KR20090103704A - 전자 방출 특성의 해석 시스템 및 해석 방법 - Google Patents
전자 방출 특성의 해석 시스템 및 해석 방법Info
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Abstract
전자 방출 특성의 해석 시스템 및 해석 방법에서, 형성 지연 시간과 통계 지연 시간을 고정밀도로 분리하고, 또한 하나 또는 복수의 전자 방출원의 에너지 상태 밀도를 동정할 수 있는 기술을 제공한다. 휴지 시간 ti, 온도 T에 대한 어드레스 방전 지연 시간 td의 계측 데이터를 입력한다. 계측 데이터의 누적수로부터 방전 확률 빈도와 기방전 확률을 산출한다. 프라이밍 전자의 전자 방출 시상수 ts exp(ti, T)를 산출한다. 전자 방출원의 에너지 상태 밀도의 함수를 설정하고, 활성화 에너지의 평균값, 분산값, 실효수의 탐색 범위, 탐색 폭을 설정한다. 전자 방출원의 에너지 상태 밀도와 윈도우 함수의 중적분에 의해 프라이밍 전자의 전자 방출 시상수 ts th(ti, T)를 산출한다. ts exp(ti, T)와 ts th(ti, T)의 평균 제곱 오차가 최소로 되는 활성화 에너지의 평균값, 분산값, 실효수를 결정한다.
Description
본 발명은, 전자 방출 특성의 해석 기술에 관한 것으로, 특히, 플라즈마 디스플레이 패널(이하, 「PDP」라고 칭함)이나 불순물 준위의 계측 장치에서의 산화막 재료(MgO 등), 이온 결정 재료, 및 반도체 재료 등의 전자 방출원에 대한 전자 방출 특성의 해석 시스템 및 해석 방법에 관한 것이다.
최근, 대화면 박형 컬러 표시 장치로서, PDP의 개발이 진행되고 있다.
예를 들면, 도 18에 도시한 바와 같이, 3전극 구조의 AC 면방전형 PDP가 널리 개발되어 있다. AC 면방전형 PDP에서는, 2매의 글래스 기판, 즉, 전면 기판(1501) 및 배면 기판(1508)이 대향 배치되고, 그들의 간극이 방전 공간(1513)으로 된다. 방전 공간(1513)에는, 방전 가스로 되는 He, Ne, Xe, Ar 등의 혼합 가스가 수백∼600Torr 이상의 압력으로 봉입되어 있다. 표시면측으로 되는 전면 기판(1501)의 하면에는, 병치된 X전극(1502)과 Y전극(1503)으로 이루어지는 유지 방전 전극쌍이 형성되고, 구동 전압을 반복해서 인가하여 계속적인 발광을 행하기 위하여 이용된다. 통상적으로, X전극, Y전극은, 투명 전극과 투명 전극의 도전성을 보충하는 불투명 전극으로 구성된다. 즉, X전극은, X투명 전극(1502-1, 1502-2 ……)과, 불투명한 X버스 전극(1504-1, 1504-2……)으로 구성되고, Y전극은, Y투명 전극(1503-1, 1503-2……)과, 불투명한 Y버스 전극(1505-1, 1505-2……)으로 구성된다.
이들 유지 방전 전극은, 전면 유전체(1506)에 의해 피복되고, 유전체 표면에는 산화 마그네슘(MgO) 등의 보호막(1507)이 형성된다. MgO는, 2차 전자 방출 계수가 높기 때문에, 방전에 의해 발생한 He, Ne, Xe, Ar 등의 이온이 MgO에 충돌하면 전자가 방출되어, 방전을 강화하는 기능을 하고, 방전 개시 전압을 저하시킨다. 또한, MgO는, 내스퍼터링성이 우수하고, 방전에 의해 발생한 He, Ne, Xe, Ar 등의 이온이 전면 유전체(1506)에 직접 충돌하여 데미지를 부여하므로 전면 유전체(1506)를 보호하는 역할을 한다.
한편, 배면 기판(1508)의 상면에는, 유지 방전 전극과 직교 방향으로, 어드레스 방전을 위한 어드레스 전극 또는 어드레스 전극(이하, 간단히, 「A전극」이라고 칭함)(1509)이 설치되어 있다. 이 A전극(1509)은 배면 유전체(1510)에 의해 피복되고, 이 배면 유전체(1510) 상에는 격벽(1511)이 A전극(1509)을 끼워넣도록 설치되어 있다. 또한, 격벽(1511)의 벽면과 배면 유전체(1510)의 상면에 의해 형성되는 오목 영역 내에는 형광체(1512)가 도포되어 있다.
이들 구성에서, 유지 방전 전극쌍과 A전극의 교차부가 1개의 방전 셀 공간에 대응하고 있고, 이 방전 셀은 이차원 형상으로 약 2000×2000의 매트릭스 구조로 배열되어 있다. 컬러 표시의 경우에는, 적, 녹, 청색 형광체가 도포된 3종의 방전 셀을 1조로 하여 1화소를 구성한다.
다음으로, PDP의 동작에 대하여 설명한다.
PDP의 발광의 원리는, 방전 가스로부터 X, Y전극 사이에 인가하는 구동 전압에 의해 전자와 이온으로 이루어지는 플라즈마를 발생시켜, 그 전자가 기저 상태에 있는 방전 가스를 여기 상태로 끌어 올리고, 그 여기 상태에 있는 방전 가스로부터 발생하는 자외선을 형광체에 의해 가시광으로 변환한다고 하는 것이다.
도 19의 블록도에 도시한 바와 같이, PDP(1600)는, 플라즈마 디스플레이 장치(1602)에 조립된다. 영상원(1603)으로부터 구동 회로(1601)에 표시 화면의 신호를 보내고, 구동 회로(1601)는 그 신호를 취득하여 구동 전압으로 변환하여 PDP(1600)의 각 전극에 공급한다.
도 20의 (a)는, 도 19에 도시한 PDP(1600)에 1매의 화상을 표시하는 데에 필요한 1TV 필드 기간의 구동 전압의 타임 차트를 나타내는 도면이다. 도면 중의 (I)에 도시한 바와 같이, 1TV 필드 기간 1700은 유지 전압 펄스의 인가 횟수가 서로 다른 서브필드 1701∼1708로 분할되어 있다. 각 서브필드마다의 유지 전압 펄스 인가 횟수, 즉, 유지 방전에 의해 생기는 발광 강도를 조정하여 계조를 표현한다. 2진법에 기초하는 발광 강도의 가중치를 가진 8개의 서브필드를 설정한 경우, 3원색 표시용 방전 셀은 각각 28(=256)계조의 휘도 표시가 얻어지고, 약 1678만색의 색 표시가 가능하다. 각 서브필드는, 도면 중 (II)에 도시한 바와 같이 방전 셀을 초기 상태로 되돌리는 리세트 방전 기간 1709, 발광하는 방전 셀을 선택하는 어드레스 방전 기간 1710, 발광 표시를 행하는 유지 방전 기간 1711로 구성된다.
도 20의 (b)는, 도 20의 (a)에 도시한 어드레스 방전 기간 1710에서 A전극(1509), X전극, 및 Y전극에 인가되는 전압 파형을 나타내는 도면이다. 파형 1712는 어드레스 방전 기간 1710에서의 1개의 A전극(1509)에 인가하는 전압 파형, 1713과 1714는 Y전극의 i번째와 (i + 1)번째에 인가하는 전압 파형, 파형 1717은 X전극에 인가하는 전압 파형이며, 각각의 전압은 V0, V21, V21, 및 V1이다. 도 20의 (b)에 도시한 바와 같이, Y전극의 i행째에 스캔 펄스 1715가 인가되었을 때, 전압 V0의 A전극(1509)과의 교점에 위치하는 셀에서는 Y전극과 A전극의 사이에서 방전이 발생하고, 그 방전은 Y전극과 X전극의 사이에서 변천하여 어드레스 방전이 일어난다. Y전극의 i행째와 전압 V0이 인가되어 있지 않은 A전극(1509)과의 교점에 위치하는 셀에서는, 어드레스 방전은 일어나지 않는다. Y전극의 (i + 1)행째에 스캔 펄스 1716이 인가된 경우도 마찬가지이다. 어드레스 방전이 일어난 방전 셀에서는, 방전에서 생긴 전하가 벽전하로서 X, Y전극을 덮는 유전체 및 보호막(1507)의 표면에 형성되고, X, Y전극 사이에 벽전압 Vw가 발생한다. 이 벽전하의 유무가, 다음에 계속되는 유지 방전 기간 1711에서의 유지 방전의 유무를 결정한다.
