JP3422291B2 - 液晶基板の組立方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、貼り合せる基板同
士をそれぞれ保持して対向させ、間隔を狭めて貼り合わ
せる液晶基板の組立方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】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枚のガラス基板を数
μｍ程度の極めて接近した間隔をもって接着剤（以下、
シール剤ともいう）で貼り合わせ、それによって形成さ
れる空間に液晶剤を封止する工程がある。

【０００３】この液晶剤の封止には、一方の基板上に注
入口を設けないようにシール剤をクローズしたパターン
に描画し、さらに、そのパターン内になるように液晶剤
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開昭６２
−１６５６２２号公報などで提案された方法がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、シ
ール剤のクローズしたパターンの中に供給される液晶剤
が本来必要な塗布量よりも多くなって貼り合せ後に液晶
剤がシール剤の外側にあふれ出ることがある。この場
合、基板の洗浄が必要であり、また高価な液晶剤を無駄
にしてしまう。

【０００５】必要な量だけを正確に供給する方法とし
て、プランジャーによるものが一般的であるが、一滴ず
つ打点として塗布するため、貼り合せた後、パターンの
内側に液晶剤が広がりきるまでに、数分から数十分の時
間を要してしまう。

【０００６】一滴の量を少ないものとし液晶剤の広がり
領域を狭めて液晶の広がり時間を短縮しようとすれば、
打点数を増して全体として必要な供給量を維持すること
が必要で、この場合には、１回の打点での塗布量が少な
いので、塗布量がばらつきやすくなり、また、打点数が
増えた分、液晶剤の供給に時間がかかってしまう。

【０００７】即ち、液晶の供給量を正確にして洗浄工程
を省き、かつ液晶の無駄な供給をしないようにすること
と、供給後における液晶の広がり時間を狭めて貼り合わ
せ時間を短縮し生産性を向上させることは、同時に達成
できない状況にあった。

【０００８】それゆえ、本発明の目的は、液晶剤の供給
量を正確にする一方で液晶剤の広がり時間を短くして、
液晶基板を短時間で貼り合わせ生産性を向上することが
できる液晶基板の組立方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の特徴とするところは、貼り合わせる一方の基板を加
圧板の下面に保持し、貼り合わせる他方の基板をテーブ
ル上に保持して対向させ、テーブル上に保持した他方の
基板上に液晶剤を供給した後、両基板の間隔を狭めてい
ずれかの基板に設けた接着剤により両基板を貼り合わせ
る液晶基板の組立方法において、いずれかの基板に設け
た接着剤に片方の基板を接触させない状態で前記一方の
基板を前記他方の基板上の液晶剤に接触させ、この状態
でいずれかの基板を基板の主面方向に移動させることに
より液晶剤を基板の主面の広がり方向に拡張させ、その
後に基板の貼り合せを行うことにある。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図に
基づいて説明する。

【００１１】図１において、本発明方法を具現化する基
板組立装置は、液晶滴下部Ｓ１と基板貼合部Ｓ２から構
成され、この両部分は架台２上に隣接して配置される。

【００１２】架台２の上方には基板貼合部Ｓ２を支持す
るフレーム３がある。また、架台２の上面には、ＸＹθ
ステージＴ１が備えられている。ＸＹθステージＴ１を
構成するＸステージ４ａは、駆動モータ５により、図面
上で左右のＸ軸方向に、即ち、液晶滴下部Ｓ１と基板貼
合部Ｓ２間を往来できるようになっている。Ｙステージ
４ｂはＸステージ４ａ上にあり、駆動モータ６によりＸ
ステージと直交するＹ軸方向に往来できるようになって
いる。θステージ４ｃはＹステージ４ｂ上にあり、回転
ベアリング７を介して駆動モータ８によりＹステージ４
ｂに対して水平に回転可能になっていて、θステージ４
ｃ上に下基板１ａを搭載するテーブル９が固定される。
なお、後述する上基板と同様に、テーブル９は真空吸着
や静電吸着で下基板１ａを搭載保持をする。また、Ｙス
テージ４ｂにプレート１３で下チャンバユニット１０が
固定されている。θステージ４ｃは、下チャンバユニッ
ト１０に対し回転ベアリング１１と真空シール１２を介
して回転自由に取付けられ、θステージ４ｃが回転して
も下チャンバユニット１０はつられて回転しない構造と
している。

