KR880002155B1 - 가스방전 발광장치 및 그 구동방법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

가스방전 발광장치 및 그 구동방법
제1도는 종래의 가스방전 표시 패널의 구성을 나타낸 분해 사시도.
제2(a)도-제2(e)도는 각기 펄스 전압, 방전전류, 전자밀도, 전자온도, 발광강도의 변화를 나타낸 도면.
제3(a)도는 본원 발명에 의한 구동방법을 실시하기 위한 장치의 구성을 모식적으로 나타낸 도면.
제3(b)도는 그 구동 전압파형을 나타낸 타임챠트.
제3(c)도는 구동회로의 일례를 나타낸 도면.
제4도는 본원 발명의 구동방법을 적용할 수 있는 가스방전 표시패널의 구조의 일례를 나타낸 도면.
제4(a)도는 분해사시도.
제4(b)도는 단면도.
제5(a)도는 본원 발명 구동방법에 의한 단일 방전관 구동 발광장치의 일례를 나타낸 도면.
제5(b)도는 그 구동 전압파형을 나타낸 타임 챠트.
제6도는 본원 발명 구동방법에 의한 인가펄스를 발생시키기 위한 회로구성의 일례를 나타낸 도면.
제7도는 인가 펄스전압에 대한 방전셀 녹색 발광점 휘도 및 효율의 변화를 나타낸 도면.
제8도는 펄스폭에 대한 발광효율의 변화를 나타낸 도면.
제9도는 인가펄스 주기에 대한 발광효율의 변화를 나타낸 도면.
제10도 및 제11도는 방전관 직경 및 방전관 길이에 대한 발광효율의 변화를 나타낸 도면.
제12도 및 제13도는 방전관 직경 및 방전관 길이에 대한 녹색점 휘도의 변화를 나타낸 도면.
본원 발명은 가스 방전이 발생하는 가시광(可視光), 진공 자외광(眞空紫外光) 등의 방사광을 이용하는 문자, 도형 표시용 또는 조명용 발광소자의 새로운 가스방전 발광장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.
가스방전이 발생하는 가시광, 진공 자외선을 직접 또는 형광체의 여기(勵起)를 통해서 표시, 조명 등의 목적으로 사용되는 발광 소자는 이미 허다하게 존재한다.
일례로서 직류 방전을 이용한 평판형 가스방전 표시 패널을 든다.
제1도는 문헌(1)(J.H.J. Lorteije and G.H.F. De Vries, "A two-electrode-system de gas-discharge", 1974 Conference on Display Devices and Systems, 116-118페이지)에 소개되어 있는 것과 유사한 페널의 분해 사시도이다. 도면중(1)은 절연기판, (2)는 이 기판상에 설치한 발모양의 음극, (3)은 스페이서, (4)는 스페이서에 형성된 관통공, (5)는 이 관통공 내벽에 도포한 형광체, (6)은 음극(2)과 수직방향으로 설치한 발모양의 양극, (7)은 투광성 면판이다. 관통공(4)은 방전공간으로 되어, 이 안에 적당한 가스를 봉입한다. 음극(2) 및 양극(6)의 일부는 관통공(4)내에 노출되어 한쌍의 방전 전극을 형성한다. 즉 하나의 관통공과, 그 관통공을 사이에 두고 대항하여 배치된 한쌍의 방전 전극에 의해서 하나의 방전관이 구성된다. 따라서, 제1도의 패널은 방전관의 3×4의 매트릭스 형상으로 배치된 매트릭스형 패널이다. 봉입 가스의 예를 들면 Xe 등 진공 자외선을 발생하는 가스를 선정하면, 이 진공 자외선은 혀광체(5)를 여기하여, 가시광이 발생한다.
