一种印刷制备高均匀器件膜层的压电控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种印刷制备高均匀器件膜层的压电控制系统及方法，该系统包括：中央控制装置、主压电喷射装置和墨液调节装置，主压电喷射装置、墨液调节装置分别与中央控制装置连接；中央控制装置设有主控制器和压电驱动装置，主控制器用于生成并传输印刷指令进行控制墨液、电喷头的印刷处理，压电驱动装置用于驱动主压电喷射装置；墨液调节装置设有第一分液装置、第二分液装置，第一分液模块、第二分液模块调整溶剂的输送速率并设置总流量维持恒定值。本发明专利技术通过第一分液模块、第二分液模块分别改变第一溶剂、第二溶剂输送量进行控制不同时间段内喷射墨滴的溶剂挥发量，使得前后喷射的墨滴呈现沸点梯度差异，进一步提高成膜均匀性的技术效果。

【技术实现步骤摘要】
一种印刷制备高均匀器件膜层的压电控制系统及方法
本专利技术涉及印刷电子
，尤其涉及一种印刷制备高均匀器件膜层的压电控制系统及方法。
技术介绍
随着喷墨打印技术的迅猛发展，人们开始尝试借助喷墨打印的方法印刷高性能电子器件膜层。喷墨打印技术作为一种无接触、无压力、无掩模的印刷技术，可以将很小的液滴(体积为皮升或者飞升)精确喷涂在所需的位置，溶剂挥发干燥固化后形成薄膜。喷墨打印工艺具有低成本、大面积、绿色环保等优势，使该技术逐渐成为湿法制备微电子器件，如有机电致发光OLED器件(特别是有机全彩显示屏)、LCD中的彩色滤光片、有机薄膜场效应晶体管、LED封装和可穿戴电子器件等，受到学术界和产业界越来越广泛的关注。但是器件级电学薄膜的印刷制备仍然面临着诸多挑战，低温可溶性功能材料(悬浮液、溶液)的喷墨打印不仅仅要满足微液滴释放条件，还要在固化后实现溶质的均匀分布，控制墨滴的溶剂挥发速度和墨滴间的溶质迁移，可这对于导电薄膜来说一直缺乏可靠的调控手段。由于干燥微环境和喷射前后时间段不同的影响，其挥发速率和干燥时间也存在巨大差异，溶质沉积表现出明显的位置相关性。在制备过程中，存在一个易被忽视的问题未被解决：先打印的墨滴由于外露时间较长导致溶剂挥发量大于后喷射墨滴，无法保证每个墨滴的挥发速率相同，在沉积到基板上后，初打印端溶剂挥发量大于后打印端，使得后打印端的溶剂补充初打印端，最终的结果便是成膜后初打印端膜较厚、后打印端膜较薄，造成成膜不均匀；同时，由于喷头在快速喷墨中的不稳定性，在某个时间段可能出现喷液量不足的情况，导致最终所成的膜层不平整，出现细小的暗区(在光源照射下出现的膜层较薄的区域)，极大地影响器件膜层的成膜质量。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本专利技术提供了一种印刷制备高均匀器件膜层的压电控制系统，该系统利用墨液调节装置精确控制不同时间段内喷射墨滴的溶剂挥发速率，使得打印完的墨液在基板不同位置的溶剂挥发量几乎一致，提高了成膜的均匀性；同时该系统利用补偿压电喷头对打印过程中的喷射不稳定性等原因所产生的膜层暗区(薄区域)进行自动补偿，促进暗区薄膜厚度增加，膜层均匀性进一步提高，最终得到高质量器件膜层。本专利技术的第二目的在于提供了一种印刷制备高均匀器件膜层的压电控制方法。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种印刷制备高均匀器件膜层的压电控制系统，包括：中央控制装置、主压电喷射装置和墨液调节装置，所述主压电喷射装置、墨液调节装置分别与所述中央控制装置连接；所述中央控制装置设有主控制器和压电驱动装置，主控制器分别与压电驱动装置、主压电喷射装置、墨液调节装置连接，压电驱动装置与主压电喷射装置连接，所述主控制器用于生成并传输印刷指令进行控制墨液、电喷头的印刷处理，所述压电驱动装置用于驱动主压电喷射装置；所述墨液调节装置设有第一分液装置、第二分液装置，所述第一分液装置、第二分液装置分别与主控制器连接，所述第一分液装置和第二分液装置用于分别输送第一溶剂、第二溶剂输送至主压电喷射装置，所述第一溶剂的沸点高于所述第二溶剂的沸点；所述第一分液模块、第二分液模块调整溶剂的输送速率并设置总流量维持恒定值，两个分液装置分别改变第一溶剂、第二溶剂输送量进行控制不同时间段内喷射墨滴的溶剂挥发量，使得前后喷射的墨滴呈现沸点梯度差异。