CN113174565A - 一种遮挡板、蒸镀设备及制作高梯度膜层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种遮挡板、蒸镀设备及制作高梯度膜层的制备方法，其中，遮挡板包括：圆形遮挡板本体，在所述遮挡板本体上包括至少一个开口区域，所述开口区域允许蒸发分子穿过遮挡板本体；所述开口区域的弧度自所述遮挡板本体中心处向外边沿逐渐变大。有益效果是：在蒸镀过程中遮挡部分蒸发材料，改变蒸发材料在基板上的分布方式，获得膜厚变化幅度可调控的梯度膜厚薄膜。
Description
技术领域
本发明涉及OLED有机镀膜技术领域，尤其是涉及一种遮挡板、蒸镀设备及制作高梯度膜层的制备方法。
背景技术
OLED即有机发光二极管OLED(Organic Light-Emitting Diode)，是一种利用多层有机薄膜结构产生电致发光的器件。OLED显示技术具有全固态、自发光、对比度高、功耗低、色域广、视角广、响应速度块、工作温度范围广等一系列优点，被业界公认为是继液晶显示器(LCD)之后的第三代显示技术，能极大地满足消费者对显示技术的新需求。按照OLED有机发光材料的不同，可分为小分子材料器件和高分子材料器件，这两种器件的主要差别在制作工艺上，小分子器件主要采用真空蒸镀工艺，高分子器件采用的是旋转涂覆或者是喷涂印刷工艺，目前原材料和器件制造工艺较为成熟的是通过真空蒸镀工艺制备的小分子OLED材料器件。
OLED材料是有机半导体材料，但由于器件的膜厚很薄，通常小于几百纳米，通过电流需要施加的电压大大降低，超薄膜结构还可以尽量保证发光层发出的光透射到外部，而不是被器件本身吸收。可以看出，OLED成功发光的关键就在于超薄膜的结构。在OLED器件的制备中，膜厚不但影响器件电压、掺杂率等，还通过微腔效应显著影响器件的出光效率和出射光谱，因此膜厚控制是OLED有机蒸镀工艺的一个关键点。
若能找到各个膜层的最佳膜厚，材料的最佳掺杂率，并合理利用微腔效应，将能在同一个材料体系内得到性能最佳的器件结构，这正是器件设计和工艺优化工作的核心。但是，为了验证某一个OLED膜层在不同膜厚下的器件性能，需要制备一系列不同膜厚的器件，加之一个OLED器件涉及多个不同的膜层，为完成全部的工艺验证就需要制备大量的样品器件，这将耗费大量的人力物力和时间。
因此，本发明提出了一种遮挡板、蒸镀设备及制作高梯度膜层的制备方法。
发明内容
本发明提供一种遮挡板、蒸镀设备及制作高梯度膜层的制备方法，可经过一次蒸镀工艺，在同一个基板上得到膜厚梯度变化的薄膜，从而同时得到不同膜厚的多个器件，大幅提升工作效率。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种遮挡板，包括：一圆形遮挡板本体，在所述遮挡板本体上包括至少一个开口区域，所述开口区域允许蒸发分子穿过遮挡板本体；
所述开口区域的弧度自所述遮挡板本体中心处向外边沿逐渐变大。
在一些实施例中，所述开口区域包括第一边界和第二边界，所述第一边界呈直线结构，自所述遮挡板本体的中心处至外边沿向外延伸，所述第二边界呈弧线结构，圆弧半径为2～5cm之间，自所述遮挡板本体的中心处至外边沿向外延伸。
在一些实施例中，远离所述遮挡板本体中心处的所述开口区域的弧度b大于靠近所述遮挡板本体中心处的所述开口区域的弧度a，弧度b与弧度a之比为3:2到3:1之间。
在一些实施例中，当所述开口区域为多个时，所述开口区域均匀分布在所述遮挡板本体上。
在一些实施例中，在所述遮挡板本体的外侧设有边缘，将所述开口区域的包覆于所述边缘之内。
