(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気活性ポリマー（ＥＡＰ）で形成されたＥＡＰ層と、
前記ＥＡＰ層への物質の浸透を防止する保護層と、
活性電極と、
を有する単位層を含み、
前記保護層は、前記電気活性ポリマー（ＥＡＰ）を溶解する第１溶媒に溶解しないポリマーで形成されることを特徴とする多層電気活性ポリマーデバイス。
【請求項２】
電気活性ポリマー（ＥＡＰ）で形成されたＥＡＰ層と、
前記ＥＡＰ層への物質の浸透を防止する保護層と、
活性電極と、
を有する単位層を含み、
前記保護層は、前記電気活性ポリマーが溶解しない第２溶媒に溶解するポリマーで形成されることを特徴とする多層電気活性ポリマーデバイス。
【請求項３】
前記ＥＡＰ層は、ポリフッ化ビニリデン、ポリ（フッ化ビニリデン）−トリフルオロエチレン、ポリ（フッ化ビニリデン）−トリフルオロエチレン−クロロフルオロエチレン及びポリ（フッ化ビニリデン）−トリフルオロエチレン−クロロトリフルオロエチレンからなる群から選択される少なくとも１種のポリマーで形成され、
前記保護層は、ポリビニルフェノール、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリビニルアルコール、ポリジメチルシロキサン、ポリ（４−ビニルピリジン）及びポリアクリル酸からなる群から選択される少なくとも１種のポリマーで形成される、請求項１または２に記載の多層電気活性ポリマーデバイス。
【請求項４】
前記保護層は、前記ＥＡＰ層上に形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の多層電気活性ポリマーデバイス。
【請求項５】
前記ＥＡＰ層、前記活性電極、および前記保護層がこの順に積層されてなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の多層電気活性ポリマーデバイス。
【請求項６】
前記ＥＡＰ層上に形成された第１保護層に加えて、さらに第２保護層を含み、
前記活性電極は、前記第１保護層と前記第２保護層との間に形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の多層電気活性ポリマーデバイス。
【請求項７】
前記活性電極は、導電性ポリマーまたは１００ｎｍ以下の厚さを有する金属で形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の多層電気活性ポリマーデバイス。
【請求項８】
前記金属は、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、及び鉄（Ｆｅ）からなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項７に記載の多層電気活性ポリマーデバイス。
【請求項９】
前記導電性ポリマーは、ポリアニリン、ポリピロール、及びポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）：ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）からなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項７に記載の多層電気活性ポリマーデバイス。
【請求項１０】
前記電気活性ポリマーは、シリコン系誘電エラストマーまたはポリウレタン系誘電エラストマーであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の多層電気活性ポリマーデバイス。
【請求項１１】
前記単位層は、前記活性電極に電気的に接続された延長電極をさらに含み、隣合う二つの単位層の延長電極は、活性領域に対して互いに対向する位置に配されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の多層電気活性ポリマーデバイス。
【請求項１２】
前記延長電極の側面と上面とを電気的に接続するように形成された共通電極をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の多層電気活性ポリマーデバイス。
【請求項１３】
前記共通電極の一面と接触するエッチング停止層と、
上側に行くほどその幅が増加する形状を有するビアホールと、をさらに含み、
前記共通電極は、前記ビアホール内に形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の多層電気活性ポリマーデバイス。
【請求項１４】
一側面が階段状を有する非活性層と、
前記共通電極の一面と接触するエッチング停止層と、をさらに含み、
前記共通電極は、前記非活性層の一側面に形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の多層電気活性ポリマーデバイス。
【請求項１５】
基板上に電気活性ポリマー（ＥＡＰ）溶液をフィルム状に形成した後に、前記ＥＡＰ溶液の溶媒を除去して第１ＥＡＰ層を形成する段階と、
前記第１ＥＡＰ層への物質の浸透を防止する保護層を形成する段階と、
導電性物質で活性電極を形成する段階と、
前記保護層上にＥＡＰ溶液をさらにフィルム状に形成した後に、前記ＥＡＰ溶液の溶媒を除去して第２ＥＡＰ層を形成する段階と、
を含むことを特徴とする多層電気活性ポリマーデバイスの製造方法。
【請求項１６】
前記保護層は、前記第１ＥＡＰ層上に形成し、
前記活性電極は、前記保護層上に形成することを特徴とする請求項１５に記載の多層電気活性ポリマーデバイスの製造方法。
【請求項１７】
前記第１ＥＡＰ層上に第１保護層を形成する段階と、
前記第１保護層上に前記活性電極を形成する段階と、
前記活性電極が形成された前記第１保護層上に第２保護層を形成する段階と、
を含むことを特徴とする請求項１６に記載の多層電気活性ポリマーデバイスの製造方法。
【請求項１８】
基板上に電気活性ポリマー（ＥＡＰ）溶液をフィルム状に形成した後に、前記ＥＡＰ溶液の溶媒を除去して第１ＥＡＰ層を形成する段階と、
導電性物質で活性電極を前記第１ＥＡＰ層上に形成する段階と、
前記第１ＥＡＰ層への物質の浸透を防止する保護層を前記活性電極が形成された前記第１ＥＡＰ層上に形成する段階と、
前記保護層上にＥＡＰ溶液をさらにフィルム状に形成した後に、前記ＥＡＰ溶液の溶媒を除去して第２ＥＡＰ層を形成する段階と、
を含むことを特徴とする多層電気活性ポリマーデバイスの製造方法。
【請求項１９】
前記保護層は、前記ＥＡＰ溶液の溶媒に対して溶解しないポリマーで形成することを特徴とする請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の多層電気活性ポリマーデバイスの製造方法。
【請求項２０】
前記保護層は、前記電気活性ポリマーが溶解しない溶媒に溶解するポリマーで形成することを特徴とする請求項１９に記載の多層電気活性ポリマーデバイスの製造方法。
【請求項２１】
前記ＥＡＰ層は、スピンコーティング法を用いて、前記ＥＡＰ溶液をフィルム状に形成することによって得られることを特徴とする請求項１５〜２０のいずれか１項に記載の多層電気活性ポリマーデバイスの製造方法。
【請求項２２】
前記ＥＡＰ溶液は、ポリ（フッ化ビニリデン）−トリフルオロエチレン−クロロフルオロエチレン及びポリ（フッ化ビニリデン）−トリフルオロエチレン−クロロトリフルオロエチレンからなる群から選択される少なくとも１種のポリマーを含み、
前記保護層は、ポリビニルフェノール、ポリアクリル酸及びポリビニルアルコールからなる群から選択される少なくとも１種のポリマーで形成される請求項１５〜２１のいずれか１項に記載の多層電気活性ポリマーデバイスの製造方法。
【請求項２３】
第１ＥＡＰ層及び第２ＥＡＰ層の少なくとも２つのＥＡＰ層を含み、
前記多層電気活性ポリマーデバイスは、活性領域及び前記活性領域にそれぞれ隣接した第１非活性領域と第２非活性領域とに区画され、
前記第１ＥＡＰ層への物質の浸透を防止する第１保護層と、
前記活性領域から前記第１非活性領域まで延びるように形成された第１活性電極と、
電気活性ポリマーで形成された第２ＥＡＰ層と、
前記第２ＥＡＰ層への物質の浸透を防止する第２保護層と、
前記活性領域から前記第２非活性領域まで延びるように形成された第２活性電極と、
を含む、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の多層電気活性ポリマーデバイス。
【請求項２４】
前記第１保護層は、前記第１ＥＡＰ層上に形成され、前記第２保護層は、前記第２ＥＡＰ層上に形成されることを特徴とする請求項２３に記載の多層電気活性ポリマーデバイス。
【請求項２５】
前記第１保護層は、前記第１活性電極上に形成され、前記第２保護層は、前記第２活性電極上に形成されることを特徴とする請求項２３に記載の多層電気活性ポリマーデバイス。
【請求項２６】
前記第１保護層及び前記第２保護層は、それぞれ２つの層で構成され、前記第１活性電極と前記第２活性電極は、それぞれ前記２つの層の間に形成されることを特徴とする請求項２４に記載の多層電気活性ポリマーデバイス。
【請求項２７】
前記第１及び第２保護層は、それぞれ前記電気活性ポリマーが溶解する第１溶媒に溶解せず、また前記電気活性ポリマーが溶解しない第２溶媒に溶解するポリマーで形成されることを特徴とする請求項２３〜２６のいずれか１項に記載の多層電気活性ポリマーデバイス。
【請求項２８】
前記第１活性電極と電気的に連結されるように、前記第１非活性領域に形成された第１延長電極と、
前記第２活性電極と電気的に連結されるように、前記第２非活性領域に形成された第２延長電極と、をさらに含み、
前記第１非活性領域に積層されている複数の前記第１延長電極を電気的に連結する第１共通電極と、
前記第２非活性領域に積層されている複数の前記第２延長電極を電気的に連結する第２共通電極と、
を含むことを特徴とする請求項２３〜２７のいずれか１項に記載の多層電気活性ポリマーデバイス。
【請求項２９】
前記第１非活性領域には、前記第１延長電極の上面の一部を露出させるように、上側に行くほどその幅が段階的に増加する第１ビアホールが形成されており、
前記第２非活性領域には、前記第２延長電極の上面の一部を露出させるように、上側に行くほどその幅が段階的に増加する第２ビアホールが形成されており、
