JPH03165502A - 焼結体バリスタ素子の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば２端子素子型の液晶表示装置（ＬＣＤ
）の非線形素子として用いて好適な焼結体バリスタ素子
の製造方法に間する。

［従来の技術］ 現在、例えば液晶テレビの画像表示装置には大別して単
純マトリックス方式とアクティブマトリックス方式とが
ある。

単純マトリックス方式は直角を成して設けられた２組の
帯状電極群（行電極群と列電極群）の間に複数の液晶画
素を行列状に配して接続したものであり、これら帯状電
極間に駆動回路によって所定の電圧を印加して液晶画素
を作動させる。この方式は、構造が簡単なため低価格で
システムを実現できるという利点があるが、各液晶画素
でのクロストークが生じるため画像のコントラストが低
く、液晶テレビの画像表示を行う際、画質の低下は避け
られないものであった。

これに対し、アクティブマド、リックス方式は各液晶画
素毎にスイッチを設けて電圧を保持するものであり、液
晶表示装置を時分割駆動しても液晶画素が選択時の電圧
を維持することができるため、表示容量の増大が可能で
、コントラスト等の画質に間する特性が良く、液晶テレ
ビの高画質画像表示を実現できるものである。しかしな
がら、アクティブマトリックス方式にあっては構造が複
雑どなって製造コストが高くなってしまうという欠点が
あった。例えば、スイッチとしてフィルム状の電界効果
トランジスタを用いるＴＰＴ型では、その製造工程にお
いて５枚以上のフォトマスクを用いて５層以上の薄膜を
重ねるため、製品歩留りを上げることが困難である。

上記のような事情から、コントラスト等の画質に間する
特性が良く且つ構造簡単にして低コストな方式の液晶表
示装置の実現が望まれており、このような要求を実現す
る方式として焼結体バリスタ素子を用いた２端子素子型
液晶表示装置が注目されている。

２端子素子型の液晶表示装置−は単純マトリックス方式
に改良を加えて、第７図に示すように打電ｆ５１と列電
極２との間に液晶画素４と所定のしきい値電圧で導通す
る焼結体バリスタ索子３とを電気的に直列に配して接続
したものであり、第８図に示すような焼結体バリスタ素
子３の非線形な電流−電圧特性を利用したものである。

すなわち、単純マトリックス方式における時分割駆動で
は、第９図に示すように液晶画素がオン（光透過率が９
０％）する電圧Ｖ９０とオフ（光透過率が１０％）する
電圧ＶＩＯとの比γ（＝　Ｖ９０／　Ｖ　ｌｏ＝　（Ｖ
　１０＋ΔＶ　）／　Ｖ　１０）から、各液晶画素間の
クロストークを生ずることなく許容される最大の走査線
数Ｎ　ｍａｘは、Ｎｍａｘ＝　（（ｒ２＋１）／ｒ２−
１））　２であり、γの値が小さい方が走査線数が大き
くなって液晶テレビ表示に有利である。これに対し、２
端子素子型では、焼結体バリスタ素子４によりそのしき
い値電圧■ｖを超えた分の電圧が液晶画素３に印加され
るようにして、焼結体バリスタ素子を設けない場合の液
晶画素の動作電圧（第１０図（ａ）参照）を焼結体バリ
スタ素子を設けるこ−とによってそのしきい値電圧Ｖｖ
だけ高くしている（第１０図（ｂ）参照）。この結果、
前記γの値はＶ９０／ＶＩＯから（ＶＶ＋　ｖ９０）／
（ＶＶ＋Ｖ１０）に改善され、γ値の低下によって最大
走査線数Ｎ　ｍａｘの増加が図られ、良質な液晶表示を
実現することができる。

第２図〜第６図には一般的なの２端子素子型の液晶表示
装置を示す。

第２図に示すように、行電極１１それぞれに対して多数
の画素電極１２が一定の間隔ｄをもって設けられ、行電
極１１と画素電極１２とは各焼結体バリスタ素子１３で
一定のしきい値電圧■■をもって接続されている。

