JPH04324834A - 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９
、強誘電体層９上に設けられたＡｌより成る第二の電極
６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
イスは絶縁基板状に設けられた第一の電極、前記第一の
電極上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厚い第二
の強誘電体層、前記第二の強誘電体層上に設けられ前記
第二の強誘電体層より薄い第三の強誘電体層、前記第一
、第二、第三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三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融点以上に加熱する工程、■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
二の強誘電体層のキュリー点以上融点以下の加熱を行い
徐冷する工程、■前記第二の強誘電体層上に第三の強誘
電体層を設け前記第二の強誘電体層の融点以下に加熱す
る工程、■前記第三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Ｔ
ｒＦＥ（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）との共重合体から成る第三の強誘電体層５
、第三の強誘電体層５上に設けられたＡｌより成る第二
の電極６が設けられている。第二の電極６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、第
三の強誘電体層３、５の各々の膜厚より厚い。アクティ
ブデバイスの能動層は第一と第二の電極２、６でサンド
イッチ状に挟まれた第一、第二、第三の強誘電体層３、
４、５である。

【０００６】図３を用いて本発明にかかるアクティブデ
バイスの製造方法を説明する。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
ソ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ＴｒＦＥとの共重合体から成る第一の強誘電
体層３を設け、第一の強誘電体層３をその融点以上に加
熱し、大気中に放置する事により室温まで急冷する。図
３（ｂ）。次にスピンコート法を用いてＶＤＦとＴｒＦ
Ｅとの共重合体からなる第二の強誘電体層４を第一の強
誘電体層３上に設け、第二の強誘電体層４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（ｃ）。次にＶＤＦとＴｒＦＥとの共重合体からなる
第三の強誘電体層５をスピンコート法により第二の強誘
電体層４上に設け、第三の強誘電体層５を第二の強誘電
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。第一、三の強誘電体層
３、５は第二の強誘電体層４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（ｄ）。最後に第三の強誘電
体層５上にＡｌからなる第二の電極６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６を形成する。図３（ｅ）。

【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。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６に接続された
容量成分に印加する電圧）が低下する。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。

【０００８】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
。

【０００９】第一の強誘電体層３を融点以上で加熱、急
冷したのは次の理由による。融点以上では融け液体状態
になる。この状態だと第一の強誘電体層３は下の第一の
電極２の小さな凹凸の細部にまで入り込む。この状態を
急冷する事により凍結する。第一の電極２の細部の凹凸
まで入り込んでいるため第一の電極２と第一の強誘電体
層４との密着力は極めて強固となる。融点以上の加熱を
行わない際は第一の強誘電体層３は第一の電極２の細部
の凹凸に入り込んでいないため両者の密着強度は弱く、
テープ剥離試験で簡単に剥離した。ところが融点以上の
加熱を行うことにより６０℃、９０％の耐湿加速試験５
００時間後においてもテープで剥離する事が出来ず、良
好な密着強度を示した。さらに融点以上の加熱を行う事
により第一の強誘電体層３の強誘電性を小さくする事が
できる。例えばキュリー点以上融点以下で加熱、徐冷を
行った強誘電体層と同一条件（強誘電体層の膜厚、印加
電界の強度と波形、周波数が同一）で残留分極を比較す
ると、実際に印加する加熱温度や時間等にもより異なる
がおよそ半分以下となる。この強誘電性の低下は圧電性
の低下を示しており、それはアクティブデバイス動作中
の第一の強誘電体層３の振動が小さくなる事をも示して
いる。さらに第二の強誘電体層４の振動を吸収する層と
しても作用する。これらのため実質的に第一の電極２と
第一の強誘電体層３間の密着強度がさらに高まった事に
なる。

【００１０】第二の強誘電体層４は第一の強誘電体層３
と同様にケトン類等に融けておりスピンコート法により
形成される。第一の強誘電体層３をキュリー点以上（融
点はキュリー点以上か等しい）に加熱すると少なくとも
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ケトン類等に不溶となる。 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。第一の強誘電体層３をキュリー点
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。第二
の強誘電体層４をスピンコート法で形成した後キュリー
点以上融点以下の温度で加熱、徐冷を行なうことにより
、大きな強誘電性が発現される。同時に第一と第二の強
誘電体層３、４間の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。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。

【００１１】第二の強誘電体層４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三の強誘電体
層５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。そのため第三の
強誘電体層５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三の強誘
電体層５を形成する際に第二の強誘電体層４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】第三の強誘電体層５をスピンコート法で形
成した後第二の強誘電体層４の融点以下の温度で加熱し
急冷を行なう。これにより第三の強誘電体層５を第二の
強誘電体層４と第二の電極６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。第二と第三の
強誘電体層４、５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
うことにより第三の強誘電体層５の強誘電性を第二の強
誘電体層４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。これにより第三の強誘電体層５の振動
は第二の強誘電体層４のそれより小さくなると共に第に
の強誘電体層４の振動を吸収する働きが生じる。そのた
め第三の強誘電体層５と第二の電極６間の振動による剥
がれが少なくなり、結果として第二の強誘電体層４と第
二の電極６の密着強度が強くなる。この際融点以下の加
熱となるため第二の強誘電体層４の強誘電性は変化しな
い。融点以上だと第二の強誘電体層４の強誘電性は低下
する。上記の方法を用いて第三の強誘電体層５を形成し
ない際は第二の電極６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、二の電極２、６と第二の強誘電体層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。第一、三の
強誘電体層３、５の両方を用いない際は素子出力が１０
時間アクティブデバイス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４００００時
間後に於いても９５％までしか低下しなかった。

