JP2002367524A

JP2002367524A - 表示装置

Info

Publication number: JP2002367524A
Application number: JP2001169674A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Seki; 敦司関
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-06-05
Filing date: 2001-06-05
Publication date: 2002-12-20

Abstract

(57)【要約】【課題】放電電極がスパッタされても透過率の劣化を
抑制し、かつ電気的リークの発生を防止することができ
る表示装置を提供すること。【解決手段】プラズマセル３内部の放電チャネル１３
を構成する放電電極１０を金属ホウ化物で被覆し、放電
ガスとして充填される気体を窒素とする。スパッタされ
た金属ホウ化物と窒素が反応して生成される金属窒化物
は、絶縁性で、しかも金属ホウ化物よりも色が薄く、光
学的に透明に近い。したがって、当該金属窒化物が画素
開口部に付着しても、金属ホウ化物と比べて透過率を劣
化させる度合いが小さく、また、絶縁性なので電気的リ
ークを起こすことはない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ放電を利
用した表示装置に関し、更に詳しくは、表示装置を構成
するプラズマセルに充填されるイオン化可能な気体（放
電ガス）の種類と放電電極構成材料の組み合わせに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】プラズマ放電を利用した表示装置は、所
定の間隙を介して互いに接合し密閉された空間を形成す
る一対の基板と、この空間に充填されたイオン化可能な
気体と、少なくとも片方の基板に形成され当該気体をイ
オン化して放電を発生させる電極とを備えている。

【０００３】プラズマ放電を利用した表示装置において
は、放電に用いる電極、特にＤＣ放電でカソード側の電
極は、陽電荷を帯びたイオンのスパッタを受けることに
なるが、これに起因して、以下のような問題が生ずる。

【０００４】第１に、スパッタされた放電電極材料が画
素開口部に付着して、透過率が劣化するという問題があ
る。プラズマセルと液晶セルとを組み合わせたプラズマ
アドレス型の液晶表示装置（ＰＡＬＣ；Plasma Address
ed Liquid Crystal display）では、光源としてバック
ライトが用いられるが、プラズマセルの画素開口部に不
透明な電極構成材料のスパッタ物が付着すると、バック
ライトの光透過が阻害され、表示装置の輝度が低下す
る。

【０００５】第２に、スパッタされた放電電極の構成材
料が基板内面に付着して電気的リークを引き起こすおそ
れがある。これには、スパッタ付着物による電極間のシ
ョートや、隣接画素間での画像信号の漏れによる混色等
があり、何れもスパッタ現象により基板内面に連続膜的
に付着した電極構成材料が原因とされ、画面不良をもた
らすことになる。

【０００６】このように、プラズマ放電を利用する表示
装置においては、放電電極のスパッタ物に起因して種々
の問題が生じる。そこで従来では、この放電電極のスパ
ッタ現象を抑制する手段を講じて表示装置の寿命の向上
を図っていた。

【０００７】例えば、プラズマセルに充填されるイオン
化可能な気体に水銀蒸気を添加することによって、放電
電極のスパッタを抑制していた。しかし、水銀は有毒で
あり、取り扱いに配慮が必要となること、水銀蒸気の励
起により紫外線が発生し、デバイスに影響を与えるこ
と、更に、水銀の蒸気圧は温度によって大きく変化する
ため、使用条件により表示装置の寿命が大きく左右され
ること、等の実用上解決すべき多くの問題がある。

【０００８】一方、特開２０００−２６８７３６号公報
においては、イオン化可能な気体すなわち放電ガスとし
てクリプトン又はキセノンから選択された不活性元素を
主体とし、放電電極にはホウ化物からなる保護膜を被覆
した構成の表示装置が提案されている。放電ガス及び放
電電極に上記の組み合わせを採用することによって、放
電電極のスパッタ率を低下させ、表示装置の高寿命化を
図ったものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、キセノ
ンのような不活性ガスを放電ガスとする場合には、スパ
ッタされた放電電極材料は金属ホウ化物として基板内面
に付着するか、あるいはスパッタ時に還元され、金属と
して基板内面に付着する。いずれの場合も不透明かつ導
電性であるので透過率の劣化及び電気的リークの原因と
なる。

