KR100995635B1 - 액정표시소자 제조용 합착 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대면적의 액정표시소자 제조에 적합한 하부 챔버 플레이트와 하부 베이스를 구비한 액정표시소자 제조용 기판 합착 장치에 관한 것으로, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시소자 제조용 합착 장치는, 외관을 이루는 베이스 프레임과, 상기 베이스 프레임에 고정되는 하부 베이스와, 상기 하부 베이스의 상면에 전후 및 좌우 방향으로 이동이 가능하게 장착되고 그 내부에 내부 공간을 가지는 사각테의 형상으로 이루어진 하부 챔버 플레이트와, 상기 하부 챔버 플레이트의 내부 공간과 외부 환경 간의 밀봉이 이루어지도록 상기 하부 베이스와 하부 챔버 플레이트 사이에 형성된 씨일 부재와, 상기 하부 챔버 플레이트가 상기 하부 베이스로부터 소정 간격 이격된 상태를 유지할 수 있도록 지지하는 서포트부를 구비한 것이다.

액정표시소자, 액정표시소자 제조용 합착 장치, 서포트부

Description

액정표시소자 제조용 합착 장치{Bonding apparatus for liquid crystal display device}

도 1 및 도 2는 종래의 액정표시소자 제조용 합착 장치를 나타낸 구성도

도 3은 본 출원인에 의해 기 출원된(대한 민국 특허출원 10-2002-071227호) 액정표시소자 제조용 합착 장치의 최초 상태를 나타낸 구성도

도 4는 도 3의 액정표시소자 제조용 합착 장치의 얼라인 수단을 구성하는 캠의 장착 상태를 나타낸 평면도

도 5는 도 3의 진공 펌프 연결 상태를 나타낸 개략적인 구조도

도 6은 도 3의 합착 장치의 합착 공정 순서도

도 7은 도 3의 합착 장치에서 서포트부의 단차 발생을 설명하기 위한 설명도

도 8은 도 3의 합착 장치에서 하부 챔버 플레이트 회전 시 서포트부의 상태도.

도 9는 본 발명에 따른 액정표시소자 제조용 합착 장치의 서포트부의 구성도

도 10은 본 발명에 따른 서포트부의 서포트 바와 체결부의 상세도

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100 : 베이스 프레임 221 : 하부 베이스

222 : 하부 챔버 플레이트 225 : 서포트부

225a : 서포트 바 225b : 서포트 링크

225c : 체결부 225d : LM 가이드

본 발명은 액정표시소자 제조용 합착 장치에 관한 것으로, 특히, 대면적의 액정표시소자에 적합한 하부 챔버 플레이트와 하부 베이스를 구비한 액정표시소자 제조용 기판 합착 장치에서 상기 하부 챔버 플레이트가 상기 하부 베이스로부터 소정 간격 이격된 상태를 유지할 수 있도록 지지하는 서포트부에 관한 것이다.

최근, LCD(Lipuid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display)등 평판 표시 장치가 연구되어 왔으며, 그 중에, 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 특징에 따른 장점으로 인하여 이동형 화상 표시장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)을 대체하면서 LCD가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송신호를 수신하여 디스플레이 하는 텔레비전 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.

이와 같은 액정표시장치는, 화상을 표시하는 액정 패널과 상기 액정 패널에 구동신호를 인가하기 위한 구동부로 크게 구분될 수 있으며, 상기 액정패널은 일정 공간을 갖고 합착된 제 1, 제 2 유리 기판과, 상기 제 1, 제 2 유리 기판 사이에 형성된 액정층으로 구성된다.

여기서, 상기 제 1 유리 기판 (TFT 어레이 기판)에는, 일정 간격을 갖고 일 방향으로 배열되는 복수개의 게이트 라인과, 상기 각 게이트 라인과 수직한 방향으로 일정한 간격으로 배열되는 복수개의 데이터 라인과, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차되어 정의된 각 화소영역에 매트릭스 형태로 형성되는 복수개의 화소 전극과 상기 게이트 라인의 신호에 의해 스위칭되어 상기 데이터 라인의 신호를 상기 각 화소 전극에 전달하는 복수개의 박막 트랜지스터가 형성된다.

그리고 제 2 유리 기판(칼라필터 기판)에는, 상기 화소 영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층과, 칼라 색상을 표현하기 위한 R, G, B 칼라 필터층과 화상을 구현하기 위한 공통 전극이 형성된다.

이와 같은 상기 제 1, 제 2 기판은 스페이서(spacer)에 의해 일정 공간을 갖고 액정 주입구를 갖도록 시일재(sealant)에 의해 합착되고 상기 두 기판사이에 액정이 주입된다.

이 때, 액정 주입 방법은 상기 실재에 의해 합착된 두 기판 사이를 진공 상태를 유지하여 액정 액에 상기 액정 주입구가 잠기도록 하면 삼투압 현상에 의해 애정이 두 기판 사이에 주입된다. 이와 같이 액정이 주입되면 상기 액정 주입구를 밀봉재로 밀봉하게 된다.

그러나 이와 같은 액정 주입식 액정표시장치의 제조 방법에 있어서는, 단위 패널로 컷팅한 후, 두 기판 사이를 진공 상태로 유지하여 액정 주입구를 액정액에 담가 액정을 주입하므로 액정 주입에 많은 시간이 소요되므로 생산성이 저하되고, 대면적의 액정표시장치를 제조할 경우, 액정 주입식으로 액정을 주입하면 패널내에 액정이 완전히 주입되지 않아 불량의 원인이 된다.

