JP2005116878A - 基板支持方法および基板支持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板を損傷することなく安定して支持および位置決め可能な基板支持方法および基板支持装置を提供する。
【解決手段】 基板５０を支持部材５８上に移動可能に支持し、支持された基板の一辺を、この一辺と平行な方向への移動の自由度を有した一対の第１位置決め部材６２に押し当てて、この一辺を位置きめする。支持された基板の一辺と直交する他辺を、この他辺と平行な方向への移動の自由度を有した第２位置決め部材６４に押し当てて、他辺を位置決めする。
【選択図】 図３

Description

この本発明は、例えば、平面型画像表示装置等に使用される基板を製造工程において位置決め支持するための基板支持方法および基板支持装置に関する。

近年、陰極線管（以下、ＣＲＴと称する）に代わる次世代の軽量、薄型の表示装置として様々な画像表示装置が開発されている。このような画像表示装置には、液晶の配向を利用して光の強弱を制御する液晶ディスプレイ（以下、ＬＣＤと称する）、プラズマ放電の紫外線により蛍光体を発光させるプラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰと称する）、電界放出型の電子放出素子から放出された電子ビームにより蛍光体を発光させるフィールドエミッションディスプレイ（以下、ＦＥＤと称する）、表面伝導型電子放出素子の電子ビームにより蛍光体を発光させる表面伝導電子放出ディスプレイ（以下、ＳＥＤと称する）などがある。このような表示装置では、厚さを数ｍｍ程度にまで薄くすることができ、現在のテレビやコンピュータのディスプレイとして使用されているＣＲＴと比較して、軽量化、薄型化を達成することが可能となる。

これらの画像表示装置では、その構成部材として、ガラス板等からなる薄い基板が用いられている。例えば、ＦＥＤやＳＥＤは、通常、所定の隙間を置いて対向配置された前面基板および背面基板を有し、これらの基板は、矩形枠状の側壁を介して周辺部同士を互いに接合することにより真空の外囲器を構成している。前面基板の内面には蛍光体スクリーンが形成され、背面基板の内面には蛍光体を励起して発光させる電子放出源として多数の電子放出素子が設けられている。蛍光体スクリーンを構成する赤、緑、青の蛍光体に電子放出素子から放出された電子ビームを照射し、蛍光体を発光させることによって画像を表示する。

このような画像表示装置の製造工程では、基板を位置決め保持する工程が数多くあり、基板を支持すること、および、所定の位置に位置決めする事が重要となる。例えば、ＦＥＤやＳＥＤでは、前面基板に蛍光体を形成する際の印刷版および前面基板の支持および位置決め、前面基板と背面基板とを接合する際におけるこれら基板の支持および位置決めなどを行うことが必要となる。

前面基板と背面基板と接合する工程では、前面基板および背面基板が所定の位置関係に位置決めされていないと、複数の画素に対応する電子放出素子と蛍光体との位置関係が合わなくなる場合がある。この場合、任意の画素の組合せにおいて、電子放出素子から放出されるビームが目標とする蛍光体に収束しない、蛍光体を必要輝度に発光させることができない等の問題が生じる。これは、画像表示装置として画像表示をした場合、色違い、画面全体の輝度不足、輝度ムラや、フォーカス不足を招くこともありうる。

このため、基板の接合工程では、予め、前面基板と背面基板との位置関係が適切となるように、これら基板の位置調整が行なわれる。この際、位置調整される基板は支持部材によって支持され、また、位置決め部材によって移動および位置決めされる。支持部材および位置決め部材には、前面基板および背面基板を安定して支持しつつ、自由に移動させ、所望の位置へ位置決めできる機能が要求される。

一方、近年、真空外囲器を構成する前面基板および背面基板の最終組立てを真空槽内で行う試みがなされている（例えば、特許文献１参照）。真空内という摩擦や熱環境が通常の室内環境と大きくなる環境においても、上記と同様に、この支持部材と位置決め用の部材には、基板を安定して支持しつつ、所望の位置へ円滑に位置決めできる機能が要求される。
特開２０００−２２９８２５号公報

しかしながら、真空環境においては、大気環境に比較して摩擦が大きく、基板を位置決めする際、基板が動きにくく高精度な位置決めが困難となる。また、どのような条件下においても、基板に傷や欠けなどの損傷を与えないようにしなくてはならないが、真空環境では、通常の大気環境でガラスを保護するために用いられる樹脂系の材料は真空環境を汚染する原因となるため使用することができない。このため、基板に接触する支持部材、位置決め部材等には、基板を保護する特別の工夫が求められる。

