JP2008030977A - ガラス基板熱処理用セッター及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス基板の熱処理温度域で繰返し使用しても反り変形が発生しにくいガラス基板熱処理用セッター及びその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】ガラス基板熱処理用セッターは、板状の無機耐熱材料からなり、一方の面にガラス基板を載置して熱処理するためのガラス基板熱処理用セッターにおいて、ガラス基板を載置する載置面の表面から内部に向かって５μｍ離れた位置でのＫ₂Ｏが１〜５質量％であり、且つ、載置面の表面から内部に向かって１ｍｍ離れた位置でのＫ₂Ｏが０．８質量％未満であることを特徴とする。
また、ガラス基板熱処理用セッターの製造方法は、板状の無機耐熱材料からなり、一方の面にガラス基板を載置して熱処理するガラス基板熱処理用セッターの製造方法において、板状の無機耐熱材料又はその前駆体材料の一方又は両方の面に、外部の供給源からＫイオンを注入することを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、大型のガラス基板熱処理用セッターに関し、特にプラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰと称す）等に使用される大型のガラス基板を、載置面に直接載置して加熱炉に導入する平板状のガラス基板熱処理用セッターに関する。

近年、表示デバイスの多様化が進む中で、ＣＲＴに替わって大画面の平面ディスプレイが表示デバイスの主流になりつつある。その代表格であるＰＤＰは、前面と背面とに２枚のガラス基板を対向配置し、上下を両ガラス基板で、側方を隔壁で挟まれた１００〜１５０μｍのセルにＨｅ、Ｎｅ等の希ガスを封じ込め電圧の印加によりガス放電させて文字や画像を表示するもので、表示画面の大きさに比して薄型であることを特徴とする。例えば、表示画面が４２インチのＰＤＰモジュールは、縦５２０ｍｍ、横９２０ｍｍ、奥行５０ｍｍ程度の矩形のパネルである。

ＰＤＰ用ガラス基板には、一般に厚さ３ｍｍ弱の平板状のソーダライム系ガラスや高歪点ガラスが用いられ、このガラス基板の上に電極、誘電体、蛍光体等を形成するためにペーストが塗布される。塗布されたペーストをガラス基板に定着させるために、ガラス基板は熱処理用セッター上に載置され、ローラーハースキルン等の加熱炉において４５０〜６５０℃の温度域で熱処理が施される。

このガラス基板熱処理用セッターとして、例えば、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｌｉ₂Ｏ、Ｐ₂Ｏ₅、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂を主成分とし、熱膨張係数が１５×１０^-7／Ｋ以下の結晶化ガラスからなり、載置面の平坦度が０．３％以下であり、かつ、載置面の表面粗さがＲａ値で０．１〜１μｍの範囲にあるセッターが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、別の熱処理用セッターとして、結晶相としてβ−スポジュメン固溶体を含有するＬｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系結晶化ガラス板からなり、ガラス基板を載置する面の表面積が１４０００ｃｍ²以上であるセッターが開示されている（例えば、特許文献２参照。）。

また、更に別の熱処理用セッターとして、表面の光沢度が５度以上であり、ペタライト（Ｌｉ₂Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃・８ＳｉＯ₂）系セラミックス、β−スポジュメン（Ｌｉ₂Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃・４ＳｉＯ₂）系セラミックス又はβ−ユークリプタイト（Ｌｉ₂Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）系セラミックスからなるセッターが開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
特開２００２−１１４５３７号公報 特開２００４−１９２２０５号公報 特開２００５−１８０７４３号公報

