Lampy fluorescencyjne CCFL – Budowa i parametry

Mimo deklarowanej długiej żywotności miniaturowych lamp fluorescencyjnych CCFL liczonej w dziesiątkach tysięcy godzin (od 10.000 do 40.000), ich uszkodzenie jest obok usterek inwertera najczęstszą przyczyną oddawania monitorów i odbiorników telewizyjnych z ekranami LCD do naprawy w serwisie. Wymiana uszkodzonej lampy nie jest czynnością bardzo skomplikowaną, ale za to bardzo praco- i czasochłonną, no chyba, że już taki sam model mieliśmy okazję wcześniej demontować i wiemy, który zatrzask zwolnić i którą odkręcić śrubkę – wówczas czas naprawy znacznie się skraca.

Budowa i parametry lamp CCFL

Lampa CCFL składa się z cienkiej rurki szklanej wypełnionej rtęcią, fosforem i mieszaniną gazu szlachetnego neonu lub argonu. Rurka jest szczelnie zamknięta, na zewnątrz są wyprowadzone elektrody, do których z reguły są już przylutowane fabrycznie przewody do połączenia lampy lub lamp z inwerterem.

Budowę lampy CCFL w sposób uproszczony pokazano na rysunku 1.

budowa lampy fluorescencyjnej

Zadaniem inwertera jest wytworzenie napięcia przemiennego o wysokiej częstotliwości, które doprowadzone do elektrod lampy powoduje powstanie silnego pola elektrycznego i w konsekwencji wyładowania w gazie.

To napięcie jest nazywane napięciem startowym i typowo wynosi ono od 1000 do 2000V i jest zależne zarówno od długości, jak i średnicy lampy.

Po zapłonie lampy wyemitowane z elektrody pod wpływem pola elektrycznego elektrony przemieszczając się do przeciwnej elektrody przyspieszają i zderzają się atomami gazu wypełniającego wnętrze rurki szklanej. Następuje stopniowa jonizacja, w której istniejące w postaci gazowej atomy rtęci przy zderzeniach zostają pobudzone.

W następstwie niestabilne teraz elektrony pobudzonych atomów oddają swoją energię w postaci światła ultrafioletowego o długości fali 253.7nm. Światło ultrafioletowe z kolei pobudza fosfor, którym jest pokryta wewnętrzna strona rurki szklanej, czego efektem jest światło widzialne. Napięcie pracy mieści się z reguły w granicach od 450V do 800V.





Pozostałe parametry lamp CCFL i typowe ich wartości są następujące:

  • napięcie pracy: typowo 450VAC
  • napięcie startowe: typowo 1000VAC,
  • pobór prądu: 5.0mA + 8.0mA,
  • natężenie światła: 25.000 + 50.000cd/m2,
  • pobór mocy: 2 + IOW,
  • częstotliwość pracy – typowo 30kHz,
  • żywotność: 20.000 + 50.000 godzin,
  • temperatura pracy: 0 + 50°C,
  • temperatura przechowywania: -20°C + 50°C.

Temperatura koloru jest miarą barwy światła i jest ona wyrażona w stopniach Kelwina, ponieważ istnieje ścisły związek pomiędzy temperaturą ciała (w teorii jest to ciało doskonale czarne), a emitowanymi przez to ciało falami elektromagnetycznymi, które w miarę wzrostu temperatury ciała przechodzą z zakresu fal podczerwonych do fal widzialnych, a następnie do fal bliskich ultrafioletu.

Przykład: rozgrzewamy sztabkę żelaza, mierzymy jej temperaturę i co jakiś czas oceniamy kolor tej sztabki, czyli kolor światła, jakim ona promieniuje. Niezbyt mocno nagrzane żelazo ma kolor czerwony. W miarę podgrzewania do coraz wyższej temperatury staje się coraz jaśniejsze, aż wreszcie jest rażąco białe.

