JP3939577B2 - 発光素子及び表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電素子を用いた発光素子と、この発光素子を用いた表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電素子は従来から、様々な分野において利用され、その応用例は多岐にわたっている。
一方、発光現象を利用した表示装置として、種々の装置が開発されており、その一例として液晶表示装置やプラズマ表示装置が開発され、既に実用化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、液晶表示装置を用いて大画面の表示装置を構成するためには、克服すべき問題点が多い。また、プラズマ表示装置は大画面用の表示装置としては好適であるが、消費電力が大きく、熱の発生が大きい。また、これらのいずれの表示装置も構成部品点数が多いため、製造プロセスが複雑となり、ひいてはコスト高となっていた。
一方、圧電素子による発光現象を利用した表示装置について報告された例はこれまでにはない。
本発明は、このような事情に鑑み、圧電素子による発光現象を利用した発光素子を提供し、この発光素子を用いて表示装置を構成することにより、大画面の表示装置であっても、簡単な構成であって軽量であり、低価格な表示装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、ガスが封入された放電管中に、１次側の両面に１次側電極が設けられた長方形板形状の圧電トランスと、この圧電トランスの該１次側電極が設けられた両面のうちの少なくとも一面と同じ面の２次側表面に向かい合う部分を有する２次側アース電極とを配置し、この圧電トランスの１次側電極間に交流電圧を印加し、この交流電圧の周波数を調整して２次側共振電圧を発生させ、放電と前記圧電トランスからの電子放出により、可視光または紫外光を圧電トランスの２次側表面から面発光させることを特徴とする発光素子である。
これにより、簡単な構成で軽量な発光素子を実現することができ、紫外光が放射されることにより、オゾナイザー、負イオン発生器、除電器等として利用することができる。
また、圧電トランス周辺における発光は面発光であることから、圧電トランスを用いて発光素子を形成することにより、均一な光強度を持つ発光素子を容易に作製することができる。
【０００５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発光素子において、前記可視光または紫外光を放電管外に取り出すために、放電管内に設けられた２次側アース電極を光透過性電極としたことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発光素子において、前記放電管から光を取り出すための窓を前記放電管に設け、この窓に蛍光体を塗布して、前記２次側共振電圧の発生により蛍光体からの発光を生じさせることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の発光素子において、前記放電管の内面の全体または一部に蛍光体を塗布して、前記２次側共振電圧の発生により、蛍光体からの発光を生じさせることを特徴とする。
【０００６】
請求項５記載の発明は、請求項１から４までのいずれかに記載の発光素子において、前記圧電トランスの１次側電極間に印加する正弦波電圧の周波数を制御する制御手段を備え、前記正弦波電圧の周波数を制御して、圧電トランスの振動モードを変えることにより、発光部位を可変とすることを特徴とする。
【０００７】
請求項６記載の発明は、請求項１から５までのいずれかに記載の発光素子を複数個敷き詰めて形成されていることを特徴とする表示装置である。これにより、簡単な構成で大面積の表示装置を実現することができるため、製造工程を簡略化でき、低コスト化を実現することができる。また、使用目的に応じて様々な形状の画面を持つ表示装置を実現することができる。さらに、面発光の発光素子を敷き詰めて形成しているため、大画面であっても、光強度を均等とすることが容易な表示装置を実現することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
まず、本発明の発光素子の第１の例について説明する。
図１にこの例の発光素子の構成を示す。図１中、符号１は圧電トランスであり、この圧電トランス１は、圧力トランス固定用ピン２によって基板３に固定されることにより、密封された透明容器からなる放電管４内に収納されている。放電管４内には、例えばＮ2等のガスが封入されている。固定用ピン２の位置は図１に示す位置に限定されず、用途に応じて他の位置とすることもできる。
圧電トランス１は、後述するようにその両面に１次側電極と２次側電極とが形成され、このうち、符号５が１次側電極、符号６が１次側アース電極である。２次側電極は通常圧電トランス１の２次側先端（図１においては圧電トランス１の右端）に形成され、この場合には、右半分の発電部を用いている。通常、この２次側電極は、適切な抵抗値を持つ電気抵抗を介して接地されている。符号７は２次側アース電極である。
この例においては、２次側アース電極７のうち、圧電トランス１の発光面に向かい合う部分７ａを、導電性透明ガラス電極等の光透過性電極としている。この光透過性電極は、導電性透明ガラス電極の他に、ループ状電極やメッシュ状電極、格子状電極等とガラス板とを組み合わせたものであってもよい。符号８は発振回路であり、符号９は発振器である。
【０００９】
この例の発光素子においては、１次側電極５と１次側アース電極６との間に交流電圧、例えば矩形波電圧、正弦波電圧、三角波電圧を印加して振幅を一定に保ちながら周波数を変化させると、圧電トランス１の２次側端と２次側アース電極との間に共振電圧が発生する。この共振電圧の発生に伴って、後述する原理により可視光または紫外光が放射される。放射される光の波長は、放電管４内に封入されるガスの種類または圧力を選択することによって変えることができる。この放射光は、光透過性電極７ａを透過して、放電管４外へ放射される。
この例の発光素子は、可視光が放射される場合には、例えば表示用の光源として用いることができ、紫外光が放射される場合には、オゾンを発生するオゾナイザーとしての利用、あるいは紫外光により生成された正負の電荷のうち、正イオンを吸い取って負イオン発生器としての利用が可能であり、さらに、静電気を中和して除電器としての利用も可能である。
【００１０】
次に、本発明の発光素子の第２の例について説明する。
図２（ａ）にこの例の発光素子の構成を示す。図２における符号は、図１における符号と同一の符号は同一のものを示す。
この例においても、圧電トランス１は、圧力トランス固定用ピン２によって基板３に固定されることにより、密封された透明容器からなる放電管４内に収納されている。放電管４内には、例えばＮ2等のガスが封入されている。
この例の発光素子は、２次側アース電極７のうち、圧電トランス１の発光面に向かい合う部分７ａの一部に光を透過するための窓１０が形成されている。図２（ｂ）はこの例の発光素子の上面図であり、図２（ｂ）に示すように、窓１０は圧電トランス１の一部と空間を隔てて重なり合うように形成されている。この窓１０には蛍光体が塗布されているか、蛍光体が塗付された蛍光板が配置されている。
