多層光学フィルムを有する低着色耐擦傷性物品

 

本開示の実施形態は、耐擦傷性および改善された光学特性を示す物品(100)に関する。いくつかの実施例において、発光物の下で垂直面から約0度〜約60度の範囲の入射照明角度で見た場合、物品(100)は約2以下の色シフトを示す。1つ以上の実施形態において、物品(100)は、基板(110)、および基板上に配置された光学フィルム(120)を含む。光学フィルム(120)は、耐擦傷性層(140)および光干渉層(130)を含む。光干渉層(130)は、異なる屈折率を示す1つ以上の副層(131)を含んでもよい。一例において、光干渉層(130)は、第1の低屈折率副層(131A)および第2の高屈折率副層(131B)を含む。いくつかの場合、光干渉層は第3の副層を含んでもよい。

 

 

関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第119条の下、2014年3月18日出願の米国仮特許出願第61/954,697号明細書、2013年9月13日出願の米国仮特許出願第61/877,568号明細書、および2013年5月7日出願の米国仮特許出願第61/820,407号明細書の優先権の利益を主張する。上記仮特許出願の内容は依拠され、かつ参照により、その全体が本明細書に組み込まれる。
本開示は、光学特性が維持された、耐擦傷性物品、特に、異なる入射照明角度で見た時に低い色シフト、および高い硬度を示す物品に関する。
カバー基板は、製品内の重要なデバイスを保護するため、インプットおよび/またはディスプレイ用のユーザインタフェースを提供するため、および/または多くの他の機能のために、消費者向け電子機器製品においてしばしば使用される。そのような消費者向け電子機器製品には、スマートフォン、mp3プレーヤーおよびコンピュータータブレットなどの移動式デバイスが含まれる。これらの用途および他の用途では、しばしば、強い光学性能特徴も有する、耐久性(例えば、耐擦傷性)カバー基板が要求される。しばしば、この目的のためのカバー基板として、ガラスが含まれる。
最大光透過率および最小反射率に関する強い光学性能が、カバー基板用途で必要とされる。さらにまた、カバー基板用途では、反射および/または透過において示されるか、知覚される色が、視野角(または入射照明角度)が変化した場合に、相当に変化しないことが要求される。これは、色、反射または透過が視野角によって相当の程度まで変化する場合、カバーガラスを組み込んでいる製品の使用者は、ディスプレイの色または輝度の変化を知覚し、それによって、ディスプレイの感性品質を減少させるおそれがあるためである。これらの変化の中で、色変化は、しばしば最も目立ち、使用者にとって好ましくない。
既知のカバー基板は、しばしば、苛酷な作動条件で使用した後、擦傷を示すガラスおよびフィルムの組合せを含む。証拠は、単一の事象において生じる激しい接触によって引き起こされるダメージが、移動式デバイスにおいて使用されるそのようなガラス−フィルムカバー基板における可視の擦傷の主要な原因であることを示唆する。カバーグラス物品上に著しい擦傷が発生すると、擦傷は光散乱の増加を引き起こし、それによって、ディスプレイ上で、輝度、像の明瞭さおよびコントラストの有意な減少が引き起こされ得るため、製品の外観は劣化する。著しい擦傷は、タッチ感応性ディスプレイの正確さおよび信頼性に影響を及ぼすおそれもある。これらの擦傷、およびそれほど著しくない擦傷も、見苦しく、かつ製品性能に影響を及ぼすおそれがある。
単一事象の擦傷ダメージを、摩耗ダメージと対比することができる。摩耗ダメージは、典型的に硬質の対面式物体(例えば、砂、砂利および紙やすり)からのすり接触を往復させることに起因するため、カバー基板は典型的に摩耗ダメージを経験しない。その代わりに、ディスプレイ用途で使用されるカバー基板は、典型的に、指などの軟質物体のみからのすり接触を往復させることに耐える。加えて、摩耗ダメージは、フィルム材料における化学結合を劣化させる可能性があり、かつカバーガラスにフレーキングおよび他の種類のダメージを引き起こす可能性がある熱を発生させる可能性がある。加えて、摩耗ダメージは、擦傷を引き起こす単一事象より長期間、経験されることが多いため、摩耗ダメージを経験するフィルム材料が酸化するおそれもあり、これはさらに、フィルム、したがって、ガラス−フィルムラミネートの耐久性を劣化させる。擦傷を引き起こす単一事象には、一般に、摩耗ダメージを引き起こす事象と同一の条件が関与せず、したがって、摩耗ダメージを防ぐためにしばしば利用される解決策は、カバー基板における擦傷を防ぐために適用可能となり得ない。さらに、既知の擦傷および摩耗ダメージの解決策は、しばしば、光学特性を悪化させる。
したがって、耐擦傷性であり、かつ良好な光学性能を有する新規カバー基板、およびそれらの製造方法が必要とされている。
本開示の一態様は、表面を有する基板と、基板の表面上に配置されて、コーティングされた表面を形成する光学フィルムとを含む物品に関する。1つ以上の実施形態の物品は、発光物の下で直入射から約0度〜約60度の範囲の入射照明角度において見た場合に、2以下の色シフトまたは約0.5以下の色シフトを示す。典型的な発光物としては、国際照明委員会(「CIE」)F2またはCIE F10が含まれる。
いくつかの実施形態の物品は、Berkovitchインデンターでコーティングされた表面にインデントをつけ、コーティングされた表面の表面から少なくとも約100nmのインデント深さを有するインデントを形成することによって、コーティングされた表面で測定した場合、約8GPa以上の表面硬度を示す。いくつかの場合、物品は、約500GPaまでの表面硬度を示してもよい。物品は、光学フィルムと基板との間に、または光学フィルム内に配置される亀裂軽減層を任意に含んでもよい。
1つ以上の実施形態において、光学フィルムは耐擦傷性層を含む。耐擦傷性層は、約8GPa以上の硬度を示してもよい。いくつかの実施形態の耐擦傷性層は、約1.7以上の屈折率を示してもよい。耐擦傷性層は、AlN、Si、AlO、SiO、Al、SixCy、Si、ZrO、TiO、ダイヤモンド、ダイヤモンド様炭素およびSiAlの1つ以上を含んでもよい。
1つ以上の実施形態の光学フィルムは、耐擦傷性層と基板との間に配置される干渉層を含む。干渉層は、第1の低屈折率(RI)副層および第2の高RI副層を含んでもよい。第1の低RI副層の屈折率と第2の高RI副層の屈折率との間の差異は、約0.01以上でもよい。1つ以上の実施形態において、光干渉層は、第1の低RI副層および第2の高いRI副層を含むことができる複数の副層の組合せ(例えば、約10までの副層の組合せ)を含む。第1の低RI副層は、SiO、Al、GeO、SiO、AlO、SiO、SiAl、MgO、MgF、BaF、CaF、DyF、YbF、YFおよびCeFの1つ以上を含んでもよい。第2の高RI副層は、SiAl、Ta、Nb、AlN、Si、AlO、SiO、HfO、TiO、ZrO、Y、AlおよびMoOの少なくとも1つを含んでもよい。
いくつかの場合、光干渉層は第3の副層を含む。第3の副層は、複数の副層の組合せと耐擦傷性層との間に配置されてもよい。あるいは、第3の副層は、基板と複数の副層の組合せとの間に配置されてもよい。1つ以上の実施形態の第3の副層は、第1の低RI副層の屈折率と第2の高いRI副層の屈折率との間のRIを有してもよい。いくつかの実施形態の光学フィルムは、耐擦傷性層上に配置されるキャッピング層を含んでもよい。
光干渉層の第1の低RI副層および/または第2の高RI副層は、約2nm〜約200nmの範囲の光学的厚さ(nd)を有してもよい。光干渉層は約800nm以下の厚さを示してもよい。
いくつかの実施形態において、光干渉層は、光学波長域において約0.5%以下の平均光反射を示す。いくつかの実施形態において、物品は、光学波長域において約5パーセントポイント以下の平均振動振幅を有する平均透過率または平均反射率を示す。
1つ以上の実施形態の基板は、非晶質基板または結晶質基板を含んでもよい。非晶質基板としては、ソーダ石灰ガラス、アルカリアルミノシリケートガラス、アルカリ含有ボロシリケートガラス、およびアルカリアルミノボロシリケートガラスを含むことができる。ガラスは、任意に化学的に強化されてもよく、および/または化学的に強化されたガラスの表面から層深さ(DOL)まで化学的に強化されたガラス内で延在する、少なくとも250MPaの表面CSを有する圧縮応力(CS)層を含んでもよい。そのような基板によって示されるDOLは、少なくとも約10μmであってもよい。
追加的な特徴および効果は、以下の詳細な説明で明かにされる。追加的な特徴および効果は、その記載から当業者に容易に明白であるか、または本明細書および添付の図面中で記載される実施形態を実施することによって認識されるであろう。
上記の概要および以下の詳細な説明は、両方とも単なる例示であり、かつ特許請求の範囲の性質および特徴を理解するための概要およびフレームワークを提供するように意図されることは理解されるべきである。添付の図面は、さらなる理解を提供するために含まれており、これは、本明細書に組み込まれ、かつ本明細書の一部を構成する。図面は、1つ以上の実施形態を例示し、説明と共に、様々な実施形態の原理および操作を説明するために有用となる。
図1は、既知の基板および耐擦傷性材料実施形態の例示である。 図2は、単層干渉層を含む既知の物品の例示である。 図3は、図2に示される物品の反射率スペクトルである。 図4は、図3に示される反射率スペクトルに基づき算出されたaおよびb色シフトの範囲を示すグラフである。 図5は、1つ以上の実施形態による物品の例示である。 図6は、図5に示される物品のより詳細な例示である。 図7は、モデル化された実施例1による、3つの副層の組合せを有する光干渉層を有する物品に関して算出された反射率スペクトルである。 図8は、モデル化された実施例1に関して算出されたaおよびb色シフトの範囲を示すグラフである。 図9は、モデル化された実施例2による物品の概略図である。 図10は、モデル化された実施例2による物品に関して算出された反射率スペクトルである。 図11は、モデル化された実施例2に関して算出されたaおよびb色シフトの範囲を示すグラフである。 図12は、モデル化された実施例3による物品の概略図である。 図13は、モデル化された実施例3による物品に関して算出された反射率スペクトルである。 図14は、モデル化された実施例3に関して算出されたaおよびb色シフトの範囲を示すグラフである。 図15は、モデル化された実施例4による物品の概略図である。 図16は、モデル化された実施例4による物品に関して算出された反射率スペクトルである。 図17は、モデル化された実施例4に関して算出されたaおよびb色シフトの範囲を示すグラフである。 図18は、モデル化された実施例5による物品の概略図である。 図19は、モデル化された実施例5による物品に関して算出された反射率スペクトルである。 図20は、モデル化された実施例6による物品の概略図である。 図21は、モデル化された実施例6による物品に関して算出された反射率スペクトルである。 図22は、モデル化された実施例7による物品の概略図である。 図23は、モデル化された実施例7による物品に関して算出された反射率スペクトルである。 図24は、モデル化された実施例8による物品の概略図である。 図25は、モデル化された実施例8による物品に関して算出された反射率スペクトルである。 図26は、モデル化された実施例6〜8に関して算出されたaおよびb色シフトの範囲を示すグラフである。 図27は、モデル化された実施例9による物品の概略図である。 図28は、モデル化された実施例9による物品に関して算出された反射率スペクトルである。 図29は、実施例10〜11および比較例12による物品に関して測定された透過率スペクトルを示す。 図30は、種々の入射照明角度で実施例10〜11および無処理のガラスに関して測定された反射色座標を示す。 図31は、5度の入射照明角度における実施例10〜11に関して測定された透過光色座標を示す。 図32は、モデル化された実施例13による物品の概略図である。
ここで、添付の図面に例示される様々な実施形態、実施例を詳細に参照する。図面を通して、可能な場合は常に、同一参照番号が、同一または同類の部分を参照するために使用される。
AlN、Si、AlOおよびSiOなどの既知の耐擦傷性材料は、例えば、約1.7〜約2.1の範囲の高い屈折率を有する。耐擦傷性材料を含む一般的な基板は、ガラスおよびプラスチック基板である。ガラスおよびプラスチック材料は、典型的に、約1.45〜約1.65の範囲の屈折率を有する。耐擦傷性材料および基板の屈折率のこの差異は、望ましくない光干渉効果を与えるおそれがある。これらの望ましくない光干渉効果は、耐擦傷性材料が、約0.05〜約10マイクロメートルの範囲の物理的厚さを有する場合に強調され得る。(図1に示される)耐擦傷性材料/空気界面10および(図1に示される)耐擦傷性材料/基板界面20からの反射波の間の光干渉によって、特に反射において、耐擦傷性材料30(ならびに/または耐擦傷性材料30および基板40の組合せ)において明らかな色を生じるスペクトル反射率振動が導かれるおそれがある。色は、入射照明角度によるスペクトル反射率振動のシフトのために、視野角によって、反射においてシフトする。入射照明角度によって観察された色および色シフトは、蛍光灯およびいくつかのLED照明などの特に激しいスペクトル特徴を有する照明の下で、デバイス使用者にとって、しばしば気が散るものであるか、または好ましくない。
