CN107000441B - 用流体对表面进行印刷的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用含有有机半导体材料的流体对表面(2)进行印刷的方法。所述流体从储存容器(7)经供给管线(5)传输到可在所述表面(2)上方移动的印刷头(3)，并通过所述印刷头(3)印刷到所述表面(2)上。经所述供给管线(5)传输到所述印刷头(3)的所述流体的至少一部分经由返回管线(6)返回到所述储存容器(7)，其中形成流体回路，且在所述流体回路中的流体流过清洁装置(12)，用清洁装置(12)清洁所述流体。返回到所述储存容器(7)的流体至少在一些区域中围绕并包围在所述供给管线(5)中传输到所述印刷头(3)的流体流动。在印刷过程期间，所述储存容器(7)布置在距所述表面(2)一定距离的固定位置，且经由柔性供给管线(5)和柔性返回管线(6)连接到所述储存容器(7)的所述印刷头(3)出于印刷目的在所述表面(2)上方移动。

Description

用流体对表面进行印刷的方法和装置

本发明涉及一种用含有有机半导体材料的流体对表面进行印刷的方法，其中所述流体从储存容器经供给管线传送到可从表面的一边移置到另一边的印刷头且所述流体通过所述印刷头印刷在所述表面上。

近年来，已经在多个应用行业开发了有机半导体材料的许多应用领域和潜在用途。在有机电子学和分子电子学中，有机半导体材料与电子构造元件组合以能够利用有机半导体材料在电子构造元件中的有利性质。使用合适的有机半导体材料，有机发光二极管(OLED)和大面积显示器可以例如由有机发光二极管组件制造。

有机半导体材料在加工电位和电子构造元件的制造中也具有有利的性质和潜在用途。因此，实际上已知有机半导体材料可以溶解在流体中并且可以通过印刷技术加工，其中已经溶解在流体中的有机半导体材料可以以非接触方式、特别是通过使用适当改进的喷墨系统施加到待印刷的大面积表面上。

为了能够以尽可能完美的方式由有机半导体材料制造均质层，有机半导体材料必须具有非常高的纯度，并且含有尽可能少量的有害异物粒子或空气夹杂物。此外，已经证明，具有有利于制造商品并且为此而使用的性质的大多数有机半导体材料对于与氧气和空气的任何接触都具有非常敏感的反应。为了尽可能地分别地避免或最小化有机半导体材料的任何污染，有机半导体材料经常在高纯度环境条件下填充到存储容器中，被带到在随后以气密方式封闭的存储容器中的消耗部位，并且在所述消耗部位进行处理以尽可能地屏蔽污染粒子或气体、特别是氧气。

当在不同的存储容器之间转换时，所述存储容器在每种情况下依次连接到正在使用的印刷系统且随后排空，因此经常需要冲洗从存储容器到印刷系统的出口孔的供给管线，使得冲洗程序所需要的流体量不能再用于印刷。当在不同流体之间改变时，此外通常需要印刷系统的复杂清洁，使得无法避免关于流体的另外损耗。

通过污染物(例如通过从储存容器壁释放的粒子，通过经由填充或排放开口进入的粒子以及通过特别是氧气的气体扩散)发生的流体污染，由于在流体的制造和存储容器的填充的部位与用于使用印刷系统对表面印刷的流体的消耗部位之间的大运输距离和直至定位在储存容器中的流体量被消耗的长存储时间而得到促进。为此，经常使用具有小可用体积的储存容器，并且在打印程序期间，其在空间上尽可能地靠近印刷系统的出口喷嘴设置且尽可能快速地消耗。尽管有显著的复杂性，但在大多数情况下，不可避免流体的不期望的污染。

认为本发明的一个目的在于设计一种用含有有机半导体材料的流体对表面进行印刷的方法，使得在尽可能最少的流体损耗下实现用于对表面进行印刷的流体的最大可能的纯度。

根据本发明，如下实现该目的：经供给管线传送到印刷头的流体的至少一部分经过返回管线传送回到储存容器，其中形成流体回路，以及在所述流体回路中的流体灌注至净化设备，由此净化所述流体。通过形成包含净化设备的流体回路，使得位于所述储存容器中的流体能够流过所述净化设备，且从而被清洁，任选地多次被清洁。

