JP7287772B2 - 透明基板の接合方法及び積層体 - Google Patents

Description

本開示は、基板を接合する方法に関する。より詳細には、透明基板の積層体を、当該積層基板自体が有する光透過性を実質的に享受できるように形成する方法に関する。

光デバイスやコミュニケーションデバイスなどの発達において、発光素子からの光を、透明基板を介して効率良く外部への取り出すことが重要になってきている。

本開示では、透明基板の接合法であって、
１対の透明基板を用意することと、
透明基板の接合面に、スパッタリング法により酸化アルミニウムの薄膜を形成することと、
酸化アルミニウムの薄膜を大気中で接触させて１対の透明基板を接合することと、
接合された１対の透明基板を加熱することと、
を備える方法が提供される。

一つの実施形態に係る積層体の形成方法の各工程を装置構成とともに示す図である。 接合強度を示すグラフである。 ある実施形態に係る積層体の形成方法の各工程を示す概略断面図である。 一つの実施例に係る接合積層体の透過率の測定結果を示すグラフである。

透明基板を用いたデバイスの一例として、ディスプレイ（表示素子）に代表される光電子デバイスでは、発光素子が、その光の取り出し部品としてのガラスに貼り付けられている構成を有していることが多い。ここで一般には、接着性のフィルムを介して両者が貼り付けられている。本開示を限定することのない一例を挙げるならば、有機エレクトロ・ルミネッセンス（以下、「有機ＥＬ」ともいう。）デバイスは、高分子でカバーされた有機ＥＬ素子が、保護ガラスに貼り付けられて構成されている。フレキシブル有機ＥＬにおいても、有機ＥＬ素子は高分子でカバーされており、また偏光板等も高分子で出来ている。

しかし、高分子基板又は高分子フィルムを、有機ＥＬ素子などのデバイスを保護する役割を有する保護ガラスに直接貼り付ける技術がない。そこで、光学透過性粘着シート（以下、「ＯＣＡ」ともいう。）を介して、このデバイスと保護ガラスを間接的に貼り付けている。ここで、ＯＣＡという部品がコスト要因となっている。また、ＯＣＡを使った製品は、放射線下などの有機物が使えない状況での応用には適していない。

ディスプレイ（表示素子）分野だけではなく、光の透過性を損なうことなく、ガラス同士を貼り合わせたいとの需要は多く存在する。通常は有機材料により形成された接着剤を使い、ガラス同士を形成する。しかし、接着剤は光透過性を低下させる一つの原因とされている。さらに、接着剤として有機材料が塗布により形成されるため、接合界面に気泡が生じやすく、接合界面の品質に影響を与える。

一方、本開示に含まれる基板を接合する方法は、酸化アルミニウムは可視光に対して透明であり、かつ例えばスパッタ法などにより形成された酸化アルミニウムは比較的接合力が強い。したがって、透過性と接合性の両方を兼ね備えている。

＜接合される基板＞
「透明基板」とは、可視光を含む光の透過率が高い基板をいう。例えば可視光線透過率が９０％以上であってもよい。「透明基板」は、ＳｉＯ_２を含むガラス、強化ガラス、高分子などを基材とし又は含む基板であってもよい。本開示に含まれる基板の接合方法は、多数の利点を有するが、一つの利点として、透過性を損ねる又は大きく低下させえることなく接合することがこれまでできなかったＳｉＯ_２を含む基板も、高い光透過率を維持しつつ接合できる。

透明基板に貼り合わされる基板の一方又は両方は、透明基板であってもよい。貼り合わされる基板は、一対の基板であってもよく、一対の透明基板であっても、一方が透明基板で他方は半透明又は不透明基板であってもよい。

接合される一対の基板の両方がガラス基板であってもよく、高分子基板であってもよい。接合される一対の基板の一方がガラス基板で、他方が高分子基板であってもよい。高分子基板は、実質的に高分子材料からなる基板であってもよい。接合される基板の少なくとも一方の接合面が実質的に高分子材料からなっていてもよい。

基板を接合する方法は、貼り合わせに用いられる基板又は透明基板と他の基板を提供することを含んでいてもよく、少なくとも一方が透明基板である一対の基板を提供することを含んでいてもよい。

接合される基板の一つ又は両方は、主に高分子材料からなる基板、又は高分子基板であってもよい。高分子材料基板は、プラスチック基板であってもよく、フレキシブル基板であってもよい。高分子材料は、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、その他のポリエステル材料、ＰＩ（ポリイミド）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）、ＰＣ（プリカーボネート）であってもよく、これらに限定されず、その他ポリマー、プラスチック材料であってもよい。基板は、ＰＯＬ（偏向フィルター）を含んでいてもよい。基板は、実質的に高分子材料からなっていてもよく、高分子材料を含んでいてもよく、高分子材料と他の材料又は部材により構成されていてもよい。高分子基板は、透明基板であってもよい。

接合される基板は、円形であっても長方形であってもよく、あるいは帯（テープ）状であってもよい。

接合される基板の一つは、光学素子を含んでいてもよい。光学素子は、発光素子であっても受光素子であってもこれらを含んでいてもよく、その他の光、光電子又は電子素子、回路、材料を含んでいてもよい。接合される基板は、光学素子の層を含んでいてもよく、光学素子の層と高分子の層とを含んで形成されていてもよい。例えば、基板は、光学素子を含む層又は光学素子層と、高分子材料を含む層又は高分子層とを含んで構成されていてもよい。

接合される基板の１つは、光学素子を含む光学素子層と、光学素子層を覆う高分子材料を含む高分子層とを含んで構成されていてもよい。高分子層の表面が接合表面であってもよい。