【００１３】液晶滴下部Ｓ１は、テーブル９に搭載保持
された下基板１ａに所望量の液晶剤を滴下するためのフ
レーム３から突出したブラケット１４で支持されたディ
スペンサ１７とこれを上下移動させるためのZ軸ステー
ジ１５とそれを駆動するモータ１６で構成される。下基
板１ａをテーブル９上に保持搭載したＸＹθステージＴ
１は、液晶剤を滴下するディスペンサ１７のノズル１８
に対し、XおよびＹ方向に移動する。これにより、下基
板１ａ上の任意の個所に所望量の液晶剤が滴下される。

【００１４】液晶滴下後の下基板１ａを搭載保持したＸ
ＹθステージＴ１は、基板貼合部Ｓ２の下部に駆動モー
タ５によって移動する。

【００１５】基板貼合部Ｓ２では、上チャンバユニット
２１とその内部の真空吸着機能と静電吸着機能を備えた
加圧板２７がそれぞれ独立して上下動できる構造になっ
ている。即ち、上チャンバユニット２１は、リニアブッ
シュと真空シールを内蔵したハウジング３０を有してお
り、シャフト２９をガイドとしてフレーム３に固定され
たシリンダ２２により上下のＺ軸方向に移動する。

【００１６】ＸＹθステージＴ１が基板貼合部Ｓ２に移
動していて上チャンバユニット２１が下降すると、下チ
ャンバユニット１０の周りに配置してあるOリング４４
に上チャンバユニット２１のフランジ２１ａが接触し一
体となり、この時真空チャンバとして機能する状態にな
る。ここで、下チャンバユニット１０の周囲に設置され
たボールベアリング８７は、真空によるOリング４４の
つぶれ量を調整するもので上下方向の任意の位置に設定
可能となっている。真空化により発生する大きな力は、
ボールベアリング８７を介して下チャンバユニット１０
で受けており、Oリング４４の弾性変形が可能で、後述
するように貼り合わせ時にＸＹθステージＴ１をOリン
グ４４の弾性範囲内で容易に微動させ精密位置決するこ
とができる。

【００１７】ハウジング３０は、上チャンバユニット２
１が下チャンバユニット１０と真空チャンバを形成して
変形しても、シャフト２９に対し真空漏れを起こさない
で上下動可能な真空シールを内蔵しているので、真空チ
ャンバの変形がシャフト２９に与える力を吸収すること
ができ、シャフト２９に固定された加圧板２７が変形す
ることを防止でき、後述するように加圧板２７に保持さ
れた上基板１ｂとテーブル９に保持された下基板１ａと
の平行を保って貼り合せが可能となる。

【００１８】２３は真空バルブ、２４は配管ホースで、
図示していない真空源に接続され、これらは真空チャン
バを減圧し真空にする時に使用される。また、２５はガ
スパージバルブ、２６はガスチューブで、N2やクリーン
ドライエアー等の圧力源に接続され、これらは真空チャ
ンバを大気圧に戻す時に使用される。

【００１９】上基板１ｂは加圧板２７の下面に密着保持
されるが、大気下においては真空吸着（あるいは吸引吸
着）で保持されるようになっている。即ち、４１は吸引
吸着用継手、４２は吸引チューブであり、図示していな
い真空源に接続され、加圧板２７面には、それにつなが
る複数の吸引孔が設けられている。

【００２０】次に、静電吸着手段について説明する。

【００２１】加圧板２７は下面に方形の凹部を２個有し
ていて、各凹部に内蔵された平板電極を誘電体で覆って
その誘電体の主面が加圧板２７の下面と同一平面になっ
ている。埋め込まれた各平板電極はそれぞれ正負の直流
電源に適宜なスイッチを介して接続されている。従っ
て、各平板電極に正あるいは負の電圧が印加されると、
加圧板２７の下面と同一平面になっている誘電体の主面
に負あるいは正の電荷が誘起され、それら電荷によって
上基板１ｂの透明電極膜との間に発生するクーロン力で
上基板１ｂが静電吸着される。各平板電極に印加する電
圧は同極でもよいしそれぞれ異なる双極でもよい。尚、
周りが大気の場合、真空吸着を併用してもよいし、静電
吸着力が大きい場合は、真空吸着手段を不要としてもよ
い。

【００２２】さて、シャフト２９はハウジング３１、３
２に固定されている。ハウジング３１はフレーム３に対
してリニアガイド３４で取付けられ、加圧板２７は上下
動可能な構造になっている。その上下駆動は、フレーム
３とつながるフレーム３５上のブラケット３８に固定さ
れたモータ４０により行う。駆動の伝達は、ボールねじ
３６とナットハウジング３７で実行される。ナットハウ
ジング３７は荷重計３３を介してハウジング３２とつな
がり、その下部の加圧板２７と一体で動作する。

