TWI288272B - Display device, its manufacturing method and color filter - Google Patents

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TWI288272B
TWI288272B TW089125886A TW89125886A TWI288272B TW I288272 B TWI288272 B TW I288272B TW 089125886 A TW089125886 A TW 089125886A TW 89125886 A TW89125886 A TW 89125886A TW I288272 B TWI288272 B TW I288272B
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TW
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transparent
electrode
pixel
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TW089125886A
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Tetsuo Urabe
Nobuyuki Shigeno
Takayuki Fujioka
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Sony Corp
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Description

1288272* 狄、發明說明： 發明背景 【發明所屬之技術領域】 而該裝置背面具有形 有時以半透過反射層 本發明係與併合式顯示裝置有關， 成部分開口之反射層(在下列敘述中， 稱之）。 【先前技術】 :關併合式顯示袭置’曾在特開平n_52366號公報及特 :、’ 1 1-183892號公報中揭*。併合式顯*裝置，當處於可 分獲得外光的情況下（自然光、室内光等），會將前面入射 “光在方面之半透過反射層上進行反射，並進行利用外 光之反射式顯不，而當處於無法充分獲得外光的情況下， 則利㈣置於液晶顯示t置之背面的背光來進行透過式顯 該併合式液晶顯示裝置包括：—對基板，其係呈對向 刖後配置’-邊的電極，其係設置於一邊的基板内；另一 邊的電極’其係設置於另—邊的基板内·液晶層，其係設 置於上述-對的基板之間；半透過反射層，其係設置 面。 在液日日顯不裝置中，包括了主動式矩陣型和單純矩陣型 等種種型式。譬如，主動式矩陣型液晶顯示裝置，其一邊 的基板内的像素包括··複數個像素電極，其係呈矩陣型配 列’複數個主動元件’其係個別與上述各像素電極連接； X及訊號線’其係用來提供上述主動元件訊號；其另一邊 的基板内的像素包括··對向電極，其係與上述複數個像素
O:\66\66825-960124.DOC 1288272. 電極呈對向配置；對向區域，其制來使上述複數個像素 電極與上述對向電極形成對向配置。 此外’液晶顯示裝置還可分成用來顯示黑白影像者及用 來:員丁&色衫像者。在用來顯示彩色等多顏色影像之液晶 ”、、’、穿置方面，其如側基板内面，像素電極、對向電極分 J 〃相互對向之複數個像素相對應，並設有不同透過波段 著色膜著色膜通常為紅、綠、藍之彩色遽光器； 而各色濾光器，為了將透過像素之光轉換為色純度高的著 色光並將之射出，因此與其像素約形成為相同面積。 然而，向來之具備彩色濾光器之併合式彩色液晶顯示裝 置，在利用外光進行反射型顯示之際，其顯示畫面相當暗， 此為大問題點。其主因乃在於，彩色濾光器會吸收光所 致。