交通信息显示装置的制作方法

专利名称：交通信息显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种冷阴极荧光灯设备，特别是涉及一种高发光率、高效率、长寿命的单色、多色或全色的交通信息显示装置。本发明可用于照明和显示字符、图形及影视图像的超大屏幕显示装置和显示交通信息，可同时用于室内外。
背景技术：
热阴极荧光灯(HCFL)已经在照明中得到应用。热阴极荧光灯是在弧光灯气体放电区域内工作。它工作于相对低的电压(约100伏)，大的电流(在60毫安范围内)、高的效率(如80流明/瓦)情况，而且阴极通常是工作于相对高的温度，如900摄氏度。一般地，这些阴极在荧光灯被接通和工作于它的最佳温度之前，将必须首先使用起辉器和镇流器来加温升到某一温度。这样，为了点亮荧光灯，施加电压于起辉器以产生气体放电。由气体放电所产生的热把阴极加热，而且使阴极上的电子发射涂层加热上升到某一温度，从而该涂层发射电子来维持气体放电，气体放电所产生的紫外光线将使灯中的荧光粉层发射出光。
在启动期间，阴极和电子发射涂层首先被加热升到某一温度，热就使得电子发射涂层的一部分蒸发，因此当荧光灯被启动了多次之后，电子发射涂层可能在产生电子方面变得有缺陷，从而需要更换热阴极荧光灯，这个问题对于那些需要不断地启动和关掉的热阴极荧光灯的信息显示装置特别严重。这样，热阴极荧光灯在电脑、影像设备和电视机的种种应用中就显得不实用。为了照明，这些热阴极荧光灯需要起辉器和镇流器。这些起辉器和镇流器在不断地使用了一个时期之后，就会出现故障。这也就缩短了热阴极荧光灯的寿命。故打算提供一种性能改善的照明设备。
目前采用的交通灯和一些室外大尺寸信号显示装置通常都是用一些白炽灯来制造。这些白炽灯亮度高，但也有许多缺点a.由于寿命短和可靠性低而维护成本高。这种情况，尤其是对于高速公路干道上的那些交通灯和信号灯的更换和修理非常不方便，而且费用也非常昂贵。
b.由于发光效率低而电力消耗高，约为10流明/瓦，对于那些交通灯和其它多色显示装置，由于有色光是把白炽灯所发射的白色光经过滤光而得到，因此发光效率更低，故这样所得到的有色光的光强也就大为降低，对于这样一些应用，其有效的发光率只有或低于4流明/瓦。
c.在日光直接照射下，这些灯开和关的对比度很低，也就是说，灯即使处于关闭状态也像开着一样，这可能引起种种致命的后果。
为此打算提供一种改良型的照明设备，以避免上述的各种缺点。
等离子显示屏(PDP)型显示装置是在气体放电等离子区域内工作。和热阴极荧光灯不同，那些电极不是在玻璃管内而是在玻璃管外。总的来说，灯管内的等离子区域是电中和的，一般，该灯管内不含有水银，而只是包含某一种惰性气体，例如氙气来产生紫外光线。等离子显示屏的效率很低，一般约小于1流明/瓦。因此，等离子显示屏型设备通常不用于照明，而仅仅用于某些显示装置上。
超大屏幕显示装置的已有技术主要如下白炽灯显示装置该显示屏幕包含大量的白炽灯。这些白色灯常用于显示白色和黑色的字符和图形。一些有色白炽灯，它们用红、绿和蓝(R，G，B)色的玻璃来做灯泡，以供字符，图形和图像的多色或全色显示使用。白炽灯显示装置在室外的字符和图表显示中已被广泛使用，而且具有某些优点，如灯的成本低。尽管如此，可是这种技术仍有如下的缺点发光效率低(即白色灯的发光效率约为10流明/瓦，而发射红、绿和蓝色光的白炽灯的发光效率更小于白色发光效率的三分之一)；电力消耗高；可靠性差；意外的损坏；寿命短；维护费用昂贵；响应时间长以及不适合于影像显示装置。
发光二极管(LED)发光二极管在室内大屏幕和超大屏幕显示装置中已被广泛用于多色和全色的字符、图形和一些影视图像的显示。这种显示装置在室内的一些应用中能产生高的亮度，并且在室内显示亮度水平时能保持长的工作寿命。但发光二极管有如下一些缺点发光效率低和电力消耗高，特别是对于超大屏幕显示装置；对于室外应用亮度低，尤其是在要求有广大视角或受日光直接照射时；费用昂贵，尤其是对于超大屏幕显示装置，因此时需要大量的发光二极管；而且在高亮度水平时寿命低。
阴极射线管(CRT)阴极射线管包括泛束阴极射线管(例如1992年《日本显示装置》，Japan Display’92，第385页)，矩阵平面阴极射线管(例如，在美国第5,191,259号专利所揭示的索尼Jumbotron(Sony’s Jumbotron)，以及三菱的矩阵平面阴极射线管(例如，1989年《SID’89Digest》的第102页)。阴极射线管由于它和彩色阴极射线管具有产生良好的色彩兼容能力，已为人们普遍知晓。阴极射线管的缺点如下室外应用的亮度低；在高亮度环境照明的工作状态下，对比度低；在高亮度工作状态下，寿命短；这种显示装置由于结构复杂和阳极电压高约10千状，故而费用昂贵。
D.热阴极荧光显示装置热阴极荧光显示装置技术在所谓的“Skypix“显示系统中已得到使用(1991年《SED’91Digest》的第577页)，它能产生高亮度，约5000烛光/平方米，因此它在日光直接照射下仍有充足的亮度，这种系统的缺点为由于热阴极和气体放电的电弧短而发光效率低；电力消耗很高，而且由于热阴极显示在影像显示时要求开、关的次数过多而寿命短。
目前，白炽灯通常都用于室外的一些字符和图形显示。
平面矩阵阴极射线管，包括泛束阴极射线管和矩阵阴极射线管，在室外的影像显示中用得很普遍。这两种技术中无论那一种都不能提供一种显示系统，使它可兼用于室内外的某些应用中，把上述的那些缺点全部或大体全部克服掉。

发明内容
本发明是鉴于前述的有关已有技术的种种缺点而进行的。
因此，本发明的目的是提供一种使用冷阴极荧光灯(“CCFL”)的高亮度照明设备，灯上还带有可与现有的一些灯座相兼容的电接头。
因此，本发明的目的是，提供一种使用冷阴极荧光灯(“CCFL”)高亮度照明设备，并具有各种不同的设计，使得冷阴极荧光灯易于启动，把灯的温度保持在最佳工作温度。
因此，本发明的目的，是提供一种用某种形状的冷阴极荧光灯(“CCFL”)所构成的、亮度很高的大屏幕和超大屏幕显示装置，而且它可带有特殊的反射器和亮度增高屏面等。它可用在室内外，即使是受到日光的直接照射，也能使用。字符和图形显示的点亮度可高达或高于15，000烛光/平方米。全色影像的面平均亮度可高达或高于5，000烛光/平方米。
本发明的另一目的，是提供一种长寿命大屏幕和超大屏幕显示装置，在高亮度工作条件，其寿命可高达或高于20,000小时。
本发明的再一目的，是提供一种高发光率，低电力消耗的大屏幕和超大屏幕显示装置。
本发明进一步的目的，是提供一种高对比度的大屏幕和超大屏幕显示装置，而且它最好带有一些适当的遮光屏，黑色底板以及亮度和对比度增高屏面。
本发明更进一步的目的，是提供一些温度性能良好，并带有温度控制装置的大屏幕和超大屏幕显示装置。本发明的冷阴极荧光灯显示装置可用在室内外，并可在任何环境温度条件下使用。
根据本发明的一种形式，是采用一只其中装有某一种气体介质，还至少安设一支冷阴极荧光灯的灯光透射容器。该气体介质和灯光透射容器，可降低灯的热损失和环境温度对灯的影响，来增加容器内安设的至少一支灯的发光效率。
根据本发明的另一种形式，是采用一只其中至少安设一支冷阴极荧光灯的灯光透射容器，而且该灯还至少具有一个电极。灯光透射容器可通过减少灯的热损失和环境温度对灯的影响，来增加灯的发光效率，而且容器中至少安设的那一个电极还连有一只电接头，它可与为数众多的那些常规电插座中的一只在电和机械上相适配的地连接。因此由上述那些元件所构成的气体放电装置，可用来替代常规的白炽灯。
根据本发明的还有的另一种形式，是采用一只其中至少安设一支冷阴极荧光灯，并至少安设一个电极的灯光透射容器，从而可以通过降低灯的热损失和环境温度对灯的影响，来增加灯的发光效率，在容器中至少安设那一个电极，还连有驱动电路，向灯提供电力。这个包含灯、驱动电路和容器就形成一个完整的气体放电装置，可用来替代常规的白炽灯。
根据本发明的再一种形式，是采用一只其中至少安设一支加长的冷阴极荧光灯的灯光透射容器。该荧光灯具有两个终端，以便通过降低灯的热损失和环境温度对灯的影响，来增加发光效率。该荧光灯由一块附着于容器上的底板，在灯的两个支撑部位予以支撑。该两支撑部位位于两个终端，或位于灯的两个终端的附近。灯上位于两个终端之间的部分还与一个支撑件相连接，把灯固着到容器内。借助介于两个终端部分把灯支撑起来，它就像旅行载运工具上用的那些灯一样，很少可能因振动而被损坏。
根据本发明的还有的另一种形式，是采用其中至少安设一支冷阴极荧光灯的灯光透射容器，从而可通过降低灯的热损失和环境温度对灯的影响，来增加灯的发光效率。该容器中那至少一支安设的灯，至少有一个电极位于容器的外面。因为该容器用于减少灯的热损失，如果不把容器内那一支至少安设的灯的电极放在容器外面，则电极所产生的热，就会引起灯的温度升高，从而减小灯的发光效率。把灯至少有的那一个电极放在容器外面，灯的温度升高就可变小。
根据本发明的还再有的一种形式，是采用其中安设有许多个冷极放电装置的灯光透射容器，每一个冷阴极放电装置皆至少包含一支冷阴极荧光灯。该容器可降低这许多个设备的热损失和环境温度对这些设备的影响，以增加它们的发光效率。一只模块式罩壳用来装设这些设备，于是这些设备则可相互贴邻地被布置成为一个阵列，用来显示图像。
根据本发明的额外的一种形式，是采用一只罩壳来装设由冷阴极放电装置所构成的阵列，此时每一个冷阴极放电装置皆至少包含一支冷阴极荧光灯，和一只把那一支至少包含的冷阴极荧光灯安设其内的灯光透射容器，通过降低灯的热损失和环境温度对灯的影响，来增加那至少一支包含的灯的发光效率。
本发明有利显示交通信息。这样，根据本发明的再一种形式，是采用一只其中至少安设有一支冷阴极荧光灯的反射腔，该反射腔的一侧至少具有一个灯光输出窗。此外，还使用一片基板来支撑那至少一支安设的灯，从而当灯上加有电压时，该灯就产生光输出，经过灯光输出窗来显示交通的有关信息。
根据本发明的另一种形式，是使用其中至少安设一支冷阴极荧光灯的反射腔，该反射腔的一侧至少具有一个灯光输出窗。此外，在灯光输出窗的附近还用了一个灯光凝聚装置，以改变从窗口输出的灯光的角度分布，和增加那至少一支安设的灯所产生的光输出的利用系数。在灯上加上电压，该灯所产生的光输出经过灯光输出窗，并由设于窗上的灯光聚光装置加以聚光来显示交通的有关的信息。
根据本发明的还再有的一种形式，至少有一盏冷阴极荧光灯要做成许多不同形状，如“+”形，“X”形，“T”形等之中的一种形状，或做成由这些不同形状组合而成的形状，从而可用来显示交通信息。此处所用的冷阴极荧光灯可发射单色、多色、或者红色、绿色和黄色的光。灯光反射腔中至少安设一支冷阴荧光灯，该灯安设之处即确定了反射腔于设灯之处的一侧划定的一个灯光输出窗。在灯光反射腔中有一片黑色衬底用来支撑冷阴极荧光灯，而且还有一片复盖灯光输出窗的黑色遮光屏，用来阻挡和吸收环境入射光。在灯光输出窗处或其附近有一只滤光镜，用来调节灯所发的光的色彩，并吸收环境入射光，以增加对比度。
