JP3897209B2

JP3897209B2 - 排気管用ガラス

Info

Publication number: JP3897209B2
Application number: JP19378498A
Authority: JP
Inventors: 裕幸香曽我部; 幸市橋本
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 1998-06-23
Filing date: 1998-06-23
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2018-06-23
Also published as: JP2000007373A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は排気管用ガラスに関し、特にプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）や電界放射ディスプレイ（ＦＥＤ）等の放電を利用したフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の製造時に、パネル内部の真空排気やガス置換を行うための排気管用ガラスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大型平面テレビや壁掛けテレビとして、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、ＰＤＰ、ＦＥＤなどのＦＰＤの開発が急速に進められている。このうちＰＤＰとＦＥＤは、内部の電極間に電界を加えたときの放電を利用した表示装置である。
【０００３】
ＰＤＰは、パネル内部に閉じ込めた低圧の希ガス中で放電するによって、希ガスから紫外線を発生させて所定の蛍光体を励起し、可視光に変換して文字や絵を表示するというものである。従って、ＰＤＰの製造の最終段階（前面パネルと背面パネルのシール後）において、パネル内部に所定の成分と圧力に制御された希ガスを密封する工程が必須となる。この工程は、予めＰＤＰの背面パネルの非表示部分にφ数ｍｍの孔を開けておき、この孔にφ３〜１０ｍｍ、長さ５０〜１５０ｍｍ程度の管ガラス、いわゆる排気管をフリットを介して４００〜５００℃程度でシールする。次いで、パネル全体を数百度に加熱しながらこの排気管を通じてパネル内部を一旦高真空に排気し、続いて必要な成分に調整された希ガスを必要な圧力分だけ排気管を通して注入する。その後、排気管ガラスを加熱軟化させて封止し、熔断することによって希ガスを密封するというものである。
【０００４】
ＦＥＤは、パネル内部が高真空に保たれており、この高真空中で電界を加えて発生させた電子線で蛍光体を励起し、可視光線を発光させる方式の表示装置である。ＦＥＤにおいても、製造の最終工程で排気管を通じて高真空に排気した後、密封し熔断するという工程が存在する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＰＤＰやＦＥＤの排気管として現在使われているガラスには、従来から蛍光ランプのステム、排気管として広く使われている鉛系ガラス（鉛含有率がＰｂＯ換算で１５〜３０％）が転用されている。また極く少量ではあるが、ソーダ系ガラスが使われている例もある。
【０００６】
しかし、鉛系ガラスは、鉛の毒性が人体や環境上問題視されており好ましくない。さらに、この鉛系ガラスの熱膨張係数は約９４×１０^-7／℃であり、ＰＤＰやＦＥＤのパネルガラスとして多く使われているソーダライム系の板ガラス（熱膨張係数：８０〜９０×１０^-7／℃）や、専用に開発された高歪点ガラス（熱膨張係数：８０〜８５×１０^-7／℃）との膨張差が大きい。このため、封止時の熱衝撃により、シール部分でパネルガラスやフリット、または排気管ガラスにクラックが生じて不良となることがある。ＰＤＰやＦＥＤの真空排気工程やガス置換工程はパネル製造の最終工程となるので、ここでの歩留りの低下はトータルコストを大きく上げてしまう。また、封止時にクラックの発生がなくとも、パネルガラスと排気管ガラスの膨張差に起因する応力が過度に残留するため、非常に不安定な状態となり、使用する間にクラックが発生して機能を失う等、信頼性に大きな問題を抱えている。