【００１１】
この例の発光素子においても、１次側電極５と１次側アース電極６との間に正弦波電圧を印加して振幅を一定に保ちながら周波数を変化させると、圧電トランス１の２次側端と２次側アース電極との間に共振電圧が発生する。この共振電圧の発生に伴って、後述する原理により、封入されたガスによる発光の他に、蛍光体も発光する。放射される光の波長は、放電管４内に封入されるガスの種類または圧力、さらには、蛍光体の種類を選択することによって変えることができる。この放射光は、窓１０を透過して、放電管外へ放射される。
なお、蛍光体を塗付する場所は窓１０に限定されるものではなく、放電管４の内側全体に塗付してもよく、放電管４の内側の任意の場所に選択的に塗付してもよい。
【００１２】
なお、以上説明した発光素子の第１の例、第２の例のいずれにおいても、放電管４の形状は図１に示す形状に限定されるものではなく、円筒状のような他の形状であってもよい。また、窓を設ける構造の他に、全体が透明な物質からなる容器中に圧電トランスを支持し、圧電トランスによる発光をあらゆる方向から取り出せるようにしてもよい。また、発光素子毎に発振回路８と発振器９とを取り付けるか、複数の発光素子に対して発振回路８と発振器９とを取り付けるかは、使用目的によって定めることができる。
【００１３】
以下に、圧電トランスを用いた発光の原理について説明する。
図３に、圧電トランス１の形状を示す。
この圧電トランス１は、例えばＰＺＴ〔Ｐｂ（ＺｒＴｉ）Ｏ3〕からなるＲｏｓｅｎ型と呼ばれる形式のものであり、その寸法は、例えば、長さ６０ｍｍ、幅１３ｍｍ、厚さ２ｍｍの長方形形状である。この圧電トランス１の長さ方向の半分は１次側であり、その両面には１次側電極（Ｐ）が設けられ、残り半分は高電圧発生部の２次側であり、その先端に２次側電極（Ｓ）が設けられている。この圧電トランス１の１次側は厚さ方向に、２次側は長さ方向にそれぞれ分極した状態で焼結されて形成されている。
【００１４】
この圧電トランス１の１次側電極間に３Ｖの正弦波電圧を印加して振幅を一定に保ちながらその周波数を変化すると、２次側電極とそのアース電極との間に、図４に示すような電圧が共振曲線を描くように発生する。このような共振曲線を描くのは、圧電トランス１が１次側に印加した電圧の周波数と、圧電トランス１の長さ方向の伸縮振動の固有振動数とが一致したときに、共振によって振幅の変位が大きくなり、これにより発生する電圧も高くなることに由来する。
この出力電圧はいくつかの共振モードがあり、図４にはこのうちの大きいほうから３つの共振状態を示しており、それぞれ１次、２次、３次の共振周波数である２６．７４ｋＨｚ、５２．３２ｋＨｚ、８０．６０ｋＨｚにおいて高電圧が得られた。ここでは、それぞれの振動モードを（１／２）λモード、λモード、（３／２）λモードとよぶ。
以下においては、とくにことわらない限り、（１／２）λモードで圧電トランス１を動作させた。この振動モードは、圧電トランス１の振動の１／２波長が圧電トランス１の長さと一致する場合に観測される振動モードである。
【００１５】
この圧電トランス１による発光状態を、図５に示す発光観測装置を用いて測定した。圧電トランス１を容器２２の中央に１次側を下にして垂直に配置し、その両側に約１〜２ｃｍ離して２枚の蛍光板２１をそれぞれ圧電トランス面に対して１５°傾けて配置した。これにより蛍光板２１からの発光と放電による発光は図５に示すように容器２２の側面から観測できる。
容器２２内をターボ分子ポンプにより１０-8Torrオーダー(１０-6Paオーダー)の高真空にした後、窒素ガスＮ2を封入した。この状態で圧電トランス１の１次側電極間に１２Ｖの正弦波電圧を印加すると、圧電トランス１周辺に放電による発光と蛍光体２１の発光が観測された。蛍光板２１に塗付する蛍光体としては緑色の蛍光を発するZnO:Znを用いた。この蛍光板２１の発光の減衰時定数は１〜１０μｍであり、ここでの時間分解撮影には十分追従できるものであった。
【００１６】
このように、ガスによる放電発光と、蛍光体２１の発光状態を容器２２側面に設けた石英窓２３を通して観測し、ＵＶレンズ２４、イメージインテンシファイア２５を介してＣＣＤカメラ２６により時間分解撮影を行った。ＣＣＤカメラ２６には２００ｎｍを透過の短波長端とするＵＶレンズ２４を用いている。
イメージインテンシファイア２５のシャッター開放時刻とその時間幅は圧電トランス駆動用発振器（ＳＧ）から同期信号をとり、これを基準としてイメージインテンシファイア駆動システム（ＩＩＳ）を用いて調整した。シャッター開放時間は１μｓとした。ゲート信号、圧電トランス２次側電圧波形はオシロスコープ（ＯＳ）で監視しながら記録した。撮影画面はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）で画像処理した。
Ｎ2の放電や蛍光体の発光スペクトルの観測は、図５のＣＣＤカメラ２６の代わりにマルチチャンネル分光計（波長範囲３００〜１０５０ｎｍ、分解能３．６ｎｍ）を設置して行った。
【００１７】
図６に、Ｎ2ガス中において圧電トランス１を駆動したときの圧電トランス１周辺における放電と蛍光体の発光スペクトルの観測結果を示す。
図６中、Ｎ2ガスの圧力は（ａ）において0.015Torr（1.995Pa）、（ｂ）において0.7Torr(93.1Pa)である。（ａ）においては、４６０nmから６８０nmに亘ってブロードな分布をもつスペクトルが観測されている。光強度のピークは４８９．７５nmにあり、これは蛍光体の発光スペクトルである。Ｎ2ガスの発光スペクトルは３９１．３５nmにピークを持つ成分が現れているが、その強度は、前述した蛍光体が発する４８９．７５nmのピークに比べて約半分の大きさである。
図（ｂ）では、３９１．３５nmのピークの他、４５０nm、４９０nm付近にもピークが観測されており、これらのピークはＮ2ガスの２nd positive bandであると思われる。ここに示したガスの圧力では、Ｎ2ガスの発光強度のほうが蛍光体の発光強度より強くなっている。
【００１８】
図７に、ガス圧力を変化させたときの、３９１．３５nmにピークを持つＮ2ガスの発光強度と、４８９．７５nmにピークを持つ蛍光体の発光強度の変化を示す。図７中、○が３９１．３５nmにピークを持つＮ2ガスの発光強度であり、●が４８９．７５nmにピークを持つ蛍光体の発光強度である。
図７からわかるように、ガス圧力が高くなると、Ｎ2ガスの発光強度は増加し、0.2Torr〜1.0Torr(26.6Pa〜133Pa)に亘ってピークをとった後減少している。これは、この付近がPaschen曲線の底部に対応し、電離や励起が頻繁に発生していることによっている。
一方、蛍光体の発光強度は、ガス圧力に対してほぼ一定となった。また、0.02Torr(2.66Pa)以下においては、Ｎ2ガスの発光強度は蛍光体の発光強度より弱くなることから、蛍光体の発光はＮ2ガス放電光によるものではないと判断することができる。
このように、ガス圧力を選択することによって、ガスによる放電光の発光強度と蛍光体の発光強度とを変化させることができる。
【００１９】
