TW201900578A - 具有在光學及抗刮塗層上之耐久性光滑抗指紋塗層之玻璃，玻璃陶瓷及陶瓷製品及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
製品包括：玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷基板，包括主要表面；光學膜與抗刮膜的至少一者，配置在主要表面上；及易於清潔(ETC)塗層，包括氟化材料，配置在光學膜與抗刮膜的至少一者的外表面上。光學膜與抗刮膜的至少一者包括12 GPa或更高的平均硬度。再者，光學膜與抗刮膜的至少一者的外表面包括小於1.0 nm的表面粗糙度(Rq)。再者，光學膜與抗刮膜的至少一者包括約500 nm或更高的總厚度。
Description
此申請案依照專利法主張2017年5月8日申請的美國第62/502,911號臨時申請案的優先權，將其內容以其整體參考方式加以依靠與併入本文中。
本揭露內容大致關於具有在光學塗層與/或抗刮塗層上之耐久性光滑塗層的玻璃、玻璃-陶瓷與陶瓷製品以及其製造方法。
其中許多配置或以其他處理而具有強度增強特徵的玻璃、玻璃-陶瓷與陶瓷材料在許多消費電子產品的各種顯示器和顯示裝置中普遍存在。舉例而言，化學強化玻璃受到許多觸控螢幕產品的青睞，包括手機、音樂播放器、電子書閱讀器、筆記本電腦、平板電腦、膝上型電腦、自動取款機和其他類似裝置。這些玻璃、玻璃-陶瓷和陶瓷材料中的許多也用於不具有觸控螢幕功能但易於直接接觸人類的消費電子產品的顯示器和顯示裝置，包括桌上型電腦、膝上型電腦、電梯螢幕、設備顯示器等等。
然而，這些玻璃、玻璃-陶瓷和陶瓷材料經常受到人類接觸，這可能導致表面污染、可見指紋、染色和其他可能影響使用這些材料的顯示器和顯示裝置的光學清晰度的外來物質。此外，這些顯示器和顯示裝置經常採用特別容易受到直接人體接觸的表面污染、污漬等的光學塗層(例如，抗反射(AR)塗層)。再者，這些不需要的外來物質會對使用這些顯示器和顯示裝置的產品的美觀產生負面影響。此外，這些光學清晰度的降低會導致用戶增加顯示裝置的亮度，從而導致電池使用量增加，並且充電進程(charging evolutions)之間的時間減少。
鑑於與玻璃、玻璃-陶瓷和陶瓷材料表面相關的這些考量和缺點，許多使用這些材料的消費電子產品還在暴露於人體接觸和任何其他光學塗層(如果存在)的玻璃、玻璃-陶瓷和陶瓷基板的任何表面上具有易於清潔(ETC)塗層。這些ETC塗層中有許多包含一個或多個氟化材料。這些ETC塗層通常為疏水性和疏油性，也可稱為「防指紋」、「潤滑」或「防污」塗層。ETC塗層提供的優勢之一是從這些玻璃、玻璃-陶瓷和陶瓷材料去除指紋、污漬和其他表面污染的輕鬆程度的增加。首先，鑑於其疏水性和疏油性，ETC塗層也不太可能保留或容易受到人體接觸的表面污染。
雖然ETC塗層為其顯示器和顯示裝置中使用玻璃、玻璃-陶瓷和陶瓷材料的電子產品提供了許多好處，塗層本身可以對磨損敏感。舉例而言，與這些塗層相關的磨損會對它們的疏水性和/或疏油性產生負面影響，這會降低塗層按預期執行的能力。此外，在ETC塗層和玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷材料之間存在光學塗層與/或抗刮塗層會加劇與這些ETC塗層相關的磨損，因為這些介入的塗層相對於玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷材料本身的外表面可具有增加的粗糙度。
改善這些ETC塗層的耐久性的努力涉及調整塗層的組成和加工條件(例如，固化條件)，但成功程度有限。增加這些ETC塗層厚度以提高長期耐久性的努力也沒有取得什麼成功，因為這樣的努力通常以降低使用ETC塗層的製品的光學性質，增加的製造成本和增加的塗層沉積的製程控制變化性為代價。
鑑於這些考量，需要玻璃、玻璃-陶瓷和陶瓷製品(特別是採用抗刮和光學膜的那些製品)具有高耐久性的潤滑ETC塗層，以及其之製造方法。
此揭露內容的態樣關於製品，包括：玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷基板，包括主要表面；光學膜與抗刮膜的至少一者，配置於主要表面上；及易於清潔(ETC)塗層，包括氟化材料，配置於光學膜與抗刮膜的至少一者的外表面上。光學膜與抗刮膜的至少一者包括12 GPa或更高的平均硬度。再者，光學膜與抗刮膜的至少一者的外表面包括小於1.0 nm的表面粗糙度(Rq
)。在揭露內容的其他態樣中，光學膜與抗刮膜的至少一者可包括約500 nm或更高的總厚度。根據某些實施方式，光學膜與抗刮膜的至少一者可包括約1500 nm或更高的總厚度。
此揭露內容的進一步態樣關於製品，包括：玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷基板，包括主要表面；光學膜與抗刮膜的至少一者，配置於主要表面上；及易於清潔(ETC)塗層，包括氟化材料，配置於光學膜與抗刮膜的至少一者的外表面上。光學膜與抗刮膜的至少一者包括約500 nm或更高的總厚度。再者，光學膜與抗刮膜的至少一者的外表面包括小於1.0 nm的表面粗糙度(Rq
)。根據某些實施方式，光學膜與抗刮膜的至少一者可包括約1500 nm或更高的總厚度。
在這些態樣的實施例中，光學膜與抗刮膜的至少一者的外表面包括小於0.7 nm的表面粗糙度(Rq
)。在其他實施例中，光學膜與抗刮膜的至少一者的外表面包括小於0.5 nm的表面粗糙度(Rq
)。
根據這些態樣的某些實施方式，ETC塗層的暴露表面包括根據鋼絲絨測試在1公斤負載下經受2000次往復循環後與水的平均接觸角為100度或更高。在其他實施方式中，ETC塗層的暴露表面包括根據鋼絲絨測試在1公斤負載下經受3500次往復循環後與水的平均接觸角為100度或更高。在包括這些實施方式的揭露內容的態樣中，製品的ETC塗層包括全氟聚醚(PFPE)矽烷。
在這些態樣的進一步實施方式中，光學膜與抗刮膜的至少一者可包括包含有AlOx
Ny
材料的抗刮膜。在揭露內容的其他態樣中，光學膜與抗刮膜的至少一者包括包含有Siu
Alx
Oy
Nz
材料的抗刮膜。在這些製品的某些實施方式中，製品進一步包括光學膜且抗刮膜配置於光學膜上。在這些製品的某些實施例中，基板包括玻璃組成與壓縮應力區，壓縮應力區自主要表面延伸至基板中的第一選定深度。
在這些態樣的額外實施方式中，提供消費電子裝置，包括：殼體，具有正面、背面和側面；電子部件，至少部份地設置在殼體中，電子部件至少包括控制器、記憶體和顯示器，顯示器設置在殼體的正面處或附近；及蓋玻璃，配置在顯示器上。再者，殼體的一部分或蓋玻璃的至少一者包括任何一種前述製品的製品。
額外特徵與優點將在下面的詳細描述中闡述，並且部分對於本領域的技術人員而言從該描述中將容易明白，或者藉由實踐本文所述的實施例而被認識到，本文包括下面的詳細描述、申請專利範圍以及附圖。
應該理解的是，前面的一般描述和下面的詳細描述兩者僅為示範性，旨在提供概述或框架以理解揭露內容與隨附的申請專利範圍的性質和特徵。
包括附圖以提供對揭露內容的進一步理解，並且將附圖包含在本說明書中並構成其一部分。圖式描繪一個或多個實施例，並且與描述一起用於解釋揭露內容的原理和操作。應當理解，本說明書和附圖中公開的揭露內容的各種特徵可以任何和所有組合使用。作為非限制性實例，揭露內容的各種特徵可以根據以下實施例彼此組合。
根據第一態樣，提供製品，製品包括：玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷基板，包括主要表面；光學膜與抗刮膜的至少一者，配置在主要表面上；及易於清潔(ETC)塗層，包括氟化材料，配置在光學膜與抗刮膜的至少一者的外表面上。光學膜與抗刮膜的至少一者包括12 GPa或更高的平均硬度。再者，光學膜與抗刮膜的至少一者的外表面包括小於1.0 nm的表面粗糙度(Rq
)。
根據第二態樣，提供態樣1的製品，其中光學膜與抗刮膜的至少一者的外表面包括小於0.7 nm的表面粗糙度(Rq
)。
根據第三態樣，提供態樣1的製品，其中光學膜與抗刮膜的至少一者的外表面包括小於0.5 nm的表面粗糙度(Rq
)。
