TWI495741B - 蒸發源組件和薄膜沉積裝置和薄膜沉積方法 - Google Patents

Description

蒸發源組件和薄膜沉積裝置和薄膜沉積方法

本發明是關於發光二極體領域，尤其是關於一種用於製作有機發光二極體的蒸發源組件和薄膜沉積裝置和薄膜沉積方法。

目前OLED組件製作上仍以熱蒸鍍為主，而不論是蒸鍍源製作商或是用戶都致力於蒸發源性能的提升，希望提高材料利用率，降低材料成本，並提升OLED組件的性能，例如蒸鍍薄膜厚度均勻性等。

現有用於熱蒸鍍工藝的蒸發源種類主要包括點蒸發源、集群式線蒸發源、單點線性蒸發源和面蒸發源。其中點蒸發源包括一個放置蒸鍍材料的坩堝，基板設於坩堝上方。使用該點蒸發源蒸鍍薄膜時，材料利用率低，一般不足10%；薄膜均勻性差，一般均勻度小於10%，膜均勻度計算公式：(最大膜厚-最小膜厚)/(最大膜厚+最小膜厚)。集群式線蒸發源包括至少兩個平行排列的長槽形坩堝，不同材料分別平鋪於各長槽形坩堝的堝底，使用該集群式線蒸發源蒸鍍薄膜，雖然膜均勻性好(小於5%)，但材料利用率低(10%-20%)。面蒸發源包括面積與蒸鍍目標 面積相同或更大的本體蒸鍍薄膜。使用該面蒸發源蒸鍍薄膜，材料利用率好(大於40%)，但薄膜均勻性不穩定(小於10%)。

如圖1所示，傳統的單點線型蒸發源包括長條形本體10，本體10內具有腔室，本體10頂部設置若干噴嘴12，本體10底部中央位置連通坩堝20。當向一基板30蒸鍍薄膜時，坩堝20被加熱裝置(圖中未示出)加熱，坩堝20內的蒸鍍材料受熱而氣化成蒸氣進入本體10的腔室，經噴嘴12噴向基板30，在基板30的下表面鍍上一層薄膜。

傳統的單點線性蒸發源中，由於本體10呈長條形，坩堝20連接於本體10底部中央位置，因此進入腔室內的蒸氣在鄰近坩堝20的中央位置濃度較大，而在遠離坩堝20中央的兩側位置濃度較小。即腔室內的飽和蒸氣壓不平衡，從而造成鍍在基板30上的薄膜厚度不均勻，特別是基板30兩側薄膜厚度的均勻性更差。在製作大尺寸薄膜時，傳統的單點線性蒸發源鍍膜均勻性差的缺陷更加明顯。

為解决現有技術中存在的問題，本發明提供一種蒸發源組件，用於向一基板上蒸鍍薄膜，該蒸發源組件包括：本體，該本體包括包圍一空腔的頂部構件、底部構件及側壁，該底部構件設置有與該空腔連通的多個輸入口；多個噴嘴，設置於該頂部構件上並與該空腔連通；多個蒸發器，每個蒸發器設置於該本體下方且對應一個輸入口，每個該蒸發器包括開口部，該蒸發器通過該開口部與相應的輸入 口連通，該蒸發器用於容置並蒸發待蒸鍍材料；多個連接管，用於分別連接該蒸發器的開口部與該本體的輸入口，該連接管為上寬下窄的錐形管，用以加速蒸鍍材料的蒸氣在本體間的大氣平衡。

