具有光学透明传感器区域的嵌装玻璃的制作方法

本发明涉及一种面板基板，并且更具体地涉及一种具有光学透明传感器区域的玻璃面板、一种用于生产该玻璃面板的方法以及该玻璃面板用途。

背景技术：

1、许多机动车辆、飞机、直升机和轮船都配备有各种光学传感器。光学传感器的示例是相机系统（诸如摄像机、夜视相机）、残余光放大器、无源红外检测器（诸如fur（前视红外））或基于红外的遥感装置（诸如激光雷达感测装置）。相机系统可以使用紫外线（uv）、可见光（vis）和红外线波长范围（ir）内的光。

2、在机动车辆中，可以将这些相机系统或基于红外的遥感装置（诸如激光雷达感测装置）放置在乘客舱内部位于挡风玻璃后方的位置。因此，即使在道路交通中，这些系统或装置也能够及时地检测到危险情况和障碍物。

3、使用光学传感器的其他领域包括例如使用激光测距仪的电子距离测量（edm）。可以确定与其他机动车辆的距离。这种系统在军事应用领域很常见的，但也存在许多民用的可能性。通过测量到前一辆车辆的距离，可以确定必要的安全性距离并显著地提高交通安全性。使用自动报警系统，可以显著地减少追尾碰撞的危险。

技术实现思路

1、在这些玻璃应用中，大多数时候对玻璃进行涂覆，以便实现玻璃的基本功能要求和/或提供附加的功能以提供功能化的玻璃。取决于其所提供的功能，涂层可以包括减反射（ar）涂层、高反射涂层、带通滤光涂层、有色涂层、低e涂层、吸收性涂层（用于吸收uv、声波……）、加热涂层、疏水涂层等。

2、当这些相机系统或基于红外的遥感装置（诸如激光雷达感测装置）用在玻璃面板后方、并且更具体地在挡风玻璃或玻璃装饰元件后方时，优选的是在光学传感器区域中具有结合或不结合另一功能化涂层（诸如，有色涂层和加热涂层）的减反射涂层。实际上，有时在设置有光学传感器的区域中需要局部施加的涂层，以确保最佳的传感器性能。因此，相比于嵌装玻璃的整个表面，需要在嵌装玻璃的较小区域上进行特定的涂层或不同的涂层。在这种情况下，更希望和/或仅允许将专用涂层定位在这些较小区域中，而不是使其覆盖整块玻璃面板基板。

3、然而，就工艺而言，通常难以在不使成本过高或不使制造工艺复杂化的情况下向较大基板中的有限区域或较小区域施加所需的涂层。因此，需要一种向较大基板中的较小区域施加特定涂层的简化工艺。

4、例如，当为了自主驾驶，将红外（ir）传感器（例如激光雷达传感器）集成在汽车嵌装玻璃（例如挡风玻璃、侧窗玻璃、后窗玻璃和玻璃装饰（如b柱））后方时，汽车嵌装玻璃窗通常被设计成阻挡ir光，以便提供热舒适性。然而，ir传感器利用ir光来工作。对于集成的激光雷达传感器，其必须发出ir激光，该ir激光通过汽车嵌装玻璃到达检测目标，并且然后由目标反射的ir激光必须通过汽车嵌装玻璃以便由激光雷达传感器收集。这意味着要求集成有ir传感器的区域对于ir光具有足够的透射率。于是，需要针对ir光的ar涂层，并且该涂层必须仅被定位在集成区域，即光学透明区域上。

5、还存在需要局部涂层的汽车嵌装玻璃的其他示例。除了ir传感器之外，许多不同类型的高级驾驶员辅助系统（adas）传感器也可以被集成在汽车嵌装玻璃上。为了对相机进行集成，局部的加热涂层是有益的，因为所提供的除霜功能可以确保传感器的视野更清晰。为了对雷达传感器进行集成，可能需要局部涂层来传递声波，而汽车嵌装玻璃的其他部分吸收声波以避免车内出现噪音。

6、汽车嵌装玻璃上的局部涂层的以上示例也适用于其他运输工具（诸如火车、飞机……），而且还适用于其他交通工具（如无人机）。

7、此外，将激光雷达传感器集成在大块玻璃面板（诸如挡风玻璃（侧窗玻璃、后窗玻璃和天窗））上不仅对自主驾驶有用，而且还适用于显示器、触摸屏、建筑嵌装玻璃（例如窗户、外墙、屋顶和温室……）、太阳能应用（光伏和太阳能热板）、电子工业（显示器和触摸屏）等，用于提供如三维（3d）识别和人脸id等附加的功能。在任何情况下，针对ir光的局部ar涂层都是优选的。

