JPH06258655A

JPH06258655A - アクティブデバイス

Info

Publication number: JPH06258655A
Application number: JP4410193A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Hatta; 敦司八田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1993-03-04
Filing date: 1993-03-04
Publication date: 1994-09-16

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としたアクティ
ブデバイスにおいて、前記能動部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電極を有し、前記第１電極の一部と第２電極の一部
が前記強誘電体を介してオーバーラップし、その第１電
極と第２電極との間の強誘電体を能動部としたアクティ
ブデバイスにおいて、前記能動部の強誘電体に凹状の窪
みを設けた事を特徴とする。

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、特開
昭６２−１６１５８４（図７）および特開昭６２−２７
９３９２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、特開昭６２−１６１５
８４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７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、特開昭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
すると逆圧電効果により次式で示されるストレインε_j ε_j＝ｄ_ijＥ_i を生じる。ただしε_jはストレインマトリクス、ｄ_ijは
圧電マトリクス、Ｅ_iは印加電場ベクトルであり、ｉ＝
１〜３、ｊ＝１〜６である。

【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、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が伸縮し、振動する。

【０００８】この伸縮振動は、前述の式から判る様に、
印加電場の平行方向のみならず、それ以外の方向におい
ても生じる。すなわち、例えばＥ₃方向に電場を印加し
た場合、ストレインマトリクスε_jはｊ＝１〜３方向に
おいて、その変化が顕著である事が一般的に知られてお
り、またＰＶＤＦおよびＶＤＦ／ＴｒＦＥ共重合体材料
系においては一般的にε₂変化、すなわち印加電場に対
して垂直方向の伸縮振動が最大である事が知られてい
る。

【０００９】この伸縮振動が原因となり、従来のアクテ
ィブデバイスでは、第１電極２および第２電極４が、強
誘電体３との能動部において剥離する不具合があった。

【００１０】このため第１電極２および第２電極４と、
強誘電体３の間に隙間が生じ、その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。

【００１１】本発明は前記従来の問題点を克服するため
のもので、前述のような能動部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。

【００１２】

【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電極を有し、前記
第１電極の一部と第２電極の一部が前記強誘電体を介し
てオーバーラップし、その第１電極と第２電極との間の
強誘電体を能動部としたアクティブデバイスにおいて、
前記能動部の強誘電体に凹状の窪みを設けた事を特徴と
する。

【００１３】また、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電極を有し、前記第１電極の一部と第２電
極の一部が前記強誘電体を介してオーバーラップし、そ
の第１電極と第２電極との間の強誘電体を能動部とした
アクティブデバイスにおいて、前記能動部の第１電極に
凹状の窪みを設けた事を特徴とする。

【００１４】また、前記強誘電体の能動部に凹状の窪み
を設けた事を特徴とする。

【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７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】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
設けたアクティブデバイスにおいて、平坦な、すなわち
何等意図的な処理を施していない強誘電体３の表面に第
２電極４を設けたのに対し、本実施例のアクティブデバ
イスは、前記オーバーラップ部分の強誘電体３の表面
に、意図的に凹状の窪みを設け、その上に第２電極４を
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。

【００１９】前記第１電極２の一部と第２電極４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として機能する。

【００２０】上記のように、何ら処理を行わずに、強誘
電体３の表面に第２電極４を設けた場合、前述の強誘電
体３の伸縮振動が原因となって、第２電極４が前記能動
部において強誘電体３から剥離する不具合があった。

【００２１】しかし、本実施例のように、前記オーバー
ラップ部分すなわち能動部の強誘電体３に凹状の窪みを
設けた構造においては、この凹状部に入り込んだ第２電
極４が丁度かすがいのような役割を果たす。

【００２２】そのため、強誘電体３に前記伸縮振動が生
じても、第２電極４は強誘電体３に物理的に強力に固定
されているため、前記剥離の生じる不具合が防止できる
効果がある。

【００２３】特に、前記効果は、印加電場に対して垂直
な方向におこる伸縮振動に対して有効的である。この伸
縮振動、すなわち前記ε₂方向のストレインの伸縮変化
が前記剥離の最大の原因となっているので、全体的にみ
るとその効果はすこぶる絶大である。

