JP2005115235A - 電気光学装置用基板、デバイス製造方法、電気光学装置、電子機器 - Google Patents

電気光学装置用基板、デバイス製造方法、電気光学装置、電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】 静電気による損傷を受けることなく、簡素な構造により強固かつ正確に保持されることができる電気光学装置用基板、この基板を用いたデバイス製造方法、及び電気光学装置、電子機器を提供する。
【解決手段】 電気光学装置が形成される基板20において、基板20の側面20sの少なくとも一部に、基板20を保持する保持具80と係合する係合部20aが形成されるようにした。
【選択図】 図5

Description

本発明は、電気光学装置用基板、デバイス製造方法、電気光学装置、並びに電子機器に関するものである。
近年、表示装置等の分野で表示デバイスとして液晶装置が広く使用されている。液晶装置は、液晶パネルと駆動用電気回路とからなるものであり、液晶パネルは、一般に、離間して対向配置された一対の基板の間隙に電気光学材料としての液晶材料を挟持させた構成を有している(例えば特許文献1参照)。
従来、この種の液晶パネルを製造する際には、基板の一方の内側面に接着剤等のシール材を額縁状に形成し、そのシール材の内側にディスペンサ等により液晶を滴下する。そして、真空中にてこれらの基板の貼り合わせを行い、大気解放後、加熱処理や光照射処理により接着剤を硬化させる。
基板の貼り合わせにおいては、顕微鏡等を用いて基板同士を位置合わせ(アライメント)した後に、真空チャンバ内で各基板をチャック装置を用いてそれぞれ保持し、双方の基板を重ね合わせて加圧することで基板間のシール材を押しつぶして圧着するが、加圧・圧着により基板間にずれが生じることがある。
そのため、加圧・圧着により生じた位置ずれを補正するために、基板を加圧しながら横方向に荷重を与えて、再アライメントを行っている。
特開2000−243943号公報
しかしながら、上述したような従来技術には、以下のような問題が存在する。
基板の貼り合わせは真空下で行われるため、基板を保持する際には真空チャックを用いることができない。また、静電チャックを用いた場合には、大気圧から真空への移行する際に、静電チャックにかけた静電気が放電し、基板に形成した素子等を損傷させてしまう。そこで、大気中では真空チャックを使用して基板を保持し、真空中では静電チャックを用いる方法が採られている。
この方法では、大気圧から真空への移行の際には、真空チャンバ内に設けた仮置台上に、一旦基板を戴置するという工程が増えるとともに、仮置台を設ける等の静電気発生防止対策を施す必要が生じる。
また、非導電性のガラス基板を静電チャックにより保持する場合には、導電性膜の塗布工程及び後の剥離工程が必要になり工数が増えるという問題がある。
更に、液晶パネルの大型化に伴い基板が重量化するとともに、貼り合わせた基板を再アライメントする際には大きな横方向荷重を加える必要があるため、吸着力が弱い静電チャックでは保持力が不足するという問題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、静電気による損傷を受けることなく、簡素な構造により強固かつ正確に保持されることができる電気光学装置用基板、この基板を用いたデバイス製造方法、及び電気光学装置、電子機器を提供することを目的とする。
本発明に係る電気光学装置用基板、デバイス製造方法、電気光学装置、電子機器では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
第1の発明は、電気光学装置が形成される基板において、基板の側面の少なくとも一部に基板を保持する保持具と係合する係合部が形成されるようにした。この発明によれば、基板の側面に形成した係合部と介して保持具に保持されるので、基板表裏面を損傷させたり、汚染されたりすることがない。また、基板を保持した状態で、基板表裏面から所定の処理を施すことが可能となる。更に、真空中や水中での保持も可能となる。
また、係合部が、突起形或いは溝形に形成されるものでは、係合部を容易かつ低コストに形成することができるとともに、基板を保持した際に基板の位置決めも容易になる。
第2の発明は、保持具に保持させた基板に対して略真空下で所定の処理を施すデバイス製造方法において、基板として、第1の発明の電気光学装置用基板を用いるようにした。この発明によれば、静電チャックを用いる必要がないので、静電気によるデバイスの損傷を回避することができるとともに、基板の仮置き工程、導電性膜の塗布工程、剥離工程が不要となり、作業時間を短縮できる。
