(57)【要約】  封止されたデバイスを形成する方法であって、上記方法は：第１の表面を有する第１の基材を提供するステップ；上記第１の基材に隣接する第２の基材を提供するステップ；及び上記第１の基材と上記隣接する第２の基材との間の界面に溶接部を形成するステップを含み、上記溶接部は、（σ引張応力位置／σ界面レーザ溶接部）＜＜１又は＜１、及びσ界面レーザ溶接部＞１０ＭＰａ又は１ＭＰａを特徴とし、ここでσ引張応力位置は、上記第１の基材内に存在する応力であり、σ界面レーザ溶接部は、上記界面に存在する応力である、方法。この方法を用いて、多様な異なる封止されたパッケージを製造できる。
2018501175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の表面を有する第１の基材；
前記第１の基材に隣接する第２の基材；及び
前記第１の基材と前記隣接する第２の基材との間の界面に形成された溶接部
を備える、装置であって、
前記溶接部は、（σ引張応力位置／σ界面レーザ溶接）＜１及びσ界面レーザ溶接＞１ＭＰａを特徴とし、ここでσ引張応力位置は、前記第１の基材内に存在する応力であり、σ界面レーザ溶接部は、前記界面に存在する応力である、装置。
【請求項２】
前記第１の基材の前記第１の表面にわたって形成された無機フィルム；及び
前記第１の基材の前記第２の基材との間で保護されるデバイス
を更に備え、
前記無機フィルムは前記第２の基材と接触する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記無機フィルム、前記第１の基材及び前記第２の基材はそれぞれ、およそ４２０ｎｍ〜およそ７５０ｎｍにおいて透過性であるか、又は前記無機フィルムの吸収率は、ある所定のレーザ波長において１０％超である、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記無機フィルムの組成は、前記第１の基材、前記第２の基材、又は前記第１の基材及び前記第２の基材両方のクリープ流を誘発するための活性化エネルギを低下させるよう選択される、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の基材又は前記第２の基材中の不純物は、Ａｓ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｋ、Ｍｎ、Ｎａ、Ｐ、Ｓｂ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｓｎ及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、
前記第１の基材及び前記第２の基材は、異なる横寸法、異なるＣＴＥ、異なる厚さ若しくはこれらの組み合わせを有するか、又は前記第１の基材及び前記第２の基材のうちの一方は、ガラス若しくはガラスセラミックである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記デバイスは、発光ダイオード、有機発光ダイオード、量子ドット材料、りん光体、伝導性リード、半導体チップ、ＩＴＯリード、パターン形成済み電極、連続電極、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
真空断熱ガラス窓を形成する方法であって、
前記方法は：
第１の表面及び第１の縁部を有する第１のガラス基材を提供するステップ；
前記第１の表面上に第１の複数のスペーサを設けるステップ；
前記第１のガラス基材の前記第１の縁部に沿って、第２の複数のシムを設けるステップ；
第２の表面及び第２の縁部を有する第２のガラス基材を、前記第１の複数のスペーサ及び前記第２の複数のシムと接触させることによって、前記第１のガラス基材と前記第２のガラス基材とを、前記第１の表面と前記第２の表面との間の第１の距離だけ離間させるステップ；
前記第１の縁部及び前記第２の縁部に沿って、前記第１のガラス基材を前記第２のガラス基材に対してレーザ封止し、前記第１のガラス基材と前記第２のガラス基材との間に内部領域を画定するステップ；並びに
前記内部領域内に、１気圧未満の真空圧を形成するステップ
を含む、方法。
【請求項８】
前記第２の複数のシムを設ける前記ステップは更に：
（ｉ）第１の表面、第２の表面若しくは前記第１の表面及び前記第２の表面両方にわたって無機フィルムを有する第２の複数のシムを設けるステップ
を含むか、
前記第１の複数のスペーサを設ける前記ステップは更に：
（ｉ）前記第１のガラス基材に、ある位置において、集束レーザビームを照射し、前記照射を終了して、前記スペーサを固定するステップ；及び
（ｉｉ）前記照射するステップを、異なる複数の位置に関して複数回繰り返して、前記第１の複数のスペーサを形成するステップ
を含むか、又は
前記第１の複数のスペーサを設ける前記ステップ、及び前記第２の複数のシムを設ける前記ステップは更に：
（ｉ）前記第１のガラス基材の前記第１の表面上に材料のフィルムを堆積させるステップ；並びに
（ｉｉ）マスキング及びエッチングによって、前記堆積させたフィルムにパターン形成するステップ
を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
レーザ封止する前記ステップは、
（σ引張応力位置／σ界面レーザ溶接部）＜＜１及びσ界面レーザ溶接部＞１０ＭＰａ
を特徴とし、ここでσ引張応力位置は、前記第１の基材内に存在する応力であり、σ界面レーザ溶接部は、前記第１の表面に存在する応力であるか、又は
レーザ封止する前記ステップは、
（σ引張応力位置／σ界面レーザ溶接）＜１及びσ界面レーザ溶接＞１ＭＰａ
を特徴とし、ここでσ引張応力位置は、前記第１の基材内に存在する応力であり、σ界面レーザ溶接は、前記第１の表面に存在する応力である、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれか１項に記載の方法によって製造される、真空断熱窓。
【発明の詳細な説明】
【優先権】
【０００１】
本出願は、２０１４年１０月３１日出願の米国特許出願第６２／０７３５５０号に対する優先権の利益を主張するものであり、上記特許出願の内容は、参照によってその全体が本出願に援用される。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、レーザ溶接ガラスパッケージ及びその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
多くの現行のデバイスは、動作に密閉環境を必要とし、上記密閉環境の多くは電気的バイアスを必要とする「アクティブ（ａｃｔｉｖｅ）」デバイスである。光透過性及びバイアスを必要とする有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）等のディスプレイは、電子注入材料の使用により完全な密閉性を必要とするため、要件の厳しい用途である。これらの材料は一般に、大気中では数秒で分解されるため、各デバイス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、封入される有機材料の高温感受性により、密閉封止は環境温度付近で実施しなければならない。
【０００４】
例えばフリット系シーラントは、典型的には約２〜１５０マイクロメートルの粒径に粉砕されたガラス材料を含む。フリット封止用途のために、ガラスフリット材料は典型的には、同等の粒径を有する負ＣＴＥ材料と混合され、得られた混合物を、有機溶媒又はバインダを用いてペーストに混ぜ込む。例示的な負ＣＴＥ無機フィラーは、コーディエライト粒子（例えばＭｇ２Ａｌ３［ＡｌＳｉ５Ｏ１８］）、バリウムシリケート、βユークリプタイト、ジルコニウムバナデート（ＺｒＶ２Ｏ７）、又はジルコニウムタングステート（ＺｒＷ２Ｏ８）を含み、これらはガラスフリットに添加されてペーストを形成し、基材とガラスフリットとの間の熱膨張係数の不適合を低減する。上記溶媒は、組み合わされた粉体及び有機バインダペーストとのレオロジ的粘度を調整するために使用され、制御下分注目的に好適なものでなければならない。２つの基材を接合するために、ガラスフリット層を、基材のうちの一方又は両方の封止表面に、スピンコート法又はスクリーン印刷によって塗布できる。１つ又は複数のフリットコートされた基材はまず、比較的低温において（例えば２５０℃で３０分）有機物バーンアウトステップに供され、有機担体が除去される。続いて接合されることになる２つの基材を、各封止表面に沿って組み立て／噛合させ、このペアをウェハ接着器内に入れる。厳密に定義された温度及び圧力下で熱圧縮サイクルを実行することにより、ガラスフリットを溶融させ、圧縮ガラスシールを形成する。特定の鉛含有組成物を除いて、ガラスフリット材料は典型的には４５０℃超のガラス転移温度を有するため、バリア層を形成するためには昇温下での処理が必要となる。このような高温封止プロセスは、温度感受性被加工物には有害となり得る。更に、典型的な基材とガラスフリットとの間の熱膨張係数の不適合を低減するために使用される、負ＣＴＥ無機フィラーは、接着接合部に組み込まれることになり、実質的に不透明なフリット系バリア層がもたらされる。以上に基づき、透明かつ密閉性のガラス‐ガラス間、ガラス‐金属間、ガラス‐セラミック間及び他のシールを、低温において形成することが望ましい。
【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溶接は、超高レーザ出力デバイスを採用する場合があるが、レーザアブレーションに近いこの操作を複数回行うと、ガラス基材が損傷し、低品質の密閉シールがもたらされる。この場合もやはり、このような従来の方法は、得られるデバイスの不透明性を増大させ、また低品質のシールをもたらす。
【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、密閉バリア層を対象とし、より詳細には、吸収性フィルムを用いて固体構造物を封止するために使用される方法及び組成物に関する。本開示の実施形態は、封止プロセス中に吸収特性を有する薄型フィルムを界面開始剤として用いた、ガラスシートと他の材料シートとのレーザ溶接又は封止プロセスを提供する。実施形態による例示的なレーザ溶接条件は、伝導性を無視できる程度しか低下させない、界面伝導性フィルム全体にわたる溶接に、好適なものとすることができる。従ってこのような実施形態は、ＯＬＥＤ等のアクティブデバイス又は他のデバイスの密閉パッケージを形成するために採用してよく、また好適なガラス又は半導体パッケージを幅広く、大容積で製造することを可能とする。用語「封止（ｓｅａｌｉｎｇ）」、「接合（ｊｏｉｎｉｎｇ）」、「接着（ｂｏｎｄｉｎｇ）」及び「溶接（ｗｅｌｄｉｎｇ）」は、本開示においては相互交換可能なものとして使用でき、またそのように使用されていることに留意されたい。このような使用は、本明細書に添付されている請求項の範囲を限定するものではない。また、用語「ガラス（ｇｌａｓｓ）」及び「無機（ｉｎｏｒｇａｎｉｃ）」は、これらが名詞「フィルム（ｆｉｌｍ）」の修飾に関わる場合、本開示においては相互交換可能なものとして使用できることにも留意されたく、またこのような使用は、本明細書に添付されている請求項の範囲を限定するものではない。
【０００７】
本開示の実施形態は、２つのガラスの間の界面に吸収性フィルムを設けることができる、レーザ封止プロセス、例えばレーザ溶接、拡散溶接等を提供する。定常状態における吸収は、約７０％以上もの高さであってよく、又は約１０％以下もの低さであってよい。後者は、入射レーザ波長における、例えば不純物若しくはドーパントといった外因性色中心又はガラス中の内因性色中心を原因とする、ガラス基材内の色中心の形成と、例示的なレーザ吸収フィルムとの組み合わせに依存する。フィルムのいくつかの非限定的な例としては、ガラス基材の界面に採用できる、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＩＴＯ、Ｔｇ＜６００℃のＵＶ吸収性ガラスフィルム、及び低融点ガラス（ＬＭＧ）、又は（ガラス転移温度を有しない材料に関しては）低液相線温度（ＬＬＴ）フィルムが挙げられる。ＬＬＴ材料としては、セラミック、ガラスセラミック及びガラス材料が一例として挙げられるが、これらに限定されない。ＬＬＴガラスとしては例えば、スズ‐フルオロリン酸ガラス、タングステンドープスズフルオロリン酸ガラス、カルコゲニドガラス、テルライトガラス、ホウ酸ガラス、及びリン酸ガラスが挙げられる。別の非限定的な実施形態では、封止材料は、例えばＳｎＯ、ＳｎＯ＋Ｐ２Ｏ５及びＳｎＯ＋ＢＰＯ４等のＳｎ２＋含有無機酸化物材料とすることができる。更なる非限定的な例としては、波長＞８００ｎｍにおいて吸収ピークを有する、近赤外線（ＮＩＲ）吸収性ガラスフィルムが挙げられる。これらの材料を用いた溶接部は、定常状態での穏やかな拡散溶接を開始するために十分なＵＶ又はＮＩＲ吸収を伴う可視光透過を提供できる。これらの材料はまた、拡散溶接に好適な局在化された封止温度を有する、透明レーザ溶接部も提供できる。このような拡散溶接は、各ガラス基材の低出力及び低温レーザ溶接をもたらし、効率的かつ迅速な溶接速度で、優れた透明な溶接部を製造できる。本開示の実施形態による例示的なレーザ溶接プロセスはまた、温度誘発型の吸収を含むための、色中心形成を超える光誘発型吸収特性にも依存し得る。
【０００８】
低融点無機（ＬＭＧ）材料又は紫外線吸収性（ＵＶＡ）若しくは赤外線吸収性（ＩＲＡ）材料の界面薄型フィルムを、封止を開始するために用いて、透明ガラスシートをレーザで溶接する現象について、ここで説明する。例示的な実施形態では、強力な接着の形成のために３つの基準が説明される：（１）例示的なＬＭＧ又はＵＶＡ若しくはＩＲＡフィルムは、ガラス基材内に十分な熱を伝播させるために十分な程度に、透過性の枠（約４２０ｎｍ〜約７５０ｎｍ）外の入射波長を吸収でき、これによって（２）温度誘発型の吸収、及び（３）入射波長における色中心の一時的形成を示すことができる。測定により、熱圧縮性又は凝集性拡散溶接機序が形成され、これが質的に極めて強力な接着の形成につながることが示唆されている。上記溶接プロセスに関する温度イベントの展開（ｕｎｆｏｌｄｉｎｇ）及びレーザ溶接中の色中心形成プロセスの明確な出現（ｐｒｅｖａｌｅｎｃｅ）についても記載される。ＬＭＧ又はＵＶＡ材料とＥａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）材料との間のＣＴＥ不適合が無関係であること、及び６００℃への熱サイクル後の溶接後強度増強についても議論されている。熱伝導性プレートを用いて異なる厚さを有するガラスシートを一体に溶接することに関する実施形態も議論されている。従って、本明細書に記載の実施形態は、ＬＭＧ又はＵＶＡ界面材料の使用に関連するレーザ封止属性を含み得る、パッシブ（ｐａｓｓｉｖｅ）及びアクティブ両方のデバイスを用いた、密閉パッケージの形成の可能性を提供できる。例示的な属性としては、透明性、強度、薄さ、可視光スペクトルにおける高い透過性、「未加工（ｇｒｅｅｎ）」組成、ＬＭＧ又はＵＶＡフィルムとガラス基材との間のＣＴＥ不適合の無関係性、及び低い融点が挙げられるが、これらに限定されない。
【０００９】
本開示の更なる実施形態は、低温での接着の形成及び「直接ガラス封止（ｄｉｒｅｃｔ  ｇｌａｓｓ  ｓｅａｌｉｎｇ）」を伴うレーザ封止プロセスを提供し、ここでは透明ガラスを、入射波長において吸収性のガラスに封止でき、これによって４００〜７００ｎｍの可視光波長において不透明なシールがもたらされる。例示的な実施形態では、両方のガラスは入射レーザ波長において、及び可視光波長範囲において、透明であるか又は略透明である。得られるシールもまた可視光波長範囲において透明であり、これにより、シール位置において光が吸収されず、シールが熱の生成と無関係となるため、上記シールは照明用途に関して魅力的なものとなる。更に、カバーガラス全体にわたってフィルムを適用できるため、封止作業のために封止用フリットペーストを正確に分注する必要がなく、これによりデバイス製造者には、封止領域の特別なパターン形成及び加工を必要とすることなく封止パターンを変更できる、高い自由度が提供される。他の実施形態では、封止をガラス領域の特定のスポットに対して実施することによって、機械的安定性のための非密閉接着を形成することもできる。更にこのような封止は、湾曲した共形表面に対して実施できる。
【００１０】
