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LCD(happy)

[회사 이름 입력]LCD Display반도체 공학LCD (Liquid Crystal Display)LCD의 도입: CRT(Cathode-Ray Tube: 브라운관)는 19세기 말에 처음 발명된 이후, 100년 넘게 TV나 컴퓨터 모니터와 같은 디스플레이 장치에 널리 쓰였다. 하지만 CRT는 전자총에서 음극 전자를 발사해 형광물질이 칠해진 유리면을 때리면 빛이 나는 원리를 이용한다는 구조적인 특성 때문에 장치의 부피를 줄이기 어렵다는 단점이 있다. 특히 화면 크기가 30인치 정도를 넘어가면 제품의 두께가 50cm에 달할 정도로 커지기 때문에 제품의 이동이나 배치에 어려움이 많았다.하지만 2000년대 들어 기존의 CRT 디스플레이를 대신하는 ‘평판 디스플레이(Flat Panel Display)’가 본격적으로 대중화되기 시작해 TV 및 모니터 시장을 크게 바꿔놓았다. 평판 디스플레이는 벽걸이로 써도 될 정도로 두께가 얇은 것이 특징인데, 특히 평판 디스플레이 방식의 주역으로 떠오른 것이 바로 ‘LCD(Liquid Crystal Display: 액정 디스플레이)’다.LCD는 화면이 30인치 이상으로 커져도 10cm 이내로 제품 두께를 줄일 수 있는 것이 가장 큰 장점으로, CRT에 비해 제품 소형화에 절대적으로 유리하다는 이점을 앞세워 시계나 전자계산기, 휴대전화 등의 소형 기기에도 대거 채용되어 정보 통신 환경 전반의 모습을 바꾸는 데 큰 기여를 했다.LCD의 역사: 1888년 오스트리아의 식물학자인 프리드리히 리차드 라이니처(Friedrich Richard Reinitzer)가 식물의 콜레스테롤의 기능 실험을 하다가 이상한 물질을 보게 된다. 물질을 가열하는데 145도에서는 물질이 불투명한 복굴절 성질을 지니다가 179도 이상을 가열하니 투명해졌다. 물체의 녹는점이 두 개라는 것이었다.당시에 세상은 물질이 고체, 액체, 기체라는 3가지 상태만이 존재한다고 믿던 시절이었으므로 매우 놀라운 일이었기에 과학자였던 오토 레만(Otto Lehman)에게 시료를 보내게 된다 디스플레이가 나오기 시작했고, 또한 STN(Super Twistes-Nemaic) LCD와 같은 기술이 나와 휴대용 TV, 휴대용 포켓 게임기 등이 등장하여 놀라움을 주었다.1980년대 초 중반부터 산요, 세이코 앱손, 샤프, 도시바와 같은 업체들이 드디어 모니터나 휴대용 TV등을 내놓았고, 노트북 컴퓨터도 나오기 시작했다.1990년대 이후 10인치 이상의 TFT-LCD 노트북이 IBM에서 나오고 후지쯔에서 MVA(Multi-domain vertical-alignment), 히타치에서 IPS(In-Plane-Switching)가 개발되었다. 노트북에서 쓰이기 시작했던 LCD 모니터들은 CRT의 크기나 전력의 문제들로 90년대 말부터 조금씩 LCD로 교체되기 시작했다.12인치 TFT-LCD 모니터가 삼성에서 1997년 발매되었고, 1990년대 중반 이후 한국 업체들도 LCD사업에 실질적으로 뛰어 들었다. 특히 고해상도 표현이나 대형화 기술이 기초들이 이 때 등장했고 LCD가 캠코더나 게임기에 쓰이는 모바일 디스플레이 에서 모니터로 이동하기 시작했으며 미래 디스플레이로 사람들에게 인식되기 시작했다.1990년대 중 후반기로부터 만들어진 기술들은 2000년 이후에 매우 고도화된다. 이 후부터 현재에는 환경오염을 막기 위해 저 전력 기술을 사용한 LED 백라이트의 채용이나 광배향 같은 기술들이 등장했다.특히 2000년대 중 후반기에는 LED 백라이트로 또 다른 변화를 가져오게 된다. 냉음극형 광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp, CCFL) 즉, 형광등이 LCD 뒤에서 빛을 내는 방식인데 환경문제가 대두되면서 수은이나 카드뮴과 같은 유해 물질이 포함되어 있고, 수명이 짧으며 전력 소모가 큼 CCFL BLU대신 수명이 길고 빠르게 반응하며 발광효율이 좋은 LED가 모바일 기기나 노트북을 넘어 모니터나 TV까지 사용되게 된다.물론 1990년대 중 후반 만들어진 대형화 기술들이 폭발적으로 성장해서 40인치대의 LCD는 어려울 것이라는 예상을 비웃고 물론, 백라이트 없이 외부의 빛에 의존하는 경우도 있으며, 흑백 화면만 표시하는 경우도 있는 등 제조사나 제품에 따라 세부 구조에 차이가 나기도 하지만 대체적인 원리는 같다.편광 현상: 빛의 파동성 중 편광이란 모든 방향으로 뻗어나가는 빛 중에 특정한 방향의 빛은 선택하여 통과시키는 것을 말한다. LCD 모니터는 이러한 편광현성을 이용하여 만들어진 디스플레이 제품이다. 두 개의 편광 필터 사이에 액정을 채운 형태로 구성되어 있다.액정은 아래쪽에서 위쪽으로 내려갈수록 점점 틀어진 상태로 배열이 되며, 맨 위쪽과 맨 아래쪽 액정의 분자 배열 상태는 서로 90도 틀어진 상태가 된다. 액정에 전기를 흐르게 하면 각 층을 이루는 모든 액정 분자의 배열 상태가 같아지므로 아래쪽 편광 필터를 통해 들어온 빛이 그대로 액정을 통과하기 때문에 위쪽 편광 필터를 통과할 수 없게 된다.