JPS5914075B2 - 気体放電発光素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は例えば豆ランプ状の小型光源、マトリツクス形
あるいはセグメント形に配置して文字、図形を含む画像
の表示パネル等に使用される気体放電発光素子、さらに
詳しくは気体放電によつて放射される真空紫外線を主な
励起源として螢光体を励起して青色または青色を成分と
する混合（合成色）を発光する気体放電発光素子に関す
るものである。

従来、気体放電によつて放射される紫外線により螢光体
を励起して発光させる光源としては螢光灯が最もよく知
られている。

これは水銀蒸気の放電で２５３．７ｎｍの紫外線が主と
して放射され、この紫外線によつて螢光体が励起されて
発光するものである。しかし豆ランプ状の小型光源や画
像表示パネルでは、本来個々の気体放久発光素子が小さ
いことに特徴があるため、放電間隙を２〜３ｍｍ程度以
下に制限される。この場合、放電物理において周知のパ
ツシエンの法則により、封人ガスの圧力は数１０〜数１
００Ｔ０ｒｒのかなり高い圧力を必要とするため、例え
ば１５０℃では１０−３Ｔ０ｒｒ以下、４０℃でも１０
−２Ｔ０ｒｒ以下の飽和蒸気圧しかもち得ない水銀とア
ルゴンガスの混合気体を用いても、水銀気体原子の含有
比がきわめて低く、その放射は有効に利用し得ない。こ
の放射を有効に利用するためには気体放電発光素子をヒ
ーター等で加熱し、水銀の蒸気圧を増加させる必要があ
るが、加熱のための電力を要するし、例えば大画面の画
像表示パネルではヒートパネルになつてしまう等あまり
実用的でない。また環境保全の面からも多量に水銀を用
いる事は好ましくない。従つて通常このような気体放電
発光素子には常温で数１０〜数１００Ｔ０ｒｒの圧力が
容易に得られる希ガスやこれと水素、窒素等の適当な混
合ガスを封入し、その放電放射を利用する場合が多かつ
た。前記単体あるいは混合ガス中での放電によつて放射
される紫外線は２００ｎｍより短かい波長領域の、いわ
ゆる真空紫外領域に強い放射スベクトルを有する場合が
多い。従来、紫外線、陰極線あるいはＸ線の励起により
青色発光を示す螢光体として、例えば特開昭４９−Jモ
V８９３号に記載されている２価のユーロピウム付活ア
ルカリ土類金属アルミン酸塩螢光体（ＢａＯ・６Ａ１２
０３：Ｅｕ２＋，Ｍ８Ｏ・ＢａＯ・８ＡＺ２０３：Ｅｕ
２＋，２Ｍｇ０−Ｂ，Ｏ・７Ａ１２０３：Ｅｕ２＋等）
がよく知られている。

しかしこの螢光体は水銀蒸気の放電によつて放射される
紫外線、すなわち２５３．７ｎｍ（低圧水銀灯の場合）
あるいは３６５ｎｍ（高圧水銀灯の場合）の励起下にお
ける発光特性を基準として優れた螢光体とされており、
２００ｎｍ以下の真空紫外線励起下での発光特性につい
て全く調べられていない。すなわち、従来公知の上記螢
光体は２５３．７ｎｍあるいは３６５ｎｍの紫外線励起
下において比較的高い放射効率を有するにもかかわらず
２００ｎｍ以下の波長領域の真空紫外線励起の場合につ
いてはほとんど知られていなかつた。本発明者等の実験
によれば、上記螢光体は真空紫外線励起の場合もかなり
高い放射効率を有し、実用性を有していることが判明し
た。さらに本発明者等は上記２ｆｉｆ１のユーロピウム
を付活したアルカリ土類金属アルミン酸塩螢光体の２０
０ｎｍ以下の紫外線励起下での放射効率を向上させるた
めに種々の実験を行なつてきた。その結果、上記２価の
ユーロピウムを付活したアルカリ土類金属アルミン酸塩
螢光体の母体構成成分であるアルミニウムの一部を硼素
で置換すれば放射効率が向上することを見出した。この
アルミニウムの一部を硼素で置換した２価のユーロピウ
ム付活アルカリ土類金属アルミン酸塩螢光体は、放射効
率が２００ｎｍ以下でかなり大きく、この螢光体を用い
た気体放電発光素子は総合効率もよい。本発明は２００
ｎｍ以下の真空紫外領域での放射効率が高く、輝度の高
い螢光体を用いた総合効率の高い青色発行の気体放電発
光素子を提供することを目的とするものである。

