JP2006106150A

JP2006106150A - 液晶滴下装置

Info

Publication number: JP2006106150A
Application number: JP2004289503A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Kawasumi; 幸宏川隅; Chihiro Miyajima; 千広宮島; Shigeru Ishida; 茂石田; Shinya Yamama; 伸也山間; Isamu Maruyama; 勇圓山
Original assignee: Hitachi Industries Co Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2004-10-01
Filing date: 2004-10-01
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2024-10-01
Also published as: JP4682576B2

Abstract

【課題】
基板上に所望量の液晶剤を供給する場合に、供給過程で液晶剤中の溶存する空気が気泡となり、供給量が変化することで滴下精度を悪化させ、しいてはパネルの精度が落ちるという課題がある。
【解決手段】
タンク内部の圧力を真空雰囲気から大気圧若しくは正圧にする正圧源と、タンク内部の圧力を真空雰囲気にする負圧源を備え、液晶剤を前記マイクロシリンジ内に計量充填する場合には、正圧源をタンクに接続し、液晶剤を基板上滴下する場合は、負圧源をタンクに接続するための電磁弁を設けた構成とした。これにより、生産中ペーストに溶解する空気を極力少なくし，かつ負圧吸引時には気泡を混入することなくスムースに液晶剤を充填させる構成とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶パネルの組立て装置に係り、特に、基板上の所望位置に所望量の液晶剤を滴下する液晶滴下装置に関する。

液晶表示パネルの製造には、透明電極や薄膜トランジスタアレイを付けた２枚のガラス基板のうち、一方の基板上にシール剤をクローズしたパターンに描画し、さらに、そのパターンの内側に液晶剤を滴下しておいて他方の基板を一方の基板上に配置し、真空中で上下の基板を接近させて貼り合せる特許文献１などで提案された方法がある。

液晶剤の滴下方法としては、特許文献２で提案されている方法等がある。液晶剤は例えば特許文献２のようなタンクタイプや、液晶ボトル等により保管されている。

特開昭６２−１６５６２２号公報

特開２００３−１６４７８３号公報

液晶剤を液晶供給装置に取付ける前には液晶剤を真空環境に晒し、液晶剤の精製や輸送、保管時に液晶剤に溶存する空気抜き処理（以下脱泡処理という）を行い、充分に脱泡処理した後、生産に用いている。

基板に供給した液晶剤を真空中で封入する場合、液晶剤は真空環境に晒されることになるが、この時にも液晶剤に溶存する空気が多い場合には脱気される前に対向基板を重ねて液晶剤を封入してしまうため、基板内に空気まで封入してしまうことになり、これは液晶パネルの表示むらの要因であることから生産性を低下させることになる。

また、液晶剤の供給精度の面からは特許文献２にあるタンクタイプのシリンジではタンク内を加圧してニードルの開時間を調整しているため空気の溶存の進行を増す方向に作用している。

また、マイクロシリンジタイプ（たとえば米TecanSystems，Inc社XL3000等）では溶存空気があるとマイクロシリンジ内に液晶材料を負圧吸引する際に気泡が生じて滴下精度が不安定になってしまうため、気泡が生じないよう充填速度を遅くすると生産性を低下することになってしまう。

液晶供給装置の面からは装置の占有面積を小さくするため、液晶供給器を基板の主面に平行な方向に動かしながら基板に液晶を供給する構成を取ることがある。この場合液晶が入ったボトルを揺らしながら生産を行うため、空気の溶存の進行を増す方向に作用している。

また、液晶剤を自然放置すると再度液晶剤に空気が溶解していく。この過程は液晶供給装置における生産中にも進行する現象である。

そこで、本発明の目的は、供給する液晶剤の量を正確に計測供給するために、タンク内からマイクロシリンジへの液晶剤を供給する場合、液晶在中に空気の溶存を極力抑制し、供給量を決定するマイクロシリンジ内で気泡を発生しない装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、タンク内部の圧力を真空雰囲気から大気圧若しくは正圧にする正圧源と、タンク内部の圧力を真空雰囲気にする負圧源を備え、液晶剤を前記マイクロシリンジ内に計量充填する場合には、正圧源をタンクに接続し、液晶剤を基板上滴下する場合は、負圧源をタンクに接続するための電磁弁を設けた構成とした。これにより、生産中ペーストに溶解する空気を極力少なくし、かつ負圧吸引時には気泡を混入することなくスムースに液晶剤を充填させる液晶滴下装置を提供できる。

