CN113602018A - 一种柔性电子喷印制膜漏打印缺陷在线补偿方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种柔性电子喷印制膜漏打印缺陷在线补偿方法及系统，属于喷墨打印柔性电子功能层薄膜技术领域。该方法具体为：对柔性电子功能层进行图案化喷墨打印得到液膜；离散采集液膜表面多个点的厚度；将多个液膜离散点厚度的均值作为液膜特征厚度；依据液膜特征厚度设定漏打印判定厚度阈值，若液膜表面存在某点的厚度低于漏打印判定厚度阈值，则表明该点为漏打印点，则对漏打印点补充打印；对液膜实施固化操作得到固化膜。系统包括喷印模块、液膜检测模块、处理器以及固化模块。本发明在液膜喷印过程中在线补偿漏打印缺陷，得到均匀一致性良好的膜层，提高制膜效率。

Description

一种柔性电子喷印制膜漏打印缺陷在线补偿方法及系统
技术领域
本发明属于喷墨打印柔性电子功能层薄膜技术领域，更具体地，涉及一种柔性电子喷印制膜漏打印缺陷在线补偿方法及系统。
背景技术
柔性电子技术以其独特的柔性和延展性，同时结合高效、大面积、低成本的制造工艺，几乎在各个领域包括信息、能源、医疗、国防等都具有广阔应用前景，被应用于大面积的压力传感器，射频识别标签RFID，柔性太阳能电池，以及柔性OLED等等。OLED基本结构是由阳极、空穴注入层、空穴传输层、有机发光层、电子传输层、电子注入层和阴极组成。有机发光层被电极夹在中间，OLED发光层的多数有机物质对于大气中的污染物、O2以及水汽都十分敏感，薄膜封装可以实现对柔性基板的OLED进行封装，可以实现柔性OLED的可曲折性、可卷绕性，为柔性显示技术带来突破性的进展。应用于薄膜封装工艺的薄膜可以分为无机薄膜，有机薄膜，无机/有机复合薄膜。有机/无机复合薄膜封装因为其优异的性能而被认为是最具前景的封装技术.
复合薄膜的有机膜层的加工工艺包括蒸镀，真空化学气相沉积，热化学气相沉积聚合成膜(TCVDPF)技术，喷墨打印技术等。蒸镀，真空化学气相沉积都需要真空环境，生产成本较高，而且装备较为复杂，而且很难对有机膜层进行精确的控制，喷墨打印技术相较于其他技术具有成本低，减少材料浪费，加工速度快的特点，环境仅需要氮气环境。对于柔性电子功能层喷印制备，需要多种系统设备之间切换，系统之间的配合严重影响生产过程的效率和柔性电子功能层的质量稳定性。液膜的制备是喷墨打印制备薄膜最重要的一环，制备液膜过程中液滴的漏打印将会导致成膜不均匀，液膜较薄时还会导致图案不完整，对功能层的功能造成影响。现有的薄膜制备系统都是采取离线检测的手段，即在液膜固化完成后对薄膜进行检测，如果发现不合格的产品进行丢弃处理，存在材料浪费、良品率低等问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种柔性电子喷印制膜漏打印缺陷在线补偿方法及系统，在液膜喷印过程中在线补偿漏打印缺陷，得到均匀一致性良好的膜层，提高制膜效率。
一种柔性电子喷印制膜漏打印缺陷在线补偿方法，包括以下步骤：
(1)对柔性电子功能层进行图案化喷墨打印得到液膜；
(2)离散采集液膜表面多个点的厚度；
(3)将多个液膜离散点厚度的均值作为液膜特征厚度；
(4)依据液膜特征厚度设定漏打印判定厚度阈值，若液膜表面存在某点的厚度低于漏打印判定厚度阈值，则表明该点为漏打印点，则对漏打印点补充打印；
(5)对液膜实施固化操作得到固化膜。
进一步地，在液膜表面采用逐行逐列间隔取点。
进一步地，从多个液膜离散点厚度中去除部分高值和部分低值，留取中间值计算均值作为液膜特征厚度。
进一步地，将液膜特征厚度的一半作为漏打印判定厚度阈值。
进一步地，还确定膜厚是否在达标判定阈值范围内，若液膜特征厚度在所述膜厚达标判定阈值范围内，则判定液膜厚度达标，否则判定液膜厚度未达标，则对液膜整体补偿打印厚度