次に、Ｎ2ガスの発光強度と蛍光体の発光強度の時間的変化をＣＣＤカメラを用いて観測した。Ｎ2ガス圧力は、Ｎ2ガスの発光強度と蛍光体の発光強度とがほぼ等しくなるように0.02Torr(2.66Pa)とした。
図８は、圧電トランス１の２次側電圧波形を示している。図８中、破線が真空中でのものであり、実線がＮ2ガスによる放電発生時のものである。
真空中では放電による発光は観測されず、蛍光体の発光も観測されなかった。このときの２次側電圧波形は正弦波状であった。しかし、Ｎ2ガス中で放電が発生する0.02Torr(2.66Pa)では正弦波の振幅が1周期ごとに変動し、数十回重ね撮りした測定結果は図８に示すように、帯状の電圧変動を持った波形として観測され、さらに電圧波形に負の直流バイアス成分が現れた。
【００２０】
図８に示す（ａ）の時刻は２次側電圧が０となる時刻であり、このとき蛍光体に若干の発光が観測された。２次側電圧が正側に増加するにつれて、圧電トランス１上部の放電による楕円状の発光が強くなり、（ｄ）の２次側電圧が正に最大となる時刻において放電による最も強い発光が観測された。このとき蛍光体の発光は観測されなかった。２次側電圧が減少するに従って放電の発光強度は次第に弱くなった。
（ｇ）の時刻は２次側電圧が０となる時刻であり、圧電トランス１上部と蛍光体に弱い発光が観測された。２次側電圧が負側に増加するにつれて、圧電トランス１上部の放電による楕円状の発光が弱くなり、蛍光体が強く発光するようになり、（ｊ）の２次側電圧が負に最大となる時刻において蛍光体から最も強い発光が観測された。その後２次側電圧が減少するに従って蛍光体の発光強度は次第に弱くなった。
【００２１】
以上の結果から、圧電トランス１の２次側電圧が正の半周期ではＮ2ガスによる放電の発光が観測され、圧電トランス１の２次側電圧が負の半周期では蛍光体の発光が観測されることがわかった。このような時間的発光が時間積分されて発光として認識される。また、Ｎ2ガスによる放電の発光が観測される正の半周期では蛍光体はほとんど発光していないことから、蛍光体の発光はＮ2ガスによる放電発光によるものではないことが確認された。
このように、圧電トランス１に２次側電圧を発生させることにより、ガスによる放電発光と、蛍光体による発光とを生じさせることができ、この２種類の発光による発光素子を形成することが可能となる。
【００２２】
次に、圧電トランスによる発光状態を明らかにするために、圧電トランス表面での発光強度分布と表面電位分布について説明する。
ここでは、発光強度分布の一例として、放電による発光強度と、表面電位分布との関係について説明する。
図９に、圧電トランス表面の電位分布測定に用いた装置を示す。
図９（ａ）は、測定に使用したプローブ電極の構造を示している。符号３１がプローブ電極であり、このプローブ電極３１はオシロスコープ用プローブの先端チップ部分を取り出し、むき出しになった中心導体を電極としたものであり、この周囲に厚さ0.2mmの銅板を直径9mmに丸めてガード電極３２とした。このガード電極３２はアースされ、中心電極で電界を検出した。
測定は放電の発生しない大気中で、圧電トランス１を支持台に垂直に固定し、圧電トランス１の１次側電極に３Ｖの電圧を印加した状態で行い、圧電トランス１の表面電位分布を図９（ｂ）に示す装置により測定した。
プローブ３３の先端を、圧電トランス１の２次側表面から２ｍｍの距離を保ちながら、圧電トランス１の表面（図９（ｂ）中のｘｙ面）を、パルス駆動のＸＹステージ３４と読み取り顕微鏡により掃引した。ＸＹステージ３４の制御はＸＹステージコントローラ（ＸＹ−Ｃ）により行った。ＸＹステージ３４は１／１００ｍｍの精度で調整し、表面電位を電子電圧計やオシロスコープ（ＡＣＶまたはＯＳＣ）により測定した。これらの操作はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）による自動測定によって行った。
【００２３】
図１０に、圧電トランス周辺で観測される放電による発光パターンの概略を各モードごとに示す。図１０では、１次側を下にして支持された圧電トランスと、その周囲に現れる発光部位を示している。
図１０（ａ）は、（１／２）λモードでの発光パターンを示しており、圧電トランスの両面に左右対称に圧電トランスから離れた（１）、（２）の発光部位と、圧電トランスの表面近くに（３）、（４）の発光部位があり、この４箇所で強い発光が観測された。これらの発光部位は、圧電トランスの２次側長さ方向の先端に近いところに存在している。
【００２４】
図１０（ｂ）は、λモードでの発光パターンを示しており、圧電トランスの両面に左右対称に圧電トランスから離れた（１）、（２）、（３）、（４）の発光部位と、圧電トランスの表面近くに（５）、（６）、（７）、（８）の発光部位があり、この８箇所で強い発光が観測された。これらの発光部のうち、（１）、（２）、（５）、（６）は２次側先端部に存在し、（３）、（４）、（７）、（８）圧電トランスの２次側の根元、すなわち圧電トランスの中央部付近に存在している。
図１０（ｃ）は、（３／２）λモードでの発光パターンを示しており、圧電トランスから離れた（１）、（２）の発光部位と、圧電トランス表面付近の（３）、（４）の発光部位があり、この４箇所で強い発光が観測された。この発光部は１次側電極から約２ｃｍ、すなわち２次側の中央より下側であった。
【００２５】
図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に各振動モードでの圧電トランス表面電位分布を示す。図１１（ａ）が（１／２）λモード、図１１（ｂ）がλモード、図１１（ｃ）が（３／２）λモードである。圧電トランスの幅と長さ方向を図１１に示すようにそれぞれｘ軸、ｙ軸とし、圧電トランス表面の位置をｘｙ座標上で示した。縦軸はプローブで検出した電圧の実効値である。これにより、圧電トランス表面に発生する電圧の空間的相対値がわかる。
図１１（ａ）に示す（１／２）λモードでは、電圧の最大値は２次側先端（ｙ＝０）から８ｍｍの位置にある。この位置は図１０（ａ）の（１）、（２）、（３）、（４）の発光部位に対応する。また、図１１（ｂ）に示すλモードでは、ｙ＝５ｍｍと、ｙ＝２６ｍｍにピークが見られ、これらは、図１０（ｂ）のそれぞれ（１）、（２）、（５）、（６）と（３）、（４）、（７）、（８）の強い発光部位に対応している。さらに、図１１（ｃ）に示す（３／２）λモードでは、ｙ＝２０ｍｍにピークが観測され、これは、図１０（ｃ）の（１）、（２）、（３）、（４）の発光部位に対応する。
なお、圧電トランスの電位が０となる位置が振動モードにより異なるのは、長さ方向の定在波振動の節が振動モードにより移動するためである。
【００２６】
図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図１０に示す発光状態を画像処理し、発光強度分布を等高線表示した結果と、表面電位分布の測定結果を同じく等高線表示した結果とを示している。図１２（ａ）が（１／２）λモード、図１２（ｂ）がλモード、図１２（ｃ）が（３／２）λモードである。表面電位分布を等高線表示したものは電圧の実効値に相当し、発光強度分布を等高線表示したものは１周期に亘る発光強度の積分値に相当している。これらの結果から、圧電トランス表面における分布は互いに似ていることがわかる。
