CN105164080B - 具有电热表面的玻璃制品及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有电热表面的玻璃制品及其制造方法。一种具有电热表面的玻璃制品的制造方法包括以下步骤:制作大致透明的衬底;将大致透明的导电层施加到所述衬底;以及在所述导电层中形成至少一个区段,所述区段具有由导电的带隔开的电绝缘区,所述导电的带至少部分地偏离所述区段的纵向方向且由在一个区段内具有大致相同宽度w的直部和/或弯曲部组成,根据所述区段的期望的总电阻Rtotal,为电绝缘区的特定构形选择所述宽度,所述总电阻Rtotal由各个带部分的电阻RN的组合构成,其中根据以下等式确定每个带部分的电阻RN:其中R□为所述导电层的比电阻;w为带的宽度,以及lN为带的每个部分的长度。
Description
技术领域
本发明特别涉及一种具有电热表面的玻璃制品及其制造方法,并且本发明可用于提供这种玻璃的用途的各个行业。
背景技术
玻璃表面的金属化被广泛用于各个领域。这种玻璃的示例为K玻璃,K玻璃是具有在其制造期间施加到玻璃的一个表面的低辐射率涂层的高质量玻璃。金属化涂层的分子深入渗透到玻璃的晶格,这使得玻璃非常稳定、机械性极强且永固。使用该技术获得的涂层被称为“硬”涂层。
具有低辐射率涂层的玻璃还已知用于制造具有电热表面的玻璃制品。
特别地,GB1051777A公开了一种具有电热表面的玻璃制品。该技术方案的目的在于加热具有非矩形形状的玻璃,该目的是通过在导电层中设置多个单独的区段(section)实现的,这些区段连接成连续区段的多个群组,这些群组并联连接在电路中。
然而,由于将表面划分成成对的区段仅允许在具有均匀变化形状(诸如梯形)的玻璃制品中实现该目的,因此,该方案具有有限的应用。此外,需要在多个区段之间设置多个连接,使得作为一个整体的结构复杂化。另外,该方案不允许用特定的加热条件来加热玻璃。
在申请EA201000722A1中描述了最相关的现有技术,根据该申请,具有电热表面的玻璃制品包括:大致透明的衬底;以及施加到所述衬底的大致透明的导电层,其中所述导电层包括一个或多个区段,所述一个或多个区段具有相对于所述导电层的总表面电阻增大的特定表面电阻。在该申请中,具有增大的表面电阻的区段由施加为线段(fragment ofline)的图形形成,所述线段具有在玻璃的整个表面上以预定顺序彼此呈一角度的预定构形。所述图形以预定间距(pitch)设置且在电热表面的一个区段内具有相同尺度。
现有技术的基本缺点包括:在线段的端部处出现热辐射集中区,这是一个严重的问题,并且事实上,由于通过呈角度的线形成的图形的不确定形状,因此这些图形的“间距”在具有不同表面电阻的相邻区段中不能准确地对齐,这导致在这些区域之间出现无法计算电阻的区。
其他缺点包括:难以计算图形的尺度和构形以提供期望的表面电阻,并且因此,导致该方案的技术复杂性,特别是,施加线段的复杂性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点。更具体地,目的在于在具有预定构形的玻璃制品的整个表面上方提供加热元件的功率的均匀分布,以及创建提供用特定特性加热的区段。
根据本发明,提供一种具有电热表面的玻璃制品的制造方法,包括以下步骤:
提供大致透明的衬底;
将大致透明的导电层施加到所述衬底;以及
在所述导电层中形成至少一个区段,所述区段具有由导电的带隔开的电绝缘区,在一个区段内,所述导电的带至少部分地偏离所述区段的纵向方向且由具有大致相同宽度w的直部和/或弯曲部组成,根据所述区段的期望的总电阻Rtotal,为电绝缘区的特定构形选择所述宽度,所述总电阻Rtotal由各个带部分的电阻RN的组合构成,其中根据以下等式确定每个带部分的电阻RN:
其中R□为所述导电层的比电阻;
w为带的宽度,以及
