JP4614508B2 - 塗布装置および塗布方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被塗布基板上に塗布液を塗布する塗布装置および塗布方法に係り、とりわけ、大型のガラス基板やプラスチック基板等の枚葉タイプの被塗布基板上に塗布液を均一かつ効率的に塗布するための塗布装置および塗布方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、LCD(liquid crystal display)用のカラーフィルター等で用いられる大型のガラス基板上に塗布液を塗布する方式として、スピン塗布方式が多く用いられている。
【0003】
スピン塗布方式には大気開放型および密閉カップ式があるが、いずれの方式でも、塗布材料の使用効率が10%程度と低く、また被塗布基板の回転中心部分および周辺部分の塗布膜厚がその中間部分に比べて厚くなりすぎるという欠点がある。このため、例えば、塗布膜厚として数μm±3%程度の範囲が要求される場合には、スピン塗布方式により形成された塗膜をそのまま用いることが困難であり、被塗布基板の回転中心部分と周辺部分との間の中間部分であって塗布膜厚が比較的均一な部分のみを用いる必要がある。すなわち、スピン塗布方式には、塗布液の使用量、および被塗布基板の有効利用等の点で問題がある。
【0004】
このようなスピン塗布方式の欠点を解消するための方式として、ナイフ塗布方式やロール塗布方式等が提案されている。ナイフ塗布方式およびロール塗布方式はいずれも、被塗布基板上に塗布用クリアランスを設け、その設定値によって塗布膜厚を決定して塗布面の平滑性を得る方式であるが、この方式では、被塗布基板の表面の平滑度(凹凸度)が塗布精度以上に低い(凹凸度が大きい)場合に均一な膜厚を得ることが困難であるという欠点である。
【0005】
そこで、上述したような各塗布方式の欠点を解消して、枚葉タイプの被塗布基板上に塗布液の物性等の影響を受けることなく安定した状態で均一な塗膜を形成することのできる方式として、ダイ塗布方式やエクストルージョン塗布方式、ビード塗布方式が提案されている(特願平05−146757号参照)。
【0006】
これらの塗布方式に基づく塗布装置としては、例えば、一定の塗布用クリアランスをとって被塗布基板上に塗布ノズルから塗布液を吐出し、これと同時に被塗布基板を一定速度でスライドさせることにより、被塗布基板上に塗膜を形成するものが知られている。このとき、塗布ノズルには、塗布液供給機構から連続して塗布液の供給が行われ、塗布ノズルから吐出される塗布液の吐出量が一定に保たれるようになっている。なお、被塗布基板上に塗膜が形成されるとき、塗布ノズルと被塗布基板との間には一定量のビードが形成され、そのうちの一定量が被塗布基板上に塗布される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の塗布装置では、塗布ノズルから吐出された塗布液(ビード)が被塗布基板に確実に接触するようにするため、被塗布基板上に塗布液が最初に塗布される塗膜形成開始時の状態(図7(a)参照)では、被塗布基板上に塗布液が連続して塗布されている定常状態(図7(b)参照)よりも多量の塗布液が必要となる。なお、図7(a)(b)において、符号5は塗布ノズル、符号5aは塗布液が吐出されるスリット、符号8は被塗布基板、符号20は塗布液を示している。
【0008】
このため、従来の塗布装置では、被塗布基板のスライド速度が一定で、かつ塗布ノズルから吐出される塗布液の量が一定であっても、被塗布基板上に形成される塗布膜厚は均一にはならない。すなわち、塗膜形成開始時の状態から定常状態へ移行するまでの過渡期に形成された塗膜の部分は、その膜厚が正規の値から外れた不良部分となってしまうという問題がある。
