JP2003057432A - カラーフィルタの製造用インクジェットプリント装置及びその方法 - Google Patents
カラーフィルタの製造用インクジェットプリント装置及びその方法Info
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- JP2003057432A JP2003057432A JP2001322718A JP2001322718A JP2003057432A JP 2003057432 A JP2003057432 A JP 2003057432A JP 2001322718 A JP2001322718 A JP 2001322718A JP 2001322718 A JP2001322718 A JP 2001322718A JP 2003057432 A JP2003057432 A JP 2003057432A
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- B41J3/407—Typewriters or selective printing or marking mechanisms characterised by the purpose for which they are constructed for marking on special material
Abstract
タ基板にインクドロップを均等且つ迅速にジェットプリ
ントできるカラーフィルタの製造用インクジェットプリ
ント装置及びその方法を提供する。 【解決手段】本発明の装置は、主にプリントヘッドモジ
ュール(11)と、運動テーブル(16)と、エアジェ
ットモジュール(12)と、光学感知システムと制御シ
ステムを備える。前記モジュール(11)は基板(1
7)にインクドロップを射出するために、少なくとも一
つのノズルとプリントヘッドを有する。また前記モジュ
ール(12)はインクドロップにホットエアを噴射する
ことによって、その分布の均等化と乾燥を同時に実現す
ることができる。更に光学感知システムはカラーフィル
タ基板(17)とノズル(62)の相対位置をリアルタ
イムに感知でき、位置決めを精密に行える。よって、本
発明の方法と併せて、インクジェットプリントの高品質
と迅速化をより一層向上することができる。
Description
ント装置と方法に係り、特に位置決めをリアルタイムに
行うと共に、カラーフィルタ基板にインクを直接ジェッ
トプリントすることができるカラーフィルタの製造用イ
ンクジェットプリント装置と方法に関するものである。
応用分野としては、次の三つがある。第一分野として
は、電荷結合デバイス(Charge Coupled Device, CCD)
等のイメージセンサーに使用される。また第二分野は、
クリスタルシャッター(crystalshutter)等のリニアセ
ンサー(line sensor)に応用される。更に第三分野と
しては、例えば、交差式(Twisted Nematic, TN)、ス
ーパー交差式(Super Twisted Nematic, STN)及び薄フ
ィルムトランジスタ(Thin Film Transistor, TFT)の
液晶ディスプレー装置(Liquid Crystal Display, LC
D)等のディスプレー装置に広く応用されている。これ
らの製品の需要量が増大するに伴い、カラーフィルタに
対するニーズも益々増える一方。そして、カラーフィル
タをより安く製造することは非常に重要な課題となって
いる。
るには、四つのプロセスがある。即ち、着色、クリー
ン、乾燥及びエッチングの四つのプロセスである。これ
らのプロセスが全て複雑であるため、製造コストの低減
を図ることは困難である。
ンクジェットプリント方法が使われる。この方法は、カ
ラーフィルタ基板において、ブラックマトリックス(Bl
ackMatrix)より構成した複数の空洞にインクドロップ
を直接スプレーするものであり、即ち、フィルタに異色
のインクドロップをスプレーして、異なるタイプのカラ
ーフィルタが形成される。この場合は、赤、緑及び青色
を基本セル(Cell)として広く使われている。この方法
は、他の半導体の製造方法に比較して装置自体とその製
造方法が安価であるというメリットがある。
を所定位置に射出するためには、精密な位置決めを行う
必要がある。その他、仮に前記空洞内へのインクドロッ
プの射出が不完全又は不良であれば、前記空洞間に白欠
