JP5191411B2 - 蛍光表示管の駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は蛍光表示管の駆動方法に関する。

蛍光表示管のダイナミック駆動では、表示画面のチラツキを防止するため、特に蛍光表示管が振動したりする場合、繰り返し周期Ｔは１０ｍｓｅｃ以下にすることが望ましい（非特許文献１）。
一方、ダイナミック駆動におけるパルス幅ｔ_pとパルスの繰り返し周期Ｔとの比（ｔ_p／Ｔ）として表されるデューティサイクル（以下、Ｄｕと略称する）が一定の場合、応答速度の速い蛍光体ではパルス幅ｔ_pを変化させても輝度は略同一であるが、応答速度の遅い蛍光体ではパルス幅ｔ_pを短くすると輝度が低くなる。それゆえ必要な輝度を得るために応答速度の遅い蛍光体を用いたダイナミック駆動は不利になるとされている（特許文献１、非特許文献１）。
このため、応答速度の遅い蛍光体を用いる場合、パルスの繰り返し周期Ｔを必要以上に短くする（すなわち、パルス幅を短くする）ことを避けて、繰り返し周期Ｔを８〜２０ｍｓｅｃとしている。例えば、Ｄｕ＝１／１０〜１／５０、Ｔ＝１０ｍｓｅｃのとき、パルス幅としては、２００〜１０００μｓｅｃの比較的長いパルス幅で駆動されている。

しかし、上述したようにダイナミック駆動においては、パルス幅を長くすると表示画面のチラツキ、輝度ムラなどが生じ、表示品位が低下するおそれがある。
このため、陽極およびグリッドの少なくとも一方に印加する駆動パルスのパルス幅や電圧を調整することにより輝度ムラを改善する方法が知られている（特許文献２）。
また、複数色蛍光表示管でグリッドやアノードに印加するパルス電圧あるいはパルス幅を変えることにより輝度バランスを調整する方法が知られている（特許文献３）。
しかしながら、低速電子線励起用蛍光体として各種蛍光体が開発され、これらの蛍光体を用いた蛍光表示管が実用化されるにつれて、緑色発光のＺｎＯ：Ｚｎ蛍光体を除いては、上記改善方法を行なっても、輝度が低く、寿命も短い蛍光体が多く、更なる高輝度化、長寿命化が求められている。

特開２０００−２５０４５４号公報 特開２００３−１９５８１８号公報 特開平１１−８５１０３号公報

岸野隆雄編著 蛍光表示管 １５５頁、産業図書株式会社発行

本発明は、このような問題に対処するためになされたもので、ダイナミック駆動方式で駆動され、輝度飽和が顕著な蛍光体を用いた蛍光表示管の発光効率を上げることができ、また発光効率が同じであれば、寿命を向上できる蛍光表示管の駆動方法の提供を目的とする。

本発明の駆動方法は、低速電子線励起下で陽極電極上に形成された蛍光体層をダイナミック駆動する蛍光表示管の駆動方法であって、上記蛍光体層に含まれる蛍光体は、ダイナミック駆動においてＤｕを同一とする条件下でパルス幅が短くなると輝度が向上する蛍光体であり、かつ陽極電極に電圧が印加され、蛍光体の輝度が飽和された後に該電圧の印加停止後、上記蛍光体の輝度が飽和された輝度値の１０％輝度値に低下する時間が２００μｓｅｃ以上の蛍光体であり、また、上記ダイナミック駆動は、パルスの繰り返し周期が７．５ｍｓｅｃ以下で、かつパルス幅が１５０μｓｅｃ以下で駆動されることを特徴とする。

