TWI457615B - 彩色濾光片、光柵結構及顯示模組 - Google Patents

Description

彩色濾光片、光柵結構及顯示模組

本揭示內容是有關於一種光學元件，且特別是有關於一種用於濾光片上的光柵結構。

隨著電子技術的發展以及消費性電子產品的普及，各式各樣電子顯示產品已日漸普及。在目前的顯示裝置尤其是液晶顯示裝置中，通常設置有濾光片等光學元件，用來遮蔽不必要的光線並形成不同的色光。

濾光片通常是在玻璃、塑膠薄片等透明基板的表面形成黑色矩陣遮光結構(black matrix,BM)等光柵結構，接著依序將紅、綠、藍等3種以上不同之色相形成條紋狀或馬賽克(mosaic)狀等之色圖案。圖案大小隨濾光片之用途及各個顏色而異。

其中，黑色遮光罩要求有高的遮光性。以往，用鉻(Cr)等金屬膜形成黑色矩陣遮光結構(Cr-BM)是一般常用的方法。一般利用鉻膜形成黑色光柵的製程，需經過濺鍍、旋轉塗佈正型光阻、曝光、光阻顯影、蝕刻以去除正型光阻等，方可形成黑色的光柵結構圖案。利用鉻膜形成黑色光柵的作法具有製造步驟長且生產效率較低的問題，且蝕刻處理之廢液可能造成環保問題。

近來，歐盟已在2006年7月1日全面禁止在電子電器設備中使用鉛、鎘、汞及六價鉻等重金屬。鉻膜遮光罩需以其他材料取代，目前樹脂遮光罩(resin-BM)為主要用來取代目前的鉻膜的遮光材料。

使用樹脂遮光罩僅需塗佈、曝光、顯影的步驟即可完成黑色矩陣的製作，所需製程設備成本較低。然而，樹脂遮光罩的遮光效果較差，需增加厚度方能達到類似的遮光效果。一般來說，鉻膜遮光罩(Cr-BM)厚度約為0.15μm，而樹脂遮光罩(resin-BM)約需1.1~1.2μm。除了厚度增加之外，樹脂遮光罩本身表面平坦性不佳，容易發生製程管控上的問題，並且有不易與框膠黏著的缺點。

為了解決上述問題，本發明提出一種具有多層膜光柵結構的彩色濾光片，其具有一反射層以及介於反射層與玻璃基板之間的多個透光層，利用多個透光層的折射率差異形成光學干涉或繞射現象，藉此形成可見光反射率低於5%的遮光效果。

因此，本發明內容之一態樣是在提供一種用於顯示模組中的彩色濾光片。彩色濾光片包含基板以及設置於其上上的光柵結構。其中，光柵結構包含複數層透光層以及光反射層，複數層透光層依序堆疊設置於該基板上，光反射層設置於該等透光層上，其中透光層各自具有相異的折射率。

根據本發明內容之一實施例，其中每一透光層分別由透明介電材料所製成，其中，透明介電材料包含氮化矽、氧化矽或上述材料之混合物。

根據本發明內容之另一實施例，其中光反射層由金屬材料所製成。

根據本發明內容之又一實施例，其中光柵結構係包含至少三層透光層。

此外，本發明內容之另一態樣是在提供一種光柵結構，其設置彩色濾光片之基板上，光柵結構包含複數層透光層以及光反射層。複數層透光層依序堆疊設置於基板上，且其中該等透光層各自具有相異的折射率。光反射層設置於該等透光層上。

根據本發明內容之一實施例，其中每一透光層分別由透明介電材料所製成，其中，透明介電材料包含氮化矽、氧化矽或上述材料之混合物。

根據本發明內容之另一實施例，其中光反射層由金屬材料所製成。

根據本發明內容之又一實施例，其中光柵結構係包含至少三層透光層。

此外，本發明內容之又一態樣是在提供一種顯示模組，其包含顯示面板以及彩色濾光片，彩色濾光片設置緊鄰顯示面板。彩色濾光片包含基板以及光柵結構，光柵結構設置於基板與顯示面板之間。光柵結構包含複數層透光層以及光反射層。複數層透光層依序堆疊設置於基板上，且其中該等透光層各自具有相異的折射率。光反射層設置於該等透光層上且鄰近顯示面板。

根據本發明內容之一實施例，其中每一透光層分別由透明介電材料所製成，其中，透明介電材料包含氮化矽、氧化矽或上述材料之混合物。

根據本發明內容之另一實施例，其中光反射層由金屬材料所製成。

根據本發明內容之又一實施例，其中光柵結構係包含至少三層透光層。

應用本揭示內容之優點在於利用金屬材質的光反射層可使光柵結構的表面較為平坦，提高光柵結構的製程穩定性，此外利用透光層之間相異的折射率來降低可視光的反射率，進而達到遮光效果，如此一來便不需要鉻金屬或其他重金屬化合物的鍍膜製程，亦不需要塗佈任何暗色塗料，符合環保趨勢。

