KR20120010622A - 수지 블랙매트릭스 재료 및 액정표시장치 - Google Patents

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KR20120010622A
KR20120010622A KR1020100070689A KR20100070689A KR20120010622A KR 20120010622 A KR20120010622 A KR 20120010622A KR 1020100070689 A KR1020100070689 A KR 1020100070689A KR 20100070689 A KR20100070689 A KR 20100070689A KR 20120010622 A KR20120010622 A KR 20120010622A
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김진욱
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은, 낮은 유전율과 높은 저항을 갖는 수지 블랙매트릭스 재료를 제공하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 수지 블랙매트릭스 재료는 전체 용질 중 20~70 중량비(wt%)의 함량을 갖고, 흑색을 발현하는 블랙 피그먼트; 및 전체 용질 중 10 중량비(wt%) 미만의 함량을 갖고, 상기 블랙 피그먼트에 의해 발현되는 흑색을 보완하는 카본 블랙을 포함하는 혼합물로 이루어진다.

Description

수지 블랙매트릭스 재료 및 액정표시장치{RESIN BLACK MATRIX MATERIAL AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 수지 블랙매트릭스 재료 및 이를 포함하는 액정표시장치에 관한 것이다.
최근, 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 전기적 정보신호를 시각적으로 표현하는 디스플레이(display)분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 여러 가지 다양한 평판 표시장치(Flat Display Device)가 개발되어 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube: CRT)을 빠르게 대체하고 있다.
이 같은 평판 표시장치의 구체적인 예로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 유기전계발광 표시장치(Organic Light Emitting Display: OLED), 전기영동표시장치(Electrophoretic Display: EPD, Electric Paper Display), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display device: FED), 전기발광표시장치(Electro luminescence Display Device: ELD) 및 전기습윤표시장치(Electro-Wetting Display: EWD) 등을 들 수 있다. 이들은 공통적으로 영상을 구현하는 평판 표시패널을 필수적인 구성요소로 하는 바, 평판 표시패널은 고유의 발광물질 또는 편광물질층을 사이에 두고 한 쌍의 기판을 대면 합착시킨 구성을 갖는다. 이 중에서, 액정표시장치(LCD)는 전계에 따라 각 화소에 대응하는 액정의 광 투과율이 조절되어, 복수의 화소 각각의 휘도가 제어됨으로써, 영상을 표시한다.
즉, 액정표시장치는, 대향하는 상부기판과 하부기판, 상부기판과 하부기판 사이에 주입되는 액정층, 하부기판 상에 형성되어 복수의 화소 각각에 대응하는 복수의 화소영역을 정의하고, 복수의 화소 각각의 광투과율을 조절하는 트랜지스터 어레이 및 상부기판 상에 형성되어 복수의 화소영역 외곽에서의 광 투과를 차단하는 블랙매트릭스를 포함하여 이루어진다. 여기서, 트랜지스터 어레이는, 서로 교차배치되어 복수의 화소영역을 정의하는 게이트라인과 데이터라인, 게이트라인과 데이터라인이 교차하는 영역에 각각 형성되어, 턴온하면 광투과율을 조절하는 전계를 형성하는 화소전압을 각 화소에 대응하는 화소전극에 인가하는 복수의 트랜지스터를 포함한다.
블랙매트릭스는, 적절한 전계가 형성되지 않는 화소영역의 외곽, 즉, 트랜지스터 어레이가 배치하는 영역에서의 광을 차단하여 휘도 저하를 방지하고, 트랜지스터에 입사되는 외부 광을 차단하여 트랜지스터의 누설전류를 방지한다.
