JP3306926B2 - バリスタ素子の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、厚膜をなすバリスタ素
子の製造方法に関し、液晶表示装置のアクティブマトリ
クス素子として用いる二端子素子をはじめとしたさまざ
まな電気回路のうち、特に二端子素子を使用するものに
適応できる。

【０００２】

【従来の技術】液晶を用いた画像表示装置（ここで「画
像」とは、文字や記号等の情報も含むことにする）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の液晶表示装置の一般
的な構成は、互いに直交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
対して駆動回路によって所定の電圧を印加することによ
り液晶画素を作動させる。この単純マトリクス方式は構
造が簡単であることから、低コストでシステムを実現で
きるという利点がある。しかし欠点も有しており、それ
は各液晶画素間でのクロストークが生じるために、コン
トラストが低く、画像表示を行う際に画質の低下は避け
られない、ということであった。

【０００４】これに対し、一方の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
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こ
とから、表示容量の増大化が可能で、コントラスト等の
画質に関する特性も優れており、液晶表示装置による高
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マトリクス用の素子と
しては、一般に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が使用され
ているが、この素子は製造工程が非常に複雑であり且つ
極めて高度な製造設備や製造技術を必要とすることか
ら、製造に際して非常に歩留まりが悪いことが知られて
いる。またこのことから、製造コストや製品価格が高額
となってしまっている。そしてこれらのことが相まっ
て、大画面の液晶表示装置を製造しようとする場合に
は、技術的な面やコスト的な面から考慮して、非常な困
難さが一段と避けがたいという状況におかれている。

【０００６】前記の事から、コントラスト等の画質に関
する特性に優れ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、このような要求を
実現する方式として、アクティブマトリクス用の素子に
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）にも示すように、走査電極１１と
信号電極１５との間に、所定のしきい値電圧Ｖｃで導通
するバリスタ素子１３と液晶１４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。

【０００８】ところで、バリスタ素子の電流電圧特性は
周知のように次式で示される。

【０００９】

【数１】

【００１０】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、そしてαは電圧非直線特性
の指数を示している。通常、このαは「α値」と称され
ており、α値が大きいほどバリスタ特性は優れていると
いえる。また通常は便宜的に、バリスタ素子に流れる電
流Ｉが１０^-6Ａであるときに着目し、そのときのバリス
タ素子の両端子間にかかる電圧Ｖの値をバリスタ素子の
「しきい値」とみなす。そして、このしきい値を特に、
「バリスタ電圧」（ここではＶｃで示す）と称してい
る。

【００１１】さて、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、ガラス基板１０上に走査電極１
１と画素電極１２とは所定の間隔Ｖｇを隔てて設け、こ
れら走査電極１１と画素電極１２とは主に酸化亜鉛から
成るバリスタ素子１３で電気的に接続してある。ここ
で、Ｖｇはバリスタギャップと呼ばれるものであり、バ
リスタ素子の特性（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、これらの上部
には、所定の間隔（この間隔をセルギャップと称する）
を隔てて、信号電極１５とカラーフィルタ１６とが設け
られた対向側ガラス基板１７が設けられ、これら一対の
ガラス基板の間に液晶１４が注入充填されている。

【００１２】さてバリスタ素子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１
３２で被覆したバリスタ粒子１３ａからなる。これは
（図８）にも詳示するように、前記のバリスタ粒子１３
ａをガラスフリット１３ｃを利用して焼結固化したもの
である。そして前記バリスタ粒子は、１粒界あたり約３
Ｖのバリスタ電圧が得られる。したがって、例えば走査
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、この間隙内に介在する実
質的には直列で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とが電気的に接続され、これら
の電極間には、約３Ｖ×６個、すなわち約１８Ｖのバリ
スタ電圧が得られることになる。

【００１３】つまり、ここでバリスタ電圧を越える電圧
がバリスタ素子１３に印加されたときには、液晶１４が
駆動される状態になり、しかも他の液晶素子への印加電
圧の影響は排除されており、前記単純マトリクス方式の
場合に発生していたクロストークの問題を防止すること
ができる。

【００１４】しかしながらバリスタ粒子として絶縁被膜
を施された酸化亜鉛粒子のみを用いた従来の素子では、
素子特性を示すα値は大きく個々の素子では特性が良好
であるが、素子間のバリスタ電圧Ｖｃのバラツキは大き
かった。したがって各画素に配置されたバリスタ素子間
の特性バラツキが大きいために、画像表示斑が生じ、良
好な表示画像を得ることが困難であった。

