利用激光的玻璃基板熔接方法和激光加工装置与流程

本发明涉及玻璃基板熔接方法，特别是涉及对密合的两片玻璃基板照射激光而使玻璃基板彼此熔接的玻璃基板熔接方法和用于实现该方法的激光加工装置。

背景技术：

在专利文献1中示出了制造由重合的两片玻璃基板构成的夹层玻璃基板的方法。

在专利文献1的图2所示的玻璃基板的接合方法中，首先，使两片玻璃基板重合，利用一对保持构件夹持该重合的两片玻璃基板。此时，使两片保持构件的缘部从两片玻璃基板的端面突出。然后，朝向两片玻璃基板的端面照射激光，使两片玻璃基板的缘部熔接。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-281368号公报

技术实现要素：

发明所要解决的问题

在专利文献1的方法中，利用一对保持构件夹持两片玻璃基板，因此，能够防止两片玻璃基板的激光照射部分发生熔融而滴落。

但是，在该专利文献1的方法中，为了夹持密合的玻璃基板，需要一对保持构件。

本发明的课题在于，在使两片玻璃基板熔接时，通过简单的方法和装置构成来抑制加工端面的熔融所致的变形。

用于解决问题的手段

本发明的一个方式的玻璃基板熔接方法是对密合的两片玻璃基板照射激光而使玻璃基板彼此熔接的方法，其具备第1工序和第2工序。第1工序中，使第1玻璃基板与第2玻璃基板密合。第2工序中，对第1玻璃基板与第2玻璃基板的接合部照射波长为2.7μm以上且6.0μm以下的激光，使第1玻璃基板和第2玻璃基板熔融而熔接。

在本方法中，对两片玻璃基板的接合部照射波长为2.7μm以上且6.0μm以下的中红外光的激光。中红外光在渗透至玻璃基板的内部的同时被吸收，因此，从玻璃基板的表面到内部，热分布的不均减小。即，玻璃基板的内部比较均匀地被加热，并且能够抑制仅有激光照射侧的加工端面达到高温的情况。因此，能够在抑制玻璃基板的加工端面的熔融滴落的同时，使两片玻璃基板熔融而相互熔接。

在本发明的另一方式的玻璃基板熔接方法中，在第2工序中，使激光会聚在第1玻璃基板和第2玻璃基板的激光照射侧的表面附近。

此处，激光被会聚、照射于两片玻璃基板的激光照射侧的表面附近。因此，能够使照射激光的部分高效地熔融，并且能够在不给玻璃基板内部带来多大影响的情况下使两片玻璃基板熔接。

本发明的一个方式的激光加工装置是对密合的两片玻璃基板照射激光而使玻璃基板彼此熔接的装置。该激光加工装置具备工作平台和激光照射机构。工作平台载置密合的第1玻璃基板和第2玻璃基板。激光照射机构对第1玻璃基板与第2玻璃基板的接合部照射波长为2.7μm以上且6.0μm以下的激光。

在本发明的另一方式的激光加工装置中，激光照射机构具有激光振荡器和光学系统。激光振荡器振荡出波长为2.7μm以上且6.0μm以下的激光。光学系统使来自激光振荡器的激光会聚并将会聚的激光照射到第1玻璃基板与第2玻璃基板的接合部。

在本发明的又一方式的激光加工装置中，进一步具备使光学系统与工作平台相对地移动而使会聚的激光沿着接合部进行扫描的扫描机构。

发明效果

在如上所述的本发明中，在使两片玻璃基板熔接时，通过简单的方法和装置构成，能够在不使加工端面变形的情况下进行熔接。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的激光加工装置的概略构成图。

图2是示出本发明的方法中所使用的两片玻璃基板的一例的示意图。

图3是示出关于无碱玻璃的、激光的波长与透射率的关系的图。

图4是示出关于钠钙玻璃的、激光的波长与透射率的关系的图。

图5是示出使两片玻璃基板熔接时的截面的显微镜照片。

图6是使两片玻璃基板熔接的其它方式。

具体实施方式

[激光加工装置]

将本发明的一个实施方式的激光加工装置示于图1中。该激光加工装置具备：载置重合的两片玻璃基板G1、G2的工作平台1、激光振荡器2、光学系统3和作为扫描机构的平台移动机构4。并且，由激光振荡器2、光学系统3和平台移动机构4构成激光照射机构。

激光振荡器2振荡出波长为2.7μm以上且6.0μm以下的中红外光的激光。此处，作为激光振荡器2，只要是射出选自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、半导体激光器的中红外激光组中的激光并且是如上所述波长为2.7～6.0μm的激光的激光振荡器即可。另外，此处，射出的是连续振荡的激光。

