JP3066851B2 - 液晶表示板の基板重ね合わせ方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶ディスプレイ装置
として用いられる液晶表示板のセルを形成するために一
対の透明基板を所定の間隔を置いて正確に位置合わせし
た状態に重ね合わせる方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示板を構成するセルは、ガラス基
板等からなる上下一対の透明基板を、間に微粒子状のス
ペーサを介装することにより所定の間隔を保持した状態
で、相互に厳格に位置合わせした状態で重ね合わせされ
るが、液晶を充填する領域を形成するために、両基板間
にはシール材が介装されている。このシール材は、液晶
を充填するのに必要な液晶充填口を残して、表示領域を
囲繞するように装着される。このセルは、２枚の基板の
一方側にシール材を積層しておき、このシール材を設け
た側の基板または他側の基板にセルギャップを形成する
ためのスペーサを配置した状態で、これら両基板を極め
て厳格に位置合わせして、相互に圧着すると共に、紫外
線硬化接着剤等で仮接着し、次いでシール材を硬化させ
ることにより形成される。

【０００３】従来は、このセルを形成するために、両基
板を真空吸着等の手段により保持して、画像認識等によ
って両基板の位置を認識しながら、これら両基板を厳格
に位置合わせするようにして重ね合わせ、両基板間に所
定の加圧力を作用させることによって、シール材を押圧
変形させることによって、両基板間の間隔、即ちセルギ
ャップが一定となるように間隔を調整した状態で、相互
に圧着するようにしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、両基板を接
合させて加圧すると、シール材がこの加圧力によって圧
延されることになるが、この加圧力を解除した時に、シ
ール材が弾性的に復元する、所謂スプリングバックが発
生するおそれがある。従って、接合時に如何に厳格に位
置合わせを行っても、このスプリングバックによって両
基板の位置がずれてしまい、またセルギャップが一定に
ならないという問題点がある。このようなスプリングバ
ックを最小限に抑制するには、かなり長い時間加圧力を
作用させる必要があり、このためにセルの形成を効率的
に行えなくなり、また単に加圧力の作用のみによって
は、スプリングバックを完全に除去することはできな
い。しかも、シール材を加圧して押圧変形させた時に、
このシール材は、まず両基板表面への接触部間における
隙間に向けて一度膨出するように変形し、然る後に、こ
の膨出部分が基板表面に接触することになるから、シー
ル材と基板表面との間に気泡が発生するおそれがあり、
このような気泡が発生すると、シール不良を生じるとい
った問題点等もある。

【０００５】本発明は以上の点に鑑みてなされたもので
あって、両基板を、一定のセルギャップを持った状態
で、極めて厳格に位置合わせを行うと共に、このシール
材を基板表面に円滑に馴染ませて、気泡の発生等を防止
できるようにすることをその目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明は、液晶表示板のセルを構成する一対の
透明な基板を、間にシール材及びスペーサを介して接合
するために、両基板をアラインメントさせて、その間に
設けた接着剤で仮接着する方法であって、両基板を相対
向させた状態で相互に位置合わせを行った上で、加熱下
で、シール材が圧延される際に気泡が生じないように低
速で低速加圧して、これら両基板を圧着させることによ
りセル構成体を形成するプリアライメント工程と、この
セル構成体を、非加熱下で両基板の一方を微小量相対移
動させることによって両基板を精密に位置合わせすると
共に、前記セル構成体を前記プリアライメント工程で行
ったとほぼ同じ圧力に加圧して、前記精密アラインメン
トされた両基板間を非加熱状態に保ったまま仮接着する
構成したことをその特徴とするものである。