【００２７】
以上説明した原理に基づいて、圧電トランスの１次側に正弦波電圧を印加して振幅を一定に保ちながら周波数を変化させると、圧電トランスの２次側に共振電圧が発生し、この共振電圧の発生に伴って、図１または図２に示す発光素子において、封入されたガスによる放電発光の他に、蛍光体も発光する。放射される光の波長や強度は、放電管４内に封入されるガスの種類または圧力、さらには、蛍光体の種類によって変えることができる。
例えば、蛍光体としては、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ，ＺｎＯ：Ｚｎを用いることができ、このうち、ＺｎＳ：Ｃｕは緑色、Ｙ2Ｏ2Ｓは赤色、ＺｎＯ：Ｚｎは青色の光を発することが確認されている。また、ガスとしては、Ｏ2，Ｎ2，Ｎｅ，Ｎｅ／Ａｒ，Ｈｅ／Ｘｅ等を用いることができる。これらのガスと蛍光体の組合せによって、放射光の波長を選択することができる。
【００２８】
また、圧電トランスの振動モードを変えることによって発光部位が変化することを利用すると、圧電トランスの１次側に印加する正弦波電圧の周波数を制御することによって、発光部位を可変とする発光素子を実現することができる。
例えば、その一例として、腕時計に用いられる表示板程度の大きさの圧電トランスを用意し、この圧電トランスに印加する周波数を制御して発光部位を変えることにより、１枚の圧電トランスだけで数字や文字等の情報を表示することができる。また、何枚かの圧電トランスを組み合わせて数字や文字等の情報を表示することができる。
さらに、図１２に示す光強度の等高線表示からわかるように、圧電トランス周辺における発光は面発光であることから、圧電トランスを用いて発光素子を形成すると、均一な光強度を持つ発光素子を容易に作製することができる。
【００２９】
次に、本発明の表示装置について説明する。
図１３は、本発明の表示装置の一例について、その発光面を示している。
図１３中、符号４１は表示装置であり、この表示装置４１は、上述した本発明の発光素子４２を発光面をそろえて敷き詰めるようにして形成されている。発光素子４１の数は目的に応じて任意に選択することができ、表示装置４１の形状は、敷き詰められる発光素子４２の配置によって任意に変更することができる。例えば、図１３に示すような矩形状の他に、略円形状とすることもできる。また、赤色、緑色、青色の光を発光する発光素子を一単位の画素とし、この画素をパネル状に敷き詰めて表示装置を形成することもできる。
このように、この例の表示装置によると、簡単な構成で大面積の表示装置を実現することができるため、製造工程を簡略化でき、低コスト化を実現することができる。
また、面発光の発光素子を敷き詰めて形成しているため、大画面であっても、光強度を均等とすることが容易な表示装置を実現することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、ガスが封入された放電管中に圧電トランスを配置し、この圧電トランスの１次側電極間に交流電圧を印加し、この交流電圧の周波数を調整して２次側共振電圧を発生させることにより、放電と圧電トランスからの電子放出により、可視光または紫外光を発生させることができ、簡単な構成で軽量な発光素子を実現することができる。
また、紫外光が放射されることにより、オゾナイザー、負イオン発生器、除電器等として利用することができる。
【００３１】
また、放電管から光を取り出すための窓に蛍光体を塗布し、または放電管の内面の全体または一部に蛍光体を塗布して、２次側共振電圧の発生により、蛍光体からの発光を生じさせることにより、簡単な構成で軽量な発光素子を実現することができる。
また、これらの発光素子は、蛍光体の種類を選択することにより蛍光体からの光の波長を可変とすることができ、ガスの種類、またはガスの圧力を選択することにより、ガスによる放射光の波長を可変とすることができる。
また、圧電トランスの１次側電極間に印加する正弦波電圧の周波数を制御して、圧電トランスの振動モードを変えることにより、発光部位を可変とすることが可能な発光素子を実現することができる。
また、圧電トランス周辺における発光は面発光であることから、圧電トランスを用いて発光素子を形成することにより、均一な光強度を持つ発光素子を容易に作製することができる。
【００３２】
さらに、本発明の発光素子を複数個敷き詰めて表示装置を形成することにより、簡単な構成で大面積の表示装置を実現することができるため、製造工程を簡略化でき、低コスト化を実現することができる。
また、使用目的に応じて様々な形状の画面を持つ表示装置を容易に実現することができる。
さらに、面発光の発光素子を敷き詰めて形成しているため、大画面であっても、光強度を均等とすることが容易な表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光素子の一例を示す図である。
【図２】本発明の発光素子の他の例を示す図である。
【図３】圧電トランスの構成を示す図である。
【図４】圧電トランスの振動モードを示す図である。
【図５】圧電トランスによる放電発光と、蛍光体発光を観測する装置を示す図である。
【図６】放電発光と、蛍光体発光の波長スペクトルの一例を示す図である。
【図７】放電発光と、蛍光体発光について、ガス圧力と発光強度との関係の一例を示す図である。
【図８】圧電トランスに発生する２次側電圧の時間的変化を示す図である。
【図９】圧電トランスの表面電位分布を測定するための装置を示す図である。
【図１０】圧電トランスによる放電発光の部位を示す図である。
【図１１】圧電トランスの表面電位分布を立体的に表示した図である。
【図１２】圧電トランスの表面電位分布と発光強度分布とを等高線表示した図である。
【図１３】本発明の表示装置の一例について、その表示面を示す図である。
【符号の説明】
１…圧電トランス、２…圧力トランス固定用ピン、３…基板、４…放電管、５…１次側電極、６…１次側アース電極、７…２次側アース電極、８…発振回路、９…発振器、１０…窓、２１…蛍光体、２２…容器、２３…石英窓、２４…ＵＶレンズ、２５…イメージインテンシファイア、２６…ＣＣＤカメラ、３１…プローブ電極、３２…ガード電極、３３…プローブ、３４…ＸＹステージ、４１…表示装置、４２…発光素子。
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電素子を用いた発光素子と、この発光素子を用いた表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電素子は従来から、様々な分野において利用され、その応用例は多岐にわたっている。
一方、発光現象を利用した表示装置として、種々の装置が開発されており、その一例として液晶表示装置やプラズマ表示装置が開発され、既に実用化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、液晶表示装置を用いて大画面の表示装置を構成するためには、克服すべき問題点が多い。また、プラズマ表示装置は大画面用の表示装置としては好適であるが、消費電力が大きく、熱の発生が大きい。また、これらのいずれの表示装置も構成部品点数が多いため、製造プロセスが複雑となり、ひいてはコスト高となっていた。
