CN105189387A - 具有高红外线辐射透射率的玻璃片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及旨在特别是用于触摸板、触摸面板或触摸屏中的具有高红外线辐射透射率的玻璃片。更确切地说，本发明涉及具有以下组成的玻璃片，所述组成包含作为所述玻璃的总重量的百分比表示的浓度的：55％-78％？SiO2；0-18％？Al2O3；0-18％B2O3；5-20％？Na2O；0-15％？CaO；0-10％？MgO；0-10％？K2O；0-5％？BaO；0.002％-0.06％的总铁(表示为Fe2O3)以及在0.001％与1％之间变化的硒(表示为Se)。
Description
1.发明领域
本发明涉及具有高红外线透射率的玻璃片。本发明的通用领域是放置在显示表面区域上方的光学触摸面板的领域。
确切地讲，借助于其高红外线(IR)透射率，根据本发明的玻璃片可以有利地用于触摸屏、触摸面板或触摸板中，所述触摸屏、触摸面板或触摸板使用被称为平面散射检测(PSD)或甚至受抑全内反射(FTIR)的光学技术[或者要求高IR透射率的任何其他技术]以便检测在所述片的表面上的一个或多个物体(例如，手指或触针)的位置。
因此，本发明还涉及包括此种玻璃片的触摸屏、触摸面板或触摸板。
2.现有技术解决方案
PSD和FTIR技术允许获得多点触摸屏/面板，这些触摸屏/面板是廉价的并且可具有较大的触摸表面(例如，从3至100英寸尺寸)以及小的厚度。
这两种技术涉及：
(i)将红外线(IR)辐射例如使用LED从一个或多个边缘/边缘面注入至在红外线中透明的基板中；
(ii)通过全内反射的光学效应使该红外线辐射在所述基板(然后起波导的作用)内传播(没有辐射“逃脱”该基板)；
(iii)使该基板的表面与一些种类的物体(例如手指或触针)接触，以便通过在所有方向上的辐射的散射引起局部扰动；某些所偏离射线将因此能够“逃脱”该基板。
在FTIR技术中，这些所偏离射线在该基板的下表面上(即在该触摸表面相反的表面上)形成红外光点。这些所偏离射线被位于该设备后方的特殊照相机检测到。
就其本身而言，PSD技术涉及在步骤(i)-(iii)之后的两个附加的步骤：
(iv)使用检测器分析在该基板的边缘处所产生的IR辐射；并且
(v)从所检测到的辐射经算法计算与该表面接触的一个或多个物体的一个或多个位置。尤其在文件US2013/021300A1中描述了这种技术。
根本上，玻璃是用于触摸面板所选择的材料，由于其机械特性、其耐久性、其耐擦伤性、其光学透明度并且因为其可以化学或热韧化。
在用于PSD或FTIR技术中并且具有非常大的面积并且因此具有相对大的长度/宽度的玻璃面板的情况下，所注入的IR辐射的光程是长的。在这种情况下，由所述玻璃的材料吸收的IR辐射因此对所述触摸面板的灵敏度具有显著的影响，这进而可以不令人希望地在该面板的长度/宽度上减小。在用于PSD或FTIR技术中并且具有较小的面积并且因此具有较短的所注入IR辐射的光程的玻璃面板的情况下，由所述玻璃的材料吸收的IR辐射还具体地对于结合所述玻璃面板的设备的能量消耗具有影响。
因此，在此背景下红外线中的高度透明的玻璃片是极其有用的，以确保当这个表面大面积时，在整个触摸表面上未降级的或令人满意的灵敏度。具体地，在1050nm的波长(通常在这些技术中使用的波长)下具有等于或甚至小于1m-1的吸收系数的玻璃片是理想的。
