CN105799326A - 喷墨印刷机及喷墨印刷机的喷墨方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的喷墨印刷机的喷墨方法，包括：将基板置于机台上；于机台上方设置喷头；于机台下方设置可移动的加热台；使喷头以速度V1沿基板的印刷方向移动并朝基板喷洒墨水，并使加热台加热至温度T；当喷头移动的距离L₀小于或等于基板上的墨水形成的鼓包中相邻两个之间的距离λ时，启动加热台，并使其以速度V2沿喷头的移动方向移动，且V1＝V2；待基板完成喷墨印刷后，使喷头停止工作；当喷头与加热台之间的距离L₀＝0时，使加热台停止工作。本发明通过将加热台移动设于机台的下方，可专门针对基板上喷墨打印的部分进行加热，既避免能源耗费，又能保证印刷线段的厚度均匀，同时，还能有效消除墨水鼓包现象。本发明还提供喷墨印刷机。

Description

喷墨印刷机及喷墨印刷机的喷墨方法

技术领域

本发明涉及喷墨印刷机的技术领域，尤其涉及一种适用于OLED显示、印刷OLED照明、印刷光伏电池和印刷触摸屏等电子领域的喷墨印刷机及喷墨印刷机的喷墨方法。

背景技术

与传统工艺相比，喷墨印刷电子(Inkjet)由于拥有大面积、柔性化与低成本等硅基微电子产品所不具备的特征点而越来越受到厂商的关注。作为一个新兴技术，Inkjet印刷技术和印刷工艺一直在改良着，但是目前印刷出的线宽、线段形貌与表面平整度的问题仍旧未得到很好地解决。

目前的Inkjet设备结构存在以下两种形式：

第一种，喷墨打印机结构从上至下为可移动喷头、机台和加热台，其中，机台与加热台固定一起。在喷墨印刷过程中，基板放置于机台上，同时按程序要求和图案输入移动喷头位置以完成图案化印刷。

第二种，喷墨打印机结构从上至下为固定的喷头、机台和加热台，其中，机台与加热热台固设一起且该两者为移动设置。在喷墨印刷过程中，喷头固定，而基板固定在与机台上，按程序要求和图案输入移动基板位置以完成图案化印刷。

由于以上两种结构的机台与热台为固定在一起，在印刷过程中，若加热台加热基板，则整个基板会受到加热，而此种情况，不但耗费了作用在不需要对基板上某些免加热部分的能源，而且在已印刷线段中的墨水由于蒸发产生压力差，先印刷线段中的墨水会将后印刷线段中的墨水汲取至前端并同时带动溶质的运动，从而导致在印刷后出现印刷线段前后厚度不均匀的问题。

另外，在喷墨印刷中，印刷线段时常出现墨水鼓包与线段边缘不均一现象，其形成过程原因为：

在印刷过程中由于墨水先由喷头喷出，其后在基板上与先前喷墨印刷的印刷线段结合，但结合时由于结合部位墨滴表面积与体积比大于印刷线段表面积与体积比,从而在基板上形成接触角差异并由此产生压力差ΔP，同时，在该压力差的作用下，墨水向印刷线段内部流动，其中，墨水流量为Q，那么，ΔP与Q可以表示为：

ΔP＝Pb-Pe

Pb＝2γ/Rb

Pe＝2γ/Re

Q∝fe³/η

ΔP为压力差，Pb为墨滴着陆在印刷线段时着落部分的表面压强，Pe为印刷线段后端液体的表面压强，Rb与Re分别代表该墨滴着陆在基板上的部分与印刷线段后端部分横截面曲率半径(Rb＜Re)，加之，因喷墨印刷线段线宽一般小于毫米级，此时表面张力作用大于重力作用，则可认为印刷线段横截面为球冠。其中，f为在流动方向每单位体积液体所受的力，e为线段厚度，η为液体动态黏度。

