JP2004310023A - 液晶表示素子用基板貼り合せ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】各ステージ間の撓み具合を最大限減らせるようにした液晶表示素子製造工程用基板貼り合せ装置を提供する。
【解決手段】外観をなすベースフレーム100と、ベースフレームに装着され、相互に結合される上部チャンバーユニット210及び下部チャンバーユニット220と、各チャンバーユニットの内側空間にそれぞれ備えられ、一対の基板を固定する上部ステージ230及び下部ステージ240と、少なくとも一方のチャンバーユニットとステージとの間に備えられた多数の第1弾性部材300とを有する。
【選択図】図3A

Description

本発明は液晶表示素子の製造装置に関し、特に液晶滴下方式を適用して一対の基板間の貼り合せ工程を行う液晶表示素子製造工程用基板貼り合せ装置に関する。
情報化社会の発展に伴い、表示装置に対する要求も多様な形態で増加しており、これに応じて、最近はLCD(Liquid Crystal Display)、PDP(Plasma Display Panel)、ELD(Electro Luminescent Display)、VFD(Vacuum Fluorescent Display)など様々な平板表示装置が研究され、その一部は既に表示装置として活用されている。
そのうち、現在は、優秀な画質、軽薄型、低消費電力などの長所のため、移動型画像表示装置の用途としてCRT(Cathode Ray Tube)に代わってLCDが最も多く使われており、ノートパソコンのモニターのような移動型の用途の他にも、放送信号を受信してディスプレイするTV及びコンピュータのモニターなどに多用途に開発されている。
このように、液晶表示素子は様々な分野で画面表示装置としての役割を果たすため多様な技術的発展が進められてきているにも拘わらず、画面表示装置として画像の品質を高めるような作業においては上記の長所と背馳している面が多かった。
従って、液晶表示素子が一般的な画面表示装置として多用途に使用されるためには、軽薄型、低消費電力という特徴を維持しながらも、高精細、高輝度、大面積など、高品位の画像をどれだけ実現できるかが重要な問題とされている。
上記のような液晶表示素子の製造方法としては、大きく分けて、液晶注入口が形成されるように一方の基板上にシール剤を塗布して、真空中で一対の基板を接合した後、形成された注入口を介して液晶を注入する液晶注入方式と、特開2000−284295号及び特開2001−005405号公報で提案されたように、液晶注入口を設けないようにシール剤を閉じたパターンで形成した一つの基板を用意し、この基板上のシール剤で囲まれた領域に液晶を滴下した後、他の基板を前記一つの基板上に配置し、真空中で上下の基板を近接させて接合する液晶滴下方式とがある。
前記した各種方式のうち、液晶滴下方式は液晶注入方式に比べていくつかの工程(例えば、液晶注入口の形成、液晶の注入、液晶注入口の密封などのための各々の工程)を省略して行うことができることから、それらの工程に伴う装備が必要ではなくなるという長所を有する。このため、最近は液晶滴下方式を用いた各種製造装置の研究が行われている。
図1及び図2は、かかる従来の液晶滴下方式を適用した基板間の貼り合わせ装置を示す。
即ち、従来の基板貼り合わせ装置は、外形をなすフレーム10と、ステージ部21、22と、シール剤排出部(図示せず)及び液晶滴下部30と、チャンバー部31、32と、チャンバー移動手段と、そして、ステージ移動手段とから構成されている。
この際、前記ステージ部は上部ステージ21と下部ステージ22とからなり、シール剤排出部及び液晶滴下部30は、前記フレーム10において貼り合わせ工程が行われる位置である前記フレーム側部に装着される。前記チャンバー部は、互いに合体可能な上部チャンバーユニット31と下部チャンバーユニット32とでそれぞれ構成される。
これと共に、前記チャンバー移動手段は、前記貼り合わせ工程が行われる位置S2、或いはシール剤の排出及び液晶の滴下が行われる位置S1に下部チャンバーユニット32を選択的に移動させるように駆動する駆動モータ40で構成される。そして、前記ステージ移動手段は、前記上部ステージ21を選択的に上部或いは下部に移動させるように駆動する駆動モータ50で構成されている。
以下、上記の従来の基板組立装置を用いた液晶表示素子の製造過程を、その工程順序に従ってより具体的に説明する。
