JP2009244690A - 基板貼合せ方法および基板貼合せ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 貼り直しが可能な基板貼合せ方法および基板貼合せ装置を提供すること。
【解決手段】 第1基板(K1)と第2基板(K2)とをそれぞれの貼合せ面(K11,K21)同士が対向近接するように配置する配置ステップ(S1,S2,S3)と、第1基板(K1)と第2基板(K2)の間に多数の貫通孔を有する高分子フィルム(F0)を配置するステップ(S4)と、減圧下(P1)において、第1基板(K1)と第2基板(K2)を相対的に接近させて、第1基板(K1)と高分子フィルム(F0)および第2基板(K2)と高分子フィルム(F0)を密着させるステップ(S5)と、密着ステップ(S5)後に大気圧(P0)に戻すステップ(S6)を備えることを特徴とする基板貼合せ方法および基板貼合せ装置を提供する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、ディスプレイ装置の基板貼合せ方法および基板貼合せ装置に関する。
液晶ディスプレイに代表されるディスプレイ装置には、従来ガラス基板が用いられてきた。しかし、近年、ディスプレイ装置には、より軽量薄型化でき且つ形状の自由度や耐衝撃性に優れるものが要求されており、重くて割れやすいガラス基板に代えてフィルム基板を用いることが検討されてきている。
フィルム基板には、例えば互いに貼合せ可能な2枚の第1基板及び第2基板が用いられる。これら各基板は次の構成とされる。即ち、第一基板は、基材となる透明フィルムの上にカラーフィルターと透明電極が形成された構成とされる。第2基板は、基材となるフィルムまたはガラスの上にTFT(Thin Film Transistor)電極が形成された構成とされる。また、貼合せ後に第1基板と第2基板の間に表示媒体が挟み込まれるように、第1基板または第2基板の何れかの表面に表示媒体層が形成されている。更に、貼合せのための接着層が、第1基板と第2基板の少なくとも一方の表面に形成されている。第1基板と第2基板とは、スペーサーを介して数μm〜数十μm(但し、表示媒体の種類により異なる)の一定のギャップを保持するように貼合せられる。これにより、ディスプレイ装置用のデバイスが製作される。貼合せに際して、TFTとカラーフィルターのサブピクセルとの位置合わせを精度良く行う必要がある。
ディスプレイ装置に用いる2枚のフィルム基板を貼合せる技術として、例えば図9に示すように、2枚の基板K30,K40の貼合せを、真空雰囲気下で平板状治具502に固定した状態で加圧する技術がある(例えば特許文献1照)。
特開2007−047304号公報
特許文献1では、真空雰囲気下で貼合せるので、空気の咬み込みの防止を図ることができる。しかし、ゴミの咬み込み等によって欠点を生じた場合、貼り合わせには接着剤を用いているため、貼り直しを行うことが出来ない。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、貼り直しが可能な基板貼合せ方法および基板貼合せ装置を提供することを目的とする。
上記目的は、下記の本発明により達成される。なお「特許請求の範囲」及び「課題を解決するための手段」の欄において各構成要素に付した括弧書きの符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
請求項1に記載の発明は、第1基板(K1)と第2基板(K2)とを貼合せる基板貼合せ方法であって、
第1基板(K1)と第2基板(K2)とをそれぞれの貼合せ面(K11,K21)同士が対向近接するように配置する配置ステップ(S1,S2,S3)と、
第1基板(K1)と第2基板(K2)の間に多数の貫通孔(F1)を有する高分子フィルム(F0)を配置するステップ(S4)と、
減圧下(P1)において、第1基板(K1)と第2基板(K2)を相対的に接近させて、第1基板(K1)と高分子フィルム(F0)および第2基板(K2)と高分子フィルム(F0)を密着させるステップ(S5)と、
密着ステップ(S5)後に大気圧(P0)に戻すステップ(S6)を備えることを特徴とする基板貼合せ方法である。
請求項2に記載の発明は、第1基板(K1)と第2基板(K2)とを貼合せる基板貼合せ装置であって、
