CN102138100A - 将液体密封于玻璃封装中的方法及所得到的玻璃封装 - Google Patents

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Abstract

一种将液体密封于玻璃封装中的方法，所述玻璃封装如下文所述，可以是，例如，一种染料太阳能电池，一种电湿润显示器或一种有机发光二极管(OLED)显示器。

Description

将液体密封于玻璃封装中的方法及所得到的玻璃封装
优先权主张
本申请要求于2008年7月28日提交的名为“将液体密封于玻璃封装中的方法及所得到的玻璃封装”的美国专利申请号61/084,007的优先权。
技术领域
本发明涉及一种将液体密封于玻璃封装中的方法及所得到的玻璃封装。所述密封的玻璃封装的例子包括染料太阳能电池、电湿润显示器和有机发光二极管(OLED)显示器。
背景技术
过去几年里对于可替代能源的研究和利用的动力有所增长，这其中至少有部分原因是由于中东的当前局势不稳定和石油价格的上涨。其中一种获得研发人员关注的可替代能源就是利用太阳能，将太阳光子转换成电能。目前，最广泛采用的实现上述转换的方法是利用硅基光电池(photovoltaics).迈克尔·格兰佐(Michael
Figure BPA00001328455000011
)发明了一种相对较新颖的方法，他利用染料激活的中型氧化物颗粒研制出了基于染料太阳能电池技术的一种新型的太阳能电池。今天，该染料太阳能电池一般是通过进行一系列步骤后最终将液体电解液通过玻璃板上的一个或多个小孔注入两块电极玻璃板间空隙后密封该小孔而制得。尽管此种密封液体电解液的方法仍然有效，但人们希望能够找到一种更为低廉的制造该染料太阳能电池的方法。实际上，人们希望能够找到一种更为低廉地制备许多不同类型的内含液体的玻璃封装，例如，电湿润显示器和OLED显示器的方法。本发明的密封玻璃封装的方法和所得到的玻璃封装能够满足上述需求和其他相关需求。
发明内容
在一个方面，本发明涉及一种密封玻璃封装的方法，包括：(a)提供第一玻璃板；(b)提供第二玻璃板；(c)将玻璃料沉积在第一玻璃板上，所述玻璃料在第一玻璃板上形成闭合环；(d)将液体沉积到由玻璃料内侧和第一玻璃板表面所限定的空间内，所述液体至少与玻璃料内侧直接接触；(e)将第二玻璃板置于第一玻璃板上的玻璃料上方，使液体留在由玻璃料内侧和第一玻璃板表面所限定的空间内；和(f)用密封设备加热玻璃料，使其熔化并形成连接第一玻璃板和第二玻璃板的密封，并在第一玻璃板和第二玻璃板间容纳液体。
在另一方面，本发明涉及一种具有第一玻璃板和第二玻璃板的玻璃封装，所述第一玻璃板和第二玻璃板彼此由能够在第一玻璃板和第二玻璃板间形成密封并使第一玻璃板和第二玻璃板间容纳一定液体的玻璃料相连，所述玻璃料是一种玻璃，其掺杂有至少一种过渡金属和预设量的热膨胀率(CTE)降低型填料，所述CTE降低型填料能使液体在玻璃料熔化形成连接第一玻璃板和第二玻璃板的密封时渗透到玻璃料内并经由玻璃料和第二玻璃板的界面蒸发出去。
在另一个方面，本发明涉及一种密封装置，其向包含彼此通过玻璃料相连的第一玻璃板和第二玻璃板的玻璃封装发射光线，所述第一玻璃板和第二玻璃板间有一由玻璃料所限定的空隙，内含液体，所述光线加热玻璃料的方式是沿密封线维持玻璃料温度基本恒定直到玻璃料熔化和形成连接第一玻璃板和第二玻璃板同时容纳第一玻璃板和第二玻璃板间液体的密封。
在以下发明详述、附图和任一权利要求中部分地提出了本发明的另外一些方面，它们部分源自发明详述，或可以通过实施本发明来理解。应理解，前面的一般性描述和以下的发明详述都只是示例和说明性的，不构成对所揭示的本发明的限制。
附图简要说明
参照以下结合附图的详细描述，可以更完整地理解本发明，附图中：
图1A和1B分别为本发明密封玻璃封装的顶视图和截面图；
图2是本发明密封玻璃封装的制造方法的步骤的流程图；
图3是用于帮助解释如何根据本发明制备染料太阳能电池(一种密封玻璃封装)的方法的图表；
图4A-4G是根据本发明密封的实验玻璃封装的图片和照片；和
图5A-5G是用于帮助描述可用于密封(密封封接)本发明玻璃封装的不同密封技术的图表。
具体实施方式
如图1-5所示，公开了一种密封的玻璃封装100和一种根据本发明密封玻璃封装100的方法200。就包括两块玻璃板102和112(其中容纳液体104)以及可能的一个或多个组件106的玻璃封装100的密封而言，所述密封方法200如下所述。例如，玻璃封装100可以是染料太阳能电池100或电湿润显示器100。此外，液体104不会降解OLED106时，密封方法200可用于密封包含液体104的OLED显示器100，此时液体104的存在能够填充基板间的空隙，从而支撑玻璃并且减少难以解决的牛顿环，还避免了与大尺寸非液体填充型OLED显示器中常会出现的难以解决的下陷和接触问题。因此，本发明不应被解释为仅限于任何特定种类的液体填充型密封玻璃封装。
如图1A和1B所示，由其顶视图和截面图可见本发明的密封玻璃封装100的基本组成。所述密封玻璃封装100包括第一玻璃板102，液体104，一个或多个组件-电极106和108(任选)，玻璃料110和第二玻璃板112。所述密封玻璃封装100具有由玻璃料110形成的密封114(如，密封封接114)，内含有液体104并保护位于第一玻璃板102和第二玻璃板112间的一个或多个组件106(如果有)。电极108(如果有)与组件106相连，并且穿透密封114以便与外部装置相连(未显示)。密封114通常位于玻璃封装100周边，使得液体104、组件106(如果有)和至少一部分电极108(如果有)位于密封114的周界内。如何通过熔化玻璃料110来形成密封114，以及辅助组件，如用于加热和熔化玻璃料110形成密封114的密封装置116(如，激光器116或红外灯116)由下图2-5作更为详尽的描述。
