一種用于印刷電子的卷對卷多功能印刷設備及其應用的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于印刷電子的卷對卷多功能印刷設備及其應用，該卷對卷多功能印刷設備包含清洗單元、電暈處理單元、糾偏單元、微凹版印刷單元、狹縫涂布單元、干燥單元、絲網印刷單元和復合單元；該卷對卷多功能印刷設備中微凹版印刷單元、狹縫涂布單元、絲網印刷單元、復合單元可模塊化管理，既可單獨工作，也可串聯起來同時工作，印刷制備多層功能薄膜；該卷對卷多功能印刷設備適用于溶液法印刷加工制備功能薄膜和光電器件，特別是制備基于半導體薄膜的柔性電子器件，包括有機太陽能電池、有機發光二級管、有機場效應晶體管等。
【專利說明】一種用于印刷電子的卷對卷多功能印刷設備及其應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種印刷設備，特別是涉及一種印刷電子學卷對卷多功能印刷設備，本發明還涉及該用于印刷電子的卷對卷多功能印刷設備的應用。
【背景技術】
[0002]與傳統電子器件相比，有機電子具有諸多優點，如柔韌性、半透明性、重量輕、價格便宜、可大面印刷加工等，使得有機電子表現出巨大的應用前景(T.Sekitani, T.Someya, Adv.Mater., 2010, 22, 2228 ;Α.N.Sokolov, B.C.K.Tee, C.J.Bettinger, J.B.H.Tok, Z.Ba0., Acc.Chem.Res., 2012, 45, 361:http: //www.0led-1nf0.com)。德國工業制造協會VDMA早在2004年就發起成立了有機電子協會(Organic ElectronicsAssociation, 0Ε-Α),截止2014年3月已經有208個會員單位，涉及高校、研究所、公司等部門，分布于全球30多個國家和地區(http: //oe~a.vdma.0rg/en GB)。最近幾年，基于有機電子的商業化產品也開始涌現，如OLEDs顯示器與照明燈，OFETs無線射步頁電子標簽和有源矩陣顯示，以及OPVs等(http://www.1dtechex.com:http://www.plusplasticelectronics.com)。基于有機電子和納米材料發展起來的印刷電子學，將加速推進有機電子及相關產業的商業化進程。與3-D打印技術一樣，應用于有機電子器件的印刷加工制備技術也是一種增量制造技術，可以大批量的按需制備大面積陣列的電子器件，沒有原材料浪費。英國著名咨詢公司IDTechEx Ltd在2010年發布了印刷電子的詳細市場報告(http://www.1dtechex.com):到2020年，印刷電子的產業價值可以達到570億美元，產業價值隨著印刷電子的發展還在繼續增加；其中三大主要構成部分是基于有機發光二級管顯示和照明產業(?190億美元)，光伏產業(?170億美元)，晶體管產業(?80億美元)。印刷設備在印刷電子學發展的過程中起到非常重要的作用，直接決定印刷制備的功能薄膜和光電器件的性能。西方國家的高校、研究所、公司等對印刷電子學領域的大力投入研究也就十年左右的時間，儀器設備的開發主要是噴墨打印設備(C.N.Hoth, S.A.Choulis, P.Schilinsky, C.J.Brabec, Adv.Mater., 2007, 19, 3973) > 凹版設備(J.L.Yang, D.Vak, N.Clark, J.Subbiah, ff.ff.H.Wong, D.J.Jones, S.E.Watkins, G.Wilson, Sol.Energy Mater.Sol.Cells, 2013，109，47.)、狹縫涂布設備等(A.Sandstrom, H.F.Dam, F.C.Krebs, L.Edman, Nature Commun., 2012, 3, 1002)。這些設備通常功能單一，只采用某一種打印或印刷技術，難以形成多種打印或印刷技術的組合，完成多層功能薄膜或光電器件的整個印刷制備過程。開發和設計卷對卷多功能印刷設備，可兼具多種印刷技術的組合和單一印刷技術的模塊化管理，尚未有報道先例。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的第一個技術問題是提供一種在同一臺儀器上實現多種功能膜的制備、清洗、烘干及封裝多種處理的用于印刷電子的卷對卷多功能印刷設備。
[0004]本發明所要解決的第二個技術問題是提供該用于印刷電子的卷對卷多功能印刷設備的應用。
