JP3163691B2 - プラズマアドレス電気光学装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶セル等の電気光学
セルとプラズマセルの二層構造からなるプラズマアドレ
ス電気光学装置に関し、より詳しくはプラズマセル内に
設けられる電極の構成に関する。この電極はプラズマセ
ル内においてプラズマ放電を線順次で行なう為のもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、電気光学セルとして液晶セルを用
いたマトリクスタイプの電気光学装置（即ち液晶表示装
置）を高解像度化、高コントラスト化する為の手段とし
ては、各画素毎に薄膜トランジスタ等のスイッチング素
子を設け、これを線順次で駆動する方式（所謂アクティ
ブマトリクスアドレス方式）が一般に知られている。し
かしながら、この場合薄膜トランジスタの様な半導体素
子を基板上に多数設ける必要があり、特に大面積化した
時に製造歩留りが悪くなるという欠点がある。

【０００３】そこで、この欠点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、薄
膜トランジスタ等からなるスイッチング素子に代えてプ
ラズマスイッチを利用する方式を提案している。以下、
プラズマ放電に基くスイッチを利用して液晶セルを駆動
するプラズマアドレス表示装置の構成を簡単に説明す
る。この表示装置は、図８に示す様に、液晶セル１０１
とプラズマセル１０２と両者の間に介在する共通の誘電
体隔壁１０３とからなる積層フラットパネル構造を有し
ている。プラズマセル１０２はガラス基板１０４を用い
て形成されており、その表面に複数の溝１０５が設けら
れている。この溝１０５は例えば行列マトリクスの行方
向に延びている。各溝１０５は誘電体隔壁１０３によっ
て密封されており個々に分離したプラズマ室１０６を構
成している。この密閉室１０６にはイオン化可能なガス
が封入されている。隣接する溝１０５を隔てる凸条部１
０７は個々のプラズマ室１０６を区分する側壁の役割り
を果たすとともに各プラズマ室１０６のギャップスペー
サとしての役割りも果たしている。各溝１０５の底部に
は、互いに平行な一対のプラズマ電極１０８，１０９が
設けられている。一対の電極はアノード及びカソードと
して機能しプラズマ室１０６内のガスをイオン化して放
電プラズマを発生する。かかる放電領域は行走査単位と
なる。

【０００４】一方、液晶セル１０１は透明基板１１０を
用いて構成されている。この透明基板１１０は隔壁１０
３に所定の間隙を介して対向配置されており間隙内には
液晶層１１１が充填されている。又、透明基板１１０の
内表面には透明導電材料からなる信号電極１１２が形成
されている。この信号電極１１２はプラズマ室１０６と
直交しており列駆動単位となる。列駆動単位と行走査単
位の交差部分にマトリクス状の画素が規定される。

【０００５】かかる構成を有する表示装置においては、
プラズマ放電が行なわれるプラズマ室１０６を線順次で
切り換え走査するとともに、この走査に同期して液晶セ
ル側の信号電極１１２にアナログ駆動電圧を印加する事
により表示駆動が行なわれる。プラズマ室１０６内にプ
ラズマ放電が発生すると内部は略一様にアノード電位に
なり一行毎の画素選択が行なわれる。即ち、プラズマ室
１０６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駆動
電圧が印加されるとサンプリングホールドが行なわれ画
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アナログ駆動
電圧はそのまま画素内に保持される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】次に、図９を参照して
本発明が解決しようとする課題を簡潔に説明する。図９
は、図８に示す下側基板１０４の部分的な平面形状及び
端面形状を示す。一対のプラズマ電極１０８，１０９は
互いに平行間隔を保って行方向に延在している。両電極
間に電圧を印加する事によりプラズマが発生する。とこ
ろで、この表示装置を例えば３０インチ対角の寸法に大
型化するとプラズマ電極の長さは６００mm程度と極端に
大きくなる。安定した行走査を行なう為には、６００mm
の長さのプラズマ電極全体に渡って略均一な電圧を印加
しプラズマを発生させる必要がある。しかしながら、実
際には種々の障害により均一な放電プラズマの発生は困
難であるという問題点あるいは課題がある。

【０００７】例えば、プラズマ電極をパタニングする際
の偶発的なエラーやゴミの付着等によって、不規則な突
起１１３が形成されてしまう場合がある。この突起１１
３の部分で一対のプラズマ電極１０８，１０９の間隔が
短くなるので、電界の集中が起りこの部分のみに優勢な
プラズマ放電が生じ他の部分の放電が相対的に不安定と
なる。換言すると、電圧印加時には一対のプラズマ電極
の長手方向に沿って放電し易い箇所即ち突起１１３の部
分から偶発的に放電が開始する。印加電圧を更に高くし
ても、突起部１１３近傍のプラズマ放電のみが強まり放
電電流は増加する。この為、プラズマ電極の抵抗によっ
て突起部１１３以外の部分の電位は殆ど上昇せず、放電
開始に至らない場合もある。従って、プラズマ放電が場
所によって不安定になるという問題点が生じる。

