JP2010515652A - ガラスを封止する方法 - Google Patents

Abstract

複数のガラス物品を封止する方法において、少なくとも１つの第１の封止表面を有する第１のガラス物品を提供する工程であって、前記少なくとも１つの第１の封止表面が、前記第１のガラス物品のガラスの一部分内に位置する、銅化合物および随意的な銀化合物を含むガラスからなるものである工程、少なくとも１つの第２の封止表面を有する第２のガラス物品を提供する工程、前記第１の封止表面の少なくとも一部分を前記第２の封止表面の少なくとも一部分と接触させる工程、および前記第１のガラス物品の少なくとも一部分および前記第２のガラス物品の少なくとも一部分が共に封止されるような様式で、前記第１の封止表面の少なくとも一部分を照射する工程、を有してなる方法が開示されている。融着された素子も開示されている。

Description

本発明は、ガラス物品を封止する方法に関し、詳しくは、光吸収着色剤(stain)の使用によりガラス物品を封止する方法に関する。

ガラス物品は、歴史的に、様々な方法を用いて封止されてきた。そのような方法は、従来の接着剤の使用から、封止ガラスおよび／またはフリットまで、また２つのガラス物品を共に加熱し融着することによるガラスとガラスの直接封止までに及ぶ。従来の加熱とガラス加工の技法により得られるガラスとガラスの直接シールは、耐久性であり得るが、ガラス物品全体またはその大半を高温に、典型的に、少なくともガラスの軟化点まで加熱する必要のあることがある。そのように高温に加熱することは、繊細なガラス物品および／または熱に敏感な成分を含むガラス素子にとって有害であり得る。

近年、多大な商業的関心が寄せられているそのような素子の１つは、有機発光素子（ＯＬＥＤ）などの発光素子である。従来のＯＬＥＤディスプレイは、例えば、２枚の気密封止されたガラス基板の間に配置された、薄い有機層および電極層などの、多数の電子部品を備えている。ＯＬＥＤディスプレイの電子部品は、酸素および／または水分への曝露から生じる劣化を特に受けやすい。それゆえ、ＯＬＥＤディスプレイの寿命は、電子部品が気密封止された環境に被包され、周囲の酸素および水分から保護されれば、著しく延ばすことができる。そのようなシールを形成するための従来のガラス加工および封止技法では、そのようなディスプレイ素子内に収容されている電子部品がその部品の許容範囲を超えて加熱されて、劣化や素子の故障が生じてしまうであろう。例えば、ガラスシールから１〜２ｍｍのところに位置するＯＬＥＤの最初のピクセルは、封止プロセス中に１００℃を超えて加熱すべきではない。

それゆえ、周囲区域および／またはその中に収容されている電子部品を過熱せずに、発光ディスプレイの基板などのガラス物品を封止する方法の開発が必要とされている。これらの必要性と他の必要性が、本発明の封止技術によって満たされる。

本発明は、ガラス物品を封止する方法に関し、より詳しくは、光吸収着色剤の使用によりガラス物品を封止する方法に関する。

第１の態様では、本発明は、複数のガラス物品を封止する方法において、少なくとも１つの第１の封止表面を有する第１のガラス物品を提供する工程であって、少なくとも１つの第１の封止表面が、第１のガラス物品のガラスの一部分内に位置する、銅化合物および随意的な銀化合物を含むガラスからなるものである工程、少なくとも１つの第２の封止表面を有する第２のガラス物品を提供する工程、第１の封止表面の少なくとも一部分を第２の封止表面の少なくとも一部分と接触させる工程、および第１のガラス物品の少なくとも一部分および第２のガラス物品の少なくとも一部分が共に封止されるような様式で、第１の封止表面の少なくとも一部分に照射する工程を有してなる方法を提供する。

第２の態様において、本発明は、少なくとも２つのガラス物品を含む素子であって、少なくとも１つのガラス物品が、第１のガラス物品のガラスの一部分内に位置する、銅化合物および随意的な銀化合物を有する封止区域を含み、第２のガラス物品が、封止区域の少なくとも一部分により少なくとも１つのガラス物品に融着されたものである素子をさらに提供する。

別の態様において、本発明は、上述した方法により製造された素子を提供する。

本発明の追加の態様および利点は、一部は、以下の詳細な説明、図面および任意の請求項に述べられており、また一部は、詳細な説明から導かれるか、本発明の実施によって分かるであろう。以下に説明する利点は、添付の特許請求の範囲に具体的に指摘された要素とその組合せによって実現され、達成されるであろう。先の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方が、単に例示で説明であり、開示された本発明を制限するものではないことが理解されよう。