따라서, 최근에는 액정을 적하하는 방법을 이용한 액정표시장치의 제조 방법이 연구되고 있다.

즉, 일본국 특허 출원 평11-089612 및 특허 출원 평 11-172903호 공보에는 어느 하나의 기판에 액정을 적하하고 시일재를 도포한 후, 다른 하나의 기판을 상기 액정 및 시일재가 형성된 기판상에 위치시켜 진공 중에서 접합하는 액정 적화 방식 등을 제시하였다.

상기한 액정 적화 방식은 액정 주입 방식에 비해 많은 공정(예컨대, 액정 주입구 형성, 액정 주입, 액정 주입구의 밀봉 등을 위한 각각의 공정)을 생략할 수 있음에 따라 공정을 단순화 시키는 장점을 가지고 있다.

종래 액정 적화 방식을 이용한 액정표시소자의 기판 합착 장치 및 이를 이용한 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 2는 종래의 액정 적화 방식을 적용한 기판의 합착 장치를 나타내고 있다.

즉, 종래의 액정표시소자의 기판 합착 장치는 외관을 이루는 프레임(10)과, 스테이지부(21,22)와, 밀봉제 토출부(도시는 생략함) 및 액정 적하부(30)와, 챔버부(31,32)와, 챔버 이동수단 그리고, 스테이지 이동수단으로 크게 구성된다.

이 때, 상기 스테이지부는 상부 스테이지(21)와 하부 스테이지(22)로 각각 구분되고, 밀봉제 토출부 및 액정 적하부(30)는 상기 프레임의 합착 공정이 이루어지는 위치의 측부에 장착되며, 상기 챔버부는 상부 챔버 유닛(31)과 하부 챔버 유 닛(32)으로 각각 합체 가능하게 구분된다.

이와 함께, 상기 챔버 이동수단은 하부 챔버 유닛(32)을 상기 합착 공정이 이루어지는 위치 혹은, 밀봉제의 토출 및 액정의 적하가 이루어지는 위치에 이동시킬 수 있도록 구동하는 구동 모터(40)로 구성되며, 상기 스테이지 이동수단은 상기 상부 스테이지를 상부 혹은, 하부로 이동시킬 수 있도록 구동하는 구동 모터(50)로 구성된다.

이하, 상기한 종래의 기판 합착 장치를 이용한 액정표시소자의 제조 과정을 그 공정 순서에 의거하여 보다 구체적으로 설명하면 하기와 같다.

우선, 하부 챔버 유닛(32)의 하부 스테이지(22)에 제 1 기판(51)을 위치시키고 챔버 이동수단(40)을 구동하여 상기 하부 챔버 유닛(32)을 상부 스테이지(21) 하측으로 이동시킨다. 그리고, 상기 스테이지 이동수단( 구동모터(50))의 구동에 의해 상기 상부 스테이지(21)가 하강하여 상기 하부 스테이지(22)에 위치된 제 1 기판을 진공 흡착하여 상부 스테이지가 원위치 된다.

다시, 상기 하부 챔버 유닛(32)은 상기 챔버 이동수단(40)에 의해 기판을 로딩하기 위한 위치로 이동되고, 상기 하부 챔버 유닛(32)의 하부 스테이지(22)에 제 2 기판이 로딩된다. 이 상태에서 상기 하부 스테이지(22)를 가지는 하부 챔버 유닛(32)는 챔버 이동수단(40)에 의해 도시한 도 1과 같이 밀봉제 도포 및 액정 적하를 위한 공정 위치(S1) 상으로 이동된다.

그리고, 상기 상태에서 밀봉제 토출부 및 액정 적화부(30)에 의한 밀봉제의 도포 및 액정 적하가 완료되면 다시 상기 챔버 이동수단(40)에 의해 도시한 도 2와 같이 기판간 합착을 위한 공정 위치(S2) 상으로 이동하게 된다.

이후, 챔버 이동수단(40)에 의한 각 챔버 유닛(31,32)간 합착이 이루어져 각 스테이지(21,22)가 위치된 공간이 밀폐되고, 별도의 진공 수단에 의해 상기 공간이 진공 상태를 이루게 된다.

그리고, 상기한 진공 상태에서 스테이지 이동수단(50)에 의해 상부 스테이지(21)가 하향 이동하면서 상기 상부 스테이지(21)에 부착 고정된 제 1 기판(51)을 하부 스테이지(22)에 부착 고정된 제 2 기판(52)에 밀착됨과 더불어 계속적인 가압을 통한 각 기판간 합착을 수행함으로써 액정표시소자의 제조가 완료된다.

그러나 전술한 바와 같은 종래 기판의 합착 장치는 다음과 같은 각각의 문제점을 발생시키게 된다.

첫째, 종래의 기판 합착 장치는 박막트랜지스터가 형성된 기판 및 칼라 필터층이 형성된 기판에 별도의 밀봉제 도포나 액정 적하 그리고, 상기한 기판간의 합착이 동일 장비에서 수행되도록 구성되기 때문에 전체적인 기판 합착용 기기의 크기가 커질 수 밖에 없었던 문제점이 있다.

특히, 최근 요구되고 있는 대형 액정표시소자를 위한 생산하고자 할 경우 상기한 기판 합착 장치의 크기가 더욱 커질 수밖에 없었다.

둘째, 전체적인 기판 합착 장치의 크기가 크기 때문에 그 설치 공간 상의 불리함이 발생되고, 여타 공정을 수행하는 각종 장치와의 배치에 따른 어려움 역시 발생되는 등 액정표시소자의 제조 공정을 위한 레이 아웃(lay-out)의 설계가 곤란하다는 문제점이 있다.

