一种用于大面积光栅制造的涂布装置及方法与流程

本发明涉及光学元件制造技术领域，尤其涉及一种用于大面积光栅制造的涂布装置及涂布方法。

背景技术：

薄膜涂布是制造全息光栅的关键工艺，目前主要采用旋涂法和提拉法，当光栅基底尺寸较小时，旋涂法和提拉法均能获得良好的涂布质量。对于旋涂法，小尺寸的元件涂布效果较好，但是当涂布尺寸达到米级时，由于旋涂工艺本身存在的线速度差异以及液体非牛顿流体力学效应，在远离旋转中心处无法获得厚度均匀的薄膜，同时对于大尺寸元件高速旋转的安全性难以保证，而对于提拉法，当涂布米级尺寸光栅时需消耗大量涂布液体，同时由于重力作用在提拉方向上的膜厚均匀性较差。目前虽然平板显示涂布机可以涂布米级以上面积薄膜，但是其涂布膜层厚度难以低于1微米，不适于光栅制作，因此对于大面积光栅所需的亚微米厚度薄膜涂布目前还存在较大的技术难题。

现有技术中公开有一种涂布装置以及涂布方法，其中，喷嘴从其前端部喷出所述涂布液；载物台，在其上表面上装载基板；喷嘴移动机构，在载物台上的空间，在横贯载物台面的方向使喷嘴往复移动；箱体，其至少包围载物台而设置；第一供给口设置于箱体的一侧，向所述箱体的内部空间供给给定的气体；第一排气口设置于箱体的另一侧，排出该箱体的内部空间内的气体；循环机构至少使从第一排气口排出的气体循环，而向箱体内部供给；第二供给口设置于箱体的一侧，向该箱体空间内供给从循环机构供给的气体。但，这种涂布方法中涂布液体无法循环回流，只能涂布微米厚度以上的薄膜，无法实现亚微米厚度薄膜涂布，且采用喷嘴方式难以保证涂布液的成膜均匀性。

现有技术中公开有一种涂布装置，其中，处理液喷出管在基板的下方侧且自搬送辊的基板的搬送方向的上游侧，向涂布辊的表面喷出处理液。在处理液回收部上附设有处理液引导构件，用于将自处理液喷出管喷出的处理液引导至处理液回收部。但，这种涂布装置在向涂布辊喷出他、处理液时难以保证处理液的分布均匀性，涂布薄膜的均匀性难以保证。

现有技术中公开有一种基板涂布方法、基板涂布装置以及使用了该方法的有机电致发光器件的制造方法，该基板涂布方法包括下述工序：第一工序，其是由狭缝式喷嘴涂布涂布液来形成涂布膜；第二工序，其是在接下来的基板上不涂布涂布液而进行待机；和第三工序，其是向在狭缝式喷嘴的下方位置与喷出口隔开间隔地配置的辊部喷出涂布液，其中，在第二工序中，由狭缝式喷嘴向辊部喷出涂布液。这样，将涂布液适当地循环，因此能够抑制狭缝式喷嘴内的涂布液的干燥和氧化等液体劣化。但，这种涂布方法为传统的向下喷出涂布液的方式，涂布液不循环回流，涂布膜层厚度完全依赖于涂布液的喷出量，而目前对涂布液喷出量的精度控制难以达到微米量级水平，该方法无法满足亚微米厚度的薄膜的涂布要求。

技术实现要素：

为此，本发明的目的在于提供一种用于大面积光栅制造的涂布装置及方法，能够实现米级尺寸光栅高均匀性、亚微米厚度薄膜的涂布。

在第一方面，本发明提供了一种用于大面积光栅制造的涂布装置，包括：

基片运动模块，所述基片运动模块包括基座和滑台，所述滑台设置在所述基座上；

涂布模头模块，所述涂布模头模块安装在所述基片运动模块的基座上，所述涂布模头模块包括涂布模头、溶液腔和激光测距仪，所述激光测距仪和所述涂布模头设置在所述溶液腔上；

升降模块，所述升降模块带动所述涂布模头模块升降；

液体循环模块，所述液体循环模块安装在所述基片运动模块的基座上，所述液体循环模块包括输送泵、循环泵、输送泵基座、循环泵基座、输送管路、循环管路、回收管路、输送阀门、回收阀门、液体桶和回收桶，所述输送泵安装在所述输送泵基座上，所述循环泵安装在所述循环泵基座上，所述输送泵从所述液体桶中泵送液体至所述涂布模头模块的溶液腔中；及