本明細書に含まれ、その一部を構成する添付の図面は、本発明の特定の態様を示し、その説明と共に、本発明の原理を、制限することなく、説明する働きをする。図面全体に亘り、同じ数は同じ素子を表す。
本発明により調製された２つのガラス物品に関する銅濃度の深さプロファイルを示すグラフ 本発明による銅で着色された封止表面の透過スペクトルを示すグラフ 本発明のある態様による、レーザにより封止された２つのガラス物品を示す斜視図

本発明は、以下の詳細な説明、図面、実施例、および特許請求の範囲、並びに先の説明と以下説明を参照することによって、より容易に理解できる。しかしながら、本発明の組成物、物品、素子、および方法が開示され、説明される前に、本発明は、別記しない限り、開示された特定の組成物、物品、素子、および方法に制限されず、もちろん、それ自体様々であって差し支えないことが理解されよう。ここに用いた用語法は、特定の態様を説明する目的のためだけであり、制限を意図するものではないことも理解されよう。

本発明の以下の説明は、本発明の現在公知の実施の形態での実現可能な教示として与えられる。このために、本発明の有益な結果を得ながら、ここに記載された本発明の様々な態様に多くの変更を行えることが、当業者に認識され、理解されるであろう。本発明の所望の利益のいくつかは、本発明の特徴のいくつかを、他の特徴を使用せずに、選択することによって得られることも明らかである。したがって、当業者には、本発明に対する多くの改変および適用が可能であり、ある環境においては望ましくさえあり得、本発明の一部であることが認識されよう。それゆえ、以下の説明は、本発明の原理の例証として与えられ、それを制限するものではない。

開示された方法および組成物に使用できる、それと共に使用できる、その調製に使用できる、またはその生成物である材料、化合物、組成物、および成分が開示されている。これらと他の材料がここに開示されており、これらの材料の組合せ、サブセット、相互作用、群などが開示されている場合、これらの化合物の各様々な個々と集合的な組合せと順列の特定な参照が明白に開示されていなくとも、各々は具体的に考えられここに記載されていることが理解されよう。それゆえ、置換基Ａ、ＢおよびＣの部類、並びに置換基Ｄ、Ｅ、およびＦの部類、および組合せの態様の例、Ａ−Ｄが開示されていたら、各々は、個々と集合的に考えられる。それゆえ、この例において、組合せＡ−Ｅ、Ａ−Ｆ、Ｂ−Ｄ、Ｂ−Ｅ、Ｂ−Ｆ、Ｃ−Ｄ、Ｃ−ＥおよびＣ−Ｆの各々が、具体的に考えられ、Ａ、ＢおよびＣ；Ｄ、ＥおよびＦ；および組合せ例Ａ−Ｄの開示から、開示されていると考えるべきである。同様に、これらの任意のサブセットまたは組合せも具体的に考えられ、開示されている。それゆえ、例えば、Ａ−Ｅ、Ｂ−Ｆ、およびＣ−Ｅのサブグループが具体的に考えられ、Ａ、ＢおよびＣ；Ｄ、ＥおよびＦ；および組合せ例Ａ−Ｄの開示から、開示されていると考えるべきである。この概念は、以下に限られないが、組成物の任意の成分並びに開示された組成物を製造する方法および使用する方法における工程を含む、この開示の全ての態様に適合される。それゆえ、実施できる様々な追加の工程がある場合、これらの追加の工程の各々は、開示された方法の任意の特定の態様または態様の組合せで実施することができ、そのよう組合せの各々は具体的に考えられ、開示されていると考えるべきであることが理解されよう。

この明細書および以下の特許請求の範囲において、以下の意味を有すると定義される多数の用語を参照する。

ここに用いたように、単数形は、文脈によりそうではないと明らかに示されていない限り、複数形を含む。それゆえ、例えば、文脈によりそうではないと明らかに示されていない限り、「成分」の言及は、そのような成分を２つ以上有する態様も含む。

「随意的な」または「必要に応じて」とは、その後に記載された事象または環境が生じ得る、または生じ得ないこと、およびその記載は、その事象または環境が生じた例と、生じない例を含むことを意味する。例えば、「随意的な置換成分」という語句は、その成分が置換されても置換されなくても差し支えなく、その記載は、本発明の置換されていない態様と置換された態様の両方を含むことを意味する。

範囲は、ここでは、「約」ある特定の値から、および／または「約」別の特定の値までとして表現することができる。そのような範囲が表現された場合、別の態様は、ある特定の値から、および／または他の特定の値までを含む。同様に、値が、「約」という先行詞を使用して近似として表される場合、特定の値は別の態様を形成するものと理解される。さらに、範囲の各々の端点は、他の端点に関してと、他の端点とは独立しての、両方において有意であると理解されよう。

ここに用いたように、成分の「質量％」または「質量パーセント」もしくは「質量のパーセント」は、そうではないと具体的に述べられていない限り、百分率として表された、その成分の質量の、その成分が含まれている組成物の総質量に対する比を称する。

