ODF 真空貼合機 ESC靜電盤
新一代的TFT生產線採用了全新的製程技術—滴下式液晶注入法(One Drop Filling，ODF)，較傳統LCD的液晶注入方式更能節省材料成本及生產時間。然而隨著LCD面板尺寸的增加，對於ODF製程中之真空壓合封裝程序之精密對位會變的越來越困難。一般主要會遭遇到兩個問題：(1)如何於真空中對上下玻璃基板進行精密的外形對準；(2)如何於真空中對上下玻璃基板進行均勻施壓貼合，並且不產生框膠破壞或上下板間的偏移。為了解決以上的問題，本研究提出了將靜電吸盤與薄膜施壓法整合而成的一個包含靜電與真空吸附法、平均施壓與快速靜電解除機構，以及最佳可靠度之玻璃基板載出/載入之真空壓合機關鍵組件。另外，使用壓電致動器與QFT回授控制器來完成上下玻璃基板的位置定位。
前言
近年來由於行動電話、筆記型電腦、顯示器等電子商品的需求逐年上升，使得TFT-LCD的需求量大幅提升。然而傳統LCD的液晶注入方式是在上下玻璃對組之後，以毛細原理將液晶慢慢吸入，這種灌液晶方法的缺點是非常耗時且浪費液晶。因此新一代的TFT生產線採用了全新的製程技術—滴下式液晶注入法(One Drop Filling，ODF)，其製程是先將液晶直接滴在玻璃上，然後再於真空中進行上下玻璃的對組壓合。這種新的製程可以大幅節省灌液晶的時間與液晶材料，以三十吋面板為例，傳統灌液採批量製造型式，須耗時三至四天的時間，而以ODF方式處理一片只需要五分鐘，並且節省約40%的液晶材料。因此ODF製程不但能節省材料成本，更能縮短面板的製作時間。
圖1為ODF技術生產液晶顯示面板程序示意圖。其中，在ODF製程之真空封裝階段(Assembly in Vacuum)裡，若上下玻璃壓合時壓力不均或是施力過大，會造成面板內部結構的損壞或上下板間的偏移，為了避免這樣的情形發生，ODF製程所使用之真空壓合機台，其上、下盤之間的加工平行度公差需要在一個精密的範圍內。然而，由於加工技術的限制，在大型面板上(例如八代線以上)，要達成要求的加工平行度公差，會十分困難。此外，為防止LCD面板因為上下玻璃基板的貼合後之位置偏差，造成面板開口率(aperture ratio)的下降，在貼合上下玻璃基板前需要進行玻璃外形位置的精密對準。為了克服這些問題，一般ODF製程使用之真空壓合機必須要能克服下列問題：
‧上、下盤之間加工平行度公差的限制，造成密合時框膠的破壞；
‧上盤下落時，所產生的位移偏差；
‧快速處理靜電吸附釋放(玻璃基板載出、載入上下盤)；
‧上下玻璃基板需要進行精密的位置對準，以解決面板開口率降低的問題。
為了解決上述之問題，本研究提出了將靜電吸盤與薄膜施壓法整合而成的一個包含靜電與真空吸附法、平均施壓與快速靜電解除機構，以及最佳可靠度之玻璃基板載出/載入之真空壓合機關鍵組件。另外，使用壓電致動器與QFT回授控制器來完成上下玻璃基板的位置定位。研究方法
過去的對組壓合，由於是在液晶尚未封入的狀態下加工，因此比之目前ODF製程必須在真空環境下達成壓合的精度要簡單得多。為了達成真空壓合及定位之目的，目前ODF機台採用了靜電吸引的方式在真空中挾持，以及釋放玻璃基板。在對組的過程中，經過兩次的定位程序，並且在上方玻璃基板與下方玻璃基板對位精準後，將玻璃基板腔體內的壓力逐漸降低，最後達到真空規格之需求，再以靜電釋放之方式，使上、下玻璃基板疊合。然而，隨著LCD面板尺寸的增加，要達成精密對位的基板壓合將越來越難達成。因此以下內容將介紹ODF之壓合程序遭遇到的問題及本研究提出的解決技術。
(一)ODF壓合機設計
為使上述之技術獲得驗證，開發一組真空壓合測試機台(五代線尺寸1100×1300mm)，以進行相關技術之測試驗證(如圖2所示)。
