CN102477538B - 面型蒸镀源及其蒸镀方法与系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种面型蒸镀源及其蒸镀方法与系统，将至少一种蒸镀材料披覆于一蒸镀源基板的其中一面作为面型蒸镀源，该蒸镀材料分布的区域为蒸镀材料汽化后可涵盖该欲蒸镀基材的区域内，以一加热装置装设于可加热蒸镀源基板的区域内，通过该加热器对该面型蒸镀源提供热源，将面型蒸镀源由固态转化为气态，扩散到欲蒸镀基材表面，通过使蒸汽以原子或分子的状态的层次控制蒸汽的手段在欲蒸镀基材表面成核、凝结及成核及成长的机制使其形成薄膜，可以得到以传统涂布及喷墨技术所无法得到的具均匀性、纳米尺度调控特性等具有特殊构造及功能性的薄膜。
Description
技术领域
本发明涉及一种面型蒸镀源及其蒸镀方法与系统，尤其是涉及一种可精确控制薄膜品质且可连续大面积化蒸镀，可提高镀率及材料利用率的面蒸镀技术。
背景技术
多成分薄膜蒸镀技术是光电及半导体技术中，以物理方式形成薄膜的重要方式也是关键技术，若蒸镀成分组成复杂时，例如铜铟镓硒(CIGS)、红绿蓝(RGB)有机发光层等有机材料，其蒸发(升华)温度不同，浓度及掺杂控制不易，不适于高温，且需避免材料裂解或化学反应，共蒸镀技术难以控制组成。
此外，有机材料蒸发(升华)分子扩散速率不同，且无一定方向性，因此掺杂控制不易，且材料利用率低，至于溶液预混方式虽然可以精确控制成分组成，但却难以量产。例如有机发光二极管(OLED)制作工艺中有机层发光层，其多种染料的组成为影响发光均匀的关键，也为厂商研究发展及未来竞争利基的所在。
传统有机发光二极管(OLED)成膜技术是采用点蒸发源的方式，然而点蒸发源只适用于小尺寸基板(约370×470mm)蒸镀，其材料使用率低(约5～6％)，镀膜速率慢(约0.3～0.8nm/s)，而且单件产品生产时间(Tact time)也较长(约4～5分钟)。
针对现有专利而言，美国发明专利第6202591号「Linear aperturedeposition apparatus and coating process」，该案揭露一种线型蒸镀源，欲镀材质加热后，经过线型开槽，即可得到线型蒸镀源，可在上方基材形成单层薄膜。该案虽然可以线型蒸镀克服点蒸镀掺杂不均的问题，提高镀膜速率高(约为4～5nm/s)及材料利用率(大于80％)及大面积化(基板尺寸可提高至1000×10000mm)，缩短单件产品生产时间(Tact time)(约可缩短至1分钟)，该案技术对于单基板而言，仍必须经过多次蒸镀，且该案并未提及如何改善共蒸镀有机材料控制不易的问题。
例如中国台湾发明专利公告号I293234「白光有机电致发光二极管及制造方法」，该案提出一种具单一发光层的白光有机电致发光二极管及制造方法，包括提供；a)一白光电致发光层；b)一邻接白光电致发光层第一表面的第一电极；c)一邻接白光电致发光层第二表面的第二电极。其中，该白光电致发光层是利用电致发光染料及分子主体材料，以溶液制作工艺制作，其目的在于改善白光有机电致发光二极管效能及简化制作工艺，但是该案着重于蒸镀材料的成分组成混合技术，该案仍保持传统批次生产方式，缺乏可连续生产的技术手段，无法提供量产的需求，也无法突破传统点蒸镀或线蒸镀方式。
发明内容