ここに用いたように、封止表面に関する「ループ」は、境界領域を形成する線を称する。例えば、ループ線は、境界領域を形成する線の１つ以上の部分と交差して差し支えなく、または始点や終点を持たず、境界領域を形成する連続線であって差し支えない。ループは、湾曲部分、直線部分、および／または角を有して差し支えなく、特定の幾何学形状は意図されていない。

ここに用いたように、「シール」という用語は、本発明による少なくとも２つのガラス物品の部分間のガラスとガラスの直接付着を称する。シールは、２つのガラス物品の各々の少なくとも一部分の界面で、１つの点、複数の点、または二次元区域を含んで差し支えない。１つ以上のシールが気密シールを形成して差し支えないが、本発明は、気密シールが形成される実施の形態に制限されることを意図するものではない。

ここに用いたように、「封止表面」は、少なくとも１つの他のガラス物品の一部分に封止されるべき１つのガラス物品の表面の部分を称し、本発明の方法の任意の段階での着色部分または未着色部分を称することもできる。

ここに用いたように、「着色表面」または「着色封止表面」は、表面が加熱またはイオン交換されているか否かにかかわらず、少なくとも１つの他のガラス物品の一部分に封止すべき、かつ着色剤が施されるガラス物品の表面部分を称する。

ここに用いたように、「吸収封止表面」は、本発明により、着色され、その後、還元環境中で加熱された封止表面を称する。

以下の米国特許に、様々な着色組成物およびガラス物品を着色する方法が記載されており、それらの特許を、ガラス物品の着色に関連する材料および方法を開示する特別な目的のために、その全てをここに引用する：米国特許第１９４７７８１号、同第２４２８６００号、同第２４８６５６６号、同第２４９８００３号、同第２６６２０３７号、同第２７０１２１５号、同第３０７９２６４号、同第３４２０６９８号、同第３４２４５６７号、および同第４２５３８６１号の各明細書。

先に手短に述べたように、本発明は、着色剤および照射線源の使用により、例えば、発光素子の基板などの、複数のガラス物品を直接封止する改良方法を提供する。以下に詳しく説明される他の態様の中でも、本発明の着色剤は、ガラス物品の少なくとも１つにおいてアルカリイオンを交換でき、着色封止表面を提供できる、少なくとも１種類の銅イオンを含む。加熱と還元の際に、そのガラス物品の着色封止表面は、光吸収性であっても差し支えない。吸収封止表面の少なくとも一部分が別のガラス物品と接触させられたときに、それらの物品は、吸収着色封止表面を照射して、それらの物品を軟化させ、共に融着することによって、封止できる。より光吸収性である、着色封止表面は、周りのガラスよりも、照射線、熱をより吸収でき、より速く軟化でき、その結果、隣接するガラスおよび／または電子部品を過熱せずに、ガラスとガラスが直接封止される。本発明の封止方法は、複数のガラス物品を付着させるためにガラスフリットが用いられる、フリットシールの使用とは区別されるべきである。

本発明の様々な態様を発光素子について以下に説明するが、複数のガラス物品の封止が必要とされる他の用途においても、同じまたは同様の方法を使用できることが理解されよう。したがって、本発明は、制限される様式で考えるべきではない。

ガラス物品
本発明は、複数のガラス物品を封止する方法を提供する。ガラス物品は、本発明の様々な実施の形態による封止に適したどのようなガラス材料を含んでいても差し支えない。様々な態様において、少なくとも１つのガラス物品は、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス、またはそれらの混合物を含む。ある態様において、少なくとも１つのガラス物品は、透明ガラスである。そのような透明ガラスは、例えば、コード７７４０ガラス、コード１７３７ガラス、Ｅａｇｌｅ²⁰⁰⁰（登録商標）、およびＥａｇｌｅ ＸＧ（登録商標）の商標名でコーニング社（米国、ニューヨーク州、コーニング所在）により製造販売されているもの；旭硝子株式会社（日本国、東京都）、例えば、ＯＡ１０ガラスおよびＯＡ２１ガラス；日本電気硝子株式会社（日本国、滋賀県、大津所在）；ＮＨテクノグラスコリア社（韓国、京畿道所在）；およびサムソンコーニングプレシジョンガラス社（韓国、ソウル市所在）により製造販売されているものであって差し支えない。ある態様において、少なくとも１つのガラス物品は、そのガラス物品を封止するのに用いられる照射線源の波長の照射線に対して透明である。好ましい態様において、本発明の複数のガラス物品の各々は、物品を封止するのに用いられる照射線源の波長の照射線に対して透明である材料から構成される。

複数のガラス物品が同じであるまたは同じ種類のガラスを含む必要はない。ある態様において、それらの物品は、同じまたは同一の種類のガラスのものである。好ましい態様において、複数のガラス物品の各々は、コード７７４０ガラスなどの、ホウケイ酸ガラスを含む。ガラス物品は、例えば、セラミック、充填剤、および／または加工助剤などの他の材料を、他の材料が本発明の方法による物品の封止を不可能にしないという条件で、さらに含んでも差し支えない。

