具体实施方式
现在将参照附图对本发明进行详细描述,附图中示出了本发明的优选实施例。然而,本发明可以以不同的方式具体化,也不应局限于此处所阐述的实施例。
在具体描述本发明的实施例之前,此处描述减小CCFT型照明装置电力消耗的方法。
具体地,如一实施例所示,本发明控制CCFT型灯中电子流以最大化灯中电子流的密度。驱动电压被降低因而电力被节约。
第一CCFT型灯和第二CCFT型灯的两个CCFT型灯被作为例子。第一CCFT型灯具有第一长度和第一电子密度,而第二CCFT型灯具有同第一CCFT型灯的第一长度一样的第二长度和高于第一CCFT型灯的第一电子密度的第二电子密度。
比较第一CCFT型灯和第二CCFT型灯间的最小驱动电压,用于开启第一CCFT型灯的最小驱动电压低于开启第二CCFT型灯的最小电压。这意味着当电子密度更高时,最小驱动电压和电力损耗也降低了。
下面,描述使CCFT型灯中电子密度最大化的方法。
为了最大化CCFT型灯中的电子密度,施加在CCFT型灯上的交流驱动电压极性反转消耗的时间因当被考虑。该时间参照电子湮灭时间进行设置,在此时间中,产生自带负(-)极性的阴极的电子到达并消失在带正(+)极性的阳极中。
例如,当假设消失时间为5μs,如果阴极和阳极的反转时间为5μs或更长,则绝大多数电子移动到阳极上,于是很难在诸如CCFT型灯中预期电子密度的增加。
同时,如果反转时间是5μs或更短,在一部分电子完全移动到正电极上之前,电子由于短的反转时间而再一次移动到具有相反的正极性电极上,因此有可能增加电子的密度。
这意味着极性反转应当在一个短的时间中进行以使电子密度最大化。
通常,为了驱动CCFT型灯,使用了如图4所示的在正的最大电压(+VB)和负的最大电压(-VB)之间随预设周期振荡的正弦波交流(AC)电。
然而,难以预计电子密度的增加,因为该交流电的极性反转时间,即,从正的最大电压(+VB)到负的最大电压(-VB)的时间,比电子消失时间更长,例如依据该正弦波特征的5μs。
公式3
为了使用具有比图4所示正弦波更短的极性反转时间的正弦波以提高电子密度,例如具有5μs或更短的极性反转时间,增加公式3所示的驱动频率(f)是必要的。因此,次级线圈电感(Lsecondary coil)被降低。
这意味着,次级线圈的匝数不得不减少。于是,如果次级线圈的匝数少,则无法得到所需的驱动电压。
结果,根据公式3,为了增加电子密度以达到降低电消耗的目的,不可能使用用以驱动CCFT型灯的正弦波交流电。
为了解决这些问题,本发明公开了一种交流电,它具有与正弦波一致的驱动频率,同时具有比如一实施例的正弦波驱动频率短的阶跃脉冲波。
如果使用该阶跃脉冲波,最大化内部电子密度是可行的,因而在较低的驱动电压下操作CCFT型灯,且相应地降低电力消耗。
尽管有多种优点,如驱动电压降低和电力消耗减少,但是阶跃脉冲波的使用会导致有害电磁波的发生,这是由阶跃脉冲波的特性引起的。
为了解决该问题,本发明在CCFT型灯驱动开始时刻以后的3秒钟内施加该阶跃脉冲波。接着,几乎没有任何有害电磁波的正弦脉冲波被连续性地施加到CCFT型灯上。结果,本发明解决了驱动电压和电力消耗及有害电磁波问题。
下面,结合图6,详细描述能够完成通过控制CCFT型灯中的电子流而产生的多种效能的CCFT型照明装置的构造和工作情况。
如本发明的一实施例,CCFT型照明装置200包括:采用电子流控制方式的反相器270和CCFT型灯280。反相器270给CCFT型灯280施加最适宜的驱动电压。