第1基板(K1)と第2基板(K2)とをそれぞれの貼合わせ面(K11,K21)同士が対向近接するように配置し、第1基板(K1)と第2基板(K2)の間に多数の貫通孔(F1)を有する高分子フィルム(F0)を配置し、減圧下で第1基板(K1)と第2基板(K2)を相対的に接近させて、第1基板(K1)と高分子フィルム(F0)および第2基板(K2)と高分子フィルム(F0)を密着させ、大気圧に戻す真空機構(10)を備えることを特徴とする基板貼合せ装置である。
本発明によれば、第1基板(K1)と第2基板(K2)との配置後、減圧下で、両基板の間に多数の貫通孔を有する高分子フィルム(F0)を挟み込むので、高分子フィルムの貫通孔(F1)は両開口部を基板に塞がれた状態で内部が大気圧より低圧となって、両基板を吸着した状態となる。そこで、全体としては、第1基板(K1)と第2基板(K2)は高分子フィルム(F0)を介して貼付いた状態となる。
そのため、貼合わせの際にゴミの咬み込み等の何らかの欠点が発生した場合でも、低圧となる雰囲気に置けば、高分子フィルム(F0)の貫通孔(F1)内の圧力が雰囲気圧に比較して高くなるので、第1基板(K1)および第2基板(K2)を高分子フィルムF0から簡単に剥がすことがで出来、第1基板(K1)と第2基板(K2)の貼り直しができ、再利用が可能となる。
さらに、減圧による密着力向上効果と高分子フィルム(F0)の形状安定性を確保出来る。
図1は本発明に係る基板貼合せを行う装置の構成概略図、図2は図1のI−I線矢示図、図3は上基板K1と下基板K2におけるアラインメントマークの位置を示す図である。図1において、直交座標系の3軸をX,Y,Zとし、XY平面は水平面、Z軸方向は鉛直方向、Z軸回りはθ方向とする。
本発明に係る基板貼合せ装置1は、図1に示すように、上基板移載部2、下基板移載部3、基板ステージ4、撮像部5、加圧部6、高分子フィルム送り出し部7、高分子フィルム引き出し部8、制御部9および真空機構10から構成されている。
上基板移載部2は、上基板ストッカー21、移載台22及び駆動装置23などを備える。上基板ストッカー21は、下基板K2との貼合せ対象となる上基板K1を、貼合せ面K11を下向きにして仮置きする部位である。上基板K1は、枚葉状の透明フィルム基板であり、上基板K1の縁部にはアライメントマークM1,M1’が形成されている(図3(A)参照 上基板K1を下側から見た図)。本発明の第1基板は上基板K1に相当する。図1において、上基板ストッカー21上および移載台22上の上基板K1は斜線にて表記している。
移載台22は、平面視がフォーク形状の支持部材とされ、駆動装置23によりXYZθ各方向に駆動自在とされる。移載台22の可動範囲は、上基板ストッカー21の上方から加圧部6の直下までとされる。駆動装置23は、例えばボールネジ機構及びサーボモータなどで構成することができる。または、可動アームを備えたロボットにより構成してもよい。
下基板移載部3は、下基板ストッカー31、移載台32及び駆動装置33などを備える。下基板ストッカー31は、上基板K1との貼合せ対象となる下基板K2または貼合せ済みの積層基板D1を、貼合せ面K21を上向きにして仮置きする部位である。下基板K2は、枚葉状のフィルム基板であり、下基板K2の縁部にはアライメントマークM2,M2’が形成されている(図3(B)参照 下基板K2を上側から見た図)。本発明の第2基板は下基板K2に相当する。図1において、下基板ストッカー31上および移載台32上の下基板K2は斜線にて表記している。
移載台32は、平面視がフォーク形状の支持部材とされ、駆動装置33によりXYZθ各方向に駆動自在とされる。移載台32の可動範囲は、下基板ストッカー31の上方から基板ステージ4の直上までとされる。駆動装置33は、例えばボールネジ機構及びサーボモータなどで構成することができる。または、可動アームを備えたロボットにより構成してもよい。
図2に基板ステージ4と下基板K2(一点鎖線で表記)および移載台32を示す。
基板ステージ4は、下基板K2よりも広い面積の載置面41を有する。載置面41には、図2に示すように、多数の真空吸着孔42と多数のリフトピン孔43とが穿設される。真空吸着孔42は、配管及び開閉バルブを介して吸引ポンプに接続される。リフトピン孔43からは、下基板K2または貼合せ済みの積層基板D1を支持するためのリフトピン44が出没可能とされる。