【０００８】仮に、上述した不規則な突起等が存在しな
くても、プラズマ電極の長さが大きくなるに従って、そ
の電気抵抗に起因する電圧降下の悪影響が顕著になる。
特に、一対のプラズマ電極に対して長手方向両端部から
電圧を印加した場合には、中央部分において電圧降下が
顕著となり、アノードカソード電極間の電位差が減少す
るのでプラズマ放電が困難になるという問題点がある。

【０００９】上述した従来の技術の問題点あるいは課題
に鑑み、本発明はプラズマアドレス電気光学装置におい
て、大型化した場合でもプラズマ電極の長手方向全体に
渡って均一且つ安定な放電を可能とする電極形状を提供
する事を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題を解決し本発明の目的を達成する為に、講じられた手
段は以下の通りである。即ち、本発明にかかるプラズマ
アドレス電気光学装置は基本的に互いに対向配置された
第１の基板と第２の基板とを用いて構成されている。第
１の基板の主面に沿って、互いに平行に配置された複数
の第１電極又は信号電極が設けられている。一方、第２
の基板の主面上には、平面的に見て前記第１電極と交差
し且つ互いに平行に配置された複数の第２電極あるいは
プラズマ電極が設けられている。これら第１電極と第２
電極の交差部に画素が規定される。本発明の特徴事項と
して、各第２電極には少なくとも１個以上の放電トリガ
突起部が各画素に対応して設けられている。前記第１及
び第２の基板間には電気光学材料層が間挿されている。
又、この電気光学材料層と第２の基板との間にはプラズ
マ室が形成されておりイオン化可能なガスが封入されて
いる。かかる構造において、隣接する第２電極間の放電
により封入ガスが選択的にイオン化される。このイオン
化ガスの局在した放電領域を走査単位として前記第１電
極との交差部に位置する電気光学材料層を駆動するもの
である。

【００１１】

【作用】上述した様に、本発明によれば、互いに平行配
置された個々の第２電極あるいはプラズマ電極に、各画
素に対応して所定の間隔で放電トリガ突起部が形成され
ている。一対のプラズマ電極間において、この放電トリ
ガ突起部が存在する部分は電極間距離が短くなる為、電
界が局部的に強くなる。従って、線順次走査の為一対の
プラズマ電極間に電圧を印加すると、まず各突起部分に
おいてプラズマ放電が開始する。この突起部分は不規則
なものではなく、各画素に対応しているので確実な画素
選択を行なう事ができる。放電が開始した後、局所的に
発生したプラズマは電極の長手方向に拡がり、やがて走
査単位全体に渡って安定した放電領域が形成される。こ
の放電トリガ突起部は画素に対応して分散しているので
極端な電界集中は起らず、プラズマ放電は安定した形で
走査単位全体に拡大していく事が可能である。この様
に、一定間隔の放電トリガを設けた為に、従来に比しプ
ラズマの発生が容易となり低電圧駆動が可能である。
又、プラズマ放電が容易になった分だけ、電極抵抗に起
因する電圧降下の悪影響を抑制できる為、電極に要求さ
れる抵抗値の上限を緩和できる。

【００１２】

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図１は第１実施例を示す模式的な部分
平面図である。本装置は互いに対向配置された第１の基
板１と第２の基板２とから構成されている。上側に位置
する基板１の内側主面上には互いに平行に配置された複
数の信号電極Ｄが形成されている。各信号電極Ｄがマト
リクスタイプ液晶表示装置の列駆動単位を構成する。

【００１３】一方、下側の基板２の内側主面上には複数
のプラズマ電極３が形成されている。これらのプラズマ
電極３は対を構成しており一方はアノード電極Ａとして
機能し他方はカソード電極Ｋとして機能する。アノード
電極Ａとカソード電極Ｋの対がマトリクスタイプ液晶表
示装置の行走査単位を構成する。ハッチングで示す様
に、前述した列駆動単位と行走査単位の交差部に個々の
画素４が規定される。基板２の内側主面上には、更に分
離帯５あるいはリブが形成されており、隣接する行走査
単位を互いに分離している。この分離帯５は非画素部分
をマスクするブラックストライプを兼ねる事も可能であ
り表示コントラストの改善に寄与する。