根据本发明的形式，是提供一台冷阴极荧光灯显示装置，它含有许多支可各自单独控制的冷阴极荧光灯，以及向那些灯施加工作电压的装置，用来控制这些灯所发的荧光，以便显示字符、图形或影视图像。上述那些可各自单独控制的冷阴极荧光灯可用于这样一种显示方法，即把一些工作的电信号接到灯上，来控制它们发荧光的时间间隔，从而显示出字符、图形，或影视图像。
本发明的优先实施例，是提供一种冷阴极荧光灯显示装置。它包含若干支做成某种形状的发红色、绿色和蓝色光的冷阴极荧光灯，并带有若干只红色、绿色、蓝色的滤光器，若干只反射器，底板，亮度和对比度增高屏面，温度控制装置，以及该设备的电子驱动器。根据图像信号来控制冷阴极荧光灯的发光时间间隔、或灯的电流，或灯的接通和断开，以控制冷阴极荧灯的亮度，采用单色、多色或全色来显示字符，图形和图像。
在本发明还有的另一种形式中，打算使冷阴极荧光灯的灯管具有一段拉长的部分和一段面积扩大部分，扩大部分横剖面的那些尺度都比拉长部分的大，以便适应某些尺寸较大的电极。这些尺寸较大的电极，在冷阴极荧光灯中可提供高数量的电子。这些尺寸较大的电极也可减少热量的产生，从而提高显示装置的寿命。
在许多应用中，想要把冷阴极荧光灯所发射的光聚焦或瞄准到某一特殊方向。因此，在其内至少安设有一支冷阴极荧光灯的灯光透射容器的后部设有一层反射层。灯光透视容器后部的反射层可为球面形状，抛物面形状或椭球面形状，用来反射灯光和增加设备的亮度。
加长的冷阴极荧光灯的发光量与灯的长度成正比。为了照明目的，可尽可能地使用长的冷阴极荧光灯。可是很长的灯就会占据较大的空间，而且不便于使用。为此采用一支或多支冷阴极荧光灯，其中每支灯具有多重螺旋形结构，或者是由多支冷阴极荧光灯在一起所构成的多重螺旋形结构。此时，至少有二个电极与一支或多支灯作电连接，从而当那至少二个电极加上电压时，该发光结构即发光。
当冷阴极荧光灯的温度低于其正常工作温度时，希望将灯所发出来的热保存起来，以便灯迅速地达到它的正常工作温度。如上所述，因此打算把一支或多支冷阴极荧光灯封在灯光透射容器内，以减少热扩散。然而，特别是当灯工作于相对高的电力情况，灯在工作期间可能达到如此高的温度，使得灯温度和灯内压力升高，以致降低灯的工作效率。故而又要降低灯内的压力和温度。本专利的申请人把灯的一段一定长度暴露在灯光透射容器外面的环境内，以容许较好地将热扩散。在本优先实施例中，灯有一段是伸在灯光透射容器外。灯这样暴露在外界环境内的那一段里可不含有电极，因而这段灯里所包含的东西(可能是水银或惰性气体)将容许热有效地扩散，而且灯内的压力将会降低，同时也提高了灯的效率。
当冷阴极荧光灯的温度低于它的正常工作温度时，例如启动时，可向灯供应较多的电力，来使灯的温度升高并达到正常的工作温度。一旦达到正常工作温度，又希望减少发送给灯的电力的数量。这一点，利用其阻抗可随温度作相反变化的线路即可方便地达到。如果用该线路把电源与冷阴极荧光灯连接起来，当灯的温度低于某一工作温度时，发送给灯的电力将会处于较高水平，当至少一支灯的温度升高时，该线路的阻抗立即增加，因而至少一支灯由电源所收到的电力的数量会降低下来。


参考以下的详细说明，并联系那些附图进行研究，即可对本发明的其它一些目的和与之相伴随的许多优点作更好地理解。附图包括图1(a)，图1(b)示出一种用拼接式冷阴极荧光灯显示块所拼接成的组装型冷阴极荧光灯显示装置，此处图1(a)为该显示装置的局部顶视图，用来说明本发明的优先实施例。
图1(b)为图1(a)中的显示装置、沿1b-1b剖面线的部分侧视剖面图。
图2示出本发明中冷阴极荧光灯形状的一些实施例。
图3(a)为一种带有反射件、冷阴极荧光灯和遮光屏的显示装置的部分剖面图。
图3(b)为一个反射件和一盏冷阴极荧光灯的部分剖面图。
图4为带有加热和温度控制装置的冷阴极荧光灯显示装置的一个实施例。
图5为带有亮度和对比度增高屏面的冷阴极荧光灯的一个实施例的部分剖面图。
图6为冷阴极荧光灯显示装置的发光元件的部分剖面图。
图7为驱动冷阴极荧光灯显示装置的冷阴极荧光灯阵列用的驱动电路的概略线路图。
图8(a)为驱动冷阴极荧光灯显示装置的冷阴极荧光灯阵列的另一种驱动电路的概略线路图。
图8(b)为用来说明图8(a)中线路工作的时序图。
图9为用来说明图8(a)中线路的另一种工作方法的时序图。
图10(a)为驱动冷阴极荧光灯设备的冷阴极荧光灯阵列用的另一种可供选择的驱动电路的概略电路图。
图10(b)为用来说明图10(a)中电路工作的时序图。
图11(a)为驱动冷阴极荧光灯显示装置的冷阴极荧光灯阵列用的一种不同的驱动电路的概略线路图。
图11(b)为用来说明图11(b)中线路工作的时序图。
图11(c)，(d)，(e)用来说明在冷阴极荧光灯显示装置中冷阴极荧光灯的一种改进的驱动电路的概略线路图。
图12为适合于代替常规白炽灯用的一种冷阴极气体放电照明设备的概略视图，此处支撑设施是用来防止冷阴极荧光灯发生过份振动或与灯光透射容器发生撞击，以说明本发明的一个实施例。图12中的这种设备具有一个电接头，它可装入常规双灯脚型电插座相配合。
图13为一种带有电接头的冷阴极荧光灯气体放电照明设备的概略视图，用来说明本发明的另一实施例。该电接头可装入常规螺旋线型电插座。
图14为一种冷阴极荧光气体放电照明设备的剖面图，用来说明本发明的另一实施例。
图15为一种带有一支螺旋形冷阴极荧光灯和一只驱动器的冷阴极气体放电照明设备的概略视图，用来说明本发明还有的另一实施例。该驱动器可将50或60赫的电力转换为较高频电力。
图16为一种冷阴极气体放电照明设备的剖面图，用来说明本发明的再一个实施例。该照明设备使用三支冷阴极荧光灯来分别显示红色、绿色和蓝色光。
图17为一种冷阴极气体放电照明设备的概略视图，该设备使用一块印刷线路板和一只驱动激励器来向冷阴极荧光灯供应电力。
图18为一种冷阴极气体放电照明设备的概略视图，用来说明本发明的再另一个实施例。该设备使用一盏带有支撑设施的螺旋线形冷阴极荧光灯和一只驱动器。
图19为一种冷阴极气体放电照明设备的概略视图，用来说明本发明的一个实施例。该设备使用一支双“U”形冷阴极荧光灯。
图20(a)为一种冷阴极气体放电照明设备的透视图，用来说明本发明的再一个实施例。图20(b)，图20(c)示出冷阴极荧光灯两种可能的形状，它们可用于图20(a)中的照明设备。
图21和22分别为两种冷阴极气体放电照明设备的概略视图，此处向冷阴极荧光灯施加电压的电极，其中至少有一些电极放在其内含有冷阴极荧光灯的反射腔的外面，以便于热扩散。
图23，24分别为两种冷阴极气体放电照明设备的概略视图，该设备带有电极，它们在其内含有冷阴极荧光灯的反射腔的外面，以便于热扩散，额外增加触发电极，以便电触发控制冷阴极荧光灯的启动。
图25为一种显示装置部分剖视图，该显示装置使用由若干冷阴极荧光灯气体放电装置所组成的二维阵列，每一个气体放电装置都具有一只供冷阴极荧光灯安设用的灯光透射容器。
图26为图25中显示装置的顶视图。
图27为与图26相类似的显示装置，这些独立的冷阴极荧光灯没有各自的灯光透射器，但这些独立的灯光透射容器是用一只大型的灯光透射容器来替代，把这些冷阴极荧光灯全部封闭和安设在其中。
图28和29为使用多支冷阴极荧光灯的交通信息显示装置的概略视图，用来说明本发明。
图30到35为使用多支冷阴极荧光灯的交通信息显示装置的剖面图。
图36为图31中交通信息显示装置的一个实施例的透视图。
图37和38为图31中交通信息显示装置的两种不同的实施例的透视图，它们使用三片分开的透镜，把来自三个不同灯光输出窗的灯光加以聚光和聚焦。
图39(a)，39(b)，39(c)和39(d)为四种不同的冷阴极荧光灯布置情况的概略视图，用来显示四种不同的交通信号。
图40为一种交通信息显示装置的剖面图，用来说明本发明的另一实施例。
图41(a)为一种冷阴极荧光灯的剖面图，用来说明本发明的另一实施例。
图41(b)和41(c)分别为图41(a)所示冷阴极荧光灯，沿剖面线41(b)-41(b)和41(c)-41(c)的剖面图，用来说明图41(a)中的实施例的两种不同的实现情况。
图42(a)为一种冷阴极气体放电装置的部分剖面图和部分概略视图，以说明本发明的另一实施例。该放电装置使用螺旋形或一头大一头小的螺旋形冷阴极荧光灯，每一支灯有一段伸到灯光透射容器的外面。
图42(b)为一种冷阴极气体放电装置的部分剖面图和部分概略视图。如图42(a)中所示，该放电装置也使用两支螺旋形或一头大一头小的螺旋形冷阴极荧光灯，而且灯有一段伸在灯光透射容器的外面，但此处灯光透射容器的形状大致为球形。
图43为一种交通灯灯座和反射器的部分剖面图和部分概略视图，它们使用的是如图42(a)所示的冷阴极气体放电装置，但此处，反射层仅复盖住灯后部的一部份。
图44为与图43所示相类似的设备的部分概略视图和部分剖面图，但此处灯后部上的反射层的形状与图43中所示的反射层不同。
图45为图42(b)所示的冷阴极荧光灯，以及交通灯灯座和反射器所组成的交通灯的部分剖面图和部分概略视图。
图46(a)为一种冷阴极荧光灯和一种向荧光灯供应电力的线路的概略视图，用来说明本发明的另一实施例。
图46(b)，64(c)为冷阴极荧光灯和一些电力线路的概略视图，用来说明可替代图46(a)所示情况的实施例。
图47(a)为一种图像显示装置的概略视图，用来说明本发明还有的另一个实施例。包含在灯光透射容器中的一个由三支冷阴极荧光灯所组成的灯组，就构成图像显示装置的一个像素。由这许多灯组所布置成的二维阵列，即可供该设备用来显示装置图像。
图47(b)为图42(a)中图像显示装置的侧视图。
具体实施例方式
为了叙述清楚，在本申请书中凡是相同的零部件皆标以相同的号码。
下面详细说明本发明的优先实施例本申请书中的发明可用于照明和信息显示装置，例如在街道相交叉口显示装置交通信息，以及在电视和电脑的某些应用中显示装置一些字符，和图形图像。
在一个实施例中，本发明利用一支具有一定形状，且带有一种特殊反射件和亮度增高屏面等部件的冷阴极荧光灯(“CCFL”)，来提供亮度非常高的大屏幕和超大屏幕显示装置。该装置可用于室内外的某些应用中，即使受日光直接照射也可以使用。字符和图形显示装置的点亮度可高达或高于15,000烛光/平方米。全色图像显示装置的平均亮度可高达或高于5,000烛光/平方米。冷阴极荧光灯的发光效率与灯的长度有关，约在40到65流明/瓦范围内。
在另一实施例中，本发明可用来提供一些长寿命的大屏幕和超大屏幕显示装置。该显示装置的寿命，在高亮度工作条件下可高达或高于20,000小时。本发明还可用来提供一些高发光效率、低电力消耗的大屏幕和超大屏幕显示装置。其发光效率可高达或高于30流明/瓦。
下面结合附图，对本发明的冷阴极荧光灯显示装置进行介绍。
本发明的冷阴极荧光显示装置具有两种型式冷阴极荧光灯显示块组装型和直接用冷阴极荧光灯显示型。
在结构上本发明的冷阴极荧光灯显示装置可以是一种单片结构或是一种拼接式结构。对于超大屏幕显示装置，常做成拼接式结构，即显示屏幕做得像用若干片拼接式冷阴极荧光灯显示模块拼接的阵列。