観察される色および色シフトは、界面10、20の一方または両方における反射率を最小化することによって低下させることができ、したがって、全物品の反射率振動および反射された色シフトを低下させることができる。耐擦傷性材料に関して、反射率の低下は、同時に耐擦傷性材料/空気界面10の高い耐久性または擦傷耐性を維持しながら、擦傷材料/基板界面20において、しばしば最も実行可能である。反射率を低下させる様々な方法には、耐擦傷性材料/基板界面20における、単一光干渉層(図2に示す)または反射率の単調な勾配を有する層の使用が含まれる。しかしながら、そのような選択は、しばしば、様々な発光物の下での透過率および/または反射率スペクトルにおける大きい振動を示す。単一層干渉層は、図2に示される物品に含まれる。この物品は、アルカリアルミノボロシリケートガラス基板10、約80ナノメートル(nm)の物理的厚さを有するAlの単一層干渉層50、約2000nmの物理的厚さを有するSiAlの耐擦傷性層30、および約10nmの物理的厚さを有するSiOの層60を含む。図3は、図2に示す物品のモデル化された反射率スペクトルを示す。スペクトルは、約3.5パーセントポイント(例えば、約520nm〜540nmの波長範囲において、約8.5%の低反射率および約12%のピーク反射率)〜約8パーセントポイント(例えば、約400nm〜410nmの波長において、約6.5%の低反射率および約14.5%のピーク反射率)の範囲の振幅を有する光学波長域において振動を示す。本明細書で使用される場合、用語「振幅」は、反射率または透過率のピーク−谷間の変化を含む。本明細書で使用される場合、用語「透過率」は、材料(例えば、物品、基板または光学フィルムまたはそれらの一部分)を透過する所与の波長範囲内における入射光強度のパーセントとして定義される。用語「反射率」は、同様に、材料(例えば、物品、基板または光学フィルムまたはそれらの一部分)から反射される所与の波長範囲内における入射光強度のパーセントとして定義される。透過率および反射率は、特定の線幅を使用して測定される。1つ以上の実施形態において、透過率および反射率の特徴決定のスペクトル分解は、5nm未満または0.02eVである。
「平均振幅」という句は、光学波長域内で可能な100nmの波長範囲ごとに平均化される反射率または透過率のピーク−谷間の変化を含む。本明細書で使用される場合、「光学波長域」は、約420nm〜約700nmの波長範囲を含む。この情報から、図2および3で示すように、種々の発光物下で直入射からの種々の入射照明角度で見た場合に、示される物品が比較的大きい色シフトを示すことを予測することができる。
本開示の実施形態は、基板と耐擦傷性材料との間に配置される複数の層を含む光干渉層を利用する。光干渉層は、種々の発光物の下で直入射からの種々の入射照明角度で見た場合の無色および/またはより小さい色シフトに関して、光学性能の改善を達成する。そのような光干渉層は、単調な勾配デザインで、より迅速な製造が可能であり、そして光干渉層を組み込む物品は、耐擦傷性および優れた光学特性を提供する。
本開示の第1の態様は、発光物の下において種々の入射照明角度で見る場合であっても無色を示す物品に関する。1つ以上の実施形態において、物品は、本明細書に提供される範囲のいずれかの偶発的照明角度に関しても、約2以下の色シフトを示す。本明細書で使用される場合、「色シフト」という句は、CIE L、a、b比色分析系でのaおよびbの変化を指す。例えば、色シフトは、直入射(すなわち、aおよびb)および直入射から離れた入射照明角度(すなわち、aおよびb)で見られる場合の物品のaおよびb座標を使用して、以下の方程式:√((a−a+(b−b)を使用して決定されてもよいが、ただし、入射照明角度は直入射とは異なり、そして場合によっては、直入射と少なくとも約2度または約5度異なる。種々の観察者の収集における様々な色の測定によって、色シフトが約2の場合、平均観察者は2つの色において最小可知差異を見る。いくつかの場合、発光物の下、直入射からの様々な入射照明角度で見る場合、約2以下の色シフトが物品によって示される。いくつかの例において、色シフトは、約1.9以下、1.8以下、1.7以下、1.6以下、1.5以下、1.4以下、1.3以下、1.2以下、1.1以下、1以下、0.9以下、0.8以下、0.7以下、0.6以下、0.5以下、0.4以下、0.3以下、0.2以下または0.1以下である。いくつかの実施形態において、色シフトは約0でもよい。発光物は、CIEによって決定される標準光源を含むことができ、A発光物(タングステンフィラメント照明を表す)、B発光物(日光をシミュレーションする発光物)、C発光物(日光をシミュレーションする発光物)、Dシリーズ発光物(天然日光を表す)、およびFシリーズ発光物(さまざまな蛍光灯を表す)を含む。特定の例において、物品は、CIE F2、F10、F11、F12またはD65発光物の下で、直入射からの入射照明角度で見る場合、約2以下の色シフトを示す。入射照明角度は、直入射から約0度〜約80度、約0度〜約75度、約0度〜約70度、約0度〜約65度、約0度〜約60度、約0度〜約55度、約0度〜約50度、約0度〜約45度、約0度〜約40度、約0度〜約35度、約0度〜約30度、約0度〜約25度、約0度〜約20度、約0度〜約15度、約5度〜約80度、約5度〜約80度、約5度〜約70度、約5度〜約65度、約5度〜約60度、約5度〜約55度、約5度〜約50度、約5度〜約45度、約5度〜約40度、約5度〜約35度、約5度〜約30度、約5度〜約25度、約5度〜約20度、約5度〜約15度の範囲、ならびにそれらの間の全範囲および部分範囲であってよい。物品は、直入射から約0〜約80度の範囲の全ての入射照明角度およびそれに沿って、本明細書に記載される最大色シフトを示し得る。一例において、物品は、直入射から約0度〜約60度、約2度〜約60度、または約5度〜約60度の範囲のいずれかの入射照明角度においても2以下の色シフトを示し得る。
図5を参照すると、1つ以上の実施形態による物品100は、基板110と、基板上に配置される光学フィルム120とを含んでもよい。基板110は、対向する主要面112、114および対向したマイナー表面116、118を含む。光学フィルム120は、第1の対向する主要面112に配置されるように図5に示されるが、第1の対向する主要面112で配置されることに加えて、またはその代わりに、光学フィルム120は、第2の対向する主要面114および/または対向するマイナー表面の一方もしくは両方の上において配置されてもよい。物品100は、コーティングされた表面101を含む。
光学フィルム120は、少なくとも1つの材料の少なくとも1つの層を含む。用語「層」は、単層を含んでもよく、あるいは1つ以上の副層を含んでもよい。そのような副層は、互いに直接接触していてもよい。副層は、同一材料または2種以上の異なる材料から形成されてもよい。1つ以上の他の実施形態において、そのような副層は、その間に配置される異なる材料の介在層を有してもよい。1つ以上の実施形態において、層は、1つ以上の連続的かつ中断されない層および/あるいは1つ以上の非連続的かつ中断された層(すなわち、互いに隣接して形成される異なる材料を有する層)を含んでもよい。層または副層は、分離析出または連続析出プロセスを含む、当該技術分野におけるいずれかの既知の方法によって形成されてもよい。1つ以上の実施形態において、層は、連続析出プロセスのみ、または代わりに、分離析出プロセスのみを使用して形成されてもよい。
本明細書で使用される場合、「配置」という用語は、コーティング、析出および/または当該技術分野において既知のいずれかの方法を使用する表面上への材料の形成を含む。配置された材料によって、本明細書に定義される層が構成されてもよい。「上に配置される」という句は、材料が表面と直接接触するように、表面上へ材料を形成することの実例を含み、かつ1つ以上の介在材料が、配置された材料と表面との間にあるように、材料が表面上で形成される実例も含む。介在材料は、本明細書に定義される層を構成してもよい。
1つ以上の実施形態において、Berkovitchインデンターでコーティングされた表面にインデントをつけ、コーティングされた表面の表面から少なくとも約100nmのインデント深さを有するインデントを形成することによってコーティングされた表面上で測定した場合、物品100は、約8GPa以上、約10GPa以上、約14GPa以上、約18GPa以上の平均硬度を示す。いくつかの実施形態において、物品の平均硬度は、約5GPa〜約30GPa、約6GPa〜約30GPa、約7GPa〜約30GPa、約8GPa〜約30GPa、約9GPa〜約30GPa、約10GPa〜約30GPa、約12GPa〜約30GPa、約5GPa〜約28GPa、約5GPa〜約26GPa、約5GPa〜約24GPa、約5GPa〜約22GPa、約5GPa〜約20GPa、約12GPa〜約25GPa、約15GPa〜約25GPa、約16GPa〜約24GPa、約18GPa〜約22GPaの範囲、ならびにそれらの間の全範囲および部分範囲であってよい。
1つ以上の実施形態において、本明細書に記載される光学フィルム構造を有する物品は、耐摩耗性も示す。いくつかの実施形態において、耐摩耗性は、Crockmeter、テイバー磨耗試験機および他の同様の標準器具を使用するものなどの当該技術分野において既知の試験によって測定される。例えば、Crockmeterは、そのような摩擦を受ける表面のCrock耐性を決定するために使用される。Crockmeterは、重量を調整したアームの端部に取り付けられた摩擦端または「フィンガー」との直接接触を表面に受けさせる。Crockmeterによって供給される標準フィンガーは、直径15ミリメートル(mm)の固体アクリルロッドである。標準クロッキング布のクリーンな部分を、このアクリルフィンガーに据え付ける。次いで、フィンガーを、900gの圧力下で試料上に載置し、そして耐久性/クロック耐性の変化を観察するために、試料上でアームを機械的に前後に繰り返し移動させる。本明細書に記載される試験で使用されるCrockmeterは、1分あたりの60回転の均一ストローク速度を提供する動力付きモデルである。Crockmeter試験は、「Standard Test Method for Determination of Abrasion and Smudge Resistance of Images Produced from Business Copy Products」と題されたASTM試験手順F1319−94に記載され、これは、参照によって全体が本明細書に組み込まれる。本明細書に記載されるコーティングされた物品のクロック耐性または耐久性は、ASTM試験手順F1319−94によって定義される特定の数のワイプの後、光学的(例えば、反射率、曇り、または透過率)測定によって決定される。「ワイプ」は、摩擦端またはフィンガーの2ストロークまたは1サイクルとして定義される。
1つ以上の実施形態によると、物品100は約80%以上の平均光透過を示す。「光透過」という用語は、媒体を透過する光の量を指す。光透過の測定は、媒体に入る光の量と、媒体を出る光の量との間の差異である。言い換えると、光透過は、吸収または分散されることなく、媒体を通って移動した光である。「平均光透過」という用語は、CIE規格の観測者によって記載されるように、光効率関数によって乗算される光透過のスペクトル平均を示す。特定の実施形態の物品100は、80%以上、82%以上、85%以上、90%以上、90.5%以上、91%以上、91.5%以上、92%以上、92.5%以上、93%以上、93.5%以上、94%以上、94.5%以上または95%以上の平均光透過を示し得る。
1つ以上の実施形態において、物品100は、20%以下の全反射率を有する。例えば、物品は、20%以下、15%以下、10%以下、9%以下、8%以下、7%以下、6%以下の全反射率を有し得る。いくつかの特定の実施形態において、物品は、6.9%以下、6.8%以下、6.7%以下、6.6%以下、6.5%以下、6.4%以下、6.3%以下、6.2%以下、6.1%以下、6.0%以下、5.9%以下、5.8%以下、5.7%以下、5.6%以下または5.5%以下の全反射率を有する。1つ以上の実施形態によると、物品100は、基板110の全反射率以下の全反射率を有する。
1つ以上の実施形態において、物品100は、光学波長域において、比較的平坦な透過率スペクトル、反射率スペクトルまたは透過率および反射率スペクトルを示す。いくつかの実施形態において、比較的平坦な透過率および/または反射率スペクトルには、全光学波長域または光学波長域の波長範囲セグメントに沿って、約5パーセントポイント以下の平均振動振幅が含まれる。波長範囲セグメントは、約50nm、約100nm、約200nmまたは約300nmであってよい。いくつかの実施形態において、平均振動振幅は、約4.5パーセントポイント以下、約4パーセントポイント以下、約3.5パーセントポイント以下、約3パーセントポイント以下、約2.5パーセントポイント以下、約2パーセントポイント以下、約1.75パーセントポイント以下、約1.5パーセントポイント以下、約1.25パーセントポイント以下、約1約0.75パーセントポイント以下、約0.5パーセントポイント以下、約0.25パーセントポイント以下、または約0パーセントポイント、およびそれらの間の全範囲または部分範囲であってよい。1つ以上の特定の実施形態において、物品は、光学波長域において約100nmまたは200nmの選択された波長範囲セグメントにおいて透過率を示し、スペクトルからの振動は、約80%、約82%、約84%、約86%、約87%、約88%、約89%、約90%、約91%、約92%、約93%、約94%、または約95%、ならびにそれらの間の全範囲および部分範囲の最大ピークを有する。
いくつかの実施形態において、比較的平坦な平均透過率および/または平均反射率は、光学波長域の特定の波長範囲セグメントに沿って、平均透過率または平均反射率のパーセントとして表される最大振動振幅を含む。また平均透過率または平均反射率は、光学波長域の同一の特定の波長範囲セグメントに沿って測定される。波長範囲セグメントは、約50nm、約100nmまたは約200nmであってよい。1つ以上の実施形態において、物品100は、約10%以下、約5%以下、約4.5%以下、約4%以下、約3.5%以下、約3%以下、約2.5%以下、約2%以下、約1.75%以下、約1.5%以下、約1.25%以下、約1%以下、約0.75%以下、約0.5%以下、約0.25%以下、または約0.1%以下、ならびにそれらの間の全範囲および部分範囲の平均振動振幅の平均透過率および/または平均反射率を示す。そのようなパーセントベースの平均振動振幅は、光学波長域において、約50nm、約100nm、約200nmまたは約300nmの波長範囲セグメントに沿って、物品によって示されてもよい。例えば、物品は、光学波長域内において約100nmの波長範囲セグメントである約500nm〜約600nmの波長範囲に沿って約85%の平均透過率を示してもよい。物品は、同一波長範囲(500nm〜約600nm)に沿って、約3%のパーセントベースの振動振幅を示してもよく、このことは、500nm〜600nmの波長範囲に沿って、絶対(非パーセントベース)振動振幅は約2.55パーセントポイントであることを意味する。
