TWI388526B - 高熱膨脹係數玻璃之雷射輔助玻璃料密封及所形成密封玻璃封裝 - Google Patents
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Description
本發明係關於雷射輔助玻璃料密封方法，其使用來製造玻璃套組，該玻璃套組具有第一玻璃板(熱膨脹係數至少約為35x10-7
/℃)，其中玻璃料形成連接第一玻璃板至第二玻璃板之密封(密閉性密封)。
封裝對溼氣和氧氣敏感的裝置是製造有機發光二極體(OLED)顯示器很重要的部份。兩個顯示器玻璃板之間雷射輔助的OLED玻璃料密封顯示約30-40x10-7
/℃溫和的熱膨脹係數(CTE)以玻璃料分開，可在達到20-50mm/s的高速實行。在有效成本的製造過程，達到20-50mm/s相對高的密封速度是很重要的需求。雷射輔助玻璃料密封處理過程，描述於共同受讓的美國第2007/0128966號公告專利，其發明名稱為"Method of Encapsulating a Display Element"，和共同受讓的美國第2007/0128967號公告專利，題目為"Method of Making a Glass Envelope"。這兩個文件的內容在這裡也併入參考。
然而，在和顯示器不同的應用中譬如固態照明或太陽能電池降低材料成本是更重要的事，顯示器品質玻璃的使用是限制因素。因此，製造商在這些型態的應用上，喜歡使用較便宜的玻璃板譬如蘇打石灰玻璃板。但是，這些型態玻璃板的CTE更高於~80-90x10-7
/℃。問題在於密封處理和/或玻璃料性質需要改變以使雷射輔助的玻璃料密封高CTE玻璃板，製造可使用在譬如固態照明或太陽能電池應用上的玻璃套組。另一個應該要解決的問題在於密封處理和/或玻璃料性質需要改變可使雷射輔助的玻璃料高速密封高CTE玻璃板。本發明可以滿足這些問題和其他問題。
廣泛而言，本發明實施範例是關於玻璃套組和製造玻璃套組的方法。例如，玻璃套組可以是包含電子組件的玻璃套組譬如電子光學元件。例如，玻璃套組可以包括一層或以上的有機材料譬如有機電子發冷光的材料。玻璃套組可以包括顯示器裝置譬如有機發光二極體(OLED)顯示器，或者玻璃套組可以包括光伏打裝置(譬如太陽能電池)。
在一項中，本發明實施範例包括的玻璃套組包含：(a)第一玻璃板，CTE範圍在80-90x10-7
/℃;(b)第二玻璃板；和(c)CTE至少約35x10-7
/℃的玻璃料，在其中玻璃料形成連接第一玻璃板到第二玻璃板的密封。
在另一項中，本發明實施例包括製造玻璃套組的方法包括的步驟有：(a)提供第一玻璃板，其中第一玻璃板的CTE範圍約80-90x10-7
/℃;(b)提供第二玻璃板；和(c)提供玻璃料，其中玻璃料的CTE至少約35x10-7
/℃;(d)沉積玻璃料到第一玻璃板或第二玻璃板；(e)第一玻璃板位於第二玻璃板上，玻璃料位於第一玻璃板和第二玻璃板之間；和(f)利用雷射導引雷射光束穿過第一玻璃板或第二玻璃板朝向玻璃料，然後沿著玻璃料以既定的密封速度移動雷射光束加熱玻璃料，使得玻璃料熔融並形成連接第一玻璃板到第二玻璃板的密封，在其中雷射光束在玻璃料上形成印記，而且印記內玻璃料的定點上駐留時間等於或大於100毫秒，等於或大於200毫秒，或等於或大於400毫秒。
本發明其他特性及優點揭示於下列說明，以及部份可由說明清楚瞭解，或藉由實施下列說明以及申請專利範圍以及附圖而明瞭。
人們瞭解先前一般說明及下列詳細說明只作為範例性及說明性，以及預期提供概要或架構以瞭解申請專利範圍界定出本發明原理及特性。所包含附圖將更進一步提供了解本發明以及在此加入以及構成說明書之一部份。
在下列詳細說明中，揭示出特定細節之範例性實施例提供完全瞭解本發明之原理，其作為說明用途以及並非作為限制用途。因而業界熟知此技術者受益於所揭示內容了解本發明能夠實施於其他實施例中而並不會脫離在此所揭示本發明之內容。除此，為人所熟知之裝置，方法以及材料能夠加以省略而並不會妨礙本發明原理之說明。最後，儘可能地，參考數目代表類似的元件。
雖然以下會針對製造基本玻璃套組說明本發明雷射輔助的玻璃料密封技術，但應該要瞭解也可以使用相同或類似的雷射輔助的玻璃料密封技術來密封彼此的兩個玻璃板(至少一個有大約80-90x10-7
/℃相當高的CTE)，可使用在各種應用和裝置上譬如固態照明，太陽能電池，甚至密閉性密封的OLED顯示器。據此，本發明的玻璃套組和雷射輔助的玻璃料密封技術不應該侷限於限制的方式。
