淺談基于OLED噴墨打印的基板微動臺設計

李奇

（季華實驗室，廣東 佛山 528200）

1 前言

在OLED噴墨打印過程，工業噴頭將數皮升體積的墨滴噴射到基板指定的子像素槽中，墨滴落點精度必須控制在數微米內。墨滴落點精度取決于噴頭和基板在運動平臺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定位誤差、角度誤差和直線度誤差。實際打印時，噴頭模組滑臺沿X軸做步進運動，打印時噴頭保持靜止，噴頭模組在X軸上的特定位置的定位精度可通過激光干涉儀多次測量獲得，將測量數據的平均值做為補償數據存儲到運動控制器中，對噴頭模組誤差進行靜態補償。

對于基板滑臺，同樣存在定位誤差、角度誤差和直線度誤差。基板滑臺定位精度依靠光柵尺加激光干涉儀測量數據補償可達到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量得到。要實現高質量打印，讓宏量的墨滴準確、穩定地噴射到指定的子像素槽內，需要微動臺機構做實時補償。另外，基板上料過程中帶來的基板角度偏差也要微動臺機構實現糾偏動作。

2 微動臺機構

2.1 基本組成

基板微動臺包括真空吸附條、吸附條固定板、吸附條固定板浮動軸、音圈電機組、水平度調節螺絲組、高分辨率CCD、距離傳感器、基板X向定位桿、音圈電機傳感器、總固定板、微型直線導軌、固定立板、撓性彈簧片、水平度定位光標、距離傳感器定位光標、基板。

打印開始后，玻璃基板落到氣浮輸送平臺上料區，機械裝置粗定位后，真空吸附條吸住玻璃基板沿著Y軸運動，X軸滑臺上的高分辨率CCD識別基板上的十字光標點，從而確定基板在xy坐標系內的位置參數，計算出與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精度在微米級，XY軸定位精度要達到亞微米級，同時基板與y軸夾角α控制通過一組音圈電機移動來實現，控制精度為毫弧度，只有這樣，才能保證噴墨液滴準確落入基板bank槽內。基板微動臺可實現玻璃基板的無損傷夾持，同時保證糾偏后的玻璃基板所有bank槽的位置準確度，從而實現高精度的噴墨打印。

2.2 主要結構

如圖2和圖3所示，微動臺通過音圈電機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之間有三處活動連接，分別是浮動軸固定座14與微型直線導軌16，分居浮動軸兩側的音圈電機9，音圈電機9與吸附條固定板2通過L型板連接；音圈電機9固定在音圈電機固定座12上，位移傳感器15固定在吸附條固定板上；撓性彈簧片10、浮動軸固定座14、吸附條固定板2通過兩塊夾板連接，水平度調節螺絲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微調機構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微調機構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；玻璃基板氣動定位器17固定在總固定板3上。

圖2 微動臺結構示意

圖3 微動臺結構示意

該裝置通過真空吸附條13無損傷的吸附住玻璃基板1，玻璃基板1經過機械定位后，玻璃基板1與y軸之間的夾角α存在一定誤差，控制通過一組音圈電機9移動結合浮動軸機構（浮動軸承固定座14、微型直線導軌16）來實現，控制精度為毫弧度。另外，撓性彈簧片10、浮動軸承固定座14、微型直線導軌16組成一個兩自由度機構，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，調節三處水平度調節螺絲11，讓玻璃基板1的水平度在誤差允許范圍內。

2.3 具體實現

微動臺微小角度調節包括兩部分，一是真空吸附條13水平度調節，二是真空吸附條13與Y軸平行度調節。真空吸附條13水平度調節由操作者手動結合設備半自動模式來完成。

具體方法：真空吸附條13有兩處十字光標f1和f2，吸附條固定板2有一處光標f3，X軸滑臺上的高分辨率CCD定位十字光標f1，f2，f3，得到其在xy坐標系內的位置Posi(f1)，Posi(f2)，Posi(f3)，根據十字光標位置Posi(f1)，Posi(f2)，Posi(f3)，調 用X軸 滑 臺 上 的距離傳感器得到十字光標高度Z(f1)，Z(f2)，Z(f3)，以min{Z(f1)，Z(f2)，Z(f3)}最小高度值為基準，調節另外兩個水平度調節螺絲11，反復多次最終讓玻璃基板1的水平度在允許誤差范圍內。真空吸附條13與Y軸平行度調節通過控制系統自動完成，具體方法：X軸滑臺上的高分辨率CCD定位真空吸附條13上的十字光標f1，f2，得到其在xy坐標系內的位置Posi(f1)，Posi(f2)，差值計算方程。

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9聯合動作，分部輸出位移d1和d2,抵消Δx，反復多次，最終使得真空吸附條13與Y軸平行度在允許誤差范圍內。計算機控制程序記錄下音圈電機最終的位移df1和df2。

3 結語

OLED噴墨打印中采用微動臺技術對基板進行真空吸附與微小角度糾偏,有兩個優勢，一是真空吸不會損傷玻璃基板，吸附區域為玻璃基板的邊緣，類似細長條，單側接觸使得玻璃基板幾乎沒有變形；二是真空吸附住玻璃基板后，借助高分辨率CCD，反復調整玻璃基板與Y軸平行度，與傳統的機械校正糾偏相比，光學校正能夠獲得更好的精度。