專利名稱：彩色濾光片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種彩色濾光片，尤其是指一種運(yùn)用薄膜干涉原理的彩色濾光片結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
彩色濾光片是決定一彩色液晶面板的顏色、對比、色澤、鮮明度及飽和度等特性的關(guān)鍵組件，且其占液晶面板成本的比重相當(dāng)高。圖1為一液晶顯示器的彩色濾光片100的示意簡圖。如圖1所示，玻璃基板102上形成有紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三原色的不同濾光層104、106、108，且兩相鄰的濾光層間形成有如鉻金屬構(gòu)成的黑矩陣層(BM)110以避免相鄰顏色相混合，最后再于頂部形成一透明電極112。
目前主要的商業(yè)化彩色濾光片制作方法是采用顏料分散法，顏料分散法的工藝類似半導(dǎo)體的光刻工藝。圖2為一概略流程圖，顯示公知顏料分散法制造彩色濾光片的步驟。如圖2所示，該方法是將感光著色材料涂布于已形成黑矩陣層的玻璃基板上，再進(jìn)行曝光顯影(exposure and develop)、洗凈步驟，并重復(fù)此流程三次以分別形成紅(R)、綠(G)及藍(lán)(B)三色圖案，最后再形成保護(hù)層及透明電極層，即構(gòu)成一彩色濾光片。
然而，此彩色濾光片制造方式明顯有如下缺點(diǎn)。首先，就制造過程而言，因紅、綠、藍(lán)三色顏料與光刻膠是以旋轉(zhuǎn)涂布(spin coating)方式形成于玻璃基板上，此方式的材料利用率相當(dāng)?shù)?，故會浪費(fèi)相當(dāng)多的材料而使成本相對提高。再者，就制造出的濾光片成品而言，利用顏料分散法形成的彩色濾光片，其濾出的紅、綠及藍(lán)光光譜的解析度并不理想，如此會降低液晶顯示器顯示時的色彩飽和度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種彩色濾光片，其能使透過其中的紅、綠及藍(lán)光各自光譜具有良好的解析度，以提高液晶顯示器顯示時的色彩飽和度。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種彩色濾光片，該彩色濾光片具有多個紅光、綠光及藍(lán)光穿透區(qū)，且液晶顯示器的一像素單元至少涵蓋一紅光、一綠光及一藍(lán)光穿透區(qū)，該彩色濾光片包含一透明基板；一第一反射層，形成于該透明基板上；一間隙層，形成于該第一反射層上，該間隙層具有依不同厚度值區(qū)分的多個第一區(qū)域、多個第二區(qū)域及多個第三區(qū)域，且各第一、第二及第三區(qū)域分別重合該彩色濾光片的該紅光、綠光及藍(lán)光穿透區(qū)；一第二反射層，平行該第一反射層形成于該間隙層上；及一干涉層，形成于該第二反射層上重合該第一區(qū)域位置處。
本發(fā)明還提出另一種彩色濾光片，其包含一透明基板，其上形成有一黑矩陣層，且該黑矩陣層將該透明基板分隔出多個鍍膜區(qū)域；多個單腔法布里-珀羅濾波結(jié)構(gòu)，各濾波結(jié)構(gòu)形成于各鍍膜區(qū)域上，且每三個彼此具有不同間隙厚度的單腔法布里-珀羅濾波結(jié)構(gòu)構(gòu)成液晶顯示器的一像素單元的紅光、綠光及藍(lán)光穿透區(qū)；及一干涉層，形成于構(gòu)成該紅光穿透區(qū)的該單腔法布里-珀羅濾波結(jié)構(gòu)上。
本發(fā)明還提出一種彩色濾光片，用以將入射光分離出具有不同波長范圍的原色色彩分量，該彩色濾光片包含一透明基板；一第一反射層，形成于該透明基板上；多個間隙元件，形成于該第一反射層的預(yù)定位置上；及一第二反射層，形成于該多個間隙元件上且相對該第一反射層平行設(shè)置；其中該第一及該第二反射層與該多個間隙元件構(gòu)成多個單腔法布里-珀羅濾波結(jié)構(gòu)，所述多個單腔法布里-珀羅濾波結(jié)構(gòu)包含濾出紅光的第一濾波結(jié)構(gòu)、濾出綠光的第二濾波結(jié)構(gòu)及濾出藍(lán)光的第三濾波結(jié)構(gòu)，且該第一、第二及該第三濾波結(jié)構(gòu)同時形成于液晶顯示器的一像素單元內(nèi)。
