具有低显示器闪耀的防眩光表面的玻璃的制作方法
【专利摘要】一种具有低水平粒状外观的玻璃制品，它看上去会使得颗粒图案偏移以及显示器的可视角改变，或者“闪耀”。在一些实施方式中，所述玻璃制品是透明玻璃板，具有小角散射性质和/或反射图像清晰度（DOI），改善了尤其是在高环境发光条件下的显示器应用中的可视性。在一些实施方式中，玻璃板的防眩光表面是经蚀刻的表面，在防眩光表面上不存在外来涂料材料。
【专利说明】具有低显示器闪耀的防眩光表面的玻璃
[0001]相关申请交叉参考
[0002]本申请根据35U.S.C.§ 119，要求2011年2月28日提交的美国临时申请系列第61/447，242号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。
【背景技术】
[0003]在诸如触摸屏或显示器或者例如液晶显示器(LCD)的电子装置的观察窗的应用中，有时候为玻璃板或基材提供防眩光表面，通常通过粗糙化表面来提供表面的防眩光性质，其使得入射光散射从而降低了眩光。通常由在显示器前方形成的玻璃板的表面上施涂的聚合物膜来提供所述粗糙化表面。此类防眩光表面常用于上文所述的显示屏和显示器的前表面，以降低来自显示器的明显可见的外部反射，并改善显示器在各种发光条件下的清晰度。
[0004]当显示器系统中结合了防眩光或光散射表面时，可能会发生显示器“闪耀”或“眩耀”的现象。闪耀与非常细小的粒状外观相关，看上去会使得颗粒图案偏移以及显示器的可视角改变。当通过防眩光表面观察像素化显示器例如LCD时，会观察到这种类型的闪耀。此类闪耀的类型和来源不同于投射或激光系统中观察到的和进行表征的“闪耀”或“斑点”。
【发明内容】
[0005]提供了具有低水平闪耀的玻璃制品。在一些实施方式中，所述玻璃制品是透明玻璃板，具有小角散射性质和/或低的反射图像清晰度(D0I)，改善了尤其是在高环境发光条件下的显示器应用中的可视性。在一些实施方式中，玻璃板的表面是经蚀刻的表面，没有采用外来涂料材料来形成防眩光表面。
[0006]因此，本发明的一`个方面是提供一种具有至少一个防眩光表面的透明玻璃板。所述防眩光表面具有在约80-640 μ m的横向空间周期(有时称作表面波长)范围内测得的最高至约300nm的第一 RMS粗糙度R长，在小于约20 μ m的横向空间周期内测得的第二 RMS表面粗糙度Rs，以及无表面波长过滤情况下测得的约60-600nm范围内的第三RMS粗糙度R总，其中(Ri/Rs)的比值小于约3.9。
[0007]本发明的第二方面提供一种显示器系统。显示器组件包括:具有多个像素和成像平面的像素化显示器；以及具有防眩光表面的透明玻璃板。所述透明玻璃板设置在像素化显示器前方，使得防眩光表面远离像素化显示器，并与成像平面隔开一段预定的距离。透明玻璃板的像素功率偏差小于约7.5%，图像清晰度小于约60。
[0008]本发明的第三个方面是提供一种制造具有至少一个防眩光表面的透明玻璃板的方法。所述方法包括使所述透明玻璃板的至少一个表面粗糙化，以形成至少一个防眩光表面，其中所述至少一个防眩光表面具有在约80-640 μ m的横向空间周期范围内测得的最高至约300nm的第一 RMS表面高度粗糙度R长，在小于约20 μ m的横向空间周期内测得的第二RMS表面粗糙度Rs，以及无表面波长过滤情况下测得的第三RMS粗糙度R总，其中0?/Rfi)的比值小于约3.9，R总在约60-600nm的范围内。[0009]从以下详细描述、附图和所附权利要求书能明显地看出本发明的上述及其他方面、优点和显著特征。
[0010]附图简要说明
