CN111152559B - 喷墨打印喷嘴、喷墨打印头、喷墨打印装置及显示面板的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种喷墨打印喷嘴、喷墨打印头、喷墨打印装置及显示面板的制备方法，所述喷墨打印喷嘴包括外表面和内表面，所述内表面上设有导电层，所述外表面上设有疏水层。本发明的技术方案能够在不减小喷嘴直径的情况下，有效减小喷射墨滴的直径，在不需要对打印设备运动系统进行复杂改造的情况下，提高打印墨滴在对应像素内的落位精度，从而实现基于喷墨印刷工艺制备高分辨率显示屏。

Description

喷墨打印喷嘴、喷墨打印头、喷墨打印装置及显示面板的制备 方法

技术领域

本发明涉及喷墨打印技术领域，特别是涉及一种喷墨打印喷嘴、喷墨打印头、喷墨打印装置及显示面板的制备方法。

背景技术

近年来，有机发光显示设备由于具有广色域、高对比度、节能且可折叠等优点，成为新一代显示设备中最具竞争力的技术之一。随着信息社会的不断发展，人们对于显示设备的分辨率及显示精度的要求越来越高。相比较传统蒸镀工艺，喷墨打印技术可以实现大面积复杂图案的直接印刷，且工艺简单，成本低廉，成为最有前景的大面积柔性显示的方法之一。但是，为了满足高分辨率显示屏的制备，喷墨打印技术的打印精度仍然需要进一步提高。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够提高喷墨打印精度的喷墨打印喷嘴。

一种喷墨打印喷嘴，所述喷墨打印喷嘴包括外表面和内表面，所述内表面上设有导电层，所述外表面上设有疏水层。

在其中一个实施例中，所述导电层为金属层或金属氧化物层，所述外表面和所述疏水层之间还设有所述导电层，所述疏水层为硫醇通过巯基与所述导电层的金属原子结合所形成的自组装分子层。

在其中一个实施例中，所述硫醇为全氟十二烷硫醇和十八烷基硫醇中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述金属层的材质选自金、银、铜、铂、铟、锌、镍和钛中的至少一种，所述金属氧化物层的材质选自氧化银、氧化铜、氧化铟、氧化锌、氧化镍、氧化钛、氧化金和氧化铂中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述导电层的厚度为10nm～50nm。

本发明还提供了一种喷墨打印头，包括上述喷墨打印喷嘴。

本发明还提供了一种喷墨打印装置，包括载物台、上述喷墨打印头和电场施加装置，所述载物台用于放置待印刷基板，所述喷墨打印头与所述载物台间隔设置且所述喷墨打印喷嘴朝向所述载物台，所述电场施加装置用于在所述喷墨打印喷嘴和所述待印刷基板之间施加垂直电场，以使墨水受到垂直向下的电场力。

在其中一个实施例中，还包括观测装置和控制装置，所述控制装置与所述观测装置和所述电场施加装置连接，所述观测装置用于监测从所述喷墨打印喷嘴喷出的墨滴的状态，所述控制装置用于根据所述墨滴的状态调节所述电场施加装置施加的电场强度。

在其中一个实施例中，所述待印刷基板上设有像素电极，所述电场施加装置包括两个电极，其中一个所述电极与所述导电层连接，另一个所述电极用于与所述像素电极连接。

本发明还提供了一种显示面板的制备方法，包括以下步骤：在喷墨打印过程中，在喷墨打印喷嘴与待印刷基板之间施加垂直电场，以使墨水受到垂直向下的电场力；所述喷墨打印喷嘴包括外表面和内表面，所述内表面上设有导电层，所述外表面上设有疏水层。

在其中一个实施例中，所述垂直电场的电场强度为1kv/cm～10kv/cm。

在其中一个实施例中，所述待印刷基板上设有像素电极，所述在喷墨打印喷嘴与待印刷基板之间施加垂直电场的步骤包括：在所述像素电极与所述喷墨打印喷嘴的所述导电层之间施加所述垂直电场。

