專利名稱：具有黑矩陣的平板顯示器及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種平板顯示器，更具體地，涉及一種有機電致發(fā)光顯示器及其不需要額外掩模操作的制造方法，在該顯示器中，像素電極和具有透明材料和金屬材料的濃度梯度的黑矩陣形成在襯底的同一表面上。
背景技術：
圖1示出了傳統(tǒng)有源矩陣有機電致發(fā)光顯示器的橫截面視圖。
參見圖1，在介電襯底100的第一區(qū)101上形成薄膜晶體管(TFT)和電容器，在該襯底的頂部上形成有緩沖層110。薄膜晶體管設置有形成在半導體層120上的源極/漏極區(qū)125和126，形成在柵極絕緣層130上的柵極電極131，以及形成在層間絕緣層140上的源極/漏極電極151和152，以通過接觸孔141和142分別電連接至源極/漏極區(qū)125和126。
電容器設置有形成在柵極絕緣層130上的第一電極135和連接至源極電極151的第二電極155。層間絕緣層140中的間插在第一和第二電極135和155之間的部分用作電容器的介電層。
有機電致發(fā)光顯示器形成在介電襯底100的第二區(qū)102上。有機電致發(fā)光顯示器設置有形成在鈍化層160上以通過通孔161電連接至漏極電極152的像素電極170、形成在通過開口部分185而露出的像素電極170上的有機電致發(fā)光層190、以及形成在包括有機電致發(fā)光層190的平坦化層180上的金屬電極195。
具有前述結構的諸如有源矩陣有機發(fā)光裝置(AMOLED)的平板顯示器包括開關器件和將電源加到該開光器件上的各種引線，其中，外部光由引線的金屬材料反射。
例如，由于外部光由用于形成柵極電極和電容器下電極的金屬材料反射，所以對比度極大地下降，其電極材料用于形成源極/漏極電極和電容器的上電極，且其電極材料用于形成陰極。
為了防止對比度因外部光的反射而導致的下降，已經將一種昂貴的偏振器粘附在傳統(tǒng)有機電致發(fā)光顯示器的前表面上。然而，除了因偏振器的使用而導致的制造成本的增加外，顯示器的透射率下降。即，由于偏振器自身阻擋了由顯示器的有機電致發(fā)光層發(fā)射的光，所以亮度也下降。
此外，在傳統(tǒng)顯示器中，包括Cr/CrOx或有機層的黑矩陣單獨形成在形成有薄膜晶體管和電容器的區(qū)域上。然而，其傳統(tǒng)制造方法復雜且成問題，因為該方法必然需要單獨的掩模操作來形成黑矩陣。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的一個方面是提供一種平板顯示器及其制造方法，該平板顯示器具有像素電極和黑矩陣，其中黑矩陣和像素電極同時形成在同一表面上。
本發(fā)明的另一方面是提供一種平板顯示器及其不需要額外掩模操作的制造方法，該平板顯示器具有通過防止由外部光導致的反射而能防止對比度下降并提高亮度的黑矩陣。
本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點將在以下的說明中部分涉及，且將因該說明而部分清晰，或者可通過對本發(fā)明的實施而了解到。
為了實現本發(fā)明的以上和/或其它方面，提供一種制造平板顯示器的方法，該方法包括依次在介電襯底上形成像素電極材料和黑矩陣材料；通過構圖該像素電極材料和黑矩陣材料來在襯底上同時形成像素電極和黑矩陣；在襯底前表面上形成第一絕緣層；在相應于黑矩陣的第一絕緣層上形成連接像素電極的薄膜晶體管和連接薄膜晶體管的電容器；在襯底前表面上形成第二絕緣層；以及，通過蝕刻第一和第二層形成暴露部分像素電極的開口部分。
