세관 양광주 방전에서 플라즈마 확산의 완전 해

김동준,정종문,김정현,황하청,정재윤,조윤희,임현교,구제환,최은하,조광섭,Jin, D.J.,Jeong, J.M.,Kim, J.H.,Hwang, H.C.,Chung, J.Y.,Cho, Y.H.,Lim, H.K.,Koo, J.H.,Choi, E.H.,Cho, G.S. 한국진공학회 2010 Applied Science and Convergence Technology Vol.19 No.1

관경이 수 mm인 세관 램프 내부에서 플라즈마의 확산을 조사하기 위하여 이극성(ambipolar) 확산방정식을 해하였다. 반경 방향의 확산에 의한 유리관 벽에서의 플라즈마 소멸 특성시간은 $\tau_r\;=\;(r_0/2.4)^2/D_a$로 주어진다. 반경 $r_0{\sim}1\;mm$이고 이극성 확산계수 $D_a{\sim}0.01\;m^2/s$ 이면, $\tau_r{\sim}17\;{\mu}s$이다. 이는 램프의 교류전원 구동에서 플라즈마를 유지하기 위한 구동 최소 주파수 ~30 kHz에 해당한다. 고전압이 인가되는 전극부에 발생한 고밀도의 플라즈마가 양광주로 확산되는 특성시간은 $\tau_z{\sim}0.1\;s$이다. 고밀도 플라즈마 경계에서의 시간에 대한 확산속도는 $t{\sim}10^{-6}\;s$일 때 $u_D{\sim}10^2\;m/s$이고, $t{\sim}10^{-3}\;s$이면 그 속도는 $u_D{\sim}1\;m/s$로 느려진다. 따라서 램프 길이 ~1 m에 대하여 전극부에서 생성된 고밀도 플라즈마가 양광주 전체로 확산되는 시간은 수 초가 걸린다. The ambipolar diffusion equation has been solved in a fine-tube lamp of a few mm in diameter. In the diffusion of radial direction, the plasma diffuses and vanishes away at the glass wall by recombination with the characteristic time of plasma loss is given by $\tau_r\;=\;(r_0/2.4)^2/D_a$. With the radius $r_0{\sim}1\;mm$ and the ambipolar diffusion coefficient $D_a{\sim}0.01\;m^2/s$, the vanishing time is calculated $\tau_r{\sim}10\;{\mu}s$ which corresponds to the least value of frequency 30 kHz for the sustaining the plasma in the operation of high voltage AC-power. In the diffusion of longitudinal z-direction, a high density plasma generated at the area of a high voltage electrode, diffuses into the positive column with the characteristic time $\tau_z{\sim}0.1\;s$. The plasma diffusion velocity at the boundary of high density plasma is $u_D{\sim}10^2\;m/s$ at the time $t{\sim}10^{-6}$ s and the diffusion velocity becomes slow as $u_D{\sim}1\;m/s$ at $t{\sim}10^{-3}\;s$. Therefore, for the long lamp of 1 m, it takes about several seconds for the high density plasma at the area of electrode to diffuse through the whole positive column space.

냉음극 및 외부전극 형광램프의 방전 특성

조광섭(Guangsup Cho),이대홍(Dae H. Lee),이주영(Joo Y. Lee),송혁수(Hyuck S. Song),길도현(Doh H. Gill),구제환(Je H. Koo),최은하(Eun H. Choi),김상범(Sang B. Kim),김봉수(Bong S. Kim),강준길(June G. Kang),조미령(Mee R. Cho),황명근(Myung G. H 한국진공학회(ASCT) 2005 Applied Science and Convergence Technology Vol.14 No.1

전극 양단에 안정 콘덴서(Ballast Contenser)를 부착한 냉음극 형광램프와 외관전극의 용량성 결합으로 동작되는 외부전극 형광램프의 전류-전압 방전특성을 조사하였다. 냉음극 형광램프의 전극 양단에 인가되는 전압과 전류의 특성은 전압의 증가로 암전류 영역과 타운젠트 점화방전을 거쳐서 음극 강하를 통한 전형적인 글로우 방전을 보여준다. 안정 콘덴서에 인가되는 전압을 포함한 전류-전압은 안정 콘덴서에 인가되는 전압이 상대적으로 크기 때문에 냉음극 강하가 나타나지 않고, 글로우 방전 영역에서 전압의 증가에 따라서 전류가 증가한다. 외부전극 자체가 캐패시터인 외부전극 형광램프에서의 전류-전압은 안정 콘덴서를 포함한 냉음극 형광램프와 동일한 특성을 보여준다. 따라서 외부전극 형광램프는 동작 전압에서 글로우 방전의 특성을 갖으며, 외부전극 자체가 안정 콘덴서의 기능을 한다. The characteristics of current and voltage in a basic discharge experiment are investigated for a cold cathode fluorescent lamp with ballast capacitors attached at both ends of lamp and for a capacitive coupled external electrode fluorescent lamp. In the current-voltage characteristics for a cold cathode fluorescent lamp except ballast capacitors, it is shown that the typical glow discharge with the cathode fall follows after the dark current and Townsend firing discharge. However, in the characteristics for a cold cathode fluorescent lamp including ballast capacitors, the current increases as the voltage increases in the glow discharge region without representing a cathode fall since the most voltage is loaded at two capacitors. The characteristics for the external electrode fluorescent lamp shows the same as that of the cold cathode fluorescent lamp in the respect of glow discharge characters, and the external electrode itself roles the ballast capacitor.

