KR20130129728A - 승화 정제 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 OLED용 유기 재료를 생산함에 있어 필요한 정제 공정에 사용되는 승화 정제 장치 및 방법에 관한 것이다. 보통의 정제기는 정제 공정상의 제한 조건으로 인하여 회분식(Batch Type)으로 제작되어 한 번 생산할 수 있는 원재료를 장입하고 정제 공정을 거쳐 정제된 재료를 반출하므로써 한 번의 공정이 완료된다. 이러한 공정은 대부분이 수동으로 수행되고 있으며 연속 공정이 불가능한 구조이기 때문에 생산성 및 생산량 증대에 한계가 있다. 본 발명을 통해 이러한 기존의 정제기에 대하여 원재료의 장입 및 정제된 재료의 반출을 자동화하여 연속적인 공정이 가능하도록 한다.

Description

승화 정제 장치 및 방법{Sublimation Purification Apparatus and Method}
본 발명은 유기전계발광소자를 위한 유기전계발광재료의 정제 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진공 하에서 유기재료를 승화시켜 재결정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
통상적으로 유기전계발광소자용으로 사용되는 유기전계발광재료는 정제를 필요로 한다. 유기전계발광재료의 정제 기술은 합성된 물질 중에서 순수한 전계발광에 필요한 성분만을 분리하여 박막 증착에 이용하기 위한 것으로, 유기전계발광재료의 정제 기술 향상에 따라서 색순도 및 발광 효율이 개선되고, 그리고 유기전계발광소자의 발광 수명이 연장된다. 유기전계발광재료의 대량 생산을 위해서는 공정시간의 단축 및 정제효율이 향상된 유기전계발광재료의 정제 기술이 필수적이다.
유기재료의 승화정제방법은 H. J. Wagner, el al., Journal of Materials Science, 17, 2781,(1982)에 개시되어 있는데, 열전도용 동관내에 1m 정도의 길이를 갖는 유리관이 삽입되어 있고, 유리관내의 일단부 영역에 정제할 유기전계발광재료의 시료가 배치된다. 유기전계발광재료의 시료 주위의 동관을 둘러싸도록 히터가 부착되어 있으며, 유리관의 내부를 진공 상태유지하고, 히터에 의해 유리관 내의 시료를 가열하여 시료의 유기전계발광재료의 분자를 승화시킨다. 유리관은 온도 편차가 형성되어 있고, 유리관 내의 타단부 영역에서 유기 분자의 증기가 냉각되어 재결정화 된다. 이로써 유리관의 타단부 영역에서는 재결정화된 유기 결정이 생성된다.
보통의 정제기는 정제 공정상의 제한 조건으로 인하여 회분식(Batch Type)으로 제작되어 한 번 생산할 수 있는 원재료를 장입하고 정제 공정을 거쳐 정제된 재료를 반출함으로써 한 번의 공정이 완료된다. 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0114342호에서도 승화 정제 장치 및 그 장치를 이용한 승화 정제 방법을 언급하고 있다. 그러나, 상기 문헌에 개시된 것과 같은 종래의 승화 정제 장치 및 방법은 각 공정이 수동으로 순차적으로 수행되는 구조이기 때문에 생산성 및 생산량 증대에 한계가 있다.
본 발명은 기존의 정제기 구조에서의 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 원재료의 장입, 이송 및 정제된 재료의 반출을 자동화하여 연속적인 공정이 가능하고 또한 각 공정이 동시에 병렬적으로 진행될 수 있도록 된 승화정제장치 및 방법을 제공하며, 그에 따라, 유기전계발광재료의 정제 공정의 생산성을 증대시켜 대량생산이 가능하게 하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 승화 정제 장치는 원재료가 담긴 수납 용기를 프로세스 챔버 내로 장입하는 로봇 암(arm)을 구비하는 제 1 로봇, 원재료로부터 정제된 재료를 생성하는 승화 정제 공정을 수행하는 프로세스 챔버로서, 프로세스 챔버 내의 미리 정해진 위치들에 원재료가 담긴 수납 용기 및 정제된 재료가 수집되는 수집 용기가 장착되는 프로세스 챔버, 및 정제된 재료가 담긴 수집 용기를 프로세스 챔버로부터 반출하는 로봇 암을 구비하는 제 2 로봇을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 승화 정제 장치는 수납 용기에 담긴 원재료의 예열 공정을 위한 예열 챔버(pre-heating chamber)를 더 포함하고, 예열된 원재료는 제 1 로봇에 의해 프로세스 챔버 내로 장입된다.
또한, 본 발명에 따른 상기 승화 정제 장치는 수집 용기에 담긴 정제된 재료의 냉각 공정을 위한 냉각 챔버(cooling chamber)를 더 포함하고, 정제된 재료는 제 2 로봇에 의해 냉각 챔버 내로 장입된다.
또한, 본 발명에 따른 승화 정제 방법은 예열 챔버에서 수납 용기에 담긴 원재료를 예열하는 단계, 예열된 원재료가 담긴 수납 용기를 제 1 로봇의 로봇 암을 이용하여 프로세스 챔버 내로 장입하여 미리 정해진 위치에 수납 용기를 장착하는 단계, 프로세스 챔버 내에서 원재료들로부터 정제된 재료들을 생성하는 승화 정제 공정을 수행하는 단계로서, 정제된 재료는 미리 정해진 위치에 장착된 수집 용기에 수집되는 승화 정제 공정 수행 단계, 정제된 재료가 담긴 수집 용기를 제 2 로봇의 로봇 암을 이용하여 프로세스 챔버로부터 반출하는 단계, 및 승화 정제 공정 중에 예열 챔버에서 다른 예열 공정을 개시하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 승화 정제 방법은 정제된 재료의 냉각 공정을 위하여 제 2 로봇에 의해 반출된 정제된 재료가 담긴 수집 용기를 냉각 챔버 내로 장입하는 단계를 더 포함하고, 냉각 공정은 프로세스 챔버 내에서의 다른 승화 정제 공정과 동시에 수행된다.
