KR100550942B1 - 유기물질의 정제장치 및 정제방법 - Google Patents

유기물질의 정제장치 및 정제방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기EL(electroluminescence) 소자의 발광체 혹은 수송체로 사용가능한 저분자 재료의 고성능화를 위한 기본 정제를 위한 정제장치로서, 내부관 내에 진공진행방향 또는 불활성기체 이동방향에 수직으로 열려진 샘플 수용기를 실장하여 구성된 유기물질의 정제장치 및 이를 이용한 유기물질의 정제방법에 관한 것으로, 본 발명의 유기물질의 정제장치는 정제된 유기물과 불순물을 분리하기 위한 다수개의 내부관; 상기 다수개의 내부관을 일렬로 연결하기 위한 다수개의 연결부; 시료를 수용할 수 있는 수용기로서 상기 일렬로 연결된 내부관 내부에 실장되며 튐현상을 방지하기 위하여 중력반대방향으로 열려있는 수용기; 상기 일렬로 연결된 다수개의 내부관을 내장하기 위한 외부관; 상기 외부관 및 상기 일렬로 연결된 내부관에 서로 다른 온도의 열을 인가하기 위한 다수개의 히터; 상기 외부관과 상기 다수개의 히터 사이에 위치하며 히터에서 발생하는 열을 전도시키기 위한 온도센서탑재용 구멍이 형성된 금속관; 상기 외부관의 온도를 감지하기 위한 온도센서; 상기 금속관을 냉각시키기 위한 냉각부; 및 상기 외부관내를 진공으로 유지시키기 위한 로타리 펌프를 포함하여 구성된다.
내부관, 연결부, 수용기, 외부관, 히터, 금속관, 온도센서, 냉각부, 펌프

Description

유기물질의 정제장치 및 정제방법{DEVICE AND METHOD FOR REFINING ORGANIC MATERIAL}
도 1A는 종래의 승화 정제 장치의 주요부의 구조를 나타내는 구성도이고,
도 1B는 본 발명의 일실시예에 의한 승화 정제 장치의 주요부의 구조를 나타내는 구성도이고,
도 2는 종래의 기술에 의한 시료의 승화방향을 나타낸 기능도이고,
도 3은 본 발명의 승화 정제 장치에 의한 승화정제시의 시료의 승화방향을 나타낸 기능도이며,
도 4는 본 발명의 수용기가 내부관에 실장된 것을 나타낸 구성도이다.
본 발명은 유기EL(electroluminescence) 소자의 발광체 혹은 수송체로 사용가능한 저분자 재료의 고성능화를 위한 기본 정제를 위한 정제장치로서, 내부관 내에 수직 방향으로 실장된 샘플 수용기를 실장하여 구성된 유기물질의 정제장치 및 이를 이용한 유기물질의 정제방법에 관한 것이다.
유기EL 소자는 일함수가 크고 투명한 양극과 일함수가 낮은 음극 금속 사이에 여러개의 얇은 유기 박막층으로 구성되어 있고 발광원리는 소자에 순방향으로 전압을 가하면 양극 전극에서 정공이 유기층으로 주입되고 음극에서는 전자가 주입되어 발광층에서 재결합하여 빛을 내는 디스플레이이다. 유기EL은 저소비전력, 넓은 광시야각, 고속의 응답속도, 넓은 구동온도범위등 정보화시대에서 요구하는 고품위 패널특성을 모두 가지고 있으며 또한 상대적으로 제작 공정이 단순하여 기존의 평판 디스플레이를 초월하는 저가격화 실현을 기대할 수 있는 장점을 가지고 있다.
유기EL 소자의 발광특성에 영향을 미치는 요인으로 유기 재료의 순도가 있다. 유기 재료중에 불순물이 혼입되어 있으면 그 불순물이 캐리어의 트랩이 되거나 소광의 원인이 되거나 하여 발광 강도 및 발광 효율이 저하된다. 따라서, 불순물을 제거하기 위하여 유기재료를 정제할 필요가 있다.
