JP2018079404A - 絶縁膜材料の塗布方法 - Google Patents

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哲 友枝
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Abstract

【課題】十分な絶縁性を得ることができる絶縁膜材料の塗布方法を提供する。【解決手段】基材Wの表面に配線52が形成された配線付き基材の所定の塗布領域にインクジェット法により絶縁膜材料を塗布する絶縁膜材料の塗布方法であり、配線付き基材上の配線52の位置、厚みおよび幅の情報を受け取る配線情報受け取り工程と、塗布領域に絶縁膜材料を塗布する塗布工程と、を有し、塗布工程において、配線52上に塗布される絶縁膜の厚みt1は、配線52が形成されていない部分へ塗布される絶縁膜の厚みt2から配線52の厚みt3を差し引いた厚みとなるように塗布動作を制御する。【選択図】図3

Description

本発明は、基材の表面に電極が形成された電極付き基板の所定の塗布領域にインクジェット法により絶縁膜を塗布する絶縁膜材料の塗布方法に関するものである。
液晶表示装置に用いられる液晶パネルは、電極が形成されている2枚の基板とその間に挿入されている液晶層から構成を有する。2枚の基板のうち一方の基板は、たとえば各画素の動作を制御するための素子としてTFT(Thin Film Transistor)が形成されたアレイ基板であり、このアレイ基板には、ゲート配線とソース配線とが複数本ずつ格子状に設けられ、ゲート配線とソース配線との交差部にTFTが設けられた構成を有している。TFTは、ゲート配線に接続されたゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体膜、ソース配線に接続されたソース電極及び画素電極に接続されたドレイン電極、の順で積層された構成を有し、ゲート配線はゲート絶縁膜に覆われて絶縁されている。このようなゲート絶縁膜は、たとえば特許文献1に示すようにスリットコーティングなどにより一様な厚みの薄膜となるように形成される。
特表2004−531086号公報
しかし、上記方法によってゲート絶縁膜を形成した場合であっても、十分な絶縁性を得ることができないという問題があった。具体的には、スリットコーティングによって一様な厚みでゲート絶縁膜材料91が塗布された場合であっても、図6に矢印で示すように基材W上に形成されたゲート配線92の肩部分に塗布されたゲート絶縁膜材料91は一段低くなっているゲート配線91の外側へ流れる挙動を示し、膜厚が薄くなる。そのため、ゲート絶縁膜の絶縁性が十分に得られなくなるおそれがあった。
本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、十分な絶縁性を得ることができる絶縁膜材料の塗布方法を提供することを目的としている。
上記課題を解決するために本発明の絶縁膜材料の塗布方法は、基材の表面に配線が形成された配線付き基材の所定の塗布領域にインクジェット法により絶縁膜材料を塗布する絶縁膜材料の塗布方法であり、前記配線付き基材上の配線の位置、厚みおよび幅の情報を受け取る配線情報受け取り工程と、前記塗布領域に絶縁膜材料を塗布する塗布工程と、を有し、前記塗布工程において、配線上に塗布される絶縁膜の厚みt1は、配線が形成されていない部分へ塗布される絶縁膜の厚みt2から配線の厚みt3を差し引いた厚みとなるように塗布動作を制御することを特徴としている。
上記絶縁膜材料の塗布方法によれば、厚みt3の配線上に形成される厚みt1の絶縁膜の表面高さと配線が形成されていない部分に形成される厚みt2の絶縁膜の表面高さとがほぼ同一になるため、絶縁膜材料が高い場所から低い場所に流れて絶縁膜が薄くなることを防ぎ、十分な絶縁性を有する絶縁膜を形成することができる。
また、前記塗布工程は、配線が形成されていない部分へ厚みt2の絶縁膜を形成する量の塗布を行う第1の塗布工程と、配線上に厚みt1の絶縁膜を形成する量の塗布を行う第2の塗布工程とを有するようにしても良い。
