JPS63890B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、封入した気体の放電によつて放射さ
れる紫外線により励起した蛍光体の発光を用いて
表示を行なう気体放電表示装置の改良、特に、そ
の発光効率および発光輝度の改善に関するもので
ある。

一般に、気体放電表示装置は多数の放電セルを
マトリクス状に配置して画像等の表示を行なうも
のであり、例えば、第７図に示すように、背面に
表示陽極DAの帯状導体を多数平行に配設すると
ともにそれらの帯状導体の間に蛍光体Flのブロツ
クを多数被着した硝子等の透明材よりなる前面板
FPと、前面に走査陽極SAの帯状導体を多数平行
に表示陽極DAにそれぞれ対向させて配設すると
ともにそれらの帯状導体の間にそれらの帯状導体
と後述する陰極Caの帯状導体群とを離隔するた
めの土手Bkを形成した硝子材等よりなる背面板
RPとの中間に、表示陽極DAおよび走査陽極SA
と直交して多数平行に延在する陰極Caの帯状導
体群と、各表示陽極DAと各陰極Caとの各交点に
対応する位置に放電セルを構成するために中空セ
ル孔CHをそれぞれ設けて表示陽極DAと陰極Ca
とを適切に離隔する厚さを有する絶縁材よりなる
中間シートISとを積層して周縁を気密に封着し、
中間シートISにマトリクス状に形成される多数の
放電セル内に放電用気体を所要の圧力で封入する
ことによつて構成し、走査陽極SAによる走査の
もとに、各放電セルの表示陽極DAと陰極Caとの
間に印加電圧に応じた気体放電を起させる。しか
して、従来の気体放電表示装置においては、表示
する画像等の解像度をよくするために放電セルを
微小にしているので、安定な気体放電を行なわせ
るために封入ガス圧は50mmHg以上のいわゆる中
気圧にしており、一方、一般の蛍光灯に使用して
いる水銀蒸気の放電による紫外線は、強度および
放電動作の点で画像の表示には不適当とされ、希
ガスの放電による紫外線、特に、キセノンガスの
放電による波長147nmの紫外線もしくはクリプト
ンガスの放電による波長125nmの紫外線に頼らざ
るを得なかつた。すなわち、従来の気体放電表示
装置においては、母体ガスあるいはバツフアガス
としてヘリウムもしくはヘリウムとアルゴンとの
混合よりなる希ガスを用い、紫外線放射用ガスと
して多くはキセノンとクリプトンとの混合希ガス
を用いていた。しかし、かかる希ガスの放電によ
る紫外線を画像表示用蛍光体の表示発光に用いた
のではつぎのような欠点があつた。

(1) 紫外線の放射強度あるいは光子数が不足して
いるために低輝度の表示しか行ない得ない。

(2) 紫外線放射の効率が低いために表示装置全体
としての発光効率が悪く、明るい表示を行なう
ためには駆動電力が過大となつて発熱し、あた
かもパネルヒータの観を呈し、極端な場合には
装置の破損を招くことになる。

(3) 上述したようにキセノンガスおよびクリプト
ンガスの放電による紫外線の波長がいずれも短
いために、蛍光体の紫外可視変換効率が低く、
従来の表示装置の低発光効率の一因をなしてお
り、さらに、蛍光体における吸収動作の範囲が
狭く、蛍光体の塗布量を十分有効に活用し得な
いことも低発光効率の一因をなしている。

(4) 紫外線放射の効率が比較的よいとされている
気体放電の陽光柱を利用した場合においても、
希ガスの放電による紫外線は、放電電流密度の
増大とともにその放射強度が飽和し、特に、封
入ガス圧が大きいとき、あるいは、キセノン、
クリプトンの混合比が大きくてキセノン、クリ
プトンなど紫外線放射用希ガスの分圧が大きい
ときには、かかる飽和の傾向が顕著に現われ
る。したがつて、かかる紫外線放射強度の飽和
による発光効率の低下を防ぐために、微小な放
電電流密度で動作させることも考えられたが、
気体放電においては原子または分子がランダム
な熱運動をなしており、その中を通過するイオ
ンおよび電子の運動もランダムにならざるを得
ないので、実用上安定な気体放電を確保するた
めには放電電流密度をある程度大きくしなけれ
ばならず、上述した放射強度の飽和による発光
効率低下の防止は困難であつた。

