CN102011096A - 可控制蒸发气流分布和成分的真空蒸发系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可控制蒸发气流分布和成分的真空蒸发系统。他包括蒸发枪、高温蒸发坩埚和装有蒸发料的储料罐，所述蒸发枪带有一个上下锥面的喷口，且在喷口内侧安置一个可移动的气流导向塞子，对准所述的喷口前方是待蒸镀的基板，该蒸发枪通过一个加热管道或缓冲瓶与带有交叉挡板的所述高温蒸发坩埚相连，在所述坩埚的另一侧通过一个装有送料阀门的管道与所述储料罐相连；所述蒸发枪、加热管道、高温蒸发坩埚和管道外壁上都有加热线圈，在储料罐外壁上亦有加热线圈；通过送料阀门和管道把储料罐中的蒸发料投放到高温蒸发坩埚中成为进行蒸发的蒸发料瞬间变成蒸发气体而输送至蒸发枪，通过改变气流导向塞子与喷口的相对位置可控制蒸发气体的大小和方向，蒸发到基板上形成设定面积、均匀的、多组分的蒸发薄膜。本发明结构简单，可提高有机蒸发料的利用率，提高生产率。

Description

可控制蒸发气流分布和成分的真空蒸发系统

技术领域

本发明涉及用于制作有机发光二极管（OLED）、有机薄膜晶体管（TFT）、有机太阳电池、半导体器件、平板显示器件，及其他有机及无机器件时把有机及无机的蒸发料蒸镀到基板上的可控制蒸发气流分布和成分的真空蒸发系统。

背景技术

真空蒸镀工艺已广泛的用于半导体元器件及平板显示器件的制作。特别如有机发光二极管（OLED）等方面已形成了一个很大的产业，在OLED的制备过程中主要的过程是真空蒸发，就是把有机蒸发料放在加热的坩埚中把蒸发料变成蒸汽后沉积在基板上。由于随着平板显示面积的不断扩大，对大面积蒸发的均匀性和低成本的蒸发要求越来越高。而一般常用蒸发源有点蒸发源和线蒸发源。对于点蒸发源如中国专利01129122、200810210270.x、003110977等，该种蒸发源由于蒸发时呈球面状因此在蒸发到平面基板时是不均匀的，中间厚周边薄。为了要得到均匀的薄膜则需要把蒸发源放在基板的边缘而在基板旋转的情况下才能得到均匀的薄膜。这不仅增加了工艺的复杂性而且也造成了蒸发料的大量浪费。一般用这种方法的蒸发料的利用率只有百分之几。特别是对有机发光器件其有机发光的材料很昂贵的情况下它大大的增加了成本。为了提高蒸发料的利用率有很多专利如中国专利200710169464.5等提出了线蒸发源的方案。其方法是通过线蒸发源即把蒸发舟制成一长条形的蒸发舟形成一均匀的线状的蒸发源，通过该线蒸发源或基板的等速移动来实现均匀的蒸发。它的蒸发料利用率有了很大提高，可以达到20%左右的利用率。但是它的结构复杂为实现线上的均匀蒸发速率其控制的因素很多，设备成本就比较高。此外由于一般的有机发光层多需要有搀杂剂因此需要多源蒸发。这不仅带来了更多的控制，为了调节其稳定的蒸发速率需要很长的调试过程，这也带来了很大的蒸发料的浪费和工艺成本。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种可控制蒸发气流分布和成分的真空蒸发系统，蒸发到基板上的薄膜厚度是均匀的，且大大提高有机蒸发料的利用率，系统结构简单，提高生产率。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种可控制蒸发气流分布和成分的真空蒸发系统，包括蒸发枪、高温蒸发坩埚和装有蒸发料的储料罐，其特征在于所述蒸发枪带有一个上下锥面的喷口，且在喷口内侧安置一个可移动的气流导向塞子，对准所述的喷口前方是待蒸镀的基板，该蒸发枪通过一个加热管道或缓冲瓶与带有交叉挡板的所述高温蒸发坩埚相连，在所述坩埚的另一侧通过一个装有送料阀门的管道与所述储料罐相连；所述蒸发枪、加热管道、高温蒸发坩埚和管道外壁上都有加热线圈，在储料罐外壁上亦有加热线圈；通过送料阀门和管道把储料罐中的蒸发料投放到高温蒸发坩埚中成为进行蒸发的蒸发料瞬间变成蒸发气体而输送至蒸发枪，通过改变气流导向塞子与喷口的相对位置可控制蒸发气体的大小和方向，蒸发到基板上形成设定面积、均匀的、多组分的蒸发薄膜。

