JP3259318B2

JP3259318B2 - バリスタ素子の製造方法

Info

Publication number: JP3259318B2
Application number: JP6505692A
Authority: JP
Inventors: 秀典蒲生
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1992-03-23
Filing date: 1992-03-23
Publication date: 2002-02-25
Anticipated expiration: 2017-02-25
Also published as: JPH05267012A

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素子の
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】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交して設けられた
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う際には画質の
低下が避けられないものであった。

【０００４】一方これに対して前記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液
晶画素にかかる電圧を所定の時間間隔中だけ保持するも
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ことから、表示容
量の増大が可能であり、またコントラスト等の画質に関
する特性もよく、液晶テレビの高画質表示を実現できる
ものである。

【０００５】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
造工程において少なくとも通常５層以上の薄膜を重ねて
製造するため、製品歩留まりを上げることが非常に困難
であり、製造コストの増大、低い生産性、長い製造期間
を要する等の問題がある。

【０００６】前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、かつ構造が簡単にして製造が
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。

【０００７】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２）に示すように行電
極１１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３）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、Ｖｃはしきい値電圧を示し、通常はＩ＝
１０^-6（Ａ）のときにバリスタ素子にかかる電圧値で表
す。尚、バリスタ素子の場合には、しきい値電圧のこと
を特にバリスタ電圧と称するのが一般的である。

【０００８】（図４）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で一定のバリスタ電圧Ｖｃをもって接続されてい
る。各液晶画素は、（図５）および（図６）にも示すよ
うに、下側ガラス基板１０上に行電極１１と画素電極１
２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との間を主に酸化亜鉛からなるバリスタ素
子で接続してある。そして、所定の構成要素を介してこ
れらの上方を液晶１４で満たし、さらに列電極１５、カ
ラーフィルタ１６、上側ガラス基板１７を設けてある。

【０００９】尚、バリスタ素子１３は、（図７）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。

【００１０】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の粉末を形成する。

【００１１】次に、当該バリスタ粒子の粉末に軟化点が
４００℃以下の酸化鉛系のガラスフリットとエチルセル
ロースと溶剤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
形状に印刷した後に、焼成固化してバリスタ素子が得ら
れる。

【００１２】特に、表示ムラがなく高画質の二端子素子
型の液晶表示装置を実現するためには、バリスタ素子は
高性能を有し、安定性も高く、かつその性能が液晶表示
装置内の全面に渡って素子間で一定していることが要求
される。

【００１３】しかしながら、従来技術によるバリスタ素
子は、軟化点が４００℃以下のガラスフリットが用いら
れていたことから、焼成の際に、前記ペーストの一組成
であるエチルセルロースが十分には燃焼除去されてしま
わないうちに、ガラスフリットが溶融、個化してしま
い、結果としてエチルセルロースの燃焼残留成分がバリ
スタ素子内に含まれてしまっていた。そして、この燃焼
残留成分がバリスタ素子特性に悪影響を及ぼす一因とも
なっていた。つまり、バリスタ素子特性の素子間でのバ
ラツキは大きくなり、結果として表示ムラが発生し、高
画質の液晶表示装置を得ることを困難なものにしてい
た。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記従来の問
題点に鑑みなされたものであり、液晶表示装置の全面に
渡ってバリスタ素子間のバリスタ電圧特性のばらつきが
小さく、かつ個々のバリスタ素子特性にも優れたバリス
タ素子の製造方法を提供し、高コントラストで表示ムラ
がない、高画質の液晶表示装置を容易に得られるように
することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明が提供する手段は、すなわち、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
晶粒子の表面が無機質絶縁膜で被膜された粉末と、絶縁
性でかつ軟化点が４００乃至４６０℃であり、少なくと
も酸化鉛８５乃至３５重量部、酸化ホウ素６乃至２５重
量部、酸化亜鉛３乃至２０重量部、および酸化アンチモ
ン３乃至２０重量部からなるガラスフリットと、エチル
セルロースと、および溶剤とを加えてペースト化された
インクが、予め所定形状に電極を配してある絶縁基板上
にスクリーン印刷法により所定のパターンに印刷され、
しかる後に焼成固化されることを特徴とするバリスタ素
子の製造方法である。

