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CCFL

Cold Cathode Fluorescent Lamp – CCFL sind dünne, mit Gas niedrigen Drucks gefüllte Glasrohre, in deren Enden ungeheizte Elektroden eingelassen sind.

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Beschreibung

Beim Anlegen einer hohen Spannung wird das Gas zum Leuchten (Niederdruck-Gasentladung bzw. Niederdruck-Plasma) angeregt. CCFL nutzen dabei die Leuchterscheinung der so genannten positiven Säule aus. Sie unterscheiden sich darin von Glimmlampen. Die ersten praktisch einsetzbaren Leuchtröhren wurden um 1910 von dem Franzosen Georges Claude entwickelt.

Bezeichnungen:
Sind die Elektroden ungeheizt, spricht man von Kaltkathodenröhren, englisch Cold Cathode Fluorescent Lamp (CCFL). Es gibt sowohl mit Leuchtstoff beschichtete als auch unbeschichtete CCFL bzw. Leuchtröhren.

Funktionsweise:
Bei CCFL liegt die Betriebsspannung aufgrund des Kathodenfalls bei etwa 400 Volt pro Meter bei Röhren mit 30 mm Durchmesser, bis zu 1000 V/m bei ca. 8 mm Durchmesser. VDE-Vorschriften begrenzen die zulässige Spannung (und damit die Länge der Röhren) auf 7,5 kV.
Als Vorschaltgerät verwendet man daher einen Streufeldtransformator oder elektronische Schaltnetzteile bzw. Inverter. Im Leerlauf liefert das Vorschaltgerät eine hohe Zündspannung, die im Betrieb auf ca. 30 % abfällt. Die Leistungsaufnahme von CCFL liegt bei ca. 30 W/m, die Lichtausbeute bei 30-100 lm/W. Unbeschichtete CCFL haben, je nach Füllgas, eine Lebensdauer von bis zu 20 Jahren. Sie ist unabhängig von Ein- und Ausschaltvorgängen; eine Eigenschaft, die für blinkende Leuchtreklame vorteilhaft ist.

Für CCFL zur Hintergrundbeleuchtung von großen LCD- und TFT-Displays werden Inverter (Wechselrichter + Transformator) verwendet, welche die zum Betrieb der Leuchtröhren benötigte hohe Wechselspannung aus einer kleinen Gleichspannung erzeugen können. Sie funktionieren ähnlich wie das elektronische Vorschaltgerät (EVG) bei Leuchtstoffröhren, benötigen jedoch einen Transformator. Sie sind schaltungstechnisch meist als Resonanzgegentaktwandler ausgeführt, der zwei Bipolartransistoren als Schaltelemente verwendet.

Da Gasentladungslampen einen negativen differentiellen Widerstand besitzen (je mehr Strom durch die Röhre fließt, desto weniger Spannung fällt an ihr ab), müssen bei CCFL-Invertern Maßnahmen getroffen werden, welche den Ausgangsstrom begrenzen. CCFL-Inverter sind daher kurzschlussfest. Der Betrieb eines solchen Inverters ohne ausreichende Last kann jedoch zu dessen Zerstörung führen.

Die vom CCFL-Inverter erzeugte Wechselspannung hat eine hohe Frequenz von 30?100 Kilohertz, häufig ist ein Wert von <50 kHz, da hier die Störabstrahlung der dritten Harmonischen unter 150 kHz liegt (untere Grenze von EMV-Messungen). Die elektrischen Zuleitungen zwischen CCFL-Inverter und Kaltkathode dürfen daher nicht zu lang oder über leitfähige Flächen (zum Beispiel das Computergehäuse) geführt werden, ansonsten geht durch die hohe Kapazität ein Teil der Inverterleistung verloren und die Röhre wird dunkler, erlischt oder leuchtet nicht mehr auf voller Länge.

Die Leitungen und die Lampenenden haben eine hochspannungsfeste Isolierung (meist Silikongummi), die nicht verletzt sein darf. Streufeldtransformatoren und CCFL-Inverter stellen meist eine zum Erdpotential symmetrische, gleichstrommäßig potentialfreie Wechselspannung zur Verfügung; Vorschaltgeräte von Leuchtreklamen können auf diese Weise Masseschlüsse feststellen. Zusätzlich wird dadurch die Störabstrahlung verringert.

Farben:
Die Farbe der CCFL ist abhängig von der Art des eingefüllten Gases (alterungsanfällige Nicht-Edelgase in Klammern):

- Neon: orangerot
- Neon mit Quecksilber in grüngelbem Rohr: grün
- Helium: weißrosa
- Helium in gelbem Rohr: gelb
- (Stickstoff: gelbrosa)
- (Kohlenstoffdioxid: bläulichweiß)
- Krypton: weiß
- Argon: blau (intensiver durch Beifügen von Quecksilber)
- Quecksilber (+ Argon): ultraviolett + weiß sowie weitere Farben durch Innenbeschichtung mit Leuchtstoffen
- Die ersten Leuchtröhren waren mit Neon gefüllt. Umgangssprachlich werden noch heute, unabhängig von der Farbe, Leuchtstoffröhren oder Kaltkathoden als Neonröhren bezeichnet.

Anwendungen von CCFL:
CCFL beleuchten in Scannern und Faxgeräten die Vorlagen.

CCFL werden zur Hintergrundbeleuchtung für LCD- oder TFT-Flachbildschirme eingesetzt. In einem Notebook sind in der Regel zwei CCFL eingebaut, die eine Lebensdauererwartung von rund 15000 Stunden haben. Nach dieser Zeit fallen sie nicht aus, sondern strahlen nur noch mit geringerer Helligkeit - das Lebensdauerende ist durch die halbe Helligkeit definiert. Weder im Inverter noch in der Röhre gibt es prinzipielle Ausfallursachen, die diese Lebensdauer begrenzen. Höhere Ausfallwahrscheinlichkeiten beruhen vermutlich auf mangelhafter Isolation der sehr hohen Spannungen.

Häufig werden CCFL auch zur individuellen Gestaltung von Computergehäusen (Case-Modding) verwendet. Beim modden (modifizieren im Sinne von aufmotzen) eines Rechners dienen die CCFL zur Innenbeleuchtung des Gehäuses, wobei Lichtschein auch nach Außen dringen soll. Sets sind fertig vorkonfiguriert zum Einbau im Handel erhältlich und werden einfach per Stecker an das Computernetzteil angeschlossen. Es gibt diverse Farben und Effekte. Allerdings gibt es zunehmend Konkurrenz durch LEDs, deren Lichtschein als "angesagter" gilt. Zusätzlich problematisch ist der hohe Stromverbrauch. So nimmt eine etwa 30 cm lange CCFL mit Inverter eine elektrische Leistung von etwa 4,5 Watt auf.

Außerdem werden CCFL auch häufig beim Fahrzeugtuning eingesetzt. Sie beleuchten den Innenraum, den Motorraum oder sind unter dem Fahrzeug angebracht. Mit einer solchen Veränderung werden in Deutschland und anderen Ländern meistens die Zulassungsvorschriften verletzt.

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