이러한 상태에서는 아래쪽 편광필터를 통해 들어온 빛이 액정의 분자 배열 상태를 따라가면서 90도 까지 휘기 때문에 편광 필터를 통과할 수 있게 된다. 이렇게 통과된 빛이 전달되어 우리가 보는 LCD의 화면을 구성하게 된다. 그림처럼 액정을 막대 모양의 분자라서 기울어 졌을 때 보는 각도에 따라 광학적 특성이 달라진다. 이것이 시야각으로 나타난다.구동방식: LCD는 자체발광을 이용한 Display 장치가 아니라 외부의 빛을 이용하는 Passive Type의 Display이다. 이는 구동 방식에 따라 Passive Matrix와 Active Matrix로 나눌 수 있다.수동형(passive-matrix)액정이 배열된 패널의 가로축과 세로축에 전압을 가해 그 교차점에 있는 액정을 구동시키는 방법으로 화면을 구성한다. 수동형 LCD에는 각 소자별로 270도까지 선회가 가능한 STN(Super Twisted Nematic) 방식의 액정을 사용하는 경우가 일반적이다. 구조가 단순해서 생산성이 높고 생산 단가도 싼 것이 장점이지만 화질이 낮고, 응답 속도도 느려서 빠르게 움직이는 영상을 표시할 때 잔상이 심하라인에 VA모드의 강점을 최대한으로 살려서 시장에서 치고 나가겠다는 발표를 하기도 하였다. 3D TV에서 자주 발생하는 문제점인 크로스토크 현상을 VA모드의 빠른 응답속도로 커버하겠다는 이야기로 받아들일 수 있다.LCD의 구조LCD panel: LCD panel은 보통 TFT LCD panel을 사용하므로 TFT-LCD panel의 구조를 설명할 것이다. TFT-LCD는 TFT소자의 종류에 따라 a-Si(amorphous silicon: 비정질 실리콘) TFT와 p-Si (Polysilicon) TFT로 나눌 수 있고 이들 중 a-Si TFT를 사용한 직시형 TFT-LCD가 가장 널리 사용된다.TFT-LCD는 크게 3개의 unit으로 나눌 수 있다. 첫째, 기판과 기판사이에 액정이 주입된 panel 둘째, panel을 구동시키기 위한 Driver LSI 및 각종 회로 소자가 부착된PCB(Printed Circuit Board)를 포함한 구동 회로부 셋째, BackLight를 포함한 Chassis구조물로 나눌 수 있다.이들로 구성된 조립품들을 통상적으로 TFT-LCD Module이라고 한다. TFT-LCD Module은 Notebook, PC, TV, Monitor와 같은 System에서 Display기능을 담당하는 하나의 SubSystem이다. Panel의 기능은 Back light Unit에서 입사된 백색 평면관을 구동회로 unit으로 부터 입력된 개개 화소의 신호전압에 따라 화소에 투과되는 빛을 제어하여 color영상을 표현하는 역할을 한다.① Black Matrix: Color Filter의 Pixel사이에 형성되어 R, G, B 각 화소에서 나온 빛들이 서로 간섭을 하지 않도록 차단해주고 외부에서 들어온 빛이 반사되지 않도록 흡수하는 역할.② Color Filter: 세가지 기본 색(R, G, B)의 염료나 안료를 포함하는 수지film. 결국 액정을 통과한 빛이 색깔을 갖도록 하는 역할.③ Over Coat막: 이 막은 Color Filter 표면의 평에 따라 사용 개수가 결정되며 일반적으로 하나의 LCD에 1개 이상에서 수십 개까지 부착돼 LCD가 구동할 수 있도록 해준다. LCD 패널의 종류에 따라 TN(Twisted Nematic), STN(Super Twisted Nematic), TFT(Thin Film Transistor)용으로 구분되며 TFT LDI에는 게이트 구동 IC, 데이터 구동 IC 등이 있다. LCD 모니터, LCD TV, 노트북 PC, 휴대폰, PDA, DSC(Digital Still Camera), 캠코더 등과 같은 화면 표시 장치에 사용된다.Back light Unit: LCD를 구성하는 부분품으로 자체 발광력이 없는 LC Panel의 하부에 위치하여 균일한 평면광을 조사시켜 LCD 화상을 인식할 수 있도록 하는 광원장치. 광원, 확산판, 도광판, 반사판으로 이루어져 있다.CCFL 광원LED 광원보호시트(Protect Sheet)：프리즘 시트는 Scratch 발생이 쉽고, 프리즘 시트 2매 사용시 모아레 현상이 나타날 수 있으므로 이를 방지하는 역할을 하며 빛을 확산시켜 프리즘 시트에 의해 좁아진 시야각을 넓혀 주는 기능도 수행한다.프리즘시트(Prism Sheet)：확산시트에서 나오는 빛을 굴절, 집광시켜 Backlight 표면에서 휘도를 상승시킴.확산시트(Diffuser Sheet)：도광판 상면에 위치하여 도광판 표면으로부터 일정한 방향으로 빠져 나오는 빛을 산란시켜 도광판 표면 전반에 걸쳐 골고루 퍼지게 하는 기능을 담당한다.도광판(Light Guide Panel)：투명한 아크릴 패널을 이용해 Lamp로 부터 발산되는 빛을 받아 들이고 이 아크릴 표면에 증착된 일정 면적과 모양을 가진 Pattern을 통해 화면 전영역에 걸쳐 빛을 균일하게 분포시켜 주는 역할을 한다.반사시트(Reflector Sheet)：도광판 아랫면으로 빠져 나오는 빛을 다시 반사시켜 도광판 내로 돌려 보내는 기능을 수행한다.Mold Frame：BLU의 각 부품을 고정하여 일체형 부품인 Back Light로 T 2

