CN107922253A - 光散射玻璃制品及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

根据本文所公开的实施方式,光散射层压玻璃制品可包含第一玻璃层、第二玻璃层和光散射组件。第一玻璃层可由第一玻璃组合物形成。第二玻璃层可由第二玻璃组合物形成且熔合至第一玻璃层。光散射组件可设置在第一玻璃层与第二玻璃层的界面处。光散射组件可包含与第一玻璃层和第二玻璃层不同的组合物或材料相。本文还公开了用于生产光散射层压玻璃制品的方法。

Description

光散射玻璃制品及其生产方法
本申请要求2015年6月2日提交的美国专利申请第62/169939号的优先权,其全部内容通过引用纳入本文。
背景
技术领域
本说明书总体上涉及玻璃制品,更具体而言,涉及具有光散射性能的玻璃制品及其生产方法。
背景技术
玻璃制品,例如盖板玻璃、玻璃背板及类似制品,同时用于消费用和商用电子设备,例如LCD和LED显示器、电脑监测器、自动柜员机(ATM)及类似物。这些玻璃制品中的一些可包括“触摸”功能,这使得玻璃制品必须与各种物体接触,包括用户的手指和/或手写笔设备,这样,玻璃必须足够坚固以经受频繁接触而不损坏。此外,这些玻璃制品还可被引入便携式电子设备中,例如移动电话、个人媒体播放器和平板电脑。引入这些装置中的玻璃制品容易在相关装置的运输和/或使用过程中受损。因此,用于电子装置中的玻璃制品可能需要有增强的强度,从而不仅能承受来自实际使用的例行“触摸”接触,还能耐受在运输设备时可能发生的偶然接触和冲击。
可使用各种工艺来强化玻璃制品,包括化学钢化、热钢化以及层压。利用层压而强化的玻璃制品通过至少两种具有不同热膨胀系数的玻璃组合物来形成。使这些玻璃组合物以熔融状态互相接触,以形成玻璃制品,并且玻璃组合物熔合或层压在一起。随着玻璃组合物的冷却,热膨胀系数的差异会导致在玻璃的至少一个层中形成压缩应力,从而强化玻璃制品。层压工艺还可被用于引入或提高层压玻璃制品的其它性质,包括物理、光学和化学性质。
然而,层压玻璃板可能不具有用于显示装置中的诸如盖板玻璃、玻璃背板等的应用的所需光学特征,特别是当以非垂直角度观看图像时尤为如此,这是特定显示装置应用的一个考虑因素。所以,需要替代性的层压玻璃制品以及用于形成具有改善的光学特征的层压玻璃制品的替代性方法。
发明概述
根据一种实施方式,光散射层压玻璃制品可包含第一玻璃层、第二玻璃层和光散射组件。第一玻璃层可由第一玻璃组合物形成。第二玻璃层可由第二玻璃组合物形成且熔合至第一玻璃层。光散射组件可设置在第一玻璃层与第二玻璃层的界面处。光散射组件可包含与第一玻璃层和第二玻璃层不同的组合物或材料相。
在另一种实施方式中,可生产光散射层压玻璃制品。所述生产方法可包括使熔融的第一玻璃组合物流动以及使熔融的第二玻璃组合物流动。所述方法还可包括将多个光散射颗粒沉积至熔融的第一玻璃组合物的表面或熔融的第二玻璃组合物的表面上。所述方法还可包括使熔融的第一玻璃组合物与熔融的第二玻璃组合物接触,以在熔融的第一玻璃组合物与熔融的第二玻璃组合物之间形成界面。多个光散射颗粒可定位于熔融的第一玻璃组合物与熔融的第二玻璃组合物之间的界面处。
在另一种实施方式中,可生产光散射层压玻璃制品。所述生产方法可包括使熔融的第一玻璃组合物流动以及使熔融的第二玻璃组合物流动。所述方法还可包括使熔融的第一玻璃组合物与熔融的第二玻璃组合物接触,以在熔融的第一玻璃组合物与熔融的第二玻璃组合物之间形成界面。所述方法还可包括在熔融的第一玻璃组合物与熔融的第二玻璃组合物之间的界面处产生多个光散射气囊。
在另一种实施方式中,可生产光散射层压玻璃制品。所述生产方法可包括使熔融的第一玻璃组合物流动以及使熔融的第二玻璃组合物流动。所述方法还可包括使熔融的第一玻璃组合物与熔融的第二玻璃组合物接触,以在熔融的第一玻璃组合物与熔融的第二玻璃组合物之间形成界面。所述方法还可包括产生定位于熔融的第一玻璃组合物与熔融的第二玻璃组合物之间的界面处的包含一个或更多个结晶主体或半结晶主体的光散射组件。
在以下的详细叙述中披露了本文所述的玻璃制品和方法的附加特征和优点,其中的部分内容对于本领域的技术人员而言,可以通过所述内容或通过实施本文所描述的实施方式包括以下的详细叙述、所附权利要求以及附图而变得显而易见。
应理解,前面的一般性描述和以下的详细描述都描述了各种实施方式且都旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各种实施方式的进一步理解,附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了本文所描述的各种实施方式,且与描述一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。
附图的简要说明
图1示意性地图示了根据本文所展示和描述的一种或多种实施方式的层压玻璃制品的一部分的剖面图;
图2示意性地图示了根据本文所展示和描述的一种或多种实施方式的图1的层压玻璃制品的玻璃层的界面的一部分的放大剖面图;
图3示意性地图示了制造根据本文所展示和描述的一种或多种实施方式的图1的玻璃制品的熔合拉制法;
图4示意性地图示了制造根据本文所展示和描述的一种或多种实施方式的图1的玻璃制品的熔合拉制法,所述熔合拉制法包括颗粒输送装置;以及
图5用图表图示了根据本文所展示和描述的一种或多种实施方式的由表1的玻璃组合物的混合物形成的材料的液相线温度。
发明详述