本発明によれば、液晶剤に気泡を混入することなく精度良く安定して基板に滴下供給し、かつ、液晶タンク内の液晶剤に空気の混入を抑制することで、液晶パネルの生産性を向上させるが可能になる。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。図１は本発明による液晶滴下装置の一実施例を示す斜視図である。図１において、架台１上には、タンク１０７やノズルを備えた液晶ディスペンサ９をＹ軸方向に移動させるためのＹ軸移動機構支持架台２ａ，２ｂが設けられている。このＹ軸移動機構支持架台２ａ，２ｂ上には、Ｙ軸方向に並行にＹ軸移動機構４ａ，４ｂが設けられ、このＹ軸移動機構４ａ，４ｂ上に塗布ヘッドをＸ軸方向に移動させるＸ移動機構軸支持架台３が設けてある。更に、Ｘ軸移動機構支持袈台３の下側の架台１上には、θ軸移動テーブル６が設けられ、θ軸移動テーブル６の上に基板7を保持するための基板保持機構５が設けてある。

Ｙ軸移動機構４ａ，４ｂは、リニアサーボモータと案内部（リニアレール）からなりＹ軸移動機構支持架台２ａ，２ｂ側にリニアレールがＸ軸移動機構支持架台３側リニアサーボモータを設けてある。すなわち、Ｘ移動機構軸支持架台３をＹ軸方向に移動させる構成としてある。Ｘ軸移動機構３ａは、リニアサーボモータと案内部からなり、Ｘ移動機構軸支持架台３側にリニアレールが、液晶ディスペンサ支持ブラケット８側にリニアサーボモータを設けた構成としてある。これにより、ディスペンサ支持ブラケット８上に搭載された液晶ディスペンサ９をＸ軸方向に移動させる構成としてある。

またディスペンサ支持ブラケット８側には、照明の可能な光源を備えた鏡筒と画像認識用カメラ１５が取り付けてある。画像認識用カメラは、基板７の位置合わせマークの観察やペーストの形状認識などのために、基板７に対向するように設けられている。

さらに、架台１の下側内部には、ＸＹ軸移動機構の駆動を行なうリニアモータ３ｍ，４ａｍ，４ｂｍとθ軸移動テーブルを駆動するサーボモータ６ｍを制御する主制御部１７と、ディスペンサ制御部１８とが設けられている。この主制御部１７とディスペンサ制御部１８の間は信号ケーブル２１で接続されている。ディスペンサ制御部１８は、後述するマイクロシリンジのピストン１０２を駆動するＺ軸モータ１１０や流路切り替えバルブ１０３を駆動するＲ軸モータ１０３Ｍやタンク１０７の調圧用の電磁弁１２１などを制御する。

主制御部１７にはモニタ１９やキーボード２０、外部記憶装置であるハードディスク２２が接続されている。そして、主制御部１７での各種処理のためのデータがキーボード２０から入力され、画像認識カメラ１５で捉えた画像や主制御部１７での処理状況がモニタ１９で表示される。また、キーボード２０から入力されたデータなどは、外部記憶装置であるハードディスク２２に記憶保管される。

次に、液晶ディスペンサ９の構造を図２に示す。

液晶ディスペンサ９はマイクロシリンジ部Ｍ１、流路切替部Ｍ２、吸い込み部Ｍ３、吐出部Ｍ４、駆動部Ｍ５、ディスペンサ制御部１８から構成されている。

マイクロシリンジ部Ｍ１は、ガラス製のマイクロシリンジ１０１と駆動部により矢印方向に移動するピストン１０２で構成してある。

流路切替部Ｍ２は、流路Ａ、流路Ｂ、流路Ｃを図示せぬＲ軸モータ１０３Ｍにより流路切替ポート１０４を回転させて流路切替を行う切替バルブ１０３と、継手１０５で構成している。切替バルブ１０３の切替タイミングは、図示せぬモータをピストン１０２の移動と重複しないようにディスペンサ制御部１８で制御している。

