WO2014193086A1 - 불소가 도핑된 고투과율의 산화 주석 박막 제조 방법 - Google Patents
불소가 도핑된 고투과율의 산화 주석 박막 제조 방법 Download PDFInfo
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Definitions
- the present invention relates to fluorine-doped tin oxide (FTO), specifically, by adjusting the mole ratio of F / Sn and the concentration of ethanol used when preparing a precursor solution.
- the present invention relates to a method of manufacturing a high-permeability tin oxide thin film doped with fluorine having high transmittance in the ultraviolet region and the infrared region and capable of improving haze.
- the present invention is derived from research conducted by Ministry of Trade, Industry and Energy and the Small and Medium Business Administration and Korea-Academic-Industrial Association as part of a support project for industry-industrial cooperation affiliated research institute. [Task management number: C0011673, Task name: Crystal growth and composition control technology Development of high efficiency FTO substrate material technology using
- fluorine-doped tin oxide (FTO) thin film material is a transparent conductive film for displays such as liquid crystal display devices, plasma light emitting display devices, and electroluminescence display devices, and Roy, an energy saving glass for eco-friendliness.
- FTO fluorine-doped tin oxide
- Examples of electrode materials used for applications such as FTO thin film materials include tin oxide (ATO) containing antimony, indium oxide (ITO) containing tin, and zinc oxide (ZnO) containing zinc.
- ATO tin oxide
- ITO indium oxide
- ZnO zinc oxide
- ITO transparent conductive film glass has a problem in that the electrical properties of ITO is changed and deteriorated when heated and molded at a temperature of 150 [° C.] or more, and has a weak problem in heat resistance, chemical resistance and abrasion resistance.
- FTO transparent electrodes are known to be highly transparent, electrically transparent and have excellent safety against high temperature and high voltage.
- Manufacturing methods of the transparent conductive film include spray pyrolysis deposition (SPD), atmospheric chemical vapor deposition (APCVD), chemical vapor deposition (CVD), and metal organic chemistry.
- SPD spray pyrolysis deposition
- APCVD atmospheric chemical vapor deposition
- CVD chemical vapor deposition
- MOCVD Metal Organic Chemical Vapor Deposition
- Molecular Beam Epitaxy Metal Organic Molecular Beam Epitaxy
- Pulsed Laser Deposition Atomic Layer Deposition Coating technologies such as ALD), sputtering and the like are being actively researched in the industry.
- Representative coating methods of the FTO manufacturing process technology may include a spray pyrolysis deposition method and an atmospheric chemical vapor deposition method (Atmospheric Chemical Vapor Deposition).
- Spray pyrosol coating is a technique of spraying onto a heated substrate by coating a liquid FTO precursor solution in a gas phase (microdroplets: Sn, F precursor, solvent, additives, etc.), and at atmospheric pressure chemical vapor phase.
- the deposition method is a technique in which a Sn- and F-containing precursor is evaporated at the molecular unit and sent on a heated substrate to be coated.
- Patent Document 1 Korean Patent Publication No. 10-2011-0113292 (Publication Date 2011.10.17)
- Patent Document 2 Korean Patent Publication No. 10-2013-0008190 (Published Date 2013.01.22)
- the present invention is derived to solve the problems of the prior art as described above, and has a high transmittance in a wide wavelength range of light, a method of manufacturing a high transmittance tin oxide thin film doped with fluorine that can improve haze (haze)
- the purpose is to provide.
- the present invention controls the molar ratio of fluorine and tin (molar ratio of F / Sn) constituting the precursor solution and the concentration of ethanol used when preparing the precursor solution, as well as the visible region as well as the ultraviolet region.
- the transmittance in the and infrared region can be increased, and haze can be improved.
- the present invention also provides a high-permeability tin oxide thin film having the advantages described above.
- a method of manufacturing a high-permeability tin oxide thin film doped with fluorine is any one of SnCl 4 ⁇ 5H 2 O, SnCl 2 and SnCl 2 ⁇ 2H 2 O Mixing any one of NH 4 F, HF and acetyl fluoride into a solvent to prepare a precursor solution having a molar ratio of F / Sn of 0.4 to 1.4; And spraying the prepared solution on the substrate to form a tin oxide thin film (FTO) doped with fluorine on the substrate.
- FTO tin oxide thin film
- the precursor solution may be prepared by using a solvent containing 5 to 20% of ethanol in water.
- the fluorine-doped tin oxide thin film may be prepared by using 20% of ethanol solvent and F
- the molar ratio of / Sn is 1.03, it may have a transmittance of 70% or more in the 400 to 500 [nm] wavelength region and a transmittance of 78% or more in the 550 to 1100 [nm] wavelength region.
- Figure 2 shows a graph of the transmittance according to the wavelength region of the three FTO thin films having different molar ratios of fluorine and tin in the present invention.
- Figure 4 shows a graph of the transmittance according to the wavelength range of the six FTO thin films having different molar ratios of fluorine and tin and ethanol concentration in the present invention.
