CN112319051B - 喷墨打印头机构、喷墨打印设备及墨滴出射角度校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种喷墨打印头机构、喷墨打印设备及墨滴出射角度校正方法。该喷墨打印头机构包括喷墨头以及温控件，所述喷墨头具有喷墨腔以及与所述喷墨腔连通的喷嘴，所述温控件设置在所述喷墨头靠近所述喷嘴处，并被配置成能够在所述喷嘴沿打印方向的前端位置与后端位置之间形成温度差。该喷墨打印头机构能够对墨滴的出射角度进行定量的校正，从而提高喷墨印刷的精度。喷墨打印设备包括打印设备主体以及所述的喷墨打印头机构，所述喷墨打印头机构安装在所述打印设备主体上。墨滴出射角度校正方法简单、调节准确度高。

Description

喷墨打印头机构、喷墨打印设备及墨滴出射角度校正方法

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头机构、喷墨打印设备及墨滴出射角度校正方法。

背景技术

喷墨打印技术是一种无接触、高效率且可实现材料精确沉积的现代化制造技术。随着喷墨打印技术的不断发展，其应用已经从单纯的印刷领域扩展到电子制造、生命科学和增材制造等前沿领域。目前最常用的喷墨打印技术是按需式(DOD)喷墨打印技术，如图1所示，通过向压电材料中输入波形信号(Waveform，本质是脉冲信号)，使压电材料100发生变形，从而将喷墨腔中的墨水从喷嘴200挤出，形成微米级的墨滴。

由于喷嘴在制造过程中，往往都存在一些形位上的误差，因此产生的墨滴往往不会笔直地沿着喷嘴的方向射出，而是带有-3°到3°的出射角度。对于单喷嘴的喷墨打印头，这种出射角度可以在测量后进行简单地补偿。然而，为了提高生产效率，目前工业中所使用的都是多喷嘴的喷墨打印头(喷嘴数量一般在128-1024个)。同一个喷墨打印头上不同的喷嘴产生的墨滴的出射角度可以是完全不同，且呈离散分布的，如图2中所示(横坐标为喷嘴编号，纵坐标为出射角度)的某一个喷墨打印头上的256个喷嘴的墨滴出射角度。为了降低喷嘴间的出射角度差异对实际打印效果的影响，通常会减小喷嘴和基板间的距离到0.5mm左右，但即使在这种情况下，1°的出射角度差异也会造成8.7μm以上的落点位置偏差。这种落点位置偏差，对实际打印效果有着很大的影响，例如在喷墨印刷高分辨的显示面板时，8.7μm的落点位置偏差，就足以造成混色和显示不均匀等各种缺陷。

发明内容

基于此，有必要提供一种对墨滴的出射角度进行定量的校正，从而提高喷墨印刷的精度的喷墨打印头机构、喷墨打印设备及墨滴出射角度校正方法。

一种喷墨打印头机构，包括喷墨头以及温控件，所述喷墨头具有喷墨腔以及与所述喷墨腔连通的喷嘴，所述温控件设置在所述喷墨头靠近所述喷嘴处，并被配置成能够在所述喷嘴沿打印方向的前端位置与后端位置之间形成温度差。

在其中一个实施例中，所述温控件沿所述打印方向设置在所述喷嘴的正前方位置或正后方位置，以在所述喷嘴的正前方位置和正后方位置之间形成所述温度差。

在其中一个实施例中，所述温控件部分绕设所述喷嘴设置。

在其中一个实施例中，所述温控件呈圆弧形结构，所述温控件的弧长所对应的圆心角为90°-270°。

在其中一个实施例中，所述喷墨头具有喷墨表面，所述喷嘴设置于所述喷墨表面上，所述温控件嵌设于所述喷墨表面内。

在其中一个实施例中，远离所述喷嘴的所述温控件的一侧的外边缘距离所述喷嘴的中心的距离小于60μm，靠近所述喷嘴的一侧的外边缘距离所述喷嘴的中心的距离大于30μm，所述温控件沿着所述喷嘴的径向方向上的宽度大于10μm且小于30μm。

