CN106458711A - 具有在红外线内的高透射率的玻璃板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有以下组成的玻璃板，所述组成包含以按玻璃的总重量计的百分比表示的量的以下各项：SiO2：55％‑85％；Al2O3：0‑30％；B2O3：0‑20％；Na2O：5％‑25％；CaO：0‑20％；MgO：0‑15％；K2O：0‑20％；BaO：0‑20％；总铁(以Fe2O3的形式表示)：0.002％‑0.06％；所述组成还包含以下组分之一：范围为按重量计从0.01％至1％的量的锰(以MnO的形式表示)；范围为按重量计从0.01％至1％的量的锑(以Sb2O3的形式表示)；范围为按重量计从0.01％至1％的量的砷(以As2O3的形式表示)；或范围为按重量计从0.0002％至0.1％的量的铜(以CuO的形式表示)。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装置中的用途。凭借其在红外波长下的高透射率，所述玻璃板可以有利地用于例如屏或面板或板中，所述玻璃板限定触摸表面。
Description
1.技术领域
本发明涉及一种具有在红外线内的高透射率的玻璃板。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。
确切地讲，借助于其高红外线(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，该触摸屏、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，手指或触控笔)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(例如手指或触控笔)接触，以便通过在所有方向上的辐射散射引起局部扰动；某些偏离的射线将因此能够“逃脱”该基板。
在FTIR技术中，这些偏离的射线在该基板的下表面上(即在与该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该装置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US 2013/021300A1中描述了这种技术。
根本上，玻璃是用于触摸面板所选择的一种材料，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，由该玻璃的材料吸收IR辐射因此对该触摸面板的灵敏度具有显著的影响，该灵敏度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技术中并且具有较小的面积并且因此具有所注入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的IR辐射还具体地对于结合该玻璃面板的装置的功率消耗具有影响。
因此，在此背景下在红外线内高度透明的玻璃板是极其有用的，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，在从780至1200nm的波长范围内(通常在这些技术中使用的波长)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(以及在可见光)中的高透射率，已知的是减少在玻璃中的总铁含量(以Fe2O3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，因为铁在所使用的大多数批料(砂、石灰石、白云石、等)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+的存在使得玻璃在可见光中的低波长处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中的吸收。此外，高浓度的亚铁离子Fe2+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从780至1200nm的波长范围内对于触摸应用足够低的吸收系数，这将要求这个总铁含量的这样大的降低，使得(i)它将导致将太高的生产成本，由于需要非常纯的批料(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该玻璃中的铁氧化，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。
为了降低该玻璃的氧化还原比，已知的是将氧化剂添加至批料的共混物中。然而，大多数已知的氧化剂(硫酸盐、硝酸盐、等)不具有足够高的氧化力来获得使用FTIR或PSD技术的触摸面板应用所寻找的IR透射率值。
3.发明目的
在至少一个其实施例中，本发明的一个目的是提供一种具有在红外线内的高透射率的玻璃板。具体地，本发明的目的是提供一种具有在近红外线内的高透射率的玻璃板。
