(57)【要約】【課題】紫外線照射によって部材から脱離する分子等を計測、評価できる分析装置を提供する。【解決手段】少なくとも試料１０２を配置可能な真空容器１０１と紫外線発生装置１０４と質量分析計１０７とを備え、真空容器１０１内に配置した試料１０２の表面に紫外線発生装置１０４から導いた紫外線を照射し、試料１０２が放出する少なくとも原子、分子、荷電粒子からなる被放出物を捕集して質量分析計１０７に導き分析する構成を備える。これにより、試料１０２の加熱だけでは放出されない試料１０２に付着、吸着した材質を紫外線照射によって試料１０２から脱離させて質量分析計１０７に導き計測、分析することができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも試料を配置可能な真空容器と紫外線発生装置と質量分析装置とを備え、
前記真空容器内に配置した前記試料の表面に前記紫外線発生装置から導いた紫外線を照射し、
前記紫外線の照射により前記試料が放出する少なくとも原子、分子、荷電粒子からなる被放出物を捕集して前記質量分析装置に導いて分析することを特徴とする分析装置。
【請求項２】
紫外線発生装置からの紫外線を単色化して真空容器内に配置した試料の表面に導いて照射することを特徴とする請求項１に記載の分析装置。
【請求項３】
真空容器内に配置した試料を加熱する手段を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の分析装置。
【請求項４】
紫外線発生装置から導いた紫外線を真空容器内に配置した試料の表面に照射後に前記試料を加熱し、加熱により前記試料が放出する少なくとも原子、分子、荷電粒子からなる被放出物を捕集して質量分析装置に導いて分析することを特徴とする請求項３に記載の分析装置。
【請求項５】
紫外線発生装置から導いた紫外線を真空容器内に配置した試料の表面に照射するときに、前記試料を加熱することを特徴とする請求項３に記載の分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマディスプレイパネルや蛍光灯、液晶パネルディスプレイや液晶ライトバルブなどの構成部材が、動作時もしくは製造時に紫外線に照射あるいは被爆されて、その紫外線の照射あるいは被爆によって構成部材から放出される分子等を分析、解析する分析装置に関している。
【０００２】
【従来の技術】
周知のようにプラズマディスプレイパネルは、２枚のガラス基板に縦横マトリックス状に電極を形成し、一方のガラス基板に形成した隔壁と電極マトリックス交点とで形成される放電セルにおいて、封入された希ガスの放電により得られる紫外線で蛍光体を励起発光させて情報の表示に利用している。そしてプラズマディスプレイパネルや、同じように希ガスの放電により得られる紫外線を利用する蛍光灯とともに、紫外線照射によって、管内の構成部材から管内に何か被放出物が放出されて、この被放出物が放電特性や寿命特性に影響しているとの説がある。
【０００３】
また一般に、各種材料に化学的あるいは物理的に吸着している分子を分析したり、あるいは、加熱により材料が分解されて放出する分子を分析する手法として、例えば、半導体用語大辞典（日刊工業新聞社，１９９９年発行）５１４頁に記載されているような昇温脱離ガス質量分析法（Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：以下ＴＤＳと略記する。）が知られている。この手法は、試料を真空中にて加熱し、試料から放出されるガスを四重極質量分析計で検出して解析し、試料が吸着、付着したり、あるいは含む物質に関する知見を供するものである。このＴＤＳにより、半導体を始めとした各種材料を分析する方法が提案されている（例：特開平７−４９６４６号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＴＤＳは、室温〜１０００℃程度の加熱によって試料から脱離する分子種およびその量を計測するための分析手法である。熱エネルギよりもより高いエネルギを試料に与えたときに、試料から脱離する分子についての情報をＴＤＳから得ることができない。
