CN104099571A - 蒸发源组件和薄膜沉积装置和薄膜沉积方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种蒸发源组件，用于向一基板上蒸镀薄膜，该蒸发源组件包括：本体，该本体包括包围一空腔的顶部构件、底部构件及侧壁，该底部构件设置有与该空腔连通的多个输入口；多个喷嘴，设置于该顶部构件上并与该空腔连通；多个蒸发器，每个蒸发器设置于该本体下方且对应一个输入口，每个该蒸发器包括开口部，该蒸发器通过该开口部与相应的输入口连通，该蒸发器用于容置并蒸发待蒸镀材料；多个连接管，用于分别连接该蒸发器的开口部与该本体的输入口，该连接管为上宽下窄的锥形管，用以加速蒸镀材料的蒸气在本体间的气氛平衡。本发明还提供一种薄膜沉积装置及薄膜沉积方法。

Description

蒸发源组件和薄膜沉积装置和薄膜沉积方法

技术领域

本发明涉及发光二极管领域，尤其涉及一种用于制作有机发光二极管的蒸发源组件和薄膜沉积装置和薄膜沉积方法。

背景技术

目前OLED组件制作上仍以热蒸镀为主，而不论是蒸镀源制作商或是用户都致力于蒸发源性能的提升，希望提高材料利用率，降低材料成本，并提升OLED组件的性能，例如蒸镀薄膜厚度均匀性等。

现有用于热蒸镀工艺的蒸发源种类主要包括点蒸发源、集群式线蒸发源、单点线性蒸发源和面蒸发源。其中点蒸发源包括一个放置蒸镀材料的坩埚，基板设于坩埚上方。使用该点蒸发源蒸镀薄膜时，材料利用率低，一般不足10%；薄膜均匀性差，一般均匀度小于10%，膜均匀度计算公式：（最大膜厚-最小膜厚）/（最大膜厚+最小膜厚）。集群式线蒸发源包括至少两个平行排列的长槽形坩埚，不同材料分别平铺于各长槽形坩埚的埚底，使用该集群式线蒸发源蒸镀薄膜，虽然膜均匀性好（小于5%），但材料利用率低（10%-20%）。面蒸发源包括面积与蒸镀目标面积相同或更大的本体蒸镀薄膜。使用该面蒸发源蒸镀薄膜，材料利用率好（大于40%），但薄膜均匀性不稳定（小于10%）。

如图1所示，传统的单点线型蒸发源包括长条形本体10，本体10内具有腔室，本体10顶部设置若干喷嘴12，本体10底部中央位置连通坩埚20。当向一基板30蒸镀薄膜时，坩埚20被加热装置（图中未示出）加热，坩埚20内的蒸镀材料受热而气化成蒸气进入本体10的腔室，经喷嘴12喷向基板30，在基板30的下表面镀上一层薄膜。

传统的单点线性蒸发源中，由于本体10呈长条形，坩埚20连接于本体10底部中央位置，因此进入腔室内的蒸气在邻近坩埚20的中央位置浓度较大，而在远离坩埚20中央的两侧位置浓度较小。即腔室内的饱和蒸气压不平衡，从而造成镀在基板30上的薄膜厚度不均匀，特别是基板30两侧薄膜厚度的均匀性更差。在制作大尺寸薄膜时，传统的单点线性蒸发源镀膜均匀性差的缺陷更加明显。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种蒸发源组件，用于向一基板上蒸镀薄膜，该蒸发源组件包括：本体，该本体包括包围一空腔的顶部构件、底部构件及侧壁，该底部构件设置有与该空腔连通的多个输入口；多个喷嘴，设置于该顶部构件上并与该空腔连通；多个蒸发器，每个蒸发器设置于该本体下方且对应一个输入口，每个该蒸发器包括开口部，该蒸发器通过该开口部与相应的输入口连通，该蒸发器用于容置并蒸发待蒸镀材料；多个连接管，用于分别连接该蒸发器的开口部与该本体的输入口，该连接管为上宽下窄的锥形管，用以加速蒸镀材料的蒸气在本体间的气氛平衡。