Figure BDA0003149959120000031
htarget为目标膜厚，
Figure BDA0003149959120000032
为液膜特征厚度。
一种柔性电子喷印制膜漏打印缺陷在线补偿系统，包括：
喷印模块，用于按照规划的路径对柔性电子功能层进行图案化喷墨打印得到液膜；
液膜检测模块，用于离散采集液膜表面多个点的厚度；
处理器，用于将多个液膜离散点厚度的均值作为液膜特征厚度，依据液膜特征厚度设定漏打印判定厚度阈值，若液膜表面存在某点的厚度低于漏打印判定厚度阈值，则表明该点为漏打印点，则将漏打印点位置反馈给喷印模块以对漏打印点补充打印；
固化模块，用于对液膜实施固化操作得到固化膜。
进一步地，所述液膜检测模块包括厚度检测单元和检测运动单元；检测运动单元用于逐行逐列运动，将厚度检测单元送至液膜离散点，厚度检测单元用于检测离散点的厚度。
进一步地，所述处理器还用于确定膜厚达标判定阈值范围，若液膜特征厚度在所述膜厚达标判定阈值范围内，则判定液膜厚度达标，否则判定液膜厚度未达标，则将液膜整体补偿打印厚度
Figure BDA0003149959120000033
Figure BDA0003149959120000041
反馈给喷印模块，htarget为目标膜厚，
Figure BDA0003149959120000042
为液膜特征厚度。
进一步地，所述喷印模块包括喷头单元，喷头单元包含喷头、喷头运动模组、喷头控制模组；喷头控制模组用于控制喷头的喷射和喷头运动模组的运动；喷头运动模组用于进行X、Y、Z三个方向的直线运动，以调整喷头与基板的相对位置；喷头用于对置于基板上的柔性电子功能层进行图案化喷墨打印。
总体而言，本发明的技术方案与现有技术相比主要具备以下的技术优点：
1、本发明提出种柔性电子喷印制膜漏打印缺陷在线补偿方法及系统，在液膜打印过程中检测漏打印缺陷，并在线补打印，实现对漏打印缺陷的在线补偿。
2、本发明还对液膜整体厚度一致性进行闭环控制，可以实现对膜厚的精确控制，有效减少膜层缺陷的产生，有效提高产品的良品率。
3、本发明与现有工艺流程相比可在保证器件质量的同时也减少了不同工艺间切换导致的时间浪费，因而能够显著地提高了制造质量和制造效率。
附图说明
图1是本发明柔性电子喷印制膜漏打印缺陷在线补偿方法流程图；
图2是本发明柔性电子喷印制膜漏打印缺陷在线补偿系统较佳实施例结构示意图；
图3是按照本发明系统较佳实施例所构建的喷印模块的控制原理图；
图4是膜厚信息二维点阵的示意图；
图5是按照本发明系统较佳实施所构建的一种柔性电子功能层喷印制备的工艺流程图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
100-基板输入模块；
200-基板转移模块、201-环绕机械手的可放置基板的环形轨道、202-搬运机械手；
300-喷印模块、301-基板承载台单元、302-上视检测单元、303-喷头单元、304-下视检测单元；
400-液膜检测模块；
500-静置模块；
600-固化模块；
700-固化膜检测模块、701-固化膜检测单元、702-基板承载平台单元；
800-基板输出模块。
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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1为本发明方法流程图，具体流程为：(1)对柔性电子功能层进行图案化喷墨打印得到液膜；(2)离散采集液膜表面多个点的厚度；(3)将多个液膜离散点厚度的均值作为液膜特征厚度；(4)依据液膜特征厚度设定漏打印判定厚度阈值，若液膜表面存在某点的厚度低于漏打印判定厚度阈值，则表明该点为漏打印点，则对漏打印点补充打印；(5)对液膜实施固化操作得到固化膜。
