印刷装置及印刷方法与流程

本发明涉及显示器生产设备领域，特别是涉及一种印刷装置及印刷方法。

背景技术

随着显示技术的逐渐发展，oled等器件因其优良的显示性能得到各方的关注。常规采用蒸镀方式制作oled等发光器件面临材料利用率低、需要超精细掩膜等问题，造成生产成本较高。为进一步降低oled等发光器件的生产成本，可采用印刷工艺制作oled等器件。

采用印刷工艺制作oled等器件的关键难题之一就是喷墨打印功能性材料墨水后的干燥成膜过程，该干燥成膜过程直接影响器件的显示均匀性、寿命等。通常，印刷工艺中对一次性印刷完功能性材料墨水后再一次性通过真空干燥(vacuumdry，vd)技术进行干燥成膜。然而，该一次性真空干燥过程存在以下问题：

(1)使整体的干燥工艺复杂，效率低下。这是因为多数发光器件需要进行多次不同功能性材料墨水的印刷过程，也就需要多次真空干燥与破真空印刷的过程，显然增加了制作流程数量。

(2)印刷完毕后再一次性真空干燥的工艺在对中大型显示面板的制作上容易导致成膜不均现象。这是因为在大规模的印刷图案的上方容易存在较大的蒸汽压差异，从而导致图案边缘区域处像素成膜极度不均而形成mura(彩晕)的问题。这不仅导致发光器件的性能下降，同时亦使得产品竞争力不强。

技术实现要素：

基于此，有必要针对提供一种能够提高成膜均匀性及生产效率的印刷装置及印刷方法。

一种印刷装置，用于发光器件的制作，所述印刷装置包括打印机构和真空干燥机构；

所述打印机构包括打印头和移动驱动装置，所述打印头与所述移动驱动装置连接，所述打印头能够由所述移动驱动装置驱动移动以实现步进式喷墨打印；

所述真空干燥机构上设有抽气口，真空干燥机构用于与抽气装置连接，所述真空干燥机构与所述移动驱动装置连接，所述真空干燥机构能够由所述移动驱动装置驱动与所述打印头同步移动以对刚打印完的墨水进行步进式真空干燥。

在其中一个实施例中，所述印刷装置还包括风淋机构；

所述风淋机构上设有进气口，所述风淋机构用于与供气源连接，所述风淋机构位于所述打印头和所述真空干燥机构之间，所述风淋机构与所述移动驱动装置连接并能够由所述移动驱动装置驱动与所述打印头同步移动以补偿被所述真空干燥机构抽走的气流。

在其中一个实施例中，所述风淋机构靠近所述真空干燥机构设置。

在其中一个实施例中，所述风淋机构的安装高度与所述真空干燥机构的安装高度相同。

在其中一个实施例中，所述进气口有多个；和/或所述抽气口有多个。

在其中一个实施例中，所述真空干燥机构的安装高度大于所述打印头的喷嘴的安装高度。

在其中一个实施例中，所述真空干燥机构的宽度不小于1.5倍的所述打印头的宽度；和/或所述真空干燥机构的长度大于所述真空干燥机构的宽度。

在其中一个实施例中，所述印刷装置还包括用于放置待加工件的工作台，所述工作台设于所述打印头的下方。

在其中一个实施例中，所述工作台上设有真空吸；和/或

所述印刷装置还包括旋转驱动装置，所述工作台与所述旋转驱动装置连接，所述工作台能够由所述旋转驱动装置驱动转动。

一种印刷方法，包括如下步骤：

对待加工件进行步进式喷墨打印，并在喷墨打印的过程中使真空干燥机构沿所述打印头的移动方向移动并对刚打印完的功能墨水进行步进式真空干燥。

上述印刷装置包括打印机构和真空干燥机构，其中，打印机构包括打印头和移动驱动装置，打印头与移动驱动装置连接，打印头能够由移动驱动装置驱动移动以实现步进式喷墨打印；真空干燥机构上设有抽气口，真空干燥机构用于与抽气装置连接以用于对打印过程中墨水挥发的溶剂的去除，真空干燥机构与移动驱动装置连接并能够与所述打印头同步移动以对刚打印完的墨水进行步进式真空干燥。采用上述印刷装置进行oled等器件的印刷制作时，能够实现喷墨打印和真空干燥的同时进行，即能够实现边喷墨打印边真空预干燥，整体上具有如下方面的有益效果：