该流体净化可分别地在使用流体之前或在印刷程序开始之前直接进行。在填充到储存容器中之前，不再需要以非常复杂的方式净化流体，并且另外确保在存储容器从制造部位运输到指定消耗部位期间尽可能地分别避免或最小化流体的任何继续污染。可以对进行印刷程序的印刷装置设定在印刷程序之前和期间关于参与成分的纯度和流体屏蔽的要求，其不如之前的要求严格，因为为印刷程序提供的流体可经所述装置传送且由此根据需要且任选地多次或连续地净化。

此外，还可以在进行印刷程序的同时连续地或以时间间隔进行在流体回路中再循环的流体量的净化，以便降低流体的任何污染。因此，不必尽可能快地消耗位于储存容器中的流体的量。

根据本发明构思的一个特别有利的设计的实施方式，设置在此传送回到所述储存容器的所述流体在此至少部分地围绕在所述供给管线中传送到所述印刷头的流体流动。例如，适合制造大面积显示器的许多有机半导体材料可能被分别地从环境中吸收或进入流体的氧气以快速的方式不期望地污染。为此目的，印刷装置的许多部件设计成如下方式并且由诸如不锈钢的合适材料制造，例如尽可能地分别避免且最小化任何氧气进入流体，或所述氧气在流体中的扩散程序。可如下阻碍且任选地在很大程度上防止氧气不期望地进入经供给管线传送到印刷头的流体中：传送回到储存容器的流体至少部分地完全包围供给管线，使得进入流体管线的来自环境的氧气可基本上仅进入返回管线且因此进入再次传送回到储存容器的流体中。围绕供给管线的返回管线形成被返回管线围绕的供给管线的另外的屏蔽和功能屏障。经返回管线再传送回来的流体在再次供给到印刷头之前可以以预先的方式或在需要时净化以减少任何潜在的污染。

此外提出，在印刷程序期间，储存容器以位置固定的方式设置为与表面间隔开，且经柔性供给管线和柔性返回管线连接到储存容器的印刷头从表面的一边移置到另一边以进行印刷。在储存容器与印刷头之间的大间距能够通过流体在流体回路中再循环且在此通过引入流体回路中的净化设备净化的潜力而实现，因为在印刷程序期间分别地在印刷装置内或在流体回路中的任何潜在污染都可借助于净化设备减少。储存容器不必直接设置在印刷头处或设置在印刷头上且在印刷程序期间不必与印刷头共同从表面的一边移置到另一边。储存容器可以以位置固定的方式设置为与待印刷的表面间隔开。储存容器与印刷头的连接能够通过柔性供给管线和柔性返回管线实现。柔性供给管线另外被围绕供给管线的返回管线屏蔽。任选地由在供给管线中的较长驻留时间促进的流体的任何污染可由于流体经过返回管线和经过净化设备传送而根据需要再次降低。

有效且快速的印刷装置的有成本效益的制造能够通过将储存容器布置为与表面间隔开且特别是与印刷头间隔开，及借助于柔性供给管线和柔性返回管线引入印刷头而实现。以间隔开且位置固定的方式设置的储存容器可以具有比设置在可移置的印刷头上或设置在可移置的印刷头处的储存容器明显更大的容量。单个印刷程序可以以显著更快速的方式进行并完成。大量的印刷程序可在需要更换储存容器之前用各个大容量的储存容器进行。

为了尽可能实现高效且有效的流体净化，设置为使得在净化设备中的流体传送经过脱气设备并经过粒子过滤设备。由气体引起的任何不期望的污染且特别是由对有机半导体材料有害的氧气引起的任何污染可通过脱气设备减少。例如在运输期间或在延长储存期间从储存容器中或从印刷装置的部件中释放并污染流体的粒子可通过粒子过滤设备自流体滤出。粒子过滤设备就其本身而言可以构造成具有多级或者具有多个不同的过滤器部件，从而能够捕获越来越小的粒子并且能够将其自流体流中滤出。同样可以想到的是，例如在针对通过印刷头施加的流体的纯度而设定的严格度较低的要求的情形下，或者出于成本的原因，在供给到印刷头并通过印刷头印刷到待印刷的表面上之前，流体仅经过脱气设备或仅经过粒子过滤设备传送。

为了能够保证在印刷程序期间仅使用足够纯度的流体并通过印刷头将其印刷在待印刷的表面上，根据本发明，提供了在流体回路中的流体经过分析设备传送并进行流体的分析。经过分析设备传送的流体的合适的关键指标、例如流体的纯度可以通过分析设备确定。分析设备沿流动方向便利地设置在净化设备后面，因此在此通过分析设备进行的分析描述在净化之后且在直接供给到印刷头之前的流体。

