光学涂覆方法、设备和产品的制作方法
【专利说明】光学涂覆方法、设备和产品
[0001] 相关申请的交叉参考
[0002] 本申请是2012年11月30日提交的美国非临时专利申请号13/690829、题目为〃 光学涂覆方法、设备和产品（OpticalCoatingMethod,ApparatusandProduct) 〃的部分 继续申请，其要求2012年10月4日提交的美国临时专利申请号61/709423其题目为〃光 学涂覆方法、设备和产品（OpticalCoatingMethod,ApparatusandProduct) 〃以及 2012 年11月30提交的美国非临时专利申请号13/690, 904且题目为"用于制备具有光学和易清 洁涂层的玻璃制品的方法（ProcessforMakingofGlassArticleswithOpticaland Easy-To-CleanCoatings) 〃的优先权，本申请以这些文献为基础并将以上各文的全部内容 通过引用纳入本文。
[0003] 领域
[0004] 本发明涉及一种用于制备玻璃制品的方法，所述玻璃制品具有光学涂层和在所述 光学涂层上的易清洁（ETC)涂层，涉及一种用于实施所述方法的设备和使用所述方法制备 的制品。具体来说，本发明涉及一种方法，其中可使用相同的设备顺序地施涂所述光学涂层 和ETC涂层。
[0005] 背景
[0006] 玻璃特别是化学强化的玻璃已变成许多（如果不是多数）消费者电子产品的显 示屏的材料选择。例如，化学强化的玻璃尤其受到"触摸"屏产品的垂青，不管它们是小产 品如手机、音乐播放器、电子书阅读器和电子笔记本，还是更大的产品如计算机、自动售货 机、机场自助服务机和其他类似的电子产品。这些产品中的许多要求在玻璃上施涂减反射 ("AR"）涂层，来减少从玻璃反射的可见光，由此改善对比度和可读性，例如当在直射阳光 下使用该器件时。但是，AR涂层的一些不足是它对表面污染的敏感性、它不良的耐刮擦耐久 性，即在使用中AR涂层容易被刮掉，例如被擦拭布或用户手指上的灰尘和污垢刮掉。在AR 涂覆的表面上的指纹和污点是非常显而易见的，且总是不易于除去。结果，非常期望任何触 摸器件的玻璃表面是易清洁的，这可通过把易清洁（ETC)涂层施涂到玻璃表面来实现。施 涂到玻璃表面来实现。
[0007] 用于制备同时具有减反射涂层和ETC涂层的现有方法要求使用不同的设备来施 涂该涂层，因此需要使用分开的制造工艺。基本步骤是把减反射（"AR"）涂层施涂至玻璃 制品，例如使用化学气相沉积（"CVD"）或物理气相沉积（"PVD"）方法。在常规的方法中， 把光学涂覆的制品（例如具有AR涂层的制品），从光学涂覆设备转移到另一设备，来在AR 涂层顶部施涂ETC涂层。虽然这些方法可制备同时具有AR涂层和ETC涂层的制品，它们需 要独立的工艺且因需要额外的加工而具有更高的产率损失。因为在AR涂层和ETC涂层步 骤之间的额外加工发生污染，这可导致最终产品的低劣可靠性。例如，使用常规的把ETC涂 层涂覆至光学涂层上的2-步涂覆方法得到的产品在触摸屏应用中容易被刮擦。此外，虽然 可在施涂ETC涂层之前清洁AR涂覆的表面，但这涉及在制造方法中的额外步骤。所有额外 的步骤增加产品成本。因此，需要可替代的方法和设备，通过所述方法和设备，可使用相同 的基本步骤和设备来施涂两种涂层，由此降低制造成本。本文所述的优势和所得产品将在 下面的段落和权利要求中详细描述。
[0008] 概述
[0009] 在一个或多个实施方式中，本发明提供用于在涂覆过程中固定衬底的衬底载体。 所述衬底载体可包括衬底载体基座，其包括停留表面、底面和设置在停留表面上的衬底停 留区域。衬底停留区域的区域可小于停留表面的区域。衬底载体还可包括结合到衬底载体 基座的底面的多个磁体，并设置在衬底停留区域周界以外。在一个或多个实施方式中，可将 粘合剂材料设置在衬底停留区域的停留表面上方，用于可释放地将至少一个待涂覆的衬底 固定到停留表面。粘合剂材料可包括压敏粘合剂。在一种变体中，粘合剂材料可包括丙烯 酸类粘合剂、橡胶粘合剂和/或硅酮粘合剂。任选地，可在停留表面和粘合剂材料之间设 置聚合物膜。
