KR101387838B1 - 유리 용착 방법 - Google Patents

Abstract

용착 예정 영역을 따르도록 유리 부재(4)와 열전도체(7) 사이에 유리층(3)을 배치한 후 열전도체(7)를 히트 싱크로 하여 레이저광(L1)을 조사함으로써 유리층(3)을 용융시켜 유리 부재(4)에 유리층(3)을 달구어 붙여 정착시킨다. 이 유리층(3)을 달구어 붙일 때에는 유리층(3)의 레이저 흡수율이 급격하게 높아지지만 열전도체(7)가 히트 싱크로서 유리층(3)으로부터 열을 빼앗기 때문에 유리층(3)이 입열 과다 상태가 되는 것이 억지된다. 그 후 유리층(3)이 달구어 붙여진 유리 부재(4)에 대해 유리층(3)을 통해 다른 유리 부재를 겹쳐 맞춘다. 그리고 레이저광을 용착 예정 영역을 따라서 조사함으로써 유리 부재끼리를 용착한다.

Description

유리 용착 방법{GLASS FUSION METHOD}

본 발명은 유리 부재끼리를 용착해 유리 용착체를 제조하는 유리 용착 방법에 관한 것이다.

상기 기술 분야에서의 종래 유리 용착 방법으로서, 레이저광 흡수성 안료를 포함한 유리층을 용착 예정 영역을 따르도록 한쪽 유리 부재에 달구어 붙인 후 그 유리 부재에 유리층을 통해 다른 쪽의 유리 부재를 겹쳐 맞추고 용착 예정 영역을 따라 레이저광을 조사함으로써 한쪽 유리 부재와 다른 쪽 유리 부재를 용착하는 방법이 알려져 있다.

그런데 유리 부재에 유리층을 달구어 붙이는 기술(燒付)로는 유리 프리트, 레이저광 흡수성 안료, 유기용제 및 바인더를 포함하는 페이스트층으로부터 유기용제 및 바인더를 제거함으로써 유리 부재에 유리층을 고착시킨 후 유리층이 고착된 유리 부재를 소성로 내에서 가열함으로써 유리층을 용융시켜 유리 부재에 유리층을 달구어 붙이는 기술이 일반적이다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

이와 대해 소성로의 사용에 의한 소비 에너지의 증대 및 달구어 붙임 시간의 장시간화를 억제하는 관점(즉, 고효율화라는 관점)으로부터 유리 부재에 고착한 유리층에 레이저광을 조사함으로써 유리층을 용융시켜 유리 부재에 유리층을 달구어 붙이는 기술이 제안되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조).

일본 특표 2006-524419호 공보 일본 특개 2002-366050호 공보

그렇지만, 유리 부재에 대한 유리층의 달구어 붙임을 레이저광 조사에 의해서 실시하면, 달구어 붙일 때나 그 후의 유리 부재끼리의 용착시에 유리 부재에 크랙이 발생하는 등 유리 부재가 파손하는 일이 있었다.

