CN108726873A - 具有高水平红外线辐射透射率的玻璃片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及可以尤其在触控板、触控面板或触控屏中使用的具有高水平红外线辐射透射率的玻璃片。更准确地说，本发明涉及具有以下组成的玻璃片，所述组成包含作为以玻璃的总重量百分比计表示的含量的：SiO2 55％‑78％；AI2O3 0‑18％；B2O3 0‑18％；Na2O 5％‑20％；CaO 0‑15％；MgO 0‑10％；K2O 0‑10％；BaO 0‑5％；总铁(以Fe2O3的形式表示)0.002％‑0.06％；以及在0.002％与0.06％之间的铬含量(以Cr2O3的形式表示)。
Description
本申请是基于申请号为201480009076.9、申请日为2014年2月10日、发明名称为“具有高水平红外线辐射透射率的玻璃片”的中国专利申请的分案申请。
1.发明领域
本发明涉及展示高的红外线辐射透射率的玻璃片。本发明的通用领域是装配在显示表面区域上的光学触摸面板的领域。
借助于其高的红外线(IR)辐射透射率，根据本发明的玻璃片可以有利地用于在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)或还有受抑全内反射(FTIR)的光学技术[或者要求高IR辐射透射的任何其他技术]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.现有技术的解决方案
PSD和FTIR技术使得有可能获得多重检测触摸屏/面板，这些触摸屏/面板是相对廉价的并且可具有较高的触控表面(例如，从3至100英寸)同时是薄的。
这两种技术涉及：
(i)将红外线(IR)辐射例如借助于LED从一个或多个边缘开始注入至对于红外线辐射透明的基板中；
(ii)通过全内反射的光学现象使该红外线辐射在所述基板(然后充当波导)内传播至(没有辐射“离开”该基板)；
(iii)将该基板的表面与任何物体(例如手指或触针)接触，通过在所有方向上的辐射的散射产生局部摄动；部分所偏转射线将因此能够“离开”该基板。
在FTIR技术中，这些所偏转射线在与该触摸表面相反的基板的下表面上形成红外光点。这些被位于该设备上方的特殊照相机看见。
PSD技术就其本身而言涉及继阶段(i)-(iii)之后的两个附加的阶段：
(iv)由检测器分析在该基板的边缘处所产生的IR辐射；以及
(v)从所检测到的辐射开始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。这项技术具体地陈述于文件US2013021300A1中。
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、其耐擦伤性以及其光学透明度并且因为其可以化学或热强化。
在玻璃面板用于PSD或FTIR技术并且具有非常大的表面并且因此具有相对大的长度/宽度的情况下，所注入的IR辐射具有长的光程长度。在这种情况下，由该玻璃的材料吸收的IR辐射因此显著地影响该触摸面板的灵敏度，这进而可以不令人希望地减小该面板的长度/宽度。在玻璃面板用于PSD或FTIR技术并且具有较小的表面并且因此具有较短的所注入IR辐射的光程长度的情况下，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设备的能量消耗具有影响。
因此，在此背景下对于红外线辐射高度透明的玻璃片是非常有用的，以确保当这个表面大较时，在整个触摸表面上完整或足够的灵敏度。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。
为了获得在红外区(并且在可见区)中的高透射率，已知的是减少在玻璃中铁(就Fe2O3方面表示，根据在该领域中的标准惯例)的总含量，从而获得低铁的玻璃。硅酸盐类型的玻璃总是包含铁，因为铁作为在所使用的大多数起始材料(砂、石灰石、白云石、以及类似物)中的杂质存在。铁以三价铁Fe3+离子和亚铁Fe2+离子的形式存在于玻璃的结构中。三价铁Fe3+离子的存在给予玻璃低波长可见光的轻微的吸收以及近紫外区(以380nm为中心的吸收带)中较强的吸收，而亚铁Fe2+离子(有时表示为氧化物FeO)的存在导致在近红外区(以1050nm为中心的吸收带)内的强吸收。因此，总铁含量(以这些形式两者)的增加增强了在可见区和红外区中的吸收。此外，亚铁Fe2+离子的高浓度导致在红外区(特别地，近红外区)中透射率的降低。然而，为了通过仅仅影响总铁含量获得在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，使得或者(i)这将导致太高的生产成本，由于需要非常纯的起始材料(有时甚至不存在足够纯的)，或者(ii)这将提出生产问题(特别地炉的过早磨损和/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+原子的重量比(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起始材料的批次中。然而，大多数已知的氧化剂(硫酸盐、硝酸盐、以及类似物)具有的氧化力对于获得使用FTIR或PSD技术的触摸面板应用所希望的IR透射值不是足够强的。
