专利名称：：彩色滤光器基板的制造方法
技术领域：
：本发明涉及一种处理诸如玻璃基底的方法，在该基底上已部分地形成挡光元件，通过处理过程使挡光元件的表面具有防水性，并得到形成有挡光元件的基板。特别地，本发明还涉及一种具有优良的色彩特性和出色的表面平整度的彩色滤光器产品的生产方法及由此方法制造的用于图象装置的彩色滤光器基板。作为图象装置的一个特例，用在液晶显示器中的液晶彩色滤光器由许多图象单元组成，其中的每一个图象单元由形成于透明基底上的红、绿、黄三种基本颜色的象素构成。为了增强显示的对比度，在每个象素之间设置具有固定宽度的遮光区域。一般地，这些遮光区域是黑色的或指定的黑色矩阵。彩色滤光器的制造方法包括一个染色过程，用光刻技术制成的可染色介质被染色，还包括一个利用光敏组份使色素被扩散的过程和一个为充分利用图纹电极的电沉积过程。此外，为了制造过程的低成本，采用印刷的方法或喷墨的方法形成彩色区域。在传统的生产过程中，印刷过程或喷墨过程可提供低成本的彩色滤光器。为了避免单个着色区域的模糊和毗邻着色区域之间的色彩混合，实现高精确度的着色，提出了很好地利用墨色矩阵，而该矩阵通过光刻法提前形成的方案。因此必须赋于一种效果，避免颜料向构成黑色矩阵的着色区域以外扩散。例如日本专利申请No.59-75205公开了一种技术，其中喷墨系统被用于向基底上提供三种颜色的染色物质。为避免染色物质在目标区域以外扩散，该公开文本阐明，由难溶于水的材料形成的防散射图案是有效的。然而没有公开任何关于这种理论的具体工艺。此外，即使日本专利申请No.62-106407叙述的是利用印刷过程的彩色滤光器制造过程，推荐使用难于浸湿隔离壁的墨汁，但那种易于浸湿基底而又难于浸湿隔离壁的材料是很难选取的。在日本专利申请No.4-195101公开的技术中，黑色矩阵由一个光敏树脂层(通常称作正抗蚀层)和一个硅酮橡胶层依此顺序而形成，并且黑色矩阵被用作曝光掩模，使基底从背面曝光并显影，因此，同时移动在曝光位置上的光敏树脂层和形成于其上的硅胶层，形成与黑色矩阵一致的隔离壁，隔离壁的表面由硅胶层组成，具有防水和防油性。在以上的光刻过程中，曝光产生于背对着黑色矩阵的一面，因此，对于在LSI的制作过程中建立在基板上的遮光掩模而言，其准直控制变得不再必须。然而，这个过程需要用昂贵的材料，如光敏树脂和硅胶，并且自然而然地需要涂覆步骤，以形成光敏树脂层和硅胶层。结果，原材料成本和步骤数目增多，造成花费增加和产量降低等问题。顺便地说一下，在此之前硅烷偶合剂被广泛地用作有机材料和无机材料之间的粘接剂，并赋于防水性和对材料的可扩散性。一般地，硅烷偶合剂通过溶剂稀释后而被利用。这些溶剂如芳香烃、链烃或卤代烃，如flon等，通过浸渍或喷涂法施用到基底表面再烘干。利用这种溶剂的方法需要环境和防火的措施以对付废液和溶剂造成的气体，因此这种方法是不可取的。另外，在光学部件的处理过程中，与浸渍夹具适应的方法也成一个问题。因此，日本专利申请No.6-122776公开报道一种防水烘干处理方法，其中的硅烷偶合剂，如氟烷基硅氧烷被引入真空容器中，容器中布置着被处理的基底，并由射频或直流电流产生等离子体，从而在处理过的基底表面提供一个防水层。但是对由日本专利申请No.6-122776中公开的方法提供的防水表面，本发明者做了详细的调查，发现在防水性上的不同取决于被处理的基底的材料。它们的测量值列于表1。表1</tables>(注7059是康宁公司制造的玻璃商标名)所以，当硅烷偶合剂通过加湿处理用到诸如玻璃的电介质表面和诸如钼或钽等金属表面时，硅烷偶合剂更易于固定到玻璃表面而不是金属表面，因此硅烷偶合剂对玻璃表面更有效。然而，表1中的测量结果表明，当硅烷偶合剂通过利用等离子体反应的烘干处理时，前述表1所示测量结果即反转过来，尽管前述特性的反转仅是少量的。本发明的目的在于提供一种处理基底使之选择地具有防水性，处理有挡光件的基板的方法，并且提供一个用于图象装置的彩色滤光器的基板，以解决现有技术中上面提到的那些问题。