JPH04367829A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非線形素子として焼結
体バリスタ素子を用いた液晶表示装置に関するものであ
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。

【０００３】単純マトリクス方式は直角をなして設けら
れた一組の帯状電極群（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。

【０００４】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素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。

【０００５】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関する特性が良く
、液晶テレビの高画質画像表示を実現できるものである
。

【０００６】しかしながら、アクティブマトリクス方式
にあっては、構造が複雑と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、製品歩留まりを上げることが
困難である。

【０００７】上記のようなことから、コントラスト等の
画質に関する特性が良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
二端子素子型液晶表示装置が注目されている。

【０００８】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７に示すように行電極１と
列電極２との間に液晶画素４および所定のしきい値電圧
で導通する焼結体バリスタ素子３を電気的に直列に配し
て接続したものであり、図８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。

【０００９】すなわち、単純マトリクス方式における時
分割駆動では、図９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Ｖ１０との比γ（＝Ｖ９０／Ｖ１０＝（　
Ｖ１０＋ΔＶ）　／Ｖ１０）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　＝（（γ２　＋１）／（γ２　
−１））２　であり、γの値が小さい方が走査線数が多
くなって液晶テレビ表示に有利である。

【００１０】これに対し二端子素子型では焼結体バリス
タ素子３を設けることにより、そのしきい値電圧Ｖｖ　
を超えた分の電圧が液晶画素４に印加されるようにし、
その動作電圧が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（図１０参照）に対してしきい値電圧
Ｖｖ　だけ高くなるようにしてある（図１１参照）。

【００１１】この結果、前記γの値はＶ９０／Ｖ１０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Ｎｍａｘ　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。

【００１２】従来のバリスタを用いた二端子素子型液晶
表示装置を図２から図６に示す。

【００１３】図２に示すように、下側ガラス基板上にそ
れぞれの行電極１１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
とは一定のしきい値電圧Ｖｖ　を有する各焼結体バリス
タ素子１３にて接続されている。

【００１４】液晶画素一つについてみると、図３及びそ
のＡ〜Ａ断面図である図４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とは所定の間隔ｄ
を隔てて設けてあり、これら行電極１１と画素電極１２
との間を酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる焼結体バリスタ素
子１３にて接続してある。そして、これらを覆うように
注入充填された液晶１４の層があり、その上部には列電
極１５及びカラーフィルタ１６が設けられた上側ガラス
基板１７を配置してある。

【００１５】ここで使用される液晶１４は、通常ＴＮ（
ツイストネマチック）型の液晶が一般的であり、液晶は
光シャッターとして用いられる。この場合、液晶を配向
させるための配向膜層１８が液晶１４の層に対して上下
から挟み込むように接しており、下側では下側ガラス基
板１０、行電極１１、画素電極１２、及び焼結体バリス
タ素子１３と、他方上側では列電極１５およびカラーフ
ィルタ１６の設けられた上側ガラス基板１７と各々隔て
られている。

【００１６】なお、下側ガラス基板１０と上側ガラス基
板１７の外側に偏光板１９が設置される。

【００１７】行電極１１に印加された電圧に基づいて液
晶１４をスイッチ駆動する焼結体バリスタ素子１３は、
図６に示すように、ＺｎＯ単結晶粒子１３１　の表面を
Ｃｏ、Ｍｎ酸化物等の無機質絶縁膜１３２　で被覆した
バリスタ粒子１３ａ　からなり、図５に示すように、こ
れらバリスタ粒子１３ａ　をガラスフリット１３ｂ　で
焼結したものである。

【００１８】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個あたり約３Ｖの
しきい値電圧が得られる。

【００１９】したがって、行電極１１と画素電極１２と
の間隔ｄを２５μｍ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×３Ｖ＝１５Ｖのしきい値電圧が得ら
れる。

【００２０】すなわち、このしきい値電圧を越えた電圧
が印加された時に液晶１４が駆動される状態になり、他
の液晶素子への印加電圧の影響を排除して、クロストー
クの発生を防止する事ができる。

【００２１】従来より焼結体バリスタ素子１３ａ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、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に、Ｃｏ、Ｍｎ酸化物の粉末
を加え、混合の後焼成して無機質絶縁膜を形成したバリ
スタ粒子粉末を得ていた。

