JPH06208140A - 非線型素子基板及び液晶表示装置 - Google Patents

非線型素子基板及び液晶表示装置

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JPH06208140A
JPH06208140A JP342193A JP342193A JPH06208140A JP H06208140 A JPH06208140 A JP H06208140A JP 342193 A JP342193 A JP 342193A JP 342193 A JP342193 A JP 342193A JP H06208140 A JPH06208140 A JP H06208140A
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JP
Japan
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electrode
element substrate
liquid crystal
linear element
substrate
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JP342193A
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Makoto Oue
誠 大植
Shinji Shimada
伸二 島田
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 非線形素子基板のヒステリシス特性を対称性
の向上。 【構成】 基板上に第1の電極、強誘電体層及び第2の
電極が積層された非線型素子基板であって、第1の電極
と第2の電極を構成する材料が同一もしくは仕事関数の
差が0.5eV以下の材料からなる非線形素子基板、あ
るいは、少なくとも平行な前記第1の電極及び前記第2
の電極からなり、前記第1の電極と前記第2の電極が互
いに交差するように配設されたリング状構造からなるこ
とを特徴とする非線形素子基板、及びそれを用いた液晶
表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、非線型素子基板及び液
晶表示装置に関する。さらに詳しくは、表示装置や光変
調素子などに用いられる非線形素子基板及び液晶表示装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、基板上に少なくとも第1の電極と
第2の電極と有機高分子強誘電体層を備えた非線型素子
基板では、強誘電体層として、スピンコート、ディッピ
ング等のコーティング工程のみで強誘電性を示すポリフ
ッ化ビニリデン−トリフロロエチレン(以下PVF−T
rFE)が主に用いられている。この材料を用いた非線
型素子基板は製造が容易であり、強誘電体としての特性
の点からも比較的大きな残留成分と抗電界を有し、比較
的耐熱性も良いことから、液晶表示装置用非線型素子基
板として用いた例が報告されている。
【0003】このような従来例を図10に示す。1は絶
縁性透明基板、2は第1の電極、3は強誘電体材料、4
は第2の電極である。このような従来の非線形素子基板
では、第1の電極と第2の電極の材料が異なる材料で形
成されており、例えば第2の電極として、インジウムチ
タンオキサイド(ITO)からなる透明電極を使用する
ことが一般的である。また下部電極には導電率が高い材
料を用いる必要があり、ITOは一般に下部電極として
用いるには抵抗が高いため、下部電極としては適さず、
通常の非線形素子では、上下電極は相違する材料で製造
されていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図10に示すような従
来の非線形素子基板を液晶表示装置のアクティブ基板と
して用いた場合の、電界−電気変位ヒステリシス曲線を
図11に示した。またヒステリシス測定のための測定系
を図12に示した。ここで104は波形発生装置、10
5は高速アンプ、106は素子、107は測定用容量、
108はデジタルストレージスコープ、109は導線及
び110はプローブを示す。測定条件は±40V、30
Hzの正弦波を印加し、測定用容量として100nFの
コンデンサを用いた。
【0005】図11から分かるように、上下電極材料の
異なる非線形素子基板ではそのヒステリシス特性が非対
称になる欠点があった。特に強誘電材料にPVF−Tr
FEを用いぬれ特性向上のために界面活性剤を用いた場
合はより顕著に表れる。以上の課題を鑑み、第1の電極
と第2の電極の選択及び/又は非線形素子基板をリング
状構造に配設することによって、ヒステリシス特性が対
称となることを見いだし本発明をなすにいたった。
【0006】
【課題を解決するための手段及び作用】かくして、本発
