，b*測色系統中之色彩以使得在施照體(可包括由CIE決定的標準施照體，諸如A施照體(表示鎢絲照明)、B施照體(日光模擬施照體)、C施照體(日光模擬施照體)、D系列施照體(表示自然日光)及F系列施照體(表示各種類型的螢光照明))下，透射率色彩或反射率坐標與參考點之間之距離或參考點色移係小於約5或小於約2。在特定實例中，在CIE F2、F10、F11、F12或D65施照體，或更具體而言，在CIE F2施照體下、在相對於參考照明角度之入射照明角度下觀看時，製品展現約2或更少之反射率及/或透射率中之色移。換言之，製品可展現在經塗佈表面122處量測的具有小於約2的自參考點(如本文所定義)之色移的透射率色彩(或透射率色坐標)及/或反射率色彩(或反射率色坐標)。除非另外提及，否則透射率色彩或透射率色彩坐標在製品之兩個表面上量測，包括經塗佈表面122及製品之相反裸表面(即，114)。除非另外提及，否則反射率色彩或反射率色彩坐標僅在製品之經塗佈表面122上量測。然而，本文所述之反射率色彩或反射率色彩坐標可在製品之經塗佈表面122及製品之相反側(即，第1圖中之主表面114)使用2-表面量測(包括來自製品之兩側之反射)或1-表面量測(僅量測來自製品之經塗佈表面122之反射)來量測。
在一或多個實施例中，參考點可為CIE L*，a*，b*測色系統中之原點(0，0) (或色彩坐標a*=0，b*=0)、坐標(a*=-2，b*=-2)，或基板之透射率或反射率色彩坐標。應瞭解除非另外提及，否則本文所述製品之L*坐標與參考點相同並且不影響色移。在製品之參考點色移係相對於基板來定義的情況下，將製品之透射率色坐標與基板之透射率色坐標相比較，且將製品之反射率色坐標與基板之反射率色坐標相比較。
在一或多個特定實施例中，透射率色彩及/或反射率色彩之參考點色移可小於1或甚至小於0.5。在一或多個特定實施例中，透射率色彩及/或反射率色彩之參考點色移可為1.8、1.6、1.4、1.2、0.8、0.6、0.4、0.2、0，及其之間的所有範圍及子範圍。當參考點係色彩坐標a*=0，b*=0時，參考點色移藉由以下方程來計算：參考點色移=√((a*製品 )2 +(b*製品 )2 )。
當參考點係色彩坐標a*=-2，b*=-2時，參考點色移藉由以下方程來計算：參考點色移=√((a*製品 +2)2 +(b*製品 +2)2 )。
當參考點係基板之色彩坐標時，參考點色移藉由以下方程來計算：參考點色移=√((a*製品 -a*基板 )2 +(b*製品 —b*基板 )2 )。
在一些實施例中，製品可展現透射率色彩(或透射率色彩坐標)及反射率色彩(或反射率色彩坐標)以使得當參考點係基板之色彩坐標、色彩坐標a*=0，b*=0及坐標a*=-2，b*=-2中之任一者時，參考點色移小於2。
在一或多個實施例中，在約0至約60度(或約0度至約40度或約0度至約30度)之範圍內之所有入射照明角度下，製品可展現CIE L*，a*，b*測色系統中之約-5至約1、約-5至約0、約-4至約1或約-4至約0之範圍內的反射率中之b*值(如僅在經塗佈表面處量測)。
在一或多個實施例中，在約0至約60度(或約0度至約40度或約0度至約30度)之範圍內之所有入射照明角度下，製品可展現CIE L*，a*，b*測色系統中之小於約2(或約1.8或更少、約1.6或更少、1.5或更少、1.4或更少、1.2或更少或約1或更少)之透射率中之b*值(當在經塗佈表面及製品之相反裸表面處量測時)。透射率中之b*值之下限可為約-5。
在一些實施例中，在施照體D65、A及F2下、在約0度至約60度範圍內之入射照明角度下，製品展現約-1.5至約1.5(例如，-1.5至-1.2、-1.5至-1、-1.2至1.2、-1至1、-1至0.5或-1至0)之範圍內之透射率中之a*值(在經塗佈表面及相反裸表面處)。在一些實施例中，在施照體D65、A及F2下、在約0度至約60度範圍內之入射照明角度下，製品展現約-1.5至約1.5(例如，-1.5至-1.2、-1.5至-1、-1.2至1.2、-1至1、-1至0.5或-1至0)之範圍內之透射率中之b*值(在經塗佈表面及相反裸表面處)。
在一些實施例中，在施照體D65、A及F2下、在約5度至約60度之範圍內之入射照明角度下，製品展現約-5至約2(例如，-4.5至1.5、-3至0、-2.5至0.25)之範圍內之反射率中之a*值(僅在經塗佈表面處)。在一些實施例中，在施照體D65、A及F2下、在約5度至約60度範圍內之入射照明角度下，製品展現約-7至約0範圍內之反射率中之b*值(僅在經塗佈表面處)。
一或多個實施例之製品可在光學波長區間內展現約80%或更大之平均透射率。在一或多個實施例中，製品在整個光學波長區間內展現約82%或更大、約84%或更大、約86%或更大、約88%或更大、約90%或更大、約92%或更大、約94%或更大、約95%或更大或約96%或更大之平均透射率。
