ES2233483T3 - Procedimiento para tratar sustratos de vidrio y sustratos de vidrio para producir pantallas de visualizacion. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de tratamiento de una hoja de vidrio, que consiste en una composición de vidrio que presenta un punto de deformación superior a 540ºC, destinada a la realización de una pantalla de visualización, caracterizado porque comprende, al menos un tratamiento de cambio iónico sobre, al menos una parte de la superficie de la hoja de vidrio y un tratamiento de precompactación, que consiste en un tratamiento térmico realizado a una temperatura inferior al punto de reblandecimiento dilatométrico.

Description

Procedimiento para tratar sustratos de vidrio y sustratos de vidrio para producir pantallas de visualización.

La invención se refiere a un procedimiento de tratamiento de sustratos de vidrio, y más específicamente de hojas de vidrio, destinados a ser revestidos, ulteriormente, con capas u otros revestimientos para la realización de pantallas de visualización.

Las pantallas de visualización concernidas por la invención son especialmente pantallas de plasma de todos los tipos, las pantallas de emisión de campos (FED), las pantallas electroluminiscentes, las pantallas LCD (pantalla de cristal líquido) y, más generalmente, todas las pantallas de visualización cuyos sustratos de vidrio van a experimentar tratamientos térmicos en el curso de la realización de la pantalla.

La invención se describirá más particularmente con referencia a la realización de una pantalla de plasma que se compone esencialmente de dos hojas de vidrio. Sobre, al menos una de estas hojas de vidrio se depositan una o varias redes de electrodos, una capa de un material dieléctrico y capas constituidas por materiales luminóforos que corresponden, por ejemplo, a los colores verde, rojo y azul. Antes de ser ensambladas una con otra, las hojas de vidrio reciben, también, barreras y separadores cuyas funciones consisten en formar una multitud de celdillas y en mantener una distancia entre las dos hojas de vidrio.

El conjunto de estas realizaciones de electrodos, capas o incluso separadores, se acompaña de tratamientos térmicos.

Las composiciones de vidrio habitualmente utilizadas para este tipo de sustrato son del tipo silico-sodo-cálcico que, si se utilizan tal cual, experimentan variaciones dimensionales en el caso de tratamientos térmicos expresados anteriormente, a causa de las temperaturas alcanzadas, que son superiores a las temperaturas del punto de deformación de dichas composiciones.

Estas variaciones dimensionales que aparecen son despreciables para otros tipos de aplicaciones. Por el contrario, en el caso de las pantallas de visualización precitadas, se requiere una gran precisión dimensional, especialmente para permitir la realización de celdillas unitarias en las que se formará un plasma. En efecto, las precisiones de realización de estas celdillas o más exactamente la precisión de depósito de las diferentes capas citadas precedentemente, influye directamente en la calidad de funcionamiento de la pantalla. La precisión de la alineación de los electrodos y de los diferentes depósitos permite mejorar la resolución de la pantalla y la calidad de la imagen.

Una primera exigencia que se refiere a estas hojas de vidrio es, pues, la estabilidad dimensional durante los diferentes tratamientos térmicos que las hojas de vidrio experimentan durante la realización de las pantallas de visualización.

Ya se han aportado soluciones para mejorar esta estabilidad dimensional.

Una primera solución, ya propuesta, consiste en hacer experimentar a la hoja de vidrio un tratamiento de "precompactación"; tal tratamiento consiste en un tratamiento térmico según un ciclo térmico establecido en función de la composición de vidrio y de los tratamientos térmicos que las hojas de vidrio experimentarán en la realización de las pantallas. Tal tratamiento se realiza, por ejemplo, sobre hojas, realizadas a partir de una composición de vidrio del tipo silico-sodo-cálcico, antes de efectuar los tratamientos térmicos que corresponden a la fabricación de la pantalla de visualización.

