DE112009001456T5

DE112009001456T5 - Glasverschmelzungsverfahren

Info

Publication number: DE112009001456T5
Application number: DE112009001456T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Hamamatsu-shi Matsumoto
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2008-06-23
Filing date: 2009-06-03
Publication date: 2011-05-19
Also published as: JP5535593B2; TW201010957A; TWI424975B; JP5535653B2; CN102066279A; WO2009157282A1; JP2011073956A; CN102066279B; US20110088430A1; JPWO2009157282A1; KR20110031899A; US9045365B2; KR101651300B1

Abstract

Glasverschmelzungsverfahren zum Herstellen eines Glasverschmelzungsaufbaus durch das Verschmelzen eines ersten Glasglieds mit einem zweiten Glasglied, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Anordnen einer Glasschicht auf dem ersten Glasglied entlang eines zu verschmelzenden Bereichs, wobei die Glasschicht durch das Entfernen eines organischen Lösungsmittels und eines Bindemittels aus einer Pastenschicht gebildet wird, die ein Glaspulver, ein Laser-absorbierendes Material, das organische Lösungsmittel und das Bindemittel enthält,
Bestrahlen des zu verschmelzenden Bereichs mit einem ersten Laserstrahl mit einer ersten Wärmezufuhr, um die Glasschicht zu schmelzen, wobei von der ersten Wärmezufuhr zu einer zweiten Wärmezufuhr, die kleiner als die erste Wärmezufuhr ist, gewechselt wird, wenn das Schmelzverhältnis der Glasschicht in einer die Bewegungsrichtung des ersten Laserstrahls kreuzenden Richtung einen vorbestimmten Wert überschreitet, und Bestrahlen des zu verschmelzenden Bereichs mit dem ersten Laserstrahl mit der zweiten Wärmezufuhr, um...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Glasverschmelzungsverfahren zum Herstellen eines Glasverschmelzungsaufbaus durch das Verschmelzen von Glasgliedern.
Hintergrund
Ein bekanntes Glasverschmelzungsverfahren innerhalb des oben genannten technisches Gebiets umfasst das Brennen einer Glasschicht, die ein Laser-absorbierendes Pigment enthält, auf einem Glasglied entlang eines zu verschmelzenden Bereichs, das Legen eines weiteren Glasglieds auf das oben genannte Glasglied derart, dass die Glasschicht zwischen den beiden Glasgliedern angeordnet ist, und das Bestrahlen des zu verschmelzenden Bereichs mit einem Laserstrahl, um das eine Glasglied mit dem anderen Glasglied zu verschmelzen.
Eine verbreitete Technik zum Brennen einer Glasschicht auf einem Glasglied besteht darin, ein organisches Lösungsmittel und ein Bindemittel aus einer Pastenschicht zu entfernen, die eine Glasfritte, ein Laser-absorbierendes Pigment, das organische Lösungsmittel und das Bindemittel enthält, damit die Glasschicht auf dem Glasglied fixiert wird, und anschließend das Erhitzen des Glasglieds mit der daran befestigten Glasschicht in einem Brennofen, um die Glasschicht zu schmelzen und die Glasschicht auf das Glasglied zu brennen (siehe zum Beispiel die Patentliteratur 1).
Um den Energieverbrauch und die Brennzeit in dem Brennofen zu reduzieren (d. h. um eine höhere Effizienz zu erreichen), wird gemäß einer Technik eine an einem Glasglied befestigte Glasschicht mit einem Laserstrahl bestrahlt, um die Glasschicht zu schmelzen und die Glasschicht auf das Glasglied zu brennen (siehe zum Beispiel die Patentliteratur 2).
Referenzen
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Offengelegte übersetzte japanische internationale Patentanmeldung Nr. 2006-524419
Patentliteratur 2: Offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2002-366050

Zusammenfassung der Erfindung
Problemstellung
Wenn eine Glasschicht durch die Bestrahlung mit einem Laserstrahl auf ein Glasglied gebrannt wird, kann das Glasglied während des Brennens oder während des anschließenden Verschmelzens von Glasgliedern eine Beschädigung etwa in der Form von Rissen erfahren.
Angesichts dieses Umstands ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Glasverschmelzungsverfahren anzugeben, das Glasglieder effizient verschmelzen kann und gleichzeitig eine Beschädigung der Glasglieder verhindert.
