CN107949926B - 包括透明密封的装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本文揭示了制造密封装置(200)的方法，该方法包括：将包含至少一种金属的密封层放置在第一玻璃基材(201a)与第二基材(201b)之间以形成密封界面；以及将运行在预定波长的激光束引导到密封界面上，从而在第一和第二基材之间形成至少一个密封(207)以及将所述至少一种金属转变为金属纳米颗粒。本文还揭示了密封包括粒度小于约50nm的金属纳米颗粒的密封装置，以及包括此类密封装置的显示器装置。
Description
相关申请的交叉参考
本申请根据35U.S.C.§119，要求2015年09月04日提交的美国临时申请系列第62/214275号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。
技术领域
本公开一般地涉及密封装置，更具体地，涉及包含金属纳米颗粒的透明气密密封，以及采用金属膜制造此类密封的方法。
技术背景
密封玻璃封装和包装对于应用于可受益于气密环境进行持续运行的电子器件和其他装置正变得越来越流行。可受益于气密封装的示例性装置包括：电视机、传感器、光学装置、有机发光二极管(OLED)显示器、3D喷墨打印机、激光打印机、固态发光源和光伏结构。例如，包括OLED或量子点(QD)的显示器可利用密封的气密封装来防止这些材料在大气条件下发生分解的可能性。
在具有或不具有环氧密封材料或者其他密封材料的情况下，可以通过将基材放在炉中，对玻璃、陶瓷和玻璃陶瓷基材进行密封。但是，炉通常运行在高加工温度下，这对于诸如OLED和QD之类的许多装置是不合适的。还可采用玻璃玻璃料对这些基材进行密封，例如，将玻璃玻璃料放在基材之间，并用激光或其他热源加热玻璃料，从而对封装进行密封。基于玻璃料的密封剂可以包含例如被研磨至平均粒度通常约为2-150微米的玻璃材料。玻璃玻璃料材料可以与具有类似粒度的负CTE材料混合，以降低基材与玻璃玻璃料之间的热膨胀系数失配。
但是，玻璃玻璃料可能需要对诸如OLED或QD之类的装置而言不合适的更高的加工温度，和/或可能在密封之后产生不合乎希望的气体。玻璃料密封还可能具有不合乎希望的低拉伸强度和/或剪切应变。此外，由于玻璃料糊料中的负CTE无机填料，使用这些材料来形成气密密封会导致不透明密封。
在各种应用中，例如在显示器应用中，需要透明密封。例如，透明密封可以减少否则的话出于美观目的可能要被斜面覆盖的显示器面积的量。因此，提供同时是透明且气密的密封装置以及用于形成此类装置的方法会是有利的。
发明内容
本公开涉及制造密封装置的方法，该方法包括：将包含至少一种金属的密封层放置在第一玻璃基材与第二基材之间以形成密封界面；以及将运行在预定波长的激光束引导到密封界面上，从而在第一和第二基材之间形成至少一个密封以及将所述至少一种金属转变为平均粒度小于约50nm的金属纳米颗粒。在一些实施方式中，由此形成的密封会是气密和/或透明的。
在一个非限制性实施方式中，第二基材可以选自：玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷基材，例如，氮化铝、氧化铝、氧化铍、氮化硼或碳化硅等。根据各种实施方式，密封层的厚度可以小于约500nm。在其他实施方式中，在激光的运行波长，密封层的吸收率会大于约10％。在另一个实施方式中，在激光的运行波长，第一和第二基材的吸收率会小于约10％。根据另一个实施方式，密封层的熔点会是第一或第二基材中的至少一个的玻璃转变点的约10％和/或100℃内。
本公开还涉及密封装置，其包括第一玻璃基材、第二基材和布置在其间的至少一个密封，其中，所述至少一个密封包括平均粒度小于约50nm的金属纳米颗粒。根据各种实施方式，所述至少一个密封可以是透明和/或气密密封。根据另一个实施方式，金属纳米颗粒的平均粒度可以小于约10nm。在其他实施方式中，第一或第二基材中的至少一个可以包括至少一个腔体。所述至少一个腔体可以含有例如颜色转换元件或发光结构等。
在以下的详细描述中给出了本文的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的方法而被认识。
应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都表示本文的各种实施方式，用来提供对于权利要求的性质和特性的总体理解或框架性理解。包括的附图提供了对本文的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图以图示形式说明了本文的各种实施方式，并与说明书一起用来解释本文的原理和操作。
附图说明
当结合附图阅读时，可以更进一步理解以下详细描述。
图1显示根据本公开的各种实施方式，包括密封层的未密封装置的侧视图；
图2显示某些金属的反射率与波长的关系图；
图3显示图1的未密封装置的俯视图；
图4A是密封之前的示例性玻璃-金属-玻璃界面的透射电子显微镜(TEM)图像；
图4B是在两块玻璃基材之间的包含金属纳米颗粒的示例性密封的TEM图像；
图5显示根据本公开的各种实施方式的密封装置的俯视图；以及
图6显示图5的密封装置沿线A-A截取的横截面图。
具体实施方式
现将参照图1-6讨论本公开的各种实施方式，其显示了示例性方法和装置。以下一般性描述旨在提供对于所要求保护的方法和装置的总览，并且本公开全文将参照非限制性实施方式更具体地讨论各个方面，在本公开的内容中，这些实施方式是可相互交换的。
方法
本文揭示了制造密封装置的方法，该方法包括：将包含至少一种金属的密封层放置在第一玻璃基材与第二基材之间以形成密封界面；以及将运行在预定波长的激光束引导到密封界面上，从而在第一和第二基材之间形成至少一个密封以及将所述至少一种金属转变为平均粒度小于约50nm的金属纳米颗粒。在一些实施方式中，所述至少一个密封会是在可见光波长透明的和/或气密的。