공학/기술| 2013.03.06| 24페이지| 3,500원| 조회(138)

LCD, 액정, 편광, TN, IPS, 반도체 공학, LCD 도입, LCD 역사

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제 2 장 Microdisplay Technology

제 2 장 Microdisplay Technology1. 마이크로 디스플레이의 소개작은 사이즈의 디스플레이는 일반적으로 소형 디스플레이(Miniature display)와 마이크로디스플레이(Microdisplay)로 나뉜다. 이 둘을 구분하는데는 여러 가지 방법이 있겠지만 일반적으로 디스플레이의 사이즈가 1.5″(대각) 이하로, 화면을 보기 위해서는 확대나 프로젝션을 필요로 한다. 예를 들어 반사형(reflective) 혹은 투형과(transmissive)의 0.5″의 디스플레이가 있다고 할 때 이것의 화면을 보기 위해서는 확대나 또 다른 광학적 요소가 필요하다. 반면 소형 디스플레이는 디스플레이의 크기가 1.5″에서 5″정도의 범위를 갖는 것으로, direct-view 시스템이나 magnified 시스템에 이용된다. 예를 들어, Pocket TV에 사용된 1.8″의 디스플레이가 있을 때, 이 디스플레이는 크기가 1.5″ 이상이며, direct-view이므로 소형 디스플레이로 구분된다.마이크로디스플레이는 보는 방법에 따라 크게 가상 마이크로디스플레이(Virtual microdisplay)와 프로젝션 마이크로디스플레이(Projection microdisplay), 두가지로 응용된다. 가상 마이크로디스플레이는 광학계를 이용해서 이미지를 큰 이미지로 확대한다. 이 때 이미지는 뷰파인더(view finder)1) 내에 쑥 들어가 보인다. 가상 이미지는 실제 이미지와는 상이하다. 뷰파인더를 통해 화면을 보는 사람은 원 이미지는 보지 못하고 확대된 이미지만을 본다.프로젝션 마이크로디스플레이는 광학계를 이용하여 이미지를 스크린에 확대시키거나 프로젝션 한다. 멀티미디어 프로젝터의 경우 스크린을 어느 정도 거리를 두고 설치하며, 컴퓨터 모니터의 경우는 스크린을 외부 하우징에 포함하고 있다. 따라서 전자와 같은 프론트 프로젝션(front projection)2) 제품들은 확대된 이미지를 보기 위해 별도의 스크린을 필요로 한다. 반면 TV나 컴퓨터 모니터와 같은 리어 프로젝션(rear projection)3) 제품들은 광학계가 하우징의 앞 또는 뒤에 근접해 있고 이미지 스크린은 자체 시스템 내에 이미지를 표시한다.다시 말하면, 마이크로 디스플레이는 디스플레이의 크기가 너무 작기 때문에 화면을 직접 보는 것이 아니라 광학계를 이용하여 확대된 이미지를 본다. 이때 빛의 경로(Optical path)를 그림 2-1에 나타내었다.(가) (나)그림 2-1. Virtual Image vs. Projected Image Optical Path그림 2-1(가)는 가상디스플레이의 빛의 경로이며, (나)는 프로젝션 디스플레이의 빛의 경로이다. 또한 마이크로디스플레이는 디스플레이를 만드는 소자가 무엇인가나, 엔지니어(engineer)가 디스플레이 시스템을 어떻게 설계하느냐에 따라 구분된다. 그림 2-2는 이러한 마이크로디스플레이의 부류를 나타낸 것이다.그림 2-2. Microdisplay Landscape그림 2-2에서 마이크로디스플레이는 크게 자체발광(Emissive)과 모듈레이터(Modulator)로 구분된다. 둘을 구분 짓는 가장 큰 특징은 디스플레이 소자 자체가 빛을 발하느냐 아니면 별도의 빛을 필요로 하느냐이다. 전자와 같이 소자 자체에서 빛을 발하는 시스템이다. 이러한 경우 별도의 빛이 필요하지 않으므로 전력소비를 줄일 수 있다. 모듈레이터는 다시 투과형(transmissive)과 반사형(reflective) 마이크로디스플레이로 구분된다. 그림 2-3에 투과형 LCD와 반사형 LCD의 간략화된 구조를 나타내었다.(가) 투과형 LCD (나) 반사형 LCD그림 2-3. 모듈레이터의 구조그림 2-3(가)에서와 같이, 투과형 마이크로디스플레이에서는 광원(light source)이 디스플레이 뒤에 위치한다. 빛이 LCD 마이크로디스플레이를 통해서 진행하며, 여기서 빛은 이미지를 만들기 위해 각각의 픽셀(pixel)에서 변조된다. 투과형은 폴리실리콘(p-si: poly-silicon) 과 SOI (silicon-on- insulator)가 있다. 폴리실리콘은 direct-view LCD에 사용되는 전형적인 AMLCD(Active Matrix-Liquid Crystal Display) 제조 기술이다. 폴리실리콘 마이크로디스플레이를 만드는 업체로 4～5개 정도의 주요 일본 LCD 제조 업체가 있다. 이들 회사에서는 마이크로디스플레이의 응용분야가 프로젝터인 경우 그 사이즈를 1″ 이상으로 만들며, 가상디스플레이인 경우는 0.55″에서 1″ 정도의 범위를 목표로 만들고 있다.