本図では流路Ａ―Ｂを繋ぐよう流路切替ポート１０４の向きを設定しており、この位置を吸い込みポート位置という。また、流路切替ポート１０４の向きを回転させＢ−Ｃを繋ぐようにした位置を、吐出ポート位置という。

吸い込み部Ｍ３は、チューブ１０６と、既に脱泡処理された液晶剤１２０が充填された液晶タンク１０７とで構成されている。液晶タンク１０７にはチューブ１０６とチューブ１２８のそれぞれ一端側が挿入され、空気の洩れがないようシールできる蓋１２５が取り付けられている。チューブ１０６の一端側は、液晶タンク１０７の底面近くにその端部が位置するように液晶タンク１０７内に配置され、他端側は継手１０５を介して流路Ａに接続されている。チューブ１２８の一端側は液晶タンク１０７の上部の蓋１２５の近くに配置され、他端側には液晶剤中への異物の混入を防止するためのフィルタ１２２を介して電磁弁１２１に接続されている。この電磁弁１２１には、タンク内の雰囲気を大気圧若しくは正圧雰囲気や負圧雰囲気に調圧するための正圧源と負圧源が接続されている。

吐出部Ｍ４側は、チューブ１０８と、チューブ１０８の先端に取り付けたノズル１０９とで構成している。チューブ１０８の他端側は継手１０５を介して、流路Ｃに接続されている。ノズル１０９は図示せぬブラケットによりディスペンサ９の最下部に位置するように取り付けられ、図示せぬ高さ調整機構により基板から２ｍｍ程度の高さになるように調整できるよう構成されている。

駆動部Ｍ５は、ピストン１０２を精密に位置決め駆動するため、主制御部18からの駆動信号に基づいて、Ｚ軸モータ１１０の回転させ、Ｚ軸モータ１１０の軸に接続されたねじ１１１を介してナット１１２を案内機構１１４に沿って移動させる。本図では上下方向に移動させて、連結部１１３を介してピストン１０２を上下に駆動している。

次に、本実施例における制御方法について説明する。

図３は、図１における主制御部の構成を示すブロック図である。図において、主制御部１７は、マイクロコンピュータ１７ａがデータ通信バス１７ｃを介して、モータコントローラ１７ｂと、外部インターフェース１７ｄ及び画像認識部１７ｅとを接続した構成となっている。モータコントローラ１７ｂには、Ｘ軸リニアモータ用ドライバ１７ｆと、Ｙ軸リニアモータ用ドライバ１７ｇ、１７ｈと、θ軸モータ用ドライバ１７ｉとが接続されている。

同図において、主制御部１７には、種々の外部機器が接続され、夫々の機器を制御している。例えば、Ｘ、Ｙ、θの各軸を駆動するモータ３ｍ、４ａｍ、４ｂｍ、６ｍとそれぞのモータに設けてあるエンコーダとが各軸のドライバ１７ｆ〜１７ｉに接続され、画像認識用カメラ１５で得られる映像信号は画像処理部１７ｅに接続され、外部インターフェース１７ｄは、ディスペンサ制御部１８や、モニタ１９やキーボード２０、ハードディスク２２等に接続されている。また、マイクロコンピュータ１７ａには図示しないが、主演算部や後述する塗布描画を行なうための処理プログラムを格納したＲＯＭ、主演算部での処理結果や外部インターフェース１７ｄ及びモータコントローラ１７ｂからの入力データを格納するＲＡＭ、外部インターフェース１７ｄやモータコントローラ１７ｂとデータをやりとりする入出力部などを備えている。