유기 재료의 정제방법으로는 일반적으로 용매를 사용한 재결정 또는 승화에 의한 재결정이 사용된다. 용매를 사용한 재결정은 유기 재료를 대량으로 정제할 수 있다는 잇점이 있으나, 용매를 사용하기 때문에 용매가 유기 결정중에 들어가 버리기 쉽다는 단점이 있다. 즉, 유기결정중에 들어간 용매가 불순물로 작용하여 발광특성을 저하시키게 되는 문제점이 있다.
한편, 승화에 의한 재결정은 진공하에서 유기 재료가 승화되어 재결정되므로 불순물이 들어가기 어렵다는 특성을 가진다. 따라서, 유기 EL소자용 유기 재료의 정제에는 승화 정제법이 일반적으로 사용된다.
논문 [H.J.Wagner, et al., Jounal of Materials Science, 17, 2781,(1982)] 에는 유기 재료의 승화 정제 장치가 개시되어 있다. 상기 논문에 개시된 승화 정제장치는 열전도용 동관내에 1m 정도의 길이를 가지는 유리관이 삽입되어 있고, 유리관 내의 일단부 부근에 정제할 유기 재료의 샘플이 배치되어 있다. 또한, 유기 재료 샘플 주위의 동관을 둘러싸도록 히터가 부착되어 있으며, 유리관의 내부를 200Pa 정도의 진공 상태로 유지하며 히터에 의해 유리관 내의 샘플을 가열하여 샘플의 유기분자를 승화시킨다. 유리관에는 온도 구배가 마련되어 있고, 유리관 내의 타단부 부근에서 유기 분자의 증기가 냉각되어 재결정화 된다. 이로써 유리관의 타단부 부근에서는 재결정화된 유기 결정이 생성된다.
그러나, 이와같은 종래의 유기물질의 정제장치의 경우 비활성 가스와 진공의 흐름방향이 샘플의 승화방향과 일치하기 때문에 기체화된 샘플의 진행 이외에 튐 현상에 의해 미승화 샘플 덩어리가 샘플 포착용 유리관에 쌓이게 된다는 문제점이 있으며, 또한 이러한 현상을 막기 위해서는 튐현상이 발생하지 않는 낮은 온도조건에서 승화 정제를 수행하여야 하므로 과다한 시간이 소요된다는 문제점이 있다. 더욱이, 상기 논문에 개시된 정제장치를 개량한 종래의 유기물질의 정제장치는 일반적으로 샘플을 수용하는 수용기와 재결정되는 유기재료를 포착하기 위한 유리관을 사용하고 비활성 가스를 흘려주는데, 비활성 가스는 튐현상의 원인이 될 수 있다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 수직방향의 샘플 수용기를 사용하여 일정 온도 이상의 조건에서 승화정제과정의 진행이 가능하도록 하여 작업시간을 단축시키고 생산성을 향상시키는 한편, 빠른 작업시간에 수반되는 튐 현상을 방지하여 미정제 덩어리의 유입을 막아 정제효율을 높히기 위한 유기물질의 정제장치 및 이를 이용한 정제방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 보다 많은 양의 샘플을 정제하기 위하여 수직방향으로 열려진 샘플 수용기를 포함하여 구성되는 유기물질의 정제장치 및 이를 이용한 정제방법을 제공하는 것에 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상에 의한 유기물질의 정제장치는 정제된 유기물과 불순물을 분리하기위한 다수개의 내부관; 상기 다수개의 내부관을 일렬로 연결하기위한 다수개의 연결부; 시료를 수용할 수 있는 수용기로서 상기 일렬로 연결된 내부관 내부에 실장되며 튐현상을 방지하기 위하여 중력반대방향으로 열려있는 수용기; 상기 일렬로 연결된 다수개의 내부관을 내장하기 위한 외부관; 상기 외부관 및 상기 일렬로 연결된 내부관에 서로 다른 온도의 열을 인가하기위한 다수개의 히터; 상기 외부관과 상기 다수개의 히터 사이에 위치하며 히터에서 발생하는 열을 전도시키기 위한 온도센서탑재용 구멍이 형성된 금속관; 상기 외부관의 온도를 감지하기 위한 온도센서; 상기 금속관을 냉각시키기 위한 냉각부; 및 상기 외부관내를 진공으로 유지시키기 위한 펌프를 포함하여 구성된다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
도 1A는 종래의 승화 정제 장치의 주요부의 구조를 나타내는 구성도이다.
