JPH04265941A - 画像表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
するものであり、さらにはその製造方法に関するもので
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、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１
０２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１
０２は、ガラス基板１０４に互いに平行な複数の溝１０
５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。したがって、各
溝１０５間の凹条部分１０５ａは、プラズマ室１０２を
分離する隔壁としての役割を果たすとともに、各プラズ
マ室１０２のギャップスペーサとしての役割も果たして
いる。また、各溝１０５には、互いに平行な一対の電極
１０６，１０７が設けられており、これら電極１０６，
１０７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
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１
０９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。

【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１０１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１０１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、実用化に当たっては様々な問題を残してい
る。例えば、プラズマ室１０２を構成するための溝１０
５を透明な誘電体基板であるガラス基板１０４上に形成
することは、製造上かなりの困難を伴い、特に高密度に
溝１０５を形成することは著しく困難である。

【０００７】また、溝１０５によってプラズマ室１０２
を構成するような構造とした場合、各プラズマ室１０２
を隔てているガラス基板１０４の凸条部分の液晶層１０
１が駆動されない無効部分となる。さらに、各溝１０５
の壁面が斜面あるいは曲面となっている部分では、透過
光の方向や偏光状態等が乱れ、適切な輝度制御等の妨げ
となる。すなわち、前記溝１０５の存在は、画像表示を
した場合のコントラスト及び透過率に好ましからざる大
きな影響を及ぼす虞れがある。

【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、製造
が簡単で、しかも画像品質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、前記電気光学
材料層と第２の基板との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るとともに、前記電気光学
材料層と第２の基板との間隔が前記第２電極に保持され
たギャップ材によって規制されていることを特徴とする
ものである。

【００１０】さらに本発明の製造方法は、基板上に電極
ペーストを印刷する工程と、印刷された電極ペースト上
にギャップ材を散布する工程と、散布されたギャップ材
を加圧する工程と、印刷された電極ペーストを硬化して
電極とする工程と、余分なギャップ材を除去する工程と
により基板上の電極にギャップ材を保持せしめ、次いで
、前記ギャップ材を介して電気光学材料層を重ね合わせ
ることを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】本発明の画像表示装置においては、放電領域が
電気光学材料層と第２の基板間の連続した空間とされ、
いわゆるオープンセル構造とされており、プラズマ室を
分離するための溝の形成が全く必要なくなり、その製造
は極めて容易なものとなる。また、電気光学材料層と第
２の基板間の間隔（ギャップ）は、第２電極に保持され
たギャップ材により規制され、ギャップ精度が確保され
るとともに、均一なものとなる。同時に機械的強度も確
保される。さらに、ギャップ材による無効部分は極めて
僅かなものであり、溝構造とした場合に比べて無効部分
や透過光の乱れが少なくなり、透過率やコントラストが
確保される。

【００１２】一方、本発明の製造方法においては、第２
の基板上の電極が電極ペーストにより印刷形成されると
ともに、この中にギャップ材が埋め込まれる形になり、
必要最小限のギャップ材により電気光学材料層と第２の
基板の間隔が精度良く維持される。また、余分なギャッ
プ材が除去され、特に放電領域にはギャップ材が存在し
なくなることから、正常な放電動作が妨げられることも
ない。

【００１３】

【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、全ての放電領域が連続空間として形成
された、いわゆるオープンセル構造を有するフラットパ
ネルディスプレイである。したがって、放電領域を分離
する隔壁は存在しない。以下、本実施例の画像表示装置
の構成を説明すると、本実施例の画像表示装置は、図１
及び図２に示すように、平坦で光学的に十分に透明な第
１の基板１と、やはり平坦で透明な第２の基板２との間
に、電気光学材料層である液晶層３を間挿するとともに
、前記液晶層３と第２の基板２との間の空間を放電領域
４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。

【００１４】上記第１の基板１には、その一主面１ａに
帯状の電極５が形成されるとともに、この電極５に接し
てネマチック液晶等からなる液晶層３が配置されている
。この液晶層３は、ガラス、雲母、プラスチック等から
なる薄い誘電体膜６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３及び誘電体
膜５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６は、液晶層３と放電領域４の絶
縁遮断層として機能するものであり、この誘電体膜６が
無いと液晶材料が放電領域４に流れ込んだり、放電領域
４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。また、上記誘電体膜６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４と液晶層３との電気的結合を十分
に確保し、且つ電荷の２次元的な拡散を抑制するために
は、なるべく薄い方がよい。

