JP5308725B2

JP5308725B2 - 基板貼り合わせ方法

Info

Publication number: JP5308725B2
Application number: JP2008157497A
Authority: JP
Inventors: 浩木坂; 英和桐田
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2008-06-17
Filing date: 2008-06-17
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2028-06-17
Also published as: JP2009300905A

Description

本発明は、たとえば液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどのフラットパネルディスプレイの製造過程において、２枚の基板を貼り合わせる方法に関する。

電極板を内蔵した加圧板を用い静電吸着で上側基板を保持した後、静電吸着を解除し、上側基板を下側基板上に落下させて両基板を重ね合わせ、加圧板を降下させることで両基板を所定のギャップに貼り合わせる基板貼り合わせ方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特許文献１記載の発明の欠点を補う発明も公知である（たとえば、特許文献２参照）。

特許文献２には、（ａ）上方保持板に上側基板を静電吸着手段により着脱自在に保持するとともに、上側基板と対向する下側基板を下方保持板に着脱自在に保持し、上下基板間に液晶材料を滴下する工程と、（ｂ）上下基板の位置合わせを行い、その周囲が所望の真空度になったときに、静電吸着手段による上側基板の保持を解除して、上側基板を下側基板上に重ね合わせ封止する工程とを有し、工程（ｂ）において、静電吸着手段による上側基板の保持解除と連動して、上側基板の背面側から気体を噴出させ、この圧力により、静電吸着手段から上側基板を強制的に剥離して下側基板に圧着する基板貼り合わせ方法が記載されている。

特許文献２記載の基板貼り合わせ方法では、基板剥離時に上側基板の落下速度が増加し、基板移動が生じて合わせずれが起こる場合がある。また気体の噴出により、真空チャンバ内の真空度が低下し、表示エリア（液晶層内）に気体が混入することで残留エア量が増し、気泡発生の要因が増加する。このため液晶セルの信頼性が低下する場合がある。

特許３６４１７０９号公報特許３７２１３７８号公報

本発明の目的は、良好な品質で基板を貼り合わせる方法を提供することである。

本発明の一観点によれば、（ａ）第１及び第２の基板の一方の表面に、第１のシール剤を第１の高さに塗布するとともに、前記第１のシール剤の塗布された箇所を囲むように、前記第１の高さよりも高い第２の高さに第２のシール剤を塗布する工程と、（ｂ）前記第１の基板を下側に保持し、前記第２の基板を上側に静電吸着により保持することで、前記第１の基板と前記第２の基板とを、前記第１及び第２のシール剤が塗布された面が、前記第１及び第２のシール剤の塗布されていない基板と対向するように、配置する工程と、（ｃ）前記第１の基板と前記第２の基板との間のクリアランスが、前記第２の高さよりも小さくなるように、前記第１及び第２の基板の周囲を減圧した雰囲気にて前記第１の基板と前記第２の基板とを近づける工程と、（ｄ）前記第２の基板の静電吸着を解除し、前記第１の基板と前記第２の基板とを圧着して設定された基板間ギャップ値にする工程とを有する基板貼り合わせ方法であって、前記工程（ｃ）のクリアランスは、設定された基板間ギャップ値よりも大きく、かつ、前記第２のシール剤で前記第１の基板と前記第２の基板とをシーリングして封止空間を形成する大きさとされ、前記工程（ｄ）は、（ｄ１）前記工程（ｃ）の減圧雰囲気を維持し、かつ、前記第２のシール剤によって前記第１の基板と前記第２の基板との間の接着力が生じた状態で、前記第２の基板の静電吸着を解除する工程と、（ｄ２）減圧雰囲気下で前記第２の基板の前記第１の基板と対向しない面に、気体を吹き付ける工程と、（ｄ３）前記気体を吹き付けた後に、前記第１及び第２の基板の周囲を大気圧に戻す工程とを含む基板貼り合わせ方法が提供される。

本発明によれば、良好な品質で基板を貼り合わせる方法を提供することができる。

現在、生産されている大型ＴＦＴ用ガラス基板には、無アルカリガラス（白板ガラス）が使用されている。他方、ＴＮ、ＳＴＮ型ＬＣＤ（パッシブ型ＬＣＤ）には、アルカリガラス（青板ガラス、ソーダライムガラス）が用いられている。

本願発明者は、無アルカリガラス（白板ガラス）基板と、アルカリガラス（青板ガラス）基板とを静電吸着により保持した場合の保持力について実験を行った。

図１に実験結果を示す。無アルカリガラス（白板ガラス）基板は、０．９ｋＶ以下の電圧で静電吸着による保持が不可能、３．２ｋＶ以上の電圧で静電吸着からの剥離が不可能、１．０〜３．１ｋＶの電圧であれば吸着及び剥離が可能であった。また、剥離可能電圧で静電吸着から剥離させた場合、剥離に要した時間は０ｓｅｃであった。

