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CN109477909A - 非平面基材的涂层及其生产方法 - Google Patents

非平面基材的涂层及其生产方法 Download PDF

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CN109477909A
CN109477909A CN201780043406.XA CN201780043406A CN109477909A CN 109477909 A CN109477909 A CN 109477909A CN 201780043406 A CN201780043406 A CN 201780043406A CN 109477909 A CN109477909 A CN 109477909A
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Application number
CN201780043406.XA
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R·A·贝尔曼
S·D·哈特
K·W·科齐三世
C·A·伯尔森
J·J·普莱斯
C·A·K·威廉姆斯
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Original Assignee
Corning Inc
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Abstract

一种涂覆的制品可以包括基材和光学涂层。所述基材可以具有包含第一部分和第二部分的主表面。垂直于主表面的第一部分的第一方向可以不同于垂直于主表面的第二部分的第二方向。光学涂层至少可以设置在主表面的第一部分和第二部分上。在基材的第一部分处和基材的第二部分处,涂覆的制品在约50nm或更深的压痕深度处可以展现出约8GPa或更大的硬度,所述硬度通过布氏压头硬度测试在所述抗反射表面上测得。

Description

非平面基材的涂层及其生产方法
背景
相关申请的交叉参考
本申请根据35 U.S.C.§119要求于2016年7月11日提交的系列号为62/360,687的美国临时申请的优先权权益,本申请以该申请的内容为基础,并且通过引用的方式全文纳入本文。
技术领域
本公开涉及耐久性和/或耐刮擦制品及其制造方法,更具体地,涉及在非平面基材上的耐久性和/或耐刮擦光学涂层。
背景技术
盖板制品常用于保护电子产品内部的关键器件,以提供用于输入和/或显示的用户界面,以及/或者提供许多其他的功能。这些产品包括移动装置,例如智能手机、mp3播放机和平板电脑。盖板制品还包括建筑制品、运输制品(例如用于汽车应用、火车、飞行器、船舶等中的制品)、家电制品或需要一定程度的透明度、耐刮擦性、耐磨性或以上性质的组合的任何制品。这些应用常常需要耐刮擦性和强光学性能特征——就最大光透射率和最小反射率而言。另外,一些盖板应用要求在反射和/或透射中显示或看到的颜色不随视角的改变而显著变化。这是因为,在显示器应用中,如果在反射或透射时的颜色随着视角的变化而发生可感知程度的变化,则产品的使用者会感觉到显示器的颜色或亮度发生变化,这会降低显示器的感知质量。在其他应用中,颜色的变化会对美学需求或其他功能需求产生负面影响。
盖板制品的光学性能可通过使用各种抗反射涂层来改善,但是已知的抗反射涂层易受到损耗或磨损。这种磨损会减弱通过抗反射涂层所取得的任何光学性能的改善情况。例如,光学滤波器经常由具有不同折射率的多层涂层制得,以及由光学透明的电介质材料(例如氧化物、氮化物和氟化物)制得。用于这种光学滤波器的大多数典型氧化物为宽带隙材料,它们不具有用于移动装置、建筑制品、运输制品或家电制品所必需的机械性质,例如硬度。氮化物或类金刚石涂层可展现出高硬度值,但是这些材料通常不表现出这些应用所需的透射率。
磨损损坏可包括来自对面物体(例如手指)的往复滑动接触。此外,磨损损坏可产生热,这会削弱薄膜材料中的化学键,并对盖板玻璃造成剥落及其他类型的损坏。由于磨损损坏通常比造成刮擦的单一事件经历更长的时间,因此经历了磨损损坏的所设置的涂层材料还会发生氧化,这进一步降低了涂层的耐久性。
已知的抗反射涂层还容易受到刮擦损坏的影响,甚至常比其上设置有这些涂层的下方基材更容易受到刮擦损坏。在一些情况中,这些刮擦损坏中的很大一部分包括微延展性(microductile)划痕,其通常包括材料中具有延伸长度且深度在约100nm至约500nm范围内的单一凹槽。微延展性划痕可伴随其它类型的可见损坏,例如亚表面开裂、摩擦开裂、碎片和/或损耗。有证据提示这些划痕和其他可见损坏中的大部分是由在单一接触事件中发生的尖锐接触导致的。盖板基材上一旦出现明显划痕,制品外观就会变差,因为划痕使光散射增加,而这可导致显示器上的图像的亮度、清晰度和对比度显著降低。明显的划痕还会影响包括触敏显示器在内的制品的精度和可靠性。单一事件刮擦损坏可与磨损损坏形成对比。单一事件刮擦损坏并非由多个接触事件导致,例如来自于坚硬的对面物体(例如沙子、砾石和砂纸)的往复滑动接触,其通常也不会产生热,所述热可削弱薄膜材料中的化学键并导致剥落和其他类型的损坏。另外,单一事件的刮擦通常不会导致氧化或者涉及导致磨损损坏的相同条件,所以,通常用于防止磨损损坏的解决方案可能并不能防止刮擦。再者,已知的刮擦和磨损损坏解决方案往往会使光学性质折衷。
一些电子器件包含非平面盖板制品。例如,一些智能手机触摸屏可能是非平面的,其中盖板制品的至少一部分在其表面上弯曲。由于包含非平面制品,盖板制品上的涂层的光学性能可能改变。例如,如果基材是弯曲的,则在基材的不同部分上将以两种不同的角度观察涂层。因此,需要非平面盖板制品及其制造方法,它们耐磨损、耐刮擦并且/或者具有改善的光学性能。
发明内容
根据一个实施方式,涂覆的制品可以包括基材和光学涂层。所述基材可以具有包含第一部分和第二部分的主表面。与主表面的第一部分垂直的第一方向可以不同于与主表面的第二部分垂直的第二方向。第一方向与第二方向之间的角可以在约10度至约180度的范围内。光学涂层可以至少设置在主表面的第一部分和第二部分上。光学涂层可以形成抗反射表面。在基材的第一部分处和基材的第二部分处,涂覆的制品在约50nm或更深的压痕深度处可以展现出约8GPa或更大的硬度,所述硬度通过布氏压头硬度测试在所述抗反射表面上测得。涂覆的制品可以表现出约8%或更低的单侧平均光反射率,其在基材的第一部分处的抗反射表面处测得,其中,第一部分的单侧平均光反射率以相对于第一方向成第一入射照明角测量。第一入射照明角可以包含与第一方向成约0度至约60度的角。涂覆的制品可以表现出约8%或更低的单侧平均光反射率,其在基材的第二部分处的抗反射表面处测得,其中,第二部分的单侧平均光反射率以相对于第二方向成第二入射照明角测量。第二入射照明角可以包含与第二方向成约0度至约60度的角。第一部分处和第二部分处的单侧平均光反射率可以在约400nm至约800nm的光学波长区内测量。
根据另一个实施方式,涂覆的制品可以包括基材和光学涂层。所述基材可以具有包含第一部分和第二部分的主表面。垂直于主表面的第一部分的第一方向可以不同于垂直于主表面的第二部分的第二方向。第一方向与第二方向之间的角可以在约10度至约80度的范围内。光学涂层可以至少设置在主表面的第一部分和第二部分上。光学涂层可以形成抗反射表面。在基材的第一部分处和基材的第二部分处,涂覆的制品在约50nm或更深的压痕深度处可以展现出约8GPa或更大的硬度,所述硬度通过布氏压头硬度测试在所述抗反射表面上测得。涂覆的制品在基材的第一部分与基材的第二部分之间的反射色差异可以小于或等于约10,这在国际照明委员会光源下通过(L*,a*,b*)色度系统中的反射色坐标测得。反射色差异可以定义为√((a* 第一部分-a* 第二部分)2+(b* 第一部分-b* 第二部分)2)。第一部分处的反射色可以在相对于第一方向的第一入射照明角下测量,其中第一入射照明角包含与第一方向成约0度至约60度的角。第二部分处的反射色可以在相对于第二方向的第二入射照明角下测量,其中第二入射照明角包含与第二方向成约0度至约60度的角。
根据另一个实施方式,涂覆的制品可以包括基材和光学涂层。所述基材可以具有包含第一部分和第二部分的主表面。垂直于主表面的第一部分的第一方向可以不同于垂直于主表面的第二部分的第二方向。第一方向与第二方向之间的角可以在约10度至约180度的范围内。光学涂层可以至少设置在主表面的第一部分和第二部分上。光学涂层可以形成抗反射表面。在基材的第一部分处和基材的第二部分处,涂覆的制品在约50nm或更深的压痕深度处可以展现出约8GPa或更大的硬度,所述硬度通过布氏压头硬度测试在所述抗反射表面上测得。涂覆的制品在基材的第一部分与基材的第二部分之间的反射色差异可以小于或等于约10,这在国际照明委员会光源下通过(L*,a*,b*)色度系统中的反射色坐标测得。反射色差异可以定义为√((a* 第一部分-a* 第二部分)2+(b* 第一部分-b* 第二部分)2)。第一部分处的反射色可以在相对于第一方向的第一入射照明角下测量,其中第一入射照明角包含与第一方向成约0度至约60度的角。第二部分处的反射色可以在第二入射照明角下测量,其中第二入射照明角可以在与第一入射照明角的方向相同的方向上,以在相同的观察方向上测量第一部分处和第二部分处的反射色。
根据另一个实施方式,涂覆的制品可以包含光学涂层,所述光学涂层可以包含与基材接触的第一梯度层,在第一梯度层上方的耐刮擦层,以及在耐刮擦层上方的第二梯度层,所述第二梯度层限定了抗反射表面。在基材处,第一梯度层的折射率与基材的折射率之差可以在0.2以内。在耐刮擦层处,第一梯度层的折射率与耐刮擦层的折射率之差可以在0.2以内。在耐刮擦层处,第二梯度层的折射率与耐刮擦层的折射率之差可以在0.2以内。在抗反射表面处,第二梯度层的折射率可以为约1.35至约1.7。
根据另一个实施方式,涂覆的制品可以包含光学涂层,所述光学涂层可以包含第一抗反射涂层、在第一抗反射涂层上方的耐刮擦层以及在耐刮擦层上方的第二抗反射涂层,所述第二抗反射涂层限定了抗反射表面。第一抗反射涂层至少可以包含低折射率(“RI”)层和高RI层,第二抗反射涂层至少可以包含低RI层和高RI层。
根据另一个实施方式,涂覆的制品可以包含光学涂层,所述光学涂层可以包含与基材接触的梯度层,在梯度层上方的耐刮擦层,以及在耐刮擦层上方的抗反射涂层,所述抗反射涂层限定了抗反射表面。在基材处,梯度层的折射率与基材的折射率之差可以在0.2以内。在耐刮擦层处,梯度层的折射率与耐刮擦层的折射率之差可以在0.2以内。抗反射涂层至少可以包含低RI层和高RI层。
根据另一个实施方式,涂覆的制品可以包含光学涂层,所述光学涂层可以包含与基材接触的抗反射涂层,在第一梯度层上方的耐刮擦层,以及在耐刮擦层上方的梯度层,所述梯度层限定了抗反射表面。抗反射涂层至少可以包含低RI层和高RI层。在耐刮擦层处,梯度层的折射率与耐刮擦层的折射率之差可以在0.2以内。在抗反射表面处,第二梯度层的折射率可以为约1.35至约1.7。
在以下的具体实施方式中给出了其他特征和优点,其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言,根据所作描述就容易看出,或者通过实施包括以下具体实施方式、权利要求书以及附图在内的本文所述的各个实施方式而被认识。
应理解,前面的一般性描述和以下的具体实施方式都仅仅是示例性的,并且旨在提供用于理解权利要求的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了进一步理解,附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了一个或多个实施方式,并与说明书一起用来解释各个实施方式的原理和操作。
附图说明
图1是根据本文所述的一个或多个实施方式,一种涂覆的制品的截面侧视图;
图2是根据本文所述的一个或多个实施方式,一种涂覆的制品的截面侧视图;
图3是根据本文所述的一个或多个实施方式,一种涂覆的制品的截面侧视图;
图4是根据本文所述的一个或多个实施方式,一种涂覆的制品的截面侧视图;
图5是根据本文所述的一个或多个实施方式,一种涂覆的制品的截面侧视图;
图6是根据本文所述的一个或多个实施方式,一种涂覆的制品的截面侧视图;
图7是根据本文所述的一个或多个实施方式,一种涂覆的制品的截面侧视图;
图8是根据本文所述的一个或多个实施方式,一种涂覆的制品的截面侧视图;
图9根据本文所述的一个或多个实施方式,示出了在相对于法线改变视角的情况下,比较例A的光学涂层的反射率根据波长的变化而变化的图;
图10根据本文所述的一个或多个实施方式,示出了在法向视角下观察到的具有改变的层厚度的比较例A的光学涂层的反射率随波长变化而变化的图;
图11根据本文所述的一个或多个实施方式,示出了在与法线成8度的视角下,实施例1和比较例B的光学涂层的反射率根据波长的变化而变化的图;
图12根据本文所述的一个或多个实施方式,示出了在法向入射角下观察到的,所设计的实施例1的光学涂层以及层厚度减小并且代表沉积角度为35度的实施例1的光学涂层的反射率随波长变化而变化的图;
图13根据本文所述的一个或多个实施方式,示出了从法向入射角到60度观察所设计且层厚度减小并且代表沉积角度增加的实施例1的光学涂层的L*a*b*色彩空间的反射率的a*对比b*的图;
图14根据本文所述的一个或多个实施方式,示出了对于不同视角,实施例2的光学涂层的第一表面反射率的图;
图15根据本文所述的一个或多个实施方式,示出了在不同视角下,具有顶部梯度涂层厚度的实施例2的光学涂层的L*a*b*色彩空间中的反射D65色彩的a*对比b*的图;
图16根据本文所述的一个或多个实施方式,示出了在法向视角下,顶部梯度涂层厚度变化的实施例2的光学涂层的L*a*b*色彩空间中的透射D65色彩的a*对比b*的图;
图17根据本文所述的一个或多个实施方式,示出了实施例2的涂层的上梯度层分布的图;
图18根据本文所述的一个或多个实施方式,示出了如实施例2制备的具有变化的上梯度层厚度的各样品硬度分布;
图19根据本文所述的一个或多个实施方式,示出了变形参数(morph parameter)变化的实施例2的涂层的上梯度层分布的图;
