技术领域

本发明属于电流体动力喷射打印技术领域，特别是涉及一种基于岛桥式结构的高精度大拉伸的OLED阵列的打印装置及制作方法。

背景技术

一直以来，微电子技术以减小功能元器件特征尺寸、提高集成度为主要驱动力，达到增加运行速度和计算能力、降低操作电压的目的。传统微电子采用较硬的硅基板或平面玻璃,产品形状固定而坚硬,虽然有利于保护电子元器件,使其在使用中不会轻易损坏,但不可避免地制约了产品的延展性、柔韧性以及产品开发的灵活性和应用范围。

目前针对这种问题，为了克服刚性电路板的上述缺点，使电子器件能够更广泛地应用于各种学科和工业领域，柔性电子技术由此产生。它通过微纳米观测技术和制备技术，将微纳尺度的高性能电路与柔性基体集成从而实现了电子器件的的柔性和可延展性。此发明的岛桥式结构OLED阵列设计中的岛桥式结构可实现电子器件的大拉伸不变形的目的。与传统的刚性器件相比，可拉伸无机电子学不仅在电子性能上允许大变形而不退化，而且与人体组织的复杂表面形成共形整合。由于这些独特的优势，可伸缩无机电子技术显著拓宽了传统电子产品的应用领域，并使健康监测、先进的人机界面和物联网(如表皮电子产品)等方面的新用途得以实现，具有重要的研究意义。

发明内容

本发明的目的是提供了一种基于岛桥式结构的高精度大拉伸的OLED阵列的制作方法。

本发明的技术方案是：

一种基于岛桥式结构的高精度大拉伸的OLED阵列的打印装置包括供液装置4、流量泵3、基板5、接地导电支撑6、加热板7、五轴位移平台8、计算机控制系统2和高压电源1；

所述的高压电源1的正极通过导线与喷嘴10连接，其负极通过导线与接地导电支撑6连接；所述的基板5采用PDMS溶液通过旋涂均匀分布于接地导电支撑6上；接地导电支撑6位于加热板7上，加热板7位于位移平台8上；高压电源1、计算机控制系统2和五轴位移平台8依次连接；所述的五轴位移平台8可实现X轴、Y轴、Z轴方向的运动以及X-Y轴方向的倾斜运动；

所述的供液装置4包括喷嘴10和输液导管9，输液导管9一端安装在喷嘴10的安装槽11上，另一端与流量泵3连接；

所述的喷嘴10主要由安装槽11、输料管道保护套12、输料管道13、连接体14、加热块15和测温元件16组成；输料管道13为Y字型，其入口端与安装槽11连通；连接体14和加热块15固定为一体，输料管道13位于其中；位于连接体14中的输料管道13外套有输料管道保护套12；加热块15侧面设有测温元件16。

所述的喷嘴10选用200μm-250μm规格，外接CCD摄像机，位于喷嘴10的上方；CCD摄像机监视喷嘴相对于预印结构的实时位置以及液滴低落的位置，因此可准确地定位喷嘴在更合适的位置，调整喷嘴10高度保持喷嘴10高度与基板5之间的距离为500μm-600μm。

所述的岛桥结构的打印材料采用的是石墨烯改性导电银胶溶液。制备方式为取10g的环氧树脂，将盛有环氧树脂的烧杯放入预热至60℃的超声波水浴锅中，加热5-10min，然后在预热后的环氧树脂中按次序分别加入是，石墨烯0.007g，稀释剂(无水乙醇)4.2g，导电填料(片状微米铜包银)7.5g，增塑剂(邻苯二甲酸二辛酯)2g，开启超声波功能，用搅拌器均匀搅拌60-90min。然后将已混料后的导电银胶从60℃的超声波水浴锅取出，放入冷水中水浴搅拌，使导电银胶溶液充分冷却至室温。