根據第四態樣，提供態樣1-3任一者，其中ETC塗層的暴露表面包括根據鋼絲絨測試在1公斤負載下經受2000次往復循環後與水的平均接觸角為100度或更高。
根據第五態樣，提供態樣1-3任一者，其中ETC塗層的暴露表面包括根據鋼絲絨測試在1公斤負載下經受3500次往復循環後與水的平均接觸角為100度或更高。
根據第六態樣，提供態樣1-5任一者，其中ETC塗層包括全氟聚醚(PFPE)矽烷。
根據第七態樣，提供態樣1-6任一者，其中光學膜與抗刮膜的至少一者可包括包含AlOx
Ny
材料的抗刮膜。
根據第八態樣，提供態樣1-7任一者，其中光學膜與抗刮膜的至少一者包括包含Siu
Alx
Oy
Nz
材料的抗刮膜。
根據第九態樣，提供態樣1-8任一者，其中光學膜與抗刮膜的至少一者進一步包括光學膜且抗刮膜配置在光學膜上。
根據第十態樣，提供態樣1-9任一者，其中基板包括玻璃組成與壓縮應力區，壓縮應力區自主要表面延伸至基板中的第一選定深度。
根據第十一態樣，提供態樣1-10任一者，其中光學膜與抗刮膜的至少一者包括約500 nm或更高的總厚度。
根據第十二態樣，提供態樣1-11任一者，其中光學膜與抗刮膜的至少一者包括約500 nm或更高的總厚度。
根據第十三態樣，提供製品，製品包括：玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷基板，包括主要表面；光學膜與抗刮膜的至少一者，配置在主要表面上；及易於清潔(ETC)塗層，包括氟化材料，配置在光學膜與抗刮膜的至少一者的外表面上。光學膜與抗刮膜的至少一者包括約500 nm或更高的總厚度。再者，光學膜與抗刮膜的至少一者的外表面包括小於1.0 nm的表面粗糙度(Rq
)。
根據第十四態樣，提供態樣13的製品，其中光學膜與抗刮膜的至少一者的外表面包括小於0.7 nm的表面粗糙度(Rq
)。
根據第十五態樣，提供態樣13的製品，其中光學膜與抗刮膜的至少一者的外表面包括小於0.5 nm的表面粗糙度(Rq
)。
根據第十六態樣，提供態樣13-15任一者，其中ETC塗層的暴露表面包括根據鋼絲絨測試在1公斤負載下經受2000次往復循環後與水的平均接觸角為100度或更高。
根據第十七態樣，提供態樣13-15任一者，其中ETC塗層的暴露表面包括根據鋼絲絨測試在1公斤負載下經受3500次往復循環後與水的平均接觸角為100度或更高。
根據第十八態樣，提供態樣13-17任一者，其中ETC塗層包括全氟聚醚(PFPE)矽烷。
根據第十九態樣，提供態樣13-18任一者，其中光學膜與抗刮膜的至少一者可包括包含AlOx
Ny
材料的抗刮膜。
根據第二十態樣，提供態樣13-19任一者，其中光學膜與抗刮膜的至少一者包括包含Siu
Alx
Oy
Nz
材料的抗刮膜。
根據第二十一態樣，提供態樣13-20任一者，其中光學膜與抗刮膜的至少一者進一步包括光學膜且抗刮膜配置在光學膜上。
根據第二十二態樣，提供態樣13-21任一者，其中基板包括玻璃組成與壓縮應力區，壓縮應力區自主要表面延伸至基板中的第一選定深度。
根據第二十三態樣，提供態樣13-22任一者，其中光學膜與抗刮膜的至少一者包括約1500 nm或更高的總厚度。
根據第二十四態樣，提供消費電子產品，消費電子產品包括：殼體，具有正面、背面和側面；電子部件，至少部份地設置在殼體中，電子部件至少包括控制器、記憶體和顯示器，顯示器設置在殼體的正面處或附近；及蓋玻璃，配置在顯示器上。再者，殼體的一部分或蓋玻璃的至少一者包括態樣1-23任一者的製品。
在以下詳細描述中，出於解釋而非限制的目的，闡述了公開具體細節的示例實施例，以提供對本揭露內容的各種原理的透徹理解。然而，對於已經得到本揭露內容的益處的本領域普通技術人員來說顯而易見的是，本揭露內容可以在脫離本文公開的具體細節的其他實施例中實施。再者，可省略對習知裝置、方法和材料的描述，以免模糊本揭露內容的各種原理的描述。最終，只要適用，相同的元件符號表示相同的元件。
範圍可在本文中表達為「約」一個特定值與/或至「約」另一個特定值。本文所用的詞彙「約」意指數量、尺寸、配方、參數和其他數量和特性不是也不必是精確的，而是可以根據需要為近似與/或更大或更小，這反映公差、轉換因素、四捨五入、測量誤差等等與本領域技術人員已知的其他因素。當詞彙「約」用於描述數值或範圍的端點時，應該將揭露內容理解為包括所指的具體值或端點。不論說明書中的數值或範圍的端點是否記載「約」，數值或範圍的端點旨在包括兩種實施例：由「約」所修飾的一種以及未由「約」所修飾的一種。將進一步理解，每個範圍的端點與另一個端點的關係以及獨立於另一個端點兩者都重要。
本文所用的詞彙「實質」、「實質上」以及它們的變形旨在指出所描述的特徵等於或近似等於數值或描述。舉例而言，「實質上平坦」表面旨在指出平面係平坦的或接近平坦的。再者，「實質上」旨在表示兩個值相等或近似相等。在某些實施例中，「實質上」可表示在彼此的約10％以內，例如彼此的約5％內，或彼此的約2％內的數值。
本文使用的方向術語例如上、下、右、左、前、後、頂部、底部-僅參考所繪製的附圖而製成，並無意圖意味著絕對的定向。
除非另有明示，否則決不意圖將本文闡述的任何方法解釋為要求其步驟以特定順序執行。因此，在方法請求項實際上沒有記載其步驟遵循的順序或者在申請專利範圍或描述中沒有另外明確陳述步驟受限於特定順序時，決無意圖在任何態樣中推斷順序。這適用於解釋的任何可能的非表達基礎，包括：關於步驟或操作流程的安排的邏輯問題；從語法組織或標點符號中得出的簡單含義；說明書中描述的實施例的數量或類型。
除非內文另有明示，否則本文所用的單數形式「一」與「該」包括複數個所指物。因此，舉例而言，除非內文另有明示，否則提到一個「部件」包括具有兩個或更多上述部件的態樣。
揭露內容的態樣大致關於具有高耐久性、光滑、抗指紋且易於清潔(ETC)塗層之玻璃、玻璃-陶瓷與陶瓷基板的製品及其製造方法。這些光滑ETC塗層配置在一個或多個介入層(諸如，光學膜、抗刮膜、光學膜上的抗刮膜等等)上，介入層配置於基板上。再者，光學膜與/或抗刮膜包括非常低的表面粗糙度(Rq
)，例如小於1.0 nm。此外，光學膜與/或抗刮膜可包括12 GPa或更高的平均硬度與/或約500 nm或更高的總厚度。不受理論束縛，位於ETC塗層下面的膜、層或結構(例如，光學膜與/或抗刮膜)的表面粗糙度的降低傾向於顯著增加ETC塗層的耐久性。
參照圖1A描繪了製品100a，製品100a包括：玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷基板10，包括玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷組成。也就是說，基板10可在其中包括一個或多個玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷材料。基板10包括一對相對的主要表面12、14。再者，製品100a包括配置在主要表面12上的光學膜80以及配置在光學膜80上的抗刮膜90。製品100a進一步包括配置在膜80、90上的易於清潔(ETC)塗層70。特別的，如圖1A中所示，ETC塗層70位於抗刮膜90的外表面92a上。又如圖1A中所示，光學膜80具有厚度84、抗刮膜90具有厚度94而ETC塗層70具有厚度74。
在製品100a的某些實施例中，基板10包括玻璃組成。舉例而言，基板10可包括硼矽酸鹽玻璃、鋁矽酸鹽玻璃、鈉鈣玻璃(soda-lime glass)、化學強化硼矽酸鹽玻璃、化學強化鋁矽酸鹽玻璃與化學強化鈉鈣玻璃。基板可具有選定的長度和寬度或直徑，以限定其表面積。基板10的主要表面12、14之間至少有一個邊緣由其長度和寬度或直徑限定。基板10亦可具有選定的厚度。在某些實施例中，基板的厚度係約0.2 mm至約1.5 mm、約0.2 mm至約1.3 mm與約0.2 mm至約1.0 mm。在其他實施例中，基板的厚度係約0.1 mm至約1.5 mm、約0.1 mm至約1.3 mm或約0.1 mm至約1.0 mm。