제1도에 나타낸 바와 같은 패널의 구동방법은 여러가지가 있다. 문헌(1)의 방법은 전극간에 직류 전압을 인가한다. 문헌(2)(G.E. Holz, "Pulsed gas discharge display with memory", Society for Information Display, Digest of Technical Papers, 36-37페이지, 1972)에서는 예를 들면 폭 1.5μ s, 주기 50μ s의 펄스 전압을 양, 음극간에 인가하고 있다. 마찬가지로 펄스 전압을 인가하고 있는 예는 문헌(3)(M.F. Schiekel and H.Sussenbach, "DC pulsed multicolor plasma display", Society for Information Display, Digest of Technical Papers, 148-149페이지, 1980) 또는 문헌(4)(Y. Okamoto and M. Mizushima, "A positivecolumn discharge memory panel without currentlimiting resistors for color TV display", IEEE Trans. Electron Devices, vol. ED-22, 1778-1783페이지, 1980) 또는 문헌(5)(B.T. Barnes, "The dynamic characteristics of a low pressure discharge", Phys, Rev. vol. 86, no 3, 351-358페이지, 1952에 나타나 있다. 제1도의 음극(2) 및 양극(6)을 절연막으로 덮고, 양 전극에 교류전압을 인가하여 구동하는 예도 문헌(6)(H.J. Hoehn "A 60 line per inch plasma display panel", IEEE Trans. Electron Devices, vol. Ed-18, 659-663페이지, 1971)등에서 볼 수 있다.
이와 같은 패널은 직류 또는 고류 가스방전의 마이너스 글로부, 양광주부(陽光柱部)등으로부터 방사광을 이용하고 있다. 이들 패널에 공통된 결점은 발광효율이 낮은 것이다. 효율은 발광색에 따라 다르지만, 가장 고효율인 녹색에서도 고작 1lm/W 정도이다.
따라서 고위도 표시를 하면 입력 전력이 증대하며, 패널온도가 상승하고 열변형 때문에 패널이 갈라져 버린다.
가스방전 패널을 사용한 컬러텔레비젼 표시 소자의 연구는 예를들면 문헌(7)(S. Mikoshiba, S. Shinada, H. Takano and M. Fukushima, "A positive column discharge memory panel for odor TV display", IEEE Trans. on Electron Devices. vol. ED-26, 1177-1181페이지, 1979)등 오래전부터 계속되고 있지만, 아직 실용화에 이르지 못하고 있다. 이 주된 원인은 발광효율이 낮은 것에 있으며, 효율의 개선은 이 분야에서 특히 중요하다.
본원 발명은 가스방전 표시 패널 등 가스방전이 발생하는 방사광을 이용하는 발광소자의 새로운 가스방전 발광장치 및 그 구동방법을 제안하며, 이에 의해 소자 발광효율의 향상을 도모하는 것을 목적으로 한다.
본원 발명은 방전 개시시에 과도적으로 발생하는 방사광 즉 타운젠트 발광을 이용함으로써 소자의 고효율 발광을 실현하는 것이다.
타운젠트 방전은 "전계중의 전리를 수반하는 저기압 자속(自續) 방전의 제1단계"라고 정의되며, 방전관에 전압을 인가한 직후부터 시작되는, 글로방전의 전(前) 단계의 방전 형태를 가리킨다. 이때 발생하는 방전 파괴현상은 타운젠트 기구에의해 지배된다. 이 타운젠트 방전에 따라 발생하는 방사광을 여기서는 타운젠트 발광이라고 한다. 본원 발명은 이 타운젠트 발광의 효율이 높은 것을 처음으로 발견함으로써 이루어진 것이다.
먼자 가스방전의 발광 특성에 대해 설명한다.
제2도는 예를 들면 제1도에 나타낸 바와 같은 방전관에 Xe를 주체로 하는 가스를 봉입하고, 펄스 형상 전압을 인가했을 경우의 여러 변수를 나타낸 것이다. 방전관의 방전 전극 간격은 충분히 길며, 정상 상태에서는 양광주(陽光柱)가 발생하는 것으로 한다. 제2도에 있어서 (a)는 방전관 인가 전압, (b)는 방전전류를 나타낸다. (c), (d), (e)는 각기 양광주가 발생하는 위치에 있어서의 전자밀도, 전자온도, 방사광 강도를 나타낸다. 축방향 전계 강도는 나타내지 않았지만, 전자온도와 마찬가지의 변화를 한다.
전압인가와 함께 방전관에는 스파크 형상 전류가 흐른다(이 기간을 기간 Ⅰ이라고 함). 이 전류에 따라서 전자온도 및 발광강도도 날카로운 피크를 나타낸다. 이 기간 Ⅰ에서는 타운젠트 방전 및 타운제트 발광이 발생하고 있다. 전류는 그 후 서서히 감쇠된다(기간 Ⅱ). 이 기간 Ⅱ에서는 전자온도 및 발광 강도는 일단 저하되며, 다시 정상치를 향해서 서서히 증가한다. 전자밀도는 기간 Ⅰ, Ⅱ를 통해서 증가한다. 기간 Ⅲ은 정상상태를 나타낸다. 인가 전압이 끊기면 방전전류를 부유용량(浮遊容量)의 전하를 방전하면서 영으로 된다(기간 Ⅳ).