在其中一个实施例中，所述喷嘴的数量为多个，每个所述喷嘴均对应设置有所述温控件。

在其中一个实施例中，所述喷嘴的直径不大于30μm，相邻的所述喷嘴之间的间距不小于140μm。

一种喷墨打印设备，包括打印设备主体以及所述的喷墨打印头机构，所述喷墨打印头机构安装在所述打印设备主体上。

一种墨滴出射角度调节方法，包括如下步骤：

测量从喷嘴喷出的墨滴的初始出射角度；

对喷嘴沿着打印方向的前端位置或后端位置进行升温或降温以在所述喷嘴沿所述打印方向的前端位置与后端位置之间形成温度差，测量每个温度值对应的墨滴出射角度，将每个温度值与对应的墨滴出射角度绘制曲线图，对所述曲线图进行拟合；

根据所述曲线图计算待调整墨滴出射角度对应的调节温度。

在其中一个实施例中，测量每个温度值对应的墨滴出射角度时是取多次测量的平均值。

在其中一个实施例中，通过获取墨滴出射图像或者激光光束测量所述初始出射角度以及所述墨滴出射角度。

在其中一个实施例中，包括如下步骤：

喷墨头的喷嘴喷墨使得墨滴沉积于基板上，测量墨滴在基板上落点位置中心与喷嘴中心在所述基板上投影之间的墨滴初始距离；

对喷嘴沿着打印方向的前端位置或后端位置进行升温或降温以在所述喷嘴沿所述打印方向的前端位置与后端位置之间形成温度差，测量每个温度值对应的墨滴在基板上落点位置中心与喷嘴中心在所述基板上投影之间的墨滴偏转距离，将每个温度值与对应的墨滴偏转距离绘制曲线图，和/或根据墨滴偏转距离、喷嘴和基板之间的间距计算每个温度值对应的墨滴偏转角度并绘制曲线图，对所述曲线图进行拟合；

根据所述曲线图计算待调整偏转距离和/或待调整偏转角度对应的温控件需要设定的温度值。

本发明的喷墨打印头机构能够实现对墨滴的出射角度进行定量的校正，从而提高喷墨印刷的精度，实现更高分辨率的喷墨印刷，能够提高喷墨打印工艺的稳定性，减少喷墨打印过程中的缺陷，改善产品良率。具体地，本发明在喷墨打印头机构的喷墨头上设置温控件，通过温度对表面张力的作用在喷嘴的两侧形成表面张力梯度，从而产生马拉哥尼流动，利用马拉哥尼流动产生的剪应力，实现对墨滴出射角度的定量调整。当喷墨头上具有多个喷嘴时，能够实现所有喷嘴产生的墨滴都具有相同的出射角度。

附图说明

图1为背景技术中按需式(DOD)喷墨打印技术原理示意图；

图2为背景技术中所述的某一个喷墨打印头上的256个喷嘴的墨滴出射角度图；

图3为本发明实施例1所述的喷墨打印头机构侧面剖视示意图；

图4为本发明一实施例所述的墨滴出射角度示意图；

图5为本发明一实施例所述的温控件位于喷嘴正后方时示意图；

图6为本发明一实施例所述的温控件位于喷嘴正前方时示意图；

图7为本发明一实施例所述的温控件呈半圆形时的示意图；

图8为本发明一实施例所述的温控件呈1/4圆形时的示意图；

图9为本发明一实施例所述的温控件呈3/4圆形时的示意图；

图10为本发明一实施例所述的温控件与喷嘴距离示意图；

图11为本发明实施例5所述的墨滴出射示意图；

图12为本发明实施例5所述的曲线图；

图13为本发明实施例8所述的墨滴出射示意图；

图14为本发明实施例8所述的墨滴初始距离示意图；

图15为本发明实施例8所述的校正后的墨滴偏转距离示意图。

附图标记说明

1：喷墨头；2：压电组件；3：喷墨表面；4、41、42、43、200：喷嘴；5、51、52、53、温控件；6、墨水；7、71、72、73：墨滴；100：压电材料。

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。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

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。

实施例1

本实施例提供了一种喷墨打印头机构。

一种喷墨打印头机构，参见图3所示，其包括喷墨头1、压电组件2以及温控件5。

喷墨头1具有用于容置墨水6的喷墨腔以及与喷墨腔连通的喷嘴4。喷嘴4的数量为多个，各个喷嘴4均对应设置有温控件5。喷嘴4的直径不大于30μm，相邻的喷嘴4之间的间距不小于140μm。

