JP3348829B2

JP3348829B2 - プラズマアドレス型表示装置

Info

Publication number: JP3348829B2
Application number: JP5556798A
Authority: JP
Inventors: 裕介津田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-03-06
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 2002-11-20
Anticipated expiration: 2018-03-06
Also published as: JPH11249114A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アクティブマトリ
クス型表示装置、特に、プラズマアドレス型表示装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、アクティブマトリックス型液晶表
示装置が、パーソナルコンピュータや薄型テレビ等の表
示装置として、広く利用されている。しかしながら、現
在主流のアクティブマトリクス型液晶表示装置は薄膜ト
ランジスタ等のスイッチング素子を多数形成する必要が
あり、特に大面積の表示装置に適用した場合に、歩留ま
りが低下するという問題がある。

【０００３】スイッチング素子の代わりに放電プラズマ
スイッチを用いたアドレス方式が、例えば、特開平１−
２１７３９６号公報に開示されている。この方式を利用
したプラズマアドレス型液晶表示装置は、大型の薄型表
示装置として注目されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
プラズマアドレス型液晶表示装置は、例えば、静止画像
を表示し続けた後に別の画像を表示した際に、前の静止
画像が薄く残って表示されるという問題点がある。この
ように前の静止画像が薄く残って表示される現象は、通
常”焼き付け”と称される。この焼き付け現象を低減ま
たは抑制するために、特別な液晶材料、特別な配向膜材
料、または特別な駆動方法が提案されているが、適用の
範囲が制限されたり、構成が複雑になる等の問題があ
る。この問題は、表示材料として液晶材料以外の電気光
学材料を用いたプラズマアドレス型表示装置においても
発生する問題であり、対策が望まれている。

【０００５】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、比較的簡単な構成により、画像表示にお
ける焼き付けを十分に低減できるプラズマアドレス型表
示装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のプラズマアドレ
ス型表示装置は、プラズマセル基板と、対向基板と、該
プラズマセル基板と該対向基板とに挟持された表示媒体
層とを有し、該プラズマセル基板は、第１基板と、該表
示媒体層側に設けられた中間シートと、該第１基板と該
中間シートとの間隙に形成された複数の中間シートによ
って包囲された複数のストライプ状の放電チャネルとを
有し、該対向基板は、第２基板と、該第２基板上に形成
された該複数のストライプ状の放電チャネルと直交する
方向に延びる複数のストライプ状電極とを有し、該複数
の放電チャネルと該複数のストライプ電極とが交差する
領域が絵素を構成するプラズマアドレス型表示装置にお
いて、該表示媒体層と該複数の放電チャネルとの間に半
導電層を有し、そのことによって、上記目的が達成され
る。

【０００７】前記中間シートが前記半導電層を有する構
成としてもよい。

【０００８】前記中間シートは誘電体からなり、前記表
示媒体層と該中間シートとの間に、前記半導電層を有す
る構成としてもよい。

【０００９】前記中間シートは誘電体からなり、前記表
示媒体層は液晶層であって、該液晶層の該中間シート側
に配向膜を有し、該配向膜が前記半導電層である構成と
してもよい。

【００１０】前記中間シートは誘電体からなり、前記表
示媒体層は液晶層であって、該液晶層の該中間シート側
に配向膜を有し、さらに、該配向膜と該中間シートとの
間に前記半導電層を有する構成としてもよい。

【００１１】前記半導電層の体積抵抗率が１０⁷〜１０
¹⁰Ω・ｃｍであることが好ましく、前記半導電層の膜厚
が、３０〜３００ｎｍであることが好ましい。

【００１２】以下、プラズマアドレス型液晶表示装置を
例に本願発明の作用を説明する。

【００１３】液晶表示装置における画像表示の焼き付け
は、以下のようにして発生すると考えられる。画像を表
示するために液晶層に所定の電圧を印加すると、分極に
より液晶層に電荷が発生する。この電荷が、次の画像を
表示する期間まで液晶層に残留すると（残留電荷）、液
晶層に印加される電圧が残留電荷の影響を受けて、次の
画像を表示するための所定の電圧からずれる。この電圧
のずれは、残留電荷の量、即ち前の画像を表示するため
の電圧に依存するので、前の画像が薄く表示されたよう
に観察される。

