CN102096224A - 液晶显示设备及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及液晶显示设备及其制造方法。一种制造液晶显示设备的方法包括以下步骤：制备第一基板和第二基板；在所述第一基板上形成薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括栅极、半导体层、源极和漏极；在所述第一基板上形成与所述漏极连接的像素电极；形成具有透射图案的滤色器，所述透射图案具有多个周期性的孔；在所述第一基板与所述第二基板之间形成密封剂；以及彼此粘结所述第一基板和所述第二基板。

Description

液晶显示设备及其制造方法
技术领域
本发明涉及液晶显示设备和制造液晶显示设备的方法，更具体地涉及具有滤色器的液晶显示设备和制造液晶显示设备的方法，该滤色器具有三维(3D)图案结构，该三维(3D)图案结构设置有用于选择性地透射特定波长的光的透射图案。
背景技术
近来，随着信息显示变得更加引人注目和对使用便携式信息媒体的需求增加，替代作为现有显示设备的阴极射线管(CRT)的轻且薄的平板显示器(FPD)的研究和商业化已增加。在FPD中，液晶显示(LCD)设备使用液晶的光学各向异性来显示图像。LCD设备展现出优良的分辨率、色彩再现特性、图像质量等，因而它们广泛应用于膝上型计算机、桌面型监视器等。
LCD设备包括滤色基板、阵列基板和在滤色基板与阵列基板之间插入的液晶层。LCD设备的制造需要多次执行掩模工艺(即，光刻工艺)。因此，降低掩模的数量可以提高生产率。
以下，参照图1详细地描述相关技术LCD设备的结构。图1是示出相关技术LCD设备的结构的立体图。如图1所示，LCD设备包括滤色基板5、阵列基板10和在滤色基板5与阵列基板10之间插入的液晶层30。
滤色基板5设置有滤色器C、黑底6以及用于向液晶层30施加公共电压的透明公共电极8，滤色器C具有用于呈现红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的多个子滤色器7，黑底6划分相邻的子滤色器7并阻挡光透射通过液晶层30。
阵列基板10设置有：水平及纵向地设置以限定多个像素区域P的多条选通线16及数据线17；作为开关器件的薄膜晶体管(TFT)T，其形成在选通线16和数据线17之间的交叉处；以及像素电极18，其形成在各像素区域P上。
彼此相对的滤色基板5与阵列基板10通过在图像显示区域的边缘处形成的密封剂(未示出)而彼此粘结，由此构成液晶板。利用在滤色基板5处或在阵列基板10处形成的对准键(未示出)而实现滤色基板5与阵列基板10之间的附接。
为了防止在附接时由于对准误差所导致的光泄漏，将黑底的线宽设置为宽的，以保证对准余量。但是，黑底的线宽的增加导致液晶板的孔径比的降低。
在LCD设备中使用的相关技术滤色器配置为通过使用染料或颜料吸收具有对应于不必要颜色的频率分量的光而过滤入射光的多个部分。具体地说，在入射在一个子像素上的白光中，滤色器透射具有三基色(即，RGB)中的仅一种颜色的光。因此，针对滤色器难以期望超过30％的透射率。因此，降低了板的透射效率，这由于需要增加背光功率而导致功耗。
图2是示出在使用利用了颜料分散方法的相关技术滤色器时板的透射效率的示例图。如图2所示，当从背光发出的光顺序地透射通过偏振器、TFT阵列、液晶和滤色器时，该光降低为低于其原始量的5％。在该示例中，偏振器、TFT阵列和滤色器分别具有大约40％、45-55％、以及25％的透射率。
在制造相关技术滤色器时，针对各种基色重复进行彩色光阻涂敷、曝光、显影和硬化工艺。因此，整个制造工艺复杂。此外，除了TFT生产线，还应该运行滤色器生产线以在滤色基板上制造滤色器，由此增加了线安装成本。
发明内容
因此，本发明旨在一种液晶显示设备以及制造该液晶显示设备的方法，其能够基本上克服因相关技术的局限和缺点带来的一个或更多个问题。
本发明的目的是提供一种LCD设备以及制造LCD设备的方法，通过使用表面等离振子现象而不使用现有的染料或颜料来形成具有提高的透射效率的滤色器，该LCD设备能够提高板的孔径比和透射率。
本发明的另一目的是提供LCD设备以及制造LCD设备的方法，通过使用滤色器作为公共电极或后表面ITO或者在下阵列基板上形成滤色器，该LCD设备能够简化制造工艺并降低成本。
本发明的附加特征和优点将在下面的描述中描述且将从描述中部分地显现，或者可以通过本发明的实践来了解。通过书面的说明书及其权利要求以及附图中特别指出的结构可以实现和获得本发明的目的和其它优点。
为了实现这些和其它优点，按照本发明的目的，作为具体和广义的描述，制造液晶显示设备的方法包括以下步骤：制备第一基板和第二基板；在所述第一基板上形成薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括栅极、半导体层、源极和漏极；在所述第一基板上形成与所述漏极连接的像素电极；形成具有透射图案的滤色器，所述透射图案具有多个周期性的孔；在所述第一基板与所述第二基板之间形成密封剂；以及彼此粘结所述第一基板和所述第二基板。
