一种用于印刷显示的图案化规划方法、打印方法及系统

技术领域

本发明属于印刷显示技术领域，具体公开了一种用于印刷显示的图案化规划方法、打印方法及系统。

背景技术

印刷显示技术是使用喷墨打印的方式将含有发光材料或者反射材料的墨水精准打印到柔性基板上，最终成膜封装成柔性OLED显示器的技术，是印刷电子的应用方向之一。相较于目前制造柔性OLED显示器的蒸镀技术，在生产大面积显示器件时，印刷显示技术解决了大尺寸精细金属掩模板的制造困难和对于真空环境的要求，转化为对印刷喷头模组的精确控制问题。同时，喷墨印刷技术对于原材料上节省近90％，极大地提高了材料利用率，是OLED显示制造的未来主流方向。

喷印的精准度成为限制喷印大面积运用的最主要因素，包括：1)调控发光材料的溶液性质形成稳定的液滴；2)调控喷头的状态准确喷射液滴到目标子像素；3)调控基板的表面能形成均匀无缺陷的发光薄膜。喷印的前提需要保证喷印出的液滴流动均匀性良好，这是印刷技术运用的前提条件。而喷头与基板上像素坑的精准匹配、沉积到像素坑内的墨滴成膜厚度均匀一致性则成为技术前进的首要攻克难题，直接影响到显示器件的质量，打印时喷头没有与像素坑对准或者液滴体积量控制不当将导致散点、mura等缺陷，导致显示器质量下降。

目前缺少完整的关于高分辨率图案化规划的方案，只有较低分辨率的图案化规划方法，但大都局限于单种结构的喷头，且喷头分辨率较低，无法满足高分辨率基板的打印，像素基板分辨率较高时，像素基板的形状、尺寸、排布也将发生变化，无法进行适配规划。为了适应多种基板样式的图案化打印，需要将基板像素进行抽象建模，延伸规划系统的适用范围；同时由于基板分辨率的提高，所需要的喷头分辨率同样需要增大、数量增多，现有技术缺少对于喷头抽象模型的概括，不能仅仅受限于一种喷头结构和布局；最重要的一点，受限于大面积基板的打印，当基板的打印面积开始增大以后，图案化规划规模增大，像素个数和喷孔个数数量同时增大，导致计算规划的规模剧增，时间上大幅降低了生产效率。因此需要一个不局限于硬件结构、针对大面积高分辨率印刷显示喷墨打印的图案化规划系统作为喷墨打印设备的核心，大幅度降低计算时间，有效提升大规模基板产业线生产效率。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种用于印刷显示的图案化规划方法、打印方法及系统，将喷头和基板以数学模型进行描述，再通过寻优确定最终规划方案，可以在保证打印精度的前提下，有效提升大面积高精度喷印显示生产线打印规划效率，实现高效生产制造。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种用于印刷显示的图案化规划方法，包括：

根据喷头以及喷孔排布参数，将各喷孔沿打印方向投影，以获取喷孔阵列坐标以及各喷孔的所有灰阶体积值；

获取基板上像素坑阵列坐标以及各像素坑所需打印体积值；

对每一像素坑，将其与喷孔进行坐标位置匹配，匹配成功的多个喷孔作为该像素坑的候选打印喷孔集；

以满足像素坑所需打印体积值为条件，从候选打印喷孔集中选取组合喷孔并设定喷孔的灰阶体积值和打印次数，由此得到每一像素坑的多种待选打印方式；

以完成基板喷印所需打印次数之和最小为目标，从各像素坑的多种待选打印方式中确定一种最佳打印方式，从而形成基板喷印最优规划方案。

进一步地，各喷孔沿打印方向投影后，若存在位置重叠的喷孔，则取其中任一喷孔作为主用喷孔，其余喷孔作为备用喷孔。

进一步地，所述喷孔阵列中各喷孔坐标表示为：

其中，X

进一步地，当各喷头存在垂直于喷头平面角度时，通过闪喷计算各喷头的角度，并根据各喷头的角度分别更新各喷孔坐标，再组合得到喷孔阵列坐标。

进一步地，所述像素坑阵列中各像素坑中心坐标表示为：

其中，X

进一步地，通过试打印分别获取墨滴飞行定位误差、喷头定位误差及基板定位误差，并基于误差信息对喷孔阵列坐标以及像素坑阵列坐标进行修正，同时剔除不合格喷孔。

进一步地，所述以完成基板喷印所需打印次数之和最小为目标，从各像素坑的多种待选打印方式中确定一种最佳打印方式，从而形成基板喷印最优规划方案，包括：

对每一像素坑，从其多种待选打印方式中任选一种，组合得到多种基板喷印规划方案；

对每一规划方案，计算在每个打印点需要打印的最大次数，并进行加和；

取加和结果最小的规划方案作为最优规划方案。

第二方面，本发明提供了一种用于印刷显示的打印方法，采用如第一方面所述的方法确定最优规划方案之后，基于最优规划方案确定喷头模组的打印数据以及运动平台的移动信息，从而完成喷印。

