JP2601713B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はイオン化可能なガス（気体）を用いる表示装
置に関する。

〔従来の技術〕 データ蓄積装置を使用したシステムには、例えばビデ
オ・カメラや画像表示装置がある。そのようなシステム
は、蓄積素子にデータを書き込んだり、これからデータ
を読出したりするためのアドレス指定装置を有してい
る。本発明の１つの実施例が特に関係するこのタイプの
システムは、汎用フラット・パネル表示装置であって、
その蓄積素子または表示素子は、光パターン・データを
蓄積する。フラット・パネル表示装置は、表示表面の視
覚領域内に配置された多数の表示素子を具えている。フ
ラット・パネル表示装置は、表示画像を形成する上で陰
極線管を必ずしも必要としないので、望ましい。陰極線
管は形も大きく、こわれやすく、高電圧駆動回路がいる
ので望ましくない。

ある種のフラット・パネル表示装置は、多数の液晶セ
ルまたは表示素子を配列し、これらを直接にマルチプレ
クスするアドレス装置を採用している。１対の導電体の
間に液晶セルの各々が配置され、これらの導体、液晶セ
ルに選択電圧信号及び非選択電圧信号を選択的に印加
し、液晶セルの光学的状態を変化させる。これによって
輝度を変化させ、画像を形成させることができる。この
形式の表示装置は、「受動的」であるといえる。なぜな
ら液晶セルの電気光学的特性を変化させるのに「能動
的」電子素子が協同していないからである。このような
表示装置には、表示画像を形成するのに用いるビデオ情
報、即ちデータを提供するためのアドレス線の数が限ら
れる（例えば、約250本）という欠点がある。

液晶表示装置のデータのアドレス・ラインの数を増や
すための方策としては、各液晶セルと協同する個別の電
気素子が、選択電圧信号及び非選択電圧信号に対する液
晶セルの、電気光学的応答の実質的非線形性を改めるよ
うなアドレス装置を用いることである。「２端子」素子
のアドレス技術に関するもののいくつかは、この方法に
よって特徴づけられる。表示素子の実質的非線形性を強
めると、２値表示においてマルチプレクス能力が増加す
るが、この技術によりグレイスケールを実現するには多
くの困難を伴う。

充分なグレイスケール性能の液晶マトリクス表示装置
を得るには、液晶材料から非線形機能を得ることに依存
しないアドレス装置を必要とする。これを達成するた
め、電気的な「能動」素子のマトリクスを用いたアドレ
ス装置は、各画素毎に、液晶材料から分離した電子スイ
ッチを採用している。この能動マトリクスは、各液晶セ
ルと対応付けられた２または３端子の固体素子を用い、
必要な非線形性と表示素子の絶縁とを得ている。２端子
素子によって構成されたアドレス装置は、様々の種類の
ダイオードを用いることができ、３端子素子によって構
成されたアドレス装置は、異なった半導体材料から作ら
れる様々な種類の薄膜トランジスタ（TFT）を用いるこ
とができる。

〔発明が解決しようとする課題〕 ２端子又は３端子能動素子に関する問題のひとつは、
能動素子の数が非常に多くなると、高い歩留まりで大量
のマトリクスを製造することが大変に困難になることで
ある。もうひとつの問題は、特にTFT素子に関すること
であるが、充分に高い「オフ抵抗」の薄膜トランジスタ
を製造することが困難であることである。「オフ抵抗」
が比較的低いと、表示素子はそこに生じた電荷を所定の
時間保持していることができない。さらにこのとき「オ
フ抵抗」と「オン抵抗」との比が低下する。この比は、
TFTマトリクスの好適な動作のためには10を超えるのが
望ましい。TFTマトリクスは、ときどき分離した蓄積キ
ャパシタを各表示素子と共に採用し、「オフ抵抗」が充
分に高くないことの影響を除去する。しかしながら、分
離した蓄積キャパシタの使用によって、これと協同する
TFTマトリクスがより複雑となり、歩留まりも低下する
と思われる。TFT能動マトリクスに考えられるもう一つ
の問題は、「オン」電流からくる必要性によって、TFT
素子の寸法が大きくなる傾向があるために、表示素子の
寸法に比較してTFTの寸法が比較的大きくなってしまう
ことである。このことは、素子の光効率に影響を与え
る。

TFT素子によって作られた能動素子は、白黒とカラー
の画像を形成する能力がある。カラー画像を形成するた
めには、表示素子と空間的に一致するように並べられ、
異なった色のスポットのグループを多く含むカラー・フ
ィルターを能動マトリクスは用いる。これゆえ、異なっ
た色のスポットと一致するように並べられた表示素子の
グループは、これゆえ単一の画像ピクセルを形成する。

フラット・パネル表示装置は、イオン化したガス又は
プラズマを用いた表示素子を用いても実施することがで
き、どんなガスを用いるかによって決まる色の発光領域
を表示面に形成する。これら発光領域は、表示画像を形
成すべく選択的に駆動される。

その他のフラット・パネル表示装置は、電子を発する
プラズマを採用しており、これら電子を加速して蛍光体
に衝突させて、輝点を生成する。このようなフラット・
パネル表示装置は、輝度効率が向上しているが、広い表
示面を構成することが困難であり、複雑な駆動回路が必
要となる。このようなフラット・パネル表示装置は、多
色画像を形成するために異なったスペクトラム特性で、
電子によって励起される蛍光体によって構成できる。

ガス・プラズマ・フラット・パネル表示装置は、プラ
ズマ・サック（plasma−sac）形式のガス放電表示装置
を使用することにより意図的に軽減されている。このよ
うな表示装置では、開口が設けられた絶縁体の陰極側で
発生したプラズマ・サックが、ひとつの開口から他の開
口へと移動してラスタ走査に影響を与える。このプラズ
マ・サック型のガス放電表示装置は、製造工程が複雑で
あり、歩留まりも低下しやすい。

そこで本発明の目的は、安い費用で高い歩留まりで製
造できる表示装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、アドレス速度が速く、高い
コントラストの特性を有し、電気光学的材料である液晶
材料と能動的アドレス装置からなる蓄積または表示素子
を有する表示装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、電気光学的材料がイオン化
したガスと協同してアドレス可能なデータストレージエ
レメントを形成するような表示装置を提供することにあ
る。