陥(White Omission)が生成されるという問題が生じ
る。この問題を解決するためには、前記基板とインク塗
料層との間に、吸収層が設けられる方法が採用されてい
る。この吸収層によって、インクドロップを事前に決め
られた位置のみに拡散させて、更に光学的方法を用い
て、より正確に位置決めを行う工夫もなされている。
の従来の装置及び方法には、以下のような問題がある。 <イ>先ず、吸収層を設けることは製造プロセスを増加
するばかりではなく、全体の製造コストの高騰を招くと
いう欠点がある。また、前記吸収層によって、余分なイ
ンクドロップが完全に吸収されることができず、前記空
洞間に白欠陥又はカラーミキシング(Color Mixing)が
形成されるため、カラーフィルタの品質保証には限界が
ある。 <ロ>リアルタイム位置決めについて、光学的位置決め
方法とアナログ信号分析方法を併用した従来の方法で
は、プリントヘッドに光位置感知センサーを取り付け
て、これによって各フィルタ要素の中心部を感知すると
共に、拡散対象とする空洞又はスリットを通した光強度
の分布(波山や波谷等)に基づき、インクジェットヘッ
ドの位置を決定することがなされている。しかし、光強
度の分布は光源と感知センサーとの相対位置によって、
ずれが生じる恐れがあり、特に光が前記スリットを通過
するときに、回折現象が起きり、光のピーク位置にずれ
が発生するため、精密な位置決めが期待できない。
ヘッドをプリントヘッド一体に取り付けたため、製造コ
ストが高くなるだけではなく、インクジェットヘッドノ
ズルの清掃が非常に困難となると共に、ノズルの利用率
も低下する等の問題が残されている。
めに、本発明に係る請求項1は、プリントヘッドモジュ
ール(11)と、運動テーブル(16)と、エアジェッ
トモジュール(12)と、光学感知システムと制御シス
テムを備えるカラーフィルタの製造用インクジェットプ
リント装置であって、プリントヘッドモジュール(1
1)はカラーフィルタ基板(17)にインクドロップを
スプレーするために、少なくとも一つのノズル(62)
を有ると共に、各色のインクを独自に射出するプリント
ヘッド(61)を有し、運動テーブル(16)はカラー
フィルタ基板(17)を支持すると共に、プリントヘッ
ドモジュール(11)に対して移動可能に設置され、エ
アジェットモジュール(12)はプリントヘッドモジュ
ール(11)の一側に設けられる一方、カラーフィルタ
基板(17)上にスプレーされたインクドロップにエア
を吹き込むことによってその均等化を図り、光学感知シ
ステムはカラーフィルタ基板(17)とノズル(62)
の相対位置を感知するために設けられ、制御システムは
プリントヘッドモジュール(11)と、運動テーブル
(16)と、エアジェットモジュール(12)及び光学
感知システムを制御するために設けられることを特徴と
する、カラーフィルタの製造用インクジェットプリント
装置を提供する。
トモジュール(12)とプリントヘッドモジュール(1
1)とを統合して構成したことを特徴とする、請求項1
に記載のカラーフィルタの製造用インクジェットプリン
ト装置である。また本発明に係る請求項3は、エアジェ
ットモジュール(12)には、空気を加熱すると共に、
そのホットエアでインクドロップを乾燥させるための加
熱部が形成されることを特徴とする、請求項1に記載の
カラーフィルタの製造用インクジェットプリント装置で
ある。また発明に係る請求項4は、エアジェットモジュ
ール(12)には、円形のノズル(62)が形成される
ことを特徴とする、請求項1に記載のカラーフィルタの
製造用インクジェットプリント装置である。また本発明
に係る請求項5は、エアジェットモジュール(12)に
は、スリット状のノズル(63)が形成されることを特
徴とする、請求項1に記載のカラーフィルタの製造用イ
ンクジェットプリント装置である。また本発明に係る請
求項6は、光学感知システムは、カラーフィルタ基板の
位置を感知するための第一光学モジュール(13)と、
インクドロップとカラーフィルタ基板との相対位置をリ
アルタイムに感知するための第二光学モジュール(1
0)とを有すると共に、この相対位置をカラーフィルタ
基板の下方における光源から照射される光の強度を測定
して行うことを特徴とする、請求項1に記載のカラーフ
ィルタの製造用インクジェットプリント装置である。さ
らに本発明に係る請求項7は、第二光学モジュール(1
