摘要：目前全球发光复合玻璃技术正在蓬勃发展，中国以福耀玻璃工业集团股份有限公司领跑的发光复合玻璃技术研究也跻身于世界前列。但中国企业对发光复合玻璃技术的进一步创新已遇瓶颈，如何突破瓶颈让技术进一步发展，是亟需解决的问题。文章以全球发光复合玻璃的相关专利申请为研究对象，利用国际专利IPC分类号，对该领域全球专利申请进行统计和分析，包括发光复合玻璃应用领域及国别分布、申请量趋势、技术分支等，并对该领域技术发展路线进行梳理，进一步了解当前中国在发光复合玻璃技术研究中存在的问题，提出建议并对发展前景进行展望，希望帮助企业突破瓶颈，找到技术创新的突破点。

　　关键词：发光材料；专利分析；复合玻璃

　　0引言

　　玻璃由于具有较强的抗风化性、不易褪色、穿透性强、价格便宜等优点，广泛应用在建筑物、汽车、电子产品等各领域中。但玻璃在受到外力撞击或较大震动时也极易破裂，产生的碎片可能伤害人体，该弊端在建筑、汽车领域尤为明显[1]。因此，随着人们对玻璃性能要求的不断提高，各种复合玻璃的研究日益兴起。

　　复合玻璃含有至少一个玻璃层片，其包含功能器件或膜，为复合玻璃提供附加功能，其中功能器件包括但不限于光致变色器件、悬浮颗粒器件、液晶器件等。夹层玻璃和中空玻璃是最常见的复合玻璃，在建筑门窗、隔墙、汽车天窗及挡风玻璃、工业厂房天窗等方面都有应用。随着技术的发展，人们对于玻璃样式、性能要求更高，在夹层玻璃中设置发光材料逐渐成为主流趋势。

　　1发光复合玻璃的原理及工艺发展

　　1.1发光复合玻璃的原理

　　发光复合玻璃是一种将发光材料嵌入玻璃内，形成各种样式、图案的创新型产品，其本身拥有出色的亮度及节能的特性，普遍应用于高层建筑玻璃幕墙、户外玻璃、汽车车窗等领域，起到装饰、宣传、照明、显示等作用。目前，应用发光复合玻璃最广泛的是在汽车领域，可应用在挡风玻璃、天窗、侧面玻璃和后窗，主要以照明和显示图像为主要目的。

　　1.2发光复合玻璃的工艺发展

　　(1)硫化物喷涂玻璃进行发光。将发光材料加入到涂料中，使用喷涂的方法将发光材料喷涂在玻璃表面，利用发光材料蓄光后再发光的原理，使玻璃不仅起到装饰防护作用，还富有美感和指示作用。但硫化物作为化学物品具有一定的毒副作用，且硫化物中如硫化锌的发光时间很短。另外，涂覆上的发光材料层是依靠涂料的吸附力固定在玻璃上，长时间使用或随着外界温度变化会逐渐老化，导致发光材料层与玻璃层结合不紧密甚至开裂，极易从玻璃上脱落。

　　(2)在夹层玻璃中加入发光材料。在玻璃之间按照一定的形状夹入可发光的材料，可以达到使玻璃发光显示图案的目的。但是这种玻璃往往是完整的一体化结构，玻璃中的图案不能通过更换发光材料的方式改变，而且一旦夹层中的发光材料损坏，无法通过对夹层玻璃的维修使图案重新点亮，使用时需要十分小心。

　　(3)在夹层玻璃中设置照明装置。在两片玻璃基体中夹有电荧光灯或已封装的发光二极管LED等光源的照明装置。此时夹层玻璃包括两层玻璃层及一层塑料层，塑料层上有安装在电路板上且在玻璃之间层叠的一个或多个发光二极管形成的发光二极管装置，可使玻璃发光。

　　(4)在夹层玻璃中设置发光中间膜。发光颗粒、发光材料、发光染料等发光物质都具备通过辐射一定波长的光而发光的特性，从而可作为夹层玻璃中间膜使用。通过对结合感光材料的夹层玻璃中间膜照射光源，让其含有的感光颗粒发亮，可以显现对比度好的画面。

