JP2000340113A - 基板の位置合わせ組立装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２枚の基板を対向して形成される容器の位置
合わせ、及び組立を自動化するための装置を提供する 【解決手段】 １０は中心部に配置されている基板移送
ロボットで以下の装置部から基板を掴み、所定の場所に
移動するようにしている。１１は４〜１０個の単位でカ
セットに入れられたカソード基板を搬入する第１の基板
搬入部、１２は同じくカセット化されたアノード基板を
搬入する第２の基板搬入部、１３は搬入された基板のク
リーニングするクリーニング部、１４はアノード基板
と、カソード基板を重ねてクリップ等により仮止めする
仮位置合わせ部、１５は仮位置合わせされた一対の基板
の基準マークを顕微鏡等による微細な映像画面に基づい
て正確に上下の基板の位置決めを行う精密位置合わせ
部、１６は精密位置合わせ部１５で位置合わせが完了し
た一対の基板を固定して搬出する基板搬出部を示す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内部が真空に保持
される容器を形成する基板の位置合わせ、および組立装
置に関するものであり、特に電界放出素子によって種種
の画像を表示するような扁平な表示装置を平板状の２枚
の基板によって形成する際に、有用な基板の位置決合わ
せ、及び組立装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電界放出型表示装置（ＦＥＤ）等におい
ては、蛍光体が設けられているアノードが配設されるア
ノード基板と、カソードが配設されるカソード基板とか
ら、そのガラス容器が少なくとも構成されている。そし
て、カソード基板から放出された電子をアノード基板の
特定の位置に所定のタイミングで導くことにより、所定
の画像や文字等を表示するようにしている。このため、
アノード基板とカソード基板とを封着して容器を形成す
る際において、両基板の相対位置が精密に位置合わせさ
れた状態で封着される必要があるが、一般的に封着時に
両基板の相対的位置がずれやすいものであった。

【０００３】ここで、ガラスからなる容器を形成するた
めにアノード基板とカソード基板とを封着する従来の封
着方法の概略を図３に示す。この図において、１はカソ
ード基板から放出される電子を捕捉するアノードが配設
されると共に、蛍光体が塗布されたガラス製のアノード
基板、２は電子を放出するカソードや、カソードから放
出された電子のアノードへの到達を制御する制御電極等
が配設されたガラス製のカソード基板、４はシールガラ
ス、５はクリップである。

【０００４】ガラス容器を製造する際には、図３（ａ）
に示すように、カソード基板２の周縁端部の表面にシー
ルガラス４を塗布または載置することにより配設し、そ
の上からアノード基板１を重ね合わせる。このカソード
基板２及びアノード基板１には各々位置合わせ用の基準
マークが付されており、この基準マークを顕微鏡で観察
しながら、カソード基板２に対してアノード基板１を相
対的に移動させて、カソード基板２の基準マークとアノ
ード基板１の基準マークとを一致させることにより、カ
ソード基板２とアノード基板１との相対位置を位置決め
している。

【０００５】このようにして位置決めが完了した後、図
３（ｂ）に示すようにカソード基板２及びアノード基板
１の４隅を各々クリップ５で挟んで相対的位置がずれな
いよう固定する。その後、このカソード基板２及びアノ
ード基板１をクリップ５で挟んだまま封着炉に搬入し加
熱する。すると、融点の低いシールガラス４が溶融し、
アノード基板１とカソード基板２とが封着されるように
なる。その後、封着されたカソード基板２及びアノード
基板１を封着炉から搬出して冷却すると、シールガラス
４により接合溶着されたカソード基板２とアノード基板
１からなる表示装置を得ることができる。

【０００６】このような表示装置の一つとして電界放出
素子を使用した表示装置等があるが、特に電界放出素子
を使用した表示装置の場合は、アノード基板１と、カソ
ード基板２が数百μｍの間隙をおいて対峙するような構
成とされており、その表示ドット間隔も数μｍとなるよ
うにパターニングされているため、極めて高い位置決め
精度と組立を行うことが要求される。

