CN104962864A - 坩埚装置和蒸镀设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种坩埚装置和蒸镀设备。其中，该坩埚装置包括：外壁、内壁及加热部件，所述加热部件设置于所述外壁的外部；所述外壁和所述内壁形成一用于容纳导热液体的腔体。通过本发明，达到了提高坩埚加热时的温度均匀性，保证了蒸镀出来的薄膜厚度均匀性高，而且可以避免蒸镀材料变性情况发生的效果。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其是涉及一种坩埚装置和蒸镀设备。
背景技术
目前，市场广泛使用的屏幕是LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)和OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)，而OLED主要应用于小尺寸面板。与LCD相比，OLED具有轻薄，低功耗，高对比度，高色域，及可以实现柔性显示等优点，是下一代显示器的发展趋势。OLED显示包括PMOLED(Passive Matrix OLED，无源矩阵有机发光二极体)显示和AMOLED(Active Matrix OLED，有源矩阵有机发光二极体)显示，其中AMOLED显示的实现方式有两种：(1)LTPS(Low Temperature Poly-silicon，低温多晶硅技术)背板+精细金属掩膜(FMM Mask)方式、(2)Oxide(氧化物)背板+WOLED+彩膜的方式，前者主要应用于小尺寸面板，例如手机和其它移动终端，后者主要应用于大尺寸面板，例如Monitor(显示器)和电视等。现在，LTPS背板+FMM Mask这一实现方式已经初步成熟，并实现了量产。
精细金属掩膜(FMM Mask)模式，是指通过蒸镀方式将OLED材料按照预定程序蒸镀到LTPS背板上，利用FMM上的图形，形成红绿蓝器件。蒸镀是在真空腔体中进行的，量产过程中，蒸发源通常使用线性蒸发源，坩埚通常使用线性坩埚。请参考图1，图1是根据现有技术的坩埚装置的侧面示意图，如图1所示，坩埚为中空结构，使用外部加热丝对其进行加热，由于加热丝容易变形，导致坩埚的温度均匀性差，整体温度均匀性有10％～20％，蒸镀出来的膜层厚度不均，并且容易引起坩埚内材料变性等问题。
然而，针对上述技术缺陷，现有技术并没有提供一种有效的解决方案。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种温度均匀性好、能够使蒸镀出来的薄膜厚度均匀、且不会造成坩埚内材料变性用于蒸镀的坩埚装置和蒸镀设备。
为了达到上述目的，本发明提供了一种坩埚装置和蒸镀设备。
根据本发明的一个方面，提供了一种坩埚装置，包括：外壁、内壁及加热部件，所述加热部件设置于所述外壁的外部；所述外壁和所述内壁形成一用于容纳导热液体的腔体。
优选地，所述外壁和所述内壁的材料均为钛。
优选地，所述外壁的侧壁上设置有一用于向所述腔体中注入所述导热液体的液体注入管。
优选地，所述液体注入管的顶部开口位置高于所述侧壁的最高位置。
优选地，所述液体注入管上设置有冷却部件，用于对所述液体注入管进行冷却，使得蒸发到所述液体注入管处的气态导热液体冷却为液态导热液体并回流到所述腔体中。
优选地，所述液体注入管上设置有一温度控制器，用于对所述液体注入管的温度进行实时监控，并将得到的实时温度反馈到所述冷却部件，使得所述冷却部件根据所述实时温度与温度阈值的差值调整对所述液体注入管的冷却操作。
优选地，所述液体注入管的顶部开口处设置有一密封盖，用于形成对所述液体注入管的密封，当所述导热液体通过所述液体注入管注入所述腔体后，通过所述液体注入管向所述腔体中除注入的导热液体之外的剩余空间充入惰性气体，或将所述剩余空间抽成真空后，使用所述密封盖对所述液体注入管进行密封。
优选地，所述液体注入管的材料为钛。
优选地，所述导热液体包括：导热油。
优选地，所述坩埚装置的形状为长方体。