이에, 본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 유리 부재의 파손을 방지하여 효율적으로 유리 부재끼리를 용착할 수 있는 유리 용착 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자는 상기 목적을 달성하기 위해서 열심히 검토를 거듭한 결과, 레이저광의 조사에 의한 유리층의 달구어 붙임이 유리 부재의 파손에 관련되는 것은 도 7에 나타낸 것처럼, 달구어 붙일 때에 유리층의 온도가 융점 Tm을 넘으면 유리층의 레이저광 흡수율이 급격하게 높아지는 것에 기인하고 있다는 것을 밝혀냈다. 즉, 유리 부재에 고착된 유리층에서는 바인더의 제거에 의한 공극이나 유리 프리트의 입자성에 의해서 레이저광 흡수성 안료의 흡수 특성을 웃도는 광 산란이 일어나 레이저광 흡수율이 낮은 상태가 되고 있다(예를 들면, 가시광선에서 흰색을 띠게 보인다). 이에, 도 8에 나타낸 것처럼, 유리층의 온도가 융점 Tm보다도 높고 또한 결정화 온도 Tc보다도 낮은 온도 Tp가 되도록 레이저 파워 P로 레이저광을 조사하면, 유리 프리트의 용융에 의해 공극이 메워짐과 동시에 입자성이 무너지기 때문에 레이저광 흡수성 안료의 흡수 특성이 현저하게 나타나 유리층의 레이저광 흡수율이 급격하게 높아진다(예를 들면, 가시광선에서 검은색을 띠게 보인다). 이에 의해 유리층에서 상정(想定) 이상의 레이저광 흡수가 일어나 입열(入熱) 과다에 의한 히트 쇼크로 유리 부재에 크랙이 발생하는 것이다. 또, 레이저 파워 P로의 레이저광 조사에 의해서 실제로는 도 8에 나타낸 것처럼, 유리층의 온도가 결정화 온도 Tc보다도 높은 온도 Ta에 이른다. 유리층에 있어서 달구어 붙임 대상인 유리 부재와 반대측에 위치하는 부분(즉, 유리층에 있어서 용착 대상인 유리 부재측에 위치하는 부분)이 입열 과다에 의해 결정화하면 그 부분의 융점이 높아진다. 이 때문에 그 후의 유리 부재끼리의 용착시에 유리층에 있어서 용착 대상인 유리 부재측에 위치하는 부분을 용융시킬 수 있도록 레이저 파워를 높게 해 레이저광을 조사하는 것이 필요하게 되어 달구어 붙일 때와 마찬가지로 입열 과다에 의한 히트 쇼크로 유리 부재에 크랙이 발생하는 것이다. 본 발명자는 이 지견에 근거해 재차 검토를 거듭해 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 또한, 유리층의 용융에 의해서 유리층의 레이저광 흡수율이 높아지는 경우에서의 가시광선 하에서의 유리층의 색 변화는 흰색을 띠는 상태로부터 검은색을 띠는 상태로 변화하는 것으로 한정되지 않고, 예를 들면 근적외 레이저광용 레이저광 흡수성 안료 중에는 유리층이 용융하면 녹색을 나타내는 것도 존재한다.

즉, 본 발명에 관한 유리 용착 방법은 제1 유리 부재와 제2 유리 부재를 용착해 유리 용착체를 제조하는 유리 용착 방법으로서, 유리가루, 레이저광 흡수재, 유기용제 및 바인더를 포함하는 페이스트층으로부터 유기용제 및 바인더가 제거됨으로써 형성된 유리층을 용착 예정 영역을 따르도록 제1 유리 부재와 열전도체 사이에 배치하는 공정과, 열전도체를 히트 싱크로 하여 용착 예정 영역을 따라서 제1 레이저광을 조사함으로써 제1 유리 부재와 열전도체의 사이에 배치된 유리층을 용융시켜 제1 유리 부재에 유리층을 정착시키는 공정과, 유리층이 정착된 제1 유리 부재에 유리층을 통해 제2 유리 부재를 겹쳐 맞추어 용착 예정 영역을 따라서 제2 레이저광을 조사함으로써 제1 유리 부재와 제2 유리 부재를 용착하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 유리 용착 방법에서는, 용착 예정 영역을 따르도록 제1 유리 부재와 열전도체 사이에 유리층을 배치한 후 열전도체를 히트 싱크로 하여 제1 레이저광을 조사함으로써 유리층을 용융시켜 제1 유리 부재에 유리층을 정착시킨다. 이 유리층의 정착시에는 유리층의 레이저광 흡수율이 급격하게 높아지지만 열전도체가 히트 싱크로서 유리층으로부터 열을 빼앗기 때문에 유리층이 입열 과다 상태가 되는 것이 억지된다. 이에 따라 제1 레이저광의 조사에 의해서 제1 유리 부재에 유리층을 정착시켜도 유리층의 정착시나 그 후의 유리 부재끼리의 용착시에 유리 부재에 크랙이 발생하는 등 유리 부재가 파손하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 이 유리 용착 방법에 의하면 유리 부재의 파손을 방지하여 효율적으로 유리 부재끼리를 용착하는 것이 가능해진다.

