Wissenswertes zu Kaltkathodenröhren

Im Gegensatz zu beheizten Leuchtröhren sind Kaltkathodenröhren in der Lage, im unbeheizten Zustand Licht zu erzeugen. Sie haben eine lange Lebensdauer und finden in der Computertechnik genauso Verwendung wie zur Beleuchtung von Außenwerbung. Wie Kaltkathodenröhren genau funktionieren und was es beim Kauf zu beachten gilt, erfahren Sie in unserem Ratgeber.


Was sind Kaltkathodenröhren?

Leuchtröhren, die aus einem dünnen Glaskolben bestehen, der mit einem ionisierenden Gas gefüllt ist und in den Elektroden eingeschmolzen sind. Hierbei handelt es sich um eine Kathode und eine Anode. Besonderes Merkmal von Kaltkathodenröhren ist, dass ihre Kathoden Elektronen emittieren, ohne dass sie dafür beheizt werden müssen. Die Rede ist von sogenannten Kaltkathoden. Ihr Wirkprinzip beruht nicht auf dem Mechanismus der thermischen Elektronenemission, sondern der Sekundärelektronenemission. Mithilfe von hohen Spannungen wird die Kaltkathode „gezündet“ und dadurch eine Gasentladung eingeleitet. Auch wenn die Bezeichnung etwas anderes vermuten lässt, bleiben Kaltkathoden während des Betriebs nicht kalt, häufig ist sogar das Gegenteil der Fall. Sie entwickeln oftmals höhere Temperaturen als Glühkathoden.

Das hat folgenden Grund:

Durch das Anlegen einer Spannung entsteht vor der Kathode ein starkes elektrisches Feld. Das hat zur Folge, dass sich die positiv geladenen Gasionen mit hoher Geschwindigkeit in Richtung Kathode bewegen. Durch den Aufprall wird Energie freigesetzt, die zu einem großen Teil in Wärme umgewandelt wird. Das erklärt die Hitzeentstehung. Es geschieht aber noch etwas anderes. Vor der Kathode gibt es einen kleinen Bereich, in dem ein Großteil der angelegten Spannung abfällt. Dieser Bereich weist eine hohe Feldstärke auf und wird als Kathodenfall bezeichnet. Hier sind die Gasionen besonders schnell und lösen durch Feldemission Elektronen aus der Kathode heraus. Das sind die sogenannten Sekundärelektronen. Sie bewegen sich in Richtung Anode und werden durch das elektrische Feld beschleunigt. Auf ihrem Weg stoßen sie mit den übrigen Gasatomen zusammen (Stoßionisation), die dabei Elektronen verlieren. Auf diese Weise erhöht sich die Anzahl der Elektronen in der Röhre um ein Vielfaches.

Wie entsteht nun aber das Licht in Kaltkathodenröhren? Die emittierten Elektronen können mittels kinetischer Energie Gasmoleküle zum Leuchten anregen. Diese geben ihrerseits Energie in Form von Photonen ab. Die Photonen haben Wellenlängen im sichtbaren Bereich und sind daher als Licht wahrnehmbar. Je nachdem, welches Gas Verwendung findet, erscheint das Licht in einer anderen Farbe. Neonröhren leuchten in Orangerot, Heliumröhren in Weißrosa. Reines Weiß erzeugt man mit Krypton, reines Rosa mit Argon. Mithilfe verschiedener Leuchtstoffe und Leuchtstoffmischungen lassen sich weitere Lichtfarben abbilden.

Einsatzbereiche von Kaltkathodenröhren

Im Englischen werden Kaltkathodenröhren als Cold Cathode Fluorescent Lamps bezeichnet, woraus sich die gängige Kurzbezeichnung CCFL ergibt. CCFL-Röhren werden für Hintergrundbeleuchtungen in LC-Displays genutzt, beispielsweise in Notebooks, Laptops oder Flachbildfernsehern, allerdings werden sie allmählich von LED-Lampen verdrängt, die bessere Schwarzwerte und Kontraste ermöglichen.

