表面划痕有害于产品外观和功能。在光学和显示器业中，当表面涂覆一 层或多层以提供滤光片或介质涂层等特定功能时，尤其如此。尤其计算机触 模屏面是特别易损坏的。触摸屏作为计算机输入装置已越来越普遍。当手指 或笔尖接触触模屏最外表面时，触模屏检测到触摸。接触转化成手指或笔尖 在面板上的X和Y坐标。由于数据输入依赖于接触，触摸屏面自然易被划痕。
划痕由表面塑性变形产生。产生划痕的力可分成两个分量：垂直于表面 的分量与平行于表面的另一分量。前者产生表面塑性变形，后者划开材料从 而扩展了损伤。源于垂直分量的损伤取决于接触面的摩擦。摩擦系数越大， 垂直分量越大，从而产生更大损伤。
对表面提供抗划痕性能的两种最广泛使用的方法是向触摸屏的最外层涂 敷润滑剂和密实/坚硬的保护涂层。引入润滑剂减少可由垂直分量引起的沿表 面能量消耗，否则该垂直分量会对表面产生损伤。密实/坚硬涂层首先是用来 避免初始塑性变形。但无论润滑剂还是密实/坚硬保护涂层都不能对触摸屏面 提供足够的抗划痕性能。
非同向性(non-homeotropic)有机硅烷长久以来用作不同表面之间稳定粘 合的偶联剂。在表面材料上形成化学键是偶联剂的重要特性。多数抗划痕表 面处理包含提供坚硬涂层，但有些利用有机硅烷改进玻璃表面润滑性。
已测试了几种其它种类的有机硅烷，包括烷基硅氧烷、烷基氨基硅氧烷、全 氟烷基硅氧烷。但是，这些有机硅烷没有一种能把抗划痕性改进至触摸屏面所 需要的程度。
从娱乐场的ATM(自动出纳机)到酒吧视频游戏机，到处可发现触摸屏面 板。这些使用环境极其苛刻易遭受硬币、酒瓶和玻璃划痕，并因暴露于苛刻的 室外环境，还会遭受空降碎片甚至破坏行为。根据划痕的严重程度，显示器 功能可受严重影响。
发明概要
因此，本发明的目的是提供一种抗划痕显示器。
本发明的另一目的是提供一种耐用和持久的抗划痕显示器。
本发明的又一目的是提供一种制造较简单且比目前坚硬涂层更耐用的抗 划痕表面。
本发明的再一目的是提供一种可用于几乎任何涂覆表面的抗划痕表面。
本发明源于下述认识：把同向性有机硅烷(homeotropic organosilane) 施涂于显示器最外层表面，当物体横向摩擦表面时减少该物体能量消耗，从 而可获得真正坚固和耐用的抗划痕显示器。
本发明特有的抗划痕显示器包括基片、在所述基片一个表面上至少包含 导电层的有源部分、沉积在所述有源部分上用于减少接触所述显示器物体的 能量损耗的同向性有机硅烷层。
在一个较佳实施例中，有源部分可包含设置在导电层上的保护层。有源 部分还可包含设置在导电层上的可变形导电层。有机硅烷可包含液晶硅烷。 该基片可是透明的。该透明基片可是玻璃。显示器可是触摸屏面。第1导电 层可包含氧化锡。还可包含设置在基片与有源部分相对表面上的第2导电层。 第1和第2导电层可是氧化锡。
本发明的特点还在于抗划痕触摸屏面，它包括绝缘基片、设置在该绝缘 基片一个表面上的导电层、设置在导电层上的保护层、和设置在保护层上用 于减少接触触摸屏面物体的能量消耗的同向性有机硅烷层。
本发明的特征还在于抗划痕触摸屏面，包括绝缘基片、设置在基片上的 有源部分，该有源部分至少包含邻近于绝缘基片设置的第1导电层、邻近于 第1导电层但与之隔开的可变形导电层、设置在可变形导电层上的保护层。 在有源部分上设置同向性有机硅烷层，用于减少接触触摸屏面物体的能量消 耗。
本发明的特点还在于制造有抗划痕涂层的透明制品的方法，即把传送介 质与同向性有机硅烷混合，把该混合物施涂至待保护的涂覆的透明制品上。
在一个较佳实施例中，有机硅烷可包含液晶硅烷。在施涂混合物后，可 把物体加热至低于该混合物离解温度的温度。传送介质可包含水。传送介质 还可包含醇。
