專利名稱：能夠釋放大量金屬的堿金屬分配系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及能夠釋放大量堿金屬的堿金屬分配系統(tǒng)。
背景技術：
堿金屬長期以來一直用于電子技術領域。特別是，這些金屬在過去一直用于例如制造圖像放大器或者光電倍增管的感光表面，所述感光表面通過金屬蒸氣在這些設備的內(nèi)壁上凝結而獲得。
由于堿金屬與環(huán)境氣體以及濕氣的高反應性，通常工業(yè)上用的蒸發(fā)源不是純金屬，而是與還原劑混合的在室溫下在空氣中穩(wěn)定的堿金屬的化合物。最普遍使用的該堿金屬化合物是鉻酸鹽M2CrO4，還使用鉬酸鹽M2MoO4，鎢酸鹽M2WO4，鈮酸鹽MNbO4，鉭酸鹽MTaO3，鈦酸鹽M2TiO3等等鹽類(在這些分子式中M表示任一堿金屬)；鋁，硅或吸氣合金通常用于還原劑，該吸氣合金是基于與鋁或者一個或多個過渡元素形成的鈦或鋯的合金。為了有利于堿金屬化合物和還原劑的接觸，它們優(yōu)選地以粉末形式使用，其粒徑優(yōu)選小于500微米(μm)；堿金屬化合物和還原劑的重量比通常在10∶1和1∶10的范圍內(nèi)。這種混合物例如在專利GB715284，US2117735，US3578834，US3658713，US6753648和國際專利申請PCT/IT2005/000509中已有描述。
這些混合物通常在適合的分配器中使用，該分配器能夠保持固體顆粒，但是它的至少一部分表面能夠滲透堿金屬蒸氣，如在專利US3578834，US3579459，US3598384，US3636302，US3663121，US4233936以及專利申請JP-A-4-259744中所示；這些分配器通常由金屬容器形成，在容器內(nèi)有分配混合物的疏松粉末或疏松球粒；使電流直接通過分配器的壁，分配器壁與容器中的疏松粉末或疏松球粒接觸放熱，來實現(xiàn)對混合物的加熱。
在這些專利中公開的分配器適合于釋放少量的堿金屬，直到釋放幾十毫克的堿金屬(例如參見在JP-A-4-259744中描述的分配器，裝有兩種混合物的球粒)；這些分配器的釋放模式是這樣的，即一旦加熱到所裝的混合物的反應溫度，堿金屬在短時間內(nèi)完全釋放，于是分配器被排空(exhausted)。這些操作特征適于在常規(guī)的用途中即光電倍增管和圖像放大器中形成薄的堿金屬層。
最近，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)堿金屬特別是鋰和銫在OLED(有機發(fā)光顯示)屏領域中有新的用途。由于該用途的重要性，在下文中具體指這方面的應用，但是該發(fā)明具有更普遍的適應性。OLED的工作原理是在夾在兩串電極之間的多層不同有機材料內(nèi)的電子和電子空隙(或“孔”)的再結合；對OLED的結構和工作方式的更詳細的描述，例如可以參考專利申請EP-A-845924，EP-A-949696，JP-A-9-078058以及專利US6013384。增加少量的電子供體金屬具體如堿金屬到OLED的結構中可以減少這些屏幕中的能量消耗。專利US6013384描述了使用這些金屬作為多層有機物中的一層或者多層的攙雜物，而專利US6255774描述了使用這些金屬以在一串電極(陰極)和相鄰的有機物層之間形成很薄的層(小于5納米)。通過在沉積腔內(nèi)蒸發(fā)該金屬來形成多個有機物層和添加堿金屬。在沉積腔內(nèi)，放置基底并保持溫度以使蒸汽冷凝并形成希望的薄層。