在一些实施例中，所述遮挡板本体的材质包括金属。
本发明还提出一种蒸镀设备，包括：
基板，始终处于静止状态；
蒸发源，位于基板的下方；
如前述的遮挡板，所述遮挡板位于所述蒸发源的上方，并固定在一动力机构的转轴上，所述遮挡板的开口区域的远端边界位于所述蒸发源中心的竖直方向，所述遮挡板在动力机构的驱动下旋转，并使从所述蒸发源中蒸发出来的蒸发分子按比例通过所述遮挡板上的开口区域，蒸镀沉积到所述基板的表面。
在一些实施例中，所述基板为圆形结构的硅晶板。
在一些实施例中，所述基板为长方形结构的硅晶板。
在一些实施例中，在竖直方向上，所述蒸发源的中心处与所述基板的边缘相对应。
在一些实施例中，所述蒸发源包括主蒸发源和掺杂蒸发源，所述遮挡板位于主蒸发源或掺杂蒸发源的上方；或者
所述遮挡板分别位于主蒸发源和掺杂蒸发源的上方。
本发明还提出一种制作高梯度膜层的制备方法，包括以下步骤：
将基板置于蒸发源的上方，并保持静止状态；
所述蒸发源位于所述基板的下方，且在竖直方向上，所述蒸发源的中心处与所述基板的边缘相对应；
在所述蒸发源的上方置有如前述的遮挡板，穿过所述遮挡板的开口区域的蒸发分子的成线性分布；
启动蒸发直至完成蒸镀工艺，即得具有梯度膜层的器件。
在一些实施例中，完成蒸镀后器件，靠近所述蒸发源一侧膜层A部的厚度大于远离所述蒸发源一侧膜层B部的厚度，所述A部和B部之间的膜层厚度成线性变化。
本发明还提出一种制作掺杂型高梯度膜层的制备方法，包括以下步骤：
将基板置于主蒸发源和掺杂蒸发源的上方，并保持静止状态；
所述主蒸发源位于所述基板的下方，且在竖直方向上，所述主蒸发源的中心处与所述基板的边缘相对应；或者，所述主蒸发源的中心处与所述基板的中心相对应；
所述掺杂蒸发源位于所述基板的下方，且在竖直方向上，所述掺杂蒸发源的中心处与所述基板的边缘相对应；或者，所述掺杂蒸发源的中心处与所述基板的中心相对应；
在所述主蒸发源和/或掺杂蒸发源的上方置有如前述的遮挡板，穿过所述遮挡板的开口区域的蒸发分子的成线性分布；
启动蒸发直至完成蒸镀工艺，即得具有梯度膜层的器件。
在一些实施例中，完成蒸镀后器件，靠近所述主蒸发源一侧膜层C部的厚度大于远离所述主蒸发源一侧膜层D部的厚度，所述C部和D部之间的膜层厚度成线性变化；靠近所述掺杂蒸发源一侧膜层E部的掺杂率大于远离所述掺杂蒸发源一侧膜层F部的掺杂率，且所述E部和F部之间的掺杂率成线性变化。
本发明具有的有益效果是：通过在现有蒸发源系统中增加一个具有特定开口的可旋转圆形遮板，在蒸镀过程中遮挡部分蒸发材料，改变蒸发材料在基板上的分布方式，获得膜厚变化幅度可调控的梯度膜厚薄膜；使用本发明，可以一次在基板上获得膜层厚度不同的器件，极大的提升了技术研究、器件开发、工艺优化的工作效率；同一基板上的多个器件，除去梯度膜层外，其他膜层的特性完全一致，更有利于横向比较特定膜层的差异对器件带来的影响；本发明可兼容目前常见的点蒸发源OLED蒸镀设备，只需做局部改进就可以实现，具有广泛的适用性；使用分发明的蒸发源可大大减少相关工作中基板及OLED材料的消耗量，具有很好的经济价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方案或现有技术中的技术方案，下面将对实施方案或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明：一种遮挡板的结构示意图；
图2为现有的蒸镀均匀厚度膜的蒸镀系统；
图3为蒸镀一定梯度膜厚的蒸镀系统；
图4为本发明蒸镀高梯度膜层的蒸镀设备的结构示意图；