[0005]為了解決上述第一個技術問題，本發明提供的用于印刷電子的卷對卷多功能印刷設備，在機架上設有第一放卷、清洗單元、第一烘干單元、糾偏單元、電暈處理單元、微凹版印刷單元、狹縫涂布單元、第二烘干單元、絲網印刷單元、第三烘干單元、復合壓輥、第二放卷、第三放卷和收卷單元以及多個傳遞輥及牽引輥，所述的第一放卷經過傳遞輥與所述的清洗單元對接，所述的清洗單元與所述的第一烘干單元對接，所述的第一烘干單元通過所述的傳遞輥及牽引輥與所述的糾偏單元對接，所述的糾偏單元通過傳遞輥與所述的電暈處理單元對接，所述的電暈處理單元與所述的第二烘干單元之間設有所述的微凹版印刷單元和所述的狹縫涂布單元及多個所述的傳遞輥，所述的第二烘干單元之后設有所述的絲網印刷單元和所述的第三烘干單元及多個所述的傳遞輥，所述的絲網印刷單元和所述的第三烘干單元之后設有所述的復合壓輥、第二放卷、第三放卷和收卷單元及多個所述的傳遞輥。
[0006]所述的第一放卷、第二放卷和第三放卷的滾筒支撐采用半懸掛方式。
[0007]為了解決第二個技術問題，本發明提供的用于印刷電子的卷對卷多功能印刷設備的應用，所述的微凹版印刷單元、狹縫涂布單元、絲網印刷單元、復合單元進行模塊化管理，既能單獨工作，也能串聯起來同時工作，印刷制備多層功能薄膜；該卷對卷多功能印刷設備適用于溶液法印刷加工制備功能薄膜和光電器件，特別是制備基于半導體薄膜的柔性電子器件，包括有機太陽能電池、有機發光二級管、有機場效應晶體管。
[0008]所述的清洗單元指通過固定滾筒位于一個容器槽中，柔性基底從滾筒下傳遞經過時經過清洗液；同時,應用一個電動軟毛刷對基底表面進行往返清洗,除去柔性基底表面污物；所用清洗液用活性劑清洗液，或用溶劑清洗，所述的溶劑為乙醇、丙酮或異丙醇。
[0009]所述的微凹版印刷單元是基于微凹版印刷原理印刷制備柔性薄膜；其中有一個由氣缸控制的擺輥單元，進行涂布時擺輥打下將柔性基底壓至與微凹輥接觸；微凹輥的轉速及基底的走帶速度均可調節，O?5米/分鐘，能根據所涂布材料的性能及成膜要求獲得厚度在30納米?10微米的功能薄膜；微凹輥表面能雕刻成螺旋或網穴型圖案。
[0010]所述的狹縫涂布單元是基于狹縫擠壓涂布原理制備柔性功能薄膜；供墨系統對涂布頭進行供墨，通過涂布頭間的墊片厚度、模唇與基底間距離即gap值以及供墨時模唇、基底及下部的空間真空度調控薄膜厚度介于20納米?I微米的功能薄膜；根據墊片形狀不同涂布不同圖案的功能薄膜。
[0011]所述的干燥單元是指通過懸掛的固定烘箱對基底上所形成的功能薄膜進行熱烘干，烘箱中加熱臺的溫度可根據薄膜的成膜性及受熱能力進行調節，介于常溫到200度，能優化薄膜形貌。
[0012]所述的絲網印刷單元為圓筒式，通過封閉圓筒里刮板的擠壓，使油墨通過圖文部分的網孔轉移到柔性基底上，形成與原稿一樣的圖文。
[0013]所述的復合單元通過兩個電加熱的并行橡膠棍對印刷好的功能薄膜或光電器件進行擠壓熱復合和封裝，有利于功能薄膜或光電器件的保護。
[0014]所述的模塊化管理是指對卷對卷多功能印刷儀器中各個功能單元既能分單元單獨工作，也能多個功能模塊組合管理，同時工作，從而完成多種不同功能的薄膜制備及處理；對其中一些功能模塊進行互鎖處理，避免因錯誤操作而產生危險。
[0015]所述的溶液法印刷加工制備功能薄膜是指功能材料首先需要進行溶液化，配成可印刷制備的功能化墨水材料，通過微凹版印刷或狹縫涂布或絲網印刷技術，印刷制備成柔性的功能薄膜。
[0016]所述的溶液法印刷加工制備光電器件指功能光電材料首先需要進行溶液化，配成可印刷制備的功能化光電墨水材料，通過微凹版印刷或狹縫涂布或絲網印刷技術，印刷制備成柔性的光電功能薄膜器件。
[0017]采用上述技術方案的用于印刷電子的卷對卷多功能印刷設備及其應用，該卷對卷多功能印刷設備包含清洗單元、電暈處理單元、糾偏單元、微凹版印刷單元、狹縫涂布單元、干燥單元、絲網印刷單元、復合單元；該卷對卷多功能印刷設備中微凹版印刷單元、狹縫涂布單元、絲網印刷單元、復合單元可模塊化管理，既可單獨工作，也可串聯起來同時工作，印刷制備多層功能薄膜；該卷對卷多功能印刷設備適用于溶液法印刷加工制備功能薄膜和光電器件，特別是制備基于半導體薄膜的柔性電子器件，包括有機太陽能電池、有機發光二級管、有機場效應晶體管。
[0018]所述的卷對卷印刷是指通過牽引滾筒和傳遞滾筒進行連續的印刷制備，其基底寬度可在10厘米到50厘米，滾筒支撐采用半懸掛方式；基材的張力在10牛頓到300牛頓。
[0019]所述的多功能包含基底清洗功能、基底電暈處理功能、微凹版印刷功能、狹縫涂布功能、干燥功能、絲網印刷功能、復合功能。
[0020]所述的基底電暈處理是對基底進行電暈處理，可以調控基底表面性能，如親水性、表面功能，增強印刷功能薄膜在基底的附著力。
[0021]所述的糾偏單元是對基底位子進行調整，可以調控印刷功能薄膜在基底的位置以及多層功能薄膜印刷時位置的偏移量。
