用于制造使用表面等离激元的滤色器和液晶显示器的方法

专利名称：用于制造使用表面等离激元的滤色器和液晶显示器的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制造使用表面等离激元的滤色器和液晶显示器(LCD)的方 法，更具体地，涉及一种用于制造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)图案结构的滤色器的方法和制造LCD的方法。
背景技术：
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。IXD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。通过多个掩模工艺(即光刻工艺)制造IXD。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。在下文中，将参考图1更详细地解释现有技术的IXD的结构。图1是示意地图示现有技术的IXD结构的分解透视图。如图1所示，IXD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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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
因此，本发明的一个目的是提供一种用于制造使用表面等离激元的滤色器的方法 和用于制造液晶显示器(LCD)的方法，通过使用表面等离激元替代常规的燃料或颜料，能 够提高LC面板的孔径比和透光率。本发明的另一目的是提供一种用于制造使用表面等离激元的滤色器的方法和用 于制造液晶显示器(LCD)的方法，能够防止用于滤色器的金属层表面的氧化，并且能够用 金属层替代外涂覆层。本发明的又一目的是提供一种用于制造LCD的方法，其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装置一起形成滤色器，能够简化工艺并降 低安装成本。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 一种用于制造使用表面等离激元的滤色器的方法，该方法包括在基板上形成由导电材料 构成的金属膜；在该金属膜上形成由折射率等于或类似于基板折射率的介电材料构成的介 电层；在其上形成有该介电层的基板上形成预定的感光图案；通过使用该感光图案作为掩 模选择性地去除介电层，在该预定的感光图案之下形成由该介电材料构成的介电图案；通 过使用该感光图案作为掩模选择性地去除由金属膜形成的金属层，在该金属层内形成由具 有周期的多个子波长孔构成的透光图案；以及在包括透光图案的金属层上形成由与介电材 料相同的材料形成的绝缘层。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 一种用于制造液晶显示器(LCD)的方法，该方法包括提供第一基板和第二基板；在该第一 基板上形成由导电材料构成的金属膜；在该金属膜上形成由折射率等于或类似于第一基板 折射率的介电材料构成的介电层；在其上形成有该介电层的第一基板上形成预定的感光图 案；通过使用该感光图案作为掩模选择性地去除介电层，在该预定的感光图案之下形成由 该介电材料构成的介电图案；通过使用该感光图案作为掩模选择性地去除由金属膜形成的 金属层，在该金属层内形成由具有周期的多个子波长孔构成的透光图案；在包括透光图案 的金属层上形成由与介电材料相同的材料形成的绝缘层；在该绝缘层上形成薄膜晶体管； 以及相互结合所述第一基板和第二基板，其中在该第二基板上不形成滤色器和黑矩阵。根据本发明的另一方面，还提供一种用于制造液晶显示器(IXD)的方法，该方法 包括提供第一基板和第二基板；在该第一基板的外表面上形成由导电材料构成的金属 膜；在该金属膜上形成由折射率等于或类似于第一基板折射率的介电材料构成的介电层； 在其上形成有该介电层的第一基板上形成预定的感光图案；通过使用该感光图案作为掩模选择性地去除介电层，在该预定的感光图案之下形成由该介电材料构成的介电图案；通过 使用该感光图案作为掩模选择性地去除由金属膜形成的金属层，在该金属层内形成由具有 周期的多个子波长孔构成的透光图案；在包括该透光图案的金属层上形成由与介电材料相 同的材料形成的绝缘层；在该第一基板的内表面上形成薄膜晶体管；以及相互结合所述第 一基板和第二基板，其中在该第二基板上不形成滤色器和黑矩阵。