KR20210090309A - 블랙 매트릭스 조성물 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

블랙 매트릭스 조성물 및 이를 포함하는 표시 장치 Download PDF

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KR20210090309A
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김수정
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이윤호
이준우
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Abstract

블랙 매트릭스 조성물 및 이를 포함하는 표시 장치가 제공된다. 일 실시예에 따른 블랙 매트릭스 조성물은 카본 블랙 및 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이를 포함하는 안료, 바인더, 모노머, 광개시제 및 첨가제를 포함하는 고형분, 및 용매를 포함할 수 있다.

Description

블랙 매트릭스 조성물 및 이를 포함하는 표시 장치{BLACK MATRIX COMPOSITION AND DISPLAY DEVICE COMPRISING OF THE SAME}
본 발명은 블랙 매트릭스 조성물 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
표시 장치는 멀티미디어의 발달과 함께 그 중요성이 증대되고 있다. 이에 부응하여 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display, LCD), 유기 발광 표시 장치(Organic Light Emitting Display, OLED) 등과 같은 여러 종류의 표시 장치가 사용되고 있다.
액정 표시 장치와 유기 발광 표시 장치는 각각 혼색 방지, 콘트라스트비(contrast ratio) 향상 등을 목적으로 빛을 흡수하는 블랙 매트릭스를 포함할 수 있다. 블랙 매트릭스는 광학 밀도(optical density)와 반사율을 가질 수 있다. 표시 장치에서 요구되는 블랙 매트릭스의 특성은 저 반사율과 고 광학 밀도일 수 있다. 그러나, 블랙 매트릭스의 광학 밀도가 증가하면 반사율도 증가한다. 따라서, 표시 장치에서 요구되는 블랙 매트릭스의 특성을 위한 연구가 계속되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 반사율을 낮추고 광학 밀도를 증가시킬 수 있는 블랙 매트릭스 조성물을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 표시 장치의 반사율을 낮추고 표시 품질을 개선할 수 있는 표시 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 블랙 매트릭스 조성물은 카본 블랙 및 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이를 포함하는 안료, 바인더, 모노머, 광개시제 및 첨가제를 포함하는 고형분, 및 용매를 포함할 수 있다.
상기 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이는 기저층 및 상기 기저층 상에 서로 이격된 복수의 탄소나노튜브를 포함할 수 있다.
상기 복수의 탄소나노튜브 각각은 일단이 상기 기저층의 표면에 접하고 타단이 상기 기저층의 표면으로부터 수직한 방향에 배치될 수 있다.
상기 기저층은 유리 기판, 실리콘 웨이퍼 및 금속층 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이는 플레이크 형태일 수 있다.
상기 블랙 매트릭스 조성물 전체 100 중량부에 대해 상기 고형분의 함량은 12 내지 25 중량부일 수 있다.
상기 고형분 전체 100 중량부에 대해 상기 안료의 함량은 15 내지 50 중량부일 수 있다.
상기 안료 전체 100 중량부에 대해, 상기 수직 정렬된 탄소나노튜브 플레이크의 함량은 15 내지 85 중량부일 수 있다.
상기 바인더의 함량은 상기 고형분 전체 100 중량부에 대해 25 내지 40 중량부일 수 있다.
상기 모노머의 함량은 상기 고형분 전체 100 중량부에 대해 25 내지 40 중량부일 수 있다.
상기 광개시제의 함량은 상기 고형분 전체 100 중량부에 대해 1 내지 10 중량부일 수 있다.
상기 첨가제의 함량은 상기 고형분 전체 100 중량부에 대해 0.1 내지 1 중량부일 수 있다.
상기 용매의 함량은 상기 블랙 매트릭스 조성물 전체 100 중량부에 대해 75 내지 88 중량부일 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 표시 장치는 스위칭 소자 및 상기 스위칭 소자에 연결된 화소 전극을 포함하는 제1 기판, 및 상기 제1 기판과 대향하며, 블랙 매트릭스를 포함하는 제2 기판을 포함하며, 상기 블랙 매트릭스는 카본 블랙 및 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이를 포함할 수 있다.
상기 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이는 기저층 및 상기 기저층 상에 서로 이격된 복수의 탄소나노튜브를 포함할 수 있다.
상기 복수의 탄소나노튜브 각각은 일단이 상기 기저층의 표면에 접하고 타단이 상기 기저층의 표면으로부터 수직한 방향에 배치될 수 있다.
상기 기저층은 유리 기판, 실리콘 웨이퍼 및 금속층 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이는 플레이크 형태일 수 있다.
상기 블랙 매트릭스의 광학 밀도는 3.95 내지 4.05일 수 있다.
상기 블랙 매트릭스의 반사율은 0.5 내지 0.7%일 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
일 실시예에 따른 블랙 매트릭스 조성물에 의하면, 안료로서 카본 블랙과 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이를 포함함으로써, 블랙 매트릭스의 광학 밀도를 증가시키고 반사율을 낮출 수 있다. 따라서, 높은 광학 밀도와 낮은 반사율을 나타내는 블랙 매트릭스를 표시 장치에 포함함으로써, 표시 품질을 향상시킬 수 있다.
실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 분해 사시도.
도 2는 도 1의 화소의 레이아웃을 나타낸 평면도.
도 3은 도 2의 절취선 I-I'에 따른 단면도.
도 4 및 도 5는 일 실시예에 따른 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이를 나타낸 도면들.
도 6은 비교예 1 내지 6, 및 제조예 1 내지 3으로 제조된 블랙 매트릭스의 광학 밀도에 따른 반사율을 나타낸 그래프.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 실시예들을 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 구체적인 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 표시 장치(1)는 스마트폰, 휴대 전화기, 태블릿 PC, PDA(Personal Digital Assistant), PMP(Portable Multimedia Player), 텔레비전, 게임기, 손목 시계형 전자 기기, 헤드 마운트 디스플레이, 퍼스널 컴퓨터의 모니터, 노트북 컴퓨터, 자동차 네비게이션, 자동차 계기판, 디지털 카메라, 캠코더, 외부 광고판, 전광판, 의료 장치, 검사 장치, 냉장고와 세탁기 등과 같은 다양한 가전 제품, 또는 사물 인터넷 장치에 적용될 수 있다.
