블랙매트릭스와 이를 포함하는 액정표시장치 document_id A220517003818

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로 특히, 고저항 저율전율 특성을 가지는 블랙매트릭스와 이를 포함하는 액정표시장치에 관한 것이다. 일반적으로, 액정표시장치는 액정분자의 광학적 이방성과 복굴절 특성을 이용하여 화상을 표현하는 것으로, 전계가 인가되면 액정의 배열이 달라지고 달라진 액정의 배열 방향에 따라 빛이 투과되는 특성 또한 달라진다. 일반적으로, 액정표시장치는 전계 생성 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고, 두 기판 사이에 액정 물질을 주입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 상기 액정 분자를 움직이게 함으로써, 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다. 도 1은 종래에 따른 액정표시장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도시한 바와 같이, 액정표시장치(LCD)는 어레이 기판(AS)과 컬러필터 기판(CS)을 합착하여 구성한다. 상기 어레이 기판(AS)은 스위칭 영역(S)을 포함한 다수의 화소 영역(P)과 스토리지 영역(C)이 정의된 투명한 제 1 기판(22)과, 제 1 기판(22) 일면의 상기 스위칭 영역(S)에 대응하여 구성된 박막트랜지스터(T)와, 상기 화소 영역(P)에 대응하여 구성된 화소 전극(17)과, 상기 스토리지 영역(C)에 대응하여 구성된 스토리지 캐패시터(Cst)를 포함한다. 또한, 상기 화소 영역(P)의 일 측과 타 측에 수직 교차하여 구성된 게이트 배선(13)과 데이터 배선(15)을 포함한다. 상기 박막트랜지스터(T)는 게이트 전극(32)과, 게이트 전극(32)의 상부에 게이트 절연막(GI)을 사이에 두고 구성된 반도체층(34a,34b)과, 반도체층(34a,34b)의 상부에 이격되어 구성된 소스 전극(36)과 드레인 전극(38)을 포함 한다. 상기 스토리지 캐패시터(Cst)는 상기 스토리지 영역(C)에 위치한 게이트 배선(13)의 일부를 제 1 전극으로 하고, 상기 제 1 전극의 상부에 위치하고 상기 화소 전극(17)과 접촉하는 아일랜드 형상의 금속패턴(30)을 제 2 전극으로 한다. 상기 컬러필터 기판(CS)을 제 2 기판(5)과, 화소 영역(P)에 대응하는 상기 제 2 기판(5)의 일면에 구성된 컬러필터(7a,7b,7c)와, 컬러필터의 주변에 대응하여 구성된 블랙매트릭스(6)와, 상기 블랙매트릭스(6)와 컬러필터(7a,7b,7c)의 하부에 구성된 공통전극(18)을 포함한다. 전술한 바와 같이 구성된 어레이 기판(AS)과 컬러필터 기판(CS)을 합착하여 액정표시패널(LCD)을 제작할 수 있다. 그런데, 전술한 바와 같이 상부 컬러필터 기판(5)과 하부 어레이기판(22)을 합착하여 액정패널을 제작하는 경우에는, 컬러필터 기판(5)과 어레이기판(22)의 합착 오차에 의한 빛샘 불량 등이 발생할 확률이 매우 높다. 따라서, 이러한 빛샘 불량을 방지하기 위해 블랙매트릭스를 설계할 때 마진(margin)을 두고 설계하게 되며 이러한 마진은 개구율을 잠식하는 주요 원인이 된다. 이러한 단점을 극복하기 위한 구조로, 종래에는 어레이기판에 컬러필터를 구성한 COT 구조의 액정표시장치를 제안하고 있다. 이에 대해 이하, 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 종래에 따른 COT 구조 액정표시장치의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도시한 바와 같이, 종래에 따른 COT 구조의 액정표시장치(LC)는 어레이기판(50)과, 어레이기판(50)과는 실런트(80)를 통해 합착되는 상부 기판(90)으로 구성된다. 