【０００７】図４は電界放出素子を使用した表示装置の
模式図を示したものである。この図において、基板Ｓ上
にカソード電極層Ｋが形成されており、このカソード電
極層Ｋ上に、絶縁層Ｉ及びゲート電極層ＧＴが順次成膜
されている。そして絶縁層Ｉに形成されたホール内にエ
ミッタコーンＥが形成され、このエミッタコーンＥの先
端部分がゲート電極層ＧＴの開口部から臨んでいる。

【０００８】このＦＥＣにおいては、微細加工技術を用
いることによりエミッタコーンＥとゲート電極層ＧＴと
の距離をサブミクロンとすることができるため、エミッ
タコーンＥとゲート電極層ＧＴ間に僅か数十ボルトの電
圧を印加することにより、エミッタコーンＥから電子を
放出させることができる。

【０００９】したがって、図４に示すように上記のＦＥ
Ｃがアレイ状に多数個形成されている基板Ｓの上方に蛍
光体が塗布されているアノード基板Ａを配置して、電圧
Ｖａ、Ｖｇｋを印加すると、放出された電子によって蛍
光体を発光させることができる表示装置とすることがで
きる。

【００１０】上記した電界放出型表示装置（以下、ＦＥ
Ｄと記す）においてはカソード基板とアノード基板との
間隔が１ｍｍ以下とされており、サイド基板を用いてそ
の間隙を得る場合は、サイド基板の厚みを極端に薄くし
なければならないことから、サイド基板に替えて、一例
として微小な径を有するガラスビーズを使用して微少間
隙を有するアノード基板とカソード基板からなるガラス
容器を得るようにすることが提案されている。

【００１１】例えば、カソード基板とアノード基板との
間隔が約２００μｍのＦＥＤのガラス容器の封着方法を
図５及び図６を参照しながら説明する。この図におい
て、１はカソード基板２から放出される電子を捕捉する
アノードが配設されると共に、蛍光体が塗布されたガラ
ス製のアノード基板、２は電子を放出するカソードや、
カソードから放出された電子のアノードへの到達を制御
する制御電極等が配設されたガラス製のカソード基板、
４はシールガラス、５はクリップ、６は直径が約２００
μｍの微少なガラスビーズである。

【００１２】まず、封着に先立ちアノード基板１にアノ
ードを形成すると共に蛍光体を設け、一方カソード基板
２に集積回路作成技術により微細構造のカソードや制御
電極等を設ける。次いで、カソード基板２の周縁端部に
微少径のガラスビーズが混入されたシールガラス４を塗
布または載置することにより配設し、その上にアノード
基板１を対向させ図５（ｂ）に示す状態とする。そし
て、アノード基板１をカソード基板２に重ね合わせ、図
５（ｃ）に示す状態とし、このカソード基板２とアノー
ド基板１との相対位置を前記したように相互の基準マー
クが一致するよう顕微鏡で観察しながら位置決めする。
この場合、シールガラス４内には微少な径のガラスビー
ズ６が混入されており、図５（ｄ）の拡大図に示すよう
にアノード基板１とカソード基板２とはこのガラスビー
ズ６により微少な間隙を持って対向するようになる。

【００１３】次いで位置決めが終了したら、図６に図示
するようにカソード基板２及びアノード基板１の４隅を
各々クリップ５で挟んで相対的位置がずれないよう固定
する。このクリップで挟んだ状態のまま、カソード基板
２及びアノード基板１を封着炉に搬入し加熱する。する
と、前記したように、カソード基板２とアノード基板１
とは溶融したシールガラス４により溶着されて、蛍光体
の設けられたアノード及び電子を放出する微細構造のカ
ソードや制御電極等が封入されたＦＥＤのガラス容器３
０を封着することができるようになる。なお、シールガ
ラス４にガラスビーズ６を混入する代わりにシールガラ
ス４と別途にガラスビーズを設けたり、他の支柱を配置
してアノード基板とカソード基板の間隔を保持するよう
にしても良い。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この様
な従来の表示装置における容器の位置合わせ、及び組立
方法においては、まず、アノード基板を適当な数だけカ
セット化して人間の手で搬入し、検査機によって検査し
た後に仮止め作業部に搬入すると共に、カソード基板を
同じように適当数カセット化して検査し、仮止め作業部
に移送する。次のこの仮止め作業部において、アノード
基板と、カソード基板を１枚づつ人間の手によって重ね
合わせその重ね誤差が少なくと２mm以内となるようにし
て前記したようにクリップ止めしている。