本開示の実施形態は、ガラスシートを一体にレーザ溶接するために使用できる低融点材料を提供し、上記低融点材料は、ガラスの様々なＣＴＥを考慮しないいずれのガラスの溶接に関与する。更なる実施形態は、例えばＥａｇｌｅ‐Ｅａｇｌｅ間、Ｌｏｔｕｓ‐Ｌｏｔｕｓ間等の、ガラス基材の対称な溶接（即ち厚いものと厚いものとの間）を提供できる。いくつかの実施形態は、熱伝導性プレートを用いた、例えばＷｉｌｌｏｗ‐Ｅａｇｌｅ  ＸＧ間、Ｅａｇｌｅ‐Ｌｏｔｕｓ間（即ち薄いものと薄いものとの間）、Ｅａｇｌｅ‐溶融シリカ間、Ｗｉｌｌｏｗ‐Ｗｉｌｌｏｗ間、溶融シリカ‐溶融シリカ間等の、ガラス基材の非対称な溶接（即ち薄いものと厚いものとの間）を提供できる。更なる実施形態は、異種基材溶接（ガラス‐セラミック、ガラス‐金属等）を提供でき、透明及び／又は半透明の溶接線を提供できる。いくつかの実施形態は、薄型の不浸透性「未加工（ｇｒｅｅｎ）」材料のための溶接を提供でき、ＣＴＥが大きく異なる２つの基材又は材料間の強力な溶接を提供できる。
【００１１】
実施形態はまた、ガラスパッケージを一体にレーザ溶接することによって、酸素及び湿気による攻撃による劣化に感受性を有するパッシブ及びアクティブデバイスの長期にわたる密閉動作を可能とするために使用される、材料も提供する。例示的なＬＭＧ又は他の薄型吸収性フィルムシールは、レーザ吸収を用いて、接着表面の組み立て後に熱活性化でき、より高い製造効率を実現できる。というのは、各作業デバイスを封止する速度は、真空又は不活性ガス組立ラインにおいてインライン薄型フィルム蒸着によってデバイスを封入する速度ではなく、熱活性化及び接着の形成によって決定されるためである。ＵＶ又はＮＩＲ‐ＩＲシールの例示的なＬＭＧ、ＬＬＴ及び他の薄型吸収性フィルムは、大型シート状の複数デバイスの封止も可能とすることができ、これは後で別個の複数のデバイスへとスコーリング又はダイシング（単体化）される。高い機械的一体性により、単体化による歩留まりを高くすることができる。
【００１２】
いくつかの実施形態では、第１の表面を有する第１の基材、上記第１の基材に隣接する第２の基材、及び上記第１の基材と上記隣接する第２の基材との間の界面に形成された溶接部を備える、装置が提供される。上記溶接部は、（σ引張応力位置／σ界面レーザ溶接部）＜＜１及びσ界面レーザ溶接部＞１０ＭＰａを特徴とし、ここでσ引張応力位置は、上記第１の基材内に存在する応力であり、σ界面レーザ溶接部は、上記界面に存在する応力である。
【００１３】
他の実施形態では、第１の表面を有する第１の基材、上記第１の基材に隣接する第２の基材、及び上記第１の基材と上記隣接する第２の基材との間の界面に形成された溶接部を備える、装置が提供される。上記溶接部は、（σ引張応力位置／σ界面レーザ溶接部）＜１及びσ界面レーザ溶接部＞１ＭＰａを特徴とし、ここでσ引張応力位置は、上記第１の基材内に存在する応力であり、σ界面レーザ溶接部は、上記界面に存在する応力である。
【００１４】
更なる実施形態では、真空断熱ガラス窓を形成する方法が提供され、上記方法は：第１の表面及び第１の縁部を有する第１のガラス基材を提供するステップ；上記第１の表面上に第１の複数のスペーサを設けるステップ；上記第１のガラス基材の上記第１の縁部に沿って、第２の複数のシムを設けるステップ；第２の表面及び第２の縁部を有する第２のガラス基材を、上記第１の複数のスペーサ及び上記第２の複数のシムと接触させることによって、上記第１のガラス基材と上記第２のガラス基材とを、上記第１の表面と上記第２の表面との間の第１の距離だけ離間させるステップ；上記第１及び第２の縁部に沿って、上記第１のガラス基材を上記第２のガラス基材に対してレーザ封止し、上記第１のガラス基材と上記第２のガラス基材との間に内部領域を画定するステップ；並びに上記内部領域内に、１気圧未満の真空圧を形成するステップを含む。
【００１５】
更なる実施形態では、封止されたデバイスを形成する方法が提供され、上記方法は：第１の表面を有する第１の基材を提供するステップ；上記第１の基材に隣接する第２の基材を提供するステップ；及び上記第１の基材と上記隣接する第２の基材との間の界面に溶接部を形成するステップを含む。上記溶接部は、（σ引張応力位置／σ界面レーザ溶接部）＜＜１及びσ界面レーザ溶接部＞１０ＭＰａを特徴とし、ここでσ引張応力位置は、上記第１の基材内に存在する応力であり、σ界面レーザ溶接部は、上記界面に存在する応力である。
【００１６】
更なる実施形態では、封止されたデバイスを形成する方法が提供され、上記方法は：第１の表面を有する第１の基材を提供するステップ；上記第１の基材に隣接する第２の基材を提供するステップ；及び上記第１の基材と上記隣接する第２の基材との間の界面に溶接部を形成するステップを含む。上記溶接部は、（σ引張応力位置／σ界面レーザ溶接）＜１及びσ界面レーザ溶接＞１ＭＰａを特徴とし、ここでσ引張応力位置は、上記第１の基材内に存在する応力であり、σ界面レーザ溶接は、上記界面に存在する応力である。
【００１７】
請求対象の主題の更なる特徴及び利点を以下の「発明を実施するための形態」において記載するが、その一部は、「発明を実施するための形態」から当業者には容易に明らかとなるか、又は請求対象の主題を、以下の「発明を実施するための形態」、請求項及び添付の図面を含む本出願に記載されているように実施することによって認識されるであろう。
【００１８】
以上の「発明の概要」及び以下の「発明を実施するための形態」の両方は、本開示の実施形態を提示し、請求対象の主題の性質及び特徴を理解するための概観又は枠組みを提供することを意図したものであることを理解されたい。添付の図面は、本開示の更なる理解を提供するために含まれているものであり、本明細書に援用されて、本明細書の一部を構成する。図面は様々な実施形態を図示したものであり、本記載と併せて、請求対象の主題の原理及び動作を説明する役割を果たす。
【００１９】
これらの図面は、例示を目的として提供されるものであり、本明細書において開示及び議論される実施形態は、図示されている配置及び手段に限定されないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本開示のある実施形態によるレーザ溶接のための例示的手順の図
【図２】一実施形態によるレーザ封止による密閉封止されたデバイスの形成を示す概略図
【図３】本発明の主題の別の実施形態の図
【図４】レーザ溶接接着ゾーンの物理的範囲を推定するために使用される実験設備の図
【図５】破壊された試料の顕微鏡画像
【図６】本開示のいくつかの実施形態によるモデリングスキームの図
【図７】本開示の実施形態による別のモデリングスキーム
【図８】Ｅａｇｌｅ０．７ｍｍガラス基材を通した３５５ｎｍレーザ透過率（％Ｔ）の、％Ｔ対時間測定のための実験設備の図
【図９】本開示のある実施形態によるプロット
【図１０】ガラス界面のＬＭＧフィルム層からＥａｇｌｅ  ＸＧガラス基材内への拡散を分析する一連のプロット
【図１１】異なる厚さのガラスシート間のレーザ溶接の実施の概略図
【図１２】いくつかの実施形態に関する、２層レーザ加熱表面吸収モデル
【図１３】いくつかの実施形態に関する一連の温度変化プロット
【図１４】いくつかの実施形態に関する、掃引レーザ滞留時間内に堆積される平均エネルギの一連のプロット
【図１５】いくつかの実施形態による別の方法の簡略図
【図１６】ＩＲ照射源を用いた加熱中の、３５５ｎｍにおけるＥａｇｌｅ  ＸＧ及びＬｏｔｕｓ  ＸＴ（登録商標）ガラスの透過率のプロット
【図１７】いくつかの実施形態に関する、加熱中の３５５ｎｍにおけるガラスの透過率のプロット
【図１８】いくつかの実施形態に関する、ＵＶ照射中及び後のフィルム及び基材の透過率に対する影響のプロット
【図１９】いくつかの実施形態に関する、吸収対波長のプロット
【図２０】いくつかの実施形態の偏光測定及び画像の概略図
【図２１】例示的な溶接線からの応力位置を提供するプロット
【図２２】本開示のいくつかの実施形態の簡略図
【図２３】成形プレスされた実施形態の図
【図２４】量子ドットを内包する例示的実施形態の画像
【図２５】真空断熱ガラス窓のための例示的なレーザ溶接方法に関する図解
【図２６】真空断熱ガラス窓のための例示的なレーザ溶接方法に関する図解
【図２７】レーザ溶接を用いて３次元的かつ複雑に形成されたデバイスの簡略図
【図２８】レーザ溶接を用いて３次元的かつ複雑に形成されたデバイスの簡略図
【図２９】レーザ溶接を用いて３次元的かつ複雑に形成されたデバイスの簡略図
【図３０】レーザ溶接を用いて３次元的かつ複雑に形成されたデバイスの簡略図
【図３１】レーザ溶接を用いて３次元的かつ複雑に形成されたデバイスの簡略図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本記載は具体的詳細を含み得るが、これらは請求の範囲に対する限定として解釈してはならず、特定の実施形態に固有のものであり得る特徴の説明として解釈されるものとする。
【００２２】
発光性コーティング及びデバイスに関する様々な実施形態について、図面を参照して説明する。図面においては、理解を容易にするために、同様の要素には同様の参照番号が与えられている。
【００２３】
また、そうでないことが指定されていない限り、「上部（ｔｏｐ）」、「底部（ｂｏｔｔｏｍ）」、「外向き（ｏｕｔｗａｒｄ）」、「内向き（ｉｎｗａｒｄ）」等の用語は便宜上の単語であり、限定的な意味で解釈してはならないことも理解されたい。更に、ある群が、複数の要素のうちの少なくとも１つ及びその組み合わせを含むものとして記載されている場合は常に、上記群は、列挙されている要素のうちの、個々の又は互いに組み合わされたいずれの個数の要素を含むか、これらから本質的になるか、又はこれらからなるものとすることができる。
【００２４】
同様に、ある群が、複数の要素のうちの少なくとも１つ及びその組み合わせからなるものとして記載されている場合は常に、上記群は、列挙されている要素のうちの、個々の又は互いに組み合わされたいずれの個数の要素からなるものとすることができる。そうでないことが指定されていない限り、値の範囲が列挙されている場合、これは上記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る場合、名詞は、そうでないことが指定されていない限り、「少なくとも１つ（ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ）」又は「１つ又は複数（ｏｎｅ  ｏｒ  ｍｏｒｅ）」の対象を指す。
【００２５】
本発明の有益な結果が依然として得られるならば、本記載の実施形態に対して多数の変更を実施できることは、当業者には認識されるであろう。また、本開示の望ましい便益の一部は、本記載の特徴の一部を選択し、他の特徴を使用しなくても得ることができることも、明らかであろう。従って、多くの修正及び適合が可能であり、また特定の条件下ではこのような修正及び適合が望ましい場合さえあり、このような修正及び適合は本発明の一部であることは、当業者には認識されるであろう。よって以下の記載は、本開示の原理を限定するものとしてではなく、本開示の原理の説明として提供されるものである。
【００２６】
本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本明細書に記載の例示的実施形態に対する多くの修正が可能であることは、当業者には理解されるであろう。よって本記載は、与えられている例への限定を目的とするものではなく、また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与えられる全保護範囲を認めるものとする。更に、本開示の特徴の一部を、これに対応して他の特徴を使用することなく、使用できる。従って例示的又は説明的実施形態に関する上述の記載は、本開示の原理を限定するものとしてではなく、本開示の原理の説明を目的として提供されるものであり、上記例示的又は説明的実施形態に対する修正及び置換を含み得る。
【００２７】
図１は、本開示のいくつかの実施形態によるレーザ溶接のための例示的な手順の図である。図１を参照すると、２つのＥａｇｌｅ  ＸＧ（ＥＸＧ）ガラスシート又は基材を、好適なＵＶレーザを用いて一体にレーザ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説明されているが、本明細書に添付の請求項はそのように限定されるものではない。というのは、いずれのタイプ及び組成のガラス基材を、本発明の開示の実施形態を用いてレーザ溶接できるためである。即ち本明細書に記載の方法は、ソーダライムガラス、強化及び非強化ガラス、アルミノシリケートガラス等に適用可能である。引き続き図１を参照すると、２つのガラス基材をレーザ溶接する際の例示的なステップのシーケンスが提供されており、これによって１つの基材を、低融点ガラス（ＬＭＧ）又は紫外線吸収性（ＵＶＡ）フィルム材料若しくはＮＩＲ吸収性（ＩＲＡ）フィルム材料でコーティングできる。ステップＡ〜Ｂにおいて、上部ガラス基材を、例示的なＵＶＡ、ＩＲＡ又はＬＭＧフィルムでコーティングされた別の基材上に押圧できる。なお、本明細書に記載の多数の実験及び実施例は、ある特定のタイプの無機フィルム（例えばＬＭＧ、ＵＶＡ等）についての言及であり得ることに留意されたい。しかしながらこれは、本明細書に添付の請求項の範囲を限定するものではない。というのは、本明細書に記載の溶接プロセスには多数のタイプの無機フィルムが好適であるためである。ステップＣでは、レーザを、上記２つのガラスシートの界面に、ステップＤに示されるような溶接プロセスの開始のために好適に選択したパラメータで、向けることができる。溶接部寸法は、入射ビームの寸法（およそ５００μｍ）よりわずかに小さいことが分かった。
【００２８】
図２は、一実施形態によるレーザ封止による密閉封止されたデバイスの形成を示す概略図である。図２を参照すると、最初のステップでは、低融点（例えば低Ｔｇ）ガラスで構成されたパターン形成済みガラス層３８０を、第１の平面ガラス基材３０２の封止表面に沿って形成できる。ガラス層３８０は、例えばスパッタリング標的１８０からのスパッタリングによる、物理蒸着によって堆積できる。一実施形態では、上記ガラス層は、第２のガラス又は他の材料の基材３０４の封止表面と係合するよう適合された周縁封止表面に沿って形成できる。図示されている実施形態では、上記第１及び第２の基材は、噛合構成とされると、上記ガラス層と協働して、保護対象の被加工物３３０を内包する内部容積３４２を画定する。組立体の立体分解図を示す、図示されている例では、上記第２の基材は、被加工物３３０が中に配置される凹部を備える。
【００２９】
レーザ５００からの集束レーザビーム５０１を用いて、上記低融点ガラス及び隣接するガラス基材材料を局所的に溶融し、封止された界面を形成できる。あるアプローチでは、上記レーザを、第１の基材３０２を通して集束させた後、封止表面にわたって並進（走査）させて、ガラス封止材料を局所的に加熱できる。上記ガラス層の局所的な溶融を実施するために、上記ガラス層を好ましくは、レーザ加工波長において吸収性とすることができる。上記ガラス基材を初め、上記レーザ加工波長において透明（例えば少なくとも５０％、７０％、８０％又は９０％透明）とすることができる。
【００３０】
ある代替実施形態では、パターン形成済みガラス層を形成する代わりに、封止（低融点）ガラスのブランケット層を、第１の基材の表面の略全体にわたって形成できる。第１の基材／封止ガラス層／第２の基材で構成される組立構造体は、上述のようにして組み立てることができ、レーザを用いて、上記２つの基材の間の封止界面を局所的に画定できる。
【００３１】
レーザ５００は、封止を実行するためのいずれの好適な出力を有することができる。例示的なレーザは、限定するものではないが３５５ｎｍレーザ等のＵＶレーザとすることができ、これは一般的なディスプレイガラス用の透明性の範囲内にある。好適なレーザ出力は、約１Ｗ〜約１０Ｗとすることができる。封止される領域の幅はレーザスポットサイズに比例し得るが、これは約０．０６〜２ｍｍ、例えば０．０６、０．１、０．２、０．５、１、１．５又は２ｍｍとすることができる。レーザの並進速度（即ち封止速度）は、約１ｍｍ／秒〜約４００ｍｍ／秒、又は１ｍ／秒以上、例えば１、２、５、１０、２０、５０、１００、２００若しくは４００ｍｍ／秒、６００ｍｍ／秒、８００ｍｍ／秒、１ｍ／秒にさえすることができる。レーザスポットサイズ（直径）は、約０．０２〜２ｍｍとすることができる。
【００３２】
