減反射玻璃制品及其制備和使用方法
【專利說明】
[0001] 相關申請的交叉參考
[0002] 本申請根據35U.S.C. § 119要求2012年11月30日提交的美國臨時申請系列第 61/731924號的優先權，本文以該申請的內容為基礎并將其通過引用全文納入本文。
技術領域
[0003] 本發明一般涉及反射減少或抗反射技術。更具體地，本文所述各實施方式涉及具 有整合的減反射部件的玻璃制品，該減反射玻璃制品具有改善的反射抗性和耐久性，以及 涉及制備和使用該減反射玻璃制品的方法。
【背景技術】
[0004] 抗反射技術在多種應用中是必需的，其用以減少來自表面的光反射和/或改善通 過表面的光透射。為進行說明，入射到給定表面上的來自外部光源的光可從該表面反射，且 反射光圖像可不利地影響人感知下方表面及其內容物的程度。即，反射圖像與來自下方表 面的圖像重疊以有效降低下方表面圖像的可視性。類似地，當入射光來自內部光源時，如在 背光表面的情況下，光的內反射可不利地影響人感知表面及其內容物的程度。在該情況下， 內反射的光降低透射通過該表面的光的總量。因此，需要減反射或抗反射技術以使光的外 反射和/或內反射最小化以確保可以如預期那樣觀察到表面。
[0005] 為對抗電子顯示工業中反射增加和/或透射減少的有害影響，已開發了多種抗反 射技術。這類技術涉及使用直接施用于顯示屏或窗表面的粘性膜以提供減反射表面。在某 些情況下，可使用避免屏幕發生反射的其他多種指數干擾涂層涂覆這些粘性膜。不幸的是， 在應用粘性膜期間，常會將空氣包埋在顯示屏和膜之間。這導致形成氣穴，其是不雅觀的且 阻止顯示圖像被正確地觀察。此外，在使用過程中此類膜容易被刮擦，因此缺乏耐受長期使 用所需的耐久性。
[0006] 不同于關注粘性膜，替代性抗反射技術使用直接位于顯示表面上的涂層。這類涂 層避免應用期間出現氣穴相關問題，但不一定提供改進的耐久性。例如，一些現有的基于聚 合物的抗反射涂層（如氟化聚合物）可對玻璃具有較差的粘附性和/或具有較低的耐刮擦 性。此外，在施用于化學強化的玻璃時，某些現有的涂層技術實際上會降低下方玻璃的強 度。例如，基于溶膠的涂層通常需要高溫固化步驟（即大于等于約400攝氏度（°C))，當該 高溫固化步驟施用于經過強化過程的化學強化玻璃時，其可降低強化期間賦予玻璃的有益 的抗壓應力。另一方面，如果基于溶膠的涂層預先施用于玻璃制品，則涂覆后的化學強化可 能不足以賦予所需水平的抗壓應力。
[0007] 因此，仍需要不具有現有技術相關缺點的改進的抗反射技術。本發明涉及這類技 術。
【發明內容】
[0008] 本文描述了具有抗反射性質的各種制品，及其制造和使用方法。該抗反射性質通 過制品表面上整合的抗反射部件來賦予。
[0009] 本發明的第一方面涉及一種減反射玻璃制品，其包含玻璃基材和位于至少一部分 所述玻璃基材表面上的整合的減反射組合物。在約450納米至約750納米的波長下測量 時，一個或多個實施方式的玻璃制品的鏡面反射率小于或等于單獨玻璃基材的鏡面反射率 的約85%。在一個或多個實施方式中，在包含約450納米至約750納米的波長的光譜上，該 玻璃制品的鏡面反射率小于4%。在其他實施方式中，使用摩擦計（Crockmeter)擦拭100 次后，減反射玻璃制品的鏡面反射率的變化小于約5 %，所述變化是相對于在使用摩擦計第 一次擦拭前測得的減反射玻璃制品的鏡面反射率的初始測量值。在一個或多個特定實施方 式中，使用摩擦計擦拭5000次后，減反射玻璃制品的鏡面反射率的變化小于約10%，所述 變化是相對于在使用摩擦計第一次擦拭前測得的減反射玻璃制品的鏡面反射率的初始測 量值。