【００１５】一方、第２の基板２の一主面２ａ上にも放
電電極群７が形成されており、これら電極群７に埋め込
む形で保持されたギャップ材８によって支持することに
より上記誘電体膜５から所定の間隔をもって配置され、
この第２の基板２と誘電体膜５の間の空間が放電プラズ
マを発生する放電領域４とされている。したがって、こ
の放電領域４には隔壁は存在せず、画面全域で連続した
空間となっているが、そのギャップ間隔Ｗはギャップ材
８によって均一に、しかも精度良く規制されている。ま
た、このようなオープンセル構造とした場合、例えば放
電領域４のガス圧等によっては機械的強度に不安が残る
が、前記ギャップ材８によって多点支持されることにな
り、かかる不安も解消されている。ここで、前記ギャッ
プ材８としては、アルミナ粒子やガラスファイバー等が
用いられ、その外径寸法は必要なギャップ間隔に応じて
選定される。通常は、３０〜２００μｍのものが用いら
れる。また、第２の基板２上に存在するギャップ材８の
密度は、５０個／ｍｍ２　以上とされる。ギャップ材８
の密度が５０個／ｍｍ２　未満であると、ギャップ間隔
Ｗを均一に保つことが難しくなる。上限は特に制約され
ないが、あまり多すぎると放電電極群７の電気抵抗が大
きくなる等の影響を与えることから、実用的には３００
個／ｍｍ２　以下とされる。また、上記放電領域４には
、イオン化可能なガスが封入されているが、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。

【００１６】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３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。

【００１７】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、所定の幅をもった帯
状の電極５が複数形成されている。これら電極５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、
各電極５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、やはり放電電極群７が
形成されている。これら放電電極群７も、平行な帯状電
極であるが、その配列方向は先の第１の基板１上に形成
された電極５と直交する方向である。すなわち、これら
放電電極群７は画面に水平に配列されている。また、こ
れら放電電極群７は、アノード電極Ａ１　，Ａ２　，Ａ
３　・・・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いる。

【００１８】図３に第１の基板１に形成された電極５と
第２の基板に形成された放電電極群７の配列状態を模式
的に示す。ここで、第１の基板１の電極５には、データ
ドライバ回路９と出力増幅器１０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１０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上の放電電極群７のうち、各カ
ソード電極Ｋ１　，Ｋ２　，Ｋ３　・・・Ｋｎ−１　，
Ｋｎ　には、データストローブ回路１１と出力増幅器１
２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１２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。したがって
、第２の基板２に形成された放電電極群７の接続構造は
、図４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９及
びデータストローブ回路１１と接続して走査制御回路１
３が設けられている。 この走査制御回路１３は、データドライバ回路９とデー
タストローブ回路１１との機能を調整し、液晶層３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３が第１の基板１に形成された電極５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、放電領域４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５で
ある。図５において、各画素に対応する液晶層３は、キ
ャパシタ・モデル１４として捉えることができる。すな
わち、キャパシタ・モデル１４は、電極５とガスがイオ
ン化された領域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、各電極５にデータドライバ回路９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、この近傍のガスはイ
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　（電極５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、電極５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１４
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、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、これら電極Ａ２　，Ｋ２　に沿って帯
状にイオン化領域（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電極５
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１４には、電極５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１４に
それぞれストアされたままの状態となり、電極５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　
，Ｋ３　・・・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すると同時に、各電極
５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３が駆
動される。この場合、対になるアノード電極Ａ１　，Ａ
２　，Ａ３　・・・Ａｎ−１　，Ａｎ　とカソード電極
Ｋ１　，Ｋ２　，Ｋ３　・・・Ｋｎ−１　，Ｋｎ　間に
発生する帯状のイオン化領域が各走査線に相当し、これ
ら各イオン化領域が走査単位ということになる。