前記第１共通電極は、前記第１ビアホールに形成されており、前記第２共通電極は、前記第２ビアホールに形成されていることを特徴とする請求項２８に記載の多層電気活性ポリマーデバイス。
【請求項３０】
一側面が階段状である第１非活性層、及び
一側面が階段状である第２非活性層を有し、
前記第１共通電極は、前記第１非活性層の一側面に形成され、前記第２共通電極は、前記第２非活性層の一側面に形成されていることを特徴とする請求項２８に記載の多層電気活性ポリマーデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気活性ポリマー（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ａｃｔｉｖｅ  Ｐｏｌｙｍｅｒ、ＥＡＰ）を利用するデバイスに係り、より具体的に、多層電気活性ポリマー（ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｅｄ  ＥＡＰ）デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気活性ポリマー（ＥＡＰ）は、電気的な刺激によって形状が変化する材料を通称する。しかし、広くは電気的な刺激だけではなく、化学的刺激や熱的刺激などによって変形する高分子材料もＥＡＰに含まれる。ＥＡＰとしては、イオン伝導性ポリマー金属複合物（Ｉｏｎｉｃ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｍｅｔａｌ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ、ＩＰＭＣ）、誘電エラストマー（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｅｌａｓｔｏｍｅｒ）、導電性ポリマー（ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ｐｏｌｙｍｅｒ）、ポリマーゲル（ｐｏｌｙｍｅｒ  ｇｅｌ）、ＰＶＤＦ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  Ｆｌｕｏｒｉｄｅ）樹脂、炭素ナノチューブ（ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ）、形状記憶ポリマー（ｓｈａｐｅ  ｍｅｍｏｒｙ  ｐｏｌｙｍｅｒ）などがある。
【０００３】
ＥＡＰは、電気エネルギーを機械的なエネルギーに転換する動力伝達機構であるアクチュエータ（ａｃｔｕａｔｏｒ）の材料として広く活用されている。例えば、ＥＡＰアクチュエータは、液体レンズ（ｆｌｕｉｄｉｃ  ｌｅｎｓ）、マイクロカメラ（ｍｉｃｒｏ  ｃａｍｅｒａ）、ポリマーＭＥＭＳ（ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）、バイオシステム（ｂｉｏ  ｓｙｓｔｅｍ）、環境発電（ｅｎｅｒｇｙ  ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ）のような種々のデバイスにおいて用いられている。ＥＡＰは、アクチュエータ以外にも、センサー（ｓｅｎｓｏｒ）、キャパシタ（ｃａｐａｃｉｔｏｒ）、ダイアフラム（ｄｉａｐｈｒａｇｍ）のようなデバイスにも活用されている。
【０００４】
ＥＡＰアクチュエータは、変形率が最大５％以上であって、他のアクチュエータに比べて変形率が大きい（例えば、セラミック圧電アクチュエータは、変形率が最大０．２％レベルである）。したがって、ＥＡＰアクチュエータは、小型であっても相対的に大きな変位を得ることができる。それゆえ、ＥＡＰアクチュエータは、多様な分野で注目を浴びている。例えば、小さくて薄いモバイル電子機器の高性能撮像装置中の可変焦点液体レンズ（ｖａｒｉ−ｆｏｃａｌ  ｆｌｕｉｄｉｃ  ｌｅｎｓ）の駆動アクチュエータとして使われる。可変焦点液体レンズにおいては、撮像装置に自動焦点（Ａｕｔｏ−Ｆｏｃｕｓ、ＡＦ）機能、ズーム（ｚｏｏｍ）機能、オプティカルイメージスタビライザー（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｉｍａｇｅ  Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ、ＯＩＳ）機能などを具現するために使われる。
【０００５】
このようなＥＡＰアクチュエータは、通常２０〜１５０Ｖ／μｍの電場下で数％レベルの変位を起こすことができる。したがって、厚さが約１０μｍ程度であるポリマーを利用するＥＡＰアクチュエータから大きな変位（例えば、３〜７％レベルの変位）を得るためには、２００〜１５００ボルト（Ｖ）程度の駆動電圧が必要である。かような高い駆動電圧により、モバイル電子機器などのように駆動電圧が相対的に低い装置（例えば、２４Ｖ以下）に、既存のＥＡＰアクチュエータをそのまま適用することは困難である。特許文献１では、ＥＡＰアクチュエータの駆動電圧を低下させるための方法として多層ＥＡＰアクチュエータが提案された。
【０００６】
多層ＥＡＰアクチュエータは、厚さが薄い複数のポリマー層を積層し、ポリマー層間に相異なる電位の活性電極を交互に配置する構造を有する。すなわち、多層ＥＡＰアクチュエータは、電気活性ポリマーで形成されたポリマー層と、このポリマー層上に形成されている活性電極と、からなる単位層（ｕｎｉｔ  ｌａｙｅｒ）が複数個積層された構造を含む。活性電極を剛性の高い金属で形成する場合、複数の活性電極を含む多層ＥＡＰアクチュエータは、曲げ弾性率（ｆｌｅｘｕｒａｌ  ｍｏｄｕｌｕｓ）が急激に増加して駆動変位が減少する場合がある。したがって、駆動変位の減少を抑制するためには、活性電極を数十ｎｍレベルまで非常に薄く形成する必要がある。または、金属物質の代わりに、導電性ポリマーで活性電極を形成して、多層ＥＡＰアクチュエータの駆動変位減少を抑制することもできる。
【０００７】
前述した特許文献１は、薄膜の多層構造についてのみ開示している。特許文献１に開示されるような多層構造は、溶媒キャスト法を用いて形成することが望ましい。その理由は、フィルムラミネーション法とは異なり、溶媒キャスト法では、フィルムを移動させて整列させる過程が不要であるためである。したがって、溶媒キャスト法を使えば、多層構造を製造するに当たって、製造工程を単純化し、かつ製造コストを節減することができる。また、溶媒キャスト法によれば、下部構造の形状に関係なく、平らな上面を有するポリマー薄膜を形成し、汚染や欠陥が少ない薄膜を製造することができるとともに層間の接着性に優れる。そして、溶媒キャスト法は、フィルムラミネーション法と比較して、製造過程および装置が簡便であり、装置等に必要なスペースも少なくて済む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８−０２８４２７７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に開示された多層構造を溶媒キャスト法を用いて製造する場合、後から形成される層の溶媒が、既に蒸着された層に浸透する場合があった。その結果、活性電極にクラックが発生したり、ＥＡＰ層の表面が損傷する場合があり、薄膜の厚さが不均一となってしまう。したがって、多層構造を形成する際の溶媒キャスト法の望ましくない特性を解決する必要がある。
【００１０】
本発明の目的は、製造工程が簡便で生産性が向上し、また製造コストが節減されるだけではなく、活性電極に損傷が少なく、生産性が向上した多層電気活性ポリマーデバイス及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために鋭意検討した結果、単位層が、電気活性ポリマー（ＥＡＰ）で形成されたＥＡＰ層と、前記ＥＡＰ層への物質の浸透を防止する保護層と、活性電極と、を含むことを特徴とする多層電気活性ポリマーデバイスにより上記課題が解決されることを見出した。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の多層電気活性ポリマーデバイス活性電極によれば、損傷が少なく、生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態による多層電気活性ポリマーデバイスの概略的な構造を示す斜視図である。
【図２Ａ】図１の多層ＥＡＰデバイスを構成する単位層の一例を概略的に示す斜視図である。
【図２Ｂ】図１の多層ＥＡＰデバイスを構成する単位層の一例を概略的に示す斜視図である。
【図３Ａ】図２ＡのＹ−Ｙ’線に沿って切断した断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの変形例を示す断面図である。
【図３Ｃ】図３Ａの変形例を示す断面図である。
【図４Ａ】保護層として使われる材料の分子式を示す図である。
【図４Ｂ】保護層として使われる材料の分子式を示す図である。
【図４Ｃ】保護層として使われる材料の分子式を示す図である。
【図４Ｄ】保護層として使われる材料の分子式を示す図である。
【図４Ｅ】保護層として使われる材料の分子式を示す図である。
【図４Ｆ】保護層として使われる材料の分子式を示す図である。
【図５】単位層の厚さの変化による多層ＥＡＰアクチュエータの駆動電圧を示すグラフである。
【図６】図１のＸ−Ｘ’線に沿って切断した断面図である。
【図７】図６の点線の円で表示されている部分を拡大した部分拡大図である。
【図８】連結電極構造体の他の例を示す図である。
【図９Ａ】多層ＥＡＰアクチュエータを備える可変焦点液体レンズの構造の一例を示す部分切断斜視図である。
【図９Ｂ】図９Ａの可変焦点液体レンズに対する分離斜視図である。
【図１０Ａ】図５の多層ＥＡＰデバイスを製造する方法を順次に示した断面図である。
【図１０Ｂ】図５の多層ＥＡＰデバイスを製造する方法を順次に示した断面図である。
【図１０Ｃ】図５の多層ＥＡＰデバイスを製造する方法を順次に示した断面図である。
【図１０Ｄ】図５の多層ＥＡＰデバイスを製造する方法を順次に示した断面図である。
【図１０Ｅ】図５の多層ＥＡＰデバイスを製造する方法を順次に示した断面図である。
【図１０Ｆ】図５の多層ＥＡＰデバイスを製造する方法を順次に示した断面図である。
【図１０Ｇ】図５の多層ＥＡＰデバイスを製造する方法を順次に示した断面図である。
【図１０Ｈ】図５の多層ＥＡＰデバイスを製造する方法を順次に示した断面図である。
【図１０Ｉ】図５の多層ＥＡＰデバイスを製造する方法を順次に示した断面図である。
【図１０Ｊ】図５の多層ＥＡＰデバイスを製造する方法を順次に示した断面図である。