Problemlösung
Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, hat der Erfinder zahlreiche Untersuchungen durchgeführt und dabei festgestellt, dass das Brennen einer Glasschicht durch die Bestrahlung mit einem Laserstrahl zu Beschädigungen der Glasglieder führt, weil die Laserabsorption der Glasschicht beträchtlich zunimmt, wenn die Temperatur der Glasschicht während des Brennens wie in 12 gezeigt über den Schmelzpunkt Tm steigt. In der an dem Glasglied fixierten Glasschicht verursachen die durch die Entfernung des Bindemittels erzeugten Hohlräume und die Körnigkeit der Glasfritte eine Lichtstreuung, die die Absorptionseigenschaften des Laser-absorbierenden Pigments übersteigt, sodass die Laserabsortion niedrig ist (d. h. die Glasschicht sieht bei sichtbarem Licht weißer aus). Wenn ein Laserstrahl mit einer Laserleistung P emittiert wird, sodass die Glasschicht eine Temperatur Tp wie in 13 gezeigt über dem Schmelzpunkt Tm, aber unter der Kristallisierungstemperatur Tc erreicht, schmilzt die Glasfritte, wodurch die Hohlräume gefüllt werden und die Körnigkeit verloren geht. Deshalb kann das Laser-absorbierende Pigment seine Aborptionseigenschaft zu Geltung bringen, sodass die Glasschicht ihre Laserabsorption beträchtlich steigert (d. h. die Glasschicht bei sichtbarem Licht dunkler aussieht). Auf diese Weise absorbiert die Glasschicht den Laserstrahl stärker als erwartet, sodass Risse in dem Glasglied durch einen Wärmeschock erzeugt werden, der auf eine übermäßige Wärmezufuhr zurückzuführen ist. In der Praxis sorgt die Laserbestrahlung mit der Laserleistung P wie in 13 gezeigt dafür, dass die Glasschicht eine Temperatur Ta über der Kristallisierungstemperatur Tc erreicht. Wenn ein Teil der Glasschicht auf der Seite des Glasglieds, die der zu brennenden Seite gegenüberliegt, (d. h. der Teil der Glasschicht auf der zu verschmelzenden Seite des Glasglieds) durch eine übermäßige Wärmezufuhr kristallisiert wird, steigt der Schmelzpunkt in diesem Teil. Deshalb muss der Laserstrahl mit einer höheren Laserleistung emittiert werden, wenn die Glasglieder danach verschmolzen werden, damit der Teil der Glasschicht auf der Seite des damit zu verschmelzenden Glasglieds schmilzt. Dabei können jedoch Risse in dem Glasglied aufgrund eines Wärmeschocks erzeugt werden, der auf eine übermäßige Wärmezufuhr während des Brennens zurückzuführen sind. Der Erfinder hat weitere Untersuchungen auf der Basis dieser Ergebnisse durchgeführt, wodurch die vorliegende Erfindung vervollständigt wird. Die Änderung in der Farbe der Glasschicht unter sichtbarem Licht für den Fall, dass die Laserabsorption der Glasschicht durch das Schmelzen der Glasschicht verbessert wird, ist nicht auf eine Änderung von einem helleren Zustand zu einem dunkleren Zustand beschränkt. Zum Beispiel können die Laser-absorbierenden Pigmente für Laserstrahlen nahe dem Infrarotbereich auch grün aussehen, wenn die Glasschicht schmilzt.
Das Glasverschmelzungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung dient zur Herstellung eines Glasverschmelzungsaufbaus durch das Verschmelzen eines ersten Glasglieds mit einem zweiten Glasglied, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Anordnen einer Glasschicht auf dem ersten Glasglied entlang eines zu verschmelzenden Bereichs, wobei die Glasschicht durch das Entfernen eines organischen Lösungsmittels und eines Bindemittels aus einer Pastenschicht gebildet wird, die ein Glaspulver, ein Laser-absorbierendes Material, das organische Lösungsmittel und das Bindemittel enthält; Bestrahlen des zu verschmelzenden Bereichs mit einem ersten Laserstrahl mit einer ersten Wärmezufuhr, um die Glasschicht zu schmelzen, wobei von der ersten Wärmezufuhr zu einer zweiten Wärmezufuhr, die kleiner als die erste Wärmezufuhr ist, gewechselt wird, wenn das Schmelzverhältnis der Glasschicht in einer die Bewegungsrichtung des Laserstrahls kreuzenden Richtung einen vorbestimmten Wert überschreitet, und Bestrahlen des zu verschmelzenden Bereichs mit dem ersten Laserstrahl mit der zweiten Wärmezufuhr, um die Glasschicht zu schmelzen, sodass die Glasschicht an dem ersten Glasglied fixiert wird; und Legen des zweiten Glasglieds auf dem ersten Glasglied mit der daran fixierten Glasschicht derart, dass die Glasschicht zwischen dem ersten und dem zweiten Glasglied angeordnet ist, und Bestrahlen des zu verschmelzenden Bereichs durch einen zweiten Laserstrahl, sodass das erste und das zweite Glasglied miteinander verschmolzen werden.
In diesem Glasverschmelzungsverfahren wird der zu verschmelzende Bereich mit dem ersten Laserstrahl bestrahlt, um die Glasschicht zu schmelzen. Dabei wird der zu verschmelzende Bereich mit dem ersten Laserstrahl mit der ersten Wärmezufuhr bestrahlt, um die Glasschicht zu schmelzen, wobei die Wärmezufuhr dann gewechselt wird, wenn das Schmelzverhältnis der Glasschicht in einer die Bewegungsrichtung des ersten Laserstrahls kreuzenden Richtung einen vorbestimmten Wert überschreitet. Anschließend wird der zu verschmelzende Bereich mit dem ersten Laserstrahl mit der zweiten Wärmezufuhr, die kleiner als die erste Wärmezufuhr ist, bestrahlt, um die Glasschicht zu schmelzen, sodass die Glasschicht an dem ersten Glasglied fixiert wird. Obwohl die Laserabsorption der Glasschicht beträchtlich zunimmt, wenn das Schmelzverhältnis der Glasschicht während des Fixierens der Glasschicht einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird danach der erste Laserstrahl mit der zweiten Wärmezufuhr, die kleiner als die erste Wärmezufuhr ist, emittiert, um zu verhindern, dass die Glasschicht in einen übermäßigen Wärmezufuhrzustand fällt. Auch wenn die Glasschicht durch die Bestrahlung mit dem ersten Laserstrahl an dem Glasglied fixiert wird, kann durch das Wechseln der Wärmezufuhr eine Beschädigung der Glasglieder etwa in der Form von während des Fixierens der Glasschicht und des anschließenden Verschmelzens der Glasglieder auftretenden Rissen verhindert werden. Dieses Glasverschmelzungsverfahren kann also die Glasglieder effizient verschmelzen und gleichzeitig eine Beschädigung der Glasglieder verhindern. Unter einer „Wärmezufuhr” ist hier die Energiedichte des ersten Laserstrahls in dessen Bestrahlungsbereich zu verstehen. Das „Schmelzverhältnis der Glasschicht” ist das Verhältnis zwischen der Breite des geschmolzenen Bereichs der Glasschicht zu der gesamten Breite der Glasschicht in einer die Bewegungsrichtung des ersten Laserstrahls kreuzenden Richtung.