셋째, 전술한 바와 같이 하나의 장비를 이용하여 다수의 공정을 수행함에 따라 단 하나의 액정표시소자를 제조하는데 소요되는 시간이 상당히 오래 걸렸기 때문에 여타의 공정 진행에 의한 자재의 반송이 이루어질 경우 부하(load)가 발생되어 전반적인 생산량의 저하가 야기된 문제점을 가지게 된다.

즉, 종래의 기술에 따르면 액정을 적하하는데 소요되는 시간과, 씨일재를 도포하는데 소요되는 시간 그리고, 각 기판간 합착을 하는데 소요되는 시간이 모두 포함되기 때문에 그 이전(합착을 위한 공정 이전)으로부터 반송되어온 기판은 상기한 각 작업이 모두 순차적으로 수행되어 완료되기 전까지는 대기 상태를 이룰 수밖에 없었던 것이다.

넷째, 하부 챔버 유닛과 상부 챔버 유닛간의 합체시 상호간 밀폐가 정확히 이루어지지 않을 경우 그 누설 부위를 통한 공기의 유입으로 인해 합착 공정 도중 각 기판의 손상 및 합착 불량을 유발할 수 있는 문제점이 항상 가지게 된다.

이에 따라 상기한 진공 상태에서의 공기 누설 방지를 위한 구성이 최대한 정밀하게 이루어져야만 하는 곤란함이 있다.

다섯째, 하부 챔버 유닛의 수평 이동에 의해 각 기판간 합착 공정시 그 정렬을 위한 과정이 상당히 어려웠으며, 전체적인 구조 역시 복잡하게 이루어진 문제점을 가진다. 이에 전체적인 공정 진행상의 소요 시간이 증가될 수밖에 없다.

즉, 하부 챔버 유닛이 하부 스테이지에 고정된 기판에 액정을 적화하거나 씨 일재의 도포를 위한 공정 위치로 이동함과 더불어 상기한 공정이 완료되었을 경우 다시 기판간 합착을 위한 공정 위치로 복귀하는 등 많은 움직임이 있음에 따라 각 기판간 정렬이 정밀하지 못하다는 문제점이 있었다.

본 출원인은 이와 같은 종래의 많은 문제점을 해결하기 위하여, 장치의 크기를 전체적인 단순화시켜 레이아웃에 최적화가 될 수 있도록 구성하고, 대형 액정표시소자의 제조 공정에 적합하며, 기판간의 원활한 정렬이 가능하도록 하고, 하나의 액정표시소자 패널을 제조하는데 소요되는 시간을 단축시켜 여타 공정의 원활한 진행이 가능하도록 한 액정표시소자 제조용 합착 장치를 기 출원한 바 있다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 합착 장치에서, 기판을 정렬하기 위해 하부 챔버 플레이트를 이동시키게 되면, 상기 하부 챔버 플레이트가 하부 베이스로부터 일정 간격 이격되도록 지지하는 서포트부에 단차가 발생하여 제 2 씨일 부재가 손상되고, 상기 서포트부가 데미지를 입게 되는 현상을 방지할 수 있는 액정표시소자 제조용 합착 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시소자 제조용 합착 장치는, 외관을 이루는 베이스 프레임과, 상기 베이스 프레임에 고정되는 하부 베이스와, 상기 하부 베이스의 상면에 전후 및 좌우 방향으로 이동이 가능하게 장착되고 그 내부에 내부 공간을 가지는 사각테의 형상으로 이루어진 하부 챔버 플레이트와, 상기 하부 챔버 플레이트의 내부 공간과 외부 환경 간의 밀봉이 이루어지도록 상기 하부 베이스와 하부 챔버 플레이트 사이에 형성된 씨일 부재와, 상기 하부 챔버 플레이트가 상기 하부 베이스로부터 소정 간격 이격된 상태를 유지할 수 있도록 지지하는 서포트부를 구비함에 그 특징이 있다.

여기서, 상기 서포트부는 상기 베이스 프레임까지 연장되어 설치됨에 특징이 있다.

상기 서포트부는, 일단이 상기 하부 챔버 플레이트의 저면에 고정되는 서포트 바와, 일단이 상기 하부 베이스의 저면에 고정되는 적어도 하나의 서포트 링크와, 상기 서포트 바의 타단과 상기 서포트 링크의 타단을 체결하는 체결부와, 상기 체결부에 연결되느 LM 가이드를 구비하여 구성됨에 특징이 있다.

상기 LM 가이드는 상기 베이스 프레임상에 위치됨에 특징이 있다.

상기 서포트 바와 상기 체결부는 회전 가능하도록 연결됨에 특징이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 출원인에 의해 기 출원된 액정표시소자 제조용 합착 장치의 최초 상태를 나타낸 구성도이고, 도 4는 도 3의 액정표시소자 제조용 합착 장치의 얼라인 수단을 구성하는 캠의 장착 상태를 나타낸 평면도이며, 도 5는 도 3의 진공 펌프 연결 상태를 나타낸 개략적인 구조도이다(대한 민국 특허출원 10-2002-071227호 참조).

본 출원인에 의해 기 출원된 액정표시소자 제조용 합착 장치는, 크게 베이스 프레임(100)과, 상부 챔버 유닛(210) 및 하부 챔버 유닛(220)과, 챔버 이동 수단(310,320,330,340,350)과, 상부 스테이지(230) 및 하부 스테이지(240)와, 밀봉 수단과, 한 쌍의 저진공 챔버 유닛(410,420)과, 얼라인 수단(510,520,530,540)과, 진공 펌핑 수단(610)과, 리프트 핀(710)과, 광경화 수단을 포함하여 구성됨이 제시된다.