lN为带的每个部分的长度。
优选地,所述弯曲部的曲率根据指定函数变化。
根据本发明的另一个方面,提供一种具有电热表面的玻璃制品,包括:
大致透明的衬底,以及
大致透明的导电层,施加到所述衬底且包含至少一个区段,所述区段具有形成蜂窝结构的正六边形形状的电绝缘区,在一个区段内,所述电绝缘区由具有大致相同宽度的导电的带隔开,在整个所述导电层上,所述正六边形在一个区段内具有相同的尺度并且布置为在外接它们的圆的中心之间具有相同距离,其中通过以下公式来计算一个区段内的圆的指定半径rsp:
rsp=rmax-rmax·Rin/Rn,其中
rmax为具有邻接的正六边形的基本蜂窝结构的圆的最大半径;
Rn为区段的特定的表面电阻,以及
Rin为没有电绝缘区的初始区段的表面电阻。
优选地,沿所述玻璃制品的边缘以彼此间隔一距离地形成多个母线。
所述电绝缘区包括所述电绝缘区内的导电层。
根据维基词典,“带”表示在表面上或空间中的狭长区域,通过某物与其周围事物区分开。
“表面电阻”是在与材料接触的两个电极之间的表面区域的电阻。表面电阻也是施加到这些电极的电流的电压与在复合材料的上层中流动的这些电极之间的一部分电流的比率。
“蜂窝结构”通常是指类似蜂窝的结构。公知的是,正六边形是构建蜂窝结构的理想图形。
由上述特征组合提供的技术效果主要包括:没有热辐射集中区,以及几乎完全没有温度梯度。
此外,特别是当需要在加热区上方使用可变的表面电阻时,电绝缘区的形成要简单得多。该效果是通过在电热表面的至少两个邻接区段中所使用的结构的电绝缘区的间距的对准实现的。
另外,本发明确保快速形成具有不同电阻放大系数的电绝缘区的不同布局,并且确保电阻放大系数具有更小的变化阶梯。
本发明的有效性还在于,本发明提供一种形成电绝缘区的方法,该方法更有效且更适应于流水线生产。
附图说明
参照附图,根据其优选实施例的以下详细描述,本发明的其他目的和优点将变得显而易见,在附图中:
图1是具有包括电绝缘区的导电层的玻璃制品的示意图;
图2到图5示出根据对导电层的电阻的计算方案的母线(bus bar)的布局;
图6是根据本发明的具有呈八角形和正方形形状的电绝缘区的结构的片段;
图7是根据本发明的具有呈圆形和四束星(four-beam star)形状的电绝缘区的结构的片段;
图8是具有邻接的正六边形的基本蜂窝结构的片段,其示出了基本矩形;
图9是根据图8的基本蜂窝结构的片段,其中正六边形由导电的带隔开;
图10到图12是示出根据本发明的不同结构的带的电阻的连接的视图;
图13是具有包括电绝缘区的多个区段的导电层的玻璃制品的示意图。
具体实施方式
本发明的优选实施例的以下描述仅是说明性的,且并非旨在以任何方式来限制在所附权利要求书中限定的本发明的范围。
图1示意性示出玻璃制品1,该玻璃制品1包括施加到衬底2的大致透明的导电层3,其中导电层包括由呈形成蜂窝结构的正六边形形状的电绝缘区4组成的一个区段。电绝缘区的这种布局目前被认为是最优选的。
以下描述的是一种近似计算方案,用于将电绝缘区施加在具有预定的比加热功率和外加电压的玻璃(例如船的舷窗玻璃)的导电涂层上。
作为一个示例,可以使用具有导电层的6mm厚玻璃(前述的具有“硬”涂层的K玻璃),其涂层具有比表面电阻R□=16-19欧姆□。同时,特定的比加热功率为Wsp=7-9瓦特/平方分米(watt/sq dm),以及特定的外加电压为Uap=220V,50Hz。加热功率在电热玻璃的整个表面上方应当是均匀的。在电热玻璃的表面温度中的容许差应当在1℃到6℃内。
具有电热表面的玻璃包括导电层,该导电层具有表面积Sn=66平方分米(尺寸6×11dm),比电阻R□=17欧姆/□,以及母线宽度10mm。
可以通过以下公式来计算初始导电层的消耗功率(W,瓦特):
W=Wsp·Sn,
其中W在以下范围内:
Wmin=Wsp.min·Sn=7·66=462瓦特;