工作时流量泵按给定速率将石墨烯改性导电银胶溶液从供液装置的安装槽输送到喷嘴尖端，形成一个下垂的墨水半月板。通过在喷嘴和基板之间施加电压(电压为2.2kv-3kv，频率为50HZ-60HZ)，石墨烯改性导电银胶溶液内部的移动电荷在半月板表面附近积累，形成锥形半月板形状，称为泰勒锥。在足够高的电场，当静电力克服输料管压力时，从锥形半月板的顶端向基板喷出一个细小的液滴。同时加热板的温度150℃，促进液滴的瞬间干燥，以防止其在衬底上扩散。然后通过计算机控制系统控制五轴位移平台在X-Y平面上沿预定路线以相对较慢的速度(5mm/s-15mm/s)进行平移到下一个位置，通过外接的CCD摄像机观察喷嘴相对预印位置的实时位置，调整喷嘴的位置，滴落下一滴液滴，加热板的温度保持150℃，促使液滴中的溶剂蒸发。如此通过控制喷头位置和基板在X-Y平面上的平移速度，可以操纵岛桥结构中桥的倾斜角，打印出所需要的岛桥结构。

一种基于岛桥式结构的高精度大拉伸的OLED阵列的制作方法，通过施加脉冲高压电源1，通过控制单个脉冲电压作用时间控制单液滴的喷射频率，调节打印频率、电压、打印高度工艺参数，实现精准按需打印，同时结合打印平台的控制，实现液滴在基板5精准沉积并逐点成形实现3D打印，从而获得高精度、大拉伸的岛桥式结构，最后通过热蒸镀获得基于岛桥式结构的高精度大拉伸的OLED阵列，具体步骤如下：

(1)首先，往供液装置4中注入聚乙烯醇支撑材料，在基板5上打印出OLED的基座层23的支撑材料；

(2)喷嘴10选用200μm-250μm规格，调整喷嘴10高度保持喷嘴10高度与基板5之间的距离为500μm-600μm，在供液装置4中注入石墨烯改性导电银胶溶液，其中石墨烯含量为石墨烯改性导电银胶溶液的0.07％，开启流量泵3按给定速率进行供液；同时开启高压电源1输出脉冲电压，调制电压为2.2kv-3kv,频率为50HZ-60HZ，五轴位移平台8的速度5mm/s-15mm/s；加热板7的温度保持在150℃；通过计算机控制系统2控制五轴位移平台8在X-Y平面上沿预定路线平移到预定位置，喷嘴处液滴在电场的作用下滴落在基板5的支撑材料上，在加热板7的作用下液滴中溶剂挥发得以固化，然后通过CCD摄像机观察喷嘴相对下一个预印位置的实时位置喷嘴，调整喷嘴位置，如此按预定设置打印出全部阵列的OLED的基座层23；

(3)以相同的参数设置，在OLED的基座层23，通过计算机控制系统2，控制五轴位移平台8沿X-Y轴倾斜方向运动到预定位置，喷嘴尖端形成的一个下垂的墨水半月板，在喷嘴和基板5之间施加的电压作用下，石墨烯改性导电银胶溶液内部的移动电荷在半月板表面附近积累，形成锥形半月板形状，在电场作用下，静电力克服输料管压力时，从锥形半月板的顶端向基板5喷出一个细小的液滴，在加热板7的作用下液滴中溶剂挥发得以固化，然后通过CCD摄像机观察喷嘴相对下一个预印位置的实时位置喷嘴，再次滴落下一滴液滴，通过CCD摄像机观察液滴滴落的位置，以调整下一滴液滴的滴落位置，如此重复操作打印出连接阳极的岛桥结构17；

(4)取下基板5，用掩膜板24，通过热蒸镀，在基座层23依次蒸镀出HIT洞穴注射层22、有机发射器层21、ET电子传送层20和阴极层19；

(5)蒸镀完成后，把的基板5放回接地导电支撑6上，以相同的参数设置，通过计算机控制系统2，控制五轴位移平台8沿X-Y轴倾斜方向运动到预定位置，喷嘴尖端形成的一个下垂的墨水半月板，在喷嘴和基板5之间施加的电压作用下，石墨烯改性导电银胶溶液内部的移动电荷在半月板表面附近积累，形成锥形半月板形状，在电场作用下，静电力克服输料管压力时，从锥形半月板的顶端向基板5喷出一个细小的液滴，在加热板7的作用下液滴中溶剂挥发得以固化，然后通过CCD摄像机观察喷嘴相对下一个预印位置的实时位置喷嘴，再次滴落下一滴液滴，通过CCD摄像机观察液滴滴落的位置，以调整下一滴液滴的滴落位置，如此重复操作，打印出连接OLED阴极层19位于垂直方向的岛桥式结构18；

