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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Verdampfer zum Verdampfen, vorzugsweise organischer, Materialien im Vakuum zur Herstellung von großflächigen Beschichtungen, insbesondere bei der Herstellung organischer Leuchtdioden und/oder organischer Solarzellen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Anordnung von mindestens zwei, vorzugsweise ausschließlich zwei, Verdampfern gemäß Anspruch 13, eine Beschichtungsanlage gemäß Anspruch 16 sowie die Verwendung eines Verdampfers und/oder einer Anordnung von Verdampfern und/oder einer Beschichtungsanlage gemäß Anspruch 17.
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Bei der Herstellung von OLEDs (organische, Licht emittierende Dioden) und organischen Solarzellen werden für die Abscheidung von aktiven organischen Schichten sowie von Transportschichten im Vakuum überwiegend thermische Verdampfer eingesetzt. Die organischen Materialien können im Vakuum je nach verwendetem Ausgangsstoff in einem Temperaturbereich zwischen etwa 100°C und etwa 700°C verdampft werden. Zum Einsatz kommen dabei überwiegend punktförmige Verdampferquellen, bei denen das in einem Tiegel verdampfte Material in geheizten Röhren, die vorwiegend aus Keramik oder Glas bestehen, mit oder ohne zusätzliche Inertgasströmung auf eine größere Fläche verteilt wird. Für eine großflächige, homogene Verteilung des organischen Materials ergibt sich dadurch eine große Distanz zwischen dem Verdampfungstiegel und dem zu beschichtenden Substrat. Bei den bekannten Verdampfern muss die Temperatur der den Dampf führenden Rohrleitungen höher sein als die Temperatur des Verdampfers, um zu verhindern, dass sich das verdampfte Material schon in den Rohrleitungen abscheidet. Daher muss bei bekannten Verdampfern, um noch akzeptable Beschichtungsraten zu erzielen, die Verdampfungstemperatur der organischen Materialien bewusst deutlich überschritten werden, in der Regel um mehr als 50°C. Schon eine geringe Überschreitung der Verdampfungstemperatur kann jedoch bei vielen für die Herstellung von OLEDs oder organischen Solarzellen relevanten organischen Materialien zur Schädigung der Molekülstruktur führen, was in einer geringen Effizienz der erzeugten Bauteile resultiert.
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Ein weiterer Nachteil bekannter Verdampfer ist die relativ lange Aufheizdauer bis die einzelnen Komponenten des Verdampfersystems ihre notwendige Temperatur erreichen, die für den Beschichtungszeitraum in einem engen Temperaturfenster konstant gehalten werden muss. Die Aufheizzeit bekannter Verdampfer zum Verdampfen organischer Materialien beträgt bis zu mehrere Stunden. Bekannte Verdampfer arbeiten vorwiegend mit Widerstandsheizungen, über die die keramischen oder aus Quarzglas bestehenden Verdampfungsbehälter, die sich in unmittelbarem mechanischen Kontakt zu den Widerstandsheizungen befinden, aufgeheizt werden.
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Auf dem fachfremden Gebiet der Keramik-Verdampfungstechnologie ist es bekannt, linienförmige Verdampfer einzusetzen, in deren Verdampfungsbehälter zwei symmetrisch in unmittelbarem Kontakt zu dem Verdampfungsgut stehende Heizstäbe angeordnet sind. Ein derartiger Verdampfer ist in der
DE 42 04 938 C1 beschrieben. Der bekannte Verdampfer eignet sich zum Verdampfen von hochschmelzenden Gläsern und/oder keramischen Materialien, wie SiO oder SiO
2. Aufgrund der bei dem Verdampfungsprozess auftretenden, hohen Temperaturen, von teilweise bis zu 2500°C eignet sich der bekannte Verdampfer nicht zur Verwendung bei der Herstellung von OLEDs und/oder organischen Solarzellen, da das zu verdampfende organische Material aufgrund der hohen Temperatureinwirkung zerstört werden würde. Darüber hinaus ist die Aufheizzeit der Heizstäbe bei dem bekannten Verdampfer deutlich zu lang und die Regelbarkeit, aufgrund der Trägheit der Heizstäbe zu groß.