- step S110 is as follows.
- impurities such as sodium (Na) and potassium (K) may diffuse onto the substrate when it is heated to 300 to 600 [° C], thereby damaging the surface of the glass substrate. Therefore, it is desirable to form a diffusion barrier that blocks impurity inflow between the glass substrate and the FTO thin film because these impurities not only reduce the film adhesion of the coated FTO thin film but also cause the film to degrade.
- the diffusion barrier layer is a layer for improving adhesion between the substrate and the FTO thin film and preventing deterioration of the quality of the FTO thin film.
- the diffusion barrier may not be formed on the substrate.
- impurities such as sodium and potassium are hardly generated, it is not necessary to form a separate diffusion barrier on the substrate in some circumstances.
- the substrate used in the present invention is not limited to glass, and any kind of substrate capable of forming an FTO thin film can be used.
- step S120 A description of step S120 is as follows.
- the molar ratio of fluorine and tin is B / A
- the molar ratio of F / Sn in the present invention may be 0.4 to 1.4.
- the precursor solution according to the present invention may prepare various types of FTO thin films by additionally adding at least one of alcohols and ethylene glycol in addition to the above-described solution composition.
- a precursor solution prepared in step S120 that is, a molar ratio of F / Sn of 0.4 to 1.4 and an ethanol concentration of 5 to 20% is sprayed to form a high-permeability FTO thin film on the diffusion barrier.
- the FTO thin film is sprayed onto the diffusion barrier film formed on the substrate by spraying a precursor solution of which the molar ratio of F / Sn and the ethanol concentration are controlled by microdroplets using a spray method, for example, a spray pyrosol coating method.
- a spray method for example, a spray pyrosol coating method.
- Figure 3 is a graph of the transmittance according to the wavelength region of the three FTO thin film with different ethanol concentration in the present invention, the F / Sn molar ratio of 1.03 shows the transmittance for the same FTO thin film.
- the FTO thin film prepared by the present invention does not have a large difference in transmittance of the three FTO thin films in a wavelength range after a certain wavelength, for example, 650 [nm].
- a certain wavelength for example, 650 [nm].
- the higher the ethanol concentration the better the transmittance.
- the FTO thin film having an ethanol concentration of 5 to 20% has a higher transmittance in the wavelength range before 650 nm as the ethanol concentration is higher. It is applicable to the field where permeability is important.
- FIG. 4 is a graph illustrating transmittance according to wavelength ranges of six FTO thin films having different molar ratios of fluorine and tin and ethanol concentrations in the present invention. For both FTO thin films of FIG. 2 and FIG. 3, FIG. The transmittance graph is shown.
- FTO thin film with 5% ethanol concentration and F / Sn molar ratio 0.4 FTO thin film with 5% ethanol concentration and F / Sn molar ratio 1.76, 5% ethanol concentration and F / Sn molar ratio
- Table 1 The transmittance of the FTO thin film having a value of 1.03 is shown in Table 1, and the FTO thin film having a ethanol concentration of 5% and the molar ratio of F / Sn of 1.03 is 1.03, the FTO thin film having a molar ratio of 10% of ethanol and 1.03 of F / Sn, and 20%. Since the permeability of the FTO thin film having an ethanol concentration of 1.0 and a molar ratio of F / Sn of 1.03 is the same as in Table 3, the description of the permeability of each FTO thin film is omitted.
- the FTO thin film having a 20% ethanol concentration and a F / Sn molar ratio of 1.03 has a different transmittance in the full wavelength region 410, that is, in the wavelength range of 300 to 1100 [nm]. It can be seen that the transmittance is higher than, and has a transmittance of 70% or more in the 400 to 500 [nm] wavelength region, and a transmittance of 78% or more in the 550 to 1100 [nm] wavelength region.
- the FTO thin film manufactured by the manufacturing method of the present invention can improve the transmittance not only in the ultraviolet region, which is the short wavelength region, but also in the infrared region, which is the visible and long wavelength region. have.
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Abstract
불소가 도핑된 고투과율의 산화 주석 박막 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 불소가 도핑된 고투과율의 산화 주석 박막 제조 방법은 SnCl4ㆍ5H2O, SnCl2 및 SnCl2·2H2O 중 어느 하나와 NH4F, HF 및 acetyl fluoride 중 어느 하나를 용매에 혼합하여 F/Sn의 몰비가 0.4~1.4인 프리커서(precursor) 용액을 제조하는 단계; 및 기판 상에 상기 제조된 상기 프리커서 용액을 분사하여 상기 기판 상에 불소가 도핑된 산화 주석 박막(FTO)을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 프리커서 용액을 제조하는 단계는 물에 5~20%의 에탄올을 포함하는 용매를 이용하여 상기 프리커서 용액을 제조함으로써, 가시 광선 영역 뿐만 아니라 자외선 영역과 적외선 영역에서의 투과율을 높이고, 헤이즈(haze)를 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 불소가 도핑된 산화 주석(FTO)에 대한 것으로, 상세하게는 F/Sn의 몰비(mole ratio)와 프리커서(precursor) 용액을 제조할 때 사용되는 에탄올의 농도를 조절함으로써 가시 광선 영역 뿐만 아니라 자외선 영역과 적외선 영역에서도 고투과율을 가지고, 헤이즈(haze)를 향상시킬 수 있는 불소가 도핑된 고투과율의 산화 주석 박막 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 산업통상자원부 및 중소기업청 및 (사)한국산학연협회의 산학연협력 기업부설연구소 지원사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: C0011673, 과제명: 결정성장 및 조성 제어기술을 이용한 고효율 FTO 기판 소재 기술 개발].
