CN114670549B - 一种柔性显示多层结构功能层喷印制备方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于喷印显示技术相关领域，并公开了一种柔性显示多层结构功能层喷印制备方法和系统，包括液滴飞行与沉积视觉检测模块、液滴融合测量模块、箱体和支撑模块、第一喷射与控制模块、第二喷射和控制模块，并通过多个模块的设计配合来实现液滴飞行沉积动态过程观测、液滴融合测量、各功能层厚度测量等操作，充分利用不同关键模块的采集数据，实现柔性显示多层结构功能层制备的闭环控制。通过本发明，可有效探究液滴飞行过程机理、液滴动态沉积过程机理，以及液滴融合体积的测量，功能层膜厚测量，实现对液滴全生命周期的完整监控，完成对不同喷射模块的工艺流程的高效控制，显著提高了柔性显示多层结构件产品的质量和生产制备良品率。

Description

一种柔性显示多层结构功能层喷印制备方法和系统

技术领域

本发明属于喷印显示技术领域，更具体地，涉及一种柔性显示多层结构功能层喷印制备方法和系统。

背景技术

新型显示器件，因其优异的显示特性受到越来越多的业内关注。考虑到新型显示器件的制备成本、制备效率、可便携特性等，显示器件制备系统必须要面向显示器件超高分辨率、显示基板大尺寸、显示基板柔性化、生产工艺低成本等方向发展。传统的基于镀膜的显示器制造技术由于工艺复杂性、高成本特性，无法满足新型显示器件大面积、高效、低成本制备需求，因此亟需一种新的工艺制备方法。

基于阵列化喷头的喷印显示技术，属于增材制造邻域，可极大降低生产制备成本。此外，凭借其方便的拓展特性，喷印工艺的喷印面积可以满足不同的大尺寸面板打印的需求，结合图案化打印规划，可以实现任意基板的按需打印的目标，契合新型显示器件的发展方向，是目前新型显示器件邻域最具变革性的工艺制备方法。

喷印工艺用于显示器件制造的关键，是控制成百上千的喷嘴在基板目标区域实现按需打印，保证最终显示器件的打印均匀性，并在打印过程中，提高打印效率和打印精度，使其符合工业生产的要求，而实现这个目标最为有效的方式是进行闭环控制。

虽然目前现有一些技术考虑了基于各种检测数据实现上述打印的闭环控制，但存在着一些问题：检测数据(包括打印后融合液滴体积测量数据)相对独立、测量对象相对较少，而且闭环控制只适用于一种工艺或者单层结构，无法满足多层结构制备的质量控制。

因此，现有闭环控制的方式不能满足柔性显示多层结构功能层的高效高质喷印制备，急需对现有闭环控制柔性显示进行改进，以实现柔性显示多层结构功能层的高效高质喷印制备。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种柔性显示多层结构功能层喷印制备方法和系统，其目的在于通过采用多环节数据联合的闭环控制方式预先对阵列化喷头喷印用工艺参数进行优化以进行后续柔性显示多层结构功能层高效高质喷印制备柔性显示。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种阵列化喷头喷印用工艺参数优化方法，包括：

对阵列化喷头每个喷孔进行液滴飞行检测，得到每个喷孔的飞行液滴参数，调整工艺参数，确保满足飞行液滴目标参数区间内喷射的喷孔比例达到要求；并通过所述液滴飞行检测，确定一个稳定喷孔，改变该喷孔与像素坑的相对位置，观测不同相对位置下液滴动态沉积过程，确定液滴落点偏差与飞行液滴参数的关系；基于各喷孔的飞行液滴参数以及所述关系，筛选落点偏差在目标偏差区间内的喷孔，作为初筛的喷孔；

采用初筛的喷孔进行打印，对所有缺陷打印位置进行液滴融合体积测量，基于所有缺陷打印位置及其对应的体积偏差、所述打印所用所有喷孔的飞行液滴参数以及所述打印对应的路径规划，确定问题喷孔并剔除，得到再次筛选的喷孔，重复该步骤，直至体积偏差达到实际要求，完成阵列化喷头喷印用工艺参数的优化。

进一步，所述液滴飞行检测的实现方式为：

控制待检测的每个喷孔按照实际所需液滴参数范围稳定喷射液滴；对飞行过程中的液滴进行频闪照明，捕捉单帧飞行过程中的液滴图像；

基于采集到的液滴图像，计算得到该喷孔喷射的飞行液滴参数，包括：液滴体积、飞行方向、飞行速度；

所述动态沉积过程的观测方式为：

根据所述稳定喷孔所喷射液滴的体积和飞行方向，计算液滴从喷孔喷射飞行到撞击基板完成沉积的时间T；

控制所述稳定喷孔喷射液滴，并控制观测系统在时间T_n＝T-n₀Δ时采集瞬间液滴沉积图像；控制所述观测系统水平移动到新的观测位置，再次控制所述稳定喷孔喷射液滴，并控制观测系统在时间T_n＝T-(n₀-1)Δ采集瞬间液滴沉积图像；以此类推，每采集一次图像，Δ的系数减去1，直至T_n＝T，采集到液滴沉积的全流程瞬间，其中，Δ为时间间隔。

进一步，所述再次筛选的喷孔的确定方式为：

将液滴融合体积测量值超过体积目标值的预设量的像素坑位置，定义为缺陷像素坑位置，并确定所有的缺陷像素坑位置；回溯所述打印对应的路径规划，确定参与缺陷像素坑打印的所有喷孔；基于所述所有喷孔的所述飞行液滴参数中的液滴体积参数以及所有缺陷像素坑位置的液滴融合体积测量值，采用数据驱动的方法，计算各个喷孔出现不稳定的概率，筛选小于指定概率的喷孔，作为再次筛选的喷孔。

进一步，所述液滴融合体积测量的实现方式为：

采集缺陷打印点处的干涉图像序列；

基于所述干涉图像序列，对图像内液滴区域进行分割，并计算像素坑区域中像素坑内液滴铺展面积；基于所述干涉图像序列，对基板上的液膜进行三维形貌重构，计算三维形貌高度；其中，根据如下公式对液滴区域进行分割：

根据如下公式计算像素坑内液滴铺展面积：

并行根据如下公式计算液滴铺展面积范围内的高度值：

根据所述液滴铺展面积和所述高度值，得到液滴融合体积：

上式中，J为求解过程中分割结果衡量指标，其值越小，分割区分度越高；c表示需要分割的类别数目；n表示干涉图像中像素个数；u_ij表示像素j属于类别i的概率大小；x_j表示像素j的灰度值；c_i表示对应类别中心灰度值；λ₁、λ₂、λ_n分别是利用拉格朗日方法求解过程中约束条件的拉格朗日系数，满足任意一个像素属于所有类别概率之和为1的约束；基于拉格朗日方法对J进行迭代求解最小值，获取最终的分类结果；S为液滴在基板上沉积后的铺展面积；c_d为液滴类别中心灰度值；p_x、p_y是图像中单个像素对应实际尺寸；h_S为液滴沉积铺展面积位置液滴的高度；i为干涉图序列的索引；I_i、I_i-1分别是索引号为i、i-1的干涉图像对应像素的灰度值；h为扫描间隔值。

本发明还提供一种阵列化喷头喷印用工艺参数优化系统，包括：液滴飞行与沉积视觉检测模块，第一喷射与控制模块，液滴融合测量模块，以及计算控制单元；其中，

所述第一喷射与控制模块用于在所述计算控制单元的控制下来控制每个喷孔喷射液滴；所述液滴飞行与沉积视觉检测模块用于在所述计算控制单元的控制下对对阵列化喷头每个喷孔进行液滴飞行检测；所述计算控制单元还用于根据所述液滴飞行视觉检测的结果计算得到每个喷孔的飞行液滴参数，并调整工艺参数控制所述第一喷射与控制模块，确保满足飞行液滴目标参数区间内喷射的喷孔比例达到要求，还通过所述液滴飞行视觉检测的结果，确定一个稳定喷孔，以控制所述液滴飞行与沉积视觉检测模块观测在所述稳定喷孔与像素坑之间不同的相对位置关系下的液滴动态沉积过程；所述稳定喷孔与像素坑之间不同的相对位置关系是由所述计算控制单元发出调整指令并由所述第一喷射与控制模块实施调整得到；

所述计算控制单元还用于根据所述液滴飞行与沉积视觉检测模块观测得到的液滴动态沉积过程，计算确定液滴落点偏差与飞行液滴参数的关系；基于各喷孔的飞行液滴参数以及所述关系，筛选落点偏差在目标偏差区间内的喷孔，作为初筛的喷孔，并规划逻辑打印路径；