由於本機台為試驗性質，因此暫不考慮機械手臂由下方插起(或上方吸附)等動作，其動作程序為將玻璃基板以手動方式放入上、下固定板上，利用固定板上之推拔定位銷做第一階段的定位，此階段須將玻璃基板定位至±2mm之範圍內。
接著利用高減速比之減速機配合導螺桿進行第二階段的粗調定位，此階段須將基板定位至±0.1mm之範圍內。
第三階段的定位則以壓電致動器進行細調，其定位精度期能達到±1μm。
第二、三階段之粗、細調均須考慮X、Y、θ三方向，為避免三個方向耦合問題，擬以每方向一施力點作考量。
(二)玻璃基板壓合程序
在習知整合液晶滴入製程中之真空壓合機中，在精密定位的過程中，會遇上如何在真空中將上玻璃基板平順且快速的貼合於下玻璃基板上，並且不能破壞框膠結構或均勻性。習知的做法一般採用靜電吸附解除自由落體的方式，或者利用上盤鑽孔之氣流強迫靜電解除後落下之方式。不論何種方式，在固定上玻璃基板之上盤與下玻璃基板之下盤之間，其受到加工平行度公差的限制，會造成上玻璃基板與下玻璃基板密合時框膠的破壞，而且上盤下落時，亦會產生位移偏差，使上玻璃基板與下玻璃基板無法很精確的密合。再者，上盤與下盤必須快速的處理靜電吸附與釋放，若沒有將靜電準確的吸附與釋放，則亦會造成上玻璃基板與下玻璃基板密合時產生移位的現象。
為了解決上述問題，本文使用具有靜電吸盤及真空吸盤組之壓合機上盤設計，來進行玻璃基板之吸附及拋下，其執行之動作程序如下：步驟一：將載入的上玻璃基板吸附於壓合機台之上盤上；吸附的動作是先利用真空吸盤組將玻璃基板平整的吸附於上盤表面之後，接著再啟動靜電吸盤吸附玻璃基板，如此作法可避免因大尺寸玻璃基板易變形的特性而與靜電吸盤貼附不全所產生的吸附失效。步驟二：是將具有框膠及液晶之下基板玻璃載入；步驟三：將壓合機上盤下降至與下盤間形成一微小間隙；步驟四：利用定位設備調整壓合機上下盤相對位置，以對準上下玻璃基板；步驟五：關閉靜電吸盤功能，並同步將真空吸盤充氣以達成拋下玻璃及壓合玻璃基板。
真空吸盤組件(如圖3所示)，採用薄膜施壓的設計使得施壓的過程為自然平衡(Natural Balance)的狀態，避免因為傾斜力矩(Tilt moment)的發生，造成壓力不均勻致使框膠受到破壞而污染液晶及貼合後產生上下玻璃基板之偏移。
前言
近年來由於行動電話、筆記型電腦、顯示器等電子商品的需求逐年上升，使得TFT-LCD的需求量大幅提升。然而傳統LCD的液晶注入方式是在上下玻璃對組之後，以毛細原理將液晶慢慢吸入，這種灌液晶方法的缺點是非常耗時且浪費液晶。因此新一代的TFT生產線採用了全新的製程技術—滴下式液晶注入法(One Drop Filling，ODF)，其製程是先將液晶直接滴在玻璃上，然後再於真空中進行上下玻璃的對組壓合。這種新的製程可以大幅節省灌液晶的時間與液晶材料，以三十吋面板為例，傳統灌液採批量製造型式，須耗時三至四天的時間，而以ODF方式處理一片只需要五分鐘，並且節省約40%的液晶材料。因此ODF製程不但能節省材料成本，更能縮短面板的製作時間。
圖1為ODF技術生產液晶顯示面板程序示意圖。其中，在ODF製程之真空封裝階段(Assembly in Vacuum)裡，若上下玻璃壓合時壓力不均或是施力過大，會造成面板內部結構的損壞或上下板間的偏移，為了避免這樣的情形發生，ODF製程所使用之真空壓合機台，其上、下盤之間的加工平行度公差需要在一個精密的範圍內。然而，由於加工技術的限制，在大型面板上(例如八代線以上)，要達成要求的加工平行度公差，會十分困難。此外，為防止LCD面板因為上下玻璃基板的貼合後之位置偏差，造成面板開口率(aperture ratio)的下降，在貼合上下玻璃基板前需要進行玻璃外形位置的精密對準。為了克服這些問題，一般ODF製程使用之真空壓合機必須要能克服下列問題：