在另一方面，液晶显示设备包括：第一基板；在所述第一基板上形成的薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括栅极、半导体层、源极和漏极；在所述第一基板上形成的与所述漏极连接的像素电极；具有透射图案的滤色器，所述透射图案具有多个周期性的孔；与所述第一基板粘结的第二基板；以及在所述第一基板与所述第二基板之间形成的密封剂。
应当理解，上述一般描述和下述详细描述是示例性和说明性的，且旨在提供所要求保护的本发明的进一步解释。
附图说明
附图被包括进来以提供对本发明的进一步理解，并结合到本说明书中且构成本说明书的一部分，附图示出了本发明的实施方式，且与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1是示出相关技术LCD设备的立体图；
图2是示出在使用根据相关技术的利用了普通颜料分散方法的滤色器时板的透射效率的示例图；
图3A和图3B是分别示出根据本发明第一示例性实施方式使用表面等离振子现象而制造的滤色器的结构的平面图和截面图；
图4是根据本发明第一示例性实施方式的滤色器的平面图；
图5至图7是示出根据本发明第一示例性实施方式的LCD设备的结构的截面图；
图8是示出根据在图6中示出的第一示例性实施方式的LCD设备的阵列基板的一部分的平面图；
图9A至图9E是顺序地示出在图6和图8中示出的阵列基板的制造工艺的平面图；
图10A至图10E是顺序地示出在图6和图8中示出的阵列基板的制造工艺的截面图；
图11是示出根据本发明第二示例性实施方式的滤色器的平面图；
图12至图14是示出根据本发明第二示例性实施方式的LCD设备的结构的截面图；
图15是示出根据在图13中示出的第二示例性实施方式的LCD设备的阵列基板的一部分的平面图；
图16A至图16E是顺序地示出在图13和图15中示出的阵列基板的制造工艺的平面图；
图17A至图17E是顺序地示出在图13和图15中示出的阵列基板的制造工艺的截面图；和
图18是示出根据本发明第三示例性实施方式制造的滤色器的结构的立体图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的优选实施方式，在附图中例示出了其示例。
通过提高相关技术中的阵列基板的孔径比而导致的透射率的提高面临物理上的限制。因此，为了提高透射比，一般的范例需要改变为新的范例。
已引入一种过滤光的方法，该方法通过金属或介电层形成透射图案来选择性地透射具有特定波长的光。本发明提供通过使用表面等离振子或共振现象而形成金属层以能够选择性地透射红色、绿色和蓝色光的滤色器。
图3A和图3B是分别示出根据本发明示例性实施方式使用表面等离振子现象而制造的滤色器的结构的平面图和截面图。
如图3A和图3B示出的，如果具有预定间隔(period)L的子波长透射图案153通过层152形成，具有从可见光线到近红外线的波长的入射光(线)的电场耦合到等离振子。层152可以是金属层或介电层。为了简化，层152将被称为金属层。但是，使用诸如层152的介电材料可以做出类似的结构。
如图3B所示，金属层152可以形成在介电层上。在该情况下，介电层的未填充有金属层152的部分将形成子波长透射图案153。另选地，尽管未示出，通过在金属层中填充介电材料而可以形成介电子波长透射图案153。在该情况下，金属层的未填充有介电子波长透射图案153的部分将是金属层152。利用这些配置，透射具有特定波长的光线并且其余都被反射，由此实现RGB颜色。
例如，如果具有预定间隔L的多个子波长孔通过银膜形成，则根据各个孔的尺寸d和间隔L透射具有特定波长的仅选择的红色、绿色和蓝色光线，以表现RGB颜色。另外，光线的透射吸引邻近孔的光线，导致与孔的面积相比的更多的光线的透射。
另外，为了实现高纯度的颜色，对应于各个波长的子波长透射图案153的厚度可以独立地调整。具体地说，针对各个波长的子波长透射图案153的厚度可以改变。例如，如图3B所示，对应于针对各个波长的各个子波长透射图案153的金属层152的厚度可以增加并且随后减少。另选地，针对各个波长的子波长透射图案153的厚度可以增加并且随后减少。但是，本发明不限于此。具体地说，针对各个波长的子波长透射图案153的厚度可以设置为是均匀的。此外，可以将子波长透射图案153的厚度设置为与金属层152的厚度相同。
等离振子指一种自由电子在金属的表面上感应的准粒子，其通过入射光的电场而全体地振荡。表面等离振子表示等离振子局部地存在于金属表面上，这对应于沿金属与电介质之间的界面行进的电磁波。
表面等离振子现象指的是，随着入射在具有纳米尺寸的周期性孔图案的金属表面上的特定波长的光与在金属表面上的自由电子共振而形成特定波长的光。仅使特定波长的光透射通过孔。因此，使其它波长的光从金属表面反射。
这样的特性可以用于调整透射图案的间隔以允许所希望的光的透射，由此将白光分为不同颜色。这里，透射的光具有对应于透射图案的间隔的大约1.7至2倍的波长。因此，可以通过调整透射图案的间隔来透射具有希望波长的光。
这里，如果需要的话，透射图案的孔的水平截面表面可以改变为各种形状，诸如椭圆形、三角形、正方形、矩形等，而不限于诸如孔的简单的圆形。针对孔，可以具有一尺寸，即在100nm至300nm的范围中的直径和300nm至700nm的范围中的间隔。孔的间隔和尺寸可以分别设置为大约300nm和155nm，以透射具有436nm波长的蓝色光。孔的间隔和尺寸可以分别设置为大约450nm和180nm，以透射具有538nm波长的绿色光。另外，孔的间隔和尺寸可以分别设置为大约550nm和225nm，以透射具有627nm波长的红色光。
