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。
　　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。

图7 －1

　　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{zd0}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。

图7 -2

　　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。

图7 -3

　　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{zd0}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)，{zd1}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{zd0}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{zd0}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{zd0}，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。

　　(2)在液晶显示器中，CCFL等间隔地分布在整个液晶屏背板上，以提供{zj0}的光分布。这就要求所有灯要工作在相同的亮度下。尽管在CCFL和LCD面板之间安羽：有散光器，可协助均匀分布背光，但实际情况并不十分理想，CCFL不均匀的灯管亮度仍然很容易被察觉，并影响图像质量。

　　(3)CCFL工作在高压高频下，在工作时，其驱动频率可能会干扰显示的画面。如果灯频接近视频刷新频率的某个倍频，就会在屏幕上出现缓慢移动的线或带。因此，需要严格控制灯频在±5％以内，以xx这种问题。

　　(4)用于调节灯亮度的脉冲调光频率也同样要求严格控制。这种调光方式通常是采用30～200Hz频率范围的脉宽调制(PWM)信号，在短时间内将灯关闭，达到调光目的。由于关闭时间很短，不足以使电离态消失，如果脉冲调光频率接近垂直同步频率的倍频，也会产生滚动线。同样，将脉冲调光频率严格控制在±5%以内就可以xx这个问题。

　　(5)有些CCFL和液晶屏是做成一个整体的，若灯管损坏，只能更换整个液晶面板模块，造成维修成本增加。

　　6．CCFL背光源的采光技术

　　采用CCFL背光源，需要设法使光源均匀地、{zd0}量地照射到液晶显示器件的显示面上，使其尽可能多地射向观看者，这就是背光源的采光技术。

　　典型采光技术分背光式和边光式两类。背光式是在液晶显示器件整个背面设置一个平板式面光源，这个整体背光源可以是一个连续均匀的面光源，如EL或平板荧光灯；也可以是一个由大量点光源连成一片或由点光源和反光罩组成的均匀背景光源，如点阵LED背光源等。边光式则是将线形或点状光源设置在液晶显示器件的背后侧面，然后通过特殊的导光板和反射板，使其形成一个与液晶显示窗大小一致、紧贴于液晶显示面的均匀背景光。图所示是边光式CCFL背光源采光技术示意图。

　　图 边光式CCFL背光源采光技术示意图

　　从上图中可以看出，背光源的采光组件由导光板、反射板、扩散板、增亮膜等组合而成。其作用是把CCFL发出的线光源通过漫反射成为面光源。

　　导光板是采光组件的核心，主要功能是导引光线方向，提高面板光辉度及控制亮度均匀。反射板也称反射片，顾名思义就是将侧投光反射到面板。扩散板也称扩散片，主要功能就是要让光线透过扩散涂层产生漫射，让光的分布均匀化。增亮膜负责把光线聚拢，使其垂直进人液晶模块以提高辉度。

　　7.关于双灯、四灯和六灯

　　早期生产的液晶显示器，使用得比较多的是双灯设计，就是在液晶屏的上、下边各有一个灯管。随着技术的不断发展，开始出现四灯和六灯设计。四灯设计分为三种摆放形式：①四个边各有一个灯管；②由上到下四个灯管平均排列的方式；③更多的采用上方两个灯管、下方两个灯管的方式。应注意，有一种其实是两个“U”形灯管在屏幕上、下各排列一个，看上去是四个灯管，其实仍属于双灯的范畴。六灯与此类似，采用了三根都弯成“U”形的灯管，然后平行放置，以达到六灯的效果，因此有时也将“六灯”称为“三灯”。

　　双灯技术比较老，但却比较成熟，存在的问题是亮度不够均匀。四灯是在双灯基础上发展而来的，能均匀地补充屏幕光源，避免屏幕灰暗现象的存在，同时还可以增加色彩的表现力。六灯可以让液晶的亮度更加均匀，但灯管发热量较大，影响着显示器的使用寿命，不过，这一问题已基本解决。

　　维修时，可以通过用手摸的方式判断灯管的位置及是否损坏，灯管位置温度较高，如果灯管位置温度不高，肯定是灯管损坏或其供电出了问题。

　　8.新型CCFL介绍

　　随着CCFL技术的不断发展，出现了一些新型的冷阴极荧光灯，现介绍如下：

　　(1)无极冷阴极荧光灯(EEFL)

　　这是一种直管形荧光灯，又称“无极荧光灯”。其基本结构与常用的CCFL相同，只不过管内没有电极，而在管外两端包以铝膜作为外电极，管内壁涂以三基色荧光粉，管内充有5%氩气(Ar)，并添加了汞气(Hg)和氖气(Ne)，内充气体的压强为0.8kPa。此背光源以5MHz的正弦电压驱动，两极电压的相位差为180°。

　　EEFL不同于电极在灯管内部的CCFL，电极设在外部而有利于并列启动，而且亮度比CCFL高出60％以上，适用于高亮度、大面积的显示器中。EEFL系统基于电磁感应的原理，使等离子体与电路磁力线耦合，利用套在灯管外面的一对金属电极在灯管内形成感应电流，而不像普通荧光灯那样，利用电极将外部的电能转化为灯内部工作所需要的能量。
EEFL与CCFL在驱动上的{zd0}区别在于，CCFL只能是单管驱动，而EEFL则可以并联驱动。另外，FEEL的更换也比较方便。

　　(2)外电极无极荧光灯

　　外电极无极荧光灯主要有两种形式：一种是在灯管两端外侧设置螺旋外电极：另一种则是在灯管一端内装一电极，而在灯管另一端外缠绕着线圈外电极。灯管内充有氩氙混合气(Ar-Xe)。工作时，内电极与管外轴向分布的线圈外电极通过电力线沟通，而气体放电的电子则因随电力线分布而避免了碰撞。外电极线圈的螺距随放电路径的延长而减小。本光源以脉冲电压取代正弦波电压驱动，从而避免了阳极区的收缩。

　　(3)介电隔板充氙荧光灯

　　介电隔板充氙荧光灯的基本结构是由前、后玻璃基板构成的，前玻璃基板的内侧面设置有ITO透明导电薄膜，而后玻璃基板内侧面覆盖有一层金属电极层；两板上都有一厚度为60nm的介电层；荧光粉则沉积于前、后玻璃基板的内表面介质层的上面。前、后玻璃基板的间距为1mm，为维持放电的空间，空间内充人的氙气压强为266kPa。背光源以电压为1kV、频率为20kHz的高频交流脉冲工作。

　　(4)扁平外电极荧光灯

　　扁平外电极荧光灯是日本研制的一种平板型荧光灯，即在其前玻璃板的内侧面有一对厚膜电极，电极上覆盖有一层厚度为0.06mm的透明介电层，以防止在放电时因离子轰击而造成的电极溅射。这种背光源的两个电极是由电压、脉宽及时间间隔相等，但电信号的相位差为180°的电脉冲串驱动。

　　这种扁平荧光灯背光源有两种规格，它们分别被充人不同成分的放电气体：一种是压强为13.3kPa的氩－氪－汞气(Ar-Kr-Hg)，另一种是压强为5.3kPa的氩－氖一氙气(Ar-Ne-Xe)，工作电压分别为700V和1400V。