KR100455280B1

KR100455280B1 - 인듐 틴 옥사이드(ｉｔｏ)의 제조방법

Info

Publication number: KR100455280B1
Application number: KR10-2000-0035949A
Authority: KR
Inventors: 최훈; 남정규; 박상철
Original assignee: 삼성코닝 주식회사
Priority date: 2000-06-28
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2004-11-08
Also published as: KR20020000685A

Abstract

본 발명은 (a) In 함유 염 용액과 Sn 함유 염 용액에 침전제를 각각 주입하여 침전물을 형성하는 단계; (b) 상기 (a) 단계로부터 얻어진 침전물을 각각 시효처리(aging)하는 단계; (c) 상기 (b) 단계로부터 얻어진 결과물을 각각 여과한 다음, 분산제에 의하여 분산처리하는 단계; 및 (d) 상기 (c) 단계로부터 얻은 결과물을 각각 건조한 다음, 이를 열처리하여 In₂O₃분말과 SnO₂분말을 각각 얻고, 이들을 혼합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인듐 틴 옥사이드(ITO)의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, ITO 분말의 1차 입경을 80nm 이하로 미세화시키고 In₂O₃와 SnO₂의 제조시 In 함유 염 용액과 Sn 함유 염 용액의 농도, pH, 온도 등과 같은 침전물 형성 조건과 시효처리 조건을 적정 범위내로 제어함으로써 소결시 In₂O₃의 입방구조안에 Sn이 치환되는 정도를 높여서 치밀화시 기공의 형성을 막고, In₂O₃분말과 SnO₂분말의 제조시 여과후 건조전 알콜 분산처리를 거침으로써 고밀도화된 ITO 소결체를 얻을 수 있다.

Description

인듐 틴 옥사이드(ＩＴＯ)의 제조방법{Method of preparing indium tin oxide(ITO)}

본 발명은 인듐 틴 옥사이드(ITO)의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하기로는 고밀도 ITO 타겟용 ITO 분말의 제조방법에 관한 것이다.

가시광선에서 광투과도가 커서 투명하고 전기전도도가 큰 ITO 투명도전막은 액정표시장치, 플라즈마 디스플레이 패널, 전계방출표시소자, 전계발광소자 등의 평판표시소자, 태양전지, 투명열선 등의 투명전극에 널리 이용된다. 이러한 투명전극 형성용 물질로는 SnO₂, ZnO 등이 사용되며, 그중에서도 In₂O₃에 SnO₂를 첨가한 인듐 틴 옥사이드(ITO)가 널리 이용된다.

ITO는 화학양론적인 조성이 맞으면 가시파장 영역에서 투명한 전기절연물질이지만 산소 부족으로 인하여 화학양론적인 조성을 벗어나면 결정내에 자유전자가 생성되어 가시파장영역에서 투명하고 전도성을 갖게 된다. ITO막은 증착법, 스퍼터링법 등으로 제조된 결정질 투명막으로 액정표시용 전극으로 고저항영역(200Ω/? 이상)에서 저저항영역(10Ω/□)까지 폭넓게 사용된다. 이 ITO 박막은 여러가지 박막증착방법에 의하여 제조되는데, 평면 디스플레이의 경우, 대면적의 균일한 박막이 요구되기 때문에 스퍼터링법이 가장 널리 사용된다. 이 스퍼터링법을 이용하기 위해서는 고밀도의 ITO 소결체가 필요하고 이를 위한 많은 개발이 이루어지고 있다.

최근 평판표시소자의 디스플레이 화면이 커지고 화면도의 선명도를 높이기 위해서는 저저항의 ITO막이 필요하게 되었다. 이를 달성하기 위해서는 98% 이상의 높은 소결밀도를 갖는 ITO 타겟이 요구되었다. 이러한 고밀도 ITO 타겟을 제조하기 위해서는 미세 ITO 분말 제조, 성형 및 소결 기술의 확립이 필요하다.

ITO 타겟의 발전과정을 살펴보면, 초기에는 HIP(Hot Isostatic Pressing)등 성형, 소결 기술에 의존하였으나 점차 분말제조기술이 발전하면서 CIP(Cold Isostatic Pressing)등을 이용한 상압소결이 가능해졌다. 이와 같이 상압소결이 가능해진 것은 분말제조공정이 개선된 데서 기인된 것이다. 그리고 분말제조공정의 개선으로 분말의 미세화가 가능해져 1차입경이 100nm 이하까지 가능해졌다. 상기 분말 제조공정에는 전기분해법, 침전법, 스프레이법 등이 이용된다.

