一种用于印刷电子的卷对卷多功能印刷设备及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于印刷电子的卷对卷多功能印刷设备及其应用，该卷对卷多功能印刷设备包含清洗单元、电晕处理单元、纠偏单元、微凹版印刷单元、狭缝涂布单元、干燥单元、丝网印刷单元和复合单元；该卷对卷多功能印刷设备中微凹版印刷单元、狭缝涂布单元、丝网印刷单元、复合单元可模块化管理，既可单独工作，也可串联起来同时工作，印刷制备多层功能薄膜；该卷对卷多功能印刷设备适用于溶液法印刷加工制备功能薄膜和光电器件，特别是制备基于半导体薄膜的柔性电子器件，包括有机太阳能电池、有机发光二级管、有机场效应晶体管等。
【专利说明】一种用于印刷电子的卷对卷多功能印刷设备及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种印刷设备，特别是涉及一种印刷电子学卷对卷多功能印刷设备，本发明还涉及该用于印刷电子的卷对卷多功能印刷设备的应用。
【背景技术】
[0002]与传统电子器件相比，有机电子具有诸多优点，如柔韧性、半透明性、重量轻、价格便宜、可大面印刷加工等，使得有机电子表现出巨大的应用前景(T.Sekitani, T.Someya, Adv.Mater., 2010, 22, 2228 ;Α.N.Sokolov, B.C.K.Tee, C.J.Bettinger, J.B.H.Tok, Z.Ba0., Acc.Chem.Res., 2012, 45, 361:http: //www.0led-1nf0.com)。德国工业制造协会VDMA早在2004年就发起成立了有机电子协会(Organic ElectronicsAssociation, 0Ε-Α),截止2014年3月已经有208个会员单位，涉及高校、研究所、公司等部门，分布于全球30多个国家和地区(http: //oe~a.vdma.0rg/en GB)。最近几年，基于有机电子的商业化产品也开始涌现，如OLEDs显示器与照明灯，OFETs无线射步页电子标签和有源矩阵显示，以及OPVs等(http://www.1dtechex.com:http://www.plusplasticelectronics.com)。基于有机电子和纳米材料发展起来的印刷电子学，将加速推进有机电子及相关产业的商业化进程。与3-D打印技术一样，应用于有机电子器件的印刷加工制备技术也是一种增量制造技术，可以大批量的按需制备大面积阵列的电子器件，没有原材料浪费。英国著名咨询公司IDTechEx Ltd在2010年发布了印刷电子的详细市场报告(http://www.1dtechex.com):到2020年，印刷电子的产业价值可以达到570亿美元，产业价值随着印刷电子的发展还在继续增加；其中三大主要构成部分是基于有机发光二级管显示和照明产业(?190亿美元)，光伏产业(?170亿美元)，晶体管产业(?80亿美元)。印刷设备在印刷电子学发展的过程中起到非常重要的作用，直接决定印刷制备的功能薄膜和光电器件的性能。西方国家的高校、研究所、公司等对印刷电子学领域的大力投入研究也就十年左右的时间，仪器设备的开发主要是喷墨打印设备(C.N.Hoth, S.A.Choulis, P.Schilinsky, C.J.Brabec, Adv.Mater., 2007, 19, 3973) > 凹版设备(J.L.Yang, D.Vak, N.Clark, J.Subbiah, ff.ff.H.Wong, D.J.Jones, S.E.Watkins, G.Wilson, Sol.Energy Mater.Sol.Cells, 2013，109，47.)、狭缝涂布设备等(A.Sandstrom, H.F.Dam, F.C.Krebs, L.Edman, Nature Commun., 2012, 3, 1002)。这些设备通常功能单一，只采用某一种打印或印刷技术，难以形成多种打印或印刷技术的组合，完成多层功能薄膜或光电器件的整个印刷制备过程。开发和设计卷对卷多功能印刷设备，可兼具多种印刷技术的组合和单一印刷技术的模块化管理，尚未有报道先例。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种在同一台仪器上实现多种功能膜的制备、清洗、烘干及封装多种处理的用于印刷电子的卷对卷多功能印刷设备。
[0004]本发明所要解决的第二个技术问题是提供该用于印刷电子的卷对卷多功能印刷设备的应用。
