KR100727760B1 - 베타-디케톤을 분산제로 사용한 금속 산화물의 분산액 및이를 이용한 대전 방지용 도전성 코팅막 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속 산화물 및 유기 용매를 포함하는 금속 산화물 분산액에 있어서, 분산제로 β-디케톤을 사용한 것이 특징인 금속 산화물 분산액을 제공한다. 또한, 본 발명은 투명 기판에 분산제로 β-디케톤을 사용한 금속 산화물 분산액을 코팅하여 투명 도전층이 형성된 디스플레이 장치용 전면 패널을 제공한다.

본 발명의 금속 산화물 분산액은 분산성이 개선된 특성을 나타내며,전기 전도성의 저하 없이 5×10⁴ Ω/□이하의 표면 저항과, 반사율이 1% 보다 작아 높은 광투과성을 나타낼 뿐만 아니라 백화 현상이 없고 깨끗한 외관을 갖는 전자파 차폐 및 대전 방지용 코팅막을 제공할 수 있다.

β-디케톤, 분산액, 금속 산화물, 분산 용매, 코팅막, 투명 도전층

Description

베타-디케톤을 분산제로 사용한 금속 산화물의 분산액 및 이를 이용한 대전 방지용 도전성 코팅막 {CONDUCTIVE METAL OXIDES DISPERSION USING β-DIKETONE AS DISPERSANT AND ANTI-STATIC, CONDUCTIVE COATING LAYER FOR USING THE SAME}

도 1은 실시예 9에서 사용량을 달리하여 베타-디케톤을 분산제로 사용한 금속산화물 분산액의 저장 시간에 따른 이차입경 변화를 나타낸 그래프이다.

도 2는 비교예 2에서 사용량을 달리하여 타이타늄 커플링을 분산제로 사용한 금속산화물 분산액의 저장 시간에 따른 이차입경 변화를 나타낸 그래프이다.

본 발명은, 금속 산화물 및 유기 용매를 포함하는 금속 산화물 분산액에 있어서, 분산제로 β-디케톤을 사용하는 것이 특징인 금속 산화물 분산액에 관한 것이다. 상기 금속 산화물이 도전성 금속 산화물인 경우, 상기 금속 산화물 분산액은 CRT와 같은 디스플레이 등의 전면 패널 상에 대전 방지용 도전성 코팅막을 형성하는 금속산화물 코팅액으로 유용하다.

최근 다양한 VDT (Video Display Terminal) 장비로부터 누출되는 전자파에 의해 발생되는 각종 주변 기기의 오작동 및 인체 면역 체계의 파괴 등의 각종 문제 에 일반 대중의 관심이 증가하고 있다. 이러한 VDT 장비의 한 예로 텔레비전이나 컴퓨터의 음극선관(상기 브라운관이라고 함: CRT)의 경우 전자파 누출의 문제와 함께 CRT 스크린의 대전으로 인한 먼지의 부착이나 전기 쇼크 등의 피해를 방지할 필요가 있다.

자계 누출의 경우 편향 코일의 모양을 변형시켜서 대부분 방지될 수 있으며, 스크린의 대전 현상 및 전계의 누출은 투명 기판 위에 높은 전기 전도성을 갖는 물질을 코팅함으로서 해결할 수 있다. 즉, 디스플레이 장치용 전면 패널을 구성하는 투명 기판 표면에 전기 전도성을 갖는 도전층을 형성시킴으로써 디스플레이 장치 내부에 인가된 전압에 의해 투명 기판 표면에 유발되는 정전하의 이동을 용이하게 하여 정전하가 축적되지 않게 할 수 있다. 대전 방지를 위하여는, 표면 저항이 10⁴ ~ 10⁸Ω/□(square) 인 코팅층이 요구되며 전계 차단을 목적으로 하는 경우 10³Ω/□ 이하의 표면 저항이 요구된다.

투명 도전성 코팅막을 구성하는 주성분은 산화 인듐, 주석 첨가 산화 인듐, 산화 주석, 안티모니 첨가 산화 주석, 알루미늄 첨가 산화 아연 및 산화 티타늄 등의 금속 산화물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, CRT 등의 코팅층을 제조하기 위한 금속 산화물로는 주석 첨가 산화 인듐(Indium Tin Oxide, ITO)이 가장 뛰어난 전도성과 투명성을 갖는 것으로 알려져 있다.

투명 도전성 코팅막을 형성하기 위한 방법으로는 금속 산화물의 진공 증착 및 스퍼터링 등과 같은 방법이 적용될 수 있으나, 각종 진공 장비의 사용으로 인해 코팅 공정이 복잡해지고 코팅막의 제조 비용이 상승한다는 문제가 있다.

