CN100397104C - 散射基片 - Google Patents

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Abstract

包括玻璃基片(21)和在所述玻璃基片上涂布的散射层(22)的散射基片(20)，其特征在于，该玻璃基片(20)在380～780nm的波长范围的透光率至少等于91%。

Description

散射基片
本发明涉及用来使光源均匀化的散射基片。
更具体本发明将描述用来使从后照明系统发射的光线均匀化的散射基片。
由光源或“背面光”构成的后照明系统，例如被用作也称为LCD显示屏的液晶显示屏的后照明光源。很明显，由此后照明系统发射的光线不够均匀，有着太大的反差。因此，为了使此光线均化需要与后照明系统同时使用散射装置。
在液晶显示屏中，分为其光源位于一个壳体内部，而散射装置在其光源前面的所谓“直接光”结构的显示屏和其光源位于壳体一边，由波导将光线输送到在前面的散射装置上的所谓“边缘光”结构的显示屏。本发明更具体涉及具有“直接光”结构的LCD显示屏。
本发明还可用来涉及使来源于用于比如天花板、地面或墙壁的建筑平面灯具的光线均化。还可涉及到在城市中使用的平面灯具，比如平板路灯或构成陈列柜或展览橱窗底面的灯具。
从均匀性的观点出发，一个令人满意的解决方案包括，用一块厚度为比如2mm的，在本体中含有无机填料的聚碳酸酯或聚丙烯酸酯塑料板覆盖后照明系统的前面。但是，这种材料对热敏感，塑料会老化，发热一般会导致使投射到比如LCD显示屏上的影像光线均化的塑料散射装置结构发生变形。
在此作为散射装置的，优选是如在法国公开专利申请2,809,496中叙述的散射层。此散射层在胶粘剂中含有附聚的粒子，被涂布在比如玻璃制造的基片上。
然而，本发明人发现，使用这样的散射装置会在玻璃基片的界面上引起由后照明系统产生的光线的明显反射。当然，后照明系统具有反光片，用来反射玻璃基片不能透过的反射光，但是，由此反光片送到玻璃基片上的光线只有一部分透射过去，一部分被重新反射，并再次被送到反光片上，如此一直继续下去。因此，不是后照明系统发射的全部光线都能够透射过去，而是在穿过散射基片之前要来回几次造成若干损失。本发明人将这个现象命名为“循环”现象。
为了阐明此循环现象这个迄今一直没有解决的问题，本发明人决定，须要研究光线透过散射基片的性质，以得到适合于从基片上进行照明的光线。
另外，本发明人证实，太厚的玻璃基片会产生太大的吸收，因此产生使在比如LCD显示屏上的影像光线变暗的光线不足。
因此，本发明的目的是提供一种散射基片，其在玻璃基片上涂有散射层，能够使通过这样基片产生的照明光线实现最优化。
按照本发明，为了使通过包括玻璃基片和沉积在所述玻璃基片上的散射层的散射基片产生的照明光线实现最优化，该散射基片的特征在于，对于折光指数为1.52±0.04的玻璃，该玻璃基片在波长380～780nm的范围，按照标准EN410计算出的透光率至少等于91％，优选至少等于91.50％。
本发明人证实，取决于从此基片中透射光线性质的光线与玻璃基片的线性吸收系数和厚度等参数有关，而线性吸收系数则与玻璃基片的组成有关。
因此，按照一个特征，该玻璃基片的总铁含量为：
其中，[Fe2O3]t的单位是ppm，相当于在组合物中铁的总量，e是玻璃的厚度，单位是mm，Rédox定义为Rédox＝[FeO]/[Fe2O3]t，Rédox值为0～0.9。
按照另一个特征，如果透光率至少等于91.50％，铁的含量应该更有限。此时此含量是：
Figure C0382505800062
其中，[Fe2O3]t的单位是ppm，相当于在组合物中铁的总量，e是玻璃的厚度，单位是mm，Rédox定义为Rédox＝[FeO]/[Fe2O3]t，Rédox值为0～0.9。
因此，按照第一种实施模式，对于厚度e最多为4.0mm的玻璃基片，最小透光率为91.50％，总铁含量为200ppm，Rédox值小于0.05。