【００１５】

【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、バリスタ素子の特性に
関して、α値が高く、バリスタ電圧Ｖｃのバラツキが少
ないもの、すなわち高性能であり且つその特性がバリス
タ素子間で一定である、というバリスタ素子を製造する
方法を提供し、これにより、二端子素子を使用するもの
であり低コストで優れた性能を発揮する、という（画質
が良好な）液晶表示装置あるいはその他の電気製品を提
供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに本発明が提供する手段は、すなわち、基板上に所定
の間隔を隔てた電極間の間隔（Ｖｇ）上に設けるバリス
タ素子であるいわゆるバリスタ素子の製造方法におい
て、バリスタ素子の構成が、少なくとも、絶縁被膜を施
されていない酸化亜鉛単体粒子と絶縁被膜を施された酸
化亜鉛粒子とを含んでいることを特徴とするバリスタ素
子の製造方法である。

【００１７】そして好ましくは、前記バリスタ素子の構
成が、特に、絶縁被膜を施されていない酸化亜鉛単体粒
子が６０重量部以下であり、そして絶縁被膜を施された
酸化亜鉛粒子は４０重量部以上、であることを特徴とす
る前記のバリスタ素子の製造方法である。

【００１８】なお、前記絶縁被膜を施されていない酸化
亜鉛単体の添加量を、６０重量部以下としたのは次の理
由による。すなわち、品質的に得たい前記α値の程度
を、一般的にいわれている実用可能な値である２０以上
とした場合、α値を２０以上に保ったままで、しかも素
子間のバリスタ電圧Ｖｃのバラツキも抑制するために
は、前記の６０重量部以下とした場合が高い効果を発揮
できたからである。そしてこれとは逆に、前記絶縁被膜
を施されていない酸化亜鉛単体の添加量が６０重量部を
越えた場合には、α値が次第に小さくなる傾向があり、
前記のα値が２０以上という品質を確保しにくくなるか
らである。

【００１９】

【作用】本発明は発明者が鋭意研究し実験を続けた結
果、これらに基づいた考察と経験とにより出願したもの
であり、なぜ本発明の構成要件により前記課題を解決で
きる作用を生じるのかは、正確で詳細なところは（残念
ながら）現在のところ不明である。しかし、現象的にみ
ると明らかに効果を奏している。すなわちバリスタ粒子
として、従来の絶縁被膜を施された酸化亜鉛粒子に加
え、絶縁被膜を施されていない酸化亜鉛単体粒子を添加
することにより、α値を高く保ったまま、バリスタ電圧
Ｖｃのバリスタ素子間でのバラツキを抑えることが可能
である。

【００２０】尚、絶縁被膜を施された酸化亜鉛粒子と絶
縁被膜を施されていない酸化亜鉛単体粒子との添加割合
が、バリスタ特性に及ぼす影響としては、概ね次のよう
な傾向を示すことが確認できている。すなわち、絶縁被
膜を施されていない酸化亜鉛単体粒子の添加割合が（お
よそ５０重量部から）減少するにつれて、バリスタ電圧
Ｖｃのバリスタ素子間でのバラツキ、バリスタ電圧Ｖｃ
の絶対値、そしてα値は、傾向としてそれぞれがいずれ
も増加する。一方、絶縁被膜を施されていない酸化亜鉛
単体粒子の添加割合が逆に増加していくと、バリスタ電
圧Ｖｃのバリスタ素子間でのバラツキ、バリスタ電圧Ｖ
ｃの絶対値、そしてα値は、やはり傾向としてそれぞれ
がいずれも減少する。但し、変化の程度については、ど
の特性も各様に変化するという性質を有している。

【００２１】

【実施例】（図１）は本発明によるバリスタ素子の断面
図である。

【００２２】ガラス基板１０上に走査電極１１と画素電
極１２、さらに両電極の間隙にバリスタ素子１３が形成
されている。前記バリスタ素子１３は、酸化コバルト、
酸化マンガン等の絶縁被膜を施された酸化亜鉛粒子１３
ａ及び絶縁被膜を施されない酸化亜鉛単体粒子１３ｂ、
さらに結合剤であるガラスフリット１３ｃから構成され
る。

【００２３】（図２）は、本発明に係る一実施例のバリ
スタ素子の製造の工程図である。

【００２４】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
体を粉砕した。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て粒径が５乃至８μｍ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、
温度１０００℃で１時間の焼成を行ない角取りを施し前
記酸化亜鉛結晶粒子を球状化した。