또한, 일 실시예들에 따른 표시 장치(1)는 표시 방식에 따라 다양하게 분류될 수 있다. 예를 들어, 표시 장치의 분류는 유기 발광 표시 장치(OLED), 무기 발광 표시 장치(inorganic EL), 퀀텀닷 발광 표시 장치(QED), 마이크로 LED 표시 장치(micro-LED), 나노 LED 표시 장치(nano-LED), 플라즈마 표시 장치(PDP), 전계 방출 표시 장치(FED), 음극선 표시 장치(CRT), 액정 표시 장치(LCD), 전기 영동 표시 장치(EPD) 등을 포함할 수 있다. 하기에서는 표시 장치로서 액정 표시 장치를 예로 하여 설명하며, 특별한 구분을 요하지 않는 이상 실시예에 적용된 액정 표시 장치를 단순히 표시 장치로 약칭할 것이다. 그러나, 실시예가 액정 표시 장치에 제한되는 것은 아니고, 기술적 사상을 공유하는 범위 내에서 상기 열거된 또는 본 기술분야에 알려진 다른 표시 장치가 적용될 수도 있다.
일 실시예에 따른 표시 장치는 제1 기판(100), 제1 기판(100)과 대향하는 제2 기판(200), 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 사이에 개재되는 액정층(300)을 포함할 수 있다. 액정층(300)은 복수의 액정(LC)을 포함하고, 액정(LC)은 음의 유전율 이방성을 가질 수 있다.
일 실시예에 따른 표시 장치는 표시 영역(DA) 및 비표시 영역(NA)을 포함할 수 있다. 표시 영역(DA)은 영상이 표시되는 영역이고, 비표시 영역(NA)은 표시 영역(DA)을 둘러싸며 차광되는 영역일 수 있다. 표시 영역(DA)은 복수의 화소(PX)를 포함한다. 상기 각 화소(PX)는 색 표시를 구현하기 위해서 기본색 중 하나의 색을 표시할 수 있다. 예를 들어, 상기 복수의 화소(PX)는 적색을 표시하는 적색 화소(R), 녹색을 표시하는 녹색 화소(G) 및 청색을 표시하는 청색 화소(B)를 포함할 수 있다. 적색 화소(R), 녹색 화소(G) 및 청색 화소(B)는 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)으로 반복 배치되어 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 게이트 라인(GL)은 제1 방향(DR1)으로 연장되어 배치되고 데이터 라인(DL)은 제2 방향(DR2)으로 연장되어, 복수의 화소(PX)들 각각에 게이트 구동 신호와 데이터 구동 신호를 전달할 수 있다.
도 2는 도 1의 화소의 레이아웃을 나타낸 평면도이고, 도 3은 도 2의 절취선 I-I'에 따른 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 제1 기판(100)은 액정층(300) 내의 액정(LC)의 배향 방향을 제어하기 위한 스위칭 소자(120)가 배치된 기판이고, 제2 기판(200)은 제1 기판(100)과 함께 액정층(300)을 밀봉하기 위한 대향 기판일 수 있다.
제1 기판(100)은 제1 절연 기판(110), 제1 절연 기판(110) 상에 배치된 스위칭 소자(120), 및 스위칭 소자(120) 상에 배치된 화소 전극(150)을 포함할 수 있다.
제1 절연 기판(110)은 투명한 절연 기판일 수 있다. 예를 들어, 제1 절연 기판(110)은 유리 또는 플라스틱 기판일 수 있다. 또한, 제1 절연 기판(110)은 가요성(flexible)을 가질 수도 있다.
제1 절연 기판(110) 상에는 스위칭 소자(120)가 배치될 수 있다. 스위칭 소자(120)는 제1 절연 기판(110) 상에 배치된 게이트 전극(121), 게이트 전극(121) 상에 배치된 반도체층(122), 및 반도체층(122) 상에서 서로 이격 배치된 소스 전극(123)과 드레인 전극(124)을 포함하는 박막 트랜지스터일 수 있다.
게이트 전극(121)은 게이트 라인(GL)과 연결되어 게이트 구동 신호를 전달한다. 게이트 전극(121)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 합금으로 형성된다. 또한, 게이트 전극(121)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어진 다층일 수 있다. 예를 들면, 게이트 전극(121)은 몰리브덴/알루미늄-네오디뮴 또는 몰리브덴/알루미늄의 2중층일 수 있다.
게이트 전극(121) 상에 게이트 전극(121)을 절연시키는 게이트 절연막(131)이 배치될 수 있다. 게이트 절연막(131)은 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx) 또는 실리콘산화질화물(SiOxNy)로 이루어질 수 있으며, 단층 또는 이들의 다층일 수 있다.
게이트 절연막(131) 상에 반도체층(122)이 배치될 수 있다. 반도체층(122)은 게이트 절연막(131) 상에서 게이트 전극(121)과 중첩될 수 있다. 반도체층(122)은 실리콘 반도체나 산화물 반도체로 이루어질 수 있다. 실리콘 반도체는 비정질 실리콘 또는 결정화된 다결정 실리콘을 포함할 수 있다. 여기서, 다결정 실리콘은 이동도가 높아(100㎠/Vs 이상), 에너지 소비 전력이 낮고 신뢰성이 우수할 수 있고 산화물 반도체는 오프-전류(Off-Current)가 낮으므로 본 실시예에서는 필요에 따라 선택적으로 사용할 수 있다.
반도체층(122) 상에 서로 이격된 소스 전극(123) 및 드레인 전극(124)이 배치될 수 있다. 소스 전극(123)은 데이터 라인(DL)과 연결되어 데이터 구동 신호를 전달할 수 있고, 드레인 전극(124)은 화소 전극(150)과 전기적으로 연결될 수 있다.
소스 전극(123) 및 드레인 전극(124)은 단층 또는 다층으로 이루어질 수 있다. 소스 전극(123) 및 드레인 전극(124)이 단층인 경우, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 또한, 소스 전극(123) 및 드레인 전극(124)이 다층인 경우, 구리/티타늄 또는 몰리브덴/알루미늄-네오디뮴의 2층, 티타늄/알루미늄/티타늄, 몰리브덴/알루미늄/몰리브덴 또는 몰리브덴/알루미늄-네오디뮴/몰리브덴의 3층으로 이루어질 수 있다.
