JP4379435B2 - 基板組立装置とそれを用いた基板組立方法 - Google Patents

基板組立装置とそれを用いた基板組立方法 Download PDF

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Description

本発明は、液晶を滴下して真空中で基板を貼り合わせて液晶ディスプレイを製造する基板組立装置及び、基板組立方法に関する。
特許文献1に記載の基板組立装置においては、上下基板を保持して貼り合わせを行う上下テーブル(又は一方のテーブルに)負圧による吸引吸着用にテーブル表面に設けた円形の通孔の周縁に沿って環状に粘着部材を形成し、粘着部材が粘着されない部分に粘着部材と略同じ厚さの緩衝材を粘着して覆うことで表面が面一状になるように高さ調整した構成が開示されている。また、粘着部材を配置した近傍にはリフトピンを配置し、リフトピンを基板に押し付けることで粘着部材を剥す構成が記載されている。さらに、真空中では粘着部材に加えて静電吸着力で基板を保持できるように、四角のテーブルの各角部に静電チャックを配置した構成が開示されている。
特開2005−351961号公報
前記記載の貼り合わせ装置の構成では粘着部材に吸着している基板にリフトピンを押し付けることで離脱しているため、離脱時に基板が歪むという問題があった。
本発明の目的は、真空中でも基板を確実に保持でき、且つ粘着部材を基板面から剥す際に基板にひずみが発生しない、貼り合わせ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、上チャンバの内側に設けられた上テーブルに粘着ピンを通過させる穴を開け、更に弾性体を持つプレートを固定するための磁石とネジ穴を設け、交換可能なものとする。また、粘着ピンの上下機構は上テーブルの上下機構に対して独立して動作できるようにし、駆動は速度及び位置制御が可能なサーボモータまたはステッピングモータを使用し、必要に応じて最適な離脱条件を作成できる構成とする。
粘着ピンの先端は従来技術で使用している粘着シートに真空吸着穴を設けたものを貼り付け、先端部のみ交換可能とする。先端部に貼り付けるシートは前記粘着シートのほか、密着力をもつシートまたは吸着パッドなど必要に応じて変更できる。
本発明により、大型基板を歪みなく離脱することができ今後更に大型化が予想される液晶ディスプレー用パネルの生産工程の生産効率向上に寄与できる。
以下、本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。
図1は本発明の基板組立装置の一実施例を示したものである。基板組立装置は架台1と上フレーム5を剛体支持部材として、その内側に上チャンバ7と下チャンバ8を設ける構成としている。なお、上フレーム5は架台1側に設けたZ軸駆動機構2を構成するZ軸駆動モータ2aのボールネジ2bを回転駆動することで、上フレーム5に設けたボールネジ受け部2cを介して上フレーム5が架台1に対して上下方向に移動する構成としてある。上フレーム5が上下動する際の案内機構3は4組設けられている。案内機構3の一部断面図を図2に示す。図2に示すように架台側に固定された梁17に2つのリニアガイド3aを上フレーム5側に固定された梁18にリニア移動部3bが設けてある。図に示すように一方の案内面が他方の案内面に対して垂直となるように組合わせてある。
架台1の上方には下テーブル10を支持するための複数の下シャフト12が取り付けてある。各下シャフト12は下チャンバ8内と気密性を保つため真空シールを介して下チャンバ8内に突出している。さらに各下シャフト12と下テーブル10の間にはXYθ方向にそれぞれ独立に可動可能なように構成されたXYθ移動ユニット13が取り付けてある。尚、XYθ移動ユニット13は、上下方向に固定で水平方向に自由に移動可能なボールベア等を使用した機構で構成しても良い。下テーブル10の水平方向(X,Y方向)に図示していない複数の下テーブル水平駆動機構が下チャンバ8の外側に設けてあり、駆動機構に設けた軸で下テーブル側面(下テーブルの厚み方向)を押すことでXYθ方向の位置決めを行えるように構成してある。