同样，在金属层处形成具有预定间隔和尺寸的孔图案，由此利用在金属层上出现的表面等离振子现象而用作滤色器。另外，这样的孔图案结构可以应用于LCD设备以实现颜色。
这里，在上滤色基板上已形成相关技术滤色器。但是，在本发明中提出的使用表面等离振子的滤色器可以形成在下阵列基板上或基板外部，但不限于此。
通过高温工艺不能形成使用染料或颜料的相关技术滤色器。但是，使用金属层的滤色器允许薄膜晶体管(TFT)通过高温工艺制造在金属层处。此外，在下阵列基板处形成滤色器导致克服了相关技术LCD设备的问题(如，别无选择而降低孔径比以保证用于粘结上滤色基板与下阵列基板的对准余量)。
当TFT和滤色器全部形成在阵列基板上时，可以期望扩展到简化工艺、或甚至去除LCD设备的上滤色基板的技术。因此，连锁反应可以是巨大的。
图4是根据本发明第一示例性实施方式的滤色器的平面图，其示出用于应用到扭曲向列(TN)型LCD设备的滤色器，在扭曲向列(TN)型LCD设备中在向列上的液晶分子垂直于基板地被驱动。
这里，示例图例示针对一个像素的滤色器，其包括从左侧起的对应于蓝色、红色和绿色的子滤色器。另选地，本发明还可用于实现各种颜色，即多于三基色的颜色。
如图4所示，根据本发明第一示例性实施方式的滤色器150可以包括透射图案153，透射图案153包括通过金属层152形成的具有间隔的多个子波长孔。因此，具有从可见光线到近红外线的波长的入射光的电场耦合到等离振子，这促使仅具有分别对应于蓝色、红色或绿色的波长的光被透射，并且其余的光全部被反射，由此分别产生蓝色、红色或绿色。
这里，在除了选通线、数据线和TFT所位于的区域之外的像素区域内形成透射层图案153的多个子波长孔。
另外，孔的间隔和尺寸可以分别设置为大约300nm和155nm，以透射具有436nm波长的蓝色光。孔的间隔和尺寸可以分别设置为大约550nm和225nm，以透射具有627nm波长的红色光。另外，孔的间隔和尺寸可以分别设置为大约450nm和180nm，以透射具有538nm波长的绿色光。
图5至图7是示出根据本发明第一示例性实施方式的LCD设备的结构的截面图。如图5所示，用于在LCD设备中实现使用表面等离振子的滤色器的方法可以包括将根据本发明第一示例性实施方式的滤色器150形成在上滤色基板105上的方法。
这里，可以预期多个优点。例如，RGB滤色器可以通过在单个金属层处以一个步骤工艺形成透射图案而产生，并接着替代上ITO公共电极而使用，这导致制造工艺的简化和制造成本的降低。
使用表面等离振子的滤色器150的金属层的整个表面可以涂敷有具有相同折射率的绝缘层。因此，为了在玻璃基板上形成滤色器150，可以适合于在玻璃基板上形成折射率与玻璃基板的折射率相同的绝缘层(如SiO2等)106。由于金属与相邻绝缘层的介电常数影响表面等离振子，这将更有效地形成二元系统。
使用表面等离振子的滤色基板105和滤色器150通过在图像显示区域的边缘处的密封剂170粘结到阵列基板110，使得由于柱状间隔体160而在其间维持均匀的单元间隙。阵列基板110包括：水平及纵向地设置以限定多个像素区域的多条选通线(未示出)及数据线(未示出)；作为开关器件的TFT，其形成在选通线和数据线之间的交叉处；以及像素电极118，其形成在像素区域P上。
滤色器150可以一直延伸到图像显示区域的外围，以用作ITO公共电极，因而密封剂170可以位于上滤色基板105的滤色器150与下阵列基板110之间。
另外，各个TFT包括：连接到选通线的栅极121；连接到数据线的源极122；和连接到像素电极118的漏极123。TFT还包括：第一绝缘层115a，用于将栅极121从源极122以及漏极123绝缘；和有源图案124，其响应于施加到栅极121的栅极电压而形成源极122与漏极123之间的导电沟道。标号115b和125n分别表示第二绝缘层和用于有源图案124的源区与漏区之间、以及源极122与漏极123之间进行欧姆接触的欧姆接触层。
使用表面等离振子的滤色器即使在由于使用金属层的高温工艺期间也不损坏。结果，可以在阵列基板上形成滤色器。图6和图7例示在下阵列基板上使用表面等离振子来形成滤色器的示例性方法。
如图6所示，可以在单元内(例如在TFT阵列之下)形成滤色器150。另选地，如图7所示，可以在单元外部(例如在阵列基板110的外表面上)形成滤色器150。
上滤色基板105可以包括除滤色器和黑底以外的公共电极108。在阵列基板110上形成的使用表面等离振子的滤色器150可以浮置或接地。
密封剂170可以形成在上滤色基板105的公共电极108与下阵列基板110或滤色器150之间。另选地，当在滤色器150上形成绝缘层106时，密封剂170可以形成在上滤色基板105的公共电极108与阵列基板110的绝缘层106之间。
同样，当在阵列基板110上形成滤色器150时，不必要保证用于上滤色基板105和下阵列基板110的对准余量。此外，可以提高孔径比，由此提高板的透射率。板透射率的提高可以使得降低背光的亮度，由此降低由于背光导致的功耗。由于背光的功耗的降低，可以产生多颜色的像素，这提供了具有真实颜色再现的高画面质量。另外，如果滤色器150形成在阵列基板110上以取消滤色器工艺线，则设备安装成本和建设成本可以有效地降低大约50％。