기간 Ⅰ 내지 Ⅳ에 발생하고 있는 현상을 다음에 설명한다.
기간 Ⅰ: 전압의 인가와 동시에 방전관내에 강한 전계가 걸리며, 전자 사태가 발생된다. 방전 초기는 전극간 전자 밀도가 낮고 공간 전하효과가 작기 때문에, 전류는 외부저항 등으로 정해지는 값까지 증가한다. 이때의 등가적 전자온도는 높다. 여기 충돌 확률은 전자온도의 상승과 함께 지수적으로 증가하기 때문에 발광강도가 크며, 발광효율도 높다. 단 전자온도가 지나치게 상승하면 전리(電離) 충돌 확률쪽이 커져서, 발광효율은 하강된다. 전자밀도는 급증시킬 수 없기 때문에, 이 기간의 전자밀도는 낮지만, 축방향 전계가 크기 때문에 전류도 큰 값을 취할 수 있다. 이 기간, 양광주나 마이너스 글로는 형성되어 있지 않다. 그리고 기간 Ⅰ의 전류에는 부유용량을 충전하는 전류도 포함된다.
기간 Ⅱ : 시간의 경과와 함께 상태로 발생한 전자밀도가 증대하며, 공간 전하 효과가 커진다. 또, 어느 시간 지연되 다음에 음극 강하, 마이너스 글로, 파라디암부(暗部), 양광주 등이 형성된다. 방전이 정상상태에 달하기 직전에 양광주가 생기는 위치에는 과잉 전자가 발생하기 때문에 전자온도가 일시적으로 하강하며, 방사광 강도도 급격히 저하된다.
기간 Ⅲ : 방전이 정상상태에 달하고, 양광주내 전자온도는 전자 에너지의 충돌이나 확산에 의한 손실을 보충하는데 충분한 값으로 정해지며, 이 값은 기간 Ⅰ의 전자온도와 기간 Ⅱ의 전자온도의 중간의 값을 취한다. 따라서, 발광효율은 기간 Ⅰ이 가장 높고 다음에 Ⅲ, Ⅱ의 순서로 된다.
이와 같이 발광효율을 향상시키기 위해서는 기간 Ⅰ의 발광(타운젠트 발광)만을 이용하며, 이 발광 강도가 약해지는 동시에 입력 전력을 영으로 하면 된다는 것을 알았다.
다음에 본원 발명에 실시예에 의해 상세히 설명한다. 제3(a)도는 본원 발명에 의한 가스 방전 패널의 구동방법에 일례를 실시하는 장치의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도면중(11)은 매트릭스형 가스방전 표시 패널, (12)는 방전셀내 양극, (13)은 방전공간, (14)는 음극, (15)는 방전 보호저항, (16-1), (16-2), (16-3)은 양극 리드 단자, (17-1), (17-2), (17-3)은 음극 리드 단자, (18)은 방전관 벽에 배설한 형광체이다. (19)는 입력단자(20)에서 들어온 신호에서 양극군에 인가하는 전압을 발생하는 구동회로, (21)은 입력단자(22)에서 들어온 신호에서 음극군에 인가하는 전압을 발생하는 구동회로, (23)은 구동회로, (19), (21)에 구동전압의 타이밍을 지시하는 펄스 발생회로이다.
제3(a)도에 나타낸 펄스에 인가하는 구동전압 파형을 제3(b)도에 나타낸다. 도면중 VA1, VA2, VA3는 제3(a)도의 단자(16-1), (16-2), (16-3)에 각기 인가된다. 또 VK1, VK2, VK3는 제3(a)도의 단자(17-1), (17-2), (17-3)에 각기 인가된다.
VA1, VA2, VA3에 주기적으로 인가되고 있는 펄스 VP는 본원 발명에 의한 타운젠트 발광을 얻는 폭이 좁은 펄스이다. VP펄스의 크기는 VP펄스를 주기적으로 인가해 두면, 어떤 방법으로 방전을 발생하면 그 방전이 영속되며, 어떤 방법으로 방전을 정지하면 방전이 영속적으로 정지되도록 선정한다.