本発明の更に他の目的は、良好な色とグレイスケール
と輝度特性とを有する表示装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の表示装置は、一方の主面に互いに略平行に形
成された複数の第１電極を有する第１基板と；この第１
基板の主面に対向する主面上に第１電極と交差し且つ互
いに略平行に形成され、イオン化可能なガスが封入され
た複数の溝状凹部を有する第２基板と；この第２基板の
主面上で複数の溝状凹部の各々の内部に、この溝状凹部
の長手方向に略平行に形成された第２及び第３電極と；
第１基板及び第２基板の間に間挿され、第１電極及び溝
状凹部の交差部に表示素子を形成する液晶材料層と；第
１電極及び第３電極の間に選択的に第１信号を印加する
第１信号印加手段と；第２電極及び第３電極の間に選択
的に第２信号を印加する第２信号印加手段とを具えてい
る。第２信号印加手段は、第２電極及び第３電極の間に
第２信号を選択的に供給して、第２信号を受けた第２電
極及び第３電極を有する溝状凹部におけるガスをイオン
化する。第１信号印加手段は、イオン化されたガスを含
む溝状凹部に対応する表示素子の第１電極及び第３電極
の間に第１信号を選択的に供給して液晶材料層の光学状
態を変化させて、表示素子により表示を行う。

本発明の実施例によれば、直視型または投影型のいず
れにも用いられる高解像度フラット・パネル表示装置の
アドレス装置を具えている。この表示装置は、視覚領域
全体にわたって配置されたデータストレージエレメント
または表示素子によって構成された表示パネルを含んで
いる。各表示素子は、ヘリウムのようなイオン化可能な
ガスを所定量封入したものと、ネマチック液晶のような
電気光学材料を所定量封入したものを具え、これらは協
同して、表示素子が設けられているところの電気光学的
材料を通って伝播し、外側へ向かって発光する光を変調
する。

この実施例では、蓄積素子が、行と列とに配列され、
行はビデオ情報又はデータの１行を表す。（実施例にお
いてアドレスされる情報は、以下「データ」と呼ぶこと
にする。）列電極はデータを受け取り、データ・ストロ
ーブ回路は、行走査により行毎に列電極をアドレス指定
する。

本発明の表示装置（表示パネル）の実施例では、間隔
をおいて相互に面と面とが向かい合わせになった第１と
第２の基板を具えている。第１の基板の内側面に沿った
第１の方向に延びている、互いに重なり合うことのない
多数の導電路は、これらに印加されるデータ駆動信号の
ための列電極を形成している。第２の基板の内側に刻ま
れた、互いに重なることのない多数の溝（溝状凹部）
は、第１の方向を略横切る方向に沿って内側に延びる。
この第１と第２の方向は、好適には夫々垂直方向と水平
方向とする。基準電圧電極と行電極とは、電気的に相互
に絶縁され、各溝の内側の長手方向に沿って延び、これ
に印加されるデータストローブ信号を受ける。各溝は、
イオン化可能なガスによって満たされている。

本発明の実施例の表示パネルでは、電気光学的性質を
有する材料の層と、誘電体材料層とが、第１と第２の基
板の内側面の間に配置されていて、溝を覆う誘電体材料
層は、電気光学材料の層とイオン化可能なガスとの間の
遮断層を形成する。表示素子は、列電極と溝とが重なり
合う領域によって形が決まり、表示スクリーン上のスポ
ットとして現れる。スポットは充分に小さく、相互に接
近しているので、通常の視覚条件では見ても区別がつか
ない。

表示パネルは、上述のように構成されており、各表示
素子にとってイオン化可能なガスは、印加されるデータ
ストローブ信号に応じて、導通のあるプラズマ状態と、
導通のないイオン化していない状態との間を電気的に切
り替わるスイッチとして機能する。列電極のデータ駆動
信号の強さは、表示画像の輝度に対応する。

素子が導通状態になっているときはいつでも、イオン
化されたガスの領域は、データ・ドライブ信号の電圧を
表すデータ電圧が液晶材料領域にかかることを可能にす
る。この液晶材料領域は、イオン化したガスの領域と空
間的に位置あわせされている。素子が非導通になってい
るときはいつでも、イオン化していないガスの領域は、
液晶材料の空間的に位置合わせされた領域が、これにか
かる電圧を所定の時間保持することを可能にする。これ
ゆえイオン化可能なガスは、液晶材料に蓄積されるデー
タを選択する機能を果たすわけで、このためグレイスケ
ール輝度の表示装置を提供する。

イオン化可能なガスを、導通状態と非導通状態の間で
表示パネル内で切替えることにより、表示素子を通過す
る光を変調することができる。透過光は、印加されたデ
ータ駆動信号の強度に依存する。グレイスケール輝度の
機能を持ったモノクロまたは白黒の表示装置を、表示パ
ネルに使用できる。色強度が制御可能であるフルカラー
の表示装置は、表示素子に対して空間的に位置合わせさ
れた３原色のスポットのグループを含むカラーフィルタ
を白黒表示装置内に配置することによって実現可能であ
る。スポットのグループを構成すべく位置合わせされて
いる３つの表示素子のグループは、このグループ内のス
ポットの強度との関係で決定される色の一つの画像ピク
セルとなる。

本発明の表示装置は、全面的にダイナミックで、グレ
イスケールの画像を幅広いレンジのフィールド・レート
にわたって提供でき、高い画質の表示を提供する。この
表示装置は簡単で凹凸のある構造をしているために、特
に有利であり、表示スクリーン上で60Hzのフィールド・
レートにて、少なくとも3000本のデータ・ラインをアド
レスすることができる。

本発明のその他の目的及び利点は、図面を用いての以
下の説明により一層明かになろう。

〔実施例〕

第１図は、一般的なフラット・パネル表示装置（10）
の概略構成を示す図であり、本発明のアドレス装置及び
アドレス方法を表す。第１図及びそのパネルの詳細を示
す第２図において、フラット・パネル表示装置（10）
は、表示面（14）を有する表示パネル（12）を具える。
この表示面（14）は、垂直方向と水平方向に沿ってあら
かじめ決められた間隔にて相互に隔たった個別のデータ
ストレージエレメントまたは表示素子（16）の矩形平面
配列によるパターンを含んでいる。この配列の各表示素
子（16）は、縦の列に沿って配列された薄くて幅の狭い
電極（18）と、水平方向に配列された細長い溝（20）と
の重なった交差部分となる。なお、溝（20）が、図から
も判るように、溝状凹部となる。（以下電極（18）を列
電極（18）と呼ぶことにする。）行にあたる各溝（20）
中の表示素子（16）は、データの１行を表す。

