CCFL背光源介绍

1.什么是CCFL  
  CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamps)即冷阴极荧光灯，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。   
广告插播信息 
维库最新热卖芯片： XC5204-6PQ100C LM376N HY57V161610ETP-7 MC34217P MAX509BEWP 74LS259 TS5A3159DCKR IDT72V845L15PF PQ12RD11 XC4010-5PQ160C     
  由于CCFL具有灯管细小、结构简单、表面温升小、表面亮度高、易加工成各种形状(直管形、L形、U形、环形等)，使用寿命长、显色性好、发光均匀等优点，所以，CCFL是当前液晶屏最为理想的背光源，同时广泛应用于广告灯箱、扫描仪等仪器设备上。 

  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。  
  2.CCFL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。     

   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。  
  3.CCFL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 <SUB>P-P</SUB>；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的电流-电压关系可用图描述，曲线分为启动阶段和工作阶段，图中用垂直虚线分开。  

  虚线左边为启动阶段，灯管启动初期，电流及其微弱，随着灯管两端电极之间电压的增大，灯管内的汞离子加速并定向运动(由于是交流激励而往复运动)，灯管的电流 图7 3 CCFL的电流－电压关系步增大，当电压升至一定值时，灯管启动。启动阶段，灯管的电流受电压制约，电压越大，电流越小。 

  灯管启动之后，呈现电阻特性，并且具有负的稳压特性，即电流越大，两端的电压越小。灯管两端的电流越大，亮度越高，电压受制于电流值。在此阶段，灯管的电流值实际上决定了灯管的发光亮度，但增大电流的作用是有限的，且过大的电流会使灯管的电极受到损害，进而导致寿命缩短。  
  4.CCFL的几个重要参数 

  CCFL主要有以下几个重要参数：  

  (l)启动电压 

  在灯管寿命范围内(一般规定灯管的最大发光亮度降低至最初值的80%时的实际工作时间为灯管寿命)，最低工作环境温度下，使灯管点亮所需要施加在灯管两端的电压值，一般为交流1500～1800V。高压板电路输出端与CCFL之间的连线(包括PC板走线、导线、接插件等)对启动电压有一定的影响。  
  (2)工作电流  
  灯管正常工作时的电流为工作电流，为5～9mA。由于CCFL的亮度主妻与其工作电流有关，但为保证使用寿命，其两端的电流要大于配屏规定的最小值，要小于配屏规定的最大值。当低于其最小值时，灯管工作极易出现起辉不正常现象，甚至是不能点亮灯管；当高于最大值时，就算电流再大，亮度也不会提高多少，且电流越大，使用寿命越短。  
  (3)工作电压  
  灯管点亮之后，在一定的寿命时间内，在给定的工作电流下，灯管两端的电压值为工作电压，正常的工作电压一般为600～800V。  
  (4)工作频率  
  驱动灯管的高压是一个交流信号，交流信号的频率称为工作频率，一般为40～80kHz。在同等的工作电流、工作电压驱动下，CCFL的发光亮度与工作频率有关，在工作频率激励下，CCFL的发光亮度最大，偏离工作频率，发光亮度下降。  
  (5)等效电阻  
  CCFL类似于齐纳二极管，在未点亮前呈现无穷大的阻抗，点亮之后则基本为一个电阻性阻抗。  
  (6)输出功率  
  输出功率具体依灯管种类、长短和数量而定，一般在3～6W。  
  5.CCFL的优点与存在问题            
  CCFL有许多优点，包括：它是优良的白光源；低成本；高效率(光输出与输入电功率之比)；长寿命(大于25000h)；稳定的工作状态；容易调节亮度；重量轻等。但是，CCFL也存在一些问题，主要有： 

  (1)CCFL需要采用交流波形驱动，任何直流成分都会使一部分气体*在灯管的一端，造成不可逆转的光梯度，使灯管的一端比另一端更亮。此外，为了提高效率(光输出与输入电功率之比)，需要用接近正弦的波形驱动灯管。因此，CCFL通常需要一个DC/AC(直流/交流)逆变器来将直流电压变换成40～80k吒的交流波形。