JP3154129B2

JP3154129B2 - 画像表示装置

Info

Publication number: JP3154129B2
Application number: JP18406391A
Authority: JP
Inventors: 慎次郎梅屋; 友哉谷野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1991-02-20
Filing date: 1991-06-28
Publication date: 2001-04-09
Anticipated expiration: 2016-04-09
Also published as: JPH04313788A

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
半導体素子ではなく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
ト・液晶表示装置（ＰＡＬＣ）と称されるもので、図２
１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１
０６，１０７が設けられており、これら電極１０６，１
０７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。一方、液晶層１０１は、前記誘電体のシート１
０３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１０
９が形成されている。この透明電極１０９は、前記溝１
０５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。

【０００５】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。

【０００６】

【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、実用化を考えた場合、非常に薄い誘電体膜
（ガラスシート）を扱わなければならない点に多くの困
難を伴い、以下の如き問題が生ずる。すなわち、前記誘
電体膜は、プラズマ放電領域側のガスの封止と液晶側の
配向の両方の役割を果たした上に、電気的な結合にも優
れていなければならない。しかしながら、例えば電気的
結合から見たときには前記誘電体膜はなるべく薄い方が
よいが、あまり薄くすると機械的強度が不足し、取り扱
いが難しくなる。特に、ガス封入時のストレスや配向処
理時のラビング等に耐えられない虞れがある。しかも、
こういった薄い誘電体膜（ガラス膜）は製造が難しく、
大きなものの製造がほとんど不可能である上に、厚さの
均一性も劣っている。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、製造が簡単で、しかも電気光学材料層とプラズマ放
電領域との電気的結合にも優れた構造を有する画像表示
装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【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、一主面上に互いに略平
行な複数の第１電極を有する第１の基板と、一主面上に
前記第１電極と略直交し且つ互いに略平行な複数の第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誘電体膜で挟持されるととも
に、前記誘電体膜と第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、前記誘電体膜の各
画素に対応する位置に、当該誘電体膜を厚さ方向におい
て一部残して導電体が埋め込まれていることを特徴とす
るものである。

【０００８】

【作用】本発明の画像表示装置においては、電気光学材
料層とプラズマ放電領域とを隔絶する誘電体膜に、各画
素に対応して導電体が埋め込まれている。この導電体
は、プラズマ放電領域と電気光学材料層との間の電気的
結合を確保する役割を果たし、したがって誘電体膜の厚
さが厚くとも電気的特性は優れたものとなる。また、誘
電体膜の厚さを厚くすることができることから、取り扱
い上の困難性が解消され、ガス封入時のストレスや配向
処理時のラビング等にも耐え得るものとなる。

【０００９】

【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及び図２に示すように、帯状電極
３が形成された平坦な第１の基板１と、複数の平行な溝
４が形成され、さらにこの溝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を間挿するとともに、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。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。

【００１０】上記第１の基板１には、その１主面１ａに
帯状電極３が形成されるとともに、この電極３に接して
ネマチック液晶等からなる液晶層６が配置されている。
この液晶層６は、ガラス、雲母、プラスチック等からな
る誘電体膜７によって第１の基板１との間に挟持されて
おり、これら第１の基板１、液晶層６及び誘電体膜７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。上記誘電体膜７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７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。

【００１１】そして、本実施例の画像表示装置において
は、前記誘電体膜７が、図３及び図４に示すように、導
電体８が埋め込まれた誘電体シート９と、電極パターン
層１０と、誘電体薄膜１１とからなる積層構造とされて
いる。上記誘電体シート９は、誘電体膜７の支持体とな
る部分であって、ガラス等からなり、その厚さは製造や
取り扱いが容易な程度である。また、誘電体シート９の
各画素に対応する位置、すなわち第１の基板１に設けら
れた帯状電極３と第２の基板２に設けられた溝４との交
差部分には、Ｃｕ等の導電材料よりなる導電体８が埋め
込まれている。これら導電体８は、厚膜ＩＣ技術等を応
用して形成されるもので、誘電体シート９の膜厚方向に
貫通する形で円柱状に埋め込まれており、その両端部が
当該誘電体シート９の両面に露出するようになってい
る。したがって、この導電体８が埋め込まれた誘電体シ
ート９は、プラズマ中で発生した電荷を伝える層とな
り、隣接電極間の電界の乱れによる表示品位の劣化を防
止する。