最終製品において、例えば光学素子が発光素子である場合に、発光素子から製品外部に放出される光が通過するすべての基板及び層が、透明であることが好ましく、例えば光学素子が受光素子である場合に、製品外部から入射された光が受光素子に到達するまでに通過するすべての基板及び層が、透明であることが好ましい。光学素子を含む最終製品において、透明とは、発光素子から放出された光のうち、実用的に十分な量の光が外部に取り出される程度、又は外部から入射された光のうち、実用的に十分な量の光が受光素子で検出される程度に透明であることをいう。

一方、接合後により形成された透明基板積層体の光の透過率（以下、「接合後光透過率」という）が、最終製品の用途において十分な光透過率を有することが好ましい。例えば、接合後光透過率が、接合前の状態の基板をそのまま重ね合わせた複数の基板のすべてに対する光透過率（以下、「接合前光透過率」という）の９０％以上であることが好ましい。接合後光透過率が接合前光透過率の９５％以上であってもよい。接合後光透過率が接合前光透過率の９７％以上、９８％以上、または９９％以上であってもよい。

＜酸化アルミニウム膜の形成＞
酸化アルミニウムの薄膜を基板の接合表面に形成することは、スパッタ法（スパッタリング法）で行ってもよく、スパッタ法を含む手法又は工程で行われてもよい。スパッタ法は、イオンビームスパッタ法でもイオンビームアシストスパッタ法でもよい。イオンビームスパッタ法で形成された金属酸化物は、結晶性が比較的低く、結晶欠陥も比較的多く、また原子ベルで露出している表面が比較的多く、いわゆるダングリングボンドを多く有していると考えられる。したがって、比較的活性が高く、その表面が活性化されている状態にあり、接合しやすくなっていると考えられる。ただし、この物理的考察は推論であり、本開示はこのメカニズムはこれに限定されない。

ある実施形態では、酸化アルミニウムの薄膜を基板の接合表面に形成することは、イオンビームアシストスパッタ法で行われてもよい。当該手法は、金属アルミニウムをターゲットとし、実質的に不活性ガスと酸素とからなる混合ガスで行うスパッタ法により、酸化アルミニウムを対象基板上に形成することを含んでいてもよい。別の実施形態では、スパッタ法は、金属アルミニウムをターゲットとし、実質的に窒素ガスと酸素とからなる混合ガスで行ってもよい。混合ガスによって金属ターゲットを照射し、金属アルミニウムをスパッタすることで、アルミニウムと酸素の混合物又はアルミニウムの酸化物、酸化アルミニウムを接合面上に形成することができる。

別の実施形態では、酸化アルミニウムの薄膜を基板の接合表面に形成することは、金属アルミニウムをターゲットとし、実質的に不活性ガスにより接合表面方向にスパッタし、他の方向から接合表面に対して酸素ガスを送り込むことを含んでいてもよい。

不活性ガスは、希ガスであってもよい。希ガスは、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、ラドン（Ｒｎ）のいずれか一つであってもよく、これらの内の複数の混合ガスであってもよい。不活性ガスは、特にアルゴン（Ａｒ）であってもよい。

アルミニウムターゲットに対して、アルゴンなどの希ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いてスパッタ成膜することにより、Ａｌ_２Ｏ_３などの酸化アルミニウムの薄膜を形成することができる。

薄膜内のアルミニウムの酸化物は、化学量論的組成のＡｌ_２Ｏ_３であってもよく、非化学量論的組成であってもよく、あるいはこれらの混合物であってもよい。形成された金属酸化物において、アルミニウムと酸素の結合形態は、化学量論的組成のＡｌ_２Ｏ_３のそれと異なってもよく、異なっているものが含まれていてもよい。

スパッタに用いる混合ガスは、実質的にアルゴンガスと酸素ガスからなっていてもよい。混合ガスに含まれる酸素ガスの流量は、混合ガスの流量又は総流量に対して、実質的に、３％、４％、５％、６％、７％、８％、９％、若しくは１０％、又はいずれかの値以上かそれより大きい値であってもよい。

混合ガスは他のアルゴンガスを含んでいてもよく、アルゴンガス以外の希ガスを含んでいてもよい。混合ガスがアルゴンガスと異なるガスを含む場合、又は装置や環境の影響などにより、実質的にスパッタ特性が異なる場合は若しくは顕著に異なる場合には、適切な酸素ガスの流量が選択されてもよい。例えば、当該希ガスのスパッタ率がアルゴンガスのみを用いた場合より小さければ、酸素の流量比率が５％より小さくてもよく、例えば４％、３％以下であってもよい。逆に例えば、当該希ガスのスパッタ率がアルゴンガスのみを用いた場合より大きければ、酸素の流量比率が５％より大きくてもよく、例えば６％、７％以上であってもよい。

接合される基板は、ガラス基板とガラス基板、ガラス基板と高分子材料（ポリマー）基板、ポリマー基板とポリマー基板であってもよい。ガラスとガラスの接合面を接合する場合又はポリマーとポリマーの接合面を接合する場合、いずれか一方又は両方に酸化アルミニウム膜を形成してもよい。ガラスとポリマーの接合面を接合する場合に、いずれか一方に金属酸化膜を形成する場合には、ポリマー上に酸化アルミニウム膜を形成してもよく、これにより接合強度を向上できる場合が多い。

形成する酸化アルミニウム膜の厚さは、０．１ｎｍから１０ｎｍ程度であってもよく、０．１ｎｍ、０．２ｎｍ、０．３ｎｍ、０．４ｎｍ、０．５ｎｍ、１ｎｍ、２ｎｍ、３ｎｍ、４ｎｍ、５ｎｍ、６ｎｍ、７ｎｍ、８ｎｍ、９ｎｍの値以上またはこれより大きい値であってもよい。形成する金属酸化膜の厚さは、１０ｎｍ以下であってもよく、９ｎｍ、８ｎｍ、７ｎｍ、６ｎｍ、５ｎｍ、４ｎｍ、３ｎｍ、２ｎｍ、又は１ｎｍの値以下又は未満であってもよい。接合により形成された基板積層体での酸化アルミニウムの層の厚さは、０．１ｎｍから２０ｎｍ程度であってもよい。