上記した特許文献１〜３に記載の熱処理用セッターは、ガラス基板の熱処理温度域で繰返し使用すると載置面が凸になるような反り変形が生じ、使用時間と共にその反り変形が大きくなる。この反り変形が大きくなると、ガラス基板がセッターの反り変形に倣って変形してしまう。さらに、ローラーハースキルンで熱処理を行った場合、セッターをローラーで搬送する際に、セッターとローラーの接触面積が小さくなるため、正常に搬送されなくなるだけでなく、セッターがローラーに引っ掛かり、最悪の場合、ローラーやセッターが破損して焼成炉を停止しなければならなくなる事態に陥る虞があった。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、ガラス基板の熱処理温度域で繰返し使用しても反り変形が発生しにくいガラス基板熱処理用セッター及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者等は、セッターの反り変形の原因が、熱処理中に発生するガラス基板中のアルカリ成分（特にＫ₂Ｏ成分）のセッターへの拡散反応によるものであることを突き止めた。すなわち、ＰＤＰ用ガラス基板は、通常Ｋ₂Ｏを５〜１４質量％程度含んでいるため、セッターの載置面に直接ガラス基板を載せて４５０〜６５０℃にした焼成炉で熱処理を行うと、ガラス基板中のＫイオンが、ガラス基板と密着したセッターへ拡散する。そのため、セッターの載置面での結晶組成やマトリックスガラス相組成が変化し、載置面の表面と内部とで体積差が生じて反り変形を引き起こす。

本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、載置面の表面近傍のＫ₂Ｏの含有量を多くすることによって、ガラス基板の熱処理温度域で繰返し使用しても反り変形が発生しにくくなることを見出し、本発明として提案するものである。

すなわち、ガラス基板熱処理用セッターは、板状の無機耐熱材料からなり、一方の面にガラス基板を載置して熱処理するためのガラス基板熱処理用セッターにおいて、ガラス基板を載置する載置面の表面から内部に向かって５μｍ離れた位置でのＫ₂Ｏが１〜５質量％であり、且つ、載置面の表面から内部に向かって１ｍｍ離れた位置でのＫ₂Ｏが０．８質量％未満であることを特徴とする。

また、ガラス基板熱処理用セッターの製造方法は、板状の無機耐熱材料からなり、一方の面にガラス基板を載置して熱処理するガラス基板熱処理用セッターの製造方法において、板状の無機耐熱材料又はその前駆体材料の一方又は両方の面に、外部の供給源からＫイオンを注入することを特徴とする。

本発明のガラス基板熱処理用セッターは、板状の無機耐熱材料からなり、好ましくは結晶化ガラス又はセラミック焼結体からなり、一方の面にガラス基板を載置して熱処理するためのガラス基板熱処理用セッターであって、ガラス基板を載置する載置面の表面から内部に向って５μｍ離れた位置でのＫ₂Ｏが１質量％以上であるため、ガラス基板の熱処理温度域で繰返し使用しても反り変形が発生しにくくなる。すなわち、載置面の表面から内部に向って５μｍ離れた位置でのＫ₂Ｏが１質量％より少ないと、セッターとガラス基板のＫ₂Ｏの濃度差が大きくなるため、ガラス基板中のＫイオンが、ガラス基板と密着したセッターへ拡散しやすくなり、セッター表面近傍の結晶相やガラス相の組成が変化して、セッターの表面近傍と内部とで熱膨張差が大きくなるからである。また、５質量％よりも多いと、ガラス基板とセッターもしくは、熱処理炉の搬送ローラーとセッターが融着しやすくなるため好ましくない。また、表面と内部との体積差が大きくなりすぎて、セッター表面にクラックが発生しやすくなるため好ましくない。５μｍ離れた位置でのＫ₂Ｏの好ましい範囲は、１．０〜５質量％であり、より好ましい範囲は、１．２〜４質量％である。

また、内部のＫ₂Ｏの含有量、すなわち載置面の表面から内部に向って１ｍｍ離れた位置でのＫ₂Ｏが０．８質量％未満であるため、軟化変形しにくく、セッターの耐熱性が損なわれにくい。