本发明的喷墨打印喷嘴在内表面上设置导电层，在外表面上设置疏水层，如此，一方面，导电层可用作电极施加电压，从而便于在喷墨打印喷嘴与待印刷基板之间形成垂直电场，使带有电荷的半导体材料墨水受到垂直向下的电场力，通过垂直向下的电场力减小墨水断裂下落时形成的墨滴体积，同时垂直电场能够在一定程度上纠正墨滴的落位偏差，提高墨滴在像素内的落位精度，有利于高分辨率印刷显示器件的制备。另一方面疏水的外表面能减少墨水在出口处的浸润、流淌，减小液滴断裂时需要克服的表面张力，能有效减小喷射墨滴的体积，同时缓解喷嘴堵塞的风险，提高打印稳定性，从而有效地提高喷墨打印的分辨率。因此，采用本发明的喷墨打印喷嘴不需要降低喷嘴物理尺寸，也不需要对打印设备的运动系统进行改造，即可有效地提高喷墨打印的分辨率，降低了设备成本，操作相对简单，同时保证了良好的打印稳定性。

附图说明

图1为一实施例的喷墨打印喷嘴的截面图；

图2为一实施例的喷墨打印喷嘴的俯视图；

图3为硫醇分子自组装时S-M键合的示意图；

图4为一实施例的喷墨打印装置的结构示意图；

图5为墨滴在喷嘴表面断裂前受力示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，并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“和/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。

如图1和图2所示，本发明一实施例的喷墨打印头10，喷墨打印头10上设有若干喷墨打印喷嘴11。喷墨打印喷嘴11包括外表面111和内表面112，喷墨打印头10内的墨水通过喷墨打印喷嘴11形成的出口通道113喷出。喷墨打印喷嘴11的内表面112上设有导电层114，外表面111上设有疏水层115。

喷墨打印实现高分辨率显示主要取决于印刷过程中喷射液滴的尺寸和液滴的稳定性。一方面，打印液滴的尺寸大小主要取决于喷墨打印头的喷嘴直径大小，因此传统方法一般通过减小喷嘴尺寸来减小喷射液滴的体积，但同时也容易造成喷嘴堵塞等问题降低打印稳定性。另一方面，为了实现精细显示，高分辨率显示屏的像素之间间距一般在5～15μm范围内，而在打印过程中，打印设备运动系统的精度一般在15～25μm范围内，低于像素之间间距，容易造成液滴落位偏差，导致相邻像素内打印墨水融合(bridging)，使得最终显示存在串色或者发光不均匀现象，不利于高分辨率显示屏的制备。

本发明的喷墨打印喷嘴11在内表面设置导电层114，在外表面111上设置疏水层115，一方面，导电层114可用作电极施加电压，从而便于在喷墨打印喷嘴11与待印刷基板之间形成垂直电场，使带有电荷的半导体材料墨水受到垂直向下的电场力，通过垂直向下的电场力减小墨水断裂下落时形成的墨滴体积，同时垂直电场能够在一定程度上纠正墨滴的落位偏差，提高墨滴在像素内的落位精度，有利于高分辨率印刷显示器件的制备。另一方面疏水的外表面111能减少墨水在出口处的浸润、流淌，减小液滴断裂时需要克服的表面张力，能有效减小喷射墨滴的体积，同时缓解喷嘴堵塞的风险，提高打印稳定性，从而有效地提高喷墨打印的分辨率。因此，采用本发明的喷墨打印喷嘴11不需要降低喷嘴物理尺寸，也不需要对打印设备的运动系统进行改造，即可有效地提高喷墨打印的分辨率，降低了设备成本，操作相对简单，同时保证了良好的打印稳定性。