压电组件2与喷墨头1连接。

温控件5设置在喷墨头1上且靠近于喷嘴4。温控件5沿着打印方向设置在喷嘴4的正后方位置，如图5所示，需要说明的是，打印方向为喷墨打印头机构在打印时与基板之间的相对运动的方向。或者温控件5沿着打印方向设置在喷嘴4的正前方位置，如图6所示,温控件5使得喷嘴的正前方和正后方形成温度差。

进一步地，喷墨头1具有喷墨表面3。喷墨口位于在喷墨表面3，温控件5嵌设于喷墨表面3内，如图5、图6所示。

进一步地，如图10所示，温控件5的最外缘距离喷嘴4的中心的距离D1(图10所示)小于60μm，温控件5的最内缘距离喷嘴4的中心的距离D2(图10所示)大于30μm，温控件5沿着喷嘴4的径向方向上的宽度W1(图10所示)大于10μm且小于30μm。

进一步地，温控件5部分绕设喷嘴4设置。优选地，温控件5整体呈弧形结构，如图7-图9所示，温控件5部分包围喷嘴4。

在一个实施例中，如图7-图9所示，温控件5整体呈圆弧形结构，温控件5的弧长所对应的圆心角为90°-270°，也即温控件5的弧长为其所在圆的1/4圆弧长度至3/4圆弧长度之间。

本发明的喷墨打印头机构能够实现墨滴7出射角度(如图4所示的两条虚线之间的夹角)进行定量的校正，从而提高喷墨印刷的精度，实现更高分辨率的喷墨印刷，能够提高喷墨打印工艺的稳定性，减少喷墨打印过程中的缺陷，改善产品良率。具体地，本发明在喷墨打印头机构的喷墨头1上设置温控件5，通过温度对表面张力的作用在喷嘴4的两侧形成表面张力梯度，从而产生马拉哥尼流动，利用马拉哥尼流动产生的剪应力，实现对墨滴7出射角度的定量调整。当喷墨头1上具有多个喷嘴4时，能够实现所有喷嘴4产生的墨滴7都具有相同的出射角度。

实施例2

本实施例提供了一种喷墨打印设备。

一种喷墨打印设备，包括打印设备主体以及实施例1的喷墨打印头机构，喷墨打印头机构安装在打印设备主体上。

实施例3

本实施例提供了一种墨滴出射角度调节方法。

一种墨滴出射角度调节方法，包括如下步骤：

S1、喷墨头1的喷嘴4喷墨，测量墨滴7的初始出射角度α，如图3所示。

S2、对喷嘴4沿着打印方向的前端位置或后端位置进行升温或降温以在喷嘴4沿所述打印方向的前端位置与后端位置之间形成温度差，测量每个温度值对应的墨滴出射角度，将每个温度值与对应的墨滴出射角度绘制曲线图，对曲线图进行拟合。

S3、根据曲线图计算待调整偏转角度对应的温控件5需要设定的温度值。

实施例4

本实施例提供了一种墨滴出射角度调节方法。

一种墨滴出射角度调节方法，包括如下步骤：

Q1、喷墨头1的喷嘴4喷墨，通过获取墨滴出射图像或者激光光束测量测量墨滴7的初始出射角度α。

Q2、通过设置在喷嘴4处的实施例1中的温控件5对喷嘴4沿着打印方向的前端位置或者后端位置进行升温或降温，以在喷嘴4沿所述打印方向的前端位置与后端位置之间形成温度差，通过获取墨滴出射图像或者激光光束测量多次测量每个温度值对应的墨滴出射角度并取平均值，测量次数可以是10-20次，将每个温度值与对应的墨滴出射角度绘制曲线图，对曲线图进行拟合。

Q3、根据曲线图计算待调整偏转角度对应的温控件5需要设定的温度值。

实施例5

本实施例提供了一种墨滴出射角度调节方法。

一种使用实施例1的喷墨打印头机构的墨滴出射角度调节方法，包括如下步骤：

P1、参见图11所示，喷嘴41、喷嘴42、喷嘴43进行喷墨，通过获取墨滴出射图像或者激光光束测量测量对应的墨滴71、墨滴72、墨滴73的初始出射角度α1、α2、α3。