[0022]綜上所述，本發明集合了微凹版印刷、狹縫涂布和絲網印刷三種印刷技術。從而通過這樣一種集成方式，在同一臺儀器上實現多種功能膜的制備、清洗、烘干及封裝等多種處理。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1是卷對卷多功能印刷設備的平面示意圖。
[0024]圖2是卷對卷多功能印刷設備的基底清洗-電暈處理-微凹版印刷穿帶示意圖。
[0025]圖3是卷對卷多功能印刷設備的基底清洗-電暈處理-狹縫涂布穿帶示意圖。
[0026]圖4是卷對卷多功能印刷設備的基底清洗-電暈處理-絲網印刷穿帶示意圖。
[0027]圖5是卷對卷多功能印刷設備的復合功能穿帶示意圖。
[0028]圖6是卷對卷多功能印刷設備的基底清洗-電暈處理-微凹版印刷-復合穿帶示意圖。
[0029]圖7是卷對卷多功能印刷設備的基底清洗-電暈處理-微凹版印刷-絲網印刷-復合穿帶示意圖。
[0030]圖8是卷對卷多功能印刷設備的基底清洗-電暈處理-狹縫涂布-絲網印刷-復合穿帶示意圖。
【具體實施方式】
[0031]以下結合附圖和實施例是對本
【發明內容】
的進一步說明，而不是限制本發明的保護范圍。
[0032]參見圖1，在機架上設有第一放卷1、清洗單元4、第一烘干單元8、糾偏單元11、電暈處理單元14、微凹版印刷單元16、狹縫涂布單元19、第二烘干單元22、絲網印刷單元25、第三烘干單元28、復合壓輥30、第二放卷36、第三放卷31和收卷單元40以及多個傳遞輥及牽引棍10,第一放卷I經過第一傳遞棍2、第二傳遞棍3與清洗單元4對接,清洗單元4與第一烘干單元8對接，第一烘干單元8通過第三傳遞輥9及牽引輥10與糾偏單元11對接，糾偏單元11通過第四傳遞輥12、第五傳遞輥13與電暈處理單元14對接，電暈處理單元14與第二烘干單元22之間設有微凹版印刷單元16和狹縫涂布單元19，電暈處理單元14與微凹版印刷單元16和狹縫涂布單元19之間設第六傳遞輥15、第七傳遞輥17和第八傳遞輥18，微凹版印刷單元16和狹縫涂布單元19與第二烘干單元22之間設有第九傳遞輥20和第十傳遞輥21，第二烘干單元22之后設有絲網印刷單元25和第三烘干單元28及第H^一傳遞棍23、第十二傳遞棍24和第十三傳遞棍26和第二十二傳遞棍29,絲網印刷單元25和第三烘干單元28之后設有復合壓輥30、第二放卷36、第三放卷31和收卷單元40，第二放卷36到復合壓輥30之間設有第十四傳遞輥27，第三放卷31與復合壓輥30之間設有第十五傳遞輥32、第十六傳遞輥33、第十七傳遞輥34、第十八傳遞輥35，復合壓輥30到收卷單元40之間設有第十九傳遞輥37、第二十傳遞輥38和第二十一傳遞輥39，第二傳遞輥3、第三傳遞輥9、第二十傳遞輥38為張力輥，可以通過設定其值來控制基底的拉伸程度。第一放卷1、第二放卷36和第三放卷31的滾筒支撐采用半懸掛方式。
[0033]用于印刷電子的卷對卷多功能印刷設備的應用，微凹版印刷單元、狹縫涂布單元、絲網印刷單元、復合單元進行模塊化管理，既能單獨工作，也能串聯起來同時工作，印刷制備多層功能薄膜；該卷對卷多功能印刷設備適用于溶液法印刷加工制備功能薄膜和光電器件，特別是制備基于半導體薄膜的柔性電子器件，包括有機太陽能電池、有機發光二級管、有機場效應晶體管。
[0034]清洗單元指通過固定滾筒位于一個容器槽中，柔性基底從滾筒下傳遞經過時經過清洗液；同時，應用一個電動軟毛刷對基底表面進行往返清洗，除去柔性基底表面污物；所用清洗液用活性劑清洗液，或用溶劑清洗，所述的溶劑為乙醇、丙酮或異丙醇。
[0035]微凹版印刷單元是基于微凹版印刷原理印刷制備柔性薄膜；其中有一個由氣缸控制的擺輥單元，進行涂布時擺輥打下將柔性基底壓至與微凹輥接觸；微凹輥的轉速及基底的走帶速度均可調節，O~5米/分鐘，能根據所涂布材料的性能及成膜要求獲得厚度在30納米~10微米的功能薄膜；微凹輥表面能雕刻成螺旋或網穴型圖案。
[0036]狹縫涂布單元是基于狹縫擠壓涂布原理制備柔性功能薄膜；供墨系統對涂布頭進行供墨，通過涂布頭間的墊片厚度、模唇與基底間距離即gap值以及供墨時模唇、基底及下部的空間真空度調控薄膜厚度介于20納米~I微米的功能薄膜；根據墊片形狀不同涂布不同圖案的功能薄膜。
[0037]干燥單元是指通過懸掛的固定烘箱對基底上所形成的功能薄膜進行熱烘干，烘箱中加熱臺的溫度可根據薄膜的成膜性及受熱能力進行調節，介于常溫到200度，能優化薄膜形貌。 [0038]絲網印刷單元為圓筒式，通過封閉圓筒里刮板的擠壓，使油墨通過圖文部分的網孔轉移到柔性基底上，形成與原稿一樣的圖文。[0039] 復合單元通過兩個電加熱的并行橡膠棍對印刷好的功能薄膜或光電器件進行擠壓熱復合和封裝，有利于功能薄膜或光電器件的保護。