如图2所示，以流程图说明本发明的制备密封玻璃封装100的方法200的步骤。由步骤202和204开始，提供第一玻璃板102和第二玻璃板112以便制备密封玻璃封装100。在一个实施方式中，所述第一和第二玻璃板102和112是透明玻璃板，例如钠钙玻璃板或由康宁公司生产和销售的品牌名为密码1737玻璃(Code 1737 glass)或鹰牌2000TM玻璃(Eagle 2000TM glass)的玻璃板。或者，所述第一和第二玻璃板102和112可以是透明玻璃板，例如由朝日玻璃公司(Asahi Glass Co.)(如，OA10玻璃和OA21玻璃)、日高电气玻璃公司(Nippon Electric Glass Co.)、NHTechno公司和三星康宁精细玻璃公司(Samsung Corning Precision Glass Co.)生产和销售的透明玻璃板。如果需要，玻璃板102和112可以有一个或者全部是不透明的。此外，玻璃板102和112的热膨胀系数(CTE)可以在范围32-90x10-7/℃，从而在显示器应用中可以采用较贵的低CTE玻璃而在太阳能电池应用中采用较便宜的高CTE玻璃。
步骤206中，沿第一玻璃板102的边缘沉积玻璃料110，使玻璃料110在第一玻璃板102表面形成一个闭合环。例如，玻璃料106可以放置在距第一玻璃板102游离边约1mm的地方。在一个实施方式中，玻璃料110是一种低温玻璃料，含有一种或多种选自铁、铜、钒和钕的吸收性离子(如过渡金属)。所述玻璃料110也可以掺杂有能够降低玻璃料110的热膨胀系数(CTE)使它与玻璃板102和112的CTE匹配或基本匹配的填料(如，逆转填料或添加性填料)。然而，玻璃料110的CTE无须与玻璃板102和112的CTE匹配，因为我们进行了实验，可以采用CTE为35-40x10-7/℃的玻璃料110密封CTE为90x10-7/℃的钠钙玻璃板102和112。在一个实施方式中，玻璃料110的CTE可以小于40x10-7/℃，而第一玻璃板102和第二玻璃板112中的CTE范围可以为32-90x10-7/℃。可以采用的多种不同类型的示范性玻璃料110的组成在下表1-4中进行了详述。
步骤208(任选)中，玻璃料110可以预烧结到第一玻璃板102上。为了实现这一目的，需要将沉积在第一玻璃板102上的玻璃料110加热使它粘接于第一玻璃板102。例如，该预烧结步骤208可以通过将第一玻璃板102和沉积的玻璃料110放入加热炉内在400℃加热1小时，然后以控制速度冷却从而防止玻璃料110和第一玻璃板102开裂来完成。如果需要，可以研磨该预烧结玻璃料110使其的厚度变化小于5-10μm(举例来说)。
步骤210中，将液体104沉积在由玻璃料110的内侧118a和第一玻璃板102的表面所限定的空间中。在一个实施方式中，所述液体104至少与玻璃料110的内侧118a相接触。在另一实施方式中，液体104与第一玻璃板102上的玻璃料110的内侧118a和外侧118b均接触。这种情况下，该第一玻璃板102和玻璃料110至少部分浸于液体104中。
步骤212(任选)中，组件106(如OLED106)和相连电极108被置于第二玻璃板112上。如果采用本发明的密封方法制备仅容纳液体104的玻璃封装100时，本步骤可省略。
步骤214中，所述第二玻璃板112置于第一玻璃板102上的玻璃料110的上方，从而液体104可留在由玻璃料110的内侧118a和第一玻璃板102的表面所限定的空间内。如果需要，所述第二玻璃板112可以置于第一玻璃板102上的玻璃料110的上方，从而使组件-电极106和108(如果有)可以与直接接触玻璃料110的内侧118a也可能接触其外侧118b的液体104相接触。
步骤216中，玻璃料110由密封装置116(如，激光器116、红外灯116)加热，该加热方式能够使玻璃料110形成连接第一玻璃板102和第二玻璃板112的密封114(如，密封封接114)(见图1B)。密封114还容纳了第一玻璃板102和第二玻璃板112间的液体104。此外，密封114可以通过阻止，例如，周围环境中的氧气和水进入密封玻璃封装100来保护组件106(如果有)。
如果需要，所述密封装置116可用于发射光线117(激光束117)来加热玻璃料110，其方式是使光线117沿具有无电极区域108和有电极区域108(如果采用)的玻璃料110(例如，沿密封线120)移动，将玻璃料的温度升高到一个基本恒定的温度直到玻璃料110熔化并形成连接第一玻璃板102和第二玻璃板112的密封114。本文通过提供关于一些示例性玻璃封装100和一些可用于制备该玻璃封装100的示例性玻璃料110的讨论来更为详尽地描述所述恒温密封技术。
示范性染料太阳能电池100
如图3所示，是概括了根据本发明密封方法200如何制备染料太阳能电池100的方法的图表。首先，提供涂有氧化锡铟(ITO)的玻璃板(见参考标号″1″)。在一个实施方式中，所述玻璃板102可以是透明玻璃板，如钠钙玻璃板或由康宁公司制造和销售的品牌名为密码1737玻璃(Code 1737 glass)或鹰牌2000TM玻璃(Eagle 2000TM glass)的玻璃板。将玻璃料110(玻璃料糊料110)沿玻璃板102边缘沉积，使玻璃料110在玻璃板102上形成闭合环。例如，玻璃料110可具有以下组成：Sb2O3(7.4摩尔百分比)、ZnO(17.6摩尔百分比)、P2O5(26.5摩尔百分比)、V2O5(46.6摩尔百分比)、TiO2(1.0摩尔百分比)和Al2O3(1.0摩尔百分比)和至少30％的平均粒度小于3微米的β-锂霞石玻璃-陶瓷CTE降低型填料。之后，可将玻璃料110预烧结到玻璃板102上。例如，可以通过将玻璃板102和沉积的玻璃料110放入加热炉内在400℃加热1小时，然后在控制速度下冷却来预烧结玻璃料110使其粘接于玻璃板102。
