KR20150088551A - 알칼리금속산화물이 도핑된 텅스텐산화물 복합체, 투명전도성 조성물, 코팅필름 및 이를 포함하는 광학소자 - Google Patents

알칼리금속산화물이 도핑된 텅스텐산화물 복합체, 투명전도성 조성물, 코팅필름 및 이를 포함하는 광학소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 안정성이 우수하고, 가시광선의 투과율이 우수하면서도, 전기전도성이 우수한 알칼리금속산화물이 도핑된 텅스텐산화물 복합체, 투명전도성 조성물, 코팅필름 및 이를 포함하는 광학소자를 제공한다.

Description

알칼리금속산화물이 도핑된 텅스텐산화물 복합체, 투명전도성 조성물, 코팅필름 및 이를 포함하는 광학소자{Tungsten Oxide Complex Doped with Alkalimetal Oxide, Transparent Conducting Composition, Coating Film, Optical Device Comprising The Same}
본 발명은 알칼리금속산화물이 도핑된 텅스텐산화물 복합체, 투명전도성 조성물, 코팅필름 및 이를 포함하는 광학소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 안정성이 우수하고, 가시광선의 투과율이 우수하면서도, 전기전도성이 우수한 알칼리금속산화물이 도핑된 텅스텐산화물 복합체, 투명전도성 조성물, 코팅필름 및 이를 포함하는 광학소자에 관한 것이다.
최근 광전자 분야의 지속적인 연구와 발전에 따라 높은 광 투과율과 전기 전도성을 함께 구현하는 투명전도막(Transparent Conducting Film)에 관한 연구가 많이 진행되고 있다.
디스플레이 산업을 대표하는 투명전도막으로 가장 상용화되어 있는 것은 인듐주석산화물(ITO; Indium Tin Oxide)이다. ITO(Indium Tin Oxide, 또는 Tin-doped Indium Oxide)란 인듐산화물(In2O3)에 주석산화물(SnO2)이 첨가된 고용체(solid solution)를 일컫는다.
이러한 ITO 박막은 3eV 이상의 비교적 큰 밴드갭(band gap)을 가짐으로써 가시광 파장 영역에서 85% 이상의 높은 광 투과도와 10-4 Ω㎝ 정도의 전기 전도성을 구현하는 물성 때문에 광학재료로서 평판 디스플레이, 태양전지, 전기 변색 표시 소자 등에 널리 응용되고 있다.
투명전극으로 사용되는 ITO는 주로 박막형태로 이용되며 졸-겔, 딥코팅, 화학증착, 분무열분해, 스퍼터링 등의 다양한 방법들로 제조된다. 지금까지의 알려진 박막제조 방법들 중 타겟을 이용한 스퍼터링법이 기타 공정상의 변수에도 불구하고 막의 균일성과 재현성에서 우수한 특성을 획득할 수 있는 제조법으로 알려져 있으며 널리 사용되고 있다.
한편 스퍼터링법을 이용한 박막의 제조에 있어서 타겟 특성은 최종 생성물의 물성을 좌우하는 핵심적인 공정 변수 중의 하나로 알려져 있으며, 일반적으로 타겟이 치밀할수록 증착속도가 증가하며 증착된 박막의 저항에 있어 안정한 장점이 있다고 알려져 있다. 따라서 투명전도막에 우수한 특성 발휘를 위해서는 고밀도의 ITO 스퍼터링 타겟이 필수적으로 요구되어진다.
하지만, 종래기술에 의하면 이러한 우수한 재료적인 측면에도 불구하고 ITO의 경우 In 재료의 고갈 문제 및 원재료 가격 상승으로 대체제가 절실히 필요한 실정이다.
[선행특허문헌]
국내특허공개공보 제10-2011-0047308 (2011.05.09)
본 발명은 상기한 바와 같이 종래기술이 가지는 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 그 목적은 안정성이 우수하고, 가시광선의 투과율은 우수하면서도 높은 전기전도성을 제공하는 알칼리금속산화물이 도핑된 텅스텐산화물 복합체를 제공한다.
