JPS62190818A - 電圧非直線性素子 - 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 本発明は印加電圧によって抵抗値が変化する電圧非直線
性素子に関するもので、電圧安定化、異常電圧制御、さ
らにはマ）　ＩＪワックス動の液晶、ＫＬなどの表示デ
バイスのスイッチング素子などに利用されるものである
。

従来の技術 従来の電圧非直線性素子は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）に酸化
ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）　、酸化コバ／ｌ／　）　（ｃ
Ｏ２０，）。

酸化マンカン（Ｍｎ０２）、酸化アンチモン（Ｓｂ２０
ｓ）などの酸化物を添加して、１０００’Ｃ〜１３５０
°Ｃで焼結したＺｎＯバリスタなど、種々のものがある
。その中で、ＺｎＯバリスタは電圧非直線指数α、サー
ジ耐量が大きいことから、最も一般的に使われている。

（特公昭４６−１９４７２号公報参照） 発明が解決しようとする問題点 このような従来の電圧非直線性素子は、ＺｎＯバリスタ
を初めとして、素子厚みを薄く（数十湖以下）するとと
に限界があるため、バリスタ電圧（バリスタに電流１ｍ
Ａ１流した時の電圧Ｖ１ｍＡで表される）を低くするこ
とに限界があり、低電圧用の保護素子や低い電圧におけ
る電圧安定化素子として使えないものであった。また、
上述したように１０００°Ｃ以上の高温プロセスを必要
とする几め、ガラス基板上あるいは回路基板上に電圧非
直線性素子を直接形成できないという問題があった。さ
らに、従来のものは並列静電容量が犬きく、例えば液晶
などのスイッチング素子としては不適当なものであるな
どの問題点を有していた。

問題点を解決するための手段 この問題点を解決するために本発明は、微粉末状の半導
体物質と微粉末状の導電性物質とを絶縁性の結合剤で固
め、電極を備えてなるものである。

作用 この構成によれば、低電流域においても電圧非直線指数
αの大きなものが得られ、また、微粉末状の導電性物質
を介在させていることによって、微粉末状の半導体物質
間の電気的接続を安定にし、特性のバラツキの少ない素
子が得られ、かっこの導電性物質の介在量によってバリ
スタ電圧を制御することもできることとなるため、電極
間距離に制御されることなく、たとえば電極間距離を上
記のように数十μｍ以下に極端に狭くして素子を形成し
なくても、低電圧化に適した素子がきわめて容易に得ら
れることとなる。そして、結合剤で固めて素子形成を行
う際に高温プロセスを必要とすることなく作ることがで
きるため、回路基板上に素子を直接形成することができ
、　ＺｎＯバリスタなどでは考えられない幅広い用途が
期待できるものである。さらに、微粉末状の半導体物質
を絶縁性の結合剤でもって固めたものである之め、それ
ぞれの半導体物質の間は微粉末状の導電性物質が介在さ
れているものの、接触面積が基本的に小さいことから並
列静電容量の小さなものが得られ、液晶などのデバイス
のスイッチング素子として最適な素子が提供できること
となる。

実施例 以下、本発明を実施例にもとづいて詳細に説明する。ま
ず、粒子径がＯ，ＯＳ〜１　μｍの微粒子状の酸化亜鉛
を７００〜１３００″Ｃで焼成した後、その焼結された
ＺｎＯをＯ，Ｓ〜５０μｍの粒子径（平均粒子径１〜１
０μｍ）に粉砕し、そのｚｎ。