本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明的彩色濾光片包含一透明基板、一第一反射層、一第二反射層及一間隙可調(diào)的間隙層。第一反射層形成于透明基板上，且間隙層介設(shè)于平行設(shè)置的第一及第二反射層之間。間隙層對應(yīng)一像素單元的分布區(qū)域具有三個不同厚度值，以分別構(gòu)成彩色濾光片對應(yīng)一像素單元的紅光、綠光及藍(lán)光穿透區(qū)。再者，可另形成一干涉層于第二反射層上對應(yīng)紅光穿透區(qū)位置處，以優(yōu)化穿透紅光穿透區(qū)的輸出光譜。
通過本發(fā)明的設(shè)計(jì)，因兩平行設(shè)置的反射層與具不同厚度分布的間隙層可構(gòu)成多個單腔法布里-珀羅(single cavity Fabry-Perot)濾波結(jié)構(gòu)，且每三個彼此具有不同間隙厚度的單腔法布里-珀羅濾波結(jié)構(gòu)是對應(yīng)一像素單元設(shè)置，以構(gòu)成彩色濾光片對應(yīng)一像素單元的紅光、綠光及藍(lán)光穿透區(qū)，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，可獲得解析度良好的紅、綠及藍(lán)光各自的穿透光譜，并提高液晶顯示器顯示時的色彩飽和度。


圖1為一液晶顯示器的彩色濾光片示意簡圖。
圖2為一概略流程圖，顯示公知顏料分散法制造彩色濾光片的步驟。
圖3為依本發(fā)明的一實(shí)施例，顯示一彩色濾光片的剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖4A-圖4D為依本發(fā)明的一材料及膜厚選擇實(shí)例，顯示經(jīng)本發(fā)明彩色濾光片濾出的不同色光光譜圖。
圖5為依本發(fā)明的另一實(shí)施例，顯示一彩色濾光片的剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖6A-圖6D為依本發(fā)明另一材料及膜厚選擇實(shí)例，顯示經(jīng)本發(fā)明彩色濾光片濾出的不同色光光譜圖。
圖7為依本發(fā)明另一材料及膜厚選擇實(shí)例，顯示經(jīng)本發(fā)明彩色濾光片濾出的輸出光譜圖。
圖8為依本發(fā)明另一材料及膜厚選擇實(shí)例，顯示經(jīng)本發(fā)明彩色濾光片濾出的輸出光譜圖。
主要元件符號說明10、30 彩色濾光片12紅光穿透區(qū)14 綠光穿透區(qū)16藍(lán)光穿透區(qū)18、22 反射層20間隙層24 干涉層26黑矩陣層28 透明基板 100 彩色濾光片102 玻璃基板 104、106、108 濾光層110 黑矩陣層 112 透明電極具體實(shí)施方式
圖3為依本發(fā)明的一實(shí)施例，顯示一彩色濾光片10的剖面結(jié)構(gòu)圖。彩色濾光片10具有對應(yīng)液晶顯示器的一像素單元形成的紅光(R)穿透區(qū)12、綠光(G)穿透區(qū)14及藍(lán)光(B)穿透區(qū)16，且兩相鄰穿透區(qū)間以形成于透明基板28上的黑矩陣層26隔開，以避免相鄰色光相互混合。
如圖3所示，彩色濾光片10的各個穿透區(qū)域是由形成于透明基板28上的三層薄膜結(jié)構(gòu)所構(gòu)成，包含一第一反射層18、一間隙層20及一第二反射層22，且間隙層20介設(shè)(interposed)于兩平行設(shè)置的第一反射層18與第二反射層22之間。反射層18、22與間隙層20可利用高真空度下的蒸鍍或?yàn)R鍍的真空鍍膜方式形成于透明基板28上黑矩陣層26所分隔出的多個鍍膜區(qū)域。
依本發(fā)明的設(shè)計(jì)，兩平行反射層18、22中間介設(shè)一間隙可調(diào)的間隙層20，可構(gòu)成一單腔法布里-珀羅(single-cavity Fabry-Perot)干涉濾波結(jié)構(gòu)。當(dāng)光行經(jīng)兩反射鏡面所構(gòu)成的平行腔時，若兩平行反射層的間隙大小(即間隙層厚度)為入射光半波長(λ/2)的整數(shù)倍時，則產(chǎn)生相長干涉(constructiveinterference)而輸出窄波長范圍的高解析度光波，故通過調(diào)整間隙層的厚度，可決定該單腔法布里-珀羅濾波結(jié)構(gòu)輸出的具最大穿透率的中心波長。
