生产者已经研制出在基片上产生显微结构的多种技术，例如发光 二极管(LED)显示设备、液晶显示(LCD)设备、印刷电路板(PCBs) 等。这些公知的技术包括丝网漏印法、光刻法和旋涂法，与本发明相 比，实施这些方法成本很高，必须有很大的生产量在经济上才划算。 此外，这些技术不特别适合在无尘室制造方法中使用，在所述无尘室 制造方法中，应该避免通过工具和所制造元件的接触引起污染，以便 使所获得的构件可操作。例如但是并不局限于此，要求无尘环境且不 能容忍基片或流体材料污染的显微结构是聚合物发光二极管(PLED) 显示器和PCBs。
例如在用丝网漏印时，将细筛孔筛网设置在基片上，流体材料通 过所述筛网落到基片上，形成一由筛网确定的图案。筛网和基片之间 的接触以及筛网和流体材料之间的接触导致基片和流体材料的污染。
同时光刻法已经被成功地用于制造许多显微结构，例如PCBs上 的痕迹，该方法也可以污染基片和形成在基片上的材料。例如由于光 致抗蚀剂将污染制造材料，从而光刻法不适合制造诸如PLED显示器 和PCBs的接触敏感结构。此外，光刻法涉及多个应用和处理光致抗 蚀剂材料的步骤，从而当形成构件的数量很少时，从成本上看不合算。
此外，虽然诸如旋涂等其它常规技术在不要求工具和被制造元件 之间接触，但由于在旋涂期间，最大数量的流体材料不能保持在基片 上而是被浪费，或被光刻法或激光清除，从而要求额外的成本，经常 引起制造流体材料的浪费以及其它附加成本。
希望在未来PLED显示器将被应用于包括电视、计算机监视器、 PDA、其它家用设备、便携式电话等不同领域。也希望PLED技术被 应用于制造为办公、储藏和生活空间提供环境照明的发光面板。PLED 显示器被广泛应用的一个障碍是在使用普通技术制造PLED显示设备 时所遇到的困难。例如如上所述，由于聚合物对污染非常敏感，不能 使用丝网印刷制造PLED。
此外，已经发现，某些聚合物质可以被用于二极管，以便产生不 同波长的可视光。使用这种聚合物，可以产生具有红、绿和蓝的子组 件的显示设备。特别希望用PLED流体材料，由于它们确保全光谱色 显示，要求较少能量就能发出一定数量的光。成本低廉地制造PLED 显示设备要求有效地应用PLED流体材料、无污染无接触的制造方法。

本发明的PMD方法被用于有效地将多种流体制造材料沉积在基 片上，同时对基片或流体制造材料无污染。因此，本发明的PMD方 法特别适合于无尘环境，此时例如在制造PLED或PCB时，避免污染。 符合本发明的制造方法即使当形成较少数量的构件时也能经济合理地 生产。
本发明的PMD方法和系统通常包括使用PMD工具，所述PMD 工具包括向基片沉积流体制造材料的头以及包括多个独立喷嘴的喷嘴 组件。所述PMD头与计算机数控系统相连，用于图案形成和分别控 制每个喷嘴，所述图案形成也就是在基片上预定部位准确地沉积流体 制造材料。通常，当与本发明的不同技术和方法组合以便在基片上形 成微观结构时，PMD头被构造的提供高精度和准确性。
关于精度和准确性，通过使用PMD系统的对正元件，基片和PMD 头之间的相对位置可以被选择和控制，所述对正元件用于确认基片上 的基准点并使该基片与PMD头对齐。PMD系统也可以包括一具有真 空吸盘的可动平台，用于将基片准确地保持在相对于PMD头的一个 位置上。在其它实施例中，PMD头可以相对于基片相对运动。为了增 加制造精度，小滴鉴别组件确认和分析单个喷嘴的喷射特性以及从该 喷嘴中排出的小滴的特性。本发明的PMD系统被特殊构造的适合于 单独控制喷嘴的喷射特性，对PMD头的喷嘴之间的任何偏差进行补 偿。
为了能够利用一种便利和经济的制造方法形成宽范围的结构，本 发明的PMD系统使用一种具有沉积不同类型流体制造材料的不同能 力的不同PMD头。该PMD头与向PMD头提供流体制造材料的流体 制造材料供应系统可拆卸地相连。根据一个实施例，该供应系统包括 一种与PMD系统所使用的不同流体材料不起反应的惰性衬套。该供 应系统也被过滤和压力控制，从而确保供应系统以恒定压力向PMD 头提供纯的流体制造材料。当希望时，该供应系统被一种流体材料清 洗并重新充满另一种流体制造材料。为了在使用期间和延长的非使用 期间之间维修和清洁PMD头的喷嘴，该PMD系统使用一种能够对喷 嘴进行清洗的停靠装置和一种利用吸墨布对喷嘴进行清洁的维修装 置。
通过阅读本发明的说明书和权利要求书或按照下文所述那样实施 本发明，本发明的这些和其它目的、特性将变得更加清楚。
附图说明
为了使本发明的上述和其它优点及特性清楚，下文通过参考附图 中所示的优选实施例对本发明进行详细的说明。应该明白。这些附图 仅代表本发明的优选实施例，并不限制本发明。下面通过使用附图对 本发明进行描述和介绍，附图中：
图1是一个显示本发明PMD系统的一个实施例的透视图；
图2是一个显示图1所示PMD系统的一个侧视图；
图3是一个显示图1所示PMD系统的一个前视图；
图4是一个显示图1所示PMD系统的一个俯视图；
图5是一个透视图，显示一个用于将PMD头连接到图1所示PMD 系统内的PMD头支座上的安装托架的一个实施例；
图6是一个显示图5所示与PMD头支座相连的安装托架的侧视 图，所示PMD头支座包括流体制造供应系统的管道和溶剂供应系统 的管道；
图7是一个显示图6所示安装托架和PMD头支座的侧视图，此 时PMD头支座已经被安装在所述安装托架上，所述管路已经与PMD 头相连；
图8显示了本发明PMD系统的一个实施例，该系统包括一用于 控制PMD系统和元件的计算机；
