CN101010602A - 防炫光涂料和防炫光制品 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及防炫光涂料。该防炫光涂料组合物按以下方法制备：在设置有搅拌桨的容器中，将31.55重量％的四乙氧基硅烷加入到17.99重量％的甲基三乙氧基硅烷中。然后开始搅拌，并在整个混合过程中持续搅拌。然后向搅拌的混合物中加入0.53重量％的100nm的胶态二氧化硅(该胶态二氧化硅分散于乙二醇中，浓度为30重量％)。10分钟后，将9.67重量％0.15M的盐酸和0.15重量％三水醋酸钠所形成的混合物加入上述溶液中。反应2.5小时后，加入醇类稀释剂。首先加入20.06重量％的1－丁醇(ACS级)，10分钟后，接着加入20.05重量％的2－丙醇。将配制成的涂料组合物保存在持续搅拌的条件下。在使用之前，将涂料组合物置于密闭容器中、在持续搅拌的条件下于室温陈化2天半。然后，在涂敷前，将所述涂料组合物通过其过滤孔尺寸为25μm的过滤器进行重力过滤。该涂料组合物可应用于触摸屏面板、计算机监视器、电视机屏幕、光学滤光片、相框、窗户、反射镜、太阳能集热器盖板、光学透镜和汽车挡风玻璃。

Description

防炫光涂料和防炫光制品
背景技术
如美国专利No.5,725,957所述，主要有两种用于降低与玻璃基材表面有关的炫光的方法。第一种方法涉及将“干涉”涂层叠堆沉积在玻璃基材上，该“干涉”涂层叠堆通过利用薄膜内所发生的光学干涉来控制炫光。这种膜的厚度通常为可见光的标称波长的约四分之一或二分之一，该厚度取决于涂层和玻璃的相对折射率。第二种方法涉及在玻璃表面形成光散射(即漫射)装置，这通常是通过改变玻璃基材外表面的性质或通过玻璃基材上的漫射体涂层而实现的。
这些干涉涂层可降低炫光，但不会降低分辨率。然而，这些涂层的沉积以及随后的干燥和烧制操作的费用相对较为昂贵，该沉积操作需要采用成本相对较高的真空沉积技术(例如溅射镀)和精确的制造条件、或者需要使用非常精确的烷氧基化合物溶液浸涂技术。严格地控制厚度和严格地保持厚度均匀也是必需的。
在试图通过光漫射来降低炫光的方法中，一种方法是对玻璃基材的外表面进行蚀刻，或者是对沉积在玻璃基材上的涂层的外表面进行改变。对基材的表面进行蚀刻或者对经涂敷的基材的表面进行改变都存在着诸多缺点。通过化学方法进行蚀刻涉及到使用和储存通常具有强腐蚀性的化合物(例如氢氟酸)。因为环境法越来越严格，所以这些化合物会引起工艺和处理方面的问题。通过非化学方法(例如喷砂方法)进行蚀刻还需要额外的且成本昂贵的工艺操作。在美国专利No.5,725,957中，使用通过将无机金属氧化物前体溶解于有机溶剂中而形成的前体溶液来喷涂透明基材。另一种可供选用的方法是将多种材料(例如具有不同折射率的混合氧化物)混入到涂料组合物中。
尽管人们已经描述了多种用来降低炫光的方法，但是本行业仍然会从用于提供防炫光表面的新方法中获益。
发明概述
在一个方面中，本发明涉及一种制品(例如触摸屏)，该制品包含：玻璃基材、用于探测触摸屏所受触摸的有源元件、以及防炫光层。该防炫光层含有位于固化的无机聚合物基质中的无机氧化物颗粒聚集体，其中所述聚集体形成为其尺寸在大于2微米到约100微米范围内的表面结构体。所述的有源元件可具有被设置于玻璃基材和防炫光层之间的透明导电层(例如由透明的导电氧化物构成的透明导电层)。
在一些实施方案中，本发明的制品(例如触摸屏)优选具有氧化硅层和/或液晶硅烷表面层，所述的氧化硅层被设置于所述透明导电层和所述防炫光层之间。
本发明的制品(例如触摸屏)通常具有下列光学性质中的任意一种或任意几种的组合，所述光学性质包括：反射雾度为至少150、反射率低于10％、以及透射率为至少80％。
本发明的制品(例如触摸屏)通常具有下列耐久性中的任意一种或任意几种的组合，所述耐久性包括：由纳米划痕试验确定的抗刮性为至少10mN；泰伯耐磨性试验结果为至少100圈；以及针对1微米的防炫光层，由抛光试验确定的耐破坏时间为至少2个小时。
无机氧化物颗粒的平均粒径通常为约0.05微米到约0.15微米。
表面结构体的尺寸通常为至少10微米或20微米。表面层具有一定的总表面积，所述表面结构体占所述总表面积的至少20％、至少30％或至少40％。
所述固化的无机聚合物基质通常衍生自有机硅烷，例如硅的烷氧基化合物(silicon alkoxide)。所述固化的有机硅烷通常由溶胶-凝胶法得到。