第二步，将导电液体104沉积到由玻璃料110的内侧118a和玻璃板102的表面所限定的空间内(见参考标号″2″)。如图所示，该导电液体104与玻璃料110的内侧118a接触。或者，液体104可以与玻璃板102上的玻璃料110的内侧118a和外侧118b同时接触。这种情况下，第一玻璃板102和玻璃料110至少部分浸于液体104中。
第三步，提供一种涂有氧化锡铟(ITO)或任何其他导电涂层如FTO氧化锡铁的玻璃板112(见参考标号″3″)。在一个实施例中，玻璃板112可以是透明玻璃板，如钠钙玻璃板或由康宁公司制造的品牌名为密码1737玻璃(Code 1737)或鹰牌2000TM玻璃(Eagle 2000TM glass)的玻璃板。然后，将糊料124(如，钛糊料124)施加到玻璃板112的表面上。将玻璃板112和施加的糊料124烧结，使糊料124粘接于玻璃板112。
第四步，可以将着色剂126(如，钌)添加到位于玻璃板112上的烧结的糊料124中(见参考标号″4″)。与参考标号1-2和3-4关联的步骤顺序并不重要，因为与参考标号3-4相关联的步骤可以在参考标号1-2关联的步骤之后、之前、或同时进行。
第五步，将玻璃板112置于玻璃板102上玻璃料110的上方，使得由玻璃料110的内侧118a所限定的空间中仅容纳液体104而没有气泡。然后，密封装置116(如激光器116、红外灯116)发射光束117加热玻璃料110而形成连接两块玻璃板102和112的密封114(如密封封接114)。如图所示，所述密封装置116位于第二玻璃板112上方，使光束117通过第二玻璃板112来加热和熔化玻璃料110，从而粘接两块玻璃板102和112。或者，所述密封装置116可位于第一玻璃板102下方，使光束117通过第一玻璃板102来加热和熔化玻璃料110，从而粘接两块玻璃板102和112。
有关传统染料太阳能电池的一些基本组成和特性的更为详尽的讨论，请参加如下参考文献：
1.Bernard Wenger等“超速光诱导的从钌(II)复合物感光剂向纳水晶TiO2的电子转移的动力不均匀性的基本原理”(Rationale for Kinetic Heterogeneity of Ultrafast Light-Induced Electron Transfer from Ru(II)Complex Sensitizers to Nanocrystalline TiO2)，洛桑生态综合技术研究所的化学工程学院的光子学和界面实验室(Laboratory for Photonics and Interfaces，Institute of Chemical Sciences and Engineering，Ecole Polytechnique Fe′de′rale de Lausanne)，瑞士洛桑1015，2004年12月31日(2005年7月23日修改稿)。
2.迈克尔·革兰兹“来源于日光的可发电并产氢的中型太阳能电池”(Mesoscopic Solar Cells for Electricity and Hydrogen Production from Sunlight)，Chemical Letters，34卷第1篇(2005)。
3.R.Sastrawan等“具有完整串联的玻璃玻璃料-密封染料太阳能电池模件”(Glass Frit-Sealed Dye Solar Cell Module with Integrated Series Connections)，太阳能材料和太阳能电池，第90卷，第11期，第1680-1691页，2006年7月6日。
4.名为“制备光电转换元件的方法”(Method of Manufacturing Photoelectric Conversion Element)的美国专利申请号2006/0160265A1。
这些文献的内容通过引用纳入本文。
通过阅读这些文献可以知道本发明的密封玻璃封装100和密封方法相对于现有技术具有多个优点。下文列举了其中的一些优点：
用于制备密封玻璃封装100的制备步骤数量大大减少从而降低了密封玻璃封装100的成本。具体说，不再需要在通过玻璃板上的一个或多个孔向两块密封玻璃板间空间注入液体后密封所述孔。
利用玻璃料110可以降低对玻璃封装100内的材料106厚度的容限从而增强密封玻璃封装100的可重复性。
采用激光密封玻璃料的方法可以加快密封玻璃封装100的制备速度。
密封内含液体104的玻璃封装100就不再需要特殊的注射装置和对密封玻璃封装100作昂贵的检查。进而获得更高的产量和更低的成本。
实验性玻璃封装100
我们根据本发明进行了多项实验将液体104密封于玻璃封装100(可以是染料太阳能电池100、电湿润显示器100、OLED显示器100等)内。这些实验及其结果如图4A-4G所示，将在下文中进一步讨论。
如图4A所示，说明了用于不同实验以检测玻璃封装100对液体104的密封的实验性玻璃料玻璃板102和玻璃料110的尺寸。本实施例中，玻璃料110高50μm，直径1mm。用于这些实验的玻璃板102包括钠钙玻璃板和由康宁公司制造的品牌名为密码1737玻璃或鹰牌2000TM玻璃的玻璃板。