在至少一个其实施例中，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一种玻璃板，当该玻璃板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装置的功率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一种具有在红外线内的高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一种具有在红外线内的高透射率并且生产相对廉价的玻璃板。
4.发明概述
本发明涉及一种具有以下组成的玻璃板，该组成包含以按玻璃的总重量计的百分比表示的量的以下各项：
根据本发明，所述组成此外包含以下组分之一：
-范围为按重量计从0.01％至1％的量的锰(以MnO的形式表示)；
-范围为按重量计从0.01％至1％的量的锑(以Sb2O3的形式表示)；
-范围为按重量计从0.01％至1％的量的砷(以As2O3的形式表示)；
或
-范围为按重量计从0.0002％至0.1％的量的铜(以CuO的形式表示)。
因此，本发明是基于一种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，通过在玻璃组成中组合低铁含量和选自锰、锑、砷或铜的组分，有可能获得一种玻璃板，该玻璃板在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，它包括其极限值。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，除非另外指出，百分比量或含量值是相对于该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。该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，根据本发明的玻璃板是钠钙硅玻璃板。在这个优选的实施例中，该玻璃板的组成可以包含以按玻璃的总重量计的百分比表示的量的以下各项：
更优选地，根据此实施例中，该玻璃板的组成可以包含以按玻璃的总重量计的百分比表示的量的以下各项：
在阅读以下描述后，本发明的其他特征和优点将变得更加清楚可见。
优选地，在本发明的上下文中，术语“玻璃”是指一种完全无定形的材料，排除任何部分结晶的材料(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从熔融玻璃组成制造玻璃板的工艺获得的玻璃板。根据按照本发明的一个优选的实施例，该玻璃板是浮法玻璃板。表述“浮法玻璃板”应当理解为意指通过浮法工艺形成的玻璃板，该浮法工艺包括在还原条件下将熔融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，在其上的接近该板的表面的玻璃区域富含锡的一个侧面。表述“富含锡”应当理解为意指相对于该玻璃的核心的组成锡浓度的增加，该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”玻璃板)或者甚至例如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该玻璃的总重量范围为按重量计从0.002％至0.06％的总铁含量(以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)允许该玻璃板的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、昂贵的批料或者还有这些材料的纯化。优选地，该组成包含相对于该玻璃的总重量范围为按重量计从0.002％至0.04％的总铁含量(以Fe2O3形式表示)。最优选地，该组成包含相对于该玻璃的总重量范围为按重量计从0.002％至0.02％、或者甚至相对于该玻璃的总重量按重量计从0.002％至0.015％的总铁含量(以Fe2O3形式表示)。
优选地，该组成包含以下组分之一：
-范围为按重量计从0.01％至1％的量的锰(以MnO的形式表示)；
-范围为按重量计从0.01％至1％的量的锑(以Sb2O3的形式表示)；
或
-范围为按重量计从0.0002％至0.1％的量的铜(以CuO的形式表示)。
根据本发明的第一有利实施例，该组成包含范围为按重量计从0.02％至1％或还更好地按重量计从0.02％至0.5％的量的锰(以MnO的形式表示)。优选地，该组成包含范围为按重量计从0.04％至0.5％、并且更优选地按重量计从0.1％至0.5％并且甚至更优选地按重量计从0.2％至0.5％的量的锰(以MnO的形式表示)。
根据本发明的第二有利实施例，该组成包含范围为按重量计从0.02％至1％或还更好地按重量计从0.02％至0.5％的量的锑(以Sb2O3的形式表示)或砷(以As2O3的形式表示)。优选地，该组成包含范围为按重量计从0.05％至0.5％或还更好地按重量计从0.1％至0.5％的量的锑(以Sb2O3的形式表示)或砷(以As2O3的形式表示)。完全优选地，该组成包含范围为按重量计从0.1％至0.3％的量的锑(以Sb2O3的形式表示)或砷(以As2O3的形式表示)。在此第二实施例中，本发明的组成优选地包含锑。由于环境和安全原因，在本发明的组成中锑优选于砷。