與常規(guī)的應用不同，在大規(guī)模的OLED的制造時，制造的數(shù)量可達每年數(shù)千萬件。為了達到這樣的數(shù)量，必須連續(xù)生產(chǎn)(除了清理所述腔以及更換蒸發(fā)源而引起的短時間的停頓之外)；堿金屬分配器必須能夠比過去要求的工作時間更長地工作，例如連續(xù)工作一個星期。
現(xiàn)有技術的分配器不能滿足這些要求，而簡單地增加其尺寸在實際中被證明是無效的。
事實上，采用現(xiàn)有技術的分配器，用不變的幾何形狀來增加尺寸將減少與壁直接接觸的分配混合物的比例。因此，與壁的熱接觸只是有益于大型分配器中的較小部分的混合物，而離壁稍遠的那部分混合物只是通過其余的混合物來接受熱量，由于這些混合物的不良傳熱性能，因此不是很有效。
另外，在使用前面描述的混合物時，如果需要延長金屬釋放的時間，必須進一步地增加溫度，以便平衡容器中剩余堿金屬的超時還原。通過使用小型分配器，如現(xiàn)在一直使用的那樣，這不會產(chǎn)生嚴重的問題；反之，增加分配器的尺寸，分配器壁溫度的增加意味著在處理腔中有大的散熱。在這些腔中，通過適合于放置在所述腔中的石英晶體微平衡裝置(QCM)，控制沉積的金屬量通常在處理過程中得到監(jiān)控。QCM中實用的傳感器元件由石英晶體構成，石英晶體的基本振動頻率隨沉積在其上的材料重量的變化而變化；用恒定作用的電場來測量振動頻率隨時間的變化，能夠確定沉積在晶體上的材料重量的增加，通過已知的沉積材料的密度，可以確定沉積厚度隨時間的變化。大型堿金屬分配器通過釋放大量的熱還能夠通過輻射加熱石英晶體，因此增加了石英晶體的溫度；由于振動頻率還取決于后一個參數(shù)，對沉積物厚度的測量會有干擾，因此失去了處理控制的精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種克服了上述已知分配器的問題的堿金屬的分配系統(tǒng)，特別是，本發(fā)明的目的是提供一種用于堿金屬的分配系統(tǒng)，該分配系統(tǒng)能夠釋放大量的這些金屬，在大約一個星期的周期內(nèi)其流量接近于恒定，并且在蒸發(fā)腔中其具有有限熱輻射。
根據(jù)本發(fā)明，該目的通過一種用于堿金屬的分配系統(tǒng)來實現(xiàn)，該系統(tǒng)包括堿金屬分配器，其包括具有一個或者多個第一開口的金屬容器，在該容器中具有由一種或者多種堿金屬化合物和一種或者多種還原化合物混合的混合物，該混合物呈疏松粉末形式或者呈球粒狀的粉末形式；金屬屏蔽體，其與所述容器分離，并且除了即便有的用于加熱所述容器的饋電裝置通過的側向開口外，所述金屬屏蔽體包圍該容器，以及所述金屬屏蔽體具有一個或者多個第二開口，所述第二開口面向所述第一開口。


下面將參照附圖來描述本發(fā)明，其中圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的優(yōu)選實施例的局部剖斷的視圖；以及圖2是圖1系統(tǒng)的剖視圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的容器可以具有任何形狀。例如，容器可以具有帶梯形截面的細長的形狀(該形狀在本領域內(nèi)也被稱之為“船”)，其端部的延長部分具體用于連接電終端以加熱；這種類型的容器例如在申請人的專利US6753648中已經(jīng)有描述。在這種情況下，屏蔽體至少包圍容器的較大的表面，屏蔽體可能具有對應于在容器的端部處的所述延長部分的開口；屏蔽體的形狀使得至少在第一和第二開口的區(qū)域中，容器和屏蔽體之間的距離盡可能地小，與容易制造、排空所形成的空間以及避免熱變形引起的容器和屏蔽體之間的接觸的要求相適應，這一點在下面將要詳細地討論。