好適なガラス基材は、封止中に有意な誘起吸収を示す。いくつかの実施形態では、第１の基材３０２は、コーニング社（Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）が商品名Ｅａｇｌｅ  ２０００（登録商標）として製造及び市販しているもの、並びに他のガラスのような、透明なガラスプレートとすることができる。あるいは第１の基材３０２は、旭硝子株式会社（例えばＡＮ１００ガラス）、日本電気硝子株式会社（例えばＯＡ‐１０ガラス若しくはＯＡ‐２１ガラス）、又はコーニング・プレシジョン・マテリアルズ社（Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）が製造及び販売しているもののような、いずれの透明ガラスプレートとすることができる。第２の基材３０４は、第１のガラス基材と同一のガラス材料とすることができ、又は第２の基材３０４は、限定するものではないがセラミック基材若しくは金属基材等の、非透明基材とすることができる。例示的なガラス基材は、約１５０×１０‐７／℃未満、例えば５０×１０‐７、２０×１０‐７又は１０×１０‐７／℃の熱膨張係数を有することができる。当然のことながら、他の実施形態では、第１の基材３０２を、パターン形成済みの又は連続した、セラミック、ＩＴＯ、金属又は他の材料の基材とすることができる。
【００３３】
図３は、本発明の主題の別の実施形態の図である。図３を参照すると、左上の図は、２つのＥａｇｌｅ  ＸＧ（ＥＸＧ）ガラス基材をレーザ溶接するために採用できる、いくつかの例示的なパラメータを示す。透過率％Ｔを経時的に監視でき、これは３つの異なるレーザ出力に関して左下のグラフに示されている。ＬＭＧ、ＩＲＡ又はＵＶＡフィルムの溶融の開始は、低レーザ出力曲線（最も右側の曲線）において、「膝（ｋｎｅｅ）」状屈曲によって容易に観察でき、Ｅａｇｌｅ  ＸＧの歪み点を超える高い局所的ガラス温度による、ガラス基材の急速な吸収及び加熱がそれに続く。上記屈曲は、より高いレーザ出力（最も左側の曲線）においては除去でき、これにより、ＬＭＧ、ＩＲＡ又はＵＶＡ吸収からガラス融着へのシームレスな遷移を誘起できる。例示的なレーザ溶接は、接着対象の界面の境界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。右下隅に示されているリストに３つの基準が記載されており、これらについて以下で詳細に説明する。即ち、例えば低融点フィルムが入射波長において吸収／溶融すること、ガラス内の色中心形成、及び／又はいくつかの実施形態におけるガラス内での温度誘発型の吸収である。フィルムの吸収は、色中心形成の影響又は温度誘発型の吸収の影響を用いずに、単独で十分なものであり得る。図３において同定されているイベントの順序は、本明細書に添付の請求項の範囲を限定するものではなく、又は挙げられている他のイベントに対して相対的に重要であることを示すものではないことに留意されたい。
【００３４】
いくつかの実施形態では、開始イベントは、低融点ガラス（例えばＬＭＧ又はＵＶＡ）フィルムによるＵＶレーザ吸収とすることができる。これは、Ｅａｇｌｅ  ＸＧに比べて上記薄型フィルムが３５５ｎｍにおいてより大きな吸光度を有することに、及び図３に示す溶融曲線に基づくものとすることができる。図３の左上部分に示されている実験設備について考察すると、レーザは、ＳｐｅｃｔｒａＰｈｙｓｉｃｓＨＩＰＰＯ３５５ｎｍであり、これは３０ｋＨｚにおいて８〜１０ｎｓパルスを生成し、平均出力は最高６．５ワットであった。レーザビームは５００マイクロメートル直径のビームウエストへと集束され、透過したビームを監視及びサンプリングして、異なるレーザ出力（５．０Ｗ、５．５Ｗ、６．０Ｗ）に関して、時間と透過率のパーセンテージ（％Ｔ）とのプロットを得た。これらのプロットは、図３の左下部分に示されている。ＵＶＡ、ＩＲＡ又はＬＭＧフィルムの溶融の開始は、低レーザ出力曲線（底部及び中央の曲線）において、膝状屈曲によって容易に観察でき、Ｅａｇｌｅ  ＸＧの歪み点を超える高い局所的ガラス温度による、ガラス基材の急速な吸収及び加熱がそれに続く。溶接されるガラスの部分は溶融しなくてもよく、単に軟化するだけであり、これにより上記部分は、緩やかに力が印加されることにより密接に接触した状態に保持された場合に、柔軟になる。この挙動は、特に基材の融点の５０〜８０％において強力な接着を形成できる能力において、固相拡散接合と同様であり得る。固相接合の複屈折の光学的断面画像は、溶接された２つの部分間の明確な界面線を示す（例えば図４を参照）。
【００３５】
別の実施形態は、１ＭＨｚ、２ＭＨｚ又は５ＭＨｚの繰り返し数において一連の１ｎｓのパルスを生成する、３３５ｎｍパルスレーザを用いた溶接を含む。ビームを無機フィルム上に、直径０．０２ｍｍ〜０．１５ｍｍのスポットへと集束させ、５０ｍｍ／秒〜４００ｍｍ／秒の速度で溶接を行う場合、およそ６０μｍ〜およそ２００μｍの無欠陥接着線が生成された。必要なレーザ出力は、およそ１Ｗ〜およそ１０Ｗとすることができる。
【００３６】
図４を参照すると、レーザ溶接接着ゾーンの物理的範囲を推定するために使用された実験設備が示されている。引き続き図４を参照すると、２つのＥａｇｌｅ  ＸＧスライドが、上述のようにしてレーザ溶接され、ガラスのサンドイッチ内に設置され、ダイヤモンドソーで切断された。これは図４の左側のパネルに示されている。結果として得られた断面を偏光測定器内に設置して、局所的な応力領域に起因する光の複屈折を測定した。これは図４の右側のパネルに示されている。この右側のパネル内の比較的明るい領域は、より高い応力を示す。図４の右側のパネルに示すように、接着された領域は、５０マイクロメートル程度の物理的範囲を有するように見えた。更に、いずれの基部又は基材ガラスの溶融も見当たらないものの、２つのガラス基材間に形成された接着は極めて強力であった。例えば複屈折画像断面の中央の画像は、Ｅａｇｌｅ  ＸＧ基材内に深く（５０マイクロメートル）延在した固相接着領域を示し、これは高いシール強度を示す。レーザ溶接は、この領域を、接着対象の界面境界線に沿って掃引するステップを含むことになる。
【００３７】
図５は、破壊された試料の顕微鏡画像である。図５を参照すると、図示されている破壊された試料の３次元共焦点顕微鏡画像は、本開示の実施形態のシール強度は十分に強力なものとすることができ、これにより、下層の基材（例えばＥａｇｌｅ  ＸＧ基材）材料を４４μｍもの深さだけ剥ぎ取ることによって破壊が発生する（即ち凝集破壊）ことを示す。上記試料に対してアニーリングは実施されなかった。図５は更に、剃刀の刃によって亀裂を開口させる技法に供された、アニーリングされなかったレーザ溶接実施形態の、破壊された試料を示す。一連の３次元共焦点測定が行われ、各例を図５に右側に示す。これらの共焦点画像の１つの特徴は、いくつかの実施形態による例示的な凝集性拡散溶接部の、凝集破壊モード特性と、これに関連する引張強度とを示す。本明細書に記載されているように、凝集性拡散溶接部は、圧力を印加した状態で（拡散溶接）、接合される基材の融点未満の温度において形成される、強力な界面接着（溶接部）である。このような溶接部は凝集破壊を示し、応力が上昇した状態において、基材内部の位置で破断が発生する。好適な接触圧条件下で強固な界面シール強度を提供するにあたって、基材の融点より大幅に低い温度が観察された（例えば基材の歪み点付近の温度、又は基材の軟化点付近の温度）。本明細書において言及される引張応力σは一般に、材料、溶接部又は基材内部が、牽引され又は引っ張られて破損又は破断するまでに耐えられる最大応力である。引張強度測定を実施し、フリット及び溶接されたガラスシートにおける凝集破壊と接着破壊との間の違いを観察した（図５参照）。用語「引張応力（ｔｅｎｓｉｌｅ  ｓｔｒｅｓｓ）」、「引張強度（ｔｅｎｓｉｌｅ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ）」及び／又は「引張シール強度（ｔｅｎｓｉｌｅ  ｓｅａｌ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ）」は本明細書において相互交換可能なものとして使用され、このような使用は本明細書に添付の請求項の範囲を限定するものではないことに留意されたい。図示されているように、界面シール強度は、例えばこの例では界面から４４μｍもの深さ、及び他の実験ではおよそ２００μｍもの深さにおいて基材材料のバルク内で破壊が発生するよう、十分に強くすることができる。更なる実験では、偏光測定により、６００℃で１時間アニーリングされた初期レーザ溶接部（図５の研究と同条件）に発生した残留応力が示され、これにより、偏光測定によって測定可能な応力を呈さない頑強な接着がもたらされた。このような接着を破断させる試みは、溶接された基材のシール線以外のあらゆる場所に破断を発生させた。フリットシールにおいて発生する接着破壊と比較すると、同様のパッケージジオメトリにおいて、レーザ溶接部（凝集性）（２０〜８４＋ＭＰａ）に対してフリット（接着）シールの引張シール強度の測定値は小さい（＜９ＭＰａ）ことが分かり、これはレーザ溶接部の引張強度が強いことを示す。
【００３８】
図３に示すように、強力な密閉性の透明接着は、本開示の実施形態を用いて、例示的な低融点フィルム又は入射波長において吸収／溶融する別のフィルム、上記フィルム及びガラス内での色中心形成、並びに上記フィルム及びガラス内での温度誘発型の吸収によって達成できる。第１の基準、例えば低融点ガラス吸収イベントに関して、ガラス‐ＬＭＧ／ＵＶＡ‐ガラス構造体を、単位面積あたりの出力が十分に高い状態でレーザ照明することにより、スパッタリングされた薄型フィルムＬＭＧ／ＵＶＡ界面における吸収を開始させることができ、これによって溶融が誘発される。これは図３の左下隅の下側曲線において容易に観察できる。上記下側曲線の最初の下向きの傾斜は、約１５秒までのＬＭＧ／ＵＶＡ溶融プロセスをたどるものであり、この約１５秒の時点において別のプロセスが発生し、このプロセスは、各基材におけるガラス‐レーザ相互作用（即ち色中心形成）である。この中央の下向きの曲線の、約１７秒以降の大きな曲率半径は、大きな吸収により、ガラス内の色中心形成がもたらされたことを示す。これらの色中心は一般に、基材中の不純物元素、例えば一例としてＡｓ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｋ、Ｍｎ、Ｎａ、Ｐ、Ｓｂ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｓｎの含量に左右され得る。透過曲線に湾曲があればある程、ますます色中心が形成される。これが、図３に示した第２の基準である。ＬＭＧ／ＵＶＡフィルムの融点は、限定するものではないが約４５０℃であってよいが、同様のレーザ溶接条件下における代用のアルミニウムコートＥＸＧガラス基材を用いたレーザ照明実験での観察によると、界面温度は６６０℃超となる傾向があり得る。この実験では、アルミニウムは溶融し（融点：６６０℃）、表面温度を較正熱撮像カメラ（ＦＬＩＲカメラ）で測定すると、レーザ溶接条件を用いて約２５０℃となった。
【００３９】
図６は、本開示のいくつかの実施形態によるモデリングスキームの図である。図６を参照すると、ＬＭＧ／ＵＶＡ及びＥＸＧ材料の熱輸送特性を用いて、１μｍの薄型無機フィルム＋７００μｍのＥＸＧを備える２層積層体に０．８〜３ｋＷ／ｃｍ２で当たる３５５ｃｍレーザをモデリングした。このモデルでは、薄型無機フィルム（例えばＬＭＧ、ＩＲＡ、ＵＶＡフィルム等）の相変化は不明であった。引き続き図６を参照すると、瞬間的な熱分布の推定を行い、６６０℃超の界面温度を達成できることが示唆された。６６０℃を超える正確な界面温度が達成されるかどうかに関係なく、高温の溶解したＬＭＧ／ＵＶＡ界面フィルムの存在は、エネルギバンドギャップを低いエネルギへと変移させることにより、ガラス中での吸収を増加させる。これらのバンドギャップの変移は一般に、電子エネルギの変化に関連する基材の格子の熱膨張、及び電子‐光子の相互作用によるバンドエネルギの直接的な繰り込みに起因するものと理解される。溶融シリカにおけるこの挙動のプロットは、図３の右下隅に示されている。正味の効果は、高温ＬＭＧ／ＵＶＡフィルムは、バンドギャップを低下させることによって、界面付近におけるＥＸＧ基材内での吸収を更に増強し、これは内部変換プロセスからより多くの熱を生成し、バンドギャップを更に低下させる、というものである。このプロセスを包括的に、「熱誘発型の吸収（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ  ｉｎｄｕｃｅｄ  ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）」と呼ぶことができ、これは図３において同定された第３の基準を表す。当然のことながら、このような実施形態では他の無機フィルムを使用でき、上述の例は本明細書に添付の請求項の範囲を限定するものではない。
【００４０】
上述のように、色中心形成は、本開示の実施形態によるレーザ溶接部の形成においてある役割を果たす。３準位図に基づいてフィッティング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リングを、図８に示す実験設備を用いて図７に示す。図７は、本開示の実施形態による別のモデリングスキームである。図７の左側のパネルでは、３つのガラス帯域状態が３５５ｎｍ光子を吸収し、接地状態ｎｇ［ｔ］、伝導帯域ｎｅ［ｔ］及び色中心ｎｃｃ［ｔ］において集団を構築するか又は消尽させる。１方向の矢印はレーザ吸収を表し、２方向の矢印は、刺激された吸収及び放出の両方を表すことに留意されたい。図７の右側のパネルでは速度式が提供され、これは、系のうちのコヒーレントに駆動された系の複数の部分が同一の集団の迅速な発振を示す（ｎｇ⇔ｎｅ）一方での、電子準位集団の平滑かつ単調な構築及び消尽を予測する。３準位の初期条件は、図７の右側のパネルの底部の行に提供されている。図８は、Ｅａｇｌｅ０．７ｍｍガラス基材を通した３５５ｎｍレーザ透過率（％Ｔ）の、％Ｔ対時間測定のための実験設備の図である。図８を参照すると、診断用のパッケージングにより、およそ５〜６Ｗを平均出力とした状態の、溶融シリカウインドウ及びＥａｇｌｅ  ＸＧガラスシートを通過した後の、ＵＶパルスの合計エネルギ及び一時的な波形を測定できる。
【００４１】
以下の式（１）は、実験によって観察できる、例えば透過（ｔｒａｎｓ）対時間データに関連する、時間に対する吸光度（Ａｂｓ）を説明するものである：１≒Ａｂｓ＋Ｔｒａｎｓ。解は、上昇指数及び減衰指数の合計となり得るが、以下の式へと簡略化できる：
【００４２】
【数１】
2018501175.tif 000003
【００４３】
ここでαは線吸収係数（ｃｍ‐１）を表し、Ｉはレーザ束（光子／ｃｍ２・秒）を表し、σｇは接地状態の吸収断面（ｃｍ２）を表し、σｅｓａは励起状態の吸収断面（ｃｍ２）を表し、ｋｅｃは過渡的色中心速度を表し、ｋｆは蛍光減衰速度を表す。式（１）及び図８を参照すると、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できる。図９は、本開示のある実施形態によるプロットである。図９を参照すると、特定の非限定的なレーザ‐ガラス相互作用パラメータ：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に関する、色中心形成の存在（図示されている弧）、及び色中心形成の不在（図示されている直線）時における式（１）のプロットが提供されている。σｃｃ＝０に設定すると、一次従属が得られた。次に、％透過率＝１００‐％吸光度という関係により、％透過率を形成した。図９に示すように、色中心形成の項を単にゼロとする（即ちσｃｃ＝０に設定する）ことにより、合理的に選択されたパラメータ値を用いて、上記弧が上記直線へと変換された。Ｅａｇｌｅ  ＸＧ、Ｌｏｔｕｓ  ＸＴ、Ｗｉｌｌｏｗ、並びに組み合わせＷｉｌｌｏｗ‐Ｗｉｌｌｏｗ間、Ｗｉｌｌｏｗ‐Ｌｏｔｕｓ間及びＷｉｌｌｏｗ‐Ｅａｇｌｅ間を含むがこれらに限定されない、実験的にレーザ溶接したガラス基材は、一般にこの曲率半径を示した。
【００４４】
同一の又は異なる組成を有するガラス基材を一体に融着したもの（一方又は両方が入射レーザ波長に対して適切な吸収特性を有する）を用いた実施形態について記載したが、他の実施形態は、別のガラス基材を十分に接触及び溶接させることができるように、外側層がＵＶ吸収性又は入射レーザ波長に対して適切な吸収性を有している限りにおいて、３層以上の構造も同様に含むことができる。吸収性層の厚さは１００μｍもの厚さとすることができる。更なる実施形態では、ガラス基材のうちの一方又は両方をガラス‐ガラス積層構造体で置換できる。このような実施形態では、上記ガラス‐ガラス積層構造体の外側クラッドは、後続のレーザ溶接のためのＵＶ吸収性層として機能し得る（例えば図２２を参照）。図２２は、第１の側に、２つの外側クラッド２２２の中間に内側コア２２１を有するガラス‐ガラス積層体を有する、本開示の別の実施形態を示す。この実施形態では、１つのクラッド２２２を、この非限定的な実施形態では３Ｄ形成された基材である別の基材２２４への後続のレーザ溶接のために、ＵＶ又はＩＲ吸収性要素でドープできる。このような実施形態では、上記クラッドのドープにより、スパッタリング堆積、イオン交換等の高いコストを回避できる。
【００４５】