상기 베이스 프레임(100)은 지면에 고정된 상태로 상기 합착 장치의 외관을 형성하며, 여타의 각 구성을 지지하는 역할을 수행한다.

그리고, 상기 상부 챔버 유닛(210) 및 하부 챔버 유닛(220)은 상기 베이스 프레임(100)의 상단 및 하단에 각각 장착되고, 상호 결합 가능하게 동작된다.

상기 상부 챔버 유닛(210)은 외부 환경에 노출되는 상부 베이스(211)와, 상기 상부 베이스(211)의 저면에 밀착 고정되고, 그 내부는 임의의 공간을 가지는 사각테의 형상으로 이루어진 상부 챔버 플레이트(212)를 포함하여 구성된다.

이 때, 상기 상부 챔버 플레이트(212)에 형성되는 임의의 공간 내부에는 상부 스테이지(230)가 구비되며, 상기 상부 스테이지(230)는 상기 상부 챔버 유닛(210)과 연동되도록 장착된다.

또한, 상기 상부 챔버 유닛(210)을 구성하는 상부 베이스(211)와 상부 챔버 플레이트(212) 사이에는 제 1 씨일 부재(213)가 구비되어 상기 상부 챔버 플레이트(212)의 내측 공간과 외측 공간 간이 차단된다.

이와 함께, 상기 하부 챔버 유닛(220)은 베이스 프레임(100)에 고정된 하부 베이스(221)와, 상기 하부 베이스(221)의 상면에 전후 및 좌우 방향으로의 이동이 가능하게 장착되고, 그 내부는 임의의 공간을 가지는 사각테의 형상으로 이루어진 하부 챔버 플레이트(222)를 포함하여 구성된다.

이 때, 상기 하부 챔버 플레이트(222)에 형성되는 임의의 공간 내부에는 하부 스테이지(240)가 구비되며, 상기 하부 스테이지(240)는 상기 하부 베이스(221)의 상면에 고정된다.

물론, 상기 하부 챔버 유닛(220)은, 베이스 프레임(100)과 하부 베이스(221) 사이에 상호간의 안정적인 고정을 위한 고정 플레이트(223)가 더 구비된다.

또한, 상기 하부 챔버 유닛(220)을 구성하는 하부 베이스(221)와 하부 챔버 플레이트(222) 사이에는 제 2 씨일 부재(224)가 구비되어 상기 제 2 씨일 부재(224)를 기준으로 하부 챔버 플레이트(222) 내측의 하부 스테이지(240)가 구비되는 공간과 그 외곽측의 공간 간이 차단된다.

이와 함께, 상기 하부 베이스(221)와 하부 챔버 플레이트(222) 사이에는 적어도 하나 이상(4개)의 서포트부(225)가 구비되어 상기 하부 챔버 플레이트(222)가 상기 하부 베이스(221)로부터 소정 간격 이격된 상태를 유지할 수 있도록 지지한다.

이 때, 상기 서포트부(225)는, 그 일단이 상기 하부 챔버 플레이트(222)의 저면에 고정되는 서포트 바(225a)와, 일단이 상기 하부 베이스(221)의 저면에 고정되는 적어도 하나(2개)의 서포트 링크(225b)와, 상기 서포트 바(225a)의 타단과 상기 서포트 링크(225b)의 타단을 체결하는 체결부(225c)를 구비하여 구성된다.

이러한 서포트부(225)는 상기 하부 챔버 플레이트(222)가 상기 하부 베이스(221)로부터 자유롭게 함으로써 상기 하부 챔버 플레이트(222)의 전후 및 좌우 이동이 가능하도록 한다.

상기에서 제 1 씨일 부재(213) 및 제 2 씨일 부재(224)는 가스켓이나 오링 등과 같은 밀봉을 위한 재질로 형성된다.

상기 챔버 이동 수단은 베이스 프레임(100)에 고정된 구동 모터(310)와, 상기 구동 모터(310)에 축결합된 구동축(320)과, 상기 구동축(320)에 대하여 수직한 방향으로 세워진 상태로써 상기 구동축(320)으로부터 구동력을 전달받도록 연결된 연결축(330)과, 상기 구동축(320)과 상기 연결축(330)을 연결하는 연결부(340) 그리고, 상기 연결축(330)의 끝단에 장착된 쟈키부(350)를 포함하여 구성된다.

이 때, 상기 구동 모터(310)는 베이스 프레임(100)의 내측 저부에 위치되어 지면과 수평한 방향으로 그 축이 돌출된 양축모터로 구성된다.

또한, 상기 구동축(320)은 상기 구동 모터(310)의 두 축에 대하여 수평한 방향으로 구동력을 전달하도록 각각 연결되며, 상기 연결축(330)은 상기 구동축(320)에 대하여 수직한 방향으로 구동력을 전달하도록 연결된다.

상기 연결축(330)의 끝단에 장착된 쟈키부(350)는 상부 챔버 유닛(210)과 접촉된 상태에서 상기 연결축(330)의 회전 방향에 따라 상향 혹은, 하향 이동되면서 상기 상부 챔버 유닛(210)을 이동시키는 역할을 수행하며, 통상의 너트 하우징과 같은 구성을 이룬다. 또한, 상기 연결부(340)는 수평 방향으로 전달되는 구동축(320)의 회전력을 수직 방향을 향하여 연결된 연결축(330)으로 전달할 수 있도록 베벨 기어로 구성된다.