图9显示了图7所示的安装托架、PMD头和PMD头支座，此时 安装托架和PMD头已在PMD头支座上转动了90°；
图10显示了PMD系统的压盖装置，其包括托盘、可延伸支座和 浸泡容器；
图11是一个显示停靠装置的前视图，其用于在不使用期间安装 PMD头，用于安装压力敏感和压力可控工作袋，所述袋供应流体制造 材料；
图12是显示图11所示停靠装置的侧视图；
图13是显示图11所示停靠装置的前视图，此时PMD头已经被 安装在该停靠装置上；
图14显示了包括一线性空气轴承组件的PMD头支座的一个实施 例；
图15显示了PMD系统结构的一个实施例，其包括多个被安装在 所述线性空气轴承组件上的PMD头。

本发明涉及在基片上以可控数量和方位压电微量沉积(PMD)流 体制造材料，从而制造或产生微观结构。
在本申请中术语“流体制造材料”和“流体材料”被定义为包括 可采用低粘度适合于从PMD头中被沉积在基片上以便形成微观结构 的任何材料。流体制造材料可以包括可被用于形成聚合物发光二极管 显示设备(PLEDs和polyLEDs)的发光聚合物(LEPs)，流体制造材 料也可以包括塑料、金属、蜡、焊料、钎焊膏、生物医学产品、酸、 溶剂、粘合剂和环氧树脂类，但是不局限于上述材料。在本申请中“流 体制造材料”也可以被简称为“流体材料”。
术语“沉积”通常指将单滴流体材料沉积在基片上的方法。术语 “喷射”、“排放”、“形成图案”和“沉淀”在本申请中可以被互换， 都意味着从PMD头沉积流体材料。术语“小滴”和“滴”也可以被互 换。
在本申请中，术语“基片”包括任何具有在PMD方法中适于接 收流体材料的表面的材料。基片包括玻璃板、吸液管、硅晶片、瓷砖、 刚性塑料和软塑料、金属板材和金属卷材，但是并不局限于这些材料。 在某些实施例中，被沉积的流体材料自身可以形成基片，由于例如当 形成三维微观结构时，它们也包括在PMD方法中适于接收流体材料 的表面。
术语“微观结构”通常是指具有高精度的结构且尺寸适合于被形 成在基片上。由于不同基片的尺寸可以变化，术语“微观结构”并不 局限于任何具体尺寸，和可以与“结构”互换。微观结构可以包括单 滴流体材料、任何滴的组合，或通过在基片上沉积滴(多滴)而形成 的结构，诸如两维层、三维结构和其它任何所希望的结构。
本发明的PMD通过根据用户定义的计算机指令向基片沉积流体 材料而执行PMD方法。术语“计算机指令”也可以被称作“程序模 块”或“模块”，通常包括例行测试、程序、目的、元件、数据结构或 类似用于执行具体抽象数据类型或执行任务，所述任务是指诸如执行 计算机数值控制，用于执行本发明的PMD方法，但不限于此。程序 模块可以被存储在任何计算机可读介质内，例如RAM、ROM、 EEPROM、CD-ROM、或其它光学存储、磁盘存储或其它磁性存储设 备等，或任何其它能够存储指令或数据结构且能够被普通目的或特殊 目的的计算机访问的介质，但不局限于这些介质。
根据本发明，通过根据本发明的PMD方法，将流体制造材料在 基片上形成图案，喷墨头可以在制造环境下沉积流体制造材料，形成 宽度可变的结构，这些在与本申请同时提交的申请日为2002年5月 31日、发明名称为“微量沉积装置”的PCT专利申请；申请日为2002 年5月31日、发明名称为“温度控制真空吸盘”的PCT专利申请； 申请日为2002年5月31日、发明名称为“用于聚合物发光二极管显 示器、印刷电路板等的工业微量沉积系统”的PCT专利申请；申请日 为2002年5月31日、发明名称为“微量沉积控制系统的波形发生器” 的PCT专利申请；申请日为2002年5月31日、发明名称为“在一微 量沉积系统内的过计时(over clocking)改善分辨率的(resolution)” 的PCT专利申请；申请日为2002年5月31日、发明名称为“使用压 电微量沉积形成印刷电路板结构”的PCT专利申请；申请日为2002 年5月31日申请日为2002年5月31日、发明名称为“多种流体材料 微量沉积的装置”的PCT专利申请中被介绍，上述PCT专利申请的 内容被结合在本发明中。与使用普通技术制造的相同结构相比，根据 本发明，许多结构都可以被价格更低廉、更高效和更准确地制造。可 使用PMD方法被制造的其它结构不能采用普通方式制造。此外，本 发明的PMD方法与无尘环境以及在制造期间和之后不能被污染的流 体制造材料是相容的。
根据一个实施例，本发明的PMD系统通常包括一平台(stage)、 一真空吸盘、一PMD头、一PMD头支座、对正元件、流体材料供应 系统、小滴鉴别组件、维修装置、压盖装置、停靠装置和计算机系统。 该计算机系统提供给PMD系统计算机指令，并控制PMD系统的各种 元件。
为了沉积流体材料和/或在基片上形成微观结构，使PMD工具相 对于基片移动是非常有用的。通过移动基片和/或PMD头，PMD头和 基片的相对运动可以被实现，该运动可以是线性运动或转动。
对于线性运动，PMD系统可以使用线性电动机。在一个实施例中， PMD系统包括一用于无尘环境且具有空气轴承的线性电动机，从而 PMD头的线性运动不会由于摩擦而产生任何可以污染无尘环境的颗 粒，线性电动机的移动性也用于确保在诸如不能被所述平台转动的塑 料卷材的大基片上执行PMD方法。
在某些实施例中，PMD系统包括使PMD头转动的装置，以便适 应大基片和某些PMD方法要求。用于使PMD头转动的装置可以包括 空气轴承和磁继电器，但不局限于此。在实际中，当不能使平台转动 时，对于提供给喷嘴一相对于流体材料在基片上的沉积方向的节距或 角度来说，使PMD头转动非常有用，从而降低被沉积的流体材料之间 的间距并增加最终的分辨率。