为了获得在红外线(并且在可见光)中的高透射率，已知的是减少在玻璃中的总铁含量(就Fe2O3方面表示，根据在该领域中的标准惯例)，并且因此获得具有低铁含量的玻璃(或“低铁”玻璃)。硅酸盐玻璃总是包含铁，因为铁作为在所使用的大多数批次材料(砂、石灰石、白云石、等)中的杂质存在。铁以三价铁离子Fe3+和亚铁离子Fe2+的形式存在于玻璃的结构中。三价铁离子Fe3+的存在使得玻璃在低波长的可见光中吸收弱并且在近紫外(以380nm为中心的吸收带)中吸收强烈，而亚铁离子Fe2+(有时以FeO氧化物表示)的存在负责在近红外(以1050nm为中心的吸收带)内的强吸收。因此，增加总铁含量(以其两种形式的铁的含量)增强了在可见光和红外光中的吸收。此外，亚铁离子Fe2+的高浓度降低了在红外(特别地在近红外)中的透射率。然而，为了仅仅通过改变总铁含量获得在1050nm的波长下对于触摸应用足够低的吸收系数，这将要求在这个总铁含量上此种大的降低，使得(i)它将导致会太高的生产成本，由于需要非常纯的批次材料(在某些情况下甚至不存在足够纯的材料)，以及(ii)它将引起生产问题(尤其炉的过早磨损和/或在炉中加热玻璃的困难)。
为了进一步增加玻璃的透射率，还已知的是使存在于所述玻璃中的铁氧化，即，降低亚铁离子的数目以增加三价铁离子。玻璃的氧化程度由其氧化还原比给出，定义为Fe2+原子与存在于玻璃中的铁原子的总重量的重量比，即，Fe2+/总Fe。
为了降低所述玻璃的氧化还原比，已知的是将氧化剂添加至批次材料的共混物中。然而，大多数已知的氧化剂(硫酸盐、硝酸盐、等)对于获得在使用FTIR或PSD技术的触摸面板应用中所寻找的IR透射率值不具有足够高的氧化力。
3.发明目的
在至少一个其实施例中，本发明的目的是提供具有高红外线透射率的玻璃片。具体地，本发明的目的是提供具有高近红外线透射率的玻璃片。
在至少一个其实施例中，本发明的另一个目的是提供玻璃片，当所述玻璃片被用作在大面积的触摸屏、触摸面板或触摸板中的触摸表面时其引起很小的或不引起触摸作用灵敏度的减小。
在至少一个其实施例中，本发明的另一个目的是提供玻璃片，当所述玻璃片被用作在更适当尺寸的触摸屏、触摸面板或触摸板中的触摸表面时其对设备的能量消耗具有有利的影响。
在至少一个其实施例中，本发明的另一个目的是提供具有高红外线透射率并且具有对于所选择的应用可接受的外观的玻璃片。
最终，本发明的另一个目的是提供具有高红外线透射率并且生产相对廉价的玻璃片。
4.发明概述
本发明涉及具有以下组成的玻璃片，所述组成包含按玻璃的总重量计以百分比表示的量的：
根据一个具体的实施例，所述组成此外包含相对于所述玻璃的总重量范围为按重量计从0.001％至1％的硒含量(以Se形式表示)。
因此，本发明是基于完全新颖的并且创造性的方法，因为它允许解决所陈述的技术问题。确切地讲，诸位发明人已经证明，出人意料地，通过在玻璃组成中结合低铁含量和特定含量范围内的硒(特别已知是在所谓的“选择性”带色的玻璃组成中有力的着色剂)有可能获得玻璃片，所述玻璃片在IR中是非常透明的而没有对其外观和颜色过多的负面影响。
贯穿本文，当表示范围时，它包括其极限。此外，在数值范围内的每一个整数值和子范围清楚地包括在内，如同明确地写出一样。此外，贯穿本文，百分比量或含量值是相对于所述玻璃的总重量表示的按重量计的值。
在阅读以下描述后，本发明的其他特征和优点将将变得更加清楚可见。
根据本发明，术语“玻璃”应当理解为意指完全无定形的材料，因此排除任何甚至部分结晶材料(例如像体玻璃结晶(vitrocrystalline)或玻璃陶瓷材料)。
根据本发明的玻璃片可以由属于不同类别的玻璃制成。所述玻璃因此可以是钠钙硅玻璃、铝硅酸盐玻璃或硼硅酸盐玻璃、等。优选地并且出于较低的生产成本的原因，根据本发明的玻璃片是钠钙硅玻璃片。在这个优选的实施例中，所述玻璃片的组成可以包含按玻璃的总重量计以百分比表示的量的：
