CN105764864A

CN105764864A - 具有高红外线透射率的玻璃板

Info

Publication number: CN105764864A
Application number: CN201480062102.4A
Authority: CN
Inventors: A·多吉蒙特; T·兰布里特
Original assignee: AGC Glass Europe SA; Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Glass Europe SA; AGC Inc
Priority date: 2013-11-18
Filing date: 2014-11-17
Publication date: 2016-07-13
Also published as: TWI557089B; TW201527253A; JP2016538219A; US10093573B2; KR20160110360A; EP2873653A1; US20160272534A1; WO2015071456A1; EP3071527A1; EP3071527B1

Abstract

本发明涉及一种具有高红外线透射率的玻璃板，所述玻璃板特别在触摸屏、触摸面板或触摸板中可用。更确切地，本发明涉及一种具有以下组成的玻璃板，所述组成包含按玻璃的总重量计以百分比表示的量的以下各项：SiO₂ 55％?85％，Al₂O₃ 0?30％，B₂O₃ 0?20％，Na₂O 0?25％，CaO 0?20％，MgO 0?15％，K₂O 0?20％，BaO 0?20％，总铁(以Fe₂O₃形式表示)0.002％–0.06％；以及范围为从0.001％至1％的量的铈(以CeO₂形式表示)。本发明还涉及此种玻璃板在使用基本上在所述板内传播的红外线辐射的设备中的用途。由于其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或面板或平板中，所述玻璃板限定触摸表面。

Description

具有高红外线透射率的玻璃板

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，由于其高的红外线(IR)透射率，根据本发明的玻璃板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)以便检测在所述板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板的触摸屏、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/边缘面注入在红外线中是透明的基板中；

(ii)通过全内反射的光学效应使所述红外线辐射在所述基板(于是起波导的作用)内传播(没有辐射“逃脱”所述基板)；

(iii)使所述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；某些偏离的射线将因此能够“逃脱”所述基板。

在FTIR技术中，这些偏离的射线在所述基板的下表面上(即在触摸表面相反的表面上)形成红外光点。这些偏离的射线被位于设备下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)使用检测器分析在所述基板的边缘处的所产生的IR辐射；以及

(v)从所检测到的辐射算法计算与所述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。

基本上，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IR辐射因此对所述触摸面板的灵敏度具有显著的影响，所述灵敏度然后可能不令人希望地在所述面板的长度/宽度范围内降低。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IR辐射还特别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高度透明的玻璃板是极其有用的，以确保当这个表面是大面积时，在整个触摸表面范围内未降级的或令人满意的灵敏度。具体地，在从780至1200nm延伸的波长范围(这些波长通常在这些技术中使用)内具有等于或甚至小于1m^-1的吸收系数的玻璃板是理想的。

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(用Fe₂O₃表示，根据在所述领域中的标准惯例)，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⁺的存在使得玻璃在可见光中的短波长下弱地吸收并且在近紫外(以380nm为中心的吸收带)中强烈吸收，而亚铁离子Fe²⁺(有时以FeO氧化物表示)的存在是在近红外(以1050nm为中心的宽吸收带)内的强吸收的原因。因此，增加总铁含量(处于其两种形式的铁的含量)增强了在可见光和红外中的吸收。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，仅仅通过改变总铁含量获得在从780延伸至1200nm的波长范围内对于触摸应用足够低的吸收系数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)对于获得使用FTIR或PSD技术的触摸面板应用所寻求的IR透射率值不具有足够高的氧化力。

3.发明目的

在本发明的实施例的至少一个中，本发明的一个目的是提供具有高红外线透射率的玻璃板。具体地，所述本发明的目的是提供具有高近红外线透射率的玻璃板。

在本发明的实施例的至少一个中，本发明的另一个目的是提供玻璃板，当所述玻璃板作为触摸表面用于大面积的触摸屏、触摸面板或触摸板中时其引起很小的或不引起触摸功能的灵敏度的降低。

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玻璃板，当所述玻璃板作为触摸表面用于大尺寸的触摸屏、触摸面板或触摸板中时其引起很小的或不引起触摸功能的灵敏度的损失。

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玻璃板，当所述玻璃板作为触摸表面用于较小尺寸的触摸屏、触摸面板或触摸板中时其对所述设备的能量消耗具有有利的影响。

