减反射玻璃制品及其制备和使用方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉参考
[0002] 本申请根据35U.S.C. § 119要求2012年11月30日提交的美国临时申请系列第 61/731924号的优先权，本文以该申请的内容为基础并将其通过引用全文纳入本文。
技术领域
[0003] 本发明一般涉及反射减少或抗反射技术。更具体地，本文所述各实施方式涉及具 有整合的减反射部件的玻璃制品，该减反射玻璃制品具有改善的反射抗性和耐久性，以及 涉及制备和使用该减反射玻璃制品的方法。
【背景技术】
[0004] 抗反射技术在多种应用中是必需的，其用以减少来自表面的光反射和/或改善通 过表面的光透射。为进行说明，入射到给定表面上的来自外部光源的光可从该表面反射，且 反射光图像可不利地影响人感知下方表面及其内容物的程度。即，反射图像与来自下方表 面的图像重叠以有效降低下方表面图像的可视性。类似地，当入射光来自内部光源时，如在 背光表面的情况下，光的内反射可不利地影响人感知表面及其内容物的程度。在该情况下， 内反射的光降低透射通过该表面的光的总量。因此，需要减反射或抗反射技术以使光的外 反射和/或内反射最小化以确保可以如预期那样观察到表面。
[0005] 为对抗电子显示工业中反射增加和/或透射减少的有害影响，已开发了多种抗反 射技术。这类技术涉及使用直接施用于显示屏或窗表面的粘性膜以提供减反射表面。在某 些情况下，可使用避免屏幕发生反射的其他多种指数干扰涂层涂覆这些粘性膜。不幸的是， 在应用粘性膜期间，常会将空气包埋在显示屏和膜之间。这导致形成气穴，其是不雅观的且 阻止显示图像被正确地观察。此外，在使用过程中此类膜容易被刮擦，因此缺乏耐受长期使 用所需的耐久性。
[0006] 不同于关注粘性膜，替代性抗反射技术使用直接位于显示表面上的涂层。这类涂 层避免应用期间出现气穴相关问题，但不一定提供改进的耐久性。例如，一些现有的基于聚 合物的抗反射涂层（如氟化聚合物）可对玻璃具有较差的粘附性和/或具有较低的耐刮擦 性。此外，在施用于化学强化的玻璃时，某些现有的涂层技术实际上会降低下方玻璃的强 度。例如，基于溶胶的涂层通常需要高温固化步骤（即大于等于约400摄氏度（°C))，当该 高温固化步骤施用于经过强化过程的化学强化玻璃时，其可降低强化期间赋予玻璃的有益 的抗压应力。另一方面，如果基于溶胶的涂层预先施用于玻璃制品，则涂覆后的化学强化可 能不足以赋予所需水平的抗压应力。
[0007] 因此，仍需要不具有现有技术相关缺点的改进的抗反射技术。本发明涉及这类技 术。
【发明内容】
[0008] 本文描述了具有抗反射性质的各种制品，及其制造和使用方法。该抗反射性质通 过制品表面上整合的抗反射部件来赋予。
[0009] 本发明的第一方面涉及一种减反射玻璃制品，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减反射组合物。在约450纳米至约750纳米的波长下测量 时，一个或多个实施方式的玻璃制品的镜面反射率小于或等于单独玻璃基材的镜面反射率 的约85%。在一个或多个实施方式中，在包含约450纳米至约750纳米的波长的光谱上，该 玻璃制品的镜面反射率小于4%。在其他实施方式中，使用摩擦计（Crockmeter)擦拭100 次后，减反射玻璃制品的镜面反射率的变化小于约5 %，所述变化是相对于在使用摩擦计第 一次擦拭前测得的减反射玻璃制品的镜面反射率的初始测量值。在一个或多个特定实施方 式中，使用摩擦计擦拭5000次后，减反射玻璃制品的镜面反射率的变化小于约10%，所述 变化是相对于在使用摩擦计第一次擦拭前测得的减反射玻璃制品的镜面反射率的初始测 量值。
[0010] 在包含约450纳米至约750纳米的波长的光谱上，该玻璃制品显示至少约94%的 光学透射率。在一个或多个实施方式中，根据ASTM方法D1003测量时，该玻璃制品可具有小 于或等于约1%的雾度。在其他实施方式中，根据ASTM测试方法D3363-05测量时，该玻璃 制品具有至少6H的耐刮擦性。在其他实施方式中，所述玻璃制品可包含氮气干燥的表面。
[0011] 用于该制品的玻璃基材可包括硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃或硼铝 硅酸盐玻璃。该玻璃基材可任选地包含碱金属或碱土金属改性剂。一个或多个实施方式的 玻璃基材可包含从玻璃基材表面延伸至玻璃基材内的表面部分，其具有比玻璃基材的剩余 部分高的0H浓度。在一个或多个实施方式中，该玻璃基材的平均厚度小于或等于约2毫米。
[0012] 在一个或多个实施方式中，整合的减反射部件包括多个亚波长尺寸的凸面构件 (convex features)，其在玻璃基材表面上以单层排列。该多个亚波长尺寸的凸面构件可具 有球形或基本球形的形状，并可以是包含氧化物材料的纳米颗粒。
[0013] 该玻璃制品可包含位于玻璃基材与整合的减反射部件之间的可选的中间层。该中 间层可包含防眩光涂层、提供颜色的组合物或提供不透明度的组合物。
[0014] 在一个或多个实施方式中，本文公开的玻璃制品可形成以下产品的至少一部分： 电子装置的盖板或触敏显示屏、电子装置的非触敏部件、家用电器表面或者车辆零部件表 面。
[0015] 本发明的第二方面涉及一种制备本文所公开的减反射玻璃制品的方法。在一个或 多个实施方式中，该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 整合的减反射部件。该方法可具体包括将多个凸面构件置于玻璃基材表面上并热液处理该 玻璃基材以将所述多个凸面构件与基材熔合。
