JP2009014310A - ガラス基板熱処理用セッター - 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を提供する。
【解決手段】ガラス基板熱処理用セッターは、結晶化ガラス又はセラミックス焼結体からなり、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、結晶化ガラス又はセラミックス焼結体における結晶の平均粒子径が３μｍ以上である。結晶化ガラスが、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Ｌｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系結晶化ガラスであり、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Ｌｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系セラミックス焼結体である。
【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ガラス基板を、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てなるものであり、上下が両ガラス基板で、側方が隔壁で挟まれた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ることにより文字や画像が表示される。ＰＤＰは、表示画面の大きさに比して薄型であることを特徴とし、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、別のガラス基板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。）。

更に、別のガラス基板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。更に、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難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。

本発明者は、種々の研究開発の結果、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。即ち、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℃に温度設定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、ガラス基板とセッターとの接触部分よりセッター中へ拡散する。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、載置面付近と内部とで熱膨張差が生じて反り変形を引き起こすことがわかった。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、セッター材質である結晶化ガラス又はセラミックス焼結体に含まれる結晶を特定の平均粒子径を有するものとすることで、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難くなることを見出した。

即ち、本発明のガラス基板熱処理用セッターは、結晶化ガラス又はセラミックス焼結体からなり、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、結晶化ガラス又はセラミックス焼結体における結晶の平均粒子径が３μｍ以上であることを特徴とする。

ガラス基板からセッターへのＮａ⁺イオンやＫ⁺イオンの拡散機構は、以下の通りである。まず、ガラス基板中のＮａ⁺イオンやＫ⁺イオンが、セッター中のマトリックスガラス相に拡散していき、マトリックスガラス相組成に変化が生じる。次いで、ガラスマトリックス相と結晶相の界面を通じて、Ｎａ⁺イオンやＫ⁺イオンが結晶相に拡散することで、結晶組成の変化を引き起こす。ここで、特に結晶組成の変化は、セッターの反り変形に影響を与えやすい。従って、マトリックスガラス相から結晶相へのイオンの拡散を遅らせることができれば、セッターの反り変形が起こり難くなると考えられる。本発明のガラス基板熱処理用セッターは、結晶の平均粒子径が３μｍ以上であり、ガラスマトリックス相と結晶相との接触面積が小さいため、ガラスマトリックス相から結晶相へのイオンの拡散が起こり難い。その結果、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難くなる。

第二に、本発明のガラス基板熱処理用セッターは、結晶化ガラスが、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系結晶化ガラスであり、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。

第三に、本発明のガラス基板熱処理用セッターは、結晶化ガラス又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。

第四に、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。

第五に、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、結晶化ガラス又はセラミックス焼結体からなり、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、結晶化ガラス又はセラミックス焼結体における結晶の平均粒子径が３μｍ以上であることを特徴とする。結晶の平均粒子径は、４μｍ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く、７μｍ以上であることが更に好ましい。結晶の平均粒子径が３μｍ未満であると、ガラスマトリックス相と結晶相との接触面積が大きくなり、ガラスマトリックス相と結晶相の反応が起こり易くなる。結果として、ガラス基板の熱処理に繰返し使用することによる反り変形が発生し易くなる。上限については特に限定されないが、粒子径が大きくなるほど強度低下しやすいため、５０μｍ以下であることが好ましい。

結晶粒子径は、焼成、焼結等の熱処理の温度や時間を変化させることで制御することが可能である。例えば、結晶化ガラスの場合は、結晶化ガラスを焼成することによって結晶粒子径を大きくすることが可能であり、その焼成温度は１１００〜１１８０℃であることが好ましい。焼成時間は焼成温度にもよるが、２〜２０時間であることが好ましい。セラミックス焼結体の場合は、焼結温度は９００〜１２００℃であることが好ましい。焼結時間は焼結温度にもよるが、２〜２０時間であることが好ましい。焼成温度又は焼結温度が上記範囲より低い場合は、結晶の成長が不十分となり、得られるセッター中における結晶の平均粒子径が３μｍ未満になりやすい。一方、焼成温度又は焼結温度が上記範囲より高い場合は、結晶が大きくなりすぎて、得られるセッターの強度が低下する傾向がある。