본 발명의 승화 정제 장치 및 방법에 의하면, 이용함에 따라 원재료의 장입 및 정제된 재료의 반출을 자동화시킴으로써 연속적인 공정이 가능해지고, 그에 따라 유기전계발광재료의 정제 공정 시간을 단축할 수 있으며, 생산성을 높임으로써 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, 복수의 공정이 병렬적으로 동시에 진행될 수 있으므로, 프로세스 챔버당 생산성이 획기적으로 개선될 수 있다. 따라서, 유기전계발광재료의 생산 공장에서의 단위 면적 당 생산량도 증대된다. 또한, 일체의 연속적인 자동화 공정으로 인하여, 정제된 재료들에 불순물의 혼입을 방지할 수 있으며, 그에 따라 고순도의 정제된 유기전계발광재료를 사용함으로써 유기 전계 발광 소자의 발광 효율 및 수명을 향상시킬 수 있다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 승화 정제 장치를 도시한 도면.
도 2a 및 2b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 승화 정제 장치를 도시한 도면.
도 3a 및 3b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 승화 정제 장치를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 승화 정제 장치를 도시한 도면.
도 1a를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 승화 정제 장치(100)가 도시되어 있다. 본 발명의 승화 정제 장치(100)는 유기전계발광재료의 승화 정제 공정에 필요한 원재료를 담는 원재료 수납 용기들(120) 및 정제 공정에서 생성된 정제된 유기전계발광재료를 담는 정제된 재료 수집 용기들(130)을 포함한다. 원재료 수납 용기들(120)은 바람직하게는 보트 형상이고, 정제된 재료 수집 용기들(130)은 바람직하게는 튜브 형상(즉, 수거관)이다.
또한, 본 발명의 승화 정제 장치(100)는 유기전계발광재료의 승화 정제 공정이 수행되는 프로세스 챔버(110)를 포함한다. 프로세스 챔버(110)는 외부관(111), 히터(112), 게이트들(113, 114)을 포함한다. 외부관(111)내에서 승화 정제 공정이 수행되고, 외부관(111)은 석영(quartz) 혹은 파이렉스(pyrex)등의 투명한 재질이며 기본적으로 원기둥 형상을 갖는다. 외부관(111)은 히터(112)가 둘러싸고 있으며, 외부관(111)은 복수 개의 영역으로 구분될 수 있고 각각의 영역들은 히터(112)에 의해 상이한 온도로 조절될 수 있다. 외부관의 양단에는 게이트들(113, 114)이 위치되어 있고, 게이트(113)를 통해 원재료가 담긴 원재료 수납 용기(120)가 외부관(111)내로 이동되고, 정제 공정이 완료되면 외부관(111)으로부터 다시 빈 원재료 수납 용기(120)가 반출된다. 마찬가지로 게이트(114)를 통해 빈 정제된 재료 수집 용기(130)가 외부관(111)내로 이동되어 장착되고, 정제 공정이 완료되면 외부관(111)으로부터 정제된 재료가 담긴 정제된 재료 수집 용기(130)가 반출된다. 프로세스 챔버(110)의 내부는 진공상태가 진공펌프(미도시)에 의해 유지되어 있으며, 선택적으로 트랩 및 밸브(미도시)를 더 포함할 수 있다.
프로세스 챔버 내에서의 승화 정제 공정은 다음과 같다. 원재료 수납 용기(120)가 프로세스 챔버(110)의 일단에 위치한 게이트(113)를 통해 외부관(111)으로 장입되어 장착되고, 히터(112)에 의하여 원재료를 정제 공정을 통하여 얻고자 하는 유기전계발광재료의 승화점 이상으로 가열하면 승화되어 외부관(111) 내로 확산된다. 히터(112)에 의해 정제 공정을 통하여 얻고자 하는 유기전계발광재료의 승화점보다 낮은 온도로 가열하면 확산된 원재료들 중에서 얻고자 하는 유기전계발광재료가 미리 장착된 정제된 재료 수집 용기(130)에 수집된다. 정제 공정이 완료되면, 정제된 재료가 담긴 정제된 재료 수집 용기(130)는 프로세스 챔버(110)의 타단에 위치한 게이트(114)를 통해 프로세스 챔버(110) 밖으로 반출된다.
다시, 도 1a를 참조하면, 본 발명의 승화 정제 장치(100)는 원재료 수납 용기(120)의 프로세스 챔버(110)로의 장입 공정에 이용되는 트랜스퍼 챔버(140), 원재료 저장 수단(160), 예열 챔버(180)를 더 포함한다. 트랜스퍼 챔버(140)는 이러한 챔버들 사이에서 원재료 수납 용기들(120)을 자동으로 이송하기 위한 로봇(141)을 구비한다. 로봇(141)은 로봇 암(arm)으로 원재료 수납 용기들(120)을 들어 이동시킨다. 본 발명의 트랜스퍼 챔버(140)는 선택적으로 트랜스퍼 챔버(140)에 연결된 진공 펌프와 밸브(미도시)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예에서는, 프로세스 챔버(110)의 일단에 게이트(113)를 통하여 트랜스퍼 챔버(140)가 연결되어 있고, 트랜스퍼 챔버(140)의 다른 게이트를 통하여 원재료 저장 수단(160)이 연결되어 있으며, 트랜스퍼 챔버(140)의 또 다른 게이트를 통하여 예열 챔버(180)가 연결되어 있다. 프로세스 챔버(110), 트랜스퍼 챔버(140), 원재료 저장 수단(160), 및 예열 챔버(180)는 공정상에서 필요에 따라, 각각 서로 분리될 수 있다.