미국 특허 공보 제5,700,419호, 일본 공개 특허 공보 평 6-1918416, 평 10-1821150호에 따르면, 침전법을 이용하여 입자의 미세화에 초점을 맞추어 ITO 분말을 제조하였고, 미국 특허 공보 제5,866,493호는 결정화된 ITO 분말을 이용하여 상압 및 산소 분위기 소결에서 고밀도의 ITO 분말을 제조하였다. 그리고 미국 특허 공보 제5,417,816호는 전기분해법을 이용하여 ITO 분말을 제조하였고, 이 분말으로부터 고밀도의 ITO 소결체를 제조하였다.

상기 특허들에 개시된 내용을 종합해볼 때, 현재까지 알려진 ITO 분말 제조방법은 In-Sn 금속을 HNO₃, HCl 등과 같은 산에 용해하여 공침법에 의하여 ITO 분말을 제조하는 방법과, In 금속이나 In 함유 염으로부터 In₂O₃를 제조하고, 여기에 SnO₂분말을 혼합하는 방법으로 분류할 수 있다. 상술한 두가지 방법에 따르면, 모두 ITO 1차 분말의 크기가 100nm 이하로 미세화되었고, 소결밀도도 향상되었다. 그러나, 이러한 미세분말은 입자간의 응집력이 크게 높아져 소결시 불균일한 치밀화와 기공의 형성으로 또 다른 저해요인으로 작용된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하여 ITO 분말을 보다 미세화시키면서 알콜을 이용한 분산처리로 ITO 입자의 분산성을 높여 고밀도화된 ITO 소결체를 얻을 수 있는 ITO의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는, (a) In 함유 염 용액과 Sn 함유 염 용액에 침전제를 각각 주입하여 침전물을 형성하는 단계;

(b) 상기 (a) 단계로부터 얻어진 침전물을 각각 시효처리하는 단계;

(c) 상기 (b) 단계로부터 얻어진 결과물을 각각 여과한 다음, 분산제에 의하여 분산처리하는 단계; 및

(d) 상기 (c) 단계로부터 얻은 결과물을 각각 건조한 다음, 이를 열처리하여 In₂O₃분말과 SnO₂분말을 각각 얻고, 이들을 혼합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인듐 틴 옥사이드(ITO)의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 ITO 제조방법은, 상기 (d) 단계로부터 얻은 In₂O₃분말과 SnO₂분말의 혼합물을 성형 및 공기분위기에서 소결하여 ITO 소결체를 얻는 단계를 더 포함하기도 한다. 이 단계를 거치면, In₂O₃분말 입방(cubic) 구조안에 Sn이 치환되는 과정을 거치게 되어, 보다 고밀도의 ITO 소결체를 얻을 수 있다.

본 발명은 ITO 분말의 1차 입경을 80nm 이하로 미세화하고 ITO 분말의 소결에 있어서 결정적인 영향을 미치는 SnO₂의 분산성을 높여 소결시 In₂O₃에 SnO₂가 치환되는 정도를 높이고 치밀화시 기공의 형성을 막아 ITO 소결체를 고밀도화시킨 데 그 특징이 있다. 또한 알콜을 이용한 분산처리로 ITO 형성용 In₂O₃및 SnO₂분말 입자의 분산성을 높여 일반 대기 분위기하에서도 높은 소결밀도를 갖는 ITO 타겟을 제조하고자 한 것이다.

상술한 바와 같이, SnO₂분말의 입자 형상은 향후 소결에 큰 영향을 주게 되는데, 이는 In₂O₃분말의 입방(cubic) 구조안에 Sn이 치환되는 과정이 소결체의 치밀화과정시 함께 일어나기 때문이다. 그리고 SnO₂분말의 제조시 침전반응 조건 및 시효 처리 조건은 SnO₂분말의 입자 형상에 매우 중요한 영향을 미치므로 소정범위내로 조절하는 것이 바람직하다. 즉, Sn의 경우는 시효처리가 20 내지 60℃에서 이루어지는 것이 바람직하며, Sn 함유 염 수용액의 농도는 1 내지 2N이고, Sn의 침전물은 pH 4 내지 10, 온도 10 내지 90℃에서 형성되는 것이 바람직하다. 그리고 In 함유 염 용액으로부터 침전물을 형성하는 조건은 pH 4 내지 10, 온도가 10 내지 90℃이다. 그리고 In 함유 염 용액의 농도는 0.1 내지 2N인 것이 바람직하다. SnO₂가 In₂O₃에 비하여 제조방법에 따라 소결체의 소결밀도에 큰 영향을 미치는 이유는 소결된 최종 소결체의 경우 In₂O₃의 입방(cubic) 구조를 갖기 때문에 치밀화와 더불어 In₂O₃로 치환되는 과정을 동시에 거치기 때문이다.