전술한 스위칭 소자(120) 상에 스위칭 소자(120)를 보호할 수 있는 보호막(133)이 배치될 수 있다. 보호막(133)은 무기물, 유기물 또는 이들의 혼합으로 이루어질 수 있다. 보호막(133)이 무기물인 경우 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx) 또는 실리콘 산화질화물(SiOxNy)의 단층 또는 이들의 다층으로 이루어질 수 있다. 보호막(133)이 유기물인 경우 폴리이미드(polyimide), 벤조사이클로부틴계 수지(benzocyclobutene series resin), 아크릴레이트계 수지(acrylate series resin) 등의 유기물로 이루어질 수 있다. 보호막(133)이 무기물과 유기물의 혼합인 경우, 유기물이 무기물 상에 배치되어 하부의 단차를 평탄화할 수 있다.
보호막(133) 상에 화소 전극(150)이 배치될 수 있다. 화소 전극(150)은 컨택홀(140)을 통해 드레인 전극(124)에 연결되어 데이터 구동 신호에 의해 제어될 수 있다.
화소 전극(150)은 제1 줄기부(151), 줄기부(151)로부터 바깥쪽으로 연장되고 슬릿(153)을 사이에 두고 서로 이격된 복수의 가지부(152), 스위칭 소자(120)로 연장된 연장부(154)를 포함할 수 있다.
줄기부(151)는 제1 방향(DR1)으로 연장되는 가로 줄기부 및 제2 방향(DR2)으로 연장되는 세로 줄기부를 포함할 수 있다. 줄기부(151)는 화소 전극(150)을 부영역들, 즉 도메인들로 나눌 수 있다. 줄기부(151)는 예를 들어 십자 형상으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 화소 전극(150)은 줄기부(151)에 의해 4개의 부영역들로 나뉠 수 있다. 부영역들 각각에 위치하는 가지부(152)는 서로 연장되는 방향이 다를 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 우상 방향의 부영역에 위치하는 가지부(152)는 줄기부(151)로부터 우상 방향으로 비스듬하게 연장되고, 우하 방향의 부영역에 위치하는 가지부(152)는 줄기부(151)로부터 우하 방향으로 비스듬하게 연장될 수 있다. 또한 좌상 방향의 부영역에 위치하는 가지부(152)는 줄기부(151)로부터 좌상 방향으로 비스듬하게 연장되고, 좌하방향의 부영역에 위치하는 가지부(152)는 줄기부(151)로부터 좌하 방향으로 비스듬하게 연장될 수 있다. 연장부(154)는 줄기부(151) 또는 가지부(152)로부터 스위칭 소자(120)로 연장되어 컨택홀(140)을 통해 드레인 전극(124)과 연결될 수 있다.
화소 전극(150)은 빛이 투과될 수 있는 투명한 도전 물질을 포함할 수 있다. 화소 전극(150)은 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO), 인듐 징크 옥사이드(Indium Zinc Oxide, IZO) 또는 인듐 틴 징크 옥사이드(Indium Tin Zinc Oxide, ITZO)로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않으며 투명하면서 도전성을 가진 물질이라면 사용 가능하다.
화소 전극(150) 상에는 제1 배향막(160)이 배치될 수 있다. 제1 배향막(160)은 수직 배향기를 포함할 수 있으며, 수직 배향기를 통해 액정층(300) 내 액정(LC)들의 초기 수직 배향을 유도할 수 있다. 제1 배향막(160)은 폴리아믹산(Polyamic acid) 또는 폴리이미드(Polyimide)를 포함할 수 있다.
한편, 제2 기판(200)은 제2 절연 기판(210), 제2 절연 기판(210) 상에 배치된 블랙 매트릭스(220), 컬러 필터(230), 및 블랙 매트릭스(220)와 컬러 필터(230) 상에 배치된 공통 전극(250)을 포함할 수 있다.
제2 절연 기판(210)은 제1 절연 기판(110)과 같은 투명한 절연 기판일 수 있다. 블랙 매트릭스(220)는 적어도 특정 파장 대역의 광을 흡수하거나 반사하여 광의 투과를 차단하는 물질로 이루어질 수 있다. 블랙 매트릭스(220)는 인접한 화소들 간의 경계에 배치되어 혼색 불량을 방지할 수 있다. 예를 들어, 도 1에서 블랙 매트릭스(220)는 화소(PX)들 간의 경계에서 스트라이프 형상 또는 격자 형상으로 배치될 수 있다.
블랙 매트릭스(220)는 광을 흡수하는 카본 블랙 및 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이를 포함할 수 있다. 일 실시예에서는 카본 블랙과 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이를 포함함으로써, 광학 밀도를 증가시키고 반사율을 낮출 수 있다. 블랙 매트릭스(220)에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
컬러 필터(230)는 투과광의 특정 파장 대역을 흡수하거나, 또는 투과광의 파장을 특정 파장으로 시프트(shift) 또는 변환하는 물질을 포함하여 이루어질 수 있다. 즉, 컬러 필터(230)는 특정 파장 대역의 광만을 선택적으로 투과시킬 수 있다. 도 3에는 블랙 매트릭스(220) 및 컬러 필터(230)가 제2 기판(200)에 배치된 것을 예시하고 있으나, 컬러 필터(230)는 제1 기판(100)에 배치될 수도 있다. 예를 들어, 컬러 필터(230)는 제1 기판(100)의 스위칭 소자(120)와 화소 전극(150) 사이에 배치될 수 있고, 블랙 매트릭스(220)는 제2 기판(200)에 배치될 수 있다. 블랙 매트릭스(220)는 스위칭 소자(120)와 중첩하여 배치될 수 있으며, 도 2에 도시된 데이터 라인(DL) 및 게이트 라인(GL)과 중첩하여 배치될 수도 있다.
블랙 매트릭스(220) 및 컬러 필터(230) 상에 오버코트층(240)이 배치될 수 있다. 오버코트층(240)은 유기 물질을 포함하여 이루어질 수 있다. 오버코트층(240)은 제2 기판(210) 상에 적층된 구성 요소들에 의한 단차를 평탄화할 수 있다.
