JP2023051787A - タイリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、高い精度で基板にモジュールをタイリングすることができるタイリング装置を提供することを目的とする。【解決手段】基板１を支持するステージ３１と、基板１を臨む位置に、複数の素子が搭載されたモジュール２を搬送するヘッド３２と、ヘッド３２に保持されたモジュール２越しに基板１を臨み、基板１に設けられたアライメントマークＭとモジュール２に設けられたアライメントマークｍとを同一視野内において撮像する撮像部３３と、アライメントマークＭと撮像部３３とを結ぶ光路上に設けられ、アライメントマークＭ、ｍに撮像部３３の焦点が同時に合うように、撮像部３３のアライメントマークＭに対する焦点距離を調整する焦点距離調整部３４と、を備え、ヘッド３２は、撮像部３３が撮像した画像に基づいて、基板１にモジュール２をタイリングする。【選択図】図４

Description

本発明は、タイリング装置に関する。

近年、数十～数百ミクロンメータオーダーの発光ダイオード（ＬＥＤ）素子を複数行複数列に搭載したモジュールの開発が進められている。このようなモジュールを、さらに複数行複数列に並べて、表示装置や照明装置を製造することが検討されている。

特開２０２１－９９３７号公報

上述のような、複数のＬＥＤ素子を搭載したＬＥＤモジュールを複数行複数列に敷き詰める（以下、タイリングするともいう。）ことにおいては、例えば、ＬＥＤモジュールに設けられたアライメントマークと、基板に設けられたアライメントマークとを、撮像し、この撮像画像に基づいて、両者を位置合わせすることが行われる。

このような位置合わせでは、撮像における位置の認識精度が重要になる。例えば、ＬＥＤモジュールを撮像するカメラと基板を撮像するカメラとの位置関係が誤差の要因となる。例えば、熱膨張や振動などによりカメラの位置関係や撮像画像における位置関係が変わってしまい、ＬＥＤモジュールと基板とを高精度に位置合わせすることが困難になることがある。

本発明は、高い精度で基板にモジュールをタイリングすることができるタイリング装置を提供することを目的とする。

本発明のタイリング装置は、基板を支持するステージと、前記基板を臨む位置に、複数の素子が搭載されたモジュールを搬送するヘッドと、前記ヘッドに保持された前記モジュール越しに前記基板を臨み、前記基板に設けられた第１のアライメントマークと前記モジュールに設けられた第２のアライメントマークとを同一視野内において撮像する撮像部と、前記第１のアライメントマークと前記撮像部とを結ぶ光路上に設けられ、前記第１のアライメントマークと前記第２のアライメントマークとに前記撮像部の焦点が同時に合うように、前記撮像部の前記第１のアライメントマークに対する焦点距離を調整する焦点距離調整部と、を備え、前記ヘッドは、前記撮像部が撮像した画像に基づいて、前記基板に前記モジュールをタイリングする。

本発明のタイリング装置は、高い精度で基板にモジュールをタイリングすることができる。

実施形態の基板を示す平面図である。 実施形態のモジュールを示す平面図（Ａ）及び側面図（Ｂ）である。 実施形態の供給台及びタイリング装置を示す平面図である。 実施形態のタイリング装置を示す側面図である。 実施形態のピックアップ時の様子を示す模式図である。（（Ａ）位置合わせ前、（Ｂ）ピックアップ時、（Ｃ）ピックアップ後） 実施形態のタイリング手順を示す図である。 実施形態の制御装置を示すブロック図である。 実施形態のタイリング手順を示すフローチャートである。 実施形態の撮像部の撮像視野を示す図である。 実施形態のモジュールのタイリングすべき向きを説明する図である。 変形例の焦点距離調整部を示す側面図（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）である。

本発明の実施の形態（以下、本実施形態と呼ぶ）について、図面を参照して具体的に説明する。まず、基板及びモジュールについて説明し、次に、タイリング装置について説明する。なお、各図は、本実施形態を模式的に示したものである。

［基板］
図１に示すように、本実施形態の基板１は、表示装置の基板であり、その表面に後述のモジュール２がタイリングされる。基板１の表面には、所望の位置にモジュール２を位置合わせしてタイリングするために、アライメントマークＭが設けられる。アライメントマークＭは、モジュール２に設けられたアライメントマークｍに対応する位置に設けられる。すなわち、アライメントマークＭ、ｍは、基板１にモジュール２をタイリングするための基準となる印である。本実施形態のアライメントマークＭは、正方形のモジュール２の四隅に１つずつ設けられるアライメントマークｍに対応して、１つのモジュール２に対して４つ設けられる（図１において、点線でモジュール２を示す）。すなわち、４つのアライメントマークＭの組は、正方形の頂点に位置するように設けられる。この４つのアライメントマークＭの組が、基板１の表面に複数行複数列に設けられることにより、基板１にモジュール２をタイリングすることができる。図１は、基板１に４つのモジュール２がタイリングされるようアライメントマークＭが設けられていることを示している。また、基板１の表面は、図示しない薄い粘着層により覆われており、この粘着層を介して基板１とモジュール２とが接着される。なお、四隅、頂点とは、その近傍を含む。

［モジュール］
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、本実施形態のタイリング対象であるモジュール２は、フレキシブル基板２１と、フレキシブル基板２１の表面に設けられたアライメントマークｍと、フレキシブル基板２１の表面に搭載された複数の発光素子２２と、アライメントマークｍ及び発光素子２２を封止する封止部材２３と、を備える。モジュール２は、後述のタイリング装置３により、基板１の表面にタイリングされる。