现在参照附图将详细地描述根据本发明第一示例性实施方式的在扭曲向列(TN)型LCD设备中例如当在阵列基板上形成使用表面等离振子的滤色器时阵列基板的结构及其制造方法。
图8是示出根据在图6中示出的第一示例性实施方式的LCD设备的阵列基板的一部分的平面图。为了进行说明，示例性地例示了从图中左侧起由对应于蓝色、红色和绿色的子滤色器组成的一个像素。但是，本发明可以不限于该像素结构，而是可适用于实现多于三基色的多颜色。
本发明第一示例性实施方式例示垂直于基板地驱动向列上的液晶分子的TN型LCD设备。对应于蓝色、红色和绿色的子滤色器大致包括除了滤色器的结构以外的相同组件，如透射图案的尺寸和间隔(间距)。
如图8所示，根据第一示例性实施方式的阵列基板110包括水平及纵向地设置在阵列基板110上以限定像素区域的选通线116及数据线117。另外，作为开关器件的薄膜晶体管(TFT)形成在选通线116与数据线117之间的各个交叉处，并且像素电极118形成在各个像素区域上，像素电极118连接到TFT以与滤色基板(未示出)的公共电极协作地驱动液晶层。
TFT可以包括：形成选通线116的一部分的栅极121；连接到数据线117的源极122；以及连接到像素电极118的漏极123。TFT还可以包括：第一绝缘层(未示出)以将栅极121从源极122以及漏极123绝缘；和有源图案(未示出)，其响应于提供到栅极121的栅极电压而形成源极122与漏极123之间的导电沟道。
源极122在一个方向上部分地延伸以实现数据线117的一部分。漏极123朝向像素区域部分地延伸以经由在第二绝缘层(未示出)处形成的接触孔140电连接到像素电极118。
根据第一示例性实施方式的使用表面等离振子的滤色器150位于具有这样配置的阵列基板110的最下层。滤色器150包括通过金属层152形成的透射图案153，该金属层152包括具有间隔L的多个子波长孔。具有从可见光线到近红外线的波长的入射光(线)的电场耦合到等离振子。结果，仅具有对应于蓝色、红色或绿色的特定波长的光被透射，而其余全部被反射，由此分别实现蓝色、红色或绿色。
图9A至图9E是顺序地示出在图6和图8中示出的阵列基板的制造工艺的平面图。图10A至图10E是顺序地示出在图6和图8中示出的阵列基板的制造工艺的截面图。
如图9A和图10A所示，使用表面等离振子的滤色器150形成在阵列基板110上，该阵列基板110由诸如玻璃的透明绝缘材料形成。滤色器150包括在金属层152中形成的透射图案153，并且包括具有间隔L的多个子波长孔。透射图案153可以由具有高透射率和高的光学特性的透明聚合物、旋涂玻璃(spin on glass，SOG)、有机或无机材料等制成。金属层152可以由铝、钼、铜、金、银、铬等制成。
滤色器150可以按照以下方式制造，该方式为：通过软成型、毛细作用力平版印刷术、使用刚-柔性模的聚合物层过渡构图、使用UV可固化聚合物的构图等而形成透射图案153，之后进行金属层沉积和平整工艺。本发明不限于形成滤色器150的该方法。
根据本发明第一示例性实施方式的具有这样的结构的滤色器150可以通过选择性地使红色透射通过红色区域内的红色透射图案、通过选择性地使绿色透射通过绿色区域内的绿色透射图案、并通过选择性地使蓝色透射通过蓝色区域内的蓝色透射图案而实现RGB颜色。
在根据本发明第一示例性实施方式的滤色器150的结构中，透射图案、即对应于蓝色、红色和绿色子像素的孔图案已按照不同尺寸形成。此外，金属层已形成有不同的厚度以增加透射效率。具体地说，厚的红色透射图案形成在红色区域中。绿色透射图案至少比红色透射图案薄。最薄的蓝色透射图案形成在该颜色区域中。但是，本发明可以不限于此。当在玻璃基板上形成滤色器150时，与玻璃基板相同的绝缘层(SiO2等)106可以形成在其上具有滤色器150的阵列基板110上。
如图9B和图10B所示，在其上形成有绝缘层160的阵列基板110上形成栅极121和选通线116。
通过在阵列基板110的整个表面上沉积第一导电膜并对其通过光刻工艺执行选择性构图而可以形成栅极121和选通线116。
第一导电膜可以由低电阻不透明导电材料制成，该材料的示例包括铝(Al)、铝合金、钨(W)、铜(Cu)、铬(Cr)、钼(Mo)、钼合金等。第一导电膜可以形成为具有沉积的两种或更多种的低电阻导电材料的多层结构。
如图9C和图10C所示，阵列基板110的具有栅极121和选通线116的整个表面上顺序地沉积有第一绝缘层115a、非晶硅薄膜、n+非晶硅薄膜、以及第二导电膜，这些在以后通过光刻工艺选择性地去除，由此在阵列基板110上形成由非晶硅薄膜制成的有源图案124。形成源极122和漏极123，它们由第二导电膜制成并电连接到有源图案124的源区和漏区。
由第二导电膜制成并通过与选通线116交叉来限定像素区域的数据线117通过光刻工艺形成。在有源图案124上形成由n+非晶硅薄膜制成并构图为与源极122和漏极123相同形状的欧姆接触层125n。根据本发明第一示例性实施方式的有源图案124、源极122和漏极123、以及数据线117可以通过使用半色调掩模或衍射掩模的一次掩模工艺来形成。
第二导电膜可以由低电阻不透明导电材料制成，该材料的示例包括铝(Al)、铝合金、钨(W)、铜(Cu)、铬(Cr)、钼(Mo)、钼合金等。第二导电膜可以形成为具有沉积的两种或更多种的低电阻导电材料的多层结构。