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的红外线辐射透射率的玻璃片。具体地，本发明的目的是提供具有高的近红外线辐射透射率的玻璃片。
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尺寸的触摸屏、触摸面板或触摸板中的触摸表面时其不产生或产生很小的触摸作用灵敏度的损失。
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尺寸的触摸屏、触摸面板或触摸板中的触摸表面时其对于该设备的能量消耗是有利的。
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的红外线辐射透射率并且具有对于所选择的应用可接受的美学品质的玻璃片。
最终，本发明的另一个目的是提供具有高的红外线辐射透射率的玻璃片，所述玻璃片是生产相对廉价的。
4.发明解释
本发明涉及具有以下组成的玻璃片，所述组成包含以按所述玻璃的总重量计表示为百分比含量的：
根据具体的实施例，所述组成附加地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％的铬(以Cr2O3的形式表示)含量。
因此，本发明是基于完全新颖的并且创造性的方法，因为它使得可能解决所提出的技术问题。这是因为诸位发明人已经出人意料地证明了通过在玻璃组成中结合低含量的铁和以特定范围含量的铬(特别地被称为在“选择性的”带色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区中是非常透明的而没有对其美学品质或其颜色过度的负面影响。
贯穿本文，当表示范围时，包括端值。此外，在数值范围内的所有整数和子域值清楚地包括在内，如同明确地写出一样。再者贯穿本文，作为百分比的含量值是相对于该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。
在本发明的意义中，术语“玻璃”应当理解为意指完全无定形的材料，因此排除任何结晶材料、甚至部分结晶材料(例如像玻璃结晶材料或玻璃陶瓷材料)。
根据本发明的玻璃片是由可以属于不同类别的玻璃制成的。该玻璃因此可以是钠钙硅、铝硅酸盐或硼硅酸盐类型、以及类似类型的玻璃。优选地并且出于较低的生产成本的原因，根据本发明的玻璃片是钠钙硅玻璃片。根据这个优选的实施例，所述玻璃片的组成可以包含以按玻璃的总重量计表示为百分比的含量的：
根据本发明的玻璃片可以是通过浮法工艺、拉延工艺、辊压工艺或已知的任何其他从熔融玻璃组成开始制造玻璃片的工艺获得的玻璃片。根据按照本发明的优先的实施例，该玻璃片是浮法玻璃片。术语“浮法玻璃片”应当理解为意指通过浮法玻璃工艺形成的玻璃片，该浮法玻璃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。浮法玻璃片以已知的方式包括“锡面”，即，在接近于该片的表面的玻璃本体内富含锡的面。术语“富含锡”应当理解为意指相对于在核心处的该玻璃的组成锡浓度的增加，该核心可能或可能不基本上是零(缺乏锡)。
根据本发明，不同的包含铬的起始材料可以被用于将铬引入至该玻璃组成中。具体地，铬氧化物CrO、Cr2O3、CrO2或CrO3是可能的且是较纯的铬源。还可以使用其他富含铬的物质，如铬酸盐、铬铁矿或任何其他铬基的化学化合物。然而，包含以其6+形式铬的化合物出于安全的原因是不太优选的。
根据本发明的玻璃片可以具有不同并且较大的尺寸。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(“PLF”玻璃片)或者例如还有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可以具有在0.1与25mm之间变化的厚度。有利地，在触摸面板的应用的情况下，根据本发明的玻璃片可以具有在0.1与6mm之间变化的厚度。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是从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(就Fe2O3方面表示)含量。按重量计小于或等于0.06％的总铁(以Fe2O3的形式表示)含量使得有可能进一步增加所述玻璃片的IR透射率。最小值使得可能不对该玻璃的成本过度的损害，因为此种低的铁值经常要求昂贵的、非常纯的起始材料以及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(以Fe2O3的形式表示)含量。非常优选地，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(以Fe2O3的形式表示)含量。
