JP3061651B2 - 貼り合わせ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板を貼り合わせる貼
り合わせ装置に関し、更に詳しくは、液晶表示装置に用
いられる透明基板（液晶用ガラス基板）を互いに平行且
つ正確に貼り合わせる装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、パターン化された電極
によってそれぞれに描画した２枚の透明基板に挟まれた
液晶に電界をかけて偏光を与え、光の通過を制御するこ
とを利用した製品である。しかし、２枚の電極パターン
にズレがあると、このズレによって所定の光通過量が得
られなかったり、誤った表示を引き起こしたりすること
がある。また、２枚の透明基板間の間隙が均一でなく各
部位にバラツキがあると、このバラツキによって表示品
質が低下するという課題があった。従って、２枚の透明
基板は、基板同士を正確に位置合わせし且つ平行に貼り
合わせる必要がある。況して、近年の液晶表示装置はそ
の表示機能が益々高精細化していることから、その透明
基板の貼り合わせ精度が製品の表示品質に与える影響が
益々大きくなっている。

【０００３】このような透明基板の貼り合わせに用いら
れる貼り合わせ装置としては、例えば、特開昭６０−１
１０４４８号公報に記載されたものが知られている。そ
こで、この公報に記載された従来の貼り合わせ装置を図
７を参照しながら説明する。

【０００４】従来の貼り合わせ装置は、図７に示すよう
に、上ガラス基板１を上ガラス基板用チャック２に供給
する上搬送台３と、この上搬送台３の下方にこれと平行
して配設され、下ガラス基板４を下ガラス基板用チャッ
ク５と共に３点で支持する３本の支持授受軸６上に供給
し、貼り合わせられたガラス基板１、４を下ガラス基板
用チャック５と共に排出する下搬送台７と、これら両者
３、７の下方に位置する貼り合わせ装置の基台８とを備
えている。

【０００５】上記上ガラス基板用チャック２は、上ガラ
ス基板１を吸着保持するもので、上記基台８の上方に配
設された一体剛性箱９に組み込まれた４本の柱１０に吸
着穴付き球受１１を介して吊持され、また、これら４本
の柱１０はＺ方向にのみ移動するボールブッシュで案内
されている。更に、上ガラス基板用チャック２の上面中
心には押し棒１２がバネ１３を介して立設され、この押
し棒１２はＺ方向に移動可能に一体剛性箱９に組み込ま
れている。

【０００６】また、上記下ガラス基板用チャック５は、
下ガラス基板４を吸着保持し、その切欠が３本の支持授
受軸６の上端に嵌合してこれらの支持授受軸６によって
３点で支持されるようになっている。また、各支持授受
軸６はそれぞれ独立または同時に上下に駆動する手段及
び駆動力が所定量を超えないようにする機構を備えてい
る。

【０００７】また、上記基台８上には４本のＺ方向の支
持軸１４が立設されており、これら４本の支持軸１４
は、基台８上に載置されたＸＹ方向ステージ１５及びこ
のＸＹ方向ステージ１５に形成された大孔に嵌装したカ
ップ状のＺ方向ステージ１６それぞれのフランジ状の周
縁に形成された小孔にそれぞれ嵌入し、これらＸＹ方向
ステージ１５、Ｚ方向ステージ１６を支持している。こ
のカップ状のＺ方向ステージ１６の凹部には回転方向の
角度θを変えるθ方向ステージ１７が嵌合し、このθ方
向ステージ１７に上記支持授受軸６が組み込まれてい
る。また、各支持軸１４は、その下端が上記基台８の下
側に配設された結合板１８に固定されており、更にこの
結合板１８にはＺ方向ステージ１６に連結されたエアシ
リンダー１９が固設されており、このエアシリンダー１
９によってＺ方向ステージ１６及びθ方向ステージ１７
を昇降させるようになされている。