图20根据本文所述的一个或多个实施方式,示出了如实施例2制备的具有变化的上梯度层变形参数的各样品硬度分布;
图21根据本文所述的一个或多个实施方式,示出了在不同视角下,具有变化的顶部梯度变形参数的实施例2的光学涂层的L*a*b*色彩空间中的反射D65色彩的a*对比b*的图;
图22根据本文所述的一个或多个实施方式,示出了在法向视角下,顶部梯度涂层变形参数变化的实施例2的光学涂层的L*a*b*色彩空间中的透射D65色彩的a*对比b*的图;
图23根据本文所述的一个或多个实施方式,图示了上梯度层的变形参数变化的实施例2的涂层的平均适光透射率和平均适光反射率;
图24根据本文所述的一个或多个实施方式,图示了上梯度层的厚度变化的实施例2的涂层的平均适光透射率和平均适光反射率;
图25是根据本文所述的一个或多个实施方式,一种制品的截面侧视图;
图26根据本文所述的一个或多个实施方式,示意性示出了具有梯度层的涂覆的制品的折射率分布;
图27根据本文所述的一个或多个实施方式,示意性示出了具有梯度层的涂覆的制品的折射率分布;
图28根据本文所述的一个或多个实施方式,示意性示出了具有梯度层的涂覆的制品的折射率分布;
图29根据本文所述的一个或多个实施方式,图示了实施例2的实施方式的各种组分的流量根据时间的变化情况;
图30根据本文所述的一个或多个实施方式,图示了图29的涂层的XPS组成分布;
图31根据本文所述的一个或多个实施方式,图示了图29的涂层的计算折射率;
图32根据本文所述的一个或多个实施方式,图示了对于变化的下梯度层厚度,反射率根据波长的变化情况;
图33根据本文所述的一个或多个实施方式,图示了对于变化的下梯度层的分布形状,反射率根据波长的变化情况;
图34A和34B根据本文所述的一个或多个实施方式,分别图示了反射色和透射色根据变化的上梯度层厚度的变化情况;
图35根据本文所述的一个或多个实施方式,图示了涂层的1-表面反射色根据顶部梯度厚度的变化情况;
图36根据本文所述的一个或多个实施方式,图示了涂层的2-表面反射色根据顶部梯度厚度的变化情况;
图37根据本文所述的一个或多个实施方式,图示了涂层的模量和硬度根据顶部梯度厚度的变化情况;
图38根据本文所述的一个或多个实施方式,图示了涂层的透射色根据顶部梯度厚度的变化情况;
图39图示了实施例2的涂覆的制品的硬度和适光透射率;
图40根据本文所述的一个或多个实施方式,示出了在相对于法线改变视角的情况下,实施例3的光学涂层的反射率根据波长的变化而变化的图;
图41根据本文所述的一个或多个实施方式,图示了在相对于法线改变视角的情况下,实施例4的光学涂层的反射率根据波长的变化而变化的图;
图42根据本文所述的一个或多个实施方式,图示了实施例3和4的涂层在变化的入射视角下的a*和b*
图43A是包含本文公开的任何涂覆的制品的示例性电子器件的平面图。
图43B是图43A的示例性电子器件的透视图。
具体实施方式
下面详细参考涂覆的制品的各种实施方式,这些涂覆的制品的实例在附图中示出。参考图1,根据本文公开的一个或多个实施方式,涂覆的制品100可以包含非平面基材110和设置在该基材上的光学涂层120。非平面基材110可以包含相对的主表面112、114和相对的次表面116、118。光学涂层120在图1中显示为设置在第一相对主表面112上;但是,除了将光学涂层120设置在第一相对主表面112上之以外,或者与将光学涂层120设置在第一相对主表面112上相反的是,可以将光学涂层120设置在第二相对主表面114和/或相对的次表面之一或二者上。光学涂层120形成抗反射表面122。抗反射表面122形成空气界面,并且其通常限定了光学涂层120的边缘以及整个涂覆制品100的边缘。如本文所述,基材110可以是基本透明的。
根据本文所述的一些实施方式,基材110是非平面的。本文所用的非平面基材是指基材110的主表面112、114中的至少一者的形状在几何上是不平坦的。例如,如图1所示,一部分的主表面112可以包含弯曲的几何形状。主表面112的弯曲度可以变化。例如,一些实施方式的曲率通过近似半径测量可以为约1mm至几米(即,近平面),例如约3mm至约30mm、或约5mm至约10mm。在一些实施方式中,非平面基材可以包含平面部分,如图1所示。例如,便携式电子器件的触摸屏可以包含在其中心处或中心附近的基本平面的表面以及在其边缘周围的弯曲(即,非平面)部分。这些基材的实例包括来自苹果(Apple)iPhone 6智能手机或三星盖乐世(Samsung Galaxy)S6Edge智能手机的盖板玻璃。虽然描述了非平面基材的一些实施方式,但应理解,非平面基材可以呈现为各种形状,例如弯曲的片材或者甚至是管状片材。
非平面基材110包含主表面112,其至少包含两个部分——第一部分113和第二部分115,它们相对于彼此是非平坦的。方向n1垂直于主表面112的第一部分113,方向n2垂直于主表面112的第二部分115。垂直于第一部分113的方向n1和垂直于第二部分115的方向n2不相同。在一些实施方式中,n1与n2之间的角可以为至少约5度、至少约10度、至少约15度、至少约20度、至少约25度、至少约30度、至少约35度、至少约40度、至少约45度、至少约50度、至少约55度、至少约60度、至少约70度、至少约80度、至少约90度、至少约120度、至少约150度、或者甚至至少约180度(例如,对于管状基材,n1与n2之间的角可以为180度)。例如,n1与n2之间的角可以在以下范围内:约10度至约30度、约10度至约45度、约10度至约60度、约10度至约75度、约10度至约90度、约10度至约120度、约10度至约150度、或者约10度至约180度。在另外的实施方式中,n1与n2之间的角可以在以下范围内:约10度至约80度、约20度至约80度、约30度至约80度、约40度至约80度、约50度至约80度、约60度至约80度、约70度至约80度、约20度至约180度、约30度至约180度、约40度至约180度、约50度至约180度、约60度至约180度、约70度至约150度、或者约80度至约180度。
透射通过涂覆的制品100或者由涂覆的制品100反射的光可以在观察方向v(即,对于n1为v1,对于n2为v2)上测量,如图1所示,所述观察方向v可以不垂直于基材110的主表面112。观察方向可以被称为入射照明角,其相对于每个表面的法线测量。例如并且如本文将说明的,反射色、透射色、平均光反射率、平均光透射率、适光反射率和适光透射率。观察方向v限定入射照明角θ,其是垂直于基材表面的方向n与观察方向v之间的角(即,θ1是法线方向n1与观察方向v1之间的入射照明角,θ2是法线方向n2与观察方向v2之间的入射照明角)。应理解,虽然图1描述的入射照明角不等于0度,但是在一些实施方式中,入射照明角可以约等于0度,以使v等于n。当改变入射照明角θ时,一部分的涂覆的制品100的光学性质可能有所不同。
仍然参考图1,在一些实施方式中,可以在垂直于基材主表面112的方向上测量光学涂层120的厚度,该厚度在设置在基材110的第一部分113和第二部分115上方的光学涂层120的各部分之间可以不相同。例如,可以通过真空沉积技术将光学涂层120沉积到非平面基材110上,所述真空沉积技术,例如化学气相沉积[例如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、低压化学气相沉积、大气压化学气相沉积和等离子体增强大气压化学气相沉积]、物理气相沉积(例如反应性或非反应性溅射或激光烧蚀)、热蒸发或电子束蒸发和/或原子层沉积。还可使用基于液体的方法,例如喷涂、浸涂、旋涂或狭缝涂覆(例如使用溶胶-凝胶材料)。一般来说,气相沉积技术可以包括可用于生产薄膜的各种真空沉积方法。例如,物理气相沉积使用物理方法(例如加热或溅射)来生产材料的蒸汽,然后将材料的蒸汽沉积在被涂覆的物体上。这种气相沉积方法可以利用“视线”沉积方案,其中在沉积期间,无论沉积方向与垂直于基材表面的角之间的角如何,沉积的材料在均匀的方向上移动到基材上。
参考图1,箭头d显示了视线沉积方向。图1中的沉积方向d垂直于基材110的主表面114,例如,在沉积光学涂层120期间基材位于主表面114上的系统中,图1中的沉积方向d可以是常见的。线箭头d指向视线沉积方向。线t显示了垂直于基材110的主表面112的方向。在垂直于主表面112的方向上测得的光学涂层120的法向厚度用线t的长度表示。沉积角定义为沉积方向d与垂直于主表面的方向d之间的角。如果光学涂层120以理论视线沉积进行沉积,则一部分光学涂层120的厚度可以由的余弦确定。因此,随着增加,光学涂层120的厚度减小。虽然通过气相沉积来沉积的光学涂层120的实际厚度可能与由余弦确定的厚度不同,但是它提供了用于建模光学涂层设计的估算,当施加到非平面基材110上时,这些建模光学涂层设计可以具有良好的性能。另外,虽然在图1中n1和d在相同的方向上,但是在全部的实施方式中,它们无需在相同的方向上。
应理解,在本公开中,除非另有说明,否则光学涂层120的厚度在法向方向n上测量。
根据一些实施方式,如本文所述,涂覆的制品100的各种部分可以具有光学特征,例如光反射率、光透射率、反射色和/或透射色,它们看起来彼此相似。例如,当在相应的部分113、115处以大致垂直于基材110的方向(即,θ1约等于0且θ2约等于0)各自观察时,第一部分113处的光学特征可以类似于第二部分115处的光学特征。在其他实施方式中,当在相应的部分113、115处以与法线成特定范围的入射照明角(例如,θ1为约0度至约60度且θ2为约0度至约60度)各自观察时,第一部分113处的光学特征可以类似于第二部分115处的光学特征。在另外的实施方式中,当各自以大致相同的方向(例如,v1v2之间的角约等于0度)观察时,第一部分113处的光学特征可以类似于第二部分115处的光学特征。
光学涂层120包含至少一种材料的至少一个层。术语“层”可以包括单一层,或者可包括一个或多个亚层。这些亚层可彼此直接接触。这些亚层可由相同材料或者两种或更多种不同材料形成。在一个或多个替代性实施方式中,这些亚层之间可设置有不同材料的居间层。在一个或多个实施方式中,层可包括一个或多个毗邻且不间断的层以及/或者一个或多个不连续的间断层(即,由彼此相邻形成的具有不同材料的层)。层或亚层可通过本领域已知的任何方法形成,包括离散沉积(discrete deposition)法或连续沉积法。在一个或多个实施方式中,层可仅利用连续沉积法形成,或替代性地,仅利用离散沉积法来形成。
光学涂层120在沉积方向上的厚度可以为约1μm或更厚,且仍然能够提供展现本文所述的光学性能的制品。在一些实例中,光学涂层在沉积方向上的厚度可以在约1μm至约20μm的范围内(例如约1μm至约10μm、或约1μm至约5μm)。
本文所用的术语“设置”包括利用本领域已知的任何方法将材料涂覆、沉积和/或形成到表面上。设置的材料可构成本文所定义的层。词语“设置在……上”包括以下情形:将材料形成到表面上,以使材料直接接触表面,还包括以下情形:使材料在表面上形成,并且在设置的材料与表面之间有一种或多种居间材料。居间材料可构成本文所定义的层。另外,应理解,虽然图2-8示意性示出的是平面基材,但是图2-8应被认为是具有非平面基材,例如图1所示,图2-8以平面示出是为了简化相应附图的概念教导。
如图2所示,光学涂层120可以包含抗反射涂层130,所述抗反射涂层130可以包含多个层(130A、130B)。在一个或多个实施方式中,抗反射涂层130可包括:含有两个或更多个层的周期132。在一个或多个实施方式中,所述两个或更多个层的特征可在于互相之间具有不同的折射率。在一个实施方式中,周期132包含第一低RI层130A和第二高RI层130B。第一低RI层与第二高RI层的折射率差异可以为约0.01或更大、约0.05或更大、约0.1或更大、或者甚至约0.2或更大。
如图2所示,抗反射涂层130可包含多个周期132。单一周期132可以包含第一低RI层130A和第二高RI层130B,以在提供多个周期132时,第一低RI层130A(为说明目的而记作“L”)和第二高RI层130B(为说明目的而记作“H”)以下述层顺序交替设置:L/H/L/H或H/L/H/L,以使第一低RI层130A和第二高RI层130B沿着光学涂层120的物理厚度交替出现。在图2的实例中,抗反射涂层130包含三个周期132。在一些实施方式中,抗反射涂层130可以包含不超过25个周期132。例如,抗反射涂层130可包含约2至约20个周期132、约2至约15个周期132、约2至约10个周期132、约2至约12个周期132、约3至约8个周期132、或者约3至约6个周期132。
在图3所示的实施方式中,抗反射涂层130可包含附加的盖层131,其可包含折射率比第二高RI层130B的折射率更低的材料。在一些实施方式中,如图3所示,周期132可包含一个或多个第三层130C。第三层130C可具有低RI、高RI或中等RI。在一些实施方式中,第三层130C可具有与第一低RI层130A或第二高RI层130B的RI相同的RI。在另一些实施方式中,第三层130C可具有介于第一低RI层130A的RI与第二高RI层130B的RI之间的中等RI。或者,第三层130C的折射率可以大于第二高RI层130B的折射率。第三层130C可以按照下述示例性构造在光学涂层120中提供:L第三层/H/L/H/L;H第三层/L/H/L/H;L/H/L/H/L第三层;H/L/H/L/H第三层;L第三层/H/L/H/L/H第三层;H第三层/L/H/L/H/L第三层;L第三层/L/H/L/H;H第三层/H/L/H/L;H/L/H/L/L第三层;L/H/L/H/H第三层;L第三层/L/H/L/H/H第三层;H第三层//H/L/H/L/L第三层;L/M第三层/H/L/M/H;H/M/L/H/M/L;M/L/H/L/M;以及其他组合。在这些构造中,无任何下标的“L”表示第一低RI层,无任何下标的“H”表示第二高RI层。标记“L第三亚层”表示具有低RI的第三层,“H第三亚层”表示具有高RI的第三层,而“M”表示具有中等RI的第三层,它们全都相对于第一层和第二层而言。