图1(a)和图1(b)示出一种由拼接式冷阴极荧光灯显示模块所构成的拼接式冷阴极荧光灯显示装置。图1(a)所示为由本发明所提供的拼接式结构冷阴极荧光灯显示装置的一个优先实施例的部分顶视图。图1(b)表示图1(a)中所示装置的101部分沿剖面线1b-1b的剖面图。图中所示的冷阴极荧光灯显示装置的101部分包含四片拼接式冷阴极荧光灯显示模块。这四片拼接式冷阴极荧光灯显示模块的每一块含有若干支做成一定形状的冷阴极荧光灯，它们可发出白色或红色、绿色和蓝色光。图1(a)为红、绿、蓝所构成的全色冷阴极荧光灯显示装置。像素103由三支做成一定形状的，分别发红色、绿色和蓝色光的冷阴极荧光灯所组成。虽然在图1(a)和图1(b)中未示出，但一般把一个或多个像素组合到一起就可构成一个模块，把一个或多个模块组合到一起就可构成一个显示屏幕，用它来显示全色的字符、图形和影视图像。发红色、绿色和蓝色光的冷阴极荧光灯分别配备有红色、绿色和蓝色光的滤光器，其功能是吸收冷阴极荧光灯的气体放电所发出的光线中的杂色光和提高色彩的纯度，改善图像显示的质量，以及通过吸收环境入射光来提高所显示图像的对比度。另外，发红色、绿色和蓝色光的冷阴极荧光灯也可用红色、绿色和蓝色的玻璃制造灯管来提高色彩纯度，和吸收环境入射光来提高图像显示的对比度。
冷阴极荧光灯的形状可以是“U”形、蛇形、圆环形或其它一些形状。对于白色或单色显示，像素可以用一支具有一定形状的冷阴极荧光灯，或多支不同颜色的冷阴极荧光灯来构成。104为供一些冷阴极荧光灯102安装用的底板。关于102的驱动器105以及其它一些零部件将在下面叙述。106为介于冷阴极荧光灯102之间的黑色无反射面，用来吸收环境入射光和增加显示图像的对比度。107为那些冷阴极荧光灯102的电极接线端，此处，那些电极接线端被弯得朝向底板104的背面(图中未示出)，并与那些驱动器105相连接(图中未示出)。108是一个反射器。109是一个亮度和对比度增高屏面。110为黑色遮光屏，用来吸收环境入射光。111为加热和温度控制器装置，像三明治那样夹在与那些冷阴极荧光灯102相接触的导热板112之间，而保温层则与黑色底板104相接触，此处加热和温度控制装置111紧靠冷阴极荧光灯102，以使冷阴极荧光灯工作于最佳工作温度，例如30℃到75℃，以提高亮度和显示图像的色彩均一性，并得到高发光效率、高亮度、和在任何环境下均可快速启动。一片拼接式冷阴极荧光灯显示模块可以有一块或几块导热板112，来保证所有的冷阴极荧光灯都工作在相同的最佳温度。在加热和温度控制装置111与底板104之间为保温层113，用来减少热损失和降低电力消耗。
图2示出做成各种形状的冷阴极荧光灯102可能的形状的一些范例。形状201，202和203是供白色或单色显示用，形状204，205和206则供多色和全色显示用。
图3(a)和3(b)为两种反射件连同冷阴极荧光灯在一起的剖面图。这两种反射件连同灯，都是供图1所示的那些用拼接式冷阴极荧光灯显示模块所铺成的组装型冷阴极荧光灯显示装置使用。301为冷阴极荧光灯。302为底板。303为反射件，它是由高反射率的层或膜，例如铝或银或其它合金所做成的镜面，或是高反射率的漫射或散射面，例如白色的粉、塑料或油漆。反射件用来把冷阴极荧光灯所发射出来的光，反射向位于304的观者，305为许多坐落于冷阴极荧光灯之间的小遮光屏，用来吸收环境入射光，以提高显示图像的对比度。在图3(b)中，反射件306是由高反射率的膜，例如铝或银或合金膜做成，它附着在冷阴极荧光灯的后表面。
图4示出热和温度控制装置的一个实施例。401为冷阴极荧光灯。402为反射件。403为底板。404为热和温度控制装置，例如它是由电热丝或电热膜所做成。406为导热板，而且每片拼接式显示模块都具有一块或多块导热板406，以保证那些冷阴极荧光灯工作于最佳温度。407为温度传感器，而408则为自动温度控制线路，它与传感器407以及加热和温度控制装置404作电连接。409为热绝缘层，其功能是降低热损失或减少电力消耗。410为亮度和对比度增高屏面。介于屏面410和热绝缘层409之间为保温腔411。保温腔可把温度控制在冷阴极荧光灯最佳工作温度，例如30℃到75℃。
加热装置404也可简化为热空气流。该热空气穿过位于屏面和热绝缘层409之间的整个显示装置屏幕作流动。一些温度传感器407和一些控制线路408，则用于侦测和控制冷阴极荧光灯保温腔的温度。
图5为带有亮度和对比度增高屏面的冷阴极荧光灯显示装置的一个实施例的剖面图。501为冷阴极荧光灯。502为反射件，503为亮度和对比度增高屏面，它包括一个圆柱形透镜或一个圆柱形透镜阵列504和一些小的遮光屏507。透镜的光轴朝向观者。由冷阴极荧光灯发射出来的光可有效地由反射件502反射出去，再由透镜聚焦而射向位于505的观者(图中未示出)，这样就提高了显示图像的亮度和有效的发光效率。506为底板。507为一些坐落在冷阴极荧光灯顶部的小的遮光屏，用来吸收包括太阳光在内的环境入射光，以提高显示图像的对比度。
图6为直接用冷阴极荧光灯作为发光元件来装设的冷阴极荧光灯显示装置。对于单色或白色显示，该装置包含一支具有一定形状的白色或单色冷阴极荧光灯；对于多色显示，601至少包含一组多色冷阴极荧光灯；而对于全色显示，则601至少包含一组红、绿、蓝三原色的冷阴极荧光灯，如图6中所示。602为玻璃壳。较普遍地，602可以是一个由任何一种透光材料，例如玻璃、塑料制成的一个容器或一个管壳，大体上环绕着冷阴极荧光灯，因此冷阴极荧光灯所发射的光的极大部分可经过壳或容器602透射出去。603为灯接头，它与玻璃壳602密封来形成一个真空腔604。另一种情况，腔604内也可充入某一种气体，例如氮气或某一种惰性气体。605为底板，冷阴极荧光灯即固定于其上。底板605固定在灯接头603上，其边缘与玻璃壳602的内表面相连接。为了得到良好的固定和密封效果，在底板605、玻璃壳、灯接头和那些冷阴极荧光灯之间皆加有粘结物质，例如陶瓷粘结剂。如图6所示，冷阴极荧光灯601所发出的光的极大部分，除去直接射到底板605上的之外，都经过玻璃壳602透射出去，底板605也具有光反射表面以减少光损失。
如果冷阴极荧光灯显示装置是由多支灯制成，例如用许多支冷阴极荧光灯组装成，这些冷阴极荧光灯也要用粘结物质606相互固定在一起，608为排气管，用来排出真空腔604中的气体。609为灯头，它用固定粘结剂610来固定在灯座上。611为灯的一些电接头。612为那些冷阴极荧光灯的电极；这些电极利用引线613与电接头611和灯头609相连接。玻璃壳602可以是一个漫射玻璃壳，来得到漫射光。另一种情况，如图6所示的玻璃壳602具有一个前部614和后部615。前部614为一个透明的球面或一个可作漫射的球面，而后部615为锥形或接近锥形的壳。玻璃壳后部615的内表面具有反射膜616，例如铝、银或合金的薄膜，用来反射灯光和增加灯的亮度，当从图6的顶部看过去，灯光反射的情况如射线617所示。真空腔604可以减少冷阴极荧光灯的热损失，从而提高冷阴极荧光灯的效率。此外，真空腔还可消除因环境温度而使冷阴极荧光灯性能恶化的那些不希望发生的影响。底板605为一块高反射率板，用来反射灯光，以增加冷阴极荧光灯显示装置的亮度。如图6所示的那些冷阴极荧光灯，可用于制造单色、多色、全色显示系统，来显示字符、图形或一些影视图像，而且也可以用于照明。如果冷阴极荧光灯仅用于照明，则反射膜或层616可省掉，这样后部615或容器602也可以透射灯光。
容器602的形状也可做得与图6所示的不同，例如像图13，15所示的球形，或如图12，17到19所示的圆柱形，或如图6，16以及20(a)所示的锥形，如以下所述，甚至还可做成椭球形。
图7为冷阴极荧光灯显示装置的驱动电路的概略视图。701为冷阴极荧光灯。702为直流/交流转换器，它可把直流输入电压转换为高压、高频(例如几十千赫)的交流电压，用来驱动冷阴极荧光灯。记号X1，X2，…为一些扫描行。记号Y1，Y2，…为一些列数据电极。一个直流/交流转换器702，用来驱动一支冷阴极荧光灯701。根据图像信号来控制直流/交流转换器施加到冷阴极荧光灯上的输入电压的时间间隔，即可控制冷阴极荧光灯的亮度，以及显示字符、图形和图像。
图7所示的冷阴极荧光灯显示装置，需要大量直流/交流转换器来驱动这些冷阴极荧光灯。为了减少直流/交流转换器的数量，且降低显示系统的成本，可采用如图8所示的一种方法，即用一个直流/交流转换器来驱动一行或一组冷阴极荧光灯。图8(b)为用来进一步说明图8(a)激励电路工作的时序图。801是一些冷阴极荧光灯。802为直流/交流转换器。803为一些耦合电容器，记号为X1，X2，…为一些扫描行。记号Y1，Y2，…为一些列数据电极。当某一扫描行，例如X1，被访问(图8(a)，tON)时，有关的直流/交流转换器就接通，而向该扫描行输出持续的交流电压，如图中所示加在一些扫描行上的804。这个持续电压低于冷阴极荧光灯的启动电压，因而不能启动该扫描行的那些冷阴极荧光灯。但在这些荧光灯已被启动后，它可维持荧光灯持续发光。由于冷阴极荧光灯的启动电压(例如，1.5千伏)远远大于持续电压(例如，500伏)，故当列数据电极上电压为零时，有关的冷阴极荧光灯不能被启动，而将停留于关闭状态。当列数据电极Y1，Y2，…被加上逆相位触发电压805时，有关的冷阴极荧光灯将被启动。该冷阴极荧光灯将可发光，一直持续到相应的进行访问的直流/交流转换器被断开，如图8(b)所示，在tOFF位置。发光时间tm可根据图像信号来控制，以调制冷阴极荧光灯的亮度，以及显示单色、或多色、或全色的字符、图形和图像。例如，触发脉冲805是为了传送一个高亮度信号806，此处发光时间为tm1(＝tOFF-tON1)；触发脉冲807是为传送一个低亮度信号808，此处发光时间为tm2(＝tOFF-tON2)等等。
图9示有图8(a)中驱动电路的一种不同的工作方法。901与图8(b)中的804相同，是可通过一些扫描行X1¨X2，…902而施加的扫描电压，而904是可通过一些列数据电极施加Y1，Y2，…而施加的数据电极上的电压，其相位与扫描电压901的相位相反。换而言之，即电压902和904具有的相位和电压901的相位相反。当扫描电压901和信号电压902同时加到冷阴极荧光灯上时，则施加在冷阴极荧光灯上的总电压，将大于此时期可使灯发光的启动电压。接通时间tm1和tm2，即发光时间，则有赖于一些图像信号，不同的tm具有不同的发光时间，如903和905所示，亦即不同的亮度，来显示字符、图形和图像。