同図において、外部インターフェース１７ｄには、ネットワークケーブル２５が接続されており、このネットワークケーブル２５を介して、図示していない本装置が使用される生産工場の稼動状況などを管理する管理用コンピュータや他装置を接続しているネットワーク２６に接続されている。このような構成とすることで本装置の運転状況や運転条件の自動切換え制御、基板の搬入搬出の制御等の管理を行っている。

各モータ３ｍ，４ａｍ，４ｂｍ，６ｍには、前述のように位置を検出するリニアスケールと回転量を検出するエンコーダが内蔵されており、その検出結果をＸ，Ｙ，θの各軸ドライバ１７ｆ〜１７ｉに送信し、そのけ結果に基づいて位置制御を行なっている。

図４は、図１におけるディスペンサ制御部の構成を示すブロック図である。ディスペンサ制御部１８の内部は、マイクロコンピュータ１８ａが、データ通信バス１８ｃを介してモータコントローラ１８ｂと外部インターフェース１８ｄとが接続されている。更に、モータコントローラ１８ｂには、マイクロシリンジ１０１内のピストン１０２を上下に制御するＺ軸モータ用ドライバ１８ｅと、液晶流路切替弁１０３を駆動するＲ軸モータ用ドライバ１８ｆとが接続されている。

また、マイクロコンピュータ１８ａには図示しないが、主演算部や液晶供給時のピストン位置制御を行なうための処理プログラムを格納したＲＯＭ、主演算部での処理結果や外部インターフェース１８ｄ及びモータコントローラ１８ｂからの入力データを格納するＲＡＭ、外部インターフェース１８ｄやモータコントローラ１８ｂとデータをやりとりする入出力部などを備えている。

また、外部インタフェース１８ｄには、電磁弁１２１と、正圧源１３０に接続されて液晶タンク１０７に印加する圧力を調整する正圧レギュレータ１２３と、負圧源１３１に接続されて液晶タンク１０７に印加する圧力を調整する負圧レギュレータ１２４とが接続されている。

ここで正圧源１３０には、圧縮乾燥され異物が取り除かれた空気又は、圧縮された窒素、ヘリウム、ネオン等の内の一種類の不活性ガスなどを使用する。また、液晶タンク１０７内を正圧にしない場合には、正圧源や正圧レギュレータを使用せず、大気雰囲気に連通してもよい。

主制御部１７とディスペンサ制御部１８との連携した制御のもと、各モータ３ｍ，４ａｍ，４ｂｍ，６ｍが、キーボード２０から入力されてマイクロコンピュータ１７ａのＲＡＭに格納されているデータに基いて移動・回転する。これにより、基板保持機構５（図１）に保持された基板７に対して、ノズル１３ａ（図２）を、Ｘ，Ｙ軸方向に任意の距離を移動し、その移動中にピストン１０２を移動させることでノズル１０９の先端部の吐出口から液晶剤が吐出され、基板７に所望のペーストパターンが塗布される。

図５に本実施例における装置の動作のフローチャートを示す。

図５において、まず、電源を投入する（ステップ１００）。次に、液晶供給装置の初期設定が実行される（ステップ２００）。この初期設定工程では、マイクロシリンジ内に液晶剤を必要量だけ充填する処理と液晶剤供給データの設定などを行う。

初期設定工程における液晶充填動作のフローチャートを図６に示す。液晶充填動作では、まず、液晶タンク１０７内の気圧を大気圧若しくは正圧にする（ステップ２０１）。液晶タンク１０７内の気圧が大気圧若しくは正圧になったことを図示せぬ圧力センサで確認した後、Ｒ軸モータ１０３Ｍにより流路切替弁を駆動して吸込み側とマイクロシリンジ１０１を連通させる吸い込みポート位置に移動させる。（ステップ２０２）。次にＺ軸を駆動してピストン１０２を動かし液晶剤をマイクロシリンジ内に流入させる動作を行う（ステップ２０３）。この処理ではピストン１０２を流路切替弁１０３の方向（上死点方向）から反対方向（下死点方向）にピストンを動かす際にマイクロシリンジ内が負圧になることで液晶剤１２０を液晶タンク１０７から吸込む動作をするものである。本実施例では、予め液晶タンク１０７内の圧力を正圧にすることで、タンク内の液晶剤がマイクロシリンジ側に送出しやすくすることで、ピストンの動作に対応して液晶剤を送出でき液晶剤中への空気の混入を抑制することができるものである。

