본 논문에서는 최근 3D 콘텐츠의 증가로 다시 주목을 받고 있는 PDP TV를 위한 저가형 구동 시스템을 제안한다. PDP TV의 경우 기체 방전을 이용하여 영상을 표시하는 장치로서 진공 상태의 패널에 수많은 전압을 가하여 플라즈마 상태로 만든 다음 영상 신호에 의하여 영상 및 밝기가 표현된다. 이러한 PDP TV는 많은 전압을 가하기 위하여 3개 전극에 각각 필요한 구동회로 보드가 붙게 되는데, 대 전력을 다루기 때문에 보드 사이즈와 사용되는 소자가 큰 가격을 차지하고 있다. 본 논문에서는 기존의 3개의 보드로 이루어진 구동 시스템을 오방전을 보상하기 위한 어드레스 에너지 회수 구동회로를 포함한 2개 보드로 이루어진 새로운 저가형 PDP TV 구동회로를 제안하고 이를 42인치 HD PDP TV를 통해 검증한다.
진공 인라인 실장기술에 의해 제조된 프라즈마 디스플레이 패널(PDP)의 전기적 및 광학적 특성을 분석하였다. 분석결과, 초기 진공도가 증가함에 따라 발광효율이 증가함을 확인하였다 즉, $1\times10^{-3}$ torr의 진공도인 경우에 대해서는, 동작전압이 235 V(방전가스의 압력을 400 Torr일 경우) 이고 발광효율이 0.8 1n,/W(180 V의 유지전압에 대해) 인데 반해 초기 진공도가 $1\times10^4 torr$일 경우에 대해서는, 동작전압이 215V로 낮아졌고 발광효율은 2.5lm/W로 향상되었음을 확인하였다. 더불어, 진공 인-라인 실장 방법을 이용하여 tip-]ess형 PDP 동작 패널을 성공적으로 제조할 수 있었다.
플라즈마 디스플레이 패널에서는 표현 가능한 회색 준위의 수를 향상시키기 위해 오차 확산 방법이 주로 사용되고 있다. 이 방법은 표현 가능한 회색 준위 수의 증가를 가져오나 오차 확산 과정에서 발생하는 웜라이크 패턴은 오차 확산 처리 이후의 여러 가지 영상 처리 과정을 거치면서 증가되어 화질저하의 요인이 된다. 본 논문에서는 플라즈마 디스플레이 패널의 화질저하를 일으키는 웜라이크 패턴의 증가를 막기 위하여 average picture level 특성을 고려한 화질개선 방법을 제안하였다. 제안한 방법으로 모의실험을 한 결과, 플라즈마 디스플레이 패널의 표현 가능한 회색 준위의 수가 증가되었고, 웜라이크 패턴은 현저히 감소하였으며, 각 회색 준위의 상관 색온도 특성이 균일하게 됨을 확인하였다.
PDP는 우수한 화질과 단순한 패널구조의 장점을 가지고 있으며 50inch 이상 대화면 및 Full HD 구현에 대한 가격 경쟁력도 가지고 있어 다른 여타의 디스플레이 디바이스보다 발전가능성이 매우 크다. 그러나 Full HD를 지원하기 위해서는 방전 셀의 낮은 효율을 얼마나 극복할 수 있는지가 PDP 업계 최대의 문제로 지적되고 있고 현재 연구주제가 되고 있다.
AC PDP(Plasma Display Panel)는 상압에 가까운 압력에서 DBD(Dielectric Barrier Discharge) 방전을 이용한 디스플레이다. AC PDP는 보통 면 방전을 이용하기 때문에 대향 방전과는 다른 방전 현상을 보인다. 본 연구에서는 4인치 test 패널 제작하여 격벽 높이 변화에 따른 방전 현상을 연구하였다. PDP 셀은 $1mm^3$ 보다 작은 크기를 가지고 있기 때문에 방전 현상을 분석하는 것은 쉽지 않다. 그래서 이 연구에서는 2, 3차원 유체 시뮬레이션을 이용하여 실험 결과에 대한 방전 현상을 연구하였다. 테스트 패널을 통하여 정적 마진, 휘도, 소비전력, 발광효율 등을 구하였고, Fluid 시뮬레이션을 통하여 전기장 분포, 하전입자 및 여기종 입자들의 개수 및 밀도 분포, 벽전하 분포 등을 통하여 방전 특성의 경향성을 분석하였다. 격벽 높이가 높아질수록 방전 공간이 넓어지면서 효율이 증가하였으나 $140\;{\mu}m$ 이상의 높이에서는 광 변환 효율이 감소하면서 효율이 오히려 감소하였다.