그런데, 종래기술에 따르면, 블랙매트릭스는 상부기판에 형성되고, 트랜지스터 어레이는 하부기판에 형성되므로, 블랙매트릭스와 트랜지스터 어레이가 액정층의 두께 이상의 이격거리로 이격된다. 그리고, 상부기판과 하부기판의 합착시에 소정의 정렬오차가 발생되는 것이 일반적이므로, 블랙매트릭스가 트랜지스터 어레이와 동일한 면적으로 형성되면, 블랙매트릭스에 의해 차단되지 않는 화소영역의 외곽에서 광이 방출되어, 화질이 저하된다. 이에 따라, 종래의 액정표시장치는, 정렬오차에 대비하여, 트랜지스터 어레이보다 큰 면적을 갖는 블랙매트릭스를 포함함에 따라, 화소영역의 외곽영역이 아님에도 불구하고, 광 투과가 차단되는 영역이 발생되어, 개구율이 낮아지는 원인이 된다.
이에 따라, 본 발명은 트랜지스터 어레이와 동일한 기판에 형성될 수 있도록 낮은 유전율과 높은 저항을 갖는 수지 블랙매트릭스 재료를 제공한다. 그리고, 상기 수지 블랙매트릭스 재료로 트랜지스터 어레이와 동일한 기판에 형성되는 블랙매트릭스를 포함함으로써, 블랙매트릭스의 전기적특성에 의한 트랜지스터 어레이의 오동작을 방지하면서도, 개구율 저하를 방지할 수 있는 액정표시장치를 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 전체 용질 중 20~70 중량비(wt%)의 함량을 갖고, 흑색을 발현하는 블랙 피그먼트; 및 전체 용질 중 10 중량비(wt%) 미만의 함량을 갖고, 상기 블랙 피그먼트에 의해 발현되는 흑색을 보완하는 카본 블랙을 포함하는 혼합물로 이루어지는 수지 블랙매트릭스 재료를 제공한다.
그리고, 본 발명은 대향 합착되는 하부기판과 상부기판; 상기 하부기판과 상부기판 사이에 주입되는 액정층; 상기 하부기판 상에 상기 수지 블랙매트릭스 재료로 형성되어, 복수의 화소에 각각 대응하는 복수의 화소영역을 정의하고, 상기 복수의 화소영역 각각에 대응하는 광투과율을 제어하는 트랜지스터 어레이를 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 수지 블랙매트릭스 재료는 흑색을 발현하는 블랙 피그먼트를 함유하고, 블랙매트릭스의 광학밀도를 향상시키기 위하여 블랙 피그먼트의 함량을 조절하므로, 본 발명에 따른 수지 블랙매트릭스 재료를 이용하여 형성되는 블랙매트릭스는 낮은 유전율 및 높은 저항을 가질 수 있다. 즉, 종래의 블랙매트릭스는, 광학밀도(OPTICAL DENSITY)를 3(/um) 이상으로 높이기 위하여, 카본 블랙의 함량을 증가시킴에 따라, 20 이상의 높은 유전율 및 105~106 옴(Ω)의 낮은 저항을 갖는다. 이에 반해, 본 발명에 따른 수지 블랙매트릭스 재료로 형성되는 블랙매트릭스는 광학밀도를 약 2(/um) 이상으로 높이기 위하여, 카본 블랙이 아닌, 블랙 피그먼트의 함량을 증가시킴으로써, 10 미만의 낮은 유전율 및 1012 (Ω) 이상의 높은 저항을 가질 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 수지 블랙매트릭스 재료로 형성되는 블랙매트릭스는, 종래보다 낮은 유전율 및 높은 저항의 전기적특성을 가지므로, 트랜지스터 어레이와 동일 기판에 형성되더라도, 트랜지스터 어레이의 오동작을 유발하지 않는다. 이러한 블랙매트릭스를 포함하는 액정표시장치는, 블랙매트릭스가 트랜지스터 어레이와 인접하게 형성되어, 트랜지스터에 입사되는 외부 광의 차단율 및 화소영역 외곽에서 투과되는 광의 차단율을 높일 수 있고, 블랙매트릭스가 기판의 정렬오차를 대비한 여분을 포함하지 않는 면적으로 형성되어, 개구율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치에서 트랜지스터 어레이를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시장치에서 트랜지스터 어레이를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하부기판의 일부를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수지 블랙매트릭스 재료로 형성된 블랙매트릭스의 광학밀도 및 면저항을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여, 본 발명의 실시예에 따른 감광성 블랙 수지 조성물과, 그로 형성되는 블랙매트릭스를 포함하는 액정표시장치에 대해 상세히 설명한다.