必要量の流入が終了すると、再度Ｒ軸モータ１０３Ｍにより流路切替弁を駆動して、吐出側とマイクロシリンジ１０１を連通させる吐出ポート位置に移動させる（ステップ２０４）。続いて液晶タンク内の気圧を真空（負圧）にして（ステップ２０５）、液晶充填動作を終了する（ステップ２０６）。液晶タンクの真空度は１０^４〜１０^３Ｐａ程度の低真空で良い。尚、最後に液晶タンク内を負圧にすることでタンク内の液晶剤に空気の溶存を防止して滴下精度の低下を防ぐものである。

なお、液晶剤をマイクロシリンジに供給する時、ピストンの移動速度が液晶の流入速度に対して速すぎると、液晶剤内に僅かに溶存する空気が抜けて気泡が生じて気泡溜りができてしまい、この気泡がクッションとなり液晶剤の供給精度を低下させる要因となる。このため、液晶タンク内を正圧することで、供給がスムーズに行われる。また、ピストンの移動速度を気泡の発生を抑制するため、液晶ボトルに加える正圧と、ピストンの移動速度を準備試験により予め決定しておくと良い。

また、ノズル１０９（図２）を、その液晶吐出口が液晶供給を開始する位置（即ち、液晶供給開始点）となるように、所定の原点位置に設定する。さらに、液晶供給位置データや基板位置データ、液晶供給終了位置データの設定を行なうものである。

ここで，液晶供給経路データの例を図７に示す。これは６枚の液晶パネルを１枚の基板から取る例である。５０はガラス基板、５１は分割して液晶パネルになる領域、５２は供給する液晶剤、５３は供給動作経路、５４の点線は液晶パネル間の移動経路を示している。各液晶パネル領域５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ、５１Ｄ、５１Ｅ、５１Ｆの順にそれぞれの液晶パネル領域に所望の液晶剤を供給する。ここで、ひとつの液晶パネル領域には対象の画面サイズとセルギャップの設計値から最適な液晶の供給量がそれぞれパネルの仕様により設定されており、例えば対角２０インチの液晶パネルでは７００ｍｇ程度の液晶剤供給量が設定されており、この例では６面分を一度に充填するため４２００ｍｇの液晶剤を充填しておくことになる。

かかるデータの入力は、キーボード２０（図１）から行なわれ、入力されたデータは、前述したように、マイクロコンピュータ１７（図３）に内蔵されたＲＡＭに格納される。この初期設定工程（ステップ２００）が終了すると、次に、基板７を基板吸着機構５（図１）に搭載して保持させる（ステップ３００）。続いて、基板予備位置決め処理（ステップ４００）を行なう。この処理では、基板保持機構５に搭載された基板７の位置決め用マークを画像認識カメラ１５で撮影し、位置決め用マークの重心位置を画像処理で求めて基板７のθ方向での傾きを検出し、これに応じてサーボモータ６ｍ（図３）を駆動し、このθ方向の傾きを補正する。以上により、基板予備位置決め処理（ステップ４００）を終了する。

次に、液晶滴下処理（ステップ５００）を行なう。
マイクロコンピュータ１７ａのＲＡＭに格納された液晶滴下位置をなめらかに繋ぐ経路データ（以下、滴下経路データという）に基づいてリニアモータ３ｍ、４ａｍ、４ｂｍが駆動され、これにより、ノズル１０９の先端部の吐出口が基板７に対向した状態で、Ｘ、Ｙ方向に移動すると共に移動位置に応じてピストン１０２を間欠移動させ、ノズル１０９の先端部の吐出口からの液晶の間欠吐出を開始する。これにより、基板７への液晶滴下動作が開始する。