所述第一喷射与控制模块还用于在所述计算控制单元的控制下基于所述逻辑打印路径，采用初筛的喷孔进行打印；

所述液滴融合测量模块用于在所述计算控制单元的控制下采集所有缺陷打印位置的液滴干涉图像序列；所述计算控制单元还用于基于所述干涉图像序列，计算液滴融合体积测量值，基于所有缺陷打印位置及其对应的体积偏差、所述打印所用所有喷孔的飞行液滴参数以及所述打印对应的逻辑打印路径，确定问题喷孔并剔除，得到再次筛选的喷孔，重新规划逻辑打印路径并控制所述第一喷射与控制模块重新打印以及控制所述液滴融合测量模块重新进行液滴干涉图像序列采集，直至体积偏差达到实际要求。

进一步，所述液滴飞行与沉积视觉检测模块包括：高分辨率视觉单元、高倍数放大单元、液滴观测基台、高触发照明单元和照明触发信号控制板；液滴观测基台具有X3、Y3、Z3方向自由度，X3、Y3方向自由度用于调整液滴在液滴观测基台上落点位置，Z3方向自由度用于调整液滴观测基台在高分辨率视觉单元中成像高度位置，以进行所述液滴飞行视觉检测和所述液滴动态沉积过程观测；

所述第一喷射与控制模块包括：喷头阵列和喷头控制板，具有Y、Z方向自由度；其中，Y与Y3在空间上为水平方向且同向；Z和Z3在空间上为竖直方向；

则所述阵列化喷头喷印用工艺参数优化系统实现所述液滴飞行视觉检测的方式为：

所述计算控制单元控制液滴观测基台在Z3方向上移动，使得液滴观测基台在高分辨率视觉单元和高倍数放大单元组成的观测系统视野的下部，以保证所述观测系统采集液滴的飞行状态信息；同时，所述计算控制单元控制第一喷射与控制模块在Z1方向上移动，使得第一喷射与控制模块在所述观测系统视野的上部；

在所述计算控制单元的控制下，喷头控制板控制喷头阵列中设置的喷孔进行稳定喷射至液滴观测基台；照明触发信号控制板接收到喷头控制板的喷射信号，同时将触发信号传输到高触发照明单元，高触发照明单元实现喷射信号控制的频闪照明；

在高触发照明单元实现喷射信号控制的频闪照明下，高分辨率视觉单元、高倍数放大单元捕捉到液滴飞行过程中的液滴图像。

进一步，所述阵列化喷头喷印用工艺参数优化系统实现所述液滴动态沉积过程观测的方式为：

所述计算控制单元控制第一喷射与控制模块在Z1方向上移动，使得第一喷射与控制模块在所述观测系统视野的上部；并根据所述稳定喷孔所喷射液滴的体积和飞行方向，计算液滴从喷孔喷射至飞行到撞击基板完成沉积的时间T；

在所述计算控制单元的控制下，喷头控制板控制喷头阵列中筛选出的喷孔进行稳定喷射；照明触发信号控制板接收到喷头控制板的喷射信号，同时将触发信号传输到高触发照明单元，高触发照明单元按照预设的延迟时间，延迟照明，高分辨率视觉单元、高倍数放大单元采集当前延迟时间下的瞬间液滴沉积图像；其中，设置延迟触发的时间计算：T_n＝T-n₀Δ；n₀为要观测的液滴沉积瞬间的个数，Δ为时间间隔；

设置液滴观测基台在Y₃方向移动，液滴观测基台移动到新的位置，重复上述过程，在时间T_n＝T-(n₀-1)Δ采集瞬间液滴沉积图像；以此类推，每采集一次图像，Δ的系数减去1，直至T_n＝T，采集到液滴沉积的全流程瞬间。

进一步，所述液滴融合测量模块包括：高分辨率视觉单元、准直镜筒、稳定白光照明单元、位移计量机构、垂直运动机构和高倍率物镜；其中，所述液滴融合测量模块具有Y₁、Z₁方向自由度，Y₁方向自由度用于改变液滴融合测量模块观测区域，Z₁方向自由度用于粗调液滴融合测量模块的工作距离，垂直运动机构具有Z₁₁方向自由度，Z₁₁方向自由度用于负载高倍率物镜在Z₁₁方向上实现扫描，完成不同位置液滴图像采集；Z₁₁与Z₁在空间上同为竖直方向，Y₁在空间上为水平方向；

所述阵列化喷头喷印用工艺参数优化系统还包括打印运动模块，具有X方向自由度；X在空间上为水平方向且与Y₁垂直；

则所述阵列化喷头喷印用工艺参数优化系统实现所述液滴融合体积测量的方式为：

在所述计算控制单元的控制下，通过液滴融合测量模块的Y₁方向自由度和打印运动模块的X方向自由度，调整液滴融合测量模块相对于打印运动模块的位置，以实现液滴融合测量模块对打印运动模块上基板特定位置的测量；通过液滴融合测量模块的Z₁方向自由度，粗定位实现液滴融合测量模块相对于打印运动模块的Z方向位置处于工作距离内；

在所述计算控制单元的控制下，垂直运动机构在Z₁₁方向自由度上移动，垂直运动机构移动过程中，当移动距离满足指定间隔时，间隔到位信号传输到位移计量机构，位移计量机构输出触发采集信号到高分辨率视觉单元，高分辨率视觉单元采集干涉图像，最终得到干涉图像序列；

所述计算控制单元基于所述干涉图像序列，对图像中液滴区域进行分割，并计算像素坑区域中像素坑内液滴铺展面积；基于所述干涉图像序列，对基板上的液膜进行三维形貌重构，计算三维形貌高度；

其中，根据如下公式对液滴区域进行分割：

根据如下公式计算像素坑内液滴铺展面积：

并行根据如下公式计算液滴铺展面积范围内的高度值：

根据所述液滴铺展面积和所述高度值，得到液滴融合体积：

上式中，J为求解过程中分割结果衡量指标，其值越小，分割区分度越高；c表示需要分割的类别数目；n表示干涉图像中像素个数；u_ij表示像素j属于类别i的概率大小；x_j表示像素j的灰度值；c_i表示对应类别中心灰度值；λ₁、λ₂、λ_n分别是利用拉格朗日方法求解过程中约束条件的拉格朗日系数，满足任一个像素属于所有类别概率之和为1的约束；基于拉格朗日方法对J进行迭代求解最小值，获取最终分类结果；S为液滴在基板上沉积后的铺展面积；c_d为液滴类别中心灰度值；p_x、p_y是图像中单个像素对应实际尺寸；h_S为液滴沉积铺展面积位置液滴的高度；i为干涉图序列的索引；I_i、I_i-1分别是索引号为i、i-1的干涉图像对应像素的灰度值；h为扫描间隔值。

本发明还提供一种柔性显示多层结构功能层喷印制备方法，包括：

采用优化好的工艺参数，进行第一类阵列化喷头工艺打印并固化；所述优化好的工艺参数为采用如上所述的一种阵列化喷头喷印用工艺参数优化方法针对特定墨水和特定基板优化得到；

在所述固化的基板上进行第二类阵列化喷头工艺打印，并测量膜厚，若膜厚满足要求，完成柔性显示多层结构功能层喷印制备，若膜厚不满足要求，重复进行第二类阵列化喷头工艺打印。

本发明还提供一种柔性显示多层结构功能层喷印制备系统，包括：第二喷射与控制模块，以及如上所述的一种阵列化喷头喷印用工艺参数优化系统；

所述阵列化喷头喷印用工艺参数优化系统用于通过其中的第一喷射与控制模块，采用优化好的工艺参数，进行第一类阵列化喷头工艺打印并固化；所述优化好的工艺参数为采用如上所述的一种阵列化喷头喷印用工艺参数优化方法针对特定墨水和特定基板优化得到；

所述第二喷射与控制模块用于在所述固化的基板上进行第二类阵列化喷头工艺打印；

所述阵列化喷头喷印用工艺参数优化系统还用于通过其中的液滴融合测量模块测量膜厚，若膜厚满足要求，完成柔性显示多层结构功能层喷印制备，若膜厚不满足要求，所述第二喷射与控制模块重复进行第二类阵列化喷头工艺打印。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，可取得以下有益效果：

(1)本发明提出一种阵列化喷头喷印用工艺参数优化方法，将飞行液滴测量、液滴沉积视觉检测、融合液滴体积测量结合起来，通过对液滴飞行过程、液滴动态沉积过程观察，以及液滴融合体积的测量，能够实现对液滴全生命周期的完整监控，充分考虑不同环节对打印的影响，实现工艺参数优化，提高优化质量和效率。

