CN113211984B - 一种印刷高质量oled显示膜层的压电控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种印刷高质量OLED显示膜层的压电控制系统及方法，系统包括上位机、压电驱动系统、运动控制系统、水平静墨系统和墨滴监测系统，打印时，压电驱动系统的压电喷头、水平静墨系统和墨滴监测系统随着运动控制系统移动且压电喷头喷射带电墨滴，带电墨滴喷出后由水平静墨系统消除水平方向初速度，使其竖直下落撞击至基板上并向四周均匀铺展开，实现均匀成膜。墨滴监测系统采集基板上墨滴的图像并上传至上位机以统计出墨滴溅射产生的杂散点数量，上位机自动调控喷射高低来减小高度对杂散点的影响，使杂散点数量始终维持在阈值范围内。整个打印过程高度自动化，且提高了显示膜层成膜质量和印刷制备OLED器件工艺稳定性。

Description

一种印刷高质量OLED显示膜层的压电控制系统及方法

技术领域

本发明涉及印刷显示技术领域，特别是一种印刷高质量OLED显示膜层的压电控制系统及方法。

背景技术

如今，显示技术更新换代速度极快，其中OLED技术已经成为行业热点，但是由于制作工艺的不成熟性和不稳定性，使得OLED相关产品成本过高、产量不足，造成很大的面板缺口，难以满足市场的需求。目前，OLED面板的生产工艺主要有两种：蒸镀和喷墨印刷，其中蒸镀是目前OLED面板制备的主要方式。不过喷墨印刷技术作为一种无接触、无压力、无掩模的技术，可以将很小的液滴(体积为皮升或者飞升)精确喷涂在所需的位置，溶剂挥发干燥固化后形成薄膜，故而容易形成分辨率极高的显示器件，尤其是用来处理大尺寸面板的时候，更加具有优势。虽然相比较传统的蒸镀技术，喷墨印刷OLED技术具有很大的优势，但是现阶段的喷墨印刷技术受制于生产工艺的缺陷，依旧无法大规模运用至OLED生产线，其中很重要的一个原因，便是印刷过程中的成膜质量得不到保障。

当前，为了提高印刷制备OLED器件的成膜质量，人们往往会采用高质量的显示用功能墨水，从材料本身的黏度和表面张力等方面入手，去进一步改善成膜质量。而在生产工艺方面，目前提升膜均匀度的方法非常有限，未来的研发空间很大。在这其中，存在一个易被忽视的问题未被解决：印刷过程中，若采用运动状态的喷头喷射墨滴或者采用运动的印刷基板来接触墨滴，均会赋予墨滴一个水平方向相对速度，最终墨滴将会相对斜入射撞击在基板上，从而产生一个向前的重点铺展方向，而不是向基板四周均匀铺展开；同时，墨滴与基板的碰撞会溅射一定量墨水产生杂散点，极大地影响最终的成膜质量。

因此，有必要开发出能够克服目前喷墨印刷OLED技术存在的缺陷，可以制备出高质量OLED显示膜层的新技术。

发明内容

本发明的第一目的在于解决现有技术的不足，提出一种印刷高质量OLED显示膜层的压电控制系统，能够始终维持下落墨滴与印刷基板在水平方向的无相对速度接触，使墨滴沿着基板二维平面均匀铺展开，避免墨滴相对斜入射基板产生的铺展不均匀问题，同时还可大大减少墨滴与基板碰撞产生的墨滴杂散点数量，提高印刷制备OLED器件的成膜质量，有效提升了目前印刷OLED的工艺稳定性，进一步推进了印刷OLED技术替代蒸镀技术的进度。

本发明的第二目的在于提出一种印刷高质量OLED显示膜层的压电控制方法。

本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种印刷高质量OLED显示膜层的压电控制系统，包括上位机、压电驱动系统、运动控制系统、水平静墨系统和墨滴监测系统；

压电驱动系统、运动控制系统、水平静墨系统和墨滴监测系统分别连接上位机，运动控制系统由上位机控制其移动；

压电驱动系统的压电喷头、水平静墨系统和墨滴监测系统分别安装在运动控制系统上并随着运动控制系统移动，压电喷头、水平静墨系统和墨滴监测系统在运动控制系统移动时，三者保持相对静止；

压电驱动系统在打印时，由运动控制系统带动压电喷头在印刷基板上方以相对于印刷基板的水平速度V移动，同时由上位机控制压电喷头喷射带电墨滴，喷射出来的带电墨滴相对于印刷基板具有水平方向上的初始速度V和竖直方向上的下落速度；

