JPH04287027A - アクティブデバイス及びアクティブデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶素子に用いられるア
クティブデバイスに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、図２に示すようなアクティブデバ
イスが知られていた。図２（ａ）は上視図、同図（ｂ）
は同図（ａ）中Ａ−Ａラインにおける断面図である。ガ
ラス基板からなる絶縁基板１上に設けられたＩＴＯから
成る第一の電極２、第一の電極２及び絶縁基板１上に設
けられたＶＤＦ（フッ化ビニリデン）とＴｒＦＥ（トリ
フルオロエチレン）との共重合体からなる強誘電体層８
、強誘電体層８上に設けられたＡｌより成る第二の電極
５が設けられたアクティブデバイスである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のアクテ
ィブデバイスは素子出力が時間とともに低下する経時変
化の課題を有していた。本発明はこのような課題を解決
するものであり、目的とするところは素子出力の経時変
化の小さいアクティブデバイスを提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明のアクティブデバ
イスは絶縁基板上に設けられた第一の電極、前記第一の
電極及び前記絶縁基板を被覆するように設けられた第一
の強誘電体層、前記第一の強誘電体層上に設けられ前記
第一の強誘電体層より薄い第二の強誘電体層、前記第一
、第二の強誘電体層を介し前記第一の電極と一部重なる
ように前記第二の強誘電体層上に設けられた第二の電極
を具備したことを特徴とする。本発明のアクティブデバ
イスの製造方法は■絶縁基板上に第一の電極を形成する
工程、■第一の電極上に第一の強誘電体層を設け前記第
一の強誘電体層のキュリー点以上融点以下に加熱し徐冷
を行う工程、■前記第一の強誘電体層上に第二の強誘電
体層を設け前記第一の強誘電体層の融点以下に加熱する
工程、■前記第二の強誘電体層上に第二の電極を形成す
る工程を少なくとも含むことを特徴とする。

【０００５】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図１（ａ）、（ｂ）は本発明にかかる第一のア
クティブデバイスの構成を示し、（ｂ）は上視図、（ａ
）は（ｂ）のＡ−Ａにおける断面図である。ガラス基板
からなる絶縁基板１上に設けられたＩＴＯから成る第一
の電極２、第一の電極２及び絶縁基板１上に設けられた
ＶＤＦ（フッ化ビニリデン）とＴｒＦＥ（トリフルオロ
エチレン）との共重合体からなる第一の強誘電体層３、
第一の強誘電体層３上に設けられたＶＤＦ（フッ化ビニ
リデン）とＴｒＦＥ（トリフルオロエチレン）との共重
合体からなる第二の強誘電体層４、第二の強誘電体層４
上に設けられたＡｌより成る第二の電極５が設けられて
いる。第二の電極５は第一と第二の強誘電体層４を介し
第一の電極２と一部重なるように設けられている。 第二の強誘電体層４の膜厚は第一の強誘電体層３のそれ
より薄い。アクティブデバイスの能動層は第一と第二の
電極２、５でサンドイッチ状に挟まれた第一と第二の強
誘電体層３、４である。

【０００６】図３に本発明にかかるアクティブデバイス
の製造方法を示す。ガラス基板からなる絶縁基板１上に
ＩＴＯを蒸着法により設け、ＩＴＯをフォトリソグラフ
ィー法を用いてパターニングし第一の電極２を形成する
。図３（ａ）。次にスピンコート法を用いてＶＤＦとＴ
ｒＦＥとの共重合体からなる第一の強誘電体層３を絶縁
基板１と第一の電極２上に設け、第一の強誘電体層３を
そのキュリー点以上融点以下の温度で４時間加熱し室温
近く（できれば８０から６０℃以下）まで約４時間で徐
冷する。図３（ｂ）。次にＶＤＦとＴｒＦＥとの共重合
体からなる第二の強誘電体層４をスピンコート法により
第一の強誘電体層３上に設け、第二の強誘電体層４を第
一の強誘電体層３の融点以下の温度で１時間加熱し、大
気中に放置する事により室温まで急冷する。第二の強誘
電体層４は第一の強誘電体層３より薄いが、それはスピ
ンコート時の回転数や時間、溶液の濃度を調整すること
により容易に得られる。図３（ｃ）。最後に第二の強誘
電体層４上にＡｌからなる第二の電極５を蒸着法により
設け、フォトリソグラフィー法を用いてパターニングし
第二の電極５を形成する。図３（ｄ）。

