JPH06222393A - アクティブデバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、例えば液晶素子等の電気光
学素子に用いるアクティブデバイス、特に基板の上に強
誘電体を介して上下に電極が設けられ、前記電極とオー
バーラップする部分の強誘電体を能動部分としたアクテ
ィブデバイスにおいて、前記能動部分における強誘電体
の振動に起因する剥離を防止して、素子出力の経時変化
が小さく、すこぶる寿命および信頼性の向上したアクテ
ィブデバイスを提供する事を目的とする。 【構成】 基板上に形成された第１電極、前記第１電極
上に形成された強誘電体、前記強誘電体上に形成された
第２電極、前記第２電極と接続するように形成された第
３電極を有し、少なくとも前記第１電極の一部と第３電
極の一部が、前記強誘電体を介してオーバーラップする
事を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明のアクティブデバイスは強
誘電性を利用するものであり、例えば強誘電性を利用し
液晶容量層に電圧を印加、保持する液晶ディスプレイに
用いられるものに関し、その構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、特開昭６２−１６１５８２、６２
−１６１５８４（図２）および特開昭６２−２７９３９
２に示すようなアクティブデバイスが知られていた。特
開昭６２−１６１５８２、６２−１６１５８４の構造は
次の様である。基板１の上に第１電極２が設けられ、そ
の上に強誘電体３が設けられ、その上に、第２電極４が
設けられている。

【０００３】図２において１は硝子等の絶縁基板が用い
られ、２はＩＴＯが用いられ、３はＶＤＦ／ＴｒＦＥ
（フッ化ビニリデン／トリフルオロエチレン）共重合体
が用いられ、４はＡｌが用いられている。

【０００４】特開昭６２−２７９３９２は、前記特開昭
６２−１６１５８２、６２−１６１５８４の強誘電体３
と第２電極４の間に、絶縁体を設けた構成である。

【０００５】前記第１電極２の一部と第２電極４の一部
は、前記強誘電体３を介してオーバーラップする様に設
けられており、その第１電極２の一部と第２電極４の一
部のオーバラップ部分の強誘電体をアクティブデバイス
の能動部分として用いるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のア
クティブデバイスには、以下のような問題があった。す
なわち、アクティブデバイスとして動作させるために
は、前記強誘電体３に分極を生じさせ、その分極の極性
（正負）を反転させる必要がある。そのために前記第１
電極２と第２電極４との間に交流電圧を印加する。とこ
ろが、強誘電体３は圧電性を有するために、電圧を印加
することにより、次式で示される歪みｘ ｘ＝ｄＶ （ここで、ｄは圧電歪み定数、Ｖは印加電圧
を示す） を生じる。

【０００７】そのため、前述の様に交流電圧を印加し、
極性を反転させることにより、それに応じて強誘電体の
能動部分、すなわち第１電極２と第２電極４のオーバー
ラップ部の強誘電体３に振動が生じる。

【０００８】この振動が原因となって、従来のアクティ
ブデバイスでは、第２電極４が強誘電体３の能動部分に
おいて剥離する不具合があった。

【０００９】この剥離は第２電極４の膜応力が大きいほ
どその程度が大きい。膜応力はその膜厚に比例して大き
くなるという関係があるので、前記第２電極４と強誘電
体３との剥離を小さくするには、第２電極４の膜応力が
可能な限り小さい、すなわち第２電極４を可能な限り薄
くすればよい。

【００１０】ところが、前記理由から第２電極４を薄く
してやると、配線抵抗が大きくなり、アクティブデバイ
スとして動作しにくくなる、あるいは動作しなくなると
いう不具合が生じてくる。配線抵抗を考慮すると、第２
電極４の膜厚はある程度厚いほうがよく、薄くするには
限界があった。そのため、前記膜応力を小さくする事が
できず、前記剥離を抑える事は非常に困難であった。

【００１１】このため第１電極２と第２電極４との間に
隙間が生じ、間隔が大きくなって強誘電体３に分極を生
じさせるのに充分な電圧を印加できなくなる。その結
果、自発分極の反転が充分に行なわれなくなり、アクテ
ィブデバイスの素子出力（第２電極４に接続された容量
成分に印加する電圧）が低下する。しかも上記の剥離は
時間と共に増大するため、素子の特性も時間と共に低下
する等の問題があった。

【００１２】本発明は前記従来の問題点を克服するため
のもので、前述のようなデバイス能動部分における剥離
を防止して、耐久性および信頼性の高いアクティブデバ
イスを提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、以下の構成としたものである。すなわ
ち、本発明によるアクティブデバイスは、基板上に形成
された第１電極、前記第１電極上に形成された強誘電
体、前記強誘電体上に形成された第２電極、前記第２電
極と接続するように形成された第３電極を有する事を特
徴とする。

