TWI490071B - Glass fusion method - Google Patents

Description

玻璃熔接方法

本發明係關於一種將玻璃基板彼此熔接而製造玻璃熔接體之玻璃熔接方法。

先前，提出有各種關於利用雷射光的玻璃基板之熔接或切斷之技術(例如參照專利文獻1~4)。專利文獻1中，記載有藉由沿著切斷線對積層之玻璃基板照射雷射光，而利用雷射剝離將玻璃基板熔斷，並利用此時所產生之熱將玻璃基板彼此熔接的技術。

先行技術文獻 專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2007-90405號公報

專利文獻2：日本專利特表2006-524419號公報

專利文獻3：日本專利特開2007-264135號公報

專利文獻4：日本專利特開2002-287107號公報

然而，專利文獻1中所記載之技術係利用雷射剝離將玻璃基板熔斷，因此於玻璃基板彼此熔接之部分殘留有作為污染物之有機物等，其結果，存在玻璃熔接體之可靠性下降之虞。

因此，本發明係鑒於上述情況研製完成者，目的在於提供一種可製造可靠性較高之玻璃熔接體之玻璃熔接方法。

為達成上述目的，本發明之玻璃熔接方法之特徵在於：其係將第1玻璃基板與第2玻璃基板熔接而製造玻璃熔接體者，其包括以下步驟：以沿著延伸之熔接預定區域之方式，將包含雷射光吸收材之玻璃層以特定寬度配置於第1玻璃基板與第2玻璃基板之間；以自第1玻璃基板及第2玻璃基板之厚度方向觀察的情形時重疊於玻璃層上之方式，於第1玻璃基板及第2玻璃基板中之至少第2玻璃基板上形成初始龜裂；及以包含初始龜裂之至少一部分之方式對玻璃層照射雷射光，使雷射光之照射區域沿著熔接預定區域相對移動，藉此使玻璃層、第1玻璃基板及第2玻璃基板經過加熱階段與冷卻階段，而將第1玻璃基板與第2玻璃基板沿著熔接預定區域熔接並割斷，且，該玻璃熔接方法於加熱階段中，使玻璃層熔融，並且以於第1玻璃基板及第2玻璃基板各自的玻璃層側之主面之溫度高於與玻璃層為相反側之主面之溫度的方式，於第1玻璃基板及第2玻璃基板各自之沿著熔接預定區域之部分產生溫度差；於冷卻階段中，使熔融之玻璃層固化，並且藉由冷卻時所產生之應力，而使龜裂以初始龜裂為起點，經由玻璃層而於第1玻璃基板及第2玻璃基板之厚度方向上伸展。

該玻璃熔接方法中，於加熱階段中，藉由雷射光之照射而使玻璃層熔融，於第1玻璃基板及第2玻璃基板各自之沿著熔接預定區域之部分，產生玻璃層側之主面之溫度高於與玻璃層為相反側之主面之溫度的溫度差。繼而，於冷卻階段中，熔融之玻璃層固化，藉由冷卻而於第1玻璃基板及第2玻璃基板上產生應力。此時，因於至少第2玻璃基板上以自第1玻璃基板及第2玻璃基板之厚度方向觀察時重疊於玻璃層上之方式形成有初始龜裂，故龜裂以初始龜裂為起點，經由玻璃層而於第1玻璃基板及第2玻璃基板之厚度方向上伸展。藉此，例如與利用雷射剝離之熔斷相比，可抑制污染物之殘留，且可將第1玻璃基板與第2玻璃基板沿著熔接預定區域熔接並割斷。因此，根據該玻璃熔接方法，可製造可靠性較高之玻璃熔接體。再者，可先進行將玻璃層配置於第1玻璃基板與第2玻璃基板之間之步驟、與於至少第1玻璃基板上形成初始龜裂之步驟中之任一步驟。

又，本發明之玻璃熔接方法中，較佳使為雷射光自第2玻璃基板側經由第2玻璃基板而照射至玻璃層。此時，於加熱階段中，熔融之玻璃層之第2玻璃基板側之部分之溫度最高。因此，就自加熱階段至冷卻階段時之溫度變化而言，第2玻璃基板大於第1玻璃基板。藉此，就伴隨著膨脹‧收縮而產生之變形之程度而言，第2玻璃基板大於第1玻璃基板。即，藉由增大必需形成初始龜裂之第2玻璃基板側之溫度變化、甚至是變形之程度，能夠使龜裂以初始龜裂為起點而確實地伸展，可穩定地割斷第1玻璃基板及第2玻璃基板。

