JP4176139B2 - 蛍光表示管 - Google Patents

Description

本発明は、陽極と蛍光体を有する発光面と電子源であるフィラメント状陰極とが気密容器内に収納・配置された蛍光表示管に関する。

ステレオ装置や車載機器などの表示装置として、蛍光表示管が用いられることが多い。蛍光表示管は、気密容器内に配置した陽極と、陽極表面に蛍光体を有する発光面と、気密容器内部に張設されたフィラメント状陰極と、気密容器内部の陽極とフィラメント状陰極の間に設置されたグリッドからなる。フィラメント状陰極は、電圧を印加して通電することで発熱し、その際に電子を放出する。放出された電子は、陽極およびグリッドに印加された正電位に引き寄せられ発光面に衝突する。電子が発光面に衝突すると、衝突箇所が発光することで蛍光表示管の表示が行われる。

蛍光表示管を夜間等の暗い場所で使用する際に、輝度の変更が必要になることがある。蛍光表示管の輝度の変更方法としては、特許文献１に陽極に印加する電圧のデューティ比を変更することにより輝度を変更することが記載されている。

また、蛍光表示管の消費電力を削減する方法として、特許文献１に待機時に表示が行われない部分のフィラメント状陰極へ電源供給を停止する方法がある。
特開２００１−２２３２４号公報

特許文献１に記載されている蛍光表示管では、輝度変更の制御は陽極側で行い、フィラメント状陰極は常時一定電圧が印加された状態で使用するため、夜間等に輝度を落として使用すると、高温に加熱したフィラメント状陰極が赤く見えてしまい、表示品質を低下させることがあった。特に機器の待機時に時計のみを表示する等、表示箇所を限定した場合に、表示していない箇所のフィラメント状陰極が目立ち表示品質上問題になることがあった。

また、フィラメント状陰極は、前述したとおり輝度を落としても一定の電圧を印加しなければならないため蛍光表示管の消費電力を削減するのが難しい。特許文献１に記載の待機時に表示手段の一部のみを表示可能にする方法で消費電力を削減した場合でも、低輝度時のフィラメント状陰極の発光に関しては何ら対策が取られていないため前述の表示品質の低下については解決できない。

そこで本発明の課題は、例えば低輝度時でもフィラメントの点灯が表示品質上問題にならない程度まで抑えられ、さらに低輝度時の消費電力が低減された蛍光表示装置を提供することである。

請求項１の発明は、気密容器と、前記気密容器の内面に形成された陽極と、前記陽極表面に形成され、かつ蛍光体を有する発光面と、前記気密容器内に張設され、かつ電圧が印加されるフィラメント状陰極と、を備えた蛍光表示管において、前記フィラメント状陰極として、印加する電圧が同じ時に電子放出量が互いに異なる高輝度用フィラメント状陰極と、低輝度用フィラメント状陰極と、を備え、そして、前記発光面の発光輝度を変更する際に、前記高輝度用フィラメント状陰極と前記低輝度用フィラメント状陰極とのうちいずれか一方に電圧を印加するとともに、印加する前記フィラメント状陰極を切替えることにより、前記フィラメント状陰極の電子放出量を変更する電子放出量変更手段を備えたことを特徴とする。

請求項２の発明は、気密容器と、前記気密容器の内面に形成された陽極と、前記陽極表面に形成され、かつ蛍光体を有する発光面と、前記気密容器内に張設され、かつ電圧が印加されるフィラメント状陰極と、を備えた蛍光表示管において、前記フィラメント状陰極全てを、印加する電圧が同じときに電子放出量が等しくなるようにし、そして、前記発光面の発光輝度を変更する際に、前記フィラメント状陰極に単位周期当たりの電圧を印加する時間の割合を変更することにより、前記フィラメント状陰極の電子放出量を変更する電子放出量変更手段を備えたことを特徴とする。

以下、本発明の一実施形態を説明する。本発明の一実施形態にかかる蛍光表示管は、気密容器と、前記気密容器の内面に形成された陽極と、前記陽極表面に形成され、かつ蛍光体を有する発光面と、前記気密容器内に張設され、かつ電圧が印加されるフィラメント状陰極として、印加する電圧が同じ時に電子放出量が互いに異なる高輝度用フィラメント状陰極と、低輝度用フィラメント状陰極とを備えていて、前記発光面の発光輝度を変更する際に、前記高輝度用フィラメント状陰極と前記低輝度用フィラメント状陰極のうちいずれか一方に電圧を印加するとともに、印加する前記フィラメント状陰極を切替えることで前記フィラメント状陰極の電子放出量を変更する電子放出量変更手段を備える。このように、輝度の変更に合わせてフィラメント状陰極の電子放出量を変更することで、低輝度時においてはフィラメント状陰極に流れる電流を減少させることが出来るため、フィラメント状陰極の温度が低下し、フィラメント状陰極が赤く発光しにくくなる。また、フィラメント状陰極に流れる電流が減少することで、蛍光表示管の消費電力を削減することができる。