本発明の気体放電発光素子は、その組成式が、ＡＭ８Ｏ
・ＢＢａＯ・。

（ＡＺｌ−Ｘ，Ｂｘ）２０３・ＤＥｕＯ（但しＡ，ｂ，
ｃおよびｄはそれぞれａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１０とした時０
＜ａ≦２．０，０．２５≦ｂ≦２．０，６．０≦ｃ≦８
．５および０．０５≦ｄ≦０．３０なる条件を満たす数
であり、ｘはＯ＜ｘ≦０．１なる条件を満たす数である
）で表わされるアルミニウムの一部を硼素で置換した２
価のユーロピウム付活アルカリ土類金属アルミン酸塩螢
光体を使用したことを特徴とするものである。

この螢光体は１２０ｎｍから２００ｎｍにかけて高い励
起効率を有する。したがつてこの螢光体を用いた本発明
の気体放電発光素子は、放射効率が高いから、例えば画
像表示パネルにおいて他の原色との加色混合による白色
の輝度、放射効率を高めることができる。以下本発明を
更に詳しく説明する。

まず、気体中のグロー放電によつて放射される真空紫外
線の中でとくに放射強度が高いとされている放射の波長
を第１表に示す。

これに対して本発明の気体放電発光素子に用いられる２
価のユーロピウム付活アルカリ土類金属アルミン酸塩螢
光体の励起スペクトルを第１図に示す。

第１図にはその組成がＭ８Ｏ・０．８Ｂａ０８（ＡＺＯ
．９５，ＢＯ．Ｏ５）２０３・０．２Ｅｕ０で表わされ
る２価のユーロピウム付活アルカリ土類金属アルミン酸
塩螢光体の励起スペクトルであるが、先に示した組成式
のＡ，ｂ，ｃ，ｄおよびｘが変化しても第 図とほぼ同
様の励起スペクトルを示す。励起スペクトルは真空紫外
線分光器により測定したもので、縦軸の相対発光強度は
サリチル酸ソーダ粉末の発光強度との比を示したもので
ある。第１図から明らかなように、２価のユーロピウム
付活アルカリ土類金属アルミン酸塩螢光体の励起特性は
、１２０ｎｍ付近から２００ｎｍ付近にかけて顕著に優
れていることがわかる。第１表と第１図から特に水素、
窒素、アルゴン、クリプトン、キセノンそれぞれの単体
ガスのグロー放電による放射と２価のユーロピウム付活
アルカリ土類金属アルミン酸塩螢光体の組合せが好適で
あるのがわかる。

実際に気体放電発光素子に使用する封入ガスは単体ガス
でもよいが、放電開始電圧、放電電圧、放電の安定性、
紫外線放射の効率などから混合ガスを用いることが多い
。下記第２表は２価のユーロピウム付活アルカリ土類金
属アルミン酸塩螢光体に好適な混合ガスを紫外線放射に
主として寄与するガス別に例示したものである。第２表
には主として２種類のガスの混合を例示したが、さらに
２００ｎｍよりも短かい波長の紫外線を有効に放射する
３種類あるいはそれ以上のガスの組合せを使うことがで
きることは言うまでもない。第３表は各種気体を封入し
た気体放電素子に、その組成がＭ，Ｏ−０．８Ｂａ０・
８Ａ１２０３・０．２Ｅｕ０で表わされる従来公知の２
価のユーロピウム付活アルカリ土類金属アルミン酸塩螢
光体とその組成がそれぞれＭ，Ｏ・０．８Ｂａ０・８（
ＡｌＯ．９７，ＢＯ．Ｏ２５）２０３・０．２Ｅｕ０，
Ｍ８０・０．８Ｂａ０・８（ＡＩＯ．，５，ＢＯ．Ｏ５
）２０３・０．２Ｅｕ０およびＭ８Ｏ・０．８Ｂａ０３
８（ＡＩＯ．９２５ツＢＯ．Ｏ７５）２０ｒ０．２Ｅｕ
０で表わされる２価のユーロピウム付活アルカリ土類金
属アルミン酸塩螢光体のそれぞれを組合せた場合の放射
効率の比較測定結果を示す。