우선, 도 1 내지 도 3을 참고하여, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치에서 트랜지스터 어레이를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시장치에서 트랜지스터 어레이를 나타낸 것이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하부기판의 일부를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 대향 합착되는 하부기판과 상부기판, 하부기판과 상부기판 사이에 주입되는 액정층, 하부기판 상에 형성되어, 복수의 화소에 각각 대응하는 복수의 화소영역을 정의하고, 복수의 화소영역 각각에 대응하는 광투과율을 제어하는 트랜지스터 어레이, 하부기판 또는 상부기판에 복수의 화소에 각각 대응하는 파장영역의 광을 방출하는 컬러필터층 및 하부기판의 트랜지스터 어레이 상에, 트랜지스터 어레이와 중첩되도록 배치되어, 화소영역의 외곽에 해당하는 영역에서의 빛샘을 방지하는 블랙매트릭스를 포함하여 이루어진다. 여기서, 컬러필터층은 백색광에서 복수의 화소에 각각 대응하는 특정파장영역의 광을 투과하는 염료 또는 안료를 포함하여 이루어진다. 예를 들어, 복수의 화소영역 각각은 적색(RED)의 광을 투과하는 영역, 녹색(GREEN)의 광을 투과하는 영역 및 청색(BLUE)의 광을 투과하는 영역으로 정의되고, 적색(RED), 녹색(GREEN), 청색(BLUE)에 각각 대응하는 세 개의 화소의 조합으로 백색광을 나타내는 하나의 단위화소가 정의될 수 있다.
이때, 액정표시장치는, 액정층에 구비되는 액정 셀의 방향을 제어하기 위한 전계의 형성방향에 따라, 트위스트네마틱(Twisted Nematic: TN)방식과 횡전계방식으로 구분된다.
도 1에 도시된 바와 같이, TN방식의 액정표시장치에서, 트랜지스터 어레이(100)는, 교차배치되어 복수의 화소영역(P)을 정의하는 게이트라인(GL)과 데이터라인(DL), 게이트라인(GL)과 데이터라인(DL)이 교차하는 영역에 배치되는 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor) 및 각 화소의 전체 화소영역(P)에 대응하여 배치되고 트랜지스터(TFT)와 연결되어 각 화소에 대응하는 화소전압이 인가되는 화소전극(PX)를 포함하여 이루어진다. 그리고, 도시되어 있지 않으나, TN방식의 액정표시장치는 상부기판에 액정층을 사이에 두고 화소전극(PX)에 대향하여 배치되며, 복수의 화소에 공통으로 대응하는 공통전압이 인가되는 공통전극을 더 포함하여, 화소전극(PX)과 공통전극에 의하여 액정층에 상하방향의 전계가 걸려지도록 한다.
이러한 TN 방식의 액정표시장치는, 액정층에 구비된 액정 셀을 초기상태에서 90도로 꼬여지도록 배열하고, 액정층의 상부와 하부에 각각 배치되는 공통전극과 화소전극(PX) 사이의 전압차에 의해 상, 하부기판에 수직한 방향의 전계가 발생되면, 전계에 따라 액정 셀의 방향을 제어하여, 화소영역의 광투과율을 조절함으로써, 화소 각각의 휘도를 제어한다.
그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 횡전계 방식의 액정표시장치에서, 트랜지스터 어레이(200)는, 교차배치되어 복수의 화소영역(P)을 정의하는 게이트라인(GL)과 데이터라인(DL), 게이트라인(GL)과 데이터라인(DL)이 교차하는 영역에 배치되는 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor), 트랜지스터(TFT)와 연결되어 각 화소에 대응하는 화소전압이 인가되는 화소전극(PX) 및 복수의 화소에 공통으로 대응하는 공통전압이 인가되는 공통전극(CX)을 포함하여 이루어진다. 이때, 화소전극(PX)과 공통전극(CX)은 화소영역 내에서 서로 교번하여 배치된다.