【0009】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、被塗布基板上への塗膜形成開始時に形成される膜厚不良部分を減少させ、大型のガラス基板やプラスチック基板等の枚葉タイプの被塗布基板上に塗布液を均一かつ効率的に塗布することができる塗布装置および塗布方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、その第1の解決手段として、被塗布基板上に塗布液を塗布する塗布装置において、塗布液を吐出する塗布ノズルと、前記塗布ノズルを被塗布基板に対向させた状態で前記塗布ノズルと前記被塗布基板とを相対的に移動させる塗布用移動機構と、前記被塗布基板に並列して配設され、前記被塗布基板上に塗布液を塗布するのに先立って、前記塗布ノズルから吐出された塗布液を吸収する塗布液吸収部とを備えたことを特徴とする塗布装置を提供する。
【0011】
なお、上述した第1の解決手段においては、前記被塗布基板に対する前記塗布液吸収部の相対位置を調整する調整機構をさらに備えることが好ましい。また、前記塗布液吸収部は、前記被塗布基板が載置されているステージに対して脱着自在に取り付けられていることが好ましい。さらに、前記塗布液吸収部は、前記塗布ノズルから吐出された塗布液を吸収する吸収体と、前記吸収体を洗浄する洗浄機構とを有することが好ましい。さらにまた、前記塗布液吸収部は、前記吸収体を塗布液の塗布位置と洗浄位置との間で移動させる洗浄用移動機構をさらに有することが好ましい。なお、前記吸収体は塗布液を吸収する複数の吸収面を有し、前記洗浄用移動機構は、前記各吸収面が塗布液の塗布位置または洗浄位置に位置するよう前記吸収体を移動させることが好ましい。また、前記洗浄機構は、前記吸収体に対して洗浄液を供給する手段と、前記吸収体から洗浄液とともに除去された塗布液を回収する手段とを有することが好ましい。
【0012】
本発明は、その第2の解決手段として、塗布ノズルと被塗布基板とを相対的に移動させて被塗布基板上に塗布液を塗布する塗布方法において、塗布ノズルから吐出された塗布液を、被塗布基板に並列して配設された塗布液吸収部にて吸収して塗布液の量を調節するステップと、塗布液の量が調節された塗布ノズルにより前記被塗布基板上に塗布液を塗布するステップとを含むことを特徴とする塗布方法を提供する。
【0013】
本発明の第1および第2の解決手段によれば、被塗布基板に並列して配設された塗布液吸収部により、被塗布基板上に塗布液を塗布するのに先立って、塗布ノズルから吐出された塗布液を吸収するので、塗膜形成開始時において、被塗布基板に対するビードの接触のために吐出される過剰な塗布液を取り除き、定常状態と同様の量に調節することができる。このため、塗膜形成開始時の状態から定常状態までの塗布液の量の変化(過渡期)をなくすことができ、被塗布基板への塗膜形成開始直後から、所望の膜厚を有する均一な塗膜を被塗布基板上に形成することができ、LCD用のカラーフィルターで用いられるガラス基板等のような大面積の基板に対しても、所望の膜厚を有する均一な塗膜を形成することができる。
【0014】
また、本発明の第1の解決手段によれば、調整機構により被塗布基板に対する塗布液吸収部の相対位置を調整することにより、塗布液の吐出量および物性等に応じて、塗膜形成開始時の塗布液の量が定常状態と同様の量となるよう容易に調節することができる。さらに、塗布液吸収部を、被塗布基板が載置されているステージに対して脱着自在に取り付けることにより、塗布液の物性に応じて、適切な吸収力を有する塗布液吸収部への交換を容易に行うことができ、多様な物性の塗布液に柔軟に対応することができるとともに、塗布液吸収部のメンテナンスおよび洗浄を容易に行うことができる。さらにまた、塗布液吸収部のうち塗布液が吸収された吸収体を洗浄機構により洗浄液によって洗浄することにより、塗布液吸収部のメンテナンスおよび洗浄を容易に行うことができる。なお、吸収体として、塗布液を吸収する複数の吸収面を有するものを用い、洗浄用移動機構により、各吸収面が塗布位置または洗浄位置に位置するよう吸収体を移動させることにより、塗布液が吸収された吸収面を簡易かつ迅速に洗浄および再利用することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1および図2は本発明による塗布装置の一実施の形態を説明するための図である。
【0016】
図1に示すように、本実施の形態に係る塗布装置は、被塗布基板8上に塗布液を塗布するものであり、塗布液を吐出する塗布ノズル5を備えている。
