CN105190390A - 光学透镜及其制造方法及透镜单元、摄像模块、电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种抑制遮光膜的表面反射来防止杂散光的产生并可靠地去除无用光的光学透镜及其制造方法、以及透镜单元、摄像模块、电子设备。本发明的光学透镜具有使光线透射的透镜部(15a)和靠近透镜部(15a)而设置的遮光部(15b)。遮光部(15b)具有形成于透镜母材表面的遮光膜(17)。遮光膜(17)的至少包含透镜部(15a)侧内缘的部分的表层、和透镜部(15a)的与遮光膜(17)的边界部分被实施表面粗糙化处理。

Description

光学透镜及其制造方法及透镜单元、摄像模块、电子设备
技术领域
本发明涉及一种光学透镜及其制造方法、以及透镜单元、摄像模块、电子设备。
背景技术
对于在数码摄像机和移动电话等电子设备中组装使用的摄像模块，正在推进去除无用的入射光来防止闪光和鬼影等的产生从而提高摄影图像的画质的改进。作为其画质对策，例如提出了在摄像模块中使用的透镜部的周边设置环状的遮光片来遮挡无用光的结构、以及在透镜表面直接形成遮光膜的结构(参考专利文献1～3)等。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开2012-208391号公报
专利文献2：日本专利公开2009-175331号公报
专利文献3：日本专利公开2008-185772号公报
发明内容
发明的概要
发明要解决的技术课题
然而，即使在透镜部的周边设置遮光片的情况下也会产生杂散光，无法彻底防止闪光和鬼影。遮光片在遮光性、装配时的操作性、机械强度等方面需要有一定程度的厚度。因此，遮光片的内缘侧的侧面较厚，在该内缘侧的侧面反射的入射光进入透镜内，由此产生杂散光。
并且，即使在透镜表面直接形成遮光膜的情况下也会产生杂散光。这是因为入射光在将遮光膜进行印刷或涂布而形成之后的遮光膜表面反射，该反射光成为杂散光。
如此，实际状况是不论配置遮光片还是将遮光膜形成于透镜表面，都无法彻底消除由外光或透镜内的内部反射光产生的影响。因此，要求更加可靠地去除光学透镜的无用光的技术。
本发明是基于上述背景而完成的，其目的在于提供一种能够抑制遮光膜的表面反射来防止杂散光的产生的光学透镜及其制造方法、以及透镜单元、摄像模块、电子设备。
用于解决技术课题的手段
本发明由下述结构构成。
(1)一种光学透镜，其具有使光线透射的透镜部和靠近上述透镜部而设置的遮光部，其中，上述遮光部具有形成于透镜母材表面的遮光膜，上述遮光膜的至少包含上述透镜部侧的内缘的部分的表层、和上述透镜部的与上述遮光膜的边界部分被实施表面粗糙化处理。
(2)一种透镜单元，所述透镜单元中配置有至少1片以上的上述光学透镜。
(3)一种摄像模块，其具备：上述透镜单元：及摄像元件，检测由上述透镜单元成像的图像。
(4)一种电子设备，其搭载有上述摄像模块。
(5)一种光学透镜的制造方法，所述光学透镜具有使光线透射的透镜部和靠近上述透镜部而设置的遮光部，所述光学透镜的制造方法中，在上述遮光部的至少一部分形成遮光膜，一直到从上述遮光膜的表层的上述透镜部侧的内缘进一步向上述透镜部的光轴侧延伸的位置为止进行表面粗糙化处理。
发明效果
根据本发明，抑制光学透镜的遮光膜的表面反射来防止杂散光的产生，从而可靠地去除无用光。
附图说明
图1是用于说明本发明的实施方式的图，是摄像模块的概略剖视图。
图2是表示光学透镜的包含透镜光轴的剖面的局部放大剖视图。
图3是遮光部的示意性剖视图。
图4A、图4B及图4C是表示形成遮光膜并进行表面粗糙化处理的情况的说明图。
图5是表示遮光膜的表面粗糙化区域和遮光膜本身的作用的说明图。
图6是由多个层构成遮光层的光学透镜的局部放大剖视图。