도 21은, 어드레스 방전 기간 1710에서, Y전극에 인가하는 전압 파형 1801과 A전극(1509)에 인가하는 전압 파형 1802, 및, 어드레스 방전 전류 1803을 나타낸 도면이다. A전극(1509)에 전압 Va를 인가한 후에, 어드레스 방전 전류가 피크에 이르는 시간을 어드레스 방전 지연 시간 td로 한다. 또한, 도 21에, 유지 방전 기간 1711에서, 유지 방전 전극인 X전극과 Y전극의 사이에 일제히 인가되는 구동 전압 파형을 나타낸다. Y전극에는 구동 전압 파형 1804의 사각형 파형의 구동 전압이, X전극에는 사각형 파형의 구동 전압 파형 1805의 구동 전압이 반복해서 인가된다. 이 사각형 파형의 구동 전압이 Y전극과 X전극에 교대로 인가된다. 이 유지 방전 전압 Vsus의 전압값은, 어드레스 방전에 의한 Y전극과 X전극의 상대 전위차인 벽전압 Vw의 유무에 의해 유지 방전의 유무가 결정되도록 설정된다. 어드레스 방전이 생긴 방전 셀에서는, 벽전압 Vw와 유지 방전 전압 Vsus의 합이 방전 개시 전압을 상회하고, 어드레스 방전이 생기고 있지 않은 방전 셀에서는, 유지 방전 전압 Vsus가 방전 개시 전압을 하회하도록 설정되어 있다. 유지 방전 구동 전압의 1주기가 끝나면, 어드레스 방전이 생긴 방전 셀에서는, Y전극과 X전극의 상대 전위는 반전한다. 그 유지 전극 사이에 유지 방전 구동 전압의 2주기째가 인가되면, 다시, 벽전압 Vw와 유지 방전 전압 Vsus의 합이 방전 개시 전압을 상회하고, 방전이 반복된다. 이와 같이, 어드레스 방전을 일으킨 방전 셀에서는, 유지 방전 구동 전압을 인가한 시간의 발광이 생기고, 반대로, 어드레스 방전을 일으키지 않은 방전 셀에서는 발광은 생기지 않는다. 유지 방전 기간 1711 경과 후, 어드레스 방전 기간 1710에서, 각 A전극(1509)에 전압 인가할 때까지의 시간을 휴지 시간 ti로 한다.
또한, 이러한 PDP에 관한 기술로서는, 예를 들면 특허 문헌 1에 기재되는 기술 등을 들 수 있다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 2007-109541호 공보
그런데, 상기와 같은 PDP의 기술에 대하여, 본 발명자가 검토한 결과, 이하와 같은 것이 밝혀졌다.
예를 들면, PDP에서는, 대화면 풀 하이비젼화가 진행되고 있고, 1패널 내의 방전 셀수와, 어드레스 방전 기간 1710 내에 스캔할 X전극(1502)과 Y전극(1503)의 라인수가 증가 경향에 있다. 따라서, 하나의 방전 셀에 인가하는 스캔 펄스 1715나 1716에 대하여, 어드레스 방전에 필요한 시간, 즉, 어드레스 방전 지연 시간 td를 단축하고, 고속 동작을 실현하는 것이 중요 과제이다.
어드레스 방전 지연 시간 td는, Y전극, X전극과 A전극의 인가 전압과 리세트 방전 후의 잔류 벽전하에 의존하는 형성 지연 시간 tf, 및 방전의 불씨로 되는 전자(프라이밍 전자)가 MgO로부터 방출될 때까지의 통계 지연 시간 ts의 합으로 구성된다. 리세트 방전 후의 잔류 벽전하량에 요동이 존재한다고 하면, 형성 지연 시간 tf에 요동이 생긴다.
또한, 도 22에 도시한 바와 같이, MgO에서는, 입방정 구조의 Mg 원자(1901) 또는 산소 원자(1902)가 빠진 Mg 결손이나 산소 결손, 또는, 산소 결손에 프로톤이 포획된 치환 구조(1903)에 전자를 포획한 전자 방출원이 존재한다. 이 전자 방출원으로부터 프라이밍 전자가 방전 셀 공간에 방출되는 것은, 통계 현상이기 때문에, 통계 지연 시간에 요동이 생긴다.
도 23은, 동일 방전 셀에서의 어드레스 방전 지연 시간을 반복해서 계측한 계측 데이터를, 어드레스 방전 지연 시간마다 누적수로 표시한 방전 지연 시간의 빈도 분포이다. 동일 방전 셀임에도 불구하고, 약 500ns를 피크로, 방전 시간이 빠른 경우에는 400ns, 방전 시간이 느린 경우에는 1000ns 이상을 나타내고 있고, 좌우 비대칭의 형상을 나타내고 있다.
도 24는, 종래의 전자 방출 특성의 해석 시스템 및 해석 방법으로서, 어드레스 방전 지연 시간의 계측 데이터 td를 입력하고, 형성 지연 시간과 통계 지연 시간을 해석하는 시스템과 방법을 도시한 도면으로서, 이하의 수순으로 실행된다.
(1) 어드레스 방전 지연 시간 td와 누적수의 계측 데이터를 입력한다.
(2) 어드레스 방전 지연 시간 td에 대한 누적수를 계산하고, 어드레스 방전 지연 시간 td에 대한 기방전 확률을 산출한다.
(3) 기방전 확률이 1%로 되는 시간 t1%와 95%로 되는 시간 t95%를 산출한다.
(4) 형성 지연 시간 tf=t1%, 통계 지연 시간 ts=t95% - t1%를 산출한다.
그러나, 이상의 현상론적인 해석은, 형성 지연 시간과 통계 지연 시간을 혼동하여 산출하고 있어, 해석법으로서 부적당하다. 어드레스 방전의 고속 동작에 대한 설계 지침을 정할 때에, 형성 지연 시간과 통계 지연 시간을 고정밀도로 분리하는 것이 곤란하다. 또한, 통계 지연 시간의 결정 요인인 전자 방출원의 전자 방출 특성, 예를 들면, 전자 방출원의 에너지 상태 밀도를 동정하는 것이 곤란하다. 또한, 복수종의 전자 방출원이 존재하는 경우에, 각 전자 방출원에 대한 에너지 상태 밀도를 동정하는 것이 불가능하다.
따라서, 본 발명의 목적 중 하나는, 전자 방출 특성의 해석 시스템 및 해석 방법에서, 형성 지연 시간과 통계 지연 시간을 고정밀도로 분리하고, 또한 하나 또는 복수의 전자 방출원의 에너지 상태 밀도를 동정할 수 있는 기술을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 신규의 특징은, 본 명세서의 기술 및 첨부 도면으로부터 밝혀질 것이다.
본원에서 개시되는 실시예 중, 대표적인 것의 개요를 간단히 설명하면, 다음과 같다.
즉, 대표적인 실시예에 의한 전자 방출 특성의 해석 시스템 및 해석 방법은, 하기의 수순을 이용하여, 하나 또는 복수의 전자 방출원의 에너지 상태 밀도를 해석하는 것이다.
(1) 서스테인 전압 인가 후부터 어드레스 전압 인가까지의 휴지 시간 ti, 온도 T의 계측 조건에 대한 어드레스 방전 지연 시간 td의 계측 데이터를 입력한다.