(2)本发明还提出一种柔性显示多层结构功能层喷印制备方法，在上述阵列化喷头喷印用工艺参数优化的基础上，进一步考虑功能层膜厚测量，真正实现对液滴全生命周期的完整监控，进一步对两种喷射的工艺流程实现高效控制。

(3)本发明通过对柔性显示多层结构功能层喷印制备系统的关键组成模块构造及其工作方式进行设计，能够准确实现包括飞行液滴测量、液滴沉积视觉检测、融合液滴体积测量、功能层膜厚测量、不同喷射模块调度和信号控制等一系列操作，各关键模块可以实现不同阶段、不同对象的数据采集，为整体系统控制闭环提供更多的动态调整参数，实现了多层结构器件喷印制备的工艺流程和闭环控制流程；

(4)本发明考虑到喷印工艺缺陷机理分析，设计了基于频闪视觉和运动逻辑控制的方法，实现对液滴飞行到撞击全过程的动态观测，通过对液滴沉积过程不同瞬间进行观测，并进行墨滴飞行状态、落点位置、入射角度、墨水特性等因素对缺陷形成机理的研究，从而在理论上得到多参数影响下的可靠打印工艺区间；将基于白光干涉法的测量模块集成到喷印工艺中，实现对融合后液滴体积以及多层结构功能层膜厚的在线测量，并将测量结果反馈给前序工艺，实现工艺闭环和控制闭环，改善打印质量。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种阵列化喷头喷印用工艺参数优化方法；

图2为本发明实施例提供的一种柔性显示多层结构功能层喷印制备系统结构示意图；

图3为图2中各模块的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的融合液滴体积视觉测量方法流程图；

图5为本发明实施例提供的功能层膜厚测量原理图；

图6为本发明实施例提供的沉积视觉检测方法流程图；

图7为本发明实施例提供的沉积视觉检测方法时序图；

图8为本发明实施例提供的柔性显示多层结构功能层喷印制备流程图；

图9为本发明实施例提供的柔性显示多层结构功能层喷印制备整体控制原理图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中：

1-第一喷射与控制模块，11-喷头阵列，12-喷头控制板；2-第二喷射与控制模块，21-电喷印喷头，22-下视定位单元，23-稳定照明单元，24-观测单元，25-高压放大单元；3-AOI模块，31-分辨率视觉单元，32-高倍数放大单元，33-稳定照明单元，4-液滴融合测量模块，41-高分辨率视觉单元，42-准直镜筒，43-稳定白光照明单元，44-位移计量机构，45-垂直运动机构，46-高倍率物镜，5-箱体和支撑模块，51-大理石平台，52-隔振组件,53-底部基台，6-打印运动模块，61-运动控制卡，62-打印运动台，7-液滴飞行与沉积视觉检测模块，71-高分辨率视觉单元，72-高倍数放大单元，73-液滴观测基台，74-高触发照明单元，75-照明触发信号控制板，8-计算控制单元。

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。

喷印工艺用于显示器件制造的关键，是控制成百上千的喷嘴在基板目标区域实现按需打印，保证最终显示器件的打印均匀性，并在打印过程中，提高打印效率和打印精度，使其符合工业生产的要求。本发明经分析得出，以喷印工艺为中心的柔性显示多层结构功能层的制备，需要一系列检测系统和方法确保最终打印质量，包括但不限于飞行液滴检测、融合液滴沉积过程观测、喷孔筛选、喷头逻辑路径规划、打印后缺陷的AOI检测、缺陷位置融合液滴体积和功能层膜厚测量等。为了实现最终的打印目标，上述的检测系统和方法需要有机结合，并共享各种检测数据，完成控制参数的动态调整，实现多层结构的不同层打印的工艺闭环控制。

然而，目前现有一些技术考虑了基于各种检测数据实现上述打印的闭环控制，但检测数据相对独立、测量对象相对较少，没有针对不同喷印工艺的多层结构功能层制备的整体调度控制，而且闭环控制只适用于一种工艺或者单层结构，无法满足多层结构制备的质量控制。此外，针对打印后融合液滴体积测量，现有技术方法考虑相对简单、相对独立，没有结合其他环节的数据以实现高效闭环控制，而且没有针对多层结构的膜厚测量的闭环控制，缺少对液滴飞行到沉积整体过程的观测，没有将落点定位偏差和沉积过程联系起来，缺少对缺陷形成机理的分析。

相应地，如何结合不同喷印工艺，以及实现各个环节在不同工艺阶段中数据的有机结合，完成柔性显示多层结构喷印制备的质量检测和反馈控制，正构成为本领域亟待解决的关键技术需求。

因此，本发明提出以下具体实施方案，充分说明本发明技术方案。

首先在一个实施例，提出一种阵列化喷头喷印用工艺参数优化方法10，包括：

110、对阵列化喷头每个喷孔进行液滴飞行检测，得到每个喷孔的飞行液滴参数，调整工艺参数，确保满足飞行液滴目标参数区间内喷射的喷孔比例达到要求；并通过上述液滴飞行检测，确定一个稳定喷孔，改变该喷孔与像素坑的相对位置，观测不同相对位置下液滴动态沉积过程，确定液滴落点偏差与飞行液滴参数的关系；基于各喷孔的飞行液滴参数以及上述关系，筛选落点偏差在目标偏差区间内的喷孔，作为初筛的喷孔；

120、采用初筛的喷孔进行打印，对所有缺陷打印位置进行液滴融合体积测量，基于所有缺陷打印位置及其对应的体积偏差、上述打印所用所有喷孔的飞行液滴参数以及上述打印对应的路径规划，确定问题喷孔并剔除，得到再次筛选的喷孔，重复该步骤，直至体积偏差达到实际要求，完成阵列化喷头喷印用工艺参数的优化。

也就是说，本实施例方法旨在优化工艺参数，以便后续正式工艺打印用。具体的用于后续打印的优化工艺参数包括筛选的喷孔编码，喷孔对应的打印用工艺参数，以及路径规划等。

关于上述方法中各环节具体优选方案，请详见以下对喷印制备整体系统40中的介绍。

在本发明的另一实施例中，还提供一种阵列化喷头阵列化喷头喷印用工艺参数优化系统20，包括：液滴飞行与沉积视觉检测模块，第一喷射与控制模块，液滴融合测量模块，以及计算控制单元。其中，

第一喷射与控制模块用于在计算控制单元的控制下来控制每个喷孔在满足实际所需的工艺参数范围内喷射；液滴飞行与沉积视觉检测模块用于在计算控制单元的控制下对每个喷孔进行液滴飞行视觉检测；计算控制单元还用于根据液滴飞行视觉检测的结果计算得到每个喷孔的飞行液滴参数，并通过液滴飞行视觉检测的结果，确定一个稳定喷孔，以控制液滴飞行与沉积视觉检测模块观测在稳定喷孔与像素坑之间不同的相对位置关系下的液滴动态沉积过程；稳定喷孔与像素坑之间不同的相对位置关系是由计算控制单元发出调整指令并由第一喷射与控制模块实施调整得到；

计算控制单元还用于根据液滴飞行与沉积视觉检测模块观测得到的液滴动态沉积过程，计算确定液滴落点偏差与飞行液滴参数的关系；并在工艺参数范围内调整用于喷射的工艺参数，重复控制第一喷射与控制模块进行喷射、液滴飞行与沉积视觉检测模块进行液滴飞行视觉检测和液滴动态沉积过程观测，使得满足打印要求的喷孔数量占喷孔总数量的比例达到实际要求，并将满足打印要求的喷孔作为初筛的喷孔，并规划逻辑打印路径，其中，打印要求为所喷射液滴满足目标液滴体积和目标落点偏差；

第一喷射与控制模块还用于在计算控制单元的控制下基于逻辑打印路径，采用初筛的喷孔进行打印；

液滴融合测量模块用于在计算控制单元的控制下采集所有缺陷打印位置的液滴干涉图像序列；计算控制单元还用于基于干涉图像序列，计算液滴融合体积测量值，基于所有缺陷打印位置及其对应的体积偏差、所述打印所用所有喷孔的飞行液滴参数以及打印对应的逻辑打印路径，确定问题喷孔并剔除，得到再次筛选的喷孔，重新规划逻辑打印路径并控制第一喷射与控制模块重新打印以及控制液滴融合测量模块重新进行液滴干涉图像序列采集，直至体积偏差达到实际要求。

本申请实施例提供的系统20中未详述的内容，可参照上述实施例中提供的方法10，本申请实施例提供的装置20能够达到的有益效果与上述实施例中提供的方法10相同，在此不再赘述。