所述蒸发枪的带有上下锥面的喷口截面形状可根据基板的形状和蒸发气流流量的分布而做成方形、或长方形、或圆形，而其锥面的形状是单锥形或双锥形，是呈方锥形、或长方锥形、或圆锥形、或曲面锥形形状，上下锥面的形状是对称的或不对称的。

所述喷口内侧可移动的气流导向塞子的形状是球状、或椭球状、或锥状、或带曲面的园锥、或方形的锥体形状；可移动的气流导向塞子与一相移动杆相连，该移动杆伸出蒸发枪的体外，一个波纹管一端与移动杆固定连接，另一端与蒸发枪壳体固定连接，使蒸发枪腔体形成一个密封整体。通过驱动移动杆移动气流导向塞子与圆口的距离可起到调节气流的分布，大小以及达到关闭的功能。

所述蒸发料是单一材料，或者是多种材料的混合材料，该混合材料是机械混合料，或者是通过把搀杂料溶解在适当的溶剂中再加入到基质中微量杂质。

所述蒸发料是粉末状，或者是小球状、粒状、片状的小丸。

所述高温蒸发坩埚的坩埚底部呈锥状或球状。

所述蒸发枪、加热管道和高温蒸发坩埚的材料是不锈钢，钼，钽，钨以及高温陶瓷中任选一种。

一种可控制蒸发气流分布和成分的真空蒸发系统，包括蒸发枪和装有蒸发料的储料罐，其特征在于所述蒸发枪带有上下锥面的喷口，且在喷口内侧安置一个移动的气流导向塞子，对准所述喷口的前方安置待蒸镀的基板，该蒸发枪内腔下部设有交错挡板，蒸发枪通过装有送料阀门的管道连接所述储料罐；蒸发枪外壁上装有加热线圈，管道和储料罐外壁上装有加热线圈。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1）由于本发明中的蒸发枪的喷口和导向塞具有定向和各方向的气流的定向分配的功能，使之到达一定距离的基板时的气体流量正好是均匀的从而达到在指定的面积里是均匀的，而且所有的气流都集中在基板的有效面积内。这样既保证了蒸发到基板上的薄膜厚度是均匀的，又大大的提高了有机蒸发料的利用率降低了成本。由于所有的蒸发料都蒸发到基板上了，因此真空蒸发腔体内其它部分不会被污染保证了真空蒸发腔体的洁净度。

2）通过蒸发枪的喷口锥形与导向塞形状的设计不仅可以实现大面积的蒸发均匀性而且可以缩短蒸发的距离，从而可以大大缩小蒸发腔体的体积。

3）通过定向蒸发能得到均匀的蒸发薄膜，因此基板以及与之相接触的金属掩膜板都不需要转动，这使得在蒸发系统的设计上可以得到简化。

4）由于此系统的蒸发枪与蒸发料的气化是分开的，所以其气流的方向可以向任何方向既可以向上也可以向下或平射。这样在蒸发系统设计时基板既可以在蒸发枪的上面，以减少污染，也可以在蒸发枪的下面有利于基板和金属掩膜板的紧密接触，或者基板可以是直立的形式有利于基板的移动。这给蒸镀系统的设计带来很多的灵活性。

5）相比一般的点蒸发源或线蒸发源此系统的体积可以比较小，相对来说其发热面积可以比较小，蒸发的速率比较快，这样可以降低基板的温度，和缩短系统节拍时间，这有助于提高OLED屏的性能和提高系统的生产效率。