【図１１】保護層がない場合に、多層ＥＡＰ素子で下部層に発生する損傷を示す図である。
【図１２Ａ】本発明の実施形態によって溶媒キャスト法で製造された多層ＥＡＰアクチュエータに対するＳＥＭ写真である。
【図１２Ｂ】本発明の実施形態によって溶媒キャスト法で製造された多層ＥＡＰアクチュエータに対するＳＥＭ写真である。
【図１２Ｃ】従来技術による多層ＥＡＰアクチュエータの第１単位層の電極層に対する平面写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一実施形態による多層電気活性ポリマーデバイスは、積層された単位層（ｕｎｉｔ  ｌａｙｅｒｓ）を含む。そして、単位層は、電気活性ポリマー（ＥＡＰ）で形成されたＥＡＰ層と、ＥＡＰ層への物質の浸透を防止するように形成された保護層（ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）と、活性電極（ａｃｔｉｖｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）と、を含む。活性電極は、保護層上に形成されるか、またはＥＡＰ層上に形成される。
【００１５】
本発明の一実施形態では、保護層は、活性電極が形成されたＥＡＰ層上に形成することができる。
【００１６】
本発明の一実施形態では、保護層は、２つの層からなり、活性電極は、二つの保護層の間に挟まれる。
【００１７】
本発明の一実施形態による多層電気活性ポリマーデバイスの製造方法では、まず基板上に電気活性ポリマー（ＥＡＰ）溶液をフィルム状に形成した後、溶媒を除去して第１ＥＡＰ層を形成する。そして、第１ＥＡＰ層に物質の浸透を防止する保護層と活性電極とを形成する。この際、保護層を第１ＥＡＰ層上に形成し、活性電極は、保護層上に形成しうる。または、活性電極を第１ＥＡＰ層上に形成し、保護層は、活性電極が形成された第１ＥＡＰ層上に形成することもできる。または、第１ＥＡＰ層上に第１保護層を形成した後、第１保護層上に活性電極を形成し、活性電極が形成された第１保護層上に第２保護層を形成することもできる。そして、保護層または上面に活性電極が形成された保護層上に電気活性ポリマー（ＥＡＰ）溶液をさらにフィルム状に形成した後に、ＥＡＰ溶液の溶媒を除去して第２ＥＡＰ層を形成する。
【００１８】
本発明の他の実施形態による多層ＥＡＰデバイスは、活性領域及びこれにそれぞれ隣接した第１非活性領域と第２非活性領域とに区画される。そして、多層ＥＡＰデバイスは、電気活性ポリマー（ＥＡＰ）で形成された第１ＥＡＰ層と、第１ＥＡＰ層への物質の浸透を防止するように形成された第１保護層と、活性領域から第１非活性領域まで延びるように導電性物質で形成された第１活性電極と、第１保護層上に電気活性ポリマーで形成された第２ＥＡＰ層と、第２ＥＡＰ層への物質の浸透を防止するように形成された第２保護層と、活性領域から第２非活性領域まで延びるように配置された第２活性電極と、を含む。保護層は、活性電極の下部にのみ形成されるか、または上部にのみ形成されるか、または活性電極の上下部にいずれも形成される。
【００１９】
本発明の他の実施形態による多層電気活性ポリマーデバイスの製造方法では、次の過程からなるサイクルを複数回反復する。まず、活性領域及びこれにそれぞれ隣接した第１非活性領域と第２非活性領域とに区画されうる基板上に電気活性ポリマー（ＥＡＰ）溶液をフィルム状に形成した後に、溶媒を除去して第１ＥＡＰ層を形成する。そして、第１ＥＡＰ層上に第１保護層を形成し、少なくとも活性領域をカバーし、第１非活性領域に延びるように第１保護層上に第１活性電極を形成する。そして、第１活性電極が形成された第１保護層上に電気活性ポリマー（ＥＡＰ）溶液をフィルム状に形成した後に、溶媒を除去して第２ＥＡＰ層を形成し、第２ＥＡＰ層上に第２保護層を形成する。次いで、少なくとも活性領域をカバーし、第２非活性領域に延びるように第２保護層上に第２活性電極を形成する。ここで、保護層を形成する過程と活性電極を形成する過程は、順序が変わりうる。または、活性電極を形成した後に、保護層を形成する過程が追加されることもある。
【００２０】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態を詳しく説明する。使われる用語は、実施形態での機能を考慮して選択された用語である。したがって、後述する実施形態で使われた用語の意味は、本明細書に具体的に定義された場合には、その定義に従い、具体的な定義がない場合は、当業者が一般的に認識する意味として解釈される。
【００２１】
また、第１物質層が、第２物質層上に形成されるとする場合に、それは、第１物質層が、第２物質層の真上に形成される場合はもとより、明示的にこれを排除する記載のない限り、他の第３の物質層が、第２物質層と第１物質層との間に介在されている場合も含むものと解釈されなければならない。
【００２２】
さらに、ＥＡＰ層が電気活性ポリマーで「形成された」とは、ＥＡＰ層が電気活性ポリマーを主成分として構成されていることを意味し、ＥＡＰ層が他の成分を含むことを排除するものではない。したがって、電気活性ポリマーを「含む」ＥＡＰ層と同義である。これは、保護層を形成するポリマーにおいても同様である。
【００２３】
ＥＡＰデバイスは、電気的な刺激によって変形を行うことができるＥＡＰの物理的特性を利用する電子機器であれば、あらゆる種類の電子機器が含まれうる。例えば、電気エネルギーを機械的なエネルギーに変換するアクチュエータやダイアフラムなどはもとより、機械的なエネルギーを電気的なエネルギーに変換するセンサーや電荷を保存するキャパシタなどもＥＡＰデバイスに含まれうる。
【００２４】
多層ＥＡＰデバイスは、ＥＡＰ層と活性電極とが交互に配された構造を有するＥＡＰデバイスを示す。すなわち、多層ＥＡＰデバイスは、少なくともＥＡＰ層及び活性電極を含む単位層が好適には複数個が積層されている構成を含む。単位層の積層数は、単位層の厚さにより適宜設定されうるが、単位層の厚さが０．８〜１．５μｍである場合には、５〜２５、好ましくは１０〜２５の単位層が積層されうる。積層構造により、アクチュエータやダイアフラムなどの駆動電圧を減少させることができ、あるいはセンサーで発生する電流を増幅させる、またはキャパシタの容量を増大させることができると推測される。
【００２５】
図１は、本発明の一実施形態による多層電気活性ポリマーデバイス（ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ａｃｔｉｖｅ  Ｐｏｌｙｍｅｒ（ＥＡＰ）ｄｅｖｉｃｅ）１００の概略的な構造を示す斜視図であり、図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ図１の多層ＥＡＰアクチュエータ１００を構成する単位層の一例を概略的に示す斜視図である。図１、図２Ａ、及び図２Ｂを参照すると、多層電気活性ポリマーデバイス１００は、保護層１２０（１２０ａ及び１２０ｂ）とＥＡＰ層１１０（１１０ａ及び１１０ｂ）とを含む。但し、図１、図２Ａ、及び図２Ｂでは、説明及び図示の便宜上、延長電極１４０（１４０ａ及び１４０ｂ）を連結する構成要素（例えば、図６の非活性領域ＩＩ、ＩＩＩに形成されたビアホール（ｖｉａ  ｈｏｌｅ）Ｈ１、Ｈ２、及び共通電極１５１、１５２）や多層ＥＡＰデバイス１００の駆動に必要な電路やその他の周辺構造物（例えば、固定フレームなど）に対する図示は省略した。
【００２６】
そして、図１、図２Ａ、及び図２Ｂには、多層ＥＡＰデバイス１００の平面形状が四角形の場合を示しているが、これは単に例示的なものである。多層ＥＡＰデバイスの平面形状には制限がなく、多層ＥＡＰデバイスが適用される装置の種類によって適宜適切な形状を採り得る。例えば、多層ＥＡＰデバイスは、図９Ａと図９Ｂとに示されているもののような多角形状を有しうる。
【００２７】
図１、図２Ａ、及び図２Ｂを参照すると、多層ＥＡＰデバイス１００は、活性領域Ｉと非活性領域ＩＩ、ＩＩＩとに区画されうる。このような区画は、当該領域の物理的な構造はもとより、機能なども考慮したものである。例えば、活性領域Ｉは、駆動電圧が印加された時、変位を提供する領域（多層ＥＡＰアクチュエータである場合）、変形すると電流が発生する領域（多層ＥＡＰセンサーである場合）、または電荷を保存する領域（多層ＥＡＰキャパシタである場合）を示すことができる。したがって、活性領域Ｉの平面形状は、相異なる電位を有する一対の活性電極間に配置される平面形状に対応することができる。このような活性領域Ｉの平面形状も、特別な制限がなく、必要に応じて多様な形状をとりうる。例えば、活性領域Ｉは、梯形のように少なくとも一つの平行な辺を有する多角形状であるか、円状などであり得る。
【００２８】
非活性領域ＩＩ、ＩＩＩは、活性領域Ｉ以外の部分を示すが、好ましくは、積層された活性電極の電気的連結に利用される部分を示す。非活性領域ＩＩ、ＩＩＩは、それぞれ活性領域Ｉに隣接した少なくとも二つの部分、すなわち、第１非活性領域ＩＩ及び第２非活性領域ＩＩＩを含み、この場合に、非活性領域ＩＩ、ＩＩＩは、積層された活性電極１３０（１３０ａ及び１３０ｂ）を電気的に連結するのに利用される。非活性領域ＩＩ、ＩＩＩは、また多層ＥＡＰデバイス１００を他の構成要素（例えば、固定フレーム）に物理的に固定するもののような付随的な用途として利用することもできる。
【００２９】
多層ＥＡＰデバイス１００は、一対の単位層が積層されている構造、より具体的に、２つの類型の単位層が交互に積層されている構造であり得る。例えば、図６に示されたような８つの層で構成された多層ＥＡＰデバイス１００である場合に、奇数番目（すなわち、１、３、５、７番目）の単位層には、下記で説明する図２Ａの構造を有する単位層Ａ（以下、「第１単位層Ａ」、「Ａ」とも称する）が配され、偶数番目（すなわち、２、４、６、８番目）の単位層には、下記で説明する図２Ｂに示されている単位層Ｂ（以下、「第２単位層Ｂ」、「Ｂ」とも称する）が配される。または、逆に多層ＥＡＰデバイス１００の奇数番目（すなわち、１、３、５、７番目）の単位層には、第２単位層Ｂが配され、多層ＥＡＰデバイス１００の偶数番目（すなわち、２、４、６、８番目）の単位層には、それぞれ第１単位層Ａが配される。
【００３０】
