• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2004.11a
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• pp.70-71
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• 2004

In this paper, in order to develop the low temperature sintering and dielectric properties for piezoelectric transformer, PMW-PNN-PZT ceramics using $B_2O_3$ as sintering aids were manufactured. With increasing the amount of $B_2O_3$ addition, density were increased up to 10mol% $B_2O_3$ addition and then decreased. The variation rate of dielectric constant according to the change of frequency were decreasing by increasing frequency, and in the sintering $1100^{\circ}C$, 20mol% $B_2O_3$ showed $1.32{\times}10^{-1}/kHz$.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2002.11a
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• pp.147-151
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• 2002

액정표시장치(LCD; Liquid Crystal Display)는 표현된 정보를 가시화하기 위해 램프의 백라이트가 필수적인데 대부분 부피가 작고 효율과 휘도특성이 좋은 냉음극 방전램프가 사용된다. 램프는 고압으로 구동되며 높은 전압을 얻기 위해 일반적으로 권선 변압기를 사용한다 그러나 권선 변압기의 경우 자체의 철심이나 권선의 손실로 인하여 출력 효율의 한계가 있으며, 고압을 위해 감긴 코일은 부피를 크게 하며 무겁게 만든다. 이를 해결하기 위해 본 논문에서는 변압기 자체 손실을 줄이고 소형화가 가능하며 높은 승압비을 가진 PAN-PZT계의 적층형 압전 변압기를 제작하였으며, 회로의 손실을 줄이기 위한 영전압 스위칭(ZVS; Zero Voltage Switching)과 그리고 LCD패널과 인버터의 불필요한 간섭현상(EMI; Electro-Magnetic Interference)을 줄일 수 있으며 소형화가 가능한 풀 브리지형 압전 인버터를 설계하였다.

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• v.6 no.5
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• pp.202-209
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• 2005

Phase evolution, microstructure and the electrical properties such as $k_p$ and $Q_m$ of $Pb(Mg_{1/3}Nb_{2/3})O_3[PMN]-Pb(Mn_{1/3}Nb_{2/3})O3[PM'N]-PbZrO_3[PZ]-PbTiO_3[PT]$ quaternary system were investigated within the compositional ranges $0{\leq}y{\leq}0.125$, y+z=0.125, and $0.39{\leq}x{\leq}0.54$ of the formula $Pb_{0.97}Sr_{0.03}[Mg_{1/3}Nb_{2/3})_y\;(Mn_{1/3}Nb_{2/3})_z\;(Zr_{x}Ti_{1-x})_{1-(y+z)}]O_3$. In the case of increasing Mn/(Mg+Mn) ratio for a fixed Zr/Ti ratio of 47.5/52.5, phase relation remained unchanged but the grain size drastically decreased, and the electrical properties changed as following: both $k_P$ and $Q_m$ reached the peak values at $Mn/(Mg+Mn)\cong0.3l7$ and gradually decreased; $\varepsilon33^T$ showed a monotonic decrease; P-E hysteresis loop gradually changed to asymmetrical one, and $E_i$ increased in correspondence. With increasing Zr/Ti ratio for a fixed Mn/(Mg+Mn) ratio of 0.317, on the contrary, the cell parameter $(\alpha^2c)^{1/3}$ gradually increased, and tetragonal-rhombohedral morphotropic phase boundary appeared in the range of $51/49{\leq}Zr/Ti{\leq}54/46$. the meantime, the grain size substantially increased, and the electrical properties changed as following: $k_P$ and $\varepsilon33^T$ reached peak values at Zr/Ti=51/49 and 48/52, respectively, and then gradually decreased; change of $Q_m$ was adverse to $k_P$; both $E_C\;and\;E_i$ considerably decreased while $P_S$ moderately increased. For the system 0.125(PMN+PM'N)-0.875PZT studied, the composition Mn/(Mg+Mn)=0.3l7 and Zr/Ti=51/49 revealed some promising electrical properties for piezoelectric transformer application such as $k_P=0.58,\;Q_m\cong1000$, and $\varepsilon^T_{33}=970$, as well as dense and fine-grained microstructure.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2010.06a
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• pp.18-18
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• 2010

