JP4038272B2 - 液晶表示装置の組立て方法および組立て装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基板の組立て装置および組立て方法に関し、より詳しくは、例えば液晶表示装置等のフラットパネルディスプレイの組立て装置および組立て方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、薄型軽量、低消費電力等の利点を有することから、ノート型やサブノート型のパーソナルコンピュータのディスプレイとして広く用いられている。近年、パーソナルコンピュータの性能向上に伴い、ディスプレイの表示容量や表示面積の拡大、画質の向上が要求されてきている。
【０００３】
液晶表示装置は、スペーサを介して２枚のガラス基板を貼り合わせ、これらのガラス基板間に液晶分子を封入することにより構成されている。通常、液晶表示装置は以下の工程によって組立られる。
【０００４】
すなわち、まず、互いに対向した上下一対のステージにガラス基板をそれぞれ吸着保持する。この場合、下ステージ上に保持されたガラス基板の表面上には、多数の電極が形成されているとともに、表示領域を規定する矩形枠状のシール材と、２枚のガラス基板間のギャップを保持するためのスペーサとが配置されている。また、上ステージに保持されたガラス基板には、対向電極、カラーフィルタ等が設けられている。
【０００５】
この状態で、２枚のガラス基板が所定の隙間をおいて対向するように上ステージを下降させた後、上ステージをＸ、Ｙ方向に移動、およびＺ軸回りで回動することにより、２枚のガラス基板同志を所定の位置合わせマーク等を基準として位置合わせする。
【０００６】
続いて、上側のガラス基板が下側のガラス基板上のシール材およびスペーサに接触する位置まで上ステージを下降させる。この場合、２枚のガラス基板がスペーサやシール材を介して接触する際の抵抗や、上下ステージの上下駆動の剛性、平行度、さらには、Ｘ、Ｙ、θ駆動機構におけるバックラッシュ等に起因して、両ガラス基板間に微妙な位置ずれが生じる。
【０００７】
そこで、２枚のガラス基板がシール材およびスペーサを介して互いに接触した状態で、再度上ステージをＸ、Ｙ、θ方向に移動して位置合わせを行う。位置合わせ終了後、２枚のガラス基板間のギャップが所定の値となるように加圧し、これらのガラス基板間に液晶分子を封入する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように２枚のガラス基板がスペーサを介して互いに接触した状態で一方のガラス基板を移動させて位置合わせを行う場合、スペーサが配向膜表面を強く擦って傷を付けてしまうとともに、カラーフィルタ層等にめり込んでしまう虞もある。
【０００９】
そして、上述したように、近年の液晶表示装置においては画質の向上が強く要望されていることから、製造工程中に生じた僅かな傷についても画質不良として上げられ、製造歩留りを低下させる要因となる。
【００１０】
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、一対の基板を組み立てるに際して、それらの基板に傷を付けることなく組み立てることが可能な組み立て装置および組み立て方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に係るこの発明の装置は、
表示領域を囲むようにシール材が設けられているとともに、表示領域内に複数のスペーサが設けられた第１の基板と第２の基板とを位置合わせして組み立てる液晶表示装置の組立て装置において、
上ステージと、
前記第１の基板を吸引保持するために前記上ステージに設けられた吸引口と、
前記上ステージの下方に位置し、前記第２の基板を戴置状態に保持する下ステージであって、前記第２の基板を戴置保持する周縁部とそれによって囲まれた内側の凹部とを有し、この凹部は、前記第２の基板の前記戴置状態においてこの第２の基板がそれ自体の自重によって下方に撓むのを許容するように構成されている下ステージと、
を備えるものとして構成されている。
【００１４】
請求項７に係るこの発明の方法は、
表示領域を囲むようにシール材が設けられているとともに、表示領域内に複数のスペーサが設けられた第１の基板と第２の基板とを位置合わせして組み立てる液晶表示装置の組立て方法において、
基板を吸引保持するために設けられた吸引口を有する上ステージにおいて、この吸引口により吸引して第１の基板を保持し、
前記上ステージの下方に位置する下ステージによって前記第２の基板を戴置状態に保持し、この下ステージとして、前記第２の基板を戴置保持する周縁部とそれによって囲まれた内側の凹部とを有し、この凹部は、前記第２の基板の前記戴置状態においてこの第２の基板をそれ自体の自重によって下方に撓むのを許容するように用いることを特徴としている。
【００１５】
請求項９に係るこの発明の組立て方法は、
表示領域を囲むようにシール材が設けられているとともに、表示領域内に複数のスペーサが設けられた画素電極を有するアレイ基板と対向基板とを対向配置し、
前記アレイ基板および対向基板の周縁部同士を前記上記シール材を介して貼り合わせ、前記アレイ基板および対向基板の少なくとも一方の基板の表示領域を他方の基板の表示領域から離間する方向に撓ませた状態で、前記貼り合わせたアレイ基板および対向基板の少なくとも一方を移動し位置合わせを行うことを特徴としている。
【００１６】
請求項１３に係るこの発明の組立て方法は、
表示領域を囲むようにシール材が設けられているとともに、表示領域内に複数のスペーサが設けられた第１の基板と第２の基板とを対向配置し、
前記第１および第２の基板の周縁部同士を前記上記シール材を介して貼り合わせ、前記第１および第２の基板の少なくとも一方の基板の表示領域を他方の基板の表示領域から離間する方向に撓ませた状態で、前記貼り合わせた第１および第２の基板の少なくとも一方を移動し位置合わせを行い、