如图4A所示，玻璃料110为具有四个圆角111(半径为1mm)的方形闭合环，其被用于不同实验来确定根据本发明密封两块玻璃板102和112时所能获得成功实施的范围。然而，许多这些实验中，玻璃料110的高度、厚度、宽度、直径和具体组成都不同。许多这些实验中的密封方法都尽快地实施，以便在密封玻璃板102和112的同时避免液体104沸腾。
图4B是密封玻璃封装110的照片，其中装有根据本发明采用激光器116成功密封在其内部的系数匹配型液体104。所谓系数匹配，是指所选液体104的折射率与第二玻璃基板112的折射率基本匹配，从而使内反射程度降到最低，而使(例如)上方发射OLED装置的光输出量达到最大。实际上，这些实验中，成功制备出了装有系数匹配油、浸渍用油、电解质碘溶液(具有延伸出玻璃料110的铂电极108)、蒸馏水或乙二醇-水混合物(乙二醇含量为20％-50％)的多种不同的密封玻璃封装100。
就光导出而言，则更为复杂。在OLED设备中，ITO层、有机层和玻璃的折射率分别约是2.0、1.7和1.5。据估计，产生的光线有接近60％在ITO/有机EL元件中经内反射而被截留，20％在玻璃基板内被截留，产生的光线中实际上只有约20％能由设备发出并起到有益作用。大部分光被截留在ITO中，而不能与间隙介质接触。将间隙填满可以减少在OLED/空气和玻璃盖/空气界面的反射。如图4C所示，是根据这些导出改良值作的图，x轴表示“介质系数”，y轴表示“光导出改良值”。
导出20％时，最高可获得约10-11％的改良，总体上约是总强度的2％。但相对来说达到10％的改良就是显著了。例如，假设OLED设备的折射率是1.7，康宁鹰牌玻璃的折射率是1.55，那么如图4D所示，将牛顿环(NR)对比度对间隙介质(如充满间隙的液体104)折射率作图，其中x轴表示“介质的折射率”，y轴表示“NR对比度”。如图所示，间隙介质或液体104的折射率增加到1.45时，能将牛顿环的可见性降低2个数量级。液体104的折射率范围是1.3-1.9。液体104可以具有几乎任何粘度。例如，可以采用具有相对较高粘度的液体104，如玉米糖浆，以及具有相对较低粘度的液体104，如丙酮。液体104的选择要使它能够与板102和112间密封的其他材料和各元件相容。如果需要，可以在板102和112间密封的其他材料和元件上形成保护层以保护它们免受系数匹配液体104的干扰。
考虑到上面这些，应理解所述密封方法200可用于将填充玻璃基板102和112间隙的液体104密封于OLED显示器中，从而为玻璃基板102和112提供支撑，并减少难以解决的牛顿环，还避免了大尺寸非液体填充型OLED显示器中常会出现的难以解决的下陷和接触问题。具体说，所述密封方法200通过保证液体104内的气泡具有一定总体积从而使密封步骤有效产生基本无气泡的密封114，可以减少牛顿环并避免下陷。实践中，液体104中可以有气泡但它们的体积应该小于由于施加到玻璃基板上的外部压力变化而引起玻璃基板102和/或112下陷或偏转所导致的玻璃基板102和112间以及玻璃料内的间隙或空间的容积变化，所述外部压力变化可以是外部环境压力变化或与物体如施压于一玻璃基板上的手指相接触所致。
在所有这些实验中，所述方法都是沉积液体104使它浸没玻璃料110，有一些液体104在密封过程中会留在玻璃料110的周界外。采用激光器116加热玻璃料110和液体104，当玻璃料110熔化并形成密封114时液体104被挤出玻璃料110和第二玻璃基板112之间。密封鹰牌2000TM玻璃板102和112且玻璃料110宽度约为0.7毫米时，激光器116具有20毫米/秒的密封速度和1.8毫米的光斑尺寸。将液体104密封进这些玻璃板102和112间所需的功率为37-40瓦，相比中间无液体密封玻璃板时所需的33瓦略高。然而，密封钠钙玻璃板102和112且玻璃料110宽0.7或1.0毫米时，激光器116在38-42瓦范围内操作，其密封速度约为2毫米/秒，光束尺寸大于3.5毫米(注：这些特定密封条件也适用于如下所述的后续实验)。通过玻璃板102上玻璃料110的前方或后方导入激光束117，从而进行所述密封。所有情况下，激光器116进行密封时均会产生液体104的“热泡”，它们会与激光束117一起移动，“多余的气泡”会从玻璃料110周界内向外逃逸，直到密封114环闭合。此时，密封的玻璃封装110只有非常微小的气泡被困在玻璃料110的内周界内。
测试的密封玻璃封装100包含具有不同含量的β锂霞石玻璃-陶瓷CTE降低型填料的钒玻璃料110，发现，CTE降低型填料含量低于30％时并不必然能够获得密封114，而具有至少30％CTE降低型填料的玻璃料110则能够获得密封114。究其原因，我们认为是因为较高含量的CTE降低型填料能够增强液体104和密封过程中产生的液体蒸汽渗透玻璃料110并蒸出玻璃料110和玻璃板112间界面的能力。相反，玻璃料110中的较低含量的CTE降低型填料能使液体104和液体蒸汽困于玻璃料110和玻璃板112间的界面，而这恰恰是密封两块玻璃板102和112时所不需要的。这些实验中，我们已经明确的是液体104的沸点在本密封过程中不起关键作用，当玻璃料110的密封温度高于600℃时，我们能够成功地密封进具有100℃沸点的水。
将这些实验中所制备出来的密封玻璃封装100在真空环境下放置大约1个月或在热板上放置大约1小时，结果它们均成功通过了该密封性测试。密封玻璃封装100置于热板上以高温95℃处理1小时并没有破坏密封114，但是，在室温下可以观察到玻璃封装100内的“小气泡”发生非常明显地膨胀。这种膨胀是可逆的，因为密封封装100冷却回到室温后，气泡再次变小。