(2) 각 휴지 시간 ti와 온도 T에 대한 계측 데이터에 기초하여, 어드레스 방전 지연 시간마다의 누적수를 계산하고, 방전 확률 빈도와 기방전 확률을 산출한다.
(3) 프라이밍 전자의 전자 방출 시상수 ts exp(ti, T)를 산출한다.
(4) 전자 방출원의 에너지 상태 밀도의 함수를 설정하고, 에너지 상태 밀도에 대한 활성화 에너지의 평균값, 분산값과 실효수의 탐색 범위와 탐색 폭을 설정한다.
(5) 전자 방출원의 에너지 상태 밀도와 윈도우 함수의 에너지에 대한 중적분에 의해 ts th(ti, T)를 산출한다.
(6) 휴지 시간 ti와 온도 T의 계측 조건의 총 수에 대하여, 계측 데이터로부터 구한 ts exp(ti, T)와 계산으로부터 구한 ts th(ti, T)의 평균 제곱 오차가 최소로 되는 활성화 에너지의 평균값, 분산값과 실효수를 결정한다.
대표적인 실시예에 따르면, 서스테인 전압 인가 후부터 어드레스 전압 인가까지의 휴지 시간 ti와 산화막(MgO 등)의 온도 T에 대한 어드레스 방전 지연 시간 td의 계측 데이터를 이용하여, 하나 또는 복수의 전자 방출원의 에너지 상태 밀도에 대한 활성화 에너지의 평균값, 분산값과 실효수를 구하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 전자 방출 특성의 해석 시스템 및 해석 방법에서, 그 구성 및 수순의 일례를 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 의한 전자 방출 특성의 해석 시스템 및 해석 방법에서, 그 해석 시스템의 하드웨어 구성의 일례를 나타내는 블록도.
도 3은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 전자 방출 특성의 해석 시스템 및 해석 방법에서, 기방전 확률을 이용한 프라이밍 전자의 전자 방출 시상수 해석의 설명도.
도 4는 본 발명의 실시 형태 1에 의한 전자 방출 특성의 해석 시스템 및 해석 방법에서, 계측 데이터로부터 구한 프라이밍 전자의 전자 방출 시상수를 나타내는 플롯도.
도 5는 본 발명의 실시 형태 1에 의한 전자 방출 특성의 해석 시스템 및 해석 방법에서, 휴지 시간 ti와 온도 T에 대한 윈도우 함수가 최대로 되는 에너지를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 전자 방출 특성의 해석 시스템 및 해석 방법에서, 전자 방출원의 에너지 상태 밀도와 윈도우 함수의 에너지 중적분의 설명도.
도 7은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 전자 방출 특성의 해석 시스템 및 해석 방법에서, 활성화 에너지의 평균값, 분산값과 실효수의 탐색 범위와 탐색 폭을 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 전자 방출 특성의 해석 시스템 및 해석 방법에서, 전자 방출원에 대하여 계산(실선)으로부터 구한 프라이밍 전자의 전자 방출 시상수와 계측 데이터(플롯)로부터 구한 프라이밍 전자의 전자 방출 시상수의 비교도.
도 9는 본 발명의 실시 형태 1에 의한 전자 방출 특성의 해석 시스템 및 해석 방법에서, 전자 방출원의 에너지 상태 밀도를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명의 실시 형태 2에 의한 전자 방출 특성의 해석 시스템 및 해석 방법에서, 그 구성 및 수순의 일례를 나타내는 블록도.
도 11은 본 발명의 실시 형태 2에 의한 전자 방출 특성의 해석 시스템 및 해석 방법에서, 계측 데이터로부터 구한 프라이밍 전자의 전자 방출 시상수를 나타내는 플롯도.
도 12는 본 발명의 실시 형태 2에 의한 전자 방출 특성의 해석 시스템 및 해석 방법에서, 제1종의 전자 방출원에 대하여 계산(실선)으로부터 구한 프라이밍 전자의 전자 방출 시상수와 계측 데이터(플롯)로부터 구한 프라이밍 전자의 전자 방출 시상수의 비교도.
도 13은 본 발명의 실시 형태 2에 의한 전자 방출 특성의 해석 시스템 및 해석 방법에서, 제1종의 전자 방출원에 대한 에너지 상태 밀도를 나타내는 도면.
도 14는 본 발명의 실시 형태 2에 의한 전자 방출 특성의 해석 시스템 및 해석 방법에서, 제1종과 제2종의 전자 방출원에 대하여 계산(실선)으로부터 구한 프라이밍 전자의 전자 방출 시상수와 계측 데이터(플롯)로부터 구한 프라이밍 전자의 전자 방출 시상수의 비교도.
도 15는 본 발명의 실시 형태 2에 의한 전자 방출 특성의 해석 시스템 및 해석 방법에서, 제1종과 제2종의 전자 방출원에 대한 에너지 상태 밀도를 나타내는 도면.
도 16은 본 발명의 실시 형태 3에 의한 전자 방출 특성의 해석 시스템 및 해석 방법에서, 그 구성 및 수순의 일례를 나타내는 블록도.
도 17은 본 발명의 실시 형태 3에 의한 전자 방출 특성의 해석 시스템 및 해석 방법에서, 프라이밍 전자 방출 시상수의 온도 의존성을 이용한 전자 방출원의 활성화 에너지와 실효수의 해석도.
도 18은 본 발명의 전제로서 검토한 3전극 구조의 AC 면방전형 플라즈마 디스플레이 패널의 일부의 구조를 도시하는 사시도.
도 19는 본 발명의 전제로서 검토한 플라즈마 디스플레이 장치의 개략 구성을 도시하는 블록도.
도 20의 (a), (b)는 본 발명의 전제로서 검토한 플라즈마 디스플레이 장치에서, 플라즈마 디스플레이 패널에 화상을 표시하는 1TV 필드 기간의 구동 회로의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 21은 본 발명의 전제로서 검토한 플라즈마 디스플레이 장치의 플라즈마 디스플레이 패널의 전압 시퀀스와 방전 전류 파형을 나타내는 도면.
도 22는 본 발명의 전제로서 검토한 MgO와 전자 방출원의 결정 구조를 도시하는 도면.
도 23은 본 발명의 전제로서 검토한 어드레스 방전 지연 시간의 계측 데이터에 대한 누적수, 및, 기방전 확률을 이용한 통계 지연 시간 ts와 형성 지연 시간 tf의 해석 방법을 나타내는 도면.
도 24는 본 발명의 전제로서 검토한 전자 방출 특성의 해석 시스템 및 해석 방법에서, 그 구성 및 수순의 일례를 나타내는 블록도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101: 입력 장치
102: 계산 장치
103: 출력 장치
201:방전 확률 빈도
202: 기방전 확률
203: 장시간 영역
301, 801, 1401: 플롯
501, 901, 1001, 1201: 실선
1402: 직선
401, 601: 전자 방출원의 에너지 상태 밀도
402: 윈도우 함수
1501: 전면 기판
1502: X전극
1503: Y전극
1504: X버스 전극
1505: Y버스 전극
1506: 전면 유전체
1507: 보호막
1508: 배면 기판
1509: 어드레스 전극(A전극)
1510: 배면 유전체
1511: 격벽
1512: 형광체
1513: 방전 공간
1600: 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)
1601: 구동 회로
1602: 플라즈마 디스플레이 장치
1603: 영상원
1700: 1TV 필드 기간
1701∼1708: 서브필드
1709: 리세트 방전 기간
1710: 어드레스 방전 기간
1711: 유지 방전 기간
1801: Y전극에 인가하는 전압 파형
1802: A전극에 인가하는 전압 파형
1803: 어드레스 방전 전류
1804, 1805: 구동 전압 파형
1803: 서스테인 방전 전류
1901: Mg 원자
1902: 산소(O) 원자
1903: 치환 구조
2200: 퍼스널 컴퓨터
2201: CPU 장치
2202: 기억 장치
2204, 2205: 데이터 전송용 결합 버스
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 실시 형태를 설명하기 위한 전체 도면에서, 동일 부재에는 원칙적으로 동일한 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.
