基板層疊裝置、基板層疊方法及立體顯示裝置的制造方法
【專利說明】基板層疊裝置、基板層疊方法及立體顯示裝置
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請基于并要求2014年3月6日遞交的日本專利申請N0.2014-044431的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，該日本專利申請的全文并入本文供參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及例如將光學(xué)基板層疊到顯示裝置時使用的基板層疊裝置和基板層疊方法、以及立體顯示裝置。
【背景技術(shù)】
[0004]隨著近年來對顯示裝置的高功能化的需求，使用柱狀透鏡基板、視差屏障基板或液晶透鏡基板等光學(xué)基板與使用了液晶或有機(jī)EL(電致發(fā)光)等電氣光學(xué)元件的顯示面板結(jié)合的、能夠提供立體圖像顯示等的獨特的顯示裝置。
[0005]作為這種顯示裝置的示例，對使用了柱狀透鏡基板的顯示裝置進(jìn)行說明。圖19A是柱狀透鏡基板的立體示意圖，圖19B示出使用柱狀透鏡基板的顯示裝置的構(gòu)成例、及立體顯示方法的示意圖。
[0006]如圖19A所不，柱狀透鏡基板50的一個表面由平面構(gòu)成，另一個表面由圓柱透鏡51構(gòu)成。圓柱透鏡51具有圓柱狀表面和半圓形截面形狀，多個圓柱透鏡沿X方向和平行方向以延伸的方式連續(xù)地設(shè)置。
[0007]如圖19B所示，左眼像素65a和右眼像素65b與各圓柱透鏡51的焦點相對應(yīng)地交替設(shè)置在顯示面板64上。當(dāng)通過圖未示出的驅(qū)動電路根據(jù)規(guī)定的信號驅(qū)動左眼像素65a及右眼像素65b時，通過圓柱透鏡51在左眼區(qū)域70a上形成左眼圖像并在右眼區(qū)域70b上形成右眼圖像。由此使觀察者能夠識別立體圖像。不用說，還可以通過用同一信號驅(qū)動左眼像素65a和右眼像素65b，顯示通常的二維圖像。
[0008]另外，作為使用柱狀透鏡基板的顯示裝置，具有同時顯示多個圖像的多個圖像同時顯示裝置。通過與上述的立體顯示相同的方法，通過圓柱透鏡分配對觀察方向不同的圖像，該顯示裝置變得能夠?qū)Χ鄠€觀察者同時顯示相互不同的圖像。
[0009]在這種使用柱狀透鏡基板的顯示裝置中，為了實現(xiàn)高品質(zhì)的立體圖像顯示或多個圖像同時顯示，需要將柱狀透鏡基板高精度地安裝在顯示面板上。特別地，對于載置在近年的終端裝置上的高分辨率的顯示裝置，需要以以往未要求的微米級的高精度實現(xiàn)層疊。
[0010]為了使層疊精度達(dá)到微米級，需要分別以微米級形成光學(xué)基板的標(biāo)記及顯示面板的標(biāo)記。但是，通常，難以在基于機(jī)械加工制作光學(xué)基板時以μ m精度形成標(biāo)記。
[0011]作為克服這種問題的透鏡標(biāo)記形成及標(biāo)記讀取方法的示例，示出了日本未審查專利公開2012-013933(專利文獻(xiàn)I)中記載的方法(圖20)。作為用于讀取柱狀透鏡基板50的位置信息的標(biāo)記，如圖20A所示，在透鏡節(jié)距方向的端部，設(shè)有圓柱透鏡的周期不同的至少一個非周期平坦部54。圖20B是通過向柱狀透鏡基板50與基板頭58之間的接觸部照射光并拍攝該反射光來獲得圖像的示例。如果例如非周期平坦部54的特定位置關(guān)系明確，則可以讀取柱狀透鏡基板50的特定位置的間距。