(6)最后取下打印完成的岛桥式结构OLED阵列，放入水中使支撑材料充分溶解。得到基于岛桥式结构的高精度大拉伸的OLED阵列。

本发明的显著效果是：通过施加脉冲高压电源，通过控制单个脉冲电压作用时间控制单液滴的喷射频率，调节打印频率、电压、打印高度等工艺参数，实现精准按需打印，同时结合打印平台的控制，实现液滴在基板精准沉积并逐点成形实现3D打印.从而获得高精度、大拉伸的岛桥式结构，最后通过热蒸镀获得基于岛桥式结构的高精度大拉伸的OLED阵列。

附图说明

图1是一种基于岛桥式结构的高精度大拉伸的OLED阵列的制作方法的示意图。

图2是喷嘴的结构示意图。

图3是岛桥式结构阵列的整体示意图。

图4是一个岛桥式结构细节图。

图5是岛桥式OLED阵列热蒸镀的示意图。

图中：1高压电源；2计算机控制系统；3流量泵；4供液装置；5基板；6接地导电支撑；7加热板；8五轴位移平台；9输液导管；10喷嘴；11安装槽；12输料管道保护套；13输料管道；14连接体；15加热块；16测温元件；17连接阳极的岛桥结构；18连接阴极的岛桥结构；19阴极层；20ET电子传送层；21有机发射器层；22HIT洞穴注射层；23基座层；24掩膜板。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

本发明是一种基于岛桥式结构的高精度大拉伸的OLED阵列的制作方法，其装置示意图如图1所示，其组成包括供液装置4、流量泵3、基板5、接地导电支撑6、加热板7、五轴位移平台8、计算机控制系统2、高压电源1。其中所述的高压电源1其正极通过导线与喷嘴10连接，其负极通过导线与接地导电支撑6连接，所述的基板5采用PDMS溶液通过旋涂均匀分布于所述接地导电支撑6上。所述供液装置4由流量泵3按照一定速率工作，供液装置提供打印溶液。

具体步骤如下：

实例1：

(1)首先，通过所述的图1装置，往供液装置4中注入聚乙烯醇支撑材料，在所述的基板5上打印出如图4所示的OLED的基座层23的支撑材料。

(2)然后喷嘴选用200μm规格，调整喷头高度保持喷头高度与所述基板5之间的距离为500μm,在供液装置4中注入石墨烯改性导电银胶溶液，其中石墨烯含量为0.07％，开启流量泵按给定速率进行供液。同时开启所述高压电源1输出脉冲电压，调制电压为2.2kv,频率为50HZ,位移平台8的速度5mm/s。所述加热板7的温度保持在150℃。通过计算机控制系统控制五轴位移平台在X-Y平面上沿预定路线平移到预定位置，喷嘴处液滴在电场的作用下滴落在基板5的支撑材料上，在加热板的作用下液滴中溶剂挥发得以固化，然后通过CCD摄像机观察喷嘴相对下一个预印位置的实时位置喷嘴，调整喷嘴位置，如此按预定设置打印出全部阵列的OLED的基座层23；

(3)在步骤(2)所得到的OLED的基座层23，以相同的参数设置，通过所述计算机控制系统2，控制所述五轴位移平台沿X-Y轴倾斜方向运动到预定位置，喷嘴尖端形成的一个下垂的墨水半月板，在喷嘴和基板之间施加的电压作用下，石墨烯改性导电银胶溶液内部的移动电荷在半月板表面附近积累，形成锥形半月板形状，在电场作用下，静电力克服输料管压力时，从锥形半月板的顶端向基板喷出一个细小的液滴，在加热板的作用下液滴中溶剂挥发得以固化，然后通过CCD摄像机观察喷嘴相对下一个预印位置的实时位置喷嘴，再次滴落下一滴液滴，通过CCD摄像机观察液滴滴落的位置，以调整下一滴液滴的滴落位置，如此重复操作打印出连接阳极的岛桥结构17；

