JP4919439B2 - 平板ディスプレイ基板の電気的特性試験のための冷却及び防湿装置 - Google Patents

Description

本発明は、平板ディスプレイ基板の電気的特性試験のための装置に関し、特に圧縮空気を用いて基板の表面を冷却すると共に、冷却時、基板の表面に空気中の湿気が凝結して水滴が生じる現象を防止する冷却及び防湿装置に関する。

従来の陰極線管（Cathode Ray Tube）に代えるディスプレイ装置として平板ディスプレイ（Flat Panel Display：ＦＰＤ）が活発に開発されているが、液晶表示素子（Liquid Crystal Display：ＬＣＤ）、プラズマディスプレイパネル（Plasma Display Panel：ＰＤＰ）、電界放出ディスプレイ素子（Field Emission Display：ＦＥＤ）、真空蛍光素子（ＶＦＤ）などはその代表的な例である。

このようなＦＰＤは、一般的に下部基板の製造工程と、上部基板の製造工程、そして下部基板と上部基板との合着工程などにより製造される。具体的に説明すれば、下部基板を製造するためのガラス円板の上に多数のセルを形成し、このセルに多数の水平ラインと垂直ラインをマトリックス形態で互いに交叉するように形成し、水平ラインと垂直ラインとの交叉部毎に透明な画素電極を含む画素セルを形成する。そして、画素セルには水平ライン、垂直ライン、及び画素電極に接続される薄膜トランジスタを形成する。ガラス円板に形成された多数のセルは検査工程を経た後、スクライビング工程により切断され、このようにガラス円板で切断された多数のセル、即ち、下部基板の各々は上部基板の製造工程で完成された上部基板と合着され、画素セルを駆動するための駆動回路及び種々の要素が組み立てられることによって、１つのＦＰＤが完成される。

一方、ＦＰＤ基板の回路パターンを構成するトランジスタに対する電気的特性を試験する装置としてプローブステーション（Probe Station）が使われているが、これは基板の上に形成された非常に小さなサイズのトランジスタにプローブピン（probe pin）を接触してトランジスタの電気的特性を試験するようになる。

ＦＰＤ基板のトランジスタに対する電気的特性を試験する時は、一般的な半導体素子と同様に、温度による影響をたくさん受けるようになる。特に、バックライト（back
light）を使用するＦＰＤの場合には、バックライトの時間経過に従う発熱と外部環境に従う温度変化によって基板内のトランジスタは、動作中に急激な温度変化を経るようになる。このために、ＦＰＤの開発及び量産時、基板上に任意に熱を加えて電気的特性を試験する作業が必要であり、一般の動作条件より苛酷な熱を加えてトランジスタの耐久性を試験する作業も必要である。例えば、ＬＣＤプローブシステムには基板の加熱により基板の温度が調節できる装置を取り付けて、このような試験を遂行するようになる。

添付図面の図１は、ホットプレート（hot plate）方式により基板を加熱する従来の装置を示すものである。これは基板Ｓが置かれるステージ１に加熱手段であるホットプレート２を具備しており、プローブヘッド３が線形駆動手段４によりステージ１のＸ軸とＹ軸に沿って移動しながらホットプレート２により加熱された基板Ｓのトランジスタを試験するようになる構成からなっている。ところが、このようなホットプレート２を用いた装置では、基板Ｓの局部的な領域のみホットプレート２により加熱されるため、加熱された領域のみで試験がなされざるをえないという問題がある。

図２はサーモストリーム（Thermo Stream）方式により基板を加熱する従来の他の装置を示すものであって、これは基板Ｓが置かれたステージ１０のＸ軸とＹ軸に沿って移動する線形駆動手段２０に設置されたプローブヘッド３０にサーモストリーム４０という熱風噴射手段が備えられたものである。即ち、サーモストリーム４０は線形駆動手段２０によりプローブヘッド３０と共にステージ１０のＸ軸とＹ軸に沿って移動しながら基板Ｓに熱風を噴射することで、基板Ｓを加熱するようになる。したがって、基板Ｓの全領域に対する試験が可能である。しかしながら、サーモストリーム４０による基板の加熱は常温より高い温度でなされるため、常温以下の温度条件では基板Ｓのトランジスタが試験できないという問題がある。

