JPH04324837A - 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３
、強誘電体層３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
電極上に設けられた強誘電体層、前記強誘電体層上に設
けられた誘電体層、前記誘電体層上に前記強誘電体層と
誘電体層を介し前記第一の電極と一部重なるように設け
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、■前記第一の電極上に強誘電体
層を設け前記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、■前記強誘電体層上に誘電体層を
前記強誘電体層の融点以下の温度で形成する工程、■前
記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。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し、前記第一
の電極上に強誘電体層を形成し、前記強誘電体層上に誘
電体層を形成し、前記誘電体層上に第二の電極を形成す
るアクティブデバイスの製造方法において、前記誘電体
層を形成した後に前記強誘電体層のキュリー点以上融点
以下に加熱し徐冷する工程を少なくとも含む事を特徴と
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強誘電体層３、強誘電
体層３上に設けられたアクリルからなる誘電体層４、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は強誘電体層３と誘電体層
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
、４でサンドイッチ状に挟まれた強誘電体層３である。

【０００６】図３に本発明第一の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Ｉ
ＴＯ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ＶＤＦとＴｒＦＥとの共重合体から
なる強誘電体層３を絶縁基板１と第一の電極２上に設け
、強誘電体層３をそのキュリー点以上融点以下の温度で
１０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）。次に誘電体層
４をスピンコート法を用いて設け、アニールにより焼成
し形成する。図３（ｃ）。最後に誘電体層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】強誘電体層３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３と第二の電極５
２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】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。強誘
電体層３は大きな強誘電性を持つ。

【００１１】第二の電極５と誘電体層４、そして誘電体
層４と強誘電体層３はそれぞれ密着力が強く強固に密着
している。誘電体層４を用いない際は第二の電極５と強
誘電体層３はテープ剥離試験で簡単に剥がれたが、誘電
体層４を用いると６０℃、９０％の耐湿放置試験後にお
いても同一の試験で剥がれが生じなかった。さらに誘電
体層４は強誘電体層３間の振動を吸収するバッファ層と
して用いられている。そのため第二の電極５と強誘電体
層３間の密着は実質的にさらに強くなる。これらのため
に第一の電極２と強誘電体層３がアクティブデバイスの
動作中に剥がれることが防止された。そのためアクティ
ブデバイスの出力の経時変化は小さくなり素子寿命は大
幅に改善された。誘電体層４を形成しない際は素子出力
が初期の半分になる時間は１０時間であったが、誘電体
層４を形成する事によりその時間は１００００時間とな
った。そのため後に述べるアクティブデバイスを用いた
液晶素子の寿命も１０時間から１００００時間に延びた
。

【００１２】強誘電体層３の融点は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。融点を求めるにはＤＳＣ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。

【００１３】図３（ａ）、（ｄ）において第一、第二の
電極２、４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（ｄ）において強誘
電体層３をキュリー点以上融点以下に加熱するのは１０
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。加熱、徐冷するのは窒素や不
活性ガス中が望ましい。しかし、酸素を含むガス中で行
っても良い。図３（ｂ）、（ｃ）において強誘電体層３
、誘電体層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。 図３（ｃ）においてアニールは行わなくても良い。アニ
ールの代わりに真空乾燥のような乾燥を行っても良い。 アニールを行う際はアニール時間は５分以上が好ましく
、冷却方法は徐冷でも急冷でもかまわない。また、誘電
体層４中にシランカップリング剤等のカップリング剤や
プライマーを混入させたものを用いても良い。カップリ
ング剤やプライマーは第二の電極５、強誘電体層３の少
なくとも一方と良好な密着を得られるものが望ましい。 又、誘電体層４を形成する前に強誘電体層３の表面に金
属ナトリウム処理やプラズマ処理を施しても良い。 プラズマ処理は酸素を含むものが望ましいが、窒素やア
ルゴン等の不活性ガスを用いても良い。又、誘電体層４
は塗布法ではなく蒸着法やスパッタ法を用いて形成して
も良い。