在一个具体示例中，导电层114为金属层或金属氧化物层，外表面111和疏水层115之间还设有上述导电层114，疏水层115为硫醇通过巯基与导电层114的金属原子结合所形成的自组装分子层。通常硫醇中的功能键“-S-H”很容易与金属原子M生成S-M键，从而在金属或金属氧化物表面自组装形成疏水分子层，如图3所示为分子自组装时S-M键合的示意图，如此便可利用硫醇溶液简单方便地形成疏水层115，同时金属层或金属氧化物层具有亲水性，有利于墨水喷射的稳定性。可以理解，也可采用其他材质的疏水层，则外表面111和疏水层115之间的导电层114可根据需要省去。反观传统的喷墨打印喷嘴内表面和外表面的浸润性相同，且对于打印墨水均为亲水性，这样喷墨打印时从喷嘴内流出的墨水容易在喷嘴外表面上发生浸润、流淌和溢出，这样墨水脱离喷嘴需要克服的表面张力较大，形成的墨滴体积就较大，降低了喷墨打印的分辨率。此外，墨水在喷嘴外表面的污染会促使或导致喷嘴堵塞，降低打印稳定性，同时通道的堵塞或者墨水与浸湿的、受到污染的喷嘴外表面接触会导致墨水误喷射，以及墨滴尺寸变化、墨滴拖尾、飞行方向偏移等问题，大大降低了打印图案的分辨率。

在一个具体示例中，硫醇为全氟十二烷硫醇和十八烷基硫醇中的至少一种。可以理解，硫醇的种类不限于此，可根据需要进行选择。

在一个具体示例中，金属层的材质选自金、银、铜、铂、铟、锌、镍和钛中的至少一种，即可以是单一金属也可以是合金。金属氧化物层的材质选自氧化银、氧化铜、氧化铟、氧化锌、氧化镍、氧化钛、氧化金和氧化铂中的至少一种。

在一个具体示例中，导电层114对水的接触角小于60°，疏水层115对水的接触角大于120°。可选地，导电层114的厚度为10nm～50nm。

可选地，喷墨打印头10为按需喷墨打印头，更具体为压电陶瓷喷墨打印头。可以理解，喷墨打印头10的类型不限于此，可根据需要选择。

本发明一实施例的上述喷墨打印喷嘴11的制备方法，包括以下步骤S1～S2：

S1、在喷嘴的内表面112上形成导电层114。

S2、在喷嘴的外表面111上形成疏水层115，得到喷墨打印喷嘴11。

在一个具体示例中，上述形成导电层114的方法为：采用蒸镀或者溅射的方法在喷嘴的内表面112上形成金属层或金属氧化物层。

在一个具体示例中，当导电层114为金属层或金属氧化物层时，在喷嘴的内表面112和外表面111上均形成导电层114，上述形成疏水层的方法为：将喷嘴的外表面于0.5mg/ml～5mg/ml的硫醇溶液中浸泡1～30min。

可选地，在将喷嘴的外表面111浸泡于硫醇溶液中时，向喷嘴通入氮气，使氮气通过喷嘴连续喷出，从而硫醇溶液只浸润喷嘴的外表面111，而不与喷嘴的内表面112接触。

如图4所示，本发明一实施例的喷墨打印装置100，包括上述喷墨打印头10、载物台20和电场施加装置30。载物台20用于放置待印刷基板200，喷墨打印头10与载物台20间隔设置且喷墨打印喷嘴11朝向载物台20，电场施加装置30用于在喷墨打印喷嘴11和待印刷基板200之间施加垂直电场，以使墨水受到垂直向下的电场力。可以理解，在不采用上述喷墨打印头10的情况下，也可在喷嘴上单独设置导电件作为电极施加电压。

可选地，待印刷基板200上设有像素电极，电场施加装置30为电源供应系统，其包括两个电极，其中一个电极与喷墨打印喷嘴11的导电层114连接，另一个电极用于与待印刷基板200的像素电极连接，如此即可方便地施加电压形成垂直电场。