(1)上述印刷装置能够大大缩短整个印刷工艺过程，减少工艺流程数，减少工艺复杂程度，降低生产成本，并提高印刷生产效率。

(2)由于真空干燥过程紧随喷墨打印过程步进式进行，上述印刷装置能够消除基板边缘部位与中心位置处的溶剂蒸汽浓度差，进而能够避免大尺寸基板等待加工件边缘成膜不均匀的现象，提高最终成膜的均匀性。

(3)尤其对于需要在基板上打印墨水量较多的情况，采用上述印刷装置进行步进式真空干燥的方式，能够有效缩减像素坑内的墨水体积，从而能够降低基板等待加工件整版表面上的蒸汽压差异，也同时能够减少墨水完全干燥前的流动性，进而有利于最终成膜的均匀性，减少mura的产生。

(4)与传统一次性打印后再进行一次性真空干燥的方式相比，由于真空干燥过程紧随喷墨打印过程步进式进行，能够及时抽取大部分已打印墨水中的溶剂，减少打印过程中溶剂挥发对环境的污染。

(5)与一次性真空干燥过程所采用的真空干燥设备相比，上述印刷装置能够降低对真空干燥设备的要求，即对真空度的要求较低，能够降低设备成本，并提高印刷生产效率。

(6)上述印刷装置在印刷过程中，能够实现基板不移动，依靠真空干燥机构与打印头的同步移动实现步进式干燥成膜的过程，能够进一步避免多次转移基板时引起像素坑内墨水流动所造成的mura，进一步提高最终成膜的均匀性，并改善成膜质量。

进一步地，上述印刷装置还包括风淋机构，用于提供气流，补充被真空干燥机构抽走的气流，维持工作台上方气氛环境的平衡和稳定。在喷墨打印及干燥的过程中，真空干燥机构和风淋机构能够相配合，维持整个打印过程的气压稳定，能够进一步保证和改善成膜质量，并能够降低对真空干燥设备的要求，从而实现改善并优化成膜效果，增加器件制作良率，并增强器件性能。

上述印刷方法在喷墨打印的同时通过对已经完成打印的墨水进行步进式真空干燥，即刚打印完的墨水被后续移动到此位的真空干燥机构进行同位的干燥处理。该边打印边干燥的方式能够在完成整个基板的喷墨打印后，几乎能够同步完成整个基板的预干燥过程，大大缩短整个印刷干燥流程。这种步进式的打印干燥方式，能够减少打印溶剂挥发造成的污染，类似将大尺寸基板分解成多个小基板进行干燥，能够降低基板上不同部位的蒸汽压差，提高成膜的均匀性。同时，在整个印刷过程中，上述印刷方法能够实现基板等待加工件不移动，依靠真空干燥机构随打印头的移动实现步进式干燥成膜的过程，打印完成后打印墨水基本干燥，再将打印完的基板进行转移及后续处理，这样也减少了后续移像素内墨水流动造成的mura，进一步提高最终成膜的均匀性。

附图说明

图1为一实施方式的印刷装置的一角度的结构示意图；

图2为图1中的印刷装置的另一角度的结构示意图；

图3为实施例1采用图1中的印刷装置进行印刷的过程状态示意图；

图4为实施例2采用图1中的印刷装置进行印刷的过程状态示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请结合图1和图2，一实施方式的印刷装置10，包括工作台100、打印机构200、真空干燥机构300和风淋机构400。

在本实施方式中，工作台100用于放置待加工件。当待加工的产品为oled、qled等器件时，该待加工件可以为基板。

在本实施方式中，优选地，工作台100上设有真空吸。具体地，工作台100上用于放置基板的四周部分均设有真空吸，用于对基板进行固定，而且该种固定方式不受外界气流的影响，能够实现给基板的稳固固定。工作台100的形状可以不受限制，例如长方体形等。在其他实施方式中，对于基板等待加工件的固定也可以采用其他方式，例如卡接等方式。

在本实施方式中，进一步地，印刷装置10还包括能够驱动工作台100转动的旋转驱动装置(图中未画出)。该旋转驱动装置能够便于打印头210上的喷嘴精确对应基板上的像素坑。在其他实施方式中，当打印头210能够移动并实现精确对应基板上的像素坑时，该用于驱动工作台100转动旋转驱动装置可不设置。但从操作便利方面，设置用于驱动工作台100转动的旋转驱动装置装置更加有利于后续对基板的转移等其他操作。旋转驱动装置可以包括与工作台100连接的转轴和驱动转轴转动的电机等。