根據製品100a的某些態樣，基板10包括壓縮應力區50 (參見圖1A)，壓縮應力區50自主要表面12、14的至少一者延伸至選定深度52。本文所用的「選定深度」(例如，選定深度52)、「層的深度」與「DOC」交替地用來界定本文所述的化學強化鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃製品中應力由壓縮轉變成拉伸的深度。DOC可以通過表面應力計(例如FSM-6000)或散射光偏光鏡（SCALP）測量，具體取決於離子交換處理。通過將鉀離子交換到玻璃製品中產生玻璃製品中的應力時，使用表面應力計來測量DOC。通過將鈉離子交換到玻璃製品中產生應力時，使用SCALP來測量DOC。通過將鉀離子與鈉離子兩者交換到玻璃中產生玻璃製品中的應力時，藉由SCALP來測量DOC，因為據信鈉的交換深度表示DOC，而鉀離子的交換深度表示壓縮應力的大小變化(但不是從壓縮到拉伸的應力變化)；通過表面應力計測量這種玻璃製品中鉀離子的交換深度。本文所用的「最大壓縮應力」定義為基板10中壓縮應力區50內的最大壓縮應力。在某些實施例中，在界定壓縮應力區50的一個或多個主要表面12、14處或附近獲得最大壓縮應力。在其他實施例中，在一個或多個主要表面12、14與壓縮應力區50的選定深度52之間獲得最大壓縮應力。
在製品100a的某些實施方式中，如圖1A中的示範性形式中所示，基板10選自化學強化鋁矽酸鹽玻璃。在其他實施例中，基板10選自具有壓縮應力區50的化學強化鋁矽酸鹽玻璃，壓縮應力區50延伸至大於10 µm的第一選定深度52且具有大於150 MPa的最大壓縮應力。在進一步實施例中，基板10選自具有壓縮應力區50的化學強化鋁矽酸鹽玻璃，壓縮應力區50延伸至大於25 µm的第一選定深度52且具有大於400 MPa的最大壓縮應力。製品100a的基板10亦可包括一個或更多個壓縮應力區50，自主要表面12、14的一個或更多個延伸至選定深度(或深度們)52且具有大於約150 MPa、大於200 MPa、大於250 MPa、大於300 MPa、大於350 MPa、大於400 MPa、大於450 MPa、大於500 MPa、大於550 MPa、大於600 MPa、大於650 MPa、大於700 MPa、大於750 MPa、大於800 MPa、大於850 MPa、大於900 MPa、大於950 MPa、大於1000 MPa與這些數值之間的所有最大壓縮應力水平的最大壓縮應力。此外，壓縮深度(DOC)或第一選定深度52可設定在10 µm或更大、15 µm或更大、20 µm或更大、25 µm或更大、30 µm或更大、35 µm或更大以及甚至更大的深度，取決於基板10的厚度和與產生壓縮應力區50相關的處理條件。藉由使用市售儀器(例如，Orihara Industrial Co., Ltd.(日本)製造的FSM-6000 (即FSM))的表面應力計來測量壓縮應力(包括表面CS)。表面應力測量依賴於應力光學係數(SOC)的精確測量，應力光學係數與玻璃的雙折射有關。轉而根據名稱為「Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient」的ASTM標準C770-16中所述的Procedure C (Glass Disc Method)來測量SOC，其內容通過引用整體併入本文。
同樣地，關於玻璃-陶瓷，製品100a的基板10所選的材料可為具有玻璃相和陶瓷相兩者的各種材料中的任何一種。說明性玻璃-陶瓷包括玻璃相由矽酸鹽、硼矽酸鹽、矽鋁酸鹽或硼鋁矽酸鹽形成且陶瓷相由β鋰輝石、β石英、霞石、六方鉀霞石(kalsilite)或三斜霞石(carnegieite)形成的那些材料。「玻璃-陶瓷」包括通過玻璃的受控結晶產生的材料。在實施例中，玻璃-陶瓷具有約30%至約90%結晶度。適當玻璃-陶瓷的實例可包括Li2
O-Al2
O3
-SiO2
系統(即，LAS系統)玻璃-陶瓷、MgO-Al2
O3
-SiO2
系統(即，MAS系統)玻璃-陶瓷、ZnO × Al2
O3
× nSiO2
(即，ZAS系統)與/或主要晶相包括β石英固溶體、β鋰輝石、堇青石與二矽酸鋰的玻璃-陶瓷。可以使用本文公開的化學強化處理來強化玻璃-陶瓷基板。在一個或更多個實施例中，可在Li2
SO4
熔鹽中強化MAS系統玻璃-陶瓷基板，在Li2
SO4
熔鹽中可以發生2Li+
對Mg2+
的交換。
關於陶瓷，製品100a的基板10所選的材料可為各種無機結晶氧化物、氮化物、碳化物、氮氧化物、碳氮化物與/或類似物的任何一種。說明性陶瓷包括具有氧化鋁、鈦酸鋁、莫來石、堇青石、鋯石、尖晶石、鈣鈦礦、氧化鋯、二氧化鈰、碳化矽、氮化矽、氧氮化矽鋁或沸石相的那些材料。
如圖1A中所示，製品100a的實施例可包括配置在基板10的一個或多個主要表面12、14上的光學膜80與抗刮膜90的一者或多者。如圖1A中所示，一個或多個膜80、90配置在ETC塗層70與基板10的主要表面12之間。根據某些實施方式，膜80、90亦可配置在基板10的主要表面14上。關於光學膜80，其可包括諸如抗反射(AR)塗層、帶通濾波器塗層、邊緣中性鏡和分束器塗層、多層高反射率塗層與邊緣濾波器塗層。然而，應當理解可使用其他功能性膜來達成所得製品100a的所需光學性質。
光學膜80的來源材料可包括各層具有不同折射指數的多層塗層、膜或結構。在某些實施例中，多層結構包括彼此交替排列的一個或多個低折射指數層與一個或多個高折射指數層。舉例而言，光學膜80可包括折射指數約1.3至約1.6的低折射指數材料L、折射指數約1.6至約1.7的中折射指數材料M或折射指數約1.7至約3.0的高折射指數材料H。本文所用的詞彙「指數」與「折射指數」兩者皆代表材料的折射指數。適當低折射指數材料的實例包括矽石、融熔矽石、摻雜氟的融熔矽石、MgF2
、CaF2
、AlF3
、YF3
與YbF3
。適當中折射指數材料的實例包括Al2
O3
。適當高折射指數材料的實例包括ZrO2
、HfO2
、Ta2
O5
、Nb2
O5
、TiO2
、Y2
O3
、Si3
N4
、SrTiO3
與WO3
。
在進一步實施方式中，光學膜80的適當高折射指數材料包括AlN、AlOx
Ny
、SiOx
Ny
與Siu
Alx
Oy
Nz
。如揭露內容領域的普通技術人員所理解，關於光學膜80的任何前述材料(例如，AlN)，每個下標「u」、「x」、「y」和「z」可以在0到1之間變化，下標的總和將小於或等於1，組成的差額是材料中的第一個元素(例如，Si或Al)。此外，領域的普通技術人員可理解「Siu
Alx
Oy
Nz
」可以配置為「u」等於零，並且材料可以描述為「AlOx
Ny
」。又再者，光學膜80的上述組成排除了導致純元素形式(諸如，純矽、純鋁金屬、氧氣等)的下標組合。最後，本領域普通技術人員還將認識到，前述組成可包括未明確表示的其他元素(例如，氫)，這可能導致非化學計量組成(例如，SiNx
比上Si3
N4
)。因此，取決於前述組成表示中的下標數值，光學膜的前述材料可表明為SiO2
-Al2
O3
-SiNx
-AlN或SiO2
-Al2
O3
-Si3
N4
-AlN相圖中的可用空間。
在某些實施例中，光學膜80的來源材料亦可包括透明氧化物塗層(TCO)材料。適當TCO材料的實例亦可包括(但不限於)氧化銦錫(ITO)、摻雜鋁的氧化鋅(AZO)、鋅穩定的氧化銦錫(IZO)、In2
O3
和其它適於形成摻雜金屬氧化物塗層的二元、三元或四元氧化物化合物。
本文在揭露內容中所用的「AlOx
Ny
」、「SiOx
Ny
」和「Siu
Alx
Oy
Nz
」材料包括如本揭露內容領域普通技術人員根據下標「u」、「x」、「y」和「z」的某些數值和範圍描述所理解的多種氧氮化鋁、氧氮化矽和氧氮化矽鋁材料。也就是說，通常用「整數公式」描述來描述固體，例如Al2
O3
。也通常用等效的「原子分數式」描述來描述固體，例如Al0.4
O0.6
，其等同於Al2
O3
