JP3042109B2 - 画像表示装置 - Google Patents

画像表示装置

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JP3042109B2
JP3042109B2 JP3329703A JP32970391A JP3042109B2 JP 3042109 B2 JP3042109 B2 JP 3042109B2 JP 3329703 A JP3329703 A JP 3329703A JP 32970391 A JP32970391 A JP 32970391A JP 3042109 B2 JP3042109 B2 JP 3042109B2
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electrodes
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  • Liquid Crystal (AREA)
  • Gas-Filled Discharge Tubes (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマを利用して電
気光学材料層を駆動し画素選択を行う画像表示装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】例えば、液晶ディスプレイを高解像度
化,高コントラスト化するための手段としては、各表示
画素毎にトランジスタ等の能動素子を設け、これを駆動
する方法(いわゆるアクティブマトリクスアドレス方
式)が一般に行われている。しかしながら、この場合、
薄膜トランジスタの如き半導体素子を多数設ける必要が
あることから、特に大面積化したときに歩留りの問題が
懸念され、どうしてもコスト高になるという大きな問題
が生ずる。
【0003】そこで、これを解決する手段として、ブザ
ク等は、特開平1−217396号公報において、能動
素子としてMOSトランジスタや薄膜トランジスタ等の
半導体素子の代わりに放電プラズマを利用する方法を提
案している。以下、放電プラズマを利用して液晶を駆動
する画像表示装置の構成を簡単に説明する。
【0004】この画像表示装置は、プラズマ・アドレス
・液晶表示装置(PALC)と称されるもので、図10
に示すように、電気光学材料層である液晶層101と、
プラズマ室102とが、ガラス等からなる薄い誘電体の
シート103を介して隣接配置されてなるものである。
プラズマ室102は、ガラス基板104に互いに平行な
複数の溝105を形成することにより構成されるもの
で、この中にはイオン化可能なガスが封入されている。
また、各溝105には、互いに平行な一対の電極10
6,107が設けられており、これら電極106,10
7がプラズマ室102内のガスをイオン化して放電プラ
ズマを発生するためのアノード及びカソードとして機能
する。
【0005】一方、液晶層101は、前記誘電体のシー
ト103と透明基板108とによって挟持されており、
透明基板108の液晶層101側の表面には、透明電極
109が形成されている。この透明電極109は、前記
溝105によって構成されるプラズマ室102と直交し
ており、これら透明電極109とプラズマ室102の交
差部分が各画素に対応している。
【0006】上記画像表示装置においては、プラズマ放
電が行われるプラズマ室102を順次切り換え走査する
とともに、液晶層102側の透明電極109にこれと同
期して信号電圧を印加することにより、該信号電圧が各
画素に保持され、液晶層102が駆動される。したがっ
て、各溝105,すなわち各プラズマ室102がそれぞ
れ1走査ラインに相当し、走査単位毎に放電領域が分割
されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
に放電プラズマを利用した画像表示装置では、半導体素
子を用いたものより大面積化が容易に行われるものと考
えられるが、実用化に当たっては様々な問題を残してい
る。例えば、液晶層101とプラズマ室102の間に誘
電体シート103が存在するために、隣接する画素間で
表示のクロストークが発生し易いという問題を有する。
すなわち、PALCにおいては、対向する2つの電極
(液晶セル側の表示電極である透明電極109及びプラ
ズマセル側において走査電極として機能する放電プラズ
