WO2003005109A1 - Appareil et procede de collage de substrat afin de former un element d'affichage a cristaux liquides - Google Patents

Description

明 細 書 液晶表示素子を形成するために基板を貼り合せる装置、 および、 基 板を貼り合わせる方法 技術分野

本発明は、 液晶素子を形成するために液晶材料を挟んで基板を貼 り付ける貼り付け装置、 および、 貼り付け方法に関する。 背景技術

液晶表示装置が益々広い分野で使用されるようになり、 液晶表示 素子のよ り迅速かつ容易な製造方法が望まれている。

ここで、 液晶表示素子の製造工程には、 一対の基板で液晶材料を 挟み込む工程がある。 この工程に関しては、 従来の一対の基板を離 間配置しておいてその間に液晶材料を注入する方法に加えて、 一方 の基板に液晶材料を滴下して、 その後に、 も う一方の基板を押圧し て貼り合せる方法も開発されている。 しかしながら、 なかなか基板 を均等に押圧することができないという問題がある。

本発明は、 上記問題に鑑み、 一対の基板を均等に貼り合せること のできる装置、 および、 方法を提供することを目的とする。 発明の開示

本発明によれば、 液晶表示素子を形成するために一対の基板を液 晶材料を介装して貼り合わせる基板貼り合せ装置であって、

第 1基板を载置せしめる第 1基板支持部材と、 第 2基板を第 1基 板の上方に離間させて弾性支持し下向きの荷重を受けると第 2基板 が第 1基板に向かって移動することを可能にする第 2基板支持部材 とを有する基板配設容器と、

基板配設容器を密閉可能なふた部材と、

ふた部材の内側に周辺が密着.されたゴム膜であって、 ふた部材で 基板配設容器を密閉したときに、 上側に第 1 チャンパを、 下側に第 2チャンパを形成するゴム膜と、

ゴム膜が下方に膨張変形して第 2基板を第 1基板に向けて押圧す る差圧が発生するよ うに第 1チヤンパの圧力と第 2チャンパの圧力 を調整する圧力調整手段と、

第 2基板を第 1基板に向けて押圧する際に、 液晶材料を加熱する 加熱手段と、 を具備し、 加熱手段で熱膨張せしめられた液晶の表面 張力で第 1基板と第 2基板を貼り合わせることを特徴とする基板貼 り合せ装置が提供される。

このように構成された基板貼り合せ装置では、 第 1基板が第 1基 板支持部材に载置され、 第 2基板が第 2基板支持部材により第 1基 板の上方に離間させて弾性支持される、 基板配設容器は、 ふた部材 により密閉されるが、 ふた部材の内側には周囲が密着されたゴム膜 が配設されていて、 ふた部材で基板配設容器を密閉したときに、 ゴ ム膜の上側には第 1チヤンパが、 下側には第 2チヤンパが形成され る。 圧力調整手段で第 1チャンパの圧力と第 2チャンパの圧力を調 整して差圧を発生させ、 ゴム膜を下方に膨張変形せしめて第 2基板 を第 1基板に向けて押圧する。 この際に、 加熱手段により液晶材料 は熱膨張せしめられ、 その表面張力によ り第 1基板と第 2基板が貼 り合わせられる。

一つの態様では、 圧力調整手段は、 真空ポンプと、 大気導入弁と を含み、 第 1 チャンパと第 2チャンパを共に大気圧以下にした状態 でゴム膜を膨張変形せしめるよ うにされる。

別の態様では、 加熱手段は第 1基板支持部材に付設されたヒータ とされる。 そして、 ヒータで加熱された第 1基板支持部材を急速冷 却可能な冷却装置を備えることもできる。

また、 本発明によれば、 液晶表示素子を形成するために一対の基 板を液晶材料を介装して貼り合せる方法であって、

基板配設容器の第 1基板支持部材に第 1基板を载置せしめ、 第 1 基板上に液晶材料を滴下し、 第 2基板を第 2基板支持部材で第 1基 板の上方に離間させて下方から弾性支持する基板配設ステップと、 基板配設容器を内側に周辺が密着されたゴム膜を有するふた部材 で密閉し、 ゴム膜の上側に第 1チャンパを、 下側に第 2チャンパを 形成する 2チャンパ形成ステップと、

圧力調整手段で、 ゴム膜が下方に膨張変形して第 2基板を第 1基 板に向けて押圧する差圧が発生するよ うに第 1チャンパの圧力と第 2チヤンパの圧力を調整する圧力調整ステップとを含み、

圧力調整ステップにおいて、 加熱手段によ り液晶材料を加熱し、 加熱手段で熱膨張せしめられた液晶材料の表面張力で第 1基板と第 2基板を貼り合わせることを特徴とする方法が提供される。

このよ うな方法によれば、 基板配設ステップで、 基板配設容器の 第 1基板支持部材に第 1基板を载置せしめ、 第 1基板上に液晶材料 を滴下し、 第 2基板を第 2基板支持部材で第 1基板の上方に離間さ せて下方から弾性支持し、 2チャンバ形成ステップで、 基板配設容 器を内側に周囲が密着されたゴム膜を有するふた部材で密閉し、 ゴ ム膜の上側に第 1チャンパを、 下側に第 2チャンパを形成し、 圧力 調整ステップで、 圧力調整手段によ り、 ゴム膜が下方に膨張変形し て第 2基板を第 1基板に向けて押圧する差圧が発生するよ うに第 1 チヤンパの圧力と第 2チヤンパの圧力が調整されるが、 その際に、 加熱手段で液晶材料が加熱され、 加熱手段で熱膨張せしめられた液 晶材料の表面張力で第 1基板と第 2基板で貼り合わせられる。 そして一つの態様では、 圧力調整ステップで、 第 1チャンパと第 2チャンバをともに同じ値の負圧にしてから、 差圧が発生せしめら れるようにされる。

別の態様では、 圧力調整ステップで、 第 1 チャンパと第 2チャン パの差圧を予め設定した所定のパターンに従って変化させるよ うに される。 図面の簡単な説明

図 1 は本発明の実施の形態の構成を示す側面図である。

図 2は作業容器のふたをあけ基板配設容器を上から見た図である 図 3は一組の第 1基板と第 2基板を拡大して示す図である。

図 4は図 3の IV- IV線に沿って見た断面図である。

図 5は第 1チャンパと第 2チヤンバの圧力の変化および基板配設 プレートの温度の変化を示すタイ ミ ングチャートである。 発明を実施するための最良の形態

以下、 添付の図面を参照して本発明の基板貼り付け装置、 および 、 それを使った基板貼り付け方法について説明する。

図 1 は、 本発明の基板貼り付け装置の全体の構造を示す図であつ て、 貼り付け作業が内部で実行される作業室 1 0が架台 1 0 0の上 に载置されている。

作業室 1 0は、 基板が配設される基板配設容器 2 0 と、 基板配設 容器 2 0を覆うふた部材 3 0から構成される。

基板配設容器 2 0は、 外枠部材 2 1 と、 中間部材 2 2を介して外 枠部材 2 1の内側に配設されている基板配設プレート 2 3から成る 。 基板配設プレー ト 2 3の上面には互いに貼り合わせられる、 第 1 基板 1 と第 2基板 2の水平方向の位置決めをおこなう位置決め部材 2 4、 および、 第 2基板 2を下方から支持する基板支持部材 2 5が 設けられている。 なお、 第 1基板 1 は例えば I C基板であり、 第 2 基板 2は例えばガラス基板である。

第 1基板 1 は位置決め部材 2 4で水平方向の位置決めをされて基 板配設プレー ト 2 3 の上に載置される。 そして、 基板配設プレー ト 2 3の上に载置された第 1基板 1 の上に液晶材料 3が適切な手段で 滴下された後に、 第 2基板 2が基板支持部材 2 5 で第 1基板 1 の上 方に支持される。

基板配設プレート 2 3の下面には、 基板配設プレー ト 2 3を加熱 するヒータ 4 0が密着して配設されているが、 ヒータ 4 0は基板配 設プレー ト 2 3の中央を除外して設けられていて、 ヒータ 4 0が配 設されていない部分には加熱した基板配設プレート 2 3を初期設定 温度まで急速に冷却する冷却装置 5 0 の一部が基板配設プレー ト 2 3に接するよ うに配設されており、 冷却装置 5 0は内部に低温水が 循環されるよ うに低温水槽 7 0 と連結されている。

また、 基板配設プレー ト 2 3 と中間部材 2 2 の間、 中間部材 2 2 と外枠部材 2 1の間のシール性を確保するために、 中間部材 2 2 と 外枠部材 2 1にそれぞれ Oリ ング 2 7が配設されている。

一方、 ふた部材 3 0は、 ふた本体 3 1 と、 ふた本体 3 1にリ ング 部材 3 2 で周辺部を取り付けたゴム膜 3 3から成る。 ゴム膜 3 3 と しては、 例えば、 デュポン社のパイ トン （登録商標） （V i t o n ™) が使用される。

そして、 ふた部材 3 0の外側には架台 1 0 0に立設された支柱 1 1 0に軸承されたアーム 3 4が取り付けられ、 このアーム 3 4には サブアーム 3 5を介して他端が架台 1 0 0に取り付けられたダンパ 一 1 2 0が取り付けられ、 ふた 3 0は小さな力でも容易に開閉でき るようにされてレヽる。

なお、 基板配設容器 2 0の外枠部材 2 1 の上面にはふた部材 3 0 を閉じた際にふた部材 3 0が密着できるように Oリ ング 2 7が配設 されている。

図 1 に示されるようにふた部材 3 0を閉じると、 作業容器 1 0の 内部には、 ゴム膜 3 3の上側の第 1チャンバ Aと、 ゴム膜 3 3の下 側の第 2チャンパ Bが形成される。

ここで、 基板配設容器 2 0の外枠部材 2 1 には抜気孔 2 1 aが設 けられ、 ふた 3 0のふた本体部材 3 1 にも抜気孔 3 1 aが設けられ ており、 これらはそれぞれ、 配管 6 1、 6 2を介して真空ポンプ 6 0に接続されていて、 配管 6 1、 6 2の途中には、 真空排気弁 6 1 a , 6 2 a、 および、 大気を導入するための大気導入弁 6 1 b， 6 2 bがそれぞれ設けられている。 なお、 真空排気弁と大気導入弁は それぞれ開閉弁と調節弁から構成されている。

これらを用いて、 第 1チャンパ Aと、 第 2チャンパ Bの圧力が、 後述するよう に制御される。

図 2は、 基板配設容器 2 0のみを上方から見た図であって、 図示 されるように、 一度に 2 0組の第 1基板と第 2基板を貼り合せるこ とができる。

また、 図 2において破線のハッチングが施されているのがヒータ 4 0の配設されている領域であり、 ヒータ 4 0の配置されていない 中央部分には冷却装置 5 0が接している。

図 3は 1組の第 1基板 1 と第 2基板 2を拡大して上方から見た図 であり、 図示されるように第 1基板 1 と第 2基板 2は第 2基板 2の 方が大きく されているが、 これは第 1基板 1 を基板支持手段 2 5で 支持するためである。 また第 1基板 1が第 2基板 2よ り も図中左側 にオフセッ ト して配置されているが、 これは第 1基板 1に後工程で 外部導線をつなげるためである。

図 4は図 3 の IV- IV線に沿つて見た断面図であり、 図示されるよ うに、 基板支持部材 2 5はビス ト ン 2 5 a をパネ 2 5 b で下方から 押し上げて構成されている。 また、 位置決め部材 2 4の第 1基板 1 を位置決めする部分は第 1基板 1 の高さよ り も低い厚さとされてい るが、 これは、 後述するよ うに、 第 2基板 2を第 1基板 1に向けて 押圧したときに第 2基板 2が位置決め部材 2 4に妨害されずに第 1 基板 1に向かって押しさげられるようにするためである。

以下、 上記のよ うに構成された装置を使用して第 1基板 1 と第 2 基板 2を液晶材料 3を介装して貼り合せる作業手順について説明す る。

先ずは、 作業容器 1 0 のふた部材 3 0をあけて基板配設容器 2 0 の位置決め部材 2 4が形成している配置位置にしたがって第 1基板 1を配設する。

次に、 配設された第 1基板 1 の上面に液晶材料 3を所定量滴下す るが、 この液晶材料 3には熱硬化樹脂が混入されている。 次いで、 第 2基板 2を基板支持部材 2 5で支持させて所定位置に配置する。 このようにして 2 0対の第 1基板 1 と第 2基板 2を配置する。