図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、第１単位層Ａと第２単位層Ｂは、それぞれＥＡＰ層１１０ａ、１１０ｂ、保護層１２０ａ、１２０ｂ、活性電極１３０ａ、１３０ｂ、及び延長電極（ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）１４０ａ、１４０ｂを含むという点で、互いに共通する。そして、ともに、活性領域Ｉと非活性領域ＩＩ、ＩＩＩとに区画されうる。各単位層Ａ、Ｂの活性領域Ｉは、ＥＡＰ層１１０ａ、１１０ｂ、保護層１２０ａ、１２０ｂ、及び活性電極１３０ａ、１３０ｂを含み、各単位層の非活性領域ＩＩ、ＩＩＩは、ＥＡＰ層１１０ａ、１１０ｂ、保護層１２０ａ、１２０ｂ、活性電極１３０ａ、１３０ｂ、及び延長電極１４０ａ、１４０ｂを含む。
【００３１】
但し、第１単位層Ａと第２単位層Ｂは、延長電極１４０ａ、１４０ｂが形成される位置が異なる。例えば、第１単位層Ａの延長電極１４０ａと第２単位層の延長電極１４０ｂは、それぞれ活性電極１３０ａ、１３０ｂに対して互いに対向するように配される。延長電極１４０ａ、１４０ｂの位置が、単位層Ａおよび単位層Ｂにおいて異なっている限り、必ずしも活性領域Ｉに対して互いに対向する位置に配される必要はない。このように、延長電極１４０ａ、１４０ｂの位置を単位層Ａ、Ｂにおいて変化させることによって第１単位層Ａの活性電極が一つのグループを形成し、第２単位層Ｂの活性電極が他のグループを形成し、各グループに異なる電位を付与することができる。その結果、図１の多層ＥＡＰデバイス１００は、正の電位と連結される活性電極（例えば、１３０ａ）と負の電位に連結される活性電極（例えば、１３０ｂ）とが活性領域Ｉに対して交互に積層されて配された構造を有しうる。または、正の電位に連結される活性電極１３０ａと負の電位に連結される活性電極１３０ｂとが活性領域Ｉに対して同じ側に位置するが、水平的に異なる位置に形成される形態で積層されて配された構造を有しうる。
【００３２】
図３Ａは、図２Ａの第１単位層ＡをＹ−Ｙ’線に沿って切断した断面図である。以下、図３Ａを参照して、図２Ａの第１単位層Ａの積層構造に関して説明するが、後述する積層構造は、図２Ｂに示されている第２単位層Ｂにも同様に適用可能である。
【００３３】
図３Ａを参照すると、保護層１２０ａは、ＥＡＰ層１１０ａ上に形成されており、保護層１２０ａの活性領域Ｉの上面には、活性電極１３０ａが形成されており、保護層１２０ａの非活性領域ＩＩＩの上面には、延長電極１４０ａが形成されている。活性電極１３０ａは、少なくとも活性領域Ｉの全体をカバーし、一部が非活性領域ＩＩＩまで延びる大きさを有しうる。非活性領域ＩＩＩまで延びる活性電極１３０ａの部分は、延長電極１４０ａとの接続のためのものであって、その大きさや形態にも制限はない。後述するように、活性電極１３０ａと接続されている延長電極１４０ａは、積層されている複数の活性電極１３０ａを電気的に連結するのに利用される。
【００３４】
このような各単位層Ａ、Ｂの積層構造は、一例に過ぎず、他の形態の積層構造に適宜変更されうる。図３Ｂ及び図３Ｃは、それぞれ積層構造の他の例を示すものである。図３Ｂを参照すると、単位層Ａ’は、活性電極１３０ａと延長電極１４０ａとがＥＡＰ層１１０ａ上に形成され、保護層１２０ａ’は、活性電極１３０ａと延長電極１４０ａとが形成されたＥＡＰ層１１０ａ上に形成される。すなわち、ＥＡＰ層１１０ａ、電極１３０ａ、延長電極１４０ａ、及び保護層１２０ａ’の順序で形成されるという点で、ＥＡＰ層１１０ａ、保護層１２０ａ、及び電極１３０ａ、延長電極１４０ａの順序で積層された図３Ａの単位層Ａとは異なる。そして、図３Ｃを参照すると、単位層Ａ”は、図３Ａに示された積層構造、すなわち、ＥＡＰ層１１０ａ、保護層１２０ａ、及び電極１３０ａ、１４０ａの積層構造上にさらに他の保護層１２０ａ’が形成されているという点で、図３Ａ及び図３Ｂの単位層Ａ、Ａ’とは異なる。すなわち、図３Ｃに示された単位層Ａ”の構造では、電極１３０ａ、延長電極１４０ａは、第１保護層１２０ａと追加された第２保護層１２０ａ’との間に形成されている。
【００３５】
このように、多層ＥＡＰデバイスを構成する単位層は、その類型に関係なく、ＥＡＰ層および／または電極を保護するための保護層とをさらに含む。保護層は、活性電極と延長電極との下側にのみ形成（図３Ａ参照）されるか、または上側にのみ形成（図３Ｂ参照）されるか、または上下側の双方に形成（図３Ｃ参照）される。以下では、電極１３０、延長電極１４０が、保護層１２０上にのみ形成される場合を中心に説明し、他の積層構造に関しては、これとの差異点についてのみ説明する。
【００３６】
次いで、図１、図２Ａ、及び図２Ｂを参照すると、ＥＡＰ層１１０（１１０ａ及び１１０ｂ）は、電気的な刺激によって変形を起こす特性を有する誘電性ポリマー物質を含む。ＥＡＰ層１１０は、例えば、シリコン系誘電エラストマーまたはポリウレタン系誘電エラストマー；ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）またはＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）（ポリ（フッ化ビニリデン）−トリフルオロエチレン）のような強誘電性ポリマー（ｆｅｒｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｐｏｌｙｍｅｒ）；Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＦＥ）（ポリ（フッ化ビニリデン）−トリフルオロエチレン−クロロフルオロエチレン）のようなリラクサ強誘電性ポリマー（ｒｅｌａｘｏｒ  ｆｅｒｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｐｏｌｙｍｅｒ）を用いて形成することができる。また、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＴＦＥ）（ポリ（フッ化ビニリデン）−トリフルオロエチレン−クロロトリフルオロエチレン）で形成することもできる。ＥＡＰ層は１種単独のポリマーで形成されていてもよいし、２種以上併用してもよい。中でも、電圧駆動による収縮および拡張において、素早く元に戻り、また、耐張が大きいことから、ＥＡＰ層に用いられるポリマーは、シリコン系系誘電エラストマーまたはポリウレタン系誘電エラストマーであることが好ましい。
【００３７】
ＥＡＰ層１１０は、約２μｍ以下、望ましくは、約１μｍ以下の薄い厚さを有しうる。ＥＡＰ層の厚さの下限は特に限定されないが、好ましくは１ｎｍ以上であり、より好ましくは１０ｎｍ以上である。
【００３８】
保護層１２０（１２０ａ及び１２０ｂ）は、多層ＥＡＰデバイス１００の製造過程で溶媒キャスト（ｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｃａｓｔｉｎｇ）法を用いてＥＡＰ層１１０を形成する時、その下部に形成されている活性電極１３０のような電極やＥＡＰ層１１０が溶媒等により損傷されないように保護する機能を担う。溶媒キャスト法は、ＥＡＰのような試料が所定の溶媒に溶解した溶液を注いで、所望の形状を作った後に、溶媒を除去して所望の物質層を形成する方法を包括して指す。溶媒キャスト法の代表的な例は、スピンコーティング（ｓｐｉｎ  ｃｏａｔｉｎｇ）法、浸漬コーティング（ｄｉｐ  ｃｏａｔｉｎｇ）法、スプレーコーティング（ｓｐｒａｙ  ｃｏａｔｉｎｇ）法などである。
【００３９】
ＥＡＰ層１１０のようなポリマー薄膜を形成する時、溶媒キャスト法を利用することは、フィルムラミネーション法（ｆｉｌｍ  ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ  ｍｅｔｈｏｄ）と比較して、次のような長所がある。ここで、フィルムラミネーション法とは、別途に準備されたポリマー薄膜を移動して整列させた後に、熱圧着などで接着させる方法である。まず、溶媒キャスト法は、薄膜を移動して整列させる工程が必要がないので、製造工程が簡便であって、コストを節減することができる。また、相対的に狭い空間でも製造することが可能である。そして、溶媒キャスト法は、フィルムラミネーション法に比べて下部構造物の形状に関係なく、より平らな上面を有するポリマー薄膜が得られ、層間の接着力もさらに優れている。また、溶媒キャスト法を利用すれば、汚染や欠陥が少ない薄膜をより薄く形成することができる。
【００４０】
複数のポリマー薄膜が積層されている多層ＥＡＰデバイスの製造過程では、一般的にＥＡＰ層の形成過程で溶媒キャスト法を適用しにくい。なぜならば、従来の多層ＥＡＰデバイスで溶媒キャスト法を用いてＥＡＰ層を形成すれば、活性電極などにクラックが生じたり、ＥＡＰ層に表面損傷が生じたり、膜の厚さが不均一になる場合があるためである。
【００４１】
より具体的に、多層ＥＡＰデバイスに含まれる活性電極は、後述するように、好ましくは１００ｎｍ以下、より好ましくは５０ｎｍ以下の非常に薄い厚さを有する金属や導電性ポリマーなどで形成される。これは、活性電極によって多層ＥＡＰデバイスの変位が減少することを抑制するためである。もし、従来の多層ＥＡＰデバイス、すなわち、保護層が含まれておらず、単にＥＡＰ層ならびに活性電極（及び延長電極）のみで構成された単位層が積層されている多層ＥＡＰデバイスの製造に溶媒キャスト法を使ってＥＡＰ層を形成すれば、上部ＥＡＰ層の形成のために、塗布された溶液に含まれた溶媒が下部ＥＡＰ層に浸透する。そして、上下部ＥＡＰ層は、同じポリマー材料で形成されるので、上部ＥＡＰ層の形成のために塗布された溶液の溶媒によって下部ＥＡＰ層の材料も溶解してしまう。下部ＥＡＰ層に溶媒が浸透して、既に形成された下部ＥＡＰ層が溶解すると、膨張現象によって下部ＥＡＰ層１１０の形状が変化する。それにより、ＥＡＰ層１１０の表面にある活性電極１３０にバックリング（ｂｕｃｋｌｉｎｇ）現象が発生し、その結果、活性電極１３０には、シワ（ｗｒｉｎｋｌｉｎｇ）（図示せず）が形成される。激しい場合、クラックが発生することもある。活性電極１３０に発生したシワは、多層ＥＡＰデバイス１００の駆動時に電場の不均一性をもたらして性能を低下させるか、場合によっては、絶縁破壊（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）が発生して、多層ＥＡＰデバイス１００が損傷されることもある。
【００４２】