この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、基板を損傷することなく安定して支持および位置決め可能な基板支持方法および基板支持装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、この発明の形態に係る基板支持方法は、基板を支持、位置決めする基板支持方法において、基板を支持部材上に移動可能に支持し、上記支持された基板の一辺を、この一辺と平行な方向への移動の自由度を有した一対の第１位置決め部材に押し当てて、上記一辺を位置きめし、上記支持された基板の上記一辺と直交する他辺を、この他辺と平行な方向への移動の自由度を有した第２位置決め部材に押し当てて、上記他辺を位置決めすることを特徴としている。

この発明の他の形態に係る基板支持装置は、上記基板が載置される複数の支持部材を有し、上記基板をその表面方向に沿って移動可能に支持する支持機構と、
上記支持部材上に支持された上記基板の一辺とそれぞれ当接可能に設けられているとともに、この一辺と平行な方向への移動の自由度を有した一対の第１位置決め部材、および上記支持部材上に支持された基板の上記一辺と直交する他辺と当接可能に設けられているとともに、この他辺と平行な方向への移動の自由度を有した第２位置決め部材を具備し、上記基板の一辺および他辺を上記一対の第１位置決め部材および第２位置決め部材にそれぞれ押し当てて、上記基板を位置きめする位置決め機構と、
を備えたことを特徴としている。

この発明によれば、基板の移動を妨げることなく基板を所定の位置に支持および位置決めすることができ、真空や高温などの環境下においても、基板を損傷することなく安定して支持および位置決め可能な基板支持方法および基板支持装置を提供することができる。

以下図面を参照しながら、この発明の実施の形態に係る基板支持方法および基板支持装置について詳細に説明する。
まず、本実施の形態に係る基板支持方法および基板支持装置によって支持および位置決めされる基板を備えた画像表示装置の一例としてＦＥＤの構成を説明する。

図１および図２に示すように、ＦＥＤは、絶縁基板としてそれぞれ矩形状のガラス板からなる前面基板１１、および背面基板１２を備え、これらの基板は１〜２ｍｍの隙間を置いて対向配置されている。前面基板１１および背面基板１２は、矩形枠状の側壁１３を介して周縁部同士が接合され、内部が真空状態に維持された扁平な矩形状の真空外囲器１０を構成している。接合部材として機能する側壁１３は、例えば低融点ガラスからなるフリットガラス、低融点金属等の封着材１９により、背面基板１２の周縁部および前面基板１１の周縁部に封着されている。

真空外囲器１０の内部には、前面基板１１および背面基板１２に加わる大気圧荷重を支えるため、複数のスペーサ１４が設けられている。スペーサ１４としては、板状あるいは柱状のスペーサ等を用いることができる。

前面基板１１内面の画像表示領域には、蛍光面として、赤、緑、青の蛍光体層１６とマトリックス状の遮光層１７とを有した蛍光体スクリーン１５が形成されている。これらの蛍光体層１６はストライプ状あるいはドット状に形成されている。蛍光体スクリーン１５上には、アルミニウム膜等からなるメタルバック２０が形成され、更に、メタルバックに重ねてゲッター膜８が形成されている。

背面基板１２の内面上には、蛍光体スクリーン１５の蛍光体層１６を励起する励起手段として、それぞれ電子ビームを放出する多数の電子放出素子１８が設けられている。電子放出素子１８は、画素毎に対応して複数列および複数行に配列されている。各電子放出素子１８は、図示しない電子放出部、この電子放出部に電圧を印加する一対の素子電極等で構成されている。背面基板１２の内面には電子放出素子１８に電位を供給する多数本の配線７がマトリックス状に設けられ、その端部は真空外囲器１０の外部に引出されている。

このようなＦＥＤでは、画像を表示する場合、蛍光体スクリーン１５およびメタルバック２０にアノード電圧を印加し、電子放出素子１８から放出された電子ビームをアノード電圧により加速して蛍光体スクリーンへ衝突させる。これにより、蛍光体スクリーン１５の蛍光体層１６が励起されて発光し、カラー画像を表示する。

次に、上述したＦＥＤの製造工程において、前面基板あるいは背面基板として用いられる矩形状のガラス基板を支持および位置決めする基板支持方法および基板支持装置について詳細に説明する。
図３ないし図５に示すように、基板支持装置は、設置面３６に敷設された一対のガイドレール３７に沿って直線的に往復移動自在な可動台２７と、図示しないモータを内蔵し可動台２７上に設けられた基台４０と、この基台により回転自在にかつ水平に支持された支持テーブル４２と、を備えている。支持台として機能する支持テーブル４２の上面は、水平に延びた平坦面をなし、支持対象となる基板、例えば、矩形状のガラス基板５０よりも大きな矩形状に形成されている。