본 발명의 다른 목적은 상기 알칼리금속산화물이 도핑된 텅스텐산화물 복합체를 포함하여 정성이 우수하고, 가시광선의 투과율은 우수하면서도 높은 전기전도성을 제공하는 투명전도성 조성물을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 안정성이 우수하고, 가시광선의 투과율은 우수하면서도 높은 전기전도성을 제공하는 알칼리금속산화물이 도핑된 텅스텐산화물 복합체를 포함하는 스퍼터링 타겟조성물을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 안정성이 우수하고, 가시광선의 투과율은 우수하면서도 높은 전기전도성을 제공하는 알칼리금속산화물이 도핑된 텅스텐산화물 복합체를 포함하는 코팅필름을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 안정성이 우수하고, 가시광선의 투과율은 우수하면서도 높은 전기전도성을 제공하는 알칼리금속산화물이 도핑된 텅스텐산화물 복합체를 함유하는 투명전도성 조성물로 이루어진 박막을 포함하는 광학소자를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 기술적 과제는 다음과 같은 수단에 의해 달성되어진다.
(1) 가시광선 투과성 및 전기전도성을 제공하는 알칼리금속산화물이 도핑된 텅스텐산화물 복합체.
(2) 상기 (1)에 있어서,
알칼리금속산화물과 텅스텐산화물은 1 내지 50 : 50 내지 99의 몰비로 조성된 것을 특징으로 하는 텅스텐산화물 복합체.
(3) 상기 (1)에 있어서,
복합체의 입경은 최대입경이 1000 nm 미만이고, 평균입경이 10 내지 200 ㎚인 것을 특징으로 하는 텅스텐산화물 복합체.
(4) a) 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항의 알칼리금속산화물이 도핑된 텅스텐산화물 복합체; 및
b) 희석용 용제
를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전도성 조성물.
(5) 상기 (4)에 있어서,
바인더 또는 분산제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전도성 조성물.
(6) 상기 (4)에 있어서,
상기 복합체는 0.1 내지 60 중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 투명전도성 조성물.
(7) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 의한 복합체의 나노분말을 포함하는 스퍼터링 타겟조성물.
(8) 상기 (7)에 의한 타겟조성물을 기재 상에 스퍼터링시켜 형성된 코팅필름.
(9) 상기 (8)에 있어서,
두께가 50 내지 500 nm인 것을 특징으로 하는 코팅필름.
(10) 상기 (4)에 의한 투명전도성 조성물로 이루어진 코팅필름.
(11) 상기 (10)에 있어서,
두께가 500 내지 1000 nm인 것을 특징으로 하는 코팅필름.
(12) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 알칼리금속산화물이 도핑된 텅스텐산화물 복합체를 함유하는 투명전도성 조성물로 이루어진 박막을 포함하는 광학소자.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 알칼리금속산화물이 도핑된 텅스텐산화물 복합체를 포함하는 투명전도성 조성물은 안정성이 우수하고, 가시광선의 투과율은 우수하면서도 높은 전기전도성을 가지는 것으로 확인되어 다양한 광학소자의 제작에 활용될 수 있다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 텅스텐산화물 복합체는 알칼리금속산화물(바람직하게는 금속 M+=Li, Na, K, Cs)이 도핑된 것이다.
상기 본 발명에 따른 알칼리금속산화물이 도핑된 텅스텐산화물은 일반적으로 밴드갭 에너지(3.0eV)가 크기 때문에 가시광 영역의 파장에 대한 높은 광투과도(>85%)를 가지며 자유전자의 진동 주파수가 적외선영역의 파장 범위에 존재하기 때문에 이 영역의 전자기파에 대한 반사 특성을 나타낸다. 즉 적외선영역의 파장대에서는 자유전자의 진동으로 인하여 반사특성을 가지며, 자외선 영역의 파장대에서는 밴드 대 밴드 전이(band-to-band transition)로 인하여 흡수특성을, 그리고 이 두 영역 사이의 가시광선 영역에서는 투광특성을 가진다.
