CN102264662A - 高cte玻璃的激光辅助的玻璃料密封以及制得的密封的玻璃封装 - Google Patents

Abstract

本发明描述了用来制造玻璃封装的激光辅助的玻璃料密封法，所述玻璃封装包括第一玻璃板(其具有较高的CTE，约为80-90×10^-7℃^-1)，第二玻璃板以及玻璃料(其CTE至少约为35×10^-7℃^-1)，所述玻璃料形成将第一玻璃板与第二玻璃板相连的密封件(例如气密密封件)。

Description

高CTE玻璃的激光辅助的玻璃料密封以及制得的密封的玻璃封装

相关申请的交叉参考

本申请要求2008年11月24日提交的题为“高CTE玻璃的激光辅助的玻璃料密封以及制得的密封的玻璃封装(Laser Assisted Frit Sealing of High CTEGlasses and the Resulting Sealed Glass Package)”的美国申请系列号第12/276,631号的优先权。

技术领域

本发明涉及用来制造玻璃封装的激光辅助的玻璃料密封法，所述玻璃封装包括第一玻璃板(其具有较高的CTE，约为80-90×10^-7℃^-1)，第二玻璃板以及玻璃料(其CTE至少约为35×10^-7℃^-1)，所述玻璃料形成将第一玻璃板与第二玻璃板相连的密封件(例如气密密封件)。

背景技术

对湿气和氧气敏感的装置的封装是制造有机发光二极管(OLED)显示器的一个重要的部分。已经证明在具有中等热膨胀系数(CTE)(大约30-40x10^-7℃^-1)的被玻璃料分隔的两块显示器玻璃板之间对OLED进行的激光辅助的玻璃料密封可以在最高达20-50毫米/秒的高速下进行。为了获得低成本的制造工艺，高达20-50毫米/秒的较高的密封速度是一个重要的要求。在题为“显示器元件的封装方法(Method of Encapsulating a Display Element)”的共同转让的美国专利申请公开第2007/0128966号以及题为“制造玻璃封套的方法(Method ofMaking a Glass Envelope)”的共同转让的美国专利申请公开第2007/0128967号中已经描述了该激光辅助的玻璃料密封方法。这两份文献的内容通过引用纳入本文。

但是，在不同于显示器应用的用途中，例如在固态照明或太阳能电池应用中，减少材料成本更为重要，显示器质量的玻璃的应用是一个限制因素。因此，制造商倾向于在这些类型的应用中使用更廉价的玻璃板，例如钠钙玻璃板。但是，这些种类的玻璃板的CTE要高得多，～80-90x10^-7℃^-1。问题在于，需要改变密封方法和/或玻璃料性质，以便能够对高CTE玻璃板进行激光辅助的玻璃料密封，以制造玻璃封装，用于例如固态照明或太阳能电池之类的应用。其它的需要解决的问题在于，需要对密封方法和/或玻璃料性质进行改变，以便能够对高CTE玻璃板进行高速激光辅助的玻璃料密封。本发明解决了这些问题以及其它的问题。

发明概述

宽泛地来说，本发明的实施方式涉及玻璃封装以及制造玻璃封装的方法。所述玻璃封装可以是例如包括电-光部件之类电子部件的玻璃封装。例如，所述玻璃封装可以包括一层或多层有机材料，例如有机电致发光材料。所述玻璃封装可以包括显示器装置，例如有机发光二极管(OLED)显示器，或者所述玻璃封装可以包括光生伏打装置(例如太阳能电池)。

在一个方面，本发明的实施方式包括玻璃封装，该玻璃封装包括：(a)第一玻璃板，其CTE约为80-90×10^-7℃^-1；(b)第二玻璃板；以及(c)玻璃料，其CTE至少约为35×10^-7℃^-1，所述玻璃料形成密封件，该密封件将所述第一玻璃板与第二玻璃板相连。

在另一个方面，本发明的实施方式包括一种制造玻璃封装的方法，该方法包括以下步骤：(a)提供第一玻璃板，所述第一玻璃板的CTE约为80-90×10^-7℃^-1；(b)提供第二玻璃板；(c)提供玻璃料，所述玻璃料的CTE至少约为35×10^-7℃^-1；(d)将所述玻璃料沉积在所述第一玻璃板或第二玻璃板上；(e)将所述第一玻璃板放置在第二玻璃板上，所述玻璃料位于所述第一玻璃板和第二玻璃板之间；以及(f)使用激光器引导激光束通过第一玻璃板或第二玻璃板，射向玻璃料，然后使得激光束以预定的密封速度沿着所述玻璃料移动，对玻璃料进行加热，使得玻璃料熔化，形成将第一玻璃板与第二玻璃板相连的密封件，其中，所述激光束在玻璃料上形成激光束覆盖区(footprint)，在所述激光束覆盖区内的玻璃料的特定位置的停留时间等于或大于100毫秒，等于或大于200毫秒，或者等于或大于400毫秒。