又，本發明之玻璃熔接方法中，較佳為使初始龜裂形成於第2玻璃基板之與玻璃層為相反側之主面。此時，將玻璃層配置於第1玻璃基板與第2玻璃基板之間後，可於第2玻璃基板上形成初始龜裂。藉此，無需對形成有初始龜裂之狀態下之玻璃基板進行處理，因此可實現良率之提昇。

又，本發明之玻璃熔接方法中，較佳為將雷射光以使玻璃層之寬度方向上之光束分佈之波峰值與初始龜裂大致一致之方式照射至玻璃層。此情形時，於玻璃層之寬度方向上，在形成有初始龜裂之位置，自加熱階段至冷卻階段時之溫度變化最大，因此能夠使龜裂以初始龜裂為起點而更確實地伸展，可更穩定地割斷第1玻璃基板及第2玻璃基板。

又，本發明之玻璃熔接方法中，較佳為於熔接預定區域包含角部之情形時，使玻璃層於角部交叉。此時，可使龜裂於熔接預定區域之角部確實地交叉，而可沿著熔接預定區域確實地切出第1玻璃基板及第2玻璃基板。

根據本發明，可製造可靠性較高之玻璃熔接體。

以下，參照圖式對本發明之較佳實施形態進行詳細說明。再者，各圖中對於相同或相當部分標註相同之符號，省略重複之說明。

如圖1所示，玻璃熔接體1係經由沿著熔接預定區域R而形成之玻璃層3而將玻璃構件4與玻璃構件5熔接者。玻璃構件4、5例如為包含無鹼玻璃之厚度為0.7 mm之矩形板狀之構件，熔接預定區域R係以沿著玻璃構件4、5之外緣之方式以特定寬度設定為矩形環狀。玻璃層3例如包含低熔點玻璃(釩磷酸系玻璃、鉛硼酸玻璃等)，且以沿著熔接預定區域R之方式以特定寬度形成為矩形環狀。

其次，對用於製造上述玻璃熔接體1之玻璃熔接方法加以說明。

首先，如圖2所示，利用分注器或網版印刷等於作為玻璃構件4之母材之玻璃基板(第1玻璃基板)40的主面40a上塗佈玻料漿料，藉此沿著熔接預定區域R而形成漿料層6。玻料漿料例如係將包含低熔點玻璃(釩磷酸系玻璃、鉛硼酸玻璃等)之粉末狀之玻璃料(玻璃粉)2、氧化鐵等無機顏料即雷射光吸收性顏料(雷射光吸收材)、乙酸戊酯等有機溶劑、及於玻璃之軟化點溫度以下熱分解之樹脂成分(丙烯酸等)即黏合劑混練而成者。

再者，玻璃基板40係包含二維地排列之複數個玻璃構件4的矩形板狀之基板。為自該玻璃基板40切出玻璃構件4，將呈矩形環狀延伸之熔接預定區域R設定為與各玻璃構件4相對應地二維地排列於玻璃基板40之主面40a。又，漿料層6係形成為於熔接預定區域R之角部交叉(即，成為十字狀)。

繼而，使漿料層6乾燥而除去有機溶劑，藉此使玻璃層3固著於玻璃基板40之主面40a。繼而，使聚光點對準玻璃層3，沿著熔接預定區域R照射雷射光，藉此使黏合劑氣化而自玻璃層3除去，並使玻璃層3熔融‧再固化，從而使玻璃層3燒接固著於玻璃基板40之主面40a(預煅燒)。再者，玻璃層3之預煅燒亦可藉由於爐內加熱而進行，而代替照射雷射光。

繼而，如圖3所示，玻璃基板(第2玻璃基板)50經由玻璃層3而重合於固著有玻璃層3之玻璃基板40上。玻璃基板50係與玻璃基板40同樣地為包含二維地排列之複數個玻璃構件5的矩形板狀之基板。藉此，包含雷射光吸性顏料之玻璃層3沿著呈矩形環狀延伸之熔接預定區域R，以特定寬度配置於玻璃基板40與玻璃基板50之間。又，玻璃層3係於熔接預定區域R之角部交叉。

繼而，如圖4所示，藉由鑽石刻劃器或雷射刻劃器等，於玻璃基板50之與玻璃層3為相反側之主面(即，玻璃基板50之與玻璃層3側之主面50a相對向的主面)50b形成初始龜裂8(此處為劃線，即槽)。該初始龜裂8係以自玻璃基板40、50之厚度方向觀察時重疊於玻璃層3上之方式，於玻璃基板50之主面50b形成為格子狀。