최근 불소가 도핑된 산화 주석(FTO: F-doped Tin Oxide) 박막 소재는 액정표시소자, 플라스마 발광표시소자, 일렉트로루미네센스 표시소자 등의 디스플레이용 투명전도막, 친환경을 위한 에너지절약 유리인 로이(Low-e), 태양전지용 투명전도막, 자동차용 솔라(Solar) 유리, 자동차, 항공기, 건축물 등의 창 유리의 결로방지 또는 빙결방지를 위한 발열저항체나 가시광에 대하여 고투과성을 갖는 중요한 전극소재로 부각되고 있다.
FTO 박막 소재와 같은 용도로 쓰이는 전극재료로는 안티몬을 함유하는 산화 주석(ATO), 주석을 함유하는 산화 인듐(ITO), 아연을 함유하는 산화 아연(ZnO) 등이 알려져 있다. 그러나 일반적으로 쓰이는 ITO 투명 전도막 유리는 150[℃]이상의 온도에서 가열하여 성형할 경우 ITO의 전기적 물성이 바뀌고 열화되는 문제점이 있고, 내열성, 내화학성 및 내마모성이 약한 문제점을 가지고 있다.
이러한 이유로 인해 기타 투명 전도막들과 차별화 되는 고온 내열성 (약 500[℃]), 내화학성/내부식성이 요구된다. FTO 투명 전극은 고온, 고전압에 대한 안전성이 높고 투명하면서 전기를 통하는 우수한 투명전극소재로 많이 알려져 있다.
투명 전도막의 제조방법으로는 스프레이 파이로졸 코팅 방법(SPD: Spray Pyrolysis Deposition), 상압 화학 기상 증착 방법(APCVD: Atmospheric Chemical Vapor Deposition), 화학 기상 증착 방법(CVD: Chemical Vapor Deposition), 금속 유기 화학 기상 증착 방법(MOCVD: Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 분자선 적층 방법(Molecular Beam Epitaxy), 금속유기분자선 적층 방법(Metal Organic Molecular Beam Epitaxy), 펄스 레이저 증착 방법(Pulsed Laser Deposition), 원자층 증착 방법(ALD), 스퍼터링 방법(Sputtering) 등과 같은 코팅 기술이 산업적으로 활발하게 연구되고 있다.
그 중 FTO 제조 공정 기술의 대표적 코팅방법으로는 스프레이 파이로졸 코팅 방법(Spray Pyrolysis Deposition)과 상압 화학 기상 증착 방법(Atmospheric Chemical Vapor Deposition)을 포함할 수 있다. 스프레이 파이로졸 코팅 방법은 액상 FTO 프리커서 용액을 기상으로 미스트화(마이크로 액적: Sn, F 프리커서, 용매, 첨가물 등 혼합액 상태)시켜 가열된 기판 상에 분사하여 코팅하는 기술이며, 상압 화학 기상 증착 방법은 Sn과 F 함유 프리커서를 분자단위에서 증발시켜 가열된 기판 상에 보내서 코팅하는 기술이다.
종래 제조된 FTO 박막은 일정 파장 영역에 대해서만 고투과율을 가지고, 장파장 영역 예를 들어, 900[nm] 이상의 파장 영역에서는 투과율이 상당히 떨어지는 문제점이 있다.
따라서, 자외선의 단파장 영역 뿐만 아니라 가시 광선의 파장 영역과 적외선의 장파장 영역까지 일정 이상의 투과율을 가질 수 있는 고투과율의 FTO 박막에 대한 필요성이 대두된다.
