具有聚合物耐划痕层的层叠体的制作方法
【专利说明】具有聚合物耐划痕层的层叠体
[0001] 相关申请义叉参考
[0002] 本申请根据35U. S. C. § 119，要求2013年8月29日提交的美国临时申请系列第61 / 871,595号的优先权，本文W该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。
【背景技术】
[0003] 本发明设及包括无机基材和聚合物耐划痕层的层叠体，更具体地，设及可W包括 化学强化玻璃基材或晶体基材W及布置在其上的聚合物耐划痕层的层叠体，其展现出保留 的强度。
[0004] 结合了无定形基材(例如，玻璃)和晶体基材(例如，玻璃陶瓷或蓝宝石）的宽范围 应用需要比裸基材（即，其上没有布置任意层的基材)所可W提供的更好的耐划痕性。此类 应用包括手持式或移动装置、笔记本电脑、电视机等中的覆盖和显示基材。
[0005] 已知具有高硬度和低摩擦系数(CoF)的涂层帮助增加其耐划痕性，特别是在纯物 或锋利接触滑动情况下。证据表明，由于在单次事件中的纯物或锋利接触所引起的损坏是 用于移动装置中的覆盖和显示基材中可见划痕的主要来源。一旦在用户输入/显示器的覆 盖或显示基材上出现明显划痕，产品的外观下降，运是因为划痕引起光散射的增加，而运可 能引起显示器的亮度、透明度和图像对比度的明显下降。明显划痕还会影响触摸感应显示 器的精度和可靠性。运些划痕，甚至是较不明显的划痕是不好看的，并且会影响产品性能。
[0006] 单次事件划痕损坏可W与磨损损坏形成对比。用作覆盖基材的层叠体通常不发生 磨损损坏，因为磨损损坏通常是由于与硬的对立面物体(例如，砂、砂碱和砂纸)的往复滑动 接触造成的。相反地，用于覆盖和显示器应用中的层叠体通常仅与柔软物体(例如手指)发 生往复滑动接触。此外，磨损损坏会产生热量，运会劣化膜材料中的化学键，并对于玻璃-膜 层叠体产生剥落和其他类型的损坏。此外，由于通常在较长期情况下而非引起划痕的单次 事件中产生磨损损坏，发生磨损损坏的材料还会发生氧化，运进一步劣化了材料的耐用性， 进而劣化了层叠体的耐用性。引起划痕的单次事件通常不设及与引起磨损损坏的事件相同 的条件，因此，通常用于防止磨损损坏的解决方案可能无法用于预防本文所述的层叠体中 的划痕。除此之外，已知的划痕和磨损损坏解决方案通常有损于光学性质，运对于大多数覆 盖和显示器应用是不可接受的。
[0007] 具有高压缩应力（CS)的化学强化玻璃基材具有比非强化玻璃基材更大的表面模 量(例如，表面模量比非强化玻璃基材约大10%)和更大的硬度。此外，已知的晶体基材(例 如，蓝宝石基材)也展现出比其他基材更大的硬度。但是，尽管具有运些属性，强化玻璃基材 和晶体基材仍然易受到划痕，如同非强化玻璃基材和其他基材那样。防止此类基材的划痕 的一种解决方案是在基材的表面上施涂低摩擦层。
[000引因此，需要运样一种材料，其在施涂于各种基材时，展现出低的静态和动态CoF,并 且抑制了在此类基材上形成划痕。还需要包括此类材料层的层叠体，其展现出改善的耐划 痕性，即使是在高负荷过程中，例如采用约30-160mN作用力的波克威驰(Berkovitch)钻石 压痕仪进行负荷。
【发明内容】
[0009] 本发明的第一个方面属于层叠体，所述层叠体包括基材(其可W是透明的，具有相 对主表面）W及布置在第一主表面上的聚合物耐划痕层。基材展现出在与聚合物耐划痕层 结合时得W维持的平均晓曲强度。在一个【具体实施方式】中，层叠体展现出第二平均晓曲强 度，其至少是基材的平均晓曲强度的90%。
[0010] 基材可W包括化学强化玻璃基材或者蓝宝石基材。在采用化学强化玻璃基材的实 施方式中，该基材可展现出大于SOOMPa的表面压缩强度，大于ISMPa的中屯、张力，和/或大于 约15皿的压缩层深度。