在另一个实施方案中，本发明涉及涂料组合物，该涂料组合物包含有机硅烷和尺寸为大于2微米到约100微米的凝聚的无机氧化物颗粒。无机氧化物颗粒的含量通常低于1.5重量％。
在另一个实施方案中，本发明涉及使用所述涂料组合物制造防炫光制品的方法。
在另一个实施方案中，本发明涉及制造防炫光涂料组合物的方法，该方法包括：提供无机聚合物前体和平均粒径为0.05微米到0.15微米的胶态二氧化硅颗粒；以及在形成无机聚合物溶液的同时凝聚形成平均粒径大于2微米的胶态二氧化硅聚集体。
在另一个实施方案中，本发明涉及一种制品(例如触摸屏)，该制品具有光学性质和耐久性达到协同平衡的防炫光层。所述制品优选具有低于30％(例如低于20％、10％或5％)的透射雾度、至少为80％(例如至少为85％或90％)的透射率、至少为70％(例如80％)的透明度、以及由纳米划痕试验确定为至少10mN的抗刮性。
附图的简要说明
图1是具有本发明的防炫光表面层的触摸面板的三维图。
图2示出适合用于制造防炫光表面层的示例性胶态无机氧化物的粒径分布。
图3是放大50倍的示例性防炫光表面。
图4示出用于制造防炫光表面的另一种示例性涂料组合物的粒径分布。
图5是放大50倍的另一种示例性防炫光表面。
图6是放大20倍的另一种示例性防炫光表面。
优选实施方案的详述
本发明涉及具有防炫光层(例如防炫光表面层)的制品、适合用于制造防炫光层的涂料组合物、制造防炫光制品的方法、以及制造防炫光涂料组合物的方法。在一些实施方案中，所述的制品是诸如触摸屏之类的显示制品(例如受照明的显示制品)。
在本领域内已知有多种触摸屏，例如在美国专利No.4,198,539、4,293,734和4,371,746中所述的那些。触摸屏通常具有例如可购自位于美国马萨诸塞州Methuen市的3M Touch Systems公司的触摸感应面板(例如计算机的触摸感应面板)。
图1所示的一个示例性显示屏10具有触摸面板12，该触摸面板包含：诸如玻璃、塑料或其它透明介质之类的绝缘基材14，以及位于基材14上的有源部分15。用于探测触摸输入的有源元件15通常具有直接沉积在基材14上的透明导电层16。层16通常是厚度为20纳米到60纳米的掺杂的氧化锡层，并且可通过溅射镀、真空沉积和本领域已知的其它技术沉积该层。导电层16还可以含有导电聚合物材料或导电性有机-无机复合材料。为了在显示屏和手指或触控笔(stylus)之间形成接触点，通常环绕导电层16的边界布置导电图案(图中未示出)，从而在整个导电层16上提供均匀的电场。可任选地设置第二导电层20，从而使显示屏10免受可能由显示单元(图中未示出)的电路产生的干扰，显示屏10可以附着在第二导电层20上，并且第二导电层20可以同样具有按照与导电层16所述方法相似的方式沉积的氧化锡层。该触摸面板具有本发明的防炫光层18。
在本发明的制品中，防炫光层可作为如图1所示的表面层而存在。可供选用的另一种方式为，将防炫光层设置于表面层和基材之间。如下文所述，位于防炫光层之上的各层不会损害防炫光层的结构特征和光学性质，也不会降低防炫光层的耐久性。
防炫光表面层含有位于固化的无机聚合物基质中的无机氧化物颗粒聚集体。各个无机氧化物颗粒聚集体的最大尺寸均为0.1微米到约100微米。各个无机氧化物颗粒聚集体的最大尺寸均优选为至少0.2微米，更优选为至少0.3微米。形成聚集体的各个单独的无机氧化物颗粒的尺寸基本上比表面结构体的尺寸小。在本文中，“聚集”是指至少两个颗粒被结合在一起。表面结构体由一个或多个聚集的无机氧化物颗粒构成。因此，各个表面结构体的最大尺寸均为至少单个聚集体的尺寸。
不想受理论的限制，通过使用固化的无机聚合物基质来结合表面结构体，所得到的防炫光表面能够有利地使防炫光光学性质和高水平的耐久性达到协同平衡。防炫光性通常用光学性质的组合来表征。在这些光学性质中，反射雾度和反射率通常最能表示防炫光性质。本文所述的防炫光表面层通常具有低于10％的反射率。该防炫光表面层的反射雾度通常为至少150，更通常为至少200。该反射雾度通常低于600，更通常低于550。然而，使用防炫光涂层可能会降低透射率、透射雾度和透明度。本文所述的防炫光表面层的透射率通常高于80％。优选的是，该透射率为至少85％，更优选为至少90％或更高。本文所述的防炫光表面层的透射雾度通常低于30％，优选低于25％。其表面结构体相对较小的防炫光表面层可具有约10％的透射雾度；然而，其表面结构体较大的防炫光表面层可具有低于10％的透射雾度值。例如，透射雾度可低于8％、7％或6％。本文所述的防炫光表面层的透明度为至少70％，优选为至少80％。用于确定这些光学性质的试验方法在随后的实施例中进行说明。