如本文所用,术语低“RI”、“高RI”和“中等RI”是就RI之间的相对值而言(例如低RI<中等RI<高RI)。在一个或多个实施方式中,就第一低RI层或第三层使用的术语“低RI”包括约1.3至约1.7或1.75的范围。在一个或多个实施方式中,就第二高RI层或第三层使用的术语“高RI”包括约1.7至约2.5的范围(例如约1.85或更大)。在一些实施方式中,就第三层使用的术语“中等RI”包括约1.55至约1.8的范围。在一些情况中,低RI、高RI和中等RI的范围可能重叠;然而,在大多数情况中,抗反射涂层130的各层的RI具有以下一般关系:低RI<中等RI<高RI。
如图4所示,第三层130C可提供为独立于周期132的单独的层,且可设置在周期132或多个周期132与盖层131之间。如图5所示,第三层还可提供为独立于周期132的单独的层,且可设置在基材110与多个周期132之间。如图6所示,除了附加的涂层140而非盖层131以外,或者除了盖层131以外,还可使用第三层130C。
适用于抗反射涂层130的材料包括:SiO2、Al2O3、GeO2、SiO、AlOxNy、AlN、SiNx、SiOxNy、SiuAlvOxNy、Ta2O5、Nb2O5、TiO2、ZrO2、TiN、MgO、MgF2、BaF2、CaF2、SnO2、HfO2、Y2O3、MoO3、DyF3、YbF3、YF3、CeF3、聚合物、含氟聚合物、等离子体聚合的聚合物、硅氧烷聚合物、硅倍半氧烷、聚酰亚胺、氟化聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚苯砜、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、丙烯酸类聚合物、氨基甲酸酯聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯、下面引述的适用于耐刮擦层的其他材料、以及本领域已知的其他材料。适用于第一低RI层的材料的一些实例包括SiO2、Al2O3、GeO2、SiO、AlOxNy、SiOxNy、SiuAlvOxNy、MgO、MgAl2O4、MgF2、BaF2、CaF2、DyF3、YbF3、YF3和CeF3。可将用于第一低RI层的材料(例如诸如Al2O3和MgAl2O4这样的材料中)的含氮量降到最低。适用于第二高RI层的材料的一些实例包括SiuAlvOxNy、Ta2O5、Nb2O5、AlN、Si3N4、AlOxNy、SiOxNy、SiNx、SiNx:Hy、HfO2、TiO2、ZrO2、Y2O3、Al2O3、MoO3和类金刚石碳。在一些实例中,高RI层也可以为高硬度层或耐刮擦层,并且上文列出的高RI材料还可以包含高硬度或耐刮擦性。可将用于第二高RI层和/或耐刮擦层的材料,特别是SiNx或AlNx材料中的含氧量降到最低。AlOxNy材料可被认为是掺杂了氧的AlNx,也就是说,它们可具有AlNx晶体结构(例如纤锌矿结构)且无需具有AlON晶体结构。示例性的AlOxNy高RI材料可包含约0原子%至约20原子%的氧、或约5原子%至约15原子%的氧,同时包含30原子%至约50原子%的氮。示例性的SiuAlvOxNy高RI材料可包含约10原子%至约30原子%或约15原子%至约25原子%的硅、约20原子%至约40原子%或约25原子%至约35原子%的铝、约0原子%至约20原子%或约1原子%至约20原子%的氧、和约30原子%至约50原子%的氮。可对上述材料进行不超过约30重量%的氢化。在需要具有中等折射率的材料的场合下,一些实施方式可使用AlN和/或SiOxNy。可对第二高RI层和/或耐刮擦层的硬度进行特别表征。在一些实施方式中,第二高RI层和/或耐刮擦层的最大硬度可为约8GPa或更大、约10GPa或更大、约12GPa或更大、约15GPa或更大、约18GPa或更大、或者约20GPa或更大,所述最大硬度通过布氏压头硬度测试测得。在一些情况中,第二高RI层材料可以作为单层沉积,并且可被表征为耐刮擦层,而且该单层在可重复的硬度测试中可具有约500至2000nm的厚度。
在一个或多个实施方式中,抗反射涂层130的至少一个层可包括特定的光学厚度范围。如本文所用,术语“光学厚度”通过对层的物理厚度和折射率进行算术确定。在一个或多个实施方式中,抗反射涂层130的至少一个层可包含以下范围内的光学厚度:约2nm至约200nm、约10nm至约100nm、约15nm至约100nm、约15至约500nm或约15至约5000nm。在一些实施方式中,抗反射涂层130中的所有层都可各自具有以下范围内的光学厚度:约2nm至约200nm、约10nm至约100nm、约15nm至约100nm、约15至约500nm或约15至约5000nm。在一些情况中,抗反射涂层130的至少一个层具有约50nm或更厚的光学厚度。在一些情况中,第一低RI层中的每个层都具有以下范围内的光学厚度:约2nm至约200nm、约10nm至约100nm、约15nm至约100nm、约15至约500nm或约15至约5000nm。在另一些情况中,第二高RI层中的每个层都具有以下范围内的光学厚度:约2nm至约200nm、约10nm至约100nm、约15nm至约100nm、约15至约500nm或约15至约5000nm。在另一些情况中,第三层中的每个层都具有以下范围内的光学厚度:约2nm至约200nm、约10nm至约100nm、约15nm至约100nm、约15至约500nm或约15至约5000nm。
在一些实施方式中,最顶部空气侧的层可包含同样展现出高硬度的高RI层。在一些实施方式中,附加的涂层140可设置在该最顶部空气侧的高RI层的顶部上(例如,该附加的涂层可包含低摩擦涂层、疏油性涂层或易清洁涂层)。当增加至包含高RI层的最顶部空气侧的层上时,增加具有极薄厚度(例如约10nm或更薄、约5nm或更薄、或者约2nm或更薄)的低RI层对光学性能的影响最小。具有极薄厚度的低RI层可包含SiO2、疏油性或低摩擦层、或SiO2和疏油性材料的组合。示例性的低摩擦层可包括类金刚石碳,这些材料(或光学涂层的一个或多个层)可展现出小于0.4、小于0.3、小于0.2或甚至小于0.1的摩擦系数。
在一个或多个实施方式中,抗反射涂层130可以具有约800nm或更薄的物理厚度。抗反射涂层130的物理厚度可以在以下范围内:约10nm至约800nm、约50nm至约800nm、约100nm至约800nm、约150nm至约800nm、约200nm至约800nm、约10nm至约750nm、约10nm至约700nm、约10nm至约650nm、约10nm至约600nm、约10nm至约550nm、约10nm至约500nm、约10nm至约450nm、约10nm至约400nm、约10nm至约350nm、约10nm至约300nm、约50至约300,以及它们之间的所有范围和子范围。
在一个或多个实施方式中,可对第二高RI层的总物理厚度进行表征。例如,在一些实施方式中,第二高RI层的总厚度可以为约100nm或更厚、约150nm或更厚、约200nm或更厚、或者甚至是约500nm或更厚。即使存在居间的低RI层或其他层,总厚度也是抗反射涂层130中的单个高RI层的计算总厚度。在一些实施方式中,可能还包含高硬度材料(例如氮化物或氮氧化物材料)的第二高RI层的总物理厚度可比抗反射涂层的总物理厚度的30%大。例如,第二高RI层的总物理厚度可以是抗反射涂层的总物理厚度的约40%或更大、约50%或更大、约60%或更大、约70%或更大、约75%或更大、或者甚至约为80%或更大。替代地或附加地,包含于光学涂层中的也可能是高硬度材料的高折射率材料的量可表征为制品或光学涂层120的最上部(即,用户侧或与基材相反的光学涂层侧)500nm的物理厚度的百分比。表述为制品或光学涂层的最上部500nm的百分比,第二高RI层的总物理厚度(或高折射率材料的厚度)可占所述最上部500nm的约50%或更大、约60%或更大、约70%或更大、约80%或更大、或者甚至约90%或更大。在一些实施方式中,如本文的其他部分进一步所述,还可同时使抗反射涂层中的硬质且折射率高的材料具有更高的比例,以使其还展现出低反射率、低色彩和高耐磨性。在一个或多个实施方式中,第二高RI层可包含折射率大于约1.85的材料,第一低RI层可包含折射率小于约1.75的材料。在一些实施方式中,第二高RI层可包含氮化物或氮氧化物材料。在一些情况中,光学涂层中(或设置在光学涂层的最厚的第二高RI层上的各层中)的所有第一低RI层的总厚度可以为约200nm或更薄(例如约150nm或更薄、约100nm或更薄、约75nm或更薄、或者约50nm或更薄)。
如图6所述,涂覆的制品100可包含一个或多个设置在抗反射涂层上的附加涂层140。在一个或多个实施方式中,该附加涂层可包含易清洁涂层。2012年11月30日提交的题为“PROCESS FOR MAKING OF GLASS ARTICLES WITH OPTICAL AND EASY-TO-CLEANCOATINGS(《制造具有光学和易清洁涂层的玻璃制品的方法》)”的第13/690,904号美国专利申请对合适的易清洁涂层的一个实例进行了描述,所述文献的全部内容通过引用纳入本文。易清洁涂层可具有约5nm至约50nm范围内的厚度,并且可包含已知的材料,例如氟化硅烷。易清洁涂层可以替代地或另外地包含低摩擦涂层或表面处理。示例性的低摩擦涂层材料可以包含类金刚石碳、硅烷(如含氟硅烷)、膦酸酯、烯和炔。在一些实施方式中,易清洁涂层的厚度可在以下范围内:1nm至约40nm、约1nm至约30nm、约1nm至约25nm、约1nm至约20nm、约1nm至约15nm、约1nm至约10nm、约5nm至约50nm、约10nm至约50nm、约15nm至约50nm、约7nm至约20nm、约7nm至约15nm、约7nm至约12nm或约7nm至约10nm、以及它们之间的所有范围和子范围。
附加涂层140可包含一个或多个耐刮擦层。在一些实施方式中,附加涂层140包含易清洁材料和耐刮擦材料的组合。在一个实例中,所述组合包含易清洁材料和类金刚石碳。这些附加涂层140可具有约5nm至约20nm范围内的厚度。可在单独的层中提供附加涂层140的成分。例如,类金刚石碳可作为第一层设置,而易清洁材料可作为第二层设置在类金刚石碳的第一层上。第一层和第二层的厚度可在如上提供的附加涂层的厚度范围内。例如,类金刚石碳的第一层可具有约1nm至约20nm或约4nm至约15nm(或更具体而言约为10nm)的厚度,而易清洁的第二层可具有约1nm至约10nm(或更具体而言约为6nm)的厚度。类金刚石涂层可包含四面体无定形碳(Ta-C)、Ta-C:H和/或a-C-H。
如本文所述,光学涂层120可包含耐刮擦层150,其可设置在抗反射涂层130与基材110之间。在一些实施方式中,耐刮擦层150设置在抗反射涂层130的层之间(例如图7所示的150)。抗反射涂层的两个区段(即,设置在耐刮擦层150与基材110之间的第一区段以及设置在耐刮擦层上的第二区段)可具有彼此不同的厚度,或者可具有基本上彼此相同的厚度。抗反射涂层130的这两个区段的层可具有彼此相同或不同的组成、顺序、厚度和/或排列。
用于耐刮擦层150(或用作附加涂层140的耐刮擦层)的示例性材料可包括无机碳化物、氮化物、氧化物、类金刚石材料或这些材料的组合。适用于耐刮擦层150的材料的实例包括金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物、金属碳化物、金属碳氧化物和/或它们的组合。示例性的金属包括B、Al、Si、Ti、V、Cr、Y、Zr、Nb、Mo、Sn、Hf、Ta和W。可用于耐刮擦层150或涂层的材料的具体实例可包括Al2O3、AlN、AlOxNy、Si3N4、SiOxNy、SiuAlvOxNy、金刚石、类金钢石碳、SixCy、SixOyCz、ZrO2、TiOxNy以及它们的组合。耐刮擦层150还可包含纳米复合材料或者具有受控微结构的材料,以改善硬度、韧性或者耐磨损/损耗性。例如,耐刮擦层150可包含尺寸在约5nm至约30nm范围内的纳米晶体。在一些实施方式中,耐刮擦层150可包含相变增韧的氧化锆、部分稳定化的氧化锆或者氧化锆增韧的氧化铝。在一些实施方式中,耐刮擦层150展现出的断裂韧度值大于约1MPa√m,同时展现出的硬度值大于约8GPa。
耐刮擦层150可以包含单层(如图7所示)、或者展现出折射率梯度的多个亚层或多个单一的层。在使用多个层的场合下,这些层形成耐刮擦涂层。例如,耐刮擦层150可包含SiuAlvOxNy的组成梯度,其中,改变Si、Al、O和N中的任意一种或多种的浓度以升高或降低折射率。折射率梯度还可利用孔隙率来形成。2014年4月28日提交的题为“Scratch-ResistantArticles with a Gradient Layer(《具有梯度层的耐刮擦制品》)”的第14/262224号美国专利申请对这些梯度进行了更完整的描述,所述文献的全部内容通过引用纳入本文。
在一个实施方式中,如图8所示,光学涂层120可以包含整合为高RI层的耐刮擦层150,并且一个或多个低RI层130A和高RI层130B可以位于耐刮擦层150上方,并且任选的盖层131位于低RI层130A和高RI层130B的上方,其中盖层131包含低RI材料。耐刮擦层150可以替代性地定义为在整个光学涂层120或整个涂覆的制品100中的最厚的硬质层或最厚的高RI层。不囿于理论,认为当在耐刮擦层150上方沉积相对少量的材料时,涂覆的制品100在压痕深度处可以表现出硬度增加。但是,在耐刮擦层150上方包含低RI层和高RI层可增强涂覆的制品100的光学性质。在一些实施方式中,相对较少的层(例如仅1、2、3、4或5层)可以位于耐刮擦层150上方,并且这些层各自可以相对较薄(例如小于100nm、小于75nm、小于50nm、或者甚至小于25nm)。
在一些实施方式中,沉积在耐刮擦层150上方(即,在耐刮擦层150的空气侧上)的层的总厚度(即,厚度的总和)可以小于或等于约1000nm、小于或等于约500nm、小于或等于约450nm、小于或等于约400nm、小于或等于约350nm、小于或等于约300nm、小于或等于约250nm、小于或等于约225nm、小于或等于约200nm、小于或等于约175nm、小于或等于约150nm、小于或等于约125nm、小于或等于约100nm、小于或等于约90nm、小于或等于约80nm、小于或等于约70nm、小于或等于约60nm、或者甚至小于或等于约50nm。
