JPH03165503A - 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
の製造方法に関する。

［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、アクティブマト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ダ表示容量の増大が可能で、コ
ントラスト等の画負に関する特性が良く、液晶テレビの
高画質画像２示を実現できろものである。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
となって製造コストが高くなってしまうという欠減があ
った。例えば、スイッチとしてフィルム状Ｃ電界効果ト
ランジスタを用いるＴＦＴ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関する
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図に示すように行電極１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ずる焼
結体バリスタ素子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９０％
）する電圧Ｖ９０とオフ（光透過率が１０％）する電圧
ＶｌＯとの比ｒ　（、＝Ｖ９０／Ｖ１０＝（Ｖ１０＋Δ
Ｖ　）／　Ｖ　１０）から、各液晶画素間のクコストー
クを生ずることなく許容される最大の走査線数Ｎ　ｍａ
ｘは、Ｎｍａｘ＝　ＣＣｒ　２＋　１　）／　ｒ　”　
−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Ｖｖ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Ｖ　９０／　Ｖ　１０から（ＶＶ＋　Ｖ２
Ｏ）／（ＶＶ＋　Ｖ　１０）（、：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ｖｖ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１３１の表面をＭｎ、ｃｏｌ化物
絶＆ｔＪＩｇ１３２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１
３ａをガラスフリットＩ３ｂ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、粒径的５
μｍ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Ｉ２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の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が互いに小さな面積で且つ一定した状態で接触
していることが望まれる。すなわち、バリスタ粒子１３
ａを球状のものとし、これらバリスタ粒子１３ａを互い
に接触させた状態てガラスフリツ）　１３ｂて固める必
要がある。

従来より焼結体バリスタ素子は、酸化亜鉛の微粉末を加
熱して焼結させて多結晶化した後、当該焼結体を粉砕９
分級して酸化亜鉛単結晶粒子粉末を得、当該酸化亜鉛単
結晶粒子を熱処理して角取りした後、当該酸化亜鉛単結
晶粒子の表面をＭｎ。

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、従来では、球状のバリスタ粒子を収率よ
く製造することができず、熱処理によって粒子同士が強
固に接合してし−まったりあるいは十分な角取りが達成
できず、焼結体バリスタ素子の性能を安定及び向上が図
れず、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、水準の
高い球状の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
鉛の微粉末を加熱して焼結させた後、当該焼結体を粉砕
２分級して酸化亜鉛単結晶粒子粉末を得、当該酸化亜鉛
単結晶粒子を９５０℃〜１０５０℃で１時間〜３時間焼
成して球状化した後、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加熱して焼結させた後
に、当該焼結体を粉砕２分級して得た酸化亜鉛単結晶粒
子を９５０℃〜１０５０℃で１時間〜３時間焼成して球
状化し、その後工程を順次行って球状のバリスタ粒子を
効率よく製造しており、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。

［実施例コ 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（ＺｎＯ）の微粉末（粒径０．５μｍ程度）を造粒す
る。

次いて、焼結工程１０２において、このＺｎＯ微粉末を
１１５０℃〜１２６０℃で２時間以上加熱して焼結させ
、平均粒径が７１１ｍ〜８μｍの単結晶粒を含んた多結
晶体に結晶化させる。

ここて、後述する粉砕２分級て５μｍ〜１０μｍ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７μＩＩＩ〜８μｍと
する必要がある。このために、焼結条件を１１５０℃〜
１２５０℃で２時間以上としている。

次いて、粉砕工程１０３において、多結晶体を粉砕して
ＺｎＯ単結晶粉末とする。

次いて、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、９５０℃〜１
０５０℃で１時間〜３時間加熱して、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
得るためである。

ここて、ＺｒｔＯ単結晶粒が十分に球状化され且つ、も
し粒子同士が融着してしまっても乳鉢の簡単な手段でで
容易に粒子がほぐれるようにるため、角取り焼成の条件
は上記のように設定である。すなわち、焼成時間を１時
間として９０℃で焼成したところ、粒子の形状はほとん
ど５化せず、角取りが不十分であった。一方、焼成１閏
を１時間として１１００℃で焼成したところ種粒子同士
が強固に融着してしまい、粒子を解すσが困難であった
。また、焼成温度を１０００’Ｃとして３０分間焼成し
たところ、粒子の形状はほとんど変化せず、角取りが不
十分であった。一方、焼成温度を１１００℃として４時
間焼成したところ、粒子同士が強固に融着してしまい、
粒子を胴すのが困難であった。これらζご対し、９５０
’Ｃ’〜１０５０℃で１時間〜３時間焼成したところ、
十分な角取りが行え且つ乳鉢等の簡単な手段でも容易に
粒子を解すことができた。　次いで、金属酸化物添加・
焼成工程１０６において、ＺｎＯ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Ｍｎ酸化物とＧｅ酸化物とＣｏｎ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、Ｚｎ
Ｏ単結晶粒子１３１の表面を無機質絶縁膜１３２て被覆
したバリスタ粒子１３ａを形成する。尚、焼成によって
バリスタ粒子同士が多少融着してしまうので、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４０Ｍ量％〜２０重量％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８μ−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
粉砕して空気分級装置で分級し、５μｍ〜１０μｍの粒
径のＺｎＯ単結晶粒子を収率２１％で得た。そして、１
０００℃で１時間加熱して角取りを施し、ＺｎＯ単結晶
粒子を球状化した後、このＺｎＯ単結晶粒粉末にＣｏ２
０２を０゜２５モル％〜０．　５モル％及びＭ　ｎ　Ｃ
Ｏ３を０．　２５モル％〜０．５モル％の範囲一で添加
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重置火、有機溶剤と
して少量のカルピトールを加えてペースト化した。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】１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、このペーストを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ができる。

［効果コ 本発明によれば、酸化亜鉛の微粉末を加熱して焼結させ
た後に、当該焼結体を、粉砕２分級して得た酸化亜鉛単
結晶粒子を９５０℃〜１０５０℃で１時間〜３時間焼成
して球状化するようにしたため、その後工程により球状
のバリスタ粒子が効率よく製造され、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ＩＶ−ＩＶ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、 ３は焼結体バリスタ素子、 ３ａはバリスタ粒子、 ４は液晶、 ５は列電極、 ３１はＺｎＯ単結晶粒子、 ３２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加熱して焼結させた後、当該焼結
   体を粉砕，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を９５０℃〜１０５０℃で１時間〜
   ３時間焼成して球状化した後、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。