除了刚刚所述的光学性质之外，防炫光表面层还表现出高水平的耐久性。例如，由纳米划痕试验确定的触摸屏的抗刮性为至少10mN(优选为至少30mN)。可供选用的或除此之外的其它性质是，针对1微米的防炫光层，由抛光试验确定的触摸屏的耐破坏时间为至少2个小时。可供选用的或除此之外的其它性质是，在采用CS-10F砂轮和500g负荷的条件下，触摸屏的泰伯(Taber)耐磨性试验结果为至少100圈。用于确定这些耐久性的试验方法在随后的实施例中进行说明。
在本文所述的防炫光层中可使用各种胶态无机氧化物颗粒。合适的无机氧化物包括例如二氧化硅、二氧化铈、氧化铝、氧化锆、二氧化钛以及它们的混合物。二氧化硅颗粒是优选的无机氧化物颗粒，特别是在与有机硅烷类无机聚合物基质结合使用时更是如此。
如图2所示，通常约95重量％的胶态无机氧化物颗粒用于形成其尺寸为0.005微米到0.30微米的聚集体。起始胶态无机氧化物颗粒的分布图中可基本上不含粒径大于0.30微米的颗粒。起始胶态颗粒也可以大体上更大，例如起始胶态无机氧化物颗粒的平均粒径可以为约0.005微米到0.5微米。
申请人发现：可由平均粒径为约0.15微米(150nm)的胶态无机氧化物(例如二氧化硅)形成相对较大的聚集体。为了获得这种相对较大的聚集体，如图4所示，基本上所有的起始胶态颗粒都会被凝聚成聚集体。所得到的聚集体的尺寸可以为0.30微米(即，为起始胶态无机氧化物颗粒平均粒径的2倍)到100微米(即，为起始胶态无机氧化物颗粒平均粒径的1000倍)。通常，聚集体颗粒的平均尺寸优选为至少2微米，并且优选为小于40微米。通常，聚集体的尺寸大致均匀地分布在整个聚集体尺寸范围内。
由含有相对较大聚集体的涂料制备的示例性防炫光表面层的放大50倍和放大20倍的图像分别示于图5和图6中。在该防炫光表面层中，既存在着较大的表面结构体(100)，又存在着相对较小的表面结构体(200)，其中，所述相对较小的表面结构体通常围绕着所述较大的表面结构体。这些结构体通过固化的无机聚合物基质而固定。相对较大的表面结构体可有利于提供低水平的雾度(即5％或更少)。
各个较大结构体的最大尺寸的平均值通常为至少10微米。此外，各个较大结构体的最大尺寸的平均值通常小于50微米(例如小于40微米)。例如图6中所示，较大结构体的平均尺寸为25微米。此外，图6中95％的表面结构体的最大尺寸都小于70微米。这些表面结构体的纵横比为至少约1∶1，通常不高于约5∶1，并且这些结构体的形状通常是不规则的。这些表面结构体的不规则性可有利于表面的整体防炫光性。
各个较大结构体均可以只具有一个凸起，所述凸起的尺寸为单个无机氧化物颗粒聚集体的尺寸(例如约0.15微米)到约10微米。通常，所述的各个较大结构体大体上被成形为锥体的形状，其中锥体的底面通过无机聚合物固定在基材上。与此相应的是，从锥体的顶点到锥体底面的周边颗粒和/或颗粒聚集体的斜度逐渐下降。如图5所示，一个表面结构体具有多个相邻的凸起也是常见的。例如，每个表面结构体可具有2个到10个分离的凸起。每个分离的凸起可大于约4微米，并且每个分离的凸起可含有尺寸小于4微米的多个聚集体。
各个较大表面结构体可与其最近的较大表面结构体之间相隔约2微米到约50微米的距离。大多数的较大表面结构体之间平均相隔约15微米的距离。
如本领域的普通技术人员所理解的那样，防炫光表面可具有相对较小的无机氧化物表面结构体与相对较大的无机氧化物表面结构体相结合的各种组合方式。所述表面结构体的表面积通常占防炫光层的总表面积的至少约20％。所述表面结构体的表面积通常不超过防炫光层的总表面积的约60％。在至少一些具有较低雾度的实施方案中，所述表面结构体的表面积占防炫光层的总表面积的约25％到35％。在其它实施方案(例如由相对较小的无机氧化物聚集体形成的防炫光表面层的实施方案)中，所述表面结构体的表面积占防炫光层的总表面积的约40％到约50％。
在一些实施方案(例如在如图3所示的相对较小的表面结构化区域的情况)中，表面结构体近似均匀分布。因此，表面结构体之间的间隔(即非结构化的表面部分(land portion)(300))的大小与所述结构体的尺寸大约相同。在其它实施方案(例如在如图5和图6所示的较大表面结构体的情况)中，表面结构体之间的非结构化的表面部分的表面积可能会大得多。
