(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工品を結合する方法において、
第１基材の表面上において無機薄膜を形成するステップであって、該無機薄膜は、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＳｎＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯ、ＩＴＯ、スズ−リン酸塩ガラス、スズ−フルオロリン酸塩ガラス、タングステンがドーピングされたスズ−フルオロリン酸塩ガラス、スズ−フルオロホウ酸塩ガラス、カルコゲニドガラスおよびテルライトガラスから選択されたものであるステップと、
前記第１基材と第２基材との間において保護されるように被加工品を配置するステップであって、前記薄膜は前記第２基材と接触状態にある、ステップと、
既定の波長を有するレーザー放射によって前記薄膜を局所的に加熱し、前記第１基材と前記第２基材との少なくとも一方による前記レーザー放射の過渡的な吸収を誘発して、封止を形成することにより、前記第１及び第２基材の間において前記被加工品を結合するステップと、
を有してなり、
前記無機薄膜、前記第１基材、又は前記第２基材は、４２０ｎｍ〜７５０ｎｍにおいて透過性を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記無機薄膜が、
２０〜１００モル％のＳｎＯ、０〜５０モル％のＳｎＦ２、ならびに０〜３０モル％のＰ２Ｏ５を含む、スズ−フルオロリン酸塩ガラス、または
２０〜１００モル％のＳｎＯ、０〜５０モル％のＳｎＦ２、ならびに０〜３０モル％のＢ２Ｏ３を含む、スズ−フルオロホウ酸塩ガラス、
であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記無機薄膜、前記第１基材、および前記第２基材のそれぞれが、４２０ｎｍ〜７５０ｎｍにおいて透過性を有することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記無機薄膜の組成が、前記第１基材、前記第２基材、或いは、前記第１及び第２基材の両方のクリープ流を誘発する起動エネルギーを低下させるように選択されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記無機薄膜の組成が、１０００℃以下の液相温度を有するレーザー吸収低液相温度材料であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記結合のステップが、既定の波長を有するレーザー放射による前記無機薄膜の前記局所的加熱を通じて、前記第１又は第２基材内の不純物の組成の関数として、及び前記無機薄膜の前記組成の関数として、前記第１及び第２基材の間において前記被加工品を結合するステップを有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記第１又は第２基材内の前記不純物が、Ａｓ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｋ、Ｍｎ、Ｎａ、Ｐ、Ｓｂ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｓｎ、及びこれらの組合せからなる群から選択されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１及び第２基材のうちの一方が、ガラス又はガラス−セラミックであることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記第１及び第２基材のうちの他方が、ガラス−セラミック、セラミック、又は金属であることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記被加工品が、発光ダイオード、有機発光ダイオード、導電性リード、半導体チップ、ＩＴＯリード、パターン化された電極、連続電極、量子ドット材料、リン光体、及びこれらの組合せから構成された群から選択されることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記結合のステップが、前記第１基材、第２基材、或いは、前記第１及び第２基材の両方内の残留応力場の統合結合強度を上回る統合結合強度を有する結合を生成することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
結合された装置において、
第１基材の表面上において形成された無機薄膜であって、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＳｎＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯ、ＩＴＯ、スズ−リン酸塩ガラス、スズ−フルオロリン酸塩ガラス、タングステンがドーピングされたスズ−フルオロリン酸塩ガラス、スズ−フルオロホウ酸塩ガラス、カルコゲニドガラスおよびテルライトガラスから選択された無機薄膜と、
前記第１基材と第２基材との間において保護された装置であって、前記無機薄膜は前記第２基材と接触状態にある、装置と、
を有し、
前記装置は、既定の波長を有するレーザー放射による前記無機薄膜の局所的加熱を通じて、前記第１又は第２基材内の不純物の組成の関数として、及び前記無機薄膜の組成の関数として、前記第１及び第２基材の間において形成された結合を含み、且つ、
前記無機薄膜、前記第１基材、又は前記第２基材は、４２０ｎｍ〜７５０ｎｍにおいて透過性を有することを特徴とする装置。
【請求項１３】
前記無機薄膜が、
２０〜１００モル％のＳｎＯ、０〜５０モル％のＳｎＦ２、ならびに０〜３０モル％のＰ２Ｏ５を含む、スズ−フルオロリン酸塩ガラス、または
２０〜１００モル％のＳｎＯ、０〜５０モル％のＳｎＦ２、ならびに０〜３０モル％のＢ２Ｏ３を含む、スズ−フルオロホウ酸塩ガラス、
であることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記無機薄膜、前記第１基材、および前記第２基材のそれぞれが、４２０ｎｍ〜７５０ｎｍにおいて透過性を有することを特徴とする請求項１２または１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記無機薄膜の組成が、前記第１基材、前記第２基材、或いは、前記第１及び第２基材の両方のクリープ流を誘発する起動エネルギーを低下させるように選択されることを特徴とする請求項１２から１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記無機薄膜の組成が、１０００℃以下の液相温度を有するレーザー吸収低液相温度材料であることを特徴とする請求項１２から１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記第１又は第２基材内の前記不純物が、Ａｓ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｋ、Ｍｎ、Ｎａ、Ｐ、Ｓｂ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｓｎ、及びこれらの組合せからなる群から選択されることを特徴とする請求項１２から１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
前記第１及び第２基材のうちの一方が、ガラス又はガラス−セラミックであることを特徴とする請求項１２から１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記第１及び第２基材のうちの他方が、ガラス−セラミック、セラミック、又は金属であることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記装置が、発光ダイオード、有機発光ダイオード、量子ドット材料、リン光体、導電性リード、半導体チップ、ＩＴＯリード、パターン化された電極、連続電極、及びこれららの組合せからなる群から選択されることを特徴とする請求項１２から１９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
前記結合が、
−閉ループを伴う又は１度超の角度において交差する封止ラインを伴う密封性を有する、或いは、
−空間的に分離された結合スポットを含む、或いは、
−前記結合の熱感知材料から１０００μｍ未満において配置される、
ことを特徴とする請求項１２から２０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
結合が、前記第１基材、第２基材、或いは、前記第１及び第２基材の両方内の残留応力場の統合結合強度を上回る統合結合強度を有することを特徴とする請求項１２から２１のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１３年５月１０日付けで出願された「Ｌａｓｅｒ  Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  Ｇｌａｓｓ  Ｓｈｅｅｔ  Ｕｓｉｎｇ  Ｌｏｗ  Ｍｅｌｔｉｎｇ  Ｇｌａｓｓ  Ｆｉｌｍ」という名称の米国仮特許出願第６１／８２２，０４８号明細書、２０１３年１０月４日付けで出願された「Ｌａｓｅｒ  Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  Ｇｌａｓｓ  Ｓｈｅｅｔｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ  Ａｂｓｏｒｂｉｎｇ  Ｆｉｌｍ」という名称の米国仮特許出願第６１／８８６，９２８号明細書、及び２０１３年５月３１日付けで出願された「Ｌａｓｅｒ  Ｓｅａｌｉｎｇ  Ｕｓｉｎｇ  Ｌｏｗ  Ｍｅｌｔｉｎｇ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｇｌａｓｓ  ｆｏｒ  Ｈｅｒｍｅｔｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」という名称の米国仮特許出願第６１／８２９，３７９号明細書と同時係属中であると共にこれらの特許出願の優先権の利益を主張するものであり、これらの特許文献のそれぞれは、引用により、そのすべてが本明細書に包含される。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、低融点ガラス又は吸収薄膜を使用した透明ガラスシートのレーザー溶接に関する。
【背景技術】
【０００３】
多くの最近の装置は、動作のために密封環境を必要としており、且つ、これらのうちの多くは、電気的なバイアス処理を必要とする「能動型」の装置である。光透明性及びバイアス処理を必要とする有機発光ダイオード（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＯＬＥＤ）などのディスプレイは、電子注入材料の使用の結果としての絶対的な密封性に対するそのニーズに起因し、厳しい用途である。これらの材料は、一般に、数秒程度以内に雰囲気中において分解することになり、従って、個々の装置は、長期間にわたって真空又は不活性雰囲気を維持する必要がある。更には、カプセル化対象である有機材料の高感温性に起因し、密封封止を周囲温度の近傍において実行する必要がある。
【０００４】
例えば、フリットに基づいた封止材は、通常は約２〜１５０マイクロメートルの範囲の粒子サイズに磨り潰されたガラス材料を含む。フリット封止用途の場合には、ガラスフリット材料は、通常、類似の粒子サイズを有する負ＣＴＥ材料と混合され、且つ、結果的に得られた混合物は、有機溶剤又はバインダを使用することにより、ペーストとしてブレンドされる。例示用の負ＣＴＥ無機充填材は、コージエライト粒子（例えば、Ｍｇ２Ａｌ３［ＡｌＳｉ５Ｏ１８］）、ケイ酸バリウム、β−ユークリプタイト、バナジウム酸ジルコニウム（ＺｒＶ２Ｏ７）、又はタングステン酸ジルコニウム（ＺｒＷ２Ｏ８）を含み、且つ、基材とガラスフリットの間の熱膨張係数の不整合を低減するべく、ガラスフリットに添加されることによってペーストを形成する。組み合わせられた粉体及び有機バインダペーストの流動学的な粘度を調節するべく、溶剤が使用されるが、溶剤は、供給を制御するという目的に適したものでなければならない。２つの基材を結合させるべく、スピンコーティング又はスクリーン印刷により、ガラスフリット層を基材の一方又は両方の封止表面に塗布することができる。１つ又は複数のフリットによって被覆された基材には、まず、有機ビヒクルを除去するべく、相対的に低い温度（例えば、３０分間にわたって２５０℃）における有機バーンアウトステップが適用される。次いで、結合対象である２つの基材は、個々の封止表面に沿って組立／結合され、且つ、このペアが、ウエハボンダ内に配置される。明確に画定された温度及び圧力下において、熱圧縮性サイクルが実行され、これにより、コンパクトなガラス封止を形成するべく、ガラスフリットが溶解される。ガラスフリット材料は、特定の鉛含有組成を除いて、通常は、４５０℃超のガラス遷移温度を有しており、且つ、従って、障壁層を形成するべく、高温における処理を必要としている。このような高温封止プロセスは、温度の影響を受け易い被加工品にとって有害である可能性がある。更には、通常の基材とガラスフリットとの間の熱膨張係数の不整合を低減するために使用される負ＣＴＥ無機充填材は、結合接合部内に内蔵されることになり、且つ、実質的に不透明なフリットに基づいた障壁層を結果的にもたらすことになる。上述の内容に基づいて、透明であると共に密封性を有するガラス−ガラス、ガラス−金属、ガラス−セラミック、及びその他の封止を低温において形成することが望ましいであろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のガラス基材のレーザー溶接は、レーザーパワーが極めて大きい装置を利用している可能性があり、レーザーアブレーションに近いこの動作は、しばしば、ガラス基材を損傷し、且つ、実現される密封封止の品質が良好ではない。更には、このような従来の方法は、結果的に得られる装置の不透明度を増大させ、且つ、提供される封止の品質が低い。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の実施形態は、一般に、密封障壁層を対象としており、且つ、更に詳しくは、吸収薄膜を使用して中実構造を封止するべく使用される方法及び組成を対象としている。本開示の実施形態は、封止プロセスにおいて吸収特性を有する薄膜を境界開始材として使用した、その他の材料シートとの間におけるガラスシートのレーザー溶接又は封止プロセスを提供している。実施形態による例示用のレーザー溶接条件は、無視可能な導電性の低減を伴う境界導電性薄膜上における溶接に適する可能性を有する。従って、このような実施形態は、ＯＬＥＤ又はその他の装置などの能動型装置の密封パッケージを形成するべく利用されてもよく、且つ、適切なガラス又は半導体パッケージの広範な大量製造を可能にする。封止、結合、接合、及び溶接という用語は、本開示においては、相互交換可能であり、且つ、相互交換可能に使用されうることに留意されたい。このような使用法は、添付の請求項の範囲を限定するものではない。又、ガラス及び無機物という用語は、薄膜という名詞の修飾に関係していることから、本開示においては、相互交換可能に使用される可能性があり、且つ、このような使用法は、添付の請求項の範囲を制限するものではないことにも留意されたい。
【０００７】