蛍光体層を構成する蛍光体は、主に局在形発光中心を有する蛍光体であることを特徴とする。
また、上記局在形発光中心を有する蛍光体が遷移金属イオン発光中心および希土類イオン発光中心の少なくとも１つの発光中心を有する蛍光体であることを特徴とする。
また、上記発光中心がＭｎイオン、Ｐｒイオン、Ｅｕイオン、またはＴｂイオンであることを特徴とする。
また、上記蛍光体がＺｎＳ：Ｍｎ、ＺｎＧａ₂Ｏ₄：Ｍｎ、ＳｒＴｉＯ₃：Ｐｒ、ＣａＴｉＯ₃：Ｐｒ、Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ、Ｙ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ、ＺｎＧａ₂Ｏ₄、Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ：Ｔｂ、Ｙ₂Ｏ₃：Ｅｕ、Ｌａ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ、ＳｎＯ₂：Ｅｕ、Ｚｎ₂ＳｉＯ₄：Ｍｎ、または、ＣａＳ：Ｍｎから選ばれた少なくとも１つの蛍光体であることを特徴とする。

本発明の駆動方法は、輝度飽和が顕著な蛍光体を用いて、パルスの繰り返し周期を短く、かつパルス幅を短くすることにより、Ｄｕを変えることなく、すなわち消費電力が同じであっても、大幅に発光効率（輝度）を上げることができる。
また、輝度が同じであれば陽極電圧、グリッド電圧、または陽極電流密度を下げることができるため、この駆動方式を用いる蛍光表示管の消費電力の低減および長寿命化ができる。

蛍光表示管の断面図である。 ダイナミック駆動方法におけるタイミングチャート図である。 ＺｎＯ：Ｚｎ蛍光体における発光効率のＤｕ依存性を示す図である。 ＺｎＳ：Ｍｎ蛍光体における発光効率のＤｕ依存性を示す図である。 ＳｒＴｉＯ₃：Ｐｒ蛍光体の発光効率のパルス幅依存性を示す図である。 Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ蛍光体の発光効率のパルス幅依存性を示す図である。 ＣａＴｉＯ₃：Ｐｒ蛍光体の発光効率のパルス幅依存性を示す図である。 ＺｎＳ：Ｍｎ蛍光体の発光効率のパルス幅依存性を示す図である。 ＺｎＧａ₂Ｏ₄：Ｍｎ蛍光体の発光効率のパルス幅依存性を示す図である。 ＺｎＧａ₂Ｏ₄蛍光体の発光効率のパルス幅依存性を示す図である。 Ｙ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ蛍光体の発光効率のパルス幅依存性を示す図である。 ＺｎＳ：Ｍｎ蛍光体の発光効率のパルス幅依存性を示す図である。 ＺｎＯ：Ｚｎ蛍光体の発光効率のパルス幅依存性を示す図である。 ＺｎＳ：Ｚｎ蛍光体の発光効率のパルス幅依存性を示す図である。 ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ蛍光体の発光効率のパルス幅依存性を示す図である。 ＺｎＣｄＳ：Ａｇ蛍光体の発光効率のパルス幅依存性を示す図である。 ＺｎＯ：Ｚｎ蛍光体における陽極電流のパルス幅依存性を示す図である。 ＺｎＳ：Ｍｎ蛍光体における陽極電流のパルス幅依存性を示す図である。 蛍光体の発光の立上がり時間ｔ_ｒ、立下り時間ｔ_ｆを示す図である。 ＳｒＴｉＯ₃：Ｐｒ蛍光体の輝度寿命を示す図である。 ＣａＴｉＯ₃：Ｐｒ蛍光体の輝度寿命を示す図である。

本発明の駆動方法は、蛍光表示管のダイナミック駆動方法に関する。図１は蛍光表示管の断面図である。
蛍光表示管１は、陽極基板７の表示面において複数の陽極５上にそれぞれ形成された蛍光体層６を備え、真空空間内においてその蛍光体層６の上方に位置する陰極９から発生させられた電子をそれら蛍光体層６と陰極９との間に設けられた複数のグリッド電極８で制御してそれら複数の蛍光体層６を選択的に発光させる表示管である。
なお、図１において、２はガラス基板であり、３はこのガラス基板上に形成された配線層であり、４は絶縁層であり、４ａは配線層３と陽極電極５とを電気的に接続するスルーホールである。また、１０はフェースガラス、１１はスペーサガラスである。