[0005]为了解决上述第一个技术问题，本发明提供的用于印刷电子的卷对卷多功能印刷设备，在机架上设有第一放卷、清洗单元、第一烘干单元、纠偏单元、电晕处理单元、微凹版印刷单元、狭缝涂布单元、第二烘干单元、丝网印刷单元、第三烘干单元、复合压辊、第二放卷、第三放卷和收卷单元以及多个传递辊及牵引辊，所述的第一放卷经过传递辊与所述的清洗单元对接，所述的清洗单元与所述的第一烘干单元对接，所述的第一烘干单元通过所述的传递辊及牵引辊与所述的纠偏单元对接，所述的纠偏单元通过传递辊与所述的电晕处理单元对接，所述的电晕处理单元与所述的第二烘干单元之间设有所述的微凹版印刷单元和所述的狭缝涂布单元及多个所述的传递辊，所述的第二烘干单元之后设有所述的丝网印刷单元和所述的第三烘干单元及多个所述的传递辊，所述的丝网印刷单元和所述的第三烘干单元之后设有所述的复合压辊、第二放卷、第三放卷和收卷单元及多个所述的传递辊。
[0006]所述的第一放卷、第二放卷和第三放卷的滚筒支撑采用半悬挂方式。
[0007]为了解决第二个技术问题，本发明提供的用于印刷电子的卷对卷多功能印刷设备的应用，所述的微凹版印刷单元、狭缝涂布单元、丝网印刷单元、复合单元进行模块化管理，既能单独工作，也能串联起来同时工作，印刷制备多层功能薄膜；该卷对卷多功能印刷设备适用于溶液法印刷加工制备功能薄膜和光电器件，特别是制备基于半导体薄膜的柔性电子器件，包括有机太阳能电池、有机发光二级管、有机场效应晶体管。
[0008]所述的清洗单元指通过固定滚筒位于一个容器槽中，柔性基底从滚筒下传递经过时经过清洗液；同时,应用一个电动软毛刷对基底表面进行往返清洗,除去柔性基底表面污物；所用清洗液用活性剂清洗液，或用溶剂清洗，所述的溶剂为乙醇、丙酮或异丙醇。
[0009]所述的微凹版印刷单元是基于微凹版印刷原理印刷制备柔性薄膜；其中有一个由气缸控制的摆辊单元，进行涂布时摆辊打下将柔性基底压至与微凹辊接触；微凹辊的转速及基底的走带速度均可调节，O?5米/分钟，能根据所涂布材料的性能及成膜要求获得厚度在30纳米?10微米的功能薄膜；微凹辊表面能雕刻成螺旋或网穴型图案。
[0010]所述的狭缝涂布单元是基于狭缝挤压涂布原理制备柔性功能薄膜；供墨系统对涂布头进行供墨，通过涂布头间的垫片厚度、模唇与基底间距离即gap值以及供墨时模唇、基底及下部的空间真空度调控薄膜厚度介于20纳米?I微米的功能薄膜；根据垫片形状不同涂布不同图案的功能薄膜。
[0011]所述的干燥单元是指通过悬挂的固定烘箱对基底上所形成的功能薄膜进行热烘干，烘箱中加热台的温度可根据薄膜的成膜性及受热能力进行调节，介于常温到200度，能优化薄膜形貌。
[0012]所述的丝网印刷单元为圆筒式，通过封闭圆筒里刮板的挤压，使油墨通过图文部分的网孔转移到柔性基底上，形成与原稿一样的图文。
[0013]所述的复合单元通过两个电加热的并行橡胶棍对印刷好的功能薄膜或光电器件进行挤压热复合和封装，有利于功能薄膜或光电器件的保护。
[0014]所述的模块化管理是指对卷对卷多功能印刷仪器中各个功能单元既能分单元单独工作，也能多个功能模块组合管理，同时工作，从而完成多种不同功能的薄膜制备及处理；对其中一些功能模块进行互锁处理，避免因错误操作而产生危险。
[0015]所述的溶液法印刷加工制备功能薄膜是指功能材料首先需要进行溶液化，配成可印刷制备的功能化墨水材料，通过微凹版印刷或狭缝涂布或丝网印刷技术，印刷制备成柔性的功能薄膜。
[0016]所述的溶液法印刷加工制备光电器件指功能光电材料首先需要进行溶液化，配成可印刷制备的功能化光电墨水材料，通过微凹版印刷或狭缝涂布或丝网印刷技术，印刷制备成柔性的光电功能薄膜器件。
[0017]采用上述技术方案的用于印刷电子的卷对卷多功能印刷设备及其应用，该卷对卷多功能印刷设备包含清洗单元、电晕处理单元、纠偏单元、微凹版印刷单元、狭缝涂布单元、干燥单元、丝网印刷单元、复合单元；该卷对卷多功能印刷设备中微凹版印刷单元、狭缝涂布单元、丝网印刷单元、复合单元可模块化管理，既可单独工作，也可串联起来同时工作，印刷制备多层功能薄膜；该卷对卷多功能印刷设备适用于溶液法印刷加工制备功能薄膜和光电器件，特别是制备基于半导体薄膜的柔性电子器件，包括有机太阳能电池、有机发光二级管、有机场效应晶体管。
[0018]所述的卷对卷印刷是指通过牵引滚筒和传递滚筒进行连续的印刷制备，其基底宽度可在10厘米到50厘米，滚筒支撑采用半悬挂方式；基材的张力在10牛顿到300牛顿。
[0019]所述的多功能包含基底清洗功能、基底电晕处理功能、微凹版印刷功能、狭缝涂布功能、干燥功能、丝网印刷功能、复合功能。
[0020]所述的基底电晕处理是对基底进行电晕处理，可以调控基底表面性能，如亲水性、表面功能，增强印刷功能薄膜在基底的附着力。
[0021]所述的纠偏单元是对基底位子进行调整，可以调控印刷功能薄膜在基底的位置以及多层功能薄膜印刷时位置的偏移量。