マ)の間に誘電体シート103が存在し、通常の液晶表
示素子と比較して対向電極間の距離が10倍以上にもな
る。そのため、隣接する画素への電界の侵入が大きくな
り、表示のクロストークを起こす。
【0008】そこで本発明は、かかる従来のものの有す
る課題を解決するために提案されたものであって、クロ
ストークが少なく、大画面で表示品位の優れた画像表示
装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の画像表示装置は、一主面上に第1電極を
有する第1の基板と、一主面上に第2電極を有する第2
の基板とを備え、これら第1の基板と第2の基板が第1
電極と第2電極が対向する如く互いに略平行に配置され
てなり、前記第1の基板の第1電極と接するように電気
光学材料層が間挿されるとともに、前記電気光学材料層
と第2の基板間の空間にイオン化可能なガスが封入され
て放電領域とされ、前記第1電極が画素に対応して分割
されるとともに、ブラックマトリクス領域において電気
的に接続されていることを特徴とするものである。
【0010】
【作用】本発明の画像表示装置においては、液晶セル側
の電極が、各画素に対応して分割されているので、隣接
画素電極への電界の侵入が抑制され、クロストークが抑
えられる。なお、各画素に対応して分割された電極にお
いては、電界が電極エッジ部分に集中して輝線となる
が、この部分はブラックマトリクスによって覆い隠され
るので、表示画像に影響を及ぼすことはない。
【0011】また、前記分割された電極は、ブラックマ
トリクス領域において電気的に接続されているので、駆
動に支障をきたすことはない。
【0012】
【実施例】以下、本発明を適用した具体的な実施例につ
いて、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施例の
画像表示装置は、図1に示すように、表示電極3が形成
された平坦な第1の基板1と、前記表示電極3と直交す
る複数の平行な溝4が形成されるとともにこの溝4内に
放電用電極5が形成されてなる第2の基板2との間に、
電気光学材料層である液晶層6を間挿し、さらに前記液
晶層6と第2の基板2との間の空間、すなわち前記溝4
内を放電領域としてなるものである。
【0013】これら基板1,2は、ここでは非導電性で
光学的に透明な材料により形成されるが、これは透過型
表示装置を考慮してのことで、直視型あるいは反射型表
示装置とする場合には、いずれか一方の基板が透明であ
ればよい。
【0014】上記第1の基板1には、図2に示すよう
に、その1主面1aに表示電極3が形成されるととも
に、各画素の境界に沿って若干の幅を持ったブラックマ
スク7が碁盤目状に形成され、さらにカラーフィルター
層8が形成されている。そして、この基板1と基板2と
がガラス、雲母、プラスチック等からなる誘電体膜9及
びスペーサ10を介して貼り合わされ、該誘電体膜9と
基板1との間の隙間にネマチック液晶等の液晶材料が充
填され、液晶層6が構成されている。すなわち、これら
第1の基板1、液晶層6及び誘電体膜9によって、いわ
ゆる液晶セルが構成された形になっている。
【0015】なお、上記誘電体膜9は、液晶層6と放電
領域の絶縁遮断層として機能するものであり、この誘電
体膜9が無いと液晶材料が放電領域(溝4)内に流れ込
んだり、放電領域内のガスにより液晶材料が汚染される
虞れがある。
【0016】一方、第2の基板2にも一対の放電用電極
5が細い帯状電極として形成されるとともに、上記誘電
体膜9が上記各溝4を塞ぐ形で貼り付けられ、この第2
の基板2と誘電体膜9の間の空間、すなわち各溝4内の
空間が放電プラズマを発生する放電領域とされている。
そして、この放電領域は、溝4間に形成された隔壁11
によって仕切られ、それぞれ独立したプラズマ室P1
2 ,P3 ・・・Pn とされている。
【0017】上記プラズマ室P1 ,P2 ,P3 ・・・P
n 内には、イオン化可能なガスが封入され、放電によっ
てプラズマを発生するようになされているが、このイオ
ン化可能なガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴ
ン、あるいはこれらの混合ガス等が用いられる。また、
上記放電用電極5は、上記溝4内に互いに平行に2本ず
つ形成されており、これら電極間の放電によって前記溝