냉음극 및 외부전극 형광램프의 특성 연구

조미령(M. Cho),신상욱(S. Shin),이세현(S. Lee),황명근(M. Hwang),김영욱(Y. Kim),이대흥(D. Lee),이주영(J. Lee),송혁수(H. Song),길도현(D. Gill),조광섭(G. Cho),김명문(M. Kim),양순철(S. Yang) 대한전기학회 2004 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.2004 No.11

냉음극 형광램프의 광 전파

조윤희,김동준,김정현,한상호,조광섭,Cho, Y.H.,Jin, D.J.,Kim, J.H.,Han, S.H.,Cho, G.S. 한국진공학회 2011 Applied Science and Convergence Technology Vol.20 No.2

냉음극 형광램프의 길이 방향의 발광에 의한 광의 전파를 관측하였다. 직류 및 교류 전압을 인가하여 램프 길이의 일정한 간격으로 광 신호를 측정하였다. 직류 전원을 맥류로 변조한 전압을 인가하여 광 신호를 관측한 결과 교류 전원의 광 신호와 마찬가지로 램프 길이 방향으로 발광의 전파가 분명히 나타난다. 이들 광 신호로부터 램프의 발광이 고전압부에서 접지부로 전파한다는 것을 보여준다. 광 신호의 전파는 타운젠드 방전 전후로 두 가지의 형태로 나타난다. 저 전류 영역에서는 광 신호가 감쇄하여 전파되며, 전파 속도는 약 $10^4{\sim}10^5m/s$이다. 정상 글로우 방전에서는 광 신호의 감쇄 없이 전파 속도는 약 $10^5{\sim}10^6m/s$이다. The light propagation along a long positive column has been observed in a cold cathode fluorescent lamp. The optical signals are observed with the DC and AC voltage power during lamp operation. The light propagating is observed in the operation with the DC-rippled voltage as well as the AC-voltage. The optical signals propagate from the high voltage side to the ground. These signals show two kinds of features according to the before and after Townsend breakdown. At the dark current before Townsend breakdown, the optical intensity is damped and the propagation velocity is $10^4{\sim}10^5m/s$. At the high current of normal glow after Townsend breakdown, the propagation velocity is 1$10^5{\sim}10^6m/s$ without damping.

레이저 흡수 분광법을 이용한 He-Ne-Xe 상종가스의 외부전곡 램프의 $1s_4$ 공명준위와 $1s_5$ 준안정준위의 제논 원자 밀도에 대한 연구

정세훈,오필용,이준호,조광섭,최은하,Jeong, S.H.,Oh, P.Y.,Lee, J.H.,Cho, G.S.,Choi, E.H. 한국진공학회 2006 Applied Science and Convergence Technology Vol.15 No.6

본 논문에서는 수은 램프를 대체하기 위하여 제논 기체를 사용한 무수은 램프를 제작하여 제논 여기종 밀도에 대한 연구를 진행하였다. 진공자외선을 방사할 수 있는 $1s_4$ 공명준위의 제논 원자 밀도와 $1s_5$ 준안정준위의 제논 원자 밀도를 레이저 흡수 분광법을 사용하여 다양한 기체조건 및 방전전류에 따라서 측정하였다. 우리는 주어진 압력에서 방전전류에 따른 $1s_4$ 공명준위의 제논 원자 밀도와 $1s_5$ 준안정준위의 제논 원자 밀도를 측정하였으며 이러한 기본적인 방전 특성의 이해는 EEFL뿐만 아니라 플라스마 디스플레이에서도 발광 효율을 높이는데 매우 큰 기여를 할 것이다. Mercury-free lamp, external electrode fluorescent lamp (EEFL) which includes the xenon gas, is now going on the research for the replacement of mercury lamp. The densities of excited xenon atom in the $1s_4$ resonance state and the $1s_5$ metastable state are investigated in the EEFL by a laser absorption spectroscopy under various gas pressures. We have measured the absorption signals for both $1s_4$ resonance and the $1s_5$ metastable state in the EEFL by varying the discharge currents for a given pressure. This basic absorption characteristic is very important for improvement of the VUV luminous efficiency of the EEFL as well as plasma display panel.