[0011]图1a是结合未展现出可见闪耀的第一透明玻璃板的像素化显示器的图；
[0012]图1b是结合展现出明显闪耀的第二透明玻璃板的像素化显示器的图；
[0013]图2a是具有防眩光表面的透明玻璃板的侧视示意图；
[0014]图2b是在透明玻璃板的防眩光表面上设置有减反射涂层的透明玻璃板的侧视示意图；以及
[0015]图3是放置在像素化显示器前方的透明玻璃板的侧视示意图。
[0016]发明详述
[0017]在以下描述中，相同的附图标记表示附图所示的若干视图中类似或相应的部分。还应理解，除非另外说明，否则，术语如“顶部”、“底部”、“向外”、“向内”等是方便用语，不应视为限制性用语。此外，每当将一个组描述为包含一组要素中的至少一个要素和它们的组合时，应将其理解为所述组可以单个要素或相互组合的形式包含任何数量的这些所列要素，或者主要由它们组成，或者由它们组成。类似地，每当将一个组描述为由一组要素中的至少一个要素或它们的组合组成时，应将其理解为所述组可以单个要素或相互组合的形式由任何数量的这些所列要素组成。除非另外说明，否则，列举的数值范围同时包括所述范围的上限和下限。除非另外说明，否则，本文所用的不定冠词“一个”或“一种”及其相应的定冠词“该”表示至少一(个/种)，或者一(个/种)或多(个/种)。
[0018]从总体上参见附图，并具体参见图1，应理解举例说明是为了描述本发明的【具体实施方式】的，这些举例说明不是用 来限制本发明的说明书或所附权利要求书的。为了清楚和简明起见，附图不一定按比例绘制，所示的附图的某些特征和某些视图可能按比例放大显示或以示意性方式显示。
[0019]当向像素化显示器系统，例如液晶显示器(IXD)、有机发光二极管(OLED)或者触摸屏等引入防眩光或光散射表面时，通常会发生不合乎希望的显示器“闪耀”或“眩耀”的副作用，其在类型和起源上不同于投射或激光系统中观察到和表征的“闪耀”或“斑点”的类型。闪耀与显示器的非常细小的粒状外观相关，看上去会使得颗粒图案偏移以及显示器的可视角改变。由于大致在像素级尺寸范围出现明暗点或者彩色点，从而会显现出显示器闪耀。第一透明玻璃板的图像未展现出可见的闪耀，而第二透明玻璃板展现出可见的闪耀，分别如图1a和Ib所示。图1a所示样品没有展现出任何可见的斩妖，具有规则且相互一致的像素图像110。相反，图1b所示的图像展现出可见的干扰，并在每个像素上具有一定的功率分散。因此，图1b所示的像素110更为扩散并且看上去合并在一起。
[0020]虽然大多数显示器工业中常用的防眩光表面都是涂覆的聚合物膜，但是本发明主要考虑用作LCD或其他像素化显示器上的保护覆盖玻璃的透明玻璃制品或玻璃板的光学和表面性质。具体来说，提供了具有使得显示器“闪耀”最小化的粗糙化表面和光学性质的透明玻璃板，以及包含所述玻璃板的显示器系统。此外，提供了具有优选的小的角散射性质或反射图像清晰度(DOI)的表面，所述小的角散射性质或反射图像清晰度改善了尤其是在高环境发光条件下的显不器应用中的可见性。在一些实施方式中，玻璃表面是下方玻璃的经蚀刻的表面。在一些实施方式中，没有应用或者其他方式使用外来涂料材料(例如，涂层或者膜等)来形成防眩光表面。
[0021]以前并不十分了解显示器闪耀的来源。可以假设许多潜在的根源，例如干涉效应，瑞利(Rayleigh)型散射或者米(Mie)型散射等。如本文所述，已经确定在结合防眩光表面的像素化显示器中通常观察到的显示器闪耀的类型主要是折射效应，其中，在表面上具有一些宏观(即，远大于光学波长)尺寸的特征导致折射或者使得显示器像素“透镜化”至变化的角度，从而改变像素的表观相对强度，本文提供了一种对该效应进行定量化的技术。该技术采用“眼模拟器”照相系统(即模拟人类观察者的眼睛的机制的系统)，来测量从各个显示器像素收集的总功率标准偏差。该度量与使用者对于显示器闪耀的判断具有很好的相关性。
