JP2012021672A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板上に形成された塗布膜の焼成ムラの発生を低減できる熱処理装置を提供する。
【解決手段】熱処理装置２０は、焼成炉２９と、被熱処理基板である前面基板２２を載置し、結晶化ガラス板２１ａと金属層２１ｂとを有するセッター２１とを備える。さらに熱処理装置２０は、焼成炉２９の内部に配置されるセッター２１の搬送機構である搬送ローラー２８と、金属層２１ｂを電磁誘導加熱することによりセッター２１を加熱する電磁誘導コイル２５と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、基板の熱処理装置に関する。

プラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰと記す）は、対向配置した前面板と背面板の周縁部を封着部材によって封着した構造である。前面板と背面板との間に形成された放電空間には、ネオンおよびキセノンなどの放電ガスが封入される。前面板は、ガラス基板の片面にストライプ状に形成された走査電極と維持電極とからなる複数の表示電極と、これらの表示電極を覆う誘電体層および保護層とを備える。背面板は、もう一方のガラス基板の片面に、表示電極と直交する方向にストライプ状に形成された複数のアドレス電極と、これらのアドレス電極を覆う下地誘電体層とを備える。さらに背面板は、放電空間をアドレス電極毎に区画するストライプ状の隔壁と、隔壁間の溝に順次塗布された赤色、緑色、青色の蛍光体層とを備える。走査電極とアドレス電極間、および走査電極と維持電極間に所定の電圧が印加されることにより、ガス放電が発生する。ガス放電により生じる紫外線が蛍光体層を励起発光させる。

前面板の表示電極、誘電体層などは、ガラス基板上に形成された所定の材料を含む塗布膜が、必要に応じてフォトリソグラフィ法などによりパターニングされた後、焼成されることにより形成される。背面板のアドレス電極、下地誘電体層、隔壁などは、ガラス基板上に形成された所定の材料を含む塗布膜が、必要に応じてフォトリソグラフィ法などによりパターニングされた後、焼成される。

塗布膜が焼成されることにより、塗布膜に含まれる種々の成分（結晶水、塩類、バインダなど）が分解、除去される。さらに、各成分間の反応が進行することにより、安定な化合物が形成される。同時に、塗布膜が、収縮し、ち密化することにより、固化する。このように、所定の形状と、所定の強度を有する膜が形成される。

塗布膜の焼成には、熱処理装置が用いられる。熱処理装置は、通常、連続した複数の焼成炉を備えている。ガラス基板は搬送ローラー、またはカートなどの搬送手段に載せられ、連続炉の各焼成炉を順番に通過する。ガラス基板が最後の焼成炉を過ぎたところで焼成が完了する。

焼成炉の熱源としては、主にニクロム線をコイル状に巻いたヒーターコイルを断熱材に複数列埋め込んだヒーターブロックが用いられる。また、基板を載置して熱処理装置内で搬送するためにセッターと呼ばれる治具が用いられる。従来、セッターにはアルミナや、結晶化ガラスなどが用いられていた（例えば特許文献１参照）。

特開２００４―１４３９８号公報

セッターに載置された基板は、熱処理装置内を移動しながら、所定の温度プロファイルに従って昇温、均熱保持、冷却という順で熱処理される。従来、焼成炉内の上部に設置されたヒーターブロックにより加熱が行われていた。この場合、塗布膜を焼成する際には、塗布膜は表面側から輻射熱で加熱される。塗布膜表面が、塗布膜内部より先に焼結や収縮すると、塗布膜内部の種々の成分の分解、除去が促進せず、塗布膜表面と塗布膜内部とで焼成ムラが発生するといった問題点があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、基板上に形成された塗布膜の焼成ムラの発生を低減できる熱処理装置を提供することを目的とする。

本発明の熱処理装置は、焼成炉と、被熱処理基板を載置し、結晶化ガラス板と金属層とを有するセッターと、焼成炉の内部に配置されるセッターの搬送機構と、金属層を電磁誘導加熱することによりセッターを加熱する電磁誘導コイルと、を備える。

このような構成によれば、電磁誘導コイルにより金属層が加熱される。金属層はセッターを加熱する。セッターは、セッターに戴置された基板と基板上に形成された塗布膜を、熱伝導により加熱する。よって、塗布膜の表面が塗布膜の内部より先に焼結、収縮することが低減できる。