한편, 전기 전도성 및 투명성을 갖는 코팅막 형성을 위한 방법으로 투명 기판 위에 투명 도전성 미립자를 포함하는 코팅액을 제1층으로 하여 스핀 코팅의 방법으로 도포시키고, 연속적으로 실리케이트 (SiO₂)를 포함하는 반사 방지 코팅액 및 눈부심 방지 코팅액을 제2층과 제3층으로 스핀코팅 및 스프레이 코팅으로 도포시키는 방법이 있으며, 이러한 방법은 보다 용이하며 대량 생산을 위해 적합한 방식이라고 할 수 있다.

특히, 전계 차단을 위한 저저항 코팅막을 실현하기 위한 코팅액으로는, 금속 미립자를 포함하는 분산액을 활용한 기술이 제시된 바 있으며, 종래 금속 산화물의 미립자를 사용한 분산액으로부터 얻어진 코팅막의 표면 저항은 10⁴ Ω/□ 로 비교적 높지만 교정 회로를 활용하여 전계 누출을 충분히 폐쇄시킬 수 있었다.

이러한 금속 산화물을 알코올과 같은 유기 용매에 분산시켜 안정한 투명 도전성 코팅액을 제조하기 위한 방법으로, 각종 티타늄 커플링제, 알루미늄 커플링제, 실리콘 커플링제 등을 분산제로 활용한 방법이 일본 특개평7-242842호에 제시된 바 있다.

상기 커플링제는 주석 첨가 인듐과 같은 금속산화물의 표면에 존재하는 수산기와 화학적으로 반응하여 입자 표면에 흡착하게 되며 흡착된 분자층은 입자들간의 상호 반발력을 제공하여 중력에 의해 침강되지 않는 안정한 코팅액을 제조할 수 있게 한다.

그러나, 상기 커플링제의 경우 단가가 비싸며 수백 g/mol의 분자량을 갖고 고온에서도 완전히 제거되지 않기 때문에 투명 기판에 도포된 금속 산화물 표면에 그대로 존재하여 코팅 후에 절연층으로 작용하게 된다는 문제점을 안고 있다. 따라서, 금속 산화물을 안정화시키기 위해 커플링제를 분산제로 활용할 때 코팅된 투명 도전층의 전기 저항이 상승하는 심각한 문제를 초래할 수 있다.

또한, 상기 커플링제의 경우 일정 함량 이상이 분산액에 첨가될 때 코팅막의 표면에서 빗살 무늬(striation)를 형성하여 코팅 표면의 외관을 크게 떨어뜨린다. 그 밖에 일정량 이상의 커플링제가 금속 산화물의 분산액에 첨가되었을 때 탈착 응집 현상에 의해 분산액의 저장 안정성이 떨어지게 되어 금속 산화물 입자의 응집이 초래되는 문제점도 있다.

본 발명은 유기 용매에서 분산 안정성이 개선된 금속산화물 분산액을 제공하기 위해, β-디케톤계 화합물을 분산제로 사용하고자 한다. 또한, 본 발명은 분산제 잔류에 의한 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 금속 산화물 분산액을 기재에 도포한 후 수행하는 소성 공정의 소성 온도 보다 비등점이 낮은 β-디케톤계 화합물을 분산제로 사용하고자 한다. 상기 분산제를 사용한 금속 산화물 분산액으로 CRT 등의 대전 방지용 투명 도전막을 형성시킬 경우, 소성 공정 중 상기 분산제가 모두 증발되어 분산제 잔류에 의한 전기 전도성의 저하나 코팅시 백화현상 (Whitening) 등과 같은 외관 상 손상과 같은 문제점을 해결할 수 있다.

본 발명은 금속 산화물 및 유기 용매를 포함하는 금속 산화물 분산액에 있어서, 분산제로 β-디케톤을 사용한 것이 특징인 금속 산화물 분산액을 제공한다. 상기 β-디케톤 분산제는 금속 산화물 분산액을 도포한 코팅막의 소성 온도 보다 낮은 비등점을 갖는 β-디케톤계 화합물인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 투명 기판에 분산제로 β-디케톤을 사용한 금속 산화물 분산액을 코팅하여 투명 도전층이 형성된 디스플레이 장치용 전면 패널을 제공한다. 상기 디스플레이 장치용 전면 패널은 투명기판; 투명 도전층 ; 반사 방지 코팅층 ; 및 눈부심 방지 코팅층을 포함할 수 있다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 금속 산화물 분산액은 금속 산화물, 알코올 등의 유기 용매, β-디케톤의 분산제를 혼합하여 형성한다.