[0022]因此，在一个方面，提供了具有至少一个使得闪耀最小化的粗糙化防眩光表面的透明玻璃板。采用化学蚀刻和/或机械(例如研磨、抛光等)方法或者类似方法来对防眩光表面进行粗糙化，并可用作像素化显示器，如液晶显示器(IXD)上的保护覆盖玻璃。如图2a所示是具有防眩光表面的透明玻璃板的侧视图。透明玻璃板200在其相对侧上具有第一防眩光表面210和第二表面220。虽然如图2a、2b和3所示的透明玻璃板200基本是二维的平面板，但是在一些实施方式中，透明玻璃板可以是三维玻璃板。在一些实施方式中，粗糙化的防眩光表面210与透明玻璃板200是整体化的，即防眩光表面210包含与透明玻璃板200的剩余部分或者主体基本相同的材料，并且是采用上文所述的那些方法(例如，蚀刻、研磨、抛光等)在玻璃板的一个表面上原位形成的。在一些实施方式中，最终形式的防眩光表面210不含任意外来材料(即不同于透明玻璃板的材料)。在一些实施方式中，第二表面是光学光滑的，RMS粗糙度小于约20nm。
[0023]在一些实施方式中，透明玻璃板200还包括设置在防眩光表面210上的减反射层(图2b中的215)。所述减反射层215可以是，例如通过本领域已知的任意各种液相或气相沉积方法施加的涂层或膜，所述方法包括但不限于，喷涂、旋涂或浸涂、物理气相沉积(例如喷溅或蒸发)、化学气`相沉积及其组合，或者类似的方法。或者，可以向防眩光表面施加作为自立式膜的减反射层215。
[0024]在一些实施方式中，粗糙化防眩光表面210的总RMS粗糙度(即，没有空间频率过滤情况下，在约0.6mm x0.6mm的窗口尺寸上进行测量)约为60-600nm，在其他一些实施方式中，约为80-300nm。在一些实施方式中，第二表面220也是粗糙化的，具有上述范围内的总RMS粗糙度。但是，在其他实施方式中，第二表面220是非粗糙化的表面，RMS粗糙度小于约20nm。
[0025]除非另有说明，否则本文所用术语“Rt”指的是在规定范围内(例如约40-640 μ m)测得的长波长横向空间特征的RMS表面粗糙度。除非另有说明，否则术语“Rs”指的是小于约20 μ m的短波长横向空间特征的RMS表面粗糙度。除非另有说明，否则术语“R/’指的是采用规定或预定尺寸(例如约0.6mmx0.6mm)的测量窗口，测得的所有横向表面波长(即没有表面波长过滤)所测得的总RMS粗糙度。
[0026]还提供了长波长空间特征相对于短波长空间特征的粗糙度幅度或比值(Ri/Rs)降低的防眩光表面。此外，提供了总RMS粗糙度R,6在所需范围内，并且总RMS粗糙度R总与长波长空间特征RMS粗糙度Rii的比值(R@/R?)增加的防眩光表面。此类防眩光玻璃表面与测得的低闪耀和低反射图像清晰度的结合是先前用无机或玻璃防眩光表面无法获得的。虽然之前在总RMS粗糙度以及平均峰-峰特征间距方面对防眩光表面进行了描述，本发明提供了能用于许多不同防眩光表面的表面波长范围与粗糙度幅度之间的关系，包括即使是那些不具有易于限定的峰-峰特征间距的情况。显示这些关系定量地降低了显示器闪耀，从而导致之前未认识到的最佳表面配置和表面参数。