【００１６】また別の実施態様としては、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
結晶粒子の表面が無機質絶縁膜で被膜された粉末と、絶
縁性でかつ軟化点が４００乃至４６０℃であり、少なく
とも酸化鉛８５乃至３５重量部、酸化ホウ素６乃至２５
重量部、酸化亜鉛３乃至２０重量部、酸化マンガン３乃
至１０重量部、酸化コバルト３乃至１０重量部からなる
ガラスフリットと、エチルセルロースと、および溶剤と
を加えてペースト化されたインクが、予め所定形状に電
極を配してある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され、しかる後に焼成固化されるこ
とを特徴とするバリスタ素子の製造方法である。

【００１７】

【００１８】ところで、焼成温度は（軟化点＋５０）℃
程度が通常は必要とされる。そして、これに対して本発
明にかかわるガラスフリットの軟化点に関しては前記の
ように４００乃至４６０℃であり、特に好ましくは４０
０乃至４５０℃である。

【００１９】これはガラスフリットの軟化点が４００℃
より低い場合には、焼成の際の温度がエチルセルロース
の燃焼温度と比較して同等もしくはそれ以下となり、こ
のため焼成固化の終盤に溶融したガラスフリットの存在
によって、エチルセルロースが十分には燃焼除去されな
いで残留成分が素子内に残り、バリスタ素子特性のバラ
ツキを増加させるという前記の結果につながる。

【００２０】一方、前記軟化点が４６０℃よりも高い場
合には、必要とされる焼成温度とはすなわち５１０℃程
度以上となる。そして、前記絶縁基板として使用されて
いる低コストの青板ガラスの実用耐熱温度は約５００℃
である。つまり、前記ガラス基板に課せられる要求、す
なわち、熱膨張や歪みが液晶表示装置の品質に与える影
響を極力回避したいという要求を考慮すると、前記５１
０℃の焼成温度はもう上限に達しており、青板ガラスの
仕様によっては焼成温度はせいぜい５００℃止まりとな
る。したがってガラスフリットの軟化点が４６０℃を越
えると、低コストが最重要課題の一つである液晶表示装
置に低コスト材料としての青板ガラスを使用することが
困難となってくる。

【００２１】尚、絶縁基板として使用されているガラス
に関して、何らかの事情で、実用耐熱温度がもっと高い
ものを使用する場合には、それに応じて、ガラスフリッ
トの軟化点および焼成温度をもっと高くすることも可能
である。

【００２２】そこで、前記要件を満足する軟化点を有す
るガラスフリットの組成についていくつか検討を行った
結果が前記のガラスフリットの組成である。すなわち、
一組成として酸化鉛８５乃至３５重量部、酸化ホウ素６
乃至２５重量部、酸化亜鉛３乃至２０重量部、酸化アン
チモン３乃至２０重量部からなるもの、あるいは別の一
組成として酸化鉛８５乃至３５重量部、酸化ホウ素６乃
至２５重量部、酸化亜鉛３乃至２０重量部、酸化マンガ
ン３乃至１０重量部、酸化コバルト３乃至１０重量部か
らなるものがが良好であることがわかった。

【００２３】これらのガラスフリットの製造方法は、従
来公知の方法を用いた。すなわち所定のガラス組成分を
配合し、高温で溶融させた後、水中にいれて急冷した後
に、所定の粒径になるまで微粉砕した。ガラスフリット
の粒径も電気特性に影響を与えるので、その平均粒径は
５μｍ以下におさめることが望ましい。

【００２４】

【作用】本発明にかかわるバリスタ素子の製造方法によ
ると、軟化点が４００〜４６０℃であるガラスフリット
を使用することにより、焼成温度の適性値として（前記
軟化点＋５０）℃を設定すると、４５０乃至５１０℃で
の焼成となり、エチルセルロースの燃焼除去が溶融した
ガラスフリットに阻害されることない。つまり、従来は
焼成固化後にバリスタ素子中に含まれていたエチルセル
ロースの残留成分を排除することが可能となる。したが
って、電気特性に悪影響を及ぼす残留異物がバリスタ粒
子間に存在することを回避できるようになる。

【００２５】

【実施例】本発明の実施例を図面を参照して詳述する。

【００２６】（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。

【００２７】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。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。