도 1A를 참조로 할때, 시료를 수용할 수 있는 수용기, 정제된 유기물과 불순물을 분리하기위한 다수개의 내부관(11-a, 11-b, 11-c), 상기 다수개의 내부관(11-a, 11-b, 11-c)을 연결하는 다수개의 연결부(12), 상기 일렬로 연결된 다수개의 내부관(11-a, 11-b, 11-c)을 포함하며 다수개의 히터(2-a, 2-b, 2-c, 2-d)의 안쪽에 위치하는 외부관(1), 상기 외부관(1) 및 각각의 내부관(11-a, 11-b, 11-c)에 서로 다른 온도의 열을 인가하기위한 다수개의 히터(2-a, 2-b, 2-c, 2-d), 상기 외부관(1)과 상기 다수개의 히터 사이에 위치하며 히터에서 발생하는 열을 전도시키기 위한 금속관(4), 상기 금속관(4)에 형성된 구멍에 삽입되어 상기 외부관(1)의 온도를 감지하기 위한 온도센서(5), 열에 의해 승화된 유기물을 이동시키는 비활성 기체의 유량을 읽는 유량계(6), 상기 금속관 말단부에 냉각라인을 설치하여 수냉식으로 냉각시키기 위한 냉각부(7), 및 상기 외부관(1)내를 진공으로 유지시키기 위한 펌프(8)를 포함하여 구성된다. 또한, 정제장치를 보호하기 위한 보호캡(9)과 상기 외부관(1)에서 날려온 시료가 펌프(8)내로 들어가는 것을 막기 위한 트랩(10)을 추가로 포함하여 구성될 수도 있다.
도 1B는 본 발명의 일실시예에 의한 승화 정제 장치의 주요부의 구조를 나타내는 구성도이다. 도 1B를 참조로 할때, 본 발명의 일 실시예에 의한 승화 정제 장치는 시료를 수용하기 위한 수용기로서 튐현상을 방지하기 위하여 중력반대방향으로 열려있는 수용기(13'), 정제된 유기물과 불순물을 분리하기위한 다수개의 내부관(11-a, 11-b, 11-c), 상기 다수개의 내부관(11-a, 11-b, 11-c)을 연결하는 다수개의 연결부(12), 상기 일렬로 연결된 다수개의 내부관(11-a, 11-b, 11-c)을 포함하며 다수개의 히터(2-a, 2-b, 2-c, 2-d)의 안쪽에 위치하는 외부관(1), 상기 외부관(1) 및 각각의 내부관(11-a, 11-b, 11-c)에 서로 다른 온도의 열을 인가하기위한 다수개의 히터(2-a, 2-b, 2-c, 2-d), 상기 외부관(1)과 상기 다수개의 히터 사이에 위치하며 히터에서 발생하는 열을 전도시키기 위한 금속관(4), 상기 금속관 (4)에 형성된 구멍에 삽입되어 상기 외부관(1)의 온도를 감지하기 위한 온도센서 (5), 상기 금속관 말단부에 냉각라인을 설치하여 수냉식으로 냉각시키기 위한 냉각부(7), 및 상기 외부관(1)내를 진공으로 유지시키기 위한 펌프(8)를 포함하여 구성된다. 도 1B에 도시된 바와 같이 종래의 승화 정제 장치와 달리 수용기(13')는 중력반대방향으로 열려있어 미정제 시료 덩어리가 이동하다가 다시 수용기(13') 내부로 낙하하게 된다. 상기 외부관(1) 및 상기 내부관(11-a, 11-b, 11-c)는 외부관이라 표현되었으나, 승화정제에 적합한 관의 형태라면 유리이외에도, 석영, 세라믹, 및 금속으로 제조되어도 무방하다.