実験に用いた気体放電発光素子は第２図のような構造で
、上記青色発光螢光体２５を中間シート２４のセル壁に
それぞれ塗布し、セル空間にへリウム、アルゴン、ネオ
ン、クリブトン、キセノン、水素、窒素等の気体を所定
の全圧力、圧力比で封入する。陽極２２と陰極２３との
間に直流電圧を印加し、生ずるグロー放電により発生す
る２００ｎｍ以下の真空紫外線で螢光体２５を励起発光
させ、この発光を前面ガラス２１に近接して置かれた測
光系（図示せず）により測光する。この場合あらかじめ
補正陽極２６と陰極２３間に直流電圧を印加し、補助放
電を生じさせておいても良いことは言うまでもない。測
光データは測光系に組込んだ分光器によつて測定した発
光スペクトルと測光系の分光感度特性により放射パワー
に換算し、これを印加した電気入力で除して放射効率を
求める。測定は第２図のような気体放電発光素子を９個
含むパネルを試作し、気体組成、圧力を全く同じ条件と
し、螢光体試料を塗布した発光素子の陽極、陰極間に次
々に電圧を印加して行なつた。第３表の放射効率はそれ
ぞれの組成式がＭｇＯ・０．８Ｂａ０・８Ａ１２０３・
０２Ｅｕ０で表わされる従来公知の２価のユーロピウム
付活アルカリ土類金属アルミン酸塩螢光体に対するデー
タで正規化して示したものであり、本発明における螢光
体とへリウムーキセノン混合ガス、ネオン−キセノン混
合ガス、アルゴン−キセノン混合ガスおよびへリウムー
クリプトン混合ガスによる気体放電との組合せによつて
発光性能の大幅な向上をはかりえることがわかる。

なお第３表の測定条件は表中に表示のとおりであるが、
これ以外にも気体放電素子として安定に動作し得る単体
ガスおよび各種組成、圧力の混合ガスの放電によつて生
ずる真空紫外線によつて、本発明における螢光体は効率
よく発光することが実験によつて確認された。第３図は
アルミニウムの一部が硼素で置換された２価のユーロピ
ウム付活アルカリ土類金属アルミン酸塩螢光体を使用し
た本発明の気体放電発光素子の発光スペクトルであり、
また第４図はその発光スペクトルが第３図に示される本
発明の気体放電発光素子の発光色度をＣｌＥ色度座標上
にプロツトしたものである。

第３図および第４図から明らかなように、本発明の気体
放電発光素子は青色発光を示し、その発光色度は実用上
充分な色相と彩度を有している。次に本発明の気体放電
発光素子に用いられる２価のユーロピウム付活アルカリ
土類金属アルミン酸塩螢光体を構成する各構成成分の量
について述べる。

酸化マグネシウム量（ａ値）、酸化バリウム量（ｂ値）
、酸化アルミニウム・硼素量（ｃ値）およびユーロピウ
ムが２価である酸化ユーロピウム（ｄ値）はそれぞれａ
＋ｂ＋ｃ＋ｄ−１０とした時、０くａ≦２．０，０．２
５≦ｂ≦２．０，６．０≦ｃく８．５および０．０５≦
ｄ≦０．３０なる範囲にある必要がある。