列電極（18）の幅と溝（20）の幅は、表示素子（16）
の寸法を決定し、これは略矩形となる。列電極（18）
は、非導電性で光学的に透明な第１基板の主面上に配置
され、溝（20）は、非導電性で光学的に透明な第２基板
の主面上に刻まれている。このことは詳細に後述する。
直視型または投射型の反射型表示装置のようなシステム
では、いずれか一方の基板が光学的に透明であればよい
ということを、当業者は理解するであろう。

列電極（18）は、データドライバ（24）の出力増幅器
（22）（第２図から第６図を参照）の夫々の１つによっ
て平行な出力導体（22′）上に発生するアナログ電圧の
データ駆動信号を受ける。データドライバ（24）と出力
増幅器（22）とで、第１信号印加手段を構成する。溝
（20）は、データ・ストローブ（28）の出力増幅器（2
6）（第２図から第６図を参照）の夫々の１つによって
平行な出力導体（26′）上に発生するパルス電圧のデー
タ・ストローブ信号を受ける。データストローブ（28）
と出力増幅器（26）とで第２信号印加手段を構成する。
各溝（20）には、基準電極（30）（第２図）が通ってお
り、各溝及びデータ・ストローブ回路（28）に共通の基
準電圧（接地電圧）が基準電極（30）に印加される。

表示面（14）の全体にわたって画像を形成するため
に、表示装置（10）は、走査制御回路（32）を具えてい
る。これは、データ駆動回路（24）とデータ・ストロー
ブ回路（28）との機能を調整し、表示パネル（12）の表
示素子（16）のすべての列を行から行へと順次アドレス
指定する。表示パネル（12）には、異なったタイプの電
気光学材料を用いても良い。例えば、この材料として入
射光（33）の偏光状態を変化させる材料を用いるのな
ら、表示パネル（12）は、偏光フィルタ（34）と（36）
の間に置かれる（第２図参）。このフィルタ（34）と
（36）とは、表示パネル（12）と協同し、これらを通過
する光の輝度を変化させる。電気光学材料として光を散
乱させる液晶セルを用いれば、偏光フィルタ（34）と
（36）を必要としない。図示しないが、カラーフィルタ
を表示パネル（12）内に配置させ、色の強度が制御可能
な多色画像を形成してもよい。投射表示のためには、３
個の個別の単色パネルを用いることによって色を形成し
てもよい、各パネルは１つの原色を制御することにな
る。

第２図から第５図において、表示パネル（12）は、ア
ドレス手段を具え、これは、ネマチック液晶のような電
気光学材料層（44）と、ガラス、雲母、またはプラスチ
ックのような薄い誘電体材料層（46）とによって隔てら
れた、おおむね平行な１対の電極構体（40）、（42）を
含んでいる。電極構体（40）はガラス製の誘電体基板
（48）を具え、これの上に、インジウムと錫との酸化物
による列電極（18）が、内側面（50）上に蒸着により設
けられている。これは光学的に透明であり、ストリップ
・パターンを形成している。隣にある列電極（18）は、
間隔（52）だけ隔たっており、行上の隣接する表示素子
（16）間の水平間隔を規定する。

電極構体（42）は、ガラス製の誘電体基板（54）を具
え、その内側面（56）には、断面が台形になった複数の
溝（20）が設けられている。溝（20）の深さ（58）は、
内側面（56）から底部（60）までで測定したものであ
る。溝（20）の各々には、底部（60）に沿って延びる１
対の薄く幅狭なニッケル電極（30）と（62）、及び底部
（60）から内側面（56）にむかって末広がりに延びる１
対の側壁（64）がある。溝（20）の基準電極（30）は、
共通の基準電圧に接続されている。これは、図示するよ
うに接地電位に固定されている。溝（20）の電極（62）
は、データ・ストローブ回路（28）の出力増幅器（26）
（これらのうち３個及び５個が、第２図及び第３図に夫
々示されている。）の夫々異なる１個に接続されてい
る。（電極（62）は行電極（62）と以後呼ぶ。）アドレ
ス手段が確実に動作するように、基準電極（30）と行電
極（62）は、第４図、第11A図、第11B図に示すように、
表示パネル（12）の対向する側部で、基準電位とデータ
・ストローブ回路（28）の出力（26′）に夫々接続され
る。

隣合う溝（20）の隣合う側壁（64）は、頂面（56）が
誘電体材料層（46）を支持している支持構体（66）とな
っている。その隣の構（20）は、各支持構体（66）の頂
部の幅（68）だけ相互に間隔をおいている。この幅（6
8）は、列中の隣接するストレージエレメント（16）間
の垂直距離を決定する。列電極（18）と構（20）とが重
なっている部分（70）は、第２図と第３図とにおいて示
すように、ストレージエレメント（16）となる。第３図
は、ストレージエレメント（16）の配列と、これらの水
平距離、垂直距離とを、いっそう明瞭に示したものであ
る。

列電極（18）に印加される電圧の大きさに応じて、隣
合う列電極（18）の絶縁を行うための間隙（52）が決ま
る。間隔（52）は、列電極（18）の幅よりも典型的には
はるかに小さい。隣合う溝（20）の隣合う側壁（64）の
傾きに応じて、幅（68）が決まる。幅（68）は、溝（2
0）の幅よりも典型的にははるか小さい。列電極（18）
の幅及び溝（20）の幅は、典型的には同一であり、所望
の画像解像度の関数である。これは表示への応用のしか
たによって決まる。関隙（52）と幅（68）とは、できる
だけ小さくしたほうがよい。表示パネル（12）の現在の
モデルでは、溝の深さ（58）は、溝の幅の半分である。

