JP4263127B2

JP4263127B2 - ガス放電管及び表示装置

Info

Publication number: JP4263127B2
Application number: JP2004095111A
Authority: JP
Inventors: 学石本; 健司粟本; 洋介山崎; 仁平川; 章渡海; 斉山田; 耕治四戸
Original assignee: 篠田プラズマ株式会社
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2009-05-13
Anticipated expiration: 2024-03-29
Also published as: JP2005285437A

Description

本発明は、管体の内部に放電ガスを封入したガス放電管及びそのようなガス放電管を用いて構成した表示装置に関する。

図５は従来のガス放電管の管軸方向での断面説明図である。図において５１はガス放電管である。ガス放電管５１はケイ酸塩ガラス（例えばホウケイ酸ガラス）などの円筒状の管体（ガラス管）５１ｔを基本構造体とし、放電ガス（Ｘｅ、Ｎｅなど）が封入してある放電空間５１ｇを構成する。管体５１ｔの直径は０．５〜５ｍｍ程度である。管体５１ｔの内部表面（内部管壁）には酸化マグネシウム（ＭｇＯ）で形成された電子放出膜５１ｅが形成してある。電子放出膜５１ｅの表面には蛍光体層５１ａが積層してある。

管体の外部に設けた１対の電極に電位を印加すると、放電ガスがイオン化し、電子放出膜５１ｅに衝突する。斯かる衝突により、電子放出膜５１ｅは２次電子を放電空間内に放出する。放出された２次電子は、励起していない放電ガス原子に衝突し、イオン化を促進する。イオン化したイオンは、再び電子放出膜５１ｅに衝突し、２次電子が放出される。これを繰り返すことで放電空間内の荷電粒子数が増加し、放電を開始する。放電開始に必要な電圧は、電子放出膜５１ｅの２次電子放出係数（γ）が大きいほど低くなる。また、放電過程で励起された希ガス原子（放電ガス原子）の脱励起過程で発生する真空紫外光は蛍光体層５１ａで可視光に変換され、ガス放電管５１は表示管（表示装置）として機能することができる。

ガス放電管５１は背面基板５２の上に載置され、複数本（例えば数百本）を平行に配置することができる。つまり、図ではガス放電管５１は１本のみを示すが多数本を並行に配置して、平面型の表示装置とすることができる。背面基板５２に配置されたガス放電管５１の管軸方向には信号電極（選択電極ともいう）５３が配置してある。信号電極５３は背面基板５２の表面に形成し、信号電極５３にガス放電管５１を圧着する場合と、ガス放電管５１に信号電極５３を直接形成する構成とする場合とがある。

ガス放電管５１の前面（表示面）側には前面基板５５が配置され、前面基板５５にはガス放電管５１の管軸方向と交差する方向に表示電極５４が形成してある。表示電極５４は幅広の透明電極５４ｔと、透明電極５４ｔに積層した幅狭のバス電極５４ｂで構成してある。バス電極５４ｂは表示電極５４の配線抵抗を低減して透明電極５４ｔへ所定の電位を供給し、表示バラツキを改善するためのものである。放電は信号電極５３、表示電極５４へ適宜の電圧を印加することにより発生させることができる。表示電極５４を対として放電させる場合、また信号電極５３と表示電極５４との間で放電させる場合がある。表示電極５４を対とする場合には、相互に隣接する（不図示。図面上紙面手前と紙面背面側とに平行配置される）透明電極５４ｔ（表示電極５４）により表示領域が画定される。

このような従来のガス放電管５１では、放電効率、安定した放電特性などの点から電子放出膜５１ｅが必須である。ガス放電管５１では外径の小さい管体５１ｔの内部管壁に電子放出膜５１ｅを形成することから、真空蒸着法は使用できず、ゾルゲル法などの液相を用いて成膜をしている。電子放出膜５１ｅの特性としてイオン衝撃による２次電子放出係数が大きいことが必要であるが、真空蒸着法で成膜した膜に比較してゾルゲル法などの液相で形成した膜では２次電子放出係数が小さいという問題があった。また、管径が小さくなるほど、また管長が長くなるほど長さ方向での均一な膜の製造は困難となり、ガス放電管の表示特性のばらつきが大きくなるという問題があった。

さらに、カラー表示用のために赤、青、緑色用の蛍光体層５１ａを管体５１ｔの内部管壁に形成する必要があるが、管体５１ｔの長さ方向での均一な層の製造は困難であった。この対策として、本件出願人はＵ字溝状の蛍光体支持構造物を予め製造し、このＵ字溝内に蛍光体ペーストを塗布し、焼成することで蛍光体層の形成を行い、この蛍光体支持構造物を管体５１ｔの中へ挿入することにより、蛍光体層を形成する方法を提案している（例えば特許文献１）。しかし、この方法では蛍光体支持構造物が管体５１ｔへ挿入される際に破損しやすいという問題があった。
特開２００３−８６１４１号公報

上述したように、従来のガス放電管は、電子放出膜を内部管壁に形成する必要があったが、均一な膜の形成が困難であるという問題があった。また、蛍光体層も同様に内部管壁に形成する必要があるが、均一な層の形成が困難であるという問題があった。

本発明は、斯かる問題に鑑みてなされたものであり、電子放出係数（２次電子放出係数）が酸化マグネシウムと同等か又はより大きい特定の材料で形成した管体とすることにより内部管壁に電子放出膜を形成する必要のないガス放電管を提供することを目的とする。

また、本発明は、真空紫外（波長１４０ｎｍ〜２００ｎｍ）の透過率が５０％以上である特定の材料で形成した管体とすることにより、内部管壁に蛍光体層を形成する必要のないガス放電管を提供することを目的とする。

また、本発明は、本発明に係るガス放電管を用いて構成することにより、製造が容易で、表示特性（表示特性の均一性）の優れた安価な表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係るガス放電管は、信号電極及び表示電極をその外周面に対向配置した管体を有し、該管体の内部に放電ガスを封入したガス放電管において、前記管体は、前記信号電極及び表示電極間への電圧印加による前記放電ガスの放電に伴うイオン衝撃に対する電子放出係数が酸化マグネシウムと同等又はより大きい材料で形成してあることにより、前記放電ガスが励起されて生じたイオンが衝突した際に電子を放出すべくなしてあることを特徴とする。

本発明に係るガス放電管では、前記材料は希土類元素のフッ化物、アルカリ土類金属のフッ化物、又は２族元素の酸化物であることを特徴とする。

本発明に係るガス放電管では、前記材料はフッ化ランタン、フッ化バリウム、フッ化マグネシウム、又は酸化マグネシウムアルミニウムであることを特徴とする。

本発明に係るガス放電管では、前記管体は真空紫外（波長１４０ｎｍ〜２００ｎｍ）の透過率が５０％以上である材料で形成してあり、前記管体の外部に蛍光体層を備えることを特徴とする。

本発明に係るガス放電管では、前記材料はアルカリ土類金属のフッ化物であることを特徴とする。

本発明に係るガス放電管では、前記材料はフッ化マグネシウム、又はフッ化カルシウムであることを特徴とする。

本発明に係る表示装置は、管体の内部に放電ガスを封入したガス放電管を複数本平行に配置してある表示装置において、前記ガス放電管は本発明に係るガス放電管であることを特徴とする。

本発明にあっては、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と同等か、又はより大きい材料で管体を構成するから、管体内部（内部管壁：内表面）に電子放出膜としてのＭｇＯを形成する必要がなくなる。つまり、管体自体が電子放出膜と同様に作用することから、均一な電子放出膜を形成したのと同様な状態が得られることとなり、放電特性（特に放電電圧特性）が均一化でき、均一な表示特性が得られることとなる。

本発明にあっては、希ガス原子の脱励起過程で発生する真空紫外（波長１４０ｎｍ〜２００ｎｍ）における透過率が５０％以上である特定の材料で管体を構成することから、放電により生じた励起希ガス原子の脱励起過程で発生する真空紫外線は管体の外部へ透過するようになる。このため、管体内部（内部管壁：内表面）には蛍光体層を形成する必要がなくなる。つまり、蛍光体層は管体外部（外部管壁：外表面）に形成すれば良いこととなり、均一な蛍光体層の形成が容易にできるので、均一な輝度特性が容易に得られることとなる。

本発明にあっては、本発明に係るガス放電管を複数本並行に配置した表示装置とするので、構造が簡単で、放電特性に優れたガス放電管を備え、製造が容易で均一性などに優れた表示特性を有する表示装置となる。

本発明にあっては、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）より大きい材料で管体を構成するから、管体内部に電子放出膜としてのＭｇＯを管体の内部管壁に形成する必要がなくなるので、ガス放電管の内部構造が簡単になり、製造が容易なガス放電管を提供できる。また、管体が電子放出膜として作用することから、均一な電子放出膜を形成した状態と同一な状態が得られるから、均一な放電特性を有するガス放電管を提供できる。また、製造が容易なことから製品歩留まりが向上するので、結果的にコスト低減が図れ、安価なガス放電管を提供できる。

本発明にあっては、希ガス原子の脱励起過程で発生する真空紫外（波長１４０ｎｍ〜２００ｎｍ）における透過率が５０％以上である特定の材料で管体を構成することから、管体内部（内部管壁：内表面）には蛍光体層を形成する必要がなくなるので、ガス放電管の内部構造が簡単になり、製造が容易なガス放電管を提供できる。また、蛍光体層は管体外部（外部管壁：外表面）に形成すれば良いことから、均一な蛍光体層の形成が容易にできるので、均一な輝度特性を有するガス放電管を提供できる。また、製造が容易なことから製品歩留まりが向上するので、結果的にコスト低減が図れ、安価なガス放電管を提供できる。

本発明にあっては、本発明に係るガス放電管を複数本並行に配置した構成の表示装置とするので、製造が容易で、均一な表示特性を有する安価な表示装置を提供することができる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係るガス放電管の斜視説明図である。図において、１はガス放電管であり、円筒状の管体１ｔの内部には放電ガス（Ｘｅ、Ｎｅなど）が封入してある。赤色（Ｒ）のガス放電管１Ｒ、緑色（Ｇ）のガス放電管１Ｇ、青色（Ｂ）のガス放電管１Ｂを背面基板２の表面に平行に配置した状態を示す。なお、色による区別をする必要がない場合には単にガス放電管１のように記載する。管体１ｔの直径は０．５〜５ｍｍ程度である。図示するようにガス放電管１を複数本平行に配置することにより、表示装置（カラー表示装置）とすることができる。なお、管体１として断面形状が真円形のものを図示したが、断面形状はこれに限るものではなく、例えば扁平状の円形であっても良い。

背面基板２の表面に載置されたガス放電管１Ｒ、１Ｇ、１Ｂにはそれぞれの選択を行う信号電極３Ｒ（ガス放電管１Ｒに対応）、信号電極３Ｇ（ガス放電管１Ｇに対応）、信号電極３Ｂ（ガス放電管１Ｂに対応）が対応して配置してある。なお、信号電極３Ｒ、３Ｇ、３Ｂの色による区別をする必要がない場合には単に信号電極３のように記載する。信号電極３はガス放電管１の管体１ｔの管軸方向に直接パターン形成しても良いし、背面基板２に予めパターン形成し、それに対して管体１ｔを位置合わせして圧着しても良い。なお、信号電極３は発生した光を透過する必要がないから金属のみのパターンで形成する。

ガス放電管１の前面（表示面）側には前面基板５（図２参照）が配置され、前面基板５にはガス放電管１の管軸方向と交差する方向に表示電極４が形成してある。表示電極４は幅広の透明電極４ｔ、透明電極４ｔの上に積層した幅狭のバス電極４ｂで構成してある。透明電極４ｔはガス放電管１からの光を透過して表示できるように、例えばＩＴＯ（酸化インジウム錫）などのような透明な材料で構成してある。バス電極４ｂは表示電極４の配線抵抗を低減して透明電極４ｔへ所定の電位を供給し、表示バラツキを改善するためのものであり、例えばＣｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇなどの金属を用いることができる。放電は信号電極３、表示電極４へ適宜の電圧を印加することにより発生させることができる。表示電極４を対として放電させるようにしても良いし、また信号電極３と表示電極４との間で放電させるようにしても良い。表示電極４を対とする場合には、相互に隣接する透明電極４ｔ、４ｔ（表示電極４、４）により表示領域が画定される。

図２は本発明の実施の形態１に係るガス放電管の管軸方向での断面説明図である。ガス放電管は１本のみを示す。図１と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。ガス放電管１の主要構造体である管体１ｔは放電ガスを封入した放電空間１ｇを構成し、内部管壁には、従来例２で説明した方法などにより蛍光体層１ａが形成してある。蛍光体層１ａは発光色に応じた種類の蛍光体を適宜選定して形成する。

