用于保護(hù)玻璃表面的物理氣相沉積的層的制作方法
【專利說明】用于保護(hù)玻璃表面的物理氣相沉積的層
[0001] 相關(guān)申請的交叉參考
[0002] 本申請根據(jù)35U.S.C. § 119要求2012年10月3日提交的美國臨時(shí)申請系列第 61/709, 334號的優(yōu)先權(quán)，本文以該申請的內(nèi)容為基礎(chǔ)并通過參考將其完整地結(jié)合于此。
【背景技術(shù)】
[0003] 本發(fā)明一般性涉及耐劃傷的玻璃制品，更具體而言，涉及在基材的主表面上具有 耐劃傷性層的玻璃基材。
[0004] 手持式器件以及諸如監(jiān)控器和其它顯示器中的劃痕是玻璃蓋應(yīng)用的一個(gè)問題。劃 痕會(huì)增加光的散射，并且會(huì)降低呈現(xiàn)在這類屏幕上的圖像和文本的亮度和對比度。此外，在 器件關(guān)閉狀態(tài)中，劃痕會(huì)使得顯示器看上去很模糊、有損傷以及很難看。特別對于顯示器和 手持式器件而言，耐劃傷性可能是一個(gè)重要的性質(zhì)。
[0005] 劃痕可通過其深度以及寬度來表征。深劃痕延伸至材料的表面內(nèi)至少2微米，寬 劃痕的寬度大于2微米。由于劃痕的物理范圍，碎裂或碎肩通常會(huì)伴隨著深劃痕和/或?qū)?劃痕。然而在脆性固體（例如玻璃基材）中，可以通過優(yōu)化玻璃化學(xué)性質(zhì)即玻璃組合物來 改善耐深劃痕性和耐寬劃痕性。
[0006] 另一方面，劃痕也可以是較淺和/或較窄的。淺劃痕的特征是深度小于2微 米，窄劃痕的特征是寬度小于2微米。這些尺寸規(guī)格下的劃痕通常稱作"微延展性 (microductile) "劃痕。在顯示器和手持式器件中，其中玻璃蓋可以由氧化物玻璃形成，使 用過程中累積的大部分劃痕被認(rèn)為是微延展性劃痕。盡管微延展性劃痕通常與大體積的碎 裂材料或碎肩材料無關(guān)，但是微延展性劃痕會(huì)對玻璃蓋的光學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生不利影響。此外，相 比于較大的"重"劃痕，微延展性劃痕不容易通過改變玻璃化學(xué)性質(zhì)來預(yù)防。
[0007] 微延展性劃痕的形成可通過調(diào)整正刮擦的表面的硬度來減弱。較硬的表面通常更 具有耐微延展劃傷性。如本文所述，盡管形成用于許多玻璃蓋的玻璃基材的氧化物玻璃通 常的硬度值在6-9GPa(吉帕）的范圍，但是微延展劃痕形成的傾向性可能會(huì)通過在其中所 述表面層的硬度值大于9GPa的氧化物玻璃上形成硬表面層而顯著降低。
[0008] 鑒于上述原因，人們希望能夠提供一種硬的耐劃傷性涂層，該涂層能夠施用于剛 性玻璃蓋，所述玻璃蓋是經(jīng)濟(jì)的，光學(xué)透明的并且與下方的玻璃片物理和化學(xué)兼容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本文公開了用于形成耐劃傷性玻璃制品的方法。所述方法的一個(gè)實(shí)施方式包括： 提供具有相對的主表面的化學(xué)強(qiáng)化的玻璃基材，同時(shí)將該玻璃基材加熱至低于500°C的溫 度，在大部分的第一主要表面上形成無機(jī)的光學(xué)透明層。在形成無機(jī)層的過程中，通過將基 材的溫度限制至低于500°C或低于300°C，可以保持化學(xué)強(qiáng)化的玻璃內(nèi)的應(yīng)力分布曲線。
[0010] 使用反應(yīng)性濺射或者非反應(yīng)性濺射來形成無機(jī)層，盡管可以使用其它物理氣相沉 積法或化學(xué)氣相沉積法。用于形成無機(jī)層的合適的工藝時(shí)間可以為1分鐘至數(shù)小時(shí)，所述 無機(jī)層的總厚度可在10納米至3微米范圍內(nèi)。所述玻璃基材可以是基本上平坦的，并且其 厚度可在約100微米至5毫米范圍內(nèi)。
[0011] 在一些實(shí)施方式中，所述無機(jī)層是形成在基材的主表面上的連續(xù)的不間斷的層。 所述無機(jī)層可以以與所述基材直接接觸的方式形成，或者在所述無機(jī)層和所述基材之間可 形成一層或多層諸如應(yīng)力釋放層、減反射層或增粘層之類的層。
[0012] 使用所述的方法形成的耐劃傷性玻璃制品包括具有相對的主表面的化學(xué)強(qiáng)化的 玻璃基材，以及在所述基材的大部分第一主表面上形成的無機(jī)的光學(xué)透明層。
[0013] 所述無機(jī)層可包括氧化物層，例如氧化鋁層或氧化鋯層，盡管也可使用其它過渡 金屬氧化物。此外，所述無機(jī)層也可包括金屬氮化物、金屬碳化物和/或金屬硼化物。用于 氧化物、氮化物、碳化物或者硼化物無機(jī)層的示例性金屬包括：硼、鋁、硅、鈦、釩、鉻、釔、鋯、 銀、鑰、錫、給、組和鶴。
