TW201542475A - 利用雷射光之玻璃基板熔接方法及雷射加工裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明之目的在於使2片玻璃基板熔接時，可以簡單之方法及裝置構成，於不使加工端面變形之情形下進行熔接。 該玻璃基板熔接方法，係對密著之2片玻璃基板照射雷射光而使玻璃基板彼此熔接者，且包含第1步驟及第2步驟。第1步驟係使第1玻璃基板與第2玻璃基板密著。第2步驟係沿第1玻璃基板與第2玻璃基板之密著部，掃描波長2.7μm以上且6.0μm以下之雷射光，而使第1及第2玻璃基板熔融熔接。

Description

利用雷射光之玻璃基板熔接方法及雷射加工裝置
本發明係關於玻璃基板熔接方法，特別係關於對密著之2片玻璃基板照射雷射光而使玻璃基板彼此熔接之玻璃基板熔接方法，及用於實現其之雷射加工裝置。
專利文獻1揭示有包含重疊之2片玻璃基板之疊層玻璃基板之製造方法。
於專利文獻1之圖2所示之玻璃基板接合方法中，首先，將2片玻璃基板重疊，由1對保持構件夾持該重疊之2片玻璃基板。此時，2片保持構件之邊緣部自2片玻璃基板之端面突出。接著，朝2片玻璃基板之端面照射雷射光而使2片玻璃基板之邊緣部熔接。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2000-281368號公報
專利文獻1之方法係由1對保持構件夾持2片玻璃基板，故可防止2片玻璃基板之雷射光照射部分因熔融而垂落。
然而，該專利文獻1之方法中，為夾持密著之玻璃基板，需要1對保持構件。
本發明之課題在於使2片玻璃基板熔接時，可以簡單之方法及裝 置構成，抑制加工端面因熔融之變形。
本發明之一態樣之玻璃基板熔接方法係對密著之2片玻璃基板照射雷射光而使玻璃基板彼此熔接之方法，且包含第1步驟及第2步驟。第1步驟係使第1玻璃基板與第2玻璃基板密著。第2步驟係對第1玻璃基板與第2玻璃基板之接合部照射波長2.7μm以上且6.0μm以下之雷射光，而使第1及第2玻璃基板熔融熔接。
以該方法，對2片玻璃基板之接合部照射波長2.7μm以上且6.0μm以下之中紅外光雷射光。因到達玻璃基板內部之前，中紅外光於滲透過程中被吸收，故自玻璃基板之表面直至內部，較少出現熱分佈不均。亦即，可使玻璃基板之內部被相對均勻加熱，且可抑制僅雷射照射側之加工端面處於高溫。因此，可抑制玻璃基板之加工端面之熔融垂落，並可使2片玻璃基板熔融而相互熔接。
於本發明之另一態樣之玻璃基板熔接方法中，第2步驟係使雷射光聚光於第1及第2玻璃基板之雷射光照射側之表面附近。
此處，雷射光係聚光並照射至2片玻璃基板之雷射光照射側之表面附近。因此，可有效率地使雷射光所照射之部分熔融，且可於不對玻璃基板內部造成較大影響之情形下，使2片玻璃基板熔接。
本發明之一態樣之雷射加工裝置，係對密著之2片玻璃基板照射雷射光而使玻璃基板彼此熔接之裝置。該雷射加工裝置包含：工作台及雷射光照射機構。工作台載置密著之第1玻璃基板及第2玻璃基板。雷射光照射機構係對第1玻璃基板與第2玻璃基板之接合部照射波長2.7μm以上且6.0μm以下之雷射光。
於本發明之另一態樣之雷射加工裝置中，雷射光照射機構具有：雷射振盪器及光學系統。雷射振盪器振盪波長為2.7μm以上且6.0μm以下之雷射光。光學系統係使來自雷射振盪器之雷射光聚光，並 將經聚光之雷射光照射至第1玻璃基板與第2玻璃基板之接合部。