在一个具体示例中，喷墨打印装置100还包括观测装置和控制装置50，控制装置50与观测装置和电场施加装置30连接，观测装置用于监测从喷墨打印喷嘴11喷射出的墨滴的状态，控制装置50用于根据墨滴的状态调节电场施加装置施加的电场强度。

可选地，墨滴的状态包括墨滴的体积、速度、角度以及在待印刷基板上的落位、铺展状态等。在一个具体示例中，观测装置包括第一观测组件401和第二观测组件402，第一观测组件401用于监测墨滴的体积、速度、角度，第二观测组件402用于监测墨滴在待印刷基板上的落位、铺展状态。可选地，第一观测组件401和第二观测组件402为CCD机器视觉系统，但不限于此，其他可实现监测墨滴状态功能的设备均可。例如，当监测到墨滴的体积、速度、角度不在合适范围内，墨滴在待印刷基板上的落位、铺展状态不佳时，增大或减小电场强度以使墨滴的体积、速度、角度达到合适范围，改善墨滴在待印刷基板上的落位、铺展状态。

本发明一实施例的显示面板的制备方法，包括以下步骤：在喷墨打印过程中，在喷墨打印喷嘴与待印刷基板之间施加垂直电场，以使墨水受到垂直向下的电场力。

可以理解，用于喷墨打印制备显示器件的墨水指的是发光层材料墨水、电子传输材料墨水或空穴传输材料墨水等半导体材料墨水。例如，电子传输材料包括但不限于4,7-二苯基-1,10-菲罗啉、4,7-二苯基-1,10-邻菲罗啉、4-联苯酚基-二(2-甲基-8-羟基喹啉)合铝、8-羟基喹啉铝、3-(联苯-4-基)-5-(4-叔丁基苯基)-4-苯基-4H-1,2,4-三唑或1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯中的任意一种或几种，溶剂包括但不限于乙二醇苯醚(JS-EPH)、六甲基亚膦酰三胺(HMPT)、HEPT和CHB中的任意一种或几种。

本发明的显示面板的制备方法通过喷墨打印时在喷墨打印喷嘴与待印刷基板之间施加垂直电场，使墨水受到垂直向下的电场力，通过电场力减小墨水断裂时形成的墨水体积，同时垂直电场能够在一定程度上纠正液滴的落位偏差，提高液滴在像素内的落位精度，在不需要提高打印设备运动系统的精度的前提下实现像素内高精度打印，有利于高分辨率印刷显示器件的制备。具体而言，喷墨打印过程中，喷嘴两侧受到外界压力发生形变将喷嘴内的墨水挤压出来到达出口积累形成弯月牙液面，只有在弯月牙液面受到的向下的重力Fg和液体静压力Fh能克服喷嘴表面的表面张力Fs时，弯月牙液面下端脱离喷嘴表面形成墨滴。即：

Fs′-Fg-Fh＝0 (1)

其中，Fs＇为表面张力Fs在垂直方向上的分量。Fs＇与墨水表面张力、喷嘴直径相关；Fg与墨水密度、体积相关；Fh与墨水密度、出口通道的高度等相关。在没有其他外力的作用下，需要克服的表面张力越大则对应的墨滴的体积就越大。

本发明中，由于在喷墨打印喷嘴和待印刷基板之间施加了向下的垂直电场，则电场中喷嘴表面的液滴还受到向下的静电场力Fe，如图5所示。这样，液面断裂形成墨滴时受力情况为：

Fs′-Fg-Fh-Fe＝0 (2)

则此时在静电场作用下液面克服表面张力断裂形成墨滴更容易，墨滴的体积就更小。可以理解，垂直电场的方向可根据墨水带电荷的情况来调整，墨水带正电荷则电场方向垂直向下，墨水带负电荷则电场方向垂直向上。

具体地，显示面板的制备方法包括以下步骤：将待印刷基板置于载物台上；使喷墨打印装置对待印刷基板进行喷墨打印，且在喷墨打印过程中，在喷墨打印喷嘴与待印刷基板之间施加垂直电场，以使墨水受到垂直向下的电场力；真空干燥，使墨水液膜变为固体薄膜。