前述した従来の溶媒キャスト法による問題点は、図１１を参照すると、よりよく理解することができる。図１１は、保護層を使わず、溶媒キャスト法で多層ＥＡＰを形成した場合に発生する損傷を示す図である。より具体的には、図１１の左側にあるダイヤグラムと写真（図面に“Ａｆｔｅｒ  Ａｌ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ”と表示されている）は、溶媒キャスト法で形成した多層ＥＡＰ素子の第１単位層を示す。これを参照すると、第１単位層は、溶媒キャスト法によって損傷を受けないことが分かる。しかし、溶媒キャスト法で第１単位層上に第２単位層がコーティングされると、第１単位層に損傷が発生する（図１１の右側にある絵と写真（図面に「Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＴＦＥ）のスピンコーティング後」と表示されている）。ウェハーの絵を参照すると、第２単位層から溶媒が第１単位層に浸透して、下部層に損傷が生じたことが分かる。図１１において、ウェハーの一電極に対するＳＥＭ写真を比べると、このような損傷をより明確に確認することができる。右側にあるＳＥＭ写真（左側にあるＳＥＭ写真と対比した場合）は、溶媒キャスト法でさらに単位層を形成する場合に電極に生じた損傷を示す。
【００４３】
一方、図３Ａまたは図３Ｃの単位層Ａ、Ａ”を有する多層ＥＡＰデバイスでは、ＥＡＰ層１１０ａの上面に形成されている保護層１２０ａにより、その上側に再びＥＡＰ層を溶媒キャスト法で形成しても、ＥＡＰ溶液の溶媒が下部のＥＡＰ層１１０ａに浸透することが抑制される。そして、図３Ｂまたは図３Ｃの単位層Ａ’、Ａ”を有する多層ＥＡＰデバイスでは、活性電極１３０ａと延長電極１４０ａとが形成されたＥＡＰ層１１０ａの上面に形成されている保護層１２０ａ’により、その上側に再びＥＡＰ層を溶媒キャスト法で形成しても、ＥＡＰ溶液の溶媒が隣接したＥＡＰ層１１０ａに浸透することが抑制される。したがって、保護層１２０ａ’が、ＥＡＰ層１１０ａへの物質（例えば溶媒）の浸透を抑制して、ＥＡＰ層１１０ａの膨張現象による活性電極１３０ａのシワの形成を防止することができる。その結果、多層ＥＡＰデバイス１００の駆動段階で、ＥＡＰ層１１０ａにかかる電場（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄ）を均一に保持することができる。
【００４４】
図３Ａまたは図３Ｂに示されたように、単位層Ａ、Ａ’が、一つの保護層１２０ａ、１２０ａ’のみを含む場合には、保護層１２０ａ、１２０ａ’の厚さは一定の厚さ以上であることが好ましい。なぜならば、保護層１２０ａ、１２０ａ’の厚さが非常に薄い場合には、溶媒の浸透を効果的に防止できないためである。但し、保護層１２０ａ、１２０ａ’は、ＥＡＰ層１１０が変形を起こすのに障害要素として作用するので、多層ＥＡＰアクチュエータの変位減少を最小化するためには、その厚さが過度に厚くないことが望ましい。具体的には、保護層の厚さは、２００〜５０００Åであることが好ましい。
【００４５】
図３Ｃに示されたように、保護層１２０ａ、１２０ａ’が、電極１３０ａ、延長電極１４０ａの上下側のいずれにも配される単位層Ａ”の構造では、保護層１２０ａ、１２０ａ’の全体の厚さを図３Ａまたは図３Ｂの単位層Ａ、Ａ’の保護層より薄く形成しても、溶媒の浸透防止という機能を効果的に行うことができる。これは、順次積層された第１保護層１２０ａ、電極１３０ａ、延長電極１４０ａ、及び第２保護層１２０ａ’が一体になって、溶媒の浸透を防止する機能を担うためである。例えば、保護層１２０ａ、１２０ａ’は、全体として約２０００〜３５００Å程度の厚さを有しうる。
【００４６】
そして、図３Ｃに示された単位層Ａ”で、第１保護層１２０ａは、溶媒の浸透からその下部のＥＡＰ層を保護する機能を主に担い、第２保護層１２０ａ’は、第１保護層１２０ａの機能をさらに強化し、溶媒の浸透から電極１３０ａ、延長電極１４０ａを保護する機能も付加的に有する。したがって、第１保護層１２０ａは、第２保護層１２０ａ’よりさらに厚い厚さを有することが望ましい。例えば、第１保護層１２０ａは、約１５００〜２５００Å程度の厚さを有し、第２保護層１２０ａ’は、約５００〜１０００Å程度の厚さを有しうる。
【００４７】
溶媒キャスト法を用いてＥＡＰ層を形成する時、活性電極１３０などに損傷が生じることを防止できるように、保護層１２０は、ＥＡＰを溶解する溶媒に溶解しない特性を有する物質で形成されることが好ましい。この実施形態の場合、保護層１２０を形成する物質の種類は、ＥＡＰを溶解する溶媒の種類によって変わりうる。そして、保護層１２０も、溶媒キャスト法を使って形成するためには、保護層１２０を形成する物質は、ＥＡＰが溶解しない溶媒に溶解する特性を有する物質であることが好ましい。
【００４８】
例えば、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＦＴＥ）ポリマーを、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）やメチルエチルケトン（ＭＥＫ）のようなケトン類の溶媒に溶解した溶液を用いて溶媒キャスト法によりＥＡＰ層１１０を形成するとする。Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＦＴＥ）ポリマーは、水およびアルコールには溶解しないので、保護層１２０は、水やアルコールには溶解するが、ケトン類の溶媒には溶解しないポリマー物質を用いて形成することができる。例えば、ポリビニルフェノール（ＰｏｌｙＶｉｎｙｌＰｈｅｎｏｌ、図４（Ａ）参照）、ポリ（メチルメタクリレート）（Ｐｏｌｙ（Ｍｅｔｈｙｌ  ＭｅｔｈＡｃｒｙｌａｔｅ））、ＰＭＭＡ、図４（Ｂ）参照）、ポリビニルアルコール（ＰｏｌｙＶｉｎｙｌＡｌｃｈｏｌ、ＰＶＡ、図４（Ｃ）参照）、ポリジメチルシロキサン（ＰｏｌｙＤｉＭｅｔｈｙｌＳｉｌｏｘａｎｅ、ＰＤＭＳ、図４（Ｄ）参照）、ポリ（４−ビニルピリジン）（Ｐｏｌｙ（４−ＶｉｎｙｌＰｙｒｉｄｉｎｅ、Ｐ４ＶＰ、図４（Ｅ）参照）、またはポリアクリル酸（ＰｏｌｙＡｃｒｙｌｉｃ  Ａｃｉｄ、ＰＡＡ、図４（Ｆ）参照）およびこれらの組合わせが保護層１２０を形成するポリマーとして使われる。より好適には、保護層１２０は、パラポリビニルフェノール、ポリアクリル酸およびポリビニルアルコールからなる一群から選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。保護層は１種単独のポリマーで形成されていてもよいし、２種以上併用してもよい。
【００４９】
活性電極１３０は、多層ＥＡＰデバイス１００の種類によって機能が変わりうる。例えば、多層ＥＡＰデバイス１００が、アクチュエータやダイアフラムのように電気エネルギーを機械的エネルギーに転換する電子機器であれば、活性電極１３０は、ＥＡＰ層１１０の変形を誘導する電場を誘導する機能を有する。そして、多層ＥＡＰデバイス１００が、センサーなどのように機械的エネルギーを電気エネルギーに転換する電子機器であれば、活性電極１３０は、ＥＡＰ層１１０の変形によって生成されたキャリアを収容する機能を果たす。
【００５０】
したがって、活性電極１３０は、好適には導電性物質で形成される。例えば、活性電極１３０は、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、または鉄（Ｆｅ）のような金属物質；これらの合金；およびこれらの組合わせで形成されうる。または、活性電極１３０は、ポリアニリン（ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ）、ポリピロール（ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）：ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＥＤＯＴ［Ｐｏｌｙ（３，４−ＥｔｈｙｌｅｎｅＤｉＯｘｙＴｈｉｏｐｈｅｎｅ）］：ＰＳＳ［Ｐｏｌｙ（４−ＳｔｙｒｅｎｅＳｕｌｆｏｎｉｃ  ａｃｉｄ）のような導電性ポリマーで形成されうる。
【００５１】
活性電極１３０、特に、金属で形成される活性電極１３０は、多層ＥＡＰデバイス１００の性能に影響を与えないために、可能な限り薄い厚さで形成されることが好ましい。例えば、高い導電性を有する金属で活性電極１３０を形成する場合に、活性電極１３０は、好ましくは１００ｎｍ以下、より好ましくは約５０ｎｍ以下の薄い厚さに形成することが望ましい。活性電極１３０が導電性ポリマーで形成する場合には、金属ほどには厚さに対する制限は課されないが、薄いほうが好ましく、好ましくは１００ｎｍ以下、より好ましくは約５０ｎｍ以下の薄い厚さに形成することが望ましい。活性電極の厚さの下限は特に制限されず薄ければ薄いほど好ましいが、０．１ｎｍ以上であることが好ましく、１ｎｍ以上であることがより好ましい。
【００５２】
非活性領域ＩＩ、ＩＩＩに配された延長電極１４０は、活性領域Ｉから非活性領域ＩＩ、ＩＩＩまで延びるように配置された活性電極１３０と電気的に接続される。非活性領域ＩＩ、ＩＩＩは、活性領域Ｉに隣接した領域であって、その位置や大きさ、形状などに特別な制限もない。延長電極１４０を通じて駆動電圧が活性電極１３０で加えられるか、または活性電極１３０に集められた電流が延長電極１４０を通じて外部の回路部に流れることができる。
【００５３】
延長電極１４０は、抵抗を最小化することができる形状及び／または厚さに形成される。例えば、非活性領域ＩＩ、ＩＩＩに棒状に長く形成されるが、これに限定されるものではない。そして、延長電極１４０は、金属物質を用いて活性電極１３０より厚い厚さ、例えば、５０ｎｍ以上の厚さに形成しうる。金属物質としては、レーザに対する反応性が高い物質（例えば、アルミニウム／銅の合金やアルミニウム／チタンの合金）を除いた他の金属物質、例えば、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、または鉄（Ｆｅ）のような金属物質、その合金、またはこれらの組合わせで形成しうる。
【００５４】