본 발명에 관한 유리 용착 방법에 있어서는, 열전도체의 열전도율은 유리가루의 열전도율보다도 높은 것이 바람직하다. 이 경우, 열전도체를 히트 싱크로 하여 효율적으로 유리층으로부터 열을 빼앗는 것이 가능해진다. 이때 열전도체의 열전도율은 제1 유리 부재의 열전도율보다 높은 것이 보다 바람직하다. 이 경우, 열전도체를 히트 싱크로 하여 보다 한층 효율적으로 유리층으로부터 열을 빼앗는 것이 가능해진다.

본 발명에 관한 유리 용착 방법에 있어서는, 유리가루와 열전도체의 선팽창 계수의 차는 유리가루와 제1 유리 부재와의 선팽창 계수의 차보다도 큰 것이 바람직하다. 이 경우, 제1 유리 부재에 유리층을 정착시켰을 때에 열전도체에 유리층이 고착되는 것을 확실히 방지할 수 있다.

본 발명에 관한 유리 용착 방법에 있어서는, 제1 레이저광은 제1 유리 부재측으로부터 유리층에 조사되는 것이 바람직하다. 이 경우, 제1 유리 부재와 유리층의 계면 부분이 충분히 가열되기 때문에 제1 유리 부재에 유리층을 강고하게 정착시킬 수 있다.

본 발명에 의하면 유리 부재의 파손을 방지하여 효율적으로 유리 부재끼리를 정착시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 유리 용착 방법의 일실시 형태에 의해 제조된 유리 용착체의 사시도이다.
도 2는 도 1의 유리 용착체를 제조하기 위한 유리 용착 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 도 1의 유리 용착체를 제조하기 위한 유리 용착 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 도 1의 유리 용착체를 제조하기 위한 유리 용착 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 도 1의 유리 용착체를 제조하기 위한 유리 용착 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 6은 도 1의 유리 용착체를 제조하기 위한 유리 용착 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 유리층의 온도와 레이저광 흡수율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 레이저 파워와 유리층의 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 도면을 참조해 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 부여해 중복하는 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명에 관한 유리 용착 방법의 일실시 형태에 의해 제조된 유리 용착체의 사시도이다. 도 1에 나타낸 것처럼 유리 용착체(1)는 용착 예정 영역 (R)을 따라서 형성된 유리층(3)을 통해 유리 부재(제1 유리 부재)(4)와 유리 부재(제2 유리 부재)(5)가 용착된 것이다. 유리 부재(4, 5)는 예를 들면 무알칼리 유리로 이루어진 두께 0.7mm의 직사각형 판 모양의 부재이며, 용착 예정 영역(R)은 유리 부재(4, 5)의 가장자리를 따라서 직사각형 고리 모양으로 설정되어 있다. 유리층(3)은 예를 들면, 저융점 유리(바나듐 인산계 유리, 납 붕산 유리 등)로 이루어지고, 용착 예정 영역(R)을 따라서 직사각형 고리 모양으로 형성되어 있다.

다음에, 상술한 유리 용착체(1)를 제조하기 위한 유리 용착 방법에 대해서 설명한다.

우선, 도 2에 나타낸 것처럼, 디스펜서나 스크린 인쇄 등에 의해서 프리트 페이스트를 도포함으로써 용착 예정 영역(R)을 따라서 유리 부재(4)의 표면(4a)에 페이스트층(6)을 형성한다. 프리트 페이스트는 예를 들면 비정질의 저융점 유리(바나듐 인산계 유리, 납 붕산 유리 등)로 이루어진 분말상 유리 프리트(유리가루)(2), 산화철 등의 무기 안료인 레이저광 흡수성 안료(레이저광 흡수재), 아세트산 아밀 등인 유기용제 및 유리의 연화 온도 이하에서 열분해하는 수지 성분(아크릴 등)인 바인더를 혼련한 것이다. 페이스트층(6)은 유리 프리트(2), 레이저광 흡수성 안료, 유기용제 및 바인더를 포함하고 있다.

