本发明专利技术公开了一种喷墨打印机控制墨滴干燥过程的方法，其特征是设置一对平板电极，在平板电极之间形成均匀电场，打印基材处于均匀电场当中，并且电场方向与打印基材的表面相互垂直，使得在打印基材的表面诱导或极化产生表面电荷，以打印基材表面电荷与墨水中溶质分子及溶剂分子之间的库仑力控制墨滴在打印基材上的铺展、溶剂蒸发和溶质的成膜过程。本发明专利技术方法是对打印基材表面进行改性，在控制打印的薄膜材料形貌的同时，不会对器件性能造成破坏。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种应用于平板显示制造中图案化功能薄膜制备的控制墨滴干燥过程的方法及装置。
技术介绍
在平板显示制造中有机薄膜晶体管(OTFT)阵列的制作涉及到金属薄膜，半导体薄膜和绝缘薄膜材料的制备和图案化工艺。采用溶液法将这些功能材料精确打印到打印基材上可以直接形成图案化薄膜。该方法具有工序简单，用料省，成本低等优点；但是由于墨水的组分、衬底的表面性能、打印工艺条件等多种因素的作用，薄膜的均匀性和微观形貌却不易控制。衬底表面能的大小和极性则直接决定墨滴在打印基材上的铺张程度以及薄膜的微观形貌。研究表明，通过表面自组装单分子层或者使用其它表面处理工艺可以提高半导体墨水在打印基材上的可打印性，有效提升打印制备的OTFT器件的性能。 喷墨打印机包括打印头、滑动托架和固定打印基材的可移动平台，并有墨水卡夹用于储存墨水材料，墨水卡夹的底部固定卡夹硅晶片，卡夹硅晶片上开有多个微米尺寸的通孔，墨水通过硅晶片上的通孔喷涂在薄片状打印基材的上表面形成所需图案。常规的形式是，打印头以固定的频率喷射墨滴，墨滴的落点随着滑动托架的移动而不同。打印头的喷墨时间节奏与滑动托架的位移控制通过电脑程序同步执行。对于打印形成的一个单点，它定位于打印基材之后会因为基材表面性能的不同而发生不同程度的铺展，随后的墨滴干燥过程包括溶剂挥发，溶质扩散，溶剂的循环流动和溶质的固化等行为，可以观察到接触角的变化或者接触线的后退等现象。墨滴的干燥过程决定了最终溶质分子固化后形成的材料形貌。决定打印单点大小的主要影响因素是打印基材表面与墨水的润湿性，通常用墨滴在固体表面的接触角来表征。接触角越小，润湿性越高。接触角由液相墨滴的表面能和固相打印基材的表面能共同决定。干燥过程中溶质扩散速度和溶剂循环流动的强度主要与溶剂的粘度相关。除此之外，溶质分子在固液界面固化或结晶的速度对打印基材的表面物理化学性质很敏感。通过对固体表面物理化学性质的修饰可以直接调控墨滴在打印基材上的干燥过程，获得大小和形貌合适的打印图案。对固体表面进行改性一般过程是通过物理作用去除表面吸附物或者通过化学反应改变最外层原子和化学基团的组成结构，具体工艺方法包括自组装单分子层，氧等离子体轰击处理和紫外臭氧表面处理。采用这些方法处理的打印基材往往是在表面发生化学结构的变化，这种改性可以用于控制喷墨打印工艺中落在打印基材上的墨滴的大小和固化薄膜的形貌。但是在工艺完成后，这种表面修饰的作用被保留下来，对最终的器件性能可能产生不利的影响。很多研究者尝试在绝缘介电薄膜上打印半导体材料制备薄膜晶体管，薄膜晶体管器件的绝缘介电层与半导体薄膜之间的界面质量决定了器件的阈值电压和开关比等重要性能参数。表面化学处理在优化喷墨打印工艺的同时，往往对器件的性能造成不可控的影响。
技术实现思路
本专利技术是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种喷墨打印机控制墨滴干燥过程的方法及装置，其通过电场作用在打印基材表面产生电荷，以控制打印的薄膜材料形貌的同时，不会对器件性能造成破坏。本专利技术为解决技术问题采用如下技术方案本专利技术一种喷墨打印机控制墨滴干燥过程的方法的特点是设置一对平板电极，在所述平板电极之间形成均匀电场，打印基材处于所述均匀电场当中，并且电场方向与打印 基材的表面相互垂直，使得在打印基材的表面诱导或极化产生表面电荷，以打印基材表面电荷与墨水中溶质分子及溶剂分子之间的库仑力控制墨滴在打印基材上的铺展、溶剂蒸发和溶质的成膜过程。本专利技术一种喷墨打印机墨滴干燥过程控制装置的特点是设置一对平板电极，由上电极板和下电极板构成，所述上电极板固定设置在墨水卡夹的底部，并随所述墨水卡夹移动；所述上电极板与所述墨水卡夹中卡夹娃晶片上各嗔嘴一一对应地设置有通孔；使得通过卡夹硅晶片上的喷嘴喷出的墨滴能够经过对应设置的通孔滴落在所述打印基材上；本专利技术一种喷墨打印机墨滴干燥过程控制装置的特点也在于所述下电极板位于打印基材的下方。