根据本发明的又一方面，还提供一种用于制造液晶显示器(IXD)的方法，该方法 包括提供第一基板和第二基板；在该第一基板上形成薄膜晶体管；在该第二基板上形成 由导电材料构成的金属膜；在该金属膜上形成由折射率等于或类似于第二基板折射率的介 电材料构成的介电层；在其上形成有该介电层的第二基板上形成预定的感光图案；通过使 用该感光图案作为掩模选择性地去除介电层，在该预定的感光图案之下形成由该介电材料 构成的介电图案；通过使用该感光图案作为掩模选择性地去除由该金属膜形成的金属层， 在该金属层内形成由具有周期的多个子波长孔构成的透光图案；在包括该透光图案的金属 层上形成由与介电材料相同的材料形成的绝缘层；以及相互结合所述第一基板和第二基 板。所述滤色器可以形成为具有三维图案结构并且能够选择性地仅透射红色、绿色和 蓝色波长的光，该三维图案结构具有由多个不同尺寸的孔构成的透光图案。所述介电层可以形成有5nm IOOOnm的厚度，并且在使用玻璃基板作为基板的情 况下，该介电层可以由SiO2构成。所述金属膜可以由包括自包括铝、金、银、钼、铜、镍、钯、锌、铁、铬、钼、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 蚀刻之一形成所述感光图案。通过基于CHF3的活性离子蚀刻方法可以蚀刻所述介电层。通过基于Cl2的活性离子蚀刻方法可以蚀刻所述金属膜。所述透光图案的孔可以按照具有预定周期的子波长尺寸形成，并可以具有圆形、 椭圆形、四边形、三角形和狭缝形状等。所述绝缘层可以形成有IOnm IOOOnm的厚度，并用作外涂覆层。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所述绝缘层。


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。在附图中图1是示意地图示根据现有技术的液晶显示器(IXD)的结构的分解透视图；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LC面板的透光率的 示例图；图3A和图:3B分别是示意地图示根据本发明使用表面等离激元的滤色器的结构的 平面图和截面图4图示在将玻璃基板上形成的金薄膜暴露在空气中的情况下通过改变金薄膜 的厚度(d)测量的透射谱的多个峰值；图5A至图5E是顺序地图示用于制造根据本发明的滤色器的工艺的截面图；图6A和图6B图示当已经执行折射率匹配时和尚未执行折射率匹配时使用表面等 离激元的滤色器的透射谱；图7A和图7B分别图示当尚未执行折射率匹配和已经执行折射率匹配时使用表面 等离激元的红色子滤色器的透射谱；图8是示意地图示根据本发明的液晶显示器(LCD)的一种结构的截面图；图9是示意地图示根据本发明的液晶显示器(LCD)的另一种结构的截面图；图10是示意地图示根据本发明的LCD的阵列基板一部分的平面图；图IlA至IlF是顺序地图示用于制造图9的IXD的工艺的截面图；以及图12A至12E是顺序地图示用于制造图10的阵列基板的工艺的平面图。
具体实施例方式现在将参考附图详细地描述本发明。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。在下文中，将参考附图更详细地解释根据本发明的制造使用表面等离激元的滤色 器和液晶显示器(LCD)的方法。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增强LC面板透光率的新样式。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。图3A和: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。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。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。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。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。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。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。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‘L’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。等式1λ,ΡΡ =LJ Sm￡d在此，ε m表示金属的介电常数，并且ε d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。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 ΙΟμπι的直径和 50nm 500nm的周期。