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分别是依据本发明实施方式的密封装置主要部件和密封的玻璃封装的截面侧视图和俯视图；

图2是根据本发明一个实施方式，用来制造图1A和1B所示的玻璃封装的示例性密封方法的步骤的流程图；

图3-9显示用来测试本发明实施方式的密封方法和玻璃封装的各种试验结果的示意图和曲线图。

发明详述

在以下的详述中，为了说明而非限制，给出了说明具体细节的示例性实施方式，以提供对本发明的充分理解。但是，对于本领域普通技术人员显而易见的是，在从本说明书获益后，可以以不同于本文详述的其它实施方式实施本发明。另外，本文会省去对于众所周知的装置、方法和材料的描述，以免使得本发明的描述难以理解。最后，在任何适用的情况下，相同的编号表示相同的元件。

尽管下文中结合基础玻璃封装的制造来描述本发明的激光辅助玻璃料密封技术，但是应当理解，可以通过相同的或者类似的激光辅助的玻璃料密封技术将两块玻璃板(其中至少一块玻璃板具有大约80-90x10^-7℃^-1的较高的CTE)互相密封，其可以用于很多种应用和装置，例如固态照明、太阳能电池，甚至例如气密密封的OLED显示器。因此，本发明的玻璃封装和激光辅助的玻璃料密封技术不应看作限制于此。

如图1A和1B所示，由其顶视图和截面图可见本发明的密封的玻璃封装100的基本组成。所述密封的玻璃封装100包括第一玻璃板102(其CTE约为80-90x10^-7℃^-1)，一个或多个部件104，电极106(任选的)，玻璃料108(其CTE至少约为35×10^-7℃^-1)以及第二玻璃板110。所述密封的玻璃封装100具有由玻璃料108形成的密封件112(例如气密密封件112)，它保护位于第一玻璃板102和第二玻璃板110之间的一个或多个部件104(如果存在)。电极106(如果存在)与部件104相连，并且穿透密封件112以便与外部装置相连(未显示)。密封件112通常围绕在玻璃封装100的周边，这样部件104(如果存在)和至少一部分电极106(如果存在)位于密封件112的周边内。如何通过熔化玻璃料108来形成密封件112，以及辅助部件，如用于加热和熔化玻璃料108形成密封件112(如气密密封件)的密封装置114(如，激光器114)由下图2和实验结果部分作更为详尽的描述。

如图2所示，以流程图说明本发明的制备密封玻璃封装100的示例性密封方法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110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110是钠钙玻璃板之类的玻璃板，CTE约为80-90×10^-7℃^-1。在另一个实施方式中，所述第一玻璃板102(或第二玻璃板110)是钠钙玻璃板之类的玻璃板，CTE约为80-90×10^-7℃^-1，而第二玻璃板110(或第一玻璃板102)是CTE约为30×10^-7℃^-1的玻璃板，或者其CTE小于第一玻璃板102(或第二玻璃板110)的CTE。例如，所述CTE约为30x10^-7℃^-1或者小于第一玻璃板102(或第二玻璃板110)的CTE的第二玻璃板110(或第一玻璃板102)可以包括碱土金属铝硼硅酸盐玻璃板，例如康宁有限公司(Corning Incorporated)生产并销售的商品名为Code 1737玻璃或Eagle2000^TM玻璃，或者可以是以下公司生产并销售的玻璃板：旭牌玻璃公司(Asahi Glass Co.)(例如OA10玻璃和OA21玻璃)，日本电力玻璃公司(Nippon Electric Glass Co.)，NHTechno和三星-康宁精密玻璃公司(Samsung Corning Precision Glass Co.)(以上为示例)。

在步骤206和208，以一种方式沿着第一玻璃板102(或第二玻璃板110)的边缘提供和沉积CTE至少约为35x10^-7℃^-1的玻璃料108(例如玻璃料糊料108)，使得玻璃料108在第一玻璃板102(或第二玻璃板110)的表面上形成闭合回路。例如，玻璃料108可以放置在距第一玻璃板102(或第二玻璃板110)的自由边约1mm的地方。可以看到，所述玻璃料108的CTE不与玻璃板102和110中的至少一者的CTE相匹配。在一个实施方式中，玻璃料108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108还可以用填料(例如逆转填料，添加剂填料)掺杂，以将CTE降低至至少约为35×10^-7℃^-1。在一个实施例中，所述玻璃料108的组成可以为Sb₂O₃(23.5摩尔％)，V₂O₅(47.5摩尔％)，P₂O₅(27摩尔％)，TiO₂(1.0摩尔％)，Al₂O₃(1.0摩尔％)，Fe₂O₃(2.5摩尔％)，以及至少10％的β-理霞石玻璃-陶瓷CTE降低填料(LiAlSiO₄)。在以下文献中详细讨论了可以用于本发明的这些玻璃料108以及一些不同的示例性玻璃料108的组成：共同转让的2008年7月28日提交的美国临时专利申请系列号第61/084,007号，以及题为“用玻璃料气密密封的玻璃封装以及制造方法(Glass Package that is Hermetically Sealed with a Fritand Method of Fabrication)”的共同转让的美国专利第6,998,776号。这些文献的内容通过引用纳入本文。