ガラス物品の他の性質は、その特定の組成に応じて様々である。ある態様において、本発明のガラス物品は、ほぼ周囲温度から約３５０℃までの温度範囲に亘り、約２５×１０^-7／℃から約８０×１０^-7／℃、好ましくは約２５×１０^-7／℃から約４０×１０^-7／℃の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する。別の態様において、ガラス物品の軟化温度は約９７０℃から約９９０℃である。

ガラス物品の寸法と形状は、本発明による封止に適した任意の寸法と形状であって差し支えない。ガラス物品は、同じまたは異なる寸法を有して差し支えない。複数のガラス物品の各々は、別のガラス物品に封止することのできる少なくとも１つの封止表面を含む。封止表面は、ガラス物品の少なくとも１つの表面上の１つの点または二次元区域を含んで差し支えない。ある態様において、第１のガラス物品の封止表面は、第２のガラス物品の封止表面にサイズと形状が実質的に一致した二次元区域である。

個々のガラス物品は、封止されるまたは製造される素子の性質に応じて、１つ以上の封止表面を有して差し支えない。ある態様において、２枚のガラス板の各々は、ガラス板の縁の近くに位置する、ループの形態をとる封止表面を有する。特定の態様において、少なくとも１つの物品は、約０．６ｍｍ厚のガラス板であり、封止表面のループ幅（封止表面自体の幅であり、ループの直径ではない）は、約２ｍｍ未満である。

着色剤(staining agent)
本発明の着色剤は、ガラス物品の少なくとも一部分内のアルカリイオン、例えば、ナトリウムなどと、イオン交換できる任意の銅および／または銀含有材料を含んで差し支えない。そのような着色剤のイオンは、ガラス物品中のアルカリイオンと一度交換されたら、還元形態において光吸収性であるべきである。

着色剤は、例えば、ハロゲン化銅、硫化銅、ホウ酸銅、硝酸銅、メタリン酸銅、オルトリン酸銅、ピロリン酸銅、バナジウム酸銅、ヒ酸銅、アンチモン酸銅、クロム酸銅、亜セレン酸銅、モリブデン酸銅、タングステン酸銅、ウラン酸銅、銅水和物、および／またはそれらの組合せなどの銅含有化合物を含んで差し支えない。ある態様において、着色剤は硫化銅を含む。着色剤が塩化銅を含むことが好ましい。銅含有化合物の酸化状態は様々であって差し支えなく、特定の銅含有化合物の銅イオンが、特定の原子価状態にある必要はない。様々な態様において、着色剤は、塩化第一銅、塩化第二銅、またはそれらの組合せを含む。

着色剤中の銅含有化合物の濃度は、ガラス物品上の着色封止表面を提供できるどのような濃度であっても差し支えない。銅含有化合物は、０より多く約１００質量％まで、例えば、着色剤の約０．５、１、２、４、６、１０、１５、２０、２５、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、９５、９９、または１００質量％を占めて差し支えなく、好ましくは約０．５から約２５質量％、例えば、着色剤の約０．５、０．６、０．７５、１、２、３、５、７、９、１２、１５、１８、２１、２３、２４、または２５質量％を占めて差し支えない。銅含有化合物は、当該技術分野において公知であり、市販されている（例えば、米国、ミズーリ州、セントルイス所在のシグマ・リッチ社）。当業者は、本発明の方法に使用するための適切な銅含有化合物を容易に選択できるであろう。

本発明の着色剤は、ガラス物品内のアルカリイオンと交換されたときに、光吸収性であり得る、例えば、銀などの他のイオンを必要に応じて含んで差し支えない。そのようなイオンは、例えば、硝酸銀、酸化銀、またはそれらの組合せなどの、任意の適切な化合物中に提供することができる。銅に加え、銀などの吸収性イオンの存在により、着色封止表面の吸光度を大きくする相乗効果が提供できる。

代わりの態様において、本発明の着色剤は、銅含有化合物の存在下で、例えば、硝酸銀、酸化銀、またはそれらの組合せなどの、銀含有化合物を含んで差し支えない。

着色剤は、この着色剤に、所望の物理的性質、流体力学的性質および／または取扱適性を与えることのできる他の材料をさらに含んでも差し支えない。そのような材料としては、例えば、セラミック、充填剤、および／または溶媒が挙げられる。様々な態様において、着色剤は、ジルコンセラミック、粘土充填剤、有機溶媒、水、水酸化物塩基、またはそれらの組合せを含んで差し支えない。着色剤は、硫黄または硫黄含有化合物を含んでも差し支えない。理論により拘束することを意図するものではないが、硫黄の存在により、着色プロセスを改善できると考えられる。