さらに、下チャンバ8と上チャンバ7は分割できる構成としてあり、その接続部には図示していないがシールリングが設けてあり、これにより上下のチャンバを合体させ、内部を排気した時の空気の漏れを防止している。
上フレーム5とZ軸駆動機構2の接続部にはそれぞれロードセル4が設けられている。上フレーム5の内側には、上チャンバ7が取り付けてある。上チャンバ7は上フレーム5から支持軸6cとブラケット7bにより、吊り下げられる構造になっており、上フレーム5を上下動させることによって、上チャンバ7を下チャンバ8より離間させることが出来る。また、上フレーム5には上テーブル9を支持するため、上チャンバ7内に向かって複数の上シャフト6が設けてある。上シャフト6と上チャンバ7間はチャンバ内の気密を保持するために真空シールで接続されている。さらに上テーブル9は上シャフト6に固定されており、基板を加圧した時の力をロードセル4で検知できる構造となる。
なお、Z軸駆動機構2は上チャンバ及び上テーブルを上下に移動できるようになっており、そのため、上チャンバ7を上フレームに設けた支持軸6cと上テーブル9を上フレーム支持する軸(上シャフト6)が別々に設けてある。そのため、上チャンバ7の支持軸
6cは、上チャンバ7が下チャンバ8に合体すると、上チャンバ7から下チャンバ8に下側に移動する力が作用しないように、遊びのできる支持構成となっている。すなわち、上チャンバ7上部に所定の高さのブラケット7bを取り付け、そのブラケット7c内部に上チャンバ7の支持軸6cの先端にフランジ部が当たるようにしてある。上チャンバ7を持ち上げるときはこのブラケット7bに支持軸6cのフランジ部が接触して上チャンバ7及び上テーブル9が一体で上方向に移動できる。すなわち、上シャフト6を上昇させ、上テーブルを上チャンバ内で所定量上方に移動すると支持軸6cのフランジ部がブラケット
7bに当接して、さらに上昇させると上テーブル9と上チャンバ7が一緒に上方に移動する構成となっている。また、上チャンバ7が下側に移動して下チャンバ8と一体になるまでは上チャンバ7と上テーブル9は一体で移動し、上下チャンバが一体になった後は上テーブル9が下テーブル10側に単独で移動できるようになっている。
また上記のように本実施例では、上テーブル9および下テーブル10は上チャンバ7及び下チャンバ8とは離間して配置しているため、チャンバ内を減圧した時にチャンバは変形するが、この変形が上下テーブルに伝達することなく、基板を水平に保持することが出来る。
上テーブル9には鉄製の弾性体プレート11が設けてある。弾性体プレート11の基板と接触する面全体には弾性体11aが設けてある。弾性体プレート11は上テーブル9に埋め込んだ複数の磁石の磁気力とネジ締結により固定し、交換可能に構成してある。
図3に粘着ピン機構の全体構成を示す。また、図4に上テーブルの部分拡大図を示す。
図3に示すとおり、上チャンバ7上或いは上フレーム5上には上テーブル9とは独立して動作することができる粘着ピン駆動機構14が取り付けてある。この機構は上下駆動用モータ14aと、粘着ピン14cを複数取り付けた粘着ピンプレート14b及び粘着ピン上下機構14dからなり、粘着ピンプレート14b及び粘着ピン14cには真空吸着機構を有すると共に粘着ピン14cの先端には粘着シート14eが取り付いている。また、粘着ピン14cは粘着ピンプレート14bに対して取り外せる構造(ネジ機構により着脱自在にしてある)となっており、交換可能である。粘着ピンプレート14b内は負圧を供給する負圧室と、負圧室から粘着ピン14cの中央部に設けた負圧流路(粘着ピン吸引吸着孔14f(図5参照))が接続され、粘着ピン先端に設けた開孔に負圧を供給できるようになっている。粘着ピン先端部には開孔部を除いて粘着シート14eが設けてある。なお、粘着ピンプレート14bを上下に移動させる粘着ピン上下機構と上チャンバ7との間は蛇腹状の弾性体で接続され、これによって、真空状態を保持できるようにしてある。