具体地,参照图7,CCFT型灯280包括灯管281和一对电极282和283。
具体地,灯管281具有预设的长度,并由透明玻璃材料制成。在灯管281的内壁上,涂覆有荧光材料。该对电极282和283设置在灯管281的两端。灯管281还包括注入管内的汞蒸气。
同时,为了提供最佳电力因而CCFT型灯280以低电力损耗运转,反相器270包括电源检查部分210、计时器220、波形发生部分230、信号选择部分240和信号放大部分250。
电源检查部分210确认当前外电源是否加载到反相器270上,且是否传送外电源到波形发生部分230上。
波形发生部分230从电源检查部分210接收外电源的输入,并产生两种波形。为了产生两种波形,波形发生部分230包括产生阶跃脉冲波的阶跃脉冲发生器235和产生正弦波的正弦波发生器237。
更具体地,阶跃脉冲发生器235将从电源检查部分210供给的外电源的波形转变为阶跃脉冲波形。此时,优选的是阶跃脉冲的极性反转在至少5μs内进行。
因而,因为阶跃脉冲在5μs内极性反转,与当阶跃脉冲极性反转超过5μs的电子密度相比,CCFT型灯280的电子密度得到了较大提高。
同时,正弦波发生器237将提供自电源检测部分210的外电源转变成正弦波。该正弦波使得在低电压下开始驱动的CCFT型灯280在没有任何有害电磁波发生的情况下稳定地工作。
因而,产生自波形发生部分230的阶跃脉冲发生器235的阶跃脉冲在CCFT型灯280驱动开始的同时产生,例如,在3秒钟内。产生自波形发生部分230的正弦波发生器237的正弦波在3秒过后直接加载到CCFT型灯280上。
因此,有必要将两种不同波形的加载时间排序。为了这个目的,计时器220和信号选择部分240被采用。
信号选择部分240选择阶跃脉冲发生器230或正弦波发生器237,并将被选中的波形加载到信号放大部分250。信号选择部分240的选择由计时器220加载的波形选择信号控制。
具体地,当初始灯开启信号从外部输入时,计时器220将第一信号加载到信号放大部分250上持续一段时间,例如,3秒。信号选择部分240接收与来自阶跃脉冲发生器235的第一信号相应的阶跃脉冲,然后加载阶跃脉冲到信号放大部分250。
因而,如果选择的时间,也即3秒过去,计时器220加载第二信号到信号选择部分240上。信号选择部分240接收与来自正弦波发生器237的第二信号相应的正弦波,并将接收到的正弦波加载到信号放大部分250。
此时,接收阶跃脉冲或正弦波的信号放大部分250提高阶跃脉冲或正弦波电压到一个适宜CCFT型灯驱动的电压水平。例如,信号放大部分250可以包括变压器。
以下,参照附图对具有上述构造的CCFT型照明装置的工作情况进行描述。
当CCFT型灯的开启信号从外部输入时,外电源通过图6所示的电源检测部分210加载到脉冲发生器235和正弦波发生器237上。
此后,计时器220加载第一信号到信号选择部分240。当第一信号加载到信号选择部分240时,产生自脉冲发生部分235的阶跃脉冲通过信号放大部分250被放大,然后被加载到CCFT型灯280。
以下,详细描述CCFT型灯中的电子流,升高了的驱动电压以阶跃脉冲的形式加载到该灯上。
图7是示出CCFT型灯中电子和离子束的示意图,而图8示出电压提高了的阶跃脉冲+VA的波形的高极性,该脉冲加载到图7的CCFT型灯的一个电极282上,而该电极具有时长T0-T1的(+)极性。
参照图7和图8,+VA是驱动CCFT型灯280所需的最小驱动电压,也是由本发明通过CCFT型灯280中电子流控制而获得的。因此,与具有不使用CCFT型灯中的电子流控制的传统反相器的传统CCFT型灯中的最小驱动电压相比,本发明CCFT型灯的最小驱动电压被计算得更高。
