一种实现图形化喷墨打印精细障壁阵列及其制造方法

摘要

本发明涉及一种实现图形化喷墨打印精细障壁阵列及其制造方法。该障壁阵列包括一基板，沿水平和垂直方向平行交错间隔排列设置于基板表面的储液槽阵列，以及设置于储液槽阵列底部的过渡层。本发明只需根据喷墨打印墨水的水性或油性设计加工形成所需的障壁阵列，将障壁阵列作为喷墨打印的基础点进行打印，从而实现图形化喷墨打印。该方法不仅可以有效地简化图形化喷墨打印的制作工艺，且可提高图形化喷墨打印的精度和降低图形化喷墨打印的成本。

说明书

技术领域

本发明涉及印刷显示器件领域，尤其涉及一种实现图形化喷墨打印精细障壁阵列 及其制造方法。

背景技术

显示技术与产业在世纪之交经历了重大变革，即从阴极射线管显示（CRT）过渡到 以TFT-LCD和PDP为代表的平板显示（FPD）。近十年来，显示技术与产业发生了渐进式变化， LCD产业得到了突飞猛进发展并成为了全球显示产业的霸主，有机发光显示（OLED）技术和 产业逐渐成熟并发展壮大。OLED显示器件由于同时具备自发光，不需背光源、对比度高、厚 度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板等优点，被认为是下一代的平面显示器新兴 应用技术。

目前，对于OLED显示器件的制备，通常采用真空蒸镀和印刷技术制备，这是当前国 际主流的发展技术。小分子的真空蒸镀技术比较成熟，目前已经实现产业化，并有中小尺寸 的全彩色显示屏批量推出。但是，该技术设备投资和维护费用高昂、材料浪费严重，难以实 现大面积，且成本居高不下，面对残酷的市场环境，难以形成竞争优势。印刷技术被认为是 解决OLED高成本和实现大面积的有效途径，具有广阔的发展前景，这种技术可结合液体功 能性材料和先进的印刷设备来制作OLED显示屏，可提高材料的利用率和生产效率，降低制 造成本，提高产能。

最常见的印刷技术有喷墨印刷（inkjetprinting）和丝网印刷（screen printing）两种。喷墨技术是一种新型的无接触、无压力、无印版的打印技术，可将电子计算 机中存储的信息输入喷墨打印机即可实现打印，它有许多优点，比如，分辨率相当高，具有 灵活性，成本较低，并与几乎所有类型的基板兼容，被认作是未来制造有机发光平板显示器 最具有前景的技术，但是，应用喷墨打印技术生产平板显示器还存在很多问题需要解决， 如：（a）开发可印刷的高质量功能材料；（b）薄膜厚度均匀性及光电性能等需达到应用的要 求；（c）Bank技术需要进一步优化，以提高印刷器件的分辨率；（d）开发性能可靠、产量高的 喷墨打印设备。这些难点中，开发出实现图形化喷墨打印的Bank技术是印刷显示技术的重 中之重。

在现代工艺中，图形化是常见的一种工艺优化手段，而目前图形化的方法有很多， 如中国专利CN101640169A的图形化方法是在用于氮化物外延生长的衬底上沉积一层铝薄 层，利用飞秒激光刻蚀铝薄层使其表面形成周期性的浅凹坑，之后采用电化学方法将制备 的的铝薄层阳极氧化形成纳米级同学的多孔网状氧化铝层，利用氧化铝层做掩膜，通过刻 蚀将氧化铝层上的纳米级图形转移到衬底，之后腐蚀掉氧化铝层得到带有纳米级图形的衬 底，这个方法涉及到多个化学反应，过程中会出现太多的不确定因素影响到实验精度与结 果；中国专利CN104037063A将具有与预设图形相同的镂空部分的掩膜板放置在基板上方后 镀膜，从而在基板上形成图形化的薄膜，但是这个方法在移除掩膜板时会引起薄膜结构的 变化，特别的，这个方法只适合于面积较大的图形化，而对于精细的图形化是达不到的。中 国专利CN105070650A中提到采用两次两次曝光、显影和刻蚀处理，形成倒梯形像素区域，得 到具有梯形Bank的梯形像素Bank结构，该技术采用两次倾斜光刻技术来制备Bank结构，不 仅工艺复杂，而且制作成本高，不易大面积产业化。因此，获得一种工艺简单、制造成本低的 精细图形化储液槽结构有利于溶液法制备像素均匀的印刷显示器件。基于此问题，本发明 提出一种实现图形化喷墨打印精细储液槽阵列及其制造方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现图形化喷墨打印精细障壁阵列及其制造方法，以 克服现有技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种实现图形化喷墨打印精细障壁阵列， 包括：若干个设置于一基板上表面且呈阵列分布的储液槽以及对应设置于所述储液槽底部 的过渡层；所述储液槽之间的距离为10纳米至500微米。

