CN1329997C - 具有黑矩阵的平板显示器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有黑矩阵的平板显示器及其制造方法，该平板显示器为一种有机电致发光显示器，其中，在与像素电极相同的表面上形成了黑矩阵，该黑矩阵具有透明材料和金属材料的浓度梯度。该有机电致发光显示器的黑矩阵和像素电极仅用一道掩模操作形成。黑矩阵具有以下结构的浓度梯度，该结构即：连续梯度结构，其中随着黑矩阵厚度增加，透明材料成分连续减少，而金属材料成分连续增多；阶跃梯度结构，其中随着黑矩阵厚度增加，透明材料成分逐步减少，而金属材料成分逐步增多；或者多重梯度结构，其中连续梯度结构和/或阶跃梯度结构是重复的。

Description

具有黑矩阵的平板显示器及其制造方法
本申请要求2002年4月15日向韩国知识产权局提交的第2002-20426号韩国专利申请的优先权，其所公开的内容在此参考引用。
技术领域
本发明涉及一种平板显示器，更具体地，涉及一种有机电致发光显示器及其不需要额外掩模操作的制造方法，在该显示器中，像素电极和具有透明材料和金属材料的浓度梯度的黑矩阵形成在衬底的同一表面上。
背景技术
图1示出了传统有源矩阵有机电致发光显示器的横截面视图。
参见图1，在介电衬底100的第一区101上形成薄膜晶体管(TFT)和电容器，在该衬底的顶部上形成有缓冲层110。薄膜晶体管设置有形成在半导体层120上的源极/漏极区125和126，形成在栅极绝缘层130上的栅极电极131，以及形成在层间绝缘层140上的源极/漏极电极151和152，以通过接触孔141和142分别电连接至源极/漏极区125和126。
电容器设置有形成在栅极绝缘层130上的第一电极135和连接至源极电极151的第二电极155。层间绝缘层140中的间插在第一和第二电极135和155之间的部分用作电容器的介电层。
有机电致发光显示器形成在介电衬底100的第二区102上。有机电致发光显示器设置有形成在钝化层160上以通过通孔161电连接至漏极电极152的像素电极170、形成在通过开口部分185而露出的像素电极170上的有机电致发光层190、以及形成在包括有机电致发光层190的平坦化层180上的金属电极195。
具有前述结构的诸如有源矩阵有机发光装置(AMOLED)的平板显示器包括开关器件和将电源加到该开光器件上的各种引线，其中，外部光由引线的金属材料反射。
例如，由于外部光由用于形成栅极电极和电容器下电极的金属材料反射，所以对比度极大地下降，其电极材料用于形成源极/漏极电极和电容器的上电极，且其电极材料用于形成阴极。
为了防止对比度因外部光的反射而导致的下降，已经将一种昂贵的偏振器粘附在传统有机电致发光显示器的前表面上。然而，除了因偏振器的使用而导致的制造成本的增加外，显示器的透射率下降。即，由于偏振器自身阻挡了由显示器的有机电致发光层发射的光，所以亮度也下降。
此外，在传统显示器中，包括Cr/CrOx或有机层的黑矩阵单独形成在形成有薄膜晶体管和电容器的区域上。然而，其传统制造方法复杂且成问题，因为该方法必然需要单独的掩模操作来形成黑矩阵。
发明内容
因此，本发明的一个方面是提供一种平板显示器及其制造方法，该平板显示器具有像素电极和黑矩阵，其中黑矩阵和像素电极同时形成在同一表面上。
本发明的另一方面是提供一种平板显示器及其不需要额外掩模操作的制造方法，该平板显示器具有通过防止由外部光导致的反射而能防止对比度下降并提高亮度的黑矩阵。
本发明的其它方面和优点将在以下的说明中部分涉及，且将因该说明而部分清晰，或者可通过对本发明的实施而了解到。