VA및 VK는 점등펄스이며, 어느 한쪽에서는 전압이 너무 작아서 점등되지 않지만, 양자의 복합으로는 전압이 충분히 커져서 점등되록 선정한다. 따라서 VA와 VK가 동시에 인가되는 방전셀은 점등되며, 그 후 VP펄스에 의해 계속 방전된다. 한편 VA, VK의 한쪽만 인가되는 방전셀은 점등되지 않으며, VP펄스가 안가되어도 방전되지 않는다. 따라서 예를 들면 제3(b)도의 타이밍으로 전압을 인가했을 경우, 방전셀 D11, D12, D22, D23, D31및 D33이 점등되며, 방전셀 D13, D21, D32는 점등되지 않는다.
이와 같이 해서 모든 셀을 임의로 점등할 수 있다. 방전을 소등할 경우 예를 들면 VP펄스를 일정기간 정지하면 된다.
제3(a)도중 구동회로(19)는 예를 들면 제3(c)도와 같이 구성된다. 이 회로의 설명은 후술하는 제6도를 사용해서 설명한다.
제3(a)도중 입력단자(20)는 예를 들면 2개의 단자로 구성되며, 제3(c)도중 (101)에 접속된다. 제3(a)도중 양극 리드단지 (16-1), (16-2) 또는 (16-3)은 제3(c)도중 (102)와 접속된다. 2개의 전원(103)은 각기 VP및 CVA의 값을 갖는다.
그리고 제3(a)도에서는 매트릭스형 가스방전 표시패널을 모식적으로 나타냈지만, 실제로는 예를 들면 제1도에 나타낸 패널과 마찬가지로 구성되는 것이다. 또는 제4도에 나타낸 패널과 마찬가지로 구성되어도 된다. 또 매트릭스형 가스방전 패널 대신에 제5도에 나타낸 바와 같은 단일 방전관에도 실시할 수 있다.
여기서 제4(a)도, 제4(b)도중 (31)은 표시 방전 양극, (32)는 보조 방전 양극, (33)은 공통 음극, (34)는 표시 방전 공간, (35)는 보조 방전 공간, (37)은 저항, (44)는 결합 공간, (45)는 표시 방전 공간에 도포된 형광체, (46)은 투광성 절연면판, (47)은 절연기판, (48)은 절연판, (49)는 표시 방전 양극 리드, (50)은 표시방전 양극 커버유리, (51)은 음극 리드, (52)는 음극 커버 유리이다.
타운 젠트 발광을 얻기 위한 펄스 전압은 표시 방전 양극(31)과 공통 음극(33) 사이에 인가한다. 표시 방전 공간(34)내에서 고효율 발광이 얻어진다. 보조 방전양극(32) 및 보조 방전 공간(35)은 방전셀의 스위칭을 고속으로 하기 위해 설치된 것이며, 발광효율의 향상과 직접적인 관계는 없다.
또, 제5(a)도중 (61)은 투광성 외관, (62)는 이 외관의 내면에 형성한 형광체, (63)은 방전공간, (64) 및 (65)는 전극, (66)은 방전 보호 회로, (67)은 펄스 증폭 회로, (68)은 펄스 발생 회로이다.
상기 펄스 발생회로(68)은 예를 들면 0.2μ s 및 40μ s의 단안정 플립플롭 회로 등으로 구성된다. 이 경우, 펄스 증폭회로(67)의 출력 전압은 제5(b)도에 나타내는 바와 같이, 펄스폭 0.2μ s, 펄스주기 40.2μ s의 펄스열로 된다.
상기 펄스증폭회로(67)는 예를 들면 제6도에 나타낸 회로를 사용하면 된다. 도면중 입력단자(101)에 5V 정도의 펄스전압을 가하면, 출력단자(102)에서 입력 펄스폭과 대략 같은 펄스가 나온다. 출력펄스의 전압은 직류전원(103)의 전압과 대략 같다. (104)는 바이vhf라 트랜지스터, MOS 전계효과 트랜지스터 등의 스위칭 소자, (105)는 저항, (106)은 커플링 콘덴서, (107)은 다이오드이다.