步骤210(任选)中，玻璃料108可以预烧结到第一玻璃板102(或第二玻璃板110)上。为了完成这一操作，对沉积在第一玻璃板102(或第二玻璃板110)上的玻璃料108进行加热，使其附着于第一玻璃板102(或第二玻璃板110)。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108放入加热炉内在400℃加热1小时，然后以受控速率冷却从而防止玻璃料108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108使其厚度变化小于5-10μm(举例来说)。

在步骤212(任选的)，将部件104和相关的电极106沉积在第二玻璃板110(或第一玻璃板102)上。例如，所述部件104和相关的电极106可以与OLED、固态照明装置和太阳能电池相连。如果需要的话，作为部件104和电极106的替代或补充，所述玻璃封装100可以包含液体(图中未显示)。

在步骤214，将所述第一玻璃板102设置在第二玻璃板110上，玻璃料108位于第一玻璃板102和第二玻璃板110之间。或者，可以将所述第二玻璃板110设置在第一玻璃板102上，玻璃料108位于第一玻璃板102和第二玻璃板110之间。

在步骤216，可通过使用密封装置114(例如激光器114)对玻璃料108进行加热，使得玻璃料108形成将第一玻璃板102与第二玻璃板110结合的密封件112(例如，气密密封件112)(参见图1B)。此外，密封件112可以通过阻止，例如，周围环境中的氧气和水份进入密封玻璃封装100来保护部件104(如果存在)。在一个实施方式中，所述密封装置114(激光器114)引导激光束115通过第一玻璃板102或第二玻璃板110(如图所示)射向玻璃料108，然后使得激光束115以预定的密封速度(例如20-50毫米/秒)沿着玻璃料108移动，以加热玻璃料108，使得玻璃料108熔化，形成将第一玻璃板102与第二玻璃板110相连的密封件112。所述激光束115的光点尺寸通常大于玻璃料108的宽度。例如，所述玻璃料108的宽度可以至少为1毫米，因此激光束合适的光点尺寸可以超过1毫米，例如光束直径至少约为2毫米，至少约为3毫米，或者至少约为4毫米。具体来说，所述激光束115将在玻璃料108上形成激光束覆盖区，在激光束覆盖区内的玻璃料108的特定位置的停留时间等于或大于100微秒，等于或大于200微秒，甚至等于或大于400微秒(注意：光点尺寸和激光束覆盖区可能与例如1/e²，全宽度最大值(FWHM)等相关)。在密封过程中，希望激光束115在玻璃料108的特定位置的停留事件≥100毫秒，因为这有助于防止玻璃料108从第一和第二玻璃板102和110开裂和脱层。在下面的试验结果部分提供了对密封步骤216和停留加热时间(加热曲线)的详细讨论。

如果需要，所述密封装置114(例如激光器114)可用于发射光线115(激光束115)来加热玻璃料108，其方式是使光线117沿具有无电极106区域和电极106占据区域(如果采用)的玻璃料108(例如，沿密封线118)移动，将玻璃料108的温度升高到一个基本恒定的温度，同时使得玻璃料108熔化并形成连接第一玻璃板102和第二玻璃板110的密封件112。在题为“用来密封有机发光二极管(OLED)显示器的参数的最优化(Optimization of Parameters for SealingOrganic Emitting Light Diode(OLED)Displays)”的共同转让的美国专利第7,371,143号中描述了可以在本发明中用来实现恒温密封技术的不同的密封技术和设备的例子。该文献内容通过引用纳入本文。

实验结果

对上文所述的激光玻璃料密封方法200以及密封的高CTE玻璃102和110(大部分是钠钙玻璃)进行分析。通过观察以及新的在线应力检测装置，对在各种密封条件下(包括不同的密封速度，激光束光点尺寸等)制造的试验玻璃封装100进行分析。发现如果采用显示器玻璃所用的激光密封条件(激光器功率33瓦，密封速度20毫米/秒，光束点尺寸1.8毫米，玻璃料宽度1毫米)对高CTE玻璃进行玻璃料密封，通常会造成不利的裂纹和玻璃料108的脱层，这是由于密封的高CTE玻璃封装100中的瞬时应力和残余应力造成的。另外，已经发现通过减小密封速度以及/或者增大激光束115的光点尺寸而延长停留加热时间(加热、密封和冷却玻璃料108所需的时间)，可以显著提高高CTE玻璃封装100的密封产率。通过应力分析证明了这一点，应力分析表明，采用较长的停留加热时间密封的钠钙玻璃板102和110的应力减小。本文中还描述了对其它的玻璃的该项分析和另外的试验，以说明在对高CTE玻璃板102和110进行密封的时候，高CTE玻璃板102和110的最优化密封条件以及重要的参数，例如CTE，退火点，加热曲线和玻璃料组成等。

