1. 서 론

 최근 교류형 플라즈마 디스플레이 패널(ACPDP)은 TV나 모니터 시장에서 다른 디스플레이에 비해 다소 열세에 놓여 있으나 대화면에 유리하고, 제조 가격이 저렴하며, 빠른 응답속도 등의 장점이 있기 때문에 여전히 대형 및 3D TV의 디스플레이로서 적합하다고 볼 수 있다. 특히 3D TV는 특성상 빠른 응답속도를 요구하고 있기 때문에 여러 디스플레이 중에서 PDP가 유리하다고 볼 수 있다. 그러나 3D TV의 원리의 특성상 PDP의 휘도가 크게 줄어들고 휘도효율도 감소되는데 이것은 휘도가 부족한 PDP에 있어서 치명적인 약점이 된다. 현재까지 AC PDP의 휘도 및 휘도효율을 향상시키기 위하여 많은 연구가 진행되어 왔으며 AC PDP 재료의 개선, 방전 가스의 조성비 최적화, 구동 방식의 개선, 방전 셀의 디자인 개선 등의 방법을 통하여 AC PDP의 휘도 및 휘도효율을 높일 수 있었다 ^[1-4]. AC PDP의 방전발생 원리 살펴보면 셀 내부에 전압이 가해지면 플라즈마 방전이 발생하여 진공자외선 VUV(Vacuum Ultraviolet )를 발생시킨다. 이 VUV는 형광체를 여기시켜 가시광선이 발생하는데 여기서 발생된 가시광선은 유전체, 투명전극, 유리로 구성된 AC PDP의 상판을 통과하여 빛이 발생하게 된다.^[5]

 방전 셀의 디자인 개선 중에서 만약 빛이 발생하는 방전공간에서 유전체가 제거되어 진다면 형광체에서 여기된 가시광선이 유리를 통해 직접 발산되므로 휘도가 크게 향상될 것이며 유지 전극 간에 직접적인 방전이 발생하므로 유지 전압이 낮아지므로 휘도효율 향상에도 도움을 준다고 보고되었다. ^[6] 

2. 패널구조 및 구동파형

 본 연구에 사용된 패널은 42인치 AC PDP이며 Figure 1에서 X, Y, A의 삼전극을 갖는 종래의 패널 구조(a)와 개방형 유전체 구조(b)의 단면을 나타낸다 ^[5,6]. 상판에는 유지와 주사 전극인 X와 Y 두 전극이 나란히 있고 하판에는 기입전극인 A 전극이 유지와 주사 전극의 수직방향으로 되어있으며 격벽은 그림에서 생략되었다. AC PDP는 방전 공간 내에 강한 플라즈마 방전이 발생하면 전극이 손상될 수 있으므로 그림과 같이 방전 공간에 전극이 직접 노출되지 않도록 유전체에 의해 보호되어 있다. 그러나 플라즈마 방전이 발생한 후 VUV가 하판의 형광체를 여기시킨 후 빛이 나올 때 유전체를 통과해야 하는데 이 유전체에 의해서 통과되어 나오는 가시광선이 줄어들게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여Figure 1(b)와 같이 투명 전극(ITO)이 없는 부분에서 유전체를 제거하여 유리가 직접 방전공간에 연결되도록 설계하였다. Figure 1에서 종래 및 개방형 유전체 구조에서는 유전체 안에 있는 상판에서의 유지전극의 간격은 110um이고 종래의 구조에서는 X와 Y 유지전극 사이에는 유전체로 전체가 덮여있으므로 유지방전은 직접적으로 발생하지 않고 방전 공간 내에서 길게 퍼져서 발생한다. Figure 1(b)의 개방형 유전체 구조에서 유전체가 개방된 간격은 약 70 um 이며 다른 조건은 종래와 동일하다. 개방형 구조에서 X와 Y전극간의 유지방전은 직접적으로 발생하게 될 것이며 종래에는 유지기간에 상판 전극사이의 면방전을 발생시키기 위하여 높은 전압이 필요하였으나 개방형 유전체 구조에서는 낮은 전압으로도 방전을 일으키기가 용이해지리라 예상된다. 즉 유지전압을 낮출 수 있으리라 기대된다. 그러나 낮은 유지전압에 의해 유지방전이 오로지 두 전극 사이에서만 발생하므로 방전이 발생되어야할 충분한 공간이 부족하여 다른 문제점이 발생할 가능성이 있다. 본 논문에서는 오방전의 문제가 발생하지 않는 범위 내에서 유지기간에 종래와 동일한 전압을 인가하였으며 초기화 및 기입 방전특성에 대하여 초점을 맞추었다. 종래구조에서 V_fxy 및 V_fya는 각각 유지 및 기입 방전개시전압을 나타내고 개방형구조에서는 V_fxy'  및 V_fya'이다.

Figure 1. Schematic diagram of conventional and open dielectric structure of 42 inch AC PDP.

 AC PDP의 종래구조 및 개방형 유전체 구조에 적용되어진 종래의 구동파형은 Figure 2에 나타나 있다. PDP의 구동파형은 하나의 프레임에 여러 개의 서브필드가 있고 각 서브필드는 초기화, 기입, 유지기간이 있다. 초기화 기간은 Y 전극에 높은 전압을 천천히 인가하여 약방전에 의해 각 전극에 벽전하를 쌓은 후 하강 경사파 전압에 의하여 벽전하를 재분배하는 시간이다. 기입기간은 초기화 기간에 재분배된 벽전하와 기입펄스에 의하여 방전이 발생하고 유지방전이 용이하도록 벽전하를 쌓아서 화면을 표시할 영역을 지정하는 기간이며 유지기간은 기입기간에 발생된 벽전하를 이용하여 방전을 유지시켜 실제 빛을 발산하는 기간이다.