원재료 저장 수단(160)은 원재료들이 담긴 다수의 원재료 수납 용기들(120)이 놓여 있는챔버 형상일 수 있다. 원재료 저장 수단(160)은 선택적으로 원재료 저장 수단(160)에 연결된 진공 펌프와 밸브(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 트랜스퍼 챔버(140)와 원재료 저장 수단(160)을 연결하고 있는 게이트가 열리면 로봇(141)이 원재료 저장 수단(160)에서 로봇 암으로 다수의 원재료 수납 용기들(120) 중 하나를 트랜스퍼 챔버(140)로 이동시킨다.
트랜스퍼 챔버(140)와 예열 챔버(180)를 연결하고 있는 게이트가 열리면 로봇(141)은 로봇 암으로 원재료 수납 용기(120)를 들어 예열 챔버(180)로 이동시킨다. 예열 챔버(180)의 게이트가 닫히고, 예열 챔버(180)는 프로세스 챔버(110)에서 원재료가 가열되는 온도보다는 낮은 온도로 원재료를 예열시킨다. 로봇(141)이 예열을 마친 원재료가 담긴 원재료 수납 용기(120)를 로봇 암으로 들어 예열 챔버(180)로부터 트랜스퍼 챔버(140)내로 이동시키고, 프로세스 챔버(110)의 게이트(113)가 열리면 로봇(141)은 다시 원재료가 담긴 원재료 수납 용기(120)를 프로세스 챔버(110) 내로 장입한다.
승화 정제 공정이 수행되는 동안, 연속 공정을 실현하고 공정의 효율을 높이기 위하여, 로봇(141)은 다음 회 차의 원재료가 담긴 원재료 수납 용기(120)를 원재료 저장 수단(160)으로부터 트랜스퍼 챔버(140)로 장입하여 이를 예열 챔버(180) 내로 이동시키고, 예열 챔버(180)에서는 상술한 바와 동일한 방식으로 예열 공정이 수행된다. 별도의 예열 공정을 구비함에 따라 프로세스 챔버(110)내에서의 가열 시간이 단축된다. 더구나, 종래에는 프로세스 챔버 내에서 예열 공정 및 승화 정제 공정을 모두 수행하였지만, 본 발명의 승화 정제 장치에서는 프로세스 챔버와는 별도의 예열 챔버를 두어 프로세스 챔버에서 예열 공정을 수행하는 시간을 없앰으로써, 프로세스 챔버를 그만큼 더 많은 횟수로 가동할 수 있게 되었다. 따라서, 전체적으로 승화 정제 공정의 생산성이 높아지게 된다.
한편, 프로세스 챔버(110)에서 이전 회 차의 정제 공정이 완료되면, 로봇(141)은 로봇 암으로 정제 공정이 완료되고 남은 빈 원재료 수납 용기(120)를 들어 트랜스퍼 챔버(140)로 이동시키고, 이를 다시 원재료 저장 수단(160)으로 이동시켜 원재료 저장 수단(160)에 쌓아 놓는다. 이 때, 예열 챔버(180)에서는 예열 공정이 수행되고 있을 수 있다.
다시, 도 1a를 참조하면, 본 발명의 승화 정제 장치(100)는 정제된 재료가 담긴 정제된 재료 수집 용기의 프로세스 챔버(110)로부터의 반출 공정의 자동화에 이용되는 트랜스퍼 챔버(150), 정제된 재료 저장 수단(170), 및 냉각 챔버(190)를 더 포함한다. 트랜스퍼 챔버(150)는 정제된 재료 수집 용기들(130)을 자동으로 이송하기 위한 로봇(151)을 구비한다. 로봇(151)은 로봇 암으로 정제된 재료 수집 용기들(120)을 이동시킨다. 본 발명의 트랜스퍼 챔버(150)는 선택적으로 트랜스퍼 챔버(150)에 연결된 진공 펌프와 밸브(미도시)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예에서는, 프로세스 챔버(110)의 타단에 위치한 게이트(114)를 통하여 트랜스퍼 챔버(150)가 연결되어 있고, 트랜스퍼 챔버(150)의 다른 게이트를 통하여 정제된 재료 저장 수단(170)이 연결되어 있으며, 트랜스퍼 챔버(150)의 또 다른 게이트를 통하여 냉각 챔버(190)가 연결되어 있다. 프로세스 챔버(110), 트랜스퍼 챔버(150), 정제된 재료 저장 수단(170), 및 냉각 챔버(190)는 공정상에서 필요에 따라, 각각 서로 분리될 수 있다.
정제된 재료 저장 수단(170)은 정제된 재료들이 담길 다수의 빈 정제된 재료 수집 용기들(130)이 놓여 있는 챔버 형상일 수 있다. 정제된 재료 저장 수단(170)은 선택적으로 정제된 재료 저장 수단(170)에 연결된 진공 펌프와 밸브(미도시)를 더 포함할 수 있다. 프로세스 챔버(110)내에서의 정제 공정이 수행되기 이전에, 로봇(151)은 트랜스퍼 챔버(150)와 정제된 재료 저장 수단(170)을 연결하고 있는 게이트가 열리면 정제된 재료 저장 수단(170)으로부터 다수의 빈 정제된 재료 수집 용기들(130) 중 하나를 로봇 암으로 들어 트랜스퍼 챔버(150)로 이동시킨다. 프로세스 챔버(110)의 게이트(114)가 열리면 로봇(151)은 다시 로봇 암으로 빈 정제된 재료 수집 용기들(130)를 프로세스 챔버(110) 내로 이동시킨다.