上記の構成によれば、基板上に形成された塗布膜の焼成ムラの発生を低減できる熱処理装置を提供できる。

ＰＤＰの構造を示す斜視図である。 前面板の構造を示す概略断面図である。 本実施の形態における熱処理装置の概略側面図である。 図３におけるＡ部の拡大図である。 前面基板の焼成温度プロファイルを示す図である。

（実施の形態）
ここに開示されたＰＤＰ１は、交流面放電型ＰＤＰである。図１に示すように、ＰＤＰ１は前面ガラス基板３などよりなる前面板２と、背面ガラス基板１１などよりなる背面板１０とが対向して配置される。前面板２と背面板１０の外周部がガラスフリットなどからなる封着材によって気密封着されている。封着されたＰＤＰ１内部の放電空間１６には、ＮｅおよびＸｅなどの放電ガスが５５ｋＰａ〜８０ｋＰａの圧力で封入される。

前面ガラス基板３上には、走査電極４および維持電極５よりなる一対のストライプ状の表示電極６とブラックストライプ（遮光層）７が互いに平行にそれぞれ複数列配置される。前面ガラス基板３上には、表示電極６と遮光層７とを覆うようにコンデンサとしての働きをする誘電体層８が形成される。さらに、誘電体層８の表面に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などからなる保護層９が形成される。

また、背面ガラス基板１１上には、前面板２の表示電極６と直交する方向に、複数のストライプ状のアドレス電極１２が互いに平行に配置される。さらに、アドレス電極１２を覆うように下地誘電体層１３が形成される。さらに、アドレス電極１２の間に形成された下地誘電体層１３上には放電空間１６を区切る所定の高さの隔壁１４が形成される。隔壁１４の間には、紫外線によって赤色に発光する蛍光体層１５と、青色に発光する蛍光体層１５および緑色に発光する蛍光体層１５が順番に形成される。

表示電極６とアドレス電極１２とが交差する位置に放電セルが形成される。赤色に発光する蛍光体層１５を有する放電セルと、青色に発光する蛍光体層１５を有する放電セルと、緑色に発光する蛍光体層１５を有する放電セルとによりカラー表示をする画素が形成される。

次にＰＤＰ１の製造方法について説明する。図２に示すように、前面ガラス基板３上に、走査電極４および維持電極５と遮光層７とが形成される。表示電極６は、走査電極４および維持電極５を有する。走査電極４および維持電極５は、導電性を確保するための銀（Ａｇ）を含む白色電極４ｂ、５ｂを有する。また、走査電極４および維持電極５は、画像表示面のコントラストを向上するため黒色顔料を含む黒色電極４ａ、５ａを有する。白色電極４ｂは、黒色電極４ａに積層される。白色電極５ｂは、黒色電極５ａに積層される。

具体的には、黒色顔料を含む黒色ペーストが、スクリーン印刷法などによって前面ガラス基板３に塗布されることにより、黒色ペースト層（図示せず）が形成される。次に、黒色ペースト層（図示せず）が、フォトリソグラフィ法によりパターニングされる。次に、銀（Ａｇ）を含む白色ペーストが、スクリーン印刷法などによって、黒色ペースト層（図示せず）上に塗布されることにより、白色ペースト層（図示せず）が形成される。次に、白色ペースト層（図示せず）と黒色ペースト層（図示せず）が、フォトリソグラフィ法によりパターニングされる。その後、現像ステップを経て、黒色ペースト層（図示せず）および白色ペースト層（図示せず）が焼成されることにより、表示電極６である白色電極４ｂ、５ｂ、黒色電極４ａ、５ａ、および遮光層７が形成される。

次に、走査電極４、維持電極５および遮光層７を覆うように前面ガラス基板３上に誘電体ペーストがダイコート法などにより塗布されることにより、誘電体ペースト層（図示せず）が形成される。その後、所定の時間が経過すると、誘電体ペースト層（図示せず）の表面がレベリングし、平坦になる。その後、誘電体ペースト層が焼成されることにより、走査電極４、維持電極５および遮光層７を覆う誘電体層８が形成される。

なお、誘電体ペーストは、ガラス粉末などの誘電体ガラス、バインダおよび溶剤を含む塗料である。

次に、誘電体層８上に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などからなる保護層９が真空蒸着法により形成される。