<선행기술문헌>
<특허문헌>
(특허문헌 1) 한국공개특허공보 제10-2011-0113292호 (공개일 2011.10.17)
(특허문헌 2) 한국공개특허공보 제10-2013-0008190호 (공개일 2013.01.22)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 도출된 것으로서, 빛의 넓은 파장 영역에서 고투과율을 가지고, 헤이즈(haze)를 향상시킬 수 있는 불소가 도핑된 고투과율의 산화 주석 박막 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
구체적으로, 본 발명은 프리커서 용액을 구성하는 불소와 주석의 몰비(F/Sn의 몰비) 그리고 프리커서(precursor) 용액을 제조할 때 사용되는 에탄올의 농도를 조절함으로써 가시 광선 영역 뿐만 아니라 자외선 영역과 적외선 영역에서의 투과율을 높이고, 헤이즈(haze)를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 비교적 제조공정이 간단하고 제조 비용이 저렴한 스프레이 코팅 방법을 이용한 불소가 도핑된 고투과율의 산화 주석 박막 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 전술한 이점을 갖는 고튜과율의 산화 주석 박막을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 불소가 도핑된 고투과율의 산화 주석 박막 제조 방법은 SnCl4ㆍ5H2O, SnCl2 및 SnCl2·2H2O 중 어느 하나와 NH4F, HF 및 acetyl fluoride 중 어느 하나를 용매에 혼합하여 F/Sn의 몰비가 0.4~1.4인 프리커서(precursor) 용액을 제조하는 단계; 및 기판 상에 상기 제조된 상기 프리커서 용액을 분사하여 상기 기판 상에 불소가 도핑된 산화 주석 박막(FTO)을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 불소가 도핑된 산화 주석 박막은 650~1100[nm] 파장 영역에서 70% 이상의 투과율을 가질 수 있다.
상기 프리커서 용액을 제조하는 단계는 알콜류와 에틸렌 글리콜(ethylene glycol) 중 적어도 하나를 추가하여 상기 프러커서 용액을 제조할 수 있다.
상기 불소가 도핑된 산화 주석 박막을 형성하는 단계는 스프레이 파이로졸 코팅 방법, 초음파 분무 코팅 방법 및 초음파 스프레이 분무 방법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 상기 기판 상에 상기 불소가 도핑된 산화 주석 박막을 형성할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 방법은 상기 기판 상에 확산 방지막을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 불소가 도핑된 산화 주석 박막을 형성하는 단계는 상기 확산 방지막 상에 상기 불소가 도핑된 산화 주석 박막을 형성할 수 있다.
상기 프리커서 용액을 제조하는 단계는 물에 5~20%의 에탄올을 포함하는 용매를 이용하여 상기 프리커서 용액을 제조할 수 있으며, 상기 불소가 도핑된 산화 주석 박막은 20%의 에탄올 용매와 F/Sn의 몰비가 1.03인 경우 400~500[nm] 파장 영역에서 70% 이상의 투과율을 가지고, 550~1100[nm] 파장 영역에서 78% 이상의 투과율을 가질 수 있다.
본 발명에 따르면, 프리커서 용액을 구성하는 불소와 주석의 몰비(F/Sn의 몰비) 그리고 프리커서(precursor) 용액을 제조할 때 사용되는 에탄올의 농도를 조절함으로써 가시 광선 영역 뿐만 아니라 자외선 영역과 적외선 영역에서의 투과율을 높이고, 헤이즈(haze)를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 제조 비용이 저렴한 스프레이 코팅 방법을 이용하기 때문에 제조공정이 간단하고 제조 비용을 줄일 수 있다.
나아가, 본 발명은 넓은 파장 대역에서 투과율이 높기 때문에 단파장 영역에 적용되는 소자에도 적용 가능하고, 장파장 영역에 적용되는 소자에도 적용 가능하여 그 적용 범위를 넓힐 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 불소가 도핑된 산화 주석 박막 제조 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에서 불소와 주석의 몰비가 서로 다른 세 개의 FTO 박막의 파장 영역에 따른 투과도의 그래프를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에서 에탄올 농도가 서로 다른 세 개의 FTO 박막의 파장 영역에 따른 투과도의 그래프를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에서 불소와 주석의 몰비 그리고 에탄올 농도가 서로 다른 여섯 개의 FTO 박막의 파장 영역에 따른 투과도의 그래프를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에서 불소와 주석의 몰비 그리고 에탄올 농도가 서로 다른 세 개의 FTO 박막의 표면과 단면에 대한 FE-SEM 이미지를 나타낸 것이다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 불소가 도핑된 산화 주석 박막 제조 방법을 첨부된 도 1 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 불소가 도핑된 산화 주석 박막 제조 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 제조 방법은 기판 상에 확산 방지막을 형성하는 단계(S110), FTO 박막을 형성하기 위한 프리커서 용액을 제조하는 단계(S120) 및 프리커서 용액을 이용하여 FTO 박막을 형성하는 단계(S130)를 포함한다.
단계 S110에 대해 설명하면 다음과 같다.
기판으로 일반 유리를 사용하는 경우 300~600[℃]로 가열 시 나트륨(Na), 칼륨(K) 등과 같은 불순물들이 기판 위로 확산되어 유리 기판의 표면을 손상시킬 수 있다. 따라서, 이러한 불순물들로 인해 코팅된 FTO 박막의 막 접착력이 떨어질 뿐만 아니라 막의 품질저하를 초래할 수 있기 때문에 유리 기판과 FTO 박막 사이에 불순물 유입을 차단하는 확산 방지막을 형성하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 확산 방지막은 기판과 FTO 박막 간의 접착력 향상과 FTO 박막의 품질 저하를 방지하기 위한 층으로서, 상황에 따라 확산 방지막을 기판 상에 형성하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 특수용도로 사용되는 기판 중 초박판 유리를 기판으로 사용하는 경우에는 나트륨, 칼륨 등의 불순물이 거의 발생하지 않기 때문에 상황에 따라 기판 상에 별도의 확산 방지막을 형성할 필요가 없다.