又、セッター材料としてセラミックス焼結体を用いる場合は、出発原料の粉末粒子径を適宜選択することにより、得られるセッター中の結晶粒子径を調整することが可能である。具体的には、出発原料粉末の平均粒子径は０．５〜２０μｍであることが好ましく、０．５〜１５μｍあることがより好ましい。出発原料粉末の平均粒子径が０．５μｍ未満であると、焼結体における結晶の平均粒子径が３μｍ未満となりやすい。一方、出発原料粉末の平均粒子径が２０μｍを超えると、焼結体における結晶の平均粒子径が５０μｍより大きくなる傾向があり、結果として、得られる焼結体の強度が低下しやすくなる。

本発明において、セッターの材質としては、結晶化ガラス又はセラミックス焼結体が用いられる。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。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。これらの結晶化ガラス又はセラミックス焼結体を用いた場合、セッター中の結晶に含まれる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⁺イオンの拡散が生じ易いため、より一層熱処理による反り変形が大きくなる。この場合、結晶の平均粒子径を３μｍ以上とすることにより得られる本発明の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ス焼結体がＬｉ₂Ｏを１〜６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、少なければ少ないほど良く、具体的には６質量％以下、更には５．５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。

又、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、ガラス基板からセッター中へのＮａ⁺イオンやＫ⁺イオンの拡散による反り変形が起こり易い。この場合、セッター中の結晶の平均粒子径を３μｍ以上とすることにより得られる本発明の効果が大きいものとなる。尚、ＰＤＰ用ガラス基板のＮａ₂ＯとＫ₂Ｏの含有量が多すぎると歪点が低くなりすぎるため、最大でも合量で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易いため、本発明の効果が一層大きくなる。

セッター載置面、即ちガラス基板を載置する上側面の面積が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、セッター中の結晶の平均粒子径を３μｍ以上とすることにより得られ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易く、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及び比較例１の結晶化ガラスは、白色結晶化ガラス（日本電気硝子株式会社製ネオセラムＮ−１１、Ｌｉ₂Ｏ含有量：４質量％）を、実施例１では１１００℃で１５時間焼成し、比較例１では焼成なしで用いたものである。又、実施例２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系セラミックス焼結体（Ｌｉ₂Ｏ含有量：６質量％）からなる。実施例２は平均粒子径が２μｍの原料を使用して１１００℃で１５時間焼結し、比較例２は平均粒子径が０．４μｍの原料を使用し、１０００℃で２時間焼結したものである。

結晶の平均粒子径は、結晶化ガラス又はセラミックス焼結体表面の任意の５点における電子顕微鏡写真（×２５００）について、長さ４０μｍの直線上にある結晶の粒子径を測定し、その平均値として算出した。

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含有量：５質量％、Ｋ₂Ｏ含有量：１０質量％）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。結果を表１に示す。

表１からわかるように、実施例１及び２のガラス基板熱処理用セッターは、いずれも加熱処理により反り変形が発生しなかった。それに対し、比較例１及び２では、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用大型ガラス基板の基板処理用セッターとして好適であり、それ以外にも液晶ディスプレイ、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使用可能である。

Claims (5)

1. 結晶化ガラス又はセラミックス焼結体からなり、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、結晶化ガラス又はセラミックス焼結体における結晶の平均粒子径が３μｍ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。
2. 結晶化ガラスが、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系結晶化ガラスであり、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. 結晶化ガラス又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請求項１又は２に記載のガラス基板熱処理用セッター。
4. 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１〜３のいずれかに記載のガラス基板熱処理用セッター。
5. 載置面の面積が８５００ｃｍ²以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のガラス基板熱処理用セッター。