【０００８】更に、上記下ガラス基板用チャック５には
上ガラス基板１と下ガラス基板４との平行度を検出する
平行出しギャップセンサ２０が少なくとも３個以上取り
付けられており、また、一体剛性箱９にはこれら両基板
１、４の位置合わせ状態を観察する観察装置２１が２台
以上取り付けており、上ガラス基板１に描画されたマー
ク１Ａ及び下ガラス基板４に描画されたマーク４Ａの位
置を検出し、更に、ガラス面のギャップ量を測定するよ
うに構成されている。

【０００９】次に動作について説明する。まず、上ガラ
ス基板１を上搬送台３に載置して上ガラス基板用チャッ
ク２の下に移送すると、上ガラス基板用チャック２が上
ガラス基板１を吸着保持する。これと同時に下ガラス基
板用チャック５が保持した下ガラス基板４を下搬送台７
に載置し、下ガラス基板４を下ガラス基板用チャック５
と共に支持授受軸６上に設置する。然る後、エアシリン
ダー１９の駆動によってＺ方向ステージ１６が上昇する
と、上ガラス基板１に下ガラス基板４が接近する。この
間、ギャップセンサ２０によって上下のガラス基板１、
４の平行度を検知し、更に観察装置２１によって上ガラ
ス基板１のマーク１Ａと下ガラス基板４のマーク４Ａと
の位置ズレ量及びこれら両者１、４間のギャップ量を検
出し、Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向の各ステージ１５、１
６、１７がそれぞれ駆動して位置ズレを補正し、３本の
支持授受軸６がそれぞれ独立に駆動して上下のガラス基
板１、１０の平行出しを行なう。この位置合わせと平行
出しが完了すると、３本の支持授受軸６が同時に駆動し
て補正後の位置及び平行ギャップを保持つつ下ガラス基
板用チャック５を上昇させ、予め設定された所定の圧接
力で上ガラス基板１と下ガラス基板４とを圧着する。所
定の時間が経過してから、上ガラス基板１の吸着を解除
するとＺ方向ステージ１６が下降して、下ガラス基板用
チャック５を下搬送台７に移載し、貼り合わされたガラ
ス基板１、４を排出する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
貼り合わせ装置は、単一倍率の観察装置２１を用いて各
ガラス基板に描画されたそれぞれの位置合わせ用のマー
ク１Ａ、４Ａを検出するようにしているため、大きな倍
率の観察装置２１を用いるとその視野が狭くなって、各
ガラス基板１、４の外形寸法に誤差があるとこの誤差に
よって基板の供給位置に誤差を生じてそれぞれのマーク
１Ａ、４Ａを観察装置２１の視野内に配置することが困
難になり、また逆に小さな倍率の観察装置２１を用いる
とその視野が広くなって、その検出分解能が低下して高
精度の位置決めが不可能になるという課題があった。ま
た、従来の貼り合わせ装置は、独立した１自由度のテー
ブルを組み合わせて多自由度を実現していたため、多く
のガイド部材を使用しており、累積誤差が大きくかつ剛
性が低く高精度な貼り合わせ精度を得ることは困難であ
った。さらに、従来の貼り合わせ装置は、基板の平行出
しにギャップセンサと３個のアクチュエータからなる平
行出し機構を使用し、複雑な構造となっているため、剛
性低下による精度悪化、保守性の悪化、コスト高などの
問題点があった。

【００１１】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、例えば基板端面精度が悪いために供給時の
基本位置精度が悪くても、確実に位置合わせマークをと
らえ、上下基板を高精度に位置合わせすることができ、
また位置合わせ用のガイド部材を少なくし構造を単純化
してコストの低減を図ると共に、２枚の基板の位置合わ
せ及び平行出しを高精度に行なうことができる貼り合わ
せ装置を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、パターンの描
画された複数の透明基板を貼り合わせる装置において、
第１基板を保持する第１テーブルと、第１テーブルに対
向して配設され、第２基板を保持する第２テーブルと、
第１、第２テーブルをそれそれの３組の１軸直進駆動手
段によって同一平面で互いに直交する２方向へ直進移動
させると共に１軸回転させることによって各テーブルに
保持された上記各基板のマークを段階的に位置合わせす
る位置合わせ手段と、位置合わせ手段によって位置合わ
せされた各マークを各段階において異なった倍率で検出
する、可変倍率を有する光学系からなる検出手段と、検
出手段によって上記各マークが検出された状態で第１、
第２テーブルを近接させてそれぞれの基板の表面を平行
にしつつ密着させる密着駆動手段と、密着駆動手段によ
って密着された各基板を所定圧力で圧着する圧着手段と
を備えて構成されたものである。

