TWI452157B - 一種面型蒸鍍源及其蒸鍍方法與系統 - Google Patents

Description

一種面型蒸鍍源及其蒸鍍方法與系統

本發明係有關於一種面型蒸鍍源及其蒸鍍方法與系統，尤指一種可精確控制薄膜品質且可連續大面積化蒸鍍，可提高鍍率及材料利用率之面蒸鍍技術。

多成分薄膜蒸鍍技術是光電及半導體技術中，以物理方式形成薄膜的重要方式也是關鍵技術，若蒸鍍成分組成複雜時，例如銅銦鎵硒(CIGS)、紅綠藍(RGB)有機發光層等有機材料，其蒸發(昇華)溫度不同，濃度及摻雜控制不易，不適於高溫，且需避免材料裂解或化學反應，共蒸鍍技術難以控制組成。

此外，有機材料蒸發(昇華)分子擴散速率不同，且無一定方向性，因此摻雜控制不易，且材料利用率低，至於溶液預混方式雖然可以精確控制成分組成，但卻難以量產。例如有機發光二極體(OLED)製程中有機層發光層，其多種染料之組成為影響發光均勻之關鍵，亦為廠商研究發展及未來競爭利基之所在

傳統有機發光二極體(OLED)成膜技術係採用點蒸發源的方式，然而點蒸發源只適用於小尺寸基板(約370×470 mm)蒸鍍，其材料使用率低(約5~6%)，鍍膜速率慢(約0.3~0.8 nm/s)，而且單件產品生產時間(Tact time)也較長(約4~5分鐘)。

針對習知專利而言，美國發明專利第6202591號「Linear aperture deposition apparatus and coating process」，該案揭露一種線型蒸鍍源，欲鍍材質加熱後，經過線型開槽，即可得到線型蒸鍍源，可於上方基材形成單層薄膜。該案雖然可以線型蒸鍍克服點蒸鍍摻雜不均之問題，提高鍍膜速率高(約為4~5 nm/s)及材料利用率(大於80%)及大面積化(基板尺寸可提高至1000×10000mm)，縮短單件產品生產時間(Tact time)(約可縮短至1分鐘)，惟該案技術對於單基板而言，仍必須經過多次蒸鍍，且該案並未提及如何改善共蒸鍍有機材料控制不易的問題。

例如中華民國發明專利公告號I293234「白光有機電致發光二極體及製造方法」，該案提出一種具單一發光層之白光有機電致發光二極體及製造方法，包括提供；a)一白光電致發光層；b)一鄰接白光電致發光層第一表面的第一電極；c)一鄰接白光電致發光層第二表面的第二電極。其中，該白光電致發光層係利用電致發光染料及分子主體材料，以溶液製程製作，其目的在於改善白光有機電致發光二極體效能及簡化製程，但是該案係著重於蒸鍍材料之成分組成混合技術，該案仍保持傳統批次生產方式，缺乏可連續生產之技術手段，無法提供量產之需求，亦無法突破傳統點蒸鍍或線蒸鍍方式。

有鑑於習知技術之缺失，本發明提出一種面型蒸鍍源及其蒸鍍方法與系統，其優勢為：(1)可精確控制薄膜品質。(2)提供一連續生產之技術手段。(3)可實現大面積化蒸鍍，並提高鍍率及材料利用率。(4)蒸鍍材料可不必長期處於高溫狀態避免材質劣化。

為達到上述目的，本發明提出一種面型蒸鍍方法，係用以對至少一欲蒸鍍基材進行蒸鍍，該面型蒸鍍方法係利用：至少一蒸鍍材料及一面型蒸鍍源，將蒸鍍材料披覆於該面型蒸鍍源表面，該蒸鍍材料分佈之區域係為該蒸鍍材料汽化後可涵蓋該欲蒸鍍基材之區域內，再對該面型蒸鍍源加熱，藉由加熱方式將面型蒸鍍源由固態轉化為氣態，擴散到欲蒸鍍基材表面，藉由蒸發、凝結及成核之原理使蒸汽以原子或分子的狀態，在欲蒸鍍基材表面成核、凝結及成核及成長的機制形成薄膜。

為達到上述目的，本發明再提出一種面型蒸鍍源，係用以對至少一欲蒸鍍基材進行蒸鍍，該面型蒸鍍源包含：一蒸鍍源基板，該蒸鍍源基板具有至少一平面；至少一蒸鍍材料，係披覆於該蒸鍍源基板至少一平面上，該蒸鍍材料分佈之區域係為該蒸鍍材料汽化後可涵蓋該欲蒸鍍基材之區域內。