フレキシブル基板２１は、例えばポリイミドからなり、その表面には発光素子２２が搭載される。図２（Ａ）に示すように、本実施形態のフレキシブル基板２１は、平面視で正方形であり、フレキシブル基板２１の四隅には、基板１のアライメントマークＭに対応して、基板１にモジュール２を位置合わせするためのアライメントマークｍが設けられる。すなわち、４つのアライメントマークｍの組は、正方形の頂点に位置するように設けられる。なお、アライメントマークＭ、ｍの組は、本実施形態では４組設けられるが、実際に位置合わせに用いられるのは、後述のように２組である。従って、アライメントマークＭ、ｍの組は、２組であっても良い。なお、四隅、頂点とは、その近傍を含む。

発光素子２２は、ＬＥＤ素子であり、フレキシブル基板２１の表面に複数搭載される。本実施形態の発光素子２２は、特にマイクロメータオーダーのＬＥＤ素子であり、その高さは例えば２５μｍ程度である。

図２（Ｂ）に示すように、封止部材２３は、透明な樹脂部材であり、フレキシブル基板２１の表面に設けられたアライメントマークｍ及び発光素子２２を封止する。封止部材２３は、例えば、硬化する前の粘度が４０００ｍＰａ・ｓ程度の熱硬化性樹脂を用いることができる。封止部材２３は、モジュール２の発光素子２２が搭載されている側の面に供給された硬化性樹脂を硬化させることにより形成することができる。なお、封止部材２３の厚みは、例えば５０～３００μｍである。封止部材２３は、上述のように透明な樹脂部材であるため、封止部材２３越しにアライメントマークｍ及び発光素子２２を視認することができる。

［タイリング装置］
［構成］
タイリング装置３は、図３及び図４に示すように、筐体Ｃ、供給台Ｓ、ステージ３１、ヘッド３２、移動機構３２０、撮像部３３、焦点距離調整部３４、制御装置８を有する。筐体Ｃは、その内部に、供給台Ｓ、ステージ３１、ヘッド３２、移動機構３２０、制御装置８を格納する。供給台Ｓは、移動可能に設けられ、モジュール２を支持し、モジュール２をタイリング装置３に供給する。ステージ３１は、移動可能に設けられ、基板１を支持する。ヘッド３２は、移動機構３２０と協働して、モジュール２を、供給台Ｓから基板１へ移送する。このとき、撮像部３３によって、直接及び／又は焦点距離調整部３４を介して、基板１のアライメントマークＭ、モジュール２のアライメントマークｍが撮像され、その撮像結果に基づいて、移動機構３２０およびステージ３１によって、モジュール２が基板１の載置位置に位置合わせされて載置され、タイリングされる。制御装置８は、各構成を制御する（図６参照）。なお、図３においては、焦点距離調整部３４の図示を省略している。

図３において、供給台Ｓとステージ３１とが並ぶ方向をＸ方向とし、ステージ３１の盤面に平行な平面において、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向とし、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向をＺ方向とする。Ｚ方向は、図中、紙面を貫く方向である。本実施形態においては、Ｚ方向が鉛直方向となるようにタイリング装置３が設置され、これにより、ＸＹ平面は水平面となる。この場合、Ｚ方向は高さ方向であり、設置面側を下方、反対側を上方と呼ぶ。すなわち、下方とは重力の向きである。また、ＸＹ平面に平行な回転方向をθ方向とする。

供給台Ｓは、平坦な盤面を有し、当該盤面に１つまたは複数のモジュール２を支持する支持台である。本実施形態では、供給台Ｓは、図３に示すように、４つのモジュール２を支持する。供給台Ｓは、図示しない直動機構によりＹ方向に移動可能に設けられ、筐体Ｃの内外を往復する。これにより、供給台Ｓは、筐体Ｃの外部から筐体Ｃの内部へと、基板１にタイリングされるモジュール２を搬入することができる。また、後述するように、ヘッド３２がモジュール２をピックアップできるよう、移動機構３２０と協働して、ピックアップすべきモジュール２がヘッド３２に臨むように、モジュール２を移動させる。なお、図示しない直動機構は、例えばモータ、リニアガイド及びボールネジからなり、供給台Ｓの盤面は、このリニアガイドのスライダに支持されている。なお、ロボット等による搬入装置を別に設けて、タイリング装置３の外部から供給台Ｓにモジュール２を搬入するようにしてもよい。このとき、モジュール２を一つずつ搬入してもよいし、トレイを用いて複数のモジュール２を一括して搬入するようにしてもよい。

ステージ３１は、平坦な盤面を有し、当該盤面に基板１を支持する支持台である。本実施形態のステージ３１は、図３に示すように、１つの基板１を支持する。ステージ３１は、図示しない直動機構によりＹ方向に移動可能に設けられ、筐体Ｃの内外を往復する。これにより、ステージ３１は、筐体Ｃの外部から筐体Ｃの内部へと基板１を搬入し、また、筐体Ｃの内部から筐体Ｃの外部へとモジュール２がタイリングされた基板１を搬出することができる。さらに、後述するように、ヘッド３２が、モジュール２を基板１の所定位置に載置して、タイリングできるよう、ヘッド３２が基板１のモジュール２のタイリング予定位置を臨むように移動機構３２０とステージ３１が協働して基板１を移動させる。なお、図示しない直動機構は、例えばモータ、リニアガイド及びボールネジからなり、ステージ３１の盤面は、このリニアガイドのスライダに支持されている。なお、ロボット等による搬出装置を別に設けて、ステージ３１からタイリング装置３の外部に基板１を搬出するようにしてもよい。

本実施形態において、ステージ３１上に載置された基板１表面のアライメントマークＭと、供給台Ｓ上に載置されたモジュール２の表面のアライメントマークｍとが同じ高さになるように設定される。この設定は、モジュール２のフレキシブル基板２１の厚さや基板１の厚さなどに応じて、供給台Ｓ、ステージ３１の支持面の高さを、図示しない調整機構、例えば押し引きネジによる微動機構などで設定することができる。