【００１４】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
け強誘電体層３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強誘電体層３の膜厚が誘電体
層４より厚いことが必要となる。望ましくは誘電体層４
の膜厚は強誘電体層３のそれの２０％以下、できれば１
０％以下、さらに好ましくは５％以下である。アクティ
ブデバイスの初期出力は誘電体層４を用いない場合に比
べその膜厚が強誘電体層３の１０−２０％の際は５−１
０％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。 誘電体層４の膜厚が５−１０％の際はアクティブデバイ
スの初期出力は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。誘電体層４の膜厚合計が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】本発明第二のアクティブデバイスの製造方
法にはほぼ第一のもの同じである。図３を用いて説明す
ると、絶縁基板１上に第一の電極２を形成する。図３（
ａ）。第一の電極２上に強誘電体層３を形成する。図３
（ｂ）。強誘電体層３上に誘電体層４を形成する。図３
（ｄ）。誘電体層４上に第二の電極５を形成する。図３
（ｅ）。本発明第一のアクティブデバイスの製造方法と
異なるのは誘電体層４を形成した後に強誘電体層３のキ
ュリー点以上融点以下に加熱し徐冷する事である。もち
ろんこれを第二の電極５形成後に行っても良い。先に述
べた異なる点以外の詳細な工程は第一のアクティブデバ
イスの製造方法と同じである。

【００１６】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、強誘
電体層３、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。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ＴｒＦＥとの共重合体からなる強誘電体層３、
強誘電体層３上に設けられたアクリルから成る誘電体層
４、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は誘電体層４と強誘
電体層３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強誘電体層３で
ある。第二のアクティブデバイスに於いては誘電体層４
と強誘電体層３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誘電体層４と強
誘電体層３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。

【００１７】本発明第二のアクティブデバイスも本発明
の第一、第二のアクティブデバイスの製造方法を用いて
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。異なるのは先に述べたように第二の電極５形
成後に第二の電極をマスクとして誘電体層４と強誘電体
層３をエッチングする事である。その際は第二の電極５
をエッチングするのに用いたレジストを具備した状態で
誘電体層４と強誘電体層３をエッチングしても良いし、
レジストを除去した状態でエッチングしても良い。エッ
チングには酸素を含むプラズマを用いる事が望ましい。 また、誘電体層４だけをエッチングし強誘電体層３はエ
ッチングせずに残しても良い。その際は強誘電体層３の
一部はエッチングされていても良い。また、誘電体層４
の一部だけをエッチングしても良い。

【００１８】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、強誘電体層３、誘電体
層４、第二の電極５から構成されるアクティブデバイス
は本発明の一実施例と考えられる。さらにそれらは先に
示したのアクティブデバイスの製造方法を用いて製造さ
れる。

【００１９】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。 強誘電体層３に用いるのはＶＤＦとＴｒＦＥ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。誘電体層４に用い
るのはアクリルに限る必要はなく他の材料、例えばエス
テル樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、スチロ
ール系樹脂、酢酸ビニル樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリエ
ーテル樹脂、ポリウレタン樹脂、ケイ素樹脂、シアノア
クリレート樹脂、クロロプレン樹脂、クロロプレンゴム
、ニトリルゴム、ニトリル−プレンン樹脂、ポリオレヒ
ィン系樹脂、エポキシ変性ポリアミド、ポリサルファイ
ド、合成ゴム変性ポリアミド、シリコーンゴム、ＰＭＭ
Ａ、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、シロキサン、ポリ
カーボネート、ポリイミド、ポリアミド、強誘電体等の
有機材料、あるいはＳｉＯｘ、ＳｉＯＮｘ、ＳｉＮｘ、
ＴａＯｘ等の酸化物や窒化物等または強誘電体、反強誘
電体等の無機材料を用いても良い。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。図１、４、５（
ａ），（ｂ）に於て絶縁基板１上に第二の電極５、誘電
体層４、強誘電体層３、第一の電極２の順番で設けて用
いても良い。

【００２０】

【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　　強誘電体層 ４　　誘電体層 ５　　第二の電極 ６　　絶縁基板 ７　　対向電極

Claims (3)

【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、
   前記第一の電極上に設けられた強誘電体層、前記強誘電
   体層上に設けられた誘電体層、前記誘電体層上に前記強
   誘電体層と誘電体層を介し前記第一の電極と一部重なる
   よう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、■前記第一の電極上に強誘電体層を設け前記強誘
   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、■前記強誘電体層上に誘電体層を前記強誘電体層の
   融点以下の温度で形成する工程、■前記誘電体層上に第
   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。
3. 【請求項３】　　絶縁基板上に第一の電極を形成し、前
   記第一の電極上に強誘電体層を形成し、前記強誘電体層
   上に誘電体層を形成し、前記誘電体層上に第二の電極を
   形成するアクティブデバイスの製造方法において、前記
   誘電体層を形成した後に前記強誘電体層のキュリー点以
   上融点以下に加熱し徐冷する工程を少なくとも含む事を
   特徴とするアクティブデバイスの製造方法。