Wmax=Wsp.max·Sn=9·66=594瓦特。
通过以下公式来计算玻璃的导电层的每1sq dm的电压降:
W=V2/R□,其中V2=W·R□;
在这种情况下,在外加电压Uap=220V时,在电热玻璃的表面上的电流路径的长度为:
L=Uap/V,其中
Lmax=Uap/Vmin=220/10.9=2018mm;
Lmax=Uap/Vmax=220/12.73=1778mm。
可以通过经由边AC和BD上的直线将导电层的表面分成三个相等的区段(图2)并根据操作条件通过用激光辐射处理导电层材料以将这些线上的涂层彻底去除到从0.05mm到几个毫米的宽度来实现电加热的预定特性。通过依次连接三个电绝缘区段,获得导电长度:
(LAB-2·δbus)×3=(600-2×10)=1740mm,其中
LAB为AB边的长度,δ为母线的宽度。
由此产生的电流路径长度接近计算出的值;因此,将遵循用于实现预定加热特性的条件并提供均匀加热。目前,这是在电热玻璃中使用的标准布局,唯一的区别在于去除涂层的方法,可以通过激光辐射、蚀刻和电化学来处理涂层材料。应当注意的是,就所得到的电绝缘线的几何形状和宽度而言,完整地去除涂层材料以及改进玻璃的光学特性,每个电绝缘线的宽度优选地不超过0.035mm。
由于在电绝缘区中形成的、呈形成蜂窝结构的正六边形形状的导电层,这些正六边形形状布置为其外接圆的圆心之间具有相等的距离且在电热表面的至少一部分上具有相同尺度,所以本发明可达到前述目的。
在这种情况下,具有特定参数的电绝缘区的结构应当用于允许电热层的总平均比表面电阻增加三倍。通过以下计算对其进行说明。
为了在220V电压下提供426-594瓦特内的施加到玻璃的总消耗功率(通过上述公式计算的),导电层的总表面电阻应当在以下范围内:
Rin=V2/Win;
Rin.min=2202/594=81.5欧姆;
Rin.max=2202/462=104.8欧姆;
Rin.av=(81.5+104.8)/2=93.15欧姆。
如果母线沿短边AB和CD放置(图3),则导电层的初始表面电阻为:
Rin.surf=[R□·(LCD-2·δw)/LAB]=[17·(1120-2·10)/600]=31欧姆。
很显然,为了在比加热功率Wsp=7-9瓦特/平方分米下获得预定加热条件,总表面电阻应当增加3倍,即Rin.av/Rin.surf=93.5/31=3。将其称为放大系数K=3。
对于此系数,可以基于上述等式来计算蜂窝结构:
因此,可以基于具有最大外接圆半径的邻接正六边形的基本蜂窝结构的所选初始尺度来计算rsp,并且可以确定所获得的蜂窝结构的内切正六边形的尺度。
所得到的蜂窝结构通过任何常规方法被施加在玻璃的导电层上且可以获得期望的电阻和期望的加热功率,该蜂窝结构进而提供均匀的加热和容许的温度梯度。
在该示例中,可以通过传统方法解决玻璃的尺度和几何形状以及特定的加热条件(Wsp)的问题,但是当不可能使用传统方法(通过直线形成各个区)时,仍存在问题(对于具有特定几何形状和尺寸的玻璃)。通过以下示例对其进行说明。
在以下示例中,任务是加热图9中示意性示出的船的舷窗玻璃。在这种情况下,因为当甚至通过单直刻线将玻璃表面分成两部分时,表面电阻也会增加四倍,所以通过传统方法拟合(fit)玻璃涂层电阻是不可能的;这可以用上述公式来分析,由此可见,加热功率将小到无法遵循特定的加热条件。可以在电热表面中使用导电区域的有创造性的布局来解决该问题。
根据设计可行性,母线可以沿边AB和CD(图4)设置,然后,通过用具有所需值的截断(cut-off)来调整并且根据示例性布局(图2)进行施加,可以使电阻增加三倍。如果基于设计考虑将母线设置在边AC和BD上(图5),则玻璃表面的电阻应当增加2.4倍以实现特定的加热条件,即应当施加对放大系数K=2.41计算的电绝缘区的布局。
通过计算对其进行说明:
