JP2012133098A - 基板組立装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示装置に３Ｄパネルやタッチパネルを組み立てるために、簡単な構成で高精度の組立を行うと共に、生産効率の向上を図った組立装置を提供する。
【解決手段】３Ｄパネル又はタッチパネルと表示パネルとを貼合るために、仮貼合室２で上下基板を上テーブルと下テーブルに保持して、上下基板の位置合わせと、凹凸のある加圧面のある上下テーブルで所定の加圧力での仮貼合を行い、本貼合室７で、仮貼合された基板をフィルム搬送し、搬送用フィルムに仮貼合された基板を挟んだ状態で加熱すると共に、仮貼合室２で加えた加圧力の約８倍の加圧力で本貼合を行う構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は液晶や有機ＥＬを用いた表示パネルに三次元パネルやタッチパネルを取付けるための基板組立装置に関する。

液晶表示装置や、有機ＥＬ表示装置に三次元表示のために３Ｄ（３dimension：３次元）パネルを取り付けたり、利用者が表示指示や、動作指示を行うためのタッチパネル取付けた表示装置が増加してきている。このような、３Ｄパネルやタッチパネルを表示装置に取付けるため製造方法として特許文献1に記載されているように画像表示パネルに基板状部材を接着剤にて直接取付けるものがある。

特開２０１０−１１７６１８号公報

上記特許文献１では、表示パネルに基板状部材を取り付ける方法が明示されているが、実際にどの様な装置を用いて取付を行うかに関しては、何等開示がない。

特許文献１の方法では表示パネルとタッチパネル又は３Ｄパネル間は額縁状（環状）に接着剤を塗布する構成としている。しかし、このような貼付では、接着剤層の厚みで表示パネルと取り付けるタッチパネルや３Ｄパネル間に空間ができ、表示位置とタッチ位置のずれが生じる恐れがあり、３Ｄパネルでは表示位置のずれで画像がひずむ恐れがある。また、パネル間の全面に接着剤を塗布して貼合る方法もあるが接着剤に気泡が混入して、同様の問題が発生する場合がある。

さらに、表示パネルに基板を貼合る際に高圧で貼合る必要がある。高圧で基板を貼合る場合には、基板を保持する面に凹凸があると、基板にその凹凸の圧着痕が残留して表示むら等の原因となり、表示装置としては不良品になる可能性が大きい。

その為、本発明の目的は、表示パネルに３Ｄパネルを貼合た時に気泡の残留の無い精度の良い表示パネル装置を実現すると共に、製造のための時間の短縮を図った表示パネル装置の組立装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では上基板を保持するために、真空吸着パッドや、粘着部材はがし用の剥がしピン用の凹凸のある基板保持面を備えた上テーブルと、ロボットハンドから基板を受け取るための複数の受け取りピン用の凹凸のある基板保持面を備えた下テーブルを備え、どちら一方の基板に接着剤を塗布した前記上下基板を真空状態で所定の加圧力で仮貼合をする仮貼合室と、真空状態で前記仮貼合された基板を加熱し加圧するための加圧面に凹凸のない上下の定盤の位置までフィルムに挟んで搬送し、加熱すると共に、仮貼合時よりも高圧で貼合を行う本貼合室と、前記本貼合室から大気状態で基板を搬出するパネル搬出部から構成した。

上記構成とすることにより、基板が変形することなく、３Ｄパネル又はタッチパネルを表示パネルに貼合た時に気泡の残留の無い精度の良いパネル装置を実現すると共に、製造のための時間の短縮を図った。

本発明の一実施形態になる基板貼合装置の全体構成の１例を示す図である。 仮貼合室の断面構成図である。 本貼合室の断面構成図である。 基板貼合装置の動作を説明するフローチャートである。 図４の続きの工程を示したフローチャートである。