Światło białe to mieszanina wszystkich barw, od czerwieni po niebieską i fioletową. A więc żelazo o stosunkowo niskiej temperaturze promieniuje głównie światło czerwone, w miarę wzrostu jego temperatury zaczyna emitować światło o barwach zielonej, żółtej i niebieskiej. „Sumowanie” tych barw wraz ze wzrostem temperatury naszego źródła światła (tutaj żelaza) powoduje, że obserwowany kolor staje się coraz bardziej zbliżony do białego, który zawiera wszystkie barwy.

Pojęcie barwy ciepłej lub chłodnej jest umowne i w produktach oświetleniowych u różnych producentów, ta sama wartość temperatury koloru może być (i tak najczęściej jest) określana zarówno jako kolor lekko ciepły, jak i neutralny lub jako już lekko chłodny. Ze szczególnie dużym rozrzutem wartości można zetknąć się w przypadku sztucznych źródeł światła (żarówek, jarzeniówek i omawianych tutaj miniaturowych lamp fluorescencyjnych) określanych jako „barwa o odcieniu dziennym”. Typowe naturalne oświetlenie dzienne to barwa już wyraźnie chłodna.

Źródła światła białego dzieli się ze względu na temperaturę koloru kolejno na:

  • ciepłe,
  • neutralne,
  • chłodne,
  • dzienne,
  • dzienne chłodne.

Ciekawostką jest to, że im wyższa temperatura koloru tym biel chłodniejsza.

Światło dzienne ma temperaturę 5600 stopni K. Temperatura lamp CCFL używanych do podświetlania ekranów LCD zawiera się w granicach 5400 K do 8800 K. Lampy o temperaturze koloru w granicach 6500 K + 7200 K dają neutralne światło białe i są wykorzystywane do podświetlania ekranów LCD w notebookach i monitorach. Przesunięcie temperatury w dół w okolice 5400 K daje światło białe o ciepłym odcieniu, natomiast przesunięcie w górę w okolice temperatury 8800 K daje światło białe o odcieniu zimnym.

Żywotność lamp jest definiowana jako czas do zmniejszenia o połowę natężenia światła w stosunku do początkowej wartości i jest bezpośrednio zależna od prądu inwertera oraz rodzaju i jakości użytych materiałów, w szczególności materiałów, którymi zostały pokryte elektrody.

Regulacja natężenia świecenia lampy CCFL może być dokonywana na dwa sposoby:

  • regulacja poprzez zmianę wartości napięcia zmiennego sterującego lampą, a wytwarzanego w inwerterze; należy zwracać uwagę, żeby nie przekraczać parametrów specyfikowanych dla danej lampy, gdyż wzrost napięcia pociąga za sobą wzrost prądu płynącego przez lampę; przekroczenie wartości maksymalnej prądu powoduje bardzo poważne skrócenie czasu użytkowania lampy i znaczny wzrost temperatury,
  • drugi sposób regulacji świecenia wymaga regulatora oświetlenia (ściemniacza) zmieniającego za pomocą pakietów sygnału burst napięcie jasności świecenia; ze względów ekonomicznych rozwiązanie to nie daje się do zastosowań praktycznych przy oświetleniu tylnym paneli LCD.

Lampy CCFL zamontowane wewnątrz panelu generują silne białe światło, które poprzez pryzmat akrylowy i filtr rozproszeniowy jest równomiernie rozdzielane po całej powierzchni wyświetlacza. To źródło światła dopiero powoduje, że przekazywane do wyświetlacza elektroniczne dane są widzialne na jego ekranie. Każdy piksel potrzebny dla odtworzenia koloru jest teraz sterowany i przepuszczając przez siebie światło tła staje się widoczny do żądanego poziomu, powodując wraz z pozostałymi pikselami wyświetlenie obrazu.