由于墨水受到其内部惯性力场作用(如黏度阻力)，墨水会在离喷头的距离Lm≈400um处开始聚集，并同时增大此处液体表面压强及增加接触角，从而形成墨水凸起。当Lm处接触角(θe)大于该墨水在基板上的前进角(θa)时，墨水凸起破裂并向四周扩散，从而形成墨水鼓包，而接触角θe此时迅速减小。当墨水鼓包停止扩散时接触角θe缩减至最小值。此过程中印刷端墨水继续涌入，接触角θe缩减至最小值后随着后续液体的涌入接触角θe逐渐增长，直到墨水鼓包内接触角θe大于或等于前端印刷线段接触角θb时，墨水鼓包停止生长。随着喷墨操作的不断进行，该墨水积累破裂过程会不断重复，从而在线段上形成规律的墨水鼓包。相邻墨水鼓包之间平均距离为墨水鼓包波长λ，且λ﹥Lm。而该现象会造成印刷线段不均和印刷精度下降，进而影响电导率、表面粗糙度和线宽等性能。

若采用现有Inkjet设备结构进行喷墨打印操作，则基板、机台与加热板必须同时固定，加之，此种结构为采用整体一体化加热方式去除墨水鼓包现象。那么，当进行整版加热时，由于已经印刷线段中的墨水不停挥发从而产生压力差与浓度差，使后来印刷端的墨滴带动溶质向先前的印刷线段不停流动，导致在经由加热台加热干燥后的印刷线段沿印刷方向移动，并形成前后厚度不均的现象。同时，为保证后续的喷墨打印操作，在印刷过程完毕后印刷线段中仍需存留部分墨水。但是，若用现有Inkjet设备结构，其整体一体化加热方式在处理印刷线段时，在印刷完毕后印刷线段会被完全烧结，导致后续的喷墨打印操作无法对其表面形貌进行调整。

综上可见，鉴于以上两种结构所存在的问题，以致该两种结构要么无法大规模运用，要么无法有效消除印刷过程中产生的墨水鼓包现象，由此，也致使该两种结构难以在工业化应用中得到推广使用。

因此，有必要提供一种技术手段以解决上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供喷墨印刷机的喷墨方法，以解决现有技术中存在加热台加热不合理以致能源耗费较大、印刷后出现印刷线段前后厚度不均匀、无法有效消除印刷过程中产生的墨水鼓包现象、以及难以使喷墨打印机大规模运用的问题。

本发明是这样实现的，喷墨印刷机的喷墨方法，包括下述步骤：

将待喷墨印刷的基板置于一供所述基板放置的机台上；

于所述机台上方设置可从墨盒吸取墨水并可将该墨水喷出且可移动的喷头；

于所述机台下方、与所述喷头相对的位置设置可加热烧结喷洒于所述基板上的墨水并可移动的加热台；

使所述喷头以速度V1沿所述基板的印刷方向移动并朝所述基板的上表面喷洒墨水，并使所述加热台开始加热并加热至温度T，其中，T≤Tb-15℃，Tb为墨水的沸点温度；

当所述喷头移动的距离L₀小于或等于喷在所述基板上的墨水形成的鼓包中相邻两个之间的距离λ时，启动所述加热台，并使所述加热台以速度V2沿所述喷头的移动方向移动，且V1＝V2；

待所述基板完成喷墨印刷后，使所述喷头停止向所述基板上喷墨印刷，并使所述喷头停止移动；

当所述喷头与所述加热台之间的距离L₀＝0时，使所述加热台停止加热工作，并使所述加热台停止移动。

具体地，当所述喷头移动的距离L₀小于或等于喷在所述基板上的墨水形成鼓包波长λ与所述喷头喷出的墨滴着陆在所述基板上的着陆点之间的距离Lm时，启动所述加热台，并使所述加热台以速度V2沿所述喷头的移动方向移动，且V1＝V2，Lm≤λ。

进一步地，设置所述加热台的宽度为Wr，使Wr＞Lm。

具体地，所述喷头以速度V均匀沿所述基板的印刷方向移动。

进一步地，所述加热台以速度V均匀沿所述喷头的移动方向移动。

具体地，于所述喷头朝所述基板的上表面喷上墨水时，使所述墨水的喷出状态满足下述表达式：FrommZ＝(γρa)^0.5/η，其中1≤Z≤10，a为所述喷头的尺寸，η为所述墨水处于所述喷头的墨水卡夹内的动态黏度，γ为所述墨水的表面张力，ρ为所述墨水的密度。