도 2는 종래기술에 의한 유기물질의 정제장치의 샘플 수용기의 구조를 도시한 구조도이다. 종래의 정제장치의 경우에는 샘플 수용기가 존재하지 않거나, 존재하더라도 샘플기체의 진행방향과 동일한 방향으로 샘플 수용기가 열려있어 샘플이 승화되어 이동하는 순간 추진력을 얻은 미승화 샘플 덩어리가 함께 이동하게 된 다. 이러한 현상을 튐 현상이라 하는데, 이는 샘플 수용기가 위치한 영역의 온도에 비례하여 발생한다. 따라서 이러한 튐 현상을 방지하기 위해서는 가능한 낮은 온도에서 샘플 수용기를 가열하여야 하고 이에 따라 전체 공정의 시간이 길어지게된다.
도 3은 본 발명의 유기물질의 정제장치의 수용기(13')의 구조를 도시한 구조도이다. 도 3에 도시된 바와 같이 상기 수용기(13')는 진공 및 비활성 기체의 흐름방향과 수직으로 열려있는 구조로 되어있으며, 원통형의 구조뿐만 아니라 샘플을 수용하기에 적합한 다른 구조로 이루어 질 수도 있다. 이때 상기 수용기(13')는 미정제 덩어리가 튀어나가지 못할정도로 충분히 수직방향으로 길게 형성될 수 있으며, 비활성기체나 진공진행방향으로 미정제 덩어리가 튀는 것을 방지하기 위하여 비활성기체나 진공진행방향의 역방향으로 기울어져 있는 구조로 형성될 수 있다. 상기와 같은 구조로 형성된 수용기(13')에 의해 튐 현상으로 발생하는 샘플 덩어리는 승화된 시료 기체의 이동방향으로 이동하다가 대부분 중력에 의해 다시 샘플수용기 내부로 낙하하게된다. 따라서, 동일한 온도조건에서 정제작업을 하여도 튐현상에 의한 정제 샘플의 오염은 현저하게 줄어들게 되며 따라서, 보다 높은온도에서 보다 많은 양의 샘플을 승화정제 할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 유기물질의 정제장치에 있어서 수용기가 내부관내에 실장된 구조를 도시한 구성도이다. 도 4를 참조로 할때 상기 수용기는 바람직하게는 펌프의 진공진행방향과 반대방향으로 기울어져 실장된다. 따라서, 미정제 샘플이 진공진행방향을 따라 수용기 외부로 유출되는 튐현상이 현저하게 줄 어들게 된다.
도 1B 및 도 3을 참조로 하여 본 발명의 일 실시예에 의한 유기물질의 정제장치의 동작원리를 상세히 설명하면 다음과 같다. 진공펌프의 방향 또는 불활성 가스의 진행방향과 수직방향으로 열려있는 수용기에 샘플을 담아 도 1B와 같이 배치한다. 이때 상기 다수개의 히터는 온도의 편차를 두어 서로 다른 온도값을 가지도록 하며, 펌프는 10-3mtorr 정도의 진공값을 가지도록 한다. 이때 상기 수용기가 포함하는 히터를 샘플의 승화점 부근에 해당하는 온도로 가열하고, 다른 히터를 상기 히터보다 낮은 온도를 갖도록 온도편차를 주게 되면, 수용기내부의 시료는 승화하여 진공 흐름방향으로 운반되고, 이때 발생한 미정제 샘플 덩어리들은 샘플 수용기 내부로 자유낙하한다. 아울러, 서로 다른 온도값을 갖는 다수개의 히터중 해당 히터의 부근에 위치하는 외부관에 샘플이 맺히게 된다. 따라서 샘플이 맺힌 외부관을 분리하여 정제된 시료를 취할 수 있다.
비록 본 발명은 특정 수단을 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 개시된 명세로 한정되는 것이 아니며 특허청구범위내에서 모든 균등물에까지 확장된다.
본 발명은 진공펌프의 방향, 혹은 불활성 가스의 진행방향과 수직방향으로 열려있는 수용기를 사용함으로써 샘플의 튐현상을 방지하여 고순도의 샘플을 정제할 수 있다는 뛰어난 효과를 가진다. 즉, 동일한 품질의 정제된 유기 화합물을 보 다 단시간에 정제할 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.
