专利名称：带有黑矩阵的平板显示装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种平板显示装置和制造该平板显示装置的方法，尤其是，本发明涉及一种带有黑矩阵(a black matrix)的背光发光型有机电致发光显示装置及制造该显示装置的方法。
背景技术：
图1A示出了一种传统有机电致发光显示装置的横剖结构。图1B示出了一个传统有机电致发光显示装置的平面视图，其中，图1A是沿着图1B中线I-I截取的横剖结构。
参照图1A，在其上部成形有一缓冲层15的透明绝缘基体10，被划分成第一区域11和第二区域12，在第一区域11中成形有像素电极(a pixelelectrode)，在第二区域12中成形有薄膜晶体管(TFT)和电容器。在绝缘基体10上的第二区域12中成形有薄膜晶体管，该薄膜晶体管带有半导体层20，在该半导体层20中成形有源/漏区域21和22；门电极31；以及分别通过接触孔41和42连接到源/漏区域21和22上的源/漏电极51和52。另外，在第二区域12中还成形有电容器，该电容器带有第一电极32和第二电极53，并且在所述导电层之间成形有绝缘薄膜，即门绝缘薄膜30(a gateinsulating film)和层间绝缘薄膜40。
在第一区域11中，源/漏电极51和52中的一个通过成形于防护薄膜60上的通孔61而被连接到像素电极70上，并且用作阳极电极，而在包括像素电极70的防护薄膜60上成形有平整薄膜80，该平整薄膜80带有敞口部分81，将像素电极70的一部分暴露出来。在敞口部分81中形成有机电致发光(EL)层90，并且在该有机EL层90上成形有背光发光的不透明电极，即阴极电极95。
参照图1B，该有机电致发光显示装置带有多根信号线，即用于选取像素的门线35(gate line)和用于传递信号的数据线55，以及用于提供基准电压的电源线56，所述基准电压是在通过向所有像素施加相等的共用电压来驱动薄膜晶体管时所必需的。
像素分别被排布在各个由信号线35、55、56所限定的像素区域中，其中各个像素包括多个连接到信号线上的薄膜晶体管(例如两个)、电容器和有机电致发光层(organic electroluminescent display)。
平板显示设备，比如有源矩阵有机发光设备(AMOLED)，包括各种用于将电能传递至转换装置的导线，其中，由于外部光线会被由金属材料制成的导线反射，所以平板显示设备的对比度会大大降低。也就是说，正如图1A和1B中所示，现有的问题在于，由于外部光线被用作电容器的下电极的门电极材料、包括电容器的上电极的源/漏电极材料以及包括阴极的阴极材料等等反射，所以对比度会降低。
尽管通常可以通过将昂贵的偏光镜贴附到平板显示设备的前表面上来防止由于外部光线发生反射而导致平板显示设备的对比度下降，但是却产生了其它的问题。这些问题中的一部分是，由于使用了昂贵的偏光镜，所以制造成本会提高，并且由于偏光镜本身阻碍了一部分从有机电致发光层发出的光线，所以平板显示设备的亮度会下降，从而降低光线的透射率。
此外，现有的问题还在于，尽管应该将信号线形成使在一个层上的两根信号线相互电隔离开，如图1B中所示出的那样，但是在导线之间，比如在数据线(55)与电源线(56)之间，会产生在线短路(59)现象，导致形成线路缺陷，各根所述导线由在加工过程中产生的导电微粒相邻排布。
发明内容
因此，本发明的一个目的在于提供一种平板显示装置及其制造方法，其中，通过利用黑矩阵防止外部光线发生反射而提高了对比度并且降低了成本。
本发明的再一目的在于提供一种平板显示装置及其制造方法，其中，利用黑矩阵作为共用电源线(a common power line)来防止形成在线短路现象和电压损失。
本发明的又一目的在于提供一种平板显示装置及其制造方法，其中，通过利用黑矩阵作为电容器的电极而增大了电容量。
在下面的描述中，将对本发明的其它目的和优点进行阐述，并且这些其它目的和优点将从这些描述中部分地得以明白，或者可以在本发明的实践中得以理解。
本发明的前述和其它目的通过提供一种平板显示装置来实现，该平板显示装置包括绝缘基体；像素电极，该像素电极成形在绝缘基体的上方；以及黑矩阵，除了其上成形有像素电极的部分之外，该黑矩阵成形在绝缘基体的前表面上。
本发明的前述和其它目的也可以通过提供这样一种平板显示装置来实现，该平板显示装置包括绝缘基体；像素电极，该像素电极成形在绝缘基体的上方；不透明的导电薄膜，除了像素电极所在的位置之外，该导电薄膜成形在绝缘基体的前表面上，并且用作黑矩阵和电源线；绝缘薄膜，该绝缘薄膜带有接触孔，将不透明导电薄膜的一部分暴露出来；以及薄膜晶体管，该薄膜晶体管带有门电极以及用于源/漏电极的导电图案(conductive pattern)，所述源/漏电极通过接触孔连接到不透明导电薄膜上。
