技术领域
[0001] 本
发明涉及一种使用表面等离激元的滤色器、液晶显示器(LCD)及其制造方法，更具体地，涉及一种使用表面等离激元并具有包括用于选择性地透射特定
波长光的透光图案的三维(3D)图案结构的滤色器、LCD及其制造方法。
背景技术
[0002] 随着对信息显示器关注的增加以及对便携式信息媒体需求的增加，替代
阴极射线管(CRT)这种传统显示设备的平板显示器(FPD)的研究和商业化正在积极进行。作为这些平板显示器之一，液晶显示器(LCD)通过使用液晶(LC)的光学
各向异性来显示图像。由于卓越的
分辨率、
颜色再现特性和图像
质量，LCD正被积极地应用于笔记本、台式监视器、等等。
[0003] LCD主要包括滤色器
基板、阵列基板和夹在滤色器基板和阵列基板之间的LC层。
[0004] 通过多个掩模工艺(即
光刻工艺)制造LCD。因此，需要一种用于减少掩模工艺次数以提高生产率的方法。
[0005] 在下文中，将参考图1更详细地解释
现有技术的LCD的结构。
[0006] 图1是示意地图示现有技术的LCD结构的分解透视图。
[0007] 如图1所示，LCD主要包括滤色器基板5、阵列基板10和夹在滤色器基板5和阵列基板10之间的LC层30。
[0008] 滤色器基板5包括：滤色器(C)，由用于实现红色、绿色和蓝色(RGB)的多个子滤色器7组成；黑矩阵6，用于使子滤色器7彼此分离并屏蔽通过LC层30的光线；以及用于将
电压施加给LC层30的透明公共
电极8。
[0009] 阵列基板10包括：在
水平和垂直方向上排列以限定多个
像素区域(P)的多条
栅线16和数据线17；
薄膜晶体管(TFT)，其为在栅线16和数据线17的交叉处形成的
开关设备；
以及在像素区域(P)内形成的像素电极18。
[0010] 通过在图像显示区域的外围周边上形成的
密封剂(未图示)，将彼此面对的滤色器基板5和阵列基板10相互结合，从而构成LC面板。通过在滤色器基板5或阵列基板10上形成的对准标记(未图示)，将滤色器基板5和阵列基板10相互结合。
[0011] 为了防止由于将两
块基板相互结合时的对准误差导致的光泄露，可以将黑矩阵的线宽设置得很宽，从而获得对准边缘。这可能降低LC面板的孔径比。
[0012] 通过使用颜料或染料将不需要的颜色光吸收消失，并且通过选择性地透射期望颜色的光，在LCD内使用的常规滤色器实现多种颜色。这样可以仅允许来自白色入射光的RGB颜色中的一种透射至一个子像素。因此，难以具有高于30％的透光率。由于LC面板的这种低透光率，增加了
背光的功耗。
[0013] 图2是示意地图示当应用使用常规颜料发散方法的滤色器时LCD面板的透光率的示例图。
[0014] 参见图2，由于自背光入射的光顺序地通过偏振器、TFT阵列、LC和滤色器时具有的光量降低，因此透光率降低至5％或者更低。
[0015] 在此，偏振器、TFT阵列和滤色器分别具有大约～40％、45～55％和～25％的透光率。
[0016] 由于常规滤色器根据每种颜色重复地经过彩色
光刻胶涂覆、曝光、显影和硬化工艺，因此常规滤色器利用复杂的工艺制成。
[0017] 此外，为了在滤色器基板上制造滤色器，必需与TFT加工线分离地实施滤色器加工线。这可能增加线路安装成本。
发明内容
[0018] 因此，本发明的一个目的是提供一种使用表面等离激元的滤色器、液晶显示器(LCD)及其制造方法，通过使用表面等离激元替代普通的染料或颜料，能够提高LC面板的孔径比和透光率。
[0019] 本发明的另一目的是提供一种使用表面等离激元的滤色器、液晶显示器(LCD)及其制造方法，能够提高
透射光的主峰值波长与视
角的相关性，并且能够提高透光率和校准。
[0020] 本发明的又一目的是提供一种使用表面等离激元的滤色器、液晶显示器(LCD)及其制造方法，能够防止在子像素之间界面的光发散。
[0021] 本发明的又一目的是提供一种使用表面等离激元的滤色器、液晶显示器(LCD)及其制造方法，通过使用滤色器作为公共电极或背电极，或者通过在下阵列基板上与开关设备一起形成滤色器，能够简化整个工艺并降低安装成本。
[0022] 为了实现这些和其它优点和根据本发明的目的，如在此具体实施和概述的，提供一种使用表面等离激元的滤色器，包括：金属层；在金属层内形成的透光图案，该透光图案包括具有周期的多个子波长孔；以及在包括多个孔的区域上形成的多个非穿透凹槽，其中通过使用表面等离激元选择性地透射特定波长的光，实现期望的颜色。