Otra solución, igualmente propuesta, consiste en realizar hojas de vidrio según composiciones particulares que presentan valores altos del punto de deformación. Los tratamientos térmicos experimentados por tales hojas de vidrio conducen a variaciones dimensionales reducidas con respecto a composiciones de vidrio de tipo silico-sodo-cálcico más usuales.

Una última solución, especialmente descrita en los documentos W099/13471 y W099/15472 consiste en efectuar un temple químico de las hojas de vidrio del tipo silico-sodo-cálcico usual por temple en un baño alcalino.

Además de la mejor estabilidad dimensional obtenida según estos documentos, esta solución satisface una segunda exigencia que se refiere a la aplicación de las pantallas de visualización, ya que el temple químico efectuado sobre las hojas de vidrio, les confiere esfuerzos de compresión superficial que refuerza su propiedad de resistencia mecánica. En efecto, tales hojas de vidrio van a experimentar muchas manipulaciones, hasta el fin del ciclo de fabricación de las pantallas de visualización, especialmente por el hecho de múltiples depósitos que se deben efectuar. Además, las hojas de vidrio están solicitadas durante los tratamientos térmicos unidos a los depósitos de capas en los procedimientos de fabricación de pantallas de visualización. Estas solicitaciones de origen térmico dan lugar a riesgos de rotura durante la fabricación que se acentúan cuando el fabricante trata de acelerar los ciclos de fabricación y aumentar las cadencias de producción. El refuerzo de las propiedades mecánicas permite, así, limitar al máximo los riesgos de rotura de dichos sustratos de vidrio. Por otro lado, parece que el refuerzo creado en el temple químico, desaparece después de los diferentes tratamientos térmicos efectuados para el depósito de las diferentes capas.

Actualmente, se proyecta una nueva exigencia que se refiere a los sustratos de vidrio para la fabricación de pantallas de visualización. En efecto, la industria de pantallas de visualización desea suministrar pantallas en las que, habiéndose realizado el ensamblaje de los vidrios y, por tanto, habiéndose realizado la integridad de los tratamientos térmicos, presentan una resistencia mecánica suficiente. Las pantallas así constituidas deben experimentar, todavía, diversas manipulaciones para efectuar el fin de la fabricación y, además, son igualmente susceptibles de experimentar tensiones durante su utilización, tanto de naturaleza accidental como simplemente por el hecho de su utilización; por ejemplo, las pantallas de tipo FED experimentan tensiones creadas por la presión atmosférica que se ejerce sobre la superficie del vidrio. Otro ejemplo se refiere a las pantallas de plasma que experimentan solicitaciones térmicas debidas especialmente a sobrecalentamiento del centro de la pantalla en relación con los bordes.

Por tanto, los inventores se han dado por misión, la realización de sustratos u hojas de vidrio que, por un lado, satisfacen las primeras exigencias evocadas, a saber una estabilidad dimensional satisfactoria durante los tratamientos térmicos ligados a los depósitos de capas, y un refuerzo mecánico creado antes de dichos tratamientos y, por otro lado, presentan, después del ensamblaje de las hojas de vidrio y, por tanto, después de la integridad de dichos tratamientos térmicos, una resistencia mecánica satisfactoria.

Este objetivo ha sido alcanzado, de acuerdo con la invención, mediante un proceso de tratamiento de una hoja de vidrio constituida por una composición de vidrio que presenta un punto de deformación (temperatura correspondiente a una viscosidad de 10^{14,6} poises) superior a 540ºC, destinada a la realización de pantallas de visualización, comprendiendo dicho proceso, al menos un tratamiento de cambio iónico sobre, al menos una parte de la superficie de la hoja de vidrio, y un tratamiento de precompactación.

El tratamiento de precompactación es un tratamiento realizado a una temperatura inferior al punto de reblandecimiento dilatométrico. Este tratamiento permite relajar la estructura de manera que se hace más estable durante los ciclos térmicos ulteriores, tales como los que corresponden a los diferentes depósitos de capas.