以下、本発明の表示パネルに基板状部材を貼合る装置の一実施例を図に基づいて説明する。本発明では真空チャンバ（真空貼合室）を２つ組み合わせて、小さい加圧力で表示パネルと基板状部材を仮貼合を行なった後に、加熱しながら大きな加圧力で貼合を行う構成としたものである。
図１には本発明の表示パネルにタッチパネル又は３Ｄパネル等の基板状部材を取付ける組立装置の全体配置の平面図を示す。図１において、１はドアバルブ、２は仮貼合室、３は第１のゲートバルブ、４はフィルム繰出し部、５は加熱貼合室、６はフィルム巻取り部、７は本貼合室（フィルム繰出し部４、加熱貼合室５、フィルム巻取り部６を合体したもの）、８は第２のゲートバルブ、９はパネル搬出部である。

本実施例では表示パネルを上基板として、３Ｄパネル又はタッチパネル等の基板状部材を下基板として説明する。図１において、先ず、仮貼合室２に上下基板を搬入するときは、仮貼合室２内を大気状態としてドアバルブ１を開放して、図示していないロボットハンドにて上下基板をそれぞれ仮貼合室２内に搬入する。このとき、第１のゲートバルブ３は閉じられている。又、上下基板のどちらか一方には、熱硬化性の樹脂からなる接着剤が前工程で塗布されている。仮貼合室２内には、後述するように上下にテーブルが対向するように設けてあり、上基板は貼合面を下向きにして上テーブル面に水平に保持され、下基板は貼合面を上向きにして下テーブル面に水平に保持される。上下基板の搬入が完了すると、ドアバルブ１を閉めて、仮貼合室２内を真空排気する。そして、位置合わせを行った後、仮貼合が行なわれる。このときの貼合荷重は約５ｔｆ程度の力である。仮貼合が終了すると、第１のゲートバルブ３が開かれる。この第１のゲートバルブ３を開ける前には、第２のゲートバルブ８は閉じられており、本貼合室７内は仮貼合室２内の仮貼合をする真空状態と同じ真空状態にしてある。第１のゲートバルブ３が開かれると、仮貼合の完了した基板がローラコンベアにより本貼合室７内に搬入される。本貼合室７では、フィルム繰出し部４に設けたフィルム搬送機構（上下に配置されたフィルム間に仮貼り合わされた基板を挟み上下フィルムを移動させることで搬送）にて加熱貼合部５に送られる。加熱貼合部５ではフィルムに挟まれたまま仮貼合された基板を、加熱（例えば約８０〜９０℃）しながら高加圧力（仮貼合室における加圧力の約８倍の加圧力）で加圧することで接着剤を溶融、固化して貼合を行う。貼合が終了すると本貼合室７内を大気状態に戻し、第２のゲートバルブ８を開けて、貼合の完了した基板３０を上下フィルムの間に挟んだ状態で上下フィルムをフィルム巻取り部６側に移動させることで本貼合室７から搬出する。搬出された基板３０はローラコンベアで構成されたパネル搬出部９に搬出される。