図1にもどり、撮像部5は、撮像装置5aと撮像装置5bとからなる。撮像装置5aは、CCD(Charge Coupled Device)搭載カメラからなり、撮像方向を上向きとして基板のアライメントマークが置かれる位置を中心に移動可能となっており、基板ステージ4の光学的透明部を通してアライメントマークM1およびM2を認識する。撮像装置5bについても、撮像装置5aと同様な構成とされ、撮像方向を上向きとして基板のアライメントマークが置かれる位置を中心に移動可能となっており、基板ステージ4の光学的透明部を通してアライメントマークM1’およびM2’を認識する。図2に撮像装置5a、5bの移動可能領域を斜線で示す。
図1にもどり、加圧部6は、上基板K1より広い面積の上基板固定面61を有する加圧部本体62および駆動部63からなる。上基板固定面61には多数の真空吸着孔が穿設される。
加圧部本体62は、駆動部62によりXYZθ各方向に駆動自在とされる。中央加圧部駆動部62及は、それぞれボールネジ機構及びサーボモータ、または空気圧シリンダなどで構成することができる。
高分子フィルム送り出し部7は高分子フィルム巻きだし部71、中間ロール72およびニップ機構73からなる。
高分子フィルム巻きだし部71は、貫通孔F1を有する高分子フィルムF0を巻芯に巻いたものであり、中間ロール72およびニップ機構73によって、高分子フィルム巻きだし部71に巻かれた高分子フィルムF0を送り出す機構を構成している。ニップ機構73には上下移動の機能もある。
高分子フィルム引き出し部8はチャック機構81および駆動装置82からなる。
チャック機構81は高分子フィルムF0の送り出された端部を把持し、駆動装置82によってフィルム送り出し部7のニップ機構73近傍から、基板を挟んで基板ステージ4を跨いで水平移動が可能であるとともに、上下移動の機能も備えている。
高分子フィルムF0は、図8(b)に示すように厚みが1μm〜50μmであり、表面積に占める、貫通孔F1部分とそれ以外の部分の面積比が1:100から1:3の高分子フィルムである。
制御部9は、タッチパネル等の入出力装置、メモリチップやマイクロプロセッサなどを主体とした適当なハードウエア、このハードウエアを動作させるためのコンピュータプログラムを組み込んだハードディスク装置、及び基板貼合せ装置1における各駆動装置等の構成部とデータ通信を行う適当なインターフェイス回路などから構成され、基板貼合せ装置1に以下に示す一連の貼合せ動作を行わせるように構成される。
真空機構10は、真空容器100と上基板搬送口101と下基板搬送口102とから構成されている。真空容器100は、基板ステージ4と高分子フィルム送り出し部7と高分子フィルム引き出し部8および加圧部6の加圧部本体62を覆う容器となっている。図1では、真空容器100を点線で表記した。上基板搬送口101は、開閉機構を備えており上基板K1の出し入れの際、開閉するようになっている。同様に、下基板搬送口102は、開閉機構を備えており下基板K2の出し入れの際、開閉するようになっている。真空容器100には配管を介して大気開放バルブ103と真空排気バルブ104が接続されている。真空排気バルブ104には配管を介して真空ポンプ105が接続されている。真空排気バルブ104を開状態で大気開放バルブ103を閉状態とした後、真空ポンプ105を作動することにより真空容器100を減圧状態にすることができるようになっている。真空容器100を大気開放する場合は真空ポンプ105を停止し真空排気バルブ104を閉状態にした後、大気開放バルブ103を開状態にする。
次に、本発明に係る基板貼合せ装置1の動作について説明する。図4は本発明に係る基板貼合せ装置1の動作概要を示す流れ図、図5から図7は図4の各ステップの詳細を説明するための図である。
〔下基板搬入S1〕
下基板K2の搬入動作を行う。即ち、下基板移載部3において移載台32は、XYZθ各方向に駆動され、下基板ストッカー31に仮置きされた下基板K2を受け取る(図5(A)参照)。基板ステージ4は、載置面41からリフトピン44を突出させる(図5(B)参照)。移載台32が再び駆動され、下基板K2をリフトピン44の先端に移載する(図5(C)参照)。その後、移載台32は退避する(図5(E)参照)。リフトピン44は、下基板K2を支持した状態で降下する。リフトピン44が最下位置に達すると、真空吸着孔42に吸引圧が生じ、下基板K2は載置面41上に固定保持される(図6(F)参照)。
〔上基板搬入S2〕
下基板K2の搬入動作と並行して上基板K1の搬入動作を行う。即ち、上基板移載部2において移載台22は、XYZθ各方向に駆動され、上基板ストッカー21に仮置きされた上基板K1を受け取り(図5(A)参照)、上基板固定面61の真下に来るように持ってくる(図5(B)参照)。上基板固定面61は、真空吸引孔に吸引圧を生じさせる。上基板固定面61は、上基板K1の非貼合せ面K12の位置まで降下し、上基板K1の非貼合せ面K12を吸引保持する(図5(D)参照)。その後、移載台22は退避する(図6(F)参照)。