[0027]防眩光表面210具有最高至约300nm的第一 RMS表面高度粗糙度(RP。Rii来源于约40-640 μ m,在一些实施方式中约60-640 μ m,在一些实施方式中约80-640 μ m的波长范围内的横向表面空间波的测量。在一些实施方式中，小于约275nm ;在其他一些实施方式中，Rt小于约250nm ;在其他一些实施方式中，Rii小于约175nm ;在其他一些实施方式中，R长小于约140nm ;在其他一些实施方式中，R长小于约115nm。此外，防眩光表面具有第二 RMS粗糙度(Rs)，其来源于横向空间周期小于约20 μ m (例如，约1_20 μ m)的表面空间波的测量。在一些实施方式中，Rs至少约为30nm ;在其他一些实施方式中，至少约为40nm ；在其他一些实施方式中，至少约为45nm ;在其他一些实施方式中，至少约为50nm。
[0028]透明玻璃板200的防眩光表面210的第一 RMS粗糙度(R^)与第二 RMS粗糙度(R短)的比值小于约4.9。在一些实施方式中，防眩光表面210的R|/Rs的比值小于约3.9，在其他实施方式中，小于约2.9。
[0029]在一些实施方式中，本文所述的透明玻璃板200的20°图像清晰度(DOI)小于约85。在一些实施方式中，透明玻璃板的DOI小于约80 ;在其他一些实施方式中，DOI小于约60 ;以及在其他一些实施方式中，小于约40。本文所用术语“图像清晰度”是通过名为“对涂层表面的图像清晰度的光泽进行仪器测量的标准测试法(Standard Test Methods forInstrumental Measurements of Distinctness-of-1mage Gloss of Coating Surfaces)，，的ASTM方法D5767 (ASTM5767)的方法A确定的，该参考文献的全文参考结合于此。根据ASTM5767的方法A，在玻璃板的至少一个粗糙化表面上，在镜面观察角和略微偏离镜面观察角的角度进行玻璃反射因子的测量。将这些测量得到的数值合并，以提供DOI值。具体来说，根据下式计算DOI
/?,) K
[0030]DOl = 1-— X100
L沿」，(2)
[0031]式中，Ros是偏离镜面反射方向0.2° -0.4°范围内取平均得到的相对反射强度，Rs是以镜面方向取平均得到的相对反射强度(在+0.05°至-0.05°之间，以镜面反射方向为中心)。如果输入光源角与样 品表面法线偏离+20° (如同全文中的那样)，并且样品的表面法线取0°，则镜面反射光Rs的测量取约为-19.95°至-20.05°范围内的平均值，Ros是约为-20.2°至-20.4°范围内(或者-19.6°至-19.8°，或者上述两组范围的平均值)的平均反射强度。本文所用的DOI值应该直接解释为指定本文所定义的Ros/Rs的目标比值。在一些实施方式中，透明玻璃板200的反射散射分布使得>95%的反射光学功率包含在+/-10°的圆锥内，其中对于任意输入角，所述圆锥的中心围绕着镜面反射方向。
[0032]在一些实施方式中，本文所述的透明玻璃板的透射雾度值小于约40%。在一些实施方式中，透明玻璃板的透射雾度小于约20%。本文所用术语“透射雾度”和“雾度”表示根据ASTM方法D1003测得的在约为±2.5°的角锥以外散射的透射光的百分数。对于光学平滑的表面，透射雾度通常接近于零。[0033]具有DO1、RMS粗糙度R长、(1?/?)的比值、RMS粗糙度R短和/或总RMS粗糙度Rg的各种组合的本文所述的透明玻璃板100的代表性实施方式总结见表1。应理解的是，本发明和所附权利要求并不一定限于表1中包括的那些的限制，本发明包括可以具有上述参数的其他组合的透明玻璃板的实施方式。在表1所述的实施方式中，在20°测量图像清晰度(D0I)。