按照第二种实施模式，对于厚度e最多为4.0mm的玻璃基片，最小透光率为91％，总铁含量为160ppm，Rédox值等于0.31。对于同样的铁含量和Rédox值，为了保证最小透光率为91.50％的性能，厚度e最多为1.5mm。
按照第三种实施模式，对于厚度e最多为1.2mm的玻璃基片，最小透光率为91％，总铁含量为800ppm，Rédox值等于0.33。
按照另一个实施模式，对于厚度e最多为1.2mm的玻璃基片，最小透光率为91％，总铁含量为1050ppm，Rédox值等于0.23。
按照一个特征，本发明玻璃基片的玻璃组合物至少含有如下组分：
  Wt％
  SiO<sub>2</sub>   65～75
  Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>   0～5
  CaO   5～15
  MgO   0～10
  Na<sub>2</sub>O   5～20
  K<sub>2</sub>O   0～10
  BaO   0～5
  ZnO   0～5
按照另一个特征，本发明基片的散射层由在胶粘剂中附聚颗粒子组成，所述粒子的平均直径为0.2～2μm，所述胶粘剂的含量为10～40vol％，粒子形成的附聚体的尺寸为0.5～5μm。该粒子是半透明的，优选是无机粒子，比如氧化物、氮化物或碳化物。这些粒子优选自氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化铈或这些氧化物中至少两种的混合物。更详细可参见已公布的申请FR-2,809,496。
最后，按照本发明，此散射基片特别用于能够布置在LCD显示屏或平板灯具中的后照明系统中。
参照附图，通过下面的叙述，本发明的其他优点和特征将更加明显，其中：
·图1说明后照明系统；
·图2说明对于多种玻璃厚度，在透光率为91％时的总铁含量Fe2O3与Rédox值的关系曲线；
·图3说明对于多种玻璃厚度，在透光率为91.5％时的总铁含量Fe2O3与Rédox值的关系曲线。
考虑到清晰性，在不同元件之间没有按照其尺寸的比例。
图1说明比如用在比如17″LCD显示屏中的后照明系统1。此系统1包括装有照明体或光源11的壳体10和与此壳体10相连的玻璃散射基片20。
厚度大约10mm的壳体10，包括其中装有光源11的下部12和与其相对的上部13，该上部张开并从中射出来自光源11的光线。下部12具有底14，对着它放置着反光片15，一方面用来反射一部分光源11发射的指向下部12的光线，另一方面用来反射没有穿过散射基片而被玻璃基片反射和被散射层向后散射的光线。表示的箭头示意性地说明从光源11中发射和在壳体中循环的光线的轨迹。
光源11是比如一般被称为“冷阴极荧光灯”(CCFL)、“热阴极荧光灯”(HCFL)、“介电位垒放电荧光灯”(DBDFL)或“发光二极管”(LED)的发光灯具或灯管。
散射基片20被装在上部13上，用没有表示的机械固定器具，比如与壳体和基片协同作用的卡具保持固定，或者由没有显示的相互啮合器具，比如设在基片表面周边上与壳体周边上的筋协同作用的沟槽固定。
散射基片20包括玻璃基片21和位于玻璃基片表面上的的散射层22，该散射层向着或背着壳体上部13，其厚度为1～20μm。有关此层的组成及其在玻璃基片上的沉积方法，可以参考已公布的法国专利申请2,809,496。
支持该层的基片21是由在可见光波长范围内透明或半透明的玻璃制造的。按照本发明，其特征在于其光的吸收率很小，在380～780nm的波长范围内其透光率TL至少等于91％。此透光率是按照标准EN410在发光器D65之下计算出来的。
在下面以表格的形式给出玻璃基片21的实施例，对于其中的每一个，以wt％为单位指出玻璃的组成、总铁含量、亚铁含量、Rédox值以及在发光器D65之下的透光率TL。
对于玻璃基片给定的厚度e计算出透光率TL。实施例1a、1b、2和3是相当于透光率至少为91％的玻璃基片，而不包括实施例4。这些实施例是按照如下商品名购买的基片：
实施例1a：SCHOTT公司的B270，e＝0.9mm；
实施例1b：SCHOTT公司的B270，e＝2.0mm，对于实施例1a和1b只是厚度不同，而玻璃的组成是同样的；