第三方面，本发明提供了一种用于印刷显示的图案化规划系统，包括：

获取模块，用于根据喷头以及喷孔排布参数，将各喷孔沿打印方向投影，以获取喷孔阵列坐标以及各喷孔的灰阶体积值；以及，获取基板上像素坑阵列坐标以及各像素坑所需打印体积值；

规划模块，用于对每一像素坑，将其与喷孔进行坐标位置匹配，匹配成功的多个喷孔作为该像素坑的候选打印喷孔集；以满足像素坑所需打印体积值为条件，从候选打印喷孔集中选取组合喷孔并设定喷孔的灰阶体积值和打印次数，由此得到每一像素坑的多种待选打印方式；以完成基板喷印所需打印次数之和最小为目标，从各像素坑的多种待选打印方式中确定一种最佳打印方式，从而形成基板喷印最优规划方案。

第四方面，本发明提供了一种用于印刷显示的打印系统，包括：规划模块、喷头模块和运动控制器；

所述规划模块，用于采用如第一方面所述的方法确定最优规划方案，并将最优规划方案发送至喷头模块和运动控制器；

所述喷头模块包括喷头控制板、喷头驱动板以及喷头模组，所述喷头控制板用于与所述规划模块进行通讯，以控制所述喷头驱动板驱动喷头模组进行打印；

所述运动控制器用于接收所述规划模块发送的运动信息，以控制基板X轴运动平台与喷头模组Y轴运动平台移动。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

1、本发明首先将喷头和基板以数学模型进行描述，通过遍历确定基板上每一像素坑的候选喷孔集合；接着，在误差允许范围内找出满足各像素坑所需打印体积值的打印方式，确定参与打印的喷孔及相应喷孔的灰阶体积值和打印次数；最后，以完成基板喷印所需打印次数之和最小为目标，通过迭代优化确定最优规划方案。相比于现有规划方法，本发明创新地提出将喷头和基板以数学模型进行描述，便于进行寻优，从而，在保证打印精度的前提下，有效提升大面积高精度喷印显示生产线打印规划效率，实现高效生产制造。

2、本发明将阵列喷头以线性喷头的模式描述，将同一行所有喷头上的喷孔投影至一条线上，若存在位置重叠的喷孔，则取其中任一喷孔作为主用喷孔，其余喷孔作为备用喷孔。对处于不同行的喷头，若其与前一排喷头存在间隔排列，也即喷孔投影后不存在重叠，则将其与前一排喷头合并，增大喷头分辨率。从而可以增大系统的适应度，将图案化规划的喷孔阵列坐标以固定的形式输入，适用于任何精度的图案化规划系统。

3、本发明将基板像素阵列同样抽象为参数化模型，由基板层面、像素排列层面和子像素层面三部分构成：米级像素基板由整体尺寸和偏角进行描述，毫米级打印区域排列通过间距、行列数进行描述位置，微米级像素排列通过像素分辨率、亚像素个数、相对位置、颜色、行列数等进行描述。通过将基板的像素排布以参数化的形式作为图案化的输入，同样增大了系统的适用面，面向不同排布、形状、基色的像素面板。

4、通过使用矩阵编码的形式将打印过程中所有可能的喷印方式进行了描述，并结合了灰度打印模式，使得规划的可能性与难度下降，对于一个喷孔可以在同一次打印中，打印不同体积大小的墨滴，使得规划效率得以提升。

5、采用遗传算法与图案化规划结合，借助启发式算法可以自己设定启发式变异规则，减少迭代次数提升效率的特性，对于大面积基板可以大幅度降低打印时间。同时结合遗传算法时，采用二次遗传的方法，将像素求解与整体求解分开，分阶段求解，有助于规划数据的二次计算规划，提升计算效率。

6、作为优化，本发明通过将规划输入数据固定格式化，可以适用于任何规格的阵列喷头的阵列排布和像素排布进行组合打印，系统适用面得以提升。

7、作为优化，本发明依据启发式算法大幅度提升计算效率，缩短生产线工艺窗口时间，且部分计算数据而已进行二次使用，提升数据的复用性。

8、作为优化，本发明通过边读取边打印的打印模式，首先将规划的数据按照一次打印一个二进制文件的形式进行输出，在打印时轴运动的同时读取下一次打印的数据，以此类推，节省打印时间。

