JP2017044912A - 蛍光表示管 - Google Patents

Abstract

【課題】陰極の消費電力が小さい蛍光表示管を提供する。【解決手段】蛍光表示管１は、陽極４と複数本のフィラメント状の陰極７を外囲器２の内部に有しており、陰極７を支持する一対の支持体８ａ，８ｂの一方であるサポート８ａを陰極７ごとに電気的に分割した構造とし、駆動時には陰極駆動ＩＣ１１が各陰極７に異なるタイミングでパルス電圧を与える。並んで配設された陰極７に順番に電圧を加えていくため、複数本の陰極７に電圧を同時に加える場合に比べて陰極駆動ＩＣ１１に流れる電流が小さくて済み、陰極駆動ＩＣ１１の発熱が抑えられる。【選択図】図１

Description

本発明は、高真空状態に保持した外囲器の内部でフィラメント状の陰極が放出した電子を陽極に射突させて発光表示を行なう蛍光表示管に係り、特に陰極の消費電力が小さい蛍光表示管に関するものである。

下記特許文献１には、蛍光表示装置の発明が開示されている。この蛍光表示装置は、内部を高真空状態に保持された外囲器と、外囲器内に設けられた陽極と、外囲器内で陽極の上方に設けられた制御電極と、一対の支持体により両端部を支持されて外囲器内で制御電極の上方に張設された複数本のフィラメント状の陰極とを有しており、各電極を駆動することによって陰極から放出させた電子を制御電極で制御して陽極に射突させ、陽極の蛍光体層を発光させることができる。この蛍光表示装置の発明によれば、接続された複数の陰極にはパルス電圧が与えられ、制御電極にはこのパルス電圧に同期した走査信号が与えられ、この走査信号の一周期中の先頭の期間に陰極の端部に対応する陽極と対向する制御電極に走査信号を分配供給することにより、陰極の寿命を損なうことなく陰極の端部における端冷現象の影響を回避して表示エリアの拡大を図ることができるものとされている。

特許文献１に開示された発明では、同文献中の第６図に示すように、接続された複数の陰極５₁ , ５₂ , …，５_n の両端部が陰極パルス駆動回路２５に接続されている。また、同文献の従来技術では、第１図及び第２図等に示すように、複数本のフィラメント状陰極５の各両端が一対の支持体４，４にそれぞれ固定されており、この一対の支持体４，４が外囲器外に気密に導出されて外部の駆動回路に接続され、駆動電圧を与えられるようになっている。

図７は、上で説明したような従来の蛍光表示装置における電源構成を、模式的に表した電極構成とともに示した図である。ここで、電極構成における表示パターンとは、前記陽極（アノード）と、前記制御電極（グリッド）によって構成された表示エリアを意味し、この表示エリアの上に、図示はしないが前述したフィラメント状の陰極が張設されている。これらの電極を駆動する電源構成は、アノードとグリッドにドライバ電圧を与えるドライバ電源ＶＨと、陰極に陰極電圧を与える陰極電源Ｅｆと、各電極を各電源の電圧で駆動する駆動用ＩＣを作動させるためのロジック電圧を与えるロジック電源ＶＤＤと、カットオフ電圧を与えるためのカットオフ電源Ｅｋを有している。カットオフ電圧とは、フィラメント状の陰極から放出された熱電子が、ドライバ電源オフのときにアノードとグリッドに到達して発光しないよう陰極の電位を持ち上げるための電位である。

特公平３―６５５５７号公報

従来の蛍光表示装置によれば、複数本のフィラメント状の陰極に同時に電流を流すため、消費電流が大きいという問題があった。また、フィラメント状の陰極の仕様や長さで定まる電圧の低さに比べ、上述のように電流が大きいと、駆動回路の部品選択についての自由度が低下し、電源の構成が困難になるという問題もあった。また、車載用の蛍光表示装置等では昼間時の輝度で夜間も点灯するとまぶしすぎるため、夜間は点灯時間を短くして輝度を抑えるディミング点灯と呼ばれる制御を行なうことがあるが、その場合には周囲の明るさが小さくなることで陰極の赤さが目立つようになり、目指す表示品質が得られない場合があるという問題もあった。

本発明は、以上説明した従来の技術の課題を解決するためになされたものであって、高真空状態に保持した外囲器の内部でフィラメント状の陰極から放出した電子を陽極に射突させて発光表示を行なう蛍光表示管において、陰極の消費電力を小さくすることを主たる目的としている。