在本实施方式中，打印机构200包括打印头210和移动驱动装置。

具体地，打印头210具有喷嘴，打印头210的喷墨区211对应工作台100的置物面设置。打印头210设于工作台100的上方，打印头210与进墨管220连接以用于持续向打印210供应墨水。打印头210设在移动驱动装置上，并且打印头210能够由移动驱动装置驱动移动以实现对基板等加工件定点喷墨。

移动驱动装置包括移动支撑件250和驱动移动支撑件250移动的驱动装置(图中未画出)。打印头210设置在移动支撑件250上。

在本实施方式中，真空干燥机构300与移动支撑件250连接，真空干燥机构300用于抽气装置连接。真空干燥机构300能够由移动驱动装置驱动与打印头210同步移动以实现对打印的墨水进行步进式真空干燥，即边喷墨打印边真空预干燥。真空干燥机构300和打印头210均设置在移动支撑件250上，能够简化装置结构，节省空间，并且使操作方便。真空干燥机构300上设有多个抽气口和分别与多个抽气口相连通的抽气管路320，抽气管路320用于与抽气装置相连接。正如图1中的虚线箭头的指向，抽气口用于对打印过程中墨水挥发的溶剂的去除。实际上，抽气口的设置数量可以为一个、二十个、五十个、八十个及两百个等，只要能够满足对不同面积的墨水的预干燥或干燥的要求即可。

在其他实施方式中，当不需要真空干燥机构300与打印头210同步移动，可将针对真空干燥机构300单独设置移动驱动装置，实现分别对真空干燥机构300和打印头210的移动速度的单独调控。

在本实施方式中，优选地，真空干燥机构300的安装高度大于打印头210的喷嘴的安装高度。进一步地，真空干燥机构300的有效真空干燥区域的宽度为wvd，wvd大于打印头210的打印宽度wijp。更进一步地，为了保证真空干燥效果，真空干燥机构300有效抽气范围宽度不小于1.5倍的打印头的宽度。真空干燥的长度lvd可略大于真空干燥的宽度，为了保证有效的真空干燥区域范围，可取3wvd≥lvd≥2wvd。

另外，进一步地，为了避免真空干燥机构300在抽气时对打印头210喷嘴喷墨角度的影响，真空干燥机构300需要与待加工件保持一定的距离。对于oled器件，可调整真空干燥机构300离工作台100的高度为3cm。在其他实施方式中，也可根据实际情况进行调整。

进一步地，真空干燥机构300的抽气速度是可控的。其抽气速度的大小取决于打印的墨水的体积以及溶剂体系的性质。若打印墨水的体积越大、沸点越高，则将真空干燥机构300的抽气速度对应设置越大。

在本实施方式中，风淋机构400设于移动支撑件250上并位于打印头210和真空干燥机构300之间。风淋机构400用于与打印头210同步移动以补偿被真空干燥机构300抽走的气流。

进一步地，风淋机构400与真空干燥机构300的安装高度相同，即位于同一水平面上，且二者与工作台100之间的距离不小于打印头210的喷嘴与工作台100的距离。优选的，风淋机构400距离基板的高度范围为2～4mm。进一步地，风淋机构300稍偏向真空干燥机构300设置，进一步减小气流对打印头210喷墨稳定性的影响。

在本实施方式中，具体地，风淋机构400上设有多个进气口，多个进气口对应工作台100的置物面设置。风淋机构400用于通过供气管路420与供气源相连接，用于提供气流，补偿被真空干燥机构300抽走的溶剂气体，维持基板上方气氛环境平衡。气源优选为不与墨水发生反应的惰性气体，例如高纯度的氮气等。风淋机构400的气流大小可控。对于oled材料体系，优选氮气作为风淋机构400的气源，有利于减小器件性能、寿命的衰减。进气口的数量也可以根据需要进行调整，例如一个、二十个、五十个、一百个等。在进行oled等器件加工时，进气气流大小可调整至与真空干燥机构300的抽气速度相同。当产品的生产中无需对待加工件对应气流补偿的情况下依然能够具有良好的成膜均匀性时，该风淋机构400可省略设置。