溝（20）の各々は、イオン化可能なガスに満たされて
おり、このガスとしては、好適には後で説明するように
ヘリウム・ガスが含まれる。誘電体材料層（46）は、溝
（20）に含まれるイオン化可能なガスと液晶材料の層
（44）との間で、絶縁遮断層として機能する。誘電体材
料層（46）がない場合は、液相材料が溝（20）に流れ込
んでしまったり、イオン化可能なガスが液晶材料を汚染
することが起きる。誘電体材料層（46）は、固体材料ま
たはカプセルに入れられた電気光学材料を採用した表示
装置では必要がなくなるかもしれない。表示パネル（1
2）の動作における原則は、１）各表示素子（16）は、
表示素子の一部を構成する列電極（18）に印加されるア
ナログ・データ電圧のためのサンプリング・キャパシタ
として機能する。２）イオン化可能なガスはサンプリン
グ・スイッチとして機能する。

第６図は、表示装置（10）の動作を説明するための等
価回路である。第６図において、表示パネル（12）の表
示素子（16）の各々は、キャパシタ（80）（以下、キャ
パシタモデル（80）と呼ぶ。）としてとらえることがで
きる。これの頂部の板（82）は、列電極（18）の内の１
つを表している。また、これの底部の板（86）は、誘電
体材料層（46）の自由表面（88）（第２図）を表してい
る。キャパシタ・モデル（80）は、列電極（18）と溝
（20）の重なった部分によって形成される容量性液晶セ
ルを表している。表示装置（10）の動作方法の説明は、
キャパシタ・モデル（80）を用いて行う。

基本的なアドレス手順に従うと、データ・ドライバ
（24）は、最初の線のデータを捕捉する。捕捉されたデ
ータは、時間と共に変化するアナログ・データ信号の電
圧を所定時間間隔でサンプルした個々の値を表してい
る。この時間間隔内の特定の事象におけるデータ信号の
強度のサンプリングは、ストローブ・パルスを受ける行
電極（62）の対応する列位置のキャパシタ・モデル（8
0）に印加されるアナログ電圧の強度を表している。デ
ータ・ドライバ（24）は、その出力増幅器（22）にアナ
ログ電圧を発生し、列電極（18）に印加する。第６図に
おいて、データ・ドライバ（24）の４つの代表的な出力
増幅器（22）は、基準電極（30）に対して、正極性のア
ナログ電圧を、接続されている列電極（18）の各々に印
加する。列電極（18）に正電圧を印加することにより、
誘電体材料層（46）の自由表面（88）（第２図）に、印
加電圧と実質的に等しい電圧を発生させる。このため、
キャパシタ・モデル（80）にかかる電位差には変化はな
く、第６図中では、頂部の板（82）と底部の板（86）と
は、白い表面で描いてある。

この場合、溝（20）の中にあるガスはイオン化してい
ない状態であり、キャパシタ・モデル（80）の板（82）
と（86）とに発生している電圧は、溝の中の基準電極
（30）の電位に対して正である。データ・ストローブ回
路（28）が溝（20）内の行電極（62）に負方向電圧パル
スを発生すると、溝（20）内にあるガスは、イオン状態
となる。その行電極がストローブ・パルスを受けている
溝（20）は、第６図中では太い線で示してある。このよ
うな条件下では、接地された基準電極（30）と、ストロ
ーブされている行電極（62）は、溝内のプラズマにとっ
て夫々陽極と陰極として機能する。

プラズマ内の電子は、キャパシタ・モデル（80）の底
部の板（86）に誘導された正の電荷を中和する。ストロ
ーブされている行のキャパシタ・モデル（80）は、これ
にかかるデータ電圧によって充電されている。この状態
は、第６図中で、頂部の板（82）は白い表面で、底部の
板（86）は、線を付して表している。キャパシタ・モデ
ル（80）にかかるデータ電圧のストアが完了すると、デ
ータ・ストローブ回路（28）は、溝（20）の行電極（6
2）の負方向電圧パルスを終了する。これによって、ス
トローブ・パルスが終了し、プラズマも消失する。

行電極（62）の夫々は、表示面（14）の全体のアドレ
ス指定が完了し、データの画像フィールドがストアされ
るまで、同様の方法でストローブされる。電圧は、少な
くとも画像フィールド期間中、ストローブされている行
のキャパシタ・モデル（80）の夫々にストアされたまま
である。そして、キャパシタ・モデル（80）の頂部の板
（82）に印加されるデータ電圧における後続する変化の
影響を受けない。キャパシタ・モデル（80）の夫々にス
トアされた電圧は、後続の画像フィールドの表示データ
を表すアナログ・データ電圧に応じて変化する。

表示装置（10）では、画像フィールドがノンインター
レース方式である場合は、その次の画像フィールドにお
いて列電極（18）に印加されるアナログ・データ電圧
は、逆極性になる。ひとつの画像フィールドから次の画
像フィールドへと移行するときに、極性が正と負との間
を往復することによって、長期的にみると、直流電圧成
分は正味ゼロとなる。これは、液晶材料の長期間の使用
には特に要求されることである。この液晶材料は、印加
されたアナログ・データ電圧の実効値に応じてグレイス
ケール（中間調）効果を生み出す。このため、作成され
た画像は、アナログ・データ電圧の極正交番変化によっ
ては影響を受けない。表示装置（10）では、画像フィー
ルドがインターレス方式である場合は、連続する画像フ
レームの列電極（18）に印加するアナログ・データ電圧
は、長期的にみて直流電圧成分が正味ゼロになるよう
に、極性が反対になる。各画像フレームは、２つの画像
フィールドから成り、各画像フィールドは、アドレス指
定可能なライン数の半分で構成される。

上述の説明で明らかなように、各溝（20）を充満して
いるイオン化可能なガスは、データ・ストローブ回路
（28）によって印加された電圧に応じて、２つの切替え
状態の間を接点位置が変化する電気スイッチ（90）とし
て機能する。第６図において、開放位置にあるスイッチ
（90）は、基準電極（30）に接続されており、行電極
（62）に印加されるストローブ・パルスによって駆動さ
れる。ストローブ・パルスがないと、溝（20）内のガス
は、イオン化していない状態となり、このため、非導通
状態となる。第６図に示すスイッチ（90）が閉じた状態
では、基準電極（30）と接続しており、行電極（62）に
印加されるとともに、溝（20）内のガスをイオン化する
に足るだけの強さのストローブ・パルスによって駆動さ
れ、これによって導通状態となる。第６図では、データ
・ストローブ回路（28）の３個の出力増幅器のうちの中
央のものが、キャパシタ・モデル（80）の行をストロー
ブし、ここに表示データ電圧をかけ、ストアしている。