Por tanto, este tratamiento se efectúa ventajosamente a una viscosidad del vidrio superior a 10^{12} poises.

Preferentemente, la hoja de vidrio presenta una resistividad \rho (expresada en ohmio.cm a 250ºC) tal, que log \rho > 7,5. Tales resistividades son particularmente ventajosas en el caso de pantallas de visualización por el hecho de las tensiones eléctricas elevadas que se utilizan para hacerlos funcionar.

Ventajosamente, y especialmente para obtener productos realizables industrialmente, el procedimiento de tratamiento está previsto para aplicarse a hojas de vidrio obtenidas de acuerdo con el procedimiento de "flotación".

De acuerdo con una primera realización de la invención, el tratamiento de precompactación se combina con el tratamiento de cambio iónico y, por tanto, se realiza simultáneamente, estando el ciclo térmico de cambio iónico adaptado para realizar una precompactación.

De acuerdo con una segunda realización de la invención, el tratamiento se realiza en dos etapas sucesivas, consistiendo la primera en una precompactación y consistiendo la segunda en un cambio iónico sobre, al menos una parte de la superficie de la hoja de vidrio.

En efecto, los inventores han sido capaces de poner en evidencia que el tratamiento de acuerdo con la invención, aplicado a vidrios que presentan un punto de deformación superior a 540ºC permite, por un lado, satisfacer los esfuerzos de estabilidad dimensional y, además, confiere a la hoja de vidrio un refuerzo mecánico que subsiste después de los ciclos térmicos que corresponden a los depósitos de capas para la fabricación de pantallas de visualización.

Los resultados obtenidos de acuerdo con la invención son sorprendentes; era inesperado que el refuerzo obtenido por un tratamiento de cambio iónico sobre vidrios que presentan un punto de deformación elevado y una resistividad elevada, pueda ser suficiente y que, además, se conserve (al menos parcialmente), después de los tratamientos térmicos que corresponden a la fabricación de pantallas de visualización. En efecto, estas propiedades combinadas de alta resistividad y alto punto de deformación necesitan limitar las concentraciones de alcalinos en el vidrio, lo que no es favorable al cambio de iones en el vidrio.

De acuerdo con una realización preferida de la invención, el tratamiento de precompactación es un tratamiento térmico que consiste en un escalón de una duración comprendida entre 1 y 200 horas, y ventajosamente según ciertas realizaciones entre 1 y 20 horas, a una temperatura comprendida entre 400 y 660ºC, alcanzándose la temperatura del escalón en, al menos una hora y preferentemente en, al menos dos horas y rebajando, luego, la temperatura a 90ºC en, al menos una hora y, preferentemente, en al menos tres horas.

Con referencia al tratamiento de cambio iónico, éste se realiza, de acuerdo con una primera variante, mediante depósito de una pasta que contiene una sal de potasio y un compuesto de alto punto de fusión, tal como un refractario a base de alúmina o sílice, o sulfato o cloruro, sobre al menos una parte de la superficie de la hoja de vidrio. Tal procedimiento de refuerzo por cambio iónico se describe especialmente en la patente francesa FR-A-2.353.501. Permite ser realizado en un tiempo relativamente corto, al no reforzar más que las zonas de la hoja de vidrio que lo necesitan.

De acuerdo con una segunda variante de la invención, el cambio iónico se realiza sobre al menos una parte de la hoja de vidrio, en un baño que contiene, al menos una sal de metal alcalino.

De manera preferida, el baño contiene una sal de nitrato potásico fundido para efectuar un cambio sodio/potasio en la superficie de la hoja de vidrio.

Preferentemente también, este temple químico, o cambio iónico en un baño, se efectúa a una temperatura comprendida entre 400 y 660ºC, y ventajosamente superior a 480ºC, durante un tiempo comprendido entre 1 y 360 horas y ventajosamente inferior a 200 horas. Ventajosamente, la subida de temperatura en el baño se efectúa en, al menos una y preferentemente, dos horas. Ventajosamente también, la temperatura del baño se vuelve a bajar a 90ºC en, al menos una, y preferentemente, tres horas.