如图4E所示，该图为撕开密封玻璃封装100露出粘接到两块玻璃板102和112上的玻璃料110后所看到的一块基层玻璃板402a(玻璃板102)和3块玻璃料盖板402b、402c和402d(玻璃板112)的照片。本实验中，如果液体104干扰了盖板112的密封能力，则从基板102上揭开后，它们不会包含玻璃料110。观察这些照片，可以看出玻璃料110与两块玻璃板102和112的粘结强于玻璃料110自身的粘结。这点是从拉开玻璃封装100后，玻璃板102和112与玻璃料110间的粘结保持完整而玻璃料110从自身中间分离而发现的。本实验中，密封有液体104(电解质104)的玻璃封装100在激光密封过程之前、期间、和之后与玻璃料110两侧118a和118b均直接接触。
如图4F所示，该图为根据本发明密封的包含碘电解质(idiolyte)104(用于光电池的液体电解质)的密封玻璃封装100的照片。另有一张照片为透过玻璃封装100的玻璃板102和112之一见到的密封114的5x顶视图。本实验中，在激光密封过程中，碘电解质104位于玻璃料110的内部周界118a和外部周界118b上。图4G是密封玻璃封装100的侧视图。
实验性玻璃料110
在一个实施方式中，玻璃料110由掺杂有一种或多种过渡金属元素(如钒、铁和/或钕)的玻璃制成，以增强其在由密封设备116(激光器116)发射的光117(激光束117)的特定波长(如800纳米波长)上的吸收特性(见图1A-1B)。该玻璃料110吸收特性的增强意味着当发射光117被玻璃料110吸收时，玻璃料110软化并形成密封114(密封封接114)。相反，对玻璃板102和112(如，密码1737玻璃板102和112)的选择应使它们不吸收或至少不吸收很多来自密封装置116的照射。因此，玻璃板102和112在光117的特定波长上具有相对低的吸收能有助于使形成的密封114(密封封接)向液体104和组件电极106和108(如果有)的不良热转移降到最低。
玻璃料110中的过渡金属元素的选择和浓度取决于密封装置116的具体类型、光117的功率和光117的平移速度。具体说，所采用的密封装置116应当产生落如特定玻璃料110的高吸收波段内的光波长λ。例如，可用于本密封过程中的各类密封装置116包括半导体激光器116(λ＝800-980纳米)、钛:兰宝石等幅波(CW)激光器116(λ＝810纳米)、镱等幅波(CW)激光器116(900纳米＜λ＜1200纳米)、钕:钇铝石榴石(Nd:YAG)等幅波(CW)激光器116(λ＝1064纳米)、钕:YALO等幅波(CW)激光器116(λ＝1.08μm)和铒等幅波(CW)激光器116(λ≈1.5μm)。
多种不同类型的示范性玻璃料110的组成如下表1-4所示，均在名为“用玻璃料密封封装的玻璃封装及其制作方法”的共转让美国专利6,998,77中展开了详尽的描述。该文献内容通过引用纳入本文。
表1
注1：上面定义的CTE降低型填料，如铝硅酸锂，是一种“添加性填料”。或者，玻璃料110可使用另一种CTE降低型填料，如焦磷酸钴-镁，它是一种“逆转填料”，能在加热或冷却时通过相变而使玻璃料110产生尺寸变化。
可用于本发明的多种其他示范性玻璃料110如表2所示。这些示范性玻璃料110由于具有低Tg(即＜350℃)和低密封温度(＜550℃)而更受欢迎。
表2
Figure BPA00001328455000122
本发明还可以采用另一种示范性玻璃料110，即磷酸锌钒玻璃料110(如，摩尔基的20ZnO-30P2O5-50V2O5)。如果需要，所述磷酸锌钒玻璃料(摩尔基：20ZnO-30P2O5-50V2O5)可以包含CTE降低型填料，即β-锂霞石玻璃-陶瓷(摩尔基：25Li2O-25Al2O3-50SiO2)，如下所示(重量基)：
玻璃料，(平均粒度5-10μm)75％
填料(平均粒度5-10μm)10％
填料(平均粒度15-20μm)15％
本发明还可采用另一种示范性钒玻璃料110，如表3和4所示，所有元素均以摩尔百分比表示：
表3
 钒玻璃料110
  K2O   0-10
  Fe2O3   0-20
  Sb2O3   0-20
  ZnO   0-20
  P2O5   20-40
  V2O5   30-60
  TiO2   0-20
  Al2O3   0-5
  B2O3   0-5
  WO3   0-5
  Bi2O3   0-5
表4列出了关于染料太阳能电池100和其他玻璃封装100的上述实验中采用的另一种钒玻璃料110的组成，该钒玻璃料110优选含有至少30％的β-锂霞石玻璃-陶瓷添加性填料。组成该特定钒玻璃料110的两种组分的平均粒度均为3微米。
表4
 钒玻璃料110
  Sb2O3   7.4
  ZnO   17.6
  P2O5   26.5
  V2O5   46.6
  TiO2   1.0
  Al2O3   1.0
除了表1-4中列出的上述玻璃料组成以外，应该理解，还有其他玻璃料组成也可用于密封两块玻璃板102和112。例如，共同转让的美国专利7,407,423和美国专利申请号：2006-0009109和2007-0007894中公开的玻璃料110也可用于密封两块玻璃板102和112。这些文献的内容通过引用纳入本文。
示范性密封技术(步骤216)
所述密封技术可以包括如下基本步骤：
1.将真空润滑脂珠施加于离玻璃料至少10毫米远处的平板边缘；
2.在玻璃料界限内的烧结盖板上分配油；