[0010] 在包含約450納米至約750納米的波長的光譜上，該玻璃制品顯示至少約94%的 光學透射率。在一個或多個實施方式中，根據ASTM方法D1003測量時，該玻璃制品可具有小 于或等于約1%的霧度。在其他實施方式中，根據ASTM測試方法D3363-05測量時，該玻璃 制品具有至少6H的耐刮擦性。在其他實施方式中，所述玻璃制品可包含氮氣干燥的表面。
[0011] 用于該制品的玻璃基材可包括硅酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃、鋁硅酸鹽玻璃或硼鋁 硅酸鹽玻璃。該玻璃基材可任選地包含堿金屬或堿土金屬改性劑。一個或多個實施方式的 玻璃基材可包含從玻璃基材表面延伸至玻璃基材內的表面部分，其具有比玻璃基材的剩余 部分高的0H濃度。在一個或多個實施方式中，該玻璃基材的平均厚度小于或等于約2毫米。
[0012] 在一個或多個實施方式中，整合的減反射部件包括多個亞波長尺寸的凸面構件 (convex features)，其在玻璃基材表面上以單層排列。該多個亞波長尺寸的凸面構件可具 有球形或基本球形的形狀，并可以是包含氧化物材料的納米顆粒。
[0013] 該玻璃制品可包含位于玻璃基材與整合的減反射部件之間的可選的中間層。該中 間層可包含防眩光涂層、提供顏色的組合物或提供不透明度的組合物。
[0014] 在一個或多個實施方式中，本文公開的玻璃制品可形成以下產品的至少一部分： 電子裝置的蓋板或觸敏顯示屏、電子裝置的非觸敏部件、家用電器表面或者車輛零部件表 面。
[0015] 本發明的第二方面涉及一種制備本文所公開的減反射玻璃制品的方法。在一個或 多個實施方式中，該方法包括提供玻璃基材和在基材表面的至少一部分上形成本文所述的 整合的減反射部件。該方法可具體包括將多個凸面構件置于玻璃基材表面上并熱液處理該 玻璃基材以將所述多個凸面構件與基材熔合。
[0016] 在一個或多個實施方式中，熱液處理玻璃基材包括將其上置有多個凸面構件的基 材置于容器或腔室中并使該其上設置多個凸面構件的基材暴露于升高的溫度（例如600攝 氏度、或范圍為約100攝氏度至略低于該玻璃基材軟化溫度的溫度）、相對濕度（例如至少 約90 %，或至少約50 %的初始相對濕度）、和/或壓力（如環境壓力）。在一些實施方式中， 這類暴露在密封的壓力容器中進行。在一些實施方式中，這類暴露在封閉的壓力容器中進 行。
[0017] 在一個或多個實施方式中，熱液處理其上置有多個凸面構件的基材還可包括使該 其上置有多個凸面構件的基材在該玻璃基材的退火點與軟化點之間的溫度下暴露于反應 性蒸汽或水含量小于1%的氮氣。
[0018] 在一個或多個實施方式中，該方法可包括使用水、高pH溶液和/或胺溶液潤濕玻 璃基材和多個凸面構件。該方法可選地包括在玻璃基材表面的至少一部分上形成中間層， 之后形成整合的減反射部件。在一個或多個變化形式中，該方法可包括在多個凸面構件上 設置易于清潔層。
[0019] 應理解，前面的
【發明內容】
和以下的詳細描述介紹了各種實施方式，用來提供理解 要求保護的主題的性質和特性的總體評述或框架。包括的附圖提供了對各種實施方式的進 一步的理解，附圖被結合在本說明書中并構成說明書的一部分。附圖以圖示形式說明了本 文所述的各種實施方式，并與說明書一起用來解釋要求保護的主題的原理和操作。
【附圖說明】
[0020] 圖la _ li是與玻璃基材表面熔合的各種凸面構件的橫截面示意圖。
[0021] 圖2a - 2b是根據一個或多個實施方式具有凸面構件的玻璃基材和具有多層、基 于干擾的抗反射涂層的已知玻璃基材的橫截面示意圖。
[0022] 圖3a和3b是實施例1所述玻璃基材上所設置的單層硅納米顆粒的掃描電鏡 (SEM)圖像。
[0023] 圖4a - 4c是實施例1所述與玻璃基材熔合的單層硅納米顆粒的SEM圖像。
[0024] 圖5a - 5c顯示實施例1所述的各種制品的鏡面反射率。
[0025] 圖6a - 6b是實施例2所述與玻璃基材恪合的直徑為100nm的單層娃納米顆粒的 SEM圖像。