【0017】
塗布ノズル5は、被塗布基板8が載置されるステージ3のスライド(移動)方向(図1の左右方向)と直交する方向(図1の紙面に直交する方向)に延びる帯状のスリット5aを有し、塗布液供給機構(図示せず)から供給される塗布液をスリット5aを介して下方に吐出することができるようになっている。
【0018】
また、塗布ノズル5は、被塗布基板8に対する塗布ノズル5の水平状態を調整することが可能なダイホルダ4に支持されている。ダイホルダ4は、昇降機構15を介して支柱16に取り付けられており、被塗布基板8に対する塗布ノズル5の高さを任意に調整することができるようになっている。なお、支柱16は基台1上に固定されている。
【0019】
一方、被塗布基板8は、基板ホルダ6を介してステージ3上に載置されており、基板ホルダ6の上面にて真空吸着により保持されるようになっている。ステージ3上には、基板ホルダ6(被塗布基板8)に並列して塗布液吸収部7が配設されており、被塗布基板8上に塗布液を塗布するのに先立って、塗布ノズル5から吐出された塗布液を吸収することができるようになっている。なお、塗布液吸収部7は、調整台(調整機構)9を介してステージ3上に配設されており、被塗布基板8に対する塗布液吸収部7の相対位置(被塗布基板8との距離、高さおよび平行度)を調整することができるようになっている。
【0020】
ここで、ステージ3は、エアースライドリニアモータ(塗布用移動機構)2を介して基台1上にてスライド(移動)自在に設置されており、塗布ノズル5のスリット5aを被塗布基板8に対向させた状態で塗布ノズル5と被塗布基板8とを相対的に移動させることができるようになっている。また、エアースライドリニアモータ2は、ステージ3の移動を適宜制御することにより、被塗布基板8上に塗布液を塗布するのに先立って、塗布ノズル5を塗布液吸収部7に対向させ、塗布ノズル5から吐出された塗布液を吸収することができるようになっている。
【0021】
次に、図2により、図1に示す塗布液吸収部7の詳細について説明する。
【0022】
図2に示すように、塗布液吸収部7は、塗布ノズル5から吐出された塗布液を吸収する吸収体10と、吸収体10を洗浄する洗浄機構17とを有している。吸収体10は、塗布液を吸収する複数の吸収面を有する四角柱形状をなしている。吸収体10は、洗浄機構17の洗浄槽11に回転軸10aを介して配設されており、図示しない駆動部(洗浄用移動機構)により吸収体10を図2の矢印方向に回転移動させることができるようになっている。これにより、吸収体10の各吸収面は、塗布液の塗布位置(塗布ノズル5に対向する位置)または洗浄位置(洗浄液供給ノズル12に対向する位置)に位置するようになっている。なお、洗浄機構17は、吸収体10の各吸収面を洗浄するよう吸収体10に対して洗浄液を供給する洗浄液供給ノズル12と、吸収体10から洗浄液とともに除去された塗布液を回収する洗浄槽11とを有している。なお、洗浄液供給ノズル12は、洗浄槽11に取り付けられている。また、洗浄槽11には、洗浄液および塗布液を除去するための洗浄液ドレン13と、吸収体10の洗浄後の各吸収面を空気等の循環により乾燥させるための排気ポート14とが取り付けられている。
【0023】
なお、吸収体10としては、被塗布基板8上に形成される塗膜の目標膜厚に応じた塗布プロセスによる塗布速度、塗布液供給レート、および塗布クリアランス等のパラメータに応じて、適当な吸収レートを有するものを選択することができる。このような適当な吸収レートを有する吸収体10の一例としては、ポリエチレンやポリビニルアルコール、セルロース、ポリプロピレン等からなる高分子多孔質体や高分子フィルター、およびそれらを組み合わせたもの、AlやSiO、MgO、CaO、ZrO等を主成分とする無機多孔質体、アルミニウムや銅、ステンレス、鉄、各種耐食合金等の金属メッシュ構造等、適当な気孔率を有するものを選択することができる。なお、以上のものの積層体や組み合わせたものであってもよい。
【0024】
