【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガラスを加熱する遠赤外線放射体に関し、特には液晶用ガラス基板のような大面積のガラスを加熱するに適する遠赤外線放射体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディスプレー用部材として液晶が広く使われている。液晶は２枚のガラス基板に液晶材料はさんだ構造になっており、そのガラス基板には液晶を駆動する為に真空蒸着やスパッタ蒸着によって回路が形成されている。真空蒸着やスパッタ蒸着では、蒸着される側の基板の温度を２００〜３００℃程度に高めておかないと被覆膜の緻密性や密着性が悪くなると言われている。
【０００３】
従来、蒸着前の真空中における基板の加熱には抵抗発熱ヒータやハロゲンランプヒータが使われていた。真空中では対流による熱伝達がないため、これらの抵抗発熱ヒータやハロゲンランプヒータによる加熱では、主として熱輻射と熱伝導による加熱を主として利用するものであり非常にエネルギー効率が悪かった。しかし、液晶用ガラス基板は大面積のガラスであり、真空中で急速に２５０℃程度の温度まで加熱するのは非常に難しく、従来は光で加熱する方法を取らざるを得なかった。
【０００４】
現状行われている液晶用ガラス基板の加熱方法の模式図を図１に示す。
では、ハロゲンランプヒータ１と被加熱物である液晶用ガラス基板２との間にカーボン板３をはさみ、まずハロゲンランプヒータ１でカーボン板３を５５０℃程度に加熱し、そのカーボン板３からの２次放射により液晶基板用ガラス２を加熱する方法をとっている。例えば特開平６−２６０４２２号公報に例示される。この方法ではハロゲンランプヒータ１への投入電力に対してそのうちの高々１〜２％のエネルギーしか液晶用ガラス基板２の加熱に寄与しておらず、極めて効率の悪いものであった。
【０００５】
何故このような非効率的な加熱方法を取らざるを得ないかであるが、まず液晶用ガラス基板の分光透過率スペクトルを図２に示す。この液晶用ガラス基板は主に硬質ガラスからなり、光に対して約０．３μｍからの長波長側は略透明であり、約２．８μｍから５μｍの間では約５０％ほどの透過率であり、約５μｍ以上の長波長側の光が完全に吸収される。
【０００６】
光で加熱する場合、ガラスが光を吸収しないとガラスが加熱されない。例えば、ヒータ用ハロゲンランプの発熱体であるタングステンフィラメントのランプ点灯時の温度は約２１００〜２３００Ｋである。タングステンの５μｍ付近の放射率が０．１〜０．２であることを考慮すると、この約２１００〜２３００Ｋの温度では例えば５μｍ以上の放射量は全波長域の放射量の１〜２％程度しかないであろう。
【０００７】
しかもハロゲンランプヒータは石英ガラスバルブでタングステンフィラメントを覆っている構造からなっている。この石英ガラスバルブも５μｍ以上の光は吸収してしまいタングステンフィラメントからの光は放出されない。したがって、液晶用ガラス基板をハロゲンランプヒータで直接加熱する場合、ランプ点灯で加熱された石英ガラスバルブからの２次放射で放射される赤外線でわずかに加熱されるにすぎない。
【０００８】
ハロゲンランプヒータによる直接加熱は勿論であるが、前述のように現行のハロゲンランプヒータにより加熱したカーボン板による２次放射加熱も極めて非効率的で投入エネルギーのほとんどを無駄にしているのが現状である。液晶用ガラス基板に限らず一般のガラス類を効率よく加熱する遠赤外線放射体が望まれている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平６−２６０４２２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は真空中でガラスを効率よく急速に加熱する遠赤外線放射体を提供すること、特には液晶用ガラス基板のような大面積のガラスを加熱する遠赤外線放射体を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、断面が半楕円または放物線である樋状反射鏡と、該樋状反射鏡の焦点に配したカーボン製発熱体と、該樋状反射鏡の開口部を覆う窓部材とからなり、該窓部材は、多層膜で被覆され、略２．