具有高硬度多层堆叠的光学结构和制品以及它们的制造方法技术

本公开涉及包含基本上透明的基材或设置在基本上透明的基材上的光学透明制品和结构。这些制品和结构还包含位于基材上的N(N≥2)个双层的堆叠，所述堆叠具有至少5nm的厚度。各双层由(a)第一层；和(b)设置在所述第一层上的第二层定义，所述层具有不同组成和不同微结构中的至少一者。所述堆叠具有约1.2‑约2.2的堆叠折射率或具有所述基材折射率的约100％‑约150％的堆叠折射率，并且当使用布氏压头硬度测试沿着设置在硬度为6.5‑8GPa的玻璃测试基材上的堆叠厚度的约10％‑约50％范围内的压痕深度进行测试时，所述堆叠具有15GPa或更大的堆叠硬度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有高硬度多层堆叠的光学结构和制品以及它们的制造方法相关申请的交叉引用本申请依据35U.S.C.§119要求分别于2015年12月29日和2015年2月25日提交的美国临时申请序列号62/272335和62/120470的优先权，本申请以其内容为基础，并通过引用将其全文纳入本文。背景本公开涉及具有高硬度和保留的光学性质的光学透明制品和光学结构，更具体而言，涉及具有含多个双层或多层的堆叠的制品和结构，所述双层和多层具有上述性质。消费类电子产品中经常使用盖板和外壳基材来保护产品内部的关键设备，以提供用于输入和/或显示和/或许多其它功能的用户界面。这种消费类电子产品包括移动设备，如智能手机、mp3播放器和平板电脑。盖板和外壳基材还可用于建筑制品、与运输相关的制品、家用电器制品或任何需要一定程度的透明度、耐划痕性、耐磨性或以上性质的组合的制品。这些应用和其它应用还往往需要耐用(例如耐划痕)的盖板和外壳基材，这种基材还具有强光学性能特征。通常，盖板基材包含针对该目的的玻璃；但是也可以使用其它基材材料。就强光学性能而言，盖板基材应用中需要尽可能大的透光性和尽可能小的反射性(在一些外壳基材应用中也可能需要这些性能)。另外，盖板基材应用要求在反射和/或透射中显示或看到的色彩不随观察角度(或入射照明角度)的改变而显著变化。这是因为，如果色彩、反射或透射随着观察角度的变化而发生可感知程度的变化，包含盖板玻璃的产品的使用者会感受到显示的色彩或亮度发生变化，这会降低显示的感官质量。在这些变化中，色彩变化往往是最显著的，也是使用者最反感的。已知的盖板基材包括玻璃和膜的组合，这种组合在恶劣的操作条件下使用后往往会出现各种不同种类的划痕。在一些例子中，这些划痕中的很大一部分是微延展性(microductile)划痕，其通常包括材料中具有延伸长度且深度在约100nm-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伤一起出现，例如表面下破裂、摩擦破裂、碎片和/或磨耗。有证据暗示这些划痕和其它可见损伤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，产品外观就会变差，因为划痕使光散射增强，而这会导致显示图像的亮度、清晰度和对比度显著降低。明显的划痕还会影响触敏显示器的精度和可靠性。上述的这些划痕和其它可见损伤中的一部分还可能是由多个接触事件(包括往复磨损或磨耗)造成的。这些划痕，甚至不那么明显的划痕，都有碍观瞻，并且会影响产品性能。单一事件划痕损伤可与磨损损伤形成对比。磨损损伤通常是由多个接触事件造成的，例如来自于坚硬对向面的物体的往复滑动接触(例如砂子、砾石和砂纸)。磨损损伤会产生热量，这会削弱膜材料中的化学键，给盖板玻璃造成剥落和其他类型的损伤。此外，由于磨损损伤通常比造成划痕的单一事件经历更长的时间，经历磨损损伤的膜材料还会发生氧化，这进一步降低了膜的耐久性，从而降低玻璃-膜层压件的耐久性。造成划痕的单一事件与造成磨损损伤的事件一般不涉及相同的条件，因此，通常用于预防磨损损伤的解决方案可能并不能预防盖板基材中的划痕。而且，已知的划痕和磨损损伤解决方案还往往会影响光学性质。因此，需要通过高硬度性质而对宽范围的不同类型划痕具有耐划痕性和/或耐磨性、同时展现出改善或保留的光学性能的新制品、盖板基材和光学结构。专利技术概述本公开的一个方面涉及一种用于基材的光学结构，其包含N个双层的堆叠，N设定为2或更大的数值，且堆叠具有至少5nm的厚度。各双层由(a)第一层；和(b)设置在所述第一层上的第二层定义，所述层具有不同组成和不同微结构中的至少一者。此外，堆叠具有约1.2-约2.2的堆叠折射率，并且当使用布氏压头硬度测试(BerkovichIndenterHardnessTest)沿着堆叠厚度的约10％-约50％范围内的压痕深度进行测试时，堆叠具有15GPa或更大的堆叠硬度。在一些实施方式中，当使用布氏压头硬度测试测量硬度时，堆叠可设置在硬度为6.5-8GPa的玻璃测试基材上。