請求項１に記載された蛍光表示管は、
内部を高真空状態に保持された外囲器と、前記外囲器の内面に設けられた陽極導体の上に蛍光体層が被着されてなる陽極と、両端部を支持する一対の支持体により前記外囲器の内部で前記陽極の上方に配設された複数本のフィラメント状の陰極と、前記陽極を駆動する陽極駆動手段と、前記陰極を駆動する陰極駆動手段とを具備し、前記陽極駆動手段及び前記陰極駆動手段によって前記陽極及び前記陰極をそれぞれ駆動することにより前記陰極から放出させた電子を前記陽極に射突させて前記蛍光体層を発光させる蛍光表示管において、
前記一対の支持体の少なくとも一方が前記陰極ごとに電気的に分割されており、前記陰極駆動手段は前記各陰極に異なるタイミングでパルス電圧を与えることを特徴としている。

請求項２に記載された蛍光表示管は、請求項１記載の蛍光表示管において、
前記陰極駆動手段は、前記パルス電圧のパルス幅を任意に変えることができることを特徴としている。

請求項３に記載された蛍光表示管は、請求項１記載の蛍光表示管において、
前記陰極駆動手段は、発光させようとする前記陽極に対応する前記陰極のみに前記パルス電圧を与えることを特徴としている。

請求項４に記載された蛍光表示管は、請求項１記載の蛍光表示管において、
前記陰極駆動手段と前記陽極駆動手段が、別々の駆動用素子でそれぞれ構成されていることを特徴としている。

請求項５に記載された蛍光表示管は、請求項１記載の蛍光表示管において、
前記陰極駆動手段と前記陽極駆動手段が、一の電源を兼用していることを特徴としている。

請求項６に記載された蛍光表示管は、請求項１記載の蛍光表示管において、
前記陰極駆動手段と前記陽極駆動手段が、一の駆動用素子を兼用することにより構成されていることを特徴としている。

請求項１に記載された蛍光表示管によれば、陽極と複数本のフィラメント状の陰極を外囲器の内部に有する蛍光表示管において、フィラメント状の陰極を支持している一対の支持体の少なくとも一方を陰極ごとに電気的に分割した構造とし、駆動時には各陰極に異なるタイミングでパルス電圧を与えるようにした。すなわち、並んで配設された複数本のフィラメント状の陰極を、１本ずつずらしながら順番に電圧を加えていくため、複数本のフィラメント状の陰極に電圧を同時に加える場合に比べて陰極駆動手段に流れる電流が小さくて済む。よって、陰極駆動手段の発熱が抑えられ、陰極駆動手段に要するコストを削減することができる。

請求項２に記載された蛍光表示管によれば、パルス電圧のパルス幅を任意に変えることにより陰極に電圧が印加される時間を変えることができる。このため、昼間使用時に比べて夜間使用時に陽極の輝度を低くしたい場合には、パルス幅を短くして陰極に電圧がかかる時間を短くし、フィラメント温度を適正化することにより、フィラメントがより赤く視認されるのを防止することができる。これと異なり、従来のように、陰極電圧はそのままで、陽極の輝度を低くした場合には、周囲の暗さの中でフィラメントがより赤く視認される不具合が生じる。

請求項３に記載された蛍光表示管によれば、陽極の表示パターンに合わせて必要な陰極のみにパルス電圧を与えることができるため、消費電力を削減することができる。

請求項４に記載された蛍光表示管によれば、陰極駆動手段と陽極駆動手段を別々の駆動用素子で構成したため、単一の駆動用素子に２種類の電極の駆動を行なわせる場合に比べ、各素子に組み込むソフトウエアの構成がより単純化される。

請求項５に記載された蛍光表示管によれば、陰極駆動手段の電源と陽極駆動手段の電源を共通の一の電源で賄っているため、それぞれ専用の電源を設ける場合に比べて回路コストを削減することができる。

請求項６に記載された蛍光表示管によれば、一つの駆動用素子が、陰極駆動手段と陽極駆動手段の両方の機能を備えているため、陰極駆動手段と陽極駆動手段を別々の駆動素子で構成する場合に比べて回路コストを削減することができる。