图7A、图7B、及图7C是表示遮光膜的各种平面形状的俯视图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的实施方式进行详细说明。
图1是用于说明本发明的实施方式的图，是摄像模块的概略剖视图。
摄像模块100具有透镜单元110和包含摄像元件的摄像部11，被未图示的基板等支撑构件支撑而配置于数码摄像机等电子设备的框体内。
透镜单元110具有在透镜支架13的内部沿透镜光轴Ax的方向重叠配置的至少一片光学透镜15。固定于透镜支架13的多个光学透镜15从附图下侧的被摄体侧向附图上侧的摄像部11聚光，并使被摄体的光学图像成像于摄像部11的摄像元件受光面上。
图1中，例示出5片光学透镜15A、15B、15C、15D、15E，但透镜片数并不限于此。并且，各光学透镜15A、15B、15C、15D、15E可以分别是被单独准备的多个透镜支架支撑的结构，也可以构成特定的光学透镜支撑为能够沿光轴方向移动的变焦透镜机构、自动聚焦机构、防手抖机构。
图2是表示光学透镜15A的包含透镜光轴Ax的剖面的局部放大剖视图。光学透镜15A具有使光线透射的透镜部15a和靠近透镜部15a而设置的遮光部15b。遮光部15b包含具有至少一部分表层被表面粗糙化处理的区域的遮光膜17。
作为光学透镜15A(15B～15E也相同)的材料，适合使用环状烯烃共聚物(COC)、环烯烃聚合物(COP)、聚碳酸酯(PC)等具有较高的透光率、形状稳定性、优异的加工性的透明树脂材料。
遮光部15b构成为包含遮光膜17，所述遮光膜设置于透镜部15a的外侧，且在遮光部15b中的透镜母材27表面的光出射侧的面15c和光入射侧的面15d中的至少任意一个面上限制透射光束。图示例中，在光出射侧的面15c上形成遮光膜17。
光学透镜15A使透镜母材27表面的光入射侧的面15d抵接于形成在透镜支架13内侧的阶梯部13a(参考图1)，并被透镜支架13支撑。
形成于透镜母材27表面的光出射侧的面15c的遮光膜17是在透镜半径方向上以一定的宽度沿透镜部15a外缘的薄膜，至少形成于光学透镜15A的露出面。在此所说的露出面是指除遮光膜17通过其他构件抵接的区域或覆盖的区域以外的暴露在外侧(空气)的区域。
如图示例那样，遮光膜17可以设置于透镜母材27表面的光出射侧的面15c的整面，除此之外，还可以是仅设置于光出射侧的面15c的至少内缘侧的结构。并且，可以是仅设置于光入射侧的面15d的结构、分别设置于两个面15c、15d的结构，还可以是设置于两个面15c、15d和侧面15e的结构。在光学透镜15A的透镜部15a的表面可以实施AR涂层(Anti-reflectioncoat)等防反射处理。
遮光膜17能够通过包含黑色颜料或黑色染料等遮光性物质的油墨的印刷、涂布、印模等各种方式来形成。其中，适合利用可以得到较高的尺寸精确度的喷墨方式。并且，表面粗糙化处理可以利用喷射处理等物理处理或蚀刻等化学处理。其中，适合利用能够自如且简单地调整光扩散特性的强弱的激光喷射处理。
当进行激光喷射处理时，作为所使用的激光，例如优选为中心波长1100nm以下的Q开关激光且高峰值短脉冲振荡的激光。
遮光膜17所含的遮光性物质可以使用各种公知的黑色颜料或黑色染料。作为黑色色材，优选能够以少量实现较高的光学浓度的碳黑、钛黑、氧化铁、氧化锰、石墨。并且，还可以使用由红色色材、绿色色材、蓝色色材的混合而得到的黑色色材。
作为以喷墨方式使用的油墨，例如可以使用感光性单体的含量为80～90％、引发剂的含量为10～20％、碳黑的含量为1～5％的喷墨油墨。
并且，在能够降低透镜内面的反射的方面考虑，优选遮光膜17的折射率接近透镜材料的折射率。油墨密度越均匀，该反射降低效果越高。