保持具に形成された複数の爪部を係合部に当接させて、電気光学装置用基板を保持する工程を有するものでは、簡単な構成により基板を強固に保持することができるとともに、基板の位置決めが可能となる。
封入材及び封止材を挟んで、電気光学装置用基板と電気光学装置用基板に対向する第2の電気光学装置用基板とを貼り合せる工程と、電気光学装置用基板と第2の電気光学装置用基板とを貼り合わせた状態で加圧しながら相対移動させる工程とを有するものでは、基板の位置ずれが発生しないので、生産性が向上し、高品質で低コストのデバイスを得ることができる。
第3の発明は、電気光学装置として、第2の発明のデバイス製造方法により製造されるようにした。この発明によれば、高品質で低コストの電気光学装置を得ることができる。
第4の発明は、電子機器として、第3の発明の電気光学装置を備えるようにした。この発明によれば、高品質で低コストの電子機器を提供することができる。
以下、本発明の電気光学装置用基板、デバイス製造方法、電気光学装置、電子機器の実施形態について図を参照して説明する。
ここでは、デバイスとしての液晶表示装置を製造する際に、液晶表示装置用基板(電気光学装置用基板)を保持する場合の例について説明する。
まず、液晶表示装置について説明する。
図1は本発明に係る液晶表示装置について、各構成要素とともに示す対向基板側から見た平面図であり、図2は図1のH−H’線に沿う断面図である。図3は、液晶表示装置の画像表示領域においてマトリクス状に形成された複数の画素における各種素子、配線等の等価回路図であり、図4は液晶表示装置の部分拡大断面図である。
なお、以下の説明に用いた各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。
図1及び図2において、本実施形態の液晶表示装置100は、対をなすTFTアレイ基板10と対向基板20とが光硬化性の封止材であるシール材52によって貼り合わされ、このシール材52によって区画された領域内に封入材としての液晶50が封入、保持されている。シール材52は、基板面内の領域において閉ざされた枠状に形成されてなり、液晶注入口を備えず、封止材にて封止された痕跡がない構成となっている。
シール材52の形成領域の内側の領域には、遮光性材料からなる周辺見切り53が形成されている。シール材52の外側の領域には、データ線駆動回路201及び実装端子202がTFTアレイ基板10の一辺に沿って形成されており、この一辺に隣接する2辺に沿って走査線駆動回路204が形成されている。TFTアレイ基板10の残る一辺には、画像表示領域の両側に設けられた走査線駆動回路204の間を接続するための複数の配線205が設けられている。また、対向基板20のコーナー部の少なくとも1箇所においては、TFTアレイ基板10と対向基板20との間で電気的導通をとるための基板間導通材206が配設されている。
なお、データ線駆動回路201及び走査線駆動回路204をTFTアレイ基板10の上に形成する代わりに、例えば、駆動用LSIが実装されたTAB(Tape Automated Bonding)基板とTFTアレイ基板10の周辺部に形成された端子群とを異方性導電膜を介して電気的及び機械的に接続するようにしてもよい。なお、液晶表示装置100においては、使用する液晶50の種類、すなわち、TN(Twisted Nematic)モード、STN(Super Twisted Nematic)モード等の動作モードや、ノーマリホワイトモード/ノーマリブラックモードの別に応じて、位相差板、偏光板等が所定の向きに配置されるが、ここでは図示を省略する。
また、液晶表示装置100をカラー表示用として構成する場合には、対向基板20において、TFTアレイ基板10の後述する各画素電極に対向する領域に、例えば、赤(R)、緑(G)、青(B)のカラーフィルタをその保護膜とともに形成する。
このような構造を有する液晶表示装置100の画像表示領域においては、図3に示すように、複数の画素100aがマトリクス状に構成されているとともに、これらの画素100aの各々には、画素スイッチング用のTFT30が形成されており、画素信号S1、S2、…、Snを供給するデータ線6aがTFT30のソースに電気的に接続されている。