彩色濾光器會使可見光中與濾光器相對應之波段的光 通過’而吸收其他波段的光，因A，透過彩色濾光器之著 色光的強纟’與其他人射光的強度較，就顯得相當低。 而併合式液晶顯示裝置，在利用背光進行透過型顯示 時，其畫面免度變暗的現象，雖然可以透過提高背光輝度 的方式來進行補償；但在利用外光進行反射式顯示時，卻 無法獲得足以補償彩色濾光器所吸收之光的高輝度入射 光。此外，液晶顯示裝置之前方所入射的光，在經前方半 透過反射層反射到由前方射出為止的過程，因通過兩次彩 色濾光器之故’使光被吸收得更多，因此顯示晝面會變得 更暗。 基於上述原因，向來採用的解決方法之一是，使彩色濾
O:\66\66825-960124.DOC 1288272. 光器的膜厚變薄來降低濾光器所吸收的光，因此可使顯示 m面隻冗。然而，一旦彩色濾光器的膜厚變薄，其吸收波 &的光透過率變大’而造成無法獲得色純度高的著色光， 以及使所顯示的彩色影像之顏色範圍變窄。 為維持透過型顯示時之色純度及改善反射型顯示時的明 度（反射率）’本發明提出併合式液晶顯示裝置，其概略圖如 圖5所7F。（A)所不為一像素之平面形狀。如圖所示，像素 PXL平面刀害,j為.與半透過反射層對應之透過部τ，以及開 乂外的反射部R。彩色濾光器CF完全覆蓋了透過部T，但 /、覆蓋了反射部R的—部份。亦即’與呈矩形狀的像素ML 相，，彩色濾光器CF被型樣化為六角形，而反射部汉的各 角落並無㈣_色濾、光器CF。如此的設計，使得透過部 T可付到充分的色純度的同時’在反射部r，則獲得混合了 受彩色濾、光器CF著色的光和無著色的光，使其明度變高。 (B)為（A)中所不之χ·χ線之切面圖。在前側基板！中包括 了，被型樣化為六角形之彩色據光器CF。在後側基板2的内 面包括了，具有開口Η之半透過型反射層8。在兩基板卜2 間有相當於光電層之液晶層3。與半透過反射層8之開口Η 對應的部份為像素之透過部τ，其他以外的部份則為反射部 R。在透過部Τ方面，由後側基板2所射入之背光先通過彩色 滤光器CF-次’再到達位於前側基板】正面位置的觀察者 處。在反射部R方面，從觀察者處射入之光線在反射層8被 反射，然後再度回到觀察者處。此時，部份的入射光通過 衫色遽光器CF不涵蓋的部份，經反射層8反射後，再通過彩
O:\66\66825-960l 24.DOC -9- 1288272* 色遽光器CF存在的部份。同時，和背光一樣，外光也只通 過一次彩色濾光器CF，因此被吸收程度不會變大，故整體 明度變高並獲得所希望的反射率。 然而，如將彩色濾光器CF型樣化為如圖示之六角形，則 因與像素PXL之矩形邊界不同之故，彩色濾光器cF之不涵 蓋的部份’有時有被認為像素缺陷的情形。此外，將彩色 遽光器CF型樣化為六角形般的特殊形狀時，產生形狀不良 的比率會增加，此也是一項問題。 【發明内容】 本發明為了解決上述問題，因此採取了如下方法。即， 本發明所採取的顯示裝置包括：一對基板，其係呈對向前 後配置；一邊的電極，其係設置於一邊的基板内；另一邊 的電極，其係設置於另一邊的基板内；彩色濾光器，其係 與上述一邊的電極和另一邊的電極為相互對向的像素整 合，没置於前側基板上；光電層，其係配置於上述一對基 板之間；以及反射層，其係設置於後侧基板上。上述反射 層在每個像素設有開口，並將各像素平面分割為開口内之 透過部和開口外之反射部。上述彩色濾光器係由著色層和 透明層的積層所構成。在結構方面的特色有：上述著色層 係以該反射部比該透過部較薄的方式形成。上述透明層係 以用來掩埋透過部和反射部間所產生的該著色層之階差之 方式形成。 其特點是，上述透明層之厚度可設定為最適當值，並且 將該著色層的光學濃度在透過部和反射部之間進行調整。 O:\66\66825-960124.DOC -10- 1288272. 在一種樣態上，其上述透明層係由該前側基板内面所形成 之透明樹脂所構成；而上述著色層係由在該透明樹脂上重 疊成之著色膜所構成。在另一種樣態上，其上述透明層係 把該前側基板之透明内面進行選擇性蝕刻所形成；而上述 著色層係為在該蝕刻後之内面上形成之著色膜。