4内に放電プラズマが発生する。したがって各プラズマ
室P1 ,P2 ,P3 ・・・Pn が各走査線に対応してい
る。
【0018】以上が本実施例の画像表示装置の概略構成
であるが、各基板1,2にはそれぞれ前記液晶層6を駆
動するための電極が形成されている。そこで、次にこれ
ら電極構成について説明する。
【0019】先ず、上記第1の基板1のうち上記第2の
基板2と対向する主面1a上には、所定の幅をもった表
示電極3が複数形成されている。これら表示電極3は、
例えばインジウム錫オキサイド(ITO)等の透明導電
材料により形成されており、光学的に透明である。各表
示電極3は、互いに平行に配列され、例えば画面に垂直
に配列されるものであるが、本例では、図3に示すよう
に、帯状の電極が各画素に応じて若干の接続部3aを残
して分割されており、各画素に対応して矩形電極部3b
が形成されている。
【0020】そして、これら各接続部3a及び矩形電極
部3bの周縁部分は、先の碁盤目状のブラックマスク7
(すなわちブラックマトリクス領域)と重なり合うよう
に配置され、表示画面には表れないように隠蔽されてい
る。
【0021】一方、第2の基板2のうち上記第1の基板
と対向する主面2a上にも、やはり放電用電極5が形成
されている。これら放電用電極5も、平行な線状電極で
あるが、その配列方向は先の第1の基板1上に形成され
た表示電極3と直交する方向である。すなわち、これら
放電用電極5は画面に水平に配列されている。また、こ
れら放電用電極5は、アノード電極A1 ,A2 ,A3
・・An-1 ,An とカソード電極K1 ,K2 ,K3 ・・
・Kn-1 ,Kn からなり、これらを対にして放電用電極
が構成されており、各プラズマ室P1 ,P2 ,P3 ・・
・Pn 内にそれぞれ配置されている。
【0022】図4に第1の基板1に形成された表示電極
3と第2の基板に形成された放電用電極5の配列状態を
模式的に示す。ここで、第1の基板1の表示電極3に
は、データドライバ回路12と出力増幅器13とで構成
された第1信号印加手段が接続され、各出力増幅器13
から出力されるアナログ電圧が液晶駆動信号として供給
される。
【0023】これに対して、第2の基板2上の放電用電
極5のうち、各カソード電極K1 ,K2 ,K3 ・・・K
n-1 ,Kn には、データストローブ回路14と出力増幅
器15から構成される第2信号印加手段が接続されてお
り、各出力増幅器15から出力されるパルス電圧がデー
タストローブ信号として供給される。また、各アノード
電極A1 ,A2 ,A3 ・・・An-1 ,An には、共通の
基準電圧(接地電圧)が印加される。
【0024】したがって、第2の基板2に形成された放
電用電極5の接続構造は、図5に示す通りである。ま
た、表示面の全体にわたって画像を形成するために、前
記データドライバ回路12及びデータストローブ回路1
4と接続して走査制御回路16が設けられている。この
走査制御回路16は、データドライバ回路12とデータ
ストローブ回路14との機能を調整し、液晶層6の全て
の画素列について、行から行へと順次アドレス指定する
ものである。
【0025】上述の構成を有する画像表示装置において
は、液晶層6が第1の基板1に形成された帯状電極3に
印加されるアナログ電圧のサンプリング・キャパシタと
して機能し、各プラズマ室P1 ,P2 ,P3 ・・・Pn
内に発生する放電プラズマがサンプリング・スイッチと
して機能することで画像表示が行われる。この画像表示
動作を説明するためのモデルが図6である。図6におい
て、各画素に対応する液晶層6は、キャパシタ・モデル
17として捉えることができる。すなわち、キャパシタ
・モデル17は、表示電極3と各プラズマ室P1
2 ,P3 ・・・Pn が重なった部分に形成される容量
性液晶セルを表している。
【0026】いま、各表示電極3にデータドライバ回路
12よりアナログ電圧が印加されているとする。ここ
で、第2の基板2のカソード電極K1 にデータストロー
ブ信号(パルス電圧)が印加されていないと、すなわち
オフ状態であると、アノード電極A1 とカソード電極K
1 での放電が起こらず、プラズマ室P1 内のガスはイオ
ン化されていない状態となる。したがって、プラズマ・
スイッチS1 (帯状電極3とアノード電極A1 との電気
的接続)もオフの状態となって、表示電極3に如何なる