现在具体参考包含光散射组件的层压玻璃制品以及用于生产包含光散射组件的层压玻璃制品的方法的实施方式,它们的例子例示于附图中。只要可能,在附图中使用相同的附图标记表示相同或相似的组件。本文总体上描述了包含光散射组件的层压玻璃制品。光散射组件可增强层压玻璃制品的光学特征,例如当层压玻璃制品被用于观看图像(包括静止图像或视频)用显示装置时的光学特征。例如,图像可被(例如从相对于观看者的正面或背面)投影至层压玻璃制品上。光散射组件可散射所投影的图像,以使其可被观看者观看。因此,光散射组件使得层压玻璃制品能够被用作投影屏幕(例如透明投影屏幕)。还例如,来自显示装置的光可穿过用作盖板玻璃的层压玻璃制品传播(即,朝向观看者),且可通过在光离开层压玻璃制品时将光散射成各种角度来增强图像。具体而言,可通过层压玻璃制品的光散射功能来增强非垂直观看角度下的图像品质。即,可对以基本上垂直于层压玻璃制品主表面的角度进入层压玻璃制品的光进行散射,以增强非垂直观看角度下的图像。
光散射层压玻璃制品的一种实施方式包含设置在层压玻璃制品的第一玻璃层与第二玻璃层的界面处的光散射组件。通常,光散射组件可包含具有与第一玻璃层和第二玻璃层的化学组成和/或相不同的化学组成和/或相的材料。本文描述了各种光散射组件,其中,通常,光散射组件起到对投影至层压玻璃制品上或者穿过层压玻璃制品的光进行散射的作用。可利用光散射组件相比于第一玻璃层和第二玻璃层材料在折射率上的差异来产生光散射,或者可利用光散射组件的至少局部反射来产生光散射。在一些实施方式中,光散射组件可包含一个或更多个光散射构件。通常,光散射构件的尺寸可在约100nm至约1微米的范围内,且可在单一层压玻璃制品中具有不同尺寸的光散射构件的分布。在另一些实施方式中,光散射组件可包含具有通过在层压界面处结合两种玻璃组合物而得到的组合物的层。本文所述的层压玻璃制品能够促进光散射,同时具有光滑的外边缘和表面,因为光散射构件被嵌入层压玻璃中。
本文描述了光散射组件的各种物理实施方式,包括但不限于耐火颗粒、气囊和结晶主体或半结晶主体。本文还描述了各种用于生产层压玻璃制品中的上述光散射组件的方法,所述方法包括但不限于将光散射颗粒插入层压玻璃制品中,使层压玻璃制品起泡,以及/或者在层压玻璃制品中形成一个或更多个结晶主体或半结晶主体。本文将会更加详细地描述这些实施方式。
现在参考图1,图1示意性地图示了层压玻璃制品100的剖面图。层压玻璃制品100通常包含玻璃芯体层102和至少一个玻璃包层104a。在图1所示的层压玻璃制品100的实施方式中,层压玻璃制品包含一对定位在玻璃芯体层102的每一侧上的玻璃包层104a、104b。或者,层压玻璃制品100可构造成双层层压件,例如当玻璃包层104a、104b中的一个被从层压玻璃制品中省略,剩下熔合至玻璃芯体层的单一玻璃包层时。在另一些实施方式中,多于三个玻璃层可相互层压,例如3、4、5、6或更多个。
尽管图1示意性地图示了作为层压玻璃板的层压玻璃制品100,应当理解的是,其它构造和形态因素也是可以考虑和可能的。例如,层压玻璃制品可具有非平面的构造,例如弯曲的玻璃板或类似构造。或者,层压玻璃制品可以是一种层压玻璃管、容器或类似制品。
仍然参考图1,玻璃芯体层102通常包含第一表面103a和与第一表面103a相反的第二表面103b。第一玻璃包层104a被熔合至玻璃芯体层102的第一表面103a,而第二玻璃包层104b被熔合至玻璃芯体层102的第二表面103b。因此,玻璃包层104a、104b被直接熔合至玻璃芯体层102或直接毗邻玻璃芯体层。层压界面出现在第一表面103a和第二表面103b处。如本文所用,“界面”是指玻璃芯体层102与玻璃包层104a和/或104b的交汇位置,且可包含在玻璃芯体层与玻璃包层之间形成的(例如由两个相邻玻璃层之间的相互扩散而形成的)扩散层。
现在参考图2,在一些实施方式中,层压玻璃制品100包含光散射组件,所述光散射组件包含设置在玻璃芯体层102与玻璃包层104a、104b中的至少一个之间(即,在界面处)的光散射构件110。光散射构件110可沿着玻璃芯体层102与玻璃包层104a的基本上整个界面定位。如图2所示,光散射构件110可基本上为球形。然而,在另一些实施方式中,光散射构件110可具有其它形状或形态因数,例如具有圆形或基本上平坦表面的不规则形状体,包括包含尖锐角度特征的颗粒。光散射构件110可具有不同的尺寸。在一种实施方式中,各光散射构件110可具有约100nm至约1微米的最大尺寸(例如约100nm至约900nm、约100nm至约800nm、约100nm至约700nm、约100nm至约600nm、约100nm至约500nm、约100nm至约400nm、约100nm至约300nm、约100nm至约200nm、约200nm至约1微米、约300nm至约1微米、约400nm至约1微米、约500nm至约1微米、约600nm至约1微米、约700nm至约1微米、约800nm至约1微米、或约900nm至约1微米)。然而,可在本文中考虑另一些实施方式,它们采用具有甚至大于1微米的最大尺寸的光散射构件110。如本文所用,“最大尺寸”是指光散射构件110中单个光散射构件110的表面之间的最大距离。例如,球形光散射构件110的最大尺寸是球形的直径。“平均最大尺寸”是指层压玻璃制品100的所有光散射构件110的最大尺寸的平均值。
光散射构件110可包含不同于层压玻璃制品100的其它部分的组合物或相。在一些实施方式中,光散射构件110可包含固体和/或气体,或可包含空隙空间。还应理解的是,光散射构件110中的一些可具有彼此不同的组合物或相。