在一或多個實施例中，製品展現低平均反射率。舉例而言，製品可在光學波長區間內展現約15%或更少(例如，約20%或更少、約18%或更少、約16%或更少、約15%或更少、約14%或更少、約12%或更少、約10%或更少、約8%或更少、約6%或更少、約5%或更少、約4%或更少、約3%或更少、約2%或更少、約1%或更少或約0.5%或更少)之平均反射率。
在一些實施例中，此等平均反射率及平均透射率值可為總反射率或總透射率(考慮到經塗佈表面122及相反主表面114上之反射率或透射率)。在一些實施例中，製品之報告平均反射率可為製品之平均單側反射率，如僅在經塗佈表面122上量測(不考慮相反表面)。除非另外規定，否則平均反射率在相對於垂直線5度之入射照明角度下量測並且平均透射率在垂直入射下量測。
基板
基板110可包括無機材料並且可包括非晶形基板、結晶基板或其組合。基板110可由人造材料及/或天然存在的材料(例如石英及聚合物)形成。舉例而言，在一些情況下，基板110可表徵為有機的並且可尤其為聚合物。適合聚合物之實例包括而不限於：熱塑性塑膠，其包括聚苯乙烯(polystyrene; PS) (包括苯乙烯共聚物及摻合物)、聚碳酸酯(polycarbonate; PC) (包括共聚物及摻合物)、聚酯(包括共聚物及摻合物，包括聚對苯二甲酸乙二酯及聚對苯二甲酸乙二酯共聚物)、聚烯烴(polyolefin; PO)及環狀聚烯烴(環狀PO)、聚氯乙烯(polyvinylchloride; PVC)；丙烯酸聚合物，其包括聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate; PMMA) (包括共聚物及摻合物)；熱塑性胺甲酸乙酯(thermoplastic urethane; TPU)；聚醚醯亞胺(polyetherimide; PEI)及此等聚合物彼此之摻合物。其他示範性聚合物包括環氧樹脂、苯乙烯樹脂、酚醛樹脂、三聚氰胺樹脂及聚矽氧樹脂。
在一些特定實施例中，基板110可確切地排除聚合物、塑膠基板及/或金屬基板。基板可表徵為包括鹼金屬之基板(即，基板包括一或多種鹼金屬)。在一或多個實施例中，基板展現在約1.45至約1.55範圍內之折射率。在特定實施例中，基板110可在一或多個相反主表面上之表面處展現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%或更大之平均斷裂應變率，如使用利用至少5、至少10、至少15或至少20個樣品之球環試驗來量測。在特定實施例中，基板110可於其一或多個相反主表面上之表面處展現約1.2%、約1.4%、約1.6%、約1.8%、約2.2%、約2.4%、約2.6%、約2.8%或約3%或更大之平均斷裂應變率。
適合的基板110可展現在約30 GPa至約120 GPa範圍內之彈性模數(或楊氏模數)。在一些情況下，基板之彈性模數可在約30 GPa至約110 GPa、約30 GPa至約100 GPa、約30 GPa至約90 GPa、約30 GPa至約80 GPa、約30 GPa至約70 GPa、約40 GPa至約120 GPa、約50 GPa至約120 GPa、約60 GPa至約120 GPa、約70 GPa至約120 GPa之範圍內，及其之間所有範圍及子範圍。
在一或多個實施例中，非晶形基板可包括玻璃，其可為強化或非強化的。適合玻璃之實例包括鈉鈣玻璃、鹼性鋁矽酸鹽玻璃、含鹼硼矽酸鹽玻璃及鹼性鋁硼矽酸鹽玻璃。在一些變體中，玻璃可不含氧化鋰。在一或多個替代實施例中，基板110可包括諸如玻璃陶瓷基板(其可為強化或非強化的)之結晶基板，或可包括諸如藍寶石的單晶結構。在一或多個特定實施例中，基板110包括非晶形基底(例如，玻璃)及結晶包層(例如，藍寶石層、多晶氧化鋁層及/或尖晶石(MgAl2 O4 )層)。
一或多個實施例之基板110可具有小於製品之硬度的硬度(如藉由本文所述Berkovich壓頭硬度試驗來量測)。基板之硬度可使用在此項技術中之已知方法來量測，包括但不限於Berkovich壓頭硬度試驗或維氏硬度試驗。
基板110可為實質上平面或片狀，儘管其他實施例可利用彎曲成形或以其他方式成形或雕刻的基板。基板110可為實質上光學清晰、透明且無光散射的。在此等實施例中，基板可在光學波長區間內展現約85%或更大、約86%或更大、約87%或更大、約88%或更大、約89%或更大、約90%或更大、約91%或更大或約92%或更大之平均光透射率。在一或多個替代實施例中，基板110可為不透明的，或在光學波長範圍內展現小於約10%、小於約9%、小於約8%、小於約7%、小於約6%、小於約5%、小於約4%、小於約3%、小於約2%、小於約1%或小於約0%的平均光透射率。在一些實施例中，此等光反射率及透射率值可為總反射率或總透射率(考慮到基板之兩個主要表面上之反射率或透射率)或可在基板之單側觀察到(即，僅在抗反射表面122上，而不考慮相反表面)。除非另外規定，否則平均反射率或透射率在0度之入射照明角度下量測(然而，此等量測可在45度或60度之入射照明角度下提供)。基板110中可視需要地展現諸如白色、黑色、紅色、藍色、綠色、黃色、橙色等的色彩。