前記位置合わせが終了した後、前記基板の撓みを除き、前記スペーサを介して前記第１および第２の基板の表示領域同士を接触させることを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
下側のアレイ基板と上側の対向基板を組立て、圧着するフローチャートを図１に、組立て手順を図２３に示す。先ず、このフローチャートに沿って作業工程を簡単に説明し、各作業工程との関係において本発明の第１の実施形態について詳しく説明する。
【００１８】
図１のフローチャートにおいて、先ず、図２からわかるように、アレイ基板１と対向基板２を後述のように仮止め、封着すべく、予め仮止め用樹脂３及び封着用樹脂４をアレイ基板上に塗付する（Ｓ１）。仮止め用樹脂３は紫外線の照射により硬化するいわゆるＵＶ硬化剤であり、封着用樹脂４は本シールとして機能するものであり、いわゆる熱硬化型シール剤用である。ちなみに、図２は、いわゆる２面取りの例を示している。
【００１９】
このようにして、仮止め用樹脂３及び封着用樹脂４を塗布した後、組立機による仮止め工程に移行する。即ち、図３に示す下ステージ６及び上ステージ７に図５、図６に示すアレイ基板１及び対向基板２を載置、吸着し、図７に示す如くに組立機によって対向させアライメントして、仮止めし、さらに封着する。
【００２０】
より詳しくは、図３の上ステージ７に対向基板２を吸着し、下ステージ６にアレイ基板１を載せる（Ｓ２）。対向基板２を膜面を下に下ステージ６上に置く。このとき、下ステージ６はいわゆる凹型ステージなので、表示エリアがステージに全面的に接触することはない。この状態で、ゲージングピングアライメントする。この後、上ステージ７が降りて対応基板２を吸着し、上方へ持ち上げる。この後、下ステージ６上にアレイ基板１を載せる。これにより、概略的には、図２３（ａ）のような状態となる。
【００２１】
この後、基板間距離を約２００μｍに近づけて第１回目のアライメントを実施し、続いて基板間距離を順次ほぼ半分として、その都度アライメントを行う。いわゆる、これが多段階の粗アライメントである（図２３（ｂ））。
【００２２】
このような粗アライメントを実施した後、上、下のステージ７，６によって上下の基板２，１を圧着する（Ｓ４）（図２３（ｃ））。
【００２３】
この重ねた後、重ねたことによるずれを補償すべく、さらにアライメント、つまり、精密アライメントを行う（Ｓ５）（図２３（ｃ））。
【００２４】
この後、ステップＳ１で塗付したＵＶ硬化剤としての仮止め用樹脂３，３，…に図７に示すように、ＵＶランプ９，９，…からの紫外線を照射して硬化させ、仮止めする（Ｓ６）。
【００２５】
この後、上ステージ７による対向基板２の吸着保持を停止し、対向基板２をそのままとしつつ上ステージ７のみを上方へ逃がし、吸着開放を行う（Ｓ７）。以上の工程が組立機によって行われる。
【００２６】
この後、仮止めされた一対の基板１，２に対して封着治具づめを実施する（Ｓ８）。
【００２７】
この状態で、加熱して封着用樹脂（シール剤）４を硬化させて、封着を実行する（Ｓ９）。
【００２８】
以上が組立から封着までの工程であるが、それらの工程及びそれに用いる装置についてより詳しく説明する。
【００２９】
先ず、ステップＳ２で使用される上下のステージ７，６について説明する。図３に示すように、対向基板２を吸着する上ステージ７は、いわゆる平板ステージであり、複数の吸引口１０，１０，…を有している。これらの吸引口１０，１０，…は、内部で連通して、さらに、吸引チューブ１１につながっている。この吸引チューブ１１の他端には、真空ポンプ１２がつながっている。このような上ステージ７において、図２３（ａ）に示すように真空ポンプ１２の吸引により吸引口１０，１０，…から空気が吸引され、ここに位置させた対向基板２が吸着保持されることになる。
【００３０】
上記上ステージ７に対向する下ステージ６は、図３、図２３からわかるように、中央に深さが３ｃｍの凹所１３が設けられ、周囲が、表面が平坦な基板保持面１４ａの周縁部１４となっている。この周縁部１４には基板保持面１４ａに開口する吸引口１５，１５，…が形成され、これらの吸引口１５，１５，…は内部で連通し、吸引チューブ１７を介して真空ポンプ１８につながっている。前記凹所１３のほぼ中央には、突き上げステージ２０が設けられている。この突き上げステージ２０は、凹所１３の底面に立設した柱２１によって平板状の突き上げステージ本体２２を支持したものである。このステージ本体２２の高さは、前記基板保持面１４ａより約１〜５０μｍ低い高さに設定されている。この下ステージ６に対してアレイ基板１が載せられるが、このアレイ基板１の自重による下向きの撓みは突き上げステージ２０の支持によって可及的に少なく抑えられる。図４は、この下ステージ６と、それに載置されるアレイ基板１の平面的位置関係を示すものである。図４において、実線は下ステージ６の基板保持面１４を示し、２点鎖線はアレイ基板１の外形を示し、破線は、いわゆる一面取りのものにおいて、２つの基板１，２を合わせた状態で両者間をシールするシール材（封着用樹脂）４を示している。
【００３１】
上記上下のステージ７，６に吸着、載置される対向基板２及びアレイ基板１は、図５及び図６に示される。図５は、２つの基板７，６が組立てられる前の分離状態を示し、図６は組立て後の状態を示す。先ず、下側のアレイ基板１において、ガラス基板３１の主面側のＴＦＴ部にはポリシリコン（又はα−Ｓｉ）でなる半導体層３２が設けられ、その上にはゲート絶縁膜３３が形成され、その上にはゲート電極３４およびこれと同一工程で形成された補助容量線３５が設けられている。これらの上には酸化珪素よりなる絶縁膜３７、窒化珪素膜３８が順次形成されている。ゲート電極の両側位置には、ソース電極３９およびドレイン電極４０が窒化珪素膜３８、絶縁膜３７、ゲート絶縁膜３３を貫通して半導体層３２に達している。ドレイン電極は信号線（図示せず）に接続されている。