프로세스 챔버(110)내에서의 정제 공정이 완료되면, 다시 프로세스 챔버(110)의 게이트(114)가 열리고 로봇(151)은 정제된 재료들이 담긴 정제된 재료 수집 용기(130)를 로봇 암으로 트랜스퍼 챔버(150)로 반출한다. 트랜스퍼 챔버(150)와 냉각 챔버(190)를 연결하고 있는 게이트가 열리면 로봇(151)은 로봇 암으로 정제된 재료 수집 용기(130)를 냉각 챔버(190)로 이동시킨다. 냉각 챔버(190)의 게이트가 닫히고, 냉각 챔버(190)는 정제된 재료 수집 용기(130)에 담긴 정제된 재료를 냉각시킨다. 냉각 챔버의 온도는 프로세스 챔버에서 정제된 재료를 수집 용기(130)에 수집할 때 가열하는 온도보다는 낮고 실온보다는 높은 온도로 가열한다.
또한, 로봇(151)은 다음 회 차의 정제 공정에 이용될 빈 정제된 재료 수집 용기(130)를 정제된 재료 저장 수단(170)으로부터 트랜스퍼 챔버(150)로 이동시키고 다시 이를 프로세스 챔버(110)내로 이동시켜 정제 공정이 진행된다. 이 때, 냉각 챔버(190)에서는 냉각 공정이 수행되고 있을 수 있다. 종래에는 프로세스 챔버 내에서 승화 정제 공정 및 냉각 공정을 모두 수행하였지만, 본 발명의 승화 정제 장치에서는 프로세스 챔버와는 별도의 냉각 챔버를 두어 프로세스 챔버에서 냉각 공정을 수행하는 시간을 없앰으로써, 프로세스 챔버를 그만큼 더 많은 횟수로 가동할 수 있게 되었다.
종래의 승화 정제 장치에서는 통상적으로 예열 공정에 1시간 30분 내지 2시간 30분, 승화정제공정에 6 내지 7시간, 냉각 공정에 1시간 30분 내지 2시간 30분 정도가 소요되어 프로세스 챔버내에서의 공정이 총 9 내지 12 시간 정도 소요되었다고 한다면, 본 발명의 승화 정제 장치에서는 예열 챔버, 프로세스 챔버, 냉각 챔버에서 각각 별도의 공정이 이루어지기 때문에, 프로세스 챔버 내에서의 공정은 총 6 내지 7시간 정도 소요되어, 전체 승화정제공정의 시간이 단축되게 된다.
로봇(151)이 냉각을 마친 정제된 재료가 담긴 정제된 재료 수집 용기(130)를 로봇 암으로 들어 냉각 챔버(190)로부터 트랜스퍼 챔버(150)내로 다시 이동시키고, 다시 정제된 재료가 담긴 정제된 재료 수집 용기(130)를 정제된 재료 저장 수단(170)으로 반출한다. 상술된 바와 같은 승화 정제 공정을 연속적으로 반복하여 정제된 재료 저장 수단(170)에는 정제된 재료들이 담긴 다수의 정제된 재료 수집 용기들(130)이 보관된다. 후에, 정제된 재료 저장 수단(170)만을 대기압상태로 한 다음, 정제된 재료 수집 용기들(130)에 담긴 정제된 재료들을 수거한다.
도 1b는 도 1a에 도시된 제 1 실시예를 일부 변형한 승화 정제 장치(100')를 도시한 도면이다. 도 1b의 승화 정제 장치(100')는 정제 공정이 완료된 후의 빈 원재료 수납 용기들(120)을 저장하는 별도의 저장 수단(161)을 더 포함한다. 도 1a에서는 원재료 저장 수단(160)이 원재료들이 담긴 원재료 수납 용기들(120)과 정제 공정이 완료된 후의 빈 원재료 수납 용기들(120)을 모두 저장한다. 그러나, 도 1b에서의 승화 정제 장치(100')에서는 원재료 저장 수단(160)에 저장되어 있던 원재료들이 담긴 원재료 수납 용기들(120)이 로봇(141)에 의하여 트랜스퍼 챔버(140)를 거쳐 예열 챔버(140) 내로 이동되고 예열 공정을 거친 다음에 프로세스 챔버(110) 내로 이동되는 한편, 정제 공정이 완료된 후의 빈 원재료 수납 용기들(120)은 로봇(141)에 의하여 프로세스 챔버(110)로부터 반출되어 트랜스퍼 챔버(140)를 거쳐 빈 원재료 수납 용기들(120)을 저장하는 별도의 저장 수단(161)에 저장된다.
다시 도 1b를 참조하면, 본 발명의 승화 정제 장치(100')는 정제 공정에 이용될 빈 정제된 재료 수집 용기들(130)을 저장하는 별도의 저장 수단(171)을 더 포함한다. 도 1a에서는 정제된 재료 저장 수단(170)이 정제된 재료들이 담긴 정제된 재료 수집 용기들(130)과 정제 공정에 이용될 빈 정제된 재료 수집 용기들(130)을 모두 저장한다. 그러나, 도 1b에서는 정제된 재료들이 담긴 정제된 재료 수집 용기들(130)이 로봇(151)에 의하여 프로세스 챔버(110)로부터 반출되어 트랜스퍼 챔버(150)를 거쳐 냉각 챔버(190)로 이동되고 냉각 공정을 거친 다음 정제된 재료 저장 수단(170)으로 이동되어 저장되는 한편, 정제 공정에 이용될 빈 정제된 재료 수집 용기들(130)은 트랜스퍼 챔버(250)에 연결된 빈 정제된 재료 수집 용기들(130)을 저장하는 별도의 저장 수단(171)에 저장되어 있다가 별도의 저장 수단으로(171)부터 로봇(151)에 의하여 트랜스퍼 모듈(150)을 거쳐 정제 공정을 위하여 프로세스 챔버(110)내로 이동된다.