根据本发明的玻璃片可以是通过浮法工艺、拉延工艺、或辊压工艺或任何其他已知的从熔融玻璃组成制造玻璃片的工艺获得的玻璃片。根据按照本发明的一个优选的实施例，所述玻璃片是浮法玻璃片。表述“浮法玻璃片”应当理解为意指通过浮法工艺形成的玻璃片，该浮法工艺在于在还原条件下将熔融的玻璃浇注在熔融锡的浴上。如已知的，浮法玻璃片具有所谓的富含锡的“锡侧”，即，在接近于所述片的表面的玻璃区域上的侧面。表述“富含锡”应当理解为意指相对于所述玻璃的核心的组成锡浓度的增加，所述玻璃的核心可能基本上是零(没有锡)或基本上不是零。
根据本发明的玻璃片可以是各种尺寸并且是相当大的。例如，它可以具有范围为最高达3.21m×6m或3.21m×5.50m或3.21m×5.10m或3.21m×4.50m(“PLF”玻璃片)或者例如甚至3.21m×2.55m或3.21m×2.25m(“DLF”玻璃片)的尺寸。
根据本发明的玻璃片的厚度可以是在0.1与25mm之间。有利地，在触摸面板的应用的情况下，根据本发明的玻璃片的厚度可以是在0.1与6mm之间。优选地，在触摸屏应用的情况下，由于重量的原因，根据本发明的玻璃片的厚度将是0.1至2.2mm。
根据本发明，本发明的组成包含相对于所述玻璃的总重量范围为按重量计从0.002％至0.06％的总铁含量(就Fe2O3方面表示)。低于或等于按重量计0.06％的总铁含量(以Fe2O3形式表示)允许所述玻璃片的IR透射率进一步增加。该最小值确保不太多地增加玻璃的成本，因为此种低的铁值经常要求非常纯、昂贵的批次材料或者还有这些材料的纯化。优选地，所述组成包含相对于所述玻璃的总重量范围为按重量计从0.002％至0.04％的总铁含量(以Fe2O3形式表示)。最优选地，所述组成包含相对于所述玻璃的总重量范围为按重量计从0.002％至0.02％的总铁含量(以Fe2O3形式表示)。
根据本发明的一个实施例，本发明的组成包含相对于所述玻璃的总重量范围为按重量计从0.005％至1％的硒含量(以Se形式表示)。
根据本发明的一个有利的实施例，本发明的组成包含相对于所述玻璃的总重量范围为按重量计从0.001％至0.5％、并且优选地从0.001％至0.2％或甚至从0.001％至0.1％、确实甚至从0.001％至0.05％或甚至从0.001％至0.02％的硒含量(以Se形式表示)。这样硒含量的范围允许获得高IR透射率而不会太大地降低所述玻璃片的美学外观和颜色。
根据本发明的另一个有利的实施例，本发明的组成包含相对于所述玻璃的总重量范围为按重量计从0.005％至0.5％、并且优选地从0.005％至0.2％或从0.005％至0.1％、或甚至更好地从0.005％至0.05％的硒含量(以Se形式表示)。最优选地，本发明的组成包含范围为从0.002％至0.1％或从0.002％至0.05％、或甚至更好地从0.002％至0.02％的硒含量(以Se形式表示)。这样的硒含量范围允许获得甚至更好的IR透射率。
根据本发明的另一个实施例，所述组成包含低于20ppm的Fe2+含量(以FeO形式表示)。这个含量范围允许获得特别地就IR的透射率而言非常令人满意的特性。优选地，所述组成包含低于10ppm的Fe2+含量(以FeO形式表示)。最优选地，所述组成包含低于5ppm的Fe2+含量(以FeO形式表示)。
根据本发明，所述玻璃片具有IR高透射率。更确切地说，本发明的玻璃片具有在近红外内的高透射率。