根据本发明的第三有利实施例，该组成包含范围为按重量计从0.0005％至0.05％或还更好地按重量计从0.001％至0.05％的量的铜(以CuO的形式表示)。优选地，该组成包含范围为按重量计从0.001％至0.02％或还更好地按重量计从0.002％至0.02％的量的铜(以CuO的形式表示)。完全优选地，该组成包含范围为按重量计从0.002％至0.01％的量的铜(以CuO的形式表示)。
根据本发明的还另一个实施例，该组成包含低于20ppm的Fe2+含量(以FeO形式表示)。这个含量范围允许获得特别就IR透射率而言非常令人满意的特性。优选地，该组成包含低于10ppm的Fe2+含量(以FeO形式表示)。最优选地，该组成包含低于5ppm的Fe2+含量(以FeO形式表示)。
根据本发明，该玻璃板具有高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透射率。
为了量化在红外范围中该玻璃的优良的透射率，在本说明书中将使用在1050、950和850nm波长处的吸收系数，在这样的情况下，该吸收系数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。
再有利地，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。
再有利地，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，该玻璃板的组成可以包含除了尤其包含于批料中的杂质之外，小比例的添加剂(如促进该玻璃熔融或澄清的试剂)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，该玻璃板的组成此外可以包含取决于所希望的作用的适当量的一种或多种着色剂。这种或这些着色剂例如可以用来“中和”可能由大量的铜或锰的存在所产生的轻微颜色并且因此致使本发明的玻璃的颜色更中性。可替代地，这种或这些着色剂可以用来获得特别的、希望的颜色。
根据本发明的另一个有利的实施例(其与前述实施例可组合)，可以使用层或薄膜(例如着色的PVB薄膜)涂覆该玻璃板，该层或薄膜允许改变或中和可能由大量的锰或铜的存在所产生的轻微颜色。
根据本发明的玻璃板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该玻璃板。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(或抗反射)层涂覆该玻璃板。在使用本发明的玻璃板作为屏的正面的情况下，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二氧化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一个低折射率层。
根据另一个实施例，该玻璃板使用至少一个防污渍层涂覆以便限制/防止污渍沾污它。在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、透明的且导电的层组合。此类层可以与沉积在同一面上的减反射层组合，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，例如用酸或碱进行磨砂，从而例如产生防污渍特性或者甚至减反射或防眩光特性。在使用本发明的玻璃板作为触摸表面/屏的情况下，这也是尤其有利的。
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板的一个和/或另一个面上。
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触摸屏或触摸面板或触摸板，该玻璃板限定触摸表面。以上关于本发明的玻璃板描述的全部实施例因此也适用于根据本发明的触摸屏或触摸面板或触摸板。根据一个实施例，该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，该玻璃板有利地放置在显示表面之上。
最后，本发明还涉及根据本发明的玻璃板在使用基本上在所述板内传播的红外线辐射的装置中的用途。以上关于本发明的玻璃板描述的全部实施例因此也适用于根据本发明的用途。
表述“基本上在该板内传播的辐射”应理解为是指在该板的两个主面之间穿过该玻璃板的本体传播的辐射。
有利地，根据根据本发明的用途的一个实施例，该红外线辐射通过全内反射进行传播。在这个实施例中，该红外线辐射可以从所述板的一个或多个边缘注入该玻璃板内。表述“该板的边缘”应理解为是指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。又在此实施例中并且可替代地，该红外线辐射能够以一定角度从一个或两个主面注入该玻璃板内。
以下实例说明本发明，但不旨在以任何方式限制其范围。
实例
将批料以粉末形式共混并且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。
