冷阴极荧光灯管的基本知识[骄阳教育].doc

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1、一、 概论：冷阴极荧光灯管（CCFL）由于其结构简单、灯管细小、发光强度高、整支灯管发光均匀，并易于做成各种形状的灯管,是一种新颖的微型的强光源。CCFL灯管在上世纪90年代初在日本被应用后，随着CCFL灯管自身技术的发展和信息技术、办公设备、民用产品的迅猛发展，CCFL灯管的应用范围也越来越广，需求量也急剧增长，尤其是近二年通信设备向高性能化、多机能化和精细化发展和LCD背光源用灯管向大尺寸、长寿命发展,对CCFL灯管提出了各种各样的特殊的要求，更促进了CCFL灯管性能的提高，灯管性能的提高又促进了应用。目前全世界CCFL灯管的月产量已达到2500万支以上并仍在迅速的增加。本公司98年开始进

2、行CCFL灯管的开发研究，依赖本公司从事放电灯管生产30余年的经验和技术实力，到99年中已开始批量生产CCFL灯管。本公司生产的灯管吸取了日本CCFL灯管的发展经验，跳越过CCFL灯管生产的初期阶段，从开始就采用了CCFL灯管生产的先进技术、工艺和材料。为了确保CCFL灯管的质量，采用了国际上最好的玻璃、电极材料和荧光粉，并根据生产工艺和材料特性自己设计，陆续制造了半自动化的生产设备，形成了月产100万支以上的生产能力。目前,CCFL灯管的应用范围正在不断地扩大。主要有：1、办公设备方面：便携式电脑背光源用，扫描器用；液晶显像管背光源用；笔记本个人电脑背光源用；可视电话等等各种液晶显示器的背光

3、源用；高速彩色复印用等等。2、民用设备方面：液晶显示屏电视机用；照相机、摄像机、数码相机用大尺寸 液晶显示屏背光源、游戏机显示屏背光源、通信手机用大尺 寸液晶显示屏背光源等等。高亮度、局部照明用灯具、立体 式镜框照明、汽车用卫星定位显示器背光源。 3、工业用设备： 大型液晶显示屏用背光源。示波器等等各种仪器仪表的大尺 寸液晶显示屏用背光源等等。54321二、 冷阴极荧光灯的结构及组成材料： 冷阴极荧光灯的结构见图1，主要有5部份组成。1、 玻璃外壳：图1冷阴极荧光灯结构示意图 是将灯管与外界隔离密封形成有独特结构的壳体，玻璃外壳必须绝对密封不能有丝毫的漏气，否则将严重影响灯管的寿命。玻璃外壳的

4、组成根据其成份不同，分为硬玻璃（高硼硅酸盐玻璃）、钼组玻璃（含铅、含铬、硼硅酸盐玻璃）和软玻璃（苏打玻璃钠钙玻璃）。不同的玻璃有不同的膨胀系数，需与不同材质的电极密封。不同的玻璃有不同的耐热温度，在灯管工作过程会散出数量不等的杂气和元素，从而影响灯管的性能和寿命。2、 电极： 电极是冷阴极荧光灯通入电流，发射电子，形成电场的关键部件。电极的组成材料、形状、结构直接会影响灯管的发光效率。电极一般由电极杆和电极头组成，并在表面涂有发射体。各个公司使用的电极都有各自独特的材料组成，这些都是各个公司的专有技术。一般硬玻璃外壳使用钨一镍电极，中间玻璃外壳使用可伐合金或钼电极，软玻璃外壳使用杜美丝电极。3

5、、 荧光体层： 荧光层是冷阴极荧光灯发光的主体，一般是由标准的红、绿、蓝三基色荧光粉根据所需的色温配制而成。冷阴极荧光灯的发光亮度和发光效率很大程度上都取决于荧光粉层的好坏。4、 灯管中充入的气体： 在冷阴极荧光灯管中充入了一定气压的一种或多种隋性气体，充当灯管中产生电子和离子，传递能量，导通二电极的作用是组成冷阴极荧光灯管的必不可少的组份。5、 水银蒸气和水银珠： 在冷阴极荧光灯中充入一定数量的水银蒸气和水银粒子，当水银蒸气在接收气体离子的能量后会发射出253.7纳米波长的紫外线。荧光粉层在紫外线的照射下就发出荧光，使荧光灯管发亮进入工作状态。灯管中水银的含量多少直接影响到灯管的发光亮度，亮

