CN102870190B - 用于场致发光装置的反射阳极结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种场致发光装置(100)，包括：第一场致发射阴极(106)；包括荧光层(108)的阳极结构(102)；以及真空外罩，所述阳极结构(102)和所述第一场致发射阴极均设置在该真空外罩内；其中，所述阳极结构(102)被设置为当在所述阳极结构和所述第一场致发射阴极之间施加电压时接收由所述第一场致发射阴极(106)发射的电子，并且被设置为将由所述荧光层(108)产生的光从所述真空腔反射出去。本发明的优点包括功率损耗降低和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反射阳极结构

技术领域

本发明涉及一种场致发光装置(fieldemissionlightingarrangement)。更具体地，本发明涉及一种用于场致发光装置的反射阳极结构。

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(compactfluorescentlamps，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，该阳极包括透明电导层和涂覆于圆柱形玻璃管的内表面上的荧光层。当被电子激发时，荧光体能够发光。而电子的发射是由于阳极和阴极之间具有电压而引起的。为了获得高强度的光发射，需要施加位于4-12kV之间的电压。

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，总是希望改进灯的设计来延长使用寿命和/或提高灯的发光效率。

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：第一场致发射阴极；包括荧光层的阳极结构；以及真空外罩，所述阳极结构和所述第一场致发射阴极均设置在该真空外罩内；其中，所述阳极结构被设置为当在阳极结构和第一发射阴极之间施加电压时接收由第一场致发射阴极射出的电子，并且被设置为将由荧光层产生的光从所述真空外罩反射出去。

作为对比的是，现有技术中的场致发光装置被设置如下：在工作过程中，阴极发射电子，所述电子朝荧光层被加速。当发射出的电子与荧光颗粒相碰撞时，荧光层能够发出荧光。而由荧光层提供的光必须穿过所述阳极层和玻璃。发光过程伴随着热量的产生。驱散热量的唯一办法是通过从玻璃至空气的传导和辐射。因此，阳极的温度会变得很高，导致功率消耗增大并且缩短灯的使用寿命。

根据本发明，阳极的表面被制作成反射光而不是传输光。在阳极材料上取消透明的需求使得具有高热导性的阳极材料(例如金属和/或量身定做的复合材料)的选择范围更宽。因此，阳极结构可以包括比具有反射涂层的玻璃具有更好的热传导和辐射性能的材料。热量将从阳极结构传导至用作热传输通道的阳极触点(contact)。因此，为了提高发光条件，现有技术的场致发光装置使用玻璃材质的阳极结构是不合适的，因为这些场致发光装置并没有提供必需的散热能力。

为了提高场致发光装置的光发射，阳极结构可被设置为具有第一阳极单元，所述第一阳极单元至少部分地被荧光层所覆盖以与设置在第一圆柱体为之一部分的圆柱体的轴线上的单个场致发射阴极相匹配。该装置能够提供强的并且一致的光发射。阳极结构的阳极单元能够被制作为圆形、抛物线形或双曲线形、或椭圆形的剖面的拱形圆柱体，并且拱圆环可以具有正的或负的曲率。荧光体被涂覆于阳极的表面。

该场致发光装置可以进一步包括：第二场致发射阴极，其中，该阳极结构具有第二阳极单元，并且第二场致发射阴极被设置在第二圆柱体为之一部分的圆柱体的轴线上。该第一阳极单元至少部分地被第一荧光层所覆盖，该第二阳极单元至少部分地被第二荧光层所覆盖。该第一荧光层和第二荧光层优选地均具有如下特征：具有不同的光发射特性，例如不同的主波长。第一荧光层和第二荧光层的至少一个被设置成发射绿光、蓝光和红光中的至少一种光。通过提供具有不同类型荧光层的阳极结构的不同部分，可以允许对不同相应阴极的单独控制，从而能够使场致发光装置的不同部分所发射的不同类型的光相互混合。因此，可以提供不同类型的有色光以及具有不同颜色温度的白光，例如通过允许阳极结构的一部分提供“白光荧光体”，而和阳极结构的另一部分提供“红光荧光体”。通过调整红、绿和蓝荧光体的比例，输出光的颜色温度可以被控制。当然，包含多个阳极单元和相应的场致发射阴极也是可能的，并且包含在本发明的保护范围之内。优选的实施例例如包括三个、四个或者五个圆形弧。与场致发射阴极相关的阳极结构的实现将在下文中的本发明的具体实施方式中进一步讨论。

为了获得场致发光装置的强的光输出，第一场致发射阴极可以包括具有连的续蜂窝状结构的碳化固体复合泡沫，所述连续的蜂窝状结构提供多个发射场所(cites)，以用于为当施加电压时向阳极上发射电子。可选地，第一场致发射阴极可以包括在衬底上生长的ZnO纳米结构。第一(以及第二)场致发射阴极所选用的材料可取决于场致发光装置的实施方式。