상기 어레이기판(50)은 기판 면에 게이트 전극(GE)과 액티브층(58)과 소스 전극(60)과 드레인 전극(62)을 포함하는 박막트랜지스터(T)가 구성되고 도시하지는 않았지만, 상기 박막트랜지스터(T)를 중심으로 수직하게 교차하여 화소 영역(P)을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선(52, 미도시)이 구성된다. 상기 게이트 배선(52)의 일 끝단에는 게이트 패드(54)가 구성되고, 상기 데이터 배선(미도시)의 일 끝단에는 데이터 패드(미도시)가 구성된다. 전술한 구성에서, 상기 게이트 전극(52)과 소스 및 드레인 전극(60,62)사이에는 게이트 절연막(66)이 구성되고, 상기 박막트랜지스터(T)의 상부에는 보호막(70)이 구성된다. 상기 박막트랜지스터(T)및 어레이 배선이 구성된 기판(50)의 전면에는 적,녹,청 컬러필터(72a,72b,미도시)와 블랙매트릭스(BM)가 구성되는데, 상기 컬러필터(72a,72b,미도시)는 화소 영역(P)에 대응하여 구성되고, 상기 블랙 매트릭스(BM)는 상기 박막트랜지스터(T)에 대응하여 구성된다. 상기 적, 녹, 청 컬러 필터(72a,72b,미도시)의 상부에는 상기 드레인 전극(62)과 접촉하는 투명한 화소 전극(76)이 구성된다. 상기 화소 전극(76)과 동시에 상기 게이트 패드(54)와 접촉하는 투명한 게이트 패드 단자(78)가 구성된다. 전술한 바와 같이 구성된 어레이 기판(50)에 대응하는 상부 기판(90)의 일면에는 상기 액정 표시장치(LC)의 외곽에 대응하여 이부분에서의 빛샘을 방지하기 위한 차단수단인 블랙매트릭스(92)가 구성된다. 전술한 바와 같이, COT구조의 액정표시장치를 구성 할 수 있다. 전술한 구성은, 앞서 언급한 바와 같이 어레이 기판(50)에 컬러필터(72a,72b)를 직접 구성하기 때문에, 상부기판(90)에 별도의 컬러필터를 구성하여 합착한 구조에 비해 합착 마진을 더 둘 필요가 없으므로 개구영역 확보를 통한 개구율을 개선할 수 있는 장점이 있다. 전술한 구성에서, 상기 블랙매트릭스(BM)는 블랙수지로 형성되며 앞서 언급한 바와 같이 박막트랜지스터와 게이트 배선 및 데이터 배선의 상부에 구성되어, 각각 외부로부터 박막트랜지스터(T)의 반도체층(58)에 입사되는 것을 차단하는 동시에, 게이트 배선(52)및 데이터 배선(미도시)과 화소 전극 사이의 빛샘 영역을 차단 및 배선에 의한 빛 반사 등을 차단하는 역할을 하게 된다. 그러나, 현재 일반적으로 사용되고 있는 수지재질의 블랙매트릭스는 카본입자(carbon particle)를 이용하여 빛을 흡수하는 특징을 가지고 있으며, 상기 카본입자의 밀도에 의해 빛 차단 수준을 결정짓는다. 그런데, 종래에는 이러한 카본입자를 포함한 블랙매트릭스에 의해, 상기 박막트랜지스터 및 배선으로부터 전달되는 신호를 차폐하지 못하고 인접하는 배선과 기생용량을 발생시키므로 이로 인한 신호 지연 및 화소의 미충전 상태가 발생하는 문제가 있다. 도 3은 종래의 구성으로 제품화된 액정패널을 도시한 도면이고, 도 4는 액정패널의 입출력 데이터 파형을 도시한 도면이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 종래의 구조로 제작된 액정패널은 상부 즉, 데이터 신호가 인가되는 방향으로 화질이 선명하게 나타나지만 하부로 내려갈수록 화질이 흐려지는 것을 볼 수 있다. 이는 신호지연을 통해 화소 전극(미도시)에 화소전압이 충분히 충전되지 않아 액정(미도시)이 의도한 대로 배열되지 않기 때문에 발생하는 얼룩현상이다. 이러한 데이터 신호는 도 4에 도시한 바와 같이, 입력파형(W1)과 출력파형(W2)일 때를 비교해 보면 더욱 이해하기 쉬워진다. 즉, 입력된 데이터 신호의 파형(W1)에 비해 출력되는 데이터 신호 파형(W2)이 신호 지연으로 인해 상당히 왜곡되어 있음을 알 수 있으며, 이로 인해 액정패널의 하부로 갈수록 화질이 저하되는 현상이 발생하게 되는 문제가 있다.