Vorzugsweise wird in dem Glasverschmelzungsverfahren gemäß der vorliegende Erfindung von der ersten Wärmezufuhr zu der zweiten Wärmezufuhr gewechselt, indem die Bestrahlungsleistung des ersten Laserstrahls reduziert wird. Bei einem Wechsel der Wärmezufuhr durch eine Reduktion der Bestrahlungsleistung kann zuverlässig von der ersten Wärmezufuhr zu der zweiten Wärmezufuhr gewechselt werden.
Vorzugsweise wird in dem Glasverschmelzungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung von der ersten Wärmezufuhr zu der zweiten Wärmezufuhr gewechselt, indem die Bewegungsgeschwindigkeit des ersten Laserstrahls in Bezug auf die Glasschicht erhöht wird. Bei einem Wechsel der Wärmezufuhr durch eine Erhöhung der Bewegungsgeschwindigkeit des ersten Laserstrahls in Bezug auf die Glasschicht kann zuverlässig von der ersten Wärmezufuhr zu der zweiten Wärmezufuhr gewechselt werden. Und weil der Wechsel bewerkstelligt wird, indem die Bewegungsgeschwindigkeit erhöht wird, kann die für das Fixieren der Glasschicht benötigte Zeitdauer verkürzt werden. Unter der „Bewegungsgeschwindigkeit des ersten Laserstrahls in Bezug auf die Glasschicht” ist hier die relative Bewegungsgeschwindigkeit des ersten Laserstrahls zu verstehen, wobei sich die Glasschicht bewegen kann, währen der erste Laserstrahl stationär bleibt, oder wobei sich der erste Laserstrahl bewegen kann, während die Glasschicht stationär bleibt, oder wobei sich sowohl der Laserstrahl als auch die Glasschicht bewegen können.
Vorzugsweise wird in dem Glasverschmelzungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung die erste Wärmezufuhr zu der zweiten Wärmezufuhr gewechselt, wenn eine vorbestimmte Zeitdauer ab dem Beginn der Bestrahlung mit dem ersten Laserstrahl abgelaufen ist. In diesem Fall kann einfach von der ersten Wärmezufuhr zu der zweiten Wärmezufuhr gewechselt werden, indem die zuvor bestimmte Zeitdauer gemessen wird. Weil im wesentlichen dieselbe vorbestimmte Zeitdauer für Glasschichten mit einem gleichen Aufbau verwendet werden kann, solange diese unter gleichen Bedingungen mit dem ersten Laserstrahl bestrahlt werden, kann eine Vielzahl von Glasschichten mit dem gleichen Aufbau kontinuierlich oder gleichzeitig geschmolzen werden, wodurch die Herstellungseffizienz gesteigert wird.
Vorzugsweise wird in dem Glasverschmelzungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung von der ersten Wärmezufuhr zu der zweiten Wärmezufuhr gewechselt, wenn die Intensität des von der Glasschicht abgestrahlten Wärmestrahlungslichts zu einem vorbestimmten Wert ansteigt. In diesem Fall kann die Wärmezufuhr genau gewechselt werden, indem die Intensität des Wärmestrahlungslichts erfasst wird, die derart mit dem Schmelzverhältnis der Glasschicht in Beziehung steht, dass sie sich allmählich erhöht, wenn sich dieses erhöht.
Vorzugsweise wird in dem Glasverschmelzungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung von der ersten Wärmezufuhr zu der zweiten Wärmezufuhr gewechselt, wenn sich die Intensität des durch die Glasschicht reflektierten Lichts des ersten Laserstrahls zu einem vorbestimmten Wert vermindert. In diesem Fall kann die Wärmezufuhr genau gewechselt werden, indem die Intensität des reflektierten Lichts erfasst wird, die derart mit dem Schmelzverhältnis der Glasschicht in Beziehung steht, dass sie sich allmählich vermindert, wenn sich dieses erhöht.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Die vorliegende Erfindung kann Glasglieder effizient verschmelzen und gleichzeitig eine Beschädigung der Glasglieder verhindern.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Glasverschmelzungsaufbaus, der durch eine Ausführungsform des Glasverschmelzungsverfahrens der vorliegenden Erfindung hergestellt wird.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die das Glasverschmelzungsverfahren zum Herstellen des Glasverschmelzungsaufbaus von 1 erläutert.
3 ist eine Schnittansicht, die das Glasverschmelzungsverfahren zum Herstellen des Glasverschmelzungsaufbaus von 1 erläutert.
4 ist eine Schnittansicht, die das Glasverschmelzungsverfahren zum Herstellen des Glasverschmelzungsaufbaus von 1 erläutert.
5 ist eine Draufsicht, die das Glasverschmelzungsverfahren zum Herstellen des Glasverschmelzungsaufbaus von 1 erläutert.
6 ist ein Kurvendiagramm, das eine Temperaturverteilung während einer Laserbestrahlung zeigt.
7 ist ein Zeitdiagramm, das den Zeitablauf zum Wechseln der Laserbestrahlungsbedingungen zeigt.
8 ist eine perspektivische Ansicht, die das Glasverschmelzungsverfahren zum Herstellen des Glasverschmelzungsaufbaus von 1 erläutert.
9 ist einer perspektivische Ansicht, die das Glasverschmelzungsverfahren zum Herstellen des Glasverschmelzungsaufbaus von 1 erläutert.
10 ist ein Zeitdiagramm, das einen anderen Zeitablauf zum Wechseln der Laserbestrahlungsbedingungen zeigt.