【００１４】液晶層と放電チャネルとの間に設けられた
半導電層によって、液晶層に発生した電荷は二次元に拡
散し、電荷量は比較的短時間で減少し、次の画像表示期
間まで電荷が残留することが実質的に無くなり、焼き付
きを抑制または防止することができる。半導電層の体積
抵抗率は、表示装置の構成（絵素の大きさ、駆動電圧の
幅、電圧印加の時定数など）に応じて決定すればよい。
半導電層の体積抵抗率が低く過ぎると、例えば、半導電
層に代えて導電層を形成すると、隣接する絵素に印加さ
れる信号電圧が互いに影響し、クロストークが起こり、
表示品質が低下する。

【００１５】上述したように、表示媒体層と放電チャネ
ルとの間に設けられた半導電層は、クロストークを生じ
させずに、焼き付きを抑制または防止するように作用す
る。半導電層を形成する位置は、残留電荷を減少するよ
うに作用する位置であれば良く、液晶層に接するように
設けても良いし、配向膜と放電チャネルとの間に設けて
も良い。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明によるプラズマアドレス型
液晶表示装置１００を模式的に図１に示す。プラズマア
ドレス型液晶表示装置１００は、対向基板１０と、プラ
ズマセル基板２０と、液晶層３０とを有する。液晶層３
０は、プラズマセル基板２０の中間シート２３と対向基
板１０との間に挟持されている。プラズマセル基板２０
の外側には、バックライト４０が設けられている。

【００１７】プラズマセル基板２０は、透明な基板２１
（例えば、厚さ０．７ｍｍのガラス基板）と中間シート
２３との間隙に形成された複数の隔壁２７によって包囲
された複数のストライプ状の放電チャネル２６を有す
る。複数の放電チャネル２６は、互いに平行で、内部に
電離用ガス（例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴンこれ
らの混合ガス）が封入されている。放電チャネル２６内
には、電離用ガスをイオン化するためのストライプ状の
アノード電極２４およびカソード電極２５とを有してい
る。アノード電極２４およびカソード電極２５は、スク
リーン印刷法を用いてガラス基板２１上にパターン形成
し、焼成することにって形成することが出来る。スクリ
ーン印刷法等を用いて、アノード電極２４上に隔壁２７
が形成される。隔壁２７の頂部は中間シート２３の一方
の面に当接し、中間シート２３を支持する。

【００１８】中間シート２３は、極薄の板ガラスなどの
誘電体から形成され、マイクロシートと呼ばれる。中間
シート２３の厚さは、約２０μｍから約１００μｍ程度
で、ここでは、約５０μｍのガラスシートを用いた。中
間シート２３は、液晶層３０と放電チャネル２６とを絶
縁する層として機能するものであり、ガラス、雲母、プ
ラスチック（樹脂材料を含む）等の誘電体材料により形
成され、それ自身がキャパシタとして機能し、液晶層３
０と放電チャネル２６との容量結合を十分に確保し、且
つ電荷の２次元的な拡散を抑制するため、なるべく薄い
方が良い。

【００１９】なお、必要に応じて、中間シート２３の液
晶層３０側の表面に各絵素に対応するように電極を形成
してもよい。中間シート２３とガラス基板２１とは、ガ
ラスフリットなどを用いて接合されている。中間シート
２３の液晶層３０側表面には、半導電層２８と配向膜２
９がこの順で形成されている。

【００２０】対向基板１０は、ガラス基板１１の液晶層
３０側表面に、カラーフィルタ層１３、信号電極１２と
配向膜１５をこの順に有する。ストライプ状の複数の信
号電極１２は、放電チャネル２６が延びる方向と垂直な
方向に延び、信号電極１２と放電チャネル２６との交差
部が絵素を規定する。信号電極１２は、ＩＴＯ（インジ
ウム錫酸化物）などの透明導電材料を用いて、公知の方
法で形成することができる。信号電極１２にデータ信号
を供給し、走査信号を放電チャネル２６に供給すること
によって、絵素をアドレスすることが出来る。勿論、信
号電極１２に走査信号を供給し、データ信号を放電チャ
ネル２６に供給しても良い。カラーフィルタ層１３は、
例えば、各絵素毎に、Ｒ、Ｇ、Ｂに対応するように形成
しても良いし、省略してもよい。