[0010] 所述衬底载体可包括多个销钉，用于支撑设置在停留表面上的衬底。任选地，衬 底载体可包括弹簧系统，其包括由弹簧固定到位的可回缩的销钉，当衬底设置在停留表面 上时该弹簧偏移可回缩的销钉来接触衬底，以及从衬底载体基座延伸一定距离的多个侧 面停止销，从而当衬底设置在多个销钉上时多个侧面停止销的顶部在衬底的顶部表面以 下。在一种变体中，衬底载体可包括壳体并将可回缩的销钉设置在壳体之内，其中可回缩 的销钉由弹簧固定到位，当衬底设置在停留表面上时可回缩的销钉从壳体向外偏移并接 触衬底以及当把衬底设置在停留表面上时用于固定衬底边缘的多个可移动的销钉。在另一 种变体中，多个销钉的位置是可调节的，以容纳不同形状和尺寸的衬底。
[0011] 还在另一种实施方式中，本发明提供用于涂覆衬底的涂覆设备。所述涂覆设备可 包括真空室和可旋转的穹顶，其设置在真空室内，并包括磁性材料。等离子体源可设置在真 空室之内，并基本上垂直取向，以把等离子体引导到可旋转的穹顶的底面上，其中等离子 体源设置在可旋转的穹顶以下并从可旋转的穹顶的旋转轴线径向地向外，从而发射自等离 子体源的等离子体从至少可旋转的穹顶的外边缘到至少可旋转的穹顶的中央入射到可旋 转的穹顶的底面上。在一个或多个实施方式中，可旋转的穹顶旋转轴线和等离子体源之间 的距离大于可旋转的穹顶的投影的（projected)周界和等离子体源之间的距离。涂覆设备 可包括至少一个设置在真空室内的热蒸发源。
[0012] 涂覆设备可任选地包括至少一个电子束源，其设置在真空室内取向以把电子束引 导到设置在真空室内的涂层源材料上。涂覆设备可包括在真空室内的第二电子束源。第二 电子束源可取向，以把第二电子束引导到设置在真空室内的涂层源材料上。
[0013] 在另一种选择中，涂覆设备可包括至少一个可调节的设置在真空室之内的阴影 掩模。可将阴影掩模在其中至少一个阴影掩模位于至少一个电子束源和可旋转的穹顶之间 的延伸位置以及其中至少一个阴影掩模不位于至少一个电子束源和可旋转的穹顶之间的 回缩位置之间调节。在一个或多个实施方式中，可包括第二阴影掩模。在这种实施方式中， 第二阴影掩模可位于第二电子束源和可旋转的穹顶之间。
[0014] 所述涂覆设备可包括可旋转的穹顶，其包括可旋转的穹顶顶部中央的开口，覆盖 可旋转的穹顶的开口的透明的玻璃板，和监视器，该监视器位于透明的玻璃板的开口中用 于监测真空室中沉积的涂层材料的沉积速率。可在所述透明玻璃板以上设置光纤，其中当 涂覆所述透明玻璃板时，所述光纤收集从所述透明玻璃板反射的光来测定所述透明玻璃板 的反射率变化，并由此测定施涂至所述透明玻璃板的涂层厚度。
[0015] 还在另一种实施方式中，本发明提供用于涂覆衬底的涂覆设备。所述涂覆设备可 包括真空室和设置在真空室内的可旋转的穹顶。可旋转的穹顶可由磁性材料建造。所述设 备还可包括至少一个衬底载体，用于连接到可旋转的穹顶。所述至少一个衬底载体可包括 衬底载体基座，其包括停留表面、底面和设置在停留表面上的衬底停留区域。可把多个磁体 结合到衬底载体基座的底面，并设置在衬底停留区域周界以外。粘合剂材料可设置在衬底 停留区域的停留表面上方，用于可释放地固定至少一个待涂覆的衬底。所述涂覆设备可包 括等离子体源，该等离子体源设置在真空室之内，并基本上垂直取向，以把等离子体引导到 可旋转的穹顶的底面上，其中，等离子体源设置在可旋转的穹顶以下并从可旋转的穹顶的 旋转轴线径向地向外，从而发射自等离子体源的等离子体从至少可旋转的穹顶的外边缘到 至少可旋转的穹顶的中央入射到可旋转的穹顶的底面上。在一种变体中，可旋转的穹顶旋 转轴线和等离子体源之间的距离大于可旋转的穹顶的投影的周界和等离子体源之间的距 离。所述涂覆设备可包括设置在真空室内并取向以把第一电子束引导至设置在真空室内的 第一涂层源材料上的第一电子束源和设置在真空室内并取向以把第二电子束引导至设置 在真空室内的第二涂层源材料上的第二电子束源。第一涂层源材料可呈现高折射率，第二 涂层源材料可呈现低折射率或中等折射率。所述涂覆设备可包括至少一个可调节的设置在 真空室之内的阴影掩模。可将阴影掩模在其中至少一个阴影掩模位于第一电子束源和第二 电子束源中的至少一个和可旋转的穹顶之间的延伸位置以及其中至少一个阴影掩模不位 于第一电子束源或第二电子束源和可旋转的穹顶之间的回缩位置之间调节。