データ線6aに書き込む画素信号S1、S2、…、Snは、この順に線順次で供給してもよく、相隣接する複数のデータ線6a同士に対して、グループ毎に供給するようにしてもよい。また、TFT30のゲートには走査線3aが電気的に接続されており、所定のタイミングで、走査線3aにパルス的に走査信号G1、G2、…、Gmをこの順に線順次で印加するように構成されている。
画素電極9は、TFT30のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるTFT30を一定期間だけオン状態とすることにより、データ線6aから供給される画素信号S1、S2、…、Snを各画素に所定のタイミングで書き込む。このようにして画素電極9を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画素信号S1、S2、…、Snは、図2に示す対向基板20の対向電極21との間で一定期間保持される。
なお、保持された画素信号S1、S2、…、Snがリークするのを防ぐために、画素電極9と対向電極21との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量60が付加されている。例えば、画素電極9の電圧は、ソース電圧が印加された時間よりも3桁も長い時間だけ蓄積容量60により保持される。これにより、電荷の保持特性は改善され、コントラスト比の高い液晶表示装置100を実現することができる。
図4は液晶表示装置100の部分拡大断面図であって、ガラス基板10’を主体として構成されるTFTアレイ基板10上には、ITO(インジウム錫酸化物)を主体とする透明電極にて構成された画素電極9がマトリクス状に形成されており(図3参照)、これら各画素電極9に対して画素スイッチング用のTFT30(図3参照)がそれぞれ電気的に接続されている。
また、画素電極9が形成された領域の縦横の境界に沿って、データ線6a、走査線3aおよび容量線3bが形成され、TFT30がデータ線6aおよび走査線3aに対して接続されている。すなわち、データ線6aは、コンタクトホール8を介してTFT30の高濃度ソース領域1aに電気的に接続され、画素電極9は、コンタクトホール15及びドレイン電極6bを介してTFT30の高濃度ドレイン領域に電気的に接続されている。なお、画素電極9の表層にはポリイミド主体として構成される膜に対してラビング処理を行った配向膜12が形成されている。
一方、対向基板20においては、対向基板側のガラス基板20’上であって、TFTアレイ基板10上の画素電極9の縦横の境界領域と対向する領域に、ブラックマトリクスまたはブラックストライプと称せられる遮光膜23が形成され、その上層側にはITO膜からなる対向電極21が形成されている。また、対向電極21の上層側には、ポリイミド膜からなる配向膜22が形成されている。そして、TFTアレイ基板10と対向基板20との間には、液晶50がシール材52(図1参照)により基板内に封入されている。
図5は、対向基板20の側面20sに形成された係合部20a、及び係合部20aに当接する爪部81を示す図であり、図5(a)は平面図一部断面図、図5(b)は図5(a)のP−P´断面拡大図である。
図5(a)、(b)に示すように、対向基板20の側面20sには、断面形状がV字形の溝からなる係合部20aが形成される。係合部20aは、図5(a)に示すように、対向基板20の側面20sの全周に形成してよい。また、側面20sの一部、例えば、四方の側面20sの中央付近のみに形成してもよい。
この係合部20aには、図5(a)、(b)に示す複数の爪部81が当接される。爪部81は、係合部20aに密接するように断面形状が逆V字形に形成される。そして、対向基板20の側面20sに形成された係合部20aに複数の爪部81を当接することにより、対向基板20を把持することが可能となる。なお、爪部81は、後述するデバイス製造装置61の保持具80に設けられる。
また、対向基板20の側面20sのうちの対向する2つの側面20sに配置される爪部81は、同軸上に対向するように配置することが望ましい。そして、例えば、四角形の基板20の場合には、基板20を安定かつ確実に保持するために、図5(a)に示すように、4つの爪部81により保持することが望ましい。また、例えは、円形の基板20の場合には、少なくとも3つ以上の爪部81を基板20の側面20s周囲に均等に配置することが望ましい。
次に、液晶表示装置100の製造の中、シール材の形成から、液晶滴下、基板貼り合わせ、シール材硬化に至る工程を行うデバイス製造装置について説明する。
