JPH04106901A - バリスタ素子 - 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バリスタ素子に関するものであ
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。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。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。

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、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トリクス方式に改
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■、。

とオフ（光透過率が１０％）する電圧ＶＩＯとの比Ｔ（
−Ｖｑｏ／Ｖ＋ｏ−（Ｖｔｏ＋ΔＶ）　　／　Ｖ　ｔｏ
）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ＮＩＩａｘは、Ｎｍａｘ　＝
　（（７”　＋１）／（ｒ２　１））２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、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、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１（１（ｂ）参照）。

この結果、前記Ｔの値はＶ、。／　Ｖ　＋。から（■ν
十■、。）／（■ν＋■、。）に改善され、Ｔ値の低下
によって最大走査線数ＮＩＩａｘ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１
ｉ　Ｆｉｘ　１１と画素電極１２とは各バリスタ素子１
３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１
４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を設けである。バリスタ素子１３
は、第６図に詳示するように、所定粒径のＺｎＯ粒子１
３１の表面をＭｎ、Ｃｏ酸化物等の絶縁膜１３２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をガラスフリット１３
ｂで焼結したものである。このようなバリスタ素子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４ｆＬ　＠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ｘ３Ｖ＝１５
Ｖのしきい値電圧が得られる。

次に、バリスタ素子１３の一般的な製法の一例を述べる
。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の表面をＭｎ、Ｃｏ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、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。

従来よりバリスタ素子１３を形成するバリスタ粒子１３
ａの間；こ介在するガラスフリット１３ｂには、低融点
ガラスであるホウ酸鉛亜鉛ガラスが用いられていた。し
かしながら、従来ではバリスタ素子の性能の向上及び安
定化が図れず、液晶表示装置の性能向上や低コスト化が
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てなされたもので、高性
能かつその性能が素子間で一定したバリスタ素子を提供
することを目的とする。

［課題を解決するための手段； 本発明に係るバリスタ素子は、酸化亜鉛３０〜７０重量
％と、これを結合するガラス７０〜３０１量％からなり
、かつ前記ガラス組成を酸化鉛８５〜３５重量部、酸化
ホウ素６〜２５重量部、酸化亜鉛３〜２０重量部、酸化
マンガン３〜１０重量部、酸化コバルト３〜１０重量部
とすることを特徴とする。

ここで、ガラス組成を構成する各成分の含を比の範囲は
、ガラス形成範囲とバリスタ素子の実用物性に照らして
決定された。

［作用］ 本発明により、酸化亜鉛のバリスタ粒子を固定するガラ
ス組成の中に、酸化物半導体である酸化マンガンと酸化
コバルトを含有させたので、バリスタ粒子間の電気伝動
性が改善される。その結果、高性能かつその性能が各素
子で一定したバリスタ素子が提供され、したがって、高
画質の液晶表示装置を得ることが可能となる。

［実施例１ 本発明の実施例を図面を参照して詳述する。

第１図は、本発明の一実施例に係るバリスタ素子の作製
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０．５　μｍ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°Ｃ〜１２５０°Ｃ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。

次いで、粉砕工程１０３において、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＋０４において、ＺｎＯ単結晶粒を粒
径が５μｍ−１０μｍの範囲で補数する。

次いで、角取り焼成工程１０５において、９５０°Ｃ〜
１０５０°Ｃ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、Ｍｎ酸化物とＣｏ酸化物、あるいは
Ｎｂ＃化物とＳｒ＃化物、あるいはＭｎ＃化物とＧｅ＃
化物とＣｏ１１ｉ化物等といった金属酸化物の組を添加
し１２００℃程度で約１時間焼成する。これによって第
６図に示したように、ＺｎＯ単結晶粒子１３１０表面を
無機質絶縁８１３２で被覆したバリスタ粒子１．３　ａ
を形成する。尚、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においてこれを
解かしてバリスタ粒子粉末とする。

次いで、インキ化工程１０８において、バリスタ粒子粉
末３０重量％〜７０重量％に、ガラスフリント７０重量
％〜３０重量にを加える。その時のガラスフリ、トはマ
ンガン（Ｍｒ＋）とコバルト（Ｃｏ）をドープしたホウ
酸鉛亜鉛ガラスで、その組成は、酸化鉛（ＰｂＯ）８５
〜３５重量部、酸化ホウ素（ＢＺ　Ｏｆｆ　）　６〜２
ＳＪＩ量部、酸化亜鉛（ｚｎＯ）３〜２０重量部、酸化
マンガン（Ｍ　ｎ　Ｏ）　３〜１０！量部、酸化コバル
）（Ｃｏｏ）３〜１０重量部とする。上記バリスタ粒子
粉末とガラスフリットに対して、を機バインダ２０重量
％〜４０重量％、溶剤８０重量％〜６０重量％を加えて
ペースト化する。