そして、先に説明したように、ディスペンサ制御部１８のマイクロコンピュータ１８ａは、主制御部１７からノズル１０９のＸＹ方向の位置データから生成される供給信号を入力し予め主制御部から設定された所望の供給量で液晶剤を供給することができる。

そして、液晶滴下が滴下経路データの終端に達し，かつ所望の液晶が基板に滴下されるまで液晶滴下動作を継続する。滴下経路データの終端に達すると、液晶滴下工程（ステップ５００）が終了する。

次に、基板排出処置（ステップ６００）に進み、基板７の保持を解除し、装置外に排出する。そして、以上の全工程を停止するか否かを判定し（ステップ７００）、複数枚の基板に同じパターンで液晶滴下を行う場合には、基板搭載処理（ステップ３００）から繰り返され、全ての基板についてかかる一連の処理が終了すると、作業が全て終了（ステップ８００）となる。

以上のように，この実施例では空気が溶存しやすく、かつ高精度な滴下が要求される液晶剤の滴下について述べたが、液晶剤に限らず、滴下できる材料ならばいかなる材料でもよい。

また、滴下方法について述べているが、シリンジを間欠動作でなく連続して動作させて線引き塗布を行う方式でもよい。

以上説明したように、本発明によれば、液晶剤に気泡を混入することなく精度良く安定して基板に滴下供給できるために、液晶パネルの生産性を向上できる。

液晶滴下装置の全体構成を示す図である。液晶剤の供給流路構成を示す図である。主制御装置の機能配置のブロック線図である。副制御装置の機能配置のブロック線図である。液晶滴下の手順をを示すフローチャートを示す図である。マイクロシリンジ内への液晶供給手順を説明するフローチャートを示す図である。基板上に液晶剤を滴下する手順を示した図である。

符号の説明

１…架台、２ａ，２ｂ…Ｙ軸移動機構支持架台、３…Ｘ軸移動機構支持架台、４ａ，４ｂ…Ｙ軸移動機構、５…基板保持機構、６…θ軸移動テーブル、７…基板、８…ディスペンサ支持ブラケット、９…液晶ディスペンサ、１０１…マイクロシリンジ、１０２…ピストン、１０３…切換弁、１０５…継手、１０７…液晶タンク、１０８…ノズル、１２１…電磁弁、１２２…フィルタ。

Claims

テーブル上に載置した基板に対向して吐出口から液晶剤の滴下を行うノズルと、基板に供給する液晶剤が貯蔵された液晶タンクと、前記液晶タンク内の液晶剤を計量充填し、前記ノズルより定量滴下を行うマイクロシリンジとを具備し、前記マイクロシリンジ内に充填した液晶剤を前記基板と前記ノズルとの相対位置関係を変化させて前記吐出口から前記基板上に滴下させることにより、前記基板上の所望位置に所望量の液晶剤を供給する液晶滴下装置において、
前記液晶タンク内部の圧力を真空雰囲気から大気圧若しくは正圧にする正圧源と、前記液晶タンク内部の圧力を真空雰囲気にする負圧源を備え、液晶剤を前記マイクロシリンジ内に計量充填する場合には、前記正圧源を前記液晶タンクに接続し、前記液晶剤を前記基板上に滴下する工程では前記負圧源を前記液晶タンクに接続する電磁弁を設けたことを特徴とする液晶滴下装置。
請求項１に記載の液晶滴下装置において、
前記液晶タンクから前記マイクロシリンジに液晶剤を供給する流路と、前記マイクロシリンジから前記ノズルへ液晶剤を供給する流路を切換える流路切換手段を備えたことを特徴とする液晶滴下装置。
請求項１又は２に記載の液晶滴下装置において、
前記マイクロシリンジは、ピストンを備え、前記ピストンを駆動する駆動量で充填する液晶剤の量を規定すると共に、前記液晶タンクに加える正圧力に応じて前記ピストンの移動速度を決定することを特徴とする液晶滴下装置。