CN110592538B - 一种蒸镀装置、蒸发源及喷嘴 - Google Patents

Abstract

一种蒸镀装置、蒸发源及喷嘴，涉及蒸镀装置技术领域，所述喷嘴包括喷嘴本体，所述喷嘴本体具有用于供蒸发气体喷出的出口端面，所述出口端面与所述喷嘴本体的垂直于其中心轴线的横截面之间具有一定夹角。所述蒸发源包括坩埚和设置在所述坩埚上的一组呈直线排布的喷嘴，一组喷嘴包括多个斜喷嘴，一组喷嘴中的各斜喷嘴的出口端面均朝向背离一组喷嘴的中心位置的方向。本申请实施例的蒸发源可以减少蒸镀过程中由于掩模板的存在而导致的成膜阴影。

Description

一种蒸镀装置、蒸发源及喷嘴

技术领域

本申请涉及蒸镀装置技术领域，具体涉及一种蒸镀装置、蒸发源及喷嘴。

背景技术

在基板上形成OLED(有机发光二极管)器件通常采用蒸镀工艺，其是指在一定的真空条件下加热蒸镀材料，使蒸镀材料熔化(或升华)成原子、分子或原子团组成的蒸汽，然后凝结在基板表面成膜，从而形成OLED器件的功能层。

蒸镀工艺按照蒸镀源(蒸镀材料的加热装置)的类型可分为点源蒸镀和线源蒸镀。对于线源蒸镀而言，材料经过加热后，从坩埚喷嘴喷出，在基板上沉积后形成膜层。线性蒸镀源是目前蒸镀工艺中最重要的设备，喷嘴的机械结构设计和线性排布是线性蒸镀源设备中最核心的技术，也是一台蒸镀源设备能否应用于实践的关键。

线性蒸镀源主要由以下部分组成：长方体的腔体、加热丝、测温仪、坩埚、喷嘴和顶部隔热板。蒸镀时，通过蒸镀源加热丝对坩埚内部的材料进行加热，熔融型的材料由固体转化成液体，最后形成气体分子从喷嘴口喷出后，通过定位的掩膜板沉积到基板上而形成特定形状的薄膜。在坩埚内部气压稳定前提下，成膜的均匀性取决于喷嘴的机械结构设计和喷嘴的线性排布，喷嘴喷出的材料在空间中满足克努森分布，基板上任意一点的膜厚为所有线性排布的喷嘴对其膜厚贡献的累加。

在蒸镀时，由于掩膜板的存在会导致成膜阴影(shadow)。减小成膜阴影可以最大程度地缩减两像素点之间的预留宽度，减弱或消除由于两像素阴影重合引起的混色不良，同时，减小成膜阴影还可以使得单位面积内的像素点增加，从而提高产品的像素质量。

目前的蒸镀设备受其喷嘴结构及喷嘴排布的限制，在减小成膜阴影的同时，会造成成膜均匀性变差等问题，因此亟待提出一种蒸镀设备，在减小成膜阴影的同时，避免出现其它不良。

发明内容

本申请的目的是提供一种蒸镀装置、蒸发源及喷嘴，可以减少蒸镀过程中由于掩模板的存在而导致的成膜阴影。

本申请的一实施例提供一种蒸发源的喷嘴，所述喷嘴包括喷嘴本体，所述喷嘴本体具有用于供蒸发气体喷出的出口端面，所述出口端面与所述喷嘴本体的垂直于其中心轴线的横截面之间具有一定夹角。

可选地，所述夹角的大小为0＜φ≤45°。

可选地，所述横截面为圆形，所述喷嘴本体的内径为11.0mm-12mm，所述出口端面的中心到所述喷嘴本体的底部之间的垂直距离为30mm-35mm。

本申请的另一实施例提供一种蒸发源，包括坩埚和设置在所述坩埚上的一组呈直线排布的喷嘴，一组喷嘴包括多个斜喷嘴，所述斜喷嘴采用任一所述的喷嘴，一组喷嘴中的各斜喷嘴的出口端面均朝向背离一组喷嘴的中心位置的方向。

