KR930005825B1

KR930005825B1 - 고분자 투명도전성 필름제조방법

Info

Publication number: KR930005825B1
Application number: KR1019900004043A
Authority: KR
Inventors: 김정엽; 양성식
Original assignee: 한국과학기술연구원; 박원희
Priority date: 1990-03-26
Filing date: 1990-03-26
Publication date: 1993-06-25
Also published as: KR910016830A

Abstract

내용 없음.

Description

고분자 투명도전성 필름제조방법

제1도는 본 발명에 사용된 스파터링장치의 개략도.

제2도는 스파터링 시간과 전기저항 특성의 관계도.

본 발명은 투명성과 전기저항성이 우수한 산화인디움-산화주석-은을 주성분으로 하는 투명도전성 필름을 저온 스파터링 법에 의해 제조하는 방법에 관한 것이다.

종래 알려진 투명도전막 성형물질로는 순수한 금속으로 금, 은, 알루미늄, 구리등(J. Appl. Phys., 42 614(1971))이 있고 금속산화물로서 산화인디움, 산화주석, 산화인티몬, 산화알루미늄등(U.S.pp. 4,187,340)이 있다. 이런 물질들은 그 특성과 용도에 따라 각기 다른 방법으로 박막을 형성하였는데, 금속염 용액 스프레이법(J. Appl. Phys., 14 915(1975)) 화학증착법(J. Electrochem. Soc., Solid state science and Technology, 122 1144(1970)), 진공가열증착법등 (J. Appl. Phys., 14 915(1975))이 주로 사용되었다.

이들중 금속염 용액 스프레이법은 투명도전막 성형물질들을, 다른 유기용매와 함께 금속염 형태로 만들고, 이것을 피증착막 표면에 스프레이하거나 코팅시켜 특정한 온도에서 일정시간 반응시켜 도전성 박막을 제조하는 것이다.

이 방법은 용매를 선정하고 금속염 형태로 만들어야 하는 작업상의 어려움과 피증착막에 코팅된 금속염 용액들이 특정한 온도에서 일정시간 반응시켜야 함으로 균일하고 성능이 우수한 박막을 얻기 어렵고 특히 금속염 형태로 만들어야 하기 때문에 유기용매와 열에 약한 고분자 재료를 기재로 사용하는데는 문제점이 많다.

화학증착법의 경우는 가열된 피증착막 표면에 유기금속화합물등을 기체상태로 증착시켜 산화분해 반응을 일으키도록 유도함으로 투명도전성 박막을 만드는 것이다. 이 방법은 피증착막을 높은 온도(150°-200℃이상)로 유지하거나 기체상태의 유기금속화합물을 500℃이상에서 증착시킴으로 열에 약한 고분자 기재에는 적합하지 않고 제조상의 어려움과 경제적 측면에서도 불리하다.

진공가열증착법은 비교적 널리 사용되는 것으로 높은 진공도에서 전술한 바와같은 투명도전 박막을 원하는 금속이나 금속산화물들을 특정한 증발원으로부터 기와시켜 박막을 만드는 것이다. 이 방법은 진공도에 따라 증발원의 온도를 조절하거나 증착시간을 조절함으로 박막의 두께를 쉽게 변화시킬 수 있는 장점이 있으나 증발원으로부터 기화된 박막 성형물질들의 평균 자유행로가 다르기 때문에 균일한 두께의 박막을 얻기가 어렵고 특히 박막과 피증착물 사이의 접착력이 좋지 못하여 박막이 쉽게 벗겨지는 취약점이 있어 실제 사용에는 많은 문제점이 있다. 또 다른 단점은 피증착물 표면에 증착된 입자의 크기가 균일하지 못할 뿐만 아니라 미세하지 못한 단점도 가지고 있다.

본 발명은 기존의 방법과는 달리 저온스파터링법(J. Electrochem. Soc., 119, 1368(1972))에 의하여 투명도전성 고분자 박막을 성형시키는 것으로 이 방법의 특징은 비교적 낮은 진공도(100^-1Torr-10^-3Torr)에서 입자가 작으면서 균일하여 증착 두께가 균일하고 피증착물과의 접착력도 뛰어난 투명도전성 박막을 얻는 것이다.

즉 제1도에 나타난 일정한 크기의 진공조에 투명도전성 성형물질(산화인디움-산화주석-은)인 타겟(1)을 음극으로 하고 피증착물인 기판(2)을 양극으로 하고 스파터링장치 내부를 진공펌프(6)으로 진공화한 다음 헬륨, 아르곤, 산소 또는 질소와 같은 가스를 주입시켜 일정한 압력으로 조정한 다음 극사이에 높은 전압을 걸어주면 극사이에 존재하고 있던 가스들이 이온화하여 타겟(1)이 있는 음극쪽으로 향하게 된다.