3.将后板置于烧结盖板的上方，使其一边弯曲，使油能够流动从而尽可能赶走残留的气泡；
4.对真空润滑脂珠施压将两块板“密封”到一起；
5.将该组合件置于真空度为1-10x10-3间的真空室内2到5分钟使空气溢出，油浸出玻璃料界限；
6.根据玻璃料种类和宽度确定的标准条件进行激光器密封。
如果需要，利用密封装置116加热玻璃料110，以便随着密封装置沿玻璃料110的密封线120移动将玻璃料的温度提高到基本恒温，使玻璃料110熔化并形成连接第一玻璃板102和第二玻璃板112的密封114(如密封封接114)，该密封线上有些区域无电极108，有些区域具有与组件110(如果采用)相连的电极108(如果采用)。这可以通过采用共同转让的名为“密封有机发光二极管(OLED)显示器的参数优化”的美国专利序列号10/970,319中公开和描述的密封技术来实现。该文献内容通过引用纳入本文。
这些密封方法中的一些如下图5A-5G所述(注：用于解释一些不同的示范性密封技术的具体图解中无法看到液体104)。下列密封技术使密封装置116能够随着在密封过程中沿玻璃料110密封线120移动而升高玻璃料温度至基本恒温，并考虑会影响到传热速率从而影响玻璃料110的密封点120的温度的多种因素。首先，该密封技术考虑到典型玻璃料110因其组成和厚度不同，传导/吸收光的能力有2％-30％的变化。其次，该密封技术还考虑到电极108可能具有不同的图样，根据组成不同可能部分吸收或部分反射光117。第三，该密封技术考虑到在存在或不存在沉积电极108时第一和第二玻璃板102和112的导热性能会影响到密封点120的传热速率。能够保证密封装置116均一地沿包含无电极区域120a和有电极区域120b的密封线120加热玻璃料110至所需密封温度的不同密封技术如下图5A-5G所述。
如图5A所示，该图是根据本发明其中一种密封技术密封(如密封封接)的玻璃封装100的截面图。在此实施方式中，该密封技术是需要激光器116在密封线120的不同点上动态地改变激光束117的功率，以使玻璃料110沿包含有电极区域120a和无电极区域120b的密封线120上维持基本恒定的温度。例如，在有电极108区域120a出现在密封线116上时降低激光束117功率，而当无电极区域218b出现在密封线116上时增加激光束118功率，从而使激光器116沿密封线120移动时将玻璃料110加热至恒定的峰值温度。
如图5B所示，该图是用来帮助描述根据本发明密封(如密封封接)玻璃封装100的第二密封技术的图解。在此实施方式中，采用的密封技术是当激光束沿包含有电极108区域120a和无电极区域120b的密封线120移动时，激光器116动态地改变激光束117的速率(v)来加热玻璃料至基本恒定的温度。例如，激光器116可以通过使激光束117通过有电极区域120a时移动得快些，通过无电极区域120b时移动地慢些，而使玻璃料110在密封线120上保持恒定的温度。如果需要，可以使激光器116在密封线120附近的有电极108的区域以第三中等速度移动激光束117。无论电极108是高度吸收性和/或高度反射性时均可采用该方法。或者，不在静止的玻璃封装100上方移动激光器116，而是在静止激光器116的下方以不同速率移动支撑玻璃封装100的平台/支架(未显示)，从而在玻璃料110内维持恒定的温度(注：该具体设置可用于本文所述的任何密封技术)。
如图5C所示，该图是根据本发明的另一种密封技术密封(如密封封接)的玻璃封装100的截面图。在此实施方式中，密封技术是将高反射体502(如，镜面502)置于第二玻璃板112上，使激光器116发射激光束117熔化玻璃料110和形成密封114(密封封接114)。所述高反射体502有助于平衡玻璃料110所吸收的功率，而无论玻璃料110位于有电极区120a或是无电极区120b下。例如，沿密封线120上不同点的玻璃料110的温度升高可以表示为如下：
在有电极108区域120a：
T(玻璃料)1＝P/a2乘以(vD)(ε(玻璃料)+(1-ε(玻璃料)e(电极)+(1ε玻璃料)R(电极)ε(玻璃料))的平方根
和，在无电极区域120b：
T(玻璃料)2＝P/a2乘以(vD)(ε(玻璃料)+(1-ε(玻璃料))*R(反射体)*ε(玻璃料))的平方根
其中T(玻璃料)是玻璃料110的温度升高，P是激光器116的激光功率，v是激光平移速度，a是激光光斑大小，D是第二玻璃板112的导热率，ε(玻璃料)是第一路径上玻璃料110吸收的激光功率的百分比，R(电极)是电极108的反射率和e(电极)是电极108吸收的激光功率的百分比。如图所示，可以采用高反射体502来减小T(玻璃料)1-T(玻璃料)2的差值。该差值取决于电极108的光学参数和属性。应该认识到，在本密封技术中，所述激光束117的功率和/或速率可以保持恒定或动态地改变。
如图5D所示，该图是根据本发明的另一种密封技术密封(如密封封接)的玻璃封装100的截面图。在此实施方式中，所述密封技术是将部分反射的掩模504置于第一玻璃板102上，而激光器116发射激光束117熔化并形成密封114(密封封接114)。该部分反射的掩模504具有不同的图样506a、506b...506d，分别代表掩模504的不同反射率，以补偿电极108的不同属性。这样，该部分反射的掩模504能够帮助平衡玻璃料110所吸收的功率，而不论玻璃料110位于有电极区120a或是无电极区120b。
如图5E所示，该图是根据本发明的另一种密封技术密封(如密封封接)的玻璃封装100的截面图。在此实施方式中，该密封技术是使激光器116第一遍时以对应于沿密封线120的正确密封温度的最低功率沿密封线120密封至少一部分玻璃料，然后在第二遍时以更高功率仅针对第一遍时未达到正确温度的位置完成密封线120的密封。可以采用与下述相同或类似的反馈机制508来测定玻璃料110有哪些部位在第一遍时未达到正确的温度。
