CCFL背光源介紹
CCFL背光源介紹
1.什么是CCFL
CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamps)即冷陰極熒光燈，是一種氣體放電發(fā)光器件，其構(gòu)造類似常用的日光燈，如圖7 －1所示，通過連接插頭與高壓板相連。
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由于CCFL具有燈管細(xì)小、結(jié)構(gòu)簡單、表面溫升小、表面亮度高、易加工成各種形狀(直管形、L形、U形、環(huán)形等)，使用壽命長、顯色性好、發(fā)光均勻等優(yōu)點(diǎn)，所以，CCFL是當(dāng)前液晶屏最為理想的背光源，同時(shí)廣泛應(yīng)用于廣告燈箱、掃描儀等儀器設(shè)備上。
CCFL為什么是“冷”陰極呢？通常發(fā)射電子的材料，即陰極，分冷與熱兩種。熱陰極，是指用電流方式把陰極加熱至800℃以上，讓陰極內(nèi)的電子因獲得熱能后轉(zhuǎn)換為動(dòng)能而向外發(fā)射：冷陰極，是指無須把陰極加熱，而是利用電場的作用來控制界面的勢能變化，使陰極內(nèi)的電子把勢能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能而向外發(fā)射。兩種陰極的最大區(qū)別是，熱陰極用低電壓就可以產(chǎn)生電子發(fā)射，而冷陰極往往需要很高的電壓才能產(chǎn)生電子發(fā)射；熱陰極的壽命比較短，冷陰極的壽命比較長。故在液晶屏的背光源中，常常使用冷陰極。
2.CCFL的結(jié)構(gòu)
CCFL是一個(gè)密閉的氣體放電管，其結(jié)構(gòu)如下圖所示，在管的兩端是陰冷極，采用鎳、鉭和鋯等金屬做成，無須加熱即可發(fā)射電子。燈管內(nèi)主要是惰性氣體氬氣，另外，有充人少量的氖氣和氪氣作為放電的觸媒，再有就是少量的汞氣。在兩端加一定高壓(這個(gè)電壓為啟動(dòng)電壓，一般為1500～1800V)時(shí)，燈管中的汞原子在高壓的作用下會(huì)釋放出紫外光，波長大約是253.7nm。與此同時(shí)，有一部分電能轉(zhuǎn)化為熱能白白消耗掉了，大約只有60％電能會(huì)轉(zhuǎn)化成紫外光。燈管的內(nèi)壁涂有一層薄薄的白色熒光粉(假定這個(gè)燈管是白色的)，這層熒光粉在吸收到燈管內(nèi)的紫外光后會(huì)發(fā)出可見光，這時(shí)就看到燈管亮起來了。這個(gè)點(diǎn)亮的過程很短，一般為1～2s。燈管被點(diǎn)亮后，由于內(nèi)部氣體性質(zhì)發(fā)生了變化，此時(shí)只需要比啟動(dòng)電壓低很多的一個(gè)小電壓(這個(gè)電壓為維持電壓，一般為500～800V)就可以維持燈管繼續(xù)點(diǎn)亮，而且亮度不會(huì)發(fā)生變化。冷陰極熒光燈是一個(gè)非線性負(fù)載，燈管的供電必須是交流正弦波，頻率為40～80kHz。
冷陰極熒光燈在開始啟動(dòng)時(shí)，當(dāng)電壓還沒有達(dá)到啟動(dòng)電壓時(shí)，燈管呈正電阻(數(shù)兆歐)，一旦達(dá)到啟動(dòng)值，燈管內(nèi)部發(fā)生電離放電，產(chǎn)生電流，此時(shí)電流增加，燈管兩端電壓下降，呈負(fù)阻特J跬。所以，冷陰極熒光燈觸發(fā)點(diǎn)亮后，在電路中必須有限流裝置，把燈管工作電流限制在－個(gè)額定值上，否則，電流過大會(huì)燒毀燈管，電流過小點(diǎn)亮又難以維持。
3.CCFL的電氣特性
CCFL需要在高壓、交流電源的驅(qū)動(dòng)下工作，因此，在液晶顯示器中，需要將開關(guān)電源電路產(chǎn)生的低壓直流(12V)變換為高壓交流電源，這項(xiàng)工作由高壓板完成。為了降低CCFL的功耗，提高高壓板電路的轉(zhuǎn)換效率，應(yīng)盡可能地使CCFL的電氣特性與高壓板電路的電氣參數(shù)相匹配。
CCFL在點(diǎn)亮之前，會(huì)呈現(xiàn)出一個(gè)很高的阻抗，須加一個(gè)1500V(均方根值)以上的正弦波交流電壓，其峰－峰值可達(dá)3000～5000V <SUB>P-P</SUB>；而當(dāng)燈管點(diǎn)亮后，氣體會(huì)全部電離，燈管內(nèi)的阻抗會(huì)降低至80kΩ左右，此時(shí)燈管的工作電壓會(huì)降低到600V(均方根值)左右。CCFL的工作頻率一般會(huì)設(shè)置在40～80kHz，因?yàn)榇藭r(shí)的發(fā)光效率比其他頻率下高出15%左右。