在本发明的另一实施例中，提供一种柔性显示多层结构功能层喷印制备方法30，包括：

采用优化好的工艺参数，进行第一类阵列化喷头工艺打印并固化；上述优化好的工艺参数为采用如上所述的一种阵列化喷头喷印用工艺参数优化方法针对特定墨水和特定基板优化得到；在固化的基板上继续第二类阵列化喷头工艺打印，并测量膜厚，若膜厚满足要求，完成柔性显示多层结构功能层喷印制备，若膜厚不满足要求，重复进行第二类阵列化喷头工艺打印。

本实施例可很好结合不同的喷印工艺，能够适用于大部分柔性显示多层结构功能层的制备，具有普适性，且采用上述的阵列化喷头喷印用工艺参数优化方法的工艺参数，能够极大调高喷印制备质量和效率。

在本发明的另一实施例中，提供一种柔性显示多层结构功能层喷印制备系统40，图2是按照本发明所构建的用于柔性显示多层结构功能层喷印制备整体系统组成结构示意图。按照本发明的系统主要包括液滴飞行与沉积视觉检测模块7、AOI模块3、液滴融合测量模块4、箱体及支撑模块5、打印运动模块6、第一喷射与控制模块1、第二喷射与控制模块2、计算控制单元8，下面将对这些关键模块的具体组成和工作方式逐一进行具体说明。

(一)第一喷射与控制模块1

第一喷射与控制模块1包括喷头阵列11、喷头控制板12，其中喷头控制板12完成喷头阵列11喷射控制和外界通信触发控制；其中该第一喷射与控制模块1具有Y、Z方向自由度,Y方向自由度用于调整喷头阵列11喷射液滴在打印运动模块6的落点位置，Z方向自由度用于调整喷头阵列11与打印运动模块6的工作距离，所述第一喷射与控制模块1用于按照规定打印逻辑，实现喷印工艺液滴在打印运动模块6对应位置的沉积。

更具体地，参看图3的左上图示范性所示，本发明的一个优选实施例中，喷头阵列11优选可采用具有多级波形调节功能的工业喷头阵列，实现喷射液滴体积可控变化，有利于后续正式打印均匀性目标。本发明的一个优选实施例中，喷头控制板12优选可采用接收外界运动脉冲触发的喷射控制系统，实现运动控制喷射的打印模式。

更具体地，参看图3的左上图示范性所示，对于第一喷射与控制模块1，喷头阵列11采用拼接结构，可以拓展为多喷头多喷孔阵列；喷头控制板12与打印运动模块6中运动控制卡61建立触发打印通信链路，实现喷头阵列11按照预设逻辑顺序，在打印运动台62移动到位后，触发打印，实现准确喷印控制，其打印流程如下：

(a1)基于上视视觉方法，对喷头阵列11中初始喷孔定位；基于下视视觉方法，对打印运动模块6中打印运动台62上承载的基板初始打印位置进行定位；由于第一喷射与控制模块1具有Y、Z方向自由度，打印运动模块6具有X方向自由度，可以实现初始喷孔位置与基板初始打印位置对位；

(b1)根据基板打印的需求，包括打印分辨率、打印墨水体积、打印基板大小等参数，算法设计打印所需的打印数据，并将打印数据传输到喷头控制板12，设置基于打印运动台62的运动外触发打印墨水；

(c1)打印运动台62向X方向移动，移动到位后，到位信号传输到运动控制卡61，运动控制卡61输出打印触发信号到喷头控制板12，喷头控制板12按照设计好的打印数据，完成指定位置打印，在基板局部范围打印结束后，规划第一喷射与控制模块1与打印运动模块6的运动逻辑，移动第一喷射与控制模块1和打印运动模块6到新的打印起始位置，按照运动外触发打印模式，完成指定位置打印直到完成整个基板位置的打印。

(二)第二喷射与控制模块2

第二喷射与控制模块2包括电喷印喷头21、下视定位单元22、稳定照明单元23、观测单元24、高压放大单元25，其中第二喷射与控制模块2具有Y₂、Z₂方向自由度，Y₂方向自由度用于调整电喷印喷头21液滴在基板62的落点位置，Z₂方向自由度用于调整电喷印喷头21与打印运动模块6的工作距离；所述第二喷射与控制模块2用于按照规定打印逻辑，实现电喷印工艺液滴在打印运动模块6对应位置的沉积。

更具体地，参看图3的右上图示范性所示，下视定位单元22包括一相机、一镜头、一同轴点光源，本发明的一个优选实施例中，镜头根据需求优选可采用四倍放大倍数的MML镜头，具有较高的定位精度。本发明的一个优选实施例中，稳定照明单元23优选可采用面光源，实现更大范围的照明需求。由于电喷印工艺打印过程中，电喷印喷头21与基板的工作距离很小，防止机械干涉，观测单元24优选可按照倾斜角度45°的标准安装，在打印过程中，观测单元24不会与基板发生碰撞。本发明的一个优选实施例中，高压放大单元25优选将高低电势接到电喷印喷头21的首尾导电部分，直接在喷头内部形成高压电场，避免了基板接入电势，造成系统的复杂。

本发明的一个优选实施例中，第二喷射与控制模块2优选可采用如下步骤进行第二类阵列化喷头工艺：

(a2)基于上视视觉方法，对第二喷射与控制模块2中电喷印喷头21的初始喷孔定位；基于下视定位单元22，对打印运动模块6中打印运动台62上承载的基板初始打印位置进行定位；由于第二喷射与控制模块2具有Y₂、Z₂方向自由度，打印运动模块6具有X方向自由度，可以实现初始喷孔位置与基板初始打印位置对位以及初始喷孔到基板的工作距离的调整。其中，上视视觉方法和下视定位单元22都已经在现有技术中使用，不再详细介绍。

(b2)根据基板打印的需求，包括液滴落点间距、液滴尺寸、打印基板大小等参数信息，算法设计打印所需的打印数据，并将打印数据传输到高压放大单元25；

(c2)设置稳定照明单元23为常亮照明状态，规划打印运动台62和第二喷射与控制模块2的运动逻辑，高压放大单元25按照打印数据实现电压高低变化，完成液滴点、线、面结构打印；观测单元24实时采集和显示实际打印情况。

(三)AOI模块3

AOI模块3包括高分辨率视觉单元31、高倍数放大单元32、稳定照明单元33，其中该AOI模块3具有Y₁、Z₁方向自由度，Y₁方向自由度用于改变AOI模块3观测区域，Z₁方向自由度用于调整AOI模块3的工作距离，实现清晰成像，所述AOI模块3用于对基板上打印缺陷进行定位和统计，主要对基板打印均匀性进行评估。

更具体地，参看图3的左下图示范性所示，在本发明的一个优选实施例中，高分辨率视觉单元31优选可采用线阵CCD相机，满足大尺寸显示器件缺陷的快速定位和分类。由于液滴融合测量模块4会利用AOI模块3中，打印不均匀缺陷位置信息，为了方便进行位置标定，本发明的一个优选实施例中，AOI模块3优选可挂靠在与液滴融合测量模块4相同的运动部件上，共享Y₁、Z₁方向自由度。

(四)液滴融合测量模块4

液滴融合测量模块4包括高分辨率视觉单元41、准直镜筒42、稳定白光照明单元43、位移计量机构44、垂直运动机构45、高倍率物镜46，其中该液滴融合测量模块4具有Y₁、Z₁方向自由度，Y₁方向自由度用于改变液滴融合测量模块4观测区域，Z₁方向自由度用于快速粗调液滴融合测量模块4的工作距离，其中垂直运动机构45具有Z₁₁方向自由度，Z₁₁方向自由度用于负载高倍率物镜46在Z₁₁方向上实现扫描，完成不同位置液滴图像采集。液滴融合测量模块4用于对基板上打印的融合液滴体积进行视觉测量以及对功能层薄膜厚度进行测量。

更具体地，参看图3的左下图示范性所示，在本发明的一个优选实施例中，高分辨率视觉单元41优选可采用340帧高帧率的CCD芯片工业相机，可以实现扫描过程中，图像实时采集。为了利用白光的低相干特性实现更大范围的三维形貌测量，稳定白光照明单元43优选可采用稳定波长的白光LED点光源。扫描触发采集的频率越高，采样点密度越高。为满足采样定律，在本发明的一个优选实施例中，位移计量机构44优选可采用纳米分辨率的光栅尺，在运动机构扫描时，可以以很小的间隔触发采集。为实现大范围、高效率的干涉图像采集，垂直运动机构45优选可采用伺服电机，并只负载高倍率物镜46，实现更大范围、更快速度、更加稳定的扫描采集过程。在本发明的一个优选实施例中，根据测量对象特点和精度要求，高倍率物镜46优选可采用Nikon的50倍Mirua物镜，内部包含参考镜，属于集成式的干涉物镜。