반사특성 영역에서 투광특성 영역으로의 전이가 일어나는 파장영역을 플라즈마 반사에지(plasma reflection edge)(P)라고 하며, P는 자유전자의 농도가 증가할수록 단파장 쪽으로 이동하게 된다. 다시 말하면, 알칼리금속산화물이 도핑된 텅스텐(W) 박막에 있어 알칼리금속산화물의 첨가량이 증가할수록 이온간의 치환으로 인하여 자유전자의 농도가 증가하며 P는 단파장 쪽으로 이동하게 된다.
위와 같이 알칼리금속산화물이 도핑된 텅스텐산화물은 전형적인 n-형 반도체로 넓은 밴드 갭 에너지(3.2eV)를 가지고 있으며, 가시광 영역에서 높은 광투과도와 높은 전기전도성을 가지고 있어 투명전도성산화물(Transparent Conducting Oxide : TCOs)로서 광범위하게 사용될 수 있다.
또한, 제조원가가 ITO(Indium Tin Oxide) 및 ATO(Antimony Tin Oxide)에 비하여 월등히 저렴하며 내화학성과 내마모성이 우수하다는 점 등으로 인하여 ITO 및 ATO의 대체제로 사용 가능하며, 알칼리금속산화물이 도핑된 텅스텐산화물 박막의 경우 비저항 값이 10-4 ~ 10-2Ω㎝정도로 낮출 수 있는 소재이며, 전기 전도성을 향상시키기 위해 텅스텐에 적절한 도펀트를 첨가하여 조절하는 것도 가능하다.
상기 본 발명에 따른 알칼리금속산화물이 도핑된 텅스텐산화물의 제조는 특별한 방법에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 텅스텐산화물의 출발원료가 되는 텅스텐 화합물과 알칼리금속산화물의 출발원료가 되는 알칼리금속화합물, 및 탄산염의 출발원료(예로, 암모늄카보네이트)를 이용하여 액상반응에 의해 얻어질 수 있다.
이때, 텅스텐 화합물은 질산텅스텐, 염화텅스텐, 황산텅스텐, 초산텅스텐, 과산화 텅스텐 등의 가용성 텅스텐 염; 유기 용매에 가용성이 있는 알콕사이드류; 또는 탄산텅스텐, 수산화텅스텐, 옥살산텅스텐 등 물에 불용성인 텅스텐 화합물 등을 출발원료로 하여 공지의 화학반응을 통하여 수득할 수 있으며, 시판되는 것을 사용할 수도 있다.
또 알칼리금속화합물의 예로, 질산리튬(혹은 나트륨, 칼륨, 세슘 등), 염화리튬(혹은 나트륨, 칼륨, 세슘 등), 황산리튬(혹은 나트륨, 칼륨, 세슘 등), 초산리튬(혹은 나트륨, 칼륨, 세슘 등) 등의 가용성 알칼리금속염; 유기 용매에 가용성이 있는 알콕사이드류; 또는 탄산리튬(혹은 나트륨, 칼륨, 세슘 등), 수산화리튬(혹은 나트륨, 칼륨, 세슘 등), 옥살산리튬(혹은 나트륨, 칼륨, 세슘 등) 등 물에 불용성인 알칼리금속화합물 등을 출발원료로 하여 공지의 화학반응을 통하거나 시판되는 것을 사용할 수도 있다.
상기 본 발명에 따른 알칼리금속산화물이 도핑된 텅스텐산화물 복합체의 제조를 위해 소성을 행하며, 입자의 응집을 최소화하고 나노크기의 미립자를 얻기 위하여 저온 소성하는 것이 바람직하고, 특히 200 내지 800 ℃의 온도에서 소성되는 것이 바람직하다.