계속해서, 페이스트층(6)을 건조시켜 유기용제를 제거하고, 추가로 페이스트층(6)을 가열해 바인더를 제거함으로써 용착 예정 영역(R)을 따라서 유리 부재(4)의 표면(4a)에 유리층(3)을 고착시킨다. 또한, 유리 부재(4)의 표면(4a)에 고착된 유리층(3)은 바인더의 제거에 의한 공극이나 유리 프리트(2)의 입자성에 의해서 레이저광 흡수성 안료의 흡수 특성을 웃도는 광 산란이 일어나 레이저광 흡수율이 낮은 상태가 되고 있다(예를 들면, 가시광선에서 흰색을 띠게 보인다).

계속해서, 도 3에 나타낸 것처럼, 알루미늄으로 이루어진 판 모양의 열전도체(7)의 표면(7a)(여기서는 연마면)에 유리층(3)을 통해 유리 부재(4)를 재치한다. 이에 의해 페이스트층(6)으로부터 유기용제 및 바인더가 제거됨으로써 형성된 유리층(3)이 용착 예정 영역(R)을 따르도록 유리 부재(4)와 열전도체 (7) 사이에 배치된다.

계속해서, 열전도체(7)를 히트 싱크로 하여 유리층(3)에 집광 스폿을 맞추어 레이저광(제1 레이저광)(L1)을 용착 예정 영역(R)을 따라서 조사한다. 이에 의해 유리 부재(4)와 열전도체(7) 사이에 배치된 유리층(3)이 용융·재고화(再固化) 해, 유리 부재(4)의 표면(4a)에 유리층(3)을 달구어 붙일 수 있다. 또한, 유리 부재(4)의 표면(4a)에 달구어 붙여진 유리층(3)은 유리 프리트(2)의 용융에 의해서 공극이 메워짐과 동시에 입자성이 무너지기 때문에 레이저광 흡수성 안료의 흡수 특성이 현저하게 나타나 레이저광 흡수율이 높은 상태가 된다(예를 들면 가시광선에서 검은색을 띠게 보인다). 또, 유리 부재(4)의 표면(4a)에 달구어 붙여진 유리층(3)은 유리 부재(4)와 반대측 표면(3a)의 요철이 평탄화된 상태가 된다.

이 유리층(3)을 달구어 붙일 때에는 열전도체(7)가 히트 싱크로서 유리층(3)으로부터 열을 빼앗기 때문에 유리층(3)이 입열 과다 상태가 되는 것이 억지된다. 이때 열전도체(7)가 알루미늄으로 되어 있어 유리 프리트(2)의 열전도율 및 유리 부재(4)의 열전도율보다도 열전도체(7)의 열전도율이 높아지고 있기 때문에 유리층(3)으로부터 열전도체(7)로의 방열이 극히 효율적으로 행해진다.

또, 유리 프리트(2)와 유리 부재(4)의 선팽창 계수의 차보다도 유리 프리트(2)와 열전도체(7)의 선팽창 계수의 차가 커지고 있기 때문에 유리층(3)을 달구어 붙일 때에 열전도체(7)의 표면(7a)에 유리층(3)이 고착하는 일이 없다. 이로부터 유리 프리트(2)와 열전도체(7)의 선팽창 계수의 차는 보다 커지는 것이 바람직하기는 하지만, 바나듐 인산계 유리(선팽창 계수: 7.0×10^-6/K)나 납 붕산 유리(선팽창 계수: 13×10^-6/K)로 이루어진 유리 프리트(2)에 대해서는, 알루미늄(선팽창 계수: 23×10^-6/K) 외에 스테인리스강(선팽창 계수: 17.3×10^-6/K)이나 구리(선팽창 계수: 16.8×10^-6/K)로 이루어진 열전도체(7)를 이용할 수 있다.

유리층(3)의 달구어 붙임에 이어서, 도 4에 나타내는 것처럼, 유리층(3)이 달구어 붙여진 유리 부재(4)에 대해 유리층(3)을 통해 유리 부재(5)를 겹쳐 맞춘다. 이때 유리층(3)의 표면(3a)이 평탄화되어 있기 때문에 유리 부재(5)의 표면(5a)이 유리층(3)의 표면(3a)에 틈새 없이 접촉한다.