根据本发明的另一个方面，提供了一种蒸镀设备，该蒸镀设备包括上述坩埚装置。
与现有技术相比，本发明所述的坩埚装置和蒸镀设备，在坩埚内外壁间填充导热油，导热油在加热丝加热过程中能够快速将热量进行均匀地传导给坩埚内壁，使坩埚内壁均匀受热，蒸镀材料添加于坩埚内后得到均匀受热后进行蒸发，导热油加热均匀能够维持材料温度均匀，这样就保证了整体的温度均匀性，大大提高了坩埚加热时的温度均匀性，从而能够保证蒸镀出来的薄膜厚度均匀性高的效果，而且可以避免蒸镀材料变性情况的发生。
附图说明
图1是根据现有技术的坩埚装置的侧面示意图；
图2是根据本发明实施例的坩埚装置的侧面示意图；
图3是根据本发明实施例的坩埚装置的俯视示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下将要详细介绍实施例，主要通过改变坩埚壁的结构，将导热液体(例如导热油)填充于坩埚外壁(可以简称外壁)和坩埚内壁(可以简称内壁)之间的腔体中，依然采用加热丝加热方式对坩埚(实际中可以对目前使用效果较好的线性坩埚，也即形状为长方体的坩埚)进行加热，由于坩埚壁内存在导热油使得坩埚受热温度均一(温度均匀性可以小于10％)，从而有效避免蒸镀出来的膜层厚度不均，材料蒸发不均匀，材料变性等问题。
为了便于理解，请同时参考图2和图3，以下为了描述方便，不再单独针对每一个部件或结构结合附图进行说明。
本实施例提供了一种坩埚装置。该坩埚装置可以包括：外壁、内壁及加热部件，所述加热部件设置于所述外壁的外部；所述外壁和所述内壁形成一用于容纳导热液体的腔体。
在目前使用的坩埚中，坩埚外壁和坩埚内壁之间形成的腔体多为空心，而加热丝是外置在坩埚外壁的外表面的，即便加热丝以缠绕方式设置的很均匀，但相对于加热丝与坩埚外壁距离较近的区域，坩埚外壁距离加热丝较远的区域的温度仍然是较低的，这导致整个坩埚外壁的温度很不均匀，而腔体内的气体传到热量的能力是比较低的，导致坩埚内壁也是温度不均。
而且，加热丝在加热过程中是很容易变形的，随使用时间的推移加热丝变形更加严重，导致加热丝与坩埚间距离不等，坩埚各部温度差异变得更大，从而影响了整个蒸发源的蒸发均匀性，并且如果坩埚内壁(也可称之为蒸发槽)中的蒸镀材料的热稳定性不是特别好的话，那么坩埚受热特别集中的位置的温度是过高的，这样一来，极易容易导致材料由于温度过高而发生变性。
因此，本实施例将导热液体置于内外壁形成的腔体内，这样就可以利用导热液体的导热均匀性好的特点，提高坩埚的加热均匀性。当然，在实际应用中，可以供选择的导热液体有多种，对此本实施例中并不作出限定。
现有技术中很多蒸镀用的坩埚多使用Cu金属作为坩埚内壁的材料，但是由于Cu的稳定性并不高，例如其抗氧化性、抗酸碱性能力较差，因此Cu制的内壁容易形成对蒸镀材料的不良影响。
基于此，本发明实施例中，对能够制作坩埚内外壁的金属材料进行了实验和优选，最终确定使用金属钛(Ti)作为所述外壁和所述内壁的制作材料，也就是说，整个坩埚都可以采用Ti来制作完成。
由于Ti材质硬度较大，因此可以保证坩埚强度，并且在高温下不会发生变形；Ti的另一个显著特点是耐腐蚀性强，这是由于Ti对氧的亲合力特别大，能在其表面上生成一层致密的氧化膜，可保护Ti不受介质腐蚀。另外，Ti在酸性、碱性、中性盐水溶液中和氧化性介质中具有很好的稳定性，比现有的不锈钢和其它有色金属的耐腐蚀性都好。
所述外壁和所述内壁形成的所述腔体是用于容纳导热液体的，导热液体的注入方式可以有不同选择：例如，(1)可以在制作坩埚时，一次性地将导热液体注入所述腔体中，并封闭所述腔体使所述外壁完整而无开口，当然，这样制作的坩埚使用寿命是比较短的，这是因为导热液体也是有寿命的，随着导热液体的使用时间的变长，其性质必然会发生变化从而导致导热均匀性变差，此时却无法更换，那么只能更换整个坩埚了，这样每过一段时间就需要更换上述坩埚装置，从而加大了蒸镀成本；(2)可以考虑在制作坩埚时，在坩埚的所述外壁上设置一个开口，用于在导热液体发生变质而导热均匀性变差的时候，更换变质的导热液体。可以看出，后者具有成本较低，方便更换导热液体方便的优势，更符合实际应用需求。