오버코트층(240) 상에 공통 전극(250)이 배치될 수 있다. 공통 전극(250)은 복수의 화소들 상에 배치되어 공통 전압을 인가할 수 있다. 공통 전극(250)은 화소 전극(150)과 함께 액정층(300)에 수직 전계를 형성할 수 있다. 공통 전극(250)은 화소 전극(150) 과 함께 액정층(300)에 전계를 형성하여 액정(LC)의 배향 방향을 제어할 수 있다. 도 3 에는 제1 기판(100)에 화소 전극(150)이 배치되고 제2 기판(200)에 공통 전극(250)이 배치된 것을 예시하고 있으나, 화소 전극(150)과 공통 전극(250)은 동일 기판에 배치될 수도 있다.
공통 전극(250) 상에 제2 배향막(260)이 배치될 수 있다. 제2 배향막(260)은 제1 배향막(160)과 동일하게 구성되므로 중복되는 설명은 생략한다.
제1 기판(100)과 제2 기판(200) 사이에 액정층(300)이 배치될 수 있다. 액정층(300)은 복수의 액정(LC)들을 포함할 수 있다. 액정층(300)을 이루는 액정 조성물은 음의 유전율 이방성 또는 양의 유전율 이방성을 가질 수 있다. 액정(LC)은 초기 배향 상태에서 그 장축이 배향 표면에 대해 대략 수직한 방향으로 배향되어 안정화된 상태를 유지하고 있을 수 있다. 또한, 액정(LC)은 소정의 선경사 각도를 가지고 안정화된 상태를 유지할 수 있다.
음의 유전율 이방성을 갖는 액정(LC)은 화소 전극(150)과 공통 전극(250)이 형성하는 수직 전계에 의해 그 장축이 상기 전계의 방향에 대해 소정의 각도를 이루도록 기울어질 수 있다. 액정(LC)의 장축이 방향이 변화함에 따라 위상차 지연값이 달라지고 그에 따라 액정층(300)을 투과하는 광의 양이 조절될 수 있다. 실시예에서, 초기 배향 상태라 함은 액정층(300)에 전계가 형성되지 않은 상태에서의 액정(LC)의 배향 상태를 의미한다.
이하, 블랙 매트릭스(220)를 제조하기 위한 블랙 매트릭스 조성물에 대해 설명하기로 한다.
도 4 및 도 5는 일 실시예에 따른 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이를 나타낸 도면들이다.
블랙 매트릭스(220)는 블랙 매트릭스 조성물을 경화하여 형성될 수 있다. 블랙 매트릭스 조성물은 카본 블랙(carbon black) 및 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이(vertically aligned carbon nanotube arrays)를 포함하는 안료, 바인더, 모노머, 광개시제 및 첨가제를 포함하는 고형분을 포함할 수 있다.
안료는 빛을 흡수하여 블랙을 나타내는 것으로, 카본 블랙과 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이를 포함할 수 있다.
카본 블랙은 블랙의 미세한 탄소 분말로, 탄소 입자의 크기가 1 내지 500nm로 이루어질 수 있다. 카본 블랙은 빛을 흡수하고 블랙 매트릭스의 광학 밀도(optical density)을 증가시키는 역할을 할 수 있다. 카본 블랙의 함량은 안료 전체 100 중량부에 대해 15 내지 85 중량부일 수 있다. 카본 블랙의 함량이 안료 전체 100 중량부에 대해 15 중량부 이상이면 블랙 매트릭스의 광학 밀도를 증가시킬 수 있다. 카본 블랙의 함량이 안료 전체 100 중량부에 대해 85 중량부 이하이면 블랙 매트릭스의 계면 반사율이 증가되는 것을 방지할 수 있다.
수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이는 빛을 흡수하고 블랙 매트릭스의 광학 밀도를 증가시키는 역할을 할 수 있다. 도 4는 일 실시예에 따른 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이의 단면도이다. 도 5는 도 4의 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이가 광을 흡수하는 모습을 나타낸 모식도이다.
탄소나노튜브는 하나의 탄소 원자가 3개의 다른 탄소와 결합되어 육각형 벌집 무늬의 구조를 형성하고, 이 육각형 벌집 무늬의 구조가 둥글게 말려 튜브 형태로 이루어질 수 있다. 탄소나노튜브의 직경은 수 내지 수백 나노미터일 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이는 빛이 입사되는 경우, 탄소나노튜브들 계면에서 빛이 반사 및 흡수되면서 최종적으로 대부분의 빛이 흡수될 수 있다.
도 5를 참조하면, 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이는 복수의 탄소나노튜브(CNT)가 기저층(BS) 상에 기저층(BS) 표면으로부터 수직 성장하여 정렬된 것일 수 있다.
복수의 탄소나노튜브(CNT)는 각각 기저층(BS) 상에 서로 이격되어 기저층(BS)에 대해 수직 정렬될 수 있다. 복수의 탄소나노튜브(CNT) 각각은 일단이 기저층(BS)의 표면에 접하고 타단이 기저층(BS)의 표면으로부터 수직한 방향에 배치될 수 있다.
기저층(BS)은 탄소나노튜브(CNT)가 성장하기 위한 기판으로 작용할 수 있다. 기저층(BS)은 유리 기판, 실리콘 웨이퍼 및 금속층 중 어느 하나일 수 있다.
수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이는 기저층(BS) 상에 탄소나노튜브(CNT)를 수직 정렬된 상태로 성장시켜 제조될 수 있다.
구체적으로, 탄소나노튜브(CNT)를 성장시키기 위해서는, 기저층(BS) 상에 촉매 즉, 탄소나노튜브 형성용 금속 촉매층을 증착할 수 있다. 금속 촉매층은 기저층(BS) 표면에 스퍼터링, 전자빔 증착 또는 액상의 방법으로 금속을 소정 두께로 증착하여 형성될 수 있다. 탄소나노튜브 형성용 금속 촉매는 예를 들어, 니켈, 철, 코발트, 팔라듐, 백금 또는 이들의 합금 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 탄소나노튜브 형성용 금속 촉매층은 1 내지 100nm의 두께로 형성될 수 있다.