为了量化在红外线区域中所述玻璃的优良的透射率，在本说明书中将使用在1050nm波长处的吸收系数，其因为这个原因应该是尽可能低的以便获得优良的透射率。吸收系数是由在给定的介质中的吸收度与电磁射线行进的光程长度的比率定义的。它以m-1表示。因此它独立于所述材料的厚度但是取决于所吸收的辐射的波长以及所述材料的化学性质。
在玻璃的情况下，在选定波长λ处的吸收系数(μ)可以从透射率(T)的测量值以及所述材料(厚的＝厚度(thick＝thickness))的折射率n计算，n、ρ和T的值取决于
选定的波长λ：其中ρ·＝·(n-1)2/(n+1)2
有利地，根据本发明的玻璃片具有在1050nm的波长下低于5m-1的吸收系数。优选地，根据本发明的玻璃片具有在1050nm的波长下低于或等于2m-1的吸收系数。最优选地，根据本发明的玻璃片具有在1050nm的波长下低于或等于1m-1的吸收系数。
再有利地，根据本发明的玻璃片具有在950nm的波长下低于5m-1的吸收系数。优选地，根据本发明的玻璃片具有在950nm的波长下低于或等于2m-1的吸收系数。最优选地，根据本发明的玻璃片具有在950nm的波长下低于或等于1m-1的吸收系数。
再有利地，根据本发明的玻璃片具有在850nm的波长下低于5m-1的吸收系数。优选地，根据本发明的玻璃片具有在850nm的波长下低于或等于2m-1的吸收系数。最优选地，根据本发明的玻璃片具有在850nm的波长下低于或等于1m-1的吸收系数。
根据本发明的一个实施例，所述玻璃片的组成可以包含除了尤其包含于批次材料中的杂质之外，小比率的添加剂(如促进所述玻璃熔融或精炼的试剂)或由于形成融熔炉的耐火材料溶解的元素。
根据本发明的一个有利的实施例，所述玻璃片的组成此外可以包含根据所希望的作用适当量的一种或多种其他着色剂。该一种或多种着色剂例如可以用来“中和”由硒的存在所产生的颜色并且因此致使本发明的玻璃的颜色更中性，即，无色。可替代地，该一种或多种着色剂可以用来获得所希望的颜色，该所希望的颜色不同于由硒的存在产生的颜色。
根据本发明的另一个有利的实施例(其与前述实施例可结合)，可以使用层或薄膜(例如带色的PVB薄膜)涂覆所述玻璃片，所述层或薄膜允许改变或中和由硒的存在产生的颜色。
根据本发明的玻璃片可以有利地是化学或热回火的。
根据本发明的一个实施例，使用至少一个薄的、透明的且导电的层涂覆所述玻璃片。根据本发明的薄的、透明的且导电的层例如可以是基于SnO2:F、SnO2:Sb或ITO(铟锡氧化物)、ZnO:Al或甚至ZnO:Ga的层。
根据本发明的另一个有利的实施例，使用至少一个减反射的(或减反射)层涂覆所述玻璃片。在其中使用本发明的玻璃片作为屏的前面的情况下，这个实施例显然是有利的。根据本发明的减反射层例如可以是基于低折射率的多孔硅的层或者它可以由多个层制成(多层)，尤其是介电层的多层，所述多层包含交替地低和高折射率的层并且终止于低折射率层。
根据另一个实施例，所述玻璃片使用至少一个防污渍层涂覆或者已经被处理以便限制/防止污渍沾污它。在其中使用本发明的玻璃片作为触摸屏的前面的情况下，这个实施例也是有利的。此类层或处理可以与沉积在相反面上的薄的、透明的且导电的层结合。此类层可以与沉积在同一面上的减反射层结合，该防污渍层被放置在该多层的外部并且因此覆盖该减反射层。
根据所希望的应用和/或特性，可以将其他层沉积在根据本发明的玻璃片的一个和/或另一个面上。
发明还涉及触摸屏或触摸面板或触摸板，包括至少一个根据本发明的限定触摸表面的玻璃片。根据这个实施例，所述触摸屏或触摸面板或触摸板有利地使用FTIR或PSD光学技术。具体地，对于屏，所述玻璃片有利地放置在显示表面上。