이와 같이 상기 범위내로 In 및 Sn의 침전반응 및 시효처리 조건이 제어되면 잘 분산된 미세 SnO₂분말은 소결시 In₂O₃에 잘 치환되고 치밀화시 기공의 발생을 유발하지 않기 때문이다. 만약 침전반응 조건 및 시효 처리 조건이 적절하게 제어되지 않은 경우에는 강한 응집이 일어나 추후분산처리에 의해서도 분산성을 높이는데 한계가 분명히 존재하게 된다.

본 발명에 따른 ITO 분말의 제조방법을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, In 함유 염 용액과 Sn 함유 염 용액에 침전제를 각각 주입하여 침전물을 형성한다. 여기에서 침전제로는 암모니아수, 탄산암모니아수 등을 사용한다. 이 때 In 함유 염 용액으로는 질산인듐(In(NO₃)₃)을 물에 용해한 것을 사용하며, In 함유 염 용액으로부터 침전물을 형성하는 조건은 pH 4 내지 10, 온도가 10 내지 90℃이다. 그리고 In 함유 염 용액의 농도는 0.1 내지 2N인 것이 바람직하다. 만약 In 함유 염 용액의 농도가 0.1N 미만인 경우에는 침전량이 너무 적고 2N를 초과하면 침전후 점도가 너무 높아져 균일하게 제조하기가 어려운 단점이 있어서 바람직하지 못하다. 그리고 Sn 함유 염 용액으로는 사염화주석(SnCl₄)을 물에 용해한 것을 사용하며, Sn 함유 염 용액으로부터 침전물을 형성하는 조건은 In의 경우와 마찬가지로 pH 4 내지 10, 온도가 10 내지 90℃이다. 그리고 Sn 용액의 농도는 1 내지 2N인 것이 바람직하다. 만약 Sn 함유 염 용액의 농도가 1N 미만인 경우에는 입자간의 응집력이 강해 소결밀도가 떨어지고 2N를 초과하면 침전후 점도가 너무 높아져 균일하게 제조하기가 어려운 단점이 있어서 바람직하지 못하다.

이어서, 상기 단계로부터 얻어진 침전 분말을 각각 시효처리한다. 이 때 In의 경우는 20 내지 100℃에서 이루어지는 것이 바람직하며, Sn의 경우는 20 내지 60℃에서 이루어지는 것이 바람직하다. 만약 In의 시효처리온도가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 침전시 추가적인 온도조절장치, 수열반응장치 등을 설치해야 하고, Sn의 시효처리온도가 20℃ 미만인 경우에는 추가적인 저온 제어 온도 조절장치가 필요하고 60℃를 초과하는 경우에는 입자간의 응집을 초래하므로 바람직하지 못하다.

시효처리가 완결되면, 얻어진 결과물을 각각 여과한 다음, 분산제에 의하여 분산처리하는 단계를 거친다. 이 때 분산제로는 탄소수 1 내지 4의 알콜로서 구체적인 예로는 메탄올, 에탄올 등이 있다. 분산처리시 온도는 10 내지 50℃인 것이 바람직하며, 처리시간은 5 내지 50시간동안 이루어진다. 만약 분산처리온도가 10℃ 미만인 경우에는 온도 조절에 어려움이 있고, 분산처리온도가 50℃를 초과하는 경우에는 알콜이 휘발되므로 바람직하지 못하다.