본 연구에서는 다용도 구동 모사 장치인 VDS(versatile driving simulator)를 이용하여 기존에 상용되고 있는 AC-PDP의 파형 분석 및 구동 파형 최적화를 위한 기초 연구 결과들을 소개한다. 일반적으로 PDP, FED, LCD 등의 평판 표시장치들은 패널 자체의 특성 뿐만 아니라 패널에 인가되는 전압 파형과 구동 방법에 따라 효율 및 화질을 포함한 전체 성능이 크게 좌우된다. 따라서 각 표시장치에 가장 적합한 파형과 구동법을 연구하는 것은 매우 중요한 과제이다. 특히 PDP의 경우 구동 파형이 효율과 화질에 미치는 영향은 절대적이라 해도 과언이 아니다. 그러나 이들 평판 표시장치를 구동하는 상용회로들은 스위칭 회로를 이용한 것이 대부분으로 한 개의 파형 당 한 부분의 회로가 담당하는 형태로 되어 있다. 즉 자유도가 매우 제한되어 있다. 따라서 파형 변화에 따른, 그리고 구동법의 변화에 따른 연구를 하기 위해서는 많은 인력과 시간이 소요된다는 어려움이 있다. 이러한 문제점을 해소하기 위하여 새로운 개념의 구동모사 장치 VDS(versatile driving simulator)를 개발하였다. VDS 시스템은 디지털 기술과 아날로그 기술을 통합하여 제작된 구동 모사장치로써 평판 표시 장치에 인가되는 실제 파형 및 구동법을 손쉽게 변화시킬 수 있으며 이의 결과를 빠르게 확인할 수 있도록 설계되었다.
플라즈마 디스플레이 패널(PDP)는 미소체적의 dielectric barrier discharge (DBD)를 이용한 한 예로 볼 수 있다. PDP 셀은 실험을 통하여 방전 특성을 분석하기에 아주 작은 크기이기 때문에 시뮬레이션을 이용하는 것이 방전 특성을 분석하기에 유용하다. 시뮬레이션 방법 중 유체 시뮬레이션은 높은 압력에서 기체 방전을 분석하기에 아주 유용한 방법이다. PDP 전극 각도를 바꿈으로써 발광 효율을 높일 수 있음이 논문으로 발표 되었다. 이 발표에서는 2차원 유체 시뮬레이션을 사용하여 전극의 각도 변화뿐만 아니라 전극 간격과 압력 변화에 따른 방전 특성 변화를 연구하였다. 평판 전극의 각도 변화에 따라 전기장 세기, 방전 공간 내 전하 및 여기된 입자수 및 분포, 방전 개시 전압 등의 진단을 통하여 결과를 분석하였다. 전극 간격이 길어질수록 convex 구조의 효율 증가가 크게 나타났으며 압력이 커질수록 concave 구조의 효율 증가가 크게 나타났다.