계속해서, 도 5에 나타낸 것처럼, 유리층(3)에 집광 스폿을 맞추어 레이저광(제2 레이저광)(L2)을 용착 예정 영역(R)을 따라서 조사한다. 이에 의해 레이저광 흡수율이 높은 상태로 되어 있는 유리층(3)에 레이저광(L2)이 흡수되고, 유리층(3) 및 그 주변 부분(유리 부재(4, 5)의 표면 (4a, 5a) 부분)이 용융·재고화 해 유리 부재(4)와 유리 부재(5)가 용착된다. 이때 유리 부재(5)의 표면(5a)이 유리층(3)의 표면(3a)에 틈새 없이 접촉하고 있기 때문에 유리 부재(4)와 유리 부재(5)가 용착 예정 영역(R)을 따라서 균일하게 용착된다.

이상 설명한 것처럼, 유리 용착체(1)를 제조하기 위한 유리 용착 방법에 있어서는, 용착 예정 영역(R)을 따르도록 유리 부재(4)와 열전도체(7) 사이에 유리층(3)을 배치한 후 열전도체(7)를 히트 싱크로 하여 레이저광(L1)을 조사함으로써 유리층(3)을 용융시켜 유리 부재(4)에 유리층(3)을 달구어 붙여 정착시킨다. 이 유리층(3)을 달구어 붙일 때에는 유리층(3)의 레이저광 흡수율이 급격하게 높아지지만 열전도체(7)가 히트 싱크로서 유리층(3)으로부터 열을 빼앗기 때문에 유리층(3)이 입열 과다 상태가 되는 것이 억지된다. 이에 의해 유리 부재(4)에 대한 유리층(3)의 달구어 붙임을 레이저광(L1)의 조사에 의해서 실시해도 유리층(3)을 달구어 붙일 때에 입열 과다에 의한 히트 쇼크로 유리 부재(4, 5)에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 유리층(3)을 달구어 붙일 때에 유리층(3)의 표면(3a) 부분(즉, 유리층(3)에 있어서 용착 대상인 유리 부재(5)측에 위치하는 부분)이 입열 과다에 의해 결정화하는 일이 없고, 따라서 그 부분의 융점이 높아지는 일도 없다. 이 때문에 그 후의 유리 부재(4, 5)끼리의 용착시에 유리층(3)의 표면(3a) 부분을 용융시킬 수 있도록 레이저 파워를 높게 해 레이저광(L2)을 조사하는 것이 불필요해져 유리층(3)을 달구어 붙일 때와 마찬가지로 입열 과다에 의한 히트 쇼크로 유리 부재(4, 5)에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 앞서 말한 유리 용착 방법에 의하면 유리 부재(4, 5)의 파손을 방지하여 효율적으로 유리 부재(4, 5)끼리를 용착하는 것이 가능해진다.

또, 상술한 유리 용착 방법에 있어서는, 레이저광(L1)이 유리 부재(4)측으로부터 유리층(3)에 조사된다. 이 때문에 유리 부재(4)와 유리층(3)의 계면 부분이 충분히 가열된다. 따라서, 유리 부재(4)에 유리층(3)을 강고하게 달구어 붙여 정착시킬 수 있다. 게다가, 유리층(3)에 있어서 용착 대상인 유리 부재(5)측에 위치하는 부분(유리층(3)의 표면(3a) 부분)이 입열 과다에 의해 결정화하는 것을 보다 확실히 방지할 수 있다.

또한, 유리층(3)을 달구어 붙일 때에는 레이저광(L1)의 조사에 의해 유리층(3)에 있어서 달구어 붙이는 대상인 유리 부재(4)측에 위치하는 부분을 결정화시켜도 된다. 또, 유리 부재(4, 5)끼리의 용착시에는 레이저광(L2)의 조사에 의해 유리층(3)에 있어서 용착 대상인 유리 부재(5)측에 위치하는 부분(유리층(3)의 표면(3a) 부분)을 결정화시켜도 된다. 최종적으로 유리층(3)을 결정화시키면 유리 용착체(1)에 있어서 유리층(3)의 선팽창 계수가 작아지기 때문이다.

