JP3589096B2 - 平面発光パネル装置およびそれを用いた画像表示素子 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、平面発光パネル装置およびそれを用いた画像表示素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
平面型の画像表示素子としては、蛍光表示管、フィールドエミッションディスプレイ(以下、FEDという)およびプラズマディスプレイパネル(以下、PDPという)などがある。
【0003】
蛍光表示管は、真空中において低い駆動電圧(50V程度)で発生させた電界によって加速させられた低速の電子線を蛍光体にあて、蛍光体を励起して可視光を発生させるものである。電子線源には、熱電子を放出するタングステンフィラメント、すなわち熱電子放射物が用いられている。
【0004】
また、FEDは、真空中において高い駆動電圧(5kV程度)で発生させた電界によって加速させられた高速の電子線を蛍光体にあて、蛍光体を励起して可視光を発生させるものである。電子線源には、モリブデンなどの微細なスピント型(Spindt Type)マイクロチップアレイ、すなわち電界放出構造物が用いられている。
【0005】
さらに、カラー表示のPDPは、キセノンなどの希ガス放電から放射された紫外線(キセノンでは波長147nm)を蛍光体によって可視光放射に変換するものである。このようなPDPは、パネル構成が比較的簡易で、かつ気体放電デバイス特有の均一な画面輝度分布が得られるので、次世代デジタル方式の大形カラー平面テレビを実現する有力なものとされている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、蛍光表示管では、緑色発光のZnO蛍光体のほかに低速電子線で効率よく発光する赤色および青色蛍光体が少なく、カラー表示パネルを実現することは困難であるという問題があった。
【0007】
また、FEDでは、駆動電圧が高いので、表示デバイスの駆動回路が複雑で高コストになるという問題があった。また、高速電子線によってパネル内の残留不純ガスが電離され、そのイオン衝撃によってマイクロチップアレイが損耗し、寿命が短くなるという問題があった。
【0008】
さらに、カラー表示PDPでは、発光効率が最高のもので1lm/Wと低いレベルにあり、省エネルギー時代に適応することが困難であるという問題があった。また、カラー表示PDPの駆動電圧は、200〜300Vと高いために、一般的に高価な高電圧駆動用半導体素子が必要となり、コストが高くなるという問題もあった。
【0009】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、低駆動電圧による動作で高い発光効率と良好な寿命特性とが得られ、また低コストでカラー表示の平面発光パネル装置およびそれを用いた画像表示素子を提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の平面発光パネル装置は、平面発光パネルと前記平面発光パネルを駆動するための駆動回路とを備えており、前記平面発光パネルは、パネル容器内に、電子線源とこの電子線源から放射された電子を電界によって加速するための電極とが設けられ、かつ加速された前記電子との衝突によって紫外線を放射するキセノンガスからなる気体が0.5Torr以上5.0Torr以下の封入圧で封入されているとともに、前記パネル容器の内面に前記紫外線を可視光に変換する蛍光体が塗布されており、前記電極に印加される駆動電圧は、前記気体の紫外線を放射するための励起準位電圧より高く、前記気体の自続放電開始電圧より低い範囲に規定されている。
【0011】
また、本発明の画像表示素子は、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載された平面発光パネル装置を用いたものである。
【0012】
上記本発明の平面発光パネル装置および画像表示素子の構成によれば、低駆動電圧による動作で赤・緑・青3色において高い発光効率を得ることができるとともに、カラー表示を行うことができ、また加速された電子によってパネル容器内の残留不純物ガスが電離されるのを防止することができ、さらに高駆動電圧用のように複雑な駆動回路や高駆動電圧用半導体素子を必要としないので、低コスト化を図ることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【0014】
本発明の実施の形態である平面発光パネル装置に用いられている平面発光パネルは、図2に示すように、発光面の幅Wが10mm、発光面の長さLが20mmであるパネル容器1を備えている。
【0015】
パネル容器1は、図1に示すように、発光面を形成する例えばガラスなどの透光性材料からなる平面板2と、背面を形成する例えばガラスからなる背面容器3とが重ね合わせられて、それぞれの外周辺をガラスフリット(図示せず)によって気密封着されて形成されたものである。
【0016】
平面板2の内面には、酸化インジウムなどの透明な導電膜からなる電極4が形成されている。このように電極4として、導電膜を用いることにより、パネル容器1内の構成を簡易化することができる。
【0017】
この電極4を覆うように蛍光体5が塗布されている。
【0018】