參考圖1A和1B，顯示的是依據本發明密封玻璃套組100基本組件的頂視圖和橫截面側視圖。密封玻璃套組100包括第一玻璃板102(CTE範圍約80-90x10-7
/℃)，一個或多個組件104，電極106(可有可無)，玻璃料108(CTE至少約35x10-7
/℃)，和第二玻璃板110。密封玻璃套組100有一個從玻璃料108形成的密封112(譬如密閉性密封112)，可以保護位在第一玻璃板和第二玻璃板之間的一個或多個組件104(如果存在的話)。電極106(如果存在的話)連接到組件104，也通過密封112，所以可連接到外部裝置(未顯示出)。密封112通常位在玻璃套組100的周圍，使得組件104(如果存在的話)和至少一部份的電極106(如果存在的話)位於密封112的周圍內。以下將針對圖2和實驗結果段落更詳細描述如何藉著熔融玻璃料108形成密封112，以及如何利用譬如密封裝置114(即雷射114)的輔助組件加熱並熔融玻璃料108形成密封112(即密閉性密封112)。
參考圖2，這個流程圖顯示的是依據本發明製造密封玻璃套組100的範例密封方法200的步驟。從步驟202和204開始，提供第一玻璃板102和第二玻璃板110，使其可以製造密封玻璃套組100。在一項實施例中，第一和第二玻璃板102和110是譬如蘇打石灰的玻璃板兩者的CTE範圍約80-90x10-7
/℃。在另一實施例中，第一玻璃板102(或第二玻璃板110)是譬如蘇打石灰的玻璃板CTE範圍80-90x10-7
/℃，而第二玻璃板110(或第一玻璃板102)的CTE是約30x10-7
/℃，或小於第一玻璃板102(或第二玻璃板110)的CTE。例如，第二玻璃板110(或第一玻璃板102)的CTE是約30x10-7
/℃，或小於第一玻璃板102(或第二玻璃板110)的CTE，可包括鹼土金屬鋁硼矽酸鹽玻璃板，像是Corning Incorporated公司製造和販售的Code 1737玻璃或Eagle 2000TM玻璃，或者也可以是像Asahi Glass Co.公司(譬如OA10玻璃和OA21玻璃)，Nippon Electric Glass Co.公司，NHTechno和Samsung Corning Precision Glass Co.公司製造和販售的玻璃板。
在步驟206和208中，提供CTE至少約35x10-7
/℃的玻璃料108(即玻璃糊料108)，並以一種方式沿著第一玻璃板102(或第二玻璃板110)的邊緣沉積，玻璃料108在第一玻璃板102(或第二玻璃板110)的表面形成密閉式迴路。例如，玻璃料108可以位於離第一玻璃板102(或第二玻璃板110)的自由邊緣大約1mm處。如我們所見，玻璃料108的CTE不匹配至少一個玻璃板102和110的CTE。在一項實施例中，玻璃料108是低溫玻璃料，包含一種或多種選自族群鐵，銅，釩，錳，鈷，鎳，鉻，或釹的吸收離子(譬如過渡金屬)。玻璃料108也可以摻雜填充料(譬如逆填充料，添加填充料)以降低CTE到至少約35x10-7
/℃。在一項實施例中，玻璃料108可以有下列的組成份Sb2
O3
(23.5莫耳%)，V2
O5
(47.5莫耳%)，P2
O5
(27莫耳%)，TiO2
(1.0莫耳%)，Al2
O3
(1.0莫耳%)，Fe2
O3
(2.5莫耳%)，以及至少10%的β-鋰霞石玻璃陶瓷降低CTE的填充料(LiAlSiO4
)。這些玻璃料108和本發明可以使用數種不同範例玻璃料108的成分，本公司在2008年7月28日申請的美國第61/084,007號專利申請案，以及美國第6,998,776號專利發明名稱為"Glass Package that is Hermetically Sealed with a Frit and Method of Fabrication"的文中有詳細的討論。該文件內容在此也併入參考。
在步驟210(可有可無)中，可預先燒結玻璃料108到第一玻璃板102(或第二玻璃板110)。為了達到此目的，先將玻璃料108沉積到第一玻璃板102(或第二玻璃板110)，加熱使其變成可附著到第一玻璃板102(或第二玻璃板110)。例如，可藉著將第一玻璃板102和沉積的玻璃料108放到火爐中加熱到400℃一小時，然後以控制的速度冷卻，避免玻璃料108和第一玻璃板102破裂。如果需要的話，可以研磨預先燒結的玻璃料108以減少厚度變化到小於5-10mm(譬如)。