在本发明一实施例中，所述储液槽底面横截面的宽度a为10微米至2000微米，长度 b为10微米至2000微米，所述储液槽深度h为10纳米至10微米。

在本发明一实施例中，所述储液槽内周侧面为平面，且内周侧面与所述基板的夹 角为30度至90度。

在本发明一实施例中，所述储液槽内周侧面为弧面，且内周侧面的曲率半径r根据 所述储液槽底面横截面的宽度a、长度b以及所述储液槽深度h确定取值范围；当宽度a>长度 b时，所述曲率半径r取值范围为：深度h-长度b；当宽度a<长度b时，所述曲率半径r取值范围 为：深度h-宽度a。

进一步的，还提供一种实现图形化喷墨打印精细障壁阵列的制造方法，按照如下 步骤实现：

步骤S1：提供一基板；

步骤S2：在所述基板上涂覆一层保护层；

步骤S3：将所述保护层加工成图形化且呈阵列分布储液槽；

步骤S4：在所述储液槽阵列中储液槽的底部填充一层过渡层；所述过渡层所采用材料 的化学特性与上所述保护层相反；

步骤S5：利用喷墨打印技术在所述过渡层表面填充可打印材料，实现打印层的图形化。

在本发明一实施例中，所述喷墨打印墨水包括水性墨水以及油性墨水；所述水性 墨水为由含有羧酸基、磺酸基、硫酸基与磷酸基亲水基团或由含氧基团组成的醚基、羟基、 羧酸酯、嵌段聚醚及其他含有氨基、季铵基基团的材料；所述油性墨水为含有链烷烃基、环 烷烃基、芳香烃基基团的材料；

在本发明一实施例中，根据所述喷墨打印墨水的水性或油性选择所述保护层疏水性或 亲水性膜层；若所述喷墨打印墨水是水性墨水，则所述保护层为疏水性膜层；若所述喷墨打 印墨水是油性墨水，则所述保护层为亲水性膜层；

在本发明一实施例中，所述保护层是一层厚度为10纳米至10微米的均匀膜层；所述保 护层的制造方法包括印刷、旋涂、贴膜、物理气相沉积或化学气相沉积。

在本发明一实施例中，所述储液槽阵列的制造方法包含贴膜、镀膜、湿法刻蚀、喷 砂、激光加工、喷墨打印、3D打印、丝网印刷和微接触印刷。

在本发明一实施例中，所述过渡层是一种与所述保护层化学性质相反的膜层；若 所述保护层为疏水性膜层，则所述过渡层为亲水性膜层；反之，所述保护层为亲水性膜层， 则所述过渡层为疏水性膜层。

在本发明一实施例中，所述过渡层的厚度小于储液槽深度h，其厚度为1纳米至1微 米；所述过渡层的制造方法包括贴膜、物理气相沉积或化学气相沉积、喷墨打印、3D打印、丝 网印刷、微接触印刷。

在本发明一实施例中，所述喷墨打印墨水在喷墨打印机作用下填充在所述过渡层 表面，从而实现图形化喷墨打印；所述图形化墨水的上表面低于所述保护层或与所述保护 层同处一水平面。