如图9D和图10D所示，在阵列基板110的其上形成有源图案124、源极122和漏极123以及数据线117的整个表面上形成第二绝缘层115b之后，通过光刻工艺选择性地去除第二绝缘层115b，由此在阵列基板110上形成接触孔140，以部分地露出漏极123。
第二绝缘层115b可以由硅氮化物或硅氧化物制成，或者另选地由诸如感光亚克力或苯并环丁烯(BCB)的有机绝缘层制成。
如图9E和图10E所示，在阵列基板110的其上形成有第二绝缘层115b的整个表面上形成第三导电膜之后，通过光刻工艺选择性地去除第三导电膜，由此形成像素电极118，该像素电极118经由接触孔140电连接到漏极123。第三导电膜可以由诸如铟锡氧化物(ITO)或铟锌氧化物(IZO)的具有高透射率的透明导电材料制成。
根据本发明第一示例性实施方式的前面描述是关于垂直于基板地驱动向列上的液晶分子的TN型LCD设备。但是，本发明可以不限于此。本发明也可以适用于与基板水平地驱动液晶分子以提高视角到大于170°的共面切换(IPS)型LCD设备。
图11是示出根据本发明第二示例性实施方式的滤色器的平面图，其例示应用于与基板水平地驱动液晶分子以提高视角到大于170°的IPS型LCD设备的滤色器。这里，为了进行说明，示例性地例示了从图中左侧起由对应于蓝色、红色和绿色的子滤色器组成的用于一个像素的滤色器。但是，本发明可以不限于该像素结构，而是可适用于实现多于三基色的多颜色。
如图11所示，滤色器250包括在金属层252中形成的透射图案253，该金属层252包括具有间隔L的多个子波长孔。具有从可见光线到近红外线的波长的入射光(线)的电场耦合到等离振子。结果，仅具有对应于蓝色、红色或绿色的特定波长的光被透射，并且其余的光全部被反射，由此分别实现蓝色、红色或绿色。
在除了选通线、数据线和TFT所位于的区域之外的像素区域内形成透射层图案253。
此外，透射图案的孔的截面图可以具有各种形状，诸如椭圆形、三角形、正方形、矩形等，而不限于诸如孔的圆形。针对圆形孔，可以具有在100nm至300nm的范围中的直径和300nm至700nm的范围中的间隔。孔的间隔和尺寸可以分别设置为大约300nm和155nm，以透射具有436nm波长的蓝色光。孔的间隔和尺寸可以分别设置为大约550nm和225nm，以透射具有627nm波长的红色光。另外，孔的间隔和尺寸可以分别设置为大约450nm和180nm，以透射具有538nm波长的绿色光。
图12至图14是示出根据本发明第二示例性实施方式的LCD设备的结构的截面图。如图12所示，用于在LCD设备中实现使用表面等离振子的滤色器的方法可以包括根据本发明第二示例性实施方式在上滤色基板205上形成滤色器250的方法。
这里，可以预期多个优点。例如，RGB滤色器可以通过在单个金属层处以一个步骤工艺形成透射图案而产生，并接着替代上ITO后电极而使用，这导致整个工艺的简化和制造成本的降低。
使用表面等离振子的滤色器250的金属层的整个表面可以涂敷有具有相同折射率的绝缘层。因此，为了在玻璃基板上形成滤色器250，可以适合于在玻璃基板上形成折射率与玻璃基板的折射率相同的绝缘层(如SiO2等)206。
滤色基板205和使用表面等离振子的滤色器250通过在图像显示区域的边缘处的密封剂270而粘结到阵列基板210，使得由于柱状间隔体260而在其间维持均匀的单元间隙。阵列基板210包括：水平及纵向地设置以限定多个像素区域的多条选通线(未示出)及数据线(未示出)；作为开关器件的TFT，其形成在选通线和数据线之间的交叉处；以及像素电极218和公共电极208，其交替地设置在像素区域P上，以生成横向场。
滤色器250可以一直延伸到图像显示区域的外围，以用作ITO后电极，因而密封剂270可以位于上滤色基板205的滤色器250与下阵列基板210之间。
另外，各个TFT包括：连接到选通线的栅极221；连接到数据线的源极222；和连接到像素电极218的漏极223。TFT还包括：第一绝缘层215a，用于将栅极221从源极222以及漏极223绝缘；和有源图案224，其响应于提供到栅极221的栅极电压而形成源极222与漏极223之间的导电沟道。还设置有第二绝缘层215b和用于在有源图案224的源区与漏区之间、以及源极222与漏极223之间进行欧姆接触的欧姆接触层225n。
图13和图14示出在下阵列基板上形成使用表面等离振子的滤色器的示例性方法。如图13所示，可以在单元内(例如在TFT阵列的下表面上)形成滤色器250。另选地，如图14所示，可以在单元外部(例如在阵列基板210的外表面上)形成滤色器250。
上滤色基板205可以包括除了滤色器和黑底以外的例如用于防止静电的ITO后电极207的另一部件。在阵列基板210上形成的使用表面等离振子的滤色器250可以浮置或接地。
密封剂270可以形成在上滤色基板205与下阵列基板210或滤色器250之间。另选地，当在滤色器250上形成绝缘层206时，密封剂270可以形成在上滤色基板205与阵列基板210的绝缘层206之间。
同样，当在阵列基板210上形成滤色器250时，不必要保证用于上滤色基板205和下阵列基板210的对准余量。此外，可以提高孔径比，由此提高板的透射率。板透射率的提高可以使得降低背光的亮度，由此降低由于背光导致的功耗。由于背光的功耗的降低，可以产生多颜色的像素，以获得具有真实颜色再现的高画面质量。另外，如果滤色器250形成在阵列基板210上以取消滤色器工艺线，则设备安装成本和建设成本可以有效地降低大约50％。