基板
基板110は、非晶質基板、結晶質基板またはそれらの組合せを含んでもよい。基板110は、人工材料および/または天然に存在する材料から形成されてもよい。いくつかの特定の実施形態において、基板110は、プラスチックおよび/または金属基板を特に排除してもよい。1つ以上の実施形態において、基板は、約1.45〜約1.55の範囲の屈折率を示す。特定の実施形態において、基板110は、少なくとも5、少なくとも10、少なくとも15または少なくとも20の試料を使用して、ボールオンリング試験を使用して測定した場合、1つ以上の対向する主要面上の表面において、0.5%以上、0.6%以上、0.7%以上、0.8%以上、0.9%以上、1%以上、1.1%以上、1.2%以上、1.3%以上、1.4%以上1.5%以上または2%以上の破損に対する平均歪みを示してもよい。特定の実施形態において、基板110は、1つ以上の対向する主要面上のその表面において、約1.2%、約1.4%、約1.6%、約1.8%、約2.2%、約2.4%、約2.6%、約2.8%または約3%以上の破損に対する平均歪みを示してもよい。
適切な基板110は、約30GPa〜約120GPaの範囲の弾性率(またはヤング率)を示してもよい。いくつかの場合、基板の弾性率は、約30GPa〜約110GPa、約30GPa〜約100GPa、約30GPa〜約90GPa、約30GPa〜約80GPa、約30GPa〜約70GPa、約40GPa〜約120GPa、約50GPa〜約120GPa、約60GPa〜約120GPa、約70GPa〜約120GPaの範囲、ならびにそれらの間の全範囲および部分範囲であってよい。
1つ以上の実施形態において、非晶質基板は、強化されていてもよく、または強化されていなくてもよいガラスを含んでもよい。適切なガラスの例には、ソーダ石灰ガラス、アルカリアルミノシリケートガラス、アルカリ含有ホウケイ酸ガラスおよびアルカリアルミノボロシリケートガラスが含まれる。いくつかの変形形態において、ガラスは酸化リチウムを含まなくてもよい。1つ以上の他の実施形態において、基板110は、ガラスセラミック基板(強化されてもよく、または強化されていなくてもよい)などの結晶質基板を含んでもよく、あるいはサファイヤなどの単結晶質構造を含んでもよい。1つ以上の特定の実施形態において、基板110は、非晶質ベース(例えばガラス)および結晶質クラッディング(例えば、サファイヤ層、多結晶質アルミナ層および/または尖晶石(MgAl)層)を含む。
基板110は、実質的に平面であっても、シート様であってもよいが、他の実施形態は、曲線状であるか、その他の形状であるか、または調整された基板を利用してもよい。基板110は、実質的に光学的に透明であっても、または透明であってもよく、光散乱がなくてもよい。そのような実施形態において、基板は、光学波長域において、約85%以上、約86%以上、約87%以上、約88%以上、約89%以上、約90%以上、約91%以上または約92%以上の平均光透過率を示してもよい。1つ以上の他の実施形態において、基板110は不透明であってもよく、あるいは光学波長域において、約10%未満、約9%未満、約8%未満、約7%未満、約6%未満、約5%未満、約4%未満、約3%未満、約2%未満、約1%未満または約0%未満の平均光透過率を示してもよい。基板110は、白、黒、赤、青、緑、黄、オレンジなどの色を任意に示してもよい。
追加的に、または代わりに、基板110の物理的厚さは、美的理由および/または機能的理由のために、寸法の1つ以上に沿って変化してもよい。例えば、基板110の端縁は、基板110の中心領域と比較して、より厚くてもよい。基板110の長さ、幅および物理的厚さ寸法も、物品100の用途または使用によって変更されてもよい。
基板110は、様々な異なるプロセスを使用して提供されてもよい。例えば、基板110がガラスなどの非晶質基板を含む場合、様々な形成方法としては、フロートガラスプロセスおよびダウンドロープロセス、例えばフュージョンドローおよびスロットドローを含むことができる。
一旦形成されたら、基板110は、強化された基板を形成するために強化されてもよい。本明細書で使用される場合、「強化された基板」という用語は、例えば、基板の表面において、より小さなイオンに対して、より大きいイオンのイオン交換によって、化学的に強化された基板を示し得る。しかしながら、熱テンパリングなど、または圧縮応力および中心張力領域を作成するために基板部分間で熱膨張係数のミスマッチを利用する、当該技術分野において既知の他の強化方法が、強化されたガラス基板を形成するために利用されてもよい。
基板がイオン交換プロセスによって化学的に強化される場合、基板の表面境界層のイオンは、同一原子価または酸化状態を有するより大きいイオンによって置き換えられるか、あるいはそれと交換される。イオン交換プロセスは、典型的に、基板のより小さいイオンと交換される、より大きいイオンを含有する溶融塩浴に基板を浸漬することによって実行される。限定されないが、浴組成および温度、浸漬時間、塩浴(または浴)中の基板の浸漬回数、複数の塩浴の使用、アニール化、洗浄などの追加的なステップを含むイオン交換プロセスのパラメーターは、一般に、基板の組成および所望の圧縮応力(CS)、強化作業から生じる基板の圧縮応力層深さ(または層深さ)によって決定されることは、当業者に明らかであろう。一例として、アルカリ金属含有ガラス基板のイオン交換は、限定されないが、より大きいアルカリ金属イオンの硝酸塩、硫酸塩および塩化物などの塩を含有する少なくとも1つの溶融浴中の浸漬によって達成されてもよい。溶融塩浴の温度は典型的に、約380℃〜約450℃の範囲にあるが、浸漬時間は約15分〜約40時間の範囲である。しかしながら、上記と異なる温度および浸漬時間が使用されてもよい。
加えて、浸漬の間に洗浄および/またはアニール化ステップのある、ガラス基板が複数のイオン交換浴に浸漬されるイオン交換プロセスの非限定的な例は、ガラス基板が、異なる濃度の塩浴中での複数の連続したイオン交換処理における浸漬によって強化される、2008年7月11日出願の米国仮特許出願第61/079,995号明細書の優先権を主張する、Douglas C.Allanらによる「Glass with Compressive Surface for Consumer Applications」という名称の2009年7月10日出願の米国特許出願第12/500,650号明細書;ガラス基板が、流出物イオンで希釈される第1の浴におけるイオン交換によって強化され、続いて、第1の浴よりわずかな流出物イオンの濃度を有する第2の浴での浸漬が行われる、2008年7月29日出願の米国仮特許出願第61/084,398号明細書の優先権を主張する、Christopher M.Leeらによる「Dual Stage Ion Exchange for Chemical Strengthening of Glass」という名称の2012年11月20日公布の米国特許第8,312,739号明細書に記載される。米国特許出願第12/500,650号明細書および米国特許第8,312,739号明細書の内容は、それらの全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
イオン交換によって達成された化学的強化度は、中心張力(CT)、表面CSおよび層深さ(DOL)のパラメーターをベースとして定量化されてもよい。表面CSは、表面付近または様々な深さの強化されたガラスの範囲内で測定されてもよい。最大CS値は、強化された基板の表面で測定されたCS(CS)を含んでもよい。ガラス基板内の圧縮応力層に隣接する内部領域に関して計算されるCTは、CS、物理的厚さtおよびDOLから算出することができる。CSおよびDOLは、当該技術分野において既知の手段を使用して測定される。そのような手段には、限定されないが、株式会社ルケオ(日本、東京)によって製造されるFSM−6000などの商業的に入手可能な器具を使用する表面応力(FSM)の測定などが含まれ、そしてCSおよびDOLの測定方法は、「Standard Specification for Chemically Strengthened Flat Glass」およびASTM 1279.19779「Standard Test Method for Non−Destructive Photoelastic Measurement of Edge and Surface Stresses in Annealed,Heat−Strengthened,and Fully−Tempered Flat Glass」と題されたASTM 1422C−99に記載され、これらの内容は参照によって全体が本明細書に組み込まれる。表面応力測定は、ガラス基板の複屈折に関連する、応力光学係数(SOC)の正確な測定に依拠する。SOCは、次に、ファイバーおよび4点ベンド法などの当該技術分野において既知である方法(これらは両方とも「Standard Test Method for Measurement of Glass Stress−Optical Coefficient」と題されたASTM standard C770−98(2008)に記載されており、この内容は、参照によって全体が本明細書に組み込まれる)ならびにバルクシリンダー法によって測定される。
CSおよびCTの関係は、式(1):
CT=(CS・DOL)/(t−2DOL) (1)
(式中、tはガラス物品の物理的厚さ(μm)である)によって与えられる。本開示の様々な項において、CTおよびCSはメガパスカル(MPa)で表され、物理的厚さtは、マイクロメートル(μm)またはミリメートル(mm)のいずれかで表され、そしてDOLはマイクロメートル(μm)で表される。
一実施形態において、強化された基板110は、250MPa以上、300MPa以上、例えば、400MPa以上、450MPa以上、500MPa以上、550MPa以上、600MPa以上、650MPa以上、700MPa以上、750MPa以上または800MPa以上の表面CSを有することができる。強化された基板は、10μm以上、15μm以上、20μm以上(例えば、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm以上)のDOLおよび/または10MPa以上、20MPa以上、30MPa以上、40MPa以上(例えば、42MPa、45MPa、または50MPa以上)であるが、100MPa未満(例えば、95、90、85、80、75、70、65、60、55MPa以下)のCTを有してもよい。1つ以上の特定の実施形態において、強化された基板は、1つ以上の以下:500MPaより大きい表面CS、15μmより大きいDOL、および18MPaより大きいCTを有する。
基板で使用されてもよいガラスの例には、アルカリアルミノシリケートガラス組成物またはアルカリアルミノボロシリケートガラス組成物が含まれてよいが、他のガラス組成物が考察される。そのようなガラス組成物は、イオン交換プロセスによって化学的に強化されることが可能である。一例において、ガラス組成物は、SiO、BおよびNaOを含んでなり、(SiO+B)≧66モル%およびNaO≧9モル%である。一実施形態において、ガラス組成物は、少なくとも6重量%の酸化アルミニウムを含む。さらなる実施形態において、基板は、アルカリ土属酸化物の含有量が少なくとも5重量%であるように、1つ以上のアルカリ土属酸化物を有するガラス組成物を含む。適切なガラス組成物は、いくつかの実施形態において、少なくともKO、MgOおよびCaOの1つをさらに含んでなる。特定の実施形態において、基板で使用されるガラス組成物は、61〜75モル%のSiO、7〜15モル%のAl、0〜12モル%のB、9〜21モル%のNaO、0〜4モル%のKO、0〜7モル%のMgOおよび0〜3モル%のCaOを含んでなることができる。
さらなる例において、基板のために適切なガラス組成物は、60〜70モル%のSiO、6〜14モル%のAl、0〜15モル%のB、0〜15モル%のLiO、0〜20モル%のNaO、0〜10モル%のKO、0〜8モル%のMgO、0〜10モル%のCaO、0〜5モル%のZrO、0〜1モル%のSnO、0〜1モル%のCeO、50ppm未満のAsおよび50ppm未満のSbを含んでなり、12モル%≦(LiO+NaO+KO)≦20モル%および0モル%≦(MgO+CaO)≦10モル%である。
なおさらなる例において、基板のために適切なガラス組成物は、63.5〜66.5モル%のSiO、8〜12モル%のAl、0〜3モル%のB、0〜5モル%のLiO、8〜18モル%のNaO、0〜5モル%のKO、1〜7モル%のMgO、0〜2.5モル%のCaO、0〜3モル%のZrO、0.05〜0.25モル%のSnO、0.05〜0.5モル%のCeO、50ppm未満のAsおよび50ppm未満のSbを含んでなり、14モル%≦(LiO+NaO+KO)≦18モル%および2モル%≦(MgO+CaO)≦7モル%である。
特定の実施形態において、無機酸化物基板のために適切なアルカリアルミノシリケートガラス組成物は、アルミナ、少なくとも1つのアルカリ金属、ならびにいくつかの実施形態において、50モル%より多いSiO、他の実施形態において、少なくとも58モル%のSiO、およびさらに他の実施形態において、少なくとも60モル%のSiOを含んでなり、その比率は、