其特點 是，其上述光電層係使用具有複折射性之液晶層；在其厚 度方面，將透過部設定為反射部的二倍。其特點是，其上 述之一邊的電極為像素間所形成的共通電極，而另一邊的 電極則為每個像素各自分開的像素電極。在上述另一邊的 基板上’則形成驅動像素電極之主動元件。 根據本發明，在併合式液晶顯示裝置方面，當形成彩色 濾光器時，只有在反射部形成透明層，其上則設置有著色 層。依照此結構，只有在有透明層介於其間的部份，在反 射部上的著色層的厚度比在透過部上的厚度要來的小。因 此，反射部上的彩色濾光器的吸收程度變小，明度得到改 善，反射率變高。在另一方面，在透過部方面，因著色層 具有相當厚度之故，因此可以獲得希望的色純度（光學濃 度）。由於將透明層的膜厚進行最適化之故，如為透過型的 場合’可無損其色純度；而反射型的場合，則可將反射率 和色純度設計成所希望的數值。彩色濾光器的著色層本身 可配合像素進行型樣化，以避免形狀不良或像素缺_產 生。 【實施方式】 以下參考下列圖例，針對本發明的實施型態進行說明。
〇：\66\66825-960124.D〇C -11 - 1288272· 圖1為與本發明有關之併合式顯示裝置裝置之基本結構模 式圖。（A)所示為一像素份的切面結構。如圖所示，本顯示 裝置係由相互前後對向配置的一對基板1、2所構成，而該 基板係採用玻璃等材質。一邊的基板1的内面形成電極丨〇， 而該電極係採用ITO等材質。而在另一邊的基板2的内面則 形成電極11，而該電極係採用Ag、ιτο等材質。在一邊的 電極10與另一邊的電極丨丨相互對向的部份形成像素。在此 像素整合，前側基板丨上設有彩色濾光器CF。在前後一對基 板1、2之間存在著相當於光電層作用的液晶層3。此液晶層 3係由Guest-Host液晶等所形成，可對施加在電極1〇、電極 11間的電壓產生回應，讓每一像素對入射光進行遮斷/通過 動作。此外，本發明並不僅限於液晶，亦可使用其他光電 物質。再者，亦不限於採用Guest>Host液晶，亦可使用其他 模式的液晶。在後側基板2上設有反射層8。該反射層8在每 一像素上設有開口，並將各像素平面分割為開口内之透過 邛T和開口外之反射部R。在本例中，反射層8係由基板2之 凹凸面上所形成之Ag金屬膜所構成，其還同時扮演上述電 極11的角色。此外，透過部丁係由11[〇等透明導電膜所形成， 其除構成上述開口外還同時扮演電極丨丨的角色。如以上所 述可知，在本例中，在基板2上所形成的電極丨丨具備了，由 反射部R上的金屬膜以及透過部上的透明導電膜的併合式 結構。 本發明的特色之一為，彩色濾光器CF是由著色層50和透 明層5丨之積層所構成。著色層5〇係以反射部R比透過部丁較
O:\66\66825-960124.DOC •12- 1288272· 薄的方式形成。透明層5 1係以掩埋透過部T和反射部R間所 產生的著色層50的階差之方式形成。具體而言，透明層51 係是由前侧基板1内面所形成的透明樹脂膜所構成，而著色 層50係由重疊在透明樹脂膜上的著色膜所構成。透明層^ 之尽度可設定為最適當值（譬如，在本例中，透明層之厚 度為3//m)，並可將該著色層5〇的光學濃度在透過部了和反 射部R之間進行調整。如前所述，在本發明之併合式顯示装 置上，只在反射部R之壓克力樹脂等之透明樹脂膜方面是以 光微影蝕刻（photolithography)等方法進行選擇性形成，在 其上面同樣也用石版照相等方法將著色層5〇進行積層。在 透過部T方面，和一般一樣，入射光（背光）先通過具有相當 厚度的彩色遽光器CF —次’如此可得到希望的色彩重現 性。在反射部R方面，因透明樹脂膜介於其間使光學濃度下 降的彩色濾光器CF，由於入射光（外光）重複通過它兩次之 故’故亦可得到希望的色彩重現性。此時，由於反射部R 的著色層5 0的厚度變薄，所以即使外光重複通過彩色濾光 器CF兩次，也不會有過度吸收的現象，而維持高反射率， 以及合乎實用程度的畫面亮度。