酸化アルミニウム膜の特性や成膜条件は、例えば、オージェ電子分光法（ＡＥＳ，Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ，Ｘ－ｒａｙ Ｐｈｏｔｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）、捜査型電子顕微鏡法（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡法（ＴＥＭ）などの表面分析法を用いて確認又は分析してもよい。

＜貼り合わせ＞
貼り合わせは、酸化アルミニウムの薄膜を介して、基板の接合面を互いに接触させることを含んでいてもよい。接触させる際に基板の接合面と反対側又は接合面以外の面から、基板に対して力を加えてもよい。例えば、接合面に垂直方向の力を基板の外側から加えてもよい。ある実施形態では、加圧は、接触した接合面全体に実質的に均等になるように力を加えてもよい。別の実施形態では、加圧は、接触した接合面の異なる面に対してそれぞれのタイミングで行われてもよい。加圧の際の、力の強さは時間的に一定であってもよく、可変であってもよい。加圧は、接合面の各部位に対して異なるタイミングで行ってもよい。接触した基板に対して、加圧装置をスライドさせて動かすことで、接合面に対して順次加圧してもよい。当該加圧装置は、ローラ状の加圧部を有していてもよい。

ある実施形態では、基板上に酸化アルミニウム層を接合表面に形成した後、一対の基板を接触させること又は貼り合わせることを、真空中又は低圧力下の雰囲気で行わずに、大気中で行ってもよい。大気中とは、大気と同じ圧力下であっても異なる圧力下であってもよい。大気中とは、雰囲気が大気と同じ成分であってもよく、異なる成分であってもよい。大気中とは、大気から粒子などの浮遊する粒子を部分的又は実質的にすべて取り除いた雰囲気下であってもよい。

大気中とは、水分又は蒸気の量が制御された雰囲気であってもよい。大気中には、水分が含まれていてもよく、実質的に含まれていなくてもよい。大気の湿度は、実質的に実質的０％より高くてもよく、５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％などの値以上又はそれより高くてもよい。

酸化アルミニウム膜形成から、基板の貼り合わせまでの間の大気への暴露量は、大気圧下で、１分、２分、５分、１０分、１５分、２０分、３０分などの時間以上であってもよく、１日、１２時間、１０時間、６時間、３時間、２時間、６０分、４５分、３０分などの時間以下であってもよい。

＜加熱処理＞
本開示に含まれる基板の接合方法は、貼り合わせの後に、積層体に対して加熱することを更に含んでいてもよい。加熱の温度は、実質的に又はおおよそ、８０℃（摂氏８０度、以下同様）、１００℃、２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、４００℃などの温度以上又はそれより高くてもよい。加熱温度は、実質的にまたはおおよそ、５５０℃、５００℃、４５０℃、４００℃、３５０℃、３００℃、２５０℃、２００℃などの温度以下又はそれより低くてもよい。加熱は、基板全体に対して同時行ってもよく、基板の部分ごとに行ってもよい。

加熱時間は、実質的に又はおおよそ、５分、１０分、１５分、３０分、４５分、１時間、２時間、３時間、４時間、５時間、６時間、８時間、１０時間、１２時間、１５時間、１８時間、２０時間、２４時間、３６時間、４８時間、７２時間などの時間以上又はそれより長くてもよい。加熱時間は、実質的に又はおおよそ、９６時間、７２時間、４８時間、３６時間、２４時間、２０時間、１８時間、１５時間、１２時間、１０時間、８時間、６時間、５時間、４時間、３時間、２時間などの時間以下又はそれより短くてもよい。

加熱処理の雰囲気は、大気であってもよく、窒素雰囲気であってもよく、希ガス雰囲気であってもよい。

＜成膜前の基板表面活性化処理＞
ある実施形態では、酸化アルミニウム膜の成膜前に基板の接合表面に対してエネルギー粒子を照射することを更に含んでいてもよい。エネルギー粒子の照射により、基板の接合表面を活性化することで、当該接合表面とその上に形成される薄膜との接合強度を上げることができる。

＜成膜後の表面活性化処理＞
ある実施形態では、成膜された酸化アルミニウム膜の表面に対して表面活性化処理を行ってもよい。ある実施形態では、表面活性化処理の後に、酸化アルミニウム膜の接合面を大気に暴露し、暴露後に接触させて貼り合わせてもよい。

ある実施形態では、酸化アルミニウム膜の成膜後に表面活性化処理を行わずに、基板同士を貼り合わせてもよい。

エネルギー粒子は、イオンビーム源又は高速原子ビーム（ＦＡＢ）源などの粒子ビーム源を用いて、使用されるガス粒子又は原子のイオン又は中性原子あるいはそれらの混合ガスを加速することで生成してもよい。エネルギー粒子の照射は、プラズマ源を用いて行ってもよい。

粒子ビーム源を用いて、粒子に所定の運動エネルギーを与えることができる。粒子ビーム源は、例えば圧力が１×１０^－５Ｐａ（パスカル）以下などの真空中で作動する。

中性原子ビーム源としては、高速原子ビーム源（ＦＡＢ，Ｆａｓｔ Ａｔｏｍ Ｂｅａｍ）を用いることができる。高速原子ビーム源（ＦＡＢ）は、典型的には、ガスのプラズマを発生させ、このプラズマに電界を掛けて、プラズマから電離した粒子の陽イオンを摘出し電子雲の中を通過させて中性化する構成を有している。この場合、例えば、希ガスとしてアルゴン（Ａｒ）の場合、高速原子ビーム源（ＦＡＢ）への供給電力を、１．５ｋＶ（キロボルト）、１５ｍＡ（ミリアンペア）に設定してもよく、あるいは０．１から５００Ｗ（ワット）の間の値に設定してもよい。たとえば、高速原子ビーム源（ＦＡＢ）を１００Ｗ（ワット）から２００Ｗ（ワット）で稼動してアルゴン（Ａｒ）の高速原子ビームを２分ほど照射すると、接合される表面の上記酸化物、汚染物等（表面層）は除去され、新生表面を露出させることができる。