La invención propone igualmente un sustrato u hoja de vidrio que presenta propiedades que permiten utilizarlo para la fabricación de pantallas de visualización.

Tal sustrato de vidrio, obtenido ventajosamente de acuerdo con el procedimiento de "flotación", de acuerdo con la invención, está constituido con una composición de vidrio que presenta un punto de deformación superior a 540ºC y presenta, después de al menos un tratamiento térmico destinado al depósito de una capa con vistas a la fabricación de una pantalla de visualización, un valor absoluto de compactación inferior a 60 ppm y un comportamiento térmico DT superior a 130ºC.

La composición de vidrio presenta ventajosamente un coeficiente de dilatación superior a 65 x 10^{-7} K^{-1}. Tales valores del coeficiente de dilatación favorecen especialmente las operaciones de anclaje necesarias en la fabricación de pantallas.

Ventajosamente también, la composición de vidrio presenta una resistividad ñ (expresada en ohmio.cm a 250ºC) tal, que log \rho > 7,5. Tal valor de resistividad está más particularmente adaptado a las elevadas tensiones que pueden existir en las pantallas de visualización.

El valor de compactación se expresa en partes por millón (ppm) y corresponde a una magnitud que ilustra la estabilidad dimensional del sustrato de vidrio. Se determina, después de un tratamiento térmico, efectuando la relación entre la variación dimensional debida al tratamiento térmico, por medida sobre la muestra antes y después de dicho tratamiento térmico, y la longitud inicial correspondiente, medida sobre el sustrato. El tratamiento térmico utilizado corresponde a un escalón de dos horas a 580ºC, con una subida de temperatura de 10ºC/min y, seguidamente, una bajada de la temperatura de 5ºC/min. Tal tratamiento es representativo de uno, o incluso de varios tratamientos térmicos experimentados por un sustrato de vidrio, para realizar una pantalla de visualización.

El comportamiento térmico se determina mediante un ensayo térmico de rotura de sustratos de vidrio que han experimentado una elaboración usual para pantallas de visualización. Este ensayo se efectúa sobre ocho muestras que son placas de vidrio, cuyas dimensiones son 415 x 415 mm y presentan un espesor de 2,8 mm. Este ensayo consiste en calentar por radiación una placa de vidrio en su centro, manteniendo los bordes fríos. Para esto, 12,5 mm de anchura de los bordes del sustrato se encajan en un marco en el que circula agua a 20ºC. El centro del sustrato se caliente mediante resistencias a 4ºC/min. Las temperaturas del centro y del borde se registran en el momento de la rotura. El comportamiento térmico DT del sustrato es la diferencia de temperaturas centro/borde en el momento de la rotura. Este comportamiento térmico y el ensayo térmico descrito más arriba son muy representativos de la aplicación de pantallas de visualización. En efecto, los fabricantes de tales pantallas desean mejorar la productividad y, para esto, aumentar notablemente las velocidades de producciones; esto conduce, naturalmente, a limitar los tiempos de calentamiento y de enfriamiento y somete, por tanto, los sustratos de vidrio a choques térmicos completamente identificables con el ensayo descrito precedentemente. Además, en el momento de su utilización, parece que la zona de visualización de las pantallas experimenta una elevación de temperatura por el simple hecho de la utilización, en tanto que el borde del sustrato encajado en un marco se mantiene a una temperatura más baja. El ensayo térmico es, pues, representativo a la vez de solicitaciones experimentadas por los sustratos de vidrio durante la fabricación de las pantallas de visualización y durante la utilización de dichas pantallas.

