[논문]고효율 PDP 기술

황기웅; 권오형; 정희운

고효율 PDP 기술 원문보기

인포메이션 디스플레이 = Information display, v.13 no.3, 2012년, pp.2 - 10

황기웅 (서울대학교 전기.컴퓨터 공학부) , 권오형 (서울대학교 전기.컴퓨터 공학부) , 정희운 (서울대학교 전기.컴퓨터 공학부)

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문제 정의

본 특집에서는 차세대 고효율 PDP 실현을 위해 최근 몇 년간 PDP 학계 및 업계에서 집중적으로 연구개발 중에 있는 신보호막과 관련된 핵심 기술들에 대해 두루 살펴보고, 아울러 신보호막의 높은 2차 전자 방출 특성으로 방전 개시 전압을 대폭 낮출 수 있다는 점을 적극적으로 활용하여 high-Xe content gas를 주입한 신보호막 PDP를 고속 구동할 수 있는 기술에 대해 소개하고자 한다.
본 특집에서는 차세대 고효율 PDP 실현을 위해 현재 학계 및 업계에서 주로 연구하고 있는 신보호막의 방전 메커니즘과 관련 핵심 기술들에 대해 살펴보고 high-Xe PDP의 고속 구동이 가능한 기술들에 대해 소개하였다. 신 보호막의 적용을 통하여 기존 공정 시스템의 변화 없이 PDP의 방전 개시 전압을 낮추고 고효율을 실현할 수 있으며 특히 high-Xe gas를 주입하였음에도 기존의 MgO를 적용한 low-Xe PDP 대비 방전 전압이 동등 수준으로 유지되면서도 효율은 획기적으로 상승할 수 있다.
또한 응답 속도가 느릴 경우, 3D 영상에서 피사체의 경계가 겹쳐 이미지가 흐릿하게 보이는 crosstalk 현상이 심해지는 문제가 있기 때문에 PDP의 응답 속도 개선 혹은 Address에 할당되는 시간의 최소화는 PDP의 고효율 실현만큼이나 중요한 문제다. 이 장에서는 보호막에 의한 secondary emission을 적극적으로 활용하여 Address방전 지연 시간을 획기적으로 개선할 수 있는 파형 기술과 방전의 통계적 지연 시간(Statistical time lag, Ts) 을 단축시킬 수 있는 MgO nano-powder기술 등을 소개하고자 한다.

제안 방법

또한, 보호막 표면에서 Na와 K와 같은 불순물 존재를 최소화 시킬 수 있는 확산 방지막을 SrO-MgO 이중 보호막과 상판 유전체 사이에 추가적으로 적용하였다[그림 4]. 보호막 표면에서의 불순물의 감소는 SrO의 2차 전자 방출 특성을 향상시킬 수 있어 매우 짧은 aging 시간만으로도 방전 전압이 크게 감소하는 효과를 보이고, 발광 효율 역시 기존 MgO 보호막을 적용한 PDP보다 크게 상승하였다^[7].
실제로 high-Xe gas를 적용한 신보호막 PDP에 nanopowder의 도포 효과를 살펴보기 위해 테스트 패널을 제작하였다. 제안된 negative ramp를 가지는 파형을 인가하여 동일한 60V의 어드레스 전압에서 방전 지연 특성을 비교해 볼 경우 [그림 12]와 같이 nano-powder를 도포한 패널의 통계적 지연 시간이 도포하지 않은 패널에 비해 더욱 단축되었음을 확인할 수 있다^[16].
. 특히, 신보호막은 MgO보다 2차 전자 방출계수가 높기 때문에 negative ramp를 가지는 파형이 더 효과적일 수 있을 것이라 기대할 수 있는데 이를 검증하기 위해 동일 Xe 함량을 갖는 가스 조건에서 MgO 패널 및 신보호막 패널에서의 동마진 및 어드레스 방전 지연 시간 특성을 비교해보았다. [그림 10]은 각 패널에 기존의 positive ramp를 가지는 파형과 negative ramp를 가지는 파형을 인가하였을 때의 구동 특성을 보여주고 있다.