[0023] 为了实现这些和其它优点和根据本发明的目的，如在此具体实施和概述的，还提供一种液晶显示器(LCD)，包括：在第一基板上形成的滤色器，用于通过选择性地透射特定波长的光实现期望的颜色，该滤色器具有在金属层内形成的且包括具有周期的多个子波长孔的透光图案，并且该滤色器还具有在包括多个孔的区域上形成的多个非穿透凹槽；在该滤色器上形成的
薄膜晶体管(TFT)；以及面对该第一基板并与第一基板结合的第二基板，其中该第二基板不包括滤色器和黑矩阵。
[0024] 根据本发明的另一方面，提供一种液晶显示器(LCD)，包括：在第一基板的外表面上形成的滤色器，用于通过选择性地透射特定波长的光实现期望的颜色，该滤色器具有在金属层内形成的且包括具有周期的多个子波长孔的透光图案，并且该滤色器还具有在包括多个孔的区域上形成的多个非穿透凹槽；在该第一基板的内表面上形成的薄膜晶体管(TFT)；以及面对该第一基板并与第一基板结合的第二基板，其中该第二基板不包括滤色器和黑矩阵。
[0025] 根据本发明的又一方面，提供一种液晶显示器(LCD)，包括：在第一基板上形成的薄膜晶体管(TFT)；以及在第二基板上形成的滤色器，用于通过选择性地透射特定波长的光实现期望的颜色，该滤色器具有在金属层内形成的且包括具有周期的多个子波长孔的透光图案，并且该滤色器还具有在包括该多个孔的区域上形成的多个非穿透凹槽，其中面对该第二基板，该第一基板与第二基板结合，并且该滤色器替代公共电极或背电极。
[0026] 为了实现这些和其它优点和根据本发明的目的，如在此具体实施和概述的，还提供一种用于制造液晶显示器(LCD)的方法，该方法包括：提供第一和第二基板；在第一基板上形成滤色器，该滤色器具有在金属层内形成的且包括具有周期的多个子波长孔的透光图案，该滤色器用于通过选择性地透射特定波长的光实现期望的颜色；形成在包括多个孔的区域上形成的多个非穿透凹槽；在滤色器上形成薄膜晶体管(TFT)；以及相互结合第一基板和第二基板，其中该第二基板不包括滤色器和黑矩阵。
[0027] 根据本发明的另一方面，提供一种用于制造液晶显示器(LCD)的方法，该方法包括：提供第一和第二基板；在该第一基板的外表面上形成滤色器，该滤色器具有在金属层内形成的且包括具有周期的多个子波长孔的透光图案，该滤色器用于通过选择性地透射特定波长的光实现期望的颜色；形成在包括多个孔的区域上形成的多个非穿透凹槽；在该第一基板的内表面上形成薄膜晶体管(TFT)；以及相互结合第一基板和第二基板，其中第二基板不包括滤色器和黑矩阵。
[0028] 根据本发明的又一方面，提供一种用于制造液晶显示器(LCD)的方法，该方法包括：提供第一和第二基板；在该第一基板上形成薄膜晶体管；在该第二基板上形成滤色器，该滤色器具有在金属层内形成的且包括具有周期的多个子波长孔的透光图案，该滤色器用于通过选择性地透射特定波长的光实现期望的颜色；形成在包括多个孔的区域上形成的多个非穿透凹槽；以及相互结合第一基板和第二基板，其中滤色器替代公共电极或背电极。
[0029] 所述多个孔可以具有周期，并且可以在具有周期的多个孔附近还形成不具有周期的多个非穿透凹槽。
[0030] 该孔的水平截面可以具有圆形、四边形、三角形、椭圆形和具有大于一的展弦比的狭缝形状之一，并且该凹槽的水平截面可以具有圆形、四边形、三角形、椭圆形和具有大于一的展弦比的狭缝形状之一。
[0031] 所述金属层可以由包括自包括
铝、金(Au)、
银(Ag)、铂(Pt)、
铜(Cu)、镍(Ni)、钯(Pd)、锌(Zn)、
铁(Fe)、铬(Cr)、钼(Mo)、掺杂
半导体设备、
碳纳米管、球壳状碳分子、导电塑料和导电
复合材料的组中选择的至少之一的导电材料或者其混合物制成。
[0032] 所述孔可以具有50nm～10μm的尺寸，并且所述凹槽可以具有50nm～10μm的尺寸。
[0033] 所述孔可以具有50nm～500nm的周期，并且所述凹槽可以具有50nm～500nm的周期。
[0034] 该方法还可以包括使用与第一和第二基板相同的
电介质材料，在所述金属层上和在多个孔和凹槽内部形成绝缘层。
[0035] 在使用玻璃基板作为所述第一和第二基板的情况下，绝缘层可以由SiO2形成，并且可以形成为具有10nm～100μm的厚度。
[0036] 可以通过使用气相法、液相法、固相法和纳米溶胶涂覆法之一形成金属层。
[0037] 可以通过使用
电子束蚀刻、离子束
铣削、纳米球蚀刻、纳米压印、光刻和激光干扰蚀刻之一形成所述透光图案。