[0022]综上所述，本发明集合了微凹版印刷、狭缝涂布和丝网印刷三种印刷技术。从而通过这样一种集成方式，在同一台仪器上实现多种功能膜的制备、清洗、烘干及封装等多种处理。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是卷对卷多功能印刷设备的平面示意图。
[0024]图2是卷对卷多功能印刷设备的基底清洗-电晕处理-微凹版印刷穿带示意图。
[0025]图3是卷对卷多功能印刷设备的基底清洗-电晕处理-狭缝涂布穿带示意图。
[0026]图4是卷对卷多功能印刷设备的基底清洗-电晕处理-丝网印刷穿带示意图。
[0027]图5是卷对卷多功能印刷设备的复合功能穿带示意图。
[0028]图6是卷对卷多功能印刷设备的基底清洗-电晕处理-微凹版印刷-复合穿带示意图。
[0029]图7是卷对卷多功能印刷设备的基底清洗-电晕处理-微凹版印刷-丝网印刷-复合穿带示意图。
[0030]图8是卷对卷多功能印刷设备的基底清洗-电晕处理-狭缝涂布-丝网印刷-复合穿带示意图。
【具体实施方式】
[0031]以下结合附图和实施例是对本
【发明内容】
的进一步说明，而不是限制本发明的保护范围。
[0032]参见图1，在机架上设有第一放卷1、清洗单元4、第一烘干单元8、纠偏单元11、电晕处理单元14、微凹版印刷单元16、狭缝涂布单元19、第二烘干单元22、丝网印刷单元25、第三烘干单元28、复合压辊30、第二放卷36、第三放卷31和收卷单元40以及多个传递辊及牵引棍10,第一放卷I经过第一传递棍2、第二传递棍3与清洗单元4对接,清洗单元4与第一烘干单元8对接，第一烘干单元8通过第三传递辊9及牵引辊10与纠偏单元11对接，纠偏单元11通过第四传递辊12、第五传递辊13与电晕处理单元14对接，电晕处理单元14与第二烘干单元22之间设有微凹版印刷单元16和狭缝涂布单元19，电晕处理单元14与微凹版印刷单元16和狭缝涂布单元19之间设第六传递辊15、第七传递辊17和第八传递辊18，微凹版印刷单元16和狭缝涂布单元19与第二烘干单元22之间设有第九传递辊20和第十传递辊21，第二烘干单元22之后设有丝网印刷单元25和第三烘干单元28及第H^一传递棍23、第十二传递棍24和第十三传递棍26和第二十二传递棍29,丝网印刷单元25和第三烘干单元28之后设有复合压辊30、第二放卷36、第三放卷31和收卷单元40，第二放卷36到复合压辊30之间设有第十四传递辊27，第三放卷31与复合压辊30之间设有第十五传递辊32、第十六传递辊33、第十七传递辊34、第十八传递辊35，复合压辊30到收卷单元40之间设有第十九传递辊37、第二十传递辊38和第二十一传递辊39，第二传递辊3、第三传递辊9、第二十传递辊38为张力辊，可以通过设定其值来控制基底的拉伸程度。第一放卷1、第二放卷36和第三放卷31的滚筒支撑采用半悬挂方式。
[0033]用于印刷电子的卷对卷多功能印刷设备的应用，微凹版印刷单元、狭缝涂布单元、丝网印刷单元、复合单元进行模块化管理，既能单独工作，也能串联起来同时工作，印刷制备多层功能薄膜；该卷对卷多功能印刷设备适用于溶液法印刷加工制备功能薄膜和光电器件，特别是制备基于半导体薄膜的柔性电子器件，包括有机太阳能电池、有机发光二级管、有机场效应晶体管。
[0034]清洗单元指通过固定滚筒位于一个容器槽中，柔性基底从滚筒下传递经过时经过清洗液；同时，应用一个电动软毛刷对基底表面进行往返清洗，除去柔性基底表面污物；所用清洗液用活性剂清洗液，或用溶剂清洗，所述的溶剂为乙醇、丙酮或异丙醇。
[0035]微凹版印刷单元是基于微凹版印刷原理印刷制备柔性薄膜；其中有一个由气缸控制的摆辊单元，进行涂布时摆辊打下将柔性基底压至与微凹辊接触；微凹辊的转速及基底的走带速度均可调节，O~5米/分钟，能根据所涂布材料的性能及成膜要求获得厚度在30纳米~10微米的功能薄膜；微凹辊表面能雕刻成螺旋或网穴型图案。
[0036]狭缝涂布单元是基于狭缝挤压涂布原理制备柔性功能薄膜；供墨系统对涂布头进行供墨，通过涂布头间的垫片厚度、模唇与基底间距离即gap值以及供墨时模唇、基底及下部的空间真空度调控薄膜厚度介于20纳米~I微米的功能薄膜；根据垫片形状不同涂布不同图案的功能薄膜。
[0037]干燥单元是指通过悬挂的固定烘箱对基底上所形成的功能薄膜进行热烘干，烘箱中加热台的温度可根据薄膜的成膜性及受热能力进行调节，介于常温到200度，能优化薄膜形貌。 [0038]丝网印刷单元为圆筒式，通过封闭圆筒里刮板的挤压，使油墨通过图文部分的网孔转移到柔性基底上，形成与原稿一样的图文。[0039] 复合单元通过两个电加热的并行橡胶棍对印刷好的功能薄膜或光电器件进行挤压热复合和封装，有利于功能薄膜或光电器件的保护。