在一些实施方式中,位于耐刮擦层150上方(即,在耐刮擦层150的空气侧上)的低RI层的总厚度(全部的低RI层的厚度总和,即使它们不接触)可以小于或等于约500nm、小于或等于约450nm、小于或等于约400nm、小于或等于约350nm、小于或等于约300nm、小于或等于约250nm、小于或等于约225nm、小于或等于约200nm、小于或等于约175nm、小于或等于约150nm、小于或等于约125nm、小于或等于约100nm、小于或等于约90nm、小于或等于约80nm、小于或等于约70nm、小于或等于约60nm、小于或等于约50nm、小于或等于约40nm、小于或等于约30nm、小于或等于约20nm、或者甚至是小于或等于约10nm。
在一个或多个实施方式中,光学涂层120可以包含一个或多个梯度层,其中每个梯度层沿着其相应的厚度可以包含组成梯度,如图25所示。在一个实施方式中,光学涂层120可以包含下梯度层170、耐刮擦层150(如上所述)和上梯度层160。下梯度层170可以定位为与基材110直接接触。耐刮擦层150可以在下梯度层170上方,上梯度层可以直接接触耐刮擦层150并在耐刮擦层150上方。耐刮擦层150可以包含一种或多种具有高折射率的相对较硬的材料,例如SiNx、SiAlON、SiON等。在一些实施方式中,耐刮擦层150的厚度可以为约200nm至几微米,例如,在其他实施方式中关于耐刮擦层150所述的厚度。下梯度层170可以具有某一折射率,该折射率大致从接触基材110的部分中的基材的折射率(其可以相对较低)变化到接触耐刮擦层150的部分中的耐刮擦层150的折射率(其可以相对较高)。下梯度层170的厚度可以为约10nm至几微米,例如50nm至1000nm、100nm至1000nm或500nm至1000nm。上梯度层160可以具有某一折射率,该折射率大致从接触耐刮擦层150的部分处的耐刮擦层150的折射率(其可以相对较高)变化到抗反射表面122处的空气界面处的相对较低的折射率。上梯度层160的最上部分(在抗反射表面122处)可以包含折射率为1.38至1.55的材料,例如但不限于硅酸盐玻璃、二氧化硅、含磷玻璃或氟化镁。上梯度层160的最上部分还可以包含折射率为约1.38至1.7且具有工程硬度的材料,例如但不限于Al2O3、SiuAlvOx、SiuAlvOxNy、SivOxNy或AlvOxNy。在抗反射表面122处,高硬度和低折射率可以是有利的。图26描述了图25的光学涂层120的一种示例性折射率分布。在图26的折射率分布上,基材110、下梯度层170、耐刮擦层150和上梯度层160标记在它们对应的部分中。
在一个或多个实施方式中,在基材110处,下梯度层170的折射率与基材110的折射率之差可以在0.2以内(例如在0.15、0.1、0.05、0.02或0.01以内)。在耐刮擦层处,下梯度层170的折射率与耐刮擦层150的折射率之差可以在0.2以内(例如在0.15、0.1、0.05、0.02或0.01以内)。在耐刮擦层150处,上梯度层160的折射率与耐刮擦层150的折射率之差可以在0.2以内(例如在0.15、0.1、0.05、0.02或0.01以内)。在抗反射表面122处,上梯度层160的折射率可以为约1.38至约1.55。在一些实施方式中,耐刮擦层150的折射率可以为至少约1.75、1.8或者甚至1.9。
在一个或多个实施方式中,下梯度层170、上梯度层160或者下梯度层170和上梯度层160可以具有非线性的浓度分布(造成非线性的折射率分布)。例如,图27和28示出了非线性的上梯度层160。这种非线性的上梯度层160可以由变形参数来定量,这将在随后的实施例中描述。变形参数1对应于线性折射率分布。小于1的变形参数表示非线性折射率参数,其中梯度层在其几何中点处的折射率大于梯度层的上表面和下表面处的折射率均值。图27示出了变形参数小于1的上梯度层160。大于1的变形参数表示非线性的折射率分布,其中梯度层在其中点处的折射率小于梯度层的上表面和下表面处的折射率均值。图28示出了变形参数大于1的上梯度层160。变形参数小于1的涂覆的制品100由于硬质材料在整个梯度层具有较高的浓度,因此可以具有增加的硬度。
根据一个或多个实施方式,涂覆的制品100可以包含某种结构,该结构是图26的含有梯度的结构与图7的含有交替的高RI/低RI结构的混杂体。例如,在图7中,耐刮擦层被两个抗反射涂层130夹在中间,该两个抗反射涂层130具有交替的高RI/低RI层,而图26用梯度层替换这些交替的高RI/低RI层。混杂的涂层可以包含在耐刮擦层下方的梯度层以及在耐刮擦层上方的交替的高RI/低RI涂层。在一个替代性实施方式中,混杂的涂层可包含在耐刮擦层上方的梯度层以及在耐刮擦层下方的交替的高RI/低RI涂层。应理解,可以对本文关于包含梯度层的实施方式和交替的高RI/低RI层涂层的实施方式(有时称为抗反射涂层实施方式)的教导进行组合和互换以产生具有这两种设计的混杂体。
可对光学涂层120和/或涂覆的制品100的硬度进行描述,所述硬度通过布氏压头硬度测试测得。如本文所用,“布氏压头硬度测试”(Berkovich Indenter Hardness Test)包括利用金刚石布氏硬度计压头对表面进行压刻,从而在材料表面上测量材料的硬度。布氏压头硬度测试包括利用金刚石布氏硬度计压头对涂覆的制品100的抗反射表面122或光学涂层120中的任意一层或多层的表面进行压刻以形成压痕深度在约50nm至约1000nm范围内(或者光学涂层120的整个厚度或光学涂层120的层的厚度,取更小者)的压痕,并测量从该压痕沿着整个压痕深度范围或该压痕深度的一个区段(例如约100nm至约600nm范围内)的最大硬度,通常使用以下文献中的方法:Oliver,W.C.;Pharr,G.M.所著的An improvedtechnique for determining hardness and elastic modulus using load anddisplacement sensing indentation experiments(《一种改进的使用负荷和位移传感压痕实验测定硬度和弹性模量的技术》),J.Mater.Res.,第7卷,第6期,1992,1564~1583;和Oliver,W.C.;Pharr,G.M.所著的Measurement of Hardness and Elastic Modulus byInstrument Indentation:Advances in Understanding and Refinements toMethodology(《利用仪器压痕测量硬度和弹性模量:理解的进展和方法的改进》),J.Mater.Res.,第19卷,第1期,2004,3~20。如本文所用,硬度是指最大硬度而不是指平均硬度。
通常,在对比下方基材更硬的涂层所进行的纳米压痕测量方法(例如通过使用布氏硬度计压头)中,由于在较浅的压痕深度处形成了塑性区,因此所测得的硬度在最初可能显示为增加,然后增加并在更深的压痕深度处达到最大值或平台。随后,由于下方基材的影响,硬度在更深的压痕深度处开始下降。在基材相对于所使用的涂层具有增加的硬度的情况下,可以看到相同的效应;但是,由于下方基材的影响,硬度在更深的压痕深度处增加。
可对压痕深度范围和在某压痕深度范围的硬度值进行选择,以确定如本文所述的光学膜结构及其层的具体硬度响应,而不受下方基材的影响。当利用布氏硬度计压头对光学膜结构(当设置于基材上时)的硬度进行测量时,材料的永久变形区域(塑性区)与材料的硬度相关联。在压刻过程中,弹性应力场的范围延伸大大超出该永久变形区域。随着压痕深度的增加,表观硬度和模量受到应力场与下方基材相互作用的影响。基材对硬度的影响发生在更深的压痕深度处(即,通常是在大于光学膜结构或层厚度的约10%的深度处)。另外,另一种复杂情况是硬度响应需要某个最小负荷以在压刻过程中形成完全的塑性。在达到该确定的最小负荷前,硬度显示出大体递增的趋势。
在浅的压痕深度处(也可被表征为小负荷)(例如不超过约50nm),材料的表观硬度出现相对于压痕深度急剧增加。该较小的压痕深度区域不代表硬度的真实度量,而是反映出如上文所述的塑性区的形成,其与硬度计压头的有限曲率半径有关。在中间压痕深度处,表观硬度接近最大水平。在更深的压痕深度处,随着压痕深度的增加,基材的影响变得更加显著。一旦压痕深度超过光学涂层120的厚度或层厚度的约30%,硬度就会开始急剧减小。
在一些实施方式中,当在抗反射表面122处测量时,涂覆的制品100可展现出约8GPa或更大、约10GPa或更大、或者约12GPa或更大的硬度(例如约14GPa或更大、约16GPa或更大、约18GPa或更大、或者约20GPa或更大的硬度)。涂覆的制品100的硬度甚至可以最高达约20GPa或30GPa。光学涂层120和/或涂覆的制品100可以沿着约50nm或更深或者约100nm或更深的压痕深度(例如约50nm至约300nm、约50nm至约400nm、约50nm至约500nm、约50nm至约600nm、约200nm至约300nm、约200nm至约400nm、约200nm至约500nm、或者约200nm至约600nm的压痕深度)展现出这些测得的硬度值。在一个或多个实施方式中,制品展现出的硬度大于基材的硬度(所述基材的硬度可在与抗反射表面相对的表面上测得)。
根据一些实施方式,可以在涂覆的制品100的不同部分处测量硬度。例如,在第一部分113处和第二部分115处的抗反射表面122处,涂覆的制品在至少约50nm或更深的压痕深度处可以展现出至少8GPa或更大的硬度。例如,第一部分113和第二部分115处的硬度可以为约8GPa或更大、约10GPa或更大、或者约12GPa或更大(例如约14GPa或更大、约16GPa或更大、约18GPa或更大、或者约20GPa或更大)。
根据一些实施方式,本文所述的涂覆的制品在涂覆的制品100的不同部分,例如第一部分113和第二部分115,可以具有期望的光学性质(例如低折射率和中性色)。例如,当分别在接近垂直于相应部分的入射照明角下观察时,第一部分113和第二部分115处的光反射率可以相对较低(而透射率可以相对较高)。在另一个实施方式中,当每个部分在接近法向入射照明角下观察时,这两个部分之间的色彩差异对于肉眼可以是不显著的。在另一个实施方式中,当在方向相同的入射照明角下观察各部分时,色彩对于肉眼来说可以是不显著的,并且在每个部分可以具有相对较低的反射率(即,因为各部分彼此成某一角度,因此相对于各部分的表面的入射照明角不相同,但是照明方向却是相同的)。光学性质可以包括平均光透射率、平均光反射率、适光反射率、适光透射率、反射色(即,在L*a*b*色坐标中)和透射色(即,在L*a*b*色坐标中)。
如本文所用,术语“透射率”定义为给定波长范围内的入射光功率透射过材料(例如制品、基材、或者光学膜或其中的部分)的百分比。类似地,术语“反射率”定义为给定波长范围内的入射光功率从材料(例如制品、基材、或者光学膜或其中的部分)反射的百分比。当仅在制品的抗反射表面122处测量时[例如,当从未涂覆的后表面(例如图1中的114)移除反射时,如通过在与吸光器连接的后表面上使用折射率匹配油来移除,或利用其他已知方法来移除],反射率可以作为单侧反射率测得。在一个或多个实施方式中,表征透射率和反射率的光谱分辨率小于5nm或0.02eV。色彩在反射中可更加显著。由于光谱反射振荡随着入射照明角发生偏移,因此反射中的角色彩也随视角发生偏移。透射中的角色彩也会因光谱透射振荡随入射照明角度所发生的相同的偏移而随视角偏移。观察到的色彩和角色彩随入射照明角的偏移常常引起装置使用者的厌恶或反感,特别是在具有尖锐谱特征的照明下,例如荧光照明和一些LED照明。透射中的角色偏也可成为反射中的色偏中的一个因素,反之亦然。透射和/或反射中的角色偏的因素还包括由视角导致的角色偏或远离某个可能由材料吸收(某种程度上与角度无关)而导致的白点的角色偏,这由具体的光源或测试系统定义。
可以在约400nm至约800nm的波长区内测量平均光反射率和平均光透射率。在另外的实施方式中,光学波长区可以包含以下波长范围,例如约450nm至约650nm、约420nm至约680nm、约420nm至约700nm、约420nm至约740nm、约420nm至约850nm、或者约420nm至约950nm。
涂覆的制品100还可以通过各个部分处的适光透射率和适光反射率来表征。如本文所用,适光反射率根据人眼的灵敏度,通过对波长谱进行反射率加权来模拟人眼的响应。适光反射率还可根据诸如CIE色空间惯例这样的已知惯例而被定义为反射光的亮度或三色Y值。平均适光反射率在下述方程中定义为与眼睛的光谱响应有关的光谱反射率R(λ)乘以光源光谱I(λ)和CIE色彩匹配函数
平均适光透射率在下述方程中定义为与眼睛的光谱响应有关的光谱透射率T(λ)乘以光源光谱I(λ)和CIE色彩匹配函数
根据一个实施方式,涂覆的制品100可以展现出约8%或更低的单侧平均光反射率,其在基材110的第一部分113处的抗反射表面122处测得,其中,第一部分113的单侧平均光反射率在相对于n1的第一入射照明角θ1下测量,并且其中,第一入射照明角θ1包含与n1成约0度至约60度的角。在另外的实施方式中,第一入射照明角θ1可以包含与n1成约0度至约60度、约0度至约50度、约0度至约40度、约0度至约30度、约0度至约20度、或约0度至约10度的角。在另外的实施方式中,对于与n1成约0度至约60度、约0度至约50度、约0度至约40度、约0度至约30度、约0度至约20度、或约0度至约10度的所有入射照明角θ1,涂覆的制品100可以表现出约8%或更小的单侧平均光反射率,该单侧平均光反射率在基材110的第一部分113处的抗反射表面122处测得。在另外的实施方式中,鉴于任何所述的入射照明角θ1的范围,在基材110的第一部分113的抗反射表面122处测得的单侧平均光反射率在光学波长区内可以为约10%或更小、约9%或更小、约8%或更小、约7%或更小、约6%或更小、约5%或更小、约4%或更小、约3%或更小、约2%或更小、约1%或更小、或者约0.8%或更小。例如,单侧平均光反射率可以在以下范围内:约0.4%至约9%、约0.4%至约8%、约0.4%至约7%、约0.4%至约6%、或者约0.4%至约5%以及它们之间的所有范围。
