KR100582663B1 - 유기물질의 승화정제방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 설정온도가 서로 상이한 다수의 히터를 포함하는 승화정제장치 내에서 유기물질을 정제함에 있어서, 유기물질이 수용된 수용기가 포함되는 영역의 히터를 진공하에서 유기물질의 승화점에 해당하는 온도로 올리고, 다른 히터들을 상기 히터보다 순차적으로 낮은 온도를 갖도록 온도편차를 주는 단계; 및 원하는 생성물과 저온 생성물이 겹쳐서 생성되는 영역의 히터의 온도를 원하는 생성물이 생성되는 영역의 히터의 온도보다 높게 설정하는 단계를 포함하는 유기물질의 승화정제방법에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 고수율 및 고순도로 유기물질을 정제함으로써 유기전계발광소자의 발광효율 향상을 가능케 한다.

유기전계발광소자, 진공승화, 비선형 온도분포

Description

유기물질의 승화정제방법{Sublimation Method of Organic Material}

도 1은 본 발명에서 사용가능한 유기물질의 승화정제장치 개략도,

도 2는 종래기술의 승화정제방법에 의해 정제된 유기물질의 분포도, 및

도 3은 본 발명의 승화정제방법에 의해 정제된 유기물질의 분포도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 유리관 7: 냉각부

2a, 2b, 2c, 2d: 히터 8: 펌프

3: 수용기 9: 보호캡

4: 구리관 10: 트랩

5: 온도 센서 11a, 11g, 11c: 유리관

6: 유량계 12: 연결부

본 발명은 유기전계발광소자(electroluminescent device, 이하 “유기 EL 소자"라 함)의 발광체 또는 수송체로 사용가능한 저분자 유기물질의 승화정제방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서로 다른 온도 값을 갖는 다수개의 히터에 의해 형성된 온도영역 중, 원하는 생성물과 저온 생성물이 겹쳐서 생성되는 영역의 히터의 온도를 원하는 생성물이 생성되는 영역의 히터의 온도보다 높게 설정함으로써 원하는 생성물과 저온 생성물이 겹쳐서 생성되지 않고 분명하게 분리되도록 한 유기화합물의 승화정제방법에 관한 것이다.

유기 EL 소자는 일함수가 크고 투명한 양극과 일함수가 낮은 음극 금속 사이에 여러 개의 얇은 유기 박막층으로 구성되어 있고, 발광원리는 소자에 순방향으로 전압을 가하면 양극 전극에서 정공이 유기층으로 주입되고, 음극에서는 전자가 주입되어 발광층에서 재결합하여 빛을 내는 디스플레이 소자이다.

유기 EL 소자는 저소비전력, 넓은 광시야각, 고속 응답속도, 넓은 구동온도범위 등의 정보화시대에서 요구하는 고품위 패널특성을 모두 가지고 있으며, 또한 상대적으로 제작 공정이 단순하여 기존의 평판 디스플레이를 초월하는 저가격화 실현을 기대할 수 있는 강점을 가지고 있다.

유기 EL 소자의 발광 특성에 영향을 미치는 요인으로 유기재료의 순도가 있다. 유기재료 중에 불순물이 혼입되어 있으면, 그 불순물이 캐리어의 트랩이 되거나 소광의 원인이 되어 발광 강도 및 발광 효율이 저하된다. 따라서 불순물을 줄이기 위해 유기재료를 정제할 필요가 있다.

유기재료의 정제 방법으로는 일반적으로 용매를 사용한 재결정 또는 승화에 의한 재결정이 사용된다. 용매를 사용한 재결정에서는 유기재료를 대량으로 정제하는 것이 가능하다는 장점이 있으나, 용매를 사용하기 때문에 용매가 유기 결정 중에 들어가 버리기 쉽다. 유기 결정 중에 들어간 용매는 불순물로서 작용하여 발광 특성을 저하시킬 수 있다.

한편, 승화에 의한 재결정에서는 진공 하에서 유기재료가 승화되어 재결정되므로 불순물이 들어가기 어렵다. 따라서 EL 소자용 유기재료의 정제에는 승화정제방법을 사용하는 것이 주류로 되어 있다.

유기재료의 승화정제방법은 H. J. Wagner, el al., Jounal of Materials Science, 17, 2781, (1982)에 개시되어 있는데, 열전도용 동관내에 1m 정도의 길이를 갖는 유리관이 삽입되어 있고, 유리관내의 일단부 영역에 정제할 유기재료의 시료가 배치된다. 유기재료 시료 주위의 동관을 둘러싸도록 히터가 부착되어 있으며, 유리관의 내부를 200Pa 정도의 진공 상태로 유지하고, 히터에 의해 유리관 내의 시료를 가열하여 시료의 유기분자를 승화시킨다. 유리관은 온도구배가 되어 있고, 유리관 내의 타단부 영역에서 유기 분자의 증기가 냉각되어 재결정화 된다. 이로써 유리관의 타단부 영역에서는 재결정화된 유기 결정이 생성된다.