现在参照附图将详细地描述根据本发明第二示例性实施方式的在IPS型LCD设备中例如当在阵列基板上形成使用表面等离振子的滤色器时阵列基板的结构及其制造方法。
图15是示出根据在图13中示出的第二示例性实施方式的LCD设备的阵列基板的一部分的平面图。为了进行说明，示例性地例示了从图中左侧起由对应于蓝色、红色和绿色的子滤色器组成的一个像素。但是，本发明可以不限于该像素结构，而是可适用于实现各种基色，即、3种以上的基色。
本发明第二示例性实施方式例示与基板水平地驱动液晶分子以提高视角为大于170°的IPS型LCD设备。对应于蓝色、红色和绿色的子滤色器大致包括除了滤色器的结构(如透射图案的尺寸和间隔)以外的相同组件。
如图15所示，根据第二示例性实施方式的阵列基板210包括水平及纵向地设置在阵列基板210上以限定像素区域的选通线216及数据线217。另外，作为开关器件的薄膜晶体管(TFT)形成在选通线216与数据线217之间的各个交叉处。在各个像素区域中交替地形成通过生成横向场而驱动液晶(未示出)的公共电极208和像素电极218。
TFT可以包括：形成选通线216的一部分的栅极221；连接到数据线217的源极222；以及连接到像素电极218的漏极223。TFT还可以包括：第一绝缘层(未示出)，用以将栅极221从源极222以及漏极223绝缘；和有源图案(未示出)，其响应于提供到栅极221的栅极电压而形成源极222与漏极223之间的导电沟道。这里，源极222在图中示出为“U”形，因而TFT也实现为“U”形。但是，本发明不限于该形状，而是与TFT的沟道的形状无关地可适用。
源极222在一个方向上部分地延伸以实现数据线217的一部分。漏极223朝向像素区域部分地延伸以经由在第二绝缘层(未示出)处形成的第一接触孔240a电连接到像素电极218。在像素区域中交替地设置用于生成横向场的多个公共电极208和像素电极218。
在各个像素区域的下端处形成大致与选通线216平行的公共线208L。公共电极208经由在第一绝缘层和第二绝缘层处形成的第二接触孔240b而电连接到公共线208L。
如图15所示，根据本发明第二示例性实施方式的公共电极208、像素电极218和数据线217具有弯曲结构。因此，液晶分子在两个方向上排列以限定两个域，由此与单一域相比进一步提高视角。这里，本发明可以不限于具有两个域结构的IPS型LCD设备，而是还可适用于具有多于两个域的多域结构的IPS型LCD设备。具体地说，形成多于两个域的多域结构的IPS结构被称为超IPS(S-IPS)结构。
如果采用公共电极208、像素电极218和数据线217的弯曲结构来实现具有液晶分子的对称驱动方向的多域结构，可以削弱由于液晶的双折射特性导致的异常光，由此使颜色偏移现象最小化。
根据第二示例性实施方式的使用表面等离振子的滤色器250位于具有这样的配置的阵列基板220的最下层。滤色器250包括通过金属层252形成的透射图案253，该金属层252包括具有间隔L的多个子波长孔。具有从可见光线到近红外线的波长的入射光(线)的电场耦合到等离振子。结果，仅具有对应于蓝色、红色或绿色的特定波长的光被透射，而其余全部反射，由此分别实现蓝色、红色或绿色。
图16A至图16E是顺序地示出在图13和图15中示出的阵列基板的制造工艺的平面图。图17A至图17E是顺序地示出在图13和图15中示出的阵列基板的制造工艺的截面图。如图16A和图17A所示，使用表面等离振子的滤色器250形成在阵列基板210上，该阵列基板210由诸如玻璃的透明绝缘材料形成。滤色器250包括通过特定金属层252形成的透射图案253，该金属层252包括具有间隔L的多个子波长孔。透射图案253可以由具有高透射率和高的光学特性的透明聚合物、旋涂玻璃(SOG)、有机或无机材料等制成。金属层252可以由铝、钼、铜、金、银、铬等制成。
滤色器250可以按照以下方式制造，该方式为：通过软成型、毛细作用力平版印刷术、使用刚-柔性模的聚合物层过渡构图、使用UV可固化聚合物的构图等而形成透射图案253，之后进行金属层沉积和平整工艺。本发明不限于形成滤色器250的该方法。
根据本发明第二示例性实施方式的具有这样的结构的滤色器250可以通过选择性地使红色透射通过红色区域内的红色透射图案、通过选择性地使绿色透射通过绿色区域内的绿色透射图案、并通过选择性地使蓝色透射通过蓝色区域内的蓝色透射图案而实现RGB颜色。
在根据本发明第二示例性实施方式的滤色器250的结构中，透射图案，例如对应于蓝色、红色和绿色子像素的孔图案已按照不同尺寸形成。此外，金属层已形成有不同的厚度以增加透射效率。具体地说，厚的红色透射图案形成在红色区域上。绿色透射图案至少比红色透射图案薄。最薄的蓝色透射图案形成在蓝色区域上。但是，本发明可以不限于此。
当在玻璃基板上形成滤色器250时，与玻璃基板相同的绝缘层206(SiO2等)可以形成在其上具有滤色器250的阵列基板210上。
如图16B和图17B所示，在其上形成有绝缘层206的阵列基板210上形成栅极221、选通线216和公共线208L。
通过在阵列基板210的整个表面上沉积第一导电膜并对其通过光刻工艺执行选择性构图来形成栅极221、选通线216和公共线208L。