図１０は、ガラス界面の例示的なＬＭＧフィルム層からＥａｇｌｅ  ＸＧガラス基材内への拡散を分析する一連のプロットを提供する。図１０を参照すると、例示的な非限定的な組成（３８％のＳｎＯ、４０％のＳｎＦ２、２０％のＰ２Ｏ５、２％のＮｂ２Ｏ５）を有し、好適なレーザ溶接条件下において厚さが約０．８μｍであるガラス界面のＬＭＧフィルム層から、Ｅａｇｌｅ  ＸＧガラス基材内への、発生し得る拡散を分析するために、ＴＯＦ‐ＳＩＭＳを適用した。初期状態の界面（ａ、ｂ）全体にわたる、及びレーザ溶接を受けた界面（ｃ、ｄ）全体にわたる、Ｆ及びＳｎライン走査は、界面から離れる方向への拡散の程度は小さく、その一方でフッ素が界面から離れる方向に平均およそ１／２マイクロメートル移動し、スズは有意には移動しなかったことを示す。従って図１０は、例示的な基材内への有意なＬＭＧ材料の拡散がなかったことを示すエビデンスを提供する。同様の知見は、他の例示的な無機薄型フィルム（ＵＶＡ、ＩＲＡ等）を用いても観察される。ＣＴＥ８７０ＣＨＭ＝１８ｐｐｍ／℃対ＣＴＥＥＸＧ＝３．１ｐｐｍ／℃という界面材料間の見かけ上の大きなＣＴＥ不適合に基づいて、本開示の実施形態において利用される可動原子種の、有意に大きな拡散が予期され得るものの、層間剥離は観察されなかった。むしろ、６００℃もの高温での反復されるサイクルにより、いずれの残留応力が除去されたようであり、これにより、より強力な接着がもたらされた。得られた無機薄型フィルムは、各ガラス基材におけるＣＴＥミスマッチによる層間剥離力を接着力よりもはるかに小さくするために十分に薄いものとなった。これは、接着されたフィルムの堆積応力による積層構造体の複合的な応力は、フィルム厚さの３乗と共に増減するという知見に対応する。
【００４６】
図１１は、異なる厚さのガラスシート間のレーザ溶接の実施の概略図である。図１１を参照すると、超薄型Ｗｉｌｌｏｗガラス（０．１ｍｍ）をＥａｇｌｅ  ＸＧガラス（０．７ｍｍ）に溶接する場合、即ち「非対称な」ケースにおいて、品質の低い溶接部がもたらされる場合があることが分かった。「対称な」Ｅａｇｌｅ‐Ｅａｇｌｅ間の場合（図１１の左側）、良質な溶接を実施するために、高温のゾーンをガラス界面に沿って掃引した。各温度分布を各図の下に示す。例えばＷｉｌｌｏｗ‐Ｅａｇｌｅ間の溶接（図１１の中央の図）の場合のように、異なる厚さのガラスシートを用いた場合、場合によっては品質の低い溶接部をもたらす場合がある非対称な熱ゾーンが発生する。しかしながら例示的な実施形態では、図１１の右側に示されている、熱伝導性プレートの使用による、この非対称な溶接に関する問題に対する解決策を提供でき、上記熱伝導性プレートは、いずれの熱を消散させて薄型ガラスシートを冷却でき、これによって高温ゾーンを効果的に復元して、強力に溶接された接着部の形成をもたらす。よって本明細書に記載のいくつかの実施形態は、異なる厚さのガラスシートをレーザ溶接するために、熱伝導性プレートの使用を採用できる。
【００４７】
これ以前の記載では、（同一の又は異なる寸法、ジオメトリ及び／又は厚さの）ガラス基材に対するガラスのレーザ溶接について説明したが、これは、本明細書に添付の請求項の範囲を限定するものではない。というのは、実施形態は、界面伝導性フィルムを有する又は有しない、セラミック、ガラス‐セラミック、金属等（これらに限定されない）の、非ガラス材料の基材又はシートに対しても同様に適用可能であるためである。例えば例示的なレーザ溶接方法を、同時係属中の共同所有された米国特許出願第１４／２７１７９７号明細書（上記特許出願はその全体が参照によって本出願に援用される）に記載されているように、（一例として）基材上のＩＴＯリード、電極、又はＩＴＯパターン形成済みフィルムに対して使用してよい。よって本開示の実施形態は、同一の又は異なる寸法、ジオメトリ及び厚さのガラス、金属、ガラスセラミック、セラミック及び他の基材に対するガラスのレーザ封止に適用可能である。
【００４８】
高接着強度の透明なガラス‐ガラス間溶接部を効率的に形成する、本明細書に記載の実施形態を利用できる用途は、数多く存在し、限定するものではないがソリッドステート照明、ディスプレイ、及び透明真空断熱技術を含む。特にガラスのレーザ溶接は、効率と、ｅビーム、アーク、プラズマ又はトーチといった従来の多くの溶接法では全く提供できなかった、熱影響部（ｈｅａｔ  ａｆｆｅｃｔｅｄ  ｚｏｎｅ：ＨＡＺ）が小さいこと等の特徴とを提供できる。いくつかの実施形態では、レーザガラス溶接は一般に、多くのガラスが不透明になる赤外線（ＩＲ）レーザを用いた予熱若しくは後熱、又は多くのガラスが透明になる超短パルスレーザ（ＵＳＰＬ）を行わずに、進めることができる。いくつかの実施形態では、ガラス基材の組成、及び界面に分散されるＩＲ吸収性フリットを賢明に選択することによって、密閉性のガラス「サンドイッチタイプ」のレーザ封止されたパッケージを得ることができるようになる。いくつかの実施形態では、超短パルスレーザを、例示的なガラス基材の表面又は内部の点に集束させることができ、上記超短パルスレーザは、多光子又は雪崩式のイオン化といった非線形プロセスによる吸収を誘発できる。これらのプロセスは、価電子を、更なる吸収を発生させない伝導電子とすることによるものであり、これにより、基材表面の損傷を引き起こさない内部ガラス溶融が可能となる。非線形吸収プロセスに依存するこれらのＵＳＰＬレーザ溶接法全てにおいて、有意な応力場が発生する。
【００４９】
これまで、低温での接着形成（融点の半分もの低さ）、並びに接触及び圧力条件に関する要件のために、吸収性低融点ガラス界面フィルムに依存する、拡散溶接に属する低出力レーザ溶接プロセスについて説明してきた。上述のように、ガラスシートを強力な接着形成によって一体にレーザ溶接するために、いくつかの効果、例えば入射レーザ波長において吸収性の低融点ガラスフィルム、ガラス基材内に形成されるレーザ誘発型の色中心、及び温度上昇を効果的に加速させるための基材内での熱誘発型の吸収が注目に値するものであった。
【００５０】
しかしながら、いくつかの実施形態では、入射波長（例えば３５５ｎｍ）において強い吸収性を有する多くのフィルムは、高接着強度レーザ溶接を誘発するために十分であり得る。他のフィルム、例えばＺｎＯ又はＳｎＯ２は、本明細書に記載のいくつかの例示的な低融点ガラス組成物とは科学的に異なるものの、比較的低い光束における同等のレーザ溶接性能を共有している。従って、ＺｎＯの融点（１９７５℃）をいくつかの低融点ガラス組成物（〜４５０℃）と比較して、低融点特性はいくつかの実施形態では必須ではない場合があることが分かった。しかしながら、これらのフィルムの統一的な特徴は、これらが略３５５ｎｍの放射を吸収する（ＺｎＯの吸光度：〜４５％（２００ｎｍ厚のフィルム）、及び低融点ガラス：〜１５％（２００ｎｍ厚のフィルム））ことであることが分かった。また、本明細書に記載の例示的な方法は、石英、即ち純粋な溶融シリカの基材、即ち色中心を有しない基材をレーザ溶接できることも決定された。よって、色中心は必ずしも必須ではないものの、例示的なフィルムの吸収率が低い（例えば〜Ａｂｓ＜２０％）いくつかの実施形態においては必要となり得ることが決定された。
【００５１】
図１５は、いくつかの実施形態による別の方法の簡略図である。図１５を参照すると、所定のビーム幅ｗを有する集束していないレーザが、一方のシートの内側界面が薄型吸収性フィルム１９でコーティングされた２つのガラスのシート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の構造体１６に入射する。ビームは円筒形のものとして図示されているが、このような図は本明細書に添付の請求項の範囲を限定するものではない。というのは、上記ビームは円錐形又は別の好適なジオメトリであってよいためである。フィルム材料は、入射レーザ波長におけるその吸光度に関して選択できる。レーザ１５は、所定の速度ｖｓで並進させることができ、並進するレーザビームが所与のスポットを効果的に照明できる時間は、滞留時間ｗ／ｖｓによって特性決定できる。いくつかの実施形態では、溶接又は接着イベント中に穏やかな圧力を印加でき、これにより清浄な表面間の持続的接触が保証され、その一方でいずれの１つ又は複数のパラメータが、溶接部を最適化するために調整される。例示的かつ非限定的なパラメータとしては、レーザ出力、速度ｖｓ、繰り返し数及び／又はスポットサイズｗが挙げられる。
【００５２】
上述のように、図３を参照すると、最適な溶接は３つの機序、即ち：例示的なフィルム及び／又は基材によるレーザ放射の吸収、この吸収プロセスに基づく加熱効果；瞬間的なものであってよく、かつ加工条件に左右される、上記加熱効果によるフィルム及び基材の吸収の増加（より長い波長へのバンドギャップの変移）；並びに欠陥若しくは不純物による吸収、又はＵＶ放射によって生成される色中心吸収に左右され得る。熱分布は本プロセスの重要な側面であり得、以下の議論を用いて、界面における静的吸収を仮定して、２つの基材の間の界面における温度分布の理解を支援できる。
【００５３】
Ｅｌ‐Ａｄａｗｉは、大型の半無限大のスラブ基材上の、厚さＺの吸収性フィルムからなる、２層積層体のレーザ加熱の分析モデルを開発した。各材料における熱拡散式を、適合した境界の条件を用いて解き、フィルム及び基材の時間及び位置の関数として温度の表現：Ｔｆ（ｔ，ｚ）、Ｔｓ（ｔ，ｚ）を得た。Ｅｌ‐Ａｄａｗｉのモデルは、吸収が表面のみにおいて発生し、相変化が発生しないよう、フィルム及び基材の熱特性（拡散率Ｄ、伝導率ｋ、熱容量Ｃｐ）が固定されていると仮定するものであった。ラプラス変換を用いて、指数関数項と誤差（補）関数項との合計を得た。
【００５４】
【数２】
2018501175.tif 000004
【００５５】
ここで、Ａｆは薄型フィルムの表面吸光度を表し、ＩＯはレーザ束（光子／ｃｍ２・秒）を表し、ｎは整数（０≦ｎ≦∞）を表し、全ての下付き文字ｆはフィルムのパラメータを指し、下付き文字ｓは基材のパラメータを指す。Ｂ及びεは、材料の特性に関連し：Ｂ＝１‐ε／１＋ε＜１、ε＝（ｋｓ／ｋｆ）√（Ｄｆ／Ｄｓ）であり、一方でＬｆは時間ｔも含む：Ｌｆ２＝４Ｄｆｔ。薄型フィルム層に関する時間及び空間の範囲はそれぞれ：０＜ｔ、０≦Ｚｆ≦Ｚとして与えることができ、ここでＺはフィルムの厚さを表す。基材層に関する時間及び空間の範囲はそれぞれ：ｔｓ＜ｔ、Ｚ≦ｚｓ≦∞として与えられ、ここでｔｓは最初のレーザフィルムへの入射後にフィルムの背面の温度が室温からの偏移を開始するのにかかる時間を表す（ｔｓ＝Ｚ２／６Ｄｆ）。膨張係数は、以下の表現によって独立変数及び材料の特性に関連付けられる：
【００５６】
【数３】
2018501175.tif 000005
【００５７】
図１２は、いくつかの実施形態に関する２層レーザ加熱表面吸収モデルである。図１２を参照すると、パルスＵＶ（３５５ｎｍ）レーザ２０が、１μｍのＵＶ吸収性フィルム２３及び７００μｍのＥａｇｌｅ  ＸＧ基材２４を有する２層積層体２２に当たる様子が示されている。Ｅａｇｌｅ  ＸＧ積層体２２の溶接部界面から離れる方向の空間的温度分布は、式（２）によって計算でき、平均出力６ワットで送達されるパルス（３０ｋＨｚ、１０ｎｓのパルス幅、５００μｍ幅のレーザビームウエスト直径）３５５ｎｍレーザを仮定してプロットできる。次に、異なるレーザ掃引速度（２ｍｍ／ｓ、５ｍｍ／ｓ、１０ｍｍ／ｓ及び２０ｍｍ／ｓ）を使用した。１５％のＵＶフィルム吸光度を計算のために採用したが、これは、３５５ｎｍにおいて厚さ約２００ｎｍのスズ‐フルオロリン酸ＬＭＧ材料に典型的な値である。ゆっくりと移動するレーザビームは、より迅速に移動するビームに比べて、所与のレーザ溶接部の位置上に長く滞留するため、Ｅａｇｌｅ  ＸＧ基材又は積層体２２におけるこの温度分布をプロットすることにより、異なるレーザ掃引速度を用いることによる温度分布の変動を観察した。例えば、２ｍｍ／ｓで移動する５００μｍ幅のレーザビームが所与の溶接部スポット上に滞留する効果的な時間は０．２５秒であったが、２０ｍｍ／ｓで掃引するレーザビームは０．０２５秒しか滞留しなかった。
【００５８】
異なるレーザ出力、又は異なる吸光度を有するフィルムを用いることによる温度変化も、図１３に示すように調査した。図１３は、いくつかの実施形態に関する一連の温度変化プロットである。図１３を参照すると、レーザ出力及びフィルムの吸光度に対するガラス基材の温度分布の相関関係を、２層レーザ加熱モデル（式（２））を用いてプロットした。図１２で使用したものと同一のレーザパラメータを図１３でも使用した。より具体的には、以下のパラメータを有するパルスＵＶレーザを使用した：λ＝３５５ｎｍ、ビームウエスト＝５００μｍ、繰り返し数＝３００００Ｈｚ、及びパルス幅＝１０ｎｓ。図１３の左側のパネル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出力の影響は、図１３の右側のパネルにおける吸光度のより高次の挙動に比べてより線形であるように思われる。この挙動は、出力ＩＯ及び吸光度Ａｆが連関しているように思われる式（２）からは明らかではない。吸光度は、有効フィルム厚さｚｆに間接的に影響を及ぼすことができ、これには膨張係数ｂｎ及びｇｎがある程度関連している。対照的にＩＯは独立しており、膨張係数ｂｎ及びｇｎと関連する関数的関係はない。
【００５９】
図１４は、いくつかの実施形態に関する、掃引レーザの滞留時間内に堆積される平均エネルギの一連のプロットである。図１４を参照すると、滞留時間は、レーザ掃引速度及びレーザパルス繰り返し数の両方に左右されることを観察でき、これらの値及び単位は、独立変数ｘ‐ｙ平面に示される。これらの計算は、フィルムの吸光度２５％、５００マイクロメートルのレーザビーム幅、及び１０ｎｓのレーザパルス幅を仮定しており、これによりいくつかの実施形態では、良好なレーザガラス溶接を得ることができる。それを超えると良好なレーザ溶接が得られる閾値出力（６Ｗに関して１１ａ、２０Ｗに関して１２ａ）は、図示されている平面と共に図１４に示されており、これは実験から経験的に推定される。上部及び底部のプロット又はパネルは、使用したレーザ出力量が異なる：６ワット対２０ワット。図１４の２つのプロットの比較により、入射レーザ出力が低い場合（例えば６ワット）のレーザ速度及び繰り返し数のわずかな変動は、十分なレーザ溶接を誘発するために必要なものよりも有意に高い入射出力を引き起こし得ることが示唆される。より高い繰り返し数に向かう方向の、初期レーザ溶接条件（３０ｋＨｚ、２ｍｍ／ｓのレーザ掃引速度）から離れるわずかな変化でさえ、不必要な入射出力密度をもたらす。レーザ掃引速度が高くなると、ガラス基材をレーザ溶接するために必要なものとしては不十分なエネルギ量が迅速にもたらされ、これは、レーザ滞留時間の、速度に対する逆相関関係とレーザ繰り返し数に対する線形相関関係との結果である。入射レーザ出力が高い場合（例えば２０ワット）、速度及び繰り返し数のわずかな変化によっても、過剰なエネルギが引き起こされることなく十分なレーザ溶接条件が保持される、より大きなプラトー領域又はプロセスウインドウ１１ｂ、１２ｂが利用可能となる。両方のプロットに関するプロセスウインドウ１１ｂ、１２ｂは、レーザ溶接及び接着の最適化を促進できる。
【００６０】
図１６は、ＩＲ放射源を用いた加熱中の、Ｅａｇｌｅ  ＸＧ及びＬｏｔｕｓ  ＸＴガラスの３５５ｎｍにおける透過率のプロットである。図１６を参照すると、ガラスの吸収特性に対する温度変化の影響を、Ｅａｇｌｅ  ＸＧ及びＬｏｔｕｓ  ＸＴ基材に１０．６μｍの赤外線ＣＯ２レーザを照射した場合の実験によって決定した。得られた、これらの基材の３５５ｎｍにおける透過率は、ＣＯ２レーザ放射によって生成された温度に応じて大幅に変化したことが観察できる。これにより、いくつかの実施形態において界面の加熱が、フィルム及びガラス基材の両方の界面におけるより効果的な吸収をもたらし得る。
【００６１】
図１７は、いくつかの実施形態に関する、加熱中のガラスの３５５ｎｍにおける透過率のプロットである。図１７を参照すると、ＵＶ放射による色中心形成が、フィルム及びガラス基材の両方において発生し得、これは放射領域における更なる吸収につながり得る。Ｅａｇｌｅ  ＸＧ及びＬｏｔｕｓ  ＸＴガラス基材に対する３５５ｎｍでの透過率の影響は、得られた温度上昇から、図２０において観察できる。温度上昇は、図１７に示されている加熱の影響と、色中心形成との組み合わせによるものであり得る。
【００６２】