일반적으로 행하여지는 유기재료의 승화 정제 방법은 상기 논문의 방법을 개선하여 시료를 수용하는 수용기와 재결정되는 유기재료를 포착하기 위한 내부관을 사용하고, 비활성 가스를 흘려주는 것이 일반적이다.

그러나 이와 같은 종래의 유기물질 정제 방법을 통해 얻어지는 생성물은 서로 다른 결정성의 생성물이 혼재하기 때문에 원하는 순수한 결정성을 얻기 위해서 는 상당량의 혼재부분을 임의로 제거해야 하므로 실제 얻어지는 수율은 정제 공정에서 얻어지는 수율 이하로 얻을 수 밖에 없게 된다. 또한, 이러한 제거공정이 작업자의 판단에 의해 주관적으로 진행됨으로써 공정 및 품질의 표준을 정의하는데 어려움이 있다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 서로 다른 결정성의 생성물이 서로 겹쳐지며 혼재함이 없이 고순도 및 고수율의 유기물질을 재현성 있게 얻을 수 있는 유기물질의 승화정제 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명은 설정온도가 서로 상이한 다수의 히터를 포함하는 승화정제장치 내에서 유기물질을 정제함에 있어서, 유기물질이 수용된 수용기가 포함되는 영역의 히터를 진공하에서 유기물질의 승화점에 해당하는 온도로 올리고, 다른 히터들을 상기 히터보다 순차적으로 낮은 온도를 갖도록 온도편차를 주는 단계; 및 원하는 생성물과 저온 생성물이 겹쳐서 생성되는 영역의 히터의 온도를 원하는 생성물이 생성되는 영역의 히터의 온도보다 높게 설정하는 하는 단계를 포함함으로써 원하는 생성물과 저온 생성물이 겹쳐서 생성되지 않고 분명하게 분리되도록 한 유기화합물의 승화정제방법을 제공한다.

이하, 첨부한 도면을 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에서 사용가능한 유기물질 승화정제장치 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 유기물질 승화정제장치는 시료를 수용할 수 있는 수용기(3), 정제된 유기물과 불순물을 분리하는 다수개의 유리관(11a, 11b, 11c), 상기 각각의 유리관(11a, 11b, 11c)에 서로 다른 열을 인가하는 다수개의 히터(2a, 2b, 2c, 2d), 상기 다수개의 유리관(11a, 11b, 11c)을 연결하는 다수개의 연결부(12), 상기 일렬로 연결된 유리관(11a, 11b, 11c)과 다수의 히터(2a, 2b, 2c, 2d) 사이에 위치하는 유리관(1), 상기 유리관(1)과 상기 다수의 히터(2a, 2b, 2c, 2d) 사이에 위치하여 유리관에 히터에서 발생되는 열을 전도시키는 구리관(4), 상기 유리관(1)의 온도를 읽고자 구리관(4)에 구멍을 뚫어 삽입한 온도 센서(5), 열에 의해 승화된 유기물을 이동시키는 비활성 기체의 유량을 읽는 유량계(6), 상기 구리관(4) 끝단부에 냉각라인을 설치하여 수냉시키는 냉각부(7), 상기 유리관(1) 내를 진공으로 유지시키는 로타리 펌프(8), 정제 장치를 보호하기 위한 보호캡(9) 및 상기 유리관(1)에서 날아온 시료가 로타리 펌프(8)내로 들어가는 것을 막기 위한 트랩(10)으로 구성된다.

상기와 같은 승화정제장치를 이용한 본 발명의 유기물질 승화정제방법은 설정온도가 서로 상이한 다수의 히터를 포함하는 승화정제장치 내에서 유기물질을 정제함에 있어서, 유기물질이 수용된 수용기가 포함되는 영역의 히터를 유기물질의 승화점에 해당하는 온도로 올리고, 다른 히터들을 상기 히터보다 순차적으로 낮은 온도를 갖도록 온도편차를 주는 단계; 및 원하는 생성물과 저온 생성물이 겹쳐서 생성되는 영역의 히터의 온도를 원하는 생성물이 생성되는 영역의 히터의 온도 보다 높게 올리는 단계를 포함한다.