对于遮光膜17，在整个露出面实施表面粗糙化处理。该表面粗糙化处理实施于遮光膜17的露出面上的、至少包含透镜部15a侧内缘23的部分的表层和透镜部15a的与遮光膜17的边界部分。即，一直到从遮光膜17的透镜部15a侧内缘23进一步向透镜部15a的透镜光轴Ax侧延伸的位置为止进行表面粗糙化处理。
在图3中示出遮光膜17的示意性剖视图。通过表面粗糙化处理，遮光膜17的表层成为具有微小凹凸的粗糙面。该粗糙面的微小凹凸的深度tb为1μm以上且5μm以下。并且，表面粗糙化处理后残留的遮光膜17的膜厚ta为10～40μm，更优选为20～30μm。通过将表面粗糙化处理后的遮光膜17的膜厚ta设在上述范围内，可以在不使生产率下降的范围内得到所需且充分的遮光性，与光学透镜15A的粘附性也得到良好的维持。
关于通过表面粗糙化处理形成的微小凹凸的平均间距p与上述深度tb之间的关系，(tb/p)的值为0.1以上，更优选该值大于1。通过设在上述范围内，能够将表面粗糙化处理后的区域的表面反射抑制在不影响摄像模块100的摄像画质的水平。微小凹凸的平均间距过大或过小，都具有表面反射变强的倾向，但若设在上述范围内，则光散射效果得到提高。
该表面粗糙化处理后的区域的表面粗糙度根据光学设计适当决定，若以RMS值表示，则优选为0.1～5μm以下(测定器：FormTalysurf(TaylorHobsonLtd制))。
接着，对遮光膜17的形成和表面粗糙化处理进行说明。
图4A、图4B及图4C是表示形成遮光膜17并进行表面粗糙化处理的情况的说明图。首先，如图4A所示，在光学透镜15A的遮光部15b的光入射侧的面15c通过喷墨方式形成遮光膜17。接着，如图4B及图4C所示，在所形成的遮光膜17的露出面，通过扫描激光的激光喷射处理，在遮光膜17上赋予微小的凹凸而进行表面粗糙化。
激光喷射处理中，将激光的照射仅实施于遮光膜17的成膜范围即可，但难以将激光的照射范围与喷射处理前的遮光膜17的内缘23高精确度地对位。即，当以遮光膜17的内缘23为目标位置进行喷射处理时，有时因工序误差而喷射处理波及不到遮光膜17的内缘23，从而在遮光膜17的缘部产生喷射未处理部分。此时，残留于遮光膜17的内缘23的喷射未处理部分成为反射面，来自此处的反射光成为杂散光而成为闪光和鬼影的原因。
因此，通过一直到从遮光膜17的内缘23进一步向透镜部15a侧(透镜光轴Ax侧)超出的位置为止进行喷射处理，能够对包含遮光膜17的内缘23的遮光膜的表层可靠地进行表面粗糙化处理。在从遮光膜17的内缘23向透镜部15a侧突出的喷射处理范围，透镜部15a的表面被表面粗糙化加工。但是，即使透镜部15a的表面的一部分被表面粗糙化而产生光扩散性，由于透射光束的光量下降较少，因此也不会对被摄体的光学图像带来较大影响。
并且，优选如图4A所示，喷射处理前的遮光膜17的厚度从遮光部15b朝向透镜部15a较薄地形成。通过使遮光膜17的厚度具有倾斜度，从透镜光轴Ax观察光学透镜15A时，不存在遮光膜17所隐蔽的部分，激光不会被遮挡。因此，容易进行遮光膜17的整个露出部分的表面粗糙化处理。
图5是表示遮光膜的表面粗糙化区域和遮光膜本身的作用的说明图。遮光膜17的表面粗糙化区域能够通过由表面粗糙化后的表层的微小凹凸产生的光散射和由遮光膜17本身产生的光吸收来防止外光的镜面反射和向透镜内的进入。
透镜内的内部反射光L0在透镜母材27的表面的光出射侧的面15c与遮光膜17的界面分为再次向透镜侧返回的反射光L1和被遮光膜17吸收的吸收光L2。由于遮光膜17为接近透镜的折射率的材料，所以透镜母材27表面的光出射侧的面15c与遮光膜17的界面的反射率较小，因此，反射光L1的强度变小。由此，由透镜内的内部反射光L0产生的反射光L1因所分离的吸收光L2而减弱，反射光L1的强度本身也减弱。并且，由于透镜母材27的表面的出射侧的面15c与遮光膜17的界面的平坦性较高，油墨密度保持为均匀的状态，因此，由此也可以抑制返回到透镜内的光的散射。