在一實施例中，該蒸發器是坩堝。

在一實施例中，該蒸發源組件是多點線性蒸發源組件，且該本體呈長條狀。

在一實施例中，還包括加熱裝置，設置於該蒸發器的底部或四周，用於加熱該蒸發器。

在一實施例中，該加熱裝置為獨立加熱裝置，用以將各蒸發器加熱到相同或不同的溫度。

在一實施例中，設置在該本體兩側的被加熱裝置加熱的蒸發器的溫度比設置在該本體中心附近的被加熱裝置加熱的蒸發器的溫度高。

在一實施例中，該加熱裝置為溫度補償裝置。

在一實施例中，該本體的長度小於基板的長度。

在一實施例中，該本體的長度為該基板的長度的1/2~4/5。

在一實施例中，該噴嘴為獨立設置於該頂部構件中的噴嘴管或為形成於該頂部構件中的通孔。

在一實施例中，該頂部構件與該側壁為一體結構或為分體結構。

在一實施例中，位於頂部構件中部的噴嘴，其軸線與頂部構件表面的夾角θ為90度。

在一實施例中，位於該頂部構件兩側的噴嘴，其軸線與殼體表面的夾角θ小於90度且向頂部構件兩側的方向傾斜。

在一實施例中，隨著遠離頂部構件中部，該噴嘴的軸線與頂部構件表面的夾角θ逐漸减小。

在一實施例中，隨著遠離頂部構件中部，該多個噴嘴直徑增大。

在一實施例中，隨著遠離頂部構件中部，該多個噴嘴的排列密度增大。

在一實施例中，該多個噴嘴的噴嘴口為共線排列或交錯排列。

在一實施例中，該本體和連接管由白鐵或鈦材料製成。

在一實施例中，還包括：三通閥，具有三個接口，第一接口連通該蒸發器，第二接口連通該本體的空腔；排氣管，一端連通於該三通閥的第三接口；集氣箱，連通於該排氣管的另一端部，其中當該蒸發源組件工作時，該第一接口、第二接口打開，第三接口關閉；當該蒸發源組件停止工作時，該第一接口、第二接口關閉，第三接口打開。

本發明還提供一種薄膜沉積裝置，包括一真空腔室和設置於真空腔室內的如上述的蒸發源組件。

本發明還提供一種薄膜沉積方法，該方法利用上述的蒸發源組件在基板上沉積薄膜，該方法包括：加熱設置於真空腔室的多個蒸發器，使容置於蒸發器的蒸鍍材料蒸 發，蒸鍍材料的蒸氣依次通過蒸發器的開口部、本體的輸入口輸送到本體的空腔中；控制噴嘴，使該空腔中蒸鍍材料的蒸氣通過噴嘴沉積到位於本體上方的基板上。

10‧‧‧本體

12‧‧‧噴嘴

20‧‧‧坩堝

30‧‧‧基板

110‧‧‧蒸發器

111‧‧‧開口部

120‧‧‧加熱裝置

130‧‧‧本體

131‧‧‧頂部構件

132‧‧‧底部構件

1321‧‧‧輸入口

133‧‧‧側壁

134‧‧‧空腔

140‧‧‧噴嘴

141‧‧‧噴嘴口

150‧‧‧連接管

160‧‧‧排氣管

170‧‧‧集氣箱

180‧‧‧三通閥

θ‧‧‧夾角

圖1為傳統的單點線性蒸發源的結構示意圖；圖2為本發明第一實施例中蒸發源組件的剖視示意圖；圖3本發明第一實施例中一種噴嘴口分布的俯視圖；圖4本發明第一實施例中另一種噴嘴口分布的俯視圖；圖5為本發明第二實施例中蒸發源組件的結構示意圖。

下面將詳細描述本發明的具體實施例。應當注意，這裏描述的實施例只用於舉例說明，並不用於限制本發明。

實施例1：

如圖2所示，本發明第一實施例提供一種蒸發源組件，其用於向一基板30上蒸鍍薄膜。該蒸發源組件包括：本體130，該本體130包括包圍一空腔134的頂部構件131、底部構件132及側壁133，該底部構件132設置有與該空腔134連通的多個輸入口1321；多個噴嘴140，設置於該頂部構件131上並與該空腔134連通；多個蒸發器110，每個蒸發器110設置於該本體130下方且對應於一個輸入口1321，每個蒸發器110包括開口部111，該蒸發器110通過 該開口部111與相應的輸入口1321連通，該蒸發器110用於容置並蒸發待蒸鍍材料；多個該連接管150的一端連通於蒸發器110的開口部111、另一端連通於本體130的輸入口1321，即蒸發器110與本體130通過連接管150相互連通。其中，該連接管150為上寬下窄的錐形管，用以加速蒸鍍材料的蒸氣在本體130間的大氣平衡。具體而言，蒸發器110可為一坩堝，其內容置的待蒸鍍材料可以是相同或是不同的。

該蒸發源組件可為多點線性蒸發源組件。該蒸發源組件還包括一加熱裝置120設置於蒸發器110的底部或四周，用以加熱蒸發器110中的待蒸鍍材料。加熱裝置120為可獨立加熱裝置(例如為溫度補償裝置)，用以將各蒸發器110加熱到不同的溫度。例如，設置在該本體130兩側的被加熱裝置120加熱的蒸發器110的溫度比設置在該本體130中心附近的被加熱裝置120加熱的蒸發器110的溫度高。加熱裝置120可依據待蒸鍍材料的性質選取。

