TWI398687B - 基板組合系統及基板組合方法 - Google Patents

Description

基板組合系統及基板組合方法

本發明是有關於一組合基板的裝置與方法，且特別是有關於一顯示裝置之組合基板的裝置與方法。

近年來，由於各種視覺資訊之顯示需求增加，因而發展出不同種類的顯示器，如液晶顯示器、電漿顯示器、電致發光顯示器與真空螢光顯示器。液晶顯示器因其具有輕、薄等特性，已逐漸取代傳統的陰極射線管顯示器(Cathode Ray Tube；CRT)，並且廣泛地應用於例如個人數位助理(Personal Digital Tube；PDA)及液晶電視等各種電子產品的顯示裝置上。

一般的液晶顯示器主構件為液晶面板。液晶面板具有一對基板以及位於基板之間的液晶材料。就製程來說，常見的液晶面板的製作方式有兩種，一為注入法，另一為分滴法。注入法係以框膠於兩基板的表面上形成有注入口之圖案，將兩基板於真空腔體內接合，接著再將液晶材料經由注入口灌入兩基板之間的區域。分滴法則是將液晶材料分滴在兩基板其中之一上，再將另一基板對準於含有液晶材料之基板，並於真空環境下加以接合。

然而，隨著液晶顯示器的尺寸增大，上述接合製程因為基板的尺寸和重量的增加而產生諸多製程上難以克服的問題。舉例來說，為了移動大尺寸的基板，一般會透過吸附裝置來吸附基板。由於接合製程是在真空腔內的真空環境下進行，吸附裝置必須使用高真空才能穩固地吸附基板。換句話說，在吸附裝置於常壓下吸附基板並移動到真空腔的過程中，環境的常壓和吸附裝置的高真空之間的壓差會施加於基板上。由於壓差甚大，往往超過基板負荷而產生變形、裂縫與破片等缺陷，甚至基板會因為壓差而掉落。

有鑒於此，需要一種新的基板組合系統，其吸附基板時所產生的低壓可隨環境氣壓調整，以維持大致穩定的壓差，藉以消除上述壓差過大導致基板損害的問題。

本發明的一實施方式在於提供一種基板組合系統，其可提供用以吸附基板的低壓可隨環境氣壓調整，以避免基板兩側的壓差過大而導致基板損害的問題。

在本發明之實施方式中，基板組合系統適於組合第一基板與第二基板。基板組合系統具有真空腔、抽真空裝置和吸附裝置。真空腔具有第一密閉空間。抽真空裝置連接真空腔，用以抽取第一密閉空間中的氣體，以逐漸降低第一密閉空間中的氣壓。吸附裝置設置於第一密閉空間中。吸附裝置具有筒狀結構、活塞以及吸附介面。活塞位於筒狀結構中，且與筒狀結構滑動連接，其中活塞抵接且密合筒狀結構的內壁。吸附介面固定於筒狀結構中，並包含至少一孔。吸附介面用以密合第一基板，且使第一基板遮覆孔，使得筒狀結構、活塞、吸附介面和第一基板包圍形成第二密閉空間。

當抽真空裝置逐漸降低第一密閉空間中的氣壓時，活塞和筒狀結構係相對滑動，以增加第二密閉空間的體積，使得第二密閉空間中的氣壓小於第一密閉空間中的氣壓。吸附介面係利用第一密閉空間和第二密閉空間的氣壓差，而吸附第一基板。

由此可知，第二密閉空間中的氣壓可透過上述機制，而隨著第一密閉空間中的氣壓改變而改變，使得第一密閉空間和第二密閉空間的氣壓差大致維持穩定。

本發明之另一實施方式提供一種基板組合方法，其可利用外界的氣壓變化來調整內部的體積以及氣壓，以達到固定壓差的效果。

基板組合方法的步驟如下。首先，先設置吸附裝置。吸附裝置具有至少一孔，孔連通吸附裝置之外部空間和內部空間。接著，以第一基板密合孔以密閉內部空間。接下來，降低外部空間的氣壓，使得內部空間的體積隨之增加。

由此可知，本發明之實施方式係利用波以耳定律(Boyle's law)，即在密閉容器中的定量氣體在恆溫下氣壓和體積成反比關係。藉以使得吸附裝置的體積可隨著外部空間的氣壓而改變。

本發明係提供一種基板組合系統與基板組合方法。本發明可適用於液晶顯示器的基板組合，例如：薄膜電晶體陣列基板與彩色濾光基板的組合，然不限於此，本發明之概念可應用任何類型的基板組合，例如：觸控基材與顯示裝置的組合、保護片與顯示裝置的組合、立體膜片與顯示裝置的組合、特殊光學膜片與顯示面板的組合等。

