JP2022513066A - 光学フィルム構造体、光学フィルム構造体を有する無機酸化物物品、およびそれらを製造する方法 - Google Patents
光学フィルム構造体、光学フィルム構造体を有する無機酸化物物品、およびそれらを製造する方法 Download PDFInfo
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Abstract
約50nm~約3000nmの物理的厚さと、ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物とを有する光学フィルムを含む、光学フィルム構造体。光学フィルムは、無機酸化物試験基材上に配置された、光学フィルムと同じ組成を有する約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、18GPaを超える最大硬度を示す。さらに、光学フィルムは、400nmの波長における1×10-2未満の光学的消衰係数(k)および550nmの波長における1.8より大きい屈折率(n)を示す。
Description
本願は、米国特許法第119条のもと、2018年11月15日に出願された米国仮特許出願第62/767,948号の優先権の利益を主張し、その内容が依拠され、その内容全体を参照により本明細書に援用するものとする。
本開示は、光学フィルム構造体、耐久性を有する肉薄の反射防止構造を有する光学フィルム構造体、およびそれらを製造するための方法に関し、より詳細には、肉薄の多層反射防止コーティングを有する光学フィルム構造体に関する。
入力および/もしくは表示用ならびに/または他の多くの機能用のユーザインタフェースを提供するにあたり、電子製品内のデバイスを保護するために、カバー物品が使用されることが多い。そのような製品としては、例えばスマートフォン、スマートウォッチ、mp3プレーヤー、およびコンピュータタブレットなどのモバイルデバイスが挙げられる。カバー物品には、建築物品、輸送物品(例えば自動車用途、列車、航空機、船舶等で使用される内装および外装のディスプレイおよび非ディスプレイ物品)、電化製品、またはある程度の透明性、耐引掻き性、耐摩耗性、またはそれらの組み合わせからの利益を受け得る物品も含まれる。これらの用途では、多くの場合、耐引掻き性と、最大光透過率と最小反射率とに関して優れた光学性能特性とが要求される。さらに、一部のカバー用途では、反射および/または透過において、表示または知覚される色が、視野角が変化した際にほとんど変化しないことが有益である。ディスプレイ用途では、これは、反射または透過における色が視野角によってかなり変化すると、製品の使用者がディスプレイの色または明るさの変化を知覚し、ディスプレイの知覚される品質が低下する可能性があるためである。他の用途では、色の変化がデバイスの美的外観やその他の機能面に悪影響を及ぼす可能性がある。
これらのディスプレイ物品および非ディスプレイ物品は、多くの場合、パッケージングの制約がある用途(例えばモバイルデバイス)で使用される。特に、これらの用途の多くは、全体の厚さの低減により、数パーセントの低減であってもより大きな利益が得られる場合がある。加えて、そのようなディスプレイ物品および非ディスプレイ物品を使用する用途の多くは、例えば原材料コストの最小化、プロセスの煩雑さの最小化、および歩留まりの改善など、低い製造コストからの恩恵を受ける。既存のディスプレイ物品および非ディスプレイ物品に匹敵する光学的および機械的な性能特性を有するより小型のパッケージングは、製造コスト削減の要望に応えることもできる(例えば原材料コストの削減により、反射防止構造体の層の数の削減により、等)。
カバー物品の光学性能は、様々な反射防止コーティングを使用することによって改善することができる。しかしながら、公知の反射防止コーティングは摩耗または摩滅の影響を受けやすい。そのような摩耗は、反射防止コーティングによって得られる光学性能の改善を損なう可能性がある。例えば、光学フィルタは、多くの場合、異なる屈折率を有する多層コーティングから製造され、光学的に透明な誘電体材料(例えば酸化物、窒化物、およびフッ化物)から製造される。そのような光学フィルタに使用される典型的な酸化物のほとんどはワイドバンドギャップ材料であり、これは、モバイルデバイス、建築物、輸送用品、または電化製品において使用するために必要な機械的特性、例えば硬度を有していない。ほとんどの窒化物およびダイヤモンド様コーティングは、改善された耐摩耗性と相関し得る高い硬度値を示すことができるものの、そのような材料は、そのような用途に望ましい透過性を示さない。
摩耗による損傷には、対向面の物体(例えば指)からの往復の滑り接触が含まれ得る。さらに、摩耗による損傷は熱を発生させる場合があり、これがフィルム材料の化学結合を低下させ、カバーガラスに剥離やその他のタイプの損傷を引き起こす可能性がある。摩耗による損傷は、引掻きの原因となる単一の事象よりも長期間にわたって受けることが多いため、摩耗による損傷を受けた配置されているコーティング材料は、コーティングの耐久性をさらに低下させることになる酸化も被る可能性がある。
したがって、耐摩耗性であり、許容可能なまたは改善された光学性能およびより肉薄の光学フィルム構造体を有する新規のカバー物品およびそれを製造するための方法が求められている。
本開示の幾つかの実施形態によれば、約50nm~約3000nmの物理的厚さと、ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物とを有する光学フィルムを含む、光学フィルム構造体が提供される。光学フィルムは、無機酸化物試験基材上に配置された、光学フィルムと同じ組成を有する約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、18GPaを超える最大硬度を示す。さらに、光学フィルムは、400nmの波長における1×10-2未満の光学的消衰係数(k)および550nmの波長における1.8より大きい屈折率(n)を示す。
本開示の幾つかの実施形態によれば、光学物品であって、互いに反対側の主面を有する無機酸化物基材と、無機酸化物基材の第1の主面上に配置された光学フィルム構造体であって、約50nm~約3000nmの物理的厚さと、ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物とを有する光学フィルムを含む光学フィルム構造体とを含む、光学物品が提供される。光学フィルムは、無機酸化物試験基材上に配置された、光学フィルムと同じ組成を有する約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、18GPaを超える最大硬度を示す。さらに、光学フィルムは、400nmの波長における1×10-2未満の光学的消衰係数(k)および550nmの波長における1.8より大きい屈折率(n)を示す。
本開示の幾つかの実施形態によれば、光学物品であって、互いに反対側の主面を有する無機酸化物基材と、無機酸化物基材の第1の主面上に配置された、複数の光学フィルムを含む光学フィルム構造体とを含む、光学物品が提供される。各光学フィルムは、約50nm~約3000nmの物理的厚さと、ケイ素含有酸化物、ケイ素含有窒化物、またはケイ素含有酸窒化物のうちの1つとを有する。ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物を含む各光学フィルムは、無機酸化物試験基材上に配置された、ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物を含む各光学フィルムと同じ組成を有する約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、18GPaを超える最大硬度を示す。さらに、ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物を含む各光学フィルムは、400nmの波長における1×10-2未満の光学的消衰係数(k)および550nmの波長における1.8より大きい屈折率(n)を示す。
本開示の幾つかの実施形態によれば、スパッタリングチャンバ内に、互いに反対側の主面を有する基材を準備することと、基材の第1の主面上に、約50nm~約3000nmの物理的厚さと、ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物とを有する光学フィルムをスパッタリングすることと、光学フィルムおよび基材をチャンバから取り出すこととを含む、光学フィルム構造体を製造する方法が提供される。光学フィルムは、無機酸化物試験基材上に配置された、光学フィルムと同じ組成を有する約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、18GPaを超える最大硬度を示す。さらに、光学フィルムは、400nmの波長における1×10-2未満の光学的消衰係数(k)および550nmの波長における1.8より大きい屈折率(n)を示す。
追加の特徴および利点は以降の詳細な説明に記載されるが、それらの一部はその説明から当業者に容易に明らかになり、あるいは以下の詳細な説明、特許請求の範囲、および添付の図面を含む本明細書に記載の実施形態を実施することによって認識されるであろう。
前述した概略的な説明および以下の詳細な説明は、共に例示にすぎず、これらは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または枠組みを提供することを意図していると理解すべきである。
添付の図面は、詳細に理解するために含められており、本明細書に組み込まれており、また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示しており、明細書の記述と共に、例えば本開示の原理および工程を説明する役割を果たす。本明細書および図面に開示される本開示の様々な特徴はあらゆる組み合わせで使用できると理解すべきである。非限定的な例として、本開示の様々な特徴は、以下の実施形態に従って互いに組み合わせることができる。
本開示のこれらおよびその他の特徴、態様、および利点は、添付の図面を参照しながら以降に開示の詳細な説明を読むことでよりよく理解される。
1つ以上の実施形態による物品の側面図である。
1つ以上の実施形態による物品の側面図である。
1つ以上の実施形態による物品の側面図である。
1つ以上の実施形態による物品の側面図である。
1つ以上の実施形態による物品の側面図である。
本明細書に開示のいずれかの物品が組み込まれた例示的な電子デバイスの平面図である。
図4Aの例示的な電子デバイスの斜視図である。
本明細書に開示のいずれかの物品が組み込まれ得る車両内装システムを備えた車両内装の斜視図である。
本明細書に開示の物品の硬度対押し込み深さのプロットである。
本明細書に開示の物品のほぼ垂直入射で測定された、またはこれについて計算された、第1の表面の反射色座標のプロットである。
アルミナSCE試験を行った本開示の物品から得られた、ならびにニオビアおよびシリカを含む比較の反射防止コーティングから得られた、正反射成分除去(SCE)値のプロットである。
本開示の反射防止コーティングおよび物品における使用に適した、一実施形態による高屈折率層材料の硬度試験積層体の硬度対押し込み深さのプロットである。
以降の詳細な説明では、限定ではなく説明の目的で、本開示の様々な原理の完全な理解を提供するために、特定の詳細事項を開示する例示的な実施形態が示される。しかしながら、本開示が、本明細書に開示の具体的な詳細事項から逸脱する他の実施形態で行われ得ることは、本開示の利益を有する当業者には明らかであろう。さらに、本開示の様々な原理の説明を不明瞭にしないように、周知のデバイス、方法、および材料の説明は省略される場合がある。最後に、該当する場合には同様の参照番号は同様の要素を指す。
範囲は、本明細書では、「約」ある特定の値から、および/または「約」別の特定の値まで、として表すことができる。本明細書において使用される「約」という用語は、量、サイズ、配合物、パラメータ、ならびにその他の量および特性が正確ではなく、また正確である必要はないが、必要に応じて公差、換算係数、四捨五入、測定誤差など、および当業者に知られている他の因子を反映し、概算であってよいことおよび/またはそれよりも大きくても小さくてもよいことを意味する。「約」という用語が値または範囲の端点の記述において使用される場合、本開示は、言及される特定の値または端点を含むと理解されるべきである。明細書の数値または範囲の端点に「約」が記載されているかどうかにかかわらず、数値または範囲の端点は、「約」によって修飾されているものと、「約」によって修飾されていないものの2つの実施形態を含むことが意図されている。さらに、各範囲の端点は、他の端点と関連して、および他の端点とは無関係に、の両方の意味を有することが理解されるであろう。
本明細書で使用される用語「実質的な」、「実質的に」、およびそれらの変形形態は、説明された特徴が値または説明と等しいかほぼ等しいことに特に言及することが意図されている。例えば、「実質的に平面状の」表面は、平面状であるかほぼ平面状である表面を意味することが意図されている。さらに、「実質的に」は、2つの値が等しいかほぼ等しいことを意味することが意図されている。幾つかの実施形態では、「実質的に」は、互いに約10%以内、例えば互いに約5%以内、または互いに約2%以内である値を意味し得る。
本明細書で使用される方向に関する用語、例えば、上、下、右、左、前、後、頂部、底部は、描かれている図に関してのみ言及しており、絶対的な方向を意味することを意図するものではない。
別段の明示的な記載がない限り、本明細書に記載の任意の方法が、そのステップを特定の順序で行うことを要するとして解釈されることは全く意図されていない。したがって、そのステップが従うべき順序が方法クレームに実際に記載されていない場合、またはステップを特定の順序に限定すべきことが請求項または説明の中に具体的に記載されていない場合には、いかなる点においても順序が暗示されることは全く意図されていない。これは、ステップの配置または操作の流れに関する論理的事項;文法的な構成または区切りに由来する明白な意味;本明細書に記載の実施形態の数またはタイプなどの解釈のための任意の考え得る非明示的な根拠に適用される。
本明細書で使用される単数形「a」、「an」、および「the」は、文脈からそうでないとの明示的な指示がない限り複数の指示対象を含む。したがって、例えば、1つの(a)「構成要素」への言及は、文脈から明らかにそうでないとの指示がない限り、2つ以上のそのような構成要素を有する実施形態を含む。
本開示の複数の実施形態は、耐久性を有する肉薄の反射防止構造体を有する無機酸化物物品およびその製造方法に関し、より詳細には、耐摩耗性、低い反射率、ならびに無色の透過および/または反射を示す肉薄の多層反射防止コーティングを有する物品に関する。これらの物品の複数の実施形態は、硬度、耐摩耗性、およびこれらの物品の目的用途(例えばディスプレイデバイス用のカバー、ハウジング、および基材、ならびに自動車構成要素の内外装部品など)に関連する光学特性を維持しながらも、500nm未満の物理的総厚さを有する反射防止光学構造体を有する。さらに、これらの物品の幾つかの実施形態は、約50nm~約3000nmの物理的厚さを有する光学フィルムを有する。
図1を参照すると、1つ以上の実施形態による物品100は、基材110と、基材上に配置された反射防止コーティング120(本明細書では「光学フィルム構造体」とも呼ばれる)とを含み得る。基材110は、互いに反対側の主面112、114と、互いに反対側の副面116、118とを含む。反射防止コーティング120は、第1の対向する主面112上に配置されているものとして図1に示されている。しかしながら、反射防止コーティング120は、第1の対向する主面112上に配置されることに加えて、またはその代わりに、第2の対向する主面114上および/または対向する副面の一方もしくは両方の上に配置することができる。反射防止コーティング120は、反射防止面122を形成する。
再度図1を参照すると、反射防止コーティング120は、少なくとも1つの材料の少なくとも1つの層(本明細書では「光学フィルム」とも呼ばれる)、例えば、層120A、120B、および/または120Cのうちの1つ以上を含む。したがって、幾つかの実施形態によれば、反射防止コーティングは、追加の層(図示せず)なしに光学フィルム120A、120B、または120Cを含み得る。「層」および「フィルム」という用語は、単一の層を含んでいてよく、あるいは1つ以上の副層を含んでいてよい。そのような副層は、互いに直接接触することができる。副層は、同じ材料から形成されていても2種以上の異なる材料から形成されていてもよい。1つ以上の代替の実施形態では、そのような副層は、それらの間に配置された異なる材料の介在層を有することができる。1つ以上の実施形態では、層は、1つ以上の連続した途切れのない層および/または1つ以上の不連続で途切れた層(すなわち互いに隣接して形成された異なる材料を有する層)を含み得る。層または副層は、別個の堆積プロセスまたは連続堆積プロセスによって形成することができる。1つ以上の実施形態では、層は、連続堆積プロセスのみを使用して形成することができ、あるいは別個の堆積プロセスのみを使用して形成することができる。
本明細書で使用される用語「配置」には、表面上への材料のコーティング、堆積、および/または形成が含まれる。配置された材料は、本明細書で定義される層を構成することができる。「~上に配置された」という語句には、材料が表面と直接接触するように表面上に材料を形成する場合が含まれ、また材料が表面上に形成され、堆積させられた材料と表面との間に1つ以上の材料が介在する場合も含まれる。介在する材料は、本明細書で定義される層を構成することができる。
1つ以上の実施形態によれば、物品100の反射防止コーティング120(例えば図1に関連して図示および説明のもの)は、アルミナSCE試験による耐摩耗性によって特徴付けることができる。本明細書において使用される「アルミナSCE試験」は、Taber Industries 5750リニア摩耗試験機で動かされる約1インチ(約25.4ミリメートル)のストローク長を使用して、50回の摩耗サイクルで0.7kgの総荷重で、サンプルに市販の800グリットのアルミナサンドペーパー(10mm×10mm)をかけることによって行われる。その後、本開示の分野の当業者に理解される原理に従って、摩耗されたサンプルから反射された正反射成分除去(SCE)値を測定することにより、アルミナSCE試験に従って耐摩耗性を特徴付けることができる。より具体的には、SCEは、直径6mmの開口部を有するKonica-Minolta CM700Dを使用して測定されたときの、反射防止コーティング120の表面からの拡散反射の尺度である。幾つかの実現形態によれば、物品100の反射防止コーティング120は、アルミナSCE試験から得られる0.4%未満、0.2%未満、0.18%未満、0.16%未満、さらには0.08%未満のSCE値を示すことができる。対照的に、市販の反射防止コーティング(6層のNb2O5/SiO2多層コーティングなど)は、サンドペーパー摩耗後に0.6%を超えるSCE値を有する。摩耗により誘発される損傷は表面粗さを増加させ、拡散反射(すなわちSCE値)の増加をもたらす。低いSCE値は深刻な損傷が少ないことを示し、改善された耐摩耗性の指標である。
反射防止コーティング120および物品100は、バーコビッチ圧子硬度試験によって測定される硬度の点から表すことができる。さらに、当業者は、反射防止コーティング120および物品100の耐摩耗性がこれらの要素の硬度と相関し得ることを認識することができる。本明細書において、「バーコビッチ圧子硬度試験」とは、ダイヤモンドのバーコビッチ圧子で表面を凹ませることによって材料のその表面の硬度を測定することを含む。バーコビッチ圧子硬度試験は、一般的には、Oliver, W.C.; Pharr, G. M. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experimentsに記載されている方法を使用して、物品100の反射防止面122または反射防止コーティング120の表面(または反射防止コーティングのいずれかの1つ以上の層の表面)をダイヤモンドバーコビッチ圧子で凹ませて、約50nm~約1000nm(または反射防止コーティングもしくは層の全体の厚さのいずれか少ない方)の範囲の押し込み深さまで凹みを形成すること、および押し込み深さ範囲全体に沿った、この押し込み深さの特定の部分に沿った(例えば約100nm~約500nmの深さ範囲)、または特定の押し込み深さの(例えば100nmの深さ、500nmの深さなど)、様々な地点でこの凹みから硬度を測定することを含む。J. Mater. Res., Vol. 7, No. 6, 1992, 1564-1583;およびOliver, W.C. and Pharr, G.M, 「Measurement of Hardness and Elastic Modulus by Instrument Indentation: Advances in Understanding and Refinements to Methodology」, J. Mater. Res., Vol. 19, No. 1, 2004, 3-20を参照のこと。さらに、押し込み深さ範囲(例えば約100nm~約500nmの範囲の深さ)にわたって硬度が測定される場合、結果は特定の範囲内の最大硬度として報告することができ、最大値はその範囲内の各深さで取得された測定値から選択される。本明細書で使用される「硬度」および「最大硬度」は、共に、硬度値の平均ではなく測定されたままの硬度値を指す。同様に、硬度が押し込み深さで測定される場合、バーコビッチ圧子硬度試験から得られる硬度の値は、その特定の押し込み深さに対して与えられる。
典型的には、下にある基材よりも硬いコーティングのナノインデンテーション測定方法(バーコビッチ圧子を使用するなど)では、測定される硬度は、浅い押し込み深さにおける可塑域の発現のため最初は増加し、その後増加してより深い押し込み深さでの最大値または平坦域に到達するようである。その後、下にある基材の影響のため、さらに深い押し込み深さで硬度が低下し始める。コーティングと比較して大きい硬度を有する基材を使用した場合、同じ効果を見ることができる。しかしながら、下にある基材の影響のため、より深い押し込み深さで硬度が増加する。
押し込み深さ範囲および特定の押し込み深さ範囲における硬度値を選択することで、下にある基材の影響なしに、本明細書に記載の光学フィルム構造体およびその層の特定の硬度応答を確認することができる。バーコビッチ圧子を用いて光学フィルム構造体(基材上に配置される場合)の硬度を測定する場合、材料の永久変形領域(塑性域)は、材料の硬度に関連する。押し込み中、弾性応力場はこの永久変形領域をはるかに超えて延びる。押し込み深さの増加に伴い、みかけの硬度および弾性率は、下にある基材との応力場の相互作用の影響を受ける。硬度に対する基材の影響は、より深い押し込み深さで(すなわち典型的には光学フィルム構造体または層の厚さの約10%を超える深さで)生じる。加えて、さらに複雑なことは、押し込みプロセス中に完全な可塑性を発現するために硬度応答が特定の最小負荷を利用することである。その特定の最小負荷の前に、硬度は一般的に増加傾向を示す。