当通过使PMD系统和/或基片转动而在基片上直线沉积时，从而 随着直线被沉积，基片移动，分辨率可以被改善。采用这种方式，被 沉积在基片上的每个小滴将落在先前小滴的轨迹或行迹上，从而使任 何不规则形状的小滴的影响被减少，改善了线(多条线)侧的整体分 辨率。
图1显示了PMD系统10的几个元件，包括平台12、真空吸盘 14、PMD头16、PMD头支座18、对正元件20、小滴鉴别组件22、 维修装置24和压盖装置26。
如图所示，平台12和PMD头16被安装在一固定表面28上。该 固定表面28可以包括任何能够提供给PMD系统10稳定性，从而降 低在使用期间能够危及PMD系统10的精确性的振动的表面。根据一 个实施例，固定表面28包括一花岗石块。然而可以想象到的是，固定 表面28也可以包括其它材料和构件。
图2和3分别是图1中的PMD系统10的侧视图和前视图。如 图所示，平台12包括一顶部安装板30和中间板组件32，其中每个都 能在两个不同方向之一的方向运动。如图1～3所示，真空吸盘14、 压盖装置26、维修装置24和小滴鉴别组件22被安装在平台12的顶 部安装板30上，将随顶部安装板30的运动而运动。
具体地说，顶部安装板30与第一电动机34相连，电动机34沿第 一方向也就是图1所示的X轴线方向驱动顶部安装板30，中间板组件 32与第二电动机36相连，电动机36沿第二方向也就是图1所示的Y 轴线驱动中间板组件32及顶部安装板30。第一电动机34和第二电动 机36可以被专门操纵或同时操纵，从而在XY平面内相对于PMD头 16，提供平台30任何所希望的运动。可以想象的是，平台12也可以 在XY平面内同时沿X和Y方向运动。如下文所述，平台12在XY 平面内的可运动性对于使安装在平台12上的基片移动的与PMD头16 对正并在本发明的PMD方法中使基片移动非常有用。因此可以想象 的是，平台12被构造成适于无尘环境，其中移动元件，特别是具有彼 此相对移动的固体表面的移动元件如果被设置在基片的上方，则其通 常不能被使用。
真空吸盘14提供一种合适的装置，用于在本发明PMD方法期间 将基片紧固在平台12上的一固定位置。其它用于保持基片的结构和方 法包括适用于挠性材料的卷装进出组件，其也在本发明的范围内。
如图4所示，由通过真空吸盘14上多微孔金属板42的吸入空气 所产生的负压，把基片38被牢固地保持在真空吸盘14上。所述多微 孔金属板42如图1所示。根据一个实施例，所述多微孔金属板42是 一种多微孔铝板42，诸如Portec Ltd所产生的Metapor。然而也可以 使用由其它材料制造的其它类型的多微孔板。可以利用任何适合的装 置，诸如用可以被连接到真空吸盘14上的吸附口44上的真空装置或 泵，通过多微孔金属板42吸入空气。
真空吸盘14也可以包括一接头45，其可以被构成一种真空吸盘 14内的互联设备，用于与PMD系统10的控制设备相连。接头45提 供一系列通过DB9接头的端口，例如其将真空吸盘14内的装置与控 制系统相连。根据一个实施例，加热源和温度检测器被包含在真空吸 盘14内，并与控制系统相连，确保操作者控制多微孔金属板的温度。
如图4所示，基片38可以被安装在真空吸盘14上，位于突出部 分支座(ledge support)46之间，所述突出部分支座46构造成可使基 片38在真空吸盘14上对正。基片38在真空吸盘14上对正是非常有 用的，其确保流体制造材料沉积在基片38上的正确位置上。然而应该 指出的是，将基片38安装在真空吸盘14上的举动不能确保基片38与 PMD头16对正到执行本发明的PMD方法所要求的精确限度。因而 应该根据本发明的方法使基片38与PMD头16精确地对齐。
当基片38逆着突出部分支座46而被安装在真空吸盘14上时，由 于真空吸盘14已经与PMD头16对齐提供了基片38和PMD头16之 间的初始对齐。为了确保真空吸盘14与PMD头16精确地对齐，在 真空吸盘14上设置两个基准点48，基准点48被对正元件20随机探 测(将在下文对此详述)，这将确定真空吸盘14是否与PMD头16合 适对齐。如果真空吸盘14没有被合适对齐，移动真空吸盘14，直到 获得所希望的对正为止。
为了提供给真空吸盘14和基片38合适的对正，真空吸盘14包括 步进电机52、弹簧54和枢转臂56。枢转臂56在第一端58与步进电 机52相连，在第二端60与真空吸盘14和弹簧相连。真空吸盘14在 枢转角部62被绞接在平台12上，当步进电机52操作时，确保真空吸 盘14围绕枢转点62转动。
根据一个实施例，步进电机包括一延伸壁64，其被控制延伸，从 而向枢转臂56的第一端58提供一个力，因而导致枢转臂56沿时针方 向(从图4中看到的)围绕枢转点66转动。由于枢转臂56的第二端 60与真空吸盘14相连，导致真空吸盘14沿时针方向围绕枢转角部62 转动。真空吸盘14也可以沿反向转动。例如当步进电机52的臂64收 缩时，弹簧收缩，迫使枢转臂56的第二端60向弹簧54运动，从而导 致真空吸盘14沿时针方向围绕枢转角部62转动。
真空吸盘14的转动可以被PMD系统10在任何时间执行，以便 获得真空吸盘14或基片38与PMD头16所希望的对正。也可以使真 空吸盘14转动，从而获得所希望的基片38与PMD头16的不对正， 当在基片38上形成某些微观结构时可能希望所述的不对正。根据一个 实施例，例如利用将在下文介绍的转台使PMD头16相对于基片38 在PMD头支座18上转动，可以获得基片38与PMD头16之间所希 望的对正。