遮光膜17的表面粗糙化处理除了上述激光喷射处理以外，还可以是喷砂。当表面粗糙化处理中适用激光喷射处理时，无需进行在被处理面设置掩模等前处理，能够简化表面粗糙化处理，因此更优选。并且，由于可以自如地进行激光光点尺寸的增减，因此能够对任意位置简单地进行以较宽的光点尺寸均等地处理较宽范围、或者以较窄的光点尺寸高精确度地处理微小区域。另外，能够根据激光输出的强弱调整或激光描绘的图案自如地改变表面粗糙度，从而能够轻松地改变为所希望的表面粗糙化程度。
并且，有时使其他光学透镜的一部分抵接于光学透镜15的遮光膜17而叠置光学透镜或者抵接于透镜支架13(参考图1)的阶梯部13a来经由遮光膜17固定透镜。此时，能够将上述激光喷射处理利用于通过激光输出的强弱调整来改变遮光膜17的厚度并进行透镜的支撑姿势的调整或透镜之间的间隔调整。
另外，进一步优选分为多个层形成遮光部15b。在图6中示出由多个层构成遮光层的光学透镜的局部放大剖视图。
此时的遮光膜17A形成于光学透镜15A中的透镜母材27表面的光出射侧的面15c上，是具有限制透射光束的遮光层19及形成于遮光层19上的表面粗糙化层21的多层薄膜。遮光层19可以使用与上述遮光膜17相同的材料。表面粗糙化层21只要是通过印刷或涂布等成膜之后在膜表面形成微小凹凸而被表面粗糙化的光扩散层即可。针对表面粗糙化层21的表面粗糙化处理并不限于激光喷射法，也可以是喷砂法等其他公知的表面粗糙化处理。
通过在遮光部15b使用多层结构的遮光膜17A，对于遮光层19可以选择光吸收优异的材料，而对于表面粗糙化层21可以选择适合于激光喷射处理等表面粗糙化处理的材料。因此，材料选择的自由度增加，可以使用遮光性较高的材料、表面反射较少的材料等，从而能够提高设计自由度。
本结构的光学透镜15中，利用喷墨方式形成遮光膜17。通过喷墨方式形成遮光膜17，由此能够轻松地改变油墨涂布区域。因此，能够以低成本应对光学透镜的多品种生产。并且，若使用紫外线固化型的UV油墨，则不会伴随热处理，能够在油墨着落后通过紫外线照射使其即时固化。因此，对于不耐热的塑料透镜，可容易得到油墨着落位置的精确度即遮光膜17内缘上的边缘位置的精确度。
并且，在喷墨方式中，当将来自油墨喷出头的油墨每1次的喷出量设为0.1fl以上且10pl以下时，在油墨着落位置的油墨流动或油墨溅起的产生变少，可以提高着落位置(边缘位置)的精确度。因此，即使遮光膜的被形成面不平坦而存在较多凹凸时，也可以得到较高的着落位置精确度，能够将遮光膜形成为准确的形状。并且，由于各个油墨液滴的着落面积较小，因此还能够轻松地进行遮光膜17的形状微调。而且，由于每1次喷出的油墨液滴的体积较小，因此着落后的油墨厚度较薄，能够极精细地调整成为遮光膜17的厚度的油墨堆积量。
以上，说明了针对光学透镜15A的遮光部15b，但对于透镜单元110所具有的所有光学透镜15B、15D、15E也同样地形成遮光部。由此，能够更加可靠地防止整个透镜单元110的闪光和鬼影的产生。
根据上述结构的摄像模块100，由于在光学透镜的透镜表面形成遮光膜17，因此无需在光学透镜之间夹入圆环状的遮光片。因此，不会产生由遮光片的内缘侧的侧面产生的入射光的反射，能够将光学透镜与遮光膜17的界面上的反射率抑制为低于遮光片表背面的反射率，从而能够减少杂散光的产生。并且，能够降低将多个光学透镜组合而成的透镜单元110的光轴方向的高度。由此，能够形成有利于整个摄像模块的小型化、低高度化的结构。
当通过固定焦点的光学设计或变焦机构等将摄像模块100的视场角广角化时，通过视场角的扩大，入射光还容易照射到比透镜部15a的外缘(遮光部15b的内缘23)进一步靠外侧的位置。其结果，担心闪光和鬼影因透镜内的内部反射而增加，但根据上述结构的摄像模块100，透镜部15a与遮光部15b的边界可靠地被表面粗糙化处理，各遮光膜17的遮光性得到确保。因此，能够可靠地防止在透镜内产生杂散光或者反射光波及到其他透镜。