[0040]模块化管理是指对卷对卷多功能印刷仪器中各个功能单元既能分单元单独工作，也能多个功能模块组合管理，同时工作，从而完成多种不同功能的薄膜制备及处理；对其中一些功能模块进行互锁处理，避免因错误操作而产生危险。
[0041]实施例1:
[0042]如图2所示进行微凹版印刷，从第一放卷I (基底卷筒通过第一放卷I处气胀轴进行固定)，经过第一传递辊2和第二传递辊3，通过清洗单元4的第二十三传递辊5和第二十四传递辊6，使基底通过清洗槽进行基底清洗，可根据基底的高度及走带情况设定毛刷7的高度及毛刷来回摆动的速度。基底清洗结束后，通过第一烘干单元8和传递辊9及牵引辊10到纠偏单元11，第一纠偏传递辊41和第二纠偏传递辊42可以根据基底要求移动的方向摆动。纠偏之后，基底通过第四传递辊12和第五传递辊13到达电晕处理单元14，悬挂着的电晕处理器中有三个传递辊传递基底，经过电晕处理，基底表面附着性能得以提高。经过电晕处理后，基底由第六传递辊15传递到微凹版印刷单元16。微凹版印刷单元16上方有第一摆辊单元43和第二摆辊单元44，其高度可通过一个气缸杆的充放气状况控制。在摆辊弹起的时候，对微凹辊下方的墨盒倒入所需印刷的墨水材料，之后将摆辊压下，从而基底与微凹辊45接触即可进行印刷。通过微凹版印刷后，经过第九传递辊20和第十传递辊21，印刷功能薄膜的基底传递到第二烘干单元22进行膜层的干燥，之后经过第十一传递辊23、第十三传递辊26和第十四传递辊27，使基底经过复合压辊30 (在不需要复合时，此处的压辊和清洗、烘干单元后的压辊均只起到对张力进行隔断的作用)。之后经过第十九传递辊37、第二十传递辊38和第二十一传递辊39使基底到达收卷单元40。在上述提到的传递辊中，第二传递辊3、第三传递辊9、第二十传递辊38为张力辊，可以通过设定其值来控制基底的拉伸程度。
[0043]实施例2:
[0044]如图3所示进行狭缝涂布印刷，从第一放卷I (基底卷筒通过第一放卷I处气胀轴进行固定)，经过第一传递辊2和第二传递辊3，通过清洗单元4的第二十三传递辊5和第二十四传递辊6，使基底通过清洗槽进行基底清洗，可根据基底的高度及走带情况设定毛刷7的高度及毛刷来回摆动的速度。基底清洗结束后，通过第一烘干单元8和第三传递辊9及牵引辊10到纠偏单元11，第一纠偏传递辊41和第二纠偏传递辊42可以根据基底要求移动的方向摆动。纠偏之后，基底通过第四传递辊12和第五传递辊13到达电晕处理单元14，悬挂着的电晕处理器中有三个传递辊传递基底，经过电晕处理，基底表面附着性能得以提高。经过电晕处理后，基底由第六传递辊15、第七传递辊17和第八传递辊18传递到狭缝涂布单元19。狭缝涂布单元19由第二十五传递辊46、背辊47和狭缝涂布头48组成。供墨系统参数设置好，确定模头与背辊间的间隔值后，即可进行涂布。通过狭缝涂布后，经过第九传递辊20和第十传递辊21，印刷功能薄膜的基底传递到第二烘干单元22进行膜层的干燥，之后经过第十一传递辊23、第十三传递辊26和第十四传递辊27，使基底经过复合压辊30 (在不需要复合时，此处的压辊和清洗、烘干单元后的压辊均只起到对张力进行隔断的作用)。之后经过第十九传递棍37、第二十传递棍38和第二^^一传递棍39使基底到达收卷单元40。在上述提到的传递辊中，第二传递辊3、第三传递辊9、第二十传递辊38为张力辊，可以通过设定其值来控制基底的拉伸程度。
[0045]实施例3:
[0046]如图4所示进行丝网印刷，从第一放卷I (基底卷筒通过第一放卷I处气胀轴进行固定)，经过第一传递辊2和第二传递辊3，通过清洗单元4的第二十三传递辊5和第二十四传递辊6，使基底通过清洗槽进行基底清洗，可根据基底的高度及走带情况设定毛刷7的高度及毛刷来回摆动的速度。基底清洗结束后，通过第一烘干单元8和第三传递辊9及牵引辊10到纠偏单元11，第一纠偏传递辊41和第二纠偏传递辊42可以根据基底要求移动的方向摆动。纠偏之后，基底通过第四传递辊12和第五传递辊13到达电晕处理单元14，悬挂着的电晕处理器中有三个传递辊传递基底，经过电晕处理，基底表面附着性能得以提高。经过电晕处理后，基底由第六传递辊15、第十二传递辊24到达丝网印刷单元25。通过丝网印刷后，经过第十三传递辊26传递到第三烘干单元28进行膜层的干燥，之后经过第二十二传递辊29，使基底经过复合压辊30 (在不需要复合时，此处的压辊和清洗、烘干单元后的压辊均只起到对张力进行隔断的作用)。之后经过第十九传递辊37、第二十传递辊38和第二十一传递棍39使基底到达收卷单元40。在上述提到的传递棍中，第二传递棍3、第三传递棍9、第二十传递辊38为张力辊，可以通过设定其值来控制基底的拉伸程度。
[0047]实施例4:
[0048]如图5所示进行复合功能，印刷好的功能膜从第二放卷36 (基底卷筒通过第二放卷36处气胀轴进行固定)，经过第十四传递辊27传递到复合压辊30。同时，用于复合封装该功能膜的基底从第三放卷31 (基底卷筒通过第三放卷31处气胀轴进行固定)，经过第十五传递辊32、第十六传递辊33、第十七传递辊34和第十八传递辊35到达复合压辊30，功能膜和封装基底同时通过复合压辊30的两个可电加热的并行橡胶棍进行挤压热复合和封装。经过复合后，通过第十九传递辊37、第二十传递辊38和第二十一传递辊39使基底到达收卷单元40。上述提到的传递辊中，第二十传递辊38为张力辊，可以通过设定其值来控制基底的拉伸程度。
[0049]实施例5:
[0050]如图6所示进行微凹版印刷和复合，从第一放卷I (基底卷筒通过第一放卷I处气胀轴进行固定)，经过第一传递辊2和第二传递辊3，通过清洗单元4的第二十三传递辊5和第二十四传递辊6，使基底通过清洗槽进行基底清洗，可根据基底的高度及走带情况设定毛刷7的高度及毛刷来回摆动的速度。基底清洗结束后，通过第一烘干单元8和第三传递辊9及牵引辊10到纠偏单元11，纠偏传递辊41和42可以根据基底要求移动的方向摆动。纠偏之后，基底通过第四传递辊12和第五传递辊13到达电晕处理单元14，悬挂着的电晕处理器中有三个传递辊传递基底，经过电晕处理，基底表面附着性能得以提高。经过电晕处理后，基底由第六传递辊15传递到微凹版印刷单元16。微凹版印刷单元16上方有第一摆辊单元43和第二摆辊单元44，其高度可通过一个气缸杆的充放气状况控制。在摆辊弹起的时候，对微凹辊下方的墨盒倒入所需印刷的墨水材料，之后将摆辊压下，从而基底与微凹辊45接触即可进行印刷。通过微凹版印刷后，经过第九传递辊20和第十传递辊21，印刷功能薄膜的基底传递到第二烘干单元22进行膜层的干燥，之后经过第十一传递辊23、第十三传递辊26和第十四传递辊27，使基底到达复合压辊30。同时用于复合封装该功能膜的基底从第三放卷31 (基底卷筒通过第三放卷31处气胀轴进行固定)，经过第十五传递辊32、第十六传递辊33、第十七传递辊34和第十八传递辊35到达复合压辊30。微凹印刷好的功能膜和封装基底同时通过复合压辊30的两个可电加热的并行橡胶棍进行挤压热复合和封装。经过复合后，通过第十九传递辊37、第二十传递辊38和第二十一传递辊39使基底到达收卷单元40。在上述提到的传递辊中，第二传递辊3、第三传递辊9、第二十传递辊38为张力辊，可以通过设定其值来控制基底的拉伸程度。清洗、烘干单元后的牵引辊10处压辊起对张力进行隔断的作用。
[0051]实施例6:
[0052]如图7所示进行微凹版印刷、丝网印刷及复合，从第一放卷1(基底卷筒通过第一放卷I处气胀轴进行固定)，经过第一传递辊2和第二传递辊3，通过清洗单元4的第二十三传递辊5和第二十四传递辊6，使基底通过清洗槽进行基底清洗，可根据基底的高度及走带情况设定毛刷7的高度及毛刷来回摆动的速度。基底清洗结束后，通过第一烘干单元8和第三传递辊9及牵弓I辊10到纠偏单元11，第一纠偏传递辊41和第二纠偏传递辊42可以根据基底要求移动的方向摆动。纠偏之后，基底通过第四传递辊12和第五传递辊13到达电晕处理单元14，悬挂着的电晕处理器中有三个传递辊传递基底，经过电晕处理，基底表面附着性能得以提高。经过电晕处理后，基底由第六传递辊15传递到微凹版印刷单元16。微凹版印刷单元16上方有第一摆辊单元43和第二摆辊单元44，其高度可通过一个气缸杆的充放气状况控制。在摆辊弹起的时候，对微凹辊下方的墨盒倒入所需印刷的墨水材料，之后将摆辊压下，从而基底与微凹辊45接触即可进行印刷。通过微凹版印刷后，经过第九传递辊20和第十传递辊21，印刷功能薄膜的基底传递到第二烘干单元22进行膜层的干燥，之后经过第十一传递辊23、第十二传递辊24到达丝网印刷单元25。通过丝网印刷后，经过第十三传递辊26传递到第三烘干单元28进行膜层的干燥，之后经过第二十二传递辊29，使基底到达复合压辊30。同时用于复合封装该功能膜的基底从第三放卷31 (基底卷筒通过第三放卷31处气胀轴进行固定)，经过第十五传递辊32、第十六传递辊33、第十七传递辊34和第十八传递辊35到达复合压辊30。印刷好的多层功能膜和封装基底同时通过复合压辊30的两个可电加热的并行橡胶棍进行挤压热复合和封装。经过复合后，通过第十九传递辊37、第二十传递辊38和第二十一传递辊39使基底到达收卷单元40。在上述提到的传递辊中，第二传递辊3、第三传递辊9、第二十传递辊38为张力辊，可以通过设定其值来控制基底的拉伸程度。清洗、烘干单元后的牵引辊10处压辊起对张力进行隔断的作用。
[0053]实施例7:
[0054]如图8所示进行狭缝涂布、丝网印刷、复合，从第一放卷I (基底卷筒通过第一放卷I气胀轴进行固定)，经过第一传递辊2和第二传递辊3，通过清洗单元4的第二十三传递辊5和第二十四传递辊6，使基底通过清洗槽进行基底清洗，可根据基底的高度及走带情况设定毛刷7的高度及毛刷来回摆动的速度。基底清洗结束后，通过第一烘干单元8和第三传递辊9及牵弓I辊10到纠偏单元11，第一纠偏传递辊41和第二纠偏传递辊42可以根据基底要求移动的方向摆动。纠偏之后，基底通过第四传递辊12和第五传递辊13到达电晕处理单元14，悬挂着的电晕处理器中有三个传递辊传递基底，经过电晕处理，基底表面附着性能得以提高。经过电晕处理后，基底由第六传递辊15、第七传递辊17和第八传递辊18传递到狭缝涂布单元19。狭缝涂布单元19由第二十五传递辊46、背辊47和狭缝涂布头48组成。供墨系统参数设置好，确定模头48与背辊47间的gap值后，即可进行涂布。通过狭缝涂布后，进过第九传递辊20和第十传递辊21，印刷功能薄膜的基底传递到第二烘干单元22进行膜层的干燥，之后经过第十一传递辊23、第十二传递辊24到达丝网印刷单元25。通过丝网印刷后，经过第十三传递辊26传递到第三烘干单元28进行膜层的干燥，之后经过第二十二传递辊29，使基底到达复合压辊30。同时用于复合封装该功能膜的基底从第三放卷31 (基底卷筒通过第三放卷31处气胀轴进行固定)，经过第十五传递辊32、第十六传递辊33、第十七传递辊34和第十八传递辊35到达复合压辊30。印刷好的多层功能膜和封装基底同时通过复合压辊30的两个可电加热的并行橡胶棍进行挤压热复合和封装。经过复合后，通过第十九传递辊37、第二十传递辊38和第二十一传递辊39使基底到达收卷单元40。在上述提到的传递辊中，第二传递辊3、第三传递辊9、第二十传递辊38为张力辊，可以通过设定其值来控制基底的拉伸程度。清洗、烘干单元后的牵引辊10处压辊起对张力进行隔断的作用。
[0055]实施例8:
[0056]导电聚合物聚3，4-亚乙基二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)功能薄膜的微凹版印刷
[0057]先给仪器通电，接通气路，检查各电器元件是否正常、气源压力是否正常。
[0058]按下摆辊后退按钮将微凹版印刷单元16的第一摆辊单元43和第二摆辊单元44弹起，然后按照实施例1中所述的路径进行基底穿带。选择具有100纳米厚ITO薄膜的PET基底(ΙΤ0/ΡΕΤ)。
[0059]穿带好基底膜后，进行纠偏操作。开启牵引压辊10和复合压辊30，使基底走正(在纠偏过程中，为避免基材的浪费，走带速度尽量设小一点)。在基材走带纠偏过程中，开启第一烘干单元8和第二烘干单元22加热。对PEDOT:PSS导电涂层薄膜进行涂布时，烘干温度设置为80°C?150°C。
[0060]纠偏过程和烘箱加热结束后，往清洗单元4的清洗槽中倒入乙醇或异丙醇对基底进行清洗。调节毛刷7的高度及摆动速度以使基底得以彻底的清洁。
[0061]将微凹版印刷单元16装配好后，检查各处链接正常，墨盒处于下降位置，刮刀处于远离微凹版辊面，向墨盒中倒入导电聚合物PEDOT:PSS，然后按下墨盒前进按钮升起墨盒，开启微凹版辊启停按钮使微凹版辊45转动，调控微凹版辊转动速度在O?60rpm，以使微凹版辊沾上印刷墨水材料PEDOT:PSS。
[0062]旋转刮刀的手柄使刮刀贴近微凹辊，刮刀的角度和压紧程度可根据所需薄膜厚度等具体实际情况而进行更改。
[0063]再次确认烘干单元的加热温度达到设定值、各涂布参数正确后，按下摆辊前进按钮使第一摆辊单元43和第二摆辊单元44下压，控制基底ΙΤ0/ΡΕΤ的走带速度在O?5米/分钟，当基底和微凹版辊45接触后可按下涂布按钮开始进行涂布。通过调控微凹版锟转动速度、基底走带速度和刮刀的角度和压力，可以印刷得到厚度在30纳米?2000纳米的均匀 PEDOT =PSS 薄膜。
[0064]实施例9:
[0065]导电聚合物聚3，4-亚乙基二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)功能薄膜的狭缝涂布印刷
[0066]先给仪器通电，接通气路，检查各电器元件是否正常、气源压力是否正常。[0067]模头48应先确定远离背辊47。然后，按照实施例2中所述路径进行基底穿带。选择具有100纳米厚ITO薄膜的PET基底(ΙΤ0/ΡΕΤ)。
[0068]穿带好基底膜后，进行纠偏操作。开启牵引压辊10和复合压辊30，使基底走正(在纠偏过程中，为避免基材的浪费，走带速度尽量设小一点)。在基材走带纠偏过程中，开启第一烘干单元8和第二烘干单元22加热。对PEDOT:PSS导电涂层薄膜进行涂布时，烘干温度设置为80°C?150°C。