まず、上部ステージ21には第1基板51が搬入された状態で取付固定され、下部ステージ22には第2基板52が搬入された状態で取付固定される。
この状態で前記下部ステージ22を有する下部チャンバーユニット32は、チャンバー移動手段40によって、図1に示すようにシール剤の塗布、及び液晶滴下のための位置S1に移動する。
そして、この状態でシール剤の排出部、及び液晶滴下部30による第2基板へのシール剤の塗布、及び液晶滴下が完了すると、再び前記チャンバー移動手段40によって、図2に示すように、基板間の貼り合わせのための位置S2に移動する。
その後、チャンバー移動手段40によって各チャンバーユニット31、32が組み合わされて、各ステージ21、22の位置した空間が密閉され、他の真空手段によって前記空間が真空の状態になる。
そして、上記の真空状態でステージ移動手段50によって上部ステージ21が下方に移動しながら、前記上部ステージ21に固定された第2基板51を下部ステージ22に固定された第1基板52に密着させると共に、継続的な加圧による各基板間の貼り合わせを行うことで、液晶表示素子の製造が完了する。
特開2000−284295号公報 特開2001−005405号公報
しかしながら、かかる従来の液晶滴下方式の液晶表示装置の製造方法においては次のような問題点がある。
第一に、従来の基板貼り合わせ装置は、薄膜トランジスターが形成された基板、及びカラーフィルター層が形成された基板に別途の密封剤塗布や液晶滴下工程を行い、そして、上記の基板間の貼り合せ工程が同一の一つの装備で行われるように構成されるので、全体的な基板貼り合わせ用機器のサイズがかなり大きくならざるを得ない。
そして、各基板間を貼り合わせるための空間が不必要に大きいので、前記空間を真空化するのに多くの時間が必要とされる。
また、機器の外部と内部空間との気圧差、及び各ステージ部の重さによって前記各ステージ部が撓む現象が発生するが、既存の基板貼り合せ装置には前記各ステージ部の撓みを防止するための構成が存在せず、各基板間の精密な貼り合せ工程が行われにくい。
そこで、本発明の目的は、各ステージ間の撓み具合を最大限減らせるようにした液晶表示素子製造工程用基板貼り合せ装置を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明の実施形態による液晶表示用基板貼り合せ装置は、外観をなすベースフレームと、前記ベースフレームに装着され、相互に結合される上部チャンバーユニット及び下部チャンバーユニットと、前記各チャンバーユニットの内側空間にそれぞれ備えられ、一対の基板を固定する上部ステージ及び下部ステージと、少なくとも一方のチャンバーユニットと、ステージとの間に備えられた多数の第1弾性部材とを有することを特徴とする。
前記第1弾性部材は、各チャンバーユニットの撓み方向に圧縮されると共に、撓み方向とは反対方向に復元する圧縮スプリング、皿状スプリング、プレートスプリングのうち、少なくとも何れか一つからなる。
即ち、本発明は各ステージが加圧され発生しえる前記ステージの変形を最大限補償することで、各基板間の貼り合せ工程が円滑に行われえるようにしたものである。
本発明による液晶表示素子用基板貼り合せ装置による構成は次の効果が得られる。
第一に、本発明の基板貼り合せ装置は、液晶の滴下やシール剤の塗布が行われず、単純に各基板のみ貼り合わせる装置で構成されるので、全般的な装置の大きさを縮小できる。これにより、さらに効果的なレイアウトの設計が可能であり、設置空間が節約される。
第二に、本発明の基板貼り合せ装置は、真空化する空間を最小化して、真空化のための所要時間を最大限短縮できる。
したがって、液晶表示素子製造工程上の製造時間を短縮することができる。
第三に、機器の外部と内部空間との気圧差、及び各ステージ部の重さによって前記各チャンバーユニットが撓む現象が発生しても、各ステージと各チャンバーユニットとの間に備えられた多数の弾性部材によって前記各ステージ部を構成する吸着プレートの撓みを最小化できる。したがって、各基板間の精密な貼り合せ工程が可能となる。
以下、本発明の好ましい実施形態を添付の図3A乃至図8に基づいてより詳細に説明する。
まず、図3A乃至図8は本発明の液晶表示素子製造工程用基板貼り合せ装置を示す。これらから分かるように、本発明の基板貼り合せ装置は、大別してベースフレーム100と、上部チャンバーユニット210及び下部チャンバーユニット220と、上部ステージ230及び下部ステージ240と、多数の弾性部材と、そして、密封手段とを含めて構成される。