[0011] 在一个或多个实施方式中，聚合物划痕包括聚合物钻石状碳。聚合物耐划痕层包 括的氨-碳键的数量可W大于碳-碳键。在一个变化形式中，聚合物耐划痕层包括非零量的 氨至高至约40原子％。
[0012] 聚合物耐划痕层可W与基材直接接触，和/或可W由单层形成或者可W包括多层 子层。任选地，层叠体可W包括布置在基材的第一主表面上的一层或多层额外层。
[0013] 在一个变化形式中，聚合物耐划痕层可展现出随着施加到聚合物耐划痕层的负荷 增加而下降的负荷-敏感摩擦系数。在另一个实施方式中，聚合物耐划痕层展现出约为0.05 至小于约0.4的摩擦系数。聚合物耐划痕层可展现出非零的硬度至高至约20GPa和/或厚度 约为2nm至约1皿。
[0014] 在一个或多个实施方式中，聚合物耐划痕层吸收来自施加到它的接触作用力的能 量。在另一个实施方式中，在向聚合物耐划痕层施加了作用力之后，聚合物耐划痕层展现出 粘弹性行为。在另一个实施方式中，聚合物耐划痕层和基材形成可剪切界面（Shearable interface)。聚合物耐划痕层可W包括多层子层W及所述多层子层之间的多个可剪切界 面。在一个或多个实施方式中，聚合物耐划痕层可W是可变形的和/或可W包括多个聚合物 链，形成网络，从而使得聚合物耐划痕层的变形引起聚合物链之间的剪切。
[0015] 在一个或多个实施方式中，可W将层叠体组装或者包含在电子器件中。在一个或 多个实施方式中，在约为400-850nm的波长范围，层叠体可展现出约为70-90 %的透明度。
[0016] 本发明的第二个方面属于形成层叠体的方法。在一个或多个实施方式中，方法包 括:提供具有相对主表面的基材，W及通过在基材的第一主表面上，经由例如真空沉积，来 形成聚合物耐划痕层，从而向基材提供耐划痕性。在一个或多个实施方式中，基材可包括化 学强化玻璃基材，W及向基材提供耐划痕性还防止了化学强化玻璃基材的平均晓曲强度的 下降。在采用玻璃基材的实施方式中，方法可W包括对玻璃基材进行化学强化，W提供具有 平均晓曲强度的化学强化玻璃基材。方法还可包括在基材上提供一层或多层额外层。在一 个变化形式中，聚合物耐划痕层与基材的第一主表面直接接触，W及所述一层或多层额外 层与聚合物耐划痕层直接接触。
[0017] 在W下的详细描述中提出了本发明的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对 本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括W下详细描述、权利 要求书W及附图在内的本文所述的各种实施方式而被认识。
[0018] 应理解，上面的一般性描述和下面的详细描述都仅仅是示例性的，用来提供理解 权利要求书的性质和特点的总体评述或框架。所附附图提供了对本发明的进一步理解，附 图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。【附图说明】了本发明的一个或多个实施方 式，并与说明书一起用来解释各种实施方式的原理和操作。
【附图说明】
[0019] 图1所示是根据一个或多个实施方式的层叠体，其包括基材和聚合物耐划痕层。
[0020] 图2显示钻石状碳(DLC)材料中的变量。
[0021] 图3所示是根据一个或多个实施方式的层叠体，其包括基材和聚合物耐划痕层。
[0022] 图4显示采用钢球和玻璃球，用纯物滑动摩擦的裸、化学强化玻璃基材的开裂行为 上的CS、CoF与负荷之间的关系图。
[0023] 图5显示根据一个或多个实施方式的聚合物耐划痕层的拉曼光谱。