本開示の実施形態は、２つのガラスの間の境界面において吸収性薄膜を提供することができる、例えば、レーザー溶接や拡散溶接などのようなレーザー封止プロセスを提供する。安定状態における吸収は、約７０％以上という高いものであってもよく、或いは、約１０％以下という低いものであってもよい。これは、例示用のレーザー吸収薄膜との組合せにおける、入射レーザー波長における、例えば、不純物又はドーパントなどの外来的な色中心に起因した、或いは、ガラスに固有の本質的な色中心に起因した、ガラス基材内の色中心形成に依存している。薄膜のいくつかの非限定的な例は、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＩＴＯ、６００℃未満のＴｇを有するＵＶ吸収ガラス薄膜、及び低融点ガラス（Ｌｏｗ  Ｍｅｌｔｉｎｇ  Ｇｌａｓｓ：ＬＭＧ）、或いは、ガラス基材の境界面において利用可能な低液相温度（Ｌｏｗ  Ｌｉｑｕｉｄｕｓ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：ＬＬＴ）薄膜（ガラス遷移温度を伴わない材料の場合）を含む。ＬＬＴ材料は、限定を伴うことなしに、例えば、セラミック、ガラス−セラミック、及びガラス材料を含んでもよい。例えば、ＬＬＴガラスは、スズ−フルオロリン酸塩ガラス、タングステンがドーピングされたスズ−フルオロリン酸塩ガラス、カルコゲニドガラス、テルライトガラス、ホウ酸塩ガラス、及びリン酸塩ガラスを含むことができる。別の非限定的な実施形態においては、封止材料は、例えば、ＳｎＯ、ＳｎＯ＋Ｐ２Ｏ５、及びＳｎＯ＋ＢＰＯ４などのＳｎ２＋含有無機酸化物材料であってもよい。更なる非限定的な例は、８００ｎｍ超の波長において吸収ピークを有する近赤外線（Ｎｅａｒ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ：ＮＩＲ）吸収ガラス薄膜を含んでもよい。これらの材料を使用する溶接は、安定状態の穏やかな拡散溶接を開始するための十分なＵＶ又はＮＩＲ吸収を有する可視透過を提供することができる。又、これらの材料は、拡散溶接に適した局所的な封止温度を有する透明レーザー溶接を提供することもできる。このような拡散溶接は、個々のガラス基材の低パワー及び温度のレーザー溶接を結果的にもたらし、且つ、効率的且つ高速の溶接速度を有する優れた透明溶接を生成することができる。又、本開示の実施形態による例示用のレーザー溶接プロセスは、温度誘発吸収を包含するべく、色中心形成を超えたガラスの光誘発吸収特性に依存することもできる。
【０００８】
本明細書においては、封止を開始するために低融点無機（ＬＭＧ）材料又は紫外線吸収（ＵＶＡ）又は赤外線吸収（ＩＲＡ）材料の境界薄膜を使用することにより、レーザーによって透明ガラスシートを１つに溶接する現象について記述されている。例示用の実施形態においては、強力な結合形成を実現するべく、（１）例示用のＬＭＧ又はＵＶＡ又はＩＲＡ薄膜は、ガラス基材内に十分な熱を伝播させるべく十分に透明ウィンドウ（約４２０ｎｍ〜約７５０ｎｍ）の外側の入射波長を吸収することが可能であり、且つ、従って、ガラス基材は、入射波長において、（２）温度誘発吸収と、（３）一時的な色中心形成と、を有しうるという３つの基準について記述されている。計測値は、熱圧縮性拡散溶接メカニズムが形成され、この結果、定性的に非常に強力な結合形成が得られることを示唆している。又、本明細書においては、溶接プロセスと関係した温度イベントの展開及びレーザー溶接における色中心形成プロセスの明瞭な発生についても記述されている。又、ＬＭＧ又はＵＶＡ材料とＥａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）材料との間のＣＴＥ不整合の不適切性及び６００℃への熱サイクル処理後の溶接後強度の改善についても記述されている。又、熱伝導性プレートを使用した、異なる厚さを有するガラスシートの溶接に関する実施形態についても記述されている。従って、本明細書において記述されている実施形態は、ＬＭＧ又はＵＶＡ境界材料の使用と関連するレーザー封止属性を含みうる、受動型及び能動型装置の両方に伴う、密封パッケージを形成する能力を提供することができる。例示用の属性は、限定を伴うことなしに、透明性、強さ、薄さ、可視スペクトルにおける高透過性、「グリーン」組成、ＬＭＧ又はＵＶＡ薄膜とガラス基材との間のＣＴＥ不整合の不適切性、及び低融解温度を含む。
【０００９】
本開示の更なる実施形態は、低温結合形成及び「直接的ガラス封止」を有するレーザー封止プロセスを提供しており、この場合に、透明ガラスは、入射波長において吸収ガラスに対して封止され、この結果、可視波長４００〜７００ｎｍにおける不透明な封止を得ることができる。例示用の実施形態によれば、両方のガラスは、入射レーザー波長において、且つ、可視波長範囲において、透明であるか又はほとんど透明である。又、結果的に得られる封止も、可視波長範囲内において透明であり、これにより、光が封止場所において吸収されず、且つ、従って、熱蓄積が封止と関連していないことから、この封止は、照明用途にとって魅力的である。更には、薄膜は、カバーガラスの全体上に適用することができることから、封止処理のために封止フリットペーストを高精度で供給するニーズが存在しておらず、これにより、封止エリアの特殊なパターン化及び処理に対するニーズを伴うことなしに、その封止パターンを変更する高度な自由度が装置製造者に対して提供される。又、その他の実施形態においては、封止は、機械的安定性を目的とした非密封結合を形成するべく、ガラスエリアの特定のスポット上において実行することができる。更には、このような封止は、湾曲したコンフォーマル表面上において実行することもできる。
【００１０】
本開示の実施形態は、ガラスの異なるＣＴＥとは無関係に任意のガラスの溶接を伴うガラスシートを１つにレーザー溶接するべく使用されうる低融解温度材料を提供する。更なる実施形態は、例えば、Ｅａｇｌｅ−ＥａｇｌｅやＬｏｔｕｓ−Ｌｏｔｕｓなどのようなガラス基材の対称的溶接（即ち、厚いもの−厚いもの）を提供することができる。いくつかの実施形態は、熱伝導性プレートを使用することにより、例えば、Ｗｉｌｌｏｗ−Ｅａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）、Ｅａｇｌｅ−Ｌｏｔｕｓ（即ち、薄いもの−薄いもの）、Ｅａｇｌｅ−溶融シリカ、Ｗｉｌｌｏｗ−Ｗｉｌｌｏｗ、溶融シリカ−溶融シリカなどのようなガラス基材の非対称的溶接（即ち、薄いもの−厚いもの）を提供することができる。更なる実施形態は、異なる基材の溶接（ガラス−セラミックやガラス−金属など）を提供することが可能であり、且つ、透明な且つ／又は半透明な溶接ラインを提供することができる。いくつかの実施形態は、薄い、不透過性の、「グリーン」な材料の溶接を提供することが可能であり、且つ、大きなＣＴＥの差を有する２つの基材又は材料の間における強力な溶接を提供することができる。
【００１１】
又、実施形態は、ガラスパッケージを１つにレーザー溶接するべく使用される材料を提供し、これにより、酸素及び湿気の攻撃による劣化の影響を受け易い受動型及び能動型装置の長寿命の密封動作を可能にしている。例示用のＬＭＧ又はその他の吸収薄膜封止は、レーザー吸収を使用した結合表面の組立の後に熱によって起動することが可能であると共に相対的に高い製造効率を享受することが可能であり、その理由は、それぞれの稼働装置を封止するレートが、真空又は不活性ガス組立ラインにおけるインライン薄膜堆積によって装置をカプセル化するレートによってではなく、熱による活性化及び結合形成によって決定されるからである。又、ＵＶ又はＮＩＲ−ＩＲ封止における例示用のＬＭＧ、ＬＬＴ、及びその他の吸収薄膜は、後続の個々の装置へのスコアリング又はダイシング（シンギュレーション）を伴う大シート複数装置封止をも実現することが可能であり、且つ、高度な機械的完全性に起因し、シンギュレーションの歩留まりを向上させることができる。
【００１２】
いくつかの実施形態においては、被加工品を結合する方法は、第１基材の表面上において無機薄膜を形成するステップと、第１基材と第２基材との間において保護されるように被加工品を配置するステップであって、薄膜は、第２基材との接触状態にある、ステップと、既定の波長を有するレーザー放射によって薄膜を局所的に加熱することにより、被加工品を第１及び第２基材の間において結合するステップと、を有する。無機薄膜、第１基材、又は第２基材は、約４２０ｎｍ〜約７５０ｎｍにおいて透過性を有することができる。
【００１３】
その他の実施形態においては、第１基材の表面上において形成された無機薄膜と、第１基材と第２基材との間において保護された装置であって、無機薄膜は、第２基材との接触状態にある、装置と、を有する結合された装置が提供されている。このような実施形態においては、装置は、既定の波長を有するレーザー放射による無機薄膜の局所的加熱により、第１又は第２基材内の不純物の組成の関数として、且つ、無機薄膜の組成の関数として、第１及び第２基材の間において形成された結合を含む。更には、無機薄膜、第１基材、又は第２基材は、約４２０ｎｍ〜約７５０ｎｍにおいて透過性を有することができる。
【００１４】
更なる実施形態においては、装置を保護する方法が提供され、方法は、第１基材の第１部分表面上において無機薄膜層を形成するステップと、第１基材と第２基材との間において保護されるように装置を配置するステップであって、封止層は、第２基材との接触状態にある、ステップと、レーザー放射によって無機薄膜層及び第１及び第２基材を局所的に加熱して封止層及び基材を溶解させて基材の間において封止を形成するステップと、を有する。第１基材は、ガラス又はガラス−セラミックからなることが可能であり、且つ、第２基材は、ガラス、金属、ガラス−セラミック、又はセラミックからなることができる。
【００１５】
特許請求されている主題の更なる特徴及び利点については、以下の詳細な説明において記述することとするが、その一部は、以下の説明から、当業者に容易に明らかとなるか、又は、以下の詳細な説明及び請求項のみならず、添付の図面を含む本明細書に記述されている特許請求された主題を実施することにより、認識されることになろう。
【００１６】
上述の概略的な説明及び以下の詳細な説明は、そのいずれもが、本開示の実施形態を提示しており、且つ、特許請求されている主題の特性及び特徴を理解するための概要又はフレームワークを提供するべく意図されていることを理解されたい。添付図面は、本開示の更なる理解を提供するべく包含され、且つ、本明細書に内蔵されると共にその一部分を構成している。添付図面は、様々な実施形態を示しており、且つ、説明と共に、特許請求されている主題の原理及び動作を説明するべく機能する。
【００１７】
添付図面は、例示を目的として提供されており、本明細書において開示及び記述されている実施形態は、図示されている構成及び手段に限定されるものではないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本開示の一実施形態によるレーザー溶接の例示用の手順の図である。
【図２】一実施形態によるレーザー封止を介した密封封止された装置の形成を示す概略図である。
【図３】本主題の別の実施形態の図である。
【図４】レーザー溶接結合ゾーンの物理的範囲を推定するべく使用される実験構成の図である。
【図５】破損したサンプルの顕微鏡画像である。
【図６】本開示のいくつかの実施形態によるモデル化方式の図である。
【図７】本開示の実施形態による別のモデル化方式である。
【図８】％Ｔ対時間計測のための０．７ｍｍのＥａｇｌｅガラス基材を通じた３５５ｎｍレーザーの透過（％Ｔ）用の実験構成の図である。
【図９】本開示の一実施形態によるプロットである。
【図１０】ガラス境界面におけるＬＭＧ薄膜層からＥａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）ガラス基材内への拡散を分析する一連のプロットである。
【図１１】異なる厚さのガラスシート間におけるレーザー溶接の実行の概略図である。
【図１２】ＩＴＯリード上におけるレーザー溶接の範囲を判定する実験の図である。
【図１３】ＩＴＯパターン化薄膜上において形成されたレーザー封止ラインの写真を提供する。
【図１４】パターン化薄膜上において形成された更なるレーザー封止ラインの一連の写真である。
【図１５】いくつかの実施形態による別の方法の概略図である。
【図１６】いくつかの実施形態における２層レーザー加熱表面吸収モデルである。
【図１７】いくつかの実施形態における一連の温度変動プロットである。
【図１８】いくつかの実施形態における掃引レーザーの滞留時間内において堆積された平均エネルギーの一連のプロットである。
【図１９】ＩＲ放射源による加熱の際の３５５ｎｍにおけるＥａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）及びＬｏｔｕｓ  ＸＴ（登録商標）ガラスの透過のプロットである。
【図２０】いくつかの実施形態における加熱の際の３５５ｎｍにおけるガラスの透過のプロットである。
【図２１】いくつかの実施形態におけるＵＶ放射の最中の且つその後の薄膜及び基材の透過に対する影響のプロットである。
【図２２】いくつかの実施形態における吸収対波長のプロットである。
【図２３】Ｅａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）ガラス上における例示用の低融点ガラス薄膜のレーザー封止又は結合ラインの写真である。
【図２４】Ｅａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）ガラス上における例示用の低融点ガラス薄膜の交差するレーザー封止ラインの写真である。
【図２５】いくつかの実施形態におけるレーザー溶接の際に観察される境界面接触形状の範囲の概略図である。
【図２６】一定の印加圧力Ｐｅｘｔ下における境界ギャップ領域のレーザー溶接の際の相対的接触エリアＡｃ／Ａ０の進化の概略図である。
【図２７】通常のレーザー溶接条件を使用する一実施形態のレーザー掃引領域上における側面計トレースを示す。
【図２８】いくつかの実施形態における溶接レートの推定値の比較を提供する一連のプロットである。
【図２９】いくつかの実施形態の偏光分析計測値及び画像の概略図である。
【図３０】例示用の溶接ラインからの応力の場所を提供するプロットである。
【図３１】いくつかの実施形態によるレーザー溶接されたソーダライムガラスの一連の写真である。
【図３２】いくつかの実施形態の概略図である。
【図３３】ある実施形態における溶接ラインの写真である。
【図３４】別の実施形態における溶接ラインの写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本説明は、細目を含む可能性があるが、これらは、範囲に対する限定として解釈されてはならず、むしろ、特定の実施形態に固有でありうる特徴の説明であるものとして解釈されたい。
【００２０】
理解を促進するべく、同一の要素に対して同一の参照符号が付与されている図面を参照し、発光被覆及び装置用の様々な実施形態について説明する。
【００２１】
又、特に指定がなければ、「上部」、「下部」、「外向き」、「内向き」、及びこれらに類似したものなどの用語は、利便を目的とした表現であり、且つ、限定を目的とした用語として解釈してはならないことをも理解されたい。更には、グループが、要素のグループのうちの少なくとも１つ又はその組合せを有するものとして記述されている際には、常に、グループは、個々に、或いは、相互の組合せにおいて、記述されている任意の数の要素を有することが可能であり、それらから本質的になることが可能であり、或いは、それらから構成されることが可能である。
【００２２】
同様に、グループが、要素のグループのうちの少なくとも１つ又はその組合せからなるものとして記述されている際には、常に、グループは、個々に、或いは、相互の組合せにおいて、任意の数の記述されている要素からなることができる。特に指定がなければ、記述されている値の範囲は、その範囲の上限及び下限の両方を含む。本明細書において使用されている名詞は、特に指定がなければ、「少なくとも１つの」又は「１つ又は複数の」対象を指す。
【００２３】
当業者は、本発明の有益な結果を依然として入手しつつ、記述されている実施形態に対して多くの変更を実施しうることを認識するであろう。又、本開示の望ましい利益のいくつかは、その他の特徴の使用を伴うことなしに、記述されている特徴のいくつかを選択することにより、取得されうることも明らかとなろう。従って、当業者は、多くの変更及び適合が、可能であり、且つ、場合によっては、特定の状況において望ましい可能性があると共に、本発明の一部であることを認識するであろう。従って、以下の説明は、その限定ではなく、本開示の原理を例示するものとして提供されている。
【００２４】
当業者は、本発明の精神及び範囲を逸脱することなしに、本明細書において記述されている例示用の実施形態に対する多くの変更が可能であることを理解するであろう。従って、説明は、付与されている例に限定することを意図したものはなく、且つ、そのように解釈してはならず、添付の請求項及びその均等物によって付与される全幅の保護が付与されることを要する。更には、その他の特徴の対応する使用を伴うことなしに、本開示の特徴のいくつかを使用することが可能である。従って、例示用の又は例示を目的とした実施形態に関する上述の説明は、その限定ではなく、本開示の原理の例示を目的として提供されており、且つ、それに対する変更及びその変形を含むことができる。
