JP4978498B2 - 基板貼付装置及び基板貼付方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に用いられる薄板状基板同士もしくは、薄板状基板を液晶基板等の板状基板に貼り付けて組立てる際に用いられる基板貼付装置及び基板貼付方法に関するものである。

液晶表示装置に用いられる薄板状基板（以下、基板と称す）は、ガラスやプラスティック基板が用いられており、基板同士や基板を板状基板に貼り付ける場合、平坦なステージを用いた従来の面接触による貼り付け方法では、貼付時に微細な気泡を巻き込むため、不良の要因となっていた。薄板状のガラスやプラスティック基板は柔軟性を有しているため、基板を湾曲させて接触させることで、貼付を基板中央部から開始し、周辺部へ拡大することができ、貼り付け時の微細な気泡の巻き込みを無くすことが可能となる。そのため、基板を湾曲させる装置は数々提案されており、例えば、基板の端部を保持（クランプ）し、保持機構を回転させることで基板を湾曲させ、貼付が中央部から周辺部に拡大するにつれ、保持機構の回転角度を調整し、基板の湾曲量を調整しながら貼り付ける基板貼付装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−５１４５号公報（第１頁）

このような基板貼付装置にあっては、基板を湾曲させるという目的は達成できるものの、装置の構成や制御が非常に複雑になり、装置コストが高価になるという問題点があった。また、最終貼り付け時において、基板端部のみを把持して加圧するため、端部のみ貼付圧力が高くなり均一な圧力で加圧することができないという問題点があった。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、従来の相対する平坦なステージにより基板を貼り合せる基板貼付装置に若干の修正を加えるだけの簡便な改造で、貼り付け時の微細な気泡の巻き込みが無く、且つ、基板に大きな応力分布を発生することなく基板を貼り付けることができる基板貼付装置及び基板貼付方法を得ることを目的としている。

この発明に係る基板貼付装置は、表面に凹部を有する下ステージと、凹部内を上下方向に可動し、下ステージの表面に載置した第一の基板を所定の高さまで上昇させるリフトピンと、第一の基板と相対する第二の基板を保持して上下方向に可動する上ステージと、第二の基板の外側で、前記上ステージから下方向に突出すると共に前記上ステージの両端２カ所に設けられたプッシャと、リフトピンで所定の高さまで上昇した第一の基板に対して、両端２カ所に設けられたプッシャが第一の基板を下方向に加圧し、両端２カ所に設けられたプッシャと支点となる前記リフトピンとの３点曲げにより湾曲した第一の基板が第一の基板中央部から周辺領域にエリアを拡大させながら第二の基板に貼り付けられるように、上ステージを下方向に移動させる移動手段とを備えている。

この発明に係る基板貼付装置は、基板をリフトピンで保持した状態から、上ステージを接近させることで、上ステージの両端にあるプッシャにより基板の端部を押し付け、３点曲げの原理により基板を湾曲させている。このため、複雑な構成および制御が不要で、貼り付け時の微細な気泡の巻き込みが無く、且つ、基板に大きな応力分布が発生することなく基板を貼り付けることができる。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態１における基板貼付装置を示す断面図である。下ステージ５と相対して上ステージ９が配置されており、下ステージ５は表面に凹部を有しており、凹部内にリフトピン３が配置されている。ここで、凹部とは、例えば図１に示すような貫通穴を含むものとする。下ステージ５の中央部にはリフトピン３が配置されている。リフトピン３はバネ４の反発力により上下方向の位置が決定し、スライドガイド６により下ステージ５の凹部を滑らかに移動可能な構造となっている。第一の基板１は下ステージ５上に載置され、上面には粘着剤２が塗布されている。第一の基板１はリフトピン３に保持されており、第二の基板７は上ステージ９に保持されている。第一の基板１および第二の基板７は、例えば真空吸着により保持されている。上ステージ９には、第二の基板７の外側で、上ステージ９から下方向に突出するプッシャ８が取り付けられている。プッシャ８は高さ方向に伸縮可能な構造となっている。

なお、実施の形態１では、第一の基板１、第二の基板７ともに薄板状基板を用いて説明するが、湾曲する側の基板である第一の基板１が薄板状基板であればよく、第二の基板７については、薄板状基板もしくは板状基板のどちらでもよい。