【０００７】
一方、ソーダ系ガラスの排気管は鉛を含有せず、また熱膨張係数が約８４×１０^-7／℃であるために上記したような問題は生じない。しかし、ソーダ系ガラスの欠点は、ガラスの粘度が鉛系ガラスのそれよりも遥かに高いことにある。つまり、ソーダ系ガラスからなる排気管を用いると、ガラスの粘度が高いために、封止時の加熱温度をかなり高温にする必要がある。それゆえエネルギー消費量が増え、しかも封止に時間がかかるために効率が悪く、大量生産に適さない。またＰＤＰやＦＥＤの薄型化のためには、できる限りパネルの根元に近いところで排気管を封止して熔断することが必要であるが、封止温度が高くなると封止部分近傍のフリットやパネル本体に過度の温度上昇を招き易くなり、ＰＤＰやＦＥＤの性能に悪影響を与えてしまう。またフリットが再溶融して隙間が生じ、気密性が保てなくなる（リークする）こともある。それゆえ排気管を根元付近で熔断することが困難であり、ＰＤＰやＦＥＤの更なる薄型化の障害となるおそれがある。
【０００８】
本発明の目的は、環境上問題がないだけでなく、信頼性が高く、しかもより薄型のＰＤＰやＦＥＤを効率よく、また歩留まり良く作製することが可能な排気管用ガラスを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の排気管用ガラスは、酸化物換算の重量百分率で、ＳｉＯ ₂ ５０〜７０％、Ａｌ ₂ Ｏ ₃ １〜２０％、Ｂ ₂ Ｏ ₃ ５〜２０％、ＲＯ０〜１０％（ＲはＣａ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎから選ばれる１種以上）、Ｌｉ ₂ Ｏ２〜９％、Ｎａ ₂ Ｏ３〜１０％、Ｋ ₂ Ｏ０〜１０％、Ｌｉ ₂ Ｏ＋Ｎａ ₂ Ｏ＋Ｋ ₂ Ｏ１２〜２０％、ＺｒＯ ₂ ０〜５％の組成を含有し、３０〜３８０℃における線熱膨張係数が７５〜９０×１０^-7／℃、軟化点が６７０℃以下、かつ作業温度が９７０℃以下であることを特徴とする。
【００１１】
【発明実施の形態】
本発明において、ガラスの線熱膨張係数、軟化点及び作業温度を上記のように限定した理由を以下に述べる。
【００１２】
線熱膨張係数が上記範囲から外れると、ＰＤＰやＦＥＤのパネルガラスとの膨張差が大きくなり、封止、熔断時にパネルガラスやフリット、または排気管ガラスにクラックが生じて不良となり易い。また長期の使用中にクラックが発生して機能を失う等、信頼性が低下する。なお線熱膨張係数の好適な範囲は８０〜８７×１０^-7／℃である。
【００１３】
また軟化点及び作業温度の限定は、以下の理由による。つまり排気管の封止、熔断は、ガラスの軟化点と作業温度に挟まれた温度域、いわゆる作業温度域で行われる。ところが軟化点が６７０℃を超えたり、作業温度が９７０℃を超えるガラスでは、排気管の封止、熔断のための温度を高くする必要があり、加熱に長時間を要し効率が悪い。さらにパネル本体に過度の温度上昇を招き、表示のセルを劣化させる。またフリットが再溶融して排気管がずれたり、最悪の場合は気密性が保てなくなる。なお軟化点の好適な範囲は４００〜６５０℃、作業温度の好適な範囲は６００〜９６０℃である。
【００１４】
上記特性を有するガラスとしては、種々のガラスが使用できるが、環境上の点から実質的にＰｂＯを含有しない組成を選択する必要がある。またＰｂＯ以外にも、Ａｓ₂ Ｏ₃ 等の有害成分を実質的に含まないことが望ましい。
【００１５】
上記ガラスの具体例として、酸化物換算の重量百分率で、ＳｉＯ₂ ５０〜７０％、Ａｌ₂Ｏ₃ １〜２０％、Ｂ₂Ｏ₃ ５〜２０％、ＲＯ０〜１０％（ＲはＣａ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎから選ばれる１種以上）、Ｌｉ₂Ｏ２〜９％、Ｎａ₂Ｏ３〜１０％、Ｋ₂Ｏ０〜１０％、Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ１２〜２０％、ＺｒＯ₂ ０〜５％の組成を含有するガラスを使用する。組成範囲をこのように限定した理由を以下に述べる。