【００１３】

【作用】本発明によれば、位置合わせマークが描画され
た複数の基板のうち第１、第２基板を第１、第２テーブ
ルに供給すると、それぞれのテーブルによってそれぞれ
の基板を吸着保持した後、一方の基板の位置合わせマー
クを検出光学系の低い倍率によって検出し、この検出結
果に基づいて３組の１軸直進駆動機構が駆動してそのテ
ーブルを移動させて粗位置合わせをし、次いで、検出光
学系の高い倍率位置合わせマークを検出して同様にその
テーブルで微位置合わせを行ない、更に、一方の基板を
他方の基板に重ねるようテーブルを移動させた後、密着
駆動手段が駆動してテーブルを基板の接着面同士を自動
的に倣いつつ密着させ、然る後、両方のテーブルを圧着
手段によって圧着させて２枚の基板を貼り合わせること
ができる。

【００１４】

【実施例】以下、図１〜図６に示す実施例に基づいて本
発明を説明する。尚、各図中、図１は本発明の貼り合わ
せ装置の一実施例を示す側面図、図２は図１に示す貼り
合わせ装置の昇降板を示す平面図、図３は図１に示す貼
り合わせ装置の天板を示す平面図、図４は図１に示す貼
り合わせ装置の検出光学系の機構を示す側面図、図５は
図１に示す貼り合わせ装置の全体を一部を破断して示す
斜視図、図６は本発明の貼り合わせ装置の他の実施例の
要部を示す側面図である。

【００１５】本実施例の貼り合わせ装置は、図１〜図３
に示すように、天板３１に懸架され、第１の基板（上ガ
ラス基板）１を吸着保持する矩形状の第１テーブル（上
テーブル）３２と、上テーブル３２の下方にこれと対向
して配設された昇降板３３上に配設された、第２の基板
（下ガラス基板）４を吸着保持する矩形状の第２テーブ
ル（下テーブル）３４とを備えている。また、上記天板
３１には、上テーブル３２の横方向の側面に位置させ
た、例えばボール螺子、モータ、位置検出器からなる２
組の１軸直進駆動機構３５、３６が、またその縦方向の
側面に位置させた同構成の１組の１軸直進駆動機構３７
がそれぞれ固設されており、これらの１軸直進駆動機構
３５、３６、３７が上テーブル３２をその側面において
略垂直方向に押引駆動させることによって、上テーブル
３２をＸ、Ｙ方向へ移動させまた１軸（θ軸）で回転さ
せるようになされている。また、下テーブル３４の周面
にも上テーブル３２と同様に横方向の側面に２組の１軸
直進駆動機構３８、３９が、その縦方向の側面には１組
の１軸直進駆動機構４０がそれぞれ配設されており、下
テーブル３４がＸ、Ｙ方向へ移動しまたθ軸で回転する
ようになされている。

【００１６】更に、上記上テーブル３２の各側面と１軸
直進駆動機構３５、３６、３７との間には、図２に示す
ように、例えば板バネ４１からなる弾性部材とこの板バ
ネ４１を囲む枠４２がそれぞれ配設され、上テーブル３
２が板バネ４１を介して枠４２に対して面内の方向には
剛に、面の垂直方向及び斜め方向には柔に支持されてい
る。また、この枠４２はその上下両面を上記天板３１と
３個以上の剛球等からなるスラストベアリング４３で挟
まれた状態になるように天板３１から懸架され、天板３
１の下面においてＸ、Ｙ方向の移動及びθ軸での回動を
するように構成されている。