[0069]将狭缝模头放到底座上并靠紧后定位面，然后锁上螺丝对狭缝涂布的模头48进行定位。根据要涂布的膜的形状选好垫片。
[0070]纠偏过程和烘箱加热结束后，往清洗单元4的清洗槽中倒入乙醇或异丙醇对基底进行清洗。调节毛刷7的高度及摆动速度以使基底得以彻底的清洁。
[0071]调节好模头48的模唇与背辊47间的距离间隔，实际大小为所需距离间隔值加上基材的厚度。
[0072]安装好上料系统后，将PEDOT =PSS倒入针筒内。浆料倒入后的排泡过程可以在连接模头48之前，亦可在装好之后，对上料系统设置好注入速度排出。
[0073]确认各涂布参数准确无误后，旋转模头精定位，使模头48与背辊47之间的间隔值为之前设定值后，靠上模头即可开始涂布。控制基底ΙΤ0/ΡΕΤ的走带速度在O?5米/分钟。通过调控基底走带速度，模头与背锟的间隔值(10?100微米)和负压腔(I X IO2Pa?I X IO5Pa)可以印刷得到厚度在60纳米?1500纳米的均匀PEDOT =PSS薄膜。
[0074]实施例10:
[0075]聚合物太阳能电池活性层聚3-己基噻吩:富勒烯衍生物(P3HT =PCBM)的微凹版印刷
[0076]先给仪器通电，接通气路，检查各电器元件是否正常、气源压力是否正常。
[0077]按下摆辊后退按钮将微凹版印刷单元16的第一摆辊单元43和第二摆辊单元44弹起，然后按照实施例1中所述的路径进行基底穿带。可以选择实施例8或实施例9中ITO/PET基底上印刷制备好的PED0T:PSS薄膜上印刷制备P3HT:PCBM。
[0078]穿带好基底膜后，进行纠偏操作。开启牵引压辊10和复合压辊30，使基底走正(在纠偏过程中，为避免基材的浪费，走带速度尽量设小一点)。
[0079]将微凹版印刷单元16装配好后，检查各处链接正常，墨盒处于下降位置，刮刀处于远离微凹版辊面，向墨盒中倒入P3HT =PCBM墨水，然后按下墨盒前进按钮升起墨盒，开启微凹版辊启停按钮使微凹版辊45转动，调控微凹版辊转动速度在O?60rpm，以使微凹版辊沾上印刷墨水材料P3HT:PCBM。
[0080]旋转刮刀的手柄使刮刀贴近微凹辊，刮刀的角度和压紧程度可根据所需薄膜厚度等具体实际情况而进行更改。
[0081]再次确认各涂布参数正确后，按下摆辊前进按钮使第一摆辊单元43和第二摆辊单元44下压，控制基底的走带速度在O?5米/分钟，当基底和微凹版辊45接触后可按下涂布按钮开始进行涂布。通过调控微凹版锟转动速度、基底走带速度和刮刀的角度和压力，可以印刷得到厚度在100纳米?500纳米的均匀P3HT =PCBM薄膜。
[0082]实施例11:
[0083]聚合物太阳能电池活性层聚3-己基噻吩:富勒烯衍生物(P3HT =PCBM)的狭缝涂布印刷
[0084]先给仪器通电，接通气路，检查各电器元件是否正常、气源压力是否正常。
[0085]模头48应先确定远离背辊47。然后，按照实施例2中所述路径进行基底穿带。可以选择实施例8或实施例9中ΙΤ0/ΡΕΤ基底上印刷制备好的PED0T:PSS薄膜上印刷制备P3HT:PCBM。
[0086]穿带好基底膜后，进行纠偏操作。开启牵引压辊10和复合压辊30，使基底走正(在纠偏过程中，为避免基材的浪费，走带速度尽量设小一点)。
[0087]将模头48放到底座上并靠紧后定位面，然后锁上螺丝对狭缝涂布的模头48进行定位。根据要涂布的膜的形状选好垫片。
[0088]调节好模头48的模唇与背辊47间的距离间隔，实际大小为所需距离间隔值加上基材的厚度。
[0089]安装好上料系统后，将P3HT =PCBM墨水倒入针筒内。浆料倒入后的排泡过程可以在连接模头之前，亦可在装好之后，对上料系统设置好注入速度排出。
[0090]确认各涂布参数准确无误后，旋转模头精定位，使模头48与背辊47之间的间隔值为之前设定值后，靠上模头48即可开始涂布。控制基底的走带速度在O?5米/分钟。通过调控基底走带速度，模头48与背辊47的间隔值(10?100微米)和负压腔(I X IO2Pa?I X IO5Pa)可以印刷得到厚度在100纳米?600纳米的均匀P3HT =PCBM薄膜。
[0091]实施例12:
[0092]全印刷制备聚合物太阳能电池
[0093]先给仪器通电，接通气路，检查各电器元件是否正常、气源压力是否正常。
[0094]选择实施例8或实施例9中ΙΤ0/ΡΕΤ基底上印刷制备好的40纳米的PED0T:PSS薄膜为基底。
[0095]按照实施例10或实施例11，在PEDOT:PSS/IT0/PET上印刷150纳米?300纳米的 P3HT =PCBM 薄膜。
[0096]按照实施例6或实施例7，应用实施例10或实施例11在PEDOT:PSS/IT0/PET上印刷150纳米?300纳米的P3HT:PCBM薄膜后，同时应用丝网印刷制备出顶电极银，完成整个有机太阳能电池的印刷制备过程。