在基础组成保持相同下并且用各种量的锰、锑或铜(分别以MnO氧化物、Sb2O3氧化物和CuO氧化物的形式加入)来制备各种样品。样品1(参比样品)对应于具有低铁含量并且没有加入锰、锑或铜的现有技术的玻璃(被称为超透明玻璃)。样品2-8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吸收系数(N)通过使用配备有150mm直径的积分球的PerkinElmer Lambda 950分光光度计的透射率测量在850、950和1050nm波长处进行测量，该样品被放置到用于测量的球的入口孔中。
以下这些表示出了，相对于相应的参比样品(没有锰、锑或铜)的值，根据本发明的样品的根据锰(表1)、锑(表2)或铜(表3)的量获得的在1050、950和850nm的波长处的吸收系数的变化(Δ)。
表1
表2
表3
这些结果示出了在根据本发明的含量范围内添加锰、锑或铜允许显著减少在850、950和1050nm波长处的吸收系数，并且因此，总体上，减少近红外线内的辐射吸收。
Claims (20)
1.具有以下组成的玻璃板，所述组成包含以按玻璃的总重量计的百分比表示的量的以下各项：
其特征在于，所述组成此外包含以下组分之一：
-范围为按重量计从0.01％至1％的量的锰(以MnO的形式表示)；
-范围为按重量计从0.01％至1％的量的锑(以Sb2O3的形式表示)；
-范围为按重量计从0.01％至1％的量的砷(以As2O3的形式表示)；
或
-范围为按重量计从0.0002％至0.1％的量的铜(以CuO的形式表示)。
2.根据权利要求1所述的玻璃板，其特征在于，所述组成包含范围为按重量计从0.02％至1％的量的锰(以MnO的形式表示)。
3.根据前一项权利要求所述的玻璃板，其特征在于，所述组成包含范围为按重量计从0.02％至0.5％的量的锰(以MnO的形式表示)。
4.根据前一项权利要求所述的玻璃板，其特征在于，所述组成包含范围为按重量计从0.04％至0.5％的量的锰(以MnO的形式表示)。
5.根据前一项权利要求所述的玻璃板，其特征在于，所述组成包含范围为按重量计从0.1％至0.5％的量的锰(以MnO的形式表示)。
6.根据权利要求1所述的玻璃板，其特征在于，所述组成包含范围为按重量计从0.02％至1％的量的锑(以Sb2O3的形式表示)或砷(以As2O3的形式表示)。
7.根据前一项权利要求所述的玻璃板，其特征在于，所述组成包含范围为按重量计从0.02％至0.5％的量的锑(以Sb2O3的形式表示)或砷(以As2O3的形式表示)。
8.根据前一项权利要求所述的玻璃板，其特征在于，所述组成包含范围为按重量计从0.05％至0.5％的量的锑(以Sb2O3的形式表示)或砷(以As2O3的形式表示)。
9.根据前一项权利要求所述的玻璃板，其特征在于，所述组成包含范围为按重量计从0.1％至0.5％的量的锑(以Sb2O3的形式表示)或砷(以As2O3的形式表示)。
10.根据前一项权利要求所述的玻璃板，其特征在于，所述组成包含范围为按重量计从0.1％至0.3％的量的锑(以Sb2O3的形式表示)或砷(以As2O3的形式表示)。
11.根据权利要求6至10所述的玻璃板，其特征在于，所述组成包含锑。
12.根据权利要求1所述的玻璃板，其特征在于，所述组成包含范围为按重量计从0.0005％至0.05％的量的铜(以CuO的形式表示)。
13.根据前一项权利要求所述的玻璃板，其特征在于，所述组成包含范围为按重量计从0.001％至0.05％的量的铜(以CuO的形式表示)。
14.根据前一项权利要求所述的玻璃板，其特征在于，所述组成包含范围为按重量计从0.001％至0.02％的量的铜(以CuO的形式表示)。
15.根据前一项权利要求所述的玻璃板，其特征在于，所述组成包含范围为按重量计从0.002％至0.02％的量的铜(以CuO的形式表示)。
16.根据前一项权利要求所述的玻璃板，其特征在于，所述组成包含范围为按重量计从0.002％至0.01％的量的铜(以CuO的形式表示)。
17.触摸屏或触摸面板或触摸板，包含至少一个根据权利要求1至16之一所述的玻璃板，所述玻璃板限定触摸表面。
18.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。
19.根据权利要求1至16之一所述的玻璃板在使用基本上在所述板内传播的红外线辐射的装置中的用途。
20.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进行传播。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Address after: Belgium Louvain La Neuve. Applicant after: Agc Flat Glass Europ S. A. Applicant after: AGC Corporation Address before: Belgium Louvain La Neuve. Applicant before: Agc Flat Glass Europ S. A. Applicant before: Asahi Glass Co., Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170222 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |