(57)【特許請求の範囲】
【請求項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チャンバを、下側に第２チャンバ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チャンバ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。
【請求項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チャンバと第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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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チャンバを、下側に第２チャンバを形成する２チャンバ形成ステップと、
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チャ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。
【請求項６】
圧力調整ステップにおいて、第１チャンバと第２チャンバ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。
【請求項７】
圧力調整ステップにおいて、第１チャンバと第２チャンバ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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、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チャンバを、下側に第２チャンバ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チャンバ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基板支持部材に載置され、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チャンバが、下側には第２チャンバが形成される。圧力調整手段で第１チャンバの圧力と第２チャンバ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。
【０００５】
請求項２の発明によれば、請求項１の装置において、圧力調整手段は、真空ポンプと、大気導入弁とを含み、第１チャンバと第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、ことを特徴とする基板貼り合せ装置が提供される。
【０００６】
請求項３の発明によれば、請求項１の装置において、加熱手段が第１基板支持部材に付設されたヒータである、ことを特徴とする基板貼り合せ装置が提供される。
【０００７】
請求項４の発明によれば、請求項３の装置において、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有する、ことを特徴とする基板貼り合せ装置が提供される。
【０００８】
請求項５の発明によれば、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チャンバを、下側に第２チャンバを形成する２チャンバ形成ステップと、
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チャ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。
【０００９】
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チャンバを、下側に第２チャンバを形成し、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チャンバの圧力と第２チャンバ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。
【００１０】
請求項６の発明によれば、請求項５の方法の圧力調整ステップで、第１チャンバと第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した、ことを特徴とする方法が提供される。
【００１１】
請求項７の発明によれば、請求項５の方法の圧力調整ステップで、第１チャンバと第２チャンバ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した、ことを特徴とする方法が提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
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って、貼り付け作業が内部で実行される作業室１０が架台１００の上に載置されている。
作業室１０は、基板が配設される基板配設容器２０と、基板配設容器２０を覆うふた部材３０から構成される。
【００１３】
基板配設容器２０は、外枠部材２１と、中間部材２２を介して外枠部材２１の内側に配設されている基板配設プレート２３から成る。基板配設プレート２３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２４、および、第２基板２を下方から支持する基板支持部材２５が設けられている。なお、第１基板１は例えばＩＣ基板であり、第２基板２は例えばガラス基板である。
【００１４】
第１基板１は位置決め部材２４で水平方向の位置決めをされて基板配設プレート２３の上に載置される。そして、基板配設プレート２３の上に載置された第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２５で第１基板１の上方に支持される。
【００１５】
基板配設プレート２３の下面には、基板配設プレート２３を加熱するヒータ４０が密着して配設されているが、ヒータ４０は基板配設プレート２３の中央を除外して設けられていて、ヒータ４０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２３を初期設定温度まで急速に冷却する冷却装置５０の一部が基板配設プレート２３に接するように配設されており、冷却装置５０は内部に低温水が循環されるように低温水槽７０と連結されている。
また、基板配設プレート２３と中間部材２２の間、中間部材２２と外枠部材２１の間のシール性を確保するために、中間部材２２と外枠部材２１にそれぞれＯリング２７が配設されている。
【００１６】
一方、ふた部材３０は、ふた本体３１と、ふた本体３１にリング部材３２で周辺部を取り付けたゴム膜３３から成る。ゴム膜３３としては、例えば、デュポン社のバイトン（登録商標）（ＶｉｔｏｎＴＭ）が使用される。
そして、ふた部材３０の外側には架台１００に立設された支柱１１０に軸承されたアーム３４が取り付けられ、このアーム３４にはサブアーム３５を介して他端が架台１００に取り付けられたダンパー１２０が取り付けられ、ふた３０は小さな力でも容易に開閉できるようにされている。
