외부전극 형광램프(EEFL)에서 빛의 방출 전파 신호의 관측법에 의하여 플라즈마의 전자 온도와 밀도를 진단하는 새로운 방법을 소개한다. 직경 4.0 mm이고 램프 길이 860 mm인 37인치 LCD-TV용 외부전극 형광램프에 대하여, 전압 인가 방식에 따른 두 가지의 구동법에 의한 발광 형태와 플라즈마의 특성을 조사한다. 램프 양단에 고전압을 인가하는 구동 방식에서, 빛은 고전압이 인가된 램프 양 끝에서 중앙으로 빛의 방출이 전파되며, 램프 길이 전체에 대하여 휘도가 균일하다. 램프 한쪽에 고전압을 인가하고 다른 한쪽은 접지한 구동에서, 빛의 방출은 고전압이 인가된 전극에서 접지된 전극 방향으로 전파되며, 고전압 쪽의 휘도가 높고 접지 쪽의 휘도가 낮아 램프 길이 방향으로 휘도가 불균일하다. 이러한 발광 전파 신호로부터 전자의 표류 속도를 계산하여, 전자의 온도와 밀도를 얻는다. 외부전극 형광램프의 사용 휘도의 영역인 $10,000{\sim}15,000cd/m^2$에 대하여, 전자 온도 $(kT_e)$는 $1.3{\sim}2.7eV$, 플라즈마의 밀도 $(n_e)$는 $(1.6{\sim}3.6){\times}10^{16}m^{-3}$를 얻었다.
외부전극 형광램프(EEFL)에서 빛의 방출 전파 신호의 관측법에 의하여 플라즈마의 전자 온도와 밀도를 진단하는 새로운 방법을 소개한다. 직경 4.0 mm이고 램프 길이 860 mm인 37인치 LCD-TV용 외부전극 형광램프에 대하여, 전압 인가 방식에 따른 두 가지의 구동법에 의한 발광 형태와 플라즈마의 특성을 조사한다. 램프 양단에 고전압을 인가하는 구동 방식에서, 빛은 고전압이 인가된 램프 양 끝에서 중앙으로 빛의 방출이 전파되며, 램프 길이 전체에 대하여 휘도가 균일하다. 램프 한쪽에 고전압을 인가하고 다른 한쪽은 접지한 구동에서, 빛의 방출은 고전압이 인가된 전극에서 접지된 전극 방향으로 전파되며, 고전압 쪽의 휘도가 높고 접지 쪽의 휘도가 낮아 램프 길이 방향으로 휘도가 불균일하다. 이러한 발광 전파 신호로부터 전자의 표류 속도를 계산하여, 전자의 온도와 밀도를 얻는다. 외부전극 형광램프의 사용 휘도의 영역인 $10,000{\sim}15,000cd/m^2$에 대하여, 전자 온도 $(kT_e)$는 $1.3{\sim}2.7eV$, 플라즈마의 밀도 $(n_e)$는 $(1.6{\sim}3.6){\times}10^{16}m^{-3}$를 얻었다.
A new diagnostics of plasma electron temperature and plasma density is introduced with the observation of the light emission along the tube of external electrode fluorescent lamps. With two different methods operating an external electrode fluorescent lamp of outer diameter 4.0 mm and length 860 mm ...
A new diagnostics of plasma electron temperature and plasma density is introduced with the observation of the light emission along the tube of external electrode fluorescent lamps. With two different methods operating an external electrode fluorescent lamp of outer diameter 4.0 mm and length 860 mm for the back-light source of 37-inch LCD-TVs, the lighting modes and the plasma properties are investigated. In the center balance operation, the light-emission propagates simultaneously from both sides of the high voltage electrodes to the center of the lamp, while in conventional operation the light-emission propagates from the one end of a high voltage to the other ground electrode. In the operation value of luminance $10,000{\sim}15,000cd/m^2$, the electron plasma thermal energy $(kT_e)$ is about $1.3{\sim}2.7eV$ with the electron density $(n_e)$ is about $(1.6{\sim}3.6){\times}10^{16}m^{-3}$.
