CN105189388B - 具有高红外线辐射透射率的玻璃板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有高红外线辐射透射率的玻璃板。更确切地，本发明涉及一种具有以下组成的玻璃板，所述组成包含以所述玻璃的总重量的百分比表示的量的以下各项：SiO₂55％‑78％、Al₂O₃0‑18％、B₂O₃0‑18％、Na₂O 0‑20％、CaO 0‑15％、MgO 0‑10％、K₂O 0‑10％、BaO 0‑5％，总铁(以Fe₂O₃的形式表示)0.002％‑0.04％，以及以所述玻璃的总重量的百分比表示的铬含量，使得：0.0001％<Cr₂O₃<0.002％。本发明还涉及此种玻璃板在使用了基本上在所述板内传播的红外线辐射的设备中的用途。由于所述玻璃板的高红外线辐射透射率，根据本发明的玻璃板可以有利地用于例如屏幕、面板或平板中，所述玻璃板限定了触敏表面。

Description

具有高红外线辐射透射率的玻璃板

1.发明领域

本发明涉及一种具有高红外线透射率的玻璃板。

本发明还涉及此种玻璃板在使用了基本上在所述板内传播的红外线辐射的设备中的用途。

因为其高的红外线(IR)透射率，根据本发明的玻璃板实际上可以有利地用于触摸屏或触摸面板或触摸板中，该触摸屏或触摸面板或触摸板使用被称为平面散射检测(PSD)或受抑全内反射(FTIR)的光学技术(或者要求高IR透射率的任何其他技术)来检测在所述板的表面上的一个或多个物体(例如，手指或触控笔)的位置。

因此，本发明还涉及包含此种玻璃板的触摸屏、触摸面板或触摸板。

2.现有技术的解决方案

PSD和FTIR技术允许获得多重检测触摸屏/面板，这些触摸屏/面板是廉价的并且可以具有相对大的触敏表面(例如，3至100英寸)同时还具有低的厚度。

这两种技术涉及：

(i)将红外线辐射(IR)例如借助于LED从一个或若干个边缘/侧面注入红外线透明基板中；

(ii)通过全内反射的光学现象使该红外线辐射在所述基板(因此充当波导)内传播(没有辐射从该基板“离开”)；

(iii)使该基板的表面与任何物体(例如，手指或触控笔)接触，通过在所有方向上的辐射的扩散引起局部扰动；一些偏离的射线将因此能够“离开”该基板。

在FTIR技术中，这些偏离的射线在与该触敏表面相反的基板的内表面上形成红外光点。这些被位于该设备下方的特殊照相机看见。

PSD技术本身涉及除步骤(i)-(iii)列表之外的两个附加步骤：

(iv)由检测器分析在该基板的边缘的水平处所产生的IR辐射；以及

(v)从所检测到的辐射通过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。具体地，在文件US 2013/021300 A1中披露了这种技术。

基本上，玻璃是用于触摸面板所选择的材料，因为其机械特性、其耐久性、其耐擦伤性、其光学透明度并且因为其可以被化学或热强化。

在用于PSD或FTIR技术的具有非常大的表面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，由该玻璃的材料吸收IR辐射对该触摸面板的灵敏度具有显著的影响，这然后可能不令人希望地在该面板的长度/宽度上减小。在用于PSD或FTIR技术的具有较小的表面面积并且因此具有所注入的IR辐射的较短光程的玻璃面板的情况下，由该玻璃的材料吸收IR辐射还特别地对结合该玻璃面板的设备的能量消耗具有影响。

因此，在此背景下对红外线辐射高度透明的玻璃板很有用，以确保当这个表面较大时，在整个触敏表面上未受损的或足够的灵敏度。具体地，通常在这些技术中使用的在1050nm的波长下具有最低可能的吸收系数的玻璃板是所希望的。

为了获得高红外线透射率(以及在可见光中的透射率)，已知的是减少玻璃中铁(以Fe₂O₃表示，根据在该领域中的标准惯例)的总含量以获得低铁的玻璃。硅酸盐类型的玻璃总是含有铁，因为铁在所使用的大多数原料(砂、石灰石、白云石...)中作为杂质存在。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⁺的存在给予玻璃低波长可见光的轻微吸收以及近紫外(以380nm为中心的吸收带)中较高的吸收，而亚铁离子Fe²⁺(有时表示为氧化物FeO)的存在导致在近红外(以1050nm为中心的吸收带)中的高吸收。因此，总铁含量(以其两种形式)的增加增强了在可见光和红外中的吸收。此外，高浓度的亚铁离子Fe²⁺引起在红外(特别是在近红外)中的透射率的降低。然而，为了通过仅仅作用于总铁含量获得在波长1050nm下对于触敏应用足够低的吸收系数，将要求总铁含量的此种显著的降低，使得(i)或者这将招致太高的生产成本，由于需要非常纯的原料(有时甚至不以足够纯的状态存在)，(ii)或者这将造成生产问题(特别是炉的过早磨损和/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该玻璃中的铁氧化，即，降低亚铁离子的含量以有利于三价铁离子的含量。玻璃的氧化程度由其氧化还原给出，定义为相对于存在于玻璃中的铁原子的总重量Fe²⁺的原子重量比(Fe²⁺/总Fe)。

