CN113905828B - 印刷机校准模块 - Google Patents

Abstract

公开了一种喷墨印刷机，其具有基板支撑件；校准模块，其设置为邻近所述基板支撑件且包括中转构件；以及跨所述基板支撑件设置的印刷组件，所述印刷组件包括印刷头和可定位成面向所述中转构件的校准成像装置。

Description

印刷机校准模块

相关申请的交叉引用

本申请要求在2019年3月31日提交的美国临时专利申请第62/855,765号以及在2019年12月16日提交的美国临时专利申请第62/948,534号的优先权，其全部内容以引用的方式并入于此。

技术领域

本文所述的实施例总体上涉及工业用途的喷墨印刷机。具体地，本文描述了用于工业级喷墨印刷机的测试模块的实施例。

背景技术

大型喷墨印刷机常用于在大尺寸基板上以极高的精度印刷图案，例如生产显示屏。通过在基板上喷墨印刷微液滴，然后将液滴硬化成功能材料，可以将用于生产可操作的显示屏的各种功能材料沉积在玻璃基板或其他类型的基板上。液滴的直径可以小至10μm，但必须以形成厚度均匀的层或部分层的方式进行沉积。因此，沉积的液滴间距必须极其精确，在某些情况下，位置误差不超过约10μm。印刷材料从印刷组件中喷射出来，该组件具有一个或多个能够产生微液滴的喷嘴，此类应用对精度的要求意味着喷嘴必须非常精确且可预测地分配液滴。

传统的印刷机是通过在基板上印刷测试图案来测试印刷头。将与用来制造例如显示产品的基板类似的基板放置在印刷机中，并且在基板上印刷测试图案。通过对印刷的测试图案进行拍照，再进行图像处理以评估印刷图案的精度，从而评估测试图案。在这个过程中，需要花费时间来安装基板和取出基板，并且需要使用昂贵的测试基板。因此工业级喷墨印刷机需要更高效的印刷头来测试模块。

附图说明

为了能够详细地理解本公开的上述特征，可参考实施例对以上简要概述的公开内容进行更具体的说明，其中有些实施例在附图中示出。然而，应当注意，附图仅示出示例性实施例，因而不应被认为是对其范围的限制，可允许其他同样有效的实施例。

图1A是根据一个实施例所述的印刷机的等距视图。

图1B是根据一个实施例所述的测试模块的近视图。

图2是图1B所示的测试模块的分解图。

图3是图1B所示的测试模块的预操作视图。

图4是图1B所示的测试模块的操作视图。

图5是根据一个实施例所述的测试盒的局部剖视图。

图6是图5所示的一部分测试盒的详细视图。

图7是图5所示的测试盒的侧视图。

图8是图1B所示的测试模块的侧视图。

图9A是根据一个实施例的基板保持器的顶视图。

图9B是图9A所示基板保持器的剖视图。

为了便于理解，在可能的情况下使用了相同的附图标记来表示附图所共有的相同元件。可以预期，一个实施例的元素和特征可以直接并入其他实施例中，而无需进一步地进行详述。

具体实施方式

图1A是根据一个实施例所述的印刷机100的等距视图。印刷机100具有支撑面102，其上设置用于印刷的基板。支撑面102具有多个孔104，通过这些孔供应气体以形成气垫用于支撑基板。支撑面102具有三个部分。第一部分102A位于支撑面102的第一端103处，是待印刷基板的中转区。第二部分102B位于支撑面102的中间，是印刷区，在印刷过程中基板位于该区域。第三部分102C位于支撑面102的与第一端103相对的第二端104处，也是中转区或支撑区，用于在印刷期间操纵基板。基板沿着支撑面102从第一部分102A经过第二部分102B到达第三部分102C，以定位基板的各个部分以进行印刷。

第二部分102B中的孔104可以不同于第一和第三部分102A和102C中的孔104。第二部分102B中的一些孔104可用于排出气垫中的气体,以控制支撑面102上方的基板高度。因此，第二部分102B中的孔104可具有与第一和第三部分102A和102C中的孔104不同的节距、尺寸或布置。