図4に示すように、上テーブル9の基板支持側には、表面に弾性体11aを設けた弾性体プレート11が取り付けられており、粘着ピン14cが上下に移動できるように上テーブル9,弾性体プレート11、及び弾性体11aは粘着ピン14cの直径より大きめの粘着ピン移動用の貫通孔が粘着ピンの配置に対応して設けてある。さらに、上テーブル内には、粘着ピン14cとは別に負圧を供給するための負圧室と、負圧室からテーブル面及び弾性プレート11,弾性体11aに貫通する貫通孔が複数設けてある。すなわち、粘着ピン中央に設けた負圧供給孔と、テーブル面に複数設けた負圧供給孔に供給する負圧を別々に制御できるようにしてある。なお、これらの負圧供給孔からは負圧だけなく、窒素ガス又は大気の供給を行うことも可能である。すなわち、図示していないが、それぞれの負圧室に接続されている負圧供給配管には、負圧源、又は、パージガスである窒素ガス又は大気供給源を切り替えて接続できるように構成してある。これにより、粘着ピンを基板から剥す際に正圧の気体を供給して基板面から剥しやすくしたり、チャンバ内を真空状態から大気状態に戻す場合にパージガスを供給することで、大気圧に戻す時間を短縮することができる。
次に、本発明の装置を用いた場合の基板組立ての手順について説明する。
まず、Z軸駆動機構2を動作させて、基板を挿入し、上テーブル9と下テーブル10に保持できるだけの空間を設けるために、上テーブル9と下テーブル10を離間させる。この動作距離は100〜200mm程度である。なお、チャンバ内のメンテナンスや清掃を行う場合は、200〜300mm程度離間させると作業性が向上する。
次に、ロボットハンドを用いて貼り合わせ面を下テーブル10側に向けた上基板を上テーブル9下面に搬入する。上テーブル9から図示していない複数の吸着サポートノズルと粘着ピン駆動機構14を下げて、まず上基板を吸着サポートノズルの先端に吸着する。その後、吸着サポートノズルの先端が粘着ピン面位置になるまで吸着サポートノズルを上昇し、図5に示す粘着ピン14cに設けられた粘着ピン吸引吸着孔14fに負圧を供給し基板を粘着シート14e面に保持する。なお、前述では粘着ピン機構とは別に吸着サポートノズルを用いることで説明したが、吸着サポートノズルを設けずに、粘着ピン14cのみを用いて吸引吸着・粘着保持する構成としても良い。粘着ピン14cの先端設けた粘着シート14eに基板を保持した状態で粘着ピン14cを上昇させ基板が上テーブル9に取り付けた弾性体プレート11の弾性体11a面に接触保持させる。
下テーブル10に下基板を保持する手順を示す。上テーブル9に上基板を吸着保持した後に、もし、下テーブル10に貼り合わせの完了した基板が存在する場合は、下テーブル10に設けたサポートピン(図示せず)をテーブル面より突出させて貼り合わせの完了した液晶基板を下テーブル面より浮かせ、ロボットハンドを液晶基板の下に挿入出来るようにする。そして、ロボットハンドで液晶基板を真空チャンバの外に取り出す。その後、下基板面に環状に接着剤(シール剤)が塗布されて、その接着剤で囲まれた領域に適量の液晶を滴下された下基板を下テーブル10位置までロボットハンドで搬入し、サポートピン上に載置する。なお、接着剤は上記では下基板に設けることで説明したが、上基板側に設けてもよく、上下両基板に設けても良い。
次にサポートピンを先端部がテーブル面又はテーブル面より内側になるまで下テーブル側に後退させ、下テーブルに設けられた吸着孔に負圧を供給し保持する。なお、下テーブルには静電吸着機構が設けてあり、チャンバ内を真空状態にした場合にも基板がずれないように保持できるようにしてある。なお、下テーブルも上テーブルと同様に粘着ピン機構を設ける構成としても良い。この場合、粘着ピンの移動距離は上テーブルに比べて小さく設定できる。
