专利名称：直流冷阴极荧光灯和显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种直流冷阴极荧光灯和显示器，用于照明和信息显示。
现有技术的冷阴极荧光灯均用高频(20K～50KHz)、高压(几百伏至3KV)工作，不能用直流工作，因为直流工作时汞离子会向阴极方向定向迁移，导致灯管阳极方缺汞而工作不稳定。
现有技术的直流热阴极荧光灯，则采用粗灯管或灯管外绕有加热丝，造成灯管有一温度梯度，使汞原子可返回阳极从而克服因汞离子定向迁移而导致灯工作不稳定的缺点。但冷阴极荧光灯一般为细长的灯管，其最佳效率的管径比热阴极细得多，例如内径约为2mm，若用直流工作，不仅会因汞离子向阴极方向的定向迁移，导致灯管阳极方缺汞而工作不稳定，同时还会因灯管管壁的壁电荷使灯管难于启动。
本发明的目的是在于克服上述存在的不足，而提供一种可稳定工作、容易起亮、效率高、电磁干扰小、驱动器简单、容易调光、成本低的直流冷阴极荧光灯装置。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的一种直流冷阴极荧光灯，它包括至少一支密封的、内充有气体放电物质的灯管，如氦、氖、汞、汞齐氮、氙等，灯管内有至少一个阴极和至少一个阳极；各电极经引线接有驱动器并与电源相连，其特征在于所述的灯管电极(阴极3或阳极4)上串接有限流或恒流装置以及触发脉冲电路组成的驱动器。当阳极和阴极间加有适当的直流电压或直流脉冲电压和触发电压后，灯管内气体产生放电，放电所产生的紫外线可激发灯管内壁上的发光材料，产生所需颜色的可见光或所需波长的紫外线。
所述的电极上串接的限流或恒流装置为一电阻和或恒流源构成。所述的限流或恒流装置上还可连接有一控制端13。
本发明所述的触发脉冲电路包括一触发脉冲16经一电容17与电极相连。所述的触发脉冲电路还可以是包括一触发脉冲16经一变压器20串接在电极与电源之间。
本发明所述的电极采用大面积阴极，阴极端灯管为粗径管，内容纳有较大面积的阴极，它可以增大发射电子的面积，降低阴极温度和溅射，以得到很长寿命的直流发光。
所述的灯管为一直管，其灯管外至少有一层保温层。所述的灯管也可以为螺旋形、“U”形、多“U”形或多支灯管相互靠近排列形状。灯管外可有至少一个透光保温外壳，使灯管工作时可保持在较高的温度，例如50℃以上，从而使灯管内有较高密度的汞原子，汞原子的扩散可平衡汞离子的定向迁移，使灯管稳定工作。
所述的灯管也可工作于脉冲状态即占空比小于1、或电流大小变化的状态，使灯管内汞原子的扩散可平衡汞离子的定向迁移，使灯管稳定工作。
一种直流冷阴极荧光灯，它包括至少一支密封的、内充有气体放电物质的灯管，一个透光泡壳，一个底座及灯头，灯管内有至少一个阴极和至少一个阳极，各电极经引线接有驱动器并与电源相连，其特征在于所述的驱动器包括有串接在灯管电极上的限流或恒流装置以及触发脉冲电路。
上述的直流冷阴极荧光灯，其串接在灯管电极上的限流或恒流装置由一限流电阻构成，由电容和双向触发二极管或晶闸管以及变压器构成了触发脉冲电路，且它们通过一由二极管和电容组成倍压整流电路与外交流市电相连。
以上所述的灯管为螺旋形状，灯管间相互靠近，灯管外有至少一层保温层。所述的灯管内壁上还可以是涂有发光材料，灯管外的透光泡壳由玻璃或塑料制成。
一种直流冷阴极荧光显示器，它包括至少一支密封的、内充有气体放电物质的灯管，灯管内有至少一个阴极和至少一个阳极，各电极经引线接有驱动器并与电源相连，其特征在于所述的灯管电极上串接有由电流可控的恒流装置和触发脉冲电路组成的驱动器。
所述的触发脉冲电路由电阻、电容、晶闸管或双向触发二极管组成，晶闸管或双向触发二极管与变压器串连、与电容并联，变压器的次级接于灯管的一端电极上。
所述的电流可控的恒流装置由晶体管、电阻、电位器、稳压管组成，晶体管串接于灯管的一端电极上，并串联有一电位器，与晶体管的基极之间接有一稳压管。
以上所述的电极采用大管径阴极，即阴极端灯管为粗径管，内容纳有较大面积的阴极。所述的灯管内也涂复有发光材料，灯管外至少有一层保温层。
