CN115341179A - 一种用于oled蒸镀的蒸发源结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于蒸镀设备技术领域，更具体地，涉及一种用于OLED蒸镀的蒸发源结构。包括:用于放置材料的坩埚，所述坩埚底部均匀设置中空的凸起结构；所述坩埚和凸起结构外部都设置均匀绕制的环状线圈，所述线圈外部设置支架，所述线圈和支架之间设有测温装置；所述支架外侧设置冷却装置，用于蒸镀过程中降低加热温度；冷却装置外侧设置保温层，用于加强蒸发源的保温性能。该蒸发源结构能够大大缩短升温和降温时间，能够提高产能，同时提高了坩埚内的温度分布均匀性，从而改善了材料蒸镀的膜厚均匀性和蒸镀良率。

Description

一种用于OLED蒸镀的蒸发源结构

技术领域

本发明属于蒸镀设备技术领域，更具体地，涉及一种用于OLED蒸镀的蒸发源结构。

背景技术

当前的显示行业，OLED成为了最具潜力的替代LCD液晶显示的新兴技术，OLED技术正处于快速发展的阶段。国内外普遍采用有机材料蒸镀的方式生产OLED显示产品，而蒸发源就是有机材料蒸镀的核心装置，目前OLED行业中使用较多的是点型蒸发源和线性蒸发源，坩埚作为蒸发源中盛放有机材料的冶具，对成膜品质和生产效率有重要影响。

现有的蒸发源装置结构如图1所示，图(a)和图(b)分别是俯视图和主视图。坩埚1中放置待蒸镀的有机材料2，坩埚1外部设置加热丝3。在加热丝3中通入电流，利用电流流过加热丝的热效应对坩埚和材料进行加热，达到材料的升华点或熔融点，转变为气态，气态材料经过喷嘴4喷射到设置于坩埚上方的基板上(图中未示出)，在基板上冷凝形成有机薄膜。

在蒸镀过程中，加热丝首先对坩埚侧壁加热，靠近坩埚壁的材料会先受热，而靠近坩埚中心的材料则是后受热，这就可能造成差等消耗，尤其是升华型材料，会导致材料气化的过程不均匀，有可能出现岛状结构或材料露底，这时往往需要将加热丝的温度调整到较高才能维持稳定的蒸镀速率，会使得与坩埚底部接触的材料受热较多，材料可能会出现变性或裂解，导致材料的污染和浪费；此外，蒸发源的升温和降温时间会延长，并且各个器件在较高温度下有可能出现变形，进一步影响蒸发源的性能。由于加热丝本身在制作过程中会被拉伸和弯曲，使其各部分粗细不均(电阻不一样)，导致蒸发源热传导的不对等、热量分布不均匀，加上有机材料本身的导热性较差，使得坩埚内温度分布不均匀，并且蒸发源尺寸越大，温度分布均匀性越差，这些都会降低材料蒸镀的均匀性和稳定性。

现有蒸发源的加热原理是电阻加热，在加热丝中通入一定功率的直流电，利用电流流过电阻体的热效应对材料进行加热。电阻加热的加热速度比较慢，升温时间通常需要几个小时，耗能较高，并且温度调节缓慢，有一定的迟滞性。

参考文献CN 107815647 A公开了一种用于OLED蒸镀的蒸发源装置，通过在坩埚周边设置振荡器，破除材料蒸镀过程中可能出现的直立孤岛结构，以及改变坩埚下部的形状，设置成棱台和圆台等形状，增大材料与坩埚内壁的接触面积，避免出现材料受热不均的情况，提高蒸镀均匀性。本专利的不足之处在于，增加振荡器，会影响坩埚本身的定位精度，可能导致坩埚在蒸镀过程中发生位移。