공학/기술| 2013.03.06| 3페이지| 1,500원| 조회(84)

디스플레이, 광전자 디스플레이, Microdisplay, 헤드마운트 디스플레이, 헤드업 디스플레이

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수소 분리막

수소 분리막수소(기체) 분리막(Gas separator membrane)이란?: 질소와 산소를 분리하거나, 수소와 일산화 탄소를 분리하는 것처럼, 기체를 분리하는 막으로서 산소부화막이 대표적이다. 기체 분리막은 특정한 기체를 선택적으로 분간하는 성질을 가진 고분자 분리막으로, 산소 부화막과 수소 분리막등이 있다. 기체의 분리 기술에 대해서는 미국, 캐나다가 가장 앞서 있으며, 천연 가스로부터 헬륨의 분리, 암모니아 합성 프로세스에서 수소 회수 등이 공업적으로 실용화 단계에 접어들고 있다. 일본에서는 공기 중의 산소 농도를 높이는 산소 부화막이 가장 주목을 받고 있으며, 고효율 연소 시스템 등 공업용의 실용화가 추진되고 있다.또 수소와 일산화 탄소를 원료로 하여 메탄올과 초산 등을 합성하는 연구 중에서, 수소와 일산화 탄소의 혼합 가스(합성 가스)를 조성하기 위해 고온(100℃ 이상)에서 사용 가능한 수소 분리막이 연구되고 있다. 막의 재료로서는 실리콘, 폴리설폰(polysulfone), 에틸셀루로스(ethyl cellulose), 폴리스티렌, 폴리초산 비닐 등이 있다.수소 분리막이 필요한 이유: 미래 에너지 수요는 일정기간 동안 석유자원에 의존하겠지만 고유가 시대와 석유자원의 고갈로 매장량이 풍부한 석탄을 이용한 청정에너지 생산이 필요하다. 2010년 IEA의 보고서에 따르면 국제 에너지 수급에 있어 화석연료의 비중이 2050년까지도 70% 이상을 유지할 것으로 전망하고 있다. 또한 전 세계 이산화탄소 발생의 20% 이상을 차지하는 수송원, 즉 자동차, 선박, 비행기 등에서 발생하는 이산화탄소의 발생을 억제하기 위해서는 연료전지와 같은 수소 내연기관의 개발이 필요하며, 이는 고 순도 수소생산기술 기반이 있어야 가능하다. 따라서 석탄을 이용하여 수소를 생산하면서 동시에 CO2를 포집할 수 있는 기술은 미래 대량 청정에너지의 생산과 더불어 지구온난화 물질을 배출하지 않고 에너지 이용 시스템을 구현할 수 있다. 분리막을 이용하여 수소를 분리하는 동시에 이산화탄소를 포집하는 기술로써, 수소분리막 소재, 고압 모듈화 및 공정 기술개발이 핵심이다. 지지체에 팔라듐을 증착시 기존 상용 분리막에서는 20-30μm를 사용하나, 신기술을 도입하여 3-4μm의 초박막화하면 투과성능 및 소재비용을 저감할 수 있을 것이라 예상된다.수소 분리막의 원리 및 기술: 막에 의한 혼합 기체의 분리에는 다공질 막에 의한 확산 투과형과 비다공질 막에 의한 용해 확산형이 있다. 전자는 다공질 막 내의 세공(細孔) 속을 흐르는 각 기체 성분의 속도 차를 이용하여 분리한다. 비다공질 막을 기체가 투과하는 것은 고압측에서 기체 분자가 우선 막면에 용해하고, 이어서 저압측을 향해 막 안을 확산하여, 저압면에서 막용해하기 때문이다.팔라듐으로 구성된 분리막을 통해 수소가 이온으로 해리되고 해리된 수소이온이 막의 반대편으로 이동한 후 다시 결합하여 수소가스가 생성되는 것이다. 분리막 제조에는 다음의 3가지 기술이 필요하다.압출기를 이용하여 니켈 파우더를 지지체로 성형하는 기술지지체 위에 분리막인 팔라듐과 구리를 스퍼터링 방법으로 코팅하는 기술분리막이 고압의 환경에 견딜 수 있도록 확산 접합에 의해 모듈화를 하는 기술응용과 전망: 수소 분리막은 몬선트사가 암모니아 합성 배기가스와 메타놀 합성 배기가스로부터 수소 회수를 위하여 개발을 추진하고 있다. 기체 분리막의 시장 규모는 현재 약 80억 원 정도에 불과하지만 앞으로는 시장이 급템포로 확대되어 2000년에는 6000억 원 정도에 이를 것으로 전망된다.최근 일본의 히타치금속은 28일 천연가스 등으로부터 수소를 분리하는데 사용되는 니오브합금박의 실용 개발을 시작했다고 밝혔다. 지금까지는 팔라듐합금이 수소분리막으로 사용되어 왔으나 재료가격이 니오브는 팔라듐 합금의 수 100분의 1로 저렴하며, 거의 동등한 성능을 낼 수 있다고 한다. 합금 조직의 최적화를 추진하여 내구성을 높일 뿐만 아니라 제작 프로세스를 평가, 검증하여 2015년에 양산을 시작할 계획이다.수소는 천연 가스 등 화석 연료와 수증기를 반응시키는 수증기 개질법에 의해 생산된다. 생산된 가스는 이산화탄소 등 불순물이 많이 포함되어 있는 혼합가스이기 때문에 산업에 필요한 고순도 수소를 만들기 위해서는 정제 과정이 필요하다. 정제에는 불순물을 흡착함으로써 순소를 높이는 PSA(Pressure Swing Absorption) 방식이 주로 사용되고 있지만, PSA법은 대형 설비가 필요하고 프로세스가 복잡하다. 그래서 시스템이 소형이면서 간단할 뿐만 아니라 에너지 소비가 적은 수소분리막을 사용한 수소 정제가 주목을 받고 있다.히타치 금속은 수소분리막의 재료비를 절감하기 위해 기타미공업대학 아오키 기요시 교수 및 울백 등이 보유하고 있는 특허 기술을 사용하여 실용화 개발을 착수하게 되었다. 이 기술은 수소분리막에 니오브합금을 사용하며, 니오브합금박의 합금 조성을 최적화함으로써 성능을 향상시키고 양산기술을 개발한다.http://www.nikkan.co.jp/news/nkx0820120229cbao.htmlhttp://www.hitachi-metals.co.jp/press/news/2012/n0228.htmhttp://hard.blog.me/70151194725