6、度的均匀性及灯管的寿命。以上5种材料构成了冷阴极荧光灯的最基本的结构，缺少了任何一种冷阴极荧光灯就无法工作。三、 冷阴极荧光灯的发光原理： 当在合格的冷阴极荧光灯二电极上接入点灯回路（逆变器）的输出端，并在点灯回路输入端输入额定电压和电流时，即在冷阴极荧光灯的二电极上施加了数佰伏的电压和50KHZ频率及额定毫安的高频电流。这时在二电极上产生了热量发射出大量电子，在二电极之间形成的电场作用下电子撞击气体分子使分子电离产生更多的离子和电子，这样快速增长使气体很快完全电离。同时，电极的发热和电离的离子和电子在高频电场中加热使水银迅速气化，水银蒸气浓度达到饱和，电子、离子与水银蒸气的碰撞机率越来越大，

7、产生的紫外线强度逐渐增大并达到饱和，紫外线照射到荧光层时使荧光层发出一定色温的可见光，这样冷阴极荧光灯就开始正常地工作了。虽然这个发光的过程较复杂，但这过程的时间从几毫秒到几秒钟就全部完成了。冷阴极荧光灯的亮度几乎同输入的管电流成比例地增加，也就是说输入的功率越大，灯管的亮度也越高，但增大到一定程度也会达到饱和状态。但是由于管电流的增大，电极表面的电流密度增加，电极发热增加，容易造成电极周围灯管发黑，并促使电极和荧光层与水银蒸气的反应加速，致使加速了水银的损耗，也即促使灯管寿命缩短。为了克服水银的损耗造成的危害，目前国内外著名的制造商都采用大量增加水银加入量的方法解决。虽然这样会在灯管内荧光层

8、上出现黑色水银珠点和成片的水银细点，影响外观，但由于能够明显改善灯管的光学性能和寿命，仍能被用户普遍接受，而在实际使用上，由于冷热的作用和重力的作用，水银珠绝大部份沉积在灯管下部的非工作面上，并不会对灯管的发光和外观造成明显的影响。由于冷阴极荧光灯的发光原理涉及到复杂的光学现象、物理现象和量子力学的原理，使用又是在高频振荡，不完整的脉冲电源下工作。因而难免出现一些无法用现有理论解释的现象，需要我们不断在实践中探讨、研究、解决。四、 本公司生产的冷阴极荧光的特点： 南光电器公司是生产气体放电灯起家的，具有三十余年生产氙气闪光灯和低压安全霓虹灯的历史和经验。本公司生产的所有闪光灯和霓虹灯全部是采用

9、进口的“8487”和“BX38”牌号的硬玻璃制造的，因而对硬玻璃的封接、除气、加工具有丰富的经验。虽然本公司生产冷阴极荧光灯仅有三年多的历史，但是我们充分利用了本公司制造气体放电灯的丰富经验，技术上紧跟世界上最先进的潮流，正是由于这种站在前人肩膀上向前攀登的能力和积极学习使用世界最先进技术的精神，使本公司的产品质量和性能始终处于国际水平，在国内处于最先进的水平上。本公司生产冷阴极荧光灯的特点：1、 本公司生产的冷阴极荧光灯的主要材料如玻璃、电极、荧光粉等均分别购自世界上该产品最优秀的企业（德国和日本的公司）。由于使用了最优质的原材料使本公司生产的冷阴极荧光灯具有优异的光学性能。例如：本公司生产

10、的灯管全部使用世界上质量最好的德国公司“8487”牌号的硬质玻璃管，其特性及与其他玻璃的比较见下表所示：序硬玻璃中间玻璃软玻璃1主要组成高硼硅酸盐玻璃（钨组玻璃）硼硅酸盐玻璃（铬玻璃、钼组玻璃）苏打玻璃钠钙玻璃2产地及牌号德国：8487日本：BX38日本、中国及其他少量国家世界各国3膨胀系数10-7/3840466286934使用电极钨一镍电极钼一镍或可伐电极杜美丝电极5玻璃中含钠量5%12%20%左右6玻璃中含铅量无5%12%左右7玻璃中杂气含量少中等较多 在冷阴极荧光灯刚开始生产和使用时，普遍使用软玻璃作为外壳材料，经过近10年的使用实践，发现软玻璃对冷阴极荧光灯管的光学性能和寿命影响较大