一方、圧電素子による発光現象を利用した表示装置について報告された例はこれまでにはない。
本発明は、このような事情に鑑み、圧電素子による発光現象を利用した発光素子を提供し、この発光素子を用いて表示装置を構成することにより、大画面の表示装置であっても、簡単な構成であって軽量であり、低価格な表示装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、ガスが封入された放電管中に、１次側の両面に１次側電極が設けられた長方形板形状の圧電トランスと、この圧電トランスの該１次側電極が設けられた両面のうちの少なくとも一面と同じ面の２次側表面に向かい合う部分を有する２次側アース電極とを配置し、この圧電トランスの１次側電極間に交流電圧を印加し、この交流電圧の周波数を調整して２次側共振電圧を発生させ、放電と前記圧電トランスからの電子放出により、可視光または紫外光を圧電トランスの２次側表面から面発光させることを特徴とする発光素子である。
これにより、簡単な構成で軽量な発光素子を実現することができ、紫外光が放射されることにより、オゾナイザー、負イオン発生器、除電器等として利用することができる。
また、圧電トランス周辺における発光は面発光であることから、圧電トランスを用いて発光素子を形成することにより、均一な光強度を持つ発光素子を容易に作製することができる。
【０００５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発光素子において、前記可視光または紫外光を放電管外に取り出すために、放電管内に設けられた２次側アース電極を光透過性電極としたことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発光素子において、前記放電管から光を取り出すための窓を前記放電管に設け、この窓に蛍光体を塗布して、前記２次側共振電圧の発生により蛍光体からの発光を生じさせることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の発光素子において、前記放電管の内面の全体または一部に蛍光体を塗布して、前記２次側共振電圧の発生により、蛍光体からの発光を生じさせることを特徴とする。
【０００６】
請求項５記載の発明は、請求項１から４までのいずれかに記載の発光素子において、前記圧電トランスの１次側電極間に印加する正弦波電圧の周波数を制御する制御手段を備え、前記正弦波電圧の周波数を制御して、圧電トランスの振動モードを変えることにより、発光部位を可変とすることを特徴とする。
【０００７】
請求項６記載の発明は、請求項１から５までのいずれかに記載の発光素子を複数個敷き詰めて形成されていることを特徴とする表示装置である。これにより、簡単な構成で大面積の表示装置を実現することができるため、製造工程を簡略化でき、低コスト化を実現することができる。また、使用目的に応じて様々な形状の画面を持つ表示装置を実現することができる。さらに、面発光の発光素子を敷き詰めて形成しているため、大画面であっても、光強度を均等とすることが容易な表示装置を実現することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
まず、本発明の発光素子の第１の例について説明する。
図１にこの例の発光素子の構成を示す。図１中、符号１は圧電トランスであり、この圧電トランス１は、圧力トランス固定用ピン２によって基板３に固定されることにより、密封された透明容器からなる放電管４内に収納されている。放電管４内には、例えばＮ2等のガスが封入されている。固定用ピン２の位置は図１に示す位置に限定されず、用途に応じて他の位置とすることもできる。
圧電トランス１は、後述するようにその両面に１次側電極と２次側電極とが形成され、このうち、符号５が１次側電極、符号６が１次側アース電極である。２次側電極は通常圧電トランス１の２次側先端（図１においては圧電トランス１の右端）に形成され、この場合には、右半分の発電部を用いている。通常、この２次側電極は、適切な抵抗値を持つ電気抵抗を介して接地されている。符号７は２次側アース電極である。
この例においては、２次側アース電極７のうち、圧電トランス１の発光面に向かい合う部分７ａを、導電性透明ガラス電極等の光透過性電極としている。この光透過性電極は、導電性透明ガラス電極の他に、ループ状電極やメッシュ状電極、格子状電極等とガラス板とを組み合わせたものであってもよい。符号８は発振回路であり、符号９は発振器である。
【０００９】
この例の発光素子においては、１次側電極５と１次側アース電極６との間に交流電圧、例えば矩形波電圧、正弦波電圧、三角波電圧を印加して振幅を一定に保ちながら周波数を変化させると、圧電トランス１の２次側端と２次側アース電極との間に共振電圧が発生する。この共振電圧の発生に伴って、後述する原理により可視光または紫外光が放射される。放射される光の波長は、放電管４内に封入されるガスの種類または圧力を選択することによって変えることができる。この放射光は、光透過性電極７ａを透過して、放電管４外へ放射される。
この例の発光素子は、可視光が放射される場合には、例えば表示用の光源として用いることができ、紫外光が放射される場合には、オゾンを発生するオゾナイザーとしての利用、あるいは紫外光により生成された正負の電荷のうち、正イオンを吸い取って負イオン発生器としての利用が可能であり、さらに、静電気を中和して除電器としての利用も可能である。
【００１０】
次に、本発明の発光素子の第２の例について説明する。
図２（ａ）にこの例の発光素子の構成を示す。図２における符号は、図１における符号と同一の符号は同一のものを示す。
この例においても、圧電トランス１は、圧力トランス固定用ピン２によって基板３に固定されることにより、密封された透明容器からなる放電管４内に収納されている。放電管４内には、例えばＮ2等のガスが封入されている。
この例の発光素子は、２次側アース電極７のうち、圧電トランス１の発光面に向かい合う部分７ａの一部に光を透過するための窓１０が形成されている。図２（ｂ）はこの例の発光素子の上面図であり、図２（ｂ）に示すように、窓１０は圧電トランス１の一部と空間を隔てて重なり合うように形成されている。この窓１０には蛍光体が塗布されているか、蛍光体が塗付された蛍光板が配置されている。
【００１１】
この例の発光素子においても、１次側電極５と１次側アース電極６との間に正弦波電圧を印加して振幅を一定に保ちながら周波数を変化させると、圧電トランス１の２次側端と２次側アース電極との間に共振電圧が発生する。この共振電圧の発生に伴って、後述する原理により、封入されたガスによる発光の他に、蛍光体も発光する。放射される光の波長は、放電管４内に封入されるガスの種類または圧力、さらには、蛍光体の種類を選択することによって変えることができる。この放射光は、窓１０を透過して、放電管外へ放射される。
なお、蛍光体を塗付する場所は窓１０に限定されるものではなく、放電管４の内側全体に塗付してもよく、放電管４の内側の任意の場所に選択的に塗付してもよい。
【００１２】