【００１５】ところで、カソード基板側には真空容器を
形成する際に表面のガラス基板を強化するため複数本の
支柱が仮止めされていること、表示装置によって種種の
大きさの基板を取り扱う必要があること、また、仮止め
作業は多品種で少量の場合は人手によって行っているた
め、仮止め作業中にゴミが付着すること、突き合わせの
際に支柱を倒さないように基板を取り扱う必要があるこ
となどによって、熟練者でないと作業ができないという
問題があった。

【００１６】特にＦＥＤによる表示装置の場合は、アノ
ード基板、及びカソード基板上に設定されている標準の
マーク（例えば０．３ｍｍ）の位置が機械（顕微鏡の視
野角（１．６＊２．２ｍｍ）による自動位置合わせ機）
によって正確に捕捉できる程度の仮止めとすることが必
要であり、この仮止めによって一体化された一対の基板
は、人間の手によって精密位置合わせを行う作業現場に
搬送され、数μｍのオーダで相互の位置あわせが正確に
行われ、その後に封着治具をつけて封着作業現場に移送
されれるようにしている。

【００１７】このように、ガラス板等によって形成され
る表示装置においても、上記したようにＦＥＤを使用し
た表示デバイスの場合は、極めて高い精度で一対の基板
を位置合わせし、その状態を保った状態で封着が終了す
るまで固定することが必要であり、基板の搬送や、クリ
ップ止めに多くの人手を要するという問題が生じる。ま
た、このような組立作業を自動化する際も、単に通常の
工場が採用しているように基板の移送によって各種の組
立工程を行うようにすると、移送の途中で塵埃等の汚染
を受けたり位置決めが狂ってしまうという問題が生じ、
そのため製品の歩留まりも悪いものになる。

【００１８】特に、ＦＥＤの場合には、カソード基板２
とアノード基板１との間隔が極めて小さいため、電子源
であるカソードとアノード及び蛍光体との位置ずれの悪
影響が顕著に顕れるようになる。また、この位置ずれを
防止するために、有機系の接着剤で両基板を仮止めした
後、封着炉内で封着することが考えられるが、封着時に
この接着剤から分解ガスが生じ、ガラス容器内のアノー
ド部材やカソード部材を汚染し悪影響を与えるようにな
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記したような
問題点を解消するためになされたもので平板状の基板を
捕捉して予め設定されている領域の移送すると共に、当
該領域内で基板を所定の位置に裁置することができる基
板移送ロボットと平板状の第一基板と、第２の基板を搬
入する基板搬入部と前記第１及び第２の基板を必要に応
じてクリーニングするクリーニング部と、前記クリーニ
ング部でクリーニングされた第１及び第２の基板を重ね
て仮止めする仮位置合わせ部と前記仮止めされた第１及
び第２の基板に形成されている標準位置マークに基づい
て精密に相互の重ね部分を精密に再調整する精密位置合
わせ部と上記精密位置合わせ部で位置決めされた第１，
及び第２の基板を一体化して搬出する基板搬出部を備
え、上記搬入部、仮位置合わせ部、精密位置合わせ部、
基板搬出部が上記基板移送ロボットの周辺部を囲むよう
に配置したものである。

【００２０】上記のように、例えば産業用のロボットを
中心としてその周辺に基板の搬入や位置決め、クリーニ
ング等の各種の装置を配置しているので、基板の移動量
が比較的少なくてすみ、移動量を小さくすることによっ
て、塵埃からの汚染を最小限となるようにすると共に、
人手によることなくすべてを自動化して、かつ、位置決
め精度を十分に保つことができるようになる。