〔上下基板位置合わせS3〕
駆動部63は上基板固定面61をZ方向に下降駆動する。これにより、上基板K1と下基板K2は接近する。上基板K1と下基板K2が密接した状態で停止させ、撮像装置5aが上基板K1のアライメントマークM1と下基板K2のアライメントマークM2を読み取り、その画像データを制御部9へ送る(図6(G)参照)。上基板K1と下基板K2が密接した状態は、両基板が接触した状態であり、接着剤等用いずに接触しているので、再度、両基板を剥がすことができる状態を言う。
撮像装置5aの撮像動作と並行して、撮像装置5bが上基板K1のアライメントマークM1’と下基板K2のアライメントマークM2’を読み取り、その画像データを制御部9へ送る(図6(G)参照)。
次に、駆動部63は上基板固定面61加圧部本体62をZ方向に上昇駆動する。上基板K1と下基板K2が離れたら、制御部9は上記各画像データに基づいて、上基板K1のアライメントマークM1のXY方向位置と下基板K2のアライメントマークM2のXY方向位置とが密接状態で一致し、且つ上基板K1のアライメントマークM1’のXY方向位置と下基板K2のアライメントマークM2’のXY方向位置とが密接状態で一致するように、駆動部63をXY方向及びθ方向に駆動制御する。これにより、上基板K1と下基板K2との位置合わせを行う。
〔高分子フィルム配置S4〕
駆動装置82により、チャック機構81はニップ機構73近傍まで移動して(図6(H)参照)、高分子フィルムF0を把持し、高分子フィルムF0を把持した状態で、もとの位置まで戻る。これにより、上基板K1と下基板K2の間に、フィルムF0がはさまれた状態となる(図6(I)参照)。
〔密着S5〕
真空容器9により、少なくとも基板ステージ4の載置面41と加圧部6の上基板固定面61に挟まれた領域を減圧して圧力P1にしてからニップ機構73およびチャック機構81をZ方向に下降して、高分子フィルムF0を下基板K2との平行状態を維持した状態で接近させる。また、駆動部63で上基板固定面61をZ方向に下降駆動する(図6(J)参照)。
ニップ機構73およびチャック機構81の下降は高分子フィルムF0の下面が下基板K2の貼り合わせ面K21と密接したら停止し、駆動部63は上基板K1の貼り合わせ面K11と高分子フィルムの上面と密接したら上基板固定面61の下降駆動を停止する。その後、駆動部63は、上基板固定面61の加圧力制御を行い、所定の圧力を上基板K1、高分子フィルムF0および下基板K2に印加する(図7(K)参照)。
〔大気開放S6〕
真空容器9を大気開放する。この状態で、上基板K1と下基板K2に挟まれた領域の高分子フィルムF0内の孔内の気圧が大気圧より低いため、吸着力が働き、高分子フィルムF0が接着剤と同等の機能を果たす(図8(a)参照)。その状態で、高分子フィルムの余分な部分を図示しない切断治具によりカットする(図7(L)参照)。
〔表示デバイス搬出S7〕
上基板K1と下基板K2との貼合せが終了すると、まず、上基板固定面61での真空吸着が解除され、第1駆動部63は上基板固定面61を上昇させる(図7(M)参照)。次いで、リフトピン孔43に生じていた吸引圧が停止させる。次いで、リフトピン44が突出し、上基板K1と下基板K2とを貼合せてできた積層基板D1を支持しながら上昇させる(図7(N)参照)。リフトピン44が最上位置に達すると、移載台32をXYZθ各方向に駆動して(図7(O)参照)、積層基板D1を下基板ストッカー31に移載する(図7(P)参照)。
以上に述べたように、本発明に係る基板貼合わせ方法によると、上基板K1と下基板K2のいずれにも接着剤を事前に塗布する必要がなく、貼合わせは貫通孔F1を有する高分子フィルムF0を上基板K1と下基板K2の間に挟んだ状態で減圧下P1で行うので、大気圧中では上基板K1と下基板K2は高分子フィルムF0を媒介として密着する。また、貼合わせの際にゴミの咬み込み等の何らかの欠点が発生した場合でも、積層基板D1を密着ステップS5より低圧(P2)となる雰囲気に置けば、高分子フィルムF0の貫通孔F1内の圧力が雰囲気圧(P2)に比較して高くなるので、上基板K1および下基板K2を高分子フィルムF0から簡単に剥がすことがで出来、上基板K1および(または)下基板K2に問題なければ、再利用が可能である。