。在原子分數式中，式中所有原子的總和為0.4 + 0.6 = 1，且式中Al和O的原子分數分別為0.4和0.6。許多通用教科書中描述了原子分數描述，並且通常使用原子分數描述來描述合金。(參見，諸如：(i) Charles Kittel，「Introduction to Solid State Physics」，第七版，John Wiley & Sons, Inc., NY，1996，第611-627頁；(ii) Smart與Moore，「Solid State Chemistry, An Introduction」Chapman & Hall University and Professional Division, London，1992，第136-151頁；和(iii) James F. Shackelford，「Introduction to Materials Science for Engineers」，第六版，Pearson Prentice Hall, New Jersey，2005，第404-418頁)
再度提及揭露內容中的「AlOx
Ny
」、「SiOx
Ny
」和「Siu
Alx
Oy
Nz
」材料，下標允許本領域普通技術人員將這些材料作為一類材料參考而不指定特定的下標值。也就是說，通常說一種合金(例如，氧化鋁)而沒有指明特定的下標值，我們可以說成Alv
Ox
。Alv
Ox
描述可以代表Al2
O3
或Al0.4
O0.6
。若v + x經選擇總合為1 (即，v + x = 1)，那麼公式就是原子分數描述。同樣地，可以描述更複雜的混合物(例如，Siu
Alv
Ox
Ny
)，同樣，如果總和u + v + x + y等於1，我們將得到原子分數描述的情況。
再一度提及揭露內容中的「AlOx
Ny
」、「SiOx
Ny
」和「Siu
Alx
Oy
Nz
」材料，這些符號可以讓本領域普通技術人員容易地將這些材料和其他材料進行比較。也就是說，原子分數式有時在比較中更容易使用。舉例而言，由(Al2
O3
)0.3
(AlN)0.7
組成的合金示例與式描述Al0.448
O0.31
N0.241
以及Al367
O254
N198
密切相當。由(Al2
O3
)0.4
(AlN)0.6
組成的另一合金示例與式描述Al0.438
O0.375
N0.188
以及Al37
O32
N16
密切相當。原子分數式Al0.448
O0.31
N0.241
以及Al0.438
O0.375
N0.188
相對容易相互比較。舉例而言，我們看到Al的原子分數減少了0.01，O的原子分數增加了0.065，而N的原子分數減少了0.053。需要更詳細的計算和考慮來比較整數公式描述Al367
O254
N198
以及Al37
O32
N16
。因此，有時較佳地使用固體的原子分數式描述。儘管如此，Alv
Ox
Ny
的使用是通用的，因為它捕獲任何含有Al、O和N原子的合金。
光學膜80的來源材料可以沉積為單層膜或多層膜、塗層或結構。在某些實施例中，使用低折射指數材料L作為光學膜來源材料形成單層膜。在其他實施例中，使用MgF2
光學塗層來源材料來形成單層膜。單層膜可具有選定厚度，即厚度84 (參見圖1A)。在某些實施例中，單層或多層光學膜80的厚度84可大於或等於50 nm、60 nm或70 nm。在某些實施例中，單層或多層光學膜80的厚度84可小於或等於2000 nm、1500 nm、1000 nm、500 nm、250 nm、150 nm或100 nm。在進一步實施例中，單層或多層光學膜80的厚度84可為500 nm或更大、1000 nm或更大、1500 nm或更大、以及這些厚度之間的所有厚度數值。本文報導的薄膜元件(諸如，抗刮膜、其之層等等)的厚度藉由下列加以測量：掃描電子顯微鏡（SEM）的橫截面，或光學橢圓測量法(例如，通過n＆k分析儀），或薄膜反射計。針對多層元件(例如，層的堆疊)而言，藉由SEM進行厚度量測係較佳的。
光學膜80的來源材料亦可沉積成多層塗層、膜或結構。在某些實施例中，光學膜80的多層塗層、膜或結構可包括低折射指數材料L、中折射指數材料M和高折射指數材料H的交替層。在其他實施例中，多層結構可包括(i)低折射指數材料L或(ii)中折射指數材料M之一者和高折射指數材料H的交替層。可沉積層以致層的順序為H(L或M)或者(L或M)H。H(L或M)或者(L或M)H每對層可形成塗層週期或週期。光學膜80可包括至少一個塗層週期以提供期望的光學性質，包括例如但不限於抗反射性質。在某些實施例中，光學膜80包括複數個塗層週期，其中各個塗層週期由低或中折射指數材料之一者和一個高折射指數材料所構成。多層塗層中存在的塗層週期數目可為1至1000。在某些實施例中，多層塗層中存在的塗層週期數目可為1至500、2至500、2至200、2至100或2至20。
光學膜80的來源材料可經選擇以致在某些實施例中在每個塗層週期中使用相同的折射指數材料，或者光學膜來源材料可經選擇以致在其他實施例中在每個塗層週期中使用不同的折射指數材料。舉例而言，在具有兩個塗層週期的光學膜80中，第一塗層週期可包括SiO2
單獨而第二週期可包括TiO2
/SiO2
。改變交替層和塗層週期的能力可以允許形成複雜的光學濾波器(具有所需的光學性質，並且包括AR塗層)。
光學膜80的塗層週期中各個層(即H層和L(或M)層)的厚度可獨立地為約5 nm至約200 nm、約5 nm至約150 nm或約25 nm至約100 nm。多層結構可具有約100 nm至約2000 nm、約150 nm至約1500 nm、約200 nm至約1250 nm或約400 nm至約1200 nm的厚度84。
關於抗刮膜90，其可包括一個或多個抗刮層、膜或塗層(諸如，類鑽碳、Al2
O3
、AlN、AlOx
Ny
、Si3
N4
、SiOx
Ny
、Siu
Alx
Oy
Nz
、TiN、TiC)，作為配置在基板10的一個或多個主要表面12、14上的單層結構或多層結構。如揭露內容領域的普通技術人員所理解，關於抗刮膜90的任何前述材料(例如，AlN)，每個下標「u」、「x」、「y」和「z」可以在0到1之間變化，下標的總和將小於或等於1，組成的差額是材料中的第一個元素(例如，Si或Al)。此外，領域的普通技術人員可理解「Siu
Alx
Oy
Nz
」可以配置為「u」等於零，並且材料可以描述為「AlOx
Ny
」。又再者，抗刮膜90的上述組成排除了導致純元素形式(諸如，純矽、純鋁金屬、氧氣等)的下標組合。最後，本領域普通技術人員還將認識到，前述組成可包括未明確表示的其他元素(例如，氫)，這可能導致非化學計量組成(例如，SiNx
比上Si3
N4
)。因此，取決於前述組成表示中的下標數值，光學膜的前述材料可表明為SiO2
-Al2
O3
-SiNx
-AlN或SiO2
-Al2
O3
-Si3
N4
-AlN相圖中的可用空間。
在某些實施例中，多層結構中的抗刮膜90可進一步包括例如AR膜的光學膜，這在結構和功能上與設置在其下方的光學膜80相當(參見圖1A)。在較佳實施例中，抗刮膜90包括AlOx
Ny
材料。在另一較佳實施例中，抗刮膜90包括Siu
Alx
Oy
Nz
材料。如圖1A中所示，抗刮膜90可配置在ETC塗層70和光學膜80之前，所有這些都佈置在基板10的主要表面12上。根據某些實施方式，抗刮膜90亦可配置在基板10的主要表面14上。單層或多層抗刮膜90可具有選定厚度，即厚度94 (參見圖1A)。在某些實施例中，單層或多層抗刮膜90的厚度94可大於或等於50 nm、60 nm或70 nm。在某些實施例中，單層或多層抗刮膜90的厚度94可小於或等於3000 nm、2500 nm、2000 nm、1500 nm、1000 nm、500 nm、250 nm、150 nm或100 nm。在進一步實施例中，單層或多層抗刮膜90的厚度94可為500 nm或更大、1000 nm或更大、1500 nm、2500 nm或更大、3000 nm或更大、3500 nm或更大、4000 nm或更大、4500 nm或更大、5000 nm或更大、7500 nm或更大、高達10000 nm、以及這些厚度數值之間的所有厚度數值或高達這些厚度數值。在某些實施例中，抗刮膜90係配置在基板的表面上的膜層的堆疊中最厚的膜。
在如圖1A中所示之製品100a的較佳實施例中，光學膜80的厚度84、抗刮膜90的厚度94以及低於ETC塗層70的任何其他膜的整體為500 nm或更高。在製品100a的其他實施方式中，光學膜80與抗刮膜90 (以及低於ETC塗層70的任何其他膜)的總厚度係500 nm或更大、600 nm或更大、700 nm或更大、800 nm或更大、900 nm或更大、1000 nm或更大、1100 nm或更大、1200 nm或更大、1300 nm或更大、1400 nm或更大、1500 nm或更大、2000 nm或更大、2500 nm或更大、3000 nm或更大、3500 nm或更大、4000 nm或更大、4500 nm或更大、5000 nm或更大、6000 nm或更大、7000 nm或更大、8000 nm或更大、9000 nm或更大、10000 nm或更大、以及這些厚度數值之間的所有總厚度數值或高達這些厚度數值。