그 후, 상기 분산된 결과물을 각각 건조한다. 이 때 건조온도는 70 내지 120℃이다. 이어서, 건조된 결과물을 공기분위기에서 열처리하면 대응하는 산화물인In₂O₃분말과 SnO₂분말을 각각 얻을 수 있다. 이 때 In₂O₃분말의 1차 입경은 10 내지 80nm이고, SnO₂분말의 1차 입경은 10 내지 80nm이다. 이와 같이 ITO 분말의 1차입경은 80nm 이하로서, 종래의 경우에 비하여 보다 미세화된다.

상기 열처리온도는 500 내지 900℃인 것이 바람직하다. 열처리온도가 500℃미만인 경우에는 잔류한 NO₃나 Cl이 남아 있게 되고 900℃를 초과하는 경우에는 불균일하고 큰 입자의 생성으로 소결밀도를 저하시키는 문제점이 있다.

상기 In₂O₃분말과 SnO₂분말을 소정혼합비로 혼합하면 본 발명의 ITO 분말이 얻어진다. 이 때 상기 In₂O₃분말과 SnO₂분말의 혼합비는 85:15 내지 95:5 중량비인 것이 바람직하다. 만약 In₂O₃분말의 함량이 상기 범위를 초과하는 경우에는 전기전도도가 낮아지고, 상기 범위 미만인 경우에는 치환되지 않은 SnO₂가 남게 된다.

또한, 본 발명의 제조방법에 따르면, 상기 In₂O₃분말과 SnO₂분말의 혼합물을 성형 및 공기분위기에서 소결처리하면 고밀도의 ITO 소결체 즉, ITO 타겟을 얻을 수 있다. 여기에서 소결은 1400 내지 1600℃에서 이루어지며, 이 소결단계에서 In의 입방구조에 Sn이 치환되는 과정이 일어나서 치밀화된다.

이하, 본 발명을 하기 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

1N In(NO₃)₃용액 150㎖에 침전제 5N NH₄OH 70㎖를 주입하여 25℃에서 pH를 5로 조절하여 침전물을 형성한 다음, 80℃에서 400rpm으로 1시간동안 교반하여 시효처리를 실시하였다.

그 후, 상기 반응 혼합물을 여과한 다음, 이를 증류수로 세척하고 얻어진 결과물에 에탄올 100㎖를 부가하여 이를 300rpm으로 교반하면서 30℃, 15시간동안 분산처리하였다. 분산처리과정이 끝나면, 80℃에서, 24시간동안 건조한 다음, 600℃에서 하소하여 In₂O₃분말을 얻었다. 이 때 In₂O₃분말의 1차 입경은 20 내지 40nm이었다.

이와 별도로, 1N SnCl₄용액 150㎖에 침전제 5N NH₄OH 200㎖를 주입하여 25℃에서 pH를 9로 조절하여 침전물을 형성하고 25℃에서 400rpm으로 24시간동안 교반하여 시효처리를 실시하였다.

그 후, 상기 반응 혼합물을 여과한 다음, 이를 증류수로 세척하고 에탄올 100㎖를 부가하고 이를 300rpm으로 교반하면서 30℃에서 15시간동안 분산처리하였다. 분산처리과정이 끝나면, 80℃에서 24시간동안 건조한 다음, 600℃에서 하소하여 SnO₂분말을 얻었다. 이 때 SnO₂분말의 1차 입경은 20 내지 40nm이었다.

상기 과정에 따라 제조된 In₂O₃분말과 SnO₂분말을 9:1 무게비로 혼합하고 CIP를 이용하여 3ton/㎠의 압력으로 성형하고 이를 5℃/min의 승온속도로 1500℃까지 가열한 다음, 이 온도에서 2시간동안 공기분위기에서 소결하여 ITO 소결체를 얻었다.

실시예 2

후술하는 사항을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 ITO 소결체를 얻었다.

In 공급원으로서 1N In(NO₃)₃대신 0.5N In(NO₃)₃를 사용하고, In 용액 및 Sn 용액으로부터 침전물 형성시 온도는 25℃로 최종 pH는 9로 조절하였다. 그리고 시효처리에 있어서, In 용액의 경우는 80℃에서 400rpm으로 교반하면서 24시간동안 유지하였고, Sn 용액의 경우는 25℃에서 실시하는 것을 제외한 나머지 과정은, In 용액의 경우와 동일하게 시효처리하였다. 단, In₂O₃의 하소온도는 700℃이었다. 이 때 In₂O₃분말의 1차 입경은 30 내지 50nm이었고, SnO₂분말의 1차 입경은 20 내지 40nm이었다.