分析设备可以连接到数据存储设备，以在开始印刷程序之前或例如在印刷程序期间连续地检测并储存在此进行的分析的结果。以此方式，可以进行在印刷程序之前或在印刷程序期间进行的分析的回顾性评估。

有利地提供根据分析的结果释放或阻断用于对表面印刷的印刷头的使用。例如，如果分析结果证实流体的纯度不足以保证令人满意的印刷结果，则可以阻断印刷头的印刷，并且流体可以传送经过流体回路以在净化设备中实现流体的净化。在此可以继续分析并可以在再次释放印刷头以对表面印刷之前检查已经通过净化设备进行的流体的净化。

本发明还涉及一种用含有有机半导体材料的流体对表面进行印刷的装置，其中所述装置具有流体的储存容器；用流体印刷表面的印刷头，所述印刷头可从待印刷的表面的一边移置到另一边；和供给管线，流体可经过所述供给管线从储存容器传送到印刷头。

根据本发明提出，所述装置具有返回管线，传送到印刷头的流体的至少一定比例可以经过返回管线传送回到储存容器，其中可以通过返回管线和供给管线共同形成流体回路，且装置具有用于流体的净化设备，所述净化设备设置在流体回路中并且能够由流体灌注。

根据本发明构思的一个有利的设计的实施方式，提出返回管线沿圆周方向完全围绕供给管线的至少一部分。返回管线可至少部分地设计成空心圆筒形且围绕以同心方式设置在空心圆筒的内部空间中的供给管线。同样可以想到返回管线以螺旋方式围绕供给管线延伸。因此，返回管线形成供给管线关于环境和在供给管线中的流体的任何污染的屏蔽。返回管线可在供给管线的基本整个长度上完全围绕并屏蔽供给管线。同样可以想到返回管线仅沿一部分或特别是暴露区域围绕供给管线。

为了能够在设置成与印刷头间隔开的储存容器上成本有效地应用可移置的印刷头，根据本发明提出供给管线和返回管线至少部分地为柔性的且设置在以位置固定的方式设置的储存容器与可移置的印刷头之间。储存容器可以通过外壳壁或空间壁与可移置的印刷头和待印刷的表面间隔并自其屏蔽，例如，使得可以在不损害在待印刷表面的直接环境中的环境条件的情况下更换储存容器。设置成与印刷头间隔开的储存容器的体积可以为几升或更大。以位置固定的方式设置的储存容器可以设置有合适的快速连结的连接器并且可以快速更换。同样可以想到设置能够以连续方式操作的多个储存容器。一旦第一储存容器完全排空，则可发生切换并且可以使用第二储存容器，使得印刷程序尽可能快速地继续。可以将第一储存容器再次填充或者用再填充的储存容器更换。以这种方式，可以以几乎不间断的方式进行大量的印刷程序。

净化设备便利地具有脱气设备和粒子过滤设备。任选地可以构造为呈多级形式或者包含多种部件的脱气设备和粒子过滤设备可以设置在储存容器外部。同样可以想到脱气设备和粒子过滤设备集成到储存容器中且能够与储存容器共同更换且在例如再填充储存容器时再生。

在个别情形下，例如出于成本原因，可有利的是净化设备仅具有脱气设备或仅具有粒子过滤设备，条件是认为流体的脱气或过滤是不必要的或在成本密集度方面不相称的。同样可行的是脱气设备和粒子过滤设备不是净化设备的固有部件部分且仅在需要时才集成到回路中或流体的储存容器中。

所述装置此外可以具有用于分析流体的分析设备。如果不满足印刷程序所需的要求，则印刷头可以通过以信号传输方式连接到印刷头释放设备的控制器设备对于即将到来的印刷程序而被释放或阻断。分析结果可经过在分析设备和控制器设备之间的连接传输到控制器设备，且根据分析结果可释放或阻断印刷头。

分析设备以及控制器设备两者可分别地设置在储存容器中或集成在储存容器中。在这种情形下，储存容器为了能够仅与印刷头连接仅需要具有用于连接到供给管线和返回管线的连接器。储存容器一连接到了供给管线和返回管线，位于储存容器中的流体就可以传送经过流体回路并且被分析。

如果分析指示流体不具有所需要的纯度，印刷头的释放可被拒绝以便首先进行流体的另外净化。一旦通过分析设备证实了所需要的纯度，就可以释放印刷头并且可以开始待处理的印刷程序。