【０００７】

【作用】まず、両基板の接合加圧後のスプリングバック
の発生を防止するために、この接合加圧時に熱を加える
ようにしている。シール材は、通常熱硬化樹脂で形成さ
れるが、加熱温度としては、このシール材が硬化するこ
とがなく、しかもある程度流動化する温度に調整する。
これによって、シール材は粘弾性が低下して、加圧によ
り円滑かつ迅速に圧延されることになって、スプリング
バックを生じる弾性復元力が蓄積するのを防止できる。
しかも、シール材の粘性が低下することにより流動化す
るから、加圧時には基板の表面に沿うように延伸され、
その基板表面への馴染み性が良好となり、その間に気泡
等が生じることもない。

【０００８】加圧を急速に行うと、シール材の押圧が不
均一になるおそれがあり、しかも両基板とシール材とに
囲まれた空間が急激に圧縮されて、液晶充填口から空気
が急速に排出されるという空気流が生じて、この空間に
ほぼ均一に分散した状態に配置されているスペーサがこ
の空気流の作用で移動して、局所的に偏在してしまうお
それがある。そこで、一方の基板が他方の基板に装着さ
れているシール材に接触して加圧を行う際に、その加圧
力を緩やかに増大させる、低速加圧を行う。これによっ
て、シール材がその全長にわたってほぼ均一に押圧変形
されることになり、またスぺーサが移動するようなこと
はない。ここで、加圧力は連続的に増大させることもで
きるが、段階的に加圧力を増大させるようにすると、よ
り均一な圧延が可能になる。

【０００９】両基板の接合加圧時に熱を加えると、基板
が熱膨張するために、この状態で両基板を厳格に位置合
わせしたとしても、温度が低下すると、両者の相対位置
がずれることになる。このために、アライメントを２段
で行う。即ち、加熱状態で接合加圧する際には、両基板
をある程度正確に位置合わせを行うプリアライメントを
行い、かつプリアライメントされた両基板の位置を熱圧
着により保持するようにしている。次いで加熱を行わな
い状態で、再び一方の基板を他方に対してずらすように
して厳格に位置合わせして、精密アライメントを両基板
を精密アライメントした状態に保持できるように仮接着
する。

【００１０】以上のように、アライメントを２段で行う
ようにすると、精密アライメントを行っている間に、次
のものをプリアライメントすることができ、しかもプリ
アライメントでは加熱するので、シール材の圧延がより
円滑かつ迅速に行われることになり、しかも圧延状態で
の安定性も優れたものとなることから、１段で、非加熱
下で接合加圧することにより圧延する場合と比較して、
加工時間が短縮されるだけでなく、両基板を精密にアラ
インメントした状態に確実に保持できる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。まず、図１にセルの全体構造を示す。図中
において、１は上基板、２は下基板をそれぞれ示す。こ
れら上下一対の基板１，２は透明なガラス基板に透明電
極及び配向膜等を積層してなるものであり、その構造自
体は周知であるので、図示及び詳細な説明は省略する。
これら上下の基板１，２は所定の間隔、即ちセルギャッ
プを置いて相互に重ね合わされて、その間に液晶が充填
される。この液晶充填領域を区画形成するために、熱硬
化性樹脂等からなるシール材３が両基板１，２間に介装
されている。このシール材３は略方形のライン状に形成
されており、その一部には液晶を充填するための液晶充
填口４を形成する切れ目が設けられて、液晶充填後に
は、この液晶充填口４は閉鎖される。また、セルギャッ
プを形成するために、このシール材３により囲繞された
液晶表示領域内にスぺーサ５が配置されている。このス
ぺーサ５は微小粒子からなり、この液晶表示領域全体に
わたってほぼ均一に分散されている。

【００１２】このセルを形成するには、例えば上基板１
にはシール材３を付着させておき、また下基板２にはス
ぺーサ５を分散させて（または下基板２側にシール材３
及びスぺーサ５を設けるようにしても良い）、両基板
１，２を上下から圧着することによりセル構成体６を形
成し、このセル構成体６におけるシール材３を熱硬化さ
せる。これら両基板１，２は極めて正確に位置合わせす
る必要があり、このために各基板１，２には位置合わせ
の基準となるアライメントマーク７ａ，７ｂが液晶表示
領域の外に設けられている。従って、画像認識手段等に
よって、このアライメントマーク７ａ，７ｂを認識する
ことによって、両基板１，２間のアライメントが行われ
る。また、アライメントを行った状態に保持するため
に、両基板１，２間には、２乃至４箇所において紫外線
硬化樹脂等からなる接着剤８により仮接着されるように
なっている。