また、気密容器と、前記気密容器の内面に形成された陽極と、前記陽極表面に形成され、かつ蛍光体を有する発光面と、前記気密容器内に張設され、かつ印加する電圧が同じ時に電子放出量が等しくなっているフィラメント状陰極を備えていて、前記発光面の発光輝度を変更する際に、前記フィラメント状陰極に単位周期当たりの電圧を印加する時間の割合を変更する電子放出量変更手段を備えてもよい。

本発明の第１実施例にかかる蛍光表示管１は、図１および図２に示すように、気密容器２と、気密容器２内に収納された陽極３と、発光面４と、フィラメント状陰極５と、グリッド８と、電子放出量変更手段としてのフィラメント切替え部６を備えている。

気密容器２は、ガラス板を箱型に組み立て、内部を真空状態とした容器であり、表示面は、透明なガラス板となっている。陽極３は気密容器２の表示面と対向するガラス基板上に形成される導体電極で、本実施例では矩形のものが所定の間隔で配置されている。なお、各陽極３同士は電気的に絶縁されており、それぞれがガラス基板上に形成された図示しない回路配線と接続され、この回路配線を通して電圧が印加される。

発光面４は、陽極３の表面に周知の蛍光体により形成され、フィラメント状陰極５から放出され陽極３に引き寄せられた電子が衝突すると発光する。フィラメント状陰極５は、気密容器２の長手方向に発光面４に重なるように複数本が互いに平行になるように気密容器２内に張設されている。フィラメント状陰極５は、主にタングステンの極細線にバリウム、ストロンチウム、カルシウム等の酸化物がコーティングされており、両端をフィラメント用電源７と接続し、電圧が印加されることで通電し発熱して電子を放出させる。グリッド８は、気密容器２内の陽極３とフィラメント状陰極５の間に設けられ、導電性金属を網目状に形成したものである。グリッド８は陽極３と電気的に絶縁されており、ガラス基板上に形成された図示しない回路配線を通して電圧が印加される。

本実施例ではフィラメント状陰極５として、同じ電圧を印加した際に放出する電子量が互いに異なる高輝度用フィラメント状陰極５ａと低輝度用フィラメント状陰極５ｂの２種類のフィラメント状陰極５を設けている。高輝度用フィラメント状陰極５ａと低輝度用フィラメント状陰極５ｂは、気密容器２内に互いに重ならないよう交互に張設してある。低輝度用フィラメント状陰極５ｂは、高輝度用フィラメント状陰極５ａと同じ電圧が印加された場合に、流れる電流が少なくなるように形成されており、そのため温度も低くなり、放出される電子の量も少なくなる。

フィラメント切替え部６は、高輝度用フィラメント状陰極５ａと低輝度用フィラメント状陰極５ｂのうち、どちらに電圧を印加するかを選択する切替えスイッチであり、輝度変更時に必要に応じて手動で切替える。フィラメント切替え部６は、高輝度用フィラメント状陰極５ａと低輝度用フィラメント状陰極５ｂのうち一方に電圧を印加し、電圧を印加する高輝度用フィラメント状陰極５ａと低輝度用フィラメント状陰極５ｂを切替えることでフィラメント状陰極５からの電子放出量を変更する。フィラメント用電源７はフィラメント状陰極５を発熱させて電子を放出させるための電圧を印加する電源であり、本実施例では直流電源としている。

次に、このような構成からなる本実施例の蛍光電子管１の動作を説明する。

まず、日中や明るい室内等において高輝度で使用する際について説明する。この際に、フィラメント切替え部６を、高輝度用フィラメント状陰極５ａにフィラメント用電源７の電圧が印加されるように切替える。また、陽極３およびグリッド８には図示しないデューティ比の変更が可能な別電源より正電位が印加されており、デューティ比を変更することで蛍光表示管１の輝度を変更している。高輝度の場合は陽極３およびグリッド８に単位時間当たりに電圧を印加している時間を長くする。即ち、陽極３およびグリッド８に印加する電圧のデューティ比を大きく設定することで蛍光表示管１の輝度を高くしている。