背面基板２にガス放電管１が載置され、信号電極３を介して所定の電界がガス放電管１に印加される。背面基板２は例えば可撓性のフィルム基板でも良いし、可撓性を有しない基板でも良い。ガス放電管１の前面側には複数の表示電極４を支持する透明な前面基板５が圧着してある。前面基板５は確実な圧着を行うため可撓性のフィルムが望ましい。表示電極４は管体１の側に配置された透明電極４ｔとバス電極４ｂを積層して形成してある。

放電空間１ｇを介して対向する信号電極３と表示電極４とに所定の電圧を印加した場合、放電空間内のこれら対向する電極の交差部分で発光点を選択する放電１ｄが生じる。生じた放電１ｄによって管体内の当該部分に壁電荷が形成されるので、この後隣接する２本の表示電極４に交互に所定の電圧を印加すると、壁電荷の形成された部分（発光点）には表示用の放電が繰り返し生じる。本実施の形態では、管体１は、放電ガスの放電に伴うイオン衝撃に対する電子放出係数（２次電子放出係数）が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と同等か、又はより大きい材料で形成してある。つまり、放電空間１ｇの放電ガスが励起されてイオンが生じるた場合、生じたイオンが管体１ｔに衝突する。管体１は、放電ガスのイオン化に伴うイオン衝撃に対する電子放出係数（２次電子放出係数）が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と同等か、又はより大きい材料で形成してあるから、管体１ｔ自体が電子放出膜としての機能を果たし、均一な電子放出膜を形成したのと同等な状態となる。したがって、放電ガスが励起したイオンが管体１ｔに衝突することで放電空間１ｇ内に多くの電子、イオンが安定に発生し、低い電圧で安定した表示用の放電を維持することが可能となる。

したがって、本実施の形態では、電子放出膜を管体の内部に形成する必要がないことから、構造が簡単で、製造が容易なガス放電管を得ることができる。また、電子放出膜を形成することがないから、電子放出膜の均一性が問題になることがなく、安定した放電特性を得ることができる。さらに、製造歩留まりが向上し、結果的にコストを低減することができる。

また、放電過程で励起された希ガス原子（放電ガス原子）の脱励起過程で発生する真空紫外光は蛍光体層１ａで可視光に変換され、ガス放電管５１はカラー表示用の表示管（表示装置）として機能することができる。

本件発明者は、電子放出係数（２次電子放出係数：γ）が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と同等か、又は、より大きい材料を種々検討した。その結果次の材料が好ましい結果を得られることが判明した。なお、以下の記載でのγの値は５００ｅＶのエネルギ状態のＮｅプラスイオンに対するものである。同条件での酸化マグネシウムのγは０．４（〜０．７）程度、アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）のγは０．２程度、また、酸化チタン（ＴｉＯ₂ ）のγは０．１５程度であった。したがって、電子放出係数（２次電子放出係数）が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と同等であるとは、例えばγが０．４以上（より好ましくは０．５以上）であることと規定することもできる。

希土類元素のフッ化物として、例えば、フッ化ランタン（ＬａＦ₃ ）のγは０．６８程度であった。アルカリ土類金属のフッ化物として、例えば、バリウム（Ｂａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）のフッ化物（ＢａＦ₂ 、ＭｇＦ₂ 、ＣａＦ₂ ）では、ＢａＦ₂ のγは１．３４程度、ＭｇＦ₂ のγは１．０５程度であった。又は２族元素の酸化物として、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）及びアルミニウム（Ａｌ）の酸化物（ＭｇＡｌ₂ Ｏ₄ ）のγは０．５８程度であった。

したがって、希土類元素のフッ化物、アルカリ土類金属のフッ化物、又は２族元素の酸化物が管体１ｔの材料として好ましいものである。また、フッ化ランタン（ＬａＦ₃ ）、フッ化バリウム（ＢａＦ₂ ）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂ ）、又は酸化マグネシウムアルミニウム（ＭｇＡｌ₂ Ｏ₄ ）が管体１ｔの材料としてより好ましいものである。