このように、仮貼合室２では高精度の位置決めが必要なために、複数台のカメラを用いて位置決めをしてから仮貼合を行っている。本貼合室７では高い加圧力を加えて貼合を行うために、基板に力を作用させる加圧面等に凹凸が有ると、その凹凸を基板に転写してしまう恐れがある。そのために、できるだけ真平らな面で加圧できるように基板を保持する必要がない状態で、フィルムに基板を挟んだまま加熱・加圧できるように構成したものである。また、接着剤には気泡が残らないように、真空中で貼合せを行うようにしたものである。以上が大まかな動作であるが、次に各部の構成の詳細を図面を用いて説明する。なお今回使用した接着剤は熱硬化性の接着剤である。
図２に仮貼合装置の断面図を示す。架台２１上に仮貼合室２が設けてある。仮貼合室２は上下基板を真空状態で仮貼合るもので、仮貼合室２内には上基板２５を保持する上テーブル２２と下基板２６を保持する下テーブル２３が設けてある。仮貼合室２には、上下基板を搬入するための搬入口にはドアバルブ１が、貼合た基板を搬出するための搬出口には第１のゲートバルブ３が設けてある。なお、第１のゲートバルブ３は本貼合室７の基板搬入口と兼用している。仮貼合室２内を真空状態とすることで、基板面に塗布されている接着剤に気泡が混入していても脱気することができる。そのため、図示していない真空ポンプとその配管が配設されており、仮貼合室２内を大気状態から、真空状態に変換する。更に、図示していないが仮貼合室２内が所定の真空度になったか否かを測定する気圧計が設けてある。なお、仮貼合室２内での貼合では、仮貼合せを行うものであり、仮貼合後の接着剤は乾燥された状態ではなく、接着剤の粘性で貼合されているものである。また、貼合のために基板面に加圧痕等が残らない加圧力を加えるようにしている。なお、図示していないが、ロボットハンドから上基板２５を受け取るための上テーブル２２には複数の真空吸着パッドが、上テーブル２２に対して別に上下動できるように駆動機構を設けた構成にしてある。この真空吸着パッドにも、真空ポンプから配管が配設されている。また、下テーブル２３側にはローラコンベア２７が設けてある。さらに、上テーブル２２の基板保持面には上基板２５を真空中でも保持できるように粘着部材２４が設けてある。又上テーブル２２は仮貼合室２の外に上テーブル２２を上下に移動させるための駆動用のモータ２９が設けてある。さらに、図示していないが、上テーブル２２には粘着部材２４から貼合後の基板を剥がすための上テーブル面から突出して上基板面を押えておくために、複数の突出ピンとその駆動機構からなる粘着部材剥がし機構が設けてある。

又、下テーブル２３にはロボットハンドから下基板２６を受け取るための持ち上げピン２８が設けてあり、この持ち上げピン２８を上下に駆動する駆動機構が設けてある。さらに、図示していないが、下テーブル２３又は搬送ローラ２８のどちらか一方を上下に移動することで、下テーブル面上の貼合後の基板を搬送ローラ２８に受け渡す駆動機構が設けてある。なお、下テーブル２３にも粘着部材を設けて、下テーブル２３を位置合わせのために動かした時に基板がずれないようにしておいていも良い。もし、下テーブル２３に粘着部材を設けた場合は、持ち上げピンでテーブル面から基板を持ち上げる事で基板から粘着部材を剥がすことができる。同じく図示していないが、下テーブル２３は、上基板２５と下基板２６の位置合わせを行うために水平方向（ＸＹθ方向）に移動可能に構成されている。また、図示していないが、上基板２５と下基板２６の位置合わせのために、上下の基板２５，２６に設けた位置合わせマークを撮像して、位置合わせを行うための検出用のカメラが複数台設けてある。

前述のように、位置合わせ精度を等を出すために、上テーブル面には基板を保持するための真空吸着パッドや、粘着部材剥がし機構の突出ピンが動作できるように穴が設けてあり、この穴による凹凸がある。同じように下テーブル面にも持ち上げピン用の穴の凹凸がある。従って、上下基板を貼合る際には、上下テーブル面の凹凸が加圧痕として残らないような加圧力を加えるようにしている。

図３に本貼合室の断面図を示す。
本貼合室７においても、図示していない真空ポンプからの配管が設けてあり、この真空ポンプを動作させることで、本貼合室７内を大気状態から真空状態にするようにしてある。なお、真空ポンプに接続された真空排気用の配管の途中に３方電磁弁を介して大気を導入できるように大気導入管が設けてある。第１のゲートバルブ３が開かれた時は本貼合室７内は真空状態してある。図に示すように本貼合室７はフィルム繰出し部４と加熱貼合室５とフィルム巻取り部６から形成されている。仮貼合の完了した基板３０は第１のゲートバルブ３から本貼合室７内に搬入され、フィルム繰出し部４に送られて来る。フィルム繰出し部４には上下にフィルムを巻いたフィルム繰出しロール３１ａ、３１ｂが設けてあり、フィルム３８ａ，３８ｂがガイドロールやピッチングロール等により張力と移動位置が規定され、加熱貼合室５を通り、フィルム巻取り部６の巻取りロール３２ａ，３２ｂに巻き取られる。なお、使用するフィルムは耐熱性のフィルムであり、加熱しても変形しないものである。