こうすることにより、第1の塗布工程において配線の両脇に堤防代わりとなる絶縁膜を形成した後、第2の塗布工程において配線上に絶縁膜材料を塗布するため、配線上から絶縁膜材料が流れるすることを防ぐことができる。
また、前記塗布工程は、配線が形成されていない部分へ厚みt3の絶縁膜を形成する量の塗布を行う第1の塗布工程と、塗布領域全体に厚みt1の絶縁膜を形成する量の塗布を行う第2の塗布工程とを有するようにしても良い。
こうすることにより、第1の塗布工程において塗布領域の表面を一度平坦にしてから配線上へ絶縁膜材料を塗布するため、高い場所から低い場所へ流れるように配線上から絶縁膜材料が流れることを防ぐことができる。
本発明の絶縁膜塗布方法によれば、十分な絶縁性を有する絶縁膜を得ることが可能である。
本発明の一実施形態における絶縁膜材料の塗布方法を実施する塗布装置を示す概略図である。 本実施形態にかかる配線付き基材を表す概略図である。 本実施形態にかかる絶縁膜材料の塗布方法を示す概略図である。 本発明の他の実施形態にかかる絶縁膜材料の塗布方法を示す概略図である。 本発明の他の実施形態にかかる絶縁膜材料の塗布方法を示す概略図である。 従来の絶縁膜材料の塗布方法により形成された絶縁膜を示す概略図である。
本発明に係る実施の形態を図面を用いて説明する。
図1は、本発明を実施する塗布装置の概略図である。
塗布装置1は本実施形態ではインクジェット塗布装置であり、塗布部2、塗布ステージ3、アライメント部4、および制御部5を備えており、塗布部2が塗布ステージ3上の基材Wの上方を移動しながら塗布部2内のノズルから塗布液(絶縁膜材料)の液滴を吐出することにより、基材Wへの塗布動作が行われる。そして、基材W上に着弾した液滴同士が連結し、基材W上に絶縁膜51が形成される。また、塗布部2が基材Wへ液滴を吐出する前に、アライメント部4が基材Wのアライメントマークを撮像し、その結果にもとづいて制御部7が塗布ステージ3の位置および角度を調節して基材Wの位置ずれを補正する。
なお、以下の説明では、基材Wへの液滴吐出時に塗布部2が移動する(走査する)方向をX軸方向、X軸方向と水平面上で直交する方向をY軸方向、X軸およびY軸方向の双方に直交する方向をZ軸方向として説明を進めることとする。
塗布部2は、塗布ヘッド10、および塗布ヘッド移動装置12を有している。塗布ヘッド10は塗布ヘッド移動装置12によって塗布ステージ3上の基材Wの任意の位置まで移動することが可能であり、吐出位置まで移動した後、塗布ヘッド10はノズル11から各吐出対象に対してインクジェット法により液滴の吐出を行う。
塗布ヘッド10は、Y軸方向を長手方向とする略直方体の形状を有し、複数の吐出ユニット13が組み込まれている。
吐出ユニット13には、複数のノズル11が設けられており、吐出ユニット13が塗布ヘッド10に組み込まれることにより、ノズル11が塗布ヘッド10の下面に配列される形態をとる。
また、塗布ヘッド10は配管を通じてサブタンク15と連通している。サブタンク15は、塗布ヘッド10の近傍に設けられており、サブタンク15と離間して設けられたメインタンク16から配管を経由して供給された塗布液を一旦貯蔵し、その塗布液を塗布ヘッド10へ高精度で供給する役割を有する。サブタンク15から塗布ヘッド10へ供給された塗布液は、塗布ヘッド10内で分岐され、各吐出ユニット13の全てのノズル11へ供給される。
各ノズル11はそれぞれ駆動隔壁14を有し、制御部5からそれぞれのノズル11に対する吐出のオン、オフの制御を行うことにより、任意のノズル11の駆動隔壁14が伸縮動作し、液滴を吐出する。なお、本実施形態では、駆動隔壁14としてピエゾアクチュエータが用いられている。
また、各ノズル11からの液滴の吐出を安定させるために、塗布待機時には塗布液が各ノズル11内で所定の形状の界面(メニスカス)を維持してとどまる必要があり、そのため、サブタンク15内には真空源17によって所定の大きさの負圧が付与されている。なお、この負圧は、サブタンク15と真空源17との間に設けられた真空調圧弁18によって調圧されている。
