专利-具有高亮度高色彩饱和度的半透彩色滤光片设计及制造方法.doc

具有高亮度高色彩饱和度的彩色滤光片设计及制造方法 一、技术背景 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 Ratio表示色彩饱和度。下表表示目前各应用领域的色彩饱和度一般水平。 NTSC Ratio（面积比） 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。 1.1 膜厚调整 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CAT技术，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（图1、图2）。 图1结构中采用了一套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R、G、B彩膜层，使透射区彩膜的厚度大于反射区膜厚，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。 图2结构中采用了两套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，亮度和色彩饱和度都在较高的水平上达到了平衡。 图1 RGB使用一套光阻材料的CF结构简图 图2 RGB使用二套光阻材料的CF结构简图 上述两种方案在结构上都很复杂，工艺控制难度增加，生产成本很高，因此在CSTN上使用较少。 1.2 颜色开孔（Hole In Color） 颜色开孔（Hole In Color）的思路非常绝妙。首先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。 图3 采用颜色开孔CF结构简图 颜色开孔工艺，很好地把反射型彩色显示器与透过型彩色显示器的优点结合起来，解决目前彩色光阻材料无法同时提升亮度及色彩饱和度的难题。比起膜厚调整CAT技术，颜色开孔CAT技术的成本低，效果相当，是目前彩色滤光片技术的发展趋势。 目前，具有CAT技术的CF厂家还不多，并其制造工艺很复杂，制造成本高。 以上两种制造方法是目前解决半透产品亮度与色彩饱和度的最先技术，但以上这些方法都还存在以下缺点： 制造工艺都很复杂，制造成本较高； 不能根本解决透过与半透部分的色彩饱和度与亮度的关系； 二、发明内容 本发