イオンビーム源としては、コールドカソード型イオン源を用いることができる。

イオンビーム源は、ライン型のコールドカソード型イオンビーム源であってもよい。ライン型粒子ビーム源とは、ライン型（線状）の又は細長い粒子ビーム放射口を有する粒子ビーム源であり、この放射口からライン型（線状）に粒子ビームを放射することができる。放射口の長さは、粒子ビームが照射される基板の直径より大きいことが好ましい。基板が円形でない場合には、放射口の長さは、粒子ビーム源に対して相対的に移動させられる基板に係る放射口が延びる方向の最大寸法より大きいことが好ましい。

ライン型粒子ビーム源から放射された粒子ビームは、表面活性化処理中のある時刻においては、基板上の線状の領域又は細長い領域を照射している。そして、ライン型粒子ビーム源から基板に向けて粒子ビームを放射させつつ、放射口が延びる方向と垂直方向に基板支持体を走査させる。その結果、線状の粒子ビームの照射領域が基板のすべての接合部上を通過する。ライン型の粒子ビーム源が、基板上を通過し終えると、基板全体が、粒子ビームにより実質的に均一に照射され、表面活性化される。

ライン型の粒子ビーム源は、比較的面積の大きい基板の表面を、比較的均一に粒子ビームで照射する際に適している。また、ライン型の粒子ビーム源は、基板の様々な形状に対応して、比較的均一に粒子ビームを照射することができる。

エネルギー粒子は、実質的に希ガスと酸素ガスとからなる混合ガスであってもよく、同混合ガスであってもよく、その他のガスを含んでいてもよい。酸素ガスを含まずに希ガスだけを用いたエネルギー粒子ビームを照射すると、金属酸化物の表面近傍で酸素が金属に対して欠乏する場合がある。この際に、金属の量が比較的に増加することにより、可視光などの光の透過率が低下する場合がある。これは、この金属を比較的多く含む領域で吸収されるためであろうと推測される。したがって、接合面に対して照射するエネルギー粒子ビームは、酸素を含むことで、この酸素が金属酸化物表面に結合し、酸素の欠乏を回避又は低減させることができると考えられる。これにより、十分な接合された透明基板の積層体の光透過率を得ることが可能になると考えられる。

エネルギー粒子は、希ガスであってもよく、希ガスを含んでいてもよい。当該希ガスは、アルゴンであってよく、他の希ガスであってもよい。エネルギー粒子は、中性原子又はイオンでもよく、さらには、ラジカル種でもよく、またさらには、これらが混合した粒子群でもよい。

「表面活性化」とは、これなしに接触をさせた場合に実質的な結合又は接合がなされない表面に対して行う処理又は工程であって、当該処理等の後の表面を互いに接触させると所望又は実質的に有効な結合が得られる処理等を意味する。基板が表面活性化処理後に接合されることで形成された積層体は、そのまま加熱や光処理などをされてもよく、またされなくてもよい。

各プラズマ又はビーム源の稼動条件、又は粒子の運動エネルギーに応じて、表面層の除去速度は変化しえる。そこで、表面活性化処理の処理時間を含む各条件を調節する必要がある。例えば、オージェ電子分光法（ＡＥＳ，Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）やＸ線光電子分光法（ＸＰＳ，Ｘ－ｒａｙ Ｐｈｏｔｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）などの表面分析法を用いて、表面層に含まれる酸素や炭素の存在が確認できなくなる時間又はそれより長い時間を、表面活性化処理の処理時間として採用してもよい。

＜実施例１＞
本開示の一例として、ガラス基板を接合し、その光透過率を評価した。

図１（ａ）に示す接合装置１００は、真空容器１０１と、真空容器１０１の内部に配置されて、第一基板１０２と第二基板１０３とを移動可能に支持する基板支持体１０４と、表面活性化処理手段として粒子ビーム源１０５と、金属酸化物の薄膜を形成するための金属ターゲット１０６と、接合手段として基板支持体１０４は回転軸１０４Ａと加圧手段（図示せず）を有して構成されている。

図１（ａ）に示すように、真空容器１０１には、真空ポンプ（図示せず）が接続され、真空容器１０１内部の真空度を１×１０^－５Ｐａ以下の圧力に維持することができる。真空容器１０１は、ベント弁（図示せず）が設けられ、真空容器１０１内部に大気を導入することができる。また、粒子ビーム源１０５は、回転軸１０５Ａ周りに回転可能であり、スパッタターゲット１０６に向けてアルゴンと酸素の混合ガスの粒子群（１０７）を加速させて金属材料をスパッタさせてもよい。また、粒子ビーム源１０５は、基板支持体１０４の位置に応じて第一基板１０２又は第二基板１０３の表面に向けて所定の運動エネルギーを有する粒子による粒子ビーム１０５Ｂを放射させて基板表面の表面活性化処理を行うことができるように構成されている。これら基板上の所定の領域又は接合領域のみに金属酸化物膜を形成する場合には、基板上に当該所定の領域を規定するマスクが配置される（図示せず）。

また、薄膜１０７が堆積されている間に、基板支持体１０４を走査させて、第一基板１０２又は第二基板１０３上の堆積条件を均一にすることができる。金属酸化物層の厚さは、所定の粒子ビーム源１０５の作動条件や、粒子ビーム源１０５、ターゲット１０６、及び基板１０２，１０３の真空容器１０１内の所定の配置位置に対して、走査回数により段階的に制御されてもよい。