図１８は、いくつかの実施形態に関する、ＵＶ照射中及び後のフィルム及び基材の透過率に対する影響のプロットである。図１８を参照すると、第１の曲線３０は、２００ｎｍのＺｎＯフィルムを有するＥａｇｌｅ  ＸＧの０．６ｍｍの基材の透過率を表す。第２の曲線３１は、繰り返し数３０ｋＨｚの３５５ｎｍレーザ源を用いた３Ｗ／ｍｍ２の放射による瞬間的な吸収を表す。この第２の曲線３１は、色中心及び温度により誘発された吸収を含む。第３の曲線３２は、レーザ放射がオフになった後、即ち温度が環境条件に戻り、色中心が部分的に消失した後の、誘発された吸収を表す。４２０ｎｍ以上における高い透過率を有するこれらの実施形態では、いくつかの恒常的な吸収の変化が存在することに留意されたい。この効果はフィルムの存在によるものであり、フィルムを有しない剥き出しの基材に対して有意に増幅される。フィルム及び基材におけるいくつかの変化は、第３の曲線３２において観察されるように恒常的なものであり得るが、これは可視光透過率には影響しない。これらのＵＶ系放射の効果に加えて、フィルムの吸収のみに基づいて所望の温度上昇及び融着が発生し得ることを観察でき、この効果は、以下において議論するように、ＩＲ吸収性フィルムによっても実現できる。よって図１８に示すように、いくつかの例示的なフィルムは、ＵＶ放射の温度及び出力密度の関数として、温度及び色中心を示すことができる。
【００６３】
図１９は、いくつかの実施形態に関する、吸収対波長のプロットである。図１９を参照すると、ある実施形態は、ＦｅＯ系ガラスで作製されたフィルムを含んでいた。これは加工条件に応じて、２つの異なる酸化状態、２＋及び３＋とすることができる。この例示的かつ非限定的なシリカ系ガラスフィルムは、約１０〜１５重量％超のＦｅＯを有し、ＦｅＯ及びＦｅ２Ｏ３の比率は等しい。図１９に示すように、Ｆｅ２Ｏ３はＮＩＲ波長において強い吸収を示し、波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザによって照射することもできることが分かった。この場合の可視光透過率は０．０２未満であり、約４２０ｎｍ〜約７００ｎｍにおける減衰を損なわない。１０６４ｎｍにおける吸収は約０．１であることが分かり、この例示的なフィルムは、十分なレーザ出力によって融点を超えて加熱でき、レーザ溶接できた。当然のことながら、本明細書に添付の請求項はこれに限定されるものではない。というのは、ＩＲ吸収性フィルムの他の例及び他のＩＲレーザも想定されるためである。
【００６４】
図２０は、いくつかの実施形態の偏光測定及び画像の概略図である。図２０を参照すると、例示的なレーザ溶接プロセスに起因する、界面溶接接着部付近の残留応力場を、フリット封止された実施形態と比較して検査できる。例えば図２０の左上のパネルは、フリットシールからの、及び２つの０．７ｍｍのＥａｇｌｅ  ＸＧガラス基材（一方の内側表面は、１μｍ厚の低融点ガラスフィルムでコーティングされている）の間のレーザ溶接部近傍の、応力場の偏光測定を示す。図２０の右上のパネルは、３５５ｎｍＵＶレーザを、以下の条件：２０ｍｍ／秒、１４ワット、２００μｍのビーム幅、及び１５０ｋＨｚの繰り返し数で掃引することによって得られたレーザ溶接部からの残留応力場の、偏光画像を示し、右上のパネルは、この残留応力場の３次元レンダリングを提供する。図２０の左下のパネルでは、簡略図は、吸収性薄型フィルムを用いてレーザ溶接を達成する非限定的なプロセスを示し、ここではレーザ熱エネルギを基材／基材界面へと送達することによって、いずれの付随的損傷、例えば引張応力の残留の空間範囲及び大きさを最小化しながら、所定の時間内に１に近い凝集性拡散接着部の相対接触面積が得される。このプロセスは、高ＣＴＥ基材に関してより顕著となり得、ここでは溶接部界面形成速度が、ＣＴＥ不適合応力界面の生成よりも迅速である。よっていくつかの実施形態では、溶接部界面において、集束したビームを、高速の掃引速度と共に用いて、いずれの割れの形成も伴わない例示的な溶接部を達成できる。図２０の右下のパネルでは、伝播する応力場と、レーザ溶接条件からその位置を求めようとする分析の相関関係とを示す図が提供される。次に、ガラス‐ガラス又はガラス‐フィルム界面位置における、優勢なレーザ溶接条件下でのσ界面レーザ溶接部の値から、溶接される基材のバルク内のσ引張応力位置までの、伝播する応力場の位置に対する影響を推定できる。よって、いくつかの例示的な実施形態は、（σ引張応力位置／σ界面レーザ溶接部）＜＜１及びσ界面レーザ溶接部＞１０ＭＰａである場合に、シール、又は最適化された凝集性拡散ガラス溶接部を提供することが、実験によって決定された。他の実施形態では、（σ引張応力位置／σ界面レーザ溶接部）＜１及びσ界面レーザ溶接部＞１ＭＰａである場合に、別の例示的な凝集性拡散レーザガラス溶接部を発生させることができた。
【００６５】
しかしながら分析モデルは、半無限大の固体又はスラブとして単純な構造体を扱う傾向がある。式（２）は、２層系に関して解がどれほど複雑になり得るかを示しており、これは
時間依存性溶融又は応力の前端の導入によって即座に処理が困難なものとなり得る。１つの溶融のモデルは、入射レーザ放射が表面において完全に吸収される、ヒートシンクに接続されたスラブについて考察するものであった。このモデルは２つの時間的レジーム：溶融時間が通過時間（例えばスラブの後端に関して、室温から上昇するためにかかる時間）よりも短い第１のレジーム；及び通過時間よりも長い溶融時間に関する第２のレジームを考慮するものであった。このモデルは、液体と固体との間の伝播界面に適用される熱平衡式：
【００６６】
【数４】
2018501175.tif 000006
【００６７】
も想定するものであった。ここでは、Ｚが溶融前端位置を表し、ＱＬが溶融の潜熱を表し、熱の流れが１次元的であり、光放射が表面において吸収され、材料の熱特性が温度とは独立したままであることを除いて、項は式（２）において使用したものと同一である。次に、Ｚ及びｄＺ／ｄｔの両方において、熱物理的パラメータ及びレーザのパラメータの関数である係数を有する２次方程式を導出できる。伝播応力場の依存性を理解するために、活性化エネルギによるＥａｇｌｅ  ＸＧの溶融（融着）の潜熱を、本発明者らが上述したＥａｇｌｅ  ＸＧ代用品：その有効分子量（１６０ｋＪ／モル）／（０．２６６ｋｇ／モル）によって標準化された低歪み点ボロシリケートガラスからのクリープ流に置換することによって、伝播レーザ溶融前端分析モデルを修正してよい。溶接中にスラブ基材の背部から熱が消散しない場合を考えると、得られる表現は、レーザ及び材料の特性に対する興味深い依存性を示す：
【００６８】
【数５】
2018501175.tif 000007
【００６９】
ここでＺはクリープ前端位置を表し、ｌは基材の厚さを表し、Ｃｐは基材の熱容量を表し、Ａは基材の吸光度を表し、Ｒは基材の反射率を表し、ΔＴｍは、クリープ流を維持するために必要な、環境温度からの伝播温度上昇を表し（例えばΔＴｍ＝Ｔ歪み‐Ｔ環境）、ρは基材の密度を表し、λは基材の熱伝導率を表し、Ｉ０はレーザ照射量（Ｗ／ｍ２）を表し、ｔは時間を表す。
【００７０】
いくつかの実施形態では、レーザ溶接は、入射レーザ波長λにおいて吸収を示し、好ましくはＡ％＞約２０％であるフィルムを用いて達成できる。他の実施形態では、基材及びフィルムの両方はλにおいて色中心形成を示し得る。更なる実施形態では、温度の影響を利用して、フィルム及び基材のうちの一方又は両方に関してλにおける吸収を増加させることができる。このような例示的な熱の影響は、シール又は溶接速度の改善にも寄与でき、また熱影響部（ＨＡＺ）を減少させることができ、クリープ流のための活性化エネルギを低下させることができ、例えば共融系、合金等を形成する。いくつかの実施形態では、透明性が必要である場合、ＵＶにおけるバンドギャップ、又はＮＩＲ、ＩＲにおける高吸収性を提供してよい。更なる実施形態は、界面表面エネルギγ溶接部界面＞＞残留γ応力場、及び／又は合計一体接着強度∬γ溶接部界面∂Ａ＞＞∬γ応力場∂Ａを提供できる。更なる実施形態は、それによってレーザピーク光子束が約１０２５光子／秒／ｃｍ２未満となり、多光子挙動、アブレーション又はプラズマ生成を含まなくなるような、低いレーザ強度要件を含むことができる。
【００７１】
図２１は出力の依存性を示し、これにより、溶接中に単にレーザ出力を増加させることによって、界面領域の範囲を超えて高い応力が誘発される場合があり、過剰なエネルギが大きな応力を生成する。図２１は、例示的な溶接線からの応力位置を提供するプロットである。図２１を参照すると、例示的な溶接線からの応力の位置は、式（６）を用いて決定でき、ここで採用されるパラメータは、上で使用したものと同様であった：波長＝３５５ｎｍ、ビームウエスト＝５００μｍ、繰り返し数＝３００００Ｈｚ、パルス幅＝１０ｎｓ、Ｖｓ＝２ｍｍ／秒、滞留時間＝０．２５秒、Ｅａｇｌｅ  ＸＧの厚さ＝０．７ｍｍ、及びＴ歪み＝６６９℃。図２１及び式（６）はまた、高歪み点のガラス基材が高い応力プロファイルをもたらし得る理由に対する洞察も提供する。例えば、応力プロファイル位置Ｚは、Ｔ歪みと線形の関係であるΔＴｍの項の平方根と共に増減する。これらの表現から実験による観察を予測する他の試みは、使用した仮定によってのみならず、例えば高ＣＴＥ材料をレーザ溶接する場合に計算できる情報によって限定され得る。ここで、低ＣＴＥガラス基材（約５ｐｐｍ／℃未満）はソーダライムガラス等の高ＣＴＥガラスよりも容易に溶接できることが発見された。これらの低ＣＴＥ基材は、石英、溶融シリカ、Ｅａｇｌｅ  ＸＧ、Ｗｉｌｌｏｗ及びＬｏｔｕｓガラス基材を含んでいた。相当な実験の後、高ＣＴＥガラスにおける高品質な溶接部の作製を可能とする好適な条件が発見された。例えば、本明細書に記載の実施形態を用いて、歪み点又はアニール点よりはるかに低温で、基材のいずれの予熱を必要とすることなく、１μｍのＬＭＧガラスを用いてソーダライムガラス（ＣＴＥ＝約９ｐｐｍ／℃以上）を溶接できることが発見された。
【００７２】
上述のように、最適化されたガラス溶接部は、（σ引張応力位置／σ界面レーザ溶接部）＜＜１及びσ界面レーザ溶接部＞１０ＭＰａを有することができ、強力で透明な、密閉かつ気密性パッケージを提供できる。このような溶接部は、凝集性拡散プロセスによって形成でき、凝集破壊を誘発するために１０ＭＰａ超の応力負荷を必要とする、溶接部の引張強度測定を示すことができる。また、このような溶接部は、ガラス‐ガラス間界面から離れたガラス基材内の引張応力前端位置においても凝集破壊を示すことが観察された。更にこのような溶接部は、界面引張強度よりもはるかに小さい引張強度を示すことができる。溶融物のパドルの伝播は、このようなレーザ溶接中には発生せず、いくつかの実施形態は、約１０２５光子／ｃｍ２／秒（ピーク出力）又は約１５ｋＷ／ｃｍ２（平均出力）未満のレーザ光子束を使用できる。他の例示的実施形態では、他の凝集性拡散レーザガラス溶接部は、（σ引張応力位置／σ界面レーザ溶接部）＜１及びσ界面レーザ溶接部＞１ＭＰａを示すことができる。これらのタイプのガラス溶接部も、強力で透明な、密閉かつ気密性パッケージを提供できる。このような溶接部は、凝集性拡散プロセスによって形成でき、破損を誘発するために１ＭＰａ超の応力負荷を必要とする、溶接部の引張強度測定を示すことができる。また、このような溶接部は、ガラス‐ガラス間界面から離れたガラス基材内の引張応力前端位置においても凝集破壊を示す。更にこのような溶接部は、界面引張強度未満の引張強度を示すことができる。溶融物のパドルの伝播は、このようなレーザ溶接中には発生せず、いくつかの実施形態は、約１０２５光子／ｃｍ２／秒（ピーク出力）又は約１５ｋＷ／ｃｍ２（平均出力）未満のレーザ光子束を使用できる。
【００７３】
例示的な実施形態による例示的な溶接部及びその特性を検査し、応力、仮想温度、屈折率、ヤング率、並びにレーザ溶接部断面及びその近傍におけるガラス密度分布によって特性決定できる。特性決定技法としては、ポルスコープ応力分布、赤外反射（友沢法）、ブリルアン顕微鏡法、及びマイクロラマン分光法が一例として挙げられるが、これらに限定されない。例えば顕微鏡断面画像は、これらの高品質フィルムの明らかな兆候を提供する固有の分布を明らかにすることができる。アニーリングによって応力を消去できるが、レーザ誘発型の仮想温度及び密度変化は残存し、検出可能である。これらの測定により、本開示による例示的なガラス溶接部を区別できる。いくつかの実施形態では、応力分布は、ポルスコープ技術によって特性決定でき、その結果は図２０に示されている。図示されているように、レーザ溶接は、例えば陽極接合とは区別される固有の応力パターンを残すことができ、これにより、溶接部界面から離れた比較的大きな引張応力場が、図２０の右上のパネルに示された偏光顕微鏡画像において容易に観察できる。上述のように、レーザ加熱はガラス温度を、軟化点を超えて上昇させ、これにより、界面上のガラスが互いの中へと拡散できるようになる。これにより、照射された容積内において仮想温度が上昇し、これにより仮想温度分布を、Ｔｏｍｏｚａｗａ（Ｊ  Ｎｏｎ‐Ｃｒｙｓｔ．Ｓｏｌ．，ｖ．１８５，ｐ．１９１（１９９５））（この文献はその全体が参照によって本出願に援用される）が提案している分光法により測定できる。このような分光法では、Ｓｉ‐Ｏ‐Ｓｉ結合角のバンドシフトが基材内の熱履歴を明らかにすることができることが分かった。更なる例として、マイクロラマン分光法を用いて、ガラス密度の変化を特性決定できる。高周波ラマンピーク位置は、部分的にガラス密度に依存し得る。例えば、１０６０ｃｍ‐１（ω４）バンドのシフトは、密度に線形に比例し得、同様に、ブリルアン散乱分光法（及び関連する顕微鏡的実装）は、いくつかの実施形態による例示的なレーザ誘発型の溶接部のヤング率及び歪み分布の兆候を明らかにすることができる。
【００７４】
更なる実施形態では、同様の利点は、レーザの吸収が、熱間エンボス加工された試料のガラス基材表面のグラファイト粒子によって起こるという観察からも導出できる（図２３参照）。図２３を参照すると、例示的な構造体は、各フィルムの剥離剤としてのグラファイト粉末で被覆されたガラス基材、例えばＥａｇｌｅ  ＸＧ上に、グラファイト鋳型を押圧することによって形成された。上記粒子は、入射レーザが溶接を誘発するのにより好適な波長において吸収を示す様々なガラス材料から調製できる。これは、シールの領域上に局所的に、又はガラスの全表面上に、実施できる。いくつかの実施形態では、上記鋳型は表面の凹凸を残す必要はないが、表面のガラスに上述の適切な吸収特性を植え付ける必要がある。
【００７５】
更なる実施形態では、例示的なフィルムは、入射レーザエネルギを吸収する小さな薄い島状部を製造する標準的なフィルム堆積技法によって、又は必要な場合は後で還元環境を用いるイオン交換技法によって、好適な量の金属を含むことができる。例示的なフィルムの、この超薄型の島状の空間的分布は、透明又は半透明の界面、及び入射レーザ波長における好適な吸収性をもたらすことができる。
【００７６】
また更なる実施形態では、出願人は、シール特性について妥協することなく、充填済みガラスパッケージ内に無機又は有機流体を封止できることを実証した。ここで議論される効果は、上記流体が加熱されて膨張し得、シール領域から離れるように一時的に移動するという事実に基づくものである。更に、ガラス基材のＵＶエッジがより長い波長へと移動することにより、定常状態照明中に基材においてより多くの吸収誘発性の加熱が発生するという界面加熱現象を開発できる。従って、最終的な封止された製品は、吸収性フィルムを必要としない場合がある。というのは、吸収性流体が局所的な、続いて基材内への加熱を開始し、最終的なシールを生成するためである。よって、最終的なパッケージは吸収性フィルムを有さず、流体を内包できる。同様のプロセスかつ別の実施形態では、ＩＲレーザがまず界面ＩＲ吸収性フィルムをガラス溶接温度未満の温度に加熱し、ガラス基材のＵＶエッジを効果的にシフトさせることができる。次にＵＶレーザが領域を照明して、基材及び界面の両方を加熱でき、強固な溶接部がもたらされる。
【００７７】
上述の方法は、無数の用途において採用できる。非限定的な例として、レーザ溶接は、同時係属中の米国特許出願第１３／７７７５８４号明細書（上記特許出願はその全体が参照によって本出願に援用される）に記載の量子ドットグラスケット（ｇｌａｓｓｋｅｔｔｅ）を形成するために使用できる。図２４は、本発明の主題のいくつかの実施形態の図である。図２４を参照すると、レーザ溶接された、密閉性の、カドミウム非含有量子ドットを内包する全ガラスパッケージが図示されている。右側のパネルのＵＶ照明は、３６５ｎｍの光によって励起された場合の例示的な量子ドットパッケージの典型的な緑色の出力を示す。これらの例示的なパッケージは、本明細書に記載の溶接に関連する高い引張接着強度により、熱サイクルに対して堅牢である。このようなデバイスはまた、高い光強度における動作に関連する高温サイクルのために、量子ドットを内包するレーザ溶接されたガラスパッケージの高い光安定性から利点を得ることができる。
【００７８】