有鉴于现有技术的缺失，本发明目的在于提供一种面型蒸镀源及其蒸镀方法与系统，其优势为：(1)可精确控制薄膜品质；(2)提供一连续生产的技术手段；(3)可实现大面积化蒸镀，并提高镀率及材料利用率；(4)蒸镀材料可不必长期处于高温状态避免材质劣化。
为达到上述目的，本发明提出一种面型蒸镀方法，用以对至少一欲蒸镀基材进行蒸镀，该面型蒸镀方法是利用：
至少一蒸镀材料及一面型蒸镀源，将蒸镀材料披覆于该面型蒸镀源表面，该蒸镀材料分布的区域为该蒸镀材料汽化后可涵盖该欲蒸镀基材的区域内，再对该面型蒸镀源加热，通过加热方式将面型蒸镀源由固态转化为气态，扩散到欲蒸镀基材表面，通过蒸发、凝结及成核的原理使蒸汽以原子或分子的状态，在欲蒸镀基材表面成核、凝结及成核及成长的机制形成薄膜。
为达到上述目的，本发明再提出一种面型蒸镀源，用以对至少一欲蒸镀基材进行蒸镀，该面型蒸镀源包含：
一蒸镀源基板，该蒸镀源基板具有至少一平面；至少一蒸镀材料，披覆于该蒸镀源基板至少一平面上，该蒸镀材料分布的区域为该蒸镀材料汽化后可涵盖该欲蒸镀基材的区域内。
本发明再提出一种面型蒸镀源制造方法，用以制造面型蒸镀源，其是利用：
一蒸镀源基板，该蒸镀源基板具有至少一表面，作为披覆蒸镀材料的蒸镀源基板，可为平面、曲面、平滑面或为粗糙表面；至少一蒸镀材料，披覆于该蒸镀源基板至少一表面上，该蒸镀材料分布的区域为该蒸镀材料汽化后可涵盖该欲蒸镀基材的区域内；披覆蒸镀材料的区域包含点、线或面分布排列而成。
为达到上述目的，本发明又提出一种面型蒸镀源系统，包含：
至少一欲蒸镀基材；一面型蒸镀源，由一蒸镀源基板以及至少一蒸镀材料构成，该蒸镀材料披覆于该蒸镀源基板的至少其中一表面，该蒸镀材料分布的区域为该蒸镀材料汽化后可涵盖该欲蒸镀基材的区域，且该欲蒸镀基材其中至少有一面设置于汽化的蒸镀材料可到达的区域内；以及
一加热器，设置于可加热面型蒸镀源的区域，由该加热器对该面型蒸镀源加热，将面型蒸镀源由固态转化为气态，扩散到欲蒸镀基材表面，使蒸汽以原子或分子的型态在表面成核、凝结及成长使其形成膜。
为使贵审查委员对于本发明的结构目的和功效有更进一步的了解与认同，兹配合图示详细说明如后。
附图说明
图1是本发明面型蒸镀方法第一实施例配合欲蒸镀基材结构示意图；
图2-图4分别是图1的平面型蒸镀源基板不同实施例配合欲蒸镀基材的结构示意图；
图5是本发明面型蒸镀方法第二实施例配合欲蒸镀基材结构示意图；
图6-图8分别是图5的曲面型蒸镀源基板不同实施例配合欲蒸镀基材的结构示意图；
图9是本发明面型蒸镀源系统实施例架构示意图；
图10、图11是本发明面型蒸镀源系统对多个欲蒸镀基材同时进行蒸镀的不同状态示意图。
主要元件符号说明
10、10A-面型蒸镀源
11、11A-蒸镀源基板
12、12A-蒸镀材料
20、20A-欲蒸镀基材
30-面型蒸镀源
31-蒸镀源基板
32-蒸镀材料
40-加热器
100-蒸镀源系统
具体实施方式
以下将参照随附的附图来描述本发明为达成目的所使用的技术手段与功效，而以下附图所列举的实施例仅为辅助说明，以利贵审查委员了解，但本案的技术手段并不限于所列举附图。