【００１７】また、上記下テーブル３４は、上記昇降板
３３上において、３組の１軸直進駆動機構３８、３９、
４０によって例えば３個以上の鋼球からなるスラストベ
アリング４４上を移動するように構成されている。この
昇降板３３は、その下方に配設された、ボール螺子、モ
ータ、位置検出器等からなるＺ軸駆動機構４５に連結さ
れており、例えば予圧を付加されたボールブッシュ４６
と天板３１の支柱を兼ねたガイドシャフト４７によって
昇降するように構成されている。

【００１８】また、上記天板３１上には少なくとも２組
の検出光学系４８が配設されており、天板３１及び上テ
ーブル３２の切欠部を通して上下のガラス基板１、４の
表面に描画された位置合わせマーク１Ａ、４Ａをそれぞ
れ検出するように構成されている。この検出光学系４８
は、対物レンズによって拡大した像を分光し、複数の異
なる拡大率で撮像素子上に結像させるものであり、図４
はその詳細を示す図である。

【００１９】即ち、上記検出光学系４８は、光源４８１
と、この光源４８１が発する光によって照明された上下
各ガラス基板１、４それぞれのマーク１Ａ、４Ａの像を
拡大する対物レンズ４８２と、この対物レンズ４８２に
よって拡大された像を分光するプリズム４８３と、この
プリズム４８３からの分光の一方をそのまま結像させて
粗位置合わせに利用する撮像素子４８４及びプリズム４
８３からの分光の他方をリレーレンズ４８５を介して撮
像素子４８４における結像よりも更に拡大させて結像し
微位置合わせに利用する撮像素子４８６とを備え、上記
各マーク１Ａ、４Ａを段階的に位置合わせ状態を検出す
るように構成されている。また、この検出光学系４８
は、映像信号から合焦状態を判定しながら焦点合わせ駆
動機構４８７を駆動して合焦し得るように構成されてい
る。

【００２０】また、本実施例の貼り合わせ装置は、図５
の全体図で示すように、上記検出光学系４８によって得
られた像が画像処理器によって信号処理され、上下ガラ
ス基板１、４間の位置ズレ量が送信され、この位置ズレ
量の信号に基づいて演算処理器が補正量を算出して上記
各１軸駆動機構３５、３６、３７、３８、３９及び４０
に補正指令を送信してこれらが駆動することによって各
ガラス基板１、４のマーク１Ａ、４Ａを位置合わせする
ように構成されている。

【００２１】更に、本実施例の貼り合わせ装置は、図１
に示すように、天板３１上に例えばエアシリンダー等か
らなる加圧機構４９が設置され、この加圧機構４９によ
って上テーブル３２を下テーブル３４の方向へ加圧する
ことができるように構成されている。

