CN112194366A - 一种用于光微通道阵列面板的黑色基体玻璃及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于光微通道阵列面板的黑色基体玻璃及其制备方法。本发明的黑色基体玻璃取0.10±0.01mm厚度薄片，在250～900nm的波长范围内的光谱透过率≤1％，可以将其制备成一定尺寸的型材，该型材与透明的芯层玻璃按照一定的比例组合，用于光微通道阵列面板产品的生产制造后，经过多次拉丝组合，达到所需的光通道尺寸，使得处于微米数量级的基体玻璃能够完全满足光隔绝作用，与透明的芯层匹配实现光通道。

Description

一种用于光微通道阵列面板的黑色基体玻璃及其制备方法
技术领域
本发明属于光学元件技术领域，具体涉及一种用于光微通道阵列面板的黑色基体玻璃及其制备方法。
背景技术
随着二元光学、MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统，简称MEMS)和指纹采集技术的发展，具有微孔阵列结构的光学元件得到了广泛的应用，如微孔光栅、光子筛、激光微孔谐振腔、硅微通道板、微通道板(Microchannel Plate，微通道板，简称MCP)和蜂窝结构的屏下指纹图像采集器等。微孔阵列结构在这些光学元件中的本质作用是提供相互隔离的光通道。现有技术中，一般通过激光打孔法、光刻蚀法、微通道板法和光辅助电化学刻蚀法等，在材料上形成通孔作为光线通道来实现该功能，存在制作工艺繁琐，加工效率低，成本高，一致性差，通道长径比小，通道易堵塞以及对使用环境洁净度要求高等缺点。
CN107285618A公开了一种实心光微通道阵列面板及其制备方法，该面板的主体为不透光的玻璃基体和分布在玻璃基体中的透光玻璃通道。
为了保证光微通道阵列面板每个光通道间的光绝缘性，要求基体玻璃具有良好的光隔离。然而，目前的黑色光吸收玻璃在1mm厚度下的可见光范围内均有较高的透过率，当厚度小于1mm时，随着厚度的减薄，光透过率还会进一步提高。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明提供了一种用于光微通道阵列面板的黑色基体玻璃。
本发明还提供了上述黑色基体玻璃的制备方法。
本发明的第一方面提供了一种用于光微通道阵列面板的黑色基体玻璃，当所述黑色基体玻璃的厚度取0.10±0.01mm厚度薄片，在250～900nm的波长范围内的光谱透过率≤1％。
根据本发明的黑色基体玻璃，至少具有如下技术效果：
本发明的黑色基体玻璃取0.10±0.01mm厚度薄片，在250～900nm的波长范围内的光谱透过率≤1％，可以将其制备成一定尺寸的型材，该型材与透明的芯层玻璃按照一定的比例组合，用于光微通道阵列面板产品的生产制造后，经过多次拉丝组合，达到所需的光通道尺寸，使得处于微米数量级的基体玻璃能够完全满足光隔绝作用，与透明的芯层匹配实现光通道。
根据本发明的一种实施方式，所述黑色基体玻璃在30～300℃范围内的膨胀系数为(70～80)×10-7/℃。
黑色基体玻璃在30～300℃范围内的膨胀系数为(70～80)×10-7/℃，满足了在制备光微通道阵列面板产品中，黑色基体玻璃的膨胀系数与透明芯体玻璃的膨胀系数一直的要求。
根据本发明的一种实施方式，所述黑色基体玻璃的软化温度为620～700℃。
根据本发明的一种实施方式，所述黑色基体玻璃的析晶下限温度≥850℃。
黑色基体玻璃的软化温度为620～700℃，析晶下限温度≥850℃，保证了在制备光微通道阵列面板产品时，在多次高温拉制细棒、复合棒和熔融粘合的过程中，黑色基体玻璃能够与透明芯体玻璃相匹配，并且玻璃的抗析晶能力强，化学稳定性好。
根据本发明的一种实施方式，所述黑色基体玻璃包括以下质量百分比计的组分：
B2O3：0.01～15％，SiO2：55～70％，Al2O3：0.01～7％，Na2O：4～10％，K2O：2～10％，CaO：1～6％，ZnO：1～6％。