在步驟212(可有可無)中，可沉積組件104和相關的電極106到第二玻璃板110(或第一玻璃板102)。例如，組件104和相關的電極106可以和OLED，固態照明，和太陽能電池一起結合。如果需要的話，玻璃套組100可以包含一種液體(未顯示出)來替代或再加入沉積組件104和電極106。
在步驟214中，放置第一玻璃板102位於第二玻璃板110上，而玻璃料108位於第一玻璃板102和第二玻璃板110之間。或者，也可以第二玻璃板110位於第一玻璃板102上，而玻璃料108位於第一玻璃板102和第二玻璃板110之間。
在步驟216中，可藉著密封裝置114(例如雷射114)加熱玻璃料108以此方式使玻璃料108形成連接第一玻璃板102到第二玻璃板110的密封112(譬如密閉性密封112)(見圖1B)。除此之外，密封112可藉著防止週遭環境中的氧氣和溼氣進入密封玻璃套組100以保護組件104(如果有的話)。在一項實施例中，密封裝置114(雷射114)導引雷射光束115穿過第一玻璃板或第二玻璃板(有顯示)朝向玻璃料108，然後沿著玻璃料108以既定的密封速度(譬如20-50mm/s)移動雷射光束115，加熱玻璃料108，使得玻璃料108熔融並形成連結第一玻璃板102到第二玻璃板110的密封112。雷射光束115的光束點大小通常是大於玻璃料108的寬度。例如，玻璃料108的寬度可能至少1mm，因此適當的光束點大小通常超過1mm，譬如光束點直徑大小至少約2mm，至少約3mm，或至少約4mm。尤其，雷射光束115在玻璃料108上形成印記，而且在印記內玻璃料108的某定點上駐留時間等於或大於100毫秒，等於或大於200毫秒，或等於或大於400毫秒(注意：光束點大小和印記的關係是譬如1/e2
，全寬最大值(FWHM)等)。在密封期間，玻璃料108的某定點上雷射光束115的駐留時間最好是≧100毫秒，因為這有助於避免玻璃料108破裂和從第一和第二玻璃板102和110剝離。有關密封步驟216和駐留加熱時間(加熱外形圖)的詳細討論，將在以下的實驗結果段落提出。
如果需要的話，可使用密封裝置114(例如雷射114)發出光線115(例如雷射光束115)，以此方式來加熱玻璃料108,當光線115沿著具有沒有電極106區域和有電極106(如果使用的話)佔據區域的玻璃料108(例如沿著密封線118)移動時，玻璃料108的溫度會提升到真正固定的溫度，一方面玻璃料108熔融並形成連接第一玻璃板102到第二玻璃板110的密封112。本發明中可以使用不同密封技術和促使固定溫度密封技術建置的範例，詳細說明於在本公司之美國專利第7371143號，發明名稱為"Optimization of Parameters for Sealing Organic Emitting Light Diode(OLED)Displays"。這份文件的內容在其中也併入參考。
我們執行了前述雷射玻璃料密封處理200和密封大多數是蘇打石灰玻璃的高CTE玻璃板102和110的分析。分析的執行使用視覺檢查和新的線上應力檢查，測試在各種密封條件下，包括不同密封速度，雷射光束點的大小等，製造的實驗玻璃套組100。我們發現使用雷射密封條件(以1mm寬的玻璃料，雷射功率33W，密封速度20mm/s，光束點的大小1.8mm)，高CTE玻璃的玻璃料和顯示器玻璃的密封，由於密封的高CTE玻璃套組100內瞬間和殘餘的應力，通常會產生令人討厭的玻璃料108破裂和剝離。除此之外，我們發現藉著降低密封速度和/或增加雷射光束115的點大小來增加駐留加熱時間(加熱，密封和冷卻玻璃料108所需的時間)可明顯改善高CTE玻璃套組100的產量。這可藉由應力分析加以證實，分析顯示以較長的駐留加熱時間密封，會減少蘇打石灰玻璃板102和110的應力。其中也說明其他玻璃的此種分析和另外的實驗以指出高CTE玻璃板102和110的最佳密封條件，和密封高CTE玻璃板102和110時，譬如CTE，退火點，加熱外形圖，和玻璃料成份等參數的重要性。
密封品質評估：