在本发明的优选实施例中，场致发光装置进一步包括连接至第一场致发射阴极和阳极结构的电源，所述电源被设置成提供驱动信号为场致发光装置供电，该驱动信号具有第一频率，其中该第一频率选自与该场致发光装置的谐振处的半功率宽度相对应的范围内。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的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具有一个范围，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频率范围之内的某一位置，在该位置，驱动信号具有高于幅值最大值一半的功率。这在该发明人的EP0918155中被进一步讨论，EP0918155的全部内容通过引用被并入本申请。

得益于包含电感器和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。

还可提供连接于第一场致发射阴极、第二场致发射阴极和阳极结构的电源，该电源被设置成提供驱动信号为场致发光装置供电，其中，所述驱动信号被控制以交替地在所述第一场致发射阴极和所述阳极结构之间以及所述第二场致发射阴极和所述阳极结构之间提供电压。这允许在阳极的不同部分内交替发射光以及独立控制从单个单元发射的光。类似地，取决于阳极结构的实现方式，这些单元能够相对于阴极被施加相同的或不同的电压。

优选地，阳极结构包括多个散热器凸缘以驱散在场致发光装置的工作过程中产生的热量。所述凸缘例如可被设置在朝向圆形弧内侧的方向。如上所述，与场致发射阴极相关的阳极结构的实现将在下文中的本发明的具体实施方式中进一步讨论。

根据本发明的另一方面，还提供了一种用于场致发光装置的阳极结构，包括第一阳极单元和荧光层，其中，该第一阳极单元至少部分地被荧光层所覆盖，并且阳极结构包括具有反射涂层的热导材料。本发明的这个方面提供了与本发明的第一方面相类似的有益效果。

优选地，阳极结构包括至少第二阳极单元和散热器凸缘，所述散热器凸缘用于驱散在场致发光装置的工作过程中产生的热量。

本发明其他的特征和效果将通过研究随附的权利要求和如下的描述而变得更加清楚。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，包括其特定特征优点，将从下文的详细说明及附图中被清楚地理解，其中：

图1示出了根据本发明的当前优选实施例的包括阳极结构的示例性的场致发光装置；

图2示出了本发明的场致发光装置的当前优选实施例的另一实施例。

图3给出了场致发光装置的其他可能的实现方式。

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给出的这些实施例；更确切地，这些实施例被提供是为了让本领域技术人员彻底地、完全地并且充分地理解本发明的范围。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，其描述了根据本发明的当前优选实施例的包括阳极结构102的场致发光装置的100的俯视图，所述阳极结构102包括：热导与电导部件(member)104，例如固态金属结构(例如铜、铝等)。该场致发光装置100进一步包括阴极106，该阴极106被设置在距离阳极结构102相等距离处。因此，根据图示的实施例，阳极结构102包括朝向阴极106的弧形部分(阳极单元)。朝向阴极106的所述弧形部分至少部分地提供有荧光层108。阳极结构102和阴极106都设置在真空的并且至少部分光学透明的外罩(未示出)内，例如玻璃管。

在场致发光装置100的工作过程中，高压(例如4-12kV)被施加于阳极102的热导与电导部件104和阴极106之间。由于所述高压以及阳极结构102和阴极106之间大体上相等的距离，电子将从阴极106中被发射出。从阴极106发射出的电子将朝阳极102的热导与电导部件104行进以与荧光层108碰撞，使得发射光。从荧光层108向前发射的光将进一步沿热导与电导部件104的方向移动。取决于与热导与电导部件104一起使用的材料，其中优选地为反射性的(例如与热导与电导部件104一起设置的金属的、剖光金属的并且反射的层等)，光将通过热导与电导部件104并且朝场致发光装置的外部被反射出。另一方面，背面发射的光将直接穿过玻璃外罩。

电光转换过程将产生热量，并且热导与电导部件104将允许传输和/或驱散所产生的热量。因此，需要将用于热导与电导部件104的块状材料最大化，以使荧光层所在位置及其周围的温度尽可能保持在较低的水平。因此，热导与电导部件104可以进一步包括用于提高散热的热凸缘。因为104，在荧光层108所涂覆的位置处可以保持较低的温度，由此延长荧光体的使用寿命并且减少功率消耗，从而提供与现有技术的场致发光源相关的场致发光源100的改型。

现在参考图2，其给出了场发射装置200的一部分中的本发明的概念。图2中的场致发光装置200包括阳极结构102的另一实现方式，其中阳极结构202包括五个阳极单元204、206、208、210和212，所述五个阳极单元皆自阳极结构202的中心轴线朝向外。相应地，场致发光装置200还包括五个单独可控的阴极214、216、218、220、222，所述五个单独可控的阴极214、216、218、220、222被设置在各自作为一个部分的阳极单元204、206、208、210、212的轴线上。阳极结构202和阴极214、216、218、220、222被设置在光学透明并且真空的玻璃管224内。此外，阳极结构202在其中心轴线处是中空的，并且提供有散热器凸缘226以驱散在场致发光装置200的工作过程中产生的热量。