支持テーブル４２上には、ガラス基板５０をほぼ水平に支持する支持機構５２、および、支持機構により支持されたガラス基板を所定位置に位置決めする位置決め機構５４が設けられている。
支持機構５２は、支持テーブル４２上にほぼ垂直に立設された複数本、例えば、９本の支持ポスト５６を備えている。これらの支持ポスト５６はガラス基板５０の平面積の範囲内で、所定のピッチで配列されている。例えば、９本の支持ポスト５６は、ガラス基板５０の４つの角部、隣合う角部間の中間部、およびガラス基板の中心部と対応する位置に配置されている。

図４および図６に示すように、各支持ポスト５６の上端には、支持部材として機能する球体５８およびこの球体を回転自在に支持した球体受け６０が設けられている。球体受け６０は皿状に形成され、その内部には球体５８を自由な方向へ回転自在に支持した多数の受け玉が配置されている。球体５８は、その一部が球体受け６０から上方へ突出した状態で支持されている。９個の球体５８は、高い精度で同一平面に配列されている。ガラス基板５０は、その表面がこれらの球体５８に接触した状態で球体上に載置され、ガラス基板の面方向に沿って移動自在に支持される。

図３ないし図６に示すように、位置決め機構５４は、支持機構５２に支持されたガラス基板５０の一辺、例えば、長辺とそれぞれ当接可能に設けられた一対の第１位置決め部材６２、およびガラス基板の上記長辺と直交する短辺と当接可能に設けられた第２位置決め部材６４を備えている。

各第１位置決め部材６２は支持アーム６３の先端部に支持されている。各第１位置決め部材６２はローラによって構成され、ガラス基板５０の表面に対してほぼ垂直な軸の回りで回転自在に支持アーム６３の先端部に支持されている。支持アーム６３は、支持テーブル４２上に立設されたブラケット６５に固定され、水平方向に沿って、つまり、支持機構５２に支持されたガラス基板５０の表面と平行な方向に沿って延びている。また、支持アーム６３は、ガラス基板５０の長辺と直交する方向、例えば、Ｘ方向に沿って延びているとともに、図示しないエアシリンダ等により、Ｘ方向に沿って伸縮駆動可能となっている。一対の第１位置決め部材６２は、支持アーム６３の伸縮量を調整することにより所定の位置に配置され、Ｘ方向と直交したＹ方向に沿って整列している。

第２位置決め部材６４は支持アーム６６の先端部に支持されている。第２位置決め部材６４はローラによって構成され、ガラス基板５０の表面に対してほぼ垂直な軸の回りで回転自在に支持アーム６６の先端部に支持されている。支持アーム６６は、支持テーブル４２上に立設されたブラケット６７に固定され、水平方向に沿って、つまり、支持機構５２に支持されたガラス基板５０の表面と平行な方向に沿って延びている。また、支持アーム６６は、ガラス基板５０の短辺と直交する方向、例えば、Ｙ方向に沿って延びているとともに、図示しないエアシリンダ等により、Ｙ方向に沿って伸縮駆動可能となっている。第２位置決め部材６４は、支持アーム６６の伸縮量を調整することにより所定の位置に配置されている。

位置決め機構５４は、支持機構５２によって支持されたガラス基板５０を第１位置決め部材６２に押し当てる第１押圧部６８、およびガラス基板を記第２位置決め部材６４に押し当てる第２押圧部７０を備えている。
第１押圧部６８は、支持機構５２を間に挟んで第１位置決め部材６２の反対側に設けられているとともに、ローラによってそれぞれ構成された一対の第１押圧部材７２を有している。各第１押圧部材７２は、支持機構５２に支持されたガラス基板５０の表面に対してほぼ垂直な軸の回りで回転自在に、押圧ロッド７４の先端部に支持されている。押圧ロッド７４は、支持テーブル４２上に立設されたブラケット７５に支持され、ガラス基板５０の表面と平行な方向に沿って延びている。また、押圧ロッド７４は、ガラス基板５０の長辺と直交する方向、例えば、Ｘ方向に沿って延びている。

押圧ロッド７４内には付勢手段としての圧縮ばね７６が配置され、一対の第１押圧部材７２はこの圧縮ばねによりガラス基板５０の長辺に向かって付勢されている。押圧ロッド７４を支持したブラケット７５は、第１押圧部材７２がガラス基板５０の長辺に当接する押圧位置と、第１押圧部材がガラス基板から離間する退避位置との間を、Ｘ方向に沿って移動可能に設けられている。そして、ブラケット７５は図示しない駆動機構により上記押圧位置と退避位置との間を移動される。