以这种方式，印刷程序的净化和控制可以借助于适当设计的储存容器以自主的方式进行。不需要对就地安装的印刷程序的复杂调适。

在组织和空间方面提供具有有机半导体材料的流体通常与印刷装置的操作和具有用于对表面印刷的有机半导体材料的流体的预期用途分开进行。可以在使用流体和从储存容器收回流体期间借助于在印刷装置的操作和储存容器的逐渐排空期间连续获取并检测到的分析结果的数据存储记录流体纯度的关键指标。以这种方式，可以更加容易地确定并指定在操作期间出现的潜在误差的原因和责任。

在将净化设备集成布置在储存容器中的情形下，同样可以使位于储存容器中的流体的再循环和净化在储存容器的内部进行，而储存容器不必连接到印刷设备或连接到供给管线和返回管线。在这种情形下，例如在使用填充的储存容器之前，在储存容器的仓储期间，同样可以进行位于填充的储存容器中的流体的净化，从而可以在暂时间隔时减少可能潜在发生的流体的任何介入污染。

在图中示例的本发明构思的多种设计实施方式将在下文更详细地解释。在图中：

图1示出用于对表面进行印刷的装置的示意图，其中将储存容器设置为与可从表面的一边移置到另一边的印刷头间隔开且通过柔性供给管线和柔性返回管线连接到可移置印刷头；

图2示出柔性供给管线和围绕供给管线的柔性返回管线的设计实施方式的示意图；

图3示出其中集成了净化设备和分析设备的储存容器的示意图；及

图4示出印刷装置的部分区域的示意图，其中两个储存容器可通过三通阀选择性地连接到供给管线和返回管线。

在图1中示意性说明的用于对表面2进行印刷的装置1具有可从表面2的一边移置到另一边的印刷头3。来自印刷头3的印刷喷嘴4的流体可喷雾到表面2上且因此印刷到表面2上。

印刷头3通过柔性供给管线5和同样设计成柔性的返回管线6连接到设置成与表面2间隔开的储存容器7。储存容器7以位置固定的方式设置。设计成柔性的供给管线5和同样设计成柔性的返回管线6能够在以位置固定的方式设置的储存容器7上实现可移置的印刷头3的引入。

控制阀8设置在印刷头3上，通过供给管线5供给到印刷头3的流体可通过控制阀8经印刷喷嘴4喷雾到表面2上，或者另外引导到返回管线6中以传送回到储存容器7。供给管线5和返回管线6形成流体回路。

泵9设置在供给管线5中，流体可经过泵9从储存容器7朝向印刷头3传送。当控制阀8阻断印刷喷嘴4并将经过供给管线5传送到印刷头3的流体引导到返回管线6中时，泵9在流体回路中产生流体的循环。

此外，设置在供给管线5中的是脱气设备10和粒子过滤设备11，经供给管线5传送的流体经它们净化。在此，滤出粒子且减少流体被气体的任何不期望的污染。

供给管线5和返回管线6的有利设计在图2中示意性说明。返回管线6在此设计成空心圆筒形且围绕以同心方式设置在空心圆筒的内部空间中的供给管线5。流体在供给管线5和返回管线6中的例示性流动方向由箭头指示。在图1中由虚线指示的宽区域内的返回管线6在此沿圆周方向完全包围供给管线5并形成供给管线5关于环境的屏蔽。因此，当使用柔性管线材料时，位于供给管线5或返回管线6中的几乎不可避免的任何流体污染大部分集中在并且限于位于返回管线6中的流体，所述流体被传送回到储存容器7中，并且在再次传送到印刷头3之前通过脱气设备10和粒子过滤设备11净化。脱气设备10和粒子过滤设备11在每种情形下可以多级方式构造或在每种情形下可具有多个部件。脱气设备10和粒子过滤设备11形成用于灌注流体的净化设备12。

储存容器7和具有偏斜设计的净化设备12的构造在图3中以仅仅例示性的方式说明。净化设备12的脱气设备10和粒子过滤设备11设置在储存容器7的内部空间13中。此外设置在储存容器7的内部空间13中的是具有控制器设备15的分析设备14。经泵9传送到供给管线5并朝向印刷头3传送的流体首先从储存容器7的内部空间13经净化设备12且接着经分析设备14传送，之后所述流体可进入供给管线5和印刷头3。在净化流体之后，通过分析设备14进行分析。分析结果可借助于控制器设备15传输到印刷头3的控制阀8，从而使印刷头3释放进行印刷程序，或者被阻断，以将经供给管线5向印刷头3传送的流体引导到返回管线6中并将所述流体再次供给到储存容器7进行重复净化。