另外或替代地，出於美學原因及/或功能性原因，基板110之實體厚度可隨其尺寸之一或多者而變化。例如，相較於基板110之較為中心的區域，基板110之邊緣可較厚。基板110之長度、寬度及實體厚度尺寸亦可根據製品100之應用或用途而變化。
基板110可使用各種不同的製程來提供。例如，在基板110包括諸如玻璃之非晶形基板的情況下，各種形成方法可包括浮製玻璃製程及諸如熔融拉製及狹槽拉製之下拉製程。
一旦形成，基板110可經強化來形成強化基板。如本文所使用，術語「強化基板」可指已經化學強化的基板，例如已經由將基板之表面中的較小離子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基板，該等方法諸如熱回火，或利用基板之數個部分之間的熱脹係數之不匹配來產生壓縮應力及中心張力區域。
強化程度可基於中心張力(central tension; CT)、表面壓縮應力(surface compressive stress; CS)及壓縮深度(depth of compression; DOC)之參數來量化。強化基板尤其包括CS層(具有表面CS值)，該層從第一主表面112及第二主表面114中之一者或二者延伸至DOC。CT層或區域從DOC延伸至基板之中心部分。如本文使用，DOC係指基板內之應力從壓縮改變成張力的深度。在DOC處，應力自正(壓縮)應力跨至負(張力)應力，且因此具有應力值零。
然而，在整個本說明書中，CS基板表示為正或絕對值，亦即，如本文引用，CS=|CS|。壓縮應力(包括表面CS)藉由表面應力計(surface stress meter; FSM)使用商購儀器諸如藉由Orihara Industrial Co., Ltd. (日本)製造之FSM-6000來量測。表面應力量測依賴於與玻璃之雙折射性相關的應力光學係數(stress optical coefficient；SOC)之準確量測。SOC轉而根據題為「Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient」之ASTM標準C770-16中所描述之程序C(玻璃盤方法)來量測，該標準之內容以全文引用方式併入本文中。
DOC及CT值使用在此項技術中已知之散射光偏振計(scattered light polariscope; SCALP)技術來量測。
在一個實施例中，強化基板110可具有250 MPa或更大、300 MPa或更大，例如400 MPa或更大、450 MPa或更大、500 MPa或更大、550 MPa或更大、600 MPa或更大、650 MPa或更大、700 MPa或更大、750 MPa或更大，或800 MPa或更大之表面CS。強化基板可具有10 μm或更大、15 μm或更大、20 μm或更大(例如，25 μm、30 μm、35 μm、40 μm、45 μm、50 μm或更大)之DOC，及/或10 MPa或更大、20 MPa或更大、30 MPa或更大、40 MPa或更大(例如，42 MPa、45 MPa或50 MPa或更大)但小於100 MPa (例如，95 MPa、90 MPa、85 MPa、80 MPa、75 MPa、70 MPa、65 MPa、60 MPa、55 MPa或更小)之CT。在一或多個特定實施例中，強化基板具有以下一或多者：大於500 MPa之表面CS、大於15 μm之DOC以及大於18 MPa之CT。
可用於基板中的示例性玻璃可包括鹼性鋁矽酸鹽玻璃組成物或鹼性鋁硼矽酸鹽玻璃組成物，然而可涵蓋其他玻璃組成物。此等玻璃組成物能夠藉由離子交換製程化學強化。一種例示性玻璃組成物包含SiO2 、B2 O3 及Na2 O，其中(SiO2 +B2 O3 )≥66 莫耳%，且Na2 O≥9 莫耳%。在一實施例中，玻璃組成物包括至少6 重量%氧化鋁。在另一實施例中，基板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5 重量%。在一些實施例中，適合玻璃組成物進一步包含K2 O、MgO及CaO之至少一者。在特定實施例中，用於基板中的玻璃組成物可包含61-75 莫耳% SiO2 ；7-15 莫耳% Al2 O3 ；0-12 莫耳% B2 O3 ；9-21 莫耳% Na2 O；0-4 莫耳% K2 O；0-7 莫耳% MgO；以及0-3 莫耳% CaO。
