冷阴极灯管CCFL原理

1、1冷陰極燈管CCFL 原理簡介21.0 引言.12.0 原理.13.0 檢驗方式.2 3.1 外形寸法.2 3.2 主發光波長.3 3.3 色溫.3 3.4 色度.4 3.5 管電流與管電壓.4 3.6 管面輝度.5 3.7 壽命.7 3.8 信賴性實驗.84.0 CCFL的用途.9 目錄31.0 引言在現今所有種類的顯示器中，液晶顯示器（Liquid Crystal Displays）已經成為主流產品；而作為其背光源的材料中，則是以冷陰極螢光燈（Cold Cathode Fluorescent Lamps）為關鍵零組件（Key component）。 2.0 原理冷陰極螢光燈是屬於螢光燈的一

2、種，其發光原理非常類似日光燈。在有塗佈螢光体的玻管中封入惰性氣體（Ne-Ar混合氣）與微量的活性金屬氣體，並於玻管兩端的電極間外加一高壓電場（高頻率），使其產生氣體放電現象；自由電子從陰極發射，經過一長串的能量搬運（與惰性氣體碰撞），蓄積了相當程度的動能，最後和低壓的活性金屬原子相撞，電子將動能傳給原子使其激發。這受激原子返回基態時，所吸收的能量被以紫外線（253.7nm）的形式釋放，而螢光體吸收此光能後，再轉變成可見光放射出來。自由電子不斷地被外電場加速，上述的過程也就不斷地在燈管中進行。此外，由於本過程是屬不同能量的轉換，故必須考慮電能與光能之間的轉換契合度，所以在CCFL使用上必須注意電

3、力反轉器（Inverter）的合理設計。 CCFL4發光原理圖 電極自由電子活性金屬原子紫外線螢光體可視光53.0 檢驗方式3.1 項目 : 外形寸法 內容 : 製程中影響的因素，至少有：（1） 玻管切割 （2） 螢光藥膜玻除（3） 封止（4） 退火（5） 毛邊修復上述等過程會決定最終CCFL的外形寸法。而最終產品配線加工亦是必須合的重點，玻管外形的直線性，兩電極的垂直性及玻管內無氣泡存在等，都是本項仕樣的檢測範圍。 方法 : 檢測儀器使用CCD攝影機及顯微鏡等。圖3.1 燈管寸法檢測圖 6 33.2項目 : 主發光波長 內容 : 本公司的CCFL為三波長（RGB）型的螢光燈，故在可視光光譜圖

4、上會有三大波峰。另外，紫外光光譜亦是一重要資訊，它可提供背光模組廠商作為參考依據，判斷其材料是否會受到UV的危害。而影響其大小與分佈的因素為:（1） 螢光體的材料（2） RGB螢光體調配的比例。 方法 : 量測儀器使用可見光光譜分析儀及UV光譜分析儀70. 00. 10. 20. 30. 40. 50. 60. 70. 80. 91. 01. 1220270320370420470520570620670720波長(nm)相對光出力4385456130.000.200.400.600.801.001.20250300350400450500波長 ( nm )相對出光力圖3.2 可視光譜圖 圖3

5、.3 紫外光光譜圖833.3 項目 : 色溫 內容 : 將所有射進的能量完全吸收而不反射、不透過的假設體稱之為黑體。CCFL所放射之熱光顏色，若以放射相似顏色之黑體溫度來表示其顏色，則將此溫度稱之為燈管的色溫。 設備 : 利用BM-7F 量測燈管中心的色溫值。33.4 項目 : 色度 內容 : 一般以色度（x , y）來代表燈管的發光顏色，而其值和螢光體比例（R/G/B）關係密切。在顏色的三個屬性中不考慮亮度關係之表示法稱之為色度，所參考的圖則稱為色度圖。如圖3.4所示CIE之x y色度圖；在色度圖中三角形所包圍的區域為實際存在的顏色，而在周圍附近的區域則接近純色系，愈往中央部位顏色便趨向變白

6、。在三角形區域內的線段是代表相關顏色之黑體輻射溫度。方法 : 利用BM-7F 量測燈管中心的色度值。9圖3.4 CIE之xy色度圖1033.5 項目 : 管電流與管電壓 內容 : 燈管的電氣特性中，管電流及管電壓是最基本的檢測科目，因為管電流與管電壓的乘積代表著CCFL消費電力之大小，而這是電子產品所必須提供的數據。由於CCFL之管電流與管電壓是呈反比關係，故一般以量測定電流下（6mA）的管電壓值，作為比較的參考依據。製程中影響的參數有: （1）封入氣體的壓力 （2）封入氣體的比例 （3）電極的型式另 10 另 燈管本身的管徑和管長都是其影響因子 方法 :測量儀器:1. Inverter :