密封质量的评价

在这些试验中，按照以上所述的共同转让的美国专利申请公开第2007/0128966号和第2007/0128967号所述的常规密封工艺制造的密封件采用的评价方法类似的方法，在光亮和黑暗的照明条件下，用光学显微镜进行观察来评价密封件的质量。通过使用该种方法，能够看到密封件112中的任何缺陷，可能是玻璃料108中的裂纹或脱层和/或玻璃板102和110中的裂纹。在一个试验中，使用两块钠钙玻璃板102和110以及1毫米宽的玻璃料108制造了玻璃封装100，在玻璃封装100中密封了钙小片302，密封条件如下：激光器功率为33瓦，密封速度为2毫米/秒，扩展的光束光点尺寸为3.2毫米。例如，可以用钙小片302来检测封装的泄漏(非气密性)，因此可以用来代表敏感性封装内容物。例如，所述钙小片302可以代表OLED装置的一个或多个有机层，钙小片测试的结果可以用来确定特定密封件在OLED装置上的效果。如果在预定时间长度之后，钙小片302的全部或一部分变成“白色片状硬壳”，则表示封装中存在氧气，封装可能发生了泄漏。在另一个试验中，用两块低CTE玻璃板(康宁的Eagle

玻璃板)和1毫米宽的玻璃料108制造了常规玻璃封装，密封条件如下：激光器功率为33瓦，密封速度为20毫米/秒，扩展的激光束光点尺寸为3.2毫米。在这两种情况下，所述玻璃料108的组成为Sb₂O₃(23.5摩尔％)，V₂O₅(47.5摩尔％)，P₂O₅(27摩尔％)，TiO₂(1.0摩尔％)，Al₂O₃(1.0摩尔％)，Fe₂O₃(2.5摩尔％)，以及至少10％的β-理霞石玻璃-陶瓷CTE降低填料(LiAlSiO₄)。所述密封的玻璃封装100和常规密封的玻璃封装通过了气密性测试，所述测试包括在85℃/85％相对湿度的室内放置1000小时。

本发明人通过改变激光器功率、密封速度和光束尺寸，以不同的密封条件进行试验。另外，本发明人以不同种类的玻璃料108进行试验，所述玻璃料108包括含有30％的β-理霞石填料的玻璃料以及具有不同的玻璃/β-理霞石填料比(70/30至90/10)的玻璃料。如表#1所示，本发明人发现，如果使用1毫米宽的玻璃料108，采用2毫米/秒的缓慢速度，激光器功率33瓦，扩展的3.2毫米的光束光点尺寸，能够对钠钙玻璃板102和110进行很好的密封，而在使用Eagle2000

玻璃板，1毫米宽的玻璃料108，相同的密封条件，但是密封速度为20毫米/秒、光束光点尺寸为1.8毫米的条件下，可以获得非常高的密封产率。实际上，当在密封条件包括激光器功率＝33瓦、密封速度＝20毫米/秒、光束光点尺寸＝1.8毫米的情况下，对钠钙玻璃板102和110进行密封的结果非常差。但是，当使用大约2毫米/秒的较慢的密封速度，以及1.8毫米的光束光点尺寸对钠钙玻璃板102和110进行密封的时候，可以获得好得多的密封结果。另外，当玻璃料108的宽度为1毫米时，将光束直径增大到大约3.2毫米，能够获得更好的密封质量和密封产率。这两个调节都是增加对玻璃封装100单个位置的有效加热时间(停留加热时间)。实际上，本发明人将停留加热时间τ(eff)定义为D/v，其中D是具有恒定光束形状的激光束115的直径，v是激光束115沿着玻璃料108平移的线速度。可以看到，D的增大以及v的减小导致τ(eff)的增大(参见图2中步骤216的关于停留加热时间的讨论)。对于Eagle2000

型玻璃这样的低CTE玻璃板，即CTE＝32-36×10^-7℃^-1的玻璃，所述密封可以在速度高于50毫米/秒、光点尺寸为1.8毫米的条件下完成。这意味着此类低CTE玻璃的停留加热时间可以等于或小于90毫秒。本发明所解决的问题是，高CTE玻璃(80-90x10^-7℃^-1)的常规停留加热时间应当至少比显示器玻璃的停留加热时间高一个数量级，以防玻璃料108从第一和第二玻璃板102和110开裂和脱层(见下文的讨论)。

表#1

对表1所示的不同的玻璃进行了测试，因为它们具有不同的CTE，其它的具有类似CTE的玻璃在相同的密封条件下会表现出类似的激光密封结果。表1中的钠钙玻璃和玻璃料的组成如下：

钠钙玻璃：73SiO₂，14Na₂O，9CaO，0.15Al₂O₃，0.03K₂O，4MgO，0.02TiO₂，0.1Fe₂O₃。

玻璃料108：Sb₂O₃(23.5摩尔％)，V₂O₅(47.5摩尔％)，P₂O₅(27摩尔％)，TiO₂(1.0摩尔％)，Al₂O₃(1.0摩尔％)，Fe₂O₃(2.5摩尔％)，以及至少10％的β-理霞石玻璃-陶瓷CTE降低填料(LiAlSiO₄)。