A new diagnostics of plasma electron temperature and plasma density is introduced with the observation of the light emission along the tube of external electrode fluorescent lamps. With two different methods operating an external electrode fluorescent lamp of outer diameter 4.0 mm and length 860 mm for the back-light source of 37-inch LCD-TVs, the lighting modes and the plasma properties are investigated. In the center balance operation, the light-emission propagates simultaneously from both sides of the high voltage electrodes to the center of the lamp, while in conventional operation the light-emission propagates from the one end of a high voltage to the other ground electrode. In the operation value of luminance $10,000{\sim}15,000cd/m^2$, the electron plasma thermal energy $(kT_e)$ is about $1.3{\sim}2.7eV$ with the electron density $(n_e)$ is about $(1.6{\sim}3.6){\times}10^{16}m^{-3}$.
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문제 정의
최근에 EEFL-백라이트의 구동 기술은 LCD 화면과 연계하여 연구되고 있다. 이러한 기술의 목표는 LCD-TV의 전체 소모 전력의 90%를 차지하는 백라이트의 소모 전력을 줄이는 것이다. 이를 위하여 EEFL의 발광 특성을 이해하고 성능 향상을 위한 관련 기술의 개발이 필요하다.
본 연구는 EEFL 및 CCFL과 같이 직경이 수 mm인 세관의 구동 방법에 따른 발광 특성과 방전관 내부에 생성된 플라즈마의 특성을 조사하는 것이다. EEFL과 CCFL의 구동은 고전압의 인가 방식에 따라서 두 가지 방식을 사용한다.
본 연구에서는 EEFL에서 전자의 표류 속도를 결정하는 새로운 실험적인 진단법을 소개한다. EEFL의 유리관 길이 방향의 양광주로부터 빛의 방출 신호를 계측하는 방법을 사용한다.
플라즈마의 밀도(ne)는 램프의 전류 밀도(J)와 전자 표류속도와의 관계로부터 얻어진다. 이들 값들이 램프의 구동 방법과 휘도변화에 따라서 어떠한 값을 갖는지를 알아본다.
본 연구에서는 CCFL과 EEFL과 같은 관경이 작은 세관의 램프에서 플라즈마의 밀도와 전자 온도를 진단하는 새로운 방법을 제시하였다. 플라즈마의 밀도와 전자 온도를 얻는 방법에 대한 알고리즘을 그림 8에 정리하였다.
가설 설정
램프의 전체 길이에 대하여 휘도가 비교적 균일하다. 그림 5(b)의 종래 구동은 고전압이 인가된 전극에서 먼저 발광하기 시작하며, 이때 전압 Voe 490 V이다. 램프 중앙까지 발광영역이 확대되었을 때, 전압 Voe 1, 036 V이다.
제안 방법
양단에 고전압을 인가하는 'Center Balance Swing: CBS 구동과 한 쪽에 고전압을 인가하고 다른 쪽은 접지하는 '종래 구동'이다. 이들 두 가지 방식에 따른 발광 형태를 관측하고, EEFL의 플라즈마의 특성을 규정하는 기초 변수인플라즈마의 전자 온도와 밀도를 조사한다.
따라서 발광의 방전관 길이 방향의 전파(propagation)는 전자의 흐름과 관계된다. 이러한 전자의 흐름으로부터 EEFL의 플라즈마공간에서 플라즈마의 기초 변수인 밀도와 전자 온도를 규명한다. 본 절에서는 램프의 길이 방향의 각각의 위치에서 발광 신호를 계측하고 이로부터 발광의 전파 시간을 측정한다.
이러한 전자의 흐름으로부터 EEFL의 플라즈마공간에서 플라즈마의 기초 변수인 밀도와 전자 온도를 규명한다. 본 절에서는 램프의 길이 방향의 각각의 위치에서 발광 신호를 계측하고 이로부터 발광의 전파 시간을 측정한다.
본 절에서는 앞의 2절에서 계측한 발광 전파 속도 Up 와전 자의 표류 속도(drift velocity) Ud의 관계를 얻는다. 그리고 전자의 표류 속도 Up와와 전자의 열속도(thermal velocity) Uth의 관계로부터 전자의 온도(kTe)를 계산한다.
그리고 전자의 표류 속도 Up와와 전자의 열속도(thermal velocity) Uth의 관계로부터 전자의 온도(kTe)를 계산한다. 플라즈마의 밀도(ne)는 램프의 전류 밀도(J)와 전자 표류속도와의 관계로부터 얻어진다.