进一步的，本发明还提供另一种实现图形化喷墨打印精细障壁阵列的制造方法， 按照如下步骤实现：

步骤S1：提供一基板；

步骤S2：在所述基板上制作一层图形化的过渡层；根据喷墨打印墨水的水性或油性选 择所述过渡层是亲水性膜层或疏水性膜层；

步骤S3：在所述过渡层表面涂覆一层保护层，所述保护层为与所述过渡层化学特性相 反的材料；

步骤S4：将所述保护层加工成图形化且呈阵列分布储液槽；

步骤S5：利用喷墨打印技术在所述过渡层表面填充可打印材料，实现打印层的图形化。

在本发明一实施例中，所述喷墨打印墨水包括水性墨水以及油性墨水；所述水性 墨水为由含有羧酸基、磺酸基、硫酸基与磷酸基亲水基团或由含氧基团组成的醚基、羟基、 羧酸酯、嵌段聚醚及其他含有氨基、季铵基基团的材料；所述油性墨水为含有链烷烃基、环 烷烃基、芳香烃基基团的材料；

在本发明一实施例中，根据所述喷墨打印墨水的水性或油性选择所述保护层疏水性或 亲水性膜层；若所述喷墨打印墨水是水性墨水，则所述保护层为疏水性膜层；若所述喷墨打 印墨水是油性墨水，则所述保护层为亲水性膜层；

在本发明一实施例中，所述保护层是一层厚度为10纳米至10微米的均匀膜层；所述保 护层的制造方法包括印刷、旋涂、贴膜、物理气相沉积或化学气相沉积。

在本发明一实施例中，所述储液槽阵列的制造方法包含贴膜、镀膜、湿法刻蚀、喷 砂、激光加工、喷墨打印、3D打印、丝网印刷和微接触印刷。

在本发明一实施例中，所述过渡层是一种与所述保护层化学性质相反的膜层；若 所述保护层为疏水性膜层，则所述过渡层为亲水性膜层；反之，所述保护层为亲水性膜层， 则所述过渡层为疏水性膜层。

在本发明一实施例中，所述过渡层的厚度小于储液槽深度h，其厚度为1纳米至1微 米；所述过渡层的制造方法包括贴膜、物理气相沉积或化学气相沉积、喷墨打印、3D打印、丝 网印刷、微接触印刷。

在本发明一实施例中，所述喷墨打印墨水在喷墨打印机作用下填充在所述过渡层 表面，从而实现图形化喷墨打印；所述图形化墨水的上表面低于所述保护层或与所述保护 层同处一水平面。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明所提处的一种实现图形化喷 墨打印精细障壁阵列及其制造方法，只需根据喷墨打印墨水的水性或油性设计加工形成所 需的障壁阵列，将障壁阵列作为喷墨打印的基础点进行打印，实现图形化喷墨打印。该方法 不仅可以有效地简化图形化喷墨打印的制作工艺，且可提高图形化喷墨打印的精度和降低 图形化喷墨打印的成本。