【００１０】近年、表示装置の更なる高解像化が要求さ
れている。これに伴って、画素サイズの更なる小型化が
進められているが、画素サイズの小型化によって放電電
極の形成ピッチがより狭まることになる。したがって、
放電電極のスパッタ率を低減しても、電極間の相対距離
の縮減により表示装置の高寿命化に大きな効果を期待す
ることができなくなっている。

【００１１】このため、放電電極のスパッタ現象に起因
する透過率の劣化及び、電気的リークの発生を防止する
ためには、放電電極のスパッタ現象を抑制する手段を講
じるよりも、放電電極がスパッタされても上記問題が発
生しないようにすることが必要である。

【００１２】本発明は上述の問題に鑑みてなされ、放電
電極がスパッタされても透過率の劣化を抑制し、かつ電
気的リークの発生を防止することができるプラズマ放電
を利用した表示装置を提供することを課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するに
当たり、本発明の表示装置は、放電電極が金属ホウ化物
を含むと共に、放電ガスとして充填される気体が窒素で
あることを特徴としている。

【００１４】スパッタされた放電電極材料（金属ホウ化
物）は、窒素と反応して金属窒化物となり、基板内面に
付着する。金属ホウ化物と窒素が反応して生成される金
属窒化物は、絶縁性で、元の金属ホウ化物より色が薄
く、より透明に近い。したがって、当該金属窒化物が基
板内面に付着しても、金属ホウ化物と比べて透過率を劣
化させる度合いが小さく、また、絶縁性なので電気的リ
ークを起こすことはない。なお、窒素に代えて、酸素を
放電ガスとして用いた場合にも同様な効果を得ることが
できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。本実施の形態ではＤＣ放電
を利用したプラズマアドレス型の液晶表示装置（以下、
単に表示装置という。）に本発明を適用した例について
説明する。

【００１６】図１は、本発明の実施の形態による表示装
置１の構成を模式的に示している。表示装置１は、表示
セル２と、プラズマセル３と、これらの間に介在する薄
板ガラスなどからなる中間基板４とを積層したフラット
パネル構造を有している。

【００１７】表示セル２は、ガラス板などからなる上側
基板５を用いて構成されており、その内側主面にはＩＴ
Ｏ膜などの透明導電膜からなる複数本の信号電極６が列
方向に沿って互いに平行に形成されている。上側基板５
は、シール材７を用いて所定の間隙を介して中間基板４
に接着され、この間隙内に電気光学物質として液晶８が
封入充填されている。なお図示せずとも、上側基板５の
上方にはカラーフィルタ、偏光板が配置されているもの
とする。

【００１８】プラズマセル３は、ガラス板などからなる
下側基板９を用いて構成されている。下側基板９の内側
主面上には信号電極６と直交して行方向に延在する複数
本の放電電極（走査電極）１０が形成されている。この
放電電極１０は、金属アルミニウム膜をスパッタリング
しストライプ状にパターニングしたり、ニッケルなどを
含有した導電ペーストを印刷した後数百℃程度で焼成す
ることによって形成され、一対毎にアノードＡ及びカソ
ードＫとなり、プラズマ放電を発生させる。放電電極１
０は、隔壁１１によって一対のアノードＡ及びカソード
Ｋ毎に区切られている。隔壁１１はその頂部が中間基板
４に当接することによってスペーサとしての役割を果た
す。下側基板９はガラスフリット１２を用いて中間基板
４に接合され、両者の間に密閉された空間が形成されて
いる。この空間は、隔壁１１によって区画されており、
個々に行状の放電チャネル１３を構成している。なお図
示せずとも、下側基板９の下方には偏光板、バックライ
トが配置されているものとする。