本體130呈長條形，平行且間隔地設置於基板30下方，例如本體130可為兩端封閉的中空管。該本體130可選用剛性好、導熱好的材料，例如可由白鐵(SUS304)或鈦(Ti)材料製成。該頂部構件131與該側壁133為一體結構或為分體結構。為了减小蒸發源組件的整體體積，本體130的長度可小於基板30的長度，例如本體130的長度為基板30長度的1/2~4/5。

噴嘴140為獨立地設置於(例如焊接於)該頂部構 件131中的噴嘴管，或噴嘴140為形成於該頂部構件131中的通孔。噴嘴140的軸線與頂部構件131的表面呈一夾角θ。其中，位於頂部構件131中部的噴嘴140，其軸線與頂部構件131表面的夾角θ為90度，即噴嘴140的軸線垂直於頂部構件131表面，用以將空腔134內的待蒸鍍材料直接沉積到基板30中部。位於頂部構件131兩側的噴嘴140，其軸線與頂部構件131表面的夾角θ小於90度且向頂部構件131兩側的方向傾斜。隨著遠離頂部構件131中部，噴嘴140的軸線與頂部構件131表面的夾角θ逐漸减小，用以將空腔134內的待蒸鍍材料沉積到基板30兩側。具體而言，對於頂部構件131中部和頂部構件131兩側的噴嘴140間夾角θ差值，與基板30和本體130的長度差值相關。即長度差值越大，夾角差值也越大，用以使基板30兩側也能有材料沉積。進一步地，隨著遠離頂部構件131中部，噴嘴140直徑可逐漸增大、排列密度也可逐漸增大，用以提高基板30兩側的薄膜厚度均勻性。請參考圖3和圖4，噴嘴140上端的噴嘴口141可共線排列或交錯排列，即噴嘴口141的連線呈直線形或鋸齒形，用以使噴嘴140上方的蒸氣壓更為均衡。

連接管150由白鐵(SUS304)或鈦(Ti)材料製成。該連接管150可拆卸地連接於蒸發器110，以便於向蒸發器110填充蒸鍍材料。

實施例2：

圖5所示為本發明第二實施例所提供的蒸發源組 件，其與第一實施例所提供的蒸發源組件基本相同，不同之處僅在於：該第二實施例的蒸發源組件還包括排氣管160、集氣箱170、三通閥180。該三通閥180具有三個接口，第一接口連通蒸發器110，第二接口連通本體130的空腔134，第三接口連通於排氣管160的一端部，排氣管160的另一端部連通集氣箱170。在該第三實施例中，蒸發器110、空腔134以及排氣管160能通過三通閥180相互連通。

當蒸發源組件工作時，該三通閥180的第一接口、第二接口打開，且第三接口關閉，使從蒸發器110出來的蒸氣通入空腔134；當蒸發源組件停止工作時，該三通閥180的第一接口、第二接口關閉，且第三接口打開，使從蒸發器110出來的蒸氣經排氣管160回收到集氣箱170，從而避免由此產生的材料浪費。

該第二實施例的蒸發源組件的其它結構與第一實施例相同，這裏不再贅述。

在本發明所提供的蒸發源組件中，空腔134的蒸氣壓力較平衡，加上兩側的噴嘴140的傾斜設置，使得由各個噴嘴140噴射的蒸氣密度、壓力較為均衡，因此在基板30上形成的薄膜厚度非常均勻，經測試，薄膜均勻度小於±3%。同時，本發明的蒸發源組件不需蒸鍍時，空腔134內的蒸氣可回收到集氣箱170，材料使用率大於30%。

實施例3：

本發明還提供一種薄膜沉積裝置，包括一真空腔室和設置於真空腔室內的實施例1或2所述的蒸發源組件。 該薄膜沉積裝置通過使用上述蒸發源組件，材料使用率大於30%，薄膜均勻度小於±3%。

實施例4：

本發明還提供一種薄膜沉積方法，該方法利用實施例3所述的蒸發源組件在基板30上沉積薄膜，該方法包括：加熱設置於真空腔室的多個蒸發器110，使容置於蒸發器110的蒸鍍材料蒸發，蒸鍍材料的蒸氣依次通過蒸發器110的開口部111、本體130的輸入口1321輸送到本體130的空腔134中；控制噴嘴140，使該空腔134中蒸鍍材料的蒸氣通過噴嘴140沉積到位於本體130上方的基板30上。

綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭示如上，然其並非用以限定本發明，本領域技術人員應當意識到在不脫離本發明所附的請求項所揭示的本發明的範圍和精神的情况下所作的更動與潤飾，均屬本發明的請求項的保護範圍之內。