塗布ヘッド移動装置12は走査方向移動装置21、シフト方向移動装置22、および回転装置23を有しており、塗布ヘッド10をX軸方向およびY軸方向に移動させ、また、Z軸方向を回転軸として回転させる。
走査方向移動装置21は、リニアステージなどで構成される直動機構であり、制御部5に駆動を制御されて塗布ヘッド10をX軸方向(走査方向)に移動させる。
走査方向移動装置21が駆動し、基材Wの上方で塗布ヘッド10が走査しながらノズル11から液滴を吐出することにより、X軸方向に連続的に塗布液の塗布を行う。また、同じY軸方向位置で繰り返し走査、塗布を行うことにより、または、X軸方向の塗布間隔を狭めることにより塗布液を重ね塗りすることができ、任意の厚みの塗布膜を形成することができる。また、ノズル11ごとに塗布液の吐出の頻度を異ならせることにより、場所ごとに膜厚が異なる塗布膜を形成することができる。
シフト方向移動装置22は、リニアステージなどで構成される直動機構であり、制御部5に駆動を制御されて塗布ヘッド10をY軸方向(シフト方向)に移動させる。
これにより、塗布ヘッド10内で吐出ユニット13同士が間隔を設けて設置されている場合に、一度塗布ヘッド10をX軸方向に走査させながら塗布を行った後、塗布ヘッド10をY軸方向にずらし、その間隔を補完するように塗布することで、基材Wの塗布領域全面への塗布を行うことが可能となっている。
また、基材WのY軸方向の幅が塗布ヘッド10の長さよりも長い場合であっても、1回の塗布動作が完了するごとに塗布ヘッド10をY軸方向にずらし、複数回に分けて塗布を行うことにより、基材Wの全面へ塗布を行うことが可能である。
回転装置23は、Z軸方向を回転軸とする回転ステージであり、制御部5に駆動を制御されて塗布ヘッド10を回転させる。
この回転装置23によって塗布ヘッド10の角度を調節することにより、塗布ヘッド10の走査方向と直交する方向(Y軸方向)のノズル11の間隔を調節し、塗布領域およびの寸法および液滴の大きさに適した間隔とする。
塗布ステージ3は、基材Wを固定する機構を有し、基材Wへの塗布動作はこの塗布ステージ3の上に基材Wを載置し、固定した状態で行われる。本実施形態では、塗布ステージ3は吸着機構を有しており、図示しない真空ポンプなどを動作させることにより、基材Wと当接する面に吸引力を発生させ、基材Wを吸着固定している。
また、塗布ステージ3は図示しない駆動装置によりX軸方向およびY軸方向に移動し、また、Z軸方向を回転軸として回転することが可能であり、塗布ステージ3の上に載置された基材Wが有するアライメントマークをアライメント部4が確認した後、この確認結果に基づいて基材Wの載置のずれを修正する際、塗布ステージ3が移動し、また、回転する。なお、塗布ステージ3の移動および回転は、基材Wの載置状態の微調整が目的であるため、塗布ステージ3が移動可能な距離、回転可能な角度は微少であっても構わない。
また、塗布ステージ3上の基材Wは、アライメント部4の直下にまで移動可能であり、アライメント部4は基材W上のアライメントマークを撮像し、この撮像データをもとに基材Wの位置調整、角度調整を行い、その後、基材Wは塗布部2の直下まで移動して塗布部2により絶縁膜材料が塗布され、絶縁膜が形成される。
アライメント部4は、画像認識カメラ24、走査方向移動装置25およびシフト方向移動装置26を有している。画像認識カメラ24は、走査方向移動装置25およびシフト方向移動装置26に組み付けられており、これらの移動装置を駆動させることにより、画像認識カメラ24はX軸方向およびY軸方向に移動することが可能である。
画像認識カメラ24は、本実施形態ではモノクロのCCDカメラであり、画像取得のタイミングについて外部からの制御が可能である。制御部5により指示を与えることで、この画像認識カメラ24は画像データを取得し、この取得した画像データはケーブルを介して制御部5へ転送される。