无机聚合物优选包括在充分加热时形成SiO2的二氧化硅来源。
固化的无机聚合物基质优选为通过加热而固化的有机硅烷溶液。有机硅烷溶液在本领域中是公知的，并且通常由“溶胶-凝胶”法得到。
有机硅烷可由如下通式表示：
RnSiXm                            (通式I)
其中R是与硅原子键合的有机官能团；X是与硅原子连接的可水解的基团，例如卤素原子或烷氧基；n是1或2；并且m是4-n。
优选的有机硅烷溶液是由硅的烷氧基化合物经水解和缩合反应而合成的(例如参见由C.J.Brinker和G.W.Scherer编著的“Sol-GelScience”，1990年由Academic出版社出版)。这种硅烷具有高度有序的分子结构。硅的烷氧基化合物优选包括(例如)四乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷以及它们的混合物。其它合适的有机硅烷在本领域中是公知的，例如专利文献EP 1 077 236中所描述的那些。
通常使用介质来稀释有机硅烷并将所述的硅烷输送到待涂敷的基材的表面上。另外，水与有机硅烷发生反应而形成水解产物或甲硅烷醇。酸性溶液条件可催化水与有机硅烷的水解反应。在这种情况中，可以使用稳定剂，从而使甲硅烷醇保持稳定，而不会发生自缩合反应，自缩合反应在溶液是碱性时会使该溶液产生沉淀。可通过交叉缩合反应使甲硅烷醇与基材间成键。甲硅烷醇与基材上的分子之间的交叉缩合反应通常较为缓慢。可通过加热使该反应加速。
通常由含醇的涂料组合物来制备防炫光表面层。可以通过从分散于有机硅烷溶液中的胶态无机氧化物(例如二氧化硅)前体中凝聚形成胶态无机氧化物(例如二氧化硅)，从而形成聚集体。因此，凝聚颗粒的制备与有机硅烷溶液的制备同时进行。然而，可供选用的方式是，可以由未凝聚的颗粒单独形成聚集体，可任选地使聚集体与未凝聚的颗粒分离，然后将聚集体加入到稳定的有机硅烷溶液中。
制造防炫光涂料的方法大体上包括：制备含有无机氧化物(例如二氧化硅)颗粒前体的有机硅烷溶液(例如通过溶胶-凝胶法制备)；以及使组合物去稳定，以便使至少一部分无机氧化物颗粒凝聚。已知有多种用于使胶态无机氧化物(例如二氧化硅)颗粒凝聚的方法，例如在文献“One step antiglare sol-gel coatings for screens by sol-geltechniques”，Journal ofNon-crystalline Solids 218(1997)163-168和美国专利No.5,998,013中所描述的那些。
优选的凝聚方法包括：使胶态无机氧化物(例如二氧化硅)与几种硅的烷氧基化合物前体中的至少一种发生反应，从而形成硅烷前体；以及通过加入酸使溶液去稳定。可以有效地使用各种酸。通常可使用诸如盐酸、硝酸之类的无机酸。所述的溶液还可含有助黏剂、烧结助剂或烧结焊剂，以便在固化步骤过程中增强涂料的稠化效果。醋酸钠是合适的添加剂。在涂料的制备过程中，这些材料的添加顺序是可改变的。例如，可以将硅的烷氧基化合物前体分散在醇溶液中，然后(例如依次)加入烧结助剂和酸。接着可将所得到的混合物与胶态无机氧化物(例如二氧化硅)溶液混合。对于获得相对较大的聚集体而言，该加入顺序是优选的。可供选用的方法为，可以先将硅的烷氧基化合物前体与胶态无机氧化物(例如二氧化硅)溶液混合，然后(例如依次)加入酸、烧结助剂和醇。
更具体地说，可通过以下方法制备防炫光涂料组合物：将四乙氧基硅烷和甲基三乙氧基硅烷与100nm的胶态二氧化硅一起在乙二醇中连续地搅拌。在搅拌的同时，加入稀酸/三水醋酸钠混合物，以便使颗粒前体去稳定，并且使颗粒前体的凝聚颗粒开始生长。此外，由于稀酸提供了水解所需的水和酸性催化剂，所以它还引发了硅的烷氧基化合物前体的水解和缩合反应并维持所述反应持续进行。在反应结束后，生成了部分水解的硅酸乙酯溶胶，其中含有约0.5μm-150μm的亚稳态二氧化硅凝聚物。然后加入醇类稀释剂1-丁醇和2-丙醇，以便进一步稳定涂料组合物并根据应用的要求来调节黏度。该方法得到了如前所述的相对较大的聚集体。