【００２４】その結果、前記第２電極４がアクティブデ
バイスの動作中に強誘電体３から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。

【００２５】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４を横方向につなぐラインとして用いる事
ができる。

【００２６】次に、図２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。

【００２７】まず、図２の（ａ）に示すように、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３
００Å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。

【００２８】次に、その第１電極２および硝子基板
１の表面に、同図（ｂ）のように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ト法によ
り５０００〜６０００Åの膜厚に塗布する。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。

【００２９】次に、同図（ｃ）のように、前記強誘
電体３の表面にレジスト膜５を形成し、フォトリソグラ
フィー法を用いてパターニングする。

【００３０】次に、同図（ｄ）のように、前記強誘
電体３の膜厚が１８００Å前後になるまでアッシング
し、窪みを設ける。その後、レジスト膜５をレジスト剥
離液にて除去する。

【００３１】そして最後に、前記強誘電体３の表面
に、同図（ｅ）のように、蒸着法あるいはスパッタリン
グ法により４０００〜５０００Åの膜厚のＡｌを製膜す
る。そのＡｌをフォトリソグラフィー法を用いてパター
ニングし、第２電極４を形成する。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】上記のようにして製造されたアクティブデ
バイスは、前述のように強誘電体３と第２電極４を強力
に密着、固定できるもので、従来のように強誘電体３に
凹状の窪みを設けない場合には、アクティブデバイス能
動部において強誘電体３と第２電極４はテープ剥離試験
で簡単に剥がれたが、本実施例のように窪みを設けた場
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と第２電極４は剥がれなかった。

【００３５】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の伸縮振動に対する耐性も高く、従来
のように強誘電体３に凹状の窪みを設けない場合には、
素子出力が初期の半分になる時間は、１０時間であった
が、本実施例のように窪みを設けた場合には、前記時間
が２０００〜２５００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２０００〜２５００時間に延ばすことができた。

【００３６】なお、前記の製造方法におけるおよび
の工程で、第１電極２、第２電極４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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】さらに、前記の工程において、ＶＤＦ／
ＴｒＦＥ共重合体をジオキサンと混合したものをスピン
コートする際、その膜厚は５０００〜６０００Å程度が
望ましいが、それより厚くても薄くてもよい。

【００４１】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はＡｌ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。

【００４２】第１電極２の膜厚は３００Å程度が望まし
いが、それより厚くても薄くてもよい。

【００４３】アッシング後の強誘電体３の膜厚は１８０
０Å程度が望ましいが、それより厚くても薄くてもよ
い。

【００４４】第２電極４の膜厚は４０００〜５０００Å
程度が望ましいが、それより厚くても薄くてもよい。

【００４５】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。

【００４６】図６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。

【００４７】図６の液晶素子は、基板１、第１電極２、
強誘電体３、第２電極４よりなるアクティブ基板と、Ｉ
ＴＯ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８を介在させた
構成である。

【００４８】前記図６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。

【００４９】（実施例２）図３は本発明によるアクティ
ブデバイスの別の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７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。

【００５０】本実施例は、第１電極２に凹状の窪みを設
け、その上に強誘電体３を形成したものである。本実施
例の各部材の名称、材質および構成は、前記実施例１の
場合と同様とした。

【００５１】本実施例の効果は、実施例１に示した効果
と同様であり、第１電極２の凹状部分に入り込んだ強誘
電体３が物理的に強力に固定され、第１電極２と強誘電
体３が剥離するのを防止することができる。

【００５２】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。

【００５３】まず、図４の（ａ）に示すように、前
記実施例１の製造法の要領で、第１電極２を３０００
〜４０００Å形成する。

【００５４】次に、同図（ｂ）のように、前記第１
電極２の表面にレジスト膜を形成し、フォトリソグラフ
ィー法を用いてパターニングする。

【００５５】次に、同図（ｃ）のように、前記第１
電極２の膜厚が３００Å前後になるまでをエッチング
し、窪みを設ける。その後、レジスト膜５をレジスト剥
離液にて除去する。