【００２８】次にインク化工程１０７において、前記バ
リスタ粒子１６重量部に対し軟化点430℃のガラスフリ
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４５ｃｐｓ）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１０８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４００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。最後に焼成工程１１０において、４８０℃で１時
間焼成して固化させバリスタ素子１３を得た。

【００２９】本発明にかかわるバリスタ素子の製造方法
により得られたバリスタ素子の電気特性について以下に
述べる。周知のように、バリスタ素子の電流電圧特性は
次式で示される。

【００３０】

【数１】

【００３１】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。バリスタ特性は、バリスタ電圧Ｖｃが小さいほど
良く、また電圧非直線指数α（通常α値と呼ばれる）が
大きいほど優れているといえる。またバリスタ素子特性
のバラツキの評価は、バリスタ電圧Ｖｃの平均値に対す
るバリスタ素子特性のバラツキの割合で評価されるのが
通常である。

【００３２】

【表１】

【００３３】（表１）は、本発明にかかわるバリスタ素
子の製造方法による軟化点が４３０℃であるガラスフリ
ットを用いたバリスタ素子と、従来技術にかかわる軟化
点が３７０℃であるガラスフリットを用いたバリスタ素
子との、それぞれのバリスタ電圧Ｖｃ、α値、バリスタ
電圧Ｖｃのバラツキ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較して、バリスタ電圧Ｖ
ｃのバラツキに関しては大幅に低減され、かつバリスタ
電圧、α値ともに特性は同等であることが明らかであ
る。つまり、本発明によってバリスタ素子特性が素子間
で一定し、かつ高性能であるバリスタ素子の製造方法が
可能となった。

【００３４】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厚膜バリスタにも
勿論適用することができる。

【００３５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、液晶表示装置の全面に渡ってバリスタ素子間のバ
リスタ電圧特性のばらつきが小さく、かつ個々のバリス
タ素子特性もバリスタ電圧は低く、α値は大きいという
優れたバリスタ素子の製造方法を提供することができ、
これによって高コントラストで表示ムラがない、高画質
の液晶表示装置を容易に得られるようになった。

【００３６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかわるバリスタ素子の製造方法の一
実施例の、工程を示す説明図である。

【図２】二端子素子型の液晶表示装置の概略構成図を示
す等価回路図である。

【図３】バリスタ素子の電圧電流特性図である。

【図４】一般的な液晶表示装置を平面図で示す説明図で
ある。

【図５】一般的な液晶表示装置の一区画の画素電極の付
近を平面図で示す説明図ある。

【図６】（図５）中の（イ）−（イ）での断面を示す説
明図である。

【図７】バリスタ粒子の概略の断面を示す説明図であ
る。

【図８】（図６）中のバリスタ素子の要部を拡大して示
す説明図である。

【符号の説明】

１０・・・絶縁基板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１６・・・配向膜１７・・・絶縁基板（対向側）１８・・・偏光板１３１・・・酸化亜鉛結晶粒子１３２・・・無機質絶縁膜

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【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が無機質絶縁
膜で被膜された粉末と、絶縁性でかつ軟化点が４００乃
至４６０℃であり、少なくとも酸化鉛８５乃至３５重量
部、酸化ホウ素６乃至２５重量部、酸化亜鉛３乃至２０
重量部、および酸化アンチモン３乃至２０重量部からな
るガラスフリットと、エチルセルロースと、および溶剤
とを加えてペースト化されたインクが、予め所定形状に
電極を配してある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され、しかる後に焼成固化される
ことを特徴とするバリスタ素子の製造方法。
【請求項２】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が無機質絶縁
膜で被膜された粉末と、絶縁性でかつ軟化点が４００乃
至４６０℃であり、少なくとも酸化鉛８５乃至３５重量
部、酸化ホウ素６乃至２５重量部、酸化亜鉛３乃至２０
重量部、酸化マンガン３乃至１０重量部、酸化コバルト
３乃至１０重量部からなるガラスフリットと、エチルセ
ルロースと、および溶剤とを加えてペースト化されたイ
ンクが、予め所定形状に電極を配してある絶縁基板上に
スクリーン印刷法により所定のパターンに印刷され、し
かる後に焼成固化されることを特徴とするバリスタ素子
の製造方法。