在实施方式A-G和实施方式T中，R长是采用约为2mm x2mm的测量窗口尺寸以及在大于约80 μ m(例如，约80-640 μ m)横向空间波长范围内测得的防眩光表面130的RMS粗糙度。在实施方式H-S中，Rii是采用约为2mm x2mm的测量窗口尺寸以及在大于约40 μ m(例如，约40-640 μ m)横向空间波长范围内测得的防眩光表面的RMS粗糙度。对于表1中所有的实施方式，Rs是采用约为0.15mmx0.15mm的测量窗口尺寸以及在小于约20 μ m (例如，约1-20 μ m)横向空间波长范围内测得的防眩光表面的RMS粗糙度。对于表1中所有的实施方式，R&是米用约为0.6mm x0.6mm的测量窗口尺寸测得的所有横向表面波长(无表面波长过滤)所测得的总RMS粗糙度。必须指定测量窗口尺寸从而实现可重复的结果。表1的实施方式所选定的测量窗口尺寸代表精确俘获用于在各个特定表面波长范围内测量RMS粗糙度的相关横向表面波的窗口尺寸。窗口尺寸测量的微小偏差不会明显改变表1所示的结果。
[0034]表1:本文所述透明玻璃板的代表性实施方式
[0035]
【权利要求】
1.一种透明玻璃板，该透明玻璃板具有至少一个防眩光表面，其中，所述防眩光表面具有: 在40-640 μ m横向空间周期范围内测得的最高至300nm的第一 RMS表面粗糙度Rii ；在小于20 μ m横向空间周期内测得的第二 RMS表面粗糙度Rs，其中，(R^/Rfi)的比值小于3.9 ;以及 无表面波长过滤情况下测得的第三RMS粗糙度R&其中所述第三RMS粗糙度R总是60_600nmo
2.如权利要求1所述的透明玻璃板，其特征在于，所述透明玻璃板的20°图像清晰度小于85。
3.如权利要求1所述的透明玻璃板，其特征在于，所述Rs至少为30nm。
4.如权利要求1所述的透明玻璃板，其特征在于，所述透明玻璃板的透射雾度小于20%。
5.如权利要求1所述的透明玻璃板，其特征在于，所述透明玻璃板经过离子交换强化，并且所述透明玻璃板具有至少一个具有处于至少350MPa的压缩应力状态的区域的表面，所述区域从表面延伸到透明玻璃板内至少15 μ m的层深度。
6.如权利要求1所述的透明玻璃板，其特征在于，所述透明玻璃板包括钠钙玻璃、碱性铝硅酸盐玻璃以及碱性铝硼硅 酸盐玻璃中的一种。
7.如权利要求1所述的透明玻璃板，其特征在于，当设置在具有多个像素和成像平面的像素化显示器的前方，使得防眩光表面远离像素化显示器，并与成像平面隔开一段预定的距离时，所述透明玻璃板的像素功率偏差小于7.5%，并且所述透明玻璃板的20°图像清晰度小于80。
8.如权利要求7所述的透明玻璃板，其特征在于，所述像素化显示器单独地具有第二像素功率偏差，结合有所述像素化显示器的透明玻璃板的像素功率偏差比所述第二像素功率偏差大不足4%。
9.如权利要求1所述的透明玻璃板，所述透明玻璃板还包括设置在防眩光表面上的减反射层。
10.如权利要求1所述的透明玻璃板，其特征在于，所述透明玻璃板包括与所述防眩光表面相对的第二表面，其中所述第二表面的RMS粗糙度小于20nm。
11.如权利要求1所述的透明玻璃板，其特征在于，在80-640μ m的横向空间周期范围内测量所述第一 RMS表面粗糙度并且R,6/Rii的比值大于或等于2.20。
12.如权利要求1所述的透明玻璃板，其特征在于，在80-640μ m的横向空间周期范围内测量所述第一 RMS表面粗糙度R长，所述第二 RMS表面粗糙度Rfi大于30nm，并且R,6 /R长的比值大于或等于1.80，所述透明玻璃板的20°图像清晰度小于60。