图5为本发明蒸镀高梯度膜层的蒸镀设备的遮挡板的结构示意图；
图6为实施例2中遮挡板的结构示意图；
图7为实施例2中蒸镀后基板的膜厚测试样品示意图；
图8为实施例2中待测试器件的示意图；
图9为本发明蒸镀高梯度膜层的掺杂蒸镀设备的结构示意图；
图10为实施例3中蒸镀后基板的膜厚测试样品示意图。
其中：
101-基板、102-蒸发源、1021-主蒸发源、1022-掺杂蒸发源、103-遮挡板、1030-遮挡板本体、1031-开口区域、10301-第一边界、10302-第二边界、1032-边缘。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
实施例1
参照图1所示，一种遮挡板103，包括：一圆形遮挡板本体1030，在遮挡板本体1030上包括至少一个开口区域1031，开口区域1031允许蒸发分子穿过遮挡板本体1030；开口区域1031的弧度自遮挡板本体1030中心处向外边沿逐渐变大。
本发明中的开口区域1031包括第一边界10301和第二边界10302，第一边界10301呈直线结构，自遮挡板本体1030的中心处至外边沿向外延伸，第二边界10302呈弧线结构，圆弧半径为4cm，自遮挡板本体1030的中心处至外边沿向外延伸。
为了能够实现预定的需求，远离遮挡板本体1030中心处的开口区域1031的弧度b大于靠近遮挡板本体1030中心处的开口区域1031的弧度a，本实施例中的弧度b与弧度a之比为2:1，具体的弧度b与弧度a变化与第二边界10302的圆弧半径有关联。本发明中的当开口区域1031为多个时，开口区域1031均匀分布在遮挡板本体1030上。本实施例中的开口区域1031为2个，另外，在遮挡板本体1030的外侧设有边缘1032，将开口区域1031的包覆于边缘1032之内。其中，遮挡板本体1030的材质包括金属，优选为耐高温且稳定的金属材质，如钛。
在具体的使用过程中，由于开口区域1031的弧度呈线性变化，因此，蒸发分子经过遮挡板本体1030时，其浓度也成线性变化，且变化率很大，从而形成了高梯度的膜层。
实施例2
参照图5-7本发明还提出一种蒸镀设备，包括：基板101、蒸发源102、以及如实施例1中的遮挡板103。其中，在蒸镀过程中，基板101始终处于静止状态；蒸发源102位于基板101的下方；本发明中的遮挡板103位于蒸发源102的上方，并固定在一动力机构110的转轴上，遮挡板103的开口区域1031的远端边界位于蒸发源102中心的竖直方向，遮挡板103在动力机构110的驱动下旋转，并使从蒸发源102中蒸发出来的蒸发分子按比例通过遮挡板103上的开口区域1031，蒸镀沉积到基板101的表面。完成蒸镀后器件，靠近所述蒸发源102一侧膜层A部的厚度大于远离所述蒸发源102一侧膜层B部的厚度，所述A部和B部之间的膜层厚度成线性变化。
本发明中的基板101为圆形结构的硅晶板，也可以为长方形结构的硅晶板。之所以可以选用长方形结构的硅晶板，是因为在测试过程中不需要太多数量的样品，仅需要一定宽度的硅晶板即可，适合的宽度上并列设定需要的器件完成蒸镀。
为了能够获得更多的梯度差的镀膜层，在竖直方向上，蒸发源102的中心处与基板101的边缘1032相对应。
具体以材料HIL01为例，如图2所示，在OLED点蒸发源蒸镀系统中，基板101位于腔室上方的中心位置，蒸发源102位于腔室底部的四周，偏离底部中心位置一定的距离。进行蒸镀工艺时，蒸发出的OLED材料沉积到基板101上，靠近蒸发源102的一端A’沉积速率较快，远离蒸发源102的一端B’沉积速率较慢。蒸镀工艺过程中，基板101绕中心旋转，抵消了这种不均匀性，最终在基板101上得到厚度均匀的薄膜。如图3所示，若将基板101在蒸镀过程中设定为静止，则可得到膜厚梯度变化的薄膜。使用该方法蒸镀空穴注入材料HIL01，目标膜厚设定为