11 ist ein Zeitdiagramm, das einen weiteren Zeitablauf zum Wechseln der Laserbestrahlungsbedingungen zeigt.
12 ist ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen der Temperatur und der Laserabsorption einer Glasschicht zeigt.
13 ist ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen der Laserleistung und der Temperatur der Glasschicht zeigt.
Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen werden identische oder einander entsprechende Teile durch gleiche Bezugszeichen angegeben, wobei auf eine wiederholte Beschreibung derselben verzichtet wird.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Glasverschmelzungsaufbaus, der durch eine Ausführungsform des Glasverschmelzungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde. Wie in 1 gezeigt, ist der Glasverschmelzungsaufbau 1 ein verschmolzener Glasaufbau, in dem (erste und zweite) Glasglieder 4, 5 durch eine Glasschicht 4 hindurch entlang eines zu verschmelzenden Bereichs R miteinander verschmolzen sind. Zum Beispiel ist jedes der Glasglieder 4, 5 ein rechteckiges, plattenförmiges Glied aus einem Alkali-freien Glas mit einer Dicke von 0,7 mm, wobei der zu verschmelzende Bereich R als ein rechteckiger Ring entlang der Außenkanten der Glasglieder 4, 5 vorgesehen ist. Zum Beispiel ist die Glasschicht 3 aus einem Glas mit einem niedrigen Schmelzpunkt (wie etwa einem Vanadium-Phosphat-basierten Glas, einem Bleiborsilikatglas oder ähnlichem) ausgebildet und in der Form eines rechteckigen Rings entlang des zu verschmelzenden Bereichs R vorgesehen.
Im Folgenden wird das Glasverschmelzungsverfahren zum Herstellen des oben genannten Glasverschmelzungsaufbaus 1 erläutert.
Zuerst wird wie in 2 eine Frittenpaste unter Verwendung eines Spenders, durch Siebdrucken oder ähnliches aufgetragen, um eine Pastenschicht 6 auf einer Fläche 4a des Glasglieds 4 entlang des zu verschmelzenden Bereichs R auszubilden. Ein Beispiel für die Frittenpaste wird durch das Kneten einer pulverförmigen Glasfritte (Glaspulver) 2 aus einem amorphen Glas (Vanadium-Phosphat-basiertes Glas, Bleiborsilikatglas oder ähnliches), eines Laser-absorbierenden Pigments (Laser-absorbierenden Materials), eines anorganischen Pigments wie etwa Eisenoxid, eines organisches Lösungsmittels wie etwa Amylacetat und eines Bindemittels, das aus einer bei der Glasschmelztemperatur oder auch bei einer niedrigeren Temperatur abbaubaren Kunstharzkomponente (wie etwa Acrylharz) besteht, ausgebildet. Die Frittenpaste kann auch durch das Kneten einer Glasfritte aus einem pulverförmigen Glas mit einem niedrigen Schmelzpunkt, das zuvor mit einem Laser-absorbierenden Pigment (Laser-absorbierenden Material) dotiert wurde, eines organischen Lösungsmittels und eines Bindemittels ausgebildet werden. Die Pastenschicht 6 enthält also die Glasfritte 2, das Laser-absorbierende Pigment, das organische Lösungsmittel und das Bindemittel.
Dann wird die Pastenschicht 6 getrocknet, um das organische Lösungsmittel zu entfernen, und weiter erhitzt, um das Bindemittel zu entfernen, sodass die Glasschicht 3 auf der Oberfläche 4a des Glasglieds 4 entlang des zu verschmelzenden Bereichs R fixiert wird. Dabei verursachen die durch das Entfernen des Bindemittels erzeugten Hohlräume und die Körnigkeit der Glasfritte 2 eine Lichtstreuung, die die Absorptionseigenschaften des Laser-absorbierenden Pigments übersteigt, sodass sich die an der Oberfläche 4a des Glasglieds 4 fixierte Glasschicht 3 in einem niedrigen Laserabsorptionszustand befindet (d. h. unter sichtbarem Licht weiß aussieht).
Dann wird das Glasglied 4 wie in 3 gezeigt auf einer Oberfläche 7a (einer polierten Oberfläche) eines planen Montagetisches 7 aus Aluminium derart montiert, dass dazwischen die Glasschicht 3 angeordnet ist. Folglich ist die Glasschicht 3, die durch das Entfernen des organischen Lösungsmittels und des Bindemittels aus der Pastenschicht 6 gebildet wird, entlang des zu verschmelzenden Bereichs R zwischen dem Glasglied 4 und dem Montagetisch 7 angeordnet.
Dann wird wie in 3 bis 5 gezeigt mit der Bestrahlung mit einem (ersten) Laserstrahl L1 begonnen, wobei ein Konvergenzpunkt an einer Bestrahlungsstartposition A in dem zu verschmelzenden Bereich R in der Glasschicht 3 vorgesehen wird und der Laserstrahl L1 in der Richtung des Pfeils bewegt wird. Wie in 6 gezeigt, weist der Laserstrahl L1 eine derartige Temperaturverteilung auf, dass die Temperatur in dem mittleren Teil in der Breitenrichtung (in der Richtung, die im wesentlichen orthogonal zu der Bewegungsrichtung des Laserstrahls L1 ist) höher ist und zu den beiden Endteilen hin niedriger wird. Deshalb ist wie in 5 gezeigt eine vorbestimmte Distanz vorgesehen, innerhalb der das Schmelzverhältnis (das Verhältnis der Breite des geschmolzenen Teils in der Glasschicht 3 zu der gesamten Breite der Glasschicht 3 in einer Richtung, die im wesentlichen orthogonal zu der Bewegungsrichtung des Laserstrahls L1 ist) allmählich von der Bestrahlungsstartposition A, an der das Schmelzverhältnis der Glasschicht 3 im wesentlichen gleich null ist, zu einer Stabilbereichstartposition B, an der ein Schmelzverhältnis von beinahe 100% beginnt, ansteigt, sodass also ein instabiler Bereich, in dem die Glasschicht 3 teilweise geschmolzen ist, in einem Teil der Breitenrichtung zwischen der Bestrahlungsstartposition A und der Stabilbereichstartposition B vorhanden ist.
