耐刮擦且光学透明的材料和制品制造技术

公开了一种耐刮擦且光学透明的材料的实施方式，所述材料包含硅、铝、氮和任选的氧。在一个或多个实施方式中，所述材料展现出在400nm波长下小于约1x10

Scratch-resistant and optically transparent materials and products

An embodiment of a scratch-resistant and optical transparent material comprising silicon, aluminium, nitrogen and optional oxygen is disclosed. In one or more embodiments, the material exhibits a wavelength of less than about 1 X10 at 400 nm.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】耐刮擦且光学透明的材料和制品相关申请的交叉参考本申请根据35U.S.C.§119要求于2016年6月13日提交的系列号为62/349506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。
技术介绍
本公开涉及表现出低光学吸收、高硬度和低压缩应力的材料，更具体地，涉及表现出低光学吸收、高硬度和低压缩应力及可调的压缩应力的包含硅、铝、氮和任选的氧的材料，以及包含所述材料的制品。人们经常使用盖板制品来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、笔记本电脑和平板电脑。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、船舶等的制品)、家电制品或任何需要一定程度的透明度、耐刮擦性、低应力或其以上性质的组合的制品。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，如果颜色在反射或透射中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，色彩的变化会对美感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。例如，光学滤波器经常由折射率不同的多层涂层制得，以及由光学透明的介电材料(例如氧化物、氮化物和氟化物)制得。用于这种光学滤波器的典型的氧化物中的大多数为宽带隙材料，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的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)刮擦，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。微延展性刮擦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/或磨耗。有证据提示这些刮擦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擦痕，制品外观就会变差，因为擦痕使光散射增加，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。明显的擦痕还会影响包括触敏显示器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。因此，需要新的盖板制品及其制造方法，它们耐刮擦、表现出低的压缩应力值、低的表面粗糙度并且具有改善的光学性能。
技术实现思路
本公开的第一个方面涉及包含某种组合物的光学透明材料，所述组合物包含硅、铝和氮。在一个或多个实施方式中，所述组合物包含以约25原子％或更少的量存在的硅；铝；约0原子％至约15原子％的量的氧；以及氮。在一个或多个实施方式中，所述组合物包含氧。例如，所述组合物可以包含至少约0.1原子％的氧。在一个或多个实施方式中，所述组合物包含约5原子％至约25原子％的量的硅，约25原子％至约45原子％的量的铝，约0原子％至约15原子％的量的氧，以及约35原子％至约50原子％的量的氮。在一个或多个实施方式中，所述组合物包含约7原子％至约17原子％的量的硅，约33原子％至约43原子％的量的铝，约0原子％至约10原子％的量的氧，以及约40原子％至约50原子％的量的氮。在一个或多个实施方式中，光学透明材料包含在400nm波长下小于约1x10-3的消光系数(k)，在约380nm至约780nm的光学波长区内的约80％或更高的平均透射率，通过厚度为约2微米的材料测量。在一个或多个实施方式中，所述光学透明材料展现出约12GPa或更大的本征最大硬度(intrinsicmaximumhardness)，所述本征最大硬度通过布氏压头硬度测试(BerkovichIndenterHardnessTest)沿着约100nm或更深的压痕深度在厚度为约400nm的材料的主表面上测得。在一个或多个实施方式中，当将光学透明材料设置在基材上时，其展现出可调的压缩应力，所述可调的压缩应力可以在约-1000MPa至约100MPa的范围内(或约-300MPa至约100MPa的范围内)。在一个或多个实施方式中，当在550nm的波长下测量时，光学透明材料包含约2.0或更大的折射率。在一个或多个实施方式中，光学透明材料包含小于1.5nm的粗糙度(Ra)，通过原子力显微技术在主表面上沿着尺寸为2微米×2微米的成像区测量。