ヘッド３２は、供給台Ｓに支持されたモジュール２を吸着保持し、ステージ３１に支持された基板１にタイリングするヘッドである。図４に示すように、ヘッド３２は、直動機構３２１に昇降機構３２２を介して支持され、供給台Ｓからステージ３１へとモジュール２を移載できるように、両者の間を移動可能に設けられる。直動機構３２１は、例えばモータ、リニアガイド及びボールネジからなり、供給台Ｓ及びステージ３１の上方に架け渡され、供給台Ｓ及びステージ３１の盤面を臨むように延設されている。リニアガイドは、レール３２１ａ、ガイド３２１ｂ、スライダ３２１ｃ、及びベース３２１ｄで構成されている。ベース３２１ｄに水平方向に移動が可能なようにレール３２１ａが取り付けられる。レール３２１ａを掴むようにしてガイド３２１ｂがあり、ガイド３２１ｂは、スライダ３２１ｃに取り付けられている。昇降機構３２２は、例えばモータ、リニアガイド及びボールネジからなり、直動機構３２１のスライダに支持され、供給台Ｓ及びステージ３１に接離する方向に延設されている。リニアガイドは、ヘッド３２の側面にスライダ３２２ｃが取り付けられ、スライダ３２２ｃには、ガイド３２２ｂが取り付けられている。また、直動機構３２１側のスライダ３２１ｃに垂直移動が可能なようにレール３２２ａが取り付けられている。ヘッド３２は、この昇降機構３２２のスライダに支持されている。この直動機構３２１および昇降機構３２２によって、移動機構３２０が構成される。なお、図４にはレール３２１ａとガイド３２１ｂは、２個ずつ図示されているが、ベース３２１ｄやスライダ３２１ｃのサイズに合わせて数を増減してもよい。また３２２ａとガイド３２２ｂも同様に数を増減してもよい。

ヘッド３２の、供給台Ｓ、ステージ３１を臨む側には、保持部３２ａが設けられている。保持部３２ａには、供給台Ｓ、ステージ３１を臨む面に図示しない吸引孔が設けられ、この吸引孔に負圧を発生させることにより、モジュール２を吸着保持し、供給台Ｓからピックアップすることができる。また、保持部３２ａは、吸引孔に生じさせた負圧を解除することにより、モジュール２を解放し、基板１にタイリングすることができる。さらに、保持部３２ａは、図示しないθ方向回転機構により、ヘッド３２に対してθ方向に回転可能に設けられており、保持したモジュール２をθ方向に回転させることができる。これにより、保持部３２ａは、基板１に対してモジュール２をタイリングする際にその向きを調整することができる。なお、このθ方向の回転機構も、移動機構３２０に含まれる。

ヘッド３２には、図示しない接触センサが設けられている。保持部３２ａがモジュール２に接触したこと、あるいはモジュール２を保持した状態で基板１に接触したことは、この接触センサによって検出される。接触センサは、例えば渦電流センサなどのギャップセンサである。この接触センサが検出した接触情報に基づいて、ヘッド３２は、モジュール２の吸着保持または解放を行うことができる。

本実施形態の保持部３２ａは、モジュール２の四隅に設けられたアライメントマークｍのうち少なくとも２つが上方から視認可能となるように、モジュール２を吸着保持する。これは、保持部３２ａが、モジュール２の上面のうち、アライメントマークｍを上方から視認するにあたって妨げにならない部分を吸着保持することによって実現される。さらに、本実施形態においては、保持部３２ａが吸着保持したモジュール２のアライメントマークｍと撮像部３３とを結ぶ光路上において、石英ガラスなどの透明部材からなる透明部３２ｂが保持部３２ａの側面に設けられる。すなわち、撮像部３３は、この透明部３２ｂ越しにアライメントマークｍを撮像する。透明部３２ｂの下面は、保持部３２ａの下面と同一の高さとなるように設けられ、これにより、モジュール２は、その上面（封止部材２３面）を保持部３２ａと透明部３２ｂとによって平らに全面支持され、ヘッド３２は、基板１にモジュール２をタイリングする際に、基板１にモジュール２の上面全体を押し付けることができる。

撮像部３３は、モジュール２のアライメントマークｍと、基板１のアライメントマークＭとを同一視野において撮像するレンズ等の一つの光学系と一つの撮像素子を有するカメラである。すなわち、撮像部３３は、ヘッド３２に保持されたモジュール２越しに基板１を臨み、基板１に設けられたアライメントマークＭと、基板１の今回タイリングする箇所に臨むように位置付けられたモジュール２に設けられたアライメントマークｍとを同一視野内において撮像できる位置に設けられる。また、撮像部３３の焦点距離は、基板１に臨むモジュール２のアライメントマークｍが位置付けられる予め定めた基準高さ位置に設定されている。

本実施形態の撮像部３３は、ヘッド３２の上方において、直動機構３２１に支持される。より詳細には、直動機構３２１に支持されるコの字型のフレーム３３ａの両端部に１つずつ、計２つ設けられる。フレーム３３ａは、コの字の平行な２辺を接続する１辺が直動機構３２１に支持され、ヘッド３２がＸ方向に移動するのに連動してＸ方向に移動可能に設けられる。すなわち、撮像部３３は、ヘッド３２の保持部３２ａがモジュール２を保持し、基板１を臨む位置に搬送された状態において、アライメントマークｍ及びアライメントマークＭの上方に位置するように設けられている。これにより、図８に示すように、各撮像部３３が同時に、互いに対応するアライメントマークｍとアライメントマークＭとを同一視野内において撮像する。同一視野内において撮像するとは、この撮像視野内において複数の撮像対象を同時に（一度にまとめて）撮像することを指す。各撮像部３３は、アライメントマークｍとアライメントマークＭとを撮像した画像を、後述の制御装置８に送信する。なお、各撮像部３３は、基板１に臨むモジュール２のアライメントマークｍが位置付けられる予め定めた基準高さ位置に焦点距離が一致する高さ位置に設置される。