较佳实施例的揭示
从下文参照附图对较佳实施例的描述，本领域技术人员将清楚本发明的 其它目的、特点和优点。
图1是本发明的抗划痕显示器3维视图，其中，显示器是容性触摸屏面。
图2是类似图1的3维图，其中，显示器是电阻性触摸屏面。
图3是本发明的抗划痕显示器的说明图，说明液晶硅烷各碳链如何对准 并垂直于显示器取向及液晶硅烷如何作用于接触显示器的物体。
图4是本发明抗划痕显示器制造方法的框图。
图5是类似于图4的框图，其中液晶硅烷是不需加热而固化的。
图1中，本发明的抗划痕显示器10可是例如Microtouch Systems公司(马 萨诸塞州，迈修)的由几个不同层构成的计算机触摸屏面等的屏显示器。
通常触摸屏面12包括例如玻璃、塑料或其它透明介质等的绝缘基片14 和基片14上的有源部分15。有源部分15通常包含直接淀积在基片14上的透 明导电层16。层16通常是具有厚度为20至60纳米的氧化锡层，可通过溅射、 真空淀积或已有技术中熟知的其它技术淀积。图中，层的厚度被夸大仅是为 了说明，而不代表层的比例。导电层16还可包含导电聚合材料或导电有机— 无机复合材料。
在导电层16的周边通常设置导电图形(未图示)，以在整个导电层16提 供均匀电场，从而检测屏与手指或笔尖的接触点。
有源部分15可包含保护层18，其淀积在导电层16上以提供耐磨性来保 护导电层16。保护层18可是有机硅氧烷层，该层通过向制品施涂含甲基三乙 氧基硅烷、原硅酸四乙酯、异丙醇和水的溶液而制成。
可设置第2导电层20防止显示器10受该显示器所附的显示单元(未图示) 的电流产生的干扰影响，该导电层也可类似地包含氧化锡层并以上述导电层16 所讨论的相同方式淀积氧化锡层。但是导电层20对本发明并非必需的，显示 器10没有该层同样可有效工作。
本发明的抗划痕层22施涂至有源部分16，通常施涂至保护层18上，或 者没有保护层18时可直接施涂至导电层16上或若设置附加层时施涂至最外 层上，以减少接触显示器10的物体的能量消耗，从而使对显示器10的损伤 得以防止或减至最低。抗划痕层22最好包含同向性液晶硅烷化合物。
图2的显示器10a可包含例如Microtouch Systems公司、Elo Touch Systems(加利福尼亚州，弗里蒙德)或Dynapro(温哥华，不列颠多伦比亚)的 电阻性触摸屏12a，类似于图1，它包含绝缘基片14a和导电层16a。防护层 18a可包含硬涂层，防护并支持设置在导电层16a与保护层18a之间的可变形 的导电层24。显示器10a与手指或笔尖接触时，可变形导电层24压缩并与导 电层16a接触以指示接触位置。防划痕层22a施涂至层18a上并最好包含同 向性液晶硅烷化合物。
液晶硅烷是属于有机硅烷类。有机硅烷的通式是：
    RnSiXm
其中：R＝连接硅原子的有机官能团；
      X＝连接硅原子的可水解基团，例如卤素或烷氧基。
      n＝1或2
      m＝4-n
但液晶硅烷具有通式：
    X3Si(CH2)pZ
其中：P＞1
X＝选自Cl、Br、烷氧基、羟基及其混合基团，可水解以形成硅烷醇；
Z＝选自烷基季铵盐、烷基硫盐、烷基磷盐、取代联苯化合物、三联苯 化合物、氧化偶氮苯、肉硅酸酯、吡啶、苯甲酸酯及其混合物的化合物。
液晶硅烷与玻璃、塑料、陶瓷、半导体、金属、有机聚合物涂覆的基片 或无机物涂覆基片等的表面形成坚固持久的键合。这些硅烷具有高度有序的 分子结构。同向性液晶硅烷除高度有序外，其键合得使构成液晶硅烷的碳链 主轴自然或倾向于取向成垂直于键合的表面。由于取向垂直，因而形成的薄 膜具有较高的堆砌密度，最大范得瓦尔(Van der Waal)力，从而可有效防止 划痕。    