由均匀分散在亲水性溶剂(例如醇类)中的胶态无机氧化物(例如二氧化硅)来形成无机氧化物(例如二氧化硅)聚集体。合适溶剂的例子包括1-丁醇、2-丙醇、乙醇、乙酸乙酯、乙二醇、丙二醇、丙酮等。溶剂可单独使用或者两种或多种组合使用。胶态无机氧化物(例如二氧化硅)分散体中的固体百分含量通常占胶态无机氧化物(例如二氧化硅)分散体总重量的约5％-50％(优选为约15％-30％)。胶态二氧化硅可从多个供应商购得。位于美国马萨诸塞州Ashland市的Nyacol Nanotechnologies公司和位于美国马萨诸塞州Ward Hill市的Alfa Aesar公司都供应平均粒径为20nm到50nm的醇系溶胶。一种优选的胶态二氧化硅是100nm胶态二氧化硅的乙二醇溶液(浓度为30％)，该溶液可购自Nanotechnologies公司，商品名为“NyacolDP5540”。
通常，以低含量使用胶态无机氧化物(例如二氧化硅)。优选的是，胶态无机氧化物(例如二氧化硅)在涂料组合物中的含量低于5重量％。胶态无机氧化物(例如二氧化硅)的含量更通常低于4重量％，更优选低于3重量％。申请人发现：使用含有低于2重量％的胶态无机氧化物(例如二氧化硅)的涂料组合物可获得良好的防炫光性质。对于该实施方案，优选的是，以1.5重量％或更低(甚至为1.0重量％或更低)的含量使用胶态无机氧化物(例如二氧化硅)。使用低于0.5％的含量就可获得相对较大的表面结构体，例如图5所示。通常，胶态二氧化硅在涂料组合物中的含量为至少0.05％。
在使用涂料组合物涂敷基材前，通常将涂料组合物于室温下在密封容器中搅拌存放约2到10天。使用可产生基本均匀薄层的合适的方法来施加含有聚集体的有机硅烷涂料溶液。精确浸渍涂敷机(precision dip coating machine)因其以精准的牵引速度(withdrawalspeed)平稳地运转而成为一种优选的涂敷设备。当本文所述的涂料组合物经适当改性而具有合适的流变性时，可通过喷涂、液面涂布、流涂、丝网印刷或辊涂来施加该涂料组合物。
本文所述的涂料组合物表现出对多种多样的基材都具有足够的黏附作用。玻璃和其它材料(例如陶瓷)因其透明且具有优异的耐久性而成为用于受照明的显示面板的优选基材。玻璃基材的厚度通常为约0.4mm到约4mm。钠钙玻璃和硼硅玻璃通常用于各种显示屏。
本发明还适合用于改善各种塑料基材(例如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯或乙酸丁酸纤维素)上的防炫光涂层的耐久性。
可供选用的方式为，透明基材可以是塑料膜。透明基材的厚度通常为至少20微米，通常为至少50微米。此外，透明基材的厚度通常小于500微米，更通常小于250微米。如果需要的话，可对塑料膜的表面进行处理，以提高对防炫光层的黏附作用。这种处理的例子包括：通过喷砂或通过使用溶剂而使表面粗糙化，以及通过电晕放电、铬酸处理、火焰处理、热空气处理或在臭氧存在下进行紫外光辐射而使表面氧化。
对于塑料基材，可以使用有机硅烷底漆层来增强基材(例如，经涂敷的基材)和防炫光表面层之间的键合作用。通常，有机硅烷底漆层含有浓度极高的羟基，并且具有键角较大的Si-O-Si键。这些是防炫光表面层的键合部位。防炫光涂料组合物与有机硅烷底漆层之间通过缩合反应而形成永久性的键合作用。Si-O-Si键是特别耐久的。
对于玻璃基材，优选将氧化硅层设置于基材和防炫光层之间。据推测，这种氧化硅层会增强防炫光层对基材的黏附作用。此外，氧化硅层的存在还可改善防炫光层的耐久性，由此改善制品的耐久性。例如，具有这种氧化硅层的显示制品可使得其由纳米划痕试验确定的抗刮程度提高至少25％。例如，抗刮程度达到了至少20mN、至少30mN或至少40mN。可通过各种方法来施加氧化硅层，所述方法包括溅射镀、蒸发沉积法、化学气相沉积法和溶胶-凝胶法。美国专利No.5,935,716、6,106,892和6,248,397披露了在玻璃上沉积氧化硅的方法。
在涂覆防炫光涂料组合物之后，通过在涂层材料内热诱导自缩合反应而使经涂覆的基材热固化，从而脱除溶剂并形成致密的三维膜结构，其中所述自缩合反应使得剩下的甲硅烷醇分子脱去羟基，并使所述结构与其下层的基材键合在一起。可在电阻元件烘箱或燃气烘箱内以总循环周期为1.5到3个小时的分批处理的方式来完成该操作过程。完全稠化的结果是耐久性质整体上得到增强。尽管涂料组合物通常在约800℃下发生完全稠化，但是可基于基材的耐热性来选择固化温度。
美国专利No.6,406,758描述了一种特别是在将有机硅烷溶液施加到带有掺杂的氧化锡涂层的玻璃上时、用来固化该有机硅烷溶液的优选方法。这种方法包括在一个处理室内结合使用热和红外辐射，所述处理室装备有可发射波长光谱为2.5-6.0微米的红外辐射的加热器管(被绕在外部)或者红外灯。采用红外辐射使得在向涂层中引入更多能量的同时，还减少了玻璃基材的受热。在如此操作的情况下，可将固化温度降低到低于约550℃。