在一实施例中，该蒸发器是坩埚。

在一实施例中，该蒸发源组件是多点线性蒸发源组件，且该本体呈长条状。

在一实施例中，还包括加热装置，设置于该蒸发器的底部或四周，用于加热该蒸发器。

在一实施例中，该加热装置为独立加热装置，用以将各蒸发器加热到相同或不同的温度。

在一实施例中，设置在该本体两侧的被加热装置加热的蒸发器的温度比设置在该本体中心附近的被加热装置加热的蒸发器的温度高。

在一实施例中，该热装置为温度补偿装置。

在一实施例中，该本体的长度小于基板的长度。

在一实施例中，该本体的长度为该基板的长度的1/2～4/5。

在一实施例中，该喷嘴为独立设置于该顶部构件中的喷嘴管或为形成于该顶部构件中的通孔。

在一实施例中，该顶部构件与该侧壁为一体结构或为分体结构。

在一实施例中，位于顶部构件中部的喷嘴，其轴线与顶部构件表面的夹角θ为90度。

在一实施例中，位于该顶部构件两侧的喷嘴，其轴线与壳体表面的夹角θ小于90度且向顶部构件两侧的方向倾斜。

在一实施例中，随着远离顶部构件中部，该喷嘴的轴线与顶部构件表面的夹角θ逐渐减小。

在一实施例中，随着远离顶部构件中部，该多个喷嘴直径增大。

在一实施例中，随着远离顶部构件中部，该多个喷嘴的排列密度增大。

在一实施例中，该多个喷嘴的喷嘴口为共线排列或交错排列。

在一实施例中，该本体和连接管由白铁或钛材料制成。

在一实施例中，还包括：三通阀门，具有三个接口，第一接口连通该蒸发器，第二接口连通该本体的空腔；排气管，一端连通于该三通阀门的第三接口；集气箱，连通于该排气管的另一端部，其中当该蒸发源组件工作时，该第一接口、第二接口打开，第三接口关闭；当该蒸发源组件停止工作时，该第一接口、第二接口关闭，第三接口打开。

本发明还提供一种薄膜沉积装置，包括一真空腔室和设置于真空腔室内的如上述的蒸发源组件。

本发明还提供一种薄膜沉积方法，该方法利用上述的蒸发源组件在基板上沉积薄膜，该方法包括：加热设置于真空腔室的多个蒸发器，使容置于蒸发器的蒸镀材料蒸发，蒸镀材料的蒸气依次通过蒸发器的开口部、本体的输入口输送到本体的空腔中；控制喷嘴，使该空腔中蒸镀材料的蒸气通过喷嘴沉积到位于本体上方的基板上。

附图说明

图1为传统的单点线性蒸发源的结构示意图；

图2为本发明第一实施例中蒸发源组件的剖视示意图；

图3本发明第一实施例中一种喷嘴口分布的俯视图；

图4本发明第一实施例中另一种喷嘴口分布的俯视图；

图5为本发明第二实施例中蒸发源组件的结构示意图。

其中，附图标记说明如下：

10本体                     12喷嘴

20坩埚                     30基板

110蒸发器                  111开口部

120加热装置

130本体                    131顶部构件

132底部构件                1321输入口

133侧壁                    134空腔

140喷嘴                    141喷嘴口

150连接管                  160排气管

170集气箱                  180三通阀门

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例。应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。

实施例1：

如图2所示，本发明第一实施例提供一种蒸发源组件，其用于向一基板30上蒸镀薄膜。该蒸发源组件包括：本体130，该本体130包括包围一空腔134的顶部构件131、底部构件132及侧壁133，该底部构件132设置有与该空腔134连通的多个输入口1321；多个喷嘴140，设置于该顶部构件131上并与该空腔134连通；多个蒸发器110，每个蒸发器110设置于该本体130下方且对应于一个输入口1321，每个蒸发器110包括开口部111，该蒸发器110通过该开口部111与相应的输入口1321连通，该蒸发器110用于容置并蒸发待蒸镀材料；多个该连接管150的一端连通于蒸发器110的开口部111、另一端连通于本体130的输入口1321，即蒸发器110与本体130通过连接管150相互连通。其中，该连接管150为上宽下窄的锥形管，用以加速蒸镀材料的蒸气在本体130间的气氛平衡。具体而言，蒸发器110可为一坩埚，其内容置的待蒸镀材料可以是相同或是不同的。

该蒸发源组件可为多点线性蒸发源组件。该蒸发源组件还包括一加热装置120设置于蒸发器110的底部或四周，用以加热蒸发器110中的待蒸镀材料。加热装置120为可独立加热装置（例如为温度补偿装置），用以将各蒸发器110加热到不同的温度。例如，设置在该本体130两侧的被加热装置120加热的蒸发器110的温度比设置在该本体130中心附近的被加热装置120加热的蒸发器110的温度高。加热装置120可依据待蒸镀材料的性质选取。