可以理解，在其他实施方式中，为了使印刷过程中减少墨水中溶剂挥发对车间的污染，可将整个印刷装置10通过隔板围成可密封的体系，进而能够进一步提高产品的品质，并能够延长抽气装置等的使用寿命，并节省气源供应量，同时也能够避免对人体产生损害。

采用印刷装置10进行发光器件制作时，具有以下优势：(1)对打印的墨水进行同步的预真空干燥处理，能够大大缩短整个印刷工艺过程，减少工艺流程数，减少工艺复杂程度，降低生产成本，并提高印刷生产效率；(2)由于真空干燥过程紧随喷墨打印过程步进式地进行，本实施方式的印刷装置10能够消除基板边缘部位与中心位置处的溶剂蒸汽浓度差，进而能够避免大尺寸基板等待加工件边缘成膜不均匀的现象，提高最终成膜的均匀性，改善并优化成膜效果，达到增加器件制作良率、增强器件效果的作用；(3)其对于需要在基板上打印墨水量较多的情况，采用本实施方式的印刷装置10进行步进式真空干燥的方式，能够有效缩减像素坑内的墨水体积，从而能够降低基板等待加工件整版表面上的蒸汽压差异，也同时能够减少墨水完全干燥前的流动性，进而有利于最终成膜的均匀性，减少mura的产生；(4)与传统一次性打印后再进行一次性真空干燥的方式相比，由于真空干燥过程紧随喷墨打印过程步进式地进行，能够及时抽取大部分已打印墨水中的溶剂，减少溶剂挥发对环境的污染；(5)与一次性真空干燥过程所采用的真空干燥设备相比，本实施方式的印刷装置10能够降低对真空干燥设备的要求，即对真空度的要求较低，能够降低设备成本，并提高印刷生产效率。

一种印刷方法，包括如下步骤：对置于工作台上的待加工件进行步进式喷墨打印，在喷墨打印的同时使真空干燥机构沿打印头的移动方向移动并对打印后的墨水进行步进式真空干燥。该步进式真空干燥的印刷方法，能够显著减少缩减印刷流程，降低生产成本，并提高印刷生产效率，同时能够最大程度地预干燥或干燥墨水，减小墨水流动性，有利于最终成膜的均匀性，提高器件的性能。

具体地，可采用本实施方式的印刷装置10进行印刷，其印刷方法包括如下步骤：

将待打印的基板置于工作台100上，真空吸固定住基板，通过打印头210向通过基板的像素坑内喷墨打印，并在移动驱动装置的驱动下使真空干燥机构300、风淋机构400与打印头210的同步移动并对已打印的墨水进行步进式真空干燥。

上述印刷方法在喷墨打印的同时通过对已经完成打印的墨水进行步进式的真空干燥，即边打印边干燥；刚打印完的墨水被后续移动到此位的真空干燥机构300进行同位的干燥处理。在干燥过程中，真空干燥机构300和打印头210之间的风淋机构400喷射n2气流，补充真空干燥机构300抽走的溶剂的气流，维持整个印刷装置10的气压稳定。这样，打印机构200完成整个基板的喷墨打印后，几乎同步完成了整个基板的预干燥过程，大大缩短了整个印刷流程。这种步进式的打印干燥方式，减少了打印溶剂挥发造成的污染，类似将大尺寸基板分解成多个小基板进行干燥，降低了中间与蒸汽压差，提高了成膜的均匀性。同时，在整个印刷过程中，真空干燥机构300和风淋机构400随着打印头210的移动而移动，待打印的基板则保持不动，打印完成后打印墨水基本干燥，再进行顶针、机械手、传送带等机构装置对打印完的基板进行转移及后续处理，这样也减少了后续移像素内墨水流动造成的mura，保证成膜的均匀性，提高产品性能。

下面以打印头210采用fujifilmsapphireqs-256/10aaa喷头为例，对采用本实施方式的印刷装置10进行参数设置的过程进行说明。

fujifilmsapphireqs-256/10aaa喷头的喷嘴数为256，为了完全消除喷嘴之间的串扰影响(crosstalk)，相邻喷嘴之间距离为254μm。该喷头有效印刷区域最宽为(256×254)/1000≈65mm。

出于安全性考虑，真空干燥机构300的干燥区域宽度不应小于130mm。真空干燥机构300的干燥区域长度应在130mm到195mm之间。真空干燥机构300和喷头之间的间隔可选为3cm。