基片调整模块，所述基片调整模块设置在所述涂布装置的顶部并安装于所述基片运动模块的滑台上。

可选地，在一些实施例中，所述基片运动模块还包括：气浮导轨、直线电机磁轨、直线电机动子、光栅尺、读数头、长条座和连接块，所述气浮导轨和所述长条座安装于所述基座上，所述直线电机磁轨和所述光栅尺安装于所述长条座上，所述连接块安装于所述滑台的中间位置，所述直线电机动子和所述读数头安装于所述连接块的下方，所述直线电机动子通过所述连接块带动所述滑台和所述读数头同步运动。

可选地，在一些实施例中，所述气浮导轨包括滑块和导轨，优选地，所述滑块为半封闭回字型滑块，所述导轨为t型定导轨。进一步优选地，所述气浮导轨包括四个半封闭回字型滑块和两根t型定导轨，半封闭回字型滑块安装于花岗岩滑台下方四角处。

可选地，在一些实施例中，所述基座为花岗岩基座，所述滑台为花岗岩滑台。

可选地，在一些实施例中，所述涂布模头安装于溶液腔内，所述激光测距仪安装于溶液腔两端外侧面。

可选地，在一些实施例中，所述液体循环模块还包括过滤器，所述过滤器位于循环泵和涂布模头之间。

可选地，在一些实施例中，所述输送阀门控制输送液体的流动，所述循环泵从一侧循环管路抽取溶液腔内液体并泵送至涂布模头并带动液体沿循环管路、涂布模头、溶液腔、过滤器进行循环，所述回收管路两端分别连接循环管路和回收桶，所述回收阀门控制回收液体流动。

可选地，在一些实施例中，所述基片调整模块包括：基片、基片保持架、三点调平机构。

可选地，在一些实施例中，所述三点调平结构固定于所述滑台上，基片保持架四面环抱基片并夹紧，放置于三点调平机构上；所述基片涂布面朝下放置。

可选地，在一些实施例中，所述升降模块包括升降滑台、固定架和梯形基座，所述溶液腔安装于所述升降滑台的上方，所述升降滑台通过溶液腔带动涂布模头模块整体升降，所述升降滑台安装于述固定架上，所述固定架固定在梯形基座侧面，所述梯形基座底面安装于所述基座上。

可选地，在一些实施例中，所述涂布模头模块位于所述基片下方，所述涂布模头模块在涂布过程中保持静止，所述基片调整模块以及所述滑台由双路直线电机驱动做直线运动。

在第二方面，本发明还提供了一种用于大面积光栅制造的涂布方法，该涂布方法为利用本发明所提供的涂布装置进行涂布。

本发明的有益效果：本发明提供的用于大面积光栅制造的涂布装置为一种精密涂布装置，用于大面积光栅的高均匀性、亚微米厚度薄膜涂布，该涂布装置具有涂布膜层厚度范围广，涂布液体利用率高、膜厚均匀性好、对基片形状尺寸敏感度低等显著优点，可满足米级尺寸光栅高均匀性、亚微米厚度薄膜涂布。