[0038] 可以将该透光图案划分成具有不同孔周期的多个区域。可以通过蚀刻工艺、铣削工艺和金属沉积工艺形成所述凹槽。
[0039] 当结合
附图，根据本发明的下述详细描述，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得更加显而易见。
附图说明
[0040] 提供本发明的进一步理解并合并以构成本
说明书一部分的附图图示本发明的
实施例，并和说明书一起用于解释本发明的原理。
[0041] 在附图中：
[0042] 图1是示意地图示根据现有技术的液晶显示器(LCD)的结构的分解透视图；
[0043] 图2是示意地图示当应用使用普通颜料发散方法的滤色器时LC面板的透光率的示例图；
[0044] 图3A和图3B分别是示意地图示根据本发明第一实施例的使用表面等离激元的滤色器的结构的平面图和截面图；
[0045] 图4图示根据入射角度透射光的主峰值波长的变化；
[0046] 图5A和图5B是图示由于视角差别导致的孔周期变化的示例图；
[0047] 图6A和图6B是图示在使用表面等离激元的滤色器出口上校准和发散光的概念的截面图；
[0048] 图7A至图7C图示根据本发明第二实施例的使用表面等离激元的滤色器的凹槽；
[0049] 图8是示意地图示根据本发明第二实施例的使用表面等离激元的滤色器的平面图和截面图；
[0050] 图9是示意地图示根据本发明第二实施例的液晶显示器(LCD)的一种结构的截面图；
[0051] 图10是示意地图示根据本发明第二实施例的LCD的另一结构的截面图；
[0052] 图11是示意地图示根据本发明第二实施例的图10的LCD的阵列基板一部分的平面图；
[0053] 图12A至图12F是顺序地图示用于制造图10的LCD的工艺的截面图；以及[0054] 图13A至图13E是顺序地图示用于制造图11的阵列基板的工艺的平面图。
具体实施方式
[0055] 现在将参考附图详细地描述本发明。
[0056] 为了参考附图简要描述，相同或等效组件将使用相同的附图标记，并且将不重复其描述。
[0057] 在下文中，将参考附图更详细地解释根据本发明的使用表面等离激元的滤色器、液晶显示器(LCD)及其制造方法。
[0058] 通过提高阵列基板的孔径比来提高LC面板透光率的常规方法具有诸多限制。因此，必需将常规样式改变成通过去除滤色器来提高LC面板透光率的新样式。
[0059] 为此，已经提出了一种通过在金属层上形成透光图案以便可以选择性地透射特定波长的光的滤光方法。本发明提供一种能够通过使用表面等离激元形成金属层来透射RGB颜色的滤色器。
[0060] 图3A和图3B分别是示意地图示根据本发明通过使用表面等离激元现象制造的滤色器的结构的平面图和截面图。
[0061] 参见图3，在金属层152内形成由具有预定周期(L)的多个子波长孔组成的透光图案153。将同时具有
近红外光波长和可见光波长的入射光的
电场耦合至等离激元。因此，仅特定波长的光被透射，而其它波长的光被反射，从而获得RGB颜色。
[0062] 例如，如果在银膜上形成具有预定周期(L)的子波长孔图案，根据孔的尺寸(d)和周期(L)透射特定波长的
选定RGB光，从而实现RGB颜色。通过在孔附近吸收光，可以
透射比孔面积更大的光量。
[0063] 为了实现高纯度的颜色，可以不同地控制与每个波长对应的每种厚度的金属层152。然而，本发明并不限制于此。
[0064] 供参考，等离激元是指一种准粒子，在金属表面上感应的自由电子在入射光的电场下整体振荡。表面等离激元是指等离激元部分地存在于金属表面上，其对应于沿着金属和电介质之间的界面传播的
电磁波。
[0065] 表面等离激元现象是指在具有纳米尺寸的周期性孔图案的金属表面上入射的特定波长的光与金属表面上的自由电子共振时形成特定波长的光。仅使该特定波长的光通过孔透射，而使其余波长的光自金属表面反射。
[0066] 通常，厚金属层不能透射入射光。如果在金属层上形成的孔具有远小于入射光的波长的尺寸，则透射光强度被显著地降低。然而，如果在金属层上周期性地排列子波长小孔，则由于表面等离激元的激发，光的透光率被显著地提高。通常，光或
光子的发散曲线并不交叉表面等离激元的发散曲线。为了将光子直接耦合至表面等离激元，在金属层表面上形成具有预定周期的孔图案的光栅结构。这可以符合动量守恒，从而使表面等离激元被激发。
[0067] 通过控制透光图案，即孔的尺寸和周期以及金属层的厚度等，可以透射期望波长的光。在金属层具有周期为‘a’的孔的正方结构的情况下，可以通过下面的等式1获得垂直入射在金属层上的光的主峰值波长，即表面等离激元谐振波长。