이러한 횡전계 방식의 액정표시장치는, 액정층에 구비된 액정 셀을 초기상태에서 배향막(미도시)과 나란하게 꼬이도록 배열하고, 하부기판에 함께 배치되는 공통전극(CX)과 화소전극(PX) 사이의 전압차에 의해 상, 하부 기판에 평행한 방향의 전계가 발생되면, 전계에 따라 액정 셀의 방향을 제어하여, 화소영역의 광투과율을 조절함으로써, 화소 각각의 휘도를 제어한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는, 트랜지스터 어레이와 함께 하부기판에 배치되는 블랙매트릭스를 포함한다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 블랙매트릭스(BM)는 하부기판(Sub) 상에 게이트라인(GL), 데이터라인(DL) 및 트랜지스터(TFT)를 포함하는 트랜지스터 어레이를 커버하도록 형성된다. 여기서, 게이트라인(GL)은 하부기판(Sub) 상에 일방향으로 형성되고, 게이트라인(GL)을 포함한 하부기판(Sub)의 전면에 형성되는 게이트절연막(GI)에 의해 절연된다. 데이터라인(DL)은 게이트절연막(GI) 상에 게이트라인(GL)과 교차하는 방향으로 형성되고, 절연막(I)에 의해 절연된다. 트랜지스터(TFT)는 게이트라인(GL)에서 분기되는 게이트전극(GX), 게이트절연막(GI) 상에 게이트전극(GX)과 중첩되어 형성되는 반도체층(ACT), 데이터라인(DL)에서 분기하여 반도체층(ACT)의 일단에 형성되는 소스전극(SX) 및 반도체층(ACT)의 다른 일단에 형성되는 드레인전극(DX)을 포함하여 이루어지고, 절연막(I)에 의해 절연된다. 그리고, 화소전극(PX)은 절연막(I) 상의 화소영역(P)에 형성되고, 절연막(I)에 형성되는 콘택홀을 통해 드레인전극(DX)과 연결된다. 횡전계 방식의 액정표시장치인 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 공통전극(CX)은 절연막(I) 상의 화소영역(P)에 화소전극(PX)과 교번하여 형성된다. 별도로 도시되지 않았으나, 공통전극(CX)에 연결되어 공통전압을 인가하는 공통라인은 게이트라인(GL)과 마찬가지로 하부기판(Sub) 상에 일방향으로, 게이트라인(GL)과 절연되어 형성된다. 또한, 따로 도시되어 있지 않으나, TN 방식의 액정표시장치인 경우, 화소전극은 절연막(I) 상의 화소영역(P)의 대부분의 영역에 형성되고, 공통전극은 상부기판에 화소전극에 대향하여 형성된다.
이때, 블랙매트릭스(BM)가 낮은 저항으로 도전성을 띄거나, 높은 유전율로 정전용량을 발생시키는 등의 전기적특성을 갖는다면, 블랙매트릭스(BM)에 의해, 트랜지스터 어레이가 오작동될 수 있다. 특히, 종래의 액정표시장치에서, 블랙매트릭스는 상부기판에 배치되기 때문에, 블랙매트릭스의 전기적특성을 고려할 필요가 없었다. 이에 따라, 종래의 블랙매트릭스는, 흑색(black)을 발현하기 위한 염료로 카본 블랙(Black Carbon)을 함유하고, 약 3 (/um)의 광학밀도(OPTICAL DENSITY, 여기서, 광학밀도는 광차단율을 나타내는 특성값임)을 갖기 위하여, 카본 블랙의 함량을 증가시킨다. 이와 같이 카본 블랙의 함량이 증가되면, 블랙매트릭스는 10~15의 높은 유전상수를 갖고, 20 이상의 높은 유전율 및 105~106 옴(Ω)의 낮은 저항을 갖는 전기적특성을 띄게 된다. 그러므로, 종래의 블랙 매트릭스를 트랜지스터 어레이와 인접하게 형성하는 경우, 블랙 매트릭스의 전기적 특성에 의하여, 트랜지스터 어레이가 오동작할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치에서, 블랙매트릭스(BM)는 화소전극(PX) 또는 공통전극(CX)이 배치되는 화소영역을 제외한 나머지 영역, 즉, 절연막(I) 상의 게이트라인(GL), 데이터라인(DL), 공통라인, 트랜지스터(TFT)와 중첩하는 영역에 형성된다. 이에 따라, 블랙매트릭스(BM)는 트랜지스터 어레이(100, 200)와 인접하게 형성되더라도, 트랜지스터 어레이(100, 200)의 오동작을 유발하지 않을 정도의 전기적특성을 갖도록 형성되어야 한다.