在使用厚度150nm的铝作为金属层的情况下，为了发射450nm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550nm波长的绿光，孔具 有大约333nm的周期和大约167nm的尺寸。而且，为了发射650nm波长的红光，孔具有大约 394nm的周期和大约197nm的尺寸。当使用表面等离激元的滤色器的金属层具有直接接触空气的表面时，随着时间流 逝，金属层的表面被氧化。这可能导致金属层表面褪色进而降低滤色器的功能。此外，如图 4所示，不仅主峰值而且其它峰值都出现在可见光的透射谱上。这可能显著地降低色纯度。 图4图示暴露给空气的金(Au)薄膜的厚度(d)在85nm 358nm的范围内改变的情况在透 射谱上测量的多个峰值。在金属层附近的介电材料的异质性显著地降低了透射光的色纯度。更具体地，因 为在金属层上的介电材料、基板材料和在孔内的其它介电材料具有相互不同的折射率，所 以根据等式1的表面等离激元的谐振波长(λ spp)不是单个而是多个。因为除了期望主峰值 波长之外的其它峰值也出现在可见光的透射谱上，所以降低了滤色器的单色性和透光率。如果填充透光图案的介电材料的折射率并不匹配基板的折射率，则出现在基板和 金属层之间的表面等离激元模式以及在介电材料和金属层之间的表面等离激元模式。因 此，两个特有峰值出现在透射谱上。当介电材料的折射率大于基板的折射率时，附加峰值出 现在长波长带宽上。另一方面，当介电材料的折射率小于基板的折射率时，附加峰值出现在 短波长带宽上。然而，如果在金属层附近的介电材料经历折射率匹配，则在金属层区域上激 发一个表面等离激元谐振。这可以仅允许具有卓越单色性的一个峰值出现在可见光的透射 谱上。在本发明中，将折射率等于或类似于基板折射率的介电材料沉积在金属层上，随后对该介电材料构图，从而在金属层内形成透光图案。而且，将与介电材料相同的材料沉积 在包括透光图案的滤色器上。这可以实现折射率匹配，并可以防止金属层表面的氧化。此 外，因为在滤色器上沉积的介电材料替代外涂覆层，所以可以简化整个工艺。图5A至5E是顺序地图示根据本发明的用于制造滤色器的工艺的截面图。如图5A所示，在基板110上形成由导电材料构成的金属膜155。随后，以大约 5nm IOOOnm的厚度在金属膜155上形成介电层130。金属层155可以由包括自包括铝、金(Au)、银(Ag)、钼(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。介电层130可以由折射率等于或类似于基板110折射率的介电材料形成。在使用 玻璃基板作为基板110的情况下，介电层130可以由氧化硅(SiO2)形成。如图5B所示，在其上形成有介电层130的基板110上形成感光图案170。感光图 案170被配置以在金属膜155内形成具有多个子波长孔的透光图案。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 蚀刻之一形成感光图案170。随后，通过使用感光图案170作为掩模，选择性地去除在感光图案170下方形成的 介电图案130。结果，如图5C所示，在感光图案170下方形成由介电材料形成并被构图为与 感光图案170相同形状的介电图案135。可以通过基于CHF3的活性离子蚀刻(RIE)方法蚀刻介电层130。随后，通过使用感光图案170作为掩模，选择地去除在感光图案170下方设置的金 属膜152。结果，如图5D所示，将金属层152构图成与介电图案135相同的形状。可以通过基于Cl2的活性离子蚀刻方法蚀刻金属层152。随着在金属层152内形成由具有周期的多个子波长孔构成的透光图案153，制成 用于通过选择性地透射特定波长的光来实现颜色的滤色器150。以具有预定周期的子波长尺寸形成透光图案153的孔。而且，透光图案153的孔 不仅可以形成为圆形，而且可以为各种形状，例如椭圆形、四边形、三角形和狭缝形状。如图5E所示，通过氧等离子体灰化去除感光图案，并且在滤色器150上沉积介电 材料以形成厚度为大约IOnm IOOOnm的绝缘层106。绝缘层106可以由与介电图案135的介电材料相同的材料构成，并可以通过使用 气相法、液相法、固相法和纳米溶胶涂覆法之一形成。当满足折射率匹配条件时，根据本发明的使用表面等离激元的滤色器在其上可以 具有一个表面等离激元谐振，并可以在特定波长带宽上最大化透光率和单色性。此外，在金 属膜上沉积折射率等于或类似于基板折射率的介电材料，随后该金属层被构图，从而防止 在制造工艺过程中可能出现的金属层表面的氧化。此外，在根据本发明的使用表面等离激元的滤色器内，使用折射率等于或类似于 基板折射率的介电材料填充透光图案。这可以防止入射到透光图案孔内的光的总内部反 射。因此，可以防止由于总内部反射导致的透光率的降低。图6A和图6B图示当已经执行折射率匹配和尚未执行折射率匹配时使用表面等离 激元的滤色器的透射谱。