[0068] 【等式1】
[0069]
[0070] 在此，εm表示金属的
介电常数，并且εd表示与金属相邻的介电材料的介电常数。也就是，通过改变透光图案周期或者通过改变介电材料，可以控制由表面等离激元透射的光的峰值波长。
[0071] 透光图案不仅可以具有诸如孔的圆形，而且可以具有各种形状，例如椭圆形、四边形、三角形和狭缝形状。当透光图案具有圆形时，孔可以具有50nm～10μm的直径和50nm～500nm的周期。
[0072] 根据本发明第一实施例的使用表面等离激元的滤色器中，视角显著地影响透射光主峰值波长的带宽和
位置。
[0073] 图4图示根据入射角度透射光的主峰值波长的变化，其图示当入射角度(θ)改变成0°～24°时所测量的透射光的透射强度。
[0074] 如图4所示，透射光的主峰值波长的带宽和位置受视角的显著影响。通过表面等离激元谐振的透射光的主峰值波长具有8.3nm/°度的变化率。
[0075] 可以看出垂直入射在滤色器上的光具有最大化的透光率，并且当入射角度(θ)增加时，透光率显著地降低。
[0076] 这可能产生这样问题，即通过使用具有窄入射角度的特定
光源可以实现期望波长的颜色。
[0077] 图5A和图5B是图示由于视角不同导致孔周期变化的示例图，其图示当光分别以90°和θ的入射角度入射时孔周期的变化。
[0078] 参见图5A和图5B，假设在彼此相邻的两个孔(H)之间的间隙是‘P’，如果入射角度(θ)改变，则有效光栅周期改变为‘Px cosθ’。假设每个孔(H)具有面积‘A’，则有效截面积改变为‘Ax cosθ’。随着入射角度(θ)增加，入射光可以通过的孔(H)的有效截面积降低。这可能导致透光率降低。此外，随着视角增加，有效光栅周期和孔直径(H)降低。这可能导致通过表面等离激元谐振的透射光的主峰值波长位置改变。
[0079] 本发明第二实施例的目的是制造使用表面等离激元的滤色器，所述表面等离激元以具有提高的透光率、提高的校准和方向性的光束形式自表面发射。
[0080] 更具体地，根据本发明第二实施例的使用表面等离激元的滤色器具有多个凹槽，所述多个凹槽具有周期并且形成在包括透光图案的多个孔的区域上。这可以实现具有±3°的非常窄的发散角度的光束。这可以提高透射光主峰值波长与视角的相关性，并且提高透光率及校准。
[0081] 在本发明的第二实施例中，改变视角或测量角度不影响透射光的主峰值波长。此外，因为防止了在子像素之间界面上的光发散，所以可以降低透射光的损失。此外，因为并未出现在彼此相邻的子像素之间的颜色混合，所以可以不需要诸如黑矩阵的隔离墙，并且可以以小的纳米尺寸形成像素。将参考附图更详细地予以解释。
[0082] 图6A和图6B是图示在使用表面等离激元的滤色器的出口上校准和发散光的概念的截面图。
[0083] 如图6A和图6B所示，通过在金属层152’的出口上形成凹槽(h)图案，可以确定自金属层152’发射的光的方向性和透射光的类型。
[0084] 由于在金属层152’表面上周期性形成的凹槽(h)使增强干扰可能出现在表面等离激元波之中，所以提高了透射光的强度，即提高了透光率。可以通过蚀刻工艺、铣削工艺、金属沉积工艺等在金属层152’的表面上周期性地构图凹槽(h)。
[0085] 更具体地，在滤色器150’上入射的光以表面等离激元耦合的方式通过具有纳米尺寸的孔(H)。自出口发射的光与在出口上的表面等离激元分离，从而超出金属层152’的范围。如果以周期(P)在出口上形成多个凹槽(h)，则自相应凹槽(h)感应出表面等离激元。而且，自出口发射并与表面等离激元分离的光相互干扰。在通过表面等离激元的波矢(ksp)小于光栅矢量(2π/P)的条件下自金属层152’发射的光以相互会聚的两个光束的形式前进，如图8A所示。如果波矢等于光栅矢量，则透射光以平行校准的光束形式前进。
[0086] 如图7A至图7C所示，可以将凹槽实施为非穿透凹痕、非穿透环和非穿透狭缝。
[0087] 参见图7A至图7C，在金属膜252a～252c内形成由具有周期的多个子波长孔(Ha～Hc)组成的透光图案253a～253c，并且在包括多个孔(Ha～Hc)的区域上形成具有周期的多个凹槽(ha～hc)。这可以在波矢小于光栅矢量的情况下实现具有非常窄的发散角度的光束。
[0088] 图8是示意地图示根据本发明第二实施例的使用表面等离激元的滤色器的平面图和截面图，其中在包括多个孔的区域上形成具有周期的多个圆形凹槽。