图10(a)为冷阴极荧光灯显示装置的再另一种驱动电路的概略线路图。记号X1，X2，…为扫描行。记号Y1，Y2，…为列数据电极。1001为冷阴极荧光灯。1002为直流/交流转换器。1003为交流电压开关。每一行或一组冷阴极荧光灯都有一只直流/交流转换器。当开关1003根据图像信号接通时，相关的冷阴极荧光灯发光，字符、图形和影视图像即可显示。在此情况下，因为冷阴极荧光灯的启动电压大于持续电压，同一行或同一组的全部冷阴极荧光灯又必须在如图10(b)的tm同一时间启动。此时有关的直流/交流转换器将被接通、而输出较大的可使冷阴极荧光灯启动电压1004。因此，当有关的开关接通，此时所有与该直流/交流转换器相连的冷阴极荧光灯都被启动。在冷阴极荧光灯启动之后，该直流/交流转换器将输出较低的持续电压1005，使得冷阴极荧光灯持续发光。开关的时间tOFF有赖于图像信号。换而言之，通过控制开关的那些断开时间，即可得到不同的断开时间tOFF，例如tOFF1和tOFF2，从而获得不同的发光时间间隔，例如1006和1007，而且也可得到不同的亮度1008和1009来显示字符，图形和图像。
图11(a)示出一种低交流电压开关的驱动电路。记号X1，X2…为扫描行，记号Y1，Y2，…为列数据电极。1101为冷阴极荧光灯。1102为可输出低交流电压的直流/交流转换器，例如转换器各自输出10伏，几十千赫的交流电。每行或每组冷阴极荧光灯都有一只直流/交流转换器。1103为低交流电压开关，1104为变压器利用它可把低的交流电压变成高的交流电压。1105为耦合电容器。激励时序图示于图11(b)中。1106为扫描行被访问时，从直流/交流转换器输出的低交流电压。1107和1110为从列数据电极来的交流开关控制电压信号，此处这些电压信号的宽度与图像信号所指出的显示装置光强有关。1108和1111为来自变压器的高交流电压输出。1109和1113为由冷阴极荧光灯所发出来的光的波形。当某一交流电开关被接通，有关的变压器即输出较高的电压1114来启动有关冷阴极荧光灯。于冷阴极荧光灯启动之后，变压器即输出较低的持续电压1115，1116来使冷阴极荧光灯持续发光。当直流/交流转换器1102被断开，如tOFF所示，所有被访问的冷阴极荧光灯则全部被断开。根据列数据电极Y1，Y2，…上的图像信号来控制交流电开关的接通时间，冷阴极荧光灯的亮度即可被调制得来显示字符、图形和图像。
冷阴极荧光灯工作于高频率，约几十千赫，工作电压范围为200伏到3,000伏。当一些冷阴极荧光灯未发光时，必须施较高的电压来使那些灯开始发光，这样的启动电压通常都在范围为200到3,000伏的上界或上界的附近。当冷阴极荧光灯已被启动发光后，就需施加比启动电压低的持续电压，来使灯持续发光，持续电压通常都趋向范围约为200到3,000伏的下界，例如约在200到1,000伏范围内。
为了用冷阴极荧光灯所构成的、如图7，8(a)，10(a)和11(a)所示的两维阵列来显示字符、图形和图像，这些荧光灯必须进行周期性的接通和断开，以便可以显示不同的或正在移动的文本，和/或图像，和/或图形。能工作在200到3,000伏范围内的交流电开关是难于制造的，而且制造费用昂贵。因此，打算采用如图11(a)所示的变压器，这样开关1103就不需要在这样高的电压下工作，参阅图11(a)，直流/交流转换器1102可供给的交流输出电压低于100伏，频率为几十千赫。转换器1102所供给的交流电压，最好在5到100伏，或20到40伏的范围内，如果能在24到36伏范围则更佳，至于所供给的交流电压的频率在30到50千赫范围内。因此那些开关1103工作在这样低的电压范围。当开关1103在相应的变压器1104上加上适当的交流电压时，该相应的变压器1104将把电压变成在200到3,000伏范围内，以启动冷阴极荧光灯1101和使它持续发光。
图11(c)，11(d)和11(e)为三种驱动电路的概略线路图，用来说明冷阴极荧光灯显示装置中的激励线路的三种额外的实施例。如图11(c)所示，直流/交流转换器1122跨接在两根导线1119上，施加的电压在100伏以下，频率为几十千赫。如图11(c)所示，转换器1122包含一个带有次级线圈1122a(s)的变压器1122a，该次级线圈向两根导线1119施加低交流电压，而导线1119则把这样的电压依次加在一对二极管1128的阳极上，每对二极管皆用来控制相应的变压器1124和相应的冷阴极荧光灯1121。图11(c)所示，次级线圈1112(s)的中间点是接地的。每对二极管的阴极1128则与相应的变压器1124的初级线圈1127的两端相连，通过一些电容器1125向相应的冷阴极荧光灯1121供应电力。转换器1122看起好像跨接在次级线圈1122a(s)的两端。但由于转换器输出的电压为交流电压，其极性将以几十千赫的频率进行周期性变化。最好，这样的交流电压输出的频率在30到50千赫范围内。由于次级线圈1122a(s)的两端与每对二极管的阳极相连，故将要施加在初级线圈1127上的电压输出，是与转换器1122的交流电压输出的极性无关。为要构成完整的线路，初级线圈1127的中间点1127a，利用一个导电体1129经过一个相应的开关儿23与地相接。需要指出，与转换器1122的极性无关，电流将经过初级线圈的一段1127作流动，然后从中间点1127a，再经过导线1129、开关1123流入大地。因此，开关1123可以是直流开关，以替代交流开关。提供一些直流开关来运行显示装置可进一步降低成本。跨接在初级线圈1127上的电压，与换转器的输出电压具有相同的数量级。这样的电压可用变压器1 124使之升高到冷阴极荧光灯工作电压范围。
尽管图11(c)到11(e)所示的一些实施例示出，有几对二极管的阳极与一些转换器1122的输出相连，但将可理解，这并不是必要的。因此，每一对二极管的二个阳极可以接得具有相反的极性，从而这些二极管的阴极皆可接到转换器1122上，而它们的阳极与次级线圈的那些中间点1127a相连，然后通过开关1123与高于大地(电压)的参考电压相连；这样的线路以及其它的一些变化皆在本发明的范围之内。
在图北(c)所示的实施例中，每一个向相应的冷阴极荧光灯供应电力的变压器线路、皆有其相应的一对二极管1128。在这样的实施例中，相应的每一组二极管将仅需维持使其相应的冷阴极荧光灯工作所必要的电流。这样的实施例，将打算在该处使用一些导线1119对大量成行布置的冷阴极荧光灯进行访问和控制。在用两根导线来运行少量冷阴极荧光灯的地方，把全部冷阴极荧光灯都接在这两根导线上，来分享如图11(d)所示的那对共用二极管1128a即可满足要求。因此，如图11(d)所示，仅仅用单独的一对二极管1128a来向两根导线1119供应电力，导线1119则用来向若干冷阴极荧光灯供应电力。
为了替代设于转换器1122和初级线圈1127之间的线路通路上的那些二极管，也可能像图11(e)所示的那样，在变压器1124的初级线圈与其相应的开关之间放设一对二极管，如图11(e)所示，初级线圈1112b分成两部分1112(1)和1112b(2)。初级线圈这两部分的每一部分，其一端和两根导线1119中的一根相连，而另一端则经过那对二极管1128b中的一个相应的二极管、导线1129和开关1123与地相连。这样，一般说来，这对二极管的那些二极管可对称地或不对称地放在由转换器1122的那些输出端，经过变压器初级线圈及其相应的开关，通到大地的线路通路的任何地点。显然，开关1123和一些转换器1122中的线圈1112a(s)的那些中间点是可以与参考电压相连，而不必接地；这样的线路和其它的一些变化皆在本发明的范围之内。图中的那些转换器1122是由一个交流电源来供应电力，例如从电力公司输出的110伏，60赫交流电，这样的转换器也可以包含一些整流器(图中未示出)，对电源的交流电力作第一级换转，第一级转换后的电力，再由转换器进一步转换成低压高频的电力输送出去。
参考图12到15，17到19，以下的说明将和用于照明设备中的那些冷阴极荧光灯有关。因而打算采用如这些图中所示的容器来安设这些照明设备中的冷阴极荧光灯，以透射灯光并把这些荧光灯围住，使得这些灯所发的光，除因支持灯需要的一小块面积之外，大体上可沿所有的方向射出。就是那一小块面积，也是可设法从那里把光反射出去。换而言之，这些容器本身可不含反射面。如图12所示，照明设备1200含有一支封在容器1204a中的冷阴极荧光灯1202a，该容器可用任何透光材料，如玻璃或塑料来制成。冷阴极荧光灯1202a是加长型的，它有两个接线端1202’和1202”。
冷阴极荧光灯1202a用底板1206a安装固定，于该处冷阴极荧光灯的两个接线端1202’和1202”分别插入底板上与它们相匹配的孔中，而且底板于其边缘用某一种粘结物质，例如陶瓷粘结剂与容器1204a的内壁相连接，其情况以上已曾述及。容器1204a与灯座1208a相连。两个电接头1210a附着在灯接头上。灯座1208a还提供两根指状或凸出的撑脚，它们可与常规的弹簧灯脚电插座(图中未示出)，例如一些白炽灯通常用的电插座上的那些槽口(图中未示出)相适配地装进去；这些电插头就是大家都知道的双灯脚插座。带有如图12所示结构的电接头1210a和指状撑脚，照明设备1200便可适配地装入常规的弹簧灯脚电插座内，该插座具有可把指状撑脚装进去的槽口。在这种情况下，该照明设备可以用来替代常规的白炽灯，不需要改变插座的的结构，就可装入常规的电插座内。
有些地方要把容器1204a抽成真空而成为真空腔。抽真空可通过排气管1212来进行。如上所述，把冷阴极荧光灯1102a放在真空腔内，可减少荧光灯的热损失，来维持冷阴极荧光灯处于某一升高的温度，例如在30℃到75℃的温度范围内，这将会增加冷阴极荧光灯的发光效率和寿命。另一种办法，也可用像惰性气体那样的某种气体注入到腔内，并用容器1204a封起来。于此情况，最好在封于容器内的腔和大气之间，能保持有一个小孔，例如排气管1212，从而当气体因温度变化而膨胀和收缩时，不致损坏容器。把冷阴极荧光灯放在封于容器1204a内的气体中，冷阴极荧光灯的热损失可减少得把该灯维持于某一升高的温度，例如在30 ℃到75℃的温度范围内，该温度可以增加冷阴极荧光灯的发光效率和寿命。
由于冷阴极荧光灯是加长的，如果照明设备1200用于运输工具中，设备1200可能受到某些振动，例如照明设备用于飞机中，这种振动具有大的振幅。因此，可能打算采用某种支撑设施，例如用一根弹簧1218，它最好能把冷阴极荧光灯的中央部分与容器1204a的内壁连接起来，这样，照明设备1200的那些振动，将不会致使冷阴极荧光灯受到过份的负担或撞击容器。如果不用弹簧，则可简单地把灯装得与容器1204a相接触，也可把冷阴极荧光灯，在离开灯的当中部分、但仍位于其两端之间的那一部分，装得与容器的内壁连接起来，它们都能满足要求。
图13示有另一种结构的照明设备，它可以用来替代通常用的那些白炽灯。在容器1204b中封有一盏冷阴极荧光灯1202b，该容器一般为球形，而与图12中的那种加长的或圆柱形的容器1204a不同。