实施例2：PILKINGTON公司的OPTIWHITE，e＝1.8mm；
实施例3：SAINT-GOBAIN GLASS公司的CS77，e＝1.1mm；
实施例4：SAINT-GOBAIN GLASS公司的PLANILUX，e＝2.1mm。
  实施例1a和实施例1b   实施例2   实施例3   实施例4
  SiO<sub>2</sub>   69.84   71.81   69   71.12
  Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>   0.08   0.6   0.5   0.5
  CaO   6.8   8.9   10   9.45
  MgO   0.15   4.4   0   4.4
  MnO   0   0   0   0.002
  Na<sub>2</sub>O   8.15   13.55   4.5   13.8
  K<sub>2</sub>O   8.5   0.4   5.5   0.25
  BaO   1.8   0   0   0
  TiO<sub>2</sub>   0.2   0.02   0   0.02
  Sb<sub>2</sub>O<sub>3</sub>   0.45   0   0   0
  SrO   0   0   7   0
  ZnO   3.6   0.001   0   0
  ZrO<sub>2</sub>   0   0.01   3.5   0
  Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(ppm)   200   160   800   1050
  FeO(ppm)   ＜10   50   260   240
  Rédox   ＜0.05   0.31   0.33   0.23
  T<sub>L</sub>(％)   91.58(e＝0.9mm)91.51(c＝2.0mm)   91.4(e＝1.8mm)   91.0(e＝1.1mm)   90.6(e＝2.1mm)
要注意到，这些组合物具有杂质，对于某些杂质，其种类和含量汇总如下：
Cr2O3＜10ppm
MnO＜300ppm
V2O5＜30ppm
TiO2＜1,000ppm。
按照标准EN410在380～780nm的波长范围由Beer-Lambert定律已知的方式定义的透射系数τ计算出透光率TL。
τ(λ)≈(1-R(λ))2×e-α(λ)×e
这里，R是反射因子，α是线性吸收系数，α和R都与发射光的波长有关，
e是基片的厚度。
因此，透光率TL与基片21的线性吸收系数α和厚度e有关。
本发明人随后证实，基片的玻璃组成以及其厚度都对基片的透光率有影响。更具体说，组合物的以Fe2O3形式表示的铁含量和Rédox值对线性吸收系数起着重要的作用。在本发明中，将Redox定义为在总铁含量(以Fe2O3形式表示)中所含的还原态铁(以FeO的形式表示)的比率(FeO/Fe2O3比)。
可以根据使用的玻璃组成选择基片的厚度。
本发明人确定了作为玻璃厚度、玻璃组合物的总铁含量和Rédox值(其导致所需透光率性能)的参数之间的关系。此约束关系可以以下面的数学形式叙述，在组合物中总铁含量使得透光率TL大于或等于91％：
Figure C0382505800101
其中，[Fe2O3]t的单位是ppm，相当于在组合物中铁的总量，
e是玻璃的厚度，单位是mm，
Rédox＝[FeO]/[Fe2O3]t，Rédox值为0～0.9。
在一个实施方案中，对于给定的玻璃组合物，可以给出对厚度的约束，使得透光率TL大于或等于91％：
Figure C0382505800111
对于91.5％的透光率TL，这是按照本发明的最小优选值，组合物中的总铁含量应该低于对等于91％的透光率下限的如上表示的值，即是：
Figure C0382505800112
厚度应该是：
Figure C0382505800113