具体地，将待喷墨的基板置于供喷墨对象放置的机台上时，使所述喷头位于所述基板上方的距离h处，且0.8mm＜h＜1.1mm。

本发明的喷墨印刷机的喷墨方法的技术效果为：本发明通过将加热台移动设于机台的下方，在印刷过程中可专门针对基板上喷墨打印的部分进行加热，同时在印刷过程中使加热台与喷头保持相对位移L₀，以此可在印刷线段边缘鼓包形成前通过加热台针对性地加热基板，以使墨水增加挥发速率并通过减少液体流动量的方式减少印刷线段中溶液的体积，从而有效地抑制鼓包，保证印刷线段边缘的齐整及提高印刷精度。

再有，以移动设置的加热台代替固定的加热台，还可使印刷线段中的溶液只有在加热台经过时才进行挥发，而且在加热台经过后，由于机台本身的冷却，只在印刷线段中留下部分的残留溶液；同时，加热台为匀速运动，则其挥发速率J为常数，那么，当任一段印刷线段在经过加热台加热后，其线段内残留溶液与前一单位时间内经过加热的线段所残留溶液的浓度相等，由此，可避免由于浓度差导致的液体流动；还有，印刷线段中残留溶液由于液面厚度的减少与黏度的增加，会导致液体流动性下降，可进一步避免液体向已印刷部分流动，从而保证加热台在干燥烧结基板上的墨水的过程中印刷线段沿印刷方向的部分达到厚度均匀的效果。

进一步，由于先前的印刷线段中部分残留溶液在后续的印刷线段加热烧结时，其会给固体颗粒(如纳米银或纳米铜粒子)提供在表面自由移动的空间以降低系统整体能量并使印刷表面平整，从而降低表面粗糙度，保证基板整体的平整度。

本发明还提供喷墨印刷机，包括：

用以供喷墨印刷的基板放置的机台；

移动设于所述机台的上方、用以从墨盒吸取墨水并将该墨水喷出的喷头；及

移动设于所述机台的下方、用以加热烧结所述基板上的墨水的加热台。

本发明的喷墨印刷机的技术效果为：本发明所配设的加热台为移动设于机台的下方，由此，可专门针对基板上喷墨打印的部分进行加热，而且能根据墨水的特性而与喷头同步移动，既避免能源耗费，又能保证印刷线段的厚度均匀，同时，还能有效消除印刷过程中产生的墨水鼓包现象。

附图说明

图1为本发明实施例的喷墨印刷机的喷墨方法的流程框图；

图2为本发明实施例的喷墨印刷机的尚未喷墨时的示意图；

图3为本发明实施例的喷墨印刷机的喷头开始喷墨时的示意图；

图4和图5为本发明实施例的喷墨印刷机的喷头与加热台同步移动的示意图；

图6为本发明实施例的喷墨印刷机的喷头停止工作时的示意图；

图7为本发明实施例的喷墨印刷机的加热台停止工作时的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

喷墨印刷机的喷墨方法的实施例：

请参阅图1至图7，下面对本发明的喷墨印刷机的喷墨方法的最佳实施例进行阐述。

本实施例的喷墨印刷机的喷墨方法，包括下述步骤：

S10、将待喷墨印刷的基板P置于一供基板P放置的机台10上，并使喷头20位于基板P上方的距离h处，且0.8mm＜h＜1.1mm；

具体地，于喷头20朝基板P的上表面喷上墨水M时，墨水M的喷出状态应满足下述表达式:FrommZ＝(γρa)^0.5/η，1≤Z≤10，其中，a为喷头20的尺寸，η为墨水M处于喷头20的墨水M卡夹内的动态黏度，γ为墨水M的表面张力，ρ为墨水M的密度；

S20、于机台10上方设置可从墨盒吸取墨水M并可将该墨水M喷出且可移动的喷头20；

S30、于机台10下方、与喷头20相对的位置设置可加热烧结喷洒于基板P上的墨水M并可移动的加热台30；

S40、使喷头20以速度V1沿基板P的印刷方向移动并朝基板P的上表面喷洒墨水M，并使加热台30开始加热并加热至温度T，其中，T≤Tb-15℃，Tb为墨水的沸点温度；较佳地，喷头20以速度V均匀沿基板P的印刷方向移动,同时，加热台30以速度V均匀沿喷头20的移动方向移动，以此保证墨水M均匀地喷于基板P上；