도 2a는 본 발명의 승화 정제 장치(200)의 제 2 실시예에 따른 도면을 도시한다. 본 발명의 제 2 실시예에서는, 프로세스 챔버(110)의 일단에 게이트(113)를 통하여 트랜스퍼 챔버(140)가 연결되어 있고, 트랜스퍼 챔버(140)의 다른 게이트를 통하여 예열 챔버(280)가 트랜스퍼 챔버(140)에 연결되어 있으며, 예열 챔버(280)의 또 다른 게이트를 통하여 원재료 저장 수단(260)이 예열 챔버(280)에 연결되어 있다. 프로세스 챔버(110), 트랜스퍼 챔버(140), 원재료 저장 수단(260), 및 예열 챔버(280)는 공정상에서 필요에 따라, 각각 서로 분리될 수 있다.
원재료 저장 수단(260)에는 원재료들이 담긴 다수의 원재료 수납 용기들(120)이 쌓여 있고, 원재료 저장 수단(260)은 선택적으로 원재료 저장 수단(260)에 연결된 진공 펌프와 밸브(미도시)를 더 포함할 수 있다. 원재료 저장 수단(260)과 예열 챔버(280)를 연결하고 있는 게이트가 열리면 다수의 원재료 수납 용기들(120) 중 하나는 원재료 저장 수단(260)으로부터 예열 챔버(280)내로 이동된다. 이 때, 트랜스퍼 챔버(140)의 로봇(141)의 암의 길이가 충분히 길어서 예열 챔버(280)의 두 개의 게이트를 통과하여 원재료 저장 수단(260)으로부터 예열 챔버(280)내로 원재료 수납 용기(120)를 이동시킬 수도 있고, 대안적으로, 원재료 저장 수단(260)과 예열 챔버(280) 사이에 트랜스퍼 챔버(140) 및 로봇(141)과 동일하거나 유사한 이송용 장치들(미도시)이 더 구비되어 이에 의하여 이동될 수도 있다. 그리고 나서, 제 1 실시예에서 기술된 바와 같이 예열 챔버(280)내에서의 원재료가 담긴 원재료 수납 용기들(120)의 예열 공정이 수행된다.
프로세스 챔버(110) 내에서의 이전 회 차의 정제 공정이 완료되면 원재료 저장 수단(260)이 트랜스퍼 챔버(140)로 이동하여 연결되고 로봇(141)은 정제 공정이 완료되고 남은 빈 원재료 수납 용기(120)를 트랜스퍼 챔버(140)로 이동시키고, 이를 다시 원재료 저장 수단(260)으로 이동시켜 원재료 저장 수단(260)에 쌓아 놓는다. 이 때, 예열 챔버(280)에서는 예열 공정이 수행되고 있을 수 있다.
예열 공정이 완료되면, 로봇(141)이 예열을 마친 원재료가 담긴 원재료 수납 용기(120)를 예열 챔버(280)로부터 트랜스퍼 챔버(140)내로 이동시키고, 프로세스 챔버(110)의 게이트가 열리면 로봇(141)은 다시 원재료가 담긴 원재료 수납 용기(120)를 프로세스 챔버(110) 내로 장입하여, 프로세스 챔버(110) 내에서의 정제 공정이 수행된다.
다시, 도 2a를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에서는, 프로세스 챔버(110)의 일단에 게이트(114)를 통하여 트랜스퍼 챔버(150)가 연결되어 있고, 트랜스퍼 챔버(150)의 다른 게이트를 통하여 냉각 챔버(290)가 트랜스퍼 챔버(150)에 연결되어 있으며, 냉각 챔버(290)의 또 다른 게이트를 통하여 정제된 재료 저장 수단(270)이 냉각 챔버(290)에 연결되어 있다. 프로세스 챔버(110), 트랜스퍼 챔버(150), 정제된 재료 저장 수단(270), 및 냉각 챔버(290)는 공정상에서 필요에 따라, 각각 서로 분리될 수 있다.
정제된 재료 저장 수단(270)에는 정제된 재료들이 담길 다수의 빈 정제된 재료 수집 용기들(130)이 쌓여 있고, 정제된 재료 저장 수단(270)은 선택적으로 정제된 재료 저장 수단(270)에 연결된 진공 펌프와 밸브(미도시)를 더 포함할 수 있다. 프로세스 챔버(110)내에서의 정제 공정 이전에, 빈 정제된 재료 수집 용기(130)를 프로세스 챔버(110) 내로 이동시키기 위하여, 냉각 챔버(290)에 연결되어 있는 정제된 재료 저장 수단(270)이 트랜스퍼 챔버(150)로 이동한다. 로봇(151)은 트랜스퍼 챔버(150)와 정제된 재료 저장 수단(270)을 연결하고 있는 게이트가 열리면 정제된 재료 저장 수단(270)으로부터 다수의 빈 정제된 재료 수집 용기들(130) 중 하나를 트랜스퍼 챔버(150)로 이동시킨다. 프로세스 챔버(110)의 게이트가 열리면 로봇(151)은 다시 정제된 재료가 담길 정제된 재료 수집 용기(130)를 프로세스 챔버(110) 내로 이동시킨다.