[0016] 在以下的详细描述中提出了本发明所述方法的其他特征和优点，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，或者通过实施包括以下详细 描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的本发明而被认识。
[0017] 应理解，前面的一般性描述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。
[0018] 附图简要说明
[0019] 图1A是根据本文所述的一个或多个实施方式的涂覆设备100的示意图；
[0020] 图1B示意性地显示了玻璃板116的放大视图，并显示了用于容纳石英监视器的开 □ 116a;
[0021] 图1C示意性地显示了玻璃板的放大视图，该玻璃板具有已接纳在所述开口之内 的石英监视器和光纤，石英监视器和光纤都用来测量和控制把光学涂层材料沉积到连接至 衬底载体的玻璃衬底上；
[0022] 图2是图片，显示了穿过图1A所示的涂覆设备的一部分的穹顶的俯视图，显示了 磁性地连接至该穹顶的多个衬底载体；
[0023] 图3A示意性地显示了图1A所示的涂覆设备的穹顶片段的倾斜的侧面俯视图，有 多个衬底载体磁性地连接至该穹顶；
[0024] 图3B示意性地显示支撑穹顶片段110a的框架；框架160包括外部唇缘/轮辋 161 (还如图3A所示），在开口 164处的内部轮辋（未编号）且旋转主轴117可连接至该开 口 164 (未显示），以及多个辐条162,该辐条162的宽度足以容纳显示为168的穹顶片段的 侧面边缘；
[0025] 图4A示意性地显示了非磁性衬底载体130,其具有用于把该载体磁性地连接至穹 顶110并在涂覆过程中固定玻璃衬底/制品140的多个元件134 ;
[0026] 图4B是图4A的侧视图，显示了放置在从所述衬底载体表面130a以一定距离延伸 进入衬底载体基座130的销钉136上的玻璃衬底140、从衬底载体130的表面130a延伸并 以大于基座130b的距离穿过该基座延伸的磁体134、从载体130基座延伸至距离玻璃制品 140的顶部表面140a有一定距离的侧面停止销150 ;
[0027] 图4C显不了衬底载体基座131的底部视图，显不了位于衬底停留区域141的周界 142以外的磁体134 ;
[0028] 图5示意性地显示了固定玻璃衬底140的销钉138a和138b中的一种，通过装载 在销钉138a上的可调节的弹簧顶着玻璃衬底140施加的力来顶着该销钉固定该玻璃衬底 140,以及与销钉接触的成形的边缘141 (在这种情况下是倒棱缘）；
[0029] 图6显示了连接至穹顶110的衬底载体130,从而把可收缩的销钉138A设置成垂 直于旋转方向，即比销钉138b(也如图6所示）更接近穹顶110顶部T的开口；
[0030] 图7a_c示意性地显示了氟化硅烷和玻璃或氧化物AR涂层的接枝反应；
[0031] 图8显示了位于ETC涂层下面的AR光学涂层，其用来提供隔离玻璃表面化学和污 染的屏障，以及还用来提供具有更低活化能的位点，使氟化硅烷以最大的涂层密度化学连 接至AR光学涂层以及在涂覆表面上交联，从而最大化磨损可靠性（耐久性）；
[0032] 图9显示了用于光纤206和其它一些应用的、AR-ETC涂覆的GRIN镜片208 ;
[0033] 图10比较了具有在6层ARC(Nb205/Si02)涂层上的PVD8-10nmETC的玻璃制品和 只有喷涂的ETC涂层的玻璃制品的磨损测试数据；
[0034] 图11比较了具有6层PVDIAD-EBAR涂层和沉积在该AR涂层顶部的8-10nm热 沉积的ETC涂层的玻璃制品，相对于具有在第一常规涂覆机中沉积的PVDAR涂层