또한, 산화방지와 공정시간의 단축을 위하여 200 내지 800 ℃의 온도에서 5 내지 200분 동안, 아르곤, 질소 등의 불활성 분위기와 수소 등의 환원 분위기에서 소성하는 것이 보다 바람직하다. 더욱 바람직하게는 불활성 가스와 환원 가스의 혼합물을 이용해서 소성하는 것이다.
상기 알칼리금속산화물과 텅스텐산화물은 1 내지 50 : 50 내지 99의 몰비로 함유된다. 상기 범위를 벗어나는 경우 복합체의 안정성이 떨어지며, 전기전도성이 떨어지게 된다. 바람직하게는 알칼리금속산화물과 텅스텐산화물은 1.5 내지 10 : 90 내지 98.5의 몰비로 함유되는 것이 좋다.
상기와 같이 소성된 상기 본 발명에 따른 복합체는 나노크기의 미립자로 제조하기 위하여 분쇄하는 단계를 실시할 수 있으며, 이때 상기 분쇄는 제트밀(Jet mill) 등의 건식 분쇄, 비즈밀(Beeds mill) 등의 습식 분쇄 등 통상의 방법으로 실시될 수 있음은 물론이다.
상기와 같이 제조되는 본 발명의 복합체는 평균입경이 미세할수록 더욱 좋으며, 특히 최대입경이 1000 nm 미만, 평균입경이 10 내지 200 ㎚인 것이 더욱 좋다. 입경이 1000 nm를 초과하는 경우 가시광선의 투과율을 감소시킬 수 있다.
상기와 같은 과정에 의해 얻어진 복합체 나노분말은 스퍼터링(sputtering)용 타겟으로도 사용될 수 있다. 상기 타겟은 스퍼터링 박막증착과정에 의해 기재상에 도포되는 코팅필름으로 제공될 수 있으며, 바람직하게는 두께 50~500nm로 형성된다.
이를 위해, 상기와 같이 얻어진 나노 분말을 프레스 몰드 내에 넣고 800 ~ 1000 atm (~10-8 Pa)의 압력에서 가압한다. 상기 가압된 플레이트는 600~1300 ℃의 온도에서 1~5 시간 이내에서 불활성 및 환원의 혼합 가스 분위기에서 유지한다.
이와 같은 과정에 의해 얻어진 타겟의 밀도는 6~7 g/㎤ 정도이고, 이는 산화 텅스텐(7.16) 단독의 이론 밀도의 83.8 ~ 97.8%에 상당하다.
또한, 상기 본 발명에 따른 텅스텐산화물 복합체는 희석용 용제와 혼합되어 투명전도성 조성물로 제조되어질 수 있다.
상기 희석용 용제는 물 또는 유기 용매가 사용될 수 있으며, 구체적으로 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 또는 이소부탄올, 에틸셀루솔브, 부틸셀루솔브, 에틸아세테이트, 부틸아세테이트 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 투명전도성 조성물에 있어서 상기 본 발명에 따른 텅스텐산화물 복합체는 0.1 내지 60 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 범위를 벗어나는 경우 제품의 안정성 및 전기전도성이 떨어지거나 균일한 코팅을 하기가 어려울 수 있다. 바람직하기로는 분산 및 코팅공정의 작업성을 위하여 5 내지 30 중량%로 포함되는 것이 더욱 바람직하다.
상기와 같이 본 발명의 투명전도성 조성물에 함유되는 복합체와 용제는 교반기에 의한 분산, 호모나이저, 초음파 분산기, 볼밀, 비즈 밀 등의 통상의 방법으로 교반하여 혼합할 수 있으며, 특히 복합체의 최대입자가 1000 ㎚ 이하의 미립자로 분산시키기 위해서는 볼밀, 비즈 밀 등의 습식 분산기를 사용하는 것이 좋다.