8、还存在大块玻璃上具有局部涂层会很有用的许多其他情况。对于玻璃屋顶，可能会集成有传感器（如雨水传感器、光传感器……），并且集成区域可能需要局部涂层以确保传感器性能。对于窗户，可能会添加特殊功能（例如触摸传感器），在这种情况下需要在较小区域上具有局部涂层以实现特殊功能的特殊需求。

9、在玻璃工业中，可以使用不同的涂覆技术，包括物理气相沉积（pvd）方法（诸如溅射沉积、热气相沉积）、化学沉积方法（诸如化学还原、热解涂层（如化学气相沉积（cvd）、溶胶-凝胶沉积））和等离子体辅助的化学气相沉积（pacvd）。然而，这些方法被设计成涂覆一块玻璃或更通常地一块基板的主表面。然而，与基板并且更具体地玻璃基板的较大表面相比，很难或甚至不可能涂覆衬基板中的较小区域。

10、实际上，对于如cvd等在线涂覆技术，玻璃是在其制造工艺期间被涂覆的。在该工艺中，将气态化学混合物引导到热玻璃基板的表面，并且发生热解反应以沉积粘接到玻璃的涂层。由于这是在熔炉中发生的，因此只能涂覆整块玻璃。另外，接合是非常牢固的并且之后难以去除，因此无法保留较小的涂覆区域而同时去除其他部分的涂层。因此，无法实现局部涂层。

11、对于如pvd、化学还原、溶胶-凝胶沉积和pacvd等离线涂覆技术，玻璃是在制造工艺后通过溅射、喷涂、旋转或浸入涂覆材料来被涂覆的。尽管可用的技术被设计成涂覆整块玻璃，但是存在不同的方法来实现局部涂层。然而，每种方法都有其自身的缺点。

12、一种直接的方法是涂覆玻璃基板的所有表面，并且然后从不期望的部分上去除涂层（例如通过激光去涂层），使得所需的涂层仅留在在较小区域上。缺点在于：

13、-涂覆工艺通常需要大到足以容纳整块基板的真空室和/或其他设备。这大大增加了成本并降低了可行性；

14、-为在所要求的区域提供所需的涂层从基板的被完全涂覆的表面去除的涂覆材料是一种浪费，这也是成本的来源；

15、-去涂层工艺是额外的工艺，这增加了成本和复杂性。此外，该工艺并非总是可能的，并且有时不能确保去涂层质量；

16、-这对于仅适用于小尺寸的玻璃的技术而言不可用。例如，激化辅助溅射（ras）涂覆的玻璃尺寸最大为20 cm乘以30 cm。

17、-第二种方法是在涂覆工艺中使用掩模。掩模可以阻挡涂覆材料到达玻璃基板，使得涂层只专用于较小区域。缺点如下：所需的涂覆设施（如真空室）必须大到足以容纳整块玻璃，这增加了成本和可行性；被阻挡的涂覆材料是一种浪费，这也是成本的来源；掩模是额外的元件，其较为昂贵；掩模与玻璃基板之间的对准是额外的步骤，这产生了成本和复杂性；这对于仅适用于小尺寸的玻璃的技术而言不可用。

18、第三种方法是使用真空室的涂覆方法。小真空室仅覆盖需要专用涂层的较小区域。该方法减小了真空室的尺寸，并避免了涂覆材料的浪费、去涂层工艺和涂覆掩模。然而，这种真空室的设计可能很棘手。真空室的边缘必须与玻璃基板接触，但不能改变接触区域的表面质量。此外，对于弯曲的玻璃基板（如ws），真空室的设计较困难并且必须根据玻璃基板的形状和该较小的涂覆区域的位置而进行改变。

19、对于现有技术已知的是，可以将设置有涂层的塑料贴片附接到玻璃基板以提供局部涂层功能。然而，塑料贴片上的涂覆具有以下缺点：

20、-涂覆材料与塑料基板之间的接合通常更加困难；

21、-塑料贴片在涂覆工艺期间对关键条件（例如高温、化学腐蚀……）的耐受性较小，这限制了涂层的可能性；

22、-塑料贴片的寿命要短得多；

23、-塑料对机械和化学两方面的环境条件的耐受性较小。

24、因此，本发明的目的是提供一种具有专用涂层的功能化的玻璃贴片，该功能化的玻璃贴片附接到设置有涂层（该涂层不同于在功能化的玻璃贴片上设置的涂层）或未设置涂层的相对较大的基板。更具体地，本发明的目的是提供一种具有置于其后方的光学透明传感器区域的面板基板并且更具体地是玻璃基板，该面板基板可以容易地由完成的标准化面板来生产而无需进行较大修改。