適用於基板之另一示例性玻璃組成物包含：60-70 莫耳% SiO2 ；6-14 莫耳% Al2 O3 ；0-15 莫耳% B2 O3 ；0-15 莫耳% Li2 O；0-20 莫耳% Na2 O；0-10 莫耳% K2 O；0-8 莫耳% MgO；0-10 莫耳% CaO；0-5 莫耳% ZrO2 ；0-1 莫耳% SnO2 ；0-1 莫耳% CeO2 ；小於50 ppm As2 O3 ；以及小於50 ppm Sb2 O3 ；其中12 莫耳%≤(Li2 O+Na2 O+K2 O)≤20 莫耳%且0 莫耳%≤(MgO+CaO)≤10 莫耳%。
適合於基板之更進一步示例性玻璃組成物包含：63.5-66.5 莫耳% SiO2 ；8-12 莫耳% Al2 O3 ；0-3 莫耳% B2 O3 ；0-5 莫耳% Li2 O；8-18 莫耳% Na2 O；0-5 莫耳% K2 O；1-7 莫耳% MgO；0-2.5 莫耳% CaO；0-3 莫耳% ZrO2 ；0.05-0.25 莫耳% SnO2 ；0.05-0.5 莫耳% CeO2 ；小於50 ppm As2 O3 ；及小於50 ppm Sb2 O3 ；其中14 莫耳%≤(Li2 O+Na2 O+K2 O)≤18 莫耳%及2 莫耳%≤(MgO+CaO)≤7 莫耳%。
在特定實施例中，適用於基板之鹼性鋁矽酸鹽玻璃組成物包含氧化鋁、至少一種鹼金屬，且在一些實施例中大於50 莫耳% SiO2 ，在其他實施例中至少58 莫耳% SiO2 ，且在其他實施例中至少60 莫耳% SiO2 ，其中比率((Al2 O3 +B2 O3 )/Σ改質劑(亦即，改質劑之總和))大於1，在該比率中，組分係表示為莫耳%，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：58-72 莫耳% SiO2 ；9-17 莫耳% Al2 O3 ；2-12 莫耳% B2 O3 ；8-16 莫耳% Na2 O；以及0-4 莫耳% K2 O，其中比率((Al2 O3 +B2 O3 )/Σ改質劑(亦即，改質劑之總和))大於1。
在仍然另一實施例中，基板可包括鹼性鋁矽酸鹽玻璃組成物，該組成物包含：64-68 莫耳% SiO2 ；12-16 莫耳% Na2 O；8-12 莫耳% Al2 O3 ；0-3 莫耳% B2 O3 ；2-5 莫耳% K2 O；4-6 莫耳% MgO；及0-5 莫耳% CaO，其中：66 莫耳%≤SiO2 +B2 O3 +CaO≤69 莫耳%；Na2 O+K2 O+B2 O3 +MgO+CaO+SrO ＞ 10 莫耳%；5 莫耳%≤MgO+CaO+SrO≤8 莫耳%；(Na2 O+B2 O3 ) - Al2 O3 ≤2 莫耳%；2 莫耳%≤Na2 O - Al2 O3 ≤6 莫耳%並且4 莫耳%≤(Na2 O+K2 O) - Al2 O3 ≤10 莫耳%。
在替代實施例中，基板可包含鹼性鋁矽酸鹽玻璃組成物，該組成物包含：2 莫耳%或更多之Al2 O3 及/或ZrO2 ，或4 莫耳%或更多之Al2 O3 及/或ZrO2 。
在基板110包括結晶基板的情況下，該基板可包括單晶，該單晶可包括Al2 O3 。此等單晶基板係稱為藍寶石。用於結晶基板之其他適合材料包括多晶氧化鋁層及/或尖晶石(MgAl2 O4 )。
視需要，結晶基板110可包括可為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Li2 O-Al2 O3 -SiO2 系統(亦即，LAS-系統)玻璃陶瓷、MgO-Al2 O3 -SiO2 系統(亦即，MAS-系統)玻璃陶瓷及/或包括優勢晶相的玻璃陶瓷，該優勢晶相包括β-石英固溶體、β-鋰輝石ss、堇青石以及二矽酸鋰。玻璃陶瓷基板可使用本文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Li2 SO4 熔融鹽中強化，藉以可發生2Li+ 與Mg2+ 之交換。
根據一或多個實施例之基板110可具有約100 μm至約5 mm範圍內之實體厚度。示例性基板110實體厚度在約100 μm至約500 μm(例如，100、200、300、400或500 μm)之範圍內。另一示例性基板110之實體厚度在約500 µm至約1000 µm範圍變化(例如，500 µm、600 µm、700 µm、800 µm、900 µm或1000 µm)。基板110可具有大於約1 mm (例如，約2 mm、3 mm、4 mm或5 mm)之實體厚度。在一或多個特定實施例中，基板110可具有2 mm或更少或小於1 mm之實體厚度。基板110可酸拋光或另外處理以移除或減少表面瑕疵之影響。
在一或多個實施例中，基板可具有基板透射率色彩坐標(a*基板 ，b*基板 )及基板反射率色彩坐標(a*基板 ，b*基板 )，其中基板透射率色彩坐標及基板反射率色彩坐標均在(L*，a*，b*)測色系統中並且在國際照明委員會施照體下、以相對於垂直入射之5度之入射照明角度來量測。此等值可用於計算製品之參考點色移，如上所述。