水平静墨系统位于压电喷头和印刷基板之间，压电喷头喷射出的带电墨滴进入水平静墨系统中并由水平静墨系统消除初始速度V，离开水平静墨系统的墨滴因水平速度为零而竖直下落，最终撞击至基板上并向四周均匀铺展开；

墨滴监测系统实时采集印刷基板上墨滴铺展的图像，并将图像发送至上位机；

上位机根据图像统计墨滴撞击基板溅射产生的杂散点数量，并调整运动控制系统的移动，以使杂散点数量保持在设定的数量阈值范围内。

优选的，运动控制系统包括三维运动平台模组和运动驱动模块，上位机通过运动驱动模块连接并控制三维运动平台模组；

压电驱动系统包括赋电模块、数据转换模块、压电驱动模块和压电喷头，压电喷头搭载在三维运动平台模组上，并由三维运动平台模组带动其移动，赋电模块安装在压电喷头上方并随着压电喷头移动；

上位机通过数据转换模块连接并控制赋电模块，赋电模块用于对墨水赋电；赋电模块与压电喷头相连通，经过赋电模块赋电后的墨水进入到压电喷头内，上位机通过压电驱动模块连接压电喷头，并驱动压电喷头喷射出带上电荷量q的带电墨滴；

墨滴监测系统包括LED补光灯、光源控制器和相机，LED补光灯和相机分别搭载在三维运动平台模组上，由三维运动平台模组带动其移动；上位机通过光源控制器连接并控制LED补光灯，上位机连接相机并获取相机所采集的印刷基板上墨滴铺展的图像。

优选的，水平静墨系统包括测速模块、阻力电场模块和墨水回收装置，测速模块和阻力电场模块分别通过数据转换模块连接至上位机；

测速模块、阻力电场模块和墨水回收装置分别搭载在三维运动平台模组上，并由三维运动平台模组带动其移动；赋电模块、压电喷头、测速模块、阻力电场模块和墨水回收装置按照从上至下顺序依次位于印刷基板上方，压电喷头喷射的带电墨滴依次穿过测速模块、阻力电场模块，最终下落至印刷基板上或进入到墨水回收装置中；

其中，测速模块用于检测带电墨滴在竖直方向的初速度V₀，并通过数据转换模块将初速度V₀发送给上位机；

阻力电场模块用于产生电场，以对带电墨滴施加与初始速度V反向的电场变力，进而使初始速度V减小直至消除；上位机通过三维运动平台模组控制阻力电场模块在上下方向上移动，从而调节电场有效长度；

墨水回收装置用于回收经过测速模块和阻力电场模块后水平速度不为零的带电墨滴。

更进一步的，上位机通过三维运动平台模组控制墨水回收装置在上下方向上移动，墨水回收装置始终位于阻力电场模块的正下方，且其上表面与阻力电场模块的下表面齐平；

墨水回收装置的宽度小于阻力电场模块的电场宽度，从而在墨水回收装置和阻力电场模块相接处预留出位于墨水回收装置外侧的用于筛选墨滴的透缝，经过测速模块和阻力电场模块后水平速度为零的带电墨滴通过透缝下落至印刷基板。

更进一步的，赋电模块包括绝缘外壳和收容在绝缘外壳内的导电电极，绝缘外壳固定在压电喷头上，绝缘外壳与压电喷头和外部的储墨装置相连通；

测速模块包括外围隔板和按照上下顺序安装在外围隔板上的两个光电开关，外围隔板搭载在三维运动平台模组上，并由三维运动平台模组带动其移动；

阻力电场模块采用一对电容极板。

本发明的第二目的通过下述技术方案实现：一种印刷高质量OLED显示膜层的压电控制方法，所述方法应用于本发明第一目的所述的印刷高质量OLED显示膜层的压电控制系统，包括如下步骤：

S1、上位机向运动控制系统、压电驱动系统、水平静墨系统和墨滴监测系统下发印刷指令；

S2、运动控制系统开始带动压电驱动系统的压电喷头、水平静墨系统和墨滴监测系统在印刷基板上方，以相对于印刷基板的水平速度V移动；

在压电喷头移动的同时，压电驱动系统控制压电喷头喷射带电墨滴，喷射出来的带电墨滴相对于印刷基板具有水平方向上的初始速度V和竖直方向上的下落速度；

S3、喷射出来的带电墨滴下落进入到水平静墨系统中，水平静墨系统消除墨滴的初始速度V，离开水平静墨系统后的带电墨滴因水平速度为零而竖直下落，最终撞击至基板上并向四周均匀铺展开；