Figure 2. Conventional driving waveform to applying three electrodes during reset, address, sustain periods.

3. Vt 폐곡선해석과 수정된 구동파형

 종래구조와 개방형 유전체 구조에서 종래의 구동파형을 인가하였을 때 기입기간에서의 방전특성을 조사하기 위하여 주사 및 기입파형이 인가될 때의 광파형을 측정하였다. Figure3(a)는 종래의, Figure 3(b)는 개방형 유전체 구조의 기입 광파형이다. 종래 구동파형에서 V_b 전압을 150 V로 설정하였는데, 개방형 유전체 구조에 인가하였을 때 오방전이 계속 발생하였으며 V_b 전압을 약 80 V 정도로 낮추었을 때, 오방전이 발생하지 않았다. 이것은 상판의 유지전극 사이의 방전 개시전압이 종래보다 낮아졌기 때문을 의미한다. 그러나Figure 3(b)에서와 같이 방전개시시간은 종래에 비하여 늦어지고 화면을 보았을 때 불안정한 방전을 발견하였다. 종래구조와 개방형 유전체구조에서 상판전극사이와 상하판 전극사이의 방전개시전압을 조사하기 위하여 Vt 폐곡선을 이용하였다. Figure 4 (a)는 종래구조에서, Figure 4 (b)는 개방형 유전체구조에서의 Vt 폐곡선을 측정한 것이다. 실선 화살표는 초기화 기간 중에 3 전극에 인가된 외부전압을 나타내고 점선 화살표는 초기화 방전으로 인하여 생긴 내부 벽전하에 의한 벽전압을 나타낸다. Figure 4 (a)에서 종래구조에서 적용하여 초기화 기간이 끝난 위치에서의 벽전압이 오른쪽 상단에 위치하는 것이 정상적인 초기화 과정이다. 그러나 개방형 유전체 구조에서는 Figure (b)와 같이 초기화 전압을 동일하게 인가하였을 때 벽전압은 종래의 구조에서보다 약간 모자라게 형성된다. 기입파형은 위쪽 수직방향으로 인가되는데 Vt 폐곡선을 벗어나기 위해서 더 많은 전압이 필요하다. 다시 말하면 같은 종래의 전압이 인가된다면 기입 방전은 불안정하거나 약할 수밖에 없다.

Figure 3. Comparison of address light waveform when applying the conventional driving waveform to (a) conventional with V_b = 150 V and (b) open dielectric structure with V_b = 80 V.

Figure 4. Voltage vector behavior on Vt close curve when applying conventional driving waveform to (a) conventional and (b) open dielectric structures.

 종래의 구동파형을 초기화 기간이후 벽전압을 Vt 폐곡선의 오른쪽 상단 모서리로 이동하게 하기 위해서는 Figure 5 (a)의 수정된 구동파형에서 보이듯이 X 전극의 V_b 전압을 0로 설정하였으며 수정된 구동파형에 의한 Vt 폐곡선과 전압 벡터는 Figure 5 (b)에 그려져 있다. Figure 6 는 수정된 구동파형을 인가하였을 때 측정된 기입 광파형을 나타내고 Figure3(b)와 비교해볼 때 방전개시 시간이 종래구조에서와 비슷하게 형성되었음을 확인할 수 있었다. 종래구조와 개방형 유전체구조에서 종래파형과 제안된 파형을 적용하였을 때 X 전극의 V_b 전압과 기입방전 개시시간을 Table 1에서 비교하였다. 개방형 유전체 구조에서 V_b 전압은 0 V 이므로 파형을 인가시킬 필요가 없기 때문에 공급전압 및 회로부품의 감소로 인한 가격의 저감이 가능하다. 그리고 개방형 유전체 구조에 종래의 구동법을 적용하였을때 기입방전 개시시간은 종래보다 지연되어 길어짐을 확인하였으나 제안된 구동법을 적용하였을 때 종래의 구동방법보다 약 150 ns 정도 개선됨을 Table 1에서 확인할 수 있다.

Figure 5. (a) Modified driving waveform for open dielectric structure and (b) its voltage vector behavior on Vt close curve.

Figure 6. Address light waveform when applying the modified driving waveform.

Table 1. Comparison of V_b on the X electrode and address discharge time in the conventional and open dielectric structure.

4. 결 론

 종래구동파형을 종래구조와 개방형 유전체 구조에 인가하였을 때, 개방형 유전체구조의 기입방전이 종래구조보다 늦어짐이 발견되었다. 개방형 유전체 구조의 X-Y 전극간의 방전개시전압을 측정한 결과, 종래구조보다 매우 낮으므로 초기화 기간 동안 기입방전에 사용되는 셀 내부의 벽전하까지 소거시켰기 때문에 본 논문에서는 X 전극의 V_b 전압을 낮추거나 접지시킨 개방형 유전체구조에 적합하도록 구동파형을 수정하였다. 수정된 구동파형을 개방형 유전체 구조에 적용시킨 결과 X 전극의 V_b 전압을 접지시켜 전원 및 회로부품의 감소로 인하여 회로의 가격을 절감시킬 수 있었고 기입방전 개시시간도 개방형 유전체 구조에서 종래파형을 적용하였을 때와 비교해서 약 150 ns 정도 단축시켜 종래와 비슷한 특성을 가질 수 있었다.

Acknowledgement

이 논문은 부경대학교 자율창의학술연구비(2013년)에 의하여 연구되었음.