第１実施形態の蛍光表示管の模式構造図である。 第１実施形態において、表示パターンの全体を点灯する全面点灯時の蛍光表示管と、陰極に与えられているパルス電圧を示す図である。 第１実施形態において、通常点灯時と、ディミング点灯時に陰極に与えられるパルス電圧を上下に対照させて示す図である。 第１実施形態において、表示パターンの一部を点灯する待機電力点灯時の蛍光表示管と、陰極に与えられているパルス電圧を示す図である。 第２実施形態の蛍光表示管の模式構造図である。 第３実施形態の蛍光表示管の模式構造図である。 従来の蛍光表示装置における電源構成を示した図である。

本発明の第１実施形態を図１〜図４を参照して説明する。
図１は、第１実施形態の蛍光表示管１の構造を模式的に示した図である。この蛍光表示管１は、内部を高真空状態に保持された外囲器２を備えている。外囲器２は、絶縁性の材料、例えばガラス等からなる板材を封着ガラスで箱型に組み立てたものである。この外囲器２の一部を構成する基板の内面には、詳細は図示しないが、陽極配線３に接続された陽極導体が設けられ、陽極導体の上には蛍光体層が被着され、所定発光パターンの陽極４（「アノード」とも称する。）が構成されている。また、外囲器２の内部において、陽極４の上方には、制御電極配線５に接続された制御電極６（「グリッド」とも称する。）が配設されている。さらに、外囲器２の内部において、制御電極６の上方には、複数本のフィラメント状の陰極７が張設されている。各陰極７の両端部は、一対の支持体８ａ，８ｂに接続されている。一対の支持体８ａ，８ｂの一方（図１中右側）は、陰極７ごとに電気的に分割されて陰極７の各一端部をそれぞれ固定する複数のサポート８ａであり、他方（図１中左側）は、電気的、構造的には一体であるが、各陰極７の各他端部に張力を与える板ばねとして機能するアーム構造を有する複数のアンカー８ｂである。
なお、この実施形態では、複数本のフィラメント状の陰極７を後述するようにパルス電圧で個別に順次駆動するために、陰極７ごとにサポート８ａを電気的に分割したが、サポート８ａの代わりにアンカー８ｂの側を電気的に分割してもよいし、両方とも電気的に分割してもよい。

外囲器２の内部には、陽極４を駆動する陽極駆動手段である駆動用素子として、陽極駆動ＩＣ１０が設けられている。この陽極駆動ＩＣ１０は、制御電極６を駆動する制御電極駆動手段である制御電極駆動ＩＣを兼ねている。従って、この陽極駆動ＩＣ１０は、その入力側端子が外囲器２外にあるアノード・グリッド電源ＶＨに接続されており、また、その出力側端子の一部が陽極配線３に接続されるとともに、その出力側端子の他の一部が制御電極配線５に接続されている。

外囲器２の内部には、陰極７を駆動する陰極駆動手段である駆動用素子として、陰極駆動ＩＣ１１が設けられている。この陰極駆動ＩＣ１１の入力側端子は、外囲器２外にある陰極電源ＶＨＦに接続されている。また陰極駆動ＩＣ１１の出力側端子は、複数の陰極７を個々に駆動できるように陰極７と同数に電気的に分割されており、それぞれ外囲器２外に導出され、外囲器２の外にあるトランジスタＴｒで構成された増幅回路１２に接続されている。

図２は、本実施形態において、陽極４の表示パターンの全体を点灯する全面点灯時の蛍光表示管１と、複数の陰極７の駆動タイミング図を示している。表示パターンの全面点灯時には、陰極駆動ＩＣ１１は、電気的に独立した複数の陰極７に対し、並び順で一つずつタイミングをずらしながら順次パルス電圧を与える。また、陽極駆動ＩＣ１０は、陽極４及び制御電極６にそれぞれ所定の電圧を与える。これにより、各陰極７から電子が放出され、この電子が制御電極６で加速・制御されて陽極４に射突し、蛍光体層が発光する。陽極４の蛍光体層の発光、すなわち表示パターンの発光は、透光性を有する外囲器２を通して観察される。なお、図示の例では、表示パターンとして、上段の「ＤＶＤ」、「ＭＰ３」、中段の「ＡＭ １８：００」、そして下段にあるその他の記号が発光表示されていることを太字（黒塗り）で表している。