在這些實驗中，使用光學顯微鏡以視覺檢查來評估密封品質，明暗度類似於傳統的密封處理所執行的密封評估，說明於上述本公司之美國專利第2007/0128966和2007/0128967號公告案。使用這種處理過程，我們可以看到密封112中的任何缺陷，玻璃料108可能的破裂和剝離和/或玻璃板102和110內的破裂。在一項實驗中，玻璃套組100是以兩個蘇打石灰玻璃板102和110，以及1mm寬的玻璃料108製成，利用雷射功率33W，密封速度2mm/s，和擴展光束點大小3.2mm的密封條件來密封Ca貼片302。例如可利用鈣貼片302來偵測套組的漏損量(非密閉性)，因而可作為敏感套組內的代用品。例如，鈣貼片可代表OLED裝置的一個或多個的有機層可利用鈣貼片測試的結果來判斷OLED裝置上密封的效果。在一段既定時間後，鈣貼片302的全部或部份轉成"白色薄片的硬皮"可拿來指出套組內氧氣的存在和套組可能的漏損。在另一實驗中，傳統玻璃套組100是以兩個低CTE玻璃板(Corning’s Eagle玻璃板)，以及1mm寬的玻璃料108製成，利用雷射功率33W，密封速度20mm/s，和擴展光束點大小3.2mm的密封條件。在這兩個例子中，玻璃料108的組成份Sb2
O3
(23.5莫耳%),V2
O5
(47.5莫耳%),P2
O5
(27莫耳%),TiO2
(1.0莫耳%),Al2
O3
(1.0莫耳%),Fe2
O3
(2.5莫耳%)，以及至少10%的β-鋰霞石玻璃陶瓷降低CTE的填充料(LiAlSiO4
)。密封玻璃套組100和傳統密封玻璃套組可承受其放置在85℃/85%相對濕度的環境下1000個小時的氣密測試。
我們藉由改變雷射功率，密封速度，雷射光束點的大小不同的密封條件來進行實驗。除此之外，本發明者還實驗不同型態的玻璃料108，包括30%的β-鋰霞石填充料，以及不同量的玻璃對β-鋰霞石填充料比，範圍從70/30到90/10。如表1所示，本發明者發現，蘇打石灰玻璃板102和110以1mm寬的玻璃料108在雷射功率33W，較慢的密封速度2mm/s，和擴展光束點大小3.2mm的條件下密封的很好，而除了密封速度20mm/s，和光束點大小1.8mm之外，使用相同的密封條件，以Eagle 2000玻璃板和1mm寬的玻璃料108可以得到非常高的密封生產量。事實上，在密封條件是雷射功率33W，密封速度20mm/s，和光束點大小1.8mm的情況下，蘇打石灰玻璃板102和110的密封結果非常差。然而，以較慢的密封速度~2mm/s，和擴展光束點大小1.8mm，可得到蘇打石灰玻璃板102和110較好的密封結果。除此之外，當玻璃料108是1mm寬時，增加光束直徑到~3.2mm，就密封品質和密封生產量來看可得到較好的結果。這兩種調整的方向是在玻璃套組100的個別位置上增加有效的加熱時間(駐留加熱時間)。的確，本發明者定義駐留加熱時間τ(eff)為D/v，其中D是具有固定光束形狀的雷射光束115直徑，而v是雷射光束115沿著玻璃料108平移的線性速度。如我們所看到的，增加D而減少v會導致τ(eff)的增加(也參考圖2的步驟216中有關駐留加熱時間的討論)。以像是Eagle 2000型態的低CTE玻璃板而言，玻璃的CTE是32-36x10-7
/℃，可以在50mm/s以上的速度，和光束點大小1.8mm的情況下進行密封。這意味著這種低CTE玻璃型態的駐留加熱時間可以等於或小於90毫秒。本發明解決的問題是80-90x10-7
/℃這種高CTE玻璃一般的駐留加熱時間應該是至少高於顯示器玻璃的情況以避免破裂以及玻璃料108和第一和第二玻璃板102和110的剝離(參閱以下的說明)。
我們測試表1所示有不同CTE的不同玻璃，和其他有類似CTE的玻璃，在同樣的密封條件下會顯示類似的雷射密封結果。表1所標示的蘇打石灰玻璃和玻璃料108的成分如下所示：
‧蘇打石灰玻璃：73% SiO2
,14% Na2
O,9% CaO,0.15% Al2
O3
,0.03% K2
O,4% MgO,0.02% TiO2
,0.1% Fe2
O3
。
‧玻璃料：Sb2
O3
(23.5莫耳%),V2
O5
(47.5莫耳%),P2
O5
(27莫耳%),TiO2
(1.0莫耳%),Al2
O3
(1.0莫耳%),Fe2
O3
(2.5莫耳%)，以及至少10%的β-鋰霞石玻璃陶瓷降低CTE的填充料(LiAlSiO4
)。
‧表1的其他玻璃都是Corning公司可取得的玻璃。Eagle 2000玻璃是CTE為32-36x10-7
/℃的鹼土硼鋁矽酸鹽顯示器玻璃。玻璃A(本公司編號7058)和B(本公司編號9753)是蘇打石灰鋁矽酸鹽玻璃CTE分別是51x10-7
/℃和59x10-7
/℃。玻璃C(本公司編號0211)是鹼鋅硼矽酸鹽玻璃，CTE是74x10-7
/℃，可自業界取得，用來作為顯微鏡的蓋玻璃。
參考圖[[5]]3，顯示的是依據本發明實施例，多個高CTE玻璃套組100加熱外形圖的圖，作為密封速度或雷射光束形狀改變的函數。在圖表中，x-軸是時間(秒)，y-軸是玻璃料溫度(℃)，而以下的數字編號是用來識別各個曲線：