焦点距離調整部３４は、撮像部３３のアライメントマークＭに対する撮像部３３の焦点距離を調整し、アライメントマークＭに焦点を合わせる石英ガラスなどの透明部材である。すなわち、焦点距離調整部３４は、基板１のアライメントマークＭと撮像部３３とを結ぶ光路上に設けられ、撮像部３３の焦点距離を基板１まで伸ばす。この様に、焦点距離調整部３４は、実際の焦点の位置を撮像部３３から遠ざけるので、撮像部３３からの距離が近いモジュール２のアライメントマークｍに撮像部３３の焦点が合う状態を基準に、アライメントマークＭにも撮像部３３の焦点が合う様にする部材である。例えば、アライメントマークＭが設けられた基板１の上面から１ｍｍ上方にアライメントマークｍが位置した状態が、アライメントマークｍが位置付けられる予め定めた基準高さ位置とする。この状態で、アライメントマークＭ、ｍを同一視野内において撮像する時は、アライメントマークＭと撮像部３３とを結ぶ光路上に約０．３ｍｍの厚みの焦点距離調整部３４が用いられる。また、図８に示すように、焦点距離調整部３４は、撮像部３３の撮像視野の半分（図８における下側）に被るように設けられ、これにより、撮像視野の残りの半分（図８における上側）の焦点距離に比して、撮像部３３の撮像視野の下半分の焦点距離を伸ばす。なお、本実施形態の撮像部３３の撮像視野の上半分には、後述するように、ヘッド３２が保持したモジュール２及びアライメントマークｍが映し出される。このように、焦点距離調整部３４によって、撮像部３３の焦点距離は、予め定めたアライメントマークｍとＭの両方に同時に焦点が合うように固定して設定される。

焦点距離調整部３４は、図示しない支持部材を介して直動機構３２１に支持され、ヘッド３２及び撮像部３３がＸ方向に移動するのに連動してＸ方向に移動可能に設けられる。これにより、図４の破線の矢印に示すように、撮像部３３は、基板１の上方においてヘッド３２により保持されたモジュール２のアライメントマークｍに焦点を合わせた状態で、アライメントマークＭにも焦点を合わせることができる。従って、撮像部３３の撮像画像は、アライメントマークｍとアライメントマークＭとの両方に焦点が合ったものとなるため、後述の制御装置８における補正処理を高い精度で実現することができる。なお、実際には、焦点距離調整部３４だけでなく、透明部３２ｂも撮像部３３の焦点距離を伸ばしている。そのため、焦点距離調整部３４は、透明部３２ｂの厚みよりも基板１と撮像部３３とを結ぶ光路方向に厚い透明部材により構成される。

制御装置８は、タイリング装置３を制御する装置である。この制御装置８は、例えば、専用の電子回路若しくは所定のプログラムで動作するコンピュータ等によって構成される。すなわち、制御装置８は、供給台Ｓ、ステージ３１、ヘッド３２、撮像部３３などの動作を制御することにより、タイリング装置３の動作を制御する。図６に示すように、制御装置８は、記憶部８１と、撮像制御部８２と、演算部８３と、移動制御部８４と、設定部８５と、入出力制御部８６と、を備える。

記憶部８１は、ＨＤＤまたはＳＳＤ等の記憶媒体である。記憶部８１には、システムの動作に必要なデータ、プログラムが予め記憶され、またシステムの動作に必要なデータを記憶する。撮像制御部８２は、撮像部３３の動作を制御する。つまり、撮像部３３の起動、撮像、停止、画像送信、焦点合わせ等の撮像に関する制御を行う。演算部８３は、撮像部３３から受信した撮像画像に基づいて、アライメントマークＭ、ｍのずれ量を演算し、演算したずれ量を移動制御部８４に送信する。

移動制御部８４は、供給台Ｓ、ステージ３１、移動機構３２０の移動を制御する。この制御は、記憶部８１に予め記憶されているシステムの動作に必要なデータ、プログラム、撮像部３３が撮像した撮像画像、演算部８３の演算結果などに基づくものである。特に、本実施形態の移動制御部８４は、演算部８３が演算したアライメントマークＭ、ｍのずれ量に基づいて、ステージ３１に支持された基板１にヘッド３２に保持されたモジュール２を位置合わせする制御を行う。なお、移動制御部８４による制御は、例えば後述の入力装置９１から入力されるユーザの命令に基づくものであっても良い。

設定部８５は、入力に従って情報を記憶部８１に設定する処理部である。入出力制御部８６は、制御対象となる各部との間での信号の変換や入出力を制御するインタフェースである。

制御装置８には、入力装置９１、出力装置９２が接続されている。入力装置９１は、オペレータが、制御装置８を介してタイリング装置３を操作するためのスイッチ、タッチパネル、キーボード、マウス等の入力手段である。オペレータは、入力装置９１によって、記憶部８１に設定される各種の情報を入力することができる。出力装置９２は、装置の状態を確認するための情報を、オペレータが視認可能な状態とするディスプレイ、ランプ、メータ等の出力手段である。また、出力装置９２は、入力装置９１からの情報の入力画面を表示することができる。

［作用］
次に、本実施形態の動作例を、図４Ｂ、図５及び図７を参照して説明する。図４Ｂは、ピックアップ時の様子を示し、図５は、実施形態のタイリング手順を示す。図７は、タイリング装置３のタイリング手順を示すフローチャートである。図示はしないが、はじめに、モジュール２は供給台Ｓに支持されて筐体Ｃ内部に搬入され、基板１もステージ３１に支持されて筐体Ｃ内部に搬入され、供給台Ｓとステージ３１が隣接するように待機する（図３参照）。また、ヘッド３２、撮像部３３及び焦点距離調整部３４は、供給台Ｓの上方において直動機構３２１に支持され、供給台Ｓに支持された今回ピックアップすべきモジュール２を臨んで待機している。