본 발명의 금속 산화물 분산액 중 금속 산화물은 대전 방지용 코팅막을 형성하기 위해 도전성 금속 산화물인 것이 바람직하며, 비제한적인 예로 주석 첨가 산화 인듐(ITO), 안티모니 첨가 산화 주석 (ATO), 안티모니 첨가 산화 아연 (AZO) 등이 있다. 상기 예시된 도전성 금속 산화물은 이를 포함하는 코팅층에 투과성 및 도전성을 부여하여, 투명한 전자파 차폐막으로 작용할 수 있다.

상기 금속산화물의 바람직한 평균 입경은 70 내지 130 nm이다. 70nm 미만인 경우에는 도전성 저하 문제가 있고, 130nm 을 초과하는 경우에는 코팅시 백화가 발생하는 문제가 있다.

본 발명은 금속 산화물 분산액에서, 분산제로 β-디케톤을 사용하는 것을 특 징으로 한다.

β-디케톤은 중간 탄소를 사이에 두고 떨어져 있는 두개의 카르보닐기를 가진 화합물이다.

금속 산화물 분산액 중 β-디케톤의 분산제로서의 작용기작은 다음과 같다.

금속 산화물을 β-디케톤과 유기 용매에 혼합시키면, β-디케톤의 카르보닐기의 산소에 있는 비공유 전자쌍이 금속과 화학결합을 하게 된다. 이때 β-디케톤 분자 1 mol 당 카르보닐기의 산소 원자가 2 mol 존재하므로, 매우 견고한 화학 결합을 갖는 금속 산화물과 β-디케톤의 착화합물을 형성한다. 금속 산화물 입자 표면에 형성된 β-디케톤의 결합층은 입자 사이에 작용하는 인력 (Van der Waals Force)을 차단하여 입자간 인력 및 중력에 의한 입자의 응집을 막을 수 있도록 작용한다.

금속 산화물 분산액의 분산제로 투명 도전성 코팅층의 소성 온도보다 비등점이 낮은 β-디케톤을 사용하는 본 발명은, 커플링제를 사용하는 종래 기술과 달리 사용된 분산제의 함량이 금속 산화물 분산액으로 도포된 투명 도전성 코팅층의 전기 전도성과 막의 외관에 거의 영향을 끼치지 않는 장점을 나타내며, β-디케톤은 투명 도전성 코팅층의 소성시 대부분 증발하여 투명 도전성 코팅층에 저항으로 작용하지 아니한다.

예컨대, 끓는점이 200 ℃ 미만인 아세틸아세톤 등의 β-디케톤은 주석 첨가 산화 인듐 (ITO) 등의 도전성 금속 산화물의 표면에 흡착하여 유기 용매상의 분산제로 작용하며, 커플링제와는 달리 코팅층의 소성 온도인 200 ℃에서 거의 100% 증 발하는 특성을 보인다. 예를 들면, 일반적인 투명 도전막의 소성 온도는 200 ℃ 임에 비하여, 아세틸아세톤은 이 보다 낮은 온도인 140 ℃를 끓는점을 갖는다.

β-디케톤계 화합물의 바람직한 예로는 2,4-펜탄디온(아세틸아세톤), 3-메틸-2,4-펜탄디온, 3-이소프로필-2,4-펜탄디온, 2,2-디메틸-3,5-헥산디온 등이 있으며, 비교적 낮은 비등점 및 저분자량을 갖는 것이 바람직하다. 예컨대, β-디케톤계 화합물의 비등점은 200 ℃이하가 바람직하고, 분자량은 70 내지 150이 바람직하다. 따라서, 아세틸아세톤을 사용하는 것이 특히 바람직하다.

금속 산화물 분산액 중 β-디케톤계 화합물의 함량은 금속 산화물 고형분 100 중량부에 대하여 0.5 ~ 20 중량부가 바람직하다. 0.5 중량부 미만인 경우에는 분산성이 저하되고, 20중량부를 초과할 경우에는 코팅시 건조가 늦어지거나 도전성이 저하된다.

또한, 상기 분산제 함량이 상기 범위 내인 경우에는 제조된 코팅액의 저장 안정성이나 코팅층의 전기적, 광학적 물성, 외관 등에 영향을 끼치지는 않지만, 분산제는 0.5 ~ 1 중량부만 첨가해도 안정한 분산액의 제조가 가능하다.

분산 용매 중 금속 산화물 고형분은 30 중량부 이하인 것이 바람직하다. 금속 산화물 고형분이 30 중량부 초과할 경우에는 분산 후 입자 사이의 충돌에 의한 응집 가능성이 높아 저장 안정성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명에 사용되는 금속 산화물 분산액 중 분산 용매용 유기용매는 코팅 후 소성 과정에서 증발이 용이한 알코올이 바람직하며, 비제한적인 예로 메틸알콜, 에틸알콜, n-프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 헥산올, 2-이소프로폭시에탄올 등이 있다.