また、被塗布基板8としては、LCD用のカラーフィルターで用いられるガラス基板等の任意のものを用いることができる。また、塗布ノズル5から吐出される塗布液としては、カラーフィルター用の着色液等の任意のものを用いることができる。具体的には例えば、溶剤系感光性樹脂、水系感光性樹脂、またはこれらの感光性樹脂に顔料等の着色材を分散させた着色感光性樹脂、各種接着剤、保護膜等を形成するための樹脂、各種インキ等を用いることができる。
【0025】
次に、図1および図2により、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
【0026】
まず、図1に示すように、ステージ3上に配設された基板ホルダ6上にて真空吸着により被塗布基板8を保持するとともに、ステージ3上に配設された塗布液吸収部7の上方に塗布ノズル5のスリット5aがくるようステージ3の左右方向の位置を調整する。なおこのとき、被塗布基板8に対する塗布ノズル5の平行度および高さはそれぞれダイホルダ4および昇降機構15により調整される。また、被塗布基板8に対する塗布液吸収部7(吸収体10の洗浄済みの吸収面)の相対位置(被塗布基板8との距離、高さおよび平行度)は調整台9により調整される。
【0027】
この状態で、塗布液供給機構(図示せず)から塗布液を塗布ノズル5に連続して供給し、塗布ノズル5のスリット5aから下方に塗布液を吐出する。
【0028】
同時に、エアースライドリニアモータ2によりステージ3を図1の位置から右方向にスライドさせ、塗布ノズル5から吐出された塗布液を塗布液吸収部7にて吸収して塗布液の量を調節した後、被塗布基板8上に塗布液を塗布する。
【0029】
その後、被塗布基板8の全面に亘って塗布液を塗布した後、エアースライドリニアモータ2によりステージ3を図1の左方向にスライドさせ、図1の位置へ戻す。
【0030】
なお、以上のようにして所定枚数の被塗布基板8に対して塗布液を塗布した後は、吸収体10のうち塗布液が吸収された吸収面を洗浄する。具体的には、図2に示すように、図示しない駆動部(洗浄用移動機構)により吸収体10を回転移動させ、塗布ノズル5に対向する位置に配置されていた吸収面を洗浄液供給ノズル12に対向する位置に移動させ、洗浄液供給ノズル12から供給された洗浄液により当該吸収面を洗浄する。なお、吸収体10から洗浄液とともに除去された塗布液は、洗浄槽11を介して洗浄液ドレン13により除去される。また、吸収体10の洗浄後の吸収面は排気ポート14を介して空気等を循環させることにより乾燥される。
【0031】
このように本実施の形態によれば、被塗布基板8に並列して配設された塗布液吸収部7により、被塗布基板8上に塗布液を塗布するのに先立って、塗布ノズル5から吐出された塗布液を吸収するので、塗膜形成開始時において、被塗布基板8に対するビードの接触のために吐出される過剰な塗布液を取り除き、定常状態と同様の量に調節することができる。このため、塗膜形成開始時の状態から定常状態までの塗布液の量の変化(過渡期)をなくすことができ、被塗布基板8への塗膜形成開始直後から、所望の膜厚を有する均一な塗膜を被塗布基板8上に形成することができ、LCD用のカラーフィルターで用いられるガラス基板等のような大面積の基板に対しても、所望の膜厚を有する均一な塗膜を形成することができる。
【0032】
また、本実施の形態によれば、塗布液吸収部7が調整台9を介してステージ3上に取り付けられ、被塗布基板8に対する塗布液吸収部7の相対位置(被塗布基板8との距離、高さおよび平行度)を調整することができるので、塗布液の吐出量および物性等に応じて、塗膜形成開始時の塗布液の量が定常状態と同様の量となるよう容易に調節することができる。
【0033】
さらに、本実施の形態によれば、塗布液吸収部7の吸収体10がステージ3(洗浄槽11)に対して脱着自在に取り付けられているので、塗布液の物性に応じて、適切な吸収力を有する吸収体への交換を容易に行うことができ、多様な物性の塗布液に柔軟に対応することができるとともに、塗布液吸収部7のメンテナンスおよび洗浄を容易に行うことができる。
【0034】
