[发明专利]一种喷印液滴的多目标喷射频率控制方法及设备

说明书

本发明属于喷墨打印相关技术领域，并公开了一种喷印液滴的多目标喷射频率控制方法，包括：在试打印过程中对液滴的喷射体积、速度和卫星液滴数量三个参数进行实时测量，并构建相应的模型进行控制，得到该工艺窗口下的最优喷印频率；通过对正式打印过程中的实时打印频率和喷嘴高度监测，实现液滴喷射频率前馈‑反馈在线控制，对电压波形进行修正，使喷印频率误差在要求范围内，从而实现喷嘴稳定喷印。本发明还公开了相应的喷印设备。通过本发明，在保证喷印图案质量的同时使打印频率最大化，实现高效的生产，同时避免了由于喷嘴与基板之间距离变化、喷嘴湿润性改变等因素所导致的喷印频率改变问题，进一步提高了打印图案质量的稳定性。

技术领域

本发明属于喷墨打印相关技术领域，更具体地，涉及一种喷印液滴的多目标喷射频率控制方法及设备。

背景技术

喷墨打印技术作为一种新兴的柔性电子制造工艺，以其大尺度、低成本和适合批量化的特点得到了国内外研究机构及相关厂商的广泛关注。例如，采用喷墨打印技术的柔性电子喷印制造装备可以直接采用常规图形数据格式的数据，在特定基底上的指定位置打印出所需墨水体积的相应图案，实现了非接触式生产过程，目前广泛应用于有机发光显示器件、薄膜太阳能电池等研究领域，但还尚未在工业级生产设备中得到大规模应用。

而阻碍喷墨打印技术工业级应用的重要原因之一，就是高打印频率与良好液滴形貌之间的矛盾。对于喷墨打印技术而言，生产效率和喷印设备单位时间内喷射墨水总体积直接相关，而沉积墨水总体积由单个液滴体积和打印频率决定。但由于单个液滴体积受打印分辨率限制，因此现有提高生产效率的一种重要方法就是提高喷嘴打印频率。但过高的打印频率会影响喷射液滴形貌的稳定性，从而增加液滴之间体积、速度误差。同时随着打印过程的进行，喷嘴与基板之间距离、喷嘴湿润性等因数的变化都会影响打印频率的稳定性。然而喷印频率和多个喷印因素之间存在互相耦合作用，因此很难通过解析建模的方法对其进行直接控制。现有专利中已经有部分针对液滴体积控制的相关方案，例如CN103862863A等早期专利。

然而，进一步研究表明，现有专利中涉及的技术仍存在以下不足：一方面，它们大多是通过在纸带等介质上打印墨滴，然后对墨滴落点位置及形成图案形貌进行测量从而得到打印频率和打印质量并进行控制，然而这种方法是一种离线控制方法，无法在正式打印过程中在线监测与控制；另一方面，目前想要得到合适的喷印频率需要通过反复实验得到，而更换墨水材料或喷头型号后又需要重新进行实验测量，缺少一种精确便捷的喷射频率控制方法。相应地，本领域亟需提出更为妥善的解决方式，以满足目前日益提高的工艺要求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种喷印液滴的多目标喷射频率控制方法及设备，其中通过选取液滴喷射体积、速度与卫星液滴数量等检测参数来构建喷射液滴状态评价模型，同时对液滴喷射频率过程进行优化处理，相应不仅可获得与工艺窗口对应的更佳喷印频率，而且可实现液滴喷射频率前馈-反馈的在线控制，实现喷嘴的稳定工作，因而尤其适用于对打印精度和生产效率两方面均有着极高要求的柔性电子工业生产应用场合。

相应地，按照本发明的一个方面，提供了一种喷印液滴的多目标喷射频率控制方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)打印前的初始工作参数设定和输入

根据打印工艺条件要求，预设喷印设备的初始喷射频率，并输入相应的喷印电压控制指令；

(b)试打印阶段的喷射频率优化处理

使用喷印设备进行试打印，并观测记录在此过程中的主液滴实际体积M_p、主液滴实际初速度V_d和卫星液滴实际数量n_d，同时采用如下的喷射液滴状态评价模型求出评价结果；接着将该评价结果与预设的评价目标值进行比较，并将比较得到的喷射状态误差值F_e作为控制量，相应得到该工艺条件下的最大喷射频率f_max：