参考文献CN 105088145 A公开了用于OLED蒸发源的坩埚及其制造方法，通过改变坩埚底部和上端的带孔内板的形状，由平底形改为从下往上逐渐变大的形状，如“V”形和“W”形等等，增加有机材料液化后分布的均匀性，从而改善蒸镀均匀性，提高材料的使用率，该专利主要针对熔融型材料。本专利的不足之处在于，将坩埚底部制作成异形结构，制作成本较高，想要实现的难度也比较大。

参考文献CN 108130513 B公开了蒸镀装置及蒸镀方法，通过涡流感应加热使低熔点金属熔化，熔化之后的液态金属以热辐射的方式对待蒸镀材料进行加热，利用通冷却液的装置控制热辐射的量。本专利的不足之处在于，以通冷却液的方式调节温度，只能是间接调节，有一定迟滞性，不能对加热温度进行精准测量和控制；如果蒸发温度小于金属的熔点，则需要不停地通入冷却液才能维持所需的加热温度，冷却液的需求量过大，资源消耗过度。

发明内容

由于坩埚内部需要盛放有机材料，所以在坩埚内无法增加加热装置；如果在坩埚外侧壁增加加热装置，又很难做到温度分布均匀，并且加热装置的构成、固定方式和电极连线的难度较大，会造成额外费用，在现有蒸镀设备上难以实现。

针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种用于OLED蒸镀的蒸发源结构，本发明在现有坩埚的基础上，在坩埚内的底部均匀设置中空的凸起结构，凸起结构与坩埚为一体化加工。坩埚外部和凸起结构中都设置均匀绕制的环状线圈，坩埚外部设置支架，支架上安装有测温装置，测温装置可以是热电偶或其他类型的温度传感器，用于监测坩埚外壁的加热温度；此外，凸起结构的其中一个也安装有温度传感器，用于监测凸起结构的加热温度。支架外侧设置冷却装置，用于蒸镀过程中降低加热温度。冷却装置外侧设置保温层，用于加强蒸发源的保温性能。进行蒸镀时，线圈中通入交流电，在坩埚表面和凸起结构中产生涡电流，形成涡流感应加热，对蒸镀材料进行均匀加热。通入线圈的交流电为工频交流电连接变频器，通过改变交流电频率控制加热温度。变频器、温度传感器和冷却装置都连接控制系统，通过实时的闭环反馈机制，及时调整坩埚内温度。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种用于OLED蒸镀的蒸发源结构，包括:用于放置材料的坩埚，所述坩埚底部均匀设置中空的凸起结构；所述坩埚和凸起结构外部都设置均匀绕制的环状线圈，所述线圈外部设置支架，所述线圈和支架之间设有测温装置；所述支架外侧设置冷却装置，用于蒸镀过程中降低加热温度；冷却装置外侧设置保温层，用于加强蒸发源的保温性能。

本技术方案进一步的优化，所述凸起结构与坩埚为一体化加工。

本技术方案进一步的优化，所述凸起结构形状为长方体、圆柱、棱台。

本技术方案进一步的优化，所述凸起结构的数量为1个、2个或多个。

本技术方案进一步的优化，所述凸起结构的中心到坩埚侧壁的距离与到坩埚中心的距离相等。

本技术方案进一步的优化，所述坩埚采用熔点较高、导磁性强的金属或合金材料，或其他能与线圈产生电磁感应的非金属材料。

本技术方案进一步的优化，所述支架的材料是耐高温且不导磁的金属或非金属材料。

本技术方案进一步的优化，所述蒸发源结构的电路控制系统包括控制系统和与其电性连接的热电偶、变频器、线圈和冷却装置，所述变频器一端与线圈电性连接，另一端接工频交流电。

本技术方案更进一步的优化，所述变频器为交-交型变频器或交-直交型变频器，其调整频率的范围是5-50kHz。

区别于现有技术，上述技术方案的创新点如下：

1、在坩埚底部增加若干中空的凸起结构，在坩埚外壁和凸起结构中设置环状线圈，利用涡流感应加热对材料进行蒸镀，相比现有在加热丝中通直流电利用电阻加热的方式，大大缩短了升温时间，降低了能源损耗。

