WO2014098458A1 - 이온성 액체를 이용한 유기소재 정제방법 및 정제장치 - Google Patents

이온성 액체를 이용한 유기소재 정제방법 및 정제장치 Download PDF

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WO2014098458A1
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organic material
sublimation
crucible
purification
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김태원
이종호
박재철
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한국생산기술연구원
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    • H10K50/15—Hole transporting layers

Definitions

  • the present invention relates to an organic material purification method and a purification device based on an ionic liquid process, and more particularly, to screen an optimal purification combination between various ionic liquids and organic materials to be purified.
  • the present invention relates to an organic material simple refining method and a refining apparatus which can quickly and experimentally determine which kind of ionic liquid is most suitable for recrystallization of a target organic material even when a small amount of organic material for organic light emitting diodes (OLED) is used.
  • OLED organic light emitting diodes
  • the present invention also relates to an organic material purification method and purification apparatus capable of purifying organic materials for OLED in large quantities by using an ionic liquid as a filter.
  • OLED displays have been spotlighted as next generation displays. The reason is that not only the high driving voltage required by the inorganic LED is required, but also the advantages of self-luminous, thin film, fast response speed, wide viewing angle, etc.
  • Such an OLED refers to a device in which holes and electrons recombine in an emission layer to generate excitons, and emit light having a specific wavelength by energy from the generated excitons.
  • the OLED includes an anode 120, a hole injection layer (HIL) 130, and a hole transport layer on a transparent substrate 110 such as glass.
  • layer: HTL 140, EML 150, electron transport layer ETL 160, electron injection layer EIL 170, and cathode (180) is composed of a laminated structure formed sequentially.
  • an organic material for light emission and charge transport is required.
  • the organic material is directly involved in the recombination of the injected holes and electrons as well as the injection of electrons and holes, the purity of the organic material is a very important factor that determines the color, luminous efficiency and lifetime of the OLED. That is, a small amount of impurities in the organic material increases the probability of dissipation of the injected charges, thereby lowering the probability of recombination of holes and electrons, leading to a decrease in luminous efficiency. It becomes a factor.
  • OLEDs have been optimized along with optimization of electroluminescent device structure, development of new materials having excellent hole (or electron) injection and transport characteristics, and development of new materials for organic light emitting layers. Purity improvement of the organic substance is calculated
  • the recrystallization method by recrystallization or sublimation using a solvent is generally used.
  • the recrystallization method by sublimation since the organic material is sublimed and recrystallized under vacuum, impurities have a property of not entering. Therefore, the sublimation purification method is generally used as a purification method of the organic material for organic electroluminescent elements in general.
  • sublimate refers to a gas-solid phase transition that occurs at temperatures and pressures below the triple point in phase equilibrium. Even if the material is pyrolyzed when heated at normal pressure, it is not decomposed even at a relatively high temperature at a low pressure below the triple point.
  • the operation of heating the mixed material and separating the sublimation point from other impurities in a state in which the material is not decomposed is called a vacuum sublimation method. Since the vacuum sublimation method is a pure physical method and does not depend on the use of auxiliary reagents or other chemical methods, it is useful for the purification of organic materials for OLEDs because it has the advantage of no contamination of samples and a large separation rate.
  • a method for purifying organic materials for OLEDs is a method of continuously purifying sublimation.
  • the material to be purified is placed at the end of a long hollow tube, and the tube is heated with a heater while the inside of the tube is vacuumed to create a temperature gradient across the tube.
  • the material can be separated by using the difference in the recrystallization position due to the difference between the material to be separated and the sublimation point of the impurities.
  • nitrogen or an inert gas that does not react with the material constituting the refining apparatus is used as a carrier gas for transporting the gas of the organic material within the range from the high temperature to the low temperature does not drop significantly. This transport gas serves to smoothly flow the gas of the organic material.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the sublimation purification apparatus according to the prior art for performing a continuous sublimation purification method.
  • the organic material is contained in the crucible 240, and the crucible 240 is disposed at one side in the second quartz glass tube 210.
  • the outside of the second quartz glass tube 210 has a structure that the first quartz glass tube 220 is wrapped.
  • the crucible 240 although not shown, is fitted to both ends of the hollow cylindrical quartz tube with both ends open, and is made of a stainless steel material and has a pair of lids with holes.
  • the heater 250 is installed to surround one side of the first quartz glass tube 220. In this case, the heater 250 is installed at a corresponding position where the crucible 240 is located.
  • the vacuum pump 230 is disposed on the other side of the second quartz glass tube 210 to serve to maintain the interior of the second quartz glass tube 210 in a vacuum state.
  • Sublimation refining apparatus 200 having the structure as described above, first, the inside of the second quartz glass tube 210 by using a vacuum pump 230 to make a vacuum state, and a small amount of transport gas vacuum agent 230 is installed 2 to the entire quartz glass tube 210 to form a fine pressure gradient.
  • a temperature gradient is formed over the entire second quartz glass tube 210.
  • the temperature distribution formed at this time represents a shape of a normal distribution curve.
  • the material starts to sublime, and the gas molecules formed at this time come out of the crucible 240 and are vacuum pumped by a pressure gradient. 230 starts to move in the installed direction. At this time, impurities having a higher sublimation point than the organic material raw material remain inside the crucible 240.
  • Reference numeral 260 denotes a refined material formed in a crystalline state on the inner surface of the second quartz glass tube 210.
  • the heating is stopped and gradually cooled, and when the temperature is equal to room temperature, the second quartz glass tube 210 is dismantled to scrape and recover the purified material 260 in a crystalline state.
  • the raw material in the case of the sublimation refining method, can be purified to a high purity organic material by using the difference in the sublimation point of the organic material, while a considerable amount of the organic material during the repetition of sublimation-condensation is performed. Since it is lost to the exhaust along with the inert gas, there is a problem that the yield of the final purified material compared to the starting material is very low. In addition, there is a problem that takes a huge time and cost to optimize the purification equipment for each organic material.
  • the inventors rapidly optimize the purification process parameters based on the ionic liquid process by using the ionic liquid which can be used in vacuum as a solvent, the purification temperature of the organic material and the selection of the optimal ionic liquid, and the OLED.
  • the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, the ionic liquid that can experimentally confirm the organic material purification process by recrystallizing a small amount of organic material using a stable ionic liquid even in vacuum It is an object of the present invention to provide an organic material simple purification method and purification apparatus.
  • the present invention has another object to provide a method for purifying and purifying an organic material using an ionic liquid that can be used to easily purify and produce a large amount of organic materials for OLED by using a stable ionic liquid as a filter.
  • the organic material simple purification method using the ionic liquid according to the present invention for achieving the above object, the heating chamber of the vacuum atmosphere in which the crucible is installed containing the organic material raw material for OLED (Organic Light Emitting Diodes) containing impurities And a refining method using an organic material simple refining apparatus including a substrate installed in the heating chamber and coated with an ionic liquid, the heating step of heating the crucible to a sublimation point of the organic material raw material, and in the heating step. And depositing a sublimation gas of the organic material raw material generated in the ionic liquid, and recrystallizing the sublimation gas in the ionic liquid.
  • OLED Organic Light Emitting Diodes
  • the recrystallization step is characterized in that it further comprises a separation step of separating the recrystallized organic material from the ionic liquid.
  • the recrystallization step is characterized in that to control the temperature of the ionic liquid to control the solubility of the ionic liquid.
  • the temperature of the substrate in the recrystallization step is characterized in that it is maintained at room temperature ⁇ 200 °C range.
  • the organic material simple purification apparatus using the ionic liquid according to the present invention for achieving the above object, the sublimation means of the vacuum atmosphere for heating and subliming the organic material raw material for OLED containing the impurities, the sublimed organic Recrystallization means in a vacuum atmosphere for depositing a sublimation gas of a material on the surface of the ionic liquid to recrystallize the ionic liquid, and control means for controlling the operation of the sublimation means and the recrystallization means.
  • the sublimation means may include a crucible for accommodating the organic material, a heating chamber in which the crucible is installed, having a predetermined internal volume, a vacuum pump for maintaining the inside of the heating chamber in a vacuum state, A first heater for heating the crucible and a shutter for selectively opening or closing the upper side of the crucible.
  • the shutter is characterized in that it is configured to cover the top of the crucible or at a predetermined distance from the top of the crucible.
  • the recrystallization means includes a substrate coated with the ionic liquid, a mask for supporting the substrate, a second heater installed and fixed on the upper portion of the heating chamber, and a lower portion of the second heater. It is characterized in that it comprises a support member for supporting the mask.
  • the recrystallization means further comprises a thermocouple is installed on the support member for measuring the temperature of the substrate, the control means using the temperature measured at the thermocouple 2 characterized by controlling the temperature of the heater.
  • the ionic liquid is characterized in that the droplet is applied on the substrate (droplet).
  • the present invention characterized in that it further comprises an analysis means for photographing and analyzing the recrystallized purified material from the ionic liquid.
  • the analysis means is characterized in that it comprises a thickness monitor (thickness monitor) for measuring the thickness of the recrystallized tablet material.
  • the organic material purification method using an ionic liquid according to the present invention for achieving the above object is, under the heating chamber of the vacuum atmosphere is equipped with a crucible containing an organic material raw material for OLED containing impurities, under a vacuum atmosphere
  • a purification method using an organic material purification device including a storage tank containing an ionic liquid comprising: a heating step of heating the crucible to a sublimation point of the organic material raw material, and a sublimation gas of the organic material raw material generated in the heating step.
  • the sublimation gas is characterized by flowing into the ionic liquid by the inert gas supplied into the heating chamber.
  • the dissolution step is characterized in that it further comprises a discharge step of discharging the inert gas collected in the upper portion of the reservoir without dissolving in the dissolution step to the outside of the reservoir.
  • the recrystallization step is characterized in that it further comprises a recovery step of recovering the recrystallized organic material from the ionic liquid.
  • the method may further include heating the mixed gas to maintain the temperature above the sublimation point before the mixed gas is incorporated into the ionic liquid.
  • the recrystallization step is characterized in that to control the temperature of the ionic liquid to control the solubility of the ionic liquid.
  • the inert gas discharged in the discharge step is characterized in that it is recycled to the inert gas supplied in the mixing step.
  • the organic material purification apparatus using the ionic liquid according to the present invention for achieving the above object, sublimation means of a vacuum atmosphere for heating and subliming the organic material raw material for the OLED containing the impurities, and the sublimed organic material And recrystallization means in a vacuum atmosphere for incorporating a sublimation gas into the ionic liquid to recrystallize in the ionic liquid, and control means for controlling the operation of the sublimation means and the recrystallization means.
  • the sublimation means may include a crucible for accommodating the organic material, a heating chamber in which the crucible is installed, having a predetermined internal volume, a vacuum pump for vacuuming the inside of the heating chamber, and A first heater for heating the crucible, and an inert gas supply source connected to one side of the heating chamber to supply an inert gas.
  • the recrystallization means includes a reservoir containing the ionic liquid, a connection conduit in which one side is in communication with the inside of the heating chamber and the other side is immersed in the ionic liquid in the reservoir, and And a discharge pump for discharging the gas collected on the ionic liquid of the reservoir out of the reservoir.
  • this invention characterized in that it further comprises a second heater for heating the outside of the connection conduit to maintain the sublimation point of the organic material.
  • it characterized in that it further comprises a third heater for heating the lower portion of the reservoir containing the ionic liquid to control the solubility of the organic material.
  • the ionic liquid used for the purification of the organic material is installed on the top of the reservoir and heated in a vacuum above a certain temperature and evaporated to recycle through impurities and dissolved organic materials and the separate purification process It characterized in that it further comprises an ionic liquid collecting unit for collecting.
  • the ionic liquid collecting unit includes a collecting plate fixed to the inner side of the reservoir, and a collecting container for collecting the ionic liquid collected by the collecting plate fixed to the inner side of the reservoir It is characterized by.
  • it characterized in that it further comprises an ionic liquid return means for returning to the reservoir for recycling the ionic liquid collected in the collecting container.
  • it is characterized in that it further comprises a recovery container for selectively communicating with the reservoir and configured to be combined and separated to separately recover the recrystallized organic material.
  • it characterized in that it further comprises bubble refinement means for reducing the volume of bubbles generated as the mixed gas is incorporated into the ionic liquid of the reservoir.
  • this invention characterized in that it further comprises an inert gas return means for returning to the inert gas supply source for recycling the inert gas discharged through the discharge pump.
  • the present invention can confirm that even if a trace amount of organic material is sublimated, it is recrystallized in an ionic liquid, and thus there is an advantage that the refinability of the organic material can be easily confirmed as a trace amount of organic material.
  • the present invention has an advantage that the recrystallization process of the organic material can be quickly confirmed because the sublimation gas of the organic material is easily supersaturated even in a small amount of the ionic liquid due to the non-volatile characteristics of the ionic liquid.