本体130呈长条形，平行且间隔地设置于基板30下方，例如本体130可为两端封闭的中空管。该本体130可选用刚性好、导热好的材料，例如可由白铁（SUS304）或钛（Ti）材料制成。该顶部构件131与该侧壁133为一体结构或为分体结构。为了减小蒸发源组件的整体体积，本体130的长度可小于基板30的长度，例如本体130的长度为基板30长度的1/2～4/5。

喷嘴140为独立地设置于（例如焊接于）该顶部构件131中的喷嘴管，或喷嘴140为形成于该顶部构件131中的通孔。喷嘴140的轴线与顶部构件131的表面呈一夹角θ。其中，位于顶部构件131中部的喷嘴140，其轴线与顶部构件131表面的夹角θ为90度，即喷嘴140的轴线垂直于顶部构件131表面，用以将空腔134内的待蒸镀材料直接沉积到基板30中部。位于顶部构件131两侧的喷嘴140，其轴线与顶部构件131表面的夹角θ小于90度且向顶部构件131两侧的方向倾斜。随着远离顶部构件131中部，喷嘴140的轴线与顶部构件131表面的夹角θ逐渐减小，用以将空腔134内的待蒸镀材料沉积到基板30两侧。具体而言，对于顶部构件131中部和顶部构件131两侧的喷嘴140间夹角θ差值，与基板30和本体130的长度差值相关。即长度差值越大，夹角差值也越大，用以使基板30两侧也能有材料沉积。进一步地，随着远离顶部构件131中部，喷嘴140直径可逐渐增大、排列密度也可逐渐增大，用以提高基板30两侧的薄膜厚度均匀性。请参考图3和图4，喷嘴140上端的喷嘴口141可共线排列或交错排列，即喷嘴口141的连线呈直线形或锯齿形，用以使喷嘴140上方的蒸气压更为均衡。

连接管150由白铁（SUS304）或钛（Ti）材料制成。该连接管150可拆卸地连接于蒸发器110，以便于向蒸发器110填充蒸镀材料。

实施例2：

图5所示为本发明第二实施例所提供的蒸发源组件，其与第一实施例所提供的蒸发源组件基本相同，不同之处仅在于：该第二实施例的蒸发源组件还包括排气管160、集气箱170、三通阀门180。该三通阀门180具有三个接口，第一接口连通蒸发器110，第二接口连通本体130的空腔134，第三接口连通于排气管160的一端部，排气管160的另一端部连通集气箱170。在该第三实施例中，蒸发器110、空腔134以及排气管160能通过三通阀门180相互连通。

当蒸发源组件工作时，该三通阀门180的第一接口、第二接口打开，且第三接口关闭，使从蒸发器110出来的蒸气通入空腔134；当蒸发源组件停止工作时，该三通阀门180的第一接口、第二接口关闭，且第三接口打开，使从蒸发器110出来的蒸气经排气管160回收到集气箱170，从而避免由此产生的材料浪费。

该第二实施例的蒸发源组件的其它结构与第一实施例相同，这里不再赘述。

在本发明所提供的蒸发源组件中，空腔134的蒸气压力较平衡，加上两侧的喷嘴140的倾斜设置，使得由各个喷嘴140喷射的蒸气密度、压力较为均衡，因此在基板30上形成的薄膜厚度非常均匀，经测试，薄膜均匀度小于±3%。同时，本发明的蒸发源组件不需蒸镀时，空腔134内的蒸气可回收到集气箱170，材料使用率大于30%。

实施例3：

本发明还提供一种薄膜沉积装置，包括一真空腔室和设置于真空腔室内的实施例1或2所述的蒸发源组件。该薄膜沉积装置通过使用上述蒸发源组件，材料使用率大于30%，薄膜均匀度小于±3%。

实施例4：

本发明还提供一种薄膜沉积方法，该方法利用实施例3所述的蒸发源组件在基板30上沉积薄膜，该方法包括：

加热设置于真空腔室的多个蒸发器110，使容置于蒸发器110的蒸镀材料蒸发，蒸镀材料的蒸气依次通过蒸发器110的开口部111、本体130的输入口1321输送到本体130的空腔134中；