可选地，一组喷嘴中还包括至少一个直喷嘴，所述直喷嘴的出口端面与其喷嘴本体的中心轴线相垂直，一组喷嘴中靠近两端的喷嘴为斜喷嘴，中间的喷嘴为直喷嘴。

可选地，一组喷嘴中自端部的一个斜喷嘴向一组喷嘴的中心位置方向，斜喷嘴的出口端面与其喷嘴本体的垂直于其中心轴线的横截面之间的夹角逐渐变小。

可选地，一组喷嘴中各喷嘴的外径相同，相邻两个喷嘴的间距大于等于喷嘴的外径小于等于80mm。

可选地，一组喷嘴中的各喷嘴均竖直设置在所述坩埚上，各喷嘴的喷嘴本体的横截面为圆形。

可选地，一组喷嘴中的各喷嘴关于一组喷嘴的中心位置呈对称排布。

可选地，所述直喷嘴的数目小于等于8。

本申请的又一实施例提供一种蒸镀装置，包括任一所述的蒸发源。

有益效果：

将蒸发源的喷嘴设置为斜喷嘴，即斜喷嘴的出口端面与其喷嘴本体的垂直于其中心轴线的横截面之间具有一定夹角，而直喷嘴的此夹角为零。这样，相较于直喷嘴的蒸发源，采用斜喷嘴的蒸发源可不必通过缩短NTN值(即线性蒸发源的最左端喷嘴到最右端喷嘴的距离)来减少蒸镀过程中由于掩模板的存在而导致的成膜阴影，从而不会影响蒸镀膜层厚度的均一性，不会造成局部蒸镀材料的变形等不良问题。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为本申请一实施例的斜喷嘴的结构示意图；

图2a为传统采用直喷嘴的蒸发源在改进前形成成膜阴影的示意图；

图2b为图2a的蒸发源为减少成膜阴影在缩短NTN值后的示意图；

图3为本申请一实施例的含有斜喷嘴的蒸发源在实际应用中可减少成膜阴影的原理示意图；

图4为传统采用直喷嘴的蒸发源在实际应用中为解决边界效应的原理示意图；

图5为本申请一实施例的含有斜喷嘴的蒸发源在实际应用中可解决边界效应的原理示意图；

图6为本申请一实施例的含有斜喷嘴的蒸发源的结构示意图；

图7为从图1的斜喷嘴喷出的蒸镀材料在衬底上各位置的沉积量的原理图；

图8为出口端面为不同倾斜角度的喷嘴在衬底上所形成的蒸镀膜层的位置偏移情况；

附图标记为：1、坩埚，2、斜喷嘴，21、喷嘴本体，211、斜喷嘴的出口端面，3、蒸镀膜层，4、衬底，5、直喷嘴，511、直喷嘴的出口端面，6、掩膜板。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本申请的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。

一般地，蒸发源喷嘴的设计中主要考虑两个方面：一.蒸镀膜层厚度的均一性，其主要由喷嘴的机械结构设计和喷嘴的线性排布决定。二：在蒸镀时，由于掩模板的存在导致的成膜阴影(shadow)，减少成膜阴影也是喷嘴机械结构设计需要考虑的重要方面。

在蒸镀时，由于掩模板的存在而导致的成膜阴影(shadow)是所有喷嘴的设计中需要去避免的主要方面，减弱成膜阴影可以最大程度地缩减两像素点之间的预留宽度，减弱或消除由于两像素成膜阴影重合引起的混色不良，同时由于为成膜阴影预留宽度的减小，可以使得单位面积内的像素点增加，从而提高产品的像素质量。参见图2a和图2b，传统的蒸发源包括坩埚1和设置在坩埚1上的直喷嘴5，在镀膜时，从直喷嘴5喷射出的蒸镀材料经过掩模板6上的开孔后沉积在衬底4上，并形成蒸镀膜层3，产生的成膜阴影区域的宽度为X。为减小成膜阴影区域的宽度X值，其方法是：缩短线性喷嘴排布的NTN值(NTN值为最左边喷嘴到最右边喷嘴的距离)，即将图2a中的NTN1缩短为图2b中的NTN2，但这种方式的缺点会导致边缘的喷嘴的整体的开口率(即图2b中虚线框的两区域A处的开口率)降低，整体影响坩埚1边缘内的内压稳定，造成成膜的均匀性变差，同时由于开口率减小会造成相同速率下，蒸镀材料蒸发到衬底4的初动能增大，导致局部材料的温度升高，容易引起蒸镀材料的变形，造成产品不良。