如图6A所示，如果介电材料的折射率与基板的折射率不匹配，则两个表面等离激 元谐振出现，进而降低了透光率。因为出现了在基板和金属层之间的表面等离激元模式(A) 和在介电材料和金属层之间的表面等离激元模式(B)，因此，在透射谱上出现两个特殊峰值。当介电材料的折射率大于基板的折射率时，则附加峰值出现在长波长带宽上。另 一方面，当介电材料的折射率小于基板的折射率时，则附加峰值出现在短波长带宽上。如图6B所示，如果已经执行在金属层附近的介电材料之间的折射率匹配，则出现 一个表面等离激元谐振(C)。这可以提高色纯度和透光率，并可能导致中央波长的红移( 30nm)ο图7A和图7B图示当尚未执行折射率匹配和已经执行折射率匹配时使用表面等离 激元的红色子滤色器的透射谱，其图示与红色子滤色器相关的时域有限差分法(FDTD)的 仿真结果。更具体地，图7A和图7B图示具有透光图案的红色子滤色器的透射谱，利用在 150nm的铝制成的金属层内形成的具有420nm周期的直径为210nm的多个孔实现所述透光图案。参见图7A，当尚未执行折射率匹配时，双峰值出现在600nm或更低的波长上。这可 能由在基板和铝之间的表面等离激元模式产生的峰值和在空气和铝之间的表面等离激元 模式产生的峰值产生。参见图7B，当在金属层附近的介电材料之间已经执行折射率匹配时，则没有峰值 出现在480nm或更低的波长上。因此，一个红色峰值出现。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。通过使用自其 出现的表面等离激元，将金属层用作滤色器，并且将滤色器应用于LCD设备以实现颜色。在上基板即滤色器基板上形成常规滤色器。然而，也可以在下阵列基板或者在下 阵列基板的外部形成根据本发明的使用表面等离激元的滤色器。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。图8和图9是示意地图示根据本发明的液晶显示器(IXD)结构的截面图。为了方 便，相同组件使用相同的附图标记。为了将使用表面等离激元的滤色器应用于LCD设备，如图8所示，可以在上滤色器 基板105上形成根据本发明的滤色器150。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公共电极或背ITO电极，从而简化整个工艺并降低制造成本。如上所述，当已经在金属层152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150有利于色纯度和透光率。因此，在玻璃基板上形成滤色器150的情 况下，最好在包括透光图案153的金属层152上形成由与诸如SiO2的玻璃基板相同的材料 制成的绝缘层106。具体而言，通过在金属层152上沉积折射率等于或类似于基板的介电材 料，随后对金属层152构图，根据本发明的使用表面等离激元的滤色器150可以防止金属层152表面的氧化。在通过列衬垫料160保持滤色器基板105与阵列基板110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105 和阵列基板110结合。阵列基板110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)，并且在像素区域内形成的像素电极118。TFT包括与栅线连接的栅电极121、与数据线连接的源电极122和与像素电极118 连接的漏电极123。TFT还包括用于使栅电极121与源/漏电极122和123彼此绝缘的第 一绝缘层115a，以及用于通过施加给栅电极121的栅电压在源电极122和漏电极123之间 形成导电沟道的有源图案124。附图标记11 表示第二绝缘层，并且附图标记125η表示用 于在有源图案124的源/漏区域和源/漏电极122和123之间欧姆接触的欧姆接触层。因为使用金属膜，所以在高温工艺过程中不会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。如图9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150。尽管未图示，也可以在单元外部，即在阵列基板110的外表面上形成滤色器150。除了滤色器和黑矩阵之外，可以在滤色器基板105上形成公共电极108。在阵列基 板110上形成的滤色器150可以浮置或接地。在阵列基板110上形成滤色器150的情况下，不需要用于对准滤色器基板105和 阵列基板110的边缘。这可以允许在设计LC面板时提高孔径比，从而增强LC面板的透光 率。如果增强LC面板的透光率，则可以降低背光强度以减小背光功耗。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。