ここで、前記ベースフレーム100は地面に固定され、前記貼り合せ装置の外観を形成すると共に他の各構成を支持する。
そして、前記上部チャンバーユニット210及び下部チャンバーユニット220は、前記ベースフレーム100の上端及び下端にそれぞれ装着され、相互結合されるように動作する。
前記上部チャンバーユニット210は、外部環境に露出される上部ベース211と、前記上部ベース211の底面に密着して固定され、その内部は任意の空間を有する四角フレームの形状からなる上部チャンバープレート212とを含めて構成される。
この際、前記上部チャンバープレート212に形成される任意空間の内部には上部ステージ230が固定される。
また、前記上部チャンバーユニット210を構成する上部ベース211と、上部チャンバープレート212との間には第1シール部材213が備えられ、前記上部チャンバープレート212の内側空間と外側空間の間が遮断される。
これと共に、前記下部チャンバーユニット220は、ベースフレーム100に固定された下部ベース221と、前記下部ベース221の上面に前後及び左右方向への移動が可能なように装着され、その内部は任意の空間を有する四角フレームの形状からなる下部チャンバープレート222とを含めて構成される。
この際、前記下部チャンバープレート222に形成される任意空間の内部には下部ステージ240が備えられ、前記下部ステージ240は前記下部ベース221の上面に固定される。
勿論、前記下部チャンバーユニット220側には、図示したようにベースフレーム100と下部ベース221との間に、相互間の安定的な固定のための支持プレート223がさらに備えられることもある。
また、前記下部チャンバーユニット220を構成する下部ベース221と、下部チャンバープレート222との間には、下部チャンバープレート222の内側の下部ステージ240が備えられる空間と、その他の外側空間を遮断する第2シール部材224が備えられる。
これと共に、前記下部ベース221と下部チャンバープレート222の間には少なくとも一つ以上のサポート部225が備えられ、前記下部チャンバープレート222が前記下部ベース221から所定の間隔離隔した状態を維持できるように支持する。
この際、前記サポート部225は、その一端が前記下部チャンバープレート222の底面に固定され、その他端は下部ベース221の底部に水平方向への自在な移動が可能なように装着される。
そして、前記各ステージ230,240は、前記各チャンバーユニットの内側空間にそれぞれ備えられ、一対の基板を固定する役割を果たし、図3Bに示すように各基板が固定される吸着プレート231,241と、各チャンバーユニット210,220に固定される固定プレート232,242とを含めて構成される。
この際、前記各吸着プレート231、241は、静電力によって各基板を固定する多数の片、好ましくは8片の静電チャック(ESC)231a,241aを含めて構成される。
勿論、前記各吸着プレート231,241は、各基板を真空吸着できるように構成するか、或いは前記静電力による吸着、及び真空力による吸着を同時に行うように構成することもある。
これと共に、前記各吸着プレート231,241の材質はSUS、又はアルミニウム合金などで形成され、その厚さは少なくとも40mm以上となるように形成して、撓みが最大限防止されるようにする。
そして、前記各弾性部材300は、前記各チャンバーユニット210,220と、前記各ステージ230,240との間に備えられ、前記各チャンバーユニット210,220の撓み方向に向けて圧縮されるように構成され、前記各チャンバーユニット210,220の撓みが発生しても、各ステージ230,240の各吸着プレート231,241の撓む程度を最大限減らせる役割を果たす。特に、前記各弾性部材300は、各吸着プレート231,241と、各固定プレート232,242との間に両端がそれぞれ固定されるように備えられることがより好ましい。
即ち、各基板110,120が固定される各ステージ230,240の吸着プレート231,241に対する撓み現象を最大限防止させることで、各基板110,120間の貼り合せ工程時に前記各基板110,120間の密着が円滑に行われるようにする。