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Häufig ist es, insbesondere in der organischen Photovoltaik, notwendig, Mischschichten aus mehreren Materialien auf ein Substrat aufzubringen oder Materialien während des Aufdampfens zu dotieren. Dies bedingt, dass zumindest zwei unterschiedliche Materialien gleichzeitig aufgedampft werden müssen. Diese unterschiedlichen Materialien haben dabei häufig deutlich unterschiedliche Verdampfungstemperaturen. Unterschiede von bis zu 400° C sind dabei möglich. In der Praxis kommen sehr unterschiedliche Mischungsverhältnisse, je nach Funktion und Eigenschaften der Schichten, zum Einsatz. Dies beinhaltet Mischschichten mit einem Mischungsverhältnis von 1:1 bis zu Dotierschichten mit einem Mischungsverhältnis von beispielsweise 1:99.
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Um die Beschichtungsrate eines einzelnen Verdampfers und damit indirekt auch das Mischungsverhältnis von verdampften Materialien aus zwei Verdampfern einzustellen, wird typischerweise eine Temperaturregelung realisiert. Anders ausgedrückt wird die Beschichtungsrate (Aufdampfrate) über die Einstellung der Temperatur des Verdampfers eingestellt. Eine Temperaturregelung ist aber unabhängig vom Aufbau des Verdampers relativ träge. Die Zeitkonstanten liegen in der Regel mindestens im Minutenbereich. Dies macht eine genaue Regelung des Mischungsverhältnisses über eine Temperaturregelung extrem schwierig. Eventuell notwendige Gradientenschichten, bei denen das Mischungsverhältnis während des Aufwachsens der Schicht verändert wird, sind über eine Temperaturregelung der Beschichtungsrate quasi nicht möglich.
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Aus der
EP 1 683 886 A2 ist eine Verdampfereinrichtung für eine Beschichtungsanlage insbesondere für fir Verwendung für organische Elektrolumineszenz bekannt, bei der ein Schmelztigel von Seitenwänden einer Verdampferkammer erwärmt wird und ein Querschnitt einer Öffnung der Verdampferkammer über eine Shutter-Einrichtung in seinem Querschnitt veränderlich gestaltet ist.
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Aus der
EP 2 025 774 A1 ist eine Einrichtung zur chemische Dampfphasenabscheidung für organisches Material bekannt, bei der eine Heizeinrichtung an der Verdampferkammer angeordnet ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausgehend von dem zuvor erläuterten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Verdampfer, vorzugsweise für organisches Material, anzugeben, mit dem die Beschichtungsrate schnell einstellbar bzw. veränderbar ist. Bevorzugt soll mit dem Verdampfer das Mischungsverhältnis von mindestens zwei zu verdampfenden Materialien in einer Anordnung von mindestens zwei Verdampfern schnell, d.h. nicht träge, einstellbar sein. Ferner besteht die Aufgabe darin, eine Anordnung von zwei Verdampfern anzugeben, von denen zumindest einer eine wie zuvor beschrieben optimierte Einstellmöglichkeit für die Beschichtungsrate aufweist. Darüber hinaus besteht die Aufgabe darin, eine entsprechend optimierte Beschichtungsanlage anzugeben. Ganz besonders bevorzugt soll die Beschichtungsanlage zur Realisierung von Gradientenschichten ausgebildet sein.
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Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verdampfers mit den Merkmalen des Anspruchs 1, hinsichtlich der Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und hinsichtlich der Beschichtungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
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Die Erfindung schlägt vor, zusätzlich oder bevorzugt anstelle einer Temperaturregelung zur Einstellung der Beschichtungsrate des Verdampfers Mittel vorzusehen, um den freien Querschnitt der, vorzugsweise schlitzförmigen, Austrittsöffnung des Verdampfungsbehälters und/oder den freien Querschnitt des der Austrittsöffnung nachgeordneten Austrittskanals, durch den das verdampfte Material hin zum Substrat strömen kann, zu variieren. Anders ausgedrückt wird bei einem nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Verdampfer die Größe des auf das Substrat auftreffenden Volumenstroms an verdampftem Material durch eine Veränderung der frei durchströmbaren Querschnittsfläche der Austrittsöffnung und/oder durch eine Veränderung des frei durchströmbaren Querschnitts des Austrittskanals eingestellt. Ganz besonders bevorzugt wird dabei die Breite der, vorzugsweise schlitzartigen, Austrittsöffnung und/oder die Breite des, vorzugsweise trichterförmigen, Austrittskanals an zumindest einer Stelle verändert. Mit einem nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Verdampfer ist es möglich, die Aufdampfrate schnell und kontinuierlich, vorzugsweise zwischen 0% und 100% der maximalen Aufdampfrate, zu verändern. Für den Fall der Anordnung des Verdampfers in einer Anordnung aus mindestens zwei Verdampfern können zwei unterschiedliche Materialien mit einem beliebigen Mischungsverhältnis und Gradienten aufgedampft werden.
