TWI582251B - 蒸鍍系統以及蒸鍍方法 - Google Patents

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Description

蒸鍍系統以及蒸鍍方法
本發明係有關於一蒸鍍系統以及蒸鍍方法，尤指一種可精確控制成膜品質且大面積化蒸鍍，可提高鍍率及材料利用率之蒸鍍技術。
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370×470mm)蒸鍍，其材料使用率低(約5~6%)，鍍膜速率慢(約0.3~0.8nm/s)，而且單件產品生產時間(Tact time)也較長(約40~50分鐘)。在製程上進步到部份量產採行線型蒸鍍後，仍存在有點、線蒸鍍時之材料利用率偏低的問題，如點蒸鍍僅有5%，線蒸鍍為20~50%；另外，在點、線蒸鍍製程初期，必須先以一開閉板(shutter)遮蔽蒸鍍源，其主要目的為蒸鍍時之蒸發初期，粉狀或顆粒材料因表面先受熱被加熱蒸發，蒸氣流量會逐漸增加，屬於暫態過渡期，此時若蒸鍍成膜，會因暫態的不穩定鍍率造成基板膜厚不均勻，故在蒸鍍製程時，必須以遮蔽板遮蔽，直到蒸發飽和與鍍率穩定時，才開啟遮蔽板進行蒸鍍。
在大面積蒸鍍時，點、線蒸鍍需考慮cosine law擴散角度問題，被鍍物面積越大，蒸鍍源與被鍍物間的距離要越高，且遮蔽板要跟著被鍍物面積放大，以超過1公尺以上的基板蒸鍍為例，蒸鍍源至基板之間距高度超過1公尺，同時在開閉板來回開啟與閉合時，因行進的時間過長，造成開閉板開啟過程中，基板仍有膜厚不均的問題。
本發明提出一種蒸鍍系統，適於對一欲蒸鍍基板表面進行蒸 鍍，該蒸鍍系統係包括：一蒸鍍源板，該蒸鍍源板具有至少一平面；一蒸鍍材料，係披覆於該蒸鍍源板至少一平面上；一加熱器，係設置於可加熱蒸鍍源板之區域，由該加熱器對該蒸鍍源板加熱，將蒸鍍材料由固態轉化為氣態；一具有複數孔洞之開閉裝置，係設置於蒸鍍源板與與欲蒸鍍基板之間；以及一傳動裝置，係耦接該開閉裝置，藉由開啟該開閉裝置使氣態蒸鍍材料通過該些孔洞而擴散到欲蒸鍍基板表面，使其成膜。
在一實施例中，該加熱器係為IR、RF、MW微波加熱器或高功率電熱管。
在一實施例中，該開閉裝置係包括一遮板以及一擴散板，該些孔洞位於該擴散板上，該遮板係耦接於該傳動裝置；在另一實施例中，該開閉裝置係為一上板與一下板之組合，該上板與該下板個別具有複數個孔洞；該傳動裝置係耦接該上板或下板其中之一，使兩者之間可產生一相對位移，使該上板與下板的複數孔洞彼此錯位或彼此連通。
本發明更提出一種蒸鍍方法，適於對一欲蒸鍍基板表面進行蒸鍍。該蒸鍍方法係包括：提供一蒸鍍材料及一蒸鍍源板，該蒸鍍材料披覆於該蒸鍍源板表面；藉由一加熱器對該蒸鍍源板加熱，將該蒸鍍材料由固態轉化為氣態蒸鍍材料；以及藉由一開閉裝置的複數孔洞，讓該氣態蒸鍍材料通過該些孔洞而擴散到該欲蒸鍍基板表面，使其成膜；其中該開閉裝置係透過一傳動裝置控制該孔洞之開閉。
基於上述，本發明提出的蒸鍍系統以及蒸鍍方法，可實現大面積均勻化蒸鍍，並提高鍍率及材料利用率。本發明可藉由快速加熱搭配瞬間開啟開閉裝置，使得侷限之較高壓力的蒸鍍材料之飽和蒸汽流，瞬間通過擴散板，進而達到均勻擴散閃蒸之效果。 在另一實施例中，可藉由瞬間開啟開閉裝置，使兩多孔板之複數孔洞彼此連通，讓蒸鍍材料的飽和蒸汽流，瞬間通過複數孔洞而擴散蒸發，達到均勻擴散閃蒸之效果。本發明之蒸鍍方法與系統可有效降低蒸鍍源板與欲蒸鍍基板之間的距離，材料利用率亦可大幅增加達60~70%；以快速加熱與擴散再分佈之技術手段，可達成調控均勻性之功效，解決點蒸鍍因擴散角度造成空間過大與材料浪費之問題，同時解決蒸鍍初期蒸氣流不穩定而導致膜厚不均勻的情形，以及傳統加熱技術以長時間加熱蒸鍍腔體造成鍍膜熱效應結晶劣化之問題。
為讓本發明之上述特徵能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100、200‧‧‧蒸鍍系統
110、210‧‧‧蒸鍍源板
111、211‧‧‧蒸鍍材料
112、212‧‧‧加熱區
120、220‧‧‧欲蒸鍍基板
130、230‧‧‧蒸鍍腔室
140、240‧‧‧加熱器
150、250‧‧‧冷卻裝置
160、260‧‧‧開閉裝置
161‧‧‧遮板
162‧‧‧擴散板
1621、2611、2621‧‧‧孔洞
261‧‧‧上板
262‧‧‧下板
170、270‧‧‧傳動裝置
171、271‧‧‧馬達
172、272‧‧‧一組齒輪對或皮帶輪對
173、273‧‧‧滾珠螺帽
174、274‧‧‧滾珠螺桿
400‧‧‧蒸鍍方法流程
402、404、406‧‧‧蒸鍍方法流程之步驟
C‧‧‧位移
圖1為本揭露之蒸鍍系統之一實施例之結構示意圖。
圖2為本揭露之蒸鍍系統另一實施例之結構示意圖，其呈閉合狀態。
圖3為圖2實施例呈開啟狀態之結構示意圖。
圖4為本揭露之蒸鍍方法之流程圖。
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。
請參閱圖1所示，本發明所提出之蒸鍍系統100，其係利用一蒸鍍源板110對一欲蒸鍍基板120進行蒸鍍，該蒸鍍源板110係將至少一種蒸鍍材料111以塗佈、噴墨或蒸鍍等方法、但不限於上述方式披覆於該蒸鍍源板110之一表面而形成。本發明之蒸鍍源板110與蒸鍍材料111的搭配形式可有多種，例如蒸鍍源板110可為平面、平滑面或粗糙之不平整面，披覆於蒸鍍源板110之蒸鍍材料111可為平面、平滑面或粗糙表面，蒸鍍材料111除了全面或大面積披覆於該蒸鍍源板110表面外，亦可以塗佈、噴墨或蒸鍍方式於蒸鍍源板110形成包含點、線或面分佈排列而成之圖 案。蒸鍍源板110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，因此該蒸鍍源板110須具有一定程度(例如：至少大於50℃)之耐熱性，該蒸鍍源板110之熔點必須不低於欲蒸鍍基板120之實際蒸鍍時的工作溫度為原則，該蒸鍍材料111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111塗佈於該蒸鍍源板110之一表面，形成一蒸鍍薄膜層。
如圖1所示之蒸鍍系統100，蒸鍍過程是在一真空之蒸鍍腔室130內部進行，容納蒸鍍材料111之蒸鍍源板110(例如為坩鍋)可為二維面型結構，置於真空腔體130下部，蒸鍍源板110之表面可為平坦、凹槽或具有複數個溝槽或圓洞的表面構形，此表面構形用來容納蒸鍍材料111，蒸鍍源板110下方有一加熱器140，加熱器140設置於可加熱蒸鍍源板110之區域，用來加熱蒸鍍材料111使原本固態的蒸鍍材料111昇華汽化而轉化為氣態蒸鍍材料111。欲蒸鍍基板120背面可具有冷卻裝置150用以冷卻欲蒸鍍基板120。
於蒸鍍源板110與欲蒸鍍基板120之間設有一開閉裝置160。蒸鍍源板110受上方之開閉裝置160所侷限，於開閉裝置160與蒸鍍源板110之間形成一密閉之加熱區112，在此實施例中，開閉裝置160包括有一遮板161與一擴散板162，其中，遮板161耦接一傳動裝置170。遮板161係靠近欲蒸鍍基板120之一側，擴散板162則位於蒸鍍源板110上方。於加熱前，該開閉裝置160係為一閉合狀態，藉由遮板161遮蔽其下方之擴散板162，此時蒸鍍源板110上方呈現一密閉狀態。藉由加熱器140升溫加熱蒸鍍源板110，該加熱器140可為IR燈管或RF或MW微波加熱或高功率電熱管，例如，由加熱器140以100℃/sec速率進行升溫，於5秒內到達材料蒸發溫度。當加熱器140升溫至蒸鍍材料111蒸發所需之溫度、使蒸鍍材料111產生蒸發汽化，蒸氣流之壓力侷限充滿於加熱區112，當蒸氣壓穩定達到與蒸鍍腔室130之壓力相差一~二個數量 級後，透過傳動裝置170瞬間移動遮板161，使得擴散板162的孔洞1621露出，讓氣態之蒸鍍材料111通過該些孔洞1621而擴散到欲蒸鍍基板120表面，蒸氣流因突然進入較低真空之蒸鍍腔室130而產生快速閃蒸蒸鍍效應，並透過擴散板162之孔洞1621之大小與形狀分佈之設計，可得到一均勻蒸氣流分佈，進而於欲蒸鍍基板120上產生一均勻鍍膜沉積。
本發明之傳動裝置170可廣泛地運用手動、滾珠螺桿傳動或凸輪傳動等方式，而因應傳動手段不同，機構中之動力源與運動機構之配置會有所不同，如圖2所示實施例，在蒸鍍腔室130外部設置一馬達171，馬達171之動力透過一組齒輪對或皮帶輪對172傳到一滾珠螺帽173上，此滾珠螺帽173與一滾珠螺桿174耦合，由於滾珠螺帽173係固定於蒸鍍腔室130內部，當滾珠螺帽173在原地轉動時，會帶動滾珠螺桿174左右移動，進而使與滾珠螺桿174固定連接之上板161產生一位移C。
請同時參閱圖2所示另一實施例，本發明之蒸鍍系統200，於真空之蒸鍍腔室230內具有佈有蒸鍍材料211之蒸鍍源板210，置於加熱器240之上，蒸鍍源板210受上方之開閉裝置260所侷限，欲蒸鍍基板220背面可具有冷卻裝置250用以冷卻欲蒸鍍基板220。在此實施例中，開閉裝置260包括有具有複數孔洞的一上板261以及具有複數孔洞的一下板262，其中例如上板261係靠近欲蒸鍍基板220之一側，下板262則位於蒸鍍源板210上方。如圖2所示，於加熱前，該開閉裝置210係為一閉合狀態，此時上板261的孔洞2611與下板262的孔洞2621係彼此錯位，使得蒸鍍源板210上方呈現一密閉狀態，上板261與下板262至少其中之一耦接於一傳動裝置270。
當蒸鍍源板210上之蒸鍍材料211開始被加熱蒸發時，上板261與下板262仍維持在最初位置，亦即上板261的孔洞2611與下板262的孔洞2621相互錯位而不彼此連通，維持蒸鍍源板210上方於一密閉狀態。藉由加熱器240升溫加熱蒸鍍源板210，當加熱器240升溫至蒸鍍材料211蒸發所需之溫度、使蒸鍍材料211 產生蒸發汽化，蒸氣流之壓力侷限充滿於加熱區212。當蒸氣壓穩定達到與蒸鍍腔室230之壓力相差一~二個數量級後，透過傳動裝置270瞬間移動上板261或下板262，如圖3所示，其顯示移動上板261之態樣，使得上板261與下板262的孔洞2611、2621彼此相連通，讓蒸氣流因突然進入較低真空之蒸鍍腔室230而產生快速閃蒸蒸鍍效應，並透過上板261與下板262之孔洞2611、2621之大小與形狀分佈設計，可得到一均勻蒸氣流分佈，進而於欲蒸鍍基板220上產生一均勻鍍膜沉積。
如圖3所示實施例，本發明之傳動裝置270由一馬達271、一組齒輪對或皮帶輪對272、一滾珠螺帽273與一滾珠螺桿274組成，藉此帶動與滾珠螺桿274固定連接之上板261產生一位移C。本發明之傳動裝置270之形式與圖1所示之傳動裝置170大致相同，差異在於本實施例之滾珠螺桿274延伸於上板261之相對另一側。