蒸镀完成后，如图4所示，选取膜厚测试点106，使用椭偏仪测量其膜厚，得到如下膜厚值：248、259、269、281、290、302、311、321、330、342、351，单位为
膜厚变化幅度为中心值±17％。由此可知，基板101尺寸不变的情况下，在该镀膜系统上仅采用固定基板101蒸镀的方法，可得到膜厚变化幅度为±17％左右的梯度膜层。
如图5-8所示，加入如实施例1中的遮挡板103，遮挡板103的直径为5-10cm；遮挡板103的中心固定在一个由动力机构110驱动的可旋转转轴上；转轴位于蒸发源102和腔室底部中心点之间靠近蒸发源102的位置，距离蒸发源102的中心4-8cm；遮挡板103距离蒸发源102出口的垂直距离为2-5cm；遮板的开口区域1031刚好位于蒸发源102出口和基板101之间；遮挡板103的区域的开口弧度延径向变化，外侧开口弧度大于内测开口弧度，如图6，弧度a大于弧度b；遮挡板103可设计不同的开口类型，实现不同的膜厚变化幅度，可根据使用需要快速更换。
向蒸发源102蒸镀空穴注入材料HIL01，膜厚设定为
基板101设定为静止，动力机构110驱动遮挡板103旋转，转速为200-1000r/min，部分蒸发材料通过遮挡板103的开口区域1031到达基板101形成薄膜，其余的蒸发材料被遮挡板103阻挡。因为遮挡板103外侧的开口弧度大于内测，因此通过开口区域1031外侧沉积到基板101上的材料较多，通过开口区域1031内侧沉积到基板101上的材料则较少。蒸镀完成后，在基板101上得到膜厚梯度变化的HIL01薄膜。选取如图7所示的AB两点间的11个膜厚测试点106，使用椭偏仪测量其膜厚，得到如下膜厚值：199、221、242、261、280、299、321、337、360、382、401，单位为
膜厚变化幅度为中心值±33％。从测量的膜厚测试数据，可拟合得到HIL01膜厚在AB两点间虚线方向上的膜厚分布曲线，当目标膜厚改变时，可由该膜厚分布曲线计算得到虚线上任意点的膜厚值。
由膜厚数据可见，通过在加热源中增加遮板103，膜厚变化幅度由之前的±17％增大到±33％，可在同一基板101上得到了膜厚变化跨度更大的梯度膜层。
使用本发明的蒸发源102验证HIL01的厚度对OLED器件性能的影响时，首先在基板101上制作阳极；其次，用蒸发源102制备膜厚梯度变化的HIL01膜层，膜厚变化范围为
至
然后采用常规蒸镀方式依次制备其他OLED膜层和阴极，得到多个OLED器件107；选择图8所示虚线上的11个器件107进行光电性能测试，结合膜厚分布数据就可以得到HIL01的膜层厚度和器件光电性能的对应关系，借此研究HIL01的膜层厚度对器件性能的影响。
实施例3
参照图9-10所示，本发明还提出一种蒸镀设备，包括：基板101、蒸发源102、以及如实施例1中的遮挡板103。其中，与实施例2不同的是，本实例中的蒸发源102包括主蒸发源1021和掺杂蒸发源1022，遮挡板103位于主蒸发源1021，或者掺杂蒸发源1022的上方；或者，遮挡板103分别位于主蒸发源1021和掺杂蒸发源1022的上方。上述的组合以及实际需要为准，通过遮挡板103的应用能够进一步的提高膜厚变化幅度。完成蒸镀后器件，靠近所述主蒸发源1021一侧膜层C部的厚度大于远离所述主蒸发源1021一侧膜层D部的厚度，所述C部和D部之间的膜层厚度成线性变化；靠近所述掺杂蒸发源1022一侧膜层E部的掺杂率大于远离所述掺杂蒸发源1022一侧膜层F部的掺杂率，且所述E部和F部之间的掺杂率成线性变化。