2、凸起结构提高了坩埚内的整体温度，并且各个凸起结构的温度基本相等，在提高整体温度的同时保证了温度均匀性。

3、凸起结构增大了坩埚和材料的接触面积，使材料不仅从坩埚壁受热，也从坩埚中间的空间中受热，改善了由于材料受热不均可能产生岛状结构或材料露底的现象。

4、提供蒸镀流程和温度调整流程，通过电气控制系统配合变频器、冷却装置和温度传感器共同作用，对加热温度进行精准控制，通过建立变频器频率值和加热温度一一对应的数据库，配合冷却装置，能够方便快捷地对蒸发源进行升温和降温操作，提高了产能。

附图说明

图1为背景技术所述现有蒸发源的结构示意图；

图2为本申请的蒸发源坩埚结构示意图；

图3为图2的A-A线剖视图；

图4为本申请的电路控制系统示意图；

图5为本申请的蒸镀流程示意图；

图6为本申请的温度调节流程的示意图；

附图标记说明：

1-坩埚，2-有机材料，3-下部加热丝，4-喷嘴；10-坩埚，11-凸起结构，20-有机材料，50-线圈，60-支架，61-热电偶，70-冷却装置，80-保温层。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

本发明提出一种全新结构的坩埚和蒸发源，在坩埚底部增加中空的凸起结构，在坩埚外部和凸起结构中设置环状线圈，利用涡流感应加热进行升温，相比现有坩埚，凸起结构能提高坩埚内部温度和温度分布均匀性，有效改善蒸镀材料在差等消耗下出现的裂解和分布不均匀现象；相比现有的用电阻加热蒸镀的蒸发源，大大缩短了升温时间，降低了能耗；利用电气控制系统对加热温度进行精准调控，在控制系统中建立温度和交流电频率的数据库，能够方便快捷地进行升温和降温操作，提高了产能和能量利用率。

如图2和图3所示，分别为蒸发源坩埚结构示意图和剖视图。在该实施例中位于中心的坩埚10采用熔点较高、导磁性强的金属或合金材料，比如镍或铁镍合金等，或其他能与线圈产生电磁感应的非金属材料。坩埚10中填充有机材料20。在坩埚10底部均匀设置中空的凸起结构11，凸起结构与坩埚为一体化加工，其形状可以为长方体、圆柱、棱台等，该实施例优选以圆柱体来说明。圆柱体的数量可以是1个、2个或多个，本实施例优选为3个，圆柱体的中心位于等边三角形的三个顶点。坩埚外部和圆柱体中都设置均匀绕制的环状线圈50，线圈50采用耐高温的导线制作。

坩埚外部设置固定支架60，用于固定热电偶61，支架60的材料是耐高温且不导磁的金属或非金属材料。热电偶61在坩埚10周边均匀排布，其位置和数量与凸起结构相对应，本实施例将热电偶61设置在凸起结构11的同一对应位置，还可以均匀布置在两个凸起结构11中间的对应位置；此外，坩埚10底部和凸起结构11的其中一个里面也设有热电偶61。支架60外部设置冷却装置70。冷却层的外部也就是整个装置的外部设置保温层80，保温层80同时具有隔热和反射热量的作用，可防止热量散失到周边环境，同时将坩埚10往外散发的热量反射回去，提高坩埚10的保温性能和能量利用率。

该实施例在不改变坩埚主体形状的前提下，兼顾成本和可实现性，在坩埚底部增加中空的凸起结构，增大材料与坩埚的接触面积，提高坩埚内整体温度，改善温度分布均匀性；通过涡流感应加热进行升温，利用电气控制的方式对加热温度进行精准调控，缩短了升温和温度调控时间，提高了产能。