なお、以上説明した発光素子の第１の例、第２の例のいずれにおいても、放電管４の形状は図１に示す形状に限定されるものではなく、円筒状のような他の形状であってもよい。また、窓を設ける構造の他に、全体が透明な物質からなる容器中に圧電トランスを支持し、圧電トランスによる発光をあらゆる方向から取り出せるようにしてもよい。また、発光素子毎に発振回路８と発振器９とを取り付けるか、複数の発光素子に対して発振回路８と発振器９とを取り付けるかは、使用目的によって定めることができる。
【００１３】
以下に、圧電トランスを用いた発光の原理について説明する。
図３に、圧電トランス１の形状を示す。
この圧電トランス１は、例えばＰＺＴ〔Ｐｂ（ＺｒＴｉ）Ｏ3〕からなるＲｏｓｅｎ型と呼ばれる形式のものであり、その寸法は、例えば、長さ６０ｍｍ、幅１３ｍｍ、厚さ２ｍｍの長方形形状である。この圧電トランス１の長さ方向の半分は１次側であり、その両面には１次側電極（Ｐ）が設けられ、残り半分は高電圧発生部の２次側であり、その先端に２次側電極（Ｓ）が設けられている。この圧電トランス１の１次側は厚さ方向に、２次側は長さ方向にそれぞれ分極した状態で焼結されて形成されている。
【００１４】
この圧電トランス１の１次側電極間に３Ｖの正弦波電圧を印加して振幅を一定に保ちながらその周波数を変化すると、２次側電極とそのアース電極との間に、図４に示すような電圧が共振曲線を描くように発生する。このような共振曲線を描くのは、圧電トランス１が１次側に印加した電圧の周波数と、圧電トランス１の長さ方向の伸縮振動の固有振動数とが一致したときに、共振によって振幅の変位が大きくなり、これにより発生する電圧も高くなることに由来する。
この出力電圧はいくつかの共振モードがあり、図４にはこのうちの大きいほうから３つの共振状態を示しており、それぞれ１次、２次、３次の共振周波数である２６．７４ｋＨｚ、５２．３２ｋＨｚ、８０．６０ｋＨｚにおいて高電圧が得られた。ここでは、それぞれの振動モードを（１／２）λモード、λモード、（３／２）λモードとよぶ。
以下においては、とくにことわらない限り、（１／２）λモードで圧電トランス１を動作させた。この振動モードは、圧電トランス１の振動の１／２波長が圧電トランス１の長さと一致する場合に観測される振動モードである。
【００１５】
この圧電トランス１による発光状態を、図５に示す発光観測装置を用いて測定した。圧電トランス１を容器２２の中央に１次側を下にして垂直に配置し、その両側に約１〜２ｃｍ離して２枚の蛍光板２１をそれぞれ圧電トランス面に対して１５°傾けて配置した。これにより蛍光板２１からの発光と放電による発光は図５に示すように容器２２の側面から観測できる。
容器２２内をターボ分子ポンプにより１０-8Torrオーダー(１０-6Paオーダー)の高真空にした後、窒素ガスＮ2を封入した。この状態で圧電トランス１の１次側電極間に１２Ｖの正弦波電圧を印加すると、圧電トランス１周辺に放電による発光と蛍光体２１の発光が観測された。蛍光板２１に塗付する蛍光体としては緑色の蛍光を発するZnO:Znを用いた。この蛍光板２１の発光の減衰時定数は１〜１０μｍであり、ここでの時間分解撮影には十分追従できるものであった。
【００１６】
このように、ガスによる放電発光と、蛍光体２１の発光状態を容器２２側面に設けた石英窓２３を通して観測し、ＵＶレンズ２４、イメージインテンシファイア２５を介してＣＣＤカメラ２６により時間分解撮影を行った。ＣＣＤカメラ２６には２００ｎｍを透過の短波長端とするＵＶレンズ２４を用いている。
イメージインテンシファイア２５のシャッター開放時刻とその時間幅は圧電トランス駆動用発振器（ＳＧ）から同期信号をとり、これを基準としてイメージインテンシファイア駆動システム（ＩＩＳ）を用いて調整した。シャッター開放時間は１μｓとした。ゲート信号、圧電トランス２次側電圧波形はオシロスコープ（ＯＳ）で監視しながら記録した。撮影画面はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）で画像処理した。
Ｎ2の放電や蛍光体の発光スペクトルの観測は、図５のＣＣＤカメラ２６の代わりにマルチチャンネル分光計（波長範囲３００〜１０５０ｎｍ、分解能３．６ｎｍ）を設置して行った。
【００１７】
図６に、Ｎ2ガス中において圧電トランス１を駆動したときの圧電トランス１周辺における放電と蛍光体の発光スペクトルの観測結果を示す。
図６中、Ｎ2ガスの圧力は（ａ）において0.015Torr（1.995Pa）、（ｂ）において0.7Torr(93.1Pa)である。（ａ）においては、４６０nmから６８０nmに亘ってブロードな分布をもつスペクトルが観測されている。光強度のピークは４８９．７５nmにあり、これは蛍光体の発光スペクトルである。Ｎ2ガスの発光スペクトルは３９１．３５nmにピークを持つ成分が現れているが、その強度は、前述した蛍光体が発する４８９．７５nmのピークに比べて約半分の大きさである。
図（ｂ）では、３９１．３５nmのピークの他、４５０nm、４９０nm付近にもピークが観測されており、これらのピークはＮ2ガスの２nd positive bandであると思われる。ここに示したガスの圧力では、Ｎ2ガスの発光強度のほうが蛍光体の発光強度より強くなっている。
【００１８】
図７に、ガス圧力を変化させたときの、３９１．３５nmにピークを持つＮ2ガスの発光強度と、４８９．７５nmにピークを持つ蛍光体の発光強度の変化を示す。図７中、○が３９１．３５nmにピークを持つＮ2ガスの発光強度であり、●が４８９．７５nmにピークを持つ蛍光体の発光強度である。
図７からわかるように、ガス圧力が高くなると、Ｎ2ガスの発光強度は増加し、0.2Torr〜1.0Torr(26.6Pa〜133Pa)に亘ってピークをとった後減少している。これは、この付近がPaschen曲線の底部に対応し、電離や励起が頻繁に発生していることによっている。
一方、蛍光体の発光強度は、ガス圧力に対してほぼ一定となった。また、0.02Torr(2.66Pa)以下においては、Ｎ2ガスの発光強度は蛍光体の発光強度より弱くなることから、蛍光体の発光はＮ2ガス放電光によるものではないと判断することができる。
このように、ガス圧力を選択することによって、ガスによる放電光の発光強度と蛍光体の発光強度とを変化させることができる。
【００１９】
次に、Ｎ2ガスの発光強度と蛍光体の発光強度の時間的変化をＣＣＤカメラを用いて観測した。Ｎ2ガス圧力は、Ｎ2ガスの発光強度と蛍光体の発光強度とがほぼ等しくなるように0.02Torr(2.66Pa)とした。
図８は、圧電トランス１の２次側電圧波形を示している。図８中、破線が真空中でのものであり、実線がＮ2ガスによる放電発生時のものである。
真空中では放電による発光は観測されず、蛍光体の発光も観測されなかった。このときの２次側電圧波形は正弦波状であった。しかし、Ｎ2ガス中で放電が発生する0.02Torr(2.66Pa)では正弦波の振幅が1周期ごとに変動し、数十回重ね撮りした測定結果は図８に示すように、帯状の電圧変動を持った波形として観測され、さらに電圧波形に負の直流バイアス成分が現れた。
【００２０】