【００２３】従って、モータ４０によってシャフト２９
が下降し、上基板１ｂを保持した加圧板２７が下降し、
上基板１ｂがテーブル９上の下基板１ａと密着して、貼
り合わせに必要な加圧力を与えることのできる構造とな
っている。この場合、荷重計３３は加圧力センサとして
働き、逐次、フィードバックされた信号を基にモータ４
０を制御することで、上下基板１ａ，１ｂに所望の加圧
力を与えることが可能となっている。

【００２４】下基板１ａは重力方向の搭載なので、図２
に示すようにテーブル９に設けた位置決め部材８１に押
付ローラ８２による水平方向での押付けによる位置決め
の固定で十分である。

【００２５】しかしながら、貼り合わす直前の微小位置
決めの際、上基板１ｂが下基板１ａ上のシール剤や液晶
剤と接触した影響で下基板１ａがずれたり持上がる可能
性があることや、真空チャンバ内が減圧され真空になる
過程で下基板１ａとテーブル９との間に入り込んでいる
空気が逃げて下基板１ａが踊りずれる可能性があるの
で、テーブル９に対しても静電吸着の機能を持たせてい
る。そして、テーブル９に上下Ｚ軸方向に移動できるピ
ンを設け接地しておくと、貼り合わせ後の基板の帯電防
止とテーブル９からの取り外しを容易に行なうことがで
きる。

【００２６】図２に示す６０は、加圧板２７が真空吸着
をしていて真空チャンバが減圧され真空吸着力が消えて
上基板１ｂが落下するときに加圧板２７の僅か下の位置
で受け止める受止爪で、上基板１ｂの２個の対角の位置
にあって下方に伸びたシャフト５９で釣り下げた形に支
持されている。具体的には図示していないが、シャフト
５９は上チャンバユニット２１介して真空シールされて
回転と上下移動ができるようになっている。また、シャ
フト５９は、加圧板２７の上下移動と独立して上下に移
動できるだけでなく、回転アクチェータによって回転さ
せて、受止爪６０が液晶を両基板１ａ，１ｂの主面の広
がり方向に拡張させたり、その後に基板の貼り合せを行
なう場合の邪魔にならぬように退避させることができる
ようになっている。

【００２７】次に、本基板組立装置で基板を貼り合わせ
る工程について説明する。

【００２８】先ず、テーブル９に上基板１ｂを保持した
治具を搭載し、駆動モータ５でＸＹθステージＴ１を基
板貼合部Ｓ２に移動させる。そこでモータ４０によりシ
ャフト２９を介して加圧板２７を下降させ、テーブル９
上の上基板１ｂを真空吸着させてから、モータ４０で上
昇させて、上基板１ｂを待機状態とする。

【００２９】ＸＹθステージＴ１は液晶滴下部Ｓ１に戻
り、空になった治具が外され、テーブル９上に下基板１
ａが搭載され、図２に示すように所望位置に固定保持さ
れる。

【００３０】図１には示していないが、液晶剤を吐出滴
下するデイスペンサ１７の近くのフレーム３にシール剤
を吐出するデイスペンサがあって、ＸＹθステージＴ１
の各モータ５，６で下基板１ａをＸＹ軸方向に移動させ
つつシール剤を吐出させて、下基板１ａ上にクローズ
（閉鎖）したパターンでシール剤を描画する。

【００３１】その後、デイスペンサ１７から液晶剤を下
基板１ａ上に滴下する。

【００３２】続いて、ＸＹθステージＴ１を基板貼合部
Ｓ２に移動させ、加圧板２７に保持している上基板１ｂ
の下面が下基板１ａ上の液晶剤に接触する高さまで下降
させる。

【００３３】液晶剤は表面張力により数ｍｍ程度の高さ
に盛り上がっており、それに対して、シール剤の高さは
２０μｍ程度になっている。よって、上基板１ｂはシー
ル剤に触れない高さで、十分に液晶剤に接触する。

【００３４】以下、図３に示したモデルで液晶剤を下基
板１ａの主面の広がり方向に拡張させる工程について説
明する。

【００３５】図３の左側の図は両基板１ａ，１ｂの位置
関係を示し、右側の図は下基板１ａ上の１箇所の液晶剤
Ｐの広がり状況を平面的に表すもので、実線が現状での
広がりを、また点線がその１工程前での広がり状況を示
している。

【００３６】図３（ａ）の左側では、下基板１ａ上に複
数箇所に液晶剤Ｐを塗布供給した状況を示している。こ
の時点での１箇所の液晶剤をＰ１とする。

【００３７】上基板１ｂを下降させその下面が液晶剤Ｐ
に接触した後、さらに上基板１ｂを下降させると、図３
（ｂ）の右側のように液晶剤はＰ２のように押しつぶさ
れて広がる（拡張する）。