탄소나노튜브(CNT)를 수직 성장시키는 방법으로는, 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition: CVD) 또는 플라즈마 보강 화학 기상 증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition: PECVD)를 사용하여 기저층(BS) 상에 탄소나노튜브 형성용 금속 촉매층 위에 직접 탄소나노튜브(CNT)를 수직으로 성장시킬 수 있다.
탄소나노튜브의 성장은, 퍼니스(furnace) 내에서 약 400 내지 1000도의 온도 조건 하에 메탄, 아세틸렌, 에틸렌, 에탄, 일산화탄소 및 이산화탄소와 같은 탄소 함유 가스와, 수소, 질소 또는 아르곤 가스를 함께 주입하면서 탄소나노튜브 형성용 금속 촉매층의 표면으로부터 수직 방향으로 탄소나노튜브(CNT)를 성장시킬 수 있다. 이 조건에서 탄소나노튜브 형성용 금속 촉매층 표면 상에 탄소성 기체(carbonaceous gas)가 분해되어 확산됨으로써 탄소나노튜브가 수직으로 성장하게 된다. 일 실시예에서는 전술한 방법으로 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이를 제조하는 것을 개시하지만, 이에 한정되지 않는다.
일 실시예에서는 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이를 분쇄하여 플레이크(flake) 형태로 사용할 수 있다. 예를 들어, 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이는 초음파 분쇄(sonicator)로 분쇄되어 수 내지 수백 나노미터 크기의 플레이크 형태를 가질 수 있다.
수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이의 함량은 안료 전체 100 중량부에 대해 15 내지 85 중량부일 수 있다. 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이의 함량이 안료 전체 100 중량부에 대해 15 중량부 이상이면 블랙 매트릭스의 광학 밀도를 증가시킬 수 있다. 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이의 함량이 안료 전체 100 중량부에 대해 85 중량부 이하이면 블랙 매트릭스의 계면 반사율이 증가되는 것을 방지할 수 있다.
전술한 고형분의 함량은 블랙 매트릭스 조성물 전체 100 중량부에 대해 12 내지 25 중량부일 수 있다. 고형분의 함량이 블랙 매트릭스 조성물 전체 100 중량부에 대해 12 중량부 이상이면 블랙 매트릭스의 광 흡수율을 증가시킬 수 있다. 고형분의 함량이 블랙 매트릭스 조성물 전체 100 중량부에 대해 25 중량부 이하이면 블랙 매트릭스 조성물의 코팅성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 안료의 함량은 고형분 전체 100 중량부에 대해 15 내지 50 중량부일 수 있다. 안료의 함량이 고형분 전체 100 중량부에 대해 15 중량부 이상이면 블랙 매트릭스의 광 흡수율을 증가시킬 수 있다. 안료의 함량이 고형분 전체 100 중량부에 대해 50 중량부 이하이면 블랙 매트릭스의 패턴성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
블랙 매트릭스 조성물은 바인더를 포함할 수 있다. 바인더는 블랙 매트릭스 조성물의 각 고형분들을 결합하고 패턴 형상으로 지지하는 역할을 할 수 있다. 바인더는 아크릴계 수지, 이미드 수지, 페놀 수지, 스타이렌 수지, 및 카도계 수지 중 선택된 어느 하나 이상일 수 있다. 또한, 이들 수지는 산기 또는 에폭시기를 함유한 화합물일 수 있다.
바인더의 함량은 고형분 전체 100 중량부에 대해 25 내지 40 중량부일 수 있다. 바인더의 함량이 고형분 전체 100 중량부에 대해 25 중량부 이상이면 블랙 매트릭스의 패턴성을 향상시킬 수 있다. 바인더의 함량이 고형분 전체 100 중량부에 대해 40 중량부 이하이면 블랙 매트릭스 조성물의 코팅성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
블랙 매트릭스 조성물은 모노머를 포함할 수 있다. 모노머는 가교제(cross linking agent)로서 다관능성 모노머일 수 있다. 다관능성 모노머는 예를 들어, 에틸렌글리콜디아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 1,3-부탄디올디아크릴레이트, 테트라메틸렌글리콜디아크릴레이트, 프로필렌글리콜디아크릴레이트, 1,4-시클로헥산디올디아크릴레이트, 트리메틸롤트리아크릴레이트, 트리메틸롤 프로판트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디아크릴레이트, 디펜타에리트리톨트리아크릴레이트, 디펜타에리트리톨테트라아크릴레이트, 솔비톨트리아크릴레이트, 솔비톨테트라크릴레이트, 솔비톨펜타크릴레이트, 솔비톨헥사크릴레이트, 테트라메틸렌글리콜디메타크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 트리메틸올프로판트리메타크릴레이트, 에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 트리메틸올에탄트리메타크릴레이트, 1,3-부탄디올디메타크릴레이트, 펜타에리트리톨디메타크릴레이트, 디펜타에리트리톨디메타크릴레이트, 펜타에리트리톨트리메타크릴레이트, 비스[p-(3-메타크릴옥시-2-히드록시-프로폭시)페닐]디메틸메탄, 비스[p-(메타크릴록시-에폭시)페닐]디메틸메탄, 솔비톨트리메타크릴레이트, 솔비톨테트라메타크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 2-하이드록시에틸아크릴레이트, 2-하이드록시프로필아크릴레이트, 디메틸아미노에틸아크릴레이트, 디에틸아미노에틸아크릴레이트, 이소보닐아크릴레이트, n-비닐피롤리돈, 1,4-부틸렌글리콜디아크릴레이트, 1,6-헥산디올디아크릴레이트, 디에틸렌글리콜디아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜디아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 펜타에리트리톨디아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사크릴레이트, 테트라히드로퍼푸릴메타크릴레이트, 글리시딜아크릴레이트, 펜타에리트리톨테트라아크릴레이트, 비닐아세테이트, 및 트리알릴시아누레이트 중 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
모노머의 함량은 고형분 전체 100 중량부에 대해 25 내지 40 중량부일 수 있다. 모노머의 함량이 고형분 전체 100 중량부에 대해 25 중량부 이상이면 블랙 매트릭스의 패턴성을 향상시킬 수 있다. 모노머의 함량이 고형분 전체 100 중량부에 대해 40 중량부 이하이면 블랙 매트릭스 조성물의 코팅성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