因此,当具有+VA大小的最小驱动电压在T0到T1的时间中加载到CCFT型灯280上时,产生自CCFT型灯280的电子被吸引到具有正(+)极性的阳极282上,而离子被吸引到具有负(-)极性的阴极上。
此后,被吸引的电子与存在于灯280中的汞原子相撞,进而产生紫外线。紫外线激发荧光材料产生可见光。
此后,如图9所示,最小驱动电压在T1和T2的时间间隔内极性反转,因而阶跃脉冲的高极性间隔具有-VA的大小。
参照图10,优选的是,T1和T2间隔的极性反转时间在5μs以内,该时间是当产生自负极性反转电极282的电子为正极283所湮灭的时间。
因此,受限的极性反转时间允许电子中的一部分不被具有负极性的极性反转电极282吸收,于是存在于CCFT型灯280中的电子总密度增加。
此后,在T2和T3间的间隔内,产生自负电极282的电子再次移动到正电极283上,与汞原子相撞而产生紫外线,而紫外线激发荧光颗粒产生可见光。
然后,在T3和T4间的间隔内,具有负极性的最小驱动电压-VA再次极性反转为具有正极性的驱动电压+VA。此时,耗费在反转驱动电压极性上的时间与耗费在于T1和T2间的间隔内反转驱动电压极性的时间相同。
以下,在T0和T4间隔内产生的阶跃脉冲被称作“单位阶跃脉冲”。该单位阶跃脉冲被加载到CCFT型灯280上并持续一选定时间,例如,3秒。
因此,CCFT型灯280可以仅通过使用加载该选定时间的阶跃脉冲开启。
然而,在仅使用该阶跃脉冲开启或关闭CCFT型灯280的情形下,依赖于阶跃脉冲特性的有害电磁波会从CCFT型灯280中产生。
为了防止此有害电磁波并同时降低驱动电压,如同本发明的一优选实施例,计时器220在阶跃脉冲已经加载到CCFT型灯280上一选定时间后加载第二信号到信号选择部分230上,如图6所示。正弦波发生器237加载具有+VB电压水平的正弦波到信号放大部分250上,其极性反转时间比CCFT型灯280中的电子消失时间更长。信号放大部分250放大所加正弦波到一选定水平,并加载放大的正弦波到CCFT型灯280上。
因此,CCFT型照明装置通过电子流控制降低了驱动电压和电力消耗,并且同时防止了有害电磁波的发生。结果是,CCFT型照明装置可以被用于诸如LCD背光系统、复印机和扫描仪的各种场合中作为光源。
近来,随着LCD、扫描仪和复印机尺寸的增大,传统CCFT型照明装置电力消耗的增加受到了关注。然而,本发明提供的CCFT型照明装置将解决这个问题。
下面,具有前述CCFT型照明装置的LCD作为本发明的另外一个优选实施例将结合图11得以说明。
参照图11,总体上,LCD400包括LCD面板系统410和背光系统490。
LCD面板系统410包括LCD面板411、挠性印刷电路(FPC)和LCD面板驱动单元412。
LCD面板411包括滤色板411a、TFT基板411c和夹在滤色板411a与TFT基板411c之间的液晶层411b。
虽然没在图中显示,TFT基板411c包括玻璃板、薄膜晶体管(TFT)、栅线、数据线和像素电极。
例如,当LCD具有800×600的分辨率,数目为800×600×3的薄膜晶体管在玻璃板上排列成矩阵。薄膜晶体管通常用制造半导体装置的薄膜工艺制造。
此处,TFT的栅极一般连接在沿行方向排列以形成TFT的栅线上。另外,TFT的源极一般连接在沿列方向排列的数据线上。铟锡氧化物(ITO)制成的像素电极一对一地连接在TFT的漏极上。
