JP2008303073A - ガラス基板熱処理用セッター - Google Patents

Abstract

【課題】Ｎａ₂ＯとＫ₂Ｏを合量で５〜３０％含有する高歪点ガラス基板を熱処理するために用いるセッターであって、該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を提供する。
【解決手段】ガラス基板熱処理用セッターとして、気孔率が１０〜６０％であり、Ｆｅ₂Ｏ₃＋ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＺｎＯ＋ＴｉＯ₂を０．０１％以上含有し、結晶層としてペタライト、β−ユークリプタイト又はβ−スポジュメンを有するＬｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系のセラミック焼結体を利用する。
【選択図】図１

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ガラス基板を、載置面に直接載置して加熱炉に導入するための平板状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あり、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２ｍｍ程度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。）。

又、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。）。

又、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２００６−８４８７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のセッターへの拡散反応による体積増加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Ｎａ₂ＯやＫ₂Ｏを合量で１０〜１５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Ｎａ⁺イオンや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、体積増加が生じて反り変形を引き起こすことがわかった。

本発明は、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、ガラス基板熱処理用セッターを、特定の気孔率を有する構造にすることで前記課題を解決できることを見出し、本発明として提案するものである。

すなわち、本発明のガラス基板熱処理用セッターは、気孔率が１０〜６０％であることを特徴とする。このようにガラス基板熱処理用セッターの気孔率を特定の範囲とすることにより、ガラス基板の熱処理温度域で繰返し使用しても、気孔部分が体積変化を吸収し、反り変形が発生しにくくなる。尚、気孔率は、図１に示すような走査型電子顕微鏡によるセッター表面の観察像について画像解析を行うことにより求めた。即ち、セッター表面は気孔部分１とそれ以外のセラミックス焼結体部分（又は結晶化ガラス部分）２により構成されるが、そのうち気孔部分１の面積比率を算出し、それを気孔率とした。

第二に、本発明のガラス基板熱処理用セッターは、セラミックス焼結体からなることを特徴とする。

第三に、本発明のガラス基板熱処理用セッターは、セラミックス焼結体において、Ｆｅ₂Ｏ₃＋ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＺｎＯ＋ＴｉＯ₂の合量が０．０１質量％以上であることを特徴とする。ガラス基板熱処理用セッターの気孔率が大きくなると、強度が低下する傾向がある。例えば、セッターがセラミックス焼結体からなる場合、特にセッターが大型になると、焼結時の均質な温度制御が困難となり、不均一な焼結、収縮が起こり、部分的な強度低下が生じたり変形したりして破損につながりやすくなる。そこで、焼結助剤として、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＺｎＯ及びＴｉＯ₂から選択される少なくとも１種を添加することにより、焼結時において、セッターに多少の温度分布があっても均一に焼結して収縮しやすくなるため、主結晶の粒子同士が均一に強固に結びつけられやすくなり、部分的な強度低下や変形が起こり難くなる。

第四に、本発明のガラス基板熱処理用セッターは、セラミックス焼結体が、Ｆｅ₂Ｏ₃を０．０１質量％以上含有することを特徴とする。特にＦｅ₂Ｏ₃は焼結助剤としての効果が大きく、セッターの強度低下や変形を抑制しやすい。

第五に、本発明のガラス基板熱処理用セッターは、セラミックス焼結体が、結晶相としてペタライト、β−ユークリプタイト又はβ−スポジュメンを含有するＬｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系セラミックス焼結体であることを特徴とする。

第六に、本発明のガラス基板熱処理用セッターは、セラミックス焼結体がＬｉ₂Ｏを１〜６質量％含有することを特徴とする。

第七に、本発明のガラス基板熱処理用セッターは、その表面において、気孔径２μｍ以上の気孔が、平均して２５０μｍ²内に１個以上の割合で気孔が存在することを特徴とする。気孔の数は、気孔率と同じく、走査型電子顕微鏡によるセッターの表面の観察像に基づいて算出される。気孔径２μｍ以上の気孔は、Ｎａ⁺イオンやＫ⁺イオンの拡散によるセッターの体積変化吸収に対する寄与が大きい。したがって、ガラス基板熱処理用セッターにおいて、気孔径２μｍ以上の気孔が特定の割合で全体的に均質に存在することにより、セッターの体積変化を均等に吸収しやすく、反り変形し難くなる。

尚、本発明において、気孔径は、気孔の長径ａと気孔の短径ｂの平均値（ａ＋ｂ）／２をいう。

第八に、本発明のガラス基板熱処理用セッターは、ガラス基板が、高歪点ガラスであり、Ｎａ₂ＯとＫ₂Ｏを合量で５〜３０質量％含有するガラスからなることを特徴とする。

第九に、本発明のガラス基板熱処理用セッターは、載置面の面積が８５００ｃｍ²以上であ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、特定範囲の気孔率を有することにより、ガラス基板の熱処理温度域で繰返し使用しても、ガラス基板におけるＮａ⁺イオンやＫ⁺イオンが、セッターへ拡散することに起因する体積変化を気孔部分が吸収し、反り変形が発生し難くなる。