更具体地，参看图4示范性所示，本发明的一个优选实施例中，液滴融合测量模块4对融合液滴体积视觉测量优选可采用步骤：

(a3)液滴融合测量模块4具有Y₁方向自由度，可以调整液滴融合测量模块4相对于打印运动模块6的Y方向位置；打印运动模块6具有X方向自由度，可以调整液滴融合测量模块4相对于打印运动模块6的X方向位置，接收AOI模块3输出的打印缺陷位置，实现液滴融合测量模块4对打印运动模块6上基板特定位置的测量；

(b3)液滴融合测量模块4具有Z₁方向自由度，粗定位实现液滴融合测量模块4相对于打印运动模块6的Z方向位置处于工作距离内；

(c3)垂直运动机构45具有Z₁₁方向自由度，并且负载了高倍率物镜46，可以实现高倍率物镜46相对于打印运动模块6的观测距离改变；运动机构45移动过程中，当移动距离满足指定间隔时，间隔到位信号传输到位移计量机构44，位移计量机构44输出触发采集信号到高分辨率视觉单元41，高分辨率视觉单元41采用的是高帧率相机，可以满足垂直运动机构45连续运动情况下，对应扫描高度的干涉图像采集需求；

(d3)基于上述步骤获取的干涉图像，首先根据公式(一)对液滴区域进行自动分割，然后根据公式(二)计算液滴在基板上沉积后的铺展面积；同时，并行根据公式(三)计算液滴铺展面积范围内的高度值，最后根据铺展面积和高度值得到液滴体积：

其中，J为求解过程中分割结果衡量指标，其值越小，分割区分度越高；c表示需要分割的类别数目；n表示干涉图像中像素个数；u_ij表示像素j属于类别i的概率大小；x_j表示像素j的灰度值；c_i表示对应类别中心灰度值；λ₁、λ₂、λ_n分别是对应不同约束条件下的约束系数，满足任意一个像素属于所有类别概率之和为1的约束；基于拉格朗日方法对J进行迭代求解最小值，获取最终的分类结果；S为液滴在基板上沉积后的铺展面积；c_d为液滴类别中心灰度值；p_x、p_y是图像中单个像素对应实际尺寸；h_S为液滴沉积铺展面积位置液滴的高度；i为干涉图序列的索引；I_i、I_i-1分别是索引号为i、i-1的干涉图像对应像素的灰度值；h为扫描间隔值；最终的液滴体积V_d计算如下：

更具体地，参看图5示范性所示，本发明的一个优选实施例中，液滴融合测量模块4对功能层薄膜厚度测量优选可采用测量原理：

垂直运动机构45带动高倍率物镜46在垂直方向上移动，高倍率物镜46分别到达图5中高度位置h₁，h₂，h₃处。到达高度位置h₁时，对应功能层1上表面处于干涉最强位置，即功能层1上表面零光程差位置。到达高度位置h₂时，对应功能层1下表面处于干涉最强位置，即功能层1下表面零光程差位置。到达高度位置h₃时，对应功能层2下表面处于干涉最强位置，即功能层2下表面零光程差位置。根据获取的干涉图序列，对测量点的干涉强度图进行分析，可以得到图5的右下角子图中所示信息，其中，纵轴表示干涉强度，横轴表示扫描高度值。功能层的不同边界都会反射相干测量光束，各个边界层反射的相干测量光束和相干参考光束会在不同扫描高度发生干涉，不同边界干涉位置对应的高度差值即为功能层薄膜厚度，对应到图5的右下角子图中，表现为不同局部区域对应的峰值的横坐标为功能层1、功能层2不同界面的高度值，根据公式(四)让干涉强度图在索引维度上与高斯函数卷积，从卷积结果Out_S中提取局部最大值：

其中，Out_S是干涉图序列卷积结果；gauss(0,σ)是均值为0，标准差为σ的高斯函数；r为干涉图序列的数目；S_i-p，i+p是数目为2p的局部干涉图序列，并且以索引是i的干涉图为中心，对于i<p或者i+p>r的情况，缺失部分用干涉强度图邻近序列平均值补充。局部最大值的横坐标位置是对应边界的干涉位置，功能层薄膜厚度对应局部最大值的横坐标位置的差值，对应到图5的右下角子图中，表现为功能层1的膜厚d₁＝h₁-h₂，功能层2的膜厚d₁＝h₂-h₃。

(五)箱体和支撑模块5

箱体和支撑模块5包括大理石平台51、隔振组件52、底部基台53，其中隔振组件52隔绝来自底部基台53的外界振动，保证大理石平台51满足隔振标准，降低环境对其他工作模块的干扰，所述箱体和支撑模块5用于对外界环境干扰进行隔绝；更具体地，参看图2示范性所示，本发明的一个优选实施例中，大理石平台51优选可采用整体平整的大理石平台，保证平台平面度和平整性。隔绝外界环境振动，本发明的一个优选实施例中，隔振组件52优选可采用主动气浮隔振系统，隔绝来自地面的低频振动。

(六)打印运动模块6

打印运动模块6在前述已说明其作用，在此不再赘述。

(七)液滴飞行与沉积视觉检测模块7

液滴飞行与沉积视觉检测模块7是本发明技术方案比较关键的一个模块，该模块7的工作作为前序工作，会用到第一喷射与控制模块1来进行液滴喷射，该模块7用于飞行液滴状态测量以及对液滴沉积过程动态观测，目的是为工艺参数的优化初步筛选喷孔。对于该液滴飞行与沉积视觉检测模块7，包括高分辨率视觉单元71、高倍数放大单元72、液滴观测基台73、高触发照明单元74、照明触发信号控制板75，其中液滴观测基台73具有X₃、Y₃、Z₃方向自由度,X₃、Y₃方向自由度用于调整液滴在基板上落点位置，Z₃方向自由度用于调整基板在高分辨率视觉单元71中成像高度位置，区分液滴飞行状态测量过程和液滴沉积过程观测；液滴飞行与沉积视觉检测模块7用于对飞行液滴状态测量、分类以及对液滴沉积过程动态观测。

更具体地，参看图3的右下角示范性所示，在本发明的一个优选实施例中，高分辨率视觉单元71优选可采用500万像素的CCD高分辨率工业相机，具有较大的视野范围和较高的采集帧率。液滴尺寸很小，为了实现液滴飞行过程或者液滴沉积过程更加清晰的采图，在本发明的一个优选实施例中，高倍数放大单元72优选可采用14倍放大倍数的Navitar镜头，具有较高测量精度。为了减少光发散造成的亮度下降，在本发明的一个优选实施例中，高触发照明单元74优选可采用大功率频闪光源。测量过程中的照明是基于高频喷射信号触发，为了触发信号有更好的实时触发特性，在本发明的一个优选实施例中，照明触发信号控制板75优选可采用FPGA控制电路板，具有纳秒时间分辨率。为了实现液滴沉积过程观测，在本发明的一个优选实施例中，液滴观测基台73优选可采用三轴高精度的运动控制台，实现不同沉积瞬间的采集的运动配合。

针对飞行液滴检测方法，在本发明的一个优选实施例中，液滴飞行与沉积视觉检测模块7优选按照以下步骤进行：

(a4)液滴观测基台73具有Z₃方向自由度，控制液滴观测基台73向Z₃方向下移，保证液滴观测基台73不在高分辨率视觉单元71和高倍数放大单元72组成的观测系统视野中，确保检测过程中，液滴是处于飞行状态；液滴观测基台73作为在进行液滴飞行检测和液滴动态沉积过程观测时的液滴基板；

(b4)第一喷射与控制模块1具有Y、Z方向自由度，控制第一喷射与控制模块1在液滴飞行与沉积视觉检测模块7观测区域正上方；

(c4)建立第一喷射与控制模块1中喷头控制板12与液滴飞行与沉积视觉检测模块7中照明触发信号控制板75的喷射信号通信链路，建立液滴飞行与沉积视觉检测模块7中照明触发信号控制板75与高触发照明单元74的触发信号通信链路；

(d4)通过第一喷射与控制模块1中喷头控制板12控制喷头阵列11中设置的喷孔进行稳定喷射；照明触发信号控制板75接受到喷头控制板12的喷射信号，同时将触发信号传输到高触发照明单元74，高触发照明单元74实现喷射信号控制的频闪照明；

(e4)在高触发照明单元74实现喷射信号控制的频闪照明下，高分辨率视觉单元71、高倍数放大单元72捕捉到飞行过程中的液滴图像，可以基于采集到的图像实现液滴体积、方向、飞行速度等物理量的测量。

