JPH04286101A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば二端子素子型の
液晶表示装置の非線形素子として用いて好適なバリスタ
素子の製造方法に関するものである。

【０００２】

【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クス方式とアクティブマトリク
ス方式とがある。単純マトリクス方式は直角をなして設
けられた一対の帯状電極群（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、各液晶画素間でのクロストークが生じるため、画素
のコントラストが低く、液晶テレビの画像表示を行なう
際、画質の低下は避けられないものであった。これに対
し、アクティブマトリクス方式は、各液晶画素毎にスイ
ッチング素子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
保持する事ができるため、表示容量の増大が可能で、コ
ントラスト等の画質に関する特性がよく、液晶テレビの
高画質表示を実現できるものである。しかしながら、ア
クティブマトリクス方式にあっては構造が複雑になって
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、スイッチング素子として薄膜トランジスタを用
いるＴＦＴ型では、その製造工程において５層以上の薄
膜を重ねるため、製品歩留まりを上げる事が困難である
。

【０００３】上記のような事から、コントラスト等の画
質に関する特性がよく、か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、この様な要
求を実現する方式としてバリスタ素子を用いた二端子素
子型液晶表示装置が注目されている。

【０００４】二端子素子型の液晶表示装置は、単純マト
リクス方式に改良を加えて、図４に示すように行電極１
１と列電極１５との間に液晶画素１４と所定のしきい値
電圧で導通するバリスタ素子１３とを電気的に直列に配
して接続したものであり、図５に示すようなバリスタ素
子１３の非線形な電流電圧特性を利用したものである。 図中、Ｖｖはしきい値電圧を示す。

【０００５】図６に一般的な二端子素子型の液晶表示装
置を示す。ここに示すように、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。各
液晶画素は、図７および図８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１１と画素電極１２とを
酸化亜鉛からなるバリスタ素子で接続してある。そして
、これらの上部を液晶１４で満たし、さらに、列電極１
５、カラーフィルタ１６、上側ガラス基板１７を設けて
ある。バリスタ素子１３は、図９に詳示するように、酸
化亜鉛結晶粒子１３１の表面をマンガン、コバルト酸化
物等の無機質絶縁膜１３２　で被覆したバリスタ粒子１
３ａ　からなり、図１０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　で焼結固化
したものである。

【０００６】次に、バリスタ素子の従来の製法の一例を
述べる。酸化亜鉛の微粉末原料にドーパントとして微量
のアルミニウムを添加混合し、さらに加熱し焼結させて
多結晶化した後、当該焼結体を粉砕、分級して酸化亜鉛
結晶粒子粉末を得る。次に、当該酸化亜鉛結晶粒子を熱
処理して角取りした後、当該酸化亜鉛結晶粒子の表面を
マンガン、コバルト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する。次に、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ーを加えて
ペースト化し、当該ペーストを電極を配した絶縁基板上
にスクリーン印刷により所定の形状に塗布した後に焼成
してバリスタ素子が得られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】特に、画質の良好な二
端子素子型液晶表示装置を実現するためには、バリスタ
素子は高性能を有し安定性が高く、かつその性能が素子
間で一定していることが要求される。また、液晶の駆動
電圧、応答速度等の液晶の動作特性の面から、上側ガラ
ス基板と下側ガラス基板の間隔（セルギャップ）はでき
るだけ小さく、かつ画素間で均一であることが要求され
る。このような事情からバリスタ素子への要求としては
、粒径及び組成が均一なバリスタ粒子を高い充填密度で
形成し、かつ素子厚みを可能な限り薄く形成する必要が
ある。

【０００８】しかしながら、従来技術によるバリスタ素
子においては、バリスタ粒子をペースト化しスクリーン
印刷により形成するために、バリスタ粒子の充填密度が
低く粒子間に隙間が多数存在した状態であるため素子間
でのバラツキが大きく、かつバリスタ素子厚みは大きく
なる。したがって、バリスタ素子特性は素子間でバラツ
キは大きく、セルギャップも大きくなり、高品質の液晶
表示装置を得ることが困難であった。

【０００９】本発明は、上記従来の事情に鑑みなされた
もので、高性能かつその性能が素子間で一定で、さらに
素子厚みの薄いバリスタ素子を製造することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係るバリスタ素
子の製造方法は、少なくとも酸化亜鉛結晶粒子の表面を
無機質絶縁膜で被膜したバリスタ粒子の粉末と、ガラス
フリットと有機バインダーとを加えてペースト化し、当
該ペーストを電極を配した絶縁基板上にスクリーン印刷
により所定の形状に印刷し、プレス処理を施した後、焼
成することで上記問題点を解決した。なお、上記プレス
処理は印刷後、直ちに行ない、プレス圧は０．１　〜１
０Ｋｇ／ｃｍ２が適当である。また、上記プレス処理方
法を対向側に耐熱性の基板を用いたサンドイッチプレス
とし、当該耐熱性基板上にテフロン膜を塗布した基板を
用い、さらに、５０〜２１０　℃の範囲で加熱処理を施
すことにより、上記問題点をさらに容易に解決すること
が可能となる。