附图说明

图1为本发明实施例一中一种实现图形化喷墨打印精细障壁阵列的结构示意图。

图2为本发明实施例一中一种实现图形化喷墨打印精细障壁阵列的截面图。

图3为本发明实施例一中一种实现图形化喷墨打印精细障壁阵列的制造工艺流程 图。

图4为本发明实施例一中在基板表面涂覆保护层的结构示意图。

图5为本发明实施例一中将保护层加工为图形化储液槽整列后的结构示意图。

图6为本发明实施例一中储液槽中填充过渡层后的结构示意图。

图7为本发明实施例一中在过渡层表面填充打印材料后的结构示意图。

图8为本发明实施例二中一种实现图形化喷墨打印精细障壁阵列的结构示意图。

图9为本发明实施例二中一种实现图形化喷墨打印精细障壁阵列的截面图。

图10为本发明实施例二中一种实现图形化喷墨打印精细障壁阵列的制造工艺流 程图。

图11为本发明实施例二中在基板表面形成图形化过度层的结构示意图。

图12为本发明实施例二中在过渡层表面涂覆保护层的结构示意图。

图13为本发明实施例二中将保护层加工为图形化储液槽整列后的结构示意图。

图14为本发明实施例二中在过渡层表面填充打印材料后的结构示意图。

【标号说明】：11——基板，12——保护层，13——储液槽阵列，131——储液槽， 14——过渡层，15——可打印材料。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相 关附图，对本发明作进一步详细说明。在图中，为了清楚，放大了层与区域的厚度，但作为示 意图不应该被认为严格反映了几何尺寸的比例关系。在此，参考图是本发明的理想化实施 例示意图，本发明的实施例不应该被认为仅限于图中所示的区域的特定形状，而是包括所 得到的形状，比如制造引起的偏差。在本实施例中均以矩形或圆表示，图中的表示是示意性 的，但这不应该被认为限制本发明的范围。本实施例中障壁起伏图案的大小与起伏周期有 一定范围，在实际生产中可以根据实际需要设计起伏图案大小及其起伏周期，实施例中起 伏周期的数值只是示意值，但这不应该被认为限制本发明的范围。

图1和图2为本发明第一优选实施例的一种实现图形化喷墨打印精细障壁阵列的 结构示意图和截面图。图3为本发明第一优选实施例的一种实现图形化喷墨打印精细障壁 阵列的制造工艺流程图。图4-图7为本发明第一优选实施例的一种实现图形化喷墨打印精 细障壁阵列的具体实施步骤示意图。

请参考图3，并结合图4-7，对本发明第一实施例提供的一种实现图形化喷墨打印 精细障壁阵列的制造方法进行详细的说明，具体包括以下步骤：

（S11）提供一基板11，对所述的基板进行清洗。选取一块所需尺寸的基板11，置于按体 积比为Win-10:DI水=3:97清洗液中，利用频率为32KHz的超声机清洗15min，喷淋 2min后，再置于体积比为Win-41:DI水=5:95清洗液中，利用频率为40KHz的超声机清 洗10min，经循环自来水喷淋漂洗2min后，再利用频率为28KHz的超声机在DI纯净水中清洗 10min，经氮气枪吹干后置于50℃洁净烘箱中保温30min以上备用。

（S12）在所述基板上涂覆一层保护层，具体步骤如下：

（S121）保护层选择。保护层是根据喷墨打印墨水的水性或油性来选择疏水性或亲水性 膜层。若喷墨打印墨水是水性墨水时，保护层为疏水性膜层；反之，喷墨打印墨水是油性墨 水时，保护层为亲水性膜层。喷墨打印墨水包括含有羧酸基、磺酸基、硫酸基与磷酸基亲水 基团或者由含氧基团组成的醚基和羟基与羧酸酯、嵌段聚醚及其他含有氨基、季铵基基团 的水性墨水和含有链烷烃基、环烷烃基、芳香烃基基团的油性墨水。本实施例中优选环烷烃 基的油性墨水作为打印墨水，则保护层优选含氧基团组成的醚基的水性膜层。

（S122）保护层涂覆。保护层是一层厚度为10纳米-10微米的均匀水性膜层，其涂覆 方法包括印刷、旋涂、贴膜、物理气相沉积或化学气相沉积。本实施例优选旋涂方法在基板 11表面涂覆一层厚度为2微米的保护层12，如图3所示。