アナログ電圧が印加されても、各キャパシタ・モデル1
7にかかる電位差に変化はない。
【0027】一方、第2の基板2のカソード電極K2
データストローブ信号が印加されていると、すなわちオ
ン状態であるとすると、アノード電極A2 とカソード電
極K2 間での放電によりガスがイオン化され、プラズマ
室P2 内にイオン化領域(放電プラズマ)が発生する。
すると、いわゆるプラズマ・スイッチング動作によって
表示電極3とアノード電極A2 が電気的に接続された状
態となり、回路的に見たときにはプラズマ・スイッチS
2 がオンされたのと等価な状態となる。
【0028】その結果、カソード電極K2 がストローブ
されている列のキャパシタ・モデル17には、表示電極
3に供給されるアナログ電圧がストアされる。そして、
カソード電極K2 へのストローブが終了し放電プラズマ
が消失した後も、次のストローブが行われるまでの間
(少なくともその画像のフィールド期間中)はこのアナ
ログ電圧がキャパシタ・モデル17にそれぞれストアさ
れたままの状態となり、表示電極3に印加されるアナロ
グ電圧のその後の変化の影響を受けない。
【0029】したがって、カソード電極K1 ,K2 ,K
3 ・・・Kn-1 ,Kn を順次アドレス指定してデータス
トローブ信号を印加し、プラズマ室P1 ,P2 ,P3
・・Pn に順次放電プラズマを発生させると同時に、各
表示電極3にこれに同期して液晶駆動信号をアナログ電
圧として印加することで、プラズマ・スイッチが薄膜ト
ランジスタ等の半導体素子と同様に能動素子として働
き、アクティブマトリクスアドレシング方式と同様に液
晶層6が駆動される。
【0030】このとき、本実施例の表示装置において
は、表示電極3を画素部分で一次元的に見たときに、矩
形電極部3bに分割されており、見掛け上断続している
ことになる。すると、各矩形電極3b間のギャップ(隙
間)に等電位線が入り込んでレンズ効果が現れる。その
結果、電界は矩形電極部3bの電極エッジ部分に集中
し、矩形電極部3bのエッジ部分は輝線となってオンす
るが、それ以上はオン部分は広がらない。
【0031】したがって、表示電極3が矩形電極部3b
に分割されていれば、前記レンズ効果によってクロスト
ークは抑止できることになる。また、各矩形電極部3b
の周縁部分はブラックマスク7に隠れる形になるので、
前記輝線となるエッジ部分が表示画像に影響を及ぼすこ
とはない。また、各矩形電極部3bは、やはりブラック
マスク7によって隠蔽される接続部3aによって電気的
に接続されているので、何ら駆動に支障はない。
【0032】実際、表示電極3を分割したことによる効
果を確かめるため、通常の帯状電極を表示電極とする画
像表示装置も作製し、クロストークを調べた。先ず、帯
状電極を表示電極とする画像表示装置では、表示電極が
連続したストライプであるためにクロストークが顕著に
現れた。これに対して、本実施例の画像表示装置では、
矩形電極3b間のギャップによりクロストークが抑えら
れ、コントラストが高く色純度の良い高品位な画像表示
が可能であった。
【0033】以上のように、液晶セル側の表示電極3を
分割することでクロストークを抑制することが可能であ
るが、水平方向(Horizontal方向)及び垂直方向(Vert
ical方向)のクロストークをいずれも効果的に抑えるた
めには、XYマトリクスプラズマアドレス法と組み合わ
せるのが好適である。そこで次に、前記XYマトリクス
プラズマアドレス法と組み合わせた実施例である第2の
実施例について説明する。
【0034】本実施例の画像表示装置は、図7に示すよ
うに、平坦で光学的に十分に透明な第1の基板21と、
やはり平坦で透明な第2の基板22との間に、電気光学
材料層である液晶層23を間挿するとともに、前記液晶
層23と第2の基板22との間の空間を放電領域24と
してなるものである。上記第1の基板21には、その一
主面21aに透明電極25が形成されるとともに、この
電極25に接してネマチック液晶等からなる液晶層23
が配置されている。
【0035】ここで、前記透明電極25は、インジウム
錫オキサイド(ITO)等からなるもので、いわゆるベ
タ電極とすればよいが、本例では、図8に示すように、
各画素に対応する矩形電極部25aと、隣接する矩形電
極部25a同士を接続するX字形の接続部25bとから
構成されている。すなわち、上記透明電極25は、接続
部25bによって電気的に接続されることからベタ電極