微粉末にＢｉ２０５ｉ０．０５〜１０　ｍｏ１％添加し
、６００〜１３５０℃で１０〜６０分間、熱処理し、そ
のＺｎＯ微粉末表面にＢｉ２Ｏ、絶縁被膜を形成した。

ここで、微粉末状のＺｎＯの表面にはＢｉ２Ｏ５絶縁被
膜がほぼ数十〜数百人の厚さで薄く形成されていること
が認められた。次いで、このようにして作成したＢｉ　
２０５絶縁被膜が表面についたＺｎＯ微粉末群は弱い力
で互いに接着しているので、これを乳鉢あるいはポット
ミルでほぐし、微粉末状とした。次ぎに、上記のように
して得られたＢｉ２Ｏ５絶縁被膜が表面に形成された微
粉末状のＺｎＯに、微粉末状の導電性物質としてグラ７
フイト微粉末と、それら微粉末間の機械的結合を図る絶
縁性の結合剤（バインダー）としてポリイミド樹脂を添
加し、混合した。ここで、結合剤としてはポリイミド樹
脂の固形分が溶剤（例えばｎ−メチル−２−ボロリドン
）に対してＳ　ｗｔ％となるように薄めたものとし、そ
れｆ　ＺｎＯ微粉末とグラファイト粉末との合計分に対
して例えば等重量で混合し、ペイント状とした。次いで
、上記のようにして得られたペイントを第２図に示すよ
うにＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）電極１の設けら
れたガラス基板３上に、例えばス〉リーン印刷で塗布し
、その上に同じ（ＩＴＯ電極２の設けられたガラス基板
４を載置し、２８０〜４ｏＯ°Ｃで３０分間、大気中で
硬化させ、電極１．２間に電圧非直線性素子６を設けた
。第１図は、電圧非直線性素子６の拡大断面図であり、
６はＺｎＯ微粉末、７は微粉末状の導電性物質としての
グラファイト微粉末で、ＺｎＯ微粉末６問およびそのＺ
ｎＯ微粉末６と電極１，２との間の電気的接続を良好に
している。８はこれら微粉末６．７間を機械的に結合し
ている絶縁性の結合剤であり、この結合剤８でもって微
粉末６，７は互いに固められている。９はＺｎＯ微粉末
６の表面に施されたＢｉ２Ｏ５絶縁被膜である。第３図
はＩＴＯ電極１１Ｌ、１ｂが設けられたガラス基板３＆
上に電圧非直線性素子６を構成した場合を示している。

次に、上記のようにして作成された電圧非直線性素子の
電圧−電流特性について説明する。まず、第４図は第２
図の構成における電圧−電流特性を従来のＺｎＯバリス
タのそれと比較して示している。本発明の素子は、まず
酸化亜鉛を７００″Ｃで焼成し、これに”ｚｏｓｋ　ｏ
、５　ｍｏ１％添加したものを９００°Ｃ５６０分間熱
処理した後、この平均粒子径３〜５μｍのＺｎＯ微粉末
とグラファイト（平均粒子径３μｍ）微粉末との合計分
（グラファイト微粉末は全体のＳｗｔ％）に等重量の結
合剤をいれ混合したものにおいて、素子面積ｆ、１　ｍ
Ａ　。

電極間距離を３０μｍとした場合における特性を示して
いる。さて、電圧非直線性素子の電圧−電流特性は、よ
く知られているように近似的に次式％式％ ここで、Ｉは素子に流れる電流、Ｖは素子の電極間の電
圧、Ｋは固有抵抗の抵抗値に相当する定数、αは上述し
た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は大きい程、電圧非直線性が優れていることにな
る。

第４図の特性に示されるように、特性Ｂで示される従来
のＺｎＯバリスタは低電流域において電圧非直線指数α
が小さく、１０−４五以下の電流では良好な電圧非直線
性素子としての機能を発揮し得ない。−力、特性人で示
される本発明の素子では低電流域においても電圧非直線
指数αが犬きく、１０””０１程度の電流域でも十分に
電圧非直線性素子としての機能を発揮することができる
ことを示している。また、通常、ＺｎＯバリスタにおい
てはバリスタ特性を表わすのに、例えば素子に１ｍＡの
電流を流した時の電極間に現れる電圧をバリスタ電圧Ｖ
ｉｍＡと呼び、このバリスタ電圧ｖ１ｍＡと上記電圧非
直線指数αとを使用している。本発明の素子では、上述
したように、低電流域においても電圧非直線指数αが大
きく、バリスタ電圧を第４図に示すように例えばｖ１μ
Ａで表わすことができる。

このように本発明において、バリスタ電圧を低いものと
することができるのは、グラファイト微粉末を素子内に
分散させているため、これが電気的短絡路を作ることに
なシ、実質的に電極間距離が短くなったことに相当する
、いわゆる橋渡しの効果（電気的なバイパス効果）をし
ているためである。従って、導電性物質を適当な量で添
加すれば、電極間距離に制約されることなく、たとえば
電極間距離を極度に狭くしないでも素子を形成すること
ができる。

ｌた、本発明素子において低電流域でも電圧非直線指数
αが大きい理由は、現在のところ理由は明確とはなって
いないが、微粉末状の半導体物質（ＺｎＯ）を絶縁性の
結合剤でもって固めたものであるため、それぞれの半導
体物質の間は点接触となり、接触面積が小さいこと、ま
た結合剤が絶縁性のため、漏れ電流が小さくなっている
ことによるものと考えられる。