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板。

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廉价的玻璃板。

4.发明概述

本发明涉及具有以下组成的玻璃板，所述组成包含按玻璃的总重量计以百分比表示的量的以下各项：

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而言范围为按重量计从0.001％至1％的量的铈(以CeO₂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，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在特定含量范围内的铈，有可能获得在IR中是非常透明的玻璃板，而不影响其外观和其颜色。此外，在这样组成中的铈允许获得紫外滤光片(或抗紫外)效果，这证明是不可否认的优势，当这样玻璃板被用作触摸平板、面板或屏幕的外部表面时，因为它然后保护位于所述板后方的电子和/或有机部件(例如LCD屏幕或封装)免受UV辐射。

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玻璃的总重量表示的按重量计的值。

根据本发明的玻璃板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、硼硅酸盐玻璃、等。优选地并且出于较低的生产成本的原因，根据本发明的玻璃板是钠钙硅玻璃板。在这个优选的实施例中，所述玻璃板的组成可以包含按玻璃的总重量计以百分比表示的量的以下各项：

优选地，根据这个实施例，所述玻璃板的组成可以包含按玻璃的总重量计以百分比表示的量的以下各项：

在阅读以下说明后，本发明的其他特征和优点将变得更加清楚明显。

根据本发明，术语“玻璃”应当理解为是指完全无定形的材料，因此排除任何甚至部分结晶材料(例如像玻璃结晶(vitrocrystalline)或玻璃陶瓷材料)。

根据本发明的玻璃板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用于从熔融玻璃组成制造玻璃板的工艺获得的玻璃板。依据根据本发明的优选的实施例，所述玻璃板是浮法玻璃板。表述“浮法玻璃板”应当理解为是指通过浮法工艺形成的玻璃板，所述浮法工艺在于在还原条件下将熔融的玻璃浇注在熔融锡浴上。如已知的，浮法玻璃板具有所谓的“锡侧”，即，在其上接近于所述板的表面的玻璃区域富含锡的侧面。表述“富含锡”应当理解为是指相对于所述玻璃的核心的组成锡浓度的增加，所述玻璃的核心组成可能基本上是零(没有锡)或基本上不是零。

根据本发明的玻璃板可以是各种尺寸并且是相对大的。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”玻璃板)或者例如甚至3.21m×2.55m或3.21m×2.25m(“DLF”玻璃板)的尺寸。

根据本发明的玻璃板的厚度可以是在0.1与25mm之间。有利地，在触摸面板的应用的情况下，根据本发明的玻璃板的厚度可以是在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，根据本发明的玻璃板的厚度将是0.1至2.2mm。

根据本发明，本发明的组成包含相对于玻璃的总重量而言范围为按重量计从0.002％至0.06％的总铁含量(用Fe₂O₃表示)。低于或等于按重量计0.06％的总铁含量(以Fe₂O₃形式表示)允许所述玻璃板的IR透射率进一步增加。所述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玻璃的总重量而言范围为按重量计从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玻璃的总重量而言范围为按重量计从0.002％至0.02％的总铁含量(以Fe₂O₃形式表示)，或甚至更好地，所述组成包含相对于玻璃的总重量而言范围为按重量计从0.002％至小于0.014％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玻璃的总重量而言范围为按重量计从0.005％至0.5％的量的铈(以CeO₂形式表示)。优选地，本发明的组成包含相对于玻璃的总重量而言范围为按重量计从0.005％至0.3％，并且最优选地，从0.01％至0.2％的量的铈(以CeO₂形式表示)。这样的铈含量范围允许获得高IR透射率，而不显著影响玻璃板的颜色。确切地，当铈以显著量存在时，它给予玻璃略淡黄的颜色。

根据本发明的一个有利的实施例，本发明的组成具有使得：0.1≤CeO₂/Fe₂O₃≤50的铈/总铁比率。根据此实施例并且优选地，所述组成具有使得：1≤CeO₂/Fe₂O₃≤50的铈/总铁比率。这样的铈/总铁比率的范围允许获得高IR透射率，而不显著影响玻璃板的颜色。最优选地，所述组成具有使得：1≤CeO₂/Fe₂O₃≤25的铈/总铁比率。可替代地，所述组成具有使得：1≤CeO₂/Fe₂O₃≤10的铈/总铁比率。