なお、基板配設容器２０の外枠部材２１の上面にはふた部材３０を閉じた際にふた部材３０が密着できるようにＯリング２７が配設されている。
【００１７】
図１に示されるようにふた部材３０を閉じると、作業容器１０の内部には、ゴム膜３３の上側の第１チャンバＡと、ゴム膜３３の下側の第２チャンバＢが形成される。
ここで、基板配設容器２０の外枠部材２１には抜気孔２１ａが設けられ、ふた３０のふた本体部材３１にも抜気孔３１ａが設けられており、これらはそれぞれ、配管６１、６２を介して真空ポンプ６０に接続されていて、配管６１、６２の途中には、真空排気弁６１ａ，６２ａ、および、大気を導入するための大気導入弁６１ｂ，６２ｂ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チャンバＡと、第２チャンバＢの圧力が、後述するように制御される。
【００１８】
図２は、基板配設容器２０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２０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４０の配設されている領域であり、ヒータ４０の配置されていない中央部分には冷却装置５０が接している。
【００１９】
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２５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。
【００２０】
図４は図３のＩＶ−ＩＶ線に沿って見た断面図であり、図示されるように、基板支持部材２５はピストン２５ａをバネ２５ｂ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２４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２４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。
【００２１】
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１０のふた部材３０をあけて基板配設容器２０の位置決め部材２４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２５で支持させて所定位置に配置する。このようにして２０対の第１基板１と第２基板２を配置する。
【００２２】
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）ｔ０〜ｔ１：
先ず、ふた部材３０をあけた状態で、真空ポンプ６０により第１チャンバＡを抜気し、第１チャンバＡの圧力を大気圧からＰ４まで降下させ、Ｐ４まで降下したらふた３０を閉じる。これは、ふた３０をしめたときにゴム膜３３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。
【００２３】
（２）ｔ１〜ｔ２〜ｔ３：
次いで、真空ポンプ６０により第２チャンバＢをＰ４になるまで抜気するが初めは緩やかにゆっくり抜気して異物の巻きこみを防止する。
（３）ｔ３〜ｔ４：
第１チャンバＡと第２チャンバＢの圧力を共にＰ４で所定の時間Ｔ１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チャンバＡと第２チャンバＢの圧力は共にＰ４とされるのでゴム膜３３は平らに保たれている。
【００２４】
（４）ｔ４〜ｔ５：
次に、第１チャンバＡはＰ４に保ったまま第２チャンバＢに大気を導入して第２チャンバＢの圧力をＰ４からＰ３まで上げる。
（５）ｔ５〜ｔ６：
さらに第１チャンバＡへ大気を導入して第１チャンバＡの圧力をＰ４からＰ２へ高め、第１チャンバＡの圧力を第２チャンバＢの圧力よりも高くしてゴム膜３３を第２基板へ向けて膨張変形させる。同時にヒータ４０によって基板配設プレート２３の温度をそれまでのＴＨ１からＴＨ２まで上昇せしめる。
【００２５】
（６）ｔ６〜ｔ７：
第１チャンバＡの圧力をＰ２、第２チャンバＢの圧力をＰ３、基板配設プレート２３の温度をＴＨ２にして所定の時間Ｔ２の間保持し、第１基板１に第２基板２を差圧Ｐ２−Ｐ３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）ｔ７〜ｔ８〜ｔ９：
まず、第１チャンバＡの圧力をＰ２のままで、第２チャンバＢの圧力をＰ２まで上げる。その後、第１チャンバＡの圧力、第２チャンバ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２３の温度はＴＨ２からＴＨ１へ降下させる。
【００２６】
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３３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。
【００２７】
【発明の効果】
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チャンバを、下側に第２チャンバ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チャンバ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。
【００２８】
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チャンバを、下側に第２チャンバを形成する２チャンバ形成ステップと、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チャ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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の構成を示す側面図である。
【図２】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】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】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿って見た断面図である。
【図５】第１チャンバと第２チャ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。
【符号の説明】
１…第１基板
２…第２基板
３…液晶材料
１０…作業室
２０…基板配設容器
２１…外枠部材
２２…中間部材
２３…基板配設プレート
２４…位置決め部材
２５…基板支持部材
２７…Ｏリング
３０…ふた
３１…ふた本体部材
３３…ゴム膜
４０…ヒータ
５０…冷却装置
６０…真空ポンプ
６１ａ，６２ａ…真空排気弁
６１ｂ，６１ｂ…大気導入弁
７０…低温水槽
【図１】
0003585457.tif 000002
【図２】
0003585457.tif 000003
【図３】
0003585457.tif 000004
【図４】
0003585457.tif 000005
【図５】
0003585457.tif 000006