根据一个实施方式,涂覆的制品100可以展现出约8%或更低的单侧平均光反射率,其在基材110的第二部分115处的抗反射表面122处测得,其中,第二部分115的单侧平均光反射率在相对于n2的第一入射照明角θ2下测量,并且其中,第一入射照明角θ2包含与n2成约0度至约60度的角。在另外的实施方式中,第一入射照明角θ2可以包含与n2成约0度至约60度、约0度至约50度、约0度至约40度、约0度至约30度、约0度至约20度、或约0度至约10度的角。在另外的实施方式中,对于与n2成约0度至约60度、约0度至约50度、约0度至约40度、约0度至约30度、约0度至约20度、或约0度至约10度的所有入射照明角θ2,涂覆的制品100可以表现出约8%或更小的单侧平均光反射率,该单侧平均光反射率在基材110的第二部分115处的抗反射表面122处测得。在另外的实施方式中,鉴于任何所述的入射照明角θ2的范围,在基材110的第二部分115的抗反射表面122处测得的单侧平均光反射率在光学波长区内可以为约10%或更小、约9%或更小、约8%或更小、约7%或更小、约6%或更小、约5%或更小、约4%或更小、约3%或更小、约2%或更小、约1%或更小、或者约0.8%或更小。例如,单侧平均光反射率可以在以下范围内:约0.4%至约9%、约0.4%至约8%、约0.4%至约7%、约0.4%至约6%、或者约0.4%至约5%以及它们之间的所有范围。
在另一个实施方式中,在基材110的第一部分113处的抗反射表面122处测得的在所公开的任意的角范围内的单侧平均光反射率与在基材110的第二部分115处的抗反射表面122处测得的在所公开的任意的角范围内的单侧平均光反射率之间的差为5%或更小、4%或更小、3%或更小、2%或更小、或者甚至是1%或更小。
在另一个实施方式中,第一部分113和/或第二部分115处的适光反射率在关于公开的色范围内的单侧平均光反射率所公开的范围内。
根据一个实施方式,涂覆的制品100可以展现出约8%或更低的平均光透射率,其在基材110的第一部分113处的抗反射表面122处测得,其中,第一部分113的平均光透射率在相对于n1的第一入射照明角θ1下测量,并且其中,第一入射照明角θ1包含与n1成约0度至约60度的角。在另外的实施方式中,第一入射照明角θ1可以包含与n1成约0度至约60度、约0度至约50度、约0度至约40度、约0度至约30度、约0度至约20度、或约0度至约10度的角。在另外的实施方式中,对于与n1成约0度至约60度、约0度至约50度、约0度至约40度、约0度至约30度、约0度至约20度、或约0度至约10度的所有入射照明角θ1,涂覆的制品100可以表现出约8%或更小的平均光透射率,该平均光透射率在基材110的第一部分113处的抗反射表面122处测得。在另外的实施方式中,鉴于任何所述的入射照明角θ1的范围,在基材110的第一部分113的抗反射表面122处测得的平均光透射率在光学波长区内可以为约90%或更大、91%或更大、92%或更大、93%或更大、94%或更大、95%或更大、96%或更大、97%或更大、或者98%或更大。例如,平均光透射率可以在以下范围内:约90%至约95.5%、约91%至约95.5%、约92%至约95.5%、约93%至约95.5%、约94%至约95.5%、约95%至约95.5%、约96%至约95.5%以及它们之间的所有范围。
根据一个实施方式,涂覆的制品100可以展现出约8%或更低的平均光透射率,其在基材110的第二部分115处的抗反射表面122处测得,其中,第二部分115的平均光透射率在相对于n2的第一入射照明角θ2下测量,并且其中,第一入射照明角θ2包含与n2成约0度至约60度的角。在另外的实施方式中,第一入射照明角θ2可以包含与n2成约0度至约60度、约0度至约50度、约0度至约40度、约0度至约30度、约0度至约20度、或约0度至约10度的角。在另外的实施方式中,对于与n2成约0度至约60度、约0度至约50度、约0度至约40度、约0度至约30度、约0度至约20度、或约0度至约10度的所有入射照明角θ2,涂覆的制品100可以表现出约8%或更小的平均光透射率,该平均光透射率在基材110的第二部分115处的抗反射表面122处测得。在另外的实施方式中,鉴于任何所述的入射照明角θ2的范围,在基材110的第二部分115的抗反射表面122处测得的平均光透射率在光学波长区内可以为约90%或更大、91%或更大、92%或更大、93%或更大、94%或更大、95%或更大、96%或更大、97%或更大、或者98%或更大。例如,平均光透射率可以在以下范围内:约90%至约95.5%、约91%至约95.5%、约92%至约95.5%、约93%至约95.5%、约94%至约95.5%、约95%至约95.5%、约96%至约95.5%以及它们之间的所有范围。
在另一个实施方式中,在基材110的第一部分113处的抗反射表面122处测得的在所公开的任意的角范围内的平均光透射率与在基材110的第二部分115处的抗反射表面122处测得的在所公开的任意的角范围内的平均光透射率之间的差为5%或更小、4%或更小、3%或更小、2%或更小、或者甚至是1%或更小。
在另一个实施方式中,第一部分113和/或第二部分115处的适光透射率在关于公开的角范围内的平均光透射率所公开的范围内。
根据另一个实施方式,可以在第一部分113和第二部分115处测量单侧平均光反射率、平均光透射率、适光反射率、适光透射率、反射色和透射色中的一种或多种,其中,第一入射照明角θ1包含与n1成约0度至约60度的角,第二部分115处的给定光学性质在第二入射照明角θ2下测量,其中,第二入射照明角θ2的方向与第一入射照明角的方向v1相同,使得在相同的观察方向上测得第一部分113处和第二部分115处的光学性质(即,v1等于v2,,但是θ1不等于θ2,因为n1不等于n2)。
来自于光学涂层120/空气界面和光学涂层120/基材110界面的反射波之间的光学干涉可导致光谱反射和/或透射振荡,其会在涂覆的制品100中产生明显色彩。在一个或多个实施方式中,当以入射照明角θ1在法线n1与观察方向v1之间测量时,第一部分113处的涂覆的制品100可以表现出约10或更小的反射和/或透射中的角色偏。另外,在一个或多个实施方式中,当以入射照明角θ2在法线n2与观察方向v2之间测量时,第二部分115处的涂覆的制品100可以表现出约10或更小的反射和/或透射中的角色偏。
根据一个或多个实施方式,第一部分113和第二部分115处的参照点色彩可以小于约10(例如约9或更小、约8或更小、约7或更小、约6或更小、约5或更小、约4或更小、约3或更小、或者甚至是约2或更小)。如本文所用,词语“参照点色彩”是指在CIE L*,a*,b*色度系统下,相对于参照色的反射和/或透射中的a*和b*。参照色可以为(a*,b*)=(0,0),(-2,-2),(-4,-4),或者基材110的色坐标。参照点色彩可以在变化的入射照明角θ1和θ2下测得。在(0,0)参照处,参照点色彩定义为√((a* 制品)2+(b* 制品)2);在(-2,-2)参照处,参照点色彩定义为√((a* 制品+2)2+(b* 制品+2)2);在(-4,-4)参照处,参照点色彩定义为√((a* 制品+4)2+(b* 制品+4)2);在基材110的色彩为参照时,参照点色彩定义为√((a* 制品–a* 基材)2+(b* 制品–b* 基材)2)。在一些实施方式中,参照点色彩可以在角范围内测得,使得入射照明角θ1和θ2可以包含与n1或n2成以下范围的角:约0度至约60度、约0度至约50度、约0度至约40度、约0度至约30度、约0度至约20度、或者约0度至约10度。在另一个实施方式中,对于公开的任意的入射照明角范围,在第一部分113处、在第二部分115处、或者在第一部分113和第二部分115处,a*可以为约2或更小,且b*可以为约2或更小。
如本文所用,词语“角色偏”是指在CIE L*,a*,b*色度系统下,反射和/或透射中a*和b*随着入射照明角的偏移而变化。应当理解的是,除非另有说明,否则本文所述的制品的L*坐标在任何角度或参照点下都是相同的,并且不会影响色偏。例如,角色偏可利用下式在涂覆的基材100的特定位置处确定:
√((a* v-a* n)2+(b* v-b* n)2)
其中a* v和b* v表示当在入射照明角下观察时制品的a*和b*坐标,a* n和b* n表示当在法线或接近法线下观察时制品的a*和b*坐标。
在一个或多个实施方式中,第一部分113的角色偏可以为约10或更小、约9或更小、约8或更小、约7或更小、约6或更小、约5或更小、约4或更小、约3或更小、或者甚至是约2或更小。同样地,第二部分115的角色偏可以为约10或更小、约9或更小、约8或更小、约7或更小、约6或更小、约5或更小、约4或更小、约3或更小、或者甚至是约2或更小。代表性的入射照明角θ1和θ2可以包含与n1或n2成约0度至约60度、约0度至约50度、约0度至约40度、约0度至约30度、约0度至约20度、或约0度至约10度的角。在另外的实施方式中,对于与n1成约0度至约60度、约0度至约50度、约0度至约40度、约0度至约30度、约0度至约20度、或约0度至约10度的所有入射照明角θ1,涂覆的制品100在基材110的第一部分113和第二部分115处可以表现出约10或更小的反射或透射色偏。在一些实施方式中,角色偏可以为约0。
光源可包括CIE确定的标准光源,包括A光源(代表钨丝照明设备)、B光源(日光模拟光源)、C光源(日光模拟光源)、D系列光源(代表自然日光)和F系列光源(代表各种类型的荧光照明设备)。
在另一个实施方式中,涂覆的制品100在基材110的第一部分113与基材110的第二部分115之间的反射色差异小于或等于约10(例如约9或更小、约8或更小、约7或更小、约6或更小、约5或更小、约4或更小、约3或更小、约2或更小、或者甚至是约1或更小,其中,反射色差异定义为:
√((a* 第一部分-a* 第二部分)2+(b* 第一部分-b* 第二部分)2),
并且其中,第一部分113处的反射色在相对于n1的第一入射照明角θ1下测得,第二部分115处的反射色在相对于n2的第二入射照明角θ2下测得。代表性的入射照明角θ1和θ2可以包含与n1或n2成约0度至约60度、约0度至约50度、约0度至约40度、约0度至约30度、约0度至约20度、或约0度至约10度的角。在另一个实施方式中,可以测量由√((a* 第一部分-a* 第二部分)2+(b* 第一部分-b* 第二部分)2)限定的反射色差异,使得第二入射照明角θ2的方向与第一入射照明角的方向v1相同,以在相同的观察方向上测量第一部分113和第二部分115处的光学性质(即,v1等于v2,但是θ1不等于θ2,因为n1不等于n2)。
基材110可包含无机材料,且可包含无定形基材、晶体基材或它们的组合。基材110可由人工材料和/或天然材料(例如石英和聚合物)形成。例如,在一些情况中,基材110可表征为有机物且具体来说可以是聚合物。合适的聚合物的实例包括但不限于:热塑性材料,包括聚苯乙烯(PS)(包括苯乙烯共聚物和掺混物);聚碳酸酯(PC)(包括共聚物和掺混物);聚酯(包括共聚物和掺混物,包括聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯共聚物);聚烯烃(PO)和环聚烯烃(环-PO);聚氯乙烯(PVC);丙烯酸类聚合物,包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(包括共聚物和掺混物);热塑性氨基甲酸酯(TPU);聚醚酰亚胺(PEI)以及这些聚合物相互之间的掺混物。其他示例性聚合物包括环氧树脂、苯乙烯类树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂和有机硅树脂。
在一些特定的实施方式中,基材110可具体排除聚合物、塑料和/或金属材料。基材110可被表征为含碱金属的基材(即,该基材包含一种或多种碱金属)。在一个或多个实施方式中,基材110展现出约1.45至约1.55的折射率。在特定的实施方式中,基材110可在一个或多个相对主表面上展现出平均断裂应变,所述平均断裂应变为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、或者甚至是2%或更大,所述断裂应变是利用环上球测试(ball-on-ring testing)使用至少5个、至少10个、至少15个或至少20个样品来测得的。在一些特定的实施方式中,基材110可在一个或多个相对主表面上的表面处展现出平均断裂应变,该平均断裂应变为约1.2%、约1.4%、约1.6%、约1.8%、约2.2%、约2.4%、约2.6%、约2.8%、或约3%或更大。
合适的基材110可展现出约30GPa至约120GPa的弹性模量(或杨氏模量)。在一些情况中,基材的弹性模量可在以下范围以及它们之间的所有范围和子范围内:约30GPa至约110GPa、约30GPa至约100GPa、约30GPa至约90GPa、约30GPa至约80GPa、约30GPa至约70GPa、约40GPa至约120GPa、约50GPa至约120GPa、约60GPa至约120GPa、约70GPa至约120GPa。
在一个或多个实施方式中,无定形基材可包含玻璃,该玻璃可以是经过强化的或未经过强化的。合适的玻璃的实例包括钠钙玻璃、碱金属硅铝酸盐玻璃、含碱金属的硼硅酸盐玻璃和碱金属铝硼硅酸盐玻璃。在一些变化形式中,玻璃可以不含氧化锂。在一个或多个替代性实施方式中,基材110可以包含晶体基材,例如玻璃陶瓷基材(其可以是经过强化的或未经过强化的),或者可包含单晶结构,例如蓝宝石。在一个或多个具体的实施方式中,基材110包括无定形基底(例如玻璃)和晶体包层(例如蓝宝石层、多晶氧化铝层和/或尖晶石(MgAl2O4)层)。
一个或多个实施方式的基材110的硬度可小于整个涂覆的制品100的硬度(所述硬度由本文所述的布氏压头硬度测试测得)。基材110的硬度可使用本领域已知的方法测量,包括但不限于布氏压头硬度测试或维氏硬度测试。
基材110可基本上是光学澄清的、透明的以及不含光散射元件的。在这些实施方式中,基材在光学波长区内可表现出约85%或更高、约86%或更高、约87%或更高、约88%或更高、约89%或更高、约90%或更高、约91%或更高或者约92%或更高的平均光透射率。在一个或多个替代性实施方式中,基材110可以是不透明的或者在光学波长区内展现出小于约10%、小于约9%、小于约8%、小于约7%、小于约6%、小于约5%、小于约4%、小于约3%、小于约2%、小于约1%、或者小于约0.5%的平均光透射率。在一些实施方式中,这些光反射率和透射率数值可以是总反射率或总透射率(将基材的两个主表面上的反射率或透射率考虑进去),或者可以是在基材的单侧上观察到的(即,仅在抗反射表面122上观察而不考虑相对的表面)。除非另有说明,否则单独的基材的平均反射率或透射率是在相对于基材主表面112成0度的入射照明角下测得的(但是,这些测量结果也可在45度或60度的入射照明角下提供)。基材110可以任选地展现出色彩,例如白色、黑色、红色、蓝色、绿色、黄色、橙色等。