透明層51因膜厚的調整， 可無損透過型顯示的色純度；且反射型顯示可自由調整其 反射率、色純度、明度，因此可在透過部、反射部上設計 出最適當的光學濃度。 (B)為本顯示裝置之平面形狀之構造圖。如圖所示，黑色 矩陣BM將各像素PXL分割為格子狀。各像素Pxl被平面分 割為中央透過部T和週邊反射部R，亦即所謂併合式結構。 O:\66\66825-960124.DOC -13- 1288272 彩色濾光器和被黑色矩陣BM所分割的像素pxl概略對 應’呈現相當近似的型樣化。由於並不須要如同以往般將 彩色遽光器進行特殊形狀的型樣化之故，因此不會出現顏 色不足或缺陷等現象。此外，將彩色濾光器以石版照相或 餘刻進行型樣化之際，也不易產生形狀不良的現象。再者， 在本例中，透過部T和反射部R的面積比為1 ·· 4，但其比率 會隨著色層50之各部份的膜厚而變。 圖2為一模式切面圖，係圖1所示之彩色濾光器之變形 例。彩色濾光器CF依照各像素分別被著色，並在基板1形 成。彩色濾光器被平面分割為：透過光區域t，其係各像素 内光只在通過一次之區域；以及反射光區域『，其係光先通 過一次後，被反射然後反覆通過二次的區域。彩色濾光器 CF具有由著色層50和透明層51重疊而成的積層結構。在本 例中，透明層51係把基板1之透明的一面進行選擇性蝕刻所 形成，而著色層50則是在触刻後基板i的一面上所形成的著 色膜。譬如，基板1採用玻璃材質，使用氟酸來把透過光區 域t實施選擇性蝕刻，則可在反射光區域r上形成透明層51。 圖3為一模式部份切面圖，係本發明之顯示裝置之良好實 施例，它所呈現的内容僅為一像素份。本實施例為主動式 矩陣型顯示裝置，而且其採用ECB(Electrically c〇ntr()lle(i
Birefngence)模式的液晶面板。亦即，利用液晶之複折射性 來控制入射光之通過/遮斷動作。再者，用來驅動主動式矩 陣型顯示裝置的像素之主動元件，則採用了薄膜晶體TFT。 如圖所不，前側基板1的外表面貼有偏光版4〇和1/4波長 O:\66\66825-960124.DOC -14- 1288272 板9。基板1的内表面，依照本發明所示，則形成了由著色 層50和透明層51重璺而成的彩色濾光器CF。如同彩色濾光 器CF依各像素被分割一樣，黑色矩陣bm也因基板丨之内面 的濺射（spattering)等作用而形成。在彩色濾光器⑶和黑色 矩陣BM的表面上，各像素均配置有因共通之濺射等作用而 形成的共通電極10,而該電極係為IT〇等材料。在其上面， 有由OFFSET印刷所形成的膜狀的p〇lyamide配向膜1〇7。此 外還有具複折射性之液晶3存在其間，其下則配置有後側基 板2。基板2的表面覆蓋著Polyamide材質的配向膜115，它 與别側基板的配向膜107產生協動，將液晶層3進行水平配 向。如圖所示’在液晶層3的厚度方面，將其透過部Td設定 為反射部Rd的兩倍。具否而言，Td相當於入射光波長的 1 /2 ’ Rd則同樣為該入射光波長的丨/4。配向膜115下方有因 濺射等作用而形成的像素電極U。此像素電極丨i由IT〇等透 明導電膜所構成，形成透過部的開口。藉由絕緣膜丨丨4，以 及經由濺射等作用，而形成了與透明電極丨丨部份重疊的反 射層8。反射層8係由Ag等金屬膜所構成，而該金屬膜係在 有機樹脂膜之絕緣膜114之凹凸面上形成。反射層8與前述 像素電極11連接在同一電位上。因此，反射層8也是構成像 素電極的一部份。在像素電極丨丨下有依照一般方式形成的 薄膜晶體108。該薄膜晶體1〇8呈現底閘（bottom-gate)構造， 其重疊積層結構，由下而上依序為：閘電極丨16，其係採用 Mo-Ta等材質；閘絕緣膜117，其係採用8丨〇2_等材質；以及 半導體薄膜118。半導體薄膜118係由雷射再結晶化之多結 O:\66\66825-960124.DOC -15- 1288272 晶矽所構成，它在它與閘電極116整合的頻道區域中，由上 方受到SiO之材質之制動器119的保護。