JPH0572520A - プラズマアドレス電気光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラズマアドレス電気光学装置に用いられる
プラズマ電極の電気抵抗値を下げるとともに形状寸法の
精度を維持する事を目的とする。 【構成】 プラズマアドレス電気光学装置は液晶セル１
とプラズマセル２と両者の間に介在する誘電体隔壁３と
からなる積層構造を有している。プラズマセル２は液晶
セル１のアドレッシングに用いられ、走査単位となる放
電領域１３を形成する為のプラズマ電極８が設けられて
いる。このプラズマ電極８はフォトリソグラフィ技術を
用いて形成されたパタン精度の良い下地薄膜電極層９と
その上に印刷焼成された比較的低電気抵抗値を有する厚
膜電極層１０とからなる二相構造を有する。

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６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】ところで、上述したプ
ラズマアドレス電気光学装置あるいはプラズマアドレス
表示装置を実用化する上で、プラズマセルの構造に様々
な問題点あるいは課題が存在する。図６に示す様に、プ
ラズマセルは複数の溝が形成された基板を用いて構成さ
れている。溝の底部に一対のプラズマ電極が形成されて
いる。平坦面ではなく凹凸面に対して電極を形成する為
に、従来フォトリソグラフィ及びエッチング技術が採用
されていた。例えば真空蒸着あるいはスパッタリングに
より金属薄膜を一様に堆積した後、選択的エッチングを
行なって薄膜のプラズマ電極を得ている。しかしなが
ら、薄膜電極の膜厚は極めて薄く電気抵抗が大きい。従
って、大面積化に応じてプラズマ電極の延設距離を長く
した場合電源から遠ざかるに従って電気抵抗の為に電圧
降下が起こる。この電圧降下が生じると一様且つ安定し
たプラズマ放電が困難となるという問題点がある。仮
に、薄膜電極の厚みを大きくして電気抵抗を下げようと
すると、薄膜の内部応力により剥離や亀裂が生じる。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】上述した従来の技術の課題
に鑑み、本発明は電気抵抗が比較的小さく且つ寸法形状
精度の優れたプラズマ電極構成を提供する事を目的とす
る。

【０００８】かかる目的を達成する為に採用された手段
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一対の平坦な基板を用いて構成さ
れている。第１の基板の内側主面に沿って互いに略平行
に第１電極あるいはプラズマ電極が配置されている。こ
のプラズマ電極は下地薄膜電極層とこの上に焼成された
厚膜電極層とからなる二層構造を有している。一方、第
２の基板の内側表面にはプラズマ電極と略直交し且つ互
いに平行に配列された複数の第２電極あるいは信号電極
が形成されている。この信号電極とプラズマ電極は互い
に対向する様に配置されている。第１及び第２の基板間
において信号電極と接面する様に電気光学材料層が間挿
されている。この電気光学材料層と第１の基板間には一
様且つ連続的な気密のプラズマ室が形成されており、そ
の内部にはイオン化可能なガスが封入されている。かか
る構成において、隣接するプラズマ電極間の放電により
封入されたガスが選択的且つ局在的にイオン化する。こ
のイオン化ガスの局在化した放電領域を走査単位として
信号電極と放電領域との交差部に位置する電気光学材料
層を駆動する。

【０００９】

【作用】本発明によれば、個々のプラズマ電極は下地薄
膜電極層とこの上に印刷焼成された厚膜電極層とからな
る二層構造を有している。下地薄膜電極層は平坦な基板
の表面にスパッタリングあるいは真空蒸着を用いて金属
薄膜等を一様に堆積した後フォトリソグラフィ及びエッ
チング技術により所定の形状にパタニングされる。極め
て高精度にパタニングできるので、隣接する一対のプラ
ズマ電極即ちアノード電極とカソード電極との間の間隔
を略一定に保つ事ができる。従って、両者の間に印加さ
れる放電電圧は略一定であり一様且つ安定なプラズマ放
電が行なえる。但し、薄膜電極は電気抵抗値が比較的高
いのでこのままでは電圧降下の問題が生じる。従って、
下地薄膜電極層の上に重ねてスクリーン印刷法等により
厚膜導電ペーストが塗布される。このペーストを焼成す
る事により厚膜電極層を得ている。この時、厚膜電極を
下地薄膜電極の端部からはみでない様にあらかじめ細く
印刷する必要がある。この様にすれば、プラズマ電極の
端部形状は依然として高精度にパタニングされた下地薄
膜電極によって規定される事になる。厚膜電極層はスク
リーン印刷を繰り返す事により例えば１００μｍ程度の
厚さまで塗布できるので比較的小さな電気抵抗を有す
る。従って、プラズマ電極全体としての電気抵抗値も小
さくなり電圧降下を抑制できる。