전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환하고 또한, 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환할 수 있는 압전 세라믹스는 압전 변압기 (piezoelectric transformer), 초음파 모터, 센서 등과 같은 응용분야에 광범위하게 사용되고 있다. 특히, 전원장치에 있어서 현재 주요 전자제품에 사용되고 있는 권선형 변압기와 같은 전자 변환기의 대체품으로 압전 세라믹스 소재의 특성을 이용한 압전변압기의 개발과 응용연구는 국내외적으로 활발히 연구되어왔다. 압전변압기는 권선형 변압기와 비교 하였을 때 누설자속이 없어 노이즈 발생이 없고, 공진주파수만을 이용하므로 출력의 파형이 정현파에 가까워 고조파 잡음이 없으며, 불연성의 특징을 가지고 있다. 추가적으로 압전 변압기는 소형화, 슬림화, 경량화가 가능하며 90%이상의 높은 효율을 얻을 수 있다. 또한, 단판형 압전변압기의 출력한계를 개선하기 위해 높은 승압비와 고출력을 갖는 적층타입의 압전변압기가 제안되었다. 압전변압기용 조성 세라믹스는 높은 에너지 변환효율을 위해서 전기기계결합계수 ($k_p$)가 커야 하며, 발열에 의한 온도 상승을 억제하기 위하여 기계적 품질계수(Qm)가 큰 것이 바람직하다. 또한, 높은 전류를 발생하기 위해서는 유전상수가 커 압전변압기의 출력측 정전용량을 크게 하여야한다. 이러한 압전변압기의 제작 조건을 위해 우수한 압전 및 유전특성을 갖는 PZT계 세라믹스가 주로 사용 되어져 왔다. 그러나, PZT계 세라믹스의 우수한 압전 및 유전특성에도 불구하고 $1000^{\circ}C$에서 급격히 휘발하는 PbO의 성질 때문에 환경적으로나 인체의 건강문제로 인해 전세계적으로 그 사용량을 제한하고 있다. 또한 적층 압전변압기의 구조적 특성상 내부전극과 함께 소결하여야 하는데, 이때 소결온도가 높으면 값비싼 Pd합량이 높은 전극을 사용하여야 한다. Pd함량이 10%미만인 Ag/Pd 전극을 사용하기 위해서는 $950^{\circ}C$ 이하에서 저온소결이 가능한 세라믹스 제조가 필수적이라 할 수 있다. 소결온도를 낮추는 방법으로는 다른 물질들을 치환하여 소결온도를 낮추는 방법과 미세분말을 만들어 그레인사이즈를 미세화 하는 방법들이 있다. 많은 미세 분말 제조 방법 중에서 Attrition mill은 일반적인 ball mill에 비해 분말의 입도를 미세하게 할 수 있어 증가된 분말의 비표면적에 의하여 반응을 촉진시킴으로써 저온소결이 가능한 세라믹스를 만들 수 있다. 따라서 본 연구에서는 소결온도가 낮으면서도 유전 및 압전특성이 우수한 조성을 사용하여 적층 압전변압기를 제작하여 전기적 특성을 조사하였다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2002.04a
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• pp.158-163
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• 2002