上面给出的联系一对含量(Fe2O3，Rédox)和基片厚度的不等式可以表示为对于玻璃特征厚度的曲线形式。
因此，图2说明对于多个给定的厚度，在透光率TL为91％的情况下，分别给出总Fe2O3铁含量与Rédox值关系的曲线。一个确定厚度的、其玻璃组合物的铁含量和Rédox值位于同样厚度的参考曲线上或在其下面的基片，适合于被选择以符合透光率至少是91％的性能。
在此图中，对于玻璃组合物的点EX1、EX2、EX3、EX4的(Fe2O3，Rédox)对，其中点EX1相当于实施例1a和1b，而点EX2、EX3和EX4分别相当于实施例2、3、4。
应该注意到，点EX1位于2.1mm的曲线下面，同样也位于4mm的曲线下面。因此，实施例1a和实施例1b的玻璃基片分别与0.9mm和2.0mm的厚度相适应，为了具有最小91％的透光率，该玻璃组合物甚至能够适合于更大的厚度，直至至少4mm。然而，其意义不在于制造增大元件厚度的后照明系统，因为当前的愿望是倾向于降低LCD显示屏厚度的尺寸。因此，不会设计出超过4mm的厚度。
同样要注意到点EX2，此点在相当于厚度1.8mm的实施例2基片的曲线下方。实施例2的玻璃组合物，为了具有最小91％的透光率，适合于厚度不超过4.0mm的基片。
还应该看到，点EX3在相当于实施例3厚度的1.1mm曲线的下方。但是，实施例3的玻璃组合物具有大于1.2mm的厚度(曲线在此点下方)，因此就不再能够满足最小91％的透光率。
另一方面，点EX4在相当于实施例4的厚度2.1mm的曲线上方，因此是不合适的。然而由此可以推断出，减小此类玻璃的厚度，使得其厚度小于至少1.2mm(使曲线在此点的上方)，此玻璃组合物就适合于得到91％透光率的性能。
图3说明对于多个给定厚度，当最小透光率TL等于91.50％时，总铁Fe2O3含量与Rédox值的关系。
可以看出，对于构成本发明优选最低值91.50％的透光率，只有其点EX1位于相当于厚度2.1mm曲线的下方的实施例1a和1b是合适的。其他实施例不适合于保证至少91.50％的透光率，因为点EX2、EX3和EX4位于分别相当于实施例2、3和4厚度的曲线上方。可以注意到，点EX2实际上在相当于厚度1.8mm曲线的上方，在用实施例2的玻璃组合物装置厚度比1.5mm更薄的基片时(这相当于位于该点上面的第一条曲线)，为保证最小91.50％的透光率性能是合适的。
因此，玻璃基片21被用作散射层22的载体，以构成散射基片20，将其与壳体10组合就构成后照明系统1。此时可以以已知的方式测量来自壳体内和穿过散射基片的照明照度。下面的表格汇总了实施例1a、1b和实施例2～4的与透射光相联系的照度。提供的照度值相当于垂直于散射基片表面测量的，对于60％散射透射(即40％的光线被后散射，循环到壳体内部)的散射基片(玻璃基片和散射层)值。
实施例1a 实施例1b 实施例2 实施例3 实施例4
  TL(％)   91.58   91.51   91.4   91.0   90.6
  照度(cd/m<sup>2</sup>)   3997   3983   3965   3956   3811
另外，该玻璃基片还具有作为沉积具有功能层涂层载体，比如电磁屏蔽层的优点，该层也可以构成如在法国专利申请FR 02/08289中叙述的散射层22，这是具有低发射功能，具有抗静电功能、防雾功能和增大照度功能的涂层。最后这个功能对于在LCD显示屏中的散射基片的应用上实际上是希望的。
通过缩小散射指数而具有进一步增大照度功能的涂层是已知的，比如SKC公司以商品名CH27销售的光学薄膜。
下面的表格除了给出玻璃基片21的透光率以外，还给出在散射基片20上没有CH27涂层和具有CH27涂层所得到的照明照度，以及这两种以％表示的照度的比较结果。给出的照度值相当于垂直于散射基片的表面、对于散射透射率60％的散射基片(玻璃基片和散射层)测量的。
  TL(％)   没有CH27   有CH27   比较(％)
  实施例1a   91.58   3997   5560   28.10
