CN101246230B - 一种半透彩色滤光片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半透彩色滤光片，包括透明基板，还包括沿背向所述透明基板的方向依次设置的彩膜层、反射层和透明电极层，彩膜层包括多个像素，每个像素包括三个子像素，反射层包括孤立的多个反射膜，反射膜位于彩膜层的每个子像素上。本发明同时还公开了一种半透彩色滤光片的制作方法，包括如下步骤：制作透明基板；在透明基板的一面制作BM层和彩膜层；在彩膜层上镀制反射层并刻蚀以形成反射图案；涂覆平坦层；在平坦层上镀覆透明电极层。在反射模式下，由于半透彩色滤光片的反射层在彩膜层之上，外界光不经过彩膜层而直接在反射层上反射，反射亮度大大增强。本发明半透彩色滤光片的制作及工艺控制简单，成本低廉。

Description

一种半透彩色滤光片

【技术领域】

本发明涉及彩色滤光片，具体涉及一种具有高亮度高色彩饱和度的半透彩色滤光片。

【背景技术】

半反半透型彩色滤光片(Transreflective Color Filiter)应用于手机等移动产品液晶彩屏上，显示了其独特的优点。在较暗的室内环境下，背光源的白光透过彩色滤光片获得明亮彩色图像，在明亮的室外环境下，太阳光射入彩色滤光片并经反射膜反射也能获得较明亮的彩色图像。为了在明暗两种环境下都能获得高质量彩色图像，半反半透型彩色滤光片必须兼顾其反射性能和透射性能，两方面性能都要求尽可能高的亮度和色彩饱和度。

对于给定的R、G、B彩色光阻材料，亮度和色彩饱和度的提高是相互矛盾的，增加彩膜的膜厚，能够提高色彩饱和度，然而由于吸收的增加亮度会下降，减少膜厚，能够提高亮度，然而色彩饱和度会下降。因此合理平衡亮度和色彩饱和度，成了彩色滤光片厂家的任务。

目前改善半透产品的技术主要有以下几种：

对于彩色液晶显示器，彩膜厚度越薄，透射率越高，意味着显示器亮度高。色调和色彩饱和度合称为色度，本行业习惯上用CIE 1931色坐标表示色度，用NTSC(National Television Systems Committee)Ratio表示色彩饱和度。下表表示目前各应用领域液晶屏的色彩饱和度一般水平。

表1典型液晶显示器的NTSC Ratio比较

NTSC Ratio	应用领域
		10％～20％	半反半透型CSTN
30％～50％	透过型CSTN和小尺寸TFT
		50％～60％	LCD Monitor
70％～80％	LCD TV
		90％～100％	CRT Monitor和TV

彩色滤光片是由数量庞大的R、G、B三基色像素组成，每个像素的长宽为几百μm×几十μm，在此面积上又区分透射区和反射区，透射区由约1μm厚的R膜(或G膜、B膜)组成，反射区由R膜(或G膜、B膜)和其下面约0.1μm厚的金属反射膜组成。背光源透过透射区彩膜的光程是膜厚的一倍，而环境光通过反射区彩膜的光程是彩膜厚度的两倍，两个光程差别悬殊，简单半反半透型彩色滤光片不好兼顾透射性能和反射性能，难以平衡亮度和色彩饱和度，其NTSC Ratio很难达到30％。颜色调整工艺，是通过膜厚调整或开口率调整来协调透射区和反射区的颜色性能的一项新技术。

膜厚的改变是调整亮度和饱和度的主要手段，然而由于透射区和反射区光程的不同，简单的膜厚很难把两个区域的颜色同时优化。膜厚调整技术(Color Adjusted Technology，简称CAT)，分别设计透射区膜厚和反射区膜厚，分别优化两个区域的亮度和色彩饱和度，典型的结构有以下两种。

一种结构是采用一套R、G、B光阻材料和一种透明光阻材料。首先在金属反射膜上面涂一层透明层，再分别涂制透射区、反射区的R、G、B彩膜层，使透射区彩膜厚度大于反射区彩膜厚度，这样用同一种材料来平衡两个区域的亮度和色彩饱和度的最佳状态。