프로세스 챔버(110)내에서의 정제 공정이 완료되면, 다시 프로세스 챔버(110)의 게이트(114)가 열리고 로봇(151)은 정제된 재료들이 담긴 정제된 재료 수집 용기(130)를 트랜스퍼 챔버(150)로 반출한다. 트랜스퍼 챔버(150)와 냉각 챔버(290)를 연결하고 있는 게이트가 열리면 로봇(151)은 정제된 재료 수집 용기(130)를 냉각 챔버(290)로 이동시킨다. 냉각 챔버(290)의 게이트가 닫히고, 냉각 챔버(290)는 정제된 재료 수집 용기(130)에 담긴 정제된 재료를 냉각시킨다.
또한, 로봇(151)은 다음 회 차의 정제 공정에 이용될 빈 정제된 재료 수집 용기(130)를 정제된 재료 저장 수단(270)으로부터 트랜스퍼 챔버(150)로 이동시키고 다시 이를 프로세스 챔버(110)내로 이동시켜 다음 회 차의 정제 공정이 진행된다. 이 때, 냉각 챔버(290)에서는 냉각 공정이 수행되고 있을 수 있다.
냉각 챔버(290)에서의 냉각 공정이 완료되면, 도 2에 도시된 바와 같이 정제된 재료 저장 수단(270)이 냉각 챔버(290)로 이동하여 이에 연결되고, 냉각 챔버(290)와 정제된 재료 저장 수단(270)을 연결하고 있는 게이트가 열려 냉각 챔버(290)로부터 정제된 재료 저장 수단(270)으로 정제된 재료를 담고 있는 정제된 재료 수집 용기(130)를 반출한다. 이 때, 트랜스퍼 챔버(150)에 있는 로봇(151)의 암의 길이가 충분히 길어서 냉각 챔버(290)의 두 개의 게이트를 통과하여 냉각 챔버(290)로부터 정제된 재료 저장 수단(270)으로 정제된 재료 수집 용기(130)를 이동시킬 수도 있고, 대안적으로, 정제된 재료 저장 수단(270)과 냉각 챔버(290) 사이에 트랜스퍼 챔버(150) 및 로봇(151)과 동일하거나 유사한 이송용 장치들(미도시)이 더 구비되어 있을 수도 있다.
도 2b는 도 2a에 도시된 제 2 실시예를 일부 변형한 승화 정제 장치(200')를 도시한 도면이다. 도 2b의 승화 정제 장치(200')는 정제 공정이 완료된 후의 빈 원재료 수납 용기들(120)을 저장하는 저장 수단(261)을 더 포함한다. 도 2a에서는 원재료들이 담긴 원재료 수납 용기들(120)과 정제 공정이 완료된 후의 빈 원재료 수납 용기들(120)이 원재료 저장 수단(260)에 모두 저장될 수 있도록, 원재료 저장 수단(260)이 트랜스퍼 챔버(140)의 게이트와 예열 챔버(280)의 게이트 사이를 이동하면서 트랜스퍼 챔버(140)와 예열 챔버(280)에 해당 공정에 따라 각각 연결된다. 그러나, 도 2b에서의 승화 정제 장치(200')에서는 원재료 저장 수단(260)이 예열 챔버(280)에 연결되어 원재료들이 담긴 원재료 수납 용기들(120)이 원재료 저장 수단(260)으로부터 예열 챔버(280) 내로 장입되고, 정제 공정이 완료된 후의 빈 원재료 수납 용기들(120)이 트랜스퍼 챔버(240)에 연결된 빈 원재료 수납 용기들(120)을 저장하는 별도의 저장 수단(261)에 저장된다.
다시 도 2b를 참조하면, 본 발명의 승화 정제 장치(200')는 정제 공정에 이용될 정제된 재료 수집 용기들(130)을 저장하는 별도의 저장 수단(271)을 더 포함한다. 도 2a의 승화 정제 장치(200)에서는 정제된 재료들이 담긴 정제된 재료 수집 용기들(130)과 정제 공정에 이용될 빈 정제된 재료 수집 용기들(130)이 모두 정제된 재료 저장 수단(270)에 저장될 수 있도록, 정제된 재료 저장 수단(270)이 트랜스퍼 챔버(150)의 게이트와 냉각 챔버(290)의 게이트 사이를 이동하면서 트랜스퍼 챔버(150)와 냉각 챔버(290)에 해당 공정에 따라 각각 연결된다. 그러나, 도 2b의 승화 정제 장치(200')에서는 정제된 재료 저장 수단(270)이 냉각 챔버(290)에 연결되어 정제된 재료들이 담긴 정제된 재료 수집 용기들(130)이 냉각 챔버(290)로부터 정제된 재료 저장 수단(270) 내로 반출되어 저장되고, 정제 공정에 이용될 빈 정제된 재료 수집 용기들(130)은 트랜스퍼 챔버(250)에 연결된 빈 정제된 재료 수집 용기들(130)을 저장하는 별도의 저장 수단(271)에 저장되어 있다가 트랜스퍼 모듈(150) 내로 이동된다.
도 3a는 본 발명의 승화 정제 장치(300)의 제 3 실시예에 따른 도면을 도시한다. 본 발명의 제 3 실시예에서는, 프로세스 챔버(110)의 일단에 게이트(113)를 통하여 트랜스퍼 챔버(140)가 연결되어 있고, 트랜스퍼 챔버(140)의 다른 게이트를 통하여 원재료 저장 수단(360)이 트랜스퍼 챔버(140)에 연결되어 있으며, 원재료 저장 수단은 또 다른 게이트를 통하여 예열 챔버(380)가 원재료 저장 수단(360)에 연결되어 있다. 프로세스 챔버(110), 트랜스퍼 챔버(140), 원재료 저장 수단(360), 및 예열 챔버(380)는 공정상에서 필요에 따라, 각각 서로 분리될 수 있다.