【００３２】
また、これらの全体に表面が平坦化されたストライプ状に、Ｒ、Ｇ、Ｂに各々着色された樹脂が順次配列されたカラーフィルタ層４２が堆積され、表面に画素電極４３が形成されている。この画素電極はソース電極３９と、コンタクトホール４５を介して接続されている。
【００３３】
なお、補助容量線は画素電極と電気的に接続されており、半導体層と同層で形成された層との間でゲート絶縁膜を介して容量Ｃｓを形成している。
【００３４】
このアレイ基板１には、２つの基板１，２間の距離を保持するスペーサ４７が固定状態に設けられている。即ち、このスペーサ４７は、樹脂にＲ，Ｇ，Ｂを混合して得られた黒色樹脂から形成された直径が約２０μｍの四角柱である。このスペーサ４７は、走査線の上方位置に設けられている。このスペーサ４７は配向膜４８によって被覆されている。このスペーサ４７によって、基板間距離は３〜４μｍに保持される。
【００３５】
上記のアレイ基板１に対向する対向基板２は、ガラス基板５１上に対向電極５２と配向膜５３を順次形成したものとして構成される。図６に示すように、これらの２つの基板２，１の間には液晶５４が封入されている。
【００３６】
上記のように、２つの基板１，２のアライメントに際して、アレイ基板１に上述のようにスペーサ４７が固定されていることから、従来は、このスペーサ４７が相手側としての対向基板２の内側面の配向膜５３を傷つけるおそれもあった。本発明は、まさにこのような難点を解消しようとしてなされたものであり、アライメントを、２枚の基板をシールにより接着した状態で２枚の基板間距離を、セルギャップよりも大きくした状態で行うものである。例えば、アライメント時に下側の基板としてのアレイ基板１をやや下方へ撓ませることにより、上記のスペーサ４７の先端で対向基板２の内側面を損傷するのを防ごうとしたものである。具体的には下側のアレイ基板１を下ステージ６上に置くと、アレイ基板１は凹所１３に対応して僅かに下方へ撓むと共に、過度の撓みは突き上げステージ２０によって防止される。この状態で両基板１，２のアライメントをすると、アレイ基板１の下方への僅かな撓みに起因して、スペーサ４７が対向基板２を傷つけることは防止されつつアライメントが行われる。
【００３７】
尚、セルギャップとは、液晶セルとした時の２枚の基板間距離をいい、スペーサ高さと同等になる。
【００３８】
このように、上記の実施の形態によれば、対向基板に対して傷がつくのを防止できる。特に、対向基板の内側に配向膜が形成されている場合は、この配向膜の硬度が弱いため、特に有効である。即ち、ＩＴＯ等の無機膜よりポリイミドなどの有機膜からなる配向膜は硬度が弱いためである。
【００３９】
次に、ステップＳ３，Ｓ５における両基板１，２のアライメントについて説明する。いずれのステップにおいても、以下のようにしてアライメントが行われる。ステップＳ３においては、多段階アライメントが行われるが、これは、以下のアライメントが２つの基板１，２を順次近づけて複数回行われることを意味する。
【００４０】
上記アライメントは、上ステージ７に対向基板２を吸着し、下ステージ６にアレイ基板１を載せ、その状態で上、下ステージ７，６即ち２つの基板２，１を相対的に移動することによって行われる。
【００４１】
このようなアライメントは、図８に示すように２つの基板１，２にそれぞれアライメントマーク５８，５９を付しておき、それらのマークを観察しながら２つの基板１，２を相対的に変位させることにより行われる。このようなマークの観察のため、図７の組立機は以下のような構成となっている。
【００４２】
即ち、上ステージ７及び下ステージ６に、それぞれ透孔（アライメント用穴）５５，５５；５６，５６が穿設されている。これらの透孔５５，５５；５６，５６を通して、２つの基板２，１にそれぞれ形成されたアライメントマーク５８，５８が互いに重ね合わせた状態に観察できるようにしている。この観察を光学的に行うため、上ステージ７の透孔５５，５５に対向させて照明用のランプ６０，６０が設けられ、下ステージ６の透孔５６，５６の下方にカメラ６１，６１が設けられている。
【００４３】
図７からわかるように、上ステージ７に対向基板２を吸着固定し、下ステージ６にアレイ基板１を載置する。この状態において、ランプ６０，６０を点灯する。ランプ６０，６０による上下のアライメントマークの重った像がアライメント用穴５６，５６を通って、カメラ６１，６１に像を送られる。この像は、図８からわかるように、上側の対向基板２に付けたアライメントマーク５８と、下側のアレイ基板１に付けたアライメントマーク５９とが重なって、図９に示すように表わされたものとなる。ここで、アライメントは、図１０（ａ）〜（ｃ）からわかるように、上側の基板２のアライメントマーク５８，５８の中心Ｏと、下側の基板１のアライメントマーク５９，５９の中心Ｏ′とを重ね合わせることによってなされる。
【００４４】
なお、上述した例は、上側の対向基板２と下側のアレイ基板１の大きさ、つまりトータルピッチが合っている場合のものであるが、トータルピッチが合っていない場合は、上記の方法ではアライメントできないので、以下のようにしてアライメントする。即ち、２つの基板１，２のトータルピッチが合っていないときは、それらの重ね合わせ状態の２組のアライメントマークの重ね合わせ像は図１１のように示される。この場合には、図１２に示すように、ｘ方向については上述のようにして合わせ、ｙ方向については２つの基板１，２の中心によって合わせる。つまり、ｘ方向については、上側の基板２のアライメントマーク５９，５９の中心Ｏと下側の基板１のアライメントマーク５９，５９の中心Ｏ′とが縦に並んでｘ座標値を同じくするようにする。ｙ方向については、上側の基板２の２組のアライメントマーク５８，５８；５８，５８の中心Ｏ，Ｏを結ぶ線の中心Ｏ_I と、下側の基板１の２組のアライメントマーク５９，５９；５９，５９の中心Ｏ′，Ｏ′を結ぶ線の中心Ｏ_I ′とが横に並んでｙ座標値を同じくするようにする。