另一种结构是采用两套R、G、B光阻材料。首先用高色彩饱和度的彩色光阻材料形成R、G、B透射区域图案，之后在图形上镀反射层，刻蚀形成所要求的图形，再用高透过率的彩色光阻形成R、G、B反射区域图案。由于透射区和反射区各自采用了最适合的彩色光阻材料，实现亮度和色彩饱和度在较高的水平上达到平衡。

调整亮度和饱和度的另一种手段是颜色开孔(Hole In Color)

首先在R、G、B材料的选择和膜厚的确定上优先考虑透射区性能，可以采用色彩饱和度相对高的透射型R、G、B材料；反射区域和透射区域彩膜是在同一次涂膜中形成，保证材料单一、工艺简单；反射区域的彩膜上开小孔，让部分反射光不经彩膜直接在金属膜上反射，增加反射亮度，以弥补高色彩饱和度材料亮度不足的缺点。

颜色开孔技术的实现有两种方案。

第一种方案是，R、G、B的开孔率完全一样，R、G、B共用一种掩膜(MASK)，可以节省MASK制造费用，但制造工艺要求相对高一些。

第二种方案是，R、G、B的开孔率有些差别，需要三套MASK，好处是可以调整亮度的同时，还可以进一步调整白光坐标，使之达到最优化状态。

虽然以上两种手段在一定程度上解决了半透产品亮度与色彩饱和度难以兼顾的问题，但都存在着制造工艺复杂，成本较高的缺点。对于上述所提及的膜厚调整技术，为了实际在半透层与全透层上使用不同的，必需增加一层透明层，这样无形中增加了一道工序，而对于二种光阻材料而言，则相对于非膜厚调整技术多增加了三道工序，使得制造成本大大增加，工序增加的同时也增加了制程控制难度及良率的控制。对于颜色开孔技术，虽然在制造工序上没有增加，但由于在在造RGB膜工序时，要在RGB膜上开孔，这也大大增加了制作难度。

【发明内容】

本发明的主要目的就是解决现有技术中的问题，提供一种能够有效兼顾色彩饱和度与亮度且制作工艺简单、成本低的半透彩色滤光片及其制作方法。

为实现上述目的，本发明提供一种半透彩色滤光片，包括透明基板，其特征在于，还包括沿背向所述透明基板的方向依次设置的彩膜层、反射层和透明电极层，所述彩膜层包括多个像素，所述每个像素包括三个子像素，所述反射层包括孤立的多个反射膜，所述反射膜位于彩膜层的每个子像素上。

所述反射膜的面积小于与其对应的子像素的面积。

在所述反射层和透明电极层之间具有平坦层。

所述反射层为金属镀膜。

所述金属镀膜为铝膜。

为实现上述目的，本发明还提供一种半透彩色滤光片的制作方法，其特征在于包括如下步骤：

A1、制作透明基板；

B1、在透明基板的一面制作彩膜层；

C1、在彩膜层上镀制反射层；

D1、刻蚀反射层以形成反射图案，使反射层上形成多个孤立的反射膜，且使反射膜位于彩膜层的每个子像素上；

E1、涂覆平坦层；

F1、在平坦层上镀覆透明电极层。

使所述反射膜的面积小于与其对应的子像素的面积。

所述反射层为金属镀膜。

所述金属镀膜为铝膜。

所述步骤B1中，BM层、R、G、B彩膜各按照以下方式分四次制作：先将分散了颜料和树脂的分散液用旋转涂胶机均匀地涂布于基板上，经烘干成膜后，再通过光刻制出点阵图形。

本发明的有益效果是：

1、本发明的半透彩色滤光片的反射层包括孤立的多个位于彩膜层之上的反射膜，每个反射膜对应一个子像素，在透射模式下，背光源发射的光从彩膜层的透射部分(即未被反射层覆盖的区域)透射出，反射层对光透射没有影响，显示为彩色模式，在反射模式下，由于反射层在彩膜层表面，外界照射的光不经过彩膜层而直接在反射层上反射，光线不经彩膜层光阻材料作用，显示为黑白模式，因此反射率大大提高，反射亮度大为增强。在透射时彩色滤光片为全透，不需要考虑反射部分的问题，因此彩膜层可以选用高NTSC的材料以满足色彩饱和度的要求。从而，本发明兼顾了反射作用与透射作用，解决了色彩饱和度与亮度之间的矛盾，在较高的水平上使二者达到平衡。