상기와 같이 복합체 및 희석용 용제를 포함하는 본 발명의 투명전도성 조성물은 필요에 따라 바인더, 분산제 등을 추가로 포함할 수 있다.
상기 바인더는 복합체를 코팅표면에 고착시키는 작용을 한다. 이러한 바인더는 통상의 유기계 바인더 또는 무기계 바인더가 사용될 수 있음은 물론이며, 구체적으로 니트로셀룰로오스, 에틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스계, 에폭시계, 아크릴레이트계, 폴리에스테르계, 파라핀, 실리콘계 등의 유기계 바인더를 사용할 경우에는 코팅공정시 접착력 향상에 있어 좋으며, TEOS(tetraethly orthosilicate), MTMS(methyltrimethoxysilane), MTES(methyl triethoxy silane), HMDS(hexamethyldisilazane) 등의 실란 커플링 에이전트계와 실리콘 바니쉬 등의 실리카계 무기계 바인더를 사용할 경우에는 코팅완료 후의 접착력 향상에 있어 좋다. 특히 상기 유기계 바인더와 무기계 바인더를 혼합하여 사용하는 것이 코팅공정시와 코팅완료후의 접착력 향상에 있어 더욱 좋다. 이때, 상기 유기계 바인더와 무기계 바인더는 100 : 1 내지 1 : 50의 중량비율로 혼합되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 바인더는 조성물에 0.01 내지 10 중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 그 함량이 상기 범위 내일 경우에는 접착력 및 투과율저하 방지에 있어 더욱 좋다.
또한 상기 분산제는 조성물 내에서 복합체의 분산을 용이하게 하고, 조성물의 응집을 방지하는 작용을 한다.
상기 분산제는 공지의 다양한 슬러리에 사용되는 분산제를 사용할 수 있음은 물론이며, 특히 수용성인 산성그룹을 갖는 블록공중합체의 알킬올 암모늄염을 사용하는 것이 좋다.
상기 분산제는 조성물에 0.1 내지 10 중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 그 함량이 상기 범위 내일 경우에는 복합체의 분산성 향상에 있어 더욱 좋다.
상기와 같은 성분으로 이루어지는 본 발명의 투명전도성 조성물은 분산의 적정성 유지를 위하여 염기도가 pH 5 내지 10인 것이 바람직하다.
이와 같이 제조된 본 발명의 투명전도성 조성물은 안정성이 뛰어나며, 가시광선의 투과율이 우수하면서도 전기전도성을 높일 수가 있다. 특히 본 발명의 투명전도성 조성물을 50 내지 1000 nm의 두께로 코팅할 경우 가시광선은 85%, 바람직하게는 90%, 더욱 바람직하게는 95% 이상의 투과율을 나타내며, 전기전도성은 10-2Ω㎝이하, 바람직하게는 10-3Ω㎝ 이하까지 나타낼 수 있다.
또한 본 발명의 투명전도성 조성물은 자외선 차단을 요하는 다양한 장치에 사용되어지는 코팅층의 형성에 사용될 수 있으며, 바람직하기로는 상기 투명전도성 조성물을 함유한 코팅층의 두께는 50 내지 1000 nm인 것이 좋다. 상기 범위를 벗어나는 경우 전기전도성이 떨어지거나 가시광선 투과율이 떨어질 수 있다. 본 발명에 따른 코팅층은 가시광선의 투과율이 적어도 85% 이상이면서도, 전기전도성이 10-2Ω㎝ 이하, 바람직하게는 10-3Ω㎝ 이하까지 나타낼 수 있다.
또한 본 발명에 의하면 상기 투명전도성 조성물의 코팅층을 필름 기재의 일측 부분에 포함하는 투명전도성 필름을 제공한다. 이때 기재는 통상적으로 사용되는 필름 또는 유리일 수 있으며, 상기 필름 기재는 PET, PE 등 통상적으로 TCO(Transparent Conductive Oxide) 필름에 적용될 수 있는 필름일 수 있다. 상기 본 발명의 코팅층의 두께는 제품 및 용도에 따라 임의로 선택하여 조절할 수 있으며, 바람직하기로는 50 내지 1000 nm인 것이 좋다.