如图5F所示，该图是根据本发明的另一种密封技术密封(如密封封接)的玻璃封装100的截面图。在此实施方式中，该密封技术是采用反馈机制508来帮助保证在形成密封114(如密封封接114)的过程中玻璃料110内部沿密封线120得到均匀加热。该反馈机制508可用于监测某一固定波长下密封线120的热点强度。热点源自激光器116加热时沿密封线120温度升高而导致的黑体发射。其发射频谱很宽，500-2000纳米间的几乎任何波长均可用于该目的。在一个实施方式中，反馈机制508监测即时发射强度，将它转换成温度，并优化一个或多个密封参数(如，激光束117的功率和速率)以保证提高的峰值温度不论是在玻璃料110的有电极区120a或是无电极区120b的密封线120上都是均一的。例如，该反馈机制508可用于帮助控制激光器116的功率使温度不论在玻璃料110的有电极区120a或是无电极区120b的密封线120上都是均一的。实际上，有许多不同的方法来使用该反馈机制508，下面介绍其中的一些方法：
当激光器116密封一未知样品玻璃封装100时，该反馈机制508可以监测密封线120不同位置的温度。反馈机制508能够改变沿密封线120某处的激光速率或功率，以保证密封样品玻璃封装100时，玻璃料110内部温度恒定。然后，激光器116可以运用这些条件来密封类似的玻璃封装100。
当激光器116密封玻璃封装100时，反馈机制508可以“主动地”监测密封线120上不同位置的温度。反馈机制508还改变沿密封线120某处的激光速率或功率以保证密封玻璃封装100时，提高的峰值温度沿玻璃料110恒定。
如图5G所示，该图是根据本发明的另一密封技术密封(如密封封接)的玻璃封装100的截面图。在此实施方式中，该密封技术是通过位于激光器116末端的圆孔510(或其他特殊形状的孔510)来改变激光束117的光束形状。通过遮盖/散开光束117的一部分改变所述圆孔510的大小以调整激光束117，从而使经调整的激光束117a沿玻璃封装100的密封线120加热玻璃料110。基本上，圆孔510或透镜通过裁去发射的激光束117的尾而调整激光束117的高斯形状。散焦的激光束117a还具有降低的1/e功率水平，可为密封线120提供所需的覆盖和所需的功率而不会同时使玻璃料线120内部的任何组件106(如果有)暴露于有可能永久性地破坏玻璃封装100的发热。在另一实施方式中，所述圆孔510中间可具有遮盖环(未显示)，使激光束117呈椭圆形，这有助于使玻璃料110上温度均一，而不会如通常情况那样边缘更易散热。所述椭圆形的激光束117不仅能使玻璃料110均匀加热，而且能保证沿玻璃料110进行逐步加热和冷却，从而有助于减少残余应力。
应该理解，可以同时采用上述密封方法中的一种以上方法来熔化玻璃料110形成粘结玻璃封装100的密封114(如，密封封接114)。例如，可采用上述改变激光器116功率的密封方法(见图5A)和采用圆孔510改变激光束117形状的方法(见图5G)来密封所述玻璃封装100。此外，激光器116可以发射激光束117穿透第二玻璃板112，而不是穿透第一玻璃板102来加热玻璃料110。
虽然参照附图以及前面的发明详述说明了本发明的许多实施方式，但是应理解，本发明不限于所公开的这些实施方式，在不偏离由所附权利要求书限定的本发明构思的前提下能够进行各种重排、修改和替换。

Claims (24)

1.一种密封玻璃封装的方法，所述方法包括以下步骤：
提供第一玻璃板；
提供第二玻璃板；
将玻璃料沉积于第一玻璃板上，使所述玻璃料在第一玻璃板上形成闭合环；
将液体沉积到由所述玻璃料内侧和第一玻璃板表面所限定的空间内，该液体至少与所述玻璃料的内侧直接接触；
将第二玻璃板置于第一玻璃板上的玻璃料上方，使液体留在由第一玻璃板上的玻璃料内侧限定的空间内；和
采用密封装置加热所述玻璃料，使所述玻璃料熔化并形成连接第一玻璃板和第二玻璃板的密封，并在第一玻璃板和第二玻璃板间容纳液体。
2.如权利要求1所述的方法，还包括进行沉积步骤前，将所述玻璃料预烧结到第一玻璃板上的步骤。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述密封装置加热所述玻璃料形成连接第一玻璃板和第二玻璃板的密封时，所述液体还与所述第一玻璃板上所述玻璃料的外侧的至少一部分直接接触。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃料是掺杂有至少一种过渡金属和热膨胀系数(CTE)降低型填料的玻璃，所述至少一种过渡金属是针对所述密封装置发射的特定波长光的吸收剂。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述玻璃料含有预定量的CTE降低型填料，当使用所述密封装置加热所述玻璃料形成连接第一玻璃板和第二玻璃板的密封时，该CTE降低型填料能够使液体渗透到所述玻璃料内，并经由所述玻璃料和第二玻璃板间的界面蒸发出去。