ダイナミック駆動方法を図２により説明する。図２はダイナミック駆動方法におけるタイミングチャート図である。
ダイナミック駆動方法は、上記複数のグリッド電極８（Ｇ₁〜Ｇ_n）に陰極９の電位よりも高い加速電圧を桁信号（グリッドスキャン）のパルス電圧として順次印加して走査し、その走査のタイミングに同期して所定の陽極５にその陰極９の電位よりも高い点灯電圧を、表示の種類に応じて選択的にＯＮ（正）またはＯＦＦ（負）のセグメント信号のパルス電圧として印加する駆動方法である。図２はａ〜ｇのセグメントで算用数字を表している。このようなダイナミック駆動方法によれば、グリッド電極８が所定の発光単位（発光群）毎に分割して設けられる一方、複数の陽極５のうちその発光単位毎に予め定められた所定位置のものがそれぞれ共通の陽極配線に接続され、グリッド電極８は桁選択電極として、陽極５はセグメント選択電極として、それぞれ作用する。
図２において、ＴはＴ₁〜Ｔ_nを周期とする繰り返し周期であり、ｔ_pはパルス幅であり、ｔ_bはブランキング時間である。Ｄｕはｔ_pとＴとの比（ｔ_p／Ｔ）として定義される。

上記ダイナミック駆動方法において、低速電子線励起用蛍光体の種類によりＤｕ依存性は顕著に異なる。例えば、図３はＺｎＯ：Ｚｎ蛍光体における発光効率のＤｕ依存性を、図４はＺｎＳ：Ｍｎ蛍光体における発光効率のＤｕ依存性をそれぞれ示す。ＺｎＯ：Ｚｎ蛍光体はＤｕが変化しても、すなわち蛍光体への入射電流を大きくしても小さくしても発光効率は殆ど変化しない。これに対して、ＺｎＳ：Ｍｎ蛍光体はＤｕが大きくなると、すなわち蛍光体への入射電流を大きくすると発光効率が大きく低下する。
ＺｎＳ：Ｍｎ蛍光体は応答速度が遅いため、従来のダイナミック駆動においては、発光が出来るだけ立ち上がるように、２００〜１０００μｓｅｃの比較的長いパルス幅で駆動されている。

しかしながら、ＺｎＳ：Ｍｎ蛍光体など、特定の蛍光体はＤｕが同一の場合であってもパルス幅ｔ_pを短くすると、これまで考えられてきたこととは逆に大幅に輝度（発光効率）が上昇することを本発明者は見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、所定のＤｕ条件下で、これら蛍光体の発光効率が向上する短いパルス幅で駆動することにより、輝度を大幅に向上させることができる。また、同じ輝度を得る場合は駆動電圧を下げることができるので、蛍光表示管の長寿命化が図れる。

発光効率のパルス幅依存性について測定した結果を図５〜図１６に示す。図５〜図１２はパルス幅ｔ_pを短くすると発光効率が上昇する蛍光体の例であり、図１３〜図１６はパルス幅ｔ_pを変化させても発光効率が変化しない蛍光体の例である。
上記測定は以下の方法で測定した。蛍光表示管のカーボン陽極上に各種低速電子線用蛍光体を塗布後、公知の蛍光表示管製造工程で管球化を行なった。ＺｎＯ：Ｚｎ以外の蛍光体には、チャージアップを防ぐために導電性の高いＩｎ₂Ｏ₃を蛍光体とＩｎ₂Ｏ₃との合計量に対して約１０重量％混合した。フィラメント状陰極を通電し約６５０℃に加熱した状態で陽極・グリッド電極（ｅｂｃ）を５０Ｖ_ppとして、Ｄｕとパルス幅ｔ_pとを変えて発光効率特性を測定した。
なお、発光効率は輝度を測定して、パルス幅ｔ_pが２５０μｓｅｃの輝度の値を１００として、その相対値で表した。

図５〜図１２に示すように、蛍光体がＳｒＴｉＯ₃：Ｐｒ（図５）、Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ（図６）、ＣａＴｉＯ₃：Ｐｒ（図７）、ＺｎＳ：Ｍｎ（図８）、ＺｎＧａ₂Ｏ₄：Ｍｎ（図９）、ＺｎＧａ₂Ｏ₄（図１０）、Ｙ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ（図１１）の場合、パルス幅が短くなると発光効率が大幅に向上する。また、陽極・グリッド電極（ｅｂｃ）が３５Ｖ_ppの場合の一例としてＺｎＳ：Ｍｎの例を図１２に示すが、陽極・グリッド電極（ｅｂｃ）が５０Ｖ_ppよりも低い３５Ｖ_ppにおいても、パルス幅が短くなると発光効率が大幅に向上する。

一方、図１３〜図１６に示すように、蛍光体がＺｎＯ：Ｚｎ（図１３）、ＺｎＳ：Ｚｎ（図１４）、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ（図１５）、ＺｎＣｄＳ：Ａｇ（ＣｄＳ、７０重量％）（図１６）ではパルス幅が短くなっても発光効率は向上しないで、パルス幅依存性がみられない。この傾向は陽極・グリッド電極（ｅｂｃ）が３５Ｖ_ppにおいても同様であった。

上記図５〜図１６に示す測定において、パルス幅（周期）は変更しているが、陽極・グリッド電極（ｅｂｃ）とＤｕとは同じであるため、蛍光体へ流れ込む電流（陽極電流）は略一定である。したがって、発光効率の依存性は輝度の依存性と同じである。ＺｎＯ：Ｚｎ蛍光体における陽極電流のパルス幅依存性を図１７に、ＺｎＳ：Ｍｎ蛍光体における陽極電流のパルス幅依存性を図１８にそれぞれ示すが、いずれも陽極電流はパルス幅に依存していない。

ダイナミック駆動において、パルス幅ｔ_pを短くすると発光効率が上昇する蛍光体と、パルス幅依存性を示さない蛍光体とを比較すると、前者は主に遷移金属イオン発光中心および希土類イオン発光中心の少なくとも１つの発光中心を有する局在形発光中心を有する蛍光体であり、後者は非局在形発光中心を有する蛍光体であることが分かる。

また、上記両蛍光体に図１９に示す入力波形のパルス電圧を印加して、蛍光体の輝度が飽和された後に該電圧印加停止後の飽和輝度値の低下傾向を調査した結果を表１および表２に示す。
図１９は、蛍光表示管の陽極にパルス電圧を印加したときの蛍光体の発光の立上がり時間ｔ_ｒおよび電圧印加停止後の立下り時間ｔ_ｆを示す図である。入力波形は陽極・グリッド電極（ｅｂｃ）が５０Ｖ_pp、パルス幅ｔ_ｐが１ｍｓｅｃで、飽和輝度値の１０％に低下する時間を「立下り時間ｔ_ｆ」として測定した。

表２に示すように、パルス幅依存性を示さない蛍光体群の立下り時間が１００μｓｅｃ以下であるのに対して、表１に示すように、パルス幅ｔ_pを短くすると発光効率が上昇する蛍光体群の立下り時間は最低でも２９０μｓｅｃである。
本発明に使用できる蛍光体は、ダイナミック駆動の同一Ｄｕにおいてパルス幅が短くなると輝度が向上する蛍光体であり、かつ立下り時間が１００μｓｅｃをこえる蛍光体であり、好ましくは立下り時間が２００μｓｅｃ以上の蛍光体であり、より好ましくは立下り時間が２９０μｓｅｃ以上の蛍光体である。そして、そのような特性を示す蛍光体は、遷移金属イオン発光中心および希土類イオン発光中心の少なくとも１つの発光中心を有する局在形発光中心を有する蛍光体である。発光中心としては、Ｍｎイオン、Ｐｒイオン、Ｅｕイオン、またはＴｂイオンであることが好ましい。

具体例としては、ＺｎＳ：Ｍｎ蛍光体（橙）、ＺｎＧａ₂Ｏ₄：Ｍｎ（緑）、ＳｒＴｉＯ₃：Ｐｒ（赤）、ＣａＴｉＯ₃：Ｐｒ（赤）、Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ（赤）、Ｙ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ（赤）、Ｙ₂Ｏ₃：Ｅｕ（赤）、ＺｎＧａ₂Ｏ₄（青）、Ｌａ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ（赤）、ＳｎＯ₂：Ｅｕ（橙）、Ｚｎ₂ＳｉＯ₄：Ｍｎ（緑）、Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ：Ｔｂ（緑）、ＣａＳ：Ｍｎ（橙）等を挙げることができる。

本発明に使用できる蛍光体は、電子線励起領域内における発光中心の数が少ないことや励起状態から基底状態への遷移確率が低いために、長いパルス幅ｔ_pでは励起・発光過程が飽和傾向となり輝度（発光効率）が低下する。反対に短いパルス幅ｔ_pにすると相対的に輝度（発光効率）が上がるものと考えられる。

上記局在形発光中心を有する蛍光体を使用するダイナミック駆動において、図５〜図１２より、陽極・グリッド電極（ｅｂｃ）が５０Ｖ_pp、Ｄｕが（１／５０）の場合における発光効率（輝度）のパルス幅依存性をまとめた結果を表３および表４に示す。表３はパルス幅ｔ_pを短くすると発光効率が上昇する主に局在形発光中心を有する蛍光体のまとめであり、表４はパルス幅依存性を示さない非局在形発光中心を有する蛍光体のまとめである。

表３より、本発明のダイナミック駆動方法は、上記局在形発光中心を有する蛍光体を用いる蛍光表示管において、パルスの繰り返し周期Ｔが７．５ｍｓｅｃ以下、好ましくは７．０〜０．５ｍｓｅｃで、かつパルス幅ｔ_pが１５０μｓｅｃ以下、好ましくは１０〜１５０μｓｅｃで駆動される。パルスの繰り返し周期Ｔが７．５ｍｓｅｃをこえ、かつパルス幅ｔ_pが１５０μｓｅｃをこえると輝度向上が期待できない。

実施例１
蛍光表示管のカーボン陽極上に、約１０重量％のＩｎ₂Ｏ₃が混合されたＳｒＴｉＯ₃：Ｐｒ蛍光体を塗布後、公知の蛍光表示管製造工程で管球化を行なった。
得られた蛍光表示管をダイナミック駆動方法により点灯した。条件は、Ｄｕが（１／６０）のときに、輝度が同じになる条件Ａと条件Ｂとで点灯した。条件Ａは従来例であり、陽極・グリッド電極（ｅｂｃ）が５０Ｖ_pp、パルス幅ｔ_pが２５０μｓｅｃ、パルスの繰り返し周期Ｔが１５ｍｓｅｃである。これに対して、条件Ｂは本発明の駆動方法による例であり、陽極・グリッド電極（ｅｂｃ）が４０Ｖ_pp、パルス幅ｔ_pが８０μｓｅｃ、パルスの繰り返し周期Ｔが４．８ｍｓｅｃである。
条件Ａと条件Ｂとで点灯したときの輝度寿命を図２０に示す。
本発明方法による条件Ｂの場合、陽極電圧、陽極電流とも低くできるため従来の駆動条件Ａに比較して輝度維持率が向上し、蛍光表示管の寿命が向上する。