9、作为优化，喷印前进行墨滴观测，提前屏蔽性能缺陷的喷孔，试打印阶段通过落点误差测量，对整体喷孔定位坐标进行补偿，提升喷印精准度。

10、本发明集成了喷头模组、像素基板及基板平台、上位机计算模块、视觉定位模块及运动控制模块，五个部分的稳定控制，配合打印，使得系统稳定性与精准度得以保证。

附图说明

图1是本发明提供的用于印刷显示的图案化规划方法的流程示意图；

图2是本发明提供的用于印刷显示的图案化规划方法中阵列化喷头的阵列参数抽象模型示意图；

图3是本发明提供的用于印刷显示的图案化规划方法中基板像素阵列参数化抽象模型示意图；

图4是本发明提供的用于印刷显示的图案化规划方法中喷头灰度打印与体积关系示意图；

图5是本发明提供的用于印刷显示的图案化规划方法中遗传算法求解图案化规划问题流程示意图；

图6是本发明提供的用于印刷显示的打印系统的控制流程示意图；

图7是本发明提供的用于印刷显示的打印系统的工艺示意图；图中，1为喷头阵列、2为首喷孔打印墨滴、3为平整玻璃基板、4为基板平台、5为尾喷孔打印墨滴、6为首喷孔落点、7为像素基板；

图8是本发明提供的用于印刷显示的打印系统的运行方式示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、系统组成、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限制本发明。此外，下面所述的本发明的各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

在本发明中，本发明及附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

图1为本发明提供的用于印刷显示的图案化规划方法的流程示意图，方法包括操作S1-操作S5。

操作S1，根据喷头以及喷孔排布参数，将各喷孔沿打印方向投影，以获取喷孔阵列坐标以及各喷孔的所有灰阶体积值。

实际上，打印设备的喷头可能不止一个，本发明以多行多列的阵列喷头为例，将同一行所有喷头上的喷孔沿打印方向投影至一条线上，若存在位置重叠的喷孔，则取其中任一喷孔作为主用喷孔，其余喷孔作为备用喷孔。对处于不同行的喷头，若其与前一排喷头存在间隔排列，也即喷孔投影后不存在重叠，则将其与前一排喷头合并，增大喷头分辨率。从而可以增大系统的适应度，将图案化规划的喷孔阵列坐标以固定的形式输入，适用于任何精度的图案化规划系统。

如图2所示，阵列化喷头的阵列模型由以下参数构成：

对于单个喷头，将所有喷孔投影到一条直线，其间隔为d

针对阵列喷头模型，通过喷头阵列的行数N

行数：N

列数：N

每个喷头的初始定位点，作为首喷孔起始坐标，X向为行排列方向，Y向为列排列方向，喷孔阵列向Y向投影成线性喷头，得到喷孔坐标：

进一步地，当各喷头存在垂直于喷头平面角度时，喷头的坐标可以通过矩阵运算的形式求得，整个喷孔阵列可以根据各喷头的角度分别更新坐标，再组合成最终喷孔阵列：

其中，

对应的喷孔体积，通过类似的结合方法，形成体积矩阵，作为图案化的喷头输入参数。

操作S2，获取基板上像素坑阵列坐标以及各像素坑所需打印体积值。

如图3所示，基板像素模型由三个层次组成，打印区域阵列、像素阵列、亚像素组成。

对于基板像素阵列参数抽象模型，可以通过以下参数说明：

所有像素的坐标矩阵维度为：

行数：N

列数：N

像素坑阵列中各像素坑中心坐标表示为：

像素坑阵列中各像素坑所需打印体积表示为：

其中，X

若存在角度，则应进行变换：

得到最终的像素坑阵列坐标，作为图案化的像素输入参数。

进一步地，为了提升喷印精准度，还可以通过试打印分别获取墨滴飞行定位误差、喷头定位误差及基板定位误差，并基于误差信息对喷孔阵列坐标以及像素坑阵列坐标进行修正，同时剔除不合格喷孔。

操作S3，对每一像素坑，将其与喷孔进行坐标位置匹配，匹配成功的多个喷孔作为该像素坑的候选打印喷孔集。

具体的，使所述喷孔阵列按照预设步长遍历所述像素坑阵列，当喷孔落点与像素坑沿打印方向的坐标值之差在允许范围内，认为匹配成功，并将该喷孔作为该像素坑的候选喷孔。可以理解的是，喷孔落点沿打印方向的坐标值等于该喷孔投影至Y方向的坐标值加上移动的步长。本实施例中，预设步长也即喷头模组进行打印时，相邻两个打印点之间的距离。

操作S4，以满足像素坑所需打印体积值为条件，从候选打印喷孔集中选取组合喷孔并设定喷孔的灰阶体积值和打印次数，由此得到每一像素坑的多种待选打印方式。

示例性的，以矩阵编码的形式表示每一像素坑的多种待选打印方式，以灰度打印为基础，以喷孔阵列的列数N

其中，灰度概念为喷头性质，通过调整一段数据中，表示一滴墨滴的点火方式，如二阶灰度可以使用一位数据表示，0或1；而对于四阶灰度则需两位数据表示，00、01、10、11分别表示四种灰度打印的状态。灰阶越大表示所喷印的墨滴体积越大，如图4所示，灰度的设定依靠实际喷头而定。