为了实现本发明的以上和/或其它方面，提供一种制造平板显示器的方法，该方法包括：依次在介电衬底上形成像素电极材料和黑矩阵材料；通过构图该像素电极材料和黑矩阵材料来在衬底上同时形成像素电极和黑矩阵；在衬底前表面上形成第一绝缘层；在相应于黑矩阵的第一绝缘层上形成连接像素电极的薄膜晶体管和连接薄膜晶体管的电容器；在衬底前表面上形成第二绝缘层；以及，通过蚀刻第一和第二层形成暴露部分像素电极的开口部分。
黑矩阵材料可包括诸如SiO2和SiNx的透明介电材料，以及金属材料；或者诸如ITO、IZO和ZnO的透明导电材料，以及金属材料。黑矩阵材料可具有以下结构的浓度梯度，该结构即：连续梯度结构，其中，随着黑矩阵厚度增加，透明材料成分连续减少，而金属材料成分连续增多；阶跃梯度结构，其中，随着黑矩阵厚度增加，透明材料成分逐步减少，而金属材料成分逐步增加；或者多重梯度结构，其中，连续梯度结构和/或阶跃梯度结构是重复的。
为了实现本发明的以上和/或其它方面，提供一种平板显示器，其包括：介电衬底；形成在介电衬底上的像素电极；形成在与像素电极相同的表面上的黑矩阵；形成在介电衬底的前表面上的第一绝缘层；形成在与黑矩阵相应的第一绝缘层上的薄膜晶体管，以与像素电极相连；形成在与黑矩阵相应的第一绝缘层上的电容器，以连接薄膜晶体管；以及形成在介电衬底的前表面上具有一开口部分的第二绝缘层，该开口部分露出部分像素电极。
附图说明
通过以下结合附图的对实施例的说明，本发明的这些和其它目的和优点将变得清晰，且更易于理解，图中：
图1是传统有机电致发光显示器的横截面视图；
图2A至图2E是示出制造根据本发明实施例的有机电致发光显示器的方法的横截面视图；
图3是示出制造根据本发明另一实施例的有机电致发光显示器的方法的横截面视图；以及
图4A至图4B是示出根据本发明的有机电致发光显示器的黑矩阵材料的浓度梯度的横截面视图。
具体实施方式
现在将详细参照本发明实施例，其例子在附图中示出，其中，自始至终，相同的附图标记表示相同的元件。以下将通过参照附图来描述实施例，以阐述本发明。
图2A至图2E显示了横截面视图，示出根据本发明一实施例的一种有机电致发光显示器的制造方法。
参见图2A，用于像素电极的透明导电层210和用于黑矩阵的具有浓度梯度的层依次沉积在透明介电衬底200上，其具有第一区201和第二区202，在第一区上将形成薄膜晶体管和电容器，在第二区上将形成有机电致发光显示装置。光敏层230涂覆在用于黑矩阵的具有浓度梯度的该层上。
接着，其上将形成黑矩阵和像素电极的部分用半色调掩模(halftonemask)300定义，其中，半色调掩模300具有阻挡区310和半透明区320，阻挡区将光完全阻挡以限制其上将形成黑矩阵的部分，半透明区仅透过部分光以限制其上将形成像素电极的部分。除了阻挡区310和半透明区320之外的其余部分为透过所有光的透明区。
参见图2B，分别在第一区201和第二区202上形成光敏层图案231和232，其中光敏层230利用半色调掩模300构图。形成在第一区201上的光敏层图案231相应于半色调掩模300的阻挡区310，而形成在第二区202上的光敏层图案232相应于半色调掩模300的半透明区320。因此，形成在第二区202上的光敏层图案232的厚度比形成在第一区201上的光敏层图案231的更薄。
参见图2C，通过掩蔽不同厚度的光敏层图案231和232，并蚀刻具有浓度梯度的层220和透明导电层210，黑矩阵225形成在第一区201上，同时像素电极212形成在第二区域202上。黑矩阵225包括透明导电图案211和具有浓度梯度的图案221。通过光敏层图案231和232之间的厚度差，黑矩阵225形成在第一区201上，而具有透明导电图案的像素电极212形成在第二区202上。
