摘要：本文分析了國外背光源用冷陰極熒光燈的發(fā)展情況、現(xiàn)狀及近期的發(fā)展動(dòng)態(tài)，特點(diǎn)以及生產(chǎn)冷陰極熒光燈的現(xiàn)狀和近期的研究成果、研究方向。 UA[`{rf  
一、序言 jU,Xlgz(A  
背光源用冷陰極熒光燈管（ＣＣＦＬ）從上個(gè)世紀(jì)九十年代初開始在日本面世以來，由于其具有燈管細(xì)小、結(jié)構(gòu)簡單、燈管表面亮度高、燈管溫升小，便于加工成各種形狀、壽命長等等優(yōu)異的特性，迅速在各種類型的背光源、掃描器中得到廣泛的使用。隨著冷陰極熒光燈管自身技術(shù)的發(fā)展和信息技術(shù)、辦公設(shè)備、日用產(chǎn)品的迅猛發(fā)展，冷陰極熒光燈管的應(yīng)用范圍也越來越廣，需求量也急劇增長，尤其是近二年來通信設(shè)備向高性能化、多機(jī)能化和精細(xì)化發(fā)展和ＬＣＤ背光源用燈管向大尺寸、長壽命發(fā)展，對冷陰極熒光燈管提出了各種各樣的特殊要求，促進(jìn)了冷陰極熒光燈管性能的提高，反過來又促進(jìn)了應(yīng)用的擴(kuò)大。目前全世界冷陰極熒光燈的月產(chǎn)量已達(dá)到２５００萬支以上并仍在迅速地增長。 ~zp8%lEe  
二、陰極熒光燈管的發(fā)展和現(xiàn)狀 3;nOm =I  
冷陰極熒光燈管從上世紀(jì)九十年代初在日本被用于背光源照明以來，隨著應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，燈管本身的制造技術(shù)也得到迅猛的發(fā)展。例如在： Z%T Ajm  
１ 燈管直徑方面： j;x()iZ<  
隨著冷陰極熒光燈應(yīng)用范圍的越來越廣、越來越精密化，對燈管直徑也逐年向更細(xì)小的方向演變。在９０年代初冷陰極熒光燈剛剛被推廣使用時(shí)，主要使用燈管外直徑為Φ４．０ｍｍ的冷陰極熒光燈。到１９９３年以后背光源用冷陰極熒光燈的主流是采用外徑為Φ３．０ｍｍ的燈管。到１９９５年之后外徑為Φ２．６ｍｍ的燈管開始主導(dǎo)市場，并且更開始向外徑Φ２．４ｍｍ、Φ２．２ｍｍ方向變化。到上世紀(jì)末已開始使用外徑Φ２．０ｍｍ的燈管。本世紀(jì)初在掌上電腦、數(shù)碼相機(jī)等小型化的用途中更細(xì)的Φ１．８ｍｍ的燈管也已大量供應(yīng)市場。最近又有采用Φ１．５ｍｍ外徑，壁厚０．２ｍｍ的冷陰極熒光燈管的報(bào)導(dǎo)。 f%Q)_F[0D4  
冷陰極熒光燈具有管徑變細(xì)時(shí)會(huì)提高燈管表面亮度的特性，特別是在精細(xì)的背光源組件中由于管徑變細(xì)，光線的入射效率會(huì)相應(yīng)地提高，這可以有效地提高背光源板面的亮度。燈管管徑細(xì)化促進(jìn)了冷陰極熒光燈制造技術(shù)的提高，更進(jìn)一步促進(jìn)了冷陰極熒光燈應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大。 yzK;  
２ 燈管玻璃材料方面： p|UL<M9{a]  
在冷陰極熒光燈管開始應(yīng)用初期，所用的燈管玻璃材料絕大部份是使用鈉鈣玻璃（或稱蘇打玻璃、屬軟玻璃類）。由于軟玻璃中所含雜質(zhì)氣體較多，而軟玻璃的軟化溫度較低，不能進(jìn)行較高溫度除氣，玻璃中的活性金屬如鈉、鉀、鈣等容易析出而與汞產(chǎn)生化合物，這樣用軟玻璃制的冷陰極熒光燈因使用過程中排放的雜氣較多，對汞的吸收較多而限制了燈管的使用壽命和發(fā)光亮度。到１９９５年左右日本生產(chǎn)冷陰極熒光燈的主要企業(yè)開始逐漸改用硬玻璃（即高硼硅酸鹽玻璃，膨脹系數(shù)３８～４０×１０／℃）做燈管，由于硬玻璃中含雜質(zhì)氣體較少，而且除氣溫度允許較高，玻璃中活性金屬的含量較少，固而燈管在使用中壽命較長，可以達(dá)到３萬～５萬小時(shí)，但是硬玻璃燈管對加工封接等技術(shù)要求比較高。有些燈管生產(chǎn)企業(yè)無法掌握，之后又出現(xiàn)了介乎二者之間的中間玻璃（又稱鉬組玻璃或鉻玻璃，膨脹系數(shù)４６～６２×１０／℃）。其使用性能和壽命也介乎二者之間。目前背光源用的冷陰極熒光燈在日本、歐美等地區(qū)主要用硬玻璃制的燈管。在臺(tái)灣、中國大陸仍主要使用軟玻璃或中間玻璃制的燈管。但對使用要求高的地方仍必須使用硬玻璃制的燈管，這是冷陰極熒光燈的發(fā)展方向。 ?H{[u rLn  
３ 電極的改進(jìn)： y@P%t9l  
冷陰極熒光燈應(yīng)用的初期，對燈管的非發(fā)光部份（即電極部份）一般要求在１０ｍｍ左右。常用的水銀封入方法是在電極上裝著水銀藥劑。由于當(dāng)時(shí)燈管內(nèi)徑較大，燈管非發(fā)光部份也允許較長，用上述方法可以滿足用戶的要求，但隨著冷陰極熒光燈的發(fā)展，燈管直徑逐漸變細(xì)，應(yīng)用上的精細(xì)化要求對燈管的非發(fā)光部份（包括導(dǎo)線的焊接點(diǎn)和保護(hù)套一起）最大只允許７ｍｍ，而燈管內(nèi)電極端到燈管玻璃密封端只允許最大５ｍｍ。燈管直徑變細(xì)要求電極相應(yīng)變小，非發(fā)光部份縮短要求電極也變短，這樣在電極上裝水銀藥劑已不能滿足燈管對水銀量的要求，必須要使電極同水銀藥劑分離，采用從外部導(dǎo)入水銀的方法來解決。這樣可以縮短電極自身的長度，同時(shí)還要在燈管外側(cè)的焊接點(diǎn)和保護(hù)套上下功夫。 +X?ErQm  
在電極材料上，目前廣泛使用的是鎳管或鎳片做電極，鎳管或鎳片電極是由致密金屬組成，其表面積相對較小，表面吸附的發(fā)射材料較少，因而影響到電極性能的發(fā)揮。最近有報(bào)導(dǎo)冷陰極熒光燈電極材料使用多孔的燒結(jié)材料，這樣可增大電子發(fā)射面積，可以吸附更多的發(fā)射材料，有利于降低電極上的能量損耗。 wjarQog5Y  
４ 水銀加入量的改進(jìn)： Dc9uq5l  
在冷陰極熒光燈中，必須加入水銀，利用水銀蒸氣激發(fā)產(chǎn)生的紫外線來激活熒光層使其產(chǎn)生一定色溫的可見光使燈管發(fā)亮。一支內(nèi)徑Φ２ｍｍ，長約２５０ｍｍ的冷陰極熒光燈中理論上應(yīng)當(dāng)充入０．４～０．６毫克的水銀才能使燈管正常工作。在９０年代初期冷陰極熒光燈開始應(yīng)用時(shí)，水銀均是按理論量加入的。但是隨著冷陰極熒光燈的普遍使用，對燈管提出了各種各樣特殊要求，也促進(jìn)深入地研究冷陰極熒光燈各種性能之間的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)，當(dāng)要求燈管長壽命工作時(shí)，由于燈管材料（如電極、玻璃、熒光層等等）會(huì)與水銀蒸氣產(chǎn)生復(fù)雜的化學(xué)和物理反應(yīng)，逐漸消耗掉水銀，使燈管由于缺乏水銀蒸氣而產(chǎn)生電極發(fā)紅，燈管亮度下降，整支燈管亮度不均勻，燈管壽命下降等等問題。近年來，大部份冷陰極熒光燈制造企業(yè)均通過成倍增加水銀的含量來解決上述缺陷。目前在上述規(guī)格的燈管中，水銀加入量可達(dá)到２．５毫克左右，這樣在新制造的燈管內(nèi)壁經(jīng)常可以看到大粒的水銀珠或成片彌散的水銀小點(diǎn)存在。一般它不會(huì)影響燈管的使用性能，尤其是在燈管點(diǎn)亮后在工作表面上一般不會(huì)看到水銀黑點(diǎn)。尤其是在工作一段時(shí)間后大顆的水銀珠均會(huì)消失。 X-pbSq~5  