以上の工程により前面ガラス基板３上に走査電極４、維持電極５、遮光層７、誘電体層８、保護層９が形成され、前面板２が完成する。

図１に示す背面板１０は、以下のように形成される。背面ガラス基板１１上に、アドレス電極１２が形成される。具体的には、銀（Ａｇ）を含むペーストがスクリーン印刷法により、背面ガラス基板１１上に塗布されることにより、アドレス電極ペースト層（図示せず）が形成される。次に、アドレス電極ペースト層（図示せず）が、フォトリソグラフィ法により、パターニングされることにより、アドレス電極１２用の構成物となる材料層（図示せず）が形成される。その後、材料層（図示せず）が所定の温度で焼成されることにより、アドレス電極１２が形成される。ここで、ペーストをスクリーン印刷する方法以外にも、スパッタ法、蒸着法などにより、金属膜を背面ガラス基板１１上に形成する方法が採用される。

次に、アドレス電極１２が形成された背面ガラス基板１１上にダイコート法などによりアドレス電極１２を覆うように下地誘電体ペーストが塗布されることにより、下地誘電体ペースト層（図示せず）が形成される。その後、下地誘電体ペースト層（図示せず）が焼成されることにより、下地誘電体層１３が形成される。なお、下地誘電体ペーストはガラス粉末などの下地誘電体材料とバインダおよび溶剤を含んだ塗料である。

次に、下地誘電体層１３上に隔壁材料を含む隔壁形成用ペーストが塗布されることにより、隔壁ペースト層（図示せず）が形成される。隔壁ペースト層（図示せず）がフォトリソグラフィ法により、パターニングされることにより、隔壁１４の材料層となる構成物（図示せず）が形成される。次に、構成物（図示せず）が、焼成されることにより隔壁１４が形成される。ここで、下地誘電体層１３上に塗布された隔壁ペースト層をパターニングする方法としては、フォトリソグラフィ法の他に、サンドブラスト法などが採用される。

次に、隣接する隔壁１４間の下地誘電体層１３上および隔壁１４の側面に蛍光体材料を含む蛍光体ペーストが塗布される。次に、蛍光体ペーストが焼成されることにより蛍光体層１５が形成される。

以上の工程により、背面ガラス基板１１上に所定の構成部材を有する背面板１０が完成する。

そして、表示電極６とアドレス電極１２とが直交するように、前面板２と背面板１０とが対向配置される。次に、前面板２と背面板１０の周囲がガラスフリットで封着される。次に、放電空間１６にＮｅ、Ｘｅなどを含む放電ガスが封入されることによりＰＤＰ１が完成する。

以上の説明から分かるように、ＰＤＰ１の製造工程においては焼成工程が重要な要素である。また、焼成工程は４００°Ｃから６００°Ｃ程度の温度範囲で行われる。

図３に示すように、熱処理装置２０は、トンネル状の焼成炉２９の内部に、セッター２１と、セッター２１を移動させる搬送ローラー２８とを備えている。塗布膜が形成された前面基板２２はセッター２１上に載置される。焼成炉２９の入口側は前面基板２２の昇温および均熱保持を行う加熱領域である。焼成炉２９の上部には、加熱手段である電気ヒーター２４が配置されている。加熱領域には、焼成炉２９の下部に電磁誘導コイル２５が複数個設けられている。焼成炉２９の出口側は前面基板２２の冷却を行う冷却領域である。焼成炉２９の下部には、冷却用の空気を噴出す冷却装置２７が配置されている。冷却用の空気は熱処理装置２０の外部から取り入れられる。

図４に示すように、セッター２１は、結晶化ガラス板２１ａと金属層２１ｂとが積層されている。より詳細には、セッター２１は、２枚の結晶化ガラス板２１ａの間に金属層２１ｂを有する。本実施の形態において、金属層２１ｂは、一例として、ステンレスメッシュ（ステンレス製のメッシュ）である。

電磁誘導コイル２５に電流を流すと、金属層２１ｂに渦電流が発生する。渦電流は、金属層２１ｂの電気抵抗のため、ジュール熱に変換される。金属層２１ｂに発生したジュール熱は、熱伝導により結晶化ガラス板２１ａを加熱する。このようにして、セッター２１が発熱する。セッター２１と電磁誘導コイル２５はできるだけ接近させたほうが加熱の効率が上がる。

熱処理装置２０に投入された前面基板２２は、図５に示すように、昇温および均熱保持領域Ｔ１において、電気ヒーター２４および電磁誘導コイル２５によって加熱されたセッター２１により昇温される。前面基板２２は、熱処理装置２０内を一定距離進んだところで均熱保持される。なお、電磁誘導コイル２５は、熱処理装置２０内で分割され、セッター２１へ流す電流量を熱処理装置２０の幅方向および進行方向で独立制御可能である。すなわち、温度プロファイルの調整が容易にできるようにしている。その後、前面基板２２は、冷却領域Ｔ２に進み、冷却装置２７により冷却される。セッター２１が有する熱量を考慮した上で、冷却装置２７の出力を制御することにより、所定の温度プロファイルに沿って前面基板２２を冷却できる。