【００２２】次に動作について説明する。初期には昇降
板３３が降りた状態で下テーブル３４は上テーブル３２
の下方に離れて、共に静止している。

【００２３】まず、ロボットハンドのような基板供給機
構が上ガラス基板１を概略位置決めして上テーブル３２
に上ガラス基板１を供給すると、上テーブル３２はこれ
を吸着保持する。更に作業者が下ガラス基板４を概略位
置決めして下テーブル３４に下ガラス基板４を供給する
と、下テーブル３４はこれを吸着保持する。次いで、昇
降板３３がＺ軸駆動機構４５の駆動によって下テーブル
３４と共に上昇し、位置合わせを行なう位置で一旦停止
する。この状態下で、検出光学系４８が上ガラス基板１
に描画されたマーク１Ａをまず低い倍率で検出し、上テ
ーブル３２を支持する枠４２を１軸直進駆動機構３５、
３６、３７で押引駆動し、マーク１Ａが光学系視野の中
央付近にくるように粗位置合わせする。即ち、上テーブ
ル３２の移動面内の直交２軸をＸＹ軸、回転をθ軸とす
れば、上テーブル３２をＸ軸方向に移動する場合は１軸
直進駆動機構３７を押引駆動し、Ｙ軸方向に移動する場
合は、所定の間隔を持って平行に配置された２組の１軸
直進駆動機構３５、３６を同一向きに同一量押引駆動
し、またθ軸方向に回転移動する場合は２組の１軸直進
駆動機構３５、３６に差動入力を与える。各位置合わせ
動作を行なう際には、検出されたマーク１Ａの位置を元
に各移動点の移動量を演算し、各１軸直進駆動機構３
５、３６、３７に同時に移動指令値を与えて、上テーブ
ル３２を目標とする位置及び姿勢に到達させる。このよ
うにして粗位置合わせを完了した後、検出光学系４８の
高倍率側で同じマーク１Ａを検出し、上テーブル３２を
支持する枠４２を、粗位置合わせと同様に１軸直進駆動
機構３５、３６、３７で押引駆動し、マーク１Ａが検出
光学系４８の視野の目標点に一致するように精密に微位
置合わせをする。

【００２４】上述のようにして上ガラス基板１の位置合
わせが完了すると、検出光学系４８は下ガラス基板４に
描画されたマーク４Ａをまず低い倍率で検出し、下テー
ブル３４を、上テーブル３２の場合と同様に１軸直進駆
動機構３８、３９、４０で押引駆動し、マーク４Ａが検
出光学系４８の視野の中央にくるように粗位置合わせす
る。次いで、検出光学系４８の高倍率側で同じマーク４
Ａを検出し、下テーブル３４を１軸直進駆動機構３８、
３９、４０で押引駆動し、マーク４Ａが検出光学系４８
の視野の目標点に一致するよう精密に微位置合わせをす
る。尚、位置合わせの順序は、下ガラス基板４を先に行
ない、上ガラス基板１を後にしても構わない。

【００２５】上下ガラス基板１、４の位置合わせが完了
すると、昇降板３３がＺ軸駆動機構４５の駆動によって
上ガラス基板１と下ガラス基板４との貼り合わせ面が密
着するまで上昇する。上下ガラス基板４、１０が接触す
る以前は互いの貼り合わせ面が平行でない場合でも、上
ガラス基板１を吸着保持する上テーブル３２が板バネ４
１によって傾斜可能に支持されているため、互いの貼り
合わせ面が倣うように上テーブル３２が傾斜し、最終的
には全面で密着するように貼り合わせられる。

【００２６】上ガラス基板１と下ガラス基板４の貼り合
わせ面が密着すると、加圧機構４９が必要に応じて上テ
ーブル３２を下テーブル３４の方向に押圧し、貼り合わ
せ面間に存在する接着剤などの粘性体を薄層化する。

【００２７】貼り合わせが完了すると、上テーブル３２
を解除し、貼り合わされたガラス基板１、４を保持した
下テーブル３４と共に昇降板３３が下降する。最後に下
テーブル３４の吸着を解除して、例えばロボットハンド
のような基板排出機構が貼り合わされたガラス基板を排
出して一連の動作を終了する。

【００２８】上記実施例ではロボットハンドが下テーブ
ル３４に対し下ガラス基板４を直接授受する例について
示したが、図６に示すように昇降板３３、または下テー
ブル３４に下ガラス基板４を授受するためのリフタ５０
を備えれば、下ガラス基板４の供給が容易になる。これ
は下ガラス基板４を受けるパッド５０１と軸５０２、こ
れらを昇降する例えばエアシリンダーなどの駆動機構５
０３からなる。通常はパッド５０１の上端が下テーブル
３４の上面から隠れる位置で控えており、下ガラス基板
４を供給または排出する時に下テーブル３４の上面より
突出するよう構成されている。即ち、下ガラス基板４の
供給時には下ガラス基板４を載せたフォーク状のハンド
５１が下テーブル３４の上空部に停止した後、リフタ５
０を上昇させ、ハンド５１から下ガラス基板４を持ち上
げた状態で一旦停止する。ハンド５１が退避下に後、リ
フタ２０を下降させ、下ガラス基板４を下テーブル３４
上に載置する。