繼而，如圖5所示，以包含初始龜裂8之一部分之方式對玻璃層3照射雷射光L，並使雷射光L之照射區域沿著熔接預定區域R相對移動。此時，雷射光L係以使玻璃層3之寬度方向上之光束分佈之波峰值與初始龜裂8大致一致之方式，自玻璃基板50側經由玻璃基板50而照射至玻璃層3。藉此，使玻璃層3及玻璃基板40、50之一部分依序經過加熱階段與冷卻階段，而將玻璃基板40與玻璃基板50沿著熔接預定區域R熔接(即，使玻璃層3及其周邊部分(玻璃基板40、50之主面40a、50a部分)熔融‧再固化(正式煅燒))，並且沿著熔接預定區域R割斷玻璃基板40與玻璃基板50，從而獲得玻璃熔接體1。再者，若如圖5之一點劃線之箭頭所示，使雷射光L之照射區域沿著設定為格子狀之熔接預定區域R而呈Z字狀移動，則可效率良好地對玻璃層3照射雷射光L。

此處，對上述加熱階段及冷卻階段進行更詳細之說明。首先，如圖6所示，加熱階段係自玻璃基板50側經由玻璃基板50而對玻璃層3照射雷射光L之階段。該加熱階段中，使玻璃層3熔融，並且以使各玻璃基板40、50的玻璃層3側之主面40a、50a之溫度高於與玻璃層3為相反側之主面40b、50b之溫度的方式，於各玻璃基板40、50之沿著熔接預定區域R之部分產生溫度差。藉此，使得玻璃基板40、50之與玻璃層3相對應之部分膨脹。

其次，如圖7所示，冷卻階段係剛對玻璃層3照射雷射光L後之階段，更具體而言，係藉由使雷射光L之照射區域沿著熔接預定區域R相對移動而結束對玻璃層3之雷射光L之照射的階段。該冷卻階段中，使熔融之玻璃層3固化，並且藉由冷卻時所產生之應力，使龜裂9以初始龜裂8為起點經由玻璃層3而於玻璃基板40、50之厚度方向上伸展。即，玻璃基板40、50之與玻璃層3相對應之部分收縮，因而於玻璃基板40、50產生拉伸應力，使得初始龜裂8裂開，於是以初始龜裂8為起點而產生龜裂9，該龜裂9經由玻璃層3而於玻璃基板40、50之厚度方向上伸展。

再者，由於自玻璃基板50側經由玻璃基板50而對玻璃層3照射雷射光L，故而加熱階段中，如圖6所示，熔融之玻璃層3的玻璃基板50側之部分之溫度最高。因此，就自加熱階段至冷卻階段時之溫度變化而言，如圖6、7所示，雷射光L之入射側之玻璃基板50大於玻璃基板40。因此，就伴隨著膨脹‧收縮而產生之變形之程度而言，雷射光L之入射側之玻璃基板50大於玻璃基板40。

如上所述，用於製造玻璃熔接體1之玻璃熔接方法中，在加熱階段中，藉由雷射光L之照射而使玻璃層3熔融，於各玻璃基板40、50之沿著熔接預定區域R之部分，產生玻璃層3側之主面40a、50a之溫度高於與玻璃層3為相反側之主面40b、50b之溫度的溫度差。繼而，於冷卻階段中，熔融之玻璃層3固化，藉由冷卻而於玻璃基板40、50上產生應力。此時，因於玻璃基板50上以自玻璃基板40、50之厚度方向觀察時重疊於玻璃層3之方式形成有初始龜裂8，故龜裂9以初始龜裂8為起點，經由玻璃層3而於玻璃基板40、50之厚度方向上伸展。藉此，例如與利用雷射剝離之熔斷相比，可抑制污染物之殘留，且可沿著熔接預定區域R而熔接並割斷玻璃基板40與玻璃基板50。因此，根據該玻璃熔接方法，可製造可靠性較高之玻璃熔接體1。

又，雷射光L係自形成有初始龜裂8之玻璃基板50側經由玻璃基板50而照射至玻璃層3。藉此，於加熱階段中，熔融之玻璃層3的玻璃基板50側之部分之溫度最高。因此，就自加熱階段至冷卻階段時之溫度變化而言，玻璃基板50大於玻璃基板40。因此，就伴隨著膨脹‧收縮而產生之變形之程度而言，雷射光L之入射側之玻璃基板50大於玻璃基板40。即，藉由增大形成有初始龜裂8之玻璃基板50側之溫度變化及變形之程度，能夠使龜裂9以初始龜裂8為起點而確實地伸展，且可穩定地割斷玻璃基板40、50。