如图16C和图17C所示，阵列基板210的具有栅极221、选通线216和公共线208L的整个表面上顺序地沉积有第一绝缘层215a、非晶硅薄膜、n+非晶硅薄膜、以及第二导电膜，这些在以后通过光刻工艺选择性地去除，由此在阵列基板210上形成由非晶硅薄膜制成的有源图案224。形成源极222和漏极223，它们由第二导电膜制成并电连接到有源图案224的源区和漏区。
通过光刻工艺形成由第二导电膜制成并通过与选通线216交叉来限定像素区域的数据线217。在有源图案224上形成由n+非晶硅薄膜制成并构图为与源极222和漏极223相同形状的欧姆接触层225n。根据本发明第二示例性实施方式，有源图案224、源极222和漏极223、以及数据线217可以通过使用半色调掩模或衍射掩模的一次掩模工艺来同时形成。
如图16D和图17D所示，在阵列基板210的其上形成有有源图案224、源极222和漏极223以及数据线217的整个表面上形成第二绝缘层215b之后，通过光刻工艺选择性地去除第二绝缘层215b，由此在阵列基板210上形成第一接触孔240a，以部分地露出漏极223。另外，选择性地去除第一绝缘层215a和第二绝缘层215b以在阵列基板210上形成第二接触孔240b，以部分地露出公共线208L。
如图16E和图17E所示，在阵列基板210的其上形成有第二绝缘层215b的整个表面上形成第三导电膜之后，通过光刻工艺选择性地去除第三导电膜，由此形成像素电极218和公共电极208，该像素电极218经由第一接触孔240a电连接到漏极223，该公共电极208经由第二接触孔240b电连接到公共线208L。
使用在图像显示区域的边缘上形成的密封剂将根据本发明第一和第二示例性实施方式的阵列基板以彼此相对的方式附接到滤色基板上。
图18是示出根据本发明第三示例性实施方式制造的滤色器的结构的立体图。如图18所示，透射图案350可以具有在仅一个方向上的周期性图案。透射图案350可以包括了在另一材料355之间插入的一种材料352的条纹。
本发明的第一至第三示例性实施方式已例示使用非晶硅薄膜作为有源图案的非晶硅薄膜晶体管。但是，本发明不限于该配置。例如，本发明还可适用于使用多晶硅薄膜作为有源图案的多晶硅薄膜晶体管。
本发明不限于LCD设备，而是还可以用于使用薄膜晶体管制造的其它显示设备，诸如有机发光二极管(OLED)被连接到开关晶体管的有机发光二极管(OLED)显示设备。
对于本领域技术人员而言很明显，在不偏离本发明的精神或范围的条件下，可以在本发明的液晶显示设备及其制造方法中做出各种修改和变型。因而，本发明旨在涵盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的本发明的修改和变型。

Claims (44)

1.一种制造液晶显示设备的方法，该方法包括以下步骤：
制备第一基板和第二基板；
在所述第一基板上形成薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括栅极、半导体层、源极和漏极；
在所述第一基板上形成与所述漏极连接的像素电极；
形成具有透射图案的滤色器，所述透射图案具有多个周期性的孔；
在所述第一基板与所述第二基板之间形成密封剂；以及
彼此粘结所述第一基板和所述第二基板。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述透射图案包括选择性地仅透射红色光、绿色光或蓝色光的三维图案。
3.根据权利要求1所述的方法，其中用于各种颜色的所述透射图案的厚度不同。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在金属层中形成具有多个周期性的孔的所述透射图案。
5.根据权利要求4所述的方法，其中用于各种颜色的所述透射图案的厚度与所述金属层的厚度相同。
6.根据权利要求1所述的方法，其中在介电层中形成具有多个周期性的孔的所述透射图案。
7.根据权利要求1所述的方法，其中具有多个周期性的孔的所述透射图案具有一维周期性结构或二维周期性结构。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个孔的间隔被设置为透射波长的大约0.688倍，并且所述多个孔的尺寸被设置为所述透射波长的大约0.356倍。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个孔的间隔被设置为透射波长的大约0.836倍，并且所述多个孔的尺寸被设置为所述透射波长的大约0.334倍。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个孔的间隔被设置为透射波长的大约0.877倍，并且所述多个孔的尺寸被设置为所述透射波长的大约0.359倍。
11.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第一基板的内表面上形成所述薄膜晶体管，并且在所述第一基板的所述内表面与所述第二基板之间形成所述密封剂。
12.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括：与所述像素电极平行地形成公共电极，其中所述像素电极和所述公共电极具有至少一个弯曲部。
13.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括：使数据线与选通线交叉，其中所述数据线具有至少一个弯曲部。