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In der zum Anmeldezeitpunkt der vorliegenden Anmeldung von der Anmelderin hinterlegten
DE 10 2008 043 634 A1 ist ein Verdampfer für organische Materialien beschrieben. Dieses Dokument soll als zur vorliegender Offenbarung zugehörig offenbart gelten, dergestalt, dass ein beliebiges Merkmal oder eine beliebige Merkmalskombination vorliegender Anmeldung mit einem beliebigen Merkmal oder einer beliebigen Merkmalskombination der
DE 10 2008 043 634 A1 kombinierbar und beanspruchbar sein soll. Insbesondere sollen Merkmale der
DE 10 2008 043 634 A1 als vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verdampfers offenbart gelten, derart, dass beliebige Merkmale der
DE 10 2008 043 634 A1 mit den Merkmalen des Hauptanspruchs oder eines Unteranspruchs der vorliegenden Anmeldung kombinierbar und beanspruchbar sein sollen.
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Erfindungsgemäß ist mit Vorteil vorgesehen, dass der freie Querschnitt der Austrittsöffnung und/oder der freie Querschnitt des Austrittskanals dadurch veränderbar bzw. einstellbar sind/ist, dass der Verdampfungsbehälter relativ zu dem Austrittskanal bewegbar angeordnet ist. Ganz besonders bevorzugt ist der Verdampfungsbehälter hierzu um eine, vorzugsweise parallel zur Längserstreckung des Austrittskanals und/oder quer zu einer Bewegungsrichtung des zu beschichtenden Materials verlaufende, Drehachse verschwenkbar angeordnet. Durch relatives Verschwenken der Austrittsöffnung zum Austrittskanal kann die frei durchströmbare Querschnittsfläche des Austrittskanals und der Austrittsöffnung, vorzugsweise zwischen 0 und 100%, verändert werden. Bei maximaler Aufdampfrate (Beschichtungsrate) überlappen sich dabei Austrittsöffnung und Austrittskanal vorzugsweise vollständig, wohingehend bei reduzierter Aufdampfrate eine nur teilweise Überlappung gegeben ist.
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Ganz besonders bevorzugt umfasst der Verdampfer eine Regel- und/oder Steuereinheit bzw. ist dem Verdampfer eine Regel- und/oder Steuereinheit zugeordnet, die den freien Querschnitt der Austrittsöffnung und/oder den freien Querschnitt des Austrittskanals in Abhängigkeit eines Soll- und/oder Ist-Wertes einstellend bzw. regelnd ausgebildet ist. Ganz besonders bevorzugt wird die freie Querschnittsfläche in Abhängigkeit einer tatsächlichen, zu messenden Aufdampfrate (Beschichtungsrate) und/oder im Falle der Realisierung einer Anordnung aus mindestens zwei Verdampfern in Abhängigkeit eines tatsächlichen, vorzugsweise gemessenen Mischungsverhältnisses eingestellt. Ganz besonders bevorzugt regelt und/oder steuert die Regel- und/oder Steuereinheit einen Motor, vorzugsweise einen Elektromotor, zum Verstellen, vorzugsweise Verschwenken, des Verdampfungsbehälters relativ zum Austrittskanal.
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Um einen gut regelbaren, d.h. eine geringe Trägheit aufweisenden, Verdampfer bereitzustellen, ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Verdampfungsbehälter, der zur Aufnahme von, vorzugsweise organischen, Materialien ausgelegt ist, ausschließlich durch Wärmestrahlung von außen erhitzt wird. Anders ausgedrückt wird außerhalb des Verdampfungsbehälters des Verdampfers mindestens ein Wärmestrahler im Vakuum angeordnet, der den Verdampfungsbehälter ausschließlich durch Wärmestrahlung, also nicht durch Konvektionserscheinungen und/oder Wärmeleitung aufgrund eines physischen Kontaktes erwärmt. Ein derartiger Verdampfer ist nicht nur im Hinblick auf die Temperatur des zu verdampfenden organischen Materials gut regelbar, sondern es können auch kurze Aufheizzeiten von weniger als zehn Minuten bei einer sehr gleichmäßigen Wärmeverteilung realisiert werden.