图2是实现上述方法的系统较佳实施例结构示意图。包括基板输入模块100、基板转移模块200、喷印模块300、液膜检测模块400、静置模块500、固化模块600、基板输出模块800、处理器。基板转移模块200位于系统中央区域，基板输入模块100、喷印模块300、静置模块500、固化模块600、基板输出模块800分布在基板转移模块周围，基板转移模块200通过机械手在上述模块之间转移基板。
喷印模块300可以实现柔性电子功能层的墨水的精确沉积；液膜检测模块400对液膜的厚度进行检测；处理器根据厚度判定漏打印点，将漏打印点位置反馈给喷印模块300以对漏打印点补充打印。在线补偿完成后基板转移模块将基板转移至固化模块600进行固化。最后基板输出模块800将固化后的基板输出。
作为优化，还可增设静置模块500和固化膜检测模块700，在固化前静置模块500进行静置操作，使液膜充分流平；固化膜检测模块700检测固化膜的厚度信息计算得到固化膜的膜厚一致性和平坦度，确定固化膜是否合格。
下面对各模块详细说明：
对于基板输入模块100而言，它安置于整个喷印制造系统的前端，负责将基板输送进入柔性电子功能层喷印制备系统。更具体的基板输入模块需要与手套箱配合，实现内外气体的过渡和基板的输入。
基板转移模块200位于系统的中心位置，负责整个制造系统的模块之间的连接，主要由搬运机械手202和环绕机械手的可放置基板的环形轨道201组成，通过搬运机械手202在所述的基板输入模块100、喷印模块300、静置模块500、固化模块600、固化膜检测模块700、基板输出模块800之间转移基板，不同基板搬运机械手可适应不同环境条件的搬运要求。
对于喷印模块300而言，其核心是喷头单元303，除此之外在本较佳实施例中还包括基板承载台单元301、上视检测单元302和下视检测单元304。其中，基板承载台单元301包含基板承载台和基板承载台运动模组，具有旋转自由度和X向自由度，旋转自由度用于调整基板的角度，X向自由度用于配合喷头单元进行喷墨打印；其中喷头单元303包含喷头、喷头运动模组、喷头控制模组，喷头控制模组控制喷头的喷射和喷头运动模组的运动，喷头运动模组可以进行X、Y、Z三个方向的直线运动，用于调整喷头与基板的相对位置，通过喷头运动模组和基板承载台单元配合实现喷头按照规划的路径进行打印；下视检测单元304与喷头固定在一起用于检测基板位置和偏转角度，上视检测单元302与基板承载台固定在一起，用于观测喷头表面的清洁度和堵塞情况。整个模块主要用于柔性电子功能层的喷印制造，通过闭环控制实现液膜的高质量打印。
更具体地，控制框图参考图3，首先，下视检测单元304对基板位置和旋转角度进行确定，对基板的三个边角处的定位标记分别进行检测，经过图像处理计算得到三个十字定位标记的中心位置分别为(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)，设其中第一、三个定位标记处于基板对角线上，则求取基板中心点的位置为(x,y)＝((x1+x2)/2,(y1+y2)/2)，偏转角度θs为：
Figure BDA0003149959120000081
根据基板的偏转角度，对基板进行旋转；根据基板位置调整喷头到起始位置。上位计算机跟据打印的图案，目标厚度，基板尺寸，基板位置等信息进行喷墨打印路径规划和喷头点火时序规划，得到Ppath和Ffire，其中Ppath为喷头运动路径，具体为喷头中心位置运动路径，沿Y轴方向，可根据液膜厚度沿单个路径进行重复运动打印，喷头有效喷印宽度为dinkjet，则路径之间的距离dpath＝95％dinkjet，即相邻路径之间喷头有效喷印宽度重合度应为5％，此重合度也可以根据材料流动性等工艺参数做适当调整；Ffire为喷头的点火时序矩阵，通过位置触发，当喷头运动到对应的规划喷印位置时，喷孔进行喷射。通过喷头单元303的喷头控制模组对喷头喷射和运动模组的控制配合基板承载台单元301的运动实现柔性电子功能层的图案化喷墨打印。