【００１９】放電チャネル１３の内部には、イオン化可
能な放電用の気体が封入されている。具体的には、下側
基板９に形成した排気通路１４及びこれに連通するガラ
スチップ管１５を介して内部領域を排気した後、イオン
化可能な気体を充填し、ガラスチップ管１５を封じ切る
ことによって封入充填される。ガラスチップ管１５の内
部にはゲッタが留置されており、これを加熱処理するこ
とでイオン化可能な気体以外の不要なアウトガスを吸収
する。図示するように、一本の放電チャネル１３は一対
のアノードＡとカソードＫを含んでおり、互いに反対極
性の放電電圧を印加すると、気体がイオン化し、内部が
プラズマで満たされる。

【００２０】上記のように構成される表示装置１は、列
状の信号電極６と行状の放電電極１０との間で画素が規
定される。プラズマ放電が行われる行状の放電チャネル
１３を線順次で切り換え走査すると共に、この走査に同
期して表示セル１側の列状信号電極６に画像信号を印加
することにより表示駆動が行われる。放電チャネル１３
内にプラズマが発生すると、内部はほぼ一様にアノード
電位になり、一行毎の画素選択が行われる。すなわち、
放電チャネル１３はサンプリングスイッチとして機能す
る。プラズマサンプリングスイッチが導通した状態で各
画素に画素信号が印加されるとサンプリングが行われ、
画素の点灯もしくは消灯が制御できる。プラズマサンプ
リングスイッチが非導通状態になった後にも画像信号は
そのまま画素内に保持される。

【００２１】さて、本実施の形態においては、プラズマ
セル３に封入充填するイオン化可能な気体は、窒素とさ
れる。また、放電電極１０のうち少なくともカソードＫ
は金属ホウ化物からなる保護膜１６で被覆されている。
保護膜１６は、電着により堆積したＬａＢ₆からなる。
場合によっては、ＬａＢ₆に代えて、ＮｂＢ₆、ＧｄＢ
₆、ＹＢ₆等の他の金属ホウ化物を用いることができ
る。

【００２２】ＬａＢ₆で代表されるホウ化物は、耐スパ
ッタ性に優れており、アルミニウムもしくはニッケルな
どからなる放電電極１０をプラズマ中に含まれるイオン
の衝撃から有効に保護することができ、水銀を添加しな
くてもプラズマセルの長寿命化を図ることができる。ま
た、ＬａＢ₆で代表されるホウ化物は、比較的高い二次
電子放出特性を備えており、放電電極１０を被覆しても
プラズマ放電の発生及び維持に悪影響を与えない。

【００２３】保護膜１６の形成方法としては、電着液を
満たした電着槽の中に電極基板（下側基板９）と対向電
極とを浸漬し、電極基板を負極側、対向電極を正極側に
各々接続して、例えば３０Ｖで１分〜１０分電着を行う
ことにより、放電電極の上に数μｍ〜数十μｍの電着膜
を堆積させることができる。特に、電着法を用いること
で特定のホウ化物を比較的低温で成膜することが可能と
なり、成膜プロセス中での酸化を防ぐことができる。

【００２４】次に、以上のように構成される本実施の形
態の表示装置１の作用について説明する。

【００２５】線順次で走査される各放電チャネル１３で
は、アノードＡに対してカソードＫを負電位とすること
でプラズマ放電が発生し、その後、カソードＫをアノー
ドＡと同電位に戻して放電を終了させる。この時点での
放電チャネル１３内は、プラズマ放電によって発生した
荷電粒子が残っていて導電性であるためアノードＡと同
電位となる。この状態でアノードＡの電位を基準として
信号電極６に画像信号（電圧）を印加すると、この電圧
Ｖは液晶８と中間基板４に印加される。そして、液晶８
には、図２に示すように中間基板４の容量Ｃ１と液晶８
の容量Ｃ２との比で分割された電圧（Ｖ・Ｃ１／Ｃ２）
が印加され、液晶８層が充電される。

【００２６】放電終了からある一定時間の後に空間電荷
が消滅すると、放電チャネル１３内は絶縁状態となり、
図２のスイッチＳＷが切れたことと等価となる。従って
これ以上、液晶８に電圧は印加されず、次の放電が行わ
れるまで液晶８に充電された電荷が保持される。これは
いわゆるアクティブマトリックス駆動と等価な動作であ
り、図示しない偏光板、バックライトと組み合わせてこ
の動作による線順次走査を行うことによって、表示セル
２に画像が表示される。