S4、墨滴监测系统实时采集印刷基板上墨滴铺展的图像，并将图像发送至上位机；

S5、上位机根据图像统计墨滴撞击基板溅射产生的杂散点数量，并调整运动控制系统的移动，以使杂散点数量保持在设定的数量阈值范围内。

优选的，在步骤S2中，墨水先在赋电模块中赋电，再进入压电喷头，压电驱动系统控制压电喷头喷射出带上电荷量q的带电墨滴；

在步骤S3中，水平静墨系统消除墨滴的初始速度V的过程如下：

S31、带电墨滴先下落至测速模块，测速模块检测带电墨滴在竖直方向的初速度V₀，并通过数据转换模块将初速度V₀发送给上位机；

S32、墨滴穿过测速模块后下落至阻力电场模块，上位机通过数据转换模块实时调控阻力电场模块产生相应电场强度的电场，以对带电墨滴施加与初始速度V反向的电场变力，进而使初始速度V减小直至消除；

S33、经过阻力电场模块的墨滴，若其水平速度不为零，则落入墨水回收装置中，若水平速度为零，则竖直下落至印刷基板。

优选的，在步骤S32中，上位机根据场强公式实时调控阻力电场模块所产生电场的电场强度，使得墨滴的水平方向速度逐渐趋于零，并最终从阻力电场模块与墨水回收装置相接处的透缝穿出阻力电场模块，竖直下落至印刷基板；

场强公式为：

其中，m为墨滴质量，d为电场极板间距，q为墨滴所带电荷量，V为喷头或墨滴的水平方向运动速度；

上位机通过三维运动平台模组控制阻力电场模块在上下方向上移动，从而调节电场有效长度；

有效径向长度L受V和V₀的大小影响，其计算公式为：

其中，V₀为墨滴竖直方向速度，d为电场极板间距，V为喷头或墨滴的水平方向运动速度，g为重力加速度。

优选的，步骤S5的过程具体如下：

S51、上位机对采集的图像进行灰度转换、二值化和像素标记，统计出墨滴溅射产生的杂散点数量；

S52、上位机对杂散点数量进行分析，若杂散点数量大于数量阈值T，则通过运动控制系统调控压电喷头、水平静墨系统和墨滴监测系统下移，降低墨滴下落高度，减小墨滴对基板的冲击力，直至杂散点数量小于数量阈值为止。

更进一步的，图像的灰度转换具体是：将采集的RGB图像转换为HSL图像，然后提取亮度平面，进而转换为灰度图像；

图像二值化具体是：根据预先设定的一个灰度阈值，将构成灰度图像的像素群分成两部分，小于阈值的像素点呈现黑色，大于阈值的像素点呈现白色，从而得到黑白图像；

像素标记具体是：将黑白图像中的黑色像素点提取出来，以分布在最大墨点四周的黑色像素群和单独的黑色像素点作为杂散点，对提取出来的黑色像素群和单独黑色像素点进行序号标定，以最大序号作为杂散点数目的最终统计结果。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明能够始终维持下落墨滴与印刷基板在水平方向的无相对速度接触，使墨滴沿着基板二维平面均匀铺展开，避免墨滴相对斜入射基板产生的铺展不均匀问题；同时，还可利用相关子系统大大减少碰撞产生的墨滴杂散点数量，大大提高了印刷制备OLED器件的成膜质量，可有效提升目前印刷OLED的工艺稳定性，进一步推进印刷OLED技术替代蒸镀技术的进度。

(2)本发明压电控制系统包括上位机、压电驱动系统、运动控制系统、水平静墨系统和墨滴监测系统，各子系统均受上位机统一控制，并实时反馈数据至上位机，整个打印过程高度自动化，无需人为干预。

(3)本发明采用赋电模块、测速模块、阻力电场模块、数据转换模块和墨水回收装置的组合，实现了对墨滴的精准赋电，在测速模块实现对压电喷头射出的带电墨滴的竖直方向速度测量后，利用电场强度与速度的关系公式，迅速自动调控阻力电场模块的场强大小，使下落墨滴总是能够从墨滴透缝穿过并竖直撞击至基板上，避免了喷墨印刷OLED过程中，由于下落墨滴与基板之间存在一个相对的水平方向速度，最终导致墨滴相对斜入射撞击至基板上，从而使得水平速度方向成为墨滴重点铺展方向，造成成膜不均匀这一问题。同时，墨水回收装置的存在，可有效避免喷墨不稳定造成的墨滴污染问题，使得印刷OLED器件工艺稳定性大大提升。