본 발명에 따른 상기 알칼리금속산화물이 도핑된 텅스텐산화물 복합체는 각종 광학소자에 형성되는 박막의 형태로 제공되어질 수 있으며, 안정성이 우수하고, 가시광선의 투과율은 우수하면서도 높은 전기전도성을 가져 저렴한 가격으로 기존의 고가의 ITO 내지 ATO와 같은 투명전도성 전극을 대체할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1] 0.33Li2O-WO3 복합체 제조
산화텅스텐의 출발원료로 질산텅스텐을 이용하고, 리튬의 출발원료로는 질산리튬을 이용하였으며, 탄산염의 출발원료로 암모늄카보네이트를 이용하여 액상반응으로 리튬이 함유된 탄산텅스텐을 제조하였다.
구체적으로, 질산텅스텐 1 mole/L의 수용액에 질산리튬(산화텅스텐과 산화리튬 몰비 1:0.33)을 혼합 후 암모늄카보네이트 2 mole/L 수용액을 가하여 제조한 리튬이 함유된 텅스텐 전구체를 초순수로 NO3- 및 NH4+ 이온이 검출되지 않을 때까지 세정하여 전구체를 수득하였다. 그 다음 상기 수득한 전구체를 100~150 ℃의 온도에서 12 시간 동안 건조하였다.
상기 건조된 건조물을 알루미나 도가니에 넣은 후, 550 ℃의 온도에서 120분 동안, 대기분위기에서 건조하여 리튬이 함유된 텅스텐산화물을 제조하였다. 대기분위기 열처리시 부피 수축이 30% 정도 발생하였으며, 얻어진 금속산화물의 양은 263g 정도가 되었다.
상기 대기분위기에서 소성한 리튬이 함유된 텅스텐산화물 250g을 다시 아르곤과 수소(10%)의 혼합 가스 분위기 하에서 1 L/min으로 700 ℃의 온도에서 8시간 동안 소성한 후, 분쇄 분급하여 최종 나노크기의 분말을 제조하였다.
상기와 같이 제조한 분말을 XRD로 분석한 결과 리튬과 텅스텐으로 이루어진 화합물인 것을 확인할 수 있었다.
또한, 상기 분말의 입자표면을 주사형 전자 현미경으로 관찰한 결과 산화텅스텐 입계가 관찰되었으며, 입계에 둘러싸인 산화텅스텐의 1차 입경을 측정한 결과 분포의 중앙값이 10 ㎚이고, 최대값이 50 ㎚이었다. 또한 BET법에 의하여 비표면적의 측정한 결과 65 ㎡/g이었다.
[실시예 2] Li2O-WO3 복합체 제조
상기 실시예 1에서 산화텅스텐과 산화리튬의 몰비 1:1로 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 나노크기의 분말을 제조하였다.
상기와 같이 제조한 분말을 XRD로 분석한 결과 리튬와 텅스텐 산화물로 이루어진 화합물인 것을 확인할 수 있었다.
또한, 상기 분말의 입자표면을 주사형 전자 현미경으로 관찰한 결과 산화텅스텐 입계가 관찰되었으며, 입계에 둘러싸인 산화텅스텐의 1차 입경을 측정한 결과 분포의 중앙값이 20 ㎚이고, 최대값이 70 ㎚이었다.
또한 BET법에 의하여 비표면적의 측정한 결과 46 ㎡/g이었다.
[실시예 3] 0.33Cs2O-WO3 복합체 제조
상기 실시예 1에서 산화텅스텐과 산화세슘의 몰비 1:0.33로 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 나노크기의 분말을 제조하였다.