　　2全球专利申请态势分析

　　2.1各领域发光复合玻璃技术的全球申请趋势

　　如图1所示，应用发光复合玻璃技术在全球范围内申请的专利总体呈上升趋势，从2010—2013年出现全球申请量第一个上涨阶段，2017年出现第二个峰值，因受疫情影响，从2019年开始申请趋势逐渐下降，虽然2020年有一些回升，但总体的研发还处在停滞不前的状态。

　　2.2全球主要国家专利申请态势分析

　　如图2所示，发光复合玻璃专利申请量排名靠前的国家、地区或组织依次为法国、日本、中国、美国、德国、比利时、韩国、英国，其中，法国的申请量占到全球总申请量的四分之一，足见其在这个领域中科研实力的雄厚。中国虽然起步较晚，但随着经济的发展，科技创新能力大幅提高，加之政府对企业在技术研发方面的扶持政策，增加了企业进行科技创新的信心和动力，使科技创新能力不断增强。因此，我国的专利申请量是比较靠前的，但是与其他更先进的国家相比有一定的上升空间，这需要国内的高新技术企业在科技创新中发挥带头示范作用，让我国的科技创新能力进一步提高。

　　2.3全球主要申请人专利申请情况

　　如图3所示，法国圣戈班玻璃有限公司的专利申请量位居首位，该公司具有较强的科技自主创新能力和研发能力，故在发光复合玻璃这一技术领域的研发上也处于世界领先地位。第二名和第三名两个企业均来自日本，可见日本在发光复合玻璃的研发方面也有着较强的能力，同时日本是制造和使用汽车的大国，而发光复合玻璃目前在汽车应用上较为广泛，使其在此类专利中的申请数量较多。第八名是我国的福耀玻璃工业集团股份有限公司，其在国内申请量稳居第一。福耀是一家生产汽车安全玻璃和工业技术玻璃的中外合资企业，集团产品主要包括浮法玻璃、汽车玻璃、建筑玻璃、夹层玻璃、钢化玻璃和中空玻璃，其中汽车玻璃一直是其研发的重点。

　　2.4法律状态分析

　　如表1所示，可以看出在专利申请状态中有效专利占较大比重，其次是失效专利，可见在发光复合玻璃领域中，技术是比较前沿的，授权率也很高，还有很大的扩展空间。

　　表2为发光复合玻璃专利转让数量统计，从表中可以看出，2010年后，基本每年都有相关专利进行转让，在2017年，专利转让数量出现峰值，表明专利的价值越来越高，专利越来越多的应用到实际产业中，给企业带来的利益也逐渐增加。

　   3发光复合玻璃的技术分解

　　3.1发光复合玻璃中发光元件技术分解

　　发光复合玻璃从实现发光这一技术角度进行分解，可以划分为LED、热塑性膜、化学发光物质、光致发光材料、光纤、电致发光材料和夜光PVB膜，其中LED在发光复合玻璃中的应用比例最高，如表3所示。LED与灯泡相比，具有寿命长、小巧、发光效率高、组合状态灵活多样、色彩丰富、对环境适应能力强、对环境的危害低等优点，比灯泡节电91％，仅电费每年就可以节省数百亿美元，同时其使用寿命可长达60年，是灯泡的20倍。LED在发光复合玻璃中的应用主要体现在两个方面，一是在玻璃边缘进行反射发光，主要由复合玻璃、LED光源和置于复合玻璃表面的发射器组成，LED光源通过连接件固定在复合玻璃的侧表面，光线从复合玻璃的侧面导入至复合玻璃内部，然后再经过发射器发射达到照明的效果；二是将LED放置在玻璃夹层中，并通过控制电路控制其发光，包括玻璃和与其夹设的胶合层，玻璃与胶合层分别为双层，在双层的胶合层之间夹设有导电线路，其上设置有至少一个发光二极管LED，导电线路两端与外设电源相接，以控制LED发光[1-3]。