금속 산화물 분산액으로 코팅시 용매의 휘발 속도를 조절하여 코팅막의 외관을 좋게 하기 위하여, 상기 분산 용매에 극성 유기 용매를 더 첨가하여 사용하는 것이 바람직하다. 극성 유기 용매의 비제한적인 예로는 아세토니트릴, 2-아미노에탄올, 4-부틸아세톤, N,N-디메틸포름아미드, 디메틸설페이트, 디메틸설폭사이드, 1,2-에텐디올, N-메틸아세트아미드, N-메틸프로피온아미드, N-니트로소듐메틸아민 등이 있다. 분산 용매 100중량부에 대하여 0 ~ 35 중량부가 바람직하며, 특히 0 ~ 4 중량부가 바람직하다. 상기 극성 유기 용매의 함량이 분산 용매 100중량부에 대하여 35중량부를 초과할 경우에는 코팅시 외관 특성을 저하시키거나 건조가 늦어지는 문제가 있다.

금속 산화물 분산액 제조 시 금속 산화물을 β-디케톤 및 유기 용매에 첨가하여 분산시킴과 동시에 또는 분산시킨 후 분쇄 공정을 실시하는 것이 바람직하다. 금속 산화물 입자의 표면적이 더욱 증대되면서, 금속 산화물의 표면에 결합된 β-디케톤의 양이 점점 증가하게 되기 때문이다. 이 때 금속산화물 분말의 분쇄에는 페인트 쉐이커, 볼 밀, 다이노밀, 호모지나이저 등의 장치를 사용할 수 있다.

이 때 페인트 쉐이커나 다이노밀 등의 장비를 사용할 경우 비드의 크기와 함량, 분쇄 시간 등을 조절할 필요가 있다. 비드의 재질로는 지르코니아, 실리카 등이 사용될 수 있으며, 비드의 평균 입경은 0.2 내지 2 mm의 지름을 갖는 것이 바람직하다. 비드의 입경이 0.2mm 미만인 경우에는 균일한 입도 조절이 어려운 문제가 있고, 2mm 를 초과하는 경우에는 분산에 필요한 밀링 시간이 오래 걸리거나 분산이 않되는 문제가 있다.

분쇄시 분산액에 혼합된 금속산화물의 함량은 비드 100중량부에 대하여 30 ~ 60 중량부가 바람직하며, 분쇄기를 이용하여 분산액을 분쇄할 때 금속산화물의 이차 입경은 70 ~ 130nm 이 되도록 분쇄 시간이 조절될 필요가 있다. 금속산화물의 이차 입경이 130 nm를 초과하는 경우 코팅막이 하얗게 흐려지는 백화 현상이 발생하여 막의 외관을 떨어뜨리게 되는 문제가 있고, 70nm 미만인 경우에는 도전성이 저하되는 문제가 있다.

분쇄 시간은 분산제의 함량 및 분산매의 조성, 금속산화물의 함량 등에 따라 변할 수 있으며 분쇄 장비에 가장 크게 의존한다. 숙련된 당업자는 상기 분쇄의 조건을 구체적으로 고려하여 분쇄 시간을 용이하게 결정할 수 있을 것이다.

예를 들어, 페인트 쉐이커를 사용할 경우 금속산화물의 함량이 전체 분산액의 10 내지 20 중량%이고, 상기 기술한 범위의 극성 용매와 분산제가 첨가되었을 때 0.2 내지 2 mm의 지름을 갖는 지르코니아 비드를 사용한다면, 분쇄 시간은 1 내지 10 시간이 바람직하다.

본 발명에 따라 제조된 도전성 금속 산화물 분산액은 기재에 도포시 전자파 차폐 및 대전 방지용 도전성 코팅막을 형성할 수 있다. 또 상기 전자파 차폐 및 대전 방지용 도전성 코팅막은 본 발명의 도전성 금속 산화물 분산액을 투명 기재에 도포하여 형성시킨 투명 도전층(제1층) 상에 반사 방지 코팅층(제2층) 및 눈부심 방지 코팅층(제3층)을 더 포함할 수 있다.

예컨대, 본 발명의 방법에 따라 제조된 투명 도전층 형성용 분산액을 에탄올 과 같은 유기용매로 희석하고, 예열된 CRT 패널과 같은 투명 기재 위에 스핀 코팅 또는 스프레이 코팅하여 투명 도전층(제1층)을 제조한다. 다음, 상기 투명 도전층(예, ITO 막)의 상부에 실리케이트 (SiO₂) 바인더와 알코올 등의 유기 용매를 포함하는 반사 방지 코팅액(제2층)을 스핀코팅하고, 마지막으로 반사 방지 코팅액과 동일하게 실리케이트 바인더와 알코올 유기용매로 구성된 눈부심 방지 코팅액(제3층)을 스프레이 코팅하여 전자파 차폐 및 대전 방지용 도전성 코팅막을 제조할 수 있다.