【００１４】個々のプラズマ電極３には、画素４に対応
して放電トリガ突起部６が形成されている。一対のアノ
ード電極Ａ及びカソード電極Ｋに形成された突起部６は
互いに対向しており両電極間距離が局所的に小さくなっ
ている。従って、一対のプラズマ電極３に電圧を印加す
るとまず対向する突起部６の間でプラズマ放電が開始す
る。即ち突起部６は放電トリガとして機能する。この放
電トリガは各画素４に対応して配置されているので、１
行に含まれる画素４は略一斉に選択可能である。又、こ
の放電トリガは局在しておらず行方向に沿って等間隔で
分散配置されているので放電プラズマは略一様に行方向
に拡大し均一且つ安定な放電領域を実現できる。

【００１５】なお、上述した例では、突起部６がアノー
ドとカソードのそれぞれに形成されている。しかしなが
ら、この突起部６は必らずしも両方に設ける必要はな
い。例えば、カソードのみに設けても良い。カソードに
設けられた突起部に電界が集中すると、ここからプラズ
マ放電に必要な電子放出が容易に開始する。この点アノ
ードに設けられる突起に比べてカソードに設けられた突
起は放電トリガ効果が大である。従って、アノード側の
突起は場合によっては無くても良い。

【００１６】上側の基板１と下側の基板２との間には図
示しないが電気光学材料層即ち液晶層が間挿されてい
る。更に、この液晶層と下側の基板２との間にはプラズ
マ室が設けられており、イオン化可能なガスを封入して
いる。このプラズマ室は、行走査単位毎に分離帯５によ
って区分されている。一対のアノード電極Ａ及びカソー
ド電極Ｋとの間の放電によりガスが選択的にイオン化さ
れる。このイオン化ガスの局在した放電領域を行走査単
位として各画素４に含まれる液晶層を駆動する。

【００１７】本発明は特に大型の表示装置に適用すると
効果がある。例えば、画面の対角寸法が３０インチ程度
の大型表示装置に適用可能である。この場合には、画面
の横寸法が６１０mmで縦寸法が４６０mmになる。カラー
テレビジョンに応用する場合を考えると、行走査単位あ
るいは走査線は４６０本になる。又、１走査線に含まれ
る画素数は６４０×３個になる。従って、マトリクス画
素の垂直配列ピッチＰＶは１mmになり、水平配列ピッチ
ＰＨは０．３mmになる。

【００１８】図２は放電トリガ突起部６の寸法形状を表
わす部分拡大図である。突起部６が有効な放電トリガと
して機能する為に高さ寸法Ｈ及び底辺の幅寸法Ｗを適切
に設定する事が好ましい。例えば、突起部６の高さ寸法
Ｈは０．１ＰＶから０．３ＰＶの間に設定され、幅寸法
Ｗは０．１ＰＨから０．５ＰＨの間に設定される。但
し、この数値は例示に過ぎず本発明の適用範囲を限定す
るものではない。

【００１９】図３は図１に示す表示装置をＹＹ線に沿っ
て切断した断面図である。本装置は液晶セル７とプラズ
マセル８と両者の間に介在する誘電体シートからなる共
通の隔壁９とを積層したフラットパネル構造を有する。
液晶セル７は上側の基板１を用いて構成されており、前
述した様にその内側主面には透明導電膜からなる信号電
極Ｄが形成されている。基板１はスペーサ１０を用いて
所定の間隙を介して隔壁９に接着されている。間隙内に
は液晶層１１が充填されている。本実施例においては流
体の電気光学材料が用いられているが必ずしもこれに限
られるものではない。例えば電気光学結晶板を用いる事
もできる。この場合には隔壁９を取り除く事も可能であ
る。又、本実施例はプラズマアドレス表示装置に関する
ものであるが、本発明はこれに限られるものではなく光
学変調装置等広くプラズマアドレス電気光学装置に適用
可能である。

【００２０】一方、プラズマセル８は下側の基板２を用
いて構成されている。前述した様に、基板２の内側主面
上には対を構成するアノード電極Ａ及びカソード電極Ｋ
からなる複数のプラズマ電極３が形成されている。一対
のプラズマ電極３の側面端部には互いに対向する様に放
電トリガ突起部６が形成されている。この例では、突起
部６は基板２の主面に沿って平面的に突起しているが必
ずしもこれに限られるものではない。この突起６はパネ
ルの厚み方向に突出した立体的形状を有するものであっ
ても良い。かかる構造を有するプラズマ電極３は例えば
スクリーン印刷法により形成できる。すなわち突起形状
を含むパタンを有するスクリーンを介して導電性ペース
トを基板２の表面に印刷焼成する。一般に、スクリーン
印刷された厚膜電極は抵抗値を低く制御できるという利
点を有する一方、パタン精度が悪くアノード電極とカソ
ード電極の間隔がばらつく為一様なプラズマ放電を維持
できないという欠点が従来あった。しかしながら、本発
明においては周期的な放電トリガが設けられている為、
プラズマは確実に発生しパタン精度が悪いという欠点は
顕在化しない。

