KR100262960B1 - 전계방출 표시장치 및 그 구동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 평면 전자원 방식에 적합하도록 계조를 구현하는 전계방출 표시장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 전계방출 표시장치는, 자신에게 인가되는 전압에 따라 전극특성이 변화되는 제1 내지 제N 교번전극과, 제1 내지 제N 교번전극에 구동전압을 선택적으로 공급하는 디멀티플렉서와, 영상정보에 따라 상기 디멀티플렉서와 상기 제1 내지 제N 교번전극을 절환하는 절환부와, 소정조건 하에서 상기 디멀티플렉서를 제어하는 제어부를 구비한다.

Description

전계방출 표시장치 및 그 구동방법 (Apparatus of Field Emission Display and Method of Driving for The same)

본 발명은 전계방출 표시장치에 관한 것으로, 특히 평면 전자원 방식에 적합하도록 계조를 구현하는 전계방출 표시장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.

통상적으로, 전계방출 표시장치(Field Emission Display ; 이하 "FED"라 함)는 구동전압을 공급하는 로오 드라이버(Raw Driver)와, 화상데이터를 공급하는 칼럼 드라이버(Column Driver)와, 상기 로오 및 칼럼 드라이버의 교차부에 매트릭스(Matrix) 구조로 형성된 화소(Pixel)를 구비한다. FED는 로오 드라이버(Raw Driver) 또는 칼럼 드라이버(Column Driver)로부터 공급되는 구동전압 또는 화상데이터에 따라 매트릭스 구조로 형성된 화소에서 전자가 방출되어 화상을 표시하게 된다. 이러한 FED는 마이크로 팁(Micro Tip)방식 및 평면 전자원 방식 등의 여러방식들이 현재 개발중에 있으며, 각각의 방식에 따라 계조(Gray-Scale) 구현방법이 다르게 적용되어 진다.

마이크로 팁방식 FED 및 평면 전자원 방식 FED의 계조구현 방법에 대해서 설명하기로 한다. 화면의 가장 밝은 부분과 가장 어두운 부분의 밝기비율을 나타내는 계조(Gray-Scale)는 화질을 평가하는 중요한 요소로서 모든 표시장치는 계조 구현방법을 수립해야만 목적하는 영상을 표시할수 있게 된다. 마이크로 팁 방식 FED의 게조 구현방법으로 미합중국 특허 제 5,173,697호에 마이크로 팁의 높이와 게이트 전극의 거리(구경)에 따라 전자의 방출량이 달라지는 것을 이용하여 3 비트의 정보로 8계조를 구현하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 미합중국 특허 제5,103,145호에 16개의 마이크로 팁을 1, 2, 4, 8개씩 묶어 4 비트의 정보로 16계조를 구현하는 방법이 개시되어 있다. 한편, 평면 전자원 방식 FED의 경우 후술하는 평면 전자원 방식의 단점으로 인해 평면 전자원 방식 FED에 적합한 새로운 계조구현 방법이 개시되지 못하고 있는 실정이다.

도 1 내지 도 2를 참조하여 종래기술에 따른 평면 전자원 방식 FED에 대해서 설명 하기로 한다.

도 1은 평면 전자원 방식 FED의 한 종류인 SCE(Surface Conduct Electron Emitter; 이하 "SCE"라 함)형 FED의 발광원리를 도시하는 도면이다. 도 1을 참조하면, SCE형 FED는 기판(10)의 상부에 형성된 캐소우드(Cathode) 전극(2)과, 상기 캐소우드 전극(2)과 소정의 갭(Gap)을 유지하도록 수평면 상에 형성된 게이트(Gate) 전극(4)과, 상기 캐소우드 전극(2) 및 게이트 전극(4)의 상부에 설치된 애노드(Anode) 전극(6)을 구비한다. 캐소우드 전극(2)과 게이트 전극(4)에 구동전압이 인가되면 터널링(Tunneling)효과에 의해 캐소우드 전극(2)에서 수평방향으로 전자가 방출되어 게이트 전극(4)에 흡수된다. 이때, 방출된 전자중 일부는 게이트 전극(4)에 충돌하게 되며, 이로인해 산란(Scattering)된 전자는 애노드 전극(6)에 인가된 전압에 의해 당겨져서 형광체에 충돌하여 발광을 하게된다. 한편, SCE형 FED는 구조적인 특성에 의해 마이크로 팁방식 FED에 비해 제조공정을 단순화 하게된다.

도 2를 참조하면, 종래 기술에 따른 SCE형 FED는 기판(10)의 상부에 형성된 캐소우드(Cathode) 전극(2)과, 상기 캐소우드 전극(2)과 소정의 갭을 유지 하도록 수평면상에 형성된 게이트(Gate) 전극(4)과, 게이트 전극(4) 및 캐소우드 전극(2)의 상부에 실장된 도전성 박막(8)을 구비한다. 구동전압이 상기 게이트 전극(4)과 캐소우드 전극(2)에 모두 인가되지만 실제 전계에 의한 터널링 효과는 각 전극의 상부에 접속된 박막(8)에서 나타나게 된다. 이로인해, 캐소우드 전극(2)에서 방출되는 전자는 대부분 게이트 전극(4)에 흡수되고 산란(Scattering)되는 전자는 1 % 정도에 불과하여 전자의 방출(Emission)효율이 낮아지게 됨과 아울러, 애노드 전극(6)에서 산란된 전자를 당기는데 필요한 전력이 전체 소비전력의 80 %를 차지하게 되는 단점을 가지고 있다. 또한, 상기 전극들의 상부에 형성된 박막 사이에서 방출되는 전자가 사각형의 형광체 한 픽셀을 발광 시키게 되므로 하나의 픽셀에 대응하는 형광면에서 균일한 발광을 기대하기 어려운 단점을 가지고 있다.

