[发明专利]一种梯度折射率玻璃片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于玻璃制备技术，具体涉及一种具有较大折射率梯度的玻璃片及其制备方法。

背景技术

玻璃具有物化性能稳定(耐热和抗湿性强)、透明度高、制备工艺简单等优点，是一种非常理想的光学材料。但对于光电器件(如光伏组件、LED器件等)封装而言，由于全反射作用，采用单一折射率玻璃(均质材料，材料内部各处的折射率为常数)难以满足封装要求。研究发现，采用梯度折射率玻璃(非均质材料，其组分和结构在材料内部按一定规律连续变化，从而使折射率相应地呈连续变化)有助于提高出光效率。

目前常用的梯度折射率玻璃制备技术主要包括：1)离子交换法。在玻璃软化点以下的熔盐中，玻璃中的金属离子与熔盐中的金属离子进行扩散交换，逐步形成所交换离子的浓度梯度，从而形成折射率梯度。该法的缺点是扩散深度小，只能在玻璃表面形成折射率差较小(Δn≤0.1)的梯度结构，且不能制备大尺寸的梯度材料，因此其应用仅限于微型光学系统；2)化学气相沉积法。将具有不同折射率的材料逐层沉积，得到折射率呈阶梯型分布的材料，该法成本极高，也难于制作大尺寸梯度材料；3)采用具有不同折射率的多层玻璃进行叠加，玻璃层间的相邻面上设置有限光结构，玻璃层间通过具有相同折射率的粘结层进行填充和粘结，从而形成具有渐变折射率的大尺寸玻璃结构。但由于金字塔型的限光结构需采用激光开槽工艺制作，成本高，难以得到广泛应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术不足，提出一种折射率差值较大(Δn≥0.1)的梯度折射率玻璃片及其制备方法。

本发明提供的一种梯度折射率玻璃片，其特征在于，它由玻璃基片及其表面的多层玻璃膜组成，其中最内层玻璃膜材料的折射率等于或大于玻璃基片材料的折射率，然后由内向外，玻璃膜层材料的折射率逐层增加。

本发明提供的一种梯度折射率玻璃片制备方法，包括以下步骤：

第1步采用丝网印刷工艺在洁净玻璃基片表面涂覆含高折射率纳米颗粒、厚度均匀的玻璃浆料；

第2步依次增加玻璃浆料中高折射率纳米颗粒掺量，并逐层涂覆形成多层的玻璃浆料层；

第3步将表面涂覆有多层玻璃浆料层的玻璃基片进行烧结，使玻璃浆料玻璃化，形成透明的多层玻璃膜，得到具有梯度折射率的玻璃片。

与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：1)通过掺加具有高折射率的纳米颗粒来调节玻璃膜层的折射率，具有折射率调控范围大(Δn≥0.1)，成本低等优点；2)采用多次丝网印刷与控温烧结技术，制备出具有梯度折射率的多层结构玻璃片，工艺简单，适宜于规模化生产。该荧光玻璃片用途广泛，如应用于光伏组件封装，可提高光伏器件的吸光效率和光电转换效率；用于大功率LED封装，可提高LED灯具的发光效率。

附图说明

图1为本发明具有梯度折射率的玻璃片示意图，图中，1为玻璃基片，2为高折射率纳米颗粒，3为玻璃膜(多层)。

图2为本发明具有梯度折射率的玻璃片制备流程图，图中，1为玻璃基片，2为纳米TiO₂颗粒，3为玻璃浆料(层)，4为丝网印刷板，5为刮板，6为烧结后得到的玻璃膜。

具体实施方式

本发明通过多次丝网印刷形成多层玻璃浆料，低温烧结后制备出具有梯度折射率的玻璃片。由于采用了低温玻璃粉与控温烧结工艺，降低了玻璃片内的热应力，提高了其使用性能。

本发明提供的一种具有梯度折射率的玻璃片，具体由玻璃基片及其表面的多层玻璃膜组成，如图1所示。其中，玻璃膜单层厚度为20微米至200微米，各层厚度可以相等或不等；玻璃膜层数可以根据需要确定，通常为2-4层。玻璃膜材料的折射率取决于具有高折射率的纳米颗粒掺量，其中，最内层玻璃膜材料的折射率等于或大于玻璃基片折射率，然后由内向外，玻璃膜层材料的折射率逐层增加。玻璃膜的层间折射率差值优选为0.1至0.3。

由于复合材料的折射率值具有加成特性，因此在制备玻璃膜层，其材料折射率n₀可通过如下公式计算：

n₀＝n₁(1-X)+n₂X

其中，n₁为玻璃粉材料的折射率，n₂为高折射率纳米颗粒材料的折射率，X为高折射率纳米颗粒材料的掺量。

梯度折射率玻璃片制备过程包括以下步骤：

1)对玻璃基片表面进行清洗；

2)配制玻璃浆料，玻璃浆料组分包括低温玻璃粉、高折射率纳米颗粒、粘合剂、分散剂等。其中：