一方、アルカリガラス（青板ガラス）基板は、０．４ｋＶ以下の電圧で静電吸着による保持が不可能、０．８ｋＶ以上の電圧で静電吸着からの剥離が不可能、０．５〜０．７ｋＶの電圧で吸着及び剥離が可能であった。更に、剥離可能電圧で静電吸着から剥離させる場合、剥離に１０〜１８ｓｅｃの時間を要した。

アルカリガラス（青板ガラス）基板は低い静電吸着設定電圧で保持が可能である反面、剥離させにくいことがわかる。また、吸着及び剥離が可能な電圧設定領域での実験の際に、アルカリガラス（青板ガラス）基板については落下現象が発生するなど、保持が不安定であった。このため、アルカリガラス（青板ガラス）基板の保持のためには、０．８ｋＶ以上の剥離不可能領域の電圧をも使用することが望ましいと考えられる。

次に本願発明者は、静電吸着時の電圧設定値とガラス基板吸着力との関係を調査した。

図２にその実験結果を示す。電圧設定値が０．５ｋＶのとき、無アルカリガラス（白板ガラス）基板の吸着力は０．２ｇ／ｃｍ^２、アルカリガラス（青板ガラス）基板の吸着力は１．９ｇ／ｃｍ^２であった。また、電圧設定値が１．０ｋＶのとき、アルカリガラス（青板ガラス）基板の吸着力は１２．１ｇ／ｃｍ^２であった。更に、電圧設定値が１．５ｋＶのときには、無アルカリガラス（白板ガラス）基板の吸着力は１．２ｇ／ｃｍ^２、アルカリガラス（青板ガラス）基板の吸着力は２７ｇ／ｃｍ^２以上であった。また、電圧設定値が２．５ｋＶのときには、無アルカリガラス（白板ガラス）基板の吸着力は２．９ｇ／ｃｍ^２であった。

図２に示す結果より、アルカリガラス（青板ガラス）基板の吸着力は、電圧設定値の増加に対して著しく上昇することがわかる。このため、アルカリガラス（青板ガラス）基板の吸着及び剥離を安定的に行うことのできる電圧設置幅は極端に狭いことが理解される。

図１及び図２に示す結果より、本願発明者は、静電吸着力を利用してアルカリガラス（青板ガラス）基板を安定的に保持及び剥離させるためには、剥離不可能領域の電圧をも用いてガラス基板を保持することが望ましく、無アルカリガラス（白板ガラス）基板に比べて強力な剥離方法を使用して剥離動作を行う必要があると考えた。

以下、図３〜図５を参照して、実施例による基板貼り合わせ方法について説明する。

図３（Ａ）は、実施例による基板貼り合わせ方法に用いられる基板貼り合わせ装置の下方保持板に保持される下側基板５０を示す斜視図である。

下側基板５０には、一つ一つの液晶表示素子が製造される領域にメインシール剤５２ａ〜５２ｄが塗布されている。また、メインシール剤５２ａ〜５２ｄの塗布された領域を囲んで、下側基板５０の周辺部に外周シール（二重シール）剤５１が塗布されている。

図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の３Ｂ−３Ｂ線に沿う断面図である。外周シール剤５１は、メインシール剤５２ａ〜５２ｄの塗布高さよりも高く塗布される。外周シール剤５１の塗布高さは、たとえば３０〜５０μｍであり、メインシール剤５２ａ〜５２ｄの塗布高さは、たとえば２０〜４０μｍである。

図４（Ａ）を参照する。実施例による基板貼り合わせ方法に用いられる基板貼り合わせ装置は、上チャンバユニット１０ａ、下チャンバユニット１０ｂ、複数の通気孔２０ｘを備える上方保持板２０、複数の通気孔３０ｘを備える下方保持板３０を含んで構成される。

上チャンバユニット１０ａ及び下チャンバユニット１０ｂは、内部に所望の真空度を実現する真空チャンバを構成する。上方保持板２０は電極を内蔵した絶縁性部材で形成され、上側基板４０を保持する静電吸着手段を有している。下方保持板３０は静電吸着機能を有し、下側基板５０を保持する。上方保持板２０、下方保持板３０ともに、正負の電圧を交互に印加することのできる双極タイプの静電チャック機能を備えている。上方保持板２０と下方保持板３０との間の平行度マージンは、たとえば±５μｍ以下である。

