JPH07312177A

JPH07312177A - ガス放電表示素子及びガス放電表示パネル

Info

Publication number: JPH07312177A
Application number: JP9981494A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Yoshioka; 俊博吉岡
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1994-05-13
Filing date: 1994-05-13
Publication date: 1995-11-28
Anticipated expiration: 2012-08-06
Also published as: JP2638475B2

Abstract

(57)【要約】【目的】窒素分子からの紫外光を効果的に利用し得る
ガス組成に関する新たな知見に基づき、表示デバイスに
必要な良好な輝度，効率特性及び高い信頼性を有するガ
ス放電表示素子及びパネルを提供する。【構成】蛍光体を励起する主な紫外光が窒素分子の第
２正帯であって、この紫外光を発生する放電ガスが１５
乃至１５０ｈＰａの圧力の窒素ガスとする。及びこの放
電ガスを用い、蛍光体の表面を３００nmより長い波長の
光を透過する誘電体で覆うことを特徴とするガス放電表
示素子及びパネル。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表示デバイスなどに用
いるガス放電表示パネルに関するものである。更に詳し
くは、表示デバイスに必要な輝度，効率を得ること及び
長寿命化を目的とした交流駆動型ガス放電表示パネルの
放電ガスに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のガス放電表示パネルは、ガスの放
電発光色を利用する単色パネルではネオンを主成分とす
る放電ガスが用いられている。ガス放電により発生する
紫外光を蛍光体に照射してこれを励起してカラー表示を
得るカラーガス放電表示パネルでは、紫外光を発生する
ガスにキセノン，クリプトンまたはアルゴンを用い、主
成分をヘリウムやネオンとした希ガスまたはその混合ガ
スが用いられている。また、ヘリウムやアルゴンを主成
分にし、少量の窒素ガスを混合して窒素分子からの紫外
光や、希ガス中に酸素やフッ素を混合して放電により生
成されるエキサイマーの生じる紫外光で蛍光体を励起す
るカラーガス放電表示パネルも提案，検討されたことが
ある。蛍光体は、直接放電に晒されるように放電セル内
に配置されている。

【０００３】放電ガスに窒素を含ませる具体例として
は、ガスの発光色を用いる単色のものでは、ネオンに少
量の窒素を含有させたものがエスアイディー’６７テ
クニカルダイジェスト（ＳＩＤ’６７Ｔｅｃｈｎｉ
ｃａｌＤｉｇｅｓｔ）に報告され、ヘリウムと少量の
窒素の混合ガスが特開昭５４−１３２５６号公報に記載
されている。蛍光体を紫外光を励起するものでは、ヘリ
ウムやアルゴンに少量の窒素を含有させた放電ガスが１
９７３年テレビジョン学会全国大会予稿集，テレビジョ
ン学会技術報告ＥＤ４７４、特開昭５５−７４０４２号
公報，特公昭６３−８９０号公報に見ることができる
が、いずれも低窒素分圧のペニングガスである。また、
特開昭６３−２４８０３５号公報，特開昭６４−４８３
４９号公報，特開昭６４−４８３５０号公報には、比較
的高い窒素分圧の直流型放電ガスの利用が述べられてい
る。しかし、これらの窒素を含む放電ガスでは第１負帯
が著しく強く発光する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、蛍光体
を励起する紫外光の発生が希ガスである場合、その主た
る紫外光の波長は２００ナノメートル以下の真空紫外光
領域であり、蛍光体を励起発光させる紫外光−可視光の
エネルギー変換効率が小さいため、輝度，効率が実用に
対し充分ではない。また、真空紫外光は蛍光体に強く吸
収され、蛍光体の表面近傍の比較的薄い領域が主に発光
するため、パネルの発光強度は蛍光体表面近傍の変質に
極めて敏感で、放電に晒されたり真空紫外光照射による
蛍光体の輝度劣化が無視できない。窒素分子からの紫外
光を利用した放電ガスの場合、窒素ガスを含む放電ガス
では、ヘリウムやネオンを主成分とする希ガスを放電ガ
スとする場合に比べ、放電が開始する電圧が高いため、
希ガスで希釈された低い窒素ガス分圧のガス組成のみ実
用的であると判断され、また実用上充分な輝度，効率が
得られていない。