为了降低该玻璃的氧化还原，已知的是将氧化组分添加至原料的批次中。然而，大多数已知的氧化剂(硫酸盐、硝酸盐...)不具有足够高的氧化能力来获得对于使用了FTIR或PSD技术的触摸面板应用所寻求的IR透射值，或必须被添加至过高的量，具有伴随的缺点如成本、着色、与生产方法不相容等。

3.发明目的

在本发明的实施例的至少一个中，本发明的目的是提供一种具有高红外线透射率的玻璃板。具体地，本发明的目的是提供一种具有高的近红外线辐射透射率的玻璃板。

在本发明的实施例的至少一个中，本发明的目的是提供一种具有高红外线透射率的玻璃板，该玻璃板具体地在使用了基本上在所述板内传播的红外线辐射的设备中是尤其有利的。

在本发明的实施例的至少一个中，本发明的另一个目的是提供一种玻璃板，当该玻璃板被用作在大尺寸的触摸屏、触摸面板或触摸板中的触敏表面时，其不产生触敏功能的灵敏度的任何损失，或者如果产生损失也是非常小的。

在本发明的实施例的至少一个中，本发明的另一个目的是提供一种玻璃板，当该玻璃板被用作在更加中等尺寸的触摸屏、触摸面板或触摸板中的触敏表面时，其对于该设备的能量消耗是有益的。

在本发明的实施例的至少一个中，本发明的另一个目的是提供一种具有高红外线透射率并且具有对于所选择的应用的可接受的美学外观的玻璃板。

最终，本发明的目的还是提供一种生产廉价的具有高红外线透射率的玻璃板。

4.发明概述

本发明涉及一种具有以下组成的玻璃板，该组成包含以玻璃的总重量的百分比表示的含量：

根据一个具体实施例，所述组成附加地包含以玻璃的总重量的百分比表示的含量的铬，诸如：0.0001％<Cr₂O₃<0.002％。

因此，本发明是基于一种完全新颖的且创造性的方法，因为它使得能够解决所提出的技术问题。事实上诸位发明人已经出人意料地示出通过在玻璃组成中在特定的含量范围内结合低含量的铁和铬(尤其被称为在所谓的“选择性”着色玻璃中有力的着色剂)有可能获得高度IR透明的玻璃板而没有对其美学外观、其颜色过于负面的影响。

在整个本文中，除非另外说明，当表明范围时端值被包括在内。此外，在数值范围内的所有值和子域值清楚地被包括在内，如同明确地说明一样。同样，在整个本文中，除非明确提及，百分比含量值是相对于玻璃的总重量表示的重量值。

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。

在本发明的意义上，玻璃应理解为意指一种完全无定形的材料，并且因此排除任何结晶材料，甚至部分结晶材料(例如像玻璃结晶(vitrocrystalline)或玻璃陶瓷材料)。

根据本发明的玻璃板是由可以来自不同类别的玻璃制成的。因此，该玻璃可以是钠钙硅、铝硅酸盐或硼硅酸盐等类型的玻璃。优选地并且出于较低的生产成本的原因，根据本发明的玻璃板是钠钙硅玻璃。根据这个优选的实施例，该玻璃板的组成可以包含以玻璃的总重量的百分比表示的含量的以下各项：

和以玻璃的总重量的百分比表示的含量的铬，诸如：0.0001％<Cr₂O₃<0.002％。

根据本发明的玻璃板可以是通过浮法、拉延或层压工艺或任何其他已知的从熔融玻璃组成制造玻璃板的工艺获得的玻璃板。根据本发明的一个优选实施例，该玻璃板是浮法玻璃板。浮法玻璃板应理解为是通过浮法工艺形成的玻璃板，该浮法工艺由在还原条件下将熔融玻璃浇注在熔融锡浴上组成。以一种已知的方式，浮法玻璃板包括所谓的“锡面”，即，在接近该板的表面的玻璃本体内富集有锡的面。锡富集应理解为意指相对于该玻璃的核心组成锡浓度的增加，该玻璃的核心组成可能基本上是零(缺乏锡)或基本上不是零。