이때 음극쪽으로 향한 이온화 가스들은 타겟(1)과 충돌하게 되며 그 충돌한 힘에 의해서 타겟(1)의 표면입자들이 비산하면서 반대편 양극으로 끌려가서 기판 표면위에 일정한 속도로 증착하게 된다. 기판(2)에 증착되는 원리는 타겟(1) 표면을 떠난 입자들이 기판(2)의 표면에 부착하면서 일차적으로 핵을 생성하게 되며 (핵생성 밀도는 충돌물질의 에너지, 충돌속도와 흡착, 탈착, 열확산등의 확산에너지, 표면구조등에 영향을 받음) 그 핵을 중심으로 입자들이 점점 성장하여 보다 큰 핵(island)을 이루고 보다 큰 핵들이 서로 닿아서 균일한 박막을 형성하게 된다. 여기서 박막을 형성하는 속도는 초기에 발생하는 가스의 이온화율, 이들 이온이 부딪치는 각도, 타겟(1)과 기판(2)간의 거리, 투입되는 전력의 크기등에 의해서 영향을 받게된다. 따라서 원하는 박막의 두께는 설정한 조건에 따라 쉽게 조절할 수가 있게 된다.

본 발명에 사용한 타겟(1) 물질은 산화인디움-산화주석-은을 주성분으로한 것으로 산화인디움을 기준으로하여 타겟(1)을 음극에 두고 반대편 양극에는 고분자 필름을 설치하여 기판(2)을 온도 25-90℃ 범위에서 헬륨, 아르곤, 질소, 산소등과 같은 가스를 주입시켜 고전압하에서 이온화한 뒤 일정한 시간동안 증착하여 전기적 성질과 광투과성이 뛰어난 투명도전성 고분자 필름을 제조한다.

본 발명에서 얻은 박막의 쉬트 전기저항은 10⁷-10¹(Ω/?)범위이며 광투과성은 가시광영역(400-800㎚파장)에서 약 80% 정도를 나타내었다.

본 발명에 이용될 수 있는 고분자 기재로는 나이론 6, PET필름을 예로 들 수 있고 이 고분자 필름의 표면을 산화 또는 열처리 과정이 없이도 물성이 우수한 투명도전성 고분자 필름을 얻을 수 있다. 또 제조한 필름은 물성의 정도에 따라 용도가 다양하며, 반도체 포장재료, 크란룸의 창, 브라운관의 대전방지층과 같은 대전방지용과 액정표시판, 전자발광체의 투명전극, 전자사진기록, 광메모리, 자동차 신호등이나 냉동표시등의 결로 또는 동결방지용 히터, 근적외선 반사성을 이용한 투명방열판, 단열성이 크게 요구되는 주거용 창이나 온실등에 이용된다.

제2도에는 실시예 12를 진공도 1.5×10^-2Torr, 스파터링출력 100watt, 기판과 타겟거리 3㎝, 기판온도 25℃의 일정한 조건에서 스파터링 시간을 변화시킬 때 나타나는 박막의 전기저항 특성을 나타내었다. 여기서 점선은 기존의 산화인디움-산화주석을 타겟 주성분으로 했을 때의 결과이며 실선은 본 발명에서 사용한 산화인디움-산화주석-은을 타겟주성분으로 했을 때의 결과로서 두경우 모두 증착 초기에는 높은 쉬트전기 저항값을 보이다가 증착시간이 길어지면서 점점 감소하여 20초 이상이 되면 일정한 값을 나타낸다. 그러나 증착 초기에는 조금 다른 결과를 보이는데 은을 타겟성분으로 첨가한 것이 첨가하지 않은 것에 비하여 전기적 특성을 나타내는 스레스홀드(threshold) 현상이 보다 짧은 증착시간에서 일어나고 있다.

이것은 본 발명에서와 같이 특수한 재료를 사용하면 뛰어난 전기전도 특성을 나타내는 재료를 훨씬 짧은 시간에 얻을 수 있다는 사실을 시사해준다.

이하 본 발명을 구체적인 실시예에 의하여 설명한다.

[실시예 1]

박막형성물질로 산화인디움 100gr에 산화주석 50gr과 불순물로 은 0.1gr을 첨가하여 나이론 6 또는 PET필름 표면에 진공도 1.5×10^-2Torr., 타겟온도 25℃, 100watt 전력에서 30초동안 스타터링하여 쉬트전기저항이 6.0×10⁶(Ω/?)되고 가시영역(400-800㎚)에서 80% 투광성을 나타내는 나이론 6와 PET필름을 기재로한 고분자 투명도전성 필름을 각각 얻었다.

[실시예 2]

실시예 1에서 산화인디움 100gr에 산화주석 50gr과 불순물로 은 0.3gr을 첨가하여 동일한 필름재료와 성형조건에서 쉬트전기저항 3.2×10⁵(Ω/?)과 같은 동일한 광특성 결과를 나타내는 고분자 투명도전성 필름을 각각 얻었다.