三、國外冷陰極熒光燈管的發(fā)展動(dòng)向 ]5Cr$%H=  
近期隨著冷陰極熒光燈管應(yīng)用范圍的擴(kuò)展，不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)�冷陰極熒光燈提出了不同的獨(dú)特的性能要求。為了適應(yīng)客戶的特殊需要，冷陰極熒光燈生產(chǎn)企業(yè)均投入了大量的技術(shù)力量和資金，針對不同應(yīng)用范疇開發(fā)新的產(chǎn)品： :uL<UD,vu3  
１ 向提高發(fā)光效率、降低能耗的方向發(fā)展 J~~\0 u  
在筆記本電腦、掌上電腦、小型顯示器用背光源等等使用電池的條件下，降低能耗，延長電池的使用壽命對使用者會(huì)帶來很多方便。為此要求冷陰極熒光燈降低功率，也即是減小管電流，而背光源亮度不能大幅下降。這樣就需要：（１）增加燈管內(nèi)水銀蒸氣含量和壓力以提高燈管的發(fā)光效率；（２）改變燈管內(nèi)徑。在同樣條件下燈管內(nèi)徑變細(xì)，其表面亮度增加，因而需要選用最合適的燈管功率和燈管內(nèi)徑的配合，以獲取最佳的發(fā)光效率；（３）改進(jìn)熒光層，提高其將紫外線向可見光轉(zhuǎn)換的效率。有資料介紹優(yōu)質(zhì)的熒光材料其紫外線吸收率可提高到９７％以上。同時(shí)，適當(dāng)控制涂層的厚度是極其必要的。 OV>&`puL  
２ 向延長冷陰極熒光燈管的壽命方向發(fā)展 "hkcN+=  
對在彩色電視機(jī)用液晶顯示屏和大型的液晶顯示屏的背光源用冷陰極熒光燈要求有較長的壽命。需要從原來的保證壽命最小１萬小時(shí)，延長到最低２．５萬小時(shí)，而且更希望達(dá)到４～５萬小時(shí)以上。這樣就需要研究： HR>Y?B{  
（１）增加燈管內(nèi)封入的水銀量而又不影響初期時(shí)燈管的外觀質(zhì)量。由于封入的水銀越多，對延長燈管壽命越有利，但是大量的水銀沉積在燈管內(nèi)電極附近和熒光層上，產(chǎn)生許多黑點(diǎn)和成片的霧狀污點(diǎn)，容易被用戶誤認(rèn)為外觀缺陷而判為不良品。這需要與用戶勾通達(dá)成共識(shí)。此外還要研究如何使燈管內(nèi)水銀分散分布的方法；
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（２）研究增加燈管電極的表面積方法，通常認(rèn)為燈管電極表面積越大，燈管壽命越長；（３）研究降低燈管工作管電流而又不嚴(yán)重影響背光源亮度的方法，通常燈管工作管電流越低燈管的壽命越長。 V^~RDOSy7n  
３ 向使冷陰極熒光燈能快速啟動(dòng)的方向發(fā)展 y]9R#\P/  
冷陰極熒光燈制的背光源雖然已在掌上電腦、數(shù)碼相機(jī)、小型筆記本電腦中廣泛使用，在車載用衛(wèi)星定位儀顯示板及寒冷地區(qū)使用也逐漸推廣使用，但是在這些用途中均需求冷陰極熒光燈能快速啟動(dòng)達(dá)到正常工作狀態(tài)。為此國外主要的冷陰極熒光燈生產(chǎn)企業(yè)都在減少燈管及電極的散熱上進(jìn)行了大量工作：（１）研究開發(fā)了雙層冷陰極熒光燈。其內(nèi)層是一支正常的冷陰極熒光燈，在外面套一支透明的玻璃管，外層燈管封接在內(nèi)層相應(yīng)的泡頭上，在二層之間抽真空或通入微量氣體，這樣就形成如熱水瓶膽類似的結(jié)構(gòu)，內(nèi)層燈管電極產(chǎn)生的熱量由于雙層玻璃的隔熱作用熱量不會(huì)傳到雙層管表面散失。