さらにまた、本実施の形態によれば、塗布液吸収部7のうち塗布液が吸収された吸収体10を洗浄機構17により洗浄液によって洗浄しているので、塗布液吸収部7のメンテナンスおよび洗浄を容易に行うことができる。なお、吸収体10は、塗布液を吸収する複数の吸収面を有し、図示しない駆動部(洗浄用移動機構)により、各吸収面が塗布ノズル5に対向する位置または洗浄液供給ノズル12に対向する位置に位置するよう吸収体10を回転移動させるので、塗布液が吸収された吸収面を簡易かつ迅速に洗浄および再利用することができる。
【0035】
なお、上述した実施の形態においては、塗布液吸収部7として、複数の吸収面を有する吸収体10を用い、これら各吸収面が塗布ノズル5に対向する位置と洗浄液供給ノズル12に対向する位置との間で切り替えられるよう、吸収体10を回転移動させているが、これに限らず、図3に示すように、一つの吸収面のみを有する吸収体10を用い、この吸収面を塗布液の塗布位置と洗浄位置との間で移動させるようにしたり、図4に示すように、表裏両面の2つの吸収面を有する吸収体10を用い、これらの吸収面が塗布ノズル5に対向する位置と洗浄液供給ノズル12に対向する位置との間で切り替えられるよう、吸収体10を適宜反転させるようにしてもよい。なお、図3および図4において、図2に示す塗布液吸収部7と同一の機能を果たす部材には同一の符号が付されている。
【0036】
また、上述した実施の形態においては、スリット5aを下方に向けて開口させた状態で塗布ノズル5を固定し、この固定されている塗布ノズル5に対してステージ3をスライドさせて被塗布基板8への塗布を行っているが、これに限らず、(1)スリット5aを上方に向けて開口させた状態で塗布ノズル5を固定し、この固定されている塗布ノズル5に対してステージ3をスライドさせて被塗布基板8への塗布を行ったり、(2)スリット5aを下方に向けて開口させた状態の塗布ノズル5を、固定されているステージ3に対してスライドさせて被塗布基板8への塗布を行ったり、(3)スリット5aを上方に向けて開口させた状態の塗布ノズル5を、固定されているステージ3に対してスライドさせて被塗布基板8への塗布を行うようにしてもよい。
【0037】
さらに、上述した実施の形態においては、塗布液吸収部7の吸収体10を洗浄槽11に対して脱着自在に取り付けているが、これに限らず、塗布液吸収部7全体をステージ3に対して脱着自在に取り付けるようにしてもよい。
【0038】
【実施例】
次に、図1および図2に示す塗布装置の具体的実施例について述べる。
【0039】
本実施例では、被塗布基板8として、LCD用のカラーフィルターで用いられるガラス基板を用いた。ガラス基板の寸法は、幅方向(塗布方向)の長さが670mm、横方向の長さが550mmである。また、塗布ノズル5から吐出される塗布液としては、カラーフィルター用の着色液として、富士フィルムオーリン(株)製カラーモザイクCR−7001を用いた。
【0040】
一方、エアスライドリニアモータ2の移動速度(塗布速度)は、50mm/secとし、塗布ノズル5からの塗布液供給レートは、0.2ml/secとした。また、塗布ノズル5と被塗布基板8との間の塗布用クリアランスは75μmとした。
【0041】
さらに、被塗布基板8と塗布液吸収部7(吸収体10)とは次のような関係で設置した。すなわち、被塗布基板8の端部と吸収体10の吸収用の吸収面の端部との間の離間距離を2mmとし、被塗布基板8の塗布面を吸収体10の吸収用の吸収面より25μm高く設置した。なお、被塗布基板8の塗布面と吸収体10の吸収用の吸収面とは互いに平行になるように設置した。
【0042】
なお、吸収体10としては、富士フィルター工業(株)製積層金属メッシュフィルター“フジプレート”(濾過精度0.5μm)を用い、被塗布基板8上に塗布液を塗布するのに先立って、吸収体10を前記塗布速度と同一の速度で移動させた状態で、塗布ノズル5を吸収体10上で20mmの距離に亘って接触させた。
【0043】
以上のような条件で、被塗布基板8上に塗布液を塗布した結果、被塗布基板8上に形成される塗膜の膜厚は、図5に示すように、被塗布基板8の全面に亘って略均一(膜厚:1.5μm)となった。すなわち、LCD用のカラーフィルターで用いられる大面積の基板であっても、被塗布基板8への塗膜形成開始直後から均一な塗膜を形成することができた。なお、図6に、予備塗布部7を用いることなく、上述した実施例と同一の条件で塗布液の塗布を行った比較例の結果を示す。