本实施例以掺杂材料D01，主体材料H01为例，研究掺杂材料D01的掺杂率对器件性能的影响。主蒸发源1021和掺杂蒸发源1022位于镀膜腔室中相对的两侧。
采用上述蒸镀设备同时蒸镀主体材料H01和掺杂材料D01，其中主体材料H01目标厚度
掺杂材料D01的掺杂率设定为7％，可在基板101上得到掺杂率和膜厚同时梯度变化的薄膜。结合两种材料的膜厚分布数据和设定掺杂率，可计算得到11个测试位置的掺杂率和膜厚为：
采用上述方法制备某一OLED结构的发光层，其余膜层用常规蒸镀工艺制备，于是可在同一基板101上可得到一系列发光层具有不同掺杂率和膜厚的OLED器件，掺杂率范围是4.8％到1.7％，便于高效率研究不同掺杂率对器件性能的影响。具体方法和实施例3类似，在此不再赘述。
实施例4
本发明还提出一种制作高梯度膜层的制备方法，包括以下步骤：
将基板置于蒸发源的上方，并保持静止状态；
所述蒸发源位于所述基板的下方，且在竖直方向上，所述蒸发源的中心处与所述基板的边缘相对应；
在所述蒸发源的上方置有如实施例1的遮挡板，穿过所述遮挡板的开口区域的蒸发分子的成线性分布；
启动蒸发直至完成蒸镀工艺，即得具有梯度膜层的器件。
完成蒸镀后器件，靠近所述蒸发源一侧膜层A部的厚度大于远离所述蒸发源一侧膜层B部的厚度，所述A部和B部之间的膜层厚度成线性变化。
具体过程参见实施例2，此处不再赘述。
实施例5
本发明还提出一种制作掺杂型高梯度膜层的制备方法，包括以下步骤：
将基板置于主蒸发源和掺杂蒸发源的上方，并保持静止状态；
所述主蒸发源位于所述基板的下方，且在竖直方向上，所述主蒸发源的中心处与所述基板的边缘相对应；或者，所述主蒸发源的中心处与所述基板的中心相对应；
所述掺杂蒸发源位于所述基板的下方，且在竖直方向上，所述掺杂蒸发源的中心处与所述基板的边缘相对应；或者，所述掺杂蒸发源的中心处与所述基板的中心相对应；
在所述主蒸发源和/或掺杂蒸发源的上方置有如实施例2的遮挡板，穿过所述遮挡板的开口区域的蒸发分子的成线性分布；
启动蒸发直至完成蒸镀工艺，即得具有梯度膜层的器件。
完成蒸镀后器件，靠近所述主蒸发源一侧膜层C部的厚度大于远离所述主蒸发源一侧膜层D部的厚度，所述C部和D部之间的膜层厚度成线性变化；靠近所述掺杂蒸发源一侧膜层E部的掺杂率大于远离所述掺杂蒸发源一侧膜层F部的掺杂率，且所述E部和F部之间的掺杂率成线性变化。
值得说明的是，在主蒸发源和/或掺杂蒸发源上方是否放置遮挡板会影响镀膜厚度的梯度变化，同时，主蒸发源和掺杂蒸发源的位置关系也影响镀膜厚度的梯度变化以及掺杂的比例。
具体过程参见实施例3，此处不再赘述。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (14)
1.一种遮挡板，其特征在于，包括：一圆形遮挡板本体，在所述遮挡板本体上包括至少一个开口区域，所述开口区域允许蒸发分子穿过遮挡板本体；
所述开口区域的弧度自所述遮挡板本体中心处向外边沿逐渐变大。
2.根据权利要求1所述的一种遮挡板，其特征在于，所述开口区域包括第一边界和第二边界，所述第一边界呈直线结构，自所述遮挡板本体的中心处至外边沿向外延伸，所述第二边界呈弧线结构，圆弧半径为2～5cm之间，自所述遮挡板本体的中心处至外边沿向外延伸。
