依稀記得前段時間的重磅新聞，京東方成功研製中國首款採用噴墨打印技術的55英寸4K超高清OLED顯示屏，此次為該領域的一項重大突破。噴墨打印技術生產OLED顯示屏可以極大提高有機材料的利用率，京東方上述這款顯示屏材料利用率能達到90%，同時還能有效降低成本，實現更好的畫質表現，尤其在大尺寸OLED領域具有很好的應用前景。
由此可見，噴墨打印技術很大程度上已經成為微電子產業不可或缺的一環。但是如何實現高效率，高良率的電子打印依舊是當下最棘手的問題。本文將從噴墨打印中最關鍵的一環——波形入手，帶你解開噴墨打印的奧秘。
噴頭構造
為了幫助解釋波形的用途，讓我們看一下噴頭的噴嘴腔。下圖描述了一種被稱為“填充-開火”的噴射過程，這種噴射過程被廣泛應用於噴頭的構造設計中。在這種情況下，壓電陶瓷材料PZT(壓電陶瓷材料)在施加電壓時發生變形，改變墨室的體積，導致墨室內的油墨移動，最終噴射出去。將這個電壓準確的施加到PZT上的調控程序就是波形。
噴墨原理描述
在噴頭的設計上，各類品牌大致相同，都是基於疊層壓電陶瓷（PZT）設計而成。PZT只有在施加電壓的情況下才會被擴展，所以在插入打印頭之前不會有變形。一旦供電，噴頭保持一個特定的電壓，導致PZT拉長並保持其非噴射位置(左)。如果電壓降低，PZT縮回並在腔內產生膨脹，將油墨吸進腔內(中心)。為了噴射出一個液滴，電壓恢復到原來的值，腔體縮小，多餘的墨水被擠出(右)。這個過程每秒重複數千次。
市面上常見的幾類噴頭設計
需要注意的是，打印頭可以由正向脈衝或反向脈衝驅動，這取決於不同公司的技術考量。不管基於何種設計，波形中最重要的是波形傾斜部分的計時與保持計時。即電壓保持在那個水平(高或低)多久後才回到起始位置。脈衝計時決定了當腔體的體積恢復到穩定狀態時噴嘴處的噴墨狀態，這是構建波形的第一步。
脈衝時間
通過以上介紹，我們已經大致瞭解墨水是如何被噴出來的，在脈衝電壓的作用下，形變的墨水腔擠壓墨水，這種壓力的傳播實際上是以聲波的形式傳導的，此過程接近以聲速快速進行。
如果打印時你站在打印頭旁邊，你甚至可能會聽到它“唱歌”，這取決於打印使用的頻率。你能聽到它的原因是因為驅動器產生聲波。當然，這裡面最重要的是墨水本身產生的聲波，因為噴射壓力的變化是由其來定義的。
聲波隨著電壓脈衝的變化
當電壓降低時，墨水腔收縮導致聲波產生，此聲波振幅會隨著時間而消失。此過程伴隨著墨水的補充。當新的脈衝來臨時，腔體壓力變大，聲波的信號重新增強，最終墨水被成功噴射出來。但此時也伴隨著新的問題，如果新的脈衝信號在錯誤的時間被引入，墨水很有可能會在即將噴射的瞬間，被重新引入腔體，導致不能夠順利噴射或效果極差。因此，我們要充分考慮脈衝持續時間（pulse width），它太短或太長，那麼PZT的產生的聲波、壓力和運動就會不同步。如果油墨在壓力增加的時候沒有向正確的方向移動，那麼就不會平穩地增加衝量，衝量可能會被抵消。這就像推鞦韆上的孩子一樣。如果你在正確的時間推動鞦韆，動量就會增加，它們就會擺動得更高。如果你在錯誤的時間推他們，他們會猛烈地停下來。
聲波震盪時間與脈衝時間比較
聲波持續時間因墨水的不同而不同。但通常情況下，一個聲波持續的時間大約為100微秒，在設置新的波形時要充分考慮此條件，並進行優化。
共振情況
共振現象描述
在一種打印頻率下工作良好的波形在另一種頻率下可能工作不好，這是很常見的。這一切都歸結於墨水在腔內來回移動時脈衝的時間。隨著頻率的增加，由給定脈衝產生的聲波和運動開始與前一個脈衝相互作用。在一定的頻率下，這種是增強噴墨的共振，就像圖中最上面的例子。當打印頻率越高，下一個液滴和壓力波出現時，前一個壓力越有可能尚未衰減到零，造成噴墨不良的可能性也就越大。如果油墨仍在移動，先前的脈衝也可能會增加壓力(更高的速度與潤溼)。如果需要打印速度是靈活多變的，那就必須對墨滴在一定頻率下的噴墨情況進行優化，以確保最終打印速度不落在發生共振的頻率範圍內。
多重脈衝
在硬件設備允許的條件下，也可以使用多脈衝信號以實現更高效的噴墨打印。多脈衝的波形通常依賴於壓力波中的第一或第二共振。這意味著當油墨向噴嘴移動時，第一個脈衝會增加油墨的壓力。一些墨水會噴出來，其餘的會從噴孔彈出去，回到腔體內。一旦墨水再次向噴嘴移動，第二個脈衝將增加其動量。脈衝應仔細調諧，因為這種二次增強，動量很大，能夠極大的提高墨滴體積與噴墨效果。
多重脈衝描述
多重脈衝的優點遠不僅限於增大墨滴體積，在低粘度溶劑打印的過程中，溶劑會不由自主滴落。這種多重脈衝，可以有效控制低粘度溶劑在施加脈衝前（單一脈衝）的滴落問題。另外，多重脈衝可以改善在單一脈衝條件下，半月板形變的問題。這樣可以允許用戶去提高滴墨頻率與打印速度。下圖為一多重脈衝波形的專利描述，供大家發散思維。
相信大家對波形已經有了初步的認識，如果想進一步學習，可以參閱以下資料，或等下一期的推文之‘如何調節波形’。
https://www.slideshare.net/MikeRaymond/waveform-and-drop-optimization
https://jetxpert.com/what-is-a-waveform/
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