25、因此，本发明涉及一种至少具有光学透明区域的面板基板，所述面板基板包括在所述面板的表面上的、集成在所述光学透明区域中的至少一个光学装置。

26、根据本发明，在所述面板与所述光学装置之间局部地设置有至少一个涂覆玻璃贴片。

27、在本发明的特定实施例中，本发明涉及一种功能化的玻璃贴片，该功能化的玻璃贴片具有专用涂层、设置在光学透明传感器区域中、被放置在挡风玻璃与光学传感器之间。

28、因此，本发明可以用于玻璃基板，但基板也可以是如塑料基板、有机玻璃基板……的其他材料。

29、根据本发明，面板基板可以被完全涂覆、或者不被涂覆、或者被部分涂覆。如果在面板基板的表面上设置有涂层，则在面板基板的主表面上的涂层的性质和传感器的功能将确定在光学透明区域中的涂层的去除。

30、根据本发明，光学装置可以是光源，诸如激光器、二极管、传感器（诸如激光雷达）、相机……。

31、在本发明的优选实施例中，光学装置是光学传感器。

32、根据本发明，与设置有玻璃贴片的面板基板的主基板相比，功能化的玻璃贴片可以具有单面涂层或双面涂层，以提供一种或多种不同的功能。

33、根据本发明的功能化的玻璃贴片被固定至面板基板，并且更具体地固定至玻璃基板。可以在对包括基板和功能化的玻璃贴片的组件进行高压灭菌期间固定功能化的玻璃贴片。高压灭菌是通常用于汽车嵌装玻璃的众所周知的技术。可以在功能化的玻璃贴片与玻璃基板之间使用夹层（如pvb、eva等）。在层压式玻璃基板（如挡风玻璃）的情况下，可以在对玻璃基板进行高压灭菌的同时，附接功能化的玻璃贴片。另一种方法是使用光学接合材料（如3m材料、agc infoverre）来将功能化的玻璃贴片接合到基板。还存在用于附接的许多其他可能的解决方案。因此，玻璃贴片以光学和机械的方式接合到面板基板、并且更具体地是玻璃基板，以确保良好的粘附性、透明度和/或清晰度。

34、根据本发明，功能化的玻璃贴片可以具有任何尺寸和形状，并且可以被施加在大块基板上以提供局部涂层功能。

35、由于本发明，通过仅涂覆小块玻璃提供了以下优点：

36、-可以使用在线涂覆技术（如cvd），

37、-不需要大的涂覆设施（如真空室）来容纳整块玻璃基板。因此，降低了成本，并增加了涂覆的可行性，

38、-节省了涂覆材料而不会造成浪费。

39、-适用于大多数涂覆技术，即使是仅适用于小尺寸的玻璃的那些技术（如ras），

40、-在涂覆后无需去涂层工艺，

41、-不需要涂覆掩模，

42、-专用涂层功能直接可用，如ar涂层和有色涂层。

43、对玻璃贴片进行涂覆呈现出以下优点：

44、-使涂覆材料与玻璃贴片之间容易接合，

45、-对大多数涂覆工艺耐受，因为玻璃可容忍关键工艺条件（例如高温和化学腐蚀），

46、-玻璃的使用寿命长。

47、-玻璃具有很强的机械和化学耐受性。

48、此外，经过验证的高压灭菌组装工艺可直接应用于附接。因此，可以在用于汽车嵌装玻璃的高压灭菌组装工艺期间将功能化的玻璃贴片附接到汽车嵌装玻璃（如ws）。

49、此外，功能化的玻璃贴片可以非常薄，例如小于1 mm。因此，功能化的玻璃贴片不仅重量轻且美观，还可以容易地弯曲以适应大基板的形状。通过对玻璃贴片进行冷弯曲，还有助于减少表面变形。即使不设想要弯曲玻璃贴片，从美观和重量轻的角度出发，也会更希望较薄的厚度。

50、因此，本发明提出了一种具有专用涂层的功能化的玻璃贴片，该功能化的玻璃贴片被附接到基板（例如玻璃、塑料），使得可以实现局部涂层。在优选实施例中，光学装置是附接在汽车挡风玻璃上的集成的激光雷达传感器。