根据本发明，不同的含有铬的原料可以用于将铬引入该玻璃组成中。具体地，铬氧化物CrO、Cr₂O₃、CrO₂或CrO₃是可能的，并且是较纯的铬源。还可以使用其他富含铬的物质，如铬酸盐、铬铁矿以及任何其他铬基的化学化合物。然而，含有呈其6+形式的铬的化合物出于安全原因是不太优选的。

根据本发明的玻璃板可以具有不同且相对大的尺寸。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(称为PLF玻璃板)或者还有，例如，3.21m×2.55m或3.21m×2.25m(称为DLF玻璃板)的尺寸。

根据本发明的玻璃板可以具有在0.1与25mm之间的范围内的厚度。有利地，在应用于触摸面板的情况下，根据本发明的玻璃板可以具有在0.1与6mm之间的范围内的厚度。优选地，出于重量的原因，在应用于触摸面板的情况下，根据本发明的玻璃板的厚度是从0.1至2.2mm。

根据本发明，本发明的组成具有相对于该玻璃的总重量范围为按重量计从0.002％至0.04％的总铁(以Fe₂O₃表示)含量。按重量计小于或等于0.04％的总铁(以Fe₂O₃的形式表示)含量使得该玻璃板的IR透射率能够进一步增加。该最小值意味着该玻璃的成本将不是过于不利的，因为此种低的铁值经常要求昂贵的非常纯的原料或者原料的纯化。该组成优选地具有相对于该玻璃的总重量范围为按重量计从0.002％至0.02％的总铁(以Fe₂O₃的形式表示)含量。特别优选的是，该组成具有相对于该玻璃的总重量范围为按重量计从0.002％至0.01％的总铁(以Fe₂O₃的形式表示)含量。

根据本发明的有利实施例，本发明的组成具有以下铬/总铁比率，诸如：0.05≤Cr₂O₃/Fe₂O₃≤1。根据此实施例，该组成优选地具有以下铬/总铁比率，诸如：0.1<Cr₂O₃/Fe₂O₃≤1。此种铬/总铁比率范围使得能够获得大的IR透射率，而不对该玻璃板的美学外观、着色不利。特别优选的是，该组成具有以下铬/总铁比率，诸如：0.15≤Cr₂O₃/Fe₂O₃≤1。可替代地，该组成具有以下铬/总铁比率，诸如：0.1<Cr₂O₃/Fe₂O₃≤0.5。

根据本发明的特别有利的实施例，该组成具有以下铬含量，诸如：0.0005％≤Cr₂O₃<0.002％。特别优选的是，该组成具有以下铬含量，诸如：0.001％<Cr₂O₃<0.002％。此种铬含量范围使得能够获得改进的IR透射率。

根据本发明的另一个实施例，该组成具有小于20ppm的Fe²⁺(以FeO的形式表示)含量。此含量范围使得能够获得非常令人满意的特性，特别是在IR透射率方面。该组成优选地具有小于10ppm的Fe²⁺(以FeO的形式表示)含量。特别优选的是，该组成具有小于5ppm的Fe²⁺(以FeO的形式表示)含量。

根据本发明，该玻璃板具有更高的IR透射率。更确切地说，本发明的玻璃板具有在近红外内的高辐射透射率。为了量化该玻璃在红外区域中的高透射率，在本发明中将使用在波长1050nm处的吸收系数，该吸收系数因此应当尽可能低以便获得高透射率。吸收系数是由在给定介质中的吸收度与电磁辐射覆盖的光程长度之间的关系定义的。它以m^-1表示。因此它独立于该材料的厚度，但是取决于所吸收的辐射的波长以及该材料的化学性质。

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)的测量值以及该材料(厚(thick)＝厚度(thickness))的折射率n计算，其中n、ρ和T的值是选定的波长λ的函数：

其中ρ＝(n-1)²/(n+1)²

有利地，根据本发明的玻璃板具有在波长1050nm处小于或等于5m^-1的吸收系数。优选地，根据本发明的玻璃板具有在波长1050nm处小于或等于3.5m^-1的吸收系数。特别优选的是，根据本发明的玻璃板具有在波长1050nm处小于或等于2m^-1的吸收系数。甚至更优选的是，根据本发明的玻璃板具有在波长1050nm处小于或等于1m^-1的吸收系数。