【００１６】
ＳｉＯ₂ はガラスのマトリックスを作る必須の成分であるが、７０％を超えると粘度が高くなり、ＰＤＰやＦＥＤ製造時の加熱熔断における低温化が難しくなる。またガラスの溶融が難しくなり、ブツ、脈理、気泡の多いガラスとなる。逆に５０％未満では熱膨張係数が大きくなり過ぎて、パネルガラスとの膨張係数の整合性がとれなくなる。また耐候性が著しく悪化し、電子機器としての信頼性を保てなくなる。
【００１７】
Ａｌ₂ Ｏ₃ はガラスの耐候性を向上させる効果が大きく、また、ガラスの失透を抑えるのに有効であるが、１％以下ではその効果は小さく、２０％を超えるとガラスの粘度が急激に高くなる。
【００１８】
Ｂ₂ Ｏ₃ はガラスの粘度を小さくし、さらに耐候性を向上させる成分であるが、２０％より多いと逆に耐候性が後退するとともに、溶融時の蒸発が多くなって均質性の高いガラスが得難くなる。５％未満ではその効果が殆どない。
【００１９】
ＲＯ（ＲはＣａ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎから選ばれる１種以上）は、ガラスの溶解を促進すると共に、ガラスの耐久性を上げる作用がある。また、粘度を下げる効果も大きいので適量含有させることができる。しかし１０％を超えるとガラスの失透性が増大し、均質性の高いガラスが得難くなる。また温度に対する粘度の変化が急激になり、熱間でのガラス管の精密な成形が困難になる。
【００２０】
アルカリ金属酸化物であるＬｉ₂ Ｏ、Ｎａ₂ Ｏ、Ｋ₂ Ｏは、ＳｉＯ₂ −Ａｌ₂ Ｏ₃ −Ｂ₂ Ｏ₃ 系ガラスにおいて、線熱膨張係数を７５〜９０×１０^-7／℃に設定し、なおかつ、軟化点が６７０℃以下、及び作業温度が９７０℃以下という低粘度に調整するために必須の成分である。また融剤としての作用も大きい。しかしその合量が１２％より少ないと上記効果を得ることが困難になる。一方、これら成分の合量が２０％を超えると線熱膨張係数が大きくなりすぎ、またガラスからアルカリ成分が溶出しやすくなって電子機器用ガラスとしての十分な耐候性が得られなくなる。
【００２１】
Ｌｉ₂ Ｏは粘度を下げる効果が特に著しく、所望の熱膨張係数に保ったまま、鉛系ガラスと同等の低粘度を達成するために必要な成分であるが、２％未満ではその効果がなく、９％を超えるとガラスの失透性が急激に悪化し、安定したガラスができなくなる。Ｎａ₂ Ｏが３％より少ないと所望の熱膨張係数と低粘度化の達成ができなくなり、１０％を超えると熱膨張係数高くなりすぎるとともに、耐候性が大きく後退する。Ｋ₂ Ｏが１０％を超えると熱膨張係数が高くなりすぎ、またガラスの失透性が悪化する。
【００２２】
ＺｒＯ₂ はガラスの耐候性を高める効果があるので添加することが好ましいが、５％を超えるとガラスの失透性が増大し、安定したガラスの溶融ができなくなる。
【００２３】
その他に、清澄剤としてＳｂ₂ Ｏ₃ 、Ｆ、Ｃｌ等を１％まで、特性の微調整や耐候性を改善効果があるＴｉＯ₂ 等の成分を３％程度まで加えることができる。
【００２４】
次に、本発明の排気管用ガラスを使用して、排気管を製造する方法を説明する。
【００２５】
まず、所望の特性を有するガラスとなるようにバッチを調製し、溶融する。
【００２６】
続いて溶融ガラスをダウンドロー法やダンナー法等を用いて管状に成形し、所定の長さに切断する。さらに必要に応じてガラス管端にフレア加工を施すことにより、排気管を得ることができる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【００２８】
表１及び表２は本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜８）、表３は比較例（試料Ｎｏ．９〜１１）を示している。なお比較例として用いる試料Ｎｏ．９及び１０は、従来より排気管として使用されている鉛系ガラス及びソーダ系ガラスである。また試料Ｎｏ．１１は、蛍光灯のステム、排気管用として近年開発された無鉛のガラスである。
【００２９】
【表１】