<실시 형태 1>
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 전자 방출 특성의 해석 시스템 및 해석 방법에서, 그 구성 및 수순의 일례를 나타내는 블록도, 도 2는 그 해석 시스템의 하드웨어 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
우선, 도 1 및 도 2에 의해, 본 실시 형태 1에 의한 전자 방출 특성의 해석 시스템의 구성을 설명한다. 본 실시 형태 1의 해석 시스템은, 예를 들면, PDP에서의 산화막 재료(MgO 등)의 전자 방출원에 대한 전자 방출 특성의 해석 시스템으로 되고, 퍼스널 컴퓨터(2200)와, 계산 장치(102) 등으로 구성되어 있다. 퍼스널 컴퓨터(2200)는, 기억 장치를 포함하는 입력 장치(101)와, 화상 처리 장치를 포함하는 출력 장치(103) 등으로 구성된다. 계산 장치(102)는, CPU 장치(2201)와, 기억 장치(2202) 등으로 구성되고, CPU 장치(2201)와 기억 장치(2202)는, 데이터 전송용 결합 버스(2204)에 의해 접속되어 있다.
또한, 도 2에서는, 복수의 계산 장치(102)가, 데이터 전송용 결합 버스(2205)에 의해 매트릭스 형상으로 접속되는 구성으로 되어 있지만, 이것에 한정되지 않고, 계산 장치(102)는 1개이어도 되고, 또한, 퍼스널 컴퓨터(2200) 내에 설치하여도 된다.
다음으로, 도 1 및 도 2에 의해, 본 실시 형태 1에 의한 전자 방출 특성의 해석 시스템에 대하여, 그 동작예를 설명한다. 계산 장치(102)에서, 기억 장치(2202)에는 전자 방출 특성의 해석 프로그램이 기억(유지)되어 있고, 퍼스널 컴퓨터(2200)로부터의 지시에 의해, CPU 장치(2201)가 그 프로그램을 읽어내어 연산 처리를 행한다. 그 연산 처리의 결과는, 기억 장치(2202)에 보존된다. 연산 처리에 필요한 데이터류는, 퍼스널 컴퓨터(2200)로부터, 데이터 전송용 결합 버스(2205)를 통하여 송신된다. 또한, 계산 장치(102)에서의 연산 처리의 결과는, 데이터 전송용 결합 버스(2205)를 통하여, 퍼스널 컴퓨터(2200)에 송신된다. 또한, 퍼스널 컴퓨터(2200)에서, 연산 처리에 필요한 데이터는 입력 장치(101)로부터 입력되고, 연산 처리의 결과는 출력 장치(103)에서 출력ㆍ표시된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 계산 장치(102)에서의 연산 처리는, 이하의 수순으로 실행된다.
우선, 스텝 S102-1에서, PDP 패널에 대하여 계측한, 서스테인 전압 인가 후부터 어드레스 전압 인가까지의 휴지 시간 ti와 MgO의 온도 T에 대한 어드레스 방전 지연 시간 td의 계측 데이터를, 입력 장치(101)로부터 계산 장치(102)에 입력한다.
다음으로, 스텝 S102-2에서, 계산 장치(102)에서는, 각 휴지 시간 ti와 MgO의 온도 T에 대한 계측 데이터에 기초하여, 어드레스 방전 지연 시간마다의 누적수를 계산하고, 방전 확률 빈도 P(t)를 산출한다.
도 3에, 방전 확률 빈도의 최대값을 1로 규격화한 방전 확률 빈도 P(t) 201을 나타내었다. 방전 확률 빈도 P(t)는, 단시간측에서는 가우스 함수형이지만, 장시간측은 꼬리를 길게 끈 비대칭의 형상이다. 이 방전 확률 빈도 P(t)와 수학식 1을 이용하여, 기방전 확률 G(t)를 산출한다. 도 3에는, 기방전 확률 G(t) 202를 나타내었다. 기방전 확률 G(t)는, 아래로 볼록으로부터 위로 볼록한 형상을 나타내고, 장시간측에서 기울기는 완만하게 되어 있다.
스텝 S102-3에서, 형성 지연 시간 tf의 요동을 제거하고, 프라이밍 전자의 전자 방출 시상수 ts exp를 구하기 위해.
를 만족하는 장시간 영역에서의 기방전 확률 G(t)와 그 시각 t를 이용한다. 여기에서, tf ave는 형성 지연 시간 tf의 평균값, σtf는 형성 지연 시간 tf의 분산값이다. 형성 지연 시간의 평균값 tf ave와 형성 지연 시간의 분산값 σtf는, 어드레스 전압 인가시에 프라이밍 전자가 존재하는 짧은 휴지 시간 ti의 계측 데이터에 대하여, 그 어드레스 방전 지연 시간의 평균값과 분산값으로부터 구할 수 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이,
의 장시간 영역 203을 만족하는 ta, tb, 그 기방전 확률 G(ta)와 G(tb), 및 하기 수학식 2를 이용하여, 프라이밍 전자의 전자 방출 시상수 ts exp를 산출한다.
예를 들면, ti=0.1ms, T=25℃의 짧은 휴지 시간에 대한 어드레스 방전 지연 시간의 계측 데이터에서는, 어드레스 방전 지연 시간의 평균값 tf ave=0.59μs, 분산값 σtf=0.09μs이다. 그리고, 해석 대상의 계측 조건 ti=50ms, T=25℃에서의 기방전 확률 G(t)가 63.2%와 95%로 되는 시각 t63.2와 t95는 각각 0.84μs와 1.45μs이다. 수학식 2를 이용하여 얻어진 ts exp(ti=50ms, T=25℃)는 0.31μs이다. 따라서,
는 0.71μs로 되기 때문에,
의 장시간 영역의 조건을 충족하는 것을 알 수 있다.
마찬가지로 하여, 도 4에는, ti=1ms, 10ms, 50ms와 T=-10℃, 10℃, 25℃, 60℃의 12개의 계측 조건에 대한 계측 데이터로부터 구한 프라이밍 전자의 전자 방출 시상수 ts exp를 플롯 301에서 나타내었다. 이와 같이 하여, 휴지 시간 ti와 MgO의 온도 T에서의 전자 방출 시상수 ts exp를 구할 수 있다.
다음으로, 전자 방출원의 종류 j의 에너지 상태 밀도 Dj(E)를 해석하는 방법을 설명한다. 계산으로부터 구해지는 프라이밍 전자의 전자 방출 시상수 ts th는, 다음 수학식 3과 4에 의해 에너지 상태 밀도 Dj(E)와 관계지어진다.
여기에서, fph는 전자 방출원의 포논 진동수, kB는 볼츠만 상수이다. 또한, Wj(E, ti, T)는, 휴지 시간 ti와 MgO의 온도 T의 계측 조건에 대하여,
를 중심으로 최대값 e-1ti -1과 에너지 폭 ± 수kBT를 갖는 윈도우 함수이다. 계측 조건으로서, 휴지 시간 ti를 일정, MgO의 온도 T를 변화시킨 계측에서는, 윈도우 함수는, 최대값 e-1ti -1을 일정으로 하고 에너지 Em(ti, T)가 추이한다. 한편, MgO의 온도 T를 일정, 휴지 시간 ti를 변화시킨 계측에서는, Em(ti, T)가 추이하면서, 최대값 e-1ti -1도 변화한다.