【００１４】また、前記第３電極の膜厚が５０〜２００
Åである事を特徴とする。

【００１５】

【実施例】以下、本発明によるアクティブデバイスおよ
びその製造方法を図に示す実施例に基づいて具体的に説
明する。

【００１６】（実施例１）図１は本発明によるアクティ
ブデバイスの一実施例を示すもので、同図（ａ）は平面
図、同図（ｂ）は（ａ）におけるＸ−Ｘ線断面図であ
る。なお前記図２と同様の機能を有する部材には同一の
符号を付して説明する。

【００１７】本実施例は、前記従来のアクティブデバイ
スが、基板１上に第１電極２と強誘電体３および第２電
極４とをその順に設け、さらに第１電極２の一部と第２
電極４の一部が、前記強誘電体３を介してオーバーラッ
プするように設けたのに対し、前記第２電極４と接続す
るように第３電極５を設け、第１電極２の一部と第３電
極５の一部が、前記強誘電体３を介してオーバーラップ
するように設けたものである。

【００１８】前記基板１として本実施例においては硝子
基板が用いられ、第１電極２としてはＩＴＯ、強誘電体
３としてはＶＤＦ／ＴｒＦＥ（フッ化ビニリデン／トリ
フルオロエチレン）共重合体、第２電極４としてはＡｌ
が用いられている。また第３電極５としてはＣｒを用い
たものである。

【００１９】前記第１電極２の一部と第３電極５の一部
は、上記強誘電体３を介してオーバーラップするように
設けられており、そのオーバラップ部分の強誘電体がア
クティブデバイスの能動部分として機能する。

【００２０】上記のように、第２電極４が強誘電体３の
能動部分の真上に存在する構造では、前記強誘電体３の
振動が原因となって、第２電極４が前記能動部分におい
て剥離する不具合があった。またそれを避けるため、前
述のように第２電極４の膜応力を小さくする、すなわち
膜厚を小さくしていくと、配線抵抗が大きくなり、アク
ティブデバイスとして動作しなくなるという不具合があ
った。

【００２１】しかし、本実施例のように前記能動部分の
真上のみ膜厚の小さい第３電極５を設け、その他は膜厚
の大きい、すなわち配線抵抗の小さい第２電極４に接続
する構造にした場合、第３電極５の面積は第２電極４の
面積に比較して非常に小さいので、あるいは小さく設計
する事が可能なので、第２電極４の膜厚が同じ場合は、
全体の配線抵抗は従来構造の場合とほとんど変わらな
い。

【００２２】そのため、前記第３電極の膜厚を自由に薄
くする事ができ、前記能動部分の真上に、膜応力の非常
に小さい電極の形成が可能となり、強誘電体３の上部
に、密着状態の良好な電極を形成でき、前記振動による
剥離を激減する事が可能である。

【００２３】その結果、前記強誘電体３とその上部電極
がアクティブデバイスの動作中に剥離するのが防止さ
れ、アクティブデバイスの出力の経時変化を極力小さく
して素子寿命を大幅に増大させることが可能となるもの
である。

【００２４】なお前記図１においては、１つのアクティ
ブデバイスを示したが、前記と同様の構成のものを、例
えばマトリックス状に多数配列してもよい。その場合
は、第２電極を横方向につなぐラインとして用いる事が
できる。

【００２５】次に、図４に従い本実施例のアクティブデ
バイスの製造法を簡単に説明する。

【００２６】 まず、硝子基板（例えば、無アルカリ
ガラス）１を洗浄し、その上にスパッタリング法あるい
は蒸着法によりＩＴＯを製膜する。製膜した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１電
極２を形成する。

【００２７】 次に、その第１電極２および硝子基板
１の表面にＶＤＦ／ＴｒＦＥ共重合体をジオキサンと混
合したものをスピンコーター法により塗布する。その
後、それを前記ＶＤＦ／ＴｒＦＥ共重合体のキュリー点
以上融点以下の温度で、窒素雰囲気で１０時間アニール
し、室温近く（できれば８０から６０℃以下）まで約４
時間で徐冷し強誘電体３を形成する。

【００２８】 次に、前記強誘電体５の表面に蒸着法
あるいはスパッタリング法により所定の膜厚のＡｌを製
膜する。製膜したＡｌをフォトリソグラフィー法を用い
てパターニングし、所定の膜厚の第２電極４を形成す
る。

【００２９】 そして最後に、その第２電極４および
強誘電体３の表面に蒸着法あるいはスパッタリング法に
より所定の膜厚のＣｒを製膜する。製膜したＣｒをフォ
トリソグラフィー法を用いてパターニングし、所定の膜
厚の第３電極５を形成する。