P2、温控件51、温控件52、温控件53对相应喷嘴41、喷嘴42、喷嘴43以一定的间隔升温，如升高0℃、2℃、4℃、6℃，以在喷嘴4沿所述打印方向的前端位置与后端位置之间形成温度差。通过获取墨滴出射图像或者激光光束测量多次测量每个温度值(0℃、2℃、4℃、6℃)对应的墨滴出射角度并取平均值，测量次数10次，将每个温度值与对应的墨滴出射角度绘制曲线图，曲线图如图12所示，对曲线图进行拟合。

P3、根据曲线图计算待调整偏转角度对应的温控件需要设定的温度值。例如此时要将α1、α2、α3都调整至1°，则用1°对曲线图进行插值，得到墨滴出射角度为1°时的三个对应的温控件51、温控件52、温控件53所需设定的温度。参见如图12所示，当温控件51升高2.0℃，温控件52升高3.3℃，温控件53升高4.8℃时α1＝α2＝α3＝1°。

P4、将所有温控件设定到所需要的温度，则完成一次墨滴出射角度的校正。

实施例6

本实施例提供了一种墨滴出射角度调节方法。

一种的喷墨打印头机构的墨滴出射角度调节方法，包括如下步骤：

R1、喷墨头1的喷嘴4喷墨使得墨滴沉积于基板上，测量墨滴在基板上落点位置中心与喷嘴4中心在基板上投影之间的墨滴初始距离。

R2、对喷嘴4沿着打印方向的前端位置或者后端位置进行升温或降温，以在喷嘴4沿所述打印方向的前端位置与后端位置之间形成温度差，测量每个温度值对应的墨滴在基板上落点位置中心与喷嘴4中心在基板上投影之间的墨滴偏转距离，将每个温度值与对应的墨滴偏转距离绘制曲线图，对曲线图进行拟合。

R3、根据曲线图计算待调整偏转距离对应的温控件5需要设定的温度值。

实施例7

本实施例提供了一种墨滴出射角度调节方法。

一种墨滴出射角度调节方法，包括如下步骤：

T1、喷墨头1的喷嘴4喷墨使得墨滴沉积于基板上，测量墨滴在基板上落点位置中心与喷嘴4中心在基板上投影之间的墨滴初始距离。

T2、通过设置在喷嘴4处的实施例1的温控件5对喷嘴4沿着打印方向的前端位置或者后端位置以一定的间隔进行升温或降温，以在喷嘴4沿所述打印方向的前端位置与后端位置之间形成温度差，多次测量每个温度值对应的墨滴在基板上落点位置中心与喷嘴4中心在基板上投影之间的距离并取平均值得到墨滴偏转距离，测量次数可以是10-20次。将每个温度值与对应的墨滴偏转距离绘制曲线图，对曲线图进行拟合。

T3、根据曲线图计算待调整偏转距离对应的温控件5需要设定的温度值。

实施例8

本实施例提供了一种墨滴出射角度调节方法。

一种使用实施例1的喷墨打印头机构的墨滴出射角度调节方法，包括如下步骤：

U1、参见图14所示，喷墨头1的喷嘴41、喷嘴42、喷嘴43喷墨使得墨滴71、墨滴72、墨滴73沉积于基板上，测量墨滴71、墨滴72、墨滴73在基板上落点位置中心与喷嘴中心在基板上投影之间的墨滴初始距离分别为D1、D2、D3。

U2、温控件51、温控件52、温控件53对相应喷嘴41、喷嘴42、喷嘴43以一定的间隔升温，以在喷嘴4沿所述打印方向的前端位置与后端位置之间形成温度差，多次测量每个温度值对应的墨滴71、墨滴72、墨滴73在基板上落点位置中心与喷嘴中心在基板上投影之间的距离并取平均值得到墨滴偏转距离，测量次数10次。将每个温度值与对应的墨滴偏转距离绘制曲线图，对曲线图进行拟合。