교류형 플라즈마 평판 표시장치(AC-PDP)에서 ITO 전극 구조에 따른 Xe 여기종의 시공간 밀도 분포 연구

조석호,홍영준,손창길,한용규,정용환,권기청,홍병희,조광섭,최은하,Cho, S.H.,Hong, Y.J.,Son, C.G.,Han, Y.G.,Jeong, Y.H.,Gwon, G.C.,Hong, B.H.,Cho, G.S.,Choi, E.H. 한국진공학회 2009 Applied Science and Convergence Technology Vol.18 No.1

We have measured the spatiotemporal behavior for the density of excited Xe atoms in the $1s_5$ metastable states by laser absorption spectroscopy in accordance with various shapes of ITO electrode. The maximum density of excited Xe atoms in the Is5 state in a discharge cell for fish-boned, T-shaped and squared ITO electrodes has been measured to be $3.01{\times}10^{13}\;cm^{-3}$, $2.66{\times}10^{13}\;cm^{-3}$ and $2.06{\times}10^{13}\;cm^{-3}$, respectively. Throughout this experiment, we could understand the influence of the shapes of ITO electrode of micro discharge cell on the high efficiency of AC-PDPs. 3전극 면방전형 AC-PDP에서 발광효율을 높이기 위한 방법으로 새로운 구조의 ITO전극을 제안하였다. 기존에 사용하고 있는 사각형(square), T 형태의 ITO 전극구조와 새롭게 설계한 물고기뼈 형태(fish-boned type) ITO 전극 구조의 시험패널을 제작하였다. 레이저 흡수 분광법(Laser absorption spectroscopy)을 이용하여 각 ITO 전극 구조에 따라 Xe 여기종의 밀도분포를 측정하고, 고속 ICCD(Image Intensified Charge-Coupled Diode) 카메라를 이용하여 각각의 전극에 따른 $750\;nm\;{\sim}\;900\;nm$ 파장의 방전모습을 확인하였다. 시험패널 상판의 x, f 전극에 220V의 사각펄스(square pulse)를 교대로 인가하여 방전시켰다. 사각형, T 그리고 물고기뼈 형태의 ITO 전극 구조에서 $X_e$ 여기종 밀도는 각각 $2.06{\times}10^{13}\;cm^{-3}$, $2.66{\times}10^{-3}\;cm^{-3}$와 $3.01{\times}10^{13}\;cm^{-3}$으로 물고기뼈 형태에서 가장 높게 측정되었다.

수소 플라즈마 처리된 BZO 박막에 산소 플라즈마의 재처리 조건에 따른 BZO 박막 특성

유하진,손창길,유진혁,박창균,김정식,박상기,강현동,최은하,조광섭,권기청,Yoo, H.J.,Son, C.G,Yoo, J.H.,Park, C.K.,Kim, J.S.,Park, S.G.,Kang, H.D.,Choi, E.H.,Cho, G.S.,Kwon, G.C. 한국진공학회 2010 Applied Science and Convergence Technology Vol.19 No.4

MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) 장비를 사용하여 BZO (boron doped zinc oxide, ZnO:B) 박막을 증착하고 수소 플라즈마 처리공정을 진행하였다. 본 연구는 수소 플라즈마 처리된 BZO 박막에 산소 플라즈마 재처리를 진행하여 BZO 박막의 특성 변화를 분석하였다. 그 결과 BZO 박막 성장은 (100), (101), (110)을 확인하였고, 산소 플라즈마 재처리에 의하여 일함수와 표면 저항이 증가하였다. 수소 플라즈마 처리만을 진행한 BZO 박막과 산소 플라즈마 재처리 공정을 진행한 BZO 박막의 300~1,100 nm에서 가중치 투과율은 86%로 변화하지 않았으며, 가중치 산란도는 12%에서 15%로 증가하였다. The influence of $O_2$-plasma treatment on $H_2$ post-treated BZO (ZnO:B) thin film using MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) are investigated. An $O_2$-plasma treatment of the $H_2$ post-treated BZO thin films resulted in XRD peak of (100), (101) and (110). Also, electrical properties resulted in an increase in sheet resistance and work function. The weighted optical transmittance and haze at 300~1,100 nm of BZO thin films with $O_2$-plasma treatment on the $H_2$ post-treatment show approximately 86% and 15%, respectively.

