JPH0713202A - 液晶表示装置用バリスタ素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】焼結体バリスター素子をアクティブマトリクス
素子に用いる液晶表示装置用バリスタ素子の製造方法で
あって素子特性（α値）が高く、駆動電圧による性能劣
化の少ない高性能、高安定性のバリスタ素子を製造する
ことにある。 【構成】予め絶縁基板上に所定パターン形状にペースト
状のバリスタ粒子印刷層を印刷した後に、焼成固化して
所定パターン状のバリスタ素子を形成し、しかる後に該
バリスタ素子に電圧を印加して所定電流を流してエージ
ング処理する液晶表示装置用バリスタ素子の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアクティブマトリクス方
式の液晶表示装置に用いる二端子素子型の非線形の液晶
表示装置用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、液晶を用いた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（走査電極と信号電極）の間に複数
の液晶画素電極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液晶を配置し、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。

【０００３】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、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。

【０００４】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、液晶表示装置の高画質表示を実現できるものであ
る。

【０００５】現在このアクティブ素子として一般に薄膜
トランジスタ（ＴＦＴ）が使用されているが、本素子は
製造工程が非常に複雑であるため、歩留まりが悪く、価
格が高価であり、大画面の液晶表示装置を製造すること
は非常に困難である。

【０００６】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よく且つ構造が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はアクティブ素子にバリスタ
素子を用いた二端子素子型の液晶表示装置が注目されて
いる。

【０００７】バリスタ素子を用いた二端子素子型の液晶
表示装置は、図３に示すように走査電極１１と信号電極
１５との間に液晶１４と所定のしきい値電圧Ｖｃ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４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。周知のよう
にバリスタ素子の電流電圧特性は次式（１）で示され
る。

【０００８】Ｉ＝ＫＶⁿ ・・・・・（１）

【０００９】ここで、Ｉはバリスタ素子に流れる電流、
Ｖはバリスタ素子の両端子間にかかる電圧、Ｋは固有抵
抗の抵抗値に相当する定数、ｎはバリスタ素子特性を表
す電圧非直線特性の指数（通常はα値と称す）を示し、
この値が大きいほどバリスタ特性としては優れている。
また通常は、前記Ｉが便宜的にＩ＝１０^-6（Ａ）となる
時の電圧Ｖの値をバリスタ素子の代表的な電気特性の一
つとして電圧のしきい値とみなし、特にバリスタ電圧
（ここではＶｃで示す）と呼んでいる。

【００１０】従来のバリスタ素子を用いた二端子素子型
の液晶表示装置の構成を図５及び図６に示す。図示のよ
うに、下側ガラス基板１０上に走査電極１１と画素電極
１２とを所定の間隔Ｖｇ（図５参照）を隔てて設け、こ
れら走査電極１１と画素電極１２とを酸化亜鉛から成る
バリスタ素子１３で接続してある。ここで、Ｖｇはバリ
スタギャップと呼ばれるもので、バリスタ素子の電気的
特性（特にバリスタ電圧Ｖｃ）を決定する重要なパラメ
ータの一つである。そして、図６に示すように、これら
ガラス基板１０の上部に所定の間隔（セルギャップ）を
隔てて、信号電極１５及びカラーフィルタ１６等が設け
られた対向する上側ガラス基板１７を設け、それらの間
に液晶１４が注入充填してある。

【００１１】バリスタ素子１３は図７に示すように、粒
径５乃至１０μｍの酸化亜鉛結晶粒子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１３ａからなり、図８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。

【００１２】バリスタ粒子の１粒界あたり約３Ｖのしき
い値電圧が得られる。したがって、走査電極１１と画素
電極１２との電極間隙（バリスタギャップ）を２０μｍ
に設定すれば、この間隙に介在する実質的に直列６個の
バリスタ粒子粒界を介して走査電極１１と画素電極１２
とが接続され、これら電極間には、３Ｖ×６個＝１８Ｖ
のしきい値電圧が得られる。すなわち、このしきい値電
圧を越えた電圧が印加されたときに、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ことができる。

【００１３】ここで、バリスタ素子の従来の製造方法の
一例を下記に述べれば、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、当該焼結体を粉砕し分
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
機質絶縁膜で被覆することにより粉末状のバリスタ粒子
を形成する。次に、当該バリスタ粒子の粉末にガラスフ
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法
により所定のパターンに印刷した後に焼成し、ガラスフ
リットを溶融固化しバリスタ素子を得ていた。

