本發明涉及玻璃材料制造領域，特別涉及一種對比度增強型濾光玻璃及其制備方法、應用。

背景技術：

1、對比度增強型濾光玻璃只允許顯示設備中特定波長的光線透過，而過濾掉其他不相關的波長光線，從而使顯示設備達到較高的對比度。對比度增強型濾光玻璃的光學特性包括在需要透過的波段具有高的透過率，在需要截止的波段透過率極低，其可在全彩色顯示器上實現超清晰和真彩色。此外，全彩色顯示器也能夠更為自然地再現色彩。

2、光纖傳像元件包括光學纖維面板、光纖倒像器、光纖光錐等，光纖傳像元件的傳像機理是利用光學纖維的全反射原理實現的，構成光纖傳像元件的光學纖維是由低折射率的皮層玻璃管、高折射率的芯料玻璃棒和光吸收料玻璃絲利用棒管結合和真空拉制工藝經熱熔壓制備而成的，由于光學纖維完全由皮料玻璃緊密地熔合在一起，各相鄰之間的光學纖維靠的近，導致相鄰光學纖維間會出現串光，比如由于制備過程中溫度場或者拉制受力不均勻可能導致的皮層玻璃管壁厚不均勻等問題，會導致輸入光線會在全反射過程中穿透皮層發生了光滲透現象造成漏光，或者光纖纖維的玻璃或皮料玻璃接觸界面因為存在缺陷或污染物而破壞了光的全反射條件，使光線在此發生了散射，這些散射光進入到相鄰光學纖維中也會造成串光，而串光是直接影響光纖傳像元件的對比度和清晰度等成像質量的重要因素。

3、為了解決光纖傳像元件中光學纖維間的串光、漏光等難題，通常采用在相鄰的光學纖維的空隙處填充光吸收料玻璃絲的方式來吸收雜散光以降低串光，采用插光吸收料玻璃絲的方法能有效實現消除雜光，將光吸收料玻璃拉制成吸收絲，在排列好的光學纖維的間隙中插入光吸收料玻璃絲，從而起到吸收串光、漏光等作用，但是不能完全實現光絕緣，其中關鍵就是光吸收玻璃的透過率問題。光吸收料玻璃的作用是將穿透光學纖維皮層的雜散光吸收掉以實現光絕緣，以提高圖像的對比度。光吸收玻璃是一類重要的光學玻璃，主要實現對干擾雜光的吸收效果，提升光學元件的清晰度、對比度等性能。但隨著應用領域的擴展，近年來對超薄輕量化、高清晰度、高對比度光纖傳像元件的要求越來越高，因此也要求光吸收玻璃的光吸收效果更好，對雜散光的吸收更徹底，而且要覆蓋紫外、可見到近紅外的波段，實現在需要截止的波段透過率極低的要求。

4、由于光纖傳像元件中光吸收料玻璃與低折射率的皮層玻璃在組分上的固有濃度差，使其在熱加工過程中不可避免地存在著不同程度的離子擴散及相互滲透，并且由于光纖傳像元件中的光纖倒像器還增加了一次熱扭轉加工過程，因此其玻璃材料和皮層料接觸界面上兩種組份的離子擴散及相互滲透程度較光纖面板更為嚴重，致使光纖倒像器在透過率和對比度等傳遞特性上均有一定程度的下降。

5、普通的光吸收料玻璃在0.5mm厚度下對可見光范圍仍然具有較高的透過率，隨著厚度減薄，透過率會逐漸增加，而傳統的光纖傳像元件的光吸收料普遍存在雜散光吸收效率低、成像對比度差等問題，這是由于光吸收料中大多以fe2o3作為光吸收著色劑，盡管fe3+離子具有很好的吸光性能，但是其主要集中在紅外區域，在可見光區域范圍內其吸光性能較差，而且使用fe3+離子作為光吸收劑時，fe3+離子在玻璃中很難保持氧化狀態，特別是對于光學纖維絲徑小于6μm的光學纖維絲，三氧化二鐵的著色會在高溫拉絲過程中不穩定甚至褪色，更嚴重的是著色離子會擴散到光學纖維的皮料玻璃中而使得光學纖維全反射機理減弱或消失，會使光電陰極材料“中毒”，對提高光纖傳像元件的傳像質量的具有嚴重影響，還需要采用還原氣氛才能得到很好的光吸收效果，而且由于fe3+離子是變價元素離子，在高溫狀態下很容易發生離子價態的變化，從而直接影響光吸收效果，特別是應用于光纖傳像元件中的光吸收料玻璃，無法滿足高清晰、高對比度光纖傳像元件的應用需求。