2、本发明只需要改变反射层的位置，相比于现有的彩膜厚度调整技术，不需要分别控制在反射区域和透射区域涂布厚度不同的彩膜以及增加一层透明层，而相比于颜色开孔技术，则不需要在彩膜材料上进行开孔，所以，本发明半透彩色滤光片的制作流程及工艺控制更加简单，更容易实现，在成本上极具优势。

3、在显示方面，本发明在透射模式下显示为彩色，在反射模式下显示为黑白色，透射与反射分别彩色与黑白的不同显示模式，实现了显示的多元化。

【附图说明】

图1为本发明实施例半透彩色滤光片的结构示意图；

图2为本发明实施例半透彩色滤光片的制作流程图；

本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

【具体实施方式】

请参考图1，半透彩色滤光片包括透明基板1以及沿背向透明基板1的方向依次设置的BM(Black Matrix，简称BM)层2、RGB彩膜层3、反射层4、平坦层(Over Coat，简称OC)层5以及透明电极层6。其中，BM层2、RGB彩膜3直接形成覆盖于透明基板1的一面，反射层4包括孤立的多个位于RGB彩膜层3之上的反射膜，每个反射膜对应一个R或G或B子像素，各反射膜的面积小于与其对应的子像素的面积，即反射层4覆盖RGB彩膜层3背向透明基板1表面的一部分区域。平坦层5覆盖在反射层4、未被反射层4覆盖的RGB彩膜层3以及BM层之上，透明电极层6覆盖在平坦层5上。透明基板选用透明玻璃材料，反射层4为镀覆在该玻璃基板上的金属膜，优选为铝膜。透明电极层5为氧化锡铟(ITO)导电膜。

相比现有技术，本发明半透彩色滤光片的反射层不是直接制作在透明基板上，而是位于RGB彩膜层之上，这种改进使得半透彩色滤光片对外界光的反射作用大大增强。反射亮度的增强可通过以下原理来说明。

根据色度公式：

X＝K∫S(λ)x(λ)R(λ)dλ

Y＝K∫S(λ)y(λ)R(λ)dλ

Z＝K∫S(λ)z(λ)R(λ)dλ

K＝100/(∫S(λ)y(λ)d(λ))

其中：S(λ)代表光源图谱；

x(λ)、y(λ)、z(λ)代表人眼对光敏感度曲线；

R(λ)代表材料的透过率。

在反射时，参数Z又基本上可表现为亮度，对于光线经反射与透射的情况下，Z的公式可表为：

Z＝K∫S(λ)z(λ)I(λ)R(λ)dλ

其中：I(λ)代表反射层的反射率。

本发明半透彩色滤光片的反射层位于RGB彩膜层之上，在反射时，外界照射的光不经过彩膜层，直接在反射层上反射。由于光线不经彩膜层光阻材料的作用，透过率R(λ)为1，因此公式可化为：

Z＝K∫S(λ)z(λ)I(λ)dλ

故Z大大提高，即反射亮度大幅增强，且此时显示为黑白模式。

在透射模式下，背光灯发射出的光在RGB彩膜透射部分透过，表现为透射，显示为彩色模式；在反射模式下，外界照射在RGB彩膜透射部分的光透过，显示为黑，而照射在RGB彩膜表面反射层上的光被反射，显示为黑白模式。此方案从根本上解决了色彩饱和度与亮度之间的矛盾，在透射时与平常的透射彩色滤光片一样，为全透模式，不需要考虑反射部分的问题，因此可以选用高NTSC的材料。

作为本发明另一方面，还提出了该半反半透彩色滤光片的制作方法。其实施例如图2所示，包括如下工序：

步骤S1：制作好透明的玻璃基板原片，并将玻璃基板原片抛光。

步骤S2：在玻璃基板之上形成BM层和RGB彩膜。

RGB彩膜和BM层的制作采用颜料分散法。颜料分散法的做法是：将分散了颜料(pigment)和树脂的分散液用旋转涂胶机均匀地涂布于基板上，烘干成膜，再经光刻做出点阵图形；BM层及R、G、B彩膜各按照上述方式分四次制作，每次制作的工艺依序又可分为：清洗→旋转涂布→预烤→曝光→显影→硬烤。