スイッチとして機能するためには、ガラス製の電極構
体（40）の下の溝（20）内に入っているイオン化可能な
ガスは、誘電体材料層（46）と協同し、誘電体材料層
（46）から基準電極（30）へと導電路を提供している。
ストローブ・パルスをうける行電極（62）を有する溝
（20）の中のプラズマは、このプラズマに隣合わせて位
置する液晶材料の部分を表すキャパシタ・モデル（80）
への接地通路を提供している。このことにより、列電極
（18）に印加されたアナログ・データ電圧を、キャパシ
タ・モデル（80）がサンプルできるようになる。プラズ
マが消失すると、導電路がなくなる。このため、表示素
子にサンプルされたデータが保持される。後続する画像
フィールドの新しいラインのデータをあらわす電圧が、
電気光学材料層（44）に生じるまで、電圧は、電気光学
材料層（44）にストアされたままである。上述のアドレ
ス装置とその技術は、表示素子（16）の１つ毎に実質的
に100％のデューティ・サイクルの信号を与える。

第７図は、表示装置（10）が画像フィールド期間中に
アドレス指定できるデータのライン数の限度を決めるタ
イムチャートである。第７図において、ストローブされ
ている溝（20）の行電極（62）が、ストローブ・パルス
を受けたあと、代表的なデータ・ラインｎはプラズマを
生成するために、時間（92）が必要である。このプラズ
マ生成時間（92）は、その前のラインｎ−１の期間に先
立ってストローブ・パルスを開始することによって、画
像フィールド内のアドレス可能なライン数を制限する要
素には、実質的にならない。好適な実施例においては、
ヘリウムガスにおけるプラズマ生成時間は、公称1.0マ
イクロ秒である。

データ・セットアップ・タイム（96）は、隣合う２本
のデータ・ラインにあるデータ値の間でデータ・ドライ
バ（24）が状態変化する時間を表し、出力増幅器（22）
にアナログ電圧信号を発生させ、列電極（18）に印加す
る。データ・セットアップ・タイム（96）は、データ・
ドライバ（24）を構成するために用いる電子回路の関数
である。1.0マイクロ秒未満のセットアップ・タイム
は、達成可能である。

データ捕捉時間（98）は、溝（20）内のイオン化可能
なガスの導電性に依存する。第８図は、溝（20）内の基
準電極（30）と行電極（62）との間を流れるプラズマ電
流の関数として、データ捕捉時間（98）を描いたもので
ある。第８図中の曲線は、データに対応する電圧の90％
を表示素子が獲得するのに必要な時間を表している。第
８図は、ヘリウムガスのプラズマによって生成されたイ
オンは、ネオンの場合と比較して短いデータ捕捉時間と
なることを示している。プラズマ中、電子流は、陰極
（行電極（62））から陽極（基準電極（30））へと流れ
る。

好適な動作点は、正のイオン電流のために最も短いデ
ータ捕捉時間を実現する点である。第８図に示す特定の
場合では、そのような動作点では、ヘリウムガスを40ミ
リバールの気圧で用い、7.5ミリアンペアの電流を流す
ことで、約0.5ミリ秒のデータ捕捉時間が達成される。
ヘリウムがネオンよりも短いデータ捕捉時間を達成でき
る理由は、ヘリウムが軽いイオンとなり、移動性が大き
いからである。圧力と電流の最適値は、溝（20）の大き
さと形状に依存する。

プラズマ消失時間（94）は、溝（20）内のプラズマ
が、行電極（62）からのストローブ・パルスの除去した
後イオン化していない状態に戻るのに必要な時間を表し
ている。第９図は、表示パネル（12）内の陽極／陰極電
流の関数として、混信が３％を超えないプラズマ消失時
間を表している。第９図は、プラズマ消失時間（94）
は、行電極（62）から基準電極（30）へとプラズマ中を
流れる電流の関数として、増加することを示している。
行電極（62）に印加されるストローブ・パルスの強度に
より、プラズマに流れる電流の量が決まる。第９図は、
プラズマ消失時間（94）の減少は、約＋100Vの連続的な
バイアス電圧を印加することによって、達成されること
を示している。第９図はさらに、＋100Vのバイアス電圧
をかけた場合、バイアス電圧がゼロの場合と比較する
と、プラズマ消失時間（94）が約10分の１になることを
示している。

データ・ラインをアドレス指定するのに必要な時間
は、データ・セットアップ・タイム（96）、データ捕捉
時間（98）、プラズマ消失時間（94）の合計に等しい。
画像フィールド期間中アドレス可能なライン数は、画像
フィールド時間をデータ・ラインをアドレス指定するの
に必要な時間で除した時間に等しい。ノンインターレー
スで60Hzのフレーム・レートの場合は、表示装置（10）
のデータ・ラインの数は、上述の単純なアドレス技術で
は、9000本を超えることができる。アドレス可能なデー
タ・ラインの数は、表示装置（10）の解像度とは同じで
はないことに注意されたい。解像度は、溝（20）の幅、
および列電極（18）の幅の関数である。

プライミング（priming）技術を使用すれば、画像フ
レーム中の比較的多数の線をアドレス指定する能力を確
実にできる利点がある。プライミングには、ガスの放電
を開始するためにイオンを導入することが含まれる。表
示装置（10）をプライミングすることは、プライミング
溝（図示せず）を通じて電流を通過させることで達成さ
れる。このプライミング溝は、溝（20）にたいして直角
に配置されており、溝の各々は、表示パネル（12）の縁
にて終わっている。プライミングによって、もしそれが
なっかったならプラズマ生成時間を予測できない長さに
してしまうであろう初期統計的遅延時間なしに、プラズ
マを生成することができる。