그러나, 종래의 블랙매트릭스가 트랜지스터 어레이(100, 200)의 오동작을 유발하지 않을 정도의 전기적특성을 갖기 위해서는 카본 블랙의 함량을 감소시켜야 하므로, 광학밀도가 함께 낮아져, 블랙매트릭스로서 적절히 기능하지 않게 되므로, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치에 적용되기에 적합한 수지 블랙매트릭스 재료가 필요하다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따라, 블랙매트릭스가 2 (/um) 이상의 광학밀도, 10 이하의 낮은 유전율과 1012 (Ω) 이상의 높은 저항을 갖도록 하는 수지 블랙매트릭스 재료는 다음과 같다.
본 발명의 실시예에 따른 수지 블랙매트릭스 재료는, 블랙 피그먼트(black pigment, 이하, "BP"로도 지칭함)를 포함하여 흑색(black)을 발현하는 밀베이스(millbase), 피그먼트 간의 연결을 고정하는 바인더 고분자(binder polymer), 피그먼트 간을 연결하는 가교제(cross-linker), 재료에 점착성을 부가하는 첨가제(additive), 광중합 반응을 개시하는 광 개시제(photo-initiator), 수지 블랙매트릭스 재료가 도포되는 계면에서 재료의 표면장력을 감소시키는 계면활성제(Surfactants)를 포함하는 용질(solute)과, 용질을 희석하는 용매(solvent)의 혼합물이다. 이때, 수지 블랙매트릭스 재료 중 용질의 함량은 20 중량비(wt%)이고, 용매의 함량은 80 중량비(wt%)이다. 여기서, 수지 블랙매트릭스 재료의 전체 용질 중 밀베이스의 함량은 50~90 중량비(wt%)이다. 그리고, 수지 블랙매트릭스 재료의 전체 용질 중 밀베이스를 제외한 나머지, 바인더 고분자, 가교제, 첨가제, 광 개시제 및 계면활성제를 총합한 함량은 10~50 중량비(wt%)이다.
그리고, 바인더 고분자는 Epoxy acrylate로 선택될 수 있고, 가교제는 다수개의 관능기를 갖는 acrylate로 선택될 수 있으며, 광 개시제는 Oxime계 물질로 선택될 수 있다. 또한, 첨가제는 Alkoxy 또는 Epoxy silane으로 선택될 수 있고, 계면활성제는 Polyether modified dimethylpolysiloxane copolymer로 선택될 수 있다.
밀베이스는 흑색을 발현하는 주요 안료인 블랙 피그먼트(BP), 흑색을 보완하기 위한 적어도 하나의 컬러피그먼트(color pigment, 이하, "CP"로도 지칭함) 및 피그먼트들의 확산을 돕는 분산제(dispersant)를 포함하는 혼합물로 이루어진다. 이때, 분산제는 polyurethane 또는 polyacrylate으로 선택될 수 있고, 블랙피그먼트 간의 연결을 고정하는 바인더 고분자(binder polymer)는 polyacrylate로 선택될 수 있으며, 블랙피그먼트를 희석하기 위한 용매는 PGMEA(Propylene Glycol Mono Ether Acetate) 또는 Cyclohexanone로 선택될 수 있다.