상기 제1층의 금속 산화물은 고굴절율의 코팅층을 이루며 제2층의 반사 방지 코팅액과 제3층의 눈부심 방지 코팅액은 저굴절율의 도포층을 형성하는데 제1층 및 제2층에서 각각 반사된 가시광선의 상쇄 간섭으로 인해 전체 코팅층의 반사율은 낮아지게 된다. 이를 위해 제1층 및 제2층 각 코팅층의 두께가 가시광선의 파장 λ에 대해 약 1/4의 값을 갖는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따라 제조되는 대전 방지용 코팅막의 전기 전도성은 소성 온도에 따라 증가되지만, CRT 패널의 파손을 방지하기 위해 약 200 ℃ 이하의 온도에서 소성 공정을 수행하는 것이 바람직하다. 또한, 소성 공정은 상기 3개 층까지 모두 코팅한 후에 수행한다. 본 발명에 따라 제조되고 소성된 대전 방지용 코팅막의 표면저항과 반사율을 측정하면 22 kΩ/□ 이하의 표면 저항과 1.5 % 이하의 반사율을 갖는다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지, 하기 실시예로 한정하기 위한 것은 아 니다.

[실시예 1]

주석 첨가 산화 인듐(Indium Tin Oxide : ITO) 분말 12 g을 에탄올 59.6 g, 2-이소프로폭시에탄올 6 g, N,N-디메틸포름아미드 2.4 g에 혼합한 후 아세틸아세톤 0.08 g을 첨가하였다. 혼합된 ITO 분말을 WDS 분석한 결과 주석의 원소 함량이 4.08 mol % 이었으며, X-선 회절 분석한 결과 15.66 nm의 일차 입경을 갖으며 29.74 m²/g의 BET 표면적을 보였다. 상기 ITO 분말을 이하 A-type ITO 분말이라 지칭한다.

상기 A-type ITO 분말, 분산 용매 및 분산제의 혼합물을 0.3 mm 지름의 지르코니아 비드 185 g과 혼합하여 125 ml 폴리프로필렌 병에 넣은 후 페인트 쉐이커를 활용하여 2시간 동안 분쇄하였다. 동적 광 산란 장치 (Dynamic Light Scattering : DLS)를 활용하여 분쇄된 ITO 분산액의 이차 입경을 측정한 결과 124.3 nm 이었다.

상기 분산액의 금속 산화물 고형분 함량이 1.8중량%가 되도록 에탄올로 희석하고, 45 ±3℃로 예열된 CRT 패널 위에 140 rpm의 속도로 40초 동안 코팅하였다. 다음, 상기 ITO 막의 상부에 실리케이트 1.0 중량%를 이소프로필 알코올에 혼합한 반사 방지 코팅액을 160 rpm의 속도로 45초 동안 스핀 코팅한 후, 80℃ 로 예열하여 실리케이트 1.5%와 메탄올로 구성된 눈부심 방지 코팅액을 스프레이 코팅하였다. 이어서, 180 ℃에서 30분 동안 소성하여 ITO 코팅막을 제조하였다.

상기 방법으로 제조된 투명 도전성 코팅막의 표면 저항을 CRT 패널의 중앙 및 외곽에서 각각 측정한 결과 17~22 kΩ/□로 나타났다. 또한, CRT 패널의 가로 방향으로 인듐을 납땜(soldering)하여 선저항을 측정한 결과 27.2 kΩ의 값을 나타내었으며, 520~550 nm의 파장대에서 0.64~0.73 %의 최소 반사율을 나타내었다. 또한, 상기 투명 도전막은 백화 현상이 없고, 코팅층의 표면에 빗살무늬 등이 없는 깨끗한 외관을 보였다.

[실시예 2]

실시예 1에서, A-type ITO 분말 대신에 주석의 원소 함량이 3.41 mol% 이고, 22.02 nm의 일차 입경을 가지며, 30.33 m²/g의 BET 표면적을 갖는 ITO 분말(이하 B-type ITO라고 칭함)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 ITO 코팅액 및 투명 도전성 코팅막을 제조하였다.

그 결과, ITO 분산액의 이차 입경은 128.5 nm였으며, 코팅막의 표면 저항은 15 ~ 19 kΩ/□, 선저항은 23.5 kΩ로 측정되었다. 코팅막의 광학적 물성은 520 ~ 560 nm의 파장대에서 0.92 ~ 0.94 %의 최소 반사율을 보였다. 또한, 상기 투명 도전막은 백화 현상이 없고 코팅층의 표면에 빗살무늬 등이 없는 깨끗한 외관을 보였다.