如图1所示，可以使得第一基材101a和第二基材101b以及包含至少一种金属的密封层103接触，以形成密封界面105。如本文所述，密封界面是第一玻璃基材101a、第二基材101b与密封层103之间的接触点，例如，表面相遇通过焊接或密封接合。可以通过本领域已知的任何方式使得基材与密封层接触，以及在某些实施方式中，可以采用作用力(例如，施加压缩力)进行接触。例如，可以将密封层施涂到第一或第二基材，或者在一些实施方式中，可以将密封层同时施涂到第一和第二基材。作为非限制性例子，基材可以布置在两块板之间并压制到一起。在某些实施方式中，可以使用夹具、托架、真空吸盘和/或其他固定装置来施加压缩力，从而确保密封界面处的良好接触。
在一些实施方式中，第一基材101a和/或第二基材101b可以包括本领域已知的任意玻璃，包括但不限于：钠钙硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃、碱性铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、碱性硼硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃、碱性铝硼硅酸盐玻璃、熔融二氧化硅玻璃和其他合适的玻璃。在各个实施方式中，这些基材可以经过化学强化和/或热回火。合适的市售可得基材的非限制性例子包括：来自康宁有限公司(Corning Incorporated)的EAGLE
IrisTM、LotusTM、
和
玻璃等。根据一些非限制性实施方式，通过离子交换进行化学强化的玻璃可适合作为基材。在某些实施方式中，第一和第二基材可选自相同或不同玻璃。
例如，合适的玻璃基材可以具有小于约1000℃的玻璃转化温度(Tg)，例如小于约950℃、小于约900℃、小于约850℃、小于约800℃、小于约750℃、小于约700℃、小于约600℃、小于约500℃、小于约450℃或更小，例如，约450-1000℃，包括其间的所有范围和子范围。在其他实施方式中，第一基材101a和/或第二基材101b的Tg可以大于1000℃，例如，大于约1100℃、大于约1200℃、大于约1250℃、大于约1300℃，或者更大，例如，约为1000-1300℃，包括其间的所有范围和子范围。在某些实施方式中，第一和第二基材可以具有相同或不同Tg。
根据各种实施方式，第一基材101a和/或第二基材101b可以选自压缩应力大于约100MPa且压缩应力层深度(DOL)大于约10微米的玻璃。在其他实施方式中，第一基材101a和/或第二基材101b可以具有大于约500MPa的压缩应力和大于约20微米的DOL，或者大于约700MPa的压缩应力和大于约40微米的DOL。在替代实施方式中，第二基材101b可以包括除了玻璃之外的材料，例如，陶瓷或玻璃陶瓷。可以构建第二基材的示例性的合适材料包括但不限于：氮化铝、氧化铝、氧化铍、氮化硼和碳化硅等。
在非限制性实施方式中，第一基材101a和/或第二基材101b的厚度可以小于或等于约3mm，例如，约为0.1-2mm、约为0.2-1.5mm、约为0.3-1.2mm、约为0.4-1mm、约为0.5-0.8mm、或者约为0.6-0.7mm，包括其间的所有范围和子范围。根据各种实施方式，第一基材101a和/或第二基材101b的厚度可以大于3mm，例如，大于4mm、大于5mm，或更大，包括其间的所有范围和子范围。
在各种实施方式中，第一基材101a和/或第二基材101b可以是透明或者基本透明的。如本文所用术语“透明”旨在表示在给定波长，玻璃具有大于约90％的透射率。例如，示例性透明玻璃基材在可见光范围(420-700nm)可以具有大于约90％的透射率，例如，大于约92％、大于约94％、大于约96％、或者大于约98％，例如约90-98％，包括其间的所有范围和子范围。
第一基材101a和/或第二基材101b还可以是在激光的运行波长是透明或者基本透明的(例如，吸收率小于约10％或者透射率大于约90％)。例如，第一基材101a和/或第二基材101b会吸收小于约8％、小于约6％、小于约2％、和小于约1％，例如约1-10％的激光的运行波长，包括其间的所有范围和子范围。例如，示例性玻璃基材在紫外(UV)波长(<420nm)和红外(IR)波长(>700nm)可吸收小于约10％的光。
在某些实施方式中，密封层可以包括至少一种金属。例如，密封层可以包括选自下组的至少一种金属：铝、铁、铜、银、金、铬、钛、铑、镁、镍、锌、钼，其合金(例如，铝合金、镁合金、钢、不锈钢或黄铜等)，及其组合。根据各种实施方式，密封层可以包括至少一种金属，例如，密封层可以选自：铝、不锈钢、铜、银和金膜等。在一些实施方式中，密封层可以不含或者基于不含由于等离激元共振导致在可见光谱中具有吸收峰的金属颗粒，例如，金或铜等。
根据某些实施方式，密封层可以包括两个或更多个膜，每个膜包括至少一种金属。例如，可以使用铝膜与银膜的组合，或者上文所揭示的金属膜的任意其他组合。在其他实施方式中，密封层可以包括包含金属混合物(例如，铬和钛，或者上文所揭示的金属的任意其他组合)的单膜。作为非限制性例子，密封层的厚度可以小于约500nm，例如，小于约400nm、小于约300nm、小于约200nm、小于约100nm、小于约50nm、小于约25nm、或者小于约10nm，例如约10-500nm，包括其间的所有范围和子范围。其他示例性实施方式可以采用包括两层膜的密封层，每层的厚度小于或等于500nm，例如，小于或等于250nm或者小于或等于100nm，例如，约10-500nm，包括其间的所有范围和子范围。