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Besonders gute Ergebnisse, im Hinblick auf die Erwärmungsgeschwindigkeit und die Regelbarkeit der Temperatur des Verdampfungsbehälters bzw. des zu verdampfenden organischen Materials, können durch den Einsatz mindestens eines Quarzstrahlers, insbesondere mindestens eines Doppelrohrquarzstrahlers erzielt werden.
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Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der der Verdampfungsbehälter dünnwandig ist. Besonders bevorzugt beträgt die Wandstärke des Verdampfungsbehälters weniger als 3mm, um somit die Aufheizzeit weiter zu verkürzen und den Verdampfer, aufgrund der resultierenden, geringeren Wärmekapazität und der daraus folgenden geringeren Trägheit sehr exakt in engen Temperaturgrenzen regeln zu können. Mit Vorteil ist der Verdampfungsbehälter aus Metall ausgebildet, was bedingt durch die gute Wärmeleitfähigkeit des Metalls sehr schnell zu einer guten Wärmeverteilung führt.
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Um großflächige Beschichtungen aus organischem Material möglichst gleichmäßig herstellen zu können, ist eine Ausführungsform des Verdampfers bevorzugt, bei der der Verdampfungsbehälter und/oder die Austrittsöffnung, durch die dampfförmiges organisches Material in Richtung des zu beschichtenden Substrates austritt, langgestreckt ist. Bevorzugt hat die Austrittsöffnung hierzu eine lineare Ausdehnung. Mit Vorteil entspricht die Längserstreckung der Austrittsöffnung dabei, zumindest näherungsweise, der Breitenerstreckung des relativ zu der Austrittsöffnung bewegten, zu beschichtenden Substrates. Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Austrittsöffnung derart angeordnet ist, dass das verdampfte organische Material auf direktem Weg, also ohne Richtungsänderung, von der Austrittsöffnung zu dem zu beschichtenden Substrat gelangen kann. Dabei ist der Abstand zwischen der linienförmigen Austrittsöffnung und dem zu beschichtenden Substrat bevorzugt gering.
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Wichtig ist es, mit einem linear ausgedehnten Verdampfer über die gesamte Länge einen sehr homogenen, gleichmäßigen Dampfstrom zu erzeugen. Nur so kann über die gesamte Breite des zu beschichtenden Substrats eine konstante Schichtdicke erreicht werden. Dafür ist eine gute, homogene Temperaturverteilung notwendig, aber meist nicht ausreichend. Die zu verdampfenden organischen Materialien sind in der Regel pulverförmig und bleiben selbst bei Verdampfungstemperatur in diesem Zustand. Typischerweise ist solch ein Pulver nach dem Einfüllen in das Verdampferrohr nicht exakt gleichmäßig verteilt, dadurch würde sich auch bei über die Länge gleicher Temperatur ein ungleichmäßiger Dampfstrom ergeben, wenn das Rohr im Extremfall in seiner vollen Breite geöffnet wäre. Durch die Drosselstelle bildet sich nun im Verdampferrohr ein etwas höherer, über die Länge gleichmäßiger Dampfdruck des Materials aus. Dadurch wird gewährleistet, dass durch den Schlitz über die gesamte Länge der gleiche Dampfstrom austritt. Ein enger Schlitz bedeutet somit einen sehr homogenen, aber geringen Dampfstrom. Für eine wirtschaftliche Beschichtung ist aber ein möglichst hoher Dampfstrom gewünscht. Die Schlitzbreite wird also nur so eng ausgelegt, dass die geforderte Homogenität sicher eingehalten wird. Zusätzlich kann über die Variation (Anpassung) der Schlitzbreite über die Länge ein gewünschtes Beschichtungsprofil eingestellt werden. Der Schlitz kann auch durch ein Lochraster ersetzt werden, dies kann bei einer sehr langen Ausdehnung des Verdampfers aus Stabilitätsgründen oder der einfacheren Herstellbarkeit sinnvoll sein.