走査方向移動装置25は、リニアステージなどで構成される直動機構であり、制御部5に駆動を制御されて画像認識カメラ24およびシフト方向移動装置26をインクジェットヘッド10のX軸方向に移動させる。
シフト方向移動装置26は、リニアステージなどで構成される直動機構であり、制御部5に駆動を制御されて画像認識カメラ24をY軸方向に移動させる。
ここで、制御部5により走査方向移動装置25およびシフト方向移動装置26の駆動を制御することにより、画像認識カメラ24は塗布ステージ3に載置された基材Wに対してX軸方向およびY軸方向に相対的に移動し、複数の位置で基材Wのアライメントマークを撮像する。
そして、撮像された各アライメントマークの位置情報をもとに制御部5が基材Wの載置ずれを計算し、この載置ずれを補正するように制御部5が塗布ステージ3を動作させる。
制御部5は、コンピュータ、シーケンサなどを有し、塗布ヘッド10への送液、ノズル11からの液滴の吐出および吐出量の調節、アライメント部4の動作の制御などを行う。
また、制御部5は、ハードディスクやRAMまたはROMなどのメモリからなる、各種情報を記憶する記憶装置を有しており、液滴を塗布するにあたってあらかじめ入力された基材W上の配線の位置、厚みおよび幅のデータがこの記憶装置に保存される。この配線の位置、厚みおよび幅のデータは、CADデータなどでも良く、また、図示しない測定装置によって測定され出力されたデータであっても、また、オペレータが直接入力するものであっても良い。
次に、上記の塗布装置1を用いて行う本発明の絶縁膜材料の塗布方法について説明する。
図2は、本実施形態にかかる配線付き基材を表す概略図である。
基材Wは、表面が平坦なシート状もしくは帯状の形状を有し、材質は樹脂、ガラスなどである。基材Wの表面には同一の方向にのびた配線52(ゲート配線)が所定の間隔で複数本設けられており、各配線52にはゲート電極53が接続されている。この配線52が表面に形成された基材Wを、本発明では配線付き基材と呼ぶ。
配線付き基板上の塗布領域Rを図2に鎖線で示す。塗布装置1は、配線52の両端に接続されたゲートパッド54を除く配線52全体を覆うように矩形状に塗布領域Rが設定され、塗布領域Rの内部にゲート絶縁膜材料の塗布が行われる。また、塗布領域Rの内部であってもゲート電極53の上方にはゲート絶縁膜は形成されない。そのため、ゲート電極53が形成されている部分は塗布領域Rから除外されている。
ここで、本発明では後述の通り配線52上に形成する絶縁膜51の厚みと塗布領域R内で配線52が形成されていない部分に形成する絶縁膜51の厚みとは異なるようにしている。すなわち、配線52上とそうでない部分とで絶縁膜材料の塗布量が異なるが、前述の通りインクジェット塗布法ではそのような制御が可能である。
図3は、本実施形態にかかる絶縁膜材料の塗布方法を示す概略図である。
先述の通り、基材Wの平坦面上に配線52が形成され、配線付き基材が形成されている。この配線52の厚みを図3(a)に示す通りt3とする。
ここで、本発明では、配線付き基材上の配線52の位置、厚みおよび幅の情報は塗布作業前にあらかじめ明らかになっており、これら情報は塗布作業前に塗布装置1が受け取る。この受け取る工程を、本説明では配線情報受け取り工程と呼ぶ。
ただし、配線情報受け取り工程で制御装置が受け取る配線52の位置、厚みおよび幅の情報は、必ずしも寸法値で準備されているとは限らず、たとえば配線52もインクジェット法で形成されている場合、配線52の位置の情報として基材Wに微細な格子(ビットマップ)を割り当て、どの格子に配線材料を塗布したか、という情報であったり、幅の情報として配線52を形成するために塗布した配線52の幅方向の配線材料の液滴数および着弾径の情報であったり、厚みの情報として配線52を形成するために塗布した配線52の厚み方向の配線材料の液滴数および配線材料の固形分濃度の情報であったりもする。本説明ではこれらも全て配線52の位置、厚みおよび幅の情報であるとし、塗布装置1の制御部5が計算により配線の幅寸法、厚み寸法を割り出すことができる。
