浅谈基于OLED喷墨打印的基板微动台设计

李奇

（季华实验室，广东 佛山 528200）

1 前言

在OLED喷墨打印过程，工业喷头将数皮升体积的墨滴喷射到基板指定的子像素槽中，墨滴落点精度必须控制在数微米内。墨滴落点精度取决于喷头和基板在运动平台各自轴上的定位精度。喷头定位精度主要包括喷头模组滑台定位误差、角度误差和直线度误差。实际打印时，喷头模组滑台沿X轴做步进运动，打印时喷头保持静止，喷头模组在X轴上的特定位置的定位精度可通过激光干涉仪多次测量获得，将测量数据的平均值做为补偿数据存储到运动控制器中，对喷头模组误差进行静态补偿。

对于基板滑台，同样存在定位误差、角度误差和直线度误差。基板滑台定位精度依靠光栅尺加激光干涉仪测量数据补偿可达到1微米，角度误差（特别是偏摆Yaw误差）和水平直线度误差可以用激光干涉仪测量得到。要实现高质量打印，让宏量的墨滴准确、稳定地喷射到指定的子像素槽内，需要微动台机构做实时补偿。另外，基板上料过程中带来的基板角度偏差也要微动台机构实现纠偏动作。

2 微动台机构

2.1 基本组成

基板微动台包括真空吸附条、吸附条固定板、吸附条固定板浮动轴、音圈电机组、水平度调节螺丝组、高分辨率CCD、距离传感器、基板X向定位杆、音圈电机传感器、总固定板、微型直线导轨、固定立板、挠性弹簧片、水平度定位光标、距离传感器定位光标、基板。

打印开始后，玻璃基板落到气浮输送平台上料区，机械装置粗定位后，真空吸附条吸住玻璃基板沿着Y轴运动，X轴滑台上的高分辨率CCD识别基板上的十字光标点，从而确定基板在xy坐标系内的位置参数，计算出与y轴之夹角α（图1）。

图1 基板角度偏差示意

一般而言，OLED喷墨打印要求喷墨液滴落点精度在微米级，XY轴定位精度要达到亚微米级，同时基板与y轴夹角α控制通过一组音圈电机移动来实现，控制精度为毫弧度，只有这样，才能保证喷墨液滴准确落入基板bank槽内。基板微动台可实现玻璃基板的无损伤夹持，同时保证纠偏后的玻璃基板所有bank槽的位置准确度，从而实现高精度的喷墨打印。

2.2 主要结构

如图2和图3所示，微动台通过音圈电机9、吸附条固定板2与总固定板3相连接；真空吸附条13安装在吸附条固定板2上，吸附条固定板2与总固定板3之间有三处活动连接，分别是浮动轴固定座14与微型直线导轨16，分居浮动轴两侧的音圈电机9，音圈电机9与吸附条固定板2通过L型板连接；音圈电机9固定在音圈电机固定座12上，位移传感器15固定在吸附条固定板上；挠性弹簧片10、浮动轴固定座14、吸附条固定板2通过两块夹板连接，水平度调节螺丝11直接安装在吸附条固定板上；固定立板4安装在总固定板3底部；高分辨率CCD微调机构5安装在吸附条固定板2上，高分辨率CCD6倒置安装在高分辨率CCD微调机构5上；距离传感器固定板8固定在总固定板3上，距离传感器7固定在距离传感器固定板8上；玻璃基板气动定位器17固定在总固定板3上。

图2 微动台结构示意

图3 微动台结构示意

该装置通过真空吸附条13无损伤的吸附住玻璃基板1，玻璃基板1经过机械定位后，玻璃基板1与y轴之间的夹角α存在一定误差，控制通过一组音圈电机9移动结合浮动轴机构（浮动轴承固定座14、微型直线导轨16）来实现，控制精度为毫弧度。另外，挠性弹簧片10、浮动轴承固定座14、微型直线导轨16组成一个两自由度机构，真空吸附条13与总固定板3之间存在俯仰Pitch和翻滚Roll角度偏差，调节三处水平度调节螺丝11，让玻璃基板1的水平度在误差允许范围内。

2.3 具体实现

微动台微小角度调节包括两部分，一是真空吸附条13水平度调节，二是真空吸附条13与Y轴平行度调节。真空吸附条13水平度调节由操作者手动结合设备半自动模式来完成。

具体方法：真空吸附条13有两处十字光标f1和f2，吸附条固定板2有一处光标f3，X轴滑台上的高分辨率CCD定位十字光标f1，f2，f3，得到其在xy坐标系内的位置Posi(f1)，Posi(f2)，Posi(f3)，根据十字光标位置Posi(f1)，Posi(f2)，Posi(f3)，调 用X轴 滑 台 上 的距离传感器得到十字光标高度Z(f1)，Z(f2)，Z(f3)，以min{Z(f1)，Z(f2)，Z(f3)}最小高度值为基准，调节另外两个水平度调节螺丝11，反复多次最终让玻璃基板1的水平度在允许误差范围内。真空吸附条13与Y轴平行度调节通过控制系统自动完成，具体方法：X轴滑台上的高分辨率CCD定位真空吸附条13上的十字光标f1，f2，得到其在xy坐标系内的位置Posi(f1)，Posi(f2)，差值计算方程。

Δx=X_Posi(f1)-X_Posi(f2) （1）

Δx越小，真空吸附条13与Y轴平行度就越好，音圈电机9联合动作，分部输出位移d1和d2,抵消Δx，反复多次，最终使得真空吸附条13与Y轴平行度在允许误差范围内。计算机控制程序记录下音圈电机最终的位移df1和df2。

3 结语

OLED喷墨打印中采用微动台技术对基板进行真空吸附与微小角度纠偏,有两个优势，一是真空吸不会损伤玻璃基板，吸附区域为玻璃基板的边缘，类似细长条，单侧接触使得玻璃基板几乎没有变形；二是真空吸附住玻璃基板后，借助高分辨率CCD，反复调整玻璃基板与Y轴平行度，与传统的机械校正纠偏相比，光学校正能够获得更好的精度。