(4)本发明墨滴监测系统采用高辨率相机、LED补光灯和光源控制器的组合，可在墨滴接触基板后迅速获取基板上墨滴铺展图像，上位机对其加以分析，实现图像的灰度转换、二值化和粒子标记，准确得出墨滴溅射产生的杂散点数量，再自动调控喷射高低，减少高度对杂散点形成的影响，使杂散点数量始终维持在阈值范围内，实现高效调控成膜的质量。

附图说明

图1为本发明实施例1印刷高质量OLED显示膜层的压电控制系统的结构框图。

图2为图1系统的软硬件配置连接图。

图3为本发明实施例1印刷高质量OLED显示膜层的压电控制方法的流程图。

图4为图1系统中的水平静墨系统的工作模拟图。

图5为优化前及优化后的墨滴下落示意图。

图6为墨滴竖直方向撞击基板瞬时的示意图。

图7为墨滴竖直方向撞击基板后的铺展分布图。

图8为墨滴相对斜入射撞击基板瞬时的示意图。

图9为墨滴相对斜入射撞击基板后的铺展分布图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例提出了一种印刷高质量OLED显示膜层的压电控制系统，如图1所示，包括上位机、压电驱动系统、运动控制系统、水平静墨系统和墨滴监测系统，压电驱动系统、运动控制系统、水平静墨系统和墨滴监测系统分别连接上位机，受上位机调控。

如图2所示，运动控制系统包括三维运动平台模组和运动驱动模块，上位机通过运动驱动模块连接并控制三维运动平台模组，从而控制三维运动平台模组的移动。

压电驱动系统包括赋电模块、数据转换模块、压电驱动模块和压电喷头，压电喷头搭载在三维运动平台模组上，并由三维运动平台模组带动其移动，赋电模块安装在压电喷头上方并随着压电喷头的移动而移动。

水平静墨系统和墨滴监测系统分别安装在运动控制系统上，并随着运动控制系统的移动而移动，并且，压电喷头、水平静墨系统和墨滴监测系统在运动控制系统移动时，三者保持相对静止。

上位机通过数据转换模块连接并控制赋电模块，赋电模块可用于对墨水赋电，数据转换模块可实现赋电模块与上位机之间传输的信息进行转换。

赋电模块包括绝缘外壳和收容在绝缘外壳内的导电电极，绝缘外壳与储墨装置相连通，储墨装置存储有打印墨水，可向赋电模块供墨，墨水流入绝缘外壳内可与导电电极相接触，导电电极在接电情况下即可使绝缘外壳内的墨水带上电荷。

绝缘外壳固定在压电喷头上方，并与压电喷头相连通，经过赋电模块赋电后的墨水可流入到压电喷头内，上位机通过压电驱动模块连接压电喷头，并驱动压电喷头喷射出带上电荷量q的带电墨滴。这里，由于压电喷头的喷嘴尺寸固定，喷射出来的墨滴体积基本是一致的，对应的，墨滴所带电荷量也基本一致，都为q。

压电驱动模块可采用任意波形发生卡和电压放大器，任意波形发生卡在上位机的控制下产生驱动信号，经电压放大器放大后传输至压电压电喷头，从而驱动压电压电喷头喷墨，任意波形发生卡可通过PCI/PCIe总线传输协议与上位机通信。

压电驱动系统在打印时，由运动控制系统带动压电喷头在印刷基板上方以相对于印刷基板的水平速度V移动，同时由上位机控制压电喷头喷射带电墨滴，喷射出来的带电墨滴相对于印刷基板具有水平方向上的初始速度V和未知的竖直方向上的下落速度。

水平静墨系统位于压电喷头和印刷基板之间，压电喷头喷射出的带电墨滴进入水平静墨系统中并由水平静墨系统消除初始速度V，离开水平静墨系统的墨滴因水平速度为零而竖直下落，最终撞击至基板上并向四周均匀铺展开。

这里，水平静墨系统进一步包括测速模块、阻力电场模块和墨水回收装置，测速模块和阻力电场模块分别通过数据转换模块连接至上位机，利用数据转换模块实现与上位机之间的信息交换。