液晶画素の１つについてみると、第３図及び第４図に示
すように、下側ガラス基板１０上に行電極１１と画素電
極１２とを所定の間隔ｄを隔てて設け、これら行電極１
１と画素電極１２とを酸化亜鉛（ＺｎＯ）から成る焼結
体バリスタ素子１３て接続しである。そして、これらの
上部を液晶１４て満たし、更に、列電極１５、カラーフ
ィルタ１６、上側ガラス基板１７を設けである。

焼結体バリスタ素子１３は、第６図に詳示するように、
所定粒径のＺｎＯ粒子】３１の表面をＭｎ、Ｃｏ酸化物
絶縁膜１３２で被覆したバリスタ粒子１３ａから成り、
第５図に詳示するように、これらバリスタ粒子１３ａを
ガラスフリット１３ｂて焼結したものである。このよう
な焼結体バリスタ素子１３においては、粒径約５μｍの
バリスタ粒子１個当り約３Ｖのしきい値電圧が得られる
。

従って、行電極１１と画素電極１２との間隔ｄを２５μ
ｍに設定すれば、この間隔ｄ内に存在する実質的に直列
５個のバリスタ粒１３ａを介して行電極１１と画素電極
１２とが接続され、これら電極１１．１２間には５個Ｘ
３Ｖ＝１５Ｖ（Ｄしきい値電圧が得られる。

［発明が解決しようとする課題］ 特に、画質の良好な２端子素子型液晶表示装置を実現す
るためには、焼結体バリスタ素子１３が高性能を有し且
つその性能が素子間で一定している必要がある。このた
めには、−焼結体バリスタ素子１３に含まれるバリスタ
粒子１３ａが５μｍ〜１０μｍ程度で一定していること
が望まれる。すなわち、液晶表示装置の大画面化に伴っ
て焼結体バリスタ素子の微細化が要求されるためこれを
実現するためにバリスタ粒子も小径化する必要がある一
方、バリスタ粒子があまり小径化すぎると所要のバリス
タ性能が得られず、実用上５μｍ〜１０μｍ程度の粒径
が最も好適とされている。

従来より焼結体バリスタ素子は、酸化亜鉛の微粉末を加
熱してｖＥ結させて多結晶化した後、当該焼結体を粉砕
１分級して酸化亜鉛単結晶粒子粉末を得、当該酸化亜鉛
単結晶粒子の表面をｒｖｒｎ、ｃｏ酸化物絶縁膜等の無
機質絶縁膜で被覆してバリスタ粒子粉末を形成し、当該
バリスタ粒子粉末にガラスフリットと有機バインダを加
えてペースト化し、当該ペーストを絶縁基板上に印刷塗
布した後に焼成して得ていた。

しかしながら、従来ては、このような粒径のバリスタ粒
子を収率よく製造することができず、液晶表示装置の低
コスト化や性能向上が困難であるという問題があった。

本発明は上記従来の事情に鑑みなされたもので、５μｍ
〜１０μｍ程度で一定したバリスタ粒子を効率よく製造
でき、高性能且つその性能が素子間で一定した焼結体バ
リスタ素子を容易に量産することができる焼結体バリス
タ素子の製造方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る焼結体バリスタ素子の製造方法は、酸化亜
鉛の微粉末を１１５０℃〜１２５０℃で２時間以上加熱
して焼結させた後、当該焼結体を粉砕１分級して粒径５
μｍ〜１０μｍの酸化亜鉛単結晶粒子粉末を得、当該酸
化亜鉛単結晶粒子の表面を無機質絶縁膜で被覆してバリ
スタ粒子粉末を形成し、当該バリスタ粒子粉末にガラス
フリットと有機バインダを加えてペースト化し、当該ペ
ーストを絶縁基板上に印刷塗布した後に焼成して焼結体
バリスタ素子を得ることを特徴とする。