6）由于所用的蒸发料是投料后一次性蒸发掉的，因此不像一般点蒸发源或线蒸发源的蒸发料是总在高温底下，在开始蒸发到蒸发完时的状况会不同而造成成膜质量的差异。

7）由于可以通过蒸发料的投料的数量来控制基板上的成膜厚度，所以大大简化了膜厚的控制系统。而且在蒸发完成后，基板转换和金属掩膜板对位的时间可以不投料这与一般的点蒸发源和线蒸发源相比可以节省很多的蒸发料。因为在一般的点蒸发源和线蒸发源在蒸发时为了保证均匀的蒸发速度，在转换基板和金属掩膜板对位时蒸发源是仍然在匀速蒸发状态，只是用挡板把蒸发流挡住而已，这部分料是浪费的。

8） 由于所用的蒸发料是已经经过搀杂的，因此不需要多源蒸发，这给蒸发系统的结构设计可以简化很多。也取消了调制不同蒸发源的蒸发速率的时间，从而节约了蒸发料和时间。

附图说明

图1是本发明中可控制蒸发气流分布和成分的真空蒸发系统结构示意图；

图2是本发明中简化的可控制蒸发气流分布和成分的真空蒸发系统的结构示意图；

图3是本发明中在实施向上可控制蒸发气流分布和成分的真空蒸发系统的结构示意图；

图4是本发明中实施移向下可控制蒸发气流分布和成分的真空蒸发系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图详述如下：

 实施例1： 参见图1，本可控制蒸发气流分布和成分的真空蒸发系统是由蒸发枪（3）、高温管道（4）、高温蒸发坩埚（5）、送料阀门（8）和储料罐（9）组成，所述蒸发枪（3）带有上下锥面的喷口（1），且在喷口（1）内侧安置一个可移动的气流导向塞子（2），对准所述的喷口（1）的前方安置待蒸镀的基板（16），蒸发枪（3）通过所述加热管道（4）或缓冲瓶与带有交叉挡板（6）的高温蒸发坩埚（5）相连，在坩埚（5）的另一侧通过装有送料阀门（8）的管道（7）和储料罐（9）相连。蒸发枪（3）、加热管道（4）、高温蒸发坩埚（5）和管道（7）外壁上有加热线圈（13），储料罐（9）外壁上有加热线圈（15）。过程是在储料罐中的蒸发料（10）经阀门把一定量的蒸发料投入到高温蒸发舟中，由于该舟的温度多高于蒸发料的蒸发温度因此该蒸发料很快的被蒸发成气体，该高温气体经过高温管道进入高温的真空蒸发枪在喷口（1）和可移动的气流导向塞子的作用下形成中间弱周边强的气流使之达到基板时能获得均匀的蒸发薄膜。这里的储料罐是由金属如铝、不锈钢或者玻璃制成的容器其底部有一可打开的加料和抽气的孔储料罐外有一组加热线圈（15），用作开始抽空时加热去气时用，其加热温度由特定的温度控制器进行程序控制。这里的送料器可以有多种结构，随蒸发料的状态而变，对粉末状蒸发料可以是螺旋式送料机，履带式运送机，对颗粒状蒸发料可用推拉式送料机或旋转式送料机。送料机的材料可以是不锈钢或者玻璃。这里的高温蒸发舟是由不锈钢、钼、钽等耐高温材料制成，其形状可以是锥形，平底形圆筒式的结构，为保证蒸发气流中没有小颗粒，在高温蒸发舟中可采用装有多层挡板的迷宫式结构。这里的高温真空蒸发枪是本系统的核心。它是由耐高温的材料如钼、钽、不锈钢等材料制成。喷口的上下都呈圆锥形或方锥形这样的喷口本身就有发散的功能，在喷口的下面还有一个气体导向塞子（12）其形状可以是球状，椭球状或者是锥形状。它与喷口形成空间成为导向通道使喷出的气流呈余弦的倒数的分布。其形状也可以通过流体力学来进行设计和计算。该气体导向塞子与喷口之间的距离可以由外面通过连在塞子上的移动杆（11）的推拉来调节使在不同的气流强度的情况下都能得到均匀的薄膜。而该移动杆（11）还通过一波纹管（12）与枪体连接形成一密闭的空间使气流只能通过喷口喷出。系统里的蒸发枪（3），高温管道（4），高温蒸发舟（5）都由加热装置（13）经温度控制器进行精确的温度控制和加热。加热装置的外面有绝热保护层为了防止加热装置的能量转到基板上，在它的外面还有一个水冷却套，以防止基板和蒸发掩膜被加热。