In dem instabilen Bereich erfolgt das Schmelzen der Glasschicht 3 nicht über die gesamte Breite, sodass die Laserabsorption nicht ganz hoch ist. Deshalb wird wie in 7 gezeigt die Bestrahlung mit dem Laserstrahl L1 unter einer derartig starken Bestrahlungsbedingung gestartet, dass die Glasschicht 3 in dem stabilen Bereich kristallisiert wird, d. h. mit einer ersten Wärmezufuhr, in der die Bestrahlungsleistung des Laserstrahls L1 gleich 10 Watt ist.
Die Wärmezufuhr kann durch die folgende Gleichung (1) wiedergegeben werden und kann in Abhängigkeit von der Strahlungsleistung verändert werden, weil in dieser Ausführungsform die Bewegungsgeschwindigkeit und der Punktdurchmesser konstant sind. Wärmezufuhr (J/mm²) = Leistungsdichte (J·S/mm²)/Bewegungsgeschwindigkeit (S) (1)
In dem stabilen Bereich, in dem die Glasschicht 3 über die gesamte Breite geschmolzen wird, ab der Stabilbereichstartposition B liegt die Temperatur der Glasschicht 3 über die gesamte Breite bei dem Schmelzpunkt Tm oder darüber, sodass die Glasfritte schmilzt, wodurch die Hohlräume gefüllt werden und die Glasschicht 3 ihre Körnigkeit verliert. Deshalb können die Absorptionseigenschaften des Laser-absorbierenden Pigments zur Geltung kommen, sodass die Laserabsorption der Glasschicht 3 über die gesamte Breite erhöht wird und ein Schmelzverhältnis von beinahe 100% erhalten wird (d. h. die Glasschicht 3 unter sichtbarem Licht dunkler aussieht). Dabei absorbiert die Glasschicht 3 den Laserstrahl L1 stärker als erwartet, sodass die Wärmezufuhr zu der Glasschicht 3 übermäßig ist.
Deshalb wird die Bestrahlungsleistung des Laserstrahls L1 wie in 7 gezeigt nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer X, während welcher die Glasschicht 3 das Schmelzverhältnis von beinahe 100% erreicht (oder unmittelbar davor), d. h. unmittelbar nachdem die Glasschicht 3 den Schmelzpunkt Tm über die gesamte Breite überschreitet und sich die Laserabsorption beträchtlich erhöht, von 10 W auf 8 W gesenkt, um von einer ersten Wärmezufuhr bei der Bestrahlungsleistung von 10 W zu einer zweiten Wärmezufuhr bei der Bestrahlungsleistung von 8 W zu wechseln. In dieser Ausführungsform wird die vorbestimmte Zeitdauer zuvor für jeden Aufbau der Glasschicht 3 definiert, sodass von der ersten Wärmezufuhr zu der zweiten Wärmezufuhr gewechselt werden kann, indem die zuvor definierte Zeitdauer X gemessen wird. Weil Glasschichten mit einem gleichen Aufbau im wesentlichen den gleichen Schmelzgrad in Reaktion auf eine gleiche Wärmezufuhr erfahren, kann eine gleiche vorbestimmte Zeitdauer X für Glasschichten mit einem gleichen Aufbau verwendet werden, solange die Bestrahlungsbedingung des Laserstrahls L1 gleich ist.
Danach wird die Bestrahlung der Laserschicht 3 mit dem Laserstrahl L1 mit einer Bestrahlungsleistung von 8 W, d. h. also mit der zweiten Wärmezufuhr, entlang des zu verschmelzenden Bereichs R fortgesetzt, bis die Bestrahlungsstartposition A wieder erreicht wird und damit das Brennen abgeschlossen ist. Die Laserbestrahlung kann überlappend erfolgen, sodass der instabile Bereich erneut mit dem Laserstrahl L1 bestrahlt und auf diese Weise zu einem stabilen Bereich gewandelt wird.
Durch das Brennen der Glasschicht 3 und das Wechseln der Wärmezufuhr wird die zwischen dem Glasglied 4 und dem Montagetisch 7 angeordnete Glasschicht 3 geschmolzen und erneut verfestigt, wobei eine Kristallisierung verhindert wird. Weil das Brennen in dieser Ausführungsform durch eine Bestrahlung mit dem Laserstrahl L1 von der Seite des Glasglieds 4 her erfolgt, wird die Glasschicht 3 zuverlässig an dem Glasglied 4 fixiert, während eine Kristallisierung der Oberfläche 3a der Glasschicht 3, die während dem Verschmelzen der Glasglieder 4, 5 zu einer Verschmelzungsfläche wird, verhindert wird. Die auf die Oberfläche 4a des Glasglieds 4 gebrannte Glasschicht 3 verliert ihre Körnigkeit, weil die Glasfritte 2 schmilzt und die Hohlräume füllt, sodass die Absorptionseigenschaften des Laser-absorbierenden Pigments zu Geltung kommen können und ein hoher Laserabsorptionszustand erhalten werden kann (d. h. die Glasschicht bei sichtbarem Licht dunkler aussieht).