颜料分散法对于解像度、彩色重复性和彩色层可靠性等方面，其技术和工艺都十分成熟，且所能达到的色相品质相当接近由染色法所制作的水准，具有高画质化、BM低反射化、高色纯度化、高精度化、微细化、高透过率化、低消偏化等优点。

步骤S3：在RGB彩膜上镀制金属反射膜，并刻蚀该金属反射膜以形成反射区图案(pattern)。具体的制作工艺依序又可分为：清洗→旋转涂布→预烤→曝光→显影→蚀刻→剥膜。

金属反射膜优选采用铝，并采用批镀(Batch Coating)方式，这种镀膜方式最大的优点是膜层的均匀性很好，且对颗粒(particle)的控制比较好。

步骤S4：在金属反射膜和RGB彩膜上涂布OC层，其工艺依序又可分为：清洗→旋转涂布→预烤→硬烤。

步骤S5：最后在OC层上溅镀以形成ITO透明电极层，其工艺依序又可分为：氧化锡铟溅镀→光阻涂布→预烤→曝光→显影→蚀刻→光阻去除→烘干。

本发明解决了色彩饱和度与亮度之间的矛盾。由于只需调整反射层在半透彩色滤光片中的位置，工序没有增加，相比现有的膜厚调整技术及颜色开孔技术，减少了不同区域的膜厚调整以及在反射区彩膜开孔等工艺流程及工艺控制，制作十分简单，更容易实现，在成本上具有较大优势。此外，本发明的半透彩色滤光片在透射时显示为彩色，在反射时显示为黑白，实现了多元化的显示模式。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种半透彩色滤光片，包括透明基板，其特征在于，还包括沿背向所述透明基板的方向依次设置的BM层、彩膜层、反射层、平坦层和透明电极层，所述彩膜层包括多个像素，每个所述像素包括三个子像素，所述反射层包括多个孤立的反射膜，每个所述反射膜对应位于所述彩膜层的每个所述子像素上，每个所述反射膜的面积小于与其对应的所述子像素的面积，所述反射层覆盖所述彩膜层背向所述透明基板表面的一部分区域，所述平坦层覆盖在所述反射层、未被所述反射层覆盖的所述彩膜层以及所述BM层之上，所述透明电极层覆盖在所述平坦层上。

2.根据权利要求1所述的半透彩色滤光片，其特征在于：所述反射层为金属镀膜。

3.根据权利要求2所述的半透彩色滤光片，其特征在于：所述金属镀膜为铝膜。

4.一种半透彩色滤光片的制作方法，其特征在于包括如下步骤：

A1、制作透明基板；

B1、在沿背向透明基板的一面制作BM层和彩膜层，所述彩膜层包括多个像素，每个所述像素包括三个子像素；

C1、在所述彩膜层上镀制反射层；

D1、刻蚀所述反射层以形成反射图案，使所述反射层上形成多个孤立的反射膜，且使每个所述反射膜对应位于所述彩膜层的每个所述子像素上，每个所述反射膜的面积小于与其对应的所述子像素的面积，所述反射层覆盖所述彩膜层背向所述透明基板表面的一部分区域；

E1、涂覆平坦层，使所述平坦层覆盖在所述反射层、未被所述反射层覆盖的所述彩膜层以及所述BM层之上；

F1、在所述平坦层上镀覆透明电极层。

5.根据权利要求4所述的半透彩色滤光片的制作方法，其特征在于，所述反射层为金属镀膜。

6.根据权利要求5所述的半透彩色滤光片的制作方法，其特征在于，所述金属镀膜为铝膜。

7.根据权利要求4或5所述的半透彩色滤光片的制作方法，其特征在于所述彩膜层为包括R、G、B彩膜的RGB彩膜层，在所述步骤B1中，将所述BM层、R、G、B彩膜各按照以下方式分四次制作：先将分散了颜料和树脂的分散液用旋转涂胶机均匀地涂布于所述透明基板上，经烘干成膜后，再通过光刻制出点阵图形。

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