用于黑矩阵225的具有浓度梯度的层220包括透明材料第一成分和金属材料第二成分，且具有连续梯度结构、阶跃梯度结构或多重梯度结构中的一种浓度梯度。
图4A和4B示出了根据本发明黑矩阵225的多个层的浓度梯度的横截面视图。如图4A所示，参见图2A至图2D，用于黑矩阵225的层220具有连续梯度结构的浓度梯度，其中，随着黑矩阵225的厚度自衬底200表面增加(即，随着外部入射光的距离变得越来越远)，透明材料第一成分逐步减少，同时金属材料第二成分逐步增加。
另一方面，如图4B所示，参见图2A至图2D，用于黑矩阵225的层220具有阶跃梯度结构的浓度梯度，其中，随着黑矩阵225的厚度自衬底200表面增加(即随着外部入射光的距离变得越来越远)，透明材料第一成分逐级减少，而金属材料第二成分逐级增加。用于黑矩阵225的层220可以具有阶跃梯度结构，其中，第一和第二成分按五级减少和增加。
虽然未示出，但是用于黑矩阵225的层220可以具有以下结构的浓度梯度，该结构即：其中图4A的连续梯度得以重复形成的多重梯度结构；其中图4B的阶跃梯度得以重复形成的多重梯度结构；或者其中连续梯度和阶跃梯度得以重复形成的多重梯度结构。
诸如SiO2和SiNx的透明介电材料，或者诸如ITO、IZO和ZnO的透明导电材料都可以用作黑矩阵225的透明材料第一成分，Al，Cr，Mo，Ti，Ag，Au，W和Cu可以用作黑矩阵225的金属材料第二成分。
在本发明的一个方面中，像素电极材料210和具有浓度梯度的层220可在图2A的操作中原位沉积，其中，具有用于像素电极的透明导电材料和金属材料的浓度梯度的材料用作用于黑矩阵225的具有浓度梯度的层220。
由于光吸收率随着黑矩阵厚度从衬底表面增加(即，随着外部入射光的距离变得越来越远)而增大，所以具有前述结构的黑矩阵防止了外部光的反射。
如上所述，由于单独的形成黑矩阵225的掩模操作被去除，所以有机电致发光显示器的制造方法可简化，其中，包括透明导电图案211和具有浓度梯度的图案221的黑矩阵225，以及具有透明导电图案的像素电极212利用半色调掩模300同时形成在衬底200上。
参见图2D和图2E，在形成黑矩阵225和像素电极212后，形成薄膜晶体管、电容器和有机电致发光显示器件。缓冲层240首先形成在衬底200的前表面上，在该表面上形成有黑矩阵225和像素电极212，且在第一区201的缓冲层240上形成半导体层250。
接着，栅极绝缘层260形成在具有半导体层250的缓冲层240上，且栅极电极261和电容器的第一电极265同时形成在半导体层250的上部的栅极绝缘层260上。在形成栅极电极261和电容器的第一电极265后，例如通过在半导体层250中离子注入特定导电类型杂质，例如n型或p型杂质，形成源极/漏极区255和256。
其后，如图2E所示，通过在衬底200的前表面上形成层间绝缘层270，并蚀刻层间绝缘层270、栅极绝缘层260和缓冲层240，形成暴露源极/漏极区255和256、以及像素电极212的接触孔271、272和273。
当在具有接触孔271、272和273的层间绝缘层270上沉积金属材料之后，通过构图该金属材料，形成与源极/漏极区中的一个(例如通过接触孔271的源极区255)电接触的源极电极281、以及与源极电极281连接的电容器的第二电极285。此外，形成漏极电极282，其通过接触孔272与漏极区256电接触，且通过接触孔273电连接像素电极212。