【０００５】本発明の目的は、ガス放電によって紫外光
を発生させ、これを照射して蛍光体を励起発光させるガ
ス放電表示素子において、窒素分子からの紫外光を効果
的に利用し得るガス組成に関する新たな知見に基づき、
表示デバイスに必要な良好な輝度，効率特性及び高い信
頼性を有するガス放電表示素子またはガス放電表示パネ
ルを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、誘電体で覆わ
れた放電電極間のガス放電によって紫外光を発生させ、
この紫外光を照射して蛍光体を励起発光させるガス放電
表示素子、及びこのガス放電表示素子を画素としてマト
リクス状に配置し、各画素を選択的に放電させ画像を表
示するガス放電表示パネルにおいて、蛍光体を励起する
紫外光を発生する放電ガスが１５乃至１５０ｈＰａの圧
力の窒素ガスとする。または放電ガスがヘリウムまたは
ネオンまたはアルゴンまたはクリプトンまたはキセノン
の希ガスのうち一種類以上の希ガスと１５乃至１５０ｈ
Ｐａの圧力の窒素ガスとする。及びこれらの放電ガスを
用い、素子内に配置する蛍光体の一部または全部を、ア
ルカリ土類フッ化物またはアルカリ土類酸化物または酸
化シリコン膜または酸化アルミニウムまたは窒化ほう素
または窒化アルミニウムまたはダイヤモンドなど３００
nmより長い波長の光を透過する誘電体で覆うことを特徴
とするガス放電表示素子およびガス放電表示パネルであ
る。

【０００７】

【作用】本発明の作用を説明する。窒素ガスの放電によ
って生じる主な発光は、窒素分子からの第１正帯（ファ
ーストポジティブバンド）及び第２正帯（セカンドポジ
ティブバンド）と、窒素分子の１価イオンからの第１負
帯（ファーストネガティブバンド）である。第１正帯は
可視から赤外領域の発光である。第２正帯および第１負
帯は紫外から可視領域の発光であるが、第１負帯は可視
領域の発光が強い。そのため第１負帯に比べ第２正帯を
強く発光させる、そのうち特に３００から３６０nmの近
紫外光をいかに強く発光させるかが、蛍光体を強く効率
的に発光させる上で重要となる。グロー放電を起こす一
般的な放電管では、陽光柱領域では正帯が、負グローや
陰極領域では負帯が強く発光する。表示デバイスに用い
るガス放電表示素子またはガス放電表示パネルの単位放
電セルの、放電を発生させる放電間隙（放電ギャップ）
は、主として０．０５mm乃至０．５mmであり、比較的長
い放電ギャップのグロー放電に比べ陽光柱領域が短い。
特に、放電電極が誘電体で覆われたガス放電表示素子で
は、電圧印加後に発生した放電が速やかに消滅するた
め、蛍光体を励起する紫外光は主に負グローで発生す
る。このため、負グロー及び陰極領域または放電の初期
において第１負帯に比べ第２正帯を強く発光させること
が必要であり、１回の放電当たりの第２正帯の発光強度
と第１負帯の発光強度との比の値を大きくすることが発
光効率の向上につながる。

【０００８】このような考えに基づき検討を行った結
果、蛍光体を用いるカラーガス放電表示素子またはガス
放電表示パネルで従来検討された、希ガスを主成分にし
て少量の窒素を加えたペニングガスなど低い窒素分圧の
窒素を含む放電ガス組成は、必要以上に第１負帯を強く
発生するガス組成であり、従来では実用的でないとされ
た高い窒素分圧組成が、本発明の目的にかなう良好な組
成であることが判明した。このことは、単位放電セルの
大きさと電離係数及び窒素分子の励起係数のバランスに
よって決まるもので、窒素分圧の絶対値に大きく依存す
ると考えられる。

