JP2000292762A

JP2000292762A - 液晶セル内気泡のガス分析装置および該ガス分析装置を使用した液晶セル内気泡のガス分析方法

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Publication number: JP2000292762A
Application number: JP11104607A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Tanaka; 正治田中; Tatsuya Sato; 達哉佐藤; Akihiko Kanemoto; 明彦金本; Kazuhiko Umemura; 和彦梅村; Tomoaki Sugawara; 智明菅原; Toshiharu Murai; 俊晴村井
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-04-12
Filing date: 1999-04-12
Publication date: 2000-10-20
Anticipated expiration: 2019-04-12
Also published as: JP3683740B2

Abstract

(57)【要約】【課題】密閉セル、特に液晶セル内気泡のガス分析装
置、および該分析装置を使用したガス分析方法を改良す
ること。【解決手段】液晶セル１内に発生した気泡を含む液晶
セルの局部だけを密閉できる密閉空間２、該密閉空間２
内においてその密閉状態で前記の気泡を維持したまま破
壊できる破壊手段５、および該破壊された該気泡のガス
分析手段１１を少なくとも有するものであることを特徴
とする液晶セル内気泡のガス分析装置および該ガス分析
装置を使用した液晶セル内気泡のガス分析方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、密閉セル内に発生
した気泡のガス組成分析技術、特に透明プラスチックフ
ィルム基板を用いて液晶表示のセル内に発生した気泡の
ガス組成分析技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】密閉パッケージを用いて機能デバイスを
構成する例が最近多くなっており、固体材料や固体電解
質以外の液体、液晶、液体電解質が密閉パッケージに封
入されて機能を果たしていることが最近の傾向である。
液晶表示素子（ＬＣＤ）もその典型的な例の一つであ
る。ＬＣＤはその基板として、ガラス基板が一般的に用
いられているが、このＬＣＤのパッケージ（通常は液晶
セルと呼ばれ、偏光板等を貼付し製品に近い構成のもの
は通常は液晶パネルと呼称される）には、パネル内の液
晶層に何らかの原因で発生したガスは、微量であっても
気泡となって現れ、液晶表示の画素ピッチが微細である
ため、顕在化した表示不良となってしまう。プラスチッ
ク（ポリマー）フィルム基板を用いた液晶セル（パネ
ル）においては、特に厳しい環境下に放置されたパネル
は気泡発生がガラス基板を用いたものより顕著に現れ、
製品寿命を短くする主原因となっている。これらのＬＣ
Ｄの耐久性、高信頼性を確保するためには、気泡ガスの
成分同定を行い、気泡ガスの由来から原因究明する必要
があったが、パネル内に発生する気泡は目に見える程度
（直径２ｍｍ程度）であっても、液晶層の厚みが高々８
μｍ程度であるため、気泡を構成するガスの量自体がご
く微量であり、通常の分析方法（たとえば、ガスクロマ
トグラフィー法）では検出ができない。また、同一条件
で発生したパネル中の気泡を多数集積して検出に可能な
ガス量を捕集するというようなガスサンプリング方法も
難しい。実際、上記のセル、パネル中の気泡を分析する
手法は見当たらず、関連従来技術としては、以下に記載
の公報に示されるように、液中に溶存するガス濃度を測
定するため、溶液中ガスを直接、もしくは溶液中からガ
スを捕集し分析するような方法が散見されるに過ぎな
い。これらは密閉パッケージ中に充満された物質内に含
まれる発生ガスを分析するような目的には適用できな
い。特開平９−１５２０８号公報特開平６−２５８２６９号公報特開平５−１７２７０８号公報