【００１４】ところで、特に、画質の良好な二端子素子
型の液晶表示装置を実現するためには、バリスタ素子は
高性能でかつ安定性が高いことが要求される。

【００１５】しかしながら従来技術による液晶表示装置
においては、バリスタ素子は初期では高性能であるが駆
動電圧印加によりα値が次第に低下し、したがって良質
な表示画像を得ることが困難であった。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記従来の問
題点を鑑みなされたものであり、その目的とするところ
とは、液晶表示装置中に設けられたバリスタ素子が、駆
動電圧印加によって素子特性劣化を起こさない高性能且
つ高安定性のバリスタ素子の製造方法を提供し、結果と
して構造が簡単で製造も容易でしかも低コストであるう
えに、良好な画質をも有するという液晶表示装置を得る
ことを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、二端子素子型
のアクティブマトリクス方式の液晶表示装置に用いるバ
リスタ素子の製造方法において、少なくとも酸化亜鉛結
晶粒子の表面に無機質絶縁膜で被膜を施した粉末のバリ
スタ粒子と絶縁性のガラスフリット及び有機バインダー
とを混合してペースト状にインキ化したバリスタ粒子イ
ンクを用いて、予め所定の電極を配した絶縁性基板上に
所定パターン形状にバリスタ粒子印刷層を施し、続いて
該バリスタ粒子印刷層を焼成固化して所定パターン状の
バリスタ素子を形成し、しかる後に該バリスタ素子に適
当な電圧を印加してエージング処理することを特徴とす
る液晶表示装置用バリスタ素子の製造方法である。

【００１８】そして上記バリスタ素子の製造方法におい
ては、好ましくは前記エージング処理において電圧印加
されるバリスタ素子を流れる電流値を１０^-7Ａ〜１０^-3
Ａに設定して処理することを特徴とする液晶表示装置用
バリスタ素子の製造方法である。

【００１９】さらに上記バリスタ素子の製造方法におい
ては、好ましくは前記エージング処理を、バリスタ素子
に対して少なくとも正負両極性の電圧を印加して行なう
ことを特徴とする液晶表示装置用バリスタ素子の製造方
法である。

【００２０】

【作用】本発明に係る液晶表示装置用バリスタ素子の製
造方法によると、前記のように印刷法により所定のパタ
ーンを形成した後に焼成してバリスタ素子を作製した後
に、エージング処理を行うこと、即ち焼成により得られ
たバリスタ素子の両端子に適当な電圧を印加することに
より、駆動によるバリスタ素子のα値が次第に低下する
ことを抑え、安定性を向上させることが可能となる。

【００２１】そして、エージング処理条件について種々
の検討を加えた結果、具体的には図２に示すように、バ
リスタ素子に流す電流値として、通常の駆動電流である
１０ ^-7Ａ以上の通電（図２においては、１０^-8Ａ〜１０
^-5Ａ程度の通電）によるエージング処理を施しても、バ
リスタ素子特性（α値）の劣化は見られない。

【００２２】また、エージング処理を施した場合の次式
（２）で示すバリスタ素子のΔα（α値の初期値に対す
る駆動後の変化率；単位％）については、同図２に示す
ように、エージング処理における電流値Ａを、１０^-8Ａ
〜１０^-6Ａに設定して通電してエージング処理すること
によって、Δαの低下の無いバリスタ素子が得られ、通
電によるエージング効果があることが判明した。 Δα＝〔（初期α値−駆動後α値）／初期α値〕×１００・・・・・（２）

【００２３】しかしながら、図２に示すように電流値Ａ
があまり大きすぎると、バリスタ素子特性（α値）は１
５以下に低下（図２参照）して実用不能となるため、ほ
ぼ１０^-4Ａ以下の電流値が適当であることがわかった。
さらに交流電圧若しくは直流電圧を交互にバリスタ素子
に印加、即ち正負両極性を印加した場合に、特に駆動に
よるバリスタ素子のα値の低下を抑えることができるこ
とが判明した。

【００２４】本発明の液晶表示装置用バリスタ素子の製
造方法における具体的実施例を、図１の製造工程図を参
照して以下に詳述する。

【００２５】＜実施例１＞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
機を用いて添加混合した。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】次いで、絶縁性被膜形成工程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
化物被膜を生成し、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。

【００３０】次に、インク化工程１０７では、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４５ｃｐ
ｓ）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。

【００３１】次に、印刷工程１０８において、図５に示
したようにクロムからなる走査電極１１及び酸化インジ
ウムスズ（ＩＴＯ）からなる透明導電膜による画素電極
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４００メッシュのスクリーン印刷版を用いて所
定形状に印刷して印刷基板を得た。