このように本実施形態の蛍光表示管１によれば、フィラメント状の陰極７を支持している一対の支持体８ａ，８ｂのうちサポート８ａを陰極７ごとに電気的に分割した構造とし、駆動時には各陰極７に異なるタイミングでパルス電圧を与えるようにした。すなわち、並んで配設された複数本のフィラメント状の陰極７を、１本ずつずらしながら順番に電圧を加えていくため、複数本のフィラメント状の陰極７に電圧を同時に加える場合に比べて陰極駆動手段（本実施形態の陰極駆動ＩＣ１１）に流れる電流が小さくて済む。例えば、１本の陰極７に３０ｍＡの電流を流す必要があるとすれば、本実施形態では陰極７を１本ずつ駆動し、同時に２本以上駆動することがないので、瞬間電流としては陰極７の１本分である３０ｍＡの電流しか流れない。しかし、「従来の技術」で説明した従来の蛍光表示管では、複数の陰極の全てに一括して電流が流れるので、３０ｍＡ×陰極の本数分の電流が流れることとなる。陰極が１０本あれば、３００ｍＡの電流が流れることになるが、本実施形態では３０ｍＡで済み、電流量は１／１０に低減する。一般にＩＣに電流をより多く流すためにはＩＣ内部の配線幅をより太くする必要があり、ＩＣ外形が大きくなって、価格が高くなってしまうが、本実施形態によれば、このようにＩＣ内部に流れる電流量が少ないため、陰極駆動ＩＣ１１の発熱が抑えられ、ＩＣ内部の配線幅を太くする必要がないため、陰極駆動ＩＣ１１に要するコストを削減することにも繋がる。

図３は、本実施形態において、陰極７に与えられるパルス電圧Ｅｆを示す図であり、上段の図は通常点灯時、下段の図はディミング点灯時を示している。ここでディミング点灯とは、周囲の明るさに応じて表示パターンの発光輝度を調整すること、具体的には周囲が暗くなるに応じて、周囲が明るい状態に応じて設定されていた表示パターンの発光輝度を低下させる方向で調整することを意味する。

例えば、本実施形態の蛍光表示管１を、各種メータ類やカーナビゲーションシステムの表示装置等、車載用の表示装置に応用した場合を説明する。車載用の表示装置の場合、一般的に昼間は周囲が明るいので、表示の視認性を確保するため、所定値以上の輝度で表示パターンを発光させている。しかし、夕方から夜間になると、昼間の設定では表示が明るすぎるため、点灯時間を短くすることにより、表示パターンの発光輝度を低下させるディミング点灯を行なう。しかしながら、周囲の暗さと、陰極７の温度が高くなることから、何らの手だてを講じない場合には陰極７の赤熱が目立つようになり、表示の品質が低下するという問題がある。

そこで、本実施形態では、図３の上段に示す通常点灯時のパルス幅に比べ、同下段に示すようにパルス幅を短くして陰極に電圧を印可する時間を短くすることによりディミング点灯を行なうものとした。このようにすれば、周囲が暗い状況において陰極７の温度が適正化されるため、陰極７が赤熱する不都合な現象が起きず、表示の品質は昼間の通常点灯時と同様に保たれることとなる。なお、このディミング点灯は、表示エリアにおいて特定の陰極７に対応した特定の部分だけで行なうこともできる。

図４は、本実施形態において、陽極４の表示パターンの一部を点灯する待機電力点灯時の蛍光表示管１と、待機電力点灯時に陰極７に与えられているパルス電圧を示す図である。ここでは、表示パターン中、中段の「ＡＭ １８：００」が発光表示されていることを太字（黒塗り）で示し、上段の「ＤＶＤ」及び「ＭＰ３」と、下段にあるその他の記号が発光表示されていないことを、白抜き文字で表している。

このような待機電力点灯を行なう場合、陰極駆動ＩＣ１１は、図４に示すように、発光させようとする陽極４の表示パターン「ＡＭ １８：００」に対応する陰極７（図示例では６本の陰極７中、中央の２本）のみにパルス電圧を与える。このような駆動方法によれば、陽極４の表示パターンに合わせて必要な陰極７のみにパルス電圧を与えることができるため、消費電力を節約又は削減することができる。図２に示す全面点灯時には６本の陰極７に通電しているのに対し、図４に一例として示す待機電力点灯では２本の陰極７に通電しているので、待機電力点灯時には全面点灯時に比べて１／３の陰極電流で済む。