另外或替代地,出于美观和/或功能原因,基材110的物理厚度可沿着其一个或多个尺寸变化。例如,基材110的边缘可以比更靠近基材110中心的区域厚。基材110的长度、宽度和物理厚度尺寸也可根据涂覆的制品100的应用或用途而变化。
基材110可采用各种不同的方法来提供。例如,当基材110包含无定形基材(例如玻璃)时,各种成形方法可包括浮法玻璃方法和下拉法,例如熔合拉制法和狭缝拉制法。
基材110一旦形成就可对其进行强化以形成强化基材。如本文所用,术语“强化基材”可指已经经过化学强化的基材,例如通过将基材表面中较小的离子离子交换成较大的离子来进行化学强化。然而,也可利用本领域已知的其他强化方法来形成强化基材,例如热回火,或者利用基材各部分之间的热膨胀系数错配来产生压缩应力区和中心张力区。
在通过离子交换工艺对基材110进行化学强化的情况中,基材表面层中的离子被具有相同价态或氧化态的更大的离子替换或交换。离子交换工艺通常这样进行:将基材浸没在熔融盐浴中,该熔融盐浴含有将与基材中的较小离子进行交换的较大离子。本领域技术人员应当理解,离子交换工艺的参数包括但不限于浴的组成和温度、浸没时间、基材在一种或多种盐浴中的浸没次数、多种盐浴的使用、例如退火、洗涤等的其他步骤,这些参数通常是根据以下因素确定的:基材的组成和通过强化操作获得的基材的所需压缩应力(CS)、压缩应力层深度(或层深度DOL、或压缩深度DOC)。例如,含碱金属的玻璃基材的离子交换可以通过浸没在至少一种包含盐的熔融浴中实现,所述盐例如但不限于较大的碱金属离子的硝酸盐、硫酸盐和氯化物。熔融盐浴的温度通常在约380℃至最高达约450℃的范围内,同时,浸没时间在约15分钟至最高达约40小时的范围内。但是,也可以采用与上述不同的温度和浸没时间。
另外,以下文献描述了在多个离子交换浴中浸没玻璃基材且在浸没之间进行洗涤和/或退火步骤的离子交换工艺的非限制性实例:2009年7月10日提交的Douglas C.Allan等人的题为“Glass with Compressive Surface for Consumer Applications(《用于消费用途的具有压缩表面的玻璃》)”的第12/500,650号美国专利申请,其要求2008年7月11日提交的第61/079995号美国临时专利申请的优先权,其中通过在多次相继的离子交换处理中在具有不同浓度的盐浴中浸没来对玻璃基材进行强化;和2012年11月20日获得授权的Christopher M.Lee等人的美国专利8,312,739,题为“Dual Stage Ion Exchange forChemical Strengthening of Glass(《用于玻璃化学强化的两步离子交换》)”,其要求2008年7月29日提交的第61/084,398号美国临时专利申请的优先权,其中玻璃基材通过以下方式进行强化:首先在用流出离子稀释的第一浴中进行离子交换,然后浸没在第二浴中,所述第二浴的流出离子的浓度小于第一浴的流出离子的浓度。第12/500,650号美国专利申请和第8,312,739号美国专利的内容通过引用全文纳入本文。
通过离子交换获得的化学强化程度可基于中心张力(CT)、表面CS和压缩深度(DOC)参数进行量化。通过表面应力计(FSM),使用商购仪器,例如日本折原实业有限公司[Orihara Industrial Co.,Ltd.(Japan)]制造的FSM-6000,来测量压缩应力(包括表面CS)。表面应力测量依赖于应力光学系数(SOC)的精确测量,而应力光学系数与玻璃的双折射相关。进而根据ASTM标准C770-16中所述的方案C(玻璃盘方法),题为“Standard TestMethod for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient(《测量玻璃应力-光学系数的标准测试方法》)”来测量SOC,其全文通过引用结合入本文。使用本领域已知的散射光偏振光镜(SCALP)技术来测量最大CT值。如本文所用,DOC意为本文所述的经过化学强化的碱金属硅铝酸盐玻璃制品中的应力从压缩应力变为拉伸应力处的深度。取决于离子交换处理方式,DOC可以通过FSM或SCALP测量。如果玻璃制品中的应力是通过将钾离子交换到玻璃制品中产生的,则使用FSM测量DOC。如果应力是通过将钠离子交换到玻璃制品中产生的,则使用SCALP测量DOC。如果玻璃制品中的应力是通过将钾离子和钠离子二者交换到玻璃中产生的,则通过SCALP测量DOC,因为认为钠的交换深度表示的是DOC,而钾离子的交换深度表示的是压缩应力的变化幅度(但不表示应力从压缩应力变为拉伸应力);在这种玻璃制品中的钾离子的交换深度通过FSM测量。
在一个实施方式中,基材110的表面CS可以为250MPa或更大、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或更大或者800MPa或更大。强化基材的DOC(之前为DOL)可以为10μm或更大、15μm或更大、20μm或更大(例如,25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm或更大),并且/或者CT可以为10MPa或更大、20MPa或更大、30MPa或更大、40MPa或更大(例如,42MPa、45MPa或者50MPa或更大),但小于100MPa(例如95、90、85、80、75、70、65、60、55MPa或更小)。在一个或多个具体的实施方式中,强化基材具有以下一项或多项:大于500MPa的表面CS、大于15μm的DOC(之前为DOL)和大于18MPa的CT。
可用于基材110的示例性玻璃可以包含碱金属硅铝酸盐玻璃组合物或碱金属铝硼硅酸盐玻璃组合物,但是也可考虑其他玻璃组合物。这些玻璃组合物能够通过离子交换工艺来进行化学强化。一种示例性玻璃组合物包含SiO2、B2O3和Na2O,其中,(SiO2+B2O3)≥66摩尔%,并且Na2O≥9摩尔%。在一个实施方式中,玻璃组合物包含至少6重量%的氧化铝。在另一个实施方式中,基材包含具有一种或多种碱土氧化物的玻璃组合物,以使碱土氧化物的含量为至少5重量%。在一些实施方式中,合适的玻璃组合物还包含K2O、MgO和CaO中的至少一种。在一个具体的实施方式中,用于基材的玻璃组合物可包含61-75摩尔%的SiO2;7-15摩尔%的Al2O3;0-12摩尔%的B2O3;9-21摩尔%的Na2O;0-4摩尔%的K2O;0-7摩尔%的MgO;以及0-3摩尔%的CaO。
另一种适用于基材110的示例性玻璃组合物包含:60-70摩尔%SiO2;6-14摩尔%Al2O3;0-15摩尔%B2O3;0-15摩尔%Li2O;0-20摩尔%Na2O;0-10摩尔%K2O;0-8摩尔%MgO;0-10摩尔%CaO;0-5摩尔%ZrO2;0-1摩尔%SnO2;0-1摩尔%CeO2;小于50ppm的As2O3;以及小于50ppm的Sb2O3;其中12摩尔%≤(Li2O+Na2O+K2O)≤20摩尔%且0摩尔%≤(MgO+CaO)≤10摩尔%。
另一种适用于基材110的示例性玻璃组合物包含:63.5-66.5摩尔%SiO2;8-12摩尔%Al2O3;0-3摩尔%B2O3;0-5摩尔%Li2O;8-18摩尔%Na2O;0-5摩尔%K2O;1-7摩尔%MgO;0-2.5摩尔%CaO;0-3摩尔%ZrO2;0.05-0.25摩尔%SnO2;0.05-0.5摩尔%CeO2;小于50ppm的As2O3;以及小于50ppm的Sb2O3;其中14摩尔%≤(Li2O+Na2O+K2O)≤18摩尔%且2摩尔%≤(MgO+CaO)≤7摩尔%。
在一个具体的实施方式中,适用于基材110的碱金属硅铝酸盐玻璃组合物包含氧化铝、至少一种碱金属,在一些实施方式中包含大于50摩尔%的SiO2,在其他实施方式中包含至少58摩尔%的SiO2,而在另一些实施方式中包含至少60摩尔%的SiO2,其中,(Al2O3+B2O3)/∑改性剂(即改性剂的总量)的比值大于1,在该比值中,组分以摩尔%计且改性剂是碱金属氧化物。在一些具体的实施方式中,该玻璃组合物包含:58-72摩尔%SiO2;9-17摩尔%Al2O3;2-12摩尔%B2O3;8-16摩尔%Na2O和0-4摩尔%K2O,其中,(Al2O3+B2O3)/∑改性剂(即改性剂的总量)的比值大于1。
在另一个实施方式中,基材110可以包含:含有以下物质的碱金属硅铝酸盐玻璃组合物:64-68摩尔%SiO2;12-16摩尔%Na2O;8-12摩尔%Al2O3;0-3摩尔%B2O3;2-5摩尔%K2O;4-6摩尔%MgO;和0-5摩尔%CaO,其中:66摩尔%≤SiO2+B2O3+CaO≤69摩尔%;Na2O+K2O+B2O3+MgO+CaO+SrO>10摩尔%;5摩尔%≤MgO+CaO+SrO≤8摩尔%;(Na2O+B2O3)-Al2O3≤2摩尔%;2摩尔%≤Na2O-Al2O3≤6摩尔%并且4摩尔%≤(Na2O+K2O)-Al2O3≤10摩尔%。
在一个替代性实施方式中,基材110可以包含:含有以下物质的碱金属硅铝酸盐玻璃组合物:2摩尔%或更高的Al2O3和/或ZrO2,或者4摩尔%或更高的Al2O3和/或ZrO2
在基材110包括晶体基材的情况下,所述基材可包括单晶,所述单晶可包括Al2O3。这种单晶基材被称作蓝宝石。用于晶体基材的其他合适材料包括多晶氧化铝层和/或尖晶石(MgAl2O4)。
任选地,基材110可以是结晶的并且可以包含玻璃陶瓷基材,其可以是经过强化的或未经过强化的。合适的玻璃陶瓷的实例可包括Li2O-Al2O3-SiO2体系(即LAS体系)的玻璃陶瓷、MgO-Al2O3-SiO2体系(即MAS体系)的玻璃陶瓷、和/或包含主晶相,且主晶相包含β-石英固溶体、β-锂辉石固溶体、堇青石和二硅酸锂的玻璃陶瓷。玻璃陶瓷基材可利用本文公开的化学强化工艺进行强化。在一个或多个实施方式中,MAS体系的玻璃陶瓷基材可以在Li2SO4熔融盐中强化,由此可发生2Li+对Mg2+的交换。
一种或多种实施方式的基材110在基材110的各部分可具有约100μm至约5mm的物理厚度。示例性基材110的物理厚度在约100μm至约500μm的范围内(例如100、200、300、400或500μm)。另一个示例性基材110的物理厚度在约500μm至约1000μm的范围内(例如500、600、700、800、900或1000μm)。基材110可具有大于约1mm(例如约2、3、4或5mm)的物理厚度。在一个或多个特定的实施方式中,基材110可具有2mm或更小或者小于1mm的物理厚度。基材110可经过酸抛光,或者以其他方式处理,以消除或减少表面瑕疵的影响。
可以将本文公开的涂覆的制品并入另一种制品中,例如具有显示器(或显示制品)的制品(例如消费电子器件,包括手机、平板电脑、电脑、导航系统等);建筑制品;运输制品(例如汽车、火车、飞行器、船舶等)、器具制品或需要一定程度的透明度、耐刮擦性、耐磨损性或以上性质的组合的任意制品。图43A和43B示出了包含本文公开的任何涂覆的制品的示例性制品。具体来说,图43A和43B示出了消费电子装置4100,其包括壳体4102,所述壳体4102具有前表面4104、后表面4106和侧表面4108;电子部件(未示出),其至少部分或完全位于所述壳体内并且在壳体的前表面处或与之相邻处至少包括控制器、存储器和显示器4110;以及盖板基材4112,其在壳体的前表面处或壳体前表面上方以使盖板基材4112在显示器上方。在一些实施方式中,盖板基材4112或一部分壳体102中的至少一种可以包含本文公开的任意一种涂覆的制品。
实施例
通过以下实施例进一步阐述各个实施方式。利用计算对实施例的光学性质进行建模。使用亚利桑那州图森市的薄膜中心公司(Thin Film Center,Inc.,Tucson AZ)的薄膜设计程序“Essential Macleod”进行计算。以1nm间隔针对选定的波长范围计算光透射率。基于输入的各层的层厚度和折射率计算给定的涂覆的制品在每个波长下的透射率。涂层材料的折射率数值是通过实验获得的或在现有文献中找到的。为了通过实验确定材料的折射率,制备涂层材料的材料色散曲线。使用离子辅助在约50℃的温度下,(分别)利用硅、铝、硅与铝的组合或经过共溅射的、或氟化镁靶的DC、RF或RF叠加的DC反应性溅射,将各涂层材料的层形成到硅晶片上。在一些层的沉积过程中,将该晶片加热至200℃,并且使用具有3英寸直径的靶。所用的反应性气体包含氮气、氟气和氧气,且使用氩气作为惰性气体。向硅靶提供13.56Mhz的RF功率,向Si靶、Al靶和其他靶提供DC功率。
使用椭圆偏振光谱法测量所形成的各层和玻璃基材中的每一者的折射率(随波长变化)。然后使用测得的折射率来计算实施例的反射光谱。为了方便起见,这些实施例使用它们的描述性表格中的单一折射率数值,该单一折射率数值与选自约550nm波长下的色散曲线的点对应。
提供比较例以将本文所述的涂层的性能与常规涂层进行比较,当将常规涂层沉积在非平面基材上时,其可具有较差的光学性能。
比较例A
用表1的涂层涂覆平面玻璃基材。图9示出了在相对于法向入射角改变视角的情况下,表1的光学涂层的反射率根据波长的变化而变化的图;线202对应于0度入射角,线204对应于15度入射角,线206对应于30度入射角,线208对应于45度入射角,线210对应于60度入射角。如可从图9中见到的,随着视角改变,反射率(尤其是从约650nm及更大处开始)增加。因此,当将该涂层涂覆在非平面基材上时,该涂层相对于基材上的不同位置可具有可见的光学差异。另外,对表1的涂层进行建模,其中每一层通过各个沉积角的余弦标量薄化。例如,为了模拟15度的沉积角,将每层厚度乘以15度的余弦。图10示出了在法向观察角下观察时,在改变层厚度的情况下,表1的光学涂层的反射率根据波长的变化图。线212对应于0度沉积角(与表1的涂层相同),线214对应于15度沉积角,线216对应于30度沉积角,线218对应于45度沉积角,线220对应于60度沉积角。如在图10中见到的,当沉积角从0度开始增加时,反射率在可见光谱的部分内增加。
表1
比较例B
用表2的涂层涂覆平面玻璃基材。在图11中,线222示出了在与法线成8度的视角下,比较例B的光学涂层(表2的涂层)的反射率根据波长的变化图。
