CN102884866B - 用于场致发光装置的谐振电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种场致发光装置，包括：场致发光源，所述场致发光源包括阳极和阴极并且具有固有的预设电容；电感器，所述电感器具有预设的电感并且与所述场致发光源的阳极和阴极中的至少一个相连接；以及电源，所述电源与所述场致发光源和所述电感器相连接并且被配置为提供给所述场致发光源供电的驱动信号，该驱动信号包括第一频率分量，该第一频率分量具有选自频率范围内的第一频率，该第一频率基于所述预设电容和所述预设电感并且对应于所述场致发光装置谐振处的半功率宽度。本发明的优点包括功率损耗降低以及所述场致发光装置的光输出增大。

Description

用于场致发光装置的谐振电路

技术领域

本发明涉及一种场致发光装置（field emission lighting arrangement）。更具体地，本发明涉及用于大体上在谐振态下驱动所述场致发射装置的设备。

背景技术

当今，采用更节能的可选产品来替代传统的灯泡逐渐成为了一种趋势。已经呈现一种在形式上类似于传统灯泡的荧光光源，其通常被称为紧凑型荧光灯（compact fluorescent lamps，简称CFLs）。众所周知，所有的荧光光源均含有少量的汞，由于汞的暴露会影响健康从而带来了一些问题。此外，由于对汞的处理具有非常严格的规定，从而这种荧光光源的循环利用也变得复杂和昂贵。

因此，存在提供荧光光源替代品的需求。这种替代品的一个例子在WO2005074006中被提出，其公开了一种不包含汞和任何其他健康有害物质的场致发光源。该场致发光源包括阳极和阴极，该阳极包括电导层和荧光层（phosphorlayer），该荧光层在被该电导层和阴极之间的电势差而引起的电子轰击激发时发光。为了获得高强度的光发射，需要施加位于4-12kV之间的驱动信号。

WO2005074006中所公开的场致发光源提供了一种有希望的途径来得到更好的环境友好性的光，例如汞的利用并不是必需的。然而，总是希望提高驱动条件以提升使用寿命和/或减少功率消耗。

发明内容

根据本发明的一个方面，上述的需求通过场致发光装置至少部分地得到了满足，该场致发光装置包括：场致发光源，其包括阳极和阴极并且具有固有的预设电容；电感器，其具有预设电感并且与所述场致发光源的阳极和阴极中的至少一个相连接；以及电源，其与所述场致发光源和电感器相连接并且被配置为提供给场致发光源供电的驱动信号，该驱动信号包括第一频率分量，该第一频率分量具有选自频率范围内的第一频率，该频率范围基于预设电容和预设电感并且对应于场致发光装置的谐振处的半功率宽度。

本发明基于以下理解，一旦制作阴极和阳极的材料被选择，则灯的配置和物理尺寸也随之被确定；灯的物理性质也就被确定。从电路的观点来看，这些性质中的某些可视为与电子元器件（例如具有预设电阻、电容和电感的二极管、电容器和电感器）的性质相一致。因此该灯总体上以不同的方式呈现出像这些元器件，最重要的是以在不同驱动条件（例如直流驱动、低频率驱动和谐振频率驱动）下的谐振电路的方式。此处，将低于谐振频率的任何频率均定义为低频率。通过调整在灯内部和/或外部的电容和/或电感，可以选择所需要的谐振频率以及输入电压和电流之间的相位关系。

根据本发明，第一频率的选择是这样的：使得可获得场致发光装置谐振处的半功率宽度，第一频率的选择被理解为：第一频率被选择为以场致发射配置的谐振频率为中心并且在频率范围内，以使总功率的一半被包含。换句话说，第一频率被选择为位于该频率范围之内的某一位置，在该位置，驱动信号具有高于其幅值最大值一半的功率。

得益于包含电感器以及选择用于在谐振时设置场致发光装置的驱动信号，本发明有益的效果包括：场致发光装置的功率消耗降低以及场致发光装置的输出光增大。更确切地，场致发光装置优选地包括荧光层，该荧光层被临近于阳极设置。在运行过程中，阴极能够发射电子，所述电子朝荧光层被加速。当射出的电子与荧光颗粒相碰撞时，荧光层能够发出荧光。由荧光层发出的光通过被配置为透明的阳极（例如，通过使用基于铟锡氧化物“ITO”的阳极）传输。

在本发明优选的实施例中，第一频率高于20kHz，主要取决于阳极和阴极的固有电容。驱动信号还可以包括第二频率分量，该第二频率分量包含低于所述第一频率的第二频率，例如低于1kHz。优选地，第二频率分量被设置为第一频率分量的载波。