【００２２】そして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
スタ素子を得ていた。

【００２３】しかしながら、以上述べた様な焼結体バリ
スタ素子の製造方法では、バリスタ粒子とガラスフリッ
トを一緒にペースト化し印刷によりバリスタ素子を形成
するため、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が発生し、その結果、安定性が低
く且つその性能が素子間で均一でないため液晶表示装置
にした場合、画質にばらつきが生じるという問題があっ
た。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来の事
情に鑑みなされたもので、下側ガラス基板上に焼結体バ
リスタ素子を形成する際に、焼結体バリスタ粒子粉末を
有機バインダーでペースト化し、該ペーストを行電極と
画素電極間に印刷し、その素子上にガラスフリットを主
成分とするペーストを印刷焼成する事により、高性能か
つその性能が素子間で均一な焼結体バリスタ素子を得る
ことを目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる焼結体バ
リスタ素子の製造方法は、酸化亜鉛単結晶粒子の表面を
無機質絶縁膜で被膜したバリスタ粒子の粉末を有機バイ
ンダーでペースト化し、該ペーストを行電極と画素電極
間に印刷し、その上にガラスフリットを主成分とするペ
ーストを印刷した後、焼成することを特徴とする。

【００２６】

【作用】本発明では、バリスタ粒子粉末を有機バインダ
ーでペースト化し、該ペーストを印刷後、その上にガラ
スフリットを主成分とするペーストを印刷焼成するため
、バリスタ粒子の充填密度が高く、高性能かつその性能
が素子間で一定した焼結体バリスタ素子を得ることがで
きる。

【００２７】

【実施例】本発明に係わ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。

【００２８】図１は、本発明の一実施例に係わる製造方
法の工程図である。

【００２９】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０．５　μ
ｍ程度）を造粒する。

【００３０】次いで焼結工程１０２　において、このＺ
ｎＯ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の単結晶を含ん
だ多結晶体に結晶化させる。

【００３１】次いで、粉砕工程１０３　において、乳鉢
等を用いて多結晶体を粉砕してＺｎＯ単結晶粉末とする
。

【００３２】次いで、分級工程１０４　において、空気
分級機を用いて５μｍ〜１０μｍの粒径のＺｎＯ単結晶
粒子を収率２０％で得た。

【００３３】そして、角取り焼成工程１０５　において
９５０　℃〜１０５０℃で１時間〜３時間加熱して、Ｚ
ｎＯ単結晶粒の表面部分だけを溶融させ、ＺｎＯ単結晶
粒子の角を取って球状化させる。

【００３４】次いで添加物添加・焼成工程１０６　にお
いて添加物としてコバルト、マンガンの各硝酸塩をＣｏ
（ＮＯ３　）２　・６Ｈ２　Ｏ、Ｍｎ（ＮＯ３　）２　
・５Ｈ２　Ｏに換算して各０．５ｍｏｌ％を水に溶解し
、その水溶液にＺｎＯ単結晶粒子を加え混合し、１２０
℃に加熱後、１８０℃〜２６０℃で１時間仮焼成する事
により酸化亜鉛単結晶粒子表面上に酸化コバルト、酸化
マンガンの粒子を析出させる。

【００３５】そしてこのコバルト、マンガンの酸化物粒
子で覆われた酸化亜鉛単結晶を１１００℃〜１２００℃
で１時間焼成する。

【００３６】これによって図６に示した様にＺｎＯ単結
晶粒子１３１　の表面にＣｏ２　Ｏ３　及びＭｎＯ２　
絶縁膜１３２　を一定の厚みで均一に被覆したバリスタ
粒子１３ａ　が形成される。

【００３７】なお、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　において乳
鉢等で軽く解きバリスタ粒子粉末とする。

【００３８】そして、インキ化工程１０８　においてバ
リスタ粒子７５重量％、有機バインダーとしてエチルセ
ルロース２重量％、溶剤としてカルビトール２３重量％
を混合してバリスタ粒子が主成分であるインキを作製す
る。

【００３９】又、ガラスフリットが７５重量％、有機バ
インダーとしてエチルセルロース２重量％、溶剤として
カルビトール２３％を混合したガラスフリットが主成分
であるインキも作製する。