像图12中那样，冷阴极荧光灯的两端1202b’和1202b”分别插入底板1206b上与它们相匹配的孔中，底板再用胶粘到容器1204b的内壁，其情况有如上述，可参阅图12。与容器1204b相连的是灯座1208b，它设计得可装入具有螺旋线形电接头的电插座。因此灯座1208做得也具有螺旋线形的导电外表面，来装入螺旋型的常规电插座。电接头1210b做得可适合与其相匹配或相应的、位于常规螺旋线型电插座(图中未示出)底部的电接头相接触。另外，容器1204b中的腔可利用排气管1212来抽成真空，或经过排气管1212注入某一种惰性气体。一些导线，例如导线1214把冷阴极荧光灯与电接头1210b以及在灯座1208螺旋形外表面上的电接头相连。这样，照明设备1220还可以用来替代白炽灯装入螺旋型电插座，而不需要改变原来插座的结构。
图14所示为照明设备的再一种结构，它可用来替代白炽灯装入常规的螺旋型插座。设备1240只是在容器的形状上与设备1220有所不同。除此之外，设备1240和设备1220基本上相同。
图15为一种照明设备1260的概略视图，用来说明本发明的另一实施例。与照明设备1220、1240一样，照明设备1260也适合替代白炽灯，并打算使它可装入常规的螺旋型插座，而不要改变那些插座的结构。照明设备1260与照明设备1220在以下一些方面有所不同。冷阴极荧光灯1202d具有螺旋形状，而与图13和14所示的照明设备1220，1240中的“M”形状不同，另外，照明设备1260含有驱动器1262。一些冷阴极荧光灯一般在频率高于60或50赫的交流电情况下工作，而电力公司正常供给的则为60或50赫的交流电。因此，在照明设备1260中宁愿含有一个驱动器1262，来把电力公司所供应的频率为50或60赫的交流电转换成所需要工作频率，对于运行冷阴极荧光灯，最好把频率转换在30到50赫范围内。驱动器1262是作为照明设备1260整体的一个部分来提供的，故加到电接头1210b，以及加到灯座1208b外部螺旋形表面上的其它电接头上的电压，不需要事先转换为高频信号，因此照明设备1260可直接装入常规的电插座，而不需要对电力公司所供应的频率为50或60赫的交流电作任何改变。一些导线，例如电线1264用来把驱动器连到电接头1210b，以及连到灯座1208b的螺旋形表面上的电接头上。一些导线，例如电线1214则用来把驱动器1262接至冷阴极荧光灯1202d。
图16示出另一种含有三支“U”形冷阴极荧光灯1202e的照明设备1300，这三支冷阴极荧光灯中，一支是用来显示红色，一支是用来显示绿色，还剩下的一盏则用来显示蓝色，故照明设备1300可用来显示某些图像。冷阴极荧光灯的“U”字形状，这三支灯只有一支在图16中可看得很明显，而其它一支因为从侧面看，所以它们的“U”字形状在图16中看起来就不明显。这三支冷阴极荧光灯1202e安设在一个容器1204c内，该容器的顶部一般为球形，而底部大致为锥形，如上述图6中所示的容器。与图6中所示的设备相似，容器1204c的锥形部分的内壁也具有反射膜1302，用来把那些冷阴极荧光灯所发出来光线反射至观者(图中未示出)。这三支冷阴极荧光灯中的每一支灯都有一对电接头1210c，所以这三支冷阴极荧光灯可各自独立地进行控制。如此情况，照明设备1300可被控制用来显示其本身原来具备的红色、绿色、蓝色光中的某一种，或显示红、绿、蓝任何一种组合起来的光。
图17为照明设备1320的概略视图，用来说明本发明的另一实施例。照明设备1320在许多方面与图12中的设备相类似，而与设备1200不同的地方则是基板1322，例如为一块印刷线路板，放置在容器1204a内用来支撑驱动器1262。该驱动器运行时具有和上述用于图15的照明设备1260的驱动器相同的功能，它把来自电力公司的50或60赫的交流电转换成适合于运行冷阴极荧光灯所需的高频交流信号。电线1214把驱动器1262连到冷阴极荧光灯1202a上，而电线1264则把驱动器1262连到一些电接头1210a上。该印刷线路板和驱动器也具有光反射的表面来优化照明设备1320和1260所发出来的光。
图18为再另一种照明设备1340的概略示图，用来说明本发明的另一实施例。螺旋形状的冷阴极荧光灯1202f安设在容器1204f中，该容器可为为圆柱形状。弹簧1218连在冷阴极荧光灯两端之间的中间部位和连在容器的某些内壁上，来稳定冷阴极荧光灯在容器的位置，因此照明设备1340的振动不致引起冷阴极荧光灯受到过分的负担或撞击容器。冷阴极荧光灯的两端分别插入底板1206f上与之相匹配的孔中，而驱动器1262则用来把来自电力公司的50或60赫的交流电转换成供冷阴极荧光灯用的高频电力。图18中冷阴极荧光灯、驱动器以及电接头的连接情况皆和上述图15中的相类似。
图19为另一种照明设备1360的概略视图，用来说明本发明的再另一种实施例。照明设备1360含有两盏“U”形冷阴极荧光灯，其两端分别插入底板1206g上与之相匹配的孔中，用来把这两盏冷阴极荧光灯安装在容器内。照明设备1360中的驱动器的工作情况，以及电线的连接的情况皆与上述照明设备1340的那些相类似，除去那两盏冷阴极荧光灯是用电线1362连接起来之外。
图20(a)为一种冷阴极气体放电装置1380的透视图，用来说明本发明的一个实施例。容器1204c用来于其内安设三支冷阴极荧光灯1202h，此处，该容器大致和图6中所用的相同。如果放电装置1380使用的场合，要求从设备的顶部发出去的光具有狭窄的视角，可在装在容器的内壁或外壁装上光反射层，用来把光折射到观看的方向，其情况与图16中所示的相同。如果放电装置1380是用于照明场合，灯光大致在所有的方向射出，这样的反射层可以省略掉。容器1204c是密封地连接和座落在底板1206h上，而三支冷阴极荧光灯的每一支1202h都分别插入底板上的那些与之相匹配的孔中。底板1206h可以和如图12到19中所示的双灯脚型灯座1208a或螺旋型灯座相连，使得位于这些冷阴极荧光灯两端的电极放在容器1204c中的密封腔或封闭的外面。那些电接头1382用一些电线1384与电源(图中未示出)相连。底板1206h可连到如图18到19所示的，双灯脚型灯座1208a或螺旋型灯座1208b上。在灯座可包含或可不包含驱动器1262的场合，那些电线1384与双灯脚型或螺旋型接头的一些电接头相连，其情况与图12到19中所示的相同。有的场合要求把许多电设备1380布置成一个二维阵列来显示某些字符、图形和一些图像，底板1206可连接到一个模块灯座罩壳上，如下述图25所示。
这些冷阴极荧光灯1202h所具有的形状在图20(b)表示得比较清楚，由于冷阴极荧光灯产生的发光量，在给定空间内安设的与灯的长度成正比，可采用由两根相平行的加长灯管所组成的冷阴极荧光灯，该两平行的灯管于端部相连形成一个框，而且其自身向后弯曲，以增加容器内冷阴极荧光灯的长度。
图20(c)为中一种冷阴极荧光灯1202i的透视图，它所具有的形状基本上和1242h相同，但其自身并未弯得像1207h那样的程度。显然，利用变曲两根互相平行，且端部都相连的灯管所形成的其它一些冷阴极荧光灯的形状，皆包括在本发明的范围内。
在冷阴极荧光灯工作时，于其上要加上相对高的电压。因此，跨接在与冷阴极荧光灯上的一些电极之间，一般会发生显著的电压降。该电压降将产生热，而且所产生的热与电压降成正比，大的电压降会使电极产生大的热。如上所指出的，一些冷阴极荧光灯具有较高的发光效率和长的寿命，如果它们工作在某一升高的温度，例如在30℃到75℃温度范围内。因此，冷阴极荧光灯被放在一个封闭的腔室内，来减少灯的热损失和维持灯所升高到的温度，于此场合，腔室可抽为真空或充入某一种气体，例如氮气或任一种惰性气体。这样，如果把对冷阴极荧光灯施加电压的电极放在封闭的腔室内，则电极所产生的热可以使冷阴极荧光灯的温度上升，而高出其最佳工作温度范围。因此，可能打算把电极放在封闭的腔室外面，其情况如图21所示。
参阅图21，那些冷阴极荧光灯1202j的端部1202j’是延伸穿过支撑板1402，该支撑板可用玻璃、陶瓷或塑料制成，使这些灯端露在封闭于容器1204c中的腔室外面。如图21所示，冷阴极荧光灯的那些端部1202j’的每一个，是用来提供一个电极1382，通过电线1384与电源相连(图中表示出)。利用一种低熔点玻璃或粘结剂(例如硅胶)1404，来把冷阴极荧光灯1202j’与底部支撑板1402的那些相匹配的孔的表面连接起来。这样位于四个端部1202j′那里的电极1382全部都露在封闭于容器1204c内的腔室外面，因此这样一些电极所产生的热将扩散到周围环境中，而不会使放在密封腔室内的那些冷阴极荧光灯的温度，上升得高出所需的工作温度范围。当然，不是冷阴极荧光灯所有的端部都需要放在容器外面；上述这样的结构以及其它一些变化皆包括本发明的范围内。
如上所述，并参阅图8(a)、8(b)一直到图11(a)，11(b)尽管在冷阴极荧光灯被触发进入工作后，为了要使灯工作下去产生光，可在灯上施加持续电压，但要使灯启动还是要在一些冷阴极荧光灯设备上施加高于持续电压的触发电压。
如果多支冷阴极荧光灯用在同一放电装置内，此时每支冷阴极荧光灯皆需一对电极，如此大数量的电极和电线连在一起，将使得设备不便于制造和操作。因此，可使两盏或多支冷阴极荧光灯共同使用一个电极，以减少电极的数量和减少相应的用来与电极相连的电线的数量，从而简化放电装置的结构。图22中，每两支冷阴极荧光灯1202k都有两个端部，其中一个端部1202k’穿过底部支撑板1402伸出到容器1244c内的封闭腔室外面的某一部分，而另一端部1202k”仍保留在腔室之内。虽然两支冷阴极荧光灯中的每一支的端部1202k’都采用有分离开的电极1382，但仍有一个共用电极1422位于底部支撑板1402的顶部，用来向两支冷阴极荧光灯的两个端部1202k”施加电压。共用电极与电源(图中未示出)相连，以便利用电线1424向设备1420供应电力。尽管这有利于电极1422和两支冷阴极荧光灯的两个端部相接触，但这也可能要用一个小的，且对放电装置无显著影响的间隙把两个端部隔开。由于容许有这样的一个小间隙，从而电极1422和那些端部1202k”彼此之间的相对位置不需要做得很精确，故放电装置1420的结构得到大大地简化。如图21的实施例中，放电装置1420至少有一些电极1382是在容器1204c内的那个密封或封闭腔室的外面，以便把这些电极所产生的热迅速地扩散到周围环境中。
如上所述，尽管冷阴极荧光灯可在持续电压下工作，但仍需有一个比持续电压高的电压，即众所周知的启动电压，加到冷阴极荧光灯上，以便先把灯启动发光，此后再用持续电压来维持气体放电。在图21和22中的那些电路结构，将会需要把较高的启动电压和较低的持续电压这两个电压都跨接同一对电极上。这样在图21中，这些电压就于每支冷阴极荧光灯1202j的两个端部跨接施加到一些电极1384上。在图22中，这些电压需要跨接施加到共用电极1422上，和在两盏冷阴极荧光灯的那些端部1202k’处跨接施加到其它两个电极1382上。为了方便于启动电压和持续电压的施加，还可额外加设一个或多个触发电极，如图23所示。这样，除了在两盏冷阴极荧光灯1202k的那些端部1202k″处额外加有两个触发电极1422之外，放电装置1440和图22中的放电装置1420大体上相同。