図５は、保護層を含まず、フィルムラミネーション法で形成された従来の多層ＥＡＰアクチュエータ（三角形のライン）と保護層を含む多層ＥＡＰアクチュエータ（丸（活性電極厚さ２０ｎｍ）、四角（活性電極厚さ４０ｎｍ）、ひし形（活性電極厚さ６０ｎｍ）形状のライン）のそれぞれの駆動電圧を示す図である。各多層ＥＡＰデバイスには、活性電極としてアルミニウム電極を使い、ＥＡＰとしてはＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＦＴＥ）を使い、保護層のポリマーとしてＰＡＡを使って、単位層を１３層積層させた。保護層の厚さを２８０ｎｍに固定し、ＥＡＰ層の厚さを変化させた。単位層の厚さを横軸に示す。図５を参照すると、単位層の厚さが増加すると、駆動電圧が増加する。保護層が存在する場合、単位層の駆動電圧は保護層がない場合と比較して若干大きくなるが、これによる影響はあまり大きくないということも分かる。特に、単位層の厚さが１μｍ以下である場合に、保護層を有する多層ＥＡＰアクチュエータは、活性電極の厚さに関係なく駆動電圧が約２１〜２２Ｖ程度以下であって、要求される規格（ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ）である２４Ｖの駆動電圧より小さいということが分かる。
【００５５】
図１２Ａ及び図１２Ｂは、本発明の実施形態によって溶媒キャスト法で製造された多層ＥＡＰアクチュエータに対するＳＥＭ写真であって、図１２Ａは、断面写真であり、図１２Ｂは、図１２Ａの多層ＥＡＰアクチュエータの第１単位層の電極に対する平面写真である。図１２Ａを参照すると、多層ＥＡＰアクチュエータは、総１０個の単位層で構成されており、各単位層の厚さは、約１．５μｍである。そして、ＥＡＰ層は、約１．１５μｍ厚さのＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＴＦＥ）、活性電極は、約５００Å厚さのアルミニウム（Ａｌ）、そして、保護層は、約３０００Å厚さのＰＡＡで製造された。また、図１２Ｃは、従来技術による多層ＥＡＰアクチュエータの第１単位層の電極層に対する平面写真であって、保護層がないということを除き、残りの工程条件（物質の種類及び各層の厚さ）は、図１２Ｂと同一である。図１２Ｂ及び図１２Ｃを参照すると、従来技術による多層ＥＡＰアクチュエータは、電極にクラックが生じるが、本発明の実施形態によって製造された多層ＥＡＰアクチュエータは、電極に損傷が生じないということが分かる。
【００５６】
図６は、図１に示された多層ＥＡＰデバイス１００のＸＸ‘ラインに沿って切り取った断面図の一例である。図６には、多層ＥＡＰデバイス１００が、８つの単位層、すなわち、４つの第１単位層Ａと４つの第２単位層Ｂとからなると示されているが、このような単位層の個数は、単に例示的なものである。そして、図６の多層ＥＡＰデバイス１００には、積層された活性電極１１１〜１１８をグループ別に電気的に連結する共通電極１５１（第１共通電極）、１５２（第２共通電極）も共に示されている。以下、多層ＥＡＰデバイス１００が、多層ＥＡＰアクチュエータの場合を説明するが、他の多層ＥＡＰデバイスにも、同様に適用可能である。
【００５７】
図６を参照すると、活性領域Ｉと非活性領域ＩＩ、ＩＩＩとに区画されている多層ＥＡＰアクチュエータ１００は、８つの単位層を含む。各単位層は、ＥＡＰ層１１１〜１１８、保護層１２１〜１２８、活性電極１３１〜１３８、及び延長電極１４１〜１４８を含む。各保護層１２１〜１２８は、各ＥＡＰ層１１１〜１１８上に形成される。そして、各保護層１２１〜１２８の一面上に形成されている活性電極１３１〜１３８は、少なくとも活性領域Ｉをカバーし、非活性領域ＩＩ、ＩＩＩにまで延びるように配置されている。延長電極１４１〜１４８は、非活性領域ＩＩ、ＩＩＩに形成され、非活性領域ＩＩ、ＩＩＩにまで延びている活性電極１３１〜１３８と接続されるように形成されている。
【００５８】
前述したように、保護層１２１〜１２８、電極１３１〜１３８及び延長電極１４１〜１４８は、図６で示した位置関係以外に、位置が互いに変わることもある（図３参照）。より具体的には、一実施形態では、図３Ｂのように、各ＥＡＰ層１１１〜１１８上には、活性電極１３１〜１３８と延長電極１４１〜１４８とが形成され、また保護層１２１〜１２８は、活性電極１３１〜１３８と延長電極１４１〜１４８とが形成されているＥＡＰ層１１１〜１１８上に形成される。また他の一実施形態では、図３Ｃのように、活性電極１３１〜１３８及び延長電極１４１〜１４８が形成された保護層１２１〜１２８上に、他の保護層が追加される。
【００５９】
多層ＥＡＰアクチュエータ１００では、正と負との駆動電圧が交互に活性電極１３１〜１３８に印加されるように、活性電極１３１〜１３８は、二つのグループに分けられて、それぞれ正の電位と負の電位とに連結される。そのために、各グループの活性電極は、非活性領域ＩＩ、ＩＩＩに形成されている連結電極構造体によって互いに電気的に連結される。より具体的に、奇数番目の層に配された単位層である第１単位層の活性電極１３１、１３３、１３５、１３７は、それぞれ活性領域Ｉの右側に隣接した非活性領域ＩＩＩにまで延ばされて第１単位層の延長電極１４１、１４３、１４５、１４７と接続されており、第１単位層の延長電極１４１、１４３、１４５、１４７は、第１共通電極（ｃｏｍｍｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）１５１によって互いに接続されている。そして、偶数番目の単位層である第２単位層の活性電極１３２、１３４、１３６、１３８は、それぞれ活性領域Ｉの左側に隣接した非活性領域ＩＩにまで延ばされて第２単位層の延長電極１４２、１４４、１４６、１４８と接続されており、第２単位層の延長電極１４２、１４４、１４６、１４８は、第２共通電極１５２によって互いに接続されている。
【００６０】
したがって、多層ＥＡＰアクチュエータ１００は、このような連結電極構造体を一対で有しうる。連結電極構造体は、狭義では、延長電極１４１〜１４８及び共通電極１５１、１５２のような導電性の構成要素のみを示すが広義では、このような導電性の構成要素以外に非活性領域ＩＩ、ＩＩＩを構成するその周辺の構成要素、例えば、ＥＡＰ層、保護層、ビアホール、エッチング停止層（ｅｔｃｈ  ｓｔｏｐｐｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）などをいずれも含みうるため、以下、広義の連結電極構造体に関してより具体的に説明する。
【００６１】
図６に示された非活性領域ＩＩ、ＩＩＩを参照すると、連結電極構造体は、それぞれ複数の非活性層と共通電極１５１、１５２とを含み、エッチング停止層１６１、１６２をさらに含む。エッチング停止層１６１、１６２は、連結電極構造体を形成する工程で多層ＥＡＰアクチュエータの下側に位置する構造物がエッチングされることを防止する機能を担い、エッチング停止層１６１、１６２の上面に共通電極１５１、１５２の下部の一面が接触する（これに関しては後述する）。
【００６２】
右側の非活性領域ＩＩＩで、複数の非活性層のそれぞれは、ＥＡＰ層１１１〜１１８、ＥＡＰ層１１１〜１１８上に形成されている保護層１２１〜１２８、及び第１単位層の保護層１２１、１２３、１２５、１２７上に形成されている延長電極１４１、１４３、１４５、または１４７を含む。そして、延長電極１４１、１４３、１４５、１４７は、それぞれ第１単位層の活性電極１１１、１１３、１１５、１１７と接続されている。同様に、左側の非活性領域ＩＩで、複数の非活性層のそれぞれは、ＥＡＰ層１１１〜１１８、ＥＡＰ層１１１〜１１８上に形成されている保護層１２１〜１２８、及び第２単位層の保護層１２２、１２４、１２６、１２８上に形成されている延長電極１４２、１４４、１４６、または１４８を含む。そして、延長電極１４２、１４４、１４６、１４８は、それぞれ第２単位層の活性電極１２２、１２４、１２６、１２８と接続されている（以下、右側の非活性領域ＩＩＩを基準に説明するが、後述する内容は、左側の非活性領域ＩＩにも同様に適用可能である）。
【００６３】
延長電極１４１〜１４８は、導電性物質で形成され、その材質に特別な制限はない。但し、延長電極１４１〜１４８は、レーザに対してポリマーよりは反応性が低い物質で形成される。例えば、延長電極１４１〜１４８は、金、銅、銀、チタン、アルミニウム、クロム、モリブデン、鉄などで形成される。アルミニウムと銅（または、チタン）との合金は、レーザに対して反応性が大きいために、延長電極１４１〜１４８用の物質としては適切ではない。このように、延長電極１４１〜１４８を金属物質などで形成すれば、ただ一回のレーザを非活性領域に投射して、後述するように、その幅が段階的に増加する構造のビアホールＨ１を形成することができる。延長電極１４１〜１４８は、活性電極１３１〜１３８よりは厚い厚さ、例えば、５０〜５００ｎｍの厚さに形成しうる。
【００６４】
複数の非活性層の内部には、ビアホールＨ１、Ｈ２が形成されている。ビアホールＨ１、Ｈ２は、上側に行くほどその幅（ＸＸ’方向）が増加するが、層別に段階的に増加する構造を有する。その結果、非活性領域ＩＩＩでは、第１単位層の保護層１２１、１２３、１２５、１２７の上面に形成されている延長電極１４１、１４３、１４５、１４７は、上側に行くほどその幅（ＸＸ’方向）が狭くなる。同様に、非活性領域ＩＩでは、第２単位層の保護層１２２、１２４、１２６、１２８の上面に形成されている延長電極１４２、１４４、１４６、１４８も、上側に行くほどその幅が狭くなる。このようなビアホールＨ１、Ｈ２の構造は、延長電極１４１〜１４８のそれぞれの上面の一部をビアホールＨ１、Ｈ２によって外部に露出させる。すなわち、延長電極１４１〜１４８のそれぞれは、その一部のみが上面に形成されるＥＡＰ層によって隠れるが、残りは階段状を含むビアホールＨ１、Ｈ２によって外部に露出される。
【００６５】
そして、ビアホールＨ１内には、共通電極１５１が形成されている（同様に、ビアホールＨ２内には、共通電極１５２が形成されている）。共通電極１５１は、ビアホールＨ１の形状によって均一な厚さに形成されるか、またはその厚さが位置によって変わることもある。また、共通電極は、ビアホールＨ１をほぼ満たすように形成されることもある。如何なる形態で形成されても、共通電極１５１は、少なくとも階段状の形状を含む。このような共通電極１５１は、ビアホールＨ１に露出された延長電極１４１、１４３、１４５、１４７の上面と接続されるので、積層されている複数の延長電極１４１、１４３、１４５、１４７、及びこれらのそれぞれに接続されている複数の活性電極１３１、１３３、１３５、１３７を互いに電気的に連結させることができる。
【００６６】
図７は、図６の点線の円で表示されている部分を拡大した部分拡大図である。図７を参照すると、第２ＥＡＰ層１１２、第２保護層１２２、第３ＥＡＰ層１１３、及び第３保護層１２３と、その上面に形成されている第３延長電極１４３とを含む第２非活性層のＸＸ’方向の幅は、第１ＥＡＰ層１１１及び第１保護層１２１と、その上面に形成されている第１延長電極１４１とを含む第１非活性層の幅より小さい。その結果、第１延長電極の一部の上面１４１ａには、第２非活性層が形成されていない。同様に、第３延長電極の一部の上面１４３ａにも、第３非活性層が形成されていない。