勿論、図4Aに示すように、各ステージ230,240を構成する各固定プレート232,242と、前記各チャンバーユニット210,220の各チャンバープレート212,222との間に前記各弾性部材300を備えるか、図4Bに示すように前記各固定プレート232,242と、各吸着プレート231,241との間に多数の弾性部材300を備えると同時に、前記各固定プレート232,242と、各チャンバーユニット210,220の各チャンバープレート212,222との間に前記各弾性部材300をさらに備えて構成することもある。
このような各弾性部材300は、前記各チャンバーユニット210,220の撓み方向とは逆方向に復元力を提供する圧縮スプリング、皿状スプリング、プレートスプリングのうち少なくとも何れか一つで構成されるが、本発明の実施形態ではさらに広い部位の復元力を提供するために前記各弾性部材300を前記皿状スプリングで構成する。
一方、前記各弾性部材300は、その装着部位によってそれぞれ異なる復元力を有するようにすることで、各基板間が全部分にわたって平行となるようにすることもある。即ち、外部圧力、或いはその他の要因によって撓む各ステージ230,240は、中央部に行くほどその撓み具合がさらに大きくなるので、前記各ステージ230,240の中央部に位置する各弾性部材は、前記各ステージ230,240の外郭部に位置する他の弾性部材に比べてより高い復元力を有するように構成する。
勿論、前記各ステージ230,240の中央部位にのみ弾性部材300を備え、前記各ステージ230,240の外郭側には弾性部材ではない一般的なブロックを備えて形成することもある。特に、前記各弾性部材300は、吸着プレート231,241に装着された各片の静電チャック231a,241aに対応して装着されるようにすることがより好ましい。
そして、前記密封手段は、下部チャンバーユニット220の下部チャンバープレート222の上面に沿って任意の高さで突出するように装着されたゴム材質のオーリング250で形成され、各チャンバーユニット210,220の内部空間と、前記各チャンバーユニット210,220の外部空間の間を遮断する役割を果たす。
この際、前記オーリング250は、各チャンバーユニット210,220間が結合される場合、その内部空間の各ステージ230,240に固定された一対の基板110,120が互いに密着しない程度の厚さを有するように形成される。勿論、上部チャンバーユニットの重さによって前記オーリング250が圧縮される場合には、前記一対の基板110,120が互いに接触可能な程度の厚さを有するように形成されることは当然である。
以下、上述したように構成される本発明の基板貼り合せ装置を用いた基板間の貼り合せ過程をさらに具体的に説明する。
まず、図3Aのような最初の状態で、図5に示すようにローダ部910によってシール剤が塗布された第1基板110が前記各チャンバーユニット210,220の間の空間の内部に搬入される。そして、そのように搬入された第1基板110は、前記空間内に固定された上部ステージ230の底面に取り付けられる。
これと共に、前記ローダ部910は、前記各チャンバーユニット210,220間の空間の外部に搬出された後、液晶が滴下した第2基板120を各チャンバーユニット210,220間の空間の内部に搬入する。この状態で、前記第2基板120は、前記空間内に固定された下部ステージ240の上面に取り付けられる。これは図6に示す通りである。
上述したような一連の過程によって各基板110,120のローディングが完了すると、図7Aに示すように上部チャンバーユニット210が下方に移動する。この際、前記上部チャンバー210ユニットの下方移動はチャンバー移動手段によって行われ、前記チャンバー移動手段は前記上部チャンバーユニット210を上方、或いは下方に移動させる役割を果たす。
図示によれば、前記チャンバー移動手段は、下部チャンバーユニット220の底部のベースフレーム100の内部に備えられ、上部チャンバーユニット210との結合によって前記上部チャンバーユニット210を上下移動させるように構成されているが、前記チャンバー移動手段を上部チャンバーユニット210に備え、前記上部チャンバーユニット210が上下移動するように構成することもある。
そして、上記のように上部チャンバーユニット210が下方に移動する過程で、前記上部チャンバー210の底面が下部チャンバーユニット220の上面に沿って装着されたオーリング250と接触し、前記上部チャンバーユニット210及び下部チャンバーユニット220の内部空間は、前記各チャンバーユニット210,220の外部空間から密閉された状態をなす。