  • the present invention has the advantage that the configuration of the device is very simple to save the cost and time to search for the optimum ionic liquid and optimize the process conditions even if the organic material is different.
  • the present invention can significantly improve the purification yield of organic materials by incorporating a sublimation gas generated in the sublimation refining process of organic materials into a stable ionic liquid in a vacuum and utilizing the ionic liquid as a liquid filter of the sublimation gas. There is an advantage.
  • the present invention has the advantage that the organic material can be purified in large quantities by adjusting the capacity of the device by using a large amount of ionic liquid and injecting the organic material up to the supersaturation limit into the ionic liquid, thereby reducing the cost of the organic material.
  • the present invention has the advantage that can be recycled through the refining process of the ionic liquid to realize the greening of the manufacturing process.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the sublimation purification apparatus according to the prior art
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing the configuration of the organic material simple purification apparatus using the ionic liquid according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a purification method using an organic material simple purification apparatus using the ionic liquid shown in FIG.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram showing the configuration of the organic material purification apparatus using an ionic liquid according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a purification method using an organic material purification device using the ionic liquid shown in FIG.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram showing the configuration of the organic material purification apparatus using an ionic liquid according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view schematically showing the configuration of the organic material simple purification experiment apparatus using an ionic liquid
  • FIG. 9 is a graph showing a change in substrate temperature according to a ceramic heater set temperature in the organic material simple purification experiment shown in FIG. 8;
  • 10 to 12 are graphs showing the deposition rate and total organic thickness variation according to the sublimation temperature of the organic material according to the crystallization temperature (substrate temperature) in the organic material simple purification experiment shown in FIG. 8,
  • FIG. 13 is a photograph analyzing the crystallization process of NPB organic material in an ionic liquid according to the organic material evaporation temperature and the substrate temperature in the organic material simple purification experiment shown in FIG.
  • FIG. 15 is a graph analyzing the crystal phase of NPB organic material recrystallized by the organic material simple purification apparatus shown in FIG. 8 and the crystal phase of NPB organic material before purification through Raman analysis.
  • FIG. 16 is a photograph analyzing the grain size of the NPB organic material recrystallized by the organic material simple purification apparatus shown in FIG. 8 and the grain size of the NPB organic material before being purified through an optical microscope.
  • the organic material simple purification apparatus 300 includes sublimation means for subliming large organic material raw materials and recrystallization means for recrystallizing a sublimation gas of the sublimed organic material in an ionic liquid. And analyzing means for photographing and analyzing the recrystallized refined material in the ionic liquid, and control means for controlling the sublimation means, the recrystallization means, and the operation of the analysis means as a whole.
  • the ionic liquid according to this embodiment is 1-butyl-3-methyllimidazorium bis (trifluoromethyl sulfonyl) imide of formula (1) (BMIM) TFSI) or 1-octyl-3-methyllimidazorium bis (trifluoromethyl sulfonyl) imide (1-Octyl-3-methylimidazorium bis (trifluoromethyl sulfonyl) imide) of formula 2 (OMIM TFSI) Can be.
  • BMIM 1-butyl-3-methyllimidazorium bis (trifluoromethyl sulfonyl) imide
  • 1-octyl-3-methyllimidazorium bis (trifluoromethyl sulfonyl) imide (1-Octyl-3-methylimidazorium bis (trifluoromethyl sulfonyl) imide) of formula 2 (OMIM TFSI)
  • 1-ethyl-3-methyllimidazorium bis (trifluoromethyl sulfonyl) imide (1-Etyl-3-methylimidazorium bis (trifluoromethyl sulfonyl) imide) (EMIM TFSI) may be used.
  • ionic liquids are non-volatile organic solvents, which are faster in supersaturation in the process of repeating dissolution-recrystallization of organic substances and impurities in the ionic liquid. Due to the mechanism in which the arriving organic material is first recrystallized, it can be used to purify and recrystallize various organic materials.
  • BMIM TFSI, OMIM TFSI, and EMIM TFSI include low melting point, low vapor pressure, nonflammable, consist of organic molecular ions, and negative-positive ion combinations. Controllable properties by combinations of anions and cations.
  • the ionic liquid according to this embodiment is used to purify and recrystallize an organic material, and is stable in the liquid phase even at 100 to 120 ° C. and 10 ⁇ 7 Torr, and thus may be used as a solvent even in a vacuum process.
  • the organic material raw material according to this embodiment is NPB (N, N'-bis (naphthalen-1-yl) -N, N'-bis (phenyl) -benzidine) material used as the hole transport layer (HTL) material It is available.
  • NPB N, N'-bis (naphthalen-1-yl) -N, N'-bis (phenyl) -benzidine
  • HTL hole transport layer
  • NPB has a sublimation point of 180 degreeC or more. Therefore, when the crucible in the heating chamber which comprises a sublimation means is heated to 200 degreeC or more, it sublimes.
  • the deposition material (organic material raw material) used for the OLED device fabrication there are a variety of materials in addition to the above materials. Therefore, this invention can use these various kinds of organic materials as a raw material.
  • the sublimation means includes a crucible 320 containing an organic material 321 containing impurities, a heating chamber 310 in which the crucible 320 is installed and having a predetermined internal volume, and a vacuum inside the heating chamber 310.
  • a vacuum pump (not shown) to maintain the state, a first heater 322 for heating the crucible 320, and a shutter 340 for selectively opening or closing the upper side of the crucible 320. .
  • the shutter 340 may be configured to cover the upper end of the crucible 320, but preferably configured to cover the upper end of the crucible 320 at a predetermined distance.
  • the shutter 340 serves to control the sublimation gas of the organic material to be sublimated to move toward the recrystallization means at once as the crucible 320 is heated.
  • the recrystallization means is to recrystallize the sublimation gas of the sublimed organic material in the ionic liquid, a silicon substrate 330 to which the ionic liquid 331 is applied, a mask 333 for supporting the silicon substrate 330,
  • the second heater 332 is fixed to the upper portion of the heating chamber 310, the support member 334, which is formed under the second heater 332 to support the mask 333, and the support member 334
  • a thermocouple 335 is installed to measure the temperature of the silicon substrate 330.
  • the ionic liquid 331 is applied on the silicon substrate 330 in the form of droplets (droplets, droplets).
  • the thermocouple 335 measures the actual temperature of the silicon substrate 330, and measures the actual temperature of the silicon substrate 330 according to the temperature applied to the second heater 332 to control the second temperature through the control means. It is used to adjust the temperature of the heater 332.
  • the analyzing means is to photograph and analyze the recrystallized refined material in the ionic liquid 331, and is configured to have a thickness monitor 350 or the like.
  • the control means controls the temperature of the first heater 322 of the sublimation means and the operation of the shutter 340, the temperature of the second heater 332 of the recrystallization means, the operation of the analysis means, and the like.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a purification method using an organic material simple purification apparatus using the ionic liquid shown in FIG. 3.
  • the crucible 320 containing the organic material 321 is installed in the heating chamber 310, but the top of the crucible 320 is closed by the shutter 340. It is installed in a state, and the inside of the heating chamber 310 is vacuumed using a vacuum pump (S410).
  • the crucible 320 is heated to the sublimation point of the organic material using the first heater 322 (S420). This becomes a sublimation gas of the organic material in which the organic material and some impurities are mixed.
  • the sublimation gas of the sublimed organic material is collected by the shutter 340 blocking the upper part of the crucible 320.
  • the sublimation gas of the organic material moves toward the silicon substrate 330 by its driving force, and the sublimation gas of the organic material is deposited on the ionic liquid 331 (S430). .
  • the sublimation gas of the organic material is dissolved in the ionic liquid 331 and recrystallized (S440). That is, the sublimation gas of the organic material dissolved in the ionic liquid 331 is recrystallized when the supersaturated state is reached and precipitated as a high purity purified material.
  • the temperature of the silicon substrate 330 within the range of room temperature to 200 °C.
  • the ionic liquid since the polymer material composed of elements of C, H, F, N, and O exists in ionic form, the molecular structure is destroyed at a high temperature, and thus it is impossible to maintain its original characteristics.
  • the use temperature range of the ionic liquid is limited to room temperature to 200 ° C. That is, the temperature of the ionic liquid is raised through the silicon substrate 330 in order to supersaturate the organic material within the range that the characteristics of the ionic liquid do not change.
  • the temperature is lower than room temperature, a sufficient amount of the organic material cannot be dissolved. Organic materials cannot be recrystallized.
  • the information on the purified material deposited on the ionic liquid 331 can be confirmed through the thickness meter (350).
  • the precipitated high purity refined material may be properly recovered from the heating chamber 310.
  • the present invention can easily experiment to dissolve and recrystallize in the ionic liquid 331 even when a small amount of the organic material is sublimed, and thus can be utilized in a large-scale organic material purification apparatus using an ionic liquid.
  • the organic material purifying apparatus 500 includes a sublimation means of a vacuum atmosphere for heating and subliming an organic material raw material for OLED containing impurities and a sublimation gas of the sublimed organic material. Recrystallization means in a vacuum atmosphere incorporated into the liquid to recrystallize in the ionic liquid, and control means for controlling the operation of the sublimation means and the recrystallization means.
  • the sublimation means is a crucible 510 for accommodating the organic material raw material 511, a heating chamber 520 in which the crucible 510 is installed and having a predetermined internal volume, and the inside of the heating chamber 520 in a vacuum state. It comprises a vacuum pump 550 to make, the first heater 512 for heating the crucible 510, and an inert gas supply source 560 connected to one side of the heating chamber 520 to supply an inert gas.
  • the recrystallization means includes a reservoir 540 containing the ionic liquid 541, and one side of which communicates with the inside of the heating chamber 520, and the other side is immersed in the ionic liquid 541 in the reservoir 540.
  • the heating chamber 520 and the reservoir 540 are connected to each other from the upper side, the vacuum pump 550 is installed on the connection portion.
  • valves 551 and 552 for selectively communicating with the heating chamber 520 and the reservoir 540 are respectively installed in the connection line of the vacuum pump 550.
  • the upper side of the storage tank 540 may be configured to further have an ionic liquid collecting unit 570 for collecting the ionic liquid 541 used for the purification of the organic material through the purification process.
  • the ionic liquid 541 and the organic material raw material 511 according to this embodiment may be the same as those of the first embodiment.
  • the crucible 510 is installed on the bottom side of the heating chamber 520 and is configured to have a first heater 512 on the bottom side.
  • the crucible 510 is configured to have a form that can contain the organic material 511 to be purified therein.
  • connection conduit 530 is disposed in such a way that one side thereof is connected to the upper portion of the heating chamber 520, the other side extends through the upper portion of the reservoir 540 to be immersed in the ionic liquid 541.
  • a second heater 531 for heating the connection conduit 530 may be further installed around the connection conduit 530.
  • the second heater 531 is a connection conduit 530 so that the mixed sublimation gas 513 can maintain the sublimation point in the process of mixing the mixed gas to be described later into the ionic liquid 541 through the connection conduit 530. ) Serves to heat the surroundings.
  • a third heater 542 may be further installed below the reservoir 540.
  • the third heater 542 heats the ionic liquid 541 to control solubility of the mixed sublimation gas 513 in the ionic liquid 541.
  • the discharge pump 553 may be further installed on the upper side of the reservoir 540. At this time, it is preferable that the valve 554 is further installed in the installation line of the discharge pump 553.
  • an ionic liquid collecting part 570 may be further installed at an upper side of the reservoir 540.
  • the ionic liquid collection unit 570 serves to collect the ionic liquid 541 used for the purification of the organic material to be recycled through the separation and purification process with the organic material dissolved with impurities.
  • the collecting plate 571 fixed to the inner side of the reservoir 540 and having a curved shape, and the collecting container 572 fixed to the inner side of the reservoir 540 to collect the ionic liquid collected by the collecting plate 571. It is configured to have.
  • the following describes a method of purifying organic materials using the organic material purification apparatus of this embodiment configured as described above.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a purification method using an organic material purification device using the ionic liquid shown in FIG. 5.
  • a crucible 510 containing an organic material 511 is installed in a heating chamber 520, and an appropriate amount of ionic liquid 541 is injected into the reservoir 540.
  • the heating chamber 520 and the storage tank 540 are vacuumed using the vacuum pump 550.
  • the crucible 510 is heated to the sublimation point of the organic material using the first heater 512.
  • a mixed sublimation gas 513 of the organic material in which the organic material and some impurities are mixed S610).
  • the inert gas is supplied into the heating chamber 520 from the inert gas supply source 560.
  • nitrogen or argon gas that does not react with the material constituting the organic material purification apparatus 500 is used as the inert gas within a range where the degree of vacuum does not drop significantly.