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，所述玻璃板具有高IR透射率。更确切地说，本发明的玻璃板具有高近红外线透射率。

为了量化在红外线范围内的玻璃的良好的透射率，在本说明书中，将使用在1050、950和850nm波长下的吸收系数，既然如此，这些吸收系数必须是尽可能低的以便获得良好的透射率。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下的吸收系数(μ)可以从透射率(T)的测量值以及所述材料的折射率n计算(厚的＝厚度(thick＝thickness))，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，根据本发明的玻璃板具有在1050nm的波长下低于5m^-1的吸收系数。优选地，根据本发明的玻璃板具有在1050nm的波长下低于或等于2m^-1的吸收系数。最优选地，根据本发明的玻璃板具有在1050nm的波长下低于或等于1m^-1的吸收系数。

另外有利地，根据本发明的玻璃板具有在950nm的波长下低于5m^-1的吸收系数。优选地，根据本发明的玻璃板具有在950nm的波长下低于或等于2m^-1的吸收系数。最优选地，根据本发明的玻璃板具有在950nm的波长下低于或等于1m^-1的吸收系数。

另外有利地，根据本发明的玻璃板具有在850nm的波长下低于5m^-1的吸收系数。优选地，根据本发明的玻璃板具有在850nm的波长下低于或等于2m^-1的吸收系数。最优选地，根据本发明的玻璃板具有在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，所述玻璃板的组成可以包含，除了尤其包含于批次材料中的杂质之外，小比例的添加剂(如促进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，所述玻璃板的组成此外可以包含依据所希望的效果的适当量的一种或多种其他着色剂。这种(这些)着色剂例如可以用来“中和”由显著量的铈的存在可能产生的略淡黄颜色并且因此使本发明的玻璃的颜色更中性。可替代地，这种(这些)着色剂可以用来获得希望的颜色。

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)，所述玻璃板可以涂覆有层或薄膜(例如着色的PVB薄膜)，所述层或薄膜允许改变或中和由显著量的铈的存在可能产生的略淡黄颜色。

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，所述玻璃板涂覆有至少一个薄的、透明的且导电的层。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，所述玻璃板涂覆有至少一个减反射的(或抗反射)层。在其中使用本发明的玻璃板作为屏的正面的情况下，这个实施例是明显有利的。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(多层)、尤其是多层介电层制成，所述多层包含交替地低和高折射率的层并且终止于一个低折射率层。

根据另一个实施例，所述玻璃板涂覆有至少一个防污渍层以便限制/防止污渍弄脏它。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，所述防污渍层被置于所述多层的外部并且因此覆盖所述减反射层。

根据本发明的玻璃板还可以在其主面的至少一个上进行处理，例如用酸或碱消光，以便例如产生防污渍特性或甚至抗反射或抗闪烁特性。在其中使用本发明的玻璃板作为屏幕的正面的情况下，这是特别有利的，不管它是否是触摸屏。

依据所希望的应用和/或特性，可以将其他层/其他处理在根据本发明的玻璃板的一个面和/或另一个面上沉积/进行。

此外，本发明还涉及触摸屏或触摸面板或触摸板，所述触摸屏或触摸面板或触摸板包括至少一个根据本发明的玻璃板，所述玻璃板限定触摸表面。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，将所述玻璃板有利地置于显示表面上。

最后，本发明还涉及具有以下组成的玻璃板在使用基本上在所述板内传播的红外线辐射的设备中的用途，所述组成包含按玻璃的总重量计以百分比表示的量的以下各项：

使得：0.001％≤CeO₂≤1％的铈含量。

表述“基本上在所述板内传播的辐射”应理解为是指在所述玻璃板的本体内在所述板的两个主面之间行进的辐射。

有利地，依据根据本发明的用途的一个实施例，所述红外线辐射通过全内反射传播。根据这个实施例，所述红外线辐射可以从所述板的一个或多个边缘注入所述玻璃板内。表述“所述板的边缘”应理解为是指由所述板的厚度限定的并且基本上垂直于所述板的两个主面的四个表面中的每一个。仍然根据这个实施例，所述红外线辐射能够以一定角度从一个或两个主面注入所述玻璃板内。