[0040]模塊化管理是指對卷對卷多功能印刷儀器中各個功能單元既能分單元單獨工作，也能多個功能模塊組合管理，同時工作，從而完成多種不同功能的薄膜制備及處理；對其中一些功能模塊進行互鎖處理，避免因錯誤操作而產生危險。
[0041]實施例1:
[0042]如圖2所示進行微凹版印刷，從第一放卷I (基底卷筒通過第一放卷I處氣脹軸進行固定)，經過第一傳遞輥2和第二傳遞輥3，通過清洗單元4的第二十三傳遞輥5和第二十四傳遞輥6，使基底通過清洗槽進行基底清洗，可根據基底的高度及走帶情況設定毛刷7的高度及毛刷來回擺動的速度。基底清洗結束后，通過第一烘干單元8和傳遞輥9及牽引輥10到糾偏單元11，第一糾偏傳遞輥41和第二糾偏傳遞輥42可以根據基底要求移動的方向擺動。糾偏之后，基底通過第四傳遞輥12和第五傳遞輥13到達電暈處理單元14，懸掛著的電暈處理器中有三個傳遞輥傳遞基底，經過電暈處理，基底表面附著性能得以提高。經過電暈處理后，基底由第六傳遞輥15傳遞到微凹版印刷單元16。微凹版印刷單元16上方有第一擺輥單元43和第二擺輥單元44，其高度可通過一個氣缸桿的充放氣狀況控制。在擺輥彈起的時候，對微凹輥下方的墨盒倒入所需印刷的墨水材料，之后將擺輥壓下，從而基底與微凹輥45接觸即可進行印刷。通過微凹版印刷后，經過第九傳遞輥20和第十傳遞輥21，印刷功能薄膜的基底傳遞到第二烘干單元22進行膜層的干燥，之后經過第十一傳遞輥23、第十三傳遞輥26和第十四傳遞輥27，使基底經過復合壓輥30 (在不需要復合時，此處的壓輥和清洗、烘干單元后的壓輥均只起到對張力進行隔斷的作用)。之后經過第十九傳遞輥37、第二十傳遞輥38和第二十一傳遞輥39使基底到達收卷單元40。在上述提到的傳遞輥中，第二傳遞輥3、第三傳遞輥9、第二十傳遞輥38為張力輥，可以通過設定其值來控制基底的拉伸程度。
[0043]實施例2:
[0044]如圖3所示進行狹縫涂布印刷，從第一放卷I (基底卷筒通過第一放卷I處氣脹軸進行固定)，經過第一傳遞輥2和第二傳遞輥3，通過清洗單元4的第二十三傳遞輥5和第二十四傳遞輥6，使基底通過清洗槽進行基底清洗，可根據基底的高度及走帶情況設定毛刷7的高度及毛刷來回擺動的速度。基底清洗結束后，通過第一烘干單元8和第三傳遞輥9及牽引輥10到糾偏單元11，第一糾偏傳遞輥41和第二糾偏傳遞輥42可以根據基底要求移動的方向擺動。糾偏之后，基底通過第四傳遞輥12和第五傳遞輥13到達電暈處理單元14，懸掛著的電暈處理器中有三個傳遞輥傳遞基底，經過電暈處理，基底表面附著性能得以提高。經過電暈處理后，基底由第六傳遞輥15、第七傳遞輥17和第八傳遞輥18傳遞到狹縫涂布單元19。狹縫涂布單元19由第二十五傳遞輥46、背輥47和狹縫涂布頭48組成。供墨系統參數設置好，確定模頭與背輥間的間隔值后，即可進行涂布。通過狹縫涂布后，經過第九傳遞輥20和第十傳遞輥21，印刷功能薄膜的基底傳遞到第二烘干單元22進行膜層的干燥，之后經過第十一傳遞輥23、第十三傳遞輥26和第十四傳遞輥27，使基底經過復合壓輥30 (在不需要復合時，此處的壓輥和清洗、烘干單元后的壓輥均只起到對張力進行隔斷的作用)。之后經過第十九傳遞棍37、第二十傳遞棍38和第二^^一傳遞棍39使基底到達收卷單元40。在上述提到的傳遞輥中，第二傳遞輥3、第三傳遞輥9、第二十傳遞輥38為張力輥，可以通過設定其值來控制基底的拉伸程度。
[0045]實施例3:
[0046]如圖4所示進行絲網印刷，從第一放卷I (基底卷筒通過第一放卷I處氣脹軸進行固定)，經過第一傳遞輥2和第二傳遞輥3，通過清洗單元4的第二十三傳遞輥5和第二十四傳遞輥6，使基底通過清洗槽進行基底清洗，可根據基底的高度及走帶情況設定毛刷7的高度及毛刷來回擺動的速度。基底清洗結束后，通過第一烘干單元8和第三傳遞輥9及牽引輥10到糾偏單元11，第一糾偏傳遞輥41和第二糾偏傳遞輥42可以根據基底要求移動的方向擺動。糾偏之后，基底通過第四傳遞輥12和第五傳遞輥13到達電暈處理單元14，懸掛著的電暈處理器中有三個傳遞輥傳遞基底，經過電暈處理，基底表面附著性能得以提高。經過電暈處理后，基底由第六傳遞輥15、第十二傳遞輥24到達絲網印刷單元25。通過絲網印刷后，經過第十三傳遞輥26傳遞到第三烘干單元28進行膜層的干燥，之后經過第二十二傳遞輥29，使基底經過復合壓輥30 (在不需要復合時，此處的壓輥和清洗、烘干單元后的壓輥均只起到對張力進行隔斷的作用)。之后經過第十九傳遞輥37、第二十傳遞輥38和第二十一傳遞棍39使基底到達收卷單元40。在上述提到的傳遞棍中，第二傳遞棍3、第三傳遞棍9、第二十傳遞輥38為張力輥，可以通過設定其值來控制基底的拉伸程度。
[0047]實施例4:
[0048]如圖5所示進行復合功能，印刷好的功能膜從第二放卷36 (基底卷筒通過第二放卷36處氣脹軸進行固定)，經過第十四傳遞輥27傳遞到復合壓輥30。同時，用于復合封裝該功能膜的基底從第三放卷31 (基底卷筒通過第三放卷31處氣脹軸進行固定)，經過第十五傳遞輥32、第十六傳遞輥33、第十七傳遞輥34和第十八傳遞輥35到達復合壓輥30，功能膜和封裝基底同時通過復合壓輥30的兩個可電加熱的并行橡膠棍進行擠壓熱復合和封裝。經過復合后，通過第十九傳遞輥37、第二十傳遞輥38和第二十一傳遞輥39使基底到達收卷單元40。上述提到的傳遞輥中，第二十傳遞輥38為張力輥，可以通過設定其值來控制基底的拉伸程度。
[0049]實施例5:
[0050]如圖6所示進行微凹版印刷和復合，從第一放卷I (基底卷筒通過第一放卷I處氣脹軸進行固定)，經過第一傳遞輥2和第二傳遞輥3，通過清洗單元4的第二十三傳遞輥5和第二十四傳遞輥6，使基底通過清洗槽進行基底清洗，可根據基底的高度及走帶情況設定毛刷7的高度及毛刷來回擺動的速度。基底清洗結束后，通過第一烘干單元8和第三傳遞輥9及牽引輥10到糾偏單元11，糾偏傳遞輥41和42可以根據基底要求移動的方向擺動。糾偏之后，基底通過第四傳遞輥12和第五傳遞輥13到達電暈處理單元14，懸掛著的電暈處理器中有三個傳遞輥傳遞基底，經過電暈處理，基底表面附著性能得以提高。經過電暈處理后，基底由第六傳遞輥15傳遞到微凹版印刷單元16。微凹版印刷單元16上方有第一擺輥單元43和第二擺輥單元44，其高度可通過一個氣缸桿的充放氣狀況控制。在擺輥彈起的時候，對微凹輥下方的墨盒倒入所需印刷的墨水材料，之后將擺輥壓下，從而基底與微凹輥45接觸即可進行印刷。通過微凹版印刷后，經過第九傳遞輥20和第十傳遞輥21，印刷功能薄膜的基底傳遞到第二烘干單元22進行膜層的干燥，之后經過第十一傳遞輥23、第十三傳遞輥26和第十四傳遞輥27，使基底到達復合壓輥30。同時用于復合封裝該功能膜的基底從第三放卷31 (基底卷筒通過第三放卷31處氣脹軸進行固定)，經過第十五傳遞輥32、第十六傳遞輥33、第十七傳遞輥34和第十八傳遞輥35到達復合壓輥30。微凹印刷好的功能膜和封裝基底同時通過復合壓輥30的兩個可電加熱的并行橡膠棍進行擠壓熱復合和封裝。經過復合后，通過第十九傳遞輥37、第二十傳遞輥38和第二十一傳遞輥39使基底到達收卷單元40。在上述提到的傳遞輥中，第二傳遞輥3、第三傳遞輥9、第二十傳遞輥38為張力輥，可以通過設定其值來控制基底的拉伸程度。清洗、烘干單元后的牽引輥10處壓輥起對張力進行隔斷的作用。
[0051]實施例6:
[0052]如圖7所示進行微凹版印刷、絲網印刷及復合，從第一放卷1(基底卷筒通過第一放卷I處氣脹軸進行固定)，經過第一傳遞輥2和第二傳遞輥3，通過清洗單元4的第二十三傳遞輥5和第二十四傳遞輥6，使基底通過清洗槽進行基底清洗，可根據基底的高度及走帶情況設定毛刷7的高度及毛刷來回擺動的速度。基底清洗結束后，通過第一烘干單元8和第三傳遞輥9及牽弓I輥10到糾偏單元11，第一糾偏傳遞輥41和第二糾偏傳遞輥42可以根據基底要求移動的方向擺動。糾偏之后，基底通過第四傳遞輥12和第五傳遞輥13到達電暈處理單元14，懸掛著的電暈處理器中有三個傳遞輥傳遞基底，經過電暈處理，基底表面附著性能得以提高。經過電暈處理后，基底由第六傳遞輥15傳遞到微凹版印刷單元16。微凹版印刷單元16上方有第一擺輥單元43和第二擺輥單元44，其高度可通過一個氣缸桿的充放氣狀況控制。在擺輥彈起的時候，對微凹輥下方的墨盒倒入所需印刷的墨水材料，之后將擺輥壓下，從而基底與微凹輥45接觸即可進行印刷。通過微凹版印刷后，經過第九傳遞輥20和第十傳遞輥21，印刷功能薄膜的基底傳遞到第二烘干單元22進行膜層的干燥，之后經過第十一傳遞輥23、第十二傳遞輥24到達絲網印刷單元25。通過絲網印刷后，經過第十三傳遞輥26傳遞到第三烘干單元28進行膜層的干燥，之后經過第二十二傳遞輥29，使基底到達復合壓輥30。同時用于復合封裝該功能膜的基底從第三放卷31 (基底卷筒通過第三放卷31處氣脹軸進行固定)，經過第十五傳遞輥32、第十六傳遞輥33、第十七傳遞輥34和第十八傳遞輥35到達復合壓輥30。印刷好的多層功能膜和封裝基底同時通過復合壓輥30的兩個可電加熱的并行橡膠棍進行擠壓熱復合和封裝。經過復合后，通過第十九傳遞輥37、第二十傳遞輥38和第二十一傳遞輥39使基底到達收卷單元40。在上述提到的傳遞輥中，第二傳遞輥3、第三傳遞輥9、第二十傳遞輥38為張力輥，可以通過設定其值來控制基底的拉伸程度。清洗、烘干單元后的牽引輥10處壓輥起對張力進行隔斷的作用。
[0053]實施例7:
[0054]如圖8所示進行狹縫涂布、絲網印刷、復合，從第一放卷I (基底卷筒通過第一放卷I氣脹軸進行固定)，經過第一傳遞輥2和第二傳遞輥3，通過清洗單元4的第二十三傳遞輥5和第二十四傳遞輥6，使基底通過清洗槽進行基底清洗，可根據基底的高度及走帶情況設定毛刷7的高度及毛刷來回擺動的速度。基底清洗結束后，通過第一烘干單元8和第三傳遞輥9及牽弓I輥10到糾偏單元11，第一糾偏傳遞輥41和第二糾偏傳遞輥42可以根據基底要求移動的方向擺動。糾偏之后，基底通過第四傳遞輥12和第五傳遞輥13到達電暈處理單元14，懸掛著的電暈處理器中有三個傳遞輥傳遞基底，經過電暈處理，基底表面附著性能得以提高。經過電暈處理后，基底由第六傳遞輥15、第七傳遞輥17和第八傳遞輥18傳遞到狹縫涂布單元19。狹縫涂布單元19由第二十五傳遞輥46、背輥47和狹縫涂布頭48組成。供墨系統參數設置好，確定模頭48與背輥47間的gap值后，即可進行涂布。通過狹縫涂布后，進過第九傳遞輥20和第十傳遞輥21，印刷功能薄膜的基底傳遞到第二烘干單元22進行膜層的干燥，之后經過第十一傳遞輥23、第十二傳遞輥24到達絲網印刷單元25。通過絲網印刷后，經過第十三傳遞輥26傳遞到第三烘干單元28進行膜層的干燥，之后經過第二十二傳遞輥29，使基底到達復合壓輥30。同時用于復合封裝該功能膜的基底從第三放卷31 (基底卷筒通過第三放卷31處氣脹軸進行固定)，經過第十五傳遞輥32、第十六傳遞輥33、第十七傳遞輥34和第十八傳遞輥35到達復合壓輥30。印刷好的多層功能膜和封裝基底同時通過復合壓輥30的兩個可電加熱的并行橡膠棍進行擠壓熱復合和封裝。經過復合后，通過第十九傳遞輥37、第二十傳遞輥38和第二十一傳遞輥39使基底到達收卷單元40。在上述提到的傳遞輥中，第二傳遞輥3、第三傳遞輥9、第二十傳遞輥38為張力輥，可以通過設定其值來控制基底的拉伸程度。清洗、烘干單元后的牽引輥10處壓輥起對張力進行隔斷的作用。
[0055]實施例8:
[0056]導電聚合物聚3，4-亞乙基二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)功能薄膜的微凹版印刷
[0057]先給儀器通電，接通氣路，檢查各電器元件是否正常、氣源壓力是否正常。
[0058]按下擺輥后退按鈕將微凹版印刷單元16的第一擺輥單元43和第二擺輥單元44彈起，然后按照實施例1中所述的路徑進行基底穿帶。選擇具有100納米厚ITO薄膜的PET基底(ΙΤ0/ΡΕΤ)。
[0059]穿帶好基底膜后，進行糾偏操作。開啟牽引壓輥10和復合壓輥30，使基底走正(在糾偏過程中，為避免基材的浪費，走帶速度盡量設小一點)。在基材走帶糾偏過程中，開啟第一烘干單元8和第二烘干單元22加熱。對PEDOT:PSS導電涂層薄膜進行涂布時，烘干溫度設置為80°C?150°C。
[0060]糾偏過程和烘箱加熱結束后，往清洗單元4的清洗槽中倒入乙醇或異丙醇對基底進行清洗。調節毛刷7的高度及擺動速度以使基底得以徹底的清潔。
[0061]將微凹版印刷單元16裝配好后，檢查各處鏈接正常，墨盒處于下降位置，刮刀處于遠離微凹版輥面，向墨盒中倒入導電聚合物PEDOT:PSS，然后按下墨盒前進按鈕升起墨盒，開啟微凹版輥啟停按鈕使微凹版輥45轉動，調控微凹版輥轉動速度在O?60rpm，以使微凹版輥沾上印刷墨水材料PEDOT:PSS。
[0062]旋轉刮刀的手柄使刮刀貼近微凹輥，刮刀的角度和壓緊程度可根據所需薄膜厚度等具體實際情況而進行更改。
[0063]再次確認烘干單元的加熱溫度達到設定值、各涂布參數正確后，按下擺輥前進按鈕使第一擺輥單元43和第二擺輥單元44下壓，控制基底ΙΤ0/ΡΕΤ的走帶速度在O?5米/分鐘，當基底和微凹版輥45接觸后可按下涂布按鈕開始進行涂布。通過調控微凹版錕轉動速度、基底走帶速度和刮刀的角度和壓力，可以印刷得到厚度在30納米?2000納米的均勻 PEDOT =PSS 薄膜。
[0064]實施例9:
[0065]導電聚合物聚3，4-亞乙基二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)功能薄膜的狹縫涂布印刷
[0066]先給儀器通電，接通氣路，檢查各電器元件是否正常、氣源壓力是否正常。[0067]模頭48應先確定遠離背輥47。然后，按照實施例2中所述路徑進行基底穿帶。選擇具有100納米厚ITO薄膜的PET基底(ΙΤ0/ΡΕΤ)。
[0068]穿帶好基底膜后，進行糾偏操作。開啟牽引壓輥10和復合壓輥30，使基底走正(在糾偏過程中，為避免基材的浪費，走帶速度盡量設小一點)。在基材走帶糾偏過程中，開啟第一烘干單元8和第二烘干單元22加熱。對PEDOT:PSS導電涂層薄膜進行涂布時，烘干溫度設置為80°C?150°C。