実施例２
蛍光表示管のカーボン陽極上に、約１０重量％のＩｎ₂Ｏ₃が混合されたＣａＴｉＯ₃：Ｐｒ蛍光体を塗布後、公知の蛍光表示管製造工程で管球化を行なった。
得られた蛍光表示管をダイナミック駆動方法により点灯した。条件は、Ｄｕが（１／６０）のときに、輝度が同じになる条件Ｃと条件Ｄとで点灯した。条件Ｃは従来例であり、陽極・グリッド電極（ｅｂｃ）が５０Ｖ_pp、パルス幅ｔ_pが２５０μｓｅｃ、パルスの繰り返し周期Ｔが１５ｍｓｅｃである。これに対して、条件Ｄは本発明の駆動方法による例であり、陽極・グリッド電極（ｅｂｃ）が３５Ｖ_pp、パルス幅ｔ_pが４０μｓｅｃ、パルスの繰り返し周期Ｔが２．４ｍｓｅｃである。
条件Ｃと条件Ｄとで点灯したときの輝度寿命を図２１に示す。
本発明方法による条件Ｄの場合、陽極電圧、陽極電流とも低くできるため条件Ｃに比較して輝度維持率が向上し、蛍光表示管の寿命が向上する。

本発明の駆動方法は、輝度飽和が顕著な蛍光体を用いて、大幅に発光効率（輝度）を上げることができ、また、蛍光表示管の消費電力の低減および長寿命化ができるので、輝度飽和が顕著な蛍光体を用いた蛍光表示管に好適に利用できる。

１ 蛍光表示管
２ ガラス基板
３ 配線層
４ 絶縁層
５ 陽極電極
６ 蛍光体層
７ 陽極基板
８ グリッド
９ 陰極
１０ フェースガラス
１１ スペーサガラス

Claims (5)

1. 低速電子線励起下で陽極電極上に形成された蛍光体層をダイナミック駆動により表示する蛍光表示管の駆動方法であって、
   前記蛍光体層に含まれる蛍光体は、前記ダイナミック駆動において、デューティサイクルを同一とする条件下でパルス幅が短くなると輝度が向上する蛍光体であり、かつ前記陽極電極に電圧が印加され、蛍光体の輝度が飽和された後に該電圧の印加停止後、前記蛍光体の輝度が飽和された輝度値の１０％輝度値に低下する時間が２００μｓｅｃ以上の蛍光体であり、
   前記ダイナミック駆動は、パルスの繰り返し周期が７．５ｍｓｅｃ以下で、かつパルス幅が１５０μｓｅｃ以下で駆動されることを特徴とする蛍光表示管の駆動方法。
2. 前記蛍光体が局在形発光中心を有する蛍光体であることを特徴とする請求項１記載の蛍光表示管の駆動方法。
3. 前記蛍光体が遷移金属イオン発光中心および希土類イオン発光中心の少なくとも１つの発光中心を有する蛍光体であることを特徴とする請求項１記載の蛍光表示管の駆動方法。
4. 前記発光中心がＭｎイオン、Ｐｒイオン、Ｅｕイオン、またはＴｂイオンであることを特徴とする請求項３記載の蛍光表示管の駆動方法。
5. 前記蛍光体がＺｎＳ：Ｍｎ、ＺｎＧａ₂Ｏ₄：Ｍｎ、ＳｒＴｉＯ₃：Ｐｒ、ＣａＴｉＯ₃：Ｐｒ、Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ、Ｙ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ、ＺｎＧａ₂Ｏ₄、Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ：Ｔｂ、Ｙ₂Ｏ₃：Ｅｕ、Ｌａ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ、ＳｎＯ₂：Ｅｕ、Ｚｎ₂ＳｉＯ₄：Ｍｎ、または、ＣａＳ：Ｍｎから選ばれた少なくとも１つの蛍光体であることを特徴とする請求項４記載の蛍光表示管の駆動方法。

Images