11、，从90年代中后期部份日本生产企业开始逐渐采用硬玻璃管作外壳材料，使冷阴极荧光灯管的光学性能和寿命得以迅速提高。以本公司生产的灯管为例，其寿命普遍可以达到3万小时左右。（见图2光衰（寿命）曲线）点灯时间（小时）cd/m2 表 面 亮 度光衰50%界限I26-253灯管工作管电流5.00.5mA100002000030000 由于部份企业尚无加工生产硬玻璃灯管的技术和能力，退而取其次，选用了中间玻璃（钼组玻璃）作灯管外壳材料，其性能比软玻璃已有显著提高，但对于性能要求比较高的用途上还必须要使用硬质玻璃做外壳的灯管。2、 本公司生产冷阴极荧光灯的工艺小时技术全部是由本公司的工程技术人员根据生 产特

12、点和程序依托长期从事气体放电灯的经验自立开发、完善并用于批量生产，完全不依靠外来技术使本公司冷阴极荧光灯生产始终保持稳定，而且随时可以根据客户的特殊性能要求，用户的反馈和生产中出现的问题，及时进行研制、开发、试验改进，从而对工艺技术进行相应调整，使生产工艺技术与客户的需求，质量的稳定保持一致。 本公司还具有一批熟悉气体放电灯（包括冷阴极荧光灯）国际市场动态，熟悉国际原材料市场状况及具有良好的世界各国人际交往网络和信誉的领导层和市场人员。他们经常往来世界各国，了解市场动态和技术动态，了解客户的需求，及时指导、安排本公司技术革新和新产品试制，使本公司的各种产品始终与国际先进水平保持同步。在冷阴极荧

13、光灯投入生产后短短三年内本公司已获得了三项专利技术，专利号分别为：中国发明专利01141186.4 。中国专利01234286.6和01234287.4。3、 本公司生产冷阴极荧光灯的几乎所有设备均是由本公司自主开发的半自动设备，它能够完全适合生产工艺的需要，随着生产工艺技术的改进、提高，专用的生产设备能够立即作相应的改进、调整，生产设备的抢修、维修、更换全部由本公司自己完成，这样可以充分发挥设备的效率和利用率，随时可根据生产任务的需要增添和改造设备，保证生产计划的平衡和及时完成。4、 本公司非常重视计量测试部门，除拥有强大的检验测试技术力量外，还耗费巨资引进了大批国内外最先进的检测仪器，能够

14、确保生产的产品受到全程的严密的质量监测和提供完整的性能数据，并能为公司开发部门提供精确完整的试验数据。五、 本公司冷阴极荧光灯的生产工艺：冷阴极荧光灯管结构看似简单但本公司生产一支冷阴极荧光灯需要经历100多道加工工序。每道工序都必须严格控制、监测，才能最终制造出符合客户性能要求的产品。有许多工序均属于本公司的专有技术，不便于详细介绍。现将本公司生产冷阴极荧光灯的简要工序介绍如下：1、 玻璃管准备 ：包括对进入的玻璃管进行检查，按客户的要求进行裁切，对玻璃管内 外进行清洗并烘干。 2、 涂覆荧光层 ：选择符合客户要求的荧光粉并进行调配，在涂粉机上进行涂覆，烘干 涂覆后的玻璃管，全数检查涂层质量

15、。 3、 电极准备 ：清洗电极钨丝，焊接镍套管，全数检查电极质量。4、 加入气体及汞并封接：在半自动封接机上进行一端封接，全数检查封接情况。在专用设备上抽 真空，充入规定压力气体，加入水银并进行封接，全数检查封接质量。5、剪切、加锡 ：按照客户要求尺寸，切除电极导线，退火去应力，清洗镍线端，加锡 烘干。6、车间检查 ：形状检查、尺寸检查、外观检查、老化及老化检查、性能检测样品送检。7、出厂检查 ：尺寸、外观抽检，按规定要求作性能检查，做成试验成绩表。8、配线 ：如客户有要求，按规定要求套防护套、焊导线、装接线插头，全数进 行点灯检查。六、 冷阴极荧光灯常见异常现象分析：综上所述，冷阴极荧光灯的