以下、 図 4に示されるタイ ミ ングチャートにしたがって抜気と加 熱をおこなう。

( 1 ) 〜 ：

先ず、 ふた部材 3 0をあけた状態で、 真空ポンプ 6 0によ り第 1 チャンバ Aを抜気し、 第 1チャンパ Aの圧力を大気圧から P 4まで 降下させ、 P 4まで降下したらふた 3 0を閉じる。 これは、 ふた 3 0をしめたときにゴム膜 3 3がいきなりガラス第 2基板 2に当たる のを防止するためにおこなう。

( 2 ) t 〜 t 次いで、 真空ポンプ 6 0によ り第 2チャンパ Bを P 4になるまで 抜気するが初めは緩やかにゆつく り抜気して異物の巻きこみを防止 する。

( 3 ) t ₃〜 t _{4 :}

第 1チャンパ Aと第 2チャンパ Bの圧力を共に P 4で所定の時間 T 1の間保持して液晶材料 3の内部に含まれている気泡を排出する 。 この時、 第 1チャンパ Aと第 2チャンパ Bの圧力は共に P 4 とさ れるのでゴム膜 3 3は平らに保たれている。

( 4 ) t ₄〜 ：

次に、 第 1チャンパ Aは P 4に保ったまま第 2チャンバ Bに大気 を導入して第 2チャンパ Bの圧力を P 4から P 3まで上げる。

( 5 ) t ₅〜 t ₆ ：

さらに第 1チャンパ Aへ大気を導入して第 1チヤンパ Aの圧力を P 4から P 2へ高め、 第 1チヤンバ Aの圧力を第 2チャンパ Bの圧 力よ り も高く してゴム膜 3 3を第 2基板へ向けて膨張変形させる。 同時にヒータ 4 0によつて基板配設プレー ト 2 3の温度をそれまで の TH 1から TH 2まで上昇せしめる。

( 6 ) t ₆〜 ：

第 1チャンパ Aの圧力を P 2、 第 2チャンパ Bの圧力を P 3、 基 板配設プレー ト 2 3の温度を TH 2にして所定の時間 T 2の間保持 し、 第 1基板 1 に第 2基板 2を差圧 P 2 _ P 3で押しつける。 する と液晶材料の表面張力によ り、 第 1基板 1 と第 2基板 2は貼り合わ せられる。

( 7 ) t ₇〜 t ₈〜 t _g :

まず、 第 1チャンパ Aの圧力を P 2のままで、 第 2チャンパ Bの 圧力を P 2まで上げる。 その後、 第 1チャンパ Aの圧力、 第 2チヤ ンパ Bの圧力を共に、 大気圧まで上昇させる。 この間、 基板配設プ レー ト 2 3 の温度は T H 2から T H 1 へ降下させる。

上記のよ うにして、 第 2基板が液晶材料 3をはさんで第 1基板に 貼り合せられるが、 ゴム膜 3 3を介して空気圧で第 2基板を押圧し ているので均等な貼り合わせが実現される。

請求項 1の発明は、 液晶表示素子を形成するために一対の基板を 液晶材料を介装して貼り合わせる基板貼り合せ装置であるが、 第 1 基板を載置せしめる第 1基板支持部材と、 第 2基板を第 1基板の上 方に離間させて弾性支持し下向きの荷重を受けると第 2基板が第 1 基板に向かって移動することを可能にする第 2基板支持部材とを有 する基板配設容器と、 基板配設容器を密閉可能なふた部材と、 ふた 部材の内側に周囲が密着されたゴム膜であって、 ふた部材で基板配 設容器を密閉したときに、 上側に第 1 チャ ンパを、 下側に第 2チヤ ンパを形成するゴム膜と、 ゴム膜が下方に膨張変形して第 2基板を 第 1基板に向けて押圧する差圧が発生するように第 1チャンバの圧 力と第 2 チャンパの圧力を調整する圧力調整手段と、 第 2基板を第 1基板に向けて押圧する際に、 液晶材料を加熱する加熱手段と、 を 具備し、 加熱手段によ り熱膨張せしめられた液晶材料の表面張力で 第 1基板と第 2基板が貼り合せられる。 したがって、 この装置では 、 ゴム膜の膨張変形を利用して第 2基板を第 1基板に向けて押圧し て両基板を貼り合せるので均等な貼り合せができる。