上述したような種々の欠点があるがために、従
来の気体放電表示装置においては、その発光効率
を格段に改善して実用化の域に達することが甚だ
困難とされていた。

一方、同様に気体を用いた発光装置としてのガ
スレーザにおいては、従来、窒素ガスの放電によ
る紫外線が利用されているが、窒素ガスの放電に
よる放射線には特有の赤色可視光が含まれている
ために、かかる窒素ガスの放電を画像の表示に使
用すると表示画像の演色性すなわち表示色の色純
度が低下することになり、また、窒素ガスの放電
には高い放電電圧を必要とするので、これらが主
たる欠陥となつて窒素ガスの放電を気体放電表示
装置に利用することは不可能である、と従来は考
えられていた。例えば、1972年テレビジヨン学会
全国大会における「気体放電表示装置に用いる気
体と蛍光体の組合わせ実験」と題する実験報告に
おいては、実験の対象とした気体に窒素ガスも含
まれてはいるが、窒素ガスについての実験結果、
特にその性能については何らの報告もなされてお
らず、専ら、キセノンもしくはクリプトンを使用
することの優位性のみが示されている。また、そ
の他の従来の研究報告においても紫外線放射用ガ
スの研究はほとんど希ガスを対象としており、少
なくとも窒素ガスを対象としたものは従来認めら
れなかつた。

これに対して、本願発明者は、窒素ガスの放電
による放射線は演色性こそよくないとされてはい
るが、その紫外線放射の効率がレーザに使用する
ほどに優れていることに着目して種々実験を重ね
て検討した結果、窒素ガスを紫外線放射用とし、
希ガスを母体ガスとした混合ガスによる放電を用
いれば、従来の希ガスのみを母体ガスとした混合
ガスによる放電と同程度の放電電圧によつて安定
に放電を維持することができ、しかも、強力な近
紫外線を効率よく放射することができ、さらに、
その近紫外線により励起した蛍光体発光の演色性
もよくなるという新たな知見を得、さらに、混合
ガス中における窒素ガスの分圧を適切に設定すれ
ば、従来に比し格段に高輝度、高効率で演色性の
良好な気体放電表示装置を実現し得ることを見出
した。

本発明の目的は、前述した従来の欠点を除去
し、紫外線放射用ガスとしての窒素ガスを希ガス
を母体ガスとする混合ガスの形態にして放電媒質
に使用した高輝度、高効率で演色性の良好な気体
放電表示装置を提供することにある。

すなわち、本発明気体放電表示装置は、封入し
た気体の放電によつて放射される紫外線により励
起した蛍光体の発光を用いて表示を行なう気体放
電表示装置において、少なくとも窒素ガスとヘリ
ウムガスおよびアルゴンガスのいずれかとをもつ
て前記気体を構成し、その気体の圧力を100mmHg
とするとともに前記窒素ガスの分圧を1.3〜７mm
Hgとし、前記蛍光体を波長290〜360nmの近紫外
領域の紫外線により励起する蛍光体としたことを
特徴とするものである。

以下に図面を参照して実施例につき本発明を詳
細に説明する。

まず、本発明による上述した組成の放電媒質の
一例として窒素ガスおよびヘリウムガスの混合ガ
スを例えば第７図に示した従来装置と同様に構成
した気体放電表示装置に封入したときの放電によ
つて得られる放射線の紫外線領域における分光ス
ペクトルの分布を第１図に示す。第１図示のスペ
クトラムから明らかなように、従来の例えばヘリ
ウムとキセノンとの希ガスのみよりなる混合ガス
の放電による放射紫外線がキセノンの共鳴線であ
る147nm近傍の真空紫外線領域にあるのに対し
て、窒素とヘリウムとの混合ガスの放電による放
射紫外線は290〜360nmの範囲にわたつて数本の
強い近紫外線スペクトルが現われており、それら
単一スペクトルのうち最強のスペクトルの強度は
従来の上述したキセノンの共鳴線近傍のスペクト
ルの強度と同程度もしくはそれ以上となつてお
り、それら複数本のスペクトルの紫外線放射の総
量は従来のヘリウム−キセノン混合希ガスの放電
によるものに比して格段に大きくなる。

つぎに、気体放電における負グローを利用した
気体放電表示装置に本発明を適用した一例とし
て、アルゴンと窒素との混合ガスを封入し、その
総合圧力を例えば100mmHgに一定して窒素ガスの
分圧を変えた場合における窒素ガスの分圧と紫外
線放射量との関係を、従来のヘリウムとキセノン
との混合希ガスにおいて紫外線放射の主体となす
キセノンの分圧と紫外線放射量との同様の関係と
対比して第２図に示す。第２図示の特性曲線から
明らかなように、窒素ガスの分圧を少なくとも
0.5〜10mmHgの範囲に設定したときにはアルゴン
と窒素との混合ガスにより従来のヘリウムとキセ
ノンとの混合希ガスによるよりも優れた放射線強
度が得られ、特に、窒素ガスの分圧を1.3〜７mm
Hgの範囲に設定すれば、従来のヘリウムとキセ
ノンとの混合希ガスに比してほぼ２倍以上の格段
に強い紫外線放射が得られた。