本発明のガラス基板熱処理用セッターは、ガラス基板を載置面に載置して熱処理するために用いられるものであり、気孔率が１０〜６０％であることを特徴とする。気孔率の好ましい範囲は、１５〜５５％、より好ましい範囲は２０〜５０％、更に好ましい範囲は、２２〜５０％である。

ガラス基板からガラス基板熱処理用セッターへＮａ⁺イオンやＫ⁺イオンが拡散すると、セッター中のガラス相や結晶相が変質し、体積変化が生じる。この変質による体積変化を吸収できる気孔があれば、セッターの反り変形が起こり難くなる。本発明のガラス基板熱処理用セッターは、気孔率が１０％以上であるため、Ｎａ⁺イオンやＫ⁺イオンの拡散による体積変化が生じても、該体積変化が気孔に吸収されるため、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。尚、気孔率が６０％より大きくなると、ガラス基板熱処理用セッターの強度が低下し、使用時に破損する虞がある。

気孔率は、セッターの製造条件を変化させることにより適宜制御することができる。具体的には、セラミックス焼結体の場合は、セッター製造の際の焼結温度や焼成時間を変化させる方法や、焼結助剤の添加量を調整する方法が挙げられる。焼結温度は、特に限定されないが、一般的には９００〜１１５０℃であることが好ましい。焼結時間は焼結温度にもよるが、１〜３時間であることが好ましい。又、結晶化ガラスの場合は、清澄作用のある成分をガラス原料から省き、泡が浮上して消滅しないよう短時間で溶融して成形することにより気孔率を制御する方法が挙げられる。

気孔の大きさは特に限定されないが、好ましくは気孔径が２μｍ以上、更には３μｍ以上であると、Ｎａ⁺イオンやＫ⁺イオンの拡散によるセッターの体積変化吸収に対する寄与が大きくなる。一方、大きすぎるとガラス片などのゴミが気孔内にたまりやすく、それらがＰＤＰガラス基板にキズをつける可能性が高くなるため、平均気孔径は２００μｍ以内であることが好ましい。

尚、セッターの体積変化吸収に対する寄与の大きい気孔径が２μｍ以上の気孔に限定した場合、その平均気孔径は３μｍ以上であることが好ましく、５μｍ以上であることがより好ましい。

気孔はできるだけセッター全体に均質に分散して存在するほうが、Ｎａ⁺イオンやＫ⁺イオンの拡散による体積変化を均等に吸収しやすく、反り変形し難くなる。具体的には、該体積変化の吸収に対する寄与の大きい気孔径２μｍ以上の気孔が、セッター表面において、平均して２５０μｍ²内に１個以上の割合で存在することが好ましく、平均して２５０μｍ²内に５個以上の割合であることがより好ましく、２０個以上の割合であることが更に好ましく、５０個以上の割合であることが最も好ましい。

本発明において、セッターの材質としては、セラミックス焼結体又は結晶化ガラスが用いられる。セラミックス焼結体としては、結晶相としてペタライト、β−ユークリプタイト又はβ−スポジュメンを含有するＬｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系セラミックス焼結体が挙げられる。又、結晶化ガラスとしては、結晶相として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系結晶化ガラスが挙げられる。これらの結晶化ガラス及びセラミックス焼結体を用いた場合、セッター中に含まれるＬｉ⁺イオンとガラス基板中のＮａ⁺イオンやＫ⁺イオン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Ｎａ⁺イオンやＫ⁺イオンの拡散が増大し、セッターの反り変形がより一層大きくなる。この場合、気孔率を１０〜６０％とすることにより得られる本願発明の効果が大きいものとなる。

セラミックス焼結体又は結晶化ガラスにおける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、少なければ少ないほど良く、具体的には６質量％以下であることが好ましい。更に好ましい範囲は５．５質量％以下である。一方、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概ね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％以上とすることが好ましい。

本発明のガラス基板熱処理用セッターがセラミックス焼結体からなる場合、焼結助剤として、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＺｎＯ及びＴｉＯ₂から選択される少なくとも１種を添加することが好ましく、それらの合量は、セラミックス焼結体中に０．０１質量％以上であることが好ましい。焼結助剤の添加量が０．０１質量％未満であると、その効果が不十分となり、セッターの不均一な焼結、収縮が起こり、部分的な強度低下が生じたり変形したりして破損につながりやすくなる。また、０．１質量％以上、更には０．３質量％以上、特に０．５質量％以上であると、強度低下防止の効果が得られやすくなる。又、焼結助剤をセッター全体に分散させるために精密に分級する必要性が小さくなる。尚、添加量が多くなり過ぎると焼結時に型などの部材と融着し破損する虞があるため、上限量としては１０質量％以下であることが好ましい。これら成分に加え、ガラス粉末を焼結助剤として併用すると更に効果は高くなる。しかし、ガラス粉末を用いると型などの部材と融着しやすくなり、破損しやすくなるため、その添加量は適宜調整する必要がある。