請參閱圖4所示為本發明之蒸鍍方法流程400，其包括：步驟402：提供一蒸鍍材料及一蒸鍍源板，該蒸鍍材料披覆於該蒸鍍源板表面；步驟404：藉由一加熱器對該蒸鍍源板加熱，將該蒸鍍材料由固態轉化為氣態蒸鍍材料；以及步驟406：藉由一開閉裝置的複數孔洞，讓該氣態蒸鍍材料通過該些孔洞而擴散到該欲蒸鍍基板表面，使其成膜；其中該開閉裝置係透過一傳動裝置控制該孔洞之開閉。
以圖1所示之蒸鍍系統100結合圖4說明本發明之蒸鍍方法。於蒸鍍腔室130內具有佈有蒸鍍材料111之蒸鍍源板110(步驟402)。首先，藉由控制傳動裝置170，使開閉裝置160為閉合狀態，亦即遮板161遮蔽擴散板162之孔洞1621；使加熱器140快速升溫至蒸鍍材料111蒸發所需的溫度，例如以IR燈管或RF或MW加熱達成，以100℃/sec速率升溫，於5秒內到達材料蒸發溫度，此時，蒸鍍材料111蒸發產生蒸氣(步驟404)，而蒸氣被侷限於蒸鍍源板110與開閉裝置160之間之加熱區112，蒸鍍源板110之加 熱區112的蒸鍍材料111蒸氣壓力快速累積上升，當加熱區112之壓力與真空腔體130的壓力相差一~二個數量級(order)時，控制該傳動裝置170將開閉裝置160打開，使得擴散板162的孔洞1621露出，讓蒸鍍源板110之蒸鍍材料111蒸氣通過該些孔洞1621向上擴散至欲蒸鍍基板120，於欲蒸鍍基板120表面形成一層鍍膜(步驟406)。
同理，以圖2所示之蒸鍍系統200結合圖4說明本發明之蒸鍍方法。於蒸鍍腔室230內具有佈有蒸鍍材料211之蒸鍍源板210(步驟402)。首先，藉由控制傳動裝置270，使開閉裝置260為閉合狀態，亦即上板261與下板262的孔洞2611、2612彼此不連通；使加熱器240快速升溫至蒸鍍材料211蒸發所需的溫度，此時，蒸鍍材料211蒸發產生蒸氣(步驟404)，而蒸氣被侷限於蒸鍍源板210與開閉裝置260之間之加熱區212，蒸鍍源板210之加熱區212的蒸鍍材料211蒸氣壓力快速累積上升，當加熱區212之壓力與真空腔體230的壓力相差一~二個數量級(order)時，控制該傳動裝置270將開閉裝置260打開，使得上板261與下板262的孔洞2611、2621彼此相連通，讓蒸鍍源板210之蒸鍍材料211蒸氣通過該些孔洞2611、2621向上擴散至欲蒸鍍基板220，於欲蒸鍍基板220表面形成一層鍍膜(步驟406)。
綜上所述，本發明的蒸鍍系統以及方法，可藉由快速加熱蒸鍍材料並搭配蒸氣流之壓力侷限效應，當蒸氣壓穩定達到與真空腔體之壓力相差至少一~二個數量級後，透過傳動裝置使得開閉裝置的孔洞產生瞬間連通，此時被蒸發的氣體會因突然進入真空腔室而產生快速閃蒸蒸鍍效應，再利用孔洞之大小與形狀的均勻分佈設計，可得到均勻蒸氣流，以解決長時間加熱蒸鍍腔室造成鍍膜環境熱效應結晶劣化之問題、以及大面積蒸鍍製程中，因初期蒸氣流不穩定、以及開閉時間過長造成膜厚不均等問題。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後 附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧蒸鍍系統
110‧‧‧蒸鍍源板
111‧‧‧蒸鍍材料
112‧‧‧加熱區
120‧‧‧欲蒸鍍基板
130‧‧‧蒸鍍腔室
140‧‧‧加熱器
150‧‧‧冷卻裝置
160‧‧‧開閉裝置
161‧‧‧遮板
162‧‧‧擴散板
1621‧‧‧孔洞
170‧‧‧傳動裝置
171‧‧‧馬達
172‧‧‧一組齒輪對或皮帶輪對
173‧‧‧滾珠螺帽
174‧‧‧滾珠螺桿
C‧‧‧位移

Claims (9)