【００３８】上基板１ｂが液晶剤に接触した状態のまま
で、ＸＹθステージＴ１を最初の接触位置を中心とし
て、図３（ｃ）乃至図３（ｇ）に示すようにＸ軸＋方
向、Ｘ軸―方向、最初の接触位置、Ｙ軸＋方向、Ｙ軸−
方向にそれぞれ移動させる。

【００３９】その移動の際、例えば、ＸＹθステージＴ
１がＸ軸＋方向に移動する場合、液晶剤は上基板１ｂと
の粘着でＰ３で示すようにがＸ軸＋方向に広がる。

【００４０】図３（ｄ）以降のように、下基板１ａがＸ
ＹθステージＴ１で上基板１ｂに対しＸＹ各軸方向に移
動することで液晶剤はＰ４からＰ６で示すように、ＸＹ
θステージＴ１の移動距離の直径を持ったほぼ四角形の
形状に広がる。液晶剤を広げると厚さは薄くなって行く
から、加圧板２７は徐々に下降させていくが、上基板１
ｂの下面は下基板１ａに設けているシール剤に接触しな
いようにしている。すなわち、シール剤の塗布高さ、液
晶剤の塗布高さ、上下各基板１ａ，１ｂの対向面間距離
は装置が予じめ入力してあるデータで分っており、か
つ、上下各基板は真空吸着されて平行になっているの
で、モータ４０で加圧板２７を上基板１ｂの下面がシー
ル剤に接触しない位置まで下降させ、次いで上下基板を
ＸＹ各方向に相対移動させている間は、シール剤の形を
くずさないよう（接触しないように）加圧板の移動距離
の管理を行なう。

【００４１】かくして、液晶をシール剤のパターンの内
側に十分に行き渡らせた後、基板の貼り合せを行う。

【００４２】即ち、シリンダ２２で上チャンバユニット
２１を下降させ、そのフランジ部２１ａをＯリング４４
に当接させて下チャンバユニット１０と真空チャンバを
形成させる。そして、真空バルブ２３を開放して真空チ
ャンバ内を減圧していく。この時、上基板１ｂは加圧板
２７に真空吸着された状態になっているので、減圧が進
み真空化していくと上基板１ｂに作用していた真空吸着
力は消えて行き、上基板１ｂが自重で落下する。これを
図２に示すように受止爪６０で受け止めて、加圧板２７
の僅か下の位置に保持しておく。

【００４３】真空チャンバ内が充分真空になった時点
で、加圧板２７の静電吸着手段に電圧を印加して受止爪
６０上の上基板１ｂを加圧板２７にクーロン力で保持す
る。この場合、既に真空になっているので、加圧板２７
と上基板１ｂの間に空気が残るようなことは無いし、そ
の空気が逃げるときに上基板１ｂが踊ることもない。

【００４４】その後、図示を省略した昇降アクチェータ
でシャフト５９を下降させ、次に、回転アクチェータで
シャフト５９を回転させ、受止爪６０が上下両基板の貼
り合わせの邪魔にならぬようにしてから、モータ４０で
加圧板２７をさらに下降させ、上基板１ｂの下面を下基
板１ａ上のシール剤に接触させ、荷重計３３でシール剤
に付加する加圧力を計測しつつモータ４０を制御して上
下両基板１ａ，１ｂを所望間隔に貼り合わせる。

【００４５】この場合、上基板１ｂは加圧板２７に密着
していて中央部が垂れ下がっていることはないから、液
晶剤中のスペーサに悪影響を与えたり、基板同士の位置
合わせが不良になることはない。因みに、位置合わせは
図示を省略した上チャンバユニット２１に設けた覗き窓
から画像認識カメラで上下各基板１ａ，１ｂに設けられ
ている位置合わせマークを読み取って画像処理により位
置を計測し、ＸＹθステージＴ１の各ステージ４ａ乃至
４ｃを微動させて、高精度な位置合わせを行なう。この
微動において、Ｏリング４４が極端に変形しないで真空
が維持されるように、ボールベアリング８７が上下チャ
ンバユニット１０，２１の間隔を維持している。