高輝度用フィラメント状陰極５ａに電圧が印加されると高輝度用フィラメント状陰極５ａは通電され発熱する。高輝度用フィラメント状陰極５ａが発熱すると電子を放出し始める。放出された電子は、正電位が印加されたグリッド８および陽極３に引き寄せられる。陽極３表面に形成された発光面４は、陽極３に引き寄せられた電子が衝突することで発光する。この発光により蛍光表示管１の表示が行われる。

高輝度用フィラメント状陰極５ａにより表示を行った場合は、電子を多く放出するために高輝度用フィラメント状陰極５ａに電流が多く流れることで、高輝度用フィラメント状陰極５ａが高温となり、その結果高輝度用フィラメント状陰極５ａ自体が赤く発光してしまう。ただし、蛍光表示管１の輝度を高くしているため高輝度用フィラメント状陰極５ａの発光が目立つことは少ない。また、蛍光表示管１の周囲が明るいため高輝度用フィラメント状陰極５ａの発光が目立ちにくい。

次に、夜間や暗い室内等において低輝度で使用する際について説明する。この際に、フィラメント切替え部６を、低輝度用フィラメント状陰極５ｂにフィラメント用電源７の電圧が印加されるように切替える。また、低輝度の場合は、陽極３およびグリッド８に図示しないデューティ比の変更が可能な別電源より単位時間当たりに電圧を印加している時間を短くする。即ち、陽極３およびグリッド８に印加する電圧のデューティ比を小さく設定することで蛍光表示管１の輝度を低くしている。

低輝度用フィラメント状陰極５ｂを使用した場合も、高輝度用フィラメント状陰極５ａを使用した場合と同様に、低輝度用フィラメント状陰極５ｂの発熱によって放出された電子が、正電位が印加されたグリッド８および陽極３に引き寄せられる。陽極３表面に形成された発光面４は、陽極３に引き寄せられた電子が衝突することで発光する。この発光により蛍光表示管１の表示が行われる。

低輝度用フィラメント状陰極５ｂにより表示を行った場合は、同じ電圧を印加した場合に高輝度用フィラメント状陰極５ａよりも流れる電流を少なくして電子放出量が減少したことで、発熱量も低下し、低輝度用フィラメント状陰極５ｂが低温となるため低輝度用フィラメント状陰極５ｂの発光は高輝度用フィラメント状陰極５ａよりも低くなり低輝度時において低輝度用フィラメント状陰極５ｂの発光が目立ちにくくなる。

本実施例によれば、高輝度時、低輝度時それぞれに専用の高輝度用フィラメント状陰極５ａおよび低輝度用フィラメント状陰極５ｂを用意したことで、低輝度時でもフィラメント状陰極５の発光が目立ちにくくなり、さらにフィラメント状陰極５に流れる電流も少なくなるため低輝度時における蛍光表示管１の電力消費量を低減することが出来る。

なお、本実施例では、フィラメント切替え部６を手動で切替えるスイッチとしていたが、輝度を変更するための陽極３とグリッド８に電圧を印加している電圧値のデューティ比と連動して、高輝度用フィラメント状陰極５ａおよび低輝度用フィラメント状陰極５ｂを切替えてもよい。また、フィラメント用電源７として直流電源を用いたが、交流電源やＰＷＭ電源を用いても良い。

次に本発明の第２の実施例を、図３を参照して説明する。なお、前述した第１の実施例と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。

本実施例は、全てのフィラメント状陰極５は、印加する電圧が同じ時に電子放出量が等しくなっている。電子放出量変更手段として、直流電圧調整器９を設けている。直流電圧調整器９は、フィラメント状陰極５の両端に印加する電圧値を変更してフィラメント状陰極５の電子放出量を変更する。

次に本実施例の動作を説明する。蛍光表示管１を、陽極３およびグリッド８に印加している電圧のデューティ比を変更して高輝度から低輝度に切替えた場合は、フィラメント状陰極５の両端に印加する電圧値を下げるように変更する。そうすると、フィラメント状陰極５に流れる電流が少なくなるため放出される電子量も減少する。その結果フィラメント状陰極５は低温となりフィラメント状陰極５の発光も低下する。

本実施例によれば、フィラメント状陰極５へ印加する電圧値を変更することで、低輝度時でもフィラメント状陰極５の発光が目立ちにくくなり、さらにフィラメント状陰極５に流れる電流も少なくなるため低輝度時における蛍光表示管１の電力消費量を低減することが出来る。また、フィラメント状陰極５を高輝度用、低輝度用の２種類を用意し、それらを切替えるよりも構成が簡単になる。