对于液膜检测模块400，该模块与喷印模块300在相同区域，主要由厚度检测单元和液膜检测运动单元组成。作为进一步优选的，厚度检测单元选取椭偏仪进行膜厚的检测，液膜检测运动单元可以进行X、Y、Z三个方向的直线运动。通过液膜检测运动单元调整基板和液膜检测单元到合适的对应位置，通过液膜检测运动单元带动进行扫描式的检测，扫描整个液膜表面。如果发现缺陷，需要补打印，则重新调用喷印模块进行补打印，之后进行二次检测。检测通过后通过基板转移模块200转移至静置模块500静置。
如图4所示，对于液膜厚度的检测采用逐行逐区域扫描的方式扫描整个液膜表面，并选取间隔2ddroplet(ddroplet为喷射液滴直径)为取样间隔，每个扫描行视野宽度为W，可以获得k(k＝W/2ddroplet)行数据，将每次扫描获得的k行数据按照位置关系拼接到一起，最终获得间距为2ddroplet的液膜厚度二维矩阵A，并通过液膜厚度一致性计算模型进行计算。液膜厚度二维矩阵A：
Figure BDA0003149959120000091
矩阵A中元素，aij(0≤i<m,0≤j<n)为对应坐标点的液膜厚度。
处理器判定漏打印点。通过获得的液膜厚度二维矩阵A，对于矩阵中的所有元素aij进行排序，选取中位数a，对厚度信息数据进行处理，即从多个液膜离散点厚度中去除部分高值和部分低值，留取中间值计算均值作为液膜特征厚度。本实施例中，将小于(1-30％)a和大于(1+30％)a的对应元素舍弃，取得剩余的元素统计剩余元素数目M，计算液膜厚的均值，并将液膜厚度均值为液膜特征厚度
Figure BDA0003149959120000092
Figure BDA0003149959120000093
式中的aij为矩阵中的元素且(1-30％)a<aij<(1+30％)a，M为剩余的元素个数。
依据液膜特征厚度设定漏打印判定厚度阈值，若液膜表面存在某点的厚度低于漏打印判定厚度阈值，则表明该点为漏打印点。本实施例中，将液膜特征厚度的一半作为漏打印判定厚度阈值，即对于液膜厚度矩阵A中的位于非液膜边缘过渡区域的元素，如果存在点
Figure BDA0003149959120000101
则认为出现了漏打印缺陷。
进一步地，还确定膜厚达标判定阈值范围，若液膜特征厚度在所述膜厚达标判定阈值范围内，则判定液膜厚度达标，否则判定液膜厚度未达标。本实施例中对于液膜特征膜厚
Figure BDA0003149959120000102
若
Figure BDA0003149959120000103
Figure BDA0003149959120000104
则认为打印的液膜达到了目标膜厚，否则需要补充打印厚度
Figure BDA0003149959120000105
将需要补充打印厚度hdis和所有的缺陷位置aij汇总得到补打印信息Pdefect。
还可进一步，根据得到的液膜特征厚度
Figure BDA0003149959120000106
和液膜厚度二维矩阵A计算液膜厚度一致性θy，作为液膜一致性判定依据：
Figure BDA0003149959120000107
式中的aij为矩阵中所有的元素。
对于静置模块500，这一区域主要用于存储喷印完成后的基板进行静置操作，通过静置让液膜充分流平，在静置完成后通过基板转移模块转移到固化模块。
对于固化模块600，该模块主要由固化设备构成，液膜固化模块可根据液膜选择UV固化和加热干燥固化对液膜进行固化，将基板转移模块从静置模块转移而来的基板送入固化设备内部，通过加热干燥或者UV照射实现液膜固化；