上記した構成において、熱処理用セッターがＬｉを含有する場合、具体的には結晶化ガラスが、結晶相としてβ−ユークリプタイト、βスポジュメン、β−石英固溶体又はβ−スポジュメン固溶体を含有するＬｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系結晶化ガラスであり、或いは、セラミック焼結体が、結晶相としてペタライト、β−ユークリプタイト、β−スポジュメン、β−石英固溶体又はβ−スポジュメン固溶体を含有するＬｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系セラミック焼結体である場合、載置面の表面から内部に向って５μｍ離れた位置でのＫ₂Ｏが１質量％より少ないと、セッター中のＬｉとガラス基板中のＫとのイオン交換反応により、ガラス基板からセッター中へのＫイオンの拡散が増大するため、より一層反り変形が大きくなる。従って、Ｌｉを含む材料からなるセッターの載置面表面のＫ₂Ｏを多くすれば、ガラス基板の熱処理過程におけるイオン交換反応を防止でき、セッターの反り変形を抑制する効果が大きいものとなる。

上記した構成において、結晶化ガラス又はセラミック焼結体がＬｉ₂Ｏを１〜１０質量％含有することが好ましい。Ｌｉ₂Ｏ含有量は、ガラス基板の熱処理過程におけるイオン交換反応を抑制するために、出来るだけ少ないことが良く、具体的には１０質量％以下であることが好ましいが、急加熱・急冷却による破損がないようにするために、Ｌｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系の低膨張結晶又は負膨張結晶を多く析出させ、セッターの熱膨張係数を２５×１０^-7×／Ｋ以下とする必要があることから、Ｌｉ₂Ｏの含有量は１質量％以上必要である。

また、ガラス基板が、ＰＤＰ用ガラス基板であり、Ｋ₂Ｏを３質量％以上含有するガラスからなる場合、載置面の表面から内部に向って５μｍ離れた位置でのＫ₂Ｏが１質量％より少ないと、ガラス基板とセッターとのＫ₂Ｏの濃度差が大きくなるため、ガラス基板からセッター中へのＫイオンの拡散が増大し、より一層反り変形が大きくなる。

従って、セッターの載置面表面のＫ₂Ｏを多くすれば、セッターの反り変形を抑制する効果が大きいものとなる。尚、ＰＤＰ用ガラス基板のＫ₂Ｏは、その含有量が多すぎると歪点が低くなりすぎるため、最大でも１５質量％に制限される。

また、載置面の面積が８５００ｃｍ²以上であるような大型のセッターの場合、特に反り変形が大きくなるため、上記したように、載置面の表面から内部に向って５μｍ離れた位置でのＫ₂Ｏが１質量％より多いことが好ましい。また、ガラス基板の肉厚が２ｍｍ以下の場合にも、熱処理時のセッターの変形に倣って、ガラス基板の反り変形がより発生しやすいため、上記した構成にすることによる効果が一層大きくなる。

上記したガラス基板熱処理用セッターは、板状の無機耐熱材料又はその前駆体材料の一方又は両方の面に、外部の供給源からＫイオンを注入するため、内部のＫ₂Ｏの含有量を増加させずにセッターの耐熱性を損なうことなく、載置面の表面近傍だけのＫ₂Ｏの含有量を増加させることができる。具体的には、載置面の表面から内部に向って１ｍｍ離れた位置でのＫ₂Ｏが０．８質量％未満で、且つ載置面の表面から内部に向って５μｍ離れた位置でのＫ₂Ｏが１質量％以上となる。また、Ｋイオンの注入によって、表面に圧縮応力層を形成できるため、セッターの機械的強度を増大させることができる。

上記した製造方法において、板状の無機耐熱材料が、結晶化ガラス又はセラミック焼結体であることが好ましい。尚、結晶化ガラスの前駆体材料は結晶性ガラスであり、セラミック焼結体の前駆体材料は粉末集積体である。

上記した製造方法において、外部の供給源がＫ₂Ｏを含有する板状体もしくは粒状体であり、より好ましくは５質量％以上のＫ₂Ｏを含有する板状体もしくは粒状体であることが好ましく、この板状体もしくは粒状体を載置面に接触させた状態で、５００〜９００℃の温度で熱処理を行うことが好ましい。このようにすれば、結晶化ガラス又はセラミック焼結体を作製する際に使用する熱処理設備で上記熱処理を行うことができ、特別な設備を使用する必要がないため、熱処理による費用増を抑制することができる。