印刷组件106设置在跨支撑面102的中间部和上方。印刷组件106包括两个支架108和连接到两个支架108的横梁110。横梁110延伸穿过支撑面102的第二部分102B。印刷头组件112连接到横梁110。印刷头组件112包括连接到横梁110的托架114和连接到托架114的印刷头外壳116。印刷头外壳116包括一个或多个印刷头(图1A中未示出)，将印刷材料分配到基板上，该基板至少部分地位于第二部分102B中。托架114沿着横梁110移动，从而在第一方向上沿着支撑面102定位印刷头外壳116。基板在垂直于第一方向的第二方向上沿着支撑面102移动。通过这种方式，可以定位基板的目标位置，使得印刷头可以靠近以在目标位置进行印刷。

支撑面102、印刷组件106和测试模块118均由巨大的基座115支撑，该基座牢固地支撑印刷机运行以使震动最小化，震动可能导致印刷操作的误差。印刷头组件112可以移动到横梁110的端部。在横梁110的近端处，测试模块118位于靠近支架108之一的支撑面102附近。印刷头组件112可以将印刷头移动到测试模块118附近，以测试印刷喷嘴操作。

图1B是测试模块118的近视图。测试模块118具有底座120以及与底座120耦合的测试盒122。测试模块118位于线性致动器124上，线性致动器124可以沿第二方向移动测试模块118。测试盒122包括可重复用于印刷评估用测试图案的测试基板。如下文详述，印刷头组件的印刷头将印刷材料分配到测试基板上，同时测试模块118沿第二方向扫描，从而模拟出印刷条件。

图2是测试模块118的分解图。图中显示测试盒122与底座120分离。测试盒122位于底座120的托盘202上，以便安装在底座120上。托盘202包括闩锁204，在安装和设置闩锁204时，闩锁204牢固地固定测试盒122。托盘202通过驱动器208下方的托盘致动器206移动到操作位置，当测试盒122安装于底座120上时，驱动器208操作测试盒122。托盘202靠在一个或多个从驱动器208延伸出的滑动装置210上，并且使托盘202从驱动器208附近的操作位置线性运动，使得测试盒122可以耦合到驱动器208，到远离驱动器208的装载位置。托盘致动器206包括杆212，其将托盘202耦合到托盘致动器206，并且使托盘202沿着滑块210移动。

测试盒122包括手柄214，用于将测试盒122安装在底座120上以及从底座120上移除测试盒122。测试盒122包括测试基板216，测试盒122和驱动器208共同操纵测试基板216，使其到测试盒122的顶部位置以供印刷头使用。驱动器208具有两个旋转器218，其旋转测试盒122内的心轴以操纵测试基板216。

图3是测试模块118的预操作视图。测试盒122设置在托盘202上并且设置闩锁204。位于测试盒122顶部位置的测试基板216与驱动器208的真空延伸件302对齐。在驱动器208的顶部位置，真空延伸件302从驱动器208向测试盒122延伸。测试盒122的结构(图中未示出)提升测试基板216，当测试盒122与驱动器208耦合时，使真空延伸件302能够延伸到测试基板216的下方。

图4是测试模块118的操作视图。测试盒122被移至驱动器208附近的操作位置。真空延伸件302延伸至测试盒122中且位于测试基板216下方。真空延伸件302包括真空表面402，其在测试基板216下方施加减压，确保测试基板216在测试印刷过程中非常平坦。如果印刷材料被喷射到不平坦的测试基板216上，测试图案可能会出现不可预期的扭曲，测试可能会失败。在测试印刷之前，将真空源耦合到真空表面402，以降低测试基板216和真空表面402之间的压力。因此，测试基板216被牢固地保持在真空表面402上，测试基板216和真空表面402两者之间具有5μm以下的间隙。当固定到真空表面402时，测试基板216的印刷表面与平坦度的偏差小于约5μm。