도 5에, 휴지 시간 ti=0.01ms, 0.1ms, 1ms, 10ms, 100ms, 1000ms와 MgO의 온도 T=-10℃, 0℃, 10℃, 20℃, 30℃, 40℃, 60℃에서의 윈도우 함수가 최대로 되는 에너지
를 나타내었다. 여기에서, 전자 방출원의 포논 진동수 fph는 3.1×1013Hz로 하였다. 휴지 시간 ti=0.01ms와 MgO의 온도 T=-10℃에서는, 윈도우 함수가 최대로 되는 에너지는 443meV이다. 또한, 휴지 시간 ti=1000ms와 MgO의 온도 T=60℃에서는, 윈도우 함수가 최대로 되는 에너지는 892meV를 나타내고 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 전자 방출 시상수 ts th의 역수는, 미지의 전자 방출원의 에너지 상태 밀도 Dj(E) 401과 계측 조건에 의해 결정되는 윈도우 함수 Wj(E, ti, T) 402의 에너지에 대한 중적분을 계산하고, 전체 전자 방출원의 종류 j에 대하여 합을 취하는 것과 동등하다는 것을 알 수 있다.
스텝 S102-4에서, 전자 방출원의 에너지 상태 밀도 Dj(E)로서, 수학식 5의 가우스 함수를 설정한 경우에, 도 7의 조건에 따라서, 하나의 전자 방출원의 종류 j에 대하여, 실효수 Nee,j, 활성화 에너지의 평균값 ΔEa,j, 활성화 에너지의 분산값 σE,j를 구한다. 이 때, 이들 파라미터값을 탐색하기 위하여 입력할 탐색 범위와 탐색 폭, 및 개수에 대하여 설명한다.
계측 조건 ti=1ms, 10ms, 50ms, T=-10℃, 10℃, 25℃, 60℃에 대하여, 윈도우 함수가 최대로 되는 에너지는 526meV∼778meV의 범위로 된다. 윈도우 함수의 에너지 폭의 3kBT는 약 75meV이므로, 에너지 영역은 451meV∼853meV로 된다. 따라서, 활성화 에너지의 평균값 ΔEa,j의 탐색 범위로서, 계측 조건에 의해 결정되는 Em(ti, T)의 최소값 - 3kBT로부터 Em(ti, T)의 최대값 + 3kBT를 포함하는 400meV∼900meV로 하였다. 또한, 계측 조건에 의해 결정되는 Em(ti, T)의 에너지 간격은, 최소 간격은 10.1meV, 최대 간격은 52.2meV, 평균 간격은 31.5meV이므로, 실험 정밀도는 기껏 30meV 정도이다. 따라서, 활성화 에너지의 평균값 ΔEa,j와 활성화 에너지의 분산값 σE,j의 에너지의 탐색 폭을, Em(ti, T)의 에너지 간격의 평균값 이하인 10meV로 하였다. 또한, 실효수 Nee,j는, 계측 조건 ti의 시간 오더 폭이 2자리 정도이므로, 실효수의 탐색 범위는 그 시간 오더 폭인 2자리로 하여, 1×105개/셀∼1×107개/셀로 하였다. 따라서, 실효수 Nee,j의 탐색점으로서, 1×105개/셀, 1.1×105개/셀, 2×105개/셀, 2.1×105개/셀, 1×106개/셀, 1.1×106개/셀, 2×106개/셀, 2.1×106개/셀, 1×107개/셀의 201개로 하였다. 이상으로부터, 활성화 에너지의 평균값 ΔEa,j에 대한 탐색 범위는 400meV∼900meV를 10meV 폭으로 이산화한 51개의 탐색점, 활성화 에너지의 분산값 σE,j에 대한 탐색 범위는 5∼100meV를 10meV 폭으로 이산화한 10개의 탐색점, 실효수 Nee,j에 대한 탐색 범위는 1×105개/셀∼1×107개/셀을 이산화한 201개의 탐색점으로 구성되고, 탐색 범위와 탐색 폭, 및 모든 조합으로서 약 1×105개의 파라미터값을 입력한다.
스텝 S102-5에서, 활성화 에너지의 평균값 ΔEa,j, 활성화 에너지의 분산값 σE,j와 실효수 Nee,j의 각 파라미터값을 설정한 수학식 5을 수학식 3에 대입하고, 전자 방출원의 에너지 상태 밀도 Dj(E)와 윈도우 함수 Wj(E, ti, T)의 에너지에 대한 중적분을 계산하고, 그 역수로부터 ts th(ti, T)를 구할 수 있다. 여기에서, 하나의 전자 방출원의 종류 j의 포논 진동수를 1.19×1013Hz로 하였다.
스텝 S102-6에서, 휴지 시간 ti와 MgO의 온도 T의 계측 조건의 총 수 N=12개에 대하여, 수학식 6으로 표현된 계측 데이터로부터 구한 ts exp(ti, T)와 계산으로부터 구한 ts th(ti, T)의 평균 제곱 오차 RMSD가 최소로 되는 활성화 에너지의 평균값 ΔEa,j, 활성화 에너지의 분산값 σE,j, 실효수 Nee,j를 구한다.
도 8에, 계측 데이터로부터 구한 ts exp(ti, T)를 플롯 301로, 계산으로부터 구한 ts th(ti, T)를 실선 501로 나타내었다. 양자는 극히 좋은 일치를 나타내고 있다. 결과적으로, 평균 제곱 오차 RMSD는 최소값 165ns이며, 활성화 에너지의 평균값 ΔEa,j=760meV, 활성화 에너지의 분산값 σE,j=55meV, 실효수 Nee,j=1.3×106개/셀인 것이 구해졌다.
이와 같이 하여, 도 9에 도시한 바와 같이, 미지의 전자 방출원의 에너지 상태 밀도 Dj(E) 601로서, 활성화 에너지의 평균값 ΔEa,j=760meV, 활성화 에너지의 분산값 σE,j=55meV, 실효수 Nee,j=1.3×106개/셀을 출력 장치(103)로부터 출력ㆍ표시한다.
<실시 형태 2>
도 10은 본 발명의 실시 형태 2에 의한 전자 방출 특성의 해석 시스템 및 해석 방법에서, 그 구성 및 수순의 일례를 나타내는 블록도이다.
본 실시 형태 2에 의한 전자 방출 특성의 해석 시스템의 하드웨어 구성, 및 그 동작예는, 상기 실시 형태 1과 동일하므로, 그 설명을 생략한다.
도 10에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태 2에 의한 계산 장치(102)에서의 연산 처리는, 이하의 수순으로 실행된다.
스텝 S102-1∼S102-3은, 상기 실시 형태 1과 동일하다. 스텝 S102-1에서, PDP 패널에 대하여 계측한, 휴지 시간 ti와 MgO의 온도 T에 대한 어드레스 방전 지연 시간 td의 계측 데이터를 입력 장치(101)로부터 계산 장치(102)에 입력한다. 스텝 S102-2에서, 각 휴지 시간 ti와 MgO 온도 T에 대한 계측 데이터에 기초하여, 어드레스 방전 지연 시간마다의 누적수를 계산하고, 방전 확률 빈도 P(t)와 기방전 확률 G(t)를 산출한다. 스텝 S102-3에서,
의 장시간 영역을 만족하는 ta, tb, 그 기방전 확률 G(ta)와 G(tb), 및 수학식 2를 이용하여, 프라이밍 전자의 전자 방출 시상수 ts exp를 산출한다.
도 11에, 계측 조건 ti=1ms, 10ms, 50ms, T=-10℃, 0℃, 10℃, 25℃, 40℃, 60℃에서, 18개의 계측 조건에 대한 계측 데이터로부터 구한 프라이밍 전자의 전자 방출 시상수 ts exp를 플롯 801로 나타내었다.
스텝 S102-4에서, 제1종의 전자 방출원의 에너지 상태 밀도 D1(E)로서, 다음 수학식 7의 가우스 함수를 설정한 경우에, 도 7에 따라서, 실효수 Nee,1, 활성화 에너지의 평균값 ΔEa,1, 활성화 에너지의 분산값 σE,1을 구한다. 이 때, 이들 파라미터값을 탐색하기 위하여 입력할 탐색 범위와 탐색 폭, 및 개수에 대하여 설명한다.