依据根据本发明的用途的一个实施例，本发明的组成包含相对于玻璃的总重量而言范围为按重量计从0.005％至0.5％的量的铈(以CeO₂形式表示)。优选地，本发明的组成包含相对于玻璃的总重量而言范围为按重量计从0.005％至0.3％，并且最优选地，从0.01％至0.2％的量的铈(以CeO₂形式表示)。

依据根据本发明的用途的另一个实施例，所述玻璃板的组成可以包含按玻璃的总重量计以百分比表示的量的以下各项：

更优选地，根据本发明的用途的这个实施例，所述玻璃板的组成可以包含按玻璃的总重量计以百分比表示的量的以下各项：

依据根据本发明的用途的另一个实施例，所述组成有利地包含相对于所述玻璃的总重量而言按重量计0.002％至0.04％的总铁含量(以Fe₂O₃形式表示)，并且优选地相对于所述玻璃的总重量而言按重量计0.002％至0.02％的总铁含量(以Fe₂O₃形式表示)。

以下实例说明本发明，然而不旨在以任何方式限制其范围。

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，所述共混物具有以下表中给出的基础组成。

使用不同量的铈制备不同的样品，所述基础组成保持相同。样品1(参比/对比实例)对应于现有技术的没有添加的铈的“低铁”玻璃(所谓的“超透明的”玻璃)。样品2-4对应于根据本发明的玻璃板组成。

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使用配备有150mm直径的积分球的PerkinElmerLambda950分光光度计的透射率测量在850、950和1050nm波长下测量吸收系数(μ)，所述样品被置于用于所述测量的球的入口孔中。

下表示出了相对于参比样品即样品1(没有铈)获得的值，根据本发明的样品获得的在1050、950和850nm的波长下的吸收系数的相对变化(Δ)。

这些结果示出了以根据本发明的含量范围添加铈允许大幅减小在850、950和1050nm波长下的吸收系数，甚至减小至零(Δ＝-100％)并且因此，总体上，减少近红外线的辐射吸收。

Claims

1.具有以下组成的玻璃板，所述组成包含按玻璃的总重量计以百分比表示的量的以下各项：

其特征在于所述组成包含相对于所述玻璃的总重量而言范围为按重量计从0.001％至1％的量的铈(以CeO₂形式表示)。

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包含相对于所述玻璃的总重量而言范围为按重量计从0.005％至0.5％的量的铈(以CeO₂形式表示)。

3.根据权利要求1所述的玻璃板，其特征在于所述组成包含相对于所述玻璃的总重量而言范围为按重量计从0.005％至0.3％的量的铈(以CeO₂形式表示)。

4.根据前一项权利要求所述的玻璃板，其特征在于所述组成包含相对于所述玻璃的总重量而言范围为按重量计从0.01％至0.2％的量的铈(以CeO₂形式表示)。

5.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包含相对于所述玻璃的总重量而言按重量计0.002％至0.04％的总铁含量(以Fe₂O₃形式表示)。

6.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相对于所述玻璃的总重量而言按重量计0.002％至0.02％的总铁含量(以Fe₂O₃形式表示)。

7.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低于10ppm的Fe²⁺含量(以FeO形式表示)。

8.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低于5ppm的Fe²⁺含量(以FeO形式表示)。

9.根据以上权利要求之一所述的玻璃板，其特征在于所述玻璃板具有在1050nm波长下小于5m^-1的吸收系数。

10.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包含按玻璃的总重量计以百分比表示的量的以下各项：

11.触摸屏或触摸面板或触摸板，包括至少一个根据权利要求1至10之一所述的玻璃板，所述玻璃板限定触摸表面。

12.根据前一项权利要求所述的触摸屏或触摸面板或触摸板，使用FTIR或PSD光学技术。

13.具有以下组成的玻璃板在使用基本上在所述板内传播的红外线辐射的设备中的用途，所述组成包含按玻璃的总重量计以百分比表示的量的以下各项：

使得：0.001％≤CeO₂≤1％的铈含量。

14.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通过全内反射传播。

15.根据以上用途权利要求之一所述的用途，其特征在于所述组成包含相对于所述玻璃的总重量而言按重量计0.002％至0.04％的总铁含量(以Fe₂O₃形式表示)。