它既能快速啟動(dòng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，還更適合于在極寒冷地區(qū)工作，是目前冷陰極熒光燈發(fā)展的重要方向之一。但由于內(nèi)外層燈管溫差較大，在泡頭上封接時(shí)易產(chǎn)生巨大內(nèi)應(yīng)力致使泡頭開裂，影響雙層管的成品率是需要重點(diǎn)攻克的難題；（２）改進(jìn)電極結(jié)構(gòu)，控制通過電極向外散熱的數(shù)量使電極上產(chǎn)生的熱量主要用于燈管的啟動(dòng)和點(diǎn)燈；（３）研究合適的點(diǎn)燈回路，可以在點(diǎn)燈初期向冷陰極熒光燈提供較高點(diǎn)燈電壓，使之快速地啟動(dòng)，然后逐步降低電壓回復(fù)到正常的點(diǎn)燈狀態(tài)。這需要根據(jù)各個(gè)冷陰極熒光燈生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的燈管的特性，設(shè)計(jì)配置相應(yīng)的合適的點(diǎn)燈回路，以適應(yīng)客戶的需求。 *X5)9dq  
４ 向燈管高亮度的方向發(fā)展 bzN[*X|  
在大型液晶顯示屏上使用時(shí)需要使液晶畫面上的亮度達(dá)到筆記本電腦畫面亮度的３倍以上。通常要增加燈管的工作電流以增加光量。雖然熒光燈管的表面亮度隨著燈管電流的增加而加大，但是相應(yīng)地會(huì)產(chǎn)生燈管內(nèi)溫度上升，使發(fā)光效率下降，同時(shí)會(huì)降低燈管的工作壽命，因此為了提高燈管亮度必須研究：１）研究燈管直徑，封入氣體的種類和氣體的壓力的關(guān)系，使之適應(yīng)在大電流工作時(shí)發(fā)光效率不致下降的參數(shù)，也即是研究設(shè)計(jì)力圖增加亮度的燈管參數(shù)；２）研究開發(fā)適合于大電流下工作的電極材料及電極材料的結(jié)構(gòu)；３）研究提高紫外線向可見光轉(zhuǎn)換效率的熒光粉以及研究控制涂膜厚度和提高熒光粉粒度控制技術(shù)是非常必要的。 'Waazk[@O  
四、我國冷陰極熒光燈的現(xiàn)狀和研究成果 blc?[ [,!  
我國目前大批量生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)冷陰極熒光燈的玻璃燈管全部采用進(jìn)口的硬質(zhì)玻璃管（高硼硅酸鹽玻璃，膨脹系數(shù)為：４０×１０／℃）。電極使用進(jìn)口的鎢鎳焊接電極，熒光粉采用進(jìn)口的稀士三基色熒光粉。經(jīng)過一百多道生產(chǎn)工序，可以生產(chǎn)出符合客戶的各種性能要求的冷陰極熒光燈管，其點(diǎn)燈壽命普遍可以達(dá)到３萬小時(shí)左右。冷陰極熒光燈管外徑可以從Φ１．８ｍｍ到Φ６．０ｍｍ，長度從６０ｍｍ到１米左右，可以加工成圓形、Ｌ形、匚型、Ｗ型等等特殊形狀。燈管中不含鉛，含汞量根據(jù)燈管規(guī)格不同而不同，常用的外徑２．６ｍｍ，長２５０ｍｍ，燈管中含汞約２．５毫克，約為理論值的５倍左右。根據(jù)用戶的使用要求，燈管的工作電流可以從１毫安到１０毫安之間選定。燈管允許使用的頻率范圍在３０ＫＨＺ～８０ＫＨＺ之間，推薦使用的頻率為５０ＫＨＺ左右。 N['DqS =  
目前，隨著信息技術(shù)的快速增長，通迅設(shè)備日益向高性能化、多功能化、兼容化、小型化、長壽命化發(fā)展，對冷陰極熒光燈的使用，尤其是作為背光源使用的冷陰極熒光燈管也按照不同用途提出了各式各樣的越來越高的性能要求。為了適應(yīng)市場的需求，各企業(yè)投入了大量的力量進(jìn)行產(chǎn)品、技術(shù)的開發(fā)研究，獲得了許多成果。 L