本發明再提出一種面型蒸鍍源製造方法，係用以製造面型蒸鍍源，其係利用：一蒸鍍源基板，該蒸鍍源基板具有至少一表面，作為披覆蒸鍍材料之蒸鍍源基板，可為平面、曲面、平滑面或為粗糙表面；至少一蒸鍍材料，係披覆於該蒸鍍源基板至少一表面上，該蒸鍍材料分佈之區域係為該蒸鍍材料汽化後可涵蓋該欲蒸鍍基材之區域內；披覆蒸鍍材料之區域包含點、線或面分佈排列而成。

為達到上述目的，本發明又提出一種面型蒸鍍源系統，包含：至少一欲蒸鍍基材；一面型蒸鍍源，係由一蒸鍍源基板以及至少一蒸鍍材料構成，該蒸鍍材料係披覆於該蒸鍍源基板之至少其中一表面，該蒸鍍材料分佈之區域係為該蒸鍍材料汽化後可涵蓋該欲蒸鍍基材之區域，且該欲蒸鍍基材其中至少有一面係設置於汽化之蒸鍍材料可到達之區域內；以及一加熱器，係設置於可加熱面型蒸鍍源之區域，由該加熱器對該面型蒸鍍源加熱，將面型蒸鍍源由固態轉化為氣態，擴散到欲蒸鍍基材表面，使蒸汽以原子或分子的型態在表面成核、凝結及成長使其形成膜。

為使　貴審查委員對於本發明之結構目的和功效有更進一步之了解與認同，茲配合圖示詳細說明如后。

以下將參照隨附之圖式來描述本發明為達成目的所使用的技術手段與功效，而以下圖式所列舉之實施例僅為輔助說明，以利　貴審查委員瞭解，但本案之技術手段並不限於所列舉圖式。

請參閱第一圖所示，本發明所提出之面型蒸鍍方法，其係利用一面型蒸鍍源10對一欲蒸鍍基材20進行面型蒸鍍，該面型蒸鍍源10係將至少一種蒸鍍材料12以塗佈、噴墨或蒸鍍等方法但不限於上述等方式披覆於一蒸鍍源基板11之其中至少一表面而形成，該蒸鍍源基板11與蒸鍍材料12搭配之形式有多種，請參閱第二圖至第四圖所示實施例，其中，第二圖所示該蒸鍍源基板11為平面，蒸鍍材料12也為平面，第三圖所示該蒸鍍源基板11為平面，蒸鍍材料12係呈現粗糙表面，第四圖所示該蒸鍍源基板11為粗糙表面，藉由改變該粗糙表面之之凸點或凹點之大小、形狀及排列密度，可改變蒸鍍之有效區域，調整所鍍薄膜之目的。蒸鍍材料12係填塞於該蒸鍍源基板11之凹陷之空間中，第二圖至第四圖所示實施例說明，本發明之蒸鍍源基板11可為平面、平滑面或粗糙之不平整面，本發明披覆於蒸鍍源基板11之蒸鍍材料12可為平面、平滑面或粗糙表面，該蒸鍍材料12除了全面或大面積披覆於該蒸鍍源基板11表面外，亦可以塗佈、噴墨或蒸鍍方式於該蒸鍍源基板11形成包含點、線或面分佈排列而成之圖案。

該蒸鍍源基板11之材質不限，以具有一定耐熱性為原則，由於本發明係應用於蒸鍍，因此該蒸鍍源基板11必須具有一定程度(例如：至少大於100℃)之耐熱性，該蒸鍍源基板11之熔點必須不低於欲蒸鍍基材實際蒸鍍時之工作溫度為原則，該蒸鍍材料12可為單一種蒸鍍物質，或為多種不同蒸鍍物質以所需比例混合調和而成，例如銅銦鎵硒(CIGS)、紅綠藍(RGB)有機發光層等有機材料，將該蒸鍍材料12塗佈於該蒸鍍源基板11表面，於該蒸鍍源基板11表面形成一蒸鍍薄膜層，該蒸鍍材料12塗佈之區域(圖中斜線區域)係為該蒸鍍材料12汽化後可涵蓋該欲蒸鍍基材20之區域，例如圖中所示該蒸鍍材料12塗佈區域約等於該欲蒸鍍基材20，亦可將該蒸鍍材料12佈滿該蒸鍍源基板11表面，亦即，本發明該面型蒸鍍源10可對該欲蒸鍍基材20進行一次全面性蒸鍍，明顯有別於傳統點蒸鍍或線蒸鍍。