51、具有光学透明传感器区域的面板包括至少面板和至少光学透明传感器区域。在本发明的上下文中，表述“光学透明传感器区域”是指面板的向传感器提供相关的光学和电磁数据或信号的部分。该区域可以是面板的任何部分，或者是对于相关的光学和电磁信号具有高透射率的插入面板区段。光学透明传感器区域优选地占面板的表面的小于10%、优选地小于5%、更优选地小于2%、并且更加优选小于1%。例如，对于汽车嵌装玻璃而言，光学装置、并且更具体地激光雷达将被放置在光学透明传感器区域中。布置在基板与光学透明传感器之间的玻璃贴片包括至少一个涂层。在本发明的上下文中，涂层可以附着在玻璃贴片的面向面板的侧面上和/或还有在玻璃贴片的背离面板的侧面上。玻璃贴片的厚度优选地小于1mm、更优选地小于0.5 mm。传感器区域的整个布置的平均透射率优选地大于60%、特别优选地大于70%。

52、光学传感器装置优选地包括针对从400 nm至750 nm波长的可见光和从750 nm至1650 nm波长的红外光的相机。

53、面板基板优选地包括玻璃和/或聚合物，优选地，平板玻璃、浮法玻璃、石英玻璃、硼硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯和/或其混合物。面板优选地包括单平面安全玻璃或层压式安全玻璃。

54、更优选地，面板基板是玻璃面板。

55、更优选地，与常规玻璃相比，根据本发明的玻璃面板在750 nm至1650 nm的波长范围（通常用于涉及本发明的光学技术中）内具有非常低的吸收系数。特别地，根据本发明的实施例的玻璃片材在从750 nm至1650 nm的波长范围内具有低于5 m-1的吸收系数。优选地，所述玻璃片材具有低于3 m-1、或甚至低于2 m-1、并且甚至更优选地低于1 m-1、或甚至低于0.8 m-1的吸收系数。

56、低吸收呈现出额外的优点，即最终的ir透射率受材料中光程的影响较小。其意指对于具有高张角的大视野（fov）传感器，在各种角度下感知的强度（在不同区域中是图像）将更均匀，尤其是当传感器光学联接到嵌装玻璃时。

57、因此，当自主车辆遇到不适合自主操作的出乎意料的驾驶环境如道路建设或障碍时，通过根据本发明的嵌装玻璃车辆传感器可以捕获关于车辆和出乎意料的驾驶环境的数据。捕获的数据可被发送至远程操作员或中央智能单元。远程操作员或单元可以操作车辆或者向自主车辆发出命令以在各种车辆系统上执行。可以优化发送至远程操作员/单元的捕获数据以节约带宽，如通过发送捕获数据的有限子集。

58、根据本发明的实施例，玻璃面板基板和设置在光学装置之间的玻璃贴片在750 nm至1650 nm的波长范围内具有小于5 m-1的吸收系数，优选地，玻璃片材具有低于3 m-1的吸收系数，并且该光学装置是在从750 nm至1650 nm波长范围内的基于红外的遥感装置。

59、传感器区域对于可见光（vis）和/或红外辐射（ir）的光学透明度优选地 > 60%、优选地 > 70%。

60、玻璃贴片优选地包含平板玻璃、浮法玻璃、石英玻璃、硼硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、铝硅酸盐玻璃。玻璃基板对于可见光和/或红外辐射（ir）的光学透明度优选地大于80%、特别优选地大于90%。

61、施加在玻璃贴片的表面上的涂层优选地选自以下各项：减反射（ar）涂层、带通滤光器涂层、加热涂层、有色涂层、选择性涂层（红外——ir涂层）、防雾涂层……。

62、当光学装置、具体地当光学传感器是基于ir的遥感装置，并且更具体地当基于ir的遥感装置是激光雷达时，优选地在玻璃贴片的接触/面向光学装置的侧面上设置ar涂层。ar涂层增强了感兴趣波长下的透射率，这减少了操作问题（例如反射问题、加热问题）并且提高了传感器性能（例如检测范围）。

63、加热涂层的层厚度优选地为0.1 μm至50 μm、特别优选地为1 μm至10 μm。

64、玻璃贴片优选地进一步包含选自以下各项的光学透明涂层：抗静电涂层、吸水涂层、亲水涂层、疏水涂层、或疏脂且疏水涂层。

65、本发明进一步包括根据本发明的具有光学传感器的面板在机动车辆、轮船、飞机和直升机中的用途。

66、具有光学传感器的面板优选地用作机动车辆的挡风玻璃和/或后窗。