８μｍより短い波長の光を主に反射し、略２．８μｍより長い波長の光を主に透過することを特徴とする遠赤外線放射体とするものである。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、前記窓部材が珪素（Ｓｉ）板であり、前記多層膜が珪素（Ｓｉ）と酸化珪素（ＳｉＯ２）の交互膜であることを特徴とする請求項１に記載の遠赤外線放射体とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図３、図４、図５に本発明の実施例としての遠赤外線放射体の構成を示す。図３が遠赤外線放射体の斜視図、図４が遠赤外線放射体の樋状反射鏡４の長手方向に垂直な断面図である。図５はカーボン製発熱体６の長手方向端部の拡大図である。
【００１４】
図４のように断面形状が放物線あるいは半楕円となる樋状反射鏡４の焦点にカーボン製発熱体６を設けられる。樋状反射鏡４は例えばステンレス等の金属またはガラス製であり、内面４１に金（Ａｕ）の被覆がされている。カーボン製発熱体は脆いので図５に示すように、カーボン製発熱体６の端部は弾力性の有る、例えばカーボン繊維７０、７１でカーボン製発熱体の上下をはさみ、さらに、その外側をモリブデン（Ｍｏ）管８０、８１ではさみ、カーボン製発熱体６を固定する。カーボン発熱体６への給電は、モリブデン管８１に溶接した給電棒９０から行う。
【００１５】
カーボン製発熱体６から放射された光は樋状反射鏡４の開口部に設けられた窓部材５で略２．８μより長い波長の光は透過し、略２．８μｍより短い波長の光は反射され再びカーボン製発熱体６に戻り、再度、カーボン製発熱体６を加熱するエネルギーに変換される。
【００１６】
窓部材５には多層膜５１が被覆され、略２．８μより長い波長の光は透過し、略２．８μｍより短い波長の光を反射する。この多層膜５１はＳｉ−ＳｉＯ２交互積層膜（図６に窓部材５であるＳｉ基板上に多層膜５１の被覆したときの分光特性を示す）が屈折率差が大きく、少ない層数で大きな反射率が得られるという理由で好適に使われる。多層膜５１は二帯域合成型であり、それぞれの光学膜厚は、５３６ｎｍと３３０ｎｍである。図６から分かるように、Ｓｉ基板に多層膜５１を被覆すると液晶用ガラス基板が略吸収する５μｍより長波長の光も透過する。このＳｉ基板に被覆する多層膜はＳｉ−ＳｉＯ２交互積層膜に限られず、通常の耐熱性の高屈折率膜と低屈折率膜との組み合わせでよい。例えば、ＴｉＯ２−ＳｉＯ２，ＳｉＣ−ＳｉＯ２，Ｆｅ２Ｏ３−ＳｉＯ２なども考えられる。
【００１７】
しかしながら、図６から分かるようにＳｉ基板上にＳｉ−ＳｉＯ２交互積層膜の多層膜を被覆した場合、約２．８ｎｍより長波長側の透過帯域も反射がかなり大きい。透過帯域の反射を下げるため窓部材５であるＳｉ基板の反対側の面、すなわち、樋状反射鏡側の面に広帯域の反射防止膜（例えば膜構成Ｓｉ−ＳｉＯ２で徐々に屈折率が小さくなるように屈折率を傾斜させた膜）を被覆するとよい。
【００１８】
窓部材５して厚さ１ｍｍ程度のＳｉ板が好適に使われるが、この他にも遠赤外線を透過する窓部材としてＧｅ，ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，ＭｇＦ２，ＣａＦ２などがある。発熱体の温度は、本発明においては発熱物質がカーボンであり１０００〜１５００Ｋが上限である。
【００１９】
＜実験例＞
ここで、本願発明の遠赤外線放射体を使用した液晶用ガラス基板の加熱実験について説明する。
液晶用ガラス基板の加熱実験は、圧力３０Ｐａの真空チャンバーの中で行った。被加熱ワークは縦５０ｍｍ、横５０ｍｍ、厚み１．１ｍｍの液晶用ガラス基板である。液晶用ガラス基板の加熱温度を測定する手段としては、液晶用ガラス基板の裏面側に熱電対を貼り付けた。