성능/효과

[그림 10]은 각 패널에 기존의 positive ramp를 가지는 파형과 negative ramp를 가지는 파형을 인가하였을 때의 구동 특성을 보여주고 있다. MgO 패널 및 신보호막 패널 모두 negative ramp를 가지는 파형을 인가하였을 때 어드레스 전압 마진이 높고 어드레스 방전 지연 시간이 단축되는 결과를 보이고 있다. 또한 기대한 바와 같이 MgO 패널보다는 신보호막 패널의 개선 효과가 뚜렷하다는 사실을 관찰할 수 있다.
결과적으로, Reset 방전을 효과적으로 제어할 수 있는 파형을 디자인하고 exoelectron을 활용한 nano-powder를 패널에 적용함으로써 high-Xe 가스를 주입한 패널이라고 하더라도 기존의 low-Xe 가스를 주입한 MgO 패널과 동등한 개수의 subfield 구동이 가능하다. High-Xe gas를 가지는 신보호막 PDP에 대해서도 좀 더 밀도 있는 연구가 이루어진다면 실제로도 제품에 적용 가능하여 EPA의 엄격한 에너지 소비 규제에도 효과적으로 대응할 수 있을 것으로 기대된다.
Sr(OH)₂와 SrCO₃에서 SrO를 분리하기 위해서는 700℃ 이상의 온도로 가열해야 하므로, 일반 PDP 공정에서는 SrO의 decomposition이 불가능하다. 따라서 PDP 공정 과정 중에 SrO를 대기로 부터 보호하기 위한 보조 보호막으로 MgO를 사용한 것이며 그 결과, 주 보호막인 SrO가 막의 변질 없이 형성되었고, 패널의 방전 전압과 효율 특성은 크게 향상되었다. SrO 보호막 패널은 Xe 함량이 50%까지 증가하여도 Xe 함량이 10%인 MgO 보호막 패널과 유사한 구동 전압 범위를 보이고 [그림 2], 발광 효율은 약 2~3배 가까이 상승하였다[그림 1] ^[6].
Xe 함량을 증가시키면, VUV를 방출하는 소스의 절대량이 상승하고, 전자의 평균 에너지가 감소하여 Xe 여기화 반응이 상승한다^[1]. 따라서, PDP의 발광 효율은 Xe 함량이 증가할수록 상승한다. 2000년대 초반부터 고효율을 달성하기 위해서 high-Xe content gas 를 가진 PDP의 발광 효율 특성에 대한 연구들이 활발히 진행되었다^[2-4].
신 보호막의 적용을 통하여 기존 공정 시스템의 변화 없이 PDP의 방전 개시 전압을 낮추고 고효율을 실현할 수 있으며 특히 high-Xe gas를 주입하였음에도 기존의 MgO를 적용한 low-Xe PDP 대비 방전 전압이 동등 수준으로 유지되면서도 효율은 획기적으로 상승할 수 있다. 또한 secondary emission surface에 최적화된 파형 설계를 통하여 high-Xe gas가 사용되었음에도 기존의 MgO를 적용한 low-Xe PDP와 동등한 수준의 고속 구동이 가능할 수 있음을 확인하였다.
MgO 패널 및 신보호막 패널 모두 negative ramp를 가지는 파형을 인가하였을 때 어드레스 전압 마진이 높고 어드레스 방전 지연 시간이 단축되는 결과를 보이고 있다. 또한 기대한 바와 같이 MgO 패널보다는 신보호막 패널의 개선 효과가 뚜렷하다는 사실을 관찰할 수 있다.
본 특집에서는 차세대 고효율 PDP 실현을 위해 현재 학계 및 업계에서 주로 연구하고 있는 신보호막의 방전 메커니즘과 관련 핵심 기술들에 대해 살펴보고 high-Xe PDP의 고속 구동이 가능한 기술들에 대해 소개하였다. 신 보호막의 적용을 통하여 기존 공정 시스템의 변화 없이 PDP의 방전 개시 전압을 낮추고 고효율을 실현할 수 있으며 특히 high-Xe gas를 주입하였음에도 기존의 MgO를 적용한 low-Xe PDP 대비 방전 전압이 동등 수준으로 유지되면서도 효율은 획기적으로 상승할 수 있다. 또한 secondary emission surface에 최적화된 파형 설계를 통하여 high-Xe gas가 사용되었음에도 기존의 MgO를 적용한 low-Xe PDP와 동등한 수준의 고속 구동이 가능할 수 있음을 확인하였다.
실제로 high-Xe gas를 적용한 신보호막 PDP에 nanopowder의 도포 효과를 살펴보기 위해 테스트 패널을 제작하였다. 제안된 negative ramp를 가지는 파형을 인가하여 동일한 60V의 어드레스 전압에서 방전 지연 특성을 비교해 볼 경우 [그림 12]와 같이 nano-powder를 도포한 패널의 통계적 지연 시간이 도포하지 않은 패널에 비해 더욱 단축되었음을 확인할 수 있다^[16].