以這種方式從反射光的亮度分布中讀取透鏡的位置信息，經(jīng)由另一攝像機(jī)拍攝顯示面板的面板標(biāo)記，以間接對準(zhǔn)的方式進(jìn)行位置對準(zhǔn)。同時，在經(jīng)由柱狀透鏡基板讀取顯示面板的面板標(biāo)記的直接對準(zhǔn)的情況下，面板標(biāo)記的位置由于由柱狀透鏡產(chǎn)生的折射作用而發(fā)生變化，從而被觀察到。因此，關(guān)于精度確保，間接對準(zhǔn)比直接對準(zhǔn)更加有用。
[0012]另外，在顯示面板和光學(xué)基板由高剛性的材料構(gòu)成的情況下，由于剛體被層疊，因此在層疊時容易混入氣泡。為了防止氣泡的混入，如日本未審查專利公開2012-133098(專利文獻(xiàn)2)中記載的，已知在比大氣壓低的減壓下將兩者層疊。作為層疊材料，通常使用稱作OCA (Optically Clear Adhesive:光學(xué)透明粘合劑)的粘結(jié)膜以及稱作OCR (OpticalClear Resin:光學(xué)透明樹脂)的粘結(jié)劑。
[0013]在這種減壓層疊裝置中，為了實現(xiàn)高精度層疊，首先，使用具有高剛性的真空室，其中，將用于使顯示面板及光學(xué)基板移入移出的門閥(door valve)和除稱作閘門閥(gatevalve)的開口部以外的部分形成為一體結(jié)構(gòu)。第二，在用于測量上臺座和下臺座的位置的、以及測量顯示面板和光學(xué)基板的位置的攝像機(jī)中，使用高精度的XYZ軸導(dǎo)向部和線性標(biāo)尺等具有驅(qū)動系統(tǒng)的機(jī)械部件。
[0014]現(xiàn)在，根據(jù)專利文獻(xiàn)2的段落0012至0014及圖4的流程圖，對相關(guān)技術(shù)的減壓層疊裝置實現(xiàn)的高精度層疊的概要進(jìn)行說明。在真空室內(nèi)，上臺座和下臺座上下相互面對地在它們之間空出間隔地平行設(shè)置。將真空室的門閥打開，將顯示面板及光學(xué)基板放入真空室內(nèi)，將顯示面板及光學(xué)基板的任一方(上基板)以使其層疊面向下地保持于上臺座，將另一方(下基板)以使其層疊面向上地保持于下臺座。當(dāng)上下基板完成放入其內(nèi)部時，將門閥關(guān)閉，進(jìn)行真空室內(nèi)的真空排氣。另外，在上下臺座在它們之間空出間隔地上下相互面對的狀態(tài)下，通過多個位置檢測攝像機(jī)，讀取分別設(shè)置在光學(xué)基板及顯示面板上的對準(zhǔn)標(biāo)記，通過設(shè)置在下臺座上的水平方向(χγ Θ方向)的可移動機(jī)構(gòu)，對準(zhǔn)上基板和下基板的位置。接下來，通過驅(qū)動馬達(dá)使上臺座下降，并使上下基板層疊。層疊后的基板通過將真空室的門閥打開由輸送機(jī)構(gòu)從真空室送出。
[0015]作為通過使用位置測量攝像機(jī)來讀取分別設(shè)置在光學(xué)基板及顯示面板上的對準(zhǔn)標(biāo)記的技術(shù)，專利文獻(xiàn)2中沒有給出具體的技術(shù)。然而，例如，具有在真空室的外側(cè)(大氣壓側(cè))設(shè)置攝像機(jī)、并經(jīng)由貫穿真空室打開的窗口拍攝真空室內(nèi)的上基板和下基板的對準(zhǔn)標(biāo)記的技術(shù)JP 4330912B(專利文獻(xiàn)3)、以及在真空室內(nèi)設(shè)置耐真空攝像機(jī)并在真空環(huán)境下拍攝對準(zhǔn)標(biāo)記的技術(shù)(JP 4192181B (專利文獻(xiàn)4)。