別の非限定的な用途では、レーザ溶接を、酸エッチングされたガラスパッケージと併せて、又は断熱構造体において、使用できる。例えば図２５を参照すると、例示的な真空断熱ガラス窓２５０は、（Ａ）スペーサを有する３Ｄ加工された基材（下側基材２５１）を、ＵＶＡコーティングされたカバーガラス（上側基材２５２）と接触させ、次に（Ｂ）上記ＵＶＡコーティングされたガラスシート２５２を、上記３Ｄ成形されたガラス基材２５１に対して、真空環境でレーザ溶接して、（Ｃ）真空断熱ガラス窓２５０を得ることによって形成できる。窓の断面図（Ｃ）は、支持スペーサの役割を示している。これらのスペーサは、従来のピック・アンド・プレース（ｐｉｃｋ  ａｎｄ  ｐｌａｃｅ）スペーサであってよく、又は同時係属中の米国特許出願第１４／２２１８５１号明細書（上記特許出願はその全体が参照によって本出願に援用される）に記載の、レーザ誘発型バンプであってよい。図２６は、レーザ溶接方法を用いて真空断熱ガラス構造体を製造するための更なる実施形態を示す。図２６を参照すると、大型のモノリシックガラス基材は、場合によっては、部分構造体をモジュール式に溶接する方法を必要とし得る。例えば図２６の左側の列では、薄型ガラスシムの両側を吸収性フィルムでコーティングした後、複数のシムへと切断できる。次にこれらを、真空をサポートできる様式で、基材の外周に沿ってレーザ溶接できる。いくつかの実施形態では、レーザ誘発型のバンプを形成して、真空構造体に対する外圧による潜在的な崩壊を抑制するスペーサを作製できる。その後、カバープレートをバンプにレーザ溶接できる。図２６の中央の列を参照すると、吸収性要素を有する薄型フィルムを複数のシムに切断して、真空をサポートできる様式で、基材の外周に沿ってレーザ溶接できる。続いてレーザ誘発型のバンプを形成して、真空構造体に対する外圧による潜在的な崩壊を抑制するスペーサを作製でき、これによってカバープレートをバンプに溶接できる。図２６の右側の列を参照すると、例示的なソーダライムガラス基材を、所望のパターン及び深さで酸エッチングされたスパッタリング及びＲＩＥパターン形成済み吸収性フィルムでマスクすることができる。その後、カバープレートを、エッチングされたパターンにレーザ溶接できる。当然のことながら、これらの方法は単なる例示であり、添付の請求項の範囲を限定するものではない。
【００７９】
また更なる非限定的な用途では、レーザ溶接プロセスを、３次元（３Ｄ）形成プロセスにおいて、及び３Ｄ基材と共に、採用できる。例えば３Ｄ特徴部分を有する基材を、第２の基材（平面又はこれもまた３Ｄ）に対するレーザ溶接に使用できる。図２７は、レーザ溶接を使用した、いくつかの例示的かつ非限定的な３Ｄ形成されたガラス基材を示す。図２８、２９、３０及び３１もまた、代替的な３Ｄ形成された基材を用いた追加の実施形態を示す。例えば図２８は、デバイス（図示せず）の縁部保護のために、１つ又は複数の隣接する基材２８０にレーザ溶接できるガラスストリップ２８１の図を提供し、図２９は、１つ又は複数の隣接する基材２８０にレーザ溶接できるガラス壁２８５又は外周を示し、図３０は、内部に特徴部分３０２を有する多層構造体３００を示し、いずれの個数の層３０１ａ‐ｅは、溶接することで複雑なデバイスが形成されるよう構成されており、図３１は、３つの形成済み部品、例えばシート２８０、四角錐２８６及び円筒２８７を溶接することによって形成される、複雑で成形不可能な非平面形状を示す。よって、レーザ溶接法を用いて：基部構造体に効率的に壁を付加すること；サギングによって形成できない深型構造体を形成すること；積層及び溶接加工されたシートによって、複雑な構造体を１層ずつ形成すること；複数のサギング及び／又は押圧されたガラス構成部品を溶接することによって、複雑な構造体を形成することが可能であり、また、縁部保護のための高コストの摩砕及び／又は研磨の必要を排除できる。
【００８０】
いくつかの実施形態を、低融点ガラス又は無機フィルムを利用するものとして記載してきたが、本明細書に添付の請求項はそのように限定されるものではない。というのは、実施形態は、２つの基材間に配置されたＵＶ吸収性フィルム、ＩＲＡフィルム及び／又は他の無機フィルムを使用できるためである。上述のように、いくつかの実施形態では、例示的な基材ガラス内の色中心形成は必要なく、例えば約２０％未満であるフィルムのＵＶ吸収率に左右される。従って他の実施形態では、フィルムのＵＶ吸収率が約２０％超である場合、石英、低ＣＴＥ基材等の代替的な基材が、溶接部を容易に形成できる。更に、高ＣＴＥ基材を使用する場合、これらの基材は、例示的な高繰り返し数レーザ（例えば約３００ｋＨｚ超〜約５ＭＨｚ）及び／又は低いピーク出力を用いて容易に溶接できる。更に、フィルムの吸収率が寄与因子となる場合、ＩＲ吸収性（可視光透過性）フィルムを、例示的なＩＲレーザ系の使用によって溶接できる。
【００８１】
本開示の様々な実施形態では、ガラス封止材料及び得られる層は、透明及び／又は半透明であり、薄く、非浸透性であり、「未加工（ｇｒｅｅｎ）」であり、また、低温において密閉シールを、封止材料と隣接する基材との間のＣＴＥの大きな差異に適応するために十分なシール強度で形成するよう構成できる。いくつかの実施形態では、封止層は、フィラー及び／又はバインダを含まないものとすることができる。１つ又は複数の封止層を形成するために使用される無機材料は、非フリットベースのものとすることができ、又はいくつかの実施形態では摩砕したガラス（例えばＵＶＡ、ＬＭＧ等）から形成した粉体とすることができる。他の実施形態では、封止層材料は、封止プロセスにおいて使用されるレーザの動作波長と一致する又は実質的に一致する所定の波長において、有意な光吸収断面を有する、低Ｔｇガラスである。更なる実施形態では、低Ｔｇガラス層による、レーザ加工波長の、室温における吸収率は、少なくとも１５％である。
【００８２】
一般に、好適なシーラント材料は、低Ｔｇガラス、及び好適な反応性を有する銅又はスズの酸化物を含む。上記ガラス封止材料は、リン酸ガラス、ホウ酸ガラス、テルライトガラス及びカルコゲニドガラス等の低Ｔｇガラスから形成できる。本明細書において定義されるように、低Ｔｇガラス材料は、４００℃未満、例えば３５０、３００、２５０又は２００℃未満のガラス転移温度を有する。例示的なホウ酸及びリン酸ガラスとしては、リン酸スズ、フルオロリン酸スズ及びフルオロホウ酸スズが挙げられる。スパッタリング標的は、このようなガラス材料、あるいはその前駆体を含むことができる。例示的な銅及びスズ酸化物は、ＣｕＯ及びＳｎＯであり、これらは、これらの材料の加圧粉体を含むスパッタリング標的から形成できる。任意に、ガラス封止組成物は、タングステン、セリウム及びニオブを含むがこれらに限定されない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が含まれている場合、上記ドーパントは例えば、ガラス層の光学的特性に影響を及ぼすことができ、またガラス層によるレーザ放射の吸収を制御するために使用できる。例えばセリアによるドープにより、レーザ加工波長における低Ｔｇガラスバリアによる吸収を増加させることができる。更なる好適なシーラント材料としては、液相線温度が約１０００℃以下、約６００℃以下又は約４００℃以下の、レーザ吸収性低液相線温度（ＬＬＴ）材料が挙げられる。他の実施形態では、無機フィルムの組成は、上述のように、第１の基材、第２の基材、又は第１及び第２の基材両方のクリープ流を誘発するための活性化エネルギを低下させるように選択できる。
【００８３】
例示的なフルオロリン酸スズガラス組成物は、ＳｎＯ、ＳｎＦ２及びＰ２Ｏ５の各組成物に関して、対応する三元相図で表現できる。好適なＵＶＡガラスフィルムは、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＩＴＯ及び他の低融点ガラス組成物を含むことができる。好適なフルオロリン酸スズガラスは、２０‐１００モル％のＳｎＯ、０‐５０モル％のＳｎＦ２、及び０‐３０モル％のＰ２Ｏ５を含む。これらのフルオロリン酸スズガラスは任意に、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ためのドープフルオロリン酸スズ開始材料の組成は、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等のドーパント酸化物を含む。ある特定の実施形態によるフルオロリン酸スズガラスは、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を含む、ニオブドープスズ酸化物／フルオロリン酸スズ／五酸化リンガラスとすることができる。このようなガラス層を形成するために使用できるスパッタリング標的は、原子モルパーセントで表現すると、２３．０４％のＳｎ、１５．３６％のＦ、１２．１６％のＰ、４８．３８％のＯ及び１．０６％のＮｂを含んでよい。
【００８４】
別の実施形態によるリン酸スズガラス組成物は、約２７％のＳｎ、１３％のＰ及び６０％のＯを含み、これらは、原子モルパーセントで約２７％のＳｎ、１３％のＰ及び６０％のＯを含むスパッタリング標的に由来するものであってよい。本明細書に開示されている様々なガラス組成物は、堆積層の組成又は源となるスパッタリング標的の組成を指すものであってよいことが理解されるだろう。フルオロリン酸スズガラス組成物と同様に、例示的なフルオロホウ酸スズガラス組成物は、ＳｎＯ、ＳｎＦ２及びＢ２Ｏ３という三元相図の組成物それぞれに関して表すことができる。好適なフルオロホウ酸スズガラスは、２０‐１００モル％のＳｎＯ、０‐５０モル％のＳｎＦ２及び０‐３０モル％のＢ２Ｏ３を含む。これらのフルオロホウ酸スズガラス組成物は任意に、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。好適なＴｇガラス組成物、及びこれらの材料からガラス封止層を形成するために使用される方法の更なる態様は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第５０８９４４６号明細書、並びに米国特許出願第１１／２０７６９１号明細書、米国特許出願第１１／５４４２６２号明細書、米国特許出願第１１／８２０８５５号明細書、米国特許出願第１２／０７２７８４号明細書、米国特許出願第１２／３６２０６３号明細書、米国特許出願第１２／７６３５４１号明細書、及び米国特許出願第１３／８４１３９１号明細書に開示されており、これらの特許文献の内容は全て、参照によって本出願に援用される。例えば、更なる好適な組成物は、アルミノシリケート、ボロシリケート、ボロアルミノシリケート、ホウ酸（例えばホウ酸ビスムス亜鉛及びホウ酸バナジウム）、並びにリン酸（例えばリン酸亜鉛スズ、リン酸バナジウム等）も含むことができる。更なる好適な低融点ガラス組成物は、Ｂ２Ｏ３シリケート、Ｂｉ４Ｏ３‐Ｂ２Ｏ３‐ＺｎＯ±（ＢａＯ、ＭｇＯ、ＣｕＯ、ＭｎＯ２、Ｆｅ２Ｏ３）、Ｂ２Ｏ３‐Ａｌ２Ｏ３‐ＳｉＯ２±（ＣｕＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、ＺｎＯ）、ＺｎＯ‐ＳｎＯ２‐Ｐ２Ｏ５±（ＷＯ３、ＭｏＯ３、Ｂｉ２Ｏ３）、リン酸Ｖ２Ｏ５‐Ｓｂ２Ｏ３、リン酸Ｖ２Ｏ５‐ＺｎＯ‐Ｆｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＺｎＯボロシリケート、ホウ酸Ｖ２Ｏ５等も含むことができる。好適なフィルムは、非真空技法、スクリーン印刷、ドクターブレード法、スプレーコーティング、インクジェット印刷等を含むいずれの好適な方法で形成又は堆積できる。例えば好適なスクリーン印刷方法は、イソプロパノールスラリー中で調製された超低融点ガラスフリットを、平均１マイクロメートルのフリット粒径に容易に適合するスクリーンメッシュを通して、２．５インチ（６．３５ｃｍ）四方の基材に対して使用できる。風乾後、例示的なレーザ溶接プロセスを採用できる。
【００８５】
例示的な基材（ガラス又はその他）は、いずれの好適な寸法を有することができる。基材は、独立して１ｃｍ〜５ｍ（例えば０．１、１、２、３、４又は５ｍ）であってよい面積寸法（長さ及び幅）、並びに約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）であってよい厚さ寸法を有することができる。更なる実施形態では、基材の厚さは約０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ（例えば０．０５、０．１、０．２、０．３、０．４又は０．５ｍｍ）とすることができる。また更なる実施形態では、ガラス基材の厚さは約２ｍｍ〜１０ｍｍ（例えば２、３、４、５、６、７、８、９又は１０ｍｍ）とすることができる。例示的なガラス封止層の合計厚さは、約１００ｎｍ〜１０マイクロメートルとすることができる。様々な実施形態では、上記層の厚さは、１０マイクロメートル未満、例えば１０、５、２、１、０．５又は０．２マイクロメートル未満とすることができる。例示的なガラス封止層の厚さとしては、０．１、０．２、０．５、１、２、５又は１０マイクロメートルが挙げられる。封止された領域の幅は、レーザスポットサイズに比例し得るが、これは約０．０５〜２ｍｍ、例えば０．０５、０．１、０．２、０．５、１、１．５又は２ｍｍとすることができる。レーザの並進速度（即ち封止速度）は、約１ｍｍ／秒〜１０００ｍｍ／秒、例えば１、２、５、１０、２０、５０、１００、２００、４００又は１０００ｍｍ／秒とすることができる。レーザスポットサイズ（直径）は、約０．０２〜１ｍｍとすることができる。しかしながら、好適なレーザ溶接部は直線状の溶接部に限定されないことに留意されたく、例えば本明細書に記載の実施形態を用いて、複数の基材を一体にスポット溶接できる。
【００８６】
よって、本開示の実施形態において、好適なレーザ溶接ガラス基材界面は、ある空間的範囲、例えば「溶接容積」内において、局部的なガラス温度がその歪み又はアニーリング温度（例えばＥＸＧの場合それぞれ６６９℃及び７７２℃）を超えた場合に、発生し得ることが発見された。この容積は、入射レーザ出力、ＵＶＡ又はＬＭＧ溶融物の組成、及び（各基材内の不純物の結果としての）色中心形成に依存し得る。上記容積が得られた後、上記容積を界面領域にわたって掃引することによって、２つの基材（ガラス又はその他）の間に迅速かつ強力なシールをもたらすことができる。５‐１０００ｍｍ／ｓを超える封止速度を得ることができる。例示的なレーザ溶接部は、対象となっている基材領域にわたって掃引されるにつれて、溶融容積に関連する高温から、比較的低温の周囲温度への急激な移行を経る場合がある。密閉性シールの完全性及びその比強度は、高温のベースガラス色中心（緩和）領域のゆっくりした冷却（自己アニール）、及びＵＶＡ又はＬＭＧ又はＮＩＲ薄型フィルム領域の薄さ（典型的には１／２‐１μｍ）によって、２つの基材（ガラス又はその他）の間のＣＴＥの不適合の影響を無効化することにより、維持できる。
【００８７】
実施形態によると、封止層材料、及びガラス基材にわたって封止層を形成するための加工条件の選択は、ガラス層の形成によって基材が悪影響を受けない程度に十分に柔軟である。低融点ガラスを用いて、異なるタイプの基材を封止又は接着できる。封止可能及び／又は接着可能な基材としては：ガラス；ガラス‐ガラス積層体；ガラス‐ポリマー積層体；ガラス‐セラミック；又は窒化ガリウム、石英、シリカ、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、スピネル若しくはサファイア基材を含むセラミックが挙げられる。更なる基材は、タングステン、モリブデン、銅、又は他のタイプの好適な金属基材を含む金属基材とすることができるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、ある基材をりん光体含有ガラスプレートとすることができ、これは例えば発光デバイスの組立体において使用できる。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りん光体のうちの１つ又は複数を含むりん光体含有ガラスプレートを、白色ＬＥＤランプの波長変換板として使用できる。白色ＬＥＤランプは典型的には、青色光を放出するためにＩＩＩ属窒化物系化合物半導体を用いて形成された青色ＬＥＤを含む。白色ＬＥＤランプは、照明システムに使用でき、又は例えば液晶ディスプレイのバックライトとして使用できる。本開示の低融点ガラス及び関連する封止方法を用いて、ＬＥＤチップを封止又はカプセル化できる。
【００８８】
本開示の実施形態による例示的なプロセスは、優勢なレーザ照明条件及び結果として得られる温度の増大によって色中心を形成できる基材の性能により、ベース基材（ガラス又はその他）の特性によって可能となる。いくつかの実施形態では、色中心形成は、透明なシールが望ましい場合には可逆性であってよい。複数の基材が異なる厚さを有する場合、いくつかの実施形態では熱伝導性基材を採用することにより、溶接部の完全性を取り戻すことができる。
【００８９】