0)は、インクドロップとカラーフィルタ基板上のカラ
ー部の中心との相対位置を感知し、前記カラー部は、カ
ラーフィルタ基板上の格子構造を有するフレームである
と共に、前記格子構造はブラックマトリクスによって形
成されることを特徴とする、請求項6に記載のカラーフ
ィルタの製造用インクジェットプリント装置である。
ーフィルタ基板(17)と一つのノズル(62)を設置
するステップと、(b)インクドロップとカラーフィル
タ基板(17)上のカラー部の中心との相対位置をリア
ルタイムに追跡するステップと、(c)カラーフィルタ
基板上のカラー部にインクドロップを射出するステップ
と、(d)インクドロップにエアを吹き込んでその均等
化を行うステップと、からなることを特徴とする、カラ
ーフィルタの製造用インクジェットプリント方法であ
る。
を、カラーフィルタ基板上の格子構造を有するフレーム
とすると共に、格子構造をブラックマトリクスによって
形成することを特徴とする、請求項8に記載のカラーフ
ィルタの製造用インクジェットプリント方法である。ま
た本発明に係る請求項10は、上記ステップ(b)は、
カラーフィルタ基板の下方における光源から照射される
光の強度を測定して行うことを特徴とする、請求項8に
記載のカラーフィルタの製造用インクジェットプリント
方法である。さらに本発明に係る請求項11は、前記ス
テップ(d)には、更にインクドロップを乾燥させるス
テップを付加することを特徴とする、請求項8に記載の
カラーフィルタの製造用インクジェットプリント方法で
ある。
の好適な実施の形態を詳細に説明する。
用インクジェットプリント装置(以下、本発明の装置を
いう)はプリントヘッドモジュール(11)と、運動テ
ーブル(16)と、エアジェットモジュール(12)
と、光学感知システムと制御システムから構成される。
プリントヘッドモジュール(11)は、少なくとも一つ
のノズルを有する。各ノズルは一色を備えると共に(通
常は、赤(R)、緑(G)と青(B)の三色を有す
る)、カラーフィルタ基板(17)にインクドロップを
ジェットプリントする。運動テーブル(16)はカラー
フィルタ基板(17)を支持すると共に、プリントヘッ
ドモジュール(11)に対して移動可能に設置され、従
って、プリントヘッドモジュール(11)はカラーフィ
ルタ基板(17)にインクドロップをジェットプリント
することができる。
ッドモジュール(11)を設置するための支持フレーム
(14)が設けられると共に、駆動モーター(15)に
よってプリントヘッドモジュール(11)に対してカラ
ーフィルタ基板(17)をX−Y−θの方向に移動する
ことができる。ここで、X方向は、支持フレーム(1
4)と平行する方向であり、Y方向は支持フレーム(1
4)と垂直する方向であり、θ方向はX-Y軸からなる
平面に基づいてカラーフィルタ基板(17)を回転させ
る角度方向である。また、支持フレーム(14)に取り
付けられる全てのパーツ(10、11、12、13)は
位置調整ができるようにしている。なお、上記本発明の
装置は、振動を吸収できる四つの振動絶縁体を備える堅
固なベースによって支持される。また、コンピューター
を基にするコントローラー(図示せず)によって、全て
の製造プロセスの操作が制御される。
(17)の位置を感知するための第一光学モジュール
(13)と、カラーフィルタ基板(17)とプリントヘ
ッドモジュール(11)との相対位置を感知するための
第二光学モジュール(10)とを有する。第一光学モジ
ュール(13)としては、例えば、エリア電荷結合デバ
イス(Area CCD)を使用する。さらに、具体的に言え
ば、第二光学モジュール(10)はプリントヘッドモジ
ュール(11)のノズル(62)と基板のカラー部上に
射出されたインクドッドとの相対位置を感知し、例え
ば、リニア電荷結合デバイス(linear CCD)を使用す
る。要するに、本発明において、初期位置の校正には、
第一光学モジュール(13)を使用する一方、リアルタ
イム、且つ精密な位置同定(又は位置追跡)には、第二
光学モジュール(10)を使用する。
ーフィルタ基板(17)にスプレーされたインクドロッ
プにエアを吹き込んでその分布を正確且つ均等にするも
のである。図5に示すように、エアジェットモジュール
(12)はエア供給器(51)と、エアフィルタ(5
2)と、圧力制御弁(53)とエアノズル(54)から
構成される。エア供給器(51)は、空気と空気を吹き
込むための圧力を供給し、他方エアフィルタ(52)