第10A図、第10B図は、データ・ドライバ（24）の代替
回路を示したもので、これらの間で対応する構成要素
は、夫々添字a,bを付して示してある。

第10A図において、データ・ドライバ（24a）は、デー
タ信号をサンプルし、これをバッファ・メモリ（100）
に蓄積する。データ信号は、アナログまたはデジタルの
形態である。バッファ・メモリ（100）は、電荷結合素
子（CCD）か、サンプル・ホールド型であって、これで
アナログ・データ信号を蓄積する。バッファ・メモリ
（100）は、デジタル・データ信号を蓄積するためのデ
ジタル形式のものであってもよい。素子（22）は、バッ
ファ・メモリ（100）がアナログ電圧を保持するかデジ
タル・データを保持するかによって、バッファ増幅器ま
たはデジタル／アナログ変換器となる。素子（22）は、
アナログ電圧の並列伝達が列電極に行われるようにす
る。データ・ドライバ（24a）は、高速動作が可能であ
る。なぜなら、CCDとサンプル、ホールド回路は、高速
取り込みが可能であり、アナログ電圧は、同時に並列に
列電極（18a）に伝達するからである。

第10B図において、データ・ドライバ（24b）は、１組
のスイッチ（104）のうちのひとつひとつが順次閉じた
り開いたりすることにより、アナログ・データ信号を直
列的にサンプルする。スイッチ（104）は、キャパシタ
（106）に接続されている。キャパシタ（106）は、スイ
ッチが閉じられたとき、データ信号から電荷をストアす
る。このことによってデータ信号のアナログ電圧サンプ
ルが、１本の列電極（18b）の一端から他端へと供給さ
れる。スイッチ（104）の制御電極に印加されるサンプ
リング・クロック信号は、サンプリング・レートを設定
する。第10B図における回路のデータ・セットアップ・
タイム（96）は、列電極（18b）の数に等しい乗数分だ
け第10A図における回路のデータ・セットアップ・タイ
ム（96）よりも大きい。

表示装置（10）内で適切に操作するためには、行から
行への水平ブランキング時間が、データ捕捉時間（98）
とプラズマ消失時間（94）との和を超えることが、デー
タ・ドライバ（24b）にとって必要である。

第11A図と第11B図とは、それぞれの基準電極（30）
が、固定基準電圧、ストローブ信号パルスをうける９つ
の溝を有する代表的な表示パネル（12）に必要とされる
データ・ストローブ出力の数を比較している。第11A図
の表示パネルは、接地された基準電極（30）と、９つの
異なったストローブ出力増幅器（26）と、異なった行電
極（62）を駆動するデータ・ストローブ回路（28）とを
持っている。第11B図に示す表示パネルは、３組にまと
められた基準電極（30）と、別の３組にまとめられた行
電極（62）を有している。基準電極の組の任意の１つを
形成する基準電極を有する溝（20）（第４図）は、行電
極組の任意の１つの電極（62）を含んでいる。表示装置
（10）は、あらかじめ決められた時間間隔の間、基準電
極（30）の組の１つだけをストローブする。ストローブ
の時間間隔の間、表示装置（10）は、列電極（18）を駆
動し、ストローブ・パルスを受ける基準電極（30）を有
する溝（20）内に含まれる行電極（62）の組をストロー
ブすることによって、表示素子（16）をアドレスする。
その基準電極（30）がストローブ・パルスを受けていな
い溝（20）の行電極（62）は、このため活性化されてい
ない。

データ・ストローブ回路（28）の出力増幅器（26）
を、溝（20）内の基準電極（30）と行電極（62）に電気
的接続する構成により、アドレス装置のデータ・ストロ
ーブ回路（28）の出力増幅器（26）の数が少なくて済
む。第11B図の代表的な表示パネル（12）では、データ
・ストローブ出力増幅器（26）の数は、９つから６つに
減少する。

第12図は、第11B図の表示パネル（12）において、実
施されている形式のアドレス装置において装着可能なア
ドレス可能なデータ・ラインの本数に対する、必要とさ
れる最小ドライバ数を示すグラフである。第12図は、ド
ライバの実質的な減少が、比較的多数のデータ・ライン
を有する表示装置において達成されることを示してい
る。

本発明のアドレス装置は、バローズ社によって開発さ
れたセルフスキャン（Self−Scan:商標）表示において
実施されている技術と類似の他の技術を用いることによ
って、ドライバの数を減らし易くなる。このような表示
装置には、観測者が見ることのできる表示セルと、観測
者が見ることのできない走査セルとを採用している。こ
の走査セルは、イオン化可能なガスのセルに活性化した
プライミング粒子を送りこむことによって、表示素子の
状態を制御する。走査セルの溝内では、プラズマ放電
は、順次隣の表示セルに移動し、隣接する表示セルを活
性化するプライミング粒子を発生する。

表示パネル（12）では、直交するプライミング溝の電
気的分割により、１つの溝から次の溝へと順次移動する
イオン源を提供することができよう。上述の技術に関し
ては、壁電荷結合またはその他の既知の技術が、ドライ
バの数を更に減らすために採用できよう。

交番画像フイラメントで正と負の極性のデータ電圧を
印加するアドレス技術は、第11B図と第12図に関連して
説明したドライバ減少技術を採用した表示装置（10にお
ける実施例において、利用しやすい。正極性だけのデー
タ電圧を印加する代替アドレス技術により、アドレス速
度を更に速められる。このような代替技術は、各画像フ
ィールドの終わりに消去フィールドを導入する。

このタイプのアドレス技術においては、消去フィール
ドを走査中、データ・ストローブ回路（28）が比較的短
い期間の正と負のパルスを連続的に溝（20）の行電極
（62）に印加するとき、データ・ドライバ（24）は、略
接地電位の電圧を、列電極（18）に印加する。正のパル
スの印加する間、基準電極（30）と行電極（62）は、そ
れぞれプラズマの陰極と陽極として作用する。以前に必
要としたデータ電圧は正極性であったので、ストレージ
エレメント（16）に蓄積された電荷は、誘電体材料層
（46）の表面（88）に負電荷を生じさせる。従って、こ
ちらは陰極として機能する。陰極は、比較的高濃度のイ
オンで囲まれており、これは、誘電体材料層（46）の負
の電荷を急速に中和する。誘電体材料層（46）の電位
は、陽極のそれに近づくため、残留正電荷を蓄積してか
なりのレベルに達することができる。負のパルスの印加
中、列電極（18）に印加される接地電位は、画像フィー
ルド書込み中作用したのと同様の方法で、残留正電荷を
接地に逃がす。