[실시예 3]

실시예 2에서, 페인트 쉐이커의 분쇄 시간을 8시간으로 하여 금속산화물의 분산액을 분쇄한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 조건으로 금속산화물의 분산액과 투명 도전성 코팅층을 제조하였다.

그 결과, ITO 분산액의 이차 입경은 91.3 nm였으며, 투명 도전성 코팅막의 표면 저항은 22 ~ 28 kΩ/□이고, 선저항은 30.4 kΩ으로 측정되었다. 코팅막의 광학적 물성은 530 ~ 570 nm의 파장대에서 0.56 ~ 0.76 %의 최소 반사율을 보였다. 또한, 상기 투명 도전막은 백화 현상이 없고 코팅층의 표면에 줄무늬 등이 없는 깨끗한 외관을 보였다.

[실시예 4]

실시예 2에 있어서, 0.8 g의 아세틸아세톤을 첨가하여 8시간 동안 페인트 쉐이커의 분쇄를 거쳐 금속산화물의 분산액을 제조한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 조건으로 금속산화물을 제조하였다.

그 결과, ITO 분산액의 이차 입경은 89.5 nm였으며 코팅막의 표면 저항은 22 ~ 25 kΩ/□이고, 선저항은 28.5 kΩ으로 측정되었다. 또한, 상기 투명 도전막은 530 ~ 570 nm의 파장대에서 0.45 ~ 0.49 %의 최소 반사율을 보였으며, 상기 투명 도전막은 백화 현상이 없고 코팅층의 표면에 줄무늬 등이 없는 깨끗한 외관을 보였다.

[실시예 5]

실시예 2에서, 1.6 g의 아세틸아세톤을 첨가하여 8시간 동안 페인트 쉐이커의 분쇄를 거쳐 금속 산화물의 분산액을 제조한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 조건으로 금속산화물의 분산액과 투명 도전성 코팅막을 제조하였다.

그 결과, ITO 분산액의 이차 입경은 91.4 nm였으며 코팅막의 표면 저항은 22 ~ 28 kΩ/□, 선저항은 30 kΩ으로 측정되었다. 코팅막의 광학적 물성은 500 ~ 560 nm의 파장대에서 0.47 ~ 0.50 %의 최소 반사율을 보였으며, 코팅막은 백화 현상이 없고 깨끗한 외관을 보였다.

[실시예 6]

실시예 2에서, 2.4 g의 아세틸아세톤을 첨가하여 8시간 동안 페인트 쉐이커의 분쇄를 거쳐 금속 산화물의 분산액을 제조한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 조건으로 금속산화물의 분산액과 투명 도전성 코팅막을 제조하였다.

그 결과, ITO 분산액의 이차 입경은 91.3 nm였으며 코팅막의 표면 저항은 27 ~ 32 kΩ/□, 선저항은 31.4 kΩ으로 측정되었다. 코팅막의 광학적 물성은 500 ~ 560 nm의 파장대에서 0.47 ~ 0.56 %의 최소 반사율을 보였다.

[실시예 7]

실시예 1에서, A-type ITO 분말 대신에 주석의 원소 함량이 3.61 mol% 이며 일차 입경이 23.15 nm이고, 28.71 m²/g의 BET 표면적을 갖는 ITO 분말(이하 C-type ITO라고 칭함)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 ITO 코팅액 및 투명 도전막을 제조하였다.

그 결과, ITO 분산액의 이차 입경은 128.4 nm였으며, 코팅막의 표면 저항은 14 ~ 17 kΩ/□, 선저항은 17.8 kΩ로 측정 되었다. 코팅막의 광학적 물성은 530 ~ 560 nm의 파장대에서 1.56 ~ 1.76 %의 최소 반사율을 보였다.

[실시예 8]

실시예 1에서, A-type ITO 분말 대신에 주석의 원소 함량이 3.60 mol% 이며 22.14 nm의 일차 입경 및 29.71 m²/g의 BET 표면적을 갖는 ITO 분말(이하 D-type ITO라고 칭함)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 ITO 코팅액 및 투명 도전막을 제조하였다.

그 결과, ITO 분산액의 이차 입경은 116.5 nm였으며 코팅막의 표면 저항은 19 ~ 21 kΩ/□, 선저항은 16.1 kΩ로 측정되었다. 코팅막의 광학적 물성은 510 ~ 530 nm의 파장대에서 0.72 ~ 0.83 %의 최소 반사율을 보였다.

[실시예 9]

실시예 2에서, 분산용매로 68 g의 에탄올과 0.06 g의 아세틸아세톤을 사용하여 페인트쉐이커에 의해 6시간의 분쇄를 거친 것을 제외하고 실시예 2와 동일한 조건에서 금속산화물의 분산액을 제조하였다.

