一种喷墨打印方法及喷墨打印装置与流程

本发明涉及半导体技术领域，尤指一种喷墨打印方法及喷墨打印装置。

背景技术：

oled是一种利用有机半导体材料制成的薄膜发光器件，其具有自发光的特性。随着需求提升，柔性及可穿戴的oled器件的主要研究方向为有机薄膜晶体管(organicthinfilmtransistor，otft)器件的研究。otft器件有机薄膜的制备方法灵活简便，如langmuir-blodgett(lb)技术、分子自组装技术、真空蒸镀、喷墨打印等；其次有机薄膜的制备工艺对设备要求比较低，不需要高温热处理，从而降低了生产成本。

喷墨打印是目前用于制备otft器件有机薄膜的常用方法。喷墨打印技术是将数字图形直接通过相应设备传递到衬底上形成图案化薄膜，因此不需要原始的模板，同时可以高效的实现有机薄膜在柔性和大面积衬底上的图案化加工。

otft器件中的有机半导体层作为载流子传输的主要膜层，在成膜时一般需要多次喷墨打印形成，当前一行程打印在衬底上的墨水以及开始干燥，部分已经开始凝固或结晶，该行程剩余的墨水浓度已经发生变化，与后一行程的墨水接触后产生了浓度差，使得溶质发生流动，薄膜中不同区域的溶质凝固结晶因时间不一致产生的相差，从而导致形成的薄膜产生颗粒状结晶；有机半导体层作为载流子传输的膜层，在器件工作时，连续的电荷传输通道因颗粒状结晶或梳齿状结晶使部分电荷被晶界阻挡，影响otft的电学特性，例如迟滞，偏压稳定性等，进而影响器件的显示品质。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供一种喷墨打印方法及喷墨打印装置，用以喷墨打印的质量。

本发明实施例提供的一种喷墨打印方法，对衬底基板上的各打印区域均需要进行n次喷墨打印形成目标膜层；其中，n为大于1的整数；

以一次喷墨打印或者每相邻的m次喷墨打印为一个批次，其中m为大于1且小于n的整数；

针对各所述打印区域，时间越靠后的打印批次，其在进行喷墨打印时采用的墨水的浓度越高。

可选地，在本发明实施例提供的喷墨打印方法中，每一批次包括一次喷墨打印；

针对各所述打印区域，任意相邻两次喷墨打印时采用的墨水中溶剂的含量差相同。

可选地，在本发明实施例提供的喷墨打印方法中，针对各所述打印区域，相邻两次喷墨打印时采用的墨水中溶剂的含量差根据相邻两次喷墨打印的间隔时间和溶剂的挥发速率确定。

可选地，在本发明实施例提供的喷墨打印方法中，相邻两次喷墨打印时采用的墨水中溶剂的含量差y＝v0*t；其中，t为相邻两次喷墨打印的间隔时间，v0为溶剂的挥发速率。

可选地，在本发明实施例提供的喷墨打印方法中，每一批次包括相邻的m次喷墨打印，针对各所述打印区域，同一批次内的m次喷墨打印时采用的墨水的浓度相同。

可选地，在本发明实施例提供的喷墨打印方法中，针对各所述打印区域，任意相邻两个批次喷墨打印时采用的墨水中溶剂的含量差相同。

可选地，在本发明实施例提供的喷墨打印方法中，针对各所述打印区域，第n个批次喷墨打印时采用的墨水中溶剂的含量与第n-1个批次喷墨打印时采用的墨水中溶剂的含量的差值，根据第n个批次内进行第k次喷墨打印时与第n-1个批次内进行第k次喷墨打印时的间隔时间以及溶剂的挥发速率确定；其中，n为大于1且小于或等于n的任意整数，k为大于0且小于或等于m的任意整数。

可选地，在本发明实施例提供的喷墨打印方法中，第n个批次喷墨打印时采用的墨水中溶剂的含量与第n-1个批次喷墨打印时采用的墨水中溶剂的含量的差值y＝v0*t；其中，t为第n个批次内进行第k次喷墨打印时与第n-1个批次内进行第k次喷墨打印时的间隔时间，v0为溶剂的挥发速率。