下文对所述对正元件20进行详细地介绍。如图1和3所示，对正 元件20被固定在PMD头支座18上。根据一个实施例，该对正元件 20包括一摄像机。该摄像机可以具有任何数字和光学性能的组合，且 最好与光学/数字识别模块相连，能够识别真空吸盘14上的基准点48， 从而准确地与蚀刻在基片38上的标记对齐。这些对齐标记被称作基准 标志，通常被形成在基片38上，且通常太小，一般难以用肉眼看见。 在一个实施例中，基准标志包括蚀刻在基片38上的垂直十字线。
在一个实施例中，使用基准标志作为使基片38与PMD头16对 齐的基准，由于沿基片38的边缘进行对齐通常不足够准确，从而在基 片38上不能形成制造某些产品所需精度的微观结构。例如在一个实施 例中，PMD系统10在正负大约10微米的范围内向PLED显示器的象 素沉积聚合物小滴，该数字是上述十字线直径的十分之一，可以想到 的是，本发明PMD系统以这种精度准确地沉积流体制造材料的能力 是对现有技术的很大改进。
当基片38被安装在真空吸盘14上时，PMD系统10自动地使用 与对正元件20有关的摄像机和数字识别模块辨别基片38上的基准标 记或其它基准记号。真空吸盘14或PMD头16然后根据需要自动摆 动或转动，从而校正基片38与PMD头16之间的不对正。采用这种 方式，可在几秒钟内获得基片38与PMD头16之间的对正到精度为 约3微米。最后，一旦获得所希望的对正，根据本发明的方法，PMD 系统10能够精确地将流体制造材料沉积在基片38上预定位置。
根据一个实施例，当基片38在平台12上于PMD头16下方移动 时，随着小滴从PMD头16中被沉积，在基片38上形成微观结构。 例如当平台12使基片38在PMD头下方沿X方向运动时，成行的小 滴可以被形成在基片38上。平台12也可以沿Y方向在成行的小滴行 之间运动，从而确保形成多行。平台12也可以沿任何X和Y轴方向 的组合方向运动，确保在基片上任何部位上准确形成不同的结构。
虽然基片38与PMD头16的对正可以被调整，当PMD头16的 喷嘴不是合适地喷射时，所述调整可以被阻挠。例如PMD头16可以 包括任何数量的喷嘴。根据一个实施例，PMD头16可以包括一具有 约1～256个喷嘴的喷嘴组件(未示出)，即使一个喷嘴不喷射，基片 38与PMD头16的对正也可以失效。因此辨别每个喷嘴的喷射特性以 便纠正任何可能存在的不正确喷射非常重要，一旦发现某个喷嘴的不 喷射特点，能够用本发明的计算机模块单独控制该喷嘴，从而实现从 该喷嘴按要求排放流体材料。
如图1～4所示的小滴鉴别组件22用于测量和辨别PMD头单个 喷嘴的喷射特点。该小滴鉴别组件通常包括可以具有光学和数字特性 组合的摄像机68，其最好与光学/数字识别计算机模块相连，用于辨别 单个喷嘴的不同的喷射特点。
根据一个实施例，随着小滴从喷嘴被排出，通过俘获不同图象的 小滴并分析小滴的墨滴特性，小滴鉴别组件22辨别单个喷嘴的喷射特 点。如果PMD头16单个喷嘴的没有合适地工作，小滴鉴别组件22 和相应模块检测到错误。PMD系统10然后试图用维修程序自动地修 复该喷嘴，将在下文对此进行详述。如果不能自动地改正所述错误， PMD系统10警告操作者，制造过程被暂停，从而阻止设备效率被浪 费。如果需要，该PMD头16可以被操作者修复或更换。
根据一个实施例，小滴鉴别组件22的摄像机68是可以被安装在 平台12上的直角摄像机。也提供诸如频闪灯光69的逆光，以增强被 摄像机68所俘获图象的质量，和用于俘获空中的小滴图象，这是照相 技术中公知的技术。为了执行小滴辨别，PMD头16在压盖装置26的 上方在摄像机68和频闪灯光69之间运动，小滴然后从PMD头16中 的喷嘴被排放到压盖装置26。一旦俘获到从喷嘴排出的小滴的两个正 交图象，然后如下文所述那样确定小滴的排放特性和喷嘴的喷射特性、 为了获得最大程度的准确性，最好正被测试的喷嘴在摄像机的视场内 被对中，和它们被分别测试。
根据一个实施例，当PMD头16处于第一位置时，从第一小滴获 取第一图象，当PMD头16已经转动90°后，从同一个喷嘴所排出的 第二小滴获取第二图象。根据另一个实施例，使用两个正交安装的摄 像机，同时从一单独小滴中获得两个图象。一旦获取小滴图象后，PMD 系统10的光学识别模块使用所述图象和喷射信息，计算小滴体积，小 滴速度、小滴喷嘴方位、小滴偏移角度和小滴形成，从而确保PMD 系统10对PMD头16喷嘴之间的任何缺陷或变动进行补偿。
通过使用小滴的高度和/或宽度可以计算小滴的体积，或利用一个 或多个摄像机的成象面积计算体积。在两个变量中，根据某些具体应 用所要求的精度和准确性，摄像机68所俘获的图象被用于计算或估计 小滴的三维形状。如果小滴体积太大或太小，通过调整喷嘴排放小滴 的频率，PMD系统10自动进行补偿。例如被输送到PMD头16的电 压或波长的大小可以改变，从而对有缺陷的小滴体积进行补偿。利用 很小能量，小滴可以被喷出；利用较大能量。较大小滴被喷出。一旦 进行校正，需要在重复的过程中重复分析喷嘴和相应小滴，从而改进 调整。
对与小滴体积有关问题进行校正的第二种方式是改变在PMD方 法中被沉积的小滴数量和频率。根据这种方法，虽然单个小滴的小滴 体积将保持不变，通过增加或减少排放小滴的频率，可以控制被沉积 在基片上的流体材料的数量。当正在成行沉积小滴或需要沉积多个小 滴以实现所要求的小滴体积时，这种对小滴体积问题进行补偿的方法 非常有用。改变小滴排放频率的方法在下文被称作微量计时。为了充 分理解微量计时，可以参考申请日为2001年5月31日、发明名称为 微量沉积装置”的同族PCT专利申请。