固化后的防炫光基层(land layer)  (即，非结构化的表面位置处)的厚度通常为至少0.5微米。此外，防炫光基层的厚度通常不大于1.5微米。
防炫光层还可具有被设置于表面上的抗微生物层。合适的抗微生物层是由如下通式表示的液晶硅烷：
X3Si(CH2)pZ    (通式II)
其中p＞1；X选自Cl、Br、烷氧基、羟基、及其组合，并且X可以水解，从而使该硅烷形成甲硅烷醇；Z是选自烷基季铵盐、烷基锍盐、烷基磷盐、被取代的联二苯、三联苯、氧化偶氮苯、肉桂酸盐、吡啶、苯甲酸盐、及其组合中的官能团。
这种液晶硅烷可购自位于美国密歇根州Midland市的Dow Corning公司，商品名为“Dow Corning 5700”和“Dow Corning 5772”。这种抗微生物层可提供附加的抗刮作用。
炫光被减弱的透明基材(例如玻璃)被用于多种应用中，例如阴极射线管显示屏或其它显示装置(监视器、电视机、液晶显示器等)；输入或选择装置(例如触摸屏或输入面板)；玻璃密封显示器(博物馆或其它公共场所采用的显示器)；光学滤光片；相框；建筑用窗户；在反射镜中使用的玻璃器件；太阳能集热器盖板；用于眼镜和观看装置中的光学透镜；以及汽车挡风玻璃。
通过以下实施例来进一步说明本发明的优点，但是在实施例中引用的具体材料及其用量、以及其它条件和细节都不应当被理解为对本发明进行不适当的限定。除非另作说明，否则本文中所有的百分数和比率都是按重量计算的。
实施例
试验方法
抛光磨损试验
将经涂敷的玻璃切割成3cm×4cm的长方形样品。对边缘和角进行砂磨以减少破损。然后用水充分洗涤样品以便除去颗粒物，然后用异丙醇类的玻璃清洗剂洗涤样品，接下来为了除去残留的水，将样品在丙酮中浸泡1分钟。然后使用不脱绒毛的布擦拭样品，使样品经空气干燥30分钟后，对样品进行称重(使用得自位于美国俄亥俄州Columbus市的Mettler Toledo International公司的P.N.AX205进行称重)。
在180g的样品架中，在玻璃的被涂敷的那一侧以100％的振幅将样品抛光30分钟。抛光仪器为Buehler VIBROMET 2抛光机(P.N.67-1635，得自位于美国伊利诺伊州Lake Bluff市的Buehler有限公司)。抛光布为Buehler Microcloth(P.N.40-7222，得自位于美国伊利诺伊州Lake Bluff市的Buehler有限公司)。抛光介质是1.0微米的氧化铝粉末(50g)在1000mL的去离子水中所形成的浆料(P.N.40-6321-080，得自位于美国伊利诺伊州Lake Bluff市的Buehler有限公司，商品名为MICROPOLISH II)。在以100％振幅抛光30分钟后，取出样品，在水中洗涤，接着用异丙醇类的清洗剂洗涤，然后用丙酮洗涤。接下来使用不脱绒毛的布擦拭样品，在将样品空气干燥30分钟后，对样品再次称重。
在抛光120分钟后，继续对样品进行抛光，直到表面的两个点之间可形成连通为止。使用万用表，对每个经涂敷的玻璃样品的中心处上相隔2cm的两个点进行电阻测量。
通过计算抛光时间为120分钟的过程中所损失的总重量，得到磨损率。耐破坏时间为所述的相隔2cm的两个点被连通所用的时间。
纳米划痕试验
使用纳米划痕试验仪(得自位于美国马萨诸塞州Needham市的CSM Instruments公司)测量纳米抗刮性。使用从2mN到100mN逐渐递增的刮擦负荷来进行试验。使用2微米的球形金刚石压头作为测试探头。
耐磨性试验
使用泰伯磨耗试验机5130(得自位于美国纽约州NorthTonawanda市的Taber Industries公司)来研磨样品。使用两个在橡胶中嵌有Al2O3颗粒的CS-10F砂轮(得自位于美国纽约州NorthTonawanda市的Taber Industries公司)。两个砂轮各重500g并且用粒度为150的砂纸(P.N.ST-11，得自位于美国纽约州NorthTonawanda市的Taber Industries公司)对其进行表面修整。用砂轮在样品上研磨100圈，所述砂轮在砂纸上另外研磨25圈以进行表面修整。在样品被研磨前以及每经过一组100圈的研磨之后都要测量印刷中心点和周围环之间的电阻。
玻璃上印刷有银膏所构成的厚膜，该膜形成为由两个同心环所构成的试验图案，其中所述同心环环绕着将被磨耗试验机磨损的区域。然后对玻璃样品进行涂敷、烧制、并将其切割成5英寸(12.5cm)的正方形。