本実施例では、第一基板１０２及び第二基板１０３とも、ガラス基板を用い、より詳細には８０ｍｍ四方の無アルカリガラス（日本電気硝子社製ＯＡ１０－Ｇ）を用いた。ガラス基板１１２，１１３を真空容器１０１内に導入し、同容器内の雰囲気を１０^－５Ｐａ以下の真空雰囲気にし、同様の排気能力で接合が完了するまで排気を続けた。ターゲット１０６として金属アルミニウムを設置し、粒子ビーム源１０５としてライン状コールドカソード型イオンビーム源を用いて、アルゴンガスと酸素ガスの混合ガスを８０ｓｃｃｍの供給量で、１．２ｋＶ、４００ｍＡの条件で駆動した。これにより混合ガスの粒子ビーム１０５Ｂをターゲット１０６に照射し、両方のガラス基板の接合面に向けて、アルミニウムと酸素の混合物を含む粒子群１０７をスパッタさせた。その結果、ガラス基板１０２，１０３の接合面上にアルミニウムの酸化物１０７，１０８の薄膜を形成した（図１（ｂ））。厚さは１５ｎｍ程度であった。アルミニウム酸化物層の厚さは、接合前で５ｎｍから１０ｎｍであってもよく、その範囲外であってもよい。一例では、各基板上に７．５ｎｍの厚さのアルミニウム酸化物を形成してもよい。この場合、接合後の積層体でのアルミニウム酸化物層の厚さは１５ｎｍになる。別の例では、各基板上に５ｎｍの厚さのアルミニウム酸化物を形成してもよい。この場合、接合後の積層体でのアルミニウム酸化物層の厚さは１０ｍになる。各基板上のアルミニウム酸化物層の厚さは、表面活性化処理により小さくなることもある。例えば、７．５ｎｍの厚さに形成されたアルミニウム酸化物に対して、表面活性化処理を行い、同厚さが５ｎｍになる場合がある。ただし、本開示は、スパッタのメカニズム、ターゲット１０６から基板１０２，１０３までのスパッタ粒子１０７の状態について、上記記載に限定されない。

酸化アルミニウム膜を形成した後に、表面活性処理を行い（図１（ｂ））、大気に暴露し貼り合わせ（図１（ｃ））を行ってもよく、表面活性化処理を行わずに大気に暴露し貼り合わせ（図１（ｃ））を行ってもよい。以下図の順に説明する。

図１（ｂ）に示すように、表面活性化処理として、粒子ビーム源１０５を回転軸１０５Ａ周りに回転させて、第一基板１０２又は第二基板１０３に向いた位置で固定して、基板１０２，１０３上に形成された酸化アルミニウム膜１０７，１０８の表面に対して、同じ粒子ビーム源１０５を用いて、アルゴンガス７０ｓｃｃｍの供給量で、１．３ｋＶ、４００ｍＡで駆動し、エネルギー粒子線１０５Ｃを照射した。基板上の所定の領域のみに対して表面活性化処理を行う場合には、基板上に当該所定の領域を規定するマスクが配置される（図示せず）。

図１（ｃ）に示すように、基板支持体１０４は、接合手段として、第一基板１０２と第二基板１０３とを支持する箇所の間に設けられた回転軸１０４Ａを有して構成されている。基板支持体１０４は、この回転軸１０４Ａ回りに第一基板１０２と第二基板１０３とが向かい合うように、折り畳まれるように構成されている。これにより、図１（ｃ）に示すように、簡略な構成を用いて第一基板１０２と第二基板１０３とを、当接させ、互いにほぼ全面積に亘って均等に同じ圧力を加えることができる。接合の際に、第一基板１０２と第二基板１０３とを互いに押し付けるように、折り畳まれた基板支持体１０４の外側から、所定の力を加える加圧手段（図示せず）が配置されてもよい。本実施例では、真空容器１０１のベント弁を開け、真空容器１０１内に大気を導入した後に、両基板上に形成されたアルミニウムの酸化物の薄膜同士を介して接触させた。接触後、接合面に垂直に５ｋＮの力を５分にわたって加えた。また、接合の際に、第一基板１０２と第二基板１０３とを、基板の材料や電子素子の機能を低下させない範囲で所定の温度で加熱する加熱手段（図示せず）が配置されてもよい。

貼り合わせ後に、第一基板１０２と第二基板１０３とを互いに押し付けるように、折り畳まれた基板支持体１０４の外側から、所定の力を加える加圧手段（図示せず）が配置されてもよい。また、接合の際に、基板１０２，１０３、金属酸化物１０７，１０８に含まれる材料や電子素子の機能を低下させない範囲で所定の温度で加熱する加熱手段（図示せず）が配置されてもよい。

＜加熱処理＞
上記のように、基板が貼り合わされてできた基板積層体を、更に１００℃、１５０℃、２００℃、３００℃でそれぞれ１時間加熱した。加熱後の接合強度は、加熱なしの接合強度に比べ一般に上昇することが確認された。加熱処理での雰囲気は、大気であってもよく、窒素やアルゴンなどの不活性ガスであってもよい。

接合界面の強度は、ブレード挿入法により測定した。ブレード挿入法は、接合した二枚の基板の間にブレード（刃）を挿入して基板を剥離させ、ブレード歯先から剥離箇所までの長さから、界面エネルギーを評価し、これを接合強度とする手法であり、ウェハ接合の接合強度の評価に使われる手法である。

図２に、酸化アルミニウム膜形成後、表面活性化処理を行い、大気暴露し張り合わせした場合（ａ）、酸化アルミニウム膜形成後、表面活性化処理を行わずに、大気暴露し張り合わせした場合（ｂ）、酸化アルミニウム膜を形成せず、表面活性化処理も行わずに張り合わせした場合（ｃ）について、無加熱及びそれぞれの加熱処理を行った接合積層体の接合界面強度を示す。