図6は、デバイス製造装置61の概略構成図である。
デバイス製造装置61は、基板の給材及び除材を行う基板給除部62を挟んだ両側に配置された材料供給部63及び基板貼り合わせ部64を主体に構成されている。なお、以下の説明では、基板の表面に沿う方向をX方向(例えば図6中、左右方向)及びY方向(例えば図6中、紙面と垂直な方向)とし、XY平面と直交する方向をZ方向として説明する。
材料供給部63は、基板を保持してX方向、Y方向及びθ方向(Z軸と平行な軸周りの回転方向)に移動自在なテーブル65と、テーブル65の上方に配設され液晶材料を滴下する液晶滴下部66と、液晶滴下部66の近傍に配設されシール材を塗布するシール材塗布部67とを主体に構成されている。そして、テーブル65の移動と同期して液晶滴下部66から液晶材料が滴下され、シール材塗布部67からシール材が塗布されることで、基板上の所定位置に液晶及びシール材を配置(供給)することができる。
基板貼り合わせ部64は、基板を保持してX方向、Y方向及びθ方向に移動自在なテーブル68、テーブル68上に設置された下チャック部69、下チャック部69の上方に配置された真空チャンバ70、真空チャンバ70内に下チャック部69と対向配置された上チャック部71、上チャック部71をZ方向に移動自在に支持し、且つ下チャック部69に向けて加圧する加圧機構72、真空チャンバ70に形成された覗き窓70aを介して基板上のアライメントマークを検出するアライメント用顕微鏡74、上チャック部71の側面下方に配置され、複数の爪部81有する保持具80、シール材52を硬化させる紫外線を照射する水銀ランプ等のUVランプ(図示せず)を主体に構成されている。
下チャック部69及び上チャック部71は、互いに対向する保持面69a、71aでそれぞれ基板を真空吸着するための吸着機構(図示せず)、及び各チャック部69、71を冷却・加熱するための温度調節機構(図示せず)をそれぞれ備えている。
上チャック部71の側面下方には、複数の爪部81を備えた保持具80が設けられる。保持具80は、複数の略コ字形の腕部82と、各腕部82の先端に設けられた爪部81からなる。腕部82の他端は上チャック部71の側面下方に伸縮可能に接続される。
そして、それぞれの爪部81は、上チャック部71により真空吸着された基板の側面に対向する位置に配置される。したがって、腕部81が上チャック部71の側面から伸縮することにより、爪部81が基板に当接して、基板を把持することができる。
真空チャンバ70には、ドライエアやドライ窒素等の乾燥気体を供給する気体供給源77に接続され、下チャック部69及び上チャック部71を収容する収容空間70bに乾燥気体を供給するための気体供給部75が設けられている。また、真空チャンバ70には真空ポンプ等の吸引装置に接続され、収容空間70b内の気体を排気(真空引き)するための排気部76とが設けられている。
続いて、上記のデバイス製造装置61により液晶表示装置100を製造する手順について、図7から図10を参照して説明する。
まず、図4に示すように、ガラス基板10’上にTFT30を形成し、さらに画素電極9及び配向膜12等を形成してTFTアレイ基板10を得る一方、ガラス基板20’上に遮光膜23、対向電極21、配向膜22等を形成して対向基板20を得る。
なお、以下の説明においては、TFTアレイ基板10を下基板10或いは基板10と称し、対向基板20を上基板20或いは基板20と称して説明する。
まず、図7(a)に示すように、把持具80の各腕部82を伸ばし、各爪部81を上チャック部71の保持面71aの外側に移動させる。上チャック部71の保持面71aに保持させる基板20との干渉を回避するためである。
次に、図7(b)に示すように、対向電極等が形成された上基板20を基板給除部62により、上チャック部71に給材する。そして、上基板20を保持させるために、吸着機構により真空吸着して上基板20を保持する。更に、把持具80の各腕部82を縮めて、各爪部81を上基板20の側面20sに形成した係合部20aと当接させる。これにより、上基板20は、上チャック部71に強固かつ正確な位置に保持される。
続いて、TFT等が形成された下基板10を基板給除部62により、材料供給部63のテーブル65上に給材し(図6参照)、テーブル65を移動させつつシール材塗布部67からシール材を塗布して閉ざされた枠状(図1参照、符号52)に形成する。
また、テーブル65を移動させつつ液晶滴下部66から液晶を滴下して、図7(c)に示すように、シール材52で囲まれた所定位置に液晶50を配置する。