本揭示內容之第三態樣涉及包括本文所述製品之裝置。舉例而言，裝置可包括包含顯示器或需要強化薄玻璃的任何裝置。在一或多個實施例中，裝置係電子裝置，該電子裝置可包括行動裝置諸如行動電話、膝上型電腦、平板電腦、mp3播放器、導航裝置等，或固定裝置諸如電腦、電子顯示器、車上資訊/娛樂系統、廣告牌、銷售點系統、導航系統等)。在一些實施例中，本文所述之製品100可併入建築製品(牆壁、固定裝置、面板、窗戶等)、運輸製品(例如汽車、火車、飛機、海上船舶等應用中之玻璃或內表面)、電器(例如洗衣機、乾燥器、洗碗機、冰箱等)或需要一定抗斷裂性之任何製品中。
如第3圖示出，電子裝置1000可包括根據本文所述之一或多個實施例之製品100。裝置1000包括殼體1020，該殼體具有前1040、後1060及側表面1080；電氣零件(未展示)，該等電氣零件至少部分地在殼體內部或全部在殼體內並且至少包括控制器、記憶體及顯示器1120，該顯示器在殼體之前表面處或與其相鄰。製品100展示為覆蓋物，該覆蓋物安置在殼體之前表面處或在其上以使得其處在顯示器1120上方。在一些實施例中，製品可用作後部覆蓋物。 實例
各種實施例將藉由以下實例進一步闡明。 實例1-22
實例1-22包括單層光學透明材料，該等材料包括具有不同量之矽、鋁、氧及氮的組成物。該等層在具有1 mm厚度之化學強化鹼性鋁矽酸鹽玻璃基板上，使用物理氣相沉積過程在藉由AJA-Industries供應之真空室中形成。實例1-22中之每一者之沉積條件、所得厚度(nm)及生長速率(growth rate; GR)(nm/秒)在表1中提供。該等層使用針對鋁源(目標)之DC反應濺射以及針對矽源(目標)之RF濺射來形成。目標係3”直徑矽及3”直徑鋁。存在均使用DC激發之兩個鋁目標，及使用RF激發之一個矽目標。反應氣體係氮及氧，並且「工作」(或惰性)氣體係氬。供應至矽之功率(以瓦為單位)係13.56 Mhz下之射頻(radio frequency; RF)。供應至鋁之功率係DC(以瓦為單位)。
表2示出量測折射率值(n)(在550 nm之波長下)，消光係數值(k)(在400 nm之波長以及300 nm之波長下)，來自2微米乘以2微米之成像區域之Ra粗糙度(如藉由AFM來量測)，壓縮應力(如本文描述來量測)，及最大硬度(如藉由Berkovich壓頭硬度試驗在100 nm或更大之深度處量測)。表3示出矽、鋁、氧及氮之以原子%為單位之組成物。
表1：實例1-22之沉積條件。
表2：實例1-22之性質。
表3：實例1-22之組成物。
如以上展示，實例8及22展現低壓縮應力及低Ra粗糙度。 實例23-27
實例23-27係單層光學透明材料，該等材料包括具有不同量之矽、鋁、氧及氮的組成物，其中從實例23至實例27，矽之量增加。該等層在與實例1-22相同之基板上，使用物理氣相沉積過程及真空室來形成。該等層使用針對鋁源或目標(此為單一鋁目標)的與RF組合之DC反應濺射(被稱為「RF疊加DC」)，及針對矽源或目標之RF激發來形成。目標係3”直徑矽及3”直徑鋁。反應氣體係氮及氧，並且「工作」(或惰性)氣體係氬。供應至矽之功率(以瓦為單位)係13.56 Mhz下之射頻(radio frequency; RF)。供應至鋁之功率係DC(以瓦為單位)。
表4示出實例23-27中之每一者之沉積條件。第4圖示出左軸上之硬度(GPa)及右軸上之比率E/H(以GPa為單位之楊氏模數/以GPa為單位之硬度)，兩者隨著供應至矽目標之功率(以瓦為單位)而變化。表5示出實例23-27中之每一者的量測硬度、楊氏模數、E/H、厚度(nm)、折射率(在550 nm之波長下)、在400 nm之波長及300 nm之波長下之消光係數及壓縮應力(Pa)。
表4：實例23-27之沉積條件。
表5：實例23-27之硬度(H)(GPa)、楊氏模數(E)(GPa)、H/E、厚度(nm)、折射率(n)(在550 nm之波長下)及在400 nm之波長及300 nm之波長下之消光係數(k)、膜應力(MPa)。 實例27-42
實例28-43係包括不同組成物之單層材料。該等層使用與實例23-27相同之物理氣相沉積製程及真空室來形成。該等層使用針對鋁源(此為單一Al目標)的與RF組合之DC反應濺射(被稱為「RF疊加DC」)，及針對矽源或目標之RF激發來形成。目標係3”直徑矽及3”直徑鋁。反應氣體係氮及氧，並且「工作」(或惰性)氣體係氬。供應至矽之功率(以瓦為單位)係13.56 Mhz下之射頻(RF)。供應至鋁之功率係DC(以瓦為單位)。
表6示出實例28-43中之每一者之沉積條件。第5圖示出樣品中之每一者之粗糙度(Ra)。
表6：實例28-43之沉積條件。