黑矩陣材料可包括諸如SiO2和SiNx的透明介電材料，以及金屬材料；或者諸如ITO、IZO和ZnO的透明導電材料，以及金屬材料。黑矩陣材料可具有以下結構的濃度梯度，該結構即連續(xù)梯度結構，其中，隨著黑矩陣厚度增加，透明材料成分連續(xù)減少，而金屬材料成分連續(xù)增多；階躍梯度結構，其中，隨著黑矩陣厚度增加，透明材料成分逐步減少，而金屬材料成分逐步增加；或者多重梯度結構，其中，連續(xù)梯度結構和/或階躍梯度結構是重復的。
為了實現本發(fā)明的以上和/或其它方面，提供一種平板顯示器，其包括介電襯底；形成在介電襯底上的像素電極；形成在與像素電極相同的表面上的黑矩陣；形成在介電襯底的前表面上的第一絕緣層；形成在與黑矩陣相應的第一絕緣層上的薄膜晶體管，以與像素電極相連；形成在與黑矩陣相應的第一絕緣層上的電容器，以連接薄膜晶體管；以及形成在介電襯底的前表面上具有一開口部分的第二絕緣層，該開口部分露出部分像素電極。


通過以下結合附圖的對實施例的說明，本發(fā)明的這些和其它目的和優(yōu)點將變得清晰，且更易于理解，圖中圖1是傳統(tǒng)有機電致發(fā)光顯示器的橫截面視圖；圖2A至圖2E是示出制造根據本發(fā)明實施例的有機電致發(fā)光顯示器的方法的橫截面視圖；圖3是示出制造根據本發(fā)明另一實施例的有機電致發(fā)光顯示器的方法的橫截面視圖；以及圖4A至圖4B是示出根據本發(fā)明的有機電致發(fā)光顯示器的黑矩陣材料的濃度梯度的橫截面視圖。
具體實施例方式
現在將詳細參照本發(fā)明實施例，其例子在附圖中示出，其中，自始至終，相同的附圖標記表示相同的元件。以下將通過參照附圖來描述實施例，以闡述本發(fā)明。
圖2A至圖2E顯示了橫截面視圖，示出根據本發(fā)明一實施例的一種有機電致發(fā)光顯示器的制造方法。
參見圖2A，用于像素電極的透明導電層210和用于黑矩陣的具有濃度梯度的層依次沉積在透明介電襯底200上，其具有第一區(qū)201和第二區(qū)202，在第一區(qū)上將形成薄膜晶體管和電容器，在第二區(qū)上將形成有機電致發(fā)光顯示裝置。光敏層230涂覆在用于黑矩陣的具有濃度梯度的該層上。
接著，其上將形成黑矩陣和像素電極的部分用半色調掩模(halftonemask)300定義，其中，半色調掩模300具有阻擋區(qū)310和半透明區(qū)320，阻擋區(qū)將光完全阻擋以限制其上將形成黑矩陣的部分，半透明區(qū)僅透過部分光以限制其上將形成像素電極的部分。除了阻擋區(qū)310和半透明區(qū)320之外的其余部分為透過所有光的透明區(qū)。
參見圖2B，分別在第一區(qū)201和第二區(qū)202上形成光敏層圖案231和232，其中光敏層230利用半色調掩模300構圖。形成在第一區(qū)201上的光敏層圖案231相應于半色調掩模300的阻擋區(qū)310，而形成在第二區(qū)202上的光敏層圖案232相應于半色調掩模300的半透明區(qū)320。因此，形成在第二區(qū)202上的光敏層圖案232的厚度比形成在第一區(qū)201上的光敏層圖案231的更薄。
參見圖2C，通過掩蔽不同厚度的光敏層圖案231和232，并蝕刻具有濃度梯度的層220和透明導電層210，黑矩陣225形成在第一區(qū)201上，同時像素電極212形成在第二區(qū)域202上。黑矩陣225包括透明導電圖案211和具有濃度梯度的圖案221。通過光敏層圖案231和232之間的厚度差，黑矩陣225形成在第一區(qū)201上，而具有透明導電圖案的像素電極212形成在第二區(qū)202上。
用于黑矩陣225的具有濃度梯度的層220包括透明材料第一成分和金屬材料第二成分，且具有連續(xù)梯度結構、階躍梯度結構或多重梯度結構中的一種濃度梯度。
圖4A和4B示出了根據本發(fā)明黑矩陣225的多個層的濃度梯度的橫截面視圖。如圖4A所示，參見圖2A至圖2D，用于黑矩陣225的層220具有連續(xù)梯度結構的濃度梯度，其中，隨著黑矩陣225的厚度自襯底200表面增加(即，隨著外部入射光的距離變得越來越遠)，透明材料第一成分逐步減少，同時金屬材料第二成分逐步增加。