假设印刷一个长：宽＝4：3的32寸fhd的rgbsbs的oled器件，其子像素尺寸不大于339μm×151μm(含bm和tft区域)、喷墨速度为v＝6m/s、喷头距离基板的距离为d，d＝1.5mm，而安全避让距离为l＝20μm。采用单一fujifilmsapphireqs-256/10aaa喷印。则喷头横向移动速度为：

则真空干燥机构300移动速度亦等于80mm/s。

则32寸单向印刷行程耗时为6.1s。假设复位与再定位时间与单向行程一致，且可以完成第二次印刷，则两次次行程总时间为12.2s。由于该喷头距离远远大于相邻两子像素间距，所以基板需要一定角度的旋转(rotatingangle)，实现喷嘴能位于像素坑的上方。此时假设每个喷嘴各对应一列像素，则喷头需要旋转的角度为：

且每次往复行程可以完成2次印刷，即256×2＝512个子像素。为了印刷完整个屏幕，其需要走的行程数为：

因为行程为0.5的整数倍，所以其需要走11.5个行程。由此可见在采用单喷头印刷条件下完成整版印刷耗时为140.3s，约2分钟20s。可知在理想情况下，印刷hil或htl等功能层需要2分20s。

通常墨水喷射到像素坑内，在完全干燥之前液体内部流动时其流动的体积是变化的。此时不能用经典力学的公式去描述液体运动。若考虑液体不可压缩，液体内部的流动可以用navier-stoke流体力学公式来描述：

其中ρ为液体密度；v为流动速度；p为压力；代表液体的黏度；f代表其他力场对液体流动的作用。公式中等号左边为惯性力场的作用，其中代表不稳定加速度，而为对流加速度；公式中等号右边为应力力场与其余力场f的作用，在应力力场中又进一步分为压力梯度分量-和黏度分量

实际中navier-stoke公式计算复杂且很难求解,所以在此可对公式关键因素进行比例放大来研究影响液体流动的因素。将原始公式简化后可以有：

若液体流量为q，液面流动距离为e，平均流速为v，黏度为η，同时代表在流动方向上每单位长度上提供的推动力，则：

液体较薄时e可以代表液体厚度，所以可知流量q与e³成正比，而与黏度η成反比。

则在快速挥发时，可以急速的提高液体粘度并降低厚度，从而避免了后续液体的横向移动问题，减小像素内成膜不均匀性。

下面进一步结合具体实施例，对本发明的印刷装置的印刷效果情况做进一步地说明。

实施例1像素坑内打印少量墨水的情况

请进一步结合图3，对于成膜厚度较薄的功能层，比如成膜厚度约20nm～30nm的材料。一般在一个子像素内，使打印头210以10pl每滴的速度喷印，仅需5至8滴墨水(80pl以下)，此时其液面较薄。在打印头210打印后，墨水落入像素界定层2围成的像素坑3内，进行分布与铺展，紧接着真空干燥机构300移动到此区域上方对其进行真空干燥。

此时，由于墨水较少，其表面积较大且容易挥发，墨水在像素坑3内的横向流动较小。随着真空干燥机构300移动前进，像素坑3内墨水已能完全干燥成膜。待打印完毕后，基板1的干燥成膜过程也完成，可直接进入烘箱中进行进一步的交联固化。

实施例2像素坑内打印大量墨水的情况

请进一步结合图4，对于成膜厚度较厚的功能层，比如成膜厚度约40nm-80nm的材料。一般在1个子像素内，打印头210以10pl每滴喷印，需10至18滴墨水，此时其液面较厚。在喷头印刷后墨水落入由像素界定层2围成的像素坑3内，分布与铺展，此时墨水厚度为e1且粘度η1，则此时墨水横向流量为q1。因墨水较厚，其横向流动q1很大，容易导致墨水成膜不均。

因墨水较多，挥发较为困难。则在真空干燥机构300前进的过程时，像素坑3内墨水可以实现大部分干燥成膜。

当真空干燥机构300行走完毕后，像素坑3内剩余的墨水厚度为e2，粘度为η2，墨水横向流量为q2。通过步进真空干燥后有:e1＞2e2；η1＞2η2。

则此时墨水横向流动量大幅度减少，能够避免因横向流动带来的成膜不均问题。待印刷完毕后，因溶剂存量少，基板1可直接进入烘箱进行材料交联固化。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。