固化膜检测模块700主要由固化膜检测单元701和基板承载台单元702组成。其中基板承载台单元包含可实现X、Y向直线运动和绕Z轴旋转。作为进一步优选的，固化膜检测单元采用白光干涉测量，进一步的采用参考光路和测量光路共光路的Mirau型显微干涉物镜，在光程差为0的位置，相干光叠加光强有一个最大值——零级干涉条纹，用微位移驱动器沿着光轴方向移动显微干涉物镜进行扫描，记录下出被测面上每一点对应的零级干涉条纹光强达到最大时微位移驱动器的位置d，检测膜厚为0处的零级干涉条纹达到最大值时微位移驱动器位置信息为d0，检测位置sij位置处零级干涉条纹达到最大值时微位移驱动器位置信息为dij，基板所在平面高度为0，则sij对应的膜厚高度hij＝d0-dij。对于固化膜厚度的检测采用逐区域扫描的方式扫描整个固化膜表面，膜厚检测数据采集选取间距为2ddroplet(ddroplet为液滴直径)的二维点阵，最终扫描完成得到整个固化膜的高度信息二维矩阵H:
Figure BDA0003149959120000111
通过固化膜厚度一致性计算公式进行计算得到固化膜厚度一致性，通过固化膜平坦度一致性计算公式得到固化膜平坦度。检测固化膜无缺陷后通过基板转移模块将基板转移至基板输出模块将基板输出。
根据固化膜的高度信息二维矩阵H进行计算。固化膜边缘会呈现凸起的形貌，需要对边缘数据进行舍去，对于外层的t层数据(对应前t行/列和后t行/列)直接舍去，t可直接选择固定值t0(t0≥5)，也可选根据测量得到的边缘凸起处到液膜边缘处的距离l，计算得到t(t＝l/2ddroplet+1)，根据剩余数据计算液膜特征厚度h；
Figure BDA0003149959120000121
式中的hij为去除矩阵外围的t层数据后的内层数据。
通过固化膜特征厚度
Figure BDA0003149959120000122
和固化膜的高度信息二维矩阵H可以计算得到固化膜厚度一致性θg：
Figure BDA0003149959120000123
式中的hij为去除矩阵外围的t层数据后的内层数据。
固化膜平坦度定义为固化膜厚度偏移特征厚度的比例，固化膜平坦度σ；
Figure BDA0003149959120000124
式中hij为去除矩阵外围的t层数据后的内层数据。
对于基板输出模块800而言，它是整个制造系统的尾部，负责将打印完成的基板输出。更具体的基板输出模块需要与手套箱配合，实现内外气体的过渡，并且通过机械手将基板输出。
参见图5，基于所述的系统来执行，并且包含以下步骤：
(1)基板的输入
作为承印材料的基板，通过基板输入模块100输入系统，并通过基板转移模块200转移到喷印模块300。
(2)液膜的制备与检测
基板进入到所述喷印模块300后，首先通过所述下视检测单元304对基板位置进行检测并通过承载台单元进行相应的角度调整，接着通过所述上视检测单元302对所述喷头单元303的喷头表面洁净度进行检测。上述所有检测通过后，所述喷头单元303和基板承载台单元301根据喷头路径规划信息和喷孔点火时序信息进行配合，完成对基板指定位置墨水材料的喷墨打印，打印完成后，通过液膜检测模块400对基板执行扫描检测，同时利用采集到的厚度信息进行各类喷印缺陷的检测，检测到未达到目标厚度或者存在缺陷则重新进行补打印，补打印流程参考打印流程，打印完成后重新进行检测，若检测合格则进行膜厚一致性计算并进入下一阶段。
(3)基板液膜静置
通过基板转移模块200将基板从喷印模块300转移到静置模块500，液膜需要进行静置，使得液膜充分流平。
(4)液膜固化与固化膜检测
