用于基材的有力地结合的铝和疏油/疏水涂层的制作方法

本公开内容大体上涉及用于基材的涂层，且具体地涉及有力地结合(energetically bonded)的铝和疏油/疏水(o/h)基材涂层以及用于形成和使用涂层的方法。

背景技术：

1、可将包括诸如铝、金、银的材料以及介电材料的涂层施加到玻璃制品上以使所述玻璃制品具有反射性并产生镜面化的表面(mirrored surface)。为制备光学品质镜(其需要高度均匀性和反射率)，在涂层的产生和沉积期间，需要比例如家用镜(其不需要相同高度的均匀性或反射率)更大的抛光和精度。这种光学品质镜被用于在多种应用(包括但不限于光束转向、干涉测量、照明、以及成像系统的光学部件)和行业(包括但不限于生命科学、天文学、气象学、半导体、和太阳能)中反射光。

2、疏油/疏水(o/h)涂层是薄膜涂层，其可被施加到表面以造成油和水成球(bead，小滴)并容易地掉落或以其它方式从所述表面移去，而非以薄的、平坦的层在整个表面上铺展。o/h涂覆的玻璃通常被用于眼镜、手机屏幕、atm显示器和其它小型显示装置、尤其是具有高触摸表面的那些小型显示装置中。这些物项的o/h涂层允许显示装置抵抗环境污染物的积聚并改善清洁所述装置的容易性。

3、在光学品质镜的制造中，持续的问题是不能配制提供改善的抗磨性以及物理降解、可清洁性和抗模糊性的耐久涂层。先前提供此类涂层的尝试的特征一般在于所述涂层与基材之间的粘附性差，导致在所述涂层与所述基材分离和/或(在保留在所述基材上的同时)降解之前，所述涂层的使用寿命短。在光学镜的许多应用中，镜面可频繁地暴露于刮擦或其它冲击和/或碎屑和环境污染物，其中任一种都可损坏或破坏镜面的均匀性和反射率。因此，关键的是，在这些应用中使用的镜耐刮擦和损坏并且易于清洁，尤其是因为难以清洁的镜可能更容易遭受刮擦和损坏(即，因为需要更大的压力或摩擦力来清洁所述镜)。因此，减少碎屑和污染物对表面的粘附的用于光学镜的涂层可提供双重益处，因为它不仅改善了所述镜的可清洁性，而且还改善了所述镜对磨损和物理降解的耐受性。

4、因此，本领域中需要用于光学镜的涂层，该涂层改善镜对磨损和其它物理损坏的耐受性及其对污染的耐受性和/或清洁的容易性，同时保持镜的光学品质(即均匀性和反射率)。进一步有利的是，此类涂层相对于现有技术的涂层具有改善的涂层-基材粘附性。进一步需要用于产生此类涂层并将所述涂层施加到基材、最常见地玻璃基材的设备和方法。

技术实现思路

1、在本公开内容的一个方面，光学镜包括：(1)基层(base layer)；(2)粘合剂层，该粘合剂层覆盖并有力地结合到所述基层，包含铝金属；(3)反射层，该反射层覆盖所述粘合剂层，包含铝金属；(4)保护层，该保护层覆盖所述反射层，包含二氧化硅；和(5)顶层，该顶层覆盖所述保护层，其中所述顶层为疏油的和疏水的中的至少一种。

2、在某些实施方案中，所述粘合剂层可以第一预定速率沉积，并且所述反射层可以第二预定速率沉积。

3、在某些实施方案中，所述粘合剂层和所述保护层中的至少一个可经由离子辅助沉积来沉积。所述离子辅助沉积可为但不必为氩离子辅助沉积。

4、在某些实施方案中，以下中的至少一个可为真：(i)所述粘合剂层的厚度在约50埃和约450埃之间；(ii)所述反射层的厚度在约500埃和约900埃之间；(iii)所述保护层的厚度在约950埃和约2350埃之间；和(iv)所述顶层的厚度在约100埃和约300埃之间。

5、在某些实施方案中，所述光学镜包括前述实施方案中的一个或多个，并且所述粘合剂层、所述反射层、所述保护层和所述顶层的组合厚度在整个顶层的表面区域中可变化不大于约2％、不大于约1.5％或不大于约1％。