测速模块、阻力电场模块和墨水回收装置分别搭载在三维运动平台模组上，并由三维运动平台模组带动其移动。赋电模块、压电喷头、测速模块、阻力电场模块和墨水回收装置按照从上至下顺序依次位于印刷基板上方，且均位于同一竖直线上，使得压电喷头喷射的带电墨滴可以依次穿过测速模块、阻力电场模块，最终下落至印刷基板上或进入到墨水回收装置中。

具体来说，测速模块用于检测带电墨滴在竖直方向初速度V₀，并通过数据转换模块将初速度V₀发送给上位机。在本实施例中，测速模块包括外围隔板和两个光电开关，外围隔板搭载在三维运动平台模组上，并由三维运动平台模组带动其移动；两个光电开关按照上下顺序安装在外围隔板上，并且位于同一竖直线。墨滴从外围隔板穿过时，会依次穿过两个光电开关，此时可以计算墨滴速度V0＝＝h/t，其中，h为两个光电开关的间距，t为墨滴经过两个光电开关的时间间隔。

阻力电场模块用于产生电场，以对带电墨滴施加与初始速度V反向的电场变力(如图4所示)，进而使初始速度V减小直至消除，避免出现墨滴由于水平速度的存在或基板运动速度的存在引起的相对斜入射撞击(如图5所示)，最终导致水平速度方向成为墨滴重点铺展方向，造成成膜不均匀的情况。在本实施例中，阻力电场模块可采用一对电容极板，在接电情况下可构成电容产生电场。

墨水回收装置用于回收经过测速模块和阻力电场模块后水平速度不为零的带电墨滴，避免这些墨滴污染基板。在本实施例中，墨水回收装置可采用绝缘材质的回收盒。

如图4所示，墨水回收装置的宽度小于阻力电场模块的电场宽度，从而在墨水回收装置和阻力电场模块相接处预留出位于墨水回收装置外侧的用于筛选墨滴的透缝，经过测速模块和阻力电场模块后水平速度为零的带电墨滴恰好能通过透缝下落至印刷基板并向下落点四周均匀铺展开。

可见，水平静墨系统可以避免发生墨滴由于水平速度的存在或基板运动速度的存在引起的相对斜入射撞击，最终导致水平速度方向成为墨滴重点铺展方向，造成成膜不均匀的情况(参见图8和图9)。

上位机可以通过三维运动平台模组控制阻力电场模块在上下方向上移动，从而实现调节电场有效长度。如图2和图4所示，测速模块可以位于阻力电场模块中，三维运动平台模组可通过电场高度调节机构来牵动阻力电场模块上下移动，阻力电场模块向上移动则可减小电场有效长度，向下移动则可延长电场有效长度。

同时，上位机可以通过三维运动平台模组控制墨水回收装置在上下方向上移动，使墨水回收装置始终位于阻力电场模块的正下方，且其上表面与阻力电场模块的下表面齐平。

墨滴监测系统实时采集印刷基板上墨滴的图像，并将图像发送至上位机。这里，墨滴监测系统包括LED补光灯、光源控制器和高辨率相机，LED补光灯和相机分别搭载在三维运动平台模组上，由三维运动平台模组带动其移动。

上位机通过光源控制器连接并控制LED补光灯，上位机连接相机并获取相机所采集的印刷基板上墨滴铺展的图像，根据图像统计墨滴撞击基板溅射产生的杂散点数量，并调整运动控制系统的移动来调节阻力电场模块的有效径向长度，以使杂散点数量保持在设定的数量阈值范围内。上位机可安装有与墨滴监测系统配套使用的图像处理软件系统，可用于对图像做灰度转换、二值化、像素点提取和序号标定等操作。

另外，本实施例还提出了一种印刷高质量OLED显示膜层的压电控制方法，该方法可应用于上述压电控制系统，实现高质量的OLED显示膜层的印刷。如图3所示，包括如下步骤：

S1、先将运动控制系统、压电驱动系统、水平静墨系统和墨滴监测系统正确连接至上位机，将赋电模块连接至外部的储墨装置；

整个控制系统上电启动后，上位机向运动控制系统、压电驱动系统、水平静墨系统和墨滴监测系统下发印刷指令。

S2、赋电模块接收印刷指令，对进入绝缘外壳内的来自外部储墨装置的墨水赋电，带电墨水再流入压电喷头。

运动控制系统也接收印刷指令，带动压电驱动系统的压电喷头、水平静墨系统和墨滴监测系统在印刷基板上方，以相对于印刷基板的水平速度V移动；

在压电喷头移动的同时，压电驱动系统控制压电喷头喷射带上电荷量q的带电墨滴，此时带电墨滴相对于印刷基板具有水平方向上的初始速度V和未知的下落速度。

水平速度V、打印顺序均可在上位机预先设置，本实施例可以是按照行顺序依次打印，先打印一行阵列，之后再反向打印下一行阵列，以此类推。当然，在其他实施例也可以是按列顺序依次打印。