[0016]另外，使用上下真空室來進(jìn)行層疊的裝置及其制造方法記載于日本未審查專利公開2008-286886 (專利文獻(xiàn)6)、日本未審查專利公開2010-020068 (專利文獻(xiàn)7)、以及日本未審查專利公開2009-258582 (專利文獻(xiàn)8)中。
[0017]然而，在通過使用上述的相關(guān)技術(shù)的方法來進(jìn)行透鏡層疊的情況下，產(chǎn)生以下的冋題。
[0018]專利文獻(xiàn)2公開了具有真空室并在減壓下層疊顯示面板和光學(xué)基板的減壓層疊裝置。對于執(zhí)行由柱狀透鏡基板構(gòu)成的光學(xué)片和面板基板的這種層疊，當(dāng)采用專利文獻(xiàn)I中所示的標(biāo)記讀取方法(間接對準(zhǔn))時，可考慮如下的結(jié)構(gòu)。
[0019]將光學(xué)片以使其層疊面朝下地保持于上臺座，將面板基板以使其層疊面朝上地保持于下臺座。在進(jìn)行真空室內(nèi)的真空排氣之后，通過將位置測量攝像機(jī)插入到空出間隔地平行設(shè)置的上臺座與下臺座之間的間隙中，將位置測量攝像機(jī)設(shè)置到光學(xué)片的對準(zhǔn)標(biāo)記下。另外，向上基板與上臺座之間的接觸部照射光，拍攝并讀取來自對準(zhǔn)標(biāo)記的反射光。然后，讀取顯示面板的對準(zhǔn)標(biāo)記，通過設(shè)置在下臺座上的水平方向(XY Θ方向)的可移動機(jī)構(gòu)對準(zhǔn)上基板和下基板的位置。最后，通過驅(qū)動馬達(dá)使上臺座下降，使上下基板緊密層疊。
[0020]該結(jié)構(gòu)的特征在于，使用專利文獻(xiàn)4中所示的耐真空攝像機(jī)作為位置測量攝像機(jī)，從而將位置測量攝像機(jī)插入到上下臺座之間的間隙，并拍攝和讀取對準(zhǔn)標(biāo)記的反射光。然而，由這種結(jié)構(gòu)組成的機(jī)構(gòu)具有下面的問題。
[0021]用作位置測量攝像機(jī)的能夠耐受專利文獻(xiàn)4中所示的真空環(huán)境的攝像機(jī)需要由不銹鋼形成的攝像機(jī)機(jī)殼、連接器以及覆蓋連接器的外殼等特殊的外部構(gòu)件以及配線。因此，這種攝像機(jī)是比大氣中使用的通常的攝像機(jī)更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，因此價格昂貴。因此，當(dāng)使用多個攝像機(jī)時，成本進(jìn)一步提高。
[0022]另外，由于將位置測量攝像機(jī)插入到上下臺座之間的間隙的結(jié)構(gòu)，需要在真空室內(nèi)追加高精度的XY輸送機(jī)構(gòu)以使位置測量攝像機(jī)沿水平方向(XY)移動。在真空中使用的輸送機(jī)構(gòu)比在大氣中使用的輸送機(jī)構(gòu)更難以放熱，用于確保放熱性和耐熱性的成本進(jìn)一步
[0023]另外，該攝像機(jī)的輸送機(jī)構(gòu)的移動行程至少比上臺座的平面尺寸大。這是因為當(dāng)上臺座在層疊動作中上下移動時，需要使攝像機(jī)避開上臺座以使攝像機(jī)不會成為障礙。因此，平面尺寸比上臺座的平面尺寸大的輸送機(jī)構(gòu)被構(gòu)筑于上臺座的周圍。由此，容納輸送機(jī)構(gòu)的真空室比上述的專利文獻(xiàn)2的情況大很多。真空室的尺寸的增加導(dǎo)致整個層疊裝置的尺寸和重量增加。因此需要增大裝置框架的尺寸并采取對策增大剛性，因此不僅成本提高而且安裝空間增大。