表1的其它的玻璃都是可以从康宁购得的玻璃。Eagle 2000^TM玻璃是碱土金属硼铝硅酸盐显示器玻璃，其CTE为32×10^-7℃^-1。玻璃A(Corning Code 7058)和B(Corning Code 9753)是CTE分别为51x10^-7℃^-1和59x10^-7℃^-1的石灰铝硅酸盐玻璃。玻璃C(Corning Code 0211)是碱金属-锌硼硅酸盐玻璃，在市场上作为显微镜盖片玻璃购得，CTE为74x10^-7℃^-1。

参见图[[5]]3，图中显示了根据本发明的一个实施方式，多个高CTE玻璃封装100随着密封速度或激光束形状变化的加热曲线。在此曲线中，x-轴是时间(秒)，y-轴是玻璃料温度(℃)，用以下的编号方式来鉴别各个曲线：

1.实线表示玻璃冷却的本征速率。

2.该实线表示采用2毫米/秒、光点尺寸3.2毫米的条件密封的时候，在0.7毫米宽的玻璃料108中心处测得的加热曲线。

2A.该虚线表示采用2毫米/秒、光点尺寸3.2毫米的条件密封的时候，在0.7毫米宽的玻璃料108边缘处测得的加热曲线。

3.该实线表示采用2毫米/秒、光点尺寸1.8毫米的条件密封的时候，在0.7毫米宽的玻璃料108中心处测得的加热曲线。

3A.该虚线表示采用2毫米/秒、光点尺寸1.8毫米的条件密封的时候，在0.7毫米宽的玻璃料108边缘处测得的加热曲线。

4.该实线表示采用20毫米/秒、光点尺寸1.8毫米的条件密封的时候，在0.7毫米宽的玻璃料108中心处测得的加热曲线。

4A.该虚线表示采用20毫米/秒、光点尺寸1.8毫米的条件密封的时候，在0.7毫米宽的玻璃料108边缘处测得的加热曲线。

表1和图3显示了较宽的激光束115光点尺寸会提供更均匀的加热曲线，这对于高CTE玻璃(如钠钙玻璃)的玻璃料激光密封是很重要的。

在线和密封过程之后的应力评价

为了测量激光密封的玻璃封装100内的应力，发明人采用了在密封的玻璃封装100内原位测量双折射的设备。该设备与M.H.L.Tardy的″用来测量光学材料中的双折射的试验方法(An Experimental Method for Measuring theBirefringence in Optical Materials)″，Optics Review，第8卷，第59-69页，1929(其内容参考结合入本文中)中所述的Tardy法类似。但是，在这些试验中，本发明人使用包括快速摄相机的设备监控双折射。由此，本发明人能够计算密封的玻璃封装100中的瞬时应力和残余应力。具体来说，本发明人使用该设备测量延迟的量，需要将其转化为双折射，然后需要将双折射转化为应力。对两个被测的玻璃封装提供双折射图，这两个封装各自都是由0.63毫米厚的钠钙玻璃板102和110以及位于其间的通常为1毫米宽的玻璃料108制成，所述被测的第一玻璃封装使用1.8毫米的点激光束115、20瓦的激光器功率，以10毫米/秒的速度密封，所述被测的第二玻璃封装100b使用1.8毫米的点激光束115、12瓦的激光器功率，以2毫米/秒的速度密封。以10毫米/秒的速度密封的第一玻璃封装中的应力水平显著高于以2毫米/秒的速度密封的第二玻璃封装中的应力(见图6)。对于设备的校准，本发明人使用相同的密封的第二玻璃封装将由设备600获得的残余双折射与由标准校准的偏光计获得的残余双折射进行比较。

还在一些钠钙玻璃封装100中，垂直于常规的玻璃料108测量双折射，在Hinds偏振光镜上采集的数据见图[[7]]4的曲线。在此曲线中，x-轴是在玻璃料上的距离(毫米)，y-轴是双折射(纳米/厘米)，用以下的编号方式来鉴别各个曲线：

1.使用掩模，在速度为20毫米/秒、激光器功率为175瓦、激光束光点尺寸为4.8毫米的条件下对该钠钙玻璃封装100进行密封。

2.使用掩模，在速度为20毫米/秒、激光器功率为370瓦、激光束光点尺寸为6.4毫米的条件下对该钠钙玻璃封装100进行密封。

3.使用掩模，在速度为20毫米/秒、激光器功率为18瓦、激光束光点尺寸为1.6毫米的条件下对该钠钙玻璃封装100进行密封。

出于参照的目的，在激光器功率为33瓦、激光束光点尺寸为1.8毫米、密封速度为20毫米/秒的条件下密封的常规Eagle 2000^TM玻璃封装产生的应力能够与在激光器功率为370瓦、激光束光点尺寸为6.4毫米、密封速度为20毫米/秒的条件下密封的钠钙玻璃封装100的应力相近。应当理解，应力越小，则玻璃封装100的机械性能和寿命越好。