【００２７】一方、放電チャネル１３内においてプラズ
マ放電にさらされるカソードＫの保護膜１６は、イオン
からの衝撃を受けてスパッタされる。スパッタされた保
護膜１６の構成材料は、窒素と反応して金属窒化物とな
る。特に、保護膜１６をホウ化ランタン（ＬａＢ₆）で
構成する本実施の形態では、窒化ランタンが生成され
る。生成された金属窒化物（窒化ランタン）は、放電チ
ャネル１３の内壁面を構成する下側基板９の上面や中間
期板４の下面といった画素開口部に付着する。

【００２８】金属ホウ化物と窒素が反応して生成される
金属窒化物は絶縁性で、しかも、金属ホウ化物よりも色
が薄いため光学的にはより透明に近い。したがって、プ
ラズマ反応生成物としての窒化ランタンが、放電チャネ
ル１３内の画素開口部に付着しても、透過率を劣化させ
る度合いが小さく、また、絶縁性なので電気的リークを
引き起こすこともない。

【００２９】したがって本実施の形態によれば、プラズ
マ放電によって放電電極１０（特にカソードＫ）がスパ
ッタされても、スパッタされた電極構成材料を原因とす
る透過率の劣化を抑制することができると共に、電気的
リークの発生を防止することができる。

【００３０】

【実施例】本発明の効果を確認するため、実際にプラズ
マアドレス型の表示装置を作製してエージング試験を行
った。プラズマセルの放電電極としてニッケル電極を印
刷法で形成し、その表面に保護膜としてＬａＢ₆（新日
本金属製ＬａＢ₆−Ｆ）と低融点ガラス（旭ガラス製１
３０７Ｆ）の混合粉末（重量比１：１）を電着して被覆
した。作製したプラズマセルは、図３に示すように放電
チャネルのピッチ（隔壁１１間の距離）が１ｍｍ、アノ
ードＡ及びカソードＫの幅が何れも０．１ｍｍ、電極間
距離（アノードＡ中央とカソードＫ中央の間の距離）が
０．５ｍｍである。放電ガスとして窒素を封入した。圧
力は３０Ｔｏｒｒ（４０００Ｐａ）である。

【００３１】上記の構成でパネルライフの加速試験を行
った。その結果、約１００時間放電させた場合には透過
率の劣化は５％以下、更に詳しくは、２％以下であっ
た。また、電気的なリークによる混色は確認されなかっ
た。

【００３２】比較例として、上記構成のプラズマチャン
バ内に放電ガスとしてＡｒを用いて同様の試験を行っ
た。その結果、透過率の劣化は５％以上、更に詳しくは
約１０％であった。また、電気的なリークによる混色が
明確に確認された。なお、ガス圧力及び放電時間は、そ
れぞれ３０Ｔｏｒｒ（４０００Ｐａ）及び約１００時間
であり、上記実施例と同様である。

【００３３】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発
明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

【００３４】例えば以上の実施の形態では、表示装置と
してＤＣ放電を採用したプラズマアドレス型の液晶表示
装置を例に挙げて説明したが、これに限ることなく、Ｄ
Ｃ放電又はＡＣ放電を利用したプラズマ表示装置に対し
ても、本発明は適用可能である。

【００３５】また、以上の実施の形態では、放電ガスと
して窒素を用いたが、スパッタされた電極構成材料と反
応することによって電気的に絶縁性で、かつ、光学的に
透明な又は透明に近い物質を生成する気体として、酸素
を放電ガスとして用いた場合でも、本発明の効果を得る
ことができる。この場合、金属ホウ化物と酸素が反応し
て生成される金属酸化物は、絶縁性で、元の金属ホウ化
物よりも色が薄く、より透明に近い。したがって、当該
金属酸化物が基板内面に付着しても、金属ホウ化物と比
べて透過率を劣化させる度合いが小さく、また、絶縁性
なので電気的リークを起こすことはない。