16、发光本身是一个复杂的物理、光学现象，使用的电源又是高频振荡不完整的脉冲波形，在生产和使用过程中种种外来因素的干扰下会出现各种异常的现象，往往很难用某个理论来解释，需要我们从实践中不断试验，探索找出解决的方法。目前常见的异常现象有：1、 电极周围灯管发黑现象。灯管在老化或点灯一段时间后会发现电极周围的灯管发黑，其造成原因有可能是电极温度过高使电极上涂料溅射出来沉积在周围荧光层上造成的。也有可能是电极上有杂质，在工作时，由于电子、离子的冲击而飞溅出来。而造成电极温度过高的原因，有可能是电极焊接不牢，接触电阻过大造成局部发热，也可能是使用的灯管电流过大，超出了额定范围造成电极温度过高引起的。要确定产

17、生电极周围发黑现象，必须要在点灯现场条件下测试灯管管电流，观察点灯时管电流，管电压的稳定性，测定电极温度是否有异常，综合各种现象进行分析才能作出判断。2、 灯管光柱打滚（日本人称作“蛇行”）现象。冷阴极荧光灯在点灯时，会出现光柱向某个方向旋转滚动的现象，俗称打滚现象，对此现 象目前尚无合适的理论能予解释，对其造成的原因也众说纷纭。有的认为滚动是由于点灯频率 与灯管长度之间形成谐振腔造成的；有的认为滚动是由于光线的共振造成的，但都不能给予圆 满的解释。我们认为打滚现象是一种不稳定的现象，是由于灯管在发光过程中受到某个外界因素的干 扰而产生的。众所周知，冷阴极荧光灯发光是一种辉光放电现象，是一种复

18、杂的物理现象、光 学现象和量子力学理论的综合作用结果。而使用的又是高频，不完整的脉冲电源，它会对灯管 的发光产生了很多干扰。在正常的辉光放电时在靠近电极的附近存在一条狭的暗区，称为克劳 克斯暗区（Crookers）。在离电极稍远处还存在一条较宽的暗区，称为法拉第暗区（Faraday）。 其形成的原因在物理学中的光学部份已有明确阐述，但是在高频电源的作用下，这二个暗区在 冷阴极荧光灯管上已显示不出，但是这个光学的规律在灯管内还是隐性地存在着。当有外界条 件变化时，（例如：灯管工作电流变化时或在某个方向上电子、离子流强度变化时等等）会推动 这些隐性的暗区作规则的运动，从而形成打滚现象。在我们的工作

19、实践中发现，当生产的灯管 出现大量滚动现象时，改变灯管内的某些参数时（譬如减少灯管工作电流，改变灯管气压，增 加水银加入量等等）就能够显著的减少打滚现象。至于对打滚现象理论解释只能留作深入的基础科学研究的课题。3、 灯管电极处的闪烁现象。这是一种较少出现的异常现象。电极处的闪烁是一种局部的、微小的弧光放电现象，与灯管的正常发光无关。是由于局部的接触不良原因造成的。例如：灯管电极焊接不牢；电极杆和电极头间隙过大；电极表面太粗糙，有毛刺造成尖端放电等等均能产生闪烁现象，需要视现场的情况进行解剖分析，才能作出判断。七、 冷阴极荧光灯使用时的注意事项：1、 冷阴极荧光灯请在040温度和85%RH湿度以

20、下条件下保管和使用。请勿在酸、碱的气氛中或潮湿的环境下使用。2、 由于灯管是玻璃制品，在搬运时请注意不要碰撞、抛、扔，避免剧烈震动和外力冲击，以免造成玻璃破碎。3、 在安装制品时，请不要有肉手直接接触灯管，不要沾附油类和灰尘，保持灯管表面清洁。4、 在安装导线时应注意不要对灯管用力施加拉伸或弯曲应力，注意防止灯管二端玻璃产生裂纹而损坏灯管。5、 请按照规格书规定的电参数使用灯管。八、 冷阴极荧光灯的发展方向：近期，随着信息技术的快速增长，通迅设备日益向高性能化、多功能化、兼容化、小型化、 长寿命化发展，对冷阴极荧光的使用，尤其是作为背光源使用的冷阴极荧光灯管，也按照不同 用途提出了各式各样的越