本発明の着色剤は、ガラス物品の一部分の着色に使用するのに適した任意の物理的形態で提供できる。着色剤は、例えば、固体、ペースト、スラリー、液体、蒸気、またはそれらの組合せからなるものであり得る。着色剤の特定の物理的形態は、着色剤のガラス物品への施用方法に応じて様々であって差し支えない。それゆえ、着色剤の特定の組成（例えば、銅含有化合物）は、所望の物理的形態および施用方法に応じても、様々であり得る。ある態様において、着色剤は、揮発性塩化銅などの蒸気の形態で提供される。別の態様において、着色剤は、溶融塩浴の形態で提供される。別の形態において、着色剤は、銅含有化合物および少なくとも１種類の流動助剤を含むペーストの形態で提供される。特別な態様において、着色剤ペーストは、粉砕されたジルコンセラミック粉末、粘土充填剤、イソプロピルアルコール、水、硫化銅、硫黄、および水酸化リチウムを含む。

着色剤の様々な成分の濃度は、着色剤の物理的形態、その特定の成分、および着色剤とガラス物品中のアルカリイオンとの間のイオン交換の所望の量に応じて、様々であり得る。どの成分も特定の濃度で存在する必要はなく、着色剤が、ガラス物品のアルカリイオンとイオン交換できるだけでよい。着色剤のイオンの全てが、ガラス物品のアルカリイオンと交換する必要はない。イオン交換の所望の量は、表面の未着色部分よりも、より光吸収性である着色封止表面を提供するのに十分な任意の量であって差し支えない。様々な態様において、着色剤は、銅含有化合物以外に、約１０から約３０質量％の粉砕ジルコンセラミック、約１０から約３０質量％の粘土充填剤、約５から約６０質量％の、イソプロピルアルコールなどの有機溶媒、約０から約４０質量％の水、約０から約１０質量％の硫黄、および約０から約１０質量％の水酸化リチウムを含んで差し支えない。セラミック、充填剤、および／または溶媒などの成分は、市販されており（例えば、米国、ミズーリ州、セントルイス所在のシグマ・リッチ社）、当業者は、本発明による着色剤に使用するための適切な成分を容易に選択できるであろう。

ガラス物品の着色
本発明の着色剤は、着色剤の特定の物理的形態およびガラス物品に適した任意の様式で、ガラス物品の少なくとも一部分に施すことができる。着色剤は、着色封止表面を形成するために少なくとも１つのガラス物品の表面の一部分に施すことができる。特定の施用方法は、着色剤の物理的形態およびガラス物品の表面の性質の両方に応じて、様々であり得る。例えば、封止表面上に着色剤の少なくとも一部を堆積させるのに十分な時間と温度で、封止表面を気相の着色剤に曝露することによって、気相の着色剤を封止表面に施すことができる。ペーストおよび／またはスラリーなどの他の物理的形態で提供される着色剤は、封止表面に直接施すことができる。そのような着色剤は、ガラス物品の表面上に着色剤を薄く塗ることによって、またはスクリーン印刷などの制御された方法によって、施すことができる。例えば、スクリーン印刷などの制御された方法は、着色剤を所定のパターンに堆積させることができる。ある態様において、着色剤ペーストは、スクリーン印刷技法によって、ガラス物品の表面の一部分に施される。特別な態様において、硫化銅を含む着色剤ペーストは、スクリーン印刷技法によって、ループの形態で、例えば、発光素子の基板などのガラス板に施される。別の態様において、マスクを用いて、封止表面など表面の特定の部分に着色剤を隔離することができる。

ガラス物品の表面の一部分に施される着色剤の量および／または濃度は、ガラス物品の性質、封止表面のサイズ、着色剤中の銅含有化合物の濃度、および／または封止表面上に望ましいイオン交換（着色）の程度に応じて様々であり得る。施される着色剤の量は、着色剤のイオンの少なくとも一部のガラス物品中のアルカリイオンとの交換を促進させるのに十分な量であるべきである。

本発明の着色剤は、１つのガラス物品の封止表面の選択された部分に、封止表面の全部に、ガラス物品の各々の封止表面に、またはその組合せに施すことができる。例えば、第１のガラス物品の縁を第２のガラス物品の縁に封止すべき場合、着色剤は、第１の物品の縁の一部、例えば、縁に沿った離散した位置に；第１の物品の縁全部に沿って；第１と第２の物品の両方に縁に；またはその組合せに施して差し支えない。着色剤を複数の物品に施す必要はない。