表2
实施例1
用表3的涂层涂覆平面玻璃基材。在图11中,线224示出了在与法线成8度的视角下,实施例1的光学涂层的反射率根据波长的变化图。如在图11中可见到的,在超过700nm的波长下,实施例1的涂层相比于比较例B的涂层的第一表面反射率降低。
表3
图12示出了在法向入射角下观察到的,所设计的实施例1的光学涂层以及层厚度减小并且代表沉积角度为35度的实施例1的光学涂层的反射率随波长变化的图。如可从图12中见到的,模拟的35度的沉积角造成在大于约700nm波长下反射率增加。然而,在可见光谱内反射率相对较低。
图13示出了从法向入射角到60度观察所设计且层厚度减小并且代表沉积角增加的实施例1的光学涂层的L*a*b*色彩空间的反射率的a*对比b*的图。
标记为240的线表示0度至30度的模拟沉积角。由于沉积角不超过30度,涂层几乎没有色彩变化。线242对应于35度沉积角,线244对应于40度沉积角,线246对应于45度沉积角,线248对应于50度沉积角,线250对应于55度沉积角,线252对应于60度沉积角。如所模拟的,对于0度至30度的观察入射角,b*在10至1的范围内,a*在-5至0的范围内。而且,当从0度至60度观察时,对于0度至40度的沉积角,b*小于2。
实施例2
用具有下梯度层、耐刮擦层和上梯度层的光学涂层涂覆平面玻璃基材。下梯度层形成于玻璃基材上。在Plasma-Therm Versaline HDPCVD室中,利用SiO2-SiON-SiNx组合物沉积梯度层,所述SiO2-SiON-SiNx组合物由硅烷、氩气、氧气和氮气沉积。通过将过渡转变成多个短步骤来形成梯度,其中在各步骤之间通过变形参数来改变硅烷流、氧气、氮气、压力、氩气、线圈RF功率和RF偏置功率,其中变形参数1是线性曲线,而增加到大于1形成了逐渐向下凹的曲线,小于1的变形参数形成了逐渐向上凹的曲线。耐刮擦层由SiNx制成,添加氧以在上梯度层和下梯度层中获得梯度。
图29示出了用于沉积涂层的N2的流量(以附图标记306示出)、O2的流量(以附图标记304示出)和SiH4的流量(以附图标记302示出)根据时间的变化情况。采用图29的沉积方案形成具有500nm下梯度层(变形参数=3)、1800nm耐刮擦层和126nm上梯度层的光学涂层。图30描述了通过图29的条件形成的XPS组成分布,其中附图标记308表示氮,附图标记310表示硅、附图标记312表示铝、附图标记314表示氧、附图标记316表示氟。应注意的是,在图29中,下梯度层在该图的左边部分,上梯度层在该图的右边部分,而在图29中,下梯度层在该图的右边部分,而上梯度层在该图的左边部分。图31示出了通过图29的沉积条件计算的涂层的折射率。折射率由MFC流量计算得到,以计算成折射率对气体流量的拟合,所述气体流量由从硬质SiNx层到二氧化硅的中间组合物获得。应理解,图29所示的沉积是实施例2的基本情况,除非另外具体说明,否则当改变实施例2的涂层的一个参数时,其他所有参数与图29的涂层保持一致。
图14描述了对于变化的视角,实施例2的光学涂层(通过图29的条件来沉积)的第一表面反射率,其中线260表示在6度入射角下的反射率,线262表示在20度入射角下的反射率,线264表示在40度入射角下的反射率,线266表示在60度入射角下的反射率。可观察到,梯度结构产生了相对无特征的反射率曲线,其在反射率强度和反射率形状根据波长的变化方面看上去与空白玻璃极为相似。还注意到反射率作为视角的函数有小的变化。与非梯度电介质堆叠设计不同,通带没有随视角偏移而改变颜色。反射率的~2%的波动被认为是在梯度/硬质层界面处折射率的阶跃变化引起的。该阶跃变化可以通过许多种方法消除,最明显的方法是另外的氧气质量流控制器以涵盖所需的流量范围。
制备具有变化的下梯度层厚度的各样品,其中,将耐刮擦层保持在1800nm并将上梯度层保持在126nm。图32示出了反射率根据波长的变化情况,其中附图标记320表示750nm的下梯度层,附图标记324表示500nm的下梯度层,附图标记322表示250nm的下梯度层。当将阻抗匹配的梯度厚度从250nm变化到750nm时,观察到很小的反射率或波动变化。
最佳的梯度结构通常使用类似于S型函数的齐式多项分布。通过附加具有逆变形参数的两个幂律梯度在阻抗匹配梯度中产生似S型折射率分布。对于500nm下梯度层,制备具有不同梯度曲线的样品。图33示出了反射率根据波长的变化情况,其中附图标记326表示三阶多项式拟合梯度,附图标记324表示二阶似S型形状,其通过附加具有二阶曲线的幂律分布得到,附图标记322表示二阶似S型形状,其通过附加具有三阶曲线的幂律分布得到,附图标记320表示二阶似S型形状,其通过附加具有五阶曲线的幂律分布得到。各种梯度形状产生了较相似的反射率
图15示出了在不同视角下,具有变化的顶部梯度涂层厚度的实施例2的光学涂层的L*a*b*色彩空间中的反射D65色彩的a*对比b*的图。空心圆圈表示具有126nm上梯度层的样品,正方形表示具有256nm上梯度层的样品,三角形表示具有504nm厚度的样品。每个圆圈、三角形或正方形表示不同的视角(即,6度、20度、40度或60度)。图16示出了在法向视角下,具有变化的顶部梯度涂层厚度的实施例2的光学涂层的L*a*b*色彩空间中的透射D65色彩的a*对比b*的图。“x”表示具有126nm上梯度层的样品,菱形表示具有256nm上梯度层的样品,正方形表示具有504nm厚度的样品。较薄的上梯度层在多个样品中得到色彩更为中性的涂层。图34A和34B分别示出了针对变化的梯度厚度的第一表面反射色和透射色。b*的整体变化大于a*。使用较薄的顶部涂层梯度层获得最中性的色点。
图35-38分别示出了1-表面反射色、2-表面反射色、模量和硬度以及透射色根据顶部涂层梯度厚度的变化情况。可以看出,如果1-表面反射率期望-2≤a*≤0;-4≤b*≤0的目标值且透射率期望-0.4≤a*≤0.4;0≤b*≤0.5的目标值,则约160-180nm的上梯度层厚度可以获得这些光学参数。
图17示出了对于126nm厚度(附图标记274)、256nm厚度(附图标记272)和504nm厚度(附图标记270),上梯度层的计算折射率根据厚度的变化情况。
图18示出了利用不同的上梯度层厚度制备的样品的布氏硬度分布。线276表示具有126nm上梯度层的样品的硬度分布,线278表示具有256nm上梯度层的样品的硬度分布,线280表示具有504nm上梯度层的样品的硬度分布。较薄的上梯度层使硬度增加。表4示出了模量和硬度根据变化的上梯度层厚度的变化情况。
表4
用上述涂层制备样品,其中126nm的上梯度层具有不同的变形参数。图19示出了具有变化的变形参数的实施例2的涂层的上梯度层分布的图,图20示出了根据实施例2制备的具有变化的上梯度层变形参数的样品的硬度分布。在图19和20中,标记282的线表示0.2的变形参数,标记284的线表示0.5的变形参数,标记286的线表示0.3的变形参数,标记288的线表示0.5的变形参数。较小的线性变形参数一般导致硬度增加。表5示出了模量和硬度根据变化的变形参数的变化情况。
表5
根据本文所述的一个或多个实施方式,图21示出了在不同的视角下,具有变化的顶部梯度变形参数的实施例2的光学涂层的L*a*b*色彩空间中的反射D65色彩的a*对比b*的图;图22示出了在法向观察角下,具有变化的顶部梯度涂层变形参数的实施例2的光学涂层的L*a*b*色彩空间中的透射D65色彩的a*对比b*的图。在图21中,空心圆圈表示0.2的变形参数,正方形表示0.25的变形参数,三角形表示0.3的变形参数,“x”表示0.5的变形参数。在图22中,“x”表示0.2的变形参数,菱形表示0.25的变形参数,正方形表示0.3的变形参数,三角形表示0.5的变形参数。
图23图示了具有变化的上梯度层变形参数的实施例2的涂层的平均适光透射率和平均适光反射率;图24图示了具有变化的上梯度层厚度的实施例2的涂层的平均适光透射率和平均适光反射率。在图23和24中,正方形表示在400nm至780nm光谱内的平均适光反射率,菱形表示在400nm至780nm光谱内的平均适光透射率。另外,图39图示了实施例2的涂层的硬度和2-表面适光透射率根据变化的顶部梯度厚度而变化的情况。如图39所示,某些实施方式具有接近20GPa的硬度(大于某些离子交换玻璃基材的硬度的两倍),同时具有超过90%的适光透射率,这接近于空白玻璃。
实施例3
将涂层沉积在玻璃基材上,其包含六层阻抗匹配堆叠体,2000nm耐刮擦涂层和126nm上梯度层。因此,实施例3的涂层与实施例2的相似,不同之处在于实施例3中用离散的层堆叠体替代实施例2的下梯度层。表6中示出了实施例3的涂层。涂层通过溅射技术来沉积。
表6
材料 550nm的折射率 厚度(nm)
玻璃 1.505 N/A
SiAlON 2.007 6.8
SiO<sub>2</sub> 1.49 53.7
SiAlON 2.007 22.6
SiO<sub>2</sub> 1.49 29.6
SiAlON 2.007 40.5
SiO<sub>2</sub> 1.49 8.5
SiAlON 2.007 2000
SiAlON→SiO<sub>2</sub> 梯度 126
空气 1 N/A
图40示出了在变化的观察入射角下,实施例3的涂层的反射率根据波长的变化情况,其中附图标记354表示6度的入射角,附图标记356表示20度的入射角,附图标记352表示40度的入射角,附图标记350表示60度的入射角。图42示出了在6度、20度、40度和60度的入射角下,实施例34的涂覆的制品的a*和b*第一表面反射色坐标(正方形)。实施例3的涂覆的制品的透射色坐标大致为a*=-0.25且b*=-0.25。
实施例4
将涂层沉积在玻璃基材上,其包含六层阻抗匹配堆叠体,2000nm耐刮擦涂层和126nm上梯度层。因此,实施例4的涂层与实施例2的相似,不同之处在于实施例4中用离散的层堆叠体替代实施例2的下梯度层。另外,实施例4的涂层类似于实施例3的涂层,不同之处在于所采用的涂层材料。表7中示出了实施例4的涂层。该涂层通过PECVD来沉积。
表7
材料 550nm的折射率 厚度(nm)
玻璃 1.505 N/A
SiN<sub>x</sub> 1.878 6.8
SiO<sub>2</sub> 1.49 53.7
SiN<sub>x</sub> 1.878 22.6
SiO<sub>2</sub> 1.49 29.6
SiN<sub>x</sub> 1.878 40.5
SiO<sub>2</sub> 1.49 8.5
SiN<sub>x</sub> 1.878 2000
SiN<sub>x</sub>→SiO<sub>2</sub> 梯度 126
空气 1 N/A
图41示出了在变化的观察入射角下,实施例4的涂层的反射率根据波长的变化情况,其中附图标记360表示6度的入射角,附图标记362表示20度的入射角,附图标记364表示40度的入射角,附图标记366表示60度的入射角。图42示出了在6度、20度、40度和60度的入射角下,实施例4的涂覆的制品的a*和b*第一表面色坐标(菱形)。实施例4的涂覆的制品的透射色坐标大致为a*=-0.2且b*=0.7。
表8记录了具有三种样品涂层的涂覆的制品的硬度、模量、适光透射率和适光反射率。样品涂层A和B具有常规的6层阻抗匹配堆叠体、2微米硬质涂层和~125nm厚的AR梯度。利用SiO2-SiON-SiNx材料体系在Plasma-Therm HDPCVD上通过CVD沉积涂层样品A。利用SiAlON-SiO2材料体系在AJA上通过溅射沉积涂层样品B。涂层样品C具有250nm厚的阻抗匹配梯度、2um的硬质涂层和125nm厚的AR梯度,利用SiO2-SiON-SiNx材料体系在Plasma-Therm HDPCVD上通过CVD沉积该涂层样品C。性能几乎相同。
表8
涂层样品 E(GPa) H(GPa) T(%) R(%)
A 180 19 0.914 0/081
B 206 18.9 0.919 0.777
C 176 19.4 0.918 0.079
本说明书中所述的各个特征可以任意组合或者全部组合在一起,例如,如同以下实施方式描述的那样。
实施方式1:一种涂覆的制品,其包括:
具有主表面的基材,所述主表面包含第一部分和第二部分,其中,垂直于主表面的第一部分的第一方向不同于垂直于主表面的第二部分的第二方向,并且第一方向与第二方向之间的角在约10度至约180度的范围内;和
至少设置在主表面的第一部分和第二部分上的光学涂层,所述光学涂层形成抗反射表面,其中:
在基材的第一部分处和基材的第二部分处,涂覆的制品在约50nm或更深的压痕深度处展现出约8GPa或更大的硬度,所述硬度通过布氏压头硬度测试在所述抗反射表面上测得;
当在基材的第一部分处的抗反射表面处测量时,所述涂覆的制品展现出约8%或更低的单侧平均光反射率,,其中第一部分的单侧平均光反射率在相对于第一方向的第一入射照明角下测得,其中第一入射照明角包含与第一方向成约0度至约60度的角;
当在基材的第二部分处的抗反射表面处测量时,所述涂覆的制品展现出约8%或更低的单侧平均光反射率,其中第二部分的单侧平均光反射率在相对于第二方向的第二入射照明角下测得,其中第二入射照明角包含与第二方向成约0度至约60度的角;并且
第一部分处和第二部分处的单侧平均光反射率率在约400nm至约800nm的光学波长区内测量。
实施方式2:如实施方式1所述的涂覆的制品,其中,垂直于第一部分的第一方向与垂直于第二部分的第二方向之间的角在约10度至约90度的范围内。
实施方式3:如实施方式1或实施方式2所述的涂覆的制品,其中:
第一入射照明角包含与第一方向成约0度至约10度的角;并且
第二入射照明角包含与第二方向成约0度至约10度的角。
实施方式4:如实施方式1-3中任一个所述的涂覆的制品,其中:
当在基材的第一部分处的抗反射表面处测量时,所述涂覆的制品对于约0度至约60度范围内的所有角展现出约8%或更小的单侧平均光反射率;并且
当在基材的第二部分处的抗反射表面处测量时,所述涂覆的制品对于约0度至约60度范围内的所有角展现出约8%或更小的单侧平均光反射率。
实施方式5:如实施方式1-4中任一个所述的涂覆的制品,其中,当在基材的第一部分处的抗反射表面处测量时,所述涂覆的制品展现出约5%或更小的单侧平均光反射率;并且
当在基材的第二部分处的抗反射表面处测量时,所述涂覆的制品展现出约5%或更小的单侧平均光反射率。