【００２１】基板の移動を行うロボットは直線上に限定
することによって仮止め部と精密位置決め部間を最短距
離で結び、移動位置の精度を高くすることができると共
に、その周辺部に各種の組立のための装置を配置してい
るので、省スペース化を達成することができクリーンル
ームを容易に作ることができる。

【００２２】

【発明の実施の態様】図１は本発明の装置の一例を斜視
図として示したものである。この図において、１０は中
心部に配置されている基板移送ロボットを示す、この基
板移送ロボット１０は直線上に移動できるように移送ベ
ッド１０ａの上を摺動するように取り付けられている。

【００２３】１１は４〜１０個の単位でカセットに入れ
られたカソード基板を搬入する第１の基板搬入部、１２
は同じくカセット化されたアノード基板を搬入する第２
の基板搬入部、１３は搬入された基板のクリーニングす
るクリーニング部、１４はアノード基板と、カソード基
板を重ねてクリップ等により仮止めする仮位置合わせ
部、１５は仮位置合わせされた一対の基板の基準マーク
を顕微鏡等による微細な映像画面に基づいて正確に上下
の基板の位置決めを行う精密位置合わせ部、１６は精密
位置合わせ部１５で位置合わせが完了した一対の基板を
固定して搬出する基板搬出部を示し、この基板搬出部１
６から搬出された基板は、内部を真空状態に封着する封
着工程作業所に移送手段Ｂ３によって搬出されるように
構成されている。

【００２４】基板移送ロボット１０の把持部は例えば移
送ベッド１０ａの上を直線的に移動するＸ方向と、この
移動方向と直交するＹ方向、及びＺ方向を示す垂直方向
に動き、Ｘ−Ｙ平面上を９０゜もしくは１８０゜回転す
る動き、及びＹ軸方向を回転中心として１８０゜回転で
きるようなマイクロモータを備え、その先端部に基板を
把握するためのピッカーが形成されいる。このピッカー
部分はガラス基板を吸着する真空吸着器等によって形成
されており、カセット化されている基板の取り出し、そ
の保持、及び所定の位置での載置等が、予め記憶されて
いる操作用のコンピュータからの制御データによって枚
葉処理方式で自由に行われるように構成されている。

【００２５】４〜１０枚単位でカセット化され、基板搬
入部１１に搬入されたカソード基板は、まず基板移送ロ
ボット１０によって吸着保持される。このときの保持位
置はＸ，Ｙ方向の両端部を基準とした基板の中心線に沿
った位置とする。そしてカソード基板は基板移送ロボッ
ト１０によって１枚ずつクリーニング部１３に移送さ
れ、ここで適当な超音波振動器によって高い振動を与え
ながら基板に付着している塵埃を叩きだし、真空除去装
置によって塵埃を取り除く、また、適当なガスを注入し
て不純物や水分を取り除く様にすることもできる。そし
てクリーニングされた基板を基板移送ロボット１０によ
って仮止め部１４の所定の位置に移送する。

【００２６】次に、第２の搬入部１２にカセット化され
て搬入されているアノード基板も、反転した状態で前記
カソード基板のＸ，Ｙ方向の両端部を基板の中心となる
位置で基板移送ロボット１０によって保持され、カセッ
トから取り出される。そして、必要があればクリーニン
グ部１３に移送され同様にクリーニングが行われるが、
通常アノード基板の場合は直接、仮止め部１４に移送し
てすでに載置されているカソード基板の上に反転して重
ねた状態にする。

【００２７】カソード基板及びアノード基板は、それぞ
れの基板の中心線を基準として基板移送ロボット１０に
より保持されるので、Ｙ方向の保持位置と同じ位置で保
持するようにしておけば、Ｘ−Ｙ平面上で９０゜回動し
た状態で仮止め部１４で位置合わせする際に、Ｘ軸方向
の同じ座標位置に基板を載置するだけで、仮位置合わせ
として必要な精度を得ることができる。