【００１３】次に、セル構成体６を形成するための装置
構成を図２及び図３に示す。図２はプリアライメント機
構であって、同図において、１０は上基板保持部、１１
は下基板保持部であって、上基板保持部１０，下基板保
持部１１は、それぞれ上基板１及び下基板２を真空吸着
することにより保持するようになっている。また、これ
ら上下の基板保持部１０，１１はそれぞれヒータを内蔵
しており、このヒータは上下の基板１，２を圧着する際
に、シール材３を加熱するためのものである。

【００１４】上基板保持部１０は昇降可能となってお
り、また下基板保持部１１は水平方向（ＸＹ方向）及び
傾き方向（θ方向）に位置微調整可能な調整台１２上に
設置されている。そして、この調整台１２で下基板保持
部１１を適宜の方向に位置調整することによって、この
下基板保持部１１に保持されている下基板２を上基板保
持部１０に保持されている上基板１と位置合わせを行っ
た状態で、上基板保持部１０を下降させることによっ
て、両基板１，２を接合させて、所定の加圧力を作用さ
せることによって、両者を圧着させるようにしている。

【００１５】この両基板１，２の位置合わせを行うため
に、上基板保持部１０の上方位置には、両基板１，２の
アライメントマーク７ａ，７ｂの画像を取り込むための
プリアライメント用光学系１３，１３が設けられてお
り、上基板保持部１０には、両基板１，２のアライメン
トマーク７ａ，７ｂに対応する位置に窓１０ａ，１０ａ
が形成されており、この窓１０ａを介してアライメント
マーク７ａ，７ｂの画像を取得できるようになってい
る。また、このプリアライメント用光学系１３で得たア
ライメントマーク７ａ，７ｂの位置を検出して相対位置
のずれ方向及びずれ量を検出するための画像処理装置１
４を備え、さらには、この画像処理装置１４にはサーボ
手段１５が接続されており、このサーボ手段１５からの
信号に基づいて調整台１２がＸＹ及びθ方向に位置調整
されるようになっている。一方、上基板保持部１０は、
上基板１を真空吸着した状態で下降して、下基板保持部
１１に吸着保持されている下基板２に重ね合わせて、圧
着するものであって、このために、上基板保持部１０に
は、シリンダやカム機構、モータ等適宜の昇降駆動手段
１６に装着されている。

【００１６】精密アライメント機構は、前述のプリアラ
イメント機構によって両基板１，２を位置合わせした状
態で圧着することにより形成したセル構成体６の、上下
の基板１，２間をさらに精密にアライメントするための
ものであって、図３に示した構成となっている。この精
密アライメント機構は、それぞれ真空吸着手段を備えた
加圧部２０と受け部２１とを備え、受け部２１はセル構
成体６の下基板２を吸着保持し、加圧部２０は上基板１
を吸着するようになっている。受け部２１は水平方向
（ＸＹ方向）及び傾き方向（θ方向）に位置微調整可能
な調整台２２に装着されている。そして、セル構成体６
は受け部２１と加圧部２０との間に挾持された状態で調
整台２２をＸＹ及びθ方向に微小移動させることによっ
て、両基板１，２の位置を精密に合わせるためのもので
あり、この精密アライメントを可能ならしめるために、
加圧部２０には精密アライメント用光学系２３でアライ
メントマーク７ａ，７ｂを撮影するための窓２０ａが設
けられており、この精密アライメント用光学系２３で取
得したアライメントマーク７ａ，７ｂの画像を処理する
画像処理装置２４と、この画像処理装置２４からの信号
に基づいて調整台２２の作動を制御するサーボ手段２５
とが設けられている。また、加圧部２０は昇降駆動手段
２６により昇降駆動されて、セル構成体６の上下の基板
１，２間に圧着力を及ぼすことができるようになってい
る。以上のように、精密アライメント機構の構成は、プ
リアライメント機構の構成と実質的に同じ構成となって
いるが、この精密アライメント機構における加圧部２０
及び受け部２１にはヒータは設けられてはいない。