【００１２】なお、上記導電体８は、画像の無効部分と
なるため、透過率を考慮すればなるべく透明導電材料で
形成することが望ましい。但し、反射型表示装置とする
場合には、上記導電体８は金属材料であっても差し支え
ない。また、誘電体シート９の板厚に対し導電体８の直
径が小さくなると誘電体シート９との境界で入射光が反
射する度合いが増え偏光解消が起こるが、上記導電体８
の屈折率を誘電体シート９の屈折率と合わせれば、これ
を防止することができる。また、偏光解消した所は、白
く浮いたように見えるが、コントラストの低下を防ぐこ
ともできる。

【００１３】上記電極パターン層１０は、インジウム錫
オキサイド等の透明導電材料により形成されるもので、
上記各導電体８に対応して画素パターンとして形成され
ている。したがって、各電極パターン層１０は、画素に
応じた面積を有し、例えば矩形状の電極パターンとされ
ている。なお、反射型表示装置の場合は、上記電極パタ
ーン１０は金属材料であってもよい。また、誘電体薄膜
１１は、その厚さは極めて薄いものでよい。

【００１４】上述の構造を有する誘電体膜７は、次のよ
うにして形成される。先ず、ガラス薄板等からなる誘電
体シート９に孔明け加工を施す。次に、この孔に電極材
（Ｃｕ等）を充填し、焼成して導電体８を形成する。表
面研磨した後、前記誘電体シート９の全面にインジウム
錫オキサイド等の透明導電材料をスパッタ等の手法によ
り成膜し、パターニングして電極パターン層１０を形成
する。必要に応じて平坦化処理を施した後、ＳｉＯ₂等
をコーティング、蒸着等の手法によって成膜し、誘電体
薄膜１１を形成する。

【００１５】一方、第２の基板２にも放電用電極５が帯
状電極として形成されるとともに、上記誘電体膜７に貼
り付けられ、この第２の基板２と誘電体膜７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。放電領域は、溝４間に形成され
た隔壁１２によって仕切られ、それぞれ独立したプラズ
マ室Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃・・・Ｐ_nとされるとともに、イ
オン化可能なガスが封入されている。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内に互いに平行に一対ずつ形成されてお
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・・・Ｐ_nが各走査線に対応している。

【００１６】以上が本実施例の画像表示装置の概略構成
であるが、特に誘電体膜７を上述の積層構造とすること
により、例えば５０μｍ程度の薄板ガラス等よりなる脆
い誘電体シートを扱う必要がなくなり、取り扱い性や構
造的安定性に優れたものとなる。また、この導電体が埋
め込まれた誘電体膜７を用いることにより、駆動電圧を
液晶の駆動電圧まで下げることが可能となる。さらに
は、放電プラズマと液晶層６間の誘電体膜を極めて薄い
誘電体薄膜１１とすることができ、場合によっては全く
無くすことができるので、電気的結合性に優れた構造と
なる。また、誘電体シートの厚さを薄くすることで電気
的結合性を確保しようとした場合、厚み精度のムラが大
きな問題であったが、それが改善され均一性の良い特性
が得られる。加えて、薄い誘電体シートを使った場合に
比べて大型化に対する制約も少なくなる。

【００１７】ところで、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。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１
ａ上には、所定の幅をもった帯状電極３が複数形成され
ている。これら帯状電極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。また、各帯状電極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ている。
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上に形成された帯状電極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・・・Ａ_n-1，
Ａ_nとカソード電極Ｋ₁，Ｋ₂，Ｋ₃・・・Ｋ_n-1，Ｋ
_n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・・・Ｐ_n内にそ
れぞれ配置されている。