本发明的另一个目的在于提供一种基底的处理方法，使基底选择性地具有防水性，其方式是挡光层的区域具有高防水性而其余的区域具有低防水性。本发明的再一个目的在于提供一种形成有挡光元件的基板，其中不同颜色的墨汁在每个象素部分完全扩散开，以对象素染色，但墨点之间不会相互混合，因为在相邻象素之间存置有高防水性的挡光元件。本发明的另一个目的在于提供一个彩色滤光器基板，其中在挡光元件排布的区域之间防水性有所不同，并且其它的区域较大，以使得墨点稳定地附着在这些其它区域上。本发明的另一个目的在于提供一种彩色滤光器基板的制造方法并从而提高产量。本发明利用下列的结构实现上述目的。根据本发明提供的一种处理基底使其有选择的具有防水性的方法，包括在基底上形成一个由硅烷偶合剂组成的防水层，再将基底的表面暴露在氧等离子体下，其基底上部分地方有挡光元件形成。根据本发明，还提供一种其上形成有挡光元件的基板，它是通过对一基底施加上述处理过程而获得的。根据本发明，还提供一种制造图象装置用的彩色滤光器基板的方法，滤光片通过在透明基底上有选择地配置挡光元件和许多彼此具有不同光谱特性的染色元件而获得，此方法包括的步骤为在基底上形成一个由硅烷偶合剂组成的防水层，该基底上部分地形成有挡光元件，将基底的表面暴露给氧等离子体，并将大量具有彼此不同光谱特性的染色元件布置在基底的透明区域。本发明包括一个由上述生产过程制造的彩色滤光器基板。按照本发明具有的这种结构可实现上述目的。图1是彩色滤光器截面图，其中由薄金属膜制作的黑色矩阵根据图案形成在基底上。图2是本发明方法中采用的真空容器示意图。图3是当玻璃基底上的防水膜暴露给氧等离子体之后水在黑色矩阵表面和玻璃表面不同的接触角，与产生氧离子体的RF(射频)能量的关系曲线，其中黑色矩阵有选择地形成在基底上。图4是玻璃基底在墨点已施到基底暴露的玻璃部分中薄金属膜上时的截面图，此时金属薄膜形成处的防水膜已通过暴露在氧等离子体下面被除去。图1是彩色滤光器基底的截面图，其中已部分地形成由薄金属膜制成的黑色矩阵，来做为基底上的挡光元件。作为在本发明的实例中所用的基底1，可适当地选用电介质如玻璃基底，聚碳酸酯基底和陶瓷，如矾土。作为形成在基底1上的挡光元件，如Cr，Mo，Ta，Ti，W和Al及其合金等金属可不加限止地利用，只要它们具有诸如挡光特性，抗腐蚀特性和粘接特性等这些必不可少的特性即可。挡光元件的材料不限于上述金属和合金。例如，挡光元件可由树脂构成。金属膜的厚度最好尽可能地薄。但考虑到它的挡光特性，膜厚度最好在大约50～1,000nm之间。形成在基底1上的挡光膜按照希望的图案通过光刻过程或类似的方法被蚀刻，从而得到一个彩色滤光器基底，其中的金属部分2如图1所示已形成在基底1上。由一种硅烷偶合剂构成的防水膜最好以大约0.5～50nm的厚度形成在上面得到的彩色滤光器基底上，其中挡光部分由金属薄膜2通过在真空容器中的等离子聚合过程已提前形成在象素图案之间。硅烷偶合剂包括十七碳氟代癸基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基甲硅烷、乙烯基三(2-甲氧基)硅烷，3-甲基丙烯酰基丙氧基三甲氧基硅烷，3-缩水甘油丙氧基三甲氧基硅烷，2-(3，4-环氧环乙基)乙基三甲氧基硅烷，N-2-(氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，3-氨丙基三乙氧基硅烷，N-苯基-3-氨丙基三甲氧基硅烷，3-硫基丙氧基三甲氧基硅烷和3-氯丙基丙氧基三甲氧基硅烷。用硅烷偶合剂形成的防水膜，通过把有薄金属膜2根据图案形成于其上的基底1放进图2中所示的真空容器3，用真空泵在真空容器3中抽空气体并通过导管8和阀门9将硅烷偶合剂导入真空容器3中而获得。在这种情况中，为了得到硅烷偶合剂的蒸气，最好对硅烷偶合剂的容器，通向真空容器3的导管8和阀9加热使温度达到室温(25℃)至150℃。这取决于采用的硅烷偶合剂的类型。