그런데 유기 EL 패키지 등에 있어서는, 용기 자체가 소형이기 때문에 보다 박형화된 유리 부재(4, 5)가 사용되므로 유리 부재(4, 5)의 재료로는 깨짐을 일으키기 어렵게 하도록 저팽창 유리가 선택되는 경우가 많다. 이때 유리층(3)의 선팽창 계수를 유리 부재(4, 5)의 선팽창 계수와 맞추기 위해서(즉, 유리층(3)의 선팽창 계수를 낮게 하기 위해서) 세라믹스 등으로 이루어진 필러를 유리층(3)에 다량으로 함유시킨다. 유리층(3)에 필러를 다량으로 함유시키면 레이저광(L1)의 조사 전후로 유리층(3)의 레이저광 흡수율이 보다 한층 크게 변화하게 된다. 따라서, 상술한 유리 용착 방법은 유리 부재(4, 5)의 재료로서 저팽창 유리를 선택하는 경우에 특히 유효하다.

본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 도 6에 나타낸 것처럼, 레이저광(L1)에 대해서 투과성을 가지는 재료로 이루어진 열전도체(7)를 이용하여 유리 부재(4)와 반대측으로부터 열전도체(7)를 통해 유리층(3)에 레이저광(L1)을 조사해도 된다.

또, 용착 예정 영역(R)을 따라서 열전도체(7)의 표면(7a)에 유리층(3)을 고착시킨 후 열전도체(7)의 표면(7a)에 유리층(3)을 통해 유리 부재(4)를 재치함으로써 페이스트층(6)으로부터 유기용제 및 바인더가 제거됨으로써 형성된 유리층(3)을, 용착 예정 영역(R)을 따르도록 유리 부재(4)와 열전도체(7) 사이에 배치해도 된다.

본 발명에 의하면 유리 부재의 파손을 방지하여 효율적으로 유리 부재끼리를 용착할 수 있다.

1…유리 용착체, 2…유리 프리트(유리가루), 3…유리층, 4…유리 부재(제1 유리 부재), 5…유리 부재(제2 유리 부재), 6…페이스트층, 7…열전도체, R…용착 예정 영역, L1…레이저광(제1 레이저광), L2…레이저광(제2 레이저광).

Claims (3)

1. 용착 예정 영역을 따라서 유리층이 정착된 제1 유리 부재에 상기 유리층을 통해 제2 유리 부재를 중첩하고, 상기 용착 예정 영역을 따라서 제2 레이저광을 조사함으로써, 상기 용착 예정 영역을 따라서 상기 제1 유리 부재와 상기 제2 유리 부재를 용착하여 유리 용착체를 제조하기 위하여, 상기 제1 유리 부재에 상기 유리층을 정착시켜 유리층 정착 부재를 제조하는 유리층 정착 방법으로서,
   유리가루 및 레이저광 흡수재를 포함하는 상기 유리층을 상기 용착 예정 영역을 따르도록 상기 제1 유리 부재에 배치하는 공정과,
   상기 용착 예정 영역을 따라서 제1 레이저광을 조사함으로써 상기 유리가루를 용융시켜 상기 제1 유리 부재에 상기 유리층을 정착시키면서, 상기 유리가루의 용융에 의해 상기 제1 레이저광의 조사 전에 비해 상기 유리층의 레이저광 흡수율을 높게 하는 공정을 포함하는 유리층 정착 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 레이저광은 상기 유리층의 온도가 융점보다도 높고, 또한 결정화 온도보다도 낮은 온도가 되도록 조사되는 유리층 정착 방법.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제1 레이저광은 적어도 상기 유리층에서 상기 제2 유리 부재 측에 위치하는 부분의 온도가 결정화 온도보다도 낮은 온도가 되도록 조사되는 유리층 정착 방법.

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