作为优选的技术方案，所述主压电喷射装置设有主供液装置、主运动部件和主压电喷头，所述主压电喷头在内部形成混合区和压电作用区，所述主供液装置与所述混合区相连，所述主压电喷头固定在所述主运动部件上，所述主压电喷头在末端设有喷头部件，所述喷头部件与压电作用区相连，所述主运动部件用于调节喷墨位置，压电驱动装置激励压电作用区将墨滴喷射；所述主供液装置与主控制器连接，主供液装置用于在接收印刷指令时输送原液至主压电喷头；作为优选的技术方案，所述墨液调节装置还设有第一储液装置和第二储液装置，所述第一储液装置、第二储液装置分别与主控制器连接，所述第一储液装置和第二储液装置分别存储所述第一溶剂、所述第二溶剂；所述第一储液装置与第一分液装置的储液口连接，所述第一分液装置还设有输液口，第一分液装置的输液口通过第一液体输送管与主压电喷头连接，相应地，所述第二储液装置与第二分液装置的输液口连接，所述第二分液装置还设有输液口，第二分液装置的输液口通过第二液体输送管与主压电喷头连接。作为优选的技术方案，还包括膜层检测装置、膜层优化装置和上位机检测处理装置，所述膜层检测装置、膜层优化装置以及上位机检测处理装置分别与所述中央控制装置连接，所述上位机检测处理装置与所述膜层检测装置连接；所述主控制器还分别与膜层检测装置、膜层优化装置以及上位机检测处理装置连接，所述压电驱动装置还与膜层优化装置连接，所述压电驱动装置还用于驱动膜层优化装置；所述膜层检测装置用于在平行检测光源的水平方向照射下获取成膜检测原图并传输至上位机检测处理装置，所述上位机检测处理装置用于定位较薄膜层所形成的暗区、将暗区位置数据转换为补偿运动数据、将补偿运动数据反馈至中央控制装置，所述膜层优化装置用于根据补偿运动数据对膜层暗区喷射补偿墨液。作为优选的技术方案，所述膜层检测装置设有高分辨率相机、检测光源生成装置以及光源控制器，光源控制器分别与主控制器、检测光源生成装置连接；光源控制器根据印刷指令触发检测光源生成装置产生检测光源，所述检测光源生成装置用于产生平行检测光源，所述高分辨率相机用于在竖直方向观察膜层。作为优选的技术方案，所述上位机检测处理装置设有图像采集模块、图像分析模块、数据处理模块和显示器，主控制器、图像采集模块、图像分析模块和数据处理模块分别与显示器连接；所述图像采集模块与高分辨率相机连接，所述高分辨率相机将拍摄的膜层图像传输至图像采集模块，所述图像采集模块用于获取成膜检测原图；所述图像分析模块对成膜检测原图进行灰度转换、阈值分割，数据处理模块用于定位膜层中的暗区并根据暗区位置数据转换为补偿运动数据、将补偿运动数据反馈至主控制器；所述显示器用于显示成膜检测原图、膜层处理图、膜层暗区情况以及系统运行工况。作为优选的技术方案，所述膜层优化装置设有副供液装置、补偿压电喷头和副运动部件，主控制器与副供液装置连接，副运动部件与副供液装置、压电驱动装置连接，所述补偿压电喷头固定在副运动部件上并随所述副运动部件运动；所述副供液装置内部储有与主压电喷头的混合区内混合液相同溶质质量百分比的补偿墨液；所述补偿运动数据用于辅助副运动部件进行补偿处理时的移动。为了达到上述第二目的，本专利技术采用以下技术方案：一种印刷制备高均匀器件膜层的压电控制方法，包括以下步骤：墨液预处理步骤：输送原液、第一溶剂、第二溶剂至主压电喷头，其中所述第一溶剂的沸点高于第二溶剂的沸点；墨液调节步骤：充分混合第一溶剂、第二溶剂和原液形成混合喷射液，在打印过程中，第一分液模块、第二分液模块调整溶剂的输送速率并设置总流量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种印刷制备高均匀器件膜层的压电控制系统，其特征在于，包括：中央控制装置、主压电喷射装置和墨液调节装置，所述主压电喷射装置、墨液调节装置分别与所述中央控制装置连接；/n所述中央控制装置设有主控制器和压电驱动装置，主控制器分别与压电驱动装置、主压电喷射装置、墨液调节装置连接，压电驱动装置与主压电喷射装置连接，所述主控制器用于生成并传输印刷指令进行控制墨液、电喷头的印刷处理，所述压电驱动装置用于驱动主压电喷射装置；/n所述墨液调节装置设有第一分液装置、第二分液装置，所述第一分液装置、第二分液装置分别与主控制器连接，所述第一分液装置和第二分液装置用于分别输送第一溶剂、第二溶剂输送至主压电喷射装置，所述第一溶剂的沸点高于所述第二溶剂的沸点；/n所述第一分液模块、第二分液模块调整溶剂的输送速率并设置总流量维持恒定值，两个分液装置分别改变第一溶剂、第二溶剂输送量进行控制不同时间段内喷射墨滴的溶剂挥发量，使得前后喷射的墨滴呈现沸点梯度差异。/n