粘着ピン14c及び下テーブル10にそれぞれ上下基板を保持し終わると、Z軸駆動機構2を動作させて、上フレーム5および上チャンバ7,上テーブル9を下降させ、上チャンバ7と下チャンバ8とをシールリングを介して合体させ真空チャンバを形成する。この動作と同期して粘着ピン駆動機構14も上下駆動用モータ14aと粘着ピン上下機構14dを使用して上テーブル9との位置関係が変化しないように下降させる。なお、この時上テーブル9に保持された上基板と下テーブル10に保持された下基板の対向面の間隔は数ミリ程度保っておき、上基板と下基板は接触させない。その後、図示していないが下チャンバ8側に設けた排気口から真空チャンバ内の空気を排気して真空チャンバ内を減圧する。真空チャンバ内が貼り合わせをするための減圧状態になると、下ユニット側に設けた焦点深度の深いカメラを用いて上基板と下基板に予め設けてある位置決めマークのずれ量を求める。しかし、カメラの焦点深度の浅い場合は、カメラを上下動作させる機構を設けてまず上基板の位置決めマークを認識してからカメラを下方に移動させ下基板の位置決めマークを認識して上下基板の位置決めマークのずれ量を求める方法をとる。その後、XYθ移動ユニット13を駆動することで下テーブル10を移動して上下基板のXYθ方向のずれを修正する。なお、この位置決め動作は貼り合わせをするための減圧過程の途中で行うこともできる。
上下基板の位置合わせが終了すると、Z軸駆動機構2を動作させて上フレーム5を介して上テーブル9を移動させると共に、それに同期して粘着ピン駆動機構14を下テーブル
10側に移動させることで上下基板を接触させる。上下基板が接触した状態で再度上下基板の位置決めマークのずれ量を確認し、もしずれている場合は再度位置決め動作を行う。確認及び位置決め動作が終了すると更に上テーブル9のみが下降し、加圧を行うと共に粘着ピン14cから上基板を離脱させる。基板を加圧する際に上テーブル9に取り付いている弾性体プレート11上の弾性体11aが変形することによって基板全体を均一に加圧することが出来る。なお加圧時に両テーブル上に保持している基板が位置ずれを起こす場合もあり、時々位置決めマークを観測して位置ずれ補正を行ったほうが良い。
上下の基板を加圧して貼り合わせが終了すると、真空チャンバ内に大気を導入して、大気圧に戻す。基板は、大気圧に戻すことでさらに押し付け力が作用して、規定の厚みまで加圧される。その状態で、図示していないUV照射機構を動作させて、複数箇所接着剤を硬化させて仮止めを行い、液晶基板の貼り合わせが終了する。
上記の動作では粘着ピンによる基板の保持は、上下基板がどちらか一方の基板に設けた接着剤(シール剤)に接触するまでとし、それ以上は粘着ピンを下方向に移動させずに上テーブルのみを下方向に移動させることで粘着ピンを基板面から剥すようにしている。なおこのとき、粘着ピンを基板の移動方向とは逆方向に移動させる確実に基板面から粘着ピンを剥すことができる。
なお、基板に加圧力を加える時も粘着ピン14cも同時に下テーブル側に移動させて、加圧終了後、大気圧に戻した後で、テーブルは加圧時と同じ状態を保持し、その状態で粘着ピン駆動機構14を上昇させて粘着ピンを基板から離脱することもできる。なお、このとき、粘着ピンの先端の吸引吸着孔へ正圧のガス又は清浄な空気を送り込みながら粘着ピンを上昇させることで、粘着ピンを基板面から容易に剥すことができる。
前述のように、本実施例の方法では、粘着ピンを基板面から剥す際に周囲の弾性体が緩衝部材として働き、粘着ピン部分の基板面に大きな引き剥がし力が作用せずに、引き剥がし力が分散されるために基板に歪が発生しにくくなる。
一組の基板の貼り合わせが終了すると、先に述べたように、次の基板の貼り合わせの準備と、貼り合わせの完了した液晶基板の取り出しを行う。
以上説明したように、本発明によれば従来に比べて貼り合わせ後の基板離脱時にパネルの歪みを抑えることができる。また、弾性体による均一な加圧を行うことでより高品質なパネルを生産することが出来るパネルの貼り合わせ装置を提供することが出来る。
本発明における基板組立装置の全体構成を示す概略図である。 貼り合わせ装置の組合せガイドの説明図である。 粘着ピン機構の概略説明図である。 上テーブル機構の概略説明図である。 粘着ピンの説明図である。
