JPH04106902A

JPH04106902A - バリスタ素子

Info

Publication number: JPH04106902A
Application number: JP2223752A
Authority: JP
Inventors: Shusuke Gamo; 秀典蒲生; Toshiro Nagase; 俊郎長瀬
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1990-08-24
Filing date: 1990-08-24
Publication date: 1992-04-08

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１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１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′
＃ｉ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
格でンステムを実現できるといら初点かあるが、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
か低く、液晶子レヒ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。これ二こ対し、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かできるため
、表示容量の増大が可能で、コントラスト等の画質に関
する特性が艮＜、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／＆
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Ｌで、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。

端子素子型の液晶表示装置は単純マｌ−ＩＪクス方弐に
改良を加えて、第７図に示すようＳこ行電極１と列電極
２との間二こ液晶画素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Ｖ１゜との比ｒ（
−■、。／Ｖ、。−（Ｖ＋　　−ΔＶ）／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Ｎｍａｘは、Ｎｍａｘ　−（（ｒ２＋１）／（ｒ”　　　１））２で
あり、γ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、・端子素子型では
、バリスタ素子３；こよりそのしきい値電１ｇｆｉＶｖ
を超えた分の電圧力・液晶画素４じこ印カロされるよう
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１Ｏ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田■νだけ高くしている（第
１Ｏ図（ｂｊ　参照）。この結果、前記Ｔの値はｖ、ｏ
／■１ｏから（Ｖｖ　＋Ｖ、。）／（■ν↑Ｖ＋ｏ）に
改善され、Ｔ値の低下によって最大走査線数Ｎｍａｘ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とは各バリスタ素子１３で一定の
しきい値電圧Ｖν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ＩＩ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１１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ヲ設けである。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１３１の表
面をＭｎ、Ｃｏ酸化物等の！！ｌｉ！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１３ｂ
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、粒径約５μｍのバリスタ粒子１個あたり約３
ｖ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１
３ａ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＝１５Ｖ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坊処理二て角取り−
１こ後、当該酸化亜鉛型結晶粒子の表面をＭｎ、Ｃｏ酸
化物絶縁膜等の無機質絶縁膜で被覆して・＼”１スミ粒
子粉末を形成二、゛１１該バリスタ粒子扮宋二ニガラス
フリットと有機１′ンタ゛を加えてペースト化Ｌ、当該
−ζ−ストを絶縁基板上二こ印刷プ布−ｆ：後に焼成ε
で得みれる。

発明が解決りようとする諜Ｂ：特に、両賞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、へ°Ｊスタ素子１３が高性能を有し安定性
が高（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１
３ａの間に介在するガラスフリ、Ｎ３ｂ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ｌ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／＼リスタ素子を提
供することを目的とする。

Ｊ題を解決するための手段本発明−二係るハ“１スン素子は、酸化亜鉛３０〜７０
重量％と、これを結合するカラス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、
酸化ヒ゛スマス６〜２０重量部とすることを特徴とする
。また、上記カラス組成コニおいて、酸化ビスマス６〜
２０ｉ１部の代わりに、醇化マンゴ５６〜２０重量部、
酸化コバルト６〜２０重量部、酸化アンチモン６〜２０
重量部のいずれかにすることによっても、上記問題点の
解決が可能である。

なお、ガラス組成を構成する各成分の含有比の範囲は、
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
定されたものである。

１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ビスマス、酸化
マンガン、酸化コバルトもしくは酸化アンチモンを含有
させたので、バリスタ粒子間の電気伝導性が改善され、
好ましいものとなる。

そのｖ８里、高性能かつその性能か素子間で一定したノ
リＪスタ素子か提供さ、几、−ｋか−、て、高山′ｎの
液晶表示装置を得ることか可能と；る３　１実権例本発明の実施例を図面を参［！６！−て詳述する。

第１図：よ、本発明の一実施例二こ係るハチ１スタ素子
の作製の工程図である。

まず、造粒工程＋０１　コニ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°Ｃ〜１２５０°Ｃで２時間以旧加熱して焼結
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１０４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〜
ｌ０５０’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酸化物とＳｒ酸化物、あるいはＭｎ酸化物とＧｅ酸
化物とＣｏ酸化物等といった金属酸化物の組を添加し１
２００’Ｃ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１３１の表面を無
機質絶縁膜１３２で被覆したバリスタ粒子１３ａを形成
する。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、ガラスフリット７０重量
％〜３０重量％を加える。その時のガラスフリットはビ
スマス（Ｂｉ）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　Ｏ：＋　）６〜２５重量部、酸化亜鉛（Ｚ
ｎＯ）３〜２０重量部、酸化ビスマス（［３＋、Ｏ＋）
６〜２（１１部とする。ト記ハＪスタ粒子粉末とガうス
フ１ｊ　、　（に対５で、有機バインダ２０重量％〜４
０重量％、溶剤８０重里％〜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７容融さ
せた後、水中３こいれて２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乙こ影響を与
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ノルタスク
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２こ、液晶表示装置の・＼リスフ素子を製造するた
めのさら５こ具体的な実施例を示す。