【００２５】
図１は、本開示のいくつかの実施形態によるレーザー溶接の例示用の手順の図である。図１を参照すれば、適切なＵＶレーザーを使用して２つのＥａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）（ＥＸＧ）ガラスシート又は基材を１つにレーザー溶接するための手順が提供されている。２つのＥＸＧガラスシートが図示及び記述されているが、本開示の実施形態を使用することにより、任意のタイプ及び組成のガラス基材をレーザー溶接することができることから、添付の請求項は、このように限定されるものではない。即ち、本明細書において記述されている方法は、ソーダライムガラス、強化された且つ強化されていないガラス、アルミノケイ酸塩ガラスなどに適用可能である。図１の参照を継続すれば、２つのガラス基材を１つにレーザー溶接する際の例示用のステップのシーケンスが提供されており、これにより、１つの基材を低融点ガラス（ＬＭＧ）又は紫外線吸収（ＵＶＡ）薄膜材料又はＮＩＲ吸収（ＩＲＡ）薄膜材料によって被覆することができる。ステップＡ〜Ｂにおいて、上部ガラス基材を例示用のＵＶＡ、ＩＲＡ、又はＬＭＧ薄膜によって被覆された別の基材上に押圧することができる。本明細書において記述されている多くの実験及び例は、特定のタイプの無機薄膜（例えば、ＬＭＧやＵＶＡなど）を参照する場合があることに留意されたい。但し、記述されている溶接プロセスにとっては、多くのタイプの無機薄膜が適していることから、これは、添付の請求項の範囲を限定するものではない。ステップＣにおいて、適切に選択されたパラメータを伴って、レーザーを２つのガラスシートの境界面において導くことにより、ステップＤにおいて示されている溶接プロセスを開始することができる。溶接寸法は、入射ビームの寸法をわずかに下回るもの（約５００μｍ）と判明した。
【００２６】
図２は、一実施形態によるレーザー封止を介した密封封止された装置の形成を示す概略図である。図２を参照すれば、初期ステップにおいて、低融解温度（例えば、低Ｔｇ）ガラスを有するパターン化されたガラス層３８０を第１平面状ガラス基材３０２の封止表面に沿って形成することができる。ガラス層３８０は、例えば、スパッタリングターゲット１８０からスパッタリングすることにより、物理蒸着を介して堆積させることができる。一実施形態においては、ガラス層は、第２ガラス又はその他の材料基材３０４の封止表面と係合するように適合された周辺封止表面に沿って形成することができる。図示の実施形態においては、第１及び第２基材は、結合構成とされた際に保護対象の被加工品３３０を収容する内部容積３４２を画定するように、ガラス層と協働している。組立体の分解された画像を示している図示の例においては、第２基材は、被加工品３３０がその内部に位置する凹入された部分を有する。
【００２７】
レーザー５００からの合焦されたレーザービーム５０１を使用することにより、低融解温度ガラス及び隣接するガラス基材材料を局所的に溶解させて封止された境界面を形成することができる。一方式においては、レーザーは、第１基材３０２を通じて合焦させることが可能であり、且つ、次いで、ガラス封止材料を局所的に加熱するように封止表面に跨って平行運動（走査）させることができる。ガラス層の局所的な融解に影響を及ぼすべく、ガラス層は、好ましくは、レーザー処理波長における吸収性を有することができる。ガラス基材は、当初、レーザー処理波長において透明性（例えば、少なくとも５０％の、７０％の、８０％の、又は９０％の透明性）を有することができる。
【００２８】
一代替実施形態においては、パターン化されたガラス層を形成する代わりに、封止（低融解温度）ガラスのブランケット層を第１基材の表面の実質的に全面上に形成することができる。上述のように、第１基材／封止ガラス層／第２基材を有する組み立てられた構造を組み立てることが可能であり、且つ、レーザーを使用することにより、２つの基材の間に封止境界面を局所的に画定することができる。
【００２９】
レーザー５００は、封止に対して影響を及ぼすように、任意の適切な出力を有することができる。例示用のレーザーは、限定を伴うことなしに、一般的なディスプレイガラス用の透明度の範囲内にある３５５ｎｍレーザーなどのＵＶレーザーであってもよい。適切なレーザーパワーは、約１Ｗ〜約１０Ｗの範囲であってもよい。レーザースポットサイズに比例しうる封止された領域の幅は、例えば、０．０６、０．１、０．２、０．５、１、１．５、又は２ｍｍなどのように、約０．０６〜２ｍｍであってもよい。レーザーの平行運動レート（即ち、封止レート）は、１、２、５、１０、２０、５０、１００、２００、又は４００ｍｍ／秒、６００ｍｍ／秒、８００ｍｍ／秒、１ｍ／秒などのように、約１ｍｍ／秒〜４００ｍｍ／秒、或いは、場合によっては、〜１ｍ／秒以上の範囲であってもよい。レーザースポットサイズ（直径）は、約０．０２〜２ｍｍであってもよい。
【００３０】
適切なガラス基材は、封止の際に大規模な誘発吸収を示す。いくつかの実施形態においては、第１基材３０２は、Ｅａｇｌｅ  ２０００（登録商標）という商品名の下にＣｏｒｎｉｎｇ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄによって製造及び販売されているもの又はその他のガラスなどの透明なガラスプレートであってもよい。或いは、第１基材３０２は、Ａｓａｈｉ  Ｇｌａｓｓ  Ｃｏ．（例えば、ＡＮ１００ガラス）、Ｎｉｐｐｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｇｌａｓｓ  Ｃｏ．（例えば、ＯＡ−１０ガラス又はＯＡ−２１ガラス）、又はＣｏｒｎｉｎｇ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓによって製造及び販売されているものなどの任意の透明ガラスプレートであってもよい。第２基材３０４は、第１ガラス基材と同一のガラス材料であってもよく、或いは、第２基材３０４は、限定を伴うことなしに、セラミック基材又は金属基材などの非透明基材であってもよい。例示用のガラス基材は、例えば、５０×１０−７、２０×１０−７、又は１０×１０−７／℃などのように、約１５０×１０−７℃未満の熱膨張の係数を有することができる。当然のことながら、その他の実施形態においては、第１基材３０２は、セラミック、ＩＴＯ、金属、又はその他の材料の基材であってもよく、パターン化されていてもよく、或いは、連続的なものであってもよい。
【００３１】
図３は、本主題の別の実施形態の図である。図３を参照すれば、上部左側の図は、２つのＥａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）（ＥＸＧ）ガラス基材をレーザー溶接するべく利用することができるいくつかの例示用のパラメータを示している。透過％Ｔは、時間に伴って観察することが可能であり、且つ、３つの異なるレーザーパワーについて下部左側のグラフに示されている。ＬＭＧ、ＩＲＡ、又はＵＶＡ薄膜の融解の開始は、下部レーザーパワー曲線（最も右の曲線）において、Ｅａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）の歪点を超過する高い局所的ガラス温度に起因したガラス基材の迅速な吸収及び加熱によって後続される「膝」様の屈折として、容易に観察することができる。この屈折は、相対的に大きなレーザーパワーにおいて除去することが可能であり（最も左の曲線）、且つ、ＬＭＧ、ＩＲＡ、又はＵＶＡ吸収からガラスの溶融へのシームレスな遷移を誘発することができる。例示用のレーザー溶接は、結合対象の境界面に沿ってこのゾーンを掃引するステップを含むことができる。例えば、低融点薄膜が入射波長において吸収／融解すること、ガラス内における色中心の形成、及び／又はいくつかの実施形態におけるガラス内の温度誘発吸収という３つの基準が、下部右側のコーナーに示されたリスト内に記述されており、且つ、以下において詳述することとする。薄膜の吸収は、色中心形成の効果を、或いは、場合によっては、温度吸収効果を、伴うことなしに、単独で十分なものである場合がある。図３において識別されているイベントの順序は、添付の請求項の範囲を限定するものではなく、又は、その他の列挙されているイベントに対する相対的な重要性を示すものでもないことに留意されたい。
【００３２】
いくつかの実施形態においては、開始イベントは、低融点ガラス（例えば、ＬＭＧ又はＵＶＡ）薄膜によるＵＶレーザーの吸収であってもよい。これは、３５５ｎｍにおけるＥａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）及び図３に示されている溶融曲線との比較における薄膜の相対的に大きな吸収に基づいたものであってもよい。図３の上部左側の部分に示されている実験構成を考慮することにより、レーザーは、最大で６．５ワットの平均パワーで、３０ｋＨｚにおいて８〜１０ｎｓパルスを生成するＳｐｅｃｔｒａ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ＨＩＰＰＯ３５５ｎｍであった。レーザービームは、５００マイクロメートルの直径のビームウエストに合焦され、且つ、透過したビームを監視及びサンプリングすることにより、異なるレーザーパワー（５．０Ｗ、５．５Ｗ、６．０Ｗ）ごとの時間に伴う透過率パーセンテージ（％Ｔ）のプロットを得た。これらのプロットは、図３の下部左側の部分に示されている。ＵＶＡ、ＩＲＡ、又はＬＭＧ薄膜の溶融の開始は、相対的に低いレーザーパワー（下部及び中間曲線）において、Ｅａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）の歪点を超過する高い局所的ガラス温度に起因したガラス基材の迅速な吸収及び加熱によって後続される膝様の屈折として、図３において容易に観察することができる。溶接されるガラス部分は、溶融されなくてもよく、むしろ、穏やかな印加力との親密な接触状態に保持された際に曲がりやすくなるように、軟化させられるだけでもよい。この挙動は、特に基材の溶融温度の５０〜８０％において強力な結合を形成する能力において、固体状態拡散結合に類似したものであってもよい。固体状態結合の複屈折の光学断面画像は、溶接される２つの部分の間に個別の境界面ラインを示している（例えば、図４を参照されたい）。
【００３３】
別の実施形態は、１ＭＨｚ、２ＭＨｚ、又は５ＭＨｚの反復レートにおいて一連の１ｎｓパルスを生成する３５５ｎｍのパルス化レーザーを伴う溶接を含んでいる。無機薄膜上のビームを０．０２ｍｍ〜０．１５ｍｍの直径のスポットに合焦すると共に５０ｍｍ／ｓ〜４００ｍｍ／ｓの範囲の速度で溶接した際に、約６０μｍ〜約２００μｍの欠陥を伴わない結合ラインが生成された。必要とされるレーザーパワーは、約１Ｗ〜約１０Ｗの範囲をとることができる。
【００３４】
図４を参照すれば、レーザー溶接結合ゾーンの物理的範囲を推定するべく使用された実験構成が示されている。図４の参照を継続すれば、２つのＥａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）スライドが、上述のようにレーザー溶接され、ガラスサンドイッチとして取り付けられ、且つ、ダイアモンド鋸によって切断された。これは、図４の左側のパネル内において示されている。結果的に得られた断面を偏光計内に取り付けることにより、局所的な応力領域の結果として得られる光学的複屈折を計測した。これは、図４の右側のパネル内において示されている。この右側パネル内の相対的に明るい領域は、相対的に大きな応力を示している。図４の右側パネル内において示されているように、結合された領域は、５０マイクロメートルのレベルの物理的範囲を有するものと観察された。更には、溶融する任意の基部又は基材ガラスが存在するとは観察されないが、２つのガラス基材の間に形成された結合は、非常に強力であった。例えば、複屈折画像断面の中心における画像は、高封止強度を示すＥａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）基材内に深く（５０マイクロメートル）延在した固体状態結合領域を示している。レーザー溶接は、このゾーンを結合対象の境界面に沿って掃引するステップを含むことになろう。
【００３５】
図５は、破損した試料の顕微鏡画像である。図５を参照すれば、破損した試料の図示されている３次元共焦点顕微鏡画像は、４４μｍほどに深く基礎をなす基材（例えば、Ｅａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）基材）材料を除去することによって障害（即ち、凝集性の障害）が発生するように、本開示の実施形態の封止強度が十分に強力でありうることを示している。試料に対してアニーリングは実行されなかった。図５は、カミソリの刃による亀裂開口法が適用されたアニーリングされていないレーザー溶接された実施形態の破損した試料を更に示している。一連の３次元共焦点計測が実施され、且つ、代表的な例が、図５の右側に示されている。これらの共焦点画像の１つの特徴は、例えば、この例においては、境界面から離れる方向に４４μｍほどの深さにおいて、且つ、その他の実験においては、約２００μｍほどの深さにおいて、障害が基材材料のバルク内において発生するように、境界封止強度が十分に強力でありうることを示している。更なる実験においては、偏光分析計測値は、１時間にわたって６００℃においてアニーリングされた初期のレーザー溶接（図５において研究されている同一の条件）において発生する残留応力を示しており、これは、偏光分析を介して計測可能な応力を示さない強力な結合を結果的にもたらす。このような結合を破壊する試みは、溶接された基材の封止ラインを除く別のすべての場所における破損を結果的にもたらした。
【００３６】
図３において観察されるように、本開示の実施形態を使用することにより、入射波長において吸収／融解する例示用の低融点薄膜又は別の薄膜、薄膜及びガラス内における色中心の形成、及び薄膜及びガラス内における温度誘発吸収により、強力な、密封性の、透明な結合を実現することができる。例えば、低融点ガラスの吸収イベントなどの第１基準については、十分に大きなパワー／単位面積を有するガラス−ＬＭＧ／ＵＶＡ−ガラス構造のレーザー照射は、スパッタリングされた薄膜ＬＭＧ／ＵＶＡ境界面内における吸収を開始し、これにより、溶融を誘発することができる。これは、下部左側のコーナーにおける図３の下部曲線において容易に観察することができる。下部曲線の第１下向きスロープは、ＬＭＧ／ＵＶＡ溶解プロセスを約１５秒まで追跡し、この時点において、別のプロセスが発生しており、これは、個々の基材内のガラス−レーザー相互作用（即ち、色中心の形成）である。この中間下向き曲線の大きな曲がりは、約１７秒後に、ガラス内における色中心形成の結果としてもたらされる大きな吸収を示すことになろう。これらの色中心は、一般に、例えば、Ａｓ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｋ、Ｍｎ、Ｎａ、Ｐ、Ｓｂ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｓｎなどの基材内の元素の不純物含有量の関数であってもよい。透過率曲線内の曲がりが大きいほど、相対的に多くの色中心が形成される。これは、図３において観察される第２の基準である。ＬＭＧ／ＵＶＡ薄膜の融点は、限定を伴うことなしに、約４５０℃であってもよいが、境界温度は、類似のレーザー溶接条件下における代わりのアルミニウム被覆されたＥＸＧガラス基材を伴うレーザー照射実験の観察に基づいて、恐らくは、約６６０℃超であってもよい。この実験においては、アルミニウムが溶融され（溶融温度：６６０℃）、且つ、レーザー溶接条件を使用することにより、表面温度が、較正済みの熱撮像カメラ（ＦＬＩＲカメラ）により、約２５０℃であるものと計測された。
【００３７】