通过从喷嘴喷射时间(Tf)和摄像机频闪灯光击发时间(Ts)得 到的时间延迟计算小滴速度，以得到位移时间Tf-Ts＝Tt。然后使用光 学识别模块发现所通过的距离(Dt)也就是小滴中心和喷嘴之间的距 离。用所通过的距离除以旅行时间(Dt/Tt)，最终计算出小滴速度。
当流体材料撞击基片时，确定小滴速度，当基片运动时，特别显 著。通过偏移小滴喷射时间，以补偿太高或太低的小滴速度，使与小 滴速度有关的问题被校正。根据本发明，由于小滴速度和距基片的距 离是公知的，可以确定对喷射时间的调整的计算。当小滴速度过高， 喷射时间被延迟，当小滴速度过低，喷射时间加速。
通过调整频闪灯光69的照明周期，直到小滴被摄像发现离开喷嘴 为止，确定小滴喷嘴方位。然后可以辨别喷嘴的确切位置或方位。与 将在下文介绍的对小滴角度的校正结合，对不规则的小滴喷嘴方位进 行校正。
通过从喷嘴喷出一小滴流体材料一预定距离，(由于公知的小滴速 度，可以进行)确定小滴偏移角度，然后在该距离辨别该小滴的中心。 然后使用该小滴的中心和小滴喷嘴方位计算偏移角度。根据一个实施 例，可以在XY水平平面的X方向和Y方向进行上述计算，以便获得 真实的三维偏移角度。
通过利用所述小滴喷嘴方位和偏移角度，和与要求落在什么位置 比较计算小滴将落在什么位置以及希望落在什么位置，对小滴偏移角 度和不规则的小滴喷嘴方位进行校正。然后加速或延迟喷射时间，对 所希望的小滴轨迹和实际小滴轨迹之间的任何差异进行补偿。
通过用光学识别模块分析摄像机68所俘获的图象，以发现在主小 滴外侧是否存在任何反常形状，确定小滴形成。首先检查小滴是否具 有尾部或相应的附属物(satellite)。术语“附属物”通常指与小滴同 时被排出的流体材料，但是其已经与小滴分开。
小滴成形是一种测试通过/失败试验。如果小滴具有反常形状或相 应的附属物，PMD系统采用两种通用方式中的一种自动进行校正。第 一方案是用来自PMD系统10的计算机指令改变喷出小滴的喷嘴的电 压和脉冲宽度的设定。在在使用一种新的流体材料或PMD头16，且 缺陷在PMD头16的整个喷嘴组件内扩散时，典型地进行这种类型的 校正。然而当PMD头16和流体材料不是新的时，很可能PMD头的 喷嘴被阻塞或需要修理。因此，用于校正不希望的小滴成形的第二方 案是对PMD系统10进行维修，从而使PMD头16的喷嘴不阻塞或对 喷嘴进行修理。如果自动维修不能修复喷嘴，在处理之前，设备警告 操作者，从而避免不必要的浪费材料。这一点对于高生辩和降低制造 成本极为关键。
由于被小滴鉴别组件22和对正元件20所确保的准确性，PMD系 统10的小滴鉴别组件22和对正元件20代表对现有印刷技术的革新。 此外，现有印刷和形成图案系统没有能力测量或准确调整喷嘴相对于 基片38的位置、角度和操作，现有系统也没有任何机能来提供高生产 率和降低制造成本所必需的精确对正。用于使PMD头16和相应喷嘴 与基片38对正的系统的发展确保本发明的PMD方法产生要求高精度 的微观结构。
符合本发明的PMD系统10提供的有限可变定位提供了更大范围 内的均匀性。此外除了控制在X和Y轴方向运动之外，符合本发明的 PMD系统10控制在X和Y轴方向的节距。更具体地说，PMD头16 的转动对于改变喷嘴组件相对于基片的节距从而控制PMD方法的精 度非常有用。此外，PMD系统10提供的光学识别和校正还允许进行 小滴尺寸控制。此外，由于PMD头16不与基片接触，仅从PMD头 16沉积材料，本发明的PMD系统10提供在清洁的应用中这种均匀性、 可变性及控制。
虽然PMD头16与基片38的对正被介绍为是在将基片安装在 PMD系统上之后才进行的一个步骤，可以明白，在更换PMD头16 或将PMD头16安装在PMD头支座18上时，就能进行所述对正。图 5～7显示了符合本发明的安装托架70，该安装托架用于将PMD头16 安装在PMD头支座18上。如图所示，安装托架70包括多个孔72， 螺栓可穿过孔72将该安装托架70固定在PMD头支座18上。此外， 安装托架70包括用于牢固地将PMD头16保持在安装托架70上的闭 锁机构74。所述闭锁机构74通常包括被构造成抓住形成在PMD头 16上的凹槽的闭锁臂76。如图9所示，利用杠杆78操纵所述闭锁臂 76，杠杆78位于安装托架70的相对侧。安装托架70也包括基准点 80，当闭锁臂76将PMD头16固定对着安装托架70时，所述基准点 被用于确保PMD头相对于安装托架被适合地对正。
图7显示了与图6所示安装托架70相连的PMD头16的一个实 施例。如图所示，PMD头16包括壳体90、流体材料入口92、溶剂入 口94、内部PMD头元件96和喷嘴组件98。在使用期间，流体材料 通过入口92进入PMD头16并经过内部PMD头元件96到达喷嘴组 件98，在此，流体材料通过喷嘴组件98的喷嘴被最终排放到基片上。
根据一个实施例，内部PMD头元件96包括流体材料容器、薄膜 和诸如锆钛酸铅：Pb(Zr，Ti)O3的压电转换器或“PZT”转换器， 其产生适于通过喷嘴组件96的喷嘴排出流体材料的声波。当向压电转 换器提供电能时，薄膜和压电转换器产生声脉冲。当声脉冲的力足以 克服流体制造材料的表面张力时，流体材料小滴从包含在喷嘴组件98 内的喷嘴中被排出。通过改变提供给压电转换器的电能，可控制被排 出小滴的速度和体积。