第1圖繪示依照本發明一實施方式的基板組合系統10的剖面圖。基板組合系統10具有真空腔100、抽真空裝置200和吸附裝置300。真空腔100具有第一密閉空間110。抽真空裝置200連接真空腔100，用以抽取第一密閉空間110中的氣體，以逐漸降低第一密閉空間110中的氣壓。吸附裝置300設置於第一密閉空間110中。吸附裝置300具有筒狀結構310、活塞320以及吸附介面330。活塞320位於筒狀結構310中，且與筒狀結構310滑動連接，其中活塞320抵接且密合筒狀結構310的內壁。吸附介面330固定於筒狀結構310中，並包含至少一孔332。

於使用時，可透過吸附介面330緊密貼合第一基板20。第一基板20遮覆孔332，且筒狀結構310、活塞320、吸附介面330和第一基板20包圍形成第二密閉空間336。

藉由使筒狀結構310和活塞320相對滑動，以增加第二密閉空間336的體積。根據波以耳定律，在密閉容器中的定量氣體在恆溫下氣壓和體積成反比關係。隨著第二密閉空間336的體積增加，會使得第二密閉空間336中的氣壓變小。

吸附介面330係利用第一密閉空間110和第二密閉空間336的氣壓差，而吸附第一基板20。詳細來說，當第一密閉空間110的氣壓大於第二密閉空間336的氣壓時，壓差產生的作用力將第一基板20推抵於吸附介面330上。如此一來，便可達到以吸附裝置300吸附第一基板20的效果。

當抽真空裝置200逐漸降低第一密閉空間110中的氣壓時，第一密閉空間110和第二密閉空間336之間的壓差逐漸縮小。第一基板20的重力會促使筒狀結構310相對於活塞320滑動，進而增加第二密閉空間336的體積。體積變化會持續到第二密閉空間336中的氣壓小於第一密閉空間110中的氣壓，並且第一密閉空間110和第二密閉空間336之間的壓差所產生的支撐力等於或大於至少第一基板20的重力為止。在本發明之實施方式中，支撐力會略大於第一基板20和筒狀結構310的重力。

綜上所述，藉由筒狀結構310和活塞320的相對滑動，不僅可使得第二密閉空間336的體積和氣壓隨著第一密閉空間110的氣壓而改變，還可使得第一基板20的位置隨著第一密閉空間110的氣壓變化而移動。此機制可使得第一密閉空間110和第二密閉空間336之間的壓差維持穩定。

上述之真空腔100可具有相對之上腔體120和下腔體130。其中，上腔體120和下腔體130可互相密合，包圍形成第一密閉空間110。

上述之活塞320可連接真空腔100的上腔體120。具體來說，活塞320可固定於真空腔100之內壁，且懸置於吸附介面330之上方。在本發明之實施方式中，基板組合系統10具有連接桿400，其穿過筒狀結構310的上開口312，並且其兩端分別連接活塞320和真空腔100之內壁。藉此，當抽真空裝置200降低第一密閉空間110中的氣壓時，筒狀結構310便會受其自身以及第一基板20的重力拉動，而相對於活塞320滑動，進而增加第二密閉空間336的體積。

在本發明之實施方式中，吸附介面330可具有板334和孔332，孔332位於板334上。活塞320可具有至少一凸塊322，凸塊322位於活塞320面對吸附介面330的表面上。凸塊322對齊孔332。當活塞320靠近吸附介面330時，凸塊322可容置於孔332中。

於使用時，可在欲吸附第一基板20前，先將凸塊322位於孔332中，使得第二密閉空間336的初始體積縮小。當吸附介面330貼合第一基板20後，再增加第二密閉空間336的體積。由於第二密閉空間336的初始體積小，所以當活塞320和筒狀結構310相對滑動後，第二密閉空間336的體積變化量會變大。體積變化量大，造成的氣壓變化大。也就是說，利用凸塊322與孔332之結構，當活塞320和筒狀結構310相對滑動，即以小幅滑動達到所需壓差的效果，而無須預備大量空間以供大幅滑動，可節省系統空間的使用。

在本發明之實施方式中，基板組合系統10可設置有承載台500。承載台500位於真空腔100內的第一密閉空間110中，用以承載第二基板22。承載台500對應吸附裝置300設置，藉此使得第二基板22可對齊於第一基板20，以便後續組合的製程。