前記焼結助剤の中でも、特にＦｅ₂Ｏ₃は前記効果が得られやすいため、Ｆｅ₂Ｏ₃を０．０１質量％以上含有することが好ましく、０．１質量％以上含有することがより好ましく、０．４質量％以上含有することが更に好ましい。

本発明のガラス基板熱処理用セッターを用いて熱処理するガラス基板が、ＰＤＰ用ガラス基板であり、Ｎａ₂ＯとＫ₂Ｏを合量で５質量％以上含有するガラスからなる場合、特にイオン交換による体積変化に伴い、反り変形が生じやすくなる。従って、該ガラス基板の熱処理用として用いる場合は、本発明におけるガラス基板熱処理用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Ｎａ₂ＯとＫ₂Ｏは、それらの含有量が多すぎると歪点が低くなりすぎるため、合量で最大でも３０質量％に制限される。又、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、本発明の効果が一層大きくなる。

本発明のガラス基板熱処理用セッターの載置面の面積が８５００ｃｍ²以上、更には１２０００ｃｍ²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、特定の気孔率とすることによる本発明の効果が大きいものとなる。

セッターの厚さは特に限定されないが、２〜１０ｍｍであることが好ましい。セッターの厚さが２ｍｍ未満であると加熱による反りが発生しやすく、又、強度も不十分となる傾向がある。一方、セッターの厚さが１０ｍｍを超えると取り扱いが困難になったり、セッター熱容量が大きくなることによる熱処理炉使用電力量が上昇する傾向がある。

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が、本発明はかかる実施例に限定されるものではない。

実施例１〜３及び比較例では、ペタライト粉末およびスポジュメン粉末からなり、ペタライト結晶を７０質量％含有するＬｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系セラミックス焼結体（Ｌｉ₂Ｏ含有量：５．５質量％）を用いた。又、表１にしたがって焼結助剤を添加した。焼結助剤としては、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＣａＯは、それぞれ、酸化鉄、亜鉛華、酸化マグネシウム、炭酸カルシウムを原料として用いた。それらをボールミルで粉砕、混合した後、乾式プレス成型を行い、実施例１及び３は１１００℃で２時間、実施例２は１０００℃で２時間、比較例１は１２００℃で４時間、それぞれ熱処理して製造したものである。

得られた各セッターの気孔率、及び２μｍ以上の気孔について、その存在割合と平均気孔径を、走査型電子顕微鏡でセッター表面を観察することにより算出した。気孔径としては、気孔の長径と短径をそれぞれ計測して、両者の平均値を用いた。尚、測定はセッター表面の中央部、及び中央部と四隅の中点付近４箇所の計５箇所で行い、その平均値から算出した。

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、Ｎａ₂Ｏ：５質量％、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。又、焼結後に、不均一な焼結収縮によるクラック発生の有無を目視により評価した。

以上の結果を表１に示す。

表１から明らかなように、実施例１〜３のセッターはいずれも反り変形が発生しなかったが、比較例１では反り変形が発生した。特に、実施例１及び２のセッターは、クラックの発生もなく、ガラス基板熱処理用セッターとして良好な特性を示していることがわかる。

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。

走査型電子顕微鏡によるセラミックス焼結体セッター表面の観察像を示す図である。

符号の説明

１ 気孔部分
２ セラミックス焼結体部分

Claims (9)

1. ガラス基板を載置面に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、気孔率が１０〜６０％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. セラミックス焼結体からな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. セラミックス焼結体において、Ｆｅ₂Ｏ₃＋ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＺｎＯ＋ＴｉＯ₂の合量が０．０１質量％以上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. セラミックス焼結体が、Ｆｅ₂Ｏ₃を０．０１質量％以上含有することを特徴とする請求項３に記載のガラス基板熱処理用セッター。
5. セラミックス焼結体が、結晶相としてペタライト、β−ユークリプタイト又はβ−スポジュメンを含有するＬｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系セラミックス焼結体であることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のガラス基板熱処理用セッター。
6. セラミックス焼結体が、Ｌｉ₂Ｏを１〜６質量％含有することを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載のガラス基板熱処理用セッター。
7. セッター表面において、気孔径２μｍ以上の気孔が、平均して２５０μｍ²内に１個以上の割合で存在することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のガラス基板熱処理用セッター。
8. ガラス基板が、高歪点ガラスであり、Ｎａ₂ＯとＫ₂Ｏを合量で５〜３０質量％含有するガラスからなることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のガラス基板熱処理用セッター。
9. 載置面の面積が８５００ｃｍ²以上であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のガラス基板熱処理用セッター。