[0024]作為其對策，可考慮下面的改善方案I。該方案是如W02010/026768(專利文獻(xiàn)5)的圖20及圖21所示，使用在大氣壓下通常使用的攝像機(jī)作為位置測量攝像機(jī)并采用使該位置測量攝像機(jī)在大氣壓中移動的輸送機(jī)構(gòu)的方案。該改善方案I將在下面進(jìn)行說明。
[0025]在真空室內(nèi)，上臺座和下臺座上下相互面對地在它們之間空出間隔地平行設(shè)置。在真空室的側(cè)部，設(shè)有由在腕狀支承體的前端設(shè)有多臺位置測量攝像機(jī)的標(biāo)量型機(jī)器人或XY水平方向的直行機(jī)器人等構(gòu)成的攝像機(jī)輸送機(jī)構(gòu)。將真空室的門閥打開，將顯示面板和光學(xué)基板放入真空室內(nèi)，將光學(xué)基板以使其層疊面朝下地保持于上臺座，將面板基板以使其層疊面朝上地保持于下臺座。當(dāng)上下基板完成放入時，在上下臺座相互面對地在它們之間空出間隔地設(shè)置的狀態(tài)下，從門閥的開口部放入攝像機(jī)輸送機(jī)構(gòu)，并將位置測量攝像機(jī)設(shè)置于光學(xué)基板的對準(zhǔn)標(biāo)記下。另外，向上基板和上臺座之間的接觸部照射光，拍攝并讀取來自對準(zhǔn)標(biāo)記的反射光。接下來，讀取顯示面板的對準(zhǔn)標(biāo)記。當(dāng)對準(zhǔn)標(biāo)記的讀取完成時，從門閥的開口部取出攝像機(jī)輸送機(jī)構(gòu)并將位置測量攝像機(jī)取出到真空室的側(cè)部。接著，將門閥關(guān)閉，將真空室的內(nèi)部排空。然后，通過設(shè)置在下臺座上的水平方向(XY Θ方向)的可移動機(jī)構(gòu)，進(jìn)行上基板和下基板的位置對準(zhǔn)。在位置對準(zhǔn)之后，通過驅(qū)動馬達(dá)使上臺座下降，并層疊上下基板。層疊后的基板通過將真空室的門閥打開由輸送機(jī)構(gòu)從真空室送出。
[0026]改善方案I的要點是在真空室的側(cè)部設(shè)置由在腕狀支承體的前端設(shè)有多臺位置測量攝像機(jī)的標(biāo)量型機(jī)器人或XY水平方向的直行機(jī)器人等構(gòu)成的攝像機(jī)輸送機(jī)構(gòu)，并在大氣壓下進(jìn)行對準(zhǔn)標(biāo)記的讀取。由此，不需要采用上述的耐真空攝像機(jī)和在真空中使用的輸送機(jī)構(gòu)，因此可期待解決與它們有關(guān)的成本提高和設(shè)置空間增大的一定程度的效果。
[0027]然而，在該改善方案I中，難以使層疊精度在微米級內(nèi)。S卩，在前端具有位置測量攝像機(jī)的腕狀支承體形成為在真空室外具有其支點的懸臂結(jié)構(gòu)。因此，由于傳遞到攝像機(jī)輸送機(jī)構(gòu)的周圍的振動，在位置測量攝像機(jī)發(fā)生錯位和散焦，因此對準(zhǔn)精度變差。
[0028]基于上述內(nèi)容，專利文獻(xiàn)2中所示的減壓層疊裝置對于層疊由柱狀透鏡基板構(gòu)成的光學(xué)片和顯示面板基板，仍面臨有關(guān)成本提高、安裝空間增大、層疊精度變差等的問題。