第2圖繪示如第1圖之基板組合系統10，在另一使用狀態下的剖面圖。在完成組合製程後，為了使第一基板20脫離吸附裝置300，吸附裝置300上可設有減少第一密閉空間110和第二密閉空間336之間壓差的裝置。具體來說，藉由將第二密閉空間336的氣壓增加，使得第一密閉空間110和第二密閉空間336之間的壓差變小，進而使得壓差所造成的支撐力遠小於第一基板20的重力。如此一來，第一基板20便可與吸附介面330分離。

可用以改變第二密閉空間336的氣壓的結構與方式有很多種。舉例來說，在本發明之實施方式中，筒狀結構310上設有通孔600，通孔600貫穿筒狀結構310之內壁。在一情況下，通孔600可用以連通第一密閉空間110和第二密閉空間336。

請參考第2圖。具體來說，活塞320相對於筒狀結構310移動，使得吸附介面330的孔332和通孔600均位於活塞320的同一側時，通孔600會連通第一密閉空間110和第二密閉空間336。連通後，第一密閉空間110和第二密閉空間336的氣壓相同。因此，原本支撐第一基板20的支撐力不再，使得第一基板20將受重力作用而下降，進而與吸附介面330分離。

請參考第1圖。通孔600的位置可依照設計所需而設置。在本發明之實施方式中，通孔600到吸附介面330的距離d2實質等於於活塞320到承載台500的距離d1扣除第一基板20和第二基板22的厚度。請參考第2圖。如此一來，當第一基板20和第二基板22組合後，第一基板20恰好與吸附介面330分離。

本發明之另一實施方式提供一種基板組合方法，其可利用外界的氣壓變化來調整內部的體積以及氣壓，以達到固定壓差的效果。第3A-3H圖係繪示如第1圖之基板組合系統10，在組合製程中的製程剖面圖。

請參考第3A圖。首先，設置吸附裝置300。吸附裝置300可位於上腔體120上。吸附裝置300的詳細結構已詳述於上，在此不再多加贅述。在此步驟中，吸附裝置300的孔332可連通吸附裝置300之外部空間和內部空間。

請參考第3B圖。接著，以第一基板20密合孔332，以密閉內部空間，來形成封閉空間。具體來說，第一基板20貼合吸附裝置300的吸附介面330，並且遮覆孔332。可知，在吸附第一基板20後，吸附裝置300之內部空間成了由筒狀結構310、活塞320和第一基板20所包圍的封閉空間。為了避免混淆，在後續步驟中，吸附裝置300之封閉空間均以第二密閉空間336稱之，以作為說明。

請參考第3C圖。增加第二密閉空間336的體積，使得第二密閉空間336的氣壓小於外部空間的氣壓。接著，利用第二密閉空間336和外部空間的氣壓差，將第一基板20吸附於吸附裝置300上。

具體來說，在本發明之實施方式中，第一基板20受到重力的作用，會帶著筒狀結構310相對於活塞320移動，第二密閉空間336的體積因而增加。根據波以耳定律，當密閉空間的體積增加時，其氣壓會隨之變小。由此可知，第二密閉空間336的氣壓將會小於外部空間的氣壓。第二密閉空間336和外部空間的壓差會產生支撐力，藉以將第一基板20往吸附裝置300推。在本發明之實施方式中，第二密閉空間336和外部空間之間的壓差會在第一基板20形成一支撐力，該支撐力的大小略等於或大於第一基板20的重力的大小，且支撐力的方向和重力方向相反。

請參考第3D圖。提供第二基板22位於承載台500上。承載台500可位於下腔體130中。

請參考第3E圖。使上腔體120和下腔體130密合，而形成一個真空腔100。在密合上腔體120和下腔體130時，需使第一基板20和第二基板22對齊。當上腔體120和下腔體130密合後，吸附裝置300之外部空間係為真空腔100所包圍的空間，即第一密閉空間110。為了避免混淆，在後續步驟中，吸附裝置300之外部空間均以第一密閉空間110稱之，以作為說明。在此需說明的是，在對齊與疊合第一基板與第二基板之前，第一基板20可於真空腔外被吸附裝置300吸附或真空腔內被吸附裝置300吸附，可依實際需求選擇吸附時間或位置。

請參考第3F圖。下一個步驟為降低第一密閉空間110的氣壓。降低外部空間的氣壓的方式有很多種。在本發明之實施方式中，可藉由抽真空裝置200來減少第一密閉空間110中的氣體，而降低外部空間的氣壓。