실시예 3

In 용액 및 Sn 용액으로부터 침전물 형성시, 온도는 25℃에서 최종 pH는 9로 조절하였다. 그리고 In, Sn 용액의 경우 모두 시효처리는 25℃에서 400rpm으로 24시간동안 교반함으로써 실시하였다. 그리고 In 용액과 Sn 용액의 시효처리를 상기한 바와 같이 실시한 다음, 각각의 반응 혼합물을 여과한 다음, 이를 증류수로 세척하고 에탄올 100㎖를 부가하고, 그 결과물을 300rpm으로 혼합하면서 30℃에서 15시간동안 분산처리하였다. 분산처리과정이 끝나면, 80℃에서, 24시간동안 건조한 다음, 600℃에서 하소하여 In₂O₃분말과 SnO₂분말을 각각 얻었다. 이 때 In₂O₃분말의 1차 입경은 20 내지 40nm이었고, SnO₂분말의 1차 입경은 20 내지 40nm이었다.

비교예 1

1N In(NO₃)₃용액 150㎖에 5N NH₄OH 70㎖를 주입하여 25℃에서 pH를 9로 조절하여 침전물을 형성하였다.

그 후, 상기 반응 혼합물을 여과한 다음, 이를 증류수로 세척하고 최종 여과시 세척액으로 에탄올을 사용하였다. 여과과정이 끝나면, 상기 결과물을 80℃에서 24시간동안 건조한 다음, 600℃에서 하소하여 In₂O₃분말을 얻었다. 이 때 In₂O₃분말의 1차 입경은 20 내지 40nm이었다.

이와 별도로, 1N SnCl₄용액 150㎖에 녹인 다음, 여기에 침전제 5N NH₄OH 140㎖를 주입하여 25℃에서 pH를 5로 조절하여 침전물을 형성하였다.

그 후, 상기 반응 혼합물을 여과한 다음, 이를 증류수로 세척하고 최종 여과시 세척액으로서 에탄올을 사용하였다. 여과과정이 끝나면, 얻어진 결과물을 80℃에서 24시간동안 건조한 다음, 600℃에서 하소하여 SnO₂분말을 얻었다. 이 때 SnO₂분말의 1차 입경은 20 내지 40nm이었다.

비교예 2

1N In(NO₃)₃용액 150㎖에 침전제 5N NH₄OH 70㎖를 주입하고 25℃에서 pH를 5로 조절하여 침전물을 형성하고, 이 결과물을 25℃에서 400rpm으로 24시간동안 교반하여 시효(aging) 처리를 실시하였다.

그 후, 상기 반응 혼합물을 여과한 다음, 이를 증류수로 세척하고 최종 여과시 세척액으로서 에탄올을 이용하였다. 여과가 끝나면, 얻어진 결과물을 80℃에서 24시간동안 건조하였고, 600℃에서 하소하여 In₂O₃분말을 얻었다. 이 때 In₂O₃분말의 1차 입경은 20 내지 40nm이었다.

이와 별도로, 1N SnCl₄용액 150㎖에 침전제 5N NH₄OH 200㎖를 주입하여 25℃에서 pH를 9로 조절하여 침전물을 형성하였고, 이 결과물을 25℃에서 400rpm으로 24시간동안 교반하여 시효처리를 실시하였다.

그 후, 상기 반응 혼합물을 여과한 다음, 이를 증류수로 세척하고 최종 여과시 세척액으로서 에탄올을 이용00하여 세척하였다. 여과가 끝나면, 얻어진 결과물을 80℃에서, 24시간동안 건조한 다음, 600℃에서 하소하여 SnO₂분말을 얻었다. 이 때 SnO₂분말의 1차 입경은 20 내지 40nm이었다.

비교예 3

1N In(NO₃)₃용액 150㎖에 침전제 5N NH₄OH 145㎖를 주입하여 25℃에서 pH를 9로 조절하여 침전물을 형성하였고, 이 결과물을 25℃에서 400rpm으로 24시간동안 교반함으로써 시효(aging) 처리를 실시하였다.

그 후, 상기 반응 혼합물을 여과한 다음, 이를 증류수로 세척하고 에탄올 100㎖를 부가하고 이 결과물을 300rpm으로 혼합하면서 30℃에서 15시간동안 분산처리하였다. 분산처리가 끝난 후, 얻어진 결과물을 80℃에서 24시간동안 건조하였고, 600℃에서 하소하여 In₂O₃분말을 얻었다. 이 때 In₂O₃분말의 1차 입경은 20 내지 40nm이었다.