【００２８】このようにして、仮止め部１４では移送さ
れてきたカソード基板の上に反転されたアノード基板を
基板移送ロボット１０によって積み重ね、上下の基板の
所定の端面が揃うような位置で位置決めされると共に、
その後に先に述べたようなクリップをクリップ補充規制
部部１４ａ，１４ｂから繰り出して、上下に重なった基
板をこのクリップで固定する。そして、基板移送ロボッ
ト１０によってクリップ止めされた一対の基板を吸着し
た後、１８０゜アームの向きを変えて、固定された一対
の基板を次の精密位置合わせ部１５に移送する。

【００２９】精密位置合わせ部１５はクリップを外した
状態で、ＣＣＤセンサーによって基板の標準のマークを
検出し、上下の基板のマークが相互に完全に位置が合致
するように、上下の基板をそれぞれ平面上でＸ−Ｙ軸方
向に微少変位し、また、平面上で回転することによって
自動的に精密な位置決め調整がなされる。そして、この
調整によって完全に上下の基板の位置が決められると、
外していたクリップを再度取り付け、クリップをつけた
まま基板移送ロボット１０によって捕捉され、基板搬出
部１６に移送する。

【００３０】図２は上記したような装置の基板移送ロボ
ット１０の動作を矢印で示したもので、この実施例によ
ると、まず、基板搬入部１１から搬入された基板がに
示す位置で吸着され、に示すクリーニング部１３に移
送される。そしてクリーニングされた基板がロボットの
回転によってで示す仮止め部１４に移送され、すぐに
ロボットは第２の搬入部１２のでアノード基板を捕捉
する。

【００３１】このアノード基板もクリーニング部１３の
に移送されるか、または直接仮止め部１４のに移送
され、ここで２枚の基板の荒い位置合わせと仮止めがお
こなわれる。そして、仮止めされた一対の基板は基板移
送ロボット１０によって捕捉され移送ベッド１０ａを直
線的に移動して精密位置合わせ部１５のに移動する。
ここで、さらにＣＣＤセンサーによる位置決め装置によ
って精密な位置合わせが行われ、上下の基板の位置が完
全に所定の位置で対峙する状態になった後に、基板移送
ロボット１０によって基板搬出１６のに移送され、カ
セット状に積み重ねられる。基板搬出部１６では４〜１
０枚の位置決めされた基板がカセットに収納され、次の
封着工程に搬送される。

【００３２】クリーニングは超音波等によって振動を与
え、真空掃除機の原理によって付着している塵埃を除去
するか、または静電気によって浮き上がった不純物を吸
い取りこともできる。しかし、組立環境が極めて良好な
クリーンルーム内ではこのクリーニング部１３を省略す
ることもできる。

【００３３】精密位置合わせ部１５において精密位置決
めがなされた一対のガラス基板は、クリップ止めされた
状態で搬出されるようにしたが、本出願人が先に提案し
たように、位置決めが終了すると、そのままの状態にお
いて、両基板の一部を加熱し、加熱した部分に光学系か
ら光ファイバ１１を介して供給されているレーザ光を、
アノード基板の上から照射することにより固定するよう
にしてもよい。

【００３４】以上の説明においては、容器はガラス容器
としたが、容器を構成する少なくとも一方の基板のみが
ガラス製であればよく、他方の基板はガラスに替えて金
属または半導体で形成するようにしてもよい。

【００３５】基板移送ロボット１０の周辺部に配置され
る各種の機械は図１に限定されることなく、その位置を
ある程度変更することも可能である。例えば基板搬入部
を１箇所としたり、その位置を基板搬出部や、クリーニ
ング部と変更したりすることもできる。なお、容器の仮
止め部は２ケ所あるいは４ケ所としたが、これに限ら
ず、カソード基板とアノード基板とが位置ずれしない様
に、少なくとも２ヵ所以上、特に対角線上に２ヵ所以上
あれば、その仮止め部の数は適宜変更可能である。