もし、正のパルスが用いられていないなら、アドレス
における速度は、上述の正イオン帯電現象によって制限
をうける。しかしながら、この代替アドレス技術は、第
11B図と第12図に関連して説明したドライバ減少技術と
はなじまない。

この種のもう１つのアドレス技術では、データ・スト
ローブ回路（28）が、２個以上（例えば10個）の行電極
（62）に負のパルスを印加して、同時に１行のデータを
消去してしまう。この技術では、表示パネル（12）の表
示面（14）にかけて、小規模のデューティ・サイクルの
不均一が起こる。

フラット・パネル表示装置（10）は、メモリ素子が整
列したものを含む汎用性のあるアナログ・データメモリ
装置（110）を形成すべく変形されてもよい。これは、
アドレス装置を具現化し、本発明の第２の実施例となっ
ている。このような偏光は、偏光フィルタ（34）と（3
6）を除去し、第２図、第４図および第５図の液晶材料
層（44）も、もしあるのなら除去することが含まれる。

次に、本発明の表示装置の原理を利用して実現できる
メモリ装置について説明する。第13図は、メモリ装置
（110）の等価回路を示している。上述したこと以外
は、第６図と第13図に示した装置は類似している。これ
ゆえ、第６図と第13図中の対応する構成要素には、同一
の参照番号を付した。メモリ装置（110）において、誘
電体（46）はキャパシタ・モデル（80）の誘電体素子と
して機能しており、これはメモリ素子を表している。列
電極（18）は、光学的に透明な材料で構成される必要は
なく、アルミニウムやその他の導電材料で構成されても
よい。メモリ装置（110）のデータ駆動出力増幅器（2
2）は、データの書込みモードのときは列電極の駆動増
幅器として機能し、データの読出しモードのときは、列
電極検知増幅器として機能する。第６図と第13図の装置
のデータ・ストローブ出力増幅器は、類似している。

第13図において、データ駆動回路（24）の各出力増幅
器（22）は、高速演算増幅器（112）を具えている。帰
還キャパシタ（118）とスイッチ素子（120）の並列回路
が、増幅器（112）の反転入力端（114）と出力端（11
6）との間に接続されている。増幅器（112）は、選択的
に、データの書込みモードのときは、スイッチ素子（12
0）を駆動させ、導通状態にすることによって電圧フォ
ロアとして構成し、データの読出しモードのときは、ス
イッチ素子（120）を駆動させ、非導通状態にすること
によって積分器として構成する。演算増幅器（122）の
非反転入力端（122）は、スイッチ素子（126）の可動接
点（124）に接続される。このスイッチ素子は、選択的
に非反転入力端（122）を基準電圧Vr又は、データ駆動
回路（24）の出力信号導体に接続する。

書込みモードのときはいつでも、出力増幅器（22）
は、データ駆動信号を、メモリ装置（110）のメモリ素
子を形成する列電極（18）に供給する。このことは、演
算増幅器（112）を電圧フォロアとして構成し、またデ
ータ駆動信号を供給するスイッチ素子（126）の可動接
点（124）を、データ駆動回路（24）から演算増幅器（1
12）の非反転入力端（122）へ配置することである。こ
の期間、メモリ素子（110）を構成する溝（20）内の行
電極（62）に印加される行ストローブ・パルスは、溝内
のイオン化可能なガスを励起し、イオン化状態にする。
これにより、第６図に関連して説明した方法により、キ
ャパシタ・モデル（80）にデータ電圧を発生させる。キ
ャパシタ・モデル（80）にかかる電圧の大きさは、デー
タ駆動信号をあらわしている。

データの読出しモードのときは、データ増幅器（22）
は、メモリ装置（110）のメモリ素子を構成する列電極
（18）中の電流を検知する。これは、２段階の手段を経
て達成される。

第１にスイッチ素子（126）の可動接点（124）は、演
算増幅器（112）の非反転入力端（122）に、基準電圧Vr
を入力するために配置されている。この期間、行ストロ
ーブ・パルスは、イオン化可能なガスのイオン化してい
ない状態を維持するために、不活性状態である。このた
め、基準電圧Vrは、演算増幅器（112）の出力端（116）
と、列電極（18）と、キャパシタ・モデル（80）の頂部
の板（82）とに発生する。帰還キャパシタ（118）は、
このため0.0ボルトに中和される。しかしながら、メモ
リ装置（110）は、各演算増幅器（112）の入力端と出力
端との間のオフセット電圧とともに操作するよう構成す
ることができる。

第２に、帰還キャパシタ（118）にかかる電圧が0.0ボ
ルトになったあとに、演算増幅器（112）は、その入力
端（114）が列電極（18）からの電流を受けるように準
備される積分器として構成される。キャパシタ・モデル
（80）の底部の板（86）と、基準電極（30）の間の電位
差は、Vrとすでに記したキャパシタ・モデル（80）にか
かるデータ電圧との関数である。行ストローブ・パルス
が再びイオン化可能なガスをイオン化状態にすると、キ
ャパシタ・モデル（80）の底部の板（86）は、基準電極
（30）と電気的に接続する。このためキャパシタ・モデ
ル（80）にかかる電圧は変化する。積分器として構成さ
れている演算増幅器（112）は、この電圧変化を検知
し、キャパシタ・モデル（80）にかかる上述のデータ電
圧に比例する電圧を、出力端（116）に供給する。

キャパシタ・モデル（80）にデータ電圧を発生させ、
メモリ素子としての機能を促進する他の方法は存在す
る。例えば、光学的に透明な列電極（18）を用いて、誘
電体材料層（46）を光導電材料にとって代え、メモリ装
置（110）を可視光線にさらすと、メモリ装置（110）へ
の入射光の強度に比例してキャパシタ・モデル（80）に
かかる電圧が変調をうける。入射光の強度に比例したキ
ャパシタ・モデル（80）にかかる電圧変化は、すでに述
べたように、データの読出しモードのときは、回復させ
られる。光導電性材料の層（46）と光学的に透明な列電
極（18）とは、このため、アナログ・データ・メモリの
特性に応じた画像検知装置となる。

