◆第２回新機械振興賞受賞者業績概要

液晶真空充填組立てシステムの開発
株式会社 日立インダストリイズ取締役社長

石 津㈱日立インダストリイズ 常務取締役 電子システム事業部長㈱日立インダストリイズ 竜ヶ崎事業所 主管技師㈱日立インダストリイズ 竜ヶ崎事業所 主任技師
㈱日立インダストリイズ 竜ヶ崎事業所 主任技師
㈱日立インダストリイズ 竜ヶ崎事業所 主任技師
㈱日立インダストリイズ 竜ヶ崎事業所 技師
7th
7thGen.
Gen.

はじめに量、省スペース、低消費電力の利点を生かし、さらに、従来のトレンド以上の低価格を設定することによりＣＲＴに取って代わるモニター市

2200 × 1870
1800 × 1500
1500 × 1300

5th
5thGen.
Gen.

1300 × 1100
1250 × 1100
1200 × 1000

4th
4thGen.
Gen.

920 × 730
880 × 680

3rd
3rdGen.
Gen.
2nd
2ndGen.
Gen.

720 × 600
650 × 550

西村の法則

500 × 400
465 × 360

1st1stGen.
Gen.

400 × 300

1×105
19919 091
19919 2931994
1995199619919 79819920 900
20020 1022003
20042005

体として生産量を増やすとともに、高精細、軽ガラス基板面積 [mm2]

ＬＣＤパネルはノートパソコンへの用途を主

1×106

場を急速に開拓した。同様にして、テレビに必澄

村 山 孝 夫
平 井明
三 本勝
中 山 幸 徳内 藤 正 美今 泉
潔

6th
6thGen.
Gen.

日本
韓国
台湾
その他

尚

新
方式
で大型化
従来
方式の
限界主なサイズ(mm)年

要とされていた高速応答と低価格化も実現し、

図１ ＬＣＤガラス基板のサイズ動向

ＬＣＤパネルのテレビ市場への本格参入が始まっている。

液晶真空充填システムは、この限界を打開す

パソコン用液晶表示パネルは15～20インチがる工法を実現したものである。これにより、ガ主体であったが、液晶テレビではサイズが30～ラス基板の大型化への道を拓くことができ、第40インチ、あるいはそれ以上に大型化する傾向

６ (1500mm × 1850mm)、第 ７ 世 代 (1870mm ×にある。ＬＣＤパネル製造工程のうちセル組立2200mm)と西村の法則を超える勢いで液晶パネル工程は、カラーフィルタ基板とＴＦＴ（薄膜トの世界が広がっている。また、この方式は既にランジスタ）基板を位置決めして貼り合せ、パ第５世代（1100mm×1250mm）以上ではセル組立ネル内に液晶を注入して封止するＬＣＤパネルての標準的な方式となっている。

製造の後工程である。しかし従来の液晶注入方開発のねらい式では、注入に時間がかかりパネルサイズの大型化が困難であった。
他方、図１に示すようにＬＣＤパネルの生産

従来 プロセ スで は、貼 合せ 後の基 板間 のス

効率を高めるために、その製造に用いるガラスペースを確保するため、ＴＦＴ（薄膜トランジ基板（マザー基板）も3年で面積が1.8倍になる

スタ）基板にスペーサを散布するかフォトリソという西村の法則に従って伸びてきた。しかグラフィーで柱を形成する。ＣＦ（カラーフィし、従来工法では４世代（代表的なガラス基板ル タ）基 板 に は シ ー ル 剤 を 塗 布 し、仮 硬 化 す

サイズ：730mm×920mm）で限界に達していた。

る。この後、両基板を重ね合わせて仮圧着し、－1－液晶真空充填組立てシステムの開発

熱圧着でシール剤を本硬化して２枚の基板を接る。貼合せを行った基板は、貼合せ装置内で位着する。さらに、スクライブで基板を分断、洗置がずれないように仮止めした後に搬出し、Ｕ浄した後、液晶注入工程に送る。液晶注入工程

Ｖ照射装置でシール剤を仮硬化、その後、硬化

では、パネルを熱、または窒素雰囲気中でパー炉でシール剤を本硬化する。続いて、基板を分ジする前処理を経てバッファ室に送り、パネル断し面取りを行った後、偏光フィルムの貼付け