  • the inert gas serves to flow the mixed sublimation gas 513 into the ionic liquid 541 in the storage tank 540 and is mixed with the mixed sublimation gas 513 to form a mixed gas (S620).
  • the mixed gas thus formed is mixed into the ionic liquid 541 through the connection conduit 530 as the pressure in the heating chamber 520 increases (S630). Meanwhile, in the process of mixing the mixed gas into the ionic liquid 541 through the connection conduit 530, the second heater 531 installed around the connection conduit 530 heats up the connection conduit 530. Accordingly, the mixed sublimation gas 513 may be mixed into the ionic liquid 541 while maintaining the sublimation point.
  • the mixed gas mixed in the ionic liquid 541 forms bubbles, while the mixed sublimation gas 513 in the bubbles dissolves in the ionic liquid 541, and the inert gas is not dissolved in the ionic liquid 541. And float out of the ionic liquid 541 and collect at the top of the reservoir 540.
  • the inert gas collected in the upper portion of the storage tank 540 is discharged and recovered outside the storage tank 540 by the discharge pump 553 (S640).
  • the inert gas discharged out of the storage tank 540 is returned to the inert gas supply source 560 through the inert gas return means may be recycled.
  • the inert gas return means may be configured using a general pump or the like.
  • the solubility of the mixed sublimation gas 513 in the ionic liquid 541 may be adjusted using the third heater 542 installed under the storage tank 540. Therefore, by adjusting the solubility of the ionic liquid 541 in the mixed sublimation gas 513, it is possible to control the supersaturation of the organic material and the recrystallization rate of the organic material in the ionic liquid 541.
  • the purified material 543 of high purity precipitated in the ionic liquid 541 can be properly recovered from the heating chamber 520.
  • the opening and closing port is formed on one side of the storage tank 540, and the purified material 543 may be recovered therethrough.
  • the organic material dissolved in the ionic liquid 541 up to the degree of supersaturation contained in the mixed gas and a small amount of impurities This part will remain.
  • the impurity content in the ionic liquid 541 increases, and at some point, the impurity component also reaches a degree of supersaturation, and impurities are mixed in the recrystallized organic material. At this point, it is preferable to replace the ionic liquid for the purification process with a high purity ionic liquid.
  • dissolved organic materials and impurities have different evaporation temperatures compared with ionic liquids. That is, the evaporation temperature of the ionic liquid is lower than that of organic materials and impurities. This property makes it possible to separate and purify the ionic liquid component separately.
  • the third heater 542 is set to the evaporation temperature of the ionic liquid and heated, the ionic liquid is evaporated and recovered to the collecting container 572 via the collecting plate 571 of the ionic liquid collecting unit 570. And only highly concentrated organic materials and impurities remain.
  • the ionic liquid recovered in the collection container 572 may be returned to the inside of the storage tank 540 through the ionic liquid return means and recycled.
  • the ionic liquid return means may be configured using a general pump or the like.
  • the mixed gas is mixed into the ionic liquid 541 of the storage tank 540, the mixed sublimation gas 513 in the bubble contacts the ionic liquid 541.
  • a bubble refinement means may be included to make the volume of the bubble smaller so that it is easier to dissolve.
  • the organic material purification apparatus 500 of this embodiment may further include a contact expanding means so that the mixed sublimation gas 513 is easily in contact with the ionic liquid 541.
  • dissolution of the sublimation gas may be promoted by inducing the mixed sublimation gas 513 to pass through the ionic liquid 541 for a predetermined time while being mixed with the inert gas.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram showing the configuration of the organic material purification apparatus using an ionic liquid according to a third embodiment of the present invention.
  • the organic material purifying apparatus 500A according to this embodiment partially modifies the shape of the storage tank 540A and the arrangement of the third heater 542A so as to facilitate the recovery of the purified material 543A.
  • the organic material purification apparatus 500 of the second embodiment is configured in the same manner. Therefore, in this embodiment, the same reference numerals are assigned to the same components, and description thereof will be omitted.
  • the reservoir 540A of this embodiment is configured to have a funnel form at the lower side thereof, and to have a recovery container 544 of the purified material 543A at the lower side.
  • the recovery container 544 is configured to be separated and coupled to the lower end of the reservoir 540A. Therefore, in the recovery container 544, the refined material 543A deposited through the above-described process is gradually piled up.
  • the lower portion of the reservoir 540A is further provided with a valve 545 for controlling the ionic liquid from moving to the recovery container 544. Accordingly, when a predetermined amount of purified material 543A is accumulated in the recovery container 544, the valve 545 may be closed, and the recovery container 544 may be separated from the storage tank 540A to recover the purified material 543A.
  • the third heater 542A of this embodiment is configured to have a recovery container 544 at the lower portion of the reservoir 540A, so that the refined material 543A is smoothly installed in the side of the reservoir 540A by indirect heating. What is necessary is just to heat so that it may precipitate.
  • the organic material simple refining experiment apparatus includes a sublimation unit for greatly subliming organic material, a recrystallization unit for recrystallizing the sublimed organic material (tablet material) in an ionic liquid, and a recrystallized organic material. It is divided into an analysis part that analyzes (refined material). Meanwhile, the recrystallization unit and the analysis unit are composed of a ceramic heater, a thickness monitor, a thermo-couple, and a mask, and the sublimation unit is composed of a shutter, a crucible, and a heating heater.
  • the ionic liquid is applied to the Si wafer in the form of small droplets (droplets, droplets), fixed to a mask, and fixed to a ceramic heater.
  • the organic material used is NPB (N, N'-di (biphenyl-4-yl) -N, N'-bis (2-methyl-biphenyl-4-yl) biphenyl-4,4'-diamine ) was used.
  • Ionic liquid is applied to Si wafer (50x50mm 2 ) in droplet form and mounted on mask. Then, the mask was fixed to the support member connected to the ceramic heater, and then the thermocouple and the thickness gauge were used to check the crystallization temperature of the organic material and the amount of the organic material supplied from the sublimation part. . At this time, OMIM TFSI was used as the ionic liquid used.
  • FIG. 9 is a graph showing a change in substrate temperature according to a ceramic heater set temperature in the organic material simple purification experiment shown in FIG. 8. As can be seen in Figure 9, after raising the set temperature of the ceramic heater mounted on the experimental apparatus up to 300 ⁇ 500 °C confirmed the temperature transferred to the actual recrystallization unit through the thermocouple results in the temperature gradient shown in Figure 9 Confirmed.
  • This temperature change experiment was conducted in advance to confirm the crystallization temperature of the ionic liquid applied to the Si wafer, and based on the results, the actual crystallization temperature is based on the temperature measured at the thermocouple, not the temperature of the ceramic heater. Purification experiment was carried out.
  • FIG. 10 is a graph showing the deposition rate and the total organic thickness variation according to the sublimation temperature of the NPB organic material when the crystallization temperature (substrate temperature) of the organic material simple purification experiment shown in FIG. 8 is room temperature.
  • This experiment analyzes the deposition rate and overall thickness of NPB organic material by thickness gauge while changing the sublimation temperature of the sublimation part when the crystallization temperature is room temperature.
  • the deposition rate is increased to 0.1 ⁇ 9 ⁇ / sec, it was confirmed that the thickness of the entire organic material is changed to 0.011 ⁇ 1.64 ⁇ m.
  • FIG. 11 is a graph showing the deposition rate and total organic thickness variation according to the NPB organic material sublimation temperature when the crystallization temperature (substrate temperature) of the organic material simple purification experiment apparatus shown in FIG. 8 is 100 ° C.
  • This experiment analyzes the deposition rate and overall thickness of NPB organic material by thickness gauge while changing the sublimation temperature of the sublimation part when the crystallization temperature is 100 °C.
  • the deposition rate is increased to 0.1 ⁇ 9.2 ⁇ / sec, it was confirmed that the thickness of the entire organic material is changed to 0.011 ⁇ 1.51 ⁇ m.
  • FIG. 12 is a graph showing changes in deposition rate and total organic thickness according to NPB organic material sublimation temperature when the crystallization temperature (substrate temperature) is 110 ° C. in the organic material simple purification experiment shown in FIG. 8.
  • This experiment analyzed the deposition rate and overall thickness of NPB organic materials by thickness gauge while changing the sublimation temperature of the sublimation part when the crystallization temperature is 110 °C.
  • the deposition rate is increased to 0.1 ⁇ 12.8 kW / sec, it was confirmed that the thickness of the entire organic material is changed to 0.013 ⁇ 2.37 ⁇ m.
  • FIG. 13 is a photograph analyzing the crystallization process of the NPB organic material in the ionic liquid according to the organic material sublimation temperature and the substrate temperature in the organic material simple purification experiment shown in FIG.
  • the sublimation temperature (180 °C) of the sublimation unit does not sublimation of the NPB organic material is not supplied material to the ionic liquid.
  • the sublimation process proceeds when the NPB organic material sublimation temperature is increased to 200 ° C. or more, and the grain size of the purified NPB organic material increases as the crystallization temperature (substrate temperature) of the ionic liquid increases.
  • FIG. 14 is an NPB organic material crystallinity image (SEM analysis) manufactured by the organic material simple purification experiment shown in FIG. 8. That is, FIG. 14 is an SEM surface analysis of NPB organic material crystallinity according to the organic material sublimation temperature (200, 220 ° C) and crystallization temperature (RT, 100, 110 ° C) based on the result of analyzing the crystallinity of NPB organic material with an optical microscope. It is. As can be seen in Figure 14, the crystallinity of the NPB organic material showed the most excellent properties when the crystallization temperature of the ionic liquid is R.T, 100 °C, the crystallinity was lowered at the crystallization temperature (110 °C).
  • FIG. 15 is a graph analyzing the crystal phase of the NPB organic material recrystallized by the organic material simple purification apparatus shown in FIG. 8 and the crystal phase of the NPB organic material before purification through Raman analysis.
  • the crystal peaks of the NPB organic material recrystallized under the purification conditions of the sublimation temperature (220 °C), crystallization temperature (substrate temperature) (110 °C) of NPB organic material is 1125, 1199, 1222, 1289, Raman shift values of 1328, 1375, 1529, 1574, and 1609 cm -1 were shown, and the Raman shift values were almost identical to those of the NPB organic material before purification. This indicates that when recrystallized through the ionic liquid, the raw NPB organic material was recrystallized without losing crystallinity.
  • FIG. 16 is a photograph analyzing the grain size (b) of the NPB organic material recrystallized by the organic material simple purification apparatus shown in FIG. 8 and the grain size (a) of the NPB organic material before purification through an optical microscope. .
  • the grain size is also a constant pattern It showed various types of particle sizes without.
  • the present invention is a purification process using a difference in solubility, the process of repeating dissolution-recrystallization of organic materials and impurities in the ionic liquid numerous times. Due to the mechanism in which the organic material that reaches supersaturation at, is first recrystallized, it is possible to purify and recrystallize various organic materials in a single process.
  • the present invention can minimize the amount of impurities supplied from an external pollutant by purifying the organic material under vacuum conditions, it is possible to obtain a high-purity organic material (purified material).
  • the purification process is performed in the ionic liquid using the ionic liquid as a filter, there is no loss due to carrier gas, and the ionic liquid is recovered after recrystallization of the organic material.
  • the ionic liquid is recovered after recrystallization of the organic material.

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Abstract

이 발명의 이온성 액체를 이용한 유기소재 간이 정제장치는, 불순물이 함유된 OLED용 유기소재 원료를 가열하여 승화시키는 승화수단과, 승화된 유기소재의 승화기체를 이온성 액체 내에 재결정화시키는 재결정화수단, 및 승화수단과 재결정화수단의 작동을 제어하는 제어수단을 포함한다. 이 발명은 미량의 유기소재가 승화되더라도 이온성 액체에서 재결정화되는 것을 확인할 수 있어, 유기소재의 정제가능성을 미량의 유기소재로 용이하게 확인할 수 있는 장점이 있다.

Description

이온성 액체를 이용한 유기소재 정제방법 및 정제장치
이 발명은 이온성 액체공정 기반의 유기소재 정제방법 및 정제장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다양한 이온성 액체(Ionic liquids)와 정제대상의 유기소재들 간의 최적의 정제 조합을 스크린하기 위한 장치로서, 미량의 OLED(Organic Light Emitting Diodes)용 유기소재를 사용하더라도 어떤 종류의 이온성 액체가 대상 유기소재의 재결정화에 가장 적합한지를 실험적으로 신속히 확인할 수 있는 유기소재 간이 정제방법 및 정제장치에 관한 것이다. 또한, 이 발명은 이온성 액체를 필터로 활용하여 OLED용 유기소재를 대량으로 정제할 수 있는 유기소재 정제방법 및 정제장치에 관한 것이기도 하다.