계측 조건 ti=1ms, 10ms, 50ms, T=-10℃, 0℃, 10℃, 25℃, 40℃, 60℃에 대하여, 윈도우 함수의 에너지 영역은 451meV∼853meV의 범위로 된다. 상기 실시 형태 1과 마찬가지로, 활성화 에너지의 평균값 ΔEa,1의 탐색 범위로서, 400meV∼900meV로 하였다. 또한, 계측 조건에 의해 결정되는 Em(ti, T)의 에너지 간격은, 최소 간격은 0.5meV, 최대 간격은 46.2meV, 평균 간격은 14.8meV이므로, 실험 정밀도는 기껏 10meV 정도이다. 따라서, 활성화 에너지의 평균값 ΔEa,1과 활성화 에너지의 분산값 σE,1의 에너지의 탐색 폭을, Em(ti, T)의 에너지 간격의 평균값 이하인 5meV로 하였다.
다음으로, 실효수 Nee,1은, 계측 조건의 시간 오더 폭이 2자리 정도이므로, 실효수의 탐색 범위는 그 시간 오더 폭인 2자리로 하여, 1×105개/셀∼1×107개/셀을 이산화한 201개로 하였다. 이상으로부터, 활성화 에너지의 평균값 ΔEa,1에 대한 탐색 범위는 400meV∼900meV를 5meV 폭으로 이산화한 101개의 탐색점, 활성화 에너지의 분산값 σE,1에 대한 탐색 범위는 5∼100meV를 5meV 폭으로 이산화한 20개의 탐색점, 실효수 Nee,1에 대한 탐색 범위는 1×105개/셀∼1×107개/셀을 이산화한 201개의 탐색점으로 구성되고, 탐색 범위와 탐색 폭, 및 모든 조합으로서 약 4.1×105개의 파라미터값을 입력한다.
스텝 S102-5에서는, 활성화 에너지의 평균값 ΔEa,1, 활성화 에너지의 분산값 σE,1과 실효수 Nee,1의 각 파라미터값을 설정한 수학식 7을 수학식 3에 대입하고, 전자 방출원의 에너지 상태 밀도 D1(E)와 윈도우 함수 W1(E, ti, T)의 에너지에 대한 중적분을 계산하고, 그 역수로부터 t1,s th(ti, T)를 구할 수 있다. 여기에서, 제1종의 전자 방출원의 포논 진동수를 1.19×1013Hz로 하였다.
스텝 S102-6에서, 휴지 시간 ti와 MgO의 온도 T의 계측 조건의 총 수 N=18에 대하여, 수학식 8로 표현된 계측 데이터로부터 구한 ts exp(ti, T)와 계산으로부터 구한 t1,s th(ti, T)의 평균 제곱 오차 RMSD가 최소로 되는 활성화 에너지의 평균값 ΔEa,1, 활성화 에너지의 분산값 σE,1, 실효수 Nee,1을 구한다.
도 12에, 계측 데이터로부터 구한 ts exp(ti, T)를 플롯 801, 계산으로부터 구한 t1,s th(ti, T)를 실선 901로 나타내었다. 양자는 비교적 좋은 일치를 나타내고 있다. 결과적으로, 평균 제곱 오차 RMSD는 최소값 115ns이며, 활성화 에너지의 평균값 ΔEa,1=780meV, 활성화 에너지의 분산값 σE,1=95meV, 실효수 Nee,1=1.0×106개/셀인 것이 구해졌다.
이와 같이 하여, 도 13에 도시한 바와 같이, 제1종의 전자 방출원의 에너지 상태 밀도 D1(E)의 실선 1001에 대하여, 활성화 에너지의 평균값 ΔEa,1=780meV, 활성화 에너지의 분산값 σE,1=95meV, 실효수 Nee,1=1.0×106개/셀을 출력 장치(103)로부터 출력ㆍ표시한다.
다음으로, 새로운 전자 방출원이 존재한다고 생각되는 경우에는, 도 10에 나타낸 스텝 S102-7에 따라서, 스텝 S102-4로 되돌아가, 제2종의 전자 방출원의 에너지 상태 밀도 D2(E)로서, 다음 수학식 9의 가우스 함수를 설정한 경우에, 도 7에 따라서, 실효수 Nee,2, 활성화 에너지의 평균값 ΔEa,2, 활성화 에너지의 분산값 σE,2를 구한다. 이 때, 이들 파라미터값을 탐색하기 위하여 입력할 탐색 범위와 탐색 폭, 및 개수에 대하여 설명한다.
계측 조건 ti=1ms, 10ms, 50ms, T=-10℃, 0℃, 10℃, 25℃, 40℃, 60℃에 대하여, 제1종의 전자 방출원에 대하여 설명한 것과 마찬가지로, 활성화 에너지의 평균값 ΔEa,2에 대한 탐색 범위는 400meV∼900meV를 5meV 폭으로 이산화한 101개의 탐색점, 활성화 에너지의 분산값 σE,2에 대한 탐색 범위는 5∼100meV를 5meV 폭으로 이산화한 20개의 탐색점, 실효수 Nee,2에 대한 탐색 범위는 1×105개/셀∼1×107개/셀을 이산화한 201개의 탐색점으로 구성되고, 탐색 범위와 탐색 폭, 및 모든 조합으로서 약 4.1×105개의 파라미터값을 입력한다.
스텝 S102-5에서, 활성화 에너지의 평균값 ΔEa,2, 활성화 에너지의 분산값 σE,2와 실효수 Nee,2의 각 파라미터값을 설정한 수학식 9를 수학식 3에 대입하고, 전자 방출원의 에너지 상태 밀도 D2(E)와 윈도우 함수 W2(E, ti, T)의 에너지에 대한 중적분을 계산하고, 그 역수로부터 t2,s th(ti, T)를 구할 수 있다. 여기에서, 제2종의 전자 방출원의 포논 진동수를 3.1×1013Hz로 하였다.
스텝 S102-6에서, 휴지 시간 ti와 MgO의 온도 T의 계측 조건의 총 수 N=18개에 대하여, 수학식 10으로 표현된 계측 데이터로부터 구한 ts exp(ti, T)와 계산으로부터 구한 t1,s th(ti, T)와 t2,s th(ti, T)의 합에 대한 평균 제곱 오차 RMSD가 최소로 되는 활성화 에너지의 평균값 ΔEa,2, 활성화 에너지의 분산값 σE,2, 실효수 Nee,2를 구한다.
도 14에, 계측 데이터로부터 구한 ts exp(ti, T)를 플롯 801, 계산으로부터 구한 ts th(ti, T)=t1,s th(ti, T) + t2,s th(ti, T)를 실선 1001로 나타내었다. 양자는 매우 좋은 일치를 나타내고 있다. 결과적으로, 평균 제곱 오차 RMSD는 최소값 95ns로 감소되어 있고, 활성화 에너지의 평균값 ΔEa,2=550meV, 활성화 에너지의 분산값 σE,2=20meV, 실효수 Nee,2=2.0×105개/셀인 것이 구해졌다.
이와 같이 하여, 도 15에 도시한 바와 같이 제1종과 제2종의 전자 방출원의 에너지 상태 밀도 D1(E)의 실선 1001과, D2(E)의 실선 1201에 대하여, 활성화 에너지의 평균값 ΔEa,1=780meV, 활성화 에너지의 분산값 σE,1=95meV, 실효수 Nee,1=1.0×106개/셀, 및 활성화 에너지의 평균값 ΔEa,2=550meV, 활성화 에너지의 분산값 σE,2=20meV, 실효수 Nee,2=2.0×105개/셀을 출력 장치(103)로부터 출력ㆍ표시한다.
<실시 형태 3>
도 16은 본 발명의 실시 형태 3에 의한 전자 방출 특성의 해석 시스템 및 해석 방법에서, 그 구성 및 수순의 일례를 나타내는 블록도이다.