以前のＦＰＤ製品は主として室内のみで使用されて来て、携帯機器の場合、ポケットなど、人体に近接した位置で使われるため、常温以下の冷却状態でＦＰＤ基板に対する試験はあまり必要でなかった。しかしながら、最近は車両用ナビゲーションをはじめとしてＦＰＤの需要処が増加するにつれて、ＦＰＤ製品は常温以下の温度に露出される場合が急激に増えている趨勢にある。したがって、ＦＰＤ製品の開発と生産時、低温上でＦＰＤ基板のトランジスタに対する電気的特性を試験する必要性が急増している。

ところが、従来にはＦＰＤ基板に対する低温試験のためには基板を小さなサイズに切断して冷却されたチャンバー内で試験を行ったり、以外の複雑な過程を通じて試験を行なっている実状である。

本発明は、前述したような従来の問題点を改善するためのものであって、その目的は、平板ディスプレイ基板の全領域に対する電気的特性を常温以下に冷却された低温条件でも簡便に試験できると共に、基板を低温に冷却する時、湿気が発生しないようにする平板ディスプレイ基板の電気的特性試験のための冷却及び防湿装置を提供することにある。

上記のような目的を達成するための本発明は、外部から導入される圧縮空気の流量及び油圧を調節する流量／油圧コントローラと、上記流量／油圧コントローラから供給された圧縮空気を冷気流と温気流とに分離して排出する冷温気形成部と、上記冷温気形成部から排出された冷気流を平板ディスプレイ基板の電気的特性試験に必要な温度に調節するために加熱するヒーターと、上記ヒーターに発熱エネルギーを供給するパワーサプライと、上記ヒーターにより温度が調節された状態で排出する冷気流を上記平板ディスプレイ基板の表面に噴出して上記基板の表面を冷却する冷気流噴出ノズルと、上記冷温気形成部から排出された温気流を上記冷気流噴出ノズルから噴出される冷気流の周辺に噴出して上記基板の防湿を行う防湿部と、上記流量／油圧コントローラ及び上記パワーサプライの作動を制御する制御部と、を含んでなされた平板ディスプレイ基板の電気的特性試験のための加熱冷却及び防湿装置を提供する。

ここで、上記冷温気形成部は、ボルテックスチューブからなることができる。

また、上記ヒーターは、上記パワーサプライに連結された発熱線がセラミックボディーに埋め込まれた構造からなることができる。

また、上記パワーサプライは、リニアＤＣパワーサプライ（Linear DC Power Supply）からなることができる。

また、上記防湿部は、上記冷温気形成部の温気流が排出される末端部に管路により連結されると共に、上記冷気流噴出ノズルの上側の外周に結合されて上記温気流を導入し、かつ導入された温気流が上記冷気流噴出ノズルを中心にして斜線方向に排出されるように斜線型噴出口を具備した温気流導入部材と、上記温気流導入部材から上記冷気流噴出ノズルの外郭を覆いながら上記基板の表面に向けて延びることによって、上記斜線型噴出口を通過した温気流が低圧のサイクロンを形成しながら上記基板の表面に噴出されるようにして、上記基板の表面を冷却させた冷気流を常温に上昇させて基板の表面に湿気が生じないようにする温気流噴出ノズルと、を含んでなることができる。

また、上記冷温気形成部から排出されて上記防湿部に供給される温気流の流量を上記流量／油圧コントローラの制御によって調節する温気流流量調節弁と、上記冷温気形成部の温気流が排出される側に備えられて上記流量／油圧コントローラの制御によって上記温気流流量調節弁と連動して開閉されることで、上記冷温気形成部から排出される冷気流と温気流との割合を調節する冷温気割合調節弁と、が更に具備できる。