공학/기술| 2013.03.06| 4페이지| 3,000원| 조회(180)

신소재 실험, 수소 분리막, Gas separator membrane

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Thermistor(happy)

Thermistor(온도센서): Thermistor란 Thermally Sensitive Resistor로서 열을 의미하는 ‘Thermal’과 저항을 의미하는 ‘Resistor’가 합성된 말이다. 전자부품의 회로를 구성할 때, 온도에 따라 저항값이 크게 변하는 저항소자가 필요할 때가 있다.실제로 작은 온도의 변화에도 저항이 민감하게 변하는 저항소자를 Thermistor라고 한다. 모든 물질은 온도에 따라서 격자 산란이 증가하게 되며, 동시에 전자의 운동이 활발해진다. 이런 이유로 어떤 물질은 온도가 증가하면 저항이 증가하고 전도성이 떨어지게 된다. 혹은 반대로 저항이 감소하여 전도성이 좋아지기도 한다. 여기에서 저항이 급격히 증가하는 온도를 큐리온도라고 하며 이번 실험을 통해 관찰하게 된다.따라서 Thermistor에는 다음과 같은 2가지 종류가 있다.PTC(Positive Temperature Coefficient) : 정특성 서미스터NTC(Negative Temperature Coefficient) : 부특성 서미스터PTC는 온도가 증가하면 저항 값도 증가하는 소자로 대부분의 금속이 이에 속한다. 이와는 반대로 NTC는 온도가 증가하면 오히려 저항 값이 감소하는 소자를 말한다.현재 온도센서로 가장 많이, 널리 사용되고 있으며 값이 싸고 소형이지만 직선성, 감도, 기준온도 등이 문제가 된다. 부특성(NTC) 서미스터는 주로 온도감지, 온도보상, 액위/풍속/진공검출, 돌입전류방지, 지연소자 등으로 사용되고 있고 정특성(PTC) 서미스터의 경우 모터기동, 자기소거, 정온발열과 전류보호형으로 사용된다.최근에는 기술 개발의 진보로 극저온, 저온, 고온용의 서미스터들이 개발되어 사용중에 있으며 응용범위도 폭넓게 확대되고 있다.PTC Thermisor (정특성 서미스터): 어떤 온도영역에서 전기저항이 급상승하는 서미스터이다.(BaㆍSrㆍPb) TiO3세라믹스계와 Si단결정계, 플라스틱계가 있다. (BaㆍSrㆍPb) TiO3계는 퀴리 변태에 의하여 전기저항이 급격히 변화하는 것으로서, 그림과 같이 급변온도를 변화시킬 수 있어 디스크형으로 가공하여 대강의 정밀도를 가진 온도 센서나 온도 보상에 사용한다. 또 디스크형이나 다수의 작은 구멍이 있는 허니콤형 및 격자 모양으로 배열한 하모니카형을 정온(定溫)발열체로 사용하고 있다.Si단결정계 PTC는 0.6~0.9%/℃까지의 온도계수를 가지고 있어서 150℃의 온도 센서로써 사용되고 있다. 플라스틱 PTC는 폴리에틸렌 등에 흑연을 혼합시킨 것으로서, 정온히터로 사용되고 있다.NTC Thermistor (부특성 서미스터): 부(負)의 온도계수를 가지고 연속적으로 전기저항이 변화하는 서미스터로서, NTC 라고 약칭되는 경우도 많다. 주로 금속산화물 반도체에 의하여 만들어져 있지만, 유기물계(플라스틱 서미스터), Si 단결정계, SiC 계의 것도 있는데, 모두 온도 센서로써 사용되고 있다.오른쪽 그래프는 대표적인 NTC의 온도 특성을 나타낸다.공업, 자동차, 가전용의 온도 센서로써는 주로 금속산화물계가 사용되고, 유기물계는 유연성이기 때문에 전기모포에 사용되고 있다. 형상으로서는 비드형, 디스크형, 칩형, 박막형, 후막형 등이 있는데, 유기물계는 코드형상으로 하여 사용되고 있다. 그림에 금속산화물계의 대표적인 특성이 나와 있다.PTCR 실험: PTC물질을 이용하여 시편의 온도를 상승시키며 변하는 저항 값을 측정하였다.