有利地，根据本发明的玻璃板具有在波长950nm处小于或等于5m^-1的吸收系数。优选地，根据本发明的玻璃板具有在波长950nm处小于或等于3.5m^-1的吸收系数。特别优选的是，根据本发明的玻璃板具有在波长950nm处小于或等于2m^-1的吸收系数。甚至更优选的是，根据本发明的玻璃板具有在波长950nm处小于或等于1m^-1的吸收系数。有利地，根据本发明的玻璃板具有在波长850nm处小于或等于5m^-1的吸收系数。优选地，根据本发明的玻璃板具有在波长850nm处小于或等于3.5m^-1的吸收系数。特别优选的是，根据本发明的玻璃板具有在波长850nm处小于或等于2m^-1的吸收系数。甚至更优选的是，根据本发明的玻璃板具有在波长850nm处小于或等于1m^-1的吸收系数。

根据本发明的一个实施例，除了特别地包含在原料中的杂质之外，该玻璃板的组成可以包含小比例的添加剂(如帮助该玻璃的熔融或精炼的试剂)或源自形成融熔炉的耐火材料的溶解的元素。

根据本发明的一个实施例，该玻璃板的组成可以附加地包含处于根据所寻求的作用进行调整的量的一种或多种着色剂。这种(这些)着色剂可以用来，例如，“中和”由铬的存在所产生的颜色并且因此使本发明的玻璃的颜色更中性、无色。可替代地，这种(这些)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铬的存在产生的颜色。

根据本发明的另一个有利的实施例(其可与前述实施例组合)，该玻璃板可以涂覆有层或薄膜，该层或薄膜使得能够改变或中和由铬的存在产生的颜色(例如着色的PVB薄膜)。

根据本发明的玻璃板可以有利地是化学或热韧化的。

根据本发明的一个实施例，该玻璃板涂覆有至少一个薄的导电的透明层。根据本发明的薄的导电的透明层可以是，例如，基于SnO₂:F、SnO₂:Sb或ITO(铟锡氧化物)、ZnO:Al或还有ZnO:Ga的层。

根据本发明的另一个有利的实施例，该玻璃板涂覆有至少一个减反射(或遮光)层。当该玻璃板被用作屏幕的正面时，这个实施例显然是有利的。根据本发明的减反射层可以是，例如，具有低折射率的基于多孔硅的层或者可以由若干层形成(层压)，特别是具有低和高折射率的介电材料交替层并且终止于具有低折射率的层的多个层的层压。

根据另一个实施例，该玻璃板涂覆有至少一个抗指纹层或者已经进行处理以便减少/防止指纹显现。在其中使用本发明的玻璃板作为触摸屏的正面的情况下，这个实施例也是有利的。此类层或此类处理可以与沉积在相反面上的薄的导电的透明层组合。此类层可以与沉积在相同面上的减反射层组合，其中该抗指纹层是在该层压的外部上并且因此覆盖该减反射层。

根据另一个实施例，该玻璃板涂覆有至少一个层(或者已经进行处理)以便减少或防止反射和/或闪光现象。在本发明的玻璃板被用作显示装置的正面的情况下，这个实施例必然是有利的。此类减反射和/或防闪光处理是，例如，酸消光方法，该方法产生该玻璃板的处理过的表面的特定粗糙度。

根据所希望的应用和/或特性，可以在根据本发明的玻璃板的一个面或另一个面上沉积/进行其他一个或多个层/一个或多个处理。

此外，本发明还涉及一种包含至少一个根据本发明的玻璃板的屏幕或面板或平板，其中所述玻璃板限定了触敏表面。该触摸屏或面板或平板优选地使用FTIR或PSD光学技术。具体地，该玻璃板有利地安装在显示面的顶部。

最后，本发明还涉及具有以下组成的玻璃板在使用了基本上在所述板内传播的红外线辐射的设备中的用途，该组成包含以玻璃的总重量的百分比表示的含量的以下各项：

以下含量的铬，诸如：0.0001％<Cr₂O₃<0.002％。

术语基本上在该板内传播的辐射应理解为意指在该板的两个主面之间在该玻璃板的本体内行进的辐射。

有利地，根据本发明的用途的一个实施例，该红外线辐射的传播通过全内反射发生。根据这个实施例，该红外线辐射可以从所述板的一个或多个侧面注入该玻璃板内。该板的侧面应理解为是由该板的厚度限定的并且基本上垂直于该板的两个主面的四个表面中的每一个。可替代地，仍然根据这个实施例，该红外线辐射能够以一定角度从这些主面中的一个或两个注入该玻璃板内。