仮貼合が行なわれた基板３０は、仮貼合室２に設けた搬送ローラ２８上を移動して本貼合室７内に搬入される。先ず、仮貼合された基板３０全体が本貼合室７内のシート繰出し部４に入ると、第１のゲートバルブ３が閉じられる。仮貼合された基板３０は上下フィルム３８ａ，３８ｂに挟まれて加熱貼合室５に送られる。なお、加熱貼合室５には、支持柱３７に支持された上定盤保持部材３３が設けてあり、上定盤保持部材３３に上定盤３５が取付けられている。又、架台３４上には上下方向に移動できる下定盤３６が設けてある。下定盤３６は架台３４側に設けた駆動機構により上下に移動できる。上下定盤３５，３６の基板に圧力を加える面は平らに形成されている。さらに、上定盤３５及び下定盤３６内には図示していないがヒータが内蔵されており、ヒータを動作させることで加熱できるようになっている。なお、本貼合を行う時には、上定盤３５と下定盤３６間に貼合された基板全体が入る位置にあればよく位置精度をそれほど正確にする必要はない。そのため、仮貼合された基板３０は上下フィルム３８ａ、３８ｂに挟まれて下定盤３６と上定盤３５のある位置まで搬送され、図示していない所定位置に設置した光センサからなる検出器を用いて、基板が上下定盤３５，３６の範囲内に位置したことを検出して上下フィルム３８ａ，３８ｂの移動（基板の移動）を停止することで、基板３０の移動を止める。次に、下定盤３６を上昇させて上下フィルム３８ａ，３８ｂに挟まれたままの状態で加熱・加圧する。加熱・加圧が終了すると下定盤を降下させ、本貼合室７内を大気状態に戻す。その後、第２のゲートバルブ８開放して、フィルム繰出しロール３１ａ、３１ｂと巻取りロール３２ａ，３２ｂを駆動して、フィルムの移動を開始して、貼合の完了した基板３０を搬送ローラで構成されたパネル搬出部９に送る構成としてある。なお、図示ていないが、本貼合室７内が所定の真空度になったか否かを測定する気圧計が設けてある。

前述のように仮貼合室２での貼合は、上基板と下基板を貼り合せるために、それぞれの基板を保持して、位置合わせを行う必要があり、基板を保持する面を平らに形成することが難しく凹凸のある面になる。このため、大きな加圧力を加えると加圧痕が基板側に発生して、パネルが不良となる可能性が大きい。そこで、仮貼合室２では加圧力を制限して仮貼合を行い、本貼合室７で基板を保持する必要ない状態（上下フィルムに仮貼合した基板を挟ん）で平らな定盤面により大きな加圧力で加圧することで本貼り合せを行い、不良品の発生を防止るようにしたものである。

次に図４、図５に示すフローチャートを用いて全体の動作を説明する。

先ず、仮貼合室２のドアバルブ１を開く（Ｓ１）。次に、貼合前の上基板２５のテーブル保持面側をロボットハンドの指部に設けてある真空吸着パッドで真空吸着保持して、先ず上基板２５を上テーブル２２に搬入する。上テーブル２２からは、複数の真空吸着パッドが上テーブル２２面の粘着部材２４面より突出してロボットハンドの指部の間から上基板２４の基板保持面を真空吸着保持する。次に、ロボットハンドの指部の真空吸着パッドの真空を遮断して真空吸着を開放する。その後、ロボットハンドを上テーブル２２面から退避させる。次に上テーブル２２側の真空吸着パッドを上テーブル面まで上昇させる。真空吸着パッドを上昇させることで、上基板２５は上テーブル２２面に設けてある粘着部材２４に粘着保持される（Ｓ２）。