相应地，本发明实施例还提供了一种喷墨打印装置，所述喷墨打印装置采用本发明实施例提供的喷墨打印方法进行打印。

可选地，在本发明实施例提供的喷墨打印装置中，包括：至少一组喷头，以及与每组喷头对应连通的第一管道和第二管道，其中，所述第一管道用于添加预设浓度的墨水，所述第二管道用于添加所述墨水中的溶剂。

本发明有益效果如下：

本发明实施例提供的喷墨打印方法及喷墨打印装置，对衬底基板上的各打印区域均需要进行n次喷墨打印形成目标膜层；以一次喷墨打印或者每相邻的m次喷墨打印为一个批次；针对各打印区域，时间越靠后的打印批次，其在进行喷墨打印时采用的墨水的浓度越高。这样，当时间靠后的批次打印时，时间靠前的批次所打印的墨水由于溶剂挥发导致墨水的浓度已经较打印时变高，因此增大时间靠后的打印批次内采用的墨水的浓度，从而使打印区域内经过多次打印的墨水浓度一致，避免了由于多次打印时墨水浓度不一致导致薄膜产生颗粒状结晶的问题。

附图说明

图1为本发明实施例提供的喷墨打印装置的结构示意图；

图2a和图2b分别为本发明实施例提供的喷墨打印方法在分别执行第一次打印和第二次打印的示意图；

图3a和图3b分别为本发明实施例提供的喷墨打印方法在分别执行第一次打印和第二次打印的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

附图中各部件的形状和大小不反映真实比例，目的只是示意说明本发明内容。

本发明实施例提供的一种喷墨打印方法，对衬底基板上的各打印区域均需要进行n次喷墨打印形成目标膜层；其中，n为大于1的整数；以一次喷墨打印或者每相邻的m次喷墨打印为一个批次，其中m为大于1且小于n的整数；

针对各打印区域，时间越靠后的打印批次，其在进行喷墨打印时采用的墨水的浓度越高。

本发明实施例提供的喷墨打印方法，对衬底基板上的各打印区域均需要进行n次喷墨打印形成目标膜层；以一次喷墨打印或者每相邻的m次喷墨打印为一个批次；针对各打印区域，时间越靠后的打印批次，其在进行喷墨打印时采用的墨水的浓度越高。这样，当时间靠后的批次打印时，时间靠前的批次所打印的墨水由于溶剂挥发导致墨水的浓度已经较打印时变高，因此增大时间靠后的打印批次内采用的墨水的浓度，从而使打印区域内经过多次打印的墨水浓度一致，避免了由于多次打印时墨水浓度不一致导致薄膜产生颗粒状结晶的问题。

需要说明的是，在本发明实施例提供的喷墨打印方法中，墨水的浓度是指墨水中溶质的比例。

在具体实施实施，针对同一打印区域，当两次喷墨打印的间隔时间较长时，前次打印的墨水中溶剂会挥发较多，因此，可以以一次喷墨打印为一个批次。

可选地，在本发明实施例提供的喷墨打印方法中，每一批次包括一次喷墨打印；针对各打印区域，任意相邻两次喷墨打印时采用的墨水中溶剂的含量差相同。时间越靠后的打印，其在进行喷墨打印时采用的墨水的浓度越高。这样使高浓度的墨水与前边打印后已经发生挥发的墨水的浓度相一致。

