冷阴极灯管CCFL原理

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…………………………………………..23.1外形寸法……………..……………………….23.2主發光波長…………………………………….33.3色溫…………………………………………….33.4色度…………………………………………….43.5管電流與管電壓……………………………….43.6管面輝度……………………………………….53.7壽命…………………………………………….73.8信賴性實驗……………..…………………….84.0CCFL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（LiquidCrystalDisplays）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（ColdCathodeFluorescentLamps）為關鍵零組件（Keycomponent）。2.0原理冷陰極螢光燈是屬於螢光燈的一種，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633.2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3.3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xy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。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3.4CIE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:測定使用指定Inverter2.熱電對型電流計:橫河（YOKOGAWA）TYPE20163.高壓測棒:TEKTRONIXP6015A1000:1100MΩ，3pF4.示波器:TEKTRONIXTD303411IHLGFEDCBKJA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)0Φ1.8*277mm1233.6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13Φ1.8*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-10度25度0度Φ1.8*277mm14圖3.7封入壓力vs.管面輝度4960049800500005020050400506005080051000512005140051600607080封入壓力值(Torr)輝度值(cd/m^2)Φ1.8*277mm15010000200003000040000500006000033.544.555.566.57管電流(mA)輝度(cd/m2)圖3.8管電流vs.管面輝度Φ1.8*277mm16010000200003000040000500006000033.544.555.566.57管電流(mA)輝度(cd/m2)圖3.8管電流vs.管面輝度Φ1.8*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25±5℃/相對濕度55±10%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。18Φ1.8*277mm管電流6mA0%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.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=605℃90~95%RHA,B,C,D,E2低溫動作定格管電流(通電)500?8HrsA,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)500±8HrsA,B,C,D,E5循環加溫保存Ta=85±5℃500±8HrsA,B,C,D,E,F6挀動挀幅1.5mm7衝擊10~55~10Hz1min8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70%(含)以上。B：初期的色度X、Y同時在＋0.025~－0.005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60±5℃，濕度90±5﹪RH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0±2℃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85±5℃乾燥環境下500小時後，取出於室溫下置放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-40±5℃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-40℃±2℃溫度置放2小時後再置放於85℃±2℃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。2033.8.6項目:振動試驗內容:以振幅1.5㎜，10~55~10Hz3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（燈管直接固定於試驗治具上）。33.8.8項目:負荷重破壞試驗內容:中央部份0.25kg的靜荷重214.0CCFL的用途：4.1Monitor，Notebook，TV的背光源。4.2IA產品PDA，Cellphone，Scanner的背光源。4.3汽車儀表板的背光源。4.4指示燈箱，廣告燈箱，一般室內照明。4.5醫療用照明。22CCFL產品規格：5.1Lamp外型圖：Φ235.2Lamp構造圖