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Durch die Realisierung einer langgestreckten Ausdehnung des Verdampfungsbehälters ist dieser auf einfache Weise, bis in den Meterbereich, skalierbar. Bedingt durch die lineare Ausdehnung des Verdampfers ergibt sich ein direkter Beschichtungsweg mit einer geringen Distanz zwischen Verdampfer und dem großflächigen Substrat, wodurch das zu verdampfende Material bei Temperaturen, die nur knapp über dem Verdampfungspunkt (je nach Material zwischen etwa 100°C und etwa 700°C) liegen, aufgedampft werden kann, bei gleichzeitig höheren Beschichtungsraten. Somit können auch erstmals Materialen mit guter Aufdampfrate verdampft werden, deren Zersetzungstemperatur nur unwesentlich über der Verdampfungstemperatur liegt.
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Idealerweise handelt es sich bei dem Verdampfungsbehälter um ein, insbesondere quer zur Substratbewegungsrichtung orientiertes, Rohr, vorzugsweise mit kreisrundem Querschnitt. Ganz besonders bevorzugt ist das dünnwandige Rohr aus Metall ausgebildet und in Richtung seiner Längserstreckung geschlitzt, vorzugsweise auf der dem Substrat zugewandten Oberseite des Rohres. Der Längsschlitz des Rohres bildet dabei bevorzugt die Austrittsöffnung, durch die verdampftes organisches Material auf direktem Weg zum beschichtenden Substrat strömen kann. Die schlitzförmige Austrittsöffnung hat bevorzugt eine geringe Breite bezogen auf den Rohrdurchmesser. Sie bildet dadurch eine Drosselstelle, die bei geeigneter Auslegung eine sehr homogene Verteilung des Dampfstroms über die gesamte Länge des Verdampfers erzeugt, selbst bei einer ungleichmäßigen Verteilung des Aufdampfmaterials im Verdampfungsrohr. Durch den anpassbaren Durchmesser und die Längenausdehnung des, vorzugsweise aus Metall ausgebildeten, Rohres kann ein großes Vorratsvolumen von zu verdampfendem organischen Material erhalten werden, so dass bei einer Verwendung des Verdampfers in Inline-Beschichtungsanlagen eine sehr lange Betriebszeit bis zum notwendigen Nachfüllen (Wartungszyklus) erreicht wird.
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In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass nicht nur ein einziger (Wärme-)Strahler vorgesehen ist, sondern mehrere, um den Verdampfungsbehälter verteilt angeordnete Strahler, wobei die Position und die Anzahl der Strahler so gewählt ist, dass eine möglichst homogene Erwärmung des Verdampfungsbehälters und damit eine homogene Erwärmung des zu verdampfenden, organischen Materials sichergestellt ist. Bevorzugt weist der Strahler eine größere Längenerstreckung auf als der Verdampfungsbehälter, um an den Enden des Verdampfungsbehälters einen Temperaturabfall zu verhindern.
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Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn die Austrittsöffnung, des vorzugsweise metallischen Verdampfungsbehälters in einen Austrittskanal mündet, der vorzugsweise trichterförmig ausgeformt ist, also sich in Richtung hin zu dem zu beschichtenden Substrat verbreitert. Der Austrittskanal dient dabei zur Führung des organischen Materialdampfes hin zu dem zu beschichtenden Substrat und schützt andere Bauelemente des Verdampfers vor parasitärer Beschichtung. Bevorzugt ist der Austrittskanal vertikal angeordnet und ermöglicht einen linearen Durchtritt für verdampftes, organisches Material.
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Um eine parasitäre Beschichtung von Bauteilen des Verdampfers mit organischem Material weitgehend zu vermeiden, ist in Weiterbildung der Erfindung mit Vorteil vorgesehen, dass die Temperatur der Wandung des Austrittskanals leicht über der Temperatur des Verdampfungsrohres gehalten wird, so dass ein Absetzen von organischem Material auf der Austrittskanalwandung vermieden werden kann. Aufgrund des kurzen, von dem verdampften organischen Material zurückzulegenden Weges bis zum Erreichen des Substrates reicht eine über der Verdampfungstemperatur liegende Temperatur der Austrittskanalwandung aus. Bevorzugt ist die Wandung des Austrittskanals weniger als 20°C, ganz besonders bevorzugt weniger als 10°C wärmer als die Verdampfungsbehältertemperatur.