根据本发明的用途的另一个实施例，该组成有利地具有以下铬/总铁比率，诸如：0.05≤Cr₂O₃/Fe₂O₃≤1，以及优选地以下铬/总铁比率，诸如：0.1<Cr₂O₃/Fe₂O₃≤1或诸如：0.15≤Cr₂O₃/Fe₂O₃≤1。

根据本发明的另一个实施例，该组成有利地具有以下铬含量，诸如：0.0005％≤Cr₂O₃<0.002％，以及优选地以下铬含量，诸如：0.001％<Cr₂O₃<0.002％。

根据本发明的另一个实施例，该组成有利地具有相对于该玻璃的总重量按重量计0.002％至0.02％的总铁(以Fe₂O₃的形式表示)含量，以及优选地相对于该玻璃的总重量按重量计0.002％至0.01％的总铁(以Fe₂O₃的形式表示)含量。

以下实例说明本发明，而无意以任何方式限制其覆盖范围。

实例

根据以下表中指定的基础组成，将原料以粉末形式混合并置于熔融用坩锅中。

使用可变量的铬和铁制备不同的样品并且该基础组成保持固定。样品1和5(对比)对应于现有技术水平的玻璃，具有低的铁含量并且没有添加的铬(被称为“超透明的”)，并且分别包含120和100ppm的以Fe₂O₃的形式表示的铁。样品2-4对应于根据本发明的玻璃板的组成，具有120ppm的铁含量(以Fe₂O₃的形式表示)，并且样品6-9对应于根据本发明的玻璃板的组成，具有100ppm的铁含量(以Fe₂O₃的形式表示)。

测量呈板形式的每一个玻璃样品的光学特性并且特别地通过在装配有150mm直径的积分球的Perkin Elmer lambda 950分光光度计上的透射率测量来测定在1050、950和850nm波长处的吸收系数(μ)，该样品被放置在用于该测量的球的输入端口处。

下表示出了相对于对应的参比样品(没有铬)的值，根据本发明的样品获得的在波长1050、950和850nm处的吸收系数的变化(Δ)。

这些结果示出了在根据本发明的含量范围内添加铬使得能够显著减小在1050、950和850nm波长中的每一个处的吸收系数，并且因此总体上使得能够减少近红外的辐射吸收。

Claims (11)

1.具有以下组成的玻璃板，所述组成包含以玻璃的总重量的百分比表示的含量的以下各项：

其特征在于，所述组成包含以玻璃的总重量的百分比表示的以下含量的铬：0.0001％<Cr₂O₃<0.002％,并且

该组成具有以FeO的形式表示的小于20ppm的Fe²⁺含量，并且

该玻璃板具有在波长850nm处小于或等于3.5m^-1的吸收系数，并且

所述组成具有以下铬/总铁比率：0.05≤Cr₂O₃/Fe₂O₃≤1。

2.根据前一项权利要求所述的玻璃板，其特征在于，所述组成具有以下铬/总铁比率：0.1<Cr₂O₃/Fe₂O₃≤1。

3.根据以上权利要求之一所述的玻璃板，其特征在于，所述组成具有以下铬含量：0.0005％≤Cr₂O₃<0.002％。

4.根据权利要求1-2之一所述的玻璃板，其特征在于，所述组成具有以下铬含量：0.001％<Cr₂O₃<0.002％。

5.根据权利要求1-2之一所述的玻璃板，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％的以Fe₂O₃的形式表示的总铁含量。

6.根据权利要求1-2之一所述的玻璃板，其特征在于，所述玻璃板具有以下组成，所述组成包含以玻璃的总重量的百分比表示的含量的以下各项：

和以玻璃的总重量的百分比表示的以下含量的铬：0.0001％<Cr₂O₃<0.002％。

7.根据权利要求1-2之一所述的玻璃板，其特征在于，所述玻璃板涂覆有至少一个抗指纹层或已经进行处理以便减少/防止指纹显现。

8.屏幕或面板或平板，包含至少一个根据权利要求1至7之一所述的玻璃板，其中所述玻璃板限定触敏表面。

9.根据前一项权利要求所述的屏幕或面板或平板，使用了FTIR或PSD光学技术。

10.具有以下组成的玻璃板在使用了基本上在所述板内传播的红外线辐射的设备中的用途，所述组成包含以玻璃的总重量的百分比表示的含量的以下各项：

11.根据前一项权利要求所述的用途，其特征在于，所述红外线辐射的传播通过全内反射发生。