【００２１】ガラス基板１１及び２１の外側表面に偏光
板１４及び偏光板２２が配置されている。偏光板２２の
偏光軸方向は、対向基板１０側の偏光板１４の偏光軸と
直交（クロスニコル）するように配置されている。勿
論、表示モードに応じて、偏光軸を互いに平行（パラレ
ルニコル）に配置して良い。本実施形態の液晶層３０内
の液晶分子（不図示）は、液晶層３０に接する配向膜１
５及び２９によって所定の配向状態に設定される。表示
モードに応じて、公知の種々の配向状態の液晶層３０を
利用することができる。液晶層３０の厚さは、プラズマ
セル基板２０と対向基板１０との間に設けられたスペー
サ（不図示）によって規定される。典型的には、約６μ
ｍに設定される。

【００２２】半導電層２８は、中間シート２３と配向膜
８の間に形成されるが、信号電極１２とアノード電極２
４との間の駆動電圧は、中間シート２３及び半導電層２
８を介して液晶層３０に印加される。クロストークを発
生させず、焼き付きを抑制または防止するためには、半
導電層２８の体積抵抗率は１０⁷〜１０¹⁰Ω・ｃｍの範
囲にあることが好ましい。また、半導電層２８の膜厚
は、中間シート２３に比べて特に薄いほうが好ましく、
約３０〜３００nm程度が効果的である。体積抵抗率や膜
厚は、表示装置の構成（絵素の大きさ、駆動電圧の幅、
電圧印加の時定数など）に応じて決定すればよい。

【００２３】上記の半導電層２８は、例えば、導電性微
粒子およびマトリックス材料が含有された塗布液を用い
て形成される。導電性微粒子およびマトリックス材料は
特に限定されないが、溶媒として、水や有機溶媒、及び
これらの混合溶媒を用いたマトリックス溶液中に導電性
微粒子が分散されている塗布液が好ましい。例えば、半
導電層２８は、上述の塗布液を、ディッピング法、スピ
ンコート法、フレキソ印刷法などの方法で、中間シート
２３の表面に塗布し、常温から９０℃で乾燥し、さらに
２００℃以上に加熱して硬化するなどの方法により形成
される。例えば、半導電層２８をスピンコート法で成膜
する場合、膜厚３０ｎｍから３００ｎｍで大画面の半導
電膜２８を精度よく形成することが出来る。

【００２４】上記塗布液に用いられるマトリックス材料
は、被膜形成性を有していれば特に限定されない。塗布
液中の導電性微粒子としては、例えば、酸化亜鉛、酸化
錫、酸化インジウム、ＩＴＯを用いることが出来る。こ
れらの導電性微粒子は、塗布液を調製する際に、溶液中
に分散した状態で混合されることが好ましく、導電性微
粒子の平均粒径は、約３０nm以下であることが好まし
い。粒径が約３０nmを越えると半導電層２８の表面に凹
凸が形成され、液晶分子の配向が乱れる等の不具合を生
じる場合がある。

【００２５】なお、半導電層２８を設けること以外は、
上記の例に限られず、公知のプラズマアドレス型液晶表
示装置の構成を用いることができるし、公知の方法で製
造することができる。例えば、本実施形態において、放
電チャネル２６は個々に分離した構成となっている。し
かしながら、必ずしも分離する必要は無く、隔壁２７を
除去し、所謂オープンセル構造（例えば、特開平4-2659
30号公報）としても良い。この場合には、放電チャネル
２６が画像全体で連続した空間となるので、プラズマ放
電によって発生するイオンの拡散による解像度の劣化が
懸念される。しかしながら、これは以下のようにして、
解決することができる。放電チャネル２６に封入される
ガスの圧力を高くする程イオンの平均自由工程が小さく
なり、プラズマが局在化される。従って、封入ガス圧力
をある程度高く設定することにより、隔壁２７が無くて
も、放電プラズマを実質的に放電チャネル２６に局在化
させることが可能となる。