【００３６】実施例では、アノード基板とカソード基板
等、２つの基板を有する表示装置（容器）として電界放
出型表示装置を例として説明したが、他の冷陰極を有す
る表示装置、直熱型の陰極を有する蛍光表示管等の表示
装置、プラズマディスプレイ、液晶表示装置など、対向
する２つの基板を有し、両基板を位置合わせする必要が
ある表示装置に適用することができる。

【００３７】

【発明の効果】本発明は以上説明したように基板の面付
け工程を完全に自動化しているため塵埃等によって影響
を受けやすい表示装置の品質を向上することができ、歩
留まりを向上することができる。また、基板移送ロボッ
ト１０を中心として必要な処理を行う部分がその周辺部
におかれているので、省スペース化が容易に達成でき、
クリーン装置を簡易化することができる。組立は枚葉方
式による並列処理となるようにしているので、拡張性が
高くタクトタイムの短縮が可能になり、種種の製品の基
板に対応することができる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の位置合わせ、及び組立装置の概要を示
す斜視図である。

【図２】基板の移動とその順序の一例を説明する説明図
である。

【図３】ガラス容器によって構成される表示装置の説明
図である。

【図４】電界放出素子を電子源とする表示装置の説明図
である。

【図５】電界放出型表示装置の容器の一例を示す断面図
と側壁の様子を示す側面図を示す。

【図６】ＦＥＤ型の表示装置を位置決めにクリップを使
用したときの側面図を示す。

【符号の説明】

１ アノード基板 ２ カソード基板 ３ サイド基板 ４ シールガラス １０ 基板移送ロボット １１ 基板搬入部 １２ 第２の基板搬入部 １３ クリーニング部 １４ 仮止め部 １５ 精密位置合わせ部 １６ 基板搬出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 蒔田 吉生 千葉県茂原市大芝629 双葉電子工業株式 会社内 (72)発明者 安田 秀行 千葉県茂原市大芝629 双葉電子工業株式 会社内 Ｆターム(参考） 5C012 AA05 BC03 BC04 5C036 EE14 EE15 EE19 EG12 EG24 EG28 EH10

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板状の基板を捕捉して予め設定されて
   いる領域に移送すると共に、当該領域内で基板を所定の
   位置に載置することができる基板移送ロボットと、 平板状の第１基板と、第２の基板を搬入する基板搬入部
   と、 前記第１及び第２の基板を重ねて仮止めする仮位置合わ
   せ部と、 前記仮止めされた第１及び第２の基板に形成されている
   位置マークに基づいて相互の重ね部分を精密に再調整す
   る精密位置合わせ部と、 上記精密位置合わせ部で位置決めされた第１，及び第２
   の基板を一体化して搬出する基板搬出部を備え、 上記基板移送ロボットは互いに直交する２直線上を移動
   すると共に、前記第１、及び第２の基板の少なくとも一
   方の基板を保持したまま反転させる少なくとも３軸のロ
   ボットによって構成されており、 上記基板搬入部、上記仮位置合わせ部、上記精密位置合
   わせ部、上記基板搬出部が上記基板移送ロボットを囲む
   ように配置されていることを特徴とする基板の位置合わ
   せ組立装置。
2. 【請求項２】 上記搬入された前記第１及び第２の基板
   をクリーニングするクリーニング部が上記基板移送ロボ
   ットの周辺部に配置されていることを特徴とする請求項
   １に記載の基板の位置合わせ組立装置。
3. 【請求項３】 上記仮止めは２枚の基板をクリップによ
   って固定することを特徴とする請求項１に記載の基板の
   位置合わせ組立装置。
4. 【請求項４】 上記仮位置合わせ部と上記精密位置合わ
   せ部は上記基板搬送ロボットが摺動する移送ベッドの直
   線上に配置されていることを特徴とする請求項２に記載
   の基板の位置合わせ組立装置。