[0089] 图8图示由自左侧开始与蓝色、红色和绿色对应的子滤色器组成的一个像素。然而，本发明并不限制于此。也就是说，也可以应用本发明以实现超过三种颜色的多种颜色。
[0090] 如图所示，使用透光图案253实现根据本发明第二实施例的滤色器250，该透光图案25包括在金属层252内形成的在行和列的方向上具有预定周期的多个子波长孔(H)。滤色器250通过选择性地透射特定波长的光实现期望的颜色。
[0091] 因为在包括多个孔(H)的区域上形成具有周期的多个凹槽(h)，所以可以提高透射光的主峰值波长与视角的相关性，并且可以提高透光率和校准。
[0092] 除了在形成栅线、数据线和TFT的区域之外，在像素区域内形成透光图案253。透光图案253的孔(H)的水平截面可以具有四边形、三角形、椭圆形和具有大于一的展弦比的狭缝形状以及所图示的圆形之一。在此，展弦比表示在预定图形的长轴长度和短轴长度之间的比值。凹槽(h)的水平截面可以具有四边形、三角形、椭圆形和具有大于一的展弦比的狭缝形状以及所图示的圆形之一。
[0093] 金属层252可以由铝(Al)制成，其可以实现在可见光线整个区域上的表面等离激元谐振。然而，本发明并不限制于此。更具体地，金属层252可以由包括自包括铝、金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)、铜(Cu)、镍(Ni)、钯(Pd)、锌(Zn)、铁(Fe)、铬(Cr)、钼(Mo)、掺杂半导体设备、
碳纳米管、球壳状碳分子、导电塑料和导电复合材料的组中选择的至少之一的导电材料或者其混合物制成。
[0094] 在使用厚度150nm的铝作为金属层252的情况下，为了发射450nm的主峰值波长的蓝光，孔具有大约272nm的周期和大约136nm的尺寸。为了发射650nm的主峰值波长的红光，孔具有大约394nm的周期和大约197nm的尺寸。而且，为了发射550nm的主峰值波长的绿光，孔具有大约333nm的周期和大约167nm的尺寸。
[0095] 为了实现高纯度的颜色，可以不同地控制与每个波长对应的每种厚度的金属层252。然而，本发明并不限制于此。
[0096] 优选地，透光图案253的孔(H)具有100nm～300nm的尺寸。然而，本发明并不限制于此。也就是，透光图案253的孔(H)可以具有50nm～10μm的尺寸和50nm～500nm的周期。优选地，凹槽(h)具有100nm～300nm的尺寸。然而，本发明并不限制于此。也就是，凹槽(h)可以具有50nm～10μm的尺寸和50nm～500nm的周期。
[0097] 尽管未图示，可以在非穿透凹槽(h)附近形成不具有周期的非穿透凹槽。如果光从滤色器250的下侧入射，则仅由透光图案253的周期确定的特定波长的光通过基板。也就是，当透光图案253具有周期(a)时，可以将透射光的主峰值波长设置为λ＝1.65×a。在同一金属层252内，可以将透光图案253划分成具有不同周期的多个区域。不同波长的光可以选择性地通过所划分的区域。
[0098] 在金属层内形成由具有特定周期和尺寸的多个孔构成的透光图案。通过使用从金属层出现的表面等离激元，可以将该金属层用作滤色器，并且将该滤色器应用于LCD以实现颜色。
[0099] 在上基板，滤色器基板上形成普通的滤色器。然而，可以在下阵列基板上或者在下阵列基板外部形成根据本发明的使用表面等离激元的滤色器。
[0100] 更具体地，使用颜料或染料的常规滤色器不能经历高温工艺。相反地，因为金属层用作滤色器，所以根据本发明的使用表面等离激元的滤色器可以经历高温工艺。这可以允许通过高温工艺在金属层上制造薄膜晶体管。此外，因为在下阵列基板上形成滤色器，可以解决一般问题：由于在相互结合上基板和下基板时获得对准边缘而出现孔径比的降低。
[0101] 图9和图10是示意地图示根据本发明第二实施例的液晶显示器(LCD)结构的截面图。为了方便，相同组件使用相同的附图标记。
[0102] 如图所示，根据本发明第二实施例的滤色器具有在金属层内形成并且包括在行和列方向上具有预定周期的多个子波长孔的透光图案。滤色器通过选择性地透射特定波长的光实现期望的颜色。
[0103] 在根据本发明第二实施例的滤色器内，在包括多个孔(H)的区域上形成具有周期的多个凹槽(h)。这可以提高透射光的主峰值波长与视角的相关性，并可以提高透光率和校准。
[0104] 为了将使用表面等离激元的滤色器应用于LCD，如图9所示，可以在上滤色器基板205上形成根据本发明第二实施例的滤色器250。