S3、喷射出来的带电墨滴下落进入到水平静墨系统中，水平静墨系统消除墨滴的初始速度V，离开水平静墨系统后的带电墨滴因水平速度为零而竖直下落，如图6和图7所示，墨滴最终撞击至基板上并向四周均匀铺展开。

消除过程具体如下：

S31、带电墨滴首先下落至测速模块，测速模块检测带电墨滴在竖直方向初速度V₀，并通过数据转换模块将初速度V₀发送给上位机。

S32、带电墨滴穿过测速模块后，下落至阻力电场模块，上位机通过数据转换模块实时调控阻力电场模块产生相应电场强度的电场，以对带电墨滴施加与初始速度V反向的电场变力，进而使墨滴的水平方向速度V减小并逐渐趋于零，并最终从阻力电场模块与墨水回收装置相接处的透缝穿出。

其中，电场场强大小随水平方向速度V的变化而变化，并呈现出一定的对应关系。

上位机可根据如下场强公式来实时调控电场强度：

其中，m为墨滴质量，d为电场极板间距，q为墨滴所带电荷量，V为喷头或墨滴的水平方向运动速度；

此外，上位机还可以通过三维运动平台模组控制阻力电场模块在上下方向上移动，从而调节电场有效长度。

有效径向长度L受V和V₀的大小影响，其计算公式为：

其中，V₀为墨滴竖直方向速度，d为电场极板间距，V为喷头或墨滴的水平方向运动速度，g为重力加速度。

S33、经过阻力电场模块后的墨滴，若其水平速度不为零，则倾斜落入墨水回收装置中进行回收，避免污染印刷基板和后续再利用；若水平速度为零，则竖直下落至印刷基板并向下落点四周均匀铺展开。

S4、墨滴监测系统实时采集印刷基板上墨滴铺展的图像，并将图像发送至上位机。

S5、上位机根据图像统计墨滴撞击基板溅射产生的杂散点数量，并调整运动控制系统的移动，以使杂散点数量保持在设定的数量阈值范围内，过程如下：

S51、上位机对采集的图像进行如下处理：

(1)灰度转换：将相机采集的U32类型RGB图像转换为U32类型HSL图像，然后提取亮度平面，亮度平面与灰度图像是完全对应的，它是能够提供灰度图像准确表达的唯一颜色平面，因此可以转换为灰度图像；

(2)图像二值化：根据预先设定的一个灰度阈值，将构成上述灰度图像的像素群分成两部分，小于阈值的像素点呈现黑色(对应墨滴)，大于阈值的像素点呈现白色(对应没有墨滴的空白处)，从而得到黑白图像，如此可以简化图像所包含的视觉信息，方便后期像素标记；

(3)像素标记：将黑白图像中的黑色像素点提取出来，以分布在最大墨点四周的黑色像素群和单独的黑色像素点作为杂散点，对提取出来的黑色像素群和单独黑色像素点进行序号标定，以最大序号作为杂散点数目的最终统计结果。

S52、上位机对统计的杂散点数量进行分析，若杂散点数量大于数量阈值T，则通过运动控制系统调控压电喷头、水平静墨系统和墨滴监测系统下移，降低墨滴下落高度，减小墨滴对基板的冲击力，直至杂散点数量小于阈值为止，以进一步提升成膜质量。数量阈值T可在上位机上预先设置。

待一行阵列印刷完成，此时喷头在运动控制系统的带动下，反向印刷下一行阵列。由于当前次打印的水平初始速度方向与上一次打印的水平初始速度方向相反，因此需要将阻力电场模块正负极对调，使产生的电场变力与上一次打印电场变力方向相反，经过阻力电场模块的墨滴在与上一次打印相对的位置穿过透缝，竖直下落，如图4，上一次打印(图4左边小图)墨滴是在阻力电场模块中的左侧位置下落，则当前次打印(图4右边小图)墨滴是在阻力电场模块中的右侧位置下落。