Wenn das Brennen der Glasschicht 3 unter Verhinderung einer Kristallisierung für den gesamten zu verschmelzenden Bereich abgeschlossen ist, wird das Glasglied 4 mit der darauf gebrannten Glasschicht 3 von dem Montagetisch 7 entfernt. Dabei ist die Differenz zwischen den Linearausdehnungskoeffizienten der Glasfritte 2 und des Montagetisches 7 größer als die Differenz zwischen den Linearausdehnungskoeffizienten der Glasfritte 2 und des Glasglieds 4, sodass die Glasschicht 3 nicht an der Oberfläche 7a des Montagetisches 7 haftet. Weil die Oberfläche 7a des Montagetisches 7 poliert ist, befindet sich die auf das Glasglied 4 gebrannte Glasschicht 3 in einem Zustand, in dem Unregelmäßigkeiten auf der dem Glasglied 4 abgewandten Oberfläche 3a abgeflacht sind.
Nach dem Brennen der Glasschicht 3 wird wie in 8 gezeigt das Glasglied 5 derart auf das Glasglied 4 mit der darauf gebrannten Glasschicht 3 gelegt, dass die Glasschicht 3 zwischen denselben angeordnet ist. Weil die Oberfläche 3a der Glasschicht 3 flach ausgebildet ist, kommt eine Oberfläche 5a des Glasglieds 5 in einen Kontakt ohne Zwischenräume mit der Oberfläche 3a der Glasschicht 3.
Dann wird wie in 9 gezeigt der zu verschmelzende Bereich R mit einem (zweiten) Laserstrahl L2 bestrahlt, wobei ein Konvergenzpunkt an der Glasschicht 3 vorgesehen wird. Folglich absorbiert die Glasschicht 3, die entlang des gesamten zu verschmelzenden Bereichs R eine hohe Laserabsorption aufweist und dennoch eine Kristallisierung verhindert, den Laserstrahl L2, der die Glasschicht 3 und die umgebenden Teile (die Teile der Glasglieder 4, 5 an deren Oberflächen 4a, 5a) schmilzt und erneut verfestigt, um die Glasglieder 4, 5 miteinander zu verbinden. Dabei kommt die Oberfläche 5a des Glasglieds 5 in einen Kontakt ohne Zwischenräume mit der Oberfläche 3a der Glasschicht 3, während die auf das Glasglied 4 gebrannte Glasschicht 3 als ein stabiler Bereich ausgebildet wird, in dem eine Kristallisierung nach dem Schmelzen entlang des gesamten zu verschmelzenden Bereichs R unterdrückt wird, sodass die Glasglieder 4, 5 gleichmäßig entlang des zu verschmelzenden Bereichs R verschmolzen werden, ohne dass der Schmelzpunkt der Glasschicht 3 erhöht wird, wodurch eine Beschädigung verhindert werden kann.
Wie zuvor erläutert, wird die Glasschicht 3 durch das Bestrahlen des zu verschmelzenden Bereichs R mit dem Laserstrahl L1 geschmolzen. Dabei bestrahlt das Glasverschmelzungsverfahren zum Herstellen des Glasverschmelzungsaufbaus 1 den zu verschmelzenden Bereich R mit dem Laserstrahl 1 mit der ersten Wärmezufuhr, sodass die Glasschicht 3 geschmolzen wird. Dann wird die Wärmezufuhr gewechselt, wenn das Schmelzverhältnis der Glasschicht 3 in einer Richtung im wesentlichen orthogonal zu der Bewegungsrichtung des Laserstrahls L1 beinahe 100% erreicht. Anschließend wird der zu verschmelzende Bereich R mit dem Laserstrahl mit der zweiten Wärmezufuhr, die kleiner als die erste Wärmezufuhr ist, bestrahlt, sodass die Glasschicht 3 geschmolzen und an dem ersten Glasglied 4 fixiert wird. Obwohl die Laserabsorption der Glasschicht 3 beträchtlich zunimmt, wenn das Schmelzverhältnis der Glasschicht 3 während des Fixierens der Glasschicht 3 beinahe 100% erreicht, wird danach das Laserlicht L1 mit der zweiten Wärmezufuhr, die kleiner als die erste Wärmezufuhr ist, emittiert, wodurch verhindert wird, dass die Glasschicht 3 in einen übermäßigen Wärmezufuhrzustand fällt. Auch wenn die Glasschicht 3 durch eine Bestrahlung mit dem Laserstrahl L1 an dem Glasglied 4 fixiert wird, kann durch das Wechseln der Wärmezufuhr verhindert werden, dass die Glasglieder 4, 5 Beschädigungen wie etwa Risse während des Fixierens der Glasschicht 3 und dem anschließenden Verschmelzen der Glasglieder 4, 5 erfahren. Dieses Glasverschmelzungsverfahren kann also die Glasglieder 4, 5 effizient miteinander verschmelzen und gleichzeitig eine Beschädigung der Glasglieder 4, 5 verhindern.
Das oben beschriebene Glasverschmelzungsverfahren wechselt von der ersten Wärmezufuhr zu der zweiten Wärmezufuhr, indem es die Bestrahlungsleistung des Laserstrahls L1 vermindert. Weil die Wärmezufuhr durch eine Verminderung der Bestrahlungsleistung gewechselt wird, kann die erste Wärmezufuhr zuverlässig zu der zweiten Wärmezufuhr wechseln.