블랙 매트릭스 조성물은 광개시제를 포함할 수 있다. 광개시제는 광에 의해 라디칼을 발생시켜 가교를 촉발시키는 역할을 할 수 있다. 광개시제는 아세토페논계 화합물, 비이미다졸계 화합물, 트리아진계 화합물 및 옥심계 화합물 중 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 광개시제는 예를 들어, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 1-(4-이소프로필페닐)-2-히드록시-2-메틸프로판-1-온, 4-(2-히드록시에톡시)-페닐-(2-히드록시-2-프로필)케톤, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤, 벤조인메틸 에테르, 벤조인에틸 에테르, 벤조인이소부틸 에테르, 벤조인부틸 에테르, 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논, 2-메틸-(4-메틸티오)페닐-2-몰폴리노-1-프로판-1-온, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-몰폴리노페닐)-부탄-1-온, 2-(4-브로모-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-몰폴리노페닐)-부탄-1-온, 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-몰폴리노프로판-1-온, 2,2-비스(2-클로로페닐)-4,4',5,5'-테트라페닐 비이미다졸, 2,2'-비스(o-클로로페닐)-4,4',5,5'-테트라키스(3,4,5-트리메톡시페닐)-1,2'-비이미다졸, 2,2'-비스(2,3-디클로로페닐)-4,4',5,5'-테트라페닐 비이미다졸, 2,2'-비스(o-클로로페닐)-4,4,5,5'-테트라페닐-1,2'-비이미다졸, 3-{4-[2,4-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진-6-일]페닐티오}프로피오닉산, 1,1,1,3,3,3-헥사플로로이소프로필-3-{4-[2,4-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진-6-일]페닐티오}프로피오네이트, 에틸-2-{4-[2,4-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진-6-일]페닐티오}아세테이트, 2-에폭시에틸-2-{4-[2,4-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진-6-일]페닐티오}아세테이트, 시클로헥실-2-{4-[2,4-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진-6-일]페닐티오}아세테이트, 벤질-2-{4-[2,4-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진-6-일]페닐티오}아세테이트, 3-{클로로-4-[2,4-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진-6-일]페닐티오}프로피오닉산, 3-{4-[2,4-비스(트리클로로메틸)-s-트리아진-6-일]페닐티오}프로피온아미드, 2,4-비스(트리클로로메틸)-6-p-메톡시스티릴-s-트리아진, 2,4-비스(트리클로로메틸)-6-(1-p-디메틸아미노페닐)-1,3,-부타디에닐-s-트리아진, 2-트리클로로메틸-4-아미노-6-p-메톡시스티릴-s-트리아진, 1,2-옥타디온-1-(4-페닐치오)페닐-2-(o-벤조일옥심) 및 에타논-1-(9-에틸)-6-(2-메틸벤조일-3-일)-1-(o-아세틸옥심) 중 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
광개시제의 함량은 고형분 전체 100 중량부에 대해 1 내지 10 중량부일 수 있다. 광개시제의 함량이 고형분 전체 100 중량부에 대해 1 중량부 이상이면 가교가 용이하게 이루어질 수 있다. 광개시제의 함량이 고형분 전체 100 중량부에 대해 10 중량부 이하이면 블랙 매트릭스의 현상성(develop)이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
블랙 매트릭스 조성물은 첨가제를 포함할 수 있다. 첨가제는 계면활성제일 수 있다. 계면활성제는 카본 블랙 및/또는 수직 정렬된 탄소나노튜브 플레이크의 표면에 코팅되어 공간적 반발력을 유도하거나, 이들의 표면에 흡착하여 안정적인 콜로이드 분산 용액을 형성하는 동시에 커플링제로서의 역할을 수행할 수 있다.
계면활성제는 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 양쪽성 계면활성제 및 비이온성 계면활성제 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
음이온성 계면활성제로는 예를 들어, 알킬 술폰산(술포네이트), 알킬 황산(설페이트), 아랄킬 및 알크아릴 음이온성 계면활성제, 알킬 숙신산(숙시네이트) 및 알킬 술포숙신산염(술포숙시네이트) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 특히, 알크아릴 술폰산, 알킬 황산 및 알크아릴 황산의 나트륨, 마그네슘, 암모늄 및 모노에탄올아민, 디에탄올아민 및 트리에탄올아민 염 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
양이온성 계면활성제는 아민염계 또는 암모늄염 유도체를 포함할 수 있다. 아민염계 양이온성 계면활성제로는 폴리옥시에틸렌알킬아민을 포함할 수 있다. 제4급 알킬 암모늄계 양이온성 계면활성제는 테트라알킬암모늄 또는 피리디늄염을 포함할 수 있다. 제4급 암모늄계 양이온성 계면활성제는 예를 들어, 세틸트리메틸암모늄브로마이드(CTAB), 헥사데실트리메틸암모늄브로마이드, 세틸트리메틸암모늄 클로라이드(CTAC)와 같은 알킬트리메틸암모늄염, 세틸피리디늄클로라이드(CPC), 벤즈알코늄클로라이드(BAC), 벤제토늄클로라이드(BZT), 5-브로모-5-니트로-1,3-디옥산, 디메틸디옥타데실암모늄클로라이드 및 디옥타데실메틸암모늄브로마이드(DODAB) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
양쪽성 계면활성제로는 코코암포카복시글리시네이트, 코코암포카복시프로피오네이트, 코코베타인, N-코코아미도프로필디메틸글리신 및 N-라우릴-N-카복시메틸-N-(2-하이드록시에틸)에틸렌디아민 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 양쪽성 계면활성제는 4급 사이클로이미데이트, 베타인, 예를 들면, α-(테트라데실디메틸암모니오)아세테이트, 베타-(헥사데실디에틸암모니오)프로피오네이트 및 감마-(도데실디메틸암모니오)부티레이트 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
비이온성 계면활성제로는 지방산 알칸올 아미드 또는 아민 옥사이드 계면활성제 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 지방산 알칸올 아미드는 알칸올아민, 예를 들면, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 모노이소프로판올아민 또는 디이소프로판올아민이 지방산 또는 지방산 에스테르와 반응하여 아미드를 형성하여 수득된 비이온성 계면활성제일 수 있다. 지방산 알칸올 아미드 계면활성제는, 예를 들어, 디에탄올아미드, 이소스테아르산 디에탄올아미드, 라우르산 디에탄올아미드, 카프르산 디에탄올아미드, 코코넛 지방산 디에탄올아미드, 리놀산 디에탄올아미드, 미리스트산 디에탄올아미드, 올레산 디에탄올아미드, 스테아르산 디에탄올아미드, 모노에탄올아미드, 코코넛 지방산 모노에탄올아미드, 올레산 모노이소프로판올아미드 및 라우르산 모노이소프로판올아미드 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
전술한 계면활성제 외에도 실리콘계 계면활성제를 포함할 수 있다. 실리콘계 계면활성제는 예를 들어, 폴리에테르로 개질되어 있는 오르가노실록산 또는 디메틸폴리실록산의 공중합체를 사용할 수 있다.