本發明之另一態樣之雷射加工裝置進而包含掃描機構，其係使光學系統與工作台相對移動而沿接合部掃描經聚光之雷射光。
如上文之本發明係於使2片玻璃基板熔接時，可以簡單之方法及裝置構成，於不使加工端面變形之情形下進行熔接。
1‧‧‧工作台
2‧‧‧雷射振盪器
3‧‧‧光學系統
4‧‧‧台移動裝置
5a‧‧‧反射鏡
5b‧‧‧反射鏡
6‧‧‧聚光透鏡
G1‧‧‧玻璃基板
G2‧‧‧玻璃基板
圖1係本發明之一實施形態之雷射加工裝置之概略構成圖。
圖2係表示本發明之方法所使用之2片玻璃基板之一例之示意圖。
圖3係表示相對於無鹼玻璃基板之雷射光之波長與透過率之關係之圖。
圖4係表示相對於鈉玻璃之雷射光之波長與透過率之關係之圖。
圖5係表示使2片玻璃基板熔接之情形之剖面之顯微鏡照片。
圖6(a)、(b)係使2片玻璃基板熔接之另一形態。
[雷射加工裝置]
本發明之一實施形態之雷射加工裝置示於圖1。該雷射加工裝置包含：工作台1，其載置重疊之2片玻璃基板G1、G2；雷射振盪器2、光學系統3、及作為掃描機構之台移動機構4。而且，由雷射振盪器2、光學系統3及台移動裝置4構成雷射照射機構。
雷射振盪器2振盪波長2.7μm以上且6.0μm以下之中紅外光雷射光。此處，作為雷射振盪器2，只要為出射自Er：Y2O3、Er：ZBLAN、Er：YSGG、Er：GGG、Er：YLF、Er：YAG、Dy：ZBLAN、Ho：ZBLAN、CO、Cr：ZnSe、Cr：ZnS、Fe：ZnSe、Fe：ZnS、半導體雷射之中紅外雷射光群中選出之雷射光，且如上所述該 雷射光波長係2.7μm~6.0μm者即可。又，此處，出射連續振盪之雷射光。
光學系統3包含：2個反射鏡5a、5b、及聚光透鏡6。反射鏡5a、5b係以使來自雷射振盪器2之雷射光以相對於2片玻璃基板G1、G2之側面正交之方式進行引導。聚光透鏡6係設定為：聚光雷射光，使雷射光聚光於2片玻璃基板G1、G2之接合部之表面。
台移動機構4係用於使工作台1沿相互正交之X方向及Y方向移動之機構。利用該台移動機構4，可使聚光點沿兩玻璃基板G1、G2之接合部掃描。
[玻璃基板之熔接方法]
於利用以上裝置使2片玻璃基板G1、G2熔接時，首先，將待熔接之2片玻璃基板G1、G2重合，並設置於工作台1上之特定位置。其次，如圖2之示意圖所示，自2片玻璃基板G1、G2之側面，對2片玻璃基板G1、G2之接合部照射如上述之中紅外光之雷射光。另，將雷射光之聚光位置設在玻璃基板G1、G2之表面(側面)或其附近。接著，一面連續照射該雷射光一面沿接合部進行掃描。
藉由以上方法，將2片玻璃基板G1、G2所密著之部分相互熔融熔接。此時，2片玻璃基板G1、G2之被雷射光所照射之側面不會變成高溫。因此，可抑制該端面(加工端面)熔融變形。
[透過率與波長]
圖3顯示相對於板厚0.2mm之無鹼玻璃(例如OA10(製品名稱：日本電氣硝子公司製))之玻璃基板之雷射光之波長與透過率之關係。又，圖4顯示相對於板厚0.5mm之鈉玻璃之玻璃基板之雷射光之波長與透過率之關係。
如自圖3所明瞭，因波長10.6μm之CO2雷射對板厚0.2mm之無鹼玻璃之透過率為「0」，故也就是雷射光於基板表面被吸收。又，波長 1μm之YAG雷射或波長532nm之綠光雷射(Green Laser)，透過率為90%以上，而未透過之約10%之雷射光亦幾乎直接於表面反射，而未被基板內部所吸收。而且，若為波長2.8μm之雷射光，則藉由將雷射光之輸出調節為適當功率，可使雷射光於基板內部被大致均勻吸收，使基板內部熔融，從而將重疊之2片基板熔接。又，此時，可抑制基板表面(雷射光照射側之端面=加工端面)溫度過於升高，可抑制加工端面因熔融而變形。