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Wie eingangs bereits angedeutet, ist es bevorzugt, wenn dem mindestens einen Strahler eine Temperaturregeleinrichtung zugeordnet ist, die die Wärmeabstrahlung des Strahlers regelt. Um eine Ist-Temperatur im Bereich des Verdampfungsbehälters, vorzugsweise unmittelbar des Verdampfungsbehälters zu erhalten, sind mit Vorteil Sensormittel vorgesehen, die signalleitend mit der Temperaturregeleinrichtung verbunden sind. Als Sensormittel können beispielsweise Thermoelemente oder Temperaturwiderstände, beispielsweise PT100 eingesetzt werden.
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Bevorzugt ist die Temperaturregeleinrichtung derart ausgebildet, dass diese die Temperatur des Verdampfungsbehälters derart regelt, dass sich die Temperatur des Verdampfungsbehälters nur geringfügig über der Verdampfungstemperatur des organischen Materials befindet, insbesondere in einem Temperaturbereich zwischen 100°C und etwa 700°C.
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Um eine unzulässige Erwärmung der Umgebung des Verdampfers zu vermeiden, ist in Weiterbildung der Erfindung mit Vorteil vorgesehen, dass die Strahler, vorzugsweise zusammen mit dem Verdampfungsbehälter, in einem kühlbaren Gehäuse angeordnet sind. Bevorzugt ist dem Gehäuse eine Wasserkühlung zugeordnet, um für einen ausreichenden Wärmeabtransport zu sorgen.
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Die Erfindung führt auch auf eine Anordnung von mindestens zwei Verdampfern, von denen zumindest ein, vorzugsweise sämtliche, Verdampfer wie zuvor beschrieben ausgebildet ist/sind. Ganz besonders bevorzugt sind die Verdampfer der Anordnung in voneinander getrennten und bevorzugt separat gekühlten Gehäusen untergebracht, wodurch deutlich unterschiedliche Verdampfungstemperaturen, von vorzugsweise weniger als 400° C, ohne Querbeeinflussung realisiert werden können. Durch das Vorsehen mindestens eines Verdampfers mit während des Verdampfens des Materials einstellbarerer, d.h. veränderbarer, Austrittsöffnung und/oder Austrittskanalquerschnittsfläche kann die Aufdampfrate zumindest eines Materials und damit das Mischungsverhältnis mehrerer Materialien schnell und kontinuierlich eingestellt, vorzugsweise geregelt, werden.
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Ganz besonders bevorzugt ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die mindestens zwei, vorzugsweise ausschließlich zwei, Verdampfungsbehälter der mindestens zwei, vorzugsweise ausschließlich zwei, Verdampfer parallel ausgerichtet sind. D.h. die, vorzugsweise schlitzförmigen, Austrittsöffnungen sind parallel zueinander ausgerichtet und befinden sich in Transportrichtung des Substrates hintereinander.
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Ganz besonders zweckmäßig ist es, wenn die Verdampfer, vorzugsweise deren Gehäuse, relativ zueinander bewegbar, vorzugsweise verschwenkbar, sind, noch weiter bevorzugt um parallel zueinander verlaufende Schwenkachsen. Durch die relative Bewegbarkeit, vorzugsweise Verschwenkbarkeit, kann eine gleichmäßigere oder nur teilweise durch Mischung der mindestens zwei, vorzugsweise ausschließlich zwei, unterschiedlichen Materialien sichergestellt bzw. eingestellt werden. Die relativ bewegbare, vorzugsweise relativ verschwenkbare, Anordnung der Verdampfer bringt insgesamt weitere Freiheitsgrade bei der Prozessoptimierung mit sich.
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Die Erfindung führt auch auf eine Beschichtungsanlage, vorzugsweise für die Inline-Beschichtung. Die Beschichtungsanlage zeichnet sich durch mindestens einen nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Verdampfer und/oder durch mindestens eine nach dem Konzept der Erfindung ausgebildete Anordnung von mindestens zwei Verdampfern aus. Wesentlich ist, dass eine Relativbewegung zwischen Substrat und Verdampfer bzw. Verdampferanordnung realisiert ist. Ganz besonders bevorzugt erstreckt sich die, insbesondere schlitzförmige, Austrittsöffnung des mindestens einen Verdampfungsbehälters des mindestens einen Verdampfers quer zur Bewegungsrichtung des Substrates. Durch den Einsatz eines nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Verdampfers kann eine optimale, gleichmäßige flächenhafte Beschichtung durch eine lineare Bewegung des Substrates über dem Verdampfer realisiert werden. Dabei wird das Substrat bevorzugt von Rolle zu Rolle transportiert bzw. bewegt. Die Längserstreckung des Verdampfers (quer zur Bewegungsrichtung des Substrates) kann bevorzugt an die zu beschichtende Substratbreite angepasst werden, so dass eine homogene Beschichtung über die gesamte Substratbreite gewährleistet ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
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Diese zeigen in:
- 1 eine perspektivische, teilgeschnittene Darstellung eines möglichen Ausführungsbeispiels eines Verdampfers, bei dem während des Betriebs die freie Querschnittsfläche der Austrittsöffnung und die freie Querschnittsfläche des Austrittskanals einstellbar sind,
- 2 eine Schnittansicht durch einen Verdampfer einer Beschichtungsanlage, und
- 3 eine Schnittansicht durch eine Verdampferanordnung einer Beschichtungsanlage, wobei zwei Verdampfer relativ zueinander verschwenkbar angeordnet sind.