총 2회 다른 시편을 이용하여 측정하였다.상온에서 시작하여 1회차엔 200, 2회차는 230 까지 측정한 뒤 아래에 제시된 그래프와 값을 비교하여 알맞은 물질을 찾아보았다.9월 20일 비저항 계산식온도()저항(Ω)비저항(Ωcm)2412.868.586673013.672.873334017.895.378335031.7169.859260126.1675.6858709805251.*************4.929080500431345.8100*************1104*************712016**************************.05E+*************2.92E+*************3.05E+*************2.45E+*************1.68E+*************9789675*************6*************000348291679월 27일 온도()저항(Ω)비저항(Ωcm)2536.25219.48933035.82216.88574033.84204.89715031.77192.36356029.74180.07217028.105170.17238027.759168.07749030.435184.280210043.351262.485110116.778707.0*************8.*************9681.**************************0001.26E+*************4.52E+0*************6.16E+0*************6.16E+*************4.64E+*************3.22E+*************1.92E+*************1.04E+*************70221839월 20일 : 이 시편은 24에서 비저항이 68.586Ωcm로 최소점으로 나왔고, 150에서 비저항이 3.05108Ωcm로 최대점으로 나왔다.위의 그래프에서 비교해 보았을 때, 비저항은 정확히 맞진 않지만 온도가 어느정도 일치하는 x=0.1이 가장 알맞은 시편이라고 생각된다.따라서 이 시편의 조성은 (Ba0.9Sr0.2)TiO3가 된다.9월 27일 : 이 시편은 80에서 비저항이 168.077Ωcm로 최소점으로, 180에서 비저항이 6.16108Ωcm로 최대점으로 나왔다.위의 그래프에서 비교해 보았을 때, 이 시편 또한 비저항의 차이가 매우 크다. 하지만 최소, 최대 온도를 통해 보았을 때, 아무것도 첨가하지 않은 순수 물질과 그래프가 일치한다. 따라서 이 시편의 조성은 BaTiO3가 된다고 생각된다.수업 中 실험 내용에 대한 정리: BaTiO3는 1800년도에 발견된 물질이다. 하지만 사용되지 않고 있다가 1940년 2차 세계대전말기에 높은 유전율을 가진 capacitor가 필요하여 개발되었다.당시 유전율()이 100정도 되는 TiO2등이 사용되었는데 BaTiO3는 상온에서 유전율이 2000~3000정도가 나왔다.(capacitor는 Area가 넓을수록 두께가 얇을수록 커짐)(진공에서의 유전율)(상대유전율 : 진공의 몇 배정도 되는지)이 그래프는 강유전체의 이력곡선이다.이력특성이 linear하다면 MLCC (Multi Layer Ceramic Capacitor : 적층 형 세라믹 콘덴서) Application이 가능하다.Shifter : 같은 물질을 더 낮은 온도에서 사용하기 위해서 첨가.Depressor : 더 넓은 온도에서 사용하기 위해서 첨가.PTCR : 특정온도에서 저항이 갑자기 증가하는 현상(원인 : grain boundary)BaTiO3에 dopant(Pb,Ca,Sr)를 넣으면 isovalent가 된다. Dopant를 많이 넣을수록 퀴리온도가 더 많이 shift된다.이 식을 이용해서 단위 길이 당 저항값을 구해야한다. 그래프를 가지고 비교를 해야한다.

공학/기술| 2013.03.06| 2페이지| 2,500원| 조회(116)

강유전체, 유전체, Capacitor, 신소재 실험, 상유전체

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마이크로 유전체(happy)

유전체란?: 전기의 절연체를 전기장 내에 놓았을 때 표면에 전하(電荷)가 유기되는 현상이 있는데, 이러한 관점에서 절연체를 다룰 때 이것을 유전체라 하고, 표면에 나타나는 전하를 편극전하라 한다. 1837년 M.패러데이가 콘덴서의 극판 사이에 절연물을 끼우면 전기용량이 증가하는데, 그것을 끼우기 전후의 전기용량의 비가 절연물의 종류에 따라 결정되는 데서 발견했다.절연체(insulator): 전기 전도율이 작고 전류를 거의 통과시키지 않는 물질. 도체의 대응어로 넓은 뜻으로는 반도체까지 포함한다. 또 열전도율이 작고 열류를 거의 통과시키지 않는 물질도 절연체라 한다. 많은 이온 결정, 유기 결정 고분자 물질은 전기적으로나 열적으로 절연체이다.이 현상을 생성하는 메커니즘은, 자성체의 자기화와 마찬가지로 전기장의 작용에 의해서 무극성분자에서는 분자 내의 양·음의 전하가 어긋나고, 유극성 분자에서는 쌍극자 모멘트의 방향이 가지런해져서 물질이 전체적으로 전기 쌍극자 모멘트를 가지게 되고, 이것이 콘덴서의 극판에서 전하의 작용을 얼마간 상쇄하기 때문이라는 것이 밝혀졌다.유전체에 생기는 단위부피당 쌍극자 모멘트 P와 전기장의 세기 E와의 비 P/E를 이 유전체의 편극률이라 하고, 이것을 콘덴서의 극판 사이에 넣었을 때와 넣지 않았을 때의 전기용량의 비를 물질의 유전율이라고 한다.유전체의 기술 동향: 전자제품의 소형경량화가 급격히 진행됨에 따라 부품의 작업효율이 크게 향상되었고 이러한 기술의 변화에 따라 전자부품의 개발도 필요하게 되었다. 기존의 형태로는 제품의 요구를 만족시키지 못하게 되었다.이에 따라, 유전체를 3차원적으로 적층하고 전극을 스크린인쇄에 의해 구성하는 적층화기술이 일본을 중심으로 실용화되었으며, 이 기술이 부품의 소형화를 빠른 속도로 주도해오고 있다. 제품의 소형화 및 경향화에 대한 요구는 단순한 적층화를 넘어서서 여러 가지 기능을 기존의 적층기술과 박막 신기술을 이용하여 단일소자로서 구현하는 복합화 기술의 실용화까지 이루어졌다.이러한 상황에서 적층세라믹콘덴서(Multilayer Ceramic Capacitor, MLCC)는 최근 수요가 급증하고 있는 대표적인 수동 부품이며, 원판형의 단층콘덴서에서 불가능했던 소형화 size가 이미 실용화되어 사용되고 있으며, 일본의 선진사들은 소형 칩을 개발해 높은 상황이다.또한 MLCC의 대용량화는 유전체 세라믹스와 내부전극을 수십 층에서 수백 층까지 적층함으로써 용량의 대형화가 실현되고 있다. 이러한 MLCC의 제조는 세라믹스와 내부전극의 동시소성에 의해서 이루어지는데, 1200°C 이상의 고온에서 행해지는 소성 공정 중 내부전극의 산화를 억제하기 위해 고가의 귀금속인 Pd을 내부전극으로 사용하여 왔다. 그러나 최근 MLCC의 소형화 및 고용량화의 요구에 따른 원가절감을 위해 일본 및 국내에서는 Pd보다 저가인 Ag-Pd나 Ni 또는 Cu를 내부전극으로 사용하는 제품의 개발 필요성이 급격히 증가하여 왔으며, 이미 일본에서 Ni 내부전극품이 50%이상의 시장을 장악하고 있는 상황에 와 있다.유전체의 종류(자발분극에 따라)강유전체: 1920년 로셸염이라는 물질에서 처음 그 성질이 발견되어 알려지게 된 물질이다. 물질에 전기장을 가하면 그 영향으로 일반적으로 쌍극자모멘트가 생겨서 전기편극이 일어난다. 그러나 어떤 특정한 물질은 전기장을 가하지 않아도 자발적으로 전기편극이 일어나는 것이 있는데, 이 물질을 강유전체라 한다. 강유전체는 전기적으로는 절연체인 유전체의 일종으로서, 특수한 물리적 성질을 가지고 있다. 또한 보통의 유전체와는 달리 유전편극이 전기장에 비례하지 않고, 강자성체와 마찬가지로 편극과 전기장과의 관계가 히스테리시스 ·포화 등 이상성을 나타낸다는 특징이 있다. 현재까지 1백 수십 종류나 되는 강유전체 물질이 발견되었다.