真空容器3中的压强通过一个排气导孔阀4来控制，且同时用真空度测量计5测量压强。当真空容器3中的压强稳定时，把RF场加到电极6上，使RF发生器7在场功率为100～1000W情况下产生1秒～10分钟的硅烷耦合剂蒸气的等离子体，从而在基底的表面形成防水膜12。在防水膜形成之后，真空容器中的硅烷耦合剂蒸气被排空。当真空容器3中的压强降到0.1托或更低时，氧气通过导管10和流量调整阀11进入真空容器3中。真空容器3内的压强最好通过控制排气导孔阀4来调节到大约1×10-4～10-2乇。当真空容器3内的压强稳定时，RF场施加到电极6，使从RF发生器7发射等离子体，将氧等离子体施加到有防水膜形成于其上的基底表面，从而使其暴露。在此时，RF场的功率最好在10～1,000W，尤其最好在25～100W的范围内，暴露时间最好在10～30分钟。此后，真空容器3中的氧气被排空，干燥气体如氮、氩、氢或二氧化碳被注入，直到真空容器3中的压强达到大气压强。然后将基底从容器中取出以完成加工和处理。顺便说一下，由硅烷偶合剂作为原材料组成的防水层可通过已知的蒸镀方法形成。因此，按照本发明，由硅烷偶合剂作为原材料组成的防水膜形成在透光基底上，其中利用在真空容器中的等离子体聚合法或蒸镀法将金属薄膜提前形成在象素之间构成挡光部分。此后，将氧气引入真空容器中，在透光基底的表面产生氧等离子体，从而被暴露。其中挡光部分被提前形成在象素之间，那里的薄金属部分充当黑色矩阵，保持良好的防水性，而被暴露的玻璃部分做为象素变成亲水性。此后随即处理的基底被取出真空容器，大量彼此具有不同光谱特性的彩色成份(如染色墨点)被施用到玻璃部分作为象素。结果，施用的彩色成份遍及每处亲水性的玻璃部分，但不能扩散到金属部分，因为金属部分保持良好的疏水性。因此彩色成份(例如墨点)仅对玻璃表面上的象素部分染色，并且相邻象素之间不同颜色的彩色成份不会彼此混合，从而可容易地制造出高质量的彩色滤光器。以下将通过例子对本发明做更详细的描述。当然，本发明不局限于这些例子。例1由透明玻璃片构成的基底1，如图2所示放在真空容器3中，由Mo和Ta合金组成的金属薄膜2如图1所示形成在基底上，真空容器3中的气体用真空泵(未标出)排出，直至5.0×10-3Pa。然后，一种硅烷偶合剂通过导管8和阀9被引入到真空容器3中达5.0×10-2Pa的压强。其中，硅烷偶合剂为Shin-EtsuChemicalCoLtd.制造的十七碳氟代癸基三甲氧基硅烷。然后，盛硅烷耦合剂的容器、接到真空容器3的导管8和阀门9被加热到100℃，以提供硅烷耦合剂蒸气。真空容器3中的压强通过排气导管阀4来控制，并通过真空计5来测量。当真空容器3里的压强稳定时，RF场施加到提前配置在真空容器3中的电极6上，从通过RF发生器7产生硅烷耦合剂蒸气等离子体，从而在基底表面形成一个防水膜。此时，RF场的功率为500W，等离子体的产生时间为10秒钟。防水膜形成之后，真空容器中的硅烷耦合剂蒸气被排空。当真空容器3内的压强被降到1.0×10-3Pa之后，氧气通过导管10和流量调节阀11被引入到真空容器3中。通过控制排气导管阀4将真空容器3内的压强调节到1.0×10-2Pa。当真空容器3中的压强稳定时，RF场施加到电极6上，从RF发生器7中产生氧等离子体发射到有防水膜形成其上的基体表面，从而使之暴露。在此时，RF场的功率为75W，等离子体发射5分钟。此后，真空容器3中的氧气被排空，干燥气体氮气被引入，直到真空容器3中的压强达到大气压强。然后基底1从容器3中被取出以完成制作过程。通过以上过程可易于在基底上暴露的介质表面和金属部分之间增大其防水性的差异，并有很好地重复性。如图4所示，透光材料如玻璃用作基底1，红、绿和兰三种颜色的墨点13作为大量彼此具有不同光谱特性的染色成份，通过喷墨系统施加到未覆盖金属2的部分。因此具有低防水性的玻璃部分变得易于浸湿并被高质量地染色，而具有强防水性的金属部分12排斥墨点。结果，象素之间的颜色混淆现象，即施加到玻璃部分的墨点渗入到金属部分及因此导致的毗邻施用的不同颜色的墨点互相混杂被避免了，从而方便地制造出高质量的彩色滤光器。