최근 전자통신기기의 급속화된 발전과 함께 전자부품에 대한 초소형화, 고성능화가 요구되고 있다. 특히 노트북 컴퓨터나, PDA, LCD 모니터와 같이 박막 액정 표시장치(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display, TFT-LCD)가 대표적인 예라 볼 수 있다. 이러한 박막 액정 표시장치는 그 내부에 냉음극 형광램프(Cold Cathode Fluroscent Lamp)가 있어서 백라이트의 역할을 하는데 냉음극 형광램프의 특성상 초기 고압의 구동전압을 인가시킬 수 있는 인버터가 필수적이라 하겠다. 본 논문에서는 18인치(4_CCFL), 20인치(6_CCFL) TFT-LCD 모니터용, 멀티램프 구동 인버터를 설계 제작하여 90%에 가까운 효율을 얻었다. 코일손실 및 전자유도의 장애가 없고 불연성의 장점을 가지고, 소형화가 가능한 적층형 압전 변압기를 제작하고 이 제작된 적층형 압전 변압기의 전기적 특성분석을 통한 방전램프 구동용 인버터의 승압용 변압기로써 적용이 가능함을 확인하였다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2002.11d
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• pp.194-196
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• 2002

액정표시장치(LCD; Liquid Crystal Display)는 표현된 정보를 가시화하기 위해 램프의 백라이트가 필수적인데 대부분 부피가 작고 효율과 휘도특성이 좋은 냉음극 방전램프가 사용된다. 램프는 고압으로 구동되며 높은 전압을 얻기 위해 일반적으로 권선 변압기를 사용한다. 그러나 권선 변압기의 경우 자체의 철심이나 권선의 손실로 인하여 출력 효율의 한계가 있으며, 고압을 위해 감긴 코일은 부피를 크게 하며 무겁게 만든다 이를 해결하기 위해 변압기 자체 손실을 줄이고 소형화가 가능하며 높은 승압비을 가진 PAN-PZT계의 적층형 압전 변압기를 제작하였다. 또한 회로의 손실을 줄이기 위한 영전압 스위칭(ZVS; Zero Voltage Switching)과 그리고 LCD패널과 인버터의 불필요한 간섭현상(EMI; Electro-Magnetic Interference)을 줄일 수 있으며 소형화가 가능한 하프 브리지형 압전 인버터를 설계하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.06a
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• pp.158-158
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• 2009

기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 에너지 변환소자인 압전 세라믹스는 액추에이터, 변압기, 초음파모터 및 각종 센서로 응용되고 있으며, 그 응용분야는 크게 증가하고 있다. 최근에는 이러한 압전 소자를 앞으로 도래하는 ubiquitous, 무선 모바일 시대의 휴대용 전자제품, robotics 등의 분야에 적용하기 위하여 소형화 및 경량화를 구현하고자 다양한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 압전 특성이 우수한 PNN-PMN-PZT 삼원계 세라믹을 이용하여 압전 트랜스포머를 제작하고 전기적 특성을 평가하였다. 압전트랜스포머는 전왜-압전효과를 이용한 소전력용 고전압발생소자로서 종래의 권선형 트랜스포머에 비교해서 소형, 경량이면서 승압비가 높고 구조가 간단하므로 직류 고전압전원에 응용되고 있다. 압전트랜스의 이론적인 고찰은 Rosen 이후로 많은 연구자들에 의해서 보고되었다. 그런데 압전세라믹트랜스는 공진 시 강력한 에너지변환을 하기 때문에 재료의 물리적 특성이 매우 중요함에도 불구하고, 이러한 물리적 특성에 관한 연구는 거의 없었다. 따라서 본 연구에서는 물리적 특성과 전기적 특성의 상호 연관성을 고찰하고자 하였다. 압전트랜스용 재료는 전기기계결합계수($k_p$)와 기계적품질계수(Qm)가 높아야 한다. 전기기계결합계수를 높이기 위해서는 상경계 조성의 Pb(Zr,Ti)$O_3$[PZT]계 세라믹스가 가장 우수하다. 본 연구에서는 기계적 품질계수를 향상시키기 위해서 $Pb(Nn_{1/3}Nb_{2/3})_{0.06+x}(Mn_{1/3}Nb_{2/3})_{0.065-x}(Zr_{0.48}Ti_{0.52})_{0.875}0_3$계의 조성을 설계하여 압전특성을 평가하고 미세구조를 분석하였다. 또한 압전트랜스를 제작하여 입출력의 승압비 및 주파수 특성 등도 평가하였다.