蛍光表示管

真空蛍光ディスプレイ( VFD ) は、かつてはビデオ カセット レコーダー、カー ラジオ、電子レンジなどの民生用電子機器によく使用されていたディスプレイ デバイスです。

VFDは陰極線管とほぼ同様の陰極ルミネセンスの原理で動作しますが、はるかに低い電圧で動作します。VFDの各管には蛍光体でコーティングされた炭素陽極があり、陰極フィラメントから放出された電子が衝突します。^{[1] [2]}実際、VFDの各管はメッシュ制御グリッドも備えているため、三極真空管です。^[3]

液晶ディスプレイ（LCD）とは異なり、VFDは高コントラストの非常に明るい光を発し、さまざまな色の表示要素をサポートできます。VFDの標準的な照度は約640 cd/m ²で、高輝度VFDは4,000 cd/m ²で動作し、実験ユニットは駆動電圧とそのタイミングに応じて35,000 cd/m ^{2まで高くなります。 [3]}色の選択（蛍光体の性質を決定）とディスプレイの明るさは、蛍光管の寿命に大きく影響します。蛍光管の寿命は、鮮やかな赤色のVFDでは1,500時間ほど、より一般的な緑色のVFDでは30,000時間ほどです。^[3] 以前はVFDの蛍光体にはカドミウムが一般的に使用されていましたが、現在のRoHS準拠のVFDではこの金属が構造から排除され、代わりにアルカリ土類金属と微量のIII族金属のマトリックスに微量の希土類金属をドープした蛍光体が使用されています。^[4]

VFD は、 7 セグメントの数字、マルチセグメントの英数字を表示したり、ドット マトリックスにしてさまざまな英数字や記号を表示したりできます。実際には、表示できる画像の形状にはほとんど制限がなく、アノード上の蛍光体の形状によってのみ決まります。

最初のVFDは、1959年にフィリップスが開発した単一表示のDM160でした。^[5]最初のマルチセグメントVFDは、1967年に伊勢電子が製造した日本製の単桁7セグメントデバイスでした。^[6]このディスプレイは、電卓やその他の民生用電子機器で一般的に使用されるようになりました。^[7] 1980年代後半には、年間数億台が製造されました。^[8]

この装置は、高真空状態のガラス容器に入れられた熱陰極（フィラメント）、グリッド、陽極（蛍光体）で構成されています。陰極は細いタングステン線でできており、アルカリ土類金属酸化物（バリウム、^[2]ストロンチウムおよびカルシウム酸化物^{[9] [10]}）でコーティングされており、電流によって650 °C ^{[2]まで加熱されると}電子を放出します。これらの電子は、薄い（厚さ50ミクロン）ステンレス鋼でできたグリッド（光化学加工を使用して作成）によって制御および拡散されます。 ^[2]電子が蛍光体でコーティングされた陽極板に衝突すると、蛍光を発して光を発します。従来の真空管のオレンジ色に輝く陰極とは異なり、VFDの陰極ははるかに低い温度で効率的なエミッターであるため、基本的に目に見えません。^[11]陽極は、導電性トレース（各トレースは単一のインジケータセグメントに接続）を備えたガラス板で構成され、絶縁体でコーティングされ、次に部分的にエッチングされて穴が開けられ、グラファイトなどの導体で満たされ、次に蛍光体でコーティングされます。これにより、トレースからセグメントにエネルギーが伝達されます。蛍光体の形状によって、VFDのセグメントの形状が決まります。最も広く使用されている蛍光体は、亜鉛ドープ銅活性化酸化亜鉛で、^[2]ピーク波長505 nmで光を生成します。

酸化物を塗布する陰極線はタングステンまたはルテニウム-タングステン合金でできている。陰極の酸化物は空気中では安定しないため、炭酸塩として陰極に塗布され、陰極はVFDに組み込まれ、VFDの真空内で電流を流して陰極を加熱し、炭酸塩を酸化物に変換する。^{[2] [10]}

動作原理は真空管三極管の原理と同じです。電子は、グリッドとプレートの両方がカソードに対して正の電位にある場合にのみ、特定のプレート要素に到達（および「点灯」）できます。^{[12]これにより、複数のグリッドとプレートがマトリックスを形成する}多重ディスプレイとしてディスプレイを編成でき、必要な信号ピンの数を最小限に抑えることができます。右に示す VCR ディスプレイの例では、グリッドは、一度に 1 つの数字だけが点灯するように配置されています。すべての数字のすべての同様のプレート（たとえば、すべての数字の左下のプレートすべて）は、並列に接続されています。ディスプレイを駆動するマイクロプロセッサは、数字のグリッドに正の電圧をかけ、次に適切なプレートに正の電圧をかけることで、数字を 1 つずつ有効にします。電子はその数字のグリッドを流れ、正の電位にあるプレートに当たります。マイクロプロセッサは、視覚の残像によってすべての数字が同時に光っているかのような錯覚を作り出すのに十分な速度で、このように数字を点灯させます。^[要出典]