‧上、下盤之間加工平行度公差的限制，造成密合時框膠的破壞；
‧上盤下落時，所產生的位移偏差；
‧快速處理靜電吸附釋放(玻璃基板載出、載入上下盤)；
‧上下玻璃基板需要進行精密的位置對準，以解決面板開口率降低的問題。
為了解決上述之問題，本研究提出了將靜電吸盤與薄膜施壓法整合而成的一個包含靜電與真空吸附法、平均施壓與快速靜電解除機構，以及最佳可靠度之玻璃基板載出/載入之真空壓合機關鍵組件。另外，使用壓電致動器與QFT回授控制器來完成上下玻璃基板的位置定位。研究方法
過去的對組壓合，由於是在液晶尚未封入的狀態下加工，因此比之目前ODF製程必須在真空環境下達成壓合的精度要簡單得多。為了達成真空壓合及定位之目的，目前ODF機台採用了靜電吸引的方式在真空中挾持，以及釋放玻璃基板。在對組的過程中，經過兩次的定位程序，並且在上方玻璃基板與下方玻璃基板對位精準後，將玻璃基板腔體內的壓力逐漸降低，最後達到真空規格之需求，再以靜電釋放之方式，使上、下玻璃基板疊合。然而，隨著LCD面板尺寸的增加，要達成精密對位的基板壓合將越來越難達成。因此以下內容將介紹ODF之壓合程序遭遇到的問題及本研究提出的解決技術。
(一)ODF壓合機設計
為使上述之技術獲得驗證，開發一組真空壓合測試機台(五代線尺寸1100×1300mm)，以進行相關技術之測試驗證(如圖2所示)。
由於本機台為試驗性質，因此暫不考慮機械手臂由下方插起(或上方吸附)等動作，其動作程序為將玻璃基板以手動方式放入上、下固定板上，利用固定板上之推拔定位銷做第一階段的定位，此階段須將玻璃基板定位至±2mm之範圍內。
接著利用高減速比之減速機配合導螺桿進行第二階段的粗調定位，此階段須將基板定位至±0.1mm之範圍內。
第三階段的定位則以壓電致動器進行細調，其定位精度期能達到±1μm。
第二、三階段之粗、細調均須考慮X、Y、θ三方向，為避免三個方向耦合問題，擬以每方向一施力點作考量。
(二)玻璃基板壓合程序
在習知整合液晶滴入製程中之真空壓合機中，在精密定位的過程中，會遇上如何在真空中將上玻璃基板平順且快速的貼合於下玻璃基板上，並且不能破壞框膠結構或均勻性。習知的做法一般採用靜電吸附解除自由落體的方式，或者利用上盤鑽孔之氣流強迫靜電解除後落下之方式。不論何種方式，在固定上玻璃基板之上盤與下玻璃基板之下盤之間，其受到加工平行度公差的限制，會造成上玻璃基板與下玻璃基板密合時框膠的破壞，而且上盤下落時，亦會產生位移偏差，使上玻璃基板與下玻璃基板無法很精確的密合。再者，上盤與下盤必須快速的處理靜電吸附與釋放，若沒有將靜電準確的吸附與釋放，則亦會造成上玻璃基板與下玻璃基板密合時產生移位的現象。
為了解決上述問題，本文使用具有靜電吸盤及真空吸盤組之壓合機上盤設計，來進行玻璃基板之吸附及拋下，其執行之動作程序如下：步驟一：將載入的上玻璃基板吸附於壓合機台之上盤上；吸附的動作是先利用真空吸盤組將玻璃基板平整的吸附於上盤表面之後，接著再啟動靜電吸盤吸附玻璃基板，如此作法可避免因大尺寸玻璃基板易變形的特性而與靜電吸盤貼附不全所產生的吸附失效。步驟二：是將具有框膠及液晶之下基板玻璃載入；步驟三：將壓合機上盤下降至與下盤間形成一微小間隙；步驟四：利用定位設備調整壓合機上下盤相對位置，以對準上下玻璃基板；步驟五：關閉靜電吸盤功能，並同步將真空吸盤充氣以達成拋下玻璃及壓合玻璃基板。
真空吸盤組件(如圖3所示)，採用薄膜施壓的設計使得施壓的過程為自然平衡(Natural Balance)的狀態，避免因為傾斜力矩(Tilt moment)的發生，造成壓力不均勻致使框膠受到破壞而污染液晶及貼合後產生上下玻璃基板之偏移。