と同等の機能を有するものであるが、各画素に対応して
矩形電極部25aに分割されているので、先の実施例と
同様、レンズ効果によって隣接画素への電界の侵入が抑
えられ、クロストークが抑制される。
【0036】また、本例においても、上記基板21に所
定の幅のブラックマスク26が碁盤目状に形成されてお
り、上記矩形電極部25aの周縁部分並びに接続部25
bを隠蔽する形になっているので、輝線となってオンす
るエッジ部分が画像に影響を与えることはない。
【0037】また、上記液晶層23は、ガラス、雲母、
プラスチック等からなる薄い誘電体膜27によって第1
の基板21との間に挟持されており、これら第1の基板
21、液晶層23及び誘電体膜27によって、いわゆる
液晶セルが構成された形になっている。この誘電体膜2
7は、液晶層23と放電領域24の絶縁遮断層として機
能するものであり、誘電体膜27が無いと液晶材料が放
電領域24に流れ込んだり、放電領域24内のガスによ
り液晶材料が汚染される虞れがある。ただし、液晶材料
の代わりに固体あるいはカプセル化された電気光学材料
等を使用する場合には、必要ないこともある。
【0038】また、上記誘電体膜27は、誘電体材料に
より形成されることからそれ自身もキャパシタとして機
能し、したがって放電領域24と液晶層23との電気的
結合を十分に確保するためには、なるべく薄い方がよ
い。
【0039】一方、第2の基板22にも放電用電極がX
Yマトリクス電極として形成されるとともに、周囲をシ
ールすることにより、上記誘電体膜27から所定の間隔
をもって配置され、この第2の基板22と誘電体膜27
の間の空間が放電プラズマを発生する放電領域24とさ
れている。上記放電用電極は、ガラスからなる第2の基
板22上に直接形成されるカソード電極kと、このカソ
ード電極k上にガラス等からなる誘電層28を介して積
層されるアノード電極aとから構成されている。
【0040】そして、これらカソード電極kとアノード
電極aとは、それぞれカソードk1 ,k2 ,k3
4 ,k5 ・・・及びアノードa1 ,a2 ,a3
4 ,a5 ・・・からなり、図9に示すように、互いに
直交する如く配設され、XYマトリクス電極とされてい
る。
【0041】また、上記放電領域24は、上記カソード
1 ,k2 ,k3 ,k4 ,k5 ・・・とアノードa1
2 ,a3 ,a4 ,a5・・・の交点に対応して印刷法
によって形成された隔壁29によって仕切られ、それぞ
れ独立したプラズマ室pとされている。すなわち、上記
隔壁29もXYマトリクス電極と同様、縦横に形成され
ており、各プラズマ室pに前記カソードk1 ,k2 ,k
3 ,k4 ,k5 ・・・とアノードa1 ,a2 ,a3 ,a
4 ,a5 ・・・の交点が配置されている。したがって、
各プラズマ室pが1画素に対応していることになる。
【0042】なお、各プラズマ室pには、イオン化可能
なガスが封入されているが、イオン化可能なガスとして
はヘリウム、ネオン、アルゴン、あるいはこれらの混合
ガス等が用いられる。
【0043】上記隔壁29は、印刷法により形成される
もので、例えばガラスペーストをスクリーン印刷法によ
り複数回積層印刷することによって形成される。ここ
で、隔壁29は、放電領域24のギャップ間隔Wを規制
する役割も果たすことになるが、これはスクリーン印刷
の回数や各印刷時のガラスペーストの量等を調節するこ
とによりコントロールすることができる。通常は200
μm程度とされる。
【0044】また、カソード電極kとアノード電極a
も、例えばAg粉末等を含有する導電ペーストを印刷す
ることにより形成することができる。勿論、エッチング
プロセスによって形成してもよいが、いずれにしても平
坦面上に形成することができるので、簡単に形成するこ
とができ、しかも電極間隔等の寸法精度を確保すること
ができる。
【0045】上述の構成を有する画像表示装置において
は、液晶層23がサンプリングキャパシタとして機能
し、各プラズマ室pで発生する放電プラズマがサンプリ
ングスイッチとして機能することで画像表示が行われ
る。以下、本実施例の画像表示装置における表示動作を
説明すると、先ず、各カソードk1 ,k2 ,k3
4 ,k5 ・・・は、線順次で1ライン毎にオンされ、
放電開始に十分な電圧(例えば−200V)が印加され
る。それ以外のカソードラインはオフ状態(例えば0