所述黑矩阵包括具有低反射率的金属材料或者不透明的绝缘材料，该金属材料含有钼(Mo)或者铬(Cr)，该不透明绝缘材料含有氧化铬(CrOx)或者氧化钼(MoOx)。
此外，所述黑矩阵通过包括第一透明组分和第二金属组分而具有渐变的浓度梯度，并且该黑矩阵包括薄膜，在该薄膜中根据黑矩阵的沉积厚度，外部光线的入射深度越深，第二金属组分增加得越多，而第一透明组分减少得越多，其中，第一透明组分包括透明的绝缘材料或者透明的导电材料，该透明绝缘材料含有氧化硅(SiO2)或者氮化硅(SiNx)，该透明导电材料含有铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)或者氧化锌(ZnO)，而第二金属组分含有铝(Al)、铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、钛(Ti)、银(Ag)和铜(Cu)中的一种。
而且，本发明提供了一种制造带有像素电极的平板显示装置的方法，包括除了像素电极所在的位置之外，在绝缘基体的前表面上形成黑矩阵；在包括黑矩阵的绝缘基体前表面上形成第一绝缘薄膜；在第一绝缘薄膜的上部形成门电极；在绝缘基体的前表面上形成第二绝缘薄膜；通过对第一和第二绝缘薄膜进行蚀刻，形成接触孔，将黑矩阵的一部分暴露出来；以及形成通过所述接触孔连接到黑矩阵上的源/漏电极。
结合附图，通过下面对实施例的描述，本发明的这些及其它目的和优点将变得清楚明了，并且更易于理解，其中图1A是一传统有机电致发光显示装置的剖视图；图1B是一传统有机电致发光显示装置的平面视图；图2A是一根据本发明实施例的有机电致发光显示装置的剖视图；图2B是根据图2A中所示实施例的有机电致发光显示装置的平面视图；图3A是一根据本发明另一实施例的有机电致发光显示装置的剖图；图3B是根据图3A中所示实施例的有机电致发光显示装置的平面视图；图4示出了根据本发明所述实施例的有机电致发光显示装置中黑矩阵的浓度梯度特性。
具体实施例方式
下面将详细地参照本发明的实施例，这些实施例的示例在附图中图示出来，贯穿这些附图，相同的附图标记用于指代相同的构件。为了解释本发明，下面将通过参照附图对这些实施例进行描述。
图2A示出了一个根据本发明实施例的背光发光型有机电致发光显示装置的横剖结构，图2A示出了沿着图2B中线II-II截取的横剖结构，其中，所示出的横剖结构局限于一个像素，即一个像素区域104。
参照图2A和图2B，基体100包括其中将有像素电极形成的第一区域101，和其中将有薄膜晶体管和电容器形成的第二区域102。
除了将有像素电极形成的第一区域101所在的位置之外，在基体100上形成黑矩阵105。该黑矩阵105形成在基体100的前表面上，以便暴露出像素区域104的敞口部分175，所述像素区域104由多根信号线，即门线130、数据线140以及电源线147限定。
黑矩阵105包括不透明材料，以便防止外部光线反射。将具有相对低的反射率的金属材料，比如铬(Cr)或者钼(Mo)，或者诸如氧化铬(CrOx)或者氧化钼(MoOx)的不透明绝缘材料用作黑矩阵105的材料。此外，包含碳黑色料的有机材料，比如丙烯(acryl)、聚酰亚胺(polyimide)、苯酚(phenol)等等，也可以被用作黑矩阵105的材料。
此外，可以通过包括如图4中所示的第一透明组分和第二金属组分，形成具有渐变的浓度梯度的薄膜，作为矩阵105的材料。在具有浓度梯度、用于黑矩阵105的薄膜中，第一透明组分包括透明的绝缘材料，包含氧化硅(SiO2)或者氮化硅(SiNx)，或者透明的导电材料，包含铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)和氧化锌(ZnO)中的一种，而第二金属组分包括含有铝(Al)、铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、钛(Ti)、银(Ag)和铜(Cu)中的一种的金属材料。具有所述浓度梯度的薄膜通过以共同溅射或者共同蒸发的方法同时沉积第一组分和第二组分而形成。
图4示出了本发明黑矩阵105的浓度梯度特性，其中，黑矩阵105以这样一种方式沉积而成，即根据黑矩阵的沉积厚度(d)，金属材料逐步增多而透明材料逐步减少。也就是说，透明材料被分布成沿着外部光线的入射方向，入射深度(r)越深，透明材料组分逐步减少得越多，而金属材料被排布成沿着外部光线的入射方向，入射深度(r)越深，金属材料组分逐步增加得越多，其中，大约在薄膜沉积厚度1/2的区域内，透明材料与金属材料差不多等量存在。