[0069]將狹縫模頭放到底座上并靠緊后定位面，然后鎖上螺絲對狹縫涂布的模頭48進行定位。根據要涂布的膜的形狀選好墊片。
[0070]糾偏過程和烘箱加熱結束后，往清洗單元4的清洗槽中倒入乙醇或異丙醇對基底進行清洗。調節毛刷7的高度及擺動速度以使基底得以徹底的清潔。
[0071]調節好模頭48的模唇與背輥47間的距離間隔，實際大小為所需距離間隔值加上基材的厚度。
[0072]安裝好上料系統后，將PEDOT =PSS倒入針筒內。漿料倒入后的排泡過程可以在連接模頭48之前，亦可在裝好之后，對上料系統設置好注入速度排出。
[0073]確認各涂布參數準確無誤后，旋轉模頭精定位，使模頭48與背輥47之間的間隔值為之前設定值后，靠上模頭即可開始涂布。控制基底ΙΤ0/ΡΕΤ的走帶速度在O?5米/分鐘。通過調控基底走帶速度，模頭與背錕的間隔值(10?100微米)和負壓腔(I X IO2Pa?I X IO5Pa)可以印刷得到厚度在60納米?1500納米的均勻PEDOT =PSS薄膜。
[0074]實施例10:
[0075]聚合物太陽能電池活性層聚3-己基噻吩:富勒烯衍生物(P3HT =PCBM)的微凹版印刷
[0076]先給儀器通電，接通氣路，檢查各電器元件是否正常、氣源壓力是否正常。
[0077]按下擺輥后退按鈕將微凹版印刷單元16的第一擺輥單元43和第二擺輥單元44彈起，然后按照實施例1中所述的路徑進行基底穿帶。可以選擇實施例8或實施例9中ITO/PET基底上印刷制備好的PED0T:PSS薄膜上印刷制備P3HT:PCBM。
[0078]穿帶好基底膜后，進行糾偏操作。開啟牽引壓輥10和復合壓輥30，使基底走正(在糾偏過程中，為避免基材的浪費，走帶速度盡量設小一點)。
[0079]將微凹版印刷單元16裝配好后，檢查各處鏈接正常，墨盒處于下降位置，刮刀處于遠離微凹版輥面，向墨盒中倒入P3HT =PCBM墨水，然后按下墨盒前進按鈕升起墨盒，開啟微凹版輥啟停按鈕使微凹版輥45轉動，調控微凹版輥轉動速度在O?60rpm，以使微凹版輥沾上印刷墨水材料P3HT:PCBM。
[0080]旋轉刮刀的手柄使刮刀貼近微凹輥，刮刀的角度和壓緊程度可根據所需薄膜厚度等具體實際情況而進行更改。
[0081]再次確認各涂布參數正確后，按下擺輥前進按鈕使第一擺輥單元43和第二擺輥單元44下壓，控制基底的走帶速度在O?5米/分鐘，當基底和微凹版輥45接觸后可按下涂布按鈕開始進行涂布。通過調控微凹版錕轉動速度、基底走帶速度和刮刀的角度和壓力，可以印刷得到厚度在100納米?500納米的均勻P3HT =PCBM薄膜。
[0082]實施例11:
[0083]聚合物太陽能電池活性層聚3-己基噻吩:富勒烯衍生物(P3HT =PCBM)的狹縫涂布印刷
[0084]先給儀器通電，接通氣路，檢查各電器元件是否正常、氣源壓力是否正常。
[0085]模頭48應先確定遠離背輥47。然后，按照實施例2中所述路徑進行基底穿帶。可以選擇實施例8或實施例9中ΙΤ0/ΡΕΤ基底上印刷制備好的PED0T:PSS薄膜上印刷制備P3HT:PCBM。
[0086]穿帶好基底膜后，進行糾偏操作。開啟牽引壓輥10和復合壓輥30，使基底走正(在糾偏過程中，為避免基材的浪費，走帶速度盡量設小一點)。
[0087]將模頭48放到底座上并靠緊后定位面，然后鎖上螺絲對狹縫涂布的模頭48進行定位。根據要涂布的膜的形狀選好墊片。
[0088]調節好模頭48的模唇與背輥47間的距離間隔，實際大小為所需距離間隔值加上基材的厚度。
[0089]安裝好上料系統后，將P3HT =PCBM墨水倒入針筒內。漿料倒入后的排泡過程可以在連接模頭之前，亦可在裝好之后，對上料系統設置好注入速度排出。
[0090]確認各涂布參數準確無誤后，旋轉模頭精定位，使模頭48與背輥47之間的間隔值為之前設定值后，靠上模頭48即可開始涂布。控制基底的走帶速度在O?5米/分鐘。通過調控基底走帶速度，模頭48與背輥47的間隔值(10?100微米)和負壓腔(I X IO2Pa?I X IO5Pa)可以印刷得到厚度在100納米?600納米的均勻P3HT =PCBM薄膜。
[0091]實施例12:
[0092]全印刷制備聚合物太陽能電池
[0093]先給儀器通電，接通氣路，檢查各電器元件是否正常、氣源壓力是否正常。
[0094]選擇實施例8或實施例9中ΙΤ0/ΡΕΤ基底上印刷制備好的40納米的PED0T:PSS薄膜為基底。
[0095]按照實施例10或實施例11，在PEDOT:PSS/IT0/PET上印刷150納米?300納米的 P3HT =PCBM 薄膜。
[0096]按照實施例6或實施例7，應用實施例10或實施例11在PEDOT:PSS/IT0/PET上印刷150納米?300納米的P3HT:PCBM薄膜后，同時應用絲網印刷制備出頂電極銀，完成整個有機太陽能電池的印刷制備過程。
