[发明专利]耐刮擦且光学透明的材料和制品

说明书

公开了一种耐刮擦且光学透明的材料的实施方式，所述材料包含硅、铝、氮和任选的氧。在一个或多个实施方式中，所述材料展现出在400nm波长下小于约1x10^‑3的消光系数(k)，在约380nm至约780nm范围中的光学波长区内的约80％或更高的平均透射率，通过厚度为约0.4微米的材料测量。在一个或多个实施方式中，所述材料包含约12GPa或更大的本征最大硬度、低的压缩应力和低的粗糙度(Ra)，所述本征最大硬度通过布氏压头硬度测试沿着约100nm或更深的压痕深度在厚度为约400的材料的主表面上测得。还公开了包含所述材料的制品和装置。

相关申请的交叉参考

本申请根据35U.S.C.§119要求于2016年6月13日提交的系列号为62/349506的美国临时申请的优先权权益，本申请以该申请的内容为基础，并且通过引用的方式全文纳入本文。

背景技术

本公开涉及表现出低光学吸收、高硬度和低压缩应力的材料，更具体地，涉及表现出低光学吸收、高硬度和低压缩应力及可调的压缩应力的包含硅、铝、氮和任选的氧的材料，以及包含所述材料的制品。

人们经常使用盖板制品来保护电子产品内部的关键器件，以提供用于输入和/或显示的用户界面，以及/或者提供许多其他的功能。这些产品包括移动装置，例如智能手机、mp3播放机、笔记本电脑和平板电脑。盖板制品还包括建筑制品、运输制品(例如用于汽车应用、火车、飞行器、船舶等的制品)、家电制品或任何需要一定程度的透明度、耐刮擦性、低应力或其以上性质的组合的制品。这些应用常常需要耐刮擦性和强光学性能特征——就最大光透射率和最小反射率而言。另外，一些盖板应用要求在反射和/或透射中显示或看到的颜色不随视角的改变而显著变化。这是因为，在显示器应用中，如果颜色在反射或透射中随着视角的变化而发生可感知程度的变化，则产品的使用者会感觉到显示器的颜色或亮度发生变化，这会降低显示器的感知质量。在其他应用中，色彩的变化会对美感需求或其他功能需求产生负面影响。

盖板制品的光学性能可通过使用各种抗反射涂层来改善，但是已知的抗反射涂层易受到损耗或磨损。这种磨损会减弱通过抗反射涂层所取得的任何光学性能的改善。例如，光学滤波器经常由折射率不同的多层涂层制得，以及由光学透明的介电材料(例如氧化物、氮化物和氟化物)制得。用于这种光学滤波器的典型的氧化物中的大多数为宽带隙材料，它们不具有用于移动装置、建筑制品、运输制品或家电制品所必需的机械性质，例如硬度。氮化物或类金刚石涂层可展现出高硬度值，但是这些材料不表现出这些应用所需的透射率。

磨损损坏可包括来自对面物体(例如手指)的往复滑动接触。此外，磨损损坏可产生热，这会削弱薄膜材料中的化学键，并对盖板玻璃造成剥落及其他类型的损坏。由于磨损损坏通常比造成刮擦的单一事件经历更长的时间，因此经历了磨损损坏的所设置的涂层材料还会发生氧化，这进一步降低了涂层的耐久性。

已知的抗反射涂层还容易受到刮擦损坏的影响，甚至常比其上设置有这些涂层的下方的基材更容易受到刮擦损坏。在一些情况中，这些刮擦损坏中的很大一部分包括微延展性(microductile)刮擦，其通常包括材料中具有延伸长度且深度在约100nm至约500nm范围内的单一凹槽。微延展性刮擦可伴随其它类型的可见损坏，例如亚表面开裂、摩擦开裂、碎片和/或磨耗。有证据提示这些刮擦和其他可见损坏中的大部分是由在单一接触事件中发生的尖锐接触导致的。盖板基材上一旦出现明显擦痕，制品外观就会变差，因为擦痕使光散射增加，而这可导致显示器上的图像的亮度、清晰度和对比度显著降低。明显的擦痕还会影响包括触敏显示器的制品的精度和可靠性。单一事件刮擦损坏可与磨损损坏形成对比。单一事件刮擦损坏并非由多个接触事件导致，例如来自于坚硬的对面物体(例如沙子、砾石和砂纸)的往复滑动接触，其通常也不会产生热，所述热可削弱薄膜材料中的化学键并导致剥落和其他类型的损坏。另外，单一事件的刮擦通常不会导致氧化或者涉及导致磨损损坏的相同条件，所以，通常用于防止磨损损坏的解决方案可能并不能防止刮擦。再者，已知的刮擦和磨损损坏解决方案往往会使光学性质折衷。