本发明在所述的电流可控的恒流装置上带有控制端，而触发脉冲电路上设置有信号控制端。将所述的至少一个直流冷阴极荧光灯可组成字符、图形或以行和列的矩阵形式的显示器，各灯的控制端13和触发脉冲信号控制端42控制各灯的发光亮度、开与关，以显示单色、变色和全色字符、图形和图象。
如下图1为本发明的直流冷阴极荧光灯的原理示意图。
图2为一触发电路的原理示意图。
图3为又一触发电路的原理示意图。
图4为本发明的直流冷阴极荧光灯实施例的电路原理示意图。
图5为本发明的直流冷阴极荧光灯的一个实施例的结构示意图。
图6为本发明的直流冷阴极荧光灯的又一实施例的电路原理示意图。
图7为本发明的直流冷阴极荧光灯的又一实施例的电路原理示意图。
图8为图7电路原理示意图。
图9为图7电路的工作波形图。
图10为图7电路的又一工作波形图。
图11为本发明的直流冷阴极荧光灯构成矩阵显示的电路原理示意图。
下面将结合附图对本发明作详细介绍。图1为本发明的直流冷阴极荧光灯的原理示意图。图中1为灯管，由玻璃制成，灯管密封腔体2内充有氩、氖、汞、汞齐、氙等放电物质。所述灯管1内有至少一个阴极3和至少一个阳极4，各电极经引线5、6引出腔体2外，以连接外工作电压。灯管1的内壁上有发光材料7。灯管的阳极4与直流高压电源8的正电压9相连；灯管的阴极3与直流电源负端10相连。灯管的阴极3或阳极4与电源8之间串接有一限流或恒流装置11。触发脉冲电路12与阳极4或阴极3相连。所述的限流或恒流装置11与触发脉冲电路12构成了驱动器。
当电源8开通并生产适当的维持电压时，所述维持电压大于灯管工作时的灯管压降，但不能使灯管放电发光；若这时加上触发脉冲12，即可使灯管内气体放电发光，放电产生的紫外线激发灯管壁上的发光材料7产生所需颜色的可见光或所需波长的紫外线。
所述限流或恒流装置11还可有一控制端13，用以调节灯管电流即灯的亮度以及灯的开和关。
所述灯管的阴极3，为一有较大表面积的电极，例如阴极端的管径14可较大，以容纳较大表面积的阴极3，从而降低灯管工作时阴极的温度和溅射。
所述灯管在工作时，放电产生的汞离子会向阴极方向迁移，从而导致灯管的阳极方向汞不足而无法正常工作。为此，本发明的灯管1可以是一支直管、外有至少一层保温层15；也可以被制成灯管各部分相互靠近的螺旋形、“U”形、多“U”形或其它几何形状的灯管，使灯管间可相互加热，灯管外也可有至少一层保温层；使灯管工作时有较高的温度，例如40℃以上，使灯管内有较高的汞蒸气压，这时高密度的中性汞原子的扩散，可有效地补偿汞离子的迁移，从而得到稳定工作的直流灯。
所述灯管也可工作于脉冲状态或电流大小变化的状态，使灯管内的汞原子的扩散可平衡汞离子的定向迁移，使灯管稳定工作。
所述的限流或恒流装置11可为电阻或恒流源，也可二者同时使用。
所述触发脉冲12可有多种方式供给。图2为一触发脉冲16经一电容17与阳极4相连的例子，所述触发脉冲16为至少一个脉冲。18为限流电阻；19为二极管。
图2所示的触发脉冲16也可为至少一个负脉冲，加在灯管的阴极端。
图3所示为一触发脉冲16a经升压变压器20加到阳极4的例子。触发脉冲16a加在变压器20的初级上，其次级串接在阳极4或阴极3与电源9或10之间。19a为二极管。
图1中的直流电源8可用交流市电经变压器整流或倍压整流产生，也可用开关电源。
图4为一用倍压整流的可自动闪烁的直流冷阴极荧光灯的实施例的原理示意图。图中21为交流市电，二极管22a、22b……和电容23a,23b……组成倍压整流电路，图4所示为三倍压的例子。图中灯管1的阳极4经限流电阻18与正高压端9相连；直流电压9a或9经电阻25向电容26充电，当电容充电到双向触发二极管27或晶闸管(如图5中27a所示)的导通电压时，此管27即导通，电容26上的电压经电阻28和变压器20a的初级放电，变压器20a的次级输出高压脉冲加到阴极3上去触发灯管1放电。调节电阻25和电容26的数值，可改变灯的闪烁频率。从而可制成自动闪光、闪光频率可变、耗电很小、寿命很长的自动闪光灯。若提高闪光频率到50Hz以上，则可得到稳定发光的照明灯。24为保险丝。用不同色的发光材料7，即可得到不同色的自闪光灯和照明灯。
图5为一用于自闪光灯或照明灯的结构示意图。它包括至少一支直流冷阴极放电灯管1、一个透光泡壳29、一个底座30、一个驱动器31及灯头32。驱动器31的输入经引线33与外电压(如图4中21)相连，其输出经引线34与灯管1相连。所述至少一支直流冷阴极放电灯管1可为螺旋形或其它形状的灯管；透光泡壳29由玻璃或塑料制成，可为球形、梨形、烛形、锥形或其它形状。
图4所述的直流冷阴极放电灯管灯也可用外直流电源，即灯内不设置直流电源8，如图6所示。图6中9和10分别为直流高压电源的正端和负端，电阻25a、电容26a、晶闸管27a或双向触发二极管、电阻28a、和变压器20b组成的触发脉冲产生器；晶体管35、电阻36、37、电位器38、稳压管39组成一电流可控的恒流装置，调节电位器38即可调节灯的亮度以及开和关。4和3分别为灯管的阳极和阴极，19b为二极管。
图7为一可用于信息显示的直流冷阴极荧光灯及其电路的原理示意图。图中1为显示器中的一支灯管，7为发光材料，显示器的各灯管可为相同发光色或不同发光色的，例如红、蓝、绿三色，控制各灯管的发光，即可得到单色、多色或全色显示。图6中9和10分别为直流高压电源的正端和负端。19c为二极管。11a为带有控制端13a的电流可调恒流源，串接在灯管的阴极3和电源负端10之间。40为触发脉冲发生器，41为低压直流电源，42为其控制信号端，40产生的触发脉冲加到升压变压器20c的初级，它的次级输出高压触发脉冲加到阳极4上去触发灯管1放电。当控制端13a加上“开”电压使11a导通时，若触发信号电路40产生触发信号，即可触发灯管1发光；灯管一旦被触发放电发光，即可保持发光，即具有记忆功能，直到控制端13a出现“关”信号。即图7所示的显示单元为一有记忆功能的“与门”，如图8中46所示，图8中43表示发光。
图9和图10为图7的二种不同工作方式的波形图。图9中13a为11a开关控制信号，图中所示为高电平开，低电平关。42为触发脉冲，当触发脉冲44出现时，灯管1即发光，直至13a到关电平；45为其亮度波形。改变触发脉冲的位置即可改变发光亮度。
图10为图7的又一种工作方式的波形图。这时，图8所示“与门”46的二输入端42和13a相互连接在一起，即42和13a有相同的输入波形，如图10所示。触发脉冲产生器40内有一微分电路，在输入信号的上升沿产生一触发脉冲44a，使灯管1发光；图中45为其亮度波形。
上述图7-10所示的直流冷阴极荧光灯可用于构成字符、图形或矩阵显示器，它至少由三个直流冷阴极荧光灯以行和列的矩阵形式组成一个显示模块，每行或每列中的控制端或信号控制端各自串联。图11为矩阵显示器的例子。图中有NXM个直流冷阴极荧光灯显示单元46。所述各灯可以是相同发光色或不同发光色的，图中所示为红(R)、绿(G)、蓝(B)三基色的例子；控制各灯的发光，例如用图9和图10所示的方式工作，即可显示单色、多色或全色的字符、图形和图像等。所述NXM个灯可组成一个显示模块，一个显示屏由若干个模块拼接而成。
本发明的直流冷阴极荧光灯涉及的专门技术是本专业一般人员所熟悉的，因此只要了解本发明的内容和特性，可以做各种形式的变换和代换。
本发明与现有技术的交流冷阴极荧光灯和显示器相比，具有驱动电路简单、效率高、成本低、电磁干扰小、亮度稳定、易触发控制等优点，可用于照明和信息显示。
权利要求
1.一种直流冷阴极荧光灯，它包括至少一支密封的、内充有气体放电物质的灯管，灯管内有至少一个阴极和至少一个阳极；各电极经引线接有驱动器并与电源相连，其特征在于所述的灯管电极(阴极3或阳极4)上串接有限流或恒流装置(11)以及触发脉冲电路(12)组成的驱动器(31)。
2.如权利要求1所述的直流冷阴极荧光灯，其特征在于所述的电极(3、4)上串接的限流或恒流装置(11)为一电阻和或恒流源构成。
3.如权利要求1或2所述的直流冷阴极荧光灯，其特征在于所述的电极(3、4)上串接的限流或恒流装置(11)上连接有一控制端(13)。
4.如权利要求1所述的直流冷阴极荧光灯，其特征在于所述的触发脉冲电路(12)包括一触发脉冲(16)经一电容(17)与电极相连。