又，初始龜裂8係形成於玻璃基板50之與玻璃層3為相反側之主面50b。藉此，經由玻璃層3而使玻璃基板40與玻璃基板50重合後，可於玻璃基板50上形成初始龜裂8。並且，無需對形成有初始龜裂8之狀態下之玻璃基板50進行處理，因此可實現良率之提昇。

又，雷射光L係以玻璃層3之寬度方向上之光束分佈之波峰值與初始龜裂8大致一致之方式而照射至玻璃層3。藉此，於玻璃層3之寬度方向上，在形成有初始龜裂8之位置，自加熱階段至冷卻階段時之溫度變化最大，因此能夠使龜裂9以初始龜裂8為起點而確實地伸展，且可穩定地割斷玻璃基板40、50。

又，玻璃層3係於熔接預定區域R之角部交叉，因此可使龜裂9於該角部確實地交叉，而可沿著熔接預定區域R確實地切出玻璃基板40、50。此於如自玻璃基板40、50獲取多個玻璃構件4、5之情形時尤其有效。

本發明並不限定於上述實施形態。例如，亦可於經由玻璃層3使玻璃基板40與玻璃基板50重合之前，於玻璃基板40、50之至少一者形成初始龜裂8。

又，初始龜裂8並不限定於如在玻璃層3延伸之所有部分重疊之劃線等，亦可為如與玻璃層3之一部分重疊之點狀之切口等。此時，若以包含此種初始龜裂8之方式對玻璃層3照射雷射光L，使雷射光L之照射區域沿著熔接預定區域R相對移動，則亦可使以初始龜裂8為起點而產生之龜裂9沿著熔接預定區域R伸展。

又，初始龜裂8之形成位置如圖8(a)所示，亦可為雷射光L之入射側之玻璃基板50的玻璃層3側之主面50a。此時，於加熱階段中，熔融之玻璃層3的玻璃基板50側之部分之溫度最高，其結果，將於自加熱階段至冷卻階段時之溫度變化為最大之位置形成初始龜裂8。因此，能夠使龜裂9以初始龜裂8為起點更確實地伸展。再者，初始龜裂8之形成位置如圖8(b)所示，亦可為上述之相反側之玻璃基板40的玻璃層3側之主面40a，或如圖8(c)所示，亦可為玻璃基板40之與玻璃層3為相反側之主面40b。

進而，初始龜裂8之形成位置如圖9、10所示，亦可為玻璃基板40、50之兩者。若於各玻璃基板40、50上形成初始龜裂8，則可確實地防止玻璃基板40、50之割斷面之蜿蜒，從而可獲得沿著玻璃基板40、50之厚度方向之高精度之割斷面。

又，如圖11所示，初始龜裂8亦可為形成於玻璃基板40、50之至少一者之內部的裂痕等改質區域。此種成為裂紋之起點之改質區域係藉由使聚光點對準玻璃基板40、50中之至少一者之內部而照射雷射光，於該聚光點之位置發生多光子吸收等而形成。此情形時，即便於經由玻璃層3使玻璃基板40與玻璃基板50重合後，亦可於自加熱階段至冷卻階段時之溫度變化為最大之位置等所期望之位置形成初始龜裂8。又，即便於經由玻璃層3使玻璃基板40與玻璃基板50重合之前形成初始龜裂8，由於初始龜裂8之形成位置為內部，故而玻璃基板40、50之強度亦得以維持，且玻璃基板40、50之處理變得容易。

又，如圖12所示，初始龜裂8之形成位置亦可於玻璃層3之寬度方向上自玻璃層3之中心偏移。此時，亦若以玻璃層3之寬度方向上之光束分佈之波峰值與初始龜裂8大致一致之方式對玻璃層3照射雷射光L，則能夠使龜裂9以初始龜裂8為起點而更確實地伸展，且可更穩定地割斷玻璃基板40、50。其原因在於，於玻璃層3之寬度方向上，在形成有初始龜裂8之位置，自加熱階段至冷卻階段時之溫度變化最大。再者，為於玻璃熔接體1中確保玻璃層3之較大的熔接量，只要使初始龜裂8之形成位置向成為玻璃熔接體1之側之相反側偏移即可。