このように塗布装置1が配線情報をあらかじめ受け取っていることにより、塗布装置1は、まず配線52が形成されている部分を外して絶縁膜材料を配線付き基材に塗布することができる。本実施形態では、図3(b)に示すように配線52の周囲を含む、塗布領域R内の配線52が形成されていない部分に対し、配線52の厚みt3よりも厚い絶縁膜51aを形成するように塗布装置1は絶縁膜材料を塗布する。これを本実施形態における第1の塗布工程と呼ぶ。
次に、図3(c)に示すように絶縁膜51aの厚みt2から配線52の厚みt3を差し引いた値である厚みt1の絶縁膜51bを配線52上に形成するように絶縁膜材料を塗布する。これを本実施形態における第2の塗布工程と呼ぶ。
第2の塗布工程により、絶縁膜51aと絶縁膜51bとで表面高さが同一となり、絶縁膜51aと絶縁膜51bとが合わさって表面が略平坦な絶縁膜51が形成される。ここで、絶縁膜51aと絶縁膜51bとで表面高さが同一であるため、配線52上の絶縁膜材料は周囲に流れること無く配線52上にとどまることができる。すなわち、絶縁膜51bの厚みが設計値より薄くならないため、絶縁膜51bの厚みt1を絶縁性が十分確保できる厚さに設定しておくことにより、絶縁性が落ちることなく十分な絶縁性を有した絶縁膜51を得ることができる。
したがって、本説明の通り、配線情報受け取り工程と第1の塗布工程および第2の塗布工程(第1の塗布工程および第2の塗布工程を合わせて塗布工程と呼ぶ)を有し、塗布工程において配線52上に塗布される絶縁膜の厚みt1が配線52が形成されていない部分へ塗布される絶縁膜の厚みt2から配線52の厚みt3を差し引いた厚みとなるように塗布動作を制御する絶縁膜材料の塗布方法により、十分な絶縁性を有した絶縁膜51が得られる。
また、本実施形態のように、配線52上へ絶縁性材料を塗布する前に配線52の厚みt3よりも厚い絶縁膜51aを形成することにより、配線52上へ絶縁性材料を塗布する際に配線52の両脇に堤防が形成されていることとなり、配線52の撥液性が絶縁膜材料の撥液性より高い場合であっても配線52上から絶縁膜材料が周囲に流れることなくしっかりと配線52上に厚みt1の絶縁膜を形成することができる。また、その撥液性の差から、絶縁膜51aを形成する際も絶縁膜材料が配線52へ流れにくいため、容易に絶縁膜51aを形成することができる。したがって、配線52の撥液性が絶縁膜材料の撥液性より高い場合、本実施形態のように第1の塗布工程において配線52の厚みt3よりも厚い絶縁膜51aを形成し、その後第2の塗布工程で配線52上へ絶縁性材料を塗布する方法は有用である。
一方、仮に基材W上に厚みの異なる配線が混在する場合でも、上記と同様の絶縁膜材料の塗布方法を適用することができる。その過程を図4に示す。
まず、図4(a)に示す通り、基材W上には厚みの異なる配線52aと52bが形成されていたとし、それらの厚みがt3a、t3b(t3a<t3b)であったとする。第1の塗布工程では、図4(b)に示す通り、配線が無い部分における絶縁膜51cの厚みt2が厚い方の配線52bの厚みt3bよりも厚くなるように絶縁膜51cが形成される。第2の塗布工程では、配線52a上にはt2からt3aを差し引いた値であるt1aの厚みの絶縁膜51dとなるよう絶縁膜材料が塗布され、また、配線52b上にはt2からt3bを差し引いた値であるt1bの厚みの絶縁膜51eとなるよう絶縁膜材料が塗布される。
これにより、絶縁膜51c、51d、51eとで表面高さが同一となり、絶縁膜51c、51d、51eが合わさって表面が略平坦な絶縁膜51が形成される。ここで、絶縁膜51cと絶縁膜51dとで表面高さが同一であるため、配線52a上の絶縁膜材料は周囲に流れること無く配線52a上にとどまることができる。同様に、絶縁膜51cと絶縁膜51eとで表面高さが同一であるため、配線52b上の絶縁膜材料は周囲に流れること無く配線52b上にとどまることができる。すなわち、絶縁膜51dおよび絶縁膜51eの厚みが設計値より薄くならないため、絶縁膜51dの厚みt1aおよび絶縁膜51eの厚みt1bを絶縁性が十分確保できる厚さに設定しておくことにより、絶縁性が落ちることなく十分な絶縁性を有した絶縁膜51を得ることができる。