在另一种实施方式中,光散射组件可以是位于层压界面处的基本上平坦的中间层。中间层可由玻璃包层104a、104b中的一个或更多个与玻璃芯体层102的相互扩散来形成。中间层形成于玻璃包层104a、104b中的一个或更多个与玻璃芯体层102的界面处。中间层可以是薄的(即,小于约1微米、小于约900nm、小于约800nm、小于约700nm、小于约600nm、小于约500nm、小于约400nm、小于约300nm、或小于约200nm)。在一些实施方式中,中间层可包含光散射构件110,而在另一些实施方式中,中间层主体内的单个光散射构件可能是难以区分的。例如,可在中间层中发生晶体生长,且用于晶体生长的单个成核位点可在中间层内生成光散射构件。
光散射构件110可具有不同的尺寸和形状,以使它们以不同方式与不同波长的光相互作用。这些变化的尺寸和/或形状可允许将包含多种颜色的图像(例如,全彩色图像)投影至层压玻璃制品上并且可被观看者观看。在一种实施方式中,光散射构件具有适合对一部分或基本上整个可见光谱内的光(即,约400nm至约700nm范围内的光)进行散射的尺寸分布。光散射颗粒的量可随界面的单位表面积而变化。然而,应当理解的是,本文所述的用于生产层压玻璃制品的方法可能够控制光散射构件的尺寸、形状、尺寸分布和/或相对量。
光散射组件的材料可具有与玻璃芯体层102和玻璃包层104a、104b的材料的折射率不同的折射率。例如,光散射组件的材料的折射率与玻璃芯体层102和/或玻璃包层104a、104b的材料的折射率相差(即,大于或小于)至少约1%、至少约2%、至少约3%、至少约4%、至少约5%、至少约10%、至少约20%、至少约30%、至少约40%、或甚至至少约50%。
在一种实施方式中,本文所述的层压玻璃制品100可利用熔合层压法形成,例如美国专利第4214886号所描述的方法,其通过引用结合入本文。以图3为例,用于形成层压玻璃制品的层压件熔合拉制设备200包含位于下溢流分配器或溢流槽(isopipe)204上方的上溢流分配器或溢流槽202。上溢流分配器202包含槽210,将熔融的玻璃包层组合物206从熔化器(未图示)补给至该槽210中。类似地,下溢流分配器204包含槽212,将熔融的玻璃芯体组合物208从熔化器(未图示)补给至该槽212中。在一些实施方式中,熔融的玻璃包层组合物206可以是第一玻璃组合物,而熔融的玻璃芯体组合物可以是第二玻璃组合物,其中,第一玻璃组合物和第二玻璃组合物彼此不同。
熔融的玻璃芯体组合物208随着对槽212的填充从槽212中溢流出来并流过下溢流分配器204的外成形表面216、218。下溢流分配器204的外成形表面216、218在根部220处汇聚。因此,流过外成形表面216、218的熔融的玻璃芯体组合物208在下溢流分配器204的根部220处重新汇合,从而形成层压玻璃制品的玻璃芯体层102。
与此同时,熔融的玻璃包层组合物206从形成于上溢流分配器202中的槽210中溢流出来并流过上溢流分配器202的外成形表面222、224。熔融的玻璃包层组合物206通过上溢流分配器202向外侧偏移,以使熔融的玻璃包层组合物206绕着下溢流分配器204流动,并与流过下溢流分配器的外成形表面216、218的熔融的玻璃芯体组合物208接触,并熔合至熔融的玻璃芯体组合物,从而形成包围玻璃芯体层102的玻璃包层104a、104b。
在一些实施方式中,熔融的玻璃芯体组合物208的平均芯体热膨胀系数CTE芯体可大于熔融的玻璃包层组合物206的平均包层热膨胀系数CTE包层。因此,随着玻璃芯体层102和玻璃包层104a、104b的冷却,玻璃芯体层102与玻璃包层104a、104b之间在热膨胀系数上的差异会在玻璃包层104a、104b中形成压缩应力。压缩应力能够增加所得到的层压玻璃制品的强度。如本文所用,术语“平均热膨胀系数”是指给定材料或层在0℃~300℃之间的平均热膨胀系数。
在一些实施方式中,CTE芯体与CTE包层相差至少约5×10-7-1、至少约15×10-7-1、至少约25×10-7-1、或至少约30×10-7-1。附加地或替代地,CTE芯体与CTE包层相差最多约100×10-7-1、最多约75×10-7-1、最多约50×10-7-1、最多约40×10-7-1、最多约30×10-7-1、最多约20×10-7-1、或最多约10×10-7-1。在一些实施方式中,CTE包层最多约为66×10-7-1、最多约为55×10-7-1、最多约为50×10-7-1、最多约为40×10-7-1、或最多约为35×10-7-1。附加地或替代地,CTE包层至少约为25×10-7-1、或至少约为30×10-7-1。附加地或替代地,CTE芯体至少约为40×10-7-1、至少约为50×10-7-1、至少约为55×10-7-1、至少约为65×10-7-1、至少约为70×10-7-1、至少约为80×10-7-1、或至少约为90×10-7-1。附加地或替代地,CTE芯体最大约为110×10-7-1、最大约为100×10-7-1、最大约为90×10-7-1、最大约为75×10-7-1、或最大约为70×10-7-1
尽管图3示意性地图示了一种用于形成层压玻璃制品的特定设备,应当理解的是,其它工艺和设备也是可能的。例如,可使用狭缝拉制法、浮法或其它玻璃成形工艺来形成层压玻璃制品。尽管图3示意性地图示了一种用于形成诸如板材或带材这样的平面层压玻璃制品的特定设备,应当理解的是,其它几何构造也是可能的。例如,圆柱形的层压玻璃制品可使用例如美国专利第4023953号中所述的设备和方法来形成。