追加のインジケーター (この例では、「VCR」、「Hi-Fi」、「STEREO」、「SAP」など) は、追加の数字のセグメント、または既存の数字の 2 つ以上の追加セグメントであるかのように配置され、実際の数字と同じ多重化戦略を使用してスキャンされます。これらの追加のインジケーターの一部は、オレンジ色など、異なる色の光を発する蛍光体を使用する場合があります。

ほとんどの VFD から発せられる光には多くの色が含まれており、多くの場合、製品の設計者の気まぐれに応じて、色の彩度を高めるためにフィルターをかけ、濃い緑や濃い青にすることができます。VFD で使用される蛍光体は、ブラウン管ディスプレイの蛍光体とは異なり、CRT では数千ボルトであるのに対し、わずか 50 ボルト程度の電子エネルギーで許容できる明るさを発しなければなりません。 ^[13] VFD の絶縁層は通常黒ですが、ディスプレイを透明にするために取り除いたり透明にしたりすることができます。ドライバ IC を組み込んだ AMVFD ディスプレイは、高い画像輝度とピクセル数の増加を必要とするアプリケーションに使用できます。異なる色の蛍光体を積み重ねて、グラデーションやさまざまな色の組み合わせを実現できます。ハイブリッド VFD には、固定表示セグメントとグラフィック VFD の両方が同じユニット内にあります。VFD には、前面と背面のガラス パネルに表示セグメント、グリッド、および関連回路があり、両方のパネルに中央のカソードを使用してセグメント密度を高めることができます。セグメントは背面ではなく前面のみに配置することも可能で、視野角と明るさが向上します。^{[14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22]}

明るさ以外にも、VFD には頑丈で安価、さまざまなカスタマイズされたメッセージを表示するように簡単に構成できるという利点があります。また、LCD とは異なり、VFD は液晶の再配置の応答時間によって制限されないため、低温、さらには氷点下の気温でも正常に機能し、寒冷気候の屋外デバイスに最適です。当初、このようなディスプレイの主な欠点は、単純な LCD よりも大幅に多くの電力 (0.2ワット) を使用することでした。これは、電卓などの電池駆動の機器にとって大きな欠点であると考えられていたため、VFD は主にAC電源または強力な充電式電池 で駆動する機器で使用されるようになりました。

1980 年代には、このディスプレイが自動車に使用され始めました。特に、自動車メーカーがスピードメーターやオドメーターなどの車両計器用のデジタル ディスプレイの実験を行っていたときに使用されました。その良い例が、1980 年代初頭に製造された高級スバル車です (スバル愛好家からはデジダッシュ、またはデジタルダッシュボードと呼ばれていました)。VFD は明るいため、車での使用に適しています。ルノー エスパス Mk4 とセニック Mk2 では、ラジオやマルチ メッセージ パネルを含むダッシュボードのすべての機能を表示するために VFD パネルが使用されていました。これらのパネルは、直射日光の下でも読み取れるほど明るく、夜間使用のために調光も可能です。このパネルでは、通常の青/緑に加えて、濃い青、赤、黄色/オレンジの 4 色が使用されます。

この技術は、1979年から1980年代半ばまで、携帯型電子ゲーム機にも使用されていました。これらのゲームは明るく鮮明なディスプレイを特徴としていましたが、安価に製造できる最大の真空管のサイズのためにディスプレイのサイズは非常に小さく、拡大鏡のフレネルレンズを使用する必要がよくありました。^[要出典] 後のゲームは洗練されたマルチカラーディスプレイを備えていましたが、初期のゲームでは、蛍光体から放出される光（通常は明るい青色）の色を透明フィルターで変更することで色彩効果を実現していました。消費電力が高く製造コストが高かったため、ビデオゲーム用ディスプレイとしてのVFDは衰退しました。LCDゲームは、はるかに安価な価格で製造でき、バッテリー（またはACアダプター）を頻繁に交換する必要がなく、はるかに持ち運びが簡単でした。1990年代後半以降、バックライト付きカラーアクティブマトリックスLCDディスプレイは、任意の色で任意の画像を安価に再現できるようになり、固定色、固定文字のVFDよりも大幅に優れています。これが、VFDの人気が低下した主な理由の1つですが、VFDは現在も製造され続けています。多くの低価格 DVD プレーヤーには、今でも VFD が搭載されています。^{[いつ? ]}

1980 年代半ば以降、VFD は高輝度仕様の小型ディスプレイを必要とするアプリケーションに使用されていましたが、現在では高輝度有機発光ダイオード(OLED) の採用により、VFD はこれらの市場から排除されつつあります。

蛍光表示管は、かつては世界中のオーティス・エレベーター社や北米のモンゴメリー・エレベーター社によってエレベーターの階数表示器として広く使用されていました（前者は 1980 年代初頭から 2000 年代後半まで (通常 2 つの) 緑色の16 セグメント表示器の形式で、後者は 1980 年代半ばから 2000 年代初頭まで (通常 3 つの) 緑色または青色の 10 x 14ドット マトリックス表示器の形式で、1 つは矢印用、他の 2 つは数字用でした）。

広く使用されている固定文字 VFD に加えて、個別にアドレス指定可能なピクセルの配列で構成されたグラフィック タイプも利用できます。これらのより高度なディスプレイは、任意の画像を表示できる柔軟性を備えており、一部の種類の消費者向け機器では依然として便利な選択肢となる可能性があります。

VFDでは、ディスプレイを駆動するために必要な接続数を減らすために多重化が使用されることがあります。^[2]

多くのアマチュア無線家が、 VFDを三極管アンプとして使用する可能性について実験してきました。^{[23] [24] [25]} 2015年に、コルグはVFD技術に基づいたアナログオーディオアンプコンポーネントであるNutubeをリリースしました。Nutubeは、Voxのギターアンプ^[26]やApex Sangakuヘッドフォンアンプなどのアプリケーションで使用されています。^[27] Nutubeはコルグによって販売されていますが、ノリタケ伊勢丹によって製造されています。^[28]

VFD ではフェーディングが問題になることがあります。光出力は、放射の低下と蛍光体効率の低下により、時間の経過とともに低下します。この低下の速度と程度は、VFD の構造と動作によって異なります。機器によっては、VFD 出力の損失により機器が動作不能になることがあります。フェーディングは、ディスプレイ ドライバ チップを使用して VFD を駆動するために必要な電圧を下げることで遅くすることができます。フェーディングは、カソードの蒸発や汚染によっても発生することがあります。硫黄を含む蛍光体は、フェーディングの影響を受けやすくなります。^[2]

通常、フィラメント電圧を上げると発光が回復します。33% の電圧ブーストで中程度のフェードを矯正でき、66% のブーストで深刻なフェードを矯正できます。^{[引用が必要]}これにより、使用中にフィラメントが見えるようになりますが、通常の緑青 VFD フィルターは、フィラメントからの赤やオレンジ色の光を減らすのに役立ちます。

3 つの一般的なディスプレイ技術 (VFD、LCD、LED) のうち、最初に開発されたのは VFD です。VFD および LED ディスプレイは、初期のハンドヘルド電卓で使用されていました。LED ディスプレイは、高電圧を必要とせず、電力要件が単純だったため、この用途では VFD の代替でした。ディスプレイ技術の選択は、メーカーの商業上の決定によって異なり、カシオ、キヤノン、シャープなどの企業は LED ディスプレイを廃止して VFD と初期の LCD を選択しましたが、LED ディスプレイの製造元である Texas Instruments と Hewlett Packard は、ずっと長い間 LED 技術を使用し続けました。その後、LCD 技術が確立されると、ハンドヘルド電卓で LED ディスプレイと VFD に取って代わり、電力要件が低くコストも低く抑えられました。最近では、教育分野以外では、携帯電話の電卓アプリケーションが多くのポケット電卓に取って代わり、LED バックライト付き LCD から有機発光ダイオード (OLED) ディスプレイの形で完全な LED ディスプレイへと戻っています。

最初の VFD は、1959 年に Philips が発表した単一表示の DM160 でした。トランジスタで簡単に駆動できるため、ネオンよりも駆動しやすく、電球よりも寿命が長いという点から、コンピューター アプリケーションを対象としていました。1967 年の日本製の単一桁 7 セグメント ディスプレイは、陽極の点では Philips DM70 / DM71 Magic Eye に似ていました。DM160 にはスパイラル ワイヤ陽極があるからです。日本製の 7 セグメント VFD は、ニキシー管や Panaplex ネオン数字、またはポケット電卓の LED ディスプレイの場合のように、卓上電卓のディスプレイに特許使用料を支払う必要がないことを意味していました。英国では、Philips のデザインは Mullard (第二次世界大戦前から Philips がほぼ 100% 所有) によって製造、販売されていました。

ロシアの IV-15 VFD チューブは DM160 と非常によく似ています。DM160、DM70/DM71、およびロシアの IV-15 は (VFD パネルのように)三極管として使用できます。したがって、DM160 は最小の VFD であり、最小の三極管バルブです。IV-15 はわずかに形状が異なります (比較のために DM160 と IV-15 の写真を参照してください)。

• 16セグメントディスプレイ
• LEDディスプレイ

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