小さな押し込み深さ(小さな負荷として特徴付けられる場合もある)(例えば最大約50nmまで)では、材料のみかけの硬度は、押し込み深さに対して劇的に増加するように見える。この小さな押し込み深さの形態は硬度の真の測定基準を表すものではなく、代わりに、圧子の有限曲率半径に関連する前述した塑性域の発現を反映する。中間の押し込み深さでは、みかけの硬度は最大レベルに近づく。より深い押し込み深さでは、基材の影響は、押し込み深さが大きくなるにつれてより顕著になる。押し込み深さが光学フィルム構造体の厚さまたは層の厚さの約30%を超えると、硬度は劇的に低下し始める可能性がある。
上述したように、当業者は、バーコビッチ圧子硬度試験から得られたコーティング120および物品100の硬度および最大硬度の値が、例えば基材110から過度に影響を受けずに、これらの要素を示すことを確実にする上で、様々な試験に関連する検討事項を考慮することができる。さらに、当業者は、コーティング120の比較的肉薄の厚さ(すなわち<500nm)にもかかわらず、本開示の実施形態が驚くべきことに反射防止コーティング120に関連する高い硬度値を示すことも認識することができる。実際、後続の節で後に詳述する実施例から明らかなように、反射防止コーティング内の高RI層130B(本明細書では光学フィルム130Bとも呼ばれる)(例えば図2A、図2B、および図2Cを参照)の硬度は、これらの層に関連する厚さの値は比較的小さいにもかかわらず、反射防止コーティング120および物品100の全体の硬度および最大硬度に大きく影響を及ぼし得る。測定された硬度がコーティング、例えば反射防止コーティング120の厚さによってどの程度直接影響を受けるかを詳述している上の試験に関連する考慮事項からは、これは驚くべきことである。通常、(より厚い基材の上の)コーティングの厚さが減少するのに伴い、およびコーティング中の(例えばコーティング内のより低い硬度の他の層と比較して)より硬い材料の量が減少するのに伴い、コーティングの測定される硬度は、下にある基材の硬度に向かう傾向にあると見込まれる。それにもかかわらず、反射防止コーティング120を含む(および以下で詳しく概説する実施例によっても例示される)本開示の物品100は、驚くべきことに、下にある基材と比較して大幅に高い硬度値を示し、そのためコーティングの厚さ(<500nm)、より高い硬度材料の体積分率、および光学特性の固有の優れた組み合わせを示す。
幾つかの実施形態では、物品100の反射防止コーティング120は、約100nmの押し込み深さでのバーコビッチ圧子硬度試験により、反射防止面122上で測定されたとき、約8GPaを超える硬度を示し得る。反射防止コーティング120は、約100nmの押し込み深さでのバーコビッチ圧子硬度試験により、約8GPa以上、約9GPa以上、約10GPa以上、約11GPa以上、約12GPa以上、約13GPa以上、約14GPa以上、または約15GPa以上の硬度を示し得る。本明細書に記載の反射防止コーティング120と任意の追加のコーティングとを含む物品100は、約100nmの押し込み深さでのバーコビッチ圧子硬度試験により、反射防止面122上で測定されたとき、約8GPa以上、約10GPa以上、約12GPa以上、約14GPa以上、または約16GPa以上の硬度を示し得る。そのような測定される硬度値は、反射防止コーティング120および/または物品100により、約50nm以上または約100nm以上(例えば約100nm~約300nm、約100nm~約400nm、約100nm~約500nm、約100nm~約600nm、約200nm~約300nm、約200nm~約400nm、約200nm~約500nm、または約200nm~約600nm)の押し込み深さにわたって示され得る。同様に、バーコビッチ圧子硬度試験による約8GPa以上、約9GPa以上、約10GPa以上、約11GPa以上、約12GPa以上、約13GPa以上、約14GPa以上、約15GPa以上、または約16GPa以上の最大硬度値が、約50nm以上または約100nm以上(例えば約100nm~約300nm、約100nm~約400nm、約100nm~約500nm、約100nm~約600nm、約200nm~約300nm、約200nm~約400nm、約200nm~約500nm、または約200nm~約600nm)の押し込み深さにわたって反射防止コーティングおよび/または物品によって示され得る。
反射防止コーティング120は、約100nm~約500nmの押し込み深さにわたるバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、約18GPa以上、約19GPa以上、約20GPa以上、約21GPa以上、約22GPa以上、約23GPa以上、約24GPa以上、約25GPa以上、およびこれらの間の全ての硬度値の最大硬度を有する材料自体からなる少なくとも1つの層またはフィルム(そのような層の表面、例えば、図2Aの第2の高RI層130Bの表面で測定されたとき)を有し得る。これらの測定は、前述した厚さに関連する硬度測定の影響を最小限に抑えるために、基材110上に配置された、約2マイクロメートルの物理的厚さの反射防止コーティング120の指定された層(例えば高RI層130Bまたは光学フィルム130B)を含む硬度試験積層体上で行われる。そのような層の最大硬度は、約100nm~約500nmの押し込み深さにわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、約18GPa~約26GPaの範囲とすることができる。そのような最大硬度値は、約50nm以上または約100nm以上(例えば約100nm~約300nm、約100nm~約400nm、約100nm~約500nm、約100nm~約600nm、約200nm~約300nm、約200nm~約400nm、約200nm~約500nm、または約200nm~約600nm)の押し込み深さにわたって、少なくとも1つの層(例えば図2Aで示されている高RI層130B)の材料によって示され得る。1つ以上の実施形態では、物品100は、基材の硬度(反射防止面の反対側の面で測定可能)よりも高い硬度を示す。同様に、硬度値は、約50nm以上または約100nm以上(例えば約100nm~約300nm、約100nm~約400nm、約100nm~約500nm、約100nm~約600nm、約200nm~約300nm、約200nm~約400nm、約200nm~約500nm、または約200nm~約600nm)の押し込み深さにわたって、少なくとも1つの層(例えば図2Aで示されている高RI層130B)の材料によって示され得る。加えて、少なくとも1つの層(例えば高RI層130B)に関連するこれらの硬度および/または最大硬度の値は、測定された押し込み深さの範囲にわたって、特定の押し込み深さ(例えば100nm、200nmなど)で観察することもできる。さらに、幾つかの実現形態によれば、反射防止コーティング120の少なくとも1つの層または光学フィルム(例えば高RI層130B)は、約50nm~約3000nmの範囲の物理的厚さを有することができる。
反射防止コーティング120と空気との界面、および反射防止コーティング120と基材110との界面からの反射波間の光学干渉は、物品100にはっきりとした色を形成する分光反射率および/または透過率の振動をもたらす可能性がある。本明細書で使用される用語「透過率」は、材料(例えば物品、基材、もしくは光学フィルム、またはこれらの一部)を透過する所定の波長範囲内の入射光強度のパーセント割合として定義される。同様に、用語「反射率」は、材料(例えば物品、基材、もしくは光学フィルム、またはこれらの一部)から反射される、所定の波長範囲内の入射光強度のパーセント割合として定義される。1つ以上の実施形態では、透過率および反射率の特性評価のスペクトル分解能は、5nmまたは0.02eV未満である。色は反射により強調される場合がある。入射照明角度による分光反射率の振動のシフトのため、視野角に起因する反射の角度依存カラーシフトが生じる。視野角に起因する透過の角度依存カラーシフトも、入射照明角度による分光透過率の振動の同じシフトによるものである。観察される色および入射照明角度に起因する角度依存カラーシフトは、特に例えば蛍光灯や一部のLED照明などの鋭いスペクトル特性を有する照明の下で、デバイス使用者の気を散らせたり彼らを不快にさせたりすることが多い。透過における角度依存カラーシフトは反射における角度依存カラーシフトにも影響を与える可能性があり、その逆も同様である。透過および/または反射における角度依存カラーシフトの要因には、視野角に起因する角度依存カラーシフト、または具体的な光源もしくは試験システムによって規定される(角度とはあまり関係のない)材料の吸収によって引き起こされる可能性がある特定の白色点から離れるカラーシフトも含まれ得る。
振動は、振幅に関して説明することができる。本明細書で使用される「振幅」という用語は、反射率または透過率の山から谷への変化を含む。「平均振幅」という語句には、光学波長領域内で平均化された反射率または透過率の山から谷への変化が含まれる。本明細書で使用される「光学波長領域」には、約400nm~約800nm(より具体的には約450nm~約650nm)の波長範囲が含まれる。
本開示の実施形態は、反射防止コーティング(例えば反射防止コーティング120または光学フィルム構造体120)を含むことで、異なる光源の下で垂直入射からの様々な入射照明角度で見た際の無色および/またはより小さい角度依存カラーシフトの点で、改善された光学性能を提供する。
本開示の一態様は、光源の下で異なる入射照明角度で見た場合であっても、反射および/または透過において無色を示す物品に関する。1つ以上の実施形態では、物品は、本明細書で示される範囲において、基準照明角度と任意の入射照明角度との間で、約5以下、または約2以下の反射および/また透過の角度依存カラーシフトを示す。本明細書で使用される「カラーシフト」(角度依存または基準点)という語句は、反射および/または透過におけるCIE L*,a*,b*表色系の下でのa*とb*の両方の変化を指す。別段の記載がない限り、本明細書に記載の物品のL*座標は、任意の角度または基準点で同じであり、カラーシフトに影響を与えないことを理解すべきである。例えば、角度依存カラーシフトは、次式(1)を使用して決定することができる:
式中、a*1およびb*1は、基準照明角度(垂直入射を含み得る)で見た場合の物品のa*およびb*座標を表し、a*2およびb*2は、入射照明角度で見た場合の物品のa*およびb*座標を表す。ただし、入射照明角度は基準照明角度と異なり、場合によっては基準照明角度と約1度以上、2度以上、または約5度以上、または約10度以上、または約15度以上、または約20度以上異なることを条件とする。場合によっては、光源の下で基準照明角度からの様々な入射照明角度で見た場合に、約10以下(例えば5以下、4以下、3以下、または2以下)の反射および/または透過における角度依存カラーシフトが物品によって示される。場合によっては、反射および/または透過の角度依存カラーシフトは、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。幾つかの実施形態では、角度依存カラーシフトは約0とすることができる。光源には、A光源(タングステンフィラメント照明を表す)、B光源(昼光シミュレーション光源)、C光源(昼光シミュレーション光源)、Dシリーズ光源(自然光を表す)、およびFシリーズ光源(様々なタイプの蛍光照明を表す)などの、CIEによって決定される標準光源が含まれ得る。特定の例では、物品は、CIE F2、F10、F11、F12、もしくはD65光源の下で、またはより具体的には、CIE F2光源の下で、基準照明角度からの入射照明角度で見た際に、約2以下の反射および/または透過の角度依存カラーシフトを示す。
基準照明角度は、入射照明角度と基準照明角度との間の差が約1度以上、2度以上、または約5度以上、または約10度以上、または約15度以上、または約20度以上であることを条件として、垂直入射(すなわち0度)、または垂直入射から5度、垂直入射から10度、垂直入射から15度、垂直入射から20度、垂直入射から25度、垂直入射から30度、垂直入射から35度、垂直入射から40度、垂直入射から50度、垂直入射から55度、または垂直入射から60度を含み得る。入射照明角度は、基準照明角度に対して、垂直入射から離れる方向に約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、ならびにこれらの間の全ての範囲および部分範囲であってよい。物品は、基準照明角度が垂直入射である場合、約2度~約80度、または約5度~約80度、または約10度~約80度、または約15度~約80度、または約20度~約80度の範囲の全ての入射照明角度において、およびそれらに沿って、本明細書に記載の反射および/または透過の角度依存カラーシフトを示し得る。幾つかの実施形態では、物品は、入射照明角度と基準照明角度との間の差が約1度以上、2度以上、または約5度以上、または約10度以上、または約15度以上、または約20度以上である場合、約2度~約80度、または約5度~約80度、または約10度~約80度、または約15度~約80度、または約20度~約80度の範囲の全ての入射照明角度において、およびそれらに沿って、本明細書に記載の反射および/または透過の角度依存カラーシフトを示し得る。一例では、物品は、垂直入射に等しい基準照明角度から離れる方向に約2度~約60度、約5度~約60度、または約10度~約60度の範囲の任意の入射照明角度で、2以下の反射および/または透過の角度依存カラーシフトを示し得る。別の例では、物品は、基準照明角度が10度であり、かつ入射照明角度が基準照明角度から離れる方向に約12度~約60度、約15度~約60度、または約20度~約60度の範囲の任意の角度である場合、2以下の反射および/または透過の角度依存カラーシフトを示し得る。
幾つかの実施形態では、角度依存カラーシフトは、約20度~約80度の範囲の基準照明角度(例えば垂直入射)と入射照明角度との間の全ての角度で測定され得る。言い換えると、角度依存カラーシフトは測定することができ、これは、約0度~約20度、約0度~約30度、約0度~約40度、約0度~約50度、約0度~約60度、または約0度~約80度の範囲の全ての角度で約5未満、または約2未満とすることができる。
1つ以上の実施形態では、物品100は、光源(A光源(タングステンフィラメント照明を表す)、B光源(昼光シミュレーション光源)、C光源(昼光シミュレーション光源)、Dシリーズ光源(自然光を表す)、およびFシリーズ光源(様々なタイプの蛍光照明を表す)を含むCIEによって決定される標準光源が含まれ得る)の下で、基準点から透過色または反射座標間の距離または基準点カラーシフトが約5未満、または約2未満であるような、CIE L*,a*,b*表色系における反射および/または透過の色を示す。特定の例では、物品は、CIE F2、F10、F11、F12、またはD65光源、より具体的にはCIE F2光源の下で、基準照明角度からの入射照明角度で見た際に、約2未満の反射および/または透過におけるカラーシフトを示す。別の言い方では、物品は、本明細書で定義される基準点から約2未満の基準点カラーシフトを有する反射防止面122で測定される、透過色(または透過色座標)および/または反射色(または反射色座標)を示し得る。別段の記載がない限り、透過色または透過色座標は、反射防止面122と物品の反対側の露出面(すなわち114)とを含む物品の2つの表面で測定される。別段の記載がない限り、反射色または反射色座標は、物品の反射防止面122のみで測定される。
1つ以上の実施形態では、基準点は、CIE L*,a*,b*表色系における原点(0,0)(または色座標a*=0,b*=0)、色座標(-2,-2)、または基材の透過もしくは反射の色座標であってよい。なお、別段の記載がない限り、本明細書に記載の物品のL*座標は基準点と同じであり、カラーシフトに影響を与えないことが理解されるべきである。物品の基準点カラーシフトが基材に関して定義される場合、物品の透過色座標は基材の透過色座標と比較され、物品の反射色座標は基材の反射色座標と比較される。
1つ以上の特定の実施形態では、透過色および/または反射色の基準点カラーシフトは、1未満、さらには0.5未満とすることができる。1つ以上の特定の実施形態では、透過色および/または反射色の基準点カラーシフトは、1.8、1.6、1.4、1.2、0.8、0.6、0.4、0.2、0、およびこれらの間の全ての範囲および部分範囲であってよい。基準点が色座標a*=0、b*=0の場合、基準点カラーシフトは式(2)によって計算される:
基準点が色座標a*=-2,b*=-2の場合、基準点カラーシフトは式(3)によって計算される:
基準点が基材の色座標の場合、基準点カラーシフトは式(4)によって計算される:
幾つかの実施形態では、物品100は、基準点が基材の色座標、色座標a*=0,b*=0、および色座標a*=-2,b*=-2のいずれか1つである場合に基準点カラーシフトが2未満であるような透過色(または透過色座標)および反射色(または反射色座標)を示し得る。
幾つかの実施形態では、物品100は、ほぼ垂直入射角(すなわち約0度、または法線方向の10度以内)でのCIE L*,a*,b*表色系において、約-10~約+2、約-7~約0、約-6~約-1、約-6~約0、または約-4~約0の範囲の、反射におけるb*値(反射防止面122のみで測定)を示し得る。別の実現形態では、物品100は、約0度~約60度(または約0度~約40度、または約0度~約30度)の範囲のほぼ法線方向を含む全ての入射照明角度でのCIE L*,a*,b*表色系において、約-10~約+10、約-10~約+2、約-8~約+8、または約-5~約+5の範囲の、反射におけるb*値(反射防止面122のみで測定)を示し得る。
幾つかの実施形態では、物品100は、ほぼ垂直入射角(すなわち約0度、または法線方向の10度以内)でのCIE L*,a*,b*表色系において、約-2~約+2、約-1~約+2、約-0.5~約+2、約0~約+2、約0~約+1、約-2~約+0.5、約-2~約+1、約-1~約+1、または約0~約+0.5の範囲の、透過におけるb*値(物品の反射防止面および反対側の露出面で測定)を示し得る。別の実現形態では、物品は、約0度~約60度(または約0度~約40度、または約0度~約30度)の範囲のほぼ法線方向を含む全ての入射照明角度でのCIE L*,a*,b*表色系において、約-2~約+2、約-1~約+2、約-0.5~約+2、約0~約+2、約0~約+1、約-2~約+0.5、約-2~約+1、約-1~約+1、または約0~約+0.5の範囲の、透過におけるb*値を示し得る。
幾つかの実施形態では、物品100は、ほぼ垂直入射角(すなわち約0度、または法線方向の10度以内)でのCIE L*,a*,b*表色系において、約-2~約+2、約-1~約+2、約-0.5~約+2、約0~約+2、約0~約+1、約-2~約+0.5、約-2~約+1、約-1~約+1、または約0~約+0.5の範囲の、透過におけるa*値(物品の反射防止面および反対側の露出面で測定)を示し得る。別の実現形態では、物品は、約0度~約60度(または約0度~約40度、または約0度~約30度)の範囲の全ての入射照明角度でのCIE L*,a*,b*表色系において、約-2~約+2、約-1~約+2、約-0.5~約+2、約0~約+2、約0~約+1、約-2~約+0.5、約-2~約+1、約-1~約+1、または約0~約+0.5の範囲の、透過におけるa*値を示し得る。
幾つかの実施形態では、物品は、光源D65、A、およびF2の下で、約0度~約60度の範囲の入射照明角度において、約-1.5~約+1.5(例えば-1.5~-1.2、-1.5~-1、-1.2~+1.2、-1~+1、-1~+0.5、または-1~0)の範囲の透過におけるa*値および/またはb*値(反射防止面および反対側の露出面での)を示し得る。
幾つかの実施形態では、物品100は、CIE L*,a*,b*表色系において、ほぼ垂直入射角(すなわち約0度、または法線方向の10度以内)で約-10~約+5、-5~約+5(例えば-4.5~+4.5、-4.5~+1.5、-3~0、-2.5~-0.25)、または約-4~+4の範囲の反射におけるa*値(反射防止面のみ)を示す。幾つかの実施形態では、物品100は、CIE L*,a*,b*表色系において、約0度~約60度の範囲の入射照明角度で約-5~約+15(例えば-4.5~+14)または約-3~+13の範囲の反射におけるa*値(反射防止面のみ)を示す。
1つ以上の実施形態の物品100、または1つ以上の物品の反射防止面122は、約400nm~約800nmの範囲内の光学波長領域にわたって約94%以上(例えば約94%以上、約95%以上、約96%以上、約96.5%以上、約97%以上、約97.5%以上、約98%以上、約98.5%以上、または約99%以上)の平均視感光透過率を示し得る。幾つかの実施形態では、物品100、または1つ以上の物品の反射防止面122は、約400nm~約800nmの範囲内の光学波長領域にわたって約2%以下(例えば約1.5%以下、約1%以下、約0.75%以下、約0.5%以下、または約0.25%以下)の平均光反射率を示し得る。これらの光透過率および光反射率の値は、光学波長領域全体または光学波長領域の選択された範囲(例えば光学波長領域内の100nmの波長範囲、150nmの波長範囲、200nmの波長範囲、250nmの波長範囲、280nmの波長範囲、または300nmの波長範囲)にわたって観察することができる。幾つかの実施形態では、これらの光反射率および透過率の値は、全反射率または全透過率であってよい(反射防止面122および反対側の主面114の両方での反射率または透過率を考慮に入れる)。別段の記載がない限り、平均反射率または透過率は、0度の入射照明角度で測定される(ただし、そのような測定値は45度または60度の入射照明角度で規定される場合がある)。
幾つかの実施形態では、1つ以上の実施形態の物品100、1つ以上の物品の反射防止面122、または反射防止層の形態の追加のコーティング140(図3を参照)は、光学波長領域にわたって約1%以下、約0.9%以下、約0.8%以下、約0.7%以下、約0.6%以下、約0.5%以下、約0.4%以下、約0.3%以下、または約0.2%以下の可視平均視感反射率を示し得る。これらの平均視感反射率の値は、約0°~約20°、約0°~約40°、または約0°~約60°の範囲の入射照明角度で示され得る。本明細書で使用される「平均視感反射率」は、人間の目の感度に応じて反射率対波長スペクトルに重み付けすることにより、人間の目の応答を模倣する。平均視感反射率は、例えばCIE色空間規則などの公知の規則に従って、反射光の輝度または三刺激Y値として定義することもできる。平均視感反射率は、分光反射率R(λ)に光源スペクトルI(λ)およびCIEの等色関数
を掛けたものとして式(5)で定義され、目のスペクトル応答と関連する:
幾つかの実施形態では、1つ以上の物品の反射防止面122(すなわち片面測定のみにより反射防止面122を測定する場合)は、約2%以下、1.8%以下、1.5%以下、1.2%以下、1%以下、0.9%以下、0.7%以下、約0.5%以下、約0.45%以下、約0.4%以下、約0.35%以下、約0.3%以下、約0.25%以下、または約0.2%以下の可視平均視感反射率を示し得る。本開示に記載のこのような「片面」測定では、第2の主面(例えば図1に示されている表面114)からの反射率は、この表面を屈折率整合吸収体に結合させることによって除去される。場合によっては、可視平均視感反射率の範囲が示される一方で、D65照明を使用した約5度~約60度(基準照明角度は垂直入射である)の入射照明角度範囲全体にわたって、同時に約5.0未満、約4.0未満、約3.0未満、約2.0未満、約1.5未満、または約1.25未満の最大反射率カラーシフトが示される。これらの最大反射率カラーシフトの値は、垂直入射から約5度~約60度の任意の角度で測定された最も低いカラーポイント値を表し、同じ範囲の任意の角度で測定された最も高いカラーポイント値から差し引かれる。値は、a*値の最大変化(a*最高-a*最低)、b*値の最大変化(b*最高-b*最低)、a*値とb*値の両方の最大変化、または量の最大変化√((a*最高-a*最低)2+(b*最高-b*最低)2)を表すことができる。
基材
基材110は、無機酸化物材料を含むことができ、アモルファス基材、結晶性基材、またはこれらの組み合わせを含むことができる。1つ以上の実施形態では、基材は、約1.45~約1.55の範囲の屈折率、例えば、1.45、1.46、1.47、1.48、1.49、1.50、1.51、1.52、1.53、1.54、1.55、およびこれらの間の全ての屈折率を示す。
基材110は、無機酸化物材料を含むことができ、アモルファス基材、結晶性基材、またはこれらの組み合わせを含むことができる。1つ以上の実施形態では、基材は、約1.45~約1.55の範囲の屈折率、例えば、1.45、1.46、1.47、1.48、1.49、1.50、1.51、1.52、1.53、1.54、1.55、およびこれらの間の全ての屈折率を示す。
適切な基材110は、約30GPa~約120GPaの範囲の弾性率(またはヤング率)を示し得る。場合によっては、基材の弾性率は、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、およびこれらの間の全ての範囲および部分範囲であってよい。本開示に記載の基材自体のヤング率の値は、「Standard Guide for Resonant Ultrasound Spectroscopy for Defect Detection in Both Metallic and Non-metallic Parts」という表題のASTM E2001-13に記載されている一般的なタイプの共鳴超音波分光手法によって測定された値を指す。
1つ以上の実施形態では、アモルファス基材はガラスを含むことができ、ガラスは強化されていても強化されていなくてもよい。適切なガラスの例としては、ソーダ石灰ガラス、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス、アルカリ含有ホウケイ酸塩ガラス、およびアルカリアルミノホウケイ酸塩ガラスが挙げられる。幾つかの変形形態では、ガラスはリチアを含まなくてよい。1つ以上の代替の実施形態では、基材110は、例えばガラス-セラミックまたはセラミック基材(強化されていてもよいし、強化されていなくてもよい)などの結晶性基材を含むことができ、あるいは例えばサファイアなどの単結晶構造を含むことができる。1つ以上の特定の実施形態では、基材110は、アモルファス基材(例えばガラス)と結晶性クラッディング(例えばサファイア層、多結晶アルミナ層および/またはスピネル(MgAl2O4)層)とを含む。
基材110は、実質的に平面状またはシート状とすることができるが、別の実施形態では湾曲したもしくはその他の形状または形が変えられた基材を利用することができる。基材110は、実質的に光学的に透明であり、透過性であり、かつ光散乱がないようにすることができる。そのような実施形態では、基材は、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%以上の光学波長領域にわたる平均光透過率を示し得る。1つ以上の代替の実施形態では、基材110は不透明であるか、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%未満の光学波長領域にわたる平均光透過率を示し得る。幾つかの実施形態では、これらの光反射率および透過率の値は、全反射率または全透過率(基材の両方の主面における反射率または透過率を考慮に入れる)であってよく、あるいは基材の片面(すなわち反射防止面122のみ、反対側の面は考慮しない)で観察されたものであってよい。別段の記載がない限り、平均反射率または透過率は、0度の入射照明角度で測定される(ただし、このような測定値は、45度または60度の入射照明角度で示される場合がある)。基材110は、任意選択的には例えば白、黒、赤、青、緑、黄、オレンジなどの色を示すことができる。
追加的に、または代わりに、基材110の物理的厚さは、審美的および/または機能的な理由のため、その寸法の1つ以上に沿って変化し得る。例えば、基材110の端部は、基材110のより中央側の領域と比較して厚くてよい。基材110の長さ、幅、および物理的厚さの寸法も、物品100の用途または使用に応じて変化することができる。
基材110は、様々な異なるプロセスを使用して供給することができる。例えば、基材110が例えばガラスなどのアモルファス基材を含む場合、様々な形成方法には、フロートガラスプロセス、ローリングプロセス、アップドロープロセス、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が含まれ得る。
形成された後、基材110は、強化基材を形成するために強化することができる。本明細書で使用される「強化基材」という用語は、例えば、基材の表面において大きなイオンを小さなイオンにイオン交換することによって化学強化された基材を意味する場合がある。しかしながら、当該技術分野で公知の他の強化方法、例えば熱強化、または圧縮応力を形成するための基材の部分と中央の引張領域との間の熱膨張係数の不一致の利用を、強化基材を形成するために利用することができる。
基材がイオン交換プロセスによって化学強化される場合、基材の表面層のイオンは、同じ価数または酸化状態を有するより大きなイオンで置換または交換される。イオン交換プロセスは、典型的には基材内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む溶融塩浴に基材を浸漬することによって行われる。限定するものではないが、浴組成および温度、浸漬時間、塩浴(または複数の浴)への基材の浸漬回数、複数の塩浴の使用、例えば徐冷や洗浄のような追加の工程などのイオン交換プロセスのパラメータが、基材の組成、ならびに望まれる圧縮応力(CS)、強化工程により得られる基材の圧縮応力(CS)層の深さ(または層深さ)によって通常決定されることは当業者に理解されるであろう。例として、アルカリ金属含有ガラス基材のイオン交換は、例えば、限定するものではないが、より大きなアルカリ金属イオンの硝酸塩、硫酸塩、および塩化物の塩を含む少なくとも1つの溶融浴に浸漬することによって行うことができる。溶融塩浴の温度は、典型的には約380℃~最大約450℃の範囲であり、浸漬時間は約15分~最大約40時間の範囲である。ただし、上述したものとは異なる温度および浸漬時間を使用することもできる。
加えて、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への浸漬によりガラス基材が強化される、2008年7月11日に出願された米国仮特許出願第61/079,995号明細書に基づく優先権を主張するものである、Douglas C. Allanらによって2009年7月10日に出願された「Glass with Compressive Surface for Consumer Applications」と題された米国特許出願公開第12/500,650号明細書;および流出イオンで希釈された第1の浴中でイオン交換によってガラス基材が強化され、その後第1の浴よりも低い流出イオンの濃度を有する第2の浴に浸漬される2008年7月29日に出願された米国仮特許出願第61/084,398号明細書に基づく優先権を主張するものである、Christopher M. Leeらによって2012年11月20日に出願された「Dual Stage Ion Exchange for Chemical Strengthening of Glass」と題された米国特許第8,312,739号明細書に、ガラス基材が複数のイオン交換浴に浸漬され、浸漬の合間に洗浄および/または徐冷工程を有するイオン交換プロセスの非限定的な例が記載されている。米国特許出願公開第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、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
イオン交換によって得られる化学強化の程度は、中心張力(CT)、ピークCS、圧縮深さ(DOC、圧縮が張力に変わる厚さに沿った地点)、およびイオン層の深さ(DOL)のパラメータに基づき定量化することができる。観察される最大の圧縮応力であるピークCSは、基材110の表面近傍、または強化ガラス内の様々な深さで測定することができる。ピークCS値は、強化基材の表面(CSS)で測定されたCSを含み得る。別の実施形態では、ピークCSは強化基材の表面下で測定される。圧縮応力(表面CSを含む)は、Orihara Industrial Co., Ltd.(日本)製のFSM-6000などの市販の装置を使用して、表面応力計(FSM)によって測定される。表面応力測定は、ガラスの複屈折に関係する応力光学係数(SOC)の正確な測定に依存する。SOCは、「Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient」という表題のASTM規格C770-16に記載の手順C(Glass Disc Method)に従って測定され、その内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。本明細書において使用されるDOCは、本明細書に記載の化学強化アルミノケイ酸アルカリガラス物品の応力が圧縮から引張に変化する深さを意味する。DOCは、イオン交換処理に応じて、FSMまたは散乱光偏光器(SCALP)によって測定することができる。ガラス製品の応力がカリウムイオンをガラス物品の中に交換することによって発生する場合には、DOCの測定にFSMが使用される。応力がナトリウムイオンをガラス物品の中に交換することによって発生する場合には、DOCの測定にSCALPが使用される。ナトリウムの交換深さはDOCを示し、カリウムイオンの交換深さは圧縮応力の大きさの変化を示すと考えられる(ただし圧縮から引張への応力の変化ではない)ことから、カリウムイオンとナトリウムイオンの両方をガラスの中に交換することによってガラス製品の応力が発生する場合には、DOCはSCALPによって測定される。そのようなガラス物品のカリウムイオンの交換深さはFSMによって測定される。最大CT値は、当該技術分野で公知の散乱光偏光器(SCALP)技術を使用して測定される。屈折近接場(RNF)法またはSCALPは、完全な応力プロファイルを測定(グラフ化、視覚的描写、またはその他の方法でマッピング)するために使用することができる。応力プロファイルを測定するためにRNF法が利用される場合、RNF法ではSCALPによって得られる最大CT値が利用される。特に、RNFによって測定される応力プロファイルは、力の均衡が取れており、SCALP測定によって得られる最大CT値に校正される。RNF法は、「Systems and methods for measuring a profile characteristic of a glass sample」と題された米国特許第8,854,623号明細書に記載されており、これは参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。具体的には、RNF法は、基準ブロックに隣接してガラス物品を配置すること、1Hz~50Hzのレートにおいて直交偏光間で切り替えられる偏光スイッチ光線を生成すること、偏光スイッチ光線の出力量を測定すること、および偏光スイッチ基準シグナルを生成すること、を含み、直交偏光のそれぞれで測定される出力量は互いに50%以内である。この方法は、さらに、偏光スイッチ光線をガラスサンプルと基準ブロックとを通して異なる深さでガラスサンプルの中に透過させ、その後透過した偏光スイッチ光線をリレー光学系を使用してシグナル光検出器に中継することを含み、シグナル光検出器は偏光スイッチ検出器シグナルを生成する。この方法は、検出器シグナルを基準シグナルで割って正規化された検出器シグナルを形成すること、および正規化された検出器シグナルからガラスサンプルのプロファイル特性を決定することも含む。
幾つかの実施形態では、強化基材110は、250MPa以上、300MPa以上、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以上のピークCSを有することができる。強化基材は、10μm以上、15μm以上、20μm以上(例えば25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm以上)のDOC、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95MPa、90MPa、85MPa、80MPa、75MPa、70MPa、65MPa、60MPa、55MPa以下)のCTを有し得る。1つ以上の特定の実施形態では、強化基材は、500MPaを超えるピークCS、15μmを超えるDOC、および18MPaを超えるCTのうちの1つ以上を有する。
基材において使用され得る例示的なガラスとしては、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス組成物またはアルカリアルミノホウケイ酸塩ガラス組成物を挙げることができるが、その他のガラス組成物も想定される。こ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強化することができる。ガラス組成物の一例は、SiO2、B2O3、およびNa2Oを含有し、これらは(SiO2+B2O3)≧66モル%かつNa2O≧9モル%である。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、約6質量%以上のアルミニウム酸化物を含む。幾つかの実施形態では、基材は、アルカリ土類酸化物の含有量が約5質量%以上であるように1種以上のアルカリ土類酸化物を含有するガラス組成物を含む。適切なガラス組成物は、幾つかの実施形態では、K2O、MgO、またはCaOのうちの少なくとも1つをさらに含む。幾つかの実施形態では、基材に使用されるガラス組成物は、61~75モル%のSiO2;7~15モル%のAl2O3;0~12モル%のB2O3;9~21モル%のNa2O;0~4モル%のK2O;0~7モル%のMgO;および0~3モル%のCaOを含み得る。
基材に適した別の例のガラス組成物は、60~70モル%のSiO2;6~14モル%のAl2O3;0~15モル%のB2O3;0~15モル%のLi2O;0~20モル%のNa2O;0~10モル%のK2O;0~8モル%のMgO;0~10モル%のCaO;0~5モル%のZrO2;0~1モル%のSnO2;0~1モル%のCeO2;50ppm未満のAs2O3;および50ppm未満のSb2O3を含有し、これらは12モル%≦(Li2O+Na2O+K2O)≦20モル%かつ0モル%≦(MgO+CaO)≦10モル%である。
基材に適したさらに別の例のガラス組成物は、63.5~66.5モル%のSiO2;8~12モル%のAl2O3;0~3モル%のB2O3;0~5モル%のLi2O;8~18モル%のNa2O;0~5モル%のK2O;1~7モル%のMgO;0~2.5モル%のCaO;0~3モル%のZrO2;0.05~0.25モル%のSnO2;0.05~0.5モル%のCeO2;50ppm未満のAs2O3;および50ppm未満のSb2O3を含有し、これらは14モル%≦(Li2O+Na2O+K2O)≦18モル%かつ2モル%≦(MgO+CaO)≦7モル%である。
幾つかの実施形態では、基材110に適したアルカリアルミノケイ酸塩ガラス組成物は、アルミナと、少なくとも1種のアルカリ金属と、幾つかの実施形態では50モル%より多いSiO2、別の実施形態では58モル%以上のSiO2、さらに別の実施形態では60モル%以上のSiO2とを含み、(Al2O3+B2O3)/Σ修飾剤(すなわち修飾剤の合計)の比率は1より大きく、ここでの成分の比率はモル%で表され、修飾剤はアルカリ金属酸化物である。このガラス組成物は、特定の実施形態では、58~72モル%のSiO2;9~17モル%のAl2O3;2~12モル%のB2O3;8~16モル%のNa2O;および0~4モル%のK2Oを含有し、(Al2O3+B2O3)/Σ修飾剤(すなわち修飾剤の合計)の比率は1よりも大きい。
幾つかの実施形態では、基材110は、64~68モル%のSiO2;12~16モル%のNa2O;8~12モル%のAl2O3;0~3モル%のB2O3;2~5モル%のK2O;4~6モル%のMgO;および0~5モル%のCaOを含むアルカリアルミノケイ酸塩ガラス組成物を含むことができ、これらは66モル%≦SiO2+B2O3+CaO≦69モル%;Na2O+K2O+B2O3+MgO+CaO+SrO>10モル%;5モル%≦MgO+CaO+SrO≦8モル%;(Na2O+B2O3)-Al2O3≦2モル%;2モル%≦Na2O-Al2O3≦6モル%;かつ4モル%≦(Na2O+K2O)-Al2O3≦10モル%である。
幾つかの実施形態では、基材110は、2モル%以上のAl2O3および/もしくはZrO2、または4モル%以上のAl2O3および/もしくはZrO2を含有するアルカリアルミノケイ酸塩ガラス組成物を含み得る。
基材110が結晶性基材を含む場合、基材は、Al2O3を含み得る単結晶を含むことができる。このような単結晶基材はサファイアと呼ばれる。結晶性基材に適した他の材料としては、多結晶アルミナ層および/またはスピネル(MgAl2O4)が挙げられる。
任意選択的には、結晶性基材110は、ガラス-セラミック基材を含むことができ、これは強化されていても強化されていなくてもよい。適切なガラス-セラミックの例としては、Li2O-Al2O3-SiO2系(すなわちLAS系)ガラス-セラミック、MgO-Al2O3-SiO2系(すなわちMAS系)ガラス-セラミック、ならびに/またはβ-石英固溶体、β-スポジュメンss、コーディエライト、および二ケイ酸リチウムを含む主要結晶相を含むガラス-セラミックを挙げることができる。ガラス-セラミック基材は、本明細書に開示の化学強化プロセスを使用して強化することができる。1つ以上の実施形態では、MAS系ガラス-セラミック基材は、Li2SO4溶融塩中で強化することができ、それによってMg2+の2Li+への交換を行うことができる。
1つ以上の実施形態によれば、基材110は、約50μm~約5mmの範囲の物理的厚さを有することができる。例示的な基材110の物理的厚さは、約50μm~約500μm(例えば50μm、100μm、200μm、300μm、400μm、または500μm)の範囲である。別の例の基材110の物理的厚さは、約500μm~約1000μm(例えば500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、または1000μm)の範囲である。基材110は、約1mm(例えば約2mm、3mm、4mm、または5mm)を超える物理的厚さを有することができる。1つ以上の特定の実施形態では、基材110は、2mm以下または1mm未満の物理的厚さを有することができる。基材110は、表面欠陥の影響を除去または低減するために、酸研磨または他の処理を行うことができる。
反射防止コーティング
図1に示されているように、物品100の反射防止コーティング120は、複数の層120A、120B、120C(本明細書では「光学フィルム」とも呼ばれる)を含み得る。幾つかの実施形態では、基材110の反射防止コーティング120とは反対側(すなわち主面114上)に1つ以上の層を配置することができる(図示せず)。物品100の幾つかの実施形態では、図1に示されている層120Cは、キャッピング層(例えば図2A、図2B、および図2Cに示されており以降の節で説明するキャッピング層131)として機能することができる。
図1に示されているように、物品100の反射防止コーティング120は、複数の層120A、120B、120C(本明細書では「光学フィルム」とも呼ばれる)を含み得る。幾つかの実施形態では、基材110の反射防止コーティング120とは反対側(すなわち主面114上)に1つ以上の層を配置することができる(図示せず)。物品100の幾つかの実施形態では、図1に示されている層120Cは、キャッピング層(例えば図2A、図2B、および図2Cに示されており以降の節で説明するキャッピング層131)として機能することができる。
反射防止コーティング120の物理的厚さは、約50nm~500nm未満の範囲とすることができる。場合によっては、反射防止コーティング120の物理的厚さは、約10nm~500nm未満、約50nm~500nm未満、約75nm~500nm未満、約100nm~500nm未満、約125nm~500nm未満、約150nm~500nm未満、約175nm~500nm未満、約200nm~500nm未満、約225nm~500nm未満、約250nm~500nm未満、約300nm~500nm未満、約350nm~500nm未満、約400nmから500nm未満、約450nm~500nm未満、約200nm~約450nm、およびこれらの間の全ての範囲および部分範囲であってよい。例えば、反射防止コーティング120の物理的厚さは、10nm~490nm、または10nm~480nm、または10nm~475nm、または10nm~460nm、または10nm~450nm、または10nm~450nm、または10nm~430nm、または10nm~425nm、または10nm~420nm、または10nm~410nm、または10nm~400nm、または10nm~350nm、または10nm~300nm、または10nm~250nm、または10nm~225nm、または10nm~200nm、または15nm~490nm、または20nm~490nm、または25nm~490nm、または30nm~490nm、または35nm~490nm、または40nm~490nm、または45nm~490nm、または50nm~490nm、または55nm~490nm、または60nm~490nm、または65nm~490nm、または70nm~490nm、または75nm~490nm、または80nm~490nm、または85nm~490nm、または90nm~490nm、または95nm~490nm、または100nm~490nm、または10nm~485nm、または15nm~480nm、または20nm~475nm、または25nm~460nm、または30nm~450nm、または35nm~440nm、または40nm~430nm、または50nm~425nm、または55nm~420nm、または60nm~410nm、または70nm~400nm、または75nm~400nm、または80nm~390nm、または90nm~380nm、または100nm~375nm、または110nm~370nm、または120nm~360nm、または125nm~350nm、または130nm~325nm、または140nm~320nm、または150nm~310nm、または160nm~300nm、または170nm~300nm、または175nm~300nm、または180nm~290nm、または190nm~280nm、または200nm~275nmであってよい。