【００１０】かかる二層のプラズマ電極が形成された基
板は電気光学材料層に対して所定の間隙で対向配置され
両者の間に気密のプラズマ室が形成される。このプラズ
マ室は画像面全体に渡って一様且つ連続しているが、隣
接するプラズマ電極の間に選択的に放電電圧を印加する
事によりプラズマを実質的に局在化させる事が可能であ
る。

【００１１】

【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は本発明にかかるプラズマアド
レス表示装置の一実施例を示す模式的な断面図である。
本装置は液晶セル１とプラズマセル２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３とを積層した構
造を有する。液晶セル１は基板４を用いて構成されてお
り、その内側主面には透明導電膜からなる複数本の信号
電極Ｄが互いに平行に形成されている。基板４はスペー
サ５を用いて所定の間隙を介し隔壁３に接着されてい
る。間隙内には電気光学材料層である液晶層６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３を取り除く事も可能である。また、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など広く
プラズマアドレス電気光学装置に適用可能である。

【００１２】一方、プラズマセル２は下側の基板７を用
いて構成されている。基板７の内側主面上にはカソード
電極Ｋ及びアノード電極Ａが所定の間隙を介して交互に
形成されている。これらカソード電極Ｋ及びアノード電
極Ａがプラズマ放電を行なう為のプラズマ電極８を構成
する。プラズマ電極８は信号電極Ｄに交差する様に配置
されている。個々のプラズマ電極８は下地薄膜電極層９
とこの上に印刷焼成された厚膜電極層１０とからなる二
層構造を有する。基板７はシーラ１１を用いて所定の間
隙を介し隔壁３に接着されている。両者の間には気密封
止されたプラズマ室１２が形成される。この気密室の内
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。

【００１３】隣接する一対のプラズマ電極８即ちカソー
ド電極Ｋとアノード電極Ａとの間に所定の電圧を印加す
ると封入されているガスが選択的にイオン化されイオン
化ガスの局在した放電領域１３が形成される。この放電
領域１３は隣接するアノード電極とカソード電極との間
に実質上限定されており走査単位を規定する。この放電
領域１３と信号電極Ｄとの交差部に個々の画素が位置す
る事になる。放電領域１３を活性化した状態で信号電極
Ｄにアナログ駆動電圧を印加し画素の階調的な点灯ある
いは消灯を制御する。

【００１４】ところで、本実施例においてはプラズマ室
１２が基板７の主面全体に渡って連続した空間となって
いるので、放電によって発生するイオン粒子の拡散によ
る解像度の劣化が懸念される。しかしながら、これにつ
いては以下の様にして解決できる。まず、周知の様にプ
ラズマ室１２に封入されるガスの圧力については、これ
が高いほど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放電領域１３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場合がある。これについては、パ
ッシェンの法則により隣接するプラズマ電極８の間隔即
ちカソード電極Ｋとアノード電極Ａとの間の間隔Ｌをガ
ス圧力に反比例して小さくする事により調節できる。こ
れらガス圧力や電極間隔Ｌの最適値は使用するガス種に
よっても異なるが、適当なガスを選びガス圧と電極間隔
を最適に設定すれば１気圧で放電が可能となる。又、プ
ラズマ室１２のギャップあるいは間隙Ｗをある程度小さ
くする事によって放電プラズマの実効的な広がりを抑制
する事ができる。実験的には、プラズマ電極８の配列ピ
ッチよりもギャップＷを小さく設定する事により放電プ
ラズマの局在化を達成できた。

【００１５】安定且つ一様なプラズマ放電を行なう上で
特に重要な事は、平行配列したプラズマ電極８の間隔Ｌ
をその延設方向に沿って一定に保つ事である。プラズマ
発生開始電圧が電極間距離Ｌに大きく依存する為、仮に
電極間隔Ｌにばらつきがあるとプラズマ放電が均一且つ
一様に誘起されず部分的な特性のムラが出てくる。又、
表示装置を大面積化した場合等においてプラズマ電極８
の電気抵抗を低く抑える事も重要である。仮に、電気抵
抗が高いと延設方向に沿って電源から遠くなるに従い電
圧降下が顕著となり均一且つ一様なプラズマ状態を維持
する事ができない。