【０００３】近似技術として、レーザーラマン分光法を
用いた液晶パネル中の気泡分析の例が（株）東レリサー
チセンターの技術紹介文献〔（株）東レリサーチセンタ
ー技術資料「液晶ディスプレイ関連材料の分析評価」１
０ページ：「レーザーラマン分光法による液晶パネル中
の気泡分析」（１９９７年１１月発行）〕に示されてい
るが、以下の問題点があった。（１）単一セル（パネル）での気泡の分析はできな
い。複数のサンプルセル気泡をある程度捕集するサンプ
リング方法に依らねばならない。（２）セル内のかなり大きな気泡を対象とせねばなら
ない。極微量の気泡には適用できない。目安としてパネ
ル内直径１０ｍｍ以上の大きさの気泡に限られる。（３）通常の分析環境下では水分の検出はできず、ガ
ス状態のものに限定される。（４）ガス濃度の検出限界は高々数％であり、極微量
成分の気体は分析できない。

【０００４】本発明者らは、従来の液晶セル内気泡のガ
ス分析手段について鋭意研究し、特に、気泡の発生が顕
在化しやすく対策も困難なプラスチックフィルム基板を
用いた液晶セルを対象とし、開発を重ねた。その結果、
レーザーラマン分光法では、以下の難点を克服できない
ことが判明した。前記分析は非破壊分析によっては実施
することができない。仮にできたとしてもプラスチック
フィルム基板内もしくはその表面に吸蔵、内蔵された水
分との識別ができず、ケイ光など外乱ノイズの影響が大
きく、プラスチックフィルム基板を用いたセルの測定結
果に信頼性がない。また、破壊分析が可能であった場
合、多数のサンプルから気泡をキャピラリー等で捕集す
るので、サンプリング時に外部から対象としないガスの
侵入、汚染が起こりうるため、真の気泡構成ガスの分析
ができない。図４により、従来の密閉セル内の破壊分析
を試行した液晶セル内気泡のガス分析装置および分析方
法の例を説明する。図４で示すガス分析装置は、サンプ
ル破壊機構２２を具備したサンプル室（真空容器）２１
と、ガス分析計２８を具備した分析室２６で構成されて
いる。サンプル室（真空容器）２１と分析室２６は仕切
り弁２５を有する配管で繋がっている。サンプル室（真
空容器）２１と分析室２６はそれぞれ高真空排気装置２
４、２７を具備している。サンプル室（真空容器）２１
内に置かれた試料台２３には気泡が発生した液晶セル、
もしくは液晶パネルが置かれている。サンプル室（真空
容器）２１内を高真空排気装置２４で真空排気し、例え
ば２．０×１０^−６Ｔｏｒｒまでバックグラウンドを低
減した状態にしておく。高真空排気装置としては例えば
２４０リットル／ｓｅｃの排気速度を持つターボ分子ポ
ンプを主排気ポンプとした排気系を用いる。その後、試
料を破壊治具２２によって破壊し、真空中に放出された
ガスを一旦サンプル室（真空容器）２１に保持してバル
ブ２５を開けて、分析室２６に被測定ガスを導入する。
分析室２６は高真空排気装置２７によって予め１０^−７
Ｔｏｒｒ以下の高真空まで排気されており、ガス分析計
２８が設置されている。ガス分析計は質量分析計を用い
た。図５は、図４の試料台２３に置かれる気泡が認めら
れるセルを模式化した図である。基板２９内にスペーサ
ー３０によってギャップが保持されて液晶３１が封入さ
れている。３２は何らかの原因で液晶層の中に顕在化し
た気泡である。

【０００５】図４に示される装置を用いて、実測したデ
ータの例を図６に示す。主な質量スペクトルのピーク強
度のみを抽出しているものである。この従来例によれ
ば、ｍ／ｚを１から１００まで掃引する間に被対象ガス
の時間変化が落ち着いてしまい、その上、気泡のガス成
分に加えて液晶中に溶存していたガス成分が真空中に放
出されていたことが確認された。液晶中には、液晶の真
空脱泡後にも水分が多く残留していることが別の実験結
果から分かっていたからである。