원통형 바늘 구조의 플라즈마 제트 방출 특성

임현교,김동준,김정현,한상호,조광섭,Lim, H.K.,Jin, D.J.,Kim, J.H.,Han, S.H.,Cho, G.S. 한국진공학회 2011 Applied Science and Convergence Technology Vol.20 No.1

The plasma emission characteristics are investigated in cylindrical syringe plasma jet device. Cylindrical syringe electrode is applied AC power using inverter. In the center of syringe is injected into a inert gas and plasma jet occurs. If there is no ground electrode, firing voltage is 3 kV and plasma column length is 10 mm. According to high firing voltage and large current, the plasma column length control is difficult. The case of an internal ground electrode, firing voltage is 1 kV. Because of the losing current from internal ground, even if a higher input voltage, plasma emission does not occur. The case of an external ground electrode, the plasma column can be controlled between 0~10 mm with change the applied voltage from 1 to 2 kV, and the discharging current changed from 1 to 4 mA. 유리관에 삽입된 주사기 바늘을 이용한 플라즈마 제트 장치의 특성을 조사하였다. 원통형 주사기 바늘 전극에 교류 고전압을 인가하고, 유리관 끝에 설치된 접지전극의 형태에 따른 플라즈마의 방출 특성을 조사하였다. 접지전극이 없는 경우 방전 개시 전압이 약 3 kV이며, 플라즈마 방사 길이는 약 10 mm이다. 또한 높은 방전 개시 전압으로 인하여 플라즈마 방사 길이 및 전류 최소량의 제어가 어렵다. 내부접지 전극의 경우는 방전 개시 전압이 약 1 kV로 낮다. 그러나 플라즈마 전류가 내부에 위치한 접지 전극으로 흐르기 때문에 유리관 끝으로부터 플라즈마가 방출되지 않는다. 외부접지 전극의 경우는 인가전압 1~2 kV에서, 방전 전류 1~4 mA이며 플라즈마 방사 길이를 0~10 mm의 범위에서 용이하게 제어된다.

외부전극 형광램프의 절연 파괴에 의한 핀홀(Pinhoile) 현상

이주영(J. Lee),김상범(S. Kim),송혁수(H. Song),길도현(D. Gill),이대흥(D. Lee),구제환(J. Koo),조광섭(G. Cho),조미령(M. Cho),황명근(M. Whang),김영욱(Y. Kim) 대한전기학회 2004 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.2004 No.11

청색 피크 파장이 LED 소자에 미치는 영향

한상호,김윤중,김정현,정종윤,김현철,조광섭,Han, S.H.,Kim, Y.J.,Kim, J.H.,Jung, J.Y.,Kim, H.C.,Cho, G.S. 한국진공학회 2012 Applied Science and Convergence Technology Vol.21 No.3

The dependance of degradation on the blue-peak wavelength is investigated with the blue light-emitting diode (LED) of InGaN/GaN with respect to the optical and the electrical characteristics of the devices. The LED devices emitting the blue-peak wavelength ranging from 437 nm to 452 nm is prepared to be stressed for a long aging time with three different currents of 60 mA, 75 mA and 90 mA, respectively. The degradation of optical intensity is observed with and without phosphor in the devices. The device without phosphor has been degraded significantly as the wavelength of blue-peak is decreased while the optical intensity of LED device with phosphor become less sensitive than that of device without phosphor. The electrical property does not depend on the emission peak wavelength. However, the series-resistance of LED device is slowly increased as the aging time is increased. The deformation of device is observed severely the short wavelength of blue-peak even with the same current since the short wavelength is absorbed substantially at the materials of device during the aging time. Consequently, in order to enhance the lifetime of LED devices, it is important to understand the optical degradation property of the materials against the specific wavelengths emitted from the blue chip. 청색 발광다이오드(LED) InGaN/GaN의 방사 피크 파장에 따른 LED 소자의 성능 저하를 광학적 및 전기적 특성을 고려하여 조사하였다. 방사 피크 파장이 437~452 nm인 LED 소자에 전류를 각각 60 mA, 75 mA, 그리고 90 mA로 구동하여 장시간 동안 스트레스를 주었다. 형광체의 유무에 따라서 LED 소자의 광 감쇠 특성을 관측하였다. 형광체가 없는 소자의 광 감쇠 특성은 피크 파장이 단파장일수록 급속하게 떨어진다. 형광체가 있는 소자는 형광체가 없는 것보다 감쇠 특성이 둔감해진다. 전기적 특성은 방사 피크 파장에 의존하지 않고, 스트레스 시간에 따른 LED의 내부 저항이 서서히 증가하는 현상으로 나타난다. 피크 파장에 따른 외형변화는 동일 전류 조건에서 단파장일 때 열화현상이 심하게 발생한다. 이는 청색 발광다이오드에서 발생한 빛의 파장이 단파장영역으로 갈수록 칩 외의 재료에서 단파장 광 흡수가 증가하여 열화현상이 가속화되는 것으로 분석된다. 따라서 LED 소자의 장수명을 얻기 위해서는 청색 칩의 방사 피크 파장과 소자재료의 광 열화해석이 중요하다.