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수치 해석을 통한 평판 유전체 장벽 방전 소자의 방전 특성 및 발광 효율 개선에 관한 연구 : A study on the discharge characteristics and luminous efficacy improvement in flat dielectric barrier discharge structure through numerical simulation

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Authors

권오형

Advisor
황기웅
Major
공과대학 전기·컴퓨터공학부
Issue Date
2012-08
Publisher
서울대학교 대학원
Keywords
평판유전체장벽방전플라즈마 디스플레이무 수은 면 광원
Description
학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 전기·컴퓨터공학부, 2012. 8. 황기웅.
Abstract
본 논문에서는 평판 유전체 장벽 방전을 이용한 발광 소자인 플라즈마 디스플레이와 무 수은 면 광원의 방전 특성을 유체 모델의 수치 해석을 통하여 분석하였다. 이를 바탕으로 각 소자의 VUV 생성 효율을 향상시키기 위한 방법들을 제안하고 검증하였다. 플라즈마 디스플레이에 대한 연구에서는 He 가스의 첨가 또는 SrO 보호막의 사용으로 2차 전자 방출 계수를 개선하여 VUV 생성 효율을 향상시키고자 하였으며, 무 수은 면 광원에 대한 연구에서는 전극 구조를 다양하게 변화시켜 방전 공간의 전기장을 최적화시켜 VUV 생성 효율을 향상시키고자 하였다.
He-Ne-Xe 3원 혼합 가스로 채워진 플라즈마 디스플레이는 기존에 사용되던 Ne-Xe 혼합 가스보다 더 높은 VUV 생성 효율을 가지고 있다. 전극 간격 조건과 Xe 함량 조건을 변화시키면서 He 첨가의 효과를 살펴 보았다. 전극 간격 조건을 변화시킨 경우, He의 첨가비 상승에 의한 VUV 생성 효율의 상승 효과는 전극 간격의 길이에 상관없이 동일하게 Ne이 주 가스일 때 극대화되었다. 긴 전극 간격 조건의 VUV 생성 효율이 짧은 전극 간격 조건보다 더 높았는데, 그 이유는 더 긴 방전 경로를 갖고 있기 때문이었고, He 첨가에 의한 영향은 미미하였다. Xe 함량 조건을 변화시킨 경우, Xe 함량에 상관없이 He의 효과는 Ne이 주 가스일 때 극대화되었다. 높은 Xe 함량의 VUV 생성 효율은 낮은 Xe 함량 조건보다 더 높았는데, 이는 높은 2차 전자 방출량 때문이었다. 그러나 He의 이온화 반응에 많은 파워를 소비해야만 2차 전자가 많이 방출되므로 He 첨가비의 상승에 따른 VUV 생성 효율의 상승율은 매력적인 수준에는 모자랐다.
SrO 보호막이 적용된 플라즈마 디스플레이는 기존에 사용되던 MgO보다 더 높은 VUV 생성 효율을 가지고 있다. Ne-Xe 혼합 가스 중에서 Xe 함량을 변화시키면서, SrO의 효과를 살펴 보았다. 낮은 Xe 함량 조건에서 SrO를 사용하면, Xe 이온에 의한 높은 2차 전자 flux 방출량은 방전 공간의 전자 와 이온 밀도비 상승과, 더 약한 sheath field의 세기를 가진 음극 sheath의 확장 및 확장 면적 감소를 가능케 하여 VUV 생성 효율도 상승하였다. 높은 Xe 함량 조건에서 SrO를 사용하면, 음극 sheath가 음극의 바깥 부분으로 이동하면서 방전 공간의 전기장이 차폐되는 동안에도 지속적으로 방출되는 2차 전자에 의하여 방전 공간의 전자와 이온 밀도비를 상승시키고, 동시에 Xe 여기화로 에너지를 소비하도록 유도하는 특성이 VUV 생성 효율을 향상시켰다. 높은 Xe 함량 조건에서 SrO를 사용한 플라즈마 디스플레이의 VUV 생성 효율은 낮은 Xe 함량 조건에서 MgO를 사용하였을 때보다 약 2배 정도 향상되었다.
무 수은 면 광원이 갖고 있는 기존 면 형태 전극 구조를 면 형태와 대향 형태의 결합 형태 구조로 바꿈으로써 VUV 생성 효율을 향상시켰다. 결합 형태 전극 구조는 기본 면 형태의 방전 특성과 수직 전극에 의하여 방전 공간의 전기장이 더디게 감소하는 효과와 전자의 이동경로가 확장되는 효과를 동시에 얻을 수 있었고, 이로 인해 Xe 여기화에 에너지를 소비하는 비중이 상승하였다. 또한, 결합 형태 구조를 갖는 무 수은 면 광원에 새로운 보조 전극을 적용하면서, 필요 없는 전기장이 제거되고, 전자 밀도가 넓게 분포하여 방전 공간의 전기장의 감소가 더 느려져 동일 전압에서 VUV 생성 효율이 기존보다 상승하는 결과를 얻었다.
Language
Korean
URI
https://hdl.handle.net/10371/118858
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