は、前記空気中に含まれる水分や不純物を濾過して除去
することによって、インクドロップへの汚染を防止す
る。また、圧力制御弁(53)は、所定空気圧力を制御
し、そして、エアノズル(54)は空気を吹き出す。一
方、制御システムは、プリントヘッドモジュール(1
1)、運動テーブル(16)、エアジェットモジュール
(12)、光学感知システムなどの各ユニットの移動
を、コンピューター制御システムによって制御する(図
示せず)。
う。即ち、着色対象とする基板を運搬装置(図示せず)
上に載せて運ぶ。その後、前記基板を本発明の装置の初
期位置にセットしておく。
ジュール(13)によって、カラーフィルタ基板(1
7)の初期位置決めを行う。即ち、カラーフィルタ基板
(17)上に予め設置された直線状のマークの位置を読
み取ってから、載荷による前記基板(17)の位置オフ
セットを算定する。その後、駆動モーターによって、X
−Y−θステージを移動しながら、前記基板(17)の
直線性を調整する。
(103)のプレプリントを行う。このステップにおい
て、参照ノズル(reference nozzle)の位置決めを行う
と共に、カラーフィルタ基板(17)における特定のブ
ランク・テスト・エリアにインクドロップを射出して、
プリントの状況等を事前に確認しておく。ここで、各プ
リントヘッドに対して、前記参照ノズルを用いて、位置
決めを事前に行う。また、所定のカラーフィルタパター
ンに基づき、インクドロップの射出状況の良否を確認し
ておく。
プにおいて、前記基板(17)に対するプリントヘッド
との相対位置や角度を正確に調整すると共に、前記参照
ノズルから射出されたインクドロップの状況の良否を確
認する。次にステップ(105)へ移る。ここで、プロ
セッシング・イメージ・データにより、前記基板(1
7)上にノズルから射出されたインクドットの状態の良
否をチェックする。その状態が良好であれば、次のステ
ップへ進む。一方、不合格の状態であれば、位置等の調
整、ノズル等の清掃及びプリントヘッド等の交換を行
う。即ち、合格な状態になるまでは、上記ステップ(1
03)からステップ(105)までを繰り返して行う。
て、位置オフセットを校正するためのリアルタイム追跡
スキームを示すものである。同図には、ブラックマトリ
クスを有する格子窓構造(32)と、赤、緑と青の三色
を有するカラー部(33)を示す。これらの基本要素の
組み合わせによって、カラーフィルタを形成する。一
方、前記カラーフィルタに対して、前記基板(17)が
相対移動されると、インクジェットヘッドは前記フィル
タの基本要素をプリントする。その際、基板(17)
は、第二光学モジュール(10)に対して、右側から左
側へ移動されると共に、第二光学モジュール(10)
は、スキャン・データ・アレー(T11〜T14)を順
次捕捉する。ここで、ブラックマトリクスを有する格子
窓構造、又はフレーム(32)と、カラー部(33)か
ら得られる感知信号が異なるため、第二光学モジュール
(10)のリニア電荷結合デバイス(linear CCD)によ
って判明することができる。
ィルタ基板(17)下における光源から照出され、且つ
前記基板(17)を透過される光を受光してその強度を
測定することができる。第一、二光学モジュールの光源
としては、点光源又は背光源を使用してよい。具体的
に、第二光学モジュールでは、受光されたアナログ信号
をデジタル信号へ変換され、例えば、光の強度が閾値よ
り大きい場合、デジタル信号が1とし(カラー部(3
3)と対応)、閾値より小さい場合、デジタル信号が0
とセットする(格子構造又はフレーム(32)と対
応)。なお、光源から照出される光がカラーフィルタ基
板(17)を透過する場合は、その光が前記格子構造
(32)を通過できないが、前記カラー部(33)を通
過できる。
て、異なる時間で捕捉される信号はT11、T12、T
13、とT14の順となる。また、格子構造(32)が
固定なものであるため、予め所定の臨界値を設定するこ
とにより、カラー部(33)と格子構造(32)の所在
を識別することができる。例えば、感知追跡中の信号0
が前記臨界値の60%より大きくなると、格子構造(3
2)のフレーム又は辺縁(T11)を認定することがで
きる。また、図3(a)に示すようなフレーム(T1
1)とフレーム(13)との間のエリアは、前記信号0
が前記臨界値より大きくなれば、カラー部(33)と認
定される。更に、他の感知信号T12、T13を用い