当放电装置1440处于断开状态不发光时，把启动电压跨接施加到那些触发电极1442和在两支冷阴极荧光灯处的一些电极1382上，使气体放电开始。于气体放电开始后，就再横跨共用电极1422和两支冷阴极荧光灯的一些电极1382加上持续电压来维持气体放电。此时跨接施加在电极1442和1382上的启动电压即可断开。那些电极1442利用一些电线1444与电源(图中未示出)相连，以便向它供应启动电压。
图24所示的放电装置1460，除了把两支冷阴极荧光灯的一些端部1202k”处的两个电极1442，通过共用电线1466与电源(图中表示出)相连之外，它和图23中的放电装置1440大致相类似。为了取代使用一个单独的共用电极1422，而采用了两个分离开的电极1462，两盏冷阴极荧光灯中的每一支各用一个，在电极1442和1382之间跨接到冷阴极荧光灯以供应持续电压。两个电极1462中的每一个皆利用电线1464与电源(图中未示出)相连。
大量上述型式的冷阴极荧光灯，可布置成一个阵列来形成一台显示装置，用来显示静的或动的一些字符和图像，例如供电视，动画图片或电脑显示用。图25为显示装置1500一部分的剖面图，图中只示出三个采用冷阴极荧光灯的放电装置1300’。这三个放电装置1300’，除了这些设备1300′不是单独分开放的设备，而且也没有像设备1300那样的一些灯座之外，它们和图16中的放电装置1300相类似。这三个设备1300’的那些容器1204c的底部与模块罩壳1502相连接，该罩壳则用来安设这为数众多的放电装置1300’，从而这些放电装置形成如图所示的二维阵列，适用显示静的和动的图像和字符，例如在电视、动画图片或电脑的一些应用中。那些容器1204c和罩壳1502，可用低熔点玻璃或另一种合适的粘结剂来连接。
模块式罩壳1502可包含一块顶板1504，顶板上具有一些与设备1300’的容器1204c的底部相匹配的孔。当这些设备已经插入顶板1504并与它相连后，位于冷阴极荧光灯一些端部的电极，便可利用一些电线1214而和一些驱动器1262相连。这些放电装置1300’的每一个中的每三支冷阴极荧光灯的每一支，即由这些驱动器1262各自单独地加以控制和供应电力。这些放电装置1300’的每一个中的三支冷阴极荧光灯，最好是这样，其中有一支会显示红光，另一支显示蓝光，还剩下一支显示绿光。于这些放电装置1300’和一些驱动器1262已连接后，把顶板1504附着到浅插槽1506内便构成模块式罩壳1502。放电装置相贴邻的每一对之间，最好有一块隔离壁或遮光屏1508以提高对比度。
图26为图25中放电装置1500的顶视图，但在该图中为了简化图形，那些隔离壁1508已略去。如图26所示的显示装置1500，含有一个由若干放电装置1300’所组成的N行乘M列的阵列，此处M和N为正整数。如以上所指出的，每个放电装置1300′都含有三支冷阴极荧光灯，用来发射红光、绿光、和蓝光。这三支冷阴极荧光灯可利用驱动器1262来控制，使之只发出某种单色光，或按顺序地发出两种或三种不同颜色的光，或者同时发出一种组合的光。该N行乘M列阵列的访问和控制可用图8(a)，8(b)…，图11(a)，图11b中所有的种种方案中的任一种来进行。
如图25和26所示，每一个放电装置1300’都含有自己的容器1204c，来维持三支冷阴极荧光灯处于所需的工作温度30℃到75℃的范围内。为了取代每一个放电装置各自单独使用的那些容器，也有可能把那些供放电装置各自单独用的容器1204c拆除，并把底板1206e直接附着到顶板1504上。于是该N行乘M列的阵列中的全部冷阴极荧光灯都封入顶部插槽1522中，该顶部插槽1522则与用来封装放电装置全部冷阴极荧光灯的底部插槽1506相匹配，以防止那些冷阴极荧光灯的热损失，和防止环境对那些冷阴极荧光灯的影响，因此，那些冷阴极荧光灯的温度被维持在所要求的30℃到75℃的工作温度范围内。这样修改过的显示装置1520如图27所示。如前所述，由顶部插槽1522所封闭的腔室可以是抽成真空的，或充有氮气，或充有某一种惰性气体。这样，在一些显示装置1540中的每一个由三支可发出红色、绿色和蓝色光的冷阴极荧光灯所构成的灯组就构成的一个像素，因此显示装置1520的每一个都会含有N行乘M列个像素。
本发明的冷阴极荧光灯放电装置也可用于显示交通信息，例如安装在街道交叉口、隧道、高速公路干道、铁路岔道口处，或于一切要显示交通信息的地方作为交通灯。这种显示装置示于图28到40中。
如图28所示，交通信息显示装置1600含有一盏放在腔室1604内的冷阴极荧光灯1602，而且灯也只是部分地封在插槽1606内，插槽的内壁还有灯光反射件。插槽1606附着在基板1608上，以适合和支撑结构，例如和街道交叉口处的灯杆连接。
如图29所示，交通信息显示装置1602，除去其插槽1606’比较大并封有二支冷阴极荧光灯1602，而与只含有一支冷阴极荧光灯在较大的腔室1604′内有所不同之外，它与图28的交通信息设备1600相类似。
在许多场合，例如在街道交叉口显示交通信息，该信息将会只需要从观看方向看去的某个大的视角范围内显示。因此，最好把冷阴极荧光灯发出的光向一些方向反射，而不要仅局限在视角范围内的那些方向，因此这样反射出来的光就会导向需观看的方向。为此目的，这些反射腔的每一个都结构得还有一个朝向观看方向的灯光输出窗，如图30所示。这样，插槽1642在其内壁具有一片光反射面，而且还有一个灯光输出窗1644朝向观看方向1646。为了进一步把冷阴极荧光灯1602发出的光导向观看方向，插槽1642在灯光输出窗处连接有反射面(一些反射面)，该处的反射面(一些反射面)具有光反射的内表面1648a。
图31的交通显示装置1660，除去额外采用一片透镜1662，来进一步收集冷阴极荧光灯所发出的光并进行聚焦，和利用反射面(一些反射面)1648来把光反射到观看方向1646，它和图30的交通显示装置1640大致相同。这样，透镜1662和反射面(一些反射面)1648就共同把灯光聚焦集拢起来，经过输出窗1644而射向观看方向，或射在由观看方向所定的某一视角范围内。因而透镜和反射面(一些反射面)就构成一个灯光聚光装置。
图32的交通信息显示装置1680，除去该装置1680含有二支冷阴极荧光灯来替代一支之外，它和图31的交通信息显示装置1660大致相同。
图33为交通信息设备1700的概略视图。交通信息显示装置1700，除去该设备1700还含有一层荧光物质之外，它和图31的交通信息显示装置1660大致相同。该层荧光物质在圆柱形冷阴极荧光灯1602之内，当紫外光线光冲击到荧光物质上就产生光。另外，交通信息显示装置1700还含有另一光反射层1704，该反射层位于荧光物质层和冷阴极荧光灯之间，用来把光经过另一输出窗1706反射到观看方向1746。反射层1704并不构成一个完整的圆柱，但它具有一个输出窗1706，与插槽1642的输出窗1644相对齐，并面朝观看方向1646。
图34的交通信息显示装置1720，除去该装置1720含有额外的一层位于大致为圆柱形的冷阴极荧光灯1602内表面上的荧光物质层1722，和另一在冷阴极荧光灯外表面上的光反射层1724之外，它与图31的交通信息显示装置1660大致相同。外表面上的光反射层1724并不把冷阴极荧光灯全部围住，而留有一个输出窗1726。该窗和插槽1642的输出窗1644对齐，并面朝观看方向1646。这样，冷阴极荧光灯发出的紫外光线会引起荧光物质层产生光，而荧光物质层和冷阴极荧光灯所发出的光，由光反射层1724的内表面反射出去，经过输出窗1726和1644射至观看方向1646。
图35的交通信息显示装置1740，除去该装置1740含有一个额外的、位于冷阴极荧光灯1602和插槽1642之间的外壳1742之外，它和图31的交通信息显示装置1660大致相同。因而外壳1742封闭出一个腔室1744。参阅图35，由外壳1742于此所定出的腔室1744，可把它抽成真空或充入氮气，或惰性气体，或其它类型的适当气体，来减少热损失；这也增加了冷阴极荧光灯的发光效率和使冷阴极荧光灯易于启动。
图36为图31的交通信息显示装置1660的一个实施例1660’的透视图，此处透镜1662’为圆柱形，而反射面(一些反射面)含有两个扁平面1648’。图37的交通信息显示装置1760为图31的交通显示装置1660的另一实施例，除去该设备1760采用了三片球面，抛物面或椭球面的透镜1662”而与圆柱形透镜1662’不同之外，它和交通信息显示装置1660’相类似。与那些透镜1662”相贴邻的反射面1648”为锥形，而和图36中的那些扁平的反射面1648’不同。输出窗1644”为圆形以便和那些锥形反射面1648″相匹配，在形状上与图36的加长缝隙1644’不同。在要求有不同颜色的光经过三片透镜1762显示时，可采用三支不同的，可分别发出红色、绿色和黄色光的冷阴极荧光灯，来替代那单独一支冷阴极荧光灯1602。
图38的交通信息显示装置1780，除去透镜1662为正方形或长方形而不是圆的，那些反射面1648做成具有正方形或长方形横剖面的金字塔形而与交通信息显示装置1760中的圆形或椭圆形横剖面不同，以及那些输出窗1644为正方形或长方形而不是椭圆形或圆形之外，它和图37的交通信息显示装置1780大致相同。
图39(a)，39(b)39(c)和39(d)示出四种不同形状的交通信息显示装置，其中每一种设备皆含有二支或两支以上的冷阴极荧光灯，用来说明本发明的另一实施例。因此，显示装置1800含有两支冷阴极荧光灯1802，用于显示箭形交通信号。图39(b)的显示装置1820为用于显示箭形交通信号的另一实施例。图39(c)的显示装置1840是用来显示圆形的交通信号，而含有三支冷阴极荧光灯的显示装置1860则是用来显示两个指向不同方向的箭形交通信号；该两信号将会在不同时间显示出与这些时间相适合的交通方向。
图40为包括图31所示的两种显示装置1660在内的交通显示装置的概略视图；尽管一些其它的显示装置上面已曾述及，但还是可用如图32到38所示的一些显示装置进行替代。显示装置1660是被支撑在底板1902上，在该底板上还装有一个驱动器1904，用来向这显示装置1660提供电力。底板1902装在容器1906内，该容器则具有一片位于顶部展伸开来的壁1906(a)用来作为遮光屏，使这些设备1660被遮蔽起来，以免受到日光的的直接照射，或受到其它环境光的照射。一只滤光器1908可以安装来改善色彩纯度，和提高由显示装置1660所发出的光的对比度。
除了利用若干支冷阴极荧光灯所组合成的形状来显示图39(a)到39(d)中的那些交通信号之外，利用若干支冷阴极荧光灯的组合还能布置形成其它一些形状，例如直线、正方形、“+”形“X”形“T”形或是由以上形状所组成的某一种形状。用来反射光的反射层，参阅以上所述，出现在插槽1606，1606’上，而插槽1642的内壁、反射面1648a、反射层1704，1724，以及其它的一些反射层和反射面都已描述过，请参阅本专利申请书的其它一些附图，反射层可由高反射系数的粉来构成，这种粉含有三氧化二钽、氧化镁、三氧化二铝、银或某一种合金，或者由含有银、铝或某一种合金的薄膜来构成。在冷阴极荧光灯含有玻璃管的场合，该反射层可放在玻璃管的内表面或外表面，形成透镜的一部分，来进一步增加冷阴极荧光灯所发出的光的利用系数。为了某些应用，一支冷阴极荧光灯可包含一根有色玻璃管，来改善冷阴极荧光灯所了出的光的色彩性能，和吸收环境入射光，从而增加显示的对比度。