現參照圖1B，製品100b被描繪成包括：玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷基板10，包括玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷組成。圖1B中描繪的製品100b相似於圖1A中描繪的製品100a，且相同編號的元件具有相同或基本相似的結構和功能。製品100a和製品100b之間的主要區別為後者不需要光學膜(例如，圖1A中描繪的光學膜80)。特別關於製品100b，其之基板10包括一雙對立的主要表面12、14。再者，製品100b包括配置在主要表面12上的抗刮膜90。製品100b進一步包括配置在抗刮膜90上的易於清潔(ETC)塗層70。明確地說，如圖1B中所示，ETC塗層70位於抗刮膜90的外表面92b上。又如同圖1B中所示，抗刮膜90具有厚度94而ETC塗層70具有厚度74。
在如圖1B中所示之製品100b的較佳實施例中，抗刮膜90的厚度94以及配置低於抗刮膜90且高於基板10的主要表面12與/或配置高於抗刮膜90且低於ETC塗層70的任何其他膜(例如，在結構和功能上與圖1A中描繪的光學膜80相當的光學膜)的厚度的總數係500 nm或更大。在製品100b的其他實施方式中，抗刮膜90以及存在低於ETC塗層70的任何其他層的總厚度係500 nm或更大、600 nm或更大、700 nm或更大、800 nm或更大、900 nm或更大、1000 nm或更大、1100 nm或更大、1200 nm或更大、1300 nm或更大、1400 nm或更大、1500 nm或更大、2000 nm或更大、2500 nm或更大、3000 nm或更大、3500 nm或更大、4000 nm或更大、4500 nm或更大、5000 nm或更大、以及這些厚度之間的所有總厚度數值。
現參照圖1C，製品100c被描繪成包括：玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷基板10，包括玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷組成。圖1C中描繪的製品100c相似於圖1A中描繪的製品100a，且相同編號的元件具有相同或基本相似的結構和功能。製品100a和製品100c之間的主要區別為後者不需要抗刮膜(例如，圖1A中描繪的抗刮膜90)。特別關於製品100c，其之基板10包括一雙對立的主要表面12、14。再者，製品100c包括配置在主要表面12上的光學膜80。製品100c進一步包括配置在光學膜80上的易於清潔(ETC)塗層70。明確地說，如圖1C中所示，ETC塗層70位於光學膜80的外表面82c上。又如同圖1C中所示，光學膜80具有厚度84而ETC塗層70具有厚度74。
在如圖1C中所示之製品100c的較佳實施例中，光學膜80的厚度84以及配置低於光學膜80且高於基板10的主要表面12與/或配置高於光學膜80且低於ETC塗層70的任何其他膜(例如，在結構上與圖1B中描繪的抗刮膜90相當的抗刮膜)的厚度的總數係500 nm或更大。在製品100c的其他實施方式中，光學膜80以及存在低於ETC塗層70的任何其他層的總厚度係500 nm或更大、600 nm或更大、700 nm或更大、800 nm或更大、900 nm或更大、1000 nm或更大、1100 nm或更大、1200 nm或更大、1300 nm或更大、1400 nm或更大、1500 nm或更大、2000 nm或更大、2500 nm或更大、3000 nm或更大、3500 nm或更大、4000 nm或更大、4500 nm或更大、5000 nm或更大、以及這些厚度之間的所有總厚度數值。
存在於製品100a-c中的光學膜80和抗刮膜90可以使用多種方法加以沉積，方法包括物理氣相沉積(「PVD」)、電子束沉積(「電子束」或「EB」）、離子輔助沉積-EB（「IAD-EB」）、雷射燒蝕、真空電弧沉積、熱蒸發、濺射、電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)和其他相似沉積技術。
再度參照圖1A-1C，製品100a-c中在ETC塗層70下方採用的相應抗刮膜90和光學膜80的外表面92a、92b、82c包括低表面粗糙度，較佳為小於約5 nm且更佳為小於約1.0 nm的表面粗糙度(Rq
)。在實施例中，表面粗糙度(Rq
)保持在約1.0 nm或更小、約0.9 nm或更小、約0.8 nm或更小、約0.7 nm或更小、0.6 nm或更小、0.5 nm或更小、0.4 nm或更小、0.3 nm或更小、0.2 nm或更小、0.1 nm或更小、以及這些表面粗糙度數值之間的所有表面粗糙度水平。不受理論束縛，將位於ETC塗層70下方的光學膜80與/或抗刮膜90的膜、層或結構的表面粗糙度控制至低數值趨向於顯著增加經受機械相互作用時ETC塗層70的耐久性。本文所用的「表面粗糙度(Ra
)」和「表面粗糙度(Rq
)」由下式界定：，而其中yi
是來自平均粗糙度的給定測量i
的距離，而n
是測量表面粗糙度沿外表面的等間距點的數量。再者，外表面(諸如，表面92a、92b和82c (參見圖1A-1C))的表面粗糙度(即，Ra
和Rq
)可以通過本領域普通技術人員容易理解的原子力顯微鏡(AFM)與/或雷射干涉測量法(例如，使用Zygo®白光干涉儀)技術來測量。
根據某些實施例，圖1A-1C中描繪的製品100a-c採用平均硬度為12 GPa或更高的抗刮膜90與/或光學膜80(視情況而定)。在某些態樣中，這些膜的平均硬度可為約10 GPa或更高、11 GPa或更高、12 GPa或更高、13 GPa或更高、14 GPa或更高、15 GPa或更高、16 GPa或更高、17 GPa或更高、18 GPa或更高、19 GPa或更高、20 GPa或更高、以及這些數值之間的所有平均硬度數值。本文所用的「平均硬度數值」係使用奈米壓痕設備報告光學膜80與/或抗刮膜90的外表面92a、92b、82c上的一組測量值的平均值。更明確地，本文報導的薄膜塗層的硬度使用廣泛接受的奈米壓痕法測定。參見：Fischer-Cripps, A.C.，Critical Review of Analysis and Interpretation of Nanoindentation Test Data，Surface & Coatings Technology，200，4153 – 4165 (2006) (以下稱為「Fischer-Cripps」)；以及Hay, J.、Agee, P和Herbert, E.，Continuous Stiffness measurement During Instrumented Indentation Testing，Experimental Techniques，34 (3) 86 – 94 (2010) (以下稱為「Hay」)。針對塗層而言，通常以壓痕深度的函數來測量硬度和模量。只要塗層具有足夠的厚度，那麼便可能將塗層的性質與所得的響應曲線隔離。應該認識到，如果塗層太薄(例如，小於~500nm)，則可能無法完全隔離塗層性質，因為它們可能受到基板附近的影響，基板可能具有不同的機械效能。參見Hay。用於報告本文性質的方法是塗層本身的代表。該過程是測量硬度和模量與壓痕深度直至接近1000nm的深度。在較軟玻璃上硬塗層的情況下，響應曲線將顯示在相對小的壓痕深度處(小於或等於約200 nm)的最大硬度和模量位準。在較深的壓痕深處，隨著響應受到較軟玻璃基板的影響，硬度和模量將逐漸減小。在這種情況下，以與那些呈現最大硬度和模量的區域相關的方式量取塗層硬度和模量。在較硬玻璃基板上的軟塗層的情況下，塗層效能將由在相對小的壓痕深度處發生的最低硬度和模量位準表示。在較深的壓痕深處，由於較硬玻璃的影響，硬度和模量將逐漸增加。這些硬度和模量與深度的關係曲線可以使用傳統的Oliver和Pharr方法(如Fischer-Cripps中所述)或通過更有效的連續剛度方法(參見Hay)獲得。提取可靠的奈米壓痕數據需要遵循完善的協定。否則，這些指標可能會出現重大錯誤。本文報導的用於這種薄膜的彈性模量和硬度數值使用已知的金剛石奈米壓痕方法(如上所述，以Berkovich金剛石壓頭尖端)測量。