次に、下基板２６をロボットハンドの指部に貼合面を上向きして載せて、下テーブル２３まで搬送する。下基板２６が搬送されてくると、複数の持ち上げピン２８が下テーブル２３面より高い位置（ロボットハンドの指部の厚さより高い位置）まで上昇して、下基板２３を持ち上げピン２８で保持する。持ち上げピン２８が下基板２６を保持するとロボットハンドをドアバルブ１の外まで退避させる。ロボットハンドが退避すると持ち上げピン２８を下テーブル２３面より下の位置になるまで降下させる。なお下テーブル２３の面にも粘着部材を設けておいて下テーブル２３を動作させたときに下基板２６がずれないようにしてある（Ｓ３）。

次に、ドアバルブ１を閉じる（Ｓ４）。ドアバルブ１が閉じられると仮貼合室２内を真空排気する（Ｓ５）。仮貼合室２内が貼り合せを行う真空状態（約２０００Ｐａ）になったか否かを仮貼合室又は真空排気配管に設けた気圧計で計測して、設定した値になるまで真空排気を行う（Ｓ６）。

仮貼合室２内の真空排気が完了すると、図示していないカメラで上基板２５及び下基板２６に設けてある位置合わせマークを撮像して、制御部で画像処理して位置ずれ量を求め、ずれ量に応じて下テーブル２３を水平方向に移動して位置合わせを行う（Ｓ７）。位置合わせが完了すると上基板を保持している上テーブル２２を下テーブル２３側に降下させて、貼合を行う。このときの加圧力は５ｔｆ程度であり、接着剤は乾燥させずにそのままの状態（仮貼合）である（Ｓ８）。

仮貼合が終了すると、上テーブル２２の粘着部材２４を剥がすための剥がし機構が動作して、押し付けピンが下降して、上基板面を押さえと共に、上テーブル２２を上昇させることで粘着部材２４を基板面から剥がす。次に、持ち上げピン２８を上昇させて下テーブル２３面から基板を離間させ、次に、下テーブル２３を降下させて搬送ローラ２７に仮貼合した基板を受け渡し、第１のゲートバルブを開ける（Ｓ９）。

次に、搬送ローラ２７を駆動して本貼合室７内に仮貼合された基板３０を搬入する。仮貼合の行なわれた基板３０は、仮貼合室２内は搬送ローラ２７上を移動して、本貼合室７のフィルム繰出し部４内に移動し、上下に配置されたフィルム繰出しロール３１ａ、３１ｂから繰出された上下のフィルム３８ａ、３８ｂの間に挟みこまれて受け渡される。上下フィルム３８ａ、３８ｂに挟まれた基板３０はフィルムと一緒に移動して本貼合室７内を搬送される（Ｓ１０）。本貼合室７内に仮貼り合わされた基板３０が搬入されると、第１のゲートバルブ３が閉じられる（Ｓ１１）。第１のゲートバルブ３が閉じられると仮貼合室２内が大気開放される。その後、仮貼合室２では先に述べたＳ１以下の工程が実行される（Ｓ１２）。

本貼合室７内に搬送された仮貼り合わされた基板３０は、上下フィルム３８ａ、３８ｂに挟まれて搬送されて上定盤３５と下定盤３６の領域内に搬送される。この領域内には、基板の停止位置を決めるための基板検出センサ（光センサ）が設けてあり、仮貼合された基板３０を検出するとフィルム３８ａ，３８ｂの移動を停止する（Ｓ１３）。

仮貼り合わされた基板３０のプレス位置が決まると、上定盤３５と下定盤３６内に設けてあるヒーターを動作させて基板を加熱して接着剤を溶融乾燥させる（Ｓ１４）。同時に下定盤３６を上昇させて上定盤３５との間隔を狭めて加圧する（Ｓ１５）。すなわち、フィルム３８ａ，３８ｂに基板を挟んだ状態で加圧する構成である。このようにフィルムに挟んで貼合ることで接着剤が溢れても装置（定盤）を汚すことなくメンテナンスが容易になる。