附图说明

图1为本发明一实施例的基片调整模块的结构示意图；

图2为本发明一实施例的基片运动模块的结构示意图；

图3为本发明一实施例的液体循环模块的结构示意图；

图4为本发明一实施例的涂布模头模块和升降模块的结构示意图；

图5为本发明一实施例的涂布模头模块、升降模块、液体循环模块示意图；

图6为本发明一实施例的涂布装置的结构示意图。

图中标识：

100、用于大面积光栅制造的涂布装置；110、基片运动模块；111、花岗岩基座；112、花岗岩滑台；113、气浮导轨；114、直线电机磁轨；115、直线电机动子；116、光栅尺；117、读数头；118、长条座；119、连接块；120、半封闭回字型滑块；121、t型定导轨；130、涂布模头模块；131、涂布模头；132、溶液腔；133、激光测距仪；170、升降模块；141、升降滑台；142、固定架；143、梯形基座；140、液体循环模块；151、输送泵；152、循环泵；153、输送泵基座；154、循环泵基座；155、过滤器；156、输送管路；157、循环管路；158、回收管路；159、输送阀门；160、回收阀门；161、液体桶；162、回收桶；160、基片调整模块；171、基片；172、基片保持架；173、三点调平机构。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图6所示为本发明一实施例的涂布装置100的结构示意图，本发明提供的用于大面积光栅制造的涂布装置100，包括：基片运动模块110，所述基片运动模块110包括基座111和滑台112，所述滑台112设置在所述基座111上；

涂布模头模块130，所述涂布模头模块130安装在所述基片运动模块110的基座上，所述涂布模头模块130包括涂布模头131、溶液腔132和激光测距仪133，所述激光测距仪133和所述涂布模头131设置在所述溶液腔132上；

升降模块170，所述升降模块170带动所述涂布模头模块130升降；

液体循环模块140，所述液体循环模块140安装在所述基片运动模块110的基座111上，所述液体循环模块140包括输送泵141、循环泵142、输送泵基座143、循环泵基座144、输送管路146、循环管路147、回收管路148、输送阀门149、回收阀门150、液体桶151和回收桶1552，所述输送泵141安装在所述输送泵基座143上，所述循环泵142安装在所述循环泵基座144上，所述输送泵141从所述液体桶151中泵送液体至所述涂布模头模块130的溶液腔132中；及

基片调整模块160，所述基片调整模块160设置在所述涂布装置的顶部并安装于所述基片运动模块110的滑台112上。

本发明提供的用于大面积光栅制造的涂布装置100针对大面积光栅薄膜涂布，薄膜厚度可以达到亚微米厚度，目前市面上还未有这种专用设备装置，本装置采用涂布模头在下、基片在上的方案，基片运动、涂布模头静止的布局，涂布液体自下而上流出并回流到溶液腔进行回流循环，现有技术中涂布装置液体向下流出，并且不循环回流，难以达到亚微米级厚度，并且现有技术大面积涂布装置涂布模头运动会影响液体的流动稳定性，而在本发明中，涂布装置的基片运动，涂布模头在涂布时静止，液体流动稳定性更好，涂布效果更好。

在具体的实施例中，如图1所示为本发明一实施例的基片调整模块160，所述基片调整模块160包括基片161、基片保持架162、三点调平机构163。优选地，在一些具体的实施例中，所述三点调平结构163固定于所述滑台112上，基片保持架161四面环抱基片161并夹紧，放置于三点调平机构163上；所述基片161涂布面朝下放置。进一步优选地，所述基片保持架161的数量为3个，分别位于所述三点调平机构163的侧面。本发明的基片调整模块针对大面积光栅基片体积质量大的特点，采用基片保持架环抱方式固定基片，并通过三点调节方式实现基片的调平。

在具体的实施例中，如图2所示为本发明一实施例的基片运动模块110，所述基片运动模块110包括基座111、滑台112、气浮导轨113、直线电机磁轨114、直线电机动子115、光栅尺116、读数头117、长条座118和连接块119，所述气浮导轨包括滑块120和导轨121，所述滑块120、导轨121和长条座118安装于所述基座111上，所述直线电机磁轨114和所述光栅尺116安装于所述长条座118上，所述连接块119安装于所述滑台112的中间位置，所述直线电机动子115和所述读数头117安装于所述连接块119的下方，所述直线电机动子115通过所述连接块119带动所述滑台112和所述读数头117同步运动。优选地，在一些具体的实施例中，所述滑块120为半封闭回字型滑块，所述导轨121为t型定导轨。进一步优选地，所述气浮导轨113包括四个半封闭回字型滑块和两根t型定导轨，半封闭回字型滑块安装于花岗岩滑台112下方四角处。在一些具体的实施例中，进一步优选地，所述基座111为花岗岩基座，所述滑台112为花岗岩滑台。本发明的基片运动模块具备良好的性能，双路直线电机驱动，双光栅尺测量反馈，运动精度高，直线电机动子位于花岗岩滑台中间位置，可以最大程度的靠近滑台重心，运动稳定性更好，同时结合采用气浮导轨导向，直线性高，无摩擦磨损。