수용기가 포함되는 영역의 히터의 온도를 유기물질의 승화점 이상으로 올리게 되면, 승화된 유기물질은 저온 영역의 진공 흐름방향으로 운반된다. 이때, 서로 다른 온도 값을 갖는 다수개의 히터에 의해 형성된 온도영역 중, 재승화가 가능한 온도영역에서 다양한 형태의 생성물들이 형성되는데, 원하는 생성물과 저온 생성물이 겹쳐서 생성되는 영역의 히터의 온도를 원하는 생성물이 생성되는 영역의 히터의 온도보다 높게 설정하면 저온 생성물은 고온 영역을 지나 다음 영역에 생성되므로 원하는 형태의 생성물과 분명한 분리가 이루어진다. 따라서 생성물이 맺힌 그대로 취하면 원하는 생성물과 저온 생성물질이 분명하게 분리된 시료를 얻을 수 있다

도 2에 개시된 바와 같이, 종래기술의 승화정제방법에 의하면 원하는 생성물 이외에 부수적으로 발생되는 저온 생성물질이 겹쳐서 생성되므로 순수한 생성물을 얻기 위해서는 어느 정도의 손실을 감수하고 부생성물이 포함된 영역을 제거해야 한다. 이때 필연적으로 수반되는 수율의 감소와 임의적인 판단에 의한 불완전한 부생성물의 제거가 생성물의 순도에 영향을 미칠 수 있다.

반면, 도 3에 개시된 바와 같이, 본 발명의 승화정제방법에 의하면 말단 히터의 온도를 조절함으로써 원하는 생성물과 저온 생성물질의 겹침을 근본적으로 배재할 수 있으므로 고수율 및 고순도로 정제된 유기물질을 얻을 수 있다.

한편, 본 발명의 유기물질 승화정제방법에 사용되는 유기물질로는 8-옥시 퀴놀린 알루미늄염(Alq3)을 포함하는 전자전달 물질, 또는 α-NPB(N,N'-di-(naphthalene-1-yl)-N,N'-diphenylbenzidine)를 포함하는 정공전달 물질 등을 예로 들 수 있다.

본 발명에서 히터 온도는 정제되는 유기물질에 따라 결정되는데, 구체적으로 Alq3의 경우, 수용기가 포함되는 영역의 히터의 온도를 350℃로 올리고, 다른 히터들은 각각 295℃, 250℃, 300℃가 되도록 한다.

또한, 서로 다른 온도 값을 갖는 다수개의 히터에 의해 형성된 온도영역 중, 원하는 생성물과 저온생성물이 겹쳐서 생성되는 영역의 히터 온도를 원하는 생성물이 생성되는 영역의 히터의 온도보다 높게 설정함에 있어서, 원하는 생성물이 생성되는 영역의 히터의 온도보다 40℃ 내지 60℃ 높게 설정하는 것이 바람직하다. 40℃보다 낮은 온도에서는 원하는 생성물이 생성되는 영역(250℃영역)과 온도차이가 작으므로 원하는 생성물과 저온생성물이 겹쳐서 생성될 수 있고, 60℃보다 높은 온도에서는 지나친 가열로 인해 원하는 생성물이 생성되는 영역(250℃영역)에 까지 열효과를 미칠 수 있기 때문이다.

상기와 같은 본 발명의 승화정제방법에 따라 정제된 유기물질은 고수율 및 고순도를 나타내며, 유기 EL 소자의 발광층에 적용시 우수한 발광효율을 시현한다.

본 발명의 유기물질 승화정제방법에 의하면, 승화정제 공정 자체에서 원하는 생성물과 저온생성물질의 겹침현상을 억제하기 때문에 이후 제거 공정에서의 분리에 의한 수율 손실이나 작업자의 임의적 판단을 제한할 수 있으므로 좋은 특성의 생성물을 재현성 있게 얻을 수 있다.

Claims (4)

1. 설정온도가 서로 상이한 다수의 히터를 포함하는 승화정제장치 내에서 유기물질을 정제함에 있어서,

   유기물질이 수용된 수용기가 포함되는 영역의 히터를 진공하에서 유기물질의 승화점에 해당하는 온도로 올리고, 다른 히터들을 상기 히터보다 순차적으로 낮은 온도를 갖도록 온도편차를 주는 단계; 및

   원하는 생성물과 저온 생성물이 겹쳐서 생성되는 영역의 히터의 온도를 원하는 생성물이 생성되는 영역의 히터의 온도보다 높게 설정하는 단계를 포함하는 유기물질의 승화정제방법.
2. 제 1항에 있어서, 유기물질이 8-옥시 퀴놀린 알루미늄염(Alq3)을 포함하는 전자전달 물질, 또는 α-NPB(N,N'-di-(naphthalene-1-yl)-N,N'-diphenylbenzidine)를 포함하는 정공전달 물질인 것을 특징으로 하는 유기물질의 정제방법.
3. 제 1항에 있어서, 원하는 생성물과 저온 생성물이 겹쳐서 생성되는 영역의 히터 온도를 원하는 생성물이 생성되는 영역의 히터의 온도보다 40℃ 내지 60℃ 높게 설정하는 것을 특징으로 하는 승화정제방법.
4. 제 1항에 있어서, 10^-3 Torr의 진공상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 승화정제방법.

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