在一种实施方式中,如本文所述,光散射构件110可包含定位于玻璃芯体层102与玻璃包层104a、104b之间的颗粒。这些颗粒可具有约100nm至约1微米的平均最大尺寸(例如约100nm至约900nm、约100nm至约800nm、约100nm至约700nm、约100nm至约600nm、约100nm至约500nm、约100nm至约400nm、约100nm至约300nm、约100nm至约200nm、约200nm至约1微米、约300nm至约1微米、约400nm至约1微米、约500nm至约1微米、约600nm至约1微米、约700nm至约1微米、约800nm至约1微米、或约900nm至约1微米)。在该实施方式中,颗粒可包含耐火材料,当所述耐火材料暴露于层压玻璃制品100的玻璃组合物的软化点或熔点范围内的温度下时不会熔化或材料性降解。例如,当使用层压熔合拉制设备200时,颗粒可具有高于层压熔合拉制设备200中所采用的任意操作性温度的熔点。例如,光散射颗粒的材料可具有至少约1100℃、1150℃、1200℃、1250℃、1300℃、1350℃、1400℃或甚至至少约1450℃的熔点。在另一些实施方式中,光散射颗粒可在高温下至少部分熔化和/或与玻璃发生化学反应,以形成光散射主体。在一些实施方式中,光散射颗粒可包括无机材料、有机材料(例如有机金属材料)或它们的组合。例如,光散射颗粒可包括但不限于碳化硅、氧化锆、氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、五氧化二铌、氧化镧、氮化硅或它们的组合。在一种实施方式中,颗粒可至少是部分透明的,且可具有与玻璃芯体层102和玻璃包层或多个玻璃包层104a、104b的材料不同的折射率。在另一种实施方式中,光散射颗粒可至少部分反射光,从而以不同方向对其进行散射。
在如图3所示的层压熔合拉制法中,可将光散射颗粒沉积在熔融的玻璃芯体组合物208与熔融的玻璃包层组合物206之间的界面处。在一种实施方式中,如图4所示,在熔融的玻璃芯体组合物与熔融的玻璃包层组合物206接触之前,将光散射构件110引导至熔融的玻璃芯体组合物208的顶部表面250上。例如,使光散射构件110(一些实施方式中的颗粒)从上溢流槽202中形成的通道260上落下。图4的箭头总体上图示了熔融的玻璃芯体组合物208的流体流动,显示颗粒总体上保留在上表面250上,且被送入玻璃层的界面中。在一些实施方式中,通道260可包含管道或螺旋加料器以将颗粒送入通道中。通道260的底部可包含周期性放置的管口,以允许颗粒被送至熔融的玻璃芯体组合物208的上表面250上。在一些实施方式中,可对颗粒进行预团聚或涂覆,以控制颗粒的团聚,所述团聚可能会在通道260的内侧逐渐形成。应当理解的是,用于将颗粒机械沉积在界面处的任意合适的方法都是可以接受的。例如,可通过将颗粒吹扫或喷雾至熔融的玻璃芯体组合物和/或熔融的玻璃包层组合物上来沉积颗粒。
在另一种实施方式中,可在熔融的玻璃芯体组合物208或熔融的玻璃包层组合物206的熔化处理过程中在特定位置处插入颗粒,这允许当利用层压熔合拉制法进行处理时,颗粒被设置在层压玻璃层的界面处。熔化的玻璃组合物总体上以层流模式流动,籍此,可在下拉层压法中对将会定位于层压界面处的熔化的玻璃进行追踪。可例如利用可预测通过以熔化过程为特征的层状熔融玻璃流而决定的玻璃中颗粒位置的预测性映射工具来预测颗粒的最终位置,所述预测性映射工具可允许利用熔融玻璃流将稍后将被定位的熔体中的颗粒适当放置于层压界面中。
在另一种实施方式中,光散射构件110可包含设置在玻璃包层104a、104b中的一个或更多个与玻璃芯体层104的界面处的气囊或空隙。具体而言,当两种不同的玻璃组合物在粘性态或熔融态下结合在一起以形成层压结构时,可在两种玻璃组合物中毗邻这两种不同玻璃组合物之间界面的一个中形成气囊(有时称为气泡)。这些气泡或气囊可单独包含氧气或其它气体或者其它气体与氧气发生混合,且可在熔合处理过程中在粘性或熔融玻璃中形成。随着玻璃的冷却和固化,气囊残留。如本文所用,起泡是指在玻璃制品的层压界面处形成气囊。
关于气泡处理,玻璃芯体层102的组合物可不同于玻璃包层104a、104b的组合物,以在最终制品中实现不同的属性,例如,通过由如上所述的热膨胀失配所引起的压缩应力来进行强化,或者是可能只在玻璃层中的一个中需要的特定光学或化学性质。例如,可能需要玻璃层中的一个是能够结晶的、具有某种溶解度或甚至具有特定颜色,使其不同于与其熔合的玻璃层。实现这些性质可需要添加移动元素(mobile element),例如碱金属阳离子,其在最初作为氧化物成分被添加至玻璃组合物中。这些离子能够为添加有它们的玻璃组合物带来特定的物理和/或化学特征。然而,由于它们在玻璃中具有相对较高的移动性,这些阳离子可横跨玻璃芯体层102与玻璃包层104a、104b之间的界面扩散。随着这些阳离子横跨界面扩散,阴离子(例如氧阴离子)残留在网状结构中,但不再受到阳离子的补偿或平衡。这会改变网状结构中阴离子的溶解度,且可导致阴离子从溶液中外逸而形成气囊,例如含有氧气的气囊。这些气囊可在熔融的玻璃包层组合物206与熔融的玻璃芯体组合物208在高于玻璃化转变温度Tg的温度下发生接触之后形成。认为这些气囊是由于以下原因而导致的:阳离子(例如K+阳离子)横跨界面从玻璃芯体层102向玻璃包层104a、104b扩散,或者反向扩散,在玻璃芯体层102或玻璃包层104a、104b中留下未补偿的网状氧。
更具体而言,阳离子(例如K+离子)在玻璃芯体层102与玻璃包层104a、104b之间的迁移会留下形成气囊、特别是氧气泡的未补偿的氧阴离子。层压玻璃制品100中氧气气泡的形成可由下式表示。
O2-→1/2O2+2e-
可使用用于熔融的玻璃包层组合物206和/或熔融的玻璃芯体组合物208的特定玻璃组合物来促进起泡。例如,钾、铁、锡或其它离子的扩散可导致起泡,从而可采用包含大量钾、铁和/或锡的玻璃组合物。