次に本発明の第３の実施例を、図４および図５を参照して説明する。なお、前述した第１の実施例と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。

本実施例は、全てのフィラメント状陰極５は、印加する電圧が同じ時に電子放出量が等しくなっている。電子放出量変更手段として、交流電圧調節器１０と変圧器１１とを設けている。これら交流電圧調節器１０と変圧器１１は、フィラメント状陰極５の両端に印加する電圧値を変更することでフィラメント状陰極５の電子放出量を変更する。なお、変圧器１１は、図４ではセンタータップ付きを用いたが、センタータップの無い図５のような変圧器を用いても良い。

次に本実施例の動作を説明する。蛍光表示管１を、陽極３およびグリッド８に印加している電圧のデューティ比を変更して高輝度から低輝度に切替えた場合には、交流電圧調節器１０から出力される電圧値を下げる。交流電圧調節器１０から出力された電圧値は、変圧器１１を介してフィラメント状陰極５の両端に印加されているので、交流電圧調節器１０から出力される電圧値を下げると、変圧器１１を介したフィラメント状陰極５の両端に印加されている電圧値も下がる。そうすると、フィラメント状陰極５に流れる電流が少なくなるため放出される電子量も減少する。その結果フィラメント状陰極５は低温となりフィラメント状陰極５の発光も低下する。

本実施例によれば、フィラメント状陰極５へ印加する電圧値を変更することで低輝度時でもフィラメント状陰極５の発光が目立ちにくくなり、さらにフィラメント状陰極５に流れる電流も少なくなるため低輝度時における蛍光表示管１の電力消費量を低減することが出来る。また、フィラメント状陰極５を高輝度用、低輝度用の２種類を用意し、それらを切替えるよりも構成が簡単になる。

なお、上記実施例２および３において、直流電圧調整器９および交流電圧調整器１０の出力電圧変更方法を手動に限らず、輝度を変更する陽極３とグリッド８に電圧を印加する電源のデューティ比に連動して電圧値を変更するようにしても良い。

次に本発明の第４の実施例を、図６および図７を参照して説明する。なお、前述した第１の実施例と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。

本実施例は、全てのフィラメント状陰極５は、印加する電圧が同じ時に電子放出量が等しくなっている。電子放出量変更手段としてデューティ比制御部１２を設けている。デューティ比制御部１２は、フィラメント用電源７の単位周期当たりの電圧を印加する時間の割合を変更してフィラメント状陰極５の両端に印加する電圧のデューティ比を変更することで電子放出量の変更を行う。

次に本実施例の動作を説明する。蛍光表示管１を、陽極３およびグリッド８に印加している電圧のデューティ比を変更して高輝度から低輝度に切替えた場合には、デューティ比制御部１２において、フィラメント状陰極５に印加する電圧のデューティ比を低い値に設定する。例えば図７のように高輝度時に一定の周期Ｔ期間中のデューティ比をＳに設定し、フィラメント状陰極５に電圧を印加していた場合に、これより低輝度にする場合は、デューティ比Ｓを高輝度時よりも小さいデューティ比Ｓ´に設定すれば、周期Ｔ期間当たりのフィラメント状陰極５に流れる電流が減少することで電子の放出量も減少し発熱量も減少する。その結果フィラメント状陰極５は低温となりフィラメント状陰極５の発光も低下する。

本実施例によれば、フィラメント状陰極５へ印加する電圧を変更することで低輝度時でもフィラメント状陰極５の発光が目立ちにくくなり、さらにフィラメント状陰極５に流れる電流も少なくなるため、低輝度時における蛍光表示管１の電力消費量を低減することが出来る。

なお、本実施例において、デューティ比制御部１２のデューティ変更方法は手動に限らず、輝度を変更する陽極３とグリッド８に電圧を印加する電源のデューティ比に連動して変更するようにしても良い。

また、上記実施例１〜４では陽極３および発光面４を矩形に形成しているが、それに限らず、文字や記号等任意の形状に形成でき、それらの形状を表示することもできる。また、多数のドット状に形成し、各ドット状陽極３に対して選択的に正電位を印加すれば、ドットの組み合わせにより文字や記号だけではなく図形など多様な表示を行うこともできる。