液滴飞行与沉积视觉检测模块7除了对飞行液滴进行检测和测量，还具有液滴沉积过程观测功能。由于小尺寸液滴沉积过程时间窗口很小，高速相机很难实现高清晰度和高帧率条件下的观测，在本发明的一个优选实施例中，液滴飞行与沉积视觉检测模块7优选可采用频闪技术，采集瞬时过程，通过不同瞬时过程的采集，完成全过程观测，通过对液滴沉积过程不同瞬间进行观测，探究墨滴飞行状态、落点位置、入射角度、墨水特性等因素对缺陷形成机理的影响。

更具体地，参看图6所示，针对液滴沉积过程观测，在本发明的一个优选实施例中，液滴飞行与沉积视觉检测模块7优选按照以下步骤进行：

(a5)利用飞行液滴检测方法，首先筛选沉积观测喷孔，筛选标准要求沉积观测喷孔可以在长时间下稳定喷射，喷射稳定性指标D：

在公式(六)中t是时间序列，I_t、I_t-1分别是相邻时间序列下，高分辨率视觉单元71获取的飞行液滴灰度照片。计算一段时间t下，不同时间序列灰度差异的归一化值D。当D小于预设的运行偏差D₀，对应喷孔喷射稳定性满足沉积观测要求，同时进行包括速度V、角度θ在内的一系列墨滴参数测量；

(b5)第一喷射与控制模块1具有Y、Z方向自由度，控制第一喷射与控制模块1在液滴飞行与沉积视觉检测模块7观测区域正上方，调整液滴飞行与沉积视觉检测模块7处于沉积视觉检测就绪状态；

(c5)建立第一喷射与控制模块1中喷头控制板12与液滴飞行与沉积视觉检测模块7中照明触发信号控制板75的喷射信号通信链路，建立液滴飞行与沉积视觉检测模块7中照明触发信号控制板75与高触发照明单元74的触发信号通信链路；

(d5)根据液滴飞行到撞击基板时间T，设置喷嘴喷射和液滴观测台的运动频率，飞行液滴从喷孔喷出到基板完成撞击的时间为T，其计算公式为公式(七)：

T＝d/(V sinθ) 公式(七)

其中，d为喷孔到液滴观测基台73的距离，可由激光位移传感器测量得到。当照明触发信号控制板75接受到喷头控制板12的喷射信号时，将触发信号延迟T后传输到高触发照明单元74，频闪照明瞬间为液滴撞击液滴观测基台73的瞬间；

(e5)通过第一喷射与控制模块1中喷头控制板12控制喷头阵列11中筛选出的喷孔进行稳定喷射；照明触发信号控制板75接受到喷头控制板12的喷射信号，同时将触发信号传输到高触发照明单元74，高触发照明单元74按照预设的延迟时间，延迟照明，采集不同瞬间下的液滴沉积图像。设置延迟触发的时间计算公式(八)：

T_n＝T-nΔ，n＝0…n₀ 公式(八)

其中，n₀为要观测的液滴沉积瞬间的个数，Δ为时间间隔。在液滴飞行与沉积视觉检测模块7在延迟时间T_n下对某一瞬间沉积过程频闪照明采集后，设置液滴观测基台73在Y₃方向移动，液滴观测基台73移动到新的位置，液滴飞行与沉积视觉检测模块7在延迟时间T_n+1下对新的沉积瞬间频闪照明采集。重复上述过程，在不同延迟时间T_n控制下，液滴飞行与沉积视觉检测模块7可以获取液滴撞击基板的不同瞬间的图片。

更具体地，参看图7示范性所示，各个模块之间动作时序以及不同沉积瞬间采集原理。喷孔喷射后，墨滴从喷孔喷射飞行到撞击基板完成沉积的时间为T。液滴接触基板到完成沉积的时间远小于T，通过重复试验并延迟采集不同瞬间的图像，实现液滴沉积全流程观测。获取沉积结束前n₀Δ时刻的沉积过程，需要设置喷孔喷射后,照明时间延后T-n₀Δ时间后，再触发采集，此时观测到的就是沉积结束前n₀Δ时刻的沉积过程。完成上一时刻采集后，液滴观测基台73移动到下一个新的位置，设置喷孔喷射后,照明时间延后T-nΔ时间后，再触发采集，此时观测到的就是沉积结束前nΔ时刻的沉积过程，其中n＝n₀到1。重复上述步骤，直到采集到液滴沉积全流程瞬间。

需要说明的是，上述各X自由度为同一空间方向，上述各Y自由度为同一空间方向，上述各Z自由度为同一空间方向，只是所在模块空间位置不同，对应的下标不同。

本实施例的柔性显示多层结构功能层喷印制备方法，需要各个关键模块有机结合，还要根据不同喷印工艺的特性，制定针对的工艺路线，并且考虑不同喷印工艺部分的工艺闭环，提高工艺的稳定性。

更具体地，参看图8示范性所示，柔性显示多层结构功能层喷印制备优选可采用如下流程：

(a6)按照已经学习的检测位置，将第一喷射与控制模块1的喷头阵列11向Y方向移动，液滴飞行与沉积视觉检测模块7向Z₃方向移动，确保喷头阵列11处于液滴飞行与沉积视觉检测模块7飞行液滴检测区域内；基于飞行液滴检测方法对喷头阵列11所有喷孔喷射的飞行液滴进行检测，包括体积、速度、角度等物理量的测量；

(b6)通过所述液滴飞行检测，确定一个稳定喷孔，改变该喷孔与像素坑的相对位置，观测不同相对位置下液滴动态沉积过程，确定液滴落点偏差与飞行液滴参数的关系；根据飞行液滴检测结果以及落点偏差计算结果，调整工艺参数和波形参数直到满足打印要求的喷孔数量占喷孔总数量的比例达到实际要求，循环上述步骤，完成初步喷头筛选；

(c6)基于基板信息以及上述步骤筛选的喷孔信息、落点偏差信息，对喷头阵列11中不同喷头进行当前喷头试打印逻辑路径规划，控制装有不同墨水的喷头在液滴观测基台73进行喷头试打印；

(d6)基于AOI模块3对基板中打印缺陷进行定位，并完成整个基板中缺陷分类；

(e6)基于液滴融合测量模块4，对步骤(d6)中缺陷位置处融合液滴体积进行测量，并与目标打印体积进行比较，获取体积偏差；

(f6)回溯喷头的逻辑规划路径、AOI模块3定位的缺陷位置、步骤(a6)、(b6)筛选喷孔时测量的物理量参数、步骤(e6)体积偏差，确定当前喷头试打印过程中出现问题的喷孔，实现当前喷头试式打印后喷孔筛选；

(g6)若存在问题喷孔，则对筛选后的喷孔重新进行喷头的逻辑路径规划，进行下一次喷头试打印，并重复步骤(d6)、(e6)、(f6)，直到完成工艺喷头精筛，随后在打印运动模块6的基板上进行喷头正式打印并固化；

(h6)控制第二喷射与控制模块2在上述打印并固化的基板上，进行第二类阵列化喷头工艺打印功能层制备；

(i6)基于液滴融合测量模块4，对步骤(h6)中制备的功能层进行膜厚测量；若膜厚小于目标膜厚，重复步骤(h6)，直到满足打印目标。

工艺路线的顺利执行，少不了控制流程的稳定运行。对于柔性显示多层结构功能层喷印制备系统，各个模块信号联系，闭环反馈控制都需要明确，才能确保器件生产制备的良品率。

更具体地，参看图9示范性所示，柔性显示多层结构功能层喷印制备系统控制步骤优选可采用如下说明：

第一喷射与控制模块1根据后续工艺流程不同，接收不同的打印数据；飞行液滴检测过程中接收飞行液滴检测用的打印数据，确保高分辨率视觉单元71视野范围内的喷孔才会按照预设打印频率进行喷射；沉积视觉检测过程中接收沉积视觉检测用的打印数据，确保视野范围内的喷孔喷射频率、液滴观测基台73在Y₃方向运动到新观测位置的频率、照明触发信号控制板75延迟频闪照明频率相互一致，在此基础上，通过延迟触发照明，实现液滴沉积过程中某一瞬间的图像采集；正式打印过程中，第一喷射与控制模块1接收计算控制单元8发送的逻辑路径规划的打印数据，其中逻辑路径规划的打印数据是基于筛选后的喷孔规划计算得来，在每次正式打印时，按照打印数据提供的打印信息和运动规划动作在基板上完成目标打印。

第二喷射与控制模块2接收计算控制单元8发送的喷头逻辑路径规划的打印数据，高压放大单元25按照规划的电喷印打印数据，在第一类喷印工艺打印结束的基板上，实现第二类喷印工艺功能层生产制备。