本文所述的製品100a-c可進一步包括光學膜80、抗刮塗層90或基板10的主要表面12、14的最後一層(與ETC塗層70接觸)上的SiO2
覆蓋層(未圖示於圖1A-1C中)。在某些態樣中，覆蓋層可以改善具有覆蓋層的製品100a-c的部件與結合的ETC部件之間的結合。在某些實施例中，當光學膜80的最後一個塗層週期的最後一層是高折射指數層時，添加覆蓋層。在其他實施例中，當光學膜80的最後一個塗層週期的最後一層不是SiO2
時，加入覆蓋層。在進一步實施例中，當光學膜80的最後一個塗層週期的最後一層是SiO2
時，可以任選地加入覆蓋層。在某些實施例中，覆蓋層可具有約20 nm至約400 nm、約20 nm至約300 nm、約20 nm至約250 nm或約20 nm至約200 nm的厚度。在其他實施例中，覆蓋層可具有約1 nm至約400 nm、約1 nm至約300 nm、約1 nm至約200 nm、約1 nm至約100 nm、約1 nm至約50 nm或約1 nm至約10 nm的厚度。
在製品100a-c的實施方式中，易於清潔(ETC)塗層70包括氟化材料，諸如全氟聚醚(PFPE)矽烷、全氟烷基醚、PFPE油或其他適當氟化材料。根據某些實施例，ETC塗層70的厚度74係約1 nm至約20 nm。在其他態樣中，ETC塗層的厚度74範圍係1 nm至約200 nm、1 nm至約100 nm和1 nm至約50 nm。在某些實施例中，ETC塗層70可具有約0.5 nm至約50 nm、約1 nm至約25 nm、約4 nm至約25 nm或約5 nm至約20 nm的厚度。在其他實施例中，ETC塗層可具有約10 nm至約50 nm的厚度。
如本揭露內容領域普通技術人員所理解的，多種來源材料可用於形成圖1A-1C中所示的製品100a-c的ETC塗層70。ETC塗層來源材料可包括全氟聚醚(PFPE)矽烷、全氟聚醚(PFPE)烷氧基矽烷、這些PFPE的共聚物以及這些PFPE的混合物。在揭露內容的製品的某些示範性實施例中，ETC塗層70可包括式[CF3
CF2
CF2
O)a
]y
SiX4-y
的全氟聚醚(PFPE)矽烷，其中a係5至50，y=1或2，而X係—Cl、乙醯氧基、—OCH3
或OCH2
H3
，其中總全氟聚醚鍊長度是從矽原子到鏈末端的最大長度為6-130個碳原子。在其他態樣中，上式中「a」的範圍約10至30。再者，應當理解，上述PFPE式是適用於本揭露內容的ETC塗層中的許多合適類型的PFPE之一；因此，它作為示例性化學物質提供，其絕不旨在限制適合於本揭露內容的ETC塗層的式或式的混合。因此，其他PFPE可以用於ETC塗層中，其相對於上面提供的示例性形式在全氟聚醚鏈的結構和/或附著化學中變化。舉例而言，來自Daikin Industries的OptoolTM
UF503氟化塗層材料係可應用於ETC塗層70的另一適當PFPE。本文所用的，以奈米為單位的碳鍊長度(「nm」)是沿著鏈的最大長度的碳-碳鍵數乘以碳-碳單鍵長度0.154 nm的乘積。在某些實施例中，全氟聚醚（PFPE）基團的碳鍊長度可以為約0.1nm至約50nm、約0.5 nm至約25 nm或約1 nm至約20 nm。
亦如前所述，製品100a-c中使用的ETC塗層70的實施例(參見圖1A-1C)可包括PFPE油。根據某些實施例，ETC塗層70中使用的PFPE油可以溶解在直接結合到光學膜80與/或抗刮膜90的ETC組分中。一般而言，PFPE油的特徵為抗氧化性。在其他態樣中，ETC塗層70的PFPE油是設置在直接與光學膜80和/或抗刮膜90結合的ETC組分上的離散層。在進一步態樣中，ETC塗層70的PFPE油是溶解和離散層的組合。根據某些實施例，ETC塗層70中使用的PFPE油可包括來自Chemours Company的Solvay Fomblin®
Z型油、Fomblin®
Y型油、Fomblin®
K型油、KrytoxTM
K型油、來自Daikin Industries的DemnumTM
型油或其他相似PFPE油。
在實施例中，揭露內容的製品100a-c (參見圖1A-1C)包括特徵為高耐久性的ETC塗層70。因此，在製品100a-c的某些實施例中，ETC塗層70的暴露表面包括根據鋼絲絨測試(即，如下所述)在1公斤負載下經受2000次往復循環後與水的平均接觸角為70度或更高。ETC塗層的暴露表面70亦可包括根據鋼絲絨測試在1公斤負載下經受3500次往復循環後與水的平均接觸角為70度或更高。在其他態樣中，根據鋼絲絨測試的2000或3500次循環後的ETC塗層的暴露表面70保有與水的平均接觸角為70度或更高、75度、80度、85度、90度、95度、100度、105度、110度或115度(包括這些位準之間的所有平均接觸角)。
本文所用的「鋼絲絨測試」係用來決定揭露內容的製品(例如，圖1A-1C中所描繪的製品100a-c)中所使用的玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷基板(例如，圖1A-1C中所示的基板10)上配置的ETC塗層70的耐久性。在鋼絲絨測試開始時，在特定樣品上測量水接觸角一或多次以獲得可靠的初始水接觸角。這些水接觸角測量可以使用Krüss GmbH DSA100液滴形狀分析儀或類似儀器進行。在測量初始水接觸角後，將Bonstar＃0000鋼絲絨墊固定在Taber®Industries 5750線性磨損儀器的臂上。然後使鋼絲絨墊在1公斤的負載下與樣品接觸(在ETC塗層上)並設定為以60轉/分鐘的速度往復運動。然後在2000個循環、3500個循環與/或另一個指定的持續時間後對樣品測量平均接觸角。
在實施例中，製品100a-c (參見圖1A-1C)可包括通過ETC塗層70和玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷基板10的小於或等於或約5%的霧度。在某些態樣中，通過ETC塗層70和玻璃基板10的霧度等於或小於5%、4.5%、4%、3.5%、3%、2.5%、2%、1.5%、1%、0.75%、0.5%或0.25% (包括這些位準之間的所有霧度位準)。在其他實施例中，製品100a-c包括本質上是朦朧的光學膜80與/或抗刮膜90；因此，通過ETC塗層70、光學膜80與/或抗刮膜90和基板10的霧度位準可設置成10%或更高、5%或更高或高於這些霧度下限的另一霧度位準。在其他實施中，製品100a-c含有明顯的霧度(＞ 5％)作為其功能的一部分，並亦包含具有高耐久性的ETC塗層，例如包括根據鋼絲絨測試在1公斤負載下經受2000次往復循環或3500次往復循環後與水的平均接觸角為100度或更高。如本文所用，本揭露內容中報告的「霧度」屬性和測量值是在BYK-Gardner霧度計上測量或以其他方式基於BYK-Gardner霧度計的測量結果，該霧度計使用具有7mm直徑的來源埠上的孔。
在本揭露內容的製品100a-c中採用的ETC塗層70可以各種方式施加在抗刮膜90和光學膜80的外表面92a、92b和82c上(參見圖1A-1C)。根據某些實施例，ETC塗層70可以通過多種方法加以沉積，方法包括但不限於噴灑塗覆、浸漬塗覆、旋轉塗覆和氣相沉積。用於沉積ETC塗層70的氣相沉積方法可包括但不限於物理氣相沉積(「PVD」)、電子束沉積(「電子束」或「EB」）、離子輔助沉積-EB（「IAD-EB」）、雷射燒蝕、真空電弧沉積、熱蒸發、濺射、電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)和其他相似氣相沉積技術。
實施例
以下實施例代表本揭露內容的某些非限制性實施例。
實施例1