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。舉例而言，該等變化可包括以下實施例。
實施例1。一光學透明材料，該光學透明材料包含： 包含矽、鋁及氮之一組成物； 在400 nm波長下之小於約1x10-3 之一消光係數(k)，及在約380 nm至約780 nm範圍內之一光學波長區間中之約80%或更大之一平均透射率，當透過具有約2微米之一厚度之該材料來量測時； 約12 GPa或更大之一本徵最大硬度，當在具有約400 nm之一厚度之該材料之一主表面上、藉由一Berkovich壓頭硬度試驗沿著約100 nm或更大之一壓痕深度來量測時。
實施例2。如實施例1所述之光學透明材料，其中該組成物進一步包含氧。
實施例3。如實施例1或實施例2所述之光學透明材料，其中在安置在一基板上時，該材料包含約-1000 MPa至約100 MPa之範圍內之一壓縮應力。
實施例4。如實施例3所述之光學透明材料，其中該壓縮應力在約-300 MPa至約100 MPa之範圍內。
實施例5。如前述實施例中任一項之光學透明材料，其中該材料包含約2.0或更大之一折射率，當在550 nm之一波長下量測時。
實施例6。如前述實施例中任一項之光學透明材料，其中該材料包含小於1.5 nm之一粗糙度(Ra)，當藉由原子力顯微術、在該主表面上沿著具有2微米乘以2微米之尺寸的一成像區域來量測時。
實施例7。一種光學透明材料，該光學透明材料包含： 一組成物，該組成物包含：矽，其中矽以約25原子%或更少之一量存在；鋁；約0原子%至約15原子%之範圍內之一量之氧；及氮； 在約380 nm至約780 nm之範圍內之一光學波長區間中之約80%或更大之一平均透射率，當透過具有約2微米之一厚度之材料來量測時； 約12 GPa或更大之一本徵最大硬度，當在具有約400 nm之一厚度之該材料之一主表面上、藉由一Berkovich壓頭硬度試驗沿著約100 nm或更大之一壓痕深度來量測時。
實施例8。如實施例7所述之光學透明材料，其中該組成物包含約5原子%至約25原子%之一範圍內之一量的矽、約25原子%至約45原子%之一範圍內之一量的鋁、約0原子%至約15原子%之一範圍內之一量的氧及約35原子%至約50原子%之一範圍內之一量的氮。
實施例9。如實施例7所述之光學透明材料，其中該組成物包含約7原子%至約17原子%之一範圍內之一量的矽、約33原子%至約43原子%之一範圍內之一量的鋁、約0原子%至約10原子%之一範圍內之一量的氧及約40原子%至約50原子%之一範圍內之一量的氮。
實施例10。如實施例7-9中任一項所述之材料，其中該組成物包含至少約0.1原子%氧。
實施例11。如實施例7-10中任一項所述之光學透明材料，其中在安置在一基板上時，該材料包含約-1000 MPa至約100 MPa之範圍內之一壓縮應力。
實施例12。如實施例7-11中任一項所述之光學透明材料，其中該材料包含在400 nm之一波長下之小於約1x10-3 之一消光係數(k)，當透過具有約400 nm之一厚度之材料來量測時。
實施例13。如實施例中7-13任一項所述之光學透明材料，其中該材料包含約2.0或更大之一折射率，當在550 nm之一波長下量測時。
實施例14。如實施例7-13中任一項之光學透明材料，其中該材料包含小於1.5 nm之一粗糙度(Ra)，當藉由原子力顯微術、在該主表面上沿著具有2微米乘以2微米之尺寸的一成像區域來量測時。
實施例15。一種製品，其包含： 一基板，該基板包含一主表面、基板透射率色彩坐標(a*基板 ，b*基板 )及基板反射率色彩坐標(a*基板 ，b*基板 )，其中該等基板透射率色彩坐標及該等基板反射率色彩坐標均在(L*，a*，b*)測色系統中並且在一國際照明委員會施照體下、以相對於垂直入射之5度之一入射照明角度來量測；及 一光學膜，該光學膜具有約200 nm至約3微米之一範圍內之一厚度，該光學膜安置在該主表面上形成一經塗佈表面，該光學膜包含一光學透明材料，該光學透明材料包含矽、鋁及氮，並且 其中該製品展現約12 GPa或更大之一最大硬度，當在該經塗佈表面上、藉由一Berkovich壓頭硬度試驗沿著約100 nm或更大之一壓痕深度來量測時； 其中在約380 nm至約780 nm之範圍內之一光學波長區間中，該製品展現在該經塗佈表面所量測的約8%或更少之一單側平均明反射率及以下一者或兩者： 在一國際照明委員會施照體下、以垂直入射之一入射照明角度來量測時，該製品展現(L*，a*，b*)測色系統中之製品透射率色彩坐標，該等坐標包含相對於一參考點之小於約2之一參考點色移，該參考點包含該等色彩坐標(a*=0，b*=0)及該等基板透射率色彩坐標中之一者，及 在一國際照明委員會施照體下、在相對於垂直入射之5度入射照明角度下在該經塗佈表面處量測時，該製品展現(L*，a*，b*)測色系統中之製品反射率色彩坐標，該等坐標展現當在該抗反射表面處量測時的相對於一參考點之小於約5之一參考點色移，該參考點包含色彩坐標(a*=0，b*=0)、色彩坐標(a*=-2，b*=-2)及該等基板反射率色彩坐標中之至少一者， 其中，當該參考點係色彩坐標(a*=0，b*=0)時，該色移藉由√((a*製品 )2 +(b*製品 )2 )來定義， 其中，當該參考點係色彩坐標(a*=-2，b*=-2)時，該色移藉由√((a*製品 +2)2 +(b*製品 +2)2 )來定義，並且 其中，當該參考點係該基板之色彩坐標時，該色移藉由√((a*製品 -a*基板 )2 +(b*製品 -b*基板 )2 )來定義。