【００２１】基板２はシーラ１２を用いて所定の間隙を
介して隔壁９に接着されている。この際、前述した分離
帯５はスペーサとしての機能も果す。分離帯５も例えば
ガラスペーストをスクリーン印刷した後焼成して形成で
きる。基板２と隔壁９との間には気密封止されたプラズ
マ室１３が形成される。プラズマ室１３は分離帯５によ
って行走査単位毎に区分されている。各気密室１３の内
部にはイオン化可能なガスが封入されている。ガス種は
例えばヘリウム、ネオン、アルゴンあるいはこれらの混
合気体から選ぶ事ができる。

【００２２】続いて図４を参照してプラズマアドレス表
示装置の動作を簡潔に説明する。図４は本表示装置に用
いられる駆動回路の一例を示している。この駆動回路は
信号回路２１と走査回路２２と制御回路２３とから構成
されている。信号回路２１には信号電極Ｄ１ないしＤｍ
がバッファを介して接続されている。一方、走査回路２
２には同じくバッファを介してカソード電極Ｋ１ないし
Ｋｎが接続されている。アノード電極Ａ１ないしＡｎは
共通に接地されている。カソード電極は走査回路２２に
より線順次走査されるとともに、信号回路２１はこれに
同期して各信号電極にアナログ駆動電圧を供給する。制
御回路２３は信号回路２１と走査回路２２の同期制御を
行なうものである。各カソード電極に沿って放電領域が
形成され行走査単位となる。一方各信号電極は列駆動単
位となる。両単位の間に画素４が規定される。

【００２３】図５は図４に示す２個の画素４を切り取っ
て模式的に示したものである。各画素４は信号電極（Ｄ
１，Ｄ２）及び隔壁９によって挟持された液晶層１１か
らなるサンプリングキャパシタと、プラズマサンプリン
グスイッチＳ１との直列接続からなる。プラズマサンプ
リングスイッチＳ１は放電領域の機能を等価的に表わし
たものである。即ち、放電領域が活性化するとその内部
は略全体的にアノード電位に接続される。一方、プラズ
マ放電が終了すると放電領域は浮遊電位となる。サンプ
リングスイッチＳ１を介して個々の画素４のサンプリン
グキャパシタにアナログ駆動電圧を書き込み所謂サンプ
リングホールドを行なうのである。アナログ駆動電圧の
レベルによって各画素４の階調的な点灯あるいは消灯が
制御できる。

【００２４】次に、図６を参照して第２の実施例を詳細
に説明する。図６はプラズマアドレス表示装置の部分平
面図であり、理解を容易にする為に信号電極Ｄとプラズ
マ電極３のみを示している。列駆動単位を構成する個々
の信号電極Ｄと行走査単位を構成する一対のアノード電
極Ａ及びカソード電極Ｋとの交差部には、ハッチングで
示す様に画素４が規定される。図１に示す第１実施例と
異なり、本実施例においては放電トリガ突起部６は個々
の画素４に対応して各々３個設けられている。放電トリ
ガの機能から理解される様に、突起部６は画素４に対応
して少なくとも１個設けられていれば良い。しかしなが
ら、１画素内に含まれる突起部６の個数を増やす事によ
りさらに均一なプラズマ放電の開始を実現できる。本例
においては、突起部６を含むプラズマ電極３はフォトリ
ソグラフィ及びエッチング技術を利用してパタニング形
成されている。即ち、下側の基板の主面全体に渡ってま
ず真空蒸着あるいはスパッタリングによりニッケル等の
金属薄膜を蒸着する。続いて、フォトレジストを塗布し
た後所定のマスクを介して露光現像処理を行ない、最後
に薄膜の選択的エッチング処理を施して所定のパタンを
有する薄膜プラズマ電極３を得る。薄膜電極は一般にパ
タニング精度が良いという利点を有する一方、抵抗値が
高く大型表示装置に適用した場合には電圧降下の悪影響
が顕著になり良好な表示品質が得られないという欠点が
あった。しかしながら、本発明においては周期的な突起
部の形で放電トリガを設けているので従来に比しプラズ
マを容易に発生する事ができる。この為、薄膜電極に要
求される抵抗値の上限が緩和される。従って、薄膜電極
であっても十分大型パネルに対応する事が可能となる。
なお、図１に示す実施例と異なり、本実施例においては
分離帯が除かれており、プラズマ室が複数の走査単位に
渡って連続した空間を構成する所謂オープンセル構造と
なっている。