さらに上記実施例１〜４では、輝度の変更は陽極３とグリッド８に印加している電圧のデューティ比を変更することで行っていたが、陽極３とグリッド８に印加している電圧のデューティ比を一定とし、電子量放出量変更手段によるフィラメント状陰極５の電子放出量の変更のみで行っても良い。即ち、陽極３およびグリッド８で引き寄せる電子量を制御することで輝度を変更するのではなく、フィラメント状陰極５側で発生させる電子の量を変更することで、発光面４に衝突する電子の量が変更され、発光頻度が変わることで輝度を変更しても良い。

前述した実施例によれば、以下の蛍光表示管１が得られる。

（付記１）気密容器２と、前記気密容器２の内面に形成された陽極３と、前記陽極３表面に形成され、かつ蛍光体を有する発光面４と、前記気密容器２内に張設され、かつ電圧が印加されるフィラメント状陰極５と、を備えた蛍光表示管１において、前記フィラメント状陰極５として、印加する電圧が同じ時に電子放出量が互いに異なる高輝度用フィラメント状陰極５ａと、低輝度用フィラメント状陰極５ｂと、を備え、そして、前記発光面４の発光輝度を変更する際に、前記高輝度用フィラメント状陰極５ａと前記低輝度用フィラメント状陰極５ｂとのうちいずれか一方に電圧を印加するとともに、印加する前記フィラメント状陰極５を切替えることにより、前記フィラメント状陰極の電子放出量を変更するフィラメント切替部６を備えたことを特徴とする蛍光表示管１。

（付記２）気密容器２と、前記気密容器２の内面に形成された陽極３と、前記陽極３表面に形成され、かつ蛍光体を有する発光面４と、前記気密容器２内に張設され、かつ電圧が印加されるフィラメント状陰極５と、を備えた蛍光表示管１において、前記フィラメント状陰極５全てを、印加する電圧が同じときに電子放出量が等しくなるようにし、そして、前記発光面４の発光輝度を変更する際に、前記フィラメント状陰極に単位周期当たりの電圧を印加する時間の割合を変更することにより、前記フィラメント状陰極の電子放出量を変更するデューティ比制御部１２を備えたことを特徴とする蛍光表示管１。

なお、本発明は、電子源であるフィラメント状陰極５が放出する電子の量を、蛍光表示管１の発光輝度に応じて変更できる手段を設ければ、上記実施例に限らず適用可能である。

本発明の第１実施例の蛍光表示管の平面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第２実施例の蛍光表示管の平面図である。 本発明の第３実施例のセンタータップ付き変圧器を使用した蛍光表示管の平面図である。 本発明の第３実施例のセンタータップ無し変圧器を使用した蛍光表示管の平面図である。 本発明の第４実施例の蛍光表示管の平面図である。 第４の実施例における高輝度時、低輝度時のデューティ比の変化を示す波形図である。

符号の説明

１ 蛍光表示管
２ 気密容器
３ 陽極
４ 発光面
５ フィラメント状陰極
６ フィラメント切替え部（電子放出量変更手段）
９ 直流電圧調節器（電子放出量変更手段）
１０ 交流電圧調節器（電子放出量変更手段）
１１ 変圧器（電子放出量変更手段）
１２ デューティ比制御部（電子放出量変更手段）

Claims (2)

1. 気密容器と、前記気密容器の内面に形成された陽極と、前記陽極表面に形成され、かつ蛍光体を有する発光面と、前記気密容器内に張設され、かつ電圧が印加されるフィラメント状陰極と、を備えた蛍光表示管において、
   前記フィラメント状陰極として、印加する電圧が同じ時に電子放出量が互いに異なる高輝度用フィラメント状陰極と、低輝度用フィラメント状陰極と、を備え、そして、
   前記発光面の発光輝度を変更する際に、前記高輝度用フィラメント状陰極と前記低輝度用フィラメント状陰極とのうちいずれか一方に電圧を印加するとともに、印加する前記フィラメント状陰極を切替えることにより、前記フィラメント状陰極の電子放出量を変更する電子放出量変更手段を備えた
   ことを特徴とする蛍光表示管。
2. 気密容器と、前記気密容器の内面に形成された陽極と、前記陽極表面に形成され、かつ蛍光体を有する発光面と、前記気密容器内に張設され、かつ電圧が印加されるフィラメント状陰極と、を備えた蛍光表示管において、
   前記フィラメント状陰極全てを、印加する電圧が同じときに電子放出量が等しくなるようにし、そして、
   前記発光面の発光輝度を変更する際に、前記フィラメント状陰極に単位周期当たりの電圧を印加する時間の割合を変更することにより、前記フィラメント状陰極の電子放出量を変更する電子放出量変更手段を備えた
   ことを特徴とする蛍光表示管。

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