(4)将步骤(3)所得的基板5取下，用如图5所示的掩膜板24，通过热蒸镀，在基座层23依次蒸镀出如图4所示的HIT洞穴注射层22、有机发射器层21、ET电子传送层20、阴极层19。

(5)将步骤(4)蒸镀完成后的基板5放回如图1所示的接地导电支撑6上，以相同的参数设置，通过计算机控制系统2，控制所述五轴位移平台沿X-Y轴倾斜方向运动到预定位置，喷嘴尖端形成的一个下垂的墨水半月板，在喷嘴和基板之间施加的电压作用下，石墨烯改性导电银胶溶液内部的移动电荷在半月板表面附近积累，形成锥形半月板形状，在电场作用下，静电力克服输料管压力时，从锥形半月板的顶端向基板喷出一个细小的液滴，在加热板的作用下液滴中溶剂挥发得以固化，然后通过CCD摄像机观察喷嘴相对下一个预印位置的实时位置喷嘴，再次滴落下一滴液滴，通过CCD摄像机观察液滴滴落的位置，以调整下一滴液滴的滴落位置，如此重复操作，打印出连接OLED阴极层19位于垂直方向的岛桥式结构18；

(6)将步骤(5)最后取下打印完成的岛桥式结构OLED阵列，放入水中使支撑材料充分溶解。得到基于岛桥式结构的高精度大拉伸的OLED阵列。

实例2：

(1)首先，通过所述的图1装置，往供液装置4中注入聚乙烯醇支撑材料，在所述的基板5上打印出如图4所示的OLED的基座层23的支撑材料。

(2)然后喷嘴选用225μm规格，调整喷嘴高度保持喷头高度与所述基板5之间的距离为550μm,在供液装置4中注入石墨烯改性导电银胶溶液，其中石墨烯含量为0.07％，开启流量泵按给定速率进行供液。同时开启所述高压电源1输出脉冲电压，调制电压为2.6kv,频率为55HZ,位移平台8的速度10mm/s。所述加热板7的温度保持在150℃。通过计算机控制系统控制五轴位移平台在X-Y平面上沿预定路线平移到预定位置，喷嘴处液滴在电场的作用下滴落在基板5的支撑材料上，在加热板的作用下液滴中溶剂挥发得以固化，然后通过CCD摄像机观察喷嘴相对下一个预印位置的实时位置喷嘴，调整喷嘴位置，如此按预定设置打印出全部阵列的OLED的基座层23；

(3)在步骤(2)所得到的OLED的基座层23，以相同的参数设置，通过所述计算机控制系统2，控制所述五轴位移平台沿X-Y轴倾斜方向运动到预定位置，喷嘴尖端形成的一个下垂的墨水半月板，在喷嘴和基板之间施加的电压作用下，石墨烯改性导电银胶溶液内部的移动电荷在半月板表面附近积累，形成锥形半月板形状，在电场作用下，静电力克服输料管压力时，从锥形半月板的顶端向基板喷出一个细小的液滴，在加热板的作用下液滴中溶剂挥发得以固化，然后通过CCD摄像机观察喷嘴相对下一个预印位置的实时位置喷嘴，再次滴落下一滴液滴，通过CCD摄像机观察液滴滴落的位置，以调整下一滴液滴的滴落位置，如此重复操作打印出连接阳极的岛桥结构17；

(4)将步骤(3)所得的基板5取下，用如图5所示的掩膜板24，通过热蒸镀，在基座层23依次蒸镀出如图4所示的HIT洞穴注射层22、有机发射器层21、ET电子传送层20、阴极层19。

(5)将步骤(4)蒸镀完成后的基板5放回如图1所示的接地导电支撑6上，以相同的参数设置，通过计算机控制系统2，控制所述五轴位移平台沿X-Y轴倾斜方向运动到预定位置，喷嘴尖端形成的一个下垂的墨水半月板，在喷嘴和基板之间施加的电压作用下，石墨烯改性导电银胶溶液内部的移动电荷在半月板表面附近积累，形成锥形半月板形状，在电场作用下，静电力克服输料管压力时，从锥形半月板的顶端向基板喷出一个细小的液滴，在加热板的作用下液滴中溶剂挥发得以固化，然后通过CCD摄像机观察喷嘴相对下一个预印位置的实时位置喷嘴，再次滴落下一滴液滴，通过CCD摄像机观察液滴滴落的位置，以调整下一滴液滴的滴落位置，如此重复操作，打印出连接OLED阴极层19位于垂直方向的岛桥式结构18；