【００３６】更に、以上の実施の形態では、カソードＫ
の保護膜１６をホウ化ランタンを用いて形成したが、こ
れに限らず、上述のホウ化ニオブ、ホウ化ガドリニウ
ム、ホウ化イットリウムも含めて、ホウ化ジルコニウム
やホウ化クロム、ホウ化チタンなどを用いることも可能
である。

【００３７】なお、本発明の効果を得るにあたり、上記
の各金属ホウ化物は必ずしも電極全面に形成する必要は
なく、例えば電極表面に部分的に形成する等、電極に金
属ホウ化物を含む構成であればよい。

【００３８】更に又、以上の実施の形態では電気光学物
質として液晶を用いたが、電場の形成によって屈折率等
の光学的性質が変化する電気光学効果を備えた他の材料
を用いて本発明の表示装置を構成することも可能であ
る。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、以
下の効果を得ることができる。

【００４０】すなわち本発明の請求項１の表示装置によ
れば、スパッタされた電極構成材料による透過率の劣化
を抑制することができると共に、電気的リークの発生を
防止することができ、プラズマ放電を利用した表示装置
の高寿命化を図ることができる。

【００４１】請求項２の発明によれば、放電電極のスパ
ッタによる劣化、摩耗を効果的に防ぐことができる。

【００４２】請求項３の発明によれば、短時間で、しか
も比較的低温で保護膜を所望の膜厚で形成することがで
きる。

【００４３】また、本発明の請求項４の表示装置によれ
ば、スパッタされた電極構成材料による透過率の劣化を
抑制することができると共に、電気的リークの発生を防
止することができ、プラズマアドレス型の表示装置の高
寿命化を図ることができる。

【００４４】請求項５の発明によれば、放電電極のスパ
ッタによる劣化、摩耗を効果的に防ぐことができる。

【００４５】請求項６の発明によれば、短時間で、しか
も比較的低温で保護膜を所望の膜厚で形成することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による表示装置の構成を示
す断面図である。

【図２】本発明の実施の形態の作用を説明する同表示装
置の要部の等価回路である。

【図３】本発明の実施例を説明する同表示装置の要部の
側面図である。

【符号の説明】

１…表示装置、２…表示セル、３…プラズマセル、４…
中間基板、５…上側基板、６…信号電極、８…液晶（電
気光学物質）、９…下側基板、１０…放電電極（走査電
極）、１３…放電チャネル、１６…保護膜、Ａ…アノー
ド、Ｋ…カソード。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の間隙を介して互いに接合し密閉さ
れた空間を形成する一対の基板と、前記空間に封入され
たイオン化可能な気体と、少なくとも片方の基板に形成
され前記気体をイオン化して前記空間に放電を発生させ
る電極とを備えた表示装置において、前記電極が金属ホウ化物を含むと共に、前記気体が窒素又は酸素であることを特徴とする表示装
置。
【請求項２】前記電極が、金属ホウ化物からなる保護
膜で被覆されてなることを特徴とする請求項１に記載の
表示装置。
【請求項３】前記保護膜が、電着により堆積したＬａ
Ｂ₆からなることを特徴とする請求項２に記載の表示装
置。
【請求項４】中間基板を介して互いに重なった表示セ
ルとプラズマセルからなるフラットパネル構造を有し、
前記表示セルは、所定の間隙を介して前記中間基板に接
合する上側基板と、前記間隙に注入された電気光学物質
と、前記上側基板に列状に形成され画像信号が印加され
る信号電極とを備えると共に、前記プラズマセルは、所
定の間隙を介して前記中間基板に接合し密閉された空間
を形成する下側基板と、前記空間に封入されたイオン化
可能な気体と、前記下側基板に行状に形成され前記気体
をイオン化して前記空間に放電を発生させる走査電極と
を備えた表示装置において、前記走査電極が金属ホウ化物を含むと共に、前記気体が窒素又は酸素であることを特徴とする表示装
置。
【請求項５】前記走査電極が、金属ホウ化物からなる
保護膜で被覆されてなることを特徴とする請求項４に記
載の表示装置。
【請求項６】前記保護膜が、電着により堆積したＬａ
Ｂ₆からなることを特徴とする請求項５に記載の表示装
置。