為達到前述效果，本發明的彩色濾光片及顯示模組，在濾光片上的光柵結構中包含了複數層具有不同折射率的透光層，利用繞射或干涉的方式降低可視光的整體反射率，其詳細設置實施方式說明如下。

請參照第1圖，其繪示根據本發明之一實施例中一種光柵結構100的剖面示意圖。光柵結構100可設置於彩色濾光片之基板202上。實際應用中，此處之基板202可為玻璃基板、透明塑料基板或其他材質之透明基板，光柵結構100可作為各種顯示裝置中的黑色矩陣遮光結構(black matrix,BM)。光柵結構100包含複數層透光層以及光反射層104。於此實施例中，光柵結構100中的透光層共包含三層，如第1圖中所示的透光層102a~102c，然而本發明並不以三層為限。透光層102a、透光層102b以及透光層102c依序堆疊設置於基板202上，而光反射層104則設置於該等透光層上，於此實施例中，光反射層104係設置於最外側的透光層102c上。

其中，每一透光層(102a~102c)分別由透明介電材料製成，上述透明介電材料可包含氮化矽(Si_x N)、氧化矽(Si_x O)或上述材料之混合物，須特別說明的是，透光層102a、透光層102b以及透光層102c各自具有相異的折射率，其中每一層透光層(102a~102c)的折射率差異可透過材料折射率、不同材料混合比率或其他製程方法來形成。

光反射層104可由金屬材料製成，於此實施例中，光反射層104上不需經過特別的鍍膜或表面處理，可避免重金屬污染與相關的環保問題，也就是說，光反射層104可保留原始的金屬材料的原始色澤。

當由基板202(如玻璃基板)照射進來的可見入射光L1，經過具有不同折射率的多層透光層結構(透光層102a、透光層102b以及透光層102c)，便會發生繞射現象；隨後，照射到金屬材質的光反射層104後而產生的反射光L2，亦會與其他入射光發生光干涉相消現象，最終可使得反射光L2的亮度低於入射光L1亮度的5%以下。

也就是說，本實施例中的光柵結構100(多層透光層與光反射層104)整體的可見光反射率係低於5%。如此一來，以使用者肉眼所觀察到設置有光柵結構100的顯示區域，因反射的可見光亮度極低，便趨近於視覺上的黑色，藉此達到遮光的效果。

此外，利用金屬製成的光反射層104，其表面平整度較佳，且不需經過特別的鍍膜或表面處理，可避免重金屬污染與相關的環保問題。

須補充的是，依本發明此實施例所形成的光柵結構100中，透光層102a、透光層102b、透光層102c與光反射層104其厚度總合約為0.3~0.4μm，即可達到可見光反射率<5%的效果，其厚度優於可達類似效果的習知的樹脂遮光罩(約1.1~1.2μm)。視實際應用上的需要，於另一實施例中，亦可堆疊設置更多層的透光層(例如設置4層以上的透光層)來達到較佳的遮光效果。

請一併請參照第2圖，其繪示根據本發明之另一實施例中一種彩色濾光片300的剖面示意圖。如第2圖所示，此實施例中的彩色濾光片300中包含有前述實施例的光柵結構100，有關光柵結構100的詳細結構請參閱前述段落，在此不另贅述。

如第2圖所示，於此實施例中，彩色濾光片300中主要包含基板302、設置於基板302上的光柵結構100。另一方面，彩色濾光片300可進一步包含其他光學膜層，如保護層303、透明電極層304、顯示元件區間(如顯示元件區間306R、306G、306B等)以及偏光片308等，以便配合實際應用上的需求，但本發明並不以此為限。其中，基板302可為玻璃基板、透明塑料基板或其他材質之透明基板。

當由基板302照射進來的可見入射光L1'，經過具有不同折射率的多層透光層結構時，便會發生繞射現象；隨後，經光柵結構100產生的反射光L2'，亦會與其他入射光發生光干涉相消現象，最終可使得反射光L2'的亮度低於入射光L1'亮度的5%以下。

藉此，透過本發明之多層膜光柵結構的設置，使彩色濾光片達到可見光反射率低於5%的遮光效果，此外，彩色濾光片具有厚度輕薄、製程穩定性高等優點，且可避免環保問題。

請一併請參照第3圖，其繪示根據本發明之另一實施例中一種顯示模組500的剖面示意圖。如第3圖所示，顯示模組500包含顯示面板502以及如上述實施例中所揭露的彩色濾光片300，其中，彩色濾光片300更可包含前述實施例的光柵結構100。有關彩色濾光片300與光柵結構100的詳細結構請參閱前述段落，在此不另贅述。

於此實施例中，顯示模組500中的顯示面板502可為薄膜電晶體(TFT-LCD)液晶顯示面板、電子紙顯示面板、主動矩陣式有機發光二極體(AMOLED)顯示面板或其他具相等性的電子顯示面板。於第3圖中，顯示面板502以液晶顯示面板為例，顯示模組500中進一步設置有畫素驅動電路(pixel driver)、背光源(backlight)以及背光驅動電路等(未繪示)，但本發明並不以為限，例如電子紙、AMOLED面板便可省略背光元件。