U3、根据曲线图计算待调整偏转距离对应的温控件需要设定的温度值。例如此时要将D1、D2、D3都调整至30μm，则用30μm对曲线图进行插值，得到墨滴偏转距离为30μm时的三个对应的温控件51、温控件52、温控件53、所需设定的温度，校正之后得到的墨滴71、墨滴72、墨滴73的墨滴偏转距离均为30μm如图15所示。

U4、将所有温控件设定到所需要的温度，则完成一次墨滴出射角度的间接校正。

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本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 (12)

1.一种喷墨打印头机构，其特征在于，包括喷墨头以及温控件，所述喷墨头具有喷墨腔以及与所述喷墨腔连通的喷嘴，所述温控件设置在所述喷墨头靠近所述喷嘴处，并被配置成能够在所述喷嘴沿打印方向的前端位置与后端位置之间形成温度差；所述喷墨头具有喷墨表面，所述喷嘴设置于所述喷墨表面上，所述温控件嵌设于所述喷墨表面内。

2.根据权利要求1所述的喷墨打印头机构，其特征在于，所述温控件沿所述打印方向设置在所述喷嘴的正前方位置或正后方位置，以在所述喷嘴的正前方位置和正后方位置之间形成所述温度差。

3.根据权利要求1所述的喷墨打印头机构，其特征在于，所述温控件部分绕设所述喷嘴设置。

4.根据权利要求3所述的喷墨打印头机构，其特征在于，所述温控件呈圆弧形结构，所述温控件的弧长所对应的圆心角为90°-270°。

5.根据权利要求1所述的喷墨打印头机构，其特征在于，远离所述喷嘴的所述温控件的一侧的外边缘距离所述喷嘴的中心的距离小于60μm，靠近所述喷嘴的一侧的外边缘距离所述喷嘴的中心的距离大于30μm，所述温控件沿着所述喷嘴的径向方向上的宽度大于10μm且小于30μm。

6.根据权利要求1所述的喷墨打印头机构，其特征在于，所述喷嘴的数量为多个，每个所述喷嘴均对应设置有所述温控件。

7.根据权利要求6所述的喷墨打印头机构，其特征在于，所述喷嘴的直径不大于30μm，相邻的所述喷嘴之间的间距不小于140μm。

8.一种喷墨打印设备，其特征在于，包括打印设备主体以及权利要求1-7任意一项所述的喷墨打印头机构，所述喷墨打印头机构安装在所述打印设备主体上。

9.一种墨滴出射角度调节方法，其特征在于，包括如下步骤：

测量从喷嘴喷出的墨滴的初始出射角度；

对喷嘴沿着打印方向的前端位置或后端位置进行升温或降温以在所述喷嘴沿所述打印方向的前端位置与后端位置之间形成温度差，测量每个温度值对应的墨滴出射角度，将每个温度值与对应的墨滴出射角度绘制曲线图，对所述曲线图进行拟合；

根据所述曲线图计算待调整墨滴出射角度对应的调节温度。

10.根据权利要求9所述的墨滴出射角度调节方法，其特征在于，测量每个温度值对应的墨滴出射角度时是取多次测量的平均值。

11.根据权利要求9所述的墨滴出射角度调节方法，其特征在于，通过获取墨滴出射图像或者激光光束测量所述初始出射角度以及所述墨滴出射角度。

12.根据权利要求9-11任意一项所述的墨滴出射角度调节方法，其特征在于，包括如下步骤：

喷墨头的喷嘴喷墨使得墨滴沉积于基板上，测量墨滴在基板上落点位置中心与喷嘴中心在所述基板上投影之间的墨滴初始距离；

对喷嘴沿着打印方向的前端位置或后端位置进行升温或降温以在所述喷嘴沿所述打印方向的前端位置与后端位置之间形成温度差，测量每个温度值对应的墨滴在基板上落点位置中心与喷嘴中心在所述基板上投影之间的墨滴偏转距离，将每个温度值与对应的墨滴偏转距离绘制曲线图，和/或根据墨滴偏转距离、喷嘴和基板之间的间距计算每个温度值对应的墨滴偏转角度并绘制曲线图，对所述曲线图进行拟合；

根据所述曲线图计算待调整偏转距离和/或待调整偏转角度对应的温控件需要设定的温度值。

Images