6、所述光学镜可包括前述实施方案中的一个或多个，并且所述第一预定速率任选地不大于约5埃/秒。

7、在一些任选实施方案中，沉积所述粘合剂层的第一预定速率在约0.1埃/秒和约5.0埃/秒之间。

8、所述光学镜任选地包括前述实施方案中的任意一个或多个，并且所述第二预定速率为至少约15埃/秒。

9、在一些实施方案中，沉积所述反射层的第二预定速率任选地在约15埃/秒和约50埃/秒之间。

10、在一些实施方案中，所述反射层是通过真空沉积铝镀银工艺来沉积的。

11、所述光学镜可包括前述实施方案中的任意一个或多个，并且任选地，所述保护层通过离子辅助沉积而沉积在所述反射层上。所述离子辅助沉积任选地为氩离子辅助沉积。

12、在一些实施方案中，所述保护层是以在约2埃/秒和约5埃/秒之间的速率沉积在所述反射层上的。

13、所述光学镜可包括前述实施方案中的一个或多个，并且任选地，所述保护层为第一保护层，并且所述光学镜进一步包括位于所述第一保护层和所述顶层之间的第二保护层。因此，所述第一保护层可任选地为下保护层(lower protective layer)，并且因此，所述第二保护层可任选地为上保护层。

14、在一些实施方案中，第一保护层是通过离子辅助沉积施加到所述反射层。

15、所述第一保护层任选地具有在约950埃和约1750埃之间的第一厚度。

16、所述第二保护层是任选地通过非离子辅助真空沉积工艺施加到所述第一保护层的。

17、所述第二保护层任选地具有在约1埃和约600埃之间的第二厚度。

18、在一些实施方案中，所述顶层是通过离子辅助沉积来沉积的。任选地，所述顶层是使用氩离子辅助沉积方法来沉积的。

19、所述光学镜可包括前述实施方案中的一个或多个，并且所述顶层可任选地包含以下中的一种：substance wr4-sf surfclear 100a和surfclear300。

20、所述光学镜任选地包含前述实施方案中的一个或多个，并且所述基层包含玻璃。

21、替代地，在一些实施方案中，所述基层包含塑料、金属或聚合物。

22、在一些实施方案中，在450纳米和650纳米之间的波长范围内，所述光学镜的平均反射率为至少约85％。

23、在某些实施方案中，所述顶层的表面上的水接触角为至少约90°。另外地或替代地，所述顶层的表面上的油接触角为至少约70°。

24、所述光学镜可包括前述实施方案中的一个或多个，并且任选地，在将所述顶层施加在所述保护层的顶上之前清洁所述保护层。

25、在一些实施方案中，通过离子清洁方法来清洁所述保护层。

26、任选地，用于所述离子清洁方法的离子源与用于通过离子辅助沉积来沉积所述光学镜的一个或多个层的离子源相同。

27、在一些实施方案中，用于所述离子清洁方法的离子源是氩(argon，氩气)。

28、所述光学镜任选地包括前述实施方案中的一个或多个，并且进一步包括作为凹面的前表面。

29、在某些实施方案中，所述前表面具有在约9英尺和约12英尺之间的曲率半径。

30、在一些实施方案中，所述光学镜包括前述实施方案中的一个或多个，并且所述前表面的形状适于准直从通过投影仪照射的漫射屏幕散射的光。

31、所述光学镜可包括前述实施方案中的一个或多个，并且所述前表面具有包括球形、抛物线形、椭圆形及其组合的至少一部分的形状。

32、在一些实施方案中，所述光学镜包括具有与第二侧相对的第一侧的主体。任选地，所述第一侧与所述第二侧全等(congruent，叠合)。另外地或替代地，所述第一侧和所述第二侧可大约垂直于镜的前表面取向。

33、在某些实施方案中，所述光学镜包括前述实施方案中的一个或多个，并且所述基层是所述主体的一部分。替代地，在另一实施方案中，所述基层由第一材料形成，并且所述主体包括不同于所述第一材料的第二材料。所述基层接合或互连到所述主体。

34、在一些实施方案中，在将所述粘合剂层粘结到所述基层之前，将所述基层接合或互连到所述主体。

35、替代地，在将所述粘合剂层、所述反射层、所述保护层和所述顶层中的一个或多个施加到所述基层之后，将所述基层接合或互连到所述主体。

36、在本公开内容的另一方面，用于光学镜的涂层包括：(1)粘合剂层，该粘合剂层以第一速率沉积在下层的基材上，包含铝金属；(2)反射层，该反射层以第二速率沉积，覆盖在所述粘合剂层上，包含铝金属；(3)保护层，该保护层覆盖在所述反射层上，包含二氧化硅；和(4)顶层，该顶层覆盖在所述保护层上，其中所述顶层为疏油的和疏水的中的至少一种。