第２押圧部７０は、支持機構５２を間に挟んで第２位置決め部材６４の反対側に設けられている。第２押圧部７０は、ローラによって構成された第２押圧部材７８を有している。第２押圧部材７８は、支持機構５２によって支持されたガラス基板５０の表面に対してほぼ垂直な軸の回りで回転自在に、押圧ロッド８０の先端部に支持されている。押圧ロッド８０は、支持テーブル４２上に立設されたブラケット８２に支持され、ガラス基板５０の表面と平行な方向に沿って延びている。また、押圧ロッド８０は、ガラス基板５０の短辺と直交する方向、例えば、Ｙ方向に沿って延びている。

押圧ロッド８０内には付勢手段としての圧縮ばね８３が配置され、第２押圧部材７８はこの圧縮ばねによりガラス基板５０の短辺に向かって付勢されている。押圧ロッド８０を支持したブラケット８２は、第２押圧部材７８がガラス基板５０の短辺に当接する押圧位置と、第２押圧部材がガラス基板から離間する退避位置との間を、Ｙ方向に沿って移動可能に設けられている。そして、ブラケット８２は図示しない駆動機構により上記押圧位置と退避位置との間を移動される。

次に、上記のように構成された基板支持装置を用いてガラス基板５０を支持および位置決めする方法について説明する。
まず、位置決め機構５４における支持アーム６３および６６の伸縮長さを調整し、第１および第２位置決め部材６２、６４をガラス基板５０のサイズに応じた所望位置に位置合わせする。また、第１および第２押圧部６８、７０のブラケット７６、８２をそれぞれ退避位置に移動させ、この退避位置に保持する。続いて、図示しない基板搬送機構により、ガラス基板５０を支持機構５２の９個の球体５８上に移載し、これらの球体によってほぼ水平に支持する。この際、ガラス基板５０は、その長辺および短辺が第１位置決め部材６２および第２位置決め部材６４とそれぞれ対向するように、且つ、これらの位置決め部材と重ならないように球体５８上に載置される。
なお、各球体５８は回転自在でありガラス基板５０の面方向に移動の自由度を有している。そのため、球体５８上に載置されたガラス基板５０は、その面方向に沿って移動自在に支持されている。また、第１および第２押圧部６８、７０のブラケット７６、８２を退避位置に移動させた状態において、第１および第２押圧部材７２、７８は、支持機構５２から充分に離間しているため、支持機構の球体５８に対してガラス基板５０を容易に載せ降ろしすることができる。

次に、第１および第２押圧部６８、７０のブラケット７５を押圧位置に移動させ、第１押圧部材７２および第２押圧部材７８をガラス基板５０の長辺および短辺にそれぞれ当接させる。すると、一対の第１押圧部材７２は圧縮ばね７６の付勢力によりガラス基板５０の長辺を押圧し、ガラス基板の他方の長辺を一対の第１位置決め部材６２に押付ける。これにより、ガラス基板５０の長辺側が第１位置決め部材６２によって位置決めされる。また、第２押圧部材７８は圧縮ばね８３の付勢力によりガラス基板５０の短辺を押圧し、ガラス基板の他方の短辺を第２位置決め部材６４に押付ける。これにより、ガラス基板５０の短辺側が第２位置決め部材６２によって位置決めされる。
以上の工程により、ガラス基板５０は所定位置に位置決めされた状態で支持テーブル４４２に支持される。

上記のように構成された基板支持方法および基板支持装置によれば、基板を支持する複数の球体はそれぞれ回転自在に設けられ、基板の面方向、つまり、基板の移動方向に移動の自由度を有している。そのため、基板を移動する際、球体が回転し基板を容易にかつ円滑に移動させることができる。同時に、基板と球体との擦れを殆ど生じることがなく、基板表面を傷つけることなく位置決めおよび支持することができる。また、基板の熱膨張あるいは収縮、更には、基板に衝撃が作用して基板が移動した場合でも、基板を損傷することなく安定して支持することができる。