加熱と加圧が終了すると、排気配管に設けてある電磁弁を大気導入側に変更して、本貼合室７内に大気を導入して、大気状態とする（Ｓ１６）。本貼合室７内が大気状態となると第２のゲートバルブ８を開く（Ｓ１７）。第２のゲートバルブ８が開かれるとフィルムの繰出しロールと巻取りロールを駆動して貼合の完了した基板３０をパネル搬出部９に排出する。この時パネル搬出部９に設けてあるローラコンベアが駆動され、本貼合室７内のフィルム３８ａ、３８ｂからローラコンベア上に本貼合の完了した基板３０が受け渡される（Ｓ１８）。

本貼合の完了した基板３０が本貼合室７から排出されると、第２のゲートバルブ８を閉じる（Ｓ１９）。第２のゲートバルブ８が閉じられると、本貼合室７内を真空排気して次の基板の貼合の準備を開始する（Ｓ２０）。本貼合室７内が本貼合を行う真空圧になったか否かを本貼合室７内に設置してある気圧計を用いて確認する（Ｓ２１）。本貼合室７内が所定の真空度になると一連作業を終了する。

以上が、本実施例における動作の概要である。本発明では仮貼合を仮貼合室２内の貼合機構で、上下テーブル面に基板受け渡し用のピンや吸着パッド用の穴及び粘着部材剥がしピン用の穴等の凹凸があっても、基板に加圧面の凹凸による変形が発生しない加圧力で基板面を加圧して仮貼合を行い、その後、本貼合室７内を基板をフィルム搬送すると共に、基板を加圧する面が凹凸のない上下定盤を用いて加熱し、高圧で加圧して本貼合する構成としたために、基板面に変形が発生せず且つ精度の良いパネルを作成することが可能となる。、
なお、前記実施例で、仮貼合室２内の上基板の保持に粘着部材を用いることで説明したが、粘着部材に代えて静電チャックを用いる構成としても良い。この場合、粘着部材を剥がすために設けた機構は不用となる。

１…ドアバルブ、２…仮貼合室、３…第１のゲートバルブ、４…フィルム繰出し部、５…加熱貼合室、６…フィルム巻き取り部、７…本貼合室、８…第２のゲートバルブ、９…パネル搬出部、２２…上テーブル、２３…下テーブル、３５…上定盤、３６…下定盤。

Claims (5)

1. 表示パネルからなる上基板に３Ｄパネル又はタッチパネルからなる下基板を貼合る基板組立装置において、
   前記上基板を保持するために、凹凸のある基板保持面を備えた上テーブルと、凹凸のある基板保持面を備えた下テーブルを備え、どちら一方の基板に接着剤を塗布した前記上下基板を真空状態で所定の加圧力で仮貼合せをする仮貼合室と、フィルム巻き出し部真空状態で前記仮貼合された基板を加熱し加圧するための加圧面が平らな上下の定盤位置までフィルムに挟んで搬送し、加熱すると共に、仮貼合時よりも高圧で貼り合せを行う加熱貼合室と、本貼合を行った基板を本貼合室外に前記本貼合室から大気状態で基板を搬出するパネル搬出部から構成した基板組立装置。
2. 請求項１に記載の基板組立て装置において、
   前記仮貼合室内の上テーブルには上基板を受け取るための複数の真空吸着パッド用や、粘着部材を剥がすための複数の突出ピン用の穴からなる凹凸が、下テーブルには複数の持ち上げピン用の穴からなる凹凸があることを特徴とする基板組立装置。
3. 請求項２に記載の基板組立装置において、
   前記仮貼合室内には仮貼合後の基板を本貼合室に搬送するためのローラコンベアを設けてあることを特徴とする基板組立装置。
4. 請求項３に記載の基板組立装置において、
   前記本貼合室内が上下にフィルムを繰出すフィルム繰出しローラを備えたフィルム繰出し部と、上下にフィリムを巻き取る巻取りローラを備えたフルム巻取り部との間に加熱加圧室を配置たことをことを特徴とする基板組立装置。
5. 請求項４に記載の基板組立装置において、
   前記仮貼合室内で上下基板の正確な位置合わせを行い、仮貼合を行い、前記本貼合室内の加熱貼合部では基板の進入を検出して基板位置合わせを行う構成とした基板組立装置。

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