另外，透镜的种类并不限于上述圆盘状的凸透镜、凹透镜，也可以是新月形透镜、具有圆柱面状透镜面的柱面透镜、球形透镜、棒状透镜等。通过对这些各种透镜也设置与上述同样的遮光部，能够防止闪光和鬼影的产生。
并且，遮光部15b的遮光膜17的平面形状除了图7A所示的圆环状以外，也可以如图7B所示那样设为具有内缘形成为长方形的矩形开口31的形状的遮光膜17B。并且，还可以如图7C所示那样设为仅限制上下端的视场角的一对“D”字型的遮光膜17C以直线部33对置的方式配置于光学透镜上的形状。
以上说明的摄像模块100作为其组装对象的一例例示了数码摄像机，但并不限定于此。作为其他的摄像模块100的组装对象，例如可以举出PC(PersonalComputer)内置型或外置型的PC用摄像机、带摄像机对讲机、车载用摄像机、或具有摄影功能的便携终端装置等电子设备。作为便携终端装置，例如可以举出移动电话或智能手机、PDA(PersonalDigitalAssistants)、便携式游戏机等。
如此，本发明并不限定于上述实施方式，将实施方式的各结构相互组合的实施方式、或本领域技术人员根据说明书的记载及周知技术进行变更、应用的实施方式也是本发明的预定的实施方式，包含于要求保护的范围内。
以下对实施例进行说明。
(实施例1)
在基板上，通过喷墨方式涂布下述组成的紫外线固化型油墨来形成遮光膜。
<油墨成分>
单体：85％
聚合引发剂：10％
添加剂：3％
二苯基-2，4，6-三甲基苯甲酰基膦＝氧化物：1％
碳黑：1％
针对该遮光膜，在以下表1所示的激光条件下进行激光喷射处理来对遮光膜表面进行表面粗糙化。
[表1]
波长 1060nm
脉冲周期 100kHz
脉冲宽度 20ns
激光光点直径 0.05mmφ
射束扫描速度 2000mm/s
能量 26J/mm2
峰值功率 2kW
针对表面粗糙化之前的遮光膜，将与表面垂直地入射的光的入射角设为0°，测定使光以入射角60°入射时的遮光膜的光泽度。并且，针对表面粗糙化后的遮光膜，同样地测定使光以入射角60°入射时的遮光膜的光泽度。其结果，在表面粗糙化之前光泽度为51.2％，相对于此，在表面粗糙化之后光泽度为0.5％，大幅减少，能够充分防止在表面上的反射。
(实施例2)
在以ZEONCORPORATION制的ZEONEX(注册商标)级F52R作为材料的透镜的表面形成防反射涂层。防反射涂层为将SiO2和ZrO2交替重叠的4层结构(厚度0.2μm)，形成了与空气接触的面为SiO2的防反射涂层。在该透镜表面上，在与实施例1相同的条件下照射激光来对表面进行表面粗糙化，测定表面粗糙化前后的透镜的透射率。准备3个透镜，对各透镜进行测定。将测定结果示于表2。表2中，“ave”表示3次测定值的平均。
[表2]
n＝1 n＝2 n＝3 ave
激光加工前 92.97％ 93.05％ 93.05％ 93.02％
激光加工后 93.19％ 93.31％ 93.30％ 93.27％
如表2所示，激光加工前和激光加工后的透射率差为0.25％，在测定误差范围内，因此可知由激光照射引起的透镜的透射率下降较小至能够忽略的程度。
根据实施例1、2的结果证明如下：通过将激光加工范围设为大于油墨涂布范围，不会使透镜的光学性能(透射率)下降而能够将油墨涂布范围全部都低反射化。
如以上，本说明书中公开有如下事项。
(1)一种光学透镜，其具有使光线透射的透镜部和靠近上述透镜部而设置的遮光部，其中，上述遮光部具有形成于透镜母材表面的遮光膜，上述遮光膜的至少包含上述透镜部侧内缘的部分的表层和上述透镜部的与上述遮光膜的边界部分被实施表面粗糙化处理。