根据本发明的一种实施方式，所述黑色基体玻璃还包括以下质量百分比计的组分：FeO：0.01～8％，CoO：0.01～5％，NiO：0.01～6％，MnO2：0.01～7％。
根据本发明的一种实施方式，所述黑色基体玻璃还包括质量百分比计的CeO20.01～2％。
本发明的第二方面提供了一种制备上述黑色基体玻璃的方法，包括以下步骤：
S1：将制备原料按配比加入达到预热温度的坩埚中，升温至澄清温度进行澄清处理，得到均匀一致的玻璃熔体；
S2：将步骤S1得到的玻璃熔体降温至成型温度，保温后成型，得到黑色基体玻璃型材；
S3：将步骤S2的黑色基体玻璃型材进行退火处理后，即得所述的黑色基体玻璃。
根据本发明的一种实施方式，步骤S1中，所述预热温度为1350～1380℃。
根据本发明的一种实施方式，步骤S1中，将制备原料按配比加入预热的坩埚后，升温至澄清温度的时间为30～40min。
根据本发明的一种实施方式，步骤S1中，所述澄清温度为1400～1450℃。
根据本发明的一种优选的实施方式，步骤S1中，所述澄清温度为1420℃。
根据本发明的一种实施方式，步骤S1中，所述澄清处理的时间为6～8h。
澄清处理的作用是保证玻璃高温反应均化并排除气泡。
根据本发明的一种实施方式，步骤S2中，所述成型温度为1350～1380℃。
根据本发明的一种实施方式，步骤S2中，玻璃熔体由澄清温度降温至成型温度的时间为2～3h。
根据本发明的一种实施方式，步骤S2中，所述黑色基体玻璃型材为玻璃棒料或玻璃管料。
根据本发明的一种实施方式，步骤S3中，所述退火处理的温度为580～620℃。
根据本发明的一种实施方式，步骤S3中，所述退火处理的时间为2～2.5h。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
本例提供了一种制备用于光微通道阵列面板的黑色基体玻璃的方法，包括以下步骤：
S1：将制备原料按配比加入达到预热温度的坩埚中，升温至澄清温度进行澄清处理，得到均匀一致的玻璃熔体；
S2：将步骤S1得到的玻璃熔体降温至成型温度，保温后成型，得到黑色基体玻璃型材；
S3：将步骤S2的黑色基体玻璃型材进行退火处理后，即得所述的黑色基体玻璃。
其中，步骤S1中：
坩埚的预热温度为1350～1380℃，将制备原料按配比加入预热的坩埚后，升温至澄清温度的时间为30～40min，澄清温度为1400～1450℃，澄清处理的时间为6～8h。
步骤S2中：
成型温度为1350～1380℃。玻璃熔体由澄清温度降温至成型温度的时间为2～3h。黑色基体玻璃型材为玻璃棒料或玻璃管料。退火处理的温度为580～620℃。退火处理的时间为2～2.5h。
实施例2
本例采用实施例1的制备方法，制备了三种黑色基体玻璃A～C，厚度为0.10±0.01mm薄片，在在250～900nm的波长范围内的光谱透过率≤1％，以质量百分比计的组分如表1所示。
表1黑色基体玻璃A～C的组分明细
Figure BDA0002660453550000041
与表1的组分相对应的实际原料配比如表2所示。
表2黑色基体玻璃A～C的原料明细(单位：g)
Figure BDA0002660453550000051
表2的制备原料中，硼酸引入氧化硼，氧化硼是玻璃网络生成体，能够减少玻璃的析晶倾向，减小玻璃的高温粘度，降低玻璃的熔制温度。
石英砂是玻璃形成体氧化物，能够增加玻璃的粘度，减少玻璃的析晶倾向。
氢氧化铝是引入氧化铝的原料，氧化铝是玻璃中间体氧化物，能够增加玻璃的粘度，减小玻璃的析晶倾向，增加玻璃的软化点。
碳酸钠、碳酸钾引入氧化钠和氧化钾，起到助熔作用，可以降低玻璃的熔制温度、粘度，调整玻璃的软化点。
碳酸钙原料引入氧化钙，主要是玻璃网络外体，可以填充玻璃的网络骨架空隙，降低玻璃的高温熔制温度，改善玻璃的析晶性能。