図８に示す（ａ）の時刻は２次側電圧が０となる時刻であり、このとき蛍光体に若干の発光が観測された。２次側電圧が正側に増加するにつれて、圧電トランス１上部の放電による楕円状の発光が強くなり、（ｄ）の２次側電圧が正に最大となる時刻において放電による最も強い発光が観測された。このとき蛍光体の発光は観測されなかった。２次側電圧が減少するに従って放電の発光強度は次第に弱くなった。
（ｇ）の時刻は２次側電圧が０となる時刻であり、圧電トランス１上部と蛍光体に弱い発光が観測された。２次側電圧が負側に増加するにつれて、圧電トランス１上部の放電による楕円状の発光が弱くなり、蛍光体が強く発光するようになり、（ｊ）の２次側電圧が負に最大となる時刻において蛍光体から最も強い発光が観測された。その後２次側電圧が減少するに従って蛍光体の発光強度は次第に弱くなった。
【００２１】
以上の結果から、圧電トランス１の２次側電圧が正の半周期ではＮ2ガスによる放電の発光が観測され、圧電トランス１の２次側電圧が負の半周期では蛍光体の発光が観測されることがわかった。このような時間的発光が時間積分されて発光として認識される。また、Ｎ2ガスによる放電の発光が観測される正の半周期では蛍光体はほとんど発光していないことから、蛍光体の発光はＮ2ガスによる放電発光によるものではないことが確認された。
このように、圧電トランス１に２次側電圧を発生させることにより、ガスによる放電発光と、蛍光体による発光とを生じさせることができ、この２種類の発光による発光素子を形成することが可能となる。
【００２２】
次に、圧電トランスによる発光状態を明らかにするために、圧電トランス表面での発光強度分布と表面電位分布について説明する。
ここでは、発光強度分布の一例として、放電による発光強度と、表面電位分布との関係について説明する。
図９に、圧電トランス表面の電位分布測定に用いた装置を示す。
図９（ａ）は、測定に使用したプローブ電極の構造を示している。符号３１がプローブ電極であり、このプローブ電極３１はオシロスコープ用プローブの先端チップ部分を取り出し、むき出しになった中心導体を電極としたものであり、この周囲に厚さ0.2mmの銅板を直径9mmに丸めてガード電極３２とした。このガード電極３２はアースされ、中心電極で電界を検出した。
測定は放電の発生しない大気中で、圧電トランス１を支持台に垂直に固定し、圧電トランス１の１次側電極に３Ｖの電圧を印加した状態で行い、圧電トランス１の表面電位分布を図９（ｂ）に示す装置により測定した。
プローブ３３の先端を、圧電トランス１の２次側表面から２ｍｍの距離を保ちながら、圧電トランス１の表面（図９（ｂ）中のｘｙ面）を、パルス駆動のＸＹステージ３４と読み取り顕微鏡により掃引した。ＸＹステージ３４の制御はＸＹステージコントローラ（ＸＹ−Ｃ）により行った。ＸＹステージ３４は１／１００ｍｍの精度で調整し、表面電位を電子電圧計やオシロスコープ（ＡＣＶまたはＯＳＣ）により測定した。これらの操作はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）による自動測定によって行った。
【００２３】
図１０に、圧電トランス周辺で観測される放電による発光パターンの概略を各モードごとに示す。図１０では、１次側を下にして支持された圧電トランスと、その周囲に現れる発光部位を示している。
図１０（ａ）は、（１／２）λモードでの発光パターンを示しており、圧電トランスの両面に左右対称に圧電トランスから離れた（１）、（２）の発光部位と、圧電トランスの表面近くに（３）、（４）の発光部位があり、この４箇所で強い発光が観測された。これらの発光部位は、圧電トランスの２次側長さ方向の先端に近いところに存在している。
【００２４】
図１０（ｂ）は、λモードでの発光パターンを示しており、圧電トランスの両面に左右対称に圧電トランスから離れた（１）、（２）、（３）、（４）の発光部位と、圧電トランスの表面近くに（５）、（６）、（７）、（８）の発光部位があり、この８箇所で強い発光が観測された。これらの発光部のうち、（１）、（２）、（５）、（６）は２次側先端部に存在し、（３）、（４）、（７）、（８）圧電トランスの２次側の根元、すなわち圧電トランスの中央部付近に存在している。
図１０（ｃ）は、（３／２）λモードでの発光パターンを示しており、圧電トランスから離れた（１）、（２）の発光部位と、圧電トランス表面付近の（３）、（４）の発光部位があり、この４箇所で強い発光が観測された。この発光部は１次側電極から約２ｃｍ、すなわち２次側の中央より下側であった。
【００２５】
図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に各振動モードでの圧電トランス表面電位分布を示す。図１１（ａ）が（１／２）λモード、図１１（ｂ）がλモード、図１１（ｃ）が（３／２）λモードである。圧電トランスの幅と長さ方向を図１１に示すようにそれぞれｘ軸、ｙ軸とし、圧電トランス表面の位置をｘｙ座標上で示した。縦軸はプローブで検出した電圧の実効値である。これにより、圧電トランス表面に発生する電圧の空間的相対値がわかる。
図１１（ａ）に示す（１／２）λモードでは、電圧の最大値は２次側先端（ｙ＝０）から８ｍｍの位置にある。この位置は図１０（ａ）の（１）、（２）、（３）、（４）の発光部位に対応する。また、図１１（ｂ）に示すλモードでは、ｙ＝５ｍｍと、ｙ＝２６ｍｍにピークが見られ、これらは、図１０（ｂ）のそれぞれ（１）、（２）、（５）、（６）と（３）、（４）、（７）、（８）の強い発光部位に対応している。さらに、図１１（ｃ）に示す（３／２）λモードでは、ｙ＝２０ｍｍにピークが観測され、これは、図１０（ｃ）の（１）、（２）、（３）、（４）の発光部位に対応する。
なお、圧電トランスの電位が０となる位置が振動モードにより異なるのは、長さ方向の定在波振動の節が振動モードにより移動するためである。
【００２６】
図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図１０に示す発光状態を画像処理し、発光強度分布を等高線表示した結果と、表面電位分布の測定結果を同じく等高線表示した結果とを示している。図１２（ａ）が（１／２）λモード、図１２（ｂ）がλモード、図１２（ｃ）が（３／２）λモードである。表面電位分布を等高線表示したものは電圧の実効値に相当し、発光強度分布を等高線表示したものは１周期に亘る発光強度の積分値に相当している。これらの結果から、圧電トランス表面における分布は互いに似ていることがわかる。
【００２７】
以上説明した原理に基づいて、圧電トランスの１次側に正弦波電圧を印加して振幅を一定に保ちながら周波数を変化させると、圧電トランスの２次側に共振電圧が発生し、この共振電圧の発生に伴って、図１または図２に示す発光素子において、封入されたガスによる放電発光の他に、蛍光体も発光する。放射される光の波長や強度は、放電管４内に封入されるガスの種類または圧力、さらには、蛍光体の種類によって変えることができる。
例えば、蛍光体としては、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ，ＺｎＯ：Ｚｎを用いることができ、このうち、ＺｎＳ：Ｃｕは緑色、Ｙ2Ｏ2Ｓは赤色、ＺｎＯ：Ｚｎは青色の光を発することが確認されている。また、ガスとしては、Ｏ2，Ｎ2，Ｎｅ，Ｎｅ／Ａｒ，Ｈｅ／Ｘｅ等を用いることができる。これらのガスと蛍光体の組合せによって、放射光の波長を選択することができる。