屏蔽體的一個主要功能是使容器內(nèi)的溫度均勻化，從而使在常規(guī)分配器中出現(xiàn)的堿金屬分配混合物中高熱梯度的問題降到最低，并因此立即使其輻射更加均勻。為此，優(yōu)選的是，容器和屏蔽體具有圓形截面的圓柱體的形狀。在圖1和2中示出了這種結構形式。本發(fā)明的系統(tǒng)10包括容器11和屏蔽體12。容器11具有開口13，在圖1和2中的情況下，所示的這種情況下具有3個這種開口13(在圖1中，一個開口被屏蔽體遮蓋)，但是容器可以只具有一個開口(這里，通常在容器長度的中部)或更多的開口。屏蔽體12具有與容器的開口13對應的開口14；在圖1中，所示的開口13和14都呈圓形，但是它們可以具有其它形狀，如細長的狹縫。在容器的內(nèi)部，具有呈疏松粉末狀或者壓縮成球粒的堿金屬化合物和前面描過的還原化合物的混合物15。容器11在端部由側壁16封閉，側壁16可以焊接到主圓柱形壁上，或者呈插入到所述圓柱形壁中的“塞子”的形狀；在這些側壁16上，通常具有用于與電源(未示出)的端子相連接的元件17(在圖中僅僅表示為從側壁上的凸起)。用通常為陶瓷的絕緣間隔件18將容器11和屏蔽體12保持在希望的距離，例如在系統(tǒng)的每一個端部有3個間隔件，間隔件彼此間隔120°并且呈軸對稱布置(在圖1中只示出了一個這樣的間隔件，在圖2中示出了兩個這樣的間隔件)。最后，屏蔽體本身可以包括或者連接到側壁(圖中未示出)上，但是不與容器、元件17或饋電裝置(也沒有示出)接觸，但是盡可能地接近它們這些側壁具有避免堿金屬蒸氣通過系統(tǒng)的側部大量損失的目的，但是同時必須不與內(nèi)部的容器或者饋電裝置接觸(甚至不固定在這些部件上)，以使后者這些部件在熱膨脹時自由運動。
如前所述，屏蔽體與容器之間的距離盡可能地最小，取決于制造和操作要求。保持屏蔽體非常接近容器11的第一個好處是減少所謂的“視角因數(shù)”，即從容器11輻射到外側(從而加熱處理腔中存在的其它元件)；換句話說，屏蔽體越接近容器11，熱絕緣的效果越好。另一方面，屏蔽體不能無限地接近容器，首先是由于制造問題(例如很小厚度的陶瓷間隔件的可行性)；其次，屏蔽體和容器在其使用壽期內(nèi)由于熱循環(huán)一定會出現(xiàn)變形，如果這兩個元件太靠近，它們甚至會接觸在一起，這樣屏蔽體將通過熱傳導加熱并且其自身會變成一次輻射加熱源；最后，在沉積腔中開始制造工序之前，必須排空所有的成分，在屏蔽體和容器之間的間隔的厚度太小，將使這些成分的排空變得非常困難。由于這些不利的要求，適當?shù)钠帘误w12和容器11之間的距離值在0.5-5毫米之間。
容器的開口12和屏蔽體的開口14對齊，使得開口14基本上與開口13同軸。開口14與開口13尺寸比通常由屏蔽體與分配器之間的距離和分配系統(tǒng)相對于堿金屬將要在其上蒸發(fā)的基體的位置決定。通常，開口14的尺寸大約是開口13尺寸(圓形開口的直徑)的2-10倍；在本發(fā)明的系統(tǒng)所使用的典型的處理壓力下，堿金屬蒸氣以分子的形式運動，在這種狀態(tài)下，太小的開口14的尺寸(例如等于開口13的尺寸)將使蒸汽束過于集中，使得難以獲得均勻的沉積；反之，過大的開口14的尺寸在處理腔的不希望的部分上形成過量的堿金屬沉積。
屏蔽體必須由低熱輻射率的材料制成，以避免或某種程度地減少上述加熱QCM微平衡裝置的問題。為此，可以采用拋光不銹鋼(奧氏體、馬氏體和鐵素體)、可能包覆(例如鍍鎳鋼)的基于Ni-Cr的非鐵素體合金和純金屬例如銀或鉭。同樣的材料可以用于制造容器11。假設使用同樣的材料來制造容器和屏蔽體，容器11和屏蔽體12的外表面將優(yōu)選地被拋光(可能鍍鎳)，以減小輻射散熱。