上述步骤S2至步骤S5循环执行，可以消除墨滴斜入射造成的成膜不均匀，大大提高印刷制备OLED器件的成膜质量，基板上最终的墨滴成膜质量明显提高，杂散点数量明显减少，有效提升了目前印刷OLED的工艺稳定性，进一步推进了印刷OLED技术替代蒸镀技术的进度。

以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种印刷高质量OLED显示膜层的压电控制系统，其特征在于，包括上位机、压电驱动系统、运动控制系统、水平静墨系统和墨滴监测系统；

压电驱动系统、运动控制系统、水平静墨系统和墨滴监测系统分别连接上位机，运动控制系统由上位机控制其移动；

压电驱动系统的压电喷头、水平静墨系统和墨滴监测系统分别安装在运动控制系统上并随着运动控制系统移动，压电喷头、水平静墨系统和墨滴监测系统在运动控制系统移动时，三者保持相对静止；

压电驱动系统在打印时，由运动控制系统带动压电喷头在印刷基板上方以相对于印刷基板的水平速度V移动，同时由上位机控制压电喷头喷射带电墨滴，喷射出来的带电墨滴相对于印刷基板具有水平方向上的初始速度V和竖直方向上的下落速度；

运动控制系统包括三维运动平台模组和运动驱动模块，上位机通过运动驱动模块连接并控制三维运动平台模组；

压电驱动系统包括赋电模块、数据转换模块、压电驱动模块和压电喷头，压电喷头搭载在三维运动平台模组上，并由三维运动平台模组带动其移动，赋电模块安装在压电喷头上方并随着压电喷头移动；

上位机通过数据转换模块连接并控制赋电模块，赋电模块用于对墨水赋电；赋电模块与压电喷头相连通，经过赋电模块赋电后的墨水进入到压电喷头内，上位机通过压电驱动模块连接压电喷头，并驱动压电喷头喷射出带上电荷量q的带电墨滴；

水平静墨系统位于压电喷头和印刷基板之间，压电喷头喷射出的带电墨滴进入水平静墨系统中并由水平静墨系统消除初始速度V，离开水平静墨系统的墨滴因水平速度为零而竖直下落，最终撞击至基板上并向四周均匀铺展开；

水平静墨系统包括测速模块、阻力电场模块和墨水回收装置，测速模块和阻力电场模块分别通过数据转换模块连接至上位机；

测速模块、阻力电场模块和墨水回收装置分别搭载在三维运动平台模组上，并由三维运动平台模组带动其移动；赋电模块、压电喷头、测速模块、阻力电场模块和墨水回收装置按照从上至下顺序依次位于印刷基板上方，压电喷头喷射的带电墨滴依次穿过测速模块、阻力电场模块，最终下落至印刷基板上或进入到墨水回收装置中；

其中，测速模块用于检测带电墨滴在竖直方向的初速度V₀，并通过数据转换模块将初速度V₀发送给上位机；

阻力电场模块用于产生电场，以对带电墨滴施加与初始速度V反向的电场变力，进而使初始速度V减小直至消除；上位机通过三维运动平台模组控制阻力电场模块在上下方向上移动，从而调节电场有效长度；

墨水回收装置用于回收经过测速模块和阻力电场模块后水平速度不为零的带电墨滴；

墨滴监测系统实时采集印刷基板上墨滴铺展的图像，并将图像发送至上位机；

墨滴监测系统包括LED补光灯、光源控制器和相机，LED补光灯和相机分别搭载在三维运动平台模组上，由三维运动平台模组带动其移动；上位机通过光源控制器连接并控制LED补光灯，上位机连接相机并获取相机所采集的印刷基板上墨滴铺展的图像；

上位机根据图像统计墨滴撞击基板溅射产生的杂散点数量，并调整运动控制系统的移动，以使杂散点数量保持在设定的数量阈值范围内。

2.根据权利要求1所述的压电控制系统，其特征在于，上位机通过三维运动平台模组控制墨水回收装置在上下方向上移动，墨水回收装置始终位于阻力电场模块的正下方，且其上表面与阻力电场模块的下表面齐平；

墨水回收装置的宽度小于阻力电场模块的电场宽度，从而在墨水回收装置和阻力电场模块相接处预留出位于墨水回收装置外侧的用于筛选墨滴的透缝，经过测速模块和阻力电场模块后水平速度为零的带电墨滴通过透缝下落至印刷基板。

3.根据权利要求1所述的压电控制系统，其特征在于，赋电模块包括绝缘外壳和收容在绝缘外壳内的导电电极，绝缘外壳固定在压电喷头上，绝缘外壳与压电喷头和外部的储墨装置相连通；