【００１６】図２は、図１に示すプラズマアドレス表示
装置の平面図であり、本発明の理解を容易にする為に信
号電極及びプラズマ電極のみを表わしている。前述した
様に、個々のプラズマ電極８は下地薄膜電極層９とその
上に整合して印刷焼成された厚膜電極層１０とからなる
二層構造を有する。下地薄膜電極層９はフォトリソグラ
フィ及びエッチング技術を用いて形成する。例えば、ス
パッタリングあるいは真空蒸着により基板全面にクロム
あるいはニッケル等の金属薄膜を堆積する。この膜厚は
通常０．１μｍないし０．３μｍである。これ以上厚く
すると内部応力により膜の剥離あるいは亀裂が生じる。
次に、フォトレジストを全面に塗布した後フォトマスク
を介して露光処理を行ない所定の短冊状マスクパタンを
形成する。最後に、マスクパタンを介して薄膜の選択的
なエッチングを行ない下地薄膜電極層９を形成する。フ
ォトリソグラフィ及びエッチング技術を用いる事により
非常に精度よく薄膜電極層９をパタニングでき、電極間
隔Ｌを一定にできる。フォトリソグラフィ及びエッチン
グは半導体製造における基本技術である。しかしなが
ら、薄膜電極層９のみではその電気抵抗が比較的高く電
圧降下の問題が残る。

【００１７】厚膜電極層１０は印刷及び焼成により形成
する。例えば、パタニングされたメッシュスクリーンを
用いてニッケルペースト等の導電材料を下地薄膜電極層
９に整合して印刷塗布する。この時、印刷幅をあらかじ
め下地膜の幅よりも小さく設定しておく。この様にすれ
ば、スクリーン印刷の精度が悪くても厚膜電極層１０の
端部が薄膜電極層９の端部からはみでる事がない。従っ
て、初期の電極間隔Ｌがそのまま維持できる。１回のス
クリーン印刷により１０μｍないし１５μｍの厚みを有
する電極が形成できる。これを繰り返し行なう事により
１０μｍないし１００μｍの厚さを有する厚膜電極層１
０が形成できる。厚膜電極層１０の電気抵抗は薄膜電極
層９の電気抵抗に比べてかなり小さく全体としてプラズ
マ電極８の抵抗値を大幅に下げる事ができる。

【００１８】図３は本発明にかかるプラズマアドレス表
示装置の他の実施例を示す模式的な断面図である。液晶
セルの部分は図１に示す実施例と同一であるのでプラズ
マセル２の部分だけ示してある。又理解を容易にする為
に、同一の構成要素については同一の参照番号を用いて
いる。基本的な構成は同様であるが、下地薄膜電極層９
の中央部にスリット１４が設けられている。この部分に
は基板７の表面が露出しており厚膜電極層１０が直接接
する事になる。厚膜電極層１０は印刷焼成により形成さ
れるので基板７に対して密着性が優れている。従って、
図１に示す実施例に比較し、プラズマ電極８の密着性が
向上している。

【００１９】最後に図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２２
には同じくバッファを介してカソード電極Ｋ１ないしＫ
ｎ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２４が規定される。

【００２０】図５は図４に示す２個の画素２４を切り取
って模式的に示したものである。各画素２４は信号電極
（Ｄ１，Ｄ２）及び隔壁３によって挟持された液晶層６
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２４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２４の階調的な点灯あるいは
消灯が制御できる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、プ
ラズマ電極をフォトリソグラフィ及びエッチングで形成
した薄膜電極層とその上に印刷焼成された厚膜電極層と
で構成しているので、プラズマ電極間隔を一定に保つ事
ができるとともにその電気抵抗値を従来に比し大幅に下
げる事ができる。この結果、安定且つ一様なプラズマ放
電を実現できるという効果がある。特に、大型の装置に
おいてこの効果が顕著に認められる。

【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
の一実施例を示す模式的な断面図である。

【図２】図１に示す実施例の模式的な平面図である。

【図３】本発明にかかるプラズマ電気光学装置の他の実
施例を示す模式的な断面図である。

【図４】プラズマアドレス電気光学装置に用いられる駆
動回路のブロック図である。

【図５】プラズマアドレス電気光学装置に含まれる画素
を切り取って示した模式図である。

【図６】従来のプラズマアドレス電気光学装置の一例を
示す部分破断斜視図である。

【符号の説明】

１ 液晶セル ２ プラズマセル ３ 隔壁 ４ 基板 ６ 液晶層 ７ 基板 ８ プラズマ電極 ９ 薄膜電極層 １０ 厚膜電極層 １２ プラズマ室 １３ 放電領域 Ａ アノード電極 Ｄ 信号電極 Ｋ カソード電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の主面に沿って互いに略平行に配置
   されているとともに各々下地薄膜電極層とこの上に焼成
   された厚膜電極層とからなる複数の第１電極を有する第
   １の基板と、所定の主面に沿って前記第１電極と略直交
   し且つ互いに平行に配列された複数の第２電極を有する
   とともにこの第２電極と前記第１電極が対向する様に配
   置された第２の基板と、前記第１及び第２の基板間にお
   いて第２電極と接面する様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１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
   からなり、隣接する第１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２電極と放電領域との交差
   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。