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문제 정의
- 본 논문에서는 TiO2 또는 MgO를 상판의 MgO 보호층 위나 하판의 형광체 위에 도포하여 그 방전 특성의 변화를 연구하였다. 제작된 각 샘플들의 방전개시전압, 방전유지전압 및 방전전류는 거의 변화가 없었다.
- TiO2, Al2O3, SiO2 등을 사용하여 기존 MgO 의 전기음성도를 변화시키는 실험을 통하여 성능을 개선하는 방법이 활발히 연구되고 있다[8-10]. 하지만 대부분의 이런 연구는 방전효율을 극대화하기 위한 실험이었고 본 논문에서는 기존의 전기-광학적인 특성을 유지하면서 방전 시간을 줄일 수 있는 방법을 연구하였다.
제안 방법
- 한 개의 어드레스 펄스파형은 3㎲를 가지고, 이 파형 내에서 방전늦음시간을 측정하였다. 본 연구에서는 제작한 테스트 패널의 방전개시전압, 방전유지전압, 휘도, 효율, 전류 및 방전늦음시간을 측정하였다.
- 서스테인 전극에 20㎑의 사각파형을 입력하여 방전개시전압 “Vf” 와 방전유지전압 “Vs” 를 측정하였다.
- 방전시간 늦음은 ADS 파형의 어드레스 구간에서 일어나는 광파형을 측정하여 계측하였고, 특히 통계적 시간 늦음은 2000번의 방전을 일으켜서 이의 평균값을 측정하였다. 어드레스 구간에서 일어나는 방전은 전류량이 매우 약해서 전류 프루브로는 계측이 불가능하기 때문에 방전이 일어날 때 생성되는 광을 계측하였다. 방전늦음시간의 측정을 위해 그림 2에 나타낸 어드레스와 디스플레이를 따로 구현하는 ADS (address-display separate) 파형을 사용하였다.
- 이를 위해 본 연구에서는 액상 TiO2 또는 MgO를 기존의 DBD 셀의 상판의 MgO 보호막 위와 하판의 형광체 위에 분사하여 상판과 하판의 표면전하를 변화시켜감에 따른 전기적 및 광학적 특성을 살펴보고, 나아가 어드레스 방전 시간의 변화를 측정해 보았다.
- 전압을 증가시켜가며 전체 패널 중 한 셀이 켜지는 순간의 전압을 “Vf_min” 이라고 하고 모든 셀이 켜지는 전압을 “Vf_max”, 모든 셀을 켠 후 전압을 감소시켜가며 한 셀이 꺼지는 순간의 전압을 “Vs_max”, 모든 셀이 꺼지는 전압을 “Vs_min” 이라고 한다. 전압과 전류는 디지털 오실로스코프를 사용하여 측정하였고, 샘플들의 휘도는 Tocon 사의 BM-7 휘도계를 사용하였다. 방전시간 늦음은 형성적 시간 늦음 (Formative Time Lag)와 통계적 시간 늦음 (Statistical Time Lag)의 합이 되고, 형성적 방전 늦음은 파형이 인가되면 셀 내부의 구조와 유전율 등에 의해 방전이 일어나는 순간의 시간이고, 통계적 시간 늦음은 매 파형이 인가될 때마다 방전이 일어나는 시간의 평균값을 나타낸 것이다.
- 3㎳의 파형에서 8개의 서브필드로 나뉘어져 있는 중의 1개 파형이고, 모든 8개의 파형은 모두 리셋구간에서 100㎲ 의 rising time 과 150㎲의 falling time 을 가지며 1㎳의 어드레스 타임을 가지고 있으며, 서스테인 구간에서의 펄스파형의 개수를 달리하여 전체 구현되는 밝기를 조절한다. 한 개의 어드레스 펄스파형은 3㎲를 가지고, 이 파형 내에서 방전늦음시간을 측정하였다. 본 연구에서는 제작한 테스트 패널의 방전개시전압, 방전유지전압, 휘도, 효율, 전류 및 방전늦음시간을 측정하였다.