EEFL의 교류 전원에 의하여 CBS 구동과 종래 구동에서 발광 모우드와 발광의 전파를 관측하였다. 발광의 형태는 고전압이 인가된 전극 쪽에서 접지 쪽으로 발광하는 특징이 있다.
따라서 발광의 전파(propagation)도 고전압부에서 접지 쪽으로 전파한다. 외부전극 형광 램프(EEFL)에서 길이 방향의 발광 신호를 관측하여 양광주 플라즈마의 전자 온도와 밀도를 진단하는 새로운 플라즈마 진단법을 제시하였다. 전자와 중성 원자와의 충돌에 의한 발광의 전파는 고전압이 인가되는 전극 쪽에서 접지 쪽으로 전파한다.
플라즈마의 밀도와 전자 온도를 얻는 방법에 대한 알고리즘을 그림 8에 정리하였다. i) 램프 길이 방향에 대한 각 위치에서 광 프로브(optical probe)를 사용하여 램프의 발광에 의한 광 신호를 오실로스코프로 계측한다. ii) 램프 위치별 광 신호의 시간차로부터 발광 전파 속도 A를 계측한다.
그림 8. 전자 온도와 플라즈마의 밀도를 얻는 방법에 대한 알고리즘을 정리하였다. 전자 온도를 얻는 방법은 다음과 같다.
전자 온도를 얻는 방법은 다음과 같다. 먼저, 램프 길이 방향에 대한 각 위치에서 광 프로브(optical probe)를 사용하여 램프의 발광에 의한 광 신호를 오실로스코브로 계측한다. 그 다음으로 램프 위치별 광신호의 시간차로부터 발광 전파 속도up를 계측한다.
대상 데이터
그림 1(b) 의 종래 구동은 한 쪽 전극에 土 V。전압이 인가되며, 다른 쪽 전극은 접지된다. AC 전원으로는 DC-AC 인버터를 사용하며, 구동 주파수는 약 65 kHz이다. 광 신호는 유리관의 ①, ②, ③ 지점에서 측정한다.
본 실험에서 사용한 방전 램프는 외경이 4.0 mm, 두께가 0.5 mm, 그리고 길이 860 mm의 보로실리케이트 유리이며, 37인치 LCD-TV용 광원이다. 유리관 내벽은 RGB 삼원색의 형광체로 코팅되어 있다.
유리관 내벽은 RGB 삼원색의 형광체로 코팅되어 있다. 방전기체는 네온과 아르곤이 97:3의 비율로 혼합된 기체이다. 또한 방전 램프의 내부압력은 35 Torr이며, 미량의 수은을 포함한다.
본 실험에 사용한 EEFL의 길이는 860 mm, 외경은 4.0 mm, 그리고 두께는 0.5 mm이며, 37" LCD-TV의 광원이며, 구동 주파수는 가장 일반적으로 가장 많이 사용하는 65 kHz이다. EEFL의 일반 사용 휘도 10, 000-15,000 (cd/m2) 에 대하여, 플라즈마의 기초 변수인 전자 온도와 밀도를 얻었다.
이론/모형
실험적인 진단법을 소개한다. EEFL의 유리관 길이 방향의 양광주로부터 빛의 방출 신호를 계측하는 방법을 사용한다. 이 방법은 EEFL과 같은 세관의 내부에 탐침을 삽입하는 직접적인 방법이 아니라 램프 외부에서 빛의 발광 신호를 계측하는 간접 진단법으로서 최초의 방법이다.
성능/효과
46X105 (m/s)이다. 두 가지 구동 방법 모두에서 휘도가 증가할수록 빛 발광의 전파 시간이 짧아지고 전파 속도는 빨라진다.
참고문헌 (14)
D. Joh, D. Gill, H. Kim, Y. Kim, J. Ko, D. Kim, C. Lee, Y. Seo, E. Choi and G. Cho, the 6th Asian Symp. Information Display(ASID), Xi'an, P. R. China, p. 470, (2000)
T. Cho, Y. Kim, N. Kwon, S. Kim, J. Kang, E. Choi, G. Cho: Jpn. J. Appl. Phys. 41, L355, (2002)
G. Cho, J. Lee, D. Lee, S. Kim, H. Song, J. Koo, B. Kim, J. Kang, E. Choi, U. Lee, S. Yang, J. Verboncoeur, IEEE Trans. Plasma Science 33, 1210 (2005)
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