在插槽1606，1606’，1642，1766和1786的外表上装设一层类似于图1(a)的保温层113的热绝缘层是有利的。该绝缘层使得冷阴极荧光灯在低温环境中，也比较容易启动进行气体放电。尽管那些插槽1606，1606’，1642被示如圆柱形，但它们所具有的可反射光的内表面，可以是球面形、椭球面形、正方形或抛物面形。
图28，29的基板1608和图40的基板1902，它们最好具有高吸收系数的表面来吸收环境入射光。这些基板可以用一块粗糙的黑色板，或用一块多孔的黑色板来构成。光反射面(一些光反射面)1648a可由一块镜面或一块可作漫射的反射面来构成。图37的那些反射锥1648″可为圆形或椭圆形，而那些透镜1662”可为球形、椭球形或扁平形。那些反射面或反射锥1648’，1648”，1648和那些透镜1662′，1662″，1662 可用玻璃，塑料或空气来构成。
在以上所述中，可用一块镜面或一块可作漫射的反射面来作光反射面，此处可作漫射的反射面是用具有高反射系数的粉来制成。另外，从冷阴极荧光灯发出的光反射到输出窗，也可用全内反射来完成。因此，为了替代所用的镜面或可作漫射的反射面，一种办法是利用位于两种具有不同折光系数的光介质之间的交界面，从而由冷阴极荧光灯所发出的光在交界面处经全内部反射，直到这样的光被导向输出窗。
为了构成如图38(a)到39(d)所示的那些交通信号，利用了若干支冷阴极荧光灯的组合。这些冷阴极荧光灯可发出单色，多色或红色、绿色和黄色的光。反射腔1642是密封的或几乎密封的腔，在腔内基本上没有从腔外面来的空气对流。具有不同形状的插槽1642已叙述如上，该插槽最好是被密封起来，使得用来显示交通信息的放电装置可以防水，并将不受到潮湿或雨的影响。
在冷阴极荧光灯设计中所遇到的问题之一，是当灯的直径约为2毫米时，冷阴极荧光灯的发光效率为最高。可是，具有这样的直径的，而且尺寸均匀的灯管的冷阴极荧光灯只可能采用一些细的电极。这些细的电极，其表面积也小。而冷阴极荧光灯的亮度则有赖于这些电极所产生的电子的数量，而电极的表面积越大，它所产生的电子的数量也越多。如果这些电极的表面积小，则仅能少量的电子来引起光发射。故这些细的电极就限制了灯所产生的光强。
另外，灯管内在电极和气体介质之间的边界也具有电阻。跨在这样交界面的电阻，细的电极也将会比粗的电极高。当经过冷阴极荧光灯的电流为给定为某设定值，因冷阴极荧光灯而转化为热的电功率的大小与分界面处的电阻成正比，从而细的电极会引起高的电力损耗，并使冷阴极荧光灯温度升高。在高温下，冷阴极荧光灯灯管的玻璃材料可能漏气和/或分解，因而使得冷阴极荧光灯耐用性差，从而寿命也较短。此外，在细灯管的冷阴极荧光灯的情况下，那些电极与灯管材料之间的距离也小，这就提高从电极向灯管材料的热传递，从而使得漏气问题和分解问题益发严重。
图41(a)为一支冷阴极荧光灯的剖面图，用来说明本发明的另一实施例。图41(b)，41(c)分别为沿剖面线41(b)-41(b)和沿剖面线41(c)-41(c)的剖面图，用来说明图41(a)的实施例的两种不同的实现过程。
为了克服上述的那些缺点，本专利的申请人提出使用如图41(a)所示的冷阴极荧光灯设计。如图41(a)所示，冷阴极荧光灯2000含有一根由一个拉长部分2002a，而且最好由两个放大部分2002b所组的灯管2002。拉长部分2000a的横剖面尺寸(例如直径)，最好能具有一个能使冷阴极荧光灯2000效率增高的数值。例如，拉长部分2002a的横剖面尺寸可以在1到8毫米范围内，而最好在2到4毫米范围内。两个放大部分2002b可适合于较大尺寸的、在拉长部分2002a内装不进去的那些电极。因此放大部分2002b的横剖面的一些尺寸，比拉长部分2000a的那些尺寸大。本发明的优先实施例中，放大部分2002b的横剖面的一些尺寸可高达拉长部分2002a的那些尺寸的10倍。
根据上述且示于图41(a)中的设计，一些电极2004可以放大尺寸，以提供较大的表面积来发射电子，以及减少灯管2002中横跨电极与介质之间的那些边界的电阻。这就增加了这些电极所产生的电子数量，从而也增加冷阴极荧光灯2000的总亮度。横跨电极/介质边界的低电阻，也减少了冷阴极荧光灯2000所产生的热量，从而使冷阴极荧光灯2000总温度下降，这些电极也可与放大的灯管部2002b分离得更开一些，来减少传递给灯管的热量。其结果是冷阴极荧光灯2000在工作时使灯管材料(例如玻璃)受到的温度比较低，从而也就减少了灯管2002的漏气和灯管2002的玻璃材料分解，于是使冷阴极荧光灯2000的寿命增长。
在灯管2002的内表面涂有一层发光物质2006，例如荧光物质。当一些电极2004所产生的那些电子与灯管理机构2002中的水银分子撞击时，可能使水银分子处于一种激发状。当处于激发状的水银分子下落返回低能状态时，这些水银分子就发出紫外光线。当这样的紫外光线撞击到发光物质层2006时，发光物质就发射出可见光，用来照明或用来显示。电线2010用来向那些电极2004供应电力和电流，来使电极发射电子。
灯管2002所定出的腔室2008内可充入某一种惰性气体，例如氩或氙，以及水银。灯管2002放大部分可具有环状横剖面2002b’，而那些电极2004可具有环状或圆形的横剖面2004’，此处灯管2002的放大部分2002b’的环状横剖面，以及一些电极2004的圆形横剖面2004b’均示于图41(b)中。另外，在某些应用中，例如扁平面显示装置为了减少冷阴极荧光灯的厚度，可采用椭圆形剖面的的灯管2002”，而一些电极2004”则具有扁平形状的横剖面，这些全部都示于图41(c)。在图41(c)中，一些电极2004”具有扁平形状的横剖面。灯管2002”也可具有“扁平形状”而不做成椭圆形状，以便减少冷阴极荧光灯的厚度；这样，在如此“扁平形状”中，灯管2002”沿Y轴的尺寸，小于其沿X轴的尺寸，请参阅图41(c)。
尽管在图41(a)所示的优选实施例中，灯管2002具有两个放大部分，用来安设两个电极，这也可能采用只带有一个放大部分的灯管，两个电极即放在这个放大部分中，例如一根带有一个其内可安设两个电极的放大部分的圆环形灯管，此时在放大部分的那两个电极用绝缘板或绝缘层分隔开来，以便电流经过圆环形灯管在两个电极之间流动。这样的结构以及其它的一些变化，皆包括在发明的范围之内。
加长的冷阴极荧光灯的发光量与其长度成正比，因此，为了在给定的、也方便于用户的容积或尺寸中，使冷阴极荧光灯的发光量最大化，将打算把灯的长度最小化，从而能够在这样给定的容积中把灯安装进去。可用于此种目的的加长冷阴极荧光灯的一种特别有利的形状，是螺旋形或一头大一头小的螺旋形，如图15和18所示。对于有些应用，即使一些灯具有如图15和18所示的形状，但仍不能满足所给定的灯的尺寸的要求。为此，打算采用多根螺线或螺旋线形的冷阴极荧光灯，如图42(a)所示。如图42(a)所示，冷阴极放电装置2100含有两支螺旋形或一头大一头小的螺旋形冷阴极荧光灯2101a和2101b，这两支灯都封在容器2102内。显然，多于两支这样的灯也可使用。这两支(或两支以上)的灯2101a和201b在一起构成具有多重螺线或螺旋线的发光结构。另外，单独一支灯也可以有与之相类似的结构，即把这一支灯做成多重螺旋形或一头大一头小的螺旋形状。这样的形状和发光结构以及其它的一些变化都包括本发明的范围之内。容器2102具有一个前部2102a，它是一个透明或可作漫射的球面，以及一个后部2102b，在后部的内表面上具有反射层2103。后部2102b和反射层2103两者都可大致为抛物面形状，以便对灯2102a和2101b所发出的光利用前部2102a进行聚焦或聚光。另外，后部2102b和反射层2103可大致为球面或椭球面形状。这两支灯2101a和2106b利用底板2104来安装就位，该底板2104具有一些与灯相匹配的孔，如图所示，用来安装这两支灯。底板2104与管状延伸物2107构成一个整体，以便较牢固地把那些灯安装起来，并把那些灯的发黑的部分对观者掩藏起来。利用把这两支放在对反射层2103相适当的位置，例如把灯放焦点处，这两支灯所发出的光可被聚光或聚焦，以适合照明或显示的目的。
当冷阴极荧光灯工作于高电力，它所产生的热可使该冷阴极荧光灯的温度维持在5()℃到60℃正常工作范围内时，也可不使用容器来容纳冷阴极荧光灯而减少热扩散。对于这样的一些应用，容器2102可以省去。由于冷阴极荧光灯的工作温度比白炽灯低得多，因此省去容器，也不会为用户们和顾客们带来危险。
如上所提及的，当这两支灯的温度低于其50℃到60℃的正常工作温度时，将打算利用把灯包含到容器2102内的方法来减少热扩散。容器2102可定出一个真空的腔室，或是充有空气或其它气体的腔室。可是，当这些灯工作在高电力下，这些灯可产生很大的热量，从而使得灯内的水银(或其它物质，例如某一种惰性气体)的压力对于灯有效的工作显得太高。因此，把灯2101a的一段2106，经过底板2104上的孔伸到容器2102的外面，使得灯2101a所产生的热可更有效地扩散到周围环境中。由于电极间的气体放电也产生热，为了能有最佳的结果，将打算避免把电极2178(示于图43中)放得位于这一段2106内；否则，这一段2106的热扩散功能将会大大地削弱。灯的这一段2106伸出在容器外面的长度，最好不小于1毫米，最好长于1毫米。这两支灯的电极(图中未示出)用一些导线2112连接到一个驱动器2109上，该驱动器则用一些电接头2111连到灯的螺旋形可导电的外表面2108和连到灯的电接头2120上。电接头2120是用来和常规的螺旋型电插头(图中未示)相连接。
图42(b)为冷阴极气体放电装置2100’的部分概略视图和部分剖面图，用来说明图42(a)中那个放电气体设备的另一实施例。图42(b)的气体放电装置2100’与图42(a)的气体放电装置2100不同之处，是在容器的形状上，容器2102’的形状大致为球形。
图43为一支冷阴极荧光灯2200，以及一个交通灯座和反射器的部分剖面图，用来说明本发明的另一实施例。该冷阴极荧光灯2200是对图42(a)的气体放电装置2100的改进。图43的冷阴极气体放电装置2200与图42(a)的气体放电装置2100不同之处，在于气体放电装置2200的反射层具有的深度A，而且仅能把容器2202的后部的上部分2202b复盖住，所留下的底部2202c仍是透明的，使得灯2101a所发出的光可通过该透明部分，再由交通灯灯座和反射器2213，如光线2217那样地反射出去。由反射层反射出去的光，看过去将如光线2216那样。直接由灯所发出的光可通过前部2202a，像光线2215那样地透射出去。滤光器2214(例如有色的玻璃或塑料)用来改善所发射出去的光的色彩纯度，和滤掉从周围环境来的光以改善对比度。设备2200与设备2100不同之处，在于灯2210b’的一段2219也是延伸到容器的外面，来改善热扩散。