본 실시 형태 3에 의한 전자 방출 특성의 해석 시스템의 하드웨어 구성, 및 그 동작예는, 상기 실시 형태 1과 동일하므로, 그 설명을 생략한다.
도 16에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태 3에 의한 계산 장치(102)에서의 연산 처리는, 이하의 수순으로 실행된다.
스텝 S102-1∼S102-3은, 상기 실시 형태 1과 동일하다. 스텝 S102-1에서, PDP 패널에 대하여 계측한, 휴지 시간 ti와 MgO의 온도 T에 대한 어드레스 방전 지연 시간 td의 계측 데이터를 입력 장치(101)로부터 계산 장치(102)에 입력한다. 스텝 S102-2에서, 각 휴지 시간 ti와 MgO의 온도 T에 대한 계측 데이터에 기초하여, 어드레스 방전 지연 시간마다의 누적수를 계산하고, 방전 확률 빈도 P(t)와 기방전 확률 G(t)를 산출한다. 스텝 S102-3에서,
의 장시간 영역을 만족하는 ta, tb, 그 기방전 확률 G(ta)와 G(tb), 및 수학식 2를 이용하여, 프라이밍 전자의 전자 방출 시상수 ts exp를 산출한다.
도 17에, 계측 조건 ti=16ms, T=-10℃, -5℃, 0℃, 5℃, 10℃, 20℃에서, 6개의 계측 조건에 대한 계측 데이터로부터 구해진 프라이밍 전자의 전자 방출 시상수 ts exp를 플롯 1401로 나타내었다.
스텝 S1302-4에서, 제1종의 전자 방출원의 에너지 상태 밀도 D(E)로서, 수학식 11의 δ함수를 설정한 경우에, 실효수 Nee와 활성화 에너지의 평균값 ΔEa를 구하는 방법에 대하여 설명한다.
수학식 3과 수학식 11을 이용하여, 다음 수학식 12가 주어진다.
스텝 S1302-5에서, 횡축 1/kBT, 종축
를 취한다. 여기에서, 전자 방출원의 포논 진동수를 3.1×1013Hz로 하였다.
스텝 S1302-6에서, 임의의 활성화 에너지의 평균값 ΔEa를 가정하여 얻어진 각 온도 T에 대한
의 값을 계산하고, 최소 제곱 오차에 의해 피트된 직선 1402의 기울기는 ΔEa이다. 그 ΔEa에 기초하여, 재차, 각 온도 T에 대한
의 값을 계산하고, 최소 제곱 오차에 의해 피트된 직선 1402의 기울기 ΔEa를 구한다. 이 반복 계산에 대한 수속값으로부터, 기울기 ΔEa와 절편 ln(fphNee)로부터 Nee를 구한다.
도 17에 도시한 바와 같이, 최소 제곱 피트하였을 때의 상관 계수는 약 0.96으로 극히 높은 상관 관계를 얻고 있고, 활성화 에너지의 평균값 ΔEa는 661meV, 실효수 Nee는 6.2×105개/셀인 것이 구해졌다. 이와 같이 하여, 전자 방출원의 에너지 상태 밀도 D(E)로서, 활성화 에너지의 평균값 ΔEa=661meV, 실효수 Nee=6.2×105개/셀을 출력 장치(103)로부터 출력ㆍ표시한다.
<실시 형태 1∼3의 효과>
따라서, 상기 실시 형태 1∼3에 의한 전자 방출 특성의 해석 시스템 및 해석 방법에 따르면, 서스테인 전압 인가 후부터 어드레스 전압 인가까지의 휴지 시간 ti와 산화막(MgO 등)의 온도 T에 대한 어드레스 방전 지연 시간 td의 계측 데이터를 이용하여, 하나 또는 복수의 전자 방출원의 에너지 상태 밀도에 대한 활성화 에너지의 평균값, 분산값과 실효수를 구하는 것이 가능하게 된다.
이상, 본 발명자에 의해 이루어진 발명을 그 실시 형태에 기초하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지 변경 가능한 것은 물론이다. 또한, 상기 실시 형태 1∼3을 각각 적절하게 조합하여도 된다.
본 발명은, PDP나 불순물 준위의 계측 장치에서의 산화막 재료(MgO 등), 이온 결정 재료, 및 반도체 재료 등의 전자 방출원에 대한 전자 방출 특성의 해석에 효과적이다.
Claims (18)
- 연산 처리를 실행하는 CPU와, 상기 CPU가 실행하는 프로그램 및 데이터를 유지하는 기억 장치와, 상기 CPU와 상기 기억 장치를 결합하는 버스를 갖는 계산 장치와,상기 데이터를 입력하기 위한 입력 장치와,상기 계산 장치에서의 연산 결과를 출력하기 위한 출력 장치를 갖고,상기 프로그램은, 하나 또는 복수의 전자 방출원의 에너지 상태 밀도를 해석하는 프로그램이고,서스테인 전압 인가 후부터 어드레스 전압 인가까지의 휴지 시간 ti와 온도 T와의 계측 조건에 대한 어드레스 방전 지연 시간 td의 계측 데이터를 입력하는 제1 스텝과,상기 휴지 시간 ti와 상기 온도 T에 대한 상기 계측 데이터에 기초하여, 어드레스 방전 지연 시간마다의 누적수를 계산하고, 방전 확률 빈도와 기방전 확률을 산출하는 제2 스텝과,상기 기방전 확률에 기초하여, 프라이밍 전자의 제1 전자 방출 시상수 ts exp(ti, T)를 산출하는 제3 스텝과,상기 전자 방출원의 에너지 상태 밀도의 함수를 설정하고, 에너지 상태 밀도에 대한 활성화 에너지의 평균값과 분산값과, 실효수의 탐색 범위와 탐색 폭을 설정하는 제4 스텝과,상기 전자 방출원의 에너지 상태 밀도와 윈도우 함수와의 에너지에 대한 중적분에 의해, 프라이밍 전자의 제2 전자 방출 시상수 ts th(ti, T)를 산출하는 제5 스텝과,상기 휴지 시간 ti와 상기 온도 T와의 계측 조건의 총 수에 대하여, 상기 제1 전자 방출 시상수 ts exp(ti, T)와 상기 제2 전자 방출 시상수 ts th(ti, T)와의 평균 제곱 오차가 최소로 되는 활성화 에너지의 평균값과 분산값과 실효수를 결정하는 제6 스텝을 갖는 것을 특징으로 하는 전자 방출 특성의 해석 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 제3 스텝에서,를 만족하는 장시간 영역에서의 기방전 확률 G(t)와 그 시각 t를 이용하여, 상기 제1 전자 방출 시상수 ts exp(ti, T)를 산출하고,어드레스 전압 인가시에 프라이밍 전자가 존재하는 짧은 휴지 시간 ti의 계측 데이터에 대하여, tf ave는 어드레스 방전 지연 시간의 평균값, σtf는 어드레스 방전 지연 시간의 분산값인 것을 특징으로 하는 전자 방출 특성의 해석 시스템.
- 제2항에 있어서,상기 제3 스텝에서,기방전 확률 G(t)가 63.2% 이상인 G(t)와 그 시각 t를 이용하여, 상기 제1 전자 방출 시상수 ts exp(ti, T)를 산출하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 특성의 해석 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 제4 스텝에서,상기 전자 방출원의 에너지 상태 밀도로서 가우스 함수를 설정하고, 하나의 전자 방출원의 종류 j에 대하여, 실효수 Nee,j, 활성화 에너지의 평균값 ΔEa,j, 활성화 에너지의 분산값 σE,j의 파라미터값을 탐색할 때에, 입력할 탐색 범위와 탐색 폭을 설정하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 특성의 해석 시스템.
- 제4항에 있어서,상기 제4 스텝에서,상기 전자 방출원의 에너지 상태 밀도로서 가우스 함수를 설정하고, 활성화 에너지의 평균값 ΔEa,j의 탐색 범위로서, 계측 조건에 의해 결정되는 Em(ti, T)의 최소값 - 3kBT로부터 Em(ti, T)의 최대값 + 3kBT를 포함하는 에너지 범위를 설정하고,및 fph는 전자 방출원의 포논 진동수, kB는 볼츠만 상수인 것을 특징으로 하는 전자 방출 특성의 해석 시스템.