如图1所示，本实施例提供一种蒸发源的喷嘴，即图1中的斜喷嘴2，所述喷嘴2包括喷嘴本体21，所述喷嘴本体21具有用于供蒸发气体喷出的出口端面211，所述出口端面211与所述喷嘴本体21的垂直于其中心轴线的横截面之间具有一定夹角φ。

本实施例中，所述喷嘴2用于设置在所述蒸发源的坩埚1上，并用于供所述坩埚1内的蒸发气体(即蒸镀材料)喷出。其中，所述夹角φ的大小可以为0＜φ≤45°。

本实施例的蒸发源的喷嘴2，喷嘴本体21的出口端面211与喷嘴本体21的垂直于其中心轴线的横截面之间具有一定夹角φ，即，将喷嘴本体21的出口端面211倾斜设置。这样，含有本实施例的斜喷嘴2的蒸发源，在实际应用中可减小上述的成膜阴影，从而提高产品的像素质量。参见图3，由于本实施例的喷嘴2的出口端面211倾斜设置，则在镀膜过程中，喷嘴2的出口端面211相对待镀膜的衬底4的蒸镀面呈倾斜状，相较于图2的直喷嘴5而言，可在不缩短NTN值的前提下减少成膜阴影区域的宽度X值，从而可以最大程度地缩减两像素点之间的预留宽度，为增加单位面积内的像素点数量提供了可能，还可改善OLED器件的混色不良，为设计更高像素产品提供蒸镀设备基础。并且，在产品尺寸和两像素点的距离已知的情况下，可通过计算得到喷嘴2的出口端面211的倾斜角φ的大小，从而确定喷嘴的机械结构设计。

此外，本实施例的蒸发源的喷嘴2，通过在坩埚1上合理排布本实施例的斜喷嘴，可以解决蒸镀过程中线性蒸镀源固有的边界效应问题，同时可明显提高蒸镀材料利用率，节约蒸镀材料。

在喷嘴结构设计中，喷嘴的内径，高度、喷嘴的倾斜方式和倾斜角是主要的设计参数，喷嘴的内径和高度会决定单喷嘴喷出的材料在空间中克努森分布的N值参数，一般地N值的范围应满足在3-5之间，这样的限制就需要在实际设计中需要根据实验的测试得到合适的喷嘴孔径和高度。为使得克努森分布方程中的N值满足理论设计最优值，即3.5～5.0，本实施例中，参见图1，所述喷嘴本体21的垂直于其中心轴线的横截面为圆形，所述喷嘴本体21的内径为11.0mm-12mm，高度H为30mm-35mm。其中，高度H是指出口端面211的中心到喷嘴本体21的底部之间的垂直距离，也即，喷嘴本体21的中心轴线自喷嘴本体21的底部至喷嘴本体21的出口端面211之间的距离。

参见图6，本申请的另一实施例提供一种蒸发源，包括坩埚1和设置在所述坩埚1上的一组呈直线排布的喷嘴，一组喷嘴包括多个斜喷嘴2，所述斜喷嘴2采用上述实施例图1的喷嘴2(喷嘴2的出口端面211与喷嘴本体21的垂直于其中心轴线的横截面之间具有所述夹角φ)，一组喷嘴中的各斜喷嘴2的出口端面211均朝向背离一组喷嘴的中心位置的方向。

本实施例的蒸发源，采用斜喷嘴2，可减小成膜阴影，从而提高产品的像素质量(可参见上述实施例的说明)。此外，各斜喷嘴2的出口端面211均朝向背离一组喷嘴的中心位置的方向，可以有效解决蒸镀过程中线性蒸镀源固有的边界效应问题，同时相比于传统的直喷嘴设计可明显提高蒸镀材料的利用率，节约蒸镀材料。