次に、本発明の他の実施形態における絶縁膜材料の塗布方法について、図5を用いて説明する。
この実施形態において、図5(a)に示す通り基材Wには厚みt3の配線52が形成されている。この配線付き基板に対し、第1の塗布工程では、図5(b)に示すようにまず配線52が無い部分に対して配線52の厚みt3と同等の厚みを有する絶縁膜を形成する量の絶縁膜材料が塗布されて絶縁膜51fが形成される。次いで、第2の塗布工程において塗布領域R全体に厚みt1の絶縁膜51gを形成する量の絶縁膜材料が塗布され、電極52および絶縁膜51fの上に絶縁膜51gが形成され、絶縁膜51fと絶縁膜51gが合わさって絶縁膜51が形成される。
この実施形態によれば、第1の塗布工程が行われることによって配線52の表面および絶縁膜51fの表面とで塗布領域Rに略平坦な面が形成されるので、高い場所から低い場所へ流れるように配線52上から絶縁膜材料が流れることを防ぐことができる。したがって、配線52と絶縁膜51fとで撥液性に大きな差が無い限り、第2の塗布工程にてこれらの上に絶縁膜材料が塗布されても、どちらかに片寄ることなく配線52上に厚さt1の絶縁膜51gが形成され、十分な絶縁性を有した絶縁膜51を得ることができる。
以上の絶縁膜材料の塗布方法によって、十分な絶縁性を有する絶縁膜を得ることが可能である。
ここで、本発明の絶縁膜材料の塗布方法は、以上で説明した形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。たとえば、本説明では配線はゲート配線であり、絶縁膜はゲート絶縁膜であるが、それに限らず、他の用途に本説明の絶縁膜材料の塗布方法が用いられても構わない。
1 塗布装置
2 塗布部
3 塗布ステージ
4 アライメント部
5 制御部
10 塗布ヘッド
11 ノズル
12 塗布ヘッド移動装置
13 吐出ユニット
14 駆動隔壁
15 サブタンク
16 メインタンク
17 真空源
18 真空調圧弁
21 走査方向移動装置
22 シフト方向移動装置
23 回転装置
24 露光装置
25 走査方向移動装置
26 シフト方向移動装置
51 絶縁膜
51a 絶縁膜
51b 絶縁膜
51c 絶縁膜
51d 絶縁膜
51e 絶縁膜
51f 絶縁膜
51g 絶縁膜
52 配線
52a 配線
52b 配線
53 ゲート電極
54 ゲートパッド
91 絶縁膜材料
92 配線
R 塗布領域
W 基材

Claims (3)

  1. 基材の表面に配線が形成された配線付き基材の所定の塗布領域にインクジェット法により絶縁膜材料を塗布する絶縁膜材料の塗布方法であり、
    前記配線付き基材上の配線の位置、厚みおよび幅の情報を受け取る配線情報受け取り工程と、
    前記塗布領域に絶縁膜材料を塗布する塗布工程と、
    を有し、
    前記塗布工程において、配線上に塗布される絶縁膜の厚みt1は、配線が形成されていない部分へ塗布される絶縁膜の厚みt2から配線の厚みt3を差し引いた厚みとなるように塗布動作を制御することを特徴とする、絶縁膜材料の塗布方法。
  2. 前記塗布工程は、配線が形成されていない部分へ厚みt2の絶縁膜を形成する量の塗布を行う第1の塗布工程と、配線上に厚みt1の絶縁膜を形成する量の塗布を行う第2の塗布工程とを有することを特徴とする、請求項1に記載の絶縁膜材料の塗布方法。
  3. 前記塗布工程は、配線が形成されていない部分へ厚みt3の絶縁膜を形成する量の塗布を行う第1の塗布工程と、塗布領域全体に厚みt1の絶縁膜を形成する量の塗布を行う第2の塗布工程とを有することを特徴とする、請求項1に記載の絶縁膜材料の塗布方法。
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