【０００９】この第１負帯に比べ第２正帯が強く発光す
る効果は、電極の導体が露出した直流駆動型ガス放電表
示素子で種放電や高い周波数の繰り返し放電を用いると
きは、非常に立ち上がりの速いパルス電圧を必要とす
る。一方、電極が誘電体で覆われた交流駆動型ガス放電
表示素子では、電離したガスによって放電空間に印加さ
れた電圧の向きと逆の電圧を生じる空間電荷が誘電体表
面に壁電荷として蓄積されて放電が自発的に収束し、且
つこの壁電荷によるメモリー効果を利用できるため、種
放電を特に必要とせず実用的な駆動電圧波形で、この第
２正帯の強い発光を容易に発生させることが可能であ
る。

【００１０】本発明の放電ガスは、放電を維持する電圧
とこの電圧の立ち上がりを実用的な範囲にしたまま、第
１負帯に比べ強い第２正帯の発光を実現した。このこと
は、本発明のガス組成領域によって初めて達成すること
ができる。

【００１１】このように、本発明の放電ガスを用いるこ
とによって、窒素分子からの第２正帯の紫外光を効率的
に強く発光させることができ、紫外光−可視光のエネル
ギー変換効率が改善されることにより、ガス放電表示素
子またはガス放電表示パネルの高輝度，高効率化ができ
る。また、本発明の放電ガスは近紫外領域のガス発光を
蛍光体に照射するため、紫外光強度を強くしても希ガス
を用いたときのような真空紫外光照射による励起効率の
低下や色中心の生成など蛍光体の劣化が少ない。さら
に、上記本発明の放電ガスは、別の本発明の構造である
３００nm以上の波長を透過する誘電体で覆われた蛍光体
を用いることで、蛍光体が直接プラズマに晒されること
がないため、励起効率を損なうことなく蛍光体の劣化に
起因する信頼性を向上させることができる。この構造
は、所謂交流駆動型のガス放電表示パネルで用いられる
酸化マグネシウムで蛍光体を覆うこともでき、また、蛍
光体層の放電空間側のみを誘電体層で覆ってもよく、輝
度，効率及び信頼性の他に、動作電圧や書き込み放電特
性などの表示特性を改善することもできる。希ガスから
の真空紫外光は、酸化マグネシウムなどの安定な酸化物
に強く吸収され、放電空間と蛍光体の間にこれらの誘電
体層を設けることは発光効率の低下をもたらしてしま
う。以上のような作用によって良好な特性をもつガス放
電表示パネルを得ることが可能になる。

【００１２】

【実施例】

（実施例１）本発明の第１の実施例を図面を参照して説
明する。図４（ａ）（ｂ）に示す交流駆動面放電型のガ
ス放電表示素子を作製した。図４において、（ａ）は平
面図（ｂ）のＡＡ′断面図である。まず、第１のガラス
基板１に放電を維持する平行するように配置された面放
電型の走査電極と共通電極からなる透明電極よりなる面
放電電極３を形成し、誘電体層５で覆った後、酸化マグ
ネシウム層７を形成した。また、第２のガラス基板２に
放電を選択的に制御するデータ電極４を形成し、誘電体
層６で覆った後、放電セル内に蛍光体９を塗布した。こ
の蛍光体９は、表示に必要な蛍光体の発光を阻害しない
範囲で、セル内のできるだけ多くの面に配置することが
望ましい。放電セルは、隔壁８によって規定されてい
る。この２枚のガラス板を、放電ガス１０を充填するガ
ス放電空間を形成するように面放電側の電極対とデータ
電極が互いに直交するように０．１乃至０．２mmの間隔
で張り合わせ、ガラス板の周辺はフリットガラスによっ
て外部から遮断し、ガス導入用ガラス管を除いて気密構
造になるようにした。このガス導入用ガラス管を通じ
て、放電セル内を真空排気し、本発明の放電ガス及び比
較のために従来の放電ガスを導入して封止し、ガス放電
表示素子とした。窒素分圧を１から１５０ｈＰａまで変
化させて、これらのガス放電表示素子の面放電電極３に
交流パルス電圧を印加して、素子特性を評価した。評価
は、面放電電極３の電極対にそれぞれ図７のＶｓのパル
ス電圧を交互に印加して行った。