【００２３】ところで、上述の実施例の画像表示装置に
おいては、放電領域４が画面全体で連続した空間とされ
ているので、放電によって発生する荷電粒子の拡散によ
る解像度の劣化が懸念される。しかしながら、これにつ
いては次のようにして解決される。先ず、良く知られる
ように、放電領域４に封入されるガスのガス圧について
は、これが高いほど荷電粒子の平均自由行程が小さくな
り、局在化の傾向となる。したがって、このガス圧をあ
る程度高く設定することにより、放電プラズマを適当な
拡がりに制御することが可能となる。

【００２４】たたし、ガス圧を高くすると放電開始電圧
が高くなる場合がある。これについては、パッシェン（
Ｐａｓｃｈｅｎ）の法則により、放電用の電極の間隔、
すなわち、各アノード電極Ａ１　，Ａ２　，Ａ３　・・
・Ａｎ−１　，Ａｎ　とカソード電極Ｋ１　，Ｋ２　，
Ｋ３　・・・Ｋｎ−１　，Ｋｎ　間の間隔ｄをガス圧に
反比例して小さくすることで調整することができる。こ
れらガス圧や電極間隔ｄの最適値は、使用するガスの種
類等によっても異なるが、例えばＮｅ−Ａｒ混合ガスを
使用し電極間隔ｄを０．１ｍｍとした場合、１気圧で放
電が可能であった。

【００２５】また、ギャップ材８の径を選び、放電領域
４のギャップ間隔Ｗをある程度小さくすることでも、放
電プラズマの実効的な拡がりをある程度制御することが
できる。実験的には、放電用の電極のピッチｐに対して
、ギャップ間隔ＷをＷ≦ｐなる範囲とすれば、十分に局
在化が可能となる。

【００２６】以上により、荷電粒子の拡散による解像度
の劣化を解消できるが、仮に放電プラズマにある程度の
拡がりがあって、これらが相互に重なり合うような状態
になったとしても、実質的にはボケ等の原因とはならな
い。例えば、各走査単位に相当する放電プラズマに重な
りがあった場合、隣接する放電電極対（各走査単位に対
応する一対のアノードとカソード）の中間部では、両方
の放電電極対での放電により２回信号の書き込みが行わ
れるが、実際には２回目に書き込まれた信号が１フィー
ルドあるいは１フレームの期間保持される。すなわち、
例えば走査線数４００本のノンインターレース走査であ
るとすると、１回目に書き込まれた信号が保持されるの
は、１ライン分の時間のみであるのに対して、２回目に
書き込まれた信号は、３９９ライン分の時間保持される
ことになる。したがって、この場合１回目の信号書き込
みによるクロストーク量は、１／４００（＝０．２５％
）となり、これは完全に無視できる。

【００２７】逆に、本実施例の構造を採用することによ
る利点としては、先ず製造が非常に容易なものとなるこ
とが挙げられる。すなわち、本実施例の画像表示装置に
おいては、放電領域４が連続した空間とされており、第
２の基板２に溝を形成する必要がない。したがって、多
くの困難を伴う溝加工が不要となり、生産性は大幅に向
上する。また、溝型構造で問題となった無効部分や透過
光の乱れを解消することができ、これによってコントラ
ストや透過率等の特性を著しく向上することができるこ
とも、大きな利点の一つである。

【００２８】さらに、本実施例の構造による別の利点と
しては、１つの放電電極対で発生した荷電粒子が、拡散
により自動的に次の走査ラインの放電電極対近傍にも供
給され、安定に放電が走査されるということが挙げられ
る。これは、荷電粒子が供給されることで、電圧印加か
ら放電開始までの統計的な遅れ時間が短縮されるという
、いわゆるプライミング効果によるものである。