[0105] 通过单步工艺在单个金属层上形成透光图案从而实现RGB颜色是有利的。而且，使用透光图案替代上述公共电极或背电极，从而简化整个工艺并降低制造成本。
[0106] 如上所述，当已经在金属层252附近的介电材料中执行折射率匹配时，使用表面等离激元的滤色器250有利于色纯度和透光率。因此，在玻璃基板上形成滤色器250的情况下，最好在包括透光图案253的金属层252上形成由与诸如SiO2的玻璃基板相同的材料制成的绝缘层206。
[0107] 在通过列
衬垫料260保持滤色器基板205和阵列基板210之间的恒定盒间隙的状态下，通过在图像显示区域的外围形成的密封剂(未图示)，将相互面对的滤色器基板205和阵列基板210结合。阵列基板210包括在水平和垂直方向上设置以限定多个像素区域的多条栅线(未图示)和数据线(未图示)，在栅线和数据线之间的交叉点处形成的作为开关设备的薄膜晶体管(TFT)，以及在像素区域内形成的像素电极218。
[0108] TFT包括与栅线连接的栅电极221、与数据线连接的源电极222和与像素电极218连接的漏电极223。TFT还包括用于使栅电极221与源/漏电极222和223彼此绝缘的第一绝缘层215a，以及用于通过施加给栅电极221的栅电压在源电极222和漏电极223之间形成导电
沟道的有源层224。附图标记215b表示第二绝缘层，并且附图标记225n表示用于在有源层224的源/漏区域和源/漏电极222和223之间欧姆
接触的
欧姆接触层。
[0109] 因为使用金属层，所以在高温工艺过程中不破坏使用表面等离激元的滤色器。考虑到这一点，可以在阵列基板上形成滤色器。
[0110] 如图10所示，可以在单元内部，即在TFT阵列下方，形成使用表面等离激元的滤色器250。尽管未图示，也可以在单元外部，即在阵列基板210的外表面上形成滤色器250。
[0111] 除了滤色器和黑矩阵之外，可以在滤色器基板205上形成公共电极208。在阵列基板210上形成的滤色器250可以浮置或接地。
[0112] 在阵列基板210上形成滤色器250的情况下，不需要用于对准滤色器基板205和阵列基板210的边缘。这可以允许在设计LC面板时提高孔径比，从而提高LC面板的透光率。如果提高LC面板的透光率，则可以降低背光强度以降低背光功耗。
[0113] 因为降低了背光功耗，所以可以实现多种颜色像素以获得具有真实颜色再现的高图片质量。
[0114] 在阵列基板210上形成滤色器250并且去除滤色器加工线的情况下，可以将安装成本降低大约50％。
[0115] 在下文中，将参考附图更详细地解释在阵列基板上形成使用表面等离激元的滤色器的情况下的LCD的结构及其制造方法。
[0116] 图11是示意地图示根据本发明第二实施例的图10所示的LCD阵列基板一部分的平面图。
[0117] 图11图示包括自左侧开始与蓝色、红色和绿色对应的子滤色器的一个像素。然而，本发明并不限制于此。也就是说，本发明也可以应用于实现多于三种颜色的多种颜色。
[0118] 除了滤色器的结构之外，即透光图案的孔尺寸和周期，与蓝色、红色和绿色对应的子滤色器包括相同的组件。
[0119] 根据本发明的LCD是用于在与基板垂直的方向内驱动向列液晶分子的扭曲向列(TN)LCD。然而，本发明并不限制于此。
[0120] 阵列基板210包括在其上以水平和垂直方向设置的用以限定多个像素区域的多条栅线216和数据线217。在栅线216和数据线217之间的交叉点处形成薄膜晶体管(TFT)即开关设备，并且在像素区域内形成用于与连接至TFT的公共电极108一起驱动LC层的像素电极218。
[0121] TFT包括构成栅线216一部分的栅电极221、连接至数据线217的源电极222和连接至像素电极218的漏电极223。TFT还包括用于使栅电极221与源/漏电极222和223彼此绝缘的第一绝缘层(未图示)，以及用于通过施加给栅电极221的栅电压在源电极222和漏电极223之间形成导电沟道的有源层(未图示)。
[0122] 源电极222的一部分向一个方向延伸以构成数据线217的一部分。而且，漏电极223的一部分向像素区域延伸以通过第二绝缘层(未图示)的接触孔240电连接至像素电极218。
[0123] 在阵列基板210上设置根据本发明第二实施例的使用表面等离激元的滤色器250。该滤色器250具有在金属层252内形成的并且包括具有预定周期的多个子波长孔的透光图案253。将同时具有近红外光波长和可见光波长的入射光电场耦合至等离激元。因此，仅发射特定波长的光，并反射其它波长的光，从而获得RGB颜色。