まず、図４Ｂ（Ａ）に示すように、移動制御部８４により、撮像部３３とモジュール２が所定の位置関係となるように、供給台Ｓと移動機構３２０の移動を制御する。ここでの所定の位置関係とは、撮像部３３が焦点距離調整部３４を介して、供給台Ｓ上のモジュール２のアライメントマークｍを撮像できる位置関係である。次に、撮像制御部８２により、撮像部３３は、供給台Ｓに支持された今回ピックアップすべきモジュール２のアライメントマークｍを撮像し、この撮像画像を移動制御部８４に送信する。供給台Ｓ上に載置されたモジュール２のアライメントマークｍは、ステージ３１上に載置された基板１のアライメントマークＭと同じ高さとしているため、撮像部３３で供給台Ｓ上のモジュール２のアライメントマークｍを撮像する際には、焦点距離調整部３４を介すことでピントが合った鮮明な画像を得ることができる。移動制御部８４は、この撮像画像に基づいて、既知の画像処理によって撮像部３３に対するアライメントマークｍの位置を算出し、所定の位置関係となるように供給台Ｓと移動機構３２０の移動を制御する。つまり、供給台ＳをＹ方向に、ヘッド３２をＸ方向にそれぞれ移動させ、図５（Ａ）に示すように、モジュール２に対して所定の位置、すなわち、ピックアップする位置にヘッド３２を位置合わせする（ステップＳ０１）。

続いて、図４Ｂ（Ｂ）に示すように、ヘッド３２をモジュール２に向けてＺ方向に移動させ、モジュール２の上面にヘッド３２の保持部３２ａを接触させる。さらに、ヘッド３２の保持部３２ａに負圧を生じさせ、モジュール２を吸着保持する。図４Ｂ（Ｃ）に示すように、ヘッド３２を、モジュール２を吸着保持した状態で基板１上に移動するのに支障の無い高さまで移動させることにより、供給台Ｓからモジュール２をピックアップする（ステップＳ０２）。なお、ピックアップした時、モジュール２のアライメントマークｍが、撮像部３３で焦点距離調整部３４を介さずに、ピントの合った撮像ができる高さの位置で保持される。

次に、図５（Ｂ）に示すように、記憶部８１に記憶されている、今回モジュール２をタイリングする基板１上の位置に向けて、モジュール２を吸着保持したヘッド３２をＸ方向に移動させ、基板１が支持されたステージ３１をＹ方向に移動させる。これにより、モジュール２は、ステージ３１に支持された基板１の上方に搬送される（ステップＳ０３）。ここで、今回モジュール２をタイリングする基板１上の位置とは、図５を例にすると、基板１の右上の位置であり、その次は、基板１の左上、追って左下と移っていく。この移動において、移動制御部８４は、モジュール２をタイリングする基板１上の位置に設けられているアライメントマークＭとモジュール２に設けられているアライメントマークｍを同一視野内で撮像するために、モジュール２をタイリングする基板１上の位置に設けられているアライメントマークＭに対して、モジュール２に設けられているアライメントマークｍがＸＹ平面で所定量ずれた位置を算出し、その位置にアライメントマークｍが位置付けられる様、モジュール２と基板１とを相対移動させる。このときの、所定量ずれた位置の所定量とは、基板１のアライメントマークＭが焦点距離調整部３４を介さずに撮像部３３で撮像でき、モジュール２のアライメントマークｍが焦点距離調整部３４を介して撮像部３３で撮像できる、撮像部３３の同一視野内となるような視野範囲に基づいた量となる。

続いて、移動制御部８４により、ヘッド３２をアライメントマークＭ、ｍを同一視野内で撮像する高さに移動させる。この高さは、撮像部の焦点がアライメントマークｍに合うと共に、焦点距離調整部３４を介してアライメントマークＭにも合う高さである。この高さは、予め記憶されていた焦点距離の設計値に基づくものとなっている。そして、撮像制御部８２により、撮像部３３は、モジュール２に設けられたアライメントマークｍと、基板１に設けられたアライメントマークＭとを同一視野に収めた撮像画像を撮像し、演算部８３及び移動制御部８４に送信する（ステップＳ０４）。この時の撮像部３３の撮像視野について、図８を参照しつつ説明する。

図８は、撮像部３３がモジュール２のアライメントマークｍと基板１のアライメントマークＭとを撮像している様子を示す。撮像部３３は、アライメントマークｍとアライメントマークＭを同一視野内において撮像するために、両方のアライメントマークが写るように位置付けられる。図中、モジュール２の部分にはハッチングを施している。図８における円で示す領域が撮像視野である。その円内、すなわち同一の撮像視野内にアライメントマークＭ、ｍが示されている。この場合、図中上側にモジュール２の外形とアライメントマークｍが映っており、撮像部３３は図中上側の領域でアライメントマークｍを撮像する。同時に、図中下側にアライメントマークＭが映っており、撮像部３３は図中下側の領域でアライメントマークＭを撮像する。

ここで、撮像部３３のアライメントマークＭまでの光路上には、透明部材からなる焦点距離調整部３４が存在している。つまり、図８中下側の領域に焦点距離調整部３４が存在していることになる。この焦点距離調整部３４により、撮像部３３の焦点がアライメントマークＭに合うようになっている。すなわち、撮像制御部８２により、撮像部３３の焦点は、モジュール２のアライメントマークｍに合わせられているところ、この焦点距離調整部３４により基板１のアライメントマークＭにも合わせられている。これにより、撮像部３３は、距離の異なる位置にあるアライメントマークＭ、ｍの両方に焦点を合わせて撮像することができる。

また、ステップＳ０４においては、さらに、昇降機構３２２によりヘッド３２を撮像部３３に接離する方向（Ｚ方向）に移動させ、撮像部３３の焦点に合う様、モジュール２のアライメントマークｍの高さ位置を調整しても良い。モジュール２は、その上面が保持部３２ａに保持されている。つまり、モジュール２のアライメントマークｍと保持部３２ａとは封止部材２３を介して保持されることになる。したがって、モジュール２の厚みにばらつきがある場合（上述した様に、モジュール２の封止部材２３の厚みは、硬化性樹脂を延展させて形成されるため、ばらつきがある。）、モジュール２の焦点が合わなくなる虞がある。このとき、ヘッド３２の高さ位置を上下させることで、撮像部３３からのアライメントマークｍまでの距離を、封止部材２３の厚さのばらつきの分を吸収するように調整することができる。このような焦点合わせは、撮像部３３によって、既知の方法で行うことができる。