3.根据权利要求1所述的一种遮挡板，其特征在于，远离所述遮挡板本体中心处的所述开口区域的弧度b大于靠近所述遮挡板本体中心处的所述开口区域的弧度a，弧度b与弧度a之比为3:2到3:1之间。
4.根据权利要求1所述的一种遮挡板，其特征在于，当所述开口区域为多个时，所述开口区域均匀分布在所述遮挡板本体上。
5.根据权利要求1所述的一种遮挡板，其特征在于，在所述遮挡板本体的外侧设有边缘，将所述开口区域的包覆于所述边缘之内。
6.根据权利要求1所述的一种遮挡板，其特征在于，所述遮挡板本体的材质包括金属。
7.一种蒸镀设备，其特征在于，包括：
基板，始终处于静止状态；
蒸发源，位于基板的下方；
如权利要求1-6任意一项权利要求所述的遮挡板，所述遮挡板位于所述蒸发源的上方，并固定在一动力机构的转轴上，所述遮挡板的开口区域的远端边界位于所述蒸发源中心的竖直方向，所述遮挡板在动力机构的驱动下旋转，并使从所述蒸发源中蒸发出来的蒸发分子按比例通过所述遮挡板上的开口区域，蒸镀沉积到所述基板的表面。
8.根据权利要求7所述的一种蒸镀设备，其特征在于，所述基板为圆形结构的硅晶板，或者
所述基板为长方形结构的硅晶板。
9.根据权利要求7所述的一种蒸镀设备，其特征在于，在竖直方向上，所述蒸发源的中心处与所述基板的边缘相对应。
10.根据权利要求7所述的一种蒸镀设备，其特征在于，所述蒸发源包括主蒸发源和掺杂蒸发源，所述遮挡板位于主蒸发源或掺杂蒸发源的上方；或者
所述遮挡板分别位于主蒸发源和掺杂蒸发源的上方。
11.一种制作高梯度膜层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将基板置于蒸发源的上方，并保持静止状态；
所述蒸发源位于所述基板的下方，且在竖直方向上，所述蒸发源的中心处与所述基板的边缘相对应；
在所述蒸发源的上方置有如权利要求1-6任意一项权利要求所述的遮挡板，使穿过所述遮挡板的开口区域的蒸发分子的成线性分布；
启动蒸发直至完成蒸镀工艺，即得具有梯度膜层的器件。
12.根据权利要求11所述的一种制作高梯度膜层的制备方法，其特征在于，完成蒸镀后器件，靠近所述蒸发源一侧膜层A部的厚度大于远离所述蒸发源一侧膜层B部的厚度，所述A部和B部之间的膜层厚度成线性变化。
13.一种制作掺杂型高梯度膜层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将基板置于主蒸发源和掺杂蒸发源的上方，并保持静止状态；
所述主蒸发源位于所述基板的下方，且在竖直方向上，所述主蒸发源的中心处与所述基板的边缘相对应；或者，所述主蒸发源的中心处与所述基板的中心相对应；
所述掺杂蒸发源位于所述基板的下方，且在竖直方向上，所述掺杂蒸发源的中心处与所述基板的边缘相对应；或者，所述掺杂蒸发源的中心处与所述基板的中心相对应；
在所述主蒸发源和/或掺杂蒸发源的上方置有如权利要求1-6任意一项权利要求所述的遮挡板，穿过所述遮挡板的开口区域的蒸发分子的成线性分布；
启动蒸发直至完成蒸镀工艺，即得具有梯度膜层的器件。
14.根据权利要求13所述的一种制作掺杂型高梯度膜层的制备方法，其特征在于，完成蒸镀后器件，靠近所述主蒸发源一侧膜层C部的厚度大于远离所述主蒸发源一侧膜层D部的厚度，所述C部和D部之间的膜层厚度成线性变化；靠近所述掺杂蒸发源一侧膜层E部的掺杂率大于远离所述掺杂蒸发源一侧膜层F部的掺杂率，且所述E部和F部之间的掺杂率成线性变化。
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