【０００５】
例えば、プラズマディスプレイパネルの場合を考えてみる。プラズマディスプレイパネルを構成する部材としては、低融点ガラス、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、蛍光体、リブ、ガラス基板、金属電極、透明電極などがある。プラズマディスプレイパネルは、パネル内に封入したキセノン（Ｘｅ）等の希ガスを放電させ、キセノン（Ｘｅ）原子の放電により発生する紫外線によって蛍光体を励起、発光させるものである。このように、プラズマディスプレイパネルを動作させているときには、パネル内部の部材は紫外線に曝露されているのであるが、実動作時にパネルを構成している部材がこの紫外線照射によってどのようなガス分子を放出しているか確かめようとして、ＴＤＳ装置を用いて分析しても、ＴＤＳの加熱によって与える熱エネルギに比べて紫外線の持つエネルギが非常に大きく、その差が余りにも大きいので、正確に知ることはほとんど不可能であった。管内に封入した希ガスによる放電で励起される紫外線により、動作中のプラズマディスプレイパネルの構成部材から実際に管内に放出される被放出物に関する知見は、プラズマディスプレイパネルの動作特性の改善や、性能、寿命の向上に必須の情報でありながら欠落しており、この情報の収集、蓄積はプラズマディスプレイパネル開発における課題であった。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、プラズマディスプレイパネルのような表示装置や、照明装置である蛍光灯などにおいて、その実動作時に紫外線に曝露される構成部材から、どのようなガス分子が放出されるのかを知るための分析装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達するため、本発明の分析装置は、少なくとも試料を配置可能な真空容器と紫外線発生装置と質量分析装置とを備え、真空容器内に配置した試料の表面に紫外線発生装置から導いた紫外線を照射し、紫外線の照射により試料が放出する少なくとも原子、分子、荷電粒子からなる被放出物を捕集して質量分析装置に導いて分析する構成を有している。この構成により、試料の加熱だけでは放出されない試料に付着、吸着した材質を紫外線照射によって試料から脱離させて分析装置に導き計測、分析することができる。
【０００８】
また、本発明の分析装置は、紫外線発生装置からの紫外線を単色化して真空容器内に配置した試料の表面に導いて照射する構成に加えて、真空容器内に配置した試料を加熱する手段を備える構成や、紫外線発生装置から導いた紫外線を真空容器内に配置した試料の表面に照射後に試料を加熱し加熱により試料が放出する少なくとも原子、分子、荷電粒子からなる被放出物を捕集して質量分析装置に導いて分析する構成や、紫外線発生装置から導いた紫外線を真空容器内に配置した試料の表面に照射するときに試料を加熱する構成を有している。これらの構成により、紫外線の照射により試料が放出する被放出物をより精度よく分析することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。
【００１０】
図１は、本発明の実施の形態における分析装置の概略構成図である。図１において、分析装置１００は、真空容器１０１内に試料１０２を配置し、例えば、ふっ化マグネシウム（ＭｇＦ）製の板からなる紫外線透過窓１０３を介して紫外線発生装置となる、例えば、水銀（Ｈｇ）ランプ等の紫外線発生装置１０４からの紫外線を試料１０２に照射するように構成されている。また、真空容器１０１は真空ポンプからなる排気系１０５によって、例えば１．３×１０−３Ｐａ以下の真空度となる高真空に保たれている。さらに、真空容器１０１において、排気系１０５が配設されていない壁部に、例えばステンレス製のサンプリングチューブ１０６を貫通させて溶接固定し、このサンプリングチューブ１０６は開閉弁を通して質量分析計１０７に接続されている。
【００１１】
この分析装置１００は、真空容器１０１がプラズマディスプレイパネルにおける放電セルに相当し、希ガス放電により発生する紫外線を紫外線発生装置１０４から得て、プラズマディスプレイパネル等の構成部材からなる試料１０２を照射して、試料１０２から放出される被放出物をサンプリングチューブ１０６で捕集し、質量分析計１０７で分析する構成になっている。