て、前記格子構造(32)の偏移角度を決定する。な
お、前記格子構造は、二次元ブラックマトリクスとす
る。
ール(10)により感知された信号は、ブラックエリア
が0となる。即ち、通過される光の強度は閾値又は臨界
値より弱いことが分かる。一方、T12とT13におけ
る信号が0となる位置を判定することによって、前記格
子構造(32)の傾斜角(δ)を知ることができる(図
4を参照)。ここで、リニアCCDの光度は1μm/ピ
クセル、T12とT13間の時間差はΔt、前記基板
(17)の移動速度はVmm/sとする場合、前記傾斜
角δは、式のsin-1(オフセットカウント×(1μm/ピ
クセル)/(Δt×Vmm/s))により算定することが
できる。なお、前記オフセットカウントは、T12から
T13へシフトによる微小値である。また、前述した校
正の際、制御システムによって、前記基板(17)をY
方向に移動させると共に、各カラー部の中心を射出ノズ
ルと合わせて位置決めの校正を行う。
ェットプリントのステップ(106)を行う(図2を参
照)。本ステップにおいて、ノズルによって、事前に決
定されたフィルム要素(カラー部(33))の所定位置
に、又は格子構造(32)内にインクドロップを射出さ
せる。その後、エアジェットモジュール(12)によっ
て、空気を吹き込み、インクドロップ分布の均等化と乾
燥のステップ(107)を行う。
6)が先ず基板(17)上にジェットプリントされる。
その後、ノズル(54)によって、前記インクドロップ
(56)に空気を吹き込むと共に、その均等化を図る。
図7には、上記の吹き込まれた空気の圧力分布を示す。
基板の表面に作用する垂直力(F)は、式F=ρU2B
により表わすことができる。ここで、ρは空気の密度、
Uは空気の速度、Bはジェット出口の面積である。そし
て、適切な空気の圧力が前記式と圧力制御弁(53)に
よって得られる。同時に、エアジェットモジュール(1
2)に加熱部を付加することで、加熱されたホットエア
をインクドロップ(56)を吹き込み、その分布の均等
化と乾燥を同時に実現することができる。
最後に仕上げの色彩を確認するステップ(108)を行
う。
(106)を行いながら、第二光学モジュール(10)
を用いて、リアルタイム校正を実施する。特に、ステッ
プ(106)において、より精密に位置決めを行う必要
がある。また、エアジェットモジュール(12)とプリ
ントヘッドモジュール(11)とは、一体に統合して構
成することができる。
トヘッド、又はインクジェットヘッド(61)には、イ
ンクジェットノズル(62)とエアジェットノズル(6
3)が夫々設けられる。そして、インクジェットノズル
(62)によって、インクドロップを射出した後に、エ
アジェットノズル(63)を用いて、インクドロップの
均等化を行う。なお、エアジェットノズル(63)は効
果が同一であれば、円形、又はスリット状でも良い。
次のような効果を得ることができる。 <イ>従来の吸収層を設置する必要がないため、製造コ
ストの低減と製造プロセスの簡素化を図ることができ
る。また、エアジェットを併用することによって、イン
クドロップの均等分布が得られる。 <ロ>本発明の光学感知(CCD)システムは、光源が
基板の下方に設けられ、その光が基板を透過できるた
め、従来の技術と比較して、光の反射に伴う測定誤差が
生じない。 <ハ>また本発明の光学感知(CCD)システムは、位
置同定がリアルタイムに行えるため、ジェットプリント
に必要な高精密度を確保することができる。 <ニ>また本発明の光学感知(CCD)システムは、ブ
ラックマトリクスとカラー部の識別がデジタル信号によ
って識別されるため、従来のアナログ技術と比較して、
光の回折によるエラーシフトの現象を回避することがで
きる。 <ホ>光学感知システムとプリントヘッドモジュールと
を独立に設けられるため、インクジェットヘッドの清掃
が容易となる。 <ヘ>エアジェットモジュールに加熱部を付設されるこ
とにより、ホットエアの吹き込みが可能となるため、イ
ンクドロップ分布の均等化を実現すると共に、その乾燥
をより迅速に行うことができる。
ェットプリント装置の概略斜視図である。
ェットプリント方法のフローチャートである。
を第二光学感知システムによって感知する第一実施形態
を示す説明図である。
を第二光学感知システムによって感知する第二実施形態
を示す説明図である。
説明図である。
ドロップの形成及びその均等化を示す説明図である。