在其他非限制性实施方式中，密封层可以包括至少一层金属膜和至少一层玻璃密封膜。玻璃密封膜可以选自例如如下玻璃组合物，其在预定激光运行波长具有大于约10％的吸收率和/或具有较低的玻璃转化温度(Tg)。根据各种实施方式，玻璃密封膜可以选自：硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、亚碲酸盐玻璃和硫属化物玻璃，例如，磷酸锡、氟磷酸锡和氟硼酸锡。
通常，合适的密封玻璃可以包括低Tg玻璃与铜或锡的合适的反应性氧化物。作为非限制性例子，密封层可以包括Tg小于或等于约400℃(例如，小于或等于约350℃、小于或等于约300℃、小于或等于约250℃或者小于或等于约200℃，包括其间的所有范围和子范围，例如，约200-400℃)的玻璃。美国专利申请第13/777,584号、第13/891,291号、第14/270,828号和第14/271,797号揭示了合适的玻璃密封膜和方法，其全文通过引用结合入本文。
在一些实施方式中，可以对密封层和/或一层或多层膜的厚度进行选择，以获得所需的密封与光学性质的组合。例如，可以对密封层的厚度进行选择，使得一部分的密封层转变为金属纳米颗粒，从而在两块基材之间形成密封，而另一部分的密封层保持未发生变化，从而为密封提供散射和/或反射性质。根据其他实施方式，可以使用两层或更多层膜，对每层的厚度进行选择，以产生所需的密封和光学性质的组合。例如，密封层总厚度可以大于或小于500nm，或者构成密封层的一层或多层膜的厚度可以单独或者以组合方式大于或小于500nm。
在某些非限制性实施方式中，在激光的运行波长，密封层103的吸收率会大于约10％。例如，密封层103在激光的运行波长的吸收率可以大于约20％，例如，大于约30％、大于约40％、大于约50％、大于约60％、大于约70％、大于约80％、或者大于约90％，例如，约10-90％，包括其间的所有范围和子范围。在某些实施方式中，密封层103在UV(<420nm)、可见光(420-700nm)和红外(>700nm)波长可以吸收大于约10％的光。如图2所示，各种金属可以在UV和可见光波长吸收(例如，大于约10％的吸收率)的光，以及一些还可在IR波长发生吸收。
在某些实施方式中，密封层103可以具有小于约1000℃的熔点，例如小于约950℃、小于约900℃、小于约850℃、小于约800℃、小于约750℃、小于约700℃、小于约600℃、小于约500℃或更小，例如，约500-1000℃，包括其间的所有范围和子范围。在其他实施方式中，密封层103可以具有大于1000℃的熔点，例如，大于约1100℃、大于约1200℃、大于约1300℃、大于约1400℃、大于约1500℃、大于约1600℃、大于约1700℃、大于约1800℃、大于约1900℃、或者大于约2000℃，例如约1000-2000℃，包括其间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，密封层可以包括金属，以及密封层的熔点会近似等于该金属的熔点。
不希望受限于理论，相信通过密封层吸收激光辐射可以在密封界面处产生热。例如，可以将密封界面局部加热至密封温度，在该温度，所述至少一种金属转变为金属纳米颗粒，以及第一和/或第二基材软化或熔化以形成密封。在一些实施方式中，密封温度可以大于所述至少一种金属的熔点和/或第一和/或第二基材的Tg。例如，密封温度可以小于约1000℃，例如小于约950℃、小于约900℃、小于约850℃、小于约800℃、小于约750℃、小于约700℃、小于约600℃、小于约500℃或更小，例如，约500-1000℃，包括其间的所有范围和子范围。在其他实施方式中，密封温度可以大于1000℃，例如，大于约1100℃、大于约1200℃、大于约1300℃、大于约1400℃、大于约1500℃、大于约1600℃，例如，约为1000-1700℃，包括其间的所有范围和子范围。
根据各种实施方式，包含至少一种金属的密封层103可以在例如可见光波长是不透明的。在其他实施方式中，在激光暴露之后，密封层103可以转化为基本透明的金属纳米颗粒。金属纳米颗粒可以结合到第一和/或第二基材的表面中，从而形成密封的一部分，例如，金属纳米颗粒与玻璃的膜或层。在各个实施方式中，金属纳米颗粒可以分散在玻璃中，例如，颗粒与玻璃混合，但是不是作为玻璃的一部分或者任意其他方式溶解在玻璃中。
在某些实施方式中，在转化过程期间，金属纳米颗粒可以部分或完全溶解在第一或第二基材的一种或多个中。不希望受限于理论，相信密封层转变为金属纳米颗粒的机制可能涉及在提升温度下，金属溶解到玻璃中，之后当玻璃冷却时，金属发生沉淀。此外，金属在玻璃中的溶解度可能影响金属纳米颗粒会在玻璃中发生移动或分布的程度(即，所得到的密封的厚度)。在一些情况下，可能的情况是金属可被大气氧或者被玻璃中的多价态物质氧化，以促进金属溶解到玻璃中。例如，在铁膜的情况下，(作为元素Fe)其不是高度可溶解于玻璃中的，可以根据如下方程式(1)通过大气氧化或者根据如下方程式(2)通过与多价态玻璃组分的反应形成铁氧化物(FeO)：
2Fe(膜)+O2(空气)→FeO(玻璃) (1)
SnO2(玻璃)+Fe(膜)→SnO(玻璃)+FeO(玻璃) (2)
当然，这些反应仅仅是示例性的，并不旨在限制权利要求的范围。无论提出的行为机制如何，通过密封层吸收激光辐射可以起到打破膜或密封层的连续性的作用，这进而会导致包含较小金属纳米颗粒(例如，平均粒度小于50nm或者甚至小于10nm)的透明密封。
根据一些实施方式，密封可以包括其中分散或结合了金属纳米颗粒的第一和/或第二基材的层或区域。在其他实施方式中，层的厚度可以约为100nm至约500微米，例如，约为150nm至约250微米，约为200nm至约100微米，约为300nm至约50微米，约为400nm至约25微米，或者约为500nm至约10微米，包括其间的所有范围和子范围。