【００４０】そして、印刷工程１０９　、焼成工程１１
０　において、図４に示した様に酸化インジュウム・酸
化スズ（ＩＴＯ）から成る行電極及び画素電極１２が予
め設けられているガラス基板上に上記バリスタ粒子が主
成分であるペーストを３２５メッシュのスクリーン版で
所定形状に印刷塗布する。

【００４１】これを１２０℃で１０分間乾燥した後、上
記ガラスフリットが主成分のペーストをその上に印刷塗
布する。そして空気中で４２０℃で１時間加熱して乾燥
固化させる。

【００４２】その結果、図５で示した様に、互いに接触
したバリスタ粒子１３ａをガラスフリット１３ｂで固め
た焼結体バリスタ素子を得る。

【００４３】上記の様にして得られた本発明のバリスタ
素子の電気特性について述べる。周知の様にバリスタの
電流−電圧特性は次式で示される。

【００４４】

【数１】

【００４５】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
ており、この電圧非直線指数α（通常α値と呼ばれる）
は大きいほど、バリスタ特性が優れていることになる。 本実施例では、Ｉ＝１０−９（Ａ）　及びＩ＝１０−６
（Ａ）　における傾きからα値を求めた。

【００４６】

【表１】

【００４７】表１は、本発明の結果と従来法とのバリス
タ電圧（１０−６（Ａ）　時の電圧）、α値、及びバリ
スタ電圧のばらつきを比較したものである。

【００４８】この表より本発明では、バリスタ粒子が主
成分であるペーストを印刷後、その素子上にガラスフリ
ットが主成分であるペーストを印刷したので、各バリス
タ素子におけるバリスタ粒子の充填率が向上する。その
ため、従来法と比べバリスタ電圧、α値共に良好であり
、バラツキも減少した素子を得る事ができた。

【００４９】この事から本発明を用いると高性能かつそ
の性能が素子間で一定した焼結体バリスタ素子を得るこ
とができる。又、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、一般的に用いられる焼結体バリス
タ素子としても勿論適用することができる。

【００５０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、バリスタ粒子粉末を有機バインダーでペースト化し
、該ペーストを印刷後、その素子上にガラスフリットを
主成分とするペーストを印刷焼成するため、バリスタ粒
子の充填密度が高く、高性能かつその性能が素子間で一
定した焼結体バリスタ素子を得ることができる。従って
むらのない、鮮明な画像表示を達成する液晶表示装置を
得ることが可能となる。

【００５１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わるバリスタ素子の製造
方法の工程図である。

【図２】一般的な液晶表示装置の電極形状の一例を示す
平面図である。

【図３】図２の液晶表示装置の一画素の拡大平面図であ
る。

【図４】バリスタ素子を用いた液晶表示装置の一例を示
す断面図である。

【図５】図１中のバリスタ要部の拡大図である。

【図６】バリスタ粒子の断面図である。

【図７】二端子素子型液晶表示装置の等価回路である。

【図８】焼結体バリスタ素子の電圧−電流特性を示すグ
ラフ図である。

【図９】単純マトリックス方式の液晶画素の動作特性を
示すグラフ図である。

【図１０】焼結体バリスタ素子を用いない場合の液晶画
素の動作特性を示すグラフ図である。

【図１１】焼結体バリスタ素子を用いた場合の液晶画素
の動作特性を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１０…下側ガラス基板 １１…行電極 １２…画素電極 １３…焼結体バリスタ素子 １３ａ　…バリスタ素子 １３ｂ　…ガラスフリット １４…液晶 １５…列電極 １６…カラーフィルタ １７…下側ガラス基板 １８…配向膜 １９…偏光板 ２０…スペーサーガラスビーズ １３１…ＺｎＯ単結晶粒子 １３２…無機質絶縁膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガラス基板上の行電極と画素電極とを接続
   するバリスタ素子を印刷法により形成する焼結体バリス
   タ素子基板の製造方法において、酸化亜鉛単結晶粒子の
   表面を無機質絶縁膜で被膜したバリスタ粒子の粉末を有
   機バインダーでペースト化し、該ペーストを行電極と画
   素電極間に印刷し、その上にガラスフリットを主成分と
   するペーストを印刷し、しかるのち焼成することを特徴
   とする焼結体バリスタ素子の製造方法。