である。この比率において、成分はモル%で表され、そして変性剤はアルカリ金属酸化物である。このガラス組成物は、特定の実施形態において、58〜72モル%のSiO、9〜17モル%のAl、2〜12モル%のB、8〜16モル%のNaOおよび0〜4モル%のKOを含んでなり、その比率は、

である。
なおさらに別の実施形態において、基板は、64〜68モル%のSiO、12〜16モル%のNaO、8〜12モル%のAl、0〜3モル%のB、2〜5モル%のKO、4〜6モル%のMgOおよび0〜5モル%のCaOを含んでなり、66モル%≦SiO+B+CaO≦69モル%、NaO+KO+B+MgO+CaO+SrO>10モル%、5モル%≦MgO+CaO+SrO≦8モル%、(NaO+B)−Al≦2モル%、2モル%≦NaO−Al≦6モル%、および4モル%≦(NaO+KO)−Al≦10モル%であるアルカリアルミノシリケートガラス組成物を含んでもよい。
他の実施形態において、基板は、2モル%以上のAlおよび/またはZrO、あるいは4モル%以上のAlおよび/またはZrOを含んでなるアルカリアルミノシリケートガラス組成物を含んでなってもよい。
基板110が結晶質基板を含む場合、基板は、Alを含んでもよい単結晶を含んでもよい。そのような単結晶質基板は、サファイヤと呼ばれる。結晶質基板のための他の適切な材料には、多結晶質アルミナ層および/または尖晶石(MgAl)が含まれる。
任意に、結晶質基板110は、強化されていても、または強化されていなくてもよいガラスセラミック基板を含んでもよい。適切なガラスセラミックの例としては、LiO−Al−SiO系(すなわち、LAS系)ガラスセラミック、MgO−Al−SiO系(すなわち、MAS系)ガラスセラミック、および/またはβ−石英固溶体、β−リシア輝石ss、菫青石およびリチウムジシリケートを含む支配的結晶相を含むガラスセラミックが含まれてよい。ガラスセラミック基板は、本明細書に開示される化学的強化プロセスを使用して強化されてもよい。1つ以上の実施形態において、MAS系ガラスセラミック基板は、LiSO溶融塩で強化されてもよく、それによって、Mg2+に対して2Liの交換を生じることができる。
1つ以上の実施形態による基板110は、約100μm〜約5mmの範囲の物理的厚さを有することができる。基板110の物理的厚さの例は、約100μm〜約500μmの範囲(例えば、100、200、300、400または500μm)である。基板110の物理的厚さのさらなる例は、約500μm〜約1000μmの範囲(例えば、500、600、700、800、900または1000μm)である。基板110は、約1mmより大きい(例えば、約2、3、4または5mm)物理的厚さを有してもよい。1つ以上の特定の実施形態において、基板110は、2mm以下または1mm未満の物理的厚さを有してもよい。基板110は、酸性研磨されるか、またはその他の場合で表面欠陥の影響を除去するか、もしくは低下させるために処理されてもよい。
光学フィルム
図5〜6に示すように、光学フィルム120は、複数の層130、140、150を含んでもよい。追加的な層が光学フィルム120に含まれてもよい。そのうえ、いくつかの実施形態において、1つ以上のフィルムまたは層が、基板110の、光学フィルム120とは反対の側面上に(すなわち、主要表面114に)配置されてもよい。
光学フィルム120の物理的厚さは、約0.1μm〜約3μmの範囲であってよい。いくつかの場合、光学フィルム120の物理的厚さは、約0.1μm〜約2.9μm、約0.1μm〜約2.8μm、約0.1μm〜約2.7μm、約0.1μm〜約2.6μm、約0.1μm〜約2.5μm、約0.1μm〜約2.4μm、約0.1μm〜約2.3μm、約0.1μm〜約2.2μm、約0.1μm〜約2.1μm、約0.1μm〜約2μm、約0.5μm〜約3μm、約1μm〜約3μm、約1.1μm〜約3μm、約1.2μm〜約3μm、約1.3μm〜約3μm、約1.4μm〜約3μm、または約1.5μm〜約3μmの範囲、ならびにそれらの間の全範囲および部分範囲であってよい。
Berkovitchインデンターでコーティングされた表面にインデントをつけ、(コーティングされた表面101から測定された)少なくとも約100nmのインデント深さを有するインデントを形成することによってコーティングされた表面上で測定した場合、光学フィルム120は、約5GPa以上の平均硬度を示し得る。例えば、光学フィルム120は、約6GPa〜約30GPa、約7GPa〜約30GPa、約8GPa〜約30GPa、約9GPa〜約30GPa、約10GPa〜約30GPa、約12GPa〜約30GPa、約5GPa〜約28GPa、約5GPa〜約26GPa、約5GPa〜約24GPa、約5GPa〜約22GPa、約5GPa〜約20GPa、約12GPa〜約25GPa、約15GPa〜約25GPa、約16GPa〜約24GPa、約18GPa〜約22GPaの範囲、ならびにそれらの間の全範囲および部分範囲の平均硬度を示し得る。
1つ以上の実施形態において、光学フィルムは、基板110の主要表面112に配置された光干渉層130、光干渉層130上に配置された耐擦傷性層140、および耐擦傷性層140上に配置される任意のキャッピング層150を含む。示される実施形態において、光干渉層130は、基板110と耐擦傷性層140との間で配置され、したがって、基板110と耐擦傷性層140との間の界面を変性する。
光干渉層130は、2つ以上の副層を含んでもよい。1つ以上の実施形態において、2つ以上の副層が異なる屈折率を有するものとして特徴づけられてもよい。実施形態において、光干渉層130は、第1の低RI副層および第2の高RI副層を含む。第1の低RI副層と第2の高RI副層の屈折率の差異は、約0.01以上、0.05以上、0.1以上または0.2以上でさえもよい。
図6で示すように、光干渉層は、複数の副層の組合せ(131)を含んでもよい。単一の副層の組合せは、第1の低RI副層および第2の高RI副層を含んでもよい。例えば、副層の組合せ131は、第1の低RI副層131Aおよび第2の高RI副層131Bを含む。いくつかの実施形態において、第1の低RI副層(「L」として示される)および第2の高RI副層(「H」として示される)が以下の配列:L/H/L/HまたはH/L/H/Lの副層を提供し、第1の低RI副層および第2の高RI副層が、光干渉層の物理的厚さに沿って交互に現れるように、光干渉層は複数の副層の組合せを含んでもよい。図6中の実施例において、光干渉層130は、3つの副層の組合せを含む。いくつかの実施形態において、光干渉層130は、10までの副層の組合せを含んでもよい。例えば、光干渉層130は、約2〜約12の副層の組合せ、約3〜約8の副層の組合せ、約3〜約6つ副層の組合せを含んでもよい。
いくつかの実施形態において、光干渉層は、1つ以上の第3の副層を含んでもよい。第3の副層は、低RI、高RIまたは中程度のRIを有してもよい。いくつかの実施形態において、第3の副層は、第1の低RI副層131Aまたは第2の高RI副層131Bと同様のRIを有してもよい。他の実施形態において、第3の副層は、第1の低RI副層131AのRIと第2の高RI副層131BのRIの間の中程度のRIを有してもよい。第3の副層は、複数の副層の組合せと耐擦傷性層140との間(図12、231Cを参照のこと)、または基板と複数の副層の組合せとの間(図12、231Dを参照のこと)に配置されてもよい。あるいは、第3の副層は、複数の副層の組合せ(図示せず)に含まれてもよい。第3の副層は、以下:L第3の副層/H/L/H/L、H第3の副層/L/H/L/H、L/H/L/H/L第3の副層、H/L/H/L/H第3の副層、L第3の副層/H/L/H/L/H第3の副層、H第3の副層/L/H/L/H/L第3の副層、L第3の副層/L/H/L/H、H第3の副層/H/L/H/L、H/L/H/L/L第3の副層、L/H/L/H/H第3の副層、L第3の副層/L/H/L/H/H第3の副層、H第3の副層//H/L/H/L/L第3の副層、L/M/H/L/M/H、H/M/L/H/M/L、M/L/H/L/M、および他の組合せの典型的な構成において、光干渉層で提供されてもよい。これらの構成で、いずれの添え字もない「L」は、第1の低RI副層を指し、そしていずれの添え字もない「H」は、第2の高いRI副層を指す。「L第3の副層」は、低RIを有する第3の副層を指し、「H第3の副層」は高RIを有する第3の副層を指し、そして「M」は中程度のRIを有する第3の副層を指す。
本明細書で使用される場合、「低RI」、「高RI」および「中程度RI」という用語は、互いに対してRIに関する相対的な値を意味する(例えば、低RI<中程度RI<高RI)。1つ以上の実施形態において、「低RI」という用語は、第1の低RI副層または第3の副層に関して使用される場合、約1.3〜約1.7の範囲を含む。1つ以上の実施形態において、「高RI」という用語は、第2の高RI副層または第3の副層に関して使用される場合、約1.6〜約2.5の範囲を含む。いくつかの実施形態において、「中程度RI」という用語は、第3の副層に関して使用される場合、約1.55〜約1.8の範囲を含む。いくつかの場合、低RI、高RIおよび中程度RIの範囲は重なってもよいが、ほとんどの場合、光干渉層の副層は、RIに関して一般的な関係:低RI<中程度RI<高RIを有する。
光干渉層130のために適切な典型的な材料には、SiO、Al、GeO、SiO、AlOxNy、AlN、Si、SiO、SiAl、Ta、Nb、TiO、ZrO、TiN、MgO、MgF、BaF、CaF、SnO、HfO、Y、MoO、DyF、YbF、YF、CeF、ポリマー、フルオロポリマー、プラズマ重合ポリマー、シロキサンポリマー、シルセスキオキサン、ポリイミド、フッ素化ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、アクリルポリマー、ウレタンポリマー、ポリメチルメタクリレート、下記の耐擦傷性層に関して適切であると記載される他の材料、および当該技術分野で既知の他の材料が含まれる。第1の低RI副層に用いられる適切な材料のいくつかの例には、SiO、Al、GeO、SiO、AlO、SiO、SiAl、MgO、MgF、BaF、CaF、DyF、YbF、YFおよびCeFが含まれる。第2の高RI副層に用いられる適切な材料のいくつかの例には、SiAl、Ta、Nb、AlN、Si、AlO、SiO、HfO、TiO、ZrO、Y、AlおよびMoOが含まれる。
1つ以上の実施形態において、光干渉層の副層の少なくとも1つは、特定の光学的厚さ範囲を含んでもよい。本明細書で使用される場合、用語「光学的厚さ」は、(nd)によって決定され、「n」は、副層のRIを指し、そして「d」は副層の物理的厚さを指す。1つ以上の実施形態において、光干渉層の副層の少なくとも1つは、約2nm〜約200nm、約10nm〜約100nm、または約15nm〜約100nmの範囲の光学的厚さを含んでよい。いくつかの実施形態において、光干渉層130の副層の全ては、それぞれ、約2nm〜約200nm、約10nm〜約100nm、または約15nm〜約100nmの範囲の光学的厚さを有してよい。場合によっては、光干渉層130の少なくとも1つの副層は、約50nm以上の光学的厚さを有する。場合によっては、第1の低RI副層のそれぞれは、約2nm〜約200nm、約10nm〜約100nm、または約15nm〜約100nmの範囲の光学的厚さを有する。その他の場合、第2の高RI副層のそれぞれは、約2nm〜約200nm、約10nm〜約100nm、または約15nm〜約100nmの範囲の光学的厚さを有する。なお他の場合、第3の副層のそれぞれは、約2nm〜約200nm、約10nm〜約100nm、または約15nm〜約100nmの範囲の光学的厚さを有する。
1つ以上の実施形態において、光干渉層130は、約800nm以下の物理的厚さを有する。光干渉層130は、約10nm〜約800nm、約50nm〜約800nm、約100nm〜約800nm、約150nm〜約800nm、約200nm〜約800nm、約10nm〜約750nm、約10nm〜約700nm、約10nm〜約650nm、約10nm〜約600nm、約10nm〜約550nm、約10nm〜約500nm、約10nm〜約450nm、約10nm〜約400nm、約10nm〜約350nm、約10nm〜約300nm、約50nm〜約300nmの範囲、ならびにそれらの間の全範囲および部分範囲の物理的厚さを有してもよい。
いくつかの実施形態において、光干渉層は、浸漬状態で測定される場合、光学波長域において、約2%以下、1.5%以下、0.75%以下、0.5%以下、0.25%以下、0.1%以下または0.05%以下の平均光反射率を示す。本明細書で使用される場合、「浸漬状態」という句は、光干渉層が関与するもの以外の界面において物品によって形成される反射を差し引くか、その他の場合で除去することによる平均反射率の測定を含む。いくつかの場合、光干渉層は、約450nm〜約650nm、約420nm〜約680nm、約420nm〜約740nm、約420nm〜約850nm、または約420nm〜約950nmなどの他の波長範囲において、そのような平均光反射率を示してもよい。いくつかの実施形態において、光干渉層は、光学波長域において、約90%以上、92%以上、94%以上、96%以上または98%以上の平均光透過率を示す。
本明細書に記載される実施形態の光干渉層130は、単調な屈折率勾配を有する層から識別されてもよい。耐擦傷性層140と基板110との間に光干渉層130を含む物品は、光学フィルム120の物理的厚さを低下させながら、光学性能の改善(例えば、本明細書に記載されるように、高い平均光透過率、低い平均光反射率、低色シフト)を示す。単調な屈折率勾配層は同様の光学特性を提供するが、より大きい物理的厚さを必要としてもよい。
1つ以上の実施形態の耐擦傷性層140は、無機炭化物、窒化物、酸化物、ダイヤモンド様材料またはこれらの組合せを含んでもよい。耐擦傷性層140のための適切な材料の例には、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、金属炭化物、金属酸炭化物および/またはそれらの組合せが含まれる。典型的な金属には、B、Al、Si、Ti、V、Cr、Y、Zr、Nb、Mo、Sn、Hf、TaおよびWが含まれる。耐擦傷性層140で利用されてもよい材料の特定の例としては、Al、AlN、AlO、Si、SiO、SiAl、ダイヤモンド、ダイヤモンド様炭素、Si、Si、ZrO、TiOおよびそれらの組合せが含まれてもよい。耐擦傷性層は、硬度、強靱性または摩耗/摩耗耐性を改善するために、制御された微細構造を有するナノ複合体材料または材料を含んでなってもよい。例えば、耐擦傷性層は、約5nm〜約30nmの径範囲のナノ結晶質を含んでなってもよい。実施形態において、耐擦傷性層は、変換強靭化ジルコニア、部分的に安定させたジルコニアまたはジルコニア強靭化アルミナを含んでなってもよい。実施形態において、耐擦傷性層は約1MPa√mより高い破壊靱性値を示し、同時に約8GPaより高い硬度値を示す。