更に、上記冷温気割合調節弁は、排出される温気流を上記流量／油圧コントローラを経由して外部に排出するように、流量／油圧コントローラと管路により連結できる。

一方、上記ヒーターには、ヒーターにより加熱された冷気流の温度を感知する冷気流温度センサが備えられ、感知された冷気流の温度情報に基づいて上記制御部の制御によって上記ヒーターの冷気流加熱温度を調節するように上記パワーサプライを制御する温度コントローラが更に具備できる。

本発明は、平板ディスプレイ基板の表面に湿気が発生することを防止しながら基板の表面を常温以下の低温に冷却させるようになるので、基板に対して低温での電気的特性を簡便に試験することに有用である。

したがって、本発明は既存のサーモストリーム装置に代えて設置使用されることによって、常温以上の高い温度条件のみならず、常温以下に冷却された低温でもＦＰＤ基板に対する電気的特性を試験することができるので、ＦＰＤ製品の性能に対する信頼性を向上させることに役に立つ効果がある。

ホットプレート方式により基板を加熱する従来の装置を示す平面図である。 サーモストリーム方式により基板を加熱する従来の装置を示す平面図である。 本発明に係る装置の実施形態に対する全体構成を示す図である。 図３の冷温気形成部に対する例としてボルテックスチューブを示す断面図である。 図３のヒーターに対する具体的な構成を示す図である。 図３の除湿部に対する構造と作動状態を示す断面図である。

以下、添付された図面を参照しつつ本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。しかしながら、以下の実施形態はこの技術分野で通常の知識を有する者に本発明が十分理解できるように提供されるものであって、種々の形態に変形が可能であり、本発明の範囲は下記に記述される実施形態に限定されるのではない。

図３は、本発明に係る装置の実施形態に対する全体構成を示す図である。

図３に示すように、本実施形態に従う平板ディスプレイ基板の電気的特性試験のための冷却及び防湿装置は、外部（例えば、ボンベ）から導入される圧縮空気の流量及び油圧を調節する流量／油圧コントローラ１１０と、供給された圧縮空気を冷気流と温気流とに分離形成する冷温気形成部１２０と、この冷温気形成部１２０から排出された冷気流を適切な温度に加熱するヒーター１３０と、このヒーター１３０に発熱エネルギーを供給するパワーサプライ１４０と、上記ヒーター１３０により温度が調節された状態で排出される冷気流を平板ディスプレイ基板の表面に噴出して基板の表面を冷却する冷気流噴出ノズル１５０と、噴出される冷気流の周辺に温気流を噴出して基板の防湿を行う防湿部１６０と、上記流量／油圧コントローラ１１０及びパワーサプライ１４０の作動を制御する制御部１７０と、を含んでいる。

上記流量／油圧コントローラ１１０は、ボンベのような外部の容器から露点の低い乾燥している圧縮空気（Clean Dry Air、またはＮ_２）を冷温気形成部１２０に供給するが、供給される圧縮空気の流量と油圧とは冷温気形成部１２０で加熱または冷却される温度と密接な相関関係があるため、常に一定に供給がなされるように圧縮空気の流量及び油圧を制御するようになる。

上記冷温気形成部１２０は、流量／油圧コントローラ１１０から供給された圧縮空気を冷気流と温気流とに分離して排出する手段であって、本実施形態ではボルテックスチューブ（Vortex tube）が適用される。即ち、図４に示すように、圧縮空気がボルテックスチューブ１２１に供給されれば、ボルテックス回転室１２１ａで超高速に回転するが、回転する空気（１次ボルテックス）は温気出口１２１ｂの方に向かってから一部は調節弁１２１ｃにより温気出口１２１ｂに排出され、残りの空気は調節弁１２１ｃで回送されて２次ボルテックスを形成しながら冷気出口１２１ｄの方に出るようになるが、この際、２次ボルテックスの流れは１次ボルテックス流れの内側にある、より低い圧力の地域を通過しながら熱量を失って、冷気出口１２１ｄの方に向かうようになる。回転する２つの流れ（同一方向、同一角速度回転）において、内部の流れの空気粒子は外側の流れの空気粒子と１回転する時間が同一（同一角速度）であるので、実際の運動速度は外側の流れより低い。この運動速度の差は運動エネルギーが減少したことを意味し、この失った運動エネルギーは熱に変換されて外側の流れの空気温度を上昇させ、内部流れの空気温度はより下がるようになる。本発明の冷温気形成部１２０は、このようなボルテックスチューブ１２１の冷却原理を用いたものである。