要理解的是，将所述至少一种金属转变为金属纳米颗粒，然后将其结合到玻璃基材中，这不同于将金属等离子体扩散到玻璃中。可以通过蒸发金属(例如，通过形成等离子体)然后将气态金属扩散到玻璃中，来进行扩散。相反地，金属纳米颗粒是可以结合到玻璃中的固体颗粒。由于金属纳米颗粒的低吸收横截面，纳米(以及密封)在例如可见光波长会是透明的。因而，在各种实施方式中，密封温度可以低于所述至少一种金属和/或密封层的升华温度。根据额外实施方式，密封温度低于形成包含所述至少一种金属的等离子体的温度。
还要理解的是，将所述至少一种金属转变为金属纳米颗粒，然后将其结合到玻璃基材中，这不同于采用包含金属氧化物的密封层(例如，低熔融玻璃“LMG”组合物，其包含ZnO、SnO、SnO2和/或P2O5等)。例如，虽然此类金属氧化物可能在玻璃中是高度可溶性的并且因而可以广泛地分布在整个密封区域或界面(例如，从基材表面移动最高至数微米深度)，本文所揭示的金属纳米颗粒具有相对较低溶解度，并且因而可能移动的距离要短得多，例如，小于约100nm，小于约90、80、70、60、50、40、30、20、或10nm，包括其间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，可以通过例如与大气氧或者玻璃中的多价态组分反应，将金属纳米颗粒转变为金属氧化物。但是，即使是这样，此类经转变的金属氧化物的分布可能比初始结合到密封层中的金属氧化物要小得多，并且由此形成的金属氧化物在玻璃冷却之后可作为金属纳米颗粒沉淀。
不希望受限于理论，相信玻璃基材与密封层的基本同时熔化会产生可以结合到软化的玻璃中从而形成基本透明密封的金属纳米颗粒。因此，在一些实施方式中，可以对密封层103以及第一基材101a和第二基材101b进行选择，使得密封层的熔点基本类似于第一和/或第二基材中的至少一个的Tg。例如，密封层的熔点以及第一和/或第二基材的Tg相互可以在约50％内，例如，在约40％、30％、25％、20％、15％、10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、或1％内，包括其间的所有范围和子范围。在其他实施方式中，密封层的熔点以及第一和/或第二基材的Tg相互可以在约500℃内，例如，在约400℃、300℃、200℃、100℃、90℃、80℃、70℃、60℃、50℃、40℃、30℃、20℃、10℃、或5℃内，包括其间的所有范围和子范围。
如果密封层103的熔点相对于第一基材101a和/或第二基材101b的Tg而言太低，则密封层可能在玻璃基材中的一个或多个之前发生熔化，因而玻璃基材不会软化或者不会熔化到足以形成粘结。因而，在各种实施方式中，密封层的熔点可以大于第一和/或第二基材的Tg的50％，例如，大于约60％、70％、80％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、或99％，例如，范围是第一和/或第二基材的Tg的约50-100％，包括其间的所有范围和子范围。另一方面，如果密封层103的熔化温度相对于第一基材101a和/或第二基材101b的熔化温度而言太高的话，则第一基材101a和/或第二基材101b会在形成金属纳米颗粒之前融化，并且密封可能不是透明的。因而，在额外实施方式中，第一和/或第二基材的Tg可以大于密封层的熔点的50％，例如，大于约60％、70％、80％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、或99％，例如，范围是密封层的熔点的约50-100％。
图3是图1所示未密封装置的俯视图。如所示，第一基材101a和第二基材101b可以是透明的，因而在所示的实施方式中都是可见的。根据各个实施方式，密封层103可以是不透明的。虽然图3所示的非限制性实施方式包括的密封层103是绕着玻璃基材的边缘的矩形图案，但是要理解的是，密封层可以具有任意给定图案、尺寸、形状和/或位置。例如，密封层可以覆盖第一和/或第二基材的全部或者基本上全部的表面。可能在真空隔绝玻璃(VIG)的情况下考虑这种实施方式。或者，可以将密封层施加到第一和/或第二基材，以形成任意给定图案。例如，可以将工件放在第一与第二基材之间，以及可以绕着工件(例如，框住工件)布置密封层。该框架可以沿着玻璃基材的周界，例如，在基材的边缘处延伸。当然，可以在玻璃基材上的任意位置(包括基材的周界和/或中心区域)使用任意形状(例如，正方形、矩形、圆形、规则或不规则图案等)。
为了对图3的装置进行密封，可以采用任意预定路径，使得(未示出的)激光扫描过基材或者沿着基材位移(或者基材可以相对于激光位移)，以产生任意图案，例如，正方形、矩形、圆形、椭圆形或者任意其他合适的图案或形状。用于在第一和第二基材之间形成密封的激光可以选自本领域已知的用于玻璃基材焊接的任意合适的连续波或者半连续波激光。共同待审的美国申请第13/777,584号、第13/891,291号、第14/270,828号和第14/271,797号揭示了用于形成密封的示例性激光及其方法，其全文通过引用结合入本文。
例如，激光可以在UV(<420nm)、可见光(420-700nm)或红外(>700nm)波长发光。在某些实施方式中，可以使用运行在约355nm或者任意其他合适的UV波长的连续波或高重复频率半连续波激光。在其他实施方式中，可以使用运行在约532nm或者任意其他合适的可见光波长的连续波或高重复频率半连续波激光。在其他实施方式中，可以使用运行在约810nm或者任意其他合适的IR波长的连续波或高重复频率半连续波激光。根据各种实施方式，激光可以运行在约300-1600nm的预定波长，例如，约350-1400nm、约400-1000nm、约450-750nm、约500-700nm、或者约600-650nm，包括其间的所有范围和子范围。
