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• 1. 서 론
• 2. 종래의 구동파형 및 벽전하 분포
• 3. 공통전극의 전압에 따른 방전특성
• 4. 결 론

1. 서 론

교류형 플라즈마 디스플레이 패널(AC PDP)은 TV 시장에서 대화면에 유리하고, 제조 가격이 저렴하며, 빠른 응답속도 등의 장점이 있기 때문에 여전히 대형 및 3D TV의 디스플레이로서 적합하다고 볼 수 있다^[1,2]. 특히 3D TV는 특성상 빠른 응답속도가 필요하기 때문에 응답속도 면에서 장점을 가지고 있으나 PDP에서 구현하면 휘도가 낮아지는 단점이 있다. 왜냐하면 AC PDP의 구동 특성상 하나의 화면을 구성하는데 있어서 여러 개의 부화면으로 나누어져 있으며 각 부화면에서 화면에 표시하는 발광 유지시간이 절대적으로 적기 때문이다. 하나의 부화면에는 초기화, 기입, 유지기간으로 나누어져 있는데, 그 중 기입기간이 대다수 시간을 차지한다^[3]. 기입기간 동안의 기입동작은 PDP의 수직 라인의 수만큼 펄스의 개수로 이루어지는데, 휘도를 증가시키기 위해서 각 펄스의 폭을 줄이면 전체 기입 기간이 줄어들어 휘도를 증가시킬 수 있는 유지시간을 늘릴 수 있다. 예를 들면, PDP에서 수직라인의 수는 HD의 경우 768개 이므로 하나의 부화면에서 하나의 기입 펄스를 약 0.1 us 만큼 단축시키기만 해도 약 76.8 us가 단축되며 10개의 부화면을 적용한다면 768 us를 단축시킬 수 있다. 768 us 동안 유지펄스는 약 150 쌍을 인가할 수 있으므로 휘도는 획기적으로 증가할 수 있다. 현재까지의 고속 기입 방법은 기입기간 중 점차적으로 기입 전압을 늘이는 방법, 인접 셀에서의 프라이밍 입자를 이용하는 방법, 초기화 과정에서의 프라이밍 입자를 이용하는 방법 등이 발표되었다^{[4, 5, 6]}. 그러나 이러한 방법들은 오방전이나 회로 구현의 어려움 등의 여러 가지 문제점이 발생하기도 하였다.

교류형 플라즈마 디스플레이는 일반적으로 3 전극으로 구성되어 있으며 각각 주사동작을 하는 Y와 유지동작을 하는 X 전극이 셀 상부에 평행하게 구성 되어있고 기입동작을 위한 A 전극이 수직으로 셀 아래 위치에 있다. 유전체가 없이 전극이 직접 노출되어 있는 직류형과 달리 교류형 플라즈마 디스플레이 패널은 셀 내부에서 플라즈마 방전이 발생하면 프라이밍 입자가 생성되고 전극과 방전공간 사이에 위치하는 유전체 위에 벽전하라는 것이 형성된다^[7]. 플라즈마 상태는 양전하와 음전하가 분리된 상태이며 벽전하는 양전하와 음전하 그룹으로 나누어져 있다. 그러므로 방전이 발생하게 되면 양의 전압이 인가된 전극의 유전체에는 음전하가 쌓이게 되고, 음의 전압 또는 접지 전극의 유전체에는 양전하가 쌓이게 된다. 플라즈마 디스플레이 셀 내부의 전압-셀전압은 벽전하에 의해 형성된 벽전압과 외부에서 인가되는 외부 인가전압의 합으로 이루어진다^[8]. 그러므로 벽전하가 셀 내부에 많이 남아있게 되면 방전을 발생시키기 위한 외부 인가전압을 낮출 수 있다. 또한 각 전극에 쌓이는 벽전하는 메모리 역할을 해서 기입기간동안 선택된 셀에는 방전에 의한 벽전하가 남아서 유지기간에 선택된 셀만 방전을 일으키게 된다. 초기화 기간 중의 벽전하는 기입방전이 발생하기 용이하도록 쌓이는데, 상판의 주사전극과 공통전극에는 음의 전하가 쌓이고 하판의 기입전극에는 양의 전하가 쌓인다. 초기화 기간이후 주사전극에는 음의 전하, 기입 전극에는 양의 전하가 쌓여 있기 때문에, 기입 기간 중의 기입 방전은 주사전극의 하강 펄스와 기입전극의 상승 펄스가 동시에 인가될 때 발생한다. 그러므로 기입방전은 외부인가 전압과 주사와 기입전극에 쌓여있는 벽전하에 의한 벽전압만을 이용하여 이루어진다. 