在一些实施方式中,玻璃起泡可在常规层压工艺条件下发生。然而,可采用一些处理方法来促进起泡,以产生气囊。例如,在一种实施方式中,降低玻璃芯体层102和/或玻璃包层104a、104b中的澄清剂的量或完全排除澄清剂可促进起泡。可减少或排除一般用于减少起泡的发生的澄清剂。例如,多种熔合制造工艺采用砷作为澄清剂。砷是已知的最高温澄清剂之一,且当将砷加入熔融玻璃浴中时,其允许在高熔融温度(例如高于1450℃)下从玻璃熔体中释放O2。这种高温O2释放有助于在玻璃生产的熔化和澄清阶段除去气泡,同时在较低的调整温度下具有强烈的O2吸收倾向(这有助于玻璃中的任何残留气态包含物的崩解),这会导致玻璃产品基本上不含气态包含物。然而,除去或减少澄清剂(例如砷)的存在可导致增强且可控量的起泡。
在另一种实施方式中,可对层压熔合拉制设备200周围的环境条件进行调节,以促进起泡。在一种实施方式中,可将空气吹至熔融的玻璃芯体组合物208和/或熔融的玻璃包层组合物206的表面上,在该表面处将会形成层压界面。
在另一种实施方式中,可降低层压熔合拉制设备200周围环境中氢气的分压。所述低分压可增加氢气从熔融的玻璃包层组合物206和/或熔融的玻璃芯体组合物208穿过被结合入层压熔合拉制设备中的耐火材料的扩散,所述耐火材料例如主要包含铂或铂合金的输送管道。许多利用熔合层压工艺制造的玻璃是通过使用由耐火金属(例如铂或铂合金)制成的组件来熔化或形成的。在工艺的澄清和调整部分中尤为如此,在澄清和调整部分中,采用耐火金属来使由玻璃与氧化物耐火材料的接触而导致的组成不均匀和气态包含物的产生降到最低。玻璃起泡可在氢气从玻璃迁移并经过铂时发生。在一种实施方式中,通过采用铂周围外侧氢气的相对较低分压来促进或控制玻璃起泡,从而促进氢气经过铂主体的扩散。
在另一种实施方式中,使熔融的玻璃包层组合物206和/或熔融的玻璃芯体组合物208暴露于电势。熔融的玻璃包层组合物206和/或熔融的玻璃芯体组合物208的这种电势可促进位于将会形成玻璃层102、104a、104b的界面的区域处的可控玻璃起泡。起泡可发生在熔融玻璃与层压熔合拉制设备的一部分的界面处,包括未在图3中图示的输送设备部分,例如用于在玻璃沉积于溢流槽之前传送和熔化玻璃的铂管道。在这种实施方式中,可通过使用特定的直流电电势来调节光散射构件101,且光散射构件的可控图案可通过调整电学特征来产生。在一种实施方式中,带电的铂主体,例如用于熔合拉制工艺中的传送机构中的那些,可被用作产生玻璃起泡的表面。接触铂主体的熔融的玻璃包层组合物206和/或熔融的玻璃芯体组合物208的起泡了的区域可成为玻璃制品100的层压界面。无意受限于理论,认为层压熔合拉制设备200的带电组件可促进电子流出玻璃组合物,这可在玻璃中形成氧气气囊。例如,层压熔合拉制设备的铂主体上的正电势会从玻璃吸引电子。氧气气囊可最终定位于层压界面处,并起到光散射构件110的作用。
在另一种实施方式中,可将附加的铂主体结合入层压熔合拉制设备200中,或者使铂层沉积在层压熔合拉制设备200的一部分上。例如,可用铂涂覆上溢流槽202的一部分,并使其与熔融的玻璃包层组合物206接触。铂涂层相对于熔融的玻璃包层组合物206可具有电势差,这能够促进起泡和气囊的形成。例如,上溢流槽202顶部处的唇缘可带有正电势,导致在形成层压界面的熔融的玻璃包层组合物的表面上发生起泡。在另一种实施方式中,可放置例如由铂或铂合金构成的导电棒,以使其接触位于下溢流槽204中的熔融的玻璃芯体组合物208的顶部表面。铂棒可促进熔融的玻璃芯体组合物顶部表面上的起泡,当所述顶部表面与熔融的玻璃包层组合物206接触时,其成为层压界面。
在另一种实施方式中,光散射组件可包含一个或更多个设置在玻璃包层104a、104b中的一个或更多个与玻璃芯体层14的界面处的结晶主体、半结晶主体或相分离主体。结晶主体、半结晶主体或相分离主体可形成离散的光散射构件110,如图2所示,或者可在层压玻璃层的界面处形成为统一层。结晶主体、半结晶主体或相分离主体可由存在于熔融的玻璃包层组合物206和熔融的玻璃芯体组合物208中的材料的相互扩散而导致。在一些实施方式中,结晶主体、半结晶主体或相分离主体可包含陶瓷或玻璃陶瓷材料。本文所述的结晶或半结晶主体可至少部分失透,表示至少某种程度的组织化内部结构与结晶或半结晶主体相关联。相分离材料可具有不同于周围玻璃组合物的相(例如无定形相或玻璃相)。
在各种实施方式中,光散射组件可存在于除了芯体层与包层之间界面以外的位置处。例如,可使玻璃制品的层(例如芯体层或包层)发生相分离,以形成光散射组件。这种具有相分离层(所述相分离层具有或不具有位于芯体/包层界面处的附加光散射构件)的玻璃制品可用作例如透明投影屏幕。在另一些实施方式中,光散射组件可被限制在芯体层与包层之间的界面处。例如,芯体层和/或包层可基本上不含位于它们外表面处的远离界面处的光散射构件。
在一种实施方式中,在熔合层压处理过程中,可由于在高温下熔合两种玻璃而生成成核位点。成核位点可允许在玻璃芯体层102与玻璃包层104a、104b的界面处发生失透。失透可在熔合处理过程中发生,或者在玻璃层压件形成后的一个或更多个后续热处理中发生。
在一种实施方式中,为了形成结晶或半结晶主体,玻璃芯体层102和/或玻璃包层104a、104b的界面处的材料形成包含能够结晶的互混组合物的中间层。可通过加热来使互混组合物结晶,所述加热可与在熔合拉制过程中层压玻璃同时进行。在另一些实施方式中,可在形成玻璃层压件之后,使用额外的热处理来使互混组合物结晶。此外,热处理可用于形成互混组合物,其中,热处理能够促进玻璃芯体层102和玻璃包层104a、104b在界面处的组件的扩散和混合。例如,第一热处理可起到形成互混组合物的作用,而第二热处理可使互混组合物至少部分结晶。在另一种实施方式中,可在熔融的玻璃包层组合物206和/或熔融的玻璃芯体组合物208中使用电势来形成互混组合物。