将电阻增加25％定义为被破坏。
透射率
使用BYK Gardner Haze-Guard plus测量制品的透射率。
透射雾度
使用BYK Gardner Haze-Guard plus测量制品的透射雾度。
透明度
使用BYK Gardner Haze-Guard plus测量光学制品的透明度。将样品设定为与光源光路垂直。透明度由未散射的透射光和相对于入射光束小于2.5°散射的光的值计算得到，这些值可由圆环光电探测器来测量。
反射雾度
使用BYK Gardner Haze-Gloss Meter测量反射雾度。
反射率
使用BYK Gardner TCS II测量在550nm的反射率，其中包括镜面反射。
实施例1
按如下方式制备3kg批量的防炫光涂料组合物：在设置有搅拌桨的容器中，将31.55重量％的四乙氧基硅烷(Dynasil A，得自Sivento公司)加入到17.99％的甲基三乙氧基硅烷(Dynasilan MTES，得自Sivento公司)中。然后开始搅拌，并在整个混合过程中持续搅拌。然后向被搅拌的混合物中加入0.53％的DP5540(得自Nyacol公司)(为100nm的胶态二氧化硅分散于乙二醇中，浓度为30％)。10分钟后，将9.67％的0.15M盐酸和0.15％的三水醋酸钠所形成的混合物加入其中。反应2.5小时后，加入醇类稀释剂。首先加入20.06％的1-丁醇(ACS级)，10分钟后，接着加入20.05％的2-丙醇。将配制成的涂料组合物保存在持续搅拌的条件下。在使用之前，将涂料组合物置于密闭容器中、在持续搅拌的条件下于室温陈化2天半。然后在涂敷前，将所述涂料组合物通过其过滤孔尺寸为25μm的过滤器进行重力过滤。
将实施例1制备的涂料组合物涂敷到两种不同的基材上。第一种基材是钠钙玻璃。第二种基材是用于触摸屏的显示面板，该面板由清洁的钠钙玻璃板构成，其中，在该钠钙玻璃板的一面上设置有掺氟氧化锡透明导电涂层，在该透明导电涂层上设置有氧化硅薄层(即，小于25埃的层)，在该氧化硅层上还设置有如美国专利No.6,727,895所述的厚膜电路。在加热期间，厚膜电路穿透氧化硅层，从而与下层的导电层形成电接触。
使用牵引速度被设定为0.13英寸(0.33cm)/秒的精确浸渍涂敷机将涂料施加到玻璃上或显示面板的氧化硅层上。合适的精确浸渍涂敷机可得自位于美国加利福尼亚州Northridge市的ChematTechnology公司，商品名为“Dip-Master 200”。在浸涂周期结束后，在把经涂敷的基材从浸渍涂敷机内取出之前要进行1分钟的干燥。然后，如美国专利No.6,406,758所述，使经涂敷的基材在红外线固化烘箱中固化。
接着，如美国专利No.6,504,582和6,504,583所述，通过向基材施加垂直排列液晶硅烷的溶液并进行固化来对经涂敷的基材进行抗刮处理和抗微生物处理。尽管示例性的结构具有这种液晶硅烷表面层，但是没有该层(即，防炫光层位于表面上)也可获得相似的结果。
使用显微镜，分别以50倍和20倍的放大倍数来观察防炫光表面层。实施例1的防炫光表面层的放大50倍的图像示于图5中，而其放大20倍的图像示于图6中。通过光学显微镜还证实：表面结构体是由一颗一颗的二氧化硅颗粒构成的，因此是真正的聚集体。
对于实施例1，采用光学显微镜和图像分析软件(Image Pro Plus4，得自Media Cybernetics公司)进行测定，结果发现表面结构体的表面积占31％。
通过与没有防炫光层的对照物相比较来评价经涂敷的基材的光学性质。下表1记录了至少3个样品的平均值和标准偏差：
表1
涂料组合物(基材) 透射率(％) 雾度 透明度   550nm的反射率(％) 反射雾度
对照物—具有透明导电涂层但没有防炫光涂层的玻璃 86.5±0.5％ 0.5±0.1％ 100％ 11.4±0.5 37±3％
实施例1(玻璃) 91.5±0.5   5±1  85±3   7.0±0.5  470±30
评价经涂敷的基材的耐久性。下表2记录了至少3个样品的平均值和标准偏差：
表2
涂料组合物(基材) 抛光磨损试验耐破坏时间(分钟) 纳米划痕试验(仅穿过顶层) 纳米划痕试验(穿过顶层和氧化硅层)
实施例1具有透明导电涂层的玻璃 255±16 45±5mN 60±mN

Claims (36)