具有这种特性的液晶硅烷的一个好的例子是Dow Corning(密歇根州，米 德蓝)的Dow Corning 5700，它包含8％(重量)的氯丙基三甲氧基硅烷，42％(重 量)的氯化十八烷基氨基二甲基(三甲氧基甲硅烷基丙基)铵和5％(重量)的甲 醇。
另一种液晶硅烷是Dow Corning 5772，它含15％(重量)的氯丙基三甲氧 基硅烷、72％(重量)的氯化十八烷基氨基二甲基(三甲氧基甲硅烷基丙基)铵、 1％(重量)的二乙基十八烷基胺和12％(重量)的甲醇。
一种类似于Dow Corning 5700的液晶硅烷是Gelest公司(宾夕法尼亚州， 塔列市)的Gelest SIO6620.0，它包含6％(重量)的氯化十八烷基氨基二甲基(三 甲氧基甲硅烷基丙基)铵3～5％(重量)的Cl(CH2)3Si(OMe)3和35～37％(重量)的甲 醇。
传送介质通常用于烯释同向性液晶硅烷并把该硅烷传送至待保护表面。甲 醇、乙醇和异丙醇等小分子醇对硅烷是最好的媒介物，但水也可用作传送介质。 此外，水与有机硅烷反应可形成水解产物或硅烷醇。
已知水与有机硅烷间的水解反应可在酸性溶液中催化。从而可使用稳定剂使 硅烷醇对溶液是碱性时可引起溶液沉淀的自缩合反应保持稳定。
经相互缩合反应完成硅烷醇与基片间的键合。硅烷醇与基片表面分子间的相 互缩合反应通常是慢的。通过把刚处理的基片在高达150℃的温度下加热几分钟 (一般至少3分钟)可加速该反应。但若温度超过150℃，硅烷将与传送介质分离。 通常，基片在100℃～150℃至少加热3分钟足以在液晶硅烷与基片间形成永久键 合。
有机硅烷底涂层可用于加强基片与液晶硅烷间的键合。通常，有机硅烷层包 含极高浓度的羟基和高角度Si-O-Si键。这些是水解液晶硅烷键合部位。通过水 解液晶硅烷分子与有机硅烷层间的缩合反应形成永久键合。已知Si-O-Si键是极 坚固的。
如在发明背景技术中所述，在产生塑性变形并划开材料时形成划痕。当手指、 笔尖、瓶、硬币或其它坚硬物体等物体沿表面移动时，因接触面间的摩擦力消耗 能力。从而，如果减少能量消耗，则不会划开材料从而无划痕。
图3中，箭头24表示物体接触显示器10的力，可分解成垂直分量26和水 平分量28。
但是，液晶硅烷22由对准或趋向于对准保护层18垂直方向的各碳链21(放 大显示)组成。当碳链21因相应于箭头24方向的物体接触而变曲时，接触力受到 箭头24′表示的反力，后者可分解成分别与垂直力分量26及水平力分量28相反的 分量26′和28′。而且，由于较高堆砌密度，物体受到更加大的反力。
液晶硅烷较高堆砌密度源于其高度有序结构。同向性有机硅烷的线型碳链垂 直于表面密集堆砌，从而提供比通常润滑剂更大的反力以抵消损伤力。该高度有 序结构较少出现伸长链结构畸变等结构缺陷，从而可比通常润滑剂提供更好的抗 划痕性能。同向性液晶硅烷因其轴垂直于表面，因而可使保护层厚度最大。
反之，非同向性液晶硅烷不能形成该高度有序层，从而对表面提供弱得多的 划痕防护。
因硅烷同向性取向，物体力由液晶硅烷抵抗，从而产生较小摩擦接触及较少 能量损耗，因此把因手指、笔尖或其它硬物接触显示器产生的损伤减至最低。
经处理的制品不仅显示出增强抗划痕性能，而且还显示改进抗静电性能并更 易清洁。
                           例1
在图4步骤32，1％(重量)的水(作为水解剂和传送剂)与97.9％(重量)的异丙 醇(也作为传送剂)和1.1％(重量)的Dow Corning 5700混合。先把水加至醇中并 通过机械搅拌混合得到均匀透明的溶液。接着把Dow Corning 5700化合物加入该 溶液中，经机械搅拌获得均匀溶液并立即发生水解反应。