又，於圖4之板厚0.5mm之鈉玻璃，波長2.8μm之雷射光於到達基板內部之前，雷射光邊透過邊被吸收，因此，藉由恰當地調節雷射光之輸出功率，可與上述同樣，使基板內部熔融，而將重疊之2片基板熔接，並可抑制加工端面因熔融而變形。
另，圖3與圖4所示之圖表之透過率值之差係因試料厚度不同而產生者，若厚度相同，則可認為無鹼玻璃與鈉玻璃之間不存在透過率差。
根據上文推測如下：藉由利用波長2.7μm以上且6.0μm以下之雷射光，並對雷射光功率予以恰當調節，可對於多種玻璃基板，抑制加工端面因熔融之變形，並且使基板內部熔融而將2片基板熔接。又，即便雷射光所照射之基板之厚度較厚時，亦可藉由使用波長2.7μm以上且5.0μm以下之雷射光穩定地將2片基板熔接。
[實驗例]
圖5顯示實驗例。此處之實驗條件係如下所述。
玻璃基板：3mm×50mm×t0.2mm之無鹼玻璃(例如OA10(製品名稱：日本電氣硝子公司製))
雷射光：Er光纖雷射、波長2.7μm、輸出6.6W、連續振盪
另，圖5中，剖面右端係雷射照射側之端面(加工端面)。
根據該等實驗結果可知：藉由使用中紅外光之雷射光並恰當設 定照射條件，可抑制加工端面因熔融之變形，可穩定地將2片玻璃基板熔接。
[其他實施形態]
本發明並非限定於如上實施形態，可於不脫離本發明範圍之情形下進行各種變化或修正。
(a)上述實施形態中，已對將2片玻璃基板如圖1所示地重疊並熔接之情形進行說明，但使2片玻璃基板熔接之形態並非限定於此。例如，亦可將本發明應用於如圖6(a)所示之使2片玻璃基板端面抵接而熔接之情形。又，亦可將本發明應用於如圖6(b)所示之僅將2片玻璃基板之一部分重疊之情形。
(b)上述實施形態中，使用連續振盪之雷射光，但亦可反復照射頻率1MHz以上之模擬連續振盪之脈衝雷射光，或反復照射頻率10kHz以上之脈衝雷射光。

Claims (5)

  1. 一種利用雷射光之玻璃基板熔接方法，其係對密著之2片玻璃基板照射雷射光而使玻璃基板彼此熔接者；且包含如下步驟：第1步驟，係使第1玻璃基板與第2玻璃基板密著；及第2步驟，係對上述第1玻璃基板與上述第2玻璃基板之接合部，照射波長2.7以上且6.0μm以下之雷射光，使上述第1及第2玻璃基板熔融熔接。
  2. 如請求項1之利用雷射光之玻璃基板熔接方法，其中上述第2步驟係使上述雷射光聚光於上述第1及第2玻璃基板之雷射光照射側之表面附近。
  3. 一種雷射加工裝置，其係對密著之2片玻璃基板照射雷射光而使玻璃基板彼此熔接者；且包含：工作台，其載置密著之第1玻璃基板及第2玻璃基板；及雷射光照射機構，其係對上述第1玻璃基板與上述第2玻璃基板之接合部，照射波長2.7μm以上且6.0μm以下之雷射光。
  4. 如請求項3之雷射加工裝置，其中上述雷射光照射機構包含：雷射振盪器，其振盪波長2.7μm以上且6.0μm以下之雷射光；及光學系統，其係使來自上述雷射振盪器之雷射光聚光，並將經聚光之雷射光照射至上述第1玻璃基板與上述第2玻璃基板之接合部。
  5. 如請求項4之雷射加工裝置，其進而包含掃描機構，其係使上述光學系統與上述工作台相對移動，而沿上述接合部掃描經聚光之雷射光。
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