在一种实施方式中,中间层的互混组合物可具有比玻璃芯体层102和玻璃包层104a、104b的材料更高的液相线温度。例如,中间层的互混组合物的液相线温度可比玻璃芯体层102和/或玻璃包层104a、104b的液相线温度至少高约10%、至少高约20%、至少高约30%、至少高约40%、或甚至至少高约50%。无意受限于理论,认为互混组合物的相对较高的液相线温度允许该互混组合物在后续的加热步骤或甚至在熔合层压处理中失透和/或相分离。在一种实施方式中,互混组合物的失透温度可在玻璃芯体层102和/或玻璃包层104a、104b的成形温度的范围内。可在与玻璃芯体层102和/或玻璃包层104a、104b在它们成形温度下时的粘度相对应的温度下,在互混组合物中形成失透相。玻璃在熔合拉制成形温度下的典型粘度可约为35000P至约300000P。
可对玻璃芯体层102和玻璃包层104a、104b的玻璃组合物进行选择,以允许互混组合物具有比玻璃芯体层102和玻璃包层104a、104b更高的液相线温度。例如,当选择特定玻璃组合物时,玻璃芯体层102和玻璃包层104a、104b的玻璃组合物的混合物可具有比玻璃芯体层102或玻璃包层104a、104b更高的液相线温度。在一种实施方式中,采用富含钠的玻璃和富含氧化铝的玻璃分别作为玻璃芯体层102和玻璃包层104a、104b,或采用富钠型玻璃和富氧化铝型玻璃分别作为玻璃包层104a、104b和玻璃芯体层102。比另一种玻璃层包含更高浓度的特定组分的玻璃层可被看作“富含”该特定组分。因此,术语“富含”是一个相对术语,取决于特定组分在不同玻璃层中的浓度。在另一种实施方式中,采用富含锂的玻璃和富含钠的玻璃分别作为玻璃芯体层102和玻璃包层104a、104b,或采用富锂型玻璃和富钠型玻璃分别作为玻璃包层104a、104b和玻璃芯体层102。在另一种实施方式中,采用富含锂的玻璃和富含氧化铝的玻璃分别作为玻璃芯体层102和玻璃包层104a、104b,或采用富锂型玻璃和富氧化铝型玻璃分别作为玻璃包层104a、104b和玻璃芯体层102。在另一种实施方式中,采用富含硼的玻璃和富含氧化铝的玻璃分别作为玻璃芯体层102和玻璃包层104a、104b,或采用富硼型玻璃和富氧化铝型玻璃分别作为玻璃包层104a、104b和玻璃芯体层102。然而,应当理解的是,玻璃组合物的多种组合可导致液相线温度升高,本文可考虑玻璃组合物的任意合适组合。
在另一种实施方式中,层压玻璃制品100可在层压界面处包含锆石和/或氧化锆晶体,这可由熔融玻璃包层组合物206与上溢流槽202接触时熔融玻璃包层组合物206的温度升高而导致。通常,特定玻璃组合物的相对较高的温度可导致锆石分解,其中,来自溢流槽的锆石以锆石和/或氧化锆的形式迁移入熔融的玻璃组合物中。为了生成锆石或氧化锆晶体,可在常规处理温度下采用锆石分解温度低的玻璃,或者,对于锆石分解温度相对较高的玻璃组合物,可采用相对较高的处理温度。
随着熔融玻璃流入熔合工艺中所使用的溢流槽的槽体并且流过该溢流槽的外表面,使该溢流槽经历高温和基本上机械负荷。为了能够承受这些严苛条件,溢流槽通常且优选地由耐火材料的等静压压块制成(因此取名为“溢流槽”)。具体而言,溢流槽可由等静压压制的锆石耐火体(即,主要由ZrO2和SiO2构成的耐火体)制成。例如,溢流槽可由锆石耐火体制成,其中,ZrO2和SiO2一起占该材料的至少95重量%,该材料的理论组成为ZrO2.SiO2或等同的ZrSiO4
有时,在玻璃中形成锆石晶体包含物,其从溢流槽迁移至玻璃。玻璃中存在的锆石晶体包含物(有时称为第二锆石晶体)可由玻璃进入并流过制造工艺中所使用的锆石溢流槽而导致。
无意受限于理论,导致在成品玻璃板中发现的锆石晶体的锆石的源头在锆石溢流槽的上部部分处。具体而言,这些缺陷最终是由于氧化锆(即,ZrO2和/或Zr+4+2O-2)在溢流槽槽体和沿溢流槽外侧上部壁(堰)处的温度和粘度下溶入熔融玻璃中所引起的。相比于溢流槽的下部部分,玻璃在溢流槽的这些部分处的温度更高、粘度更低,因为随着玻璃沿溢流槽向下移动,其冷却并且变得更加粘稠。
氧化锆在熔融玻璃中的溶解度和扩散性是玻璃温度和粘度的函数(即,随着玻璃温度的降低和粘度的升高,溶液中可保有更少的氧化锆,且扩散速率降低)。随着玻璃接近溢流槽的底部(根部),例如接近熔融的玻璃包层组合物206接触熔融的玻璃芯体组合物208的位置,其可变得与氧化锆过饱和。结果是,锆石晶体(即,第二锆石晶体)可在玻璃芯体层102与玻璃包层104a、104b的界面处成核并生长。
应当理解的是,可在同一个层压玻璃制品中采用多于一种类型的光散射组件。例如,可将颗粒插入层压玻璃制品中,且可在处理过程中发生起泡,形成气囊和固体颗粒,以对穿过该层压玻璃制品的界面传播的光进行散射。
尽管本文参考包含多个玻璃层的层压玻璃制品来对玻璃制品进行了描述,但其它实施方式也包括在本公开中。在另一些实施方式中,单层玻璃制品(例如玻璃板)包含本文所述的光散射组件。在这些实施方式中,光散射组件可设置在单层玻璃制品的外表面处。例如,可在成形过程中以与本文所述的用于将颗粒沉积在熔融的玻璃芯体组合物或熔融的玻璃包层组合物上的方式相同的方式将颗粒沉积在单层玻璃制品的外表面上。还例如,可以与一些本文所述的用于在熔融的玻璃芯体组合物与熔融的玻璃包层组合物之间的界面处形成气囊的方式相同的方式在单层玻璃制品的外表面上形成气囊(例如,施加电势、减少或排除澄清剂,以及/或者改变玻璃制品周围的气氛)。还例如,可以与一些本文所述的用于在熔融的玻璃芯体组合物与熔融的玻璃包层组合物之间的界面处形成晶体的方式相同的方式在单层玻璃制品的外表面上形成晶体(例如,促进锆石的分解)。可例如使用与参考图3的本文所述的工艺相似的熔合成形工艺来形成单层玻璃制品,省略图3中的上溢流分配器。