同様に、 請求項 5の発明は、 液晶表示素子を形成するために、 一 対の基板を液晶材料を介装して貼り合せる方法であるが、 基板配設 容器の第 1基板支持部材に第 1基板を载置せしめ、 第 1基板上に液 晶材料を滴下し、 第 2基板を第 2基板支持部材で第 1基板の上方に 離間させて下方から弾性支持する基板配設ステップと、 基板配設容 器を内側に周囲が密着されたゴム膜を有するふた部材で密閉し、 ゴ ム膜の上側に第 1チャンパを、 下側に第 2チヤンバを形成する 2チ ヤンパ形成ステップと、 圧力調整手段で、 ゴム膜が下方に膨張変形 して第 2基板を第 1基板に向けて押圧する差圧が発生するように第 1 チャンバの圧力と第 2チヤンバの圧力を調整する圧力調整ステッ プとを含み、 圧力調整ステップにおいて、 加熱手段により液晶材料 を加熱し、 加熱手段によ り熱膨張せしめられた液晶材料の表面張力 により第 1基板と第 2基板が貼り合せられる。 したがって、 この方 法では、 ゴム膜の膨張変形を利用して第 2基板を第 1基板に向けて 押圧して両基板を貼り合せるので均等な貼り合せができる。 熱膨張 した液晶材料の表面張力によ り、 第 1基板と第 2基板を貼り合わせ る。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 液晶表示素子を形成するために一対の基板を液晶材料を介装 して貼り合わせる基板貼り合せ装置であって、

第 1基板を载置せしめる第 1基板支持部材と、 第 2基板を第 1基 板の上方に離間させて下方から弾性支持する第 2基板支持部材とを 有する基板配設容器と、

基板配設容器を密閉可能なふた部材と、

ふた部材の内側に周辺部が密着されたゴム膜であって、 ふた部材 で基板配設容器を密閉したときに、 上側に第 1 チャンパを、 下側に 第 2チヤンパを形成するゴム膜と、

ゴム膜が下方に膨張変形して第 2基板を第 1基板に向けて押圧す る差圧が発生するように第 1チャンバの圧力と第 2チャンパの圧力 を調整する圧力調整手段と、

第 2基板を第 1基板に向けて押圧する際に、 液晶材料を加熱する 加熱手段とを具備し、

加熱手段で熱膨張せしめられた液晶材料の表面張力で第 1基板と 第 2基板を貼り合せることを特徴とする基板貼り合せ装置。

2 . 圧力調整手段は、 真空ポンプと、 大気導入弁とを含み、 第 1 チャンパと第 2チャンバを共に大気圧以下にした状態でゴム膜を膨 張変形せしめる、 ことを特徴とする請求項 1 に記載の基板貼り合せ 装置。

3 . 加熱手段は第 1基板支持部材に付設されたヒータである、 こ とを特徴とする請求項 1に記載の基板貼り合せ装置。

4 . ヒータで加熱された第 1基板支持部材を急速冷却可能な冷却 装置を有する、 ことを特徴とする請求項 3に記載の基板貼り合せ装 置。

5 . 液晶表示素子を形成するために一対の基板を液晶材料を介装 して貼り合せる方法であって、

基板配設容器の第 1基板支持部材に第 1基板を載置せしめ、 第 1 基板上に液晶材料を滴下し、 第 2基板を第 2基板支持部材で第 1基 板の上方に離間させて下方から弾性支持する基板配設ステツプと、 基板配設容器を内側に周辺が密着されたゴム膜を有するふた部材 で密閉し、 ゴム膜の上側に第 1チャンパを、 下側に第 2チャンパを 形成する 2チヤンパ形成ステップと、

圧力調整手段で、 ゴム膜が下方に膨張変形して第 2基板を第 1基 板に向けて押圧する差圧が発生するように第 1 チャ ンパの圧力と第 2チヤンパの圧力を調整する圧力調整ステップとを含み、

圧力調整ステップにおいて、 加熱手段によ り液晶材料を加熱し、 加熱手段で熱膨張せしめられた液晶材料の表面張力で第 1基板と第 2基板を貼り合せることを特徴とする方法。

6 . 圧力調整ステップにおいて、 第 1チャンパと第 2チャンパを ともに同じ値の負圧にしてから、 差圧を発生せしめる、 ことを特徴 とする請求項 5に記載の方法。

7 . 圧力調整ステップにおいて、 第 1チャンパと第 2チャンパの 差圧を予め設定した所定のパターンに従って変化させる、 ことを特 徴とする請求項 5に記載の方法。