1.這條實線是表示玻璃冷卻的內部速率。
2.這條實線是表示在0.7mm寬的玻璃料108中央測量，以速度2mm/s，光束點大小3.2mm密封的加熱外形圖。
2A.這條實線是表示在0.7mm寬的玻璃料108邊緣測量，以速度2mm/s，光束點大小3.2mm密封的加熱外形圖。
3.這條實線是表示在0.7mm寬的玻璃料108中央測量，以速度2mm/s，光束點大小1.8mm密封的加熱外形圖。
3A.這條實線是表示在0.7mm寬的玻璃料108邊緣測量，以速度2mm/s，光束點大小1.8mm密封的加熱外形圖。
4.這條實線是表示在0.7mm寬的玻璃料108中央測量，以速度20mm/s，光束點大小1.8mm密封的加熱外形圖。
4A.這條實線是表示在0.7mm寬的玻璃料邊緣測量，以速度20mm/s，光束點大小1.8mm密封的加熱外形圖。
如表1和圖3所顯示的，較寬的雷射光束115點大小可提供較均勻的加熱外形圖，這在雷射玻璃料密封像是蘇打石灰的高CTE玻璃時是很重要的。
為了測量雷射密封玻璃套組100內的應力，我們一起在密封玻璃套組100內放置一項設置來測量原處的雙折射。這項設置類似於M.H.L. Tardy "An Experimental Method for Measuring the Birefringence in Optical Materials",Optics Review,vol. 8,pages 59-69,1929，論文中所描述的Tardy方法(其內容在其中也併入參考)。然而，在這些實驗中，我們以快速錄影機的設置來監控雙折射。這使我們得以計算玻璃套組100內的瞬間應力和殘餘應力。尤其，我們使用這項設置來測量減速度的量，這需要轉換成雙折射，然後雙折射需要轉換成應力。這兩個測試的玻璃套組產生雙折射圖，每個都是由0.63mm厚的蘇打石灰玻璃板102和110，以及位在其間一般是1mm寬的玻璃料108製成，測試的第一玻璃套組以10mm/s,1.8mm雷射光束115的點，和20W的雷射功率密封，而測試的第二玻璃套組100b以2mm/s,1.8mm雷射光束115的點，和12W的雷射功率密封。以10mm/s密封第一玻璃套組內的應力水準明顯高於以2mm/s密封第二玻璃套組內的應力(請見圖6)。為了此設置的校準，我們使用相同的密封第二玻璃套組，以比較從設置600得到的殘餘雙折射和從標準偏光儀得到的殘餘雙折射。
我們也測量數個蘇打石灰玻璃套組100垂直於玻璃料108的雙折射性，在Hinds偏振光鏡上收集的資料顯示於圖[[7]]4中的圖。在圖中，x-軸是整個玻璃料的距離(mm),y-軸是雙折射(nm/cm)，而以下的數字編號是用來識別各個曲線：
1.蘇打石灰玻璃套組100是以20mm/s，雷射功率175W和4.8mm的雷射光束點大小，使用遮罩來密封。
2.蘇打石灰玻璃套組100是以20mm/s，雷射功率370W和6.4mm的雷射光束點大小，使用遮罩來密封。
3.蘇打石灰玻璃套組100是以20mm/s，雷射功率18W和1.6mm的雷射光束點大小，使用遮罩來密封。
為了參考的目的，傳統Eagle 2000TM玻璃套組，以雷射功率33W，雷射光束點大小1.8mm和密封速度2mm/s的密封所產生的應力可比得上蘇打石灰玻璃套組100，以雷射功率370W，雷射光束點大小6.4mm和密封速度20mm/s的密封。應該要高興的是應力越低，玻璃套組100的機械效能和使用壽命就越好。
Hinds偏振光鏡提供雙折射值，想法是有關玻璃料108內應力值，和相對於玻璃料108寬度的應力寬度。當沿著光徑的應力區域性做了一些假設顯示於圖4的圖中，所產生的雙折射性可以圖5所示知名的應力光學係數轉換為應力值。在這個特定的圖中，x-軸是玻璃套組100中的距離(mm),y-軸是應力(psi)，而以下的數字編號是用來識別相關於密封條件的曲線：(1)2mm/s密封速度，雷射功率12W，雷射光束點大小1.8mm；和(2)10mm/s密封速度，雷射功率20W，雷射光束點大小1.8mm。由於在密封期間的任何時間點，都可以監控應力，因此可得到瞬間應力和殘餘應力兩者的尖峰應力值。資料摘要於圖9中。