【００４５】
上述のアライメントは、図１３に示すフローチャートに沿って行われる。ただし、ここにおける、２組のマークは、図１０においてはＯ，Ｏ′を指し、図１２においてはＯ，Ｏ′を指すと共にＯ_I ，Ｏ_I ′を指す。この図１３に対応して説明すれば以下の通りである。即ち、アレイ基板１および対向基板２上のマークＯ，Ｏ′，Ｏ_I ，Ｏ_I ′を、センサとしてのカメラ６１で読み込み、互いのマーク間距離、いわゆる位置ずれ量を測定する。
【００４６】
すなわち、アレイ基板１および対向基板２について位置合わせが開始されると、まず、アレイ基板１および対向基板２の位置ずれ量を、上述のようにして測定する（ステップ１１）。次に、測定された距離を基にずれ量を零にするため、上側の対向基板をＸ，Ｙ，θ方向に移動・回転してアライメントを行う（ステップ１２）。
【００４７】
このようにアライメントを行っても、Ｘ，Ｙ，θ駆動機構におけるバックラッシュなどに起因してアレイ基板１および対向基板２間に微妙なずれが生じるので、再びアレイ基板１および対向基板２の位置ずれ量を測定する（ステップ１３）。この結果、アレイ基板１および対向基板２の位置ずれ量が規定値範囲内か否かを判断し（ステップ１４）、ずれ量が規定値範囲外であれば、アライメント動作が予め設定した動作時間に達していないか、または、予め設定した動作回数に達していないかを判断し（ステップ１５）、達していなければアライメント動作（ステップ１２）を繰り返す。
【００４８】
この後、再度ステップ１３，１４を繰り返し、アレイ基板１および対向基板２のずれ量が依然として規定値範囲外であれば、ステップ１５の判断により、位置合わせ動作が、予め設定した動作時間、または、予め設定した動作回数に達するまでステップ１２ないしステップ１１４の動作を繰り返す。
【００４９】
そして、このアライメント動作が、予め設定した動作時間、または、予め設定した動作回数に達しても両基板のずれ量が規定値範囲外であれば、アライメントが正常に行われなかったことを意味するのでエラーメッセージを出力して（ステップ１６）、アライメント動作を終了する。
【００５０】
これに対し、ステップ１２のアライメント動作により、アレイ基板１および対向基板２のずれ量が規定値範囲内（ステップ１４）になった場合、さらに、アレイ基板１および対向基板２のずれ量が零かを判断し（ステップ１７）、零でない場合は、アライメント動作が予め設定した動作時間に達していないか、または、予め設定した動作回数に達していないかを判断し（ステップ１８）、ステップ１８で達していないと判断されれば、アライメント動作（ステップ１２）を繰り返す。このとき、規定値範囲に達している位置ずれ量は情報として入力しておく。このアライメント動作は、位置ずれ量が零にならない限り、ステップ１８の判断で、予め設定した動作時間、または、予め設定した動作回数に達するまで繰り返される。すなわち、アライメント動作が繰り返される毎に位置ずれ量は零に近付く。そして、位置ずれ量が零になった場合、零にならなくとも予め設定した動作時間、または、予め設定した動作回数に達した場合は、位置合わせ動作を正常終了する（ステップ１９）。
【００５１】
このようにして、アレイ基板１および対向基板２のずれ量が零か、零でなくとも、アライメント動作を予め設定した動作時間または予め設定した動作回数に達するまで繰り返した後、終了する。
【００５２】
次に、図１のステップ６で行われる仮止め硬化に関していえば、図７からわかるように、下ステージ６の４隅の下方に４つのＵＶランプ９，９，…が上向きに設けられている。これらのランプ９，９，…のＵＶ光を、この下ステージ６上のアレイ基板１に塗付したＵＶ硬化剤（仮止め剤）３に導き、照射させる４つの仮止め硬化用穴６３，６３，…を、下ステージ７に穿けている。なお、これらのランプ９，６０やカメラ６１は可撓性ある光ファイバー等によって支持されている。
【００５３】
以下図面を参照しながら、この発明のさらに異なる第２実施の形態について詳細に説明する。
【００５４】
図１４は、フラットパネルディスプレイとして液晶表示装置を組み立てるための、この発明の実施の形態に係る組立装置１１０を示しており、上記実施形態の組立装置も上ステージ、下ステージの形状を除いて同様の構造をとっている。この組立装置１１０は、後述する液晶表示装置の２枚のガラス基板を貼り合わせる貼り合わ機構部１１２と、貼り合わ機構部１１２へガラス基板を供給する供給機構部１１４と、を備え、これらの貼り合わ機構部および供給機構部は本体フレーム１１６上に設置されている。
【００５５】
貼り合わ機構部１１２は、互いに対向配置された上ステージ１１８および下ステージ１２０を有している。これらのステージ１１８、１２０は矩形板状に形成されほぼ水平に配置されている。下ステージ１２０は本体フレーム１１６上に固定的に配設されている。
【００５６】
上ステージ１１８は、位置調整機構として機能するＸ−Ｙ−θステージ１２２に取り付けられている。Ｘ−Ｙ−θステージ１２２は、水平面内において、Ｘ方向、Ｙ方向に移動自在であるとともに、垂直軸の回りで回動可能となっている。また、Ｘ−Ｙ−θステージ１２２は、本体フレーム１１６に設けられたガイド１２５により、垂直方向に沿って昇降自在に支持およびガイドされ、本体フレーム１１６の上部に設けられた駆動機構１２４によって昇降駆動される。
【００５７】
そして、上ステージ１１８は、Ｘ−Ｙ−θステージ１２２を作動させることにより、下ステージ１２０に対して位置調整可能であるとともに、駆動機構１２４によってＸ−Ｙ−θステージ１２２を昇降駆動することにより、下ステージに対して接離する方向に移動される。
【００５８】