优选地，第一频率分量和/或第二频率分量可以被选择为具有大致正弦的波形。然而，其他的波形当然也是可能的，同样包含在本发明的范围之内。

为了得到高强度的光输出，第二频率分量被设置为具有高于10kV的幅值。然而，可以允许由所述场致发光装置发射出亮度较低的光。在亮度较低的模式下，所述幅值可以在4-15kV的范围之内。

电感器可以被设置成与阳极和阴极串联或并联。第一频率的选择还取决于电感器设置的位置。

在本发明优选的实施例中，该场致发光装置进一步包括：包含所述阳极和阴极的真空腔；以及基座结构，所述基座结构连接至所述真空腔并且包含所述电感器和所述电源。通过提供这样的一种实现，该场致发光装置能够被设置为通常电灯泡的改型。于是，该基座可以配备有卡口螺丝以安装于合适的灯座上。

本发明进一步的特征、效果，将通过随附的权利要求和如下描述的研究变得更加清楚。本领域技术人员应当清楚，在不会脱离本发明的保护范围的情况下，本发明的不同特征可被组合以产生不同于下文中所描述的实施例的实施例。

附图说明

本发明的各个方面，包括其特定特征和优点，将从下文的详细说明及附图中被清楚地理解。

图1a至图1c为根据本发明的当前优选实施例的三个不同场致发光装置的示意图；

图2为阐述在场致发光装置的谐振处的半功率宽度的概念的示意图；以及

图3公开了一种根据本发明的另一优选实施例的场致发光装置。

具体实施方式

在下文中，本发明将参照附图被详细说明，其中将给出本发明的当前优选的实施例。然而，本发明能够以多种不同的形式被体现，并且不应解释为局限于本文中给出的这些实施例；更确切地，这些实施例被给出是为了让本领域技术人员能够充分地、彻底地来理解本发明。相同的附图标记在全文中指代相同的元件。

现在参照附图并且尤其是图1，其给出了根据本发明的第一当前优选实施例的场致发光装置100。该场致发光装置100包括场致发光源102。该场致发光源102又包括阳极和阴极（在图1a中未示出）并且包括固有电容104。该场致发光源进一步具有二极管106的功能，因而图1的电路图示出了光源102作为包含这样一个部件。该场致发光源的物理配置例如在该发明人的WO2005074006中被公开，并且WO2005074006的全部内容通过引用被完全并入到本文中。

为了驱动该场致发光源102，场致发光装置102进一步包括控制单元108，其配置为提供用于控制场致发光源102的驱动信号。控制单元108可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或其他的可编程器件。控制单元108可以还，或者相反，包括专用集成电路、可编程门阵列或可编程阵列逻辑、可编程逻辑器件、或者数字信号处理器。当控制单元108包括可编程器件，例如如上所述的微处理器、微控制器或可编程数字信号处理器，该处理器可以进一步包括计算机可执行代码，其控制可编程器件的运行。

控制单元108优选地适于提供高频（高于20kHz）和高电压（介于4-10kV之间）的驱动信号，优选地具有大体上的正弦曲线的特征。其他的波形当然也是可能的并且包含在本发明的范围之内。此外，信号的频率优选地适合于其对应于场致发光源102的谐振频率，其中场致发光源102已经被连接至电感器110以形成谐振电路，该电感器110被设置成与场致发光源102串联。因此，由场致发光源102和电感器110形成的电路使用控制单元108的驱动信号来驱动，该驱动信号被选择，连同电感器110的数值/尺寸，以使场致发光装置被设置在谐振状态。如上所述，这提高了场致发光装置100的发光条件，包括例如关于场致发光源102的光视效能（lm/W）。

如上文所讨论的那样，控制信号的频率（Hz）和幅值（V）以及电感（H）110的尺寸的选择都基于场致发光源102的配置和物理尺寸。也就是说，通过调整电感，选择所需要的谐振频率和由控制单元108提供的输入电压和电流之间的相位关系是可能的。

该场致发光装置的电气方案可采用不同的形式；例如，如图1b所示的例子。与图1a所示的场致发光装置100相比，图1b所示的场致发光装置100'有细微的改进。更具体地，在图1b所示的实施例中，电感器110已经被另一电感器112所代替，代替是与场致发光源102并联设置。本实施例所强调的是，不同的电气方案也是可能的并且在本发明的范围之内。

不同地设置场致发光装置100的可能性被进一步地通过场致发射装置100''在图1c中被给出。在本实施例中，电感器110/112又被取代，代替的是在场致发光源102和控制单元108之间配置了变压器114。变压器114具有提高由控制单元108提供的驱动信号的电压幅值的功能，并且还提供电感部件来形成谐振电路，该谐振电路包括上文所讨论的场致发光源102和电感器。也就是说，根据本发明，使用变压器114的固有感应电容来给场致发光装置102''提供电感元件也是可能的。