激光束(或基材)沿着界面的位移速度可以根据应用变化，并且可以取决于密封层和/或第一和第二基材的组成和/或激光参数(例如，焦点配置、激光功率、频率和/或波长)。在某些实施方式中，激光的位移速度可以约为1-1000mm/s，例如约为5-750mm/s、约为10-500mm/s、或者约为50-250mm/s，例如大于约100mm/s、大于约200mm/s、大于约300mm/s、大于约400mm/s、大于约500mm/s、或者大于约600mm/s，包括其间的所有范围和子范围。
根据各种实施方式，激光束可以运行在大于约3W的平均功率，例如，约为6W至约15kW，例如，约为7W至约12kW，约为8W至约11kW，或者约为9W至约10kW，包括其间的所有范围和子范围。激光可以运行在任意频率，并且在某些实施方式中，以半连续或连续方式运行。在一些非限制性实施方式中，激光的频率或者重复频率可以是约为1kHz至约5MHz，例如，约为10kHz至约4MHz，约为50kHz至约3MHz，约为100kHz至约2MHz，约为250kHz至约1MHz，或者约为500kHz至约750kHz，包括其间的所有范围和子范围。
根据各种实施方式，可以将激光束引导到并聚焦到密封界面、低于密封界面或者高于密封界面，使得界面上的束斑直径可以小于约1mm。例如，束斑直径可以小于约500微米，例如，小于约400微米、小于约300微米、或者小于约200微米、小于约100微米、小于约50微米、或者小于约20微米，包括其间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，束斑直径可以约为10-500微米，例如，约为50-250微米，约为75-200微米，或者约为100-150微米，包括其间的所有范围和子范围。
在本文所揭示的某些实施方式中，可以改变激光波长、重复频率(调制速度)、平均功率、聚焦情况和其他相关参数，从而产生足以通过密封层的方式将第一和第二基材焊接到一起的能量。对于所需应用，本领域技术人员有能力按需改变这些参数。在各种实施方式中，激光通量(或强度)低于第一和/或第二基材的破坏阈值，例如，激光运行的条件强的足以将基材焊接到一起，但是没有强到对基材造成破坏。在某些实施方式中，半连续波激光束运行的位移速度可以小于或等于激光束在密封界面处的直径与激光束的重复频率的乘积。在其他实施方式中，位移速度可以大于激光束在密封界面处的直径与激光束的重复频率的乘积。
作为非限制性例子，图4A是两块玻璃基材101a、101b和布置在其间的密封层103在密封之前的TEM图像。在所示的实施方式中，密封层103是25nm厚的不锈钢膜。图4B是密封装置在用激光辐射焊接之后的TEM图像。通过包含金属纳米颗粒的密封207将玻璃基材201a、201b粘结到一起。密封207的厚度约为200nm，以及纳米颗粒的尺寸小于或等于约2nm。
装置
本文揭示了密封装置，其包括第一玻璃基材、第二基材和布置在其间的至少一个密封，其中，所述至少一个密封包括平均粒度小于约50nm的金属纳米颗粒。如本文所用术语“粒度”及其变化形式旨在表示纳米颗粒的最大尺度(例如，直径)，但是要理解的是，纳米颗粒不需要是球形的，并且可以具有任意其他合适的形状，例如，卵形和不规则形状等。图5显示可以根据本文所揭示方法形成的密封装置200的俯视图。图6是图5的密封装置沿线A-A截取的横截面图。
可以通过包含(未标出的)金属纳米颗粒的至少一个密封207，将第一基材201a与第二基材201b粘结到一起。同样地，虽然图4显示密封207是靠近玻璃基材的边缘209的矩形框，但是要理解的是，对于特定应用，密封可以按需具有任意形状、尺寸和/或位置。此外，虽然密封207在图5中是可见的，但是要理解的是，包含了这种可见性的目的仅仅是为了描述，并不旨在对所附权利要求进行限制。在各个实施方式中，密封可以是透明或者基本透明的。
参见图5，密封207可以具有任意宽度x，例如，约为50微米至约1mm，例如，约为75-500微米，约为100-300微米，或者约为125-250微米，包括其间的所有范围和子范围。类似地，密封207可以具有任意厚度y，例如，约为100nm至约500微米，例如，约为150nm至约250微米，约为200nm至约100微米，约为300nm至约50微米，约为400nm至约25微米，或者约为500nm至约10微米，包括其间的所有范围和子范围。
如上文所述，密封207可以包括平均粒度小于约50nm，例如，小于约45nm、40nm、35nm、30nm、25nm、20nm、15nm、10nm、5nm、4nm、3nm、2nm、或1nm(例如，约1-50nm)的金属纳米颗粒，包括其间的所有范围和子范围。根据各种实施方式，对密封区域中的纳米颗粒的尺寸和/或浓度进行选择，从而密封207在可见光波长是透明的。例如，密封可以包含约1,000至约100,000个纳米颗粒/μm3，例如，约20,000至约90,000个纳米颗粒/μm3，约30,000至约80,000个纳米颗粒/μm3，约40,000至约70,000个纳米颗粒/μm3，或者约50,000至约60,000个纳米颗粒/μm3，包括其间的所有范围和子范围。当然，对于非透明密封的情况，金属纳米颗粒的浓度可以更大。在一些实施方式中，密封207中的纳米颗粒的浓度可以根据密封层103的厚度和/或在激光辐射过程中，从密封层产生的纳米颗粒的粒度发生变化。