블랙 피그먼트(BP)는, 도전성이 낮은 유기물질(organic material)로 이루어져서, 흑색(black)을 발생시키는 안료이다. 본 발명의 실시예에 따른 수지 블랙매트릭스 재료는, 비교적 높은 도전성을 갖는 카본 블랙 대신, 블랙 피그먼트(BP)의 함량을 조절하여 블랙매트릭스의 광학밀도를 제어한다. 즉, 블랙 매트릭스의 광학밀도를 증가시키기 위하여, 블랙 피그먼트의 함량을 늘린다. 이러한 블랙 피그먼트(BP)의 함량은 수지 블랙매트릭스 재료의 전체 용질 중 20~70 중량비(wt%)이며, 이와 같이 20~70 중량비(wt%)로 함유된 블랙 피그먼트(BP)에 의해, 수지 블랙매트릭스 재료는 1.95~3 (/um)의 광학밀도를 갖는다.
컬러피그먼트(CP)는 R(적색), G(녹색), B(청색) 중 어느 하나의 색상를 발생시키는 안료이다. 밀베이스는 블랙 피그먼트(BP)에 의해 발현되는 흑색을 보완하기 위하여 R(적색)의 컬러피그먼트(CP), G(녹색)의 컬러피그먼트(CP), B(청색)의 컬러피그먼트(CP) 중 둘 이상을 포함한다. 예를 들어, 밀베이스는, R(적색)의 컬러피그먼트(CP)와 B(청색)의 컬러피그먼트(CP)를 포함할 수 있다. 이러한 둘 이상의 컬러피그먼트(CP)의 총함량은, 수지 블랙매트릭스 재료의 전체 용질 중 10~30 중량비(wt%)이다.
그리고, 밀베이스는, 흑색을 보완하기 위하여, 소량의 카본 블랙(CB)을 더 포함할 수 있다. 이러한 카본 블랙(CB)의 함량은, 수지 블랙매트릭스 재료의 전체 용질 중 10 중량비(wt%) 미만이다.
광 개시제는, 수지 블랙매트릭스 재료가 광 민감성(Optical Sensitivity)을 띄게 하여, 노광에 의해 용이하게 패턴될 수 있도록 돕는다. 이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 수지 블랙매트릭스 재료는 광 개시제를 포함하여, 종래의 블랙매트릭스 재료의 광 민감성인 100%보다, 높은 112%의 광 민감성을 갖는다.
이상에서 설명한, 본 발명의 실시예에 따른 수지 블랙매트릭스 재료의 구성 성분과 각 구성성분의 함량을 정리하면, 아래의 표 1과 같다.
Figure pat00001
이상과 같이, 본 발명에 따른 수지 블랙매트릭스 재료는, 흑색을 발현하기 위한 염료로써, 도전성이 높은 카본 블랙(CB)이 아닌, 블랙 피그먼트(BP)를 함유한다. 그리고, 블랙매트릭스가 1.95~3 (/um)의 광학밀도를 갖도록 하기 위하여, 수지 블랙매트릭스 재료의 전체 용질 중 20~70 중량비(wt%)에서 블랙 피그먼트(BP)의 함량이 조절된다. 이때, 블랙 피그먼트(BP)에 의해 발현되는 흑색을 보완하기 위하여, 수지 블랙매트릭스 재료의 전체 용질 중 0~10 중량비(wt%)에서 카본 블랙(CB)이 조절된다. 즉, 본 발명에 따른 수지 블랙매트릭스 재료는 종래보다 소량의 카본 블랙(CB)를 함유하므로, 낮은 유전율 및 높은 저항을 갖는 블랙매트릭스를 형성할 수 있다.