次に、動作について説明する。図２は本発明の実施の形態１における基板貼付装置を用いて、基板を貼り付ける工程を示した説明図である。以下の各実施の形態において、図中、図１と同一符号は同一または相当の構成を示す。図２（ａ）では、リフトピン３はバネ４の反発力により、下ステージ５より突き出た状態となっている。第一の基板１は少なくともその中央部が、リフトピン３に真空吸着しているため、下ステージ５から所定値（突き出し高さ）だけ高い位置に保持されている。

次に、上ステージ９を基板貼り付けのために下方向に移動させると、先ず、下方向に突出しているプッシャ８の先端が、第一の基板１に接触する。ここで第一の基板１を吸着保持しているリフトピン３は、プッシャ８の加圧力では突き出し高さが変わらないため、リフトピン３とプッシャ８（両端２ヶ所）を支点とする３点曲げにより、第一の基板１は湾曲する（図２（ｂ））。この時、基板周辺は大気圧であり、さらに上ステージ９を下方向に移動させると、プッシャ８が縮小変形し、第一の基板１と第二の基板７が接触する（図２（ｃ））。この時点から、基板周辺の減圧を開始して真空状態とし、一定時間放置後、上ステージ９を更に下方向に移動させる。すると、リフトピン３が徐々に下ステージ５内に収まり、第一の基板１中央部から周辺領域にエリアを拡大させながら第二の基板７を貼り付けることができる。基板を貼り合わせるときの圧力は低いほど、気泡の巻き込みが少なくなるため、少なくとも基板を真空吸着した圧力よりも低い圧力（高真空）で基板を貼り合わせる。

さらに、所定の圧力まで減圧すると、リフトピン３が下ステージ５内に完全に収納されて第一の基板１の湾曲が解消され、最終的には第一の基板１、第二の基板７ともに均一な加圧状態で貼り合せることができる（図２（ｄ））。

第一の基板１の湾曲率は、下ステージ５からのリフトピン３の突き出し高さを変更することで調整が可能である。また、基板の仕様が変わった場合、基板の厚みの変更に対しては、プッシャ８の飛び出し量や上ステージ９の接近量の調整、サイズの変更に対しては、上ステージ９、下ステージ５のサイズならびにプッシャ８の位置を変更することにより対応できる。

本発明の実施の形態１によれば、３点曲げの原理により第一の基板１を湾曲させるため、複雑な構成および制御が不要であり、高真空の雰囲気中で、第一の基板の湾曲率を小さな値で、且つ徐々に変化させながら、第一の基板と第二の基板とを貼り付けるため、貼り付け時の微細な気泡の巻き込みが無く、且つ、基板に大きな応力分布を発生することなく基板を貼り付けることができるという効果がある。

また、本発明の実施の形態１によれば、貼り付け時の微細な気泡の巻き込みが無くなり、貼り付け時の加圧力も均一化するため、第一の基板１、第二の基板７及び粘着剤２の内部に発生する内部応力を小さくすることができるという効果がある。

実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２における第一の基板１周辺の斜視図である。加工性を考慮した場合は、リフトピン３の形状は図３（ａ）のような円筒型とすることができる。また、第一の基板１を湾曲した時のプッシャ８ａ、８ｂ及びリフトピン３の３点間の距離を長く均等に配置するため、リフトピン３の断面形状を図３（ｂ）のような小判型としてもよい。

リフトピン３の先端部はゴム等の弾性体を使用したり、樹脂をコーティングしてもよい。プッシャ８はバネやバネ機構、ゴム、スポンジ等の樹脂を使用することができるが、先端部はリフトピン３と同様に、ゴム等の弾性体とするか樹脂をコーティングすることが好ましい。

本発明の実施の形態２によれば、リフトピン３の断面形状を小判型とすることで、第一の基板１の吸着面積を大きくでき、貼り合せ中の第一の基板１が湾曲した状態でも真空吸着による保持力を維持でき、横方向の力が加わっても横ズレを発生させることも無く、高精度に基板を貼り合せることができるという効果がある。