[0124] 除了在形成栅线216、数据线217和TFT的区域之外，在像素区域内形成透光图案253。
[0125] 在根据本发明第二实施例的滤色器250中，在包括多个孔(H)的区域上形成具有周期的多个凹槽(h)。这可以提高透射光的主峰值波长与视角的相关性，并可以提高透光率和校准。
[0126] 透光图案253的孔(H)的水平截面可以具有圆形、四边形、三角形、椭圆形和具有大于一的展弦比的狭缝形状之一。而且，凹槽(h)的水平截面可以具有圆形、四边形、三角形、椭圆形和具有大于一的展弦比的狭缝形状之一。
[0127] 金属层252可以由包括自包括铝(Al)、金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)、铜(Cu)、镍(Ni)、钯(Pd)、锌(Zn)、铁(Fe)、铬(Cr)、钼(Mo)、掺杂半导体设备、碳纳米管、球壳状碳分子、导电塑料和导电复合材料的组中选择的至少之一的导电材料或者其混合物制成。
[0128] 为了实现高纯度的颜色，可以不同地控制与每个波长对应的每种厚度的金属层252。然而，本发明并不限制于此。
[0129] 优选地，透光图案253的孔(H)具有100nm～300nm的尺寸。然而，本发明并不限制于此。也就是，透光图案253的孔(H)可以具有50nm～10μm的尺寸和50nm～500nm的周期。优选地，凹槽(h)具有100nm～300nm的尺寸。然而，本发明并不限制于此。也就是，凹槽可以具有50nm～10μm的尺寸和50nm～500nm的周期。
[0130] 尽管未图示，可以在非穿透凹槽(h)附近形成不具有周期的非穿透凹槽。
[0131] 图12A至图12F是顺序地图示图10的LCD制造工艺的截面图，并且图13A至图13E是顺序地图示图11的阵列基板制造工艺的平面图。
[0132] 如图12A和图13A所示，在由诸如玻璃等透明绝缘材料形成的阵列基板210上形成根据本发明第二实施例的使用表面等离激元的滤色器250。
[0133] 滤色器250具有在金属层252内形成并且包括具有预定周期的多个子波长孔的透光图案253。将同时具有近红外光波长和可见光波长的入射光电场耦合至等离激元。因此，仅发射特定波长的光，并反射其它波长的光，从而获得RGB颜色。
[0134] 因为在包括多个孔(H)的区域上形成具有周期的多个凹槽(h)，所以可以提高透射光的主峰值波长与视角的相关性，并可以提高透光率和校准。
[0135] 透光图案253的孔(H)的水平截面可以具有圆形、四边形、三角形、椭圆形和具有大于一的展弦比的狭缝形状之一。而且，凹槽(h)的水平截面可以具有圆形、四边形、三角形、椭圆形和具有大于一的展弦比的狭缝形状之一。
[0136] 金属层252可以由包括自包括铝(Al)、金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)、铜(Cu)、镍(Ni)、钯(Pd)、锌(Zn)、铁(Fe)、铬(Cr)、钼(Mo)、掺杂半导体设备、碳纳米管、球壳状碳分子、导电塑料和导电复合材料的组中选择的至少之一的导电材料或者其混合物制成。可以通过使用气相法、液相法、固相法和纳米溶胶涂覆法之一形成金属层252。可以通过使用电子束蚀刻、离子束铣削、纳米球蚀刻、纳米压印、光刻和激光干扰蚀刻之一形成透光图案253。
[0137] 为了实现高纯度的颜色，可以不同地控制与每个波长对应的每种厚度的金属层252。然而，本发明并不限制于此。
[0138] 优选地，透光图案253的孔(H)具有100nm～300nm的尺寸。然而，本发明并不限制于此。也就是，透光图案253的孔(H)可以具有50nm～10μm的尺寸和50nm～500nm的周期。优选地，凹槽(h)具有100nm～300nm的尺寸。然而，本发明并不限制于此。也就是，凹槽(h)可以具有50nm～10μm的尺寸和50nm～500nm的周期。
[0139] 尽管未图示，可以在非穿透凹槽(h)附近形成不具有周期的非穿透凹槽。
[0140] 随后，在包括透光图案253的金属层252之上沉积具有等于或类似于阵列基板210的折射率的介电材料，从而形成用于使滤色器250的表面平坦化的绝缘层206。
[0141] 通过经蓝色区域内的蓝色透光图案选择性地透射蓝色、通过经红色区域内的红色透光图案选择性地透射红色、以及通过经绿色区域内的绿色透光图案选择性地透射绿色，根据本发明第二实施例的滤色器250实现RGB颜色。