幾つかの実現形態によれば、反射防止コーティング120の光学フィルム130Bのいずれか1つ以上の物理的厚さは、約50nm~約3000nmの範囲である(例えば図2Cおよび対応する以下の説明を参照)。場合によっては、反射防止コーティング120の光学フィルム130Bのいずれか1つ以上の物理的厚さは、約50nm~約3000nm未満、約100nm~約3000nm未満、約200nm~約3000nm未満、約300nm~約3000nm未満、約400nm~約3000nm未満、約500nm~約3000nm未満の範囲、ならびにこれらの間の全ての範囲および部分範囲であってよい。
幾つかの実施形態によれば、反射防止コーティング120の層130Bまたは光学フィルム130Bのうちのいずれか1つ以上は、3.0未満、2.5未満、2.0未満、または1.5未満の表面粗さ(Ra)、およびこれらの間の全ての表面粗さ(Ra)の値によって特徴付けることができる。別段の記載がない限り、反射防止コーティング120の光学フィルム130Bの表面粗さ(Ra)は、試験ガラス基材上にフィルム130Bを堆積させて測定したものである。
1つ以上の実施形態では、図2Aおよび図2Bに示されているように、物品100の反射防止コーティング120は、2つ以上の層を含む周期130を含み得る。さらに、反射防止コーティング120は、図2Aおよび図2Bにも示されているように、反射防止面122を形成することができる。1つ以上の実施形態では、2つ以上の層は、互いに異なる屈折率を有することによって特徴付けることができる。幾つかの実施形態では、周期130は、第1の低RI層130Aと第2の高RI層130Bとを含む。第1の低RI層130Aと第2の高RI層130Bとの屈折率の差は、約0.01以上、0.05以上、0.1以上、さらには0.2以上であってよい。幾つかの実現形態では、低RI層130Aの屈折率は、低RI層130Aの屈折率が約1.8未満でありかつ高RI層130Bが1.8より大きい屈折率を有するような、基材110の屈折率の範囲内である。
図2Aに示されているように、反射防止コーティング120は、複数の周期(130)を含み得る。単一の周期は、複数の周期が設けられる場合に第1の低RI層130A(説明のために「L」と表す)と第2の高RI層130B(説明のために「H」と表す)とがL/H/L/HまたはH/L/H/Lの相の順序で交互であるように第1の低RI層130Aと第2の高RI層130Bとを含み、その結果、第1の低RI層と第2の高RI層とが反射防止コーティング120の物理的厚さに沿って交互に位置するように見える。図2Aの例では、反射防止コーティング120は3つの周期130を含み、その結果、それぞれ低RI層130Aと高RI層130Bとの3つの対が存在する。図2Bの例では、反射防止コーティング120は2つの周期130を含み、その結果、それぞれ低屈折層130Aと高RI層130Bとの2つの対が存在する。幾つかの実施形態では、反射防止コーティング120は、最大25周期を含み得る。例えば、反射防止コーティング120は、約2~約20周期、約2~約15周期、約2~約10周期、約2~約12周期、約3~約8周期、約3~約6周期を含み得る。
図2Aおよび図2Bに示されている物品100の実施形態では、反射防止コーティング120は、第2の高RI層130Bよりも低い屈折率の材料を含み得る追加のキャッピング層131を含むことができる。幾つかの実現形態では、キャッピング層131の屈折率は、低RI層130Aの屈折率と同じであるか実質的に同じである。
ここで図2Cを参照すると、互いに反対側の主面(例えば図1に示されている主面112および114)を含む無機酸化物基材110;および無機酸化物基材の第1の主面上に配置された光学フィルム構造体120を含む、光学物品100が提供される。幾つかの実施形態では、図2Cにも示されているように、光学フィルム構造体120は、反射防止面122を形成することができる。さらに、図2Cに示されている光学物品100の光学フィルム構造体120は、約50nm~約3000nmの物理的厚さを有する光学フィルム130Aを含む。図2Cに示されているように、光学フィルム構造体120は単一の光学フィルム130Bを含む。しかしながら、図2Cに例示されている光学物品100の幾つかの実施形態では、概略形態では示されていないものの、光学フィルム130Bと基材110および/またはキャッピング層131(存在する場合)との間に介在層が存在することができる。加えて、これらの実現形態では、光学フィルム130Bは、ケイ素含有窒化物(例えばSiNx)またはケイ素含有酸窒化物(例えばSiOxNy)から製造される。光学フィルム130Bは、無機酸化物試験基材(例えば無機酸化物基材110に相当するものとして)上に配置された約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、18GPaを超える最大硬度を示し、ここでの試験用光学フィルムは光学フィルム130Bと同じ組成を有する。さらに、幾つかの実施形態によれば、光学フィルム130Bは、400nmの波長における1×10-2未満の光学的消衰係数(k)、および550nmの波長における1.8より大きい屈折率(n)を示す。さらに、図2Cで示されている光学物品100の幾つかの実現形態では、光学フィルム130Bは、本開示の他の節で説明される高RI層130Bであってよい。
本明細書で使用される「低RI」および「高RI」という用語は、反射防止コーティング120内の別の層のRIに対する各層のRIの相対値を指す(例えば低RI<高RI)。1つ以上の実施形態では、「低RI」という用語は、第1の低RI層130Aまたはキャッピング層131で使用される場合、約1.3~約1.7の範囲を含む。1つ以上の実施形態では、「高RI」という用語は、高RI層130Bで使用される場合、約1.6~約2.5の屈折率(n)の範囲を含む。1つ以上の実施形態では、「高RI」という用語は、高RI層130Bと共に使用される場合、約1.8~約2.5の屈折率(n)の範囲を含む。場合によっては、低RIと高RIとの範囲が重複する場合がある。しかしながら、ほとんどの場合、反射防止コーティング120の層は、RIに関する一般的関係:低RI<高RIを有する。
別の実現形態によれば(例えば図2A、図2B、および図2Cに示されているように)、反射防止コーティング120のいずれか1つ以上の光学フィルム130Bは、550nmの波長で測定される1.8より大きい屈折率を有し得る。幾つかの実現形態では、550nmの波長で測定される光学フィルム130Bの屈折率は、1.8より大きく、1.9より大きく、2.0より大きく、さらには場合によっては2.1よりも大きい。幾つかの実施形態では、反射防止コーティング120のいずれか1つ以上の光学フィルム130Bは、400nmの波長または300nmの波長における1×10-2未満の光学的消衰係数(k)によって特徴付けることができる。幾つかの実施形態によれば、光学フィルム130Bは、400nmまたは300nmの波長で測定される1×10-2未満、5×10-3未満、1×10-3未満、5×10-4未満、1×10-4未満、または5×10-5未満の光学的消衰係数(k)によって特徴付けることができる。
反射防止コーティング120における使用に適した例示的な材料としては、SiO2、Al2O3、GeO2、SiO、AlOxNy、AlN、酸素ドープSiNx、SiNx、SiOxNy、SiuAlvOxNy、TiO2、ZrO2、TiN、MgO、HfO2、Y2O3、ZrO2、ダイヤモンド様カーボン、およびMgAl2O4が挙げられる。
低RI層130Aに使用される適切な材料の幾つかの例としては、SiO2、Al2O3、GeO2、SiO、AlOxNy、SiOxNy、SiuAlvOxNy、MgO、およびMgAl2O4が挙げられる。第1の低RI層130A(すなわち基材110と接触する層130A)に使用される材料の窒素含有量は、最小限に抑えることができる(例えばAl2O3およびMgAl2O4などの材料において)。幾つかの実施形態では、反射防止コーティング120内の低RI層130Aおよびキャッピング層131(存在する場合)は、ケイ素含有酸化物(例えば二酸化ケイ素)、ケイ素含有酸窒化物(例えば酸化物ドープ窒化ケイ素、窒化ケイ素など)、およびケイ素含有酸窒化物(例えば酸窒化ケイ素)のうちの1つ以上を含み得る。物品100の幾つかの実施形態では、低RI層130Aおよびキャッピング層131は、ケイ素含有酸化物、例えばSiO2を含む。
高RI層130Bに使用される適切な材料の幾つかの例としては、SiuAlvOxNy、AlN、酸素ドープSiNx、SiNx、Si3N4、AlOxNy、SiOxNy、HfO2、TiO2、ZrO2、Y2O3、ZrO2、Al2O3、およびダイヤモンド様カーボンが挙げられる。高RI層130Bのための材料の窒素含有量は、特にSiNxまたはAlNx材料において、最小限に抑えることができる。前述した材料は、最大約30質量%水素化することができる。幾つかの実施形態では、反射防止コーティング120内の高RI層130Bは、ケイ素含有酸化物(例えば二酸化ケイ素)、ケイ素含有窒化物(例えば酸化物ドープ窒化ケイ素、窒化ケイ素など)、およびケイ素含有酸窒化物(例えば酸窒化ケイ素)のうちの1つ以上を含み得る。物品100の幾つかの実施形態では、高RI層130Bは、ケイ素含有窒化物、例えばSi3N4を含む。高RIと低RIとの間の中間の屈折率を有する材料が望まれる場合、幾つかの実施形態は、AlNおよび/またはSiOxNyを利用することができる。高RI層の硬度は、具体的に特徴付けることができる。幾つかの実施形態では、約100nm~約500nmの押し込み深さにわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定される(すなわち、基材110上に配置された層130Bの材料の2マイクロメートルの厚さの層を有する硬度試験積層体上で測定される)高RI層130Bの最大硬度は、約18GPa以上、約20GPa以上、約22GPa以上、約24GPa以上、約26GPa以上、およびこれらの間の全ての値とすることができる。
1つ以上の実施形態では、物品100の反射防止コーティング120の少なくとも1つの層は、特定の光学的厚さ範囲を有することができる。本明細書において使用される用語「光学的厚さ」は(n*d)によって決定され、「n」は副層のRIを指し、「d」は層の物理的厚さを指す。1つ以上の実施形態では、反射防止コーティング120の層の少なくとも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有することができる。幾つかの実施形態では、反射防止コーティング120中の全ての層は、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することができる。幾つかの場合では、反射防止コーティング120の少なくとも1つの層は、約50nm以上の光学的厚さを有する。幾つかの場合では、低RI層130A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。別の場合では、高RI層130B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。幾つかの実施形態では、高RI層130Bのそれぞれは、約2nm~約500nm、または約10nm~約490nm、または約15nm~約480nm、または25nm~約475nm、または約25nm~約470nm、または約30nm~約465nm、または約35nm~約460nm、または約40nm~約455nm、または約45nm~約450nmの範囲、ならびにこれらの値の間の全ての範囲および部分範囲の光学的厚さを有する。幾つかの実施形態では、キャッピング層131(図2A、図2B、および図3を参照)、またはキャッピング層131のない構成の最も外側の低RI層130Aは、約100nm未満、約90nm未満、約85nm未満、または80nm未満の物理的厚さを有する。
前述したように、物品100の実施形態は、反射防止コーティング120の1つ以上の層の物理的厚さが最小化されるように構成される。1つ以上の実施形態では、高RI層130Bおよび/または低RI層130Aの物理的厚さは、それらの合計が500nm未満になるように最小化される。1つ以上の実施形態では、高RI層130B、低RI層130A、および任意のキャッピング層131を合計した物理的厚さは、500nm未満、490nm未満、480nm未満、475nm未満、470nm未満、460nm未満、約450nm未満、440nm未満、430nm未満、425nm未満、420nm未満、410nm未満、約400nm未満、約350nm未満、約300nm未満、約250nm未満、または約200nm未満、および500nm未満かつ10nm超の全ての合計厚さの値である。例えば、高RI層130B、低RI層130A、および任意のキャッピング層131を合計した物理的厚さは、10nm~490nm、または10nm~480nm、または10nm~475nm、または10nm~460nm、または10nm~450nm、または10nm~450nm、または10nm~430nm、または10nm~425nm、または10nm~420nm、または10nm~410nm、または10nm~400nm、または10nm~350nm、または10nm~300nm、または10nm~250nm、または10nm~225nm、または10nm~200nm、または15nm~490nm、または20nm~490nm、または25nm~490nm、または30nm~490nm、または35nm~490nm、または40nm~490nm、または45nm~490nm、または50nm~490nm、または55nm~490nm、または60nm~490nm、または65nm~490nm、または70nm~490nm、または75nm~490nm、または80nm~490nm、または85nm~490nm、または90nm~490nm、または95nm~490nm、または100nm~490nm、または10nm~485nm、または15nm~480nm、または20nm~475nm、または25nm~460nm、または30nm~450nm、または35nm~440nm、または40nm~430nm、または50nm~425nm、または55nm~420nm、または60nm~410nm、または70nm~400nm、または75nm~400nm、または80nm~390nm、または90nm~380nm、または100nm~375nm、または110nm~370nm、または120nm~360nm、または125nm~350nm、または130nm~325nm、または140nm~320nm、または150nm~310nm、または160nm~300nm、または170nm~300nm、または175nm~300nm、または180nm~290nm、または190nm~280nm、または200nm~275nmとすることができる。
1つ以上の実施形態では、高RI層130Bの合計の物理的厚さによって特徴付けることができる。例えば、幾つかの実施形態では、高RI層130Bの合計の物理的厚さは、約90nm以上、約100nm以上、約150nm以上、約200nm以上、約250nm以上、または約300nm以上であってよいが、500nm未満である。合計の物理的厚さは、低RI層130Aまたは他の層が介在している場合であっても、反射防止コーティング120内の個々の高RI層130Bの物理的厚さの計算された合計である。幾つかの実施形態では、高硬度材料(例えば窒化物または酸窒化物)を含んでいてもよい高RI層130Bの合計の物理的厚さは、反射防止コーティングの合計の物理的厚さ(あるいは体積に関して言及)の30%より大きくてよい。例えば、高RI層130Bの合計の物理的厚さ(または体積)は、反射防止コーティング120の物理的厚さ(または体積)の合計の約30%以上、約35%以上、約40%以上、約45%以上、約50%以上、約55%以上、さらには約60%以上であってよい。
幾つかの実施形態では、反射防止コーティング120は、反射防止面122で測定した場合(例えば物品100のコーティングされていない背面(例えば図1の114)からの反射を除去する場合には、例えば吸収体に結合された背面に屈折率マッチングオイルを使用するか、その他の公知の方法を使用することにより)に、光学波長領域にわたって、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、0.25%以下、0.2%以下の平均視感光反射率を示す。場合によっては、反射防止コーティング120は、他の波長範囲、例えば約450nm~約650nm、約420nm~約680nm、約420nm~約700nm、約420nm~約740nm、約420nm~約850nm、または約420nm~約950nmにわたってそのような平均光反射率を示し得る。幾つかの実施形態では、反射防止面122は、光学波長領域にわたって、約90%以上、92%以上、94%以上、96%以上、または98%以上の平均視感光透過率を示す。別段の記載がない限り、平均反射率または透過率は、0度の入射照明角度で測定される(ただし、そのような測定値は45度または60度の入射照明角度で規定される場合がある)。
図3に示されているように、物品100は、反射防止コーティング120上に配置された1つ以上の追加のコーティング140を含むことができる。幾つかの実施形態では、追加のコーティング140も、例えば1%未満の片面平均視感反射率を有するような反射防止コーティングである。図3に示されている1つ以上の追加のコーティング140が、図2A~図2Cに示されている物品100の実施形態で使用される反射防止コーティング120、光学フィルム構造体120、および/またはキャッピング層131の上でも同様の方法で用いられ得ることも理解すべきである。
1つ以上の実施形態では、追加のコーティング140は、防汚(easy-to-clean)コーティングも含み得る。適切な防汚コーティングの例は、2012年11月30日に出願された「PROCESS FOR MAKING OF GLASS ARTICLES WITH OPTICAL AND EASY-TO-CLEAN COATINGS」と題された米国特許出願公開第13/690,904号明細書に記載されており、これは参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。防汚コーティングは、約5nm~約50nmの範囲の物理的厚さを有することができ、例えばフッ素化シランなどの既知の材料を含み得る。幾つかの実施形態では、防汚コーティングは、約1nm~約40nm、約1nm~約30nm、約1nm~約25nm、約1nm~約20nm、約1nm~約15nm、約1nm~約10nm、約5nm~約50nm、約10nm~約50nm、約15nm~約50nm、約7nm~約20nm、約7nm~約15nm、約7nm~約12nm、または約7nm~約10nmの範囲、ならびにこれらの間の全ての範囲および部分範囲の物理的厚さを有し得る。
追加のコーティング140は、耐引掻きコーティングを含み得る。耐引掻きコーティングに使用される例示的な材料としては、無機炭化物、窒化物、酸化物、ダイヤモンド様材料、またはこれらの組み合わせを挙げることができる。耐引掻きコーティングに適した材料の例としては、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/またはこれらの組み合わせが挙げられる。例示的な金属としては、B、Al、Si、Ti、V、Cr、Y、Zr、Nb、Mo、Sn、Hf、Ta、およびWが挙げられる。耐引掻きコーティングに利用され得る材料の具体的な例としては、Al2O3、AIN、AlOxNy、Si3N4、SiOxNy、SiuAlvOxNy、ダイヤモンド、ダイヤモンド様カーボン、SixCy、SixOyCz、ZrO2、TiOxNy、およびこれらの組み合わせを挙げることができる。
幾つかの実施形態では、追加のコーティング140は、防汚材料と耐引掻き性の材料との組み合わせを含む。一例では、この組み合わせには、防汚材料とダイヤモンド様カーボンとが含まれる。そのような追加のコーティング140は、約5nm~約20nmの範囲の物理的厚さを有することができる。追加のコーティング140の構成要素は、別個の層で提供され得る。例えば、ダイヤモンド様カーボン系材料を第1の層として配置し、ダイヤモンド様カーボンの第1の層の上の第2の層として防汚材料を配置することができる。第1の層および第2の層の物理的厚さは、追加のコーティングについて上で提示した範囲内とすることができる。例えば、ダイヤモンド様カーボンの第1の層は、約1nm~約20nmまたは約4nm~約15nm(またはより具体的には約10nm)の物理的厚さを有することができ、清浄を保ちやすい第2の層は、約1nm~約10nm(またはより具体的には約6nm)の物理的厚さを有することができる。ダイヤモンド様コーティングは、四面体アモルファスカーボン(Ta-C)、Ta-C:H、および/またはa-C-Hを含み得る。
本開示のさらなる態様は、本明細書に記載の物品100(例えば図1~図3に示されているもの)の形成方法に関する。幾つかの実施形態では、方法は、コーティングチャンバ内に主面を有する基材を準備すること、コーティングチャンバ内に真空を形成すること、主面上に約500nm以下の物理的厚さを有する耐久性のある反射防止コーティングを形成すること、任意選択的に、清浄を保ちやすいコーティングまたは耐引掻きコーティングのうちの少なくとも1つを含む追加のコーティングを反射防止コーティング上に形成すること、およびコーティングチャンバから基材を取り出すことを含む。1つ以上の実施形態では、反射防止コーティングおよび追加のコーティングは、同じコーティングチャンバ内で、または別個のコーティングチャンバ内で真空を破壊せずに形成される。