进一步地，各个阳极单元204、206、208、210、212分别被提供有相同的荧光层和/或不同荧光层的混合(其中荧光层228和230被示出，其余的三个荧光层被遮挡)，具有与电光转换相关的相同或相异的特征。例如，通过结合五个不同的荧光层将电子转换为大体上呈现白、红、绿、蓝和品红色的光，使得控制由场致发光装置200发射的组合光的颜色和/或色温是可能的。更具体地，在工作过程中，通过允许在每个阴极214、216、218、220、222和阳极结构202(例如用作对全部的阴极214、216、218、220、220的组合参考)分别之间施加高压，能够提供混合的有色光。

作为一个例子，如果在全部效应(fulleffect)上驱动朝向白荧光层的阴极，由场致发光装置200发射的光将为白色。如果当时还在例如一半效应(halfeffect)下驱动朝向蓝荧光层的阴极，场致发光装置200将发射具有部分额外蓝光的白光，有效提供了具有高色温的白光(即“冷光”)。因而，通过更换驱动朝向白荧光层的阴极以及朝向红荧光层的阴极，可以提供具有低色温的光，即“暖光”。其他混合的可能性当然也是可能的并且包含在本发明的范围之内。类似地，多于或少于五个阳极单元和相应的阴极当然也是可能的并且包含在本发明的范围之内。

图3给出了根据本发明的又一优选实施例的单独的场致发光装置300的示意图。该场致发光装置300包括真空的圆柱形玻璃管302，所述圆柱形玻璃管302内设置有多个阴极304、306。该场致发光装置300还包括：阳极结构308，所述阳极结构308包含多个阳极单元310、312，每一个阳极单元均提供有荧光层314、316。该场致发光装置300进一步包括基座318和灯座320，以允许场致发光装置300作为改型的传统灯泡而被使用。基座310优选地包含控制单元以提供控制阴极304、306的驱动信号(例如高电压)。

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，图1至图3中的阳极结构的形状显示为大体上直的。然而，将阳极结构(例如阳极结构100、200)配置为不同的形式(例如是大体上弯曲的)是可能的并且在本发明的范围之内。在这种情况下，阴极需要被设置成对应于阳极结构的形状。可能的实施例包括具有大体上圆盘形/椭圆形的形状的场致发光装置。

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 (8)

1.一种场致发光装置，包括：

多个单独可控的场致发射阴极；

阳极结构，其包括荧光层，并且包括导热、导电并且反射光的材料，所述阳极结构在中心轴线处是中空的，并且提供有散热器凸缘，所述散热器凸缘被设置为驱散在所述场致发光装置的工作过程中产生的热量；

真空外罩，所述阳极结构和所述多个场致发射阴极均设置在该真空外罩内；以及

电源，被设置为向所述多个单独可控的场致发射阴极中的每一个提供单独的高压驱动信号，

其中，所述阳极结构被设置为当所述单独的高压驱动信号被提供以在所述阳极结构与所述多个单独可控的场致发射阴极中指定的一个以上场致发射阴极之间施加电压时接收由所述多个单独可控的场致发射阴极中指定的一个以上场致发射阴极发射的电子，并且所述阳极结构被设置为将由所述荧光层产生的光从所述真空外罩反射出去。

2.根据权利要求1所述的场致发光装置，其中，所述阳极结构包括多个阳极单元，所述多个阳极单元中的每一个对应于所述多个单独可控的场致发射阴极中的一个，所述多个阳极单元包括第一阳极单元和第二阳极单元，所述第一阳极单元和所述第二阳极单元中的每一个至少部分地被所述荧光层所覆盖。

3.根据权利要求2所述的场致发光装置，其中，所述第一阳极单元至少部分地被第一荧光层所覆盖，所述第二阳极单元至少部分地被第二荧光层所覆盖。

4.根据权利要求3所述的场致发光装置，其中，所述第一荧光层被设置成发射具有第一主波长的光；并且所述第二荧光层被设置成发射具有第二主波长的光，所述第一主波长不同于所述第二主波长。

5.根据权利要求3或4所述的场致发光装置，其中，所述第一荧光层和所述第二荧光层的至少一个被设置成发射绿光、蓝光和红光中的至少一种光。

6.根据权利要求1所述的场致发光装置，其中，所述多个场致发射阴极包括在衬底上生长的ZnO纳米结构。

7.根据权利要求1所述的场致发光装置，进一步包括连接至所述多个场致发射阴极和所述阳极结构的电源，所述电源被设置成提供驱动信号为所述场致发光装置供电，所述驱动信号具有第一频率，其中，所述第一频率选自与所述场致发光装置的谐振处的半功率宽度相对应的范围内。

8.根据权利要求3所述的场致发光装置，其中，所述电源交替地在所述多个场致发射阴极中的每一个和所述阳极结构之间提供所述单独的高压驱动信号。