図１５（ａ）に示すように、上ステージ１１８の下面は基板保持面１１８ａを構成し、この基板保持面の中央部には、矩形状の凹所１２６が形成されている。凹所１２６は、後述するガラス基板の有効領域とほぼ対応した形状および寸法に形成されているとともに、その深さは、５０μｍ以上に形成されている。更に、凹所１２６の底面中央には、排気口１２８が開口している。そして、排気口１２８は、吸引チューブ１３０を介して第１の真空ポンプ１３２に接続されている。また、上ステージ１１８には多数の吸着孔１３４が形成され、これらの吸着孔は基板保持面１１８ａに開口しているとともに、凹所１２６の周縁部に沿って並んで設けられている。これらの吸着孔１３４は、吸引チューブ１３５を介して第２の真空ポンプ１３６に接続されている。
【００５９】
図１５（ｂ）に示すように、下ステージ１２０の上面は基板保持面１２０ａを構成し、この基板保持面の中央部には、矩形状の凹所１３８が形成されている。凹所１３８は、後述するガラス基板の有効領域とほぼ対応した形状および寸法に形成されている。また、下ステージ１２０には多数の吸着孔１４０が形成され、これらの吸着孔は基板保持面１２０ａに開口しているとともに、凹所１３８の周縁部に沿って並んで設けられている。これらの吸着孔１４０は、吸引チューブ１４２を介して第３の真空ポンプ１４３に接続されている。
【００６０】
なお、第１ないし第３の真空ポンプ１３２、１３６、１４２は、図１４に示すように、下ステージ１２０の下方において本体フレーム１１６上に配置され、この発明における吸着手段および吸引手段を構成している。
【００６１】
図１４に示すように、貼り合わ機構部１１２の上ステージ１１８および下ステージ１２０にガラス基板を供給する供給機構部１１４は、本体フレーム１１６上にほぼ水平に設けられたＸ−Ｙテーブル１４４と、Ｘ−Ｙテーブル上に垂直に立設された支持ポスト１４６と、を備え、支持ポストには垂直方向に沿って昇降可能な移動台１４８が取付けられている。また、移動台１４８には、水平方向に延びる伸縮自在かつ回動自在な支持アーム１５０が取り付けられ、支持アームの延出端には、ガラス基板を吸着保持する保持部１５２が設けられている。
【００６２】
そして、供給機構部１１４は、保持部１５２によりガラス基板を吸着保持した状態で、移動台１４８を昇降および支持アーム１５０を伸縮、回動させることにより、ガラス基板を上ステージ１１８、および下ステージ１２０にそれぞれ供給する。
【００６３】
一方、以上のように構成された組立装置を用いて組立られる液晶表示装置は、図１６に示すように、それぞれ矩形状の透明基板として機能するアレイ基板１６０および対向基板１６２を備えている。アレイ基板１６０はガラス基板の表面上に、信号線１６１、走査線１６３、画素電極１６５等の形成することにより構成された矩形状の表示領域１６０ａを有している。また、アレイ基板１６０上には、表示領域１６０ａを囲むようにシール材１６４が塗布されているとともに、表示領域１６０ａ上には、多数の球状スペーサ１６１６が散布されている。シール材１６４の高さは潰していないときは３０〜５０μｍ、スペーサの径は５μｍ程度に設定されている。つまり、シール材１６４の高さは、シール塗付時は３０〜５０μｍ、組立直後は１２〜２０μｍ、シール材硬化後は５．５μｍである。
【００６４】
対向基板１６２はガラス基板からなり、その下面には、対向電極１６８、カラーフィルタ１７０等の形成された矩形状の表示領域１６２ａが設けられている。表示領域１６２ａは、アレイ基板１６０側の表示領域１６０ａに対応した寸法を有している。
【００６５】
そして、液晶表示装置は、シール材１６４を介してアレイ基板１６０および対向基板１６２を貼り合わ、これらの基板間に液晶分子を封入することにより構成されている。
【００６６】
次に、以上のように構成された組立装置を用いて液晶表示装置を組み立てる方法について説明する。先ず、図１７（ａ）の状態となるまでを説明する。対向基板１６２を膜面を下にして下ステージ１２０上に置く。このとき、下ステージ１２０はいわゆる凹型ステージなので、表示エリアがステージに接触することはない。この状態で、ゲージングピンでアライメントする。この後、上ステージ１１８が降りてきて対向基板１６２を吸着し、上方へ持ち上げる。この後、図１７（ａ）に示すように、まず、予め形成されたアレイ基板１６０を供給機構１１４によって貼り合わ機構部１１２の下ステージ１２０まで供給し、表示領域１６０ａを上にして下ステージ上に載置する。この際、アレイ基板１６０の表示領域１６０ａが下ステージ１２０の凹所１３８と対向し、かつ、アレイ基板の周縁部が基板保持面１２０ａと接触するように載置する。この状態で、第３の真空ポンプ１４３を作動させ、吸着孔１４０によってアレイ基板１６０の周縁部を下ステージ１２０の基板保持面１２０ａ上に吸着保持する。この際、アレイ基板は自重により、基板中央部がたわんだ状態となっている。
【００６７】
続いて、上記と同様の工程によって対向基板１６２を上ステージ１１８に供給し、有効領域１６２ａを下に向けて上ステージの基板保持面１１８ａ上に吸着保持する。この場合、対向基板１６２の表示領域１６２ａが上ステージ１１８の凹所１２６と対向し、かつ、対向基板の周縁部が基板保持面１１８ａと接触した状態で、第２の真空ポンプ１３６を作動させ、吸着孔１３４によって対向基板の周縁部を基板保持面１１８ａ上に吸着保持する。これにより、アレイ基板１６０および対向基板１６２は、表示領域１６０ａ、１６２ａが互いに対向した状態に配置される。
【００６８】
続いて、図１７（ｂ）に示すように、駆動機構１２４によってＸ−Ｙ−θステージ１２２とともに上ステージ１１８を下降させ、対向基板１６２をアレイ基板１６０に接近する方向へ移動させる。その間、第１の真空ポンプ１３２を作動させ、排気口１２８を通して上ステージ１１８の凹所１２６内を所定の圧力まで排気する。すると、対向基板１６２の表示領域１６２ａは、凹所１２６の底面側に吸引されアレイ基板１６０から離間する方向へ微妙に撓む。対向基板１６０の撓み量は、排気圧を制御することにより所定の値、例えば、５０μｍ程度に調整される。