基板の辺に当接して基板を位置決めする第１および第２決め部材は、いずれも、基板の表面に対して垂直な軸の回りで回転自在に設けられ、基板の移動方向、特に、基板の辺と平行な方向への移動の自由度を有している。同様に、基板を第１および第２位置決め部材に押付ける第１および第２押圧部材は、いずれも、基板の表面に対して垂直な軸の回りで回転自在に設けられ、基板の移動方向、特に、基板の辺と平行な方向への移動の自由度を有している。そのため、基板を移動する際、第１および第２位置決め部材あるいは第１および第２押圧部材が回転し、基板を抵抗なく、且つ、基板と球体との擦れを殆ど生じることなく、円滑に移動させることができる。これにより、基板を損傷することなく容易に位置決めすることができる。また、基板の熱膨張あるいは収縮、更には、基板に衝撃が作用して基板が移動した場合でも、基板を損傷することなく安定して支持することができる。

更に、上述した構成によれば、真空環境の他、どのような条件下においても、基板に傷や欠けなどの損傷を与えることなく円滑かつ安定して基板を支持および位置決めすることが可能となる。従って、画像表示装置等の製造工程において、ガラス基板の製品歩留まりが向上し、安定した品位のガラス基板を供給することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

支持、位置決めの対象となる基板は、ＦＥＤの基板に限定されることなく、液晶表示パネルの基板、ＰＤＰの基板等、種々の基板に適用することができる。球体、位置決め部材、および押圧部材の材質は金属に限らず、適宜選択可能である。また、支持機構を構成する球体の数、位置決め部材および押圧部材の数は必要に応じて増減可能である。

上述した実施の形態では、第１および第２押圧部材を備えた押圧機構により基板を位置決め部材に押し当てる構成としたが、例えば、支持テーブルの表面を傾斜して形成し、重力により基板を位置決め部材に押し当てる構成としてもよい。この場合、押圧機構を省略し、構成の簡略化を図ることができる。

基板を備えたＦＥＤを示す斜視図。 図１の線Ａ−Ａに沿った上記ＦＥＤの断面図。 この発明の実施の形態に係る基板支持装置を示す平面図。 上記基板支持装置を示す側面図。 上記基板支持装置により支持された基板および位置決め機構を示す斜視図。 上記基板支持装置の支持部材および位置決め部材を拡大して示す側面図。

符号の説明

１１…前面基板、 １２…背面基板、 ４２…支持テーブル、
５０…ガラス基板、 ５２…支持機構、 ５４…位置決め機構、 ５８…球体、
６２…第１位置決め部材、 ６４…第２位置決め部材、 ７２…第１押圧部材、
７８…第２位置決め部材

Claims (6)

1. 基板を支持、位置決めする基板支持方法において、
   基板を支持部材上に移動可能に支持し、
   上記支持された基板の一辺を、この一辺と平行な方向への移動の自由度を有した一対の第１位置決め部材に押し当てて、上記一辺を位置きめし、
   上記支持された基板の上記一辺と直交する他辺を、この他辺と平行な方向への移動の自由度を有した第２位置決め部材に押し当てて、上記他辺を位置決めすることを特徴とする基板支持方法。
2. 基板を支持および位置決めする基板支持装置において、
   上記基板が載置される複数の支持部材を有し、上記基板をその表面方向に沿って移動可能に支持する支持機構と、
   上記支持部材上に支持された上記基板の一辺とそれぞれ当接可能に設けられているとともに、この一辺と平行な方向への移動の自由度を有した一対の第１位置決め部材、および上記支持部材上に支持された基板の上記一辺と直交する他辺と当接可能に設けられているとともに、この他辺と平行な方向への移動の自由度を有した第２位置決め部材を具備し、上記基板の一辺および他辺を上記一対の第１位置決め部材および第２位置決め部材にそれぞれ押し当てて、上記基板を位置きめする位置決め機構と、
   を備えたことを特徴とする基板支持装置。
3. 上記第１位置決め部材および第２位置決め部材は、上記支持部材上に支持された基板の表面に垂直な軸の回りで回転自在に設けられたローラによりそれぞれ構成されていることを特徴とする請求項２に記載の基板支持装置。
4. 上記複数の支持部材は、それぞれ上記基板表面に当接する球体と、この球体を回転自在に支持した球体受けと、を備えていることを特徴とする請求項２又は３に記載の基板支持装置。
5. 上記位置決め機構は、上記支持部材上に支持された基板の一辺と当接可能に設けられ上記基板を上記第１位置決め部材に押し当てる第１押圧部材と、上記基板の一辺と当接可能に設けられ上記基板を上記第２位置決め部材に押し当てる第２押圧部材と、を備えていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の基板支持装置。
6. 上記第１押圧部材および第２押圧部材は、上記支持部材上に支持された基板の表面に垂直な軸の回りで回転自在に設けられたローラによりそれぞれ構成されていることを特徴とする請求項５に記載の基板支持装置。

Images