在一个具体示例中，垂直电场的电场强度为1kv/cm～10kv/cm，以避免电场过强对待印刷基板等产生负面影响。可以理解，电场强度的大小可以通过施加的电压大小以及打印间距来调节。可选地，待印刷基板与喷墨打印喷嘴的垂直间距为0.5mm～1.5mm，施加的电压大小为50v～500v。

可选地，打印时采用上述喷墨打印头10进行打印，待印刷基板上设有像素电极，喷墨打印过程中，在上述像素电极与喷墨打印喷嘴11的导电层114之间施加上述垂直电场。如此，利用喷墨打印喷嘴11的导电层114即可方便地用作电极施加电压，同时，由于待印刷基板上打印区域被一个个绝缘的像素bank划分为一个个子像素，只有像素bank内的像素电极导电，因此只有喷嘴与对应像素内的像素电极之间存在电场作用，这样当形成的墨滴脱离喷嘴落向像素的过程中存在偏移量时，喷嘴与像素电极内的垂直静电场力能将偏移的墨滴拉回像素内，减小打印落位误差。可以理解，在不使用上述喷墨打印头10的情况下，也可在喷嘴上单独设置导电件作为电极施加电压。

可选地，每个喷墨打印喷嘴11的导电层114与对应喷墨打印喷嘴的控制电路连接，从而喷墨打印喷嘴11上的电压可通过单独控制对应的电路、气压等的控制系统来实现，不需要外加的接线来实现在喷嘴上施加电压。而待印刷基板上只有相互独立的像素电极上才有电压，基板衬底是绝缘的玻璃或者PI等，但是像素内的电极是导体，连接每个像素电极的金属引线将相互独立的像素电极引到对应的阳极上，可以通过直接在基板阳极处施加电压即可保证每个像素电极上有电压施加。

以下为具体实施例。

实施例1

采用溅射的方法对喷墨打印头的喷嘴进行喷金处理，在喷嘴内表面以及喷嘴外表面上沉积30nm厚的金薄膜作为导电层；

将全氟十二烷硫醇溶解在二甲基甲酰胺溶剂中配置成浓度为1mg/mL的硫醇溶液。对喷金的喷墨打印头施加0.1MPa的N₂流，然后使喷嘴外表面接触全氟十二烷硫醇溶液，确保硫醇溶液刚好没过喷嘴外表面，并在N₂流的作用下不进入到喷嘴内。保持喷嘴在硫醇溶液内浸泡10min后进行110℃、10min的烘烤，完成疏水分子的自组装，形成疏水层。然后将喷墨打印头用二甲基甲酰胺溶剂反复冲洗，除去多余的硫醇分子，氮气吹干。

将处理完成的喷墨打印头安装在喷墨打印装置上，对喷墨打印头施加正向电压110v，待印刷基板接地，打印过程中打印间距为0.5mm，墨滴处于向下的静电场中，电场强度为2.2kv/cm。

实施例2

采用溅射的方法对喷墨打印头的喷嘴进行喷银处理，在喷嘴内表面以及喷嘴外表面上沉积10nm厚的银薄膜作为导电层；

将十八烷基硫醇溶解在二甲基甲酰胺溶剂中配置成浓度为5mg/mL的硫醇溶液。对喷银的喷墨打印头施加0.1MPa的N₂流，然后使喷嘴外表面接触十八烷基硫醇溶液，确保硫醇溶液刚好没过喷嘴外表面，并在N₂流的作用下不进入到喷嘴内。保持喷嘴在硫醇溶液内浸泡30min后进行110℃、10min的烘烤，完成疏水分子的自组装，形成疏水层。然后将喷墨打印头用二甲基甲酰胺溶剂反复冲洗，除去多余的硫醇分子，氮气吹干。