【００２５】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０．５
０ｍｏｌ％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させた。そして、温度
１２０℃で水分を蒸発させて前記酸化亜鉛結晶粒子に金
属被膜をコーティングした後、温度２００℃に昇温して
金属被膜を酸化させることにより酸化物被膜を生成し
た。さらに、温度１１００℃で１時間の焼成をし、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絶縁被膜を施された酸化亜鉛
粒子１３ａとした。

【００２６】次にインキ化工程１０７において、前記絶
縁被膜を施された酸化亜鉛粒子８重量部および絶縁被膜
を施されていない前記酸化亜鉛結晶粒子８重量部に対し
て、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
えて十分に混練しペースト化した。

【００２７】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ＩＴＯ
（インジウム−スズ−酸化物／いわゆる透明導電材）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、前記ペーストを３２５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た。しかる後、焼成工
程１０９において、前記塗布が施されたガラス基板１０
を、温度３５０℃で３時間の脱バイ処理を施した後、温
度４８０℃で１時間の焼成をして固化させる。以上によ
りバリスタ素子１３を得た。

【００２８】

【表１】

【００２９】以下には、ここで製造したバリスタ素子の
特性について述べる。（表１）は、本発明を用いて製造
したバリスタ素子と従来のバリスタ素子とに対して、バ
リスタ電圧Ｖｃ、α値、そしてバリスタ電圧Ｖｃのバラ
ツキ、について比較した結果を示したものである。尚、
バリスタ素子特性のバラツキは、通常的な評価方法どお
り、バリスタ電圧Ｖｃの平均値に対する割合で評価し
た。

【００３０】（表１）より、本発明は従来のバリスタ素
子と比べ、高性能な素子特性を維持し、かつバラツキは
明らかに低減されている。つまり、本発明によると、高
性能であり且つガラス基板上のバリスタ素子間でその特
性が一定したバリスタ素子が提供されることがわかる。

【００３１】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、バリスタ素
子を構成するバリスタ粒子組成を、酸化亜鉛単体粒子６
０重量部以下、絶縁被膜を施された酸化亜鉛粒子４０重
量部以上から構成することにより、バリスタ素子の特性
に関して、α値が高く、バリスタ電圧Ｖｃのバラツキが
少ないもの、すなわち高性能であり且つその特性がバリ
スタ素子間で一定である、というバリスタ素子を製造す
る方法を提供できた。

【００３２】これにより、二端子素子を使用するもので
あり低コストで優れた性能を発揮する、という（画質が
良好な）液晶表示装置あるいはその他の電気製品を提供
することが可能となった。つまり、例えば二端子素子使
用によるアクティブマトリクス方式の液晶表示装置につ
いて述べると、表示斑が無く高品質のものを、容易にか
つ安価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】本発明に係わるバリスタ素子の製造方法の一実
施例により製造されたバリスタ素子を、概略の断面図を
用いて示す説明図である。

【図２】本発明に係わるバリスタ素子の製造方法の一実
施例の、概略の製造工程を示すフローチャートである。

【図３】二端子素子型の液晶表示装置の概略の構成を示
す説明図である。（本発明および従来技術に共通）

【図４】バリスタ素子の電圧電流特性の概略の傾向を示
すグラフである。（本発明および従来技術に共通）

【図５】二端子素子型の液晶表示装置を、平面図を用い
て示す説明図である。（本発明および従来技術に共通）

【図６】（図５）のＡ−Ａ’に沿う断面図である。

【図７】バリスタ粒子の断面図である。（絶縁被膜を施
された酸化亜鉛粒子、本発明および従来技術に共通）

【図８】従来のバリスタ素子の製造方法の一例により製
造されたバリスタ素子の要部の拡大図である。

【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・・・対向側ガラス基板 １８・・・絶縁層 １９・・・ブラックマトリクス １３ａ・・・絶縁被膜を施された酸化亜鉛粒子 １３ｂ・・・酸化亜鉛単体粒子 １３ｃ・・・結合剤ガラス １３１・・・酸化亜鉛結晶粒子 １３２・・・絶縁被膜

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に所定の間隔を隔てた電極間の間隔
   （Ｖｇ）上に設けるバリスタ素子の製造方法において、
   バリスタ素子の構成が、少なくとも、絶縁被膜を施され
   ていない酸化亜鉛単体粒子と絶縁被膜を施された酸化亜
   鉛粒子とを含んでい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】前記バリスタ素子の構成が特には、絶縁被
   膜を施されていない酸化亜鉛単体粒子が６０重量部以下
   であり、そして絶縁被膜を施された酸化亜鉛粒子は４０
   重量部以上、であ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。