さらに、上述した例における窒素ガスおよびキ
セノンガスの分圧と放電電圧との関係を第３図に
示す。第３図示の特性曲線から明らかなように、
アルゴンと窒素との混合ガスを用いたときの放電
電圧は、窒素ガスおよびキセノンガスの分圧の少
なくとも上述した範囲においては、それらの分圧
の如何に拘らず、つねに、ヘリウムとキセノンと
の混合希ガスを用いたときの放電電圧より低い値
となつており、したがつて、第２図示および第３
図示の両者の特性を総合して対比すれば、アルゴ
ンと窒素との混合ガスを用いたときの紫外線放射
の効率は、窒素ガスとキセノンガスとの分圧を等
しくして比較すると、ヘリウムとキセノンとの混
合希ガスを用いたときの約３倍に達する。

つぎに、気体放電における陽光柱を利用した気
体放電表示装置に本発明を適用した一例として、
ヘリウムと窒素との混合ガスを封入し、その総合
圧力を例えば100mmHgに一定して窒素ガスの分圧
を変えた場合における窒素ガスの分圧と紫外線放
射量との関係をヘリウムとキセノンとの混合希ガ
スにおけるキセノンガスの分圧と紫外線放射量と
の同様の関係と対比して第４図に示す。第４図示
の特性曲線から明らかなように、ヘリウムと窒素
との混合ガスを用いたときには、窒素ガスの分圧
を少なくとも0.5mmHg〜10mmHgの範囲に設定す
れば、キセノンガスの分圧0.2mmHgにて得られる
ヘリウムとキセノンとの混合希ガスを用いたとき
の最大の紫外線放射量をほぼ上回る紫外線放射量
が得られる。

さらに、上述した陽光柱利用の例における放電
電流の変化に対する紫外線放射量の推移をヘリウ
ムと窒素ガスとの混合ガスを用いたときとヘリウ
ムとキセノンとの混合希ガスを用いたときとを対
比して第５図に示す。第５図示の特性曲線から明
らかなように、従来どおりのヘリウムとキセノン
との混合希ガスを用いたときには0.5mAを越える
放電電流の増加に伴つて紫外線放射量が飽和して
しまうのに対して、本発明による窒素とヘリウム
との混合ガスを用いたときには、0.5mAを越える
放電電流の増加に対しても紫外線放射量が直線的
に増加して従来の放射量を遥かに凌駕している。
特に、従来どおりのヘリウムとキセノンとの混合
希ガスを用いたときには、封入ガスの圧力やキセ
ノンガスの混合比が増大するとともに上述した飽
和の傾向が顕著に現われ、極端な場合には、放電
電流の増加とともに紫外線放射量が逆に減少して
しまい、特に、放電セルの微小化に伴つて安定な
放電を得るために放電電流密度を増大させた場合
に紫外線放射の効率が著しく低下することになる
が、本発明による前述した組成の放電媒質を用い
たときには、かかる飽和現象や特に紫外線放射効
率の低下は全く生ぜず、表示画像の解像度改善の
ために放電セルを如何に微小にした場合にも、高
輝度高効率の利点を維持することができる。

つぎに、上述した陽光柱利用の気体放電表示装
置にヘリウムと窒素との混合ガスを封入した例に
おいて青色蛍光体を放射紫外線により励起して発
光させたときの演色性すなわち色度変化の一例を
第６図に示す。一般に、ガイスラ管による空気の
放電においては窒素ガスの放電による赤色可視光
が観測される場合があることは周知のことである
が、第６図示の色度図においても、色度の測定に
使用した慣用の青色蛍光体Ba−アルミネート・
マグネシウム：Eu²⁺すなわちいわゆるBAMの発
光色度に比べて、ヘリウム−窒素混合ガスを用い
てグロー放電の放電電流を0.1mAから1.5mAまで
変化させたときの発光色度はいずれも若干赤色側
にずれる傾向を示しているが、そのずれの程度は
従来のヘリウム−キセノン混合希ガスを用いたと
きにおける発光色度のずれと同程度であり、少な
くとも実用上は十分に良好な演色性が得られた。