물론, 본 발명에서 사용되는 기판은 유리로 한정되지 않으며 FTO 박막을 형성할 수 있는 모든 종류의 기판을 사용할 수 있다.
단계 S120에 대해 설명하면 다음과 같다.
프리커서 용액을 제조하는 단계는, 주석(Sn) 프리커서(precursor)와 불소(F) 프리커서를 에탄올을 포함하는 용매에 혼합하여 F/Sn의 몰비가 0.4~1.4인 프리커서 용액을 제조한다.
이 때, 주석 프리커서는 SnCl4ㆍ5H2O, SnCl2 및 SnCl2·2H2O 중 어느 하나일 수 있으며, 불소 프리커서는 NH4F, HF 및 acetyl fluoride 중 어느 하나일 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 프리커서 용액 즉, FTO 프리커서 용액은 SnCl4ㆍ5H2O, SnCl2 및 SnCl2·2H2O 중 어느 하나를 3차 증류수에 녹여 A 몰이 되게 하고 NH4F, HF 및 acetyl fluoride 중 어느 하나를 5~20%의 에탄올 용매에 녹여 B 몰이 되도록 한 후 두 용액을 혼합 교반시키고, 필터링하여 제조된다.
이 때, 불소와 주석의 몰비는 B/A로서, 본 발명에서의 F/Sn의 몰비는 0.4~1.4일 수 있다.
추가적으로, 본 발명에서의 프리커서 용액은 상술한 용액 조성 이외에도 알콜류, 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol) 중 적어도 하나를 부수적으로 첨가함으로써, 다양한 형태의 FTO 박막을 제조할 수 있다.
단계 S120에서, 프리커서 용액이 1) F/Sn 몰비와 에탄올 농도 두 가지를 조절하여 제조되는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않으며 2) F/Sn 몰비만을 조절하여 제조될 수도 있고, 3) 에탄올 농도만을 조절하여 제조될 수도 있다.
프리커서 용액을 제조하는 세 가지 방식 즉, 1) 내지 3)의 방식에 의해 생성된 FTO 박막에 대해서는 도 2와 도 4에서 상세히 설명한다.
단계 S130에 대해 설명하면 다음과 같다.
단계 S120에서 제조된 프리커서 용액 즉, F/Sn의 몰비가 0.4~1.4이고, 에탄올 농도가 5~20%인 프리커서 용액을 분사하여 확산 방지막 상에 고투과율의 FTO 박막을 형성한다.
이 때, FTO 박막을 형성하기 위해 사용되는 분사 방법은 스프레이 파이로졸 코팅 방법, 초음파 분무 코팅 방법 및 초음파 스프레이 분무 방법 중 어느 하나의 방법을 이용할 수 있다.
구체적으로, FTO 박막은 F/Sn의 몰비와 에탄올 농도가 조절된 프리커서 용액을 스프레이 방법 예를 들어, 스프레이 파이로졸 코팅 방법을 이용하여 마이크로 액적으로 분무시켜 기판 상에 형성된 확산 방지막 상에 코팅하여 형성한다.
여기서, 프리커서 용액은 350~400[℃]의 온도를 유지하며 유전체인 확산 방지막 상면에 스프레이될 수 있다. 프리커서 용액을 350~400[℃]의 온도로 유지하는 이유는 다음과 같다. 스프레이 코팅온도가 350[℃] 미만이면 산화주석이 결정화되지 않기 때문에 FTO 박막의 전도성 및 투과율이 현저하게 떨어지는 문제점이 발생하고, 스프레이 코팅 온도가 400[℃]를 초과하면 유리 기판의 연화점(softening point) 보다 높아지기 때문에 유리기판이 변형되고 공정온도 상승으로 제조원가가 상승하는 문제점이 발생한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 FTO 박막들과 기존의 FTO 박막을 비교 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 의해 제조된 FTO 박막의 투과율을 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명에서 불소와 주석의 몰비가 서로 다른 세 개의 FTO 박막의 파장 영역에 따른 투과도의 그래프를 나타낸 것으로, 에탄올 농도가 5%로 동일한 FTO 박막들에 대한 투과도를 나타낸 것이다.
도 2에 도시된 세 개의 FTO 박막들 즉, F/Sn 몰비가 0.4인 FTO 박막, F/Sn 몰비가 1.76인 FTO 박막, F/Sn 몰비가 1.03인 FTO 박막의 파장 영역에 따른 투과도가 아래 표 1과 같다.
여기서, F/Sn 몰비가 1.76인 FTO 박막은 본 발명에 따른 FTO 박막의 투과율과 비교하기 위한 종래 FTO 박막으로, 본 발명의 상세한 설명에서 기재하고 있는 F/Sn 몰비가 1.76인 FTO 박막은 모두 본 발명의 FTO 박막과 비교하기 위한 종래 FTO 박막을 의미한다.