（ａ）も（ｂ）もいずれも、コントロール（ｃ）よりも接合強度が高かった。加熱温度が高くなるほど、（ａ）及び（ｂ）と（ｃ）との間の接合強度の差が大きくなった。

（ａ）と（ｂ）とはいずれも、加熱温度が高くなるほど、接合強度が上がった。加熱温度１００℃において、１Ｊ／ｍ^２に近づいた。本実施例では加熱時間は１時間であったが、同温度で加熱時間を延長し、加熱温度が１００℃未満、例えば８０℃であっても加熱時間を更に延長し、又は他の実験条件を調整することで、接合強度は１Ｊ／ｍ^２を超え得る。（ａ）と（ｂ）とはいずれも、加熱温度１５０℃で１Ｊ／ｍ^２を超え、２００℃で１．８Ｊ／ｍ^２に達した。３００℃では、（ａ）は２．８Ｊ／ｍ^２に達し、一方（ｂ）は界面が破壊する前に母材が破断し、強固な接合界面が形成されていることが分かった。このように、加熱後には、１Ｊ／ｍ^２、１．５Ｊ／ｍ^２、２Ｊ／ｍ^２などの値以上又はそれらより高い接合強度を得ることができる。さらに、実験条件を調整することで、きわめて高い又は所望の接合強度を得ることが可能である。

加熱試験においては、いわゆるガラス基板の親水化接合では、接合界面に多数のボイドが生成しやすい。一方、本開示での加熱試験では、ボイドの生成がほとんど観察されなかった。

光透過率は、市販の可視光線透過率測定器で測定される可視光線透過率として測定した。一般的に、視光領域または約３６０ｎｍから約７６０ｎｍ程度の波長領域の光束を透過前後の比率をいう。本開示では、積層体形成方法を実施する前の状態で接合する重ね合わせた二つの基板について測定した光透過率を、接合前光透過率と呼び、基板接合方法を実施した後で積層体について測定した光透過率を接合後光透過率と呼ぶ。そして、本開示では、接合後光透過率を接合前光透過率で割ったものを光透過率比と呼ぶ。

本開示に係るいずれかの手法を用いることで、９０％，９２％，９３％，９５％，９６％，９７％，９８％，９９％，９９．５％，９９．７％などの値以上又はそれらの値より高い光透過率（接合前透過率に対する接合後透過率）を得ることができる。

図４に、上記一実施例の接合方法により作成した基板接合体の光透過率を示す。測定は２００ｎｍから１６００ｎｍの波長領域で行った。接合前の２枚のガラス基板の透過率（接合前透過率）は、黒い点で示され、左縦軸で読む。透過率は、紫外領域では透過率は低いが約３６０ｎｍ以上すなわち可視光領域で９０％を超えていた。

接合後の光透過率は、実質的に接合前透過率と同じであり、接合前の光透過率のグラフと重なり見分けがつかないほどであった。図４には、接合前と接合後の光透過率の比（光透過率比）を、白抜きの点で示した（右縦軸）。波長３６０ｎｍ以上では、光透過率比は、ほぼ９９．５％以上であった。一部高い波長領域で光透過率比が１を超えたが、測定上のバラツキ又は誤差である可能性がある。光透過率比は、波長３６０ｎｍ以下で下がり、波長２５０ｎｍ付近で最低値を付けたが９３％を下回ることはなかった。以上より、本実施例では極めて高い透過率を有する透明基板積層体を形成できることが示された。

本開示は、接合により形成された透明基板積層体を含む。１対の透明基板の間に、スパッタリング法により形成された酸化アルミニウム膜又は薄膜の層が挟まれている。透明基板の間に挟まれている物質又は層は、実質的にスパッタリング法により形成された酸化アルミニウム膜のみであってもよく、実質的にスパッタリング法により形成された酸化アルミニウム膜からなっていてもよい。

本開示に含まれる透明基板積層体は、ＯＣＡなどの有機材料を含まず、無機材料のみで構成されていることから、有機材料が好まれない状況の使用が前提となる応用範囲又はデバイスに適用することができる。本開示に含まれる透明基板積層体は、例えばアルファ線など放射線に対する耐性が必要とされる宇宙空間で使用される透明パネルに使用されてもよい。本開示は、透明基板積層体を有する光電子デバイス、太陽電池、宇宙用太陽電池、耐放射線太陽電池、耐放射線光電子デバイスを含む。また、本開示は、そのような透明基板積層体を備える、航空機、人工衛星、ロケット、宇宙ステーションなど宇宙航空装置又は機体、建築に用いられる窓素材又は窓、耐圧ガラス、を含む。

透明基板の接合方法として、透明基板の接合面に金属の薄膜を形成して、この金属薄膜を介して基板を貼り合わせ、基板に挟まれた金属薄膜に対してレーザを照射することで基板に金属を吸収させ、その結果、比較的透明度の高い基板積層体を得る技術が知られている。しかしこの手法では、金属が完全に基板に吸収されない場合があり、光透過率に問題が生じ得る。また、スマートフォンを初めとする電子ディスプレイデバイスでは、透明基板に有機ＥＬ素子などを備える高分子フィルムを貼り合わせる場合が多い。しかし、高分子フィルムのような比較的耐性の低い材料や部材に対しては、レーザ加熱は適さない。一方、本開示の積層体を形成する方法は、接合界面に高いエネルギーを注入する必要はないので、高分子フィルムの接合にも適している。さらに、ＯＣＡを介在させる必要もなくなり、透明性が高く、かつ接着力が高く透明性が高い積層体を形成することができる。