另一方面，如圖4B所示，參見圖2A至圖2D，用于黑矩陣225的層220具有階躍梯度結構的濃度梯度，其中，隨著黑矩陣225的厚度自襯底200表面增加(即隨著外部入射光的距離變得越來越遠)，透明材料第一成分逐級減少，而金屬材料第二成分逐級增加。用于黑矩陣225的層220可以具有階躍梯度結構，其中，第一和第二成分按五級減少和增加。
雖然未示出，但是用于黑矩陣225的層220可以具有以下結構的濃度梯度，該結構即其中圖4A的連續(xù)梯度得以重復形成的多重梯度結構；其中圖4B的階躍梯度得以重復形成的多重梯度結構；或者其中連續(xù)梯度和階躍梯度得以重復形成的多重梯度結構。
諸如SiO2和SiNX的透明介電材料，或者諸如ITO、IZO和ZnO的透明導電材料都可以用作黑矩陣225的透明材料第一成分，Al，Cr，Mo，Ti，Ag，Au，W和Cu可以用作黑矩陣225的金屬材料第二成分。
在本發(fā)明的一個方面中，像素電極材料210和具有濃度梯度的層220可在圖2A的操作中原位沉積，其中，具有用于像素電極的透明導電材料和金屬材料的濃度梯度的材料用作用于黑矩陣225的具有濃度梯度的層220。
由于光吸收率隨著黑矩陣厚度從襯底表面增加(即，隨著外部入射光的距離變得越來越遠)而增大，所以具有前述結構的黑矩陣防止了外部光的反射。
如上所述，由于單獨的形成黑矩陣225的掩模操作被去除，所以有機電致發(fā)光顯示器的制造方法可簡化，其中，包括透明導電圖案211和具有濃度梯度的圖案221的黑矩陣225，以及具有透明導電圖案的像素電極212利用半色調掩模300同時形成在襯底200上。
參見圖2D和圖2E，在形成黑矩陣225和像素電極212后，形成薄膜晶體管、電容器和有機電致發(fā)光顯示器件。緩沖層240首先形成在襯底200的前表面上，在該表面上形成有黑矩陣225和像素電極212，且在第一區(qū)201的緩沖層240上形成半導體層250。
接著，柵極絕緣層260形成在具有半導體層250的緩沖層240上，且柵極電極261和電容器的第一電極265同時形成在半導體層250的上部的柵極絕緣層260上。在形成柵極電極261和電容器的第一電極265后，例如通過在半導體層250中離子注入特定導電類型雜質，例如n型或p型雜質，形成源極/漏極區(qū)255和256。
其后，如圖2E所示，通過在襯底200的前表面上形成層間絕緣層270，并蝕刻層間絕緣層270、柵極絕緣層260和緩沖層240，形成暴露源極/漏極區(qū)255和256、以及像素電極212的接觸孔271、272和273。
當在具有接觸孔271、272和273的層間絕緣層270上沉積金屬材料之后，通過構圖該金屬材料，形成與源極/漏極區(qū)中的一個(例如通過接觸孔271的源極區(qū)255)電接觸的源極電極281、以及與源極電極281連接的電容器的第二電極285。此外，形成漏極電極282，其通過接觸孔272與漏極區(qū)256電接觸，且通過接觸孔273電連接像素電極212。
當在襯底200的前表面上形成鈍化層290后，通過蝕刻鈍化層290、層間絕緣層270、柵極絕緣層260和緩沖層240形成開口部分295，以顯露像素電極212。雖然未示出，但是在開口部分295中像素電極212上形成有機電致發(fā)光層后，形成陰極。
圖3示出一種根據本發(fā)明另一實施例的有機電致發(fā)光顯示器的橫截面視圖，其為一種平板顯示器。在此實施例中，黑矩陣325用作電容器的一電極，且黑矩陣325包括透明導電圖案311和具有濃度梯度的圖案321。如圖2A至圖2E中所示的實施例中的那樣，在襯底300的相同表面上形成具有透明導電圖案的像素電極312和黑矩陣325。