In dem oben beschriebenen Glasverschmelzungsverfahren geht das Schmelzverhältnis nach Ablauf der vorbestimmten Zeitdauer X ab dem Beginn der Bestrahlung durch den Laserstrahl L1 zu beinahe 100%, wobei dann von der ersten Wärmezufuhr zu der zweiten Wärmezufuhr gewechselt wird. Es kann also von der ersten Wärmezufuhr zu der zweiten Wärmezufuhr gewechselt werden, indem die zuvor definierte vorbestimmte Zeitdauer X bis zum Erreichen eines Schmelzverhältnisses von 100% gemessen wird. Weil eine im wesentlichen gleiche vorbestimmte Zeitdauer X für Glasschichten mit einem gleichen Aufbau verwendet werden kann, solange diese unter gleichen Bedingungen mit dem Laserstrahl L1 bestrahlt werden, können Glasschichten 3 mit einem gleichen Aufbau einfach aufeinander folgend oder gleichzeitig zueinander geschmolzen werden, wodurch die Herstellungseffizienz während der Ausbildung einer Vielzahl von Glasverschmelzungsaufbauten 1 verbessert werden kann.
Organische EL-Packungen und ähnliches weisen eine kleine Größe auf, für die dünnere Glasglieder 4, 5 verwendet werden, sodass häufig ein Glas mit einer geringen Ausdehnung als Material für die Glasglieder 4, 5 verwendet wird, damit diese weniger leicht brechen. Damit die Glasschicht 3 einen Linearausdehnungskoeffizienten aufweist, der demjenigen der Glasglieder 4, 5 entspricht (um also den Linearausdehnungskoeffizienten der Glasschicht 3 zu vermindern), enthält die Glasschicht 3 eine große Menge eines Füllmaterials wie etwa Keramik. Wegen der großen Menge des Füllmaterials verändert sich die Laserabsorption der Glasschicht 3 vor und nach der Bestrahlung mit dem Laserstrahl L1 stark. Deshalb ist das vorstehend beschriebene Glasverschmelzungsverfahren besonders effektiv, wenn ein Glas mit einer geringen Ausdehnung als Material für die Glasglieder 4, 5 gewählt wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt.
Zum Beispiel wird in der oben beschriebenen Ausführungsform von der ersten Wärmezufuhr zu der zweiten Wärmezufuhr gewechselt, wenn das Schmelzverhältnis nach Ablauf der vorbestimmten Zeitdauer X ab der Bestrahlungsstartposition A für den Laserstrahl L1 zu beinahe 100% geht. Es kann aber auch von der ersten Wärmezufuhr zu der zweiten Wärmezufuhr gewechselt werden, wenn die Intensität des von der Glasschicht 3 abgestrahlten Wärmestrahlungslichts wie in 10 gezeigt zu einem vorbestimmten Wert Q ansteigt. Dabei kann die Wärmezufuhr genau gewechselt werden, indem die Intensität des Wärmestrahlungslichts erfasst wird, die in einer derartigen Beziehung zu dem Schmelzverhältnis der Glasschicht steht, das sie sich allmählich erhöht, wenn sich dieses erhöht. Außerdem kann von der ersten Wärmezufuhr zu der zweiten Wärmezufuhr gewechselt werden, wenn sich die Intensität des durch die Glasschicht 3 reflektierten Lichts des Laserstrahls L1 wie in 11 gezeigt zu einem vorbestimmten Wert vermindert. Dabei kann die Wärmezufuhr genau gewechselt werden, indem die Intensität des reflektierten Lichts erfasst wird, die in einer derartigen Beziehung mit dem Schmelzverhältnis der Glasschicht steht, dass sie sich allmählich vermindert, wenn sich dieses erhöht.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Wärmezufuhr zu der Glasschicht 3 gesteuert, indem die Bestrahlungsleistung des Laserstrahls L1 geändert wird. Statt dessen kann aber auch die relative Bewegungsgeschwindigkeit des Laserstrahls L1 (d. h. die Bewegungsgeschwindigkeit des Laserstrahls L1 in Bezug auf die Glasschicht 3) erhöht werden, während die Bestrahlungsleistung des Laserstrahls L1 wie in der weiter oben angeführten Gleichung (1) konstant bleibt, um die Wärmezufuhr zu der Glasschicht 3 zu wechseln. Wenn die Wärmezufuhr durch eine Erhöhung der Bewegungsgeschwindigkeit des Laserstrahls L1 gewechselt wird, kann die erste Wärmezufuhr zuverlässig zu der zweiten Wärmezufuhr wechseln. Und weil der Wechsel durch eine Erhöhung der Bewegungsgeschwindigkeit bewerkstelligt wird, kann die zum Fixieren der Glasschicht 3 benötigte Zeitdauer verkürzt werden. Das Wechseln der Wärmezufuhr durch eine Erhöhung der Bewegungsgeschwindigkeit kann einen Geschwindigkeitsbeschleunigungsphase umfassen. Um eine Kristallisierung der Glasschicht 3 zu verhindern, sollte die Erhöhung der Bewegungsgeschwindigkeit bereits vor dem Zeitpunkt für den Wechsel (bevor die vorbestimmte Zeitdauer X abläuft oder die Intensität des Wärmestrahlungslichts einen vorbestimmten Wert annimmt) beginnen und zum Zeitpunkt des Wechsels abgeschlossen sein.
In der oben beschriebenen Ausführungsform werden die Laserstrahlen L1, L2 in Bezug auf die gesicherten Glasglieder 4, 5 bewegt. Es genügt jedoch, wenn sich die Laserstrahlen L1, L2 relativ zu den Glasgliedern 4, 5 bewegen. So können auch die Glasglieder 4, 5 bewegt werden, während die Laserstrahlen L1, L2 stationär bleiben. Oder es können sowohl die Glasglieder 4, 5 als auch die Laserstrahlen L1, L2 bewegt werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Wärmezufuhr bei einem vorbestimmten Wert des Schmelzverhältnisses wie etwa 100% gewechselt. Die Wärmezufuhr kann aber auch bei einem anderen vorbestimmten Wert des Schmelzverhältnisses wie etwa 90%, bei dem die Glasschicht ausreichend geschmolzen ist, wechseln, um eine Kristallisierung der Glasschicht 3 zuverlässig zu verhindern.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Glasschicht 3 mit dem Laserstrahl L1 durch das Glasglied 4 hindurch bestrahlt. Die Glasschicht 3 kann aber auch direkt mit dem Laserstrahl L1 bestrahlt werden.