具体地，喷墨打印操作开始时，喷头20开始喷墨并以速度v向基板P上的印刷方向移动，其喷印速度与移动速度取决于印刷工艺要求与机器限制。此时，加热台30依然保持静止但开始加热并加热至温度T，T≤Tb-15℃，以保证基板P上的墨水M烧结后仍保持一定量的溶剂。其中，印刷在基板P上单个墨滴直径D约为：

$D\≈{d_{\mathrm{\θ}}}^3\sqrt{\frac{8}{\mathrm{Tan}\frac{\mathrm{\θ}}{2}(3+{\mathrm{Tan}}^2\frac{\mathrm{\θ}}{2})}}$

其中d₀为墨滴在空中的直径，θ为墨水M在基板P表面动态接触角，且θ_eq≦θ≦θ_a(θ_eq墨水M在基板P的静态接触角，由基板P表面张力与液体表面张力决定；θ_a而为墨水M在基板P前进角，由基板P处理工艺而决定)。在喷墨印刷时，为了保证印刷的连续与稳定性性，θ_eq≤θ＜90°,而此时印刷线段宽度W≥D；

S50、当喷头20移动的距离L₀小于或等于喷在基板P上的墨水M形成的鼓包中相邻两个之间的距离λ时，启动加热台30，并使加热台30以速度V2沿喷头20的移动方向移动，且V1＝V2；

具体地，喷头20继续移动，当喷头20与加热台30达到相对位移L₀时，0≤L₀≤λ，以应用在对边缘印刷精度要求不高的情况；当然，若对边缘印刷精度要求较高，具体为，当喷头20移动的距离L₀小于或等于喷在基板P上的墨水M形成鼓包波长λ与喷头20喷出的墨滴着陆在基板P上的着陆点之间的距离Lm时，启动加热台30，并使加热台30以速度V2沿喷头20的移动方向移动，且V1＝V2，Lm≤λ；同时，加热台30也以速度v与喷头20同方向运动。由于，本实施例的加热台30的宽度为Wr，Wr＞Lm，那么，在加热台30工作范围Wr内，加热台30将印刷线段内溶液以挥发速率J向外挥发。挥发速率J与墨水M溶液表面张力γ和墨水M溶液在基板P上接触角θ成正比，而与印刷线段宽度W成反比。在γ、θ与W一定时，J∝T(加热台30温度)。墨水M溶液的挥发减少了印刷线段中溶液含量并增加了固体的固含量比，进而增加了印刷线段的黏度η，同时，墨水M溶液的减少也使印刷线段的厚度e减少。那么，由于墨水M液体流量Q与e³成正比，与黏度η成反比，以此可以大幅度降低墨水M液体流动性，并使其固定在印刷线段边界，从而可直接遏制墨水M鼓包生长，并消除墨水M鼓包现象。

S60、待基板P完成喷墨印刷后，使喷头20停止向基板P上喷墨印刷，并使喷头20停止移动；

S70、当喷头20与加热台30之间的距离L₀＝0时，使加热台30停止加热工作，并使加热台30停止移动。

本实施例通过将加热台30移动设于机台10的下方，在印刷过程中可专门针对基板P上喷墨打印的部分进行加热，同时在印刷过程中使加热台30与喷头20保持相对位移L₀，以此可在印刷线段边缘鼓包形成前通过加热台30针对性地加热基板P，以使墨水M增加挥发速率并通过减少液体流动量的方式减少印刷线段中溶液的体积，从而有效地抑制鼓包，保证印刷线段边缘的齐整及提高印刷精度。

再有，以移动设置的加热台30代替固定的加热台30，还可使印刷线段中的溶液只有在加热台30经过时才进行挥发，而且在加热台30经过后，由于机台10本身的冷却，只在印刷线段中留下部分的残留溶液；同时，加热台30为匀速运动，则其挥发速率J为常数，那么，当任一段印刷线段在经过加热台30加热后，其线段内残留溶液与前一单位时间内经过加热的印刷线段所残留溶液的浓度相等，由此，可避免由于浓度差导致的液体流动；还有，印刷线段中残留溶液由于液面厚度的减少与黏度的增加，会导致液体流动性下降，可进一步避免液体向已印刷部分流动，从而保证加热台30在干燥烧结基板P上的墨水M的过程中印刷线段沿印刷方向的部分达到厚度均匀的效果。