通过基板转移模块200将基板从静置模块500转移到液膜固化模块600，液膜固化模块可根据液膜选UV固化和加热干燥固化对液膜进行固化，之后通过基本转移模块200将基板转移到固化膜检测模块700，通过固化膜检测单元对基板固化膜进行缺陷检测。
(5)基板输出
基板转移模块200使用搬运机械手将固化膜检测模块700检测完成的基板转移至基板输出模块800，基板输出模块800将基板输出系统。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (9)

1.一种柔性电子喷印制膜漏打印缺陷在线补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对柔性电子功能层进行图案化喷墨打印得到液膜；
(2)离散采集液膜表面多个点的厚度；
(3)将多个液膜离散点厚度的均值作为液膜特征厚度；
(4)依据液膜特征厚度设定漏打印判定厚度阈值，若液膜表面存在某点的厚度低于漏打印判定厚度阈值，则表明该点为漏打印点，则对漏打印点补充打印；
(5)对液膜实施固化操作得到固化膜。
2.根据权利要求1所述的柔性电子喷印制膜漏打印缺陷在线补偿方法，其特征在于，在液膜表面采用逐行逐列间隔取点。
3.根据权利要求1或2所述的柔性电子喷印制膜漏打印缺陷在线补偿方法，其特征在于，从多个液膜离散点厚度中去除部分高值和部分低值，留取中间值计算均值作为液膜特征厚度。
4.根据权利要求1或2所述的柔性电子喷印制膜漏打印缺陷在线补偿方法，其特征在于，将液膜特征厚度的一半作为漏打印判定厚度阈值。
5.根据权利要求1或2所述的柔性电子喷印制膜漏打印缺陷在线补偿方法，其特征在于，还确定膜厚达标判定阈值范围，若液膜特征厚度在所述膜厚达标判定阈值范围内，则判定液膜厚度达标，否则判定液膜厚度未达标，则对液膜整体补偿打印厚度
Figure FDA0003149959110000011
htarget为目标膜厚，
Figure FDA0003149959110000021
为液膜特征厚度。
6.一种柔性电子喷印制膜漏打印缺陷在线补偿系统，其特征在于，包括：
喷印模块，用于按照规划的路径对柔性电子功能层进行图案化喷墨打印得到液膜；
液膜检测模块，用于离散采集液膜表面多个点的厚度；
处理器，用于将多个液膜离散点厚度的均值作为液膜特征厚度，依据液膜特征厚度设定漏打印判定厚度阈值，若液膜表面存在某点的厚度低于漏打印判定厚度阈值，则表明该点为漏打印点，则将漏打印点位置反馈给喷印模块以对漏打印点补充打印；
固化模块，用于对液膜实施固化操作得到固化膜。
7.根据权利要求6所述的柔性电子喷印制膜漏打印缺陷在线补偿系统，其特征在于，所述液膜检测模块包括厚度检测单元和液膜检测运动单元；液膜检测运动单元用于逐行逐列运动，将厚度检测单元移动至液膜离散点，厚度检测单元用于检测离散点的厚度。
8.根据权利要求6或7所述的柔性电子喷印制膜漏打印缺陷在线补偿系统，其特征在于，所述处理器还用于确定膜厚是否在达标判定阈值范围内，若液膜特征厚度在所述膜厚达标判定阈值范围内，则判定液膜厚度达标，否则判定液膜厚度未达标，则将液膜整体补偿打印厚度
Figure FDA0003149959110000022
反馈给喷印模块，htarget为目标膜厚，
Figure FDA0003149959110000023
为液膜特征厚度。
9.根据权利要求6或7所述的柔性电子喷印制膜漏打印缺陷在线补偿系统，其特征在于，所述喷印模块包括喷头单元，喷头单元包含喷头、喷头运动模组、喷头控制模组；喷头控制模组用于控制喷头的喷射和喷头运动模组的运动；喷头运动模组用于进行X、Y、Z三个方向的直线运动，以调整喷头与基板的相对位置；喷头用于对置于基板上的柔性电子功能层进行图案化喷墨打印。
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