【００１７】基板１，２の重ね合わせは以上のような装
置構成により行われるが、次にその重ね合わせを行う方
法について説明する。まず、上基板１にはシール材３を
形成すると共に紫外線硬化樹脂からなる接着剤８を塗布
し、また下基板２にはスぺーサ５を分散させた状態で、
これら両基板１，２をそれぞれ適宜の搬送手段でプリア
ライメント機構に搬入して、上基板１を反転させて、上
基板保持部１０に吸着保持させ、また下基板２は下基板
保持部１１の所定の位置に搭載されて、当該位置で吸着
保持される。

【００１８】そこで、上基板保持部１０を、上基板１が
図２の仮想線の位置となるまで下降させて、プリアライ
メント用光学系１３により両基板１，２のアライメント
マーク７ａ，７ｂを認識して、調整台１２を作動させ
て、上基板１の位置を下基板２に合わせるように位置調
整する。そして、上基板保持部１０をさらに下降させる
ことによって、この上基板保持部１０に保持されている
上基板１を下基板２に重ね合わせ、上基板保持部１０に
より両基板１，２間に加圧力を作用させて、両者を圧着
することによりセル構成体６を形成する。

【００１９】ここで、上基板保持部１０及び下基板保持
部１１はそれぞれヒータが設けられており、このヒータ
を作動せることによって、上基板保持部１０に保持され
ている上基板１及び下基板保持部１１に保持されている
下基板２が加熱されて、シール材３が加熱されることに
なる。この結果、シール材３も加熱されて、その粘性が
低下すると共に弾性も低下して流動化することになる。
従って、図４の状態から、上基板保持部１０により加圧
力が加えられて、シール材３が押圧変形される際におい
ては、このシール材３は加熱されて流動化しているの
で、基板１，２の表面に沿って円滑に延伸して、図５に
示したように、シール材３が極めて円滑に基板１，２の
表面に馴染むようになり、図６のように、基板１，２と
シール材３との間に気泡Ｂ等が発生するおそれはない。
しかも、シール材３の粘性が低下することにより、この
シール材３が円滑かつ迅速に圧延されることになるか
ら、セルギャップをスぺーサ５により形成される間隔と
することができ、しかも弾性力も低下することから、加
圧力を解除しても、シール材３が弾性的に復元するスプ
リングバックを生じることはない。ここで、シール材３
の加熱温度としては、それが熱硬化せず、しかも粘弾性
を低下させる程度に設定する必要があり、シール材３の
材質に応じて最適な温度とするが、例えば５０℃程度に
加熱するのが好ましい。

【００２０】上基板保持部１０の下降による基板１に対
する加圧は低速で行う。急激に加圧力を加えると、たと
えシール材３を加熱させたとしても、圧延量を一定にす
ることができないおそれがあるだけでなく、シール材３
の内側の部位から液晶充填口４に向けての空気流が生じ
ることになって、均一に分散した状態に配置されている
スぺーサ５がこの液晶充填口４側に向けて移動して、当
該の部位に集積されるようになり、それらが連鎖した
り、スぺーサ５が存在しない部位が生じたりする等の不
都合が生じるからである。この低速加圧は、連続的に行
っても良いが、段階的に加圧力を増大すれば、シール材
３をより均一に圧延させることができる。ここで、最終
加圧力は、基板１，２やシール材３の材質や形状等に応
じて異なるが、通常は上基板１の全体に数百ｋｇ乃至数
ｔｏｎ程度の荷重を加えるようにする。以上の工程がプ
リアライメント工程である。