光学系统3包括两个反射镜5a、5b和会聚透镜6。反射镜5a、5b将来自激光振荡器2的激光以相对于两个玻璃基板G1、G2的侧面正交的方式导入。会聚透镜6使激光会聚，按照激光在两片玻璃基板G1、G2的接合部的表面会聚的方式设定。

平台移动机构4是用于使工作平台1在相互正交的X方向和Y方向上移动的机构。利用该平台移动机构4，能够使会聚点沿着两玻璃基板G1、G2的接合部进行扫描。

[玻璃基板的熔接方法]

在使用上述装置使两片玻璃基板G1、G2熔接的情况下，首先，使要熔接的两片玻璃基板G1、G2重合，设置在工作平台1上的规定位置。接着，如图2的示意图中所示，从两片玻璃基板G1、G2的侧面对两片玻璃基板G1、G2的接合部照射如上所述的中红外光的激光。需要说明的是，激光的会聚位置设定为玻璃基板G1、G2的表面(侧面)或其附近。然后，在连续照射该激光的同时沿着接合部进行扫描。

通过上述方法，两个玻璃基板G1、G2密合的部分相互熔融而熔接。此时，两个玻璃基板G1、G2的照射激光的侧面未达到高温。因此，能够抑制其端面(加工端面)熔融而变形。

[透射率与波长]

图3中示出了关于板厚为0.2mm的无碱玻璃(例如OA10(产品名；日本电气硝子公司制造))的玻璃基板的、激光的波长与透射率的关系。另外，图4中示出了关于板厚为0.5mm的钠钙玻璃的玻璃基板的、激光的波长与透射率的关系。

由图3表明，对于板厚为0.2mm的无碱玻璃，在波长为10.6μm的CO₂激光的情况下透射率为“0”，因此，激光在基板的表面被吸收。另外，在波长为1μm的YAG激光、波长为532nm的绿色激光的情况下，透射率为90％以上，没有透射的约10％的激光也大部分在表面被反射，没有被基板内部吸收。并且，如果是波长为2.8μm的激光，通过将激光的输出调节为适当的功率，激光在基板内部大致均匀地被吸收，使基板内部熔融，从而能够将重合的两片基板熔接。另外，此时，能够抑制基板表面(激光的照射侧的端面＝加工端面)的温度过度升高，能够抑制加工端面的熔融所致的变形。

另外，对于图4的板厚为0.5mm的钠钙玻璃而言，在波长为2.8μm的激光的情况下，激光在透射至基板的内部的同时被吸收，因此，通过适当调节激光的输出功率，与上述同样地，能够使基板内部熔融从而将重合的两片基板熔接，并且能够抑制加工端面的熔融所致的变形。

需要说明的是，认为图3和图4所示的曲线图的透射率的值的差异起因于试样的厚度的差异，如果厚度相同，则在无碱玻璃与钠钙玻璃之间透射率没有差异。

由以上可以推断，通过使用波长为2.7μm以上且6.0μm以下的激光并适当调节激光的功率，对于多数的玻璃基板，能够在抑制加工端面的熔融所致的变形的同时，使基板内部熔融而将两片基板熔接。另外，即使在照射激光的基板的厚度较厚的情况下，通过使用波长为2.7μm以上且5.0μm以下的激光，也能够稳定地将两片基板熔接。

[实验例]

图5中示出实验例。此处的实验条件如下所述。

玻璃基板：3mm×50mm×t 0.2mm的无碱玻璃(例如OA10(产品名；日本电气硝子公司制造))

激光：Er光纤激光器、波长2.7μm、输出功率6.6W、连续振荡

需要说明的是，在图5中，截面的右端为激光照射侧的端面(加工端面)。

根据这些实验结果可知，通过使用中红外光的激光并适当地设定照射条件，能够将两片玻璃基板稳定地熔接且抑制加工端面的熔融所致的变形。

[其它实施方式]

本发明并不限定于如上所述的实施方式，在不脱离本发明的范围的情况下可以进行各种变形或修正。

(a)在上述实施方式中，对于将两片玻璃基板如图1所示重合而熔接的情况进行了说明，但使两片玻璃基板熔接的方式并不限定于此。例如，如图6(a)所示，在使端面对接而使两片玻璃基板熔接的情况下也可以应用本发明。另外，如图6(b)所示，在仅使两片玻璃基板的一部分重合的情况下也可以应用本发明。

(b)在上述实施方式中，使用了连续振荡的激光，但也可以照射重复频率为1MHz以上的准连续振荡的脉冲激光、重复频率为10kHz以上的脉冲激光。

工业实用性

利用本发明的玻璃基板的熔接方法和激光加工装置，在使两片玻璃基板熔接时，通过简单的方法和装置构成，能够在不使加工端面变形的情况下进行熔接。

符号说明

1 工作平台

2 激光振荡器

3 光学系统

4 平台移动机构

G1、G2 玻璃基板