在各种实施方式中,本文所述的玻璃制品可结合入交通工具(例如汽车、船舶和飞机(例如窗格玻璃(例如挡风玻璃、窗户或侧窗、镜子、梁柱、门的侧面板、头枕、交通工具的仪表盘、控制台或座位或它们的任意部分)))、建筑固定装置或结构(例如建筑物的内墙或外墙和地板)、家用电器(例如电冰箱、烘箱、炉具、清洗器、干燥器或其它家用电器)、消费电子产品(例如电视机、膝上型计算机、计算机监视器和手持式电子产品(例如移动电话、平板电脑和音乐播放器))、家具、信息台、零售台等中。例如,本文所述的玻璃制品可用于显示器和/或触摸面板应用中,籍此,玻璃制品可实现具有所需玻璃制品属性(例如光散射、机械强度等)的显示器和/或触摸面板。在一些实施方式中,所述显示器可包括投影显示器。例如,玻璃制品包含用于显示投射在其上的图像的光散射特征。
在一些实施方式中,包含本文所述的玻璃制品的显示器至少部分对可见光透明。当环境光(例如阳光)投射在所述显示器上时,其可使得显示图像难以或无法被看见。在一些实施方式中,显示图像投影所在的显示器或其部分可包含暗化材料,例如无机或有机光致变色或电致变色材料、悬浮颗粒装置和/或聚合物分散液晶。因此,可对显示器的透明度进行调节,以增加显示图像的对比度。例如,在明亮的阳光下,可利用调暗显示器来降低显示器的透明度,从而增加显示图像的对比度。可自动(例如响应于显示表面在特定波长的光(例如紫外线)下的暴露,或者响应于由光检测器(例如光电检测器)产生的信号)或手动(例如由观看者)控制该调节。
本文所描述的玻璃制品可用于各种应用,包括例如用于消费或商用电子设备包括例如LCD、LED、微LED、OLED和量子点显示器、计算机显示器和自动柜员机(ATM)中的盖板玻璃或玻璃背板;用于触摸屏或触摸传感器应用;用于包括例如移动电话、个人媒体播放器和平板电脑的便携式电子设备;用于包括例如半导体晶片的集成电路应用;用于光伏应用;用于建筑玻璃应用;用于汽车或车辆玻璃应用(包括例如窗格玻璃和显示器);用于商用或家用电器应用;用于照明设备或引导标示(例如静态和动态的引导标识)应用;或者用于包括例如铁路和航空的交通运输应用。
实施例
通过以下实施例对本文所述的实施方式进行进一步阐述。由具有如下表1所示的组合物(C1)的第一玻璃和具有如下表1所示的组合物(C2)的第二玻璃来形成层压玻璃试样。组合物C1具有相对较高的K2O比例,而组合物C2具有相对较高的Al2O3比例。
表1:
摩尔% C1 C2
SiO2 71.16 65.07
Al2O3 3.22 9.27
B2O3 1.44 8.04
MgO 6.11 5.35
CaO 5.36 5.34
SrO 1.74 2.11
K2O 10.90 4.75
SnO2 0.07 0.07
为了生产层压玻璃试样,由上述两种组合物(标准批料材料,在1600℃下熔化过夜)制成坩埚熔体。对这些组合物进行选择,以使C1为高K2O玻璃,而C2为高Al2O3玻璃。从而,如果钾从第一玻璃中扩散出而进入第二玻璃,则白榴石会被稳定在液相线相,并且会导致液相线温度快速上升。图5是第一玻璃与第二玻璃的混合物的液相线温度随混合物中第二玻璃的分数而变化的图示。形成了“液相线圆顶”,且C1和C2的混合物在C1与C2之比约为6:4时具有峰值液相线温度。
在熔化过夜后,将半坩埚的C1倒在钢块上,并将一定量的C2倒在还处于熔融态的C1的顶部,随后将坩埚中剩余的C1倒在C1和C2堆叠的顶部,制成C2的所有面都被C1包围的三明治结构,随后将该三明治结构在660℃(接近上述两种玻璃的退火点)下退火过夜。随后将该三明治置于炉中,并在1050℃下保温过夜,该温度高于玻璃C1或玻璃C2的液相线温度,但低于在成形处理过程中由相互扩散而形成的任意中间玻璃的预期液相线温度。在C1和C2的主体玻璃维持无定形和透明的同时,C1与C2的界面结晶化。
应当理解的是,尽管在本文一些实施方式中所见的图像表现中对包含光散射构件的层压玻璃制品进行了描述,但包含光散射构件的层压玻璃制品可用于多种应用中,并不限于用于图像显示器。
本领域的技术人员显而易见的是,可以在不偏离要求专利权的主题的精神和范围的情况下,对本文所述的实施方式进行各种修改和变动。因此,本说明书旨在涵盖本文所述的各种实施方式的修改和变化形式,且这些修改和变化形式落入所附权利要求及其等同内容的范围之内。

Claims (42)

1.一种光散射层压玻璃制品,其包含:
第一玻璃层,所述第一玻璃层包含第一玻璃组合物;
第二玻璃层,所述第二玻璃层包含第二玻璃组合物且熔合至所述第一玻璃层;以及
光散射组件,所述光散射组件设置在所述第一玻璃层与所述第二玻璃层的界面处,且所述光散射组件包含与所述第一玻璃层和所述第二玻璃层不同的组合物或材料相。
2.如权利要求1所述的光散射层压玻璃制品,其特征在于,所述光散射组件包含多个光散射构件。
3.如权利要求2所述的光散射层压玻璃制品,其特征在于,所述光散射构件具有约100nm至约1微米的平均最大尺寸。
4.如权利要求2所述的光散射层压玻璃制品,其特征在于,所述光散射构件中的至少一些具有约100nm至约1微米的最大尺寸。
5.如权利要求2~4中任一项所述的光散射层压玻璃制品,其特征在于,所述光散射构件中的至少一些包含固体颗粒。
6.如权利要求5所述的光散射层压玻璃制品,其特征在于,所述光散射颗粒包含碳化硅、氧化锆、氧化铝、二氧化硅、二氧化钛或它们的组合。
7.如权利要求5或6所述的光散射层压玻璃制品,其特征在于,所述光散射颗粒具有至少约1250℃的熔点。
8.如权利要求2~4中任一项所述的光散射层压玻璃制品,其特征在于,所述光散射构件中的至少一些包含气囊。
9.如权利要求2~4中任一项所述的光散射层压玻璃制品,其特征在于,所述光散射构件中的至少一些包含锆石晶体、氧化锆晶体或它们的组合。