【０００７】ＶＤＦとＴｒＦＥとの共重合体を能動層に
用いたアクティブデバイスは能動層内の自発分極を第一
と第二の電極２、５間に印加する電圧により反転する事
により動作する。この時強誘電体は圧電性も有している
ため強誘電体層が振動する。この振動により強誘電体層
と第一、第二の電極２、５間に剥がれが生じる。特に第
二の電極５側での剥がれが大きく、顕微鏡下でアクティ
ブデバイスを動作させると第二の電極５が剥離するのが
観察されるほどである。この剥がれのために空気の層が
作られそこで電圧降下が生じる。そのために能動層に十
分電圧が印加されなくなる。そのため自発分極の反転が
十分行なわれなくなり、アクティブデバイスの素子出力
（第二の電極５に接続された容量成分に印加する電圧）
が低下する。

【０００８】このような理由によりアクティブデバイス
の素子出力が時間と共に低下するという経時変化を有し
ていた。

【０００９】ＶＤＦとＴｒＦＥとの共重合体からなる強
誘電体層は例えばジオキサン等のエーテル、ケトン類、
アミン等の極性の強い有機溶剤に解けるためスピンコー
ト法やキャスト法により製膜できることが知られている
。さらにその膜をキュリー点以上融点以下の温度で加熱
、徐冷を行うことにより初めて大きな強誘電性（大きな
残留分極又は飽和残留分極）を示すことも知られている
。

【００１０】第一の強誘電体層３をキュリー点以上融点
以下の温度で加熱、徐冷を行ったのは上記の理由による
。第一の強誘電体層３は大きな強誘電性を持つ。

【００１１】第一の強誘電体層３はキュリー点以上融点
以下で加熱されると少なくともその上に第二の強誘電体
層４をスピンコート法等で形成する時間内においてほと
んど先に示した有機溶剤に不溶となる。そのため第二の
強誘電体層４をスピンコート法で形成することが可能と
なる。キュリー点以下の温度で加熱した際は第二の強誘
電体層４を形成する際に第一の強誘電体層３が融けてし
まう。キュリー点以上の加熱を行なうことにより初めて
不溶となる。

【００１２】第二の強誘電体層４をスピンコート法で形
成した後第一の強誘電体層３の融点以下の温度で加熱し
急冷を行なう。これにより第二の強誘電体層４を第一の
強誘電体層３と第二の電極５間の密着を高めるバッファ
層として用いることができるようになる。第一と第二の
強誘電体層３、４間は加熱により分子レベルでのなじみ
が良くなり、両者の密着力が向上する。さらに急冷を行
うことにより第二の強誘電体層４の強誘電性を第一の強
誘電体層３のそれより小さく（小さな残留分極又は飽和
残留分極）する。これにより第二の強誘電体層４の振動
は第一の強誘電体層３のそれより小さくなると共に第一
に強誘電体層３の振動を吸収する働きが生じる。そのた
め第二の強誘電体層４と第二の電極５間の振動による剥
がれが少なくなり、結果として第一の強誘電体層３と第
二の電極５の密着強度が強くなる。上記の方法を用いて
第二の強誘電体層４を形成しない際は第二の電極５はテ
ープ剥離試験で簡単に剥離したが、第二の強誘電体層４
を形成すると６０℃、９０％耐湿放置試験５００時間後
のテープ剥離試験において剥がれは生じなかった。