进行蒸镀时，在线圈50中通入交流电，坩埚壁和圆柱体中形成涡流感应加热。由于坩埚10各部分的厚度一致，并且坩埚10外缘的周长大于圆柱体的周长，所以坩埚侧壁的涡流强度大于圆柱体的涡流强度，使得侧壁温度大于圆柱体温度；通过合理设置圆柱体的中心与坩埚中心之间的距离(本实施例优选为圆柱体的中心到坩埚侧壁的距离与到坩埚中心的距离相等)，使得在水平截面上从坩埚中心到外缘的温度分布达到最均匀的状态。坩埚侧壁和圆柱体中间的线圈是沿着坩埚外缘和圆柱体内缘绕制的线圈，属于柱状绕制线圈，而坩埚底部的线圈由于是平面线圈，使得坩埚底部的温度比侧壁和凸起结构更低，不需要担心热量会在坩埚底部堆积，减少了材料变性的风险。

需要注意的是，圆柱的高度应该与材料填充的高度相接近，因为材料从上到下开始消耗，如果填充高度比圆柱体高很多，会导致圆柱体附近的材料受热较多，而圆柱体高度以上的材料受热较少；下方材料受热较多，却无法蒸发或升华，热量的堆积可能导致材料变性或裂解。所以需要将圆柱体高度设置为与材料填充的高度接近。

均匀绕制的线圈50使得坩埚侧壁和圆柱体表面的温度均匀分布，待蒸镀材料填充在圆柱体和坩埚壁之间的空间中，圆柱体能提高坩埚内的整体温度，增大坩埚和材料的接触面积，并且蒸镀材料的温度在纵向上不会产生温差。圆柱体和坩埚壁一起将热量传导到周围的蒸镀材料上，从而改善了靠近坩埚壁和远离坩埚壁的材料差等消耗的问题；这也相当于坩埚内部增加了若干个温度基本等同、又能够相互影响的热源，使坩埚在横向上的温度分布更均匀，有效改善了蒸镀的均匀性。

如图4所示，为蒸发源结构的电路控制系统示意图。蒸发源结构的电路控制系统包括控制系统和与其电性连接的热电偶、变频器、线圈和冷却装置，所述变频器一端与线圈电性连接，另一端接工频交流电。该实施例的热电偶向控制系统反馈温度信号，而控制系统通过控制变频器的频率值来控制交流电的频率，从而控制加热温度。此外，控制系统控制线圈电流的通断和冷却装置的启动与关闭。

初次进行蒸镀时，首先在控制系统中输入指定的加热温度和一定的交流电频率，为了防止坩埚升温过快或温度过高，首先输入一个较低的交流电频率值。然后，控制系统开启电源，在线圈中通入该频率的交流电，形成涡流感应加热，坩埚外壁和凸起结构都快速升温，坩埚四周和凸起结构位置处的热电偶向控制系统实时反馈加热温度，继续调整频率，直至达到指定的加热温度。通过这种方式，变频器频率值和加热温度形成一一对应的关系，将这些数值存储在控制系统中，形成数据库，可以随时调用。有了数据库，在下次蒸镀时，需要某个加热温度，可以直接在控制系统中输入温度数值，控制系统向变频器发出指令，直接匹配相应的交流频率，能够快速达到所需的加热温度。综上所述，可以将蒸镀流程总结为如图5所示的流程图，首先在坩埚中装入有机材料，随后在控制系统中输入所需的加热温度，系统自动检查数据库能否匹配相应的交流频率，如果能，则自动设置相应的频率值，接通线圈电流，开始升温和蒸镀；如果不能，则根据经验输入初始频率值，随后坩埚升温到指定温度点附近，继续调整频率值，直至温度稳定，开始蒸镀，同时控制系统将相应的频率值和温度数据存储到数据库，以便下次直接调用。