1.一种触摸屏，该触摸屏具有：防炫光层；位于该防炫光层下面的有源层；和位于该有源层下面的玻璃基材，其中所述防炫光层含有位于固化的无机聚合物基质中的聚集的无机氧化物颗粒，所述聚集的无机氧化物颗粒形成为其尺寸在大于2微米到约100微米范围内的表面结构体。
2.权利要求1所述的触摸屏，其中所述触摸屏的反射雾度为至少150。
3.权利要求1所述的触摸屏，其中所述触摸屏的反射率低于10％。
4.权利要求1所述的触摸屏，其中所述触摸屏的透射率为至少80％。
5.权利要求1所述的触摸屏，其中由纳米划痕试验确定的所述触摸屏的抗刮性为至少10mN。
6.权利要求1所述的触摸屏，其中针对1微米的防炫光层，由抛光试验确定的所述触摸屏的耐破坏时间为至少2小时。
7.权利要求1所述的触摸屏，其中所述二氧化硅颗粒的平均粒径为约0.05微米到约0.15微米。
8.权利要求1所述的触摸屏，其中各个所述表面结构体的最大尺寸的平均值为至少约10微米。
9.权利要求5所述的触摸屏，其中各个所述表面结构体的最大尺寸的平均值为至少约20微米。
10.权利要求1所述的触摸屏，其中所述无机氧化物选自二氧化硅、二氧化铈、氧化铝、氧化锆、二氧化钛以及它们的混合物。
11.权利要求1所述的触摸屏，其中所述无机颗粒由二氧化硅构成。
12.权利要求1所述的触摸屏，其中所述固化的无机聚合物基质衍生自有机硅烷。
13.权利要求12所述的触摸屏，其中所述固化的无机聚合物基质衍生自硅的烷氧基化合物。
14.权利要求11所述的触摸屏，其中所述有机硅烷由溶胶-凝胶法得到。
15.权利要求1所述的触摸屏，其中所述表面层具有一定的总表面积，并且所述的表面结构体占所述总表面积的至少20％。
16.权利要求1所述的触摸屏，其中所述表面层具有一定的总表面积，并且所述的表面结构体占所述总表面积的至少30％。
17.权利要求1所述的触摸屏，其中所述表面层具有一定的总表面积，并且所述的表面结构体占所述总表面积的至少40％。
18.权利要求1所述的触摸屏，该触摸屏还具有设置于透明导电层和所述防炫光层之间的氧化硅层。
19.权利要求1所述的触摸屏，其中所述的有源元件具有设置于所述玻璃基材和所述防炫光层之间的透明导电层。
20.权利要求19所述的触摸屏，其中所述的透明导电层含有透明的导电氧化物。
21.权利要求1所述的触摸屏，该触摸屏还具有液晶硅烷表面层。
22.一种具有防炫光层的制品，其中所述的防炫光层含有位于固化的无机聚合物基质中的聚集的无机氧化物颗粒，其中所述聚集的无机氧化物颗粒形成为其尺寸在大于2微米到约100微米范围内的表面结构体。
23.权利要求22所述的制品，其中所述制品为显示面板。
24.权利要求22所述的制品，其中所述制品选自计算机监视器、电视机屏幕、光学滤光片、相框、窗户、反射镜、太阳能集热器盖板、光学透镜和汽车挡风玻璃。
25.一种涂料组合物，该涂料组合物包含有机硅烷以及凝聚的无机氧化物颗粒，所述凝聚的无机氧化物颗粒的尺寸为大于2微米到约100微米。
26.权利要求25所述的涂料组合物，其中所述无机氧化物颗粒的含量低于1.5重量％。
27.一种制造防炫光制品的方法，该方法包括以下步骤：
提供透明基材；
用权利要求25所述的涂料组合物涂敷所述基材；以及
加热所述的涂料组合物。
28.权利要求27所述的方法，其中所述基材选自玻璃、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯和乙酸丁酸纤维素。
29.一种制造防炫光涂料组合物的方法，该方法包括以下步骤：
提供无机聚合物前体和平均粒径为0.05微米到0.15微米的胶态无机氧化物颗粒；以及
在形成无机聚合物溶液的同时凝聚形成其尺寸在大于2微米到100微米范围内的胶态无机氧化物聚集体。
30.权利要求29所述的方法，其中所述的胶态无机氧化物颗粒的含量低于1.5重量％。
31.权利要求29所述的方法，其中所述方法包括加入酸的步骤。
32.权利要求29所述的方法，其中所述方法包括加入醋酸钠的步骤。
33.一种具有防炫光层的制品，其中所述制品的透射雾度低于30，透射率为至少80％，透明度为至少70，由纳米划痕试验确定的抗刮性为至少10mN。
34.权利要求33所述的制品，其中所述的雾度低于5％。
35.权利要求33所述的制品，其中所述的透射率为至少90％。
36.权利要求33所述的制品，其中所述的透明度为至少80％。
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