예를들어, 종래의 블랙매트릭스 재료는 흑색을 발현하기 위하여 카본 블랙(CB)을 포함하고, 블랙매트릭스가 적정값(예를 들어, 3 (/um)) 이상의 광학밀도를 나타낼 수 있도록, 카본 블랙(CB)의 함량을 증가시킨다. 이때, 증가된 카본 블랙에 의해, 블랙매트릭스는 20 이상의 높은 유전율 및 105~106 옴(Ω)의 낮은 저항을 갖게 되어, 본 발명의 실시예에 적용하면, 트랜지스터 어레이의 오동작을 유발할 수 있다.
그러나, 본 발명에 따른 수지 블랙매트릭스 재료는, 흑색을 발현하기 위하여 낮은 도전성의 유기물질로 이루어진 블랙 피그먼트(BP)를 포함하고, 블랙매트릭스가 적정값 이상의 광학밀도를 나타낼 수 있도록, 블랙 피그먼트(BP)의 함량을 증가시킨다.
본 발명의 실시예에 따른 수지 블랙매트릭스 재료로 이루어진 블랙매트릭스가 2 (/um)의 광학밀도를 갖는 경우, 측정결과, 블랙매트릭스의 유전율은 10 미만으로, 종래보다 낮고, 블랙매트릭스의 저항(면저항)은 1012 옴(Ω) 이상으로 종래보다 높은 것으로 나타났다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수지 블랙매트릭스 재료로 형성된 블랙매트릭스의 광학밀도 및 면저항을 나타낸 그래프이다.
도 4는, 블랙피그먼트(BP)를 전체 용질의 60 중량비(wt%)로 함유하는 수지 블랙매트릭스 재료에 있어서, 적색과 청색의 컬러피그먼트(CB)를 전체 용질의 10 중량비(wt%)로 함유하는 경우(가로축의 "BP60%+CP10%")와, 적색과 청색의 컬러피그먼트(CP)를 전체 용질의 5 중량비(wt%)로 함유하고, 카본 블랙(CB)을 전체 용질의 5 중량비(wt%)로 함유하는 경우(가로축의 "BP60%+CP5%+CB5%")와, 적색과 청색의 컬러피그먼트(CP)를 전체 용질의 10 중량비(wt%)로 함유하고, 카본 블랙(CB)을 전체 용질의 5 중량비(wt%)로 함유하는 경우(가로축의 "BP60%+CP10%+CB5%") 각각에 대응하여, 광학밀도(좌측의 세로축, Optical density)와 면저항(우측의 세로축)을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 모든 경우에서, 광학밀도는 2.5 이상을 나타내면서도, 면저항(Ω/sq)은 1.00x1012 이상을 나타내는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 수지 블랙매트릭스 재료는 적정치의 광학밀도를 가지면서도, 낮은 유전율과 높은 저항을 갖는 블랙매트릭스를 형성할 수 있고, 이러한 블랙매트릭스는, 종래보다 낮은 유전율 및 높은 저항의 전기적특성을 가지므로, 트랜지스터 어레이와 동일 기판에 형성되더라도, 트랜지스터 어레이의 오동작을 유발하지 않을 수 있다.
또한, 이러한 블랙매트릭스를 포함하는 액정표시장치는, 블랙매트릭스가 트랜지스터 어레이와 인접하게 형성되어, 트랜지스터에 입사되는 외부 광의 차단율 및 화소영역 외곽에서 투과되는 광의 차단율을 높일 수 있고, 블랙매트릭스가 기판의 정렬오차를 대비한 여분을 포함하지 않는 면적으로 형성되어, 개구율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다.