【００１３】実際の駆動に用いる代表的な駆動電圧パル
ス列は、図７に示すように、面放電電極３の片側を走査
電極とし、もう一方を共通電極として交互に維持パルス
電圧Ｖｓを印加する。走査電極には、線順次に走査パル
ス電圧Ｖｓｃａｎを印加し、選択された放電セルにはそ
の放電セルに相当するデータ電極４にデータ電圧−Ｖｄ
を印加しており、放電ガス１０を選択的に放電させてい
る。

【００１４】図１は発光効率の窒素分圧依存性、図２は
発光輝度の窒素分圧依存性である。発光効率及び発光輝
度共に、窒素分圧１５ｈＰａから急激に上昇し、測定し
た上限の１５０ｈＰａまで上昇を続けた。放電を維持す
るための駆動電圧は窒素分圧の増加にともない上昇した
が、実用可能な範囲内である。図３は窒素ガスの第１負
帯及び第２正帯の発光強度の窒素分圧依存性である。低
窒素分圧では、窒素ガスの第１負帯が優勢であり、１５
ｈＰａ付近より高い窒素分圧で第２正帯発光強度が増大
し、第１負帯より優勢になることが判明した。これは、
図１及び図２発光輝度及び発光効率の窒素分圧依存性と
対応していることがわかる。また、窒素分圧が３０ｈＰ
ａ以上では、第１負帯強度が第２正帯強度より充分小さ
く、ほぼ一定となっている。この効果は、電極対３の間
隔が０．０５から０．５mm、いわゆるガス圧・放電間隙
積（ｐｄ積）は０．０７５から７．５ｈＰａ・cmの範囲
で確認した。

【００１５】放電ガスに希ガスを加えた場合、最小維持
電圧はヘリウムまたはネオンガスを加えると、全ガス圧
が７００ｈＰａ以下かつ窒素分圧が１０ｈＰａ以下の
時、ペニング効果による低下がみられた。しかし、ヘリ
ウムやネオンガスを加えたときも、またアルゴンやクリ
プトン，キセノンなど他の希ガスを加えたときも、上述
の場合と同様に、本発明の窒素分圧領域での効率改善効
果が顕著であった。

【００１６】これらから、本発明の窒素分圧１５乃至１
５０ｈＰａ、望ましくは３０ｈＰａ以上である放電ガス
を用いることによって、発光輝度や発光効率を著しく向
上させることが確認できた。これは、作用でも説明した
ように、この種のガス放電表示素子では負グローからの
紫外発光を利用しており、ガス放電表示素子ではこの負
グローまたは放電初期の第２正帯紫外発光が、本発明窒
素分圧領域において著しく向上するという新たな知見に
基づくものである。従来の窒素を含む放電ガスは、直流
駆動型であったり、放電電圧の窒素分圧依存性、または
陽光柱の第２正帯に着目し、低い窒素分圧を利用してい
たため、本発明の効果が出現するに至らなかったもので
ある。

【００１７】このガス放電表示素子を面状に２次元的に
配置したガス放電表示パネルの寿命試験を行ったとこ
ろ、従来の希ガス系放電ガスによるガス放電表示パネル
と比較して、輝度，効率及びスパッタ劣化や紫外光によ
る蛍光体の着色に対する寿命についての特性が１．５倍
以上改善されている。