上記ヒーター１３０は、冷温気形成部１２０から排出された冷気流を平板ディスプレイ基板の電気的特性試験に必要な温度に調節するために加熱する手段であって、図５に示すように、パワーサプライ１４０に連結された発熱線１３１がセラミックボディー１３２に埋め込まれた構造のセラミックヒーターが適用できる。

上記のようなヒーター１３０に発熱エネルギーを供給するパワーサプライ１４０には本実施形態でリニアＤＣパワーサプライ（Linear DC Power Supply）が適用されるが、一般的な発熱体の場合には交流（ＡＣ）電源を使用するが、ＡＣ電源の６０Ｈｚノイズのため、基板の電気的特性試験に支障がもたらされるので、このような虞のないリニアＤＣパワーサプライの適用が好ましい。

上記冷気流噴出ノズル１５０は、ヒーター１３０の冷気流が排出される末端部で平板ディスプレイ基板の表面に向けるように連結され、冷温気形成部１２０から排出された後、ヒーター１３０を経由しながら適切な温度に調節された冷気流を平板ディスプレイ基板Ｓの表面に噴出することによって、基板の表面を冷却するようになる。

上記防湿部１６０は、冷温気形成部１２０から排出された温気流を冷気流の周辺に噴出して基板の防湿を行うようになる。図６は防湿部１６０に対する具体的な構成を例示しているが、温気流導入部材１６１と温気流噴出ノズル１６２から構成されている。温気流導入部材１６１は冷温気形成部１２０の温気流が排出される末端部に管路Ｐにより連結されると共に、冷気流噴出ノズル１５０の上側外周に結合されて温気流を導入するようになるが、導入された温気流が冷気流噴出ノズル１５０を中心に斜線方向に排出されるように冷気流噴出ノズル１５０の外周を囲む多数個の斜線型噴出口１６１ａを備えている。そして、温気流噴出ノズル１６２は温気流導入部材１６１から冷気流噴出ノズル１５０の外郭を覆いながら基板Ｓの表面に向けて延びた構造からなっているが、斜線型噴出口１６１ａを通過した温気流が低圧のサイクロンを形成しながら基板Ｓの表面に噴出されるようにすることによって、基板Ｓの表面を冷却させた冷気流を常温に上昇させて基板Ｓの表面に湿気が生じないようにするようになる。

一方、図３に示すように、冷温気形成部１２０から排出されて防湿部１６０に供給される温気流の流量を流量／油圧コントローラ１１０の制御によって調節する温気流流量調節弁１８０が具備できる。また、冷温気形成部１２０の温気流が排出される側には流量／油圧コントローラ１１０の制御を受ける冷温気割合調節弁１９０が具備できる。該冷温気割合調節弁１９０は温気流流量調節弁１８０と連動して開閉されることで、冷温気形成部１２０から排出される冷気流と温気流との割合を調節するようになる。特に、冷温気割合調節弁１９０は前述したボルテックスチューブ１２１の調節弁１２１ｃに取り替えられるか、並行して備えられることもできる。このような冷温気割合調節弁１９０は排出される温気流を流量／油圧コントローラ１１０を経由して外部に排出するように流量／油圧コントローラ１１０と管路Ｐ′により連結される。

上記ヒーター１３０にはヒーター１３０により加熱された冷気流の温度を感知する冷気流温度センサ１３３が具備できるが、この冷気流温度センサ１３３により感知された冷気流の温度情報に基づいて制御部１７０の制御によってヒーター１３０の冷気流加熱温度を調節するようにパワーサプライ１４０を制御する温度コントローラ２００が更に備えられることもできる。