【００１３】このように本発明のアクティブデバイスの
製造方法を用いて製造した本発明のアクティブデバイス
は第一の電極５と第一、第二の強誘電体層３、４間の密
着力が極めて強くなる。そのため本発明のアクティブデ
バイスは素子出力の経時変化が極めて小さい。第二の強
誘電体層４を用いない際は素子出力が１０時間素子を動
作させると約初期の７０％まで低下したが本発明に示す
方法に従うと２００００時間後に於いても９５％までし
か低下しなかった。

【００１４】第一の強誘電体層３の強誘電性が第二の強
誘電体層４のそれより大きい。アクティブデバイスの素
子出力（残留分極に比例する）を低下させないためには
第二の強誘電体層４の膜厚が第一の強誘電体層３より薄
いことが必要となる。望ましくは第二の強誘電体層４は
第一の強誘電体層３の１０％以下、できれば５％以下が
望ましい。

【００１５】第一の強誘電体層３の融点はＶＤＦ／Ｔｒ
ＦＥ共重合体のＶＤＦ含有量や結晶型およびそのブォリ
ュームパーセントによって異なる。融点を求めるにはＤ
ＳＣ法等の示差熱分析を用いてもよいし、強誘電体層３
を融点以上に加熱し、室温まで大気中放置により急冷す
ると膜荒れが生じるため膜荒れの有無により求めてもよ
い。膜荒れは金属顕微鏡（１０００以下の倍率）で容易
に観察することができる。

【００１６】図３（ａ）、（ｄ）において第一、第二の
電極２、５を設けるのは蒸着に限る必要はなく、スパッ
タ法等を用いても良い。また、それらをパターニングす
るのはフォトリソグラフィー法に限る必要はなく印刷法
等を用いても良いし、マスク蒸着やスパッタ法を用いて
パターニングを省いても良い。図３（ｂ）において第一
の強誘電体層３をキュリー点以上融点以下に加熱するの
は４時間に限る必要はなくそれより長くても短くても良
い。また加熱後の徐冷時間は４時間に限る必要はなくそ
れより長くても短くても良い。図３（ｃ）において第一
の強誘電体層３の融点以下の温度で加熱するのは１時間
に限る必要はなくそれより長くても短くても良い。加熱
後に急冷するのは大気中放置に限る必要はなく窒素や不
活性ガス中に放置しても良いし水等の液体中に入れても
良い。さらに急冷の代わりに３０分以上の徐冷を用いて
も良い。徐冷を行う際は加熱温度が第一の強誘電体層３
のキュリー点以下であることが第二の強誘電体層４の強
誘電性を小さくする点から望ましい。加熱温度をキュリ
ー点以上融点以下にすると第一と第二の強誘電体層３、
４の流動性が高まるため両者のなじみが良くなり密着強
度が更に高まる。図３（ｂ）、（ｃ）において第一、第
二の強誘電体層３、４を設けるのはスピンコート法に限
る必要はなくキャスト法やコート法、印刷法を用いても
良い。

【００１７】図４（ａ）、（ｂ）に図１に示したアクテ
ィブデバイスを用いた液晶素子を示す。図４（ｂ）は上
視図、（ａ）は（ｂ）のＡ−Ａにおける断面図である。 ガラス基板からなる絶縁基板１上に第一の電極２、第一
の強誘電体層３、第二の強誘電体層４、第二の電極５か
ら成るアクティブ基板とガラス基板からなる絶縁基板６
上に設けられたＩＴＯから成る対向電極７から成る対向
基板との間に液晶を保持した素子である。

【００１８】図５に本発明にかかる第二のアクティブデ
バイスを示す。図５（ｂ）は上視図、（ａ）は（ｂ）の
Ａ−Ａにおける断面図である。ガラス基板からなる絶縁
基板１上に設けられたＩＴＯから成る第一の電極２、第
一の電極２及び絶縁基板１上に設けられたＶＤＦとＴｒ
ＦＥとの共重合体からなる第一の強誘電体層３、第一の
強誘電体層３上に設けられたＶＤＦとＴｒＦＥとの共重
合体からなる第二の強誘電体層４、第二の強誘電体層４
上に設けられたＡｌより成る第二の電極５が設けられて
いる。第二の電極５は第一と第二の強誘電体層４を介し
第一の電極２と一部重なるように設けられている。アク
ティブデバイスの能動層は第一と第二の電極２、５でサ
ンドイッチ状に挟まれた第一と第二の強誘電体層３、４
である。第二のアクティブデバイスに於いては第一と第
二の強誘電体層３、４が第二の電極５をマスクとして第
二の電極５形成後にエッチングされているため２つの強
誘電体層３、４は第二の電極５と上視図に於いて同一形
状となっている。第一と第二の強誘電体層３、４の膜厚
関係は図１と同様である。