勿論、上記の状態では各基板110,120間の接触が行われず、互いに所定の間隔を有して離れている。これは、各基板110,120間の位置整列が行われると共に、真空状態で基板110,120が貼り合せられてこそ、後の給気工程時に前記基板110,120が気圧差によって完全に貼り合せられえるからである。
そして、上記の状態で未図示の真空手段によって各基板110、120が備えられた空間、つまり、各チャンバーユニット210、220の内部の各ステージ230、240が備えられた空間が真空状態になる。この際、前記各ステージ230、240を形成する各吸着プレート231、241自体の重さと、前記真空状態の空間と非真空状態の外部空間との気圧差によって、各チャンバーユニット210、220の中央部がその内側に向けて撓む現象が発生する。
特に、前記各チャンバーユニット210、220の各チャンバープレート212、222に密着固定された各ステージ230、240の各固定プレート232、242も次第に撓む現象が発生する。
しかしながら、この場合、前記各固定プレート232,242と、前記各ステージ230、240の各吸着プレート231、241との間に装着された弾性部材300が前記各固定プレート232、242の撓み方向に対して逆方向に向けて復元力を提供するため、各吸着プレート231、241の撓みが最小化される。この状態は図7Bに示す通りである。
したがって、各基板110、120が取り付けられた各吸着プレート231,241の間は互いに平行な状態で維持されると共に、前記各基板110、120も互いに平行な状態を維持する。
即ち、各チャンバーユニット210、220の中央部はその内側空間に向けて撓むようになっても、前記空間の内部に位置し、各基板110,120が取り付けられた各ステージ230,240の吸着プレート231,241の撓みは最小化した状態を維持することができる。
そして、前記各基板110、120が備えられた空間が完全に真空化すると、前記各ステージ230,240に固定された各基板110,120間の位置整列が行われる。
その後、図8に示すように、Nガスが前記各チャンバーユニット210,220の内部空間に注入され、前記空間の真空状態が解除される。この際、上部ステージ230に取り付けられていた第1基板110は、前記上部ステージ230から外れると同時に、前記上部ステージ230から吐き出されるNガスの圧力によって第2基板120に密着し、継続的に給気が進行されて前記各基板110,120間の圧力と、その外部圧力の間の圧力差によって前記各基板110,120は完全に貼り合せられる。
即ち、各基板110,120の間が真空状態であることを考慮すれば、前記各基板110、120の間、及び外部との気圧差によって前記各基板110、120はさらに密着し、完全な貼り合せが行われるのである。
その後、上記のように貼り合せられた基板110,120が搬出されることで、基板110,120間の貼り合せ工程が完了する。
そして、上記のように貼り合せられた基板110,120が搬出されつつ、また他の基板間の貼り合せ工程が繰り返して行われる。
従来の液晶表示素子の製造装備のうち基板貼り合せ装置を概略的に示す構成図。 従来の液晶表示素子の製造装備のうち基板貼り合せ装置を概略的に示す構成図。 本発明による液晶表示素子製造工程用基板貼り合せ装置の最初の状態を示す構成図。 各ステージの構造をさらに具体的に示す要部拡大図。 本発明による液晶表示素子製造工程用基板貼り合せ装置のステージが撓むことを防止するための構造の他の実施例。 本発明による液晶表示素子製造工程用基板貼り合せ装置のステージが撓むことを防止するための構造の他の実施例。 本発明による液晶表示素子液晶表示素子製造工程用基板貼り合せ装置の動作過程のうち、各基板の搬入過程を示す構成図。 本発明による液晶表示素子製造工程用基板貼り合せ装置の動作過程のうち、各基板が搬入され、各ステージに固定された状態を示す構成図。 本発明による液晶表示素子製造工程用基板貼り合せ装置の動作過程のうち、各チャンバーユニットの内部空間を真空化する状態を示す構成図。 本発明による液晶表示素子製造工程用基板貼り合せ装置の動作過程のうち、各チャンバーユニットの内部空間を真空化する状態を示す構成図。 本発明による液晶表示素子製造工程用基板貼り合せ装置の動作過程のうち、各チャンバーユニットの内部空間に給気する状態を示す構成図。
符号の説明
100:ベースフレーム
110、120:第1、第2基板