一方、図３の未説明符号２１０と２２０は、平板ディスプレイ基板Ｓに対する冷却状態での電気的特性検査時、基準となる温度を設定するために基板Ｓが配置されるステージ（図示せず）に設置された基準温度センサ２１０と、この基準温度センサ２１０を動作させる基準温度コントローラ２２０であり、基準温度コントローラ２２０は上記制御部１７０により制御される。

前述したように構成された本発明の冷却及び防湿装置は、基板Ｓを加熱するために備えられる既存のサーモストリーム（Thermo Stream）装置と共に設置されることによって、平板ディスプレイ基板Ｓの全領域に対する電気的特性試験を常温以上の高温条件のみならず、常温以下に冷却された低温条件でも簡便に試験できるようになる。

次に、本発明の冷却及び防湿装置を運用する過程について説明する。

まず、外部から流量／油圧コントローラ１１０に導入された圧縮空気は、制御部１７０の制御によって流量／油圧コントローラ１１０で流量及び油圧が適切に調節された状態で冷温気形成部１２０に供給される。

冷温気形成部１２０に流入された圧縮空気は、ボルテックスチューブ１２１内でのボルテックス現象により冷気と温気とに分離されて、冷気は冷気出口１２１ｄに排出され、温気は温気出口１２１ｃに排出される。この際、冷温気割合調節弁１９０が温気流流量調節弁１８０と連動して開閉されながら排出する冷気と温気との割合によって冷気と温気の温度が決定される。即ち、冷温気割合調節弁１９０がたくさん開いて温気出口１２１ｃに排出される空気量が多いほど、冷気出口１２１ｄの方に出る空気の量が減る代わりに、冷気の温度はより冷たくなる。反対に、冷温気割合調節弁１９０をたくさん閉じるほど、温気出口１２１ｃの方に排出される空気の量が減り、冷気出口１２１ｄの方に排出される空気の量が多くなるようになり、これによって冷気の温度は益々あまり冷たくならない。

一般に、約５ｋｇ／cm²の圧力で冷気と温気との割合が２：８である時、供給される空気の温度と対比して−６５℃位の冷気が得られる。供給される空気の温度が常温２５℃と仮定すれば、約−４０℃位の冷気が冷気出口１２１ｄに排出され、反対側の温気出口１２１ｃには約６５℃位の温気が排出される。

上記のように冷気出口１２１ｄに排出された冷気は、ヒーター１３０に供給されて電気的特性試験に必要な程度の温度に加熱された後、冷気流噴出ノズル１５０を通じて基板Ｓの表面に噴出されることによって、電気的特性試験に適した温度に基板Ｓの表面を冷却させるようになる。

また、図６に示すように、温気出口１２１ｃに排出された温気は温気流流量調節弁１８０を経て防湿部１６０に供給されるが、防湿部１６０の温気流導入部材１６１に備えられた斜線型噴出口１６１ａを通じて温気が冷気流噴出ノズル１５０を中心に斜線方向に噴出されることによって冷気流噴出ノズル１５０の外郭を囲んでいる温気流噴出ノズル１６２の内部で低圧の暑い空気サイクロンを形成するようになる。これによって、冷気流噴出ノズル１５０から基板Ｓの表面に向けて噴出される冷気が外郭方向に移動して温気流噴出ノズル１６２から噴出された温気と混合されることによって、常温の温度に変換されて基板Ｓの上に湿気が生じないようにする。

以上、本発明を好ましい実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内でこの技術分野で通常の知識を有する者により種々の変形が可能である。

１１０ 流量／油圧コントローラ
１２０ 冷温気形成部
１２１ ボルテックスチューブ
１２１ａ ボルテックス回転室
１２１ｂ 温気出口
１２１ｃ 調節弁
１２１ｄ 冷気出口
１３０ ヒーター
１３１ 発熱線
１３２ セラミックボディー
１３３ 冷気流温度センサ
１４０ パワーサプライ
１５０ 冷気流噴出ノズル
１６０ 防湿部
１６１ 温気流導入部材
１６１ａ 斜線型噴出口
１６２ 温気流噴出ノズル
１７０ 制御部
１８０ 温気流流量調節弁
１９０ 冷温気割合調節弁
２００ 温度コントローラ