内の空気を排気、次段の液晶注入室で液晶注入を経て、基板を回路基板実装工程に送り出す。

皿にパネルの液晶注入口を当てる。続いて、液

しかし、この滴下工法を大型のマザー基板に晶注入室を大気に開放あるいは加圧することに適応するには、真空中での基板の保持方法に課より、毛細管現象を利用してパネル内に液晶を題があり実用化に至っていなかった。この課題充填する。パネル内に液晶を注入した後、ＵＶを解決するために、当社では静電吸着を始めと（紫外線）硬化樹脂で注入口を封止し、注入口する各種吸着法を利用した基板保持法を考案・の周りに付着した液晶を拭き取る。その後、液実用化するとともに、クリーンな環境で、高精晶基板の面取りを行い、洗浄、偏光フィルムの度に位置決めする大型ガラス基板にも対応可能

貼付けを経て、基板は回路基板実装工程に送らな機構、ならびに装置を開発した。さらに、プれる。

ロセス評価を通して、シール剤をはじめとする液晶注入工程を短縮するための具体策とし滴下工法に適した材料の開発にも協力した。て、予め一方の基板上に液晶を滴下したＬＣＤ装置の概要

用ガラス基板を真空中で貼り合せる滴下工法が古くから提案されていた。この方法を用いたセル組立てプロセスを図２に示す。このプロセス

真空貼合せ装置は、「液晶真空充填組立てシで は、スペ ーサを 散布す るか フォト リソ グラステム」の中核となる装置で、シール剤を塗布フィで柱を形成したＴＦＴ基板上に直接液晶をした一方の基板と、液晶を滴下した他方の基板滴下し、一方のＣＦ基板にはシール剤を塗布しを、各基板に設けられたの位置合せマークを用て両基板を真空貼合せ装置に送る。そして、貼いて真空中で位置決めし、その後大気圧で圧着合せ装置内を真空排気する。チャンバ内が一定して貼り合せる装置である。の真空圧となった状態で上下に配置したＴＦＴ

図３に真空貼合せ装置の外観写真を、図４に基 板と ＣＦ基 板と の位置 決め を行 い、貼 合せ

その概略構成図を示す。この装置は、内部に上基板テーブル、下基板テーブル及び基板支持機(TF基板)

スペーサ散布(CF 基板)構が設けられた真空チャンバ、下基板テーブル

洗浄／乾燥を高精度に位置決めするＸＹθステージ、上基

打点塗布

板テーブル上下機構、基板マーク認識カメラ、シール剤塗布
液晶滴下

貼り合せ(大気中)
UV 硬化(枚葉)

熱硬化
パネル分断
面取り／洗浄偏光ﾌｨﾙﾑ貼付け・回路基板実装

図３ 真空貼合せ装置の外観

図２ 液晶滴下によるセル組立てプロセス－ 2 －◆第２回新機械振興賞受賞者業績概要

ﾏｰｸ認識
ｶﾒﾗ
大気開放

(4) 真空引きと静電チャックによる基板の保持

M

上基板
ﾃｰﾌﾞﾙ

保持爪

真空排気

M

下基板
ﾃｰﾌﾞﾙ

M
M

真空チャンバのゲートバルブを閉じ、チャンバ内の真空引きを開始する。チャンバ内の真空ｹ ﾞ ｰ ﾄﾊﾞﾙﾌﾞ

度 が所 定の圧 力到 達する のを 待っ て、上 基板

真空ﾁｬ
ﾝﾊﾞ

(5) 上下基板の認識・位置決め

テーブルを位置決め高さまで下降する。

ＵＶ照射
ﾗﾝﾌﾟ
ＸＹθ
ｽﾃｰｼﾞ

微調整用カメラ４台を用いて上下基板の微調整用マークのずれ量を検出し、下基板テーブルのＸＹθステージを用い上/下基板の位置を精密に一致させる。
(6) 基板の貼合せ・仮硬化

図４ 真空貼合せ装置の構成

基板の位置決め後、上基板テーブルをさらに下降して基板を所定の圧力まで加圧する。このＵＶ照射ランプ等から構成されている。
上基板テーブル及び下基板テーブルには基板加圧により上基板に塗布されたシール剤が潰を吸着保持するための真空吸着孔と静電チャッれ、液晶とともにシール内部の真空が保てるよ

クが設けられている。真空チャンバ内部に設けうになる。その後、両基板の位置がずれないよた可動部は真空チャンバの外部から駆動され、うにＵＶ光を照射してシール剤の仮硬化を行な

それらの駆動機構は真空ベローズ等の真空遮断う。

機構によってチャンバ内部と隔離されている。

(7) ギャップ出しチャンバ内を大気圧に開放する。この動作に次に真空貼合せ装置の動作を説明する。

よ り、大気 圧によ って基 板上 に散布 され たス(1) 上基板の供給・保持
まず、シール剤を塗布した面が下側になるよペーサ径及び滴下された液晶量で決まるセル