【００２６】次に、プラズマアドレス型液晶表示装置１
００の動作を説明する。図２は、図１に示したプラズマ
アドレス型液晶表示装置１００の駆動回路を示す模式的
なブロック図である。駆動回路は信号回路４２と、走査
回路４４と、制御回路４６とを有する。信号回路４２に
は各々バッファを介してｍ本の信号電極１２₁〜１２_mが
接続されている。走査回路４４にはｎ本のカソード電極
２５₁〜２５_nが各々バッファを介して接続されている。
一方、ｎ本のアノード電極２４₁〜２４_ｎは共通に接地
されている。制御回路４６は信号回路４２及び走査回路
４４を同期的に制御するものである。走査回路４４に接
続されたカソード電極２５は線順次で走査され、対応す
るアノード電極２５との間に放電電圧を印加し、プラズ
マチャネル２６にプラズマ放電を発生させる。即ち、カ
ソード電極２５に印加される走査信号電圧によってプラ
ズマチャネル２６の放電状態の有無が制御され、プラズ
マチャネル２６はプラズマスイッチとして機能する（図
３のＳ₁、Ｓ₂）。一方、信号回路４２に接続されたｍ本
の信号電極１２₁〜１２_mには、線順次走査に同期してア
ナログ駆動電圧が印加される。列駆動単位となる信号電
極１２と行走査単位となる放電チャネル２６との交差部
で個々の絵素５０が規定される。

【００２７】図３は、４個の絵素５０を模式的に示した
もので、２本の信号電極１２₁、１２₂と２つの放電チャ
ネル２６₁と２６₂（それぞれ、アノード電極及びカソー
ド電極２４₁と２５₁と２４₂、２５₂を含む）を示す。絵
素５０は、図３の上から順に信号電極（１２₁、１
２₂）、液晶層３０、中間シート２３、プラズマスイッ
チ（Ｓ₁、Ｓ₂）の様に重ねられている。なお、プラズマ
スイッチＳ₁、Ｓ₂は放電チャネル２６₁、２６₂の機能を
模式的に表現したものである。例えば２番目のカソード
電極２５₂に走査信号が印加されると対応する放電チャ
ネル２６₂が活性化され（プラズマスイッチＳ₂が導通状
態）、アノード電極２４₂の接地電位に接続される。隣
のプラズマスイッチＳ₁は放電チャネル２６₁が活性化さ
れておらず、プラズマスイッチＳ₁は非導通状態にあ
る。プラズマスイッチＳ₂が導通している期間に信号電
極１２₁、１２₂に所定の表示信号電圧（例えば、アナロ
グ駆動電圧）が印加されると、絵素５０はこの表示信号
電圧に応じた表示状態を呈する。各絵素５０に含まれる
液晶層３０、配向膜１５、２９、中間シート２３及び半
導電層２８はサンプリングキャパシタの一部を構成し、
対応するプラズマスイッチがサンプリングスイッチとな
る。サンプリングキャパシタに蓄積された電荷は、サン
プリングスイッチが非導通状態となった後にも保持され
る（サンプリングホールド）。

【００２８】次に図４を参照しながら、半導電層２８に
よって、クロストークを発生させずに、焼き付きを抑制
・防止するメカニズムを説明する。

【００２９】図４に４個の絵素５０を模式的に示す。絵
素５０の大きさは、放電チャネル２６の幅Ｌ₁と信号電
極１２の幅Ｌ₂で規定される。絵素５０の上下左右の繰
り返し間隔Ｌ₄、Ｌ₃が、Ｌ₄≧Ｌ₃の場合について説明す
る。

【００３０】Ｌ₄≧Ｌ₃であるから、絵素５０の電荷が、
間隔Ｌ₃の間で漏れない（クロストークが発生しない）
場合、間隔Ｌ₄の間での電荷の漏れ（クロストーク）は
ない。