이와 별도로, 1N SnCl₄용액 150㎖에 침전제 5N NH₄OH 200㎖를 주입하여 25℃에서 pH를 9로 조절하여 침전물을 형성하였고, 이 결과물을 80℃에서 400rpm으로 24시간동안 교반함으로써 시효처리를 실시하였다.

그 후, 상기 반응 혼합물을 여과한 다음, 이를 증류수로 세척하고 에탄올 100㎖를 부가하고, 이 결과물을 300rpm으로 혼합하면서 30℃에서 15시간동안 분산처리하였다. 분산처리가 끝난 후, 얻어진 결과물을 80℃에서 24시간동안 건조하였고, 800℃에서 하소하여 SnO₂분말을 얻었다. 이 때 SnO₂분말의 1차 입경은 60 내지 80nm이었다.

상기 과정에 따라 제조된 In₂O₃분말과 SnO₂분말을 9:1 무게비로 혼합하고CIP를 이용하여 3ton/㎠의 압력으로 성형하고 이를 5℃/min의 승온속도로 1500℃까지 가열한 다음, 이 온도에서 2시간동안 공기분위기에서 소결하여 ITO 소결체를 얻었다.

비교예 4

1N In(NO₃)₃용액 150㎖에 침전제 5N NH₄OH 145㎖를 주입하여 25℃에서, pH를 9로 조절하여 침전물을 형성하였고, 이 결과물을 400rpm으로 1시간동안 교반하면서 25℃에서 24시간을 유지하여 시효(aging) 처리를 실시하였다.

그 후, 상기 반응 혼합물을 여과한 다음, 이를 증류수로 세척하고 에탄올을 부가하고, 이를 300rpm으로 혼합하면서 30℃에서 15시간동안 분산처리하였다. 분산처리가 끝난 후, 얻어진 결과물을 80℃에서 24시간동안 건조하였고, 600℃에서 하소하여 In₂O₃분말을 얻었다. 이 때 In₂O₃분말의 1차 입경은 20 내지 40nm이었다.

이와 별도로, 0.5N SnCl₄용액 150㎖에 침전제 5N NH₄OH 100㎖를 주입하여 25℃에서 pH를 9로 조절하여 침전물을 형성하였고 80℃에서 400rpm으로 24시간동안 교반하여 시효처리를 실시하였다.

그 후, 상기 반응 혼합물을 여과한 다음, 이를 증류수로 세척하고 에탄올을 부가하고, 이 결과물을 300rpm으로 혼합하면서 30℃에서 15시간동안 분산처리하였다. 분산처리가 끝난 후, 얻어진 결과물을 80℃에서 24시간동안 건조하였고, 600℃에서 하소하여 SnO₂분말을 얻었다. 이 때 SnO₂분말의 1차 입경은 30 내지 50nm이었다.

상기 실시예 1 내지 3에 따르면, 25℃ 또는 80℃에서 400rpm으로 교반을 하면서 1시간 또는 24시간동안 유지함으로써 시효처리를 실시하였다. 그리고 여과후, 에탄올을 이용하여 30℃, 15시간동안 분산처리로 분말사이의 분산성을 높였다.

이에 반하여, 비교예 1의 경우는 시효처리와 알콜 분산처리를 모두 실시하지 않았고, 비교예 2의 경우는 반응 혼합물을 400rpm으로 교반을 하면서 24시간동안 유지함으로써 시효처리를 실시하면서 알콜 분산처리는 실시하지 않았다. 그리고 비교예 3 및 4의 경우는 시효처리와 알콜 분산처리를 모두 실시하였으나, 비교예 3의 경우는 Sn의 경우 시효처리시 온도가 80℃로 높았고, Sn 함유 염 용액의 초기농도가 0.5N로 낮았다.

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4에 따라 제조된 ITO 소결체의 밀도를 측정하였다.