明によれば、基板上に第1の電極、強誘電体層及び第2
の電極が積層された非線型素子基板であって、第1の電
極及び第2の電極が同一材料もしくは仕事関数の差が
0.5eV以下の材料からなることを特徴とする非線形
素子基板が提供される。
【0007】本発明に使用できる基板としては、特に限
定されないが、透明性の基板が用いられ、例えばガラス
基板が挙げられる。第1の電極及び第2の電極材料とし
ては、公知のものが使用でき、同一の電極とする場合、
アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、タンタル(T
a)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)等が挙げら
れ、異なる材料の電極とする場合、その仕事関数の差が
0.5eV以下、好ましくは0.4eV以下である。こ
のような電極材料の組み合わせとして、AlとTa、A
lとTi、AlとCr、TaとTi、CrとTa、Ti
とCr、MoとAl、MoとTi、MoとCr、Moと
Ta等が挙げられる。ここで仕事関数とは、フェルミ準
位にある金属内電子を固体外部の真空へ移動するのに必
要な仕事を意味する。
【0008】このように仕事関数の差が0.5eV以下
の材料を電極とすることによって、ヒステリシス特性の
対称性が良好な非線形素子基板が得られる。更に、本発
明によれば、基板上に第1の電極、強誘電体層及び第2
の電極が積層された非線型素子基板であって、少なくと
も平行な前記第1の電極及び前記第2の電極からなり、
前記第1の電極と前記第2の電極が互いに交差するよう
に配設されたリング状構造からなることを特徴とする非
線形素子基板が提供される。
【0009】上記のようなリング状構造に配設された素
子基板の平面図の例を図1に示す。この素子基板は電極
11(データライン)と電極12とからなる第1の電
極、第1の電極上に積層された強誘電体層、電極13と
電極14(絵素電極)とからなる第2の電極からなって
いる。ここで電極材料として上記に挙げた材料のほか
に、ITO、ZnO等も使用することが可能である。図
中斜線部は非線形素子を示し、X部はスルーホールが形
成されていることを示している。
【0010】上記図1においてA−A′間、B−B′間
の断面図をそれぞれ図2及び図3に示す。図2及び図3
に示されているように本発明の素子基板は対称な構造か
らなっており、第1の電極と第2の電極が互いに交差す
るように配設することによってリング状の構造を構成し
ている。このような構成にすることによってヒステリシ
ス特性の対称性が良好な非線形素子基板が得られる。
【0011】本発明の強誘電体層の形成には、PVF−
TrFE、ポリフッ化ビニリデン−テトラフロロエチレ
ン(以下PVF−TeFE)、PVF、シアン化ビニリ
デン酢酸ビニル共重合体等の有機物、BaTiO3 、P
bTiO3 、PbZrO3 等の無機物等が使用される。
このうちPVF−TrFEを使用することが好ましい。
【0012】次に本発明の非線形素子基板の製造方法を
説明する。基板上に蒸着、スパッタリング等によって第
1の電極を形成する。次に有機物を強誘電体として使用
する場合、有機物を溶媒中に溶かした溶液を、スピンコ
ート法によって1500〜2500Åの層厚に塗布し、
135〜140℃の温度で20〜40分間焼成した後、
25〜50℃/時の速度で降温することによって強誘電
体層が形成される。また無機物を使用する場合、有機金
属化合物あるいは金属有機物を、キャリアガスに気化同
伴させながら反応室に送り込み、加熱された基板上で化
学反応させるこからなるMOCVD法により成膜し、強
誘電体層が形成される。
【0013】前記有機物を溶かす溶媒としては、メチル
エチルケトン(MEK)、ジメチルアセトアミド(DM
F)及びジメチルホルムアミド(DMA)等が挙げら
れ、この溶媒は1種でもよくまた複数種組み合わされて
いてもよい。ここで成膜状態を改善するためにフッ化ア
ルキルエステル等の界面活性剤を添加することもでき
る。この際の添加量は使用される強誘電体によっても異
なるが、通常0.1〜0.3重量%加えることが好まし
い。
【0014】つぎに上記基板の所望の領域をエッチング
することによって、スルーホールを形成する。さらに第
2の電極を上記強誘電体層上に蒸着、スパッタリング等
によって形成する。このようにして本発明の非線形素子
基板が得られる。以上の非線形素子基板では、光透過型
の構成ついて説明したが、光反射型の構成にすることも
可能である。
【0015】さらに本発明によれば、上記非線形素子基
板を使用した液晶表示装置が提供される。液晶表示装置
は通常、基板上に電極が形成され、該電極上に配向膜が
形成されてなる基板を、配向膜が相対するように設置
し、基板間に液晶を注入することによって得られる。こ
のような液晶表示装置の基板として、一方の基板もしく
は両方の基板に、本発明の非線形素子基板が使用でき