Ventajosamente, la composición de vidrio del sustrato de acuerdo con la invención comprende los constituyentes de más abajo, en las proporciones ponderales siguientes:

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De acuerdo con una primera realización preferida de la invención, la composición de vidrio del sustrato comprende los constituyentes de más abajo, en las proporciones ponderales siguientes.

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De acuerdo con otra realización preferida de la invención, la composición de vidrio del sustrato comprende los constituyentes de más abajo, en las proporciones ponderales siguientes:

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Otros detalles y características ventajosas de la invención se deducirán más abajo de la descripción de las medidas comparativas efectuadas sobre sustratos realizados de acuerdo con la invención y sobre otros sustratos.

Para realizar medidas comparativas, los inventores han elegido, en primer lugar, dos composiciones de vidrio para realizar sustratos, una primera de acuerdo con la invención (composición I), es decir, que presenta un punto de deformación elevado, y una segunda (composición II) que corresponde a un vidrio usual de tipo silico-sodo-cálcico. La tabla de más abajo presenta el detalle de estas composiciones (en porcentaje en peso) y los valores de punto de deformación:

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Los ensayos comparativos ha consistido en hacer medidas de compresión y de comportamiento térmico DT sobre sustratos realizados a partir de las composiciones de vidrio I y II, que presentan un espesor de 2,8 mm, y que han experimentado o no, tratamientos de precompactación, de temple químico, o una combinación de un tratamiento de precompactación y de temple químico. Todos los sustratos experimentan, antes del tratamiento, una elaboración equivalente.

El tratamiento de precompactación (denominado en lo sucesivo T.P.) utilizado se define en función de la composición de vidrio y de los tratamientos térmicos experimentados ulteriormente. Por tanto, para los ensayos, se han definido tratamientos de precompactación de manera que sean "estabilizantes" para el ciclo térmico que simula las etapas de fabricación de pantallas de visualización definido más abajo.

El tratamiento de precompactación utilizado para la composición I es un tratamiento térmico que supone una subida en 1 hora a 638ºC, una primera bajada en 5 horas a 552ºC y, finalmente una bajada en 3 horas a temperatura ambien-
te.

El tratamiento de precompactación utilizado para la composición II es un tratamiento térmico que comprende un escalón de una duración de 2 horas a la temperatura de 580ºC. Para este tratamiento de precompactación, la subida de temperatura se efectúa a razón de 10ºC/min y dicha temperatura del sustrato se lleva, luego, a 90ºC a razón de 5ºC/min.

El temple químico (denominado en lo sucesivo T.C.) se realiza en un baño de nitrato potásico a la temperatura de 490ºC durante 16 horas.

Los sustratos de vidrio que han experimentado ninguno, uno o dos de estos tratamientos se someten, luego, a un ciclo térmico que simula una o varias etapas de fabricación de una pantalla de visualización. Este ciclo teórico (que se denominará en adelante ciclo de fabricación) comprende un escalón de dos horas a 580ºC con una subida de temperatura de 10ºC/min y, luego, una bajada de la temperatura de 5ºC/min.

Los diferentes resultados relativos a los valores de compactación (expresados en ppm, con una aproximación de \pm 30 ppm) y los comportamientos térmicos DT (expresados en ºC) están reagrupados en la tabla de más abajo.

La expresión "en bruto" significa que los sustratos no han experimentado ni tratamiento de precompactación, ni tratamiento de temple químico.

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Los valores de compactación se miden después del "ciclo de fabricación". Los valores positivos son valores que expresan una compactación del sustrato y los valores negativos expresan una dilatación del sustrato.

Los valores de comportamiento térmico DT, que no aparecen, no se han medido, ya sea porque el sustrato es inaceptable por el hecho de su valor de compactación, ya sea porque se trata de sustratos no reforzados.

Estos resultados demuestran que el único sustrato que satisface un valor de compactación inferior a 60 ppm y un comportamiento térmico DT superior a 130ºC, después del ciclo de fabricación, es el sustrato "D" realizado a partir de la composición I, que presenta un punto de deformación de 602ºC y que ha experimentado un tratamiento de precompactación seguido de un temple químico.