控制喷嘴140，使该空腔134中蒸镀材料的蒸气通过喷嘴140沉积到位于本体130上方的基板30上。

综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员应当意识到在不脱离本发明所附的权利要求所揭示的本发明的范围和精神的情况下所作的更动与润饰，均属本发明的权利要求的保护范围之内。

Claims (21)

1.一种蒸发源组件，用于向一基板上蒸镀薄膜，该蒸发源组件包括：

本体，该本体包括包围一空腔的顶部构件、底部构件及侧壁，该底部构件设置有与该空腔连通的多个输入口；

多个喷嘴，设置于该顶部构件上并与该空腔连通；

多个蒸发器，每个蒸发器设置于该本体下方且对应一个输入口，每个该蒸发器包括开口部，该蒸发器通过该开口部与相应的输入口连通，该蒸发器用于容置并蒸发待蒸镀材料；

多个连接管，用于分别连接该蒸发器的开口部与该本体的输入口，该连接管为上宽下窄的锥形管，用以加速蒸镀材料的蒸气在本体间的气氛平衡。

2.如权利要求1所述的蒸发源组件，其中，该蒸发器是坩埚。

3.如权利要求1所述的蒸发源组件，其中，该蒸发源组件是多点线性蒸发源组件，且该本体呈长条状。

4.如权利要求1所述的蒸发源组件，还包括加热装置，设置于该蒸发器的底部或四周，用于加热该蒸发器。

5.如权利要求4所述的蒸发源组件，其中，该加热装置为独立加热装置，用以将各蒸发器加热到相同或不同的温度。

6.如权利要求5所述的蒸发源组件，其中，设置在该本体两侧的被加热装置加热的蒸发器的温度比设置在该本体中心附近的被加热装置加热的蒸发器的温度高。

7.如权利要求4所述的蒸发源组件，其中，该热装置为温度补偿装置。

8.如权利要求1所述的蒸发源组件，其中，该本体的长度小于基板的长度。

9.如权利要求8所述的蒸发源组件，其中，该本体的长度为该基板的长度的1/2～4/5。

10.如权利要求1所述的蒸发源组件，其中，该喷嘴为独立设置于该顶部构件中的喷嘴管或为形成于该顶部构件中的通孔。

11.如权利要求1所述的蒸发源组件，其中，该顶部构件与该侧壁为一体结构或为分体结构。

12.如权利要求1所述的蒸发源组件，其中，位于顶部构件中部的喷嘴，其轴线与顶部构件表面的夹角θ为90度。

13.如权利要求1所述的蒸发源组件，其中，位于该顶部构件两侧的喷嘴，其轴线与壳体表面的夹角θ小于90度且向顶部构件两侧的方向倾斜。

14.如权利要求13所述的蒸发源组件，其中，随着远离顶部构件中部，该喷嘴的轴线与顶部构件表面的夹角θ逐渐减小。

15.如权利要求1所述的蒸发源组件，其中，随着远离顶部构件中部，该多个喷嘴直径增大。

16.如权利要求1所述的蒸发源组件，其中，随着远离顶部构件中部，该多个喷嘴的排列密度增大。

17.如权利要求1所述的蒸发源组件，其中，该多个喷嘴的喷嘴口为共线排列或交错排列。

18.如权利要求1所述的蒸发源组件，其中，该本体和连接管由白铁或钛材料制成。

19.如权利要求1所述的蒸发源组件，还包括：

三通阀门，具有三个接口，第一接口连通该蒸发器，第二接口连通该本体的空腔；

排气管，一端连通于该三通阀门的第三接口；

集气箱，连通于该排气管的另一端部，

其中当该蒸发源组件工作时，该第一接口、第二接口打开，第三接口关闭；当该蒸发源组件停止工作时，该第一接口、第二接口关闭，第三接口打开。

20.一种薄膜沉积装置，包括一真空腔室和设置于真空腔室内的如权利要求1至19中任一项所述的蒸发源组件。

21.一种薄膜沉积方法，该方法利用如权利要求1所述的蒸发源组件在基板上沉积薄膜，该方法包括：

加热设置于真空腔室的多个蒸发器，使容置于蒸发器的蒸镀材料蒸发，蒸镀材料的蒸气依次通过蒸发器的开口部、本体的输入口输送到本体的空腔中；

控制喷嘴，使该空腔中蒸镀材料的蒸气通过喷嘴沉积到位于本体上方的基板上。