【００３１】間隔Ｌ₃での絵素５０間の静電容量Ｃ、抵
抗値Ｒを、下記の式（１）、式（２）で示す。

【００３２】

【数１】Ｃ＝Ｅ_r×Ｅ₀×Ｌ₁×Ｌ₂÷Ｄ₁ （１）

【００３３】

【数２】Ｒ＝σ×Ｌ₃÷（Ｌ₁×Ｄ₂）（２）Ｅ_r：液晶の比誘電率３．３Ｅ₀：真空の誘電率８．８５４×１０^-14（Ｆ／ｃｍ） σ ：半導電層２８の体積抵抗率Ｌ₁：放電チャネル２６の幅〔例えば、９１２×１０^-4ｃｍ〕Ｌ₂：信号電極１５の幅〔例えば、３１９×１０^-4ｃｍ〕Ｌ₃：絵素５０の間隔〔例えば、４５×１０^-4ｃｍ〕Ｄ₁：液晶層３０の厚さ〔例えば、６×１０^-4ｃｍ〕Ｄ₂：半導電層２８の厚さ〔例えば、３０×１０^-7〜３００×１０^-7ｃｍ〕従って、絵素５０間の時定数ＣＲは、下記の式（３）で
示される。

【００３４】

【数３】ＣＲ＝σ×Ｅ_r×Ｅ₀×Ｌ₂×Ｌ₃÷（Ｄ₁×Ｄ₂）（３）１フレーム期間（１／６０秒間）に電荷を９９％保持す
るための時定数τは、１．６５８秒であり、Ｄ₂を３０
ｎｍ〜３００ｎｍの範囲とし、上記の設計値を用いて式
（３）で計算すると、体積抵抗率σは７．７×１０⁷〜
７．７×１０⁸Ω・ｃｍになる。また、１フレーム期間
に電荷を９９．９％保持するための時定数τは、１６．
５８秒であり、上記の設計値を用いて式（３）で計算す
ると、体積抵抗率は、７．７×１０⁸〜７．７×１０⁹Ω
・ｃｍになる。

【００３５】液晶層３０に生じた電荷を効率よく拡散す
るためには、電荷の保持能力が約９９％から約９９．９
％であることが好ましく、約９９．９％を越えると、焼
き付きが顕著となり、約９９％より低いとクロストーク
が顕著となる。現在使用されている液晶表示装置の構成
を考慮すると、半導電層の体積抵抗率は約１０⁷〜１０
¹⁰Ω・ｃｍであることが好ましい。なお、半導電層２８
の体積抵抗率の条件に厚さを乗算することによって表面
抵抗の条件に換算できる。例えば、厚さを１００ｎｍと
すると、表面抵抗の条件は約１０¹²〜１０¹⁵Ω／□とな
る。体積抵抗率や表面抵抗は公知の方法によって測定す
ることができる（例えば、４端子法を用いる）。また、
半導電層２８の厚さとしては、約３０ｎｍ〜約３００ｎ
ｍが好ましい。約３０ｎｍよりも薄いと均一な膜の形成
が困難であり、約３００ｎｍよりも厚いと電荷の２次元
的な拡散の影響によってクロストークが発生することが
ある。約３０ｎｍ〜約３００ｎｍの膜厚の半導電層は、
スピンコート法を用いて安定に均一に形成できる。

【００３６】上記の例では、半導電層２８を新たに形成
した例について説明したが、本発明は、上記の例に限定
されない。例えば、図５に示すように、配向膜２９（お
よび配向膜１５）が上記半導電層２８の機能を有すれ
ば、新たに半導電層２８を形成する必要がない。なお、
配向膜２９に用いる材料は、上記半導電層として機能す
るとともに、ＤＣストレスを印加した場合に、配向膜と
液晶材料との界面にＤＣ電圧を発生しない材料を用いる
ことが好ましい。例えば、ＩＴＯ電極上に所定の配向膜
を形成した基板で所定の液晶材料を挟持した標準セルを
作製し、ＩＴＯ電極間に±２．５、＋１ＶのＤＣオフセ
ットを印加し、７０℃で２０時間エージングした後の配
向膜と液晶材料との界面のＤＣ電圧が実質的に０ｍＶの
材料が好ましい。