即，在此實施例中，還帶有第二電極365和第三電極385的具有一平行結構的電容器通過將黑矩陣325用作電容器的第一電極而形成。
在介電襯底300上形成包括透明導電圖案311和具有濃度梯度的圖案321的黑矩陣325、以及具有透明導電圖案的像素電極312的方法與圖2A至圖2E的實施例中的方法相同。
其后，在緩沖層340上形成具有源極/漏極區(qū)355和356的半導體層350，并在柵極絕緣層360上形成柵極361和電容器的第二電極365之后，在襯底300的前表面上形成層間絕緣層370。
接著，蝕刻層間絕緣層370，以同時形成暴露源極/漏極區(qū)355和356的第一和第二接觸孔371和372、暴露像素電極312的第三接觸孔373、以及暴露黑矩陣325的具有濃度梯度的圖案321的第四接觸孔374。
在層間絕緣層370上沉積并構圖用于源極/漏極電極381和382的導電材料，以形成例如通過第一接觸孔371接觸源極區(qū)355的源極電極381、同時通過第二接觸孔372接觸漏極區(qū)356并通過第三接觸孔373接觸像素電極312的漏極電極382、以及同時連接源極電極381并通過第四接觸孔374連接黑矩陣325的電容器的第三電極385。
黑矩陣325是導電的，且用作電容器的第一電極。因此，諸如ITO、IZO和ZnO的透明導電材料可用作黑矩陣325的第一成分，而諸如Al，Cr，Mo，Ti，Ag，Au，W和Cu的金屬材料可用作黑矩陣325的第二成分。
根據本發(fā)明的前述實施例，由于黑矩陣和像素電極利用半色調掩模僅通過一個掩模操作循環(huán)即可同時形成在襯底的同一表面上，所以可省略形成黑矩陣的一單獨掩模操作。因此，在本發(fā)明中可省略將像素電極與源極/漏極電極絕緣的傳統(tǒng)絕緣層沉積操作。此外，在本發(fā)明中可省略形成連接像素電極和源極/漏極電極的通孔的單獨掩模操作。因此，本發(fā)明的前述實施例導致了工藝的簡化和產量的提高。
此外，在根據本發(fā)明前述實施例的具有黑矩陣的平板顯示器及其制造方法中，通過防止因外部光導致的反射，而不使用昂貴的偏振片，從而提高透射率，可提高亮度。
雖然已經顯示和描述了本發(fā)明的幾個實施例，但是本領域技術人員應當理解，在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下，可對這些實施例作各種改動，本發(fā)明的范圍由所附權利要求及其等同表達所限定。
權利要求
1.一種制造平板顯示器的方法，該方法包括依次在襯底上形成像素電極材料和黑矩陣材料；通過構圖該像素電極材料和黑矩陣材料來在襯底上同時形成像素電極和黑矩陣；在襯底前表面上形成第一絕緣層；在相應于黑矩陣的第一絕緣層上形成連接像素電極的薄膜晶體管和連接薄膜晶體管的電容器；在襯底前表面上形成第二絕緣層；以及通過蝕刻第一和第二絕緣層形成暴露部分像素電極的開口部分。
2.如權利要求1所述的制造平板顯示器的方法，其中，像素電極和黑矩陣的同時形成包括通過利用半色調掩模來構圖黑矩陣材料和像素電極材料來同時形成像素電極、以及具有像素電極材料和黑矩陣材料的層結構的黑矩陣。
3.如權利要求1所述的制造平板顯示器的方法，其中，黑矩陣材料包括透明材料和金屬材料，從而具有濃度梯度。
4.如權利要求3所述的制造平板顯示器的方法，其中，透明材料為透明介電材料。
5.如權利要求3所述的制造平板顯示器的方法，其中，透明材料為諸如ITO、IZO和ZnO的透明導電材料。
6.如權利要求5所述的制造平板顯示器的方法，其中，像素電極材料和黑矩陣材料的依次形成包括原位沉積像素電極和黑矩陣材料，其中像素電極包括透明導電材料，且黑矩陣材料包括透明導電材料和金屬材料。