根据本发明的有利的实施例，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0.002％至0.03％的铬(以Cr2O3的形式表示)含量。铬含量的这样一个范围使得可能获得在红外区中的高透射率而不会过度损害所述玻璃片的美学外观或颜色。非常优选地，本发明的组成包含范围为从0.002％至0.02％的铬(以Cr2O3的形式表示)含量。
根据本发明的特别有利的实施例，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(以Fe2O3的形式表示)含量以及范围为从0.002％至0.02％的铬(以Cr2O3的形式表示)含量。这样一种组成使得有可能获得在红外区并且特别地在1050nm波长处的非常低的吸收系数值。
根据本发明的另一个实施例，所述组成包含小于20ppm的Fe2+(以FeO的形式表示)含量。含量的这个范围使得可能获得具体地就IR辐射的透射率而言的高度令人满意的特性。优选地，所述组成包含小于10ppm的Fe2+(以FeO的形式表示)含量。非常优选地，所述组成包含小于5ppm的Fe2+(以FeO的形式表示)含量。
根据本发明，该玻璃片具有高的IR辐射透射率。更确切地说，本发明的玻璃片具有在近红外区内的高辐射透射率。
为了在红外区中量化该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，其因此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辐射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它是所吸收的辐射的波长以及该材料的化学性质的函数。
在玻璃的情况下，在选定波长λ处的吸收系数(μ)可以从在透射率(T)的测量值以及该材料的折射率n计算，n、ρ和T的值是选定波长λ的函数：
其中ρ＝(n-1)2/(n+1)2
有利地，根据本发明的玻璃片具有在1050nm的波长下小于5m-1的吸收系数。优选地，根据本发明的玻璃片具有在1050nm的波长下小于或等于2m-1的吸收系数。非常优选地，根据本发明的玻璃片具有在1050nm的波长下小于或等于1m-1的吸收系数。
再次有利地，根据本发明的玻璃片具有在950nm的波长下小于5m-1的吸收系数。优选地，根据本发明的玻璃片具有在950nm的波长下小于或等于2m-1的吸收系数。非常优选地，根据本发明的玻璃片具有在950nm的波长下小于或等于1m-1的吸收系数。
再次有利地，根据本发明的玻璃片具有在850nm的波长下小于5m-1的吸收系数。优选地，根据本发明的玻璃片具有在850nm的波长下小于或等于2m-1的吸收系数。非常优选地，根据本发明的玻璃片具有在850nm的波长下小于或等于1m-1的吸收系数。
根据本发明的实施例，所述玻璃片的组成可以包含除了特别地存在于这些起始材料中的杂质之外，低比率的添加剂(如帮助该玻璃熔融或精炼的试剂)或起源自组成融熔炉的耐火材料分解的组分。
根据本发明的有利的实施例，所述玻璃片的组成可以附加地包含根据所希望的作用适当量的一种或多种着色剂。这种/这些着色剂例如可以用于“中和”由铬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或无色。可替代地，这种/这些着色剂可以用于获得所希望的颜色，该所希望的颜色不同于可以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(其可以与前述实施例结合)，可以使用层或薄膜(例如带色的PVB薄膜)涂覆所述玻璃片，其使得有可能改变或中和可以由铬的存在产生的颜色。
根据本发明的玻璃片可以有利地是化学或热回火的。
根据本发明的实施例，使用至少一个透明的且导电的薄层涂覆所述玻璃片。根据本发明的透明的且导电的薄层例如可以是基于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，使用至少一个减反射层涂覆所述玻璃片。在使用本发明的玻璃片作为屏的前面的情况下，这个实施例明显是有利的。根据本发明的减反射层例如可以是基于具有低折射率的多孔硅的层或者它可以由若干层组成(堆叠)，该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层堆叠。
根据另一个实施例，该玻璃片使用至少一个抗指纹层涂覆或者已经被处理以便减少或防止指纹的记录。在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。此类层或此类处理可以与一个沉积在相反面上的透明的且导电的薄层结合。此类层可以与沉积在相同面上的减反射层结合，该抗指纹层是在该叠层的外面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。