本发明的PMD系统能够控制从PMD头16排出的小滴的体积。 根据一个实施例，PMD头以每秒数千滴的频率排出大约为10微微升 的流体材料小滴。由于所希望的小滴体积和频率可以改变，以适应不 同类型的流体材料、基片和微观结构的组织，可以想象到的是，本发 明不局限于排出任何具体体积、频率或形态的流体材料小滴。
普通喷墨头(“喷头”)可以被容易地改造成用本发明的一些流体 材料。因此，本发明可延伸到使用现有喷头或未来被创造的喷头，包 括那些正被或未来被第三方制造的和在喷墨印刷系统已用或将被制造 的喷墨头。
根据一个实施例，本发明的PMD系统10包括计算机控制系统， 其执行计算机指令，根据不同打印头技术的需要，产生不同的数字波、 电能供应和数字信号。该计算机系统可以被结合在单独的PMD系统 元件内，或如图8所示，计算机系统可具体作为一独立的计算机系统 100，该计算机系统与不同的PMD系统元件电路各元件相连，从而确 保操作者从独立的计算机系统控制每个PMD系统元件。计算机系统 100可以包括将在下文介绍的不同的控制系统。
计算机系统的一个优点是其更容易确保具有不同能力和功能的不 同PMD头16被本发明的PMD系统10互换使用。例如，根据一个实 施例，计算机系统10将现有的印刷头技术分成两个不同的部分，一个 主要电子部分(master electronics section)和一个个性电子部分，这 两部分可以被安装在单独PMD头16内或独立计算机系统100内。
主要电子部分包括所有PMD头16的基本信号和信息，也就是要 被沉积的点图案(沉积数据)、由斜度、持续时间和振幅确定的两维波 形、PMD头16内所使用的接地电压和最大电压和时钟脉冲速度，在 该时钟脉冲速度下，设计头设备以便沉积流体材料的小滴。主要电子 部分典型地被存储在计算机可编程序板上，以允许为每类PMD头16 做出和储存上述定义。
个性电子部分包括对某些头制造商和模块特殊的固件 (firmware)，其经常要求顾客信号和联结。在使用期间，个性电子部 分从主要电子部分接收专用的波形和数据。典型地，个性电子部分被 存储在计算机可读介质上，诸如专用个性卡。在一个实施例中，为PMD 系统100的每种类型PMD头16开发了顾客个性卡。
通过采用这种方式限定电子设备(electronics)，本发明的PMD 系统10中的头是独立的，从而允许不同PMD头16之间的互用性， 从而确保PMD系统适合于不同的现有的和新近正研制的技术。换句 话说，无需对PMD系统10进行任何硬件改进，就能够更换由PMD 系统10所使用的PMD头16。甚至来自不同制造商的不同尺寸的压电 头可以被组合在本发明的PMD头16内被使用，包括来自第三方的头 和那些现存的头，或初始设计用于沉积不同于本发明流体材料的流体 材料的头。可以明白现有技术中，将现有压电头设计为特定头技术和 单独类型压电头，其限制现有设备升级，以适应新的和正被研制的压 电头技术，在这一方面，本发明比现有技术优越。采用这种方式限定 电子设备的另一项优点是确保PMD头的喷嘴被单独控制，从而对任 何存在的不规则进行校正。
返回图6和7，图6和7显示如何使用管路110将PMD头16和 流体材料供应系统102及溶剂供应系统104相连。如图所示，管路110 可以包括快速释放接头111，在非使用期间，例如PMD头16正被互 换时，所述接头111便利地将管路110从PMD头16移动到保持设备 12上。
图6和7也显示了如何将过滤器116与管路110相连，以确保被 供应到PMD头16的流体材料是干净的。虽然没有示出，可以设一个 过滤器以确保供应到PMD头的流体材料是干净的。根据本发明，如 将在下文详述的那样，溶剂被供应到PMD头16，在清洗方法期间， 对流体材料的PMD头16进行清洗。
返回图9，图9显示安装托架70如何相对于PMD头支座18转动。 如图所示，安装托架70已经从图6和7所示位置转动90°。根据本 发明，利用一被可转动地连接到PMD头支座18底部的转塔72，可使 安装托架70转动。PMD头16的转动对于上述小滴鉴别组件便利地俘 获正交图象非常有用。PMD头16的转动对于相对于基片改变喷嘴组 件98的节距以便准确地控制基片上的成行小滴之间距离非常有用。
根据本发明的一个实施例，图9也显示基准点80如何偏压PMD 头16，从而确保PMD头16的对正。基准点80最好包括提供PMD 头16与安装托架70精确对正的硬化钢。在PMD头16和安装托架70 之间的顶表面上也可以提供额外基准点120，从而更便于PMD头16 和安装托架70的对正。当PMD头16没有与安装托架70适合对正时， 从喷嘴喷射出的小滴掉落角度可以偏移，在此情况下，小滴鉴别组件 检测任何上述的不对正，并对其进行补偿，如总的在上面说明的。然 而如果不对正非常显著，也可以在安装托架70上重新安装PMD头16。
转回图10对压盖装置26详细说明。如图所示，压盖装置26通常 包括被安装在可延伸支座132上的托盘130和一浸渍池134。压盖装 置的一种用途是在非使用期间接收和清洗PMD头16的喷嘴，从而避 免喷嘴干燥而阻塞。例如当PMD头一段时间内不使用时，压盖装置 26直接移动到PMD头16的下方，利用可延伸支座132升高托盘132， 直到浸渍池134与PMD头16的喷嘴组件98结合为止。浸渍池134 内充满与所述流体材料不相容的溶剂，并防止喷嘴组件98变干。可以 利用PMD头16或其它供给装置，例如与溶剂供应系统相连的管路(未 示出)向浸渍池134供应溶剂。