上方保持板２０に上側基板４０を静電吸着させる。また、下方保持板３０に、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すようにシール剤を塗布された下側基板５０が静電吸着される。上側基板４０、下側基板５０ともに、吸着時の設定電圧はたとえば２ｋＶである。下側基板５０のメインシール剤５２ａ〜５２ｄの塗布された領域内部に液晶材料を滴下する。なお、上下基板４０，５０ともに、アルカリガラス（青板ガラス）で形成される。また、基板表面にはＩＴＯ電極が形成されている。

図４（Ｂ）を参照する。上下チャンバユニット１０ａ、１０ｂを密着させ、密封された真空チャンバ内を１Ｐａに減圧する。また、上下基板４０，５０の位置合わせを行う。

図４（Ｃ）を参照する。上側基板４０と下側基板５０のクリアランスが外周シール剤５１によりシーリングされる位置まで、上側基板４０を下降させる。

図４（Ｄ）を参照する。上方保持板２０内の電極に印加する電圧を制御して、静電チャックを解除（アンチャック）し、上方保持板２０から上側基板４０を剥離する。更に、基板の状態差によるアンチャックミスを防止するため、アンチャック電圧動作終了後に、上方保持板２０の通気孔２０ｘから不活性ガスを噴出させ、電圧制御によって上側基板４０が剥離されなかった場合でも、上方保持板２０から上側基板４０を剥離する。剥離された上側基板４０は下側基板５０と圧着される。その後、チャンバ内は大気圧に戻され、上下基板４０、５０間に所定のギャップが形成される。

図５に静電チャックの電圧制御の一例を示す。基板は図１に示した剥離不可能領域の電圧である２ｋＶの印加により、静電チャックされている。このため基板の保持解除に当たっては、アンチャック不良が防止されるように、正負の電圧を交互に印加する制御を行う。

たとえば本図に示すように、静電アンチャック動作は、ＰＬＳ時間を１ｓｅｃ、電圧反転回数を３回、逆電圧印加時電圧減衰率を５０％、切り替えオフ時間を０．２ｓｅｃとして行う。ここでＰＬＳ時間とは、逆電圧印加時の電圧印加保持時間と言い換えることが可能なものをいう。

実施例による基板貼り合わせ方法においては、外周シール（二重シール）を他のシールよりも高く印刷した。また基板アンチャック時の上下基板クリアランスを、外周シール（二重シール）が完全に上下基板を密着させ、上下基板間に封止空間を形成するクリアランスとした。

このため、静電アンチャック動作後に不活性ガスを噴出させた際にも、セル表示部内への気体の混入はなく、真空チャンバ内の真空度は１Ｐａから低下するが、セル表示部の真空度は１Ｐａを維持することが可能となる。

また、外周シール（二重シール）によって上下基板間に粘着力が生じるため、上側基板の剥離時に、上下基板の合わせずれが発生しにくい。

ところで、上下基板貼り合わせ時の基板間平行度をゼロとすることは極めて困難である。このため外周シール（二重シール）を形成することなく行う基板貼り合わせ技術では、貼り合わせの初期において上側基板にメインシール剤と接触している場所としていない場所が生じる。メインシールは上側基板と接触している場所から潰れはじめ、設定された基板間ギャップ値へ到達するスピードが基板面内で異なることとなる。このため大気圧開放後にシールリークが発生する箇所が形成されやすい。また、基板上に滴下した液晶材料が２枚の基板の隙間で起きる毛細管現象により滴下位置から流れてしまい、メインシール剤にぶつかってシール切れの要因となる。

実施例においては、外周シール（二重シール）をメインシールの塗布高さよりも高く形成するため、上下基板の重ね合わせに当たり、外周シール（二重シール）がメインシールよりも先に上側基板に接触する。したがって、多少上下基板の平行度がずれていた場合であっても、確実に外周シール（二重シール）が上側基板に全周接触できる状態を得ることができる。これにより大気圧開放後に外周シール（二重シール）の内側部分に気体が混入することが防止され、良好なセルを得ることができる。

実施例による基板貼り合わせ方法によれば、アルカリガラス（青板ガラス）基板を高い信頼性でチャック及びアンチャックすることができる。また、少ない合わせずれで、均一な厚さに基板を貼り合わせることができる。更に、高い歩留まりで、基板を貼り合わせることができる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが本発明はこれらに制限されるものではない。

たとえば、実施例においては、静電チャック動作については、上側基板４０吸着時電圧設定値を２ｋＶ、下側基板５０吸着時電圧設定値を２ｋＶ、静電アンチャック動作については、ＰＬＳ時間を１ｓｅｃ、電圧反転回数を３回、逆電圧印加時電圧減衰率を５０％、切り替えオフ時間を０．２ｓｅｃとした。