る。以下本発明の非線形素子基板を、一方の基板に使用
した場合の液晶表示装置の製造法を説明する。
【0016】まず上記のようにして得られた非線形素子
基板上に、配向膜を形成する。配向膜の材料としては、
無機系もしくは有機系の配向膜を使用することができ
る。無機系の配向膜を用いる場合、よく用いられる方法
としては、酸化ケイ素等の斜め蒸着法、回転蒸着等の方
法を用いることができる。有機系の配向膜を用いる場
合、その材料としては、ナイロン、ポリビニルアルコー
ル、ポリイミド、ポリ尿素等を用いることができる。こ
のような有機系の配向膜を堆積し、ラビング処理するこ
とによって形成できる。さらに、高分子液晶、LB膜を
用いて配向させたり、磁場による配向、スペーサエッジ
法による配向等も可能である。また、SiO,SiN等
を蒸着し、その上をラビングする方法も可能である。
【0017】次に液晶材料としては、シアノフェニルシ
クロヘキサン系、シアノビフェニル系、フッ素系、トラ
ン系等が使用できる。スーペサに使用できる組成物とし
ては、ポリスチレン、シリカ、アクリル、塩化ビニリデ
ン、ナイロン等が挙げられる。このうちポリスチレン、
シリカが好適に使用される。スペーサを塗布したあと、
紫外線硬化樹脂で周囲をシールし、前記液晶材料が、配
向膜間に注入された後、封止されることによって本発明
の液晶表示装置が得られる。
【0018】
【実施例】以下に、本発明の実施例を示す。なお本発明
は以下の材料、工程及びその条件等に限定されるもので
はない。 実施例1 ガラス基板15上に、Alをスパッタ法で積層しパター
ニングを行って膜厚2000Åの第1の電極である電極
11(データライン)と電極12を形成した。その上に
PVF−TrFEをMEKに3%溶かした溶液を、スピ
ンコート法によって2000Åの厚さで積層し、140
℃で30分間焼成した後、25℃/時の速度で降温し、
強誘電体膜23を形成した。次に所定の領域を第1の電
極が露出するまでエッチングすることによってスルーホ
ールを形成した。次に強誘電体膜上に、ITOをスパッ
タ法で積層しパターニングを行って膜厚1000Åの第
2の電極である電極13と電極14(絵素電極)を形成
し、図1、図2及び図3に示すような非線形素子基板を
形成した。
【0019】また強誘電性を確認するために、ヒステリ
シスを測定した。このヒステリシスを測定するための測
定系を図12に示した。ここで104は波形発生装置、
105は高速アンプ、106は素子、107は測定用容
量、108はデジタルストレージスコープ、109は導
線及び110はプローブを示す。測定条件は±40V、
30Hzの正弦波を非線形素子基板の電極に印加し、測
定用容量として100nFのコンデンサを用いた。上記
のようにして測定したヒステリシス曲線から、残留分極
値を求め、その結果を図8に示した。この図から分かる
ように、ヒステリシスの非対称性の非常に少ない非線形
素子基板が得られた。
【0020】実施例2 ガラス基板41上に、Taをスパッタ法で積層しパター
ニングを行って膜厚3000Åの第1の電極42を形成
した。その上にPVF−TrFEをMEKに3%溶かし
た溶液を、スピンコート法によって2000Åの厚さで
積層し、140℃で30分間焼成した後、25℃/時の
速度で降温し、強誘電体膜43を形成した。次に強誘電
体膜43上に、Moをスパッタ法で積層しパターニング
を行って膜厚2000Åの第2の電極44を形成した、
これら第1の電極42、強誘電体膜43及び第2の電極
44上に、ITOをスパッタ法で積層しパターニングを
行って膜厚1000Åの絵素電極45を形成し、図5に
示すような透過型の非線形素子基板を形成した。この非
線形素子基板に使用された、第1の電極42と第2の電
極44との仕事関数の差は、0.40eVであった。実
施例1と同様にして測定したヒステリシス曲線から、残
留分極値を求め、その結果を図9(a)に示した。この
図から分かるように、ヒステリシスの非対称性の非常に
少ない非線形素子基板が得られた。
【0021】実施例3 絵素電極を形成しないことを除いては、実施例2と同様
にして図6に示すような反射型の非線形素子基板を形成
した。この非線形素子基板に使用された、第1の電極4
2と第2の電極44に使用された電極材料はTaとAl
であり、第1の電極42と第2の電極44との仕事関数
の差は、0.13eVであった。実施例1と同様にして
測定したヒステリシス曲線から、残留分極値を求め、そ
の結果を図9(b)に示した。この図から分かるよう
に、ヒステリシスの非対称性の非常に少ない非線形素子
基板が得られた。
【0022】実施例4 実施例1の非線形素子基板を、一方の基板として使用し
た、液晶表示装置について説明する。まず一方の基板を
作成するために、非線形素子基板31上にポリイミドを
印刷法によって成膜し、ラビング処理し、配向膜34を
形成することによって作成した。また他方の基板は、ガ
ラス基板33上に対向電極としてITOを膜厚1000