因此，由于在具有浓度梯度的薄膜中，透明材料与金属材料的组分比率以倒数关系呈反比例逐步并缓慢地发生变化，不通过反射入射的外部光线而是通过吸收，抑制了外部光线的反射，从而具有这种浓度梯度的薄膜可以用作黑矩阵来防止外部光线发生反射。
在包括黑矩阵105的基体100上成形有缓冲层115，并且在第二区域102中成形有薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括半导体层120，在该半导体层120中成形有源/漏区域121和122，门电极131成形在门绝缘薄膜125上，源/漏电极141和142成形在层间绝缘薄膜125上，以便它们分别通过接触孔136和137与源/漏区域121和122发生接触。
此外，在第二区域102中成形有电容器，其中，该电容器带有第一电极132和第二电极143，第一电极132包括与门电极131相同的材料，而第二电极143被连接到源/漏电极中的一个上，比如源电极141上。电容器中第一电极132与第二电极143之间的部分用作电容器介电薄膜。
在第一区域101中成形有像素电极160，其中，该像素电极160通过防护薄膜150和通孔155与源/漏电极141和142中的一个发生接触，比如漏电极142，如图2A所示。
在防护薄膜150上成形有平整薄膜170，该平整薄膜170带有敞口部分175，将像素电极160暴露出来，并且在该平整薄膜170上成形有有机电致发光层180和阴极电极190。
在根据本实施例的前述有机电致发光显示装置中，除了用于露出像素电极160的敞口部分所在位置之外，在基体的前表面上形成黑矩阵105，从而防止了由于金属导线，比如门电极和源/漏电极，对外部光线的反射。
图3A示出了根据本发明另一实施例的有机电致发光显示装置的剖视图，而图3B示出了根据本发明该实施例的有机电致发光显示装置的平面视图。图3A示出了一个像素，即一个像素区域204，为沿着图3B中线III-III截取的横剖结构。各个像素均包括有机电致发光显示装置，该有机电致发光显示装置带有例如两个薄膜晶体管、一个电容器和像素电极260。
根据本实施例的有机电致发光显示装置具有这样一个结构，其中，通过利用导电材料制成黑矩阵，该黑矩阵被用作电源线和防光反射膜，而本实施例中的其它部件与前述实施例中相同。在此，在绝缘基体200上的第二区域202中形成有不透明的导电薄膜205，除了形成有像素电极260的第一区域201处之外，在绝缘基体200上成形有薄膜晶体管和电容器。也就是说，不透明的导电薄膜205被成形在所述基体的前表面上，从而使成形在第一区域201中的像素电极260通过敞口部分275暴露出来。
由于成形在所述基体前表面上的不透明导电薄膜205还执行电源线的功能，所以该不透明的导电薄膜205必须被连接到成形于各个像素区域204中的薄膜晶体管和电容器上，所述像素区域204由门线230和数据线240限定。因此，在各个像素区域204中成形有接触孔239，以便不透明的导电薄膜205通过接触孔239连接到各个像素的薄膜晶体管和电容器上。也就是说，岛状导电图案245通过接触孔239被连接到用作电源线的不透明的导电薄膜205上，其中，所述岛状导电图案245用作各个像素区域204中电容器的第二电极243和薄膜晶体管的源电极241。
因此，由于不透明的导电薄膜205不仅阻止了对外部光线的反射，而且通过接触孔239被电连接到薄膜晶体管中的源/漏电极241和242中的一个上，比如源电极上，所以可以从不透明导电薄膜205向源电极241施加共用电压(Vdd)，同时可以使用由具有低反射率的金属材料，比如铬(Cr)和钼(Mo)制成的不透明导电薄膜205，或者使用通过以共同溅射或共同蒸发方法沉积的如图4所示带有透明导电材料和金属材料的浓度梯度的沉积薄膜。
在本发明的另一实施例中，黑矩阵205不仅扮演电源线的角色，而且用作电容器的一个电极。不仅通过利用黑矩阵205作为电源线来防止相邻信号线之间发生在线短路，而且通过在四个方向(图3B中的箭头方向)施加共用电压并且在前表面上以非线形形状形成所述电源线，可以防止电压下降。
此外，根据该实施例的有机电致发光显示装置，包括第一电容器，该第一电容器包括黑矩阵205、第一电极232和两个介电薄膜，这两个介电薄膜被制成位于黑矩阵205与第一电极232之间的缓冲绝缘薄膜215和门绝缘薄膜225；和第二电容器，该第二电容器包括第一电极232、第二电极243和介电薄膜，该介电薄膜被制成位于第一电极232与第二电极243之间的层间绝缘薄膜235，以便黑矩阵205通过接触孔239以并联电路方式被连接到第二电极243上，从而提高了电容量和开口率(opening ratio)。