本公开的另一个方面涉及一种用于基材的光学结构，其包含N个双层的堆叠，N设定为2或更大的数值，且堆叠具有至少5nm的厚度。各双层由(a)第一层；和(b)设置在第一层上的第二层定义，这些层具有彼此不同的组成以及彼此不同的微结构中的一种或两种。此外，所述堆叠具有所述基材折射率的约100％-约150％的堆叠折射率，并且当使用布氏压头硬度测试沿着所述堆叠厚度的约10％-约50％范围内的压痕深度进行测试、且当所述堆叠设置在硬度为6.5-8GPa的玻璃测试基材上时，所述堆叠具有15GPa或更大的堆叠硬度。本公开的另一个方面涉及一种光学透明制品，其包含基本上透明的基材和设置在基材上且形成制品表面的N个双层的堆叠，N设定为2或更大的数值，且堆叠具有至少5nm的厚度。各双层由(a)第一层；和(b)设置在所述第一层上的第二层定义，所述层具有不同组成和不同微结构中的至少一者。堆叠具有基材折射率的约100％-约150％的堆叠折射率。制品具有15GPa或更大的制品硬度，所述制品硬度利用布氏压头硬度测试沿着堆叠厚度的约10％-约50％范围内的压痕深度测得。应当理解的是，制品硬度是基材和N个双层的堆叠的组合的测量硬度，且该硬度是在制品表面上测得的。在一些实施方式中，制品硬度可约为10GPa或更大、11GPa或更大、12GPa或更大、13GPa或更大、14GPa或更大、15GPa或更大、16GPa或更大、17GPa或更大、18GPa或更大、19GPa或更大、20GPa或更大、21GPa或更大、22GPa或更大、23GPa或更大、24GPa或更大、25GPa或更大、26GPa或更大、或27GPa或更大。本公开的另一个方面涉及一种光学结构，其包含N个多层的堆叠，N设定为2-2000的数值，且堆叠具有至少5nm的厚度。各多层包含：(a)第一层；(b)设置在第一层上的第二层；以及(c)设置在第二层上的第三层，这些层具有与至少一个其它层不同的组成以及与至少一个其它层不同的微结构中的一种或两种。另外，堆叠具有约1.2-2.2的堆叠折射率，并且当使用布氏压头硬度测试沿着堆叠厚度的约10％-50％范围内的压痕深度进行测试、且当堆叠设置在硬度为6.5-8GPa的玻璃测试基材上时，堆叠具有15GPa或更大的堆叠硬度。在一些实施方式中，堆叠硬度可约为10GPa或更大、11GPa或更大、12GPa或更大、13GPa或更大、14GPa或更大、15GPa或更大、16GPa或更大、17GPa或更大、18GPa或更大、19GPa或更大、20GPa或更大、21GPa或更大、22GPa或更大、23GPa或更大、24GPa或更大、25GPa或更大、26GPa或更大、或27GPa或更大。应当理解的是，测得的堆叠硬度可取决于测试基材的组成和材料性质。类似地，测得的制品硬度可取决于制品内基材的组成和材料性质。因此，测试基材(以及多个基材)具有显著低于6.5GPa或显著高于8GPa的硬度可影响上述堆叠硬度(和制品硬度)范围。例如，测试基材具有1GPa或15GPa的硬度可导致测得的堆叠硬度数值相对于文献中所报导的设置在硬度约为6.5-8GPa的测试基材上时所测得的堆叠硬度数值升高或者降低。根据本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于基材的光学结构，所述光学结构包含：N个双层的堆叠，N设定为2或更大的数值，且所述堆叠具有至少5nm的厚度，其中，各双层由(a)第一层；和(b)设置在所述第一层上的第二层定义，所述层具有不同组成和不同微结构中的至少一者，且其中，所述堆叠具有约1.2‑约2.2的堆叠折射率，并且当使用布氏压头硬度测试沿着所述堆叠厚度的约10％‑约50％范围内的压痕深度进行测试、且当所述堆叠设置在硬度为6.5‑8GPa的玻璃测试基材上时，所述堆叠具有15GPa或更大的堆叠硬度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.25 US 62/120,470;2015.12.29 US 62/272,3351.一种用于基材的光学结构，所述光学结构包含：N个双层的堆叠，N设定为2或更大的数值，且所述堆叠具有至少5nm的厚度，其中，各双层由(a)第一层；和(b)设置在所述第一层上的第二层定义，所述层具有不同组成和不同微结构中的至少一者，且其中，所述堆叠具有约1.2-约2.2的堆叠折射率，并且当使用布氏压头硬度测试沿着所述堆叠厚度的约10％-约50％范围内的压痕深度进行测试、且当所述堆叠设置在硬度为6.5-8GPa的玻璃测试基材上时，所述堆叠具有15GPa或更大的堆叠硬度。2.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述堆叠硬度为18GPa或更大，且所述堆叠折射率在约1.2-1.7之间。3.