【０００６】前記従来技術の問題点の概略は、以下の通
りである。（１）密閉セルの形態をもったセル中のガス成分を非
破壊のまま、分光的方法で検出することは、検出感度が
不足し、実用的な方法ではなかった。（２）密閉セルの形態をもった被測定サンプルを真空
中で破壊し、ガス分析法で分析する方法は、検出感度は
実用的であるが、真空中で破壊されることで、密閉セル
中の気泡等気体の分析と、セル中の充満物質に内包され
る（溶存）ガスが同時に出てきて、気泡成分だけを単独
に抽出、分析することができない。（３）密閉セル中に発生した微量ガスを低いバックグ
ランドで検出することは、サンプリングするガスの制御
が難しく不要なノイズが多く入ってしまう。（４）密閉セルの形態をもった被測定サンプルを真空
中で破壊し、ガス分析法で分析する方法は、セル中の気
泡が微量であること、サンプル破壊時のガス状態変化が
非常に急峻に変化することにより、従来技術ではセル中
の気泡成分の分析ができなかった。（５）液晶セルを構成する基板がガラスであるため、
供試サンプルの扱いが容易であり、耐熱性、アウトガス
制御性が良いため、気泡のガス成分分析にあっては従来
技術の援用が容易であった。しかし、プラスチックフィ
ルム基板で構成された液晶セルは、サンプルの扱い、ガ
スサンプリング手法、アウトガスの制御が極端に困難
で、有効な手段、装置が皆無であった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は上記従
来技術の問題点を解消し、できるだけ被測定ガスが放出
される領域を限定すること、低いバックグランドのも
と、被測定ガスが存在する領域の圧力や温度を制御し
て、被測定ガスとその他のガスを分離することを主目的
に液晶セル内気泡のガス分析装置、および該分析装置を
使用したガス分析方法を改良することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、液晶セル内に
発生した気泡を含む液晶セルの局部だけを密閉する密閉
空間、および該密閉空間内において前記の気泡を破壊し
て該気泡のガス組成の分析を行うガス分析手段を少なく
とも有するものであることを特徴とする液晶セル内気泡
のガス分析装置、および該ガス分析装置を使用した液晶
セル内気泡のガス分析方法および該分析装置を使用した
ガス分析方法を提供することにより、前記課題を解決す
ることができた。

【０００９】本発明の分析装置、および分析方法を図１
を用いて具体的に説明する。図１において気泡が発生し
た液晶セルもしくはパネルは、オーリング１９によって
気泡が発生した局部は空間２によって密閉されている。
２０はセル、パネルを保持するクランプである。密閉空
間２にはセル、パネルの気泡を密閉空間内で密閉状態を
維持したまま破壊できる破壊治具５が付設され、細い針
状の先端で気泡部分が破壊される仕組みになっている。
密閉空間２には、ガス配管およびガスを供給するガス導
入系３、セル、パネルで仕切られた２つの密閉空間２を
真空排気するための真空排気装置４および真空バルブ１
７、１８が接続されており、通常はセル、パネルで仕切
られた空間が等圧になるようにしている。１５は密閉空
間２の圧力Ｐ１を測る真空計であり、数十Ｔｏｒｒから
１０^−７Ｔｏｒｒ付近までをはかる広帯域真空計を用い
る。密閉空間２に付設されたＡはセル、パネル部、及び
その付近を室温から８０℃までの間の温度に加熱可能な
加熱ヒーターと制御器（図示せず）である。密閉容器２
と測定空間９はバルブ７で仕切られているが、バルブ７
の手前には細いスパイラル配管Ｃがある。この配管Ｃは
冷却装置Ｂによって０℃から室温付近まで制御可能であ
る。