  实施例1b   91.51   3983   5489   27.43
  实施例2   91.4   3965   5417   26.80
  实施例3   91.0   3956   5303   25.40
实施例4 90.6 3811 4994 23.68
当然要注意到，照度随着CH27涂层而增大，照度与其有关，但也要看到，当透光率更大时，照度就大得多。此结果表明了使用玻璃基片21的意义，使吸收尽可能地小，以使后照明系统的照度最优化。在此方面，实施例1a或1b的基片将是优选的。

Claims (16)

1.包括玻璃基片(21)和在所述玻璃基片上涂布的散射层(22)的散射基片(20)，该散射基片用来使由后照明系统发射的光均匀化，其特征在于，该玻璃基片(21)在380～780nm的波长范围，按照标准EN410计算出的透光率至少等于91％。
2.按照权利要求1的散射基片，其特征在于，所述透光率至少等于91.50％。
3.按照权利要求1的散射基片，其特征在于，该玻璃基片(21)的总铁含量为：
Figure C038250580002C1
其中，[Fe2O3]t的单位是ppm，相当于在组合物中铁的总量，e是玻璃的厚度，单位是mm，而
Rédox定义为Rédox＝[FeO]/[Fe2O3]t，Rédox值为0～0.9。
4.按照权利要求2的散射基片，其特征在于，该玻璃基片(21)的总铁含量为：
Figure C038250580002C2
其中，[Fe2O3]t的单位是ppm，相当于在组合物中铁的总量，e是玻璃的厚度，单位是mm，而
Rédox定义为Rédox＝[FeO]/[Fe2O3]t，Rédox值为0～0.9。
5.按照前面各项权利要求中任何一项的散射基片，其特征在于，该散射层(22)由在胶粘剂中的附聚颗粒组成，所述颗粒的平均直径为0.3～2μm，所述胶粘剂的含量是10～40vol％，该颗粒形成尺寸为0.5～5μm的附聚体。
6.按照权利要求5的散射基片，其特征在于，该颗粒是半透明的颗粒。
7.按照权利要求6的散射基片，其特征在于，该颗粒是氧化物、氮化物、碳化物的无机颗粒。
8.按照权利要求1-4中任何一项的散射基片，其特征在于，该玻璃基片(21)具有基于至少如下组分的玻璃组合物：
  Wt％   SiO<sub>2</sub>   65～75   Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>   0～5   CaO   5～15   MgO   0～10   Na<sub>2</sub>O   5～20   K<sub>2</sub>O   0～10   BaO   0～5   ZnO   0～5
9.按照权利要求1或2的散射基片，其特征在于，对于最多4.0mm的厚度e，在总铁含量200ppm和低于0.05的Rédox值的情况下，该玻璃基片(21)的最低透光率为91.50％。
10.按照权利要求1的散射基片，其特征在于，对于其厚度最多为4.0mm，总铁含量160ppm和Rédox值等于0.31的玻璃基片(21)，其最小透光率为91％。
11.按照权利要求2的散射基片，其特征在于，对于其厚度最多为1.5mm，总铁含量160ppm和Rédox值等于0.31的玻璃基片(21)，其最小透光率为91.50％。
12.按照权利要求1的散射基片，其特征在于，对于其厚度最多为1.2mm，总铁含量800ppm和Rédox值等于0.33的玻璃基片(21)，其最小透光率为91％。
13.按照权利要求1的散射基片，其特征在于，对于其厚度最多为1.2mm，总铁含量1050ppm和Rédox值等于0.23的玻璃基片(21)，其最小透光率为91％。
14.如按照权利要求1～13中之一所述的散射基片在制造后照明系统中的应用。
15.按照权利要求14的应用，其中在LCD显示屏中安装后照明系统。
16.按照权利要求14的应用，其中在平面灯具中安装后照明系统。
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