（S123）保护层烘烤。将步骤（S122）得到的基板放置于85℃的烘烤箱内烘烤30min。

（S13）将所述保护层12加工成图形化储液槽阵列13，如图4所示。所述储液槽阵列 是由沿水平方向交错平行均匀分布在所述基板表面的若干个储液槽和垂直方向交错平行 均匀分布在所述基板表面的若干个储液槽组成，相邻储液槽的距离为10纳米-500微米。储 液槽的宽度a为10微米-2000微米，长度b为10微米-2000微米，深度h为10纳米-3微米，其结 构可为长方形、正方形、圆形或其它不规则图形。所述储液槽可沿深度方向四周倾斜，储液 槽倾斜面与基板水平面所构成的角为30°-90°。所述储液槽也可沿深度方向可加工成弧形， 其曲率半径r范围在深度h-长度b（a＞b）或深度h-宽度a（a＜b）之间。制造方法包含贴膜、镀 膜、湿法刻蚀、喷砂、激光加工、喷墨打印、3D打印、丝网印刷和微接触印刷。本实施例优选喷 砂工艺对所述保护层12进行加工，通过控制喷砂工艺最后形成如图1所示和图4所示的储液 槽阵列13。其中，水平与垂直方向的储液槽131相距为100微米。每个储液槽131的长度a和 宽度b都为250微米、深度h为2微米、储液槽倾斜面与基板11成60°的矩形储液槽阵列。

（S14）在所述储液槽阵列底部填充一层过渡层14，如图5所示。所述过渡层14是与 上所述保护层12化学特性相反的材料；其中，所述过渡层14的厚度小于所述储液槽131深度 h，其厚度为1纳米-1微米之间。所述过渡层的制造方法包括贴膜、物理气相沉积或化学气相 沉积、喷墨打印、3D打印、丝网印刷、微接触印刷。本实施中优选喷墨打印技术在所述储液槽 阵列13底部制造一层厚度为200纳米的芳香烃基基团的过渡层14。

（S15）往过渡层表面填充可打印材料15。利用喷墨打印技术在所述过渡层14表面 填充可打印材料15，实现打印层的图形化。本实施例中优选利用喷墨打印设备（Jetlab2）， 通过控制打印参数，向涂覆有过渡层14的储液槽阵列13里填充环烷烃基打印材料15，其中 图形化墨水的上表面低于所述保护层12或者与所述保护层12同处一水平面，从而实现图形 化喷墨打印，如图6所示。

至此，一种实现图形化喷墨打印精细障壁阵列的制造完成。

实施例二

下面结合图8-14对本发明第二实施例的一种实现图形化喷墨打印精细化障壁阵列及 其制造方法进行详细介绍。其中，图8以及图9为本发明第二优选实施例的一种实现图形化 喷墨打印精细障壁阵列的结构示意图和截面图。图10为本发明第二优选实施例的一种实现 图形化喷墨打印精细障壁阵列的制造工艺流程图。图11-图14为本发明第二优选实施例的 一种实现图形化喷墨打印精细障壁阵列的具体实施步骤示意图。

请参考图10，并结合图11-14，对本发明第二实施例提供的一种实现图形化喷墨打 印精细障壁阵列的制造方法进行详细的说明，具体包括以下步骤：

（S21）提供一基板11，对所述的基板进行清洗。选取一块所需尺寸的基板11，置于按体 积比为Win-10:DI水=3:97清洗液中，利用频率为32KHz的超声机清洗15min，喷淋 2min后，再置于体积比为Win-41:DI水=5:95清洗液中，利用频率为40KHz的超声机清 洗10min，经循环自来水喷淋漂洗2min后，再利用频率为28KHz的超声机在DI纯净水中清洗 10min，经氮气枪吹干后置于50℃洁净烘箱中保温30min以上备用。

（S22）在所述基板形成图形化的过渡层14，具体步骤如下：

（S221）过渡层选择。过渡层是根据喷墨打印墨水的水性或油性来选择亲水性或疏水性 膜层。若喷墨打印墨水是水性墨水时，过渡层为亲水性膜层；反之，喷墨打印墨水是油性墨 水时，过渡层为疏水性膜层。喷墨打印墨水包括含有羧酸基、磺酸基、硫酸基与磷酸基亲水 基团或者由含氧基团组成的醚基和羟基与羧酸酯、嵌段聚醚及其他含有氨基、季铵基基团 的水性墨水和含有链烷烃基、环烷烃基、芳香烃基基团的油性墨水。本实施例中优选环烷烃 基的油性墨水作为打印墨水，则过渡层优选芳香烃基基团组成的油性膜层。