如图6所示，是在蒸镀过程中调节加热温度的流程图，首先在控制系统中输入所需的加热温度，若数据库中已经存储了相应温度对应的交流频率，则可以通过输入温度数值来直接匹配相应的频率，此时如果是升温，则能够快速达到所需的温度；如果是降温，则控制系统开启冷却装置进行辅助降温，待温度达到指定值时，关闭冷却装置。若数据库未存储相应的数值，则控制系统向变频器发出指令，通过升高或降低交流电频率来调整加热温度。此时如果需要升高温度，则只需升高变频器的频率值，热电偶实时反馈温度，当温度达到指定值并且稳定之后，控制装置向变频器发出信号，保持升高之后的频率不变；如果降低温度，则在降低变频器频率值的同时，控制系统启动冷却装置进行辅助降温，可以更快地将温度降到指定值；热电偶实时反馈温度，当温度达到指定的调整值之后，控制系统关闭冷却装置，此时继续调整变频器频率值，直至温度始终保持稳定，控制系统向变频器发出信号，保持调整之后的频率不变，这样就形成了闭环反馈的调节机制。

变频器可以是交-交型变频器或交-直交型变频器，其调整频率的范围是5-50kHz，调整单位可以是10Hz、20Hz、30Hz等等。频率调整的单位和温度变化的单位直接相关，所以通过合理设置频率调整的单位，可以对坩埚温度进行精准调控。而频率调整的速度快慢则直接影响温度调整的速度快慢，在坩埚升温过程中和升温之后的温度调整过程中，都可通过控制频率调整的速度来控制温度调整的速度。因此，通过控制系统、热电偶、变频器和冷却装置的共同作用，能够实现坩埚加热温度的精准控制，大大缩短了升温和降温时间，提高了产能。

本发明在坩埚底部以一体化形式增加中空的凸起结构，在坩埚外壁和凸起结构中设置均匀绕制的线圈，凸起结构能够增大材料和坩埚之间的接触面积，提高坩埚内整体温度和温度分布均匀性，提高蒸发源性能和蒸镀良率。控制系统连同变频器、热电偶和冷却装置共同作用，形成闭环反馈的调节机制，对坩埚内温度进行精准调控，大大缩短了升温和降温时间，提高了产能。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于OLED蒸镀的蒸发源结构，其特征在于，包括:用于放置材料的坩埚，所述坩埚底部均匀设置中空的凸起结构；所述坩埚和凸起结构外部都设置均匀绕制的环状线圈，所述线圈外部设置支架，所述线圈和支架之间设有测温装置；所述支架外侧设置冷却装置，用于蒸镀过程中降低加热温度；所述冷却装置外侧设置保温层，用于加强蒸发源的保温性能。

2.如权利要求1所述的用于OLED蒸镀的蒸发源结构，其特征在于，所述凸起结构与坩埚为一体化加工。

3.如权利要求1所述的用于OLED蒸镀的蒸发源结构，其特征在于，所述凸起结构形状为长方体、圆柱、棱台。

4.如权利要求1所述的用于OLED蒸镀的蒸发源结构，其特征在于，所述凸起结构的数量为1个、2个或多个。

5.如权利要求1所述的用于OLED蒸镀的蒸发源结构，其特征在于，所述凸起结构的中心到坩埚侧壁的距离与到坩埚中心的距离相等。

6.如权利要求1所述的用于OLED蒸镀的蒸发源结构，其特征在于，所述坩埚采用熔点较高、导磁性强的金属或合金材料，或其他能与线圈产生电磁感应的非金属材料。

7.如权利要求1所述的用于OLED蒸镀的蒸发源结构，其特征在于，所述支架的材料是耐高温且不导磁的金属或非金属材料。

8.如权利要求1所述的用于OLED蒸镀的蒸发源结构，其特征在于，所述蒸发源结构的电路控制系统包括控制系统和与其电性连接的热电偶、变频器、线圈和冷却装置，所述变频器一端与线圈电性连接，另一端接工频交流电。

9.如权利要求8所述的用于OLED蒸镀的蒸发源结构，其特征在于，所述变频器为交-交型变频器或交-直交型变频器，其调整频率的范围是5-50kHz。

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