製備包括Corning® Code 2320玻璃基板的玻璃製品樣品。這些樣品的厚度為1 mm並經歷離子交換以發展成DOC為47.1 µm且最大壓縮應力為883.7 MPa的壓縮應力區。再者，在施加ETC塗層之前，通過PVD在這些玻璃基板上沉積SiO2
覆蓋層。在特定的Ceko ETC塗層的普通技術人員所理解的適當溫度和時間條件的組合下，也應用了PVD來施加ETC塗層(即，Ceko Co., Ltd.的具有Fomblin型PFPE結構的ETC塗層)。這些樣品被視為對照並標有「玻璃」(參見圖2)。用三個濺射的AlOx
Ny
/SiO2
基光學和抗刮膜結構(P86、P92和P95)製備另一組樣品，分別具有約2192 nm、2283 nm和2429 nm的總厚度，具有最外層的SiO2
覆蓋層(即，對於P86、P92和P95結構分別具有14nm、65nm和82.2nm的厚度)，然後是「玻璃」樣品中使用的ETC塗層。這些樣品被視為與本揭露內容的製品有關的比較樣品，並在圖2中標記為「比較實施例2A」、「比較實施例2B」和「比較實施例2C」。
現參照圖2，提供「玻璃」和「比較實施例2A、2B和2C」樣品上進行水接觸角與鋼絲絨測試往復循環的關係圖。圖2顯示與沒有光學和抗刮膜的「玻璃」樣品上的ETC塗層相比，具有AlOx
Ny
/SiO2
基光學和抗刮膜結構的樣品中ETC塗層的耐久性顯著降低。在零週期，「玻璃」和「比較實施例2A、2B和2C」樣品經測量而具有約115.0至117.1度的接觸角。然而，在鋼絲絨測試期間，「比較實施例2A、2B和2C」樣品經過2000次循環的水接觸角下降至低於100度(例如，82.4至91.7度)並如3500次循環所測量般持續下降(例如，62.3至79.0度)。相比之下，在鋼絲絨測試期間，對照「玻璃」樣品在2000和3500次循環時分別保持在113.7和112.6度。
再者，在「玻璃」對照樣品以及「比較實施例2A」、「比較實施例2B」和「比較實施例2C」樣品上進行原子力顯微鏡(AFM)測量，以決定位於ETC塗層下方的這些結構中最頂層SiO2
層的表面粗糙度和厚度。下表1顯示除了「比較實施例2A」樣品以外的所有樣品的這些量測。鑑於表1中的結果和圖2中所示的圖(其中包括來自「比較實施例2A」樣品的數據)，咸信「玻璃」對照樣品的最頂SiO2
層以及「比較實施例2A」、「比較實施例2B」和「比較實施例2C」樣品的光學/抗刮膜結構的表面粗糙度如鋼絲絨測測試所量化般影響了ETC塗層耐久性。 表1
實施例2
圖3A是通過X射線光電子能譜（XPS）測量的ETC塗層的磨損軌跡中OCF2
/OCx
Fy
物種比例的圖。明確地說，相對於在具有ETC塗層的Corning® Code 5318玻璃的對照樣品(即，來自實施例1的「玻璃」樣品)以及具有光學和抗刮膜以及ETC塗層的Corning® Code 5318玻璃的比較樣品(即，「比較實施例2B」和「比較實施例2C」)上鋼絲絨測試期間的往復循環來繪製圖3A中所示的XPS測量。如圖3A中所示的與光學和刮膜結構的比較樣品相關的數據所示，作為鋼絲絨測試期過程循環次數的函數的OCF2
/OCx
Fy
比例中的減少表明在鋼絲絨測試的機械磨損過程中，在ETC塗層中Fomblin型結構的退化。在2000個測試週期中，OCF2
/OCx
Fy
比例是0週期初始值的約1/6。還值得注意的是，對照樣品的OCF2
/OCx
Fy
比例並不作為鋼絲絨測試週期的函數而降低。
圖3B是通過X射線光電子能譜(XPS)測量的ETC塗層的磨損軌跡中的總碳原子百分比的圖。明確地說，相對於在具有ETC塗層的Corning® Code 5318玻璃的對照樣品(即，來自實施例1的「玻璃」樣品)以及具有光學和抗刮膜以及ETC塗層的Corning® Code 5318玻璃的比較樣品(即，「比較實施例2B」和「比較實施例2C」)上鋼絲絨測試期間的往復循環來繪製圖3B中所示的XPS測量。如圖3B中所示的與光學和刮膜結構的比較樣品相關的數據所示，由於ETC塗層中的Fomblin型結構在鋼絲絨測試的機械磨損過程中退化，比較樣品中的烴部分增加。還值得注意的是，對照樣品的烴數量基本上不作為鋼絲絨測試循環的函數而改變。
合在一起，不受理論束縛，咸信圖3A和3B中的數據暗示著鋼絲絨測試過程中ETC塗層的降解機理不是去除矽烷頭部基團的鍵合ETC部分，而是沿著全氟烷基醚結構的聚合物鏈斷裂。因此，還認為與對比樣品的底層光學和抗刮膜相關的粗糙度增加(即，相對於沒有這種薄膜的對照樣品)導致鋼絲絨測試期間ETC降解。
實施例3
製備包括Corning® Code 5318玻璃基板的玻璃製品樣品。這些樣品的厚度為0.5 mm，且進行離子交換以形成DOC為81μm且最大壓縮應力為840 MPa的壓縮應力區。將兩組這些樣品分別拋光至表面粗糙度(Ra
)為2nm和20nm，並且留一組處於表面粗糙度(Ra
)為0.2nm的未拋光狀態。再者，通過PVD製程在所有這些玻璃基板上沉積10nm的SiO2
覆蓋層。隨後通過噴灑製程施加ETC塗層(即，Daikin UF505 ETC塗層)，並在所有這些樣品上固化120°C持續30分鐘，然後用3MTM
NovecTM
7200工程液聲波處理沖洗10分鐘。
圖4是根據此實施例製備的樣品進行的水接觸角與鋼絲絨測試的往復循環的關係圖。圖4顯示ETC塗層下的外表面的表面粗糙度在ETC塗層的耐久性中起重要作用。明確地說，具有表面粗糙度(Ra
)為0.2 nm的外表面的樣品在鋼絲絨測試的2000次循環後與3500次循環後保持約100度的水接觸角。相反地，具有表面粗糙度(Ra
)為2 nm和20 nm的外表面的樣品在鋼絲絨測試過程中退化，以致在鋼絲絨測試過程的2000次循環後以及3500次循環後觀察到小於100度的水接觸角。
實施例4
製備包括Corning® Code 5318玻璃基板的玻璃製品樣品。這些樣品的厚度為1.0 mm，且進行離子交換以形成DOC為70.5 μm且最大壓縮應力為812.7 MPa的壓縮應力區。再者，以使用高密度電漿化學氣相沉積(HDPCVD)製程的Plasma-Therm Versaline系統在這些玻璃基板上沉積SiO2
覆蓋層。明確地說，沒有沉積後的拋光步驟，使用HDPCVD製程沉積具有不同厚度和表面粗糙度位準(例如，厚度為18.5至368.9nm而表面粗糙度Rq
為0.329 nm至1.52 nm)的SiO2
層以開發六組樣品。與這些樣品相關的表面粗糙度和厚度數據列於下表2中，如本揭露內容領域普通技術人員所理解的，使用AFM技術測量這兩者。最終，隨後通過噴灑製程施加ETC塗層(即，Daikin UF503 ETC塗層)，並在所有這些樣品上固化120°C持續30分鐘，然後用3MTM
NovecTM
7200工程液聲波處理沖洗10分鐘。
圖5是根據此實施例製備的樣品進行的水接觸角與鋼絲絨測試的往復循環的關係圖。在下表2中也以表格形式報告了相同的數據。圖5顯示ETC塗層下面的外SiO2
表面的表面粗糙度在ETC塗層的耐久性中起重要作用。從表2和圖5可以看出，具有大於0.7 nm的表面粗糙度Rq
的樣品在鋼絲絨測試的2000次循環後的接觸角退化至低於100度。再者，具有大於0.7 nm的表面粗糙度Rq
的樣品在鋼絲絨測試的1000次循環後觀察到接觸角下降至低於100度。此外，從圖5可以看出，觀察到具有約1 nm的表面粗糙度Rq
的樣品在鋼絲絨測試的50次循環後的接觸角約110度而在鋼絲絨測試的500次循環後的接觸角高於95度。 表2
實施例5
圖6為具有矽石膜或矽石膜與AlOx
Ny
光學與/或刮膜結構的Corning® Code 5318 玻璃且所有上方皆沉積有ETC塗層(即，以物理氣相沉積技術施加的Ceko Co., Ltd.的ETC塗層)的本發明樣品的水接觸角與外表面的表面粗糙度的關係圖。這些樣品包括玻璃基板、矽石膜和ETC塗層，其特徵在於表面粗糙度(Ra
)為0.3 nm (即，如圖6所示，帶有實心菱形符號)。其餘樣品包括玻璃基板、矽石膜、AlOx
Ny
光學與/或刮膜結構和ETC塗層，其特徵在於表面粗糙度(Ra
)為約0.6 nm至約1.8 nm (即，如圖6所示，帶有空心菱形符號)。在鋼絲絨測試期間使樣品經受3500次循環後獲得圖6中的接觸角結果。再者，通過將AlON型材料直接濺射到5318玻璃基板上獲得具有AlOx