请参阅图1所示，本发明所提出的面型蒸镀方法，其是利用一面型蒸镀源10对一欲蒸镀基材20进行面型蒸镀，该面型蒸镀源10是将至少一种蒸镀材料12以涂布、喷墨或蒸镀等方法但不限于上述等方式披覆于一蒸镀源基板11的其中至少一表面而形成，该蒸镀源基板11与蒸镀材料12搭配的形式有多种，请参阅图2至图4所示实施例，其中，图2所示该蒸镀源基板11为平面，蒸镀材料12也为平面，图3所示该蒸镀源基板11为平面，蒸镀材料12是呈现粗糙表面，图4所示该蒸镀源基板11为粗糙表面，通过改变该粗糙表面的凸点或凹点的大小、形状及排列密度，可改变蒸镀的有效区域，调整所镀薄膜的目的。蒸镀材料12是填塞于该蒸镀源基板11的凹陷的空间中，图2至图4所示实施例说明，本发明的蒸镀源基板11可为平面、平滑面或粗糙的不平整面，本发明披覆于蒸镀源基板11的蒸镀材料12可为平面、平滑面或粗糙表面，该蒸镀材料12除了全面或大面积披覆于该蒸镀源基板11表面外，也可以涂布、喷墨或蒸镀方式于该蒸镀源基板11形成包含点、线或面分布排列而成的图案。
该蒸镀源基板11的材质不限，以具有一定耐热性为原则，由于本发明应用于蒸镀，因此该蒸镀源基板11必须具有一定程度(例如：至少大于100℃)的耐热性，该蒸镀源基板11的熔点必须不低于欲蒸镀基材实际蒸镀时的工作温度为原则，该蒸镀材料12可为单一种蒸镀物质，或为多种不同蒸镀物质以所需比例混合调和而成，例如铜铟镓硒(CIGS)、红绿蓝(RGB)有机发光层等有机材料，将该蒸镀材料12涂布于该蒸镀源基板11表面，在该蒸镀源基板11表面形成一蒸镀薄膜层，该蒸镀材料12涂布的区域(图中斜线区域)为该蒸镀材料12汽化后可涵盖该欲蒸镀基材20的区域，例如图中所示该蒸镀材料12涂布区域约等于该欲蒸镀基材20，也可将该蒸镀材料12布满该蒸镀源基板11表面，亦即，本发明该面型蒸镀源10可对该欲蒸镀基材20进行一次全面性蒸镀，明显有别于传统点蒸镀或线蒸镀。
请参阅图5所示实施例，其以图1实施例为基础衍生而出，图5显示本发明所提出的面型蒸镀方法，其利用一弯曲具有一弧度的面型蒸镀源10A对同样弯曲为曲面的一欲蒸镀基材20A进行面型蒸镀，该面型蒸镀源10A将至少一种蒸镀材料12A以涂布、喷墨或蒸镀等方法但不限于上述等方式披覆于一蒸镀源基板11A的表面而形成，本实施例所采用的该蒸镀源基板11A及蒸镀材料12A与图1该蒸镀源基板11A及蒸镀材料12A材质及其所能达成的功效相同，本实施例的特点在于将面型蒸镀源10A设置为曲面，因此可以针对曲面的欲蒸镀基材20A进行面蒸镀，通过这种方式可蒸镀不同曲率半径的基材，同样地，该蒸镀源基板11A与蒸镀材料12A搭配的形式有多种，请参阅图6至图8所示实施例，其中，图6所示该蒸镀源基板11A为平滑曲面，蒸镀材料12A也为平滑曲面，图7所示该蒸镀源基板11A为平滑曲面，蒸镀材料12A的曲面呈现粗糙表面，图8所示该蒸镀源基板11A的曲面呈现粗糙表面，蒸镀材料12A填塞于该蒸镀源基板11A的凹陷的空间中，通过改变该粗糙表面的凸点或凹点的大小、形状及排列密度，可改变蒸镀的有效区域，调整所镀薄膜的目的。
请参阅图9所示本发明面型蒸镀源系统实施例架构示意图，该面型蒸镀源系统100包括一面型蒸镀源30，该面型蒸镀源30将至少一种蒸镀材料32以涂布、喷墨或蒸镀但不限等方法披覆于一蒸镀源基板31的表面而形成，该蒸镀材料32涂布的区域(图中斜线区域)为该蒸镀材料32汽化后可涵盖该欲蒸镀基材20的区域，披覆蒸镀材料的蒸镀源基板31可为图2至图8所示包含平面、曲面、平滑面或为加工形成的粗糙表面(例如：中心粗糙度至少Ra为0.1μm～5cm)的该蒸镀源基板11、11A，同时，该蒸镀材料32除了全面或大面积披覆于该蒸镀源基板31表面外，也可以涂布、喷墨或蒸镀方式于该蒸镀源基板31形成包含点、线或面分布排列而成的图案。