特定の特性(例えば、硬度)を提供するために、耐擦傷性層140の組成は変性されてもよい。1つ以上の実施形態において、Berkovitchインデンターでコーティングされた表面にインデントをつけ、(耐擦傷性層の主要表面から測定された)少なくとも約100nmのインデント深さを有するインデントを形成することによって耐擦傷性層の主要表面上で測定した場合、耐擦傷性層140は、約5GPa〜約30GPaの平均硬度を示す。1つ以上の実施形態において、耐擦傷性層140は、約6GPa〜約30GPa、約7GPa〜約30GPa、約8GPa〜約30GPa、約9GPa〜約30GPa、約10GPa〜約30GPa、約12GPa〜約30GPa、約5GPa〜約28GPa、約5GPa〜約26GPa、約5GPa〜約24GPa、約5GPa〜約22GPa、約5GPa〜約20GPa、約12GPa〜約25GPa、約15GPa〜約25GPa、約16GPa〜約24GPa、約18GPa〜約22GPaの範囲、ならびにそれらの間の全範囲および部分範囲の平均硬度を示す。1つ以上の実施形態において、耐擦傷性層140は、15GPaより高い、20GPaより高い、または25GPaより高い平均硬度を示してもよい。1つ以上の実施形態において、耐擦傷性層は、約15GPa〜約150GPa、約15GPa〜約100GPa、または約18GPa〜約100GPaの範囲の平均硬度を示す。
耐擦傷性層140の物理的厚さは、約1.5μm〜約3μmの範囲であってもよい。いくつかの実施形態において、耐擦傷性層140の物理的厚さは、約1.5μm〜約3μm、約1.5μm〜約2.8μm、約1.5μm〜約2.6μm、約1.5μm〜約2.4μm、約1.5μm〜約2.2μm、約1.5μm〜約2μm、約1.6μm〜約3μm、約1.7μm〜約3μm、約1.8μm〜約3μm、約1.9μm〜約3μm、約2μm〜約3μm、約2.1μm〜約3μm、約2.2μm〜約3μm、約2.3μm〜約3μmの範囲、ならびにそれらの間の全範囲および部分範囲であってもよい。いくつかの実施形態において、耐擦傷性層140の物理的厚さは、約0.1μm〜約2μm、または約0.1μm〜約1μm、または0.2μm〜約1μmの範囲にあってもよい。
1つ以上の実施形態において、耐擦傷性層140は、約1.6以上の屈折率を有する。いくつかの場合、耐擦傷性層140の屈折率は、約1.65以上、1.7以上、1.8以上、1.9以上、2以上または2.1以上でもよい。耐擦傷性層は、基板110の屈折率より高い屈折率を有してもよい。特定の実施形態において、約550nmの波長で測定される場合、耐擦傷性層は、基板の屈折率より約0.05インデックスユニット高いか、または約0.2インデックスユニット高い屈折率を有する。
1つ以上の実施形態のキャッピング層150は、SiO、Al、GeO、SiO、AlO、SiO、SiAl、MgO、MgF、BaF、CaF、DyF、YbF、YFおよびCeFなどの低屈折率材料、ならびに他のそのような材料を含んでもよい。キャッピング層の物理的厚さは、約0〜約100nm、約0.1nm〜約50nm、約1nm〜約50nm、約5nm〜約50nm、約10nm〜約50nm、約0nm〜約40、約0nm〜約30、約0nm〜約20nm、約0nm〜約10nm、約0.1nm〜約15nm、約0.1nm〜約12nm、約0.1nm〜約10nm、約0.1nm〜約8nm、約4nm〜約30nm、約4nm〜約20nm、約8nm〜約12nm、約9nm〜約10nm、ならびにそれらの間の全範囲および部分範囲であってよい。1つ以上の実施形態において、物品は、キャッピング層を含んでもよいコーティングされた表面101において、約1.7以上の屈折率を有する。キャッピング層150は、フルオロシラン、アルキルシラン、シルセスキオキサンなどを含むシランをベースとする低摩擦材料を使用して、液体析出または蒸着方法によって形成されてもよい。1つ以上の実施形態において、キャッピング層は、2つ以上の材料または2つ以上の副層(例えば4つの副層または6つの副層)を含んでなってもよい。特に複数の副層が利用される場合、キャッピング層は反射防止機能を提供してもよい。副層は、異なる屈折率を含んでもよく、かつ高屈折率(H)および低屈折率(L)を有する層を含んでもよい。ここで、「高」および「低」は、互いに対して、および反射防止フィルムの既知の範囲内に関する。副層は、高屈折率の副層および低屈折率の副層が交互するように配置されてもよい。材料または副層は、例えば、SiOまたはSiOを含むことができる。そのような実施形態において、1つ以上の副層は、約4nm〜約50nmの範囲で、それぞれ、または組み合わせた厚さを有することができる。いくつかの実施形態において、キャッピング層150は、(例えば、SiOおよび/またはSiO層の)キャッピング層の下の副層に配置された、約0.1nm〜約20nmの範囲の厚さを有するシランをベースとする低摩擦副層を含んでもよい。
いくつかの実施形態において、光干渉層130は、亀裂軽減層を含んでなってもよい。この亀裂軽減層は、耐擦傷性層140と基板110の間の亀裂架橋を抑制し得るか、または防ぎ得、したがって、物品の機械的特性または強度を変性するか、または改善する。亀裂軽減層の実施形態は、参照によって本明細書に組み込まれる米国特許出願第14/052055号明細書、同第14/053,093号明細書および同第14/053139号明細書にさらに記載される。亀裂軽減層は、亀裂弱化材料、亀裂偏向材料、亀裂抑制材料、強靭材料または制御された接着性界面を含んでなってよい。亀裂軽減層は、ポリマー材料、ナノ細孔材料、金属酸化物、金属フッ化物、金属材料、あるいは光干渉層130または耐擦傷性層140のために本明細書に記載される他の材料を含んでなってもよい。亀裂軽減層の構造は、多層構造であってもよく、この多層構造は、同時に本明細書に記載される光干渉利点を提供しながら、亀裂伝播を偏向するか、抑制するか、防ぐように設計されている。亀裂軽減層は、ナノ結晶質、ナノ複合体材料、変換強靭化材料、有機材料の複数の層、無機材料の複数の層、交互の有機および無機材料の複数の層、またはハイブリッド有機無機材料を含んでよい。亀裂軽減層は、約2%より高い、または約10%より高い破損に対する歪みを有してもよい。これらの亀裂軽減層は、別々に、本明細書に記載される基板、耐擦傷性層および光干渉層と組み合わせることもでき、亀裂軽減層が光干渉層として同時に作用することは厳密に要求されない。実施形態において、亀裂軽減層は、光干渉層の存在下、または非存在下に、機能を実行することができる(およびその逆)。光干渉層のデザインは、亀裂軽減層の存在に適応して、必要であれば調節することができる。
亀裂軽減層は、強靭またはナノ構造化無機物、例えば、酸化亜鉛、ある種のAl合金、Cu合金、鉄鋼または安定化正方晶系ジルコニア(変換強靭化、部分的安定化、イットリア安定化、セリア安定化、カルシア安定化およびマグネシア安定化ジルコニアを含む);ジルコニア強靭化セラミック(ジルコニア強靭化アルミナを含む);セラミック−セラミック複合体、炭素−セラミック複合体、繊維強化またはホイスカー強化セラミックまたはガラスセラミック(例えば、SiCまたはSi繊維強化またはホイスカー強化セラミック);金属−セラミック複合体;多孔性または非多孔性ハイブリッド有機無機材料、例えば、ナノ複合体、ポリマー−セラミック複合体、ポリマー−ガラス複合体、繊維強化ポリマー、炭素−ナノチューブ−またはグラフェン−セラミック複合体、シルセスキオキサン、ポリシルセスキオキサン、または「ORMOSIL」(有機変性シリカもしくはシリケート)、および/または様々な多孔性もしくは非多孔性ポリマー材料、例えば、シロキサン、ポリシロキサン、ポリアクリレート、ポリアクリル、PI(ポリイミド)、フッ素化ポリイミド、ポリアミド、PAI(ポリアミドイミド)、ポリカーボネート、ポリスルホン、PSUまたはPPSU(ポリアリールスルホン)、フルオロポリマー、フルオロエラストマー、ラクタム、ポリ環式オレフィンおよび同様の材料を含んでもよく、限定されないが、PDMS(ポリジメチルシロキサン)、PMMA(ポリ(メチルメタクリレート))、BCB(ベンゾシクロブテン)、PEI(ポリエチルエーテルイミド)、ポリ(アリーレンエーテル)、例えば、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、PES(ポリエーテルスルホン)およびPAR(ポリアリレート)、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PEN(ポリエチレンナフタレート=ポリ(エチレン−2,6−ナフタレンジカルボキシレート)、FEP(フッ素化エチレンプロピレン)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFA(ペルフルオロアルコキシポリマー、例えば、商標名Teflon(登録商標)、Neoflon(登録商標))および同様の材料が含まれる。他の適切な材料には、変性されたポリカーボネート、いくつかの種類のエポキシ、シアネエートエステル、PPS(ポリフェニルスルフィド)、ポリフェニレン、ポリピロロン、ポリキノキサリンおよびビスマレイミドが含まれる。
光学フィルム120の層の物理的および/または光学的厚さは、所望の光学的および機械的特性(例えば、硬度)を達成するために調節することができる。例えば、耐擦傷性層140は、擦傷、摩耗またはダメージ事象(アスファルト、セメントまたは紙やすりなどの硬質表面上への物品の落下事象を含む)になおいくつかの耐性を提供しながらも、より薄く、例えば、約100nm〜約500nmの範囲で製造することができる。物理的キャッピング層および/または光学的厚さは、調節することもできる。より低い全反射率が所望の場合も、キャッピング層が含まれてもよい。キャッピング層は、さらに物品の色を調整するために含まれてもよい。例えば、本明細書に記載される光学フィルムは、aまたはb座標における入射照明角度の変化によって色シフトを最小化するが、わずかな勾配を反射率スペクトルに示してもよい。キャッピング層150は、光学フィルム120に含まれてもよく、そしてキャッピング層の物理的および/または光学的厚さは、光学波長域に渡って平坦な反射率スペクトル(またはより小さな振幅を有する振動を有する反射率スペクトル)を提供するために、わずかに調節されてもよい(例えば、約10nmから約14nmまで)。
光学フィルム120は、真空蒸着技術、例えば、化学蒸着(例えば、プラズマ強化化学蒸着、低圧化学蒸着、気圧化学蒸着、およびプラズマ強化気圧化学蒸着)、物理蒸着法(例えば、反応性もしくは非反応性スパッタリングまたはレーザー切除)、熱またはeビーム蒸発および/または原子層析出などの様々な析出法を使用して形成されてもよい。光学フィルム120の1つ以上の層は、特定の屈折率範囲または値を提供するためにナノ細孔または混合材料を含んでもよい。
光学フィルム120の層または副層の物理的厚さは、最大の標的化された反復を達成するために、約10nm未満、約5nm未満、約1nm未満または約0.5nm未満変化してもよい(ターゲット値からの6の標準偏差の範囲を表す)(例えば、反射されたF2照明に関して+/−0.2より大きくないaおよびb変動)。いくつかの実施形態において、いくつかの用途のために本発明の所望のターゲットをなお達成しながら、層の物理的厚さのより大きい変動に耐えることができる(例えば、反射されたF2照明に関して+/−2.0より大きくないaおよびb変動)。
高角度光学性能は、いくつかの実施形態において、光学フィルム120および/または物品100に追加的な層を追加することによって改善されてもよい。場合によっては、これらの追加的な層は、反射率スペクトルが低い振幅振動を有する波長を延長することができる(例えば、800nm、900nm、1000nmなどの近IR波長まで)。一般に物品の全反射率スペクトルはより高い光入射角度でより短い波長にシフトするため、これは、高い入射角度で、より低い振動およびより低い色に導く。場合によっては、この延長されたバンド性能は、干渉層デザインを調節することによって、例えば、より高い振動振幅が、低振動のより広い波長のバンドを達成することを可能にするによって、必ずしもより多くの層を追加することなく達成することができる。低振動のこの延長されたバンドまたは広波長バンド(干渉層に関する低反射率の延長されたバンドと相関する)は、指向性析出プロセスの間にシャドウイングを引き起こす析出不統一、基板湾曲、基板調整または基板形成、あるいは典型的に理想的なターゲット厚さと比較して、全層厚における実質的に均一な相対的なシフトを引き起す他の形状因子に対して物品に耐性を与えるために有用であり得る。
以下の実施例によって様々な実施形態をさらに明らかにする。実施例1〜9では、光干渉層、耐擦傷性層およびキャッピング層を有する光学フィルムを含む物品の反射率スペクトルおよび色シフトを理解するためのモデルを使用した。モデルは、様々な材料および強化アルミノボロシリケート(「ABS」)ガラス基板から形成された層から収集された屈折率データをベースとした。実施例10、11および比較例12は、実施例1〜9のモデルの原理をさらに実証する実験的に製造された多層実施例である。
層は、シリコンウエハ上へのDC反応性スパッタリング、反応性DCおよび無線周波数(RF)スパッタリング、ならびにeビーム蒸発によって形成した。形成された層のいくつかは、SiO、NbまたはAlを含み、そしてそれぞれ、約50℃の温度で、イオン補助を使用して、ケイ素、ニオブまたはアルミニウムターゲットからのDC反応性スパッタリングによってシリコンウエハ上に堆積された。このように形成された層は、「RS」で示される。SiOを含む他の層は、ウエハを300℃まで加熱することによって、イオン補助なしで、eビーム蒸発によってシリコンウエハ上へ堆積された。そのような層は、「E」で示される。Taの層は、ウエハを300℃まで加熱することによって、イオン補助なしで、eビーム蒸発によってシリコンウエハ上へ堆積された。
SiAlの層は、RFスーパーインポーズドDCスパッタリングと組み合わせたDC反応性スパッタリングによって、イオン補助なしで、AJA−Industriesによって供給されるスパッター析出ツールを使用してシリコンウエハ上に堆積された。ウエハは、堆積の間、200℃まで加熱され、そして直径3インチ(7.62cm)を有するケイ素ターゲットおよび直径3インチ(7.62cm)を有するアルミニウムターゲットが使用された。使用された反応性ガスには、窒素および酸素が含まれ、そしてアルゴンは不活性ガスとして使用された。RF電力は13.56Mhzでケイ素ターゲットに供給され、そしてDC電力はアルミニウムターゲットに供給された。得られたSiAl層は、550nmで約1.95の屈折率を有し、および本明細書に記載される通り、試験されるSiAl層の表面上でBerkovitchインデンターを使用して測定された、約15GPaを超える硬度を有した。
光学フィルムおよびガラス基板の形成された層の屈折率(波長の関数として)は、分光器偏光解析法を使用して測定された。表1〜7は、測定された屈折率および分散曲線を含む。次いで、そのようにして測定された屈折率は、様々なモデル化された実施例のために反射率スペクトルおよび角度色シフトを算出するために実験的に使用された。