【００１１】

【作用】本発明は、バリスタ素子の製造方法において、
印刷後にプレス処理を行うので、バリスタ粒子を高い充
填密度で形成できる。したがって、高性能かつその性能
が素子間で一定し、さらに素子厚みの薄いバリスタ素子
が提供され、したがって、高画質の液晶表示装置を得る
ことが可能となる。

【００１２】

【実施例】本発明の実施例を図面を参照して詳述する。

【００１３】図１は、本発明の一実施例に係るバリスタ
素子作製の工程図である。

【００１４】まず、造粒工程１０１　において市販の酸
化亜鉛微粉末（粒径１μｍ以下）にドーパントとしてア
ルミニウム０．００３ｍｏｌ％をＶ型混合機を用い添加
混合した。次に焼結工程１０２　において、１２００℃
で１時間焼結し平均粒径６μｍ程度の結晶粒子を含む多
結晶体を形成した。次に粉砕工程１０３　において前記
多結晶体を粉砕し、続いて分級工程１０４　において、
エアー分級機を用いて分級し５μｍ〜８μｍの粒径の酸
化亜鉛結晶粒子を得た。

【００１５】次に角取り焼成工程１０５　において、１
０００℃で１時間焼成して角取りを施し前記酸化亜鉛結
晶粒子を球状化した。次いで絶縁被膜形成工程１０６　
において、硝酸コバルト０．２５ｍｏｌ　％及び硝酸マ
ンガン０．５０ｍｏｌ　％を水に溶解して水溶液とし、
この水溶液に前記酸化亜鉛結晶粒子粉末を分散し、まず
１２０　℃で水分を蒸発させ前記酸化亜鉛結晶粒子に金
属被膜をコーティング後、２００　℃に昇温し金属被膜
を酸化し酸化物被膜を生成する。さらに１１００℃で１
時間焼成し、酸化亜鉛結晶粒子の表面に無機質絶縁膜を
形成し、得られた粉末を乳鉢等で軽くほぐしバリスタ粒
子とした。

【００１６】次にインキ化工程１０７　において、前記
バリスタ粒子１６重量部に対しガラスフリットを４重量
部、有機バインダーとしてエチルセルロース（粘度４５
ｃｐｓ　）を１重量部、有機溶剤としてカルビトールを
８重量部加えて混練しペースト化した。次に印刷工程１
０８　において、図５に示したようにクロムからなる行
電極１１及び酸化インジウム・酸化スズ（ＩＴＯ）から
なる画素電極１２が予め設けられているガラス基板１０
上に、上記ペーストを２５０　メッシュのスクリーン印
刷版を用いて所定形状に塗布し印刷基板を得た。

【００１７】次にプレス処理工程１０９　において、前
記印刷基板に対しテフロン膜を塗布したガラス基板を第
２図に示すように重ね合わせ、上下方向に加圧しサンド
イッチプレスを２００　℃の加熱下で１０分間行った。 最後に焼成工程１１０　において、４２０　℃で１時間
焼成して固化させバリスタ素子１３を得た。

【００１８】次に、上記のプレス処理工程１０９につい
てさらに詳しく述べる。

【００１９】図２は、プレス処理工程１０９　における
プレス処理時の断面図の一例である。前述のバリスタペ
ースト印刷済みの前記印刷基板に対し、対向側基板を重
ね合わせ、両基板側から加圧して前記バリスタペースト
１３を潰した。その後、前記印刷基板から前記対向側基
板を剥して取り去り、プレス処理工程１０９　を完了し
た。ここで、プレス方法は両側基板双方から圧力をかけ
ても、片側を固定して他方からのみ圧力をかけてもよく
、またプレス方法についても単に圧着治具等により上下
方向に圧力をかけても、ロールプレスを行ってもよい。 なお、プレス圧は本実施例のインキ組成及び素子形状に
おいては１ｋｇ／ｃｍ２程度が良好である。また、前記
対向側基板はペーストが転写されない素材であれば良い
が、本実施例では平坦なガラス基板１上にテフロン膜２
を均一に塗布したものを用いたことで、より良好なプレ
ス処理結果を得た。

