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.

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.

플라즈마 제트 도핑 장치의 대기 및 기체의 압력 변화에 대한 방전 특성

김중길,이원영,김윤중,한국희,김동준,김현철,구제환,권기청,조광섭,Kim, J.G.,Lee, W.Y.,Kim, Y.J.,Han, G.H.,Kim, D.J.,Kim, H.C.,Koo, J.H.,Kwon, G.C.,Cho, G.S. 한국진공학회 2012 Applied Science and Convergence Technology Vol.21 No.6

결정질 태양전지 등의 도핑 공정에 적용하기 위한 플라즈마 제트 장치의 기초 방전 특성을 조사한다. 대기압에서의 아르곤 플라즈마 제트와 대기 압력변화에 대한 대기 플라즈마 제트, 그리고 아르곤 분위기 압력 변화에 대한 플라즈마 제트의 전류-전압은 전형적인 정상 글로우 방전의 특성을 갖는다. 대기압 플라즈마 제트의 방전 전압은 약 2.5 kV의 높은 전압이 요구되며, 대기 및 아르곤 플라즈마 제트는 200 Torr 이하의 낮은 압력에 대한 방전 전압은 약 1 kV가 된다. 도핑용 실리콘 웨이퍼에 조사되는 단일 채널 플라즈마 제트의 전류는 인가전압의 조정에 의하여 수 10~50 mA의 고 전류를 용이하게 얻는다. 플라즈마 제트를 웨이퍼에 조사하는 경우에 웨이퍼의 온도 상승은 정상상태에서 약 $200^{\circ}C$가 된다. 실리콘 웨이퍼에 도핑 용재인 액상의 인산을 도포하여 플라즈마를 조사한 결과 얻어진 인 원자의 도핑 분포는 플라즈마 제트 도핑의 가능성을 보여준다. Discharge property of plasma jet devices is investigated for the application to the doping processes of crystalline solar cells and others. Current-voltage characteristics are shown as the typical normal-glow discharge in the various gas pressure of plasma jets, such as in the atmospheric plasma jets of Ar-discharge, in the ambient pressure of atmospheric discharge, and in the ambient Ar-pressure of Ar-discharge. The discharge voltage of atmospheric plasma jet is required as low as about 2.5 kV while the operation voltage of low pressure below 200 Torr is low as about 1 kV in the discharge of atmospheric and Ar plasma jets. With a single channel plasma jet, the irradiated plasma current on the doped silicon wafer is obtained high as the range of 10~50 mA. The temperature increasement of wafer is normally about $200^{\circ}C$. In the result of silicon wafers doped by phosphoric acid with irradiating the plasma jets, the doping profiles of phosphorus atoms shows the possibility of plasma jet doping on solar cells.

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.

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.

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.

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.

열전소자를 이용한 발광다이오드의 발열 온도 제어

한상호,김윤중,김정현,김동준,정종윤,김성인,조광섭,Han, S.H.,Kim, Y.J.,Kim, J.H.,Kim, D.J.,Jung, J.Y.,Kim, S.,Cho, G.S. 한국진공학회 2011 Applied Science and Convergence Technology Vol.20 No.4

열전소자를 사용하여 발광다이오드의 방열효과를 조사하였다. 열전소자의 냉각기능인 펠티에 효과(Peltier effect)를 이용하여, 고전력 발광다이오드의 방열과 p-n접합부의 온도를 제어하였다. 정격전류(350 mA)에 대한 고전력(1 W급) 발광다이오드(Light Emitting Diodes: LEDs)의 온도와 p-n접합부 온도는 각각 $64.5^{\circ}C$와 $79.1^{\circ}C$이다. 열전소자의 입력 전력 0.1~0.2 W에 대하여, LED의 온도와 접합부 온도는 각각 $54.2^{\circ}C$와 $68.9^{\circ}C$로 낮아진다. 열전소자에 입력 전력을 0.2 W 이상으로 증가할수록, LED의 온도와 접합부의 온도가 상승한다. 이는 열전소자에 의하여 흡수된 열이 LED로 역류하기 때문이다. 따라서 열전 소자의 냉각기능을 유지하기 위하는 열의 역류를 제어하여야 하며, 열의 역류는 LED의 온도와 방열장치의 온도 차가 클수록 커진다. The heat temperature of a light emitting diode (LED) is investigated with the thermoelectric device (TED). The Peltier effect of the thermoelectric device is used to control the heat radiation and the junction temperature of high-power LEDs. For the typical specific current (350 mA) of high-power (1 W) LEDs, the LED temperature and the p-n junction temperature become $64.5^{\circ}C$ and $79.1^{\circ}C$, respectively. For 0.1~0.2 W driving power of TED, the LED temperature and the junction temperature are reduced to be $54.2^{\circ}C$ and $68.9^{\circ}C$, respectively. As the driving power of the TED increases over 0.2 W, the temperature of LED itself and the junction temperature are increased due to the heat reversed from the heat-sink to LED. As the difference of temperature between LED and the heat-sink is increased, the quantity of reversed heat becomes larger and it results to degrade the cooling capability of TED.

외부전극 헝광램프의 핀홀 현상

길도현,김상범,송혁수,유동근,이상훈,박민순,강준길,조광섭,조미령,황명근,김영욱,Gill, Doh-H.,Kim, Sang-B.,Song, Hyuk-S.,Yu, Dong-G.,Lee, Sang-H.,Pak, Min-Sun,Kang, June-Gill,Cho, Guang-Sup,Cho, Mee-R.,Hwang, Myung-G.,Kim, Young-Y. 한국진공학회 2006 Applied Science and Convergence Technology Vol.15 No.3

외부전극 형광램프의 구동에서 과도한 전력을 인가하면, 외부전극 부분의 유리관 표면에 작은 원형의 구멍(핀홀)이 발생하여 램프가 파손된다. 핀홀은 외부전극과 유리관을 유전층으로 하는 캐패시터의 절연파괴이며, 이러한 절연파괴력은 인가되는 전력에 비례한다. 유전상수가 K인 램프에 흐르는 전류가 작을 때, 핀홀이 발생하는 유리관의 절연파괴 전기장의 세기는 약 3K kV/mm,이다. 이러한 절연파괴 전기장의 세기는 램프에 흐르는 전류가 커질수록 작아진다. Application of power higher than the optimum operation value to an external electrode fluorescent lamps(EEFL) leads to the formation of small holes, called pinholes, which subsequently leads to lamp failure. The pinholes come from the insulating breakdown of the capacitor which is the dielectric layer between an external electrode and glass tube. The power of insulation breakdown is proportional to the electric power applied to the lamp. When a lamp current is low in the glass tube of dielectric constant K, the dielectric field strength of pinholes is about 3K kV/mm. The field strength of insulation breakdown decreases as the lamp current increases.