本実施の形態の熱処理装置２０は、焼成炉２９と、被熱処理基板である前面基板２２を載置し、結晶化ガラス板２１ａと金属層２１ｂとを有するセッター２１と、焼成炉２９の内部に配置されるセッター２１の搬送機構である搬送ローラー２８と、金属層２１ｂを電磁誘導加熱することによりセッター２１を加熱する電磁誘導コイル２５と、を備える。

このような構成によれば、電磁誘導コイル２５により金属層２１ｂが加熱される。金属層２１ｂはセッター２１を加熱する。セッター２１は、セッター２１に戴置された前面基板２２と前面基板２２上に形成された塗布膜を、熱伝導により加熱する。よって、塗布膜の表面が塗布膜の内部より先に焼結、収縮することが低減できる。

なお、セッター２１が、結晶化ガラス板２１ａの表面が金属層２１ｂで被覆されていてもよい。このような構成によれば、本実施の形態におけるセッター２１よりも簡易にセッター２１を製造できる。また、セッター２１の発熱効率が向上する。

本実施の形態では、焼成炉２９の上部に加熱手段である電気ヒーター２４を備えて、
電気ヒーター２４および電磁誘導コイル２５により被熱処理基板である前面基板２２の昇温および均熱保持を行う構成を例示した。このような構成によれば、焼成温度プロファイルを精密に制御できる。また、前面基板２２の焼成時間を短縮化できる。しかし、電気ヒーター２４は、必須の構成ではない。

本実施の形態では、焼成炉２９の下部に冷却手段である冷却装置２７を備え、冷却装置２７およびセッター２１が有する熱量により被熱処理基板である前面基板２２の冷却を行う構成を例示した。このような構成によれば、前面基板２２を冷却する際の温度制御能力が向上する。しかし、冷却装置２７は、必須の構成ではない。

なお、本実施の形態では、塗布膜が形成された前面基板２２が例示されたが、本発明はこれには限られず、塗布膜が形成された背面基板にも適用できる。

本発明は、ＰＤＰ用基板のみならず液晶用ガラス基板など大面積の基板の焼成工程に適用できる。よって、本発明は、表示パネルの製造などに広く有用である。

１ ＰＤＰ
２ 前面板
３ 前面ガラス基板
４ 走査電極
４ａ，５ａ 黒色電極
４ｂ，５ｂ 白色電極
５ 維持電極
６ 表示電極
７ ブラックストライプ（遮光層）
８ 誘電体層
９ 保護層
１０ 背面板
１１ 背面ガラス基板
１２ アドレス電極
１３ 下地誘電体層
１４ 隔壁
１５ 蛍光体層
１６ 放電空間
２０ 熱処理装置
２１ セッター
２１ａ 結晶化ガラス板
２１ｂ 金属層
２２ 前面基板
２４ 電気ヒーター
２５ 電磁誘導コイル
２７ 冷却装置
２８ 搬送ローラー
２９ 焼成炉

Claims (6)

1. 焼成炉と、
   被熱処理基板を載置し、結晶化ガラス板と金属層とを有するセッターと、
   前記焼成炉の内部に配置される前記セッターの搬送機構と、
   前記金属層を電磁誘導加熱することにより前記セッターを加熱する電磁誘導コイルと、
   を備えた熱処理装置。
2. 請求項１に記載の熱処理装置であって、
   前記セッターは、前記結晶化ガラス板と前記金属層とが積層されている、
   熱処理装置。
3. 請求項２に記載の熱処理装置であって、
   前記セッターは、２枚の前記結晶化ガラス板の間に前記金属層を有する、
   熱処理装置。
4. 請求項２に記載の熱処理装置であって、
   前記セッターは、前記結晶化ガラス板の表面が前記金属層で被覆されている、
   熱処理装置。
5. 請求項１から３のいずれか一項に記載の熱処理装置であって、
   前記金属層は、ステンレスメッシュである、
   熱処理装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の熱処理装置であって、
   さらに、前記焼成炉の上部に加熱手段を備え、
   前記加熱手段および前記電磁誘導コイルにより被熱処理基板の昇温および均熱保持を行う、
   熱処理装置。

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