【００２０】さらに、本実施例においてはプレス処理中
に２００　℃で１０分間加熱処理を施したことにより、
前記対向側基板を取り去る際の対向側基板へのペースト
の付着を皆無とした。これに関して種々の実験を試みた
ところ、加熱処理温度はペーストの溶剤であるカルビト
ールの沸点である２０２　℃付近より低い温度、具体的
に示すと５０℃〜２１０　℃の範囲で、加熱処理時間は
１０分以上で概ね溶剤が蒸発する程度が良好であること
がわかった。また、加熱処理はプレス中でもプレス後で
も良く、対向側基板へのペーストの付着は完全に防止で
きることがわかった。

【００２１】本発明の製造方法により得られたバリスタ
素子の電気特性及び素子厚みについて述べる。周知のよ
うにバリスタの電流電圧特性は次式の数１で示される。

【００２２】

【数１】

【００２３】ここで、Ｉはバリスタ素子に流れる電流、
Ｖはバリスタ素子の電極間の電圧、Ｋは固有抵抗の抵抗
値に相当する定数、αは電圧非直線特性の指数を示して
いる。また通常Ｉ＝１０−６　（Ａ）の時のＶをバリス
タ電圧Ｖｃと規定している。バリスタ特性はバリスタ電
圧Ｖｃが小さいほど、電圧非直線指数α（通常α値と呼
ばれる）は大きいほど優れているといえる。またバリス
タ素子特性のバラツキは、通常バリスタ電圧Ｖｃの平均
値に対する割合で評価される。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１は、プレス処理を行った本発明の製造
方法により得られたバリスタ素子と、プレス処理を行わ
ない従来法とのバリスタ電圧Ｖｃ、α値、バリスタ電圧
Ｖｃのバラツキ、及び素子厚みを比較し示したものであ
る。表１より、本発明は従来法と比べバリスタ電圧、α
値ともに特性は向上し、特にバラツキに関しては大幅に
低減され、また、素子厚みも大幅に減少していることが
明確である。したがって、本発明により高性能かつその
特性が素子間で一定し、さらに素子厚みが薄いバリスタ
素子の製造が可能となった。

【００２６】次に、液晶表示装置への応用例について簡
単に示す。図３は以上に詳述した本発明の製造方法によ
り得られたバリスタ素子を用いて作製した液晶表示装置
の断面図を示している。図８に既に示した従来法による
液晶表示装置と比較して、バリスタ素子中のバリスタ粒
子は密に詰まり、すなわち充填密度は高く、さらに素子
厚みは薄くなっているため、セルギャップを低減するこ
とが可能となっている。

【００２７】なお、本発明は液晶表示装置用のバリスタ
素子のみならず、一般的に用いられる印刷型バリスタ素
子としても勿論適用することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、高性能かつその性能が素子間で一定し、さらに素
子厚みが薄いバリスタ素子の製造が可能となり、したが
って、高画質の液晶表示装置を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るバリスタ素子の製造方
法の工程図である。

【図２】本発明の一実施例に係るプレス処理工程の説明
図である。

【図３】本発明による製造方法によって作製したバリス
タ素子を用いて作製した液晶表示装置の断面図である。

【図４】二端子素子型液晶表示装置の概略構成図である
。

【図５】バリスタ素子の電圧電流特性図である。

【図６】一般的な液晶表示装置の構成図である。

【図７】一般的な液晶表示装置の平面図である。

【図８】図７中のＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。

【図９】バリスタ粒子の断面図である。

【図１０】従来法によるバリスタ素子の図８中の要部の
拡大図である。

【符号の説明】

１　　　　ガラス基板 ２　　　　テフロン膜 １１　　　　行電極 １２　　　　画素電極 １３　　　　バリスタ素子 １３ａ　　　バリスタ粒子 １３ｂ　　　ガラスフリット １４　　　　液晶 １５　　　　列電極 １３１　　　酸化亜鉛結晶粒子 １３２　　　無機質絶縁膜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも酸化亜鉛結晶粒子の表面を無機
   質絶縁膜で被膜したバリスタ粒子の粉末と、絶縁性のガ
   ラスフリットと有機バインダーとを加えてペースト化し
   、当該ペーストを電極を配した絶縁基板上にスクリーン
   印刷により所定の形状に印刷し、プレス処理を施した後
   、焼成固化することを特徴とするバリスタ素子の製造方
   法。
2. 【請求項２】プレス処理方法を対向側に耐熱性の基板を
   用いたサンドイッチプレスとし、当該耐熱性基板上にテ
   フロン膜を塗布した基板を用いることを特徴とする請求
   項１記載のバリスタ素子の製造方法。
3. 【請求項３】プレス処理中もしくはプレス処理後に、５
   ０〜２１０　℃で加熱処理を施した後、対向側基板を取
   り去ることを特徴とする請求項１または２記載のバリス
   タ素子の製造方法。