将处理完成的喷墨打印头安装在喷墨打印装置上，对喷墨打印头施加正向电压500v，待印刷基板接地，打印过程中打印间距为1.5mm，墨滴处于向下的静电场中，电场强度为3.3kv/cm。

实施例3

采用溅射的方法对喷墨打印头的喷嘴进行喷氧化铜处理，在喷嘴内表面以及喷嘴外表面上沉积50nm厚的氧化铜薄膜作为导电层；

将十八烷基硫醇溶解在二甲基甲酰胺溶剂中配置成浓度为0.5mg/mL的硫醇溶液。对喷氧化铜的喷墨打印头施加0.1MPa的N₂流，然后使喷嘴外表面接触十八烷基硫醇溶液，确保硫醇溶液刚好没过喷嘴外表面，并在N₂流的作用下不进入到喷嘴内。保持喷嘴在硫醇溶液内浸泡30min后进行110℃、10min的烘烤，完成疏水分子的自组装，形成疏水层。然后将喷墨打印头用二甲基甲酰胺溶剂反复冲洗，除去多余的硫醇分子，氮气吹干。

将处理完成的喷墨打印头安装在喷墨打印装置上，对喷墨打印头施加正向电压50v，待印刷基板接地，打印过程中打印间距为0.5mm，墨滴处于向下的静电场中，电场强度为1kv/cm。

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。

Claims (10)

1.一种喷墨打印装置，其特征在于，包括载物台、喷墨打印头和电场施加装置；所述喷墨打印头包括喷墨打印喷嘴，所述喷墨打印喷嘴包括外表面和内表面，所述内表面上设有导电层，所述外表面上设有疏水层；所述载物台用于放置待印刷基板，所述喷墨打印头与所述载物台间隔设置且所述喷墨打印喷嘴朝向所述载物台，所述电场施加装置用于在所述喷墨打印喷嘴和所述待印刷基板之间施加垂直电场，以使墨水受到垂直向下的电场力。

2.根据权利要求1所述的喷墨打印装置，其特征在于，所述导电层为金属层或金属氧化物层，所述外表面和所述疏水层之间还设有所述导电层，所述疏水层为硫醇通过巯基与所述导电层的金属原子结合所形成的自组装分子层。

3.根据权利要求2所述的喷墨打印装置，其特征在于，所述硫醇为全氟十二烷硫醇和十八烷基硫醇中的至少一种。

4.根据权利要求2所述的喷墨打印装置，其特征在于，所述金属层的材质选自金、银、铜、铂、铟、锌、镍和钛中的至少一种，所述金属氧化物层的材质选自氧化银、氧化铜、氧化铟、氧化锌、氧化镍、氧化钛、氧化金和氧化铂中的至少一种。

5.根据权利要求1～4任一项所述的喷墨打印装置，其特征在于，所述导电层的厚度为10nm～50nm。

6.根据权利要求1所述的喷墨打印装置，其特征在于，还包括观测装置和控制装置，所述控制装置与所述观测装置和所述电场施加装置连接，所述观测装置用于监测从所述喷墨打印喷嘴喷出的墨滴的状态，所述控制装置用于根据所述墨滴的状态调节所述电场施加装置施加的电场强度。

7.根据权利要求1所述的喷墨打印装置，其特征在于，所述待印刷基板上设有像素电极，所述电场施加装置包括两个电极，其中一个所述电极与所述导电层连接，另一个所述电极用于与所述像素电极连接。

8.一种显示面板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在喷墨打印过程中，在喷墨打印喷嘴与待印刷基板之间施加垂直电场，以使墨水受到垂直向下的电场力；所述喷墨打印喷嘴包括外表面和内表面，所述内表面上设有导电层，所述外表面上设有疏水层。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述垂直电场的电场强度为1kv/cm～10kv/cm。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述待印刷基板上设有像素电极，所述在喷墨打印喷嘴与待印刷基板之间施加垂直电场的步骤包括：在所述像素电极与所述喷墨打印喷嘴的所述导电层之间施加所述垂直电场。

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