W=Wsp×Sn=8×137=1096瓦特;
Rn=U2/W=2202/1096=44欧姆;
Rin=[R□x(LAB-2×δw]/LAC=18.21欧姆;
K=Rn/Rin=44/18.21=2.41。
根据本发明,电绝缘区可对于电热玻璃表面的每个区段具有自己的电阻放大系数K。
特别地,为了确保具有复杂几何形状(梯形、菱形、平行四边形、锥形等)的玻璃表面的均匀加热,有必要施加为电热表面的每个特定区段计算的具有电绝缘区的布局,即应当根据条件Rn=Rin/K确定电热表面的每个区段中的表面电阻Rn,其中Rin为没有电绝缘区的初始区段的表面电阻;K为电阻放大系数。
根据本发明,在其中形成电绝缘区之前,可以在导电(低辐射率)层中形成具有相对于导电层的初始电阻增大的特定电阻的一个或多个区段。
更具体地,根据本发明的构思,在具有由导电的带隔开的电绝缘区的导电层中形成至少一个区段,所述导电的带至少部分地偏离该区段的纵向方向且由在该区段内具有大致相同宽度w的直部和/或弯曲部组成,根据区段的期望总电阻Rtotal,该宽度被选择用于电绝缘区的给定构形,总电阻Rtotal由各个带部分的电阻RN组合构成,其中根据下列等式确定每个带部分的电阻RN:
其中R□为导电层的比电阻;
w为带的宽度,以及
lN为带的每个部分的长度。
假设电绝缘区的构形可以不同,只要导电的带在此特定区段中具有恒定的宽度。然而,应当理解的是,形成导电区的图形越复杂,所需电阻的计算就越复杂,因此,用于提供期望电阻的区尺寸的调整也就越复杂。
下面给出了根据本发明的原理的对电绝缘区的示例性实施例进行计算的示例。
图6示出使用两种正多边形(八边形5和四边形(正方形)6)的组合的电绝缘区的示例性布局。该方法的主要特征在于所使用的图形的尺寸和位置优选地被选择为使得当相互增加多边形的尺寸时能够最终获得连续层,其中各个图形邻接而无需隔开的带。在这种情况下,外接图形的圆的半径将是最大的。
为了便于计算,可以将具有电热(电阻)层的玻璃的表面分成呈覆盖整个区域的示意性矩形7的形状(在这种情况下是正方形)的片段。
已知可以根据等式计算薄膜抗蚀剂的电阻:
其中R□为电阻层的比电阻(对于K玻璃为16-19欧姆/□),1为电阻器的长度;w为电阻器的宽度。
因此,对于基本正方形而言,其各个边是相等的,电阻将等于比电阻:Rel.sq=R□。
如图6所示,每个正方形包括以下带部分:A、B、C、D、E。
确定正方形的带的总电阻。为了计算,假设当图形尺寸增加到最大使得它们彼此邻接时,每个带部分的长度对应于沿图形的邻接线通过的带中线的长度。
已知正八边形的各个边的长度t为:
其中rmin为内切于正八边形的圆的最大可能半径;
k恒等于
已知外接圆的半径rmax为:
则
以及边t为:
从图6清楚地看出,每个部分A、B、C、D的长度l(A,B,C,D)等于t/2,以及部分E的长度lE等于t。所有带部分的宽度w是相同的。
可以根据上述公式确定每个带部分的表面电阻:
可以将图6所示的带的布局表示为图10所示的电阻的布局。
电阻Rsq为:
由于RA=RB=RC=RD=RN,因此RE=2RN,其中RN为具有长度t/2的带部分的电阻且等于
则
因此,该区段的任何带部分的宽度将为
由于Rsq为基本正方形(其为如上所示的表面部分)中的电阻,其中电阻与导电层的此区段内的每个其它这种正方形中的电阻相同,假设Rsq=Rsec(区段的电阻)。
例如,如果选择一布局,其中八边形的外接圆的半径rmax为14mm,则
针对上述情况,在由一个区段组成的导电层的总表面电阻Rtotal=93.15的情况下,宽度w将为:
图7所示的另一个示例性实施例具有使用其他两种图形(圆形8和四束星9)的组合的布局。在这种情况下,图形的形状和尺度被选择为,使得当相互增加它们的尺寸时能够最终获得实心层,其中各个图形邻接而无需隔开的带。然而,为了避免形成放热集中区,星状图形的端部优选地为圆头的。