う に一 方のガ ラス 基板を 反転 する。その 後ロギャップまで、パネルは均一に加圧プレスされボットアーム等を用いゲートバルブを通して真る。

空チャンバの内部に基板を挿入する。そして、(8) 基板の搬出

真空吸着によって上基板テーブルの下面に基板左右の保持爪で基板の周縁部を支持するととを保持し、さらに上基板テーブルに設けられたもに、下静電チャックの内部に組み込んだ昇降静電チャックに通電し、真空中でも基板が保持式の井桁機構により基板の中央部を持上げ、基できるようにしておく。

板の撓みを抑制した状態で基板をロボットアー(2) 上基板マークの探索とカメラの位置決めムに移載してチャンバの外に搬出する。

貼合せ装置のマーク認識カメラと、カメラの移動機構を用い、上基板のマークが各カメラの視野中心に来るようにカメラを位置決めする。
(3) 下基板の供給・保持
基板上に液晶を滴下した下基板を、同じくロボットアーム等を用いて真空チャンバ内に挿入する。続いて、左右の保持爪とロボットアームの上下動作を連動して基板を下基板テーブル上に移載した後、真空吸着および静電チャックを用いて基板を保持する。
図５ 液晶真空充填組立てラインの構成－ 3 －液晶真空充填組立てシステムの開発

図５に液晶真空充填組立てシステムを用いたが可能となった。

ラインの基本構成を示す。このラインは液晶滴③ パネルの枚葉処理が可能であり、リードタイ

下 ディ スペン サ、導通剤 打点 塗布デ ィス ペン

ムが短縮されるため大量の不良発生を未然に防サ、シール剤塗布ディスペンサ、位置決め・反止 でき る。不良防 止によ る価 格低減 効果 があ転装置、真空貼合せ装置を含み、それらの装置る。

間にクリーンロボットを配して基板を搬送する④ スループット確保のために設置されていた多構成となっている。

数の液晶注入装置の設置スペースを大幅に縮減できる。さらに、液晶注入口をふさぐ封止装置技術上の特徴が不要となり、洗浄装置も削減できる。即ち、設備の導入費用を低減できる。
液晶真空充填組立てシステムは、従来のプロ⑤ 液晶の注入量を正確に制御でき、液晶の利用効率（歩留まり）を向上できる。すなわち、従セスとは大きく装置構成が異なっている。
真空貼合せ装置は、従来プロセスにおける大来プロセスでは約５０パーセントであった液晶気貼合せ装置の持つガラス基板の位置決め／貼利用効率が新プロセスでは９０～９５パーセンり合せ機能を、ギャップ出し装置の持つギャットまで向上する。液晶パネル生産時のランニンプ出し機能を、また液晶注入装置の持つ、パネグコストを低減できる。

ル内の脱気とパネル内への液晶注入機能を持⑥ シール剤として熱併用のＵＶ硬化樹脂を使用

ち、注入後の洗浄、注入口の封止工程を不要としているため、ガラス基板の熱伸びによる位置ずしている。

れが発生しにくい。これにより、高品位の液晶テ

この装置は、大型の２枚のガラス基板を真空レビを提供できる。

中で保持する静電チャック等の保持機構を持本システムは、第 5 世代ガラス基板を始めとすち、位置決め機構をチャンバ外に設置することる、量産ラインにおいて適用され、液晶パネルのにより、チャンバ内のクリーン度を維持し、真大型化、品質向上および低価格化に貢献してい空中で、高精度に位置決めを行い、大気圧で均る。

一に貼合せが出来ることを特徴としている。

工業所有権の状況
実用上の効果
液晶真空充填組立てシステムに関連して、国液晶真空充填組立てシステムの効果を列挙す

内外に出願した特許は37件、このうち国内9件、国外7件が既に登録されている。

ると以下のようになる。
① 高粘度液晶、大型狭ギャップパネルのセル組むすび立て工程に対応できる。これにより、高品質の大型液晶テレビを実現することが可能となり、大型ＣＲＴに変わる大型液晶テレビの市場を創生したと言える。
② 液晶注入時間を大幅に短縮できる。すなわ
ち、従来プロセスでは20インチＬＣＤパネルで20時間以上を要していた液晶注入時間が、新プロセスでは4分以下の液晶滴下時間に置き換えられ生産タクトを大幅に短縮、パネルの価格低減

液晶パネルを始めとするフラットパネルディ
スプレイは、高速応答、高精細化、大型化、低消費電力化等を始めとする諸性能を向上し、また生産性向上による価格の低減を続けながら、情報伝達の媒体として市場の拡大を続けていく。当社はセル組立てラインに用いる真空貼り合せを始めとする各種の設備の技術開発、コストの低減も含めた設備開発を継続していく。

－4－