（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２に係るガス放電管の管軸方向での断面説明図である。ガス放電管は１本のみを示す。図１、図２と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。本実施の形態では蛍光体層１ｂを管体１ｔの外部壁面（外部表面）に形成している。管体１の材料を真空紫外線透過率がケイ酸塩ガラスより大きい特定の材料とすることにより、放電過程で励起された希ガス原子（放電ガス原子）の脱励起過程で発生する真空紫外光は管体１ｔを透過して、管体１ｔの外部壁面に形成された蛍光体層１ｂで可視光に変換され、ガス放電管１は表示管（表示装置）として機能することができる。つまり、本実施の形態では蛍光体層１ｂを管体１の内部壁面に形成する必要がない。また、実施の形態１と同様にガス放電管１を複数本平行に配置することにより、表示装置（カラー表示装置）とすることができる。なお、管体１として断面形状が真円形のものを図示したが、断面形状はこれに限るものではなく、例えば扁平状の円形であっても良い。

本件発明者は、真空紫外線（波長１４０ｎｍ〜２００ｎｍ）における透過率が５０％より大きい材料を種々検討した。その結果、次の材料が好ましい結果を得られることが判明した。アルカリ土類金属のフッ化物として、例えば、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂ ）、又はフッ化カルシウム（ＣａＦ₂ ）の真空紫外線（波長１４０ｎｍ〜２００ｎｍ）の透過率が５０％以上であった。図４は、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂ ）、及びフッ化カルシウム（ＣａＦ₂ ）の透過率特性を示す図である。

したがって、アルカリ土類金属のフッ化物が管体１ｔの材料として好ましいものである。また、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂ ）、又はフッ化カルシウム（ＣａＦ₂ ）が管体１ｔの材料としてより好ましいものである。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３は、実施の形態１、又は実施の形態２に係るガス放電管を複数本平行に配置して構成した表示装置である。平行に配置するガス放電管の本数を単に増やすことにより任意の大きさの画面とすることができ、大画面を有する平面型の表示装置を容易に実現することができる。本実施の形態に係る表示装置は実施の形態１、実施の形態２に係るガス放電管の特徴をそのまま備えた表示装置となるので、均一な放電特性を有し、均一な表示特性を有する表示装置となる。また、製造が容易なガス放電管を用いることから、製造が容易で製造コストを低減した表示装置とすることができる。

本発明の実施の形態１に係るガス放電管の斜視説明図である。本発明の実施の形態１に係るガス放電管の管軸方向での断面説明図である。本発明の実施の形態２に係るガス放電管の管軸方向での断面説明図である。フッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂ ）、及びフッ化カルシウム（ＣａＦ₂ ）の透過率特性を示す図である。従来のガス放電管の管軸方向での断面説明図である。

符号の説明

１ガス放電管
１ａ蛍光体層
１ｂ蛍光体層
１ｇ放電空間
１ｔ管体
２背面基板
３信号電極
４表示電極
５前面基板

Claims

信号電極及び表示電極をその外周面に対向配置した管体を有し、該管体の内部に放電ガスを封入したガス放電管において、
前記管体は、前記信号電極及び表示電極間への電圧印加による前記放電ガスの放電に伴うイオン衝撃に対する電子放出係数が酸化マグネシウムと同等又はより大きい材料で形成してあることにより、前記放電ガスが励起されて生じたイオンが衝突した際に電子を放出すべくなしてあることを特徴とするガス放電管。
前記材料は希土類元素のフッ化物、アルカリ土類金属のフッ化物、又は２族元素の酸化物であることを特徴とする請求項１記載のガス放電管。
前記材料はフッ化ランタン、フッ化バリウム、フッ化マグネシウム、又は酸化マグネシウムアルミニウムであることを特徴とする請求項１又は２記載のガス放電管。
前記管体は真空紫外（波長１４０ｎｍ〜２００ｎｍ）の透過率が５０％以上である材料で形成してあり、前記管体の外部に蛍光体層を備えることを特徴とする請求項１記載のガス放電管。
前記材料はアルカリ土類金属のフッ化物であることを特徴とする請求項４記載のガス放電管。
前記材料はフッ化マグネシウム、又はフッ化カルシウムであることを特徴とする請求項４又は５記載のガス放電管。
管体の内部に放電ガスを封入したガス放電管を複数本平行に配置してある表示装置において、
前記ガス放電管は請求項１ないし６のいずれかに記載のガス放電管であることを特徴とする表示装置。