  1. 一種蒸鍍系統，適於對一欲蒸鍍基板進行蒸鍍，該蒸鍍系統包括：一蒸鍍源板，該蒸鍍源板具有至少一平面；一蒸鍍材料，係披覆於該蒸鍍源板至少一平面上；一加熱器，係設置於可加熱該蒸鍍源板之區域，由該加熱器對該蒸鍍源板加熱，將該蒸鍍材料由固態轉化為氣態蒸鍍材料；一開閉裝置，具有複數孔洞，係設置於該蒸鍍源板與該欲蒸鍍基板之間，該開閉裝置與該蒸鍍源板之間形成一加熱區，該欲蒸鍍基板、該複數孔洞、該加熱區、該蒸鍍材料、該加熱器係從上而下依序水平配置排列；以及一傳動裝置，係耦接於該開閉裝置，使該開閉裝置之該些孔洞開啟，讓該氣態蒸鍍材料通過該些孔洞而擴散到該欲蒸鍍基板表面，使其成膜。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之蒸鍍系統，其中該加熱器為IR、RF、MW微波加熱器或高功率電熱管。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之蒸鍍系統，其中該開閉裝置包括一遮板以及一擴散板；其中，該遮板係耦接於該傳動裝置。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之蒸鍍系統，其中該開閉裝置係一上板與一下板之組合，該上板與該下板個別具有複數個孔洞；其中，該上板或下板其中之一係耦接於該傳動裝置，使該上板與該下板兩者之間可產生一相對位移，使上板與下板的該些孔洞彼此錯位或彼此連通。
  5. 一種蒸鍍方法，適於對一欲蒸鍍基板表面進行蒸鍍，該蒸鍍方法係包括：提供一蒸鍍材料及一蒸鍍源板，該蒸鍍材料披覆於該蒸鍍源板表面；藉由一加熱器對該蒸鍍源板加熱，將該蒸鍍材料由固態轉化為氣態蒸鍍材料；以及 藉由一開閉裝置的複數孔洞，讓該氣態蒸鍍材料通過該些孔洞而擴散到該欲蒸鍍基板表面，使其成膜；其中該開閉裝置係透過一傳動裝置控制該孔洞之開閉，於該開閉裝置與該蒸鍍源板之間形成一加熱區，該欲蒸鍍基板、該複數孔洞、該加熱區、該蒸鍍材料、該加熱器係從上而下依序水平配置排列。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之蒸鍍方法，其中該蒸鍍材料與該蒸鍍源板係設置於一真空腔體內，該開閉裝置與該蒸鍍源板之間形成一密閉之加熱區，當該蒸鍍材料由固態轉化為氣態蒸鍍材料並使該加熱區之壓力與該真空腔體的壓力相差一~二個數量級(order)時，即控制該傳動裝置將該開閉裝置打開。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之蒸鍍方法，其中該加熱器為IR、RF、MW微波加熱器或高功率電熱管。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之蒸鍍方法，其中該開閉裝置包括一遮板以及一具有複數孔洞之擴散板；其中，該遮板係耦接於該傳動裝置，藉由該傳動裝置使該遮板移動，露出該擴散板的該些孔洞，讓該氣態蒸鍍材料通過該些孔洞而擴散到欲蒸鍍基板表面，使其成膜。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之蒸鍍系統，其中該開閉裝置係一上板與一下板之組合，該上板與該下板個別具有複數個孔洞；其中，該上板或該下板其中之一係耦接於該傳動裝置，使該上板與該下板兩者之間可產生一相對位移，使該上板與該下板的該些孔洞彼此錯位或彼此連通，當彼此連通時，讓該氣態蒸鍍材料通過該些孔洞而擴散到該欲蒸鍍基板表面，使其成膜。
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