具有底閘構造的薄膜 晶體108外面包覆著Si〇2_材質之層間絕緣膜120。層間絕緣 膜120上開有一對接觸口，透過它們，源電極121及汲電極 122可與薄膜晶體1〇8連接。源電極121及汲電極122是將鋁 實施型樣化而成。汲電極122與上述像素電極11連接。此 外，藉由在絕緣膜114上形成之接觸口 112，反射層8也和汲 電極122進行電子性連接。再者，源電極121有訊號電壓的 供應。最後，在後側基板2的背面，則貼有1/4波長板19和 偏光板41。 圖4為圖3示顯示裝置之動作模式的說明圖，尤其強調反 射部方面的構造。右邊為外加電壓OFF的狀態，有光通過； 而左邊為外加電壓ON的狀態，光處於被遮斷的狀態。此一 反射型顯示裝置的重疊構造，由上往下依序為：偏光板4〇; 1/4波長板9 ;前側基板1 ;彩色濾光器CF ;共通電極1〇 ;液 晶層3，其具有複折射性；反射層8，其兼具像素電極功能； 後侧基板2。在OFF的狀態下，液晶分子4呈水平配向，液 晶層3發揮1/4波長板的功能。而在on的狀態下，液晶分子4 則變為垂直配向’液晶層3無法發揮1 /4波長板的功能。換 言之，在OFF的狀態下，發揮1 /4波長板的功能的液晶層3 和1/4波長板9重疊，整體可當成1/2分波長板，發揮其功能。 反射型的場合’因入射光在面板中反覆動作再射出之故， 所以面板發揮一波長板的功能。總之，一波長板因將入射 光原封不動當成射出光事之透過之故，透過偏光板4〇之入 O:\66\66825-960124.DOC -16- 1288272 射直線偏光也原封不動成為射出直線偏光，傳至觀察者 處’如此使光成為通過狀態。另一方面，在ON的狀態下液 晶層3失去1/4波長板的功能，因此只剩下1/4波長板9。在反 射型方面’入射光往返於1/4波長板9，因此面板結果是發 揮1/2波長板的功能。1/2波長板將入射直線偏光旋轉9〇。作 為射出直線偏光。因此，透過偏光板4〇之射入直線偏光便 旋轉90°而成為射出直線偏光，而被偏光板4〇所吸收。因而 可獲得光的遮斷狀態。再者，透過部的動作也和上述反射 部相同。透過部剛好以反射層8為界線，與其上部形成鏡面 關係的部份則配置於反射層8之下。亦即，其結構為：液晶 層3的厚度變為2倍，並在後側基板2的背面追加1/4波長板 19及偏光板41(參考圖3)。此外，彩色濾光器CF的厚度和反 射部相較，也變為約2倍（參考圖3)。再者，在本例中，RGB 各色都採用同樣膜厚的CF，但採用每RGB都將著色層50、 透明層5 1的膜厚最適化等具有變化的結構亦無妨。 發明的效果 如鈿所述，依照本發明，在併合式顯示裝置上同時可實 現’具尚色純度的透過率和高反射率的反射部。此外，因 像素内的彩色濾光器CF勿需實施特殊形狀之型樣化之故， 在觀察者眼中不會出現色彩不足或顏色缺陷的現象。而 且，將彩色濾光器以石版照相進行型樣化時也不易產生不 良狀況。 【圖式簡單說明】 圖1本發明之標準切面圖及平面圖，用來說明與本發明有 O:\66\66825-960124.DOC -17- 1288272 · 關之顯示裝置的基本結構。 圖2與本發明有關之彩色濾光器的一例之切面圖。 圖3與本發明有關之顯示裝置之實施例之部份切面圖。 圖4用來說明圖3顯示裝置之動作的模式圖。 圖5傳統式顯示裝置之一例的模式圖。 O:\66\66825.960124.DOC -18 -

Claims (1)