參考圖6，這是摘要不同玻璃套組和密封條件尖峰應力的圖，包括瞬間應力(底部對角細線)和殘餘應力(頂部對角細線)兩者。在這個圖中，x-軸表示多個樣本玻璃套組，y-軸是最大應力(psi)，而樣本的辨識如下：(1) Eagle代表以典型玻璃料108密封的Eagle 2000TM;(2)SLN代表以典型玻璃料108密封的蘇打石灰玻璃板102和110；和(3) SL90-10是指以典型玻璃料108密封的蘇打石灰玻璃板102和110，包含90/10玻璃對降低CTE填充料的比(注意：編號2是相關於雷射密封速度2mm/s或10mm/s)。在這個測試中，密封條件包括雷射功率12和20W(分別是2和10mm/s)，而且雷射光束點大小1.8mm。
從圖6中我們可以看到蘇打石灰玻璃板瞬間應力的值高於Eagle 2000TM玻璃，但應力的尖峰值並沒有隨不同的密封速度而有顯著改變。同時，當蘇打石灰玻璃以較低的速度執行密封時，殘餘應力值會掉下來。整個來看，Eagle 2000TM玻璃和蘇打石灰玻璃密封最明顯的差別是在殘餘應力值，如圖4和6所示。各種應力圖案詳細的分析顯示，在快速的10mm/s或以上，應力圖案針對玻璃料108的中央是明顯不對稱的。而且，頂部蘇打石灰玻璃板102比底部蘇打石灰玻璃板110明顯受到更多的應力如圖5所示，將在稍候進一步討論。這也適用於低CTE顯示器玻璃的密封，但這不那麼重要，因為顯示器玻璃應力的幅度低於高CTE玻璃的情況。以較高CTE玻璃而言，應力的不對稱在雷射密封失敗的情形也佔很重要的因素。因此，根據Eagle和蘇打石灰兩種玻璃的測試結果，玻璃套組100內的殘餘應力量，不應該超過傳統玻璃套組的4-5倍。如我們從圖6所見，玻璃套組100內的最大殘餘應力量小於1500psi，因此傳統玻璃套組應該小於7000psi。換句話說，玻璃套組100內的最大殘餘應力量不應該超過1500psi，而傳統玻璃套組不應該超過7000psi。背板玻璃和蓋板玻璃的應力差異應該小於20-30%。
雷射光束點尺寸影響：
如以上的指示，雷射密封蘇打石灰玻璃需要明顯的修改加熱外形圖以提供高生產量的密封112。我們使用前述典型的玻璃料108以各種雷射光束115點大小和密封速度進行蘇打石灰玻璃密封實驗。這些實驗顯示以<1mm很低速度1.8mm的光束點大小只能提供低品質的密封，而密封速度~2mm/s點大小>3mm時會造成玻璃套組100內好品質的密封112。原因可能是駐留加熱時間，玻璃料加熱所需的時間，密封和冷卻(也請見圖2的步驟216)，加熱玻璃料108中央和邊緣均勻性的一些差異。玻璃料108的均勻加熱可確保玻璃料108中央和邊緣有類似的駐留加熱時間。例如，差別在於以1.8mm寬的光束和1mm/s的速度(12W功率),1mm寬的玻璃料108的駐留加熱時間是1.8秒，而3.25mm寬的光束和2mm/s的速度(30W功率)幾乎是一樣(~1.6秒)，但3.25mm寬的光束密封效果比較好。1.8mm光束(異於3.25mm光束)的玻璃料108邊緣駐留加熱時間比較短。應該要高興的是，雷射光束可以有階梯狀的強度外形圖(整個光束寬度的強度分佈)，在整個光束寬度有真正均勻的強度，或者光束可以有高斯強度外形圖。如其中所用的，真正均勻的強度分佈是指整個光束寬度可能有一些小的強度變化。例如，實際上很難達到函數功能強度分佈，分佈的邊緣有一些斜坡，或可能發生其他強度的小變化。玻璃套組100內保護Ca貼片302(密閉性測試用)的典型密封112是以前面討論的2mm/s密封速度製成(以兩片蘇打石灰玻璃板102和110，和1mm寬的玻璃料108製成，利用雷射功率33W，密封速度2mm/s，和擴展光束點大小3.2mm的密封條件來密封Ca貼片302)。
目前為止，如以上討論所準備四個起始測試玻璃套組100的三個可以在85℃/85%RH室內承受1000小時。值得注意的是失敗的玻璃套組100在雷射開始/停止的位置有密封112的缺陷，這是已知顯示器和蘇打石灰型態玻璃兩者最關鍵的密封點。在多個玻璃套組100(超過20)的更進一步實驗中，幾乎所有的玻璃套組100在85℃/85%RH室內承受至少1000小時都沒有看得到的缺陷，沒有任何玻璃料108漏損看得到的記號，而蘇打石灰玻璃板102和110本身有明顯的風化損壞。
在高速度下密封：
為了達到20mm/s密封速度，可增加雷射光束115點的大小以維持和較低速度一樣的加熱外形圖。這可以400W雷射功率，20mm/s密封速度，9mm雷射光束的點大小來證實。由於準備這些型態玻璃套組100的限制個數並沒有統計資料，但至少兩個這些玻璃套組100成功地密封Ca貼片302，而且可在實驗室環境承受至少2000小時。這暗示著可藉著維持寬的加熱外形圖促進高CTE玻璃的密封。這個方法可增加整個玻璃料108寬度的駐留加熱時間，一方面維持相當高的密封速度20mm/s。
