背光照明用冷阴极荧光灯的技术发展

1、背光照明用冷阴极荧光灯的技术发展王尔镇(华东电子集团股份有限公司南京210028摘要随着信息产业的迅速发展,信息装置的高性能化和多功能化,推动和加速了背光照明用冷阴极荧光灯的技术进步。本文主要介绍背光照明用冷阴极荧光灯的性能、结构、设计要点及其细管径、高光效、长寿命的技术发展动向。关键词冷阴极荧光灯背光照明细管径高光效长寿命1背光照明的性能要求及背光照明方式1,2,3液晶显示背光照明的性能有如下要求:(1辉度30007000cd/m 2;(2辉度均匀度在80%以上;(3色温60008000K;(4色再现性:在红绿蓝三波长域都能发光;(5可以连续调光;(6温度的均匀性(34;(7薄型:5mm 以

2、下;(8低功耗(微电脑:13W;(9低温可启动性能(-10下数秒内,负载用-30;(10寿命(连续点燃5000h 以上,点灭燃点5000次以上。液晶显示的产品有很多品种,大致可分为办公装置(个人电脑、等离子显示等,家用装置(电视、数字式照像机、摄像机等,大型液晶监视器三种类型。表1列出这三种类型对冷阴极荧光灯的性能要求。表1各种液晶显示装置对冷阴极荧光灯的性能要求类别性能要求办公装置(笔记本电脑、PDP 等 细管化 高效化(低功耗电极小型化(窄边缘化家用电器(电视机、摄像机等 细管化 高效化(低功耗电极小型化(窄边缘化大型液晶监视器高光通化 长寿命化 灯长度化作为背光照明的主要方式有反射极(直

3、下方式和导光体(边缘照明方式。后者与前者相比亮度低而价格较贵,但亮度均匀且易于散热处理和制成薄形,随着亮度的提高,导光体的方式将成为主要方式。图1为背光照明的技术开发动向。 办公装置或家用电器在导光板的长边或短边通图1背景照明的技术开发动向常配置一根冷阴极荧光灯组成薄型、窄边缘式的背光照明方式。而对于大型液晶监视器仅用一根冷阴极荧光灯显然达不到背光照明的亮度要求,通常为多根灯管组成的结构。例如1518英寸的器件在导光板的两侧分别各配置有2根冷阴极荧光灯管。对于18英寸以上的液晶显示器件为使上层达到一定的光亮度,在扩散板的下面配置有多根冷阴极荧光灯管组装成直下式背光照明的组合结构(图2。2冷阴极

4、荧光灯的结构,特性和设计要点1,3荧光灯具有高亮度、高光效、显色性和色还原性好的优点,适宜用作背光照明光源。灯的光谱分布主要集中在红、绿、蓝三个狭窄的光波长区域,现普遍采用三波长稀土类氧化物荧光粉。改变用于灯中荧光粉的混和比可改变灯的发光色(色温,可使液晶显示得18中国照明电器CHIN A L IGHT &L IG HT IN G2000年第6期 图2背光照明组合系统的结构图例2到与彩色阴极射线管等同的色再现性。冷阴极荧光灯通常采用Ni 、T a 、Zr 等金属作电极,用高的启动电压形成辉光放电使灯管工作,电流密度低、光效和亮度较低,寿命长达20000h,灯的形状以直管型为主,也可制成

5、U 形、L 形、W 形及光学单元不等的平板形。图3 为直管形冷阴极荧光灯的结构图例。图3冷阴极荧光灯的构造(管径3mm 1为适应背光照明要求及对冷阴极荧光灯小形化和亮度均匀化的要求,该灯的全长设计程序如下3:要求条件彩色液晶显示板的开口尺寸 亮度的均匀性有效发光长度的设定灯轴方向上的亮度分布反射板、扩散板的效果管端黑化的影响电极间距离的设定灯全长的决定电极尺寸封接部尺寸要求条件:小型化(灯全长的限制 图4荧光灯全长设计程序图5为彩色摄像用背光照明荧光灯的轴向辉度分布。该灯极间距为22m m,最大亮度的50%及80%分别在离电极约1m m 和离中心约4mm 处,极间距越短,这两光亮点的距离就增加

6、,不容忽视。因此,在用作摄像取景器的背光照明时应尽可能将极间距设计得长一些,为此电极尺寸和封接尺寸就应变短。该灯的彩色液晶显示板开口为18.6×13.9m m ,亮度均匀度为50%,灯内充入100乇氩气3。图5背光照明同荧光灯轴向辉度分布3冷阴极荧光灯的技术进展1,2,3,6为适应信息产业液晶显示的高技术要求,近年来冷阴极荧光灯在提高光效、延长灯寿命方面取得很大进展。3.1细管径化近年来液晶显示导光体(边缘照明方式主要采用热量小的冷阴极荧光灯。随着液晶显示小形、薄形化的发展,要求导光板薄形化,与之相适应,冷阴极荧光灯必须细管径化。1989年开始在液晶显示中应用的冷阴极荧光灯的管径为

7、6m m,现在10英寸的器件用 1.8mm 灯管、8英寸以下的器件用 1.6m m 的灯管。随着液晶显示器轻型和薄型化的发展,预计冷阴极荧光灯将进一步细化达到 1.4m m 的程度。图6为笔记本电脑用背光照明的导光板厚与冷阴极荧光灯管径的薄形,细管径化的关系。3.2高光效的进展最近研制开发成功双重玻壳型冷阴极荧光灯(图7,在原单管荧光灯的外侧封接一根封闭的较粗的玻管,将外管内部抽成真空或充入极微量的气体,控制19王尔镇:背光照明用冷阴极荧光灯的技术发展 图6笔记本电脑用导光板和冷阴极荧光灯管径的变化内管的放热,保持灯管的温度和一定的汞蒸气压,提高了灯的光效。该类灯现已进入实用化阶段6 。图7双

8、重玻管冷阴极荧光灯的结构3.3改进启动性能和灯寿命的提高2,3细管径荧光灯中一般充入氩气作为缓冲气体,为达到高效节能,常充入氩、氮混和气,有采用氩、氖混和气体以提高灯的启动性能。在细管径荧光灯中通常充入10乇气体。充入气体的压强对灯的亮度、启动性能和寿命有很大影响。充气压力越高、亮度越大,启动性能则变差,但对抑制电极溅射和延长灯寿命有利。过去用于办公和家庭的液晶显示装置中的冷阴极荧光灯的功率比较低,在正常燃点条件下,一般灯的寿命达10000h 。目前用于大型液晶监视器的灯要求功率大,光通量高并能达到被替代的CRT 长寿命(最低50000h 的要求。冷阴极荧光灯的寿命主要与荧光粉层的劣化和汞的耗损(稀有气体的放电状态两个因素有关。图8为这两个因素影响下, 点灯时间与图8寿命影响因素与辉度维持率辉度维持率的关系。过去在制造冷阴极荧光灯时尽可能充入少量的汞,在细管径化后灯管内部空间变窄,就不可能确保电极的面积很大,在大功率灯燃点过程中会引起剧烈的电极溅射,其在高温下与灯内汞化合使灯内汞消耗量剧增。因此,大功率灯内汞的耗损是引起辉度低下、降低灯寿命的主要因素。为此开发出在该类灯中充入任意量水银的新的制造方法。此外将电极形状进行改进,尽可能扩大电极的表面积。现在 2.6mm 细管径冷阴极荧光灯的寿命已经达到与CRT 同样的最低50