接合される基板は、平坦又は平板状であってもよく、非平坦形状であってもよい。接合される基板は、曲面状の強化ガラス基板であってもよく、曲面を有する強化ガラスを含んでいてもよい。接合される基板や積層体は、断面Ｌ字型、断面コ字型、又は断面円弧状であってもよい。これらの基板や積層体は、曲面又は横にディスプレイ又は光学素子を有する、３次元形状のスマートフォンやタブレットなどのような電子ディスプレイデバイスに用いられてもよい。

接合される他方の基板又は第二の基板は、フレキシブル基板であってもよく、フレキシブル基板を含んでいても良い。フレキシブル基板は光学素子を含んでいてもよい。

ＯＣＡが曲げに弱く、また曲率の大きい基板に用いることは難しい。本開示の基板を接合する方法は、ＯＣＡの使用を回避でき、直接カバーガラスと偏向膜などの機能膜とを金属酸化膜を介して貼り合わせるので、上記欠点を解決しつつかつ透明性の高い積層体を形成することが可能になる。

また別の実施形態では、接合される一対の基板の両方がガラス基板であって、その一方の基板又は第一の基板はガラス基板で、第二の基板は第一の基板より小さい接合面積を有するガラス基板であってもよい。また更なる実施形態では、第二基板は、第一の基板の縁に沿った枠形状又はフレーム形状を有するガラス基板であってもよい。また第二の基板は、第一の基板の縁の一部に接合されてもよい。例えば、第一の基板は概長方形の平面ガラス基板であり、第二の基板は第一の基板の対抗する一対の辺に沿って貼り合わされてもよい。この場合、第二の基板は複数の基板を含んでいてもよい。本開示でのすべてのガラス基板は、強化ガラスからなっていてもよく、強化ガラスを含む基板でもよい。

本開示に含まれる基板の接合方法は、第一の基板がガラス基板である又はガラス基板を含む基板であり、第二の基板が第一の基板の縁の一部又は全体に接合される接合面を有する基板であり、第一の基板と第二の基板とを貼り合わせた後に、貼り合わされた第一の基板と第二の基板とを機械加工して曲面ガラス基板を形成することを更に含んでいてもよい。

あるいは、本開示に含まれる基板の接合方法は、貼り合わされた第一の基板と第二の基板に対して機械加工を施して、少なくともその一部に曲面を形成することとを含んでいてもよい。この機械加工は、研削加工と研磨加工との少なくとも一つを含んでいてもよい。機械加工は、曲げ加工を回避する方法で行われてもよい。一般の強化ガラスは、曲げ加工に弱く、その曲げ加工が困難であるため、曲げ加工された強化ガラスは高価になるという問題がある。これに対し、上記方法により、この問題を解決して、曲げ加工をせずとも又は高温での変形加工を行うことなく、所望の曲面形状を有する曲面ガラス基板又は曲面強化ガラス基板を形成することができる。

さらなる実施形態では、基板の接合方法は、第一の基板２０２の接合面と第二の基板２０３の第一接合面に第一の金属酸化物の薄膜２０７，２０８を形成することと、第一の基板２０２の接合面と第二の基板の第一接合面２０３の第一の金属酸化物の薄膜２０７，２０８の表面に対して、第一の活性化処理を行うことと、金属酸化物の薄膜２０７，２０８を介して、第一の基板２０２の接合面と第二の基板２０３の第一接合面とを互いに接触させて、第一の基板２０２と第二の基板２０３とを貼り合わせること、第二の基板２０３の第二接合面と第三の基板２０９の接合面に第二の金属酸化物の薄膜２１０，２１１を形成することと、第二の基板２０３の第二接合面と第三の基板２０９の接合面の第二の金属酸化物の薄膜２１０，２１１の表面に対して、第二の活性化処理を行うことと、第二の金属酸化物の薄膜２１０，２１１を介して、第二の基板２０２の第二接合面と第三の基板２０９の接合面とを互いに接触させて、第二の基板２０３と第三の基板２０９とを貼り合わせることを含む。（図３）

基板の接合方法は、第三の基板２０９を第一の基板２０２に接合してもよい。また、第三の基板２０９を、第一の基板２０２と第二の基板２０３とに接合してもよい。すなわち、第一の基板２０２の第二の接合面と第二の基板２０２の第二接合面とに対して、第三の基板２０９の接合面を接触させて、第一の基板２０１及び第二の基板２０３と第三の基板２０９とを貼り合わせることを含んでいてもよい。

第一の基板２０２と第二の基板２０３とは、透明な基板であってもよく、強化ガラスの基板であってもよく、強化ガラスを含む基板であってもよい。更なる別の実施形態では、第三の基板はフレキシブル基板であってもよい。上記のとおり、平面の強化ガラスを曲げる加工は困難、あるいは曲げ加工された強化ガラスは高価である。したがって、より安価で光の取り出し効率の高い電子ディスプレイデバイスを作成することができる。

本開示はまた、本出願で開示されたいずれかの基板接合方法を含む方法で製造された電子又は光電子又は光デバイスを含み、一般にデバイスを含む。ある実施形態では、デバイスは、本開示のいずれかの基板接合方法を含む方法で製造された積層体を含んでいてもよい。更なる実施形態ではデバイスは、有機ＥＬ素子を含んでいても良い。また更なる実施形態ではデバイスは、スマートフォン、ディスプレイデバイス、太陽電池、ＳＡＷフィルターデバイスであってもよく、窓、耐圧ガラスなどの建築資材であってもよい。