37、在某些实施方案中，所述粘合剂层和所述保护层中的至少一个可经由离子辅助沉积来沉积。所述离子辅助沉积可为但不必为氩离子辅助沉积。

38、在某些实施方案中，以下中的至少一个可为真：(i)所述粘合剂层的厚度在约50埃和约450埃之间；(ii)所述反射层的厚度在约500埃和约900埃之间；(iii)所述保护层的厚度在约950埃和约2350埃之间；和(iv)所述顶层的厚度在约100埃和约300埃之间。

39、在某些实施方案中，所述粘合剂层、所述反射层、所述保护层和所述顶层的组合厚度在整个涂层的表面区域中可变化不大于约2％、不大于约1.5％或不大于约1％。

40、所述涂层可包括前述实施方案中的一个或多个，并且沉积所述粘合剂层的第一速率不大于约5埃/秒。

41、在一些实施方案中，将所述粘合剂层沉积在所述基层上的第一速率在约0.1埃/秒和约5.0埃/秒之间。

42、在某些实施方案中，所述涂层任选地包括前述实施方案中的任意一个或多个，并且所述第二速率可为至少约15埃/秒。

43、在一些实施方案中，所述反射层可以在约15埃/秒和约50埃/秒之间的第二速率沉积。

44、在一些实施方案中，所述反射层是通过真空沉积铝镀银工艺来沉积的。

45、所述涂层可包括前述实施方案中的任意一个或多个，并且任选地，所述保护层通过离子辅助沉积而沉积在所述反射层上。所述离子辅助沉积任选地为氩离子辅助沉积。

46、所述涂层可包括前述实施方案中的一个或多个，并且任选地，所述保护层为第一保护层，并且所述涂层进一步包括位于所述第一保护层和所述顶层之间的第二保护层。因此，所述第一保护层可任选地为下保护层，并且因此，所述第二保护层可任选地为上保护层。

47、在本公开内容的另一方面，用于制备光学镜的方法包括：(a)以第一速率将包含铝金属的粘合剂层施加到基材；(b)以第二速率将包含铝金属的反射层施加在所述粘合剂层的顶上；(c)将包含二氧化硅的保护层施加在所述反射层的顶上以形成未涂覆的光学镜；和(d)将顶层施加在所述保护层的顶上以形成经涂覆的光学镜，其中所述顶层为疏油的和疏水的中的至少一种。

48、在某些实施方案中，可经由离子辅助沉积来沉积所述粘合剂层和所述保护层中的至少一个。所述离子辅助沉积可为但不必为氩离子辅助沉积。

49、在某些实施方案中，以下中的至少一个可为真：(i)所述粘合剂层的厚度在约50埃和约450埃之间；(ii)所述反射层的厚度在约500埃和约900埃之间；(iii)所述保护层的厚度在约950埃和约2350埃之间；和(iv)所述顶层的厚度在约100埃和约300埃之间。

50、在某些实施方案中，所述粘合剂层、所述反射层、所述保护层和所述顶层的组合厚度在整个基材的表面区域中可变化不大于约2％、不大于约1.5％或不大于约1％。

51、在某些实施方案中，所述顶层的疏油/疏水材料可选自substance wr4-sfsurfclear 100和surfclear 300。

52、在某些实施方案中，在450纳米和650纳米之间的波长范围内，所述光学镜的平均反射率可为至少约85％。

53、在实施方案中，所述光学镜任选地包括前述实施方案中的一个或多个，并且进一步包含作为凹面的前表面。

54、在某些实施方案中，所述光学镜的前表面的曲率半径可为至少约9.25英尺。

55、在某些实施方案中，所述前表面具有在约9英尺和约12英尺之间的曲率半径。

56、在某些实施方案中，所述光学镜的前表面上的水接触角可为至少约90°。

57、在某些实施方案中，所述光学镜的前表面上的油接触角可为至少约70°。

58、在某些实施方案中，在步骤(c)和(d)之间可不对在其中进行步骤(c)和(d)的真空室进行吹扫或排气。

59、所述方法可包括前述实施方案中的一个或多个，并且在步骤(c)和(d)之间可进一步包括对未涂覆的光学镜进行离子清洁。离子清洁步骤的持续时间可任选地但不必为约1分钟和约30分钟之间。离子清洁步骤可任选地为但不必为氩离子清洁步骤。

60、所述方法可包括前述实施方案中的一个或多个，并且任选地，所述保护层是第一保护层，并且所述方法进一步包括施加位于所述第一保护层和所述顶层之间的第二保护层。因此，所述第一保护层可任选地为下保护层，并且因此，所述第二保护层可任选地为上保护层。