그리고, 상기 각 스테이지(230, 240)는 각 챔버 유닛(210, 220)에 고정되는 고정 플레이트(231,241)와, 각 기판이 고정되는 흡착 플레이트(232,242) 그리고, 상기 각 고정 프레이트(231,241)와 흡착 플레이트(232,242) 사이에 구비된 다수의 고정 블럭(233,243)을 포함하여 구성된다.

이 때, 상기 각 흡착 플레이트(232,242)는 고분자 계열의 폴리이미드(polyimide)로 형성되고, 정전력에 의해 각 기판을 고정하는 정전척(ESC:Electro Static Chuck)이 포함되고, 진공 흡입력을 전달하는 다수의 진공홀(도면에는 도시되지 않음)이 형성되며, 상기 각각의 진공홀은 각 스테이지(230, 240) 마다 형성된 진공 관로(도 5의 271, 272)를 따라 연통된다.

그리고, 상기 밀봉수단은 하부 챔버 유닛(220)의 하부 챔버 플레이트(222)의 상면을 따라 임의의 높이로 돌출되도록 장착된 제 3 씨일 부재(O-ring)(250)로 구성되며, 상기 제 3 씨일 부재(250)는 통상의 고무 재질로 형성된다.

이 때, 상기 제 3 씨일 부재(250)는 상기 상부 및 하부 챔버 유닛(210,220)이 서로 결합될 경우 그 내부 공간의 각 스테이지(230,240)에 고정된 한 쌍의 기판이 서로 밀착되지 않을 정도의 두께를 가지도록 형성된다. 물론, 상기 제 3 씨일 부재(250)가 압축될 경우 상기 한 쌍의 기판이 서로 밀착될 수 있을 정도의 두께를 가지도록 형성됨은 당연하다.

그리고, 상기 각 저진공 챔버 유닛(410,420)은 그 내부는 진공 상태를 이루는 공간을 가지도록 형성되어 상기 상부 챔버 유닛(210)의 상면 및 하부 챔버 유닛(220)의 저면에 각각의 일면이 밀착된다.

이 때, 상기 각각의 저진공 챔버 유닛(410,420)은 그 중앙 부위로 갈수록 점차 내부 공간이 커지도록 형성된다.

그리고, 상기 얼라인 수단은 각 스테이지(230,240)에 고정되는 각 기판 간의 위치 정렬을 위해 사용되며, 하부 스테이지(240)의 위치 변동은 이루어지지 않도록 하되, 하부 챔버 유닛(220)을 이동시켜 상부 스테이지(230)의 위치 변동을 수행함으로써 각 기판 간의 위치 정렬이 수행되도록 하는 것이다.

상기와 같은 얼라인 수단은 다수의 리니어 액츄에이터(510)와, 다수의 얼라인 카메라(520)와, 다수의 캠(530)과, 다수의 복원 수단(도 4의 540)을 포함하여 구성된다.

상기 각 리니어 액츄에이터(510)는 상부 챔버 유닛(210)의 둘레를 따라 장착되며, 이동축(511)을 하향 이동시켜 상기 이동축(511)이 하부 챔버 유닛(220)의 하부 챔버 플레이트(222)의 수용홈(222a)에 수용되도록 동작한다.

이와 함께, 상기 리니어 액츄에이터(510)는 하부 스테이지(240)의 기울어진 정도와 동일하게 상부 스테이지(230)가 기울어지도록 보정하여 각 스테이지(230,240)의 작업면이 서로 수평을 이루도록 한다.

이러한, 상기 리니어 액츄에이터(510)는 적어도 상부 챔버 유닛(210)의 두 대각되는 모서리 부위에 구비되어야 하며, 보다 바람직하게는 상기 상부 챔버 유닛(210)의 네 모서리 부위에 각각 구비한다.

이 때, 상기 각 수용홈(222a)은 상기 각 이동축(511)의 끝단 형상과 대응되도록 형성한다. 즉, 상기 각 이동축(511)의 저면 및 상기 각 수용홈(222a)의 내면을 그 중앙측으로 갈수록 점차 하향 경사지게 형성한다.

이는, 상기 각 이동축(511)과 상기 각 수용홈(222a) 간의 접촉이 이루어질 경우 상호간의 위치가 정확히 일치되지 않는다 하더라도 상기 각 이동축(511)의 끝단이 각 수용홈(222a) 내의 경사면에 안내를 받는 과정에서 상호간의 위치가 정확히 일치될 수 있도록 하기 위한 것이다.

또한, 상기 각 얼라인 카메라(520)는 상부 챔버 유닛(210) 혹은, 하부 챔버 유닛(220)을 관통하여 각 스테이지(230,240)에 고정될 기판(도면에는 도시되지 않음)의 얼라인 마크(도시는 생략함)를 관측할 수 있도록 장착되며, 적어도 둘 이상이 상기 상부 스테이지(230) 및 하부 스테이지(240)에 고정될 각 기판의 적어도 대각된 두 모서리를 관측하도록 위치된다.

상기 각 캠(530)은, 도시한 도 4와 같이, 하부 챔버 유닛(220)의 둘레면에 밀착된 상태로 회전 가능하게 구비된다. 이와 같은 상기 각 캠(530)은 총 3개로 구성되며, 상기 3개의 캠(530) 중 2개는 상기 하부 챔버 유닛(220)의 어느 한 장변의 양측에 각각 하나씩 구비되고, 나머지 하나는 어느 한 단변의 중앙측에 구비되어 상기 하부 챔버 유닛(220)을 전후 및 좌우 방향으로의 이동 하거나 일정한 각도 회전할 수 있도록 한다.