與本發(fā)明類似的金屬蒸發(fā)系統(tǒng)在專利US5182567中已有描述。然而，在該專利的系統(tǒng)中，屏蔽體的主要功能是避免熔化的金屬小液滴從內(nèi)部的容器中發(fā)射，而與增加熱均勻性的功能無關，因為在這種情況下施加的過程是金屬蒸氣(特別是鋁)從熔融液中的蒸發(fā)，其特征是內(nèi)部已經(jīng)具有高溫均勻性。由于使用中的這些困難，專利US5182567中的屏蔽體由陶瓷材料制成，例如氮化硼、氮化鋁或者氮化硅、或硼化鈦(此外，其具有很高的熱傳導性，因此不能實現(xiàn)朝本發(fā)明的屏蔽體的外側的熱絕緣功能)；另外，由于不同的用途，所引用的美國專利的屏蔽體在下部優(yōu)選地具有寬的開口，而這在本發(fā)明的情況下為了能夠在容器11中獲得混合物的熱均勻性的有益效果，是不希望發(fā)生的。
權利要求
1.一種堿金屬(10)的分配系統(tǒng)，包括堿金屬分配器，其包括具有一個或者多個第一開口(13)的金屬容器(11)，在該容器中具有由一種或者多種堿金屬化合物和一種或者多種還原化合物混合的混合物(15)，該混合物呈疏松粉末形式或者呈球粒狀的粉末形式；金屬屏蔽體(12)，其與所述容器分離，并且除了即便有的用于加熱所述容器的饋電裝置通過的側向開口外，所述金屬屏蔽體包圍該容器，以及所述金屬屏蔽體具有一個或者多個第二開口(14)，所述第二開口面向所述第一開口。
2.根據(jù)權利要求1的分配系統(tǒng)，其中所述容器和所述屏蔽體之間的距離在大約0.5-5毫米之間。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的分配系統(tǒng)，其中所述容器和所述屏蔽體具有圓形截面。
4.根據(jù)權利要求2的分配系統(tǒng)，其中通過通常由陶瓷制成的熱絕緣間隔件(18)使所述容器和所述屏蔽體保持希望的距離。
5.根據(jù)權利要求1的分配系統(tǒng)，其中所述第二開口(14)的尺寸大約是所述第一開口(13)的2-10倍。
6.根據(jù)權利要求1的分配系統(tǒng)，其中所述屏蔽體從下列材料中選擇不銹鋼、基于Ni-Cr的非鐵合金、銀和鉭。
7.根據(jù)權利要求6的分配系統(tǒng)，其中所述材料是拋光的和/或通過鍍鎳來包覆。
8.根據(jù)權利要求1的分配系統(tǒng)，其中所述容器由與所述屏蔽體相同的材料制成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種堿金屬(10)的分配系統(tǒng)，其能夠增加可以被分配的堿金屬的數(shù)量、系統(tǒng)可以使用的時間，以及金屬蒸氣及時釋放的性能是恒定的。該分配系統(tǒng)包括堿金屬分配器，其包括具有一個或者多個第一開口(13)的金屬容器(11)，在該容器中裝有由一種或者多種堿金屬化合物和一種或者多種還原化合物混合的混合物(15)，該混合物呈疏松粉末形式或者呈球粒狀的粉末形式。該分配系統(tǒng)還包括金屬屏蔽體(12)，其基本上包圍該容器并具有一個或者多個面向所述第一開口的第二開口(14)。
文檔編號B67D7/80GK101069257SQ200580040379
公開日2007年11月7日 申請日期2005年11月18日 優(yōu)先權日2004年11月24日
發(fā)明者R·詹南托尼奧, L·卡塔尼奧, A·伯納希 申請人:工程吸氣公司