표 1
| 파장(nm) | 투과율 (%) | ||
| F/Sn=0.4 | F/Sn=1.76 | F/Sn=1.03 | |
| 300 | 14 | 36 | 19 |
| 350 | 40 | 60 | 42 |
| 400 | 53 | 69 | 54 |
| 450 | 62 | 74 | 63 |
| 500 | 68 | 73 | 69 |
| 550 | 73 | 75 | 73 |
| 600 | 78 | 80 | 77 |
| 650 | 78 | 76 | 81 |
| 700 | 79 | 75 | 82 |
| 750 | 81 | 77 | 81 |
| 800 | 84 | 77 | 80 |
| 850 | 84 | 75 | 80 |
| 900 | 81 | 73 | 80 |
| 950 | 78 | 70 | 81 |
| 1000 | 74 | 67 | 79 |
| 1050 | 71 | 63 | 80 |
| 1100 | 70 | 63 | 77 |
표 1을 통해 알 수 있듯이, F/Sn 몰비만을 조절한 FTO 박막의 경우 600[nm]의 파장 영역까지는 F/Sn 몰비가 1.76인 FTO 박막이 F/Sn 몰비가 0.4인 FTO 박막과 F/Sn 몰비가 1.03인 FTO 박막에 비해 투과도가 높은 것을 알 수 있고, 650~1100[nm]의 파장 영역(210)에서는 F/Sn 몰비가 0.4인 FTO 박막과 F/Sn 몰비가 1.03인 FTO 박막이 F/Sn 몰비가 1.76인 FTO 박막에 비해 투과도가 높은 것을 알 수 있다.
그리고, 표 1과 도 2에 도시된 바와 같이, F/Sn 몰비가 0.4인 FTO 박막은 650~1100[nm] 파장 영역에서 70% 이상, F/Sn 몰비가 1.03인 FTO 박막은 650~1100[nm] 파장 영역에서 77% 이상의 투과율을 가지는 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명에 의해 제조된 FTO 박막의 전자 농도, 전자 이동도 및 헤이즈 등을 포함하는 특성 데이터는 아래 표 2와 같다.
표 2
| 면저항(Ω/□) | 전자농도(x1020cm-3) | 전자이동도(cm2/V.sec) | 비저항(x10-4 Ohm cm) | Haze(%) | |
| F/Sn=0.4(에탄올 5%) | 12 | 3.22 | 38.2 | 5.07 | 8.4 |
| F/Sn=1.76(에탄올 5%) | 12 | 5.88 | 20.9 | 5.08 | 2.4 |
| F/Sn=1.03(에탄올 5%) | 12 | 2.85 | 41.7 | 5.27 | 7 |
표 2를 통해 알 수 있듯이, 면저항(Ω/□)이 세 박막 모두 동일한 것에 반해, 본 발명에 의해 제조된 FTO 박막(F/Sn=0.4, F/Sn=1.03)이 종래 FTO 박막(F/Sn=1.76)에 비해 전자 농도가 낮고 전자 이동도가 높으며 헤이즈가 상당히 높은 것을 알 수 있다. 따라서, F/Sn 비를 조절하면 헤어즈 제어의 효과를 볼 수 있다.
이와 같이, F/Sn 몰비를 0.4~1.4로 조절한 FTO 박막은 종래 FTO 박막과 비교할 때 650[nm] 이후의 파장 영역에서 투과도가 더 높기 때문에 해당 파장 영역에서 투과도가 중요한 분야에 적용할 수 있으며, 헤이즈 또한 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명에서 에탄올 농도가 서로 다른 세 개의 FTO 박막의 파장 영역에 따른 투과도의 그래프를 나타낸 것으로, F/Sn 몰비가 1.03으로 동일한 FTO 박막들에 대한 투과도를 나타낸 것이다.
도 3에 도시된 세 개의 FTO 박막들 즉, 5%의 에탄올 농도에 의해 형성된 FTO 박막, 10%의 에탄올 농도에 의해 형성된 FTO 박막, 20%의 에탄올 농도에 의해 형성된 FTO 박막의 파장 영역에 따른 투과도가 아래 표 3과 같다.
표 3
| 파장(nm) | 투과도(%) | ||
| 에탄올 5% | 에탄올 10% | 에탄올 20% | |
| 300 | 19 | 27 | 40 |
| 350 | 42 | 51 | 63 |
| 400 | 54 | 63 | 72 |
| 450 | 63 | 69 | 75 |
| 500 | 69 | 73 | 77 |
| 550 | 73 | 78 | 83 |
| 600 | 77 | 82 | 85 |
| 650 | 81 | 82 | 83 |
| 700 | 82 | 81 | 80 |
| 750 | 81 | 80 | 79 |
| 800 | 79 | 79 | 80 |
| 850 | 79 | 81 | 81 |
| 900 | 80 | 82 | 83 |
| 950 | 79 | 82 | 83 |
| 1000 | 79 | 82 | 82 |
표 3에서 알 수 있듯이, 본 발명에 의해 제조된 FTO 박막은 일정 파장 예를 들어, 650[nm] 이후의 파장 영역에서 세 개의 FTO 박막의 투과도에 큰 차이가 발생하지 않은 것을 알 수 있고, 반면 일정 파장 이전의 파장 영역(310) 예를 들어, 650[nm] 이전의 파장 영역에서는 에탄올 농도가 높을수록 투과도가 향상되는 것을 알 수 있다.