液滴飞行与沉积视觉检测模块7，在飞行液滴检测过程，通过视觉测量方法，由计算控制单元8计算输出对应喷孔喷射飞行液滴的体积、速度、角度等参数；在沉积视觉检测过程，由计算控制单元8输出液滴沉积的不同瞬间图像。

AOI模块3对第一类阵列化喷头工艺打印后基板进行缺陷检测，输出缺陷位置以及缺陷类型，包括散点缺陷、粘连缺陷、体积不均匀缺陷、漏打缺陷等。

液滴融合测量模块4，分别对第一类阵列化喷头打印工艺基板进行融合液滴体积测量，对电喷印工艺基板进行功能层膜厚测量；在融合液滴体积时，接收AOI模块3输出的缺陷位置，快速定位缺陷位置，对体积不均匀缺陷位置的融合液滴体积进行测量；在电喷印工艺基板进行功能层膜厚测量，输出功能层上下界面的高度差，即对应功能层膜厚。

综上，本发明提出一种阵列化喷头喷印工艺参数优化方法，将飞行液滴测量、液滴沉积视觉检测、融合液滴体积测量结合起来，通过对液滴飞行过程机理、液滴动态沉积过程机理，以及液滴融合体积的测量，实现对液滴全生命周期的完整监控，充分考虑不同环节对打印的影响，实现工艺参数优化，提高优化质量和效率。本发明还提出一种柔性显示多层结构功能层喷印制备方法，在上述第一类阵列化喷头喷印工艺参数优化的基础上，进一步考虑功能层膜厚测量，真正实现对液滴全生命周期的完整监控，进一步对不同喷印工艺流程实现高效控制。另外，本发明还通过对柔性显示多层结构功能层喷印制备系统的关键组成模块构造及其工作方式进行设计，能够准确实现包括飞行液滴测量、液滴沉积视觉检测、融合液滴体积测量、功能层膜厚测量、不同喷印喷头调度和信号控制等一系列操作，实现了多层结构器件喷印制备的工艺流程和闭环控制流程。进一步，本发明还提出了一种具体的液滴沉积视觉检测方法，通过延迟照明，实现沉积全过程观测，以及，本发明提出了一种具体的融合液滴体积测量方法，通过对干涉图像划分区域、液滴铺展面积计算、液滴高度计算，实现融合液滴体积的测量。

总的来说，按照本发明的柔性显示多层结构功能层喷印制备的系统和方法，通过设计多个关键模块、关键模块之间的控制链路，以及相应的检测算法，实现对液滴从喷射、飞行、沉积、融合等全生命周期的完整监控，并基于对沉积过程的瞬时观测，探究缺陷形成机理的影响，并通过闭环控制，多次筛选喷孔，实现对不同喷射模块的工艺流程的高效控制，并显著提高了柔性显示多层结构件产品的质量和良品率。

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 (10)

1.一种阵列化喷头喷印用工艺参数优化方法，其特征在于，包括：

S1、对阵列化喷头每个喷孔进行液滴飞行检测，得到每个喷孔的飞行液滴参数，调整工艺参数，确保满足飞行液滴目标参数区间内喷射的喷孔比例达到要求；并通过所述液滴飞行检测，确定一个稳定喷孔，改变该喷孔与像素坑的相对位置，观测不同相对位置下液滴动态沉积过程，确定液滴落点偏差与飞行液滴参数的关系；基于各喷孔的飞行液滴参数以及所述关系，筛选落点偏差在目标偏差区间内的喷孔，作为初筛的喷孔；

S2、采用初筛的喷孔进行打印，对所有缺陷打印位置进行液滴融合体积测量，基于所有缺陷打印位置及其对应的体积偏差、所述打印所用所有喷孔的飞行液滴参数以及所述打印对应的路径规划，确定问题喷孔并剔除，得到再次筛选的喷孔；

S3、采用再次筛选的喷孔重复步骤S2，直至体积偏差达到实际要求，完成阵列化喷头喷印用工艺参数的优化。

2.根据权利要求1所述的一种阵列化喷头喷印用工艺参数优化方法，其特征在于，所述液滴飞行检测的实现方式为：

控制待检测的每个喷孔按照实际所需液滴参数范围稳定喷射液滴；对飞行过程中的液滴进行频闪照明，捕捉单帧飞行过程中的液滴图像；

基于采集到的液滴图像，计算得到该喷孔喷射的飞行液滴参数，包括：液滴体积、飞行方向、飞行速度；

所述动态沉积过程的观测方式为：

根据所述稳定喷孔所喷射液滴的体积和飞行方向，计算液滴从喷孔喷射飞行到撞击基板完成沉积的时间T；

控制所述稳定喷孔喷射液滴，并控制观测系统在时间T_n＝T-n₀Δ时采集瞬间液滴沉积图像；控制所述观测系统水平移动到新的观测位置，再次控制所述稳定喷孔喷射液滴，并控制观测系统在时间T_n＝T-(n₀-1)Δ采集瞬间液滴沉积图像；以此类推，每采集一次图像，Δ的系数减去1，直至T_n＝T，采集到液滴沉积的全流程瞬间，其中，Δ为时间间隔。

3.根据权利要求1所述的一种阵列化喷头喷印用工艺参数优化方法，其特征在于，所述再次筛选的喷孔的确定方式为：

将液滴融合体积测量值超过体积目标值的预设量的像素坑位置，定义为缺陷像素坑位置，并确定所有的缺陷像素坑位置；回溯所述打印对应的路径规划，确定参与缺陷像素坑打印的所有喷孔；基于参与缺陷像素坑打印的所有喷孔的所述飞行液滴参数中的液滴体积参数以及所有缺陷像素坑位置的液滴融合体积测量值，采用数据驱动的方法，计算各个喷孔出现不稳定的概率，筛选小于指定概率的喷孔，作为再次筛选的喷孔。

4.根据权利要求1所述的一种阵列化喷头喷印用工艺参数优化方法，其特征在于，所述液滴融合体积测量的实现方式为：

采集缺陷打印点处的干涉图像序列；

基于所述干涉图像序列，对图像内液滴区域进行分割，并计算像素坑区域中像素坑内液滴铺展面积；基于所述干涉图像序列，对基板上的液膜进行三维形貌重构，计算三维形貌高度；其中，根据如下公式对液滴区域进行分割：

根据如下公式计算像素坑内液滴铺展面积：

并行根据如下公式计算液滴铺展面积范围内的高度值：

根据所述液滴铺展面积和所述高度值，得到液滴融合体积：

上式中，J为求解过程中分割结果衡量指标，其值越小，分割区分度越高；c表示需要分割的类别数目；n表示干涉图像中像素个数；u_ij表示像素j属于类别i的概率大小；x_j表示像素j的灰度值；c_i表示对应类别中心灰度值；λ₁、λ₂、λ_n分别是利用拉格朗日方法求解过程中约束条件的拉格朗日系数，满足任意一个像素属于所有类别概率之和为1的约束；基于拉格朗日方法对J进行迭代求解最小值，获取最终的分类结果；S为液滴在基板上沉积后的铺展面积；c_d为液滴类别中心灰度值；p_x、p_y是图像中单个像素对应实际尺寸；h_S为液滴沉积铺展面积位置液滴的高度；i为干涉图序列的索引；I_i、I_i-1分别是索引号为i、i-1的干涉图像对应像素的灰度值；h为扫描间隔值。

5.一种阵列化喷头喷印用工艺参数优化系统，其特征在于，包括：液滴飞行与沉积视觉检测模块，第一喷射与控制模块，液滴融合测量模块，以及计算控制单元；其中，

所述第一喷射与控制模块用于在所述计算控制单元的控制下来控制每个喷孔喷射液滴；所述液滴飞行与沉积视觉检测模块用于在所述计算控制单元的控制下对阵列化喷头每个喷孔进行液滴飞行检测；所述计算控制单元还用于根据所述液滴飞行检测的结果计算得到每个喷孔的飞行液滴参数，并调整工艺参数控制所述第一喷射与控制模块，确保满足飞行液滴目标参数区间内喷射的喷孔比例达到要求，还通过所述液滴飞行检测的结果，确定一个稳定喷孔，以控制所述液滴飞行与沉积视觉检测模块观测在所述稳定喷孔与像素坑之间不同的相对位置关系下的液滴动态沉积过程；所述稳定喷孔与像素坑之间不同的相对位置关系是由所述计算控制单元发出调整指令并由所述第一喷射与控制模块实施调整得到；

所述计算控制单元还用于根据所述液滴飞行与沉积视觉检测模块观测得到的液滴动态沉积过程，计算确定液滴落点偏差与飞行液滴参数的关系；基于各喷孔的飞行液滴参数以及所述关系，筛选落点偏差在目标偏差区间内的喷孔，作为初筛的喷孔，并规划逻辑打印路径；