実施例1
モデル化された実施例1は、図6に示すものと同一構造を有する物品を含んだ。モデル化された実施例1は、化学的に強化されたアルカリアルミノボロシリケートガラス基板および基板上に配置された光学フィルムを含んだ。光学フィルムは、3組の副層を有する光干渉層、光干渉層上に配置された耐擦傷性層、および耐擦傷性層上に配置されたキャッピング層を含んだ。各層の光学フィルム材料および厚さは、光学フィルムで配置される順番で表8に提供される。

モデル化された実施例1の算出された反射率スペクトルは、図7に示される。図7で示すように、反射率スペクトルの振動は小さく(すなわち、光学波長域において約0.5パーセントポイント未満)、図8で示すように、F2発光物の下で、60度から直入射への入射視野角の範囲において、10度の観察者に対して比較的低い算出された可視の色シフトを導く。図7は、F2照明の下で、その上に光学フィルムが配置されない基板の色座標において中心を有する0.2の半径を有するターゲットを示す。
実施例2
モデル化された実施例2は、化学的に強化されたアルカリアルミノボロシリケートガラス基板210および基板上に配置された光学フィルム220を含む物品200を含んだ。図9に示すように、光学フィルム220は、光干渉層230、光干渉層上に配置された耐擦傷性層240、およびキャッピング層250を含んだ。光干渉層230は、4組の副層231A、231Bを含んだ。各層の光学フィルム材料および厚さは、光学フィルムで配置される順番で表9に提供される。