상기와 같이 제조한 분말을 XRD로 분석한 결과 세슘와 텅스텐 산화물로 이루어진 화합물인 것을 확인할 수 있었다.
또한, 상기 분말의 입자표면을 주사형 전자 현미경으로 관찰한 결과 산화텅스텐 입계가 관찰되었으며, 입계에 둘러싸인 산화텅스텐의 1차 입경을 측정한 결과 분포의 중앙값이 15 ㎚이고, 최대값이 50 ㎚이었다.
또한 BET법에 의하여 비표면적의 측정한 결과 55 ㎡/g이었다.
[실시예 4] Cs2O-WO3 복합체 제조
상기 실시예 1에서 산화텅스텐과 산화세슘의 몰비 1:1로 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 나노크기의 분말을 제조하였다.
상기와 같이 제조한 분말을 XRD로 분석한 결과 세슘과 텅스텐산화물로 이루어진 화합물인 것을 확인할 수 있었다.
또한, 상기 분말의 입자표면을 주사형 전자 현미경으로 관찰한 결과 산화텅스텐 입계가 관찰되었으며, 입계에 둘러싸인 산화텅스텐의 1차 입경을 측정한 결과 분포의 중앙값이 20 ㎚이고, 최대값이 100 ㎚이었다.
또한 BET법에 의하여 비표면적의 측정한 결과 41 ㎡/g이었다.
[실시예 5] 0.33Li2O-WO3 타겟 제조
상기 실시예 1에서 제조된 0.33Li2O-WO3의 나노 분말을 프레스 몰드 내에 넣고 1000 atm의 압력에서 가압하였다. 상기 가압된 플레이트는 1200℃의 온도 및 2~4 시간을 혼합가스(10%H2-Ar Gas) 분위기에서 유지하였다. 얻어진 세라믹 타깃은 전기 저항율은 10Ω.㎝ 미만이고, 이를 다시 혼합가스 분위기에서 필름에 증착한 결과 550㎚에서의 투명성은 90%에 표면저항은 60~100Ω/□가 나왔다.
[실시예 6] 0.33Cs2O-WO3 타겟 제조
상기 실시예 5에서 산화리튬 대신에 산화세슘을 사용하여 타겟을 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 5와 동일한 방법으로 실시하여 세라믹 타겟을 제조하였다. 얻어진 세라믹 타겟을 전기 저항율은 1Ω.㎝ 미만이고, 이를 다시 혼합가스 분위기에서 필름에 증착한 결과 550㎚에서의 투명성은 90%에 표면저항은 10~20Ω/□가 나왔다.
[실시예 7] TCO(Transparent Conductive Oxide) 조성물 제조
상기 실시예 1 내지 2에서 제조한 금속 산화물 복합체 분말 1,000 g, 분산제로 Disperbyk-111(BYK-Chemie) 50g과 Disperbyk-2001(BYK-Chemie) 50g을 에틸알콜 750 g, 이소프로필알콜 750 g을 볼밀을 이용하여 6시간 이상 충분히 혼합한 후, 습식 비즈 밀로 분산시켜 균일하게 혼합하였다. 그 다음, 상기 혼합물에 에틸알콜과 이소프로필알콜 1:1의 중량비율의 혼합액을 첨가하여 금속산화물 복합체 분말이 20 중량%가 되도록 하여 TCO 조성물을 제조하였다. 이때 pH는 모두 2 내지 5이었으며, 점도는 모두 20 cP 이하였다.
또한 상기 조성물의 입도 분포를 레이저 회절법을 사용하여 측정한 결과, 중앙값은 50±20 ㎚이었고, 최대 입경이 800 ㎚ 이상인 입자는 전혀 발견되지 않았다.