在阵列基板110上形成滤色器150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%。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。图10是示意地图示根据本发明的LCD阵列基板一部分的平面图。图10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。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。根据本发明的LCD设备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)IXD。然而，本发明并不限制于此。阵列基板110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116和数据线117。在栅线116和数据线117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 —起驱动LC层的像 素电极118。TFT包括构成栅线116 —部分的栅电极121、连接至数据线117的源电极122和连 接至像素电极118的漏电极123。TFT还包括用于使栅电极121与源/漏电极122和123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121的栅电压在源电极122 和漏电极123之间形成导电沟道的有源层(未图示)。源电极122的一部分向一个方向延伸以构成数据线117的一部分。而且，漏电极 123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140电连接至像素电 极 118。在阵列基板110上设置使用表面等离激元的滤色器150。该滤色器150具有在金 属层152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153。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。除了在形成栅线116、数据线117和TFT的区域之外，在像素区域内形成透光图案 153。在使用厚度为150nm的铝作为使用表明等离激元的滤色器150的金属层152的情 况下，为了发射450nm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550nm波长的绿光，孔具有大约333nm的周期和大约167nm的尺寸。同时，为了发射650nm 波长的红光，孔具有大约394nm的周期和大约197nm的尺寸。图IlA至IlF是顺序地图示图9的IXD制造工艺的截面图，并且图12A至12E是 顺序地图示图10的阵列基板制造工艺的平面图。如图IlA和12A所示，在由诸如玻璃等透明绝缘材料形成的阵列基板110上形成 根据本发明的使用表面等离激元的滤色器150。滤色器150具有在金属层152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153。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。可以按照具有预定周期的子波长尺寸形成透光图案153的孔，其不仅可以为圆 形，也可以是椭圆形、四边形、三角形、狭缝形状等。金属层152可以由包括自包括铝、金、银、钼、铜、镍、钯、锌、铁、铬、钼、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。在金属层152上形成折射率等于或类似于阵列基板110折射率的介电材料形成的 介电图案135。这可以防止在制造工艺过程中金属层152表面的氧化。随后，在包括透光图案153的金属层152之上沉积与介电材料相同的材料，从而形 成用于使滤色器150表面平坦化的绝缘层106。因为在金属层152内形成由具有恒定周期的多个子波长孔构成的透光图案153， 所以滤色器150实现RGB颜色。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， 根据本发明的滤色器150实现RGB颜色。如图IlA和12B所示，在其上形成有绝缘层的阵列基板110上形成栅电极121和 栅线116。在此，通过在阵列基板110的整个表面上沉积第一导电薄膜，随后通过光刻工艺选择性地构图第一导电薄膜，形成栅电极121和栅线116。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。如图IlC和12C所示，在其上形成有栅电极121和栅线116的阵列基板110的整 个表面上，沉积第一绝缘层115a、无定形硅薄膜、η+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110上，形成由无定形硅薄膜制成的有源层124， 以及由第二导电薄膜构成并电连接至有源图案1 的源/漏区域的源/漏电极122和123。