需要说明的是，墨水中溶剂的含量是指墨水中包含的溶质的重量。

在具体实施时，已经打印的墨水的浓度与时间与溶剂的挥发速率呈正相关，时间越长，溶剂的会发量越多，浓度越高，或者挥发速率越高，溶剂的会发量越多，墨水的浓度越高。

因此，可选地，在本发明实施例提供的喷墨打印方法中，针对各打印区域，相邻两次喷墨打印时采用的墨水中溶剂的含量差根据相邻两次喷墨打印的间隔时间和溶剂的挥发速率确定。

可选地，在本发明实施例提供的喷墨打印方法中，相邻两次喷墨打印时采用的墨水中溶剂的含量差y＝v0*t；其中，t为相邻两次喷墨打印的间隔时间，v0为溶剂的挥发速率。

假设，针对同一打印区域，需要打印5次才能形成目标膜层。那么，第1次喷墨打印时所需的墨水的浓度w1最小，第5次喷墨打印时所需的墨水的浓度w5最大，即5次喷墨打印时所需的墨水的浓度满足：w1﹤w2﹤w3﹤w4﹤w5。假设两次喷墨打印的间隔时间为t，如果w1＝a/(a+b)，其中，a为墨水中溶质的含量，b为墨水中溶剂的含量，那么w2＝a/(a+b-v0t)，w3＝a/(a+b-2v0t)，w4＝a/(a+b-3v0t)，w5＝a/(a+b-4v0t)，即第i次喷墨打印时所需的墨水的浓度wi＝a/[a+b-(i-1)v0t]。

在具体实施时，针对同一打印区域，当两次喷墨打印的间隔时间较短时，墨水中溶剂的挥发量一般会比较少，可以认为两次打印时墨水的浓度基本一致，但是，当多次打印后，墨水浓度差才会比较明显，可以将相邻的多次喷墨打印作为一个批次。

因此，可选地，在本发明实施例提供的喷墨打印方法中，每一批次包括相邻的m次喷墨打印，针对各打印区域，同一批次内的m次喷墨打印时采用的墨水的浓度相同。时间越靠后的打印批次，其在进行喷墨打印时采用的墨水的浓度越高。

可选地，在本发明实施例提供的喷墨打印方法中，针对各打印区域，任意相邻两个批次喷墨打印时采用的墨水中溶剂的含量差相同。时间越靠后的打印批次，其在进行喷墨打印时采用的墨水的浓度越高。这样使高浓度的墨水与前边打印后已经发生挥发的墨水的浓度相一致。

可选地，在本发明实施例提供的喷墨打印方法中，针对各打印区域，第n个批次喷墨打印时采用的墨水中溶剂的含量与第n-1个批次喷墨打印时采用的墨水中溶剂的含量的差值，根据第n个批次内进行第k次喷墨打印时与第n-1个批次内进行第k次喷墨打印时的间隔时间以及溶剂的挥发速率确定；其中，n为大于1且小于或等于n的任意整数，k为大于0且小于或等于m的任意整数。

可选地，在本发明实施例提供的喷墨打印方法中，第n个批次喷墨打印时采用的墨水中溶剂的含量与第n-1个批次喷墨打印时采用的墨水中溶剂的含量的差值y＝v0*t；其中，t为第n个批次内进行第k次喷墨打印时与第n-1个批次内进行第k次喷墨打印时的间隔时间，v0为溶剂的挥发速率。

假设，针对同一打印区域，需要打印15次才能形成所需的半导体层。由于相邻两次打印的间隔时间较短，因此将每3次打印归为一个批次，那么打印15次分为5个批次，第1批次的喷墨打印时所需的墨水的浓度w1(其中，w1＝w2＝w3)最小，第5批次喷墨打印时所需的墨水的浓度w13(其中，w13＝w14＝w15)最大，即w1＝w2＝w3，w4＝w5＝w6，w7＝w8＝w9，w10＝w11＝w12，w13＝w14＝w15，且w1﹤w4﹤w7﹤w10﹤w13。假设任意相邻两次打印的间隔时间相同，那么第n个批次内进行第k次喷墨打印时与第n-1个批次内进行第k次喷墨打印时的间隔时间为t，如果w1＝a/(a+b)，其中，a为墨水中溶质的含量，b为墨水中溶剂的含量，那么w4＝a/(a+b-v0t)，w7＝a/(a+b-2v0t)，w10＝a/(a+b-3v0t)，w13＝a/(a+b-4v0t)。即第i批次的喷墨打印时所需的墨水的浓度w(i)＝a/[a+b-(i-1)v0t]。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种喷墨打印装置，该喷墨打印装置采用本发明实施例提供的喷墨打印方法进行打印。由于该喷墨打印装置解决问题的原理与前述一种喷墨打印方法相似，因此该喷墨打印装置的实施可以参见前述喷墨打印方法的实施，重复之处不再赘述。