　　从图4也可以看出多数国家也选择光纤作为发光元件。光纤主要应用在外层玻璃、内层玻璃以及粘结在外层玻璃与内层玻璃之间的聚合物中间层的内部设置光导纤维束，通过在玻璃层中反射进行发光。仅日本对电致发光材料的应用较多，其他国家较少或完全没有涉及。日本对电致发光材料的应用主要在显示设备的玻璃屏幕上，即在两层玻璃之间的薄膜中增加电致发光材料，以达到发光的目的。夜光PVB膜在我国的应用较为广泛，但从2011年才开始起步，主要应用在装饰玻璃中，主要包括玻璃基层、黏胶层和荧光层，荧光层为荧光粉制成的薄膜，可达到黑暗中发光艳丽而持久的效果。综上，大多数国家均以LED作为研发发光复合玻璃的主要发光元件，LED因技术更成熟、发光更持久、可靠性更高等特点而受到青睐。从图5可以看出，汽车玻璃、建筑玻璃、装饰玻璃、玻璃幕墙和显示设备玻璃均以LED作为主要发光元件，其次是热塑性膜或化学发光物质，其他几种发光材料应用较少。其中，汽车玻璃领域涉及的专利申请量最多，该领域发光复合玻璃的应用主要在挡风玻璃和天窗上，而挡风玻璃应用的发光元件主要为LED，其又分为在玻璃边缘设置和在玻璃夹层中设置两种情况。

　　综上分析，可以很清晰地得出发光复合玻璃在技术手段上的技术分支，如图6所示。从图中分析得出，发光复合玻璃应用最广的领域是汽车玻璃领域，占据总研究领域的47%，而在汽车玻璃领域中，发光复合玻璃应用在挡风玻璃中较多，有36.9%的占有率，其次是应用在内侧玻璃中，有36.1%的占有率；在挡风玻璃中作为发光元件应用最广泛的是LED，占比46.3%，其次是热塑性膜，占比31.7%；发光元件为LED时，设置在玻璃边缘位置占比23.3%，设置在夹层位置占比76.7%。

　　3.2发光元件在各领域中的技术发展路线

　　从图7中可以看出，在汽车玻璃领域最早开始应用的发光元件是LED，该领域发光复合玻璃最早用作照明，在2006年可以进行图像显示。最早应用在建筑玻璃领域的发光元件是化学发光物质，之后热塑性膜、LED也逐渐应用在建筑领域的发光复合玻璃中。LED、热塑性膜和化学发光物质这三种主要的发光元件，其应用在复合玻璃中主要实现的是照明功能，随着技术的发展，可以实现图像显示功能。其中，化学发光物质目前仅应用在建筑玻璃领域、汽车玻璃领域、装置玻璃领域和玻璃幕墙领域中，而LED和热塑性膜除了应用在上述领域外，还能应用在显示设备玻璃中。

　　4结语

　　本文以发光复合玻璃相关专利为研究对象，讨论了该领域的专利申请情况，包括国内外专利申请量趋势、国内外主要专利申请人、主要技术分支等，同时对该领域的技术发展进行了梳理，得出了基于发光复合玻璃技术的发展脉络。

　　随着科技的进步，发光复合玻璃越来越多地被应用在各个领域中，并且有更多的发光元件被应用在复合玻璃中。未来，发光复合玻璃的应用将会更加广泛，也将成为复合玻璃技术领域发展中不可分割的一部分。

　　但发光复合玻璃仍存在一些问题：(1)复合玻璃虽然已经克服了玻璃的脆性，但其成本较高，而且复合玻璃在应用过程中，玻璃层之间的稳定性还有待增强；(2)复合玻璃在增加发光元件后，其整体的发光性能增加，但发光元件若为散热性元件，则在玻璃夹层中去除热量这一技术还有待提高；(3)目前发光复合玻璃在汽车领域和建筑领域应用较为突出，在汽车领域主要应用在照明和显示方面，但二者功能不能结合，这是目前技术发展需要解决的一个难题；(4)发光元件的应用目前以LED为主，在光致发光材料和电致发光材料的拓展方面还有很多不足，应在新发光材料的应用上多加探索。

　　综上所述，我国企业及研究机构应当积极采取措施，突破发光复合玻璃的发展瓶颈，重点研究复合玻璃和发光元件结合后的散热、耐用性、发光持久性和显示清晰性等问题，更好地促进发光复合玻璃技术的进步。

　参考文献：

　　[1]陈志君.从专利申请现状分析夹层玻璃技术的发展方向[J].科技创新与应用,2019(22):8-10.

　　[2]冯勇,卢浩典,贾涛,等.一种基于薄膜电致发光显示技术的高铁车辆玻璃夹层透明显示屏设计[J].铁道车辆,2021,59(2):61-95.

　　[3]汪亨.近中红外发光复合玻璃的制备与性能研究[D].广州:华南理工大学,2021.