【００５６】次に、その第１電極２および硝子基板
１の表面に、同図（ｄ）のように、前記実施例１の製造
法の要領で、強誘電体３を形成する。

【００５７】そして最後に、前記強誘電体３の表面
に、同図（ｅ）のように、前記実施例１の製造法の要
領で、第２電極４を形成する。

【００５８】上記のようにして製造されたアクティブデ
バイスは、前述のように第１電極２と強誘電体３を強力
に密着、固定できるもので、従来のように第１電極２に
凹状の窪みを設けない場合には、アクティブデバイス能
動部分において第１電極２と強誘電体３はテープ剥離試
験で簡単に剥がれたが、本実施例のように窪みを設けた
場合には、６０℃、９０％の耐湿放置試験後においても
同一の試験で第１電極２と強誘電体３は剥がれなかっ
た。

【００５９】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の伸縮振動に対する耐性も高く、従来
のように第１電極２に凹状の窪みを設けない場合には、
素子出力が初期の半分になる時間は、１０時間であった
が、本実施例のように窪みを設けた場合には、前記時間
が１０００〜２０００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１０００〜２０００時間に延ばすことができた。

【００６０】なお、製造方法におけるの工程におい
て、ＩＴＯを製膜する際、その膜厚は３０００〜４００
０Å程度が望ましいが、それより厚くても薄くてもよ
い。

【００６１】エッチング後の第１電極２の膜厚は３００
Å程度が望ましいが、それより厚くても薄くてもよい。

【００６２】（実施例３）図５は本発明によるアクティ
ブデバイスの別の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７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。

【００６３】本実施例は、実施例１と実施例２を組み合
わせたものである。本実施例の各部材の名称、材質およ
び構成は、前記実施例１の場合と同様とした。

【００６４】本実施例の効果は、実施例１および２に示
した両効果を取り込んだものであり、第１電極２の凹状
部分に入り込んだ強誘電体３が物理的に強力に固定さ
れ、第１電極２と強誘電体３が剥離するのを防止し、強
誘電体３の凹状部分に入り込んだ第２電極４が物理的に
強力に固定され、強誘電体３と第２電極４が剥離するの
を防止する。

【００６５】本実施例のアクティブデバイスの製造法は
実施例１および２に準ずる。

【００６６】本実施例のように実施例１および２の効果
を同時に取り込むと、その効果は相乗作用的に発揮さ
れ、従来のように第１電極２にも強誘電体３にも凹状の
窪みを設けない場合には、素子出力が初期の半分になる
時間は、１０時間であったが、本実施例のように第１電
極２にも強誘電体３にも窪みを設けた場合には、前記時
間が５０００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
５０００時間以上に延ばすことができた。

【００６７】

【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、能動部において強誘電体
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。

【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の一
実施例を示す平面図。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面
図。

【図２】（ａ）〜（ｅ）は上記アクティブデバイスの製
造法の一例を示す説明図。

【図３】（ａ）は本発明によるアクティブデバイスの別
の実施例を示す平面図。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面
図。

【図４】（ａ）〜（ｅ）は上記アクティブデバイスの製
造法の一例を示す説明図。

【図５】（ａ）は本発明によるアクティブデバイスの別
の実施例を示す平面図。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面
図。

【図６】（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平面図。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ
線断面図。

【図７】（ａ）は従来のアクティブデバイスの平面図。
（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図。

【符号の説明】

１基板２第１電極３強誘電体４第２電極５レジスト層６対向基板７対向電極８液晶

Claims

【特許請求の範囲】

【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電極を有し、前記第１電極の一部と第２電極の
一部が前記強誘電体を介してオーバーラップし、その第
１電極と第２電極との間の強誘電体を能動部としたアク
ティブデバイスにおいて、前記能動部の強誘電体に凹状
の窪みを設けた事を特徴とするアクティブデバイス。
【請求項２】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電極を有し、前記第１電極の一部と第２電極の
一部が前記強誘電体を介してオーバーラップし、その第
１電極と第２電極との間の強誘電体を能動部としたアク
ティブデバイスにおいて、前記能動部の第１電極に凹状
の窪みを設けた事を特徴とするアクティブデバイス。
【請求項３】能動部の強誘電体に凹状の窪みを設けた
事を特徴とする請求項２記載のアクティブデバイス。