Hinds偏振光镜提供了双折射的值，给出了关于玻璃料108中的应力的峰值，以及应力宽度相对于玻璃料108宽度的信息。图4所示的所得的双折射可以用图5所示的已知的应力-光学系数图转化为应力值，其中对沿着光路的应力局域化进行了某些假设。在此具体的曲线中，x-轴是距离(毫米)，y-轴是钠钙玻璃封装100中的应力(psi)，以下的编号方式用来分辨与密封条件相关的曲线：(1)2毫米/秒的密封速度，激光器功率为12瓦，激光束光点尺寸为1.8毫米；(2)10毫米/秒的密封速度，激光器功率为20瓦，激光束光点尺寸为1.8毫米。因为可以在密封过程中的任意特定时间点监控应力，因此可以获得瞬时应力和残余应力的峰值应力值。这些数据总结于图9。

参见图6，其中总结了不同的玻璃封装以及密封条件下的峰值应力，包括瞬时应力(底部的斜阴影线)和残余应力(顶部的斜阴影线)。在此图中，x-轴表示多个取样的玻璃封装，y-轴表示最大应力(psi)，样品鉴别如下：(1)Eagle表示用常规的玻璃料108密封的Eagle 2000^TM玻璃板；(2)SLN表示用常规的玻璃料108密封的钠钙玻璃板102和110；(3)SL90-10表示用常规的玻璃料108(其中玻璃与CTE降低填料比为90/10)密封的钠钙玻璃板102和110(注：第二个数字表示2毫米/秒或10毫米/秒的激光密封速度)。在此测试中，密封条件包括激光器功率为12瓦和20瓦(分别用于2毫米/秒和10毫米/秒的速度)，激光束光点尺寸为1.8毫米。

在图6中，看到钠钙玻璃的瞬时应力值大于Eagle 2000^TM玻璃，但是其应力峰值并未随着密封速度的不同而出现显著变化。与此同时，当在较慢的速度下对钠钙玻璃进行密封的时候，残余应力值下降。总体来说，如图4和图6所示，Eagle 2000^TM玻璃和钠钙玻璃密封的残余应力值之间的差异是最显著的。通过对各种应力图案进行详细分析表明，在等于和大于10毫米/秒的快密封速度下，应力图案相对于玻璃料108的中心明显不对称。另外，顶部钠钙玻璃板110的应力明显大于底部钠钙玻璃板102，如图5所示，如本文以下的部分进一步讨论。这也适用于低CTE显示器玻璃的密封，但是并不是这么关键，这是因为显示器玻璃的应力的量级小于较高CTE的玻璃。对于较高CTE的玻璃，应力的不对称性也是激光密封故障的一个重要因素。因此，基于Eagle和钠钙玻璃密封的测试结果，玻璃封装100中的残余应力的量不应比常规玻璃封装中的常规应力值大4-5倍。从图6可以看到，发现玻璃封装100中的最大残余应力的量小于1500psi，因此对于常规的玻璃封装，应当为小于7000psi。换言之，玻璃封装100中的残余应力不应大于大约1500psi，对于常规的玻璃封装，应当不大于7000psi。背板玻璃和盖板玻璃的应力差异应小于20-30％。

激光束光点尺寸的影响

如上文所述，钠钙玻璃的激光密封需要非常显著地改变加热曲线以便以高产率提供密封件112。本发明人对于各种激光束115光点尺寸和密封速度，使用上述常规的玻璃料108，进行钠钙玻璃密封试验。这些试验表明即使在低得多的速度下，＜1毫米/秒，1.8毫米的光点尺寸提供低质量的密封件，而在大约2毫米/秒的速度下以大于3毫米的光点尺寸进行密封的话，制得的玻璃封装100具有高质量的密封件112。这可以通过以下条件的差异来解释：停留加热时间，玻璃料加热、密封和冷却所需的时间(见图2的步骤216)以及玻璃料108的中心和边缘的加热均一性。通过对玻璃料108进行均一的加热可以确保玻璃料108的中心和边缘具有类似的停留加热时间。例如，在光束宽度为1.8毫米、速度为1毫米/秒(功率为12瓦)的条件下，1毫米宽的玻璃料108的中心的停留加热时间为1.8秒，而对于3.25毫米宽的光束和2毫米/秒(功率30瓦)的条件来说几乎是相同的(约1.6秒)，但是对于3.25毫米宽的光束来说，密封结果要好得多。1.8毫米的光束对玻璃料108的边缘的停留加热时间要比3.25毫米的光束短得多。应当理解，所述激光束可以具有阶梯状的强度曲线(沿着光束的宽度的强度分布)，在光束的宽度上具有基本均一的强度，或者光束可以具有高斯强度曲线。在本文中，基本均一的强度分布表示在光束的宽度上可能有一些很小的强度变化。例如，实际上，真实的阶梯函数强度分布是很难实现的，在分布的“侧面”可以有一定的斜率，或者可能发生其它的小的强度变化。上文中已经讨论了以2毫米/秒的密封速度制造的玻璃封装100中，保护Ca小片302(用于气密性测试)的常规密封件(使用两块钠钙玻璃板102和110以及1毫米宽的玻璃料108制造，密封Ca小片302，密封条件为：激光器功率＝33瓦，密封速度为2毫米/秒，扩展的光束光点尺寸为3.2毫米)。