压盖装置26的另一目的是在小滴鉴别期间俘获任何从PMD头16 沉积的流体材料。例如在小滴鉴别期间，流体材料可以被沉积在托盘 130上的任何部位。落在托盘130内的过量的流体材料和溶剂通过与 托盘130相连的排液管138被排出。
根据一个优选实施例，PMD头是可互换的，可以被自动或手工转 换。在一个实施例中，PMD头包括快速连接接头，PMD系统包括自 动更换PMD工具的装置。作为一非限制性示例，台架上的接口和PMD 头上的相应接口代表一种适于自动转换PMD头的装置。台架是一个 PMD头可被拆卸地安装的臂。当PMD头与另一个PMD头转换时， 将该PMD头手工和自动地从台架接口上移走，然后设置在工具夹具 上。要更换的PMD头然后被手工和自动地设置在台架上的接口上。 当新的PMD头被连接后，台架被设置在所希望的位置上，用于对正、 测试和校准PMD头。
如图11～13所示，停靠装置140也可以被构造成在非使用期间对 PMD头16的喷嘴进行清洗。当PMD头16在一更长时期内不使用时， 或在PMD系统中的几个PMD头中仅使用一个PMD头时，停靠装置 140更有用。在这种情况下，未被使用的PMD头被存储在单个停靠装 置140上，阻止PMD头中的喷嘴变干。
如图11和12所示，停靠装置140包括用于容置安装PMD头的 安装托架142、储存托盘144和浸渍池146。如图13所示，安装托架 142用于将PMD头16牢固地保持在这样的位置，也就是使PMD头 16的喷嘴组件98位于浸渍池146内。储存托盘144构造成可以收集 在浸泡喷嘴期间从浸渍池内溢出的任何多余溶剂。储存托盘144也用 于在清洗方法期间收集从PMD头被排出的流体材料。因此，储存托 盘144也可以包括一排水管148，用于将被储存托盘144在冲洗期间 所收集的任何溶剂和流体材料排走。被排出的流体材料和溶剂可以被 排放到存储容器(未示)内便于处理。
图11和12也显示停靠装置140如何构造成保持流体材料供应系 统150的一部分。具体地说，停靠装置140包括用于保持工作袋154 的存储腔152。在使用期间，首先将流体材料泵入工作袋154，流体材 料被保持在工作袋154内直到它最终被供应到PMD头。根据一个实 施例，存储腔152被安装在一重量计156上，所述重量计156调整在 任何时刻被包含在工作袋154内的流体材料的数量。重量计156与计 算机模块以及泵160相连，泵160将流体材料从流体材料供应容器162 供应到工作袋154内。根据一个优选实施例，双向阀168控制流体材 料流入和流出工作袋154。
如图11～13所示，存储腔152配备有一压力控制板164，用于向 工作袋154施加一预定压力，从而确保从工作袋154稳定地向PMD 头16供应流体材料。根据一个实施例，为了阻止在PMD头的喷嘴内 的流体材料内形成弯液面。这是非常重要的，否则将导致喷嘴喷射性 能的不规则。根据另一个实施例，泵160直接向PMD头16供应流体 材料并调节流体材料的压力。
根据一个实施例，流体材料供应系统150通常包括管路100、工 作袋154、泵160和流体材料供应容器162，根据不同流体材料和打印 头技术的要求，流体材料供应系统150可以在不同压力下使用。流体 供应系统150的材料最好耐用并与PMD系统所使用的溶剂不起反应。 例如，根据一个实施例，流体供应系统包括聚四氟乙烯惰性衬套(例 如Teflon，由Dupont E.l.DeNemours & Co.生产的)，虽然也可以使用其 它材料。
如上所述，停靠装置140的一个功能是在流体材料被冲洗出PMD 头16时保持PMD头16。例如在单独PMD方法期间，当单独一个PMD 头被使用，以便沉积不同流体材料时时，要求冲洗，在此情况下，PMD 头在不同的使用之间被冲洗，阻止不同流体材料混合。
为了进行冲洗方法，如图13所示，PMD头16首先被安装在停 靠装置140。然后，将溶剂从溶剂供应源104泵入PMD头16。溶剂 迫使流体材料通过PMD头16直到PMD头被彻底清洗为止。在该方 法期间，流体材料和从PMD头被冲洗出的任何溶剂被排放到储存托 盘144并通过排液管148被排走。一旦冲洗后，PMD头16可以与一 种新的流体供应源相连。可以想象到的是，虽然介绍的是在停靠装置 140进行冲洗方法，也可以在压盖装置采用相同方式进行冲洗。
下文结合图1介绍维修装置24，维修装置24包括辊组件170、减 震表面172和吸墨布174。在使用期间，吸墨布174被输送通过辊组 件179和输送到减震表面172的上方。当PMD头16要求服务时，诸 如当喷嘴被阻塞或流体材料在喷嘴组件上积累时，维修装置24移动到 PMD头16的下方，从而减震表面172位于PMD头16的喷嘴组件98 的正下方。然后减震表面172被诸如液压杆组件176的提升机构升高， 直到吸墨布174与喷嘴组件98接触为止。这足以清除掉任何积聚在喷 嘴组件98上的流体材料。然而有时要求擦洗。
为了对喷嘴组件98进行擦洗，在吸墨布174被辊组件170输送的 同时，使喷嘴组件98压靠在吸墨布174上。通常导致吸墨布174与喷 嘴组件98摩擦接触，从而从喷嘴上清除掉任何不希望的积聚。根据一 个实施例，吸墨布174包括适合于对喷嘴进行清洁的非磨蚀性材料， 从而对喷嘴没有伤害或损坏。为了进一步减少对喷嘴的潜在伤害，减 震表面172被构造成能够吸收任何在PMD头16和维修装置24之间 可能发生的振动。
图14显示了本发明的另一个实施例，如图所示，PMD头支座200 可以包括一被滑动地安装在梁220上的线性空气轴承组件210。线性 空气轴承组件210通常包括具有空气轴承的线性电动机。本领域公知 的线性电动机利用磁性线圈和芯子减轻运动元件之间的摩擦。