또한, 상기 각 복원 수단(540)은 상기 각 캠(530)의 인접 부위에 구비되어 상기 캠(530)에 의한 하부 챔버 유닛(220)의 밀림 방향과는 반대 방향으로 복원력을 제공한다. 이 때, 상기 각 복원 수단(540)은 일단이 베이스 프레임(100)에 각각 연결되고, 타단은 상기 하부 챔버 유닛(220)의 둘레면에 각각 연결되는 복원 스프링으로 구성된다.

그리고, 상기 진공 펌핑 수단은 적어도 어느 한 챔버 유닛(210,220)에 구비 되며, 각 챔버 유닛(210,220)의 내측 공간을 진공시키는 역할을 수행한다.

도시한 도 5를 참조하여 상기 진공 펌핑 수단을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 진공 펌핑 수단(610, 621, 622)은 하나의 고진공 펌프(TMP;Tubo Molecular Pump)(610)와, 두 개의 저진공 펌프(Dry-Pump)(621, 622)를 포함하여 구성된다.

상기 각 저진공 펌프 중 제 1 저진공 펌프(621)는 상부 챔버 유닛(210)의 중앙부분을 관통하여 고진공 펌프(610)와 각 챔버 유닛(210,220) 내부 공간간을 연통시키는 고진공 챔버 배관(630)에 연결되어, 상기 공간을 소정의 압력까지 진공시키는 역할을 수행한다.

제 2 저진공 펌프(622)는 상부 챔버 유닛(210)의 측부 및 하부 챔버 유닛(220)의 측부를 관통하는 저진공 챔버 배관(641,642)과, 각 기판의 진공 흡착을 위해 각 스테이지(230,240) 내부에 형성된 관로(271, 272) 및 기판 흡착용 배관(650)에 각각 연결된다.

그리고, 상기 각각의 배관(630,641,642,650)에는 적어도 하나 이상의 개폐 밸브(661,662,663,664,665,666,667,668,669)가 각각 구비된다.

이 때, 상기 고진공 챔버 배관(630)에는 압력 센서(670)가 구비되어 각 기판이 고정되는 공간 내부의 압력을 측정하게 된다.

이와 함께, 상기 제 2 저진공 펌프(622)가 연통되는 각 배관(641.642.650)은 벤트를 위한 배관으로도 사용되며, 상기 벤트시에는 진공 상태를 이루는 각 챔버 유닛(210,220)의 내측 공간이 대기압 상태로 변경될 수 있도록 가스(예컨대, N₂ 가스)가 주입된다.

상기 리프트 핀(710)은 상기 하부 스테이지(240)를 관통하여 상향 돌출되도록 구성되어 상기 하부 스테이지(240)로 로딩되는 기판을 안착하는 역할 및 상기 하부 스테이지(240)에 위치되는 합착된 기판을 언로딩 하기 위한 역할을 수행한다.

물론, 상기 기판의 로딩이 이루어지지 않을 경우 상기 리프트 핀(710)의 상면은 상기 하부 스테이지(240)의 상면에 비해 낮게 위치된다.

그리고, 상기 광경화 수단은 적어도 어느 한 챔버 유닛(210,220)을 관통하여 장착되며, 각 스테이지(230,240)에 고정되는 기판의 씨일재 도포 영역을 임시 경화하는 역할을 수행한다.

이러한, 광경화 수단은 UV 조사를 수행하는 UV 조사부(800)로 구성된다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 하부 챔버 유닛의 하부 챔버 플레이트(222) 표면에 각 챔버 유닛(210,220)간 간격 확인을 위한 간격 확인 센서(920)를 더 구비하여 각 기판 간의 합착 공정이 진행되는 도중 상부 챔버 유닛(210)의 이동에 대한 오류를 미연에 확인할 수 있도록 한다.

이하, 전술한 바와 같이 구성되는 액정표시소자 제조용 합착 장치를 이용한 기판의 합착 방법을 설명하면 다음과 같다.

도 6은 도 3의 합착 장치를 이용한 기판의 합착 공정 순서도이다.

먼저, 씨일재가 도포된 제 1 기판과 액정이 적하된 제 2 기판이 다른 공정 라인에 의해 준비되어 진다(1S). 여기서, 제 1 기판은 박막트랜지스터 어레이 기판 및 칼라 필터 어레이 기판 중 하나이고, 상기 제 2 기판은 나머지 기판이다.

상기 제 1, 제 2 기판을 합착 장치에 로딩한다(2S).

즉, 로더부(도면에는 도시되지 않음)에 의해 씨일재 도포된 부분이 하 방향을 향하도록 반전되어 제 1 기판이 상기 각 챔버 유닛(210,220) 사이의 공간 내부로 반입되고, 상기 상부 챔버 유닛(210)이 하 방향으로 이동하여 상기 반입된 제 1 기판에 상부 스테이지(230)가 근접되도록 하고, 상기 제 2 저진공 펌프(622)에 의한 진공 흡착력과 상기 흡착 플레이트(정전척)(232)에 의한 정전 흡착력에 의해 상부 스테이지(230)가 상기 반입된 제 1 기판을 부착하여 상승한다. 그리고, 상기 상부 스테이지(230)에 제 1 기판의 로딩이 완료되면, 상기 상부 챔버 유닛(210)은 상승하여 최초의 위치로 복귀되고, 상기 로더부는 반출된다.