원재료 저장 수단(360)에는 원재료들이 담긴 다수의 원재료 수납 용기들(120)과 정제 공정 후의 빈 원재료 수납 용기들(120)이 저장되어 있다. 원재료 저장 수단(360)은 선택적으로 원재료 저장 수단(360)에 연결된 진공 펌프와 밸브(미도시)를 더 포함할 수 있다.
다수의 원재료 수납 용기들(120) 중 하나는 원재료 저장 수단(360)으로부터 로봇(141)에 의하여 예열 챔버(380)내로 이동되고, 제 1 실시예에서 기술된 바와 같이 예열 챔버(380)내에서의 원재료가 담긴 원재료 수납 용기들(120)의 예열 공정이 수행된다. 예열 공정이 완료되면, 로봇(141)이 예열을 마친 원재료가 담긴 원재료 수납 용기(120)를 예열 챔버(380)로부터 원재료 저장 수단(360)을 통과하여 트랜스퍼 챔버(140)로 이동시키고, 그 다음 이를 다시 프로세스 챔버(110) 내로 장입하여, 프로세스 챔버(110) 내에서 정제 공정이 수행된다.
프로세스 챔버(110) 내에서의 정제 공정이 완료되면, 로봇(141)은 정제 공정이 완료되고 남은 빈 원재료 수납 용기(120)를 트랜스퍼 챔버(140)로 이동시키고, 이를 다시 원재료 저장 수단(360)으로 이동시켜 원재료 저장 수단(360)에 쌓아 놓는다. 이 때, 예열 챔버(380)에서는 다음 회 차의 예열 공정이 수행되고 있을 수 있다.
여기서는, 원재료 저장 수단(360)과 예열 챔버(380) 사이의 원재료 수납 용기(120)의 이동은 로봇(141)에 의하여 이루어진다고 설명하였지만, 대안적으로, 원재료 저장 수단(360)과 예열 챔버(380) 사이에 트랜스퍼 챔버(140) 및 로봇(141)과 동일하거나 유사한 이송용 장치(미도시)들이 더 구비되어 이에 의하여 이동될 수도 있다.
다시, 도 3a를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에서는, 프로세스 챔버(110)의 일단에 게이트(114)를 통하여 트랜스퍼 챔버(150)가 연결되어 있고, 트랜스퍼 챔버(150)의 다른 게이트를 통하여 정제된 재료 저장 수단(370)이 트랜스퍼 챔버(150)에 연결되어 있으며, 정제된 재료 저장 수단(370)의 또 다른 게이트를 통하여 냉각 챔버(390)가 정제된 재료 저장 수단(370)에 연결되어 있다. 프로세스 챔버(110), 트랜스퍼 챔버(150), 정제된 재료 저장 수단(370), 및 냉각 챔버(390)는 공정상에서 필요에 따라, 각각 서로 분리될 수 있다.
정제된 재료 저장 수단(370)에는 정제 공정에 이용될 빈 정제된 재료 수집 용기들(130)과 정제 공정이 완료된 후의 정제된 재료들이 담긴 정제된 재료 수집 용기들(130)을 저장한다. 정제된 재료 저장 수단(370)은 선택적으로 정제된 재료 저장 수단(370)에 연결된 진공 펌프와 밸브(미도시)를 더 포함할 수 있다.
프로세스 챔버(110)내에서의 정제 공정이 완료되면, 로봇(151)은 정제된 재료들이 담긴 정제된 재료 수집 용기(130)를 프로세스 챔버(110)로부터 트랜스퍼 챔버(150)로 반출하고, 그 다음, 트랜스퍼 챔버(150)로부터 정제된 재료 저장 수단(370)을 통과하여 냉각 챔버(390)로 이동시킨다. 냉각 챔버(390)는 정제된 재료 수집 용기(130)에 담긴 정제된 재료를 냉각시킨다. 냉각 챔버(390)에서의 냉각 공정이 완료되면, 로봇(151)은 냉각 챔버(390)로부터 정제된 재료 저장 수단(370)으로 정제된 재료를 담고 있는 정제된 재료 수집 용기(130)를 반출하여 정제된 재료 저장 수단(370)에 저장한다.
또한, 로봇(151)은 다음 회 차의 정제 공정에 이용될 빈 정제된 재료 수집 용기(130)를 정제된 재료 저장 수단(370)으로부터 트랜스퍼 챔버(150)로 이동시키고 다시 이를 프로세스 챔버(110)내로 이동시켜 다음 회 차의 정제 공정이 진행된다. 이 때, 냉각 챔버(390)에서는 냉각 공정이 수행되고 있을 수 있다.
여기서는, 정제된 재료 저장 수단(370)과 냉각 챔버(390) 사이의 정제된 재료 수집 용기(130)의 이동은 트랜스퍼 챔버(150)에 있는 로봇(151)에 의하여 수행되는 것으로 설명하였지만, 대안적으로 정제된 재료 저장 수단(370)과 냉각 챔버(390) 사이에 트랜스퍼 챔버(150) 및 로봇(151)과 동일하거나 유사한 이송용 장치들(미도시)이 더 구비되어 있을 수도 있다.