ａ値、ｂ値、ｃ値およびｄ値が上記範囲外にある場合に
は、気体放電発光素子の放射効率が著しく低下し好まし
くない。放射効率の点からより好ましいａ値、ｂ値、Ｃ
値およびｄ値範囲はそれぞれ１．０≦ａ≦１．４，０．
５≦ｂ〈１．５，７．０＜．ｃ≦８．０および０．１５
≦ｄ＜０．２５である。第５図は本発明に用いられる２
価のユーロピウム付活アルカリ土類金属アルミン酸塩螢
光体の１つであり、その組成がＭ，Ｏ−０．８Ｂａ０・
８（ＡＺｌ−Ｘ，ＢＸ）２０３・０．２Ｅｕ０で表わさ
れる２価のユーロピウム付活アルカリ土類金属アルミン
酸塩螢光体における硼素置換量（ｘ値）の変化に対する
気体放電発光素子の放射効率の変化を示すグラフである
。横軸はｘ値を表わし、縦軸はその組成がＭ８Ｏ・０．
８Ｂａ０・８Ａ１２０３・０．３Ｅｕ０で表わされる２
価のユーロピウム付活アルカリ土類金属アルミン酸塩螢
光体の放射効率を１．０とした場合の相対効率を示す。
第５図から明らかなようにＯ＜ｘ≦０．１の範囲で１，
０以上の放射効率を示し、０．０２５≦ｘ≦０．０７５
の範囲でとくに高い放射効率を示す。なお第５図はその
組成がＭ８Ｏ−０．８Ｂ，１ｉ０・８（Ａｌｌュ，ＢＸ
）２０３・０．２Ｅｕ０である螢光体のｘ値と放射効率
との関係を示すグラフであるが、本発明に用いられる他
の組成の螢光体についてもｘ値と放射効率との関係は第
５図とほぼ同じ結果が得られた。上述から明らかなよう
に、本発明の気体放電発光素子に用いられ、その組成式
がＡＭｇＯ゜ｂＢａＯ′ｃ（Ａｌｌ−ｘラＢＸ）２０３
゛ＤＥｕＯで表わされる２価のユーロピウム付活アルカ
リ土類金属アミン酸塩螢光体において、ａ値、ｂ値、Ｃ
値およびｄ値の範囲はそれぞれａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１０と
したとき、０くａ≦２．０，０．２５≦ｂ≦２．０，６
．０≦ｃ≦８．５および０．０５≦ｄ≦０．３０であり
、ｘ値の範囲はＯ＜ｘ≦０．１である。

放射効率の点からより好ましいａ値、ｂ値、Ｃ値、ｄ値
およびｘ値はそれぞれ１．０≦ａ≦１．４，０．５≦ｂ
≦１．５，７．０≦ｃ≦８．０，０．１５≦ｄ≦０．２
５および０．０２５≦Ｘ≦０．０７５である。以上述べ
た封入ガスと２価のユーロピウム付活アルカリ土類金属
アルミン酸塩螢光体との組合せによる気体放電発光素子
を実現するものとしては、例えば第６図にその構造が示
されている二極放電管形式の豆ランプ状の小型光源や、
，第７図および第８図にその構造が示されている気体放
電発光素子をマトリツクス状に多数並べた平板構成形式
の気体放電表示パネル、あるいは図示していないが周知
のセメグメント型文字、数字表示用の平板構成形式の気
体放電表示パネルなどがある。第６図）は市販されてい
る螢光放電ランプの一例の構造を示すものであり、外囲
器６４の内面に螢光体６１が塗布されている。

中央の２本の線状電極６２，６３間に電圧を印加するこ
とによつて放電し、その放電で生ずる紫外線が螢光体６
１を励起して発光させる。第７図はオーエンス・イリノ
イ社で開発された気体放電表示パネルの構造例を示すも
のである。

誘電体層７１に被覆されたマトリツクス状電極線７２，
７３間に交流電圧を印加し、両電極交叉部の空間に生ず
る放電による紫外線放射により、両電極交叉部付近の誘
電体層上に塗布された螢光体７４を励起発光させる。７
５および７６は基板である。

第８図はバローズ社で開発された気体放電表示パネルの
構造例を示すもので、陽極８２とこれに交叉する陰極８
３との間に直流電圧を印加することにより放電し、生ず
る紫外線によつて中間シート８４のセル壁に塗布された
螢光体８５を励起発光させる。

８１および８７はそれぞれ前面ガラス板および背面ガラ
ス板８６は補助電極である。

なお、これらの表示素子および装置はいずれも一般によ
く知られている例であるが、本発明は放電素子の構造、
螢光体の塗布場所については上記各例に限定されるもの
ではない。本発明は特定の螢光体が２・００ｎｍよりも
短い波長の紫外線に効率よく励起されることを新たに見
出したことに基き、高い放射効率で青色発光する気体放
電発光素子を提案するものであるが、たとえば第２表に
示されるようなガス組成を用いた同じ構造の気体放電発
光素子に赤色発光用として例えば本出願人が先に出願し
た特願昭５０一１３１００７号に開示されているユーロ
ピウム付活硼酸イツトリウム・ガドリニウム螢光体など
、緑色発光用として例えば特開昭５１−３６７８７号に
開示されているマンガン付活珪酸亜鉛螢光体などの螢光
体を用い、これらと本発明の螢光体とを組合わせて三色
画素を構成すれば加色混合により、特性のよいカラー画
像表示用気体放電パネルをつくることができる。