技術實現思路

1、本發明針對上述現有技術問題，提供了一種具有良好光吸收性能的對比度增強型濾光玻璃。

2、為了實現上述目的，本發明采取的技術方案是：

3、一種用于對比度增強型濾光玻璃的組合物，包括以下摩爾百分含量的組分：sio264-78％，b2o3?3-16％，al2o3?0-5％，li2o?0-1％，na2o?0-6％，k2o?0-12％，mgo?0-1.5％，cao?0-2.5％，bao?0-1％，sro?0-1％，zno?0-1％，tio2?0-1％，zro20-1％，ceo2?0-1％，fe2o30-6％，nio?0.1-1％，v2o5?0-1％，co2o3?0-2％，moo30-0.2％，mno2?0.1-2.5％，cr2o3?0.1-2％，nd2o3?0-1％，cuo?0.1-2％，f2?0-1％。

4、本發明還提供了一種優選的技術方案，一種對比度增強型濾光玻璃的組合物，優選包括以下摩爾百分含量的組分：sio2?68-76％，b2o3?3-10％，al2o3?3-5％，li2o?0-1％，na2o?2-6％，k2o?3-9％，mgo?0.2-1.0％，cao?1-2.5％，bao?0-0.1％，sro?0-0.2％，zno?0-0.1％，tio2?0-0.3％，zro2?0-0.3％，ceo2?0-0.1％，fe2o3?0.1-6％，nio?0.3-1％，v2o5?0-1％，co2o3?0.1-1.5％，moo3?0-0.2％，mno2?0.1-2.0％，cr2o30.1-1％，nd2o3?0-0.5％，cuo0.1-1％，f2?0.1-1％。

5、本發明還提供了一種更優選的技術方案，一種對比度增強型濾光玻璃的組合物，包括以下摩爾百分含量的組分：sio2?73％，b2o3?4％，al2o3?4.8％，na2o5.2％，k2o?7％，mgo0.5％，cao?1.5％，sro?0.1％，fe2o3?0.4％，nio?0.4％，co2o31.0％，mno2?0.3％，cr2o30.5％，cuo?0.8％，f2?0.5％。

6、本發明又提供使用所述的組合物制備對比度增強型濾光玻璃的制備方法，包括以下步驟：

7、(1)原料配備：將原料按比例混合均勻，得到原料混合物；

8、(2)玻璃熔融：將原料混合物加入坩堝中，在第一預設溫度下熔融，待原料混合物熔融后經過攪拌，直至形成澄清均化的玻璃液，然后在第二預設溫度出料，在模具中澆鑄成需要的玻璃，待玻璃冷卻凝固后進行退火處理，即得到對比度增強型濾光玻璃。

9、所述第一預設溫度為1420-1520℃，所述熔融時間為5-8小時，所述第二預設溫度為1360-1380℃。

10、所述攪拌的次數為2-3次，每次攪拌的轉速為50-80rpm，攪拌時間為1-2小時。

11、所述退火溫度為550-600℃，退火時間為24-36小時。

12、本發明又提供一種對比度增強型濾光玻璃，按照所述的方法制備得到。

13、本發明所述的對比度增強型濾光玻璃，適合用來制備光纖傳像元件時用作玻璃纖維的光吸收玻璃材料。光纖傳像元件包括光纖面板、光纖倒像器、光纖光錐、光纖傳像束等。所述對比度增強型濾光玻璃，在0.30±0.01mm厚度下，在380-760nm波長范圍內的光譜透過率≤2.5％；在30-300℃的熱膨脹系數為(80±5)×10－7/℃；在850℃保溫6小時不產生析晶。

14、本發明再提供一種對比度增強型濾光玻璃在光纖傳像元件上作為光吸收料玻璃的應用。

15、本發明的對比度增強型濾光玻璃中，sio2是玻璃形成骨架的主體，是玻璃骨架中起主要作用的成分，同時是提高耐化學穩定性的成分。sio2的摩爾百分比(mol.％)為64-78，優選為68-76。sio2含量低于64.0mol.％，不易獲得與皮料玻璃相似的熱膨脹系數，同時會降低玻璃的耐化學穩定性；sio2含量高于78.0mol.％時，玻璃的高溫黏度會增加，造成玻璃熔制溫度過高。

16、b2o3為玻璃形成氧化物，也是構成玻璃骨架的成分，同時又是一種降低玻璃熔制黏度的助熔劑。硼氧三角體[bo3]和硼氧四面體[bo4]為結構組元，在不同條件下硼可能以三角體[bo3]或硼氧四面體[bo4]存在，在高溫熔制條件時，一般難于形成硼氧四面體，而只能以三面體的方式存在，但在低溫時，在一定條件下b3+有奪取游離氧形成四面體的趨勢，使結構緊密而提高玻璃的低溫黏度，但由于其有高溫降低玻璃黏度和低溫提高玻璃黏度的特性，也是降低玻璃折射率的主要成分，由此決定了其含量范圍較小。b2o3的摩爾百分比(mol.％)為3-16，優選為3-10。b2o3的含量低于3mol.％，無法起到助溶的作用，同時會降低玻璃的化學穩定性，b2o3的含量大于16.0mol.％，會使玻璃的分相傾向增加。