100: TN방식의 트랜지스터 어레이
200: 횡전계 방식의 트랜지스터 어레이
GL: 게이트라인 DL: 데이터라인
GI: 게이트절연막 TFT: 트랜지스터
PX: 화소전극 CX: 공통전극

Claims (12)

  1. 전체 용질 중 20~70 중량비(wt%)의 함량을 갖고, 흑색을 발현하는 블랙 피그먼트; 및
    전체 용질 중 10 중량비(wt%) 미만의 함량을 갖고, 상기 블랙 피그먼트에 의해 발현되는 흑색을 보완하는 카본 블랙을 포함하는 혼합물로 이루어지는 수지 블랙매트릭스 재료.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 블랙 피그먼트의 함량을 조절하여, 1.95 (/um) 이상의 광학밀도를 갖는 블랙매트릭스를 형성하는 수지 블랙매트릭스 재료.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 블랙매트릭스의 유전율은 10 미만이고, 저항은, 1012 (Ω/sq)이상인 수지 블랙매트릭스 재료.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 블랙 피그먼트에 의해 발현되는 흑색을 보완하기 위하여, R(적색), G(녹색), B(청색) 중 어느 하나의 색상를 발현하는 둘 이상의 컬러 피그먼트를 더 포함하는 수지 블랙매트릭스 재료.
  5. 제1항에 있어서,
    광 민감성을 갖도록 광 개시제를 더 포함하는 수지 블랙매트릭스 재료.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 블랙 피그먼트 간의 연결을 고정하는 바인더 고분자;
    상기 블랙 피그먼트 간을 연결하는 가교제;
    점착성을 부가하는 첨가제(additive); 및
    상기 수지 블랙매트릭스 재료가 도포되는 계면에서의 표면장력을 감소시키는 계면활성제(Surfactants)를 더 포함하는 수지 블랙매트릭스 재료.
  7. 제1항에 있어서,
    전체 중량의 80 중량비(wt%)의 함량을 갖고 상기 용질을 희석하는 용매를 더 포함하는 수지 블랙매트릭스 재료.
  8. 대향 합착되는 하부기판과 상부기판;
    상기 하부기판과 상부기판 사이에 주입되는 액정층;
    상기 하부기판 상에 형성되어, 복수의 화소에 각각 대응하는 복수의 화소영역을 정의하고, 상기 복수의 화소영역 각각에 대응하는 광투과율을 제어하는 트랜지스터 어레이; 및
    상기 하부기판의 상기 트랜지스터 어레이 상에, 상기 트랜지스터 어레이와 중첩되도록 배치되어, 화소영역의 외곽에 해당하는 영역에서의 빛샘을 방지하는 블랙매트릭스를 포함하고,
    상기 블랙매트릭스는, 전체 용질 중 20~70 중량비(wt%)의 함량을 갖고, 흑색을 발현하는 블랙 피그먼트와, 전체 용질 중 10 중량비(wt%) 미만의 함량을 갖고, 상기 블랙 피그먼트에 의해 발현되는 흑색을 보완하는 카본 블랙을 포함하는 혼합물로 이루어지는 수지 블랙매트릭스 재료로 형성되는 액정표시장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 블랙매트릭스는, 1.95 (/um) 이상의 광학밀도, 10 미만의 유전율 및 1012 (Ω/sq)이상의 저항을 갖는 액정표시장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 수지 블랙매트릭스 재료는,
    상기 블랙 피그먼트에 의해 발현되는 흑색을 보완하기 위하여, R(적색), G(녹색), B(청색) 중 어느 하나의 색상를 발현하는 둘 이상의 컬러 피그먼트;
    피그먼트 간의 연결을 고정하는 바인더 고분자;
    피그먼트 간을 연결하는 가교제;
    광 민감성을 갖도록 광 개시제;
    점착성을 부가하는 첨가제(additive);
    상기 수지 블랙매트릭스 재료가 도포되는 계면에서의 표면장력을 감소시키는 계면활성제(Surfactants); 및
    전체 중량의 20 중량비(wt%)의 함량을 갖는 용질을 희석하는 용매를 더 포함하는 액정표시장치.
  11. 제8항에 있어서,
    하부기판 또는 상부기판에 복수의 화소에 각각 대응하는 파장영역의 광을 방출하는 컬러필터층을 더 포함하는 액정표시장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 트랜지스터 어레이는,
    교차배치되어 상기 복수의 화소영역을 정의하는 게이트라인과 데이터라인; 및
    상기 게이트라인과 데이터라인이 교차하는 영역에 배치되는 트랜지스터를 포함하는 액정표시장치.
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