ガラス物品の封止表面は、着色剤とガラス物品中のアルカリイオンとの間のイオン交換を促進するために、着色剤の施用の前、最中、または後に、必要に応じて加熱しても差し支えない。ある態様において、ガラス物品の表面は、例えば、約９００°Ｆ（約４８０℃）から約１，１００°Ｆ（約５９０℃）などの、ガラス物品の軟化点および／または変形温度より低い温度まで加熱され、着色剤の施用中にその温度に維持される。別の態様において、ガラス物品の表面は、着色剤の施用後に、ガラス物品の軟化点および／または変形温度より低い温度まで加熱される。この随意的な加熱工程の時間と温度は、ガラス物品の性質および着色剤の物理的形態と濃度に応じて様々であり得る。例示の態様において、着色ホウケイ酸ガラス物品の表面は、約９００°Ｆ（約４８０℃）から約１，１００°Ｆ（約５９０℃）で、好ましくは約１，０８０°Ｆ（約５８０℃）で約９０分間に亘り加熱される。この随意的な加熱工程は、空気中または酸化雰囲気中で行うことができる。ＳＯ₂を含む雰囲気中での加熱は、着色剤とガラス物品中のアルカリイオンとの間のより急激なイオン交換を促進させることができる。雰囲気がＳＯ₂を含むことが好ましい。

着色剤の施用および随意的な加熱後、着色表面は、ガラス物品中で交換されたイオンの酸化状態を還元するのに十分な温度であるが、ガラス物品の変形温度より低い温度まで、その酸化状態を還元するのに十分な時間に亘り、還元環境中で加熱すべきである。還元環境は、例えば、水素および水素と窒素などの不活性ガスとの混合物などの還元ガスを含んで差し支えない。ある態様において、還元環境は、約２０モル％の水素および約８０モル％の窒素の混合物からなる。還元環境は、加熱中にガラス物品の表面の着色部分上に置かれる、例えば、おが屑および／または木炭などの還元材料の使用も含む。還元環境中の加熱の時間と温度は、ガラス物品の性質、着色剤の組成、および所望のイオン交換の程度に応じて様々であり得る。その温度は、約９００°Ｆ（約４８０℃）から約１，１００°Ｆ（約５９０℃）に及び、時間は、少なくとも約３０分の期間である。ある態様において、還元環境中の加熱の時間と温度は、約９０分間に亘り約１，０８０°Ｆ（約５８０℃）である。

還元環境中の加熱後、ガラス物品中に交換された着色剤イオンは、還元形態で存在すべきである。加熱後に、ガラス物品の表面上に残る任意の着色剤は、例えば、洗浄によって除去することができる。ガラス物品の表面上に残された着色剤は、封止プロセスには寄与せず、耐久性シールがガラス物品間に形成されるのを妨げ得る。

着色技法および施用方法は、当該技術分野において公知であり、工業的に行うことができる（例えば、米国、オハイオ州、グリーンビル所在のジャフェ・デコレーティング社(Jafe Decorating Company）。当業者は、特定の用途および／または素子のための適切な着色方法を容易に選択できるであろう。

着色ガラス物品の性質
吸収封止表面は、ガラスの表面部分内に、着色剤からの銅および他の吸収イオンの少なくとも一部を含む。還元後、例えば、銅などの、着色剤からのイオンを含み着色封止表面の部分は、着色表面から、約１から約２０μｍ、例えば、約１、２、４、５、６、７、１０、１２、１５、１８、または２０μｍの深さまで延在し得る。約４から約１０μｍまでの典型的な深さが、容易に達成でき、本発明の方法によるガラス物品の封止に効果的であり得る。図１は、本発明の方法により調製した２つのガラス物品に関する銅濃度の深さプロファイルを示している。図１に示されたサンプルの各々は、表面から約４〜５μｍの深さまで銅の濃度が減少していた。図１において、１０１は、９０分間に亘る１０７５°Ｆ（約５８０℃℃）に相当する曲線であり、１０３は、４５分間に相当する。

吸収封止表面は、その周りの未着色表面よりも大きい吸光度を示すはずである。この吸光度は、物品を封止するのに用いられる照射線源の波長で高いことが好ましい。銅着色されたガラス物品は、典型的に、赤色を示す。本発明の目的に関して、吸光度は以下のように定義できる：
β＝−ｌｏｇ₁₀［Ｔ／（１−Ｒ）²］／ｔ
ここで、βは光吸収係数を称し、Ｔは厚さｔを透過する光の比を称し、Ｒは反射率を称する。

吸収封止表面の光吸収係数は、照射線源の波長で約２／ｍｍより大きいべきである。ある態様において、吸収封止表面の光吸収係数は約２／ｍｍである。好ましい態様において、吸収封止表面の光吸収係数は少なくとも約４／ｍｍである。図２は、本発明により銅で着色された吸収封止表面の透過スペクトルを示している。吸収封止表面は、約５７５ｎｍ未満の波長で高い吸収率を示す。