請參閱第五圖所示實施例，其係以第一圖實施例為基礎衍生而出，第五圖顯示本發明所提出之面型蒸鍍方法，其係利用一彎曲具有一弧度之面型蒸鍍源10A對同樣彎曲為曲面之一欲蒸鍍基材20A進行面型蒸鍍，該面型蒸鍍源10A係將至少一種蒸鍍材料12A以塗佈、噴墨或蒸鍍等方法但不限於上述等方式披覆於一蒸鍍源基板11A之表面而形成，本實施例所採用之該蒸鍍源基板11A及蒸鍍材料12A與第一圖該蒸鍍源基板11A及蒸鍍材料12A材質及其所能達成之功效相同，本實施例之特點在於將面型蒸鍍源10A設置為曲面，因此可以針對曲面之欲蒸鍍基材20A進行面蒸鍍，藉由這種方式可蒸鍍不同曲率半徑之基材，同樣地，該蒸鍍源基板11A與蒸鍍材料12A搭配之形式有多種，請參閱第六圖至第八圖所示實施例，其中，第六圖所示該蒸鍍源基板11A為平滑曲面，蒸鍍材料12A也為平滑曲面，第七圖所示該蒸鍍源基板11A為平滑曲面，蒸鍍材料12A之曲面呈現粗糙表面，第八圖所示該蒸鍍源基板11A之曲面呈現粗糙表面，蒸鍍材料12A係填塞於該蒸鍍源基板11A之凹陷之空間中，藉由改變該粗糙表面之之凸點或凹點之大小、形狀及排列密度，可改變蒸鍍之有效區域，調整所鍍薄膜之目的。

請參閱第九圖所示本發明面型蒸鍍源系統實施例架構示意圖，該面型蒸鍍源系統100包括一面型蒸鍍源30，該面型蒸鍍源30係將至少一種蒸鍍材料32以塗佈、噴墨或蒸鍍但不限等方法披覆於一蒸鍍源基板31之表面而形成，該蒸鍍材料32塗佈之區域(圖中斜線區域)係為該蒸鍍材料32汽化後可涵蓋該欲蒸鍍基材20之區域，披覆蒸鍍材料之蒸鍍源基板31可為第二圖至第八圖所示包含平面、曲面、平滑面或為加工形成之粗糙表面(例如：中心粗糙度至少Ra為0.1 μm～5 cm)之該蒸鍍源基板11、11A，同時，該蒸鍍材料32除了全面或大面積披覆於該蒸鍍源基板31表面外，亦可以塗佈、噴墨或蒸鍍方式於該蒸鍍源基板31形成包含點、線或面分佈排列而成之圖案。

第九圖所示實施例之特點在於，該蒸鍍材料32係塗佈且佈滿該蒸鍍源基板31之一面，該蒸鍍源基板31具有可撓性，且該披覆有蒸鍍材料32之蒸鍍源基板31係捲繞成捲材，該蒸鍍源捲材可連接一驅動裝置(圖中未示出)，藉由該驅動裝置將該蒸鍍源捲材連續送出或間歇進給式送出，於該面型蒸鍍源30之相對兩面分別設置一欲蒸鍍基材20以及一加熱器40，該欲蒸鍍基材20係朝向該蒸鍍源基板31設有蒸鍍材料32之一面，該加熱器40則設置於該蒸鍍源基板31未塗佈蒸鍍材料32之一面，以第九圖而言，該蒸鍍材料32係塗佈於該蒸鍍源基板31頂面，該欲蒸鍍基材20係設置於該面型蒸鍍源30上方，且該欲蒸鍍基材20其中至少有一面係設置於汽化之蒸鍍材料32可到達之區域內，該加熱器40係設置於該面型蒸鍍源30下方可加熱該面型蒸鍍源30之區域，由該加熱器40對該面型蒸鍍源30加熱，將面型蒸鍍源30由固態轉化為氣態，擴散到該欲蒸鍍基材20表面，藉由原子或分子型態之蒸汽的層次控制蒸汽之手段，在欲蒸鍍基材20表面藉由成核、凝結及成長之物理機制使其形成膜。該面型蒸鍍源30除了可對該欲蒸鍍基材20進行面蒸鍍之外，由於該面型蒸鍍源30具有一定長度且可被連續送出或間歇進給式送出，因此於該欲蒸鍍基材20完成蒸鍍後，只要置換新的欲蒸鍍基材20即可進行下一次蒸鍍，如此，可實現連續蒸鍍、連續生產的目的。同理，可設置多個欲蒸鍍基材20搭配相對應數量之加熱器40(如第十圖所示)，或是多個欲蒸鍍基材20搭配一個大型加熱器40(如第十一圖所示)，即可同時對多個欲蒸鍍基材20進行蒸鍍。