17、al2o3屬于玻璃的中間體氧化物，al3+有兩種配位狀態，即位于四面體或八面體中，當玻璃中氧足夠多時，形成鋁氧四面體[alo4]，與硅氧四面體形成連續的網絡，當玻璃中氧不足時，形成鋁氧八面體[alo6]，為網絡外體而處于硅氧結構網絡的空穴中，所以在一定含量范圍內可以和sio2是玻璃網絡形成的主體。al2o3的摩爾百分比(mol.％)為0-5，優選為3-5。al2o3含量大于5.0mol.％會顯著增加玻璃高溫黏度，使玻璃的熔制溫度升高，同時玻璃的析晶性能會下降。

18、li2o是玻璃結構網絡外體氧化物，主要起降低玻璃熔制黏度的作用，li2o的摩爾百分比(mol.％)為0-1，li2o的含量大于1mol.％時會增加玻璃的熱膨脹系數。

19、na2o是玻璃結構網絡外體氧化物，na2o的摩爾百分比(mol.％)為0-6，優選為2-6。na2o的含量大于6mol.％時會增加玻璃的熱膨脹系數，增大玻璃的析晶傾向。

20、k2o是玻璃結構網絡外體氧化物，k2o的摩爾百分比(mol.％)為0-12，優選為3-9。k2o的含量大于12mol.％時會增加玻璃的熱膨脹系數，增大玻璃的析晶傾向。

21、mgo是玻璃結構網絡外體氧化物，是用來調節玻璃析晶溫度的，mgo的摩爾百分比(mol.％)為0-1.5，優選為0.2-1。mgo的含量大于1.5mol.％時會增加玻璃的熱膨脹系數和析晶傾向。

22、cao是玻璃結構網絡外體氧化物，cao的摩爾百分比(mol.％)為0-2.5，優選為1-2.5。cao的含量大于2.5mol.％，會降低玻璃耐化學穩定性。

23、bao是玻璃結構網絡外體氧化物，是用來調節玻璃析晶溫度的，bao的摩爾百分比(mol.％)為0-1，優選為0-0.1。bao的含量大于1mol.％，會降低玻璃耐化學穩定性。

24、sro是玻璃結構網絡外體氧化物，是用來調節玻璃析晶溫度的，sro的摩爾百分比(mol.％)為0-1，優選為0-0.2。sro的含量大于1mol.％，會降低玻璃耐化學穩定性。

25、zno是用來調節玻璃析晶溫度的，zno的摩爾百分比(mol.％)為0-1，優選為0-0.1。zno的含量大于1mol.％，會降低玻璃耐化學穩定性。

26、tio2是用來調節玻璃耐化學穩定性和析晶性的，tio2的摩爾百分比(mol.％)為0-1，優選為0-0.3。tio2的含量大于1.0mol.％，會降低玻璃的耐化性，增加析晶傾向。

27、zro2是用來調節玻璃析晶溫度的，適當的zro2有利于在玻璃熔制過程中玻璃液的澄清和條紋的消除。zro2的摩爾百分比(wt.％)為0-1，優選為0-0.3。zro2的含量大于1mol.％，會增加玻璃的熔制成型溫度。

28、ceo2是一種稀土氧化物，主要調節玻璃的析晶性能和起到玻璃澄清劑的作用，ceo2的摩爾百分比(mol.％)為0-1，優選為0-0.1，ceo2的含量大于1mol.％時，會增大玻璃的析晶傾向。

29、fe2o3是濾光玻璃的光吸收著色劑，fe2o3的摩爾百分比(mol.％)為0-6，優選為0.1-6。fe3+離子具有很好的光吸收和濾光性能，且吸光范圍主要集中在可見光至紅外區域，fe2o3的含量大于6mol.％時，會降低玻璃耐化學穩定性，增大玻璃的析晶傾向。

30、nio是濾光玻璃的光吸收著色劑，nio的摩爾百分比(mol.％)為0.1-1，優選為0.3-1。ni2+在可見光區域具有較好的吸收效果，nio的含量大于1mol.％，會降低玻璃耐化學穩定性，增大玻璃的析晶傾向。

31、v2o5是濾光玻璃的光吸收著色劑，v2o5的摩爾百分比(mol.％)為0-1，v2o5能起到固化著色的作用，從而使光吸收著色和濾光性能更穩定。v2o5的含量大于1mol.％時，會降低玻璃耐化學穩定性，增大玻璃的析晶傾向。