대상 데이터
- 실험을 위하여 42인치 XGA급 해상도 (1024×768)에 해당하는 셀 사이즈와 동일한 크기의 DBD 셀을 제작하였고, 보다 높은 정확도를 위하여 모든 실험결과는 3장의 테스트 패널을 제작하여 그 결과의 평균값을 나타내었다.
- 표 1은 4인치로 제작한 패널의 스펙을 나타낸 것이다. 테스트 패널은 상판과 하판의 2층 구조로 이루어져 있으며, 상판은 서스테인 전극과 유전체 위에 MgO 보호막이 증착되어 있고, 하판은 방전을 제어하기 위한 어드레스 전극과 유전체위에 각각의 격벽으로 셀들을 구분하게 되고 이 위를 형광체가 도포되어 색을 구현하게 하였다. 이렇게 제작된 상판과 하판을 합착한 후 Ne + Xe (8[%]) 이원가스를 400[torr] 주입하게 된다.
데이터처리
- 방전시간 늦음은 형성적 시간 늦음 (Formative Time Lag)와 통계적 시간 늦음 (Statistical Time Lag)의 합이 되고, 형성적 방전 늦음은 파형이 인가되면 셀 내부의 구조와 유전율 등에 의해 방전이 일어나는 순간의 시간이고, 통계적 시간 늦음은 매 파형이 인가될 때마다 방전이 일어나는 시간의 평균값을 나타낸 것이다. 방전시간 늦음은 ADS 파형의 어드레스 구간에서 일어나는 광파형을 측정하여 계측하였고, 특히 통계적 시간 늦음은 2000번의 방전을 일으켜서 이의 평균값을 측정하였다. 어드레스 구간에서 일어나는 방전은 전류량이 매우 약해서 전류 프루브로는 계측이 불가능하기 때문에 방전이 일어날 때 생성되는 광을 계측하였다.
이론/모형
- 어드레스 구간에서 일어나는 방전은 전류량이 매우 약해서 전류 프루브로는 계측이 불가능하기 때문에 방전이 일어날 때 생성되는 광을 계측하였다. 방전늦음시간의 측정을 위해 그림 2에 나타낸 어드레스와 디스플레이를 따로 구현하는 ADS (address-display separate) 파형을 사용하였다. 그림에 나타낸 파형은 전체 16.
성능/효과
- 그러나 셀 내부에 TiO2 또는 MgO를 도포하게 되어 광투과도가 떨어져 셀에서 생성되는 휘도의 방사는 10% 정도 감소하였고, 이로 인해 광효율 역시 감소하게 되었다. 그러나 DBD 셀을 동작하게 되는 동작 최소 전압부근에서는 그 효율이 1~4% 정도로 기준 샘플 1에 비해 기본적인 방전 특성은 큰 차이가 없는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 방전 셀 내부의 구조와 유전율이 거의 동일하기 때문에 어드레스 방전의 형성적 시간 늦음은 거의 차이가 없었지만, 통계적 방전시간 늦음은 MgO 보호층이나 형광체와 같은 방전전극 사이의 재료들의 전기음성도와 매우 밀접한 관계가 있기 때문에 샘플 2와 5의 경우에 40% 까지 줄어들었다.
- 또한, 방전 셀 내부의 구조와 유전율이 거의 동일하기 때문에 어드레스 방전의 형성적 시간 늦음은 거의 차이가 없었지만, 통계적 방전시간 늦음은 MgO 보호층이나 형광체와 같은 방전전극 사이의 재료들의 전기음성도와 매우 밀접한 관계가 있기 때문에 샘플 2와 5의 경우에 40% 까지 줄어들었다. 따라서 각각의 테스트 패널에 인가되는 파형의 변화 없이도 MgO 표면의 전기음성도를 조절하여 통계적 방전 시간을 컨트롤할 수 있게 되었고, 셀의 정세도가 더욱 요구되는 고화질의 영상을 구동할 때 어드레스에 사용되는 시간적 소모를 줄이게 되어 더욱 고화질을 구현할 수 있게 된다.
