CCFL背光源

CCFL背光源

CCFL(冷阴极荧光灯)背光源是目前液晶电视的最主要背光产品。是一种气体放电发光器件，其构造类似常用的日光灯，如图7 －1所示，通过连接插头与高压板相连。其英文全称为Cold Cathode Fluorescent Lamps。目前液晶电视背光的标称寿命可达到60000小时。CCFL(冷阴极荧光灯)背光源的特点是成本低廉，但是色彩表现不及LED背光。

CCFL为什么是“冷”阴极呢？

通常发射电子的材料，即阴极，分冷与热两种。热阴极，是指用电流方式把阴极加热至800℃以上，让阴极内的电子因获得热能后转换为动能而向外发射：冷阴极，是指无须把阴极加热，而是利用电场的作用来控制界面的势能变化，使阴极内的电子把势能转换为动能而向外发射。两种阴极的最大区别是，热阴极用低电压就可以产生电子发射，而冷阴极往往需要很高的电压才能产生电子发射；热阴极的寿命比较短，冷阴极的寿命比较长。故在液晶屏的背光源中，常常使用冷阴极。

CCFL背光源冷阴极荧光灯管的工作原理
　　
CCFL冷阴极荧光灯管的物理构成是在一玻璃管内封入隋性气体Ne+Ar混合气体，其中含有微量水银蒸气(数mg)，并于玻璃内壁涂布萤光体。CCFL冷阴极荧光灯管通过灯管两端的电极，让灯管内的气态汞激发的紫外线碰撞管壁上的荧光粉，从而发出光线。其波长由萤光体物质特性决定。

CCFL背光源的结构

CCFL是一个密闭的气体放电管，其结构如下图所示，在管的两端是阴冷极，采用镍、钽和锆等金属做成，无须加热即可发射电子。灯管内主要是惰性气体氩气，另外，有充人少量的氖气和氪气作为放电的触媒，再有就是少量的汞气。在两端加一定高压(这个电压为启动电压，一般为1500～1800V)时，灯管中的汞原子在高压的作用下会释放出紫外光，波长大约是253.7nm。与此同时，有一部分电能转化为热能白白消耗掉了，大约只有60％电能会转化成紫外光。灯管的内壁涂有一层薄薄的白色荧光粉(假定这个灯管是白色的)，这层荧光粉在吸收到灯管内的紫外光后会发出可见光，这时就看到灯管亮起来了。这个点亮的过程很短，一般为1～2s。灯管被点亮后，由于内部气体性质发生了变化，此时只需要比启动电压低很多的一个小电压(这个电压为维持电压，一般为500～800V)就可以维持灯管继续点亮，而且亮度不会发生变化。冷阴极荧光灯是一个非线性负载，灯管的供电必须是交流正弦波，频率为40～80kHz。

图1CCFL背光源的结构
　
冷阴极荧光灯在开始启动时，当电压还没有达到启动电压时，灯管呈正电阻(数兆欧)，一旦达到启动值，灯管内部发生电离放电，产生电流，此时电流增加，灯管两端电压下降，呈负阻特J跬。所以，冷阴极荧光灯触发点亮后，在电路中必须有限流装置，把灯管工作电流限制在－个额定值上，否则，电流过大会烧毁灯管，电流过小点亮又难以维持。

CCFL背光源的电气特性

CCFL需要在高压、交流电源的驱动下工作，因此，在液晶显示器中，需要将开关电源电路产生的低压直流(12V)变换为高压交流电源，这项工作由高压板完成。为了降低CCFL的功耗，提高高压板电路的转换效率，应尽可能地使CCFL的电气特性与高压板电路的电气参数相匹配。

CCFL在点亮之前，会呈现出一个很高的阻抗，须加一个1500V(均方根值)以上的正弦波交流电压，其峰－峰值可达3000～5000V _P-P；而当灯管点亮后，气体会全部电离，灯管内的阻抗会降低至80kΩ左右，此时灯管的工作电压会降低到600V(均方根值)左右。CCFL的工作频率一般会设置在40～80kHz，因为此时的发光效率比其他频率下高出15%左右。

可见，在某些情况下，CCFL的伏安特性与齐纳二极管十分相似，在未点亮前，CCFL呈现无穷大的阻抗，一旦点亮，基本上是一个电阻型阻抗。因此，对于CCFL的启动，可以首先用一个启动电压将灯管点亮，然后限制并维持通过CCFL的电流，在一定的电流作用下产生相应的压降。
 

CCFL背光源冷阴极荧光灯管的缺陷
　　
目前液晶电视普遍采用的CCFL光源，无论是从发光原理还是从物理结构上看，都和我们日常使用的日光灯管都非常接近。这种光源具有结构简单、灯管表面温升小、灯管表面亮度高、易加工成各种形状的优秀特性。但是使用寿命绞短，含汞，色域较窄，只能达到NTSC的70%～80%。对于大尺寸电视机屏，CCFL的电压加高和加长管子的加工也有困难。
　　
其一，最让人头痛的问题是使用寿命较短。CCFL背光源使用寿命一般为15000小时～25000小时，LCD(尤其是笔记本电脑的液晶屏)使用时间愈长亮度下降愈明显，在使用2～3年后，LCD屏幕就会发暗、变黄，这正是CCFL使用寿命期较短的缺陷所造成的。
　　
其二，限制了液晶显示器色彩的发挥。液晶显示器中每个像素都是由R、G、B三个长方形色块组成，而液晶显示器色彩表现完全取决于背光模块和滤色膜的性能。滤色膜的三基色默认CCFL发出的白光和日光一样均匀(三基色所占的成分)，但是CCFL背光模块实际上并不能达到设计的要求，仅能够达到NTSC标准的70%左右。
　　
其三，结构复杂、亮度输出均匀性差。由于冷阴极荧光灯不是平面光源，因此为了实现背光源均匀的亮度输出，LCD的背光模组需要搭配扩散片、导光板、反射板等众多辅助器件，但是在显示全白或全黑画面时，屏幕边缘和中心亮度的差异十分明显。
　　
其四，体积较大，功耗不理想。由于CCFL背光源必须包含扩散板、反射板等复杂的光学器件，因此LCD的体积无法再进一步缩小。在功耗方面，采用CCFL作为背光源的LCD也无法令人满意，14英寸LCD的CCFL背光源往往需要消耗20W甚至更多的电能。
　　
当然，最近两年国内外厂商针对传统CCFL的弊端作了些改良，似乎都达到了很高的水准，厂家宣传更是说的神乎其神，但是这些改进都是有限的，并不能彻底消除CCFL背光源的先天技术缺陷。

从目前背光还是以CCFL管为主的情况来看，造价可能略低，技术也比较成熟。LED做背光，还局限于手机，MP3，MP4等小屏产品中，对于大屏产品，还是一个努力方向，不过，比较省电，是它的优点