Hauptsächlich kommen CCFL- beziehungsweise Kaltkathodenröhren im Bereich der Leuchtreklame und Außenwerbung zum Einsatz. Hier erweist sich insbesondere die hohe Lebensdauer der Lampen als vorteilhaft. Sie eignen sich grundsätzlich sehr gut als Effekt- und Designbeleuchtung, für Kunstinstallationen und finden darüber hinaus im Kfz-Bereich Verwendung, beispielsweise in Form von Scheinwerfern oder als dekorative Lichtelemente fürs Fahrzeugtuning. Auch Geräte des Bürobedarfs wie Scanner, Faxgeräte und Kopierer enthalten oftmals Kaltkathodenröhren.

Unser Praxistipp: Monitore mit CCFL-Technik kalibrieren

Monitore, in denen CCFL-Röhren verbaut sind, sind meist noch nach vielen Tausenden Betriebsstunden ausreichend hell. Gelegentlich kann es jedoch passieren, dass sie mit der Zeit gelbstichig und etwas dunkler werden. Das muss nicht zwangsläufig an einer nachlassenden Leistung der Röhren liegen. Es kann helfen, den Monitor hinsichtlich seiner Helligkeitseinstellungen mithilfe eines Messgeräts und passender Software neu zu kalibrieren. In manchen Monitoren sind bereits Messgeräte verbaut, sie messen die Helligkeit aber oft nur am Bildschirmrand. Das ist insofern problematisch, als es gerade bei älteren Monitoren je nach Bildschirmbereich Helligkeitsunterschiede geben kann. Besser ist es, ein separates Messgerät zu verwenden.

Kaufkriterien für Kaltkathodenröhren – worauf kommt es an?

Die Wahl einer geeigneten Kaltkathodenröhre hängt nicht unwesentlich von der Farbe des Lichts ab, die sie erzeugt. Je nachdem, wie Sie Ihre Beleuchtung gestalten möchten, empfehlen sich beispielsweise blaue, grüne, rote oder weiße Röhren. Kaltkathodenröhren sind in der Regel schmal konstruiert, es gibt aber auch dickere Ausführungen. Hier gilt es auf die exakten Abmessungen zu achten, insbesondere, wenn die Röhren in kleineren Geräten eingesetzt werden sollen. Auch Nennstrom, Betriebsspannung und Leistung sind zu berücksichtigen.

Um Kaltkathodenröhren in LC-Displays oder Computertechnik zu verbauen, ist in der Regel ein Inverter erforderlich. Kaltkathodeninverter haben die Aufgabe, aus einer kleinen Gleichspannung eine hohe Wechselspannung zu generieren, die für den Betrieb von Kaltkathodenröhren erforderlich ist. Bei Kaltkathodeninvertern handelt es sich um Wechselrichter mit Transformator. Für den Betrieb der kleinen Platinen muss eine Spannung von ungefähr 12 V vorliegen. Sie verfügen über einen Transistor, der die Spannung aufteilt und zur Primärspule des Transformators weiterleitet. An der Sekundärspule wird mittels Induktion schließlich die benötigte hohe Spannung erzeugt. Der übliche Spannungswert liegt bei 50 kHz, es können aber auch Werte von bis zu 100 kHz erreicht werden.

 

FAQ – häufig gestellte Fragen zu Kaltkathodenröhren

Was ist der Unterschied zwischen Zündspannung und Brennspannung?

Als Zündspannung bezeichnet man die Spannung, die die Zündung eines Gases (Gasentladung) in einem Glasrohr einleitet. Sie setzt letztlich die Stoßionisation in Gang. Die Brennspannung hingegen wird zur Aufrechterhaltung der Entladung benötigt. Bei allen Gasentladungslampen, wozu auch die Kaltkathodenlampen zählen, ist die Zündspannung höher als die Brennspannung.

Meine Hintergrundbeleuchtung schimmert rötlich – was tun?

Leuchtet das Display in rötlicher Farbe, weist das auf defekte Kaltkathodenröhren hin. Gleiches gilt, wenn der Bildschirm plötzlich flackert oder Schatten darauf erkennbar sind. In allen Fällen ist ein Wechsel der Röhren anzuraten. Bleibt die Beleuchtung ganz aus, ist das meist ein Indiz für einen defekten Inverter.

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