背面容器3の内面には、電極4と対向するように例えばタングステンフィラメント(線径50μm)の熱電子放射物からなる電子線源6が設けられている。このように電子線源6として、熱電子放射物を用いることにより、パネル容器1内の構成をより簡易化することができる。
【0019】
電極4と電子線源6との間の距離dは2mmである。
【0020】
パネル容器1内には、キセノンガス(紫外放射波長:147nm)からなる気体7が1.0Torr封入されている。また、気体7としては、キセノンガスの代わりに水銀およびアルゴンガスを封入してもよい。
【0021】
次に、このような平面発光パネル装置の動作原理について説明する。
【0022】
電極4を陽極、電子線源6を陰極として、電極4と電子線源6との間に電源(図示せず)が接続されて電極4に駆動電圧が印加される。このように駆動電圧が印加されて電界が形成される。この電界によって、電子線源6から放射された熱電子は、加速電子として電極4方向へ加速(駆動)される。ただし、駆動電圧が例えば50V程度の低駆動電圧の場合、形成される電界の強度が小さいので、上記した加速電子は低速電子となる。
【0023】
パネル容器1内に封入されている気体7は、その加速電子と衝突して紫外線を放射する。そして、この紫外線が蛍光体5によって可視光に変換され、変換された可視光が平面板2を通して外部に放出される。
【0024】
ここで、このような平面発光パネル装置(以下、本発明品という)を駆動電圧50Vという低駆動電圧で動作させた場合の発光効率(lm/W)、および寿命特性をそれぞれ調べたところ、表1に示すとおりの結果が得られた。
【0025】
なお、蛍光体5として、緑色発光のマンガン付活ケイ酸亜鉛蛍光体(Zn2SiO4:Mn2+、ピーク波長525nm)(表1中の実施例1)と、赤色発光のユーロピウム付活酸化イットリウム蛍光体(Y2O3:Eu3+、ピーク波長610nm)(表1中の実施例2)と、青色発光のユーロピウム付活バリウム・マグネシウムアルミネート蛍光体(BaMgAl10O17:Eu2+、ピーク波長450nm)(表1中の実施例3)とをそれぞれ用いた。
【0026】
【表1】
【0027】
表1に示すように、実施例1では、入力電力が52mWであるのに対し、発光面の平均輝度が200cd/m2であった。この平均輝度はほぼ0.12lmの光束に相当する。つまり、実施例1では、発光効率が2.3lm/Wであった。また同様に実施例2では、発光効率が1.4lm/W、実施例3では、発光効率が0.6lm/Wであった。
【0028】
このように本発明品では、カラー表示を行うことができ、しかも低駆動電圧による動作でも赤・緑・青3色の発光ともに高い発光効率を得ることができる。
【0029】
また、本発明品では、高い発光効率を得るのに低駆動電圧でよいので、高駆動電圧用の複雑な駆動回路や高価な高駆動電圧用半導体素子を用いる必要がなく、低コスト化を図ることができる。
【0030】
また、本発明品では、電子線源6の飛散が見られず、5000時間点灯経過後の光束維持率が92%であった。
【0031】
このように本発明品では、電子線源6が飛散するのを抑制して光束維持率が低下するのを防止することができ、その結果、良好な寿命特性を得ることができる。これは、低駆動電圧による動作なので加速電子が低速電子となり、その結果、パネル容器1内の残留不純ガスが電離されることはないためであると考えられる。
【0032】
そして、各色の平面発光パネルを組み合わせれば、低駆動電圧による動作で高い発光効率と良好な寿命特性とを得ることができ、また低コストでカラー表示の画像表示素子を得ることができる。
【0033】
ところで、上記実施の形態では、駆動電圧を気体が紫外線を放射するための励起準位電圧より高く、気体の持続放電開始電圧より低くしている。その理由は以下のとおりである。
【0034】
例えば通常のカラー表示PDPに注入される電気エネルギーは、気体放電中の電子の運動エネルギーに変換される。この運動エネルギーのうち、気体を励起して紫外線を放射するに至る有効な気体との衝突に使われる割合が極めて小さく、逆に気体との電離衝突および紫外線を放射するに至らない無効な気体との衝突に使われる割合が大きい。これは、気体放電中の電子群のエネルギー分布が広がりを持っており、特に有効な衝突をする電子の分布が小さいためと考えられる。
【0035】
そこで、駆動電圧を気体が紫外線を放射するための励起準位電圧より高く、気体の持続放電開始電圧より低くすることによって、有効な衝突をする電子の分布を大きくさせることができ、その結果、気体を励起して紫外線を放射するに至る有効な気体との衝突に使われる割合が大きくなって高い発光効率を得ることができる。
【0036】
特に、キセノンガスの場合、駆動電圧は10V以上150V以下に規定するとよい。ただし、駆動電圧が50V以上では、飽和の傾向を示した。
【0037】
また、キセノンガスの封入圧は、より高い発光効率を得るために5.0Torr以下に規定することが好ましい。
【0038】
これは、キセノンガス封入圧が5.0Torrを越える場合、加速電子の運動エネルギーが低くなり、キセノンガスが紫外放射を放出する準位に励起しなくなって、発光効率が低下してしまうためである。ただし、キセノンガスの封入圧は、例えば0.1Torrの場合、紫外放射に必要な非弾性衝突回数が少なくなり、発光効率が低下してしまうので、0.5Torrを下回らない程度がよい。
【0039】
次に、上記本発明の実施の形態である平面発光パネル装置とは別の実施の形態である平面発光パネル装置に用いられている平面発光パネルについて説明する。