モデル化された実施例2の算出された反射率スペクトルは、図10に示される。図10で示すように、反射率スペクトルの振動は小さく(すなわち、光学波長域において約0.5パーセントポイント未満)、図11で示すように、F2発光物の下で、60度から直入射への入射視野角の範囲において、10度の観察者に対して比較的低い算出された可視の色シフトを導く。図11は、F2照明の下で、その上に光学フィルムが配置されない基板の色座標において中心を有する0.2の半径を有するターゲットを示す。
実施例3
モデル化された実施例3は、化学的に強化されたアルカリアルミノボロシリケートガラス基板310および基板上に配置された光学フィルム320を含む物品300を含んだ。光学フィルム320は、光干渉層330、光干渉層上に配置された耐擦傷性層340、および耐擦傷性層250上に配置されたキャッピング層350を含んだ。光干渉層は、図12で示すように、2組の副層331A、331B、複数の副層と耐擦傷性層との間に配置された第3の副層331C、および複数の副層と基板との間に配置された第3の副層331Dを含んだ。各層の光学フィルム材料および厚さは、光学フィルムで配置される順番で表10に提供される。

モデル化された実施例3の算出された反射率スペクトルは、図13に示される。図13で示すように、反射率スペクトルの振動は小さく(すなわち、光学波長域において約0.5パーセントポイント未満)、図14で示すように、F2発光物の下で、60度から直入射への入射視野角の範囲において、10度の観察者に対して比較的低い算出された可視の色シフトを導く。図14は、F2照明の下で、その上に光学フィルムが配置されない基板の色座標において中心を有する0.2の半径を有するターゲットを示す。
実施例4
モデル化された実施例4は、化学的に強化されたアルカリアルミノボロシリケートガラス基板410および基板上に配置された光学フィルム420を含む物品400を含んだ。光学フィルム420は、光干渉層430、光干渉層上に配置された耐擦傷性層440、および耐擦傷性層上に配置されたキャッピング層450を含んだ。光干渉層は、図15で示すように、3組の副層431A、431B、複数の副層と耐擦傷性層との間に配置された第3の副層431C、および複数の副層と基板との間に配置された第3の副層431Dを含んだ。各層の光学フィルム材料および厚さは、光学フィルムで配置される順番で表11に提供される。

モデル化された実施例4の算出された反射率スペクトルは、図16に示される。図16で示すように、反射率スペクトルの振動は小さく(すなわち、光学波長域において約0.5パーセントポイント未満)、図17で示すように、F2発光物の下で、60度から直入射への入射視野角の範囲において、10度の観察者に対して比較的低い算出された可視の色シフトを導く。図17は、F2照明の下で、その上に光学フィルムが配置されない基板の色座標において中心を有する0.2の半径を有するターゲットを示す。
実施例5
モデル化された実施例5は、化学的に強化されたアルカリアルミノボロシリケートガラス基板510および基板上に配置された光学フィルム520を含む物品500を含んだ。光学フィルム520は、光干渉層530、光干渉層上に配置された耐擦傷性層540、および耐擦傷性層550上に配置されたキャッピング層550を含んだ。光干渉層は、図18で示すように、6組の副層531A、531B、複数の副層と耐擦傷性層との間に配置された第3の副層531Cを含んだ。各層の光学フィルム材料および厚さは、光学フィルムで配置される順番で表12に提供される。

モデル化された実施例5の算出された反射率スペクトルは、図19に示される。図19で示すように、反射率スペクトルの振動は小さく(すなわち、光学波長域において約1パーセントポイント未満)、これは、発光物の下、直入射に対して約0度〜約60度の範囲の入射視野角で見た場合、比較的低い可視の色シフトを導くであろう。
実施例6
モデル化された実施例6は、化学的に強化されたアルカリアルミノボロシリケートガラス基板610および基板上に配置された光学フィルム620を含む物品600を含んだ。光学フィルム620は、光干渉層630、光干渉層上に配置された耐擦傷性層640、および耐擦傷性層650上に配置されたキャッピング層650を含んだ。光干渉層は、図20で示すように、2組の副層631A、631B、複数の副層と基板との間に配置された第3の副層631Cを含んだ。各層の光学フィルム材料および厚さは、光学フィルムで配置される順番で表13に提供される。

モデル化された実施例6の算出された反射率スペクトルは、図21に示される。図21で示すように、反射率スペクトルの振動は小さく(すなわち、光学波長域において約1パーセントポイント未満)、図26で示すように、F2発光物の下で、60度から直入射への入射視野角の範囲において、10度の観察者に対して比較的低い算出された可視の色シフトを導く。図26は、F2照明の下で、その上に光学フィルムが配置されない基板の色座標において中心を有する0.2の半径を有するターゲットを示す。
実施例7
モデル化された実施例7は、化学的に強化されたアルカリアルミノボロシリケートガラス基板710および基板上に配置された光学フィルム720を含む物品700を含んだ。光学フィルム720は、光干渉層730、光干渉層上に配置された耐擦傷性層740、および耐擦傷性層750上に配置されたキャッピング層750を含んだ。光干渉層は、図22で示すように、3組の副層731A、731B、複数の副層と基板との間に配置された第3の副層731Cを含んだ。各層の光学フィルム材料および厚さは、光学フィルムで配置される順番で表14に提供される。

モデル化された実施例7の算出された反射率スペクトルは、図22に示される。図22で示すように、反射率スペクトルの振動は小さく(すなわち、光学波長域において約0.5パーセントポイント未満、いくつかの場合、光学波長域において約0.1パーセントポイント未満)、図26で示すように、F2発光物の下で、60度から直入射への入射視野角の範囲において、10度の観察者に対して比較的低い算出された可視の色シフトを導く。
実施例8
モデル化された実施例8は、化学的に強化されたアルカリアルミノボロシリケートガラス基板810および基板上に配置された光学フィルム820を含む物品800を含んだ。光学フィルム820は、光干渉層830、光干渉層上に配置された耐擦傷性層840、および耐擦傷性層840上に配置されたキャッピング層850を含んだ。光干渉層は、図23で示すように、4組の副層831A、831B、複数の副層と耐擦傷性層との間に配置された第3の副層831Cを含んだ。各層の光学フィルム材料および厚さは、光学フィルムで配置される順番で表15に提供される。

モデル化された実施例8の算出された反射率スペクトルは、図25に示される。図25で示すように、反射率スペクトルの振動は小さく(すなわち、光学波長域において約0.25パーセントポイント未満、いくつかの場合、光学波長域において約0.1パーセントポイント未満)、図26で示すように、F2発光物の下で、60度から直入射への入射視野角の範囲において、10度の観察者に対して比較的低い算出された可視の色シフトを導く。
実施例9
モデル化された実施例9は、化学的に強化されたアルカリアルミノボロシリケートガラス基板910および基板上に配置された光学フィルム920を含む物品900を含んだ。光学フィルム920は、光干渉層930、光干渉層上に配置された耐擦傷性層940、および耐擦傷性層950上に配置されたキャッピング層950を含んだ。光干渉層は、図27で示すように、3組の副層931A、931B、複数の副層と耐擦傷性層との間に配置された第3の副層931Cを含んだ。各層の光学フィルム材料および厚さは、光学フィルムで配置される順番で表16に提供される。