为了便于计算,在这种情况下,也可以将玻璃表面分成具有覆盖整个区域的基本正方形10的形状的片段。
如图7所示,每个正方形具有四个呈弧形形状的带部分A、B、C、D。
确定正方形的带的总电阻。为了计算,假设当图形的尺度增加到最大使得它们彼此邻接时,每个带部分的长度对应于沿图形的邻接线通过的带中线的长度,即每个带部分的长度L(A,B,C,D)大约等于在圆的最大半径处的45°弧的长度:
l(A,B,C,D)=2πrmax/4=πrmax/2。
还可以根据上述公式确定每个带部分的表面电阻:
可以将图8所示的带的布局表示为图11所示的电阻电路。
电阻Rsq等于:
由于RA=RB=RC=RD=RN,因此RE=2RN,其中RN为区段的电阻,等于则
因此,区段的任何带部分的宽度将等于:
由于Rsq为基本正方形(其为如前所示的基本正方形的表面部分)中的电阻,其中电阻与导电层的此区段内的每个其它这种正方形中的电阻相同,假设Rsq=Rsec(区段的电阻)。
此外,如果选择布局其中圆形图形的最大半径rmax为14mm,则在由一个区段组成的导电层的总表面电阻Rtotal=93.15的情况下,宽度w将等于:
下面将描述具有蜂窝结构的电绝缘区的另一个布局,该布局目前被认为是最优选的。
可以将具有电热(电阻)层的玻璃的表面分成具有覆盖整个区域的基本矩形4的形状的片段(图8),其中这些片段中的每一个具有:
A=B=C=rmax,
其中rmax为外接圆的半径,即rmax为外接具有正六边形的形状的电热区域的圆的最大可能半径。
1)计算X轴上的基本初始矩形的尺寸(图8):
2)计算Y轴上的基本初始矩形的尺寸:
Y=2rmax·Sin60。
3)然后,轴X上的基本初始矩形的电阻为:
4)减小半径(单元的尺寸)。当减小单元半径时,带A、B、C的宽度(w)是相同的(图9)。带A、B、C的电阻也是相同:R=RA=RB=RC。
可以将图9所示的带的布局表示为图12所示的电阻电路。
a与b之间的电阻等于RA+RB·RC/(RB+RC)=1.5R。
假设带A、B、C的长度(l)等于中线(简化的)的长度且等于rmax;
则一个带的电阻为:
其中R□为电阻层的比电阻(对于K玻璃为16-19欧姆/□)。
带的宽度w等于:
w=(rmax·Sin60–rspSin60)=2Sin60(rmax-rsp),
其中rsp为特定的单元半径(相对rmax减少一定数量)。
带(A、B或C)的电阻等于:
当用尺寸rmax划分单元时获得的矩形的总电阻为:
则,放大系数K为:
求逆公式为:
rsp=rmax-rmaxn/K。
可替代地,可以以不同的方式书写与任何区域的总表面有关的公式:
rsp=rmax-rmax·Rin/Rsp,其中
Rsp为区域的特定电阻,以及
Rin为没有电绝缘区的区域的初始电阻。
根据本发明,电绝缘区的正六边形形状仅是其最优选实施例之一,它提供了一种更方便的方法来计算区的尺度,然而,本领域技术人员将理解的是,在导电层中形成蜂窝结构的电绝缘区的任何其他形状是可能的。
通常,根据本发明,可以通过由闭合线限制的任何图形来形成电绝缘区,所述电绝缘区形成例如蜂窝结构。各个图形在区段或多个区段内具有相同的尺寸,并且至少沿具有相同方向且在圆(相应的图形在每个圆中可以被放置为使得该图形的最远点属于该圆)的中心之间具有相同距离的行结构布置。
可见,当修改电绝缘区域的尺寸时,导电层的电流路径长度和表面电阻变化,因此,应当根据玻璃制品的形状和尺寸来选择电绝缘区的尺寸。此外,根据本发明,在玻璃的电热表面的每个区段中,电绝缘区具有自己的电阻放大系数K。
如图13通过示例的方式所示,电热玻璃制品1具有三个区段11、12和13,其中区段11和13具有蜂窝结构,该蜂窝结构仅在正六边形14的尺寸上不同于蜂窝结构12,而具有正六边形14的形状的各个电绝缘区之间的间距或距离在玻璃制品1的整个表面上保持不变。