なお、図7(c)では、便宜上、液晶50は1ヶ所に形成するように図示しているが、実際には下基板10に形成すべきチップ数に対応して滴下・形成する。また、シール材塗布と液晶滴下とは並行して行うことも可能である。
このように、液晶が滴下された下基板10を基板給除部62により、図8(d)に示すように、下チャック部69に給材する(なお、以下の説明では便宜上、液晶50及びシール材52の図示を省略する)。
そして、上基板20と同様に、より確実に下基板10を下チャック部69に保持させるために、吸着機構により真空吸着して下基板10を保持する。
次に、図8(e)に示すように、真空チャンバ70を下降させて下チャック部69に当接させ、収容空間70bを密封状態に閉塞する。
この後、排気部76により負圧吸引して収容空間70b内を略真空状態とする。真空下においては、真空吸着は機能しなくなるが、保持具80により上基板20を保持しているため、上基板20が落下する事態は生じない。
収容空間70b内が略真空状態となったら、図8(f)に示すように、アライメント用顕微鏡74、74を用いて、上基板20に形成されたアライメントマーク(図示せず)を覗き窓70a、70aを介して取り込むとともに、テーブル68を移動させることで下基板10に形成されたアライメントマークを上基板20のアライメントマークに合わせる。これにより、上基板20と下基板10とが位置合わせされる。
なお、収容空間70b内の真空引きと、各基板10、20の位置合わせとは、同時に並行して実施してもよい。この場合、製造時間を短縮することができる。また、上チャック部71には、アライメント用顕微鏡74及び覗き窓70aの直下の位置に貫通孔71bが形成されており、この貫通孔71bを介して各基板10,20のアライメントマークを検出することができる。
各基板10、20が位置合わせされたら、図9(g)に示すように、加圧機構72により上チャック部71を下降(相対移動)させて対向する基板10、20を貼り合わせ、さらに下チャック部69に向けて加圧することにより、シール材52を押しつぶして基板10、20を圧着する。
この加圧・圧着により、基板10、20の相対位置関係が僅かにずれることがある。そこで、この位置ずれを補正するために、図9(h)に示すように、これら基板10、20を加圧した状態でテーブル68を駆動して再アライメントを行う。
例えば300kgfの力で加圧しながらアライメントを実施する際に、上基板20と上チャック部71との間の摩擦係数が0.5とすると、150kgf程度の横方向荷重が必要になる。静電チャックの場合は、吸着力が0.5kgf/cm以下と弱く、20cm程度の小型パネルであっても、10kgf程度の横方向荷重にしか耐えることができない。
一方、本実施形態の上チャック部71の場合は、保持具80により上基板20を側面20s側から把持するので、容易に150kgf程度以上の横方向加重を加えることができる。したがって、確実に上基板20を保持して、高精度に位置合わせすることができる。
なお、図示しないが、下基板10も保持具80のような機械式チャック機構で保持することが望ましい。
そして、基板10、20の位置合わせが完了すると、UVランプにより紫外線を照射してシール材52を硬化させる。なお、シール材52が熱硬化型であれば、硬化に適した温度に加熱してもよい。
この後、図9(i)に示すように、上チャック部71に設けた保持具80の各腕部82を伸ばし、爪部81を上基板20から離間させる。そして、加圧機構72を駆動して上チャック部71を上昇させる。また、気体供給部75により収容空間70b内に大気を導入して大気圧に戻す。
真空チャンバ70の収容空間70bが大気圧になったら、図10(j)に示すように、真空チャンバ70を上昇させる。そして、下チャック部69に非保持状態で載置されている基板(この場合は基板10、20が貼り合わされた液晶表示装置100)を基板給除部62により除材する。
このようにして、液晶表示装置100の製造が完了する。
以上のように、上基板20の側面20sに溝形の係合部20aを設けたので、静電気による損傷されることなく、容易かつ確実に上基板20が保持される。
また、デバイス製造装置61で製造することにより、高精度な液晶表示装置100を得ることができる。
また、静電チャック使用時に必要な、仮置き工程、導電性膜の塗布工程、その後の剥離工程が不要になり、生産性の向上にも寄与できる。しかも、従来の行われていた、貼り合わせ後の基板洗浄も不要であり、より生産性向上に寄与できる。