【００２９】次に、本実施例の画像表示装置の製造方法
について説明する。上述の構成を有する画像表示装置を
製造するには、先ず透明なガラス基板２１（第２の基板
２に相当する。）を用意し、図６に示すように、その一
主面２１ａ上にスクリーン印刷法によりＮｉ，Ａｇ等の
導電材料を混入したガラスペーストを印刷し、電極パタ
ーン２２を形成する。次いで、図７に示すように、ギャ
ップ間隔を保つのに必要な径を有するガラスファイバー
、アルミナ粒子等のギャップ材２３を所定の密度で散布
する。しかる後、図８に示すように、ダミーのガラス板
２４を重ね、このガラス板２４を加圧する。このとき、
これらガラス板２４とガラス基板２１との隙間が均一に
なるように加える圧力を制御する。これによって、ギャ
ップ材２３が電極パターン２２中に食い込んだ形となり
、電極パターン２３の厚みによらずギャップ材２３の外
径寸法のみによってギャップ間隔が規制されることにな
る。このようにダミーのガラス板２４により圧力を加え
た後、そのまの状態でガラスペーストからなる電極パタ
ーン２３を加熱硬化し、電極パターン２２上のギャップ
材２３を接着固定する。

【００３０】次に、ダミーのガラス板２４を取り外し、
電極パターン２２で接着固定されていない余分なギャッ
プ材２３をエアブロー、水洗等の手法によって取り除い
た後、図９に示すように、気体を封入するためのシール
剤２５をガラス基板２１の周囲に形成し、誘電体膜２６
（誘電体膜６に相当する。）、液晶層２７（液晶層３に
相当する。）、透明基板２８（第１の基板１に相当する
。）からなる液晶セル２９を重ね合わせて接着固定する
。以上により、図１及び図２に示す構造を有する画像表
示装置が製造される。なお、上述の説明では、ダミーの
ガラス板２４によってギャップ材２３を押さえた状態で
電極パターン２２の加熱硬化を行っているが、十分な加
圧の後にガラス板２４を取り除いてから電極パターン２
２を加熱硬化してもよい。この場合、余分なギャップ材
２３の除去は、加熱硬化の前でも後でもよいが、加熱硬
化後に除去する方が確実である。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の画像表示装置においては、イオン化領域（プラズマ
室）を走査単位毎に分離するための溝や隔壁が不要であ
るので、その製造を著しく容易なものとすることができ
る。また、電極上のギャップ材により放電領域のギャッ
プ間隔が制御されているので、ギャップ精度や均一度を
確保することができ、同時に機械的強度も確保すること
ができる。さらに、溝や隔壁が存在した場合に必然的に
生ずる無効部分等を少なくすることができ、透過率やコ
ントラストを上げ、画像品質を向上することができる。 さらにまた、本発明の画像表示装置においては、自然に
プライミング効果を得ることができ、安定な放電が可能
となる。また、本発明の製造方法によれば、溝加工等の
技術が不要となり、生産性、作業性を大幅に向上するこ
とができる。しかも、ギャップ間隔を正確にコントロー
ルすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した一実施例を一部破断して示す
要部拡大斜視図である。

【図２】本発明を適用した一実施例の要部拡大断面図で
ある。

【図３】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４】放電電極の配列及び接続状態を示す模式図であ
る。

【図５】本発明を適用した一実施例における画像表示動
作を説明するための等価回路図である。

【図６】本発明の製造方法の一実施例を示すもので、電
極パターン印刷工程を示す要部概略断面図である。

【図７】ギャップ材散布工程を示す要部概略断面図であ
る。

【図８】ダミーのガラス板による加圧工程を示す要部概
略断面図である。

【図９】液晶セルの積層工程を示す要部概略断面図であ
る。

【図１０】従来の画像表示装置の一例を一部破断して示
す要部拡大斜視図である。

【符号の説明】

１・・・第１の基板 ２・・・第２の基板 ３・・・液晶層（電気光学材料層） ４・・・放電領域 ５・・・電極 ７・・・放電電極群

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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、前記電気光学材料層と第２の
   基板との間の空間にイオン化可能なガスが封入されて放
   電領域とされるとともに、前記電気光学材料層と第２の
   基板との間隔が前記第２電極に保持されたギャップ材に
   よって規制されていることを特徴とする画像表示装置。
2. 【請求項２】　　基板上に電極ペーストを印刷する工程
   と、印刷された電極ペースト上にギャップ材を散布する
   工程と、散布されたギャップ材を加圧する工程と、印刷
   された電極ペーストを硬化して電極とする工程と、余分
   なギャップ材を除去する工程とにより基板上の電極にギ
   ャップ材を保持せしめ、次いで、前記ギャップ材を介し
   て電気光学材料層を重ね合わせることを特徴とする画像
   表示装置の製造方法。