【００２８】
また、圧電トランスの振動モードを変えることによって発光部位が変化することを利用すると、圧電トランスの１次側に印加する正弦波電圧の周波数を制御することによって、発光部位を可変とする発光素子を実現することができる。
例えば、その一例として、腕時計に用いられる表示板程度の大きさの圧電トランスを用意し、この圧電トランスに印加する周波数を制御して発光部位を変えることにより、１枚の圧電トランスだけで数字や文字等の情報を表示することができる。また、何枚かの圧電トランスを組み合わせて数字や文字等の情報を表示することができる。
さらに、図１２に示す光強度の等高線表示からわかるように、圧電トランス周辺における発光は面発光であることから、圧電トランスを用いて発光素子を形成すると、均一な光強度を持つ発光素子を容易に作製することができる。
【００２９】
次に、本発明の表示装置について説明する。
図１３は、本発明の表示装置の一例について、その発光面を示している。
図１３中、符号４１は表示装置であり、この表示装置４１は、上述した本発明の発光素子４２を発光面をそろえて敷き詰めるようにして形成されている。発光素子４１の数は目的に応じて任意に選択することができ、表示装置４１の形状は、敷き詰められる発光素子４２の配置によって任意に変更することができる。例えば、図１３に示すような矩形状の他に、略円形状とすることもできる。また、赤色、緑色、青色の光を発光する発光素子を一単位の画素とし、この画素をパネル状に敷き詰めて表示装置を形成することもできる。
このように、この例の表示装置によると、簡単な構成で大面積の表示装置を実現することができるため、製造工程を簡略化でき、低コスト化を実現することができる。
また、面発光の発光素子を敷き詰めて形成しているため、大画面であっても、光強度を均等とすることが容易な表示装置を実現することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、ガスが封入された放電管中に圧電トランスを配置し、この圧電トランスの１次側電極間に交流電圧を印加し、この交流電圧の周波数を調整して２次側共振電圧を発生させることにより、放電と圧電トランスからの電子放出により、可視光または紫外光を発生させることができ、簡単な構成で軽量な発光素子を実現することができる。
また、紫外光が放射されることにより、オゾナイザー、負イオン発生器、除電器等として利用することができる。
【００３１】
また、放電管から光を取り出すための窓に蛍光体を塗布し、または放電管の内面の全体または一部に蛍光体を塗布して、２次側共振電圧の発生により、蛍光体からの発光を生じさせることにより、簡単な構成で軽量な発光素子を実現することができる。
また、これらの発光素子は、蛍光体の種類を選択することにより蛍光体からの光の波長を可変とすることができ、ガスの種類、またはガスの圧力を選択することにより、ガスによる放射光の波長を可変とすることができる。
また、圧電トランスの１次側電極間に印加する正弦波電圧の周波数を制御して、圧電トランスの振動モードを変えることにより、発光部位を可変とすることが可能な発光素子を実現することができる。
また、圧電トランス周辺における発光は面発光であることから、圧電トランスを用いて発光素子を形成することにより、均一な光強度を持つ発光素子を容易に作製することができる。
【００３２】
さらに、本発明の発光素子を複数個敷き詰めて表示装置を形成することにより、簡単な構成で大面積の表示装置を実現することができるため、製造工程を簡略化でき、低コスト化を実現することができる。
また、使用目的に応じて様々な形状の画面を持つ表示装置を容易に実現することができる。
さらに、面発光の発光素子を敷き詰めて形成しているため、大画面であっても、光強度を均等とすることが容易な表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光素子の一例を示す図である。
【図２】本発明の発光素子の他の例を示す図である。
【図３】圧電トランスの構成を示す図である。
【図４】圧電トランスの振動モードを示す図である。
【図５】圧電トランスによる放電発光と、蛍光体発光を観測する装置を示す図である。
【図６】放電発光と、蛍光体発光の波長スペクトルの一例を示す図である。
【図７】放電発光と、蛍光体発光について、ガス圧力と発光強度との関係の一例を示す図である。
【図８】圧電トランスに発生する２次側電圧の時間的変化を示す図である。
【図９】圧電トランスの表面電位分布を測定するための装置を示す図である。
【図１０】圧電トランスによる放電発光の部位を示す図である。
【図１１】圧電トランスの表面電位分布を立体的に表示した図である。
【図１２】圧電トランスの表面電位分布と発光強度分布とを等高線表示した図である。
【図１３】本発明の表示装置の一例について、その表示面を示す図である。
【符号の説明】
１…圧電トランス、２…圧力トランス固定用ピン、３…基板、４…放電管、５…１次側電極、６…１次側アース電極、７…２次側アース電極、８…発振回路、９…発振器、１０…窓、２１…蛍光体、２２…容器、２３…石英窓、２４…ＵＶレンズ、２５…イメージインテンシファイア、２６…ＣＣＤカメラ、３１…プローブ電極、３２…ガード電極、３３…プローブ、３４…ＸＹステージ、４１…表示装置、４２…発光素子。
Claims (6)
- ガスが封入された放電管中に、１次側の両面に１次側電極が設けられた長方形板形状の圧電トランスと、この圧電トランスの該１次側電極が設けられた両面のうちの少なくとも一面と同じ面の２次側表面に向かい合う部分を有する２次側アース電極とを配置し、この圧電トランスの１次側電極間に交流電圧を印加し、この交流電圧の周波数を調整して２次側共振電圧を発生させ、放電と前記圧電トランスからの電子放出により、可視光または紫外光を圧電トランスの２次側表面から面発光させることを特徴とする発光素子。
- 前記可視光または紫外光を放電管外に取り出すために、放電管内に設けられた２次側アース電極を光透過性電極としたことを特徴とする請求項１記載の発光素子。
- 前記放電管から光を取り出すための窓を前記放電管に設け、この窓に蛍光体を塗布して、前記２次側共振電圧の発生により蛍光体からの発光を生じさせることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
- 前記放電管の内面の全体または一部に蛍光体を塗布して、前記２次側共振電圧の発生により、蛍光体からの発光を生じさせることを特徴とする請求項１又は２記載の発光素子。
- 前記圧電トランスの１次側電極間に印加する正弦波電圧の周波数を制御する制御手段を備え、前記正弦波電圧の周波数を制御して、圧電トランスの振動モードを変えることにより、発光部位を可変とすることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の発光素子。
- 請求項１から５までのいずれかに記載の発光素子を複数個敷き詰めて形成されていることを特徴とする表示装置。
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