［作用コ 本発明では、酸化亜鉛の微粉末を１１５０℃〜１２５０
℃で２時間以上加熱して焼結させた後、当該焼結体を粉
砕９分級して、粒径５１ｔｍ〜１０μｍの酸化亜鉛単結
晶粒子粉末を収率よく製造し、これによって、５μｍ−
１０μｍ程度で一定したバリスタ粒子を効率よく製造し
て、高性能且つその性能が素子間で一定した焼結体バリ
スタ素子の量産を容易化している。

［実施例］ 本発明に係る焼結体バリスタ素子の製造方法を実施例に
基づいて具体的に説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る製造方法の工程図であ
る。

まず、造粒工程１０１において原料である市販の酸化亜
鉛（Ｚ　ｎ　Ｏ）の微粉末（粒径０．５μｍ程度）を造
粒する。

次いで、焼結工程１０２において、このＺｎＯ微粉末を
１１５０℃〜１２５０℃で２時間以上加熱して焼結させ
、平均粒径が７μｍ〜８μｍの単結晶粒を含んだ多結晶
体に結晶化させる。

ここで、後述する粉砕２分級て５μｍ−ｔｏμＩの単結
晶粒を得て最終的に特性に優れた５μｍ〜１０μｍのバ
リスタ粒子を得るためには、焼結工程１０２て多結晶体
に含まれる単結晶体を平均粒径が７μｍ〜８μｍとする
必要がある。このために、本発明では焼結条件を１１５
０℃〜１２５０℃で２時間以上としている。すなわち、
下表に示すように、粒径は焼結時間よりも焼結温度に大
きく依存し、焼結温度が１１５０℃〜１２５０℃で焼結
時間が２時間以上であれば、多結晶体に含まれる単結晶
体を平均粒径が７μｍ〜８μｍのものとすることができ
、これを外れる範囲では所望の粒径を得ることが困難で
ある。

（以下、余白） 次いで、粉砕工程Ｉ０３において、多結晶体を粉砕して
ＺｎＯ単結晶粉末とする。

次いで、分級工程１０４において、ＺｎＯ単結晶粒を粒
径が５μｍ〜１０μｍの範囲で補数する。

次いで、角取り焼成工程１０５において、約１０００℃
で１時間程度加熱して、ＺｎＯ単結晶粒に表面部分だけ
を溶融させ、ＺｎＯ単結晶粒の角を取って球状化させる
。このように球状化させるのは、製造されたバリスタ粒
子を球状のものとし、最終的に製造された焼結体バリス
タ素子において各バリスタ粒子が最小且つ一定した面積
で接触して所期のバリスタ特性を安定して得るためであ
る。

次いて、金属酸化物添加・焼成工程１０６において、Ｚ
ｎＯ単結晶粉体に、Ｍｎ酸化物とＣｏ酸化物、あるいは
Ｎｂ酸化物とＳｒ酸化物、あるいはＭ　ｎ　ｌｌｊ化物
とＧｅ酸化物とＣｏ酸化物等といった金属酸化物の組を
添加し、１２００℃程度で約１時間焼成する。これによ
って、第６図に示したように、ＺｎＯ単結晶粒子１３１
０表面を無機質絶縁膜１３２て被覆したバリスタ粒子１
３ａを形成する。尚、焼成によってバリスタ粒子同士が
多少接合してしまうので、粉取り工程１０７においてこ
れを解してバリスタ粒子粉末とする。

次いて、インキ化工程１０８において、バリスタ粒子粉
末４０重量％〜２０Ｍ量％に対して、ガラスフリット１
０重量％〜１５重量％、有機バインダ１０重量％〜２０
重量％、溶剤４０重量％〜２０重量％を加えてペースト
化する。

次いて、印刷工程１０９において、ペースト化したバリ
スタ粒子粉末をガラス基板等の絶縁基板上にシルクスク
リーン印刷法等で所要の形状に印刷塗布する。

次いて、焼成工程１１０において、４８０℃程度で約２
０分間焼成して有機バインダ及び溶剤を除去し、第５図
に示したように、互いに接触したバリスタ粒子１３ａを
ガラスフリット１３ｂて固めた焼結体バリスタ素子１３
を得る。