迄今为止，如前文所述制造的初始测试的玻璃封装100中有四分之三都通过了在85℃/85％相对湿度的室内保持1000小时的试验。需要注意的是，所述出现故障的玻璃封装100在激光开始/停止位置具有密封件112缺陷，已知对于显示器玻璃和钠钙型玻璃，这都是最重要的密封点。在包括更多数量的玻璃封装100(大于20)的其它的试验中，几乎所有的没有可见缺陷的玻璃封装100都能够通过在85℃/85％相对湿度的室内保持至少1000小时的测试，而不会发生任何可见的玻璃料108泄漏的预兆，而钠钙玻璃板102和110自身显著地风化。

高速密封

为了获得20毫米/秒的密封速度，可以增大激光束115的光点尺寸，以保持与较低速度条件下相同的加热曲线。显示为采用400瓦激光器功率、密封速度20毫米/秒、激光束光点尺寸9毫米。由于制备的这些种类的玻璃封装100的数量有限，没有统计学数据，但是这些玻璃封装100中的至少两个成功地密封了Ca小片302，在实验室环境中坚持了至少2000小时。这说明可以通过保持宽的加热曲线对高CTE玻璃进行密封。该方法允许延长玻璃料108宽度上的停留加热时间，同时保持20毫米/秒的较高的密封速度。

玻璃料改良

对于钠钙玻璃板102和110的密封，发现相对于常规玻璃料108的CTE变化对钠钙玻璃板102和110的密封没有重要影响。实际上，填料量较少的较高CTE玻璃料108的性能更差一些，但是在这些玻璃封装100中实现成功的密封件112。

不类似的玻璃的密封

应变点的影响

还对不类似的玻璃与性质不同于Eagle 2000^TM玻璃和钠钙玻璃的玻璃的密封进行了研究，结果汇总于上表#1。可以看到，Eagle 2000^TM玻璃与玻璃A和B的密封表明了应变点的值的重要性。应变点越低，玻璃密封越好，这可以通过对应力值的观察来解释。对于较高应变点的玻璃，其中的总体应力高于具有相同CTE和较低应变点的玻璃中的应力。这是因为应力在低于玻璃应变点的温度产生。如果密封温度低于玻璃的应变点，则具有相同CTE的玻璃将具有相同的应力值。如果应变点低于密封温度，则具有较低应变点的玻璃将会具有较低的应力。对于玻璃A和玻璃B就是这种情况，其中玻璃A的应变点为472℃，能够很好地密封于Eagle 2000^TM玻璃，而玻璃B具有类似的CTE，但是应变点高于800℃，其根本无法密封，而是发生了分层。一般来说，应变CTE*ΔT/Δt(应变点至室温)的总体数值应低于某个数值。制备良好密封件的常规的值约为1500ppm。但是，如果玻璃的冷却速率比本征冷却速率更慢，则可以超过该数值。因此，在本发明中，有可能在特定停留加热时间(例如＞400毫秒)，玻璃板102和110的应变点减去密封工艺之前的玻璃板102和/或110的平衡温度的差可以小于500℃。例如，如果需要缩短停留加热时间(＜400毫秒)，根据以上公式，需要升高环境温度而减小应变点和环境温度之间的ΔT。例如，如果需要以＜100毫秒或者＜200毫秒的停留加热时间进行密封，则需要分别将环境温度升高至少200℃或100℃。具体来说，在本发明中，有可能在特定停留加热时间(约等于或大于200毫秒)，玻璃板102和110的应变点减去密封工艺之前的玻璃板102和/或110的平衡温度的差可以约小于400℃。而且，在本发明中，有可能在特定停留加热时间(约等于或大于100毫秒)，玻璃板102和110的应变点减去密封工艺之前的玻璃板102和/或110的平衡温度的差可以约小于300℃。

玻璃厚度的影响

玻璃板102和110的厚度也对玻璃密封发挥着重要作用。可以将厚度为150微米的玻璃C密封于Eagle 2000^TM玻璃，而厚度大于400微米的较厚的玻璃C在以上表1所述的密封条件下会产生裂纹和分层。在这些试验中，使用的常规玻璃料108的组成为Sb₂O₃(23.5摩尔％)，V₂O₅(47.5摩尔％)，P₂O₅(27摩尔％)，TiO₂(1.0摩尔％)，Al₂O₃(1.0摩尔％)，Fe₂O₃(2.5摩尔％)，以及至少10％的β-理霞石玻璃-陶瓷CTE降低填料(LiAlSiO₄)。使用钠钙玻璃进行的其它的试验也表明，厚玻璃的密封(2-3毫米相对于0.7毫米)会得到较低的密封产率。