최근에는 OLED 표시장치가 차세대 표시장치로 각광받고 있다. 그 이유는 무기 LED가 요구하는 높은 구동전압이 필요 없을 뿐만 아니라, 자기발광, 박막, 빠른 응답속도, 넓은 시야각 등의 장점과 다양한 유기화합물로 인해 다색성이 용이한 장점이 있기 때문이다. 이러한 OLED는 정공과 전자가 발광층에서 재결합하여 들뜬 상태로 있는 여기자(exciton)를 생성하고, 생성된 여기자로부터의 에너지에 의해 특정한 파장을 갖는 빛을 발광하는 소자를 일컫는다.
도 1은 OLED의 구조를 나타낸 개념도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, OLED는 유리 등의 투명기판(Glass)(110) 상에 양극(Anode)(120), 정공 주입층(Hole injection layer : HIL)(130), 정공 수송층(Hole transport layer : HTL)(140), 유기 발광층(Emission layer : EML)(150), 전자 수송층(Electron transport layer : ETL)(160), 전자 주입층(Electron injection layer : EIL)(170) 및 음극(Cathode)(180)이 순차적으로 형성된 적층구조로 구성된다.
상기와 같은 적층구조를 갖는 OLED을 제작함에 있어서는 발광 및 전하수송을 위한 유기물이 필요하다. 그런데, 이러한 유기물은 전자와 정공의 주입뿐만 아니라 주입된 정공과 전자의 재결합에 직접 관여하기 때문에, 유기물의 순도는 OLED의 칼라, 발광효율 및 수명을 좌우하는 아주 중요한 요소로 작용하고 있다. 즉, 유기물 내의 소량의 불순물은 주입된 전하의 소멸 확률을 증대시켜, 정공과 전자의 재결합 확률을 낮추어 발광효율의 저하를 가져올 뿐만 아니라, 불순물 첨가로 인한 새로운 에너지 레벨이 형성되어 발광색의 순도 저하의 요인이 된다.
따라서, 고휘도, 고효율, 장수명의 전계발광소자를 달성하기 위해서는, 전계발광소자 구조의 최적화와, 정공(혹은 전자) 주입 및 수송특성이 우수한 신재료의 개발, 및 유기 발광층용 새로운 재료개발과 더불어 OLED용 유기물의 순도 향상이 요구되고 있다.
한편, OLED용 유기물을 정제함에 있어서는 일반적으로 용매를 사용한 재결정 또는 승화에 의한 재결정 방법이 사용되고 있다. 승화에 의한 재결정 방법은 진공하에서 유기재료가 승화되어 재결정되므로, 불순물이 들어가지 않는 특성을 갖는다. 따라서, 통상적인 유기전계발광소자용 유기재료의 정제 방법으로는 승화 정제법이 일반적으로 사용되고 있다.
여기서, 승화(sublimate)는 상평형도에서 3중점 이하의 온도와 압력에서 발생하는 기체-고체상의 전이현상을 지칭한다. 상압에서 가열하면 열분해되는 물질이라 할지라도 3중점 이하의 낮은 압력에서는 비교적 높은 온도에서도 분해되지 않는 상태가 유지된다. 이러한 성질을 이용하여 온도 기울기의 제어가 가능한 승화 장치 내에서, 혼합된 물질을 가열하여 물질이 분해되지 않은 상태로 승화점이 다른 불순물과 분리하는 조작을 진공 승화법(vacuum sublimation method)이라 한다. 이러한 진공 승화법은 순수한 물리적인 방법으로 보조 시약의 사용이나 그 이외의 화학적 방법에 의하지 않기 때문에, 시료의 오염이 없고 분리율이 큰 장점을 가지고 있어서 OLED용 유기소재의 정제에 유용한 방법이다.
현재 통상적으로 사용되고 있는 OLED용 유기소재의 정제 방법은 연속 승화 (train sublimation)정제법이다. 이 방법은 중공형인 긴 관의 끝부분에 정제 대상 소재를 위치시키고, 진공펌프를 이용해 관 내부를 진공시킨 상태에서 히터로 관을 가열해 관 전체에 걸쳐 온도 기울기를 만드는 것이다. 이렇게 함으로써 분리하고자 하는 소재와 불순물의 승화점 차이에 기인한 재결정 위치의 차이를 이용해 소재를 분리할 수 있다. 경우에 따라서는 온도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 진공도가 크게 떨어지지 않는 범위 내에서 정제장치를 구성하는 소재와 반응하지 않는 질소 또는 불활성기체를 유동시켜 유기소재의 기체를 운반하는 운송기체로 사용하고 있다. 이러한 운송기체는 유기소재의 기체를 원활하게 유동시키는 역할을 한다.
도 2는 연속 승화 정제법을 수행하기 위한 종래기술에 따른 승화 정제장치의 구성관계를 개략적으로 도시한 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 유기소재 원료는 도가니(240) 내에 담기고, 도가니(240)는 제2 석영 유리관(210) 내의 일측에 배치된다. 한편, 제2 석영 유리관(210)의 외측은 제1 석영 유리관(220)이 감싸고 있는 구조를 갖는다. 여기서, 도가니(240)는 도시하지 않았으나 양 단부가 개방된 중공의 원통 석영관의 양 단부에 끼워 맞추어지며, 스테인리스 스틸 재료로 구성되며 구멍을 갖는 한 쌍의 뚜껑을 갖도록 구성된다.
히터(250)는 제1 석영 유리관(220)의 일측을 둘러싸듯이 설치된다. 이때, 히터(250)는 도가니(240)가 위치하는 대응 위치에 설치된다. 진공펌프(230)는 제2 석영 유리관(210)의 타측에 배치되어 제2 석영 유리관(210)의 내부를 진공상태로 유지시키는 역할을 한다.
상기와 같은 구조를 갖는 승화 정제장치(200)는, 우선 진공펌프(230)를 이용해 제2 석영 유리관(210)의 내부를 진공상태로 만들고, 소량의 운송기체를 진공펌프(230)가 설치된 제2 석영 유리관(210)의 전체에 흘려주어 미세한 압력 기울기를 형성한다. 그리고, 히터(250)를 이용해 온도를 서서히 올리면 제2 석영 유리관(210)의 전체에 걸쳐서 온도 기울기가 형성되는데, 이때 형성되는 온도 분포는 정규 분포 곡선의 모양을 나타낸다.
한편, 도가니(240)의 온도가 그 안에 담긴 정제 대상인 유기소재 원료의 승화점보다 높아지면 소재는 승화되기 시작하며, 이때 형성된 기체 분자는 도가니(240)의 외부로 나온 뒤에 압력 기울기에 의해 진공펌프(230)가 설치된 방향으로 이동하기 시작한다. 이때, 유기소재 원료보다 승화점이 높은 불순물은 도가니(240)의 내부에 잔류한다.
진공펌프(230)가 설치된 방향으로 이동하는 기체 분자는, 승화점 이하의 온도를 가진 제2 석영 유리관(210)의 구간에서 다시 고체상으로 전이되어, 제2 석영 유리관(210)의 내측 표면에 결정 상태로 맺힌다. 도면부호 260은 제2 석영 유리관(210)의 내측 표면에 결정 상태로 맺힌 정제소재를 나타낸 것이다. 한편, 일정시간이 경과하고 나면 가열을 멈추고 서서히 냉각시켜서 상온과 같아지면 제2 석영 유리관(210)을 해체해 결정 상태의 정제소재(260)를 긁어내서 회수한다.
그런데, OLED에 사용되는 유기소재(정제소재)는 불순물 함유량이 극히 적은 고순도 상태여야 하므로 단 한번의 정제로는 필요한 순도의 소재를 얻기 어렵다. 따라서, 도 2에 도시된 장치를 이용하는 정제 방법은 승화 정제 과정을 수회 반복해 순도가 높은 소재를 얻어내야만 하므로, 정제공정의 되풀이에 따른 작업 소요시간이 오래 걸려 대량 생산에 부적합하다.
또한, 여러 단계의 승화 정제공정을 거치므로, 초기 투입된 유기소재의 70% 미만의 정제량을 얻을 수밖에 없어 그 단가가 비싸고, 전력소비가 많아지는 문제점이 있다.
다시 말해서, 승화 정제법의 경우 유기소재의 승화점 차이를 이용해 원료물질을 순도가 높은 유기물질로 정제할 수 있는 장점이 있는 반면, 정제과정이 승화-응축을 반복하는 과정 중에 유기물질의 상당량이 불활성기체와 함께 배기로 소실되므로, 출발물질 대비 최종 정제물질의 수율이 매우 낮다는 문제점이 있다. 또한, 유기소재 별로 정제장비를 최적화하는데 막대한 시간과 비용이 소요되는 문제점이 있다.
이를 해결하기 위하여 이 발명자들은 진공 중에서도 사용이 가능한 이온성 액체를 용매로 이용하여 유기소재의 정제온도, 최적의 이온성 액체 선정 등을 통해 이온성 액체 공정기반의 정제공정 변수들을 신속히 최적화하여, OLED용 유기소재의 대량정제를 가능하게 하는 이온성 액체 공정 기반의 새로운 유기소재 정제공정을 제안하고자 한다.
그런데, OLED용 유기소재는 원료가 매우 고가이므로 이온성 액체 공정 기반의 대량 정제공정을 실험하기에는 비용 등의 현실적인 장애가 있었다. 따라서, 실험실 수준에서 각종 이온성 액체를 대상으로 목적의 유기소재의 승화기체가 재결정화 되는지 여부를 신속히 확인하고, 그러한 재결정화를 위한 이온성 액체의 온도, 압력조건 및 온도에 따른 용해도 변화 등을 연구함으로써 신정제공정의 가능여부를 탐색하고 공정조건을 최적화하는 간이 정제 장비가 필요하였다. 이를 통해 이온성 액체 공정 기반의 대량 신정제공정의 공정비용 절감, 공정최적화를 위한 시간 절감 등의 효과를 기대할 수 있다.
