淺談基于OLED噴墨打印的基板微動(dòng)臺(tái)設(shè)計(jì)

李奇

（季華實(shí)驗(yàn)室，廣東 佛山 528200）

1 前言

在OLED噴墨打印過(guò)程，工業(yè)噴頭將數(shù)皮升體積的墨滴噴射到基板指定的子像素槽中，墨滴落點(diǎn)精度必須控制在數(shù)微米內(nèi)。墨滴落點(diǎn)精度取決于噴頭和基板在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)各自軸上的定位精度。噴頭定位精度主要包括噴頭模組滑臺(tái)定位誤差、角度誤差和直線度誤差。實(shí)際打印時(shí)，噴頭模組滑臺(tái)沿X軸做步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，打印時(shí)噴頭保持靜止，噴頭模組在X軸上的特定位置的定位精度可通過(guò)激光干涉儀多次測(cè)量獲得，將測(cè)量數(shù)據(jù)的平均值做為補(bǔ)償數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到運(yùn)動(dòng)控制器中，對(duì)噴頭模組誤差進(jìn)行靜態(tài)補(bǔ)償。

對(duì)于基板滑臺(tái)，同樣存在定位誤差、角度誤差和直線度誤差?；寤_(tái)定位精度依靠光柵尺加激光干涉儀測(cè)量數(shù)據(jù)補(bǔ)償可達(dá)到1微米，角度誤差（特別是偏擺Yaw誤差）和水平直線度誤差可以用激光干涉儀測(cè)量得到。要實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量打印，讓宏量的墨滴準(zhǔn)確、穩(wěn)定地噴射到指定的子像素槽內(nèi)，需要微動(dòng)臺(tái)機(jī)構(gòu)做實(shí)時(shí)補(bǔ)償。另外，基板上料過(guò)程中帶來(lái)的基板角度偏差也要微動(dòng)臺(tái)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)糾偏動(dòng)作。

2 微動(dòng)臺(tái)機(jī)構(gòu)

2.1 基本組成

基板微動(dòng)臺(tái)包括真空吸附條、吸附條固定板、吸附條固定板浮動(dòng)軸、音圈電機(jī)組、水平度調(diào)節(jié)螺絲組、高分辨率CCD、距離傳感器、基板X向定位桿、音圈電機(jī)傳感器、總固定板、微型直線導(dǎo)軌、固定立板、撓性彈簧片、水平度定位光標(biāo)、距離傳感器定位光標(biāo)、基板。

打印開(kāi)始后，玻璃基板落到氣浮輸送平臺(tái)上料區(qū)，機(jī)械裝置粗定位后，真空吸附條吸住玻璃基板沿著Y軸運(yùn)動(dòng)，X軸滑臺(tái)上的高分辨率CCD識(shí)別基板上的十字光標(biāo)點(diǎn)，從而確定基板在xy坐標(biāo)系內(nèi)的位置參數(shù)，計(jì)算出與y軸之夾角α（圖1）。

圖1 基板角度偏差示意

一般而言，OLED噴墨打印要求噴墨液滴落點(diǎn)精度在微米級(jí)，XY軸定位精度要達(dá)到亞微米級(jí)，同時(shí)基板與y軸夾角α控制通過(guò)一組音圈電機(jī)移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，控制精度為毫弧度，只有這樣，才能保證噴墨液滴準(zhǔn)確落入基板bank槽內(nèi)?；逦?dòng)臺(tái)可實(shí)現(xiàn)玻璃基板的無(wú)損傷夾持，同時(shí)保證糾偏后的玻璃基板所有bank槽的位置準(zhǔn)確度，從而實(shí)現(xiàn)高精度的噴墨打印。

2.2 主要結(jié)構(gòu)

如圖2和圖3所示，微動(dòng)臺(tái)通過(guò)音圈電機(jī)9、吸附條固定板2與總固定板3相連接；真空吸附條13安裝在吸附條固定板2上，吸附條固定板2與總固定板3之間有三處活動(dòng)連接，分別是浮動(dòng)軸固定座14與微型直線導(dǎo)軌16，分居浮動(dòng)軸兩側(cè)的音圈電機(jī)9，音圈電機(jī)9與吸附條固定板2通過(guò)L型板連接；音圈電機(jī)9固定在音圈電機(jī)固定座12上，位移傳感器15固定在吸附條固定板上；撓性彈簧片10、浮動(dòng)軸固定座14、吸附條固定板2通過(guò)兩塊夾板連接，水平度調(diào)節(jié)螺絲11直接安裝在吸附條固定板上；固定立板4安裝在總固定板3底部；高分辨率CCD微調(diào)機(jī)構(gòu)5安裝在吸附條固定板2上，高分辨率CCD6倒置安裝在高分辨率CCD微調(diào)機(jī)構(gòu)5上；距離傳感器固定板8固定在總固定板3上，距離傳感器7固定在距離傳感器固定板8上；玻璃基板氣動(dòng)定位器17固定在總固定板3上。