또한, 에탄올 농도의 조절을 통해 제조된 FTO 박막의 면저항은 아래 표 4를 통해 알 수 있듯이, 그 값에 큰 차이가 없는 것을 알 수 있다.
표 4
| F/Sn = 1.03 | 에탄올 5% | 에탄올 10% | 에탄올 20% |
| 면저항(Ω/□) | 12 | 13 | 13 |
이와 같이, 에탄올 농도를 5~20%로 조절한 FTO 박막은 에탄올 농도가 높을수록 650[nm] 이전의 파장 영역에서 그 투과도가 높아지는 것을 알 수 있으며, 이는 650[nm] 이전의 파장 영역에서의 투과도가 중요하게 적용되는 분야에 적용할 수 있다.
도 4는 본 발명에서 불소와 주석의 몰비 그리고 에탄올 농도가 서로 다른 여섯 개의 FTO 박막의 파장 영역에 따른 투과도의 그래프를 나타낸 것으로, 도 2와 도 3의 두 가지 경우를 모두 적용한 FTO 박막들에 대한 투과도 그래프를 나타낸 것이다.
도 4에 도시된 여섯 개의 FTO 박막들 즉, 5%의 에탄올 농도와 F/Sn의 몰비가 0.4인
FTO 박막, 5%의 에탄올 농도와 F/Sn의 몰비가 1.76인 FTO 박막, 5%의 에탄올 농도와 F/Sn의 몰비가 1.03인 FTO 박막, 10%의 에탄올 농도와 F/Sn의 몰비가 1.03인 FTO 박막, 15%의 에탄올 농도와 F/Sn의 몰비가 1.03인 FTO 박막, 20%의 에탄올 농도와 F/Sn의 몰비가 1.03인 FTO 박막의 파장 영역에 따른 투과도가 아래 표 5와 같다.
표 5
| 파장(nm) | 투과율 (%) | |||||
| F/Sn=0.4에탄올 5% | F/Sn=1.76에탄올 5% | F/Sn=1.03에탄올 5% | F/Sn=1.03에탄올 10% | F/Sn=1.03에탄올 15% | F/Sn=1.03에탄올 20% | |
| 300 | 14 | 36 | 19 | 27 | 26 | 40 |
| 350 | 40 | 60 | 42 | 51 | 49 | 63 |
| 400 | 53 | 69 | 54 | 63 | 60 | 72 |
| 450 | 62 | 74 | 63 | 69 | 67 | 75 |
| 500 | 68 | 73 | 69 | 73 | 70 | 77 |
| 550 | 73 | 75 | 73 | 78 | 76 | 83 |
| 600 | 78 | 80 | 77 | 82 | 79 | 85 |
| 650 | 78 | 76 | 81 | 82 | 79 | 83 |
| 700 | 79 | 75 | 82 | 81 | 78 | 80 |
| 750 | 81 | 77 | 81 | 80 | 77 | 79 |
| 800 | 84 | 77 | 80 | 79 | 78 | 80 |
| 850 | 84 | 75 | 80 | 81 | 79 | 81 |
| 900 | 81 | 73 | 80 | 82 | 80 | 83 |
| 950 | 78 | 70 | 81 | 82 | 80 | 83 |
| 1000 | 74 | 67 | 79 | 82 | 80 | 82 |
| 1050 | 71 | 63 | 80 | 80 | 79 | 81 |
| 1100 | 70 | 63 | 77 | 83 | 78 | 78 |
표 5에 기재된, 5%의 에탄올 농도와 F/Sn의 몰비가 0.4인 FTO 박막, 5%의 에탄올 농도와 F/Sn의 몰비가 1.76인 FTO 박막, 5%의 에탄올 농도와 F/Sn의 몰비가 1.03인 FTO 박막의 투과도는 표 1과 동일하고, 5%의 에탄올 농도와 F/Sn의 몰비가 1.03인 FTO 박막, 10%의 에탄올 농도와 F/Sn의 몰비가 1.03인 FTO 박막, 20%의 에탄올 농도와 F/Sn의 몰비가 1.03인 FTO 박막의 투과도는 표 3과 동일하기에 해당 FTO 박막 각각에 대한 투과도의 설명은 생략한다.