所述第一喷射与控制模块还用于在所述计算控制单元的控制下基于所述逻辑打印路径，采用初筛的喷孔进行打印；

所述液滴融合测量模块用于在所述计算控制单元的控制下采集所有缺陷打印位置的液滴干涉图像序列；所述计算控制单元还用于基于所述干涉图像序列，计算液滴融合体积测量值，基于所有缺陷打印位置及其对应的体积偏差、所述打印所用所有喷孔的飞行液滴参数以及所述打印对应的逻辑打印路径，确定问题喷孔并剔除，得到再次筛选的喷孔，重新规划逻辑打印路径并控制所述第一喷射与控制模块重新打印以及控制所述液滴融合测量模块重新进行液滴干涉图像序列采集，直至体积偏差达到实际要求。

6.根据权利要求5所述的一种阵列化喷头喷印用工艺参数优化系统，其特征在于，所述液滴飞行与沉积视觉检测模块包括：高分辨率视觉单元、高倍数放大单元、液滴观测基台、高触发照明单元和照明触发信号控制板；液滴观测基台具有X3、Y3、Z3方向自由度，X3、Y3方向自由度用于调整液滴在液滴观测基台上落点位置，Z3方向自由度用于调整液滴观测基台在高分辨率视觉单元中成像高度位置，以进行所述液滴飞行检测和所述液滴动态沉积过程观测；

所述第一喷射与控制模块包括：喷头阵列和喷头控制板，具有Y、Z方向自由度；其中，Y与Y3在空间上为水平方向且同向；Z和Z3在空间上为竖直方向；

则所述阵列化喷头喷印用工艺参数优化系统实现所述液滴飞行检测的方式为：

所述计算控制单元控制液滴观测基台在Z3方向上移动，使得液滴观测基台在高分辨率视觉单元和高倍数放大单元组成的观测系统视野的下部，以保证所述观测系统采集液滴的飞行状态信息；同时，所述计算控制单元控制第一喷射与控制模块在Z方向上移动，使得第一喷射与控制模块在所述观测系统视野的上部；

在所述计算控制单元的控制下，喷头控制板控制喷头阵列中设置的喷孔进行稳定喷射至液滴观测基台；照明触发信号控制板接收到喷头控制板的喷射信号，同时将触发信号传输到高触发照明单元，高触发照明单元实现喷射信号控制的频闪照明；

在高触发照明单元实现喷射信号控制的频闪照明下，高分辨率视觉单元、高倍数放大单元捕捉到液滴飞行过程中的液滴图像。

7.根据权利要求6所述的一种阵列化喷头喷印用工艺参数优化系统，其特征在于，所述阵列化喷头喷印用工艺参数优化系统实现所述液滴动态沉积过程观测的方式为：

(1)所述计算控制单元控制第一喷射与控制模块在Z方向上移动，使得第一喷射与控制模块在所述观测系统视野的上部；并根据所述稳定喷孔所喷射液滴的体积和飞行方向，计算液滴从喷孔喷射至飞行到撞击基板完成沉积的时间T；

(2)在所述计算控制单元的控制下，喷头控制板控制喷头阵列中筛选出的喷孔进行稳定喷射；照明触发信号控制板接收到喷头控制板的喷射信号，同时将触发信号传输到高触发照明单元，高触发照明单元按照预设的延迟时间，延迟照明，高分辨率视觉单元、高倍数放大单元采集当前延迟时间下的瞬间液滴沉积图像；其中，设置延迟触发的时间计算：T_n＝T-n₀Δ；n₀为要观测的液滴沉积瞬间的个数，Δ为时间间隔；

(3)设置液滴观测基台在Y₃方向移动，液滴观测基台移动到新的位置，重复上述(1)和(2)，在时间T_n＝T-(n₀-1)Δ采集瞬间液滴沉积图像；以此类推，每采集一次图像，Δ的系数减去1，直至T_n＝T，采集到液滴沉积的全流程瞬间。

8.根据权利要求5所述的一种阵列化喷头喷印用工艺参数优化系统，其特征在于，所述液滴融合测量模块包括：高分辨率视觉单元、准直镜筒、稳定白光照明单元、位移计量机构、垂直运动机构和高倍率物镜；其中，所述液滴融合测量模块具有Y₁、Z₁方向自由度，Y₁方向自由度用于改变液滴融合测量模块观测区域，Z₁方向自由度用于粗调液滴融合测量模块的工作距离，垂直运动机构具有Z₁₁方向自由度，Z₁₁方向自由度用于负载高倍率物镜在Z₁₁方向上实现扫描，完成不同位置液滴图像采集；Z₁₁与Z₁在空间上同为竖直方向，Y₁在空间上为水平方向；

所述阵列化喷头喷印用工艺参数优化系统还包括打印运动模块，具有X方向自由度；X在空间上为水平方向且与Y₁垂直；

则所述阵列化喷头喷印用工艺参数优化系统实现所述液滴融合体积测量的方式为：

在所述计算控制单元的控制下，通过液滴融合测量模块的Y₁方向自由度和打印运动模块的X方向自由度，调整液滴融合测量模块相对于打印运动模块的位置，以实现液滴融合测量模块对打印运动模块上基板特定位置的测量；通过液滴融合测量模块的Z₁方向自由度，粗定位实现液滴融合测量模块相对于打印运动模块的Z方向位置处于工作距离内；

在所述计算控制单元的控制下，垂直运动机构在Z₁₁方向自由度上移动，垂直运动机构移动过程中，当移动距离满足指定间隔时，间隔到位信号传输到位移计量机构，位移计量机构输出触发采集信号到高分辨率视觉单元，高分辨率视觉单元采集干涉图像，最终得到干涉图像序列；

所述计算控制单元基于所述干涉图像序列，对图像中液滴区域进行分割，并计算像素坑区域中像素坑内液滴铺展面积；基于所述干涉图像序列，对基板上的液膜进行三维形貌重构，计算三维形貌高度；

其中，根据如下公式对液滴区域进行分割：

根据如下公式计算像素坑内液滴铺展面积：

并行根据如下公式计算液滴铺展面积范围内的高度值：

根据所述液滴铺展面积和所述高度值，得到液滴融合体积：

上式中，J为求解过程中分割结果衡量指标，其值越小，分割区分度越高；c表示需要分割的类别数目；n表示干涉图像中像素个数；u_ij表示像素j属于类别i的概率大小；x_j表示像素j的灰度值；c_i表示对应类别中心灰度值；λ₁、λ₂、λ_n分别是利用拉格朗日方法求解过程中约束条件的拉格朗日系数，满足任一个像素属于所有类别概率之和为1的约束；基于拉格朗日方法对J进行迭代求解最小值，获取最终分类结果；S为液滴在基板上沉积后的铺展面积；c_d为液滴类别中心灰度值；p_x、p_y是图像中单个像素对应实际尺寸；h_S为液滴沉积铺展面积位置液滴的高度；i为干涉图序列的索引；I_i、I_i-1分别是索引号为i、i-1的干涉图像对应像素的灰度值；h为扫描间隔值。

9.一种柔性显示多层结构功能层喷印制备方法，其特征在于，包括：

采用优化好的工艺参数，进行第一类阵列化喷头工艺打印并固化；所述优化好的工艺参数为采用如权利要求1至4任一项所述的一种阵列化喷头喷印用工艺参数优化方法针对特定墨水和特定基板优化得到；

在所述固化的基板上进行第二类阵列化喷头工艺打印，并测量膜厚，若膜厚满足要求，完成柔性显示多层结构功能层喷印制备，若膜厚不满足要求，重复进行第二类阵列化喷头工艺打印。

10.一种柔性显示多层结构功能层喷印制备系统，其特征在于，包括：第二喷射与控制模块，以及如权利要求5至8任一项所述的一种阵列化喷头喷印用工艺参数优化系统；

所述阵列化喷头喷印用工艺参数优化系统用于通过其中的第一喷射与控制模块，采用优化好的工艺参数，进行第一类阵列化喷头工艺打印并固化；所述优化好的工艺参数为采用如权利要求1至4任一项所述的一种阵列化喷头喷印用工艺参数优化方法针对特定墨水和特定基板优化得到；

所述第二喷射与控制模块用于在所述固化的基板上进行第二类阵列化喷头工艺打印；

所述阵列化喷头喷印用工艺参数优化系统还用于通过其中的液滴融合测量模块测量膜厚，若膜厚满足要求，完成柔性显示多层结构功能层喷印制备，若膜厚不满足要求，所述第二喷射与控制模块重复进行第二类阵列化喷头工艺打印。

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