【００６９】
そして、図１７（ｃ）に示すように、対向基板１６２が所定量撓んだ状態で、対向基板１６２の周縁部がアレイ基板１６０上のシール材１６４に接触する位置まで上ステージ１１８を更に下降させる。この際、対向基板１６２の表示領域１６２ａは、アレイ基板１６０の表示領域１６０ａから離間する方向へ撓んでいることから、表示領域１６２ａはアレイ基板上のスペーサ１６６に接触することなく保持されている。
【００７０】
この状態で、Ｘ−Ｙ−θステージ１２２を作動させて上テーブル１１８および対向基板１１８をＸ、Ｙ、θ方向に移動させ、対向基板１６２をアレイ基板１６０に対して所定の位置に位置合わせする。
【００７１】
位置合わせ終了後、図１７（ｄ）に示すように、第１の真空ポンプ１３２を停止し、上ステージ１１８の凹所１２６内を大気圧に戻す。それにより、対向基板１６２は撓みが取り除かれて元の状態、すなわち、平坦な状態に復帰する。その結果、対向基板１６２の表示領域１６２ａはアレイ基板１６０上のスペーサ１６６に接触し、対向基板およびアレイ基板１６０は所定のギャップ、例えば、５μｍを持って貼り付けられる。
【００７２】
なお、この際、上ステージ１１８の排気口１２８から凹所１２６内に加圧空気を供給し、アレイ基板１６０と対向基板１６２との間のギャップを補正するようにしてもよい。
【００７３】
貼り合わ終了後、あるいは、貼り合わせ終了した時点で、アレイ基板１６０および対向基板１６２を圧着した状態のまま、ＵＶ硬化剤等の仮止め剤によって基板同士を仮止めし、この仮止め剤を硬化させる。
【００７４】
その後、第２および第３の真空ポンプ１３６、１４３を停止してアレイ基板１６０および対向基板１６２の吸着を解除し、更に、上ステージ１１８をＸ−Ｙ−θステージ１２２とともに上昇させる。続いて、貼り合わされたアレイ基板１６０および対向基板１６２を、図示しない搬送機構によって下ステージ上から取り出し、次に、シール材を硬化させる行程に搬送する。
【００７５】
以上のように構成された液晶表示装置の組立方法および組立装置によれば、対向基板１６０の表示領域１６０ａをアレイ基板１６２から離間する方向へ撓ませ、対向基板の周縁部のみがシール材１６４を介してアレイ基板に接触した状態で位置合わせを行う構成としたことから、対向基板の表示領域がスペーサ１６６に対して非接触な状態で位置合わせを行うことができる。また、下ステージ１２０の基板保持面１２０ａにも凹所１３８が設けられているため、基板保持面に付着したゴミ等によってアレイ基板１６０の有効領域１６０ａが対向基板１６２側へ撓むことを防止でき、同時に、アレイ基板１６０の有効領域１６０ａが自重により凹所１３８側へ僅かに撓んで対向基板１６２から離間する。
【００７６】
従って、位置合わせの間、スペーサ１６６によってアレイ基板１６０および対向基板１６２の表示領域１６０ａ、１６２ａに傷が付くことを防止でき、その結果、傷に起因する配向不良、画像不良の発生を防止し、画質の向上した液晶表示装置を提供することができる。更に、アレイ基板１６０と対向基板１６２とがスペーサ１６６を介して接触していない状態で位置合わせを行うことにより、高精度な位置合わせが可能となり、一層画質の向上を図ることができる。
【００７７】
なお、対向基板１６０を撓ませた状態でガラス基板同士の位置合わせを行うため、位置合わせ終了後に対向基板の撓みを取り除いた際、撓み分の位置ずれを生じるこのも考えられるが、対向基板の撓み量を５０μｍ程度とした場合、通常の３００×３００ｍｍのガラス基板においても位置ずれ量は０．０２〜０．０５μｍ程度であり、実用上何等問題とならない。
【００７８】
図１８は、この発明のさらに異なる第３の実施の形態に係る組立装置および組立方法を概略的に示している。第２の実施の形態によれば、下ステージ１２０の凹所１３８にも排気口７０が設けられ、この排気口には図示しない第４の真空ポンプが接続されている。この場合、凹所１３８は５０μｍ以上の深さに形成されている。
【００７９】
そして、上述した実施の形態と同様に、上ステージ１１８および下ステージ１２０に対向基板１６２およびアレイ基板１６０をそれぞれ吸着保持した後、第１および第４の真空ポンプを作動させて対向基板の有効領域１６２ａおよびアレイ基板の有効領域１６０ａを互いに離間する方向へ撓ませる。この際、撓み量は両基板共同一の値とする。
【００８０】
この状態で、対向基板１６２およびアレイ基板１６０の周縁部同志をシール材１６４を介して貼り合わた後、Ｘ−Ｙ−θステージ１２２によって基板同士の位置合わせを行う。その後、第１および第４の真空ポンプを停止して凹所１２６、１３８内を大気圧に戻すことにより、対向基板１６２およびアレイ基板１６０の撓みを取り除く。それにより、対向基板１６２およびアレイ基板１６０は、スペーサ１６６を介して互いに接触し、所定のギャップをおいて張り合わされる。
【００８１】
なお、他の構成は前述した実施の形態と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００８２】
このように構成された第２、３の実施の形態においても、前述した第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができるとともに、２枚のガラス基板を同量だけ撓ませた状態で位置合わせした後、撓みを取り除く構成としたことから、撓みに起因する位置合わせのずれをほぼゼロにすることが可能となる。
【００８３】
図１９ないし図２２は、上ステージ１１８および下ステージ１２０の変形例を示している。
【００８４】
図１９に示す第１の変形例によれば、上下各ステージの凹所１２６、１３８の底面には、互いに平行に延びる複数の細長いリブ１７２が形成されている。各リブ１７２の高さは例えば５０μｍに設定されている。
【００８５】