（S222）图形化过渡层14制作。所述过渡层14的厚度小于所述储液槽131深度h，其 厚度为1纳米-1微米之间。所述过渡层的制造方法包括贴膜、物理气相沉积或化学气相沉 积、喷墨打印、3D打印、丝网印刷、微接触印刷。本实施中优选喷墨打印技术在所述储液槽阵 列13底部制造一层厚度为200纳米的芳香烃基基团的过渡层14。

（S223）过渡层烘烤。将步骤（S222）得到的基板放置于105℃的烘烤箱内烘烤 30min，形成图形化过渡层14，如图9所示。

（S23）在过渡层表面涂覆一层保护层12。具体步骤如下：

（S231）保护层是根据喷墨打印墨水的水性或油性来选择疏水性或亲水性膜层。若喷墨 打印墨水是水性墨水时，保护层为疏水性膜层；反之，喷墨打印墨水是油性墨水时，保护层 为亲水性膜层。喷墨打印墨水包括含有羧酸基、磺酸基、硫酸基与磷酸基亲水基团或者由含 氧基团组成的醚基和羟基与羧酸酯、嵌段聚醚及其他含有氨基、季铵基基团的水性墨水和 含有链烷烃基、环烷烃基、芳香烃基基团的油性墨水。本实施例中优选环烷烃基的油性墨水 作为打印墨水，则保护层优选含氧基团组成的醚基的水性膜层。

（S232）保护层涂覆。保护层是一层厚度为10纳米-10微米的均匀水性膜层，其涂覆 方法包括印刷、旋涂、贴膜、物理气相沉积或化学气相沉积。本实施例优选旋涂方法在基板 11表面涂覆一层厚度为2微米的保护层12，如图10所示。

（S223）保护层烘烤。将步骤（S222）得到的基板放置于85℃的烘烤箱内烘烤30min。

（S24）将所述保护层12加工成图形化储液槽阵列13，如图11所示。所述储液槽阵列 是由沿水平方向交错平行均匀分布在所述基板表面的若干个储液槽和垂直方向交错平行 均匀分布在所述基板表面的若干个储液槽组成，相邻储液槽的距离为10纳米-500微米。储 液槽的宽度a为10微米-2000微米，长度b为10微米-2000微米，深度h为10纳米-3微米，其结 构可为长方形、正方形、圆形或其它不规则图形。所述储液槽可沿深度方向四周倾斜，储液 槽倾斜面与基板水平面所构成的角为30°-90°。所述储液槽也可沿深度方向可加工成弧形， 其曲率半径r范围在深度h-长度b（a＞b）或深度h-宽度a（a＜b）之间。制造方法包含贴膜、镀 膜、湿法刻蚀、喷砂、激光加工、喷墨打印、3D打印、丝网印刷和微接触印刷。本实施例优选喷 砂工艺对所述保护层12进行加工，通过控制喷砂工艺最后形成如图1所示和图4所示的储液 槽阵列13。其中，水平与垂直方向的储液槽131相距为100微米。每个储液槽131的长度a和 宽度b都为250微米、深度h为2微米、曲率半径为180微米的弧形储液槽阵列。

（S25）往过渡层表面填充可打印材料15。利用喷墨打印技术在所述过渡层14表面 填充可打印材料15，实现打印层的图形化。本实施例中优选利用喷墨打印设备（Jetlab2）， 通过控制打印参数，向涂覆有过渡层14的储液槽阵列13里填充环烷烃基打印材料15，其中 图形化墨水的上表面低于所述保护层12或者与所述保护层12同处一水平面，从而实现图形 化喷墨打印，如图12所示。

至此，一种实现图形化喷墨打印精细障壁阵列的制造完成。

本发明提供的一种用于喷墨打印精细图形化障壁阵列的制造方法不局限于上述 实施例，上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应 理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。