JPH0442505A - 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焼結体バリスタ素子の製造方法
に関するものである。

［従来の技術］ 現在、例えば液晶テレビの画像表示袋！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二組の
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
システふ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フントラストが低
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
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。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０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。

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。

二端子素子型の液晶表示装置は単純マ）　ＩＪ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する
焼結体バリスタ素子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Ｖ、。とオフ（光透過率が１０％）する電圧Ｖ
ｌ＜１との比Ｔ　（”Ｖ＊ｏ／Ｖ’＋＋＝（Ｖ＋ｏ＋Ａ
Ｖ）／Ｖ、。）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■ａｘは、Ｎ
ＩＩａｘ　−（（ｙ”＋　１）／Ｄ”−１））”であり
、Ｔ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。これに対し、二端子素子型では、焼
結体バリスタ素子３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（ロ）参照）、この結果、前記γΦ値は■、。／
’　Ｖ　Ｉ。

から（ＶＶ＋ＶＩ。）／　（Ｖｖ　＋Ｖ＋・）に改善さ
れ、Ｔ値の低下によって最大走査線数Ｎ１ａｘ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図には一般的な二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−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１１と画
素電極１２とを酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる焼結体バリ
スタ素子で接続しである。そして、これらの上部を液晶
１４で満たし、さらに、列電極１５、カラーフィルタ１
６、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、ＺｎＯ単結晶粒
子１３１の表面をＭｎ、Ｃｏ酸化物等の無機質絶縁膜１
３２で被覆したバリスタ粒子１３ａからなり、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）　１３ｂで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５μｍのバリス
タ粒子１個あたり約３■のしきい値電圧が得られる。し
たがって、行電極１１と画素電極１２との間隔ｄを２５
μｍ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、コレラ電極１１．１２間には５個
Ｘ３Ｖ＝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Ｂ］ 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、焼結体バリスタ素子１３が高性能を有し安
定性が高くかつその性能が素子間で一定している必要が
ある。このためには、第６図に示したバリスタ粒子１３
ａを形成する際、ＺｎＯ単結晶粒子１３１の表面を無機
質絶縁膜１３２で一定の厚みに被膜する必要がある。

従来より焼結体バリスタ素子１３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、当該焼結多結晶
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
化亜鉛単結晶粒子の表面をＭｎ、Ｃｏ＃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、このような従来技術では、一定の厚みの
被膜を有するバリスタ粒子を収率よく製造する事ができ
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、無機
質絶縁膜で一定の厚みに被膜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事を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の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、分
級して酸化亜鉛単結晶粒子粉−末を得、当該酸化亜鉛単
結晶粒子を再度焼成して球状化した後、当該酸化亜鉛単
結晶粒子に金属酸化物を添加し、混合した後、１２５０
℃〜１３００℃で３０分以上加熱することにより、当該
酸化亜鉛単結晶粒子の表面を無機質絶縁膜で被膜してバ
リスタ粒子粉末を形成し、当該バリスター粒子粉末にガ
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］ 本発明では、無機質絶縁膜を酸化亜鉛単結晶粒子に被膜
する工程において、酸化亜鉛単結晶粒子に金属酸化物を
添加し、混合した後、１２５０〜１３００℃で３０分以
上加熱焼成する事により無機質絶縁膜で一定の厚みに被
膜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し
ている。

［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。

第１図は、本発明の一実施例に係わ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０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。次いで、分級工程１゜４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２
０％で得た。

そして、角取り焼成工程１０５において、９５０″Ｃ〜
１０５０℃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。

次いで、金属酸化物添加・焼成工程１０６において、Ｚ
ｎＯ単結晶粉体に、ＭｎＣＯ５、Ｃｏ＊ｏｓを各０゜５
＋＋ｏ１％添加し、１２５０〜１３ｏｏ℃で３０分以上
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の表面にＭｎＯ２及びＣｏ、Ｏ，絶縁
膜１３２を一定の厚みで被覆したバリスタ粒子１３ａが
形成される。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
等で軽く解しバリスタ粒子粉末とする０次いで、インキ
化工程１０８において、ガラスフリフト、有機バインダ
ーとしてエチルセルロース、そして有機溶剤としてカル
ピトールを添加し、混合してペースト化する。

