[發明專利]一種梯度折射率玻璃片及其制備方法

有效

• 申請號: 201310253547.8
• 申請日: 2013-06-24
• 公開（公告）號: CN103332868A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 陳明祥
• 申請（專利權）人: 武漢利之達科技有限公司
• 主分類號: C03C17/04
• 分類號: C03C17/04
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發明屬于玻璃制備技術，具體涉及一種具有較大折射率梯度的玻璃片及其制備方法。

背景技術

玻璃具有物化性能穩定(耐熱和抗濕性強)、透明度高、制備工藝簡單等優點，是一種非常理想的光學材料。但對于光電器件(如光伏組件、LED器件等)封裝而言，由于全反射作用，采用單一折射率玻璃(均質材料，材料內部各處的折射率為常數)難以滿足封裝要求。研究發現，采用梯度折射率玻璃(非均質材料，其組分和結構在材料內部按一定規律連續變化，從而使折射率相應地呈連續變化)有助于提高出光效率。

目前常用的梯度折射率玻璃制備技術主要包括：1)離子交換法。在玻璃軟化點以下的熔鹽中，玻璃中的金屬離子與熔鹽中的金屬離子進行擴散交換，逐步形成所交換離子的濃度梯度，從而形成折射率梯度。該法的缺點是擴散深度小，只能在玻璃表面形成折射率差較小(Δn≤0.1)的梯度結構，且不能制備大尺寸的梯度材料，因此其應用僅限于微型光學系統；2)化學氣相沉積法。將具有不同折射率的材料逐層沉積，得到折射率呈階梯型分布的材料，該法成本極高，也難于制作大尺寸梯度材料；3)采用具有不同折射率的多層玻璃進行疊加，玻璃層間的相鄰面上設置有限光結構，玻璃層間通過具有相同折射率的粘結層進行填充和粘結，從而形成具有漸變折射率的大尺寸玻璃結構。但由于金字塔型的限光結構需采用激光開槽工藝制作，成本高，難以得到廣泛應用。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術不足，提出一種折射率差值較大(Δn≥0.1)的梯度折射率玻璃片及其制備方法。

本發明提供的一種梯度折射率玻璃片，其特征在于，它由玻璃基片及其表面的多層玻璃膜組成，其中最內層玻璃膜材料的折射率等于或大于玻璃基片材料的折射率，然后由內向外，玻璃膜層材料的折射率逐層增加。

本發明提供的一種梯度折射率玻璃片制備方法，包括以下步驟：

第1步采用絲網印刷工藝在潔凈玻璃基片表面涂覆含高折射率納米顆粒、厚度均勻的玻璃漿料；

第2步依次增加玻璃漿料中高折射率納米顆粒摻量，并逐層涂覆形成多層的玻璃漿料層；

第3步將表面涂覆有多層玻璃漿料層的玻璃基片進行燒結，使玻璃漿料玻璃化，形成透明的多層玻璃膜，得到具有梯度折射率的玻璃片。

與現有技術相比，本發明具有以下顯著優點：1)通過摻加具有高折射率的納米顆粒來調節玻璃膜層的折射率，具有折射率調控范圍大(Δn≥0.1)，成本低等優點；2)采用多次絲網印刷與控溫燒結技術，制備出具有梯度折射率的多層結構玻璃片，工藝簡單，適宜于規模化生產。該熒光玻璃片用途廣泛，如應用于光伏組件封裝，可提高光伏器件的吸光效率和光電轉換效率；用于大功率LED封裝，可提高LED燈具的發光效率。

附圖說明

圖1為本發明具有梯度折射率的玻璃片示意圖，圖中，1為玻璃基片，2為高折射率納米顆粒，3為玻璃膜(多層)。

圖2為本發明具有梯度折射率的玻璃片制備流程圖，圖中，1為玻璃基片，2為納米TiO₂顆粒，3為玻璃漿料(層)，4為絲網印刷板，5為刮板，6為燒結后得到的玻璃膜。

具體實施方式

本發明通過多次絲網印刷形成多層玻璃漿料，低溫燒結后制備出具有梯度折射率的玻璃片。由于采用了低溫玻璃粉與控溫燒結工藝，降低了玻璃片內的熱應力，提高了其使用性能。

本發明提供的一種具有梯度折射率的玻璃片，具體由玻璃基片及其表面的多層玻璃膜組成，如圖1所示。其中，玻璃膜單層厚度為20微米至200微米，各層厚度可以相等或不等；玻璃膜層數可以根據需要確定，通常為2-4層。玻璃膜材料的折射率取決于具有高折射率的納米顆粒摻量，其中，最內層玻璃膜材料的折射率等于或大于玻璃基片折射率，然后由內向外，玻璃膜層材料的折射率逐層增加。玻璃膜的層間折射率差值優選為0.1至0.3。

由于復合材料的折射率值具有加成特性，因此在制備玻璃膜層，其材料折射率n₀可通過如下公式計算：

n₀＝n₁(1-X)+n₂X

其中，n₁為玻璃粉材料的折射率，n₂為高折射率納米顆粒材料的折射率，X為高折射率納米顆粒材料的摻量。

梯度折射率玻璃片制備過程包括以下步驟：

1)對玻璃基片表面進行清洗；

2)配制玻璃漿料，玻璃漿料組分包括低溫玻璃粉、高折射率納米顆粒、粘合劑、分散劑等。其中：