- 따라서 제시된 이번 연구는 기존 DBD 셀에 TiO2 또는 MgO 를 상·하판에 분포하면서도 기존의 방전특성은 크게 변하지 않는 것을 확인할 수 있다. 따라서 각각의 테스트에 인가되는 파형의 변화 없이도 ADS 파형을 인가하여 구동하는 것이 가능한 것을 확인할 수 있다.
- 따라서 제시된 이번 연구는 기존 DBD 셀에 TiO2 또는 MgO 를 상·하판에 분포하면서도 기존의 방전특성은 크게 변하지 않는 것을 확인할 수 있다.
- 그림 4는 각 샘플들의 구동 전압에 따른 방전전류의 변화를 나타내었다. 상판에 TiO2 또는 MgO를 분포한 샘플 2와 샘플 4의 패널의 방전전류는 기준 패널에 비해 약 1~2% 정도 약간 증가하였고, 하판에 TiO2를 분포한 샘플 3 패널은 1% 정도 감소하였다. 따라서 기존의 DBD 셀의 기본적인 정적특성을 거의 변화 시키지 않으면서도 개선된 특성을 얻을 수 있다.
- 상판의 서스테인 전극에 20㎑의 사각파형을 인가하였으며 패널의 정적마진을 결정하는 “Vf_min” 과 “Vs_max” 값의 특성을 비교해보면 상판에 TiO2 또는 MgO 를 분포한 샘플 2와 샘플 4의 패널의 방전개시전압이 기준 패널인 샘플 1의 방전개시전압에 비해 0~3V 정도 약간 증가하였고, 방전유지전압 역시 약간 증가하여 상판에 TiO2 또는 MgO 를 분포한 경우에는 정적 구동 특성에 큰 변화가 없는 것을 확인할 수 있었다.
- 입력된 전력에 비해 방사되는 휘도의 비율로 휘도효율을 구하였으며, 휘도의 특성에 따라 전체적인 효율이 다소 감소하였다. 실제 DBD 셀을 구동하는 전압은 회로의 단가를 위하여 최대한 낮은 전압에서 구동되므로 휘도효율은 기준 샘플 1에 비해 1~4% 정도 감소하였다. 따라서 제시된 이번 연구는 기존 DBD 셀에 TiO2 또는 MgO 를 상·하판에 분포하면서도 기존의 방전특성은 크게 변하지 않는 것을 확인할 수 있다.
- 그림 6은 구동 전압에 따른 휘도효율의 특성을 나타내었다. 입력된 전력에 비해 방사되는 휘도의 비율로 휘도효율을 구하였으며, 휘도의 특성에 따라 전체적인 효율이 다소 감소하였다. 실제 DBD 셀을 구동하는 전압은 회로의 단가를 위하여 최대한 낮은 전압에서 구동되므로 휘도효율은 기준 샘플 1에 비해 1~4% 정도 감소하였다.
- 또는 MgO를 상판의 MgO 보호층 위나 하판의 형광체 위에 도포하여 그 방전 특성의 변화를 연구하였다. 제작된 각 샘플들의 방전개시전압, 방전유지전압 및 방전전류는 거의 변화가 없었다. 그러나 셀 내부에 TiO2 또는 MgO를 도포하게 되어 광투과도가 떨어져 셀에서 생성되는 휘도의 방사는 10% 정도 감소하였고, 이로 인해 광효율 역시 감소하게 되었다.
- 따라서 기존의 DBD 셀의 기본적인 정적특성을 거의 변화 시키지 않으면서도 개선된 특성을 얻을 수 있다. 즉, MgO 및 TiO2의 물성특성이 방전전류에 크게 영향을 미치지 않는 것을 알 수 있었다.
- 그러나 샘플 2와 5번의 경우 약 40% 정도 통계적 시간 늦음이 감소하였다. 즉, 상판의 MgO 보호층위에 TiO2를 도포하거나 하판의 형광체 위에 MgO 를 도포한 경우 방전시간 늦음 특성이 가장 좋았다. 도포된 TiO2 또는 MgO는 기존보다 더욱 음전하를 유도하여 기존의 공급된 전압보다 상대적으로 더욱 큰 전압차가 나타나게 되어 방전시간 늦음 특성을 개선하게 된다.
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