實施例16。如實施例15所述之製品，其中該光學透明材料進一步包含氧。
實施例17。如實施例15或實施例16所述之製品，其中該光學透明材料包含約-1000 MPa至約100 MPa之範圍內之一壓縮應力。
實施例18。如實施例15-17中任一項所述之製品，其中該光學透明材料包含一第一層並且該光學膜進一步包含一第二層。
實施例19。如實施例18所述之製品，其中該第一層安置在該基板之主表面上並且該第二層安置在該第一層上。
實施例20。如實施例18所述之製品，其中該第二層安置在該基板之主表面上並且該第一層安置在該第二層上。
實施例21。如實施例18所述之製品，其中該透明材料包含大於該第二層之一折射率的一折射率並且其中該光學膜包含交替的複數個第一層及第二層。
實施例22。如實施例15-21中任一項所述之製品，其中在該光學波長區間中、在約6度至約40度之範圍內之一視角下，該製品之單側平均明反射率係約2%或更少。
實施例23。如實施例15-22中任一項所述之製品，其中該基板包含一非晶形基板或一結晶基板。
實施例24。如實施例15-23中任一項所述之製品，其中該基板包含約60 GPa或更大之一楊氏模數。
實施例25。如實施例15-24中任一項所述之製品，其中該非晶形基板包含選自由以下組成之群之一玻璃：鈉鈣玻璃、鹼鋁矽酸鹽玻璃、含鹼硼矽酸鹽玻璃及/或鹼鋁硼矽酸鹽玻璃。
實施例26。如實施例25所述之製品，其中該玻璃係強化玻璃，並且包含具有至少200 MPa之一表面CS的一壓縮應力(CS)層，該層從該強化玻璃之一表面延伸至約10 μm或更大之一壓縮深度。
實施例27。如實施例15-26中任一項所述之製品，其中該第一層包含約0.4微米至約3微米之範圍內之一厚度。
實施例28。一種裝置，其包含； 具有前、後及側表面之一殼體； 至少部分地在該殼體內部之電氣零件； 在該殼體之前表面處或與其相鄰之一顯示器；及 安置在該顯示器上之一覆蓋製品，其中該覆蓋製品包含如實施例15-27中任一項所述之製品。
100‧‧‧製品
110‧‧‧基板
112‧‧‧主表面
114‧‧‧主表面
116‧‧‧次表面
118‧‧‧次表面
120‧‧‧光學膜
122‧‧‧經塗佈表面
130‧‧‧第一層
132‧‧‧第二層
1000‧‧‧電子裝置
1020‧‧‧殼體
1040‧‧‧前表面
1060‧‧‧後表面
1080‧‧‧側表面
1120‧‧‧顯示器
第1圖為根據一或多個實施例的製品之側視圖；
第2圖為根據一或多個特定實施例的製品之側視圖；
第3圖為根據一或多個實施例之裝置之前視圖；
第4圖為說明根據一或多個實施例之光學透明材料之硬度及楊氏模數的圖表；
第5圖為說明光學透明材料之各種實施例之粗糙度(Ra)的圖表；及
第6圖為說明隨著壓痕深度而變化之硬度量測結果的圖表。
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Claims (15)

  1. 一種光學透明材料，該光學透明材料包含： 包含矽、鋁及氮之一組成物； 在400 nm波長下之小於約1x10-3 之一消光係數(k)，及在約380 nm至約780 nm範圍內之一光學波長區間中之約80%或更大之一平均透射率，當透過具有約2微米之一厚度之該材料來量測時； 約12 GPa或更大之一本徵最大硬度，當在具有約400 nm之一厚度之該材料之一主表面上、藉由一別爾科維奇(Berkovich)壓頭硬度試驗沿著約100 nm或更大之一壓痕深度來量測時。
  2. 如請求項1所述之光學透明材料，其中該組成物進一步包含氧。
  3. 如前述請求項中任一項所述之光學透明材料，其中存在以下情況中之至少一者： 該材料包含約2.0或更大之一折射率，當在550 nm之一波長下量測時；及 該材料包含小於1.5 nm之一粗糙度(Ra)，當藉由原子力顯微術、在該主表面上沿著具有2微米乘以2微米之尺寸的一成像區域來量測時。