【００２９】上記実施例では検出光学系４８が異倍率の
マーク像を得るため、対物レンズ４８２の像を分光し、
２個の撮像素子４８４、４８６上に拡大率の異なる像を
結像する例を示したが、対物レンズ４８２の像を分光せ
ず、可変倍率を持つリレーレンズ４８５の拡大率切り替
えによって単一の撮像素子上に拡大率の異なる像を結像
することができる。

【００３０】上記実施例では下テーブル３４を昇降して
上下のガラス基板１、４間の距離を変化させる例につい
て示したが、上テーブル３２を昇降しても同様の効果が
得られる。また、上記実施例では上テーブル３２を傾斜
可能に支持する例について示したが、下テーブル３４を
傾斜可能に保持する場合でも同様の効果が得られる。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、位置合わせ用のガイド
部材を少なく構造を単純化してコストの低減を図ると共
に、２枚の基板の位置合わせ及び平行出しを高精度に行
なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の貼り合わせ装置の一実施例を示
す側面図である。

【図２】図２は図１に示す貼り合わせ装置の天板を示す
平面図である。

【図３】図３は図１に示す貼り合わせ装置の昇降板を示
す平面図である。

【図４】図４は図１に示す貼り合わせ装置の検出光学系
の機構を示す側面図である。

【図５】図５は図１に示す貼り合わせ装置の全体を一部
を破断して示す斜視図である。

【図６】図６は本発明の貼り合わせ装置の他の実施例の
要部を示す側面図である。

【図７】図７は従来の貼り合わせ装置の例を示す図１相
当図である。

【符号の説明】

１ 上ガラス基板 １Ａ マーク ４ 下ガラス基板 ４Ａ マーク ３２ 上テーブル（第１テーブル） ３４ 下テーブル（第２テーブル） ３５ １軸直進駆動機構（１軸直進駆動手段） ３６ １軸直進駆動機構（１軸直進駆動手段） ３７ １軸直進駆動機構（１軸直進駆動手段） ３８ １軸直進駆動機構（１軸直進駆動手段） ３９ １軸直進駆動機構（１軸直進駆動手段） ４０ １軸直進駆動機構（１軸直進駆動手段） ４５ Ｚ軸駆動機構（密着駆動手段） ４８ 検出光学系（検出手段） ４９ 加圧機構（圧着手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平田 洋司 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社 生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−11989（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−157615（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−287226（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C03C 27/06 101 G02F 1/13 101

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パターンの描画された複数の透明基板を
   貼り合わせる装置において、第１基板を保持する第１テ
   ーブルと、第１テーブルに対向して配設され、第２基板
   を保持する第２テーブルと、第１、第２テーブルをそれ
   それの３組の１軸直進駆動手段によって同一平面で互い
   に直交する２方向へ直進移動させると共に１軸回転させ
   ることによって各テーブルに保持された上記各基板のマ
   ークを段階的に位置合わせする位置合わせ手段と、位置
   合わせ手段によって位置合わせされた各マークを各段階
   において異なった倍率で検出する、可変倍率を有する光
   学系からなる検出手段と、検出手段によって上記各マー
   クが検出された状態で第１、第２テーブルを近接させて
   それぞれの基板の表面を平行にしつつ密着させる密着駆
   動手段と、密着駆動手段によって密着された各基板を所
   定圧力で圧着する圧着手段とを備えたことを特徴とする
   貼り合わせ装置。
2. 【請求項２】 上記各テーブルの少なくとも一方が傾斜
   可能に支持されていることを特徴とする請求項１に記載
   の貼り合わせ装置。