제6도중의 스위칭 소자(104)를 개방하면 제5도에 나타내는 방전셀내 전극(64), (65) 사이의 전압은 영으로 되며, 방전는 발생하지 않는다. 다음에 스위칭 소자(104)를 단락하면 전원(103)의 전압이 전극(64)(65) 사이에 인가된다. 전원(103)의 전압이 충분히 클 경우는 방전이 발생하며, 방전공간(63)내에 타운젠트 방전이 발생하여 셀이 발광한다. 이 발광의 강도가 감쇠되는 동시에 스위칭 소자(104)를 다시 개방하면, 방전은 정지된다. 그리고 출력전압에는 바이어스 전압을 항상 인가해 놓아도 좋다.
제4도에 나타낸 소자와 유사한 방전관으로서, 길이 2.1mm 단면의 등가적(等價的) 직경 0.7mm의 원통형상(실제는 각주 형상)의 공간을 형성하고, 그 내벽에 녹색발광 형광체 Zn2SiO4: Mn을 도포하고, 방전관내에 크세논을 20 Torr봉입하고, 가시광을 반경 방향에서 관찰하여, 점휘도 및 발광 효율을 측정한 결과를 제7도에 나타낸다. 펄스전압폭은 0.2μ s, 주기는 40μ s이다. 또 음극은 바륨으로 형성되어 있다. 전압이 200V 이하가 되면 방전하지 않게 된다. 또 전압이 1000V를 넘으면 제6도중 스위칭 소자(104)에 고내압의 것을 사용할 필요가 생기며 또한 방사하는 노이즈도 커진다. 따라서 바람직한 펄스 전압의 범위는 200-1000V이다. 스위칭 소자를 IC화 함에 있어서는 펄스 전압이 400V 이하인 것이 바람직하며, 따라서 더욱 바람직한 펄스 전압의 범위는 200-400V이다. 펄스 전압이 200, 800V일 때 방전 전류의 피크치는 각기 100, 400μ A이며, 또 소비전력의 시간 평균은 각기 0.1, 0.6mW 정도이다.
제8도중 횡축의 펄스폭은 예를 들면 제6도의 출력단자(102)에 있어서의 펄스 전압의 폭을 나타낸다. 펄스 전압은 200V, 펄스 주기는 400μ s이다. 발광 출력이 피크치의 50%일 때의 발광폭을 타운제트 발광의 폭으로 정의하면 Xe의 타운젠트 발광의 폭은 0.2μ s정도이기 때문에 펄스폭도 0.2μ s정도로 선정하면 발광 효율은 최대치 10lm/W 정도로 된다. 이 값은 종래의 구동방식에 의한 발광효율 1lm/W 정도의 약 10배에 달하고 있다.
펄스폭을 더욱 길게 하면 입력 전력은 펄스폭에 대략 비례해서 증가하지만, 방사광은 증가하지 않기 때문에, 효율은 펄스폭에 대략 역비례해서 저하된다. 제8도에서 크세논, 또는 크세논을 여기 발광의 주체로 한 혼합가스에 있어서, 고효율 발광을 얻기 위해서는 펄스폭을 타운젠트 발광폭의 약 3배인 값이 0.5μ s 이하로 선정하면 좋다는 것을 알 수 있다. 펄스폭을 0.5μ s 로 했을 때의 발광 효율은 최대치의 1/2이다. 1μ s폭의 펄스를 사용했을 경우, 발광효율은 최대치의 약 1/5로 저하해 버린다.
펄스폭이 타운젠트 발광폭의 1/4의 값인 0.05μ s 이하의 펄스로 매트릭스형 패널을 구동하는 것도 부유용량 충전 전류의 비율이 증대하고, 효율의 저하가 현저해진다. 또한 폭 1.15μ s 이하의 펄스로 매트릭스형 패널을 구동하는 것도 부유용량 등의 점에서 회로상 바람직하지 못하다. 따라서 인가전압 펄스의 폭은 타운젠트 발광폭의 3배 이하로 선정하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직한 것은 인가전압 펄스의 폭을 타운젠트 발광폭의 1/4이상, 1.5배 이하 즉 Xe 타운젠트 발광에 대해서는 0.5μ s-0.3μ s 사이로 선정하는 것이며, 이때 발광 효율은 최대치의 80%보다 저하하는 일은 없다. 가장 적합한 인가 전압 펄스폭은 타운젠트 발광의 파형에 의존하지만, 어떠한 파형에 대해서도, 발광출력과 전기압력의 비가 저하되기 시작한 시점에서, 입력전력을 영으로 하는 것이 가장 바람직하다.