Los resultados y, especialmente, la comparación entre los ensayos "D" y "H" demuestran que la estabilidad dimensional obtenida de acuerdo con la invención se debe, a priori, especialmente a la elección de composiciones de vidrio que presentan punto de deformación elevados.

Claims (16)

1. Procedimiento de tratamiento de una hoja de vidrio, que consiste en una composición de vidrio que presenta un punto de deformación superior a 540ºC, destinada a la realización de una pantalla de visualización, caracterizado porque comprende, al menos un tratamiento de cambio iónico sobre, al menos una parte de la superficie de la hoja de vidrio y un tratamiento de precompactación, que consiste en un tratamiento térmico realizado a una temperatura inferior al punto de reblandecimiento dilatométrico.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el tratamiento de precompactación es un tratamiento térmico realizado a temperaturas que corresponden a viscosidades del vidrio superiores a 10^{12} poises.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la composición de vidrio presenta una resistividad \rho tal, que log \rho > 7,5.

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 a 3, caracterizado porque los tratamientos de cambio iónico y de precompactación se realizan simultáneamente.

5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 a 3, caracterizado porque comprende una primera etapa de precompactación y una segunda etapa que consiste en un cambio iónico sobre, al menos una parte de la superficie de la hoja de vidrio.

6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque la etapa de precompactación es un tratamiento térmico que consiste en un escalón de una duración comprendida entre 1 y 20 horas, a una temperatura comprendida entre 400 y 660ºC, porque esta temperatura del escalón se alcanza en, al menos 1 hora, y porque la temperatura se baja de nuevo, luego, a 90ºC en, al menos 1 hora.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el cambio iónico se realiza por depósito de una pasta que contiene una sal de potasio y un compuesto de alto punto de fusión, sobre al menos una parte de la superficie de la hoja de vidrio.

8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el cambio iónico sobre al menos una parte de la hoja de vidrio se realiza en un baño que contiene, al menos una sal de metal alcalino.

9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque el baño contiene una sal de nitrato potásico fundida.

10. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 8 ó 9, caracterizado porque el cambio iónico se efectúa a una temperatura comprendida entre 400 y 660ºC durante un tiempo comprendido entre 1 y 360 horas

11. Sustrato de vidrio que consiste en una composición de vidrio que presenta un punto de deformación superior a 540ºC, caracterizado porque el sustrato se obtiene después de, al menos un tratamiento de cambio iónico sobre, al menos una parte de la superficie de la hoja de vidrio y un tratamiento de precompactación que consiste en un tratamiento térmico realizado a una temperatura inferior al punto de reblandecimiento dilatométrico y que, después de, al menos un tratamiento térmico destinado al depósito de una capa con vistas a las fabricación de una pantalla de visualización y que corresponde a un escalón de dos horas a 580ºC, con una subida de temperatura de 10ºC/min, y luego una bajada de la temperatura de 5ºC/min, el sustrato presenta un valor absoluto de compactación inferior a 60 ppm y un comportamiento térmico DT superior a 130ºC.

12. Sustrato de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque la composición de vidrio presenta un coeficiente de dilatación superior a 65 x 10^{-7} K^{-1}.

13. Sustrato de acuerdo con la reivindicación 11 ó 12, caracterizado porque la composición de vidrio presenta una resistividad \rho tal, que log \rho > 7,5.

14. Sustrato de acuerdo con una de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado porque la composición de vidrio comprende los constituyentes de más abajo, en las proporciones ponderales siguientes:

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15. Sustrato de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado porque la composición de vidrio comprende los constituyentes de más abajo, en las proporciones ponderales siguientes:

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16. Sustrato de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado porque la composición de vidrio comprende los constituyentes de más abajo, en las proporciones ponderales siguientes:

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