まず　粒径が１μｍ以下のＺｎＯ微粉末を１２００°Ｃ
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
で粉砕しで空気分級装置で分級５．５μｍ〜１０μｍの
粒径のＺｎＯ単結晶粒子を収率２１％で得た。そして、
１０００°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Ｚｎ○単結晶粒子粉末に
Ｃｏｔ’３を０．２５ｍ。

１％〜０．５％及びＭ　ｎ　Ｃｏ３を０．２５ｍｏ　１
　％〜０．５％の範囲で添加し、１０００°Ｃ〜１２０
０°Ｃで焼成してＺｎＯ粒子の表面を無機首絶縁膜で被
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、ビスマス（Ｂｉ）をトー
プしたホウ酸鉛亜鉛ガラスで構成されたガラスフッノド
を５０重量％、有機バインダとしてエチルセルロース（
粘度５Ｑｃｐｓ　）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図に示したようム二酸化インジウム酸化ス
ス（ＩＴＯ）からなる行電極１１及び画素′；極１２が
ｔめ設けらｎ、でいるガラス基十反１０上に、二のペー
ストを２５０メノンユのスクリーン印刷版を用いて所定
形状に印Ｈ１ｆ塗布し、これを空電中で４８０°Ｃで２
０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Ｓこハ１１スタの電流
−電圧特性は次式で示される。

１＝ＫＶ″ ここで、１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。本実施例では、
！　＝　１０　９（Ａ）及びＩ　＝　１０−”（Ａ）に
おける傾きからα値を求めた。

試料　　　　αイ１７【ｉ＼　　　１２４Ｂ　　　　　１８ここで、試料Ａは本発明のハ′ｌスタ素子、試料Ｂは従
来のバリスタ素子のそれぞれα値をネコでいる。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。

本実施例においては、ガラスフリットの組成に酸化ビス
マスを含んだものを示したが、酸化ビスマスに代えて酸
化マンガン、または酸化コバルト、または酸化アンチモ
ンとしても、同様の特性のバリスタ素子が得られる。

尚、本発明は液晶表示装置用のバリスタ素子のみならず
、−ＦＧ的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。

１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
つその性能が各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−育２置　を　ｉ尋　
る　二　上　つ・　可能　上　−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図はハＩＪ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；ま第３図中のＡ　−Ａ　
’線Ｓこそって切断巳たところを示す断面図、第５図は
第４図中の要部の鉱犬図、第６図：まバリスタ粒子の断
面図、第７図は二端子素子型液晶表示袋室の概略構成図
、第８図；まへ↑Ｊスタ素子の室圧−電流特性図、第９
図は液晶＃Ｊ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。ＩＩ・・行電極、１２・・・画素電極、１３・・・バリ
スタ素子、＋３ａ　　・・バリスタ粒子、１３ｂ・・・
ガラスフリット、１４・・液晶、１５・・列電極、１３
１　・・・Ｚｎ○単結晶粒子、１３２・・無機質絶縁膜第図（２ｎＯ原料粉）

Claims

【特許請求の範囲】

（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、酸化ビ
スマス６〜２０重量部とすることを特徴とするバリスタ
素子。
（２）請求項（１）の記載において、酸化ビスマスに代
えて酸化マンガンとすることを特徴とするバリスタ素子
。
（３）請求項（１）の記載において、酸化ビスマスに代
えて酸化コバルトとすることを特徴とするバリスタ素子
。
（４）請求項（１）の記載において、酸化ビスマスに代
えて酸化アンチモンとすることを特徴とするバリスタ素
子。
（５）導電性成分である酸化亜鉛に、Ｂｉ＿２Ｏ＿３，
Ｃｏ＿２Ｏ＿３，ＭｎＯ＿２，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被膜を施
したことを特徴とする請求項（１）〜（４）記載のバリ
スタ素子。