【００３７】また、本発明の他の変形例として、中間シ
ート２３（少なくとも中間シート２３の液晶層側表面）
が上記半導電層として機能する材料を用いれば、半導電
層を新たに形成する必要がない。例えば、特開平５−７
２５１７号公報に開示されているポリイミドやポリサル
ホンなどのプラスチック材料を用いて、所望の体積抵抗
を有する中間シート２３を形成してもよい。プラスチッ
ク材料からなる中間シートを用いる場合に、放電チャネ
ル２６の機密性を向上するために、中間シート２３の放
電チャネル２６側表面に、無機薄膜を形成することが好
ましい。例えば、無機薄膜としては、ＳｉＯ₂やＳｉＮ
をプラズマＣＶＤ等で約５０ｎｍ〜約１０μｍ堆積した
膜を用いることができる。

【００３８】

【発明の効果】上述した様に、本発明によれば、表示媒
体層と該複数の放電チャネルとの間に半導電層を設けた
比較的簡単な構成で、画像表示における焼き付けを十分
に低減できるプラズマアドレス型表示装置を提供する。

【００３９】本発明は、液晶表示装置に好適に適用され
るが、液晶材料以外の電気光学材料を用いた表示装置に
適用できる。上記の実施形態においては、透過型表示装
置を例示したが、本発明は反射型表示装置にも適用でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるプラズマアドレス型液晶表示装置
を模式的に示す断面図である。

【図２】本発明によるプラズマアドレス型液晶表示装置
に用いられる駆動回路の例を模式的に示す図である。

【図３】本発明によるプラズマアドレス型液晶表示装置
の絵素を模式的に示す図である。

【図４】本発明によるプラズマアドレス型液晶表示装置
の半導電層の機能を説明するための模式図である。

【図５】本発明によるプラズマアドレス型液晶表示装置
の他の例を模式的に示す断面図である。

【符号の説明】

１０対向基板１１、２１ガラス基板１２信号電極１３カラーフィルタ層１４、２２偏光板１５、２９配向膜２０プラズマセル基板２３中間シート２４アノード電極２５カソード電極２６放電チャネル２７隔壁２８半導電層３０液晶層４０バックライト１００プラズマアドレス型液晶表示装置

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマセル基板と、対向基板と、該プ
ラズマセル基板と該対向基板とに挟持された表示媒体層
とを有し、該プラズマセル基板は、第１基板と、該表示媒体層側に
設けられた中間シートと、該第１基板と該中間シートと
の間隙に形成された複数の中間シートによって包囲され
た複数のストライプ状の放電チャネルとを有し、該対向基板は、第２基板と、該第２基板上に形成された
該複数のストライプ状の放電チャネルと直交する方向に
延びる複数のストライプ状電極とを有し、該複数の放電チャネルと該複数のストライプ電極とが交
差する領域が絵素を構成するプラズマアドレス型表示装
置において、該表示媒体層と該複数の放電チャネルとの間に半導電層
を有するプラズマアドレス型表示装置。
【請求項２】前記中間シートが前記半導電層を有する
請求項１に記載のプラズマアドレス型表示装置。
【請求項３】前記中間シートは誘電体からなり、前記
表示媒体層と該中間シートとの間に、前記半導電層を有
する請求項１に記載のプラズマアドレス型表示装置。
【請求項４】前記中間シートは誘電体からなり、前記
表示媒体層は液晶層であって、該液晶層の該中間シート
側に配向膜を有し、該配向膜が前記半導電層である請求
項１に記載のプラズマアドレス型表示装置。
【請求項５】前記中間シートは誘電体からなり、前記
表示媒体層は液晶層であって、該液晶層の該中間シート
側に配向膜を有し、さらに、該配向膜と該中間シートと
の間に前記半導電層を有する請求項１に記載のプラズマ
アドレス型表示装置。
【請求項６】前記半導電層の体積抵抗率が１０⁷〜１
０¹⁰Ω・ｃｍである請求項１から５のいずれかに記載の
プラズマアドレス型表示装置。
【請求項７】前記半導電層の膜厚が、３０〜３００ｎ
ｍである請求項１から６のいずれかに記載のプラズマア
ドレス型表示装置。