JPH0143979B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は蛍光面を改善した投写型陰極線管に
関するものである。 現在広く実用化されているシヤドウマスク方式
のカラー陰極線管を使用したテレビジヨンセツト
では、主としてその構造的な制約条件により、得
られる画面サイズとしては30インチ程度が限界と
考えられている。このため、これよりも大きな画
面サイズでテレビ映像などを受像する一つの手段
として、第１図で示すような投写型テレビジヨン
セツト１が開発され、現在一般に普及しつつあ
る。この投写型テレビジヨンセツト１では、それ
ぞれＢ（青色）、Ｇ（緑色）、Ｒ（赤色）の単色映像
を実現する、５〜８インチ程度の画面サイズの小
型の投写型陰極線管（以下、単色陰極線管と称す
る）２，３，４の単色映像を投写レンズ・ユニツ
ト５によりスクリーン６上に拡大投写し、スクリ
ーン６上で大画面のカラー映像を得ることができ
る。このスクリーン６のサイズは40〜70インチ程
度が一般的であるため、小型の単色陰極線管２，
３，４の映像はスクリーン６上に面積的には約50
〜100倍に拡大されて写し出される。これらの単
色陰極線管２，３，４は内部に被着された蛍光体
の種類が異るのみで、構造的にはほとんど同じで
あるため、Ｇ単色陰極線管３についてのみ、第２
図により、その構造を簡単に説明する。真空外囲
器７の一部を構成するフエース・プレート・ガラ
ス８の内面には沈降塗着法により、珪酸カリウム
（K₂SiO₃）などをバインダとして蛍光体層９が形
成されており、この蛍光体層９上には高圧電極お
よび光反射膜としてのアルミニウム（Al）の蒸
着膜からなるメタルバツク膜１０が形成されてい
る。これら蛍光体層９とメタルバツク膜１０とは
蛍光面１１を構成している。また、この真空外囲
器７の内部には電子銃１２が封入されており、こ
の電子銃１２から発射される電子線のエネルギに
より、蛍光体層９が励起され、光出力が取り出さ
れる。 このようなＧ単色陰極線管３の場合、蛍光体層
９としては、従来、その発光色調が優れているこ
とや、γ特性（蛍光面刺激電流の増加に対する光
出力の増加の割合を示す特性）および温度特性
（蛍光面の温度上昇による蛍光面の発光効率の変
化を示す特性）が、不完全さは有するものの、通
常のシヤドウマスク方式のカラー陰極線管などで
Ｇ蛍光体として広く使用されている硫化物系蛍光
体などよりも優位で有ることなどにより、マンガ
ン付活珪酸亜鉛（Zn₂SiO₄：Mn）蛍光体が使用
されている。 一方、このような投写型陰極線管の場合、前述
したようにスクリーン６上に映像を拡大投写する
関係上、スクリーン６上で充分な明るさの映像を
実現するためには、投写型陰極線管自体の光出力
を充分大きくとることが不可欠である。このた
め、投写型陰極線管の蛍光面に負荷される、単位
面積あたりの励起エネルギ密度（ｍＷ・cm^-2）は
従来のシヤドウマスク方式のカラー陰極管の蛍光
面の場合に比較すると、桁違いに大きなものとな
る。 しかしながら、このように蛍光面に大きな負荷
を与えて、投写型陰極線管を長時間にわたつて動
作させる上では、蛍光面からの光出力の経時的な
劣化現象が重大な問題となる。 第３図の曲線は平均粒径3μｍのZn₂SiO₄：
Mn蛍光体を、沈降塗着法により４mg・cm^-2の塗
着密度で従来一般に広く使用されているフエー
ス・プレート・ガラス内面に塗着形成し、それを
備えた投写型陰極線管を高圧27KV、電流密度
3μA・cm^-2の一定蛍光面負荷で動作させた場合の
蛍光面からの光出力の相対的経時劣化を示すもの
である。このような従来の蛍光面の場合、10000
時間後には実に初期の光出力の40％にまで低下し
てしまう。この光出力の劣化現象は蛍光面への入
力負荷、すなわち単位面積あたりの励起エネルギ
密度が増せば増すほど増巾されるため、従来の投
写型陰極線管では、蛍光面の光出力を増すため
に、あまり過大な蛍光面負荷を与えることは蛍光
面の寿命の点からは困難であつた。 このような蛍光面の光出力の劣化の原因の分析
を行つた結果、劣化の主要原因は蛍光体の光出力
の低下すなわち発光効率の低下とフエース・プレ
ート・ガラスの電子線による着色（電子線ブラウ
ニング）とに帰着されることが明らかになつた。 つぎに示す表１の（）は第３図の曲線で述
べた10000時間経過後の蛍光面を分析した結果を
示すものである。

【表】 表１の（）によれば、10000時間後に蛍光体
の発光効率が0.72（初期を1.0として）に低下した
ことと、フエース・プレート・ガラスの透過比が
0.56（初期を1.0として）に低下したこととが複合
された結果（0.72×0.56＝0.40）として、光出力
が初期値（1.0）に対して0.40へ低下したことが
わかる。 蛍光体の発光効率の低下のメカニズムは明確に
は解明されていないが、投写型陰極線管のよう
に、非常に厳しい励起条件で蛍光面が長時間動作
させられると電子線の衝突による運動エネルギお
よび付随的に生じる熱エネルギなどにより、蛍光
体の発光機構そのものが徐々に破壊されるのと、
これらのエネルギにより蛍光体を沈降塗着する際
にバインダとして使用した珪酸カリウム
（K₂SiO₃）中に含まれるアルカリ・イオン（K⁺
など）が蛍光体中に拡散して発光機構に悪影響を
与えることなどにより、蛍光体の発光効率が低下
するものと考えられる。 また、フエース・プレート・ガラスの着色すな
わち電子線ブラウニングのメカニズムはほぼつぎ
のように考えられる。つぎに示す表２の（ｘ）は
従来のフエース・プレート・ガラスの組成（重量
％）の例を示すものである。

【表】 ガラスの原料として酸化ナトリウム（Na₂O）
や酸化カリウム（K₂O）はフエース・プレート・
ガラスとしての特性を持たせるために不可欠の材
料である。これらは形成されたガラス中ではNa⁺
（ナトリウムイオン）やK⁺（カリウムイオン）の
形で存在（装飾イオンと称される）し、ガラスと
しての特性を持たせる上で重要な役割を有してい
る。 一方、第２図で示すように投写型陰極線管の蛍
光体層９は平均粒径3μｍ程度の粒子状の蛍光体
がフエース・プレート・ガラス８の内面に沈降塗
着法により、薄くポーラスに被着（せいぜい粒子
で２〜３層）されており、蛍光体粒子間にかなり
の間隙を有している。このため、電子銃１２から
の電子線により蛍光体層９を励起する際に、電子
線の一部はこの蛍光体粒子間に存在する間隙を通
つて、フエース・プレート・ガラス８の表面に直
接到達し、表面に衝突してエネルギを失う。この
際の電子線のエネルギは強力であるために、フエ
ース・プレート・ガラス８の表面から深さ数μｍ
にわたつてチヤージが進入する。長い時間フエー
ス・プレート・ガラス表面に負の電荷が蓄えられ
ていると、その周囲にあるNa⁺やK⁺のようなア
ルカリイオンがチヤージアツプしている部分に引
きつけられて移動して、これらの電荷と中和し、
コロイド状のNaやＫの金属粒子を生成する。こ
のために元来透明なフエース・プレート・ガラス
８の表面が着色すなわちブラウニングを生じると
考えられる。 投写型陰極線管の光出力の経時的な劣化現象を
改善するための一つの方法としては、このフエー
ス・プレート・ガラスの電子線ブラウニングを少
なくすることが考えられる。前述したように、こ
の電子線ブラウニングはガラス中の装飾イオンで
あるNa⁺やK⁺などのようなアルカリ・イオンが
ガラス中で容易に移動するために生じると考えら
れるので、この移動が起りにくいガラス構造を作
れば電子線ブラウニングを軽減できる。Na⁺や
K⁺のようなアルカリ金属陽イオンがガラス中で
移動しにくいかどうかは、その電気抵抗により知
ることができる。電気抵抗すなわち体積抵抗比ρ
（Ω・cm）が大きいほどアルカリ金属陽イオンは
動きにくいと考えられる。 ガラスの電気抵抗を上げる具体的手段としては
Na⁺やK⁺の従来のアルカリイオンに加えてリチ
ウムイオン（Li⁺）を付加し、これらの混合比を
適当に選ぶことによりρ（体積抵抗比）を上げ得
ることが公知である。これは混合アルカリ効果と
呼ばれる。 第４図は第表２の（ｘ）で示した組成を有する
従来のフエース・プレート・ガラスの酸化バリウ
ム（BaO）を種々の量の酸化リチウム（Li₂O）
で置き換えて作製したガラスの体積抵抗比（ρ）
をlogρで示すものである。Li₂Oを1.0重量％程度
付加することにより、体積抵抗比（ρ）を従来の
フエース・プレート・ガラス（Li₂Oが０％）よ
りも大巾に大きくできる。この効果はLi₂Oが0.3
ないし3.0重量％程度までは顕著であるが、Li₂O
の量が3.0重量％を越えると、効果が減じられる
のとガラスそのものが、失透現象を生じ好ましく
ない。このように電気抵抗を大巾に向上させたガ
ラスはガラス中のNa⁺やK⁺などのアルカリ陽イ
オンが動きにくく、電子線ブラウニングを生じに
くいと考えられる。 表２の（Ｙ）はLi₂Oを1.0重量％加えて電子線
ブラウニングを生じにくくした新らしいフエー
ス・プレート・ガラスの組成の一例である。この
組成のガラスを以下耐ブラウニング・ガラスと称
す。 このような耐ブラウニング・ガラスにより新ら
しいフエース・プレート・ガラスを作製し、実際
に従来と全く同様に、平均粒径3μｍのZn₂SiO₄：
Mn蛍光体を沈降塗着法により４mg・cm^-2の塗着
密度でこの新らしいフエース・プレート・ガラス
の内面に塗着形成し、それを備えた投写型陰極線
管を高圧27KV、電流密度3μA・cm^-2の一定蛍光
面負荷で動作させた場合の蛍光面からの光出力の
相対的経時劣化特性を従来と同様に示すものが第
３図の曲線であり、またその分析結果が表１の
（）である。10000時間後の光出力（初期比）で
見ると、曲線の従来のフエース・プレート・ガ
ラスを使用した場合が0.40であるのに対して、こ
の新しいフエース・プレート・ガラスを所用した
場合は0.42であり、耐ブラウニング・ガラスを使
用したにもかかわらず、光出力の劣化現象はあま
り改善されなかつた。この劣化現象の改善ができ
ない原因について種々の検討を行つた結果、耐ブ
ラウニング・ガラスと蛍光体との間の作用に問題
があることが明らかになつた。 この発明は上記のような耐ブラウニング・ガラ
スを投写型陰極線管のフエース・プレート・ガラ
スとして使用する場合に生じる問題点に鑑みなさ
れたものであり、耐ブラウニング・ガラスのフエ
ース・プレート・ガラスの利点を充分発揮でき、
蛍光面の光出力の経時的な劣化現象の少ない投写
型陰極線管を提供するものである。 以下、この発明の実施例について説明する。先
に記載した表１の（）は第３図で述べた耐ブ
ラウニング・ガラスによるフエース・プレート・
ガラスとZn₂SiO₄：Mn蛍光体との組み合わせに
よる蛍光面の10000時間後の光出力劣化原因の分
析結果を示すものであるが、この結果より明らか
なことは耐ブラウニング・ガラスを使用すること
により、フエース・プレート・ガラスの着色現象
はガラス透過比で従来0.56であつたものが0.70に
なり、意図したように大幅に改善されているにも
かかわらず、逆にこの新らしいフエース・プレー
ト・ガラスを使用した場合、蛍光体の発光効率が
光出力比で従来の0.72から0.60へ低下しており、
両方を複合した結果としては、蛍光面の光出力の
劣化現象はあまり大きくは改善されなかつたとい
うことである。 この原因について種々の検討を行つた結果、新
らしいフエース・プレート・ガラスに付加した
Li₂OがZn₂SiO₄：Mn蛍光体の発光効率の劣化を
促進していることが明らかになつた。この場合の
劣化促進のメカニズムについては、明確には断定
できないが、ほぼつぎのように考えられる。すな
わち、ガラス中のLi⁺イオンそのものは、非常に
動きやすいために、フエース・プレート・ガラス
とZn₂SiO₄：Mn蛍光体が接している部分では、
電子線による衝撃や電子線による温度上昇などに
よりLi⁺イオンが非常に活性となり、ガラス表面
から蛍光体中へ移動、拡散し、この結果、
Zn₂SiO₄：Mn蛍光体の発光機構そのものが何ら
かの影響を受けて、光出力の劣化現象が促進され
るものと思われる。また、劣化促進の防護策につ
いても種々の検討を行つたが、このような劣化は
Li₂O付加のフエース・プレート・ガラスと
Zn₂SiO₄：Mn蛍光体とを組み合わせて使用する
限りは、避けがたいということが明らかになつ
た。 このため、Li₂O付加の耐ブラウニング・ガラ
スによるフエース・プレート・ガラスと種々のＧ
（緑色）蛍光体との組み合わせにより、蛍光面の
光出力の劣化の分析検討が行われた。このとき、
検討の対象としたＧ蛍光体は初期の光出力が
Zn₂SiO₄：Mn蛍光体と大差がないばかりでなく、
投写型陰極線管の蛍光体の性能として特に強く要
求される前述したようなγ特性や温度特性につい
てもZn₂SiO₄：Mnと同等以上であるものが選ば
れた。この分析検討の結果、テレビウム付活イツ
トリウム・アルミニウム・ガリウム・ガーネツト
Y₃Al₃Ga₂O₁₂：Tb蛍光体がこの新らしいフエー
ス・プレート・ガラスと非常に良い適合性を示す
ことが明らかとなつた。 第５図の曲線は平均粒径3μｍの