21、来越高的性能要求。冷阴极荧光灯本身也需要研究改进，采取各种措 施以适应客户的特殊需求，今后需要向以下几个方向作研究开发。1、 开发、生产冷阴极双层管荧光灯。为了适应寒冷地区室外，或交通工具上使用的液晶显示器背光源的要求，在零下几十度温度 下点灯后冷阴极荧光灯也能快速地启动，本公司已经开发研究出了双层管荧光灯，即在冷阴极 荧光灯外再套一支透明灯管并同时密封，在二个灯管的间隙中抽真空或通入少量隋性气体绝 热，这样室外的严寒被外层玻璃管阻隔，内层的荧光灯管可以迅速的启动工作。当然这其中还 有许多技术难题需要解决。这种冷阴极双层荧光管本公司已在中国和世界多国申请专利并获得 批准，并已进行小批生产，其性

22、能已超过日本某知名公司的同类产品。2、 快速启动型冷阴极荧光灯。为了适应某些用途的背光源要求快速启动（快速点灯）的要求，目前冷阴极荧光灯各主要生 产企业都在研究开发能快速点灯（在0.5秒之内黑暗中能点亮）的特种冷阴极荧光灯。本公司 已于2001年初开始研究并取得良好的进展，其成果已申请中国及日、美、欧专利，目前已进行 小批量生产。3、 细管径冷阴极荧光灯。为了适应背光源小型化、精细化的要求，同时也要求冷阴极荧光灯管直径做得越来越细，壁 厚也越来越薄。最初的冷阴极荧光灯主要使用外径4.0mm,壁厚0.50.6mm的玻璃管逐渐开始 向外径3.0mm、2.6mm、2.4mm、2.2mm方向发展。进入

23、本世纪后，主导产品是2.6mm 产品,但仍在向细化发展,最细外径已达到1.8mm,内径1.2mm。最近有报导，已试制出外径 1.5mm,内径1.1mm的灯管,但由于管壁较薄,生产过程中损耗比较大.本公司已掌握了大批 生产外径1.8mm,内径1.2mm的冷阴极荧光灯管的技术。4、 高效率、低能耗的冷阴极荧光灯。使用电池作能源的一些液晶显示器背光源要求灯管功率减小，额定工作管电流只有12毫 安，而灯管表面亮度仍要求达到1.5万cd/mm2左右。要求在小功率下延长工作时间。这要求对 制作灯管的材料有更高的要求，对制造灯管的工艺及参数也要严格控制。本公司已制造出合格 的产品供客户试用，并已掌握大批量生

24、产的技术。5、 长寿命的冷阴极荧光灯。对大规格的液晶显示屏用的背光源，要求其使用寿命要大于3万5万小时，而且前普遍使 用的冷阴极荧光灯使用寿命在12万小时之间。为了提高灯管寿命，除了研究改进灯管的工艺 参数之外，还需要对组成灯管的结构材料进行重大改革，增加水银的含量和电极涂料的寿命， 降低电极表面负荷。在这些方面本公司已进行了大量的研究和试验，并取得了明显的进展。目 前已能制造出寿命长达35万小时的冷阴极荧光灯管，目前还在进一步进行研究，力图再作更大的提高。九、 结束语：以上内容是介绍冷阴极荧光灯发展的概况、应用的范围、结构、发光原理等等的基本知识， 同时也介绍了南光电器有限公司开发研究冷阴极荧光灯的优势。目前产品的水平及正在开发研 究的方向，上述内容仅供参考，如有错误之处，欢迎赐教。如对上述内容需作进一步了解和探 讨，也欢迎与本公司市场部或工程部联系。我们衷心地感谢贵公司使用南光电器有限公司的冷阴极荧光灯。我们将尽力为贵公司做好售 后服务，如有任何垂询，请与本公司市场部联系。 本公司联系电话：香港总部：00852-24900202 东莞工厂：0769-3374791 本资料编写人：倪勇 审定人：周成祥 11各类材料