通过光刻工艺形成由第二导电膜制成并与栅线116交叉以限定像素区域的数据 线 117。在有源图案IM之上形成由η+无定形硅薄膜构成并构图为与源/漏电极122和 123相同形状的欧姆接触层125η。在数据线117之下形成无定形薄膜图案(未图示)和η+无定形薄膜图案(未图 示)，它们分别由无定形硅薄膜和η+无定形硅薄膜构成，并均构图为与数据线117相同的形 状。通过使用半色调掩模或衍射掩模的单掩模工艺，可以同时形成有源图案124、源/ 漏电极122和123和数据线117。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122和123和数据线117。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。如图IlD和12D所示，在其上形成有有源图案124、源/漏电极122和123和数据 线117的阵列基板110的整个表面上，形成第二绝缘层1Mb。随后，通过光刻工艺选择性地 去除该第二绝缘层115b，从而在阵列基板110上形成暴露漏电极123 —部分的接触孔140。第二绝缘层11 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。如图IlE和12E所示，在其上形成有第二绝缘层11 的阵列基板110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该第三导电膜。因此，形成通过接触孔 140电连接至漏电极123的像素电极118。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。如图IlF所示，在通过列衬垫料160保持阵列基板110和滤色器基板105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 将根据本发明的阵列基板110结合至滤色器基板105。在滤色器基板105上可以形成公共电极108而不是滤色器和黑矩阵。在优选实施例中，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。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。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。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。
权利要求
1.一种用于制造使用表面等离激元的滤色器的方法，该方法包括 在基板上形成由导电材料构成的金属膜；在该金属膜上形成由折射率等于或类似于基板折射率的介电材料构成的介电层； 在其上形成有该介电层的基板上形成预定的感光图案；通过使用该感光图案作为掩模选择性地去除介电层，在该预定的感光图案之下形成由 该介电材料构成的介电图案；通过使用该感光图案作为掩模选择性地去除由该金属膜形成的金属层，在该金属层内 形成由具有周期的多个子波长孔构成的透光图案；以及在包括该透光图案的金属层上形成由与介电材料相同的材料形成的绝缘层。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述介电层形成5nm IOOOnm的厚度。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述金属膜由包括自包括铝、金(Au)、银(Ag)、钼 (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一种导电材料或者其混合 物制成。
4.如权利要求1所述的方法，其中在使用玻璃基板作为所述基板的情况下，由氧化硅 (SiO2)构成该介电层。
5.如权利要求1所述的方法，其中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感光图案。
6.如权利要求1所述的方法，其中通过基于CHF3W活性离子蚀刻(RIE)方法蚀刻所述 介电层。
7.如权利要求1所述的方法，其中通过基于Cl2的活性离子蚀刻方法蚀刻所述金属膜。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述透光图案的孔按照具有预定周期的子波长尺寸 形成，并具有包括圆形、椭圆形、四边形、三角形和狭缝形状的多种形状。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述绝缘层形成有IOnm IOOOnm的厚度。