第一基材201a和第二基材201b可以选自与上文相对于基材101a、101b所述相同的材料以及可以具有相同的性质。第一玻璃基材201a可以包括第一表面213，以及第二基材201b可以包括第二表面215，这些表面通过密封207粘结到一起。在各种实施方式中，第一表面213和第二表面215可以是平行或者基本平行的。基材可以包括至少一个边缘209，例如，至少两个边缘、至少三个边缘或者至少四个边缘，以及可以在边缘处密封基材。作为非限制性例子，第一基材201a和/或第二基材201b可以包括具有四个边缘的矩形或正方形玻璃片(或者玻璃陶瓷片或陶瓷片)，但是也考虑其他形状和构造，并且它们旨在落入本公开的范围内。根据某些实施方式，密封装置200的总厚度z可以小于约5mm，例如，小于约4mm、小于约3mm、小于约2mm、小于约1mm、或者小于约0.5mm，例如约为0.5-5mm，包括其间的所有范围和子范围。
在各种实施方式中，可以如本文所揭示的那样将第一与第二基材密封到一起，以产生玻璃-玻璃焊接、玻璃-陶瓷焊接、或者玻璃-玻璃陶瓷焊接。在某些实施方式中，密封可以是气密密封，例如，在装置中形成一个或多个气密和/或防水区域。例如，密封装置可以是气密密封的，从而其对于水、水蒸气、空气和/或其它污染物是不可渗透或者基本上不可渗透的。作为非限制性例子，气密密封可配置成将氧流逸(扩散)限制到小于约10-2cm3/m2/天(例如，小于约10-3cm3/m2/天)，并且将水分流逸限制到约10-2g/m2/天(例如，小于约10-3g/m2/天、10-4g/m2/天、10-5g/m2/天或者10-6g/m2/天)。在各种实施方式中，气密密封可以基本上防止水分、水蒸气和/或空气与受到气密密封保护的组件发生接触。
在某些实施方式中，第一基材201a或第二基材201b中的至少一个可以包括至少一个腔体211。如图5所示，第二基材201b包括腔体211；但是，作为替代或补充，基材201b可以包括腔体。虽然图5显示具有矩形横截面的单个腔体211，但是要理解的是，对于给定应用，腔体可以按需具有任意给定形状或尺寸。例如，腔体可以具有正方形、半圆形、或者半椭圆形横截面，或者不规则横截面等。第一和/或第二基材还可以包括不止一个腔体，例如，多个腔体或者腔体阵列。在多个腔体的情况下，密封可以绕着单个腔体延伸(例如，将每个腔体与阵列中的其他腔体分开，以产生一个或多个离散的密封区域或口袋)，或者密封可以绕着超过一个腔体延伸(例如，一组两个或更多个腔体，例如，3、4、5、10或更多个腔体等)。密封装置还可以包括可以不被密封的一个或多个腔体。
所述至少一个腔体211可以具有任意给定深度，例如基于要包封在腔体内的物体类型和/或尺寸和/或数量，可以对其进行适当选择。作为非限制性实施方式，所述至少一个腔体211可以延伸进入第一和/或第二基材至小于约1mm的深度，例如，小于约0.5mm、小于约0.4mm、小于约0.3mm、小于约0.2mm、小于约0.1mm、小于约0.05mm、小于约0.02mm、或小于约0.01mm，包括其间的所有范围和子范围，例如，约为0.01-1mm。还考虑可以使用腔体阵列，相比于阵列中的其他腔体，每个腔体具有相同或不同深度、相同或不同形状和/或相同或不同尺寸。
如上文所述，本文所揭示的密封装置可用于包封一个或多个工件。示例性而非限制性工件可以包括颜色转换元件(例如，量子点(QD)和磷光体)和/或发光结构(例如，激光二极管(LD)、发光二极管(LED)和有机发光二极管(OLED))等。根据一些非限制性实施方式，密封装置可以包括包含了量子点的一个或多个腔体。
取决于所需的发光波长，量子点可以具有变化的形状和/或尺寸。例如，随着量子点尺寸的下降，光的发射频率可以增加，例如，随着量子点尺寸的下降，发光颜色会送红色偏移到蓝色。当用蓝光、UV光或近UV光照射时，量子点可以将光转变为更长波长的红色波长、黄色波长、绿色波长或蓝色波长。根据各种实施方式，当用蓝光、UV光或近UV光照射时，量子点可以选自红色和绿色量子点，发射红波长和绿波长。例如，可以用发射蓝光(约450-490nm)、发射UV光(约200-400nm)或发射近UV光(约300-450nm)的LED组件照射QD。
此外，可以是这种情况，所述至少一个腔体可以包括相同或不同类型的量子点，例如，发射不同波长的量子点。例如，在一些实施方式中，腔体可以包括同时发射绿色波长和红色波长的量子点，从而在腔体中产生红-绿-蓝(RGB)光谱。但是，根据其他实施方式，可以单个腔体仅包含发射相同波长的量子点，例如，包含仅发射绿色量子点的腔体或包含仅发射红色量子点的腔体。例如，密封装置可以包括腔体阵列，其中，约1/3的腔体可以填充绿色量子点，约1/3的腔体可以填充红色量子点，同时约1/3的腔体可以保持空的(从而发射蓝光)。使用该构造，整个阵列可以产生RGB光谱，同时对于每种单独颜色还提供动态亮度减低。
当然，要理解的是，腔体可以是含有任意比例的任何类型、颜色或数量的量子点，并且考虑其落在本公开的范围内。本领域技术人员有能力选择腔体或多个腔体的构造，以及要放入每个腔体中的量子点的类型和数量，从而实现所需效果。此外，虽然本文装置基于显示器装置的红色和绿色量子点进行讨论，但是要理解的是，可以使用任意类型的量子点，其可以发射任意光波长，包括但不限于，可见光谱中的红色、橙色、黄色、绿色、蓝色或任意其他颜色。
示例性量子点可以具有各种形状。量子点的形状的例子包括但不限于：球形、杆状、碟状、四脚体、其他形状，和/或其混合物。示例性量子点还可容纳在聚合物树脂中，例如但不限于：丙烯酸酯或者其他合适的聚合物或单体。此类示例性树脂还可包括合适的散射颗粒，包括但不限于TiO2等。
在某些实施方式中，量子点包括无机半导体材料，其实现了聚合物的可溶性特性和可加工性与无机半导体的高效率和稳定性的组合。相比于它们的有机半导体相似物，无机半导体量子点在存在水蒸汽和氧的情况下通常更为稳定。如上文所述，由于它们的量子受限发射性质，它们的发光会是极窄带宽，并且会产生高度饱和的颜色发射，表征为单高斯光谱。由于纳米晶体直径控制了量子点光带隙，可以通过合成和结构变化实现吸收和发射波长的细调。