因此，在本实施例中，可以优选方式(2)，在所述外壁的侧壁上可以设置有一用于向所述腔体中注入所述导热液体的液体注入管(即图2和图3中的进油管)。需要说明的是，虽然这里称为液体注入管，但也可以通过液体注入管灵活注入或导出腔体内部的导热液体，例如，将使用时间较长导热效果不好的导热液体导出。
为了更加方便地通过所述液体注入管注入导热液体或导出导热液体，所述液体注入管的顶部开口位置高于所述侧壁的最高位置(请参考图2或图3)。这样一来，在进行导热液体的注入时，只需在重力作用下就可以轻易地注入导热液体了。
在实际应用中，使用坩埚对蒸镀材料(例如很多种的有机材料)进行加热时，为了保证蒸镀材料不变性且能够达到较好的蒸镀效果，非常有必要对其温度进行适时调节。而最好的方式，是通过降低导热液体的温度来实现。
而且，由于所述加热丝的持续加热，所述腔体内的导热液体逐渐吸取越来越多的热量，虽然在选取导热液体时一定会选择沸点比蒸镀材料(例如很多种的有机材料)的沸点要高，但是导热液体必然也会有少量从液态变成气态，这也会增大腔体内部的压强。
因此，为了及时降低导热液体的温度，也为了保证使用安全，在本实施例中，所述液体注入管上还可以设置有冷却部件(请参考图2或图3，即其中的冷却装置)，用于对所述液体注入管进行冷却，使得蒸发到所述液体注入管处的气态导热液体冷却为液态导热液体并回流到所述腔体中。
为了精准掌握导热液体的温度以达到方便使用上述冷却部件进行温度调节，所述液体注入管上还可以设置有一温度控制器(即TC，请参考图2或图3)，用于对所述液体注入管的温度进行实时监控，并将得到的实时温度反馈到所述冷却部件，使得所述冷却部件根据所述实时温度与温度阈值的差值调整对所述液体注入管的冷却操作。
通过这样的手段，就可以实时监控液体注入管的温度，以方便调整冷却部件的冷却效果，例如温度过高时，提高冷却部件内部的冷却气流或冷却液体的流动速度等。
在本实施例中，所述液体注入管的顶部开口处设置有一密封盖，用于形成对所述液体注入管的密封，当所述导热液体通过所述液体注入管注满所述腔体后，可以在密封条件下，通过所述液体注入管从所述腔体中抽出预定体积的所述导热液体，此时在所述腔体中剩余导热液体上方就会形成一个真空空间。由于在实际蒸镀工艺工程中，蒸镀材料通常不会装满整个坩埚内壁形成的容纳空间，例如实际工艺中可以只装三分之二的蒸镀材料，因此在腔体中注满所述导热液体后，可以抽出一部分所述导热液体，这样可以节省成本。当然，在形成上述真空空间之后，还可以向该真空空间充入惰性气体，最后就可以使用所述密封盖对所述液体注入管进行密封了。
在本实施例中，所述液体注入管的材料可以为钛，当然，在保证使用效果的或方便工艺生产的情况下，也可以使用别的材料。
在本实施例中，所述导热液体可以包括：导热油。本实施例将导热油作为最优选的导热液体是经过优选操作的，相较于其它的导热液体，导热油具有以下优势：
导热油是一种热量的传递介质，由于其具有加热均匀，控温准确，能在低蒸汽压下产生高温，传热效果好，节能，输送和操作方便等特点，近年来被广泛应用于各大领域。据研究发现，新型高温纳米导热油在传热介质中具有热稳定性好、传热速度快，最高使用温度高(高达500℃，其沸点大于520℃)，寿命长等优点。因此，采用导热油作为上述导热液体来加热坩埚，不仅能够有效改善坩埚受热温度均匀性，还能够实现快速调节坩埚加热温度，进而快速调节蒸镀速率，利于蒸镀膜厚的稳定性。
以下结合表1和表2对实际工艺中能够选取使用的导热油进行举例说明(其中，表1和表2来自最新的专利技术文献)，该专利技术文献的导热油使用效果比较好，以此对该种导热油进行适当介绍：
表1、二苄基甲苯型高温纳米导热油配方以及各组分用量列表
表2、导热油的各项性能指标对比列表
需要注意的是，设定X1导热油的导热系数为1，其他导热油相对于X1导热油的导热系数的相对值。导热油各组分重量份配比为：二苄基甲苯导热油88～99.9份；改性纳米粒子0.05～10份；减阻剂0.001～0.5份，其中，纳米粒子为金属、金属氧化物、非金属和/或非金属氧化物，分散剂与纳米粒子的重量比为1：0.05-0.30。