【００１８】図５に第１の基板１に形成された帯状電極
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の帯状電極３に
は、データドライバ回路１３と出力増幅器１４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１４
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。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，Ｋ_nには、データストローブ回路１５と出力増
幅器１６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１６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・・・Ａ_n-1，Ａ_nには、共通
の基準電圧（接地電圧）が印加される。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
６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１３及び
データストローブ回路１５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１３とデータストローブ回路１５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。

【００１９】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・・・Ｐ_n
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。この画像表示動
作を説明するためのモデルが図７である。図７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、帯状電極３と各プラズマ室Ｐ₁，
Ｐ₂，Ｐ₃・・・Ｐ_n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。

【００２０】いま、各帯状電極３にデータドライバ回路
１３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ると、す
なわちオフ状態であるとすると、アノード電極Ａ₁とカ
ソード電極Ｋ₁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、帯状電
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１７にかかる電位差に変化はない。

【００２１】一方、第２の基板２のカソード電極Ｋ₂に
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
帯状電極３とアノード電極Ａ₂が導電体８を介して電気
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Ｓ₂がオンされたのと等価な状態とな
る。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、帯状電極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、帯状電極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。

【００２２】したがって、カソード電極Ｋ₁，Ｋ₂，Ｋ
₃・・・Ｋ_n-1，Ｋ_n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・
・・Ｐ_nに順次放電プラズマを発生させると同時に、各
帯状電極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。なお、画像表示装置の駆動方式
が、上述の方式に限られるものでないことは、言うまで
もない。

【００２３】以上、本発明を適用した具体的な実施例に
ついて説明したが、本発明がこれらの実施例に限定され
るものではない。例えば、本例では各プラズマ室が溝に
よって形成されているが、印刷法によって形成された隔
壁で仕切られていてもよい。あるいは、隔壁の全くない
オープンセル構造であってもよい。

【００２４】また、前述の実施例では、１画素に１個の
導電体８を対応させる構造としたが、例えば図８および
図９に示すように、１画素に対して複数の導電体８を対
応させるようにしてもよい。特に、図８の場合には、導
電体８の直径を隣接する電極パターン層１０の電極間隔
より小さくすれば、導電体８の配列は画素の構成を気に
しないで形成することができる。また、図１０に示すよ
うに、導電体８をそのまま画素として用いることもでき
る。

【００２５】また、前述の実施例では、導電体８を形成
するのに誘電体シート９に機械的に孔明け加工を施し、
この孔に導電材料を埋め込むようにしたが、例えば図１
１に示すように、予め導電材料を導電体８として中心部
に埋め込んでなる円柱状のガラスよりなるグラスファイ
バー１９を用いて誘電体膜７を作製するようにしてもよ
い。先ず、中心部に導電材料が埋め込まれてなるグラス
ファイバー１９を図１１中矢印Ｘ方向に引き伸ばす。そ
して、引き伸ばしたグラスファイバー１９を、図１２に
示すように断面矩形状の四角柱となるように成形する。
次に、成形されたガラス柱２０を図１３に示すように複
数配列し融着する。そして最後に、接合一体化されたガ
ラス柱２０よりなるブロックを、図１４に示すように所
定の厚みにスライスして誘電体膜７を完成する。

【００２６】なお、図１１において導電材料の代わりに
溶融性ガラス２１が埋め込まれてなるグラスファイバー
１９を使用する場合には、上記溶融性ガラス２１を図１
５の状態からエッチングして溶かし出す。そして、図１
６に示すように、上記溶融性ガラス２１が溶かし出され
た孔２２内に導電材料を被着し、導電体８を図１７に示
すように形成する。上記孔２２内への導電材料の膜の形
成は、例えば蒸着、スパッタリング、印刷、ディップ等
の手法が採用できる。或いは、ガラスを水素雰囲気中で
還元させ、表面に金属を析出させるようにしてもよい。
なお、孔２２が導電体８で埋まらない場合は、図１８に
示すように無機材料あるいは有機材料よりなる充填材２
３で埋める。