【００２０】
本発明の遠赤外線放射体としては、図３の構成において、珪素（Ｓｉ）基板片面に、ＳｉとＳｉＯ２の多層膜をスパッタ蒸着法で被覆した。ＳｉとＳｉＯ２の多層膜の膜設計は珪素（Ｓｉ）基板側から、中心波長を５５０ｎｍとして、３．９（０．５Ｈ・Ｌ・０．５Ｈ）４・２．４（０．５Ｈ・Ｌ・０．５Ｈ）４・４．８Ｌである。
【００２１】
ここでＨは高屈折率物質を意味し、ここではＳｉのことであり、Ｌは低屈折率物質を意味し、ここではＳｉＯ２である。カッコの乗数４は積層の繰り返し数を意味する。０．５Ｈは所定膜厚の半分の厚みを意味し、カッコの前の係数３．９や２．４、および４．８Ｌの４．８は光学膜厚が中心波長５５０ｎｍの１／４、すなわち１３７．５ｎｍの３．９倍、２．４倍、４．８倍をそれぞれ表している。
【００２２】
本発明における遠赤外放射体の発熱体はカーボンリボンをスパイラル状に巻いたカーボン製スパイラルヒータであり、直径１３．５ｍｍ、長さ３００ｍｍの１１５Ｖ、１２５０Ｗを２本並べて用いた。
【００２３】
本発明との比較のための加熱方法としては、図１に示した構成にて、透明石英ガラスをガラスバルブに使用した１００Ｖ、７００Ｗのハロゲンランプヒータを４本並べ合計２．８ｋＷとし、被加熱ワークである液晶ガラス基板とハロゲンランプヒータの間を１５ｍｍ離し、液晶ガラス基板とハロゲンランプヒータの中間に厚さ１ｍｍのカーボン板を挿入し、ハロゲンランプヒータで加熱されたカーボン板からの間接加熱である。
【００２４】
また、カーボン板を使用せず直接に１００Ｖ、７００Ｗ（合計２．８ｋＷ）のハロゲンランプヒータを４本での加熱も行った。
【００２５】
図７にハロゲンランプヒータや遠赤外放射体を点灯開始してからの液晶ガラス基板の昇温曲線を示す。本発明の遠赤外線放射体による加熱結果が▲３▼、ハロゲンランプヒータとカーボン板を使用した加熱結果が▲１▼、ハロゲンランプヒータのみによる加熱結果が▲２▼であるが、本発明の遠赤外線放射体による加熱は、ハロゲンランプヒータとカーボン板を使用した加熱、およびハロゲンランプヒータのみによる加熱のいずれと比べても、低い入力にかかわらず大きな昇温となった。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば真空中でガラスを効率よく急速に加熱する遠赤外線放射体を提供すること、特には液晶用ガラス基板のような大面積のガラスを加熱する遠赤外線放射体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の液晶用ガラス基板の加熱方法の模式図を示す。
【図２】液晶用ガラス基板の透過率曲線例を示す。
【図３】本発明の実施形態としての遠赤外線放射体の斜視図を示す。
【図４】本発明の実施形態としての遠赤外線放射体の樋状反射鏡長手方向に垂直な断面図を示す。
【図５】カーボン製発熱体の長手方向端部の拡大図を示す。
【図６】Ｓｉ基板上にＳｉ−ＳｉＯ２交互積層膜の多層膜を被覆した場合の透過率曲線を示す。
【図７】本発明の遠赤外線放射体による加熱法と従来の加熱法の加熱実験の結果を示す。
【符号の説明】
１ ハロゲンランプヒータ
２ 液晶用ガラス基板
３ カーボン板
４ 樋状反射鏡
４１ 内面
５ 窓部材
５１ 多層膜
６ カーボン製発熱体
７０、７１ カーボン繊維
８０、８１ モリブデン管
９０ 給電棒[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a far-infrared radiator for heating glass, and more particularly to a far-infrared radiator suitable for heating large-area glass such as a glass substrate for liquid crystal.