본원 발명에 의해 효율이 향상되는 이유는 전자온도가 적당하게 상승하기 때문이다. 이 목적을 달성하기 위해서는 여러가지 방법이 있다. 예를 들면 정상 전류에 펄스 전류를 중첩함으로써 전류를 급증시켜 전자온도를 올려도 된다. 즉 제3도에 있어서, 전체 방전 셀에 미리 방전 유지전압보다 큰 또는 작은 바이어스 전압을 인가해 두어도 무방하다. 단 효율 향상의 정도에는 차이가 있다. 그리고 제3도에 있어서, 구동전압 발생회로(19), (21)는 전압원이라도 전류원아라도 무방하다.
인가펄스 전압이 너무 작으면 타운젠트 방전시의 전계가 작아지며, 효율은 저하된다. 인가전압 펄스의 과전압이 작으면 방전전류 상승의 시간지연이 커지므로, 이 경우 실제로 인가하는 펄스폭은 제8도에서 얻어지는 값에 시간지연을 가한 값으로 하지 않으면 안된다.
다수의 셀을 구동할 경우, 방전전류 상승의 시간 지연은 셀마다 다르다. 전체 셀이 확실히 점등되도록 구동펄스 전압폭을 크게하면, 상승시간 지연이 짧은 셀의 효율은 제8도에서 알 수 있는 바와 같이 저하된다. 이 효율의 저하를 작게 하기위해서는 과전압을 충분히 크게 함으로써, 상기 시간 지연의 불균일성을 작게 하는 것이 중요하다. 여기서 과전압이란 인가펄스 전압과 직류 방전개시 전압의 차이를 가리킨다. 예를 들면 상술한 실험조건에서는 과전압이 300V가 되면 시간 지연이 충분히 적어지며, 시간 지연의 불균일성도 충분히 작아진다. 바람직한 과전압의 값은 100-400V이다.
그리고 제3(a)도의 방전 보호 저항(15)은 반드시 필요하지는 않다. 그러나, 다수의 셀을 구동할 때, 상술한 이유로 구동 펄스폭을 충분히 짧게 할 수 없는 경우가 있다. 이 때, 전류상승의 시간지연이 짧은 셀의 전류는 외부저항 등에 의해 정해지는 값으로까지 상승하기 때문에, 저항(15)이 있는 쪽이 효율의 저하를 작게 할 수 있다. 상술한 실험에서는 저항(15)은 2MΩ 정도로 선정해 놓았다.
상기한 설명에서는 방전 셀에 인가하고 있는 펄스는 단일 극성이지만, 극성을 플러스, 마이너스로 전환해도 좋다. 이 경우, 전극은 방전공간에 노출되어 있을 필요는 없고 유전체 층으로 절연되어 있어도 좋다.
타운젠트 발광을 이용할 경우, 단일 펄스에 의한 발광만으로는 광속이나 휘도가 부족되는 일이 많다. 이 때는 방전 셀에 복수개의 펄스를 시계열적(時係列的)으로 인가함으로써, 복수개의 타운젠트 방사광을 발생시키면 된다. 발광 광속이나 휘도를 바꾸는 데는 예를 들면 단위 시간당 인가하는 펄스개수를 바꾸면 된다.
인가 펄스폭을 일정하게 유지하고 펄스 주기를 바꾸었을 때의 녹색 발광 효율의 변화를 제9도에 나타낸다. 도면에서 펄스 주기가 15μ s 이하로 되면 효율이 저하되기 시작하고, 7μ s가 되면 효율이 최대치의 1/2로 된다는 것을 알 수 있다. 이것은 펄스 주기가 짧아지면, 펄스 인가시에는 전 펄스로부터 잔류 하전입자나 준 안정 원자수가 충분히 감소되어 있지 않으며, 이 때문에 고전계를 인가할 수 없고 전자온도가 충분히 상승되지 않기 때문이다. 펄스 주기가 일정할 필요는 없다.
이 방전 발광을 표시에 사용할 경우, 펄스 주기가 33ms 이상이 되면, 사람의 눈에 프리커가 눈에 띄게 된다. 따라서, 펄스 주기는 이 이하인 것이 바람직하다. 또 펄스 주기가 100μ s 이상이 되면, 펄스 방전을 유지하기 위해 필요한 전압이 급격히 증대하며, 이 때문에 효율은 오히려 저하된다. 따라서 바람직한 펄스 주기의 범위는 7-100μ s이다.