【００１２】
紫外線発生装置１０４から所定の強度の紫外線を励起、発光させ、真空容器１０１内に配置した試料１０２に照射して、試料１０２に付着、吸着あるいは含まれる分子状と考えられる材質を真空容器１０１内に放出するあるいは照射前よりもより低い加熱温度で放出し易い状態にする。この試料１０２から放出されるガス分子等の被放出物を試料１０２の表面近傍に配置したサンプリングチューブ１０６によって捕集し、質量分析計１０７に送り、質量分離して質量数毎にイオン量強度を計測する。このようにして、プラズマディスプレイパネル等の構成部材が紫外線照射により放出するあるいは放出し易くなった被放出物を分析することが可能になる。
【００１３】
図２に示したのは、プラズマディスプレイパネルに用いる蛍光体ペーストをサンプルガラス基板上にコートし、乾燥、焼成して試料１０２として準備し、紫外線発生装置１０４からの紫外線を照射して試料１０２に付着、吸着あるいは含まれる分子状と考えられる材質を放出させ、試料１０２の表面近傍に配置したサンプリングチューブ１０６によって捕集し、質量分析計１０７に送り、質量分離して質量数毎にイオン量強度を計測した結果であり、イオン量強度を質量数に対してプロットしている。図２においては、サンプルガラス基板上にコートし、乾燥した蛍光体ペーストを、焼成温度４５０℃、５００℃、５５０℃と変化させて焼成した３種類の試料１０２についての質量数に対するイオン強度変化も同時に示している。この図２に示した結果から、３種類の試料いずれも質量数（Ｍ／ｅ）４１のＣ３Ｈ５以降に質量数（Ｍ／ｅ）１４（ＣＨ２に相当）の周期で高次の炭化水素が検出されていることが認められる。また、焼成温度の低いものほど炭化水素の質量数の大きい領域での放出量が多いことを示している。これらのことから、紫外線照射により蛍光体ペーストは炭化水素を放出していると考えられ、この分析装置は紫外線照射で放出される分子状の被放出物を分析することが可能であることを示している。
【００１４】
次に、プラズマディスプレイパネルに使用される感光性誘電体シートを試料１０２として準備し、本発明の実施の形態における分析装置で分析した結果について説明する。感光性誘電体シートは、予めＵＶ光で露光後、焼成したものを使用した。この感光性誘電体シートで準備した試料１０２の分析では、例えば、電熱線または赤外線ランプなどの加熱手段１０８を用いて、試料１０２に紫外線照射すると同時に徐々に加熱する操作を加えた。紫外線発生装置１０４からの紫外線を照射と同時に、加熱手段１０８により加熱して感光性誘電体シートで準備した試料１０２に付着、吸着あるいは含まれる分子状と考えられる材質を放出させている。この後、試料１０２の表面近傍に配置したサンプリングチューブ１０６によって被放出物を捕集し、質量分析計１０７に送り、質量分離して質量数毎にイオン量強度を計測する手順は、蛍光体ペーストで準備した試料で分析したときと同様である。
【００１５】
図３は、蛍光体ペーストを分析した結果を示す図２のようにイオン量強度を質量数に対してプロットするのではなく、質量数を４１（質量数（Ｍ／ｅ）４１の炭化水素はＣ３Ｈ５）に固定して、加熱手段１０８で試料１０２を加熱したときの試料温度に対してイオン強度の変化をプロットして実線で示している。比較のために紫外線を照射しない場合の結果も併せて点線で示している。この結果から、感光性誘電体シートで準備した試料１０２は紫外線照射により１００℃付近の低温で放出量が増加し、２５０℃近傍で放出量のピークを示し、以後放出量が減少していることが確認できた。通常のＴＤＳに相当する紫外線を照射しない場合に比べイオン強度の分析値が高く、このことは、紫外線照射により試料からの放出量が増加したと考えるのが妥当である。この結果は、本発明の実施の形態における分析装置は紫外線照射により放出される被放出物を分析できることを示している。
【００１６】