而且，尽管局限于背光发光型有机电致发光显示装置对本发明的实施例进行了说明，但是本发明也可以应用于有源矩阵液晶显示设备中。
不仅通过在像素区域所在位置以外，在基体的前表面上成形黑矩阵，防止了由外部光线发生反射导致的对比度下降，而且在基体的前表面上成形黑矩阵实现了亮度的总体提高，并且通过不使用昂贵的偏光镜，降低了成本。
另外，通过使用黑矩阵作为电源线，不仅防止了在相邻信号线之间发生在线短路，而且可以防止电压下降。
此外，本发明的优点在于，通过提供利用黑矩阵作为电容器的一个电极来以并联电路方式将两个电容器连接起来的结构，可以提高电容量和开口率。
尽管已经对本发明的几个实施例进行了图示和描述，但是本技术领域中的技术人员将会明白的，在不脱离本发明由权利要求及其等效物限定的原理和精神的条件下，可以对这些实施例进行变型。
权利要求
1.一种平板显示装置，包括绝缘基体；像素电极，该像素电极成形于绝缘基体的上方；以及黑矩阵，该黑矩阵成形于绝缘基体的前表面上，除了其上成形有像素电极的部分之外。
2.根据权利要求1所述的平板显示装置，其特征在于，所述黑矩阵包含具有低反射率的金属材料，钼(Mo)或者铬(Cr)。
3.根据权利要求1所述的平板显示装置，其特征在于，所述黑矩阵包含不透明的绝缘材料，氧化铬(CrOx)或者氧化钼(MoOx)。
4.根据权利要求1所述的平板显示装置，其特征在于，所述黑矩阵通过包括第一透明组分和第二金属组分而具有渐变的浓度梯度，并且该黑矩阵包括一薄膜，在该薄膜中，外部光线的入射深度越深，根据该黑矩阵的沉积厚度，第二金属组分增加得越多，而第一透明组分减少得越多。
5.根据权利要求4所述的平板显示装置，其特征在于，所述第一透明组分包括透明的绝缘材料，含有氧化硅(SiO2)或者氮化硅(SiNx)，或者透明的导电材料，含有铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)和氧化锌(ZnO)中的一种，而第二金属组分含有铝(Al)、铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、钛(Ti)、银(Ag)和铜(Cu)中的一种。
6.根据权利要求1所述的平板显示装置，其特征在于，所述黑矩阵由包含碳黑的有机材料制成。
7.一种平板显示装置，包括绝缘基体；像素电极，该像素电极成形于绝缘基体的上方；不透明的导电薄膜，该导电薄膜成形在绝缘基体的前表面上，除了像素电极所在的位置之外；绝缘薄膜，该绝缘薄膜带有接触孔，将不透明导电薄膜的一部分暴露出来；以及薄膜晶体管，该薄膜晶体管带有门电极和用于源/漏电极的导电图案，所述源/漏电极通过所述接触孔连接到不透明的导电薄膜上。
8.根据权利要求7所述的平板显示装置，其特征在于，所述不透明导电薄膜用作黑矩阵和电源线。
9.根据权利要求7所述的平板显示装置，其特征在于，所述不透明的导电薄膜包含具有低反射率的金属材料，钼(Mo)或者铬 (Cr)。
10.根据权利要求7所述的平板显示装置，其特征在于，所述不透明的导电薄膜通过包括第一透明组分和第二金属组分而具有渐变的浓度梯度，并且所述黑矩阵包括一薄膜，在该薄膜中，外部光线的入射深度越深，根据所述黑矩阵的沉积厚度，第二金属组分增加得越多，而第一透明组分减少得越多。
11.根据权利要求10所述的平板显示装置，其特征在于，所述第一透明组分包含铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)和氧化锌(ZnO)中的一种，而第二金属组分包含铝(Al)、铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、钛(Ti)、银(Ag)和铜(Cu)中的一种。
12.根据权利要求7所述的平板显示装置，还包括电容器，该电容器带有第一电极、第二电极和第三电极，第一电极包括所述不透明的导电薄膜，第二电极包括与所述门电极相同的材料，而第三电极包括所述导电图案，并且第一电极与第三电极通过接触孔相互连接。