W przypadku uszkodzenia układu podświetlania tylnego wyświetlacza, zmniejsza się jasność ekranu lub ekran staje się całkiem ciemny. W tym skrajnym przypadku przy dokładnym wpatrywaniu się w ekran można z trudem rozróżnić kontury obrazu. Jeśli kontury są niewidoczne, przyczyną nieprawidłowości jest inne uszkodzenie wyświetlacza lub błąd w sterowaniu wyświetlaczem.

Warto wspomnieć jeszcze o tym, że lampy CCFL mogą przyjmować różne formy: od prostych rurek, przez wygięte w kształcie litery „C”, litery „S” aż do kombinacji wygięć w kształcie tych liter. Wymyślne formy rurki lampy są jedynie wynikiem potrzeby równomiernego oświetlenia powierzchni wyświetlacza. Przypomnieć też warto, że kształt lampy nie ma większego znaczenia w stosunku do wymagań odnośnie zasilania, a jedynie jej długość i średnica. Im dłuższa lampa, tym większe jest potrzebne napięcie zapłonu (napięcie startowe) i napięcie pracy. W zależności od wielkości ekranu i jego konstrukcji może być zastosowana różna ilość lamp.

Stosowane są dwa rodzaje podświetlania ekranu: oświetlenie tylne boczne i oświetlenie bezpośrednie. Rozwiązanie boczne polega na tym, że lampa CCFL jest umieszczona w panelu wyświetlacza z boku ekranu (w zdecydowanej większości rozwiązań u góry i u dołu) w specjalnie skonstruowanym reflektorze odbijającym i rozpraszającym światło. Jest to najczęściej taśma blaszana lub poliestrowa o dobrych własnościach mechanicznych i termicznych, na którą naniesiono cienką warstwę srebra odbijającą światło. Lampa CCFL jest montowana w reflektorze dość ciasno -jest ona wsuwana z boku w reflektor. Często jest ona dodatkowo mocowana zatyczkami gumowymi lub plastikowymi a także przykręcana miniaturowymi wkrętami.

W zależności od wielkości ekranu i jego konstrukcji w jednym reflektorze zainstalowanych może być od 1 do 3 lamp. Z reguły w monitorach TFT (o ekranach kilkunastocalowych) zamontowane są dwa reflektory zawierające po jednej lampie: jeden u góry i jeden na dole panelu (w notebookach stosuje się jeden reflektor i jedną lampę). W niektórych rozwiązaniach światło lamp CCFL jest sumowane przez specjalnie uformowane dyfuzory światła, które razem wytwarzają jednorodne światło oświetlające ekran.

Oświetlenie bezpośrednie przez lampy CCFL jest stosowane wówczas, gdy potrzebna jest duża jasność lub gdy są one stosowane do oświetlania dużych powierzchni, jednorodnym światłem, na przykład w wielkoformatowych ekranach telewizorów LCD.

Uszkodzenia lamp CCFL

Uszkodzenie lampy fluorescencyjnej polega albo na jej przepaleniu, albo na utracie intensywności świecenia. Objaw uszkodzenia lampy widoczny jest na ekranie tak, jakby w podświetlanym obszarze została zmniejszona jaskrawość, a w przypadku przepalenia lampy praktycznie do minimum, przez co obraz staje się niewidoczny. W wyświetlaczach LCD z jedną lampą oświetlającą w przypadku jej przepalenia cały obraz staje prawie niewidoczny.

Z pierwszym przypadkiem uszkodzenia lampy zetknąłem się w moim 15-calowym monitorze, po około 3 latach jego użytkowania. W monitorze tym do podświetlania panelu LCD zastosowano dwie lampy, które umieszczono poziomo: jedną na górze, drugą na dole. Pierwszym objawem tego, że coś nie tak się dzieje było bardzo lekkie, ale widoczne i przeszkadzające mruganie u dołu ekranu – przypominało to typowe objawy występujące w świetlówkach używanych do oświetlania pomieszczeń. W takt mrugania zmieniała się jaskrawość i kolor (na białym tle był to efekt zmiany z białego na zakolorowa-ny, tak jakby „rozjeżdżał się” balans w stronę przewagi koloru czerwonego).