Åで蒸着して電極30を形成し、上記方法と同様にして
配向膜34を形成した。つぎにスペーサ36を散布し、
セル厚が5μmとなるように貼り合わせ、ネマティック
液晶37を注入した。この後液晶材料の配向を安定させ
るために加熱処理を行い室温まで冷却することによっ
て、図4に示すような液晶表示装置を得た。上記のよう
に作成した液晶表示装置は、ヒステリシス特性の対称な
液晶表示素子であった。
【0023】実施例5 実施例2の非線形素子基板を、一方の基板として使用し
た、液晶表示装置について説明する。まず一方の基板を
作成するために、非線形素子基板51上にポリイミドを
印刷法によって成膜し、ラビング処理し、配向膜54を
形成することによって作成した。また他方の基板は、ガ
ラス基板53上に対向電極としてITOを膜厚1000
Åで蒸着して電極52を形成し、上記方法と同様にして
配向膜54を形成した。つぎにスペーサ56を散布し、
セル厚が5μmとなるように貼り合わせ、ネマティック
液晶57を注入した。この後液晶材料の配向を安定させ
るために加熱処理を行い室温まで冷却することによっ
て、図7に示すような液晶表示装置を得た。
【0024】上記のように作成した液晶表示装置は、ヒ
ステリシス特性の対称な液晶表示素子であった。
【0025】
【発明の効果】本発明の非線型素子基板をリング構造に
し、素子を対称にすることにより非線形素子基板のヒス
テリシス特性の対称性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の非線形素子基板の概略平面図である。
【図2】図1の非線形素子基板のA−A′間の概略断面
図である。
【図3】図1の非線形素子基板のB−B′間の概略断面
図である。
【図4】本発明の液晶表示装置の概略断面図である。
【図5】本発明の非線形素子基板の概略断面図である。
【図6】本発明の非線形素子基板の概略断面図である。
【図7】本発明の液晶表示装置の概略断面図である。
【図8】本発明の実施例1の非線形素子基板のヒステリ
シスである。
【図9】本発明の実施例2及び実施例3の非線形素子基
板のヒステリシスである。
【図10】従来の非線形素子基板の概略断面図である。
【図11】従来の非線形素子基板のヒステリシスであ
る。
【図12】ヒステリシス曲線の測定系を示す図である。
【符号の説明】
1 絶縁性透明基板 2 第1の電極 3 強誘電体材料 4 第2の電極 11 電極(データライン) 12 電極 13 電極 14 絵素電極 15 基板 23 強誘電体膜 30 電極 31 非線形素子基板 33 ガラス基板 34 配向膜 35 シール材 36 スペーサー 37 液晶 41 ガラス基板 42 第1の電極 43 強誘電体膜 45 絵素電極 51 非線形素子基板 52 電極 53 ガラス基板 54 配向膜 55 シール材 56 スペーサー 57 液晶

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に第1の電極、強誘電体層及び第
    2の電極が積層された非線型素子基板であって、第1の
    電極及び第2の電極が同一材料もしくは仕事関数の差が
    0.5eV以下の材料からなることを特徴とする非線形
    素子基板。
  2. 【請求項2】 基板上に第1の電極、強誘電体層及び第
    2の電極が積層された非線型素子基板であって、少なく
    とも平行な前記第1の電極及び前記第2の電極からな
    り、前記第1の電極と前記第2の電極が互いに交差する
    ように配設されたリング状構造からなることを特徴とす
    る非線形素子基板。
  3. 【請求項3】 強誘電体層がポリフッ化ビニリデントリ
    フロロエチレンを含有することからなる請求項1あるい
    は2記載の非線形素子基板。
  4. 【請求項4】 第1の電極及び第2の電極がアルミニウ
    ム、タンタル、チタン、クロム及びモリブデンの少なく
    とも1種の物質を含むことからなる請求項1記載の非線
    形素子基板。
  5. 【請求項5】 2枚の基板間に液晶が挟持されてなる液
    晶表示装置であって、前記基板のうち少なくとも一方が
    請求項1あるいは2記載の非線形素子基板であることを
    特徴とする液晶表示装置。
JP342193A 1993-01-12 1993-01-12 非線型素子基板及び液晶表示装置 Pending JPH06208140A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007525337A (ja) * 2003-12-22 2007-09-06 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 強誘電性ポリマー層のパターニング方法

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