使用具有瞬态吸收性质的透明材料进行的玻璃密封的制作方法
【专利说明】使用具有瞬态吸收性质的透明材料进行的玻璃密封
[0001] 相关申请交叉参考
[0002] 本申请要求2013年3月15日提交的美国申请系列号13/841391和2012年11月 30日提交的美国临时申请系列号61/731，784的优先权，本文以该申请的内容为基础并将 其通过引用全文纳入本文。
【背景技术】
[0003] 本发明一般地涉及气密阻隔层，更具体地涉及使用低熔融温度玻璃来密封固体结 构的方法和组合物。
[0004] 气密阻挡层可用于保护灵敏材料免受多种液体和气体的有害接触。本文所用术语 "气密"指的是完全或者基本密封的状态，特别是防止水或空气的离开或进入，但是也考虑 进行保护以免受其他液体和气体的接触。
[0005] 玻璃-玻璃粘结技术可用于在相邻基材之间夹住工件，并且通常提供一定程度的 包封。常规地，使用有机胶或无机玻璃料进行玻璃-玻璃基材粘结（例如板-板密封技术）。 用于长期操作的需要完全气密条件的系统的装置制造商通常优选无机金属、焊料或者玻璃 料基密封材料，因为有机胶（聚合物或其他）形成的阻隔通常比无机选项对于水和氧的可 渗透性高许多个数量级的水平。另一方面，虽然无机金属、焊料或者玻璃料基密封剂可用于 形成不可渗透的密封，但是金属阳离子组成、形成的气泡的散射以及分布的陶瓷相组分导 致所得到的密封界面通常是不透明的。
[0006] 例如，玻璃料基密封剂包含被研磨成粒度通常约为2-150微米的玻璃材料。对于 玻璃料密封应用，通常将玻璃料与具有相似粒度的负CTE材料混合，并使用有机溶剂将所 得混合物掺混成糊料。示例性负CTE无机填料包括堇青石颗粒（例如Mg2Al3[AlSi50ls])或 硅酸钡。溶剂用于调节混合物的粘度。
[0007] 为了接合两个基材，可以通过旋涂或丝网印刷，将玻璃料层施涂到一个或两个基 材的密封表面上。玻璃料涂覆的基材起初在较低温度经受有机烧尽步骤（例如，250°C，30 分钟），以去除有机载体。然后，沿着各自的密封表面，对将要接合的两个基材进行组装/匹 配，然后将该对基材放入晶片粘结器中。在很好限定的温度和压力下进行热压缩循环，从而 使得玻璃料熔融，形成紧密的玻璃密封。
[0008] 除了一些含铅组合物以外，玻璃料通常具有大于450°C的玻璃化转变温度，从而需 要在提升的温度下进行加工，以形成阻隔层。这类高温密封方法对于温度敏感型工件可能 是有害的。
[0009] 此外，负CTE无机填料（其用于降低典型基材和玻璃料之间的热膨胀系数的失配） 会结合到粘结接头中，并导致既不透明也非半透明的玻璃料基阻隔层。
[0010] 基于上述内容，人们希望在低温下形成透明和任选气密的玻璃-玻璃密封。
【发明内容】
[0011] 本文公开了用于在相对的玻璃基材之间形成激光密封界面的方法，其在界面处使 用低熔融温度玻璃（低Tg)密封材料。该方法的实施方式涉及激光辐射的暂时吸收以及伴 随的玻璃密封材料和玻璃基材的局部熔融以影响密封体。密封体形成且材料冷却后，所得 封装是透明的。
[0012] -种保护工件的方法，该方法包括在第一玻璃基材的主表面上形成低1；玻璃密封 层，在第一基材和第二基材之间排列工件，其中密封层接触第二基材，以及使用激光辐射局 部加热玻璃密封层和玻璃基材，以熔化密封层和玻璃基材，从而形成基材间的玻璃密封体。 玻璃基材对激发辐射的吸收是瞬时和热诱导的。
[0013] 可平移激光辐射以限定密封界面，该密封界面可与玻璃基材一起限定工件的气密 性封装。示例性工件包括量子点。示例性激光辐射包括紫外（UV)辐射。
[0014] 在以下的详细描述中给出了本发明的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对 本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利 要求书以及附图在内的本发明而被认识。