도 3b는 도 3a에 도시된 제 3 실시예를 일부 변형한 승화 정제 장치(300')를 도시한 도면이다. 도 3b에서의 승화 정제 장치(300')에서는 원재료들이 담긴 원재료 수납 용기들(120)은 원재료 저장 수단(360)에 저장되고, 정제 공정이 완료된 후의 빈 원재료 수납 용기들(120)은 별도의 저장 수단(361)에 저장되어 있다. 원재료 저장 수단(360)과 별도의 저장 수단(361)은, 해당 공정에 따라 트랜스퍼 챔버(140) 및 예열 챔버(180)에 연결될 수 있도록, 좌우 혹은 상하로 이동할 수도 있고 그 외 다양한 방향으로도 이동할 수 있다.
다시 도 3b를 참조하면, 승화 정제 장치(300')에서는 정제된 재료들이 담긴 정제된 재료 수집 용기들(130)은 정제된 재료 저장 수단(370)에 저장되고, 정제 공정에 이용될 빈 정제된 재료 수집 용기들(130)은 별도의 저장 수단(371)에 저장되어 있다. 정제된 재료 저장 수단(370)과 별도의 저장 수단(371)은, 해당 공정에 따라 트랜스퍼 챔버(150) 및 냉각 챔버(160)에 연결될 수 있도록, 좌우 혹은 상하로 이동할 수도 있고 그 외 다양한 방향으로도 이동할 수 있다.
도 4는 도 1의 승화 정제 장치(100)를 변형한 제 4 실시예를 도시한 도면이다. 도 1의 트랜스퍼 챔버(140)에서는 복수의 게이트들이 구비되어 있지만, 제 4 실시예에서는 트랜스퍼 챔버(440)가 한 개의 게이트를 구비하고 있고, 트랜스퍼 챔버(440)가 회전 및/또는 이동하여 프로세스 챔버(110), 원재료 저장 수단(160), 및 예열 챔버(180) 각각에 연결되어 해당 공정이 수행된다. 마찬가지로 반출 과정에서의 트랜스퍼 챔버(450) 또한 한 개의 게이트를 구비하고 있고, 트랜스퍼 챔버(450)가 회전 및/또는 이동하여 프로세스 챔버(110), 정제된 재료 저장 수단(170), 및 냉각 챔버(190) 각각에 연결되어 해당 공정이 수행된다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 실시예들에서는 원재료 수납 용기들 및 정제된 재료 수집 용기들을 이동시키는 수단으로서 로봇들(141, 151)을 기술하였지만, 대안적으로, 로봇들(141, 151)은 원격 제어 장치에 의하여 제어되는 콘베이어 벨트일 수도 있고, 기타 자동 운송 수단들일 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 통상의 기술자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니라 본 발명을 설명하는 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 승화 정제 장치, 110 : 프로세스 챔버, 120 : 원재료 수납 용기, 130 : 정제된 재료 수집 용기, 141 : 로봇, 151 : 로봇, 160 : 원재료 저장 수단, 170 : 정제된 재료 저장 수단, 180 : 예열 챔버, 190 : 냉각 챔버

Claims (5)

  1. 승화 정제 장치에 있어서:
    원재료가 담긴 수납 용기를 프로세스 챔버 내로 장입하는 로봇 암(arm)을 구비하는 제 1 로봇;
    상기 원재료로부터 정제된 재료를 생성하는 승화 정제 공정을 수행하는 프로세스 챔버로서, 상기 프로세스 챔버 내의 미리 정해진 위치들에 상기 원재료가 담긴 상기 수납 용기 및 정제된 재료가 수집되는 수집 용기가 장착되는, 상기 프로세스 챔버; 및
    상기 정제된 재료가 담긴 수집 용기를 상기 프로세스 챔버로부터 반출하는 로봇 암을 구비하는 제 2 로봇을 포함하는, 승화 정제 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수납 용기에 담긴 상기 원재료의 예열 공정을 위한 예열 챔버(pre-heating chamber)를 더 포함하고, 상기 예열된 원재료는 상기 제 1 로봇에 의해 상기 프로세스 챔버 내로 장입되는, 승화 정제 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 수집 용기에 담긴 상기 정제된 재료의 냉각 공정을 위한 냉각 챔버(cooling chamber)를 더 포함하고, 상기 정제된 재료는 상기 제 2 로봇에 의해 상기 냉각 챔버 내로 장입되는, 승화 정제 장치.
  4. 승화 정제 방법에 있어서:
    예열 챔버에서 수납 용기에 담긴 원재료를 예열하는 단계;
    상기 예열된 원재료가 담긴 상기 수납 용기를 제 1 로봇의 로봇 암을 이용하여 프로세스 챔버 내로 장입하여 미리 정해진 위치에 상기 수납 용기를 장착하는 단계;
    상기 프로세스 챔버 내에서 상기 원재료들로부터 정제된 재료들을 생성하는 승화 정제 공정을 수행하는 단계로서, 상기 정제된 재료는 미리 정해진 위치에 장착된 수집 용기에 수집되는, 상기 승화 정제 공정 수행 단계;
    상기 정제된 재료가 담긴 상기 수집 용기를 제 2 로봇의 로봇 암을 이용하여 상기 프로세스 챔버로부터 반출하는 단계; 및
    상기 승화 정제 공정 중에 상기 예열 챔버에서 다른 예열 공정을 개시하는 단계를 포함하는, 승화 정제 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 정제된 재료의 냉각 공정을 위하여 상기 제 2 로봇에 의해 상기 반출된 정제된 재료가 담긴 상기 수집 용기를 냉각 챔버 내로 장입하는 단계를 더 포함하고,
    상기 냉각 공정은 상기 프로세스 챔버 내에서의 다른 승화 정제 공정과 동시에 수행되는, 승화 정제 방법.
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