可見，在某些情況下，CCFL的伏安特性與齊納二極管十分相似，在未點(diǎn)亮前，CCFL呈現(xiàn)無窮大的阻抗，一旦點(diǎn)亮，基本上是一個(gè)電阻型阻抗。因此，對于CCFL的啟動(dòng)，可以首先用一個(gè)啟動(dòng)電壓將燈管點(diǎn)亮，然后限制并維持通過CCFL的電流，在一定的電流作用下產(chǎn)生相應(yīng)的壓降。
CCFL的電流-電壓關(guān)系可用圖描述，曲線分為啟動(dòng)階段和工作階段，圖中用垂直虛線分開。
虛線左邊為啟動(dòng)階段，燈管啟動(dòng)初期，電流及其微弱，隨著燈管兩端電極之間電壓的增大，燈管內(nèi)的汞離子加速并定向運(yùn)動(dòng)(由于是交流激勵(lì)而往復(fù)運(yùn)動(dòng))，燈管的電流 圖7 3 CCFL的電流－電壓關(guān)系步增大，當(dāng)電壓升至一定值時(shí)，燈管啟動(dòng)。啟動(dòng)階段，燈管的電流受電壓制約，電壓越大，電流越小。
燈管啟動(dòng)之后，呈現(xiàn)電阻特性，并且具有負(fù)的穩(wěn)壓特性，即電流越大，兩端的電壓越小。燈管兩端的電流越大，亮度越高，電壓受制于電流值。在此階段，燈管的電流值實(shí)際上決定了燈管的發(fā)光亮度，但增大電流的作用是有限的，且過大的電流會(huì)使燈管的電極受到損害，進(jìn)而導(dǎo)致壽命縮短。
4.CCFL的幾個(gè)重要參數(shù)
CCFL主要有以下幾個(gè)重要參數(shù)：
(l)啟動(dòng)電壓
在燈管壽命范圍內(nèi)(一般規(guī)定燈管的最大發(fā)光亮度降低至最初值的80%時(shí)的實(shí)際工作時(shí)間為燈管壽命)，最低工作環(huán)境溫度下，使燈管點(diǎn)亮所需要施加在燈管兩端的電壓值，一般為交流1500～1800V。高壓板電路輸出端與CCFL之間的連線(包括PC板走線、導(dǎo)線、接插件等)對啟動(dòng)電壓有一定的影響。
(2)工作電流
燈管正常工作時(shí)的電流為工作電流，為5～9mA。由于CCFL的亮度主妻與其工作電流有關(guān)，但為保證使用壽命，其兩端的電流要大于配屏規(guī)定的最小值，要小于配屏規(guī)定的最大值。當(dāng)?shù)陀谄渥钚≈禃r(shí)，燈管工作極易出現(xiàn)起輝不正?，F(xiàn)象，甚至是不能點(diǎn)亮燈管；當(dāng)高于最大值時(shí)，就算電流再大，亮度也不會(huì)提高多少，且電流越大，使用壽命越短。
(3)工作電壓
燈管點(diǎn)亮之后，在一定的壽命時(shí)間內(nèi)，在給定的工作電流下，燈管兩端的電壓值為工作電壓，正常的工作電壓一般為600～800V。
(4)工作頻率
驅(qū)動(dòng)燈管的高壓是一個(gè)交流信號(hào)，交流信號(hào)的頻率稱為工作頻率，一般為40～80kHz。在同等的工作電流、工作電壓驅(qū)動(dòng)下，CCFL的發(fā)光亮度與工作頻率有關(guān)，在工作頻率激勵(lì)下，CCFL的發(fā)光亮度最大，偏離工作頻率，發(fā)光亮度下降。
(5)等效電阻
CCFL類似于齊納二極管，在未點(diǎn)亮前呈現(xiàn)無窮大的阻抗，點(diǎn)亮之后則基本為一個(gè)電阻性阻抗。
(6)輸出功率
輸出功率具體依燈管種類、長短和數(shù)量而定，一般在3～6W。
5.CCFL的優(yōu)點(diǎn)與存在問題
CCFL有許多優(yōu)點(diǎn)，包括：它是優(yōu)良的白光源；低成本；高效率(光輸出與輸入電功率之比)；長壽命(大于25000h)；穩(wěn)定的工作狀態(tài)；容易調(diào)節(jié)亮度；重量輕等。但是，CCFL也存在一些問題，主要有：
(1)CCFL需要采用交流波形驅(qū)動(dòng)，任何直流成分都會(huì)使一部分氣體*在燈管的一端，造成不可逆轉(zhuǎn)的光梯度，使燈管的一端比另一端更亮。此外，為了提高效率(光輸出與輸入電功率之比)，需要用接近正弦的波形驅(qū)動(dòng)燈管。因此，CCFL通常需要一個(gè)DC/AC(直流/交流)逆變器來將直流電壓變換成40～80k吒的交流波形。