  4. 一種光學透明材料，該光學透明材料包含： 一組成物，該組成物包含：矽，其中矽以約25原子%或更少之一量存在；鋁；約0原子%至約15原子%之範圍內之一量之氧；及氮； 在約380 nm至約780 nm之範圍內之一光學波長區間中之約80%或更大之一平均透射率，當透過具有約2微米之一厚度之該材料來量測時； 約12 GPa或更大之一本徵最大硬度，當在具有約400 nm之一厚度之該材料之一主表面上、藉由一Berkovich壓頭硬度試驗沿著約100 nm或更大之一壓痕深度來量測時。
  5. 如請求項4所述之光學透明材料，其中該組成物包含約5原子%至約25原子%之一範圍內之一量的矽、約25原子%至約45原子%之一範圍內之一量的鋁、約0原子%至約15原子%之一範圍內之一量的氧及約35原子%至約50原子%之一範圍內之一量的氮。
  6. 如請求項4所述之材料，其中該組成物包含至少約0.1原子%氧。
  7. 如請求項4-6中任一項所述之光學透明材料，其中存在以下情況中之至少一者： 該材料包含在400 nm之一波長下之小於約1x10-3 之一消光係數(k)，當透過具有約400 nm之一厚度之該材料來量測時； 該材料包含約2.0或更大之一折射率，當在550 nm之一波長下量測時；及 該材料包含小於1.5 nm之一粗糙度(Ra)，當藉由原子力顯微術、在該主表面上沿著具有2微米乘以2微米之尺寸的一成像區域來量測。
  8. 一種製品，其包含： 一基板，該基板包含一主表面、基板透射率色彩坐標(a*基板 ，b*基板 )及基板反射率色彩坐標(a*基板 ，b*基板 )，其中該等基板透射率色彩坐標及該等基板反射率色彩坐標均在(L*，a*，b*)測色系統中並且在一國際照明委員會施照體下、以相對於垂直入射之5度之一入射照明角度來量測；及 一光學膜，該光學膜具有約200 nm至約3微米之一範圍內之一厚度，該光學膜安置在該主表面上形成一經塗佈表面，該光學膜包含一光學透明材料，該光學透明材料包含矽、鋁及氮，並且 其中該製品展現約12 GPa或更大之一最大硬度，當在該經塗佈表面上、藉由一Berkovich壓頭硬度試驗沿著約100 nm或更大之一壓痕深度來量測時； 其中在約380 nm至約780 nm之範圍內之一光學波長區間中，該製品展現在該經塗佈表面所量測的約8%或更少之一單側平均明反射率及以下一者或兩者： 在一國際照明委員會施照體下、以垂直入射之一入射照明角度來量測時，在(L*，a*，b*)測色系統中之製品透射率色彩坐標包含相對於一參考點之小於約2之一參考點色移，該參考點包含該等色彩坐標(a*=0，b*=0)及基板透射率色彩坐標中之一者，及 在一國際照明委員會施照體下、在相對於垂直入射之5度之一入射照明角度下在該經塗佈表面處量測時，在(L*，a*，b*)測色系統中之製品反射率色彩坐標展現當在該抗反射表面處量測時的相對於一參考點之小於約5之一參考點色移，該參考點包含該等色彩坐標(a*=0，b*=0)、該等色彩坐標(a*=-2，b*=-2)及基板反射率色彩坐標中之至少一者， 其中，當該參考點係色彩坐標(a*=0，b*=0)時，該色移藉由√((a*製品 )2 +(b*製品 )2 )來定義， 其中，當該參考點係色彩坐標(a*=-2，b*=-2)時，該色移藉由√((a*製品 +2)2 +(b*製品 +2)2 )來定義，並且 其中，當該參考點係該基板之該等色彩坐標時，該色移藉由√((a*製品 -a*基板 )2 +(b*製品 -b*基板 )2 )來定義。
  9. 如請求項8所述之製品，其中該光學透明材料進一步包含氧。
  10. 如請求項8所述之製品，其中該光學透明材料包含約-1000 MPa至約100 MPa之範圍內之一壓縮應力。
  11. 如請求項8所述之製品，其中該光學透明材料包含一第一層並且該光學膜進一步包含一第二層。
  12. 如請求項11所述之製品，其中存在以下情況中之一者： 該第一層安置在該基板之主表面上並且該第二層安置在該第一層上；及 該第二層安置在該基板之主表面上並且該第一層安置在該第二層上。
  13. 如請求項11所述之製品，其中該透明材料包含大於該第二層之一折射率的一折射率並且其中該光學膜包含交替的複數個第一層及第二層。
  14. 如請求項8-13中任一項所述之製品，其中存在以下情況中之至少一者： 在該光學波長區間中、在約6度至約40度之範圍內之一視角下，該製品之單側平均明反射率係約2%或更少； 該基板包含約60 GPa或更大之一楊氏模數； 該玻璃經強化，並且包含具有至少200 MPa之一表面CS的一壓縮應力(CS)層，該層從該經強化的玻璃之一表面延伸至約10 μm或更大之一壓縮深度；及 該第一層包含約0.4微米至約3微米之範圍內之一厚度。
  15. 一種裝置，其包含； 具有前、後及側表面之一殼體； 至少部分地在該殼體內部之電氣零件； 在該殼體之前表面處或與其相鄰之一顯示器；及 安置在該顯示器上之一覆蓋製品，其中該覆蓋製品包含如請求項8-13中任一項所述之製品。
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