ここで使用した結合剤としてのガラスフリットの製法は
、従来良く知られている方法を用いた。

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所要の粒径まで微粉砕す
る。ガラスフリットの粒径も電気特性に影響を与えるの
で、その平均径は５μｍ以下が望ましい。

次いで、印刷工程１０９において、ペースト化したバリ
スタ粒子粉末をガラス基板等の絶縁基板上にシルクスク
リーン印刷法等で所要の形状に印刷塗布する。

次いで、焼成工程１１０において、４８０°Ｃ程度で約
２０分間焼成して有機バインダ及び溶剤を除去し、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１３ｂで固めたバリスタ素子１３を得
る。

以下に、液晶表示装置のバリスタ素子を製造するための
さらに具体的な実施例を示す。

〔実施例〕

まず、粒径が１μｍ以下のＺｎＯ微粉末を１２００℃で
２時間焼結し、平均粒径８μｍの単結晶粒子を含む多結
晶体を形成した。そして、この多結晶体をボールミルで
粉砕して空気分級装置で分級し、５μｍ〜１０μｍの粒
径のＺｎＯ単結晶粒子を収率２１％で得た。そして、１
０００°Ｃで１時間加熱して角取りを施し、ＺｎＯ単結
晶粒子を球状化した後、このＺｎＯ単結晶粒子粉末にＣ
ｏ２Ｏ３を０．２５ｍ。

１％〜０．５％及びＭ　ｎ　ＣＯｓを０．２５ｍｏｌ　
％〜０．５％の範囲で添加し、１０００°Ｃ〜１２００
°Ｃで焼成してＺｎｏ粒子の表面を無機質絶縁膜で被覆
してバリスタ粒子とした。そして、このバリスタ粒子の
粉末を乳鉢等で軽く解かし、マンガン（Ｍｎ）とコバル
ト（Ｃｏ）をドープしたホウ酸鉛亜鉛ガラスで構成され
たガラスフリットを５０重量％、有機バインダとしてエ
チルセルロース（粘度５０ｃｐｓ　）を１０重量％、有
機溶剤として少量のカルピトールを加えてペースト化し
た。そして、第４図に示したように酸化インジウムスズ
（ＩＴＯ）からなる行電極１１及び画素電極１２が予め
設けられているガラス基板１０上に、このペーストを２
５０　メツシュ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４８０°Ｃで２０分加熱し
て乾燥固化させ、バリスタ素子１３を得た。

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　＝　Ｋ　Ｖ” ここで、１はバリスタ素子に流れるｔｉ、■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、
ｌ　＝　１０−″（Ａ）及びＩ　＝　１０−’（Ａ）に
おける傾きからα値を求めた。

ここで、試料Ａは本発明のバリスタ素子、試料Ｂは従来
のバリスタ素子のそれぞれα値を示している。これより
、本発明によりバリスタ特性が向上していることがわか
る。

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、−船釣に用いられる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、高性能か
つその性能が素子間で一定したバリスタ素子が提供され
、したがって、高画質の液晶表示装置を得ることが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のバリスタ素子の製造工程の一実施例を
示すフローチャート図、第２図はバリスタ素子を用いた
液晶表示装置の平面図、第３図は第２図の液晶表示装置
の部分拡大平面図、第４図は第３図中のＡ−Ａ’線にそ
って切断したところを示す断面図、第５図は第４図中の
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概略構成図、第８図はバ
リスタ素子の電圧−電流特性図、第９図は液晶画素の動
作特性図、第１０図（ａ）、　（ｂ）はバリスタ素子の
作用を説明する液晶画素の動作特性図である。 １１・・・行電極、１２・・・画素電極、１３・・・バ
リスタ素子、１３ａ・・・バリスタ粒子、１３ｂ・・・
ガラスフリント、１４・・・液晶、１５・・・列電極、
１３１・・・ＺｎＯ単結晶粒子、１３２・・・無機質絶
縁膜 特　　許　　出　　願　　人 凸版印刷株式会社 代表者　鈴木和夫 第 図 第 図 １スｎ 第 図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電性成分である酸化亜鉛３０〜７０重量％と、
   これを結合するガラス成分７０〜３０重量％からなり、
   かつ前記ガラス組成を酸化鉛８５〜３５重量部、酸化ホ
   ウ素６〜２５重量部、酸化亜鉛３〜２０重量部、酸化マ
   ンガン３〜１０重量部、酸化コバルト３〜１０重量部と
   することを特徴とするバリスタ素子。
2. （２）導電性成分である酸化亜鉛に、Ｂｉ＿２Ｏ＿３，
   Ｃｏ＿２Ｏ＿３，ＭｎＯ＿３，Ｓｂ＿２Ｏ＿３，Ｎｂ＿
   ２Ｏ＿３，ＳｒＯ，ＧｅＯ＿２，Ｐｒ＿６Ｏ＿１＿１の
   うち少なくとも１種以上を含んでなる薄い絶縁皮膜を施
   したことを特徴とする請求項（１）記載のバリスタ素子
   。