【００６７】
このように、延長電極の上面の一部１４１ａ、１４３ａが露出される非活性層（または、非活性領域ＩＩＩで、その幅が上側に行くほど段階的に増加するビアホールＨ１）の構造は、ビアホールＨ１に形成される共通電極１５１が階段状の形状を有することによる。このように、階段状の形状を含む共通電極１５１は、ビアホールＨ１を通じて外部に露出された側面とともに、延長電極の上面を通じても延長電極１４１、１４３、１４５、１４７と電気的に接続されるために、共通電極１５１と接触する延長電極１４１、１４３、１４５、１４７の面積を増加させる。したがって、図６に示された連結電極構造体の構造は、共通電極１５１と延長電極１４１、１４３、１４５、１４７との電気的連結を向上させ、積層されている活性電極１３１、１３３、１３５、１３７間の電気的連結も向上する。
【００６８】
図８は、連結電極構造体の他の例を示す図である。図８を参照すると、連結電極構造体は、複数の非活性層と共通電極１５１’とを含み、共通電極１５１’の一部と接触するエッチング停止層１６１’をさらに含む。複数の非活性層は、ＥＡＰ層１１１’〜１１８’、各ＥＡＰ層１１１’〜１１８’の上面にそれぞれ形成されている保護層１２１’〜１２８’、及び各第１単位層の保護層１２１’、１２３’、１２５’、１２７’の上面にそれぞれ形成されている延長電極１４１’、１４３’、１４５’、または１４７’を含む。そして、延長電極１４１’、１４３’、１４５’、１４７’は、活性電極１３１’、１３３’、１３５’、１３７’と接続されている。
【００６９】
複数の非活性層の内部にビアホールが形成されている前述した連結電極構造体とは異なって、図８の連結電極構造体では、複数の非活性層の一側面部(端部)階段状、すなわち、上側に行くほどその幅が段階的に減少する非アクチュエーター層（ｎｏｎ−ａｃｔｕａｔｅｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）を有する。したがって、ＥＡＰ層１１１’〜１１８’’、保護層１２１’〜１２８’、及び第１単位層の保護層１２１’、１２３’、１２５’、１２７’の上面に形成されている延長電極１４１’、１４３’、１４５’、１４７’の幅は、上層に行くほど狭くなる。このような非活性層の構造でも、延長電極１４１’、１４３’、１４５’、１４７’の上面の一部が露出され、該露出された延長電極１４１’、１４３’、１４５’、１４７’の上面には、共通電極１５１’が接触している。積層された延長電極１４１’、１４３’、１４５’、１４７’を連結する共通電極１５１’は、階段状の形状を有し、共通電極１５１’と延長電極１４１’、１４３’、１４５’、１４７’との間には、より確実に電気的接続がなされうる。
【００７０】
前述した多層ＥＡＰデバイス、例えば、多層ＥＡＰアクチュエータは、小さくて軽いだけではなく、変位駆動を大きくすることができるために、多用途に応用することができる。例えば、多層ＥＡＰアクチュエータは、モバイル機器用の高性能カメラに使われる超小型のイメージセンサーモジュール（Ｉｍａｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｍｏｄｕｌｅ、ＩＳＭ）の自動焦点（ＡＦ）機能、オプティカルイメージスタビライザー（ＯＩＳ）機能、可変焦点機能などを具現するための装置の一つである可変焦点液体レンズに利用される。
【００７１】
図９Ａ及び図９Ｂは、それぞれ前述した多層ＥＡＰアクチュエータ１００が利用される可変焦点液体レンズの構造の一例を示す部分切断斜視図と分離斜視図とである。図９Ａ及び図９Ｂを参照すると、可変焦点液体レンズは、基板１０、スぺーサフレーム２０、メンブレン３０、多層ＥＡＰアクチュエータ１００’、及びアクチュエータフレーム４０を含む。多層ＥＡＰアクチュエータ１００’としては、図１の多層ＥＡＰアクチュエータ１００を用いることができる。
【００７２】
基板１０は、透明な材質からなるが、例えば、ガラス基板や透明なポリマー基板であり得る。スぺーサフレーム２０は、光学流体が満たされる所定の内部空間を区切り、シリコン（Ｓｉ）のような不透明な材質で形成される。スペーサフレームは、中央のレンズ部と複数の駆動部とに分けられ、上下に貫通する内部空間には光学流体が自在に流動する。図面では、駆動部がレンズ部の外側に４つの領域で構成されているが、これは単に例示的なものである。レンズ部は、光学流体が満たされて入射光が通過するレンズとしての機能を行う部分である。そして、駆動部は、レンズ部を覆っているメンブレン３０の部分（レンズ面）のプロファイルを変更させることができる駆動力を伝達する部分である。
【００７３】
メンブレン３０は、少なくともレンズ部を覆い、この部分はレンズ面になる。そして、メンブレン３０は、駆動部も覆うことができるが、実施形態によっては、駆動部の上側には、メンブレンが存在しないこともある。
【００７４】
メンブレン３０の上側に配される多層ＥＡＰアクチュエータ１００’は、活性領域が少なくとも駆動部をカバーする。多層ＥＡＰアクチュエータ１００’の共通電極を通じて駆動電圧が活性電極に加えられれば、多層ＥＡＰアクチュエータ１００’は、下側に変位を起こし、駆動部に所定の圧力を加える。そして、駆動部の上側から所定の圧力が加えられれば、駆動部にある光学流体は、レンズ部側に移動する。そして、移動した光学流体によってレンズ部の光学流体の量が増加すれば、レンズ部は、上に凸状に飛び出す形状に変形される。
【００７５】
多層ＥＡＰアクチュエータ１００’上には、アクチュエータフレーム４０が配されている。より正確には、多層ＥＡＰアクチュエータ１００’は、アクチュエータフレーム４０を基板として使って、その一面上に製造可能である。この場合に、多層ＥＡＰアクチュエータ１００’が形成されているアクチュエータフレーム４０は、ひっくり返してメンブレン３０が上に配置されているスぺーサフレーム２０の上側に配されて固定される。アクチュエータフレーム４０は、少なくともレンズ部を露出させる平面状を有し、多層ＥＡＰアクチュエータ１００’の活性領域を露出させる形状にもなりうる。アクチュエータフレーム４０は、シリコンで形成することができるが、これに限定されるものではない。
【００７６】
次いで、図１０Ａ〜図１０Ｊを参照して、基板上に図６の多層ＥＡＰデバイス１００を製造する方法に関して説明する。図面では、一つの多層ＥＡＰデバイス１００を製造する過程が示されているが、これは単に図示の便宜のためのものである。多層ＥＡＰデバイス１００は、半導体製造工程のようにウェハーレベルでマトリックス状に配列された複数のデバイスを同時に製造することもできる。多層ＥＡＰデバイス１００の製造工程は、基板上に２つの類型の単位層（図２Ａ及び図２Ｂ参照）を交互に積層する過程と積層された単位層の非活性領域ＩＩ、ＩＩＩに連結電極構造体を形成する過程とを含む。
【００７７】
そして、後述する製造方法では、ＥＡＰ層、保護層、及び電極の順序で形成して単位層を製造する（図３Ａ参照）が、保護層と電極とを形成する順序は変更されうる（図３Ｂ参照）。または、単位層は、ＥＡＰ層、第１保護層、電極、及び第２保護層の順序で形成されることもある（図３Ｃ参照）。この場合には、後述する製造方法で第２保護層を形成する過程のみが追加される。
【００７８】
まず、図１０Ａを参照すると、まず基板Ｓを準備する。基板Ｓは、シリコンで形成されたアクチュエータフレームであり得るが、これは例示的なものである。基板Ｓの背面には、活性領域Ｉに該当する大きさを有する溝が形成されているが、これは、後続工程で活性領域Ｉに該当する部分の基板Ｓの除去を容易にするためである。そして、図面に図示されていないが、基板Ｓの表面には、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）のような絶縁膜がさらに形成されていることもある。
【００７９】
そして、準備された基板Ｓ上にエッチング停止層１６１、１６２を形成する。エッチング停止層１６１、１６２は、後述するビアホールの形成過程（図１０Ｉ参照）で基板Ｓがエッチングされることを防止する。したがって、エッチング停止層１６１、１６２は、非活性領域ＩＩ、ＩＩＩに予定された位置に形成される。そして、ビアホールの形成過程でレーザビームを利用する場合であれば、エッチング停止層１６１、１６２は、レーザビームに対して耐性が大きい物質で形成することが好ましい。
【００８０】
図１０Ｂを参照すると、エッチング停止層１６１、１６２が形成された基板Ｓ上に第１ＥＡＰ層１１１を形成する。第１ＥＡＰ層１１１は、溶媒キャスト法を用いて形成しうる。例えば、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＦＴＥ）ポリマーで第１ＥＡＰ層１１１を形成するとする。この場合に、まずＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＦＴＥ）ポリマーをＭＩＢＫまたはＭＢＫのような溶媒に溶かしてＥＡＰ溶液を準備する。ＥＡＰ溶液におけるポリマーと溶媒との含有比は、特に制限なく、ポリマーの溶解性および溶媒の揮発性を考慮して適宜設定すればよい。そして、準備されたＥＡＰ溶液を注いで、フィルムのような所望の形状に作るが、この際、スピンコーティング法を利用できる。そして、塗布された溶液から溶媒を除去（例えば、揮発）すれば、第１ＥＡＰ層１１１が作られる。第１ＥＡＰ層１１１は、エッチング停止層１６１、１６２を完全に覆うか、またはエッチング停止層１６１、１６２を露出させることもできる。第１ＥＡＰ層１１１は、例えば、１μｍ以下の薄い厚さに形成される。
【００８１】
そして、第１ＥＡＰ層１１１上に第１保護層１２１を形成する。第１保護層１２１を形成する方法には、特別な制限はないが、第１ＥＡＰ層１１１と同様に、スピンコーティング法等を用いて形成しうる。ＭＩＢＫまたはＭＢＫのような溶媒にＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＦＴＥ）ポリマーが溶解された溶液を用いて第１ＥＡＰ層１１１を形成する場合、第１保護層１２１は、水および／またはアルコールにポリマー材料、例えば、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリ（４−ビニルピリジン）（Ｐ４ＶＰ）、またはポリアクリル酸（ＰＡＡ）ならびにこれらの混合物などが溶解した溶液を用いて、スピンコーティング法で第１保護層１２１を形成しうる。保護層を形成する際に用いるポリマー及び溶媒の混合溶液におけるポリマーと溶媒との含有比は、特に制限なく、ポリマーの溶解性および溶媒の揮発性を考慮して適宜設定すればよい。