可选地，在本发明实施例提供的喷墨打印装置中，如图1所示，包括：至少一组喷头01，以及与每组喷头01对应连通的第一管道a、以及与第一管道a连通的第二管道b和第三管道c，其中，第二管道b用于添加预设浓度的墨水，第三管道c用于添加墨水中的溶剂，第一管道a用于将第二管道b和第三管道c内的混合溶液提供给对应的喷头01。

在具体实施时，本发明实施例提供的喷墨打印方法及喷墨打印装置可以应用于任何需要采用喷墨打印方法形成的膜层。例如有机薄膜晶体管的有机半导体层，有机电致发光结构的有机发光层等，在此不作限定。

在具体实施时，有机薄膜晶体管的有机半导体层的材料可以为聚噻吩(p3ht)、聚苯胺(pae)、聚吡咯、聚芴(pf)、并五苯、二苯并噻吩、酞青氧钛、红荧烯等，通过喷墨打印方式制备。例如，在柔性基板上形成源漏电极、有机半导体层、栅电极和像素电极，电极和有机半导体层之间均有绝缘层材料，各电极根据tft需要通过过孔电性连接；有机半导体层由喷墨打印有机半导体材料/导电墨水的混合物方式制备。

下面结合喷墨打印装置说明本发明实施例提供的喷墨打印方法。

例如，根据衬底基板上打印区域之间的距离，调节喷墨打印装置中打印喷头之间的距离，以使打印喷头与打印区域对应；如图2a和图2b所示，假设喷墨打印装置中有n组喷头01，喷墨打印装置相对衬底基20板发生相对位移的过程中n组喷头01同时打印，喷墨打印装置从衬底基板20的一端移动到另一端的过程中针对各打印区域打印一次。在打印区域形成目标膜层需要n组喷头01打印的n次。根据喷墨打印装置从衬底基板的一端移动到另一端的时间可以确定出相邻两次喷墨打印的间隔时间。例如根据衬底基板的打印距离以及喷墨打印装置的移动速度可以确定出相邻两次喷墨打印的间隔时间t。假设打印墨水中溶剂的挥发速率为v0，则喷墨打印装置第一次从衬底基板的一端移动到另一端的过程中，如图2a所示，n组喷头内墨水的浓度为w1，其中，w1＝a/(a+b)，即第一次喷墨打印时采用的墨水的浓度为w1。喷墨打印装置第二次从衬底基板的一端移动到另一端的过程中，n组喷头内墨水的浓度w2＝a/(a+b-v0t)，即第二次喷墨打印时采用的墨水中溶剂的含量较第一次减少了v0t，依次类推，喷墨打印装置最后一次(第n次)从衬底基板的一端移动到另一端的过程中，n组喷头内墨水的浓度wn＝a/[a+b-(n-1)v0t]，即第n次喷墨打印时采用的墨水中溶剂的含量较第一次减少了(n-1)v0t。

上述实施例为在一个行程中，n组喷头内墨水浓度相同的情况。当然在具体实施时，也可以是在一个行程中，n组喷头内墨水浓度不相同。例如图3a和图3b所示，假设喷墨打印装置中有n组喷头01，喷墨打印装置相对衬底基20板发生相对位移的过程中，每组喷头依次对同一打印区域进行喷墨打印，两组喷头对同一打印区域进行喷墨打印的间隔时间为t，假设打印墨水中溶剂的挥发速率为v0，则喷墨打印装置从衬底基板的一端移动到另一端的过程中，如图3a所示，第1组喷头内墨水的浓度为w1，其中，w1＝a/(a+b)，如图3b所示，第2组喷头内墨水的浓度w2＝a/(a+b-v0t)，依次类推，第n组喷头内墨水的浓度wn＝a/[a+b-(n-1)v0t]。