【0040】
この平面発光パネルは、発光面の幅Wが40mm、発光面の長さLが50mmであるパネル容器8を備えている。
【0041】
パネル容器8は、図3に示すように、発光面を形成する例えばガラスなどの透光性材料からなる平面板9と、背面を形成する例えばガラスからなる背面容器10とが重ね合わせられて、それぞれの外周辺をガラスフリット(図示せず)によって気密封着されて形成されたものである。
【0042】
平面板9の内面には、陽極として、マトリックスに配列された複数のストライプ状の酸化インジウム膜からなる電極11が形成されている。このように電極11として、酸化インジウム膜、すなわち導電膜を用いることにより、パネル容器8内の構成を簡易化することができる。
【0043】
この電極11を覆うように赤、緑および青の蛍光体12が塗布されている。
【0044】
背面容器10の内面には、陰極として、例えば複数のストライプ状のスピント型モリブデンマイクロチップアレイのような電界放出構造物からなる電子線源13が設けられている。このように電子線源13として、電界放出構造物を用いることにより、パネル容器8内の構成をより簡易化することができる。
【0045】
電極11と電子線源13との間隔dは1.2mmである。また電極11および電子線源13のストライプピッチはともに0.3mmである。
【0046】
赤・緑・青3色の蛍光体12には、順次、Y2O3:Eu3+、Zn2S:O4:Mn2+及びBaMgAl10O17:Eu2+を用いた。
【0047】
パネル容器8内には、気体7としてキセノンガスが2.0Torr封入されている。
【0048】
次に、このような平面発光パネル装置の動作について説明する。
【0049】
電極11と電子線源13との間に電源(図示せず)が接続されて電極11に駆動電圧が印加される。このように駆動電圧が印加されて電界が形成される。この電界によって、電子線源13から放射された電子は、加速電子として電極11方向へ加速(駆動)される。
【0050】
パネル容器8内に封入されている気体7は、その加速電子と励起衝突して紫外放射を放出する。そして、この紫外放射が蛍光体12によって可視放射に変換され、変換された可視放射が平面板9を通して外部に放出される。
【0051】
このような平面発光パネル装置の作用効果について説明する。
【0052】
上記平面発光パネル装置(以下、実施例4という)において、発光効率(lm/W)、および寿命特性をそれぞれ調べたところ、表2に示すとおりの結果が得られた。
【0053】
なお、測定条件として、駆動電圧を80Vとした。また、電子線源13のゲート電圧を20Vとした。
【0054】
【表2】
【0055】
表2に示すように、実施例4では、入力電力が500mWであるのに対し、発光面の平均輝度は120cd/m2であった。この平均輝度はほぼ0.75lmの光束に相当する。つまり、実施例4では、発光効率が1.5lm/Wであった。
【0056】
また、実施例4では、電子線源13の損耗が見られず、5000時間点灯経過後の光束維持率が90%であった。
【0057】
このような平面発光パネル装置に映像信号ドライブ回路に接続することにより、低駆動電圧による動作で高い発光効率と良好な寿命特性とを得ることができ、また低コストでカラー表示の画像表示素子を得ることができる。
【0058】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、低駆動電圧による動作で高い発光効率と良好な寿命特性とを得ることができ、また低コストでカラー表示の平面発光パネル装置およびそれを用いた画像表示素子を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態である平面発光パネル装置に用いられている平面発光パネルの側面断面図
【図2】同平面発光パネルの平面図
【図3】本発明の別の実施の形態である平面発光パネル装置に用いられている平面発光パネルの側面断面図
【符号の説明】
1,8 パネル容器
2,9 平面板
3,10 背面容器
4,11 電極
5,12 蛍光体
6,13 電子線源
7 気体
Claims (4)
- 平面発光パネルと前記平面発光パネルを駆動するための駆動回路とを備えており、前記平面発光パネルは、パネル容器内に、電子線源とこの電子線源から放射された電子を電界によって加速するための電極とが設けられ、かつ加速された前記電子との衝突によって紫外線を放射するキセノンガスからなる気体が0.5Torr以上5.0Torr以下の封入圧で封入されているとともに、前記パネル容器の内面に前記紫外線を可視光に変換する蛍光体が塗布されており、前記電極に印加される駆動電圧は、前記気体の紫外線を放射するための励起準位電圧より高く、前記気体の自続放電開始電圧より低い範囲に規定されていることを特徴とする平面発光パネル装置。
- 前記電子線源は、熱電子放射物または電界放出構造物であることを特徴とする請求項1記載の平面発光パネル装置。
- 前記電極は、導電膜からなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の平面発光パネル装置。
- 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載された平面発光パネル装置を用いたことを特徴とする画像表示素子。
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