7.如權利要求3所述的制造平板顯示器的方法，其中，黑矩陣材料具有以下結構的濃度梯度，該結構即連續(xù)梯度結構，其中隨著黑矩陣厚度的增加，透明材料成分連續(xù)減少，而金屬材料成分連續(xù)增多；階躍梯度結構，其中隨著黑矩陣厚度增加，透明材料成分逐步減少，而金屬材料成分逐步增多；或者多重梯度結構，其中連續(xù)梯度結構和/或階躍梯度結構是重復的。
8.如權利要求1所述的制造平板顯示器的方法，其中，黑矩陣用作電容器電極。
9.一種平板顯示器，包括襯底；形成在襯底上的像素電極；形成在與像素電極相同的表面上的黑矩陣；形成在襯底前表面上的第一絕緣層；形成在與黑矩陣相應的第一絕緣層上的薄膜晶體管，以與像素電極相連；形成在與黑矩陣相應的第一絕緣層上的電容器，以與薄膜晶體管相連；以及形成在襯底前表面上具有一開口部分的第二絕緣層，該開口部分露出部分像素電極。
10.如權利要求9所述的平板顯示器，其中，黑矩陣包括用于像素電極的像素電極材料、以及包括透明材料和金屬材料的黑矩陣材料的圖案化層結構，以形成具有濃度梯度的圖案。
11.如權利要求10所述的平板顯示器，其中，透明材料為透明介電材料。
12.如權利要求10所述的平板顯示器，其中，透明材料是透明導電材料。
13.如權利要求10所述的平板顯示器，其中，具有用于黑矩陣的濃度梯度的圖案具有以下結構的濃度梯度，該結構即連續(xù)梯度結構，其中隨著黑矩陣厚度的增加，透明材料成分連續(xù)減少，而金屬材料成分連續(xù)增多；階躍梯度結構，其中隨著黑矩陣厚度增加，透明材料成分逐步減少，而金屬材料成分逐步增多；或者多重梯度結構，其中連續(xù)梯度結構和/或階躍梯度結構是重復的。
14.如權利要求9所述的平板顯示器，其中，黑矩陣電連接電容器，以用作電容器電極。
15.如權利要求1所述的制造平板顯示器的方法，其中，像素電極和黑矩陣的同時形成包括僅利用一道掩模操作來形成像素電極和黑矩陣。
16.如權利要求1所述的制造平板顯示器的方法，其中，連接像素電極的薄膜晶體管和連接薄膜晶體管的電容器的形成包括在將薄膜晶體管連接至像素電極并將電容器連接到薄膜晶體管上的同一操作中將黑矩陣連接至電容器。
17.如權利要求4所述的制造平板顯示器的方法，其中，透明介電材料是SiO2和SiNx中的一種。
18.如權利要求5所述的制造平板顯示器的方法，其中，透明導電材料是ITO、IZO和ZnO中的一種。
19.如權利要求10所述的平板顯示器，其中，像素電極和黑矩陣是通過選擇性去除像素電極材料和黑矩陣材料而在同一表面上同時形成的結構。
20.如權利要求10所述的平板顯示器，其中，像素電極和黑矩陣是僅利用一道掩模操作形成的結構。
21.如權利要求10所述的平板顯示器，其中，金屬材料包括Al，Cr，Mo，Ti，Ag，Au，W和Cu中的至少一種。
22.如權利要求11所述的平板顯示器，其中，透明介電材料是SiO2和SiNx中的一種。
23.如權利要求12所述的平板顯示器，其中，透明導電材料是ITO、IZO和ZnO中的一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有黑矩陣的平板顯示器及其制造方法，該平板顯示器為一種有機電致發(fā)光顯示器，其中，在與像素電極相同的表面上形成了黑矩陣，該黑矩陣具有透明材料和金屬材料的濃度梯度。該有機電致發(fā)光顯示器的黑矩陣和像素電極僅用一道掩模操作形成。黑矩陣具有以下結構的濃度梯度，該結構即連續(xù)梯度結構，其中隨著黑矩陣厚度增加，透明材料成分連續(xù)減少，而金屬材料成分連續(xù)增多；階躍梯度結構，其中隨著黑矩陣厚度增加，透明材料成分逐步減少，而金屬材料成分逐步增多；或者多重梯度結構，其中連續(xù)梯度結構和/或階躍梯度結構是重復的。
文檔編號H05B33/10GK1452252SQ0310862
公開日2003年10月29日 申請日期2003年4月2日 優(yōu)先權日2002年4月15日
發(fā)明者樸商一, 申東纘, 金慧東, 金昌樹 申請人:三星Sdi株式會社