於此實施例中，彩色濾光片300係緊鄰顯示面板502設置，彩色濾光片300包含基板302以及光柵結構100。其中，光柵結構100係設置於基板302與顯示面板502之間。光柵結構包含複數層透光層(如透光層102a~102c)以及光反射層104。透光層102a~102c依序堆疊設置於基板302上，且其中該等透光層102a~102c各自具有相異的折射率。光反射層104設置於最外側的透光層102c上且鄰近顯示面板104。

如第3圖所示，於此實施例中，彩色濾光片300進一步包含其他光學膜層，如保護層303、透明電極層304、顯示元件區間(如顯示元件區間306R、306G、306B等)以及偏光片308等。

藉此，透過本發明之多層膜光柵結構的設置，使顯示面板中的彩色濾光片達到可見光反射率低於5%的遮光效果。藉此，本發明所揭露的顯示模組具有厚度輕薄、製程穩定性高等優點，且可避免環保問題，適合用於各種顯示裝置當中。

雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．光柵結構

102a．．．透光層

102b．．．透光層

102c．．．透光層

104．．．光反射層

202．．．基板

L1．．．入射光

L2．．．反射光

300．．．彩色濾光片

302．．．基板

303．．．保護層

304．．．透明電極層

306R．．．顯示元件區間

306G．．．顯示元件區間

306B．．．顯示元件區間

308．．．偏光片

L1'．．．入射光

L2'．．．反射光

500．．．顯示模組

502．．．顯示面板

為讓本揭示內容之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖繪示根據本發明之一實施例中一種光柵結構的剖面示意圖；

第2圖繪示根據本發明之另一實施例中一種彩色濾光片的剖面示意圖；

第3圖繪示根據本發明之另一實施例中一種顯示模組的剖面示意圖。

100．．．光柵結構

102a．．．透光層

102b．．．透光層

102c．．．透光層

104．．．光反射層

202．．．基板

L1．．．入射光

L2．．．反射光

Claims (15)

1. 一種彩色濾光片，用於一顯示模組中，該彩色濾光片包含：一基板；以及一光柵結構，設置於該基板上，該光柵結構包含：複數層透光層，依序堆疊設置於該基板上，其中該等透光層各自具有相異的一折射率，且接觸該基板的該透光層由透明介電材料所製成；以及一光反射層，設置於該等透光層上，其中該等透光層與該光反射層之厚度總合介於0.3至0.4μm。
2. 如申請專利範圍第1項所述之彩色濾光片，其中每一透光層分別由一透明介電材料所製成。
3. 如申請專利範圍第2項所述之彩色濾光片，其中該透明介電材料包含氮化矽、氧化矽或上述材料之混合物。
4. 如申請專利範圍第1項所述之彩色濾光片，其中該光反射層由一金屬材料所製成。
5. 如申請專利範圍第1項所述之彩色濾光片，其中該光柵結構係包含至少三層透光層。
6. 一種光柵結構，設置一彩色濾光片之一基板上，該光柵結構包含：複數層透光層，依序堆疊設置於該基板上，其中該等透光層各自具有相異的一折射率，且接觸該基板的該透光層由透明介電材料所製成；以及一光反射層，設置於該等透光層上，其中該等透光層與該光反射層之厚度總合介於0.3至0.4μm。
7. 如申請專利範圍第6項所述之光柵結構，其中每一透光層分別由一透明介電材料所製成。
8. 如申請專利範圍第7項所述之光柵結構，其中該透明介電材料包含氮化矽、氧化矽或上述材料之混合物。
9. 如申請專利範圍第6項所述之光柵結構，其中該光反射層由一金屬材料所製成。
10. 如申請專利範圍第6項所述之光柵結構，係包含至少三層透光層。
11. 一種顯示模組，包含：一顯示面板；以及一彩色濾光片，設置緊鄰該顯示面板，該彩色濾光片包含：一基板；以及一光柵結構，設置於該基板與該顯示面板之間，該光柵結構包含：複數層透光層，依序堆疊設置於該基板上，其中該等透光層各自具有相異的一折射率，且接觸該基板的該透光層由透明介電材料所製成；以及一光反射層，設置於該等透光層上且鄰近該顯示面板，其中該等透光層與該光反射層之厚度總合介於0.3至0.4μm。
12. 如申請專利範圍第11項所述之顯示模組，其中每一透光層分別由一透明介電材料所製成。
13. 如申請專利範圍第12項所述之顯示模組，其中該透明介電材料包含氮化矽、氧化矽或上述材料之混合物。
14. 如申請專利範圍第11項所述之顯示模組，其中該光反射層由一金屬材料所製成。
15. 如申請專利範圍第11項所述之顯示模組，其中該光柵結構係包含至少三層透光層。