在步骤34，通过将上述溶液喷涂在Microtouch Systems公司的类似于图1 触摸屏的容性触摸屏面上并抹涂以均匀分布该溶液，把上述混合物施涂在该屏面 的外表面上。但这并非本发明必需的限定，溶液可用已有技术中已知的任何方法， 例如刷涂、浸渍、抹涂或其它方法施涂。在步骤36，蒸发传送介质，接着在步骤 38，把触摸屏加热至120℃3分钟。加热使薄膜固化并有利于保护层与液晶硅烷层 间键合。在步骤40，冷却触摸屏。
经上述处理后，容性触摸屏有很好抗划痕性能。用Paal N.Gardner公司的PA -2197型平衡杆划痕附着力划伤测试仪(Balance Beam Adhesion Mar Tester)在 处理前后测量触摸屏的抗划痕性能。
测试仪超过用划痕附着力测有机涂层附着力的ASTM D-2197标准测试法的要 求，符合有机涂层抗划伤性的ASTM D-5178标准测试法。测试仪测量笔尖作出划 痕所需的重量。由1/16英寸钢制成、其外径为0.128英寸且热处理成硬度为洛氏 55～61的环形笔尖用于产生划痕。    
划痕的定义为图1保护层18功能失效。换言之，取掉保护层18露出导电层 16。
处理前，仅加载50克即产生划痕。但，处理后，在10500克最大负荷时测 试仪尚不能作出划痕。抗划痕性能改进了至少210倍。
                             例2
图5中，在步骤42，以与例1中的同样方式，把1％(重量)的水与98％(重量) 的异丙醇及1％(重量)的Gelest SIO 6620.0混合。
步骤44，通过喷涂溶液至触摸屏表面并抹涂均匀分布溶液，把该混合物施涂 至Microtouch Systems公司的、类似于图2触摸屏12a的电阻性触摸屏面。在步 骤46，蒸发传送介质，在步骤48留下薄膜在室温固化约72小时。
用上述同样测试仪评价触摸屏面的抗划痕特性。划痕定义为保护层18a脱层。
处理前，仅加载250克即产生划痕。但处理后，需加载6000克才能产生划 痕。抗划痕性能改进24倍。
                          例3
图5中步骤42，以例1同样方式，把1％(重量)的水与98％(重量)的异丙醇及 1％(重量)的Dow Corning 5772混合。
在步骤44，把溶液施涂至Microtouch Systems公司的类似于图1触摸屏12 的容性触摸屏面上，其方式类似于例2，即在步骤46蒸发传送介质后，步骤48 不加热显示器，而是整夜固化。
用CSEM仪器公司的微划痕测试仪作划痕试验。测试包括在触摸屏面上用硬 尖产生受控划痕。在递增负荷的情况下半径10微米的碳化钨压头划过屏面表面。 通过接到载荷臂的声传感器和光学显微镜可很精确检测临界负荷。
在触摸屏处理前产生划痕的临界负荷是0.55N。但处理后产生划痕所需负荷 为1.8N。
触摸屏的普及使其出现在经受各种环境的不同场合。除了正常、惯常使用中 固有的划痕威胁外，它们现在还遭受非惯常危险，例如瓶、硬币、空中碎片以及 破坏行为的划痕。通过把同向性液晶硅烷施涂于外表面，除固有损伤外，在荷刻 环境中通常会产生的损伤可显著减少甚至完全防止。已有技术的润滑剂和坚硬涂 层虽然有些效果，但不能提供本发明表明的抗划痕性能。
虽然本发明的具体特点在某些图中显示而在另一些中不显示，但这仅为方 便，因为根据本发明，每个特征均可与其它任何特征或全部特征组合。
在所附权利要求范围中，其它实施例对本领域技术人员是显而易见的。