32、co2o3是濾光玻璃的光吸收著色劑，co2o3的摩爾百分比(mol.％)為0-2，優選為0.1-1.5。co2o3能與其他著色離子結合起來，在玻璃中形成穩定的形態，從而使光吸收著色和濾光性能更穩定。co2o3的含量大于2mol.％時，會降低玻璃耐化學穩定性，增大玻璃的析晶傾向。

33、moo3是一種過渡金屬氧化物，也是濾光玻璃的光吸收著色劑，moo3的摩爾百分比(mol.％)為0-0.2，moo3能與鐵離子、鈷離子等相結合，在玻璃中形成穩定的著色，利用復合吸收作用，可以保證吸收可見光波長范圍的雜散光，獲得較好的光吸收效果，使光吸收曲線在可見光區域不出現明顯的透過峰，但moo3的含量大于0.2mol.％時，會降低玻璃耐化學穩定性，增大玻璃的析晶傾向。

34、mno2是濾光玻璃的光吸收著色劑，且mn4+在可見光波長范圍具有穩定的光吸收和濾光性能，能在玻璃中形成穩定的著色，mno2的摩爾百分比(mol.％)為0.1-2.5，優選為0.1-2。mno2的含量大于2.5mol.％時，會降低玻璃耐化學穩定性，增大玻璃的析晶傾向。

35、cr2o3是濾光玻璃的光吸收著色劑，cr2o3的摩爾百分比(mol.％)為0.1-2，優選為0.1-1。cr2o3的含量大于2mol.％，會降低玻璃的耐化性，增加析晶傾向。

36、nd2o3是濾光玻璃的光吸收著色劑，稀土離子nd3+在玻璃中的光譜特性、光吸收能力以及濾光性能十分穩定，而且nd3+在548nm、568nm、588nm處均有較強的吸收峰，少量的nd3+在玻璃中能起到復合吸收的效果。nd2o3的摩爾百分比(mol.％)為0-1，優選為0-0.5。nd2o3的含量大于1mol.％時，會降低玻璃耐化學穩定性，增大玻璃的析晶傾向。

37、cuo是濾光玻璃的光吸收著色劑，能與ni2+、co3+、mn2+等相結合，在玻璃中形成穩定的著色，利用復合吸收作用，可以保證吸收可見光波長范圍的雜散光，獲得較好的光吸收和濾光效果，使光吸收曲線在可見光區域不出現明顯的透過峰，cuo的摩爾百分比(mol.％)為0.1-2，優選0.1-1。但cuo的含量大于2mol.％，會增大玻璃的析晶傾向。

38、f2是用來調節玻璃的熔制溫度和析晶溫度的，f2的摩爾百分比為0-1mol.％，優選為0.1-1。f2的含量大于1mol.％時，會降低玻璃耐化學穩定性。

39、與現有技術相比，本發明的對比度增強型濾光玻璃，具有以下有益效果：

40、(1)本發明的對比度增強型濾光玻璃的制備方法簡單，成本低，可以有效提升玻璃的濾光性能；

41、(2)本發明具有良好的光吸收和濾光性能，在0.3±0.01mm厚度下在380-760nm波長范圍內光譜透過率≤2.5％，具有強烈均勻的光吸收能力和濾光效果；

42、(3)本發明具有與光纖傳像元件中皮層玻璃相似的熱膨脹系數和粘度特性，熱學性能滿足光纖傳像元件制備工藝要求，在30-300℃的熱膨脹系數為(80±5)×10－7/℃；

43、(4)本發明制備的對比度增強型濾光玻璃熔融后具有玻璃內部無結石、無氣泡等優點，在850℃保溫6小時不產生析晶，抗析晶性能良好，耐化學穩定性好；

44、(5)本發明的對比度增強型濾光玻璃應用在光纖傳像元件上，作為光吸收料玻璃，能夠有效提升光纖傳像元件的成像對比度和清晰度。

45、本發明的對比度增強型濾光玻璃具有在380nm-760nm波長范圍內濾光性能優良，透過率極低的優點。本發明是在現有光吸收料玻璃的基礎上，通過改進著色劑組成配比以提高光吸收料玻璃的光吸收效果和濾光性能，降低光吸收料玻璃與皮層玻璃兩種組份間的離子擴散及相互滲透，優化制備技術，采用本發明的對比度增強型濾光玻璃作為光吸收料玻璃，應用在光纖傳像元件中，能夠有效提升光纖傳像元件的成像對比度和清晰度，尤其是用于制備光纖倒像器，所制備的光纖倒像器具有高分辨率、高對比度、高透過率、高均勻性的優點，進一步提高產品性能。

46、上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例詳細說明如后。