14.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括：在所述第二基板上形成公共电极。
15.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括：在所述滤色器上形成绝缘层，所述绝缘层由与所述第一基板相同的介电材料形成。
16.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括：在所述第一基板和所述第二基板之间形成液晶层。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述滤色器由铝、钼、铜、金、银和铬中的至少一种形成。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述透射图案由透明聚合物、旋涂玻璃SOG、有机材料或无机材料形成。
19.根据权利要求1所述的方法，其中所述透射图案的所述孔的截面图包括圆形、椭圆形、三角形、正方形和矩形中的至少一种。
20.根据权利要求1所述的方法，其中所述透射图案的所述孔的截面图包括多个圆形，所述多个圆形具有在100nm至300nm的范围中的直径和300nm至700nm的范围中的间隔。
21.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第一基板上形成所述滤色器。
22.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第二基板上形成所述滤色器。
23.一种液晶显示设备，该液晶显示设备包括：
第一基板；
在所述第一基板上形成的薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括栅极、半导体层、源极和漏极；
在所述第一基板上形成的与所述漏极连接的像素电极；
具有透射图案的滤色器，所述透射图案具有多个周期性的孔；
与所述第一基板粘结的第二基板；以及
在所述第一基板与所述第二基板之间形成的密封剂。
24.根据权利要求23所述的液晶显示设备，其中所述透射图案包括选择性地仅透射红色光、绿色光或蓝色光的三维图案。
25.根据权利要求23所述的液晶显示设备，其中用于各种颜色的所述透射图案的厚度不同。
26.根据权利要求23所述的液晶显示设备，其中在金属层中形成具有多个周期性的孔的所述透射图案。
27.根据权利要求26所述的液晶显示设备，其中用于各种颜色的所述透射图案的厚度与所述金属层的厚度相同。
28.根据权利要求23所述的液晶显示设备，其中在介电层中形成具有多个周期性的孔的所述透射图案。
29.根据权利要求23所述的液晶显示设备，其中具有多个周期性的孔的所述透射图案具有一维周期性结构或二维周期性结构。
30.根据权利要求23所述的液晶显示设备，其中所述多个孔的间隔被设置为透射波长的大约0.688倍，并且所述多个孔的尺寸被设置为所述透射波长的大约0.356倍。
31.根据权利要求23所述的液晶显示设备，其中所述多个孔的间隔被设置为透射波长的大约0.836倍，并且所述多个孔的尺寸被设置为所述透射波长的大约0.334倍。
32.根据权利要求23所述的液晶显示设备，其中所述多个孔的间隔被设置为透射波长的大约0.877倍，并且所述多个孔的尺寸被设置为所述透射波长的大约0.359倍。
33.根据权利要求23所述的液晶显示设备，其中在所述第一基板的内表面上形成所述薄膜晶体管，并且在所述第一基板的所述内表面与所述第二基板之间形成所述密封剂。
34.根据权利要求23所述的液晶显示设备，该液晶显示设备还包括与所述像素电极平行地形成的公共电极，其中所述像素电极和所述公共电极具有至少一个弯曲部。
35.根据权利要求23所述的液晶显示设备，该液晶显示设备还包括与选通线交叉的数据线，其中所述数据线具有至少一个弯曲部。
36.根据权利要求23所述的液晶显示设备，该液晶显示设备还包括在所述第二基板上形成的公共电极。
37.根据权利要求23所述的液晶显示设备，该液晶显示设备还包括在所述滤色器上形成的绝缘层，所述绝缘层由与所述第一基板相同的介电材料形成。
38.根据权利要求23所述的液晶显示设备，该液晶显示设备还包括在所述第一基板和所述第二基板之间形成的液晶层。
39.根据权利要求23所述的液晶显示设备，其中所述滤色器由铝、钼、铜、金、银和铬中的至少一种形成。
40.根据权利要求23所述的液晶显示设备，其中所述透射图案由透明聚合物、旋涂玻璃SOG、有机材料或无机材料形成。
41.根据权利要求23所述的液晶显示设备，其中所述透射图案的所述孔的截面图包括圆形、椭圆形、三角形、正方形和矩形中的至少一种。
42.根据权利要求23所述的液晶显示设备，其中所述透射图案的所述孔的截面图包括多个圆形，所述多个圆形具有在100nm至300nm的范围中的直径和300nm至700nm的范围中的间隔。
43.根据权利要求23所述的液晶显示设备，其中在所述第一基板上形成所述滤色器。
44.根据权利要求23所述的液晶显示设备，其中在所述第二基板上形成所述滤色器。
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