本開示の別の態様によれば、反射防止コーティング120の光学フィルム130Bを含む、本明細書に記載の物品100の形成方法が提供される。方法は、スパッタリングチャンバ内で、互いに反対側の主面を含む基材を準備すること;基材の第1の主面上に、約50nm~約3000nmの物理的厚さと、ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物とを有する光学フィルムをスパッタリングすること;および光学フィルムと基材とをチャンバから取り出すことを含む。幾つかの実現形態では、スパッタリングは、反応性スパッタリングプロセス、インラインスパッタリングプロセス、または回転金属モード反応性スパッタリングプロセスを用いて行われ、これらのそれぞれは、本開示の分野の当業者に理解されるような特定のプロセスに適したスパッタリング装置、固定具、およびターゲットを使用して行うことができる。
1つ以上の実施形態では、方法は、基材が移動する際に真空が保持されるようなロードロック条件下で、基材を異なるコーティングチャンバに出し入れするためにその後使用されるキャリアに基材をロードすることを含み得る。
反射防止コーティング120(例えば層130A、130B、および131を含む)および/または追加のコーティング140は、例えば化学蒸着(例えばプラズマ強化化学蒸着(PECVD)、低圧化学蒸着、大気圧化学蒸着、およびプラズマ強化大気圧化学蒸着)、物理蒸着(例えば反応性または非反応性のスパッタリングまたはレーザーアブレーション)、熱もしくは電子ビームによる蒸着、ならびに/または原子層堆積のような、例えば真空蒸着手法などの様々な堆積方法を使用して形成することができる。液体ベースの方法、例えば噴霧コーティングやスロットコーティングも使用することができる。真空蒸着が利用される場合、1回の蒸着の実行で反射防止コーティング120および/または追加のコーティング140を形成するためにインラインプロセスを使用することができる。場合によっては、真空蒸着はリニアPECVDソースによって行うことができる。方法の幾つかの実現形態、および方法に従って製造される物品100において、反射防止コーティング120は、スパッタリングプロセス(例えば反応性スパッタリングプロセス)、化学蒸着(CVD)プロセス、プラズマ強化化学蒸着プロセス、またはこれらのプロセスの複数の組み合わせを使用して作製することができる。一実現形態では、低RI層130Aと高RI層130Bとを含む反射防止コーティング120は、反応性スパッタリングプロセスに従って作製することができる。幾つかの実施形態によれば、物品100の反射防止コーティング120(低RI層130A、高RI層130B、およびキャッピング層131を含む)は、回転ドラムコータ内での金属モード反応性スパッタリングを使用して製造される。反応性スパッタリングのプロセス条件は、硬度、屈折率、光透過性、低い着色、および制御されたフィルム応力の望ましい組み合わせを得るための注意深い実験により規定された。
前述した方法の幾つかの実現形態において、その任意の光学フィルム130Bを含む反射防止コーティング120は、スパッタリングプロセスを用いて形成することができる。蒸着(この場合はスパッタリング)により製造されたこれらの材料およびフィルムの特性は、多くのプロセスおよび幾何学的パラメータに依存する。厳密なプロセスの設定は、典型的には、サンプルを固定具に保持する方法や、チャンバの様々な区域を互いから遮断して破片や欠陥を最小限に抑える方法などの詳細事項を含む個々のコーティングシステムの具体的な詳細事項に大きく依存するが、本開示の方法は、様々な異なるコーティングシステムにわたって、この場合は様々なスパッタリングシステムにわたって、有用であるか好ましいプロセス条件および形状の範囲を定義するために実施することができる。例えば、投射距離は、スパッタリングターゲットと基材との間の物理的な距離であり、これは基材上に堆積(成長)する際の到達率およびフィルムとのプラズマ相互作用に影響を与える可能性がある。これは、ひいてはフィルムの形態密度、硬度、化学的性質、および光学特性に影響を与える可能性がある。他の幾何学的影響およびプロセス設定も、様々な機構によりフィルムの特性に影響を与える可能性がある。例えば、スパッタリングターゲットに印加される出力およびスパッタリングターゲットのサイズは、プラズマエネルギー、ならびにターゲットからスパッタリングされた原子および/または分子クラスターのエネルギーに関連するスパッタリングターゲットに衝突するイオンのエネルギーに影響を与える可能性があり、これは、ひいては、ターゲットと基材との間での移動中、および基材表面に到達して堆積させられた後の両方で、それらの速度、反応性、および再配列に利用可能なエネルギーに影響を与える。円筒型スパッタリングターゲットは、連続インラインと回転金属モードの両方のスパッタコーティングシステムで使用され、典型的にはターゲットの長さと単位長さあたりの出力との観点から定量化される。対照的に、平板スパッタリングターゲットは、あらゆる種類のスパッタリングシステムで使用できるが、ボックスタイプまたはラボスケールのスパッタコータで使用されることがより一般的であり、ターゲット面積と単位面積あたりの出力との観点から定量化される。チャンバ圧力は、ターゲットと基材との間を移動するスパッタリング原子の原子衝突だけでなく、プラズマエネルギー、到着原子のエネルギー、および基材上に形成される際のガスとフィルムとの相互作用によるフィルム密度にも影響を与える可能性がある。出力周波数およびパルスは、プラズマエネルギー、スパッタリングされた原子/分子エネルギーなどにも大きな影響を与え、これらは、上述したように、また当該技術分野で知られているように、フィルムの特性に影響を与える。動的堆積速度は、複数のプロセスおよび幾何学的パラメータを定量化する1つの方法であり、これらのパラメータを併せることで、基材上の時間およびサイズに依存したフィルム堆積速度が得られる。基材の温度は、フィルムの成長速度だけでなく、原子/分子が基材表面上で再配列するのを助けるために利用可能なエネルギーにも影響を与える可能性があり、これが、フィルム密度および硬度を最大化するために高温プロセスが典型的に使用される理由である。低温では、イオン交換などのプロセスによって化学強化ガラスの表面に形成される有益な圧縮応力を低下させずに化学強化ガラス基材上にフィルムを堆積できることから、好ましい実現形態においては低温プロセス(<350℃)が使用される。
反射防止コーティング120の光学フィルム130Bを含む、本明細書に記載の物品100を形成するスパッタリング方法(例えば反応性、インライン、および回転金属モード)の幾つかの実現形態によれば、形成されたままの状態の光学構造体の特定の物理的および光学的特性を最適化および調節するために、様々なパラメータを調整および制御することができる。例えば、方法の複数の実施形態は、約0.02m~約0.3m、約0.05m~約0.2m、約0.075m~約0.15mの範囲のスパッタリング投射距離、およびこれらの距離の間の全てのスパッタリング投射距離を用いる。円筒形スパッタリングターゲットを使用するこれらのスパッタリングプロセスでは、これらのターゲットの長さは、約0.1m~約4m、約0.5m~約2m、約0.75m~約1.5mの範囲、およびこれらの長さの間の全てのターゲット長さとすることができる。さらに、約1kW~約100kW、約10kW~約50kW、およびこれらの間の全てのスパッタ出力値で、円筒形ターゲットを使用することができる。加えて、円筒形ターゲットは、約0.25kW/m~約1000kW/m、約1kW/m~約20kW/mの範囲の長さあたりのターゲット出力、およびこれらの間の全ての長さあたりの出力の値で使用することができる。
反射防止コーティング120の光学フィルム130Bを含む、本明細書に記載の物品100を形成するスパッタリング方法(例えば反応性、インライン、および回転金属モード)のさらなる実現形態によれば、形成されたままの状態の光学構造体の特定の物理的および光学的特性を最適化および調節するために、追加のパラメータを調整および制御することができる。例えば、方法の複数の実施形態は、約100cm2~約20000cm2、または約500cm2~約5000cm2の範囲のターゲット総面積、およびこれらの間の全ての面積値を有する平板スパッタリングターゲットを使用することができる。さらに、平板スパッタリングターゲット出力は、約1kW~約100kW、約10kW~約50kW、およびこれらの間の全てのスパッタ出力値の範囲内に設定することができる。加えて、平板ターゲットは、約0.00005kW/cm2~約1kW/cm2、約0.0001kW/cm2~約0.01kW/cm2の範囲の総面積あたりのターゲット出力、およびこれらの間の全ての総面積あたりの出力の値で使用することができる。さらに、平板ターゲットは、約0.0002kW/cm2~約4kW/cm2、約0.0005kW/cm2~約0.05kW/cm2の範囲のスパッタリング面積あたりのターゲット出力、およびこれらの間の全てのスパッタリング面積あたりの出力の値で使用することができる。
反射防止コーティング120の光学フィルム130Bを含む、本明細書に記載の物品100を形成するスパッタリング方法(例えば反応性、インライン、および回転金属モード)の別の実現形態においては、形成されたままの状態の光学構造体の特定の物理的および光学的特性を最適化および調節するために、様々な別のパラメータを調整および制御することができる。例えば、方法は、約0.1nm*(m/s)~約1000nm*(m/s)、約0.5nm*(m/s)~約100nm*(m/s)の範囲の動的堆積速度、およびこれらの間の全ての堆積速度を使用することができる。別の例として、スパッタリングチャンバの圧力は、約0.5mTorr(約66.661mPa)~約25mTorr(約3333.05mPa)、約2mTorr(約266.644mPa)~約15mTorr(約1999.83mPa)、約2mTorr(約266.644mPa)~約10mTorr(約1333.22mPa)、約4mTorr(約533.288mPa)~約12mTorr(約1599.864mPa)、4mTorr(約533.288mPa)~約10mTorr(約1333.22mPa)、およびこれらの値の間の全ての圧力の範囲とすることができる。別の例として、方法は、約0kHz~約200kHz、約15kHz~約75kHz、約20kHz~約60kHz、約10kHz~約50kHzの範囲のスパッタリング出力供給周波数、およびこれらの間の全ての出力周波数レベルを使用することができる。
反射防止コーティング120の光学フィルム130Bを含む、本明細書に記載の物品100を形成するスパッタリング方法(例えば反応性、インライン、および回転金属モード)の別の実現形態によれば、形成されたままの状態の光学構造体の特定の物理的および光学的特性を最適化および調節するために、スパッタリング温度、スパッタリングターゲット組成、およびスパッタリング雰囲気を含む他のパラメータを調整および制御することができる。温度に関しては、方法は、300℃未満、250℃未満、220℃未満、200℃未満、150℃未満、125℃未満、100℃未満のスパッタリング温度、およびこれらの値未満の全てのスパッタリング温度を使用することができる。スパッタリングターゲット組成に関しては、半導体、金属、および単体形態のケイ素(Si)ターゲットを使用することができる。雰囲気に関しては、これらのスパッタリングプロセスに従って、例えば幾つかの実施形態ではプラズマに組み込まれるようなアルゴン、窒素、および酸素を含む様々な反応性および非反応性のガスを使用することができる。
加えて、前述のプロセスを使用して、ラボスケールおよび製造スケールのプロセスに適した様々なサイズの基材上にこれらのフィルムおよび光学構造体をコーティングすることができる。例えば、適切な基材のサイズには、30cm2よりも大きい、50cm2よりも大きい、100cm2よりも大きい、200cm2よりも大きい、さらには400cm2よりも大きい基材が含まれる。
幾つかの実施形態では、方法は、反射防止面122の面積の約80%以上に沿って、または基材の面積に沿った任意の地点における各層の目標物理的厚さから、約4%を超えて変化しないように、反射防止コーティング120(例えばその層130A、130B、および131を含む)および/または追加のコーティング140の物理的厚さを制御することを含み得る。幾つかの実施形態では、反射防止層コーティング120および/または追加コーティング140の物理的厚さは、反射防止面122の面積の約95%以上に沿って約4%以上変化しないように制御される。
図1~図3で示されている物品100の幾つかの実施形態では、反射防止コーティング120は、約+50MPa(引張)未満~約-1000MPa(圧縮)の残留応力によって特徴付けられる。物品100の幾つかの実現形態においては、反射防止コーティング120は、約-50MPa~約-1000MPa(圧縮)、または約-75MPa~約-800MPa(圧縮)の残留応力によって特徴付けられる。さらに、幾つかの実現形態によれば、反射防止コーティング120の1つ以上の光学フィルム130Bは、約-50MPa(圧縮)~約-2500MPa(圧縮)、約-100MPa(圧縮)~約-1500MPa(圧縮)の残留応力、およびそれらの間の全ての残留応力値によって特徴付けることができる。別段の記載がない限り、反射防止コーティング120および/もしくはその層または光学フィルムの残留応力は、反射防止コーティング120の堆積前後の基材110の曲率を測定し、その後本開示の分野の当業者に知られており理解される原理に従うStoneyの式によってフィルムの残留応力を計算することにより得られる。
本明細書に開示の物品100(例えば図1~図3に示されているもの)は、デバイス製品、例えばディスプレイを有するデバイス製品(またはディスプレイデバイス製品)(例えば携帯電話、タブレット、コンピュータ、ナビゲーションシステム、ウェアラブルデバイス(例えば時計)などを含む消費者向け電子製品)、拡張現実ディスプレイ、ヘッドアップディスプレイ、メガネ型ディスプレイ、アーキテクチャーデバイス製品、輸送デバイス製品(例えば自動車、電車、航空機、船舶など)、電気機器製品、またはある程度の透明性、耐引掻き性、耐摩耗性、もしくはそれらの組み合わせから利益を得る任意のデバイス製品に組み込むことができる。本明細書に開示の物品のいずれかが組み込まれた例示的なデバイス製品(例えば図1~図3に示されている物品100と一致するもの)が、図4Aおよび図4Bに示されている。具体的には、図4Aおよび図4Bは、前面404、背面406、および側面408を有するハウジング402;少なくとも部分的にまたは全体がハウジングの内部にあり、かつ少なくともコントローラと、メモリと、ハウジングの前面にあるか前面に隣接するディスプレイ410とを含む電気コンポーネント(図示せず);およびディスプレイを覆うようにハウジングの前面にあるか前面を覆うカバー基材412を含む、消費者向け電子デバイス400を示している。幾つかの実施形態では、カバー基材412は、本明細書に開示の物品のいずれかを含み得る。幾つかの実施形態では、ハウジングまたはカバーガラスの一部のうちの少なくとも1つは、本明細書に開示の物品を含む。
幾つかの実施形態によれば、物品100(例えば図1~図3に示されているもの)は、図5に示されているように、車両内装システムを備えた車両内装内に組み込むことができる。より具体的には、物品100は、様々な車両内装システムと併せて使用することができる。車両内装システム544、548、552の3つの異なる例を含む車両の内装540が示されている。車両内装システム544は、ディスプレイ564を備えた表面560を有するセンターコンソール基材556を含む。車両内装システム548は、ディスプレイ576を備えた表面572を有するダッシュボード基材568を含む。ダッシュボード基材568は、典型的には、ディスプレイも含み得る計器パネル580を含む。車両内装システム552は、表面588とディスプレイ592とを備えたダッシュボードステアリングホイール基材584を含む。1つ以上の例では、車両内装システムは、アームレスト、ピラー、シートバック、フロアボード、ヘッドレスト、ドアパネル、または表面を含む車両の内装の任意の一部である基材を含み得る。本明細書に記載の物品100は、車両内装システム544、548、および552のそれぞれにおいて交換可能に使用できることが理解されるであろう。
幾つかの実施形態によれば、物品100(例えば、図1~図3に示されているもの)は、受動光学要素、例えばレンズ、窓、照明カバー、眼鏡、またはサングラスにおいて使用することができ、これらは電子ディスプレイまたは電気的に活性なデバイスと一体化されていてもされていなくてもよい。
再度図5を参照すると、ディスプレイ564、576、および592は、それぞれ、前面、背面、および側面を有するハウジングを含むことができる。少なくとも1つの電気コンポーネントは、少なくとも一部がハウジング内にある。ディスプレイ要素は、ハウジングの前面にあるか前面と隣接している。物品100(図1~図3を参照)は、ディスプレイ要素を覆うように配置される。物品100は、アームレスト、ピラー、シートバック、フロアボード、ヘッドレスト、ドアパネル、または上で説明したような表面を含む車両の内装の任意の一部の上で、またはそれらと組み合わせて使用することもできることが理解されるであろう。様々な例によれば、ディスプレイ564、576、および592は、車両視覚表示システムまたは車載インフォテインメントシステムであってよい。物品100は、自動運転車両の様々なディスプレイおよび構造部品に組み込むことができ、従来の車両に関して本明細書で示されている説明は限定的ではないことが理解されるであろう。
以下の実施例により、様々な実施形態がさらに明確になるであろう。
実施例1
69モル%のSiO2、10モル%のAl2O3、15モル%のNa2O、および5モル%のMgOの公称組成を有するガラス基材を準備し、図2Bおよび下の表1に示されている通りにガラス基材上に5層の反射防止コーティングを配置することによって、実施例1(「実施例1」)の製造されたままの状態のサンプルを形成した。この実施例の製造されたままの状態のサンプルのそれぞれの反射防止コーティング(例えば本開示で概説した反射防止コーティング120と一致するもの)は、反応性スパッタリングプロセスを使用して堆積した。
69モル%のSiO2、10モル%のAl2O3、15モル%のNa2O、および5モル%のMgOの公称組成を有するガラス基材を準備し、図2Bおよび下の表1に示されている通りにガラス基材上に5層の反射防止コーティングを配置することによって、実施例1(「実施例1」)の製造されたままの状態のサンプルを形成した。この実施例の製造されたままの状態のサンプルのそれぞれの反射防止コーティング(例えば本開示で概説した反射防止コーティング120と一致するもの)は、反応性スパッタリングプロセスを使用して堆積した。
実施例1のモデル化されたサンプル(「実施例1-M」)は、この実施例の製造されたままの状態のサンプルで使用されるガラス基材と同じ組成を有するガラス基材を使用するとみなした。さらに、モデル化された各サンプルの反射防止コーティングは、以下の表1に示すような層材料および物理的厚さを有するとみなした。別段の記載がない限り、全ての実施例で報告された光学特性は、ほぼ垂直入射で測定した。
実施例2
69モル%のSiO2、10モル%のAl2O3、15モル%のNa2O、および5モル%のMgOの公称組成を有するガラス基材を準備し、図2Bおよび下の表2に示されている通りにガラス基材上に5層の反射防止コーティングを配置することによって、実施例2(「実施例2」)の製造されたままの状態のサンプルを形成した。この実施例の製造されたままの状態のサンプルのそれぞれの反射防止コーティング(例えば本開示で概説した反射防止コーティング120と一致するもの)は、反応性スパッタリングプロセスを使用して堆積した。
69モル%のSiO2、10モル%のAl2O3、15モル%のNa2O、および5モル%のMgOの公称組成を有するガラス基材を準備し、図2Bおよび下の表2に示されている通りにガラス基材上に5層の反射防止コーティングを配置することによって、実施例2(「実施例2」)の製造されたままの状態のサンプルを形成した。この実施例の製造されたままの状態のサンプルのそれぞれの反射防止コーティング(例えば本開示で概説した反射防止コーティング120と一致するもの)は、反応性スパッタリングプロセスを使用して堆積した。
実施例2のモデル化されたサンプル(「実施例2-M」)は、この実施例の製造されたままの状態のサンプルで使用されるガラス基材と同じ組成を有するガラス基材を使用するとみなした。さらに、モデル化された各サンプルの反射防止コーティングは、以下の表2に示すような層材料および物理的厚さを有するとみなした。
実施例3
69モル%のSiO2、10モル%のAl2O3、15モル%のNa2O、および5モル%のMgOの公称組成を有するガラス基材を準備し、図2Bおよび下の表3に示されている通りにガラス基材上に5層の反射防止コーティングを配置することによって、実施例3(「実施例3」)の製造されたままの状態のサンプルを形成した。この実施例の製造されたままの状態のサンプルのそれぞれの反射防止コーティング(例えば本開示で概説した反射防止コーティング120と一致するもの)は、反応性スパッタリングプロセスを使用して堆積した。
69モル%のSiO2、10モル%のAl2O3、15モル%のNa2O、および5モル%のMgOの公称組成を有するガラス基材を準備し、図2Bおよび下の表3に示されている通りにガラス基材上に5層の反射防止コーティングを配置することによって、実施例3(「実施例3」)の製造されたままの状態のサンプルを形成した。この実施例の製造されたままの状態のサンプルのそれぞれの反射防止コーティング(例えば本開示で概説した反射防止コーティング120と一致するもの)は、反応性スパッタリングプロセスを使用して堆積した。
実施例3のモデル化されたサンプル(「実施例3-M」)は、この実施例の製造されたままの状態のサンプルで使用されるガラス基材と同じ組成を有するガラス基材を使用するとみなした。さらに、モデル化された各サンプルの反射防止コーティングは、以下の表3に示すような層材料および物理的厚さを有するとみなした。
実施例3A
69モル%のSiO2、10モル%のAl2O3、15モル%のNa2O、および5モル%のMgOの公称組成を有するガラス基材を準備し、図2Bおよび下の表3Aに示されている通りにガラス基材上に5層の反射防止コーティングを配置することによって、実施例3A(「実施例3A」)の製造されたままの状態のサンプルを形成した。この実施例の製造されたままの状態のサンプルのそれぞれの反射防止コーティング(例えば本開示で概説した反射防止コーティング120と一致するもの)は、反応性スパッタリングプロセスを使用して堆積した。
69モル%のSiO2、10モル%のAl2O3、15モル%のNa2O、および5モル%のMgOの公称組成を有するガラス基材を準備し、図2Bおよび下の表3Aに示されている通りにガラス基材上に5層の反射防止コーティングを配置することによって、実施例3A(「実施例3A」)の製造されたままの状態のサンプルを形成した。この実施例の製造されたままの状態のサンプルのそれぞれの反射防止コーティング(例えば本開示で概説した反射防止コーティング120と一致するもの)は、反応性スパッタリングプロセスを使用して堆積した。