【００２１】ここで、プリアライメントと両基板１，２
間の圧着とを１工程で行うようにしたが、このプリアラ
イメントと圧着とを別個に行うようにすることもでき
る。即ち、まず両基板１，２をアライメントマーク７
ａ，７ｂに基づいて相互の位置合わせを行い、この位置
合わせが完了した後に、別個に設けた圧着部に搬入し
て、加熱状態下で、上基板１側または下基板２側に加圧
力を作用させて圧着するようにしても良い。また、プリ
アライメントを行うための調整台１２の機能を上基板保
持部１０側に持たせ、下基板保持部１１には加圧力を作
用させるための突き上げ手段を設けるようにすることも
可能である。

【００２２】以上のようにして形成されたセル構成体６
は、精密アライメント部に移行して、上下の基板１，２
を精密にアライメントして加圧される。即ち、プリアラ
イメント工程では、シール材を加熱して圧着するため
に、上基板１及び下基板２も加熱されて、熱膨張した状
態となっているから、このプリアライメント工程時に精
密にアライメントさせたとしても、セル構成体６が冷え
た時に、両基板１，２の相対位置ずれが生じるおそれが
ある。このために、基板１，２への熱の供給を断った後
に、この精密アライメント部で再度アライメントを行う
ことによって、液晶表示板として必要な程度の精度まで
アライメントする。これが精密アラインメント工程であ
り、セル構成体６は精密アライメント機構における受け
部２１上に設置されて、この受け部２１における真空吸
着手段により下基板２を固定する。一方、受け部２１の
上方に位置する加圧部２０を、その昇降駆動手段２６に
より下降させて、この加圧部２０がセル構成体６の上基
板１に当接して、この上基板１を真空吸着する位置にま
で変位させる。ただし、この段階では加圧部２０により
上基板１に対してできるだけ加圧力を作用させないよう
にする。この状態で、精密アライメント用光学系２３に
より上基板１の上方から両アライメントマーク７ａ，７
ｂを撮影して、その画像を画像認識手段２４によって、
画像解析を行って、相互の位置のずれ方向及びずれ量を
測定して、このずれに関する信号に基づいてサーボ手段
２５により受け部２１の調整台２２を適宜ＸＹ及びθ方
向に変位させる。これによって、受け部２１における真
空吸着手段で保持されている下基板２と加圧部２０に吸
着保持されている上基板１とが接合したまま相対移動す
ることにより、両基板１，２が極めて正確に位置合わせ
される。

【００２３】しかも、この精密アラインメント工程で
は、加圧部２０を作動させて、セル構成体６を加圧する
が、この加圧もやはり低速で行うようにする。これによ
って、基板１，２が精密アライメントした相対位置関係
で安定的に保持させることができる。この状態で、紫外
線を照射して接着剤８を硬化させることによって、両基
板１，２との間を仮接着する。ここで、加圧部２０によ
るセル構成体６に対する加圧力は、プリアライメント時
に圧着させる時に作用させる加圧力とほぼ同じ程度に設
定することによって、両工程における加圧力の調整を容
易に行うことができるようになる。

【００２４】以上のように、アライメントを、プリアラ
イメントと精密アライメントの２段で行っているが、プ
リアライメントでは、上下の基板１，２を例えば数十μ
ｍ程度の誤差範囲内に位置合わせを行うようにしておけ
ば、精密アライメントではこれをさらに数μｍ程度の精
度で絞り込むことができる。そして、プリアライメント
の後に加熱状態でセル構成体６を加圧してシール材３を
圧延することにより、その粘性が低下して、上下の基板
１，２を、その間にスぺーサ５により形成される隙間だ
け離間した状態に迅速かつ確実に圧着させることができ
るから、微小で一定のセルギャップを形成でき、しかも
圧着時間の短縮が可能となるだけでなく、シール材のス
プリングバックのおそれがないので、アライメント精度
を著しく向上させることができる。また、プリアライメ
ントと精密アライメントとをそれぞれ別個の工程で行う
ことによって、これらの各作業を同時に行うことができ
るので、生産効率の向上も図られる。