図６は、本開示のいくつかの実施形態によるモデル化方式の図である。図６を参照すれば、ＬＭＧ／ＵＶＡ及びＥＸＧ材料の熱伝達特性を使用することにより、０．８〜３ｋＷ／ｃｍ２において、１μｍの無機薄膜＋７００μｍのＥＸＧを有する２層積層体に入射する３５５ｎｍレーザーをモデル化した。無機薄膜（例えば、ＬＭＧ、ＩＲＡ、ＵＶＡ薄膜など）内の相変化は、このモデル内においては、考慮されなかった。図６の参照を継続すれば、瞬間的熱分布の推定が実施され、これにより、６６０℃超の境界温度が実現可能であることが示唆された。実現される６６０℃超の正確な境界温度とは無関係に、高温の溶融したＬＭＧ／ＵＶＡ境界薄膜の存在は、エネルギーバンドギャップを相対的に低いエネルギーにシフトさせることにより、ガラス基材内における吸収を増大させる。これらのバンドギャップシフトは、一般に、電子エネルギーの変化に関係した基材格子の熱膨張と、電子−光子相互作用に起因したバンドエネルギーの直接的な再正規化と、から生じるものと理解される。溶融シリカ内におけるこの挙動のプロットが、図３の下部右側のコーナーにおいて示されている。正味の効果は、バンドギャップを低下させ、これにより、内部変換プロセスからの相対的に大きな熱を生成し、これにより、バンドギャップを更に低下させることにより、高温のＬＭＧ／ＵＶＡ薄膜が、境界面の近傍のＥＸＧ基材内の相対的に大きな吸収を駆動するというものである。このプロセスは、図３において識別されている第３の基準を表す熱誘発吸収と集合的に呼称することができる。当然のことながら、このような実施形態においては、その他の無機薄膜を使用することが可能であり、且つ、このような例は、添付の請求項の範囲を限定するものではない。
【００３８】
上述のように、色中心の形成は、本開示の実施形態によるレーザー溶接の形成において所定の役割を果たしている。図７には、図８に示されている実験構成を使用して３つのレベルの図に基づいてフィット関数を導出するための非多光子条件下における基本的な色中心形成プロセスのモデル化が示されている。図７は、本開示の実施形態による別のモデル化方式である。図７の左側のパネル内において、３つの電子的ガラス帯域状態は、３５５ｎｍ光子を吸収することにより、グラウンド状態ｎｇ［ｔ］、導電帯域ｎｅ［ｔ］、及び色中心ｎｃｃ［ｔ］におけるポピュレーションを増加又は欠乏させている。片側矢印は、レーザー吸収を表しており、且つ、両側矢印は、励起された吸収及び放出の両方を表していることに留意されたい。図７の右側のパネル内には、システムのコヒーレントに駆動された部分が同一のポピュレーションの迅速な発振（ｎｇ←→ｎｅ）を示す状態において、電子レベルのポピュレーションの滑らかで単調な増加及び欠乏を予測するレート式が提供されている。３つのレベルの初期状態は、図７の右側のパネルの下部行において提供されている。図８は、％Ｔ対時間計測値のための０．７ｍｍのＥａｇｌｅガラス基材を通じた３５５ｎｍレーザーの透過率（％Ｔ）用の実験構成の図である。図８を参照すれば、診断パッケージングは、約５〜６Ｗが平均パワーである状態において、溶融シリカウィンドウ及びＥａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）ガラスシートを通過した後のＵＶパルスの積分されたエネルギー及び時間的な波形を計測することができる。
【００３９】
以下の式（１）は、例えば、透過（ｔｒａｎｓ）対時間のデータに関係した実験によって観察可能な吸収度（Ａｂｓ）対時間を表している（１≒Ａｂｓ＋Ｔｒａｎｓ）。解は、増大する且つ減衰する指数の合計であってよいが、以下の式に単純化することができる。
【００４０】
【数１】
0006333961.tif 000002
【００４１】
ここで、αは、線形吸収係数（ｃｍ−１）を表し、Ｉは、レーザー束（光子／ｃｍ２・秒）を表し、σｇは、基底状態吸収断面積（ｃｍ２）を表し、σｅｓａは、励起状態吸収断面積（ｃｍ２）を表し、σｃｃは、色中心吸収断面積（ｃｍ２）を表し、ｋｅｃは、過渡的色中心レートを表し、且つ、ｋｆは、蛍光減衰レートを表している。式（１）及び図８を参照すれば、本開示の実施形態において色中心形成が有する役割を観察することができる。図９は、本開示の一実施形態によるプロットである。図９を参照すれば、α＝０．０１ｃｍ−１、Ｉ＝４．６・１０−２１光子／ｃｍ２・秒、σｇ＝１．２０・１０−１７ｃｍ２、σｅｓａ＝１．２１  １０−１７ｃｍ２、σｃｃ＝２．２０  １０−１３ｃｍ２、ｋｅｃ≒ｋｆ≒１．０  １０７秒−１という特定の非限定的なレーザー−ガラス相互作用パラメータの場合の色中心形成が存在する状態における（図示されている円弧）及び色中心形成が存在しない状態における（図示されている直線）式（１）のプロットが提供されている。σｃｃ＝０と設定することにより、線形依存性を実現することができた。次いで、％透過率を％透過率＝１００−％吸収度という関係によって形成した。要するに、図９に示されているように、妥当に選択されたパラメータ値を使用した場合に、色中心形成項を単純にゼロ化する（即ち、σｃｃ＝０と設定する）ことにより、円弧が直線に変換されるということである。限定を伴うことなしに、Ｅａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）、Ｌｏｔｕｓ  ＸＴ（登録商標）、Ｗｉｌｌｏｗ、及びＷｉｌｌｏｗ−Ｗｉｌｌｏｗ、Ｗｉｌｌｏｗ−Ｌｏｔｕｓ、及びＷｉｌｌｏｗ−Ｅａｇｌｅという組合せを含む実験的にレーザー溶接されたガラス基材は、一般にこの曲がりを有していた。
【００４２】
図１０は、ガラス境界面における例示用のＬＭＧ薄膜層からＥａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）ガラス基材内への拡散を分析するプロットを提供している。図１０を参照すれば、ＴＯＦ−ＳＩＭＳを適用することにより、適切なレーザー溶接条件下において例示用の非限定的な組成（３８％のＳｎＯ、４０％のＳｎＦ２、２０％のＰ２Ｏ５、２％のＮｂ２Ｏ５）を有すると共に約０．８μｍの厚さを有するガラス境界面におけるＬＭＧ薄膜層からＥａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）ガラス基材内への可能な拡散を分析した。オリジナルの境界面（ａ、ｂ）における及びレーザー溶接に曝露された境界面（ｃ、ｄ）におけるＦ及びＳｎラインスキャンは、フッ素が境界面から離れる方向に約２分の１マイクロメートルだけ移動すると共に、平均すると、スズが大きくは動かない状態において、境界面から離れる方向の拡散の範囲が小さいことを示している。従って、図１０は、例示用の基材内への大規模なＬＭＧ材料の拡散の欠如を示す証拠を提供している。類似の内容は、その他の例示用の無機薄膜（ＵＶＡやＩＲＡなど）の場合にも観察される。ＣＴＥ８７０ＣＨＭ＝１８ｐｐｍ／°Ｃ対ＣＴＥＥＸＧ＝３．１ｐｐｍ／°Ｃという境界材料の間における見かけの大きなＣＴＥ不整合に基づいて本開示の実施形態において利用されている移動性原子種の格段に大きな拡散を予想しうるが、層間剥離は、観察されなかった。むしろ、６００℃程度に高い温度の反復的サイクル処理は、任意の残留応力を除去し、その結果、相対的に強力な結合が得られるように見えた。結果的に得られた無機薄膜は、個々のガラス基材内のＣＴＥ不整合に起因した層間剥離力が結合力を格段に下回るように、十分に薄かった。これは、接着された薄膜の堆積応力からのラミネート構造の複合応力が、薄膜の厚さの三乗と比例するという知識に対応している。
【００４３】
図１１は、厚さが異なるガラスシートの間におけるレーザー溶接の実行の概略図である。図１１を参照すれば、極めて薄いＷｉｌｌｏｗガラス（０．１ｍｍ）をＥａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）ガラス（０．７ｍｍ）に溶接することにより、即ち、「非対称」のケースにおいては、不良な溶接が結果的に得られる可能性があることが判明した。「対称」なＥａｇｌｅ−Ｅａｇｌｅのケース（図１１の左側）においては、ガラス境界面に沿って高温ゾーンを掃引して優れた溶接を実行した。それぞれの描画の下方には、個々の温度分布が示されている。但し、例えば、Ｗｉｌｌｏｗ−Ｅａｇｌｅを溶接する際（図１１の中間の図）などのように、厚さの異なる厚いガラスシートを使用した際には、いくつかのケースにおいて不良な溶接を結果的にもたらしうる非対称な熱ゾーンが発生する。但し、例示用の実施形態は、任意の熱を散逸させると共に薄いガラスシートを冷却して高温ゾーンを事実上回復させ、その結果、強力な溶接結合の形成をもたらしうる熱伝導性プレートの使用により、図１１の右側に示されているこの非対称溶接問題に対する解決策を提供することができる。従って、本明細書において記述されているいくつかの実施形態は、異なる厚さを有するレーザー溶接ガラスシートに対する熱伝導性プレートの使用を利用することができる。
【００４４】
以上の説明は、（類似の又は異なる寸法、形状、及び／又は厚さの）ガラス基材に対するガラスのレーザー溶接について記述しているが、実施形態は、限定を伴うことなしに、境界伝導性薄膜を有するか又は有していないセラミック、ガラス−セラミック、金属、及びこれらに類似したものなどの非ガラス材料の基材又はシートにも同様に適用可能であることから、これは、添付の請求項の範囲を限定するものではない。例えば、図１２は、ＩＴＯリード上におけるレーザー溶接の範囲を判定する実験の図である。図１２を参照すれば、ＬＭＧによって被覆されたＥａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）スライドは、図の左側のパネル内において、ＩＴＯによって被覆されたＥａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）スライドに対してレーザー溶接された状態で示されている。この実験においては、マスクを通じた反応性スパッタリングにより、１００ｎｍのＩＴＯ薄膜をＥａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）基材上に堆積させた。基材の熱による加熱が反応性スパッタリング堆積の前に、最中に、又は後において利用されなかったことを反映する２３Ω／ｓｑという標準偏差を有する約１２６Ω／スクエア（Ω／ｓｑ）という相対的に大きな平均シート抵抗値を有するＩＴＯ薄膜が結果的に得られる条件を選択した。ＩＴＯ薄膜は、図１２においては、写真において対角線状に分布した別個の黄色がかった又は陰影が付与されたストリップとして出現している。レーザー溶接の前に、図示の距離にわたって３５０Ωというマルチメータ計測値が記録された。次いで、ＬＭＧによって被覆されたＥａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）スライドをＩＴＯによって被覆されたＥａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）スライドに対してレーザー溶接し、これにより、レーザー溶接ラインは、非常に、別個であり、強力であり、透明であり、且つ、対角線状に分布するが、反転されることが判明した。図１２の右側のパネル内において、以前に使用された同一の距離におけるＩＴＯリードに跨る抵抗値のレーザー溶接後の計測値は、抵抗値を３５０Ωから１２００Ωに増大させることが観察された。導電率の降下は、ＩＴＯ薄膜が３５５ｎｍの放射を吸収したことに伴うＩＴＯ薄膜の部分的な損傷に起因していた。但し、過熱に起因したＩＴＯ薄膜の損傷を回避するべく、実施形態は、境界面における温度が無被覆のガラス基材からＩＴＯ薄膜基材に、又はこの逆に、遷移しないように、レーザーパラメータ（例えば、可変ピークパワー、可変反復レート、可変平均パワー、ビームの可変平行運動速度、電極パターン、ＬＭＧ薄膜の厚さなど）を変更することができる。
【００４５】
図１３は、ＩＴＯのパターン化薄膜上において形成されたレーザー封止ラインの更なる写真を提供している。図１３の左側のパネルを参照すれば、この場合にもＩＴＯから製造されると共に約２５０ｎｍの厚さを有する別の電極タイプを異なる供給源から入手した。このＩＴＯ薄膜は、連続的であり、本明細書において記述されている方法を使用することにより、その上に封止を形成した。約１０ｍｍの距離における初期抵抗値は、２２０Ωであるものと計測された。クリアガラスから電極エリアに遷移する際に、一定の速度及びパワーにおいて、レーザー封止を実行した。封止が実行された後に、ＩＴＯ上の封止が約１０〜１５％だけ相対的にわずかに幅が広い状態において、クリアガラス及びＩＴＯ領域の両方の上部において、強力な封止が観察された。このような封止幅の増大は、クリアエリア内よりもこの領域において相対的に大きな熱が生成されたことを示唆しうる。又、レーザー放射によるか又は薄膜の異なる熱拡散特性による電極材料の吸収により、更なる熱生成を実現することも可能であり、且つ、いずれのケースにおいても、抵抗値は、大幅にではなく、約１０％だけ、２４０Ωに増大するものと計測された。又、これは、温度が無被覆ガラスとの関係において上昇した際に、相対的に高品質のＩＴＯ及び相対的に厚い薄膜は、導電性の劣化を示さなかったことをも示すことができる。クリアガラスから電極エリアに遷移する際にレーザー封止パワーを低下させることにより、余分な熱生成を低減することが可能であり、且つ、従って、ＩＴＯ内の抵抗率の劣化を減少させることができることに留意されたい。又、実験結果は、レーザービーム幅の２分の１〜３分の１の電極幅と、ビーム直径の２分の１〜３分の１の間隔と、を使用する際には、１つ又は複数の封止場所において（オリジナル電極と同一の合計幅を有する）電極アレイに分割された単一の電極が最適でありうることをも示唆している。２０ｍｍ／ｓ超という増大した封止速度によって実施された後の実験は、約２００Ωという開始抵抗値によって封止した後に、抵抗値の劣化が１〜２％未満であったことを示している。
【００４６】
図１４は、パターン化された薄膜上において形成された更なるレーザー封止ラインの一連の写真である。図１４を参照すれば、不透明なモリブデン金属電極により、類似の実験を実行した。図１４は、レーザー封止ラインがその上部において形成された連続的且つパターン化されたモリブデン境界薄膜の一連の写真を提供している。左側のパネル内において、連続したモリブデン薄膜の写真は、ひび割れた又は破壊されたモリブデン電極部分を有する相対的に異種の結合形成を示している。この場合にも、一定のレーザー封止パワーにおいて、均一なモリブデン電極は、完全には損傷されなかった。但し、均一な電極によるレーザー放射の吸収又は反射に起因し、加熱は、クリアガラス領域内よりも電極エリアにおいて格段に大きかった。これは、モリブデン領域上における封止の幅エリアの増大によって観察することができる。損傷しなかった１つのエリアは、クリア及び均一なモリブデンエリアの間の遷移ゾーンに位置していたのであり、これにより、封止イベントの際のパワー調節、レーザーパワー密度、レーザースポット速度、又はすべての３つのファクタの組合せにより、均一なモリブデン電極の場合の任意の過熱効果を克服することができることが示唆されていることに留意されたい。図１４の右側のパネル内においては、パターン化された又は穿孔されたモリブデン薄膜の写真は、その導電性に対する最小の摂動を、即ち、溶接の前の１４Ωから溶接の後の１６Ωへという摂動を、結果的にもたらす相対的に同質な結合形成を示している。この穿孔された領域上における封止は、格段に小さな加熱を示しており、且つ、従って、パワー変調方法に対する代替肢を提示している。又、低融解温度を有する金属（Ａｌ）による封止は、モリブデン（６５０℃対１２００℃）又は高融解温度を有するその他の金属との比較において、封止条件下において残存する可能性が低いことが判明したことから、電極金属は、慎重に選択する必要があることにも留意されたい。従って、結果は、レーザービーム幅の２分の１〜３分の１の電極幅と、ビーム直径の２分の１〜３分の１の離隔と、を使用する際には、封止場所において（オリジナル電極と同一の合計幅を有する）電極アレイに分割された単一の電極が最適でありうることを示唆している。従って、本開示の実施形態は、等しい又は異なる寸法、形状、及び厚さのガラス、金属、ガラス−セラミック、セラミック、及びその他の基材に対するガラスのレーザー封止に対して適用可能である。
【００４７】