(6)将步骤(5)最后取下打印完成的岛桥式结构OLED阵列，放入水中使支撑材料充分溶解。得到基于岛桥式结构的高精度大拉伸的OLED阵列。

实例3：

(1)首先，通过所述的图1装置，往供液装置4中注入聚乙烯醇支撑材料，在所述的基板5上打印出如图4所示的OLED的基座层23的支撑材料。

(2)然后喷嘴选用250μm规格，调整喷头高度保持喷头高度与所述基板5之间的距离为600μm,在供液装置4中注入石墨烯改性导电银胶溶液，其中石墨烯含量为0.07％，开启流量泵按给定速率进行供液。同时开启所述高压电源1输出脉冲电压，调制电压为2.6kv,频率为60HZ,位移平台8的速度15mm/s。所述加热板7的温度保持在150℃。通过计算机控制系统控制五轴位移平台在X-Y平面上沿预定路线平移到预定位置，喷嘴处液滴在电场的作用下滴落在基板5的支撑材料上，在加热板的作用下液滴中溶剂挥发得以固化，然后通过CCD摄像机观察喷嘴相对下一个预印位置的实时位置喷嘴，调整喷嘴位置，如此按预定设置打印出全部阵列的OLED的基座层23；

(3)在步骤(2)所得到的OLED的基座层23，以相同的参数设置，通过所述计算机控制系统2，控制所述五轴位移平台沿X-Y轴倾斜方向运动到预定位置，喷嘴尖端形成的一个下垂的墨水半月板，在喷嘴和基板之间施加的电压作用下，石墨烯改性导电银胶溶液内部的移动电荷在半月板表面附近积累，形成锥形半月板形状，在电场作用下，静电力克服输料管压力时，从锥形半月板的顶端向基板喷出一个细小的液滴，在加热板的作用下液滴中溶剂挥发得以固化，然后通过CCD摄像机观察喷嘴相对下一个预印位置的实时位置喷嘴，再次滴落下一滴液滴，通过CCD摄像机观察液滴滴落的位置，以调整下一滴液滴的滴落位置，如此重复操作打印出连接阳极的岛桥结构17；

(4)将步骤(3)所得的基板5取下，用如图5所示的掩膜板24，通过热蒸镀，在基座层23依次蒸镀出如图4所示的HIT洞穴注射层22、有机发射器层21、ET电子传送层20、阴极层19。

(5)将步骤(4)蒸镀完成后的基板5放回如图1所示的接地导电支撑6上，以相同的参数设置，通过计算机控制系统2，控制所述五轴位移平台沿X-Y轴倾斜方向运动到预定位置，喷嘴尖端形成的一个下垂的墨水半月板，在喷嘴和基板之间施加的电压作用下，石墨烯改性导电银胶溶液内部的移动电荷在半月板表面附近积累，形成锥形半月板形状，在电场作用下，静电力克服输料管压力时，从锥形半月板的顶端向基板喷出一个细小的液滴，在加热板的作用下液滴中溶剂挥发得以固化，然后通过CCD摄像机观察喷嘴相对下一个预印位置的实时位置喷嘴，再次滴落下一滴液滴，通过CCD摄像机观察液滴滴落的位置，以调整下一滴液滴的滴落位置，如此重复操作，打印出连接OLED阴极层19位于垂直方向的岛桥式结构18；

(6)将步骤(5)最后取下打印完成的岛桥式结构OLED阵列，放入水中使支撑材料充分溶解。得到基于岛桥式结构的高精度大拉伸的OLED阵列。

由以上技术方案可以看出，本发明的一种基于岛桥式结构的高精度大拉伸的OLED阵列的制作方法既可以实现电子器件的大拉伸不变形的目的，又可以提高加工精度，可广泛应用于先进的人机界面和物联网(如表皮电子产品)等方面。