- 제4항에 있어서,상기 제4 스텝에서,상기 전자 방출원의 에너지 상태 밀도로서 가우스 함수를 설정하고, 활성화 에너지의 평균값 ΔEa,j와 활성화 에너지의 분산값 σE,j의 에너지의 탐색 폭을, Em(ti, T)의 에너지 간격의 평균값 이하로 설정하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 특성의 해석 시스템.
- 제4항에 있어서,상기 제4 스텝에서,상기 전자 방출원의 에너지 상태 밀도로서 가우스 함수를 설정하고, 실효수 Nee,j의 탐색 범위로서, 상기 휴지 시간 ti의 시간 오더 폭을 설정하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 특성의 해석 시스템.
- 제1항에 있어서,제1종의 전자 방출원의 에너지 상태 밀도에 대한 프라이밍 전자의 제3 전자 방출 시상수 t1,s th(ti, T)를 산출하고, 실효수 Nee,1, 활성화 에너지의 평균값 ΔEa,1, 활성화 에너지의 분산값 σE,1을 결정한 후, 상기 제4 스텝으로 되돌아가, 제2종의 전자 방출원의 에너지 상태 밀도로서 가우스 함수를 설정하고, 프라이밍 전자의 제4 전자 방출 시상수 t2,s th(ti, T)를 산출하고, 상기 휴지 시간 ti와 상기 온도 T의 계측 조건의 총 수에 대하여, 상기 제1 전자 방출 시상수 ts exp(ti, T)와 상기 제3 전자 방출 시상수 t1,s th(ti, T) + 상기 제4 전자 방출 시상수 t2,s th(ti, T)와의 평균 제곱 오차가 최소로 되는 실효수 Nee,2, 활성화 에너지의 평균값 ΔEa,2, 활성화 에너지의 분산값 σE,2를 결정하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 특성의 해석 시스템.
- 제4항에 있어서,상기 전자 방출원의 에너지 상태 밀도로서 δ함수를 설정하고, 횡축에 1/kBT, 종축에를 취하고, 최소 제곱 오차에 의해 피트된 직선의 기울기 ΔEa와 절편 ln(fphNee)로부터 Nee를 결정하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 특성의 해석 시스템.
- 하나 또는 복수의 전자 방출원의 에너지 상태 밀도를 해석하는 전자 방출 특성의 해석 방법으로서,서스테인 전압 인가 후부터 어드레스 전압 인가까지의 휴지 시간 ti와 온도 T와의 계측 조건에 대한 어드레스 방전 지연 시간 td의 계측 데이터를 입력하는 제1 스텝과,상기 휴지 시간 ti와 상기 온도 T에 대한 상기 계측 데이터에 기초하여, 어드레스 방전 지연 시간마다의 누적수를 계산하고, 방전 확률 빈도와 기방전 확률을 산출하는 제2 스텝과,상기 기방전 확률에 기초하여, 프라이밍 전자의 제1 전자 방출 시상수 ts exp(ti, T)를 산출하는 제3 스텝과,상기 전자 방출원의 에너지 상태 밀도의 함수를 설정하고, 에너지 상태 밀도에 대한 활성화 에너지의 평균값과 분산값과, 실효수의 탐색 범위와 탐색 폭을 설정하는 제4 스텝과,상기 전자 방출원의 에너지 상태 밀도와 윈도우 함수와의 에너지에 대한 중적분에 의해, 프라이밍 전자의 제2 전자 방출 시상수 ts th(ti, T)를 산출하는 제5 스텝과,상기 휴지 시간 ti와 상기 온도 T와의 계측 조건의 총 수에 대하여, 상기 제1 전자 방출 시상수 ts exp(ti, T)와 상기 제2 전자 방출 시상수 ts th(ti, T)와의 평균 제곱 오차가 최소로 되는 활성화 에너지의 평균값과 분산값과 실효수를 결정하는 제6 스텝을 갖는 것을 특징으로 하는 전자 방출 특성의 해석 방법.
- 제10항에 있어서,상기 제3 스텝에서,를 만족하는 장시간 영역에서의 기방전 확률 G(t)와 그 시각 t를 이용하여, 상기 제1 전자 방출 시상수 ts exp(ti, T)를 산출하고,어드레스 전압 인가시에 프라이밍 전자가 존재하는 짧은 휴지 시간 ti의 계측 데이터에 대하여, tf ave는 어드레스 방전 지연 시간의 평균값, σtf는 어드레스 방전 지연 시간의 분산값인 것을 특징으로 하는 전자 방출 특성의 해석 방법.
- 제11항에 있어서,상기 제3 스텝에서,기방전 확률 G(t)가 63.2% 이상인 G(t)와 그 시각 t를 이용하여, 상기 제1 전자 방출 시상수 ts exp(ti, T)를 산출하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 특성의 해석 방법.
- 제10항에 있어서,상기 제4 스텝에서,상기 전자 방출원의 에너지 상태 밀도로서 가우스 함수를 설정하고, 하나의 전자 방출원의 종류 j에 대하여, 실효수 Nee,j, 활성화 에너지의 평균값 ΔEa,j, 활성화 에너지의 분산값 σE,j의 파라미터값을 탐색할 때에, 입력할 탐색 범위와 탐색 폭을 설정하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 특성의 해석 방법.
- 제13항에 있어서,상기 제4 스텝에서,상기 전자 방출원의 에너지 상태 밀도로서 가우스 함수를 설정하고, 활성화 에너지의 평균값 ΔEa,j의 탐색 범위로서, 계측 조건에 의해 결정되는 Em(ti, T)의 최소값 - 3kBT로부터 Em(ti, T)의 최대값 + 3kBT를 포함하는 에너지 범위를 설정하고,및 fph는 전자 방출원의 포논 진동수, kB는 볼츠만 상수인 것을 특징으로 하는 전자 방출 특성의 해석 방법.
- 제13항에 있어서,상기 제4 스텝에서,상기 전자 방출원의 에너지 상태 밀도로서 가우스 함수를 설정하고, 활성화 에너지의 평균값 ΔEa,j와 활성화 에너지의 분산값 σE,j의 에너지의 탐색 폭을, Em(ti, T)의 에너지 간격의 평균값 이하로 설정하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 특성의 해석 방법.
- 제13항에 있어서,상기 제4 스텝에서,상기 전자 방출원의 에너지 상태 밀도로서 가우스 함수를 설정하고, 실효수 Nee,j의 탐색 범위로서, 상기 휴지 시간 ti의 시간 오더 폭을 설정하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 특성의 해석 방법.
- 제10항에 있어서,제1종의 전자 방출원의 에너지 상태 밀도에 대한 프라이밍 전자의 제3 전자 방출 시상수 t1,s th(ti, T)를 산출하고, 실효수 Nee,1, 활성화 에너지의 평균값 ΔEa,1, 활성화 에너지의 분산값 σE,1을 결정한 후, 상기 제4 스텝으로 되돌아가, 제2종의 전자 방출원의 에너지 상태 밀도로서 가우스 함수를 설정하고, 프라이밍 전자의 제4 전자 방출 시상수 t2,s th(ti, T)를 산출하고, 상기 휴지 시간 ti와 상기 온도 T의 계측 조건의 총 수에 대하여, 상기 제1 전자 방출 시상수 ts exp(ti, T)와 상기 제3 전자 방출 시상수 t1,s th(ti, T) + 상기 제4 전자 방출 시상수 t2,s th(ti, T)와의 평균 제곱 오차가 최소로 되는 실효수 Nee,2, 활성화 에너지의 평균값 ΔEa,2, 활성화 에너지의 분산값 σE,2를 결정하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 특성의 해석 방법.
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