[0015] 应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是本发明的示例，用来提供理 解要求保护的本发明的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对本发明的进一 步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图举例说明了本发明的各 种实施方式，并与描述一起用来解释本发明的原理和操作。
【附图说明】
[0016] 图1是显示根据一个实施方式通过激光密封形成气密性密封装置的示意图；
[0017] 图2显示不同显示器玻璃基材的透射率-波长图；
[0018] 图3显示二氧化硅玻璃中UV吸收的温度依赖性；
[0019] 图4是透射率-时间图，其显示低1；玻璃涂覆的硼硅酸盐显示器玻璃的诱导吸收 和恢复；
[0020] 图5是透射率-时间图，其显示功率对于通过低1；玻璃涂覆的硼硅酸盐显示器玻 璃的透射的影响；
[0021] 图6显示不同显示器玻璃的透射率-时间图；
[0022] 图7是经由激光密封形成的点密封体的照片；
[0023] 图8A和8B是经由激光密封形成的玻璃焊接的一部分的俯视照片；
[0024] 图9A和9B是使用低熔融温度玻璃层密封的LED组件的示例的示意图；
[0025] 图10A、10B和10C是包含低熔融温度玻璃密封体的LED组件的其他示例；且
[0026] 图11是包含低熔融温度玻璃密封体的真空隔热玻璃窗示例。
【具体实施方式】
[0027] 虽然本文公开的密封技术在某些实施方式中结合制造气密性密封的0LED显示器 来描述，但应理解相同或相似的密封技术可用于使两块玻璃板彼此密封，该玻璃板可用于 多种应用和装置。因此，本发明的密封技术不应被看作仅限于有限的方式。例如，可使用本 方法制造薄膜传感器和真空隔热玻璃窗。
[0028] 密封的结构包含相对的玻璃基材和在基材间界面处形成的低熔融温度玻璃密封 层。使用激光来局部加热密封材料以及相应的基材以影响密封。密封期间，密封材料熔化 并重新固化以形成密封体。在各实施方式中，在靠近熔化并重新固化的密封材料的区域中， 来自一种或全部两种基材的材料也熔化并重新固化。在这类实施方式中，该基材材料可构 成密封的界面的一部分，导致玻璃-玻璃焊接。
[0029] 在各实施方式中，该玻璃基材显示入射激光辐射的瞬时吸收。密封玻璃的初始吸 收熔化密封玻璃材料，且主要由于玻璃基材温度的局部升高，诱导了玻璃基材对激光辐射 的暂时吸收，其导致基材的局部熔化。玻璃基材的吸收在密封过程完成后衰减，导致形成光 学透明的密封体。
[0030] 本文所用瞬时吸收通常指涉及来自光诱生缺陷的额外光吸收的任何光_材料相 互作用，包括彩心（colorcenter)形成。瞬时吸收的特征是在高于且超过简单线性吸收的 激发波长下，材料中发生额外的吸收。因此，在多个实施方式中，可通过提高基材材料的温 度来发生玻璃基材对激光辐射的暂时吸收。瞬时吸收可包括多光子过程。
[0031]与在一些玻璃材料中观察到的皮秒脉冲宽度、完全的非线性吸收现象相反，本文 所述方法涉及相对长（l-l〇ns)的激光脉冲下玻璃基材材料的非线性吸收。例如，对于 355nm激光，约30kHz的重复频率下典型的功率密度是约0. 5-lMff/cm2。
[0032] 本文所用术语"诱导吸收"指暴露于激发辐射后每平方厘米玻璃的内透射率差异 的绝对值。特别感兴趣的是约355nm处的诱导吸收，其指暴露于以约70yX/(脉冲?cm2) 在约355nm下运行100亿个脉冲的准分子激光器后在355nm处的诱导吸收。
[0033]因此，在各实施方式中，入射在玻璃基材/密封玻璃/玻璃基材界面上的激光辐 射最初可被密封玻璃材料吸收，诱导熔体形成，并继而导致温度的局部升高，其暂时改变相 邻玻璃基材材料的吸收特性。玻璃基材材料中温度的升高可通过来自密封玻璃的热传导 并经由来自照明的温度诱导吸收增强来发生。除密封玻璃的局部熔化外，玻璃基材对激光 辐射的瞬时吸收还可导致玻璃基材材料的局部熔化，从而形成玻璃-玻璃密封体。例如， Eagle2〇00#玻璃在约830°C的温度下软化。在除去激光辐射并冷却密封区域时，玻璃基材 材料的吸收特性回复至其处理前状态，即光学透明。
[0034] 该密封体的完整性及其强度是通过基材玻璃的缓慢冷却（自退