그 결과, ITO의 분산액은 이차 입경이 103.2 nm 이었으며 23일 후에 이차 입경을 다시 측정한 결과 107.2 nm로 입자의 재응집 현상을 보이지 않는 뛰어난 저장 안정성을 보였다.

도 1은 실시예 9에서 ITO 고형분에 대한 분산제의 사용 비율만을 달리하여 아세틸 아세톤이 분산제로 사용된 분산액의 저장 시간에 따른 이차 입경의 변화를 나타내고 있다.

[실시예 10]

실시예 2에서, 분산용매로 68 g의 에탄올과 1.3 g의 아세틸아세톤을 사용하여 페인트쉐이커에 의해 6시간의 분쇄를 거친 것을 제외하고 실시예 2와 동일한 조 건에서 금속산화물의 분산액을 제조하였다.

그 결과, ITO의 분산액은 이차 입경이 104 nm 이었으며 23일 후에 이차 입경을 다시 측정한 결과 107 nm로 입자의 재응집 현상을 보이지 않는 뛰어난 저장 안정성을 보였다.

[실시예 11]

실시예 1에서, C-type ITO 6g을 에탄올 34 g에 혼합한 후 분산제 3-methyl-2,4-pentanedion 0.04 g을 첨가하였다. 상기 금속 산화물 및 분산매, 분산제의 혼합물을 0.3 mm 지름의 지르코니아 비드 92.5 g과 혼합하여 125 ml 폴리스티렌 병에 넣은 후 페인트 쉐이커를 활용하여 13시간 30분 동안 분쇄하였다. 분산된 ITO 분산액의 이차 입경을 측정한 결과 126.3 nm 임을 동적광 산란 장치로 확인하였다. 분산액의 제조 후 7일이 경과한 날 DLS를 활용하여 이차 입경을 다시 측정한 결과 128.2 nm임을 확인하였으며 심각한 응집 현상이 진행되지 않았음을 알 수 있다.

[실시예 12]

분산제로 0.12 g의 3-methyl-2,4-pentanedion을 사용하여 10시간 30분의 분쇄를 거친 것을 제외하고 실시예 11과 동일한 조건에서 금속산화물의 분산액을 제조하였다. 제조된 ITO 분산액은 이차 입경이 95.9 nm였음을 동적 광산란 장치를 통해 확인하였다. 분산액의 제조 후 7일이 경과한 날 이차 입경을 다시 측정한 결과 96.8 nm임을 확인하였으며 심각한 응집 현상이 진행되지 않았음을 알 수 있다.

[비교예 1]

분산제로 티타늄 커플링제의 일종인 이소프로필 트리(N-에틸렌디아미노)에틸 티타늄 커플링제 (Ken-React Co. KR44^TM)를 0.06, 0.16, 0.3, 0.5, 0.7 g씩 첨가하여 금속산화물의 분산액을 제조한 것을 제외하고 실시예 3과 동일한 조건에서 코팅액 및 투명 도전막을 제조하였다.

코팅층의 표면 저항은 분산액의 제조에 사용된 분산제의 함량에 비례하여 증가하였으며, 그 값은 표 1에 수록하였다. 또한, 분산제의 함량이 증가할수록 코팅막에서 줄무늬 모양이 심하게 나타나는 외관상의 저하가 심해짐을 관찰하였다.

[비교예 2]

분산제로 티타늄 커플링제의 일종인 KR44를 0.7 g 첨가한 것을 제외하고 실시예 9와 동일한 조건에서 금속산화물의 분산액을 제조하였다. ITO 분산액의 이차 입경은 102.7 nm이었지만 23 일이 경과한 후 이차 입경이 225.9 nm로 증가하는 심각한 응집 현상을 관찰하였다. 아세틸아세톤을 사용한 경우와 비교하여 상기 코팅액의 저장 안정성이 크게 떨어졌다.

도 2는 비교예 2에서 ITO 고형분에 대한 분산제의 사용 비율만을 달리하여 KR44를 분산제로 사용한 분산액의 저장 시간에 따른 이차 입경의 변화를 나타내고 있다.

<실험>

분산제로 아세틸아세톤을 0.08 g, 0.8 g, 1.6 g, 2.4 g 씩 첨가하여 금속 산화물의 분산액을 제조한 실시예 3, 실시예 4, 실시예 5, 실시예 6의 금속 산화물을 활용한 투명 도전막에 대한 코팅층의 표면 저항을 표 1에 나타내었다.

하기 표 2는 비교예 1의 분산액에서 이소프로필 트리(N-에틸렌디아미노)에틸 티타늄 커플링제 (KR44)의 함량증가에 따른 코팅층의 표면 저항 변화를 나타낸 것이다.