线性空气轴承组件210的使用确保了PMD方法在无尘环境下被 执行，同时提供在大基片上执行本发明的PMD方法所需要的移动性。 具体地说，线性空气轴承组件210所提供的移动性通常清除了对平台 12的需求，能够在PMD头16的下方完全移动每个PMD元件。另一 种替代放案是线性空气轴承组件210可以在PMD元件上方移动PMD 头16。在向基片38沉积流体材料期间，线性空气轴承组件210也可 以移动PMD头16。然而为了阻止一定数量的流体材料在PMD头16 内波动，希望在从PMD头16排放流体材料的同时，不移动PMD头 16。当流体材料围绕在PMD头的内部晃动时，导致波动，产生不规 则的压力，其影响小滴的形成并影响小滴从喷嘴被排出。
至今所介绍的本发明的PMD系统在任何指定时刻仅能利用单独 一个PMD头。然而可以明白，本发明的PMD系统也可以同时操作多 个PMD头。例如本发明的PMD系统可以具有多个PMD头支座，每 个支座包括一个PMD头。
图15显示了这样一种实施例，在图15中，PMD系统300配备有 多个PMD头支座310和在一单独制造线上被毗邻设置的多个PMD头 320。如图所示，PMD头320被设置在平台330的上方，平台330可 以在X-Y平面内沿X方向运动。每个PMD头支座310也可以使PMD 头在X-Y平面内沿Y方向运动。
根据这个实施例，每个PMD头320被构造成沉积来自不同流体 材料供应系统(未示出)的流体材料。当在单独一个基片350上沉积 不同颜色的聚合物时，例如当形成PLED时，本实施例特别有用。例 如根据一个实施例，第一PMD头可以被配备成沉积底涂层，第二PMD 头可以被配备成沉积红色聚合物，第三PMD头被配备的沉积绿色聚 合物，第四PMD头被配备成沉积蓝色聚合物。根据这个实施例，基 片350在平台330上顺序通过不同的PMD头320的下方，从而首先 在基片350上沉积底涂层，然后红色聚合物被沉积在基片350上，然 后，绿色聚合物被沉积在基片350上，然后蓝色聚合物被沉积在基片 350上。
可以明白，该实施例对于取消在使用不同的流体材料之间冲洗或 清洗非常有用，上述冲洗或清洗占用时间。在不同的应用之间冲洗 PMD头320也可以非常昂贵，特别是当使用LEDs时，由于被冲洗的 流体材料可能被污染而无法使用。该实施例对于确保被沉积的流体材 料在不同的应用之间充分固化非常有用，从而阻止不同的流体材料混 合从而丧失它们所希望的独特的特性。通过在不同PMD头320之间 延迟基片350的运动，提供适合的固化时间。
根据另一个实施例，顺序使用多个分开PMD系统在一单独基片 上沉积不同颜色的聚合物，从而确保流体材料在不同应用之间充分干 燥，从而取消对相应PMD头进行冲洗的需求。
根据本发明另一个实施例，可以使用一单独PMD系统，利用多 个PMD头沉积不同颜色的聚合物，所述多个PMD头与具有不同颜色 的专用流体材料供应系统相连。根据这个实施例，在使用期间，不同 PMD头可以与安装托架相连，在非使用期间，与停靠装置相连。
根据另一个实施例，可以使用一单独PMD头沉积不同聚合物或 流体材料。根据这个实施例，如上文结合图13所述那样，在使用之间 对PMD头进行冲洗。
一旦流体材料被沉积，有时希望加速或控制流体材料的固化。一 种控制被沉积后的流体材料固化速率的方法是控制基片的温度。例如 在基片被安装在真空吸盘上的同时，通过用包含在真空吸盘内的加热 元件对多微孔板进行加热，所述基片可以被加热。另一种方法是，流 体材料可以被加热，例如在PMD工具内。
然而可以明白，不同的流体材料可以具有不同特性和固化速率。 因此，本发明的PMD系统也可以包括对包含在真空吸盘内的加热元 件进行控制的温度控制元件。
如果被加热的基片的热膨胀系数和加热温度太高，基片可以膨胀 到在未被加热的基片上所进行的校准和对正方法可能变得不准确的程 度。两种机构中的至少一种可以对所述膨胀进行补偿。首先如果热膨 胀系数是公知的，基于原始位置和所希望的膨胀或收缩，整个基片的 新位置可以用PMD系统的模块确定。其次，可以使用已经被介绍的 对正系统再校准，从而在基片被加热后，对基片重新进行校准和对正。 虽然两种技术中那一种技术都可以被使用，但由于直接测量基片的位 置，后一种技术通常更精确。
总而言之，如上所述，本发明通常确保在基片上准确地微量沉积 流体材料。虽然上述示例介绍了将聚合物按照不同颜色布置施加在基 片上，但是可以明白，本发明并不局限于使用聚合物，也不局限于按 照任何具体顺序使用流体材料。此外，虽然上述示例适用于制造PLED 显示器，可以明白，本发明的PMD系统也可以被用于制造LEDs、 LCDs、CRTs和其它要求在基片上沉积不同流体材料的显示器。
在其它应用中，也可以使用本发明的PMD方法，利用不同的流 体材料制造印刷电路板(PCB)构件，包括轨迹(trace)、电阻器、光 敏电阻器和光导。当测试身体、器官或合成流体、产品或物质时，也 可以在生物工业中使用该PMD方法。在其它应用中，也可以使用PMD 系统将受控数量的DNA链、疫苗、药物、细菌、病毒和其它生物产品 沉积到移液管或玻璃板上，进行研究和研制，以及制造。
本发明可以具体有其它形式而不背离本发明的精神和特点。上述 实施例仅是说明，而不是限制。本发明的范围在权利要求书中限定而 不是上面的说明所限定。在权利要求书等同物的意思和范围内的改变 都包含在本发明的范围内。