又，作為成為雷射光L之照射對象之玻璃層3，亦可使用包含雷射光吸收性顏料之膜狀(層狀)之構件。又，於藉由雷射光之照射而進行預煅燒之情形時，構成玻璃層3之玻璃料2等玻璃材並不限定於具有低於玻璃基板40、50之熔點者，亦可為具有玻璃基板40、50以上之熔點者。又，雷射光吸收性顏料亦可包含於構成玻璃層3之玻璃料2等玻璃材本身中。

產業上之可利用性

根據本發明，可製造可靠性較高之玻璃熔接體。

1．．．玻璃熔接體

3．．．玻璃層

4、5．．．玻璃構件

6．．．漿料層

8．．．初始龜裂

9．．．龜裂

40．．．玻璃基板(第1玻璃基板)

40a、40b．．．主面

50．．．玻璃基板(第2玻璃基板)

50a、50b．．．主面

L．．．雷射光

R．．．熔接預定區域

圖1係藉由本發明之玻璃熔接方法之一實施形態而製造之玻璃熔接體之立體圖。

圖2係用以對用於製造圖1之玻璃熔接體之玻璃熔接方法進行說明之立體圖。

圖3係用以對用於製造圖1之玻璃熔接體之玻璃熔接方法進行說明之立體圖。

圖4係用以對用於製造圖1之玻璃熔接體之玻璃熔接方法進行說明之立體圖。

圖5係用以對用於製造圖1之玻璃熔接體之玻璃熔接方法進行說明之立體圖。

圖6(a)、(b)係表示加熱階段中之玻璃層及玻璃基板之溫度分佈之圖。

圖7(a)、(b)係表示冷卻階段中之玻璃層及玻璃基板之溫度分佈之圖。

圖8(a)~(c)係表示初始龜裂之其他態樣之剖面圖。

圖9(a)、(b)係表示初始龜裂之其他態樣之剖面圖。

圖10(a)、(b)係表示初始龜裂之其他態樣之剖面圖。

圖11係表示初始龜裂之其他態樣之剖面圖。

圖12係表示初始龜裂與雷射光之位置關係之剖面圖。

3．．．玻璃層

8．．．初始龜裂

40．．．玻璃基板(第1玻璃基板)

40a、40b．．．主面

50．．．玻璃基板(第2玻璃基板)

50a、50b．．．主面

L．．．雷射光

R．．．熔接預定區域

Claims (5)

1. 一種玻璃熔接方法，其特徵在於：其係將第1玻璃基板與第2玻璃基板熔接而製造玻璃熔接體者，其包括以下步驟：以沿著延伸之熔接預定區域之方式，將包含雷射光吸收材之玻璃層以特定寬度配置於上述第1玻璃基板與上述第2玻璃基板之間；以自上述第1玻璃基板及上述第2玻璃基板之厚度方向觀察的情形時重疊於上述玻璃層之方式，於上述第1玻璃基板及上述第2玻璃基板中之至少上述第2玻璃基板形成初始龜裂；及以包含上述初始龜裂之至少一部分之方式對上述玻璃層照射雷射光，並使上述雷射光之照射區域沿著上述熔接預定區域相對移動，藉此使上述玻璃層、上述第1玻璃基板及上述第2玻璃基板經過加熱階段與冷卻階段，而將上述第1玻璃基板與上述第2玻璃基板沿著上述熔接預定區域熔接並割斷；且於上述加熱階段中，使上述玻璃層熔融，並且以於上述第1玻璃基板及上述第2玻璃基板各自的上述玻璃層側之主面之溫度高於與上述玻璃層為相反側之主面之溫度的方式，於上述第1玻璃基板及上述第2玻璃基板各自的沿著上述熔接預定區域之部分產生溫度差，於上述冷卻階段中，使熔融之上述玻璃層固化，並且藉由冷卻時所產生之應力，而使龜裂以上述初始龜裂為起點，經由上述玻璃層而於上述第1玻璃基板及上述第2玻璃基板之厚度方向上伸展。
2. 如請求項1之玻璃熔接方法，其中上述雷射光係自上述第2玻璃基板側經由上述第2玻璃基板而照射至上述玻璃層。
3. 請求項1之玻璃熔接方法，其中上述初始龜裂係形成於上述第2玻璃基板之與上述玻璃層為相反側之主面。
4. 如請求項1之玻璃熔接方法，其中上述雷射光係以使上述玻璃層之寬度方向上之光束分佈之波峰值與上述初始龜裂大致一致之方式而照射至上述玻璃層。
5. 如請求項1之玻璃熔接方法，其中於上述熔接預定區域包含角部之情形時，上述玻璃層係於上述角部交叉。