13.一种显示器系统，该显示器系统包括: 具有多个像素和成像平面的像素化显示器；以及 具有防眩光表面的透明玻璃板，它具有在40-640 μ m的横向空间周期范围内测得的最高至300nm的第一 RMS表面粗糙度以及在小于20 μ m的横向空间周期测得的第二 RMS表面粗糙度Rs，其中，(R长/Rs)的比值小于3.9，其中透明玻璃显示器设置在像素化显示器前方，使得防眩光表面远离像素化显示器，并与成像平面间隔一段光学距离，其中所述透明玻璃板的像素功率偏差小于7.5%，所述透明玻璃板的20°图像清晰度小于60。
14.如权利要求13所述的显示器系统，其特征在于，所述像素化显示器单独地具有第二像素功率偏差，结合有所述像素化显示器的透明玻璃板的像素功率偏差比所述第二像素功率偏差大不足4%。
15.如权利要求13所述的显示器系统，其特征在于，所述透明玻璃板经过离子交换强化，并且所述透明玻璃板具有至少一个具有处于至少350MPa的压缩应力状态的区域的表面，所述区域从表面延伸到透明玻璃板内至少15 μ m的层深度。
16.如权利要求13所述的显示器系统，其特征在于，所述透明玻璃板包括钠钙玻璃、碱性铝硅酸盐玻璃以及碱性铝硼硅酸盐玻璃中的一种。
17.如权利要求13所述的显示器系统，其特征在于，所述透明玻璃板的Rs至少为30nm,并且透射雾度小于20%。
18.如权利要求13所述的显示器系统，其特征在于，所述透明玻璃板具有在无表面波长过滤情况下测得的60-600nm范围内的第三RMS粗糙度R,6。
19.一种制造具有至少一个防眩光表面的透明玻璃板的方法，所述方法包括使所述透明玻璃板的至少一个表面粗糙化，以形成至少一个防眩光表面，其中所述至少一个防眩光表面具有最高至300nm的第一 RMS表面高度粗糙度R长，在小于20 μ m的横向空间周期内测得的第二 RMS表面粗糙度Rs，以及无表面波长过滤情况下测得的第三RMS粗糙度R自，其中(R^/Rfi)的比值小于3.9，R总在60-600nm的范围内。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述透明玻璃板的20°图像清晰度小于85。
21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述Rs至少为30nm。
22.如权利要求19所述的方法，其特征在于，该方法还包括通过离子交换对透明玻璃板进行强化，并且所述透明玻璃板具有至少一个具有处于至少350MPa的压缩应力状态的区域的表面，所述区域从表面延伸到透明玻璃板内至少15 μ m的层深度。
23.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述透明玻璃板包括钠钙玻璃、碱性铝硅酸盐玻璃以及碱性铝硼硅酸盐玻璃中的一种。
24.如权利要求19所述的方法，其特征在于，使所述透明玻璃板的至少一个表面粗糙化包括对所述至少一个表面进行蚀刻。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，对所述至少一个表面进行蚀刻包括: 在所述至少一个表面上沉积多个颗粒，以形成颗粒层；以及 通过所述颗粒层蚀刻所述至少一个表面，以使得表面粗糙化。
【文档编号】G02B5/02GK103502166SQ201280010627
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2012年2月2日 优先权日:2011年2月28日
【发明者】J·高里尔, S·D·哈特, K·恩古耶, A·T·斯蒂芬斯二世, J·A·韦斯特, 张鲁 申请人:康宁股份有限公司