이후, 상기 로더부는, 액정이 적하된 제 2 기판을 각 챔버 유닛(210,220) 사이의 공간 내부로 반입하고, 상기 하부 스테이지(240)에 장착되어 있던 리프트 핀(710)이 상승하면서 상기 로더부에 얹혀져 있는 제 2 기판을 받침과 더불어 상기 제 2 기판이 상기 로더부로 부터 이탈되도록 일정 높이만큼 더욱 상승한 상태에서, 상기 로더부가 반출된다. 그리고, 상기 리프트 핀(710)이 하강하여 상기 하부 스테이지(240)에 상기 제 2 기판을 안착하여, 상기 하부 스테이지(240)가 진공력 및 정전력을 이용하여 상기 안착된 제 2 기판을 고정한다.

이와 같이, 각 기판의 로딩이 완료되면 챔버 이동 수단의 구동에 의해 상부 챔버 유닛(210)이 하향 이동되어 상기 상부 챔버 플레이트(212)의 저면이 하부 챔 버 플레이트(222)의 둘레 부위를 따라 장착된 제 3 씨일 부재(250)의 상면에 접촉된다.

따라서, 상기 상부 챔버 유닛(210) 자체의 무게 및 대기압에 의해 각 기판이 위치되는 각 챔버 유닛(210,220)의 내부 공간은 그 외부 공간으로부터 밀폐되어 챔버가 형성된다(3S). 이 때, 상기 각 기판 간은 완전히 합착되지는 않으며, 어느 한 기판의 위치 변동이 가능한 정도로만 합착된다.

상기 밀폐된 챔버를 진공시킨다(4S).

즉, 상기의 상태에서 진공 펌프를 구성하는 제 1, 제 2 저진공 펌프(621, 622)가 구동되면서 각 기판이 구비된 공간이 진공된다. 이와 함께, 상기 저진공 펌프(621)의 구동 및 압력 센서(660)에 의한 압력 측정에 의해 상기 각 기판이 구비된 공간이 임의의 압력까지 진공되었다고 판단되면, 고진공 펌프(610)가 구동되어 상기 공간을 완전히 진공시킨다.

그리고, 상기 각 기판이 구비된 공간의 완전 진공이 이루어지면, 각 얼라인 카메라(520)가 각 기판에 형성된 각 얼라인 마크를 관측하여 각 기판간의 편차량을 확인하고, 상기 하부 챔버 플레이트(222)를 이동시켜 기판간 위치 정렬이 수행된다(5S).

즉, 각 기판간의 편차량이 확인되면, 상기 편차량을 기준으로 상부 스테이지(230)가 이동하여야 될 거리를 확인하여 각 캠(530)의 회전량을 조작함으로써 하부 챔버 플레이트(222)를 이동시켜 수행된다.

이 때, 상기 하부 챔버 플레이트(222)는 리니어 액츄에이터(510)에 의해 상 부 챔버 유닛(210)과 연결되어 있고, 서포트부(225)에 의해 하부 베이스(221)와는 일정 간격 이격된 상태이기 때문에 상기 각 캠(530)의 회전에 의해 상기 하부 챔버 플레이트(222)가 어느 한 방향으로 이동된다면 상기 상부 챔버 유닛(210) 역시 상기 하부 챔버 플레이트(222)의 이동 방향으로 이동된다.

특히, 상기 하부 챔버 플레이트(222)는 하부 스테이지(240)와는 별개로 이루어져 있기 때문에 결국, 상부 스테이지(230)만 이동되는 효과를 얻게 되어 상기 각 스테이지(230,240)에 부착된 각 기판 간의 원활한 위치 정렬이 가능하다.

상기 위치 정렬의 확인 결과 각 기판간의 위치 정렬이 정확히 이루어졌다면 각 기판이 위치된 공간의 벤트가 수행된다(6S).

즉, N2 가스를 제 2 진공 펌프(622)와 연결된 진공 관로(271, 272)와 상기 상하부 스테이지(230, 240)의 각 흡착 플레이트(232, 242)에 형성된 진공홀(232a, 242a)를 통해 주입하여 챔버내를 대기압 상태로 만든다.

이 때, 상기 씨일재에 의해 두 기판이 합착되어 내부 공간이 밀폐되어 있으므로 상기 씨일재로 합착된 각 기판사이의 공간은 진공 상태이므로 기압 차이에 의해 상기 각 기판은 더욱 가압되어 완전한 합착이 이루어진다.

그리고, 상기 씨일재에 UV를 조사하여 경화시킨 후, 합착된 기판을 언로딩한다(7S).

그러나, 상기와 같은 합착 장치의 합착 공정에 있어서, 기판을 정렬하기 위해 캠(530)에 의해 상기 챔버 플레이트(222)를 이동시키게 되면, 상기 서포트부(225)에 단차가 발생하여 제 2 씨일 부재(224)가 손상되고, 상기 서포트부(225)가 데미지를 입게 된다.

도 7은 도 3의 합착 장치에서 서포트부의 단차 발생을 설명하기 위한 설명도이고, 도 8은 하부 챔버 플레이트 회전 시 서포트부의 상태도이다.

즉, 도 7은 상기 서포트부(225)의 길이를 799㎜로 하고, 캠(530)의 구동에 의해 상기 하부 챔버 플레이트(222)가 최대 2.4㎜ 이동 하였을 경우, 상기 서포트부의 고점이 약 36㎛ 변함을 나타낸 것이다.

이와 같이, 상기 서포트부의 고점이 변하기 때문에 상기 하부 챔버 플레이트(222)와 상기 하부 베이스(221) 사이에 형성된 제 2 씨일 부재(224)의 갈림 현상이 발생하여 상기 제 2 씨일 부재(224)가 쉽게 마모된다.