実施例3Aのモデル化されたサンプル(「実施例3-M」)は、この実施例の製造されたままの状態のサンプルで使用されるガラス基材と同じ組成を有するガラス基材を使用するとみなした。さらに、モデル化された各サンプルの反射防止コーティングは、以下の表3Aに示すような層材料および物理的厚さを有するとみなした。
実施例4
69モル%のSiO2、10モル%のAl2O3、15モル%のNa2O、および5モル%のMgOの公称組成を有するガラス基材を準備し、図2Aおよび下の表4に示されている通りにガラス基材上に7層の反射防止コーティングを配置することによって、実施例4(「実施例4」)の製造されたままの状態のサンプルを形成した。この実施例の製造されたままの状態のサンプルのそれぞれの反射防止コーティング(例えば本開示で概説した反射防止コーティング120と一致するもの)は、反応性スパッタリングプロセスを使用して堆積した。
69モル%のSiO2、10モル%のAl2O3、15モル%のNa2O、および5モル%のMgOの公称組成を有するガラス基材を準備し、図2Aおよび下の表4に示されている通りにガラス基材上に7層の反射防止コーティングを配置することによって、実施例4(「実施例4」)の製造されたままの状態のサンプルを形成した。この実施例の製造されたままの状態のサンプルのそれぞれの反射防止コーティング(例えば本開示で概説した反射防止コーティング120と一致するもの)は、反応性スパッタリングプロセスを使用して堆積した。
実施例4のモデル化されたサンプル(「実施例4-M」)は、この実施例の製造されたままの状態のサンプルで使用されるガラス基材と同じ組成を有するガラス基材を使用するとみなした。さらに、モデル化された各サンプルの反射防止コーティングは、以下の表4に示すような層材料および物理的厚さを有するとみなした。
実施例5
69モル%のSiO2、10モル%のAl2O3、15モル%のNa2O、および5モル%のMgOの公称組成を有するガラス基材を準備し、図2Bおよび下の表5Aに示されている通りにガラス基材上に5層の反射防止コーティングを配置することによって、実施例5(「実施例5」)の製造されたままの状態のサンプルを形成した。この実施例の製造されたままの状態のサンプルのそれぞれの反射防止コーティング(例えば本開示で概説した反射防止コーティング120と一致するもの)は、反応性スパッタリングプロセスを使用して堆積した。
69モル%のSiO2、10モル%のAl2O3、15モル%のNa2O、および5モル%のMgOの公称組成を有するガラス基材を準備し、図2Bおよび下の表5Aに示されている通りにガラス基材上に5層の反射防止コーティングを配置することによって、実施例5(「実施例5」)の製造されたままの状態のサンプルを形成した。この実施例の製造されたままの状態のサンプルのそれぞれの反射防止コーティング(例えば本開示で概説した反射防止コーティング120と一致するもの)は、反応性スパッタリングプロセスを使用して堆積した。
実施例5のモデル化されたサンプル(「実施例5-M」)は、この実施例の製造されたままの状態のサンプルで使用されるガラス基材と同じ組成を有するガラス基材を使用するとみなした。さらに、モデル化された各サンプルの反射防止コーティングは、以下の表5Aに示すような層材料および物理的厚さを有するとみなした。
実施例5A
69モル%のSiO2、10モル%のAl2O3、15モル%のNa2O、および5モル%のMgOの公称組成を有するガラス基材を準備し、図2Bおよび下の表5Bに示されている通りにガラス基材上に5層の反射防止コーティングを配置することによって、実施例5A(「実施例5A」)の製造されたままの状態のサンプルを形成した。この実施例の製造されたままの状態のサンプルのそれぞれの反射防止コーティング(例えば本開示で概説した反射防止コーティング120と一致するもの)は、反応性スパッタリングプロセスを使用して堆積した。
69モル%のSiO2、10モル%のAl2O3、15モル%のNa2O、および5モル%のMgOの公称組成を有するガラス基材を準備し、図2Bおよび下の表5Bに示されている通りにガラス基材上に5層の反射防止コーティングを配置することによって、実施例5A(「実施例5A」)の製造されたままの状態のサンプルを形成した。この実施例の製造されたままの状態のサンプルのそれぞれの反射防止コーティング(例えば本開示で概説した反射防止コーティング120と一致するもの)は、反応性スパッタリングプロセスを使用して堆積した。
実施例5Aのモデル化されたサンプル(「実施例5-M」)は、この実施例の製造されたままの状態のサンプルで使用されるガラス基材と同じ組成を有するガラス基材を使用するとみなした。さらに、モデル化された各サンプルの反射防止コーティングは、以下の表5Bに示すような層材料および物理的厚さを有するとみなした。
ここで図6を参照すると、実施例1、実施例2、実施例3、実施例4、実施例5、および実施例5Aの製造されたままの状態の物品の硬度対押し込み深さのプロットが示されている。図6に示されているデータは、実施例1~実施例5Aのサンプルに対してバーコビッチ圧子硬度試験を用いることにより得た。図6から明らかなように、硬度の値は150~250nmの押し込み深さでピークに達する。さらに、実施例4、実施例5、および実施例5Aの製造されたままの状態のサンプルは、100nmおよび500nmの押し込み深さで最も高い硬度値を示し、100nm~500nmの押し込み深さ内で最も高い最大硬度値を示した。
ここで図7を参照すると、実施例1~実施例5Aにおいて上で説明したサンプルのほぼ垂直入射で測定された、またはそれらについて見積もられた第1の表面の反射色座標のプロットが示されている。図7から明らかなように、各実施例からの製造されたままのサンプルとモデル化されたサンプルとによって示された色座標の間にはかなりよい相関が存在する。さらに、図7に示されているサンプルによって示される色座標は、本開示の反射防止コーティングに関連する抑えられたカラーシフトを表している。
実施例6
実施例6は、2組のモデル化されたサンプルに関する。具体的には、実施例6のモデル化されたサンプル(「実施例3-M」および「実施例6-M」)は、この実施例の製造されたままの状態のサンプルで使用されるガラス基材と同じ組成を有するガラス基材を使用すると仮定した。なお、実施例6の実施例3-Mのモデル化されたサンプルは、実施例3、すなわち実施例3Mで使用したものと同じ構成の反射防止コーティングを使用する。ただし、実施例6-Mのサンプルは同様の反射防止コーティング構成を有しているものの、基材と接触しているより厚い低RI層を有している。より具体的には、モデル化された各サンプルの反射防止コーティングは、以下の表6に示すような層の材料および物理的厚さを有すると仮定した。表6に示すデータから明らかなように、実施例6-Mのサンプルは、モデル化されたサンプルである実施例3-Mと比較して、さらに低い平均視感反射率(すなわちY値)を示す。
実施例6は、2組のモデル化されたサンプルに関する。具体的には、実施例6のモデル化されたサンプル(「実施例3-M」および「実施例6-M」)は、この実施例の製造されたままの状態のサンプルで使用されるガラス基材と同じ組成を有するガラス基材を使用すると仮定した。なお、実施例6の実施例3-Mのモデル化されたサンプルは、実施例3、すなわち実施例3Mで使用したものと同じ構成の反射防止コーティングを使用する。ただし、実施例6-Mのサンプルは同様の反射防止コーティング構成を有しているものの、基材と接触しているより厚い低RI層を有している。より具体的には、モデル化された各サンプルの反射防止コーティングは、以下の表6に示すような層の材料および物理的厚さを有すると仮定した。表6に示すデータから明らかなように、実施例6-Mのサンプルは、モデル化されたサンプルである実施例3-Mと比較して、さらに低い平均視感反射率(すなわちY値)を示す。
ここで図8を参照すると、アルミナSCE試験を行ったサンプルから得られた、前の実施例、具体的には実施例1~実施例5のサンプルについての正反射成分除去(SCE)値のプロットが示されている。さらに、SCE値は、実施例1~実施例5で使用されたものと同じ基材を含みニオビアとシリカとを含む従来の反射防止コーティングを有する比較の物品(「比較例1」)からも報告されている。特に、本開示の実施例1~実施例5からのサンプル(すなわち実施例1~実施例5)は、比較サンプル(比較例1)について報告されたSCE値よりも3倍(またはそれ以上)低い、約0.2%以下のSCE値を示した。前述したように、SCE値が低いほど、摩耗に関連した深刻な損傷が少ないことを示している。
ここで図9を参照すると、本開示による高RI層130Bと一致するSiNxを含む高屈折率層材料(すなわち図2Aおよび図2Bに示されている高RI層130Bに適した材料)の硬度試験積層体についての硬度(GPa)対押し込み深さ(nm)のプロットが示されている。特に、図9のプロットは、本開示の上で説明した基材および他の試験に関連する物品の影響を最小限にするために、実施例1~実施例5Aのものと一致する基材と、約2マイクロメートルの厚さを有するSiNxを含む高屈折率RI層とを含む試験積層体に対してバーコビッチ圧子硬度試験を使用することによって得た。したがって、2マイクロメートルの厚さのサンプル上での図9で観察された硬度値は、本開示の反射防止コーティング120で用いられたはるかに肉薄の高RI層の実際の固有の材料硬度を示している。
実施例7
実施例7は、図2Cに示されている光学物品100と一致するように、ガラス基材上に光学フィルムを形成することに関する。より具体的には、この実施例の光学フィルムはSiNxまたはSiOxNyを含み、以下の表7に示されているプロセスパラメータに従って回転金属モードスパッタリングプロセスに従って形成した。本開示で概説した回転金属モードスパッタリング法に従うこれらの光学フィルムの形成では、金属様スパッタリングがスパッタリングターゲットの領域で生じ、窒化物または酸窒化物への反応がスパッタリングチャンバ内の誘導結合プラズマ(ICP)領域で生じたことは明らかであった。
実施例7は、図2Cに示されている光学物品100と一致するように、ガラス基材上に光学フィルムを形成することに関する。より具体的には、この実施例の光学フィルムはSiNxまたはSiOxNyを含み、以下の表7に示されているプロセスパラメータに従って回転金属モードスパッタリングプロセスに従って形成した。本開示で概説した回転金属モードスパッタリング法に従うこれらの光学フィルムの形成では、金属様スパッタリングがスパッタリングターゲットの領域で生じ、窒化物または酸窒化物への反応がスパッタリングチャンバ内の誘導結合プラズマ(ICP)領域で生じたことは明らかであった。
下の表7に示されているように、SiNxまたはSiOxNy光学フィルムを形成するために使用した回転金属モードスパッタリング法において、様々なプロセスパラメータを調整した。これらのパラメータには、スパッタリングターゲットの数、各ターゲットに印加される出力(kW)、合計ターゲット出力(kW)、スパッタリングターゲットにおけるアルゴン(Ar)ガス流量(sccm)、ICP出力(kW)、ICP領域におけるアルゴン(Ar)ガス流量(sccm)、ICP領域における窒素(N2)ガス流量(sccm)、およびICP領域における酸素(O2)ガス流量(sccm)が含まれる。同様に表7に記載されているように、この実施例の光学フィルムについて様々な特性を測定した。これらの特性には、550nmで測定される屈折率(n);400nmで測定される消衰係数(k);フィルム厚さ(nm);フィルムの残留応力(MPa)(負の値は圧縮時の残留応力を示す);および500nmの深さで測定されるバーコビッチ硬度(GPa)が含まれる。
実施例8
実施例8は、図2Cに示されている光学物品100と一致するように、ガラス基材上に光学フィルムを形成することに関する。より具体的には、この実施例の光学フィルムはSiNxを含み、以下の表8に示されているプロセスパラメータに従ってインラインスパッタリングプロセスに従って形成した。
実施例8は、図2Cに示されている光学物品100と一致するように、ガラス基材上に光学フィルムを形成することに関する。より具体的には、この実施例の光学フィルムはSiNxを含み、以下の表8に示されているプロセスパラメータに従ってインラインスパッタリングプロセスに従って形成した。
下の表8に示されているように、SiNx光学フィルムを形成するために使用したインラインスパッタリング法において、様々なプロセスパラメータを調整した。これらのパラメータには、ターゲットに印加される出力(kW)、ターゲットの出力の周波数(kHz)、アルゴン(Ar)ガス流量(sccm)、窒素(N2)ガス流量(sccm)、酸素(O2)ガス流量(sccm)(すなわちこの実施例では全てのフィルムで0sccm(0Pa・m3/秒)である)、ガス流圧力(mTorr)、およびフィルム堆積速度(nm*m/分)が含まれる。同様に表8に記載されているように、この実施例の光学フィルムについて様々な特性を測定した。これらの特性には、光学フィルム厚さ(nm)、550nmで測定される屈折率(n);400nmで測定される消衰係数(k);フィルムの残留応力(MPa)(負の値は圧縮時の残留応力を示す);および各フィルムの深さ全体を通して得られる硬度データから得られるバーコビッチ最大硬度(GPa)が含まれる。
実施例9
実施例9は、図2Cに示されている光学物品100と一致するように、ガラス基材上に光学フィルムを形成することに関する。より具体的には、この実施例の光学フィルムはSiNxを含み、以下の表9に示されているプロセスパラメータに従って行われる単一チャンバのボックス型スパッタリング装置を使用する反応性スパッタリングプロセスに従って形成した。
実施例9は、図2Cに示されている光学物品100と一致するように、ガラス基材上に光学フィルムを形成することに関する。より具体的には、この実施例の光学フィルムはSiNxを含み、以下の表9に示されているプロセスパラメータに従って行われる単一チャンバのボックス型スパッタリング装置を使用する反応性スパッタリングプロセスに従って形成した。
下の表9に示されているように、SiNx光学フィルムを形成するために使用したインラインスパッタリング法において、様々なプロセスパラメータを調整した。これらのパラメータには、ターゲットに印加される出力(kW)、アルゴン(Ar)ガス流量(sccm)、窒素(N2)ガス流量(sccm)、酸素(O2)ガス流量(sccm)(すなわちこの実施例では全てのフィルムで0sccm(0Pa・m3/秒)である)、およびガス流圧力(mTorr)が含まれる。同様に表9に記載されているように、この実施例の光学フィルムについて様々な特性を測定した。これらの特性には、光学フィルム厚さ(nm)、550nmで測定される屈折率(n);300nmで測定される消衰係数(k);フィルムの残留応力(MPa)(負の値は圧縮時の残留応力を示す);および各フィルムの深さ全体を通して得られる硬度データから得られるバーコビッチ最大硬度(GPa);ならびに2μm×2μmの試験領域で測定される各フィルム(nm)の表面粗さ(Ra)が含まれる。
本明細書において使用されるように、本開示における「AlOxNy」、「SiOxNy」、および「SiuAlxOyNz」材料には、下付き文字「u」、「x」、「y」、および「z」についての特定の数値および範囲に従って説明される、本開示の分野の当業者に理解されるような様々な酸窒化アルミニウム、酸窒化ケイ素、および酸窒化ケイ素アルミニウム材料が含まれる。すなわち、固体を例えばAl2O3のように「整数式」の記述で表すのが一般的である。また、例えばAl0.4O0.6のように、同等の「原子比率式」の記述を使用して固体を表すことも一般的であり、これはAl2O3と等価である。原子比率式では、式中の全ての原子の合計が0.4+0.6=1になり、式中のAlおよびOの原子比率はそれぞれ0.4および0.6である。原子比率による記述は、多くの一般的なテキストで説明されており、合金を表すために使用されることが多い。例えば:(i)Charles Kittel, Introduction to Solid State Physics, seventh edition, John Wiley & Sons, Inc., NY, 1996,pp. 611-627;(ii)Smart and Moore, Solid State Chemistry, An introduction, Chapman & Hall University and Professional Division, London, 1992, pp. 136-151;および(iii)James F. Shackelford, Introduction to Materials Science for Engineers, Sixth Edition, Pearson Prentice Hall, New Jersey, 2005, pp. 404-418を参照のこと。
本開示における「AlOxNy」、「SiOxNy」、および「SiuAlxOyNz」材料について再度言及すると、下付き文字により、当業者は、具体的な下付き文字の値を指定せずに、これらの材料をある分類の材料として言及することができる。例えばアルミニウム酸化物などの合金に関して一般的に伝えるためには、具体的な下付き文字の値を指定せずに、AlvOxと述べることができる。AlvOxという記述は、Al2O3またはAl0.4O0.6のいずれかを表すことができる。v+xの合計が1になる(すなわちv+x=1となる)ように選択すると、式は原子比率による記述になる。同様に、例えばSiuAlvOxNyのようなさらに複雑な混合物を記述することができ、これについても同じようにu+v+x+yの合計が1になるようにすると、原子比率による記述の事例が得られる。
本開示における「AlOxNy」、「SiOxNy」、および「SiuAlxOyNz」材料についてもう一度言及すると、これらの表記法により、当業者はこれらの材料と他の材料とを容易に比較することができる。すなわち、比較においては原子比率式を使用する方が容易な場合がある。例えば;(Al2O3)0.3(AlN)0.7からなる例示的な合金は、Al0.448O0.31N0.241という式による記述、およびAl367O254N198という式による記述とほぼ同等である。(Al2O3)0.4(AlN)0.6からなる別の例示的な合金は、Al0.438O0.375N0.188という式による記述、およびAl37O32N16という式による記述とほぼ同等である。原子比率式Al0.448O0.31N0.241およびAl0.438O0.375N0.188は、互いの比較が比較的容易である。例えば、Alが0.01の原子比率において減少し、Oが0.065の原子比率において増加し、Nが0.053の原子比率において減少する。整数式での記述:Al367O254N198およびAl37O32N16を比較するためには、より詳細な計算および考察を要する。したがって、固体の原子比率式による記述を使用することが好ましい場合がある。それにもかかわらず、AlvOxNyの使用はAl、O、およびN原子を含有するあらゆる合金を表現することから、これが一般的である。
光学フィルム80用の任意の前述した材料(例えばAlN)に関して本開示の分野の当業者によって理解されるように、それぞれの下付き文字「u」、「x」、「y」、および「z」は0から1まで変化することができ、下付き文字の合計は1以下であり、組成の残部は材料中の最初の元素(例えばSiまたはAl)である。さらに、当業者であれば、「SiuAlxOyNz」を、「u」がゼロに等しくなるように構成することができ、またこの材料を「AlOxNy」として記述できることを認識できるであろう。加えて、光学フィルム80についての上述した組成からは、純粋な元素の形態(例えば純粋なケイ素、純粋なアルミニウム金属、酸素ガス等)になるような下付き文字の組み合わせは除外される。最後に、当業者であれば、前述した組成が、明確に示されていない他の元素(例えば水素)を含む場合があり、これによって非化学量論的組成(例えばSiNx対Si3N4)となり得ることも認識するであろう。したがって、光学フィルムについての前述した材料は、前述した組成の表現の中の下付き文字の値に応じて、SiO2-Al2O3-SiNx-AlNまたはSiO2-Al2O3-Si3N4-AlN状態図内の利用可能な空間を示すことができる。
実施形態1。光学フィルム構造体であって、約50nm~約3000nmの物理的厚さと、ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物とを有する光学フィルムを備える光学フィルム構造体が提供される。光学フィルムは、無機酸化物試験基材上に配置された、光学フィルムと同じ組成を有する約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、18GPaを超える最大硬度を示す。さらに、光学フィルムは、400nmの波長における1×10-2未満の光学的消衰係数(k)および550nmの波長における1.8より大きい屈折率(n)を示す。
実施形態2。光学フィルムが、約-50MPa(圧縮)~約-2500MPa(圧縮)の範囲の残留応力をさらに含む、実施形態1記載の光学フィルム構造体。
実施形態3。光学フィルムが、約-100MPa(圧縮)~約-1500MPa(圧縮)の範囲の残留応力をさらに含む、実施形態1記載の光学フィルム構造体。
実施形態4。光学フィルムの物理的厚さが、約200nm~約3000nmであり、光学フィルムが、ガラス基材上に堆積させられた場合に3.0nm未満の表面粗さ(Ra)をさらに示す、実施形態1から3までのいずれか1つ記載の光学フィルム構造体。
実施形態5。光学フィルムの物理的厚さが、約200nm~約3000nmであり、光学フィルムが、ガラス基材上に堆積させられた場合に1.5nm未満の表面粗さ(Ra)をさらに示す、実施形態1から3までのいずれか1つ記載の光学フィルム構造体。
実施形態6。光学フィルムが、無機酸化物試験基材上に配置された、光学フィルムと同じ組成を有する約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度試験積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、20GPaを超える最大硬度を示し、かつ光学フィルムが、400nmの波長における5×10-3未満の光学的消衰係数(k)をさらに示す、実施形態1から5までのいずれか1つ記載の光学フィルム構造体。
実施形態7。光学フィルムが、無機酸化物試験基材上に配置された、光学フィルムと同じ組成を有する約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度試験積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、22GPaを超える最大硬度を示し、かつ光学フィルムが、400nmの波長における1×10-3未満の光学的消衰係数(k)をさらに示す、実施形態1から5までのいずれか1つ記載の光学フィルム構造体。