次いで、印刷工程１０９において、ペースト化したバリ
スタ粒子粉末を第４図に示したように酸化インジュウム
ー酸化錫（ＩＴＯ）がら成る行電極１１及び画素電極１
２が予め設けられているガラス基板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４２０℃で１時間加熱して
乾燥固化させる。その結果、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１３
ｂで固めた焼結体バリスター素子を得る。

上記のよう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。周知のようにバリスタの電流−電
圧特性は次式で示される。

１　＝ＫＶ“ ここで、■はバリスタ素子に流れる電流、■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０本実施例では、
Ｉ　＝　１０−”（Ａ）及び！　＝　１０−’（Ａ）に
おける傾きからα値を求めた。（以下、余白） 、ｔｈ表−仁１ＪＬＬ 第１表は添加物添加焼成後のα値を示したものである。

これに示されるように、焼成温度を１２００℃以下とす
ると適当なα値が得られない結果となった。叉１３５０
℃以上になると酸化亜鉛粒子が昇華し始める為好ましく
ない。しかし本発明を用いた場合α値が、１２〜２２と
いう値を得る事ができる為、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得る事ができる。

なお、上記の実施例においては、無機物絶縁膜となる金
属酸化物としてＭｎＣＯ３、ｃｏ！Ｏ８を例にとり説明
したが、それ以外の金属としてＳｒ。

Ｎｂ、Ｇｅ、等を含有する金属酸化物を用いても差し支
えないことはもちろんである。

また、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。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、本発明によれば、無機質絶
縁膜を酸化亜鉛の単結晶粒子に被膜する工程において、
酸化亜鉛単結晶粒子に金属酸化物を添加し、混合した後
、１２５０〜１３００°Ｃで３０分以上加熱焼成するよ
うにしたため、無機質絶縁膜で一定の厚みに被膜したバ
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の量産を容易に実現
する事ができる。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法の一実施
例を工程順に示す説明図、第２図は一般的な液晶表示装
置の電極形状の一例を示す平面図、第３図は一般的な液
晶表示装置の一画素の拡大平面図、第４図はバリスタ素
子を用いた液晶表示装置の一例を示す断面図、第５図は
第４図中のバリスタ素子要部の拡大図、第６図はバリス
タ粒子の断面図、第７図は二端子素子型液晶表示装置の
等価回路図、第８図は焼結体バリスタ素子の電圧−電流
特性を示すグラフ図、第９図は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、第１θ図（ａ）　
、（ｂ）はそれぞれ焼結体バリスタ素子を用いないとき
と、用いたときの液晶画素の動作特性を示すグラフであ
る。

１１・・・行電極　　１２・・・画素電極　　１３・・
・焼結体バリスタ素子　　１３ａ・・・パリス粒子　　
１３ｂ・・・ガラスフリット１４・・・液晶　　１５・
・・列電極１３１・・・ＺｎＯ単結晶粒子　　１３２・
・・無機質絶縁膜第１図は本発明の焼結体バリスタ素子
の製造方（２ｎＯ照料粉〕 ↓ 口１１下１０２ ↓ 「［１上１１０ 第１図 第３図 第４図 第５図 第２図 第６図 第７図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸化亜鉛の微粉末を加熱して焼結体とし、該焼結
   体を粉砕、分級して粒径５μｍ〜１０μｍの酸化亜鉛単
   結晶粒子を得、該酸化亜鉛単結晶粒子に、焼結して絶縁
   性被膜となる金属酸化物を添加し、混合した後、１２５
   ０℃〜１３００℃で３０分以上加熱することにより、該
   酸化亜鉛単結晶粒子の表面を無機質絶縁膜で被膜してバ
   リスタ粒子粉末を形成し、当該バリスター粒子粉末にガ
   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。