[0002]
[Prior art]
Liquid crystals are widely used as display members. The liquid crystal has a structure in which a liquid crystal material is sandwiched between two glass substrates, and a circuit is formed on the glass substrate by vacuum evaporation or sputter evaporation to drive the liquid crystal. It is said that in vacuum vapor deposition or sputter vapor deposition, the denseness and adhesion of the coating film deteriorates unless the temperature of the substrate on which the vapor is deposited is raised to about 200 to 300 ° C.
[0003]
Conventionally, a resistance heating heater or a halogen lamp heater has been used for heating a substrate in a vacuum before vapor deposition. Since there is no heat transfer by convection in a vacuum, heating by these resistance heating heaters or halogen lamp heaters mainly uses heating by heat radiation and heat conduction, and is very poor in energy efficiency. However, the glass substrate for a liquid crystal is a large-area glass, and it is very difficult to rapidly heat it to a temperature of about 250 ° C. in a vacuum, so that a conventional method of heating with light has been inevitable.
[0004]
FIG. 1 shows a schematic view of a currently performed heating method for a glass substrate for liquid crystal.
Then, a carbon plate 3 is sandwiched between a halogen lamp heater 1 and a liquid crystal glass substrate 2 to be heated, and the carbon plate 3 is first heated to about 550 ° C. A method of heating the liquid crystal substrate glass 2 by secondary radiation is employed. For example, this is exemplified in JP-A-6-260422. In this method, at most 1 to 2% of the energy supplied to the halogen lamp heater 1 contributes to the heating of the liquid crystal glass substrate 2, which is extremely inefficient.
[0005]
The reason why such an inefficient heating method must be employed is as follows. First, FIG. 2 shows a spectral transmittance spectrum of a liquid crystal glass substrate. This glass substrate for liquid crystal is mainly made of hard glass, is substantially transparent to light on the long wavelength side from about 0.3 μm, and has a transmittance of about 50% between about 2.8 μm and 5 μm. , The light on the long wavelength side of about 5 μm or more is completely absorbed.
[0006]
When heating with light, the glass is not heated unless the glass absorbs the light. For example, the temperature of a tungsten filament, which is a heating element of a halogen lamp for a heater, when the lamp is turned on is about 2100 to 2300K. Considering that the emissivity of tungsten around 5 μm is 0.1 to 0.2, at this temperature of about 2100 to 2300 K, for example, the radiation amount of 5 μm or more is about 1 to 2% of the radiation amount in the entire wavelength range. Will not be.
[0007]
Moreover, the halogen lamp heater has a structure in which a tungsten filament is covered with a quartz glass bulb. This quartz glass bulb also absorbs light of 5 μm or more and does not emit light from the tungsten filament. Therefore, when the liquid crystal glass substrate is directly heated by the halogen lamp heater, it is only slightly heated by the infrared radiation radiated by the secondary radiation from the quartz glass bulb heated by the lamp operation.
[0008]
The direct heating by the halogen lamp heater is of course, but the secondary radiant heating by the carbon plate heated by the current halogen lamp heater is extremely inefficient and wastes most of the input energy. is there. Far-infrared radiators that efficiently heat not only glass substrates for liquid crystals but also general glasses are desired.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-6-260422
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the present invention provides a far-infrared radiator that efficiently and rapidly heats glass in a vacuum, and in particular, provides a far-infrared radiator that heats a large-area glass such as a glass substrate for liquid crystal. Aim.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides a gutter-like reflector having a semi-elliptic or parabolic cross section, a carbon heating element disposed at the focal point of the gutter-like reflector, and an opening of the gutter-like reflector. And a window member which is covered with a multilayer film and mainly reflects light having a wavelength shorter than about 2.8 μm and mainly transmits light having a wavelength longer than about 2.8 μm. The feature is a far-infrared radiator.