因此，本發(fā)明設(shè)計(jì)使在同一像素區(qū)域內(nèi)分布的間隙層20具有三種不同的間隙厚度，且該間隙厚度設(shè)計(jì)使輸出波長分別落入紅光、綠光及藍(lán)光波長范圍，如此即可構(gòu)成彩色濾光片10對應(yīng)一像素單元的紅光、綠光及藍(lán)光穿透區(qū)。
透明基板28可為一玻璃基板(glass substrate)、塑膠基板(plastic sheet)或塑膠軟膜(plastic film)。第一及第二反射層18、22較佳為采用銀或銀為主要成份的合金。間隙層20可為介電膜或金屬導(dǎo)電氧化物所構(gòu)成，介電膜的折射率介于1.3-2.6之間，其材料例如可為MgF2、SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2或Nb2O5。金屬導(dǎo)電氧化物的材料例如可為氧化銦錫(Indium Tin Oxide；ITO)、氧化銦鋅(Indium Zinc Oxide；IZO)或氧化鋁鋅(Aluminum Zinc Oxide；AZO)。
如下顯示本發(fā)明彩色濾光片10其各個膜層的材料及厚度選擇的制作實(shí)例。
(第一實(shí)例)

本實(shí)例的第一及第二反射層18、22采用厚度為40nm的銀金屬，對應(yīng)各個穿透區(qū)位置的間隙層20采用具有低折射率的介電材料SiO2。由圖4A及圖4B可看出，依該實(shí)例選取的對應(yīng)藍(lán)光穿透區(qū)16及綠光穿透區(qū)14位置的間隙層20厚度，可獲得良好的藍(lán)光及綠光輸出光譜。
然而，如圖4C所示，當(dāng)對應(yīng)紅光穿透區(qū)12位置的間隙層厚度選擇為190nm時，于380nm-400nm處的輸出光譜會出現(xiàn)不必要的峰值(peak)，使原本應(yīng)輸出紅光的穿透區(qū)位置同時輸出紫光。因此，如圖5所示的彩色濾光片30設(shè)計(jì)，可在反射層18上形成一層干涉層(interference layer)24以解決此問題。通過一厚度及材料經(jīng)適當(dāng)選擇的干涉層24的設(shè)計(jì)(依本實(shí)例采用厚度為42nm的硅層)，可有效濾除在380nm-400nm處出現(xiàn)的不必要峰值。如圖4D所示，通過干涉層24的優(yōu)化作用可獲得具有良好色純度的紅光輸出。雖然本實(shí)例的干涉層24材料選擇為硅(Si)，但其并不限定，亦可為介電膜或金屬導(dǎo)電氧化物所構(gòu)成。
(第二實(shí)例)

本實(shí)例的第一及第二反射層18、22采用厚度為40nm的銀金屬，對應(yīng)各個穿透區(qū)位置的間隙層20采用具有高折射率的介電材料TiO2。由圖6A及圖6B可看出，依該實(shí)例選取的對應(yīng)藍(lán)光穿透區(qū)16及綠光穿透區(qū)14位置的間隙層20厚度，可獲得良好的藍(lán)光及綠光輸出光譜。
接著，當(dāng)對應(yīng)紅光穿透區(qū)12位置的間隙層20厚度選擇為99nm時，如圖6C所示，在380nm-400nm處的輸出光譜會出現(xiàn)不必要的峰值，使原本應(yīng)輸出紅光的穿透區(qū)位置輸出粉紅色光。此問題同樣可通過于反射層18加上一層干涉層24的方式解決。通過一厚度及材料經(jīng)適當(dāng)選擇的干涉層24設(shè)計(jì)(依本實(shí)例采用厚度42nm的硅層)，如圖6D所示，可有效濾除在380nm-400nm處出現(xiàn)的不必要峰值，獲得具有良好色純度的紅光輸出。
上述制作實(shí)例皆為利用干涉層24抑制不必要峰值的設(shè)計(jì)方式，如此可以在確保良好色純度的紅光輸出效果下，獲得較大的膜厚值選取范圍。然而，依本發(fā)明的設(shè)計(jì)，亦可通過精確選擇對應(yīng)紅光穿透區(qū)的間隙層厚度，來獲得一可接受的色純度的紅光輸出，如此即可如圖3所示省略干涉層24的結(jié)構(gòu)。如下為本發(fā)明省略干涉層24的彩色濾光片10，其各個膜層的材料及厚度選擇的制作實(shí)例。
(第三實(shí)例)

本實(shí)例的第一及第二反射層采用銀金屬，對應(yīng)各個穿透區(qū)位置的間隙層20采用低折射率介電材料SiO2。當(dāng)對應(yīng)紅光穿透區(qū)12位置的間隙層20厚度選擇為180.5nm時，輸出的光譜如圖7所示，雖在380nm-400nm處同樣會出現(xiàn)不必要的峰值，但與前述第一、第二實(shí)例相比其穿透率值已大幅減小。本實(shí)例于CIE1931 X-Y色度坐標(biāo)系統(tǒng)下的色度坐標(biāo)值(X，Y)＝(0.529，0.264)，已為一般可接受的紅色表現(xiàn)，故可省略干涉層24。