进一步，由于先前的印刷线段中部分残留溶液在后续的印刷线段加热烧结时，其会给固体颗粒(如纳米银或纳米铜粒子)提供在表面自由移动的空间以降低系统整体能量并使印刷表面平整，从而降低表面粗糙度，保证基板P整体的平整度。

喷墨印刷机的实施例：

请参阅图2至图7，下面对本发明的喷墨印刷机的最佳实施例进行阐述。

本实施的喷墨印刷机，包括机台10、喷头20及加热台30，下面对喷墨印刷机的各部件作进一步说明：

机台10为用以供喷墨印刷的基板P放置；

喷头20移动设于机台10的上方,其用以从墨盒吸取墨水M并将该墨水M喷出；

加热台30移动设于机台10的下方,其用以加热烧结基板P上的墨水M。

本实施例所配设的加热台30为移动设于机台10的下方，由此，可专门针对基板P上喷墨打印的部分进行加热，而且能根据墨水M的特性与喷头20同步移动，既避免能源耗费，又能保证印刷线段的厚度均匀，同时，还能有效消除印刷过程中产生的墨水M鼓包现象。

以上所述仅为本发明较佳的实施例而已，其结构并不限于上述列举的形状，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.喷墨印刷机的喷墨方法，其特征在于，包括下述步骤：

将待喷墨印刷的基板置于一供所述基板放置的机台上；

于所述机台上方设置可从墨盒吸取墨水并可将该墨水喷出且可移动的喷头；

于所述机台下方、与所述喷头相对的位置设置可加热烧结喷洒于所述基板上的墨水并可移动的加热台；

使所述喷头以速度V1沿所述基板的印刷方向移动并朝所述基板的上表面喷洒墨水，并使所述加热台开始加热并加热至温度T，其中，T≤Tb-15℃，Tb为墨水的沸点温度；

当所述喷头移动的距离L₀小于或等于喷在所述基板上的墨水形成的鼓包中相邻两个之间的距离λ时，启动所述加热台，并使所述加热台以速度V2沿所述喷头的移动方向移动，且V1＝V2；

待所述基板完成喷墨印刷后，使所述喷头停止向所述基板上喷墨印刷，并使所述喷头停止移动；

当所述喷头与所述加热台之间的距离L₀＝0时，使所述加热台停止加热工作，并使所述加热台停止移动。

2.如权利要求1所述的喷墨印刷机的喷墨方法，其特征在于：当所述喷头移动的距离L₀小于或等于喷在所述基板上的墨水形成鼓包波长λ与所述喷头喷出的墨滴着陆在所述基板上的着陆点之间的距离Lm时，启动所述加热台，并使所述加热台以速度V2沿所述喷头的移动方向移动，且V1＝V2，Lm≤λ。

3.如权利要求2所述的喷墨印刷机的喷墨方法，其特征在于：设置所述加热台的宽度为Wr，使Wr＞Lm。

4.如权利要求1所述的喷墨印刷机的喷墨方法，其特征在于：所述喷头以速度V均匀沿所述基板的印刷方向移动。

5.如权利要求4所述的喷墨印刷机的喷墨方法，其特征在于：所述加热台以速度V均匀沿所述喷头的移动方向移动。

6.如权利要求1-5任一项所述的喷墨印刷机的喷墨方法，其特征在于：于所述喷头朝所述基板的上表面喷上墨水时，使所述墨水的喷出状态满足下述表达式：FrommZ＝(γρa)^0.5/η，其中1≤Z≤10，a为所述喷头的尺寸，η为所述墨水处于所述喷头的墨水卡夹内的动态黏度，γ为所述墨水的表面张力，ρ为所述墨水的密度。

7.如权利要求1-5任一项所述的喷墨印刷机的喷墨方法，其特征在于：将待喷墨的基板置于供喷墨对象放置的机台上时，使所述喷头位于所述基板上方的距离h处，且0.8mm＜h＜1.1mm。

8.喷墨印刷机，其特征在于，包括：

用以供喷墨印刷的基板放置的机台；

移动设于所述机台的上方、用以从墨盒吸取墨水并将该墨水喷出的喷头；及

移动设于所述机台的下方、用以加热烧结所述基板上的墨水的加热台。