13.一种用于制造带有像素电极的平板显示装置的方法，包括:除了像素电极所在的位置之外，在绝缘基体的前表面上形成黑矩阵；在包括黑矩阵的绝缘基体的前表面上形成第一绝缘薄膜；在第一绝缘薄膜的上部形成门电极；在绝缘基体的前表面上形成第二绝缘薄膜；通过对第一绝缘薄膜和第二绝缘薄膜进行蚀刻，形成接触孔，将黑矩阵的一部分暴露出来；并且形成源/漏电极，将该源/漏电极通过所述接触孔连接到黑矩阵上。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述黑矩阵用作电源线，从而通过接触孔将共用电压供给所述源/漏电极。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述黑矩阵包括具有低反射率的金属材料。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述黑矩阵通过包括透明的导电材料和金属材料而具有渐变的浓度梯度，并且该黑矩阵包括一薄膜，在该薄膜中，外部光线的入射深度越深，根据该黑矩阵的沉积厚度，金属材料增加得越多，而透明的导电材料减少得越多。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述黑矩阵通过同时沉积所述透明导电材料和金属材料而形成，所述透明的导电材料是铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)和氧化锌(ZnO)中的一种，所述金属材料是铝(Al)、铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、钛(Ti)、银(Ag)和铜(Cu)中的一种。
18.根据权利要求1所述的平板显示装置，其特征在于，所述黑矩阵由包含碳黑色料的有机材料制成。
19.根据权利要求18所述的平板显示装置，其特征在于，所述有机材料为丙烯(acryl)、聚酰亚胺(polyimide)或者苯酚(phenol)中的一种。
20.根据权利要求5所述的平板显示装置，其特征在于，所述具有浓度梯度的薄膜通过以共同溅射或共同蒸发的方法同步沉积所述第一组分和第二组分而形成。
21.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，通过以共同溅射或共同蒸发的方法同步沉积所述第一组分和第二组分，形成所述具有浓度梯度的薄膜。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，将所述黑矩阵沉积成根据该黑矩阵的沉积厚度，金属材料逐步增多而透明材料逐步减少。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述透明材料和金属材料呈倒数反比关系的组分比率逐步并且缓慢地发生变化，以便通过吸收作用而抑制入射光线的反射。
24.一种具有成形于绝缘基体上的薄膜晶体管和电容器的平板显示装置，包括像素电极，该像素电极成形在所述绝缘基体的第一部分上；黑矩阵，该黑矩阵成形在所述绝缘基体的第二部分上，并且通过接触孔连接到所述薄膜晶体管和电容器上，来向它们提供能量。
25.一种用于制造带有像素电极的平板显示装置的方法，包括除了将有像素形成的区域之外，在基体上形成黑矩阵，只使像素区域的敞口部分暴露出来，所述像素区域由多根信号线所限定。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述信号线包括门线、数据线和电源线。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述黑矩阵由不透明材料制成，以防止外部光线的反射。
28.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，防止了外部光线由信号线进行反射。
29.一种基体，在一个区域上成形有像素电极，而在另一个区域上成形有薄膜晶体管和电容器，该基体包括不透明的导电薄膜，该导电薄膜成形在所述基体的前表面上，用于在阻挡所述薄膜晶体管和电容器的同时，暴露出所述像素电极。
30.根据权利要求29所述的基体，其特征在于，所述薄膜晶体管和电容器对外部光线的反射由不透明的导电薄膜所吸收。
31.根据权利要求29所述的基体，其特征在于，所述不透明导电薄膜经接触孔与所述薄膜晶体管和电容器接触，以向它们提供能量。
全文摘要
一种带有黑矩阵的平板显示装置及其制造方法。这种平板显示装置包括绝缘基体，在该绝缘基体的上部带有像素电极；不透明的导电薄膜，该导电薄膜成形在绝缘基体的前表面上，除了像素电极所在的位置之外；绝缘薄膜，该绝缘薄膜带有接触孔，将不透明导电薄膜的一部分暴露出来；以及薄膜晶体管，该薄膜晶体管带有门电极和用于源/漏电极的导电图案，所述源/漏电极通过所述接触孔连接到不透明的导电薄膜上。
文档编号H01L27/32GK1429056SQ02158480
公开日2003年7月9日 申请日期2002年12月25日 优先权日2001年12月26日
发明者申东缵, 具在本 申请人:三星Sdi株式会社