玻璃料改變：
在密封蘇打石灰玻璃板102和110的例子，我們發現一般玻璃料108的CTE改變對於密封蘇打石灰玻璃板102和110並沒有重大的影響。事實上，較高CTE的玻璃料108和少量的填充料看起來有點糟，但在這些玻璃套組100內製造了成功的密封112。
不同玻璃之密封：
應變點影響：
我們也調查不同玻璃以及和Eagle 2000TM玻璃和蘇打石灰玻璃不同性質玻璃的密封，結果摘要於以上表1中。如我們所見的，以玻璃A和B密封Eagle 2000TM玻璃指出了應變點數值的重要性。較低應變點的玻璃密封的較好，可看著應力值來解釋。較高應變點的玻璃，其內的整個應力高過有同樣CTE但應變點較低玻璃內的應力。這是因為應力是在玻璃應變點以下的溫度發展。如果密封溫度低於玻璃應變點，那麼CTE相同的玻璃應力值就會一樣。如果應變點低於密封溫度，那麼低應變點玻璃的應力就較低。這是玻璃A和B的例子，玻璃A的應變點是472℃可以很好密封Eagle 2000TM玻璃，而玻璃B有類似的CTE但應變點高於800℃就密封的不好，有剝離的情形。大致而言，整個應變點值CTE*ΔT/Δt(應變點對室溫)應該低於特定值。產生好的密封的一般值是~1500ppm。然而，如果玻璃冷卻的比其內部冷卻率還慢可能會超過這個數字。因此，在本發明中玻璃板102和110的應變點減去密封處理之前玻璃板102和/或110的平衡溫度在既定的駐留加熱時間有可能是小於500℃(譬如>400毫秒)。例如，假使駐留加熱時間需要減少到(<400毫秒)，根據以上的式子必須藉由提升室內溫度來減少應變點和室內溫度之間的ΔT。例如，假使需要以<100毫秒或<200毫秒的駐留加熱時間來密封，則室內溫度必須分別增加至少200℃或100℃。尤其，在本發明中玻璃板102和110的應變點減去密封處理之前玻璃板102和/或110的平衡溫度有可能在等於或大於約200毫秒的既定駐留加熱時間是小於400℃。而且，在本發明中玻璃板102和110的應變點減去密封處理之前玻璃板102和/或110的平衡溫度有可能在等於或大於約100毫秒的既定駐留加熱時間是小於300℃。
玻璃厚度影響：
玻璃板102和110的厚度在玻璃密封上也扮演很重要的角色。厚度150μm的玻璃C可以密封Eagle 2000TM玻璃，而>400μm較厚的玻璃C，在參考表1的上述密封條件下會產生裂痕和剝離。更者，這些實驗室以一般的玻璃料108來進行，成分是Sb2
O3
(23.5莫耳%),V2
O5
(47.5莫耳%),P2
O5
(27莫耳%),TiO2
(1.0莫耳%),Al2
O3
(1.0莫耳%),Fe2
O3
(2.5莫耳%)，以及至少10%的β-鋰霞石玻璃陶瓷降低CTE的填充料(LiAlSiO4
)。也顯示蘇打石灰玻璃另外的實驗，密封玻璃厚度2到3mm對0.7mm，產生較低的密封生產量。
應該要瞭解上述的實驗室使用特定維度和成分的玻璃料108，而且玻璃板102和110也有特定的成分，但應該要高興的是不同型態的玻璃料108和不同型態的玻璃板102和110都可以使用本發明互相附著在一起。此外，以上的實驗牽涉到特定步驟和特定步驟順序的使用，但應該要高興的是可以或不使用任何這些步驟或特定步驟順序來製造利用本項發明的密封玻璃套組100。據此雷射輔助玻璃料密封方法和產生的密封玻璃套組100被認為不應該侷限於特定型態的玻璃料108，特定型態玻璃板102和110，特定步驟，或特定步驟的順序。
雖然本發明在此已對特定實施例作說明，人們瞭解這些實施例只作為說明本發明原理以及應用。因而人們瞭解列舉性實施例能夠作許多變化以及能夠設計出其他排列而並不會脫離下列申請專利範圍界定出本發明精神及原理。應該只受限於下列申請專利範圍。
100．．．玻璃套組
102．．．第一玻璃板
104．．．組件
106．．．電極
108．．．玻璃料
110．．．第二玻璃板
112．．．密封
114．．．雷射
115．．．雷射光束
118．．．密封線
200．．．密封處理方法
202．．．提供第一玻璃板
204．．．提供第二玻璃板
206．．．提供玻璃料
208．．．沉積玻璃料到第一玻璃板或第二玻璃板
210．．．預先燒結玻璃料到第一玻璃板或第二玻璃板
212．．．沉積組件和相關的電極到第二玻璃板或第一玻璃板
214．．．放置第一玻璃板位於第二玻璃板上或第二玻璃板位於第一玻璃板上及玻璃料位於第一玻璃板和第二玻璃板之間
216．．．加熱玻璃料使玻璃料形成連接第一玻璃板到第二玻璃板的密封