[0142] 如图12B和图13B所示，在其上形成有绝缘层206的阵列基板210上形成栅电极221和栅线216。
[0143] 在此，通过在阵列基板210的整个表面上沉积第一导电膜，随后通过光刻工艺选择性地构图第一导电膜，形成栅电极221和栅线216。
[0144] 第一导电膜可以由具有低
电阻的不透明导电材料制成，例如铝(Al)、铝
合金、钨(W)、铜(Cu)、铬(Cr)、钼(Mo)和钼合金。或者，通过彼此层叠至少两种上述材料，可以将第一导电膜形成为具有多层结构。
[0145] 如图12C和图13C所示，在其上形成有栅电极221和栅线216的阵列基板210的整个表面上，沉积第一绝缘层215a、无定形
硅薄膜、n+无定形硅薄膜和第二导电膜，随后通过光刻工艺选择性地去除。因此，在阵列基板210上，形成由无定形硅薄膜制成的有源层224，以及由第二导电薄膜构成并电连接至有源层224的源/漏区域的源/漏电极222和223。
[0146] 通过光刻工艺形成由第二导电膜制成并与栅线216交叉以限定像素区域的数据线217。
[0147] 在有源层224之上形成由n+无定形硅薄膜构成并构图为与源/漏电极222和223相同形状的欧姆接触层225n。
[0148] 在数据线217之下形成无定形薄膜图案(未图示)和n+无定形薄膜图案(未图示)，它们分别由无定形硅薄膜和n+无定形硅薄膜构成，并均构图为与数据线217相同的形状。
[0149] 通过使用半
色调掩模或衍射掩模的单掩模工艺，可以同时形成根据本发明第二实施例的有源层224、源/漏电极222和223和数据线217。
[0150] 第二导电膜可以由具有低电阻的不透明导电材料制成，例如铝(Al)、
铝合金、钨(W)、铜(Cu)、铬(Cr)、钼(Mo)和钼合金，从而构成源/漏电极222和223和数据线217。或者，通过彼此层叠至少两种上述材料，可以将第二导电膜形成为具有多层结构。
[0151] 如图12D和图13D所示，在其上形成有有源层224、源/漏电极222和223和数据线217的阵列基板210的整个表面上形成第二绝缘层215b。随后，通过光刻工艺选择性地去除该第二绝缘层215b，从而在阵列基板210上形成暴露漏电极223一部分的接触孔240。
[0152] 第二绝缘层215b可以由诸如氮化硅或
氧化硅等无机绝缘层构成，或者可以由诸如光学
丙烯酸或苯并环丁烯(BCB)等有机绝缘层构成。
[0153] 如图12E和图13E所示，在其上形成有第二绝缘层215b的阵列基板210的整个表面上形成第三导电膜，随后通过光刻工艺选择性地去除第三导电膜。因此，形成通过接触孔240电连接至漏电极223的像素电极218。
[0154] 在此，第三导电膜包括具有高透光率的透明导电材料，例如氧化铟
锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)，从而构成像素电极。
[0155] 如图12F所示，在通过列衬
垫料260保持阵列基板210和滤色器基板205之间的恒定盒间隙的状态下，通过在图像显示区域的外围上形成的密封剂(未图示)，相互面对地将根据本发明第二实施例的阵列基板210结合至滤色器基板205。
[0156] 在滤色器基板205上可以形成公共电极208而不是滤色器和黑矩阵。
[0157] 在第一和第二实施例中，已经解释将本发明应用于使用无定形硅薄膜作为有源图案的无定形硅薄膜晶体管。然而，本发明并不限制于此。也就是，本发明也可以应用于使用
多晶硅薄膜作为有源图案的多晶硅薄膜晶体管和使用氧化半导体设备作为有源层的氧化薄膜晶体管。
[0158] 本发明不仅可以应用于LCD，而且可以应用于通过使用薄膜晶体管制造的其它显示设备，例如其中连接
有机发光二极管(OLED)以驱动晶体管的OLED显示设备。
[0159] 上述实施例和优点仅是示例性的，并不解释为限制本发明。本教导可以容易地应用于其它类型的设备。本说明书将是说明性的，并不限制
权利要求的保护范围。多种替代、
修改和变化对于本领域的技术人员来说将是显而易见的。可以通过多种方式组合在此所述示例实施例的特征、结构、方法和其它特征以获得附加和/或替代的示例实施例。
[0160] 因为在不脱离其特征的情况下可以以多种形式实施本特征，应当理解上述实施例并不限制于上述描述的任意细节，除非另外说明，而应当如在权利要求中所定义的其保护范围进行广义解释，因此，落入权利要求书边界或者其等效物之内的全部改变和修改将由权利要求所涵盖。