线性蒸镀源的喷嘴在衬底上的成膜是多个喷嘴喷发出的材料在衬底上累加的结果，在衬底的边缘位置，由于在其一边不会有喷嘴与其他喷嘴叠加，会导致边缘的膜厚偏薄，称为边界效应。参见图4，图4为传统采用直喷嘴的蒸发源在实际应用中为解决边界效应的原理示意图。如图4所示，传统的蒸发源包括坩埚1和设置在坩埚1上的直喷嘴5，在镀膜时，从直喷嘴5喷射出的蒸镀材料沉积在衬底4上。传统的蒸镀源解决边界效应的方法是：增加NTN值。这样，会有部分喷嘴5没有在衬底4的正下方，造成蒸镀材料的浪费(图4中的两个虚线框的区域会落入较多的蒸镀材料而造成浪费)。

参见图7和图1，图7为从本实施例的蒸发源的斜喷嘴2喷出的蒸镀材料在衬底4上各位置的沉积量的原理分析图。图7中，定义喷嘴2的出口端面211与喷嘴2的中心轴线的交点为喷嘴出口的中心O，衬底4的蒸镀面上任意一点为P；TS代表O至衬底4的蒸镀面的垂直距离；θ代表P、O的连线与衬底法线之间的夹角；M代表O到经过P点的衬底法线的垂直距离；Φ代表喷嘴2的出口端面211与喷嘴本体21的垂直于其中心轴线的横截面之间的夹角(可参见图1)。衬底4的蒸镀面上任意一点P处的蒸镀材料沉积量T(T可理解为P点蒸镀膜层的厚度，也可理解为P点蒸镀材料的沉积速率)满足以下关系：

其中，T0为常数；N为参数值；

参见图7，本实施例的斜喷嘴2的材料喷发区域在出口端面m与衬底4的蒸镀面之间，但是由于出口端面m到斜面n之间的材料量极少，所以喷嘴2的材料沉积区域可认为在两斜面n与衬底4的蒸镀面之间。出口端面m到斜面n之间的夹角α＝15°。

根据上述公式，直喷嘴的Φ＝0，则上述公式可简化为

当θ＝0时取得膜厚的最大值，蒸镀膜层的膜厚分布满足COSθ曲线分布。而采用本实施例的斜喷嘴2时，φ≠0，膜厚分布满足COSθ*COSφ的分布。

参见图8，图8中横坐标代表M值，纵坐标代表T值，图8中a、b、c、d、e分别代表当Φ为0°、10°、20°、40°、60°时的沉积量曲线。由图8可知，相较于直喷嘴而言，本实施例的斜喷嘴2所形成的蒸镀膜层在衬底4上整体会向特定方向平移。本实施例的斜喷嘴2的出口端面211的倾斜角Φ逐渐增大，则所形成的蒸镀膜层在衬底4上整体会向特定方向逐渐平移。

参见图5，本实施例的斜喷嘴2中，蒸镀材料与喷嘴2的内壁进行多次碰撞反射，由于其出口端面211为斜面，出口端面211相对衬底4的蒸镀面呈倾斜状，蒸镀材料大概率会向着出口端面211的法线方向射出，在衬底4上所形成的蒸镀膜层相较于直喷嘴所形成的蒸镀膜层整体会向特定方向平移，从而可在不增加NTN值(也即不改变喷嘴位置，NTN值可以不必大于衬底的长度值)的前提下，有效解决线性蒸发源固有的边界效应。由于不增加NTN值，这样，可明显减小没有落入衬底4上的蒸镀材料量(即落入图5中两个虚线框的区域的蒸镀材料量明显减小)，即，可以在不增加NTN值的前提下，解决边界效应，同时明显节约了蒸镀材料，提高了蒸镀材料的利用率。