【００４６】貼り合わせが終了すると、真空バルブ２３
を締めてガスパージバルブ２５を開き、真空チャンバ内
にN2やクリーンドライエアーを供給し、大気圧に戻して
からガスパージバルブ２５を閉じて、シリンダ２２で上
チャンバユニット２１を上昇させ、ＸＹθステージＴ１
を液晶滴下部Ｓ１に戻して、テーブル９から貼り合せた
基板を外し、次の貼り合わせに備える。テーブル９から
外した後、基板は下流のＵＶ光照射装置や加熱装置など
でシール剤が硬化される。

【００４７】以上の実施形態では、シール剤を吐出して
液晶を滴下した後直ちに貼り合せに移行することができ
るので、基板が塵埃を受けづらく生産歩留まりを向上で
きる。また、ＸＹθステージＴ１を上基板１ｂの真空チ
ャンバ内への搬送に利用でき、装置の小型化が図られて
いる。特に、ＸＹθステージＴ１の移動で基板を保持し
たまま液晶剤を広げるので１基板への供給点数を減らす
ことができて供給量のばらつきは小さくなり、しかも、
液晶剤の拡張を貼り合せる基板同士で行うので、短時間
で供給から貼り合わせに進むことができ、生産性は向上
する。

【００４８】また、液晶剤は正確な量を供給することが
できるため、液晶剤がシール剤パターンの外側にあふれ
て基板を汚染するおそれがなく、かつ、洗浄工程は不要
となって液晶剤の無駄な消費を無くすことができる。

【００４９】本発明は以上説明した実施形態に限らず、
以下の様に実施しても良い。

【００５０】（１） 下基板１ｂに塗布される液晶剤が
点状以外の形状、たとえば線状などであってもよい。こ
の場合、線の伸延方向と垂直な方向に基板同士を相対的
に移動させるだけで、液晶剤を広げることができる。

【００５１】（２） 液晶剤を拡張させる基板同士の相
対的移動方向は、液晶剤がシール剤のパターンを超えな
い範囲であれば、円形や渦巻き型など、どのようなもの
であってもよい。

【００５２】（３） 上基板１ｂはロボットハンドから
直接加圧板２７に吸引吸着させてよい。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
液晶剤の供給量を正確にする一方で、液晶の広がり時間
を短くして液晶基板を短時間で貼り合わせ、生産性を向
上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の一実施形態を具現化する基板組立
装置の概略図である。

【図２】上下の各基板を貼り合わせるときの状況を示す
斜視図である。

【図３】下基板に塗布した液晶剤を上基板により拡張さ
せていく過程を示す図である。

【符号の説明】

１ａ 下基板 １ｂ 上基板 ９ テーブル １０ 下チャンバユニット １７ デイスペンサ ２１ 上チャンバユニット ２３ 真空バルブ ２７ 加圧板 Ｔ１ ＸＹθステージ Ｓ１ 液晶滴下部 Ｓ２ 基板貼合部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今泉 潔 茨城県竜ヶ崎市向陽台５丁目２番 日立 テクノエンジニアリング株式会社 開発 研究所内 (72)発明者 川隅 幸宏 茨城県竜ヶ崎市向陽台５丁目２番 日立 テクノエンジニアリング株式会社 開発 研究所内 (72)発明者 平井 明 茨城県竜ヶ崎市向陽台５丁目２番 日立 テクノエンジニアリング株式会社 開発 研究所内 (56)参考文献 特開 平11−109388（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−190099（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−82787（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−26578（ＪＰ，Ａ) 特開2000−147528（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−231328（ＪＰ，Ａ) 特開2000−147526（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1341 G02F 1/13 101 G02F 1/1339 G02F 1/1333

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】貼り合わせる一方の基板を加圧板の下面に
   保持し、貼り合わせる他方の基板をテーブル上に保持し
   て対向させ、該テーブル上に保持した他方の基板上に液
   晶剤を供給した後、前記両基板の間隔を狭めていずれか
   の基板に設けた接着剤により当該両基板を貼り合わせる
   液晶基板の組立方法において、 いずれかの基板に設けた接着剤に片方の基板を接触させ
   ない状態で前記一方の基板を前記他方の基板上の液晶剤
   に接触させ、その状態でいずれかの基板を基板の主面方
   向に移動させることにより前記液晶剤を基板の主面の広
   がり方向に拡張させ、その後に基板の貼り合せを行うこ
   とを特徴とする液晶基板の組立方法。
2. 【請求項２】前記請求項１に記載の液晶基板の組立方法
   において、 前記接着剤をクローズしたパターンを持つようにいずれ
   かの基板に設け、前記液晶剤を前記接着剤のパターン内
   に当該接着剤よりも厚くなるよう供給し、前記両基板を
   真空チャンバ内で間隔を狭めて前記接着剤により貼り合
   わせることを特徴とする液晶基板の組立方法。