打印过程中，喷头沿运动方向可以确定等距步长的打印点，在打印点可以进行一次喷头扫描。将所有可能的组合情况通过矩阵编码的形式描述，所有代号对应的体积值之和需要满足像素体积要求。

示例性的，一种可能的组合情况如下：

其中，编码矩阵为稀疏矩阵，g

所有代号对应的体积值之和需要满足像素体积要求：

其中，

操作S5，以完成基板喷印所需打印次数最小为目标，确定各像素坑的打印方式，以形成最优规划方案。

具体的，对每一像素坑，从其多种待选打印方式中任选一种，组合得到多种基板喷印规划方案；对每一规划方案，计算在每个打印点需要打印的最大次数，并进行加和；取加和结果最小的规划方案作为最优规划方案。

示例性的，以遗传算法为例，基于以上矩阵编码，在迭代的过程中，通过计算每个组合的适应值来进行排序，基于遗传算法可以通过自己设定变异和交叉的规则，针对不同的像素坑留下对应的适应值高的体积组合，最后针对所有像素坑的打印点位置信息，进行二次遗传组合优化。二次组合优化中，每个像素坑选择一种体积组合作为打印参考值，计算计算在每个打印点需要打印的最大次数，并进行加和，以加和结果作为二次遗传的适应值。最终的优化目标为所有打印点需要打印的最大次数总和最小。

目标函数可以表示为：

其中，Pass

参阅图5，为采用遗传算法求解图案化规划的算法流程。

步骤一：确定初始化条件，包括迭代次数、种群上限、交叉变异概率、结束条件等。

步骤二：第一层像素坑内体积组合遗传迭代优化，得到各像素坑最优组合集。

步骤三：判断组合集是否达到数量要求，若达标则进行下一步，否则继续迭代。

步骤四：第二层像素坑间打印数遗传迭代优化，求得最终总打印数较少的解。

步骤五：判断解是否达到所设定的最大打印数需求，达到则进行下一步，否则继续迭代。

步骤六：生成相关打印数据。

步骤七：结束算法。

参阅图6，为本发明提供的用于印刷显示的打印系统的控制流程示意图。

首先，喷头角度检测，测得各喷头安装角度，将参数θ

进一步的，墨滴观测通过观测喷射墨滴，记录图像并处理喷孔体积V

进一步的，落点精度补偿通过视觉定位模块，观测喷头试打印效果进行计算求平均值，于喷孔而言，所有像素打印数个点求平均偏差，最后针对每个喷孔的平均偏差求得平均的补偿值E

以上得出的结果作为喷头模型参数输入进图案化规划。

进一步的，基板纠偏通过视觉定位模块，对位基板首尾像素坑，求算基板X轴和喷头运动Y轴坐标偏差的arctan值求得偏角，驱动基板平台进行旋转补偿，将θ

以上得出的结果作为像素模型参数输入进图案化规划。

进一步的，图案化求解控制器通过遗传算法图案化规划，生成打印数据文件和运动平台参数数据，分别传递给喷头模块的喷头控制板和运动控制器。

进一步的，喷头控制板传递信息给喷头驱动板，运动控制器控制基板X轴配合喷头运动Y轴进行打印，通过位置触发信息驱动喷头发生喷射，重复以上过程。

参阅图7，为本发明提供的用于印刷显示的打印系统的工艺示意图。

步骤一：喷孔闪喷计算偏角，通过首喷孔定位，喷印首喷孔墨滴后，移动首尾喷孔间距ΔS，打印尾喷孔液滴，计算偏差求解喷头角度。

步骤二：喷孔试打印计算落点偏差补偿量，关闭不合格喷孔。以首喷孔第一滴墨滴为坐标原点，进而得出其他落点理论坐标，通过观测得到实际落点坐标，进行作差，求得平均补偿偏差。

步骤三：基板纠偏定位，通过视觉定位模块，对位基板首尾像素坑，求算基板X轴和喷头运动Y轴坐标偏差的arctan值求得偏角，驱动基板平台进行旋转补偿。

步骤四：图案化规划计算。

步骤五：根据视觉定位模块，喷头对位像素基板，并进行喷头角度补偿，开始自动打印。

参阅图8，为本发明提供的用于印刷显示的打印系统的运行方式示意图，包括轴的运动配合、喷头的喷印配合。其中轴的运动配合包括在打印过程中，运动平台喷头Y轴与基板X轴的运动，Y轴运动一次，基板在X轴上运动一个来回；喷头喷印与X轴运动的配合，X轴的运动速度受限于喷头的喷射频率和打印分辨率：

V

其中，V

本领域的技术人员容易理解，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。