계면활성제인 첨가제의 함량은 고형분 전체 100 중량부에 대해 0.1 내지 1 중량부일 수 있다. 첨가제의 함량이 고형분 전체 100 중량부에 대해 0.1 이상이면 카본 블랙 및/또는 수직 정렬된 탄소나노튜브 플레이크의 분산성이 향상될 수 있다. 첨가제의 함량이 고형분 전체 100 중량부에 대해 1 중량부 이하이면 블랙 매트릭스의 패턴성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
일 실시예에서는 블랙 매트릭스 조성물의 첨가제로서 레벨링제, 소포제, 가소제, 분산제, 분산 유지제 등이 소량 첨가될 수도 있다.
블랙 매트릭스 조성물은 용매를 포함할 수 있다. 용매는 전술한 고형분을 분산시키고 조성물의 점도를 조절하는 역할을 한다. 용매는 친수성 용매 또는 소수성 용매를 사용할 수 있다.
친수성 용매는 예를 들어, 물, 에탄올, 메탄올, 이소프로필 알코올, 부탄올, 2-에틸헥실알코올, 메톡시펜탄올, 부톡시에탄올, 에톡시에톡시 에탄올, 부톡시에톡시 에탄올, 메톡시 프로폭시 프로판올, 텍산올(texanol), 알파-터피네올(α-terpineol), 테트라하이드로퓨란(THF), 글리세롤, 에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 디헥실렌글리콜, 프로필렌글리콜 메틸에테르(PGME), 디에틸렌글리콜 부틸에테르, 디에틸렌글리콜 에틸에테르, 디프로필렌글리콜 메틸에테르, 디헥실렌글리콜 에틸에테르, 글리세린, N-메틸피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidinone, NMP), 2-피롤리돈, 아세틸아세톤, 1,3-디메틸이미다졸리논, 티오디글리콜, 디메틸술폭사이드(dimethyl sulfoxid, DMSO), N,N-디메틸 아세트아미드(N,N-dimethyl acetamide, DMAc)), 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF)), 술포란, 디에탄올아민, 트리에탄올아민 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
소수성 용매는 예를 들어, 메틸에틸케톤, 사이클로펜탄온, 자일렌, 톨루엔, 벤젠, 디프로필렌 메틸에테르, 메틸렌클로라이드 및 클로로포름 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 일 실시예에서 용매는 전술한 친수성 용매 및 소수성 용매 중 극성기를 포함한 극성 용매를 사용할 수 있다.
용매의 함량은 블랙 매트릭스 조성물 전체 100 중량부에 대해 75 내지 88 중량부일 수 있다. 용매의 함량이 블랙 매트릭스 조성물 전체 100 중량부에 대해 75 중량부 이상이면 코팅 박막의 두께를 형성하기 용이할 수 있다. 용매의 함량이 블랙 매트릭스 조성물 전체 100 중량부에 대해 88 중량부 이하이면 블랙 매트릭스 패턴성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 블랙 매트릭스 조성물에 관하여 하기 제조예, 비교예실시예에서 상술하기로 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<제조예>
하기 표 1과 같은 조성을 이용하여 제조예 1 내지 제조예 9의 블랙 매트릭스 조성물을 제조하였다.
<비교예>
하기 표 1과 같은 조성을 이용하여 비교예 1 내지 6의 블랙 매트릭스 조성물을 제조하였다.
CB VC 바인더 모노머 광개시제 계면활성제 용매
제조예1 - 1.75 44 44.25 9 1 500
제조예2 - 3.5 44 42.5 9 1 500
제조예3 - 7.0 42 41 9 1 500
제조예4 6 10 39 35 9 1 500
제조예5 10 9 37 34 9 1 500
제조예6 15 8 35 32 9 1 500
제조예7 20 7 33 30 9 1 500
제조예8 25 6 31 27 9 1 500
제조예9 28 5 30 26 9 1 500
비교예1 5 - 45 40 9 1 500
비교예2 10 - 43 37 9 1 500
비교예3 20 - 38 32 9 1 500
비교예4 30 - 33 27 9 1 500
비교예5 40 - 28 22 9 1 500
비교예6 50 - 23 21 5 1 500
상기 표 1에서, 각 조성의 함량 단위는 wt%이고, CB는 카본 블랙을 의미하고, VC는 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이를 의미한다. 바인더는 벤질메타크릴레이트를 사용하였고, 모노머는 에틸렌글리콜디아크릴레이트를 사용하였고, 광개시제는 벤조인메틸에테르를 사용하였고, 첨가제로 계면활성제인 디메틸폴리실록산의 공중합체를 사용하였으며, 용매로 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세트산을 사용하였다.
<실험예>
100mm×100mm 크기의 유리 기판에 제조예 1 내지 9, 및 비교예 1 내지 6에 따른 블랙 매트릭스 조성물을 코팅하여 블랙 매트릭스를 제조하였다.
블랙 매트릭스의 광학 밀도와 반사율을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다. 또한, 비교예 1 내지 6, 및 제조예 1 내지 3으로 제조된 블랙 매트릭스의 광학 밀도에 따른 반사율을 도 6에 나타내었다.