【００１４】第二の強誘電体層４の強誘電性が第一、三
の強誘電体層３、５のそれより大きい。アクティブデバ
イスの大きな（良好な）素子出力（残留分極に比例する
）を得るためにはできるだけ第二の強誘電体層４の膜厚
を厚くし、それに大きな電界を印加することが必要とな
る。アクティブデバイスの素子出力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、第三の強誘電体
層３、５より厚いことが必要となる。望ましくは第一、
第三の強誘電体層３、５の膜厚の合計は第二の強誘電体
層４のそれの２０％以下、できれば１０％以下、さらに
好ましくは５％以下である。素子の初期出力は第一、第
三の強誘電体層３、５を用いない場合に比べそれらの膜
厚の合計が１０−２０％の際は５−１０％低下した。し
かし素子出力の経時変化が小さくなるため最終的な素子
の信頼性（寿命）は大きく向上した。膜厚の合計が５−
１０％の際は素子の初期出力は２−３％低下したが、実
用上ほとんど問題にならない程度であった。膜厚合計が
５％以下の際は初期出力の低下はほとんど観察されなか
った。もちろん膜厚合計が１０％以下においても経時変
化が小さくなる効果は１０−２０％の際と同じである。

【００１５】第一、二、三の強誘電体層３、４、５のキ
ュリー点や融点もＶＤＦ／ＴｒＦＥ共重合体のＶＤＦ含
有量や結晶型およびそのボリュームパーセントによって
異なる。キュリー点や融点はＤＳＣ法等の示差熱分析等
を用いて求められる。特に融点は強誘電体層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）、（ｅ）において第一、第二の
電極２、６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融点以上に加熱するのは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。 融点以上の代わりにキュリー点以上の加熱を用いても良
い。場合によればキュリー点以下の加熱でも良い。図３
（ｃ）において第二の強誘電体層４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
（ｄ）において第二の強誘電体層４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。その際は加熱温度が第二、第
三の強誘電体層４、５のキュリー点以上融点以下にする
と第二と第三の強誘電体層４、５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。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
くするする点から望ましい。図３（ｂ）、（ｃ）、（ｄ
）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、第三の強誘電
体層５、第二の電極６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７上に設けられたＩＴＯから成る
対向電極８から成る対向基板との間に液晶を保持した素
子である。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ＴｒＦ
Ｅ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ＶＤＦとＴｒＦＥとの共重合体からなる第
三の強誘電体層５、第三の強誘電体層５上に設けられた
Ａｌより成る第二の電極６が設けられている。第二の電
極６は第一、第二、第三の強誘電体層３、４、５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、第二、第三の強誘電体層
３、４、５である。第二のアクティブデバイスに於いて
は第一、第二、第三の強誘電体層３、４、５が第二の電
極６をマスクとして第二の電極６形成後にエッチングさ
れているため３つの強誘電体層３、４、５は第二の電極
６と上視図に於いて同一形状となっている。第一、第二
、第三の強誘電体層３、４、５の膜厚関係は図１と同様
である。

【００１８】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。

【００１９】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より厚い第二の強誘電体層４、第二
の強誘電体層４より薄い第三の強誘電体層５、第二の電
極６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。

【００２０】図１、４、５に於いて、絶縁基板１、７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６、対向
電極８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、第三の強誘電体層３、４に用いるのはＶＤ
ＦとＴｒＦＥとの共重合体に限る必要はなくＢａＴｉＯ
３　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。第一、第三の強誘電体層３、５にＳｉやＴｉ
等のカップリング剤を混入して用いても良い。

【００２１】図１、４、５（ａ），（ｂ）に於て絶縁基
板１上に第二の電極６、第一の強誘電体層３、第二の強
誘電体層４、第三の強誘電体層５、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。

【００２２】

【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　　第三の強誘電体層 ６　　第二の電極 ７　　絶縁基板 ８　　対向電極 ９　　強誘電体層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　絶縁基板状に設けられた第一の電極、
   前記第一の電極上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
   り厚い第二の強誘電体層、前記第二の強誘電体層上に設
   けられ前記第二の強誘電体層より薄い第三の強誘電体層
   、前記第一、第二、第三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三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
   一の強誘電体層の融点以上に加熱する工程、■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二の強
   誘電体層のキュリー点以上融点以下の加熱を行い徐冷す
   る工程、■前記第二の強誘電体層上に第三の強誘電体層
   を設け前記第二の強誘電体層の融点以下に加熱する工程
   、■前記第三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。