Efekt najbardziej widoczny był u dołu ekranu, zmniejszał się idąc do góry, a od połowy ekranu był już niewidoczny, górna połowa ekranu świeciła prawidłowo. Objawy te występowały przez cały czas użytkowania monitora z różną intensywnością (jeśli pamiętam, przez kilka dni, na pewno nie dłużej niż tydzień), kiedy to po włączeniu monitora pokazał się obraz z wyciemnioną dolną połową ekranu – dokładnie wyglądało to tak, że od połowy ekranu w dół, obraz był coraz ciemniejszy. Obserwacja od samego początku opisywanej nieprawidłowości wyraźnie sugerowała uszkodzenie lampy, co szybko zostało potwierdzone metodą zamiany podłączenia świetlówek do wyjść inwertera – to najprostszy sposób na zlokalizowanie uszkodzenia lampy lub inwertera.

Pozostało zatem wymienić lampę i po naprawie. I tu zaczęły się problemy, ponieważ jeszcze dwa lata temu oferta miniaturowych lamp CCFL do podświetlania ekranów LCD była dość ograniczona, a ponadto koszt ich nie był wcale mały. Kierując się długością i średnicą (ponieważ w instrukcji serwisowej nie było informacji o typie i producencie lamp CCFL) dobrałem lampę i po zamontowaniu okazało się, że intensywność jej świecenia jest nieco większa niż poprzedniej (a więc większa w stosunku do tej górnej, do tej, której nie wymieniałem). Po minimalnym zmniejszeniu napięcia zasilającego dolną lampę różnica jaskrawości okazała się być do zaakceptowania.

Wróćmy zatem do miniaturowych lamp CCFL, których oferta jest aktualnie znacznie większa, a i ceny znacznie niższe. Jeśli posiadamy informacje o typie lampy i producencie, sprawa jest oczywista, jeśli takich informacji nie posiadamy, musimy na podstawie wymiarów i parametrów dobrać taki sam typ, a przynajmniej jak najbardziej zbliżony do oryginalnego. Zbyt duże odstępstwa zarówno w odniesieniu do gabarytów, jak i parametrów będą skutkowały inną jaskrawością i ewentualnie odcieniem obrazu. Podstawowymi kryteriami lampy, od których należy rozpocząć poszukiwania zamiennika są jej wymiary: długość i średnica. Do dyspozycji są dwa rodzaje lamp: lampy z wyprowadzonymi elektrodami i lampy tzw. konfekcjonowane, czyli z zamontowanymi przewodami i wtykiem do inwertera.

Jak dobrać lampę LCD do podświetlania tylnego?

Niestety, tak się niefortunnie stało, że parametry lamp CCFL stosowanych do podświetlania ekranów nie zostały objęte standardami. Dla przykładu w panelu o przekątnej 15″ rozpiętość długości lampy CCFL wynosi od 297 mm do 325 mm. Wstawienie zbyt krótkiej lampy będzie widoczne jako zaciemnienie w rogach. Wstawienie za długiej lampy może być niemożliwe ze względów mechanicznych, a w przypadku wystawania lampy poza reflektor również może zmieniać się jaskrawość i kolor w rogach ekranu.

W przypadku konieczności wymiany, gdy nie mamy informacji o typie i producencie lampy (a jeśli mamy, to wcale nie znaczy, że uda nam się taką lampą nabyć), pierwsze co należy zrobić, to zmierzyć długość lampy, którą zamierzamy wymienić. Następnie należy właściwie zinterpretować otrzymany wynik pomiaru. Jeśli nie zdobędziemy oryginalnej lampy, praktycznie nie będzie widocznej różnicy na ekranie, jeśli lampa będzie krótsza o 2 do 4 milimetrów od zmierzonej długości. Dla przykładu, jeśli zmierzoną długością jest 320 mm w niektórych konstrukcjach reflektorów dużo łatwiej będzie nam zainstalować lampę krótszą np. o długości 316 mm niż 320 mm lub trochę dłuższą, z żadną lub niezauważalną stratą jakości.