静電チャック動作について、上側基板４０吸着時電圧設定値を０．５ｋＶ以上、下側基板５０吸着時電圧設定値を０．５ｋＶ以上、静電アンチャック動作について、ＰＬＳ時間を０．５〜１０ｓｅｃ、電圧反転回数を１〜１０回、逆電圧印加時電圧減衰率を２０〜８０％、切り替えオフ時間を０．０５〜５ｓｅｃとすることで、良好な基板貼り合わせを行うことができるであろう。

また、実施例においては、下側基板５０にシール剤を塗布したが、上側基板４０に塗布してもよい。

その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

ＬＣＤ製品全般、特に単純マトリクスＬＣＤの製造に好適に利用することができる。

無アルカリガラス（白板ガラス）基板と、アルカリガラス（青板ガラス）基板とを静電吸着により保持した場合の保持力について行った実験結果を示す表である。静電吸着時の電圧設定値とガラス基板吸着力との関係を調査した結果を示す表である。（Ａ）は、実施例による基板貼り合わせ方法に用いられる基板貼り合わせ装置の下方保持板に保持される下側基板を示す斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の３Ｂ−３Ｂ線に沿う断面図である。（Ａ）〜（Ｄ）は、実施例による基板貼り合わせ方法について説明するための断面図である。静電チャックの電圧制御の一例を示す図である。

符号の説明

１０ａ上チャンバユニット
１０ｂ下チャンバユニット
２０上方保持板
２０ｘ通気孔
３０下方保持板
３０ｘ通気孔
４０上側基板
５０下側基板
５１外周シール剤
５２ａ〜５２ｄメインシール剤

Claims

（ａ）第１及び第２の基板の一方の表面に、第１のシール剤を第１の高さに塗布するとともに、前記第１のシール剤の塗布された箇所を囲むように、前記第１の高さよりも高い第２の高さに第２のシール剤を塗布する工程と、
（ｂ）前記第１の基板を下側に保持し、前記第２の基板を上側に静電吸着により保持することで、前記第１の基板と前記第２の基板とを、前記第１及び第２のシール剤が塗布された面が、前記第１及び第２のシール剤の塗布されていない基板と対向するように、配置する工程と、
（ｃ）前記第１の基板と前記第２の基板との間のクリアランスが、前記第２の高さよりも小さくなるように、前記第１及び第２の基板の周囲を減圧した雰囲気にて前記第１の基板と前記第２の基板とを近づける工程と、
（ｄ）前記第２の基板の静電吸着を解除し、前記第１の基板と前記第２の基板とを圧着して設定された基板間ギャップ値にする工程と
を有する基板貼り合わせ方法であって、
前記工程（ｃ）のクリアランスは、設定された基板間ギャップ値よりも大きく、かつ、前記第２のシール剤で前記第１の基板と前記第２の基板とをシーリングして封止空間を形成する大きさとされ、
前記工程（ｄ）は、
（ｄ１）前記工程（ｃ）の減圧雰囲気を維持し、かつ、前記第２のシール剤によって前記第１の基板と前記第２の基板との間の接着力が生じた状態で、前記第２の基板の静電吸着を解除する工程と、
（ｄ２）減圧雰囲気下で前記第２の基板の前記第１の基板と対向しない面に、気体を吹き付ける工程と、
（ｄ３）前記気体を吹き付けた後に、前記第１及び第２の基板の周囲を大気圧に戻す工程と
を含む基板貼り合わせ方法。
前記第２の基板がアルカリガラスで形成され、
前記工程（ｂ）において、前記第２の基板を０．５ｋＶ以上の電圧で静電吸着し、
前記工程（ｄ）において、前記第２の基板の静電吸着を、ＰＬＳ時間を０．５〜１０ｓｅｃ、電圧反転回数を１〜１０回、逆電圧印加時電圧減衰率を２０〜８０％として解除する請求項１に記載の基板貼り合わせ方法。
前記工程（ｃ）は、真空チャンバ内で行われ、前記真空チャンバ内を１Ｐａに減圧して、前記第１の基板と前記第２の基板とを近づける請求項１または２に記載の基板貼り合わせ方法。
前記工程（ｂ）が、前記第１の基板と前記第２の基板とを対向配置した後に、前記第１及び第２の基板の周囲を減圧する工程を含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板貼り合わせ方法。
前記第１の基板がアルカリガラスで形成され、
前記工程（ｂ）において、前記第１の基板を０．５ｋＶ以上の電圧で静電吸着することで保持する請求項１〜４のいずれか１項に記載の基板貼り合わせ方法。