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In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In 1 ist ein Verdampfer 1 zum Verdampfen aktiver organischer Materialien in einem OLED- oder Solarzellenherstellungsprozess oder in einem Prozess zur Herstellung organischer Elektronik gezeigt. Der Verdampfer 1 umfasst ein wassergekühltes Gehäuse 2, in dem ein rohrförmiger Verdampfungsbehälter 3 aufgenommen ist. Der Verdampfungsbehälter 3 erstreckt sich quer zu einer Substratbewegungsrichtung 4 von nicht dargestelltem, zu beschichtendem Substrat.
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Bei dem Verdampfungsbehälter 3 handelt es sich um ein Metallrohr mit einer sehr geringen Wandstärke, wobei der Verdampfungsbehälter 3 an seiner dem Substrat zugewandten Oberseite längsgeschlitzt ist, so dass eine langgestreckte, linienförmige Austrittsöffnung 5 gebildet ist, durch die verdampftes organisches Material senkrecht zur Längserstreckung des Verdampfungsbehälters 3 sowie senkrecht zur Substratbewegungsrichtung 4 in Richtung Substrat ausströmen kann.
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Rund um den Verdampfungsbehälter 3 sind insgesamt fünf als Doppelrohrquarzstrahler ausgebildete Strahler 6 angeordnet, die für eine gleichmäßige Erwärmung des Verdampfungsbehälters 3 Sorge tragen. Die Längserstreckung der Strahler 6 ist dabei größer als die Längserstreckung des Verdampfungsbehälters 3 um Temperaturabfälle im Bereich der Enden des rohrförmigen Verdampfungsbehälters 3 sicher zu verhindern.
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Wie sich aus 1 ergibt, sind die Strahler 6 mit Abstand zu dem Verdampfungsbehälter 3 angeordnet. Der gesamte Verdampfer 1 ist im Vakuum angeordnet, so dass die Wärmeübertragung von den Strahlern 6 auf den Verdampfungsbehälter 3 ausschließlich durch Wärmestrahlung erfolgt.
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Aufgrund der Dünnwandigkeit des metallischen, rohrförmigen Verdampfungsbehälters 3 und aufgrund des Vorsehens von Strahlern 6 zur Erwärmung des Verdampfungsbehälters 3 ist eine gute Temperaturregelbarkeit des Verdampfers 1 gegeben. Den Strahlern 6 ist hierzu eine nicht gezeigte Temperaturregeleinrichtung zugeordnet, die mit ebenfalls nicht gezeigten, im Bereich des Verdampfungsbehälters 3, vorzugsweise unmittelbar auf dem Verdampfungsbehälter 3 angeordneten Sensormitteln, die zur Erfassung der Ist-Temperatur dienen, zusammenwirkt.
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Wie sich weiter aus 1 ergibt, mündet die Austrittsöffnung 5 in den trichterförmigen Austrittskanal 7 aus, der wie die Austrittsöffnung 5 quer zur Substratbewegungsrichtung 4 langgestreckt ist und dessen Breitenerstreckung in Substratbewegungsrichtung 4 mit zunehmendem Abstand von der Austrittsöffnung 5 zunimmt. Die Wandung 8 des geradlinigen Austrittskanals 7 ist beheizbar, wobei die Temperatur der Wandung 8 ebenfalls mittels der erwähnten Temperaturregeleinrichtung geregelt wird und zwar auf eine Temperatur, die geringfügig über der Temperatur des Verdampfungsbehälters 3 liegt. Aufgrund der langgestreckten Ausdehnung des mit organischem Material gefüllten Verdampfungsbehälters 3 ist der Verdampfer 1 auf einfache Weise skalierbar. Das Aufnahmevolumen des Verdampfungsbehälters 3 kann auf einfache Weise durch eine Änderung des Durchmessers des hier im Querschnitt kreisförmig konturierten Verdampfungsbehälters 3 angepasst werden.