图44为一种气体放电装置的概略视图。该设备除去灯的后部上面有由两道深度为B和C的圆形环来组成的反射层，用来把后部2302b和2303d复盖起来，而留下的部分2302c仍为透明的之外，它与图43的设备基本相类似。因此，从后面的部分2302c透射出来的光，然后被交通灯的灯座和反射器2213像光线2317那样反射出去。除去这些不同，图44的设备和图43中的设备基本上相同。
图45为一个装在交通灯的灯座内的冷阴极放电装置和反射器的部分概略视图和部分剖面图，用来说明本发明的再另一实施例。图45的设备与图43及44的那些设备不同之处，仅在于采用了图42(b)的气体放电装置来替代图42(a)中那一种型式的气体放电装置。
图46为一支冷阴极荧光灯和一套供电线路的概略视图，用来说明本发明的再另一实施例。当冷阴极荧光灯在低于它正常的工作温度范围工作时，将希望向灯发送较多的电力来使灯的温度升到它的正常工作温度范围内。因此，在电源2480和冷阴极荧光灯2401的那些电极2412之间的连接，可用一套可变阻抗线路。如图46(a)所示，电力转换器2480的次级线圈2481，经过其阻抗直接可随温度而变化的可变阻抗线路2490，把适当的交流电力供给那些电极2412。换而言之，当温度低时，线路2490的阻抗低，而温度高时，线路2490的阻抗高，虽然有些情况中，线路2490的阻抗可正比于温度，但这样的线路的阻抗也可与温度的两次幂，或温度三次幂，或温度的其它整数次幂或分数次幂、或这样的一些量的和或差成比例；所有这样的一些相互关系皆在本发明的范围内，而此处把这种相互关系，简单地称之为线路2490的阻抗直接随温度而变化。
如图46(a)所示的一个实施例中，线路2490含有两个并联的电容器2482和2483。电容器2482的电容量为固定的，而电容器2483的电容量则与温度作相反的变化；换而言之，电容器2483在低温时的电容量大，而在低温时小。再换句话说，在低温时，电容器2483具有的大电容量相对于电容器2482来说占统治地位，因此线路2490的阻抗就低。在高温时，电容器2483的电容量与电容器的2482比较起来，可以忽略不计，从而线路2490的阻抗则取决于电容器2482。
图46(b)，46(c)为一些冷阴极荧光灯和它们的供电线路的概略视图，用来说明阻抗线路的两个不同的实施例。图46(b)中，阻抗线路含有一个电容量为定值的电容器2482，和一个电容量为可变的电容器2484。电容器2482的电容量与温度作相反的变化，所以在高温时，其电容量小，从而增加阻抗线路的阻抗。可是，在低温时，电容器2484具有大的电容量，因此阻抗线路的阻抗取决于电容器2482的电容量。
在图46(c)的情况中，阻抗线路由电容量为定值的电容器2480，和串接有可变电阻器2485的、电容量为定值的电容器2486相并联而组成。可变电阻器2485的电阻，在同样意义上像上面对电容器2483所述的那样，也直接随温度而变化。这样，在低温时，电阻器2485的电阻低。如果电容器2486与电容器2482相比较，而具有很大的电容量，在低温时，电容器2486的影响占统治地位，使得线路2490”的阻抗低。在高温时，电阻器2485的电阻高，使得电容器2482占统治地位，因而线路2490”的阻抗增加。
图47(a)为冷阴极荧光灯显示装置的一个像素的概略视图，用来说明本发明的另一实施例。图47(b)和图47(a)为像素的侧视图。为了显示全色，显示装置的每一个像素必须能够发出红色、绿色和蓝色的光。因此，每一个像素都含有三支冷阴极荧光灯，分别用来发出红色、绿色和蓝色光。这样，灯3301发蓝光，灯3301′发绿光，而灯3301”发红光。这三支可以同时或依次地工作来显示光。这些灯的每一支都有两个电极3312和一些把电源(图中未示出)接到电极上的接头3313，来使灯发光。
如上所述，尽管那些冷阴极荧光灯含有在管内壁带有一层发光物质，例如荧光物质，和在管内装有水银的灯管，用来产生光，但这两组成部分并非必需有的，特别是对于那些用来产生某些颜色光，例如红色光的冷阴极荧光灯更是如此。为了产生光，冷阴极荧光灯可简单地用一根其内包含一些电极和某一种适当的气体，例如氖或氙的灯管，而不需在管内有荧光物质或水银。灯管内的电极放电时，会使气体的一些分子被激发；当那些被激发的分子回到低能状态时，就产生光。
以上参考各种实施例对本发明进行了详细的描述，但必须理解，对本发明可能做出不同的变化或修改都脱离不开本发明的范围，本发明的范围由所附的权利要求来确定。
权利要求
1.一种交通信息显示装置，包括至少一支冷阴极荧光灯；一个反射腔室，所述的至少一支冷阴极荧光灯安设于该腔室内，所述的反射腔室有至少一个灯光输出窗口，该窗口位于所述的反射腔室的一侧；一块基板，用来支撑所述的反射腔室内的至少一支冷阴极荧光灯；以及向所述的至少一支冷阴极荧光灯施加电压、使灯产生输出的装置，该光输出经过灯光输出窗来显示有关交通信息。
2.如权利要求1的装置，其特征在于其中所述的至少一支冷阴极荧光灯具有以下各种形状中的一种直线形、圆形、正方形、箭形，“+”形、“X”形、“T”形，或这些形状相组合，用来显示交通信息。
3.如权利要求1的装置，其特征在于其中所述的反射腔室有一些壁，所述的至少一支灯含有荧光物质层，以及所述的装置还含有高反射系数的反射层，该反射层位于荧光物质层和反射腔室的壁之间，以增加灯所产生的光的灯光利用系数。
4.如权利要求3的装置，其特征在于其中所述的反射层含有三氧化二钽、氧化镁、三氧化二铝、银或一种合金的具有高反射系数的粉，或含有银、铝或一种合金的薄膜。
5.如权利要求3的装置，该至少一支冷阴极荧光灯含有一根玻璃管，其特征在于所述的高反射率的反射层即置于该玻璃管的内表面或外表面，成为灯的一部分。
6.如权利要求1的装置，该至少一支冷阴极荧光灯含有一根彩色玻璃管，用来改善由至少一支冷阴极荧光灯所发出的光的色彩特性，并吸收环境入射光，从而增加显示的对比度。
7.如权利要求1的装置，其特征在于其中所述的反射腔室有至少一片延伸的壁位于灯光输出窗之上，为该装置构成一块遮光屏。
8.如权利要求1的装置，其特征在于其中所述的反射腔室是一个近于密封的腔室，在腔室内大体上没有从腔室外面来的空气对流。
9.如权利要求1的装置，还含有一层热绝缘层，该热绝缘层位于腔室的一片壁上。
10.如权利要求1的装置，其特征在于其中所述的反射腔室的表面含有高反射率的薄膜塑料层或薄膜金属层。
11.如权利要求1的装置，其特征在于其中所述的高反射率薄膜金属层，包括银、铝、或一种合金。
12.如权利要求1的装置，其特征在于其中的反射腔室为球形、椭球面形、正方形、或抛物面形。
13.如权利要求1的装置，还含有一个玻璃或塑料的其内包含至少一支冷阴极荧光灯的外壳，它定出一个腔室，该腔室可为真空，或充有一种气体，以减少热损失，增加发光效率和使灯易于启动。
14.如权利要求1的装置，其特征在于其中所述的基板为一块黑色的基板，它具有高吸收系数的表面来吸收环境入射光。
15.如权利要求1的装置，其特征在于其中所述的基板是一块具有粗糙表面的黑色板或一块多孔的黑色板。
16.一种交通信息显示装置，包括至少一个电极；至少一支冷阴极荧光灯；一个反射腔室，其内安设至少一支冷阴极荧光灯，所述的反射腔室具有至少一个位于所述反射腔室一侧的光输出窗；一个灯光聚光装置，它位于灯光输出窗的附近，用来改变从灯光输出窗出来的输出光的角度分布，并增加由至少一支灯所产生的光的利用系数；以及向所述的至少一支冷阴极荧光灯供应电压的装置，来使灯产生光，并经过灯光输出窗输送出去，以及一个灯光聚光装置，来显示有关交通信息。一块基板，所述的至少一支冷阴极荧光灯、所述的反射腔室和所述的灯光聚光装置都装在该底板上。
17.如权利要求16的装置，其特征在于其中所述的灯光聚光装置具有一个长锥形反射器，该反射器具有一个由镜面或漫射性的反射面组成的内壁，来反射光，并使光经过灯光灯输出窗输出去，以及把光聚焦在一个较小的角度内，以得到较高光强的光输出。
18.如权利要求16的装置，其特征在于其中所述的灯光聚光装置含有一个锥形反射器和一片透镜。
19.如权利要求17的装置，其特征在于其中所述的锥形反射器具有一个正方形、长方形、或抛物线形的锥，所述的透镜具有球形、椭球形或扁平的形状。
20.如权利要求16的装置，其特征在于其中所述的锥和透镜包括玻璃、塑料或空气。
21.如权利要求16的装置，其特征在于其中所述的反射器有一些壁，这些壁包含一个镜面，或含有一个介于具有不同折光系数的两种光介质之间的交界面，于该镜面或交界面处即发生内部全反射。
22.如权利要求16的装置，其特征在于其中所述的壁包括铝、银或一种合金的薄膜。
23.一种交通信息显示装置，包括至少一盏冷阴极荧光灯，该灯具有的形状，为以下各种形状中的一种或者其组合，即直线线条、圆的或正方的线条、箭状的线条、“+”形、“X”形或“T”形，所述的至少一支灯发出单色、多色或红色、绿色和蓝色的光；一个反射腔，所述的至少一支灯安设于其内，所述的反射腔在一侧限定一个灯光输出窗；一块黑色基板，用来把所述的至少一支冷阴极荧光灯支撑在反射腔内；一块黑色遮光屏，它复盖于所述的灯光输出口，以阻止和吸收环境入射光；以及一个位于灯光输出窗处或其附近的滤光器，用来调节至少一支冷阴极荧光灯所发出来的光的颜色，并吸收环境入射光，以增加对比度。
24.如权利要求23的装置，还包括一套驱动电路，驱动电路位于反射腔内，用来驱动至少一支冷阴极荧光灯。
25.如权利要求23的装置，其特征在于其中所述的包括两支或两支以上所述的冷阴极荧光灯组合而构成一个系统，用来显示信息。
26.如权利要求23的装置，其特征在于其中所述的至少一支冷阴极荧光灯包括一根有色玻璃管，以改善由所述的至少一支冷阴极荧光灯所发出的、经过所述的灯光输出窗而输出的光的色彩性能，并吸收环境入射光，来增加显示对比度。
27.如权利要求23的装置，其特征在于其中所述的反射腔是密封的，因而该装置是防水的。
28.如权利要求23的装置，还含有一个灯光聚光装置，用来对所述的至少一支冷阴极荧光灯所发出的光进行聚焦。
全文摘要
一交通信息显示装置包括冷阴极荧光灯，有灯光输出窗口的反射腔室，荧光灯设于腔室内，一支撑腔室内荧光灯的基板；向荧光灯施加电压使其产生光输出的装置，并经过灯光输出窗显示交通信息；还包括一电极；位于灯光输出窗附近的改变输出光角度分布并显示交通信息的灯光聚光装置；向荧光灯供应电压的装置；还可包括一基板，反射腔室和灯光聚光装置装在该基板上；荧光灯发出单色、多色或红色、绿色和蓝色光；灯光输出窗处或其附近的滤光器，用来调节荧光灯所发出光的颜色，并吸收环境入射光，以增加对比度，以更有效地显示交通信息。
文档编号G09F13/26GK1405744SQ021315
公开日2003年3月26日 申请日期2002年9月10日 优先权日1998年5月6日
发明者葛晓勤, 葛世潮, 林伟涛, 葛一萍 申请人:Gl显示器有限公司