次に、上述した液晶表示装置100を備える電子機器の例について図11を参照して説明する。
図11(a)は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図11(a)において、携帯電話(電子機器)600は、液晶表示装置100を用いた表示部601を備える。
図11(b)は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図11(b)において、情報処理装置(電子機器)700は、キーボードなどの入力部701、情報処理装置本体703、液晶表示装置100を用いた表示部702を備える。
図11(c)は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図11(b)において、腕時計(電子機器)800は、液晶表示装置100を用いた表示部801を備える。
以上のように、図11(a)〜(c)に示す電子機器は、上述した液晶表示装置100を表示部601,702,801として備えているので、高精度に基板が貼り合わされた、高品質の電子機器を実現することができる。
なお、本実施形態の電子機器は液晶表示装置100を備えるものとしたが、有機エレクトロルミネッセンス表示装置、プラズマ型表示装置等、他の電気光学装置を備えた電子機器とすることもできる。
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態の例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
また、上記実施形態では、上基板に係合部を形成して保持する場合について説明したが、下基板にも係合部を形成して爪部により保持してもよい。
例えば、上記実施形態では、液晶表示装置を製造する際にガラス基板を保持する際に本発明の基板保持方法を適用するものとして説明したが、液晶表示装置に限られず、真空下や水中等で基板を保持する工程に広く適用可能である。
液晶表示装置を対向基板の側から見た平面図 図1のH−H’線に沿う断面図 液晶表示装置の等価回路図 液晶表示装置の部分拡大断面図 基板の側面に形成した係合部、及び係合部に当接する爪部を示す図 デバイス製造装置の概略構成図 液晶表示装置の製造手順を示す図 図6に続く製造手順を示す図 図7に続く製造手順を示す図 図8に続く製造手順を示す図 電子機器の具体例を示す図
符号の説明
10 下基板,TFTアレイ基板(第2の電気光学装置用基板)、 20 上基板,対向基板(電気光学装置用基板)、 20s 側面、 20a 係合部、 50 液晶(封入材)、 52 シール材(封止材)、 80 把持具、 81 爪部、 100 液晶表示装置(デバイス,電気光学装置)、 600 携帯電話(電子機器)、 700 情報処理装置(電子機器)、 800 腕時計(電子機器)、 601,702,801 表示部(電気光学装置)

Claims (7)

  1. 電気光学装置が形成される基板において、
    前記基板の側面の少なくとも一部に前記基板を保持する保持具と係合する係合部が形成されることを特徴とする電気光学装置用基板。
  2. 前記係合部は、突起形或いは溝形に形成されることを特徴とする請求項1に記載の電気光学装置用基板。
  3. 保持具に保持させた基板に対して略真空下で所定の処理を施すデバイス製造方法において、
    前記基板として、請求項1又は請求項2に記載の電気光学装置用基板を用いることを特徴とするデバイス製造方法。
  4. 前記保持具に形成された複数の爪部を前記係合部に当接させて、前記電気光学装置用基板を保持する工程を有することを特徴とする請求項3に記載のデバイスの製造方法。
  5. 封入材及び封止材を挟んで、前記電気光学装置用基板と前記電気光学装置用基板に対向する第2の電気光学装置用基板とを貼り合せる工程と、
    前記電気光学装置用基板と前記第2の電気光学装置用基板とを貼り合わせた状態で加圧しながら相対移動させる工程と、
    を有することを特徴とする請求項4に記載のデバイスの製造方法。
  6. 請求項2から請求項5のうちいずれか一項に記載のデバイス製造方法により製造されることを特徴とする電気光学装置。
  7. 請求項6に記載の電気光学装置を備えることを特徴とする電子機器。


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