【0044】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、被塗布基板上への塗膜形成開始時に形成される膜厚不良部分を減少させ、大型のガラス基板やプラスチック基板等の枚葉タイプの被塗布基板上に塗布液を均一かつ効率的に塗布することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による塗布装置の一実施の形態を示す全体構成図。
【図2】図1に示す塗布装置のII部分の詳細を示す拡大図。
【図3】図2に示す塗布液吸収部の変形例を示す図。
【図4】図2に示す塗布液吸収部の他の変形例を示す図。
【図5】図1に示す塗布装置により塗布液を塗布した場合の被塗布基板の膜厚分布を示す図。
【図6】図5に示す実施例に対応する比較例の結果を示す図。
【図7】塗布ノズルと被塗布基板との間の塗布液(ビード)の状態を説明するための図。
【符号の説明】
1 基台
2 エアスライドリニアモータ(塗布用移動機構)
3 ステージ
4 ダイホルダ
5 塗布ノズル
5a スリット
6 基板ホルダ
7 塗布液吸収部
8 基板
9 調整台(調整機構)
10 吸収体
10a 回転軸
11 洗浄槽
12 洗浄液供給ノズル
13 洗浄液ドレン
14 排気ポート
15 昇降機構
16 支柱
17 洗浄機構

Claims (10)

  1. 被塗布基板上に塗布液を塗布する塗布装置において、
    塗布液を吐出する塗布ノズルと、
    前記塗布ノズルを被塗布基板に対向させた状態で前記塗布ノズルと前記被塗布基板とを相対的に移動させる塗布用移動機構と、
    前記被塗布基板に並列して配設され、前記被塗布基板上に塗布液を塗布するのに先立って、前記塗布ノズルから吐出された塗布液を吸収することで該被塗布基板上に塗布される塗布液の量を調節する塗布液吸収部とを備えたことを特徴とする塗布装置。
  2. 前記被塗布基板に対する前記塗布液吸収部の相対位置を調整する調整機構をさらに備えたことを特徴とする請求項1記載の塗布装置。
  3. 前記塗布液吸収部は、前記被塗布基板が載置されているステージに対して脱着自在に取り付けられていることを特徴とする請求項1または2記載の塗布装置。
  4. 前記塗布液吸収部は、前記塗布ノズルから吐出された塗布液を吸収する吸収体と、
    前記吸収体を洗浄する洗浄機構とを有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか記載の塗布装置。
  5. 前記塗布液吸収部は、前記吸収体を塗布液の塗布位置と洗浄位置との間で移動させる洗浄用移動機構をさらに有することを特徴とする請求項4記載の塗布装置。
  6. 前記吸収体は塗布液を吸収する複数の吸収面を有し、
    前記洗浄用移動機構は、前記各吸収面が塗布液の塗布位置または洗浄位置に位置するよう前記吸収体を移動させることを特徴とする請求項5記載の塗布装置。
  7. 前記洗浄機構は、前記吸収体に対して洗浄液を供給する手段と、前記吸収体から洗浄液とともに除去された塗布液を回収する手段とを有することを特徴とする請求項4乃至6のいずれか記載の塗布装置。
  8. 前記被塗布基板としてカラーフィルター用の基板を用い、前記塗布液としてカラーフィルター用の着色液を用いることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか記載の塗布装置。
  9. 塗布ノズルと被塗布基板とを相対的に移動させて被塗布基板上に塗布液を塗布する塗布方法において、
    塗布ノズルから吐出された塗布液を、被塗布基板に並列して配設された塗布液吸収部にて吸収して塗布液の量を調節するステップと、
    塗布液の量が調節された塗布ノズルにより前記被塗布基板上に塗布液を塗布するステップとを含むことを特徴とする塗布方法。
  10. 前記被塗布基板としてカラーフィルター用の基板を用い、前記塗布液としてカラーフィルター用の着色液を用いることを特徴とする請求項9記載の塗布方法。
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