광학 밀도(OD) 반사율(%)
제조예1 1.75 0.3
제조예2 3.5 0.5
제조예3 7.0 1.2
제조예4 3.98 0.5
제조예5 3.95 0.5
제조예6 4.00 0.6
제조예7 4.05 0.6
제조예8 4.02 0.7
제조예9 3.99 0.7
비교예1 0.40 -
비교예2 0.80 1.9
비교예3 1.60 0.6
비교예4 2.40 0.7
비교예5 3.20 1.1
비교예6 4.00 1.7
상기 표 2를 참조하면, 안료로서 카본 블랙만을 포함하는 비교예 1 내지 비교예 6 중에서 비교예 1 내지 5는 광학 밀도가 각각 0.40, 0.80, 1.60, 2.40 및 3.20로 낮게 나타났고, 비교예 6은 광학 밀도가 4.00이나 반사율이 1.7%로 높게 나타났다.
안료로서 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이만을 포함하는 제조예 1 내지 3 중에서, 제조예 1 및 2는 광학 밀도가 각각 1.75 및 3.5로 낮게 나타났고, 제조예 3은 광학 밀도가 7.0으로 매우 높게 나타났다.
도 6을 참조하면, 안료로서 카본 블랙만을 포함하는 블랙 매트릭스 조성물로 제조된 블랙 매트릭스는 카본 블랙의 함량이 증가될수록 반사율이 감소되다가 급격히 증가하고 광학 밀도는 완만하게 증가하는 경향성을 나타내고 있다. 특히, 광학 밀도가 4.00일 때 반사율이 1.7%로 높게 나타났다.
또한, 안료로서 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이만을 포함하는 블랙 매트릭스 조성물로 제조된 블랙 매트릭스는 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이의 함량이 증가될수록 광학 밀도와 반사율이 완만하게 증가하는 경향성을 나타내고 있다.
이를 통해, 카본 블랙과 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이를 혼합하면, 블랙 매트릭스의 반사율을 낮출 수 있음을 예측할 수 있었다.
이에 대한 결과로, 안료로서 카본 블랙과 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이를 포함하는 제조예 4 내지 9는 광학 밀도가 각각 3.98, 3.95, 4.00, 4.05, 4.02 및 3.99로 나타났고, 반사율이 0.5%, 0.6%, 0.6%, 0.7% 및 0.7%로 나타났다. 즉, 안료로서 카본 블랙과 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이를 포함하는 제조예 4 내지 9는 광학 밀도가 3.95 내지 4.05 범주로 나타나고 반사율이 0.5% 내지 0.7% 범주로 나타나, 블랙 매트릭스로서 높은 광학 밀도와 낮은 반사율의 특성을 만족하는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 블랙 매트릭스 조성물로 제조된 블랙 매트릭스는 안료로서 카본 블랙과 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이를 포함함으로써, 블랙 매트릭스의 광학 밀도를 증가시키고 반사율을 낮출 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 제1 기판 120: 스위칭 소자
160: 제1 배향막 200: 제2 기판
220: 블랙 매트릭스 250: 공통 전극
LC: 액정층

Claims (20)

  1. 카본 블랙 및 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이를 포함하는 안료, 바인더, 모노머, 광개시제 및 첨가제를 포함하는 고형분; 및
    용매를 포함하는 블랙 매트릭스 조성물.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이는 기저층 및 상기 기저층 상에 서로 이격된 복수의 탄소나노튜브를 포함하는 블랙 매트릭스 조성물.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 복수의 탄소나노튜브 각각은 일단이 상기 기저층의 표면에 접하고 타단이 상기 기저층의 표면으로부터 수직한 방향에 배치되는 블랙 매트릭스 조성물.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 기저층은 유리 기판, 실리콘 웨이퍼 및 금속층 중 어느 하나를 포함하는 블랙 매트릭스 조성물.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이는 플레이크 형태인 블랙 매트릭스 조성물.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스 조성물 전체 100 중량부에 대해 상기 고형분의 함량은 12 내지 25 중량부인 블랙 매트릭스 조성물.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 고형분 전체 100 중량부에 대해 상기 안료의 함량은 15 내지 50 중량부인 블랙 매트릭스 조성물.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 안료 전체 100 중량부에 대해, 상기 수직 정렬된 탄소나노튜브 플레이크의 함량은 15 내지 85 중량부인 블랙 매트릭스 조성물.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 바인더의 함량은 상기 고형분 전체 100 중량부에 대해 25 내지 40 중량부인 블랙 매트릭스 조성물.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 모노머의 함량은 상기 고형분 전체 100 중량부에 대해 25 내지 40 중량부인 블랙 매트릭스 조성물.
  11. 제6 항에 있어서,
    상기 광개시제의 함량은 상기 고형분 전체 100 중량부에 대해 1 내지 10 중량부인 블랙 매트릭스 조성물.
  12. 제6 항에 있어서,
    상기 첨가제의 함량은 상기 고형분 전체 100 중량부에 대해 0.1 내지 1 중량부인 블랙 매트릭스 조성물.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 용매의 함량은 상기 블랙 매트릭스 조성물 전체 100 중량부에 대해 75 내지 88 중량부인 블랙 매트릭스 조성물.
  14. 스위칭 소자 및 상기 스위칭 소자에 연결된 화소 전극을 포함하는 제1 기판; 및
    상기 제1 기판과 대향하며, 블랙 매트릭스를 포함하는 제2 기판을 포함하며,
    상기 블랙 매트릭스는 카본 블랙 및 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이를 포함하는 표시 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이는 기저층 및 상기 기저층 상에 서로 이격된 복수의 탄소나노튜브를 포함하는 표시 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 복수의 탄소나노튜브 각각은 일단이 상기 기저층의 표면에 접하고 타단이 상기 기저층의 표면으로부터 수직한 방향에 배치되는 표시 장치.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 기저층은 유리 기판, 실리콘 웨이퍼 및 금속층 중 어느 하나를 포함하는 표시 장치.
  18. 제15 항에 있어서,
    상기 수직 정렬된 탄소나노튜브 어레이는 플레이크 형태인 표시 장치.
  19. 제15 항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스의 광학 밀도는 3.95 내지 4.05인 표시 장치.
  20. 제15 항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스의 반사율은 0.5 내지 0.7%인 표시 장치.
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