封止
少なくとも１つの吸収封止表面を少なくとも１つの封止表面と接触させ、吸収封止表面の少なくとも一部分を照射することによって、１つ以上のガラス物品を融着、すなわち、共に封止できる。本発明により、複数の封止表面が吸収性である必要はない。ある態様において、封止すべき２つの封止表面の各々が、本発明の様々な態様により、着色され、還元された、吸収封止表面である。別の態様において、２つの封止表面が封止され、封止表面の一方のみが吸収封止表面である。封止表面の一方のみが吸収封止表面であり、残りの封止表面が、照射線が吸収封止表面により効果的に到達できるように、透明の未着色ガラスであることが好ましい。

吸収封止表面は、この吸収封止表面が加熱され、軟化して、吸収封止表面とそれと接触している１つ以上の封止表面との間のガラスとガラスの直接シールを形成するような様式で、例えば、レーザなどの照射線源により加熱することができる。吸収封止表面は、レーザまたは赤外線ランプなどの様々な照射線源を用いて、加熱できる。好ましい態様において、照射線源は、吸収封止表面に対応する波長の照射線を発することのできるレーザを含む。

本発明の利点の１つは、例えば、吸収封止表面を照射するためにレーザを使用する場合、その吸収封止表面は、ガラス物品の周囲の未着色部分が周囲条件のまま、またはそれに近いままである間に、急速に加熱できることである。

照射されてきた吸収封止表面は、体積が膨らみ、膨張して、ガラス物品の表面に隆起区域を形成し得る。そのような膨れにより、約５μｍまで、例えば、０．５、１、２．５、または５μｍの高さ変化が生じ得る。吸収封止表面が示す特定の高さ変化は、もしあれば、光吸収係数および着色剤からのイオンがガラス中に存在する深さに応じて、様々であり得る。

特定のガラス物品および吸収封止表面の物理的性質と光学的性質に応じて、膨らんだ吸収封止表面の隆起高さの少なくとも一部分は、その封止表面が急速に冷却された場合には、維持することができる。そのような急速冷却により、吸収封止表面に、周囲のガラスよりも低い密度を持たせることができる。隆起区域は、例えば、発光ディスプレイのガラス器板を、薄い有機膜のためのプレートと、そのような素子の電子部品との間に被包領域を形成することによって、封止する場合に有益であり得る。

照射線源
本発明の照射線源は、吸収封止表面に対応する波長の照射線を放出する任意の照射線源であって差し支えない。例えば、銅を含む吸収封止表面は、約５２０ｎｍから約５４５ｎｍ、または約３４０ｎｍから約３７０ｎｍの波長で動作するレーザによって加熱できる。レーザは、約５３２ｎｍ、３５５ｎｍ、もしくは５３２ｎｍと３５５ｎｍの両方で照射線を発することが好ましい。

レーザ１１０ａは、図３に示すように、レーザビーム１１２ａを吸収封止表面１０６上に向けるまたは集束させるために、レンズ１１４ａなどの追加の光学成分を含んでいて差し支えない。このレーザビームは、吸収封止表面を効果的に加熱し、軟化させるような様式で動かすと同時に、ガラス物品の隣接部分および任意の随意的な電子部品の加熱を最小にすることができる。

特定の吸収封止表面の光学的性質に応じて、異なる出力、異なる速度および異なる波長で動作する他のタイプのレーザを使用して差し支えないことが容易に理解されるであろう。しかしながら、レーザの波長は、特定の吸収封止表面にとって高い吸収率の帯域内にあるべきである。様々な態様において、レーザは、約５から約１５Ｗ、好ましくは約８から約１０Ｗのレーザ出力を提供でき、約３から約１０ｍｍ／秒、好ましくは約５ｍｍ／秒の速度で封止表面に沿って動かすことができる。当業者は、特定の吸収封止表面にとって適切なレーザを容易に選択できるであろう。

使用して差し支えない光学配置には数多くの異なるタイプがあり、本発明は、特定の光学配置に制限されることが意図されていないことに留意されたい。

本発明では、シールが気密である必要はないことを強調しておく。シールは、２つのガラス物品間の１つの融着点、少なくとも２つのガラス物品を付着させる連続線すなわちシール、または被包区域を形成する、気密シールなどのシールを称することができる。

本発明の方法は、放熱板などの任意の材料を、２つのガラス物品の封止表面間に配置する必要も、接着剤、封止ガラス、またはフリットなどの任意の他の封止材料を使用する必要もない。所望であれば、接着剤、封止ガラス、またはフリットなどの封止材料を、本発明のガラスとガラスとの直接シールに加え、補助シールとして使用して差し支えない。

本発明のいくつかの態様を添付の図面に示し、詳細な説明において記載してきたが、本発明は、開示された態様には制限されず、以下の特許請求の範囲に述べられ、定義された本発明の精神から逸脱せずに、様々な再配置、改変および置換が可能であることが理解されよう。