大きな結合強度の透明なガラス−ガラス溶接の効率的な形成を有する本明細書において記述されている実施形態を利用しうる用途は、多数であり、且つ、限定を伴うことなしに、個体照明、ディスプレイ、及び透明真空絶縁技術を含む。特に、ガラスのレーザー溶接は、ｅビーム、アーク、プラズマ、又はトーチなどの多くの従来の溶接方法が簡単には提供できない小さな熱影響ゾーン（Ｈｅａｔ  Ａｆｆｅｃｔｅｄ  Ｚｏｎｅ：ＨＡＺ）などの効率性及び特徴を提供することができる。いくつかの実施形態においては、レーザーガラス溶接は、一般に、多くのガラスが不透過性を有する赤外線（ＩＲ）レーザー又は多くのガラスが透過性を有する超短パルスレーザー（Ｕｌｔｒａ−Ｓｈｏｒｔ  Ｐｕｌｓｅ  Ｌａｓｅｒ：ＵＳＰＬ）を使用した事前又は事後加熱を伴うことなしに進行することができる。いくつかの実施形態においては、ガラス基材組成及び境界分布ＩＲ吸収フリットを慎重に選択することにより、密封ガラス「サンドイッチタイプ」レーザー封止型パッケージを可能にすることができる。いくつかの実施形態においては、超短パルス化レーザーは、例示用のガラス基材内の表面又は内部地点において合焦することが可能であり、且つ、多光子又は雪崩イオン化などの非線形プロセスによる吸収を誘発することができる。
【００４８】
以上においては、（融解温度の半分程度に低い）その低温結合形成と、接触及び圧力条件に対する要件と、に起因し、吸収低融点ガラス境界薄膜に依存すると共に拡散溶接に帰されうる低パワーレーザー溶接プロセスについて記述した。上述のように、いくつかの効果は、温度増大を事実上加速させるべく、例えば、入射レーザー波長における吸収低融点ガラス薄膜、ガラス基材内に形成されるレーザー誘発色中心、及び基材内における熱誘発吸収などのような強力な結合形成と共に、レーザー溶接ガラスシートにおいて顕著であった。
【００４９】
但し、いくつかの実施形態においては、入射波長（例えば、３５５ｎｍ）において高度な吸収性を有する多くの薄膜は、高結合強度のレーザー溶接を誘発するのに十分なものである可能性がある。例えば、ＺｎＯ又はＳｎＯ２などのその他の薄膜は、本明細書において記述されているいくつかの例示用の低融点ガラス組成とは、化学的に異なっているが、相対的に低い光束において同一のレーザー溶接能力を共有している。従って、低融点特性は、いくつかの低融点ガラス組成（〜４５０℃）との比較におけるＺｎＯの融解温度（１９７５℃）に鑑み、いくつかの実施形態においては、不要でありうることが判明した。但し、これらの薄膜の統合特性は、実質的に３５５ｎｍにおいて放射を吸収し、ＺｎＯの吸収度が、〜４５％（２００ｎｍの厚さの薄膜）であり、且つ、低融点ガラスの場合に、〜１５％（２００ｎｍの厚いの薄膜）であるというものであることが判明した。又、本明細書において記述されている例示用の方法は、石英を、即ち、純粋な溶融シリカ基材を、換言すれば、色中心を有していない基材を、レーザー溶接することが可能であることも判定された。従って、色中心は、必ずしも、不可欠ではないが、例示用の薄膜の吸収が小さい（例えば、〜Ａｂｓ＜２０％）際には、いくつかの実施形態において、必要とされうることが判定された。
【００５０】
図１５は、いくつかの実施形態による別の方法の概略図である。図１５を参照すれば、画定されたビーム幅ｗを有する非合焦レーザー１５が、１つのシートの内部境界面が吸収薄膜１９によって被覆された状態において２つのガラスシート１７、１８を接触させることによって形成されたサンドイッチタイプ構造１６上に入射している。ビームが円筒形であるものとして示されているが、ビームは、円錐形又は別の適切な形状であってもよいことから、このような図示は、添付の請求項の範囲を限定するものではない。薄膜材料は、入射レーザー波長におけるその吸収度について、選択することができる。レーザー１５は、既定の速度ｖｓにおいて平行運動させることが可能であり、且つ、その際に、平行運動するレーザービームは、所与のスポットを効果的に照射することが可能であり、且つ、滞留時間ｗ／ｖｓによって特徴付けされうる。いくつかの実施形態においては、溶接又は結合イベントにおいて穏やかな圧力を印加することにより、溶接を最適化するべく任意の１つ又は複数のパラメータが調節される状態で、クリーンな表面の間における接触の維持を保証することができる。例示用の非限定的なパラメータは、レーザーパワー、速度ｖｓ、反復レート、又はスポットサイズｗを含む。
【００５１】
図３を参照して上述したように、最適な溶接は、３つのメカニズムの、即ち、レーザー放射の例示用の薄膜及び／又は基材による吸収並びにこの吸収プロセスに基づいた加熱効果、一時的であると共に処理条件に依存しうる加熱効果（相対的に長い波長へのバンドギャップのシフト）に起因した薄膜及び基材の吸収の増大、並びに、ＵＶ放射によって生成される欠陥又は不純物の吸収又は色中心の吸収の、関数でありうることが判明した。熱分布は、このプロセスの重要な側面である可能性があり、且つ、以下の説明を使用することにより、境界面における静的な吸収を仮定した場合の２つの基材の間の境界面における温度分布の理解を支援することができる。
【００５２】
Ｅｌ−Ａｄａｗｉは、大きな半無限スラブ基材上における厚さＺの吸収薄膜からなる２層積層体のレーザー加熱の分析モデルを開発した。それぞれの材料内の熱分散式を整合した境界条件によって解くことにより、Ｔｆ（ｔ，ｚ）、Ｔｓ（ｔ，ｚ）という薄膜及び基材に伴う時間及び位置の関数としての温度の式を得ている。Ｅｌ−Ａｄａｗｉのモデルは、吸収が表面内においてのみ発生すると共に相変化が発生しないように、薄膜及び基材の熱特性（拡散率Ｄ、伝導率ｋ、熱容量Ｃｐ）が固定されていると仮定した。ラプラス変換を使用することにより、次式のような指数及び誤差の（補完的）関数項を有する合計を得ており、
【００５３】
【数２】
0006333961.tif 000003
【００５４】
ここで、Ａｆは、薄膜の表面吸収度を表しており、Ｉｏは、レーザー束（光子／ｃｍ２・秒）を表しており、ｎは、整数（０≦ｎ≦∞）を表しており、且つ、すべてのサブスクリプトｆは、薄膜パラメータを意味する一方で、サブスクリプトｓは、基材のパラメータを意味しており、Ｂ及びεは、Ｂ＝１−ε／１＋ε＜１、ε＝（ｋｓ／ｋｆ）√（Ｄｆ／Ｄｓ）という材料特性に関係しており、Ｌｆも、時間ｔを含み、Ｌ２ｆ＝４Ｄｆｔである。薄膜層の時間及び空間範囲は、それぞれ、０＜ｔ、０≦ｚｆ≦Ｚとして提供することが可能であり、ここで、Ｚは、薄膜の厚さを表している。基材層の時間及び空間範囲は、それぞれ、ｔｓ＜ｔ、Ｚ≦ｚｓ≦∞として提供され、ここで、ｔｓは、初期レーザー薄膜入射の後に薄膜の裏面の温度が室温からの逸脱を開始するのに所要する時間（ｔｓ＝Ｚ２／６Ｄｆ）を表している。膨張係数は、以下の式を通じて独立した変数及び材料特性に関係付けられている。
【００５５】
【数３】
0006333961.tif 000004
【００５６】
図１６は、いくつかの実施形態における２層レーザー加熱表面吸収モデルである。図１６を参照すれば、パルス化ＵＶ（３５５ｎｍ）レーザー２０は、１μｍのＵＶ吸収薄膜２３と７００μｍのＥａｇｌｅ−ＸＧ基材２４を有する２層積層体２２に入射するものとして示されている。Ｅａｇｌｅ−ＸＧ積層体２２内の溶接境界面から離れる方向の空間的な温度分布は、６ワットの平均パワーを供給するパルス化（３０ｋＨｚ、１０ｎｓのパルス幅、５００μｍ幅のレーザービームウエスト直径）された３５５ｎｍのレーザーを仮定することにより、式（２）から算出及びプロットすることができる。次いで、異なるレーザー掃引速度（２ｍｍ／ｓ、５ｍｍ／ｓ、１０ｍｍ／ｓ、及び２０ｍｍ／ｓ）を使用した。約２００ｎｍの厚さを有する３５５ｎｍにおけるスズフルオロリン酸塩ＬＭＧ材料に典型的な値である１５％というＵＶ薄膜吸収度を計算のために利用した。このＥａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）基材又は積層体２２内における温度分布をプロットすることにより、低速で運動するレーザービームは、相対的に高速の運動するビームとの比較において相対的に長く所与のレーザー溶接サイトに滞留するのに伴って、異なるレーザー掃引速度の使用に起因した温度分布変動が観察された。例えば、２ｍｍ／ｓで運動する５００μｍ幅のレーザービームが所与の溶接スポットにおいて滞留する有効時間は、０．２５秒であり、２０ｍｍ／ｓで掃引されるレーザービームの場合には、０．０２５秒のみ滞留した。
【００５７】
又、図１７において示されているように、異なるレーザーパワー又は異なる吸収度を有する薄膜の使用に起因した温度変動も調査した。図１７は、いくつかの実施形態における一連の温度変動プロットである。図１７を参照すれば、２層レーザー加熱モデル（式（２））を使用することにより、レーザーパワー及び薄膜の吸収度に対するガラス基材の温度分布の依存性をプロットした。図１７においては、図１６において使用したものと同一のレーザーパラメータを使用している。更に詳しくは、λ＝３５５μｍ、ビームウエスト＝５００μｍ、反復レート＝３０，０００Ｈｚ、及びパルス幅＝１０ｎｓというパラメータを有するパルス化ＵＶレーザーを使用した。図１７の左側のパネル内において観察できるように、基材温度分布に対するレーザーパワーの影響は、図１７の右側パネル内の吸収度の相対的に高い次数の挙動と比べた場合に、相対的に線形であるように見えた。この挙動は、パワーＩｏと吸収度Ａｆが結合された状態に見える式（２）からは、明らかではない。吸収度は、膨張係数ｂｎ及びｇｎが多少関係している有効薄膜厚さｚｆに対して間接的に影響を及ぼしうる。対照的に、Ｉｏは、膨張係数ｂｎ及びｇｎと関連付けられた関数的な関係を伴うことなしに、独立している。
【００５８】
図１８は、いくつかの実施形態における掃引レーザーの滞留時間内において堆積された平均エネルギーの一連のプロットである。図１８を参照すれば、滞留時間は、その値及び単位が独立した可変ｘ−ｙプレーン内において示されているレーザー掃引速度とレーザーパルス反復レートの両方に依存していることがわかる。これらの計算は、いくつかの実施形態において良好なレーザーガラス溶接を結果的にもたらしうる２５％の薄膜吸収度、５００マイクロメートルのレーザービーム幅、及び１０ｎｓのレーザーパルス幅を仮定している。図１８においては、図示のプレーンにより、それを超過した場合に良好なレーザー溶接が発生する閾値パワー（６Ｗの場合には、１１ａ、２０Ｗの場合には、１２ａ）が示されており、これは、実験から経験的に推定される。上部及び下部プロット又はパネルは、６ワット対２０ワットという使用されるレーザーパワーの量において異なっている。図１８の両方のプロットの比較は、低入射レーザーパワー（例えば、６ワット）におけるレーザー速度及び反復レートのわずかな変動が、十分なレーザー溶接を誘発するために必要とされるものよりも格段に大きな入射パワーを発生しうることを示唆している。相対的に大きな反復レートの方向における初期レーザー溶接条件（３０ｋＨｚ、２ｍｍ／ｓレーザー掃引速度）から離れる方向のわずかな偏位でさえ、不必要な入射パワー密度を結果的にもたらすことになろう。相対的に大きなレーザー掃引速度は、ガラス基材をレーザー溶接するのに必要とされる不十分な量のエネルギーを迅速に提供しており、これは、速度に対するレーザー滞留時間の逆依存性対レーザー反復レートに対する線形依存性の結果である。相対的に大きな入射レーザーパワー（例えば、２０ワット）においては、相対的に大きなプラトー領域又はプロセスウィンドウ１１ｂ、１２ｂが利用可能となり、この場合には、速度及び反復レートにおける小さな偏位は、過剰なエネルギーの発生を伴うことなしに、十分なレーザー溶接条件を保持している。両方のプロットにおけるプロセスウィンドウ１１ｂ、１２ｂは、レーザー溶接又は結合の最適化を促進することができる。
【００５９】
図１９は、ＩＲ放射源による加熱の際の３５５ｎｍにおけるＥａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）及びＬｏｔｕｓ  ＸＴ（登録商標）ガラスの透過のプロットである。図１９を参照すれば、Ｅａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）及びＬｏｔｕｓ  ＸＴ（登録商標）基材が１０．６μｍにおいて赤外線ＣＯ２レーザーによって照射された際の実験を通じて、ガラス境界面の吸収特性に対する温度変化の影響を判定した。３５５ｎｍにおけるこれらの基材の結果的に得られる透過は、ＣＯ２レーザー放射によって生成される温度に応じて大幅に変化することがわかる。要するに、いくつかの実施形態における境界加熱は、薄膜のみならずガラス基材の両方内における境界面における相対的に効果的な吸収をもたらしうるということである。
【００６０】
図２０は、いくつかの実施形態における加熱の際の３５５ｎｍにおけるガラスの透過のプロットである。図２０を参照すれば、放射されたエリア内における更なる吸収をもたらしうるＵＶ放射に起因した色中心形成は、薄膜及びガラス基材の両方の内部において発生しうることが判明した。結果的に得られる温度の増大に起因したＥａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）及びＬｏｔｕｓ  ＸＴ（登録商標）ガラス基材に対する３５５ｎｍの透過の効果は、図２０内において観察することができる。温度の増大は、図１９に示されている加熱と色中心形成の効果の組合せに帰すことができる。
【００６１】
図２１は、いくつかの実施形態におけるＵＶ放射の最中の且つ後の薄膜及び基材の透過に対する効果のプロットである。図２１を参照すれば、第１曲線３０は、２００ｎｍのＺｎＯ薄膜を有する０．６ｍｍのＥａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）基材の透過を表している。第２曲線３１は、３５５ｎｍのレーザー源、３０ｋＨｚの反復レートを有する３Ｗ／ｍｍ２の放射に起因した過渡的な吸収（即ち、既存の吸収に加わる吸収）を表している。この第２曲線３１は、色中心及び温度に起因した誘発吸収を含む。第３曲線３２は、レーザー放射がターンオフされた、即ち、温度が周辺条件に回復されると共に色中心が部分的に消滅した後の誘発吸収を表している。４２０ｎｍ以上の大きな透過を有するこれらの実施形態においては、いくつかの永久的な吸収変化が存在していることに留意されたい。この効果は、薄膜の存在に起因するものであり、且つ、薄膜を伴わない無被覆の基材との比較において大幅に増幅されている。薄膜及び基材におけるいくつかの変化は、第３曲線３２において観察されるように永久的でありうるが、これは、可視透過に対して影響を及ぼさない。これらのＵＶに基づいた放射の効果に加えて、薄膜単独の吸収に基づいて、望ましい温度上昇及び融合が発生可能であり、且つ、この効果も、後述するように、ＩＲ吸収薄膜によって実現されうることがわかる。従って、図２１に示されているように、いくつかの例示用の薄膜は、ＵＶ放射の温度及びパワー密度の関数として温度及び色中心形成を示すことができる。
【００６２】
図２２は、いくつかの実施形態における吸収対波長のプロットである。図２２を参照すれば、一実施形態は、処理条件に応じて２つの異なる酸化状態２＋及び３＋でありうるＦｅＯに基づいたガラスによって製造された薄膜を含んでいた。この例示用の非限定的なシリカに基づいたガラス薄膜は、約１０〜１５重量％超のＦｅＯを有し、その等しい割合がＦｅＯ及びＦｅ２Ｏ３であった。図２２において示されているように、Ｆｅ２Ｏ３は、ＮＩＲ波長において強力な吸収を示し、且つ、１０６４ｎｍの波長においてＹＡＧレーザーによって照射されうることが判明した。このケースにおける可視透過は、約０．０２未満であり、且つ、約４２０〜約７００ｎｍの減衰を損なわない。１０６４ｎｍにおける吸収は、約０．１であるものと判明し、且つ、例示用の薄膜は、その融点を超過して十分なレーザーパワーによって加熱し、且つ、レーザー溶接することが可能であった。当然のことながら、ＩＲ吸収薄膜及びその他のＩＲレーザーのその他の例が想定されることから、添付の請求項は、このように限定されるものではない。
【００６３】