真空表面可以是多孔体的表面，多孔体具有亚微米孔和通道，由此在多孔体中提供真空传输。在一种情况下，多孔体是多孔碳体，例如多孔石墨，具有10-15％的孔隙率、亚微米孔径以及平面度为2μm的真空表面。孔隙率可以更大或更小。更大的孔隙率可以更有效地将真空传输到真空表面。在上述10-15％孔隙率的实施例的情况下，在0.09MPa压差下通过多孔体的气流为0.2-0.3L/min，例如0.25L/min。

更大的孔隙率使测试基板更可靠地吸附到真空表面上，而不必保持测试基板与真空表面非常接近。低孔隙率和低真空传输可提供的吸附力较小，通过对测试基板提供更高的张力以保持测试基板与真空表面的紧密接近，可以使该吸附力起作用。

在一些情况下，整个真空延伸件302可以是多孔体，而在其他情况下，多孔体可以是真空延伸件302的构件。例如，真空延伸件302可以包括保持器，并且多孔体可以被放置在保持器中。使用保持器可以促进真空源与真空延伸件302的连接。保持器可以具有两个构件，用于在多孔体的长轴的任一端固定多孔体。或者，保持器可以是在其主表面中具有凹槽的矩形构件，多孔体插入凹槽中。多孔体可以嵌入保持器中。多孔体可以位于保持器的内部。例如，保持器可以具有真空表面，真空表面上有多个孔和内腔以固定多孔体。在关于保持器的实施例中，保持器可以由任何合适的材料制成。通常，保持器由结构坚固的材料制成，以支撑与真空源的牢固连接以及在真空表面处牢固地支撑测试基板。示例性材料包括铝、陶瓷、不锈钢等。

也可以通过在保持器中设置多孔体，使得多孔体的真空表面在保持器上方延伸，例如延伸0.1mm至2mm，从而促进测试基板与真空表面的紧密接近。增加多孔体的宽度也有助于减少真空表面上方的测试基板路径的曲率。

这里，测试基板216具有长尺寸和短尺寸。长尺寸通常足够长以使得测试基板216延伸到盒中，并且与多个辊和心轴(该视图中未示出)啮合。短尺寸是为了便于在测试基板216上印刷和评估测试图案而选择的尺寸。真空表面402具有与测试基板216的短尺寸相似的长尺寸。真空表面402选用短尺寸以形成高度平坦的印刷表面，用于测试印刷。在该设置中，真空延伸件302穿过位于测试基板216下方的测试盒122的顶部，延伸至叉式致动器404中。叉式致动器404附着到测试盒122的第一侧，靠近其顶部。一对叉形件406从叉式致动器404向驱动器208延伸。测试基板216延伸穿过叉形件406。第一叉式致动器404沿着真空延伸件302的第一侧408延伸，而第二叉式致动器404沿着真空延伸件302的第二侧410延伸。叉形件406和叉式致动器404构成升降器。叉式致动器404可操作地向上延伸，抬起叉形件406和测试基板216以促使真空延伸件302插入到测试基板216下方的测试盒122中。安装测试盒122之后，可以操作叉式致动器404以降低叉形件406，使得叉形件406在操作期间不接触测试基板216。可以手动操作叉式致动器404，也可以机动化地操作叉式致动器404。

图5是根据一个实施例所述的测试盒122的局部剖视图。在测试盒122的顶部可以看到叉式致动器404和叉形件406。测试盒122内部有两个心轴：源心轴502和饰面心轴504。旋转源心轴502向叉形件406分配测试基板216。第一定位辊506位于叉式致动器404的第一叉形件406上，第二定位辊508位于叉式致动器404的第二叉形件406上。如下文详述，定位辊506和508相对于叉形件406定位测试基板216。一对张紧器510设置在第二定位辊508下方的支撑件512上。张紧辊514向测试基板216施加张力，通过第二定位辊508和张紧辊514的定位，测试基板216被推靠在张紧器510上。进料辊516接受来自张力辊514的测试基板216，并且在使用后饰面心轴504将测试基板216卷起。测试盒122主要由外壳518包围，但是外壳518顶部的开口520为测试基板216提供了从外壳出来并且与叉形件406和真空延伸件302啮合的通路。