플라즈마 디스플레이 패널(PDP)은 공정 절차가 간단하고 가격 경쟁력이 매우 뛰어나 일찌감치 대형 평판 디스플레이 시장을 주도해 왔으며 빠른 응답 속도를 기반으로 한 생생한 화질의 구현으로 3D TV 시장에서도 꾸준한 사랑을 받고 있다. 향후 더 큰 화면을 요구하는 PID(Public Information Display) 시장에서도 PDP 는 두각을 나타낼 수 있을 것으로 보인다. 하지만 PDP 는 여전히 LCD, OLED 등의 디스플레이에 비해 발광 효율이 낮고 소비 전력이 높다는 단점을 가지고 있다. 또한 미국 환경청(EPA)과 에너지부(DOE)가 공동으로 마련한 전자 제품의 효율 등급제인 에너지 스타(Energy Star) 제도가 끊임없이 개편되면서 소비 전력에 대한 규제가 점차 강화되고 있기 때문에 발광 효율 및 소비 전력 특성의 개선은 현재 PDP 업계가 해결해야 할 가장 중요한 과제라고 할 수 있다. 발광 효율의 개선과 관련하여 최근에는 PDP의 보호막으로 널리 쓰이고 있는 MgO 보다 2차 전자 방출 계수가 높아 PDP의 구동 전압을 낮추는 동시에 휘도와 발광 효율 특성을 개선시킬 수 있는 신 보호막에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. MgO를 대체 가능한 신 보호막으로 언급되는 물질은 SrO 혹은 CaO 등이 대표적이다. 하지만 이러한 물질들은 공기 및 수분에 대한 용해도가 높기 때문에 증착된 막이 이후의 공정 과정(합착 및 가열 배기 등)에서 대기 중에 노출 될 경우 심하게 변질될 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 신 보호막 위에 기존의 MgO 보호막을 얇게 증착하여 공기로부터의 접촉을 차단하거나 펠렛을 제조하는 과정에서 MgO 에 신 보호막 물질을 소량만 첨가하는 등의 방법들이 제안되어 왔으며 그 결과 기존의 PDP 대비 구동 전압을 낮추고 발광 효율을 획기적으로 개선하는데 성공한 결과들이 지속적으로 보고되고 있다. 하지만 신 보호막이 공기 및 수분에 민감한 만큼, 고온의 공정으로 인해 PDP의 하판 유리로부터 상판에 증착된 박막으로 확산되는 불순물에 의해서도 오염되며 이 역시 신 보호막의 특성을 구현하는데 방해 요소로 작용한다. 본 연구에서는 PDP 하판의 불순물이 상판의 박막으로 확산되는 것을 방지하고자 하판 형광체 인쇄전 PECVD 증착법으로 확산 방지막을 1 가량 형성하였다. 이후 SIMS 분석을 통하여 하판 불순물의 확산이 효과적으로 차단됨을 확인하였고 신 보호막의 오염을 최소화하여 결과적으로 PDP의 구동 전압을 낮추고 효율을 획기적으로 개선하는데 기여할 수 있음을 확인하였다.
플라즈마 디스플레이 패널의 대량 생산을 목전에 두고, 대화면 평판 디스플레이 시장의 주도권 확보를 위한 거대 기업들간의 치열한 경쟁이 벌어지고 있다. 특히 일본의 Fujitsu와 NEC는 이미 42" 패널의 양산용 공장을 가동중이며, 국내 가전 3사는 금년봄부터 본격 판매에 들어가지 시작했다. 이러한 환경에도 불구하고, PDP가 디스플레이 시장에서 경쟁우위를 차지하기 위해서는 발광효율, 소비전력 등 기술적 측면과 가격 경쟁력을 확보하기 위한 양산기술 개발이 절실하다. 이러한 때에, PDP 개발의 역사와 기술에 대하여 알아보고, 향후 해결 해야할 과제들을 알아본다.알아본다.
최근에 각광받는 영상표시 장치인 LCD와 PDP는 Progressive 방식으로 영상을 표시하며 화질 또한 SD에서 HD로 바뀌었다. 따라서 대용량의 데이터를 빠른 시간에 FPD 패널로 전송해야 하며 이를 위해 LVDS 전송 방법을 사용한다. 대부분의 화질 테스트 장비들은 빠른 데이터 전송을 위해 내부에 저장되어 있는 특정 패턴들만 LVDS 신호로 바꾸어 패널로 전송하게 되며 저장되어 있는 영상을 움직이는 것도 제한적이다. 하지만 LCD 패널의 응답속도, PDP 패널의 DFC등을 테스트 하기 위해서는 다양한 패턴이 필요하며 영상의 움직임 또한 자유롭게 조절할 수 있어야 한다. 따라서 본 논문에서는 다양한 패턴을 다운로드받아서 표시할 수 있는 테스트 장비를 설계하고 USB를 통해 테스트 장치 컨트롤 및 이미지 다운로드를 할 수 있는 프로그램을 설계하여 고정세 FPD의 화질을 테스트 할 수 있는 시스템을 구현하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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