测速模块包括外围隔板和按照上下顺序安装在外围隔板上的两个光电开关，外围隔板搭载在三维运动平台模组上，并由三维运动平台模组带动其移动；

阻力电场模块采用一对电容极板。

4.一种印刷高质量OLED显示膜层的压电控制方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1～3中任一项所述的印刷高质量OLED显示膜层的压电控制系统，包括如下步骤：

S1、上位机向运动控制系统、压电驱动系统、水平静墨系统和墨滴监测系统下发印刷指令；

S2、运动控制系统开始带动压电驱动系统的压电喷头、水平静墨系统和墨滴监测系统在印刷基板上方，以相对于印刷基板的水平速度V移动；

在压电喷头移动的同时，压电驱动系统控制压电喷头喷射带电墨滴，喷射出来的带电墨滴相对于印刷基板具有水平方向上的初始速度V和竖直方向上的下落速度；

S3、喷射出来的带电墨滴下落进入到水平静墨系统中，水平静墨系统消除墨滴的初始速度V，离开水平静墨系统后的带电墨滴因水平速度为零而竖直下落，最终撞击至基板上并向四周均匀铺展开；

S4、墨滴监测系统实时采集印刷基板上墨滴铺展的图像，并将图像发送至上位机；

S5、上位机根据图像统计墨滴撞击基板溅射产生的杂散点数量，并调整运动控制系统的移动，以使杂散点数量保持在设定的数量阈值范围内。

5.根据权利要求4所述的压电控制方法，其特征在于，在步骤S2中，墨水先在赋电模块中赋电，再进入压电喷头，压电驱动系统控制压电喷头喷射出带上电荷量q的带电墨滴；

在步骤S3中，水平静墨系统消除墨滴的初始速度V的过程如下：

S31、带电墨滴先下落至测速模块，测速模块检测带电墨滴在竖直方向的初速度V₀，并通过数据转换模块将初速度V₀发送给上位机；

S32、墨滴穿过测速模块后下落至阻力电场模块，上位机通过数据转换模块实时调控阻力电场模块产生相应电场强度的电场，以对带电墨滴施加与初始速度V反向的电场变力，进而使初始速度V减小直至消除；

S33、经过阻力电场模块的墨滴，若其水平速度不为零，则落入墨水回收装置中，若水平速度为零，则竖直下落至印刷基板。

6.根据权利要求4所述的压电控制方法，其特征在于，在步骤S32中，上位机根据场强公式实时调控阻力电场模块所产生电场的电场强度，使得墨滴的水平方向速度逐渐趋于零，并最终从阻力电场模块与墨水回收装置相接处的透缝穿出阻力电场模块，竖直下落至印刷基板；

场强公式为：

其中，m为墨滴质量，d为电场极板间距，q为墨滴所带电荷量，V为喷头或墨滴的水平方向运动速度；

上位机通过三维运动平台模组控制阻力电场模块在上下方向上移动，从而调节电场有效长度；

有效径向长度L受V和V₀的大小影响，其计算公式为：

其中，V₀为墨滴竖直方向速度，d为电场极板间距，V为喷头或墨滴的水平方向运动速度，g为重力加速度。

7.根据权利要求4所述的压电控制方法，其特征在于，步骤S5的过程具体如下：

S51、上位机对采集的图像进行灰度转换、二值化和像素标记，统计出墨滴溅射产生的杂散点数量；

S52、上位机对杂散点数量进行分析，若杂散点数量大于数量阈值T，则通过运动控制系统调控压电喷头、水平静墨系统和墨滴监测系统下移，降低墨滴下落高度，减小墨滴对基板的冲击力，直至杂散点数量小于数量阈值为止。

8.根据权利要求7所述的压电控制方法，其特征在于，图像的灰度转换具体是：将采集的RGB图像转换为HSL图像，然后提取亮度平面，进而转换为灰度图像；

图像二值化具体是：根据预先设定的一个灰度阈值，将构成灰度图像的像素群分成两部分，小于阈值的像素点呈现黑色，大于阈值的像素点呈现白色，从而得到黑白图像；

像素标记具体是：将黑白图像中的黑色像素点提取出来，以分布在最大墨点四周的黑色像素群和单独的黑色像素点作为杂散点，对提取出来的黑色像素群和单独黑色像素点进行序号标定，以最大序号作为杂散点数目的最终统计结果。

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