図２３は、Ｅａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）ガラス上の例示用の低融点ガラス薄膜におけるレーザー封止又は結合ラインの写真である。図２４は、Ｅａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）ガラス上の例示用の低融点ガラス薄膜における交差するレーザー封止ラインの写真である。図３３及び図３４は、いくつかの実施形態における溶接ラインの写真である。図２３、図２４、図３３、及び図３４を参照すれば、異なる条件においてＵＶレーザーによって実施された例示用の溶接が示されている。更に詳しくは、図２３は、Ｅａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）ガラス上の１μｍの厚さの低融点ガラスフィルムを使用した２００μｍのレーザー封止ラインを示しており、且つ、図２４は、Ｅａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）ガラス上の１μｍの厚さの低融点ガラス薄膜を使用した２つの４００μｍのラインの交差を示している。溶接、封止、又は結合ラインの幅は、個々の基材の境界面におけるスポットサイズの変更により、変化させることができる。又、実験の際に、薄膜又は基材のいずれにも、いずれのケース（単一又は交差する溶接）においても、亀裂が形成されなかったことに留意した。図３３を参照すれば、２つの基材の中間に位置する１μｍの低融点ガラス薄膜を有するＬｏｔｕｓ  ＸＴ（登録商標）ガラス積層体内において、レーザー溶接ラインを観察することができる。溶接条件は、１ＭＨｚの反復レート、１０Ｗのレーザーパワー、及び１９０μｍのライン幅を結果的にもたらす１００ｍｍ／ｓの平行運動速度を含んでいた。図３４を参照すれば、１μｍの低融点ガラス薄膜を有するＥａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）ガラス積層体内の交差するレーザー溶接ラインを観察することができる。溶接条件は、１ＭＨｚの反復レート、４Ｗのレーザーパワー、及び８０μｍのライン幅を結果的にもたらす２００ｍｍ／ｓの平行運動速度を含んでいた。
【００６４】
図２５は、いくつかの実施形態におけるレーザー溶接の際に観察された境界面接触形状の範囲の概略図である。図２５を参照すれば、左側のパネルは、「Ｒａ」範囲内において発生する境界面条件を表しており、この場合に、ギャップの厚さｔｇａｐは、Ｒａ値によって統計的に特徴付けられる局所的な表面粗度によって支配されており、凹凸の面内空間分布は、空間相関長によって特徴付けられている。図２５の右側のパネルは、「埃」範囲内において発生する境界面条件を表しており、この場合に、ギャップの厚さｔｇａｐは、優勢な埃粒径分布の統計によって支配されており、面内空間分布は、埃密度分布によって支配されている。従って、Ｒａ範囲内のギャップの厚さは、１ナノメートル未満ほどに小さな極めて滑らかな値（例えば、結晶質の範囲）から市販のガラス（例えば、ソーダライム、ホウケイ酸塩）の典型的な値を表す上部範囲における数十ナノメートルにまで至るガラス基材の表面統計値に依存していることがわかる。
【００６５】
レーザー溶接の力学の基礎をなす潜在的なメカニズムである拡散−溶接クリープ流を調査することにより、いくつかの実施形態において、相対的に低温の結合形成がガラス基材の融解温度の低くは半分において発生し、且つ、接触及び圧力条件が必要とされうることがわかる。ギャップ内への大部分の基材材料の大量搬送は、基材の歪点超の温度によって起動される高温で膨れる膨張ガラスと一貫性を有する方式によって発生する。この材料の運動は、拡散溶接モデル内において通常見出されるクリープ流の様々な形態、即ち、粘性の、可塑性の、又は拡散性の、搬送プロセス、のうちの１つによって表現することができる。これらのモデルは、しばしば、金属溶接の説明において使用されているが、これらは、相対接触面積Ａｃ／Ａ０の概念と、図２６に示されているその動的な発生と、を使用することにより、このケースについて適合させることができる。図２６は、一定の印加圧力Ｐｅｘｔ下における境界ギャップ領域のレーザー溶接の際の相対接触面積Ａｃ／Ａ０の進化の概略図である。図２６を参照すれば、上部のパネル内においては、時間＝０であり、且つ、相対接触面積Ａｃ／Ａ０の初期条件＝０である。中間のパネルにおいては、時間は、０を上回っており、これにより、Ａｃ／Ａ０＞０である境界ギャップ領域の中間状態を示している。下部ペインにおいては、時間は、既定点に位置しており（ｔ≒末尾）、この場合に、溶接又は結合は、基本的に完了しており、且つ、ギャップは、事実上、存在しておらず、Ａｃ／Ａ０≒１である。図２６によって類型化されている拡散溶接された境界面の形成は、化学的結合が形成される距離に収束する相対接触面積Ａｃ／Ａ０の進化を仮定している。これらの動力学を表現するべく、次式のように、近似を利用することが可能であり、
【００６６】
【数４】
0006333961.tif 000005
【００６７】
ここで、ｋは、定数を表しており、ｐは、圧力を表しており、ｎは、圧力指数を表しており、且つ、Ｑは、特定のレート制御クリープ流メカニズムの起動エネルギーを表している。ｎの値は、粘性の大量搬送の場合には、ｎ＝１であり、可塑性流の場合には、ｎ＝２であり、蒸発／凝縮搬送の場合には、ｎ＝３であり、且つ、拡散搬送の場合には、ｎ＞３であるというように、レート制御メカニズムと相関させることができる。
【００６８】
式（４）は、研究においていくつかの力学的力の推定におけるガイドとして利用することが可能であり、その理由は、この式が等温条件を仮定しているからである。この力学的な調査を開始するべく、且つ、Ｅａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）（軟化点：９７１℃）に対するその類似性に起因し、低軟化点のホウケイ酸塩ガラスの高温クリープ（７００℃〜７５０℃）の８００℃〜９５０℃の範囲における３点曲げ実験研究の文献からのパラメータを使用することが可能であり、この場合には、すべてのクリープの段階について、変形挙動が、高速及び低速クリープ領域の両方の場合に、粘性流によって制御された線形の粘弾性を示すことが判明している。いくつかのレーザー溶接実験に類似した条件（９５０℃）を伴って、高速クリープ領域データ（ｎ＝１、Ｑ＝１６０ｋＪ／モル、及びｋ＝０．０００４８Ｐａ−ｌｓ）を使用することにより、約０．１ＭＰａという公称印加圧力のものを上回る７３．６ＧＰａ及び３．１ｐｐｍ／℃というＥａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）の公称係数及びＣＴＥ値の適用を仮定した場合に、９５０℃において、溶接エリアの合計有効圧力Ｐｔｏｔａｌを６００ＭＰａとして推定することができる。この上部境界推定は、図２７に示されている平面状の境界面領域の上方において膨れると共に膨張する基材ガラス及び薄膜材料を示す計測された実験データに基づいたものであった。図２７は、通常のレーザー溶接条件を使用した一実施形態のレーザー掃引領域上における側面計のトレースを示している。図２７を参照すれば、下部の図は、３５５ｎｍ、３０ｋＨｚ、４ｍｍ／秒の平行運動レートという条件下において２つの連続的なレーザー掃引に曝露された単一の低融点ガラス（１μｍの厚さの薄膜）によって被覆されたＥａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）基材を表している。図２７の上部の画像は、隆起した形態を示すこれら２つの溶接領域上における側面計の単一ラインのトレースである。
【００６９】
温度が９５０℃において固定されていると仮定した場合にも、その条件下の粘性流メカニズムが、拡散溶接を形成すると共にそれを完了まで駆動するのに十分なものであるかどうか（Ａｃ／Ａ０≒１）に留意されたい。図２８は、このケースに対するある程度の洞察を提供している。図２８は、いくつかの実施形態における溶接レート推定の比較を提供する一連のプロットである。図２８を参照すれば、溶接レート推定の比較は、低歪及び軟化点のホウケイ酸塩ガラスのクリープ流パラメータ及び６００ＭＰａという有効溶接圧力を使用した式（４）に基づいたものであってもよい。２つのプロットは、粘性流が優勢か（左側のプロット）又は可塑性流なのか（右側のプロット）の仮定においてのみ異なっている。０．２５秒のレベルの滞留時間は、約６ワット及び３０ｋＨｚのレーザー反復レートの条件下において強力なレーザー溶接をもたらすことを想起すれば、粘性流の解釈には、疑問が生じる余地があり、且つ、図２８の左側のプロットは、強力な溶接形成を説明しうる、例えば、可塑性流などのその他のメカニズムを示唆している。
【００７０】
図２９は、いくつかの実施形態の偏光分析計測値及び画像の概略図である。図２９を参照すれば、境界溶接結合の近傍の例示用のレーザー溶接プロセスの結果として得られる残留応力場を調査することができる。例えば、図２９の上部のパネルは、１つの内部表面が１μｍの厚さの低融点ガラス薄膜によって被覆された状態における２つの０．７ｍｍのＥａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）ガラス基材の間のレーザー溶接の近傍における応力場の偏光分析計測を示している。上部左側のパネルは、２０ｍｍ／秒、１４ワット、２００μｍのビーム幅、及び１５０ｋＨｚの反復レートという条件下における３５５ｎｍのＵＶレーザーの掃引から得られるレーザー溶接からの残留応力場の偏光分析画像を提供しており、且つ、上部右側のパネルは、この残留応力場の３次元レンダリングを提供している。図２９の下部のパネルには、伝播する応力場と、求められているレーザー溶接条件からのその場所の分析的依存性と、を示す図が提供されている。優勢なレーザー溶接条件下における伝播する応力場の場所に対する影響を推定することができる。但し、分析モデルは、単純な構造を半無限体又はスラブとして取り扱う傾向を有する。式（２）は、複雑な解決策が、時間依存性融解又は応力フロントの導入によって迅速に解決困難となりうる２層系用となりうる方式を示している。融解の１つのモデルは、表面においてすべてが吸収される入射レーザー放射を伴うヒートシンクに接続されたスラブを考慮したものである。このモデルは、融解時間が遷移時間未満である１つの領域（例えば、スラブの後端が室温から増大するのに所要する時間）と遷移時間を上回る融解時間用の第２領域という２つの時間領域を考慮したものである。又、このモデルは、液体と固体との間における伝播する境界面に適用される熱平衡式をも想定しており、
【００７１】
【数５】
0006333961.tif 000006
【００７２】
ここで、項は、Ｚが融解フロントの場所を表しており、ＱＬが融解の潜熱を表しており、且つ、熱流が一次元であり、光放射が表面において吸収され、且つ、熱材料特性が、時間依存状態に留まっているという点を除いて、式（２）において使用されているものと同一である。次いで、熱−物理的且つレーザーパラメータの関数である係数を有するＺ及びｄＺ／ｄｔの両方において、二次式を導出することができる。伝播する応力場の依存性を理解するべく、Ｅａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）の融解（溶融）の潜熱を本発明者らの以前のＥａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）代替肢であるその有効分子重量によって正規化（１６０ｋＪ／モル）／（０．２６６ｋｇ／モル）された低歪点のホウケイ酸塩ガラスからのクリープ流の起動エネルギーによって置換することにより、伝播するレーザー融解フロント分析モデルを変更してもよい。熱が、溶接の際にスラブ基材の背面から散逸されないケースを考慮すれば、結果的に得られる式は、次式のように、レーザー及び材料特性に対する興味深い依存性を示し、
【００７３】
【数６】
0006333961.tif 000007
【００７４】
ここで、Ｚは、クリープフロントの場所を表しており、ｌは、基材の厚さを表しており、Ｃｐは、基材の熱容量を表しており、Ａは、基材の吸収度を表しており、Ｒは、基材の反射率を表しており、ΔＴｍは、クリープ流の維持に必要とされる周辺からの伝播する温度の増大を表しており（例えば、ΔＴｍ＝Ｔｓｔｒａｉｎ−Ｔａｍｂｉｅｎｔ）、ｐは、基材の密度を表しており、λは、基材の熱伝導率を表しており、Ｉ０は、レーザー放射照度（Ｗ／ｍ２）を表しており、且つ、ｔは、時間を表している。
【００７５】
図３０には、パワーの依存性が示されており、これにより、溶接の際に単純にレーザーパワーを増大させることにより、過剰なエネルギーが相対的に大きな応力を結果的にもたらすことに伴って、境界面領域を超えて相対的に大きな応力が誘発されうることがわかる。図３０は、例示用の溶接ラインからの応力の場所を提供するプロットである。図３０を参照すれば、例示用の溶接ラインからの応力の場所は、式（６）を使用することによって判定することが可能であり、この場合に、利用されるパラメータは、波長＝３５５ｎｍ、ビームウエスト＝５００μｍ、反復レート＝３０，０００Ｈｚ、パルス幅＝１０ｎｓ、ｖｓ＝２ｍｍ／秒、滞留時間＝０．２５秒、Ｅａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）の厚さ＝０．７ｍｍ、及びＴｓｔｒａｉｎ＝６６９℃という以前に使用したものに類似するものであった。又、図３０及び式（６）は、相対的に高歪点のガラス基材が結果的に相対的に大きな応力プロファイルをもたらしうる理由に対する洞察をも提供している。例えば、応力プロファイルの場所Ｚは、Ｔｓｔｒａｉｎに線形で関係付けられるΔＴｍ項の平方根に比例している。これらの式から実験観察を予測するその他の試みは、使用される仮定によってのみならず、例えば、相対的に高ＣＴＥの材料がレーザー溶接される場所などのように、算出されうる情報によっても、制限されうる。ここで、低ＣＴＥのガラス基材（約５ｐｐｍ／℃未満）は、ソーダライムガラスなどの相対的に高ＣＴＥのガラスよりも容易に溶接されることが判明した。これらの低ＣＴＥ基材は、石英、溶融シリカ、Ｅａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）、Ｗｉｌｌｏｗ、及びＬｏｔｕｓガラス基材を含んでいた。有意な実験の後に、相対的に高ＣＴＥのガラス内における高品質溶接を可能にする適切な条件が判明した。例えば、本明細書において記述されている実施形態を使用することにより、歪又はアニーリング点への基材のなんらの事前加熱要件をも伴うことなしに、１μｍのＬＭＧ薄膜を使用してソーダライムガラス（約９ｐｐｍ／℃以上のＣＴＥ）を溶接することができることが判明した。図３１は、いくつかの実施形態によるレーザー溶接されたソーダライムガラスの一連の写真である。図３１を参照すれば、非常に小さなレーザーパワー及びナノ秒パルス幅のＵＶ（３５５ｎｍ）レーザーを使用することにより、高品質の結合形成が実現された。これらの非限定的な図示されている溶接に使用されたレーザー溶接条件は、パルス幅＝１ｎｓ、反復レート＝５ＭＨｚ、パワー＝１ワット、６７μｍの溶接ラインを結果的にもたらす約２０μｍのビームスポット、及びｖｓ＝５０ｍｍ／ｓを含んでいた。図３１の参照を継続すれば、３５５ｎｍのパルス化レーザーを使用することにより、スパッタリングされた１μｍの厚さの低融点ガラス薄膜を有する１つの基材と共に圧縮された状態において２つの０．７ｍｍの厚さのソーダライムガラスプレートを溶接した。１ｎｓのパルス幅を有する２ＭＨｚ及び５ＭＨｚのレーザー反復レートの範囲が５０ｍｍ／ｓ〜４００ｍｍ／秒のレーザービームの平行運動レートにおいて調査されていることから、上述の例及び実験は、添付の請求項の範囲を限定するものではない。更には、低融点のガラス薄膜境界面における約２��μｍ〜７０μｍのレーザービームスポットも、例示用の溶接において調査された。いくつかの実施形態においては、約２０μｍの焦点スポットサイズ及び５０ｍｍ／ｓの平行運動レートにより、例示用の溶接ラインの品質を観察することができる。又、１００℃において４時間にわたって曝露された後のこれらの溶接された基材のロバスト性も、なんらの亀裂形成を伴うことなしに確認された。
【００７６】
図３２は、いくつかの実施形態の概略図である。図３２を参照すれば、吸収薄膜を有するレーザー溶接を実現する例示用の非限定的なプロセスが示されており、この場合には、例えば、残留引張応力の空間的範囲及び大きさなどの任意の付随する損傷を極小化しつつ、既定の時間内において１に近接した拡散結合相対接触面積を取得するように、レーザー熱エネルギーを基材／基材境界面４０内に供給することができる。このプロセスは、溶接境界面形成レートがＣＴＥ不整合応力境界面の生成よりも高速である相対的に高ＣＴＥの基材の場合に、相対的に顕著となる可能性がある。従って、いくつかの実施形態においては、合焦されたビームを相対的に高速の掃引レートと共に溶接境界面において使用することにより、なんらの亀裂形成をも伴うことなしに、例示用の溶接を実現することができる。
【００７７】