Industrielle Anwendbarkeit
Unter Verwendung der vorliegenden Erfindung können Glasglieder effizient verschmolzen werden und kann gleichzeitig eine Beschädigung der Glasglieder verhindert werden.
Liste der Bezugszeichen

1 ... Glasverschmelzungsaufbau; 2 ... Glasfritte (Glaspulver); 3 ... Glasschicht; 4 ... Glasglied (erstes Glasglied); 5 .. Glasglied (zweites Glasglied); 6 ... Pastenschicht; 7 ... Montagetisch; A ... Bestrahlungsstartposition; B ... Stabilbereichstartposition; R ... zu verschmelzender Bereich; L1 ... Laserstrahl (erster Laserstrahl), L2 ... Laserstrahl (zweiter Laserstrahl).

Zusammenfassung
Eine Glasschicht 3 wird durch das Bestrahlen eines zu verschmelzenden Bereichs R mit einem Laserstrahl L1 geschmolzen. Dabei wird der zu verschmelzende Bereich R mit dem Laserstrahl L1 mit einer ersten Wärmezufuhr bestrahlt, um die Glasschicht 3 zu schmelzen, wobei die Wärmezufuhr dann gewechselt wird, wenn das Schmelzverhältnis der Glasschicht 3 in einer Richtung im wesentlichen orthogonal zu der Bewegungsrichtung des Laserstrahls L1 einen vorbestimmten Wert überschreitet. Anschließend wird der zu verschmelzende Bereich R mit dem Laserstrahl L1 mit einer zweiten Wärmezufuhr, die kleiner als die erste Wärmezufuhr ist, bestrahlt, um die Glasschicht 3 an einem Glasglied 4 zu fixieren. Dadurch wird verhindert, dass die Glasschicht 3 in einen übermäßigen Wärmezuführzustand fällt, und wird eine Kristallisierung der Glasschicht 3 während des Brennens verhindert. Das Glasglied 4 wird durch die nicht kristallisierte Glasschicht 3 hindurch mit einem Glasglied 5 verschmolzen, um einen Glasverschmelzungsaufbau 1 zu erhalten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2006-524419 [0005]
JP 2002-366050 [0005]

Claims

Glasverschmelzungsverfahren zum Herstellen eines Glasverschmelzungsaufbaus durch das Verschmelzen eines ersten Glasglieds mit einem zweiten Glasglied, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Anordnen einer Glasschicht auf dem ersten Glasglied entlang eines zu verschmelzenden Bereichs, wobei die Glasschicht durch das Entfernen eines organischen Lösungsmittels und eines Bindemittels aus einer Pastenschicht gebildet wird, die ein Glaspulver, ein Laser-absorbierendes Material, das organische Lösungsmittel und das Bindemittel enthält, Bestrahlen des zu verschmelzenden Bereichs mit einem ersten Laserstrahl mit einer ersten Wärmezufuhr, um die Glasschicht zu schmelzen, wobei von der ersten Wärmezufuhr zu einer zweiten Wärmezufuhr, die kleiner als die erste Wärmezufuhr ist, gewechselt wird, wenn das Schmelzverhältnis der Glasschicht in einer die Bewegungsrichtung des ersten Laserstrahls kreuzenden Richtung einen vorbestimmten Wert überschreitet, und Bestrahlen des zu verschmelzenden Bereichs mit dem ersten Laserstrahl mit der zweiten Wärmezufuhr, um die Glasschicht zu schmelzen, sodass die Glasschicht an dem ersten Glasglied fixiert wird, und Legen des zweiten Glasglieds auf das erste Glasglied mit der daran fixierten Glasschicht derart, dass die Glasschicht zwischen den Glasgliedern angeordnet ist, und Bestrahlen des zu verschmelzenden Bereichs mit einem zweiten Laserstrahl, sodass das erste Glasglied und das zweite Glasglied miteinander verschmolzen werden.
Glasverschmelzungsverfahren nach Anspruch 1, wobei von der ersten Wärmezufuhr zu der zweiten Wärmezufuhr gewechselt wird, indem die Bestrahlungsleistung des ersten Laserstrahls vermindert wird.
Glasverschmelzungsverfahren nach Anspruch 1, wobei von der ersten Wärmezufuhr zu der zweiten Wärmezufuhr gewechselt wird, indem die Bewegungsgeschwindigkeit des ersten Laserstrahls in Bezug auf die Glasschicht erhöht wird.
Glasverschmelzungsverfahren nach Anspruch 1, wobei von der ersten Wärmezufuhr zu der zweiten Wärmezufuhr gewechselt wird, wenn eine vorbestimmte Zeitdauer ab dem Beginn der Bestrahlung mit dem ersten Laserstrahl abgelaufen ist.
Glasverschmelzungsverfahren nach Anspruch 1, wobei von der ersten Wärmezufuhr zu der zweiten Wärmezufuhr gewechselt wird, wenn die Intensität des von der Glasschicht abgestrahlten Wärmestrahlungslichts zu einem vorbestimmten Wert ansteigt.
Glasverschmelzungsverfahren nach Anspruch 1, wobei von der ersten Wärmezufuhr zu der zweiten Wärmezufuhr gewechselt wird, wenn sich die Intensität des durch die Glasschicht reflektierten Lichts des ersten Laserstrahls zu einem vorbestimmten Wert vermindert.