图6是带叉形件406的定位辊506和508的详细视图。这里示出的测试基板216通过外壳518中的开口520延伸。这里，叉式致动器404延伸以提升测试基板216。因此测试基板216被提升到真空延伸件302的上方，使得真空延伸件302可以延伸至测试基板216下方的测试盒122中。各叉形件406具有平面602以及与平面602相对的圆面604。圆面604接触测试基板216并且提供光滑的升力面。平面602能够在操作期间向定位辊506和508降低叉形件406，而不接触定位辊506和508。

图7是靠近印刷头外壳116的测试盒22的侧视图，用于说明测试性能。操作设置中示出了测试基板216，降低了叉形件406。测试基板216自第二定位辊508向张紧辊514延伸，与张紧器510接触。这里，张紧器510是挠性弹簧、金属带，其通过紧固件702附着到支撑件512上并且远离支撑件512延伸，然后再向支撑件512弯曲形成拱形件704。金属带向支撑件512弯曲并且在平台706处接触支撑件512，平台706可以随着张紧器510弯曲而沿着支撑件512滑动。当张紧辊514向测试基板216施加力时，压缩力施加到张紧器510，作为反应，张紧器510吸收至少一部分压缩力而弯曲。因此，在真空表面402处释放真空时，张紧器510保持测试基板216上的张力。测试基板216中的张力使测试基板216和真空表面402之间保持紧密接近，以便在测试基板216处施加真空时将测试基板216吸附至真空表面402。这里，可以看到叉形件406处于缩回的操作位置，叉形件406的平面602允许叉形件406与定位辊506和508之间存在间隙。

印刷头外壳116包括成像装置708，例如照相机。成像装置708可定位地位于真空表面402上方的测试基板216上方，以捕获印刷在测试基板216上的测试图案的图像。印刷头也位于印刷头外壳116中，为了简单起见，未在该视图中示出印刷头。此处示出的成像装置708的成像孔径小于测试基板216的操作面。在操作时，测试模块118和成像装置708相对移动和定位以捕获多个图像，从而可以对整个测试图案进行成像。

从图7中可以看出，成像设备708收集从测试基板216和真空表面402反射的光。印刷在测试基板216上的点产生光的图案，分析光的图案以确定点的特性。成像装置708可以选择背景反射光使点的分辨率最大化。例如，通过选择使点的分辨率最大化的真空表面的颜色，可以使测试模块具有最佳性能。如上所述，碳真空表面相对地呈黑色，可能最适合对印刷在测试基板上的浅色材料进行成像。对于深色材料的成像，可使用相对白色的真空表面。可使用陶瓷真空表面来获得这种颜色，该表面可以是多孔表面。在其他情况下，反射表面(例如裸铝)可能有助于提供最大的点分辨率。

图8是操作设置中测试模块118的侧视图。图中显示测试盒122耦合至底座120，操作时底座120靠近驱动器208。测试盒122具有两个盒旋转器802，其从测试盒122向驱动器208延伸并且磁耦合至驱动器208的旋转器218中。在驱动旋转器218和盒旋转器802之间保持间隙804。盒旋转器802通过外壳518耦合至源心轴502和饰面心轴504。在操作中，旋转驱动旋转器218，与盒旋转器802的磁耦合导致盒旋转器802旋转，从而旋转源心轴502和饰面心轴504。在测试基板216上印刷测试图案时，对测试图案进行成像，在真空表面402处的真空中断，于是心轴502和504旋转，从而将测试基板216推进一个“框架”或测试位置。测试基板216的新的透明部分位于真空表面402上方，施加真空以固定测试基板216进行另一测试。当使用测试基板216的最后一个测试位置时，可以移除测试盒122并且安装另一个新的测试盒216。