本发明还涉及触摸屏或触摸面板或触摸板，包含至少一个限定触摸表面的根据本发明的玻璃片。根据这个实施例，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，所述玻璃片有利地装配在显示表面上。
最后，借助于其高的红外线辐射透射率，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，该触摸屏或触摸面板或触摸板使用平面散射检测(PSD)或受抑全内反射(FTIR)光学技术以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。
以下实例说明了本发明，而没有以任何方式限制其涵盖范围的意图。
实例
根据以下表中指定的基础组成，将启动材料以粉末形式混合并且将其置于坩锅中用于熔融。
使用可变量的铬制备不同的样品并且该基础组成保持恒定。样品1(对比的)对应于现有技术水平的玻璃，具有低的铁含量并且不包含铬(并且被称为“超透明的”)。样品2-4对应于根据本发明的玻璃片组成。
确定以板形式的每一个玻璃样品的光学特性并且特别地通过在配备有积分球(具有150mm的直径)的Perkin Elmer Lambda 950分光光度计上的透射率的测量确定在1050、950和850nm波长处的吸收系数，该样品被放到用于测量的球的输入端口。
根据所添加的铬(以氧化铬(III)的形式添加铬)量所获得的在1050、950和850nm波长处的吸收系数呈现于以下表中。
这些结果示出了在根据本发明的含量的范围内添加铬使得有可能显著地降低在1050、950和850nm波长处的吸收系数并且因此总体上降低近红外线辐射的吸收。
使用0.01％的总铁量，约200ppm的铬量对于下降低于1m-1(对于使用FTIR或PSD光学技术的触摸应用理想的在1050nm处的吸收系数的值)是必要的。如果总铁量小于0.01％，必须的铬量将更低，并且反之亦然。
Claims (14)
1.具有以下组成的玻璃片，所述组成包含以按玻璃的总重量计表示为百分比的含量的：
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0.002％至0.06％的铬(以Cr2O3的形式表示)含量。
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0.002％至0.03％的铬(以Cr2O3的形式表示)含量。
3.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％的铬(以Cr2O3的形式表示)含量。
4.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范围为按重量计从0.002％至0.04％的总铁(以Fe2O3的形式表示)含量。
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％的总铁(以Fe2O3的形式表示)含量。
6.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％的总铁(以Fe2O3的形式表示)含量以及范围为从0.002％至0.02％的铬(以Cr2O3的形式表示)含量。
7.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是钠钙硅玻璃片。
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包含小于20ppm的Fe2+(以FeO的形式表示)含量。
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包含小于10ppm的Fe2+(以FeO的形式表示)含量。
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包含小于5ppm的Fe2+(以FeO的形式表示)含量。
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具有在1050nm的波长下小于或等于5m-1的吸收系数。
12.触摸屏或触摸面板或触摸板，其包含至少一个限定触摸表面的根据权利要求1至11之一项所述的玻璃片。
13.根据前一项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光学技术以检测在所述片的表面上的一个或多个物体位置。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20181102 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |