(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード電極と、蛍光体が設けられた駆動素子が半導体基板に形成されたアノード電極と、カソード電極とアノード電極との間に配されたグリッド電極とを有し、アノード電極および／またはグリッド電極とカソード電極との間に電位差を形成して、カソード電極からの電子によって蛍光体を励起させる蛍光表示管であって、アノード電極に駆動素子のＯＦＦ電位を与えた非表示時状態において、前記カソード電極の電位がアノード電極の電位よりも低電位であることを特徴とするヘッドアップディスプレイ用蛍光表示管。
【請求項２】
請求項１記載のヘッドアップディスプレイ用蛍光表示管において、
表示部における前記グリッド電極とアノード電極とカソード電極の電位の関係が、グリッド電位＞アノード電位＞カソード電位の関係を満たすことを特徴とするヘッドアップディスプレイ用蛍光表示管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンバイナを用いて観視者に情報を視認させるヘッドアップディスプレイに用いる蛍光表示管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両内の運転手等に情報表示する方法として、ヘッドアップディスプレイ（以下ＨＵＤという）と呼ばれるものが最近用いられるようになっている。これは、液晶表示装置等の発光手段から投射された光学的情報を、ハーフミラーやホログラム等からなるコンバイナに映し、運転手が運転状態からほとんど視線を動かすことなく情報を読み取れるようにしたものである。
【０００３】
このＨＵＤとしては、フロントガラスにコンバイナを形成し、情報を発生する発光手段をダッシュボード内に設置し、発光手段からの光をコンバイナに照射して、コンバイナで反射した光が運転者等の観視者に視認されるようにしたＨＵＤがある。ほかに、発光手段とコンバイナとを一つにまとめた、いわゆる別置き型のＨＵＤも知られている。この別置き型ＨＵＤはフロントガラスにコンバイナを形成しないので、後付けでも容易にダッシュボード上に設置してＨＵＤの機能を得ることができる。また、容易に取り外すこともでき、さらには運転者の希望の位置に設置できる利点がある。
【０００４】
この別置き型ＨＵＤの構成を示す概念図が図４である。ここで、３１は運転者等の観視者の観察位置、３２はコンバイナ、３３はコンバイナで反射した情報を含む光、３４は発光手段からの情報を含む光、３５は表示像、３６は発光手段であり表示素子である蛍光表示管（以下ＶＦＤという）、３８はこれらを保持する本体である。ここで、ＶＦＤ３６から発した光はコンバイナ３２に照射され、反射されて運転者等の観視者の観察位置３１に認識される。
【０００５】
上記のＨＵＤは運転者の前方の前景と表示とを重畳させるものであるため、前景輝度を損なわずに表示像が視認できる。そこで、発光手段には前景輝度以上の輝度を発する光源が必要である一方、コンバイナは透過率が高く、発光手段からの情報を含む光に対しては高い反射性能または回折性能を有するという機能が求められる。
【０００６】
さらに、車両等においてこのＨＵＤが使用される環境は夜間の非常に暗い状態から日中の非常に明るい状態、または冬季の雪面まで様々である。このため、このような状態で表示像を視認できるようにするには、低輝度から高輝度まで変化できる発光手段が求められ、特に従来にない高輝度な発光手段が求められる。しかし、このような発光手段の高輝度化には限界があり、また、高輝度とすると、寿命が短くなったり、むらを生じたり、また、エネルギー消費も増加し発熱を伴うのでその対策が必要となるなどの問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
こうした要求下にあって、ＨＵＤ用の発光手段のひとつとしてＶＦＤを用いることが提案されている。このＶＦＤは、自発光型の素子であるため、鮮明で見やすく、信頼性（耐環境性）に優れている特徴がある。
【０００８】
ＶＦＤは通常フィラメントと呼ばれる直熱形カソード電極から放出される熱電子を直流または交流電圧で加速して、アノード電極上の表示すべきパターンの形状に塗布された蛍光体に衝突発光させて、所望のパターンを表示する電子管である。通常は、電子の動きを制御するためのグリッド電極を備えた３極管構造のものが最も多く用いられる。表示の制御は、表示ＯＦＦ時のアノード電極の電位を基準電位として、その基準電位からのアノード電極の電位差（単にアノード電圧という）およびグリッド電極の電位差（単にグリッド電圧という）により行われている。フィラメントには、フィラメント自身の電位傾斜等による表示ＯＦＦ時の漏れ発光を防ぐため、フィラメントに印加される交流電圧等にバイアス（カットオフバイアスまたはフィラメントバイアスという）が印加されることが多い。
【０００９】
通常、ＶＦＤを駆動する回路にはフィラメントを加熱する電源とフィラメントから放出された電子を加速し、あるいは遮断するグリッド駆動回路、アノードを選択し、所望の表示を行わせるためのアノード駆動回路が必要である。そして、グリッド電極とアノード電極とは通常同一電位で使用されることが多い。
【００１０】
輝度はアノード、グリッド電圧により変化し、特にアノード電圧に対して２．５〜２．７乗に比例して増減することが知られている。これらの電圧を上げることで高輝度化が可能であるが、アノード電極およびグリッド電極における電力損失も同様に比例するので、グリッド電極が熱変形を起こし、表示のむらとなったり、極端な場合は他の電極との短絡を生じたり、アノード電極の温度が上がりすぎて特性を劣化させることになる。
【００１１】
また、近年、単純なセグメントパターンのようなパターン表示のみならず、ドットマトリックス表示が求められており、特公昭５６−２４９９３に示されるように半導体基板を内蔵し、それに形成されたスイッチング素子の電極上に蛍光体を塗布し表示ドットとしたアノード電極を用い、これを制御してフィラメントから放出された電子を受けて表示を行う、いわゆるアクティブマトリックス方式のＶＦＤが提案され、商品化されている。このＶＦＤは高精細なグラフィック表示が可能であるという特徴があるが、半導体に形成されたスイッチング素子の耐電圧に限界があるため、輝度向上のためにアノード電圧をむやみに上昇させることができない。
【００１２】
本発明の目的は、従来技術の上記課題を解決する新規な蛍光表示管およびヘッドアップディスプレイの提供にある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を解決すべくなされたもので、カソード電極と、蛍光体が設けられた駆動素子が半導体基板に形成されたアノード電極と、カソード電極とアノード電極との間に配されたグリッド電極とを有し、アノード電極および／またはグリッド電極とカソード電極との間に電位差を形成して、カソード電極からの電子によって蛍光体を励起させる蛍光表示管であって、アノード電極に駆動素子のＯＦＦ電位を与えた非表示時状態において、前記カソード電極の電位がアノード電極の電位よりも低電位であることを特徴とするヘッドアップディスプレイ用蛍光表示管を提供する。
【００１４】
また、本発明のヘッドアップディスプレイ用蛍光表示管は、表示部における前記グリッド電極とアノード電極とカソード電極の電位の関係が、グリッド電位＞アノード電位＞カソード電位の関係を満たすようにしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明を詳細に説明する。
図１は本発明のＶＦＤの一例を示す概略断面図である。半導体基板からなるアノード電極３上には、ドット状に設けられた蛍光体４が塗布されている。アノード電極３には、スイッチング素子を含む駆動素子を有する駆動回路が蛍光体４の各ドットに対応して設けられている。さらにアノード電極３には、駆動回路とともにメモリ機能となるデータのラッチ回路、シフトレジスタ回路が設けられている。アノード電極３はガラス基板７に保持されていて、ガラス基板７に設けられた回路とボンディングワイヤ５によりＶＦＤのリードピン６に接続されている。
【００１６】
ＶＦＤの動作にあたっては、シリアルのデータ，クロック，ラッチ等の信号を入力するほか、ＯＦＦ時のアノード電位を基準電位（０電位）として、グリッド、アノード電極に正の電圧を印加させるとともに、ラッチ回路、シフトレジスタ回路等のロジック回路部分にこれらの回路を動作させるための正の電圧を印加させる。なお、フィラメントには、フィラメントからの電子の飛び出しを容易とするように、交流電圧が常に印加されている。
【００１７】
本発明において、駆動素子にＯＦＦ電位を与えた非表示状態において、交流電圧を除くフィラメントの基準電位との電位差（フィラメントバイアス電圧という）を負値としている。すなわち、駆動素子にＯＦＦ電位を与えたこの非表示状態においてグリッド、アノード電極は電圧が印加されていない０電位であることから、この非表示状態において、フィラメントの電位はアノード電極、グリッド電極の電位に対して低電位である。これによって、半導体の耐電圧を変更することなく高輝度化を実現できる。
【００１８】
【実施例】
（実施例）
本例において、ＶＦＤの基本構成として（株）ノリタケカンパニーリミテド製ＭＷ１２８３２Ｄを用いた。このＶＦＤは１２８×３２ドット構成で、メモリ機能と駆動回路内蔵の半導体基板上に１６×１６ドットの蛍光体を形成したものを１６個並べた、表示エリア４４．２×１１ｍｍのドットマトリックス型ＶＦＤである。
【００１９】
そして、アノード電圧とグリッド電圧とを１８Ｖとして、フィラメントバイアズ電圧を負側（実施例では−５Ｖ）に設定し、フィラメント（カソード電極）とグリッド電極およびアノード電極との電位差を大きくして輝度を向上させた。この電位関係を模式的に示した概念図が図２（ａ）である（実施例１）。
【００２０】
この結果、ＶＦＤの輝度は７８５０ｃｄ／ｍ2 となった。このようにフィラメントバイアス電圧を負側にすることにより、グリッド電圧だけを２４Ｖとしたときよりも、半導体基板の最大定格内で輝度を格段に向上させることができた。
【００２１】
さらに、フィラメントバイアス電圧を負側にし、グリッド電圧を２４Ｖとする（実施例２）と、ＶＦＤの輝度は８４００ｃｄ／ｍ2 であり、さらに高輝度化が可能となった。この電位関係を模式的に示した概念図が図２（ｂ）である。
【００２２】
（比較例）
上記例と同様に、ＶＦＤの基本構成としてＭＷ１２８３２Ｄを用い、フィラメントバイアス電圧を０Ｖとした。そして、表示動作時にアノード電圧とグリッド電圧とに１８Ｖの電圧を印加した（比較例１）。この電位関係を模式的に示した概念図が図３（ａ）である。このとき、測定の結果ＶＦＤの輝度は４１５０ｃｄ／ｍ2 であった。
【００２３】
さらに、高輝度を得るためアノード電圧とグリッド電圧とを一致させずにグリッド電圧を２４Ｖとした（比較例２）。この電位関係を模式的に示した概念図が図３（ｂ）であり、このときＶＦＤの輝度は５４００ｃｄ／ｍ2 であった。しかし、グリッドの熱変形によるむらが多少生じた。
【００２４】
表１に示すとおり、本発明の構成である実施例１、２は、フィラメントバイアス電圧を−５Ｖにすることによって、比較例１、２に比べて高輝度を実現できた。
【００２５】
【表１】
0004031097.tif 000002
【００２６】
上記の実施例１、２のようにフィラメントバイアス電圧を負側とした場合、非表示時にもフィラメントの電圧に対してグリッドおよびアノードの電圧には電位差があるので非表示部も薄く発光し、上記実施例１、２の場合では３００ｃｄ／ｍ2 の輝度を有していた。
【００２７】
上述のようにＨＵＤでは環境が非常に明るい状態でも表示をみる必要があるため、環境が明るい場合にはコントラストよりも高輝度の表示が必要である。そこで、このＶＦＤを用いて図４の構成のＨＵＤとして試験したところ、環境が非常に明るい場合には非表示部が薄く発光しても気にならないものであった。また、表示の輝度が高いので良好に表示を確認できた。
【００２８】
このようにフィラメントバイアス電圧を負の電圧に設定することで、半導体の耐電圧を変更することなく高輝度化が可能となり、ＨＵＤに適するものとなった。
【００２９】
このＶＦＤを用いてＨＵＤ装置とする場合には、本体に受光センサと周囲の明るさによりＶＦＤの明るさを自動調整する制御手段および／または手動によりＶＦＤの明るさを調整する制御手段を設け、グリッド電圧、フィラメント電圧または半導体に形成したスイッチング素子の制御により、環境の明るさに応じた輝度、コントラストの表示像を得ることができ、また、手動によっても調整が可能となるので、個々人の希望により明るさを調整でき、視認性が向上するのでより好ましい。
【００３０】
また、本実施例では別置き型ＨＵＤの場合としたが、フロントガラスにコンバイナを形成し、ＶＦＤをダッシュボード内に設置してもよく、またＨＵＤ以外のディスプレイ装置としても応用できる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、明るい環境でも見やすい表示が得られるヘッドアップディスプレイを構成できる。また、コンパクトにヘッドアップディスプレイを構成でき、表示の画像品質が良いヘッドアップディスプレイを車両に搭載できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蛍光表示管の一例を示す概略断面図。
【図２】本発明の蛍光表示管の電位関係を示す概念図。
【図３】従来の蛍光表示管の電位関係を示す概念図。
【図４】別置き型ヘッドアップディスプレイの構成を示す概念図。
【符号の説明】
１：フィラメント
２：グリッド電極
３：アノード電極
４：蛍光体
３１：観視者
３２：コンバイナ
３３：コンバイナで反射した情報を含む光
３４：発光手段からの情報を含む光
３５：表示像
３６：蛍光表示管
３８：本体
【図１】
0004031097.tif 000003
【図２】
0004031097.tif 000004
【図３】
0004031097.tif 000005
【図４】
0004031097.tif 000006