在硅烷偶合剂(十七碳氟代癸基三甲氧基硅烷)组成的防水膜以15nm的膜厚形成在由绿平板玻璃构成的基底的表面之后，其中平板玻璃上有由钼钽(钽含量为15％)合金构成的金属薄膜，得到的衬底在1.0×10-2Pa的压强下在氧等离子体下暴露5分钟。玻璃表面和金属表面的防水膜与水的接触角对用于产生氧等离子体的射频功率的关系如图3所示。从图3中可以知道与水的夹角受氧等离子体处理的影响。本发明利用上述的最佳实施例进行了描述但应认识到本发明并不局限于这个公开的实施例。相反，本发明意欲覆盖包含在附属权利要求书范围和实质内的各种修改和同等的配置。下列权利要求书的范围被予以最广义的诠释，以包纳所有这些修改和相同的结构及功能。权利要求1.一种对基底进行处理，使基底有选择地具有防水性的方法，它包括在部分地方有挡光元件形成的基底上构成由硅烷偶合剂组成的防水层，然后再将基底的表面暴露在氧等离子体下。2.根据权利要求1的处理方法，其特征在于防水层通过等离子体聚合过程或真空下的蒸气淀积过程形成。3.根据权利要求1的处理过程，其特征在于挡光元件由事先确定图案的金属部分组成。4.形成有挡光元件的基板通过对基底进行权利要求1的处理方法而得到。5.一种制造图象装置用的彩色滤光器基板的方法，该基板的结构通过在透明基底上有选择地配置挡光元件和大量彼此具有不同光谱特性的着色元件而形成，其制造方法包括的步骤在部分地方有挡光元件形成的基底上形成由硅烷偶合剂组成的防水层，将基底的表面暴露在氧等离子体下，并在基底的透明区域配置大量的彼此具有不同光谱特性的着色元件。6.根据权利要求5的制造方法，其特征在于挡光元件由金属或合金组成。7.根据权利要求5的制造方法，其特征在于金属或合金做为一种组份，包括从Cr、Mo、Ta、Ti、W和Al中选取的一种金属。8.根据权利要求6的制造方法，其特征在于挡光元件的厚度制成50～1,000nm。9.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于挡光元件由树脂组成。10.根据权利要求5的制造方法，其特征在于防水层通过等离子体聚合过程构成。11.根据权利要求10的制造方法，其特征在于制成的防水层厚度约为0.5～50nm。12.根据权利要求5的制造方法，其特征在于在防水层的形成过程中，将硅烷偶合剂送入真空容器中的导管保持在25～150℃的温度范围内。13.根据权利要求5的制造方法，其特征在于防水层的形成是通过在真空容器中产生等离子体而完成。14.根据权利要求5的制造方法，其特征在于通过利用射频场施加100～1,000W功率的场来产生等离子体。15.根据权利要求5的制造方法，其特征在于在真空状态为1×10-4～1×10-2托的真空容器中产生氧等离子体。16.根据权利要求15的制造方法，其特征在于通过将氧气导入真空容器中并施于射频场来产生氧等离子体。17.根据权利要求16的制造方法，其特征在于射频场的功率在10～1,000W的范围内。18.根据权利要求5的制造方法，其特征在于射频场的功率在25～100W的范围内。19.根据权利要求5的制造方法，其特征在于彼此具有不同光谱特性的着色元件由各自的墨点组成。20.根据权利要求19的制造方法，其特征在于着色元件按照喷墨系统构成。全文摘要本申请公开的是一种制造用于图象装置的彩色滤光器基板的方法，该基板通过在透明衬底上有选择地配置挡光元件和大量具有彼此不同的光谱特性的着色元件构成，其步骤包括在部分地方有挡光元件形成的基底上形成由硅烷偶合剂组成的防水层，将基底的表面暴露在氧等离子体下，并在基底的透明区域配置大量具有彼此不同的光谱特性的着色元件。文档编号G02F1/1335GK1167265SQ9611323公开日1997年12月10日申请日期1996年7月12日优先权日1995年7月14日发明者吉川俊明,龟山诚,铃木博幸,小佐野永人,松久裕英,岩田研逸申请人:佳能株式会社