【００１０】測定空間９とバルブ７の間には、減圧ガス
輸送系６があり、真空計１５によって密閉空間２の圧力
値Ｐ１に応じて、コンダクタンス可変バルブ１４により
減圧ガス輸送系６の排気速度を任意に制御できる。８は
減圧ガス輸送系の真空排気装置であり、例えば、２４０
リットル／ｓｅｃの排気速度を持つターボ分子ポンプを
主排気ポンプとしたものである。測定空間９は高真空排
気装置１０によって１０^−８Ｔｏｒｒ以下の圧力まで真
空排気可能である。この排気装置もやはりターボ分子ポ
ンプを主排気ポンプとするもので、５２０リットル／ｓ
ｅｃ程度の排気速度を持つ。この測定空間９の圧力Ｐ２
は電離真空計１６で計測される。測定空間９には細孔
（オリフィス）を持つ部分１３が付設され、この細孔の
近傍にはガス分析計１１があり、細孔を通じて流入した
輸送（キャリア）ガスおよび被測定ガスを効率よく取り
込むことができる。ガス分析計はたとえば、四重極型質
量分析計（Ｂａｌｚｅｒｓ社製Ｐｒｉｓｍａ）が用い
られる。質量分析計は複数の質量スペクトルを高速に同
時計測するデータ収集・処理装置１２を具備している。

【００１１】気泡が発生したセル、パネルは図１のよう
にセットされ、密閉空間は１０^−６Ｔｏｒｒ以下の圧力
まで真空排気される。セル、パネルが変形しないように
これに仕切らた２つの密閉空間は等圧にする。その後、
ガス導入系３から輸送ガス（以後キャリアガスと呼ぶ）
としてヘリウムガスを大気圧まで導入したところで破壊
治具５を用いてセル、パネル中の気泡を破壊する。破壊
された気泡を構成するガスは、配管Ｃ及び減圧ガス輸送
系を経由して測定空間に導入される。この時密閉空間２
が大気圧であるから、減圧ガス輸送系６の圧力はおおよ
そ１０^−３から１０^−２Ｔｏｒｒ台になり、細孔１３の
直径はおよそ０．２ｍｍくらいあれば十分である。上記
の方法で液晶セル、パネル中の気泡のガス分析をした実
施例を示す。

【００１２】図２は密閉空間２で気泡を破壊する場合の
圧力を大気圧（雰囲気はキャリアガスとしてヘリウムガ
スを使用）にした場合の、測定空間における気泡ガス分
析の実施結果である。着目する数種の質量をほぼ同時に
約６０秒にわってモニターした。これによれば、最初の
十数秒間に破壊された気泡からこれを構成するガスが検
出され、主に空気成分（窒素、酸素）であることが判明
した。これよりやや遅延して、液晶中に溶存していた水
分等のガス成分が検出されている。

【００１３】図３は、同一条件で作製した液晶セルに発
生した気泡をさまざまな温度環境下で破壊し、温度によ
る着目ガスの挙動をキャリアガス（ヘリウム）の強度を
基準として比較したものである。対象とする質量スペク
トルの強度Ｉとヘリウムの質量スペクル強度Ｉｃの比
（Ｉ／Ｉｃ）を温度に対してみたものである。これによ
って、気泡成分と液晶中に溶存するガス成分との物理化
学的分離が可能である。気泡成分が優勢なサンプルと逆
に液晶中の溶存ガスが優勢なサンプルとがごく簡単に選
別できる。

【００１４】以下、本発明の実施態様を示す。１．密閉セル内に発生した気泡を含む密閉セルの局部だ
けを密閉できる密閉空間、該密閉空間内においてその密
閉状態を維持したまま気泡を破壊できる破壊手段、およ
び該破壊された該気泡のガス分析手段を少なくとも有す
るものであることを特徴とする密閉セル内気泡のガス分
析装置。２．密閉空間のガス導入系および真空排気系を有し、該
密閉空間内の圧力を真空から大気圧の範囲で変化させる
ことが可能なものである前記1のガス分析装置。３．密閉空間に減圧ガス輸送系を介してガス分析計を具
備した測定空間が連結された前記１〜２のガス分析装
置。４．密閉空間内の圧力変化に応じて減圧ガス輸送系の排
気速度が自動的に調節可能なものである前記３のガス分
析装置。５．減圧ガス輸送系の輸送ガスが不活性である前記３〜
４のガス分析装置。６．測定空間に連結されたガス分析計が質量分析計であ
って、かつ測定空間と減圧ガス輸送系との間には細孔が
設けられ、前記質量分析計が前記細孔に近接して配置さ
れた前記３〜５のガス分析装置。７．測定空間に連結されたガス分析計が質量分析計であ
って、該ガス分析計は輸送ガスを含む少なくとも４点の
質量スペクトルを同時計測および輸送ガスの質量スペク
トル強度を基準として被測定ガスの質量スペクトルの変
化を比較処理することが可能な前記６のガス分析装置。