由于最新研究中导热油最高使用温度为500℃，此温度范围已经包含了制作OLED器件的有机材料加热温度(小于350℃，通常为100℃-200℃)。为了便于及时掌握坩埚外壁的各个区域的温度，如图2或图3所示，还可以在坩埚外壁上设置多个温度控制器(TC)进行实施监控，TC的设置位置可以根据实际情况进行合理性安置。
在上述腔体(即图2和图3中所示出的坩埚外壁和坩埚内壁之间的夹层)中填充的导热油能够快速传热，使坩埚内壁均匀受热，从而保证了整个坩埚壁的温度均匀性。因为坩埚内壁中的材料(即蒸镀材料)的添加量体积通常小于2/3坩埚体积，所以夹层内注入导热油后可以处理成真空或填充高纯惰性气体，确保无空气存在于内外壁夹层内，保证导热油使用安全性。此外，以坩埚壁以密封性良好为前提。关于这点，上述内容中也已经提及。
在实际应用中，冷却部件采用的冷却方式可以是水冷，气冷或其它冷却方式，通过调节气流速度或流体量，初始温度进行恒温冷却，使回流液体的温度与坩埚内导热油温度接近相同。
在本实施例中，所述坩埚装置的形状为长方体(也即目前蒸镀效果较好的线性坩埚)。当然，这种改进并不局限于此。
本实施例提供的坩埚装置，与传统工艺制作的坩埚相比，可以有效改善坩埚的温度均匀性，避免加热丝变形导致坩埚受热温度不均，直接导致材料蒸发不均匀，材料变性等问题。
在上述坩埚装置的基础上，本实施例还提供了一种蒸镀设备，该蒸镀设备包括上述坩埚装置。由于改进同样在于坩埚装置本身，此处不再以结合附图的方式进行详细说明。
本发明实施例，对传统的坩埚结构进行了改进，采用外壁和内壁夹层结构，夹层内填充导热油等导热均匀性好的导热液体，能够实现快速均匀的导热效果，外壁和内壁采用钛材质保证了坩埚强度，在高温下不易变形，从而保证了整个坩埚壁的温度均匀性。以这样的方式，保证整个坩埚壁的温度均匀性，使得蒸镀材料受热均匀，保证蒸镀均匀性同时也避免了蒸镀材料变性的发生。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种坩埚装置，其特征在于，包括：
外壁、内壁及加热部件，所述加热部件设置于所述外壁的外部；
所述外壁和所述内壁形成一用于容纳导热液体的腔体。
2.根据权利要求1所述的坩埚装置，其特征在于，所述外壁和所述内壁的材料均为钛。
3.根据权利要求1所述的坩埚装置，其特征在于，所述外壁的侧壁上设置有一用于向所述腔体中注入所述导热液体的液体注入管。
4.根据权利要求3所述的坩埚装置，其特征在于，所述液体注入管的顶部开口位置高于所述侧壁的最高位置。
5.根据权利要求4所述的坩埚装置，其特征在于，所述液体注入管上设置有冷却部件，用于对所述液体注入管进行冷却，使得蒸发到所述液体注入管处的气态导热液体冷却为液态导热液体并回流到所述腔体中。
6.根据权利要求5所述的坩埚装置，其特征在于，所述液体注入管上设置有一温度控制器，用于对所述液体注入管的温度进行实时监控，并将得到的实时温度反馈到所述冷却部件，使得所述冷却部件根据所述实时温度与温度阈值的差值调整对所述液体注入管的冷却操作。
7.根据权利要求3所述的坩埚装置，其特征在于，所述液体注入管的顶部开口处设置有一密封盖，用于形成对所述液体注入管的密封，当所述导热液体通过所述液体注入管注满所述腔体后，在密封条件下通过所述液体注入管从所述腔体中抽出预定体积的所述导热液体，在剩余的所述导热液体上方形成真空空间，或再向所述真空空间充入惰性气体，并使用所述密封盖对所述液体注入管进行密封。
8.根据权利要求3所述的坩埚装置，其特征在于，所述液体注入管的材料为钛。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的坩埚装置，其特征在于，所述导热液体包括：导热油。
10.一种蒸镀设备，其特征在于，包括：权利要求1至9中任一项所述的坩埚装置。
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