以上に述べたように、前述した本発明による組
成の放電媒質、すなわち、少なくとも窒素ガスお
よび少なくとも１種類の希ガスをもつて構成した
混合ガスを用い、従来から照明用あるいはカラー
受像管用として慣用されている近紫外線励起の蛍
光体、例えば、青色については上述したBa−ア
ルミネート・マグネシウム：Eu²⁺、緑色につい
てはZnS：CuAl、赤色についてはY₂VO₄：Eu³⁺
の各蛍光体を窒素ガスの放電による近紫外線によ
り励起して発光させることにより、従来の例えば
ヘリウムとキセノンとによる混合希ガスの放電に
よる紫外線をそれらの蛍光体の励起発光に用いた
気体放電表示装置における低輝度、低効率の欠点
を除去して、格段に高輝度、高効率であつてしか
も演色性の良好な気体放電表示装置を実現するこ
とができる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、希ガス単体もしくは混合希ガスを母体ガスあ
るいはバツフアガスとし、少なくとも窒素ガスを
紫外線放射用ガスとした混合ガスを放電媒質とし
て気体放電表示装置に適用することにより、従来
の希ガスのみよりなる混合ガスを放電媒質として
適用した場合の欠点を除去して格段に高輝度、高
効率の表示を行なうことができる。すなわち、 (1) 紫外線の放射量が従来のものを上回るので、
高輝度の気体放電表示装置を実現することがで
きる。

(2) 放電電圧が従来のものと同程度もしくはそれ
以下であるので、紫外線放射効率が高く、格段
に高効率の気体放電表示装置が得られる。

(3) 放射紫外線の波長が360nmの程度近紫外線領
域にあるので、従来慣用のキセノンガスの放電
による波長147nm近傍の紫外線に比して、蛍光
体による紫外−可視変換のエネルギ効率が２倍
以上も改善され、かかるエネルギ変換効率の面
においても著しい改善が得られる。

(4) 放射紫外線の波長が長いことは、照明用とし
て開発されている効率のよい従来の近紫外線励
起用蛍光体、主として水銀蒸気の放電による波
長365nmの紫外線により励起するに適した蛍光
体に対する適合性が良好であることを意味する
ので、発光効率の向上、表示装置の構成の容易
化が可能となる。

(5) 母体ガスあるいはバツフアガスとして例えば
アルゴンガス単体もしくはアルゴンを含む混合
希ガスを用いることにより、放電中のアルゴン
ガスの準安定原子から窒素分子へのエネルギ転
移が行なわれるので、窒素分子の近紫外線放射
を強力にすることができる。

(6) 気体放電における陽光柱を利用した気体放電
表示装置においては、従来慣用のヘリウム−キ
セノン混合ガスを放電媒質として用いたときの
ような放電電流密度あるいは放電電流自体の増
大に伴う紫外線放射の飽和が生じないので、放
電セルが微小となり、安定な気体放電を得るた
めに放電電流密度を増大させても、発光効率の
低下を来たすことがなく、また、かかる不飽和
の特長は、瞬時放電電流密度の高い火花放電を
利用した交流駆動型の気体放電表示装置にも同
様に適用することができる。

(7) 窒素ガスは希ガス、特にキセノンやクリプト
ンに比べて空気中に多量に存在しており、安価
に得られるものであるから、本発明を適用する
ことにより、気体放電表示装置の低廉価を促進
することが容易となる。

以上に述べたように、本発明によれば、(i)紫外
線放射量が多く、(ii)放射紫外線の波長が長く、(iii)
放電電流密度の増大に伴う紫外線放射の飽和が生
じない、など幾多の利点を得ることができるの
で、いわゆる画像表示パネルのみに限ることな
く、表示ランプ、多桁表示管など、一般に表示を
行なうために使用する気体放電装置に広く本発明
を適用して実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明気体放電表示装置に用いる窒素
ガスの放電による紫外線放射スペクトルの分布の
例を示すスペクトル線図、第２図は同じくその窒
素ガスの分圧と紫外線放射量との関係の例を示す
特性曲線図、第３図は同じくその窒素ガスの分圧
と放電電圧との関係の例を示す特性曲線図、第４
図は同じくその窒素ガスの分圧と紫外線放射量と
の関係の他の例を示す特性曲線図、第５図は同じ
くその放電電流と紫外線放射量との関係の例を示
す特性曲線図、第６図は同じくその演色性の例を
示す色度図、第７図は気体放電表示装置一般の要
部の概略構成を一部破断して示す斜視図である。 FP……前面板、RP……背面板、DA……表示
陽極、SA……走査陽極、IS……中間シート、Ca
……陰極、Fl……蛍光体、CH……セル孔、Bk…
…土手。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 封入した気体の放電によつて放射される紫外
   線により励起した蛍光体の発光を用いて表示を行
   なう気体放電表示装置において、少なくとも窒素
   ガスとヘリウムガスおよびアルゴンガスのいずれ
   かとをもつて前記気体を構成し、その気体の圧力
   を100mmHgとするとともに前記窒素ガスの分圧を
   1.3〜７mmHgとし、前記蛍光体を波長290〜
   360nmの近紫外領域の紫外線により励起する蛍光
   体としたことを特徴とする気体放電表示装置。