第６図は本発明において、微粉末状の導電性物質として
のグラファイト微粉末の添加量を変えた場合のバリスタ
電圧ｖ１μＡの変化する様子を示している。ここで、酸
化亜鉛の焼成温度など、その他の条件は第４図の場合の
条件と同一とした。第６図に示されるように、本発明素
子においては並列静電容量が従来のＺｎＯバリスタが１
ｏｏＯ〜２００００　ＰＦであるのに対して非常に小さ
いものとなっている。この並列静電容量が本発明素子に
おいて小さい理由は、上述したように半導体物質間の接
触面積が小さいことによるものである。

また５、第５図よりグラファイト微粉末の添加量によっ
てバリスタ電圧が変化する様子が認められるが、これは
上述したようにグラファイト微粉末の添加量によって電
気的なバイノくスが変るためと考えられる。

なお、上記の実施例においては、半導体物質としては、
ＺｎＯを例にとり説明したが、それ以外の半導体物質で
あっても差支えないことはもちろんである。また、同様
に絶縁被膜を構成する材料としては、Ｂｉ　２０５単独
に限られることはなく、Ｃｏ　、　Ｍｎ　、　Ｓｂ　　
、　ｋｌ　、　　Ｔｉ　、　Ｓｒ　、　Ｍｇ　。

Ｎｉ　、Ｏｒ　、Ｓｉなどの金属酸化物またはこれら金
属の有機金属化合物などでもよいものであり、それらを
単独または複数組合せて添加したものも使用することが
できるものである。また、導電性物質としては本実施例
のグラファイト以外に無定形炭素、例えばチャンネルブ
ラック、ファーネスブラック、アセチレンブラック、サ
ーマルブラック、ランプブラックなどでも良いものであ
り、それらを単独または組合せて使用することもできる
。

さらに、微粉末状の半導体物質と微粉末状の導電性物質
とを固める絶縁性の結合剤としては、ポリイミド樹脂の
他にも種々考えられることはもちろんであり、熱硬化性
樹脂、たとえばフェノール樹脂、フラン樹脂、ユリア樹
脂、メラミン樹脂。

不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エ
ポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ケイ素樹脂などでも良
いものである。

発明の効果 以上の説明より明らかなように本発明の電圧非直線性素
子は、低電流域における電圧非直線指数αが大きく、ま
た並列静電容量の小さな素子が得られることから、消費
電流の小さい液晶、ＫＬなどのデバイスのスイッチング
素子として最適な素子を提供できるものである。また、
微粉末状の導電性物質を介在させていることによって、
微粉末状の半導体物質間の電気的接続を安定にし、特性
のバラツキの少ない素子を得ることができ、かつこの導
電性物質の介在量によってバリスタ電圧を制御すること
ができるという利点が得られるため、電極間距離に制約
されることなく、たとえば電極間距離を極度に狭くしな
くてもバリスタ電圧の低い素子が得られ、上記電圧非直
線指数αが大きいことと相まって従来のＺｎＯバリスタ
では対応することのできなかった低電圧用ＩＣの保護素
子や低い電圧における電圧安定化素子として使用するこ
とができる。さらに、結合剤で固めて素子形成を行う際
に高温プロセスを必要とすることなく簡単にして作るこ
とができるため、回路基板上やガラス基板上に素子を直
接形成することができるものである。このように種々の
特徴を有する本発明の電圧非直線性素子は、今までのＺ
ｎＯバリスタなどでは考えられない幅広い用途が期待で
きるものであり、その産業性は大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる電圧非直線性素子の一実施例を
示す拡大断面図、第２図および第３図はそれぞれ本発明
の素子をガラス基板上に設けた実施例を示す断面図、第
４図は本発明素子と従来のＺｎＯバリスタの電圧−電流
特性を示す図、第６図は本発明素子においてグラファイ
ト微粉末の添加量を変えた場合の電圧非直線指数α、バ
リスタ電圧ｖ１μＡおよび並列静電容量Ｃの変化する様
子を示す図である。 １．１１Ｌ、１ｂ、２・・・・・・ＩＴＯ電極、３　、
３Ｌ。 ４・・・・・・ガラス基板、５・・・・・・電圧非直線
性素子、６・・・・・・ＺｎＯ微粉末、７・・・・・・
グラファイト微粉末、８・・・・・・結合剤、９・・・
・・・Ｂｉ２Ｏ５絶縁被膜。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はが１名花　
１　図 第４図 一力　電圧（１／） 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）薄い絶縁被膜を施した微粉末状の半導体物質と微
   粉末状の導電性物質とを絶縁性の結合剤で固め、電極を
   備えてなることを特徴とする電圧非直線性素子。
2. （２）微粉末状の導電性物質が少なくともグラファイト
   または無定形炭素を含んでなることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の電圧非直線性素子。