【００２５】以上のようにして、上下の基板１，２が極
めて精密にアライメントされた状態のセル構成体６は、
次工程でシール材３を熱硬化させて、余分な部分を切断
することにより形状が整えられて、液晶の充填等の作業
が行われることによって、液晶表示板が形成される。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、両基板
を相対向させた状態でプリアライメントを行って、加熱
下で低速加圧することにより、これら両基板を圧着さ
せ、次いでこのセル構成体を、非加熱下で両基板を精密
に位置合わせした上で、両基板間をプリアライメント工
程で行ったとほぼ同じ圧力に加圧し、かつ両基板間の一
方を非加熱状態に保ったまま仮接着するようにしたの
で、両基板を極めて正確に位置合わせした状態に圧着さ
せることができ、また両基板間におけるセルギャップを
微細に、しかも正確に形成でき、さらにシール材の圧延
が円滑かつ迅速に行われて、圧延時に基板の表面に沿う
ように延伸することから、シール材と基板表面との間に
気泡が発生する等の不都合を確実に防止でき、しかもプ
リアライメント工程では一連の動作で両基板の位置合わ
せしてシール材で熱圧着を行うようになし、また精密ア
ラインメントでは精密な位置合わせを行った上で仮接着
しているので、これら２つの工程を並行して行わせるこ
とができるようになり、２つの基板の重ね合わせを効率
的に行えると共に両基板を極めて高精度に重ね合わせ、
さらに精密アラインメントを行った状態で仮接着するこ
とから、高精度に位置合わせした状態に確実に保持さ
れ、その後に両基板間に位置ずれが生じるおそれはない
等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】セルの構成説明図である。

【図２】プリアライメント機構の構成説明図である。

【図３】精密アライメント機構の構成説明図である。

【図４】圧延前のシール材を示す説明図である。

【図５】シール材の圧延状態を示す説明図である。

【図６】シール材に気泡が生じた状態で圧延されたもの
を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 上基板 ２ 下基板 ３ シール材 ４ 液晶充填口 ５ スぺーサ ６ セル構成体 １０ 上基板保持部材 １１ 下基板保持部材 ２０ 加圧部 ２１ 受け部 １２，２２ 調整台 １３ プリアライメント用光学系 ２３ 精密アライメント用光学系 １４，２４ 画像処理装置 １５，２５ サーボ手段 １６，２６ 昇降駆動手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 弓場 賢治 東京都千代田区大手町二丁目６番２号 日立電子エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 梅津 寛 東京都千代田区大手町二丁目６番２号 日立電子エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 片保 秀明 東京都千代田区大手町二丁目６番２号 日立電子エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−102518（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−119526（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1333 500 G02F 1/13 101

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶表示板のセルを構成する一対の透明
   な基板を、間にシール材及びスペーサを介して接合する
   ために、両基板をアラインメントさせて、その間に設け
   た接着剤で仮接着する方法において、両基板を相対向さ
   せた状態で相互に位置合わせを行った上で、加熱下で低
   速加圧して、これら両基板を圧着させることによりセル
   構成体を形成するプリアライメント工程と、このセル構
   成体を、非加熱下で両基板の一方を微小量相対移動させ
   ることによって両基板を精密に位置合わせすると共に、
   前記セル構成体を前記プリアライメント工程で行ったと
   ほぼ同じ圧力に加圧して、前記精密アラインメントされ
   た両基板間を非加熱状態に保ったまま仮接着する精密ア
   ラインメント工程とから構成したことを特徴とする液晶
   表示板の基板重ね合わせ方法。