また、本発明の実施の形態２によれば、リフトピン３及びプッシャ８の先端部に弾性体を使用したり、樹脂をコーティングすることで、第一の基板１の表面を傷つけることを防止できるという効果がある。さらに、リフトピン３の先端部に弾性体を使用したり、樹脂をコーティングすることで、第一の基板１を湾曲させた状態での真空吸着による保持力をより安定化できるという効果がある。

実施の形態３．
実施の形態１では、リフトピン３の位置はバネ４の反発力により決まっていたが、さらに高さ調節部を設けてもよい。

図４は本発明の実施の形態３における高さ調節部を示す断面図である。高さ調節部１２は、リフトピン３と一体化された構成となっており、ボルト１０及びナット１１を備えている。ボルト１０とナット１１を締める位置を調節することで、リフトピン３の上下方向の位置を細かく調節することができる。

本発明の実施の形態３によれば、高さ調節部１２によりリフトピン３の位置を調節できるので、簡便な構成で第一の基板１の湾曲率を細かく調節することができるという効果がある。

実施の形態４．
実施の形態１ではリフトピン３を支持するためにバネ４を用いていたが、バネ４の代わりにエアシリンダーを用いても良い。また、プッシャ８の代わりにエアシリンダーを用いても良い。

図５は本発明の実施の形態４における基板貼付装置を示す断面図である。エアシリンダー１３の圧力を調節することで、リフトピン３の上下方向の位置を調節している。また、エアシリンダー１４は実施の形態１におけるプッシャ８に代替するものであり、エアシリンダー１４の圧力を調節することで、実施の形態１におけるプッシャ８の伸縮機能を果たしている。なお、エアシリンダー１３、１４の先端部は、ゴム等の弾性体とするか樹脂をコーティングすることが好ましい。

本発明の実施の形態４によれば、エアシリンダー１３、１４の圧力の変更のみで第一の基板１の湾曲率を変更することができるため、条件変更が簡便になるという効果がある。

実施の形態５．
実施の形態１では第一の基板１と第二の基板７が接触した時点から減圧を開始していたが、第一の基板１と第二の基板７が接触していない状態から減圧を開始しても良い。図６は本発明の実施の形態５における基板貼付装置を示す断面図であり、図７は本発明の実施の形態５における真空到達時間を示す図である。

リフトピン３、上ステージ９がそれぞれ、真空吸着により第一の基板１、第二の基板７
を保持した後、基板周辺の圧力は大気圧に保たれる。そして、第二の基板７を第一の基板１に接近させて、基板の貼り付け工程を開始し、最終的にはリフトピン３が下ステージ５内に完全に収納される所定の圧力まで基板周辺の圧力を減圧する。

基板貼り合せ時の気泡の巻き込みを防止するため、基板貼り付けの圧力（以下、貼付圧力と称す）は低い圧力であることが好ましく、例えば、第一の基板１または第二の基板７を真空吸着したときの圧力（以下、吸着圧力と称す）よりも低く設定される。従って、第一の基板１と第二の基板７が接触していない状態で、基板周辺の圧力を大気圧から貼付圧力まで減圧すると、圧力差により第二の基板７は落下する。または、吸着力が相対的に弱くなり、第一の基板１、第二の基板７の位置がずれる可能性がある。この問題を回避するためには、実施の形態１のように、第一の基板１と第二の基板７とが接触していない状態では大気圧を保ち、第一の基板１と第二の基板７が接触後に、貼付圧力となるように減圧を開始すればよい。しかし、これでは、真空を引くのに時間を要してしまう（図７の一点鎖線）。

そこで、本実施の形態５における基板貼付装置では、吸着圧力より高く、且つ、吸着圧力とは第二の基板７が落下しない程度の差圧がある圧力（以下、待機圧力と称す）と、吸着圧力より低い圧力である貼付圧力との２段真空配管を設ける構成とした。図６において、配管２０が貼付圧力に減圧する高真空のための配管であり、配管２１が待機圧力に減圧する低真空のための配管である。この構成により、第一の基板１と第二の基板７が接触する前の工程において、配管２１により大気圧から待機圧力まで基板周辺を減圧して低真空状態にしておき、第一の基板１と第二の基板７が接触した後の工程において、配管２０により待機圧力から貼付圧力まで減圧して高真空状態にする二段真空引きをすることができる。