当安装和移除测试盒216时，操作托盘致动器206而使托盘202延伸至装载位置。托盘致动器206具有足够的功率来克服旋转器802和218的磁耦合，使得测试盒122可以从托盘206中移除。

测试基板216是一种柔性材料，可以缠绕在心轴和辊上。测试基板216通常使用塑料薄膜状材料。柔性材料可以是透明的或半透明的，与沉积在测试基板216上的印刷材料的光学特性形成适当的对比，以实现最佳成像。

图9A是根据一个实施例的基板保持器900的顶视图。在本文所述的实施例中，基板保持器900可用在测试基板上。图9B是图9A所示基板保持器900的剖视图。基板保持器900可以提供图3所示的真空表面302。基板保持器900是真空保持器，它使气体流过基板保持器900的表面904中的开口902。基板保持器900有内部增压室906，支持流体流量经基板保持器900从表面904流过内部增压室906，并且通过端口908流出。真空源(未示出)可流体式地耦合至端口908，以排出在表面904和设置在表面904上或上方的基板之间的气体，从而为基板提供牢固的支撑。此处的表面904从基板保持器900的第一端905延伸至基板保持器900的第二端907，第二端907与第一端905相对。表面904部分地延伸穿过基板保持器900。斜面901连接表面904与基板保持器900的侧面903，侧面903连接第一端905与第二端907。

表面904具有多个开口902，从表面904向内部增压室906提供流体流量。开口902包括多个狭槽910和孔912。狭槽910围绕表面904的外围布置，而孔912排列在表面904的中心区。孔912排列成两排，每排沿基板保持器900的长轴方向延伸，长轴每侧的两排孔等距。表面904大致呈矩形，具有两个长边916和两个短边918。狭槽910包括平行于表面904的长边916延伸的多个长狭槽914和平行于表面904的短边918延伸的多个短狭槽920。狭槽910通常形成表面904的真空区922的边界，在该区域真空可以牢固地固定基板。真空区922部分地沿着表面904从基板保持器900的第一端905延伸到第二端907，并且与第二端相比，真空区922更靠近第一端905。长狭槽914邻近设置在表面904的长边916。第一短狭槽920位于短边918附近。第二短狭槽920与第一短狭槽920相对，短狭槽920与长狭槽914限定真空区922的边界。表面904超出第二短狭槽920延伸至表面904的附着区924。位于第二短狭槽920和第二端907之间的附着区924具有两个孔926，用于将基板保持器900附接到测试模块118等的处理装置。开口902横跨表面904对称排列，以在真空区922处提供均匀的流体流量，从而在基板和表面904之间产生均匀的吸引力。

基板保持器900具有用于每个开口902的通道930，使开口902与增压室906的进行流体式耦合。每个通道930包括具有第一直径的第一部分932和具有第二直径的第二部分934，第二直径大于第一直径。每个通道930的第一部分932从开口902向增压室906延伸，而每个通道930的第二部分934从增压室906向开口902延伸。每个通道的第一和第二部分932和934在过渡处936相遇。这里，所有通道930的第一部分932具有相同的长度并且通道930的第二部分934具有相同的长度，但是如果需要的话，可以改变长度以影响在表面904处的流体流动图案。过渡处936

在将基板附着至表面904之前，基板在表面904上方弯曲。基板和表面904之间的间隙越大，则需要越多的流体流量通过真空将基板附着至表面904。根据伯努利(Bernoilli)原理，狭槽910用作高流量开口以将基板拉向表面904。狭槽910将基板拉至附着区内，来自孔912的流量可提供附着力的最终增量，以将基板附着至表面904。开口的对称图案提供对称流动图案，以便在附着之前相对于表面904而牢固地固定基板。在这种情况下，狭槽910的宽度大于孔912的直径，此处所有孔912的直径均相同。而且，狭槽910的总面积范围大于孔912的总面积范围，通过狭槽910的流量横截面比通过孔912的流动横截面更大。这具有以下效果：产生比真空区922的外围区的吸力稍大的均匀吸力，以将基板吸引到表面904上。