【００８２】
そして、図１０Ｃを参照すると、第１保護層１２１の上面に第１活性電極１３１を形成する。第１活性電極１３１は、活性領域Ｉをカバーするだけではなく、その一部が右側の非活性領域ＩＩＩに延びる。第１活性電極１３１は、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、または鉄（Ｆｅ）のような金属物質、これらの合金、またはこれらの組合わせで、あるいは導電性ポリマーなどで形成される。金属物質で第１活性電極１３１を形成する場合には、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）法や物理気相蒸着（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＰＶＤ）法のような通常の金属膜の蒸着法が利用される。活性電極が導電性ポリマーで形成される場合の活性電極の形成方法には、特別な制限がないが、ＥＡＰ層及び保護層と同様に、スピンコーティング法等を用いて形成しうる。
【００８３】
そして、図１０Ｄを参照すると、非活性領域ＩＩＩに第１延長電極１４１を形成する。第１延長電極１４１は、第１保護層１２１の上面に形成されて、その一部が第１活性電極１３１、より具体的に、非活性領域ＩＩＩに延びた第１活性電極１３１の一部と接続する。第１延長電極１４１は、抵抗が低いだけではなく、ポリマーに比べてレーザビームに対する反応性が低い物質で形成される。例えば、第１延長電極１４１は、金、銅、チタン、クロム、モリブデン、アルミニウムのような金属物質で約５０〜５００ｎｍの厚さに形成される。第１延長電極１４１は、第１活性電極１３１と同じ方法で形成しうる。
【００８４】
そして、図１０Ｅを参照すると、上面に第１活性電極１３１と第１延長電極１４１とが形成されている第１保護層１２１の上に第２ＥＡＰ層１１２を形成する。第２ＥＡＰ層１１２の形成方法や厚さ、材質などは、第１ＥＡＰ層１１１と同一である。すなわち、第２ＥＡＰ層１１２も、溶媒キャスト法を使って形成し、この際、第１保護層１２１によって溶媒が第１ＥＡＰ層に浸透することを防止することができる。そして、第２ＥＡＰ層１１２上には、第２保護層１２２が形成されるが、第２保護層１２２の形成方法や厚さ、材質などは、第１保護層１２１と同一である。
【００８５】
次いで、図１０Ｆを参照すると、第２保護層１２２の上面に第２活性電極１３２を形成する。第２活性電極１３２は、活性領域Ｉをカバーするだけではなく、その一部は左側の非活性領域ＩＩに延びる。第２活性電極１３２の形成方法や材質、厚さなどは、第１活性電極１３１と同一であり得るので、以下、これについての詳しい説明は省略する。そして、図１０Ｇを参照すると、非活性領域ＩＩに第２延長電極１４２を形成する。第２延長電極１４２は、第２保護層１２２の上面に形成されて、その一部が第２活性電極１３２、より具体的に、非活性領域ＩＩに延びた第２活性電極１３２の一部と接続する。第２延長電極１４２の形成方法や材質、厚さなども、第１延長電極１４１と同一であり得るので、以下、これについての詳しい説明は省略する。
【００８６】
図１０Ｂないし図１０Ｇを参照して、前述したＥＡＰ層の形成工程、保護層の形成工程、活性電極の形成工程、及び延長電極の形成工程を所定の回数（本実施形態の場合に、総４回）ほど反復して行えば、図１０Ｈに示されているような積層構造物が作られる。
【００８７】
次いで、図１０Ｉを参照すると、積層構造物の非活性領域ＩＩ、ＩＩＩ、より正確には、非活性層の延長電極１４１〜１４８の中心部の位置で延長電極１４１〜１４８、保護層１２１〜１２８、及びＥＡＰ層１１１〜１１８をエッチングしてビアホールＨ１、Ｈ２を形成する。ビアホールＨ１、Ｈ２は、延長電極１４１〜１４８の上面の一部が露出されるように、上側に行くほど幅が段階的に増加する階段状を有する。実施形態によっては、図８に示されているような階段型の構造が作られるように、延長電極１４１〜１４８の外側の縁部で延長電極１４１〜１４８、保護層１２１〜１２８、及びＥＡＰ層１１１〜１１８をエッチングすることもできる。
【００８８】
延長電極１４１〜１４８を形成する金属物質と保護層１２１〜１２８及びＥＡＰ１１１〜１１８を形成するポリマーとの間には、物性（例えば、弾性係数、熱膨張係数など）の差が存在する。もし、図１０Ｈに示されている積層構造物で非活性領域ＩＩ、ＩＩＩにビアホールを形成するために、ＥＡＰ層１１１〜１１８、保護層１２１〜１２８、及び延長電極１４１〜１４８を機械的な方法で切断すれば、切断面でポリマー層１１１〜１１８及び保護層１２１〜１２８が伸びることによって、延長電極１４１〜１４８の切断面を取り囲む問題が発生することがある。これは、切断過程で発生する摩擦熱及びポリマーの固有の物性によるものである。延長電極１４１〜１４８の切断面が外部に露出されなければ、積層された延長電極１４１〜１４８を互いに連結させることが難しくなる。それだけではなく、乾式エッチングや湿式エッチングのような既存のエッチング技術は、ポリマー層１１１〜１１８及び保護層１２１〜１２８を損傷させる場合があるだけではなく、層間の剥離現象（ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）を起こして、ビアホールの形成工程に適用しにくい。
【００８９】
上側に行くほどその幅が段階的に増加する形状のビアホールＨ１、Ｈ２を形成するために、本実施形態では、ポリマーに対する反応性は大きいが、延長電極１４１〜１４８を形成する金属物質に対する反応性が低いレーザを用いて、ポリマー層１１１〜１１８及び保護層１２１〜１２８と延長電極１４１〜１４８とをエッチングする。レーザは、例えば、二酸化炭素（ＣＯ２）レーザや緑色レーザ（ｇｒｅｅｎ  ｌａｓｅｒ）であり得るが、これに限定されるものではない。
【００９０】
より具体的に、所定のエネルギーを有する二酸化炭素レーザのようなレーザを上部から積層構造物の右側の非活性領域ＩＩＩに照射するとする。レーザが照射されれば、レーザに対して反応性が高いポリマーからなる第８ＥＡＰ層１１８と第８保護層１２８は、相対的に多く除去され、この過程でエネルギーの消耗もほとんどない。そして、第８ＥＡＰ層１１８と第８保護層１２８とを通過したレーザは、第７延長電極１４７に触れるようになるが、反応性が相対的に低い金属物質からなる第７延長電極１４７をエッチングするために、レーザは相対的に多くのエネルギーが消耗される。その結果、レーザによって除去される第７延長電極１４７は、第８ＥＡＰ層１１８及び第８保護層１２８に比べて少なく（断面で見る場合に、その幅が狭い）、その下部にもエネルギーが減少したレーザが照射される。但し、第６及び第７ＥＡＰ層と保護層１１６、１１７、１２６、及び１２７とをエッチングする過程では、エネルギーの消耗がほとんどないために、エッチングされる第６及び第７ＥＡＰ層１１６、１１７及び保護層１２６、１２７の幅は、第８延長電極１４８のそれとほとんど同一である。
【００９１】
このような方式で、積層構造物の上側から照射されたレーザは、延長電極１３１、１３３、１３５、１３７をエッチングするために、相当な量のエネルギーが消耗されるために、下層側に行くほどＥＡＰ層、保護層、及び延長電極に加えられるレーザのパワーは、段階的または不連続的に減る。その結果、積層構造物の非活性領域ＩＩ、ＩＩＩには、示されたような階段状の形状を有するビアホールＨ１、Ｈ２が形成される。そして、このビアホールＨ１、Ｈ２を通じて延長電極１４１〜１４８の上面の一部が露出される。
【００９２】
次いで、図１０Ｊを参照すると、非活性領域ＩＩ、ＩＩＩのビアホールＨ１、Ｈ２に共通電極１５１、１５２を形成する。共通電極１５１、１５２は、金属のような導電性物質で形成され、その形成方法に特別な制限はない。共通電極１５１、１５２は、例えば、ビアホールＨ１、Ｈ２の形状に沿って所定の厚さ（例えば、１０００ｎｍ以上の厚さ）に形成しうる。または、共通電極１５１、１５２は、ビアホールＨ１、Ｈ２をほとんど満たすように厚く形成することもできる。このように形成された共通電極１５１、１５２は、露出された延長電極１４１〜１４８の上面と接触するので、少なくとも階段状の形状を含む。
【００９３】
以上の説明は、本発明の実施形態に過ぎず、この実施形態によって、本発明の技術思想が限定されると解釈されてはならない。本発明の技術思想は、特許請求の範囲に記載の発明によってのみ特定されなければならない。したがって、本発明の技術思想を外れない範囲で前述した実施形態は、多様な形態で変形されて具現可能であるということは、当業者に自明である。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明は、多層電気活性ポリマーデバイス及びその製造方法関連の技術分野に適用されうる。
【符号の説明】
【００９５】
基板１０、
スぺーサフレーム２０、
メンブレン３０、
アクチュエータフレーム４０
１００、１００’  多層ＥＡＰデバイス
１１０〜１１８、１１１’〜１１８’、１００ａ、１１０ｂ  ＥＡＰ層
１２０〜１２８、１２１’〜１２８’１２０ａ、１２０ａ’、１２０ｂ  保護層、
１３０〜１３８、１３０ａ、１３０ｂ、１３１’、１３３’、１３５’、１３７’  活性電極、
１４０〜１４８、１４０ａ、１４０ｂ、１４１’、１４３’、１４５’、１４７’  延長電極、
１４１ａ、１４１ｂ  延長電極の上面の一部、
１５１、１５２、１５１’  共通電極、
１６１、１６２、１６１’  エッチング停止層。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１０Ｇ】
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【図１０Ｈ】
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【図１０Ｉ】
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【図１０Ｊ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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