Y₃Al₃Ga₂O₁₂：Tb蛍光体を、従来と同様の沈降
塗着法により４mg・cm^-2の塗着密度でこの新らし
いフエース・プレート・ガラス（Li₂Oを1.0重量
％含有する耐ブラウニング・ガラスで構成）の内
面に塗着形成し、それを備えた投写型陰極線管を
高圧27KV、電流密度3μA・cm^-2の一定蛍光面負
荷で動作させた場合の蛍光面からの光出力の相対
的経時劣化特性を従来と同様に示すものである。
10000時間後の光出力（初期比）で見ると、曲線
の新らしいフエース・プレート・ガラスと
Zn₂SiO₅：Mn蛍光体を組み合わせた場合が0.42で
あるのに対して、この新らしいフエース・プレー
ト・ガラスとY₃Al₃Ga₂O₁₂：Tb蛍光体との組み
合わせでは0.52となり、約25％程度の改善がなさ
れる。 つぎに示す表３の（）は第５図で述べた耐
ブラウニング・ガラスによる新らしいフエース・
プレート・ガラスとY₃Al₃Ga₂O₁₂：Tb蛍光体と
の組み合わせによる蛍光面の10000時間後の光出
力劣化原因の分析結果を示すものである。

【表】 表３の結果より、耐ブラウニング・ガラスを使
用することに、よりフエース・プレート・ガラス
の着色現象はガラス透過比で0.56（表１）が0.71
となり、意図したように大巾に改善されるととも
に、問題の蛍光体の発光効率についても、従来の
フエース・プレート・ガラスとY₃Al₃Ga₂O₁₂：
Tb蛍光体との組み合わせが0.72であるのに対し
て、この新らしいフエース・プレート・ガラスと
Y₃Al₃Ga₂O₁₂：Tb蛍光体の組み合わせでは0.73
であり、Y₃Al₃Ga₂O₁₂：Tb蛍光体ではこの新ら
しいフエース・プレート・ガラスとの組み合わせ
でも、全く影響を受けないことが明らかである。
この場合、蛍光体の劣化とガラスの着色との両方
を複合した結果、（0.73×0.71＝0.52）として陰極
線管の光出力は初期値（1.0）に対して0.52とな
り、大巾な改善がなされたものである。 また、Y₃Al₃Ga₂O₁₂：Tb蛍光体の初期の光出
力はほぼZn₂SiO₄：Mnのそれと同等であるとと
もに、投写型陰極線管の蛍光体の性能として重要
なγ特性および温度特性についてもZn₂SiO₄：
Mn蛍光体よりもむしろ優れていることが明らか
となつた。 なお、上記説明はテルビウム付活イツトリウ
ム・アルミニウム・ガリウム・ガーネツト蛍光体
のうち、Y₃Al₃Ga₂O₁₂：Tbの組成を有するもの
について行つたが、この発明はこの組成に限られ
るものではなく、広くY₃（Al₁−xGax）₅O₁₂：Tb
（ただし、０≦ｘ≦１）の組成を有するテルビウ
ム付活イツトリウム・アルミニウム・ガリウム・
ガーネツト蛍光体に適用しても同様の効果が得ら
れる。 以上のように、この発明によれば、Li₂Oを付
加した耐ブラウニング・ガラスを投写型陰極線管
のフエース・プレート・ガラスとして使用して
も、蛍光体の発光効率の劣化の促進現象は起こら
ず、耐ブラウニング・ガラスの利点を充分発揮で
き、蛍光面の光出力の経時的な劣化が大巾に改善
される高品位の投写型陰極線管を供することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の投写型テレビジヨンセツトの原
理説明図、第２図は従来の投写型陰極線管の概略
断面図、第３図は従来の投写型陰極線管の蛍光面
の光出力の経時劣化を示す図、第４図はLi₂Oの
添加量とガラスの体積抵抗比（ρ）との関係を示
す図、第５図はこの発明の一実施例にかかる投写
型陰極線管の蛍光面の光出力の経時劣化と従来の
それとの比較を示す図である。 ７……真空外囲器、８……フエース・プレー
ト・ガラス、９……蛍光体層、１１……蛍光面。
なお、図中同一符号は同一もしくは相当部分を示
す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 真空外囲器の一部を構成するフエース・プレ
   ート・ガラスの内面に、蛍光体層を設けて蛍光面
   を構成するとともに、上記フエース・プレート・
   ガラスに0.3ないし3.0重量％の酸化リチウム
   （Li₂O）を含有させ、かつ上記蛍光体層をテルビ
   ウム付活イツトリウム・アルミニウム・ガリウ
   ム・ガーネツトY₃（Al₁−xGax）₅O₁₂：Tbによ
   り、Ｘを０≦ｘ≦１として構成したことを特徴と
   する投写型陰極線管。