在具体的实施例中，如图3所示为本发明一实施例的液体循环模块140，所述液体循环模块140还包括过滤器145，所述过滤器145位于循环泵142和涂布模头131之间。优选地，在具体的一些实施例中，所述输送阀门149控制输送液体的流动，所述循环泵142从一侧循环管路147抽取溶液腔132内液体并泵送至涂布模头131并带动液体沿循环管路147、涂布模头131、溶液腔132、过滤器145进行循环，所述回收管路148两端分别连接循环管路147和回收桶152，所述回收阀门150控制回收液体流动。本发明的液体循环模块有两个泵，两套独立管路，有一个专门的输送泵和输送管路，负责先向溶液腔输送一定量液体，之后再通过专门的循环泵将液体沿溶液腔、涂布模头、循环管路、过滤器进行循环。

如图4为本发明一实施例的涂布模头模块130和升降模块170的结构示意图，如图5为本发明一实施例的涂布模头模块130、升降模块170、液体循环模块140示意图。所述涂布模头131安装于溶液腔132内，所述激光测距仪133安装于溶液腔两端外侧面。本发明的涂布模头模块采用涂布模头和溶液腔组合，采用涂布模头正立安装，即液体从下向上流出，并通过溶液腔进行循环回流，可以有效达到亚微米厚度。

本发明的升降模块170选择现有常规的升降模块均可，优选地，在具体的实施例中，如图4-5所示，所述升降模块170包括升降滑台134、固定架135和梯形基座136。所述溶液腔132安装于所述升降滑台134的上方，所述升降滑台134通过溶液腔132带动涂布模头模块130整体升降，所述升降滑台134安装于述固定架135上，所述固定架135固定在梯形基座136侧面，所述梯形基座136底面安装于所述基片运动模块110的基座111上。

在一些具体的实施例中，优选地，所述涂布模头模块130位于所述基片161下方，所述涂布模头模块130在涂布过程中保持静止，所述基片调整模块160以及所述滑台112由双路直线电机驱动做直线运动。

在第二方面，本发明还提供了一种用于大面积光栅制造的涂布方法，该涂布方法为利用本发明所提供的涂布装置100进行涂布。

在一些具体的实施例中，优选地，本发明的用于大面积光栅制造的涂布方法包括步骤：开启装置主程序进行复位功能，升降滑台自动运动至最下端，直线电机动子启动并带动花岗岩滑台运动至距装置端部30-50mm处(优选为50mm)，此安全保留距离同时也能保证涂布模头顶端距基片之间有足够的加速空间距离。随后将基片以及基片保持架放置于三点调平机构之上，并根据激光测距仪的示数进行调平，之后打开输送阀门和输送泵，从液体桶中泵送300m液体至溶液腔腔内，泵送完毕后关闭输送阀门和输送泵，打开循环泵使溶液腔中液体沿着循环管路，过滤器，涂布模头，溶液腔进行循环，升起升降滑台，带动涂布模头上升至距基片0.1-0.2mm处；开启装置主程序涂布功能，使直线电机动子运动，并通过连接块、花岗岩滑台、三点调平机构、基片保持架最终带动基片先做加速运动10-30mm(优选地30mm)，基底运动需要加速距离，故这个距离不能太小，否则加速度过大引起的惯性力太大影响稳定性，太长影响涂布效率。随之进入匀速直线运动状态，当基片运动至自身长度的距离前方30-50mm处，直线电机动子停止运动，此时薄膜成形过程完毕，随后关闭循环泵，打开回收阀门，使液体回流进回收桶中，再开启装置主程序进行复位功能，使装置各模块复位，至此整个涂布工作完毕。

本发明实施例的有益效果是：本发明提供了一种用于大面积光栅的薄膜涂布装置，该涂布装置具有涂布膜层厚度范围广，涂布液体利用率高、膜厚均匀性好、对基片形状尺寸敏感度低等显著优点，可满足米级尺寸光栅高均匀性、亚微米厚度薄膜涂布。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。本领域技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。