더욱이, 수직 방향으로 열려있는 수용기를 사용하므로, 같은 부피의 다른 수용기에 비하여 보다 많은 양의 샘플을 단위공정에 정제할 수 있으므로 공정의 효율성이 향상된다. 본 발명의 유기물질의 정제장치는 8-옥시 퀴놀린 알루미늄염 (Alq3), α-NPB(N, N'-Di-(naphthalene-1-yl)-N, N'-diphenylbenzidine)과 같은 물질의 정제에 사용할 수 있다.

Claims (5)

  1. 유기물질의 정제장치에 있어서,
    정제된 유기물과 불순물을 분리하기위한 다수개의 내부관;
    상기 다수개의 내부관을 일렬로 연결하기 위한 다수개의 연결부;
    시료를 수용할 수 있는 수용기로서 상기 일렬로 연결된 내부관 내부에 실장되며 펌프의 진공진행방향 또는 불활성 가스의 진행방향과 중력반대 수직방향으로 열려 있는 수용기;
    상기 일렬로 연결된 다수개의 내부관을 내장하기 위한 외부관;
    상기 외부관 및 상기 일렬로 연결된 내부관에 서로 다른 온도의 열을 인가하기 위한 다수개의 히터;
    상기 외부관과 상기 다수개의 히터 사이에 위치하며 히터에서 발생하는 열을 전도시키기 위한 금속관;
    상기 외부관의 온도를 감지하기 위한 온도센서;
    상기 금속관을 냉각시키기 위한 냉각부; 및
    상기 외부관내를 진공으로 유지시키기 위한 펌프를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유기물질의 정제장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수용기는 미정제 시료가 튀지 않을 정도로 충분히 세로로 긴 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기물질의 정제장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 수용기는 미정제 시료가 튀지 않도록 펌프의 진행방향 또는 불활성 가스의 진행방향의 반대방향으로 기울어진 상태로 상기 내부관에 실장된 것을 특징으로 하는 유기물질의 정제장치.
  4. 정제된 유기물과 불순물을 분리하기위한 다수개의 내부관; 상기 다수개의 내부관을 일렬로 연결하기 위한 다수개의 연결부; 시료를 수용할 수 있는 수용기로서 튐현상을 방지하기 위하여 중력반대방향으로 열려있는 수용기; 상기 일렬로 연결된 다수개의 내부관을 내장하기 위한 외부관; 상기 외부관 및 상기 일렬로 연결된 내부관에 서로 다른 온도의 열을 인가하기 위한 다수개의 히터; 상기 외부유리관과 상기 다수개의 히터 사이에 위치하며 히터에서 발생하는 열을 전도시키기 위한 온도센서탑재용 구멍이 형성된 금속관; 상기 외부관의 온도를 감지하기 위한 온도센서; 상기 금속관을 냉각시키기 위한 냉각부; 및 상기 외부관내를 진공으로 유지시키기 위한 펌프를 포함하여 구성되는 유기물질의 정제장치를 이용한 유기물질의 정제방법에 있어서,
    상기 중력반대방향으로 열려있는 수용기에 시료를 담아 내부관에 위치시키는 제 1단계;
    상기 수용기가 위치한 내부관을 해당 히터를 이용하여 상기 수용기에 담겨있 는 시료의 승화점에 해당하는 온도로 가열하고, 나머지 내부관은 시료의 승화점 보다 낮은 온도로 가열하여 온도계단을 만드는 제 2단계;
    상기 제 2단계에서 승화되어 상기 펌프 진공진행방향으로 이동한 시료가 내부관에 맺히면, 시료가 맺힌 해당 내부관을 분리하여 정제된 시료를 추출하는 제 3단계로 이루어진 유기물질의 정제방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 시료는 8-옥시 퀴놀린 알루미늄염(Alq3)을 포함하는 발광체 혹은 수송체용 저분자 유기물, 혹은 (α-NPB(N,N'-Di-(Naphthalene-1-yl)-N,N'-diphenylbenzidine)을 포함하는 발광체 혹은 수송체용 저분자 유기물인 것을 특징으로 하는 유기물질의 정제방법.
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