Ny
光學與/或耐刮膜結構的樣品。從圖6中所示的數據可以看出，接觸角與ETC塗層下之膜的外表面(即，由空心菱形符號表示的樣品的矽石膜的外表面和由實心菱形符號表示的樣品的AlOx
Ny
光學與/或刮膜結構的外表面)的表面粗糙度相關。明確地說，那些表面粗糙度Ra
大於1 nm的樣品在鋼絲絨測試中3500次循環後表現出小於100度的接觸角。相反地，那些表面粗糙度Ra
小於1 nm的樣品在鋼絲絨測試中3500次循環後表現出100度或更大的接觸角。再者，本揭露內容領域的技術人員將認識到，分別為絕對值的算術平均值和均方根(RMS)表面粗糙度的Ra
和Rq
強烈相關，對於相同表面，Rq
通常略高於Ra
。因此，本領域普通技術人員可以對圖6中所示的Ra
值進行縮放以反映Rq
值，所有這些值都將稍微大一些，並顯示在圖6中當前報告的Ra
值中觀察到的相同趨勢。
本文揭露的製品可以結合到裝置製品中，諸如具有顯示器的裝置製品(或顯示裝置製品) (諸如，消費電子產品，包括移動電話、平板電腦、電腦、導航系統、可穿戴裝置(例如，手錶)等)、建築裝置製品、運輸裝置製品(諸如，汽車、火車、飛機，海上船隻等）、家電裝置製品、或受益於某些透明度、耐刮擦性、耐磨性或其組合的任何裝置製品。包含本文公開的任何製品的示範性裝置製品圖示於圖7A和7B中。明確地說，圖7A和7B顯示消費電子裝置7100，包括具有正面7104、背面7106和側面7108的殼體7102；電子部件(未圖示)至少部分位於殼體內部或完全位於殼體內，且電子部件至少包括控制器、記憶體和顯示器7110，顯示器7110位於殼體的正面處或附近；以及蓋基板7112，在殼體的正面上或上方，使其位於顯示器上方。在某些實施例中，蓋基板7112可包括本文所揭露的任何製品。在某些實施例中，殼體的一部分或蓋玻璃中的至少一者包括本文所揭露的製品。
在不實質上悖離本揭露內容的精神和多種原理的情況下，可以對本揭露內容的上述實施例進行許多變化和修改。所有這些修改和變化旨在包括在本揭露內容的範圍內並且由下方的申請專利範圍所保護。
10‧‧‧基板
12、14‧‧‧主要表面
50‧‧‧壓縮應力區
52‧‧‧第一選定深度
70‧‧‧ETC塗層
74‧‧‧厚度
80‧‧‧光學膜
82c‧‧‧外表面
84‧‧‧厚度
90‧‧‧抗刮膜
92a、92b‧‧‧外表面
94‧‧‧厚度
100a、100b、100c‧‧‧製品
7100‧‧‧消費電子裝置
7102‧‧‧殼體
7104‧‧‧正面
7106‧‧‧背面
7108‧‧‧側面
7110‧‧‧顯示器
7112‧‧‧蓋基板
當參照附圖閱讀揭露內容的下方描述時，可以更好地理解本揭露內容的這些與其他特徵、態樣與優點，其中：
圖1A係根據揭露內容的某些態樣的玻璃製品的橫剖面示意圖，玻璃製品包括具有光學膜、抗刮膜與ETC塗層配置於基板上的玻璃基板。
圖1B係根據揭露內容的某些態樣的玻璃製品的橫剖面示意圖，玻璃製品包括具有抗刮膜與ETC塗層配置於基板上的玻璃基板。
圖1C係根據揭露內容的某些態樣的玻璃製品的橫剖面示意圖，玻璃製品包括具有光學膜與ETC塗層配置於基板上的玻璃基板。
圖2係具有ETC塗層的Corning® Code 5318玻璃的對照樣品和具有光學與抗刮膜與ETC塗層的Corning® Code 5318玻璃的對比樣品的水接觸角與鋼絲絨測試的往復循環的關係圖。
圖3A係具有ETC塗層的Corning® Code 5318玻璃的樣品和具有光學與抗刮膜與ETC塗層的Corning® Code 5318玻璃的對比樣品的通過X射線光電子光譜(XPS)測量來自鋼絲絨測試的ETC塗層的磨損軌跡中的OCF2
/OCx
Fy
種類的比例與鋼絲絨測試的往復循環的關係圖。
圖3B係在圖3A中所示的相同樣品上的通過X射線光電子光譜(XPS)測量來自鋼絲絨測試的ETC塗層的磨損軌跡中的所有碳的原子百分比與鋼絲絨測試的往復循環的關係圖。
圖4係具有ETC塗層的未研磨Corning® Code 5318玻璃的對照樣品和根據揭露內容的某些態樣具有ETC塗層的研磨過Corning® Code 5318 玻璃(研磨至2nm和20nm的Ra
表面粗糙度)的本發明樣品的水接觸角與鋼絲絨測試的往復循環的關係圖。
圖5係根據揭露內容的某些態樣具有ETC塗層且具有不同程度表面粗糙度的二氧化矽薄膜（即，Rq
表面粗糙度為0.33nm至1.52nm）的Corning® Code 5318玻璃的本發明樣品的水接觸角與鋼絲絨測試的往復循環的關係圖。
圖6係根據揭露內容的某些態樣具有ETC塗層且具有二氧化矽膜或AlOx
Ny
膜的Corning® Code 5318玻璃的本發明樣品在3500次往復循環的鋼絲絨測試後測量的水接觸角與外膜表面的表面粗糙度的關係圖。
圖7A係包含本文公開玻璃製品的任一者的示範性電子裝置的平面圖。
圖7B係圖7A的示範性電子裝置的透視圖。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
Claims (14)
- 一種製品，包括： 一玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷基板，包括一主要表面； 一光學膜與一抗刮膜的至少一者，配置在該主要表面上；及 一易於清潔(ETC)塗層，包括一氟化材料，該ETC塗層配置在該光學膜與該抗刮膜的至少一者的一外表面上， 其中該光學膜與該抗刮膜的至少一者包括12 GPa或更高的一平均硬度，及 進一步其中該光學膜與該抗刮膜的至少一者的該外表面包括小於1.0 nm的一表面粗糙度(Rq )。
- 如請求項1所述之製品，其中該ETC塗層的一暴露表面包括根據一鋼絲絨測試在1公斤的一負載下經受2000次往復循環後一與水的平均接觸角為100度或更高。
- 如請求項1所述之製品，其中該ETC塗層包括一全氟聚醚(PFPE)矽烷。
- 如請求項1所述之製品，其中該光學膜與該抗刮膜的至少一者包括一抗刮膜，該抗刮膜包括一AlOx Ny 材料或一Siu Alx Oy Nz 材料任一者。
- 如請求項4所述之製品，其中該光學膜與該抗刮膜的至少一者進一步包括一光學膜，且該抗刮膜配置在該光學膜上。
- 如請求項5所述之製品，其中該基板包括一玻璃組成與一壓縮應力區，該壓縮應力區自該主要表面延伸至該基板中的一第一選定深度。
- 如請求項1所述之製品，其中該光學膜與該抗刮膜的至少一者包括約500 nm或更大的一總厚度。
- 一種製品，包括： 一玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷基板，包括一主要表面； 一光學膜與一抗刮膜的至少一者，配置在該主要表面上；及 一易於清潔(ETC)塗層，包括一氟化材料，該ETC塗層配置在該光學膜與該抗刮膜的至少一者的一外表面上， 其中該光學膜與該抗刮膜的至少一者包括約500 nm或更大的一總厚度，及 進一步其中該光學膜與該抗刮膜的至少一者的該外表面包括小於1.0 nm的一表面粗糙度(Rq )。
- 如請求項8所述之製品，其中該ETC塗層的一暴露表面包括根據一鋼絲絨測試在1公斤的一負載下經受2000次往復循環後一與水的平均接觸角為100度或更高。
- 如請求項8所述之製品，其中該ETC塗層包括一全氟聚醚(PFPE)矽烷。
- 如請求項8所述之製品，其中該光學膜與該抗刮膜的至少一者包括一抗刮膜，該抗刮膜包括一AlOx Ny 材料或一Siu Alx Oy Nz 材料任一者。
- 如請求項11所述之製品，其中該光學膜與該抗刮膜的至少一者進一步包括一光學膜，且該抗刮膜配置在該光學膜上。
- 如請求項12所述之製品，其中該基板包括一玻璃組成與一壓縮應力區，該壓縮應力區自該主要表面延伸至該基板中的一第一選定深度。
- 一種消費電子產品，包括： 一殼體，具有一正面、一背面與數個側面； 數個電子部件，至少部份地裝配在該殼體中，該些電子部件至少包括一控制器、一記憶體與一顯示器，該顯示器裝配在該殼體的該正面處或附近；及 一蓋玻璃，配置在該顯示器上， 其中該殼體的一部分或該蓋玻璃的至少一者包括如請求項1-13任何一項所述之製品。
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