【００３０】なお、強誘電体３の材料であるＶＤＦ／Ｔ
ｒＦＥ共重合体は、ジオキサンを含むエーテル・ケトン
類、あるいはアミン等の極性の強い溶剤に溶けるため、
スピンコート法により製膜できる事が知られている。さ
らにそれをキュリー点以上融点以下の温度でアニール、
徐冷を行う事により大きな強誘電性を示す事も知られて
おり、上記のように強誘電体３をキュリー点以上融点以
下の温度でアニール、徐冷を行ったのは上記の理由によ
る。

【００３１】強誘電体３の融点は、ＶＤＦとＴｒＦＥと
の共重合体の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。そ
の膜荒れは金属類顕微鏡（１０００以下の倍率）で容易
に観察することができる。

【００３２】上記のようにして製造されたアクティブデ
バイスは、前述のようにアクティブデバイス能動部分の
電極を自由かつ可能な限り薄くしてやる事ができるもの
で、従来のように膜厚の厚い電極を用いた場合には、ア
クティブデバイス能動部分において強誘電体３とその上
部電極はテープ剥離試験で簡単に剥がれたが、上記実施
例のように電極を薄くした場合には、６０℃、９０％の
耐湿放置試験後においても同一の試験で強誘電体３とそ
の上部電極において剥がれを生じなかった。

【００３３】また、上記アクティブデバイスの構造は、
前述の強誘電体３の振動にも強く、従来の膜厚の厚い電
極を用いた場合には、素子出力が初期の半分になる時間
は、１０時間であったが、本実施例のように能動部分の
電極を薄くした場合には、前記時間が５０００〜６００
０時間となった。そのため後述す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５０００〜６０
００時間に延ばすことができた。

【００３４】なお、前記の製造方法における、、
の工程で、第１、第２、第３の電極２、４、５を設ける
のはスパッタリング、蒸着法に限る必要はなく、その他
の方法を用いてもよい。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
法等を用いてもよいし、マスク蒸着やスパッタ法等を用
いてパターニングを省いてもよい。

【００３５】前記の製造方法におけるの工程におい
て、ＶＤＦ／ＴｒＦＥ共重合体と混合する有機溶剤はジ
オキサンに限る必要はなく、エーテル・ケトン類、ある
いはアミン等の極性の強い溶剤を用いてもよい。

【００３６】さらに前記の工程において、強誘電体３
を設けるのは、スピンコート法に限る必要はなく、キャ
スト法やコート法もしくは印刷法等を用いてもよい。

【００３７】さらに、前記の工程において、キュリー
点以上融点以下にアニールするのは１０時間に限る必要
はなくそれより長くても短くてもよい。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
てもよい。また、加熱、徐冷するのは窒素雰囲気に限る
必要はなく、不活性ガス雰囲気あるいは酸素を含むガス
中で行ってもよい。

【００３８】第１電極２はＩＴＯに限る必要はなく、他
の透明電極でもよい。第２電極４および第３電極５はＡ
ｌに限る必要はなく、他の金属や導電性物質を用いても
よい。第２電極４と第３電極５は同じ材料を用いてもよ
い。

【００３９】強誘電体３の膜厚は１８００Å程度が望ま
しいが、それより厚くても薄くてもよい。

【００４０】第２電極４の膜厚は１０００Å以上が望ま
しいが、条件によってはそれより薄くてもよい。

【００４１】第３電極５の膜厚は１０００Å以下が望ま
しいが、条件によってはそれより厚くてもよい。

【００４２】強誘電体３はＶＤＦ／ＴｒＦＥ共重合体に
限る必要はなく、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、
ＶＤＦ／ＴｅＦＥ（フッ化ビニリデン／テトラフルオロ
エチレン）共重合体、シアン化ビニリデン／酢酸ビニル
共重合体等の有機強誘電体材料あるいは、ＢａＴｉＯ₃
等の無機強誘電体材料を用いてもよい。強誘電体３は必
ずしも全面に形成する必要はなく、アクティブデバイス
能動部分のみに形成してもよい。

【００４３】図４は上記実施例のアクティブデバイス
を、液晶表示パネル等の液晶素子に適用した例を示すも
ので、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は（ａ）におけ
るＸ−Ｘ線断面図である。

【００４４】図の液晶素子は、基板１、第１電極２、強
誘電体３、第２電極４および第３電極５よりなるアクテ
ィブ基板と、ＩＴＯ等よりなる対向電極７を設けた対向
基板６とを向かい合わせに配置し、その両基板間に液晶
を介在させた構成である。

【００４５】前記図４においては、１つのアクティブデ
バイスを用いた液晶素子を例示したが、同様の構成のも
のを例えばマトリクス状に配列して液晶素子を構成して
もよい。その場合は、第２電極４を横方向につなぐライ
ンとし、対向電極７を縦方向につなぐラインとして用い
る事ができる。