前述のように、撮像部３３のモジュール２のアライメントマークｍに対する焦点が合う焦点距離の設計値に基づいて、ヘッド３２の高さが位置付けられる。つまり、アライメントマークＭ、ｍの撮像時、モジュール２のアライメントマークｍが基板１の上方に所定の間隔（高さ）で位置付けられる。この間隔は、モジュール２を基板１のタイリング位置に位置合わせする際に移動が可能な間隔となっている。この間隔はすなわち、モジュール２の基板１からの高さ（距離）であり、焦点距離調整部３４が調整する距離に該当する。したがって、この間隔は、アライメントマークＭ、ｍ撮像時には初期値としてＺ方向の位置（モジュール２と基板１の間隔）となり一定である。このため、焦点距離調整部３４の厚みは、この間隔によって決定されている。すなわち、焦点距離調整部３４の厚みは固定となる。ところで、モジュール２の封止部材２３とは違って、基板１の厚さはほとんどばらつきがなく、また設計値からのずれもほとんどない。したがって、撮像部３３の基板１のアライメントマークＭとの焦点距離調整部３４を介した焦点は、モジュール２のアライメントマークｍとの焦点距離を基準にして設けられたものであっても、大きくずれることがない。したがって、モジュール２の厚みにばらつきがあり、設計値ではモジュール２の焦点が合わない場合でも、基板１のアライメントマークＭには焦点が合っているので、ヘッド３２は、モジュール２の厚みに基づいて、モジュール２のアライメントマークｍに焦点が合うようにモジュール２を上下させるように制御しても良い。これにより、個々のモジュール２の厚みのばらつきによるアライメントマークｍの位置の変動に対応することが出来、より厳密にアライメントマークｍに焦点を合わせることができる。

ステップＳ０４の後、図８に示すような撮像画像に基づいて、演算部８３は、アライメントマークＭ、ｍの、それぞれの位置を検出し、アライメントマークＭ、ｍの位置関係を演算する（ステップＳ０５）。すなわち、アライメントマークＭ、ｍ間の、ずれの方向とずれ量を演算する。本実施形態では、２つの撮像部３３を有する。この２つの撮像部３３により、図８に示すような撮像画像を２枚取得することができる。２カ所の撮像画像に基づいて基板１とモジュール２とのずれの方向とずれ量を演算する。図９（Ａ）に示す事例は、基板１（モジュール２がタイリングされるべき向き）とヘッド３２に保持されているモジュール２の向きと位置が合っていない場合を示している。点線で示す円は撮像視野を示している。撮像部３３は二つあり、それぞれの視野範囲を示している。そして、二つの撮像部３３によって、左右それぞれの視野範囲のアライメントマークＭ、ｍの撮像を行う。この左右それぞれのアライメントマークＭ、ｍの撮像画像から、左右それぞれのアライメントマークＭとアライメントマークｍとの位置関係（ずれの方向とずれ量）を演算する。また、左右のアライメントマークＭ同士の位置関係（ずれの方向とずれ量）、左右のアライメントマークｍ同士の位置関係（ずれの方向とずれ量）を演算し、その結果から、二つのアライメントマークＭを結ぶ線と二つのアライメントマークｍを結ぶ線とがなす角度を演算する。この角度は、基板１とモジュール２がなす角度である。これらの演算結果から、基板１とモジュール２の位置関係（ずれの方向とずれ量）を求める。つまり、２つの撮像部３３の撮像画像に基づいて、アライメントマークＭ、ｍにおけるずれの方向とずれ量を演算することにより、ＸＹ方向およびθ方向のずれを補正し、図９（Ｃ）に示すように正確なタイリングを可能としている。

なお、図９（Ａ）の事例は、理解を容易とするために極端な方向のずれを示しているが、モジュール２のピックアップ時にヘッド３２に対して位置合わせしているので、例えば、図９（Ｂ）に示すような、アライメントマークＭとアライメントマークｍの位置関係が逆になるほどの方向のずれが生じることはほとんどない。仮に、ヘッド３２の移動中にモジュール２がずれてしまい、アライメントマークＭとアライメントマークｍの位置関係が逆になってしまった場合には、２カ所のいずれかのアライメントマークＭがモジュール２によって隠されてしまい、そもそも撮像ができない状態となる。このような場合はエラーとして処理の停止となる。また、ステップ０３での説明のように、アライメントマークＭとアライメントマークｍを同一視野内で撮像するために、モジュール２をアライメントマークＭに対してアライメントマークｍがＸＹ平面で所定量ずれた位置に位置付けている。したがって、アライメントマークＭとアライメントマークｍの位置関係が逆になるようなことは回避される。ただし、視野範囲からは外れてしまう可能性があり、この場合もいずれかのアライメントマークが撮像できず、この場合もエラーとして処理の停止となる。したがって、基板１とモジュール２の方向のずれは、上述の二つのアライメントマークＭを結ぶ線と二つのアライメントマークｍを結ぶ線がなす角度を演算することを行わず、左右それぞれのアライメントマークＭとアライメントマークｍとの位置関係（ずれの方向とずれ量）のずれ量の差分量から演算してもよい。つまり、左右それぞれのアライメントマークＭ、ｍの間隔からずれの方向（角度）を演算してもよい。この場合、演算処理を簡易とできる。