在上述实施例中，正是由于在每次打印过程中，喷头内的墨水浓度根据打印在打印区域的时间不同而设置为不同值，优先打印的墨水会在与后续打印的墨水进行混合时，由于溶剂蒸发减小墨水的浓度，从而减小相差引起的颗粒状或梳齿状晶界影响；根据打印在打印区域内的墨水的时间不同，墨水溶剂的蒸发程度不一，从而形成了连续的电荷传输通道，其电荷不会被晶界阻挡，从而增加有机半导体层工作时的迁移率。

在具体实施时，根据两次喷墨打印的间隔时间以及溶剂的挥发速率可以确定一个行程打印完成后溶剂的挥发量为v0t；再根据溶剂的挥发量调节每次移动时n组喷头内装填溶剂的含量。例如在第二管道内放置有浓度为w1的打印墨水，第三管道内放置有v0t的溶剂，根据所计算的溶剂添加量，第二管道和第三管道共同将目标溶液混合至第一管道，供应到对应组打印喷头里。

具体地，以衬底基板大小100cm*80cm，像素大小为150um*200um，像素间隔为50um，其中有源层区域(即打印区域)为w/l＝20um/4um；单个喷头打印的墨水所形成的面积约为10um*4um，喷头打印一次的间隔时间为0.1s为例。

喷墨打印装置延短边(80cm)方向打印，即x轴向，每组打印喷头设置100*100个打印喷头，间隔距离调整为像素间隔的20倍(即1mm)，衬底基板上的各有源层区域完成一次打印所需的时间为：t1＝80cm(衬底基板短边距离)/200um(像素x轴向大小+像素间隔)/100(一组喷头数量)*0.1s＝400s；即一组喷头(100*100)延x轴向打印一次基板所需时间为400s，若设置m组喷头，时间会减少为400s/m；如设置4组喷头(100*100/组)，所需时间即为100s；单个喷头打印一次的打印面积为10um*4um，则对于有源层为w/l＝20um/4um的区域，需要延x轴向打印2次；即完成一个像素的一个有源层区域的打印，需要两次；对于每一个打印区域的有源层，两次的间隔时间即为100s(4组喷头，100*100/组)。

在第二次打印行程开始，喷头组的方向平移10um；一次打印的轴向区域宽度，根据目标打印区域可相应计算：如对于打印区域为50um*50um的目标打印区域，单次打印区域为10um*5um时，需要单组喷头进行50次打印完成，每次打印平移即为10um。

在打印行程的100s间隔时间里，不同先后顺序打印的墨水的溶剂会有挥发，挥发的溶剂使余下的墨水浓度增加，从而在两次打印的有源层区域形成浓度差，进而产生结晶取向；而在本发明实施例中，在第二行程打印时各组喷头中加入墨水浓度有差异，以补偿因打印间隔时间所导致的墨水浓度变化。

在具体实施时，根据打印行程的次数，(如延x轴打印，即需要2次，每次间隔100s)，墨水的浓度逐渐增大，从而在有源层区域形成了连续的电荷传输通道，其电荷不会被晶界阻挡，从而增加有机半导体层工作时的迁移率。

本发明实施例提供的上述喷墨打印方法及喷墨打印装置，对衬底基板上的各打印区域均需要进行n次喷墨打印形成目标膜层；以一次喷墨打印或者每相邻的m次喷墨打印为一个批次；针对各打印区域，时间越靠后的打印批次，其在进行喷墨打印时采用的墨水的浓度越高。这样，当时间靠后的批次打印时，时间靠前的批次所打印的墨水由于溶剂挥发导致墨水的浓度已经较打印时变高，因此增大时间靠后的打印批次内采用的墨水的浓度，从而使打印区域内经过多次打印的墨水浓度一致，避免了由于多次打印时墨水浓度不一致导致薄膜产生颗粒状结晶的问题。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。