また、板状体もしくは粒状体のＫ₂Ｏが５質量％よりも少ないと、セッターとのＫ₂Ｏの濃度差が小さくなりすぎて、載置面の表面から内部に向って５μｍ離れた位置でのＫ₂Ｏを１質量％以上とすることができない。もしくはできたとしても長い時間を要するため、結果として安価にセッターを供給することができなくなる。また、熱処理温度が５００℃よりも低いと、Ｋイオンの拡散が起こりにくく、載置面の表面から内部に向って５μｍ離れた位置でのＫ₂Ｏを１質量％以上とすることができない。もしくはできたとしても長い時間を要するため、結果として安価にセッターを供給することができなくなる。熱処理温度が９００℃よりも高いと、板状体もしくは粒状体がセッターに融着してしまうため好ましくない。

上記した製造方法において、Ｋ₂Ｏを含有する板状体もしくは粒状体を、結晶性ガラス又は粉末集積体の表面に接触させた状態で、結晶化又は焼結と同時にＫイオンの拡散を行ってもよい。このようにすれば、結晶化や焼結に加えて熱処理工程を増やすこと無く、Ｋイオンの拡散を行うことができるため、熱処理による費用増を最小限に抑制することができる。

上記した製造方法において、結晶性ガラス、結晶化ガラス、粉末集積体又はセラミック焼結体がＬｉイオンを含有する材料からなり、特に、Ｌｉ₂Ｏで１〜１０質量％含有する材料からなると、Ｋイオンの拡散が、Ｌｉイオンの減少を伴うイオン交換反応となるため、Ｋイオンの拡散がさらに容易に行われ、載置面の表面から内部に向って５μｍ離れた位置でのＫ₂Ｏを１質量％以上とすることが容易となる。

また、Ｋ₂Ｏを含有する板状体としては、具体的に、Ｋ₂Ｏを５〜１５質量％含有する非晶質ガラス板、ＫＡｌＳｉＯ₄、ＫＮａ₃（ＡｌＳｉＯ₄）₄、ＫＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₆などの結晶を含むセラミック板等が使用可能である。

また、Ｋ₂Ｏを含有する粒状体としては、具体的に、Ｋ₂Ｏを５〜１５質量％含有する非晶質ガラスの粒状体、ＫＡｌＳｉＯ₄、ＫＮａ₃（ＡｌＳｉＯ₄）₄、ＫＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₆などの結晶を含むセラミックスの粒状体等が使用可能である。

以下に、本発明のガラス基板熱処理用セッターを、実施例を用いて詳細に説明する。表１は、本発明の実施例１〜４及び比較例１、２を示す。

実施例１、２及び比較例１の結晶化ガラスは、日本電気硝子株式会社製透明結晶化ガラス、ネオセラムＮ−０（３０〜６００℃での熱膨張係数：０×１０^-7／Ｋ、Ｌｉ₂Ｏの含有量：４質量％、Ｋ₂Ｏ：０．３質量％）からなる。また、実施例３、４及び比較例２のセラミックス焼結体は、ペタライト結晶を７０質量％含有するＬｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系セラミック焼結体（３０〜６００℃での熱膨張係数：１０×１０^-7／Ｋ、Ｌｉ₂Ｏ含有量：２．５質量％、Ｋ₂Ｏ：０．３質量％）からなる。また、実施例の結晶化ガラス及びセラミック焼結体は、１２５０×７００×５ｍｍの寸法を有し、それらの両面（載置面）に接触するように、結晶化ガラスやセラミック焼結体と略同一サイズの２枚のＰＤＰ用高歪点ガラス板（日本電気硝子株式会社製ＰＰ−８、Ｋ₂Ｏ：１０質量％含有）で挟み、表に示す条件で熱処理を行った。尚、比較例１、２は、上記熱処理を行わなかった。

載置面の表面から１ｍｍ及び５μｍの位置のＫ₂Ｏ量は、Ｋ₂Ｏ量が既知の上記熱処理前の結晶化ガラス又はセラミック焼結体を標準試料として、ＥＰＭＡ分析装置（日本電子社製）を用い、それらの断面を表面から内部に向ってライン分析（線分析）して測定した。