[0024] 图6显示根据一个或多个实施方式，用于形成聚合物耐划痕层的沉积时间与聚合 物耐划痕层的厚度之间的关系图。
[0025] 图7显示根据一个或多个实施方式，沉积过程中所使用的RF功率与聚合物耐划痕 层的沉积速率之间的关系图。
[0026] 图8显示根据一个或多个实施方式，用于形成聚合物耐划痕层的下烧气流与聚合 物耐划痕层的沉积速率之间的关系图。
[0027] 图9A显示实施例2C中所用的裸基材的纳米压痕测试结果。
[0028] 图9B显示批次3的实施例2C的层叠体的纳米压痕测试结果。
[0029] 图IOA显示实施例2D中所用的裸基材的纳米压痕测试结果。
[0030] 图IOB显示批次3的实施例2D的层叠体的纳米压痕测试结果。
[0031] 图IlA显示实施例2B中所用的裸基材的纳米压痕测试结果。
[0032] 图IlB显示批次3的实施例2B的层叠体的纳米压痕测试结果。
[0033] 图12显示聚合物耐划痕层和玻璃基材层叠体的光学显微图像；
[0034] 图13显示批次1的实施例2C的层叠体的纳米压痕测试结果。
[0035] 图14显示批次1-7的实施例2B-2D的临界分层负荷图。
【具体实施方式】
[0036] 在W下详细描述中，为了提供对本发明实施方式的透彻理解，陈述了许多具体的 细节。但是，对本领域技术人员显而易见的是，本发明可W在没有运些具体细节中的一些细 节或全部细节的情况下实施。在其它情况中，为了不使本发明难理解，可能没有详细描述众 所周知的特征或工艺。此外，类似或相同的附图编号可用于标识共有或类似的元件。
[0037] 本文中，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W单个要素或相互组合的形式包含任何数量的运些所列要素，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W单个要素或相互组合的形式由任何数 量的运些所列要素组成。除非另外说明，列举的数值范围同时包括所述范围的上限和下限， W及所述范围之间的任意子范围。除非另有说明，否则本文所述的所有组成和包含组成组 分的关系都表述为摩尔百分比(摩尔％ )。
[0038] 图1显示层叠体100的一个或多个实施方式。层叠体100可W包括具有第一主表面 112和第二主表面114的基材110。层叠体100还包括布置在第一主表面112上的聚合物耐划 痕层120。作为布置在第一主表面112上的补充或替代，聚合物耐划痕层120可W布置在第二 主表面114上，布置在基材110的任一或者两个(未示出的)次表面上。
[0039] 本文所用术语"布置"包括采用本领域任意已知的方法在表面上涂覆、沉积和/或 形成材料。布置的材料可构成本文所定义的层。表述"布置在.……上"包括在表面上形成材 料从而使得材料与表面直接接触的情况，还包括在表面上形成材料，其中在布置的材料和 表面之间具有一种或多种插入材料的情况。插入材料可构成本文所定义的层。
[0040] 当用于聚合物耐划痕层120和/或结合到层叠体100中的其他层时，术语"层"包括 通过任意本领域已知方法(包括不连续沉积或连续沉积过程)形成的一层或多层子层。此类 子层可W相互直接接触。子层可W由相同材料形成，或者由不止一种不同材料形成。在一个 或多个替代实施方式中，此类子层可具有布置在其间的不同材料的插入子层。在一个或多 个实施方式中，层可包括一层或多层邮邻且不间断子层和/或一层或多层不连续且间断子 层（即，由相互相邻的不同材料形成的子层）。
[0041] 如图1所示，基材110可包括无定形基材、晶体基材或其组合。在一个或多个实施方 式中，无定形基材可包括玻