7、測定使用指定 Inverter2. 熱電對型電流計 : 橫河（YOKOGAWA）TYPE 20163. 高壓測棒 : TEKTRONIX P6015A 1000:1 100M ，3pF4. 示波器 : TEKTRONIX TD303411IHLGFEDCBKJA直流電源供應器電壓計高壓探測棒InverterBm-7示波器 mA 圖3.5 管電流與管電壓關係圖 55060065070075080085033.544.555.566.57管電流(mA)管電壓(Vrms)055060065070075080085033.544.555.566.57管電流(mA)管電壓(Vrms)01.8*277mm

8、1233.6 項目 : 管面輝度 內容 : 一般定義發光源的光亮度（簡稱輝度）是指在定方向之單位投影面上的光強度。因此，管面輝度代表著CCFL發光強度之大小，是一項重要的比較數據。而影響其值的因素:（1） 填充氣體壓力（2） 填充氣體比率（3） 活性金屬壓力（環境溫度）（4） 電極材料（5） 螢光體材料另外，管面輝度也是管徑及管長的函數。 方法 : 利用BM-7量測燈管中心點的輝度值131.8*277mm圖3.6 周圍溫度vs.相對輝度（參考溫度為25） 0. 500. 600. 700. 800. 901. 001. 1000. 511. 522. 533. 54時間(分)相對輝度010度-

9、10度25度0度1.8*277mm14圖3.7 封入壓力vs.管面輝度4960049800500005020050400506005080051000512005140051600607080封入壓力值( T o r r )輝度值(cd/m2)1.8*277mm15010000200003000040000500006000033.544.555.566.57管電流(mA)輝度(cd/m2)圖3.8 管電流vs.管面輝度1.8*277mm16010000200003000040000500006000033.544.555.566.57管電流(mA)輝度(cd/m2)圖3.8 管電流vs.管面

10、輝度1.8*277mm1733.7 項目 : 壽命 內容 : 燈管壽命被定義為燈管中心點輝度值在其初始輝度50%以上之點燈時間。影響壽命的因素有:（1） 封入氣體壓力（2） 封入氣體比率（3） 螢光體材料（4） 電極材料（5） 活性金屬含量（6） 加工工藝另外，燈管壽命也是管電流的函數。 方法 : 在周圍溫度255/相對濕度5510%下，以6mA管電流連續點燈，並於固定時間點量測其管面輝度值。18 1. 8*277m m 管電流6m A0%20%40%60%80%100%120%110100100010000100000點燈時間 ( hr ) 輝度維持率(%)實際值模擬值圖3.9 點燈時間vs

11、.輝度維持率1933.8 項目 : 信賴性實驗內容 : 如下表 NO.項目試驗條件判定基準1高溫高濕動作Ta = 60 5 9095%RHA, B,C,D,E2低溫動作定格管電流( 通電) 5008HrsA, B,C,D,E3高溫保存Ta = 0 2 A, B,C,D,E4低溫保存定格管電流( 通電) 5008HrsA, B,C,D,E5循環加溫保存Ta = 85 5 5008H r sA, B,C,D,E,F6挀動挀幅 1.5 mm7衝擊105510Hz 1 min8端子引張強度X, Y, Z 方向各2 小時備註 : A：輝度值需維持在初期值7 0 % ( 含) 以上。 B：初期的色度X 、

12、Y 同時在 0 . 02 5 0 . 0 0 5以 內 。 C：不點燈狀態下動作標準回路需與正常點燈狀態相同。 D：電氣和機械性能不能有異常( 真空管破損、導線斷掉) 。 E：外觀上不能有顯著的變化( 污垢、螢光體剝離等 ) 。C,D,E,F-402033.8.1 項目:高溫高濕動作試驗內容:將燈管置於溫度605，濕度905RH環境下，以6mA電流進行500小時點燈測試。 33.8.2 項目:低溫動作試驗內容:將燈管置於溫度02環境下500小時後，取出於室溫下置放12小時後測試之，測試電流為6mA。 33.8.3 項目:高溫保存試驗內容:將燈管放置於855乾燥環境下500小時後，取出於室溫下置

13、放12小時後測試之。 33.8.4 項目:低溫保存試驗 內容:將燈管放置於-405環境下500小時後，取出於室溫下置放12小時後測試之。 33.8.5 項目:循環加溫保存內容:燈管於-402溫度置放2小時後再置放於852 2小時，如此為1循環，經20次循環後將燈管置放於室溫下2小時後進行測試。 20 33.8.6 項目:振動試驗內容:以振幅1.5，105510Hz 3種頻率/1分鐘為週期之往復振動，對燈管X、Y、Z軸各進行2小時測試（需去除共震點）。33.8.7 項目:衝擊試驗內容:以加速度數980淤m/s2（240G），作用時間2msec之脈衝波形，作用於燈管X、Y、Z軸，各進行3回測試之（燈管直接固定於試