[0097]基于上述印刷制备的聚合物太阳能电池的的光电转化效率在1.0%?2.5%。
【权利要求】
1.一种用于印刷电子的卷对卷多功能印刷设备，其特征是:在机架上设有第一放卷(I)、清洗单元(4)、第一烘干单元(8)、纠偏单元(11)、电晕处理单元(14)、微凹版印刷单元(16)、狭缝涂布单元(19)、第二烘干单元(22)、丝网印刷单元(25)、第三烘干单元(28)、复合压辊(30)、第二放卷(36)、第三放卷(31)和收卷单元(40)以及多个传递辊及牵引辊，所述的第一放卷(I)经过传递棍与所述的清洗单元(4)对接，所述的清洗单元(4)与所述的第一烘干单元(8)对接，所述的第一烘干单元(8)通过所述的传递辊及牵引辊与所述的纠偏单元(11)对接，所述的纠偏单元(11)通过传递辊与所述的电晕处理单元(14)对接，所述的电晕处理单元(14)与所述的第二烘干单元(22)之间设有所述的微凹版印刷单元(16)和所述的狭缝涂布单元(19)及多个所述的传递辊，所述的第二烘干单元(22)之后设有所述的丝网印刷单元(25)和所述的第三烘干单元(28)及多个所述的传递辊，所述的丝网印刷单元(25)和所述的第三烘干单元(28)之后设有所述的复合压辊(30)、第二放卷(36)、第三放卷(31)和收卷单元(40)及多个所述的传递棍。
2.根据权利要求1所述的用于印刷电子的卷对卷多功能印刷设备，其特征在于:所述的第一放卷(I)、第二放卷(36)和第三放卷(31)的滚筒支撑采用半悬挂方式。
3.根据权利要求1所述的用于印刷电子的卷对卷多功能印刷设备的应用，其特征在于:所述的微凹版印刷单元、狭缝涂布单元、丝网印刷单元、复合单元进行模块化管理，既能单独工作，也能串联起来同时工作，印刷制备多层功能薄膜；该卷对卷多功能印刷设备适用于溶液法印刷加工制备功能薄膜和光电器件，特别是制备基于半导体薄膜的柔性电子器件，包括有机太阳能电池、有机发光二级管、有机场效应晶体管。
4.根据权利要求3所述的用于印刷电子的卷对卷多功能印刷设备的应用，其特征在于:所述的清洗单元指通过固定滚筒位于一个容器槽中，柔性基底从滚筒下传递经过时经过清洗液；同时，应用一个电动软毛刷对基底表面进行往返清洗，除去柔性基底表面污物；所用清洗液用活性剂清洗液，或用溶剂清洗，所述的溶剂为乙醇、丙酮或异丙醇。
5.根据权利要求3所述的用于印刷电子的卷对卷多功能印刷设备的应用，其特征在于:所述的微凹版印刷单元是基于微凹版印刷原理印刷制备柔性薄膜；其中有一个由气缸控制的摆辊单元，进行涂布时摆辊打下将柔性基底压至与微凹辊接触；微凹辊的转速及基底的走带速度均可调节，O~5米/分钟，能根据所涂布材料的性能及成膜要求获得厚度在30纳米~10微米的功能薄膜；微凹辊表面能雕刻成螺旋或网穴型图案。
6.根据权利要求3所述的用于印刷电子的卷对卷多功能印刷设备的应用，其特征在于:所述的狭缝涂布单元是基于狭缝挤压涂布原理制备柔性功能薄膜；供墨系统对涂布头进行供墨，通过涂布头间的垫片厚度、模唇与基底间距离即gap值以及供墨时模唇、基底及下部的空间真空度调控薄膜厚度介于20纳米~I微米的功能薄膜；根据垫片形状不同涂布不同图案的功能薄膜。
7.根据权利要求3所述的用于印刷电子的卷对卷多功能印刷设备的应用，其特征在于:所述的干燥单元是指通过悬挂的固定烘箱对基底上所形成的功能薄膜进行热烘干，烘箱中加热台的温度可根据薄膜的成膜性及受热能力进行调节，介于常温到200度，能优化薄膜形貌。
8.根据权利要求3所述的用于印刷电子的卷对卷多功能印刷设备的应用，其特征在于:所述的丝网印刷单元为圆筒式，通过封闭圆筒里刮板的挤压，使油墨通过图文部分的网孔转移到柔性基底上，形成与原稿一样的图文。
9.根据权利要求3所述的用于印刷电子的卷对卷多功能印刷设备的应用，其特征在于:所述的复合单元通过两个电加热的并行橡胶棍对印刷好的功能薄膜或光电器件进行挤压热复合和封装，有利于功能薄膜或光电器件的保护。
10.根据权利要求3所述的用于印刷电子的卷对卷多功能印刷设备的应用，其特征在于:所述的模块化管理是指对卷对卷多功能印刷仪器中各个功能单元既能分单元单独工作，也能多个功能模块 组合管理，同时工作，从而完成多种不同功能的薄膜制备及处理；对其中一些功能模块进行互锁处理，避免因错误操作而产生危险。
【文档编号】B41F19/00GK103921541SQ201410189540
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年5月6日 优先权日:2014年5月6日
【发明者】阳军亮, 关敬党, 谢礼, 胡巧, 周聪华, 高永立 申请人:中南大学, 深圳市善营自动化设备有限公司