二段真空引きを行った場合は、第一の基板１と第二の基板７が接触する時点で、基板周辺は待機圧力まで減圧された低真空状態となっている。このため、図７の実線で示すように、第一の基板１と第二の基板７とが接触した後は、待機圧力から貼付真空度まで減圧するだけでよく、図７の一点鎖線に示す実施の形態１での真空引きと比較すると、真空引きに要する時間を短縮できる。

なお、図６では２段真空配管を設ける構成としたが、１つの配管と１つの真空ポンプで構成してもよい。この場合は、真空引きする真空ポンプの圧力を調整して、まず大気圧から待機圧力まで真空引きして真空度を保持し、第一の基板１と第二の基板７が接触後に、真空ポンプの圧力を変更して、さらに貼付圧力まで減圧してもよい。この場合は、配管を１つにできる。

本発明の実施の形態５によれば、第一の基板１と第二の基板７とが接触した後は、待機圧力から貼付圧力まで減圧するだけでよく、真空引きに要する時間を短縮できるので、基板接触後の貼り付け工程の時間を短縮することができるという効果がある。

実施の形態６．
さらに本発明の基板貼付装置を構成するにあたり、上ステージ９または下ステージ１を微小移動させる位置調整機構を有していることが好ましい。

図８は本発明の実施の形態６における基板貼付装置の位置調整機構を示す斜視図である。以下では、上ステージ９を微小移動させて、基板位置を調整する基板貼付装置について説明する。位置調整機構は駆動装置３０と回転装置３１とからなる。駆動装置３０は上ステージ９を水平方向（図中、Ｘ方向、Ｙ方向）に微小移動させ、回転装置３１は上ステージ９を鉛直軸（図中、θ軸）中心で回転させる。

次に、基板の位置ずれを画像処理により検出する方法について説明する。図９は本発明の実施の形態６における第一の基板１の画像処理を示す説明図である。図９（ａ）は第一の基板１の全体図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＸ部の拡大図、図９（ｃ）は図９（ａ）のＹ部の拡大図を示している。図１０は本発明の実施の形態６における第二の基板７の画像処理を示す説明図である。図１０（ａ）は第二の基板７の全体図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＸ部の拡大図、図１０（ｃ）は図１０（ａ）のＹ部の拡大図を示している。

図示しない画像処理部により、基板上のプリント部分を用いて、第一の基板１の基板対角上に位置する基準点（図９（ｂ）、（ｃ）の＋印で示す箇所）を検出し、第二の基板７の基板対角上に位置する基準点（図１０（ｂ）、（ｃ）の＋印で示す箇所）を検出する。なお、第一の基板１の基準点と第二の基板７の基準点とは、相互に対応する位置関係を有するものである。第一の基板１の基準位置と第二の基板７の基準点とから、第一の基板１に対する第二の基板７の相対位置ずれを算出する。図８に示す駆動装置３０及び回転装置３１で上ステージ７の位置を調整することにより、この相対位置ずれを解消することができる。

上記では上ステージ７の位置を調整して、相対位置ずれを補正したが、下ステージ１側に位置調整機構を設けて、下ステージ１の位置を調整してもよい。また、基準となる絶対位置を予め決めておき、上ステージ７、下ステージ１のそれぞれを絶対位置に合うよう調整してもよい。

本実施の形態６によれば、基板の真空吸着時に位置ずれが生じたとしても、画像処理部により位置ずれを検知し、位置調整機構にて位置補正するので、高精度な基板貼り付けが可能となる。

本発明の実施の形態１における基板貼付装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態１における基板貼付装置を用いて、基板を貼り付ける工程を示した説明図である。 本発明の実施の形態２における第一の基板１周辺の斜視図である。 本発明の実施の形態３における高さ調節部を示す断面図である。 本発明の実施の形態４における基板貼付装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態５における基板貼付装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態５における真空到達時間を示す図である。 本発明の実施の形態６における基板貼付装置の位置調整機構を示す斜視図である。 本発明の実施の形態６における第一の基板１の画像処理を示す説明図である。 本発明の実施の形態６における第二の基板７の画像処理を示す説明図である。