210、220:上部チャンバーユニット、下部チャンバーユニット
230、240:上部ステージ、下部ステージ
211、221:上部ベース、下部ベース
212、222:上部チャンバープレート、下部チャンバープレート
213、224:第1シール部材、第2シール部材
223:支持プレート
225:サポート部
231、241:吸着プレート
231a,241a: 静電チャック
232、242:固定プレート
250:オーリング
300:弾性部材
910:ローダ部

Claims (18)

  1. 外観をなすベースフレームと、
    前記ベースフレームに装着され、相互に結合される上部チャンバーユニット及び下部チャンバーユニットと、
    前記各チャンバーユニットの内側空間にそれぞれ備えられ、一対の基板を固定する上部ステージ及び下部ステージと、
    少なくとも一方のチャンバーユニットとステージとの間に備えられた多数の第1弾性部材とを有する液晶表示素子製造工程用基板貼り合わせ装置。
  2. 前記各第1弾性部材は、
    前記各チャンバーユニットの撓み方向と反対方向に復元するように構成されることを特徴とする請求項1記載の液晶表示素子製造工程用基板貼り合わせ装置。
  3. 前記各第1弾性部材には、
    コイルスプリングが含まれることを特徴とする請求項1記載の液晶表示素子製造工程用基板貼り合わせ装置。
  4. 前記各第1弾性部材には、
    皿状のスプリングが含まれることを特徴とする請求項1記載の液晶表示素子製造工程用基板貼り合わせ装置。
  5. 前記各第1弾性部材には、
    プレートスプリングが含まれることを特徴とする請求項1記載の液晶表示素子製造工程用基板貼り合わせ装置。
  6. 前記各第1弾性部材には、
    前記各チャンバーユニットの撓み方向と反対方向に復元する圧縮スプリング、皿状スプリング、プレートスプリングのうち、少なくとも二つ以上が含まれることを特徴とする請求項1記載の液晶表示素子製造工程用基板貼り合わせ装置。
  7. 前記各ステージには、各チャンバーユニットに固定される固定プレートと、各基板が固定される吸着プレートとがそれぞれ含まれることを特徴とする請求項1記載の液晶表示素子製造工程用基板貼り合わせ装置。
  8. 前記第1弾性部材は、前記固定プレートと、前記各チャンバーユニットとの間に備えられることを特徴とする請求項7記載の液晶表示素子製造工程用基板貼り合わせ装置。
  9. 前記第1弾性部材は、前記固定プレートと、前記吸着プレートとの間に備えられることを特徴とする請求項7記載の液晶表示素子製造工程用基板貼り合わせ装置。
  10. 前記各ステージの各固定プレートと、前記各チャンバーユニットとの間に少なくとも一つ以上の第2弾性部材がさらに備えられることを特徴とする請求項9記載の液晶表示素子製造工程用基板貼り合わせ装置。
  11. 前記各吸着プレートは、多数の片からなる静電チャックが含まれることを特徴とする請求項7記載の液晶表示素子製造工程用基板貼り合わせ装置。
  12. 第1弾性部材は、前記各片の静電チャックが備えられた位置ごとにそれぞれ装着されることを特徴とする請求項11記載の液晶表示素子製造工程用基板貼り合わせ装置。
  13. 前記各吸着プレートは、ステンレススチール材を含む材料で形成されることを特徴とする請求項7記載の液晶表示素子製造工程用基板貼り合わせ装置。
  14. 前記各吸着プレートは、アルミニウム合金材を含む材料で形成されることを特徴とする請求項7記載の液晶表示素子製造工程用基板貼り合わせ装置。
  15. 前記各吸着プレートの厚さは少なくとも40mm以上に形成することを特徴とする請求項7記載の液晶表示素子製造工程用基板貼り合わせ装置。
  16. 前記第1弾性部材は、上部チャンバーユニットと、上部ステージとの間に備えられることを特徴とする請求項1記載の液晶表示素子製造工程用基板貼り合わせ装置。
  17. 前記第1弾性部材は、下部チャンバーユニットと、下部ステージとの間に備えられることを特徴とする請求項1記載の液晶表示素子製造工程用基板貼り合わせ装置。
  18. 前記第1弾性部材は、上部チャンバーユニットと、上部ステージとの間、及び下部チャンバーユニットと、下部ステージとの間にそれぞれ備えられることを特徴とする請求項1記載の液晶表示素子製造工程用基板貼り合わせ装置。
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