【技术特征摘要】
1.一种印刷制备高均匀器件膜层的压电控制系统，其特征在于，包括：中央控制装置、主压电喷射装置和墨液调节装置，所述主压电喷射装置、墨液调节装置分别与所述中央控制装置连接；
所述中央控制装置设有主控制器和压电驱动装置，主控制器分别与压电驱动装置、主压电喷射装置、墨液调节装置连接，压电驱动装置与主压电喷射装置连接，所述主控制器用于生成并传输印刷指令进行控制墨液、电喷头的印刷处理，所述压电驱动装置用于驱动主压电喷射装置；
所述墨液调节装置设有第一分液装置、第二分液装置，所述第一分液装置、第二分液装置分别与主控制器连接，所述第一分液装置和第二分液装置用于分别输送第一溶剂、第二溶剂输送至主压电喷射装置，所述第一溶剂的沸点高于所述第二溶剂的沸点；
所述第一分液模块、第二分液模块调整溶剂的输送速率并设置总流量维持恒定值，两个分液装置分别改变第一溶剂、第二溶剂输送量进行控制不同时间段内喷射墨滴的溶剂挥发量，使得前后喷射的墨滴呈现沸点梯度差异。


2.根据权利要求1所述的印刷制备高均匀器件膜层的压电控制系统，其特征在于，所述主压电喷射装置设有主供液装置、主运动部件和主压电喷头，所述主压电喷头在内部形成混合区和压电作用区，所述主供液装置与所述混合区相连，所述主压电喷头固定在所述主运动部件上，所述主压电喷头在末端设有喷头部件，所述喷头部件与压电作用区相连，所述主运动部件用于调节喷墨位置，压电驱动装置激励压电作用区将墨滴喷射；
所述主供液装置与主控制器连接，主供液装置用于在接收印刷指令时输送原液至主压电喷头。


3.根据权利要求2所述的印刷制备高均匀器件膜层的压电控制系统，其特征在于，所述墨液调节装置还设有第一储液装置和第二储液装置，所述第一储液装置、第二储液装置分别与主控制器连接，所述第一储液装置和第二储液装置分别存储所述第一溶剂、所述第二溶剂；
所述第一储液装置与第一分液装置的储液口连接，所述第一分液装置还设有输液口，第一分液装置的输液口通过第一液体输送管与主压电喷头连接，相应地，所述第二储液装置与第二分液装置的输液口连接，所述第二分液装置还设有输液口，第二分液装置的输液口通过第二液体输送管与主压电喷头连接。


4.根据权利要求1所述的印刷制备高均匀器件膜层的压电控制系统，其特征在于，还包括膜层检测装置、膜层优化装置和上位机检测处理装置，所述膜层检测装置、膜层优化装置以及上位机检测处理装置分别与所述中央控制装置连接，所述上位机检测处理装置与所述膜层检测装置连接；
所述主控制器还分别与膜层检测装置、膜层优化装置以及上位机检测处理装置连接，所述压电驱动装置还与膜层优化装置连接，所述压电驱动装置还用于驱动膜层优化装置；
所述膜层检测装置用于在平行检测光源的水平方向照射下获取成膜检测原图并传输至上位机检测处理装置，所述上位机检测处理装置用于定位较薄膜层所形成的暗区、将暗区位置数据转换为补偿运动数据、将补偿运动数据反馈至中央控制装置，所述膜层优化装置用于根据补偿运动数据对膜层暗区喷射补偿墨液。


5.根据权利要求4所述的印刷制备高均匀器件膜层的压电控制系统，其特征在于，所述膜层检测装置设有高分辨率相机、检测光源生成装置以及光源控制器，光源控制器分别与主控制器、检测光源生成装置连接；
光源...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁洪龙，赵杰，姚日晖，彭俊彪，周尚雄，刘泰江，杨跃鑫，叶倩楠，曾璇，梁宏富，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44