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Wie sich weiter aus 1 ergibt, ist der Verdampfungsbehälter 3 um eine sich parallel zur Austrittsöffnung 5 erstreckende Schwenkachse 9 verschwenkbar angeordnet. Durch Verschwenken des Verdampfungsbehälters 3 um die Schwenkachse 9 kann der freie Querschnitt, d.h. die wirksame Breite der schlitzförmigen Austrittsöffnung sowie der freie Querschnitt des Austrittskanals 7 bzw. der freie Querschnitt einer unteren Eintrittsöffnung 10 des trichterförmigen Austrittskanals 7 verändert werden, indem der Überlappungsbereich zwischen Austrittsöffnung 5 und Eintrittsöffnung 10 bzw. Austrittskanal 7 variiert wird.
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Zum Verschwenken des Verdampfungsbehälters 3 um die Schwenkachse 9 ist ein Elektromotor 11, der lediglich schematisch angedeutet ist, vorgesehen, wobei der Elektromotor 11 von einer Regelungs- und/oder Steuerungseinheit ansteuerbar ist, wobei diese den Elektromotor anhand Benutzervorgabe und/oder anhand eines, vorzugsweise zu messenden, Ist-Wertes ansteuert.
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Wie sich aus den 1 und 2 ergibt, erstreckt sich das den Austrittskanal 7 begrenzende Blech zu beiden Längsseiten der Eintrittsöffnung 10 ein Stück weit in Umfangsrichtung um den Verdampfungsbehälter 3 herum, so dass die Austrittsöffnung, wenn diese unter einen der sich in Umfangsrichtung erstreckenden, gekrümmten Abschnitte 17 des Bleches verschwenkt wird, vollständig abgedeckt bzw. verschlossen wird, um das Austreten von verdampftem Material aus der Austrittsöffnung 5 zumindest weitgehend zu unterbinden.
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2 zeigt eine Beschichtungsanlage 13 mit einem Verdampfer 1. Der Verdampfer 1 ist unterhalb eines zu bedampfenden Substrates 14 angeordnet, welches in eine Substratbewegungsrichtung quer zur Längserstreckung der Austrittsöffnung 5 bewegbar ist. Schematisch angedeutet ist eine Dampfwolke 15 von verdampftem, organischem Material, die durch die Austrittsöffnung 5 der Verdampfungsbehälters 3 austritt, die Eintrittsöffnung 10 des Austrittskanals 7 durchsetzt und durch den Austrittskanal 7 nach oben in Richtung Substrat 14 wandert.
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Wie sich weiter aus 2 ergibt, ist der Verdampfungsbehälter 3 in beide Umfangsrichtungen um eine Schwenkachse 9 verschwenkbar, um den Überlappungsbereich zwischen Austrittsöffnung 5 und Eintrittsöffnung 10 variieren zu können.
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3 zeigt eine Beschichtungsanlage 13 mit einer Anordnung 16 von zwei im Wesentlichen identisch ausgebildeten Verdampfern 1. Der Aufbau der Verdampfer 1 entspricht beispielsweise dem Aufbau des in 1 oder 2 gezeigten Verdampfers 1. Es ist also bei beiden Verdampfern 1 möglich, die Aufdampfrate (Beschichtungsrate) und damit das Mischungsverhältnis zweier Materialien einzustellen.
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Wie sich aus 3 weiter ergibt, sind beide Verdampfer 1, genauer die gekühlten Gehäuse 2 der Verdampfer 1, um jeweils eine nicht eingezeichnete Drehachse verschwenkbar, so dass ein Schwenkwinkel α variierbar ist, um somit weitere Freiheitsgrade bei der Prozessoptimierung zu haben. In 2 sind beide Verdampfer 1 zum einen in einer Ausgangsstellung (nicht verschwenkt - durchgezogene Linien) und zum anderen in einer ausgelenkten, d.h. verschwenkten, Stellung (gestrichtelte Linien) gezeigt.