圖2 微動(dòng)臺(tái)結(jié)構(gòu)示意

圖3 微動(dòng)臺(tái)結(jié)構(gòu)示意

該裝置通過(guò)真空吸附條13無(wú)損傷的吸附住玻璃基板1，玻璃基板1經(jīng)過(guò)機(jī)械定位后，玻璃基板1與y軸之間的夾角α存在一定誤差，控制通過(guò)一組音圈電機(jī)9移動(dòng)結(jié)合浮動(dòng)軸機(jī)構(gòu)（浮動(dòng)軸承固定座14、微型直線導(dǎo)軌16）來(lái)實(shí)現(xiàn)，控制精度為毫弧度。另外，撓性彈簧片10、浮動(dòng)軸承固定座14、微型直線導(dǎo)軌16組成一個(gè)兩自由度機(jī)構(gòu)，真空吸附條13與總固定板3之間存在俯仰Pitch和翻滾Roll角度偏差，調(diào)節(jié)三處水平度調(diào)節(jié)螺絲11，讓玻璃基板1的水平度在誤差允許范圍內(nèi)。

2.3 具體實(shí)現(xiàn)

微動(dòng)臺(tái)微小角度調(diào)節(jié)包括兩部分，一是真空吸附條13水平度調(diào)節(jié)，二是真空吸附條13與Y軸平行度調(diào)節(jié)。真空吸附條13水平度調(diào)節(jié)由操作者手動(dòng)結(jié)合設(shè)備半自動(dòng)模式來(lái)完成。

具體方法：真空吸附條13有兩處十字光標(biāo)f1和f2，吸附條固定板2有一處光標(biāo)f3，X軸滑臺(tái)上的高分辨率CCD定位十字光標(biāo)f1，f2，f3，得到其在xy坐標(biāo)系內(nèi)的位置Posi(f1)，Posi(f2)，Posi(f3)，根據(jù)十字光標(biāo)位置Posi(f1)，Posi(f2)，Posi(f3)，調(diào) 用X軸 滑 臺(tái) 上 的距離傳感器得到十字光標(biāo)高度Z(f1)，Z(f2)，Z(f3)，以min{Z(f1)，Z(f2)，Z(f3)}最小高度值為基準(zhǔn)，調(diào)節(jié)另外兩個(gè)水平度調(diào)節(jié)螺絲11，反復(fù)多次最終讓玻璃基板1的水平度在允許誤差范圍內(nèi)。真空吸附條13與Y軸平行度調(diào)節(jié)通過(guò)控制系統(tǒng)自動(dòng)完成，具體方法：X軸滑臺(tái)上的高分辨率CCD定位真空吸附條13上的十字光標(biāo)f1，f2，得到其在xy坐標(biāo)系內(nèi)的位置Posi(f1)，Posi(f2)，差值計(jì)算方程。

Δx=X_Posi(f1)-X_Posi(f2) （1）

Δx越小，真空吸附條13與Y軸平行度就越好，音圈電機(jī)9聯(lián)合動(dòng)作，分部輸出位移d1和d2,抵消Δx，反復(fù)多次，最終使得真空吸附條13與Y軸平行度在允許誤差范圍內(nèi)。計(jì)算機(jī)控制程序記錄下音圈電機(jī)最終的位移df1和df2。

3 結(jié)語(yǔ)

OLED噴墨打印中采用微動(dòng)臺(tái)技術(shù)對(duì)基板進(jìn)行真空吸附與微小角度糾偏,有兩個(gè)優(yōu)勢(shì)，一是真空吸不會(huì)損傷玻璃基板，吸附區(qū)域?yàn)椴ＡЩ宓倪吘?，類似?xì)長(zhǎng)條，單側(cè)接觸使得玻璃基板幾乎沒(méi)有變形；二是真空吸附住玻璃基板后，借助高分辨率CCD，反復(fù)調(diào)整玻璃基板與Y軸平行度，與傳統(tǒng)的機(jī)械校正糾偏相比，光學(xué)校正能夠獲得更好的精度。