따라서, 이 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 진공 중에서도 안정된 이온성 액체를 이용해 소량의 유기소재를 재결정화시켜 유기소재 정제공정을 실험적으로 확인할 수 있는 이온성 액체를 이용한 유기소재 간이 정제방법 및 정제장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 이 발명은 진공 중에서도 안정된 이온성 액체를 필터로 활용하여 OLED용 유기소재를 간편하게 대량으로 정제 생산할 수 있는 이온성 액체를 이용한 유기소재 정제방법 및 정제장치를 제공하는 데 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 이 발명에 따른 이온성 액체를 이용한 유기소재 간이 정제방법은, 불순물이 함유된 OLED(Organic Light Emitting Diodes)용 유기소재 원료를 수용하는 도가니가 설치된 진공분위기의 가열챔버와, 상기 가열챔버 내에 설치되며 이온성 액체가 도포된 기판을 포함하는 유기소재 간이 정제장치를 이용한 정제방법으로서, 상기 도가니를 상기 유기소재 원료의 승화점까지 가열하는 가열단계와, 상기 가열단계에서 발생한 상기 유기소재 원료의 승화기체가 상기 이온성 액체에 증착되는 증착단계, 및 상기 승화기체가 상기 이온성 액체에서 재결정화되는 재결정화단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 재결정화단계 이후에 상기 재결정화된 유기소재를 상기 이온성 액체로부터 분리하는 분리단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 재결정화단계에서는 상기 이온성 액체의 용해도를 조절하기 위해 상기 이온성 액체의 온도를 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 재결정화단계에서 상기 기판의 온도를 상온 ~ 200℃ 범위 내에서 유지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 이 발명에 따른 이온성 액체를 이용한 유기소재 간이 정제장치는, 불순물이 함유된 OLED용 유기소재 원료를 가열하여 승화시키는 진공분위기의 승화수단과, 승화된 유기소재의 승화기체를 이온성 액체의 표면에 증착시켜 상기 이온성 액체에서 재결정화시키는 진공분위기의 재결정화수단, 및 상기 승화수단과 상기 재결정화수단의 작동을 제어하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 승화수단은 상기 유기소재 원료를 수용하는 도가니와, 상기 도가니가 설치되며 일정 내부 용적을 갖는 가열챔버와, 상기 가열챔버의 내부를 진공상태로 유지시키는 진공펌프와, 상기 도가니를 가열하는 제1 히터와, 상기 도가니의 상부 쪽을 선택적으로 개방하거나 폐쇄하는 셔터(shutter)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 셔터는 상기 도가니의 상단을 덮거나 상기 도가니의 상단과 일정 이격거리를 두고 덮도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 재결정화수단은 상기 이온성 액체가 도포된 기판과, 상기 기판을 지지하는 마스크와, 상기 가열챔버의 상부에 설치 고정되는 제2 히터, 및 상기 제2 히터의 하부에 형성되어 상기 마스크를 지지하는 지지부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 재결정화수단은 상기 지지부재에 설치되어 상기 기판의 온도를 측정하는 서모커플(thermocouple)을 더 포함하며, 상기 제어수단은 상기 서모커플에서 측정된 온도를 이용해 상기 제2 히터의 온도를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 이온성 액체는 상기 기판 위에 액적(droplet) 형태로 도포되는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 이온성 액체에서 재결정화된 정제소재를 촬영해 분석하는 분석수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 분석수단은 상기 재결정화된 정제소재의 두께를 측정하는 두께 측정기(thickness monitor)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 이 발명에 따른 이온성 액체를 이용한 유기소재 정제방법은, 불순물이 함유된 OLED용 유기소재 원료를 수용하는 도가니가 설치된 진공분위기의 가열챔버와, 진공분위기하에서 이온성 액체를 수용한 저장조를 포함하는 유기소재 정제장치를 이용한 정제방법으로서, 상기 도가니를 상기 유기소재 원료의 승화점까지 가열하는 가열단계와, 상기 가열단계에서 발생한 상기 유기소재 원료의 승화기체를 상기 저장조의 이온성 액체 안으로 유동시키는 유동단계, 및 상기 이온성 액체 안으로 혼입된 상기 승화기체를 상기 이온성 액체 안에서 용해하고 재결정화시키는 재결정화단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 유동단계에서, 상기 승화기체는 상기 가열챔버 내부로 공급되는 불활성 기체에 의해 상기 이온성 액체 안으로 유동하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 용해단계 이후에 상기 용해단계에서 용해되지 않고 상기 저장조의 상부에 수집된 상기 불활성 기체를 상기 저장조의 외부로 배출하는 배출단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 재결정화단계 이후에 상기 재결정화된 유기소재를 상기 이온성 액체로부터 회수하는 회수단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 혼합기체가 상기 이온성 액체 안에 혼입되기 전에 상기 승화점 이상으로 온도를 유지하도록 상기 혼합기체를 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 재결정화단계에서는 상기 이온성 액체의 용해도를 조절하기 위해 상기 이온성 액체의 온도를 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 배출단계에서 배출된 상기 불활성 기체는 상기 혼합단계에서 공급되는 불활성 기체로 재활용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 이 발명에 따른 이온성 액체를 이용한 유기소재 정제장치는, 불순물이 함유된 OLED용 유기소재 원료를 가열하여 승화시키는 진공분위기의 승화수단과, 승화된 유기소재의 승화기체를 이온성 액체 안으로 혼입시켜 상기 이온성 액체 안에서 재결정화시키는 진공분위기의 재결정화수단, 및 상기 승화수단과 상기 재결정화수단의 작동을 제어하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 승화수단은 상기 유기소재 원료를 수용하는 도가니와, 상기 도가니가 설치되며 일정 내부 용적을 갖는 가열챔버와, 상기 가열챔버의 내부를 진공상태로 만드는 진공펌프와, 상기 도가니를 가열하는 제1 히터, 및 상기 가열챔버의 일측에 연결되어 불활성 기체를 공급하는 불활성 기체공급원을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 재결정화수단은 상기 이온성 액체를 수용한 저장조와, 일측이 상기 가열챔버의 내부와 연통하고 타측이 상기 저장조의 이온성 액체에 침지되는 연결도관과, 상기 저장조의 내부를 진공상태로 만드는 진공펌프, 및 상기 저장조의 이온성 액체 위에 수집된 기체를 상기 저장조 밖으로 배출하는 배출펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 유기소재의 승화점을 유지하도록 상기 연결도관의 외부를 가열하는 제2 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 유기소재의 용해도를 조절하도록 상기 이온성 액체가 담긴 상기 저장조의 하부를 가열하는 제3 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 저장조의 상부에 설치되어 상기 유기소재의 정제에 사용된 상기 이온성 액체를 진공 중에서 일정 온도 이상으로 가열하고 증발시켜 불순물과 용해된 유기소재와 분리정제 공정을 거쳐 재활용할 수 있도록 수집하는 이온성 액체 수집부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 이온성 액체 수집부는 상기 저장조의 내측면에 고정되는 수집판과, 상기 저장조의 내측면에 고정되어 상기 수집판에 의해 수집되는 이온성 액체를 모으는 수집통을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 수집통에 수집된 이온성 액체를 재활용하기 위해 상기 저장조로 리턴시키는 이온성 액체 리턴수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 저장조와 선택적으로 연통되고 또한 결합 및 분리가 가능하게 구성되어 상기 재결정화된 유기소재를 별도로 회수하는 회수통을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 혼합기체가 상기 저장조의 이온성 액체 안으로 혼입됨에 따라 생성되는 기포의 용적을 작게 만드는 기포 미세화수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 배출펌프를 통해 배출된 불활성 기체를 재활용하기 위해 상기 불활성 기체공급원으로 리턴시키는 불활성 기체 리턴수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 발명은 미량의 유기소재가 승화되더라도 이온성 액체에서 재결정화되는 것을 확인할 수 있어, 유기소재의 정제가능성을 미량의 유기소재로 용이하게 확인할 수 있는 장점이 있다.
또한, 이 발명은 이온성 액체의 비휘발성 특성으로 인해 미량의 이온성 액체에도 유기소재의 승화기체가 용이하게 과포화되므로 유기소재의 재결정화 공정을 빠른 시간에 확인할 수 있는 장점이 있다.
또한, 이 발명은 장치의 구성이 매우 간단하여 유기소재가 달라지더라도 최적의 이온성 액체를 탐색하고 공정조건을 최적화하는데 비용과 시간을 절약할 수 있는 장점이 있다.
또한, 이 발명은 유기소재의 승화 정제공정에서 발생한 승화기체를 진공 중에서도 안정한 이온성 액체에 혼입하여 이온성 액체를 승화기체의 액체필터로 활용함으로써, 유기소재의 정제수율을 획기적으로 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 이 발명은 장치의 용량을 조절하여 대량의 이온성 액체를 이용해 이온성 액체 안에 과포화도 한계까지 유기소재를 투입함으로써, 유기소재를 대량으로 정제할 수 있어 유기소재의 저가화가 가능한 장점이 있다.
또한, 이 발명은 이온성 액체의 재정제 공정을 거쳐 재활용이 가능하므로 제조 공정의 녹색화를 실현할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 OLED의 구조를 나타낸 개념도이고,
도 2는 종래기술에 따른 승화 정제장치의 구성관계를 개략적으로 도시한 구성도이고,
도 3은 이 발명의 제1 실시예에 따른 이온성 액체를 이용한 유기소재 간이 정제장치의 구성관계를 도시한 개념도이고,
도 4는 도 3에 도시된 이온성 액체를 이용한 유기소재 간이 정제장치를 이용한 정제방법에 대한 흐름도이고,
도 5는 이 발명의 제2 실시예에 따른 이온성 액체를 이용한 유기소재 정제장치의 구성관계를 도시한 개념도이고,
도 6은 도 5에 도시된 이온성 액체를 이용한 유기소재 정제장치를 이용한 정제방법에 대한 흐름도이고,
도 7은 이 발명의 제3 실시예에 따른 이온성 액체를 이용한 유기소재 정제장치의 구성관계를 도시한 개념도이고,
도 8은 이온성 액체를 이용한 유기소재 간이 정제 실험장치의 구성관계를 개략적으로 도시한 사시도이고,
도 9는 도 8에 도시된 유기소재 간이 정제 실험장치에서의 세라믹 히터 설정온도에 따른 기판온도 변화를 나타낸 그래프이고,
도 10 내지 도 12는 도 8에 도시된 유기소재 간이 정제 실험장치에서의 결정화온도(기판온도)별 유기소재의 승화온도에 따른 증착률 및 전체 유기물 두께 변화량을 나타낸 그래프들이고,
도 13은 도 8에 도시된 유기소재 간이 정제 실험장치에서의 유기소재 증발 온도 및 기판 온도에 따라 이온성 액체 내에서 NPB 유기소재의 결정화 과정을 광학현미경을 통해 분석한 사진이고,
도 14는 도 8에 도시된 유기소재 간이 정제 실험장치에 의해 제조된 NPB 유기소재 결정화도 이미지(SEM 분석)이고,
도 15는 도 8에 도시된 유기소재 간이 정제 실험장치에 의해 재결정화된 NPB 유기소재의 결정상과 정제되기 전 NPB 유기소재의 결정상을 Raman 분석을 통해 분석한 그래프이며,
도 16은 도 8에 도시된 유기소재 간이 정제 실험장치에 의해 재결정화된 NPB 유기소재의 결정립 크기와 정제되기 전 NPB 유기소재의 결정립 크기를 광학현미경을 통해 분석한 사진이다.
아래에서, 이 발명에 따른 이온성 액체를 이용한 유기소재 정제방법 및 정제장치의 양호한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
<제1 실시예>
도 3은 이 발명의 제1 실시예에 따른 이온성 액체를 이용한 유기소재 간이 정제장치의 구성관계를 도시한 사시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이 실시예에 따른 유기소재 간이 정제장치(300)는 크게 유기소재 원료를 승화시키는 승화수단과, 승화된 유기소재의 승화기체를 이온성 액체 내에 재결정화시키는 재결정화수단과, 이온성 액체 내에 재결정화된 정제소재를 촬영해 분석하는 분석수단, 및 승화수단과 재결정화수단 및 분석수단의 작동을 전체적으로 제어하는 제어수단으로 구성된다.
이 실시예에 따른 이온성 액체로는 화학식 1의 1-부틸-3-메틸리미다조리움 비스(트리플루오르메틸 술포닐)이미드(1-Butyl-3-methylimidazorium bis(trifluoromethyl sulfonyl)imide)(BMIM TFSI)를 이용하거나, 화학식 2의 1-옥틸-3-메틸리미다조리움 비스(트리플루오르메틸 술포닐)이미드(1-Octyl-3-methylimidazorium bis(trifluoromethyl sulfonyl)imide)(OMIM TFSI)를 이용할 수 있다. 또는, 1-에틸-3-메틸리미다조리움 비스(트리플루오르메틸 술포닐)이미드(1-Etyl-3-methylimidazorium bis(trifluoromethyl sulfonyl)imide)(EMIM TFSI)를 이용할 수도 있다.
화학식 1
Figure PCTKR2013011757-appb-C000001
화학식 2
Figure PCTKR2013011757-appb-C000002
상기와 같은 이온성 액체(BMIM TFSI, OMIM TFSI, EMIM TFSI)는 비휘발성 유기용매로서 이온성 액체 내에서 유기(organic)물질과 불순물이 용해-재결정화를 수 없이 반복하는 과정에서 과포화도에 더 빨리 도달하는 유기소재가 우선 재결정화되는 메커니즘으로 인해 다양한 유기소재를 정제 및 재결정화 하는데 사용이 가능하다.
한편, BMIM TFSI, OMIM TFSI, EMIM TFSI는 저융점(low melting point), 저증기압(low vapor pressure), 불연성(nonflammable), 유기분자이온의 구성(consist of organic molecular ions), 음-양이온간 조합비율의 조절성질(controllable properties by combinations of anions and cations) 등의 특성을 가지고 있다.
이 실시예에 따른 이온성 액체는 유기소재를 정제 및 재결정화를 하는데 사용되는 것으로서, 100~120℃, 10-7Torr에서도 액체상으로 안정하여 진공 공정에서도 용매로 이용이 가능하다.
한편, 이 실시예에 따른 유기소재 원료로는 정공 수송층(HTL) 재료로 쓰이는 NPB(N,N'-bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine) 소재를 이용할 수 있다. 여기서, NPB는 승화점이 180℃ 이상이다. 따라서, 승화수단을 구성하는 가열챔버 내의 도가니를 200℃ 이상으로 가열시키면 승화된다.
한편, OLED 소자 제작을 위해 사용되는 증착물질(유기소재 원료)은 상기와 같은 물질 이외에도 여러 가지가 존재한다. 따라서, 이 발명은 이러한 여러 종류의 유기소재를 원료로 이용할 수가 있다.
이 실시예에 따른 유기소재 간이 정제장치(300)의 구성요소들 간의 결합관계를 좀 더 상세히 살펴보면 다음과 같다.
승화수단은 불순물이 함유된 유기소재 원료(321)를 수용하는 도가니(320)와, 도가니(320)가 설치되며 일정 내부 용적을 갖는 가열챔버(310)와, 가열챔버(310)의 내부를 진공상태로 유지시키는 진공펌프(도시안됨)와, 도가니(320)를 가열하는 제1 히터(322)와, 도가니(320)의 상부 쪽을 선택적으로 개방하거나 폐쇄하는 셔터(340, shutter)로 구성된다.