302．．．鈣貼片
600．．．裝置
圖1A及1B分別顯示出依據本發明實施例基本密封裝置以及密封玻璃套組之斷面側視圖及頂視圖。
圖2為流程圖，其顯示出製造依據本發明實施例在圖1A及1B中所顯示之玻璃套組範例性密封方法的步驟。
圖3-9為相片圖及曲線圖，其使用來顯示出各種試驗結果，其中進行測試依據本發明實施例之密封方法及玻璃套組。
100．．．玻璃套組
106．．．電極
108．．．玻璃料
110．．．第二玻璃板
112．．．密封
118．．．密封線
Claims (24)
- 一種製造玻璃套組之方法，該方法包含：提供第一玻璃板，其中第一玻璃板之熱膨脹係數在80-90x10-7 /℃範圍內；提供第二玻璃板；提供熱膨脹係數至少約35x10-7 /℃的玻璃料；沉積玻璃料到第一玻璃板或第二玻璃板；第一玻璃板放置於第二玻璃板上，其中玻璃料位於第一玻璃板和第二玻璃板之間；以及利用雷射導引雷射光束穿過第一玻璃板或第二玻璃板朝向玻璃料以及再沿著玻璃料以既定的密封速度移動雷射光束以加熱玻璃料，使得玻璃料熔融以及形成連接第一玻璃板到第二玻璃板的密封；以及在其中雷射光束在玻璃料上形成印記，以及印記內玻璃料的定點上駐留時間等於或大於100毫秒。
- 依據申請專利範圍第1項之方法，其中在玻璃料已知點上雷射光束之駐留時間使得在玻璃料中央以及邊緣之加熱及冷卻實質上為均勻的。
- 依據申請專利範圍第1或2項之方法，其中第二玻璃板之熱膨脹係數約為30x10-7 /℃或小於第一玻璃板之熱膨脹係數。
- 依據申請專利範圍第1或2項之方法，其中當依循預定加熱外形時預定密封速度為20-50mm/s以熔融玻璃料以及形成密封，其方式將防止第一玻璃板及第二玻璃板間之密封玻璃料後續之破裂以及剝離。
- 依據申請專利範圍第1或2項之方法，其中雷射光束之點尺寸為大於玻璃料之寬度。
- 依據申請專利範圍第5項之方法，其中雷射光束具有高斯(Gaussian)強度分佈或實質上均勻強度分佈。
- 依據申請專利範圍第5項之方法，其中雷射光束具有實質上均勻強度分佈。
- 依據申請專利範圍第1或2項之方法，其中第一玻璃板為蘇打石灰玻璃板。
- 依據申請專利範圍第1或2項之方法，其中第二玻璃板為蘇打石灰玻璃板。
- 依據申請專利範圍第1項之方法，其中第一玻璃板具有應變點為小於500℃。
- 依據申請專利範圍第1或2項之方法，其中第一玻璃板之應變點減去密封前駐留加熱時間等於或小於100毫秒之第一玻璃板的平衡溫度為小於300℃。
- 依據申請專利範圍第1或2項之方法，其中第一玻璃板之應變點減去密封前駐留加熱時間等於或小於200毫秒之第一玻璃板之平衡溫度為小於400℃。
- 依據申請專利範圍第1或2項之方法，其中第一玻璃板之應變點減去密封前駐留加熱時間等於或小於400毫秒之第一玻璃板之平衡溫度為小於500℃。
- 依據申請專利範圍第1或2項之方法，其中密封第一玻璃板之殘餘應力為不大於1500磅每平方英吋。
- 依據申請專利範圍第1或2項之方法，其中更進一步包含下列步驟：在進行放置步驟之前預先燒結玻璃料於第一玻璃板或第二玻璃板上。
- 依據申請專利範圍第1或2項之方法，其中更進一步包含下列步驟：在進行放置步驟之前沉積至少一個組件於第二玻璃板上。
- 依據申請專利範圍第1或2項之方法，其中使用密封裝置來加熱玻璃料，其中在玻璃料中沿著密封線實質上保持固定的溫度，同時熔融玻璃料以及形成連接第一玻璃板至第二玻璃板之密封。
- 依據申請專利範圍第1或2項之方法，其中玻璃料包含釩磷酸鹽玻璃以及β-鋰霞石填充料。
- 依據申請專利範圍第1或2項之方法，其中玻璃料包含玻璃，其摻雜一種或多種選自鐵，銅，釩，錳，鈷，鎳，鉻，或釹群組的吸收離子。
- 一種玻璃套組，其包含：第一玻璃板，其熱膨脹係數在80-90x10-7 /℃範圍內；第二玻璃板；以及熱膨脹係數至少約為35x10-7 /℃的玻璃料，其中玻璃料形成連接第一玻璃板到第二玻璃板的密封。
- 依據申請專利範圍第1項之玻璃套組，其中第二玻璃板之熱膨脹係數約為30x10-7 /℃或小於第一玻璃板之熱膨脹係數。
- 依據申請專利範圍第20或21項之玻璃套組，其中第一玻璃板為蘇打石灰玻璃板。
- 依據申請專利範圍第20或21項之玻璃套組，其中第一玻璃板為具有應變點為小於500℃。
- 依據申請專利範圍第20或21項之玻璃套組，其中玻璃料包含釩磷酸鹽玻璃以及β-鋰霞石填充料。
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