第一密閉空間110的氣壓降低，第二密閉空間336的體積會隨之增加。具體來說，當第一密閉空間110的氣壓下降，會使得其與第二密閉空間336之間的氣壓差縮小。由於第一基板20的重力作用，第一基板20會逐漸下降，進而增加第二密閉空間336的體積。在此同時，第一基板20會逐漸朝向第二基板22移動，直到接觸第二基板22為止。

請參考第3G圖。在本發明之實施方式中，第一基板20會與第二基板22疊合。當兩基板疊合後，可進一步使第一基板20與吸附裝置300分離。在本發明之實施方式中，可提高第二密閉空間336的氣壓。

舉例來說，在本發明之實施方式中，筒狀結構310上設有通孔600。可移動筒狀結構310，使得孔332和通孔600均位於活塞320的同一側。藉此，通孔600會連通第二密閉空間336和第一密閉空間110，使兩空間的氣壓相同。因此，原本支撐第一基板20的支撐力不再，使得第一基板20將受重力作用而下降，進而與吸附介面330分離。

上述之實施方式係以筒狀結構310以及第一基板20的重力，來造成筒狀結構310和活塞320的相對滑動。另外，筒狀結構310和活塞320的相對滑動也可透過機械作動來達成。舉例來說，第4圖和第5圖分別繪示本發明之另一實施方式的基板組合系統10，在不同使用狀態下的剖面圖。

請參考第4圖。基板組合系統10具有致動器700。致動器700連接活塞320，用以驅動活塞320移動，使得活塞320相對於筒狀結構310滑動。具體來說，致動器700透過連接桿400連接活塞320。致動器700可推動或拉動連接桿400，進而使得活塞320向下或向上移動。

於使用時，可將吸附介面330密合第一基板20。接著以致動器700驅動活塞320，使得活塞320向上移動，以增加第二密閉空間336的體積。第二密閉空間336的體積增加，使得其氣壓下降而小於第一密閉空間110的氣壓。如此一來，第一基板20將可因兩空間的壓差而吸附於吸附裝置300上。

請參考第5圖。另一方面，當欲分離第一基板20和吸附裝置300時，也可以利用致動器700達成。具體來說，可利用致動器700驅動活塞320，使活塞320移動朝向第一基板20，以縮小第二密閉空間336的體積。第二密閉空間336的體積減少，使得其氣壓增加。第二密閉空間336內的氣壓變大，氣體推抵第一基板20，進而使得第一基板20與吸附介面330分離。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10．．．基板組合系統

20．．．第一基板

22．．．第二基板

100．．．真空腔

110．．．第一密閉空間

120．．．上腔體

130．．．下腔體

200．．．抽真空裝置

300．．．吸附裝置

310．．．筒狀結構

312．．．上開口

322．．．凸塊

320．．．活塞

330．．．吸附介面

332．．．孔

334．．．板

336．．．第二密閉空間

400．．．連接桿

500．．．承載台

600．．．通孔

700．．．致動器

d1．．．距離

d2．．．距離

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施方式能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖繪示依照本發明一實施方式的基板組合系統的剖面圖。

第2圖繪示如第1圖之基板組合系統，在另一使用狀態下的剖面圖。

第3A-3G圖係繪示如第1圖之基板組合系統，在組合製程中的製程剖面圖。

第4圖和第5圖分別繪示本發明之另一實施方式的基板組合系統，在不同使用狀態下的剖面圖。

10．．．基板組合系統

20．．．第一基板

22．．．第二基板

100．．．真空腔

110．．．第一密閉空間

120．．．上腔體

130．．．下腔體

200．．．抽真空裝置

300．．．吸附裝置

310．．．筒狀結構

312．．．上開口

322．．．凸塊

320．．．活塞

330．．．吸附介面

332．．．孔

334．．．板

336．．．第二密閉空間

400．．．連接桿

500．．．承載台

600．．．通孔

d1．．．距離

d2．．．距離

Claims (19)