10.如权利要求1~7、9中任一项所述的光散射层压玻璃制品,其特征在于,所述光散射组件包含一个或更多个结晶主体、半结晶主体或相分离主体。
11.如权利要求10所述的光散射层压玻璃制品,其特征在于,所述光散射构件中的至少一些包含所述第一玻璃组合物与所述第二玻璃组合物的混合物。
12.如权利要求1~11中任一项所述的光散射层压玻璃制品,其特征在于,所述光散射组件具有与所述第一玻璃层和所述第二玻璃层不同的折射率。
13.一种形成光散射层压玻璃制品的方法,所述方法包括:
使熔融的第一玻璃组合物流动;
使熔融的第二玻璃组合物流动;
将多个光散射颗粒沉积至所述熔融的第一玻璃组合物的表面上或所述熔融的第二玻璃组合物的表面上;以及
使所述熔融的第一玻璃组合物与所述熔融的第二玻璃组合物接触,以在所述熔融的第一玻璃组合物与所述熔融的第二玻璃组合物之间形成界面,其中,所述多个光散射颗粒定位于所述熔融的第一玻璃组合物与所述熔融的第二玻璃组合物之间的界面处。
14.如权利要求13所述的方法,其特征在于,所述光散射颗粒具有约100nm至约1微米的平均最大尺寸。
15.如权利要求13所述的方法,其特征在于,所述光散射颗粒中的至少一些具有约100nm至约1微米的最大尺寸。
16.如权利要求13~15中任一项所述的方法,其特征在于,所述光散射颗粒中的至少一些包含固体颗粒。
17.如权利要求13~16中任一项所述的方法,其特征在于,所述光散射颗粒包含碳化硅、氧化锆、氧化铝、二氧化硅、二氧化钛或它们的组合。
18.如权利要求13~17中任一项所述的方法,其特征在于,所述光散射颗粒具有至少约1250℃的熔点。
19.一种形成光散射层压玻璃制品的方法,所述方法包括:
使熔融的第一玻璃组合物流动;
使熔融的第二玻璃组合物流动;
使所述熔融的第一玻璃组合物与所述熔融的第二玻璃组合物接触,以在所述熔融的第一玻璃组合物与所述熔融的第二玻璃组合物之间形成界面;
在所述熔融的第一玻璃组合物与所述熔融的第二玻璃组合物之间的界面处产生多个光散射气囊。
20.如权利要求19所述的方法,其特征在于,通过所述熔融的第一玻璃组合物与所述熔融的第二玻璃组合物之间的接触来形成所述气囊。
21.如权利要求19所述的方法,其特征在于,通过所述熔融的第一玻璃组合物或所述熔融的第二玻璃组合物与成形设备之间的接触来形成所述气囊。
22.如权利要求19~21中任一项所述的方法,其特征在于,产生所述多个光散射气囊包括在所述熔融的第一玻璃组合物或所述熔融的第二玻璃组合物中的一种或更多种中施加电流。
23.如权利要求19~22中任一项所述的方法,其特征在于,通过玻璃起泡来产生所述气囊。
24.如权利要求19~23中任一项所述的方法,其特征在于,所述气囊包含氧气。
25.一种形成光散射层压玻璃制品的方法,所述方法包括:
使熔融的第一玻璃组合物流动;
使熔融的第二玻璃组合物流动;
使所述熔融的第一玻璃组合物与所述熔融的第二玻璃组合物接触,以在所述熔融的第一玻璃组合物与所述熔融的第二玻璃组合物之间形成界面;
产生定位于所述熔融的第一玻璃组合物与所述熔融的第二玻璃组合物之间的界面处的包含一个或更多个结晶主体、半结晶主体或相分离主体的光散射组件。
26.如权利要求25所述的方法,其特征在于,所述光散射组件包含锆石晶体、氧化锆晶体或它们的组合。
27.如权利要求25或26所述的方法,其特征在于,所述光散射组件中的至少一些包含所述第一玻璃组合物与所述第二玻璃组合物的混合物。
28.如权利要求27所述的方法,其特征在于,所述混合物具有比所述第一玻璃组合物和所述第二玻璃组合物中的每一种更高的液相线温度。
29.一种显示器,其包含权利要求1~12中任一项所述的光散射层压玻璃制品。
30.如权利要求29所述的显示器,其特征在于,所述显示器是透明投影显示器。
31.一种光散射玻璃制品,其包含:
玻璃层,所述玻璃层包含玻璃组合物;以及
光散射组件,所述光散射组件设置在所述玻璃层的表面上且包含与所述玻璃层不同的组合物或材料相。
32.如权利要求31所述的光散射玻璃制品,其特征在于,所述光散射组件包含多个光散射构件。
33.如权利要求32所述的光散射玻璃制品,其特征在于,所述光散射构件具有约100nm至约1微米的平均最大尺寸。
34.如权利要求32所述的光散射玻璃制品,其特征在于,所述光散射构件中的至少一些具有约100nm至约1微米的最大尺寸。
35.如权利要求32~34中任一项所述的光散射玻璃制品,其特征在于,所述光散射构件中的至少一些包含固体颗粒。
36.如权利要求35所述的光散射玻璃制品,其特征在于,所述光散射颗粒包含碳化硅、氧化锆、氧化铝、二氧化硅、二氧化钛或它们的组合。
37.如权利要求35或36所述的光散射玻璃制品,其特征在于,所述光散射颗粒具有至少约1250℃的熔点。
38.如权利要求32~34中任一项所述的光散射玻璃制品,其特征在于,所述光散射构件中的至少一些包含气囊。
39.如权利要求32~34中任一项所述的光散射玻璃制品,其特征在于,所述光散射构件中的至少一些包含锆石晶体、氧化锆晶体或它们的组合。
40.如权利要求31~37、39中任一项所述的光散射玻璃制品,其特征在于,所述光散射组件包含一个或更多个结晶主体、半结晶主体或相分离主体。
41.如权利要求40所述的光散射玻璃制品,其特征在于,所述光散射构件中的至少一些包含所述第一玻璃组合物与所述第二玻璃组合物的混合物。
42.如权利要求31~41中任一项所述的光散射玻璃制品,其特征在于,所述光散射组件具有与所述第一玻璃层和所述第二玻璃层不同的折射率。
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