[0016] 在一个或多个实施方式中，热液处理玻璃基材包括将其上置有多个凸面构件的基 材置于容器或腔室中并使该其上设置多个凸面构件的基材暴露于升高的温度（例如600摄 氏度、或范围为约100摄氏度至略低于该玻璃基材软化温度的温度）、相对湿度（例如至少 约90 %，或至少约50 %的初始相对湿度）、和/或压力（如环境压力）。在一些实施方式中， 这类暴露在密封的压力容器中进行。在一些实施方式中，这类暴露在封闭的压力容器中进 行。
[0017] 在一个或多个实施方式中，热液处理其上置有多个凸面构件的基材还可包括使该 其上置有多个凸面构件的基材在该玻璃基材的退火点与软化点之间的温度下暴露于反应 性蒸汽或水含量小于1%的氮气。
[0018] 在一个或多个实施方式中，该方法可包括使用水、高pH溶液和/或胺溶液润湿玻 璃基材和多个凸面构件。该方法可选地包括在玻璃基材表面的至少一部分上形成中间层， 之后形成整合的减反射部件。在一个或多个变化形式中，该方法可包括在多个凸面构件上 设置易于清洁层。
[0019] 应理解，前面的
【发明内容】
和以下的详细描述介绍了各种实施方式，用来提供理解 要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各种实施方式的进 一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图以图示形式说明了本 文所述的各种实施方式，并与说明书一起用来解释要求保护的主题的原理和操作。
【附图说明】
[0020] 图la _ li是与玻璃基材表面熔合的各种凸面构件的横截面示意图。
[0021] 图2a - 2b是根据一个或多个实施方式具有凸面构件的玻璃基材和具有多层、基 于干扰的抗反射涂层的已知玻璃基材的横截面示意图。
[0022] 图3a和3b是实施例1所述玻璃基材上所设置的单层硅纳米颗粒的扫描电镜 (SEM)图像。
[0023] 图4a - 4c是实施例1所述与玻璃基材熔合的单层硅纳米颗粒的SEM图像。
[0024] 图5a - 5c显示实施例1所述的各种制品的镜面反射率。
[0025] 图6a - 6b是实施例2所述与玻璃基材恪合的直径为100nm的单层娃纳米颗粒的 SEM图像。
[0026] 图7a - 7b是实施例2所述与玻璃基材熔合的直径为200nm的单层硅纳米颗粒的 SEM图像。
[0027] 图8显示实施例3所述各种制品的总反射光谱（镜面反射和漫反射的总和）。
[0028] 图9a - 9f显示实施例4所述的各种制品的镜面反射光谱。
[0029] 图10a - 10h显示实施例6所述管式炉处理后各种制品的反射光谱。
[0030] 图11a - lib是实施例7所述蚀刻后的与玻璃基材熔合的直径为200nm的单层硅 纳米颗粒的SEM图像。
[0031] 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。
【具体实施方式】
[0032] 现在参考附图，其中在所有的几个视图中，相同的附图标记表示相同的零件，下面 将详细描述示例性实施方式。在本说明书全文中，各种部件会被鉴定为具有特定值或参数。 但是，提供这些项目只是作为本发明的示例。实际上，示例性实施方式没有限制各种方面和 概念，因为可实施许多可比拟的参数、尺寸、范围和/或值。类似地，术语"第一"、"第二"、 "首要"、"次要"、"顶部"、"底部"、"远端"、"近端"等不表示任何顺序、数量或重要程度，仅用 于对一种元素与另一种进行区分。此外，术语"一个"、"一种"和"该"并不表示数量的限制， 而是表示存在"至少一个"所述项目。
[0033] 本文描述了具有改进的（较低的）反射和高耐久性的各种玻璃制品，以及其制造 和使用方法。本文所用术语"抗反射"或"减反射"通常指与不包含本文所述减反射部件的 相同玻璃制品相比，表面对于以感兴趣的特定光谱范围入射到该表面上的光的镜面反射率 更低的能力。
[0034] 通常，改进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减反射部 件。该整合的减反射部件有益地提供相对于缺少该整合的减反射部件的类似或相同制品， 在至少约450纳米（nm)至约750nm的波长范围中具有改进的（较低）反射的制品。即，该 整合的减反射部件用于减少来自制品表面的至少大部分可见光（跨度约380nm至约750nm) 的镜面反射。此外，并如同下文中更详细描述的那样，改进的制品可具有高透射性、低雾度 和高耐久性等特征。
[0035] 如上文所述，该基材本身由玻璃材料形成。玻璃的选择不限于特定组合物，因为对 于各种玻璃基材而言均可以获得改进的（较低）反射。例如，所选材料可以是各种硅酸盐、 硼硅酸盐、铝硅酸盐或硼铝硅酸盐玻璃组合物中的任一种，其可选地可包含一种或多种碱 金属和/或碱土金属改性剂。作为示例，一种这类玻璃组合物包含以下组分：58-72摩尔百 分比（mol% )Si02;9-17mol%A1 203;2-12mol%B203;8-16mol%Na20 ;和 0-4mol%K20,其
该改性剂包括碱金属氧化物。另一种示例性玻璃 组合物包含 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。另一种示例性玻璃组合物包含以下组分：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;小于百万分之 5〇份数（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%。另一种示例性玻璃组合物包含以下组分：55-75mol% Si02、