綜上所述，本發明提供之面型蒸鍍源及其蒸鍍方法與系統，將至少一種蒸鍍材料，或是將多種蒸鍍材料預先混合均勻後，以塗佈等方式結合於一大面積蒸鍍源基板上，披覆蒸鍍材料之蒸鍍源基板可為第一圖至第八圖所示包含平面、曲面、平滑面或為加工形成之粗糙表面之該蒸鍍源基板11、11A，該蒸鍍源基板11、11A所披覆蒸鍍材料12、12A，除了平面外亦可以塗佈、噴墨或蒸鍍方式塗佈成包含點、線或面分佈排列而成之圖案。該大面積蒸鍍源基板可為單片狀基板，以一片一片的方式實現連續蒸鍍(如第一圖及第五圖所示)，或該大面積蒸鍍源基板可為單片捲繞之基板捲材，以連續或間歇進給式送入之方式實現連續蒸鍍(如第九至十一圖所示)，可精確控制薄膜品質且可連續大面積化蒸鍍，提高鍍率及材料利用率，替代傳統蒸鍍機批次載舟之生產方式。

必須強調說明的是，物理汽相沈積(PVD)是以物理機制進行薄膜沈積，以物質的相變化形成薄膜，常見有濺鍍(sputtering)及蒸鍍(evaporation)等方式，本發明所提出之薄膜平面型連續式蒸鍍源，係由固態轉化為氣態，擴散到欲蒸鍍基材表面，藉由原子或分子的層次控制蒸汽在表面成核、凝結及成長使其形成膜，可以得到傳統鍍膜技術(例如塗佈及噴墨等方式)所無法得到之均勻性、奈米尺度等具有特殊構造及功能的薄膜，因此適用於精度要求嚴格之半導體及光電產業，相較於傳統塗佈及噴墨鍍膜方式，本案所提出之蒸鍍技術與應用領域均具有較先進之技術層次。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以之限定本發明所實施之範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利涵蓋之範圍內，謹請　貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。

10、10A‧‧‧面型蒸鍍源

11、11A‧‧‧蒸鍍源基板

12、12A‧‧‧蒸鍍材料

20、20A‧‧‧欲蒸鍍基材

30‧‧‧面型蒸鍍源

31‧‧‧蒸鍍源基板

32‧‧‧蒸鍍材料

40‧‧‧加熱器

100‧‧‧蒸鍍源系統

第一圖係本發明面型蒸鍍方法第一實施例配合欲蒸鍍基材結構示意圖。

第二圖至第四圖係第一圖之平面型蒸鍍源基板不同實施例配合欲蒸鍍基材之結構示意圖。

第五圖係本發明面型蒸鍍方法第二實施例配合欲蒸鍍基材結構示意圖。

第六圖至第八圖係第五圖之曲面型蒸鍍源基板不同實施例配合欲蒸鍍基材之結構示意圖。

第九圖係本發明面型蒸鍍源系統實施例架構示意圖。

第十圖及第十一圖係本發明面型蒸鍍源系統對多個欲蒸鍍基材同時進行蒸鍍之不同狀態示意圖。

100．．．面型蒸鍍源系統

20．．．欲蒸鍍基材

30．．．面型蒸鍍源

31．．．蒸鍍源基板

32．．．蒸鍍材料

40．．．加熱器

Claims (20)