V)である。
【0046】一方、各アノードa1 ,a2 ,a3
4 ,a5 ・・・には、カソードk1 ,k2 ,k3 ,k
4 ,k5 ・・・と同期して、アナログ電圧が順次印加さ
れる。このアナログ電圧は、±40Vpp程度の範囲とさ
れ、各画素のオン・オフを選択する。すなわち、カソー
ド電極kとアノード電極aの両方がオンされたとき、プ
ラズマ室pで放電プラズマが発生してサンプリングスイ
ッチがオンされた状態となり、このプラズマ室pに対応
する画素において、誘電体膜27を介して液晶層23側
の透明電極25との間に電圧が加わる。
【0047】例えば、前記透明電極25を0Vとしてお
けば、カソード電極kとアノード電極aの両方がオンさ
れた選択画素には、アノード電圧(±40Vpp)がその
まま印加され、サンプリングキャパシタに相当する液晶
層23に電荷が蓄えられ、オンされる。
【0048】以上が第2の実施例の画像表示装置におけ
る表示動作であるが、本実施例で特徴的なのは、放電領
域側に配設されたアノード電極aとカソード電極kによ
って、局所的なプラズマ放電のオン・オフと各画素に印
加されるアナログ電圧が制御されることである。これに
よって、誘電体シートが存在するために発生するPAL
C特有の表示電極間クロストークを大幅に削減すること
ができる。
【0049】また、液晶層23側の透明電極25も各画
素に対応して矩形電極部25aに分割されているため
に、クロストークをさらに抑制することができる。な
お、本実施例においては、上記透明電極25は共通電位
で使用され電位が常に一定であるので、各矩形電極部2
5aに分割することによって配線抵抗が大きくなっても
影響なく、この点でも好都合である。
【0050】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明においては、表示電極を画素に対応して分割している
ので、クロストークの大幅に削減することができ、大画
面で表示品位の優れた画像表示装置を提供することが可
能である。また、画素に対応して分割された表示電極の
電気的な接続部は、ブラックマトリクス領域によって隠
蔽された形となされているので、この部分が表示品位に
影響を与えることはない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した画像表示装置の一実施例を示
す概略斜視図である。
【図2】本発明を適用した画像表示装置の一実施例を示
す概略断面図である。
【図3】表示電極の形状を模式的に示す要部概略平面図
である。
【図4】液晶層を駆動するための電極構成を示す模式図
である。
【図5】放電電極の配列及び接続状態を示す模式図であ
る。
【図6】画像表示動作を説明するための等価回路図であ
る。
【図7】本発明を適用した画像表示装置の他の実施例を
示す概略断面図である。
【図8】透明電極の形状並びに配列状態を模式的に示す
要部概略平面図である。
【図9】XYマトリクス電極の配列状態を模式的に示す
要部概略平面図である。
【図10】従来の画像表示装置の一例を一部破断して示
す概略概略斜視図である。
【符号の説明】
1,21・・・第1の基板 2,22・・・第2の基板 3,23・・・液晶層(電気光学材料層) 4,24・・・放電領域 3・・・・・・表示電極 3a・・・・・接続部 3b・・・・・矩形電極部 25・・・・・透明電極 25a・・・・矩形電極部 25b・・・・接続部 7,26・・・ブラックマスク K,k・・・カソード電極 A,a・・・アノード電極

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一主面上に第1電極を有する第1の基板
    と、一主面上に第2電極を有する第2の基板とを備え、
    これら第1の基板と第2の基板が第1電極と第2電極が
    対向する如く互いに略平行に配置されてなり、 前記第1の基板の第1電極と接するように電気光学材料
    層が間挿されるとともに、前記電気光学材料層と第2の
    基板間の空間にイオン化可能なガスが封入されて放電領
    域とされ、 前記第1電極が画素に対応して分割されるとともに、ブ
    ラックマトリクス領域において電気的に接続されている
    ことを特徴とする画像表示装置。
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