符号の説明

１ 第一の基板
３ リフトピン
５ 下ステージ
７ 第二の基板
８ プッシャ
９ 上ステージ
１２ 高さ調節部
１３ エアシリンダー
１４ エアシリンダー
３０ 駆動装置
３１ 回転装置

Claims (11)

1. 表面に凹部を有する下ステージと、
   前記凹部内を上下方向に可動し、前記下ステージの前記表面に載置した第一の基板を所定の高さまで上昇させるリフトピンと、
   前記第一の基板と相対する第二の基板を保持して上下方向に可動する上ステージと、
   前記第二の基板の外側で、前記上ステージから下方向に突出すると共に前記上ステージの両端２カ所に設けられたプッシャと、
   前記リフトピンで前記所定の高さまで上昇した前記第一の基板に対して、前記両端２カ所に設けられた前記プッシャが前記第一の基板を下方向に加圧し、前記両端２カ所に設けられた前記プッシャと支点となる前記リフトピンとの３点曲げにより湾曲した前記第一の基板が前記第一の基板中央部から周辺領域にエリアを拡大させながら前記第二の基板に貼り付けられるように、前記上ステージを下方向に移動させる移動手段と
   を備えた基板貼付装置。
2. 少なくとも前記第一の基板及び前記第二の基板の周辺における雰囲気の圧力を調整する手段を備えたこと
   を特徴とする請求項１に記載の基板貼付装置。
3. 前記プッシャは、前記上ステージが降下したときに前記第一の基板の周辺部と接触する位置に配置され、高さ方向に伸縮可能であること
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の基板貼付装置。
4. 少なくとも前記リフトピンもしくは前記プッシャの先端部に弾性体を備えたこと
   を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板貼付装置。
5. 前記リフトピンの断面形状を小判型とすること
   を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の基板貼付装置。
6. 前記リフトピンの上下方向の位置を調節する高さ調整部を備えたこと
   を特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の基板貼付装置。
7. 前記プッシャをエアシリンダーで構成すること
   を特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の基板貼付装置。
8. 前記第一の基板及び前記第二の基板それぞれの基準点を画像処理により検出する画像処理部と、
   少なくとも前記上ステージもしくは前記下ステージを、水平方向に移動させ、鉛直軸中心に回転させる位置調整機構と
   を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の基板貼付装置。
9. リフトピンが第一の基板の中央部を保持して下ステージから所定の高さまで上昇させる工程と、
   上ステージが第二の基板を保持する工程と、
   前記上ステージが下方向に移動して、前記上ステージから下方向に突出し前記上ステージの両端２カ所に設けられたプッシャが前記所定の高さまで上昇した前記第一の基板の周辺部に接触して、前記両端２カ所に設けられたプッシャが前記第一の基板を下方向に加圧し、前記両端２カ所に設けられたプッシャと支点となる前記リフトピンとの３点曲げにより前記第一の基板を湾曲させる工程と、
   前記上ステージがさらに下方向に移動して、前記第一の基板と前記第二の基板とを中央部から周辺部にかけてエリアを拡大させながら貼り合わせていく工程と
   を備えた基板貼付方法。
10. 前記リフトピンが支持する前記第一の基板と前記上ステージが保持する前記第二の基板とが接触する前に、雰囲気の圧力を大気圧から待機圧力まで減圧する工程と
    前記第一の基板と前記第二の基板とが接触した後に、雰囲気の圧力を前記待機圧力から貼付圧力にさらに減圧する工程とを備え、
    前記上ステージは前記第二の基板を真空吸着により保持し、
    前記待機圧力は前記第二の基板を真空吸着したときの吸着圧力よりも高く、
    前記貼付圧力は前記吸着圧力よりも低いことを特徴とする請求項９に記載の基板貼付方法。
11. 前記リフトピンが支持する前記第一の基板及び前記上ステージが保持する前記第二の基板それぞれの基準点を画像処理により検出する工程と、
    前記第一の基板の基準点と前記第二の基板の基準点とが基板貼付時に一致するように、図九無くとも前記上ステージもしくは前記下ステージを移動させる工程と、
    を備えたことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の基板貼付方法。

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