Claims (8)

1. 外部から導入される圧縮空気の流量及び油圧を調節する流量／油圧コントローラと、
   前記流量／油圧コントローラから供給された圧縮空気を冷気流と温気流とに分離排出する冷温気形成部と、
   前記冷温気形成部から排出された冷気流を平板ディスプレイ基板の電気的特性試験に必要な温度に調節するために加熱するヒーターと、
   前記ヒーターに発熱エネルギーを供給するパワーサプライと、
   前記ヒーターにより温度が調節された状態で排出される冷気流を前記平板ディスプレイ基板の表面に噴出して前記基板の表面を冷却する冷気流噴出ノズルと、
   前記冷温気形成部から排出された温気流を前記冷気流噴出ノズルから噴出される冷気流の周辺に噴出して前記基板の防湿を行う防湿部と、
   前記流量／油圧コントローラ及び前記パワーサプライの作動を制御する制御部と、
   を含んでなることを特徴とする平板ディスプレイ基板の電気的特性試験のための冷却及び防湿装置。
2. 前記冷温気形成部は、ボルテックスチューブであることを特徴とする請求項１に記載の平板ディスプレイ基板の電気的特性試験のための冷却及び防湿装置。
3. 前記ヒーターは、前記パワーサプライに連結された発熱線がセラミックボディーに埋め込まれた構造からなることを特徴とする請求項１に記載の平板ディスプレイ基板の電気的特性試験のための冷却及び防湿装置。
4. 前記パワーサプライは、リニアＤＣパワーサプライ（Linear DC Power Supply）であることを特徴とする請求項１に記載の平板ディスプレイ基板の電気的特性試験のための冷却及び防湿装置。
5. 前記防湿部は、
   前記冷温気形成部の温気流が排出される末端部に管路により連結されると共に、前記冷気流噴出ノズルの上側の外周に結合されて前記温気流を導入し、かつ導入された温気流が前記冷気流噴出ノズルを中心にして斜線方向に排出されるように斜線型噴出口を備えた温気流導入部材と、
   前記温気流導入部材から前記冷気流噴出ノズルの外郭を覆いながら前記基板の表面に向けて延びることによって、前記斜線型噴出口を通過した温気流が低圧のサイクロンを形成しながら前記基板の表面に噴出されるようにして、前記基板の表面を冷却させた冷気流を常温に上昇させて基板の表面に湿気が生じないようにする温気流噴出ノズルと、
   を含んでなることを特徴とする請求項１に記載の平板ディスプレイ基板の電気的特性試験のための冷却及び防湿装置。
6. 前記冷温気形成部から排出されて前記防湿部に供給される温気流の流量を前記流量／油圧コントローラの制御によって調節する温気流流量調節弁と、
   前記冷温気形成部の温気流が排出される側に備えられて前記流量／油圧コントローラの制御によって前記温気流流量調節弁と連動して開閉されることで、前記冷温気形成部から排出される冷気流と温気流との割合を調節する冷温気割合調節弁と、が更に備えられたことを特徴とする請求項１に記載の平板ディスプレイ基板の電気的特性試験のための冷却及び防湿装置。
7. 前記冷温気割合調節弁は、排出される温気流を前記流量／油圧コントローラを経由して外部に排出するように流量／油圧コントローラと管路により連結されたことを特徴とする請求項６に記載の平板ディスプレイ基板の電気的特性試験のための冷却及び防湿装置。
8. 前記ヒーターには、ヒーターにより加熱された冷気流の温度を感知する冷気流温度センサが備えられ、感知された冷気流の温度情報に基づいて前記制御部の制御によって前記ヒーターの冷気流加熱温度を調節するように前記パワーサプライを制御する温度コントローラが更に備えられたことを特徴とする請求項１に記載の平板ディスプレイ基板の電気的特性試験のための冷却及び防湿装置。

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