(第四實(shí)例)

本實(shí)例第一及第二反射層采用銀金屬，對應(yīng)各個穿透區(qū)位置的間隙層20采用高折射率介電材料TiO2。當(dāng)對應(yīng)紅光穿透區(qū)位置的間隙層20厚度選擇為92.5nm時，輸出的光譜如圖8所示，雖在380-400nm處同樣會出現(xiàn)不必要的峰值，但其穿透率值亦已大幅減小。本實(shí)例于CIE 1931 X-Y色度坐標(biāo)系統(tǒng)下的色度坐標(biāo)值(X，Y)＝(0.603，0.29)，已為一般可接受的紅色表現(xiàn)，故可省略干涉層24的結(jié)構(gòu)。
通過本發(fā)明的設(shè)計(jì)，因兩平行設(shè)置的反射層18、22與具有不同厚度分布的間隙層20可構(gòu)成多個單腔法布里-珀羅濾波結(jié)構(gòu)，且每三個彼此具有不同間隙厚度的單腔法布里-珀羅濾波結(jié)構(gòu)是對應(yīng)一像素單元設(shè)置，以構(gòu)成彩色濾光片對應(yīng)一像素單元的紅光、綠光及藍(lán)光穿透區(qū)，如此可獲得解析度良好的紅、綠及藍(lán)光單獨(dú)穿透光譜，并提高液晶顯示器顯示時的色彩飽和度。再者，本發(fā)明亦可利用在反射層18上形成干涉層24的結(jié)構(gòu)，提供優(yōu)化紅光穿透區(qū)輸出光譜的效果，以獲得最佳的色彩顯示飽和度。
再者，依本發(fā)明的設(shè)計(jì)，兩反射層18、22的厚度可設(shè)計(jì)為5nm-60nm之間，干涉層24的厚度分布范圍可為5nm-900nm之間，但一較佳范圍為5nm-100nm，可獲得較佳的紅光優(yōu)化效果。另外，間隙層20的厚度可設(shè)計(jì)為10nm-900nm之間，更詳言之，若間隙層20的材料為SiO2，則其對應(yīng)紅光穿透區(qū)12的厚度可為150nm-190nm、對應(yīng)綠光穿透區(qū)14的厚度可為120nm-142nm、對應(yīng)藍(lán)光穿透區(qū)16的厚度可為10nm-120nm；若間隙層的材料為TiO2，則其對應(yīng)紅光穿透區(qū)12的厚度可為80nm-103nm、對應(yīng)綠光穿透區(qū)14的厚度可為55nm-70nm、對應(yīng)藍(lán)光穿透區(qū)16的厚度可為10nm-55nm。
雖然本發(fā)明已以具體實(shí)施例揭示，但其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍的前提下所作出的等同組件的置換，或依本發(fā)明專利保護(hù)范圍所作的等同變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本專利涵蓋的范疇。
權(quán)利要求
1.一種彩色濾光片，其特征在于，該彩色濾光片具有多個紅光、綠光及藍(lán)光穿透區(qū)，且液晶顯示器的一像素單元至少涵蓋一紅光、一綠光及一藍(lán)光穿透區(qū)，該彩色濾光片包含一透明基板；一第一反射層，形成于該透明基板上；一間隙層，形成于該第一反射層上，該間隙層具有依不同厚度值區(qū)分的多個第一區(qū)域、多個第二區(qū)域及多個第三區(qū)域，且各第一、第二及第三區(qū)域分別重合該彩色濾光片的該紅光、綠光及藍(lán)光穿透區(qū)；一第二反射層，平行該第一反射層形成于該間隙層上；及一干涉層，形成于該第二反射層上重合該第一區(qū)域位置處。
2.如權(quán)利要求1所述的彩色濾光片，其特征在于，該第一及該第二反射層的材料為銀或銀合金，且該第一及該第二反射層的厚度為5nm-60nm。
3.如權(quán)利要求1所述的彩色濾光片，其特征在于，該間隙層的材料為介電膜或金屬導(dǎo)電氧化物。
4.如權(quán)利要求3所述的彩色濾光片，其特征在于，該介電膜的材料為MgF2、SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2或Nb2O5，且該金屬導(dǎo)電氧化物為氧化銦錫、氧化銦鋅或氧化鋁鋅。
5.如權(quán)利要求1所述的彩色濾光片，其特征在于，該間隙層的材料為SiO2，且該第一區(qū)域的厚度為150nm-190nm、該第二區(qū)域的厚度為120nm-142nm及該第三區(qū)域的厚度為10nm-120nm。