【００１５】８．密閉セルが液晶である前記１〜７のガ
ス分析装置。９．前記１〜７のいずれかに記載のガス分析装置を用い
て密閉セル内のガス分析を行う方法であって、密閉セル
内に発生した気泡を含む該セルの局部だけを前記ガス分
析装置の密閉空間内に密閉し、該密閉空間内において前
記の気泡を破壊しながら、該気泡のガス分析を行うこと
を特徴とする密閉セル内気泡のガス分析方法。１０．密閉空間内を０℃から８０℃までの温度範囲内で
変化させる前記９のガス分析方法。

【００１６】

【効果】１．請求項１と８密閉セル中に発生した気泡、アウトガスが多いセル（プ
ラスチックフィルム基板で作製された液晶セル）の気泡
ガスが微量であっても、バックグウランドが著しく低減
できるため、正確な気泡ガス分析を行うことができる。２．請求項２密閉セル中に発生した気泡ガスと密閉セル中に充填され
た物質に内在するガス成分との分離が容易である。３．請求項３気泡ガスが微量であっても、バックグランドが著しく低
減できるため、正確な気泡ガス分析を行うことができ、
かつ対象とする気泡ガス成分、物質に内在するガス成分
が他の非測定ガスの混入を受けることなく正確に分析可
能である。４．請求項４対象とする気泡ガス成分、物質に内在するガス成分が他
の非測定ガスの混入を受けることなく正確に分析可能で
ある。５．請求項５破壊するサンプルの雰囲気圧力を設定できるので、セル
内物質に内在するガス（溶存ガス）の特性に応じて、気
泡成分ガスとの分離が可能である。６．請求項６セル、パネル破壊における雰囲気圧力が任意に設定で
き、ガス分析計に直接に被測定ガスが導入できるので、
微量な気泡ガス量でも分析が可能である。分光学的な分
析方法が数％程度の分析能力であることに対して、ＰＰ
Ｍオーダーまでの分析精度を実現できる。

【００１７】７．請求項７気泡のガス分析においては、気泡のガス量が微量である
ため測定中の変化が速く通常の方法では分析不可能であ
るものでも、対象とする気泡ガス成分、セル内充満物質
に内在するガス成分、バックグラウンドガス成分、輸送
ガス（キャリアガス）の少なくとも４つの質量スペクト
ルを同時計測することによって、セル、パネル内のガス
成分の変化を忠実に反映した分析が実施できる。８．請求項９破壊するサンプルの雰囲気圧力を設定できるので、セル
内物質に内在するガス（溶存ガス）の特性に応じて、気
泡成分ガスとの分離が可能である。さらに、気泡の発生
原因を特定する分析目的においては、密閉セル内の気泡
発生の程度と、セル内充満物質に内在するガス成分の定
量的な関係が容易に把握できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガス分析装置の１構成例を説明した図
である。

【図２】密閉空間２で気泡を破壊する場合の圧力を大気
圧にした場合の測定空間における気泡ガス分析の具体例
を示す図である。

【図３】同一条件で作製した液晶セルに発生した気泡を
種々の温度環境下で破壊し、温度による着目ガスの挙動
をキャリアガス（ヘリウム）の強度を基準として比較し
たものを示す図である。