当在衬底200的前表面上形成钝化层290后，通过蚀刻钝化层290、层间绝缘层270、栅极绝缘层260和缓冲层240形成开口部分295，以显露像素电极212。虽然未示出，但是在开口部分295中像素电极212上形成有机电致发光层后，形成阴极。
图3示出一种根据本发明另一实施例的有机电致发光显示器的横截面视图，其为一种平板显示器。在此实施例中，黑矩阵325用作电容器的一电极，且黑矩阵325包括透明导电图案311和具有浓度梯度的图案321。如图2A至图2E中所示的实施例中的那样，在衬底300的相同表面上形成具有透明导电图案的像素电极312和黑矩阵325。
即，在此实施例中，还带有第二电极365和第三电极385的具有一平行结构的电容器通过将黑矩阵325用作电容器的第一电极而形成。
在介电衬底300上形成包括透明导电图案311和具有浓度梯度的图案321的黑矩阵325、以及具有透明导电图案的像素电极312的方法与图2A至图2E的实施例中的方法相同。
其后，在缓冲层340上形成具有源极/漏极区355和356的半导体层350，并在栅极绝缘层360上形成栅极361和电容器的第二电极365之后，在衬底300的前表面上形成层间绝缘层370。
接着，蚀刻层间绝缘层370，以同时形成暴露源极/漏极区355和356的第一和第二接触孔371和372、暴露像素电极312的第三接触孔373、以及暴露黑矩阵325的具有浓度梯度的图案321的第四接触孔374。
在层间绝缘层370上沉积并构图用于源极/漏极电极381和382的导电材料，以形成例如通过第一接触孔371接触源极区355的源极电极381、同时通过第二接触孔372接触漏极区356并通过第三接触孔373接触像素电极312的漏极电极382、以及同时连接源极电极381并通过第四接触孔374连接黑矩阵325的电容器的第三电极385。
黑矩阵325是导电的，且用作电容器的第一电极。因此，诸如ITO、IZO和ZnO的透明导电材料可用作黑矩阵325的第一成分，而诸如Al，Cr，Mo，Ti，Ag，Au，W和Cu的金属材料可用作黑矩阵325的第二成分。
根据本发明的前述实施例，由于黑矩阵和像素电极利用半色调掩模仅通过一个掩模操作循环即可同时形成在衬底的同一表面上，所以可省略形成黑矩阵的一单独掩模操作。因此，在本发明中可省略将像素电极与源极/漏极电极绝缘的传统绝缘层沉积操作。此外，在本发明中可省略形成连接像素电极和源极/漏极电极的通孔的单独掩模操作。因此，本发明的前述实施例导致了工艺的简化和产量的提高。
此外，在根据本发明前述实施例的具有黑矩阵的平板显示器及其制造方法中，通过防止因外部光导致的反射，而不使用昂贵的偏振片，从而提高透射率，可提高亮度。
虽然已经显示和描述了本发明的几个实施例，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可对这些实施例作各种改动，本发明的范围由所附权利要求及其等同表达所限定。

Claims (23)

1.一种制造平板显示器的方法，该方法包括：
依次在衬底上形成像素电极材料和黑矩阵材料；
通过构图该像素电极材料和黑矩阵材料来在衬底上同时形成像素电极和黑矩阵；
在衬底前表面上形成第一绝缘层；
在相应于黑矩阵的第一绝缘层上形成连接像素电极的薄膜晶体管和连接薄膜晶体管的电容器；
在衬底前表面上形成第二绝缘层；以及
通过蚀刻第一和第二绝缘层形成暴露部分像素电极的开口部分。
2.如权利要求1所述的制造平板显示器的方法，其中，像素电极和黑矩阵的同时形成包括通过利用半色调掩模来构图黑矩阵材料和像素电极材料来同时形成像素电极、以及具有像素电极材料和黑矩阵材料的层结构的黑矩阵。