[0012]
The invention according to claim 2 is characterized in that the window member is a silicon (Si) plate, and the multilayer film is an alternating film of silicon (Si) and silicon oxide (SiO 2 ). A far-infrared radiator according to item 1.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
3, 4 and 5 show the configuration of a far-infrared radiator as an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a perspective view of the far-infrared radiator, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the far-infrared radiator perpendicular to the longitudinal direction of the gutter-shaped reflecting mirror 4. FIG. 5 is an enlarged view of a longitudinal end of the carbon heating element 6.
[0014]
As shown in FIG. 4, a carbon heating element 6 is provided at the focal point of the trough-shaped reflecting mirror 4 having a parabolic or semi-elliptical cross section. The gutter-shaped reflecting mirror 4 is made of, for example, metal such as stainless steel or glass, and has an inner surface 41 coated with gold (Au). Since the carbon heating element is brittle, as shown in FIG. 5, the end of the carbon heating element 6 has elasticity. (Mo) The heating elements 6 made of carbon are fixed between the tubes 80 and 81. Power is supplied to the carbon heating element 6 from a power supply rod 90 welded to the molybdenum tube 81.
[0015]
The light radiated from the carbon heating element 6 is transmitted through a window member 5 provided at the opening of the gutter-shaped reflecting mirror 4 so that light having a wavelength longer than approximately 2.8 μm is transmitted, and light having a wavelength shorter than approximately 2.8 μm is transmitted therethrough. The light is reflected back to the carbon heating element 6 again, and is converted into energy for heating the carbon heating element 6 again.
[0016]
The window member 5 is covered with a multilayer film 51, and transmits light having a wavelength longer than approximately 2.8 μm and reflects light having a wavelength shorter than approximately 2.8 μm. This multilayer film 51 has a large difference in refractive index and a large number of small layers of Si—SiO 2 alternately laminated films (FIG. 6 shows spectral characteristics when the multilayer film 51 is coated on the Si substrate as the window member 5). It is preferably used because a reflectance can be obtained. The multilayer film 51 is of a two-band composite type, and has an optical thickness of 536 nm and 330 nm, respectively. As can be seen from FIG. 6, when the multilayer film 51 is coated on the Si substrate, light having a wavelength longer than 5 μm, which is substantially absorbed by the liquid crystal glass substrate, is also transmitted. The multilayer film coated on the Si substrate is not limited to the Si—SiO 2 alternately laminated film, but may be a combination of a normal heat-resistant high-refractive-index film and a low-refractive-index film. For example, TiO 2 —SiO 2 , SiC—SiO 2 , Fe 2 O 3 —SiO 2 and the like are also conceivable.
[0017]
However, as can be seen from FIG. 6, when the Si substrate is covered with the multilayer film of the Si—SiO 2 alternately laminated films, the reflection in the transmission band on the wavelength side longer than about 2.8 nm is considerably large. Opposite side of the Si substrate is a window member 5 to reduce the reflection of the transmission band, i.e., broadband antireflection coating on the surface of the trough-shaped reflector side (e.g. refractive index gradually in the film structure Si-SiO 2 is small (A film whose refractive index is inclined so as to be as small as possible).
[0018]
As the window member 5, a Si plate having a thickness of about 1 mm is preferably used, but other window members that transmit far infrared rays include Ge, ZnS, ZnSe, MgF 2 , and CaF 2 . In the present invention, the temperature of the heating element is 1000 to 1500 K as the heating substance is carbon.