なお、圧力P1は、1KPa〜70KPaの圧力が望ましい。例えば、基板の貼り合わせ時の真空容器10の圧力を70KPaに減圧した後、上基板K1と下基板K2の間に高分子フィルムF0が配置される。高分子フィルムF0の貫通孔F1の圧力は70KPaとなり、両基板が高分子フィルムF0を介して貼り合わせれた後、大気開放されると、外気温度(雰囲気温度)の影響により密閉されている貫通孔F1の圧力が変化するが、大気圧(約100KPa)に対して十分減圧された環境で貼り合わせが行われているので、両基板が大気圧下で剥がれることがない。すなわち、圧力差による吸着力が保持されるようになっている。また、基板剥離時の圧力P2は、0.7KPa程度の圧力が望ましい。圧力P1より減圧状態で同様の真空容器10で設定できる圧力範囲ならば、新たに装置構成を複雑にして別の真空容器を準備する必要がなく安価な装置構成にすることができる。
また、貼合わせに際して、接着剤を用いていないので、上基板K1と下基板K2を密接した状態での位置情報を基に、調整が出来るので、高精度の位置合わせが可能である。高精度の貼合わせが可能なので、電子ディスプレイ用途ではカラーフィルターとTFTのサブピクセルとが精度良く位置決めされるため、高品位画像の得られるディスプレイ装置が製作可能となる。
また、上基板K1及び下基板K2の少なくとも一方を連続体とする所謂ロールトゥロールプロセスに適用してもよい。
本発明に係る基板貼合せ装置の構成概略図である。 図1のI−I線矢示図である。 上基板と下基板におけるアラインメントマークの位置を示す図である。 本発明に係る基板貼合せ装置の動作概要を示す流れ図である。 図4の各ステップの詳細を説明するための図である。 図4の各ステップの詳細を説明するための図である。 図4の各ステップの詳細を説明するための図である。 上下基板を貼合わせた状態の断面図および高分子フィルムの構造を説明する図である。 上基板と下基板とを貼合せる従来の手法を説明するための図である。
符号の説明
1 基板貼合せ装置
2 上基板移載部
3 下基板移載部
4 基板ステージ
5 撮像部
9 制御部
10 真空機構
21 上基板ストッカー
22 移載台
23 駆動装置
31 下基板ストッカー
32 移載台
33 駆動装置
41 載置面
42 真空吸着孔
43 リフトピン孔
44 リフトピン
5a 撮像装置
5b 撮像装置
61 上基板固定面
62 加圧部本体
72 中間ロール
73 ニップ機構
81 チャック機構
82 駆動装置
100 真空容器
101 上基板搬送口
102 下基板搬送口
103 大気開放バルブ
104 真空排気バルブ
105 真空ポンプ
D1 積層基板
K1 上基板
K2 下基板
K2 下基板
M1 アライメントマーク
M2 アライメントマーク
P1 圧力
502 平板状治具
K11 貼合せ面
K12 非貼合せ面
K21 貼合せ面
S1 下基板搬入
S2 上基板搬入
S3 上下基板位置合わせ
S4 高分子フィルム配置
S5 密着
S6 大気圧開放
S7 表示デバイス搬出

Claims (2)

  1. 第1基板(K1)と第2基板(K2)とを貼合せる基板貼合せ方法であって、
    第1基板(K1)と第2基板(K2)とをそれぞれの貼合せ面(K11,K21)同士が対向近接するように配置する配置ステップ(S1,S2,S3)と、
    第1基板(K1)と第2基板(K2)の間に多数の貫通孔(F1)を有する高分子フィルム(F0)を配置するステップ(S4)と、
    減圧下(P1)において、第1基板(K1)と第2基板(K2)を相対的に接近させて、第1基板(K1)と高分子フィルム(F0)および第2基板(K2)と高分子フィルム(F0)を密着させるステップ(S5)と、
    密着ステップ(S5)後に大気圧(P0)に戻すステップ(S6)を備えることを特徴とする基板貼合せ方法。
  2. 第1基板(K1)と第2基板(K2)とを貼合せる基板貼合せ装置であって、
    第1基板(K1)と第2基板(K2)とをそれぞれの貼合わせ面(K11,K21)同士が対向近接するように配置し、第1基板(K1)と第2基板(K2)の間に多数の貫通孔(F1)を有する高分子フィルム(F0)を配置し、減圧下で第1基板(K1)と第2基板(K2)を相対的に接近させて、第1基板(K1)と高分子フィルム(F0)および第2基板(K2)と高分子フィルム(F0)を密着させ、大気圧に戻す真空機構(10)を備えることを特徴とする基板貼合せ装置。
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