후속연구

결과적으로, Reset 방전을 효과적으로 제어할 수 있는 파형을 디자인하고 exoelectron을 활용한 nano-powder를 패널에 적용함으로써 high-Xe 가스를 주입한 패널이라고 하더라도 기존의 low-Xe 가스를 주입한 MgO 패널과 동등한 개수의 subfield 구동이 가능하다. High-Xe gas를 가지는 신보호막 PDP에 대해서도 좀 더 밀도 있는 연구가 이루어진다면 실제로도 제품에 적용 가능하여 EPA의 엄격한 에너지 소비 규제에도 효과적으로 대응할 수 있을 것으로 기대된다.
현재의 PDP 산업은 에너지 소비 규제에 대응해야 할 뿐만 아니라 올해 안에 양산이 가능하다고 알려진 OLED TV에 대한 경쟁력을 확보해야 하는 과제도 안고 있다. 그 어떤 분야보다도 역동적이고 빠르게 변화하고 있는 디스플레이 산업에서 PDP가 지속적인 시장 경쟁력을 유지하기 위해서는 꾸준한 투자 및 신보호막과 같은 핵심 기술에 대한 적극적인 연구개발이 이루어져야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	PDP의 보호막은 어떠한 역할을 수행하는가?	PDP의 보호막은 유전체를 보호하는 역할뿐만 아니라, 방전 공간에 2차 전자를 공급하는 역할도 한다. PDP에서 보호막에 의해 2차 전자가 방출되는 과정은 Auger 중화 반응에 의한 방출 메커니즘으로 설명할 수 있다.
	PDP에서 Xe의 함량을 증가시키면 어떤 결과가 나타나는가?	PDP는 Xe을 VUV 방출의 주된 소스로 사용한다. Xe 함량을 증가시키면, VUV를 방출하는 소스의 절대량이 상승하고, 전자의 평균 에너지가 감소하여 Xe 여기화 반응이 상승한다[1]. 따라서, PDP의 발광 효율은 Xe 함량이 증가할수록 상승한다.
	PDP의 장점은 무엇인가?	PDP는 일본에서는 NHK, Hitachi, Fujitsu 등의 회사들이 70년대 초반부터, 한국에서는 삼성전관 (現 삼성 SDI), LG전자, 오리온 전기가 90년대 중후반 이후부터 개발에 착수한 이래로 방전 가스, 셀 구조, 전극 구조, 구동 파형 등의 다양한 인자들에 대한 연구개발을 통해 기술적인 진보를 거듭해 왔다. 또한 PDP는 공정이 간단하고 대형화에 유리하며 최근에는 상당 부분 재료의 자체 수급이 이루어져 가격 경쟁력이 뛰어나다는 장점이 있다. 최근에는 2009년 영화 ‘아바타’의 성공과 함께 3D 콘텐츠에 대한 수요가 급증하면서 빠른 반응 속도를 기반으로 생생한 3D 이미지를 구현할 수 있다는 PDP 장점이 추가적으로 각광을 받고 있다.

참고문헌 (22)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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