いくつかの実施形態においては、レーザー溶接は、好ましくはＡ％＞約２０％である入射レーザー波長λにおいて吸収する薄膜を使用することにより、実現することができる。その他の実施形態においては、基材及び薄膜は、そのいずれもが、λにおいて色中心の形成を示すことができる。更なる実施形態においては、温度効果を利用することにより、λにおける薄膜及び基材のいずれか又は両方の吸収を増大させることができる。又、このような例示用の温度効果は、封止又は溶接速度の改善にも寄与することが可能であり、且つ、熱影響ゾーン（ＨＡＺ）を低減することが可能であり、且つ、例えば、共晶系や合金などを形成するなどのように、クリープ流の起動エネルギーを低減することもできる。いくつかの実施形態においては、透明性が必要とされる場合には、ＵＶにおいては、バンドギャップを、そして、ＮＩＲ、ＩＲにおいては、高吸収を、提供してもよい。更なる実施形態は、境界表面エネルギーγｗｅｌｄ−ｉｎｔｅｒｆａｃｅ＞＞残留γｓｔｒｅｓｓ  ｆｉｅｌｄ及び／又は合計積分結合強度∫∫γｗｅｌｄ−ｉｎｔｅｒｆａｃｅ∂Ａ＞＞∫∫γｓｔｒｅｓｓ−ｆｉｅｌｄ∂Ａを有する溶接を提供することができる。更なる実施形態は、低レーザー強度要件を含むことが可能であり、これにより、レーザーピーク光子束は、約１０２５光子／秒／ｃｍ２未満であり、且つ、多光子挙動、アブレーション、又はプラズマ生成を含んでいない。
【００７８】
いくつかの実施形態は、低融点ガラス又は無機薄膜を利用するものとして記述されているが、実施形態は、２つの基材の間に位置したＵＶ吸収薄膜、ＩＲＡ薄膜、及び／又はその他の無機薄膜を使用しうることから、添付の請求項は、このように限定されるものではない。上述のように、いくつかの実施形態においては、例示用の基材ガラス内における色中心形成は、不要であり、且つ、例えば、約２０％未満などのように、薄膜のＵＶ吸収の関数である。要するに、その他の実施形態においては、薄膜のＵＶ吸収が約２０％超である場合には、石英、低ＣＴＥ基材、及びこれらに類似したものなどの代替基材は、容易に溶接を形成することができるということである。更には、高ＣＴＥ基材が使用される際には、これらの基材は、例示用の高反復レーザー（例えば、約３００ｋＨｚ〜約５ＭＨｚを上回るもの）及び／又は低ピークパワーにより、容易に溶接することができる。更には、薄膜の吸収が寄与要因である実施形態においては、例示用のＩＲレーザーシステムの使用により、ＩＲ吸収（可視透明）薄膜を溶接することができる。
【００７９】
本開示の様々な実施形態においては、ガラス封止材料及び結果的に得られる層は、透明且つ／又は半透明であってもよく、薄くてもよく、不透過性であってもよく、「グリーン」であってもよく、且つ、封止材料と隣接基材との間の大きなＣＴＥの差に対応するために低温において且つ十分な封止強度を有するように密封封止を形成するべく構成されてもよい。いくつかの実施形態においては、封止層は、充填材及び／又はバインダを有していなくてもよい。１つ又は複数の封止層を形成するべく使用される無機材料は、フリットに基づかないものであってもよく、或いは、いくつかの実施形態においては、磨り潰されたガラスから形成された粉（例えば、ＵＶＡやＬＩＭＧなど）であってもよい。その他の実施形態においては、封止層材料は、封止プロセスにおいて使用されるレーザーの動作波長に整合した又は実質的に整合した既定の波長において大きな光学吸収断面積を有する低Ｔｇガラスである。更なる実施形態においては、低Ｔｇガラス層によるレーザー処理波長の室温における吸収は、少なくとも１５％である。
【００８０】
一般に、適切な封止材材料は、低Ｔｇガラスと、適切には銅又はスズの反応性酸化物と、を含む。ガラス封止材料は、リン酸塩ガラス、ホウ酸塩ガラス、テルライトガラス、及びカルコゲニドガラスなどの低Ｔｇ材料から形成することができる。本明細書において定義されているように、低Ｔｇガラス材料は、例えば、３５０、３００、２５０、又は２００℃未満などのように、４００℃未満のガラス遷移温度を有する。例示用のホウ酸塩及びリン酸塩ガラスは、スズリン酸塩、スズフルオロリン酸塩、及びスズフルオロホウ酸塩を含む。スパッタリングターゲットは、このようなガラス材料を、或いは、この代わりに、そのプレカーソルを、含むことができる。例示用の銅及びスズ酸化物は、ＣｕＯ及びＳｎＯであり、これらは、これらの材料の圧縮された粉を有するスパッタリングターゲットから形成することができる。任意選択により、ガラス封止組成は、限定を伴うことなしに、タングステン、セリウム、及びニオビウムを含む１つ又は複数のドーパントを含むことができる。このようなドーパントは、含まれている場合には、例えば、ガラス層の光学特性に影響を及ぼす可能性があり、且つ、レーザー放射のガラス層による吸収を制御するべく使用することができる。例えば、セリアによるドーピングは、レーザー処理波長における低Ｔｇガラス障壁による吸収を増大させることができる。更なる適切な封止材料は、約１０００℃以下、約６００℃以下、又は約４００℃以下、の液相温度を有するレーザー吸収低液相温度（ＬＬＴ）材料を含む。その他の実施形態においては、無機薄膜の組成は、上述のように、第１基材、第２基材、又は第１及び第２基材の両方のクリープ流を誘発させる起動エネルギーを低下させるように選択することができる。
【００８１】
例示用のスズフルオロリン酸塩ガラス組成は、対応する三元相図において、ＳｎＯ、ＳｎＦ２、及びＰ２Ｏ５の個々の組成の観点において表現することができる。適切なＵＶＡガラス薄膜は、ＳｎＯ２、ＺｎＯ２、ＴｉＯ２、ＴｉＯ、及びその他の低融点ガラス組成を含むことができる。適切なスズ−フルオロリン酸塩ガラスは、２０〜１００モル％のＳｎＯ、０〜５０モル％のＳｎＦ２、０〜３０モル％のＰ２Ｏ５を含む。これらのスズ−フルオロリン酸塩ガラス組成は、任意選択により、０〜１０モル％のＷＯ３、０〜１０モル％のＣｅＯ２、及び／又は０〜５モル％のＮｂ２Ｏ５を含むことができる。例えば、ガラス封止層を形成するのに適したドーピングされたスズフルオロリン酸塩開始材料の組成は、３５〜５０モルパーセントのＳｎＯ、３０〜４０モルパーセントのＳｎＦ２、１５〜２５モルパーセントのＰ２Ｏ５、並びに、１．５〜３モルパーセントのＷＯ３、ＣｅＯ２、及び／又はＮｂ２Ｏ５などのドーパント酸化物を有する。特定の一実施形態によるスズ−フルオロリン酸塩ガラス組成は、約３８．７モル％のＳｎＯ、３９．６モル％のＳｎＦ２、１９．９モル％のＰ２Ｏ５、及び１．８モル％のＮｂ２Ｏ５を有するニオビウムによってドーピングされたスズ酸化物／スズフルオロリン酸塩／五酸化二リンガラスであってもよい。このようなガラス層を形成するべく使用されうるスパッタリングターゲットは、原子モルパーセントの観点において表記された場合に、２３．０４％のＳｎ、１５．３６％のＦ、１２．１６％のＰ、４８．３８％のＯ、及び１．０６％のＮｂを含んでもよい。
【００８２】
別の実施形態によるスズリン酸塩ガラス組成は、約２７％のＳｎ、１３％のＰ、及び６０％のＯを有しており、これらは、原子モルパーセントにおいて、約２７％のＳｎ、１３％のＰ、及び６０％のＯを有するスパッタリングターゲットから導出することができる。理解されるように、本明細書において開示されている様々なガラス組成は、堆積された層の組成又はソーススパッタリングターゲットの組成を意味しうる。スズ−フルオロリン酸塩ガラス組成と同様に、例示用のスズフルオロホウ酸塩ガラス組成は、ＳｎＯ、ＳｎＦ２、及びＢ２Ｏ３の個々の三元相図組成の観点において表現することができる。適切なスズフルオロホウ酸塩ガラス組成は、２０〜１００モル％のＳｎＯ、０〜５０モル％のＳｎＦ２、及び０〜３０モル％のＢ２Ｏ３を含む。これらのスズフルオロホウ酸塩ガラス組成は、任意選択により、０〜１０モル％のＷＯ３、０〜１０モル％のＣｅＯ２、及び／又は０〜５モル％のＮｂ２Ｏ５を含むことができる。適切な低Ｔｇガラス組成及びこれらの材料からガラス封止層を形成するべく使用される方法の更なる態様については、本出願人に譲渡された米国特許第５，０８９，４４６号明細書、並びに、米国特許出願第１１／２０７，６９１号明細書、第１１／５４４，２６２号明細書、第１１／８２０，８５５号明細書、第１２／０７２，７８４号明細書、第１２／３６２，０６３号明細書、第１２／７６３，５４１号明細書、第１２／８７９，５７８号明細書、及び第１３／８４１，３９１号明細書に開示されており、これらの特許文献の内容は、引用により、そのすべてが本明細書に包含される。
【００８３】
例示用の基材（ガラス又はその他のもの）は、任意の適切な寸法を有することができる。基材は、独立的に１ｃｍ〜５ｍの範囲（例えば、０．１、１、２、３、４、又は５ｍ）である領域（長さ及び幅）寸法と、約０．５ｍｍ〜２ｍｍ（例えば、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１．０、１．２、１．５、又は２ｍｍ）の範囲を取りうる厚さ寸法と、を有することができる。更なる実施形態においては、基材の厚さは、約０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲（例えば、０．０５、０．１、０．２、０．３、０．４、又は０．５ｍｍ）を取りうる。更なる実施形態においては、ガラス基材の厚さは、約２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲（例えば、２、３、４、５、６、７、８、９、又は１０ｍｍ）を取りうる。例示用のガラス封止層の合計厚さは、約１００ｎｍ〜１０マイクロメートルの範囲を取りうる。様々な実施形態においては、層の厚さは、例えば、１０、５、２、１、０．５、又は０．２マイクロメートル未満などのように、１０マイクロメートル未満であってもよい。例示用のガラス封止層の厚さは、０．１、０．２、０．５、１、２、５、又は１０マイクロメートルを含む。レーザースポットサイズに比例しうる封止された領域の幅は、例えば、０．０５、０．１、０．２、０．５、１、１．５、又は２ｍｍなどのように、約０．０５〜２ｍｍであってもよい。レーザーの平行運動レート（即ち、封止レート）は、１、２、５、１０、２０、５０、１００、２００、４００、又は１０００ｍｍ／秒などのように、約１ｍｍ／秒〜１０００ｍｍ／秒であってもよい。レーザースポットサイズ（直径）は、約０．０２〜１ｍｍであってもよい。
【００８４】
従って、適切なレーザー溶接ガラス基材境界面は、局所的ガラス温度が、例えば、「溶接容積」などの空間的範囲内において、その歪又はアニーリング温度（例えば、ＥＸＧの場合には、それぞれ、６６９℃及び７７２℃）を超過した際に、本開示の実施形態において発生しうることが判明した。この容積は、入射レーザーパワー、ＵＶＡ又はＬＭＧ融解物の組成、及び（個々の基材内の不純物の結果としての）色中心形成に依存しうる。実現されたら、この容積を境界領域にわたって掃引することにより、２つの基材（ガラス又はその他のもの）の間における迅速且つ強力な封止を結果的にもたらすことができる。５〜１０００ｍｍ／ｓ超の封止速度を実現することができる。例示用のレーザー溶接は、対象の基材領域から離れる方向に掃引されるのに伴って、融解容積と関連付けられた高温度から相対的に低温の周辺温度への突然の遷移を経験しうる。密封封止の完全性及びその個々の強度を高温のベースガラスの色中心（緩和）領域の低速の冷却（自己アニーリング）及びＵＶＡ又はＬＭＧ又はＮＩＲ薄膜領域の厚さ（通常は、２分の１〜１μｍ）によって維持することにより、２つの個々の基材（ガラス又はその他のもの）の間のＣＴＥ不整合の任意の影響を無効にすることができる。
【００８５】
実施形態によれば、封止層をガラス基材上において形成するための封止層材料及び処理条件の選択は、基材がガラス層の形成によって悪影響を受けないように、十分に柔軟である。低融解温度ガラスを使用することにより、異なるタイプの基材を封止又は結合することができる。封止可能且つ結合可能な基材は、窒化ガリウム、石英、シリカ、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、又はサファイア基材を含むガラス、ガラス−ガラスラミネート、ガラス−ポリマーラミネート、ガラス−セラミック、又はセラミックを含む。更なる基材は、限定を伴うことなしに、タングステン、モリブデン、銅、又はその他のタイプの適切な金属基材を含む金属基材であってもよい。いくつかの実施形態においては、１つの基材は、リン含有ガラスプレートであってもよく、これは、例えば、発光装置の組立体内において使用することができる。例えば、金属硫化物、金属ケイ酸塩、金属アルミン酸塩、又はその他の適切なリン光体のうちの１つ又は複数を有するリン含有ガラスプレートを白色ＬＥＤランプ内において波長変換プレートとして使用することができる。白色ＬＥＤランプは、通常、青色光を放出するべく第ＩＩＩ族窒化物に基づいた化合物半導体を使用して形成される青色ＬＥＤチップを含む。白色ＬＥＤランプは、照明システムにおいて、或いは、例えば、液晶ディスプレイ用のバックライトとして、使用することができる。本明細書において開示されている低融解温度ガラス及び関連する封止方法は、ＬＥＤチップを封止又はカプセル化するべく使用することができる。
【００８６】
本開示の実施形態による例示用のプロセスは、優勢なレーザー照明条件及び結果的に得られる温度改善を伴う色中心を形成する基材の能力に起因したベース基材（ガラス又はその他のもの）の特性に起因し、可能とされうる。いくつかの実施形態においては、色中心形成は、透明な封止が望ましい場合には、反転可能であってもよい。基材が類似していない厚さを有する場合には、いくつかの実施形態においては、熱伝導性基材を利用することにより、溶接の完全性を回復することができる。
【００８７】
従って、例示用の実施形態は、衝撃波の生成を極小化すると共に引張破損強度を損ないうる微細な亀裂が出現しないことを保証するように、ガラス又はその他の材料基材を１つにレーザー溶接するべく、低レーザーパルスピークパワーと共に、低融解温度材料を利用することができる。又、例示用の実施形態は、十分に低温の封止プロセスを許容する融解パドル伝播を伴うことなしに、拡散溶接を提供することもできる。薄膜領域の薄さに起因し、本開示の実施形態は、２つの個々の基材の間のＣＴＥ不整合の任意の影響を無効化することが可能であり、且つ、類似の又は類似していない寸法の基材の溶接を提供するべく使用することができる。更には、本開示の実施形態においては、薄膜のパターン化は、フリット又は染色材料の場合とは異なり、封止について必要とはされず、且つ、製造者は、従って、そのプロプライエタリな設計を明らかにしなくてもよい。
【００８８】
又、本開示は、低融解温度材料を使用してガラスパッケージを１つにレーザー溶接することにより、酸素及び湿気の攻撃による劣化の影響を受け易い受動型及び能動型装置の長寿命の密封動作を可能にする方式をも教示している。上述のように、本明細書において記述されている実施形態は、レーザー吸収を使用することにより、結合表面の組立の後に熱的に起動されうるＵＶＡ、ＬＭＧ、又はその他の封止を提供し、且つ、相対的に高い製造効率を享受することが可能であり、その理由は、それぞれの稼働装置を封止するレートが、真空又は不活性ガス組立体ラインにおけるインライン薄膜堆積によって装置をカプセル化するレートによってではなく、熱による起動及び結合形成によって決定されうるからである。この結果、後続の個々の装置へのスコアリング（シンギュレーション）を伴う大シート複数装置封止を可能にすることが可能となり、且つ、高度な機械的完全性に起因し、シンギュレーションからの歩留まりを向上させることができる。
【００８９】
又、本開示の実施形態は、例示用のレーザー吸収薄膜との組合せにおける入射レーザー波長における、例えば、不純物又はドーパントなどの外来的な色中心、或いは、ガラスに固有の本質的な色中心、に起因したガラス基材内における色中心形成に依存している、例えば、レーザー溶接や拡散溶接などのようなレーザー封止プロセスをも提供する。薄膜のいくつかの非限定的な例は、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＩＴＯ、及びガラス基材の境界面において利用されうる低融点ガラス薄膜を含む。これらの材料を使用する溶接は、安定状態の穏やかな拡散溶接を開始するべく十分なＵＶ吸収を伴う可視透過を提供することができる。又、これらの材料は、拡散溶接に適した局所的な封止温度を有する透明なレーザー溶接を提供することもできる。このような拡散溶接は、個々のガラス基材の低パワー及び温度のレーザー溶接を結果的にもたらし、且つ、効率的且つ高速の溶接速度を有する優れた透明溶接を生成することができる。又、本開示の実施形態による例示用のレーザー溶接プロセスは、温度誘発吸収を含むべく、色中心形成を超えたガラスの光誘発吸収特性にも依存しうる。
【００９０】