61、在一些实施方案中，通过离子辅助沉积将所述第一保护层施加到所述反射层。

62、所述第一保护层任选地具有在约950埃和约1750埃之间的第一厚度。

63、任选地通过非离子辅助真空沉积工艺将所述第二保护层施加到所述第一保护层。

64、所述第二保护层任选地具有在约1埃和约600埃之间的第二厚度。

65、所述方法可包括前述实施方案中的一个或多个，并且可进一步包括以不大于约5埃/秒的第一速率沉积所述粘合剂层。

66、在一些实施方案中，将所述粘合剂层沉积在所述基材上的第一速率在约0.1埃/秒和约5.0埃/秒之间。

67、在某些实施方案中，所述方法任选地包括先前实施方案中的任意一个或多个，并且所述第二速率可为至少约15埃/秒。

68、在一些实施方案中，沉积所述反射层的第二速率在约15埃/秒和约50埃/秒之间。

69、在一些实施方案中，通过真空沉积铝镀银工艺来沉积所述反射层。

70、在某些实施方案中，步骤(c)和(d)之间的时间间隔可不大于约60分钟。

71、所述方法可包括前述实施方案中的任意一个或多个，并且任选地，通过离子辅助沉积将所述保护层沉积在所述反射层上。所述离子辅助沉积任选地为氩离子辅助沉积。

72、在一些实施方案中，所述方法包括前述实施方案中的任意一个或多个，并且进一步包括通过离子辅助沉积来沉积所述顶层。

73、任选地，使用氩离子辅助沉积方法来沉积所述顶层。

74、在一些实施方案中，所述方法进一步包括提供由玻璃形成的基材。

75、替代地，在一些实施方案中，所述方法进一步包括提供由塑料、金属或聚合物形成的基材。

76、所述方法任选地包括前述实施方案中的一个或多个，并且进一步包括将基材接合到所述光学镜的主体。

77、在一些实施方案中，在将所述粘合剂层施加到所述基材之前，将所述基材接合或互连到所述主体。

78、替代地，在将所述粘合剂层、所述反射层、所述保护层和所述顶层中的一个或多个施加到所述基材之后，将所述基材接合或互连到所述主体。

79、本公开内容的一个方面是基本上如本文中描述的镜。所述镜可包括本文中描述的任意方面和实施方案。所述镜可通过本文中描述的任意方法或方法的组合形成。

80、本公开内容的另一方面是基本上如本文中描述的用于光学镜的涂层。所述涂层可包括本文中描述的任意方面和实施方案。所述涂层可通过本文中描述的任意方法或方法的组合施加到所述光学镜。

81、一个方面是具有基本上如本文中描述的涂层的镜子。

82、本公开内容的又一方面是制备基本上如本文中描述的涂覆的光学镜的方法。所述方法可包括本文中描述的任意方面和实施方案。

83、又一方面是基本上根据本文中描述的方法制备的镜子。

84、从本文中包含的公开内容中，本发明的优点将是明晰的。

85、如本文所使用的，“至少一个”、“一个或多个”和“和/或”是开放式表达，其在操作中既是合取的(conjunctive)又是析取的(disjunctive)。例如，表述“a、b和c中的至少一个”、“a、b或c中的至少一个”、“a、b和c中的一个或多个”、“a、b或c中的一个或多个”和“a、b和/或c”中的每一个意指单独的a、单独的b、单独的c、a和b一起、a和c一起、b和c一起、或a、b和c一起。

86、应注意，术语“(不定冠词)一个(种)(a或an)”实体是指一个或多个该实体。因此，术语“一个”(或“一种”)(“a”(or“an”))、“一个或多个(one or more)”和“至少一个(atleast one)”在本文中可互换使用。还应注意，术语“包含”、“包括”和“具有”可互换使用。

87、除非另有说明，否则说明书和权利要求书中使用的表达数量、尺寸、条件、比率、范围等的所有数字应理解为在所有情况下均由术语“约”或“大约”修饰。因此，除非另有说明，否则说明书和权利要求书中使用的表达数量、尺寸、条件、比率、范围等的所有数字可增加或减少大约5％以实现令人满意的结果。另外地，在如本文中使用的术语“约”或“大约”的含义对于本领域普通技术人员而言不是明晰的情况下，所述术语“约”和“大约”应被解释为在所述值加或减10％内的含义。

88、在不背离本发明的情况下，本文中描述的所有范围均可减少到所述范围的任意子范围或部分，或减少到所述范围内的任意值。例如，范围“5至55”包括但不限于子范围“5至20”以及“17至54”。

89、除非另有说明，否则术语“基本上”表示所述值的0％至5％的差异是可接受的。

90、本文中描述的实施方案和配置既非完全的、也非穷举的。如将理解的，本发明的其它实施方案可单独或组合地利用上文阐述的或下文详细描述的一个或多个特征。