实施方式6:一种涂覆的制品,其包括:
具有主表面的基材,所述主表面包含第一部分和第二部分,其中,垂直于主表面的第一部分的第一方向不同于垂直于主表面的第二部分的第二方向,并且第一方向与第二方向之间的角在约10度至约180度的范围内;和
至少设置在主表面的第一部分和第二部分上的光学涂层,所述光学涂层形成抗反射表面,其中:
在基材的第一部分处和基材的第二部分处,所述涂覆的制品在约50nm或更深的压痕深度处展现出约8GPa或更大的硬度,所述硬度通过布氏压头硬度测试在所述抗反射表面上测得;并且
所述涂覆的制品在基材的第一部分与基材的第二部分之间的反射色差异小于或等于约10,这在国际照明委员会光源下通过(L*,a*,b*)色度系统中的反射色坐标测得,其中反射色差异定义为√((a* 第一部分-a* 第二部分)2+(b* 第一部分-b* 第二部分)2),并且其中第一部分处的反射色在相对于第一方向的第一入射照明角下测量,其中第一入射照明角包含与第一方向成约0度至约60度的角,并且第二部分处的反射色在相对于第二方向的第二入射照明角下测量,其中第二入射照明角包含与第二方向成约0度至约60度的角。
实施方式7:如实施方式6所述的涂覆的制品,其中,所述涂覆的制品在基材的第一部分与基材的第二部分之间的反射色差异小于或等于约5。
实施方式8:如实施方式6或实施方式7所述的涂覆的制品,其中,第一方向与第二方向之间的角在约10度至约90度的范围内。
实施方式9:如实施方式6-8中任一个所述的涂覆的制品,其中:
第一入射照明角包含与第一方向成约0度至约10度的角;并且
第二入射照明角包含与第二方向成约0度至约10度的角。
实施方式10:如实施方式6-9中任一个所述的涂覆的制品,其中,对于约0度至60度的范围内的所有第一入射照明角以及对于约0度至约60度范围内的所有第二入射照明角,所述涂覆的制品在基材的第一部分与基材的第二部分之间的反射色差异小于或等于约10。
实施方式11:如实施方式6-10中任一个所述的涂覆的制品,其中,第一部分处的参照点色彩为约10或更小,并且第二部分处的参照点色彩为约10或更小,其中,第一部分处的参照点色彩在第一入射照明角下测得,且第二部分处的参照点色彩在第二入射照明角下测得,并且其中参照点为(a*,b*)=(0,0)、(-2,-2)或(-4,-4)。
实施方式12:如实施方式6-10中任一个所述的涂覆的制品,其中,第一部分处的参照点色彩为约5或更小,并且第二部分处的参照点色彩为约5或更小,其中,第一部分处的参照点色彩在第一入射照明角下测得,且第二部分处的参照点色彩在第二入射照明角下测得,并且其中参照点为(a*,b*)=(0,0)、(-2,-2)或(-4,-4)。
实施方式13:一种涂覆的制品,其包括:
具有主表面的基材,所述主表面包含第一部分和第二部分,其中,垂直于主表面的第一部分的第一方向不同于垂直于主表面的第二部分的第二方向,并且第一方向与第二方向之间的角在约10度至约180度的范围内;和
至少设置在主表面的第一部分和第二部分上的光学涂层,所述光学涂层形成抗反射表面,其中:
在基材的第一部分处和基材的第二部分处,所述涂覆的制品在约50nm或更深的压痕深度处展现出约8GPa或更大的硬度,所述硬度通过布氏压头硬度测试在所述抗反射表面上测得;并且
所述涂覆的制品在基材的第一部分与基材的第二部分之间的反射色差异小于或等于约10,这在国际照明委员会光源下通过(L*,a*,b*)色度系统中的反射色坐标测得,其中反射色差异定义为√((a* 第一部分-a* 第二部分)2+(b* 第一部分-b* 第二部分)2),并且其中第一部分处的反射色在相对于第一方向的第一入射照明角下测量,其中第一入射照明角包含与第一方向成约0度至约60度的角,并且第二部分处的反射色在第二入射照明角下测得,其中,第二入射照明角的方向与第一入射照明角的方向相同,以在相同的观察方向上测量第一部分处和第二部分处的反射色。
实施方式14:如实施方式1-13中任一个所述的涂覆的制品,其中,第一入射照明角包含与第一方向成约0度至10度的角。
实施方式15:如实施方式1-14中任一个所述的涂覆的制品,其中,所述基材包括无定形基材或晶体基材。
实施方式16:如实施方式1-15中任一个所述的涂覆的制品,其中,所述光学涂层包含与基材接触的第一梯度层,在第一梯度层上方的耐刮擦层,以及在耐刮擦层上方的第二梯度层,所述第二梯度层限定了抗反射表面,其中:
在基材处,第一梯度层的折射率与基材的折射率之差在0.2以内;
在耐刮擦层处,第一梯度层的折射率与耐刮擦层的折射率之差在0.2以内;
在耐刮擦层处,第二梯度层的折射率与耐刮擦层的折射率之差在0.2以内;并且
在抗反射表面处,第二梯度层的折射率为约1.35至约1.7。
实施方式17:如实施方式1-15中任一个所述的涂覆的制品,其中,所述光学涂层包含第一抗反射涂层、在第一抗反射涂层上方的耐刮擦层以及在耐刮擦层上方的第二抗反射涂层,所述第二抗反射涂层限定了抗反射表面,其中,第一抗反射涂层至少包含低RI层和高RI层,并且第二抗反射涂层至少包含低RI层和高RI层。
实施方式18:如实施方式1-15中任一个所述的涂覆的制品,其中,所述光学涂层包含与基材接触的梯度层,在梯度层上方的耐刮擦层,以及在耐刮擦层上方的抗反射涂层,所述抗反射涂层限定了抗反射表面,其中:
在基材处,梯度层的折射率与基材的折射率之差在0.2以内;
在耐刮擦层处,梯度层的折射率与耐刮擦层的折射率之差在0.2以内;并且
抗反射涂层至少包含低RI层和高RI层。
实施方式19:如实施方式1-15中任一个所述的涂覆的制品,其中,所述光学涂层包含与基材接触的抗反射涂层,在抗反射涂层上方的耐刮擦层,以及在耐刮擦层上方的梯度层,所述梯度层限定了抗反射表面,其中:
抗反射涂层至少包含低RI层和高RI层;
在耐刮擦层处,抗反射涂层的折射率与耐刮擦层的折射率之差在0.2以内;并且
在抗反射表面处,梯度层的折射率为约1.35至约1.7。

Claims (20)

1.一种涂覆的制品,其包括:
具有主表面的基材,所述主表面包含第一部分和第二部分,其中,垂直于主表面的第一部分的第一方向不同于垂直于主表面的第二部分的第二方向,并且第一方向与第二方向之间的角在约10度至约180度的范围内;和
至少设置在主表面的第一部分和第二部分上的光学涂层,所述光学涂层形成抗反射表面,其中:
在基材的第一部分处和基材的第二部分处,涂覆的制品在约50nm或更深的压痕深度处展现出约8GPa或更大的硬度,所述硬度通过布氏压头硬度测试在所述抗反射表面上测得;
当在基材的第一部分处的抗反射表面处测量时,所述涂覆的制品展现出约8%或更低的单侧平均光反射率,其中第一部分的单侧平均光反射率在相对于第一方向的第一入射照明角下测得,其中第一入射照明角包含与第一方向成约0度至约60度的角;
当在基材的第二部分处的抗反射表面处测量时,所述涂覆的制品展现出约8%或更低的单侧平均光反射率,其中第二部分的单侧平均光反射率在相对于第二方向的第二入射照明角下测得,其中第二入射照明角包含与第二方向成约0度至约60度的角;并且
第一部分处和第二部分处的单侧平均光反射率在约400nm至约800nm的光学波长区内测量。
2.如权利要求1所述的涂覆的制品,其中,垂直于第一部分的第一方向与垂直于第二部分的第二方向之间的角在约10度至约90度的范围内。
3.如权利要求1或权利要求2所述的涂覆的制品,其中:
第一入射照明角包含与第一方向成约0度至约10度的角;并且
第二入射照明角包含与第二方向成约0度至约10度的角。
4.如权利要求1-3中任一项所述的涂覆的制品,其中:
当在基材的第一部分处的抗反射表面处测量时,所述涂覆的制品对于约0度至约60度范围内的所有角展现出约8%或更小的单侧平均光反射率;并且
当在基材的第二部分处的抗反射表面处测量时,所述涂覆的制品对于约0度至约60度范围内的所有角展现出约8%或更小的单侧平均光反射率。
5.如权利要求1-4中任一项所述的涂覆的制品,其中,当在基材的第一部分处的抗反射表面处测量时,所述涂覆的制品展现出约5%或更小的单侧平均光反射率;并且
当在基材的第二部分处的抗反射表面处测量时,所述涂覆的制品展现出约5%或更小的单侧平均光反射率。
6.一种涂覆的制品,其包括:
具有主表面的基材,所述主表面包含第一部分和第二部分,其中,垂直于主表面的第一部分的第一方向不同于垂直于主表面的第二部分的第二方向,并且第一方向与第二方向之间的角在约10度至约180度的范围内;和
至少设置在主表面的第一部分和第二部分上的光学涂层,所述光学涂层形成抗反射表面,其中:
在基材的第一部分处和基材的第二部分处,所述涂覆的制品在约50nm或更深的压痕深度处展现出约8GPa或更大的硬度,所述硬度通过布氏压头硬度测试在所述抗反射表面上测得;并且
所述涂覆的制品在基材的第一部分与基材的第二部分之间的反射色差异小于或等于约10,这在国际照明委员会光源下通过(L*,a*,b*)色度系统中的反射色坐标测得,其中反射色差异定义为√((a*第一部分-a*第二部分)2+(b*第一部分-b*第二部分)2),并且其中第一部分处的反射色在相对于第一方向的第一入射照明角下测量,其中第一入射照明角包含与第一方向成约0度至约60度的角,并且第二部分处的反射色在相对于第二方向的第二入射照明角下测量,其中第二入射照明角包含与第二方向成约0度至约60度的角。
7.如权利要求6所述的涂覆的制品,其中,所述涂覆的制品在基材的第一部分与基材的第二部分之间的反射色差异小于或等于约5。
8.如权利要求6或权利要求7所述的涂覆的制品,其中,第一方向与第二方向之间的角在约10度至约90度的范围内。
9.如权利要求6-8中任一项所述的涂覆的制品,其中:
第一入射照明角包含与第一方向成约0度至约10度的角;并且
第二入射照明角包含与第二方向成约0度至约10度的角。
10.如权利要求6-9中任一项所述的涂覆的制品,其中,对于约0度至60度范围内的所有第一入射照明角以及对于约0度至约60度范围内的所有第二入射照明角,所述涂覆的制品在基材的第一部分与基材的第二部分之间的反射色差异小于或等于约10。
11.如权利要求6-10中任一项所述的涂覆的制品,其中,第一部分处的参照点色彩为约10或更小,并且第二部分处的参照点色彩为约10或更小,其中,第一部分处的参照点色彩在第一入射照明角下测得,且第二部分处的参照点色彩在第二入射照明角下测得,并且其中参照点为(a*,b*)=(0,0)、(-2,-2)或(-4,-4)。
12.如权利要求6-10中任一项所述的涂覆的制品,其中,第一部分处的参照点色彩为约5或更小,并且第二部分处的参照点色彩为约5或更小,其中,第一部分处的参照点色彩在第一入射照明角下测得,且第二部分处的参照点色彩在第二入射照明角下测得,并且其中参照点为(a*,b*)=(0,0)、(-2,-2)或(-4,-4)。
13.一种涂覆的制品,其包括:
具有主表面的基材,所述主表面包含第一部分和第二部分,其中,垂直于主表面的第一部分的第一方向不同于垂直于主表面的第二部分的第二方向,并且第一方向与第二方向之间的角在约10度至约180度的范围内;和
至少设置在主表面的第一部分和第二部分上的光学涂层,所述光学涂层形成抗反射表面,其中:
在基材的第一部分处和基材的第二部分处,所述涂覆的制品在约50nm或更深的压痕深度处展现出约8GPa或更大的硬度,所述硬度通过布氏压头硬度测试在所述抗反射表面上测得;并且
所述涂覆的制品在基材的第一部分与基材的第二部分之间的反射色差异小于或等于约10,这在国际照明委员会光源下通过(L*,a*,b*)色度系统中的反射色坐标测得,其中反射色差异定义为√((a*第一部分-a*第二部分)2+(b*第一部分-b*第二部分)2),并且其中第一部分处的反射色在相对于第一方向的第一入射照明角下测量,其中第一入射照明角包含与第一方向成约0度至约60度的角,并且第二部分处的反射色在第二入射照明角下测得,其中,第二入射照明角的方向与第一入射照明角的方向相同,以在相同的观察方向上测量第一部分处和第二部分处的反射色。
14.如权利要求1-13中任一项所述的涂覆的制品,其中,第一入射照明角包含与第一方向成约0度至10度的角。
15.如权利要求1-14中任一项所述的涂覆的制品,其中,所述基材包括无定形基材或晶体基材。
16.如权利要求1-15中任一项所述的涂覆的制品,其中,所述光学涂层包含与基材接触的第一梯度层,在第一梯度层上方的耐刮擦层,以及在耐刮擦层上方的第二梯度层,所述第二梯度层限定了抗反射表面,其中:
在基材处,第一梯度层的折射率与基材的折射率之差在0.2以内;
在耐刮擦层处,第一梯度层的折射率与耐刮擦层的折射率之差在0.2以内;
在耐刮擦层处,第二梯度层的折射率与耐刮擦层的折射率之差在0.2以内;并且
在抗反射表面处,第二梯度层的折射率为约1.35至约1.7。
17.如权利要求1-15中任一项所述的涂覆的制品,其中,所述光学涂层包含第一抗反射涂层、在第一抗反射涂层上方的耐刮擦层以及在耐刮擦层上方的第二抗反射涂层,所述第二抗反射涂层限定了抗反射表面,其中,第一抗反射涂层至少包含低RI层和高RI层,并且第二抗反射涂层至少包含低RI层和高RI层。
18.如权利要求1-15中任一项所述的涂覆的制品,其中,所述光学涂层包含与基材接触的梯度层,在梯度层上方的耐刮擦层,以及在耐刮擦层上方的抗反射涂层,所述抗反射涂层限定了抗反射表面,其中:
在基材处,梯度层的折射率与基材的折射率之差在0.2以内;
在耐刮擦层处,梯度层的折射率与耐刮擦层的折射率之差在0.2以内;并且
抗反射涂层至少包含低RI层和高RI层。
19.如权利要求1-15中任一项所述的涂覆的制品,其中,所述光学涂层包含与基材接触的抗反射涂层,在抗反射涂层上方的耐刮擦层,以及在耐刮擦层上方的梯度层,所述梯度层限定了抗反射表面,其中:
抗反射涂层至少包含低RI层和高RI层;
在耐刮擦层处,抗反射涂层的折射率与耐刮擦层的折射率之差在0.2以内;并且
在抗反射表面处,梯度层的折射率为约1.35至约1.7。
20.一种消费电子产品,其包括:
壳体,所述壳体具有前表面、后表面和侧表面;
至少部分位于所述壳体内的电子部件,所述电子部件至少包括控制器、存储器和显示器,所述显示器位于所述壳体的前表面处或附近;以及
盖板基材,其设置在所述显示器上方,
其中,所述壳体的一部分或者所述盖板基材中的至少一者包括如权利要求1-19中任一项所述的涂覆的制品。
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