本专利技术方法是通过施加一个场强大小可控的均匀电场，使得在打印基材的表面诱导或极化产生表面电荷，利用表面电荷对打印图案以及打印的薄膜材料的微观形貌进行控制；在打印过程结束后，诱导电荷随着外加诱导电场的消失而消除，因此这种表面改性方法在控制打印薄膜形貌的同时，不会对器件性能造成破坏。与已有技术相比，本专利技术有益效果体现在I、本专利技术通过电场诱导的表面电荷在打印过程中发生作用，容易通过静电作用对液体墨水中的溶质分子产生吸引或取向作用，对溶质分子的固化产生有利影响；在打印结束后，表面电荷随着电场的消除而消失，不会对器件性能造成不良影响。2、本专利技术中表面电荷的存在，以及表面电荷的密度都与打印基材表面能有关，通过电场调制表面电荷密度，有望通过对表面能进行动态调制，控制墨滴在打印基材表面的铺展。附图说明图I为本专利技术方法示意图；图2为本专利技术中上电极板与卡夹硅晶片对位示意图；图3为本专利技术中上电极板覆盖打印图案所在区域示意图；图中标号1墨水卡夹；2上电极板；3打印基材；4下电极板；5墨滴；11卡夹娃晶片；12喂'嘴；21通孔。具体实施例方式本实施例中对于喷墨打印机控制墨滴干燥过程的方法是设置一对平板电极，在平板电极之间形成均匀电场，打印基材3处于所述均匀电场当中，并且电场方向与打印基材3的表面相互垂直，使得在打印基材3的表面诱导或极化产生表面电荷，以打印基材表面电荷与墨水中溶质分子及溶剂分子之间的库仑力控制墨滴在打印基材上的铺展，溶剂蒸发和溶质的成膜过程。参见图I和图2，本实施例中墨滴干燥过程控制装置的结构设置为一对平板电极，由上电极板2和下电极板4构成，上电极板2固定设置在墨水卡夹I的底部，并随墨水卡夹I移动；上电极板2与墨水卡夹I上各喷嘴12 —一对应地设置有通孔21 ;使得墨水卡夹I通过喷嘴12喷出的墨滴能够经过对应设置的通孔21滴落在打印基材3上；具体实施中，下电极板4位于打印基材3的下方，以确保打印基材3处在平行板电极的电场作用范围内。上电极板2与墨水卡夹I中的卡夹硅晶片11固定在一起，打印基材 3固定在下电极板4上,卡夹娃晶片11与打印基材3之间按照指定的打印图案,在喷嘴喷墨的同时发生相对运动；下电极板4固定并覆盖整个XY移动平台，尺寸比上电极板2大；上电极板2是作为可拆卸的部件，其大小根据打印图案的单元尺寸和墨水在衬底上的干燥时间来确定。上电极板可以采用高硬度金属材质，上电极板2的高度略低于卡夹硅晶片11的高度，并且相互绝缘；上电极板2的上表面与卡夹硅晶片11的距离一般不超过1000微米。在打印半导体薄膜的工艺中，能够让打印基材上的墨水在较低的环境温度下慢慢干燥有利于形成结晶度较高的致密薄膜，因而有利于制作高性能有机薄膜晶体管。为了有效利用电场激发的表面电荷对墨水干燥成膜过程的作用，关于上电极板2的大小，一般要求在打印一个独立的图案单元的过程中，图案区域一直被上电极板2所覆盖，如图3所示。打印图案为ABCD所示的矩形区域，在打印起始位置A点，上电极板2覆盖的区域完全覆盖图案区域ABCD ;在打印结束位置C点，上电极板2覆盖的区域仍然完全覆盖图案区域AB⑶；要求在整个打印过程中，上电极板完全覆盖单元图案区域AB⑶。已有研究证明了表面能对溶液法制备的薄膜的形貌和OTFT器件性能产生影响，其发生作用的微观机理在于打印基材本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种喷墨打印机控制墨滴干燥过程的方法，其特征是设置一对平板电极，在所述平板电极之间形成均匀电场，打印基材(3)处于所述均匀电场当中，并且电场方向与打印基材(3)的表面相互垂直，使得在打印基材(3)的表面诱导或极化产生表面电荷，以打印基材表面电荷与墨水中溶质分子及溶剂分子之间的库仑力控制墨滴在打印基材上的铺展、溶剂蒸发和溶质的成膜过程。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王向华，吕国强，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
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