여기서, 셔터(340)는 도가니(320)의 상단을 덮도록 구성할 수도 있으나, 도가니(320)의 상단과 일정 이격거리를 두고 덮도록 구성하는 것이 바람직하다. 이러한 셔터(340)는 도가니(320)를 가열함에 따라 승화되는 유기소재의 승화기체가 한꺼번에 재결정화수단 쪽으로 이동하도록 제어하는 역할을 한다.
재결정화수단은 승화된 유기소재의 승화기체를 이온성 액체 내에 재결정화시키는 것으로서, 이온성 액체(331)가 도포된 실리콘 기판(330)과, 실리콘 기판(330)을 지지하는 마스크(333)와, 가열챔버(310)의 상부에 설치 고정되는 제2 히터(332)와, 제2 히터(332)의 하부에 형성되어 마스크(333)를 지지하는 지지부재(334), 및 지지부재(334)에 설치되어 실리콘 기판(330)의 온도를 측정하는 서모커플(335, thermocouple)로 구성된다.
여기서, 이온성 액체(331)는 실리콘 기판(330) 위에 작은 방울(액적, droplet) 형태로 도포된다. 한편, 서모커플(335)은 실리콘 기판(330)의 실제 온도를 측정하는 것으로서, 제2 히터(332)에 가해지는 온도에 따른 실리콘 기판(330)의 실제 온도를 측정해 제어수단을 통해 제2 히터(332)의 온도를 조절하는데 이용된다.
분석수단은 이온성 액체(331) 내에 재결정화된 정제소재를 촬영해 분석하는 것으로서, 두께 측정기(350, thickness monitor) 등을 갖도록 구성된다.
제어수단은 승화수단의 제1 히터(322)의 온도 및 셔터(340)의 작동과, 재결정화수단의 제2 히터(332)의 온도, 및 분석수단의 작동 등을 전체적으로 제어하는 역할을 한다.
아래에서는 상기와 같이 구성된 이 실시예의 유기소재 간이 정제장치를 이용해 유기소재를 정제하는 방법에 대해 설명한다.
도 4는 도 3에 도시된 이온성 액체를 이용한 유기소재 간이 정제장치를 이용한 정제방법에 대한 흐름도이다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 먼저 가열챔버(310)의 내부에 유기소재 원료(321)가 담긴 도가니(320)를 설치하되, 도가니(320)의 상부를 셔터(340)로 폐쇄시킨 상태로 설치하고, 진공펌프를 이용해 가열챔버(310)의 내부를 진공화시킨다(S410).
그런 다음, 제1 히터(322)를 이용해 도가니(320)를 유기소재의 승화점까지 가열시킨다(S420). 그러면, 유기소재와 일부 불순물이 혼합된 유기소재의 승화기체가 된다. 이렇게 승화된 유기소재의 승화기체는 도가니(320)의 상부를 막고 있는 셔터(340)에 의해 점점 모이게 된다.
그러다가 일정 시간이 경과하여 셔터(340)를 개방시키면, 유기소재의 승화기체는 자체의 추진력으로 실리콘 기판(330) 쪽으로 이동하여 유기소재의 승화기체가 이온성 액체(331)에 증착된다(S430). 그런 다음, 실리콘 기판(330)에 도포된 이온성 액체(331)와 접촉해 유기소재의 승화기체가 이온성 액체(331)에 용해되어 재결정화된다(S440). 즉, 이온성 액체(331)에 용해된 유기소재의 승화기체는 과포화상태에 이르면 재결정화 되어 고순도의 정제소재로 석출된다.
이때, 실리콘 기판(330)의 온도를 상온 ~ 200℃ 범위 내에서 유지하는 것이 바람직하다. 그 이유는 이온성 액체의 경우 C, H, F, N, O의 원소로 구성된 고분자 물질이 이온형태로 존재하는 물질이기 때문에, 고온에서는 분자구조가 파괴되어 본래의 특성을 유지하지 못하게 되는 특성을 가진다. 즉, 이온성 액체별로 약간의 차이는 존재하지만 대략적으로 200℃를 전후로 특성이 변화하기 때문에 이온성 액체의 사용 온도 범위를 상온 ~ 200℃로 제한하는 것이다. 즉, 이온성 액체의 특성이 변화하지 않는 범위 내에서 유기소재를 과포화시키기 위해 실리콘 기판(330)을 통해 이온성 액체의 온도를 올리는 것이며, 상온 미만일 경우에는 충분한 양의 유기소재를 용해시킬 수 없어 유기소재를 재결정화 할 수가 없다.
한편, 이온성 액체(331)에 석출된 정제소재에 대한 정보는 두께 측정기(350)를 통해 확인할 수 있다. 또한, 석출된 고순도의 정제소재는 가열챔버(310)로부터 적절히 회수될 수 있다.
따라서, 이 발명은 미량의 유기소재를 승화시켜도 이온성 액체(331)에 용해시켜 재결정화되는 것을 용이하게 실험할 수 있어 이온성 액체를 이용한 유기소재 대량정제장치에 활용이 가능하다.
<제2 실시예>
도 5는 이 발명의 제2 실시예에 따른 이온성 액체를 이용한 유기소재 정제장치의 구성관계를 도시한 개념도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 유기소재 정제장치(500)는 불순물이 함유된 OLED용 유기소재 원료를 가열하여 승화시키는 진공분위기의 승화수단과, 승화된 유기소재의 승화기체를 이온성 액체 안으로 혼입시켜 이온성 액체 안에서 재결정화시키는 진공분위기의 재결정화수단, 및 승화수단과 재결정화수단의 작동을 제어하는 제어수단을 포함하여 구성된다.
여기서, 승화수단은 유기소재 원료(511)를 수용하는 도가니(510)와, 도가니(510)가 설치되며 일정 내부 용적을 갖는 가열챔버(520)와, 가열챔버(520)의 내부를 진공상태로 만드는 진공펌프(550)와, 도가니(510)를 가열하는 제1 히터(512), 및 가열챔버(520)의 일측에 연결되어 불활성 기체를 공급하는 불활성 기체공급원(560)을 포함하여 구성된다.
그리고, 재결정화수단은 이온성 액체(541)를 수용한 저장조(540)와, 일측이 가열챔버(520)의 내부와 연통하고 타측이 저장조(540) 내의 이온성 액체(541)에 침지되는 연결도관(530)과, 저장조(540)의 내부를 진공상태로 만드는 상기 진공펌프(550), 및 저장조(540)의 이온성 액체(541) 위에 수집된 기체를 저장조(540) 밖으로 배출하는 배출펌프(553)를 포함하여 구성된다.
한편, 가열챔버(520)와 저장조(540)는 상측에서 서로 연결되며, 그 연결부위에 진공펌프(550)가 설치된다. 그리고, 진공펌프(550)의 연결라인에는 가열챔버(520) 및 저장조(540)와 선택적으로 연통시키는 밸브(551, 552)가 각각 설치된다.
그리고, 저장조(540)의 상부 쪽에는 유기소재의 정제에 사용된 이온성 액체(541)를 정제 공정을 거쳐 재활용할 수 있도록 수집하는 이온성 액체 수집부(570)를 더 갖도록 구성할 수 있다.
이 실시예에 따른 이온성 액체(541) 및 유기소재 원료(511)는 제1 실시예와 동일한 것을 사용하면 된다.
도가니(510)는 가열챔버(520)의 바닥 쪽에 설치되는 것으로서, 하부 쪽에 제1 히터(512)를 갖도록 구성된다. 또한, 도가니(510)는 그 내부에 정제대상의 유기소재 원료(511)를 담을 수 있는 형태를 갖도록 구성된다.
한편, 연결도관(530)은 그 일측이 가열챔버(520)의 상부에 연결되고, 타측이 저장조(540)의 상부를 통해 연장하여 이온성 액체(541)의 내부에 침지되는 형태로 배치된다. 이러한 연결도관(530)의 주위에는 연결도관(530)을 가열하는 제2 히터(531)가 더 설치될 수 있다. 여기서, 제2 히터(531)는 후술할 혼합기체가 연결도관(530)을 통해 이온성 액체(541) 안으로 혼입되는 과정에서, 혼합 승화기체(513)가 승화점을 유지할 수 있도록 연결도관(530) 주위를 가열하는 역할을 한다.
그리고, 저장조(540)의 하부에는 제3 히터(542)가 추가로 더 설치될 수 있다. 여기서, 제3 히터(542)는 이온성 액체(541)를 가열하여 혼합 승화기체(513)가 이온성 액체(541)에 용해되는 용해도를 조절하는 역할을 한다. 또한, 저장조(540)의 상부 쪽에는 배출펌프(553)가 더 설치될 수 있다. 이때, 배출펌프(553)의 설치라인에는 밸브(554)가 더 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 저장조(540)의 상부 쪽에는 이온성 액체 수집부(570)가 더 설치될 수 있다. 여기서, 이온성 액체 수집부(570)는 유기소재의 정제에 사용된 이온성 액체(541)를 증발시켜 불순물과 용해된 유기소재와 분리정제 공정을 거쳐 재활용할 수 있도록 수집하는 역할을 하는 것으로서, 저장조(540)의 내측면에 고정되며 곡면 형태를 갖는 수집판(571)과, 저장조(540)의 내측면에 고정되어 수집판(571)에 의해 수집되는 이온성 액체를 모으는 수집통(572)을 갖도록 구성된다.
아래에서는 상기와 같이 구성된 이 실시예의 유기소재 정제장치를 이용해 유기소재를 정제하는 방법에 대해 설명한다.
도 6은 도 5에 도시된 이온성 액체를 이용한 유기소재 정제장치를 이용한 정제방법에 대한 흐름도이다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 먼저 가열챔버(520)의 내부에 유기소재 원료(511)가 담긴 도가니(510)를 설치하고, 저장조(540)에 이온성 액체(541)를 적당량 주입한 후, 진공펌프(550)를 이용해 가열챔버(520)와 저장조(540)를 진공화시킨다. 그런 다음, 제1 히터(512)를 이용해 도가니(510)를 유기소재의 승화점까지 가열시킨다. 그러면, 유기소재와 일부 불순물이 혼합된 유기소재의 혼합 승화기체(513)가 된다(S610).
이 상태에서 불활성 기체공급원(560)에서 가열챔버(520)의 내부로 불활성 기체를 공급한다. 이때, 불활성 기체로는 진공도가 크게 떨어지지 않는 범위 내에서 유기소재 정제장치(500)를 구성하는 소재와 반응하지 않는 질소 또는 아르곤 가스 등을 사용한다. 이러한 불활성 기체는 혼합 승화기체(513)를 저장조(540) 내의 이온성 액체(541) 안으로 유동시키는 역할을 하는 것으로서, 혼합 승화기체(513)와 혼합되어 혼합기체가 된다(S620).
이렇게 형성된 혼합기체는 가열챔버(520) 내부에서의 압력이 상승함에 따라 연결도관(530)을 통해 이온성 액체(541) 안으로 혼입되어 기포를 형성한다(S630). 한편, 혼합기체가 연결도관(530)을 통해 이온성 액체(541) 안으로 혼입되는 과정에서, 연결도관(530)의 주위에 설치된 제2 히터(531)가 연결도관(530)의 주위를 가열함에 따라 혼합 승화기체(513)가 승화점을 유지한 상태로 이온성 액체(541) 안으로 혼입될 수 있다.
한편, 이온성 액체(541)에 혼입된 혼합기체는 기포를 형성하면서 기포 안의 혼합 승화기체(513)가 이온성 액체(541)에 용해되고, 불활성 기체는 이온성 액체(541)에 용해되지 않은 채 이온성 액체(541)의 밖으로 떠올라 저장조(540)의 상부에 수집된다. 이렇게 저장조(540)의 상부에 수집된 불활성 기체는 배출펌프(553)에 의해 저장조(540) 밖으로 배출되어 회수된다(S640). 한편, 저장조(540) 밖으로 배출되어 회수된 불활성 기체는 불활성 기체 리턴수단을 통해 불활성 기체공급원(560)으로 리턴되어 재활용할 수도 있다. 여기서, 불활성 기체 리턴수단은 일반적인 펌프 등을 이용해 구성하면 된다.
이온성 액체(541)에 혼합 승화기체(513)가 용해될 때 불순물 대비 정제대상의 유기소재의 함량이 절대적으로 높기 때문에, 유기소재가 우선 과포화상태에 이르러 재결정화가 먼저 시작되어 고순도의 정제소재(543)로 석출된다(S650). 이때, 저장조(540)의 하부에 설치되는 제3 히터(542)를 이용해 혼합 승화기체(513)가 이온성 액체(541)에 용해되는 용해도를 조절할 수가 있다. 그로 인해, 혼합 승화기체(513)에 대한 이온성 액체(541)의 용해도를 조절하여 이온성 액체(541) 내에서 유기소재의 과포화도 및 유기소재의 재결정화 속도 등의 제어가 가능하다. 이로 인해 재결정화되는 과정에서 불순물의 혼입을 최소화할 수 있으며, 이렇게 이온성 액체(541) 내에 석출되는 고순도의 정제소재(543)는 가열챔버(520)로부터 적절히 회수하면 된다. 예를 들어, 저장조(540)의 일측에 개폐구를 형성해 그 곳을 통해 정제소재(543)를 회수하면 된다.