【００３２】次に、熱処理工程１０９において、印刷基
板を大気中の換気運転で３５０℃、３時間の熱処理を施
した。

【００３３】さらに焼成工程１１０において、４４０℃
で１時間焼成して固化させバリスタ素子１３を得た。バ
リスタ素子の特性はバリスタ電圧Ｖｃ＝２０Ｖ、α値＝
３０であった。

【００３４】次に、エージング工程１１１において、上
記バリスタ素子１３に対してエージングを行った。印加
電圧は＋２５Ｖでその時の電流値は約１０-5Ａ、印加時
間は１０秒とした。その後、−２５Ｖで同様の条件で電
圧印加を行った。

【００３５】次に、本発明方法により得られたバリスタ
素子の電気特性について述べる。

【００３６】

【表１】

【００３７】表１は、本発明の製造方法によりエージン
グ処理を施して得られたバリスタ素子と、従来のバリス
タ素子との間で、α値とその変化率（Δα）を、初期α
値と駆動後α値とでそれぞれ比較した結果を表に示した
ものである。これによると、本発明方法によれば、従来
のバリスタ素子と比較して、素子特性変化率Δα（％）
が小さく、駆動後におけるバリスタ素子の特性劣化が少
ないものであった。

【００３８】なお、α値そのものの数値は、本発明によ
るバリスタ素子が２０で、従来品が３０であり、本発明
方法の方が小さい値ではあるが、実用上は全く支障の無
い値であり、したがって本発明方法により得られたバリ
スタ素子は、駆動後における特性劣化の少ない高性能を
有し且つ高安定性のバリスタ素子である。

【００３９】なお、本発明方法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厚膜バリスタ
素子の場合にも勿論適用することが可能である。

【００４０】

【発明の効果】本発明の液晶表示装置用バリスタ素子の
製造方法によれば、エージング処理により予めバリスタ
素子の特性を安定化することにより高性能で且つ高安定
性のバリスタ素子を容易に得ることが可能となり、その
結果として、構造が簡単で製造も容易でしかも低コスト
で製造できるうえに、良好な画質をも有するという液晶
表示装置を容易に提供することが出来るようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置用バリスタ素子の製造方
法の一実施例における製造工程を示す説明図である。

【図２】本発明の製造方法により得られたバリスタ素子
に流れるエージング処理用の電流値と、バリスタ素子特
性（α値）及び駆動変化率Δαとの関係を示すグラフで
ある。

【図３】バリスタ素子による一般的な二端子素子型の液
晶表示装置の概略の等価回路図である。

【図４】バリスタ素子の一般的な電流電圧特性図であ
る。

【図５】一般的なバリスタ素子を配した液晶表示装置の
一例を説明する平面図である。

【図６】図５のＡ−Ａ’に沿う液晶表示装置の部分側断
面図である。

【図７】一般的なバリスタ粒子の断面図である。

【図８】図６のバリスタ素子の要部拡大側断面図であ
る。

【符号の説明】

１０・・・ガラス基板 １１・・・走査電極 １２・・・画素電極 １３・・・バリスタ素子 １４・・・液晶 １５・・・信号電極 １６・・・カラーフィルタ １７・・・対向する上側ガラス基板 １８・・・絶縁層 １９・・・ブラックマトリックス １３ａ・・・バリスタ粒子 １３ｂ・・・ガラスフリット 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】二端子素子型のアクティブマトリクス方式
   の液晶表示装置に用いるバリスタ素子の製造方法におい
   て、少なくとも酸化亜鉛結晶粒子の表面に無機質絶縁膜
   で被膜を施した粉末のバリスタ粒子と絶縁性のガラスフ
   リット及び有機バインダーとを混合してペースト状にイ
   ンキ化したバリスタ粒子インクを用いて、予め所定の電
   極を配した絶縁性基板上に所定パターン形状にバリスタ
   粒子印刷層を施し、続いて該バリスタ粒子印刷層を焼成
   固化して所定パターン状のバリスタ素子を形成し、しか
   る後に該バリスタ素子に適当な電圧を印加してエージン
   グ処理することを特徴とする液晶表示装置用バリスタ素
   子の製造方法。
2. 【請求項２】前記エージング処理は、電圧印加によりバ
   リスタ素子を流れる電流値を１０^-7Ａ〜１０^-3Ａの範囲
   に設定して行なうことを特徴とする請求項１記載の液晶
   表示装置用バリスタ素子の製造方法。
3. 【請求項３】前記エージング処理は、バリスタ素子に少
   なくとも正負両極性の電圧を印加して行なうことを特徴
   とする請求項１記載の液晶表示装置用バリスタ素子の製
   造方法。