측정 결과, 실시예 1의 ITO 소결체의 밀도는 이론밀도 대비 98.36%이고, 실시예 2의 ITO 소결체의 밀도는 이론밀도 대비 98.12%이고, 실시예 3의 ITO 소결체의 밀도는 이론밀도 대비 97.4%이고, 비교예 1의 ITO 소결체의 밀도는 이론 밀도 대비 84%이고, 비교예 2의 ITO 소결체의 밀도는 이론밀도 대비 92%이고, 비교예 3의 ITO 소결체의 밀도는 이론밀도 대비 93%이고, 비교예 4의 ITO 소결체의 밀도는이론밀도 대비 86%이다.

이상의 결과로부터, 특히 실시예들과 비교예 1 및 2의 결과를 비교해보면 시효처리와 알콜분산처리가 ITO 소결체의 밀도를 높이는 데 효과가 확실하다는 것을 알 수 있었다. 그러나, 비교예 3 및 4의 경우, 시효처리와 알콜분산처리를 모두 실시한다고 하더라도 SnO₂의 제조조건에 따라서 특히 SnO₂의 제조과정중 시효온도가 80℃로 높은 경우 초기농도가 0.5로 낮아진 경우 ITO 소결체의 소결밀도가 급격하게 낮아진다는 것을 확인할 수 있었다. 이는 SnO₂의 경우, 초기에 응집되면 분산처리에 의해서도 입자의 분산성을 높일 수 없음을 알 수 있었다. 따라서 SnO₂의 경우 실시예 1-3의 경우처럼 침전시 Sn의 농도를 1 내지 2N로 조절하고 시효처리의 경우도 20 내지 60℃ 범위로 제어해야 저온에서 초기 입자들의 응집을 막고 최종 분산처리로 하소 과정에서의 고분산 ITO 분말을 제조할 수 있었다.

본 발명에 따르면, ITO 분말의 1차 입경을 80nm 이하로 미세화시키고 In₂O₃와 SnO₂의 제조시 In 함유 염 용액과 Sn 함유 염 용액의 농도, pH, 온도 등과 같은 침전물 형성 조건과 시효처리 조건을 적정 범위내로 제어함으로써 소결시 In₂O₃의 입방구조안에 Sn이 치환되는 정도를 높여서 치밀화시 기공의 형성을 막고, In₂O₃분말과 SnO₂분말의 제조시 여과후 건조전 알콜 분산처리를 거침으로써 고밀도화된 ITO 소결체를 얻을 수 있다.

Claims

(a) In 함유 염 용액과 Sn 함유 염 용액에 침전제를 각각 주입하여 침전물을 형성하는 단계;

(b) 상기 (a) 단계로부터 얻어진 침전물을 각각 시효처리(aging)하는 단계;

(c) 상기 (b) 단계로부터 얻어진 결과물을 각각 여과한 다음, 분산제인 탄소수 1 내지 4의 알콜에 의하여 10 내지 50℃에서 분산처리하는 단계; 및

(d) 상기 (c) 단계로부터 얻은 결과물을 각각 건조한 다음, 이를 열처리하여 In₂O₃분말과 SnO₂분말을 각각 얻고, 이들을 혼합하는 단계;를 포함하며,

상기 (b) 단계에서, In의 경우는 시효처리가 20 내지 100℃에서 이루어지고, Sn의 경우는 시효처리가 20 내지 60℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 인듐 틴 옥사이드(ITO)의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 (d) 단계로부터 얻은 In₂O₃분말과 SnO₂분말의 혼합물을 성형 및 공기분위기에서 소결하여 ITO 소결체를 얻는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 (d) 단계에서 In₂O₃분말과 SnO₂분말의 혼합중량비가 85:15 내지 95:5인 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 ITO 소결체를 얻는 단계에 있어서, 소결온도가 1400 내지 1600℃인 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 (b) 단계에서, In의 경우는 시효처리가 20 내지 100℃에서 이루어지고, Sn의 경우는 시효처리가 20 내지 60℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 (c) 단계의 분산제가 탄소수 1 내지 4의 알콜이고 분산처리가 10 내지 50℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 (d) 단계의 열처리온도가 500 내지 900℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 (a) 단계의 In 함유 염 용액의 농도가 0.1 내지 2N이고, Sn 함유 염 용액의 농도가 1 내지 2N이고,

In 및 Sn의 침전물이 pH 4 내지 10, 온도 10 내지 90℃에서 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 (d) 단계에서 얻은 In₂O₃분말과 SnO₂분말의 1차 입경이 80nm 이하인 것을 특징으로 하는 방법.