[실시예 8] 실리카계 무기계 바인더 제조
일본 신에츠사 실리콘 KBM403(3-Glycidoxypropyltrimethoxy) 0.5 mole, MTES (methyltrimethoxysilane) 0.6 mole, HMDS(hexamethyldisilazane) 0.024 mole, 에탄올 1 mole을 혼합 후 교반기를 사용하여 30분간 교반을 행하였다. 그 후 순수 4 mole과 질산 0.02 mole 혼합액을 위 용액에 한 번에 투입한 후 2시간 동안 교반을 행하였다. 그 다음 이소부틸알콜 1.5 mole과 PM(propylene glycol monomethyl ether) 5 mole을 첨가한 후 1시간 동안 더 교반을 행하여 바인더 용액을 제조하였다.
[실시예 9] 대전방지 필름 제조
상기 실시예 7의 TCO 조성물 40g과 상기 실시예 8의 바인더 12g과 에틸알콜 24g, 이소프로필알콜 24g을 혼합한 후 1시간 동안 교반을 행한 후 투명 PET 필름(125㎛)에 스핀코팅하여 100 ~ 200nm의 두께로 코팅한 후 150℃에서 30분간 건조하였다.
상기 TCO 조성물의 코팅층이 형성된 글라스를 4-Point prove(Jendel社제)로 전기전도도를 측정 시 면저항이 5.3x106Ω/sq이 나왔으며, 두께 확인시 130nm인 것을 확인하였고, UV 스펙트로포토미터 (SHIMADZU, 자외선/가시광선 분광광도계 및 근적외선 광도계)로 측정 시 가시광선 영역에서의 투과율은 모두 93% 이상이었다.
[실시예 10] 대전방지 필름 제조
상기 실시예 7의 TCO 조성물 88 g과 상기 실시예 8의 바인더 12 g을 혼합한 후 1시간 동안 교반을 행한 후 투명 PET 필름(125㎛)에 스핀코팅하여 100 ~ 200nm의 두께로 코팅한 후 150 ℃에서 30분간 건조하였다.
상기 TCO 조성물의 코팅층이 형성된 글라스를 4-Point prove(Jendel社제)로 전기전도도를 측정 시 면저항이 2.8x103Ω/sq이 나왔으며, 두께 확인시 180nm인 것을 확인하였으며, UV 스펙트로포토미터 (SHIMADZU, 자외선/가시광선 분광광도계 및 근적외선 광도계)로 측정시 가시광선 영역에서의 투과율은 모두 65% 이상이었다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (12)

  1. 가시광선 투과성 및 전기전도성을 갖는 알칼리금속산화물이 도핑된 텅스텐산화물 복합체.
  2. 제 1항에 있어서,
    알칼리금속산화물과 텅스텐산화물은 1 내지 50 : 50 내지 99의 몰비로 조성된 것을 특징으로 하는 텅스텐산화물 복합체.
  3. 제 1항에 있어서,
    복합체의 입경은 최대입경이 1000 nm 미만이고, 평균입경이 10 내지 200 ㎚인 것을 특징으로 하는 텅스텐산화물 복합체.
  4. a) 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항의 알칼리금속산화물이 도핑된 텅스텐산화물 복합체; 및
    b) 희석용 용제
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전도성 조성물.
  5. 제 4항에 있어서,
    바인더 또는 분산제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전도성 조성물.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 복합체는 0.1 내지 60 중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 투명전도성 조성물.
  7. 제 1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 의한 복합체의 나노분말을 포함하는 스퍼터링 타겟조성물.
  8. 제 7항에 의한 타겟조성물을 기재 상에 스퍼터링시켜 형성된 코팅필름.
  9. 제 8항에 있어서,
    두께가 50 내지 500 nm인 것을 특징으로 하는 코팅필름.
  10. 제 4항에 의한 투명전도성 조성물로 이루어진 코팅필름.
  11. 제 10항에 있어서,
    두께가 500 내지 1000 nm인 것을 특징으로 하는 코팅필름.
  12. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항의 알칼리금속산화물이 도핑된 텅스텐산화물 복합체를 함유하는 투명전도성 조성물로 이루어진 박막을 포함하는 광학소자.
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