【００２５】図７は図６に示すＹＹ線に沿って切断され
た断面図であり、第２実施例のパネル構造を表わしてい
る。図３に示す第１実施例と同一の構成要素については
同一の参照番号を付して理解を容易にしている。前述し
た様に、本実施例においては分離帯あるいはリブが除去
されているのでプラズマ室１３は複数の走査単位に渡っ
て連続した空間を構成している。かかるオープンセル構
造においては、放電によって発生するイオン粒子の拡散
による画像解像度の劣化が懸念される。しかしながら、
これについては以下の様にして解決できる。まず、周知
の様にプラズマ室１３に封入されるガスの圧力について
は、これが高い程イオン粒子の平均自由行程が小さくな
り局在化の傾向となる。従って、このガス圧力をある程
度高く設定する事により放電プラズマを各行走査単位に
対応する放電領域に局在化させる事が可能となる。但
し、ガス圧力を高くすると放電開始電圧が高くなる。こ
れについては、突起部からなる放電トリガが極めて有効
に機能し局部的に放電開始電圧を実質上下げる事ができ
る。一旦開始した放電は速やかに行走査単位に沿って拡
がる。

【００２６】

【発明の効果】上述した様に、本発明によれば、プラズ
マ電極の長手方向に沿って各画素に対応する位置に放電
トリガとなる突起部を設ける構成とした。これにより、
プラズマ放電の均一性及び安定性が改善され、表示品質
を従来に比し向上する事ができるという効果がある。
又、プラズマ電極に要求される諸特性を緩和でき、例え
ば抵抗率を極端に低く制御する必要がないという効果が
ある。プラズマが均一に発生し易くなる為印加電圧等の
調整が容易になるという効果がある。又、表示装置を長
期間駆動してもプラズマ放電の均一性が保たれるので信
頼性が向上するという効果がある。電極の抵抗率が多少
高くとも良いので、プラズマ電極の製造工程が簡単にな
るという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるプラズマアドレス電気光学装置
の第１実施例を示す模式的な部分平面図である。

【図２】プラズマ電極に形成される放電トリガ突起部の
寸法形状を示す部分拡大平面図である。

【図３】図１のＹＹ線に沿って切断された断面図であ
る。

【図４】図１に示す装置の駆動回路図である。

【図５】図４に示す画素を切り取って示した模式図であ
る。

【図６】本発明の第２実施例を示す模式的な部分平面図
である。

【図７】図６のＹＹ線に沿って切断された断面図であ
る。

【図８】従来のプラズマアドレス電気光学装置の構造を
示す一部破断斜視図である。

【図９】図８に示す下側基板の平面形状及び端面形状を
表わす模式図である。

【符号の説明】

１ 第１の基板 ２ 第２の基板 ３ プラズマ電極 ４ 画素 ５ 分離帯 ６ 放電トリガ突起部 ７ 液晶セル ８ プラズマセル ９ 隔壁 １１ 液晶層 １３ プラズマ室 Ａ アノード電極 Ｄ 信号電極 Ｋ カソード電極

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の主面に沿って互いに平行に配置さ
   れた複数の第１電極を有する第１の基板と、平面的に見
   て前記第１電極と交差し且つ所定の主面に沿って互いに
   平行に配置され交差部に画素を規定するとともに少なく
   とも１個以上の放電トリガ突起部が各画素に対応して設
   けられた複数の第２電極を有し前記第１の基板と対向す
   る様に配置された第２の基板と、前記第１及び第２の基
   板間に間挿された電気光学材料層と、この電気光学材料
   層と前記第２の基板間に形成されておりイオン化可能な
   ガスを封入する為のプラズマ室とを具備し、隣接する第
   ２電極間の放電により前記ガスを選択的にイオン化し、
   このイオン化ガスの局在した放電領域を走査単位として
   前記第１電極との交差部に位置する電気光学材料層を駆
   動する様に構成したプラズマアドレス電気光学装置。
2. 【請求項２】 前記プラズマ室は、複数の走査単位に渡
   って連続した空間を構成する請求項１に記載のプラズマ
   アドレス電気光学装置。