以下に、液晶表示装置の焼結体バリスタ素子を製造する
ための更に具体的な実施例を示す。

まず、粒径が１μｍ以下のＺｎＯ微粉末を１２００℃で
２時間焼結し、平均粒径８μｍの単結晶粒子を含む多結
晶体を形成した。そして、この多結晶体をボールミルで
粉砕して分級し、５μｍ〜１０μｍの粒径のＺｎＯ単結
晶粒子を収率２１％で得た。

そして、角取りを施した後に、このＺｎＯ単結晶粒粉末
にＣｏ２０２を０．２５モル％〜０．５モル％及びＭ　
ｎ　ＣＯ３を０．２５モル％〜０．５モル％の範囲で添
加し、１０００℃〜１２００℃で焼成してＺｎＯ粒子の
表面を無機質絶縁膜で被覆してバリスタ粒子とした。そ
して、このバリスタ粒子の粉末を乳鉢等で軽く解し、ガ
ラスフリットを５０重量％、有機バインダとしてエチル
セルロース（粘度５０ｃｐｓ）を１０重量％、有機溶剤
として少量のカルピトールを加えてインキ化した。そし
て、第４図に示したように酸化インジウム（ＩＴｏ）か
ら成る行電極１１及び画素電極１２が予め設けられてい
るガラス基板１０上に、このインキを２５０メツシユの
スクリーン印刷版を用いて所定形状に印刷塗布し、これ
を空気中で４８０℃で２０分加熱して乾燥固化させ、焼
結体バリスタ素子１３を得た。

尚、本発明は液晶表示装置用の焼結体バリスタ素子のみ
ならず、−船釣に用いられる焼結体バリスタ素子の製造
にも勿論適用す−ることかできる。

〔効果］ 本発明によれば、焼結体バリスタ素子の原料となる酸化
亜鉛の微粉末を１１５０℃〜１２５０℃で２時間以上加
熱することにより焼結させて結晶化させるようにしたた
め、当該焼結体の粉砕２分級により粒径５μｍ〜１０μ
ｍの酸化亜鉛単結晶粒子粉末を収率よく製造することが
でき、これによって、５μｍ〜１０μｍ程度で一定した
バリスタ粒子を効率よく製造して、高性能且つその性能
が素子間で一定した焼結体バリスタ素子の量産を容易に
実現することができる。従って、むらのない鮮明な画像
表示を達成する大画面の液晶表示装置を実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る焼結体バリスタ素子の
製造工程図、第２図は一般的な液晶表示装置の構成図、
第３図は一般的な液晶表示装置の平面図、第４図は第３
図中の■・−■矢視断面図、第５図は第４図中の要部の
拡大図、第６図はバリスタ粒子の断面図、第７図は２端
子素子型液晶表示装置の概略構成図、第８図は焼結体バ
リスタ素子の電圧−電流特性図、第９図は液晶画素の動
作特性図、第１０図（ａ）、　（ｂ）は焼結体バリスタ
素子の作用を説明する液晶画素の動作特性図である。 １１は行電極、 １２は画素電極、 １３は焼結体バリスタ素子、 １３ａはバリスタ粒子、 １４は液晶、 １５は列電極、 １３１はＺｎＯ単結晶粒子、 １３２は無機質絶縁膜である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　酸化亜鉛の微粉末を１１５０℃〜１２５０℃で２時間
   以上加熱して焼結させた後、当該焼結体を粉砕，分級し
   て粒径５μｍ〜１０μｍの酸化亜鉛単結晶粒子粉末を得
   、当該酸化亜鉛単結晶粒子の表面を無機質絶縁膜で被覆
   してバリスタ粒子粉末を形成し、当該バリスタ粒子粉末
   にガラスフリットと有機バインダを加えてペースト化し
   、当該ペーストを絶縁基板上に印刷塗布した後に焼成し
   て焼結体バリスタ素子を得ることを特徴とする焼結体バ
   リスタ素子の製造方法。