本開示は以下の実施形態を含む:
Ａ０１
透明基板の接合法であって、
1対の透明基板を用意することと、
前記透明基板の接合面に、スパッタリング法により酸化アルミニウムの薄膜を形成することと、
前記酸化アルミニウムの薄膜を大気中で接触させて前記1対の透明基板を接合することと、
前記接合された1対の透明基板を加熱することと、
を備える方法。
Ａ０２
前記スパッタリング法により酸化アルミニウムの薄膜を形成することは、
アルミニウムのターゲットに対して希ガスと酸素ガスのエネルギーを照射することを含む、
実施形態Ａ０１に記載の方法。
Ａ０３
前記希ガスはアルゴンガスを含んでいる、
実施形態Ａ０２に記載の方法。
Ａ０４
前記加熱することは、
摂氏８０度以上摂氏５５０度未満の温度で加熱することを含む、
実施形態Ａ０１からＡ０３のいずれか一項に記載の方法。
Ａ０５
前記加熱することは、
摂氏１５０度以上の温度で加熱することを含む、
実施形態A０４に記載の方法。
A０６
前記加熱することは、
摂氏２００度以上の温度で加熱することを含む、
実施形態A０５に記載の方法。
Ａ０７
前記加熱することは、
摂氏３００度以下の温度で加熱することを含む、
実施形態Ａ０６に記載の方法。
Ａ０８
前記加熱することは、
１０分以上加熱することを含む、
実施形態Ａ０４からＡ０７のいずれか一項に記載の方法。
Ａ０９
前記酸化アルミニウムの薄膜を形成することの後に、前記透明基板の接合面又は前記酸化アルミニウムの薄膜の表面に対して活性化処理を行わずに、前記1対の透明基板を接合する、
実施形態Ａ０１からＡ０８のいずれか一項に記載の方法。
Ａ１０
前記形成された酸化アルミニウムの薄膜の表面に対して活性化処理を行うことを更に備える、
実施形態Ａ０１からＡ０８のいずれか一項に記載の方法。
Ａ１１
前記加熱後の接合強度が１．５Ｊ／ｍ^２以上である、
実施形態Ａ０１からＡ１０のいずれか一項に記載の方法。
Ａ１２
前記加熱後の接合強度が２Ｊ／ｍ^２以上である、
実施形態Ａ１１に記載の方法。
Ａ１３
前記加熱後の接合基板の透過率が、前記接合前の基板の透過率の９３％以上である、
実施形態A０１からA１２のいずれか一項に記載の方法。
A１４
前記加熱後の接合基板の透過率が、前記接合前の基板の透過率の９９％以上である、
実施形態A１３に記載の方法。
Ａ１５
前記加熱後の接合基板の透過率が、前記接合前の基板の透過率の９９．５％以上である、
実施形態Ａ１４に記載の方法。
Ｂ０１
1対の透明基板と、
前記1対の透明基板の間に、スパッタリング法により形成された酸化アルミニウム薄膜と
を備える、
透明基板積層体／積層透明基板。
Ｂ０２
前記透明基板積層体の接合強度が１．５Ｊ／ｍ^２以上である、
実施形態Ｂ０１に記載の透明基板積層体。
Ｂ０３
前記透明基板積層体の接合強度が２Ｊ／ｍ^２以上である、
実施形態Ｂ０２に記載の透明基板積層体。
Ｂ０４
前記透明基板積層体の透過率が、前記透明基板自体の透過率の９３％以上である、
実施形態Ｂ０１からＢ０３のいずれか一項に記載の透明基板積層体。
Ｂ０５
前記透明基板積層体の透過率が、前記透明基板自体の透過率の９９％以上である、
実施形態Ｂ０４に記載の透明基板積層体。
Ｂ０６
前記透明基板積層体の透過率が、前記透明基板自体の透過率の９９．５％以上である、
実施形態Ｂ０５に記載の透明基板積層体。

以上、本願発明の幾つかの実施形態及び実施例について説明したが、これらの実施形態及び実施例は、本願発明を例示的に説明するものである。特許請求の範囲は、本願発明の技術的思想から逸脱することのない範囲で、実施の形態に対する多数の変形形態を包括するものである。したがって、本明細書に開示された実施形態及び実施例は、例示のために示されたものであり、本願発明の範囲を限定するものと考えるべきではない。

Claims (16)

1. 透明基板の接合法であって、
   １対の透明基板を用意することと、
   前記透明基板の接合面に、スパッタリング法により酸化アルミニウムの薄膜を形成することと、
   前記酸化アルミニウムの薄膜を大気に暴露し、暴露させた前記薄膜同士を大気中で接触させて前記１対の透明基板を接合することと、
   前記接合された１対の透明基板を加熱することと、
   を備える方法。
2. 前記透明基板がガラスを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記透明基板の可視光線透過率が９０％以上である、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記スパッタリング法により酸化アルミニウムの薄膜を形成することは、
   アルミニウムのターゲットに対して希ガスと酸素ガスのエネルギーを照射することを含む、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記希ガスはアルゴンガスを含んでいる、
   請求項４に記載の方法。
6. 前記加熱することは、
   摂氏８０度以上摂氏５５０度未満の温度で加熱することを含む、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記加熱することは、
   摂氏１５０度以上の温度で加熱することを含む、
   請求項６に記載の方法。
8. 前記加熱することは、
   摂氏２００度以上の温度で加熱することを含む、
   請求項６に記載の方法。
9. 前記加熱することは、
   摂氏３００度以下の温度で加熱することを含む、
   請求項６のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記加熱することは、
    １０分以上加熱することを含む、
    請求項６から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記酸化アルミニウムの薄膜を形成することの後に、前記透明基板の接合面又は前記酸化アルミニウムの薄膜の表面に対して活性化することを行わずに、前記１対の透明基板を接合する、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記形成された酸化アルミニウムの薄膜の表面に対して活性化処理を行うことを更に備える、
    請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記加熱後の接合強度が１．５Ｊ／ｍ２以上である、
    請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記加熱後の接合強度が２Ｊ／ｍ２以上である、
    請求項１３に記載の方法。
15. 前記加熱後の接合基板の透過率が、前記接合前の基板の透過率の９３％以上である、
    請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記加熱後の接合基板の透過率が、前記接合前の基板の透過率の９９％以上である、
    請求項１５に記載の方法。
    
    
    

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