符号の説明
1…架台、2…Z軸駆動機構、2a…Z軸駆動モータ、2b…ボールネジ、2c…ボールネジ受け部、3…案内機構、3a…リニアガイド、4…ロードセル、5…上フレーム、6…上シャフト、7…上チャンバ、8…下チャンバ、9…上テーブル、9a…上テーブル吸引吸着孔、10…下テーブル、11…弾性体プレート、11a…弾性体、12…下シャフト、13…XYθ移動ユニット、14…粘着ピン駆動機構、14a…上下駆動用モータ、14b…粘着ピンプレート、14c…粘着ピン、14d…粘着ピン上下機構、14e…粘着シート、14f…粘着ピン吸引吸着孔。

Claims (6)

  1. 一方の基板に液晶滴下した基板を下テーブル上に保持し、他方の基板を上テーブルに前記一方の基板に対向させて保持し、どちらか一方の基板に設けた接着剤で真空チャンバ中で貼り合わせを行う基板組立装置において、
    チャンバの内側に設けられた前記上テーブルに、基板保持面に弾性体と真空吸着機構とパージガスブロー機構とを備えた弾性体プレートを設け、前記上テーブルとは独立して上下することができる粘着ピンプレートに複数の粘着ピンを備え、前記上テーブル及び弾性体プレートに前記粘着ピンが移動可能な貫通孔を設け、前記粘着ピンの先端に粘着機構を有する構成としたことを特徴とする基板組立装置。
  2. 請求項1に記載の基板組立装置において、他方の基板を弾性体に真空吸着機構にて密着させ、前記粘着ピン先端の粘着機構で保持し、真空中にて組立てを行うことを特徴とした基板組立装置。
  3. 請求項1に記載の基板組立装置において、粘着ピンの先端の周囲に粘着部材を粘着ピンの先端中央部に吸引吸着孔を有する構成としたことを特徴とした基板組立装置。
  4. 請求項1および3に記載の基板組立装置において、前記粘着ピン先端に保持させた他方の基板を、前記粘着ピン上下機構により上昇することにより、前記基板を前記弾性体プレートに押し付けて粘着ピンを基板面から離脱することを特徴とした基板組立装置。
  5. 請求項4に記載の基板組立装置において、前記粘着ピンの先端部から正圧の気体を基板面に供給しながら粘着ピンを上昇させることで基板面から粘着ピンを剥すことを特徴とした基板組立装置。
  6. 上チャンバと下チャンバとを離間させた状態で、前記上チャンバ内の上テーブルに上下動可能に設けた複数の粘着ピンの先端を前記上テーブルの弾性体が全面に設けられた面より突出させて、前記粘着ピンの先端部に設けた粘着シートにより、上基板を保持し、前記上基板を保持した状態で前記粘着ピンを上昇させることにより、前記上テーブルでの前記弾性体に前記上基板が接触するまで前記上基板を持ち上げる工程と、
    ロボットハンドにて、液晶を滴下した下基板をサポートピン上に搬入する工程と、
    前記サポートピンを前記下チャンバ内の下テーブルの面と同じかそれより内側に降下させ、前記下テーブルに前記下基板を保持する工程と、
    前記上チャンバと前記下チャンバを合体する工程と、
    前記上テーブルと前記粘着ピンとを下降させることにより、前記上基板を、前記粘着ピンの前記粘着シートによる粘着保持を維持しながら、降下させ、前記下基板に接触しない位置まで前記下基板に近接させる工程と、
    前記上基板と前記下基板の位置を合わせる工程と、
    前記上テーブルと前記粘着ピンとを下降させることにより、前記粘着ピンで前記上基板を粘着保持した状態で、前記上基板を降下させて前記下基板での接着剤に接触させ、前記上基板と前記下基板の位置合わせを行う工程と、
    前記粘着ピンを下方に移動させずに、前記上テーブルを下降させることによって前記下基板での接着剤に接触した前記上基板を加圧しながら、前記粘着ピンの前記粘着シートによる前記上基板の粘着保持を解除する工程と、
    を含むことを特徴とする基板組立方法。
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