本発明の原理をさらに説明するために、ここに開示された組成物、物品、素子および方法がどのように製造され、評価されるかの完全な開示と説明を当業者に与えられるように、以下の実施例を提起する。それらは、本発明の純粋な例示であることを意図しており、本発明者等が本発明とみなす範囲を制限することを意図するものではない。数（例えば、量、温度など）に関して精度を確実にするように努力してきたが、ある程度の誤差および偏差を考慮すべきである。別記しない限り、温度は℃または周囲温度であり、圧力は大気圧またはその辺りである。製品の品質および性能を最適化するために使用できるプロセス条件の組合せおよび変種が数多くある。そのようなプロセス条件を最適化するためには、妥当かつありきたりの実験しか必要ないであろう。

実施例１−着色剤の調製
第１の実施例において、以下の表１に列記された成分を組み合わせることによって、２種類の着色剤を調製した。各着色剤の成分を均一に混合して、着色剤ペーストを作製した。

実施例２−着色剤の施用
第２の実施例において、実施例１で調製した着色剤（「Ａ」）を、スクリーン印刷技法を用いて、ホウケイ酸ガラス板の小片の表面上にループパターンで施した。この着色剤を乾燥させて、着色されたガラス板を、９０分間に亘り酸化ガス（ＳＯ₂）中において、次いで、９０分間に亘り還元ガス（２０モル％のＨ₂＋８０モル％のＮ₂）中において、１，０８０°Ｆ（約５８０℃）で焼成した。焼成後、表面上に残った着色剤の部分を洗い流した。着色されたホウケイ酸ガラス板中の銅濃度の深さプロファイルが図１に示されている。

この明細書全体に亘り、様々な公報が引用されている。これらの公報の開示全ては、ここに記載された組成物、物品、素子および方法をより十分に説明するために、本明細書中に引用により組み入れられる。

ここに開示された組成物、物品、素子および方法に様々な改変および変更を行うことができる。ここに開示された組成物、物品、素子および方法の他の態様が、ここに開示された組成物、物品、素子および方法の実施および明細書を考慮することによって、明らかであろう。明細書および実施例は例示であることが意図されている。

実施例３−着色ガラス物品（予言的）の封止
第３の実施例（予言的）において、実施例２の手法にしたがって着色され、還元されたガラス物品が、別のガラス物品に封止される。第１のガラス板の着色された封止表面のループが未着色のガラス板と接触せしめられ、着色封止表面に亘り５３２ｎｍの波長のレーザ照射線（９．５Ｗのレーザ、０．７ｍｍのスポットサイズ）が５ｍｍ／秒の速度で走査されて、２枚のガラス板の間にガラスとガラスの直接シールが形成される。

１０６ 吸収封止表面
１０１ａ レーザ
１１２ａ レーザビーム
１１４ａ レンズ

Claims (9)

1. 複数のガラス物品を封止する方法において、
   ａ） 少なくとも１つの第１の封止表面を有する第１のガラス物品を提供する工程であって、前記少なくとも１つの第１の封止表面が、前記第１のガラス物品のガラスの一部分内に位置する、銅化合物および随意的な銀化合物を含むガラスからなるものである工程、
   ｂ） 少なくとも１つの第２の封止表面を有する第２のガラス物品を提供する工程、
   ｃ） 前記第１の封止表面の少なくとも一部分を前記第２の封止表面の少なくとも一部分と接触させる工程、および
   ｄ） 前記第１のガラス物品の少なくとも一部分および前記第２のガラス物品の少なくとも一部分が共に封止されるような様式で、前記第１の封止表面の少なくとも一部分を照射する工程、
   を有してなる方法。
2. 工程ａ）が、
   少なくとも１つの第１の封止表面を有する第１のガラス物品を提供し、銅化合物および随意な銀化合物を含む着色剤を、該少なくとも１つの第１の封止表面の少なくとも一部分と接触させる工程、および
   前記少なくとも１つの第１の封止表面が、前記第１のガラス物品のガラスの一部分内に位置する、銅化合物および随意な銀化合物を含むガラスからなるように、還元環境中で、前記着色剤と接触した該少なくとも１つの第１の封止表面を加熱する工程、
   を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記少なくとも１つの第２の封止表面が、前記第２のガラス物品のガラスの一部分内に位置する、銅化合物および随意な銀化合物を含むガラスからなることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記還元環境が水素を含むことを特徴とする請求項２記載の方法。
5. 前記第１のガラス物品が、約２５×１０^-7／℃から約４０×１０^-7／℃の熱膨張係数を有するホウケイ酸ガラスからなることを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 前記少なくとも１つの第１の封止表面の少なくとも一部分が、５３２ｎｍで少なくとも約２／ｍｍの照射線の光吸収係数を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
7. 前記第１のガラス物品と前記第２のガラス物品との間に、被包区域を囲む気密シールが形成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
8. 請求項１記載の方法により製造された素子。
9. 請求項７記載の方法により製造された気密封止素子である請求項８記載の素子。

Images