本公开的第二个方面涉及一种制品，所述制品包含：包含主表面的基材以及设置在所述主表面上并形成涂覆表面的光学膜。在一个或多个实施方式中，所述光学膜包含本文所述的光学透明材料。在一个或多个实施方式中，所述基材包含基材透射色坐标(a*基材,b*基材)和基材反射色坐标(a*基材,b*基材)，二者均是在(L*,a*,b*)色度系统中，其是在国际照明委员会的光源下，与法向入射成5度的入射照明角测量的。在一个或多个实施方式中，当在国际照明委员会的光源下以法向入射的入射照明角测量时，所述制品表现出在(L*,a*,b*)色度系统中的透射色坐标，其包含相对于参照点小于约2的参照点色偏，所述参照点包含色坐标(a*＝0,b*＝0)和所述基材的透射色坐标中的一种。在一个或多个实施方式中，当在国际照明委员会的光源下，以与法向入射成5度的入射照明角在涂覆表面测量时，所述制品表现出在(L*,a*,b*)色度系统中的反射色坐标，当在抗反射表面测量时，其表现出相对于参照点小于约5的参照点色偏，所述参照点包含色坐标(a*＝0,b*＝0)、色坐标(a*＝-2,b*＝-2)和所述基材的反射色坐标中的至少一种。当所述参照点是色坐标(a*＝0,b*＝0)时，所述色偏定义为√((a*制品)2+(b*制品)2)。当所述参照点为色坐标(a*＝-2,b*＝-2)时，所述色偏定义为√((a*制品+2)2+(b*制品+2)2)。当所述参照点为所述基材的色坐标时，所述色偏定义为√((a*制品–a*基材)2+(b*制品–b*基材)2)。在一个或多个实施方式中，光学膜的厚度可以在约200nm至约3微米的范围内。在一个或多个实施方式中，所述制品展现出约12本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学透明材料，其包含：包含硅、铝和氮的组合物；在400nm波长下小于约1x10‑3的消光系数(k)，在约380nm至约780nm范围中的光学波长区内的约80％或更高的平均透射率，其通过厚度为约2微米的材料测得；约12GPa或更大的本征最大硬度，其通过布氏压头硬度测试沿着约100nm或更深的压痕深度在厚度为约400nm的材料的主表面上测得。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.13 US 62/349,5061.一种光学透明材料，其包含：包含硅、铝和氮的组合物；在400nm波长下小于约1x10-3的消光系数(k)，在约380nm至约780nm范围中的光学波长区内的约80％或更高的平均透射率，其通过厚度为约2微米的材料测得；约12GPa或更大的本征最大硬度，其通过布氏压头硬度测试沿着约100nm或更深的压痕深度在厚度为约400nm的材料的主表面上测得。2.如权利要求1所述的光学透明材料，其中，所述组合物还包含氧。3.如权利要求1或权利要求2所述的光学透明材料，其中，当将所述材料设置在基材上时，所述材料包含约-1000MPa至约100MPa的压缩应力。4.如权利要求3所述的光学透明材料，其中，所述压缩应力在约-300MPa至约100MPa的范围内。5.如前述权利要求中任一项所述的光学透明材料，其中，所述材料包含约2.0或更大的折射率，所述折射率在550nm的波长下测得。6.如前述权利要求中任一项所述的光学透明材料，其中，所述材料包含小于1.5nm的粗糙度(Ra)，所述粗糙度(Ra)通过原子力显微技术在主表面上沿着尺寸为2微米×2微米的成像区测量。7.一种光学透明材料，其包含：包含硅、铝、氧和氮的组合物，其中，硅存在的量为约25原子％或更少，氧的量在约0原子％至约15原子％的范围内；在约380nm至约780nm范围中的光学波长区内的约80％或更高的平均透射率，其通过厚度为2微米的材料测得；约12GPa或更大的本征最大硬度，其通过布氏压头硬度测试沿着约100nm或更深的压痕深度在厚度为约400nm的材料的主表面上测得。8.如权利要求7所述的光学透明材料，其中，所述组合物包含约5原子％至约25原子％的量的硅，约25原子％至约45原子％的量的铝，约0原子％至约15原子％的量的氧，以及约35原子％至约50原子％的量的氮。9.如权利要求7所述的光学透明材料，其中，所述组合物包含约7原子％至约17原子％的量的硅，约33原子％至约43原子％的量的铝，约0原子％至约10原子％的量的氧，以及约40原子％至约50原子％的量的氮。10.如权利要求7-9中任一项所述的材料，其中，所述组合物包含至少约0.1原子％的氧。11.如权利要求7-10中任一项所述的光学透明材料，其中，当将所述材料设置在基材上时，所述材料包含约-1000MPa至约100MPa的压缩应力。12.如权利要求7-11中任一项所述的光学透明材料，其中，所述材料包含小于约1x10-3的400nm波长下的消光系数(k)，其通过厚度为约400nm的材料测得。13.如权利要求7-12中任一项所述的光学透明材料，其中，所述材料包含约2.0或更大的折射率，所述折射率在550nm的波长下测得。14.如权利要求7-13中任一项所述的光学透明材料，其中，所述材料包含小于1.5nm的粗糙度(Ra)，所述粗糙度(Ra)通过原子力显微技术在主表面上沿着尺寸为2微米×2微米的成像区测得。15.一种制品，所述制品包括：基材，所述基材包含主表面、基材透射色坐标(a*基材,b*基材)和基材反射色坐标(a*基材,b*基材)，其中，基材透射色坐标和基材反射色坐标在(L*,a*,b*)色度系统中，并且是在国际照明委员会的光源下，与法向入射成5度的入射照明角下测量的；和厚度在约200nm至约3微米范围内的光学膜，其被设置在主表面上以形...

【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