さらに、演算部８３は、この演算結果を移動制御部８４に送信し、移動制御部８４は、図５（Ｃ）に示すように、この演算結果に基づいて、ステージ３１をＹ方向に、ヘッド３２をＸ方向に、保持部３２ａをθ方向に移動させ、平面視でアライメントマークＭ、ｍが重なるように、基板１にモジュール２を位置合わせする（ステップＳ０６）。最後に、移動制御部８４は、基板１に向けてヘッド３２を移動（下降）させることにより、基板１にモジュール２をタイリングする（ステップＳ０７）。その後、ヘッド３２は、モジュール２の吸着保持を解除し、基板１から離れる方向に移動（上昇）した後、再びＸ方向に移動して、図５（Ｄ）に示すように、供給台Ｓの上方、具体的には次に吸着保持するモジュール２上方に移動する（ステップＳ０８）。以上のステップＳ０１～ステップＳ０８を繰り返すことにより、基板１にモジュール２がタイリングされる。なお、供給台Ｓが空になった場合や基板１の全面にモジュール２がタイリングされた場合は、移動制御部８４により、供給台Ｓやステージ３１が筐体Ｃの外部へと移動し、新たなモジュール２や基板１を支持して筐体Ｃ内部に戻る。これにより、連続的にタイリングが行われる。

［効果］
（１）本実施形態のタイリング装置３は、基板１を支持するステージ３１と、基板１を臨む位置に、複数の素子が搭載されたモジュール２を搬送するヘッド３２と、ヘッド３２に保持されたモジュール２越しに基板１を臨み、基板１に設けられたアライメントマークＭとモジュール２に設けられたアライメントマークｍとを同一視野内において撮像する撮像部３３と、アライメントマークＭと撮像部３３とを結ぶ光路上に設けられ、アライメントマークＭ、ｍに撮像部３３の焦点が同時に合うように、撮像部３３のアライメントマークＭに対する焦点距離を調整する焦点距離調整部３４と、を備え、ヘッド３２は、撮像部３３が撮像した画像に基づいて、基板１にモジュール２をタイリングする。

これにより、撮像部からの距離の異なるアライメントマークＭ、ｍの両方に同時に焦点を合わせた撮像画像に基づいて、基板１にモジュール２をタイリングすることができるので、従来に比して高精度なタイリングを行うことができる。基板１にモジュール２をタイリングするために、モジュール２は基板１の上を移動する必要がある。このため、モジュール２が、基板１のモジュール２をタイリングする箇所に臨むように位置付けられる時、基板１とモジュール２との間には間隙が存在している。このため、基板１やモジュール２のアライメントマークを撮像する撮像部３３の、撮像部３３からモジュール２までの距離は、基板１までの距離よりも短くなる。すなわち、モジュール２に焦点を合わせた状態では、基板１に焦点が合わない。同様に、基板１に焦点を合わせた状態では、モジュール２に焦点が合わない。そこで、従来においては、基板１のアライメントマークＭとモジュール２のアライメントマークｍとを、それぞれに焦点の合ったカメラ（本実施形態の撮像部３３に相当する）で別々に撮像し、それぞれの撮像画像から認識したそれぞれのアライメントマークの位置と、二つのカメラの位置関係から、基板１とモジュール２の位置関係を間接的に算出していた。しかし、この場合、熱膨張や撮像時に生じた振動などによりカメラの位置が変わってしまい、高精度な位置合わせを行うことが困難であった。さらに、基板１とモジュール２の向きを合わせて、位置合わせを行うために、基板１とモジュール２のアライメントマークの位置認識を２カ所で行うように、さらに二つのカメラ（撮像部３３）を追加して用いて、基板１とモジュール２とのアライメントマークをそれぞれ別々に２カ所の撮像をして、タイリングの位置合わせを行う場合には、追加して用いる二つのカメラ間の位置関係の熱膨張や撮像時に生じた振動などに起因する誤差によって、高精度な位置合わせを行うことが困難であった。また、このように四つのカメラを用いるので、装置構成も複雑とならざるを得なかった。一方で、本実施形態の撮像部３３は、基板１のアライメントマークＭとモジュール２のアライメントマークｍとを同一視野で撮像するので、撮像時に振動などが生じたとしてもアライメントマークＭ、ｍの相対的な位置関係は変わらない。また、前述のように四つのカメラを用いることに対して二つの撮像部３３で済む。そのため、カメラ間の誤差も半分となり、高精度な位置合わせを行うことができ、装置構成を簡素化できる。

（２）アライメントマークＭに撮像部３３の焦点を合わせた状態において、ヘッド３２は、ヘッド３２に保持されたモジュール２の厚みに応じて撮像部３３に接離する方向にモジュール２を移動させ、アライメントマークｍに撮像部３３の焦点を合わせる。これにより、より厳密にモジュール２のアライメントマークｍに焦点を合わせることができる。また、基板１やモジュール２の厚みにばらつきがあったとしても、容易に焦点を合わせることができるので、高い精度で基板１にモジュール２をタイリングすることができる。

［変形例］
（１）上記実施形態において、焦点距離調整部３４は、直動機構３２１に支持され、ヘッド３２及び撮像部３３と連動してＸ方向に移動するように設けられたが、これに限られない。例えば、図１０（Ａ）に示すように、ヘッド３２の保持部３２ａの側面に、透明部３２ｂと一体化して設けられてもよい。このようにすることで、撮像部３３に対する、焦点距離調整部３４の位置合わせを簡略することができる。特に、視野範囲内において、例えばその半分を焦点距離調整部３４を介したものとするような位置調整を容易とすることができる。

（２）また、図１０（Ｂ）に示すように、焦点距離調整部３４は、撮像部３３に設けられてもよい。このようにすることで、上記変形例と同様に、撮像部３３に対する、焦点距離調整部３４の位置合わせを容易とすることができる。