实施例2：参见图2，本可控制蒸发气流分布和成分的真空蒸发系统是实施例1的简化结构，在本实施例中把整个系统简化为由高温真空蒸发枪（3）送料阀门（8）和储料罐（9）组成。这里的高温真空蒸发枪（3）综合了实施例1中的高温真空蒸发枪（3）、高温管道（4）、高温蒸发坩埚（5）的功能。在这里的真空蒸发枪既作为蒸发枪又作为蒸发坩埚。该高温真空蒸发枪它是由耐高温的材料如钼、钽、不锈钢等材料制成。喷口的上下都呈锥形这样的喷口本身就有发散的功能，在喷口的下面还有一个气体导向塞子（12）其形状可以是球状，椭球状或者是锥形状。它与喷口形成空间成为导向通道使喷出的气流呈余弦的倒数的分布。该真空蒸发枪的底部是锥形或球形可以作坩埚用，里面还有多层当板（6）呈迷宫式结构以防止颗粒蒸发到基板上。蒸发料（10）则通过送料阀门（8）进入到高温真空蒸发枪（3）中并快速的转化为气体经喷口（1）与气体导向塞子（12）之间的空间形成定向的气流由喷口（1）喷出。

实施例3：参见图3，本可控制蒸发气流分布和成分的真空蒸发系统与实施例1基本相同，本实施例与实施例1的不同是在整个系统中在高温真空蒸发枪（3）的上面有带有透孔的掩膜板（17）和基板（16）。它展示了由于使用实施例1的高温真空蒸发枪（3）可以得到由高温真空蒸发枪向上定向的对基板来说是均匀的真空蒸发气流，在基板是固定不动的情况下由于在高真空的情况下蒸发气体的分子基本是直线运动的，因此即使掩膜板与基板不是紧密接触的情况下仍能得到较好的向上的掩膜投影效果。

实施例4：参见图4，本可控制蒸发气流分布和成分的真空蒸发系统与实施例1基本相同，本实施例与实施例3 不同的是这里的高温真空蒸发枪的方向向下转动180度，使蒸发气流向下蒸发。这时的基板（16）是面向上的，在基板板的上面有一个带有透孔的掩膜板（17）。此结构的优点是整个基板和掩膜板可以放在平整的托板上，使基板和掩膜板都保持高度的平整度。这一点对大面积的薄基板来说具有很大的优越性。同时也可以把高温真空蒸发枪的方向转到水平的方向，这时的基板可以呈垂直的方向。

实施例5：参见图1，本实施例与实施例1基本相同，特别之处如下：所述蒸发枪（3）的带有上下锥面的喷口（1）截面形状可根据基板（16）的形状和蒸发气流流量的分布而做成方形、或长方形、或圆形，而其锥面的形状是单锥形或双锥形，是呈方锥形、或长方锥形、或圆锥形、或曲面锥形形状，上下锥面的形状是对称的或不对称的。

所述喷口（1）内侧可移动的气流导向塞子（2）的形状是球状、或椭球状、或锥状、或带曲面的园锥、或方形的锥体形状；可移动的气流导向塞子（2）与一相移动杆（11）相连，该移动杆（11）伸出蒸发枪（3）的体外，一个波纹管（12）一端与移动杆（11）固定连接，另一端与蒸发枪（3）壳体固定连接，使蒸发枪腔体形成一个密封整体。通过驱动移动杆（11）移动气流导向塞子（2）与圆口的距离可起到调节气流的分布，大小以及达到关闭的功能。

所述蒸发料（10）是单一材料，或者是多种材料的混合材料，该混合材料是机械混合料，或者是通过把搀杂料溶解在适当的溶剂中再加入到基质中微量杂质。

所述蒸发料（10）是粉末状，或者是小球状、粒状、片状的小丸。

所述高温蒸发坩埚（5）的坩埚底部呈锥状或球状。

所述蒸发枪（3）、加热管道（4）和高温蒸发坩埚（5）的材料是不锈钢，钼，钽，钨以及高温陶瓷中任选一种。

Claims (9)