本発明の第２実施形態を図５を参照して説明する。
この蛍光表示管１ａの陰極駆動ＩＣ１１ａは、第１実施形態（図１）における増幅回路１２の機能を内部に備えている。従って、蛍光表示管１ａの外囲器２の外側には増幅装置は設けられていない。そして、陰極駆動ＩＣ１１ａの出力側端子は、複数の陰極７を個々に駆動できるように陰極７と同数に電気的に分割されており、それぞれ外囲器２外に導出されることなく、外囲器２の内部で支持体８ａ，８ｂの一方の電極である複数のサポート８ａにそれぞれ直接接続されている。これ以外の構成は第１実施形態と同様である。この実施形態によれば、外部の増幅回路１２がなく、陰極駆動ＩＣ１１ａの出力を各陰極７に直接出力することができるので、装置全体としての構成をより簡素なものとすることができる。

なお、以上説明した各実施形態では、陰極駆動ＩＣ１１，１１ａと陽極駆動ＩＣ１０が、別々の電源を利用していたが、図６に示す第３実施形態のように、陰極駆動ＩＣ１１ａと陽極駆動ＩＣ１０が一の電源ＶＨＦを兼用するような構成とすれば、電源数の削減を図れるので、回路コストを含めた製造コストを低減することができる。

さらに、以上説明した各実施形態では、陰極駆動ＩＣ１１，１１ａと陽極駆動ＩＣ１０は、別々の駆動用素子で構成していたが、一の駆動用素子を兼用し、陰極駆動の機能と陽極及び制御電極駆動の機能をソフト的に一素子の中に組み込んで構成すれば、実施形態に比べて回路コストを削減して製造コストを低減化することができる。

以上説明したように、本実施形態の蛍光表示管１，１ａによれば、複数本のフィラメント状の陰極７に同時に電流を流すことがなく、電気的に分割した各陰極７にパルス電圧を順次加えるダイナミック駆動を採用したため、消費電力を低減することができ、特に表示すべきエリアに対応する陰極７だけを駆動できるため待機電力点灯時における消費電力の削減は効果が大きい。また、従来のように陰極電圧が低く陰極電流が大きい場合には部品選択の範囲が狭く電源の構成に困難を生じるが、本実施形態の蛍光表示管１，１ａは消費電力が小さいので、駆動回路の部品選択についての自由度を確保でき、電源の構成を従来よりも容易に行なうことができる。また、ディミング点灯の制御を行なう際にはパルス電圧の幅の増減で電圧を調整できるため、陰極７の赤さが目立つ不都合を解消し、十分な表示品質を達成することができる。

１，１ａ，１ｂ…蛍光表示管
２…外囲器
４…陽極
７…陰極
８…支持体
８ａ…サポート
８ｂ…アンカー
１０…陽極駆動手段である駆動用素子としての陽極駆動ＩＣ
１１…陰極駆動手段である駆動用素子としての陰極駆動ＩＣ
１２…増幅回路
ＶＨ…アノード・グリッド電源
ＶＨＦ…陰極電源
Ｔｒ…増幅回路を構成するトランジスタ

Claims (6)

1. 内部を高真空状態に保持された外囲器と、前記外囲器の内面に設けられた陽極導体の上に蛍光体層が被着されてなる陽極と、両端部を支持する一対の支持体により前記外囲器の内部で前記陽極の上方に配設された複数本のフィラメント状の陰極と、前記陽極を駆動する陽極駆動手段と、前記陰極を駆動する陰極駆動手段とを具備し、前記陽極駆動手段及び前記陰極駆動手段によって前記陽極及び前記陰極をそれぞれ駆動することにより前記陰極から放出させた電子を前記陽極に射突させて前記蛍光体層を発光させる蛍光表示管において、
   前記一対の支持体の少なくとも一方が前記陰極ごとに電気的に分割されており、前記陰極駆動手段は前記各陰極に異なるタイミングでパルス電圧を与えることを特徴とする蛍光表示管。
2. 前記陰極駆動手段は、前記パルス電圧のパルス幅を任意に変えることができることを特徴とする請求項１記載の蛍光表示管。
3. 前記陰極駆動手段は、発光させようとする前記陽極に対応する前記陰極のみに前記パルス電圧を与えることを特徴とする請求項１記載の蛍光表示管。
4. 前記陰極駆動手段と前記陽極駆動手段が、別々の駆動用素子でそれぞれ構成されていることを特徴とする請求項１記載の蛍光表示管。
5. 前記陰極駆動手段と前記陽極駆動手段が、一の電源を兼用していることを特徴とする請求項１記載の蛍光表示管。
6. 前記陰極駆動手段と前記陽極駆動手段が、一の駆動用素子を兼用することにより構成されていることを特徴とする請求項１記載の蛍光表示管。

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