実施形態8。光学物品であって、互いに反対側の主面を有する無機酸化物基材と、無機酸化物基材の第1の主面上に配置された光学フィルム構造体であって、約50nm~約3000nmの物理的厚さと、ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物とを有する光学フィルムを備える光学フィルム構造体とを備える光学物品が提供される。光学フィルムは、無機酸化物試験基材上に配置された、光学フィルムと同じ組成を有する約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度試験積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、18GPaを超える最大硬度を示す。さらに、光学フィルムが、400nmの波長における1×10-2未満の光学的消衰係数(k)および550nmの波長における1.8より大きい屈折率(n)を示す。
実施形態9。光学フィルムが、約-100MPa(圧縮)~約-1500MPa(圧縮)の範囲の残留応力をさらに含む、実施形態8記載の物品。
実施形態10。光学フィルムの物理的厚さが、約200nm~約3000nmであり、光学フィルムが、ガラス基材上に堆積させられた場合に1.5nm未満の表面粗さ(Ra)をさらに示す、実施形態8または9記載の物品。
実施形態11。光学フィルムが、無機酸化物試験基材上に配置された、光学フィルムと同じ組成を有する約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度試験積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定される20GPaを超える最大硬度を示し、かつ光学フィルムが、400nmの波長における5×10-3未満の光学的消衰係数(k)をさらに示す、実施形態8から10までのいずれか1つ記載の物品。
実施形態12。光学フィルムが、無機酸化物試験基材上に配置された、光学フィルムと同じ組成を有する約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度試験積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、22GPaを超える最大硬度を示し、かつ光学フィルムが、400nmの波長における1×10-3未満の光学的消衰係数(k)をさらに示す、実施形態8から10までのいずれか1つ記載の物品。
実施形態13。光学物品であって、互いに反対側の主面を有する無機酸化物基材と、無機酸化物基材の第1の主面上に配置された、複数の光学フィルムを含む光学フィルム構造体とを備える光学物品が提供される。各光学フィルムは、約50nm~約3000nmの物理的厚さと、ケイ素含有酸化物、ケイ素含有窒化物、およびケイ素含有酸窒化物のうちの1つとを有する。ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物を含む各光学フィルムが、無機酸化物試験基材上に配置された、ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物を含む各光学フィルムと同じ組成を有する約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、18GPaを超える最大硬度を示す。さらに、ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物を含む各光学フィルムは、400nmの波長における1×10-2未満の光学的消衰係数(k)および550nmの波長における1.8より大きい屈折率(n)を示す。
実施形態14。複数の光学フィルムが、試験サンプル上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、5GPaを超える最大硬度を有するケイ素含有酸化物を含む少なくとも1つの光学フィルムを含む、実施形態13記載の物品。
実施形態15。基材の第1の主面上に配置された反射防止(AR)コーティングであって、片面平均視感反射率が1%未満であるARコーティングをさらに備える、実施形態13または14記載の物品。
実施形態16。物品が、反射における約-10~約+2のa*値およびb*値を示し、a*値およびb*値が、ほぼ垂直入射照明角度にて光学フィルム構造体上でそれぞれ測定される、実施形態13から15までのいずれか1つ記載の物品。
実施形態17。物品が、透過における約-2~約+2のa*値およびb*値を示す、実施形態13から16までのいずれか1つ記載の物品。
実施形態18。物品が、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、10GPaを超える最大硬度を示す、実施形態13から17までのいずれか1つ記載の物品。
実施形態19。物品が、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、14GPaを超える最大硬度を示す、実施形態13から17までのいずれか1つ記載の物品。
実施形態20。物品が、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、16GPaを超える最大硬度を示す、実施形態13から17までのいずれか1つ記載の物品。
実施形態21。無機酸化物基材が、ソーダ石灰ガラス、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス、アルカリ含有ホウケイ酸塩ガラス、およびアルカリアルミノホウケイ酸塩ガラスからなる群から選択されるガラスを含む、実施形態13から20までのいずれか1つ記載の物品。
実施形態22。ガラスが化学強化されていて、250MPa以上のピーク圧縮応力(CS)を有するCS層を含み、CS層が、化学強化ガラス内で第1の主面から約10マイクロメートル以上の圧縮深さ(DOC)まで延びている、実施形態13から21までのいずれか1つ記載の物品。
実施形態23。光学フィルムを製造する方法であって、スパッタリングチャンバ内に、互いに反対側の主面を有する基材を準備するステップと、基材の第1の主面上に、約750nm~約3000nmの物理的厚さと、ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物とを有する光学フィルムをスパッタリングするステップと、光学フィルムおよび基材をチャンバから取り出すステップとを含む方法が提供される。さらに、スパッタリングが、複数のスパッタリングターゲット、約10kW~約50kWの総スパッタリング出力、および各ターゲットに対する約50sccm(約84.5×10-3Pa・m3/秒)~約600sccm(約1014×10-3Pa・m3/秒)のアルゴンガス流量を使用する回転金属モードスパッタリングプロセスで行われる。
実施形態24。光学フィルムが、約-50MPa(圧縮)~約-2500MPa(圧縮)の残留応力を含む、実施形態23記載の方法。
実施形態25。光学フィルムが、500nmの押し込み深さでのバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、20GPaを超える硬度を示す、実施形態23または24記載の方法。
実施形態26。光学フィルムが、400nmの波長における1×10-2未満の光学的消衰係数(k)および550nmの波長における2.0より大きい屈折率(n)を示す、実施形態23から25までのいずれか1つ記載の方法。
実施形態27。光学フィルムを製造する方法であって、スパッタリングチャンバ内に、互いに反対側の主面を有する基材を準備するステップと、基材の第1の主面上に、約50nm~約1000nmの物理的厚さと、ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物とを有する光学フィルムをスパッタリングするステップと、光学フィルムおよび基材をチャンバから取り出すステップとを含む方法が提供される。さらに、スパッタリングは、スパッタリングターゲット、約10kW~約50kWの総スパッタリング出力、約15kHz~約75kHzのスパッタリング出力周波数、約200sccm(約338×10-3Pa・m3/秒)~約1000sccm(約1690×10-3Pa・m3/秒)のアルゴンガス流量、および約2mTorr(約266.644mPa)~約10mTorr(約1333.22mPa)のスパッタリングチャンバ圧力を使用するインラインスパッタリングプロセスで行われる。
実施形態28。光学フィルムが、約-100MPa(圧縮)~約-1500MPa(圧縮)の残留応力を含む、実施形態27記載の方法。
実施形態29。光学フィルムが、無機酸化物試験基材上に配置された、光学フィルムと同じ組成を有する約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度試験積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、18GPaを超える最大硬度を示す、実施形態27または28記載の方法。
実施形態30。光学フィルムが、400nmの波長における1×10-2未満の光学的消衰係数(k)および550nmの波長における2.0より大きい屈折率(n)を示す、実施形態27から29までのいずれか1つ記載の方法。
実施形態31。光学フィルムを製造する方法であって、スパッタリングチャンバ内に、互いに反対側の主面を有する基材を準備するステップと、基材の第1の主面上に、約50nm~約1000nmの物理的厚さと、ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物とを有する光学フィルムをスパッタリングするステップと、光学フィルムおよび基材をチャンバから取り出すステップとを含む方法が提供される。さらに、スパッタリングは、スパッタリングターゲット、約0.1kW~約5kWの総スパッタリング出力、約10sccm(約16.9×10-3Pa・m3/秒)~約100sccm(約169×10-3Pa・m3/秒)のアルゴンガス流量、および約1mTorr(約133.322mPa)~約10mTorr(約1333.22mPa)のスパッタリングチャンバ圧力を使用する反応性スパッタリングプロセスで行われる。
実施形態32。光学フィルムが、約-100MPa(圧縮)~約-2000MPa(圧縮)の残留応力を含む、実施形態31記載の方法。
実施形態33。光学フィルムが、無機酸化物試験基材上に配置された、光学フィルムと同じ組成を有する約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度試験積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、16GPaを超える最大硬度を示す、実施形態31または32記載の方法。
実施形態34。光学フィルムが、300nmの波長における1×10-2未満の光学的消衰係数(k)および550nmの波長における2.0より大きい屈折率(n)を示す、実施形態31から33までのいずれか1つ記載の方法。
実施形態35。消費者向け電子製品であって、前面、背面、および側面を含むハウジングと、少なくとも部分的にハウジングの内部に設けられ、コントローラ、メモリ、およびハウジングの前面に設けられたまたは前面に隣接して設けられたディスプレイを含む電気コンポーネントと、ディスプレイ上に配置されたカバー基材とを備える消費者向け電子製品が提供される。さらに、ハウジングの一部またはカバー基材の一部のうちの少なくとも1つは、実施形態1から7までのいずれか1つ記載の光学フィルム構造体または実施形態8から22までのいずれか1つ記載の光学物品を備える。
本開示の趣旨および様々な原理から大きく逸脱することなしに、本開示の上述した実施形態に対して多くの変更および修正を行うことができる。そのような全ての修正および変更は、本開示の範囲内に含まれ、以降の特許請求の範囲によって保護されることが意図されている。例えば、本開示の様々な特徴は、以下の実施形態に従って組み合わせることができる。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態1
光学フィルム構造体であって、
約50nm~約3000nmの物理的厚さと、ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物とを有する光学フィルムを備え、
前記光学フィルムが、無機酸化物試験基材上に配置された、前記光学フィルムと同じ組成を有する約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度試験積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、18GPaを超える最大硬度を示し、かつ
前記光学フィルムが、400nmの波長における1×10-2未満の光学的消衰係数(k)および550nmの波長における1.8より大きい屈折率(n)をさらに示す、
光学フィルム構造体。
光学フィルム構造体であって、
約50nm~約3000nmの物理的厚さと、ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物とを有する光学フィルムを備え、
前記光学フィルムが、無機酸化物試験基材上に配置された、前記光学フィルムと同じ組成を有する約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度試験積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、18GPaを超える最大硬度を示し、かつ
前記光学フィルムが、400nmの波長における1×10-2未満の光学的消衰係数(k)および550nmの波長における1.8より大きい屈折率(n)をさらに示す、
光学フィルム構造体。
実施形態2
前記光学フィルムが、約-50MPa(圧縮)~約-2500MPa(圧縮)の範囲の残留応力をさらに含む、実施形態1記載のフィルム構造体。
前記光学フィルムが、約-50MPa(圧縮)~約-2500MPa(圧縮)の範囲の残留応力をさらに含む、実施形態1記載のフィルム構造体。
実施形態3
前記光学フィルムが、約-100MPa(圧縮)~約-1500MPa(圧縮)の範囲の残留応力をさらに含む、実施形態1記載のフィルム構造体。
前記光学フィルムが、約-100MPa(圧縮)~約-1500MPa(圧縮)の範囲の残留応力をさらに含む、実施形態1記載のフィルム構造体。
実施形態4
前記光学フィルムの前記物理的厚さが、約200nm~約3000nmであり、前記光学フィルムが、ガラス基材上に堆積させられた場合に3.0nm未満の表面粗さ(Ra)をさらに示す、実施形態1から3までのいずれか1つ記載のフィルム構造体。
前記光学フィルムの前記物理的厚さが、約200nm~約3000nmであり、前記光学フィルムが、ガラス基材上に堆積させられた場合に3.0nm未満の表面粗さ(Ra)をさらに示す、実施形態1から3までのいずれか1つ記載のフィルム構造体。
実施形態5
前記光学フィルムの前記物理的厚さが、約200nm~約3000nmであり、前記光学フィルムが、ガラス基材上に堆積させられた場合に1.5nm未満の表面粗さ(Ra)をさらに示す、実施形態1から3までのいずれか1つ記載のフィルム構造体。
前記光学フィルムの前記物理的厚さが、約200nm~約3000nmであり、前記光学フィルムが、ガラス基材上に堆積させられた場合に1.5nm未満の表面粗さ(Ra)をさらに示す、実施形態1から3までのいずれか1つ記載のフィルム構造体。
実施形態6
前記光学フィルムが、無機酸化物試験基材上に配置された、前記光学フィルムと同じ組成を有する約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度試験積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、20GPaを超える最大硬度を示し、かつ前記光学フィルムが、400nmの波長における5×10-3未満の光学的消衰係数(k)をさらに示す、実施形態1から5までのいずれか1つ記載のフィルム構造体。
前記光学フィルムが、無機酸化物試験基材上に配置された、前記光学フィルムと同じ組成を有する約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度試験積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、20GPaを超える最大硬度を示し、かつ前記光学フィルムが、400nmの波長における5×10-3未満の光学的消衰係数(k)をさらに示す、実施形態1から5までのいずれか1つ記載のフィルム構造体。
実施形態7
前記光学フィルムが、無機酸化物試験基材上に配置された、前記光学フィルムと同じ組成を有する約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度試験積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、22GPaを超える最大硬度を示し、かつ前記光学フィルムが、400nmの波長における1×10-3未満の光学的消衰係数(k)をさらに示す、実施形態1から5までのいずれか1つ記載のフィルム構造体。
前記光学フィルムが、無機酸化物試験基材上に配置された、前記光学フィルムと同じ組成を有する約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度試験積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、22GPaを超える最大硬度を示し、かつ前記光学フィルムが、400nmの波長における1×10-3未満の光学的消衰係数(k)をさらに示す、実施形態1から5までのいずれか1つ記載のフィルム構造体。
実施形態8
光学物品であって、
互いに反対側の主面を有する無機酸化物基材と、
前記無機酸化物基材の第1の主面上に配置された光学フィルム構造体であって、約50nm~約3000nmの物理的厚さと、ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物とを有する光学フィルムを備える光学フィルム構造体と
を備え、
前記光学フィルムが、無機酸化物試験基材上に配置された、前記光学フィルムと同じ組成を有する約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度試験積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、18GPaを超える最大硬度を示し、かつ
前記光学フィルムが、400nmの波長における1×10-2未満の光学的消衰係数(k)および550nmの波長における1.8より大きい屈折率(n)をさらに示す、
光学物品。
光学物品であって、
互いに反対側の主面を有する無機酸化物基材と、
前記無機酸化物基材の第1の主面上に配置された光学フィルム構造体であって、約50nm~約3000nmの物理的厚さと、ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物とを有する光学フィルムを備える光学フィルム構造体と
を備え、
前記光学フィルムが、無機酸化物試験基材上に配置された、前記光学フィルムと同じ組成を有する約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度試験積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、18GPaを超える最大硬度を示し、かつ
前記光学フィルムが、400nmの波長における1×10-2未満の光学的消衰係数(k)および550nmの波長における1.8より大きい屈折率(n)をさらに示す、
光学物品。
実施形態9
前記光学フィルムが、約-100MPa(圧縮)~約-1500MPa(圧縮)の範囲の残留応力をさらに含む、実施形態8記載の物品。
前記光学フィルムが、約-100MPa(圧縮)~約-1500MPa(圧縮)の範囲の残留応力をさらに含む、実施形態8記載の物品。
実施形態10
前記光学フィルムの前記物理的厚さが、約200nm~約3000nmであり、前記光学フィルムが、ガラス基材上に堆積させられた場合に1.5nm未満の表面粗さ(Ra)をさらに示す、実施形態8または9記載の物品。
前記光学フィルムの前記物理的厚さが、約200nm~約3000nmであり、前記光学フィルムが、ガラス基材上に堆積させられた場合に1.5nm未満の表面粗さ(Ra)をさらに示す、実施形態8または9記載の物品。
実施形態11
前記光学フィルムが、無機酸化物試験基材上に配置された、前記光学フィルムと同じ組成を有する約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度試験積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定される20GPaを超える最大硬度を示し、かつ前記光学フィルムが、400nmの波長における5×10-3未満の光学的消衰係数(k)をさらに示す、実施形態8から10までのいずれか1つ記載の物品。
前記光学フィルムが、無機酸化物試験基材上に配置された、前記光学フィルムと同じ組成を有する約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度試験積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定される20GPaを超える最大硬度を示し、かつ前記光学フィルムが、400nmの波長における5×10-3未満の光学的消衰係数(k)をさらに示す、実施形態8から10までのいずれか1つ記載の物品。
実施形態12
前記光学フィルムが、無機酸化物試験基材上に配置された、前記光学フィルムと同じ組成を有する約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度試験積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、22GPaを超える最大硬度を示し、かつ前記光学フィルムが、400nmの波長における1×10-3未満の光学的消衰係数(k)をさらに示す、実施形態8から10までのいずれか1つ記載の物品。
前記光学フィルムが、無機酸化物試験基材上に配置された、前記光学フィルムと同じ組成を有する約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度試験積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、22GPaを超える最大硬度を示し、かつ前記光学フィルムが、400nmの波長における1×10-3未満の光学的消衰係数(k)をさらに示す、実施形態8から10までのいずれか1つ記載の物品。
実施形態13
光学物品であって、
互いに反対側の主面を有する無機酸化物基材と、
前記無機酸化物基材の第1の主面上に配置された、複数の光学フィルムを含む光学フィルム構造体と
を備え、
各光学フィルムが、約5nm~約3000nmの物理的厚さと、ケイ素含有酸化物、ケイ素含有窒化物、およびケイ素含有酸窒化物のうちの1つとを有し、
ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物を含む各光学フィルムが、無機酸化物試験基材上に配置された、ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物を含む各光学フィルムと同じ組成を有する約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度試験積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、18GPaを超える最大硬度を示し、かつ
ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物を含む各光学フィルムが、400nmの波長における1×10-2未満の光学的消衰係数(k)および550nmの波長における1.8より大きい屈折率(n)をさらに示す、
光学物品。
光学物品であって、
互いに反対側の主面を有する無機酸化物基材と、
前記無機酸化物基材の第1の主面上に配置された、複数の光学フィルムを含む光学フィルム構造体と
を備え、
各光学フィルムが、約5nm~約3000nmの物理的厚さと、ケイ素含有酸化物、ケイ素含有窒化物、およびケイ素含有酸窒化物のうちの1つとを有し、
ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物を含む各光学フィルムが、無機酸化物試験基材上に配置された、ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物を含む各光学フィルムと同じ組成を有する約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度試験積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、18GPaを超える最大硬度を示し、かつ
ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物を含む各光学フィルムが、400nmの波長における1×10-2未満の光学的消衰係数(k)および550nmの波長における1.8より大きい屈折率(n)をさらに示す、
光学物品。
実施形態14
前記複数の光学フィルムが、試験サンプル上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、5GPaを超える最大硬度を有するケイ素含有酸化物を含む少なくとも1つの光学フィルムを含む、実施形態13記載の物品。
前記複数の光学フィルムが、試験サンプル上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、5GPaを超える最大硬度を有するケイ素含有酸化物を含む少なくとも1つの光学フィルムを含む、実施形態13記載の物品。
実施形態15
前記基材の前記第1の主面上に配置された反射防止(AR)コーティングであって、片面平均視感反射率が1%未満であるARコーティングをさらに備える、実施形態13または14記載の物品。
前記基材の前記第1の主面上に配置された反射防止(AR)コーティングであって、片面平均視感反射率が1%未満であるARコーティングをさらに備える、実施形態13または14記載の物品。
実施形態16
前記物品が、反射における約-10~約+2のa*値およびb*値を示し、前記a*値および前記b*値が、ほぼ垂直入射照明角度にて前記光学フィルム構造体上でそれぞれ測定される、実施形態13から15までのいずれか1つ記載の物品。
前記物品が、反射における約-10~約+2のa*値およびb*値を示し、前記a*値および前記b*値が、ほぼ垂直入射照明角度にて前記光学フィルム構造体上でそれぞれ測定される、実施形態13から15までのいずれか1つ記載の物品。
実施形態17
前記物品が、透過における約-2~約+2のa*値およびb*値を示す、実施形態13から16までのいずれか1つ記載の物品。
前記物品が、透過における約-2~約+2のa*値およびb*値を示す、実施形態13から16までのいずれか1つ記載の物品。
実施形態18
前記物品が、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、10GPaを超える最大硬度を示す、実施形態13から17までのいずれか1つ記載の物品。
前記物品が、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、10GPaを超える最大硬度を示す、実施形態13から17までのいずれか1つ記載の物品。
実施形態19
前記物品が、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、14GPaを超える最大硬度を示す、実施形態13から17までのいずれか1つ記載の物品。
前記物品が、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、14GPaを超える最大硬度を示す、実施形態13から17までのいずれか1つ記載の物品。
実施形態20
前記物品が、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、16GPaを超える最大硬度を示す、実施形態13から17までのいずれか1つ記載の物品。
前記物品が、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、16GPaを超える最大硬度を示す、実施形態13から17までのいずれか1つ記載の物品。
実施形態21
前記無機酸化物基材が、ソーダ石灰ガラス、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス、アルカリ含有ホウケイ酸塩ガラス、およびアルカリアルミノホウケイ酸塩ガラスからなる群から選択されるガラスを含む、実施形態13から20までのいずれか1つ記載の物品。
前記無機酸化物基材が、ソーダ石灰ガラス、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス、アルカリ含有ホウケイ酸塩ガラス、およびアルカリアルミノホウケイ酸塩ガラスからなる群から選択されるガラスを含む、実施形態13から20までのいずれか1つ記載の物品。
実施形態22
前記ガラスが化学強化されていて、250MPa以上のピーク圧縮応力(CS)を有するCS層を含み、前記CS層が、前記化学強化ガラス内で前記第1の主面から約10マイクロメートル以上の圧縮深さ(DOC)まで延びている、実施形態13から21までのいずれか1つ記載の物品。
前記ガラスが化学強化されていて、250MPa以上のピーク圧縮応力(CS)を有するCS層を含み、前記CS層が、前記化学強化ガラス内で前記第1の主面から約10マイクロメートル以上の圧縮深さ(DOC)まで延びている、実施形態13から21までのいずれか1つ記載の物品。
実施形態23
光学フィルム構造体を製造する方法であって、
スパッタリングチャンバ内に、互いに反対側の主面を有する基材を準備するステップと、
前記基材の第1の主面上に、約750nm~約3000nmの物理的厚さと、ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物とを有する光学フィルムをスパッタリングするステップと、
前記光学フィルムおよび前記基材を前記チャンバから取り出すステップと
を含み、
前記スパッタリングが、複数のスパッタリングターゲット、約10kW~約50kWの総スパッタリング出力、および各ターゲットに対する約50sccm(約84.5×10-3Pa・m3/秒)~約600sccm(約1014×10-3Pa・m3/秒)のアルゴンガス流量を使用する回転金属モードスパッタリングプロセスで行われる、
方法。
光学フィルム構造体を製造する方法であって、
スパッタリングチャンバ内に、互いに反対側の主面を有する基材を準備するステップと、
前記基材の第1の主面上に、約750nm~約3000nmの物理的厚さと、ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物とを有する光学フィルムをスパッタリングするステップと、
前記光学フィルムおよび前記基材を前記チャンバから取り出すステップと
を含み、
前記スパッタリングが、複数のスパッタリングターゲット、約10kW~約50kWの総スパッタリング出力、および各ターゲットに対する約50sccm(約84.5×10-3Pa・m3/秒)~約600sccm(約1014×10-3Pa・m3/秒)のアルゴンガス流量を使用する回転金属モードスパッタリングプロセスで行われる、
方法。
実施形態24
前記光学フィルムが、約-50MPa(圧縮)~約-2500MPa(圧縮)の残留応力を含む、実施形態23記載の方法。
前記光学フィルムが、約-50MPa(圧縮)~約-2500MPa(圧縮)の残留応力を含む、実施形態23記載の方法。
実施形態25
前記光学フィルムが、500nmの押し込み深さでのバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、20GPaを超える硬度を示す、実施形態23または24記載の方法。
前記光学フィルムが、500nmの押し込み深さでのバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、20GPaを超える硬度を示す、実施形態23または24記載の方法。
実施形態26
前記光学フィルムが、400nmの波長における1×10-2未満の光学的消衰係数(k)および550nmの波長における2.0より大きい屈折率(n)を示す、実施形態23から25までのいずれか1つ記載の方法。
前記光学フィルムが、400nmの波長における1×10-2未満の光学的消衰係数(k)および550nmの波長における2.0より大きい屈折率(n)を示す、実施形態23から25までのいずれか1つ記載の方法。
実施形態27
光学フィルム構造体を製造する方法であって、
スパッタリングチャンバ内に、互いに反対側の主面を有する基材を準備するステップと、
前記基材の第1の主面上に、約50nm~約1000nmの物理的厚さと、ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物とを有する光学フィルムをスパッタリングするステップと、
前記光学フィルムおよび前記基材を前記チャンバから取り出すステップと
を含み、
前記スパッタリングが、スパッタリングターゲット、約10kW~約50kWの総スパッタリング出力、約15kHz~約75kHzのスパッタリング出力周波数、約200sccm(約338×10-3Pa・m3/秒)~約1000sccm(約1690×10-3Pa・m3/秒)のアルゴンガス流量、および約2mTorr(約266.644mPa)~約10mTorr(約1333.22mPa)のスパッタリングチャンバ圧力を使用するインラインスパッタリングプロセスで行われる、
方法。
光学フィルム構造体を製造する方法であって、
スパッタリングチャンバ内に、互いに反対側の主面を有する基材を準備するステップと、
前記基材の第1の主面上に、約50nm~約1000nmの物理的厚さと、ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物とを有する光学フィルムをスパッタリングするステップと、
前記光学フィルムおよび前記基材を前記チャンバから取り出すステップと
を含み、
前記スパッタリングが、スパッタリングターゲット、約10kW~約50kWの総スパッタリング出力、約15kHz~約75kHzのスパッタリング出力周波数、約200sccm(約338×10-3Pa・m3/秒)~約1000sccm(約1690×10-3Pa・m3/秒)のアルゴンガス流量、および約2mTorr(約266.644mPa)~約10mTorr(約1333.22mPa)のスパッタリングチャンバ圧力を使用するインラインスパッタリングプロセスで行われる、
方法。
実施形態28
前記光学フィルムが、約-100MPa(圧縮)~約-1500MPa(圧縮)の残留応力を含む、実施形態27記載の方法。
前記光学フィルムが、約-100MPa(圧縮)~約-1500MPa(圧縮)の残留応力を含む、実施形態27記載の方法。
実施形態29
前記光学フィルムが、無機酸化物試験基材上に配置された、前記光学フィルムと同じ組成を有する約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度試験積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、18GPaを超える最大硬度を示す、実施形態27または28記載の方法。
前記光学フィルムが、無機酸化物試験基材上に配置された、前記光学フィルムと同じ組成を有する約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度試験積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、18GPaを超える最大硬度を示す、実施形態27または28記載の方法。
実施形態30
前記光学フィルムが、400nmの波長における1×10-2未満の光学的消衰係数(k)および550nmの波長における2.0より大きい屈折率(n)を示す、実施形態27から29までのいずれか1つ記載の方法。
前記光学フィルムが、400nmの波長における1×10-2未満の光学的消衰係数(k)および550nmの波長における2.0より大きい屈折率(n)を示す、実施形態27から29までのいずれか1つ記載の方法。
実施形態31
光学フィルム構造体を製造する方法であって、
スパッタリングチャンバ内に、互いに反対側の主面を有する基材を準備するステップと、
前記基材の第1の主面上に、約50nm~約1000nmの物理的厚さと、ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物とを有する光学フィルムをスパッタリングするステップと、
前記光学フィルムおよび前記基材を前記チャンバから取り出すステップと
を含み、
前記スパッタリングが、スパッタリングターゲット、約0.1kW~約5kWの総スパッタリング出力、約10sccm(約16.9×10-3Pa・m3/秒)~約100sccm(約169×10-3Pa・m3/秒)のアルゴンガス流量、および約1mTorr(約133.322mPa)~約10mTorr(約1333.22mPa)のスパッタリングチャンバ圧力を使用する反応性スパッタリングプロセスで行われる、
方法。
光学フィルム構造体を製造する方法であって、
スパッタリングチャンバ内に、互いに反対側の主面を有する基材を準備するステップと、
前記基材の第1の主面上に、約50nm~約1000nmの物理的厚さと、ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物とを有する光学フィルムをスパッタリングするステップと、
前記光学フィルムおよび前記基材を前記チャンバから取り出すステップと
を含み、
前記スパッタリングが、スパッタリングターゲット、約0.1kW~約5kWの総スパッタリング出力、約10sccm(約16.9×10-3Pa・m3/秒)~約100sccm(約169×10-3Pa・m3/秒)のアルゴンガス流量、および約1mTorr(約133.322mPa)~約10mTorr(約1333.22mPa)のスパッタリングチャンバ圧力を使用する反応性スパッタリングプロセスで行われる、
方法。
実施形態32
前記光学フィルムが、約-100MPa(圧縮)~約-2000MPa(圧縮)の残留応力を含む、実施形態31記載の方法。
前記光学フィルムが、約-100MPa(圧縮)~約-2000MPa(圧縮)の残留応力を含む、実施形態31記載の方法。
実施形態33
前記光学フィルムが、無機酸化物試験基材上に配置された、前記光学フィルムと同じ組成を有する約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度試験積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、16GPaを超える最大硬度を示す、実施形態31または32記載の方法。
前記光学フィルムが、無機酸化物試験基材上に配置された、前記光学フィルムと同じ組成を有する約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度試験積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、16GPaを超える最大硬度を示す、実施形態31または32記載の方法。
実施形態34
前記光学フィルムが、300nmの波長における1×10-2未満の光学的消衰係数(k)および550nmの波長における2.0より大きい屈折率(n)を示す、実施形態31から33までのいずれか1つ記載の方法。
前記光学フィルムが、300nmの波長における1×10-2未満の光学的消衰係数(k)および550nmの波長における2.0より大きい屈折率(n)を示す、実施形態31から33までのいずれか1つ記載の方法。
実施形態35
消費者向け電子製品であって、
前面、背面、および側面を含むハウジングと、
少なくとも部分的に前記ハウジングの内部に設けられ、コントローラ、メモリ、および前記ハウジングの前面に設けられたまたは前面に隣接して設けられたディスプレイを含む電気コンポーネントと、
前記ディスプレイ上に配置されたカバー基材と
を備え、
前記ハウジングの一部または前記カバー基材の一部のうちの少なくとも1つが、実施形態1から7までのいずれか1つ記載の光学フィルム構造体または実施形態8から22までのいずれか1つ記載の光学物品を備える、
消費者向け電子製品。
消費者向け電子製品であって、
前面、背面、および側面を含むハウジングと、
少なくとも部分的に前記ハウジングの内部に設けられ、コントローラ、メモリ、および前記ハウジングの前面に設けられたまたは前面に隣接して設けられたディスプレイを含む電気コンポーネントと、
前記ディスプレイ上に配置されたカバー基材と
を備え、
前記ハウジングの一部または前記カバー基材の一部のうちの少なくとも1つが、実施形態1から7までのいずれか1つ記載の光学フィルム構造体または実施形態8から22までのいずれか1つ記載の光学物品を備える、
消費者向け電子製品。
Claims (10)
- 光学フィルム構造体(120)であって、
約50nm~約3000nmの物理的厚さと、ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物とを有する光学フィルム(120A,120B,120C)を備え、
前記光学フィルムが、無機酸化物試験基材上に配置された、前記光学フィルムと同じ組成を有する約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度試験積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、18GPaを超える最大硬度を示し、かつ
前記光学フィルムが、400nmの波長における1×10-2未満の光学的消衰係数(k)および550nmの波長における1.8より大きい屈折率(n)をさらに示す、
光学フィルム構造体(120)。 - 前記光学フィルムが、約-50MPa(圧縮)~約-2500MPa(圧縮)の範囲の残留応力をさらに含む、請求項1記載の光学フィルム構造体。
- 前記光学フィルムの前記物理的厚さが、約200nm~約3000nmであり、前記光学フィルムが、ガラス基材上に堆積させられた場合に3.0nm未満の表面粗さ(Ra)をさらに示す、請求項1または2記載の光学フィルム構造体。
- 光学物品(100)であって、
互いに反対側の主面(112,114)を有する無機酸化物基材(110)と、
前記無機酸化物基材の第1の主面上に配置された光学フィルム構造体(120)であって、約50nm~約3000nmの物理的厚さと、ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物とを有する光学フィルム(120A,120B,120C)を備える光学フィルム構造体(120)と
を備え、
前記光学フィルムが、無機酸化物試験基材上に配置された、前記光学フィルムと同じ組成を有する約2マイクロメートルの物理的厚さの試験用光学フィルムを含む硬度試験積層体上で、約100nm~約500nmの押し込み深さ範囲にわたってバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、18GPaを超える最大硬度を示し、かつ
前記光学フィルムが、400nmの波長における1×10-2未満の光学的消衰係数(k)および550nmの波長における1.8より大きい屈折率(n)をさらに示す、
光学物品(100)。 - 前記光学フィルムの前記物理的厚さが、約200nm~約3000nmであり、前記光学フィルムが、ガラス基材上に堆積させられた場合に1.5nm未満の表面粗さ(Ra)をさらに示す、請求項4記載の光学物品。
- 光学フィルム構造体(120)を製造する方法であって、
スパッタリングチャンバ内に、互いに反対側の主面(112,114)を有する基材(110)を準備するステップと、
前記基材の第1の主面上に、約750nm~約3000nmの物理的厚さと、ケイ素含有窒化物またはケイ素含有酸窒化物とを有する光学フィルム(120A,120B,120C)をスパッタリングするステップと、
前記光学フィルムおよび前記基材を前記チャンバから取り出すステップと
を含み、
前記スパッタリングが、複数のスパッタリングターゲット、約10kW~約50kWの総スパッタリング出力、および各ターゲットに対する約50sccm(約84.5×10-3Pa・m3/秒)~約600sccm(約1014×10-3Pa・m3/秒)のアルゴンガス流量を使用する回転金属モードスパッタリングプロセスで行われる、
方法。 - 前記光学フィルムが、約-50MPa(圧縮)~約-2500MPa(圧縮)の残留応力を含む、請求項6記載の方法。
- 前記光学フィルムが、500nmの押し込み深さでのバーコビッチ圧子硬度試験によって測定されたとき、20GPaを超える硬度を示す、請求項6または7記載の方法。
- 前記光学フィルムが、400nmの波長における1×10-2未満の光学的消衰係数(k)および550nmの波長における2.0より大きい屈折率(n)を示す、請求項6から8までのいずれか1項記載の方法。
- 消費者向け電子製品(400)であって、
前面(404)、背面(406)、および側面(408)を含むハウジング(402)と、
少なくとも部分的に前記ハウジングの内部に設けられ、コントローラ、メモリ、および前記ハウジングの前面に設けられたまたは前面に隣接して設けられたディスプレイ(410)を含む電気コンポーネントと、
前記ディスプレイ上に配置されたカバー基材(412)と
を備え、
前記ハウジングの一部または前記カバー基材の一部のうちの少なくとも1つが、請求項1から3までのいずれか1項記載の光学フィルム構造体または請求項4または5記載の光学物品を備える、
消費者向け電子製品(400)。
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