1.一种可控制蒸发气流分布和成分的真空蒸发系统，包括蒸发枪（3）、高温蒸发坩埚（5）和装有蒸发料（10）的储料罐（9），其特征在于所述蒸发枪（3）带有一个上下锥面的喷口（1），且在喷口（1）内侧安置一个可移动的气流导向塞子（2），对准所述的喷口（1）前方是待蒸镀的基板（16），该蒸发枪（3）通过一个加热管道（4）或缓冲瓶与带有交叉挡板（6）的所述高温蒸发坩埚（5）相连，在所述坩埚（5）的另一侧通过一个装有送料阀门（8）的管道（7）与所述储料罐（9）相连；所述蒸发枪（3）、加热管道（4）、高温蒸发坩埚（5）和管道（7）外壁上都有加热线圈（13），在储料罐（9）外壁上亦有加热线圈（15）；通过送料阀门（8）和管道（7）把储料罐（9）中的蒸发料（10）投放到高温蒸发坩埚（5）中成为进行蒸发的蒸发料（14）瞬间变成蒸发气体而输送至蒸发枪（3），通过改变气流导向塞子（2）与喷口（1）的相对位置可控制蒸发气体的大小和方向，蒸发到基板（16）上形成设定面积、均匀的、多组分的蒸发薄膜。

2.根据权利要求1所述的可控制蒸发气流分布和成分的真空蒸发系统，其特征在于所述蒸发枪（3）的带有上下锥面的喷口（1）截面形状可根据基板（16）的形状和蒸发气流流量的分布而做成方形、或长方形、或圆形，而其锥面的形状是单锥形或双锥形，是呈方锥形、或长方锥形、或圆锥形、或曲面锥形形状，上下锥面的形状是对称的或不对称的。

3.根据权利要求1所述的可控制蒸发气流分布和成分的真空蒸发系统，其特征在于所述喷口（1）内侧可移动的气流导向塞子（2）的形状是球状、或椭球状、或锥状、或带曲面的园锥、或方形的锥体形状；可移动的气流导向塞子（2）与一相移动杆（11）相连，该移动杆（11）伸出蒸发枪（3）的体外，一个波纹管（12）一端与移动杆（11）固定连接，另一端与蒸发枪（3）壳体固定连接，使蒸发枪腔体形成一个密封整体；通过驱动移动杆（11）移动气流导向塞子（2）与圆口的距离可起到调节气流的分布，大小以及达到关闭的功能。

4.根据权利要求1所述的可控制蒸发气流分布和成分的真空蒸发系统，其特征在于所述蒸发料（10）是单一材料，或者是多种材料的混合材料，该混合材料是机械混合料，或者是通过把搀杂料溶解在适当的溶剂中再加入到基质中微量杂质。

5.根据权利要求1所述的可控制蒸发气流分布和成分的真空蒸发系统，其特征在于所述蒸发料（10）是粉末状，或者是小球状、粒状、片状的小丸、或者是把蒸发料包封在带小孔的金属容器中形成蒸发小球。

6.根据权利要求1所述的可控制蒸发气流分布和成分的真空蒸发系统，其特征在于所述高温蒸发坩埚（5）的坩埚底部呈锥状或球状。

7.根据权利要求1所述的可控制蒸发气流分布和成分的真空蒸发系统，其特征在于所述蒸发枪（3）、加热管道（4）和高温蒸发坩埚（5）的材料是不锈钢，钼，钽，钨以及高温陶瓷中任选一种。

8.一种可控制蒸发气流分布和成分的真空蒸发系统，包括蒸发枪（3）和装有蒸发料（10）的储料罐（9），其特征在于所述蒸发枪（3）带有上下锥面的喷口（1），且在喷口内侧安置一个移动的气流导向塞子（2），对准所述喷口（1）的前方安置待蒸镀的基板（16），该蒸发枪（3）内腔下部设有交错挡板（16），蒸发枪（3）通过装有送料阀门（8）的管道（7）连接所述储料罐（9）；蒸发枪（3）外壁上装有加热线圈（13），管道（7）和储料罐（9）外壁上装有加热线圈（15）。

9.根据权利要求1所述的可控制蒸发气流分布和成分的真空蒸发系统，其特征在于所述加热线圈（13）外面有绝热保护层，在它的外面还有一个水冷却套。

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