参见图6，本实施例中，一组喷嘴中还可以包括至少一个直喷嘴5，所述直喷嘴5的出口端面511与其喷嘴本体的中心轴线相垂直，一组喷嘴中靠近两端的喷嘴为斜喷嘴2，中间的喷嘴为直喷嘴5。其中，直喷嘴5的数目可以为1-8个。

参见图6和图1，本实施例中，一组喷嘴中自端部的一个斜喷嘴2向一组喷嘴的中心位置方向，斜喷嘴2的出口端面211与其喷嘴本体21的垂直于其中心轴线的横截面之间的夹角Φ逐渐变小。根据图8可知，夹角Φ值越大，其在衬底4上所形成的蒸镀膜层朝向喷射方向平移的距离越大，因此，将靠近端部的斜喷嘴2的Φ值设置为逐渐增大，则这些斜喷嘴2喷射的蒸镀材料可以在衬底4的边缘位置沉积更多，解决边界效应的同时可更好地保证所形成的蒸镀膜层厚度的均一性，缩短NTN值。

本实施例中，一组喷嘴中的各喷嘴可以关于一组喷嘴的中心位置呈对称排布。其中，一组喷嘴的中心位置可以位于所述坩埚1的中心位置。这样，可最大程度满足所形成的蒸镀膜层厚度的均一性。

本实施例中，一组喷嘴中各喷嘴的外径相同，相邻两个喷嘴的间距大于等于喷嘴的外径小于等于80mm。这样，可更好地保证所形成的蒸镀膜层厚度的均一性。

本实施例中，一组喷嘴中的各喷嘴均竖直设置在所述坩埚1上，各喷嘴的喷嘴本体的横截面为圆形。其中，各喷嘴整体可呈中空的圆柱状，斜喷嘴2的出口端面211为斜面。

本申请的又一实施例提供一种蒸镀装置，包括任一所述的蒸发源。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“内”、“外”、“轴向”、“四角”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例的简化描述，而不是指示或暗示所指的结构具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定连接”、“安装”、“装配”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；术语“安装”、“连接”、“固定连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

Claims (8)

1.一种蒸发源，其特征在于：包括坩埚和设置在所述坩埚上的一组呈直线排布的喷嘴，一组喷嘴包括多个斜喷嘴，一组喷嘴中的各斜喷嘴的出口端面均朝向背离一组喷嘴的中心位置的方向；

其中，所述喷嘴包括喷嘴本体，所述喷嘴本体具有用于供蒸发气体喷出的出口端面，所述出口端面与所述喷嘴本体的垂直于其中心轴线的横截面之间具有一定夹角，在一组喷嘴中，靠近端部的斜喷嘴的夹角逐渐增大；

所述出口端面的中心到所述喷嘴本体的底部之间的垂直距离为30mm-35mm，使所述喷嘴喷出的材料在空间中克努森分布方程中的N值为3.5～5.0；

其中，所述斜喷嘴的所述夹角的大小为0＜φ≤45°。

2.如权利要求1所述的蒸发源，其特征在于：所述横截面为圆形，所述喷嘴本体的内径为11.0mm-12.0mm。

3.如权利要求1所述的蒸发源，其特征在于：一组喷嘴中还包括至少一个直喷嘴，所述直喷嘴的出口端面与其喷嘴本体的中心轴线相垂直，一组喷嘴中靠近两端的喷嘴为斜喷嘴，中间的喷嘴为直喷嘴。

4.如权利要求1或3所述的蒸发源，其特征在于：一组喷嘴中各喷嘴的外径相同，相邻两个喷嘴的间距大于等于喷嘴的外径小于等于80mm。

5.如权利要求1或3所述的蒸发源，其特征在于：一组喷嘴中的各喷嘴均竖直设置在所述坩埚上，各喷嘴的喷嘴本体的横截面为圆形。

6.如权利要求1或3所述的蒸发源，其特征在于：一组喷嘴中的各喷嘴关于一组喷嘴的中心位置呈对称排布。

7.如权利要求3所述的蒸发源，其特征在于：所述直喷嘴的数目小于等于8。

8.一种蒸镀装置，其特征在于：包括如权利要求1-7任一项所述的蒸发源。

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