なお、本発明の実施の形態においては、試料１０２を図４に示すような分析装置４００内に配置して分析することも可能である。この分析装置４００は、図１に示した分析装置１００において紫外線発生装置１０４と試料１０２の間に分光器４０１を配置し、単色の紫外線光が試料１０２の表面に照射できるようにしたものである。
【００１７】
図３に分析結果を示したものと同じ感光性誘電体シートを試料１０２として、分析装置４００内に配置して分析した例を説明する。ここに例を示した分析の手順は、分光器４０１の操作が加わるほかは上記で説明した分析の場合とほとんど同様であるので、同じ操作については説明を省略している。予めＵＶ光で露光後、焼成した感光性誘電体シートで準備した試料１０２を真空容器１０１内に配置して３００℃に加熱し、分光器４０１を使って試料１０２に照射する紫外線光強度を一定に保ち、紫外線の波長を４００ｎｍ〜１８０ｎｍまで連続的に変えながら、質量数をＣ３Ｈ５の４１に固定して、イオン強度の変化を計測した。計測したイオン強度の変化を紫外線の波長に対してプロットした結果を図５に示す。この図５に示した結果から、照射した紫外線の波長が３００ｎｍ以下になると、質量数（Ｍ／ｅ）４１のイオン強度が急激に増大することが確認できる。したがって、試料１０２は３００ｎｍ以下の波長の紫外線照射によって炭化水素系のガスが脱離されると考えるのが妥当である。したがって、この試料に照射する紫外線の波長を変化させると被放出物の放出を示すイオン強度が増大する結果から、紫外線照射により試料からの被放出物が分析されたことが示されており、本発明の実施の形態における分析装置は紫外線照射により放出される被放出物を分析できることを示している。
【００１８】
なお、図４に示した分析装置４００の分光器４０１の代わりに透過波長領域の異なる複数のバンドパスフィルターを順に交換して使用しても良い。
【００１９】
また、上記で説明した分析の例において、真空容器１０１外で試料１０２に物理吸着したガスを分析する前に放出しておいて、紫外線照射によるガス脱離のみを検出するためには、試料１０２は測定前に真空中で５０℃−１０００℃の範囲温度に一度加熱し、冷却後測定するようにすると良い。
【００２０】
紫外線発生装置１０４としては水銀（Ｈｇ）ランプのほかに、キセノンランプ、エキシマ（ＫｒＣｌ、Ｘｅ２、ＸｅＣｌなど）ランプ、エキシマレーザ、窒素レーザなど４００ｎｍ以下の波長の紫外線光を発生するものが使用できる。
【００２１】
試料１０２からの被放出物を質量分析計１０７にサンプリングする方法としては、サンプリングチューブ１０６を用いる方法のほかに、一般的に用いられている小さな穴を設けたオリフィスを使用しても良い。
【００２２】
また、本発明の実施の形態において、試料１０２としてプラズマディスプレイパネルを構成する部材を例に挙げて説明したが、これらの部材のほかにも、例えば蛍光灯、放電灯等の照明装置の構成部材や液晶ディスプレイに使用されるシール材、配向膜、平坦化膜などでも良く、固体であればほとんど全ての材料の分析、評価が可能である。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の分析装置は紫外線照射によって部材から脱離する分子等の被放出物を計測、評価できるので、プラズマディスプレイパネル等の各種装置の動作特性の改善や、性能、寿命の向上を図ることを可能にする新しい分析装置を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における分析装置の概略構成図
【図２】本発明の実施の形態における分析装置で分析した結果を示すグラフ
【図３】本発明の実施の形態における分析装置で分析した別の結果を示すグラフ
【図４】本発明の実施の形態における別の分析装置の概略構成図
【図５】本発明の実施の形態における分析装置で分析したほかの結果を示すグラフ
【符号の説明】
１００，４００　分析装置
１０１　真空容器
１０２　試料
１０３　紫外線透過窓
１０４　紫外線発生装置
１０５　排気系
１０６　サンプリングチューブ
１０７　質量分析計
１０８　加熱手段
４０１　分光器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004053314.tif 000007