【００４６】（実施例２）本実施例は、第３電極５の膜
厚を、実施例１に比較して極端に薄く形成したものであ
る。本実施例の各部材の名称および構成は、前記実施例
１の場合と同様とした。

【００４７】本例においても第２電極４と接続するよう
に第３電極５を設け、第１電極２の一部と第３電極５の
一部が、強誘電体３を介してオーバーラップするように
設ける事により、前記強誘電体３とその上部の電極の剥
離を激減させるものであり、特に本実施例では前記第３
電極５の膜厚を５０〜２００Åと極端に薄く形成したも
のであり、この場合は前記強誘電体３とその上部電極の
剥離は実施例１に比較してさらに効果的に激減する。

【００４８】本実施例のアクティブデバイスの製造方法
は実施例１の製造方法に準ずるが、第３電極５の形成方
法は、一般的な蒸着機あるいはスパッタリング機では前
記のように極端に薄く形成するのは非常に困難であるた
め、以下のような方法による。

【００４９】すなわち一般的な蒸着機あるいはスパッタ
リング機を用いた場合、製膜の開始−停止を蒸着源ある
いはターゲットの側近部に設けたシャッターを開閉する
事により制御していた。しかしこの方法だけでは製膜レ
ートや製膜時間を下げるのに限界があり、本実施例のよ
うな極端に薄い膜を製造するのは非常に困難であり、ど
うしても膜厚が過剰になってしまったり、あるいは薄い
膜ができたとしてもその膜厚を制御するのは非常に困難
であった。

【００５０】このような不具合を防ぐため、本実施例の
製造方法では、基板側にスリットを設け、そのスリット
上部を基板を通過させることにより製膜を行う方法を用
いた。この方法を用いると、スリット間隔やスリット位
置を変える事により、前記従来方法よりも製膜レートや
製膜時間を下げる事ができる。そのため、５０〜２００
Åの極端に薄い膜を作る事ができ、その膜厚の制御性も
従来の方法に比べ格段に向上している。

【００５１】上記のようにして製造されたアクティブデ
バイスは、前述のようにアクティブデバイス能動部分の
電極を５０〜２００Åと極端に薄くしてやる事ができる
もので、従来のように膜厚の厚い電極を用いた場合に
は、アクティブデバイス能動部分において強誘電体３と
その上部電極はテープ剥離試験で簡単に剥がれたが、本
実施例のように電極を薄くした場合には、６０℃、９０
％の耐湿放置試験後においても同一の試験で強誘電体３
とその上部電極において剥がれを生じなかった。

【００５２】また、上記アクティブデバイスの構造は、
前述の強誘電体３の振動にも強く、従来の膜厚の厚い電
極を用いた場合には、素子出力が初期の半分になる時間
は、１０時間であったが、本実施例のように能動部分の
電極を極端に薄くした場合には、前記時間が１００００
時間以上となった。そのため後述す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
間以上に延ばすことができた。

【００５３】なお、前記第３電極５は必ずしも完全な連
続膜である必要はなく、アイランド状の不連続な膜でも
よい。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のアクティ
ブデバイスは、前記のようにアクティブデバイス能動部
分の電極を薄くする事により、この部分における強誘電
体と電極の剥離を激減する事ができるもので、素子出力
の経時変化が小さく、すこぶる寿命および信頼性の向上
したアクティブデバイスを提供する事ができる。

【００５５】また、本発明によるアクティブデバイスの
製造方法によれば、上記のような素子出力の経時変化が
小さく、すこぶる寿命および信頼性の向上したアクティ
ブデバイスを、効率的に、効果的に量産できる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明によるアクティブデバイスを示
す上視図。（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘに沿った断面
図。

【図２】（ａ）は従来のアクティブデバイスを示す上視
図。（ｂ）は図２（ａ）のＸ−Ｘに沿った断面図。

【図３】（ａ）〜（ｄ）は本発明によるアクティブデバ
イスの製造方法の一例を示す説明図。

【図４】（ａ）は本発明によるアクティブデバイスを液
晶素子に適用した例の上視図。（ｂ）は図４（ａ）のＸ
−Ｘに沿った断面図。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 第１電極 ３ 強誘電体 ４ 第２電極 ５ 第３電極 ６ 対向基板 ７ 対向電極 ８ 液晶

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に形成された第１電極、前記第１
   電極上に形成された強誘電体、前記強誘電体上に形成さ
   れた第２電極、前記第２電極と接続するように形成され
   た第３電極を有し、少なくとも前記第１電極の一部と第
   ３電極の一部が、前記強誘電体を介してオーバーラップ
   する事を特徴とするアクティブデバイス。
2. 【請求項２】 第３電極の膜厚が５０〜２００Åである
   事を特徴とする請求項１記載のアクティブデバイス。