よって例示的実施形態は、低融点材料を利用することにより、低レーザパルスピーク出力を用いてガラス又は他の材料の基材を一体にレーザ溶接でき、これにより衝撃波の生成が最小化され、また引張破壊強度を損ない得る微小な割れが出現しないことを保証する。例示的な実施形態はまた、溶融物のパドルの伝播が発生しない拡散溶接を提供でき、これにより十分な低温封止プロセスを可能とする。フィルム領域の厚さのため、本開示の実施形態は、２つの基材間のＣＴＥ不適合のいずれの影響を無効化でき、また寸法が同一の又は異なる基材の溶接を提供するために利用できる。更に本開示の実施形態では、フリット又は汚染質材料の場合に発生する、封止のためのフィルムのパターン形成を必要とせず、従って製造業者は、それぞれが占有する設計を公開する必要がない。
【００９０】
本開示はまた、低融点材料を用いてガラスパッケージを一体にレーザ溶接することによって、酸素及び湿気による攻撃による劣化に感受性を有するパッシブ及びアクティブデバイスの長期にわたる密閉動作を可能とする、方法も教示する。上述のように、本明細書に記載の実施形態は、レーザ吸収を用いて、接着表面の組み立て後に熱的に活性化でき、より高い製造効率を実現できる。というのは、各作業デバイスを封止する速度は、真空又は不活性ガス組立ラインにおいてインライン薄型フィルム蒸着によってデバイスを封入する速度ではなく、熱活性化及び接着の形成によって決定されるためである。ＵＶ又はＮＩＲ‐ＩＲシールの例示的なＬＭＧ、ＬＬＴ及び他の薄型吸収性フィルムは、大型シート状の複数デバイスの封止も可能とすることができ、これは後で別個の複数のデバイスへとスコーリング又はダイシング（単体化）され、また高い機械的一体性により、単体化による歩留まりを高くすることができる。
【００９１】
本開示の実施形態はまた、レーザ封止プロセス、例えばレーザ溶接、拡散溶接等を提供し、これは、入射レーザ波長における、例えば不純物若しくはドーパントといった外因性色中心又はガラスに固有の内因性色中心を原因とする、ガラス基材内の色中心の形成と、例示的なレーザ吸収フィルムとの組み合わせに依存する。フィルムのいくつかの非限定的な例としては、ガラス基材の界面に採用できる、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＩＴＯ、及び低融点ガラスフィルムが挙げられる。これらの材料を用いた溶接部は、定常状態での穏やかな拡散溶接を開始するために十分なＵＶ吸収を伴う可視光透過を提供できる。これらの材料はまた、拡散溶接に好適な局在化された封止温度を有する、透明レーザ溶接部も提供できる。このような拡散溶接は、各ガラス基材の低出力及び低温レーザ溶接をもたらし、効率的かつ迅速な溶接速度で、優れた透明な溶接部を製造できる。本開示の実施形態による例示的なレーザ溶接プロセスはまた、温度誘発型の吸収を含むための、色中心形成を超える光誘発型吸収特性にも依存し得る。
【００９２】
本出願で開示する材料及び方法を用いた被加工物の密閉カプセル化により、このような密閉カプセル化を行わなければ酸素及び／又は水分の作用による分解を受けやすいデバイスの、長期間の動作を容易にすることができる。例示的な被加工物、デバイス又は用途としては、可撓性、剛性、又は半剛性有機ＬＥＤ、ＯＬＥＤ照明装置、ＯＬＥＤテレビ、光電池、ＭＥＭＳディスプレイ、エレクトロクロミック窓、蛍光体、アルカリ金属電極、透明伝導性酸化物、量子ドット等が挙げられる。
【００９３】
本明細書において使用される場合、密閉層は実用上、実質的に気密性であり、かつ水分及び／又は酸素に対して実質的に非浸透性であると考えられる層である。例えば密閉シールは、酸素の発散（放散）を約１０−２ｃｍ３／ｍ２／日未満（例えば約１０−３ｃｍ３／ｍ２／日未満）に制限し、かつ水の発散（放散）を約１０−２ｇ／ｍ２／日未満（例えば約１０−３、１０−４、１０−５又は１０−６ｇ／ｍ２／日未満）に制限するよう構成できる。実施形態では、密閉シールは、保護された被加工物が空気及び水と接触するのを実質的に阻止する。
【００９４】
いくつかの実施形態では、２つの基材を接着する方法は、第１の基材の封止表面上に第１のガラス層を形成するステップ、第２の基材の封止表面上に第２のガラス層を形成するステップ、第１のガラス層の少なくとも一部を、第２のガラス層の少なくとも一部と物理的に接触するように配置するステップ、並びにこれらのガラス層を加熱してガラス層及び上記封止表面を局所的に溶融させ、第１の基材と第２の基材との間にガラス‐ガラス間接着を形成するステップを含む。本明細書に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、低融点ガラス層を用いた封止は、封止界面付近に位置するガラス層及びガラス基材材料の両方を局所的に加熱し、溶融させ、その後冷却することによって達成できる。
【００９５】
よって、レーザ溶接に関連する密閉シールの形成の容易さを、アクティブＯＬＥＤ又は他のデバイスの密閉パッケージを形成することにも組み合わせることによって、上記密閉パッケージの幅広い製造を可能とすることが、本開示の実施形態のある態様である。本開示の方法とは異なり、従来のレーザ封止の方法は、特に界面温度が高くなりすぎた場合、又は伝導性リード材料とのレーザ放射の有害な相互作用が存在する場合に、界面伝導性リードを切り離すことができる。しかしながら本開示の実施形態は、界面低融点ガラス材料フィルムを用いた密閉デバイスの動作のために電気的バイアスを必要とするデバイス構造体の、実施可能な開示を提供する。よって本主題の実施形態は、界面伝導性フィルムを有するガラスシート又は他の機材の良好なレーザ溶接を、上記界面伝導性フィルムの破壊又は性能の損失を発生させることなく提供できる。
【００９６】
いくつかの実施形態では、第１の表面を有する第１の基材、上記第１の基材に隣接する第２の基材、及び上記第１の基材と上記隣接する第２の基材との間の界面に形成された溶接部を備える、装置が提供される。上記溶接部は、（σ引張応力位置／σ界面レーザ溶接部）＜＜１及びσ界面レーザ溶接部＞１０ＭＰａを特徴とし、ここでσ引張応力位置は、第１の基材内に存在する応力であり、σ界面レーザ溶接部は、上記界面に存在する応力である。
【００９７】
他の実施形態では、第１の表面を有する第１の基材、上記第１の基材に隣接する第２の基材、及び上記第１の基材と上記隣接する第２の基材との間の界面に形成された溶接部を備える、装置が提供される。上記溶接部は、（σ引張応力位置／σ界面レーザ溶接部）＜１及びσ界面レーザ溶接部＞１ＭＰａを特徴とし、ここでσ引張応力位置は、第１の基材内に存在する応力であり、σ界面レーザ溶接部は、上記界面に存在する応力である。
【００９８】
更なる実施形態では、真空断熱ガラス窓を形成する方法が提供され、上記方法は：第１の表面及び第１の縁部を有する第１のガラス基材を提供するステップ；上記第１の表面上に第１の複数のスペーサを設けるステップ；上記第１のガラス基材の上記第１の縁部に沿って、第２の複数のシムを設けるステップ；第２の表面及び第２の縁部を有する第２のガラス基材を、上記第１の複数のスペーサ及び上記第２の複数のシムと接触させることによって、上記第１のガラス基材と上記第２のガラス基材とを、上記第１の表面と上記第２の表面との間の第１の距離だけ離間させるステップ；上記第１及び第２の縁部に沿って、上記第１のガラス基材を上記第２のガラス基材に対してレーザ封止し、上記第１のガラス基材と上記第２のガラス基材との間に内部領域を画定するステップ；並びに上記内部領域内に、１気圧未満の真空圧を形成するステップを含む。
【００９９】
更なる実施形態では、封止されたデバイスを形成する方法が提供され、上記方法は：第１の表面を有する第１の基材を提供するステップ；上記第１の基材に隣接する第２の基材を提供するステップ；及び上記第１の基材と上記隣接する第２の基材との間の界面に溶接部を形成するステップを含む。上記溶接部は、（σ引張応力位置／σ界面レーザ溶接部）＜＜１及びσ界面レーザ溶接部＞１０ＭＰａを特徴とすることができ、ここでσ引張応力位置は、第１の基材内に存在する応力であり、σ界面レーザ溶接部は、上記界面に存在する応力である。更なる実施形態では、封止されたデバイスを形成する方法が提供され、上記方法は：第１の表面を有する第１の基材を提供するステップ；上記第１の基材に隣接する第２の基材を提供するステップ；及び上記第１の基材と上記隣接する第２の基材との間の界面に溶接部を形成するステップを含む。上記溶接部は、（σ引張応力位置／σ界面レーザ溶接）＜１及びσ界面レーザ溶接＞１ＭＰａを特徴とすることができ、ここでσ引張応力位置は、第１の基材内に存在する応力であり、σ界面レーザ溶接は、上記界面に存在する応力である。これらの実施形態は更に、上記第１の基材の上記第１の表面にわたって形成された無機フィルム、及び上記第１の基材の上記第２の基材との間で保護されるデバイスを備えてよく、上記無機フィルムは上記第２の基材と接触する。他の実施形態では、上記無機フィルム、第１の基材及び第２の基材はそれぞれ、およそ４２０ｎｍ〜およそ７５０ｎｍにおいて透過性である。更なる実施形態では、上記無機フィルムの吸収率は、ある所定のレーザ波長において１０％超である。上記無機フィルムの組成は、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＩＴＯ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｖａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｇｅ、ＳｎＦ２、ＺｎＦ２及びこれらの組み合わせからなる群から選択できる。いくつかの実施形態では、上記無機フィルムの組成は、上記第１の基材、上記第２の基材、又は上記第１及び第２の基材両方のクリープ流を誘発するための活性化エネルギを低下させるよう選択される。他の実施形態では、上記無機フィルムの組成は、液相線温度が約１０００℃以下の、レーザ吸収性低液相線温度材料である。更なる実施形態では、上記無機フィルムの組成は：２０−１００モル％のＳｎＯ、０‐５０モル％のＳｎＦ２、及び０‐３０モル％のＰ２Ｏ５又はＢ２Ｏ３を含む。いくつかの実施形態では、上記無機フィルム並びに上記第１及び第２の基材は、およそ４２０ｎｍ〜およそ７５０ｎｍにおいて８０％超の複合内部透過率を有する。他の実施形態では、上記第１又は第２の基材中の不純物は、Ａｓ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｋ、Ｍｎ、Ｎａ、Ｐ、Ｓｂ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｓｎ及びこれらの組み合わせからなる群から選択される。更なる実施形態では、上記第１及び第２の基材は、異なる横寸法、異なるＣＴＥ、異なる厚さ又はこれらの組み合わせを有することができる。当然のことながら、上記第１及び第２の基材のうちの一方を、ガラス又はガラスセラミックとすることができ、また上記第１及び第２の基材のうちのもう一方を、ガラスセラミック、セラミック又は金属とすることができる。更なる実施形態では、上記第１、第２、又は第１及び第２の基材は、アル���リ土類ボロアルミノシリケートガラス、アルカリアルミノシリケートガラス、ソーダライムガラス、熱強化ガラス、化学強化ガラス、ボロシリケートガラス及びこれらの組み合わせを含む。例示的なデバイスとしては、発光ダイオード、有機発光ダイオード、量子ドット材料、りん光体、伝導性リード、半導体チップ、ＩＴＯリード、パターン形成済み電極、連続電極、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
【０１００】
更なる実施形態では、真空断熱ガラス窓を形成する方法が提供され、上記方法は：第１の表面及び第１の縁部を有する第１のガラス基材を提供するステップ；上記第１の表面上に第１の複数のスペーサを設けるステップ；上記第１のガラス基材の上記第１の縁部に沿って、第２の複数のシムを設けるステップ；第２の表面及び第２の縁部を有する第２のガラス基材を、上記第１の複数のスペーサ及び上記第２の複数のシムと接触させることによって、上記第１のガラス基材と上記第２のガラス基材とを、上記第１の表面と上記第２の表面との間の第１の距離だけ離間させるステップ；上記第１及び第２の縁部に沿って、上記第１のガラス基材を上記第２のガラス基材に対してレーザ封止し、上記第１のガラス基材と上記第２のガラス基材との間に内部領域を画定するステップ；並びに上記内部領域内に、１気圧未満の真空圧を形成するステップを含む。いくつかの実施形態では、第２の複数のシムを設ける上記ステップは更に、その第１の表面、第２の表面又は第１及び第２の表面両方にわたって無機フィルムを有する第２の複数のシムを設けるステップを含む。更なる実施形態では、第１の複数のスペーサを設ける上記ステップは更に：上記第１のガラス基材に、ある位置において、集束レーザビームを照射するステップ；及び上記照射を終了して、上記スペーサを固定するステップ；及び上記照射するステップを、異なる複数の位置に関して複数回繰り返して、上記第１の複数のスペーサを形成するステップを含む。更なる実施形態では、第１の複数のスペーサを設ける上記ステップ、及び第２の複数のシムを設ける上記ステップは更に：上記第１のガラス基材の上記第１の表面上に材料のフィルムを堆積させるステップ；並びにマスキング及びエッチングによって、上記堆積させたフィルムにパターン形成するステップを含む。
【０１０１】
いくつかの実施形態では、上記フィルムの組成は、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＩＴＯ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｖａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｇｅ、ＳｎＦ２、ＺｎＦ２及びこれらの組み合わせからなる群から選択される。他の実施形態では、上記フィルムの組成は、上記第１の基材、上記第２の基材、又は上記第１及び第２の基材両方のクリープ流を誘発するための活性化エネルギを低下させるよう選択される。更なる実施形態では、上記フィルムの組成は、液相線温度が約１０００℃以下の、レーザ吸収性低液相線温度材料である。更なる実施形態では、上記無機フィルムの組成は：２０−１００モル％のＳｎＯ、０‐５０モル％のＳｎＦ２、及び０‐３０モル％のＰ２Ｏ５又はＢ２Ｏ３を含む。他の実施形態では、上記第１若しくは第２の基材及び／又はシム中の不純物は、Ａｓ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｋ、Ｍｎ、Ｎａ、Ｐ、Ｓｂ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｓｎ及びこれらの組み合わせからなる群から選択される。更なる実施形態では、上記第１及び第２の基材は、異なる横寸法、異なるＣＴＥ、異なる厚さ又はこれらの組み合わせを有することができる。更なる実施形態では、上記第１、第２、又は第１及び第２の基材は、アルカリ土類ボロアルミノシリケートガラス、アルカリアルミノシリケートガラス、ソーダライムガラス、熱強化ガラス、化学強化ガラス、ボロシリケートガラス及びこれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、レーザ放射は、およそ１９３ｎｍ〜およそ４２０ｎｍの所定の波長のＵＶ放射を含む。他の実施形態では、レーザ放射は、およそ７８０ｎｍ〜およそ５０００ｎｍの所定の波長のＮＩＲ放射を含む。他の実施形態では、レーザ封止する上記ステップは、（σ引張応力位置／σ界面レーザ溶接部）＜＜１及びσ界面レーザ溶接部＞１０ＭＰａを特徴とし、ここでσ引張応力位置は、上記第１の基材内に存在する応力であり、σ界面レーザ溶接部は、上記第１の表面に存在する応力である。更なる実施形態では、レーザ封止する上記ステップは、（σ引張応力位置／σ界面レーザ溶接）＜１及びσ界面レーザ溶接＞１ＭＰａを特徴とし、ここでσ引張応力位置は、上記第１の基材内に存在する応力であり、σ界面レーザ溶接は、上記第１の表面に存在する応力である。
【０１０２】
更なる実施形態では、封止されたデバイスを形成する方法が提供され、上記方法は：第１の表面を有する第１の基材を提供するステップ；上記第１の基材に隣接する第２の基材を提供するステップ；及び上記第１の基材と上記隣接する第２の基材との間の界面に溶接部を形成するステップを含む。上記溶接部は、（σ引張応力位置／σ界面レーザ溶接部）＜＜１及びσ界面レーザ溶接部＞１０ＭＰａを特徴とし、ここでσ引張応力位置は、第１の基材内に存在する応力であり、σ界面レーザ溶接部は、上記界面に存在する応力である。
【０１０３】