6.如权利要求4所示的方法，其特征在于，除CTE降低型填料外，所述玻璃料包含如下组分：K2O(0-10摩尔百分比)；Fe2O3(0-20摩尔百分比)；Sb2O3(0-20摩尔百分比)；ZnO(0-20摩尔百分比)；P2O5(20-40摩尔百分比)；V2O5(30-60摩尔百分比)；TiO2(0-20摩尔百分比)；Al2O3(0-5摩尔百分比)；B2O3(0-5摩尔百分比)；WO3(0-5摩尔百分比)；和Bi2O3(0-5摩尔百分比)。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃料选自如下玻璃：钛-钒玻璃、铁-钒玻璃、锌-钒玻璃、磷酸锡-锌玻璃、混合的碱性磷酸锌玻璃、磷酸钒玻璃、硼酸铅玻璃和加入钒和铅的混合碱性磷酸锌玻璃。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用所述密封装置加热所述玻璃料，以便在所述玻璃料熔化并形成连接第一玻璃板和第二玻璃板的密封时，使所述玻璃料沿密封线保持基本恒定的温度。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在使用所述密封装置加热所述玻璃料形成连接第一玻璃板和第二玻璃板的密封前，将至少一种组分沉积到第二玻璃板上的步骤。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，用所述密封装置加热所述玻璃料，以便在所述玻璃料熔化并形成连接第一玻璃板和第二玻璃板的密封时，使所述玻璃料沿包含无电极区域和有电极区域的密封线保持基本恒定的温度，所述电极连接于所述组分。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述密封装置能发射激光束，并动态地改变该激光束的功率，以便沿包含无电极区域和有电极区域的密封线以保持玻璃料温度基本恒定的方式来熔化所述玻璃料。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述密封装置发射激光束并动态地改变该激光束的速率，以便沿包含无电极区域和有电极区域的密封线以保持玻璃料温度基本恒定的方式来熔化所述玻璃料。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，第二玻璃板上置有一反射体，而所述密封装置发射的激光束能穿透第一玻璃板，并以沿包含无电极区域和有电极区域的密封线保持玻璃料温度基本恒定方式熔化所述玻璃料。
14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，将部分反射掩模置于第一玻璃板上，而所述密封装置发射的激光束能穿透部分反射掩模和第一玻璃板，并以沿包含无电极区域和有电极区域的密封线保持玻璃料温度基本恒定的方式熔化所述玻璃料。
15.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在第一遍中，所述密封装置发射较低功率激光束沿密封线熔化玻璃料，然后，在第二遍中，所述密封装置发射较高功率激光束仅针对在第一遍较低功率激光束照射下未达到正确温度的沿密封线的玻璃料部分区域进行照射。
16.如权利要求10所述的方法，其特征在于，采用反馈机制优化对所述密封装置的操作，以便通过沿包含无电极区域和有电极区域的密封线保持玻璃料温度基本恒定的方式熔化所述玻璃料。
17.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述密封装置采用特定形状的孔发出散焦的激光束，以便通过沿包含无电极区域和有电极区域的密封线保持玻璃料温度基本恒定的方式熔化所述玻璃料。
18.如权利要求10所示的方法，其特征在于，所述密封装置采用具有遮盖环的特定形状的孔发出椭圆形激光束，以便通过沿包含无电极区域和有电极区域的密封线保持玻璃料温度基本恒定的方式熔化所述玻璃料。
19.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃封装是：
太阳能电池；
电湿润显示器；或者
有机发光二极管OLED装置。
20.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃封装是有机发光二极管OLED装置，其中，所容纳的液体中含有气泡，其总体积小于由施加到所述玻璃板上的外部压力变化引起的玻璃板偏转所致的所述玻璃封装内的体积变化。
21.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一玻璃板的热膨胀系数(CTE)范围是32-90x10-7℃，所述玻璃料的CTE小于40x10-7℃。
22.一种玻璃封装，其包括：
第一玻璃板；和
第二玻璃板，其中所述第一玻璃板和第二玻璃板彼此经由在第一玻璃板和第二玻璃板间形成密封并在第一玻璃板和第二玻璃板间容纳液体的玻璃料相连，所述玻璃料是掺杂有至少一种过渡金属和预定量的热膨胀系数(CTE)降低型填料的玻璃，当所述玻璃料熔化形成连接第一玻璃板和第二玻璃板的密封时，所述CTE降低型填料能够使所述液体渗透进所述玻璃料内，并从所述玻璃料和第二玻璃板间的界面蒸发出去。
23.如权利要求21所述的玻璃封装，其特征在于，所述玻璃料具有至少20-30％的填料和40-80x10-7℃范围内的CTE，所述第一玻璃板和第二玻璃板具有32-90x10-7℃范围内的CTE。
24.一种向包括用玻璃料彼此粘结的第一玻璃板和第二玻璃板的玻璃封装发射光的密封装置，其中所述第一玻璃板和第二玻璃板间具有由玻璃料限定的含有液体的空间，所述光以沿密封线保持玻璃料温度基本恒定的方式加热所述玻璃料，使所述玻璃料熔化并形成连接所述第一玻璃板和第二玻璃板的密封并在所述第一玻璃板和第二玻璃板之间容纳液体。
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