Metody pomiaru długości lampy CCFL

Metoda 1 – bezpośredni pomiar długości lampy

bezpośredni pomiar długości lampyJest to najlepsza metoda uzyskania informacji o faktycznej długości lampy. W tym celu należy bardzo ostrożnie wysunąć (wyciągnąć) lampę z reflektora, powoli ściągnąć plastikowe nasadki z końców lampy i zmierzyć jej długość tak, jak pokazano na rysunku 2. Nie należy zapominać również o precyzyjnym zmierzeniu średnicy lampy. Zgodnie z wcześniejszymi informacjami wybrać lampę o minimalnie krótszej długości.

Metoda 2 – pośredni pomiar długości lampy

Lampy CCFL do podświetlania tylnego ekranów LCD są zamocowane wewnątrz reflektora za pomocą silikonowo-kauczukowych nakładek umieszczonych na obu ich końcach. Pomiaru lampy można dokonać poprzez zmierzenie długości dostępnej rurki szklanej (od nakładki do nakładki), a następnie dodając do niej jeszcze jedną długość nakładki. Dla przykładu: jeżeli długość rurki szklanej wynosi 310 mm, długość nasadki silikonowej wynosi 4 mm, a więc długość lampy wynosi ^314 mm. Wybieramy lampę nie dłuższą niż 314 mm, na przykład 310 mm.

pośredni pomiar długości lampy ccl

Metoda 3 – pomiar widocznej części ekranu.

Jest to najgorsza metoda, obciążona największym błędem pomiaru, ale może również znaleźć swoje zastosowanie. Nie jest najlepszym rozwiązaniem zdemontowanie ekranu laptopa, wyjęcie z niego lampy, zmierzenie jej i ponowne złożenie lub pozostawienie rozłożonego laptopa do czasu zdobycia nowej lampy. W takiej sytuacji można spróbować oszacować długość lampy poprzez pomiar aktywnej powierzchni ekranu. W tym celu należy zmierzyć szerokość widocznej części ekranu od lewego krańca do prawego i od otrzymanego wyniku odjąć od 1 do 3 milimetrów. Na przykład: jeśli dla ekranu o przekątnej 13.3″ szerokość widocznej części ekranu wniosła 278 mm, należałoby zastosować lampę o długości 275 mm, jeśli dla ekranu o przekątnej 15″ szerokość ekranu wyniosła 308 mm, długość lampy może wynosić 305 mm.

W 99% ekranów laptopów lampy CCFL są montowane poziomo na górze lub na dole panelu. W laptopach 13.3″ spotkać się jednak można z pionowym zamontowaniem lampy. Wówczas należy dokonać pomiaru wysokości aktywnej części ekranu: z góry na dół.

Dobór długości lampy warto sprawdzić na własnym doświadczeniu, gdyż nie można tu zapominać o aspektach związanych z różnymi rozwiązaniami konstrukcyjnymi paneli wyświetlających.

W tabeli 1 pokazano ofertę lamp CCFL do zastosowań serwisowych. Przeglądając oferty internetowe znaleźć można znaczne bogatsze propozycje, między innymi w zakresie dostępnych średnic i długości. Tabela ta jest jedynie przykładową ofertą, mającą uzmysłowić nam na co należy zwrócić uwagę przy doborze lampy CCFL.

oferta lamp ccfl

ciąg dalszy oferty lamp ccfl

 

 

Lampy fluorescencyjne CCFL – Budowa i parametry
4 (80%) 1 vote

Porównywarka cen sprzętu RTV