10.如权利要求1所述的方法，其中通过使用气相法、液相法、固相法和纳米溶胶涂覆 法之一形成所述绝缘层。
11.一种用于制造液晶显示器(IXD)的方法，该方法包括 提供第一基板和第二基板；在该第一基板上形成由导电材料构成的金属膜；在该金属膜上形成由折射率等于或类似于第一基板折射率的介电材料构成的介电层；在其上形成有该介电层的第一基板上形成预定的感光图案；通过使用该感光图案作为掩模选择性地去除介电层，在该预定的感光图案之下形成由 该介电材料构成的介电图案；通过使用该感光图案作为掩模选择性地去除由该金属膜形成的金属层，在该金属层内 形成由具有周期的多个子波长孔构成的透光图案；在包括该透光图案的金属层上形成由与介电材料相同的材料形成的绝缘层； 在该绝缘层上形成薄膜晶体管；以及 相互结合所述第一基板和第二基板，其中在该第二基板上不形成滤色器和黑矩阵。
12.一种用于制造液晶显示器(IXD)的方法，该方法包括提供第一基板和第二基板；在该第一基板的外表面上形成由导电材料构成的金属膜；在该金属膜上形成由折射率等于或类似于第一基板折射率的介电材料构成的介电层；在其上形成有该介电层的第一基板上形成预定的感光图案；通过使用该感光图案作为掩模选择性地去除介电层，在该预定的感光图案之下形成由 该介电材料构成的介电图案；通过使用该感光图案作为掩模选择性地去除由该金属膜形成的金属层，在该金属层内 形成由具有周期的多个子波长孔构成的透光图案；在包括该透光图案的金属层上形成由与介电材料相同的材料形成的绝缘层； 在该第一基板的内表面上形成薄膜晶体管；以及 相互结合所述第一基板和第二基板， 其中在该第二基板上不形成滤色器和黑矩阵。
13.一种用于制造液晶显示器(IXD)的方法，该方法包括 提供第一基板和第二基板；在该第一基板上形成薄膜晶体管； 在该第二基板上形成由导电材料构成的金属膜；在该金属膜上形成由折射率等于或类似于第二基板折射率的介电材料构成的介电层；在其上形成有该介电层的第二基板上形成预定的感光图案；通过使用该感光图案作为掩模选择性地去除介电层，在该预定的感光图案之下形成由 该介电材料构成的介电图案；通过使用该感光图案作为掩模选择性地去除由该金属膜形成的金属层，在该金属层内 形成由具有周期的多个子波长孔构成的透光图案；在包括该透光图案的金属层上形成由与介电材料相同的材料形成的绝缘层；以及 相互结合所述第一基板和第二基板。
14.如权利要求11和12之一所述的方法，还包括在该第二基板上形成公共电极或背 ITO电极。
15.如权利要求11至13之一所述的方法，其中所述滤色器形成为具有三维图案结构并 且能够选择性地仅透射红色、绿色和蓝色波长的光，该三维图案结构具有由多个不同尺寸 的孔构成的透光图案。
16.如权利要求11至13之一所述的方法，其中所述介电层形成有5nm IOOOnm的厚度。
17.如权利要求11至13之一所述的方法，其中所述金属膜由包括自包括铝、金、银、钼、 铜、镍、钯、锌、铁、铬、钼、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。
18.如权利要求11至13之一所述的方法，其中在使用玻璃基板作为所述基板的情况下，由氧化硅(SiO2)构成该介电层。
19.如权利要求11至13之一所述的方法，其中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感光图案。
20.如权利要求11至13之一所述的方法，其中通过基于CHF3的活性离子蚀刻(RIE) 方法蚀刻所述介电层。
21.如权利要求11至13之一所述的方法，其中通过基于Cl2的活性离子蚀刻方法蚀刻 所述金属膜。
22.如权利要求11至13之一所述的方法，其中所述透光图案的孔按照具有预定周期的 子波长尺寸形成，并具有包括圆形、椭圆形、四边形、三角形和狭缝形状的多种形状。
23.如权利要求11至13之一所述的方法，其中所述绝缘层形成有IOnm IOOOnm的厚度。
24.如权利要求11至13之一所述的方法，其中通过使用气相法、液相法、固相法和纳米 溶胶涂覆法之一形成所述绝缘层。
25.如权利要求11至13之一所述的方法，其中所述绝缘层用作外涂覆层。
全文摘要
本发明公开了一种用于制造使用表面等离激元的滤色器和液晶显示器(LCD)的方法，通过在金属层上形成由具有周期的多个子波长孔构成的透光图案，以及通过使用表面等离激元现象选择性地透射特定波长的光来实现颜色，能够提高LC面板的透光率，并简化整个工艺。在金属膜上沉积折射率等于或类似于基板折射率的介电材料，随后对该介电材料构图，从而形成透光图案。而且，在包括透光图案的金属层上沉积与介电材料相同的材料，随后进行平坦化。
文档编号G03F7/00GK102103222SQ201010512959
公开日2011年6月22日 申请日期2010年10月12日 优先权日2009年12月18日
发明者尹民成 申请人:乐金显示有限公司