[0029]同時，專利文獻(xiàn)I披露了由柱狀透鏡基板構(gòu)成的光學(xué)片的透鏡標(biāo)記形成及標(biāo)記讀取方法、以及光學(xué)片和顯示面板的層疊方法。如專利文獻(xiàn)I的段落0054、圖1C及圖SB所示，光學(xué)片和顯示面板的層疊方法是通過使片材保持頭相對于顯示面板傾斜而將由柱狀透鏡基板構(gòu)成的光學(xué)片層疊到顯示面板的方法。然而，隨著從端部開始的層疊進(jìn)行，片材保持頭與顯示面板之間的接觸角度逐漸變小。因此，具有在層疊完成之前立即混入氣泡的風(fēng)險，預(yù)計光學(xué)片越大則混入其中的氣泡的發(fā)生率越高。
[0030]另外，專利文獻(xiàn)I的段落0061至0063及圖1中也披露了一種方法，其通過使用具有圓弧狀保持面的片材保持頭使所保持的光學(xué)片與顯示面板接觸，并使片材保持頭的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的同時，使顯示面板或旋轉(zhuǎn)軸自身相對運動而與該旋轉(zhuǎn)同步，由此從光學(xué)片的端部向相反側(cè)的端部連續(xù)地將光學(xué)片層疊到顯示面板。通過這種方法，光學(xué)片與顯示面板之間的接觸角度從層疊開始到結(jié)束始終恒定。因此，期望在如上所述的層疊剛要完成之前沒有混入氣泡的風(fēng)險。但是，雖然由可無障礙地順暢彎折的材料形成的膜片狀光學(xué)片可被圓弧狀保持面保持，但難以保持由高剛性材料形成的光學(xué)片。例如，用這種方法難以層疊由柱狀透鏡基板構(gòu)成的光學(xué)片，該柱狀透鏡基板具有如玻璃那樣的透明板材作為基本構(gòu)件。
[0031]因此，可考慮下面的改善方案2，其對專利文獻(xiàn)I的第一示例性實施方式中所示的片材保持頭及面板臺添加真空室和真空排氣系統(tǒng)，并在比大氣壓低的減壓下進(jìn)行層疊。
[0032]具體而言，真空室形成為由一對上下分割的立方體真空室構(gòu)成的分割結(jié)構(gòu)，片材保持頭設(shè)置在作為其中一個真空室的上側(cè)腔室(上真空室)的內(nèi)側(cè)，面板臺設(shè)置在作為另一個真空室的下側(cè)腔室(下真空室)的內(nèi)側(cè)，在下真空室的側(cè)面設(shè)置真空排氣系統(tǒng)。另外，作為層疊工序，對將光學(xué)片層疊到顯示面板的工序(參照專利文獻(xiàn)I的段落0033的工序106)追加以下工序:當(dāng)使片材保持頭和面板臺上下接近時，通過上真空室與下真空室之間的接觸形成封閉空間作為真空室，然后，通過進(jìn)行層疊之前的排氣減小真空室內(nèi)(片材保持頭和面板臺的周圍)的壓力。
[0033]通過這種改善方案2，期望能夠?qū)盈B上述的由將透明板構(gòu)件作為基材的柱狀透鏡基板構(gòu)成的光學(xué)片。另外，所添加的真空室的內(nèi)部尺寸僅需要比片材保持頭及面板臺的平面尺寸略大。因此，估計通過利用改善方案2實現(xiàn)的安裝空間的擴(kuò)大相對較小。
[0034]然而，在改善方案2中添加的真空室形成為上下二分的分割結(jié)構(gòu)。因此，與一體結(jié)構(gòu)的真空室相比，具有上下二分的部分的剛性劣化這樣的結(jié)構(gòu)上的問題。S卩，通過在下真空室的側(cè)面設(shè)置真空排氣系統(tǒng)的配管設(shè)備，由減壓時的大氣壓產(chǎn)生的壓縮力作為剪力作用于下真空室的側(cè)面(水平方向)。這引起下真空室的變形。下真空室的變形引起面板臺的錯位。另外，該剪力使面板臺的水平輸送機(jī)構(gòu)的定位