1288272 拾、申請專利範圍： 1' 一種顯示裝置，其包括： 一對基板，其係呈對向前後配置； 一邊的電極，其係設置於一邊的基板内面； 另-邊的電極，其係設置於另—邊的基板内面； 彩色遽光器’其係與上述—邊的電極和另—邊的電極 為相互對向的像素整合，設置於前側基板上； 光電層，其係配置於上述一對基板之間；以及 反射層，其係設置於後侧基板上；其特徵為： 上述反射層在每個像素設有開口，並將各像素平面分 割為開口内之透過部和開口外之反射部； 上述彩色滤光器係由著色層㈣明層㈣層所構成； 上述著色層係以偏該反射部處比偏該透過部處較薄的 方式形成； 上述透明層係以掩埋透過部和反射部間所產生的上述 著色層之階差之方式形成； 上述透明層係設定為最適當厚度，並將該著色層之光 學濃度在透過部和反射部之間進行調整。 2.如申明專利範圍第1項之顯示裝置，其中上述透明層係由 該前側基板内面所形成之透明樹脂膜所構成；而上述著 色層係由在該透明樹脂膜上重疊成之著色膜所構成。 3·如申凊專利範圍第1項之顯示裝置，其中上述透明層係把 該前側基板之透明内面進行選擇性蝕刻所形成；而上述 著色層係為在該蝕刻後之内面上所形成之著色膜。 O:\66\66825-960124.DOC 1288272 4. 5· 6. 如申請專利範圍第i項之顯示裝 曰士 丨衣罝，其中上述光電層係由 :::折射性之液晶層所構成；在其厚度方面，將透過 部设定為反射部的二倍。 如申請專利範圍第!項之顯示裝置，#中上述之一邊的電 極為像素間共通形成的共通電極n邊的電極則為 就每個像素各自分開的像素電極；在上述另-邊的基板 上，則形成驅動像素電極之主動元件。 -種顯示裝置之製造方法’該裝置包括：一對基板，盆 係呈對向前後配置；-邊的電極，其係設置於—邊的基 板内面；另—邊的電極’其係設置於另—邊的基板内面； 彩色濾光器，其係與上述—邊的電極和另—邊的電極相 互對向的像素整合，設置於前側基板上；光電層，盆係 配置於上述之-對基板之i以及反射層，其係設置於 後側基板上； 上述反射層在每個像素設有開口 ’並將各像素平面分 割為開口内之透過部和開口外之反射部； 上述彩色濾光器係由著色層和透明層的積層所構成； 其特徵為：上述著色層係以偏該反射部處比偏該透過部 處較薄的方式形成； 上述透明層係以掩埋透過部和反射部間所產生的著色 層之階差之方式形成； 上述透明層係設定為最適當厚度，並將該著色層之光 學濃度在透過部和反射部之間進行調整。 7.如申請專利範圍第6項之顯示裝置之製造方法，其中上述 O:\66\66825-960124.DOC -2 - 1288272 透明層係使用由該前侧基板内面所形成之透明樹脂膜； 而上述著色層係使用由在該透明樹脂上重疊成之著色 膜。 8·申請專利範圍第6項之顯示裝置之製造方法，其中上述透 明層係把該前側基板之透明内面進行選擇性#刻所形 成；而上述著色層係為在該蝕刻後之内面上形成之著色 膜。 9·申請專利範圍第6項之顯示裝置之製造方法，其中上述光 電層係使用具有複折射性之液晶層；在其厚度方面，將 透過部設定為反射部的二倍。 10·申請專利範圍第6項之顯示裝置之製造方法，其中上述之 一邊的電極為像素間共通形成的共通電極，而另一邊的 電極則為就母個像素各自分開的像素電極；在上述另一 邊的基板上，則形成驅動像素電極之主動元件。 U· 一種彩色濾光器，其係將各像素分別著色，在基板上形 成，並平面分割為：透過光區域，其係只讓光在各像素 内通過一次；以及反射光區域，其係將通過一次的光反 射回並往復使之通過二次；其係為由著色層和透明層重 疊而成之積層構造； 上述著色層係以偏該反射光區域處比偏該透過光區域 處較薄的方式形成、 上述透明層係以掩埋透過光區域和反射光區域間所產 生的著色層之階差之方式形成； 上述透明層係設定為最適當厚度’並將該著色層之光 O:\66\66825-960124.DOC 1288272 學濃度在透過光區域和反射光區域之間進行啁整。 &如申請專利範圍第u項之彩色濾光器，其中上述透明層 係由在該基板之一面所形成之透明樹脂膜所構成，·而上 述著色層係由在該透明樹脂膜上重疊成之著色膜所構 成。 13.如申請專利範圍第^項之彩色濾光器，其中上述透明層 係把該基板之透明一面進行選擇性钱刻所形成；而上述 著色層係為在該蝕刻後之一面上所形成之著色膜。 O:\66\66825-960124.DOC -4 -
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