反り変形は、１２５０×７００×５ｍｍ（載置面の面積：８７５０ｃｍ²）のサイズのセッターの載置面の略中央部に、１０００×５６０×２．８ｍｍのサイズのＰＤＰ用高歪点ガラス（日本電気硝子株式会社製ＰＰ−８、Ｋ₂Ｏ：１０質量％含有）を載置し、６００℃で２週間加熱した後、セッターの載置面形状を、３次元形状測定装置を用いて測定し、最高部と最低部との高低差で評価した。

表１からわかるように、実施例１〜４は、いずれも反り変形が発生しなかった。それに対し、比較例１、２は、いずれも反り変形が発生した。

以上説明したように、本発明のガラス基板熱処理用セッターは、ＰＤＰだけでなく、液晶ディスプレイ、ＦＥＤ等のフラットパネルディスプレイに使用されるガラス基板の熱処理用セッターとして好適である。

Claims (13)

1. 板状の無機耐熱材料からなり、一方の面にガラス基板を載置して熱処理するためのガラス基板熱処理用セッターにおいて、ガラス基板を載置する載置面の表面から内部に向かって５μｍ離れた位置でのＫ₂Ｏが１〜５質量％であり、且つ、載置面の表面から内部に向かって１ｍｍ離れた位置でのＫ₂Ｏが０．８質量％未満であることを特徴とするガラス基板熱処理用セッター。
2. 板状の無機耐熱材料が、結晶化ガラス又はセラミック焼結体であることを特徴とする請求項１に記載のガラス基板熱処理用セッター。
3. 結晶化ガラスが、結晶相としてβ−ユークリプタイト、β−スポジュメン、β−石英固溶体又はβ−スポジュメン固溶体を含有するＬｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系結晶化ガラスであり、セラミック焼結体が、結晶相としてペタライト、β−ユークリプタイト、β−スポジュメン、β−石英固溶体又はβ−スポジュメン固溶体を含有するＬｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系セラミック焼結体であることを特徴とする請求項２に記載のガラス基板熱処理用セッター。
4. 無機耐熱材料がＬｉ₂Ｏを１〜１０質量％含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガラス基板熱処理用セッター。
5. ガラス基板が、ＰＤＰ用ガラス基板であり、Ｋ₂Ｏを３〜１５質量％含有するガラスからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のガラス基板熱処理用セッター。
6. 載置面の面積が８５００ｃｍ²以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のガラス基板熱処理用セッター。
7. 板状の無機耐熱材料からなり、一方の面にガラス基板を載置して熱処理するガラス基板熱処理用セッターの製造方法において、板状の無機耐熱材料又はその前駆体材料の一方又は両方の面に、外部の供給源からＫイオンを注入することを特徴とするガラス基板熱処理用セッターの製造方法。
8. 板状の無機耐熱材料が結晶化ガラス又はセラミック焼結体であり、前駆体材料が結晶性ガラス又は粉末集積体であることを特徴とする請求項７に記載のガラス基板熱処理用セッターの製造方法。
9. 外部の供給源がＫ₂Ｏを含有する板状体もしくは粒状体であることを特徴とする請求項７又は８に記載のガラス基板熱処理用セッターの製造方法。
10. 板状体もしくは粒状体のＫ₂Ｏが５質量％以上であることを特徴する請求項９に記載のガラス基板熱処理用セッターの製造方法。
11. Ｋ₂Ｏを含有する板状体もしくは粒状体を一方又は両方の面に接触させた状態で、５００〜９００℃の温度で熱処理し、Ｋイオンの拡散を行うことを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載のガラス基板熱処理用セッターの製造方法。
12. Ｋ₂Ｏを含有する板状体もしくは粒状体を、板状の前駆体材料の一方又は両方の面に接触させた状態で、結晶化又は焼結と同時にＫイオンの拡散を行うことを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載のガラス基板熱処理用セッターの製造方法。
13. Ｋイオンの拡散が、Ｌｉイオンの減少を伴うイオン交換であることを特徴とする請求項７〜１２のいずれかに記載のガラス基板熱処理用セッターの製造方法。