最后，借助于其高红外线透射率，根据本发明的玻璃片可以有利地用于触摸屏或触摸面板或触摸板中，所述触摸屏或触摸面板或触摸板使用所谓的平面散射检测(PSD)或甚至受抑全内反射(FTIR)的光学技术以便检测在所述片的表面上的一个或多个物体(例如，手指或触针)的位置。
实例
将批次材料以粉末形式共混并且将其置于坩锅中以便熔融，该共混物具有以下表中给出的基础组成。
使用不同量的硒制备不同的样品，该基础组成保持相同。样品1(对比实例)对应于现有技术的不包含硒的“低铁”玻璃，(所谓的“特别透明的”玻璃)。样品2-3对应于根据本发明的玻璃片组成。
测量以片形式的每一个玻璃样品的光学特性并且特别地通过使用配备有150mm直径的积分球的PerkinElmerLambda950分光光度计的透射率的测量来测量在1050、950和850nm波长处的吸收系数，该样品被放置到用于测量的球的入口孔。
以下表示出了相对于参比样品(即，样品1)获得的对应值，根据本发明的样品2-3获得的在1050、950和850nm的波长处的吸收系数的相对变差(Δ)。
这些结果示出了在根据本发明的含量范围内添加硒允许显著地减少在1050、950和850nm波长的每一处的吸收系数，并且因此，总体上，减少近红外线中的辐射吸收。
Claims (14)
1.具有以下组成的玻璃片，所述组成包含按玻璃的总重量计以百分比表示的量的：
其特征在于所述组成包含相对于所述玻璃的总重量范围为按重量计从0.001％至1％的硒含量(以Se形式表示)。
2.根据前一项权利要求所述的玻璃片，其特征在于所述组成包含相对于所述玻璃的总重量范围为按重量计从0.005％至0.5％的硒含量(以Se形式表示)。
3.根据权利要求1所述的玻璃片，其特征在于所述组成包含相对于所述玻璃的总重量范围为按重量计从0.001％至0.1％的硒含量(以Se形式表示)。
4.根据前一项权利要求所述的玻璃片，其特征在于所述组成包含相对于所述玻璃的总重量范围为按重量计从0.002％至0.05％的硒含量(以Se形式表示)。
5.根据前一项权利要求所述的玻璃片，其特征在于所述组成包含相对于所述玻璃的总重量范围为按重量计从0.002％至0.02％的硒含量(以Se形式表示)。
6.根据以上权利要求之一项所述的玻璃片，其特征在于所述组成包含相对于所述玻璃的总重量按重量计0.002％至0.04％的总铁含量(以Fe2O3形式表示)。
7.根据前一项权利要求所述的玻璃片，其特征在于所述组成具有相对于所述玻璃的总重量按重量计0.002％至0.02％的总铁含量(以Fe2O3形式表示)。
8.根据以上权利要求之一项所述的玻璃片，其特征在于所述组成具有低于20ppm的Fe2+含量(以FeO形式表示)。
9.根据前一项权利要求所述的玻璃片，其特征在于所述组成具有低于10ppm的Fe2+含量(以FeO形式表示)。
10.根据前一项权利要求所述的玻璃片，其特征在于所述组成具有低于5ppm的Fe2+含量(以FeO形式表示)。
11.根据以上权利要求之一项所述的玻璃片，其特征在于所述玻璃片使用至少一个防污渍层涂覆或已经被处理以便限制/防止污渍沾污它。
12.触摸屏或触摸面板或触摸板，包括根据权利要求1至11之一项所述的至少一个限定触摸表面的玻璃片。
13.根据前一权利要求所述的触摸屏或触摸面板或触摸板，其使用FTIR或PSD光学技术。
14.根据权利要求1至11之一项所述的玻璃片在触摸屏或触摸面板或触摸板中的用途，所述触摸屏或触摸面板或触摸板使用FTIR或PSD光学技术以便检测在所述片的表面上的一个或多个物体的位置。
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