【００１８】（実施例２）次に本発明の第２の実施例を
説明する。本発明で利用する窒素の第２正帯の紫外光
は、主に波長が３００nm以上の近紫外光であるため、蛍
光体と放電空間を第２正帯に対する吸収の少ない誘電体
で分離することが可能である。図４に示したガス放電表
示素子の蛍光体９の放電ガス１０に接する部分の表面を
酸化マグネシウム、酸化シリコンまたは酸化アルミニウ
ムなどの誘電体で覆ったところ、寿命試験において誘電
体で覆わなかったものに比べ輝度低下は殆どなく、放電
に晒されることに起因する蛍光体劣化が減少し長寿命化
を実現できた。従来の希ガス系放電ガスを用いた場合、
蛍光体層表面を数１００オングストロームの上記誘電体
で覆っただけで、誘電体で覆わない場合に比べ著しく輝
度は低下する。

【００１９】また、蛍光体粒子をこれらの誘電体で包み
込んだものを蛍光体９として塗布しても同様な効果が得
られた。

【００２０】（実施例３）次に本発明の第３の実施例を
説明する。図５に示すように、第１のガラス基板１に放
電を維持する平行するように配置された透明電極からな
る面放電電極３を形成し、誘電体層５で覆った後、透過
蛍光体１１を形成して、透過蛍光体１１の放電ガス１０
に接する部分に酸化マグネシウム層１７を形成した。こ
の透過蛍光体１１は、蛍光体９の発光を充分透過するよ
うに、平均厚さを５ミクロン以下とし、表示に必要な蛍
光体発光が大きくなるように、透過蛍光体１１の形成領
域を調節した。

【００２１】また、この蛍光体１１は、粉体または薄膜
化したものでもよい。また、蛍光体を酸化マグネシウム
で被覆したものを用いてもよい。

【００２２】この基板を用い、第１の実施例と同様に本
発明の窒素ガスを放電ガスとするガス放電表示素子を作
製した。このような構造とすることによって、従来の構
造では透明電極からなる面放電電極３側に入射して利用
できなかった紫外光も蛍光体に照射して利用することが
でき、輝度を大幅に改善することができた。

【００２３】（実施例４）同様な効果は、図６に示すよ
うに、面放電電極２３側の蛍光体が反射型である構造に
も用いることができる。つまり、まず、第２のガラス基
板２１に放電を維持する平行するように配置された走査
電極と共通電極からなる面放電電極２３を形成し、誘電
体層２５で覆った後、蛍光体３１を形成した。この蛍光
体層の厚さは５ミクロンに限定されることなく、表示面
からみた表示に必要な蛍光体発光が最大になるように調
節することができ、本実施例では５０ミクロン以下の厚
さで効果を確認できている。その後、この蛍光体３１を
酸化マグネシウム層２７で被覆した。また、上述したよ
うにこの蛍光体３１と酸化マグネシウム層２７は、酸化
マグネシウムで被覆した蛍光体を配置して蛍光体層とし
てもよい。次に、第１のガラス基板２２に放電を選択的
に制御するデータ電極２４を形成し、誘電体層２６で覆
った。このデータ電極２４は、透明電極であることが望
ましいが、一部または全部を金属の電極としてもよい。
誘電体層２６上に蛍光体３１からの発光を充分透過し、
表示に必要な蛍光体発光を得ることができる可能な範囲
で、透過蛍光体２９を形成してもよい。これらの基板を
用い、第１の実施例と同様に本発明の窒素ガスを放電ガ
スとするガス放電表示素子を作製した。このような構造
とすることによって、上述の実施例と同様に従来の構造
では面放電電極２３側に入射して利用できなかった強い
紫外光も蛍光体に照射して利用することができ、輝度を
大幅に改善することができた。

【００２４】上記の説明では蛍光体を覆う誘電体層には
主に酸化マグネシウムを用いたが、本発明の３００nmよ
り長い波長の光を透過する他のアルカリ土類酸化物や他
の金属酸化物でも同様な効果を確認できた。

【００２５】以上の効果は、蛍光体を励起するための主
要な放電を発生させる維持放電電極が向かい合うように
配置された対向型のガス放電素子においても実現するこ
とができる。