滤色板411a包括用制造半导体装置的薄膜工艺制造的面向TFT基板411c的像素电极的R、G、B滤色器。在滤色器的整个表面上,成型有ITO公共电极。
在TFT基板411c的像素电极准确地与滤色板411a的滤色器对齐之后,TFT基板411c和滤色板411a安装成将液晶层411b夹在中间。通过将液晶注入到TFT基板411c和滤色板411a之间的空隙中并将液晶引入口封闭,液晶层411b成型为几微米厚。
此后,将栅挠性印刷电路(FPC)用作连接媒质,栅印刷电路板(PCB)安装成距TFT基板的一边一确定距离,而将源挠性印刷电路(FPC)作为连接媒质,数据PCB安装成距TFT基板的另一边一确定距离。
为了在LCD面板上显示图像,在电信号加载到LCD系统410的各数据线上时,栅开启信号加载到第一栅线上。结果是,像素电极和公共电极间的电势被改变,因而液晶分子的排列被改变。
当液晶分子的排列被改变时,入射光顺序穿过像素电极、液晶和RGB滤色器,然后入射到用户的眼睛里。
此后,当相应于视频信号的电信号顺序加载到数据线上时,下一栅线被选择,开启信号被加载到栅极上,相应像素电极和公共电极之间的电势被改变,因而液晶分子的排列被改变。上述过程在线单元中被顺序地重复。
然而,虽然LCD系统如上一样准确地工作,但是不可能仅用上述元素显示图像。这是因为液晶是光接收装置,这意味着图像不可能仅仅靠无外光源的液晶分子的排列来显示。
所以,背光系统490安装在LCD面板系统之下以提供光束到LCD面板系统上。
背光系统490包括:CCFT型照明装置440、均匀散射产生自CCFT型照明装置440的光束的光散射组元450、以及安装CCFT型照明装置440和光散射组元450的安装容器。
CCFT型照明装置440包括CCFT型灯420和控制电子流的反相器430。因为反相器430在上面已充分叙述,故其描述此处有意忽略。
特别地,在反相器430适宜于LCD的情况下,虽然CCFT型灯420被延长了,但是反相器430抑制了由于驱动电压提高到最高程度而导致的电力消耗的增加。这意味着有可能降低电力消耗,虽然CCFT型灯420的长度随LCD面板显示面积成比例增加。
为了实现电力消耗,反相器430的计时器220施加第一信号到信号选择部分230上,于是允许从阶跃脉冲发生器235中选择阶跃脉冲。此时,阶跃脉冲235的极性反转时间比当电子从一侧电极移动并消失在另一侧的电极中时所消耗的时间短。
此后,被选择的阶跃脉冲在信号放大部分250中放大并被加载到CCFT型灯420上。
例如,假设当使用极性反转时间长于电子消失时间的交流信号时的驱动电压为Ve,而当使用反转时间短于电子消失时间的交流信号时的驱动电压为Vt。
根据上述原理,Ve的电消耗大于Vt的电消耗。
这意味着,尽管两个灯具有相同的长度,但可能在恒定驱动电压下通过驱动同类的至少两个依赖不同驱动方法的CCFT型灯而制造更长的CCFT型灯,并将电力消耗大幅度降低,。
如上所述,虽然CCFT型灯按CCFT型灯的长度成比例延长,但是本发明通过改变驱动方法防止了电力消耗的大幅度增加。
另外,本发明允许制造具有增加长度的CCFT型灯。
进一步,尽管CCFT型灯的长度增加了,但是,本发明降低了驱动电压和电力消耗,并使有害电磁波的发生率最小化。
另外,当其适于需要人工光源的LCD时,本发明延长了从电池充电状态到放电的时间。
虽然已经对本发明进行了详细描述,但是,应当知道在不脱离如附加权利要求所限定的本发明的思想和范围的前提下,可以作出各种变化、替换和修改。