第１の変形例において、凹所１２６、１３８内を所定の圧力で排気することにより、対向基板１６２およびアレイ基板１６０は凹所の底側に撓み、リブ１７２の上面に接触した状態に保持される。このような構成の場合、リブ１７２の高さを調整することにより、ガラス基板の撓み量を常に一定にすることができ、排気圧の制御が容易となる。
【００８６】
図２０に示す第２の変形例によれば、各ステージの凹所１２６、１３８の底面は、ステージの基板保持面に連続した緩やかな球面状に形成されている。このような構成によれば、ガラス基板を撓ませた際、ガラス基板の撓みが、ステージの基板保持面と凹所との境界部に集中することを防止することができる。それにより、ガラス基板周縁部の吸着保持が外れ、周縁部が基板保持面から跳ね上がることを防止できる。
【００８７】
上述したような球面状の底面を有する凹所の加工は非常に困難であることから、図２１に示す第３の変形例のように、凹所の底面上に互いに平行に延びる複数の細長いリブ１７２を形成し、これらのリブの高さを、凹所の中央部に位置したリブを最も低く、凹所周縁部に行くに従って高く形成することにより、疑似的な曲面形状を構成するようにしてもよい。
【００８８】
また、図２２に示す第４の変形例のように、リブに代わって、それぞれ独立した角柱形状の突起７４を凹所の底面に多数形成し、凹所の中央部に位置した突起を最も低く、凹所周縁部に行くに従って高く形成することにより、疑似的な曲面形状を構成するようにしてもよい。
【００８９】
以上のように構成された第１ないし第４の変形例に係るステージを用いた場合にも、前述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。また、これらの変形例に係るステージを用いた場合、ガラス基板を撓ませた状態において、ガラス基板はリブ１７２、凹所底面、突起に当接した状態に保持されることから、ガラス基板の周縁部をステージの基板保持面上に吸着するための排気系を省略し、ガラス基板を撓ませるための排気系のみによってガラス基板の吸着保持を併せて行うことが可能となる。
【００９０】
なお、この発明は上述した実施の形態および変形例に限定されることなく、この発明の範囲内で更に種々変形可能である。例えば、上ステージおよび下ステージに形成された凹所の形状、寸法、並びに、ガラス基板の寸法等は必要に応じて種々変形可能である。また、この発明は、球状のスペーサを有する液晶表示装置に限らず、リソグラフィ工程により有効領域上に立設された柱状のスペーサを有する液晶表示装置の組立にも適用可能である。
【００９１】
また、上記実施の形態においては、アレイ基板および対向基板の少なくとも一方を撓ませた状態でシール材を介して貼り合わせ、その後、一方の基板を移動させて位置合わせを行う構成としたが、これに限らず、以下の組立方法としてもよい。すなわち、アレイ基板および対向基板の少なくとも一方を撓ませた状態で基板同士を接近させ、接近した状態で少なくとも一方の基板を移動して基板相互の位置合わせを行う。そして、位置合わせ終了後、アレイ基板および対向基板をシール材を介して貼り合わせ、続いて、基板の撓みを除くことにより、アレイ基板および対向基板の表示領域同志を、スペーサを介して接触させるようにしてもよい。
【００９２】
このような構成によれば、アレイ基板および対向基板を非常に接近させた状態で基板同士の位置合わせを行っても、スペーサを介して表示領域同士が接触することがなく、スペーサによる表示領域の損傷を防止することができる。従って、傷に起因する配向不良、画像不良の発生を防止し、画質の向上した液晶表示装置を提供することができる。更に、アレイ基板と対向基板とが非常に接近した状態で位置合わせを行うことにより、高精度な位置合わせが可能となり、一層画質の向上を図ることができる。
【００９３】
更に、上述した実施の形態においては、１枚のガラス基板上に１つの有効領域が設けられた基板を用いて液晶表示装置を組立てる構成について説明したが、１枚のガラス基板上に複数の有効領域が設けられた基板を用いて複数の液晶表示装置を同時に組立てる構成としてもよい。この場合、少なくとも一方のステージに、有効領域に対応する複数の凹所を設ける構成、あるいは、単一の凹所を形成するとともに、凹所内に複数の突出部を形成し、各有効領域の中央部と対向する突出部を最も低く、各有効領域の周縁部に行くほど突出部を高く形成した構成とすることができる。
【００９４】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、一対の基板を組み立てるに際し、それらの基板に傷を付けることなく組み立てることが可能な基板の組立方法、および組立装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置の製造工程を示すフローチャートである。
【図２】一対の基板に対する仮止め、本シールを行う樹脂の塗布位置を示す平面説明図である。
【図３】上、下のステージの斜視図である。
【図４】下ステージとアレイ基板との位置関係を示す平面的説明図である。
【図５】対向基板とアレイ基板の分離状態の横断面図である。
【図６】対向基板とアレイ基板の組立て状態の横断面図である。
【図７】組立機の斜視図である。
【図８】２つの基板におけるアライメントマークを示す斜視図である。
【図９】２つの基板のアライメントマークを重ね合わせて見た平面図である。
【図１０】アライメントを説明する説明図である。
【図１１】大きさの異なる２つの基板におけるアライメントマークの重なり状態を示す説明図である。
【図１２】図１１の場合におけるアライメント方法を説明する説明図である。
【図１３】アライメントの動作を説明するフローチャートである。
【図１４】この発明の実施の形態に係る組立装置全体を示す側面図。
【図１５】上記組立装置の上ステージおよび下ステージを示す斜視図。
【図１６】上記組立装置によって組み立てられる液晶表示装置の分解斜視図および側面図。
