[发明专利]一种具备电场自适应特性的柔性电子电喷印设备及其方法

说明书

技术领域

本发明属于柔性器件制造相关领域，更具体地，涉及一种具备电场自适应特性的柔性电子电喷印设备及其方法。

背景技术

柔性电子(Flexible Electronics)又称为塑料电子、印刷电子、有机电子等，其可概括为是将有机或无机材料电子器件制作在柔性、可延性塑料或薄金属基板上的新兴电子技术；由于它具备独特的柔性延展性以及高效、低成本制造工艺等优点，因而在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛应用前景，如柔性电子显示器、飞机智能蒙皮、有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)、印刷RFID(Radio Frequency Identification)、薄膜太阳能电池板、表皮电子等。

随着柔性电子的研究越来越广泛，对其应用也逐渐渗透到各领域，对柔性电子器件的需求正与日俱增。随之而来的如何实现柔性电子的高效率制备是亟待解决的关键技术问题。柔性电子制造装备技术目前也层出不穷，卷到卷、电喷印等技术逐渐成熟，柔性电子的制备技术正向着大规模化、器件微型化的方向发展。柔性电子制造技术水平指标包括芯片特征尺寸和基板面积大小，其关键是如何在更大幅面的基板上以更低的成本制造出特征尺寸更小的柔性电子器件。目前，柔性电子的制备多采用电喷印技术，但是现有技术中的电喷印通常是通过在基板与喷嘴间形成高压电场，由此实现液滴的喷印。这种方式虽然比较稳定，但是当喷印点发生改变时时，则需要不断重新定位喷头的位置，由此不仅制约了制备效率，而且在调整过程中对喷印质量也可能造成劣化。相应地，本领域亟需针对上述技术问题寻求更为完善的解决方案，以满足目前日益提高的高质量现代化工艺要求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种具备电场自适应特性的柔性电子电喷印设备及其方法，其中通过对该电喷印设备的整体构造组成重新进行设计，并对其关键部件如XYZ三轴运动模块、电喷印模块和可变电场模块等在具体结构和安装设置方式等方面作出研究和改进，相应与现有设备相比可采用调控电场的方式来高精度调整喷印定位，同时适于采用多喷嘴的方式联合喷印，由此不仅极大地提高了柔性电子电喷印的效率和质量，而且整个工艺过程能够实现电场的自适应协调，获得连续变化的电场，因而更加适用于各类柔性电子的高标准高要求电喷印制造场合。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种具备电场自适应特性的柔性电子电喷印设备，该柔性电子电喷印设备包括XYZ三轴运动模块、电喷印模块和可变电场模块，其特征在于：

所述XYZ三轴运动模块包括支架、X轴自由度执行机构、Y轴自由度执行机构和Z轴自由度执行机构，其中该支架呈支撑框架的形式，并在其顶部分别沿着X轴方向和Y轴方向相互联接安装有所述X轴自由度执行机构和所述Y轴自由度执行机构，同时在该Y轴自由度执行机构上沿着Z轴方向联接安装有所述Z轴自由度执行机构，由此共同配合以执行沿着XYZ三轴方向上的自由运动；

所述可变电场模块包括第一自由度执行机构、第二自由度执行机构、多个第一连杆、多个第二连杆和环形电环，其中该第一自由度执行机构保持与Z轴相平行地安装在所述Z轴自由度执行机构上且随之一同运动，同时用于带动安装其上的元件独立执行沿着Z轴方向上的运动；该第二自由度执行机构同样保持与Z轴相平行地安装在所述第一自由度执行机构上且随之一同运动，同时用于带动上端均安装其上的所述多个第一连杆独立执行沿着Z轴方向上的运动；所述多个第一连杆的下端则分别联接至所述环形电环上，由此当第一连杆沿着Z轴运动发生运动时，带动此环形电环执行张合操作也即直径变大的张开操作或直径变小的缩拢操作；所述多个第二连杆的上端均安装至所述第一自由度执行机构，其下端分别对应联接至各个所述第一连杆，由此共同配合构成联动机构来执行所述环形电环的张合操作；

所述电喷印模块包括电机安装座、球形电机、阵列喷嘴、高压放大器和高压分配器，其中该电机安装座与所述Z轴自由度执行机构相连且随之一同运动，它的下端安装有所述球形电机且使得该球形电机处于所述环形电环的中心线上；该球形电机上继续联接设置有所述阵列喷嘴，并用于对该阵列喷嘴执行溶液喷射时的角度和姿态进行调整；该阵列喷嘴具备多个独立喷嘴，并且每个独立喷嘴均与容纳有材料溶液的溶液容器相连；该高压放大器的一端与所述阵列喷嘴电路连接，另外一端与所述环形电环电路连接，并用于在两者之间产生高压电场；此外，该高压分配器用于实时调整该高压电场，并与所述环形电环的张合操作相配合，由此实现带电溶液在基板上的落点控制。