す概念図である。
実施形態を示す説明図である。
Claims (11)
- 【請求項1】プリントヘッドモジュール(11)と、運
動テーブル(16)と、エアジェットモジュール(1
2)と、光学感知システムと制御システムを備えるカラ
ーフィルタの製造用インクジェットプリント装置であっ
て、 プリントヘッドモジュール(11)はカラーフィルタ基
板(17)にインクドロップをスプレーするために、少
なくとも一つのノズルを有ると共に、各色のインクを独
自に射出するプリントヘッドを有し、 運動テーブル(16)はカラーフィルタ基板(17)を
支持すると共に、プリントヘッドモジュール(11)に
対して移動可能に設置され、 エアジェットモジュール(12)はプリントヘッドモジ
ュール(11)の一側に設けられる一方、カラーフィル
タ基板(17)上にスプレーされたインクドロップにエ
アを吹き込むことによって、その均等化を図り、 光学感知システムはカラーフィルタ基板(17)とノズ
ルの相対位置を感知するために設けられ、 制御システムはプリントヘッドモジュール(11)と、
運動テーブル(16)と、エアジェットモジュール(1
2)及び光学感知システムを制御するために設けられる
ことを特徴とする、 カラーフィルタの製造用インクジェットプリント装置。 - 【請求項2】エアジェットモジュール(12)とプリン
トヘッドモジュール(11)とを統合して構成したこと
を特徴とする、請求項1に記載のカラーフィルタの製造
用インクジェットプリント装置。 - 【請求項3】エアジェットモジュール(12)には、空
気を加熱すると共に、そのホットエアでインクドロップ
を乾燥させるための加熱部が形成されることを特徴とす
る、 請求項1に記載のカラーフィルタの製造用インクジェッ
トプリント装置。 - 【請求項4】エアジェットモジュール(12)には、円
形のノズルが形成されることを特徴とする、請求項1に
記載のカラーフィルタの製造用インクジェットプリント
装置。 - 【請求項5】エアジェットモジュール(12)には、ス
リット状のノズルが形成されることを特徴とする、請求
項1に記載のカラーフィルタの製造用インクジェットプ
リント装置。 - 【請求項6】光学感知システムは、カラーフィルタ基板
の位置を感知するための第一光学モジュール(13)
と、インクドロップとカラーフィルタ基板との相対位置
をリアルタイムに感知するための第二光学モジュール
(10)とを有すると共に、この相対位置をカラーフィ
ルタ基板の下方における光源から照射される光の強度を
測定して行うことを特徴とする、 請求項1に記載のカラーフィルタの製造用インクジェッ
トプリント装置。 - 【請求項7】第二光学モジュール(10)は、インクド
ロップとカラーフィルタ基板上のカラー部の中心との相
対位置を感知し、前記カラー部は、カラーフィルタ基板
上の格子構造を有するフレームであると共に、前記格子
構造はブラックマトリクスによって形成されることを特
徴とする、 請求項6に記載のカラーフィルタの製造用インクジェッ
トプリント装置。 - 【請求項8】(a)カラーフィルタ基板(17)と一つ
のノズル(62)を設置するステップと、 (b)インクドロップとカラーフィルタ基板(17)上
のカラー部の中心との相対位置をリアルタイムに追跡す
るステップと、 (c)カラーフィルタ基板上のカラー部にインクドロッ
プを射出するステップと、 (d)インクドロップにエアを吹き込んでその均等化を
行うステップと、からなることを特徴とする、 カラーフィルタの製造用インクジェットプリント方法。 - 【請求項9】カラー部を、カラーフィルタ基板上の格子
構造を有するフレームとすると共に、格子構造をブラッ
クマトリクスによって形成することを特徴とする、 請求項8に記載のカラーフィルタの製造用インクジェッ
トプリント方法。 - 【請求項10】前記ステップ(b)は、カラーフィルタ
基板の下方における光源から照射される光の強度を測定
して行うことを特徴とする、 請求項8に記載のカラーフィルタの製造用インクジェッ
トプリント方法。 - 【請求項11】前記ステップ(d)には、更にインクド
ロップを乾燥させるステップを付加することを特徴とす
る、 請求項8に記載のカラーフィルタの製造用インクジェッ
トプリント方法。
Applications Claiming Priority (2)
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