1. 一種面型蒸鍍方法，包含：利用一面型蒸鍍源對至少一欲蒸鍍基材進行面型蒸鍍，該面型蒸鍍源包括一蒸鍍源基板，該蒸鍍源基板具有至少一表面，於該蒸鍍源基板至少一表面上披覆蒸鍍材料，該披覆蒸鍍材料之蒸鍍源基板包含平面、曲面、平滑面或為粗糙表面；以及對該面型蒸鍍源加熱，使該欲蒸鍍材料蒸鍍於該欲蒸鍍基材表面，於該欲蒸鍍基材表面形成蒸鍍膜。
2. 如申請專利範圍第1項所述之面型蒸鍍方法，其中該基材所披覆蒸鍍材料之區域係為汽化後之區域可涵蓋複數該欲蒸鍍基材。
3. 如申請專利範圍第1項所述之面型蒸鍍方法，其中該蒸鍍源基板所披覆蒸鍍材料之區域包含點、線或面分佈排列而成。
4. 如申請專利範圍第1項所述之面型蒸鍍方法，其中該蒸鍍源基板為一具有可撓性之材質。
5. 如申請專利範圍第4項所述之面型蒸鍍方法，其中該披覆有蒸鍍材料之蒸鍍源基板係捲繞形成一面型蒸鍍源捲材；該面型蒸鍍源捲材係設置於一驅動裝置，該驅動裝置係用以將該面型蒸鍍源捲材連續送出或間歇式進給送出，以進行連續蒸鍍。
6. 如申請專利範圍第1項所述之面型蒸鍍方法，其中該蒸鍍材料係為至少一種蒸鍍物質組成。
7. 一種面型蒸鍍源，係用以對至少一欲蒸鍍基材進行蒸 鍍，該面型蒸鍍源包含：一蒸鍍源基板，該蒸鍍源基板具有至少一表面；至少一蒸鍍材料，係披覆於該蒸鍍源基板至少一表面上，該蒸鍍材料分佈之區域係為該蒸鍍材料汽化後可涵蓋該欲蒸鍍基材之區域；其中，該披覆蒸鍍材料之蒸鍍源基板包含平面、曲面、平滑面或為粗糙表面。
8. 如申請專利範圍第7項所述面型蒸鍍源，其中該基材所披覆蒸鍍材料之區域係為汽化後之區域可涵蓋複數該欲蒸鍍基材。
9. 如申請專利範圍第7項所述之面型蒸鍍源，其中該蒸鍍源基板所披覆蒸鍍材料之區域包含點、線或面分佈排列而成。
10. 如申請專利範圍第7項所述之面型蒸鍍源，其中該蒸鍍源基板為一具有可撓性之材質。
11. 如申請專利範圍第10項所述之面型蒸鍍源，其中該披覆有蒸鍍材料之蒸鍍源基板係捲繞形成一面型蒸鍍源捲材。
12. 如申請專利範圍第11項所述之面型蒸鍍源，其中該面型蒸鍍源捲材係設置於一驅動裝置，該驅動裝置係用以將該面型蒸鍍源捲材連續送出或間歇式進給送出。
13. 如申請專利範圍第7項所述之面型蒸鍍源，其中該蒸鍍材料係為至少一種蒸鍍物質組成。
14. 一種面型蒸鍍系統，包含：一面型蒸鍍源，係由一蒸鍍源基板以及至少一蒸鍍材料 構成，該蒸鍍材料係披覆於該蒸鍍源基板之至少其中一表面，且該蒸鍍材料分佈之區域係為蒸鍍材料汽化後可涵蓋該欲蒸鍍基材之區域，該披覆蒸鍍材料之蒸鍍源基板包含平面、曲面、平滑面或為粗糙表面；以及一加熱器，係設置於可加熱該面型蒸鍍源之區域，由該加熱器對該面型蒸鍍源加熱，將面型蒸鍍源由固態轉化為氣態，擴散到欲蒸鍍基材表面，藉由表面成核、凝結及成長等機制使其形成膜。
15. 如申請專利範圍第14項所述之面型蒸鍍系統，其中該蒸鍍源基板設置蒸鍍材料之區域係為該蒸鍍材料汽化後可涵蓋複數該欲蒸鍍基材之區域。
16. 如申請專利範圍第14項所述之面型蒸鍍系統，其中該蒸鍍源基板所披覆蒸鍍材料之區域包含點、線或面分佈排列而成。
17. 如申請專利範圍第14項所述之面型蒸鍍系統，其中該基材為一可撓性材質。
18. 如申請專利範圍第14項所述之面型蒸鍍系統，其中該設置有蒸鍍材料之蒸鍍源基板係捲繞成一面型蒸鍍源捲材。
19. 如申請專利範圍第18項所述之面型蒸鍍系統，其中該面型蒸鍍源捲材係設置於一驅動裝置，該驅動裝置係用以將該面型蒸鍍源捲材連續或間歇進給送出。
20. 如申請專利範圍第14項所述之面型蒸鍍系統，其中該蒸鍍材料係為至少一種蒸鍍物質組成。