[0026] 圖7a - 7b是實施例2所述與玻璃基材熔合的直徑為200nm的單層硅納米顆粒的 SEM圖像。
[0027] 圖8顯示實施例3所述各種制品的總反射光譜（鏡面反射和漫反射的總和）。
[0028] 圖9a - 9f顯示實施例4所述的各種制品的鏡面反射光譜。
[0029] 圖10a - 10h顯示實施例6所述管式爐處理后各種制品的反射光譜。
[0030] 圖11a - lib是實施例7所述蝕刻后的與玻璃基材熔合的直徑為200nm的單層硅 納米顆粒的SEM圖像。
[0031] 從以下詳細描述、附圖和所附權利要求書能明顯地看出本發明的上述及其他方 面、優點和顯著特征。
【具體實施方式】
[0032] 現在參考附圖，其中在所有的幾個視圖中，相同的附圖標記表示相同的零件，下面 將詳細描述示例性實施方式。在本說明書全文中，各種部件會被鑒定為具有特定值或參數。 但是，提供這些項目只是作為本發明的示例。實際上，示例性實施方式沒有限制各種方面和 概念，因為可實施許多可比擬的參數、尺寸、范圍和/或值。類似地，術語"第一"、"第二"、 "首要"、"次要"、"頂部"、"底部"、"遠端"、"近端"等不表示任何順序、數量或重要程度，僅用 于對一種元素與另一種進行區分。此外，術語"一個"、"一種"和"該"并不表示數量的限制， 而是表示存在"至少一個"所述項目。
[0033] 本文描述了具有改進的（較低的）反射和高耐久性的各種玻璃制品，以及其制造 和使用方法。本文所用術語"抗反射"或"減反射"通常指與不包含本文所述減反射部件的 相同玻璃制品相比，表面對于以感興趣的特定光譜范圍入射到該表面上的光的鏡面反射率 更低的能力。
[0034] 通常，改進的制品包括玻璃基材和位于其表面的至少一部分上的整合的減反射部 件。該整合的減反射部件有益地提供相對于缺少該整合的減反射部件的類似或相同制品， 在至少約450納米（nm)至約750nm的波長范圍中具有改進的（較低）反射的制品。即，該 整合的減反射部件用于減少來自制品表面的至少大部分可見光（跨度約380nm至約750nm) 的鏡面反射。此外，并如同下文中更詳細描述的那樣，改進的制品可具有高透射性、低霧度 和高耐久性等特征。
[0035] 如上文所述，該基材本身由玻璃材料形成。玻璃的選擇不限于特定組合物，因為對 于各種玻璃基材而言均可以獲得改進的（較低）反射。例如，所選材料可以是各種硅酸鹽、 硼硅酸鹽、鋁硅酸鹽或硼鋁硅酸鹽玻璃組合物中的任一種，其可選地可包含一種或多種堿 金屬和/或堿土金屬改性劑。作為示例，一種這類玻璃組合物包含以下組分：58-72摩爾百 分比（mol% )Si02;9-17mol%A1 203;2-12mol%B203;8-16mol%Na20 ;和 0-4mol%K20,其
該改性劑包括堿金屬氧化物。另一種示例性玻璃 組合物包含 61-75mol % Si02;7-15mol % A1 203;0-12mol % B 203;9-21mol % Na 20 ;0-4mol % K20 ;0-7mol% MgO ;和0-3mol% CaO。另一種示例性玻璃組合物包含以下組分：60-70mol% Si02；6-14mol%A1 203；〇-15mol%B 203；〇-15mol%Li 20 ；〇-20mol%Na20 ；〇-10mol%K20 ； 0_8mol % MgO ;0_10mol % CaO ;0_5mol % Zr02;〇-lmol % SnO 2;0_lmol % CeO 2;小于百萬分之 5〇份數（ppm)的As203;以及小于 5〇ppm的 Sb 203;其中 lanol%彡 Li 20+Na20+K20彡 2〇mol%且 Omol%彡MgO+CaO彡10mol%。另一種示例性玻璃組合物包含以下組分：55-75mol% Si02、