제10도는 방전관 길이 3mm의 방전관에 Xe를 10, 20 또는 30 Torr 봉입하고, 폭 0.2μ s, 주기 40μ s의 펄스 전압을 500V 인가했을 때의, 방전관 직경과 녹색 발광 효율의 관계를 나타낸다. 효율은 방전관 직경의
Figure kpo00001
승에 대략 비례하고 있다. Xe 압력이 높을 수록 효율은 높지만, 방전 유지 전압도 상승된다.
제11도는 관 직경 0.7mm의 방전관에 Xe를 10, 20 또는 30Torr 봉입하고, 폭 0.2μ s, 주기 40μ s의 펄스 전압을 500V 인가했을 때의 방전관 길이와 녹색 발광 효율의 관계를 나타낸다. 효율은 방전관 길이에 대략 비례한다.
제12도는 방전관 길이 3mm의 방전관에 Xe를 봉입하고, 폭 0.2μ s, 주기 40μ s의 펄스 전압을 500V 인가했을 때의 방전관 직경과 녹색점 휘도의 관계를 나타낸다. 점휘도는 관 직경에 대략 비례하고 있다.
제13도는 관 직경 0.7mm의 방전관 Xe를 봉입하고, 폭 0.2μ s, 주기 40μ s의 펄스 전압을 500V 인가했을 때의 방전관 길이의 녹색점 휘도의 관계를 나타낸다. 점휘도는 관 길이에 그다지 의존하고 있지 않다.
본원 발명에 의한 타운젠트 발광을 이용하는 표시 방식에 의하면 높은 효율이 얻어지지만, 이 발광에서는 높은 휘도도 얻어진다. 예를 들면, 제7도, 제12도, 제13도에 나타낸 점휘도의 값은 구동 펄스의 폭 0.2μ s, 주기 40μ s, 구동 듀티비 1/200로 얻어진다. 방전관 직경을 0.7mm, 관 길이를 3mm, 전압을 800V로 선정하면, 녹색점 휘도는 약 800fL이다. 이와 같은 표시 패널로 컬러텔레비젼 화상을 표시할 경우는 방전 셀의 면적 이용율을 50%, 백색과 녹색의 시감도차에 의한 휘도의 저하를 1/8이라고 하면, 백색면 휘도 200fL이 얻어진다. 그런데 주기를 예를 들면, 10μ s, 구동 듀티비를 1/50로 하면, 녹색점 휘도 및 백색면 휘도는 상기 값의 약 4배인 각기 3200fL, 80fL 정도로 되며, 매우 높은 휘도의 표시가 가능하다. 그리고, 직류 양광주 방전에서는 구동 듀티비를 대략 1로 해도, 백색면 휘도에서 200fL 정도 밖에 얻지 못한다.
이상은 방전 셀의 봉입 가스를 Xe로 선정했지만, He, Ne, Ar, Kr, Hg등 또는 그들의 혼합 가스에서도 고효율 고휘도의 타운젠트 발광을 얻을 수 있다. 이들 가스를 선정함으로써 방전전류 밀도, 방전 유지전압, 방전 개시전압, 최소 방전 전류 등을 바꿀 수 있고, 또 휘도나 효율도 변화된다.
다음에 본원 발명과 상술한 문헌과의 상이점에 대해 설명한다.
문헌(1)은 방전관에 직류 전압을 인가하고 있기 때문에, 제2도에 있어서의 기간 Ⅲ의 발광이 대부분이며, 효율은 낮다. 문헌(2), (3), (4)는 방전관에 동기적 펄스전압을 인가하고 있지만, 이것은 효율을 높이기 위해서가 아니고, 각 방전 셀에 메모리 기능을 부여하기 위해서이다. 따라서 펄스폭은 방전 셀내에 방전을 새로 발생시키기에는 너무 짧으며, 또한 일단 발생한 방전을 유지하는데는 충분히 길게 선정하고 있으며, 펄스 주기나 펄스 전압의 함수이다. 문헌(2), (3)에 있어서 펄스폭에, 다시 아크방전이 성장하는 시간보다도 짧게 해놓았다.