优选地,通过专用软件来计算将要去除低辐射率涂层的电绝缘区域,其中根据图形的类型和布局输入数据。这使得能够制造用于各种目的(结构光学、汽车、航空和防弹玻璃、或者电热建筑结构)的玻璃制品。
本领域技术人员将理解得是,本发明不限于上面给出的实施例,并且其修改可以包括在下面给出的权利要求书的范围内。说明书中给出的区别特征可以与其他区别特征一起使用,也可以彼此分开使用,具体视情况而定。
Claims (5)
1.一种具有电热表面的玻璃制品(1)的制造方法,包括以下步骤:
制作大致透明的衬底(2);
将大致透明的导电层(3)施加到所述衬底;
在所述导电层(3)中形成在纵向方向上隔开的至少两个相邻的区段(11,12,13);以及
在每个区段(11,12,13)中形成电绝缘区(4),所述电绝缘区(4)为重复图形(5,6,8,9)的形式,所述重复图形(5,6,8,9)具有这样的构形,对于所有导电层(3),其间的布局和节距是恒定的,其中所述电绝缘区(4)由在其之间延伸的导电的带隔开,所述导电的带至少部分地偏离所述纵向方向,并且其中每个区段的所述电绝缘区(4)被构形为使得所述导电的带在一个区段中具有大致相同宽度w,
其特征在于,
在所述形成所述电绝缘区域(4)的步骤中,在一个区段中的导电的带形成为具有的宽度w,不同于在所述玻璃制品具有不同几何形状的任何其他区段中的导电的带的宽度,并且
为了确定每个区段中的导电的带的所述宽度w,该区段被分成基本正方形(7,10)形式的相同片段,其中导电的带具有相同的直线部分和/或弯曲部分(A,B,C,D,E)的布局,并且然后假设任何基本正方形的电阻应该等于该区段的期望的总电阻Rtotal,所述总电阻Rtotal由所述导电的带部分的电阻RN组合构成,导电的带的宽度w仅由所述基本正方形(7,10)的导电的带的总电阻确定,该确定考虑布置在其中的导电的带的部分(A,B,C,D,E)的长度和布局,其中根据以下等式确定导电的带的每个部分的电阻RN:
其中RN为所述导电的带的每个部分的电阻;
为所述导电层的比电阻;
w为导电的带的宽度,以及
lN为导电的带的每个部分的长度。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述弯曲部的曲率根据指定函数变化。
3.一种具有电热表面的玻璃制品(1),包括:
大致透明的衬底(2),以及
大致透明的导电层(3),施加到所述衬底(2),
其中所述导电层(3)形成有沿纵向方向延伸的至少两个相邻区段(11,12,13),其中每个区段具有形成蜂窝结构的正六边形形式的电绝缘区(4),所述电绝缘区(4)在一个区段内具有相同的尺寸并且在整个导电层中以其间相同的距离定位,其中在每个区段中的所述电绝缘区域(4)在一个区段内由具有大致相同宽度w的导电的带隔开,
其特征在于,
在一个区段中的所述电绝缘区(4)形成为使得在一个区段中的导电的带的宽度w,不同于在所述玻璃制品具有不同几何形状的任何其它区段中的导电的带的宽度,并且相应地,所述一个区段的正六边形的围绕它们的外接圆的指定半径,与所述玻璃制品具有不同的几何形状的所述任何其它区段中的外接圆的指定半径不同,
其中通过以下公式来计算每个区段内的外接圆的所述指定半径rsp:
rsp=rmax-rmax·Rin/Rn,其中
rmax为在每个区段中具有邻接的正六边形的基本蜂窝结构的外接圆的最大半径;
Rn为每个区段的特定的表面电阻,以及
Rin为对于具有邻接正六边形的基本蜂窝结构的每个区段的表面电阻。
4.根据权利要求3所述的玻璃制品,其中沿所述玻璃制品的边缘以彼此间隔一距离地形成多个母线。
5.根据权利要求3所述的玻璃制品,其中所述电绝缘区包括所述电绝缘区内的导电层。
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