상기와 같이 이온성 액체(541) 내에 석출되는 고순도의 정제소재(543)가 회수되고 나면, 이온성 액체(541) 내에서는 혼합기체 내에 포함되어 있던 과포화도에 이르기까지 용해된 유기소재와 소량의 불순물이 일부 잔류하게 된다. 또한, 정제공정이 진행됨에 따라 이온성 액체(541) 내의 불순물 함량이 증가하게 되고, 일정 시점에서는 불순물 성분 또한 과포화도에 다다르게 되어 재결정화된 유기소재 내에 불순물의 혼입이 발생하게 된다. 이 시점에서 정제공정을 위한 이온성 액체를 고순도의 이온성 액체로 교환해 주는 것이 바람직하다.
한편, 용해된 유기소재 및 불순물은 이온성 액체와 비교하여 그 증발온도가 서로 다르다. 즉, 이온성 액체의 증발온도가 유기소재 및 불순물에 비해 낮다. 이러한 특성을 이용하면 이온성 액체 성분을 따로 분리 정제하는 것이 가능하다. 이를 위해, 제3 히터(542)를 이온성 액체의 증발온도로 설정해 가열시키면, 이온성 액체는 증발해 이온성 액체 수집부(570)의 수집판(571)을 거쳐 수집통(572)에 회수되고 고농축된 유기소재 및 불순물만 잔류하게 된다. 이렇게 잔류하는 고농축된 유기소재 및 불순물은 별도로 수거 후 일반적인 용매를 이용한 재처리를 통해 유기소재와 불순물의 분리공정을 거친 후, 일정수준의 순도를 갖는 유기소재는 다시 재결정화를 위한 원료로 이용할 수 있다. 또한, 수집통(572)에 회수된 이온성 액체는 이온성 액체 리턴수단을 통해 저장조(540) 내부로 리턴되어 재활용할 수 있다. 여기서, 이온성 액체 리턴수단은 일반적인 펌프 등을 이용해 구성하면 된다.
한편, 이 실시예의 유기소재 정제장치(500)는 혼합기체가 저장조(540)의 이온성 액체(541) 내에 혼입되고 나서, 기포 내의 혼합 승화기체(513)가 이온성 액체(541)와 접촉하여 용해되기 쉽도록 기포의 용적을 더 작게 만드는 기포 미세화수단을 포함할 수도 있다.
또한, 이 실시예의 유기소재 정제장치(500)는 혼합 승화기체(513)가 이온성 액체(541)에 접촉하기 쉽도록 접촉확대수단을 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 혼합 승화기체(513)가 불활성 기체와 혼합된 상태에서 이온성 액체(541) 안을 일정 시간 통과하도록 유도함으로써 승화기체의 용해를 촉진할 수도 있다.
<제3 실시예>
도 7은 이 발명의 제3 실시예에 따른 이온성 액체를 이용한 유기소재 정제장치의 구성관계를 도시한 개념도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 이 실시예에 따른 유기소재 정제장치(500A)는 정제소재(543A)의 원활한 회수가 가능하도록 저장조(540A)의 형태와 제3 히터(542A)의 배치를 일부 변형한 것을 제외하고는 제2 실시예의 유기소재 정제장치(500)와 동일하게 구성된다. 따라서, 이 실시예에서는 동일한 구성요소들에 대서는 동일 도면부호를 부여하고 그에 대한 설명을 생략하기로 한다.
이 실시예의 저장조(540A)는 그 하부 쪽이 깔때기 형태로 구성되고, 하부 쪽에 정제소재(543A)의 회수통(544)을 별도로 갖도록 구성된다. 이때, 회수통(544)는 저장조(540A)의 하단에 분리 및 결합이 가능하게 구성된다. 따라서, 회수통(544)에는 상술한 바와 같은 공정을 거쳐 석출된 정제소재(543A)가 점점 쌓이게 된다. 한편, 저장조(540A)의 하부에는 회수통(544)으로 이온성 액체가 이동하지 못하도록 제어하는 밸브(545)가 더 설치된다. 따라서, 회수통(544) 내에 정제소재(543A)가 일정량 쌓이면 밸브(545)를 폐쇄하고, 회수통(544)을 저장조(540A)에서 분리해 정제소재(543A)를 회수하면 된다.
한편, 이 실시예의 제3 히터(542A)는 저장조(540A)의 하부에 회수통(544)을 갖도록 구성함에 따라, 저장조(540A)의 측면에 설치해 간접 가열방식으로 정제소재(543A)가 원활하게 석출될 수 있도록 가열하면 된다.
아래에서는 상술한 바와 같은 이온성 액체를 이용한 유기소재의 정제여부를 비롯한 정제효과를 실험한 과정 및 결과 등에 대해 설명한다.
1. 유기소재 간이 정제 실험장치
도 8은 이온성 액체를 이용한 유기소재 간이 정제 실험장치의 구성관계를 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 유기소재 간이 정제 실험장치는 크게 유기소재 원료를 승화시키는 승화부와, 승화된 유기소재(정제소재)를 이온성 액체 내에 재결정화시키는 재결정화부, 및 재결정화된 유기소재(정제소재)를 분석하는 분석부로 구분된다. 한편, 재결정화부 및 분석부는 세라믹 히터, 두께 측정기(thickness monitor), 서모커플(thermo-couple), 마스크(mask)로 구성되며, 승화부는 셔터(shutter), 도가니 및 가열히터로 구성된다. 재결정화부에서는 Si wafer 위에 이온성 액체를 작은 방울(액적, droplet) 형태로 도포시킨 후 마스크에 고정하여 세라믹 히터에 고정시키고, 승화부에서는 정제대상의 유기소재 원료를 도가니에 적재한다.
상기와 같이 구성된 유기소재 간이 정제 실험장치를 이용해 실험함에 있어서는, 승화부 내에 있는 유기소재 원료의 증발량을 승화부의 온도를 통하여 제어하며, 승화부로부터 공급되는 유기소재를 이온성 액체 내에서 결정화시키기 위하여 세라믹 히터의 온도를 조절하여 최적의 결정화 온도를 탐색하였다.
2. 유기소개 정제 실험 준비단계(승화부)
정제하고자 하는 유기소재 원료를 정량(weighing)한 후 도가니에 투입하고 승화부 내부에 안착시켰다. 이때, 사용된 유기소재 원료로는 NPB (N,N'-di(biphenyl-4-yl)-N,N'-bis(2-methyl-biphenyl-4-yl)biphenyl-4,4'-diamine)를 이용하였다.
3. 유기소재 정제 실험 준비 단계(재결정화부 및 분석부)
Si wafer(50x50mm2)에 이온성 액체를 droplet 형태로 도포시킨 후 마스크에 장착시킨다. 그런 다음, 마스크를 세라믹 히터에 연결된 지지부재에 고정시킨 후 서모커플과 두께 측정기를 통해 유기소재의 결정화 온도와 승화부로부터 공급되는 유기소재의 양을 확인하여, 최적의 유기소재 정제 조건을 탐색하였다. 이때, 사용된 이온성 액체로는 OMIM TFSI를 이용하였다.
4. 세라믹 히터-서모커플 온도
도 9는 도 8에 도시된 유기소재 간이 정제 실험장치에서의 세라믹 히터 설정온도에 따른 기판온도 변화를 나타낸 그래프이다. 도 9에서 알 수 있듯이, 이 실험장치에 장착된 세라믹 히터의 설정온도를 300~500℃까지 승온시킨 후 실제 재결정화부에 전달되는 온도를 서모커플을 통하여 확인한 결과 도 9과 같은 온도구배가 나타남을 확인하였다.
이러한 온도변화 실험은 Si wafer에 도포된 이온성 액체의 결정화 온도를 확인하기 위하여 선행하여 진행한 것으로서, 그 실험결과에 근거해 실제 결정화 온도는 세라믹 히터의 온도가 아닌 서모커플에서 측정한 온도를 바탕으로 정제실험을 진행하였다.
5. 승화부의 유기소재 승화 온도에 따른 증착률 변화(결정화 온도:R.T)
도 10은 도 8에 도시된 유기소재 간이 정제 실험장치에서의 결정화온도(기판온도)가 상온일 때 NPB 유기소재의 승화온도에 따른 증착률 및 전체 유기물 두께 변화량을 나타낸 그래프이다. 이 실험은 결정화 온도가 상온일 때 승화부의 승화온도를 변화시켜가면서 NPB 유기소재의 증착률 및 전체 두께를 두께 측정기를 통해 분석한 것이다. 그 실험결과, 도 10에서 알 수 있듯이, 유기소재 승화온도가 증가할수록 증착률은 0.1~9Å/sec로 증가하고, 전체 유기물의 두께는 0.011~1.64μm로 변화함을 확인하였다.
6. 승화부의 유기소재 승화 온도에 따른 증착률 변화(결정화 온도:100℃)
도 11은 도 8에 도시된 유기소재 간이 정제 실험장치에서의 결정화온도(기판온도)가 100℃일 때 NPB 유기소재 승화온도에 따른 증착률 및 전체 유기물 두께 변화량을 나타낸 그래프이다. 이 실험은 결정화 온도가 100℃일 때 승화부의 승화온도를 변화시켜가면서 NPB 유기소재의 증착률 및 전체 두께를 두께 측정기를 통해 분석한 것이다. 그 결과, 도 11에서 알 수 있듯이, 유기소재 승화온도가 증가할수록 증착률은 0.1~9.2Å/sec로 증가하고, 전체 유기물의 두께는 0.011~1.51μm로 변화함을 확인하였다.
7. 승화부의 유기소재 승화 온도에 따른 증착률 변화(결정화 온도:110℃)
도 12는 도 8에 도시된 유기소재 간이 정제 실험장치에서의 결정화온도(기판온도)가 110℃일 때 NPB 유기소재 승화온도에 따른 증착률 및 전체 유기물 두께 변화량을 나타낸 그래프이다. 이 실험은 결정화 온도가 110℃일 때 승화부의 승화온도를 변화시켜가면서 NPB 유기소재의 증착률 및 전체 두께를 두께 측정기를 통해 분석한 것이다. 그 결과, 도 12에서 알 수 있듯이, 유기소재의 승화온도가 증가할수록 증착률은 0.1~12.8Å/sec로 증가하고, 전체 유기물의 두께는 0.013~2.37μm로 변화함을 확인하였다.
8. 광학현미경을 통한 이온성 액체내 NPB 유기소재 결정화 이미지
도 13은 도 8에 도시된 유기소재 간이 정제 실험장치에서의 유기소재 승화 온도 및 기판 온도에 따라 이온성 액체 내에서 NPB 유기소재의 결정화 과정을 광학현미경을 통해 분석한 사진이다. 도 13에서 알 수 있듯이, 승화부의 승화 온도(180℃)에서는 NPB 유기소재의 승화가 이루어지지 않아 이온성 액체로 소재 공급이 이루어지지 않았다. 그런데, NPB 유기소재 승화 온도가 200℃ 이상으로 증가할 때부터 승화 과정이 진행되며, 이온성 액체의 결정화 온도(기판 온도)가 증가할수록 정제된 NPB 유기소재의 결정립 크기가 증가하는 것으로 확인되었다.
9. SEM 분석을 통한 이온성 액체내 NPB 유기소재 결정화 이미지
도 14는 도 8에 도시된 유기소재 간이 정제 실험장치에 의해 제조된 NPB 유기소재 결정화도 이미지(SEM 분석)이다. 즉, 도 14는 광학현미경으로 NPB 유기소재의 결정화도를 분석한 결과를 토대로 유기소재 승화온도(200, 220℃), 결정화 온도(R.T, 100, 110℃)에 따른 NPB 유기소재 결정화도를 SEM 표면 분석한 것이다. 도 14에서 알 수 있듯이, 이온성 액체의 결정화 온도가 R.T, 100℃일 때 NPB 유기소재의 결정화도가 가장 뛰어난 특성을 보여주었으며, 결정화 온도(110℃)에서는 결정화도가 낮아지는 현상을 보여주었다.