上述の画像検知装置においては、複数の電気的に絶縁
した帯としての光導電性材料の層（46）を設けること
は、隣合うキャパシタ・モデル（80）間の導電を回避す
ることになろう。光学的に透明な電極の縁に沿って、金
属の帯、またはその他の導電材料を設けると、キャパシ
タ・モデル（80）にかかるデータ電圧の読出しにかかる
時間を減少させることによって、データ読出しモードに
おけるデータの訂正の能率が向上する。

上述の画像検知装置は、データの読出しモード間にお
いて、光導電材料の層（46）の光導電的性質を利用して
いる。光導電材料の層（46）の光導電性を直接利用する
ことも可能である。この場合、データエレメント（16）
は、いっそう好適に検知素子として特徴づけられること
になるであろうし、キャパシタ・モデル（80）も、いっ
そう好適に電流変調素子となる。このことは、ストロー
ブ電極（62）と基準電極（30）との間に、行ストローブ
・パルスが印加されている間、層（46）に電圧勾配を発
生せしめる電圧を、列電極（18）に印加することによっ
て達成可能である。基準電極（30）から層（46）と列電
極（18）を通って演算増幅器（112）の出力端（116）に
流れる電流は、出力信号となる。帰還キャパシタ（11
8）を、抵抗器にとりかえると、演算増幅器（112）の出
力端（116）にあらわれる電圧を、層（46）を通って流
れる電流に比例するものにする。

当業者にとっては、本発明の要旨から逸脱することな
く様々な変形を加えることは容易である。

〔発明の効果〕

本発明の表示装置では、第２基板の溝上凹部の各々の
内部に、この溝状凹部の長手方向に略平行な第２及び第
３電極を形成し、第２電極及び第３電極間に選択的にス
トローブ信号（第２信号）を供給している。これによ
り、比較的低い電圧で、溝状凹部横断する方向に均一勾
配の電界を形成して均一なガスのイオン化が生じ、各セ
ルにおいてイオン化可能なガスによる均一且つ良好なス
イッチング動作が得られる。また、ガスをイオン化した
後に、第１電極とストローブ信号用に用いた第３電極と
の間に、液晶材料層による表示のためのデータ信号（第
１信号）を供給する。よって、第３電極は、データ信号
及びストローブ信号の両方を供給するために兼用されて
いるので、装置の構造を簡単化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の概念を示す概念図、第２図は、本発
明に基づく表示パネルの、部分的に断面となった斜視
図、第３図は、第２図に示す表示パネルを部分的に切除
して示した平面図、第４図は、第３図における線４−４
に沿う断面図、第５図は、第３図における線５−５に沿
う断面図、第６図は、本発明の表示装置の等価回路を示
す回路図、第７図は、本発明の表示装置によりアドレス
指定可能なデータ・ラインの最大数を決めるタイムチャ
ートを示す図、第８図は、第２図から第５図に示す表示
パネルの溝内に設けられた、電極間を流れる電流の関数
としての、ネオンガスとヘリウムガスのデータ捕捉時間
の関係を比較した図、第９図は、ヘリウムガスにおけ
る、陰極と陽極に流れる電流とプラズマ消失時間との関
係を示した図、第10A図と第10B図は、第１図に示すデー
タ・ドライバの代替回路を示す図、第11A図、第11B図
は、第１図に示すデータ・ストローブの代替回路を示す
図、第12図は、第11図におけるドライバの数とアドレス
可能なデータ・ラインの本数との関係を示す図、第13図
は、本発明の表示装置の原理を利用したメモリ装置の等
価回路を示す図である。 これらにおいて、（18）は第１電極、（20）は溝状凹
部、（22）、（24）は第１信号印加手段、（26）、（2
8）は第２信号印加手段、（30）は第３電極、（44）は
電気光学材料層、（46）は誘電体材料層、（48）は第１
基板、（54）は第２基板、（62）は第２電極である。

フロントページの続き (72)発明者 トーマス・エス・ブザク アメリカ合衆国 オレゴン州 97007 ビーバートン サウスウエスト ワンハ ンドレッドアンドフィフティセカンド 7344 (72)発明者 ポール・シー・マーチン アメリカ合衆国 オレゴン州 97225 ポートランド サウスウエスト サーロ ウ・ドライブ 9950 (72)発明者 エイッチ・ウエイン・オルムステッド アメリカ合衆国 オレゴン州 97006 ビーバートン ノースウエスト マーコ ラ・コート 16995 (72)発明者 ジョン・ジェイ・ホーン アメリカ合衆国 オレゴン州 97123 ヒルスボーロ サウスウエスト トウハ ンドレッドアンドサーティエイトス ア ベニュー 765 (56)参考文献 特開 昭59−155880（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−84780（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−150524（ＪＰ，Ａ) 米国特許2847615（ＵＳ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一方の主面に互いに略平行に形成された複
   数の第１電極を有する第１基板と、 該第１基板の上記主面に対向する主面上に上記第１電極
   と交差し且つ互いに略平行に形成され、イオン化可能な
   ガスが封入された複数の溝状凹部を有する第２基板と、 該第２基板の上記主面上で上記複数の溝状凹部の各々の
   内部に該溝状凹部の長手方向に略平行に形成された第２
   及び第３電極と、 上記第１基板及び上記第２基板の間に間挿され、上記第
   １電極及び上記溝状凹部の交差部に表示素子を形成する
   液晶材料層と、 上記第１電極及び上記第３電極の間に選択的に第１信号
   を印加する第１信号印加手段と、 上記第２電極及び上記第３電極の間に選択的に第２信号
   を印加する第２信号印加手段とを具え、 該第２信号印加手段が、上記第２電極及び上記第３電極
   の間に上記第２信号を選択的に供給して、上記第２信号
   を受けた上記第２電極及び上記第３電極を有する上記溝
   状凹部における上記ガスをイオン化し、 上記第１信号印加手段が、イオン化された上記ガスを含
   む上記溝状凹部に対応する上記表示素子の上記第１電極
   及び上記第３電極の間に上記第１信号を選択的に供給し
   て上記液晶材料層の光学状態を変化させて、上記表示素
   子により表示を行うことを特徴とする表示装置。