3.如权利要求1所述的制造平板显示器的方法，其中，像素电极和黑矩阵的同时形成包括仅利用一道掩模操作来形成像素电极和黑矩阵。
4.如权利要求1所述的制造平板显示器的方法，其中，连接像素电极的薄膜晶体管和连接薄膜晶体管的电容器的形成包括：在将薄膜晶体管连接至像素电极并将电容器连接到薄膜晶体管上的同一操作中将黑矩阵连接至电容器。
5.如权利要求1所述的制造平板显示器的方法，其中，黑矩阵材料包括透明材料和金属材料，从而具有浓度梯度。
6.如权利要求5所述的制造平板显示器的方法，其中，透明材料为透明介电材料。
7.如权利要求6所述的制造平板显示器的方法，其中，透明介电材料是SiO2和SiNx中的一种。
8.如权利要求5所述的制造平板显示器的方法，其中，透明材料为透明导电材料。
9.如权利要求8所述的制造平板显示器的方法，其中，透明导电材料是ITO、IZO和ZnO中的一种。
10.如权利要求8所述的制造平板显示器的方法，其中，像素电极材料和黑矩阵材料的依次形成包括原位沉积像素电极和黑矩阵材料，其中像素电极包括透明导电材料，且黑矩阵材料包括透明导电材料和金属材料。
11.如权利要求5所述的制造平板显示器的方法，其中，黑矩阵材料具有以下结构的浓度梯度，该结构即：连续梯度结构，其中随着黑矩阵厚度的增加，透明材料成分连续减少，而金属材料成分连续增多；阶跃梯度结构，其中随着黑矩阵厚度增加，透明材料成分逐步减少，而金属材料成分逐步增多；或者多重梯度结构，其中连续梯度结构和/或阶跃梯度结构是重复的。
12.如权利要求1所述的制造平板显示器的方法，其中，黑矩阵用作电容器电极。
13.一种平板显示器，包括：
衬底；
形成在衬底上的像素电极；
形成在与像素电极相同的表面上的黑矩阵；
形成在衬底前表面上的第一绝缘层；
形成在与黑矩阵相应的第一绝缘层上的薄膜晶体管，以与像素电极相连；
形成在与黑矩阵相应的第一绝缘层上的电容器，以与薄膜晶体管相连；以及
形成在衬底前表面上具有一开口部分的第二绝缘层，该开口部分露出部分像素电极。
14.如权利要求13所述的平板显示器，其中，黑矩阵包括用于像素电极的像素电极材料、以及包括透明材料和金属材料的黑矩阵材料的图案化层结构，以形成具有浓度梯度的图案。
15.如权利要求14所述的平板显示器，其中，透明材料为透明介电材料。
16.如权利要求14所述的平板显示器，其中，透明材料是透明导电材料。
17.如权利要求14所述的平板显示器，其中，具有用于黑矩阵的浓度梯度的图案具有以下结构的浓度梯度，该结构即：连续梯度结构，其中随着黑矩阵厚度的增加，透明材料成分连续减少，而金属材料成分连续增多；阶跃梯度结构，其中随着黑矩阵厚度增加，透明材料成分逐步减少，而金属材料成分逐步增多；或者多重梯度结构，其中连续梯度结构和/或阶跃梯度结构是重复的。
18.如权利要求13所述的平板显示器，其中，黑矩阵电连接电容器，以用作电容器电极。
19.如权利要求14所述的平板显示器，其中，像素电极和黑矩阵是通过选择性去除像素电极材料和黑矩阵材料而在同一表面上同时形成的结构。
20.如权利要求14所述的平板显示器，其中，像素电极和黑矩阵是仅利用一道掩模操作形成的结构。
21.如权利要求14所述的平板显示器，其中，金属材料包括Al，Cr，Mo，Ti，Ag，Au，W和Cu中的至少一种。
22.如权利要求15所述的平板显示器，其中，透明介电材料是SiO2和SiNx中的一种。
23.如权利要求16所述的平板显示器，其中，透明导电材料是ITO、IZO和ZnO中的一种。
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