[0014] 無機(jī)層的硬度可以比基材的硬度大（例如，大至少10% )。例如，所述無機(jī)層的布 氏壓痕硬度（Berkovich indenter hardness)可至少為9GPa。所述無機(jī)層可以處于壓縮應(yīng) 力的狀態(tài)。
[0015] 所述玻璃基材可以用作（例如）各種不同器件（例如觸摸屏和無源顯示器）中的 覆蓋玻璃。同樣地，所述無機(jī)層可以是光學(xué)澄清（例如水澄清）和透明的。在一些實(shí)施方 式中，所述無機(jī)層對可見光譜的折射率小于約3,例如約為1. 4和2,對可見光譜的最大反射 率小于40%。所述無機(jī)層可以基本無劃痕，包括微延展性劃痕。
[0016] 在以下的詳細(xì)描述中提出了本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點(diǎn)，其中的部分特征和優(yōu)點(diǎn)對 本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言根據(jù)所作描述即容易理解，或者通過實(shí)施包括以下詳細(xì)描述、權(quán)利 要求書以及附圖在內(nèi)的本文所述的本發(fā)明而被認(rèn)識。
[0017] 應(yīng)理解，前面的一般性描述和以下的詳細(xì)描述都只是本發(fā)明的示例，用來提供理 解要求保護(hù)的本發(fā)明的性質(zhì)和特性的總體評述或框架。包括的附圖提供了對本發(fā)明的進(jìn)一 步的理解，附圖被結(jié)合在本說明書中并構(gòu)成說明書的一部分。附圖舉例說明了本發(fā)明的各 種實(shí)施方式，并與描述一起用來解釋本發(fā)明的原理和操作。
【附圖說明】
[0018] 圖1在玻璃基材的主表面上形成的耐劃傷性無機(jī)層的示意圖；
[0019] 圖2是用于在玻璃基材上形成無機(jī)的耐劃傷性層的單室濺射工具的示意圖； [0020] 圖3是單調(diào)負(fù)荷循環(huán)下，玻璃表面中形成劃痕的示意圖；
[0021] 圖4是以下基材的劃痕深度對比負(fù)載的圖：(A)所形成的堿性鋁硅酸鹽玻璃基材， (B)化學(xué)強(qiáng)化的堿性鋁硅酸鹽玻璃基材；以及（C)涂覆有氧化鋁的化學(xué)強(qiáng)化的堿性鋁硅酸 鹽玻璃基材；以及
[0022] 圖5是根據(jù)各個(gè)實(shí)施方式，具有由耐劃傷性玻璃形成的覆蓋板的移動(dòng)電子器件的 俯視圖。
[0023] 圖6顯示了相比于裸玻璃基材，根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的玻璃基材的劃痕深度 和寬度減少。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 用于形成耐劃傷性玻璃制品的方法包括提供具有相對的主表面的化學(xué)強(qiáng)化的玻 璃基材，以及在大部分的第一主表面上形成無機(jī)的光學(xué)透明層。為了避免對基材的化學(xué)強(qiáng) 化產(chǎn)生不利影響，形成行為包括將玻璃基材加熱至最高500°C。在形成無機(jī)層的行為過程 中，基材的溫度范圍可以約為_200°C至500°C。在一些實(shí)施方式中，在形成無機(jī)層的過程 中，基材的溫度維持在室溫和500°C之間的溫度，例如溫度小于500°C或者小于300°C。
[0025] 本文所述的方法解決了玻璃基材的化學(xué)強(qiáng)化的不利影響。所述對玻璃基材的化學(xué) 強(qiáng)化的不利影響應(yīng)當(dāng)區(qū)別于由于工藝條件引起的對無機(jī)層的性質(zhì)的任意不利影響或有利 影響。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，對玻璃基材的化學(xué)強(qiáng)化的不利影響可包括玻璃基材中通 過化學(xué)強(qiáng)化工藝產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力的松弛，這將在下文中更詳細(xì)討論。
[0026] 如圖1所示，耐劃傷性玻璃制品100包括形成在玻璃基材120上的無機(jī)層110。
[0027] 玻璃基材自身可采用各種不同工藝來提供。例如，示例性玻璃基材成形方法包括 浮法和拉制法，例如熔融拉制和狹縫拉制。
[0028] 在浮法玻璃方法中，可以通過將熔融玻璃在熔融金屬（通常為錫）床上浮動(dòng)，來制 造特征在于光滑表面和厚度均勻的玻璃片。在一個(gè)示例性工藝中，將熔融玻璃進(jìn)料到熔融 錫床表面上，形成浮動(dòng)帶。隨著玻璃帶沿著錫浴流動(dòng)，溫度逐漸降低，直至可以將固體玻璃 片從錫拉起到輥上。一旦離開浴，玻璃片可以進(jìn)一步冷卻并退火以降低內(nèi)部應(yīng)力。
[0029] 拉制法制得具有均勻厚度的玻璃片，其表面相對來說未受破壞。因?yàn)椴ＡП砻娴?強(qiáng)度受到表面瑕疵的量和尺寸的控制，因此接觸程度最小