10. RAMAN 분석을 통한 NPB 유기소재의 결정상 분석
도 15는 도 8에 도시된 유기소재 간이 정제 실험장치에 의해 재결정화된 NPB 유기소재의 결정상과 정제되기 전 NPB 유기소재의 결정상을 Raman 분석을 통해 분석한 그래프이다. 도 15에서 알 수 있듯이, NPB 유기소재의 승화온도(220℃), 결정화 온도(기판온도)(110℃)의 정제 조건하에서 재결정화된 NPB 유기소재의 결정피크는 1125, 1199, 1222, 1289, 1328, 1375, 1529, 1574, 1609cm-1 의 Raman shift 값을 보여주었으며, 정제되기 전 NPB 유기소재의 결정상과 거의 일치하는 Raman shift 값을 보여주었다. 이는 이온성 액체를 통하여 재결정화 될 때, raw NPB 유기소재가 가지는 결정성을 잃지 않고 재결정화 되었음을 나타내는 것이다.
11. 광학현미경 분석을 통한 NPB 유기소재의 결정립 크기 분석
도 16은 도 8에 도시된 유기소재 간이 정제 실험장치에 의해 재결정화된 NPB 유기소재의 결정립 크기(b)와 정제되기 전 NPB 유기소재의 결정립 크기(a)를 광학현미경을 통해 분석한 사진이다. 도 16에서 알 수 있듯이, 정제되기 전 NPB 유기소재의 경우, 배율(x50, x100, x200)에 따라 결정립 모양 및 크기를 확인한 결과 무작위 방향성의 파우더 형태의 결정립 모양을 나타내었으며, 결정립 크기 또한 일정한 패턴을 지니지 않는 다양한 형태의 입자 사이즈를 보여주었다. 그런데, 이온성 액체 내에서 재결정화된 NPB 유기소재의 경우, dendrite(나뭇가지) 구조를 가지는 결정립 형태를 보여주었으며, 결정화된 NPB 유기소재의 직경 또한 최대 50um의 크기를 나타내어 원료물질 대비 크게 향상된 NPB 유기소재의 결정성을 확인하였다.
Raman 데이터에서 원료 물질과 정제된 NPB 유기소재의 결정상은 거의 일치하는 경향을 나타내어 결정성 향상 측면을 정확히 예측하기 어려웠으나, 광학현미경 분석을 통하여, 원료 물질이 가지는 결정상을 유지하면서 결정성 및 결정립 크기를 이온성 액체 정제법을 통해 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
12. 결론
이온성 액체를 이용하여 정제된 NPB 유기소재 물질과 원료물질의 데이터를 비교 분석한 결과, 재결정화된 NPB 유기소재의 뚜렷한 변화를 확인하였다. 다수에 걸친 승화-응축 과정을 반복하며 유기소재 정제를 진행하는 승화정제법 대비 이온성 액체 내 유기소재 물질의 과포화도를 이용한 재결정 방법은 공정의 단순화뿐만 아니라, 순수 유기소재 물질만을 재결정화하여 물질의 순도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 이 실험은 그 용량이 작은 유기소재 간이 정제 실험장치를 통해 이루어졌으나, 상기와 같은 실험결과에서 알 수 있듯이, 이 발명에서와 같은 유기소재의 간이정제 기술 및 대량정제 기술에 모두 가능함을 알 수 있다.
상기와 같은 실시예들 및 실험예를 통해 알 수 있듯이, 이 발명은 용해도 차이를 이용한 정제공정이기 때문에, 이온성 액체 내에서 유기(organic)물질과 불순물이 용해-재결정화를 수 없이 반복하는 과정에서 과포화도에 더 빨리 도달하는 유기소재가 우선 재결정화되는 메커니즘으로 인해 1회 공정만으로도 다양한 유기소재에 대한 정제 및 재결정화가 가능하다.
또한, 이 발명은 진공상태의 조건하에서 유기소재를 정제함에 따라 외부 오염원으로부터 공급되는 불순물의 양을 최소화할 수 있어 고순도의 유기소재(정제소재)를 얻을 수가 있다.
또한, 이 발명은 이온성 액체를 필터로 하여 이온성 액체 내에서 정제과정이 진행되기 때문에, 캐리어 가스(carrier gas)에 의한 손실이 없을 뿐만 아니라, 재결정화된 유기소재를 회수한 후 이온성 액체를 재사용하여 유기소재를 정제할 수 있어 정제공정에 소비되는 원재료의 손실 및 제조원가 절감 효과를 기대할 수 있다.
이상에서 이 발명의 이온성 액체를 이용한 유기소재 정제방법 및 정제장치에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 이 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이다. 따라서, 이 발명이 상기에 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 이 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하므로, 그러한 변형예 또는 수정예들 또한 이 발명의 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

Claims (30)

  1. 불순물이 함유된 OLED(Organic Light Emitting Diodes)용 유기소재 원료를 수용하는 도가니가 설치된 진공분위기의 가열챔버와, 상기 가열챔버 내에 설치되며 이온성 액체가 도포된 기판을 포함하는 유기소재 간이 정제장치를 이용한 정제방법으로서,
    상기 도가니를 상기 유기소재 원료의 승화점까지 가열하는 가열단계와,
    상기 가열단계에서 발생한 상기 유기소재 원료의 승화기체가 상기 이온성 액체에 증착되는 증착단계, 및
    상기 승화기체가 상기 이온성 액체에서 재결정화되는 재결정화단계를 포함하는 이온성 액체를 이용한 유기소재 간이 정제방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 재결정화단계 이후에 상기 재결정화된 유기소재를 상기 이온성 액체로부터 분리하는 분리단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 유기소재 간이 정제방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 재결정화단계에서는 상기 이온성 액체의 용해도를 조절하기 위해 상기 이온성 액체의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 유기소재 간이 정제방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 재결정화단계에서 상기 기판의 온도를 상온 ~ 200℃ 범위 내에서 유지하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 유기소재 간이 정제방법.
  5. 불순물이 함유된 OLED(Organic Light Emitting Diodes)용 유기소재 원료를 가열하여 승화시키는 진공분위기의 승화수단과,
    승화된 유기소재의 승화기체를 이온성 액체의 표면에 증착시켜 상기 이온성 액체에서 재결정화시키는 진공분위기의 재결정화수단, 및
    상기 승화수단과 상기 재결정화수단의 작동을 제어하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 유기소재 간이 정제장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 승화수단은 상기 유기소재 원료를 수용하는 도가니와, 상기 도가니가 설치되며 일정 내부 용적을 갖는 가열챔버와, 상기 가열챔버의 내부를 진공상태로 유지시키는 진공펌프와, 상기 도가니를 가열하는 제1 히터와, 상기 도가니의 상부 쪽을 선택적으로 개방하거나 폐쇄하는 셔터(shutter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 유기소재 간이 정제장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 셔터는 상기 도가니의 상단을 덮거나 상기 도가니의 상단과 일정 이격거리를 두고 덮도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 유기소재 간이 정제장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 재결정화수단은 상기 이온성 액체가 도포된 기판과, 상기 기판을 지지하는 마스크와, 상기 가열챔버의 상부에 설치 고정되는 제2 히터, 및 상기 제2 히터의 하부에 형성되어 상기 마스크를 지지하는 지지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 유기소재 간이 정제장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 재결정화수단은 상기 지지부재에 설치되어 상기 기판의 온도를 측정하는 서모커플(thermocouple)을 더 포함하며,
    상기 제어수단은 상기 서모커플에서 측정된 온도를 이용해 상기 제2 히터의 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 유기소재 간이 정제장치.
  10. 청구항 5에 있어서,
    상기 이온성 액체는 상기 기판 위에 액적(droplet) 형태로 도포되는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 유기소재 간이 정제장치.
  11. 청구항 5 내지 청구항 10 중에서 어느 한 항에 있어서,
    상기 이온성 액체에서 재결정화된 정제소재를 촬영해 분석하는 분석수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 유기소재 간이 정제장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 분석수단은 상기 재결정화된 정제소재의 두께를 측정하는 두께 측정기(thickness monitor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 유기소재 간이 정제장치.
  13. 불순물이 함유된 OLED(Organic Light Emitting Diodes)용 유기소재 원료를 수용하는 도가니가 설치된 진공분위기의 가열챔버와, 진공분위기하에서 이온성 액체를 수용한 저장조를 포함하는 유기소재 정제장치를 이용한 정제방법으로서,
    상기 도가니를 상기 유기소재 원료의 승화점까지 가열하는 가열단계와,
    상기 가열단계에서 발생한 상기 유기소재 원료의 승화기체를 상기 저장조 내의 이온성 액체 안으로 유동시키는 유동단계, 및
    상기 이온성 액체 안으로 혼입된 상기 승화기체를 상기 이온성 액체 안에서 용해하고 재결정화시키는 재결정화단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 유기소재 정제방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 유동단계에서, 상기 승화기체는 상기 가열챔버 내부로 공급되는 불활성 기체에 의해 상기 이온성 액체 안으로 유동하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 유기소재 정제방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 용해단계 이후에 상기 용해단계에서 용해되지 않고 상기 저장조의 상부에 수집된 상기 불활성 기체를 상기 저장조의 외부로 배출하는 배출단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 유기소재 정제방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 재결정화단계 이후에 상기 재결정화된 유기소재를 상기 이온성 액체로부터 회수하는 회수단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 유기소재 정제방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 혼합기체가 상기 이온성 액체 안에 혼입되기 전에 상기 승화점 이상으로 온도를 유지하도록 상기 혼합기체를 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 유기소재 정제방법.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 재결정화단계에서는 상기 이온성 액체의 용해도를 조절하기 위해 상기 이온성 액체의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 유기소재 정제방법.
  19. 청구항 15에 있어서,
    상기 배출단계에서 배출된 상기 불활성 기체는 상기 혼합단계에서 공급되는 불활성 기체로 재활용되는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 유기소재 정제방법.
  20. 불순물이 함유된 OLED(Organic Light Emitting Diodes)용 유기소재 원료를 가열하여 승화시키는 진공분위기의 승화수단과,
    승화된 유기소재의 승화기체를 이온성 액체 안으로 혼입시켜 상기 이온성 액체 안에서 재결정화시키는 진공분위기의 재결정화수단, 및
    상기 승화수단과 상기 재결정화수단의 작동을 제어하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 유기소재 정제장치.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 승화수단은 상기 유기소재 원료를 수용하는 도가니와, 상기 도가니가 설치되며 일정 내부 용적을 갖는 가열챔버와, 상기 가열챔버의 내부를 진공상태로 만드는 진공펌프와, 상기 도가니를 가열하는 제1 히터, 및 상기 가열챔버의 일측에 연결되어 불활성 기체를 공급하는 불활성 기체공급원을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 유기소재 정제장치.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 재결정화수단은 상기 이온성 액체를 수용한 저장조와, 일측이 상기 가열챔버의 내부와 연통하고 타측이 상기 저장조의 이온성 액체에 침지되는 연결도관과, 상기 저장조의 내부를 진공상태로 만드는 진공펌프, 및 상기 저장조의 이온성 액체 위에 수집된 기체를 상기 저장조 밖으로 배출하는 배출펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 유기소재 정제장치.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 유기소재의 승화점을 유지하도록 상기 연결도관의 외부를 가열하는 제2 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 유기소재 정제장치.
  24. 청구항 22에 있어서,
    상기 유기소재의 용해도를 조절하도록 상기 이온성 액체가 담긴 상기 저장조의 하부를 가열하는 제3 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 유기소재 정제장치.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 저장조의 상부에 설치되어 상기 유기소재의 정제에 사용된 상기 이온성 액체를 진공 중에서 일정 온도 이상으로 가열하고 증발시켜 불순물과 용해된 유기소재와 분리정제 공정을 거쳐 재활용할 수 있도록 수집하는 이온성 액체 수집부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 유기소재 정제장치.
  26. 청구항 25에 있어서,
    상기 이온성 액체 수집부는 상기 저장조의 내측면에 고정되는 수집판과, 상기 저장조의 내측면에 고정되어 상기 수집판에 의해 수집되는 이온성 액체를 모으는 수집통을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 유기소재 정제장치.
  27. 청구항 26에 있어서,
    상기 수집통에 수집된 이온성 액체를 재활용하기 위해 상기 저장조로 리턴시키는 이온성 액체 리턴수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 유기소재 정제장치.
  28. 청구항 22에 있어서,
    상기 저장조와 선택적으로 연통되고 또한 결합 및 분리가 가능하게 구성되어 상기 재결정화된 유기소재를 별도로 회수하는 회수통을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 유기소재 정제장치.
  29. 청구항 22에 있어서,
    상기 혼합기체가 상기 저장조의 이온성 액체 안으로 혼입됨에 따라 생성되는 기포의 용적을 작게 만드는 기포 미세화수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 유기소재 정제장치.
  30. 청구항 22에 있어서,
    상기 배출펌프를 통해 배출된 불활성 기체를 재활용하기 위해 상기 불활성 기체공급원으로 리턴시키는 불활성 기체 리턴수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 유기소재 정제장치.
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