開示されている材料及び方法を使用した被加工品の密封カプセル化は、さもなければ、酸素及び／又は湿気の攻撃による劣化の影響を受け易い装置の長寿命動作を促進することができる。例示用の被加工品、装置、又は用途は、曲がりやすい、剛性の、又は準剛性の有機ＬＥＤ、ＯＬＥＤ照明、ＯＬＥＤテレビ、光電池、ＭＥＭディスプレイ、エレクトロクロミックウィンドウ、蛍光体、アルカリ金属電極、透明導電性酸化物、量子ドットなどを含む。
【００９１】
本明細書において使用されているように、密封層は、実際的な目的において、実質的に空気密であり、且つ、実質的に湿気及び／又は酸素に対する不透過性であると見なされる層である。一例として、密封封止は、酸素の蒸散（拡散）を約１０−２ｃｍ３／ｍ２／日未満（例えば、約１０−３ｃｍ３／ｍ２／日）に制限し、且つ、水の蒸散（拡散）を約１０−２ｇ／ｍ２／日（例えば、約１０−３、１０−４、１０−５、又は１０−６ｇ／ｍ２／日）に制限するように構成することができる。実施形態においては、密封封止は、空気及び水が保護された被加工品に接触することを実質的に防止する。
【００９２】
いくつかの実施形態においては、２つの基材を結合する方法は、第１基材の封止表面上において第１ガラス層を形成するステップと、第２基材の封止表面上において第２ガラス層を形成するステップと、第１ガラス層の少なくとも一部分を第２ガラス層の少なくとも一部分との物理的接触状態において配置するステップと、ガラス層を加熱してガラス層及び封止表面を局所的に溶解させて第１及び第２基材の間にガラス−ガラス溶接を形成するステップと、を有する。本明細書において開示されている封止アーキテクチャのそれぞれにおいては、低融解温度ガラス層を使用した封止は、封止境界面の近傍に配置されたガラス層及びガラス基材材料の両方の局所的加熱、融解、並びに、次いで、冷却により、実現することができる。
【００９３】
従って、レーザー溶接と関連付けられた密封封止を形成する容易性を組み合わせて能動型ＯＬＥＤ又はその他の装置の密封パッケージを形成し、その広範な製造を可能にすることが、本発明の実施形態の一態様である。このような製造は、境界導電性薄膜上における溶接を必要とすることになろう。本明細書に開示されている方法とは異なり、レーザー封止の従来の方法は、このような境界導電性リードを切断可能であり、且つ、特に、境界面温度が過大になった場合に、或いは、導電性リード材料との有害なレーザー放射の相互作用が存在する場合には、それらを切断することになろう。但し、本開示の実施形態は、境界低融解温度ガラス材料薄膜を使用する密封装置の動作のための電気的なバイアス処理を必要とする装置構造の実施可能な程度の開示を提供している。従って、本主題の実施形態は、それに対する破壊又は性能の損失を伴うことなしに、境界導電性薄膜を有するガラスシート又はその他の基材の正常なレーザー溶接を提供しうる。
【００９４】
いくつかの実施形態においては、被加工品を結合する方法は、第１基材の表面上において無機薄膜を形成するステップと、第１基材と第２基材との間において保護された状態となるように被加工品を配置するステップであって、薄膜は、第２基材との接触状態にある、ステップと、既定の波長を有するレーザー放射によって薄膜を局所的に加熱することにより、第１及び第２基材の間において被加工品を結合するステップと、を有する。無機薄膜、第１基材、又は第２基材は、約４２０ｎｍ〜約７５０ｎｍにおいて透過性を有することができる。別の実施形態においては、無機薄膜、第１基材、及び第２基材のうちのそれぞれは、約４２０ｎｍ〜約７５０ｎｍにおいて透過性を有する。更なる実施形態においては、無機薄膜の吸収は、既定のレーザー波長において１０％超である。更なる実施形態においては、無機薄膜の組成は、限定を伴うことなしに、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＩＴＯ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｖａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｇｅ、ＳｎＦ２、ＺｎＦ２、及びこれらの組合せであってもよい。その他の実施形態においては、無機薄膜の組成は、第１基材、第２基材、又は第１及び第２基材の両方のクリープ流を誘発させる起動エネルギーを低下させるように選択することができる。別の実施形態においては、無機薄膜の組成は、約１０００℃以下、約６００℃以下、又は約４００℃以下の液相温度を有するレーザー吸収低液相温度材料であってもよい。更なる実施形態においては、結合のステップは、第１基材、第２基材、又は第１及び第２基材の両方内の残留応力場の統合結合強度を上回る統合結合強度を有する結合を生成することができる。いくつかの例示用の実施形態においては、このような結合は、凝集性の障害によってのみ、障害が発生することになる。更なる実施形態においては、無機薄膜の組成は、２０〜１００モル％のＳｎＯ、０〜５０モル％のＳｎＦ２、及び０〜３０モル％のＰ２Ｏ５又はＢ２Ｏ３を有する。いくつかの実施形態においては、無機薄膜及び第１及び第２基材は、約４２０ｎｍ〜約７５０ｎｍにおいて８０％を上回る組み合わせられた内部透過を有する。その他の実施形態においては、結合のステップは、既定の波長を有するレーザー放射による無機薄膜の局所的加熱を通じた、第１又は第２基材内の不純物の組成の関数として、或いは、無機薄膜の組成の関数として、被加工品を第１及び第２基材の間において結合するステップを有する。第１又は第２基材内の例示用の不純物は、限定を伴うことなしに、Ａｓ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｋ、Ｍｎ、Ｎａ、Ｐ、Ｓｂ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｓｎ、及びこれらの組合せであってもよい。更なる実施形態においては、第１及び第２基材は、異なる横方向寸法、異なるＣＴＥ、異なる厚さ、又はこれらの組合せを有する。いくつかの実施形態においては、第１及び第２基材のうちの一方は、ガラス又はガラス−セラミックであってもよい。当然のことながら、第１及び第２基材の他方は、ガラス−セラミック、セラミック、又は金属であってもよい。又、いくつかの実施形態においては、方法は、結合された被加工品をアニーリングするステップを含むことができる。その他の実施形態においては、レーザー放射は、約１９３ｎｍ〜約４２０ｎｍの既定の波長におけるＵＶ放射、約７８０ｎｍ〜約５０００ｎｍの既定の波長におけるＮＩＲ放射、を有し、１〜４０ナノ秒のパルス幅を含むことが可能であり、且つ、少なくとも１ｋＨｚの反復レートを含むことが可能であり、且つ／又は、連続波であってもよい。更なる実施形態においては、無機薄膜の厚さは、約１０ｎｍ〜１００マイクロメートルの範囲である。いくつかの実施形態においては、第１、第２、或いは、第１及び第２基材は、アルカリ土類ホウ−アルミノケイ酸塩ガラス、熱によって強化されたガラス、化学的に強化されたガラス、ホウケイ酸塩ガラス、アルカリアミノケイ酸塩ガラス、ソーダライムガラス、及びこれらの組合せを有することができる。その他の実施形態においては、方法は、最小限の加熱ゾーンを生成するべく、約１ｍｍ／ｓ〜約１０００ｍｍ／ｓの速度において、レーザー放射によって形成されたレーザースポットを運動させるステップを含むことができる。この速度は、いくつかの実施形態においては、レーザースポットの直径とレーザー放射の反復レートの積を超過してはいない。更なる実施形態においては、結合のステップは、約５０μｍ〜約１０００μｍの幅を有する結合ラインを生成することができる。その他の実施形態においては、無機薄膜、第１基材、又は第２基材は、約４２０ｎｍ〜約７５０ｎｍにおいて、８０％超、８０％〜９０％、８５％超、又は９０％超の範囲内において結合のステップの前又は後において光学的に透明であってもよい。例示用の被加工品は、限定を伴うことなしに、発光ダイオード、有機発光ダイオード、導電性リード、半導体チップ、ＩＴＯリード、パターン化された電極、連続電極、量子ドット材料、リン光体、及びこれらの組合せであってもよい。
【００９５】
その他の実施形態においては、第１基材の表面上において形成された無機薄膜と、第１基材と第２基材との間において保護された装置と、を有する結合された装置が提供されており、この場合に、無機薄膜は、第２基材との接触状態にある。このような実施形態においては、装置は、既定の波長を有するレーザー放射による無機薄膜の局所的な加熱を通じて、第１又は第２基材内の不純物の組成の関数として、且つ、無機薄膜の組成の関数として、第１及び第２基材との間に形成された結合を含む。更には、無機薄膜、第１基材、又は第２基材は、約４２０ｎｍ〜約７５０ｎｍにおいて透過性を有することができる。別の実施形態においては、無機薄膜、第１基材、及び第２基材のそれぞれは、約４２０ｎｍ〜約７５０ｎｍにおいて透過性を有する。更なる実施形態においては、無機薄膜の吸収は、既定のレーザー波長において１０％超である。更なる実施形態においては、無機薄膜の組成は、限定を伴うことなしに、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＩＴＯ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｖａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｇｅ、ＳｎＦ２、ＺｎＦ２、及びこれらの組合せであってもよい。その他の実施形態においては、無機薄膜の組成は、第１基材、第２基材、又は第１及び第２基材の両方のクリープ流を誘発する起動エネルギーを低下させるように選択することができる。別の実施形態においては、無機薄膜の組成は、約１０００℃以下、約６００℃以下、又は約４００℃以下の液相温度を有するレーザー吸収低液相温度材料であってもよい。更なる実施形態においては、結合は、第１基材、第２基材、或いは、第１及び第２基材の両方内の残留応力場の統合結合強度を上回る統合結合強度を有することができる。いくつかの例示用の実施形態においては、このような結合は、凝集性の障害によってのみ、障害が発生することになる。更なる実施形態においては、無機薄膜の組成は、２０〜１００モル％のＳｎＯ、０〜５０モル％のＳｎＦ２、及び０〜３０モル％のＰ２Ｏ５又はＢ２Ｏ３を有する。いくつかの実施形態においては、無機薄膜及び第１及び第２基材は、約４２０ｎｍ〜約７５０ｎｍにおいて８０％超の組み合わせられた内部透過を有する。第１又は第２基材内の例示用の不純物は、限定を伴うことなしに、Ａｓ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｋ、Ｍｎ、Ｎａ、Ｐ、Ｓｂ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｓｎ、及びこれらの組合せであってもよい。更なる実施形態においては、第１及び第２基材は、異なる横方向寸法、異なるＣＴＥ、異なる厚さ、又はこれらの組合せを有する。いくつかの実施形態においては、第１及び第２基材のうちの一方は、ガラス又はガラス−セラミックであってもよい。当然のことながら、第１及び第２基材の他方は、ガラス−セラミック、セラミック、又は金属であってもよい。更なる実施形態においては、無機薄膜の厚さは、約１０ｎｍ〜１００マイクロメートルの範囲をとっている。いくつかの実施形態においては、第１、第２、又は第１及び第２基材は、アルカリ土類ホウ−アルミノケイ酸塩ガラス、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス、熱によって強化されたガラス、化学的に強化されたガラス、ソーダライムガラス、ホウケイ酸塩ガラス、及びこれらの組合せを有することができる。その他の実施形態においては、無機薄膜、第１基材、又は第２基材は、約４２０〜約７５０ｎｍにおいて、８０％超、８０％〜９０％、８５％超、又は９０％超の範囲において、結合のステップの前及び後において、光学的に透明であってもよい。例示用の装置は、限定を伴うことなしに、発光ダイオード、有機発光ダイオード、導電性リード、半導体チップ、ＩＴＯリード、パターン化された電極、連続電極、量子ドット材料、リン光体、及びこれらの組合せであってもよい。いくつかの実施形態においては、結合は、閉ループを有する又は約１度超の角度において交差する封止ラインを伴う密封状態にあってもよく、空間的に分離された結合スポットを含むことが可能であり、且つ／又は、結合の熱感知材料から約１０００μｍ未満において配置することができる。その他の実施形態においては、結合の周りの複屈折をパターン化することができる。
【００９６】
更なる実施形態においては、装置を保護する方法が提供され、方法は、第１基材の第１部分表面上において無機薄膜層を形成するステップと、第１基材と第２基材との間において保護されるように装置を配置するステップであって、封止層は、第２基材との接触状態にある、ステップと、レーザー放射によって無機薄膜層及び第１及び第２基材を局所的に加熱して封止層と基材を溶解させて基材の間に封止を形成するステップと、を有する。第１基材は、ガラス又はガラス−セラミックからなることが可能であり、且つ、第２基材は、金属、ガラス−セラミック、又はセラミックからなることができる。いくつかの実施形態においては、第１及び第２基材は、異なる横方向寸法、異なるＣＴＥ、異なる厚さ、又はこれらの組合せを有する。その他の実施形態においては、装置は、限定を伴うことなしに、ＩＴＯリード、パターン化された電極、及び連続電極であってもよい。いくつかの実施形態においては、局所的に加熱するステップは、形成された封止に対する損傷を低減するようにレーザー放射のパワーを調節するステップを更に有する。例示用の薄膜は、限定を伴うことなしに、２０〜１００モル％のＳｎＯ、０〜５０モル％のＳｎＦ２、及び０〜３０モル％のＰ２Ｏ５又はＢ２Ｏ３を有する低Ｔｇガラスであってもよい。その他の実施形態においては、無機薄膜の組成は、第１基材、第２基材、或いは、第１及び第２基材の両方のクリープ流を誘発する起動エネルギーを低下させるように選択することができる。別の実施形態においては、無機薄膜の組成は、約１０００℃以下、約６００℃以下、又は約４００℃以下の液相温度を有するレーザー吸収低液相温度材料であってもよい。更なる実施形態においては、結合のステップは、第１基材、第２基材、或いは、第１及び第２基材の両方内の残留応力場の統合結合強度を上回る統合結合強度を有する結合を生成することができる。いくつかの例示用の実施形態においては、このような結合は、凝集性の障害によってのみ、障害が発生することになる。
【００９７】
この説明は、多くの詳細を含む可能性があるが、これらの詳細は、その範囲の限定としてではなく、むしろ、特定の実施形態に固有でありうる特徴の説明であるものと解釈されたい。又、別個の実施形態の文脈において上述された特定の特徴は、単一の実施形態において、組合せとして実装することができる。逆に、単一の実施形態の文脈において記述されている様々な特徴は、複数の実施形態において、別個に、又は任意の適切なサブ組合せとして、実装することもできる。更には、特徴は、特定の組合せにおいて機能するものとして上述されている可能性があり、且つ、場合によっては、そのように当初特許請求されている可能性があるが、特許請求されている組合せのうちの１つ又は複数の特徴は、いくつかのケースにおいては、組合せから削除することが可能であり、且つ、特許請求されている組合せは、下位の組合せ又は下位の組合せの変形を対象とすることもできる。
【００９８】
同様に、動作は、特定の順序において図面又は図において描かれているが、これは、望ましい結果を実現するべく、そのような動作が、図示の特定の順序において又は連続的な順序において実行されたり、或いは、すべての図示の動作を実行することを必要としていたりするものと理解してはならない。特定の状況においては、マルチタスク化及び並列処理が有利である可能性がある。
【００９９】
図１〜図３４に示された様々な構成及び実施形態によって示されているように、低融点ガラス又は吸収薄膜を使用したレーザー封止のための様々な実施形態について記述した。
【０１００】
本開示の好適な実施形態について説明したが、記述されている実施形態は、例示を目的としたものに過ぎず、且つ、その精読により、多くの変形及び変更が自然に当業者によって想起されることから、本発明の範囲は、十分な範囲の均等性が付与された際の添付の請求項によってのみ定義されることを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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