モデル化された実施例9の算出された反射率スペクトルは、図28に示される。図28で示すように、反射率スペクトルの振動は小さく(すなわち、光学波長域において約1パーセントポイント未満、いくつかの場合、光学波長域において約0.1パーセントポイント未満)、これは、発光物の下、直入射に対して約0度〜約60度の範囲の入射視野角において、比較的低い可視の色シフトを導くであろう。
実施例10〜11および比較例12
実施例10は製造され、基板および基板上に配置された光学フィルムを含んだ。基板は、約900MPaの圧縮応力および約45μmのDOLを有する化学的に強化されたABSガラス基板を含んだ。表17で示すように、光学フィルムは、6つの副層の組合せを有する光干渉層を含んだ。6つの副層の組合せは、SiOxNyの第1の低RI副層(約550nmの波長で約1.49の屈折率値を有する)、およびAlOの第2の高RI副層(約550nmの波長で約2.0の屈折率値を有する)を含んだ。光学フィルムは、AlO耐擦傷性層も含んだ。実施例10の光干渉層は、酸化および窒化環境を使用して、AJA−Industriesスパッタリング堆積ツールを使用し、反応性マグネトロンスパッタリングを使用して形成された。使用されるスパッタリングターゲットは、直径3インチ(7.62cm)ケイ素ターゲットおよび直径3インチ(7.62cm)アルミニウムターゲットを含んだ。
第1の低RI層は、ケイ素ターゲットに約490WのRFを供給することによって形成された。第1の低RI層の形成の間、約75WのRFおよび50WのDCをアルミニウムターゲットに供給したが、アルミニウムシャッターは、アルミニウムの堆積を防ぐために閉鎖されていた。第1の低RI副層の堆積の間、酸素を約3.3sccm(5.6×10−3Pa・m/秒)の流速で反応器に流し、アルゴンを約30sccm(51×10−3Pa・m/秒)の流速で反応器に流し、そして窒素ガスを約30sccm(51×10−3Pa・m/秒)の流速で反応器に流した。第1の低RI副層のための堆積時間は、表17および18に示される厚さを提供するために変更された。
第2の高RI副層は、アルミニウムターゲットに向けたRFスーパーインポーズドDC電力を使用して配置された。約300WのDC電力をアルミニウムターゲットに供給し、そして約200WのRF電力をAlターゲットに供給した。第2の高RI層の形成の間、RF電力を約50Wでケイ素ターゲットに供給したが、ケイ素シャッターは、ケイ素の堆積を防ぐために閉鎖されていた。第2の高RI副層の堆積の間、酸素を0.25sccm(0.42×10−3Pa・m/秒)の流速で反応器に流し、アルゴンを約30sccm(51×10−3Pa・m/秒)の流速で反応器に流し、そして窒素ガスを約30sccm(51×10−3Pa・m/秒)の流速で反応器に流した。第2の高RI副層のための堆積時間は、表17および18に示される厚さを提供するために変更された。
表17は、それぞれ、第1の低RI副層、第2の高いRI副層および耐擦傷性層に関する約550nmの波長における屈折率値も提供する。これらの副層のための全分散曲線は、モデル化された実施例1〜9で使用される類似の材料と同様である(その屈折率分散も実験的に測定された)。実施例10および11の材料の実際の分散曲線を非常に厳密に再現するために、実施例10および11で使用されたターゲット屈折率に達するため、モデル化された実施例1〜9で使用される分散曲線は、各波長において一次または縮小拡大量でわずかに上下にシフトすることができる。
第1の低RI副層(SiOxNy)および第2の高RI副層(AlOxNy)の間の各移行において、ガス流を次の副層に必要とされるものへ移行するため、ケイ素およびアルミニウムシャッターを約60秒間閉鎖した。この移行の間、電力およびガス流を調節した。スパッタリングは「オン」のまま維持されたが、スパッタリングされた材料は閉鎖したシャッター上に移動されたケイ素ターゲットに供給される電力は、いくつかの場合、第2の高RI副層が(第1の低RI副層を形成するために使用される酸素流と比較して)低酸素流を利用するために、残留する酸素を掃去するため、約500Wで維持された。このプロセスによって、所与の副層のためのシャッターを開放する前に、様々な層のために使用されたガスの存在下で、スパッタリングターゲットがそれらの所望の電力を達成することが可能となった。
耐擦傷性層は、第2の高RI副層を形成するために使用されるものと同一の条件を使用して形成された。得られた耐擦傷性層は、本明細書に記載されるようにBerkovitchインデンターを使用して測定した場合、約15GPaの硬度および既知のナノインデンテーション法で測定した場合、約212GPaの弾性率を示すことが記載される光干渉層と組み合わせた。


実施例11は、実施例10と同一装置および同様の反応性スパッタリングプロセスを使用して形成されたが、実施例11は、第2の高RI副層において、耐擦傷性層として、約550nmの波長において約1.998の屈折率を有するSiAlを含んだ。実施例11において、実施例10で使用されたものと同一基板を使用した。実施例11の光学フィルムデザインおよび実施例11を形成するために使用されるスパッタリングプロセス条件は、表19および20に示される。
実施例11は、本明細書に記載される通り、Berkovitchダイヤモンドインデンターおよび約100nmのインデント深さを使用して、硬度が測定され、そして展示11の物品は、21GPaの測定された硬度を有した。また実施例11は、237GPaの弾性率を示した。


比較例12は、実施例10および11と同一基板を使用して形成されたが、基板上に配置されるフィルムは、Shincronロータリードラムコーターを使用して、反応性スパッタリングによって形成された。比較例12のフィルムは、耐擦傷性層とガラス基板との間に配置される単一光干渉層を含んだ。比較例12は、以下の構造を含んだ:ガラス基板/115nmのAlの光干渉層/2000nmのAlOの耐擦傷性層/32nmのSiO2のキャッピング層。
実施例10および11ならびに比較例12の光学特性は、図29〜31に要約される。図29は、実施例10〜11および比較例12の透過率スペクトルを示す。図30は、種々の入射照明角度(例えば、5、20、40および60度)において、F2照明を用いた実施例10〜11の測定された反射光色座標を示す。図31は、5度の入射照明角度において、D65照明を用いた実施例10〜11の測定された透過光色座標を示す。円形ターゲット線は、目で見るためのガイドとして図30および31に示される。
実施例10の透過率の振動振幅は、約450nm〜約650nm、または約400nm〜約700nmのより広い波長範囲内のいずれかの50nmまたは100nm波長範囲セグメントに関して約3パーセントポイント未満として測定された。図30で示すように、5〜60度で変動する測定入射照明角度におけるF2照明下の実施例10に関する反射色座標における最大変動は、b色座標で+/−1.5未満、およびa色座標で+/−0.5未満であった。図31で示すように、5度の入射照明角度におけるD65照明下の実施例10に関する透過色座標は、b色座標で+/−0.2未満、およびa色座標で+/−0.1未満、未コーティングのガラスから変動する。
実施例11の透過率の振動振幅は、約450nm〜約650nm、または約400nm〜約700nmのより広い波長範囲内のいずれかの50nmまたは100nm波長範囲セグメントに関して約3パーセントポイント未満として測定された。いくつかの場合、振動振幅は、約50nmまたは100nmの波長範囲セグメントから2パーセントポイント未満でさえあった。図30で示すように、5〜60度で変動する測定入射照明角度におけるF2照明下の実施例11に関する反射色座標における最大変動は、aおよびb色座標の両方で+/−0.4未満であった。図31で示すように、5度におけるD65照明下の実施例11に関する透過色座標は、b色座標で+/−0.4未満、およびa色座標で+/−0.1未満、未コーティングのガラスから変動する。
図29で示すように、比較例12の透過率の振動振幅は、比較的大きかった。このデータから、色座標aおよびbは、実施例10および11を評価するために使用されるものと同一発光物および同一入射照明角度下で実質的に変動すると予測することができる。
実施例10および11の絶対色座標は、モデル化された実施例で示すように、キャッピング層(例えば、約5nmから約25nmのSiOまたはSiOの範囲の厚さを有するキャッピング層)を追加することによって、さらに調整することができた。実施例10および11で見られる色変化の範囲および反射率/透過率振動は、色変化がモデル化された実施例で見られるものよりもいくらか大きいが、低く、有用な範囲にある。モデル化された実施例1〜9と実施例10〜11との間のこのような差異は、反応性RFスパッタリングプロセスの間に生じる層厚さおよび屈折率変動の作用であると考えられる。実施例10〜11の光学フィルムを形成するための当該技術分野において様々な既知の、および本明細書に記載される、これらの実験で使用されなかった方法があり、これらの方法は、実験的に製造された層および副層の厚さおよび屈折率の制御をさらに改善することができる。典型的な方法には、光学フィルムの最も薄い層のための低速堆積速度、副層堆積の間の層または厚さの光学または水晶厚さモニタリング、堆積の間のチャンバーにおけるガス組成のプラズマ排出または質量分析モニタリング、ならびに薄フィルム堆積において層厚さおよび組成の制御のために使用される他の既知の技術が含まれる。
実施例で使用される光干渉層は、耐擦傷性層と基板との間の反射を最小化するように、したがって、全物品の反射率振動を低下させるために設計された。反射率振動の低下(または振幅が低下した反射率振動)によって、CIE F2およびF10照明などの鋭い波長スパイクを有する照明供給源を含む複数の照明供給源下の種々の入射視野角において低い観察された色および低い色シフトが提供された。耐擦傷性層は、本明細書で記載される通り、Berkovitchインデンターを使用して測定した場合、約15GPaを超える硬度、場合によっては、20GPaを超える硬度を示した。
実施例13
モデル化された実施例13は、化学的に強化されたガラス基板1010と、基板上に配置された光学フィルム1020とを有する物品1000を含んだ。光学フィルム1020は、光干渉層1030、光干渉層上に配置された耐擦傷性層1040、および耐擦傷性層1040上に配置されたキャッピング層1050を含んだ。光干渉層は、図32で示すように、基板と耐擦傷性層との間に3組の副層1031A、1031Bを含んだ。各層の光学フィルム材料および厚さは、光学フィルムで配置される順番で表21に提供される。

実施例13は、対称性光干渉層を有する。1つ以上の実施形態において、光干渉層は、対称性が保存される限り、異なる副層および異なる厚さを有する副層を有するように変性されてもよい。
本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく、様々な修正形態および変更形態をなすことができることは、当業者に明白であろう。



  1. 表面を有し、かつガラス、ガラス−セラミックまたは単結晶サファイヤを含んでなる基板と、
    前記基板表面上に配置されて、コーティングされた表面を形成する光学フィルムと
    を含んでなる物品において、前記光学フィルムが、耐擦傷性層、および該耐擦傷性層と前記基板との間に配置される光干渉層を含んでなり、
    前記物品が、Berkovitchインデンターで、前記コーティングされた表面にインデントをつけ、前記コーティングされた表面の前記表面から少なくとも約100nmのインデント深さを有するインデントを形成することによって測定した場合、約14GPa以上の硬度を含んでなり、
    前記物品が85%以上の平均透過率を含んでなり、
    前記物品が、Aシリーズ発光物、Bシリーズ発光物、Cシリーズ発光物、Dシリーズ発光物およびFシリーズ発光物からなる群から選択された国際照明委員会発光物の下、直入射から約2度〜約60度の範囲の入射照明角度で見た場合、約2以下の色シフトを含んでなり、
    色シフトが、方程式√((a −a +(b −b )(式中、a およびb は、直入射で見た時の前記物品の座標を表し、かつa およびb は、前記入射照明角度で見た時の前記物品の座標を表す)を使用して算出されることを特徴とする物品。

  2. 前記光干渉層が、第1の低屈折率RI副層および第2の高RI副層を含んでなることを特徴とする、請求項1に記載の物品。

  3. 前記第1の低RI副層の屈折率と前記第2の高RI副層の屈折率との差異が約0.01以上であることを特徴とする、請求項2に記載の物品。

  4. 前記光干渉層が複数の副層の組合せを含んでなり、該複数の副層の組合せが、第1の低RI副層および第2の高RI副層を含んでなることを特徴とする、請求項2または3に記載の物品。

  5. 前記光干渉層が、
    前記複数の副層の組合せおよび前記耐擦傷性層;ならびに
    前記基板および前記複数の副層の組合せ
    の少なくとも一方の間に配置される第3の副層をさらに含んでなり、前記第3の副層が、前記第1の低RI副層の前記屈折率と前記第2の高RI副層の前記屈折率との間のRIを有することを特徴とする、請求項2〜4のいずれか一項に記載の物品。

  6. 前記第1の低RI副層および前記第2の高RI副層の少なくとも1つが、約2nm〜約200nmの範囲の光学的厚さ(nd)を含んでなることを特徴とする、請求項2〜5のいずれか一項に記載の物品。

  7. 前記光干渉層が約800nm以下の厚さを含んでなることを特徴とする、請求項2〜6のいずれか一項に記載の物品。

  8. 前記光干渉層が、光学波長域において約0.5%以下の平均光反射を含んでなることを特徴とする、請求項2〜7のいずれか一項に記載の物品。

  9. 前記入射照明角度が約5度〜約30度の範囲にあり、かつ前記発光物が、国際照明委員会Fシリーズ発光物を含んでなることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載の物品。

  10. 前記物品が、Berkovitchインデンターで前記コーティングされた表面にインデントをつけ、前記コーティングされた表面の前記表面から少なくとも約100nmのインデント深さを有するインデントを形成することによって、前記コーティングされた表面で測定した場合、約16GPa以上の表面硬度を示すことを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の物品。

 

 

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【選択図】図1
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【選択図】なし
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