【００２６】これらのガス放電表示素子を画素としてマ
トリクス状に配置し、各画素を選択的に放電させ画像を
表示するガス放電表示パネルとしたとき、このガス放電
表示パネルは、高発光輝度で高発光効率かつ高い信頼性
を実現することができた。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、誘電体
で覆われた放電電極間のガス放電によって紫外光を発生
させ、これを照射して蛍光体を励起発光させるガス放電
表示素子及びこのガス放電表示素子を画素としてマトリ
クス状に配置し、各画素を選択的に放電させ画像を表示
するガス放電表示パネルにおいて、蛍光体を励起する紫
外光を発生する放電ガスが、１５乃至１５０ｈＰａの圧
力の窒素ガスとする、または放電ガスが一種類以上の希
ガスと１５乃至１５０ｈＰａの圧力の窒素ガスとするこ
とにより、高輝度，高効率及び長寿命な特性を有するガ
ス放電表示パネルを得ることが可能である。また、これ
らの放電ガスを用い、蛍光体の表面の一部または全部を
３００nmより長い波長の光を透過する誘電体で覆うこと
により、さらに信頼性の高い良好なガス放電表示素子及
びガス放電表示パネルを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発光効率の窒素分圧依存性を示す図である。

【図２】発光輝度の窒素分圧依存性を示す図である。

【図３】第１負帯及び第２正帯強度の窒素分圧依存性を
示す図である。

【図４】本発明に用いたガス放電表示素子の断面図及び
平面図である。

【図５】本発明の一実施例を示すガス放電表示素子の断
面図である。

【図６】本発明の一実施例を示すガス放電表示素子の断
面図である。

【図７】本発明の評価に用いた駆動電圧パルス列と実際
の駆動に用いる代表的な駆動電圧パルス列の例を示す図
である。

【符号の説明】

１第１のガラス基板２第２のガラス基板３面放電電極４データ電極５誘電体層６誘電体層７酸化マグネシウム層８隔壁９蛍光体１０放電ガス１１透過蛍光体１７酸化マグネシウム層２１第２のガラス基板２２第１のガラス基板２３面放電電極２４データ電極２５誘電体層２６誘電体層２７酸化マグネシウム層２９透過蛍光体３１蛍光体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体で覆われた放電電極間のガス放電に
よって紫外光を発生させ、この紫外光を照射して蛍光体
を励起発光させるガス放電表示素子において、蛍光体を
励起する紫外光を発生する放電ガスが、１５乃至１５０
ｈＰａの圧力の窒素ガスであることを特徴とするガス放
電表示素子。
【請求項２】誘電体で覆われた放電電極間のガス放電に
よって紫外光を発生させ、この紫外光を照射して蛍光体
を励起発光させるガス放電表示素子において、蛍光体を
励起する紫外光を発生する放電ガスが、一種類以上の希
ガスと１５乃至１５０ｈＰａの圧力の窒素ガスとからな
ることを特徴とするガス放電表示素子。
【請求項３】誘電体で覆われた放電電極間のガス放電に
よって紫外光を発生させ、この紫外光を照射して蛍光体
を励起発光させるガス放電表示素子において、素子内に
配置する蛍光体の表面の一部または全部を３００nmより
長い波長の光を透過する誘電体で覆ったことを特徴とす
る請求項１または２記載のガス放電表示素子。
【請求項４】誘電体で覆われた放電電極間のガス放電に
よって紫外光を発生させ、この紫外光を照射して蛍光体
を励起発光させるガス放電表示素子において、蛍光体を
励起する主な放電を発生させる電極上の一部または全部
に蛍光体層を積層し、この蛍光体層の表面の一部または
全部を３００nmより長い波長の光を透過する誘電体で覆
ったことを特徴とする請求項１または２または３記載の
ガス放電表示素子。
【請求項５】請求項１乃至４記載のガス放電表示素子を
画素としてマトリクス状に配置し、各画素を選択的に放
電させ画像を表示するガス放電表示パネル。