KR44는 코팅층을 소성한 뒤에도 대부분 그대로 ITO 입자의 표면에 존재하게 되므로 절연층으로 작용하여 코팅층의 저항을 상승시키게 된다. 이에 반해 아세틸아세톤은 비등점이 140 ℃인 용매로 코팅막의 소성 온도인 180 ℃에서 완전히 증발할 수 있는 물질이다. 따라서 소성된 코팅막에서 ITO의 이차 입자 표면에 흡착된 분산제층이 거의 존재하지 않는다고 가정할 수 있으며 흡착층에 의해 발생하는 전기 저항도 무시할 수 있다. 상기 표 1은 분산액에서 아세틸아세톤의 함량 증가에 따른 코팅층의 표면 저항 변화를 나타낸 것이다. 아세틸아세톤의 함량을 증가시켜도 표면 저항의 변화가 거의 없음을 알 수 있다.

상기 살펴본 바와 같이, 본 발명의 금속 산화물 분산액은 분산성이 개선된 특성을 나타내며, 전기 전도성의 저하 없이 5×10⁴ Ω/□이하의 표면 저항과, 반사율이 1% 보다 작아 높은 광투과성을 나타낼 뿐만 아니라 백화 현상이 없고 깨끗한 외관을 갖는 전자파 차폐 및 대전 방지용 코팅막을 제공할 수 있다.

Claims (14)

1. 금속 산화물 및 유기 용매를 포함하며, 분산제로 β-디케톤을 사용하는 것이 특징인 금속 산화물 분산액에 있어서, 상기 금속 산화물 고형분은 30 중량부 이하이고, 상기 β-디케톤의 함량은 금속 산화물 100중량부에 대하여 0.5 내지 20 중량부인 것이 특징인 금속 산화물 분산액.
2. 제1항에 있어서, 금속 산화물은 도전성 금속 산화물이고, 상기 금속 산화물 분산액은 디스플레이 장치용 전면 패널의 대전 방지용 도전층의 코팅액으로 사용되는 것이 특징인 금속 산화물 분산액.
3. 제1항에 있어서, β-디케톤은 금속 산화물 분산액을 기재에 도포한 후 수행하는 소성 공정의 소성 온도 보다 비등점이 낮은 것이 특징인 금속 산화물 분산액.
4. 금속 산화물을 β-디케톤 및 유기 용매에 첨가하여 분산시킴과 동시에 또는 분산시킨 후 분쇄 공정을 실시하여 제1항의 금속 산화물 분산액을 제조하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 분쇄 공정은 0.2 내지 2mm의 지름을 갖는 비드를 이용하여 분쇄하는 것이 특징인 금속 산화물 분산액을 제조하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 β-디케톤 분산제는 2,4-펜탄디온(아세틸아세톤), 3- 메틸-2,4-펜탄디온, 3-이소프로필-2,4-펜탄디온 및 2,2-디메틸-3,5-헥산디온 으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택된 것이 특징인 금속 산화물 분산액.
7. 제1항에 있어서, 상기 유기 용매는 알코올인 것이 특징인 금속 산화물 분산액.
8. 제7항에 있어서, 상기 유기 용매는 아세토니트릴, 2-아미노에탄올, 4-부틸아세톤, N,N-디메틸포름아미드, 디메틸설페이트, 디메틸설폭사이드, 1,2-에텐디올, N-메틸아세트아미드, N-메틸프로피온아미드 및 N-니트로소듐메틸아민로 이루어진 군에서 1종 이상 선택된 극성 유기 용매를 더 포함하는 것이 특징인 금속 산화물 분산액.
9. 삭제
10. 제1항에 있어서, 상기 금속 산화물의 입경이 70 ~ 130 nm인 것이 특징인 금속 산화물 분산액.
11. 제1항에 있어서, 상기 금속 산화물은 산화 인듐, 주석 첨가 산화 인듐, 산화 주석, 안티모니 첨가 산화 주석, 알루미늄 첨가 산화 아연 및 산화 티타늄으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택된 것이 특징인 금속 산화물 분산액.
12. 투명기판 및 투명 도전층을 포함하는 디스플레이 장치용 전면 패널에 있어서, 상기 투명 도전층은 제1항 내지 제3항, 제6항 내지 제8항, 제10항 및 제11항 중 어느 한 항의 금속 산화물 분산액을 투명 기판상에 코팅하고 소성하여 형성된 것인 디스플레이 장치용 전면 패널.
13. 제12항에 있어서, 상기 투명 도전층 위에 반사 방지 코팅층 및 눈부심 방지 코팅층을 더 포함하는 디스플레이 장치용 전면 패널.
14. 제12항에 있어서, 상기 소성 공정 중 금속 산화물 분산액 중 β-디케톤 분산제가 증발된 것이 특징인 디스플레이 장치용 전면 패널.

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