在某些实施方式中，无机半导体纳米晶体量子点包括IV族元素、II-VI族化合物、II-V族化合物、III-VI族化合物、III-V族化合物、IV-VI族化合物、I-III-IV族化合物、II-IV-VI族化合物、或II-IV-V族化合物，及其合金和/或及其混合物，包括三元和四元合金和/或混合物。例子包括但不限于：ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdO、CdS、CdSe、CdTe、HgO、HgS、HgSe、HgTe、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、GaSe、InN、InP、InAs、InSb、TlN、TlP、TlAs、TlSb、PbO、PbS、PbSe、PbTe，及其合金和/或及其混合物，包括三元和四元合金和/或混合物。
在某些实施方式中，量子点可以包括在量子点的至少一部分表面上的壳。这种结构被称作芯-壳结构。壳可以包括无机材料，更优选是无机半导体材料。无机壳对于表面电子状态的钝化程度远超有机包覆组。用于壳的无机半导体材料的例子包括但不限于：IV族元素、II-VI族化合物、II-V族化合物、III-VI族化合物、III-V族化合物、IV-VI族化合物、I-III-IV族化合物、II-IV-VI族化合物、或II-IV-V族化合物，及其合金和/或及其混合物，包括三元和四元合金和/或混合物。例子包括但不限于：ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdO、CdS、CdSe、CdTe、HgO、HgS、HgSe、HgTe、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、GaSe、InN、InP、InAs、InSb、TlN、TlP、TlAs、TlSb、PbO、PbS、PbSe、PbTe，及其合金和/或及其混合物，包括三元和四元合金和/或混合物。
在一些实施方式中，量子点材料可以包括II-VI半导体，包括CdSe、CdS和CdTe，并且可以制造成在整个可见光谱上以窄尺寸分布和高发射量子效率进行发射。例如，直径约2nm的CdSe量子点以蓝色发射，而8nm直径颗粒以红色发射。在合成中，用具有不同带隙的其他半导体材料进行取代改变量子点组成，这改变了可以对量子点发射的电磁谱进行调节的区域。在其他实施方式中，量子点材料不含镉。不含镉的量子点材料的例子包括InP和InxGax-1P。
在制备InxGax-1P的一种方法的例子中，InP可以掺杂少量Ga，以将带隙偏移至更高能量，从而获得比黄色/绿色略微更显蓝色的波长。在制备这种四元材料的另一种方法的例子中，可以在其中掺杂GaP，以得到比深蓝色更显红色的波长。InP具有1.27eV的直接蓝色带隙，这可以用Ga掺杂调节至超过2eV。仅包含InP的量子点材料可以提供从黄色/绿色至深红色的可调节发射；向InP添加少量Ga可有助于将发射向下调节至深绿色/浅绿色。包含InxGax-1P(0<x<1)的量子点材料可以提供至少能够在很大部分的可见光谱上(如果不是整个可见光谱上)进行调节的发光。InP/ZnSeS芯-壳量子点可以从深红色调节至黄色，效率最高至70％。为了产生高CRI白色QD-LED发射体，可以利用InP/ZnSeS来解决可见光谱的红色至黄色/绿色部分，而InxGax-1P会提供深绿色至浅绿色发射。
在某些非限制性实施方式中，本文所揭示的密封装置可以包括一个或多个高透射率区域以及一个或多个高反射率区域。例如，反射区域可以对应于密封207区域，这可以通过密封层的厚度和/或密封层中的金属类型(以及对于两种或更多种金属和/或玻璃膜的情况下，选择的膜的数量、类型和/或熔点)调节至所需反射率水平。类似地，透射区域可以对应于密封装置的未密封部分，例如，透明玻璃中绕着其使密封延伸的部分。当然，如果需要的话，还可以对密封207进行调节以具有低反射率和/或高透明度。作为非限制性例子，对于包封颜色转换元件(例如QD)，包括反射和透射区域的密封装置可能是合乎希望的。此类封装可以具有改进的QD发射，因为从封装发出的光输出可以按需被更好地引导通过透射区域和引导远离反射区域。
应理解，多个揭示的实施方式可涉及与特定实施方式一起描述的特定特征、元素或步骤。应理解的是，虽然结合一个具体的实施方式描述了具体特征、元素或步骤，但是不同实施方式可以以各种未示出的组合或变换形式相互交换或结合。
还应理解的是，本文所用的冠词“该”、“一个”或“一种”表示“至少一个(一种)”，不应局限为“仅一个(一种)”，除非明确有相反的说明。因此，例如，提到的“至少一个密封”包括具有两个或更多个这样的密封的例子，除非文中另行明确指明。类似地，“多个”或“阵列”旨在表示两个或更多个，从而“腔体阵列”或者“多个腔体”表示两个或更多个此类腔体。
本文中，范围可以表示为从“约”一个具体值和/或到“约”另一个具体值的范围。当表述这种范围时，例子包括自某一具体值始和/或至另一具体值止。类似地，当使用先行词“约”表示数值为近似值时，应理解，具体数值构成另一个方面。还应理解的是，每个范围的端点值在与另一个端点值有关和与另一个端点值无关时，都是有意义的。
本文所用的术语“基本”、“基本上”及其变化形式旨在表示所描述的特征与数值或描述相等同或近似相同。例如，“基本平坦”表面旨在表示平坦或近似平坦的表面。此外，“基本上类似”旨在表示两个值是相等或者近似相等的。