更なる実施形態では、封止されたデバイスを形成する方法が提供され、上記方法は：第１の表面を有する第１の基材を提供するステップ；上記第１の基材に隣接する第２の基材を提供するステップ；及び上記第１の基材と上記隣接する第２の基材との間の界面に溶接部を形成するステップを含む。上記溶接部は、（σ引張応力位置／σ界面レーザ溶接）＜１及びσ界面レーザ溶接＞１ＭＰａを特徴とし、ここでσ引張応力位置は、第１の基材内に存在する応力であり、σ界面レーザ溶接は、上記界面に存在する応力である。
【０１０４】
本説明は多数の具体的詳細を含み得るが、これらは本説明の範囲に対する限定として解釈してはならず、むしろ特定の実施形態に固有のものであり得る特徴の説明として解釈されるものとする。別個の複数の実施形態の文脈において上述した複数の特定の特徴は、ある単一の実施形態において組み合わせて実装することもできる。対照的に、ある単一の実施形態の文脈において記載されている様々な特徴は、複数の実施形態に別個に、又はいずれの好適な部分的組み合わせにおいて、実装することもできる。更に、複数の特徴部分について、特定の組み合わせで機能するものとして上述した場合があり、また初めはそのように請求される場合すらあるものの、請求対象である組み合わせからの１つ又は複数の特徴部分を、場合によってはその組み合わせから削除でき、上記請求対象である組み合わせは、部分的組み合わせ又は部分的組み合わせの変形例も対象とし得る。
【０１０５】
同様に、図面において複数の動作を特定の順序で図示しているが、これは、望ましい結果を達成するために、これらの動作を、図示されている特定の順序で若しくは連続した順序で実施すること、又は図示されている全ての動作を実施することが要求されると理解してはならない。特定の状況においては、マルチタスク進行及び並列処理が有利であり得る。
【０１０６】
本明細書に例示されている様々な構成及び実施形態によって示されるように、レーザ溶接されたガラスパッケージ及びその作製方法に関する様々な実施形態を説明した。
【０１０７】
本開示の好ましい実施形態について記載してきたが、本明細書に記載の実施形態は単なる例示であること、並びに本発明の範囲は、添付の請求項が、当業者が本明細書を熟読すれば当然想起するあらゆる均等物、多数の変形及び修正に合致する場合、上記添付の請求項のみによって定義されることを、理解されたい。
【０１０８】
以下、本発明の実施形態を項分け記載する。
【０１０９】
実施形態１
第１の表面を有する第１の基材；
上記第１の基材に隣接する第２の基材；及び
上記第１の基材と上記隣接する第２の基材との間の界面に形成された溶接部
を備える、装置であって、
上記溶接部は、（σ引張応力位置／σ界面レーザ溶接部）＜＜１及びσ界面レーザ溶接部＞１０ＭＰａを特徴とし、ここでσ引張応力位置は、上記第１の基材内に存在する応力であり、σ界面レーザ溶接部は、上記界面に存在する応力である、装置。
【０１１０】
実施形態２
第１の表面を有する第１の基材；
上記第１の基材に隣接する第２の基材；及び
上記第１の基材と上記隣接する第２の基材との間の界面に形成された溶接部
を備える、装置であって、
上記溶接部は、（σ引張応力位置／σ界面レーザ溶接）＜１及びσ界面レーザ溶接＞１ＭＰａを特徴とし、ここでσ引張応力位置は、上記第１の基材内に存在する応力であり、σ界面レーザ溶接は、上記界面に存在する応力である、装置。
【０１１１】
実施形態３
上記第１の基材の上記第１の表面にわたって形成された無機フィルム；及び
上記第１の基材の上記第２の基材との間で保護されるデバイス
を更に備え、
上記無機フィルムは上記第２の基材と接触する、実施形態１又は２に記載の装置。
【０１１２】
実施形態４
上記無機フィルム、上記第１の基材及び上記第２の基材はそれぞれ、およそ４２０ｎｍ〜およそ７５０ｎｍにおいて透過性である、実施形態３に記載の装置。
【０１１３】
実施形態５
上記無機フィルムの吸収率は、ある所定のレーザ波長において１０％超である、実施形態３に記載の装置。
【０１１４】
実施形態６
上記無機フィルムの組成は、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＩＴＯ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｖａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｇｅ、ＳｎＦ２、ＺｎＦ２及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、実施形態３に記載の装置。
【０１１５】
実施形態７
上記無機フィルムの組成は、上記第１の基材、上記第２の基材、又は上記第１の基材及び上記第２の基材両方のクリープ流を誘発するための活性化エネルギを低下させるよう選択される、実施形態３に記載の装置。
【０１１６】
実施形態８
上記無機フィルムの組成は、液相線温度が約１０００℃以下の、レーザ吸収性低液相線温度材料である、実施形態３に記載の装置。
【０１１７】
実施形態９
上記無機フィルムの組成は：
２０−１００モル％のＳｎＯ；
０‐５０モル％のＳｎＦ２；及び
０‐３０モル％のＰ２Ｏ５又はＢ２Ｏ３
を含む、実施形態３に記載の装置。
【０１１８】
実施形態１０
上記無機フィルム並びに上記第１の基材及び上記第２の基材は、およそ４２０ｎｍ〜およそ７５０ｎｍにおいて８０％超の複合内部透過率を有する、実施形態３に記載の装置。
【０１１９】
実施形態１１
上記第１の基材又は上記第２の基材中の不純物は、Ａｓ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｋ、Ｍｎ、Ｎａ、Ｐ、Ｓｂ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｓｎ及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、実施形態１〜１０のいずれか１つに記載の装置。
【０１２０】
実施形態１２
上記第１の基材及び上記第２の基材は、異なる横寸法、異なるＣＴＥ、異なる厚さ又はこれらの組み合わせを有する、実施形態１〜１１のいずれか１つに記載の装置。
【０１２１】
実施形態１３
上記第１の基材及び上記第２の基材のうちの一方は、ガラス又はガラスセラミックである、実施形態１〜１２のいずれか１つに記載の装置。
【０１２２】
実施形態１４
上記第１の基材及び上記第２の基材のうちのもう一方は、ガラスセラミック、セラミック又は金属である、実施形態１３に記載の装置。
【０１２３】
実施形態１５
上記第１の基材、上記第２の基材、又は上記第１の基材及び上記第２の基材は、アルカリ土類ボロアルミノシリケートガラス、アルカリアルミノシリケートガラス、ソーダライムガラス、熱強化ガラス、化学強化ガラス、ボロシリケートガラス及びこれらの組み合わせを含む、実施形態１〜１４のいずれか１つに記載の装置。
【０１２４】
実施形態１６
上記デバイスは、発光ダイオード、有機発光ダイオード、量子ドット材料、りん光体、伝導性リード、半導体チップ、ＩＴＯリード、パターン形成済み電極、連続電極、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、実施形態３に記載の装置。
【０１２５】
実施形態１７
真空断熱ガラス窓を形成する方法であって、
上記方法は：
第１の表面及び第１の縁部を有する第１のガラス基材を提供するステップ；
上記第１の表面上に第１の複数のスペーサを設けるステップ；
上記第１のガラス基材の上記第１の縁部に沿って、第２の複数のシムを設けるステップ；
第２の表面及び第２の縁部を有する第２のガラス基材を、上記第１の複数のスペーサ及び上記第２の複数のシムと接触させることによって、上記第１のガラス基材と上記第２のガラス基材とを、上記第１の表面と上記第２の表面との間の第１の距離だけ離間させるステップ；
上記第１の縁部及び上記第２の縁部に沿って、上記第１のガラス基材を上記第２のガラス基材に対してレーザ封止し、上記第１のガラス基材と上記第２のガラス基材との間に内部領域を画定するステップ；並びに
上記内部領域内に、１気圧未満の真空圧を形成するステップ
を含む、方法。
【０１２６】
実施形態１８
上記第２の複数のシムを設ける上記ステップは更に、第１の表面、第２の表面又は上記第１の表面及び上記第２の表面両方にわたって無機フィルムを有する第２の複数のシムを設けるステップを含む、実施形態１７に記載の方法。
【０１２７】
実施形態１９
上記第１の複数のスペーサを設ける上記ステップは更に：
上記第１のガラス基材に、ある位置において、集束レーザビームを照射し、上記照射を終了して、上記スペーサを固定するステップ；及び
上記照射するステップを、異なる複数の位置に関して複数回繰り返して、上記第１の複数のスペーサを形成するステップ
を含む、実施形態１７又は１８に記載の方法。
【０１２８】
実施形態２０
上記第１の複数のスペーサを設ける上記ステップ、及び上記第２の複数のシムを設ける上記ステップは更に：
上記第１のガラス基材の上記第１の表面上に材料のフィルムを堆積させるステップ；並びに
マスキング及びエッチングによって、上記堆積させたフィルムにパターン形成するステップ
を含む、実施形態１７又は１８に記載の方法。
【０１２９】
実施形態２１
上記フィルムの組成は、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＩＴＯ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｖａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｇｅ、ＳｎＦ２、ＺｎＦ２及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、実施形態１８〜２０のいずれか１つに記載の方法。
【０１３０】
実施形態２２
上記フィルムの組成は、上記第１の基材、上記第２の基材、又は上記第１の基材及び上記第２の基材両方のクリープ流を誘発するための活性化エネルギを低下させるよう選択される、実施形態１８〜２０のいずれか１つに記載の方法。
【０１３１】
実施形態２３
上記フィルムの組成は、液相線温度が約１０００℃以下の、レーザ吸収性低液相線温度材料である、実施形態１８〜２０のいずれか１つに記載の方法。
【０１３２】
実施形態２４
上記無機フィルムの組成は：
２０−１００モル％のＳｎＯ；
０‐５０モル％のＳｎＦ２；及び
０‐３０モル％のＰ２Ｏ５又はＢ２Ｏ３
を含む、実施形態１８〜２０のいずれか１つに記載の方法。
【０１３３】
実施形態２５
上記第１の基材、上記第２の基材、上記第２の複数のシム、又は上記第１の基材及び上記第２の基材並びに上記第２の複数のシムは、Ａｓ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｋ、Ｍｎ、Ｎａ、Ｐ、Ｓｂ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｓｎ及びこれらの組み合わせからなる群から選択される不純物を含む、実施形態１７〜２４のいずれか１つに記載の方法。
【０１３４】
実施形態２６
上記第１の基材及び上記第２の基材は、異なる横寸法、異なるＣＴＥ、異なる厚さ又はこれらの組み合わせを有する、実施形態１７〜２５のいずれか１つに記載の方法。
【０１３５】
実施形態２７
レーザ放射は、およそ１９３ｎｍ〜およそ４２０ｎｍの所定の波長のＵＶ放射を含む、実施形態１７〜２６のいずれか１つに記載の方法。
【０１３６】
実施形態２８
上記レーザ放射は、およそ７８０ｎｍ〜およそ５０００ｎｍの所定の波長のＮＩＲ放射を含む、実施形態１７〜２６のいずれか１つに記載の方法。
【０１３７】
実施形態２９
上記第１の基材、上記第２の基材、又は上記第１の基材及び上記第２の基材は、アルカリ土類ボロアルミノシリケートガラス、アルカリアルミノシリケートガラス、ソーダライムガラス、ボロシリケートガラス、熱強化ガラス、化学強化ガラス、ボロシリケートガラス及びこれらの組み合わせを含む、実施形態１７〜２８のいずれか１つに記載の方法。
【０１３８】
実施形態３０
レーザ封止する上記ステップは、
（σ引張応力位置／σ界面レーザ溶接部）＜＜１及びσ界面レーザ溶接部＞１０ＭＰａ
を特徴とし、ここでσ引張応力位置は、上記第１の基材内に存在する応力であり、σ界面レーザ溶接部は、上記第１の表面に存在する応力である、実施形態１７〜２９のいずれか１つに記載の方法。
【０１３９】
実施形態３１
レーザ封止する上記ステップは、
（σ引張応力位置／σ界面レーザ溶接）＜１及びσ界面レーザ溶接＞１ＭＰａ
を特徴とし、ここでσ引張応力位置は、上記第１の基材内に存在する応力であり、σ界面レーザ溶接は、上記第１の表面に存在する応力である、実施形態１７〜２９のいずれか１つに記載の方法。
【０１４０】
実施形態３２
実施形態１７〜３１のいずれか１つに記載の方法によって製造される、真空断熱窓。
【０１４１】
実施形態３３
封止されたデバイスを形成する方法であって、
上記方法は：
第１の表面を有する第１の基材を提供するステップ；
上記第１の基材に隣接する第２の基材を提供するステップ；及び
上記第１の基材と上記隣接する第２の基材との間の界面に溶接部を形成するステップ
を含み、
上記溶接部は、
（σ引張応力位置／σ界面レーザ溶接部）＜＜１及びσ界面レーザ溶接部＞１０ＭＰａ
を特徴とし、ここでσ引張応力位置は、上記第１の基材内に存在する応力であり、σ界面レーザ溶接部は、上記界面に存在する応力である、方法。
【０１４２】
実施形態３４
封止されたデバイスを形成する方法であって、
上記方法は：
第１の表面を有する第１の基材を提供するステップ；
上記第１の基材に隣接する第２の基材を提供するステップ；及び
上記第１の基材と上記隣接する第２の基材との間の界面に溶接部を形成するステップ
を含み、
上記溶接部は、
（σ引張応力位置／σ界面レーザ溶接部）＜１及びσ界面レーザ溶接部＞１ＭＰａ
を特徴とし、ここでσ引張応力位置は、上記第１の基材内に存在する応力であり、σ界面レーザ溶接部は、上記界面に存在する応力である、方法。
【符号の説明】
【０１４３】
１１ａ  閾値出力
１１ｂ  プロセスウインドウ
１２ａ  閾値出力
１２ｂ  プロセスウインドウ
１５  レーザ
１６  サンドイッチタイプの構造体
１７  ガラスのシート
１８  ガラスのシート
１９  薄型吸収性フィルム
２０  パルスＵＶレーザ
２２  ２層積層体、Ｅａｇｌｅ  ＸＧ積層体
２３  ＵＶ吸収性フィルム
２４  Ｅａｇｌｅ  ＸＧ基材
３０  第１の曲線
３１  第２の曲線
３２  第３の曲線
１８０  スパッタリング標的
２２１  内側コア
２２２  外側クラッド
２２４  基材
２５０  真空断熱ガラス窓
２５１  下側基材、３Ｄ成形されたガラス基材
２５２  上側基材、ＵＶＡコーティングされたガラスシート
２８０  基材、シート
２８１  ガラスストリップ
２８５  ガラス壁
２８６  四角錐
２８７  円筒
３００  多層構造体
３０１ａ-ｅ  層
３０２  第１の平面ガラス基材、第１の基材、特徴部分
３０４  第２のガラス又は他の材料の基材、第２の基材
３３０  被加工物
３４２  内部容積
３８０  パターン形成済みガラス層
５００  レーザ
５０１  集束レーザビーム
【図１】
2018501175.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2018501175.tif 000012
【図６】
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【図７】
2018501175.tif 000014
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2018501175.tif 000018
【図１２】
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【図１３】
2018501175.tif 000020
【図１４】
2018501175.tif 000021
【図１５】
2018501175.tif 000022
【図１６】
2018501175.tif 000023
【図１７】
2018501175.tif 000024
【図１８】
2018501175.tif 000025
【図１９】
2018501175.tif 000026
【図２０】
2018501175.tif 000027
【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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【国際調査報告】
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