【００３０】
【表２】

【００３１】
【表３】

【００３２】
各試料は次のようにして調製した。
【００３３】
まず目的のガラス組成になるように定められた量の原料粉末を秤量して混合し、白金製の坩堝に入れ、電気炉中で１５００℃で溶解した。原料が十分に溶解した後、攪拌羽をガラス融液に挿入し約２時間攪拌した。次に、攪拌羽を取り出し３０分間静置した後、治具に融液を流し込むことによってガラスブロックを得た。その後、各ガラスのガラス転移点付近までガラスブロックを再加熱し、徐冷して歪み取りを行った。そして、得られたガラスブロックから線熱膨張係数、軟化点及び作業温度の測定に必要なガラス試料を作製した。
【００３４】
各測定は以下のようにして行った。線熱膨張係数は、外径３．５ｍｍ×長さ５０ｍｍの円柱状の試料を作製し、ディラトメータで３０〜３８０℃間の平均線熱膨張係数を測定した。ガラスの軟化点は、ＡＳＴＭ−Ｃ３３８に準拠するファイバエロンゲーション法によって測定した。作業温度はストークスの法則に基づく白金球引き上げ法によって、ガラスの粘度が１０⁴ ポイズとなる温度を求めた。
【００３５】
その結果、本発明の実施例であるＮｏ．１〜８の各試料は、線熱膨張係数が７８．２〜８６．０×１０^-7／℃であり、ＰＤＰやＦＥＤのパネルガラスとして用いられているソーダライムガラスや専用に開発された高歪点ガラスのそれとよく整合していた。また軟化点が６５８℃以下、作業温度が９６１℃以下であり、作業温度域において、この用途に広く使われている鉛系ガラス（試料Ｎｏ．９）と同等の低温軟化性を有していることが分かった。
【００３６】
比較例である鉛系ガラスからなるＮｏ．９の試料は、低温軟化性だが線熱膨張係数が９４．２×１０^-7／℃と大きいので、パネルガラスのそれと整合していない。ソーダ系ガラスからなるＮｏ．１０の試料は、線熱膨張係数が８４．３×１０^-7／℃とパネルガラスにマッチしているが、軟化点及び作業温度が鉛系ガラスのそれより各々１００℃程度高かった。Ｎｏ．１１の試料は、軟化点が６６８℃、作業温度が９８５℃とソーダ系ガラスより低いものの、線熱膨張係数が鉛系ガラスと同等であった。
【００３７】
次に、上記と同様にしてガラスを溶融した後、管状に成形し、切断して、外径６ｍｍ、肉厚１ｍｍ、長さ８０ｍｍの試料を作製した。続いて得られた管状試料を排気管として用い、熔断による不良発生数及び熔断に要する時間を評価した。
【００３８】
不良発生数及び熔断に要する時間は次のようにして評価した。まず、ソーダライムガラスからなる背面パネルに直径約３ｍｍの排気孔を形成し、この孔に排気管を排気管用フリットを用いて４２０℃でシールした。次にこの背面パネルと、ソーダライムガラスからなる前面パネルをパネル用フリットを用いて４００℃でシールした。続いて、排気管を真空系に接続して排気しながら、ガスバーナーで加熱し、封止、熔断した。このときバーナーの加熱は、背面パネルから３０ｍｍ離れた位置と、１０ｍｍ離れた位置の２通りで行った。試料数は各１０個とし、不良数をカウントするとともに、良好に封止できた試料については熔断に要した平均時間を測定した。
【００３９】
その結果、本発明の実施例である試料Ｎｏ．１〜８の排気管を用いて作製したパネルでは不良が発生せず、また熔断に要する平均時間は９秒以下であった。
【００４０】
一方、鉛系ガラスからなる試料Ｎｏ．９の排気管を用いたパネルでは、熔断は９秒以下で完了したが、不良発生数は加熱位置が３０ｍｍのときが４個、１０ｍｍのときが７個であった。不良の内容は、排気管用フリット部分や、パネルガラスと排気管用フリットの界面でクラックが発生するというものであり、排気管ガラスとパネルガラスの熱膨張係数の不整合に起因するものと考えられる。
【００４１】
ソーダ系ガラスからなる試料Ｎｏ．１０の排気管を用いたパネルでは、熔断に要した時間は約１８秒であり、実施例の各試料の２倍程度の時間を要した。また加熱位置が３０ｍｍのときは不良発生数が０個であったものの、１０ｍｍのときは１０個（全数）であった。不良の内容は、フリットが再溶融したために加熱途中で排気管がずれたり、気密が破られるというものであり、高温で封止、熔断する必要があることが原因であると考えられる。
【００４２】
また試料Ｎｏ．１１の排気管を用いたパネルでは、熔断に要した時間は１３〜１４秒であり、実施例の各試料の１．５倍程度の時間を要した。不良発生数は加熱位置が３０ｍｍのときは５個、１０ｍｍのときは８個であった。不良の内容を見てみると、加熱位置が３０ｍｍのときは、試料Ｎｏ．９と同様にクラックが発生するというものであり、１０ｍｍのときはクラック発生が６個、排気管のずれによるものが２個であった。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の排気管用ガラスで作製した排気管を用いれば、信頼性が高く、しかもより薄型のＰＤＰやＦＥＤを効率よく、また歩留まり良く作製することできる。しかもＰｂＯを含有する必要がないため、環境上の問題がない。

Claims

酸化物換算の重量百分率で、ＳｉＯ ₂ ５０〜７０％、Ａｌ ₂ Ｏ ₃ １〜２０％、Ｂ ₂ Ｏ ₃ ５〜２０％、ＲＯ０〜１０％（ＲはＣａ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎから選ばれる１種以上）、Ｌｉ ₂ Ｏ２〜９％、Ｎａ ₂ Ｏ３〜１０％、Ｋ ₂ Ｏ０〜１０％、Ｌｉ ₂ Ｏ＋Ｎａ ₂ Ｏ＋Ｋ ₂ Ｏ１２〜２０％、ＺｒＯ ₂ ０〜５％の組成を含有し、３０〜３８０℃における線熱膨張係数が７５〜９０×１０^-7／℃、軟化点が６７０℃以下、かつ作業温度が９７０℃以下であることを特徴とする排気管用ガラス。
ＰｂＯを実質的に含まないことを特徴とする請求項１に記載の排気管用ガラス。
プラズマディスプレイパネル又は電界放射ディスプレイ用であることを特徴とする請求項１または２に記載の排気管用ガラス。