Recently, alternating current plasma display panels (AC PDPs) and liquid crystal displays (LCDs) have been sweep the flat panel market. These devices use the plasma discharge for light source by itself or by back light unit (BLU). As the size of flat panel displays become larger, additional effort is needed in order to improve the plasma efficiency related to the power consumption.
To improve the plasma efficiency, this work investigated the two promising devices. One is plasma display device with an auxiliary electrode. And the other is hollow cathode device.
The structure with an auxiliary electrode showed high plasma efficiency. But, the exact mechanism remains unknown. Therefore, this work classified the discharge modes and investigates wall charge behaviors for a better understanding of phenomena in a cell of the microplasma device with an auxiliary electrode.
There are three discharge modes which are mode 1, mode 2 and mode 3 in the proposed structure with an auxiliary electrode. And the high luminous efficacy was achieved when panel works in mode 1 or 2. In mode 1 or mode 2, the small amount of wall charges are erased by auxiliary pulse applied in afterglow region. So, discharge current is decrease. And, auxiliary pulse enhanced the number of excited particles. Consequently the luminous efficacy was improved. In mode 3, there occurs strong discharge when auxiliary pulse applied. By this strong discharge, the wall charges on the auxiliary electrode are inversed. And, luminous efficacy was not improved in this mode. Therefore high luminous efficacy was achieved only in mode 1 and mode 2.
To extend high efficacy region, which are mode 1 and mode 2, this work investigated the tendency in terms of coplanar gap, gas pressure and plate gap. From the measured results, the high efficiency region was extended when pressure was lower and plate gap was higher.
To improve plasma efficiency, another novel structure with micro-hollow electrode was proposed and investigated. In this structure, various luminous efficacy was achieved with various hole specifications.
The luminous efficacy was investigated in accordance with the diameter and the depth of the hole. The diameter of the cylindrical micro-hollow electrode was varied from 30㎛ to 100㎛. And the depth of the cylindrical micro-hollow cathode was also varied from 30㎛ to 150㎛. In terms of the diameter and the efficiency, high efficiency was achieved when the $p \bullet d$ (gas pressure * hole diameter) was less than 1. In terms of the depth and the efficiency, there exists a certain condition for the highest efficiency at an each fixed diameter.
최근 PDP(Plasma Display Panel)와 LCD(Liquid Crystal Display)가 대형 평판 디스플레이 시장을 석권하고 있다. 이 디스플레이 소자들은 CRT(Cathode Ray Tube) 보다 얇고 가벼우며 대화면 제작의 용이성을 장점으로 하여 무섭게 성장해가고 있다. 그러나 이들은 CRT에 비해 화질, 가격, 전력 효율의 면에서 아직 개선해야 할 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 여러 연구가 진행되고 있으며, 본 논문에서는 전력 효율의 향상을 목표로 하여 연구를 진행하였다.
PDP(Plasma Display Panel)의 경우 플라즈마 방전에 의해 발생되는 VUV를 이용하여 형광체를 여기시켜 가시광선을 만들어 낸다. LCD(Liquid Crystal Display)는 스스로 빛을 내지 못하므로 BLU(Back Light Unit)을 필요로 하는데, 이 때문에 LCD의 효율은 필연적으로 BLU의 효율에의해 결정된다. 최근 LCD의 BLU(Back Light Unit)로 FFL(Flat Fluorescent Lamp)이 각광을 받고 있는데, FFL역시 기본적인 동작 원리가 PDP와 동일 하다. 이 때문에 플라즈마 발생 효율을 향상시키는 것은 결과적으로 PDP와 LCD의 효율을 모두 향상 시킬 수 있는 길이 된다. 플라즈마 발생 효율을 증가시키기 위한 노력의 일환으로 FEEL(Fourth Electrode for enhancing the Excitation rate in a Long Coplanar gap) 구조가 제안되었으며 이 구조를 이용한 패널은 12lm/W를 상회하는 효율을 보였다. 하지만 FEEL가 가지는 고효율에 대한 구체적인 원리에 대해서는 구체적으로 연구된 바가 없다. 이에 본 논문에서 AC 플라즈마 발생 소자의 원리를 파악하는 가장 기본적인 척도가 되는 벽전하의 변화 양상을 살펴보는 것으로 FEEL 구조의 고효율 원리를 분석하고 고효율 동작 범위를 정의하였다. 나아가서 고효율 동작 범위를 넓히기 위한 일련의 실험이 진행되었다.
FEEL 구조의 소자는 유지 전극에 인가되는 전압과 보조 전극에 인가되는 전압의 변화에 따라 크게 세 가지 서로 다른 방전 양상을 보인다. 이러한 방전 양상을 IR peak time과 Current peak time에 따라 분류하면 모드1, 모드2 그리고 모드3로 분류되는데, 모드1의 경우 전류가 감소하면서 current peak time이 감소하는 경우로 정의되며, 모드2는 전류가 감소하면서 current peak time이 증가하는 경우로 정의된다. 그리고 모드3은 전류와 current peak time 모두가 증가하는 경우로 정의된다. 이 중 소자가 모드1 혹은 모드2로 동작할 때 높은 효율을 보이는데, 이때에는 보조 전극의 전압에 의해 방전 공간 내부의 벽전하를 감소시켜 전류의 크기를 줄인다. 이와 동시에 여기종들의 숫자를 증가시켜 결과적으로 효율의 증가가 이루어진다.
중공 음극 효과는 방전 공간 내부의 전자를 회전시켜 플라즈마 발생 효율을 증가하는 현상이다. 이 현상을 이용하여 플라즈마 발생 효율을 증가시키기 위한 모델을 제안하였다. 제안된 구조의 소자를 측정하여 중공의 깊이와 직경에 따라 다양한 효율 양상을 볼 수 있었다. 우선, 직경에 대해서는 $p \bullet d$ 값이 1보다 작은 경우에 높은 효율을 보였으며, 깊이에 대해서는 가스 압력과 깊이의 곱이 특정한 값을 가질 경우에 높은 효율을 보였다.