（３）さらに、図１０（Ｃ）に示すように、焦点距離調整部３４は、ヘッド３２に直接設けられてもよい。なお、このとき、ヘッド３２の上下に伴って３４も上下するが、撮像部３３がアライメントマークＭを撮像する光路上に存在すれば、撮像部３３の焦点はアライメントマークＭに合うので、位置合わせすることができる。また、焦点距離調整部３４の配置、形状は、焦点距離調整部３４がアライメントマークｍを撮像する光路上にかからないように考慮する必要がある。例えば、図１０（Ｃ）に示す焦点距離調整部３４は、アライメントマークｍを撮像する光路上に孔（図中点線で示す）が設けられており、この孔を通して撮像部３３はアライメントマークｍを撮像することができるようになっている。したがって、アライメントマークｍの撮像では、焦点距離調整部３４を介することなく、焦点が合った状態で撮像することができる。

（４）上記実施形態において、撮像部３３は、直動機構３２１に支持されるものとしたが、これに限られない。例えば、基板１の上方において、筐体Ｃに固定して設けられてもよい。このようにすることで、撮像部３３の移動に伴う振動やタイリング装置３に発生する振動などの影響を避けることが出来、位置合わせの誤差を小さくすることができる。なお、この場合には、ステージ３１をＹ方向だけでなくＸ方向に移動可能に構成することにより、筐体Ｃに設けられた撮像部３３の直下に基板１のアライメントマークＭを移動させることができる。

（５）上記実施形態において、撮像部３３は、２つ設けられ、同時に撮像するものとしたが、ピックアップされて保持されているモジュール２とステージ３１に支持されている基板１との相対角度ずれが許容できる範囲であるならば、基板１に対するモジュール２のθ合わせ（向きの合わせ）の必要がなく、このような場合には、撮像部３３は一つでもよい。装置構成を簡素にできるほか、位置合わせのための画像処理や演算が簡素となるので、タイリングのタクトタイムを短くでき、生産性を高めることができる。また、ミラーやプリズムによる複数の箇所を観察可能とした光学系を、撮像部３３の光学系あるいは撮像部３３の外部の光学系に適用し、２組のアライメントマークＭ、ｍを一度に撮像することもできる。この場合でも、撮像部３３は一つとすることができる。さらに、一つの撮像部３３を移動させて、２組のアライメントマークＭ、ｍを撮像してもよい。この場合でも基板１とモジュール２の相対的な向きの情報を得ることができる。いずれにおいても、装置構成を簡素なものとでき、使用部材が減ることで、装置コストを低減できるとともに、故障の発生も抑えることができる。また、二つの撮像部３３の間での校正作業も不要とでき、装置の製造やメンテナンスを容易とすることができる。

（６）上記実施形態では、ステージ３１に載置された基板１表面のアライメントマークＭと供給台Ｓに載置されたモジュール２の表面のアライメントマークｍとを同じ高さに設定し、撮像部３３で供給台Ｓに載置されたモジュール２の表面のアライメントマークｍを撮像する際に、焦点距離調整部３４を介してアライメントマークを撮像していた。しかし、供給台Ｓ上に載置されたモジュール２のアライメントマークｍの高さを、ヘッド３２にモジュール２が保持され、アライメントマークｍとアライメントマークＭとを同時に撮像する時の高さに設定した場合にも、ピックアップ位置を認識することができる。この場合に、撮像部３３で撮像する際は、焦点距離調整部３４を介さない視野領域にて、直接アライメントマークｍを撮像することとなる。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１ 基板
２ モジュール
２１ フレキシブル基板
２２ 発光素子
２３ 封止部材
３ タイリング装置
３１ ステージ
３２ ヘッド
３２ａ 保持部
３２ｂ 透明部
３２０ 移動機構
３２１ 直動機構
３２２ 昇降機構
３３ 撮像部
３４ 焦点距離調整部
８ 制御装置
８１ 記憶部
８２ 撮像制御部
８３ 演算部
８４ 移動制御部
８５ 設定部
８６ 入出力制御部
９１ 入力装置
９２ 出力装置
Ｃ 筐体
Ｍ、ｍ アライメントマーク
Ｓ 供給台

Claims (7)

1. 基板を支持するステージと、
   前記基板を臨む位置に、複数の素子が搭載されたモジュールを搬送するヘッドと、
   前記ヘッドに保持された前記モジュール越しに前記基板を臨み、前記基板に設けられた第１のアライメントマークと、前記モジュールに設けられた第２のアライメントマークとを同一視野内において撮像する撮像部と、
   前記第１のアライメントマークと前記撮像部とを結ぶ光路上に設けられ、前記第１のアライメントマークと前記第２のアライメントマークとに前記撮像部の焦点が同時に合うように、前記撮像部の前記第１のアライメントマークに対する焦点距離を調整する焦点距離調整部と、
   を備え、
   前記ヘッドは、前記撮像部が撮像した画像に基づいて、前記基板に前記モジュールをタイリングする、
   タイリング装置。
2. 前記焦点距離調整部を介して前記第１のアライメントマークに前記撮像部の焦点を合わせた状態において、
   前記ヘッドは、前記ヘッドに保持された前記モジュールの厚みに応じて前記撮像部に接離する方向に前記モジュールを移動させ、前記第２のアライメントマークに前記撮像部の焦点を合わせる、
   請求項１に記載のタイリング装置。
3. 前記焦点距離調整部は、直動機構に支持され、
   前記ヘッド及び前記撮像部と連動してＸ方向に移動するように設けられた、
   請求項１記載のタイリング装置。
4. 前記焦点距離調整部は、前記ヘッドに設けられる、
   請求項１記載のタイリング装置。
5. 前記焦点距離調整部は、前記ヘッドの保持部に設けられる、
   請求項１記載のタイリング装置。
6. 前記焦点距離調整部は、前記撮像部に設けられる、
   請求項１記載のタイリング装置。
7. 前記撮像部は、２つ設けられ、
   前記第１のアライメントマークと前記第２のアライメントマークは、２組設けられ、
   それぞれの前記撮像部が同時に、それぞれの前記第１のアライメントマークと前記第２のアライメントマークの組を同一視野内において撮像する、
   請求項１乃至６のいずれかに記載のタイリング装置。

Images