30‧‧‧基板

110‧‧‧蒸發器

111‧‧‧開口部

120‧‧‧加熱裝置

130‧‧‧本體

131‧‧‧頂部構件

132‧‧‧底部構件

1321‧‧‧輸入口

133‧‧‧側壁

134‧‧‧空腔

140‧‧‧噴嘴

150‧‧‧連接管

θ‧‧‧夾角

Claims (21)

1. 一種蒸發源組件，用於向一基板上蒸鍍薄膜，該蒸發源組件包括：本體，該本體包括包圍一空腔的頂部構件、底部構件及側壁，該底部構件設置有與該空腔連通的多個輸入口；多個噴嘴，設置於該頂部構件上並與該空腔連通；多個蒸發器，每個蒸發器設置於該本體下方且對應一個輸入口，每個該蒸發器包括開口部，該蒸發器通過該開口部與相應的輸入口連通，該蒸發器用於容置並蒸發待蒸鍍材料；多個連接管，用於分別連接該蒸發器的開口部與該本體的輸入口，該連接管為上寬下窄的錐形管，用以加速蒸鍍材料的蒸氣在本體間的大氣平衡。
2. 如請求項1所述的蒸發源組件，其中，該蒸發器是坩堝。
3. 如請求項1所述的蒸發源組件，其中，該蒸發源組件是多點線性蒸發源組件，且該本體呈長條狀。
4. 如請求項1所述的蒸發源組件，還包括加熱裝置，設置於該蒸發器的底部或四周，用於加熱該蒸發器。
5. 如請求項4所述的蒸發源組件，其中，該加熱裝置為獨立加熱裝置，用以將各蒸發器加熱到相同或不同的溫度。
6. 如請求項5所述的蒸發源組件，其中，設置在該本體兩側的被加熱裝置加熱的蒸發器的溫度比設置在該本體中 心附近的被加熱裝置加熱的蒸發器的溫度高。
7. 如請求項4所述的蒸發源組件，其中，該加熱裝置為溫度補償裝置。
8. 如請求項1所述的蒸發源組件，其中，該本體的長度小於基板的長度。
9. 如請求項8所述的蒸發源組件，其中，該本體的長度為該基板的長度的1/2~4/5。
10. 如請求項1所述的蒸發源組件，其中，該噴嘴為獨立設置於該頂部構件中的噴嘴管或為形成於該頂部構件中的通孔。
11. 如請求項1所述的蒸發源組件，其中，該頂部構件與該側壁為一體結構或為分體結構。
12. 如請求項1所述的蒸發源組件，其中，位於頂部構件中部的噴嘴，其軸線與頂部構件表面的夾角θ為90度。
13. 如請求項1所述的蒸發源組件，其中，位於該頂部構件兩側的噴嘴，其軸線與殼體表面的夾角θ小於90度且向頂部構件兩側的方向傾斜。
14. 如請求項13所述的蒸發源組件，其中，隨著遠離頂部構件中部，該噴嘴的軸線與頂部構件表面的夾角θ逐漸减小。
15. 如請求項1所述的蒸發源組件，其中，隨著遠離頂部構件中部，該多個噴嘴直徑增大。
16. 如請求項1所述的蒸發源組件，其中，隨著遠離頂部構件中部，該多個噴嘴的排列密度增大。
17. 如請求項1所述的蒸發源組件，其中，該多個噴嘴的噴嘴口為共線排列或交錯排列。
18. 如請求項1所述的蒸發源組件，其中，該本體和連接管由白鐵或鈦材料製成。
19. 如請求項1所述的蒸發源組件，還包括：三通閥，具有三個接口，第一接口連通該蒸發器，第二接口連通該本體的空腔；排氣管，一端連通於該三通閥的第三接口；集氣箱，連通於該排氣管的另一端部，其中當該蒸發源組件工作時，該第一接口、第二接口打開，第三接口關閉；當該蒸發源組件停止工作時，該第一接口、第二接口關閉，第三接口打開。
20. 一種薄膜沉積裝置，包括一真空腔室和設置於真空腔室內的如請求項1至19中任一項所述的蒸發源組件。
21. 一種薄膜沉積方法，該方法利用如請求項1所述的蒸發源組件在基板上沉積薄膜，該方法包括：加熱設置於真空腔室的多個蒸發器，使容置於蒸發器的蒸鍍材料蒸發，蒸鍍材料的蒸氣依次通過蒸發器的開口部、本體的輸入口輸送到本體的空腔中；控制噴嘴，使該空腔中蒸鍍材料的蒸氣通過噴嘴沉積到位於本體上方的基板上。