图9所示实施例的特点在于，该蒸镀材料32涂布且布满该蒸镀源基板31的一面，该蒸镀源基板31具有可挠性，且该披覆有蒸镀材料32的蒸镀源基板31卷绕成卷材，该蒸镀源卷材可连接一驱动装置(图中未示出)，通过该驱动装置将该蒸镀源卷材连续送出或间歇进给式送出，在该面型蒸镀源30的相对两面分别设置一欲蒸镀基材20以及一加热器40，该欲蒸镀基材20朝向该蒸镀源基板31设有蒸镀材料32的一面，该加热器40则设置于该蒸镀源基板31未涂布蒸镀材料32的一面，以图9而言，该蒸镀材料32涂布于该蒸镀源基板31顶面，该欲蒸镀基材20设置于该面型蒸镀源30上方，且该欲蒸镀基材20其中至少有一面设置于汽化的蒸镀材料32可到达的区域内，该加热器40设置于该面型蒸镀源30下方可加热该面型蒸镀源30的区域，由该加热器40对该面型蒸镀源30加热，将面型蒸镀源30由固态转化为气态，扩散到该欲蒸镀基材20表面，通过原子或分子型态的蒸汽的层次控制蒸汽的手段，在欲蒸镀基材20表面通过成核、凝结及成长的物理机制使其形成膜。该面型蒸镀源30除了可对该欲蒸镀基材20进行面蒸镀之外，由于该面型蒸镀源30具有一定长度且可被连续送出或间歇进给式送出，因此在该欲蒸镀基材20完成蒸镀后，只要置换新的欲蒸镀基材20即可进行下一次蒸镀，如此，可实现连续蒸镀、连续生产的目的。同理，可设置多个欲蒸镀基材20搭配相对应数量的加热器40(如图10所示)，或是多个欲蒸镀基材20搭配一个大型加热器40(如图11所示)，即可同时对多个欲蒸镀基材20进行蒸镀。
综上所述，本发明提供的面型蒸镀源及其蒸镀方法与系统，将至少一种蒸镀材料，或是将多种蒸镀材料预先混合均匀后，以涂布等方式结合于一大面积蒸镀源基板上，披覆蒸镀材料的蒸镀源基板可为图1至图8所示包含平面、曲面、平滑面或为加工形成的粗糙表面的该蒸镀源基板11、11A，该蒸镀源基板11、11A所披覆蒸镀材料12、12A，除了平面外也可以涂布、喷墨或蒸镀方式涂布成包含点、线或面分布排列而成的图案。该大面积蒸镀源基板可为单片状基板，以一片一片的方式实现连续蒸镀(如图1及图5所示)，或该大面积蒸镀源基板可为单片卷绕的基板卷材，以连续或间歇进给式送入的方式实现连续蒸镀(如图9至图11所示)，可精确控制薄膜品质且可连续大面积化蒸镀，提高镀率及材料利用率，替代传统蒸镀机批次载舟的生产方式。
必须强调说明的是，物理汽相沉积(PVD)是以物理机制进行薄膜沉积，以物质的相变化形成薄膜，常见有溅镀(sputtering)及蒸镀(evaporation)等方式，本发明所提出的薄膜平面型连续式蒸镀源，由固态转化为气态，扩散到欲蒸镀基材表面，通过原子或分子的层次控制蒸汽在表面成核、凝结及成长使其形成膜，可以得到传统镀膜技术(例如涂布及喷墨等方式)所无法得到的均匀性、纳米尺度等具有特殊构造及功能的薄膜，因此适用于精度要求严格的半导体及光电产业，相比较于传统涂布及喷墨镀膜方式，本案所提出的蒸镀技术与应用领域均具有较先进的技术层次。
以上所述的仅为本发明的实施例而已，当不能以之限定本发明所实施的范围。即大凡依本发明权利要求所作的均等变化与修饰，皆应仍属于本发明专利涵盖的范围内，谨请贵审查委员明鉴，并祈惠准，是所至祷。
Claims (20)
1.一种面型蒸镀方法，包含：
