[发明专利]一种喷墨打印机控制墨滴干燥过程的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于平板显示制造中图案化功能薄膜制备的控制墨滴干燥过程的方法及装置。

背景技术

在平板显示制造中有机薄膜晶体管（OTFT）阵列的制作涉及到金属薄膜，半导体薄膜和绝缘薄膜材料的制备和图案化工艺。采用溶液法将这些功能材料精确打印到打印基材上可以直接形成图案化薄膜。该方法具有工序简单，用料省，成本低等优点；但是由于墨水的组分、衬底的表面性能、打印工艺条件等多种因素的作用，薄膜的均匀性和微观形貌却不易控制。衬底表面能的大小和极性则直接决定墨滴在打印基材上的铺张程度以及薄膜的微观形貌。研究表明，通过表面自组装单分子层或者使用其它表面处理工艺可以提高半导体墨水在打印基材上的可打印性，有效提升打印制备的OTFT器件的性能。

喷墨打印机包括打印头、滑动托架和固定打印基材的可移动平台，并有墨水卡夹用于储存墨水材料，墨水卡夹的底部固定卡夹硅晶片，卡夹硅晶片上开有多个微米尺寸的通孔，墨水通过硅晶片上的通孔喷涂在薄片状打印基材的上表面形成所需图案。常规的形式是，打印头以固定的频率喷射墨滴，墨滴的落点随着滑动托架的移动而不同。打印头的喷墨时间节奏与滑动托架的位移控制通过电脑程序同步执行。对于打印形成的一个单点，它定位于打印基材之后会因为基材表面性能的不同而发生不同程度的铺展，随后的墨滴干燥过程包括溶剂挥发，溶质扩散，溶剂的循环流动和溶质的固化等行为，可以观察到接触角的变化或者接触线的后退等现象。墨滴的干燥过程决定了最终溶质分子固化后形成的材料形貌。

决定打印单点大小的主要影响因素是打印基材表面与墨水的润湿性，通常用墨滴在固体表面的接触角来表征。接触角越小，润湿性越高。接触角由液相墨滴的表面能和固相打印基材的表面能共同决定。干燥过程中溶质扩散速度和溶剂循环流动的强度主要与溶剂的粘度相关。除此之外，溶质分子在固液界面固化或结晶的速度对打印基材的表面物理化学性质很敏感。通过对固体表面物理化学性质的修饰可以直接调控墨滴在打印基材上的干燥过程，获得大小和形貌合适的打印图案。

对固体表面进行改性一般过程是通过物理作用去除表面吸附物或者通过化学反应改变最外层原子和化学基团的组成结构，具体工艺方法包括自组装单分子层，氧等离子体轰击处理和紫外臭氧表面处理。采用这些方法处理的打印基材往往是在表面发生化学结构的变化，这种改性可以用于控制喷墨打印工艺中落在打印基材上的墨滴的大小和固化薄膜的形貌。但是在工艺完成后，这种表面修饰的作用被保留下来，对最终的器件性能可能产生不利的影响。很多研究者尝试在绝缘介电薄膜上打印半导体材料制备薄膜晶体管，薄膜晶体管器件的绝缘介电层与半导体薄膜之间的界面质量决定了器件的阈值电压和开关比等重要性能参数。表面化学处理在优化喷墨打印工艺的同时，往往对器件的性能造成不可控的影响。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种喷墨打印机控制墨滴干燥过程的方法及装置，其通过电场作用在打印基材表面产生电荷，以控制打印的薄膜材料形貌的同时，不会对器件性能造成破坏。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种喷墨打印机控制墨滴干燥过程的方法的特点是设置一对平板电极，在所述平板电极之间形成均匀电场，打印基材处于所述均匀电场当中，并且电场方向与打印基材的表面相互垂直，使得在打印基材的表面诱导或极化产生表面电荷，以打印基材表面电荷与墨水中溶质分子及溶剂分子之间的库仑力控制墨滴在打印基材上的铺展、溶剂蒸发和溶质的成膜过程。

本发明一种喷墨打印机墨滴干燥过程控制装置的特点是设置：

一对平板电极，由上电极板和下电极板构成，所述上电极板固定设置在墨水卡夹的底部，并随所述墨水卡夹移动；所述上电极板与所述墨水卡夹中卡夹硅晶片上各喷嘴一一对应地设置有通孔；使得通过卡夹硅晶片上的喷嘴喷出的墨滴能够经过对应设置的通孔滴落在所述打印基材上；

本发明一种喷墨打印机墨滴干燥过程控制装置的特点也在于：所述下电极板位于打印基材的下方。

本发明方法是通过施加一个场强大小可控的均匀电场，使得在打印基材的表面诱导或极化产生表面电荷，利用表面电荷对打印图案以及打印的薄膜材料的微观形貌进行控制；在打印过程结束后，诱导电荷随着外加诱导电场的消失而消除，因此这种表面改性方法在控制打印薄膜形貌的同时，不会对器件性能造成破坏。与已有技术相比，本发明有益效果体现在：