표 5와 도 4를 통해 알 수 있듯이, 20%의 에탄올 농도와 F/Sn의 몰비가 1.03인 FTO 박막의 투과도가 전 파장 영역(410) 즉, 300~1100[nm]의 파장에서 다른 FTO 박막의 투과도보다 높은 것을 알 수 있으며, 400~500[nm] 파장 영역에서 70% 이상의 투과율을 가지고, 550~1100[nm] 파장 영역에서 78% 이상의 투과율을 가지는 것을 알 수 있다.
또한, 각각의 FTO 박막들에 대한 면저항과 헤이즈는 아래 표 6을 통해 알 수 있듯이, 면저항 값은 큰 차이가 없는 반면 헤이즈 값은 종래 FTO 박막(F/Sn=1.76 에탄올 5%)에 비해 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 FTO 박막들의 헤이즈 값이 상당히 높은 것을 알 수 있다.
표 6
| 면저항(Ω/□) | Haze(%) | |
| F/Sn=0.4 에탄올 5% | 12 | 8.4 |
| F/Sn=1.76 에탄올 5% | 12 | 2.4 |
| F/Sn=1.03 에탄올 5% | 12 | 7 |
| F/Sn=1.03 에탄올 10% | 13 | 7.4 |
| F/Sn=1.03 에탄올 15% | 12 | 7.8 |
| F/Sn=1.03 에탄올 20% | 13 | 4.3 |
이와 같이, 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 FTO 박막은 단파장 영역인 자외선 영역 뿐만 아니라 가시 광선 영역과 장파장 영역인 적외선 영역에서 투과도를 향상시킬 수 있고, 헤이즈 또한 높일 수 있기 때문에 광의 산란율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 FTO 박막은 도 5에 도시된 FTO 박막의 표면과 단면에 대한 FE-SEM 이미지를 통해 알 수 있듯이, 종래 FTO 박막(F/Sn=1.76 에탄올 5%)에 비해 F/Sn의 몰비가 1.03인 FTO 박막(F/Sn=1.03 에탄올 5%)의 FTO 표면 모폴로지가 다이아몬드 형태로 형성되는 것을 알 수 있으며, F/Sn의 몰비가 1.03인 두 FTO 박막의 경우에는 에탄올 농도가 10%인 FTO 박막(F/Sn=1.03 에탄올 10%)의 표면 모폴로지가 에탄올 농도가 5%인 FTO 박막의 표면 모폴로지에 비해 다이아몬드 형태에 더 가깝게 형성되는 것을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
Claims (9)
- SnCl4ㆍ5H2O, SnCl2 및 SnCl2·2H2O 중 어느 하나와 NH4F, HF 및 acetyl fluoride 중 어느 하나를 용매에 혼합하여 F/Sn의 몰비가 0.4~1.4인 프리커서(precursor) 용액을 제조하는 단계; 및기판 상에 상기 제조된 상기 프리커서 용액을 분사하여 상기 기판 상에 불소가 도핑된 산화 주석 박막(FTO)을 형성하는 단계를 포함하는 불소가 도핑된 고투과율의 산화 주석 박막 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 불소가 도핑된 산화 주석 박막은650~1100[nm] 파장 영역에서 70% 이상의 투과율을 가지는 것을 특징으로 하는 불소가 도핑된 고투과율의 산화 주석 박막 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 프리커서 용액을 제조하는 단계는알콜류와 에틸렌 글리콜(ethylene glycol) 중 적어도 하나를 추가하여 상기 프러커서 용액을 제조하는 것을 특징으로 하는 불소가 도핑된 고투과율의 산화 주석 박막 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 불소가 도핑된 산화 주석 박막을 형성하는 단계는스프레이 파이로졸 코팅 방법, 초음파 분무 코팅 방법 및 초음파 스프레이 분무 방법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 상기 기판 상에 상기 불소가 도핑된 산화 주석 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 불소가 도핑된 고투과율의 산화 주석 박막 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 기판 상에 확산 방지막을 형성하는 단계를 더 포함하고,상기 불소가 도핑된 산화 주석 박막을 형성하는 단계는상기 확산 방지막 상에 상기 불소가 도핑된 산화 주석 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 불소가 도핑된 고투과율의 산화 주석 박막 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 프리커서 용액을 제조하는 단계는물에 5~20%의 에탄올을 포함하는 용매를 이용하여 상기 프리커서 용액을 제조하는 것을 특징으로 하는 불소가 도핑된 고투과율의 산화 주석 박막 제조 방법.
- 제6항에 있어서,상기 불소가 도핑된 산화 주석 박막은20%의 에탄올 용매와 F/Sn의 몰비가 1.03인 경우 400~500[nm] 파장 영역에서 70% 이상의 투과율을 가지고, 550~1100[nm] 파장 영역에서 78% 이상의 투과율을 가지는 것을 특징으로 하는 불소가 도핑된 고투과율의 산화 주석 박막 제조 방법.
- 기판 상에 형성되고 F/Sn의 몰비가 0.4~1.4인 불소가 도핑된 고투과율의 산화 주석 박막.
- 제 8 항에 있어서,상기 기판은 확산 방지막을 포함하는 산화 주석 박막.
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