应当理解以上所述的试验使用具有特定尺寸和组成的玻璃料108，玻璃板102和110具有特定的组成，但是应当理解可以使用本发明将不同种类的玻璃料108以及不同种类的玻璃板102和110互相连接。另外，以上实验涉及使用具体的步骤和具体的步骤顺序，但是应理解为了利用本发明制造密封的玻璃封装110，可实施或不实施这些步骤中的任何步骤，或者采用或不采用该具体的步骤顺序。因此，激光辅助的玻璃料密封法200和所得的密封的玻璃封装100应理解为不受限于特定类型的玻璃料108，特定类型的玻璃板102和110，特定的步骤或特定的步骤顺序。

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)

1.一种用来制造玻璃封装的方法，所述方法包括以下步骤：

提供第一玻璃板，其中所述第一玻璃板的热膨胀系数CTE约为80-90×10^-7℃^-1；

提供第二玻璃板；

提供玻璃料，其中所述玻璃料的CTE至少约为35×10^-7℃^-1；

将玻璃料沉积在第一玻璃板或第二玻璃板上；

将所述第一玻璃板设置在第二玻璃板上，其中玻璃料位于第一玻璃板和第二玻璃板之间；

使用激光器引导激光束通过所述第一玻璃板或第二玻璃板，射向玻璃料，然后使得激光束以预定的密封速度，沿着所述玻璃料移动，以加热玻璃料，使得所述玻璃料熔化，形成将第一玻璃板与第二玻璃板相连的密封件；以及

所述激光束在所述玻璃料上形成激光束覆盖区，在所述激光束覆盖区内的玻璃料的一个位置的停留时间等于或大于100毫秒。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光束在玻璃料的一个位点的停留时间使得在玻璃料中心和边缘的加热和冷却基本均一。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二玻璃板的CTE约为30x10^-7℃^-1，或者小于第一玻璃板的CTE。

4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，以一种方式按照预定的加热曲线以大约20-50毫米/秒的预定密封速度进行玻璃料的熔化以形成密封件，从而防止第一玻璃板和第二玻璃板之间的密封的玻璃料的随后的裂纹和分层。

5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光束的光点尺寸大于玻璃料的宽度。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述激光束具有高斯强度分布或基本均一的强度分布。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述激光束具有基本均一的强度分布。

8.如权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一玻璃板是钠钙玻璃板。

9.如权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二玻璃板是钠钙玻璃板。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一玻璃板的应变点约低于500℃。

11.如权利要求1-10中任一项所述的方法，其特征在于，对于约等于或大于100毫秒的停留加热时间，第一玻璃板的应变点减去密封之前的第一玻璃板的平衡温度的差值约小于300℃。

12.如权利要求1-10中任一项所述的方法，其特征在于，对于约等于或大于200毫秒的停留加热时间，第一玻璃板的应变点减去密封之前的第一玻璃板的平衡温度的差值约小于400℃。

13.如权利要求1-10中任一项所述的方法，其特征在于，对于约等于或大于400毫秒的停留加热时间，第一玻璃板的应变点减去密封之前的第一玻璃板的平衡温度的差值约小于500℃。

14.如以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述密封的第一玻璃板的残余应力不大于约1500磅/平方英寸。

15.如以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在进行设置步骤之前，将玻璃料预烧结在第一玻璃板或第二玻璃板上的步骤。

16.如以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在进行设置步骤之前，将至少一个部件放置在第二玻璃板上的步骤。

17.如以上权利要求中任一项所述的方法，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件的时候，使所述玻璃料沿密封线保持基本恒定的温度。

18.如权利要求1-17中任一项所述的方法，其特征在于，所述玻璃料包括钒-磷酸盐玻璃和β-理霞石填料。

19.如权利要求1-17中任一项所述的方法，其特征在于，所述玻璃料包含用一种或多种吸收离子掺杂的玻璃，所述吸收离子选自：铁、铜、钒、锰、钴、镍、铬或钕。

20.一种玻璃封装，其包括：

第一玻璃板，所述第一玻璃板的热膨胀系数CTE约为80-90×10^-7℃^-1；

第二玻璃板；和

玻璃料，其CTE至少约为35×10^-7℃^-1，所述玻璃料形成将第一玻璃板与第二玻璃板相连的密封件。

21.如权利要求20所述的玻璃封装，其特征在于，所述第二玻璃板的CTE约为30x10^-7℃^-1，或者小于第一玻璃板的CTE。

22.如权利要求20或21所述的玻璃封装，其特征在于，所述第一玻璃板是钠钙玻璃板。

23.如权利要求20-22中任一项所述的玻璃封装，其特征在于，所述第一玻璃板的应变点约低于500℃。

24.如权利要求20-23中任一项所述的玻璃封装，其特征在于，所述玻璃料包括钒-磷酸盐玻璃和β-理霞石填料。

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