除非另有表述，否则都不旨在将本文所述的任意方法理解为需要使其步骤以具体顺序进行。因此，当方法权利要求实际上没有陈述为其步骤遵循一定的顺序或者其没有在权利要求书或说明书中以任意其他方式具体表示步骤限于具体的顺序，都不旨在暗示该任意特定顺序。
虽然会用过渡语“包括”来公开特定实施方式的各种特征、元素或步骤，但是应理解的是，这暗示了包括可采用过渡语“由......构成”、“基本由......构成”描述在内的替代实施方式。因此，例如，对包含A+B+C的装置的隐含的替代性实施方式包括装置由A+B+C组成的实施方式和装置主要由A+B+C组成的实施方式。
对本领域的技术人员而言，显而易见的是，可以在不偏离本文的范围和精神的情况下对本文进行各种修改和变动。因为本领域的技术人员可以想到所述实施方式的融合了本公开精神和实质的各种改良组合、子项组合和变化，应认为本文包括所附权利要求书范围内的全部内容及其等同内容。
Claims (22)
1.一种密封装置，其包括：
包含第一表面的第一玻璃基材、包含第二表面的第二基材和形成在其间的至少一个密封，其中，所述至少一个密封包括平均粒度小于50 nm的金属纳米颗粒，所述金属纳米颗粒是通过激光束从金属转化得到的，
其中，所述金属纳米颗粒结合到相应的第一和第二基材的第一和第二表面的一个或两个中。
2.如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述第二基材选自：玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷基材。
3.如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述至少一个密封在可见光波长是透明的。
4. 如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述金属纳米颗粒的平均粒度小于10nm。
5. 如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述至少一个密封的厚度为100 nm至500微米。
6.如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述至少一个密封包含1,000个至100,000个金属纳米颗粒/µm3。
7.如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述金属纳米颗粒选自：铝、钛、铁、铬、银、金、铜、锌、镁、镍、钼，及其组合。
8.如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，第一或第二基材中的至少一个包括至少一个腔体。
9.如权利要求8所述的密封装置，其特征在于，所述至少一个腔体含有至少一个选自下组的组件：量子点、激光二极管、发光二极管和有机发光二极管。
10.如权利要求1所述的密封装置，其还包括至少一个在可见光波长反射光的反射区域以及至少一个在可见光波长透射光的透射区域。
11.一种显示器装置，其包括如权利要求1所述的密封装置。
12.一种制造密封装置的方法，所述方法包括：
将包含至少一种金属的密封层放置在包含第一表面的第一玻璃基材与包含第二表面的第二基材之间，以形成密封界面；以及
将运行在预定波长的激光束引导到所述密封界面上，从而在第一与第二基材之间形成至少一个密封，以及将所述至少一种金属转变为平均粒度小于50 nm的金属纳米颗粒，其中，所述密封包含1000至100000个金属纳米颗粒/µm3，以及其中，所述金属纳米颗粒结合到相应的第一和第二基材的第一和第二表面的一个或两个中。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第二基材选自：玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷基材。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述至少一种金属选自：铝、铁、铜、银、金、铬、钛、铑、镁、镍、锌、钼，它们的合金，及其组合。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述合金包括钢和/或黄铜。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述钢包括不锈钢。
17.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述密封层包括一层金属膜和至少一层玻璃密封膜。
18.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述密封层在所述预定波长吸收光，以及将所述密封界面加热至密封温度。
19.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述密封温度大于所述密封层的熔点、所述第一玻璃基材的玻璃转化温度或者所述第二基材的玻璃转化温度中的至少一个。
20.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述密封层在所述预定波长的吸收率大于10%。
21.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述密封层的熔点在第一或第二基材中的至少一个的玻璃转变温度的50%内。
22.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述密封层的厚度小于500 nm。
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