【図４】従来の液晶セル内気泡のガス分析装置の１構成
例を説明した図である。

【図５】図４の試料台２３に置かれる気泡が認められる
セルを模式化した図である。

【図６】図４の装置を用いて実測したデータの１例を示
す図である（主な質量スペクトルのピーク強度のみを抽
出した図）。

【符号の説明】

１気泡が発生した液晶セルもしくはパネル２気泡を含む局部が密閉されている空間３ガスを供給するガス配管およびガス導入系４セル、パネルで仕切られた２つの密閉空間を真空排
気するための真空排気装置５セル、パネルの気泡を密閉空間内で密閉状態を維持
したまま破壊する破壊治具６減圧ガス輸送系７バルブ８減圧ガス輸送系の真空排気装置９測定空間１０高真空排気装置１１ガス分析計１２データ収集・処理装置１３細孔１４コンダクタンス可変バルブ１５密閉空間２の圧力Ｐ１を測る真空計１６電離真空計１７真空バルブ１８真空バルブ１９オーリング２０セル、パネルを保持するクランプ２１サンプル室（真空容器）２２破壊治具２３試料台２４高真空排気装置２５バルブ２６分析室２７高真空排気装置２８ガス分析計（質量分析器）２９基板３０スペーサー３１液晶３２液晶層の中に顕在化した気泡Ａセル、パネル部、及びその付近を室温から８０℃ま
での間の温度に加熱可能な加熱ヒーターＢ冷却装置Ｃスパイラル配管Ｐ１密閉空間２の圧力Ｐ_２測定空間９の圧力

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者金本明彦東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者梅村和彦東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者菅原智明東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者村井俊晴東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内Ｆターム(参考） 2H088 FA11 FA29 FA30 MA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶セル内に発生した気泡を含む液晶セ
ルの局部だけを密閉できる密閉空間、該密閉空間内にお
いてその密閉状態を維持したまま気泡を破壊できる破壊
手段、および該破壊された該気泡のガス分析手段を少な
くとも有するものであることを特徴とする液晶セル内気
泡のガス分析装置。
【請求項２】密閉空間のガス導入系および真空排気系
を有し、該密閉空間内の圧力を真空から大気圧の範囲で
変化させることが可能なものである請求項1記載のガス
分析装置。
【請求項３】密閉空間に減圧ガス輸送系を介してガス
分析計を具備した測定空間が連結された請求項１〜２の
いずれかに記載のガス分析装置。
【請求項４】密閉空間内の圧力変化に応じて減圧ガス
輸送系の排気速度が自動的に調節可能なものである請求
項３記載のガス分析装置。
【請求項５】減圧ガス輸送系の輸送ガスが不活性であ
る請求項３〜４のいずれかに記載のガス分析装置。
【請求項６】測定空間に連結されたガス分析計が質量
分析計であって、かつ測定空間と減圧ガス輸送系との間
には細孔が設けられ、前記質量分析計が前記細孔に近接
して配置された請求項３〜５のいずれかに記載のガス分
析装置。
【請求項７】測定空間に連結されたガス分析計が質量
分析計であって、該ガス分析計は輸送ガスを含む少なく
とも４点の質量スペクトルを同時計測および輸送ガスの
質量スペクトル強度を基準として被測定ガスの質量スペ
クトルの変化を比較処理することが可能な請求項６記載
のガス分析装置。
【請求項８】請求項１〜７のいずれかに記載のガス分
析装置を用いて液晶セル内のガス分析を行う方法であっ
て、液晶セル内に発生した気泡を含む該セルの局部だけ
を前記ガス分析装置の密閉空間内に密閉し、該密閉空間
内において前記の気泡を破壊しながら、該気泡のガス分
析を行うことを特徴とする液晶セル内気泡のガス分析方
法。
【請求項９】密閉空間内を０℃から８０℃までの温度
範囲内で変化させる請求項８記載のガス分析方法。