5.如权利要求1所述的直流冷阴极荧光灯，其特征在于所述的触发脉冲电路(12)包括一触发脉冲(16)经一变压器(20)串接在电极与电源之间。
6.如权利要求3或4或5所述的直流冷阴极荧光灯，其特征在于所述的电极采用大表面积阴极，阴极端灯管为粗径管，内容纳有较大面积的阴极(3)。
7.如权利要求1所述的直流冷阴极荧光灯，其特征在于所述的灯管(1)为一直管，其灯管外至少有一层保温层(15)。
8.如权利要求1所述的直流冷阴极荧光灯，其特征在于所述的灯管(1)为螺旋形、“U”形、多“U”形或多支灯管相互靠近排列形状。
9.如权利要求7或8所述直流冷阴极荧光灯，其特征在于所述的灯管(1)的灯管工作于占空比小于1、或闪烁状态。
10.如权利要求7或8所述直流冷阴极荧光灯，其特征在于所述的灯管(1)的灯管工作于灯管电流大小变化的状态。
11.一种直流冷阴极荧光灯，它包括至少一支密封的、内充有气体放电物质的灯管，一个透光泡壳，一个底座及灯头，一个驱动器及其外壳；灯管内有至少一个阴极和至少一个阳极，各电极经引线接有驱动器和灯头与电源相连，其特征在于所述的驱动器(31)包括有串接在灯管(1)电极上的限流或恒流装置(11)以及触发脉冲电路(12)。
12.如权利要求11所述的直流冷阴极荧光灯，其特征在于所述的串接在灯管(1)电极上的限流或恒流装置(11)由一限流电阻(18)构成，由电容(26)和双向触发二极管(27)或晶闸管以及变压器构成了触发脉冲电路(12)，直流电源为一倍压整流电路经灯头与外交流市电相连。
13.如权利要求11或12所述的直流冷阴极荧光灯，其特征在于所述的灯管(1)为螺旋形状，灯管间相互靠近，灯管外有至少一层保温层(15)。
14.如权利要求13所述的直流冷阴极荧光灯，其特征在于所述的灯管(1)内壁上涂有发光材料(7)，灯管外的透光泡壳(29)由玻璃或塑料制成。
15.一种直流冷阴极荧光显示器，它包括至少一支密封的、内充有气体放电物质的灯管，灯管内有至少一个阴极和至少一个阳极，各电极经引线接有驱动器并与直流电源相连，其特征在于所述的灯管(1)电极上串接有由电流可控的恒流装置(11)和触发脉冲电路(12)组成的驱动器(31)，且至少一个灯管(1)为相同发光或不同发光色的。
16.如权利要求15所述的直流冷阴极荧光显示器，其特征在于所述的触发脉冲电路(12)由电阻、电容、晶闸管或双向触发二极管与变压器组成，变压器的次级接于灯管(1)的一端电极上。
17.如权利要求16所述的直流冷阴极荧光显示器，其特征在于所述的电流可控的恒流装置(11)由晶体管、电阻、电位器、稳压管组成，晶体管串接于灯管(1)的一端电极上，串联有一电位器，晶体管的基极上可接有一稳压管。
18.如权利要求15或16或17所述的直流冷阴极荧光显示器，其特征在于所述的电极采用较大表面积阴极(3)，阴极端灯管(1)可为较粗的灯管，内容纳有较大面积的阴极。
19.如权利要求18所述的直流冷阴极荧光显示器，其特征在于所述的灯管内涂复有发光材料(7)，灯管外至少有一层保温层(15)。
20.如权利要求15或16或17所述的直流冷阴极荧光显示器，其特征在于所述的电流可控的恒流装置(11)上带有控制端13，它与触发脉冲电路信号控制端(42)组成“与门”电路。
21.如权利要求20所述的直流冷阴极荧光显示器，其特征在于所述的至少一个直流冷阴极荧光灯可组成字符、图形或以行和列的矩阵形式的显示器，各灯的控制端(13)和触发脉冲信号控制端(42)控制各灯的发光亮度、开与关，以显示单色、变色和全色字符、图形和图象。
全文摘要
一种直流冷阴极荧光灯和显示器，它包括一支密封的灯管，灯管内有至少一个阴极和至少一个阳极，灯管内充有放电物质，灯管壁上可有发光材料；阳极与正直流电压相连，阴极与直流电负端相连；一限流或恒流装置串接在阳极或阴极与电源之间；一触发脉冲加在阳极或阴极上，以保证灯管可靠起亮，从而可制成工作稳定、驱动电路简单、电磁干扰小、长寿命的直流灯，用于信息显示、照明灯和自动闪烁灯等。
文档编号H01J61/04GK1316764SQ0111746
公开日2001年10月10日 申请日期2001年4月23日 优先权日2001年4月23日
发明者葛世潮, 葛晓勤 申请人:葛世潮