1. 一種基板組合系統，適於組合一第一基板與一第二基板，該基板組合系統至少包含：一真空腔，包含一第一密閉空間；一抽真空裝置，連接該真空腔，用以抽取該第一密閉空間中的氣體以逐漸降低該第一密閉空間中的氣壓；以及一吸附裝置，設置於該第一密閉空間中，該吸附裝置包含：一筒狀結構；一活塞，位於該筒狀結構中，且與該筒狀結構滑動連接，其中該活塞抵接且密合該筒狀結構的內壁；以及一吸附介面，固定於該筒狀結構中，並包含至少一孔，該吸附介面用以密合該第一基板且使該第一基板遮覆該孔，使得該筒狀結構、該活塞、該吸附介面和該第一基板包圍形成一第二密閉空間，其中當該抽真空裝置逐漸降低該第一密閉空間中的氣壓時，遂使該活塞和該筒狀結構係相對滑動，以增加該第二密閉空間的體積，使得該第二密閉空間中的氣壓小於該第一密閉空間中的氣壓，且其中該吸附介面係利用該第一密閉空間和該第二密閉空間的氣壓差吸附該第一基板。
2. 如請求項1所述之基板組合系統，其中該真空腔包含： 相對之一上腔體和一下腔體，該上腔體和該下腔體密合且包圍以形成該第一密閉空間。
3. 如請求項2所述之基板組合系統，其中該活塞藉一連接桿連接至該上腔體。
4. 如請求項1所述之基板組合系統，其中該活塞固定於該真空腔之內壁，且懸置於該吸附介面之上方，使得當該抽真空裝置降低該第一密閉空間中的氣壓時，該筒狀結構受該第一基板的重力拉動而相對於該活塞滑動。
5. 如請求項1所述之基板組合系統，更包含：一連接桿，連接該活塞和該真空腔之內壁。
6. 如請求項1所述之基板組合系統，其中該活塞包含：至少一凸塊，位於該活塞面對該吸附介面的一表面上，且對齊該孔。
7. 如請求項1所述之基板組合系統，更包含：一承載台，位於該第一密閉空間中，對應該吸附裝置，用以承載該第二基板。
8. 如請求項7所述之基板組合系統，其中該筒狀結構更包含： 一通孔，貫穿該筒狀結構之內壁，該通孔到該吸附介面的距離實質等於該活塞到該承載台的距離扣除該第一基板和該第二基板的厚度。
9. 如請求項1所述之基板組合系統，其中該筒狀結構更包含：一通孔，貫穿該筒狀結構之內壁，當該孔和該通孔均位於該活塞的同一側時，該通孔用以連通該第一密閉空間和該第二密閉空間。
10. 如請求項1所述之基板組合系統，更包含：一致動器，藉一連接桿連接至該活塞，用以驅動該活塞相對於該筒狀結構滑動。
11. 一種基板組合方法，至少包含：設置一吸附裝置，其中該吸附裝置包含至少一孔，該孔連通該吸附裝置之一外部空間和一內部空間；以一第一基板密合該孔以密閉該內部空間，來形成一封閉空間；降低該外部空間的氣壓，使得該封閉空間的體積隨之增加；增加該封閉空間的體積，使得該封閉空間的氣壓小於該外部空間的氣壓；以及利用該封閉空間和該外部空間的氣壓差將該第一基板 吸附於該吸附裝置上。
12. 如請求項11所述之基板組合方法，其中該吸附裝置包含一筒狀結構和一活塞，該活塞抵接且密合該筒狀結構的內壁，該筒狀結構、該活塞與該第一基板包圍形成該封閉空間，且在增加該封閉空間的體積之步驟包含：相對滑動該活塞和該筒狀結構。
13. 如請求項11所述之基板組合方法，其中該吸附裝置包含一筒狀結構和一活塞，該活塞抵接且密合該筒狀結構的內壁，該筒狀結構、該活塞與該第一基板包圍形成該封閉空間，且在增加該封閉空間的體積之步驟包含：藉由該第一基板的重力作用使得該筒狀結構相對於該活塞向下滑動。
14. 如請求項13所述之基板組合方法，更包含：提供一第二基板位於該第一基板下方；以及對齊該第一基板和該第二基板。
15. 如請求項14所述之基板組合方法，在藉由該第一基板的重力作用使得該筒狀結構相對於該活塞向下滑動之後，更包含：疊合該第一基板和該第二基板。
16. 如請求項11所述之基板組合方法，其中在降低該外部空間的氣壓之步驟包含：減少該外部空間中的氣體。
17. 如請求項11所述之基板組合方法，更包含：提高該封閉空間中的氣壓，使得該基板與該吸附裝置分離。
18. 如請求項17所述之基板組合方法，其中提高該封閉空間中的氣壓包含：縮小該封閉空間的體積。
19. 如請求項17所述之基板組合方法，其中該吸附裝置包含一筒狀結構、一活塞與該第一基板包圍形成該封閉空間，該活塞抵接且密合該筒狀結構的內壁，該筒狀結構包含一通孔貫穿該筒狀結構之內壁，且提高該封閉空間中的氣壓包含：滑動該筒狀結構使得該孔和該通孔均位於該活塞的同一側；以及透過該通孔連通該封閉空間和該外部空間。