尽管以上内容针对于本发明的实施例，但是在不脱离其基本范围的情况下可以设计本公开的其他实施例和更多的实施例，并且其范围取决于所附权利要求书。

Claims (17)

1.一种喷墨印刷机，其包括：

基板支撑件；

测试模块，其设置为邻近所述基板支撑件且包括真空延伸件和驱动器，所述真空延伸件包括具有亚微米孔和通道的多孔体，且所述真空延伸件设置在驱动器的顶部且从驱动器向外延伸；以及

跨所述基板支撑件设置的印刷组件，所述印刷组件包括印刷头和成像装置，所述成像装置可定位地面向所述真空延伸件。

2.根据权利要求1所述的喷墨印刷机，其中所述真空延伸件还包括保持器，并且所述多孔体嵌入所述保持器中。

3.根据权利要求2所述的喷墨印刷机，其中所述测试模块设置为接收测试基板，并且将所述测试基板定位在所述真空延伸件和所述印刷组件之间。

4.根据权利要求3所述的喷墨印刷机，其中所述测试模块设置为接收含所述测试基板的可移除测试基板组件，并且所述测试模块还包括用于定位所述测试基板以安装所述可移除测试基板组件的升降器。

5.根据权利要求3所述的喷墨印刷机，其中所述测试基板是卷对卷组件。

6.一种喷墨印刷机，其包括：

基板支撑件；

测试模块，其设置为邻近所述基板支撑件且包括真空延伸件和驱动器，所述真空延伸件包括具有亚微米孔和通道的多孔体，且所述真空延伸件设置在驱动器的顶部且从驱动器向外延伸；以及

跨所述基板支撑件设置的印刷组件，所述印刷组件包括印刷头和成像装置，所述成像装置可定位地面向所述真空延伸件的成像装置，其中所述测试模块还包括用于与测试基板啮合的张紧构件。

7.根据权利要求6所述的喷墨印刷机，其中所述张紧构件是被动张紧构件。

8.一种喷墨印刷机，其包括：

基板支撑件；

测试模块，其设置为邻近所述基板支撑件并且设置为接收容纳测试基板的可移除盒，所述测试模块包括真空延伸件和驱动器，所述真空延伸件包括具有亚微米孔和通道的多孔体，且所述真空延伸件设置在驱动器的顶部且从驱动器向外延伸；以及

跨所述基板支撑件设置的印刷组件，所述印刷组件包括印刷头和成像装置，所述成像装置可定位地面向所述真空延伸件的成像装置。

9.根据权利要求8所述的喷墨印刷机，其中所述真空延伸件还包括保持器，并且所述多孔体嵌入所述保持器中。

10.根据权利要求9所述的喷墨印刷机，其中所述成像装置和所述印刷头是可独立移动的。

11.根据权利要求10所述的喷墨印刷机，其中所述测试模块还包括用于与所述测试基板啮合的张紧构件。

12.根据权利要求11所述的喷墨印刷机，其中所述张紧构件是被动张紧构件。

13.一种喷墨印刷机，其包括：

基板支撑件；

测试模块，其设置成邻近所述基板支撑件且包括真空延伸件和驱动器，所述真空延伸件包括具有亚微米孔和通道的多孔体，且所述真空延伸件设置在驱动器的顶部且从驱动器向外延伸；以及

跨所述基板支撑件设置的印刷组件，所述印刷组件包括印刷头和成像装置，所述成像装置可定位地面向所述真空延伸件的成像装置，其中所述印刷头和所述成像装置是可独立移动的。

14.根据权利要求13所述的喷墨印刷机，其中所述多孔体是陶瓷材料。

15.根据权利要求13所述的喷墨印刷机，其中所述真空延伸件还包括用于所述多孔体的保持器。

16.根据权利要求13所述的喷墨印刷机，其中所述测试模块设置为接收包含测试基板的可移除测试基板组件。

17.根据权利要求13所述的喷墨印刷机，其中所述测试模块包括线性致动器。