[실시예 3]

박막형성물질로 산화인디움 100gr에 산화주석 40gr과 불순물로 은 0.1gr을 첨가하여 나이론 6 또는 PET필름 표면에 진공도 1.5×10^-2,Torr., 타겟온도 25℃ Watt 전력에서 30초동안 스파터링하여 쉬트전기저항이 8.5×10⁴(Ω/?)되고 가시영역(400-800㎚)에서 80% 투광성을 나타내는 나이론 6와 PET필름을 기재로한 고분자 투명도전성 필름을 각각 얻었다.

[실시예 4]

실시예 3에서 산화인디움 100gr에 산화주석 40gr과 불순물로 은 0.3gr을 첨가하여 동일한 필름재료와 성형조건에서 쉬트전기저항 2.0×10⁴(Ω/?) 실시예 3과 동일한 광특성 결과를 나타내는 고분자 투명도전성 필름을 얻었다.

[실시예 5]

박막성형물질로 산화인디움 100gr에 산화주석 40gr과 불순물로 은 0.1gr을 첨가하여 나이론 6 또는 PET필름 표면에 진공도 1.5×10^-2,Torr., 타겟온도 25℃ Watt 전력에서 30초동안 스파터링하여 쉬트전기저항이 8.5×10³(Ω/?)되고 가시영역(400-800㎚)에서 81% 투광성을 나타내는 나이론 6와 PET필름을 기재로한 고분자 투명도전성 필름을 각각 얻었다.

[실시예 6]

실시예 5에서 산화인디움 100gr에 산화주석 30gr과 불순물로 은 0.3gr을 첨가하여 동일한 필름재료와 성형조건에서 쉬트전기저항 2.5×10³(Ω/?) 실시예 5와 동일한 광특성 결과를 나타내는 고분자 투명도전성 필름을 각각 얻었다.

[실시예 7]

박막성형물질로 산화인디움 100gr에 산화주석 20gr과 불순물로 은 0.1gr을 첨가하여 나이론 6 또는 PET필름 표면에 진공도 1.5×10^-2Torr., 타겟온도 25℃, 100Watt 전력에서 30초동안 스파터링하여 쉬트전기저항이 2.0×10²(Ω/?)되고 가시영역(400-800㎚)에서 81% 투광성을 나타내는 나이론 6와 PET필름을 기재로한 고분자 투명도전성 필름을 각각 얻었다.

[실시예 8]

실시예 7에서 산화인디움 100gr에 산화주석 20gr과 불순물로 은 0.3gr을 첨가하여 동일한 필름재료와 성형조건에서 쉬트전기저항 1.0×10³(Ω/?)과 실시예 7과 같은 동일한 광특성 결과를 나타내는 고분자 투명도전성 필름을 각각 얻었다.

[실시예 9]

박막성형물질로 산화인디움 100gr에 산화주석 10gr과 불순물로 은 0.1gr을 첨가하여 나이론 6 또는 PET필름 표면에 진공도 1.5×10^-2Torr., 타겟온도 25℃, 100Watt 전력에서 30초동안 스파터링하여 쉬트전기저항이 8.0×10²(Ω/?)되고 가시영역(400-800㎚)에서 82% 투광성을 나타내는 나이론 6와 PET필름을 기재로한 고분자 투명도전성 필름을 각각 얻었다.

[실시예 10]

실시예 9에서 산화인디움 100gr에 산화주석 10gr과 불순물로 은 0.3gr금속을 첨가하여 동일한 필름재료와 성형조건에서 쉬트전기저항 3.0×10²(Ω/?)과 실시예 9와 같은 동일한 광특성 결과를 나타내는 고분자 투명도전성 필름을 각각 얻었다.

[실시예 11]

박막성형물질로 산화인디움 100gr에 산화주석 5gr과 불순물로 은 0.1gr을 첨가하여 나이론 6 또는 PET필름 표면에 진공도 1.5×10^-2Torr., 타겟온도 25℃, 100Watt 전력에서 30초동안 스파터링하여 쉬트전기저항이 9.5×10¹(Ω/?)되고 가시영역(400-800㎚)에서 82% 투광성을 나타내는 나이론 6와 PET필름을 기재로한 고분자 투명도전성 필름을 각각 얻었다.

[실시예 12]

실시예 11에서 산화인디움 100gr에 산화주석 5gr과 불순물로 은 0.3gr을 첨가하여 동일한 필름재료와 성형조건에서 쉬트전기저항 1.0×10¹(Ω/?)과 실시예 11과 같은 동일한 광특성 결과를 나타내는 투명도전성 필름을 각각 얻었다.

Claims

PET 또는 나이론 6 필름 표면에 산화인디움과 산화주석으로 된 타겟을 사용하여 25℃, 15×10^-2Torr에서 저온 스파터링법에 의하여 증착시켜 고분자 투명도전성 필름을 제조함에 있어서, 타겟으로 산화인디움 100중량부에 대하여 산화주석 5~50중량부와 은 0.1~0.3중량부를 배합 첨가한 것을 사용함을 특징으로 하는 고분자 투명 도전성 필름 제조방법.