이들 물질은 특징적으로 자발분극(spontaneous polarization)을 가지고 있을 뿐만 아니라 이 자발분극이 전기장에 의해 역전되는 현상이 나타나는 물성을 가지고 있다. 유전체 중에서 자발분극을 가지는 물질은 많지만 전기장으로 분극의 방향을 바꿀 수 없으면 이는 강유전체라고 할 수 없다. 강유전체는 퀴리온도에서 상전이현상을 보이는데, 상전이온도 아래에서는 전기 쌍극자끼리의 상호작용을 통해 자발분극이 특정한 방향으로 배열하고 있다가 그 온도 이상에서는 열적 요동에 의해 자발분극을 잃게 되는 현상이 나타난다. 퀴리온도 아래에서는 자발분극이 일정한 방향으로 배열을 하게 되지만, 구역(domain)이라는 것이 함께 형성된다.강유전체의 물성은 이러한 자발분극의 역전 현상에 의해 압전성과 초전성을 가진다. 강유전체의 이러한 특성을 이용하여 개인 휴대용 야시경이나 위성을 이용한 위치추적 장치인 GPS, 자동차의 야간 시야 확보를 위한 장치 등을 개발할 수 있다. 또한 강유전체는 광학적 특성이 우수하므로 굴절률이 높고 비선형 광학상수 또한 큰 값을 가진다. 이러한 특성을 이용하여, 광도파로에 응용할 수 있으며, 레이저의 진동수를 2배로 증가시킬 수도 있다. 그 외에도 강유전체 물질은 큰 압전율을 가지고 있으므로 음향기계에 많이 사용하며, 또 유전율이 큰 점을 이용해서 소형 콘덴서의 유전체로도 사용한다.상유전체: 상유전체 물질은 가해진 전기장에 해당되는 크기의 분극 만을 보여준다. 상유전성을 나타내는 물질을 ‘상유전체’, 강유전성을 나타내는 물질을 ‘강유전체’라 한다. 상유전체에서는 〔그림 1〕과 같이 전기장이 0일 때, 전기편극 는 0이고 와 의 관계는 거의 직선이다. 한편, 강유전체에서는 〔그림 2〕와 같이 가 0일 때 는 0이 아니고, 와 의 관계는 두드러지게 비직선적이며, 또 의 증가·감소에 따라 의 값이 각각 다르다. 즉 상유전체는 전기편극이 전기장에 의해 유발됨으로써 비로소 존재하게 되는데 대해 강유전체는 원래부터 전기편극이 존재하는데, 이를 ‘자발전기편극’이라 한다.또 〔그림 2〕의 폐곡선은 이력곡선을 이루고 있다. 강유전체를 가열하면 어느 온도에서 강유전성을 잃고, 그 이상의 온도에서 상유전체로 되고 마는데, 그 온도를 ‘퀴리온도’라 한다.특성값유전율(ε)유전상수(εr)물질이 전기분극을 일으키는 능력→ 외부 전계에 의한 전기분극으로 전기쌍극자 형성이 어느 정도 일어나는 가의 척도유전체의 성질을 나타내는 값물질이 전하를 저장할 수 있는 능력단위: [F/m], [C2/m2]C=ε(A/d)→ 이 때의 비례상수가 유전율우리가 흔히 유전율이라고 할 때 사실은 비유전율(εr)을 의미하며, 이는 매질유전율(ε)과 진공유전율(ε0)의 비를 나타냄→ 진공을 1로 놓고 각 유전체를 비교하는 상대적인 수치(ε/ ε0)εr = ε/ ε。= Q / Q。= C/ C。비유전율 수치→ 대기: 1.000335, 1보다 약간 크지만, 수증기의 함유량에 크게 좌우→ 유리, 세라믹: 5 ~ 10→ 강유전체: 1014 이상유전상수 = 상대유전율, 유전상수의 비, 단위가 없음결국 유전율과 유전상수는 같은 말이다.일반적으로 유전율이 클수록, 더 많은 전하를 저장할 수 있고, 정전용량이 커진다. 따라서 동일 주파수에서 전자회로를 더 작게 만들 수 있다.커패시터의 두 극판 사이에 유전체로 가득 채웠을 때의 정전용량과 아무것도 넣지 않았을 때인 진공상태의 정전용량의 비로 알 수 있다.유전손실(tanδ)품질계수(Qf)유전체 내에서 교류성 전계(전자기파)가 겪는 전력 손실유전체의 복소유전율의 허수부 및 실수부의 비→ 전도전류밀도와 변위전류밀도와의 비율한편 손실탄젠트 값으로부터 매질의 전도성에 대한 간접적인 측정이 가능하다.손실탄젠트 값에 따른 매질 구분→ 유전체: δ/ωε < 0.01→ 도체: δ/ωε > 0.01→ 준도체: 0.01< δ/ωε

공학/기술| 2013.03.06| 10페이지| 2,500원| 조회(129)

PTC, NTC, PTCR, Thermistor, 신소재 실험

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