6.如權(quán)利要求1所述的彩色濾光片，其特征在于，該間隙層的材料為TiO2，且該第一區(qū)域的厚度為80nm-103nm、該第二區(qū)域的厚度為55nm-70nm及該第三區(qū)域的厚度為10nm-55nm。
7.如權(quán)利要求1所述的彩色濾光片，其特征在于，該干涉層材料為介電膜、金屬導(dǎo)電氧化物或硅所構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求1所述的彩色濾光片，其特征在于，該干涉層材料為Si、MgF2、SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2、Nb2O5、ITO、IZO或AZO。
9.如權(quán)利要求1所述的彩色濾光片，其特征在于，該干涉層的厚度為5nm-900nm。
10.如權(quán)利要求1所述的彩色濾光片，其特征在于，該透明基板為一玻璃基板、一塑膠基板或一塑膠軟膜。
11.一種彩色濾光片，其特征在于，包含一透明基板，其上形成有一黑矩陣層，且該黑矩陣層將該透明基板分隔出多個鍍膜區(qū)域；多個單腔法布里-珀羅濾波結(jié)構(gòu)，各濾波結(jié)構(gòu)形成于各鍍膜區(qū)域上，且每三個彼此具有不同間隙厚度的單腔法布里-珀羅濾波結(jié)構(gòu)構(gòu)成液晶顯示器的一像素單元的紅光、綠光及藍(lán)光穿透區(qū)；及一干涉層，形成于構(gòu)成該紅光穿透區(qū)的該單腔法布里-珀羅濾波結(jié)構(gòu)上。
12.如權(quán)利要求11的彩色濾光片，其特征在于，該單腔法布里-珀羅濾波結(jié)構(gòu)包含二平行設(shè)置的反射層及介設(shè)于該二反射層間的一間隙層，且該間隙層具有使該單腔法布里-珀羅濾波結(jié)構(gòu)的中心波長落入紅光、綠光或藍(lán)光波長范圍的厚度。
13.如權(quán)利要求11的彩色濾光片，其特征在于，該干涉層是由介電膜、金屬導(dǎo)電氧化物或硅所構(gòu)成。
14.一種彩色濾光片，用以將入射光分離出具有不同波長范圍的原色色彩分量，其特征在于，該彩色濾光片包含一透明基板；一第一反射層，形成于該透明基板上；多個間隙元件，形成于該第一反射層的預(yù)定位置上；及一第二反射層，形成于該多個間隙元件上且相對該第一反射層平行設(shè)置；其中該第一及該第二反射層與該多個間隙元件構(gòu)成多個單腔法布里-珀羅濾波結(jié)構(gòu)，所述多個單腔法布里-珀羅濾波結(jié)構(gòu)包含濾出紅光的第一濾波結(jié)構(gòu)、濾出綠光的第二濾波結(jié)構(gòu)及濾出藍(lán)光的第三濾波結(jié)構(gòu)，且該第一、第二及該第三濾波結(jié)構(gòu)同時形成于液晶顯示器的一像素單元內(nèi)。
15.如權(quán)利要求14所述的彩色濾光片，其特征在于，該第一及該第二反射層的材料為銀或銀合金，且該第一及該第二反射層的厚度為5nm-60nm。
16.如權(quán)利要求14所述的彩色濾光片，其特征在于，所述多個間隙元件的厚度分布范圍為10nm-900nm。
17.如權(quán)利要求14所述的彩色濾光片，其特征在于，該多個間隙元件的材料為介電膜或金屬導(dǎo)電氧化物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種彩色濾光片，包含一透明基板、一頂反射層、一底反射層、一間隙可調(diào)的間隙層及一干涉層。間隙層介設(shè)于頂反射層與底反射層之間，且其在一像素單元上的分布區(qū)域具有三個不同厚度值，以分別構(gòu)成彩色濾光片的紅光、綠光及藍(lán)光穿透區(qū)。干涉層形成于頂反射層上對應(yīng)紅光穿透區(qū)位置處。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，可獲得解析度良好的紅、綠及藍(lán)光各自的穿透光譜，并提高液晶顯示器顯示時的色彩飽和度。
文檔編號G02F1/1335GK101063726SQ20061007576
公開日2007年10月31日 申請日期2006年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月26日
發(fā)明者陳健忠, 黃敬佩 申請人:勝華科技股份有限公司