본 논문에서는 기입기간 중 공통전극의 벽전하도 기입방전에 이용할 수 있도록 기입기간 중 주사 및 기입 펄스의 인가시각에 맞춰 공통 전극에서도 펄스를 인가하여 기입방전 특성을 조사하였다. 주사 및 기입전극의 전압은 종래와 동일한 상태에서 공통 전극에서의 펄스의 인가시각과 인가전압의 높이에 따른 기입 방전특성을 실험하여 최적의 조건을 조사하였다. 

2. 종래의 구동파형 및 벽전하 분포

Figure 1은 하나의 부화면 시간 동안 초기화, 기입, 유지기간에 3 전극에 인가된 종래의 구동파형을 나타낸다. X 전극은 상판에서의 수평의 공통전극이며 Y 전극은 수평으로 각라인별로 주사하는 주사전극이며 A 전극은 X와 Y 전극에 수직방향의 기입전극이다. 하나의 부화면 시간동안 초기화, 기입, 유지 기간으로 나누어져 있으며 초기화 기간에는 벽전하를 쌓아주고 재분배해주는 기능을 수행하고 기입기간에는 Y 전극의 주사펄스와 A 전극의 기입펄스가 동시에 인가될 때 기입방전을 발생시켜 화면을 표시할 셀을 선택하는 역할을 한다. 그리고 유지 기간에는 X 전극과 Y 전극에 사각의 유지파형이 교대로 인가되어 선택되어진 셀에서 유지방전을 발생시켜 화면에 보이게 된다. 초기화 기간 이후 셀 내부의 3전극에 쌓인 벽전하를 나타내는 방전 시뮬레이션 결과를 Figure 2에서 보여주고 있다^[9]. 초기화 기간이 끝났을 때 X, Y, A 전극의 전압은 각각 양의 바이어스 전압, 음의 주사전압, 0 V 이다. 셀 내부에서 파란색은 음전하를 의미하고 붉은색은 양전하를 의미한다. 초기화기간 동안 Y 전극에 상승 경사파로 이루어진 수백볼트의 높은 전압이 인가되면, 플라즈마방전이 발생하여 Y 전극의 셀 내부에는 음전하가 쌓이게 되고 X 와 A 전극에는 양전하가 쌓인다. Y 전극에 하강 경사파를 인가하고 X 전극에 높은 전압을 인가하면 두 전극 간에 약방전이 발생하고 벽전하가 재분배되어 Figure 2와 같이 두 전극에는 음전하가 쌓이게 되고 A 전극에는 양전하가 대부분 남아있음을 확인하였다. 만약 여기서 Y 전극에 주사 펄스와 A 전극에 기입펄스를 동시에 인가하면 셀 내부에 쌓여있던 벽전하를 이용하여 기입 방전이 발생한다. 그러나 기입 방전이 발생하는 시간은 펄스의 인가 이후 약간의 지연시간이 있어 방전이 곧바로 발생하지 않기 때문에 주사 및 기입펄스의 폭을 줄이기가 어렵다 

Figure 1. Conventional driving waveform including reset, address, and sustain period during a subfield time

Figure 2. Simulation result of the wall charge accumulated on 3 electrodes after a reset period.

3. 공통전극의 전압에 따른 방전특성

주사 및 기입펄스의 폭을 줄여야만 전체의 기입 기간을 줄일 수 있고 휘도를 상승시킬 수 있는 유지기간을 늘일 수 있으므로 PDP 구동에 있어서 매우 중요한 이슈임에 틀림없다. 종래의 기입 구동법에서는 X 전극에는 음의 벽전하를 유지하기 위하여 전압을 인가한 상태에서 Y 와 A 전극의 벽전하를 주로 이용하여 기입방전을 발생시켰으나 본 실험에서는 종래보다 주사 및 기입펄스의 폭을 줄이기 위하여 Y와 A 전극뿐만 아니라 X 전극의 벽전하도 이용하고자 기입기간 중 Figure 3과 같이 X전극에 펄스를 인가하였다. 즉, 기입방전이 발생하기 이전에 X 전극에는 음의 전하가 쌓여있으므로 주사 및 기입펄스가 인가될 때 X 전극에서 음의 방향으로 하강하는 전압(V_b1 →V_b2)을 인가하였다. 그러나 기입 방전이 발생한 후 X 전극에 다시 음의 벽전하를 쌓아주어야 하기 때문에 주사 및 기입펄스 시간의 절반만큼만 인가하고 다시 V_b1 전압으로 복귀하였다. 구체적으로 말하면 본 실험에서 주사 및 기입 펄스의 폭이 1.2 us 이므로 처음부터 약 0.6 us 까지 X 전극에 V_b2 전압을 인가하고 0.6 us 이후 다시 V_b1 전압을 인가하여 기입 플라즈마 방전 후 발생된 셀 내부의 음의 프라이밍 입자 및 자유 전하를 X 전극으로 끌어당겨 벽전하를 다시 생성한다. 본 논문에서는 V_b2 전압의 높이(①)와 X 전극에서 펄스를 인가하는 시각(②)에 대하여 각각 실험을 진행하였다.