【図１７】上記組立装置を用いて液晶表示装置を組み立てる工程を示す図。
【図１８】この発明のさらに異なる実施の形態に係る組立装置および組立方法を概略的に示す図。
【図１９】上記上ステージおよび下ステージの第１の変形例を示す断面図および斜視図。
【図２０】上記上ステージおよび下ステージの第２の変形例を示す断面図。
【図２１】上記上ステージおよび下ステージの第３の変形例を示す断面図。
【図２２】上記上ステージおよび下ステージの第４の変形例を示す斜視図。
【図２３】本発明の一態様としての組み立て手順を示す図。
【符号の説明】
１ アレイ基板
２ 対向基板
３ 仮止め用樹脂
４ 封着用樹脂
６ 下ステージ
７ 上ステージ
１０，１５ 吸込口
１１ 吸引チューブ
１２ 真空ポンプ
１４ 凹所
１７ 吸引チューブ
２０ 突上げステージ
１１０ 組立装置
１１２ 貼り合わ機構部
１１４ 供給機構部
１１６ 本体フレーム
１１８ 上ステージ
１１８ａ 基板保持面
１２０ 下ステージ
１２０ａ 基板保持面
１２２ Ｘ−Ｙ−Θステージ
１２６、３８ 凹所
１２８ 排気口
１３２ 第１の真空ポンプ
１３４、４０ 吸着孔
１３６ 第２の真空ポンプ
１４３ 第３の真空ポンプ
１６０ アレイ基板
１６２ 対向基板
１６０ａ、６２ａ 有効領域
１６４ シール材
１６６ スペーサ

Claims (12)

1. 表示領域を囲むようにシール材が設けられているとともに、表示領域内に複数のスペーサが設けられた第１の基板と第２の基板とを位置合わせして組み立てる液晶表示装置の組立て装置において、
   上ステージと、
   前記第１の基板を吸引保持するために前記上ステージに設けられた吸引口と、
   前記上ステージの下方に位置し、前記第２の基板を戴置状態に保持する下ステージであって、前記第２の基板を戴置保持する周縁部とそれによって囲まれた内側の凹部とを有し、この凹部は、前記第２の基板の前記戴置状態においてこの第２の基板がそれ自体の自重によって下方に撓むのを許容するように構成されている下ステージと、
   を備える液晶表示装置の組立て装置。
2. 前記下ステージにおける前記凹部内に、この下ステージで支持している前記第２の基板を裏面から支えて前記第２の基板の自重による下方への撓みの量を制御する突き上げステージをさらに備える、請求項１の液晶表示装置の組立て装置。
3. 前記上ステージはそれの下側面に開口した吸引口によって前記第１の基板を吸着するフラットステージとして構成され、前記吸引口はそれの内部側に接続可能な排気手段によって排気されて前記第１の基板を吸着するものとして構成されている、請求項１の液晶表示装置の組立て装置。
4. 前記凹部は、それを排気する機構を備えたものとして構成されている、請求項１の液晶表示装置の組立て装置。
5. 前記第１及び第２の基板は、スペーサを介して互いの間隔が規定された状態に組み立てられるものであり、前記スペーサが前記第１及び第２の基板の一方に固定的に設けられている、請求項１の液晶表示装置の組立て装置。
6. 前記第１及び第２の基板のそれぞれ対向面には配向膜が形成されている、請求項１の液晶表示装置の組立て装置。
7. 表示領域を囲むようにシール材が設けられているとともに、表示領域内に複数のスペーサが設けられた第１の基板と第２の基板とを位置合わせして組み立てる液晶表示装置の組立て方法において、
   基板を吸引保持するために設けられた吸引口を有する上ステージにおいて、この吸引口により吸引して第１の基板を保持し、
   前記上ステージの下方に位置する下ステージによって前記第２の基板を戴置状態に保持し、この下ステージとして、前記第２の基板を戴置保持する周縁部とそれによって囲まれた内側の凹部とを有し、この凹部は、前記第２の基板の前記戴置状態においてこの第２の基板をそれ自体の自重によって下方に撓むのを許容するように用いる液晶表示装置の組立て方法。
8. 前記第１及び第２の基板のそれぞれ対向面には配向膜が形成されている、請求項７の液晶表示装置の組立て方法。
9. 表示領域を囲むようにシール材が設けられているとともに、表示領域内に複数のスペーサが設けられた画素電極を有するアレイ基板と対向基板とを対向配置し、
   前記アレイ基板および対向基板の周縁部同士を前記上記シール材を介して貼り合わせ、前記アレイ基板および対向基板の少なくとも一方の基板の表示領域を他方の基板の表示領域から離間する方向に撓ませた状態で、前記貼り合わせたアレイ基板および対向基板の少なくとも一方を移動し位置合わせを行う液晶表示装置の組立て方法。
10. 前記上ステージとして、前記下ステージに対向する下側面に開口した吸引口によって前記対向基板を吸着するフラットステージであって、前記吸引口はそれの内部側に接続可能な排気手段によって排気されて前記対向基板を吸着するものとして構成されているフラットステージを用いた、請求項９の液晶表示装置の組立て方法。
11. 前記対向基板及び前記アレイ基板は、スペーサを介して互いの間隔が規定された状態に組み立てられるものであり、前記スペーサが前記２つの基板の一方に固定的に設けられている、請求項９の液晶表示装置の組立て方法。
12. 表示領域を囲むようにシール材が設けられているとともに、表示領域内に複数のスペーサが設けられた第１の基板と第２の基板とを対向配置し、
    前記第１および第２の基板の周縁部同士を前記上記シール材を介して貼り合わせ、前記第１および第２の基板の少なくとも一方の基板の表示領域を他方の基板の表示領域から離間する方向に撓ませた状態で、前記貼り合わせた第１および第２の基板の少なくとも一方を移動し位置合わせを行い、
    前記位置合わせが終了した後、前記基板の撓みを除き、前記スペーサを介して前記第１および第２の基板の表示領域同士を接触させることを特徴とする液晶表示装置の組立て方法。

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