また本発明による気体放電発光素子において、グロー放
電自体の可視発光も強い場合、その発光と本発明に用い
られる螢光体による青色発色との加法混色により色相お
よび彩度を変えること、また本発明に用いられる螢光体
を他の発光色を示す螢光体と混合して用いることにより
、加法混色によつて広範囲に色相および彩度を変えるこ
と等の操作に供し得ることはもちろんである。

本発明を実施することによつて、放射効率が高くかつ彩
度の高い青色光源を容易に実現できる。

とくにカラー画像を表示する気体放電表示パネルなどの
発光素子として、放射効率および彩度の高い青色原色の
表示ができる等本発明の工業上の応用面は広い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の気体放電発光素子に用いられた２価の
ユーロピウム付活アルカリ土類金属アルミン酸塩螢光体
の励起スペラトルである。 第２図は本発明の実験に用いた気体放電発光素子の構造
を示す一部拡大断面図である。２１・・・・・・前面ガ
ラス板、２２・・・・・・陽極、２３・・・・・・陰極
、２４・・・・・・中間シート、２５・・・・・・螢光
体、２６・・・・・・補助陽極。 第３図は本発明の気体放電発光素子の発光スペクトルで
ある。 第４図は本発明の気体放電発光素子の発光色度をＣＩＥ
色度座標上に示すものである。第５図は本発明の気体放
電発光素子に用いられる２価のユーロピウム付活アルカ
リ土類金属アルミン酸塩螢光体における硼素置換量（ｘ
値）と気体放電発光素子の放射効率との関係を示すもの
である。第６図は二極放電管形式の豆ランプ状小型光源
の構造を示す縦断面図である。６１・・・・・・螢光体
、６２，６３・・・・・・線状電極、６４・・・・・・
外囲器。 第７図、第８図は従来公知の気体放電表示パネルの発光
素子の構造を示す一部拡大断面図である。 ７１・・・・・・誘電体層、７２，７３・・・・・・マ
トリツクス状電極線、７４・・・・・・螢光体、７５，
７６・・・・・・基板、８１・・・・・・前面ガラス板
、８２・・・・・・陽極、８３・・・・・・陰極、８４
・・・・・仲間シート、８５・・・・・・螢光体、８６
・・・・・・補助電極、８７・・・・・・背面ガラス板
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ２００ｎｍより短かい波長領域に放電放射スペクト
   ルを有するガスと、組成式が▲数式、化学式、表等があ
   ります▼ （但しａ、ｂ、ｃ、およびｄはそれぞれａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ
   ＝１０とした時０＜ａ≦２．０、０．２５≦ｂ≦２．０
   、６．０≦ｃ≦８．５および０．０５≦ｄ≦０．３０な
   る条件を満たす数であり、ｘは０＜ｘ≦０．１なる条件
   を満たす数である）で表わされる２価のユーロピウム付
   活アルカリ土類金属アルミン酸塩螢光体と、放電電極と
   を容器 に封入してなる気体放電発光素子。 ２ 前記組成式のａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｘがそれぞれ１
   ．０≦ａ＜１．４、０．５≦ｂ≦１．５、７．０≦ｃ、
   ≦８．０、０．１５≦ｄ≦０．２５および０．０２５≦
   ｘ≦０．０７５なる条件を満たす数であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の気体放電発光素子。 ３ 前記ガスが単体ガスであることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項または第２項記載の気体放電発光素子。 ４ 前記単体ガスがアルゴンであることを特徴とする特
   許請求の範囲第３項記載の気体放電発光素子。 ５ 前記単体ガスがクリプトンであることを特徴とする
   特許請求の範囲第３項記載の気体放電発光素子。 ６ 前記単体ガスがキセノンであることを特徴とする特
   許請求の範囲第３項記載の気体放電発光素子。 ７ 前記ガスが混合ガスであることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項または第２項記載の気体放電発光素子。 ８ 前記混合ガスがヘリウム−キセノン混合ガスである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の気体放電
   発光素子。 ９ 前記混合ガスがネオン−キセノン混合ガスであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の気体放電発
   光素子。 １０ 前記混合ガスがアルゴン−キセノン混合ガスであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の気体放
   電発光素子。 １１ 前記混合ガスがヘリウム−クリプトン混合ガスで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の気体
   放電発光素子。