【００２７】以上の変形例は、予め導電材料がガラスに
埋め込まれてなるグラスファイバー１９を複数束ねてこ
れを引き伸ばすようにしたが、導電材料がガラスに埋め
込まれてなるグラスファイバー１９と、導電材料がガラ
スに埋め込まれていないグラスファイバー２４とを図１
９に示すように束ねてこれを引き伸ばすようにしてもよ
い。或いは、導電材料が埋め込まれていないグラスファ
イバー２４を図２０に示すように束ね、隣合うグラスフ
ァイバー２４同士の隙間に導電材料８を充填してこれを
引き伸ばすようにしてもよい。

【００２８】

【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、電気光学材料層と放電領域を仕切る誘電
体膜に導電体を埋め込んだ形としているので、誘電体膜
の機械的強度を確保すると同時に、電気光学材料層と放
電プラズマとの電気的結合を確保することが可能であ
る。したがって、製造が容易で、しかも構造安定性、電
気的特性等に優れた画像表示装置を提供することが可能
である。

【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一
部破断して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】電気光学材料層と放電領域を仕切る誘電体膜の
一例を示す要部概略斜視図である。

【図４】電気光学材料層と放電領域を仕切る誘電体膜の
一例を示す要部概略断面図である。

【図５】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６】放電用電極の配列及び接続状態を示す模式図で
ある。

【図７】画像表示動作を説明するための等価回路図であ
る。

【図８】誘電体膜の他の例を示す平面図である。

【図９】誘電体膜のさらに他の例を示す平面図である。

【図１０】誘電体膜のさらに他の例を示す平面図であ
る。

【図１１】誘電体膜の形成工程のうちグラスファイバー
の引き伸ばし工程を示す斜視図である。

【図１２】誘電体膜の形成工程のうちガラス柱成形工程
を示す斜視図である。

【図１３】誘電体膜の形成工程のうちガラス柱の融着工
程を示す斜視図である。

【図１４】誘電体膜の形成工程のうち切り出し工程を示
す斜視図である。

【図１５】誘電体膜の他の形成工程のうちガラスに溶融
性ガラスが埋め込まれた状態を示す断面図である。

【図１６】誘電体膜の他の形成工程のうち溶融性ガラス
をエッチングした状態を示す断面図である。

【図１７】誘電体膜の他の形成工程のうち導電材料被着
工程を示す断面図である。

【図１８】誘電体膜の他の形成工程のうち導電材による
孔埋め工程を示す断面図である。

【図１９】導電材料が埋め込まれたグラスファイバーと
導電材料が埋め込まれていないグラスファイバーを束ね
た状態を示す平面図である。

【図２０】導電材料が埋め込まれていないグラスファイ
バー同士を束ねた状態を示す平面図である。

【図２１】従来の画像表示装置の一例を示す概略断面図
である。

【符号の説明】

１・・・第１の基板２・・・第２の基板３・・・電極５・・・放電用電極６・・・液晶層（電気光学材料層）７・・・誘電体膜８・・・導電体９・・・誘電体シート１０・・・電極パターン層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1333

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一主面上に互いに略平行な複数の第１電
極を有する第１の基板と、一主面上に前記第１電極と略
直交し且つ互いに略平行な複数の第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
層が誘電体膜で挟持されるとともに、前記誘電体膜と第
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、前記誘電体膜の各画素に対応する位置に、当該誘電体膜
を厚さ方向において一部残して導電体が埋め込まれてい
ることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】上記誘電体膜は、画素に対応して膜厚方
向に貫通する形で導電体が埋め込まれた誘電体シート
と、前記導電体に対応して形成される電極パターン層
と、誘電体薄膜とからなる積層構造を有し、上記誘電体薄膜が上記電気光学材料層側になるように配
されていることを特徴とする請求項１記載の画像表示装
置。