또한, 상기 캠(530)의 구동에 의해 상기 하부 챔버 플레이트(222)가 일정 각도 회전하게 되면, 상기 서포트부(225)의 서포트 링크(225b)가 엇갈리는 힘을 받아 서포트부가 손상되거나 상기 하부 챔버 플레이트(222)를 들어 올리는 힘이 발생하게 되어 상기 제 2 씨일 부재(224)를 기준으로 하부 챔버 플레이트 내측의 하부 스테이지(240)가 구비되는 공간에 공기 유입이 발생하게 되어 합착 공정에 불량이 발생하게 된다.

즉, 도 4에서, 좌측에 형성된 캠(530a)과 하부 좌측에 형성된 캠(530b)을 구동하지 않고, 하부 우측에 형성된 캠(530c)을 구동하면 상기 하부 챔버 플레이트(222)가 일정 각도(θ) 만큼 회전하게 된다. 이와 같이 하부 챔버 플레이트(222)가 회전하면, 도 8과 같이, 상기 서포트부(225)의 서포트 링크(225b)가 엇갈리는 힘을 받아 서포트부가 손상되거나 공기 유입을 초래하게 된다.

따라서, 본 발명에서는 상기 베이스 프레임(100) 상에 LM 가이드(Linear Motion Guide)를 설치하고 상기 서포트부를 상기 LM 가이드까지 연장하여 설치한다.

이를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 9는 본 발명에 따른 액정표시소자 제조용 합착 장치의 서포트부의 구성도이고, 도 10은 본 발명에 따른 서포트부의 서포트 바와 체결부의 상세도이다.

도 9에 도시한 바와 같이, 상기 서포트부(225)는 그 일단이 상기 하부 챔버 플레이트(222)의 저면에 고정되는 서포트 바(225a)와, 일단이 상기 하부 베이스(221)의 저면에 고정되는 적어도 하나(2개)의 서포트 링크(225b)와, 상기 서포트 바(225a)의 타단과 상기 서포트 링크(225b)의 타단을 체결하는 체결부(225c)와, 상기 체결부(225c)에 연결된 X축 및 Y축의 LM 가이드(225d)를 구비하여 구성된다.

이와 같이 구성된 상기 서포트부(225)는 상기 베이스 프레임(100)까지 연장되도록 한다.

또한, 도 10에 도시한 바와 같이, 상기 서포트 바(225a)와 상기 체결부(225c)는 회전 운동이 가능하도록 연결된다.

따라서, 상기 기판을 정렬시키기 위해 캠이 구동되어 상기 하부 챔버 플레이트(222)가 이동되면 상기 서포트부(225)도 베이스 프레임(100) 상에서 상기 LM 가이드(225d)에 의해 이동되므로 상기 서포트부(225)에 단차가 발생하지 않고, 상기 하부 챔버 플레이트(222)가 일정 각도 회전하더라도 상기 서포트 바(225a)와 체결 부(225c)가 회전 가능하게 연결되므로 상기 서포트 링크(225b)가 엇갈리는 힘을 받지 않게 된다.

상기에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 액정표시소자 제조용 합착 장치에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.

상기 서포트부가 상기 베이스 프레임까지 연장되고 LM 가이드에 의해 베이스 프레임상에서 이동되도록 구성된다.

따라서, 상기 기판을 정렬시키기 위해 캠이 구동되어 상기 하부 챔버 플레이트가 이동되면 상기 서포트부도 베이스 프레임 상에서 상기 LM 가이드에 의해 이동되므로 상기 서포트부에 단차가 발생하지 않고 더불어 제 2 씨일 부재가 손상됨을 방지할 수 있다.

또한, 상기 서포트 바와 체결부가 회전 가능하게 연결되므로, 상기 하부 챔버 플레이트가 일정 각도 회전하더라도 상기 서포트 링크가 엇갈리는 힘을 받지 않게 되고 더불어 하부 챔버 플레이트가 들추어지는 현상을 방지할 수 있다.

Claims (5)

1. 외관을 이루는 베이스 프레임;

   상기 베이스 프레임에 고정되는 하부 베이스와,

   상기 하부 베이스의 상면에 전후 및 좌우 방향으로 이동이 가능하게 장착되고 그 내부에 내부 공간을 가지는 사각테의 형상으로 이루어진 하부 챔버 플레이트와,

   상기 하부 챔버 플레이트의 내부 공간과 외부 환경 간의 밀봉이 이루어지도록 상기 하부 베이스와 하부 챔버 플레이트 사이에 형성된 씨일부재와,

   상기 하부 챔버 플레이트가 상기 하부 베이스로부터 소정 간격 이격된 상태를 유지할 수 있도록 지지하는 서포트부를 구비함을 특징으로 하는 액정표시소자 제조용 합착 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 서포트부는 상기 베이스 프레임까지 연장되어 설치됨을 특징으로 하는 액정표시소자 제조용 합착 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 서포트부는,

   일단이 상기 하부 챔버 플레이트의 저면에 고정되는 서포트 바와,

   일단이 상기 하부 베이스의 저면에 고정되는 적어도 하나의 서포트 링크와,

   상기 서포트 바의 타단과 상기 서포트 링크의 타단을 체결하는 체결부와,

   상기 체결부에 연결되는 LM 가이드를 구비하여 구성됨을 특징으로 하는 액정표시소자 제조용 합착 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 LM 가이드는 상기 베이스 프레임상에 위치됨을 특징으로 하는 액정표시소자 제조용 합착 장치.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 서포트 바와 상기 체결부는 회전 가능하도록 연결됨을 특징으로 하는 액정표시소자 제조용 합착 장치.

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