JPH04324836A - 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
クティブデバイス及びアクティブデバイスの製造方法に
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４
、強誘電体層４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第一の誘電体層、前記第一の誘電体
層上に設けられた強誘電体層、前記強誘電体層上に設け
られた第二の誘電体層、前記第二の誘電体層上に前記強
誘電体層と前記第一、二の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
記第一の電極上に第一の誘電体層を形成する工程、■前
記第一の誘電体層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第二の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第一の
誘電体層を形成し、前記第一の誘電体層上に強誘電体層
を形成し、前記強誘電体層上に第二の誘電体層を形成し
、前記第二の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、前記第二の誘電体層
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
アクリルから成る第一の誘電体層３、第一の誘電体層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強誘電
体層４、強誘電体層４上に設けられたアクリルからなる
第二の誘電体層５、第二の誘電体層５上に設けられたＡ
ｌより成る第二の電極６が設けられている。第二の電極
６は強誘電体層４と第一、第二の誘電体層３、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、４
でサンドイッチ状に挟まれた強誘電体層４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）。次にアクリルからなる第一の誘電体層３
をスピンコート法で形成する。図３（ｂ）。ＶＤＦとＴ
ｒＦＥとの共重合体からなる強誘電体層４を絶縁基板１
と第一の電極２上に設け、強誘電体層４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（ｃ）。次に第二の誘電体層５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（ｄ
）。最後に第二の誘電体層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】強誘電体層４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、
６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４と第一、第二の
電極２、６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４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４は大きな強誘電性を持つ。

【００１１】第一の電極２と第一の誘電体層３、そして
第一の誘電体層３と強誘電体層４はそれぞれ密着力が強
く強固に密着している。第一の誘電体層３を用いない際
は第一の電極２と強誘電体層４はテープ剥離試験で簡単
に剥がれたが、第一の誘電体層３を用いると６０℃、９
０％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。さらに第一の誘電体層３は強誘電体層４
間の振動を吸収するバッファ層として用いられている。 そのため第一の電極２と強誘電体層４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４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。

【００１２】さらに、第二の電極６と第二の誘電体層５
、そして第二の誘電体層５と強誘電体層４はそれぞれ密
着力が強く強固に密着している。第二の誘電体層５を用
いない際は第二の電極６と強誘電体層４はテープ剥離試
験で簡単に剥がれたが、第二の誘電体層５を用いると６
０℃、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。さらに第二の誘電体層５は強誘
電体層４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６と強誘電体層４間の密着
は実質的にさらに強くなる。これらのために第二の電極
６と強誘電体層４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。第一と第二の誘電体層３、５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、第
一と第二の誘電体層３、５を形成する事によりその時間
は５００００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５
００００時間に延びた。

【００１３】強誘電体層４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４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。

【００１４】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（ｃ）において強誘
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）、（ｄ）において強誘
電体層４、第一、第二の誘電体層３、５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（ｄ）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、第一、第二の誘電体層３、５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
イマーは第一、第二の電極２、６、強誘電体層４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、第二の誘電体層５を形成する前に強誘電体層４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、第一、第
二の誘電体層３、５を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。

【００１５】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強誘電体層４の膜厚が第一、
第二の誘電体層３、５の合計の膜厚より厚いことが必要
となる。望ましくは第一、第二の誘電体層３、５の膜厚
の合計は強誘電体層４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２つの誘電体層３、５を用いな
い場合に比べその膜厚が強誘電体層４の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。２つの誘電体層３、５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。２つ
の誘電体層３、５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１
０−２０％の際と同じである。

【００１６】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上に第一の誘電体層３を形成する。 図３（ｂ）。第一の誘電体層３上に強誘電体層４を形成
する。図３（ｃ）。強誘電体層４上に第二の誘電体層５
を形成する。図３（ｄ）。第二の誘電体層５上に第二の
電極６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第二の誘電体層５を
形成した後に強誘電体層４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６
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。

【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
の誘電体層３、強誘電体層４、第二の誘電体層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上に設けられたアクリルからなる第一の誘電
体層３、第一の誘電体層３上に設けられたＶＤＦとＴｒ
ＦＥとの共重合体からなる強誘電体層４、強誘電体層４
上に設けられたアクリルから成る第二の誘電体層５、第
二の誘電体層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、第二の誘電
体層３、５と強誘電体層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、６でサンドイッチ状に挟まれ
た強誘電体層４である。第二のアクティブデバイスに於
いては第一、第二の誘電体層３、５と強誘電体層４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第一、第二の誘電体層３、５と強誘
電体層４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。

【００１８】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６形
成後に第二の電極をマスクとして第一、第二の誘電体層
３、５と強誘電体層４をエッチングする事である。その
際は第二の電極６をエッチングするのに用いたレジスト
を具備した状態で第一、第二の誘電体層３、５と強誘電
体層４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、第二の誘電体
層５だけをエッチングし強誘電体層４はエッチングせず
に残しても良い。その際は強誘電体層４の一部はエッチ
ングされていても良い。また、第二の誘電体層５の一部
だけをエッチングしても良い。また、第一の誘電体層３
の一部までエッチングしても良い。

【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、第一の誘電体層３、強
誘電体層４、第二の誘電体層５、第二の電極６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。

【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。 強誘電体層４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。第一、第二の誘電
体層３、５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、ＰＭＭＡ、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、ＳｉＯ
Ｎｘ、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。ま
た、それらを２層以上に重ねたものやそれらを混合した
層を用いても良い。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。

【００２１】図１、４、５（ａ），（ｂ）に於て絶縁基
板１上に第二の電極６、第一の誘電体層３、強誘電体層
４、第二の誘電体層５、第一の電極２の順番で設けて用
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　　第一の誘電体層 ４　　強誘電体層 ５　　第二の誘電体層 ６　　第二の電極 ７　　絶縁基板 ８　　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第一の誘電体層、前記第
   一の誘電体層上に設けられた強誘電体層、前記強誘電体
   層上に設けられた第二の誘電体層、前記第二の誘電体層
   上に前記強誘電体層と前記第一、二の誘電体層を介し前
   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第一の誘電体層を形成する
   工程、■前記第一の誘電体層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第二の誘電体層を前記強
   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
   記第一の電極上に第一の誘電体層を形成し、前記第一の
   誘電体層上に強誘電体層を形成し、前記強誘電体層上に
   第二の誘電体層を形成し、前記第二の誘電体層上に第二
   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、前記第二の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。