现在参照图2，其描述的是在场致发光装置谐振处的半功率宽度的概念，即，在该频率的范围之内，驱动信号的频率可以被选择为实现谐振。也就是说，驱动信号的频率范围或者可选择的带宽被作为在两个半功率频率上频率响应的宽度的测量而被确定。结果，该带宽的测量在某些时候被称为在半功率时的全宽度或在谐振处的半功率宽度。更具体地，电功率与电路电压（或电流）的平方成比例，因而该频率响应将在半功率频率处下降至处。在图2中，场发射光源102/102'/102''和电感部件110/112/114的频率响应分别通过在谐振202时具有峰值的曲线200被定义。频率范围的下水平（lower level）通过线204被给出，其上水平（uper level）通过线206被给出。此外，在下水平204和上水平206与频率响应曲线200相交的位置是谐振响应为谐振峰值202的时的地方。

图3中，其给出了根据本发明又一施例的独立的场致发光装置300的示意图。该发光装置300具有如图1a至图1c中任何一个所讨论过的电学特征，其使用选自于如图2所讨论的频率范围内的驱动信号来控制，并且具有如上所讨论的波形和幅值。该场致发光装置300包括真空的圆筒形玻璃管302，在该玻璃管内设置了例如由在WO2005074006中所讨论的多孔碳材料制备的阴极304。该玻璃管302还包括阳极，该阳极包括电导层306和面向阴极304的、在电导层306的内表面涂覆的荧光层308。阳极的结构可以例如对应于该发明人的WO0574006中所公开的阳极结构，WO0574006的全部内容通过引用被完全并入到本文中。

该场致发光装置300进一步包括基座310和灯座312，以允许场致发光装置300作为改型的传统灯泡而被使用。基于手头的特定实施方式，基座310优选地包括控制单元108和感应部件110/112/114。

虽然本发明已经通过结合具体示意性的实施例被详细说明，其他不同的替代方式、等同替换或类似物对本领域技术人员而言也是非常容易想到的。通过对附图、说明书和所附权利要求书的研究，所公开的实施例的各种变形在实施该所要求包含的发明中能够被本领域技术人员理解或者实现。例如，即使上面的说明书已经给出关于驱动信号具有信号频率，但是，以下情况下同样应当是可能的并且在本发明的保护范围之内：携带该驱动信号的其他频率。作为一个例子，上文中所讨论的频率（例如第一频率）可能在载波频率（例如第二频率）的上方，这取决于例如不同实现中的问题的解决方案。载波不需要具有和第一频率一样高的频率，但是可能大体上对应于场致发光装置300被使用场合下的主频率。

进一步地，在权利要求书中，术语“comprising”并不排除于其他的元件或步骤，并且不定冠词“a”或“an”并不排除复数。

Claims (11)

1.一种场致发光装置，其特征在于，包括:

场致发光源，所述场致发光源包括阳极和阴极并且具有固有的预设电容；

电感器，所述电感器具有预设电感并且与所述场致发光源的所述阳极和所述阴极中的至少一个相连接；以及

电源，所述电源与所述场致发光源和所述电感器相连接并且被配置为提供给所述场致发光源供电的驱动信号，所述驱动信号包括第一频率分量，该第一频率分量具有选自频率范围内的第一频率，该频率范围基于所述预设电容和所述预设电感并且对应于所述场致发光装置的谐振处的半功率宽度。

2.根据权利要求1所述的场致发光装置，其中，所述第一频率高于20kHz。

3.根据权利要求1或2所述的场致发光装置，其中，所述驱动信号进一步包括具有第二频率的第二频率分量，所述第二频率低于所述第一频率。

4.根据权利要求3所述的场致发光装置，其中所述第二频率分量为所述第一频率分量的载波。

5.根据权利要求3所述的场致发光装置，其中，所述第二频率低于1kHz。

6.根据权利要求1或2所述的场致发光装置，其中，所述第一频率分量为正弦曲线。

7.根据权利要求3所述的场致发光装置，其中，所述第二频率分量为正弦曲线。

8.根据权利要求3所述的场致发光装置，其中，所述第二频率分量具有高于10kV的幅值。

9.根据权利要求1或2所述的场致发光装置，其中，所述电感器被与所述阴极和所述阳极并联设置。

10.根据权利要求1或2所述的场致发光装置，其中，所述电感器被与所述阳极和所述阴极中的一个串联设置。

11.根据权利要求1或2所述的场致发光装置，进一步包括：

包括所述阳极和所述阴极的真空腔；以及

基座结构，所述基座结构连接至所述真空腔并且包括所述电感器和所述电源。

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