红铁粉、氧化钴、氧化镍和氧化锰、分别引入的是氧化铁、氧化钴、氧化镍和氧化锰，这四种氧化物均为着色氧化物，每种氧化物在250nm～900nm的波长范围内不同波段的吸收范围和吸收能力不同，最终将光谱吸收能力叠加形成了本发明所能达到的在250nm～900nm波长范围内光谱透过率≤1％的效果。
氧化铈的作用其澄清作用，在高温澄清过程中有助于排除玻璃中的气泡。
表1与表2的换算为通用计算方法。以硼酸为例，酸49.73g，硼酸中含有氧化硼的有效含量为56.3％，每个原料都对应一定有效含量的氧化物。最后将有效含量的氧化物求和。再计算各个氧化物在总和中的百分比，就是本配方中该氧化物的含量。
检测例
本例检测了实施例2制备的三种黑色基体玻璃A～C在250nm～900nm的光谱透过率、软化温度和析晶性能，结果如表3所示。
表3黑色基体玻璃A～C性能测试结果
Figure BDA0002660453550000061
从表3的检测结果可以看出，本发明的黑色基体玻璃，其在0.10±0.01mm厚度控制下，在250nm～900nm的光谱透过率≤1.0％，具有极好的光隔绝作用，适合用于光微通道阵列面板的制作。本发明的黑色基体玻璃，厚度处于微米数量级别时，仍然能够实现完全意义上的光隔绝，而同类的颜色收玻璃还不能够达到本发明的低透过率效果。
上面结合实施例对本发明作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种用于光微通道阵列面板的黑色基体玻璃，其特征在于，当所述黑色基体玻璃取0.10±0.01mm厚度薄片，在250～900nm的波长范围内的光谱透过率≤1％。
2.根据权利要求1所述的一种用于光微通道阵列面板的黑色基体玻璃，其特征在于，所述黑色基体玻璃在30～300℃范围内的膨胀系数为(70～80)×10-7/℃。
3.根据权利要求1所述的一种用于光微通道阵列面板的黑色基体玻璃，其特征在于，所述黑色基体玻璃的软化温度为620～700℃。
4.根据权利要求1所述的一种用于光微通道阵列面板的黑色基体玻璃，其特征在于，所述黑色基体玻璃的析晶下限温度≥850℃。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种用于光微通道阵列面板的黑色基体玻璃，其特征在于，所述黑色基体玻璃包括以下质量百分比计的组分：
B2O3：0.01～15％，SiO2：55～70％，Al2O3：0.01～7％，Na2O：4～10％，K2O：2～10％，CaO：1～6％，ZnO：1～6％。
6.根据权利要求5所述的一种用于光微通道阵列面板的黑色基体玻璃，其特征在于，所述黑色基体玻璃还包括以下质量百分比计的组分：FeO：0.01～8％，CoO：0.01～5％，NiO：0.01～6％，MnO2：0.01～7％。
7.根据权利要求6所述的一种用于光微通道阵列面板的黑色基体玻璃，其特征在于，所述黑色基体玻璃还包括质量百分比计的CeO20.01～2％。
8.一种制备如权利要求1至7任一项所述的黑色基体玻璃的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将制备原料按配比加入达到预热温度的坩埚中，升温至澄清温度进行澄清处理，得到均匀一致的玻璃熔体；
S2：将步骤S1得到的玻璃熔体降温至成型温度，保温后成型，得到黑色基体玻璃型材；
S3：将步骤S2的黑色基体玻璃型材进行退火处理后，即得所述的黑色基体玻璃。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述预热温度为1350～1380℃。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述澄清温度为1400～1450℃。
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