【００１９】本発明第二のアクティブデバイスも図３に
示す製造方法を用いて製造する事ができ、図４のような
液晶素子を形成する事ができる。

【００２０】図１、５に示したのは本発明にかかるアク
ティブデバイスの構成のほんの一例である。それら以外
の構成においても第一の電極２、第一の強誘電体層３、
第一の強誘電体層３より薄い第二の強誘電体層４、第二
の電極５から構成される能動層を具備したアクティブデ
バイスは本発明の一実施例と考えられる。さらにそれら
は本発明のアクティブデバイスの製造方法を用いて製造
される。

【００２１】図１、４、５に於いて、絶縁基板１、６に
用いられるのはガラス基板に限る必要はなく有機絶縁材
料を用いてもよい。第一の電極２、第二の電極５、対向
電極７に用いるのはＩＴＯやＡｌに限る必要はなく他の
透明電極や金属、あるいは超伝導材料を用いてもよい。 第一、第二の強誘電体層３、４に用いるのはＶＤＦとＴ
ｒＦＥとの共重合体に限る必要はなくＢａＴｉＯ３等の
無機強誘電体やフッ化ビニリデンとテトラフルオロエチ
レンとの共重合体等の有機強誘電体を用いてもよい。ア
クティブ基板と対向基板の間に保持するのは液晶に限る
必要はなく他の電気光学効果を持つ材料や印加電圧の大
小により発光、非発光の状態を取る材料を用いても良い
。

【００２２】図１、４、５（ａ）、（ｂ）に於て絶縁基
板１上に第二の電極５、第一の強誘電体層３、第二の強
誘電体層４第一の電極２の順番で設けて、第一と第二の
電極の位置関係を逆にして用いても良い。

【００２３】

【発明の効果】本発明のアクティブデバイスの製造方法
を用いて製造した本発明のアクティブデバイスは素子出
力の経時変化が小さい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第一のアクティブデバイスを示す図であ
る。

【図２】従来のアクティブデバイスを示す図である。

【図３】本発明のアクティブデバイスの製造方法を示す
図である。

【図４】本発明第一のアクティブデバイスを用いた液晶
素子を示す図である。

【図５】本発明第二のアクティブデバイスを示す図であ
る。

【符号の説明】

１　　絶縁基板 ２　　第一の電極 ３　　第一の強誘電体層 ４　　第二の強誘電体層 ５　　第二の電極 ６　　絶縁基板 ７　　対向電極 ８　　強誘電体層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁基板上に設けられた第一の電極、前記
   第一の電極及び前記絶縁基板を被覆するように設けられ
   た第一の強誘電体層、前記第一の強誘電体層上に設けら
   れ前記第一の強誘電体層より薄い第二の強誘電体層、前
   記第一、第二の強誘電体層を介し前記第一の電極と一部
   重なるように前記第二の強誘電体層上に設けられた第二
   の電極を具備したことを特徴とするアクティブデバイス
   。
2. 【請求項２】■絶縁基板上に第一の電極を形成する工程
   、■第一の電極上に第一の強誘電体層を設け前記第一の
   強誘電体層のキュリー点以上融点以下に加熱し徐冷を行
   う工程、■前記第一の強誘電体層上に第二の強誘電体層
   を設け前記第一の強誘電体層の融点以下に加熱する工程
   、■前記第二の強誘電体層上に第二の電極を形成する工
   程を少なくとも含むことを特徴とするアクティブデバイ
   スの製造方法。