Figure 3. Proposed driving waveform on X electrode when scan and address pulses were applied during a address period.

Figure 4에서 기입기간 동안 주사 및 기입 펄스 인가 시 X 전극에서의 Vb2의 높이가 150 V에서 0 V까지 50 V 단위로 변할 때 기입 광파형을 오실로스코프에서 측정한 것을 나타낸다. Figure 4에서 V_b2가 V_b1 = 150 V인 경우에 전압이 각각 (a) 150 V, (b) 100 V, (c) 50 V, (d) 0 V를 나타내고 있다. V_b2의 크기가 150 V는 기입기간 동안 X 전극에 펄스를 인가하지 않음을 의미하고 V_b2 = 100 V는 V_b1 전압에서 50 V 만큼 음의 방향으로 하강펄스가 인가되었고 V_b2 = 50 V는 150에서 50V까지 100 V만큼의 펄스, V_b2 = 0 V는 150V에서 0 V까지 펄스를 인가했음을 의미한다. 주사 및 기입펄스에 맞추어 X 전극에 인가하는 펄스의 전압이 낮아질수록 기입방전이 빠르게 시작하였고 방전의 마지막시간도 단축되었다. 

Figure 4. Address light waveform by changing of V_b1 amplitude when scan and address pulses are applied during a address period.

Figure 5는 기입기간 동안 주사 및 기입펄스 인가 시 X 전극에서 V_b1 = 150 V와 V_b2 =0 조건하에서 V_b2의 인가시간이 0.2 us 부터-0.4 us 까지 변할 때 기입 광파형을 오실로스코프로 측정한 것이다. Figure 5에서 V_b2가 V_b1 = 150 V 인 경우에 인가시각이 각각 (a)+ 0.2 us, (b) 0 us, (c) - 0.2 us, (d) - 0.4 us를 나타내고 있다. 수평축에서 0.0 us 는 Figure 3에서 보였듯이 같이 주사 및 기입펄스가 인가될 때 동시에 X 전극의 하강펄스가 인가된 것을 의미하고 0.2 us는 V_b2 전압이 주사 및 기입펄스가 인가한 후 0.2 us 만큼 뒤에서 인가가 시작함을 의미한다. 즉 0.2 us는 Figure 3에서 도시한 X 전극의 하강 펄스가 오른쪽으로 이동함을 의미한다. X 전극의 하강 펄스가 0.2 us 만큼 늦게 인가했을 때 종래의 구동방법에서 펄스를 인가하지 않았을 때와 비교해서는 - Figure 4에서 150 V와 비교해서 - 방전의 발생시간이 좋아졌지만 펄스를 인가한 것을 비교할 때 기준위치(0 us)에서 보다 기입방전의 지연이 심해졌다. V_b2 전압의 인가시간이 -0.2 us, -0.4 us의 경우는 0.2 us와 반대로 주사 및 기입펄스보다 앞서 왼쪽에서 먼저 X 전극에 펄스가 인가됨을 의미하고 기입 방전이 발생하기 전에 트리거링 또는 프라이밍 입자를 형성시켜 Figure 5와 같이 방전지연시간이 개선되었다.

Figure 5. Address light waveform by changing of applying time of V_b2 amplitude when scan and address pulses are applied during a address period.

4. 결 론

교류형 플라즈마 디스플레이에서 방전지연 시간을 단축시키고 기입 펄스의 폭을 줄이기 위하여 기입기간 동안 주사 및 기입펄스가 인가될 때 X 전극에 펄스 파형을 인가하여 Y와 A 전극의 벽전하 뿐만 아니라 X 전극의 벽전하도 이용할 수 있는 구동방법을 제안하였다. 초기화기간 이후 PDP 패널 내부의 상판 X, Y 전극에는 음의 전하, 하판 A 전극에는 양의 전하가 쌓이는데 종래의 방전은 Y와 A 전극간의 트리거링 방전이 주로 이용되었으나 제안된 구동방법에서는 X 전극의 음전하도 사용하고자 기입 기간 중에 펄스를 인가하였고 인가전압의 높이 및 인가시각의 변화에 따른 광파형을 측정하였다. 그 결과 최적의 전압 높이 및 인가시각 조건하에서 종래에 비하여 최대 약 200 ns 의 방전지연시간을 단축시킬 수 있음을 광파형을 통하여 확인하였다.