具有偏斜设计的装置1的变体的部分区域在图4中示意性说明。供给管线5和返回管线6经过三通阀16选择性地连接到两个储存容器7中的一个。虽然两个储存容器7中的一个连接到用于进行印刷程序的印刷头3，但另一储存容器7可用填充有新鲜流体的储存容器7交换并更换。一旦来自当前使用的储存容器7的流体几乎耗尽，可以通过三通阀16进行切换，并且可以继续使用填充有新鲜流体的另一储存容器7。以这种方式，可以显著地减少装置1的操作期间的停机时间。

在该例示性实施方式的情形下，净化设备12和分析设备14设置在外部并且未集成在存储容器7中。连接到分析设备14的控制器设备15可以以无线方式将控制信息的项目输送到在印刷头3中的控制阀8。

同样可行的是，以独立于在例示性实施方式中描述的装置1的任何变体的方式，泵9可以设置在流体回路内的任何的任意位置处。因此，在流动方向上的泵9也可以设置在净化设备12前面或者任选地设置在净化设备12和分析设备14之间。同样可以将净化设备12和任选地还有分析设备14设置在返回管线6中。

Claims (10)

1.一种用含有有机半导体材料的流体对表面(2)进行印刷的方法，其中所述流体从储存容器(7)经供给管线(5)传送到印刷头(3)，所述印刷头(3)可从所述表面(2)的一边移置到另一边且所述流体通过所述印刷头(3)印刷在所述表面(2)上，其特征在于经所述供给管线(5)传送到所述印刷头(3)的所述流体的至少一部分经过返回管线(6)传送回到所述储存容器(7)，其中形成流体回路，在所述流体回路中的流体灌注至净化设备(12)，所述流体经所述净化设备(12)净化，且其特征在于传送回到所述储存容器(7)的流体在此至少部分地围绕在所述供给管线(5)中传送到所述印刷头(3)的流体流动，其中所述返回管线(6)沿圆周方向完全包围所述供给管线(5)的至少一部分。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在印刷程序期间，所述储存容器(7)以位置固定的方式设置为与所述表面(2)间隔开，且经柔性供给管线(5)和柔性返回管线(6)连接到所述储存容器(7)的所述印刷头(3)从所述表面(2)的一边移置到另一边以进行印刷。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于在所述净化设备(12)中的流体经脱气设备(10)或经粒子过滤设备(11)或者经脱气设备(10)和粒子过滤设备(11)传送。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于在所述流体回路中的流体经分析设备(14)传送且进行分析。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于根据所述分析的结果释放或阻断用于印刷所述表面(2)的所述印刷头(3)的使用。

6.一种用含有有机半导体材料的流体对表面(2)进行印刷的装置(1)，其中所述装置(1)具有用于所述流体的储存容器(7)；用于用所述流体印刷所述表面(2)的印刷头(3)，所述印刷头(3)可从待印刷的所述表面(2)的一边移置到另一边；和供给管线(5)，所述流体可从所述储存容器(7)经过所述供给管线(5)传送到所述印刷头(3)，其特征在于所述装置(1)具有返回管线(6)，传送到所述印刷头(3)的所述流体的至少一部分可经过所述返回管线(6)传送回到所述储存容器(7)，其中可通过所述返回管线(6)和所述供给管线(5)共同形成流体回路，所述装置(1)具有用于所述流体的净化设备(12)，所述净化设备(12)设置在所述流体回路中且能够由所述流体灌注，且其特征在于所述返回管线(6)沿圆周方向完全包围所述供给管线(5)的至少一部分。

7.根据权利要求6所述的装置(1)，其特征在于所述供给管线(5)和所述返回管线(6)至少部分为柔性的且设置在以位置固定的方式设置的所述储存容器(7)与所述可移置的印刷头(3)之间。

8.根据权利要求6或7所述的装置(1)，其特征在于，所述净化设备(12)具有脱气设备(10)或粒子过滤设备(11)或者脱气设备(10)和粒子过滤设备(11)。

9.根据权利要求6或7所述的装置(1)，其特征在于所述装置(1)具有用于分析所述流体的分析设备(14)。

10.根据权利要求6或7所述的装置(1)，其特征在于所述装置(1)具有控制器设备(15)，所述控制器设备(15)具有印刷头释放设备。