문헌(2), (3), (4)에서 사용하고 있는 펄스의 폭은 1-10μ s 정도이다. 따라서, 제8도에서 명백한 바와 같이, 셀의 고효율 발광은 바랄 수 없다. 사실, 이 방식의 셀 발광 효율은 제2도에 있어서의 기간 Ⅲ의 발광 효율과 같은 정도라는 것이 보고 되어 있고, 기간 Ⅰ의 발광효율의 1/10 정도 밖에 안된다.
문헌(6)은 전극에 교류 전압을 인가한다. 그러나 그 주파수는 100KHz 이하이므로, 각 반(半)사이클은 타운젠트 발광의 길이에 비해서 충분히 길며, 따라서 제2도에 있어서의 기간 Ⅰ의 발광 종료한 다음도 셀에 전력을 주입하고 있다. 따라서 발광효율은 제2도의 기간 Ⅲ의 효율과 같은 정도이다.
문헌(5)는 수은 및 아르곤을 봉입한 방전관의 구동 전류를 급변시키면 전자온도 및 자외선 강도에 예리한 스파이크가 나타나는 것을 발견했다. 그런데, 펄스폭을 제2도의 기간 Ⅰ과 같은 정도로는 짧게하고 있지 않으며, 타운젠트 발광 종료 후에도 전류가 계속 흐르고 있기 때문에, 효율은 높지 않다.
이상 설명한 바와 같이 본원 발명에 의하면 가스방전 발광소자의 발광효율을 높일 수 있다. 본원 발명은 예를 들어 가스 방전형 표시 패널에 사용하면, 효율은 종래예에 비해 약 10배로 된다.

Claims (14)

  1. 최소한 한쌍의 전극과, 이 전극간에 충만하는 가스와, 이 가스를 유지하는 기밀 용기로 구성되며, 상기 전극을 통해서 상기 가스방전 발광소자내에 전력을 부여하여 방전을 발생시키는 가스 방전 발광소자의 구동 방법에 있어서, 이 방전의 방사광 출력과 주입 전력의 비가 감쇠하기 시작하는 시간 근방에서 상기 전력의 주입을 정지하는 것을 특징으로 하는 가스 방전 발광소자의 구동 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전력의 주입 개시 시각으로부터 주입 정지 시각까지의 시간폭이 타운젠트 발광폭의 3배 이하인 것을 특징으로 하는 가스방전 발광소자의 구동 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전력의 주입 개시 시각으로부터 주입 정지 시각까지의 시간폭이 0.05μ s 이상 0.5μ s 이하인 것을 특징으로 하는 가스방전 발광소자의 구동 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전력의 주입 개시 시각으로부터 주입 정지 시각까지의 시간폭이 타운젠트 발광폭의 1/4배 이상, 1.5배 이하인 것을 특징으로 하는 가스방전 발광소자의 구동 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전력의 주입 개시 시각으로부터 주입정지 시각까지의 시간폭이 0.05μ s 이상, 0.3μ s 이하인 것을 특징으로 하는 가스방전 발광소자의 구동 방법.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한항에 있어서, 상기 전력으로서 상기 시간폭을 갖는 펄스전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 가스방전 발광소자의 구동 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 펄스전압의 크기가 200V 이상, 1000V 이하인 것을 특징으로 하는 가스방전 발광소자의 구동 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 펄스전압의 크기가 200V 이상, 400V 이하인 것을 특징으로 하는 가스방전 발광소자의 구동 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전력의 주입 개시 및 정지를 주기적으로 반복하는 것을 특징으로 하는 가스방전 발광소자의 구동 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 전력의 주입 개시 및 정지를 주기적으로 반복하는 것을 특징으로 하는 가스방전 발광소자의 구동 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 반복의 주기가 7μ s 이상, 100μ 이하인 것을 특징으로 하는 가스방전 발광소자의 구동 방법.
  12. 매트릭스 형태로 배열된 복수의 방전 셀로 이루어지는 발광소자와, 상기 각 방전 셀에 구비된 최소한 한쌍의 전극간에 펄스폭 0.5μ s 이상, 0.5μ s 이하인 좁은 폭 펄스를 주기적으로 부여하는 구동회로를 가지는 것을 특징으로 하는 가스방전 발광 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 각 방전 셀의 최소한 한쪽의 전극에는 각기 방전 보호 저항이 접속되는 것을 특징으로 하는 가스방전 발광 장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 구동회로는 상기 좁은 폭 펄스의 극성을 주기적으로 반전시켜 출력하는 것을 특징으로 하는 가스방전 발광 장치.
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