摘 要：冷阴极荧光灯（CCFL）是液晶背光模組的主要部件之一，它的优劣会直接影响背光模組的光学性能。文章较为全面地分析了冷阴极荧光灯亮度衰减的常见原因，并对延长冷阴极荧光灯使用寿命的方法做了深入的研究和总结。

关键词： 背光模組；冷阴极荧光灯；亮度；使用寿命

中图分类号：TM923.32；TN141文献标识码：B

Study of the Causes and Countmeasures for Degradaton and Aging of CCFL in LCD Backlight

LIU Hao

(Nanjing College of Information Technology, Nanjing Jiangsu 210046, China)

Abstract: CCFL is one of the main parts in LCD backlight model, it will directly influence the quality of the optical properties of the backlight model. This paper analysis comprehensively the common cause for brightness attenuation of CCFL, study deeply of the method to prolong the service life of CCFL.

Keywords: backlight model; CCFL; brightness; service life

1冷阴极荧光灯简介

CCFL就是常说的冷阴极荧光灯管，是为背光模組提供光源的部件。CCFL的优劣会直接影响背光模組的辉度、颜色、均一性、寿命等，因此也是背光模組的核心部件之一。

1.1冷阴极荧光灯的结构

冷阴极荧光灯的内部主要由玻璃管、电极、水银、填充气体、荧光粉等几个部分构成（如图1所示）。

1.2冷阴极荧光灯发光原理

冷阴极荧光灯的气体放电特性属于辉光放电，工作电压比较高（一般而言，管长300mm的冷阴极荧光灯的工作电压通常大于600V），启动电压为工作电压的2～3倍。最大管电流取决于电极面积和管径的大小，一般管电流大概在3～8mA的范围内，管电流太大会使电极温度过高，太小又会导致放电不稳定。在冷阴极荧光灯中充有稀有气体（氩气和氖气）以及适量的水银蒸汽，当通过电源输入高压时，两端电极受激发而产生电子束，撞击管内的填充气体氩和氖，使得氩和氖吸收能量并迅速升温，一段时间后高能量的氩和氖开始释放能量撞击水银蒸汽，从而产生紫外光（波长约为253.7nm），管壁的荧光体在吸收紫外光后进而发出所需的可见光。

2冷阴极荧光灯亮度衰减原因分析

冷阴极荧光灯亮度衰减的原因主要包括温度因素、电压因素和荧光体黑化现象等。

（1） 温度因素

冷阴极荧光灯的光通量与冷阴极荧光灯管内的汞蒸汽压有很大关系。如果汞蒸汽压高于或低于初始设计值，会对光输出量和电力损耗有所影响，而灯管内的气压和温度决定了气态与液态的水银金属各自的份量。如果管壁温度不均，在管壁较冷的位置会使过量的液态水银分子凝结在该处，结果是这些温度较低的点会产生调节汞蒸汽压的功能，于是影响到光通量。因此，温度过高时，会使汞蒸汽压高于初始设计值，温度过低时气压值会低于设计值，都会造成荧光灯输出亮度的衰减。

（2） 电压因素

不稳定的点灯电压会影响灯管的光通量输出，如果点灯波形不对称，也会造成汞蒸汽向低电位处移动，而使灯光的亮度寿命缩短。

（3） 荧光体黑化现象

灯管中的正离子碰撞到电极部位而被反射至管壁荧光层，并发生化学反应产生汞化合物，造成黑化现象。

（4） 灯管内惰性气压不足

在正常使用情况下，因氩气含量逐渐减少（氩气被损耗的原因是氩的正离子被镍电极反射至荧光层中），造成使用时间越长灯管压力越小。而在初始填充的气体中，氩气的含量原本就比氖气少，所以氩气可能会被先消耗掉，从而使得灯管发出的光线呈现出偏粉红的颜色。

3延长冷阴极荧光灯使用寿命的方法

针对上述冷阴极荧光灯劣化和老化的主要原因，通常可采取的延长其使用寿命的方法有以下几种：

（1） 调整气体的种类和压力

通常是通过调整冷阴极荧光灯管中氩气和氖气的比例及压力来调整灯管的使用寿命。这主要是因为灯管中的氩气会在使用中随时间逐渐减少，而冷阴极荧光灯管的寿命是与氩气的含量成正比的，因此，可通过提高氩气在灯管气体中的比例，提高氩气含量来延长冷阴极荧光灯管的使用寿命。但这种方法会影响工作电流，具体来讲，灯管的启动电压、工作电压及工作电流会因此而增加，灯管的消耗功率也会随之增加，因此，这种方法适用于额定功率规格比较大的情况。

（2） 增加水银含量

增加水银含量一般可提高灯管的发光效率，或在相同的亮度要求下适当降低灯管的启动电压、工作电压和工作电流，也可延长灯管的使用寿命，并能减缓灯管中的汞蒸汽跟管壁荧光层发生的化学反应。但在使用该方法时需注意灯管中的水银含量不得超过环保要求。

（3） 增加电极面积

增加电极面积可减缓电极因放电而造成的损坏，但由于受到灯光管径的限制，只能是在一定范围内适当增加。在目前灯管管径细小化的大趋势下，也可通过改善电极结构来实现。

（4） 提高荧光体品质

荧光体的品质会直接影响到灯管的发光效率、使用寿命、亮度和色度等发光特性，因此提高荧光体的发光效率和防止荧光体劣化也是有效途径之一。

（5） 增加灯管温度

如果能适度增加灯管的温度，则可提高发光效率，并能降低灯管的启动电压、工作电压和工作电流，进而减缓灯管中的汞蒸汽与荧光层发生化学反应，延长电极寿命。在使用该方法时，需另外配置为灯管增温的加热器，这样会使得产品的消耗功率有较大幅度的增加。

（6） 管电流（电压）波形

如果灯管的管电流（电压）波形不对称，会造成汞蒸汽密度向低电位处移动，从而影响灯管的使用寿命。所以管电流的波形非对称性需满足以下条件：

(Imax - Imin)/Imin≤10%

（7） 防止冷点

当灯管表面不同位置处的温度差大于5℃时，会在温度相对较低的位置产生冷点，水银层会向冷点位置凝结，冷点处的亮度较其它位置偏暗，且会影响灯管的使用寿命。因此，在背光模組设计过程中需防止冷点的产生。

4在灯管使用寿命末期的保护措施

当灯管接近使用寿命末期时，灯管内部气体消耗殆尽，如果当灯管高压侧电极部位接近导体时，容易产生火花，因此可采用以下预防和保护措施：

（1） 靠近灯管的材料需耐燃且绝缘性要高；

（2） 整流器上需增加保护电路，当电流异常时则终止电流的输入；

（3） 在灯管电极附近增加温度感应器，当温度异常时用于控制中断电源。

5结论

冷阴极荧光灯是液晶背光模組中使用频率最高的部件之一，它的劣化和老化会直接影响背光模組的光亮度，因此对CCFL灯管劣化和老化的原因以及有效延长使用寿命的对策方法进行深入研究是很有必要的。

参考文献

[1] 潘兴修. 背光模組[R]. 清华大学平板显示技术高级培训班培训讲义，2008.5

[2] 应根裕，胡文波，邱勇等. 平板显示技术[M]. 北京：人民邮电出版社，2002.

[3] 安连生. 应用光学[M]. 北京：北京理工大学出版社，2002.

作者简介：刘浩（1980-），男，江苏泰州人，2009年于中北大学获得硕士学位，现就职于南京信息职业技术学院，讲师，主要从事光学理论及应用方面的研究。 E-mail：lh302@126.com。