利用一面型蒸镀源对至少一欲蒸镀基材进行面型蒸镀，该面型蒸镀源包括一蒸镀源基板，该蒸镀源基板具有至少一表面，在该蒸镀源基板至少一表面上披覆蒸镀材料，其中，该蒸镀源基板的表面是由多个凸点或凹点构成的粗糙表面，且该蒸镀材料的凸点和凹点为尖锥形；以及
对该面型蒸镀源加热，使该蒸镀材料蒸镀于该欲蒸镀基材表面，在该欲蒸镀基材表面形成蒸镀膜。
2.如权利要求1所述的面型蒸镀方法，其中该基材所披覆蒸镀材料的区域为汽化后的区域涵盖多个该欲蒸镀基材。
3.如权利要求1所述的面型蒸镀方法，其中该蒸镀源基板所披覆蒸镀材料的区域包含点、线或面分布排列而成。
4.如权利要求1所述的面型蒸镀方法，其中该蒸镀源基板为一具有可挠性的材质。
5.如权利要求4所述的面型蒸镀方法，其中该披覆有蒸镀材料的蒸镀源基板卷绕形成一面型蒸镀源卷材，该面型蒸镀源卷材设置于一驱动装置，该驱动装置用以将该面型蒸镀源卷材连续送出或间歇式进给送出，以进行连续蒸镀。
6.如权利要求1所述的面型蒸镀方法，其中该蒸镀材料为至少一种蒸镀物质组成。
7.一种面型蒸镀源，用以对至少一欲蒸镀基材进行蒸镀，该面型蒸镀源包含：
蒸镀源基板，该蒸镀源基板具有至少一表面；
至少一蒸镀材料，披覆于该蒸镀源基板至少一表面上，该蒸镀材料分布的区域为该蒸镀材料汽化后涵盖该欲蒸镀基材的区域，其中，该蒸镀源基板的表面是由多个凸点或凹点构成的粗糙表面，且该蒸镀材料的凸点和凹点为尖锥形。
8.如权利要求7所述面型蒸镀源，其中该基材所披覆蒸镀材料的区域为汽化后的区域涵盖多个该欲蒸镀基材。
9.如权利要求7所述的面型蒸镀源，其中该蒸镀源基板所披覆蒸镀材料的区域包含点、线或面分布排列而成。
10.如权利要求7所述的面型蒸镀源，其中该蒸镀源基板为一具有可挠性的材质。
11.如权利要求10所述的面型蒸镀源，其中该披覆有蒸镀材料的蒸镀源基板卷绕形成一面型蒸镀源卷材。
12.如权利要求11所述的面型蒸镀源，其中该面型蒸镀源卷材设置于一驱动装置，该驱动装置用以将该面型蒸镀源卷材连续送出或间歇式进给送出。
13.如权利要求7所述的面型蒸镀源，其中该蒸镀材料由至少一种蒸镀物质组成。
14.一种面型蒸镀系统，包含：
曲面型蒸镀源，由一蒸镀源基板以及至少一蒸镀材料构成，该蒸镀材料披覆于该蒸镀源基板的至少其中一表面，且该蒸镀材料分布的区域为蒸镀材料汽化后涵盖欲蒸镀基材的区域；以及
加热器，设置于可加热该面型蒸镀源的区域，由该加热器对该面型蒸镀源加热，将面型蒸镀源由固态转化为气态，扩散到欲蒸镀基材表面，通过表面成核、凝结及成长机制使其形成膜，其中，该蒸镀源基板的表面是由多个凸点或凹点构成的粗糙表面，且该蒸镀材料的凸点和凹点为尖锥形。
15.如权利要求14所述的面型蒸镀系统，其中该蒸镀源基板设置蒸镀材料的区域为该蒸镀材料汽化后涵盖多个该欲蒸镀基材的区域。
16.如权利要求14所述的面型蒸镀系统，其中该蒸镀源基板所披覆蒸镀材料的区域包含点、线或面分布排列而成。
17.如权利要求14所述的面型蒸镀系统，其中该基材为一可挠性材质。
18.如权利要求14所述的面型蒸镀系统，其中该设置有蒸镀材料的蒸镀源基板卷绕成一面型蒸镀源卷材。
19.如权利要求18所述的面型蒸镀系统，其中该面型蒸镀源卷材设置于一驱动装置，该驱动装置用以将该面型蒸镀源卷材连续或间歇进给送出。
20.如权利要求14所述的面型蒸镀系统，其中该蒸镀材料为至少一种蒸镀物质组成。
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