[0019]
<Example of experiment>
Here, an experiment of heating a glass substrate for liquid crystal using the far-infrared radiator of the present invention will be described.
The heating experiment on the glass substrate for liquid crystal was performed in a vacuum chamber with a pressure of 30 Pa. The work to be heated is a glass substrate for liquid crystal having a length of 50 mm, a width of 50 mm, and a thickness of 1.1 mm. As a means for measuring the heating temperature of the liquid crystal glass substrate, a thermocouple was attached to the back surface side of the liquid crystal glass substrate.
[0020]
As the far-infrared radiator of the present invention, in the configuration of FIG. 3, one surface of a silicon (Si) substrate was coated with a multilayer film of Si and SiO 2 by a sputter deposition method. Film design of Si and SiO 2 multilayer film of silicon (Si) substrate, the center wavelength as 550nm, 3.9 (0.5H · L · 0.5H) 4 · 2.4 (0.5H · L · 0.5H) is a 4 · 4.8L.
[0021]
Here, H means a high-refractive-index substance, here, Si, and L means a low-refractive-index substance, here, SiO 2 . A parenthesis multiplier of 4 means the number of repetitions of lamination. 0.5H means half the thickness of the predetermined film thickness, and the coefficients 3.9 and 2.4 before the parentheses and 4.8L of 4.8L indicate that the optical film thickness is 1/4 of the center wavelength of 550 nm, that is, 3.9 times, 2.4 times, and 4.8 times of 137.5 nm are shown, respectively.
[0022]
The heating element of the far-infrared radiator in the present invention is a carbon spiral heater in which a carbon ribbon is spirally wound.
[0023]
As a heating method for comparison with the present invention, in the configuration shown in FIG. 1, four 100 V, 700 W halogen lamp heaters each using a transparent quartz glass for a glass bulb are arranged at a total of 2.8 kW to be heated. The liquid crystal glass substrate, which is a work, is separated from the halogen lamp heater by 15 mm, a 1 mm thick carbon plate is inserted between the liquid crystal glass substrate and the halogen lamp heater, and indirect heating is performed from the carbon plate heated by the halogen lamp heater. is there.
[0024]
Further, heating was performed directly using four halogen lamp heaters of 100 V and 700 W (total 2.8 kW) without using a carbon plate.
[0025]
FIG. 7 shows a temperature rise curve of the liquid crystal glass substrate after the halogen lamp heater or the far-infrared radiator is turned on. The heating result using the far-infrared radiator of the present invention is (3), the heating result using the halogen lamp heater and the carbon plate is (1), and the heating result using only the halogen lamp heater is (2). The heating by the infrared radiator resulted in a large temperature rise irrespective of the low input, compared to the heating using the halogen lamp heater and the carbon plate and the heating using only the halogen lamp heater.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a far-infrared radiator that efficiently and rapidly heats glass in a vacuum, and in particular, far-infrared radiation that heats a large-area glass such as a glass substrate for liquid crystal. Body can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a conventional method for heating a glass substrate for liquid crystal.
FIG. 2 shows an example of a transmittance curve of a liquid crystal glass substrate.
FIG. 3 shows a perspective view of a far-infrared radiator as an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a far-infrared radiator according to an embodiment of the present invention, which is perpendicular to the longitudinal direction of the gutter-shaped reflector.
FIG. 5 is an enlarged view of a longitudinal end of a carbon heating element.
FIG. 6 shows a transmittance curve when a Si substrate is coated with a multilayer film of Si—SiO 2 alternately laminated films.
FIG. 7 shows the results of heating experiments using the far-infrared radiator of the present invention and a conventional heating method.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 halogen lamp heater 2 liquid crystal glass substrate 3 carbon plate 4 gutter-like reflecting mirror 41 inner surface 5 window member 51 multilayer film 6 carbon heating elements 70 and 71 carbon fibers 80 and 81 molybdenum tube 90 power supply rod