[0097]基于上述印刷制備的聚合物太陽能電池的的光電轉化效率在1.0%?2.5%。
【權利要求】
1.一種用于印刷電子的卷對卷多功能印刷設備，其特征是:在機架上設有第一放卷(I)、清洗單元(4)、第一烘干單元(8)、糾偏單元(11)、電暈處理單元(14)、微凹版印刷單元(16)、狹縫涂布單元(19)、第二烘干單元(22)、絲網印刷單元(25)、第三烘干單元(28)、復合壓輥(30)、第二放卷(36)、第三放卷(31)和收卷單元(40)以及多個傳遞輥及牽引輥，所述的第一放卷(I)經過傳遞棍與所述的清洗單元(4)對接，所述的清洗單元(4)與所述的第一烘干單元(8)對接，所述的第一烘干單元(8)通過所述的傳遞輥及牽引輥與所述的糾偏單元(11)對接，所述的糾偏單元(11)通過傳遞輥與所述的電暈處理單元(14)對接，所述的電暈處理單元(14)與所述的第二烘干單元(22)之間設有所述的微凹版印刷單元(16)和所述的狹縫涂布單元(19)及多個所述的傳遞輥，所述的第二烘干單元(22)之后設有所述的絲網印刷單元(25)和所述的第三烘干單元(28)及多個所述的傳遞輥，所述的絲網印刷單元(25)和所述的第三烘干單元(28)之后設有所述的復合壓輥(30)、第二放卷(36)、第三放卷(31)和收卷單元(40)及多個所述的傳遞棍。
2.根據權利要求1所述的用于印刷電子的卷對卷多功能印刷設備，其特征在于:所述的第一放卷(I)、第二放卷(36)和第三放卷(31)的滾筒支撐采用半懸掛方式。
3.根據權利要求1所述的用于印刷電子的卷對卷多功能印刷設備的應用，其特征在于:所述的微凹版印刷單元、狹縫涂布單元、絲網印刷單元、復合單元進行模塊化管理，既能單獨工作，也能串聯起來同時工作，印刷制備多層功能薄膜；該卷對卷多功能印刷設備適用于溶液法印刷加工制備功能薄膜和光電器件，特別是制備基于半導體薄膜的柔性電子器件，包括有機太陽能電池、有機發光二級管、有機場效應晶體管。
4.根據權利要求3所述的用于印刷電子的卷對卷多功能印刷設備的應用，其特征在于:所述的清洗單元指通過固定滾筒位于一個容器槽中，柔性基底從滾筒下傳遞經過時經過清洗液；同時，應用一個電動軟毛刷對基底表面進行往返清洗，除去柔性基底表面污物；所用清洗液用活性劑清洗液，或用溶劑清洗，所述的溶劑為乙醇、丙酮或異丙醇。
5.根據權利要求3所述的用于印刷電子的卷對卷多功能印刷設備的應用，其特征在于:所述的微凹版印刷單元是基于微凹版印刷原理印刷制備柔性薄膜；其中有一個由氣缸控制的擺輥單元，進行涂布時擺輥打下將柔性基底壓至與微凹輥接觸；微凹輥的轉速及基底的走帶速度均可調節，O~5米/分鐘，能根據所涂布材料的性能及成膜要求獲得厚度在30納米~10微米的功能薄膜；微凹輥表面能雕刻成螺旋或網穴型圖案。
6.根據權利要求3所述的用于印刷電子的卷對卷多功能印刷設備的應用，其特征在于:所述的狹縫涂布單元是基于狹縫擠壓涂布原理制備柔性功能薄膜；供墨系統對涂布頭進行供墨，通過涂布頭間的墊片厚度、模唇與基底間距離即gap值以及供墨時模唇、基底及下部的空間真空度調控薄膜厚度介于20納米~I微米的功能薄膜；根據墊片形狀不同涂布不同圖案的功能薄膜。
7.根據權利要求3所述的用于印刷電子的卷對卷多功能印刷設備的應用，其特征在于:所述的干燥單元是指通過懸掛的固定烘箱對基底上所形成的功能薄膜進行熱烘干，烘箱中加熱臺的溫度可根據薄膜的成膜性及受熱能力進行調節，介于常溫到200度，能優化薄膜形貌。
8.根據權利要求3所述的用于印刷電子的卷對卷多功能印刷設備的應用，其特征在于:所述的絲網印刷單元為圓筒式，通過封閉圓筒里刮板的擠壓，使油墨通過圖文部分的網孔轉移到柔性基底上，形成與原稿一樣的圖文。
9.根據權利要求3所述的用于印刷電子的卷對卷多功能印刷設備的應用，其特征在于:所述的復合單元通過兩個電加熱的并行橡膠棍對印刷好的功能薄膜或光電器件進行擠壓熱復合和封裝，有利于功能薄膜或光電器件的保護。
10.根據權利要求3所述的用于印刷電子的卷對卷多功能印刷設備的應用，其特征在于:所述的模塊化管理是指對卷對卷多功能印刷儀器中各個功能單元既能分單元單獨工作，也能多個功能模塊 組合管理，同時工作，從而完成多種不同功能的薄膜制備及處理；對其中一些功能模塊進行互鎖處理，避免因錯誤操作而產生危險。
【文檔編號】B41F19/00GK103921541SQ201410189540
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年5月6日 優先權日:2014年5月6日
【發明者】陽軍亮, 關敬黨, 謝禮, 胡巧, 周聰華, 高永立 申請人:中南大學, 深圳市善營自動化設備有限公司