(2)根据(1)所述的光学透镜，其中，上述遮光膜的厚度朝向上述透镜部变薄。
(3)根据(1)或(2)所述的光学透镜，其中，上述遮光膜由多个层构成。
(4)一种透镜单元，上述透镜单元中配置有至少1片以上的(1)至(3)中任一项所述的光学透镜。
(5)一种摄像模块，其具备：(4)中所述的透镜单元；及摄像元件，检测由上述透镜单元成像的图像。
(6)一种电子设备，其搭载有(5)中所述的摄像模块。
(7)根据(6)所述的电子设备，其中，上述电子设备为数码摄像机。
(8)根据(6)所述的电子设备，其中，上述电子设备为车载用摄像机。
(9)一种光学透镜的制造方法，上述光学透镜具有使光线透射的透镜部和靠近上述透镜部而设置的遮光部，其中，在上述遮光部的至少一部分形成遮光膜，一直到从上述遮光膜的表层的上述透镜部侧的内缘进一步向上述透镜部的光轴侧延伸的位置为止进行表面粗糙化处理。
(10)根据(9)所述的光学透镜的制造方法，其中，上述表面粗糙化处理为激光喷射处理。
(11)根据(9)或(10)所述的光学透镜的制造方法，其中，通过使用含有遮光性物质的油墨的喷墨方式形成上述遮光膜。
(12)根据(9)至(11)中任一项所述的光学透镜的制造方法，其中，将上述油墨的1次喷出量设为0.1fl以上且10pl以下。
(13)根据(9)至(12)中任一项所述的光学透镜的制造方法，其中，分多个层形成上述遮光膜。
符号说明
11-摄像部，13-透镜支架，15A、15B、15C、15D、15E-光学透镜，15a-透镜部，15b-遮光部，15c-光出射侧的面，15d-光入射侧的面，17-遮光膜，19-遮光层，21-表面粗糙化层，23-遮光膜的内缘，27-透镜母材，100-摄像模块，110-透镜单元。

Claims (13)

1.一种光学透镜，其具有使光线透射的透镜部和靠近所述透镜部而设置的遮光部，其中，
所述遮光部具有形成于透镜母材表面的遮光膜，
所述遮光膜的至少包含所述透镜部侧的内缘的部分的表层、和所述透镜部的与所述遮光膜的边界部分被实施表面粗糙化处理。
2.根据权利要求1所述的光学透镜，其中，
所述遮光膜的厚度朝向所述透镜部而变薄。
3.根据权利要求1或2所述的光学透镜，其中，
所述遮光膜由多个层构成。
4.一种透镜单元，其中，
所述透镜单元中配置有至少1片以上的权利要求1至3中任一项所述的光学透镜。
5.一种摄像模块，其具备：
权利要求4所述的透镜单元；及
摄像元件，检测由所述透镜单元成像的图像。
6.一种电子设备，其搭载有权利要求5所述的摄像模块。
7.根据权利要求6所述的电子设备，其中，
所述电子设备为数码摄像机。
8.根据权利要求6所述的电子设备，其中，
所述电子设备为车载用摄像机。
9.一种光学透镜的制造方法，所述光学透镜具有使光线透射的透镜部和靠近所述透镜部而设置的遮光部，所述光学透镜的制造方法中，
在所述遮光部的至少一部分形成遮光膜，
一直到从所述遮光膜的表层的所述透镜部侧的内缘进一步向所述透镜部的光轴侧延伸的位置为止进行表面粗糙化处理。
10.根据权利要求9所述的光学透镜的制造方法，其中，
所述表面粗糙化处理为激光喷射处理。
11.根据权利要求9或10所述的光学透镜的制造方法，其中，
通过使用含有遮光性物质的油墨的喷墨方式来形成所述遮光膜。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的光学透镜的制造方法，其中，
将所述油墨的1次喷出量设为0.1fl以上且10pl以下。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的光学透镜的制造方法，其中，
分多个层形成所述遮光膜。
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