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述堆叠硬度为24GPa或更大。4.如权利要求1-3中任一项所述的结构，其特征在于，所述第一层具有氮化铝组合物，所述第二层具有选自下组的组合物：氮氧化铝、氮氧化硅铝以及氮化硅铝。5.如权利要求1-3中任一项所述的结构，其特征在于，所述第一层包含选自下组的材料：碱土金属和过渡金属、硼、锡的氧化物、氮化物和氟化物、以及它们的组合。6.如权利要求1-3、5中任一项所述的结构，其特征在于，所述第一层包含选自下组的材料：氮氧化硅铝、氮氧化硅、氮氧化铝、氮化硅、氮化铝、氮化硼、氧化锡、氧化锆、氧化钛、氧化硅、氧化钙、氧化铝、氧化硼、氧化镁、氟化钡以及氟化钙。7.如权利要求1-6中任一项所述的结构，其特征在于，各双层具有约3nm或更小的厚度。8.如权利要求1-7中任一项所述的结构，其特征在于，N在10-2000之间。9.如权利要求1-8中任一项所述的结构，其特征在于，所述第一层为具有基本上结晶的微结构或部分无定形微结构的模板层。10.如权利要求1-9中任一项所述的结构，其特征在于，所述堆叠硬度大于所述第一层和所述第二层的有效硬度，各层的所述有效硬度利用布氏压头硬度测试测得。11.一种装置，所述装置包含：外壳，所述外壳具有正面、背面和侧面；电学组件，所述电学组件至少部分位于所述外壳内；显示器，所述显示器位于或毗邻于所述外壳的正面；以及盖板基材，所述盖板基材设置在所述显示器上，其中，所述盖板基材包含权利要求1-10中任一项所述的光学结构。12.一种用于基材的光学结构，所述光学结构包含：N个双层的堆叠，N设定为2或更大的数值，且所述堆叠具有至少5nm的厚度，其中，各双层由(a)第一层；和(b)设置在所述第一层上的第二层定义，所述层具有不同组成和不同微结构中的至少一者，且其中，所述堆叠具有所述基材折射率的约100％-约150％的堆叠折射率，并且当使用布氏压头硬度测试沿着所述堆叠厚度的约10％-约50％范围内的压痕深度进行测试、且当所述堆叠设置在硬度为6.5-8GPa的玻璃测试基材上时，所述堆叠具有15GPa或更大的堆叠硬度。13.如权利要求12所述的结构，其特征在于，所述堆叠硬度为18GPa或更大，且所述堆叠折射率为1.7或更小。14.如权利要求12所述的结构，其特征在于，所述堆叠硬度为24GPa或更大。15.如权利要求12-14中任一项所述的结构，其特征在于，所述第一层具有氮化铝组合物，所述第二层具有选自下组的组合物：氮氧化铝、氮氧化硅铝以及氮化硅铝。16.如权利要求12-14中任一项所述的结构，其特征在于，所述第一层包含选自下组的材料：碱土金属和过渡金属、硼、锡的氧化物、氮化物和氟化物、以及它们的组合。17.如权利要求12-14、16中任一项所述的结构，其特征在于，所述第一层包含选自下组的材料：氮氧化硅铝、氮氧化硅、氮氧化铝、氮化硅、氮化铝、氮化硼、氧化锡、氧化锆、氧化钛、氧化硅、氧化钙、氧化铝、氧化硼、氧化镁、氟化钡以及氟化钙。18.如权利要求12-17中任一项所述的结构，其特征在于，各双层具有约3nm或更小的厚度。19.如权利要求12-18中任一项所述的结构，其特征在于，N在10-2000之间。20.如权利要求12-19中任一项所述的结构，其特征在于，所述第一层为具有基本上结晶的微结构或部分无定形微结构的模板层。21.如权利要求12-20中任一项所述的结构，其特征在于，所述堆叠硬度大于所述第一层和所述第二层的有效硬度，各层的所述有效硬度利用布氏压头硬度测试测得。22.一种装置，所述装置包含：外壳，所述外壳具有正面、背面和侧面；电学组件，所述电学组件至少部分位于所述外壳内；显示器，所述显示器位于或毗邻于所述外壳的正面；以及盖板基材，所述盖板基材设置在所述显示器上，其中，所述盖板基材包含权利要求12-21中任一项所述的光学结构。23.如权利要求22所述的装置，其特征在于，还包含移动电话、平板电脑、笔记本电脑、桌面电脑、导航系统或娱乐装置。24.一种光学透明制品，其包含：基本上透明的基材；和N个双层的堆叠，所述N个双层的堆叠位于所述基材上，N设定为2或更大的数值，且所述堆叠具有至少5nm的厚度，其中，各双层由(a)第一层；和(b)设置在所述第一层上的第二层定义，所述层具有不同组成和不同微结构中的至少一者，且所述堆叠具有所述基材折射率的约100％-约150％的堆叠折射率，且所述制品具有15GPa或更大的制品硬度，所述制品硬度在所述堆叠上利用布氏压头硬度测试沿着所述堆叠厚度的约10％-约50％范围内的压痕深度测得。25.如权利要求24所述的制品，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·A·保尔森，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US