상술한 바와같이, 평면 전자원 방식 FED는 구조적인 특성에 의해 제조공정을 단순화 할수있으나 이에 반하는 단점이 많이 있으며, 상기 단점을 해소하기 위한 평면 전자원 방식 FED 및 이에 적합한 새로운 계조구현 방법이 요구되고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명의 목적은 전자의 방출 효율이 향상되도록 형성된 전계방출 표시장치의 전극구조를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 평면 전자원 방식에 적합하도록 계조를 구현하는 전계방출 표시장치를 제공 하는데 있다.

또한, 본 발명의 목적은 평면 전자원 방식에 적합하도록 계조를 구현하는 전계방출 표시장치의 구동방법을 제공 하는데 있다.

도 1은 평면 전자원 방식 전계방출 표시장치의 발광원리를 도시한 도면.

도 2는 종래의 기술에 따른 전계방출 표시장치의 구조를 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계방출 표시장치의 구조를 도시한 도면.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 도면.

도 5는 본 발명에 따른 전계방출 표시장치를 도시한 도면.

〈 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 〉

2,22,24 : 캐소우드 전극 4,26,28 : 게이트 전극

6 : 애노드 전극 8 : 박막

10,20 : 기판 12 : 픽셀

38 : 절환부 40 : 디멀티 플렉서

42 : 제어부 AE₁내지 AE_N: 제1 내지 제N 교번전극

S₁내지 S_M: 제1 내지 제M 스위치

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전계방출 표시장치의 전극구조는, 소정의 직경을 갖도록 원형으로 형성된 제1 교번전극과, 제1 교번전극과 소정의 갭을 유지함과 아울러 전자 방출량이 2배 증가 하도록 소정의 폭을 갖는 환형으로 형성된 제2 교번전극과, 제 N-2 교번전극과 소정의 갭을 유지함과 아울러 전자 방출량이 2^N-1배 증가 하도록 소정의 폭을 갖는 환형으로 형성된 제N-1 교번전극과, 제N-1 교번전극과 소정의 갭을 유지함과 아울러 전자 방출량이 2^N-1배 증가 하도록 소정의 폭을 갖는 환형으로 형성된 제N 교번전극을 구비한다.

또한, 본 발명에 따른 전계방출 표시장치는, 자신에게 인가되는 전압에 따라 전극특성이 변화되는 제1 내지 제N 교번전극과, 제1 내지 제N 교번전극에 구동전압을 선택적으로 공급하는 디멀티플렉서와, 영상정보에 따라 상기 디멀티플렉서와 상기 제1 내지 제N 교번전극을 절환하는 절환부와, 소정조건 하에서 상기 디멀티플렉서를 제어하는 제어부를 구비한다.

또한, 본 발명에 따른 전계방출 표시장치의 구동방법은, 자신에게 인가되는 전압에 따라 전극특성이 변화되는 제1 내지 제N 교번전극을 마련하는 단계와, 제1 내지 제N 교번전극에 디멀티플렉서의 구동전압을 선택적으로 공급하는 단계와, 영상정보에 따라 상기 구동전압을 상기 제1 내지 제N 교번전극에 인가하여 원하는 계조를 구현하는 단계를 포함한다.

상기 목적외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명 하기로 한다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전계방출 표시장치의 전극구조는, 소정의 직경을 갖도록 원형으로 형성된 제1 교번전극(Alternation Electrode ; 이하 "AE"라 함)(AE₁)과, 상기 AE₁과 소정의 갭을 유지함과 아울러 전자 방출량이 2배 증가 하도록 소정의 폭을 갖는 환형으로 형성된 제2 교번전극(AE₂)과, 상기 AE₂와 소정의 갭을 유지함과 아울러 전자 방출량이 4배 증가 하도록 소정의 폭을 갖는 환형으로 형성된 제3 교번전극(AE₃)과, 상기 AE₃과 소정의 갭을 유지함과 아울러 전자 방출량이 2^N-1배 증가 하도록 소정의 폭을 갖는 환형으로 형성된 제N 교번전극(AE_N)을 구비한다. 상기 평면 전자원 방식 FED의 구조를 설명하기 위해 N을 4로 설정하고, 제1 및 제3 교번전극(AE₁,AE₃)에는 캐소우드 전압을 인가하여 각각을 제1 및 제2 캐소우드 전극으로 사용하고, 제2 및 제4 교번전극(AE₂,AE₄)에는 게이트 전압을 인가하여 각각을 제1 및 제2 게이트 전극으로 사용한다고 가정 하기로 한다. 캐소우드 전극과 게이트 전극간에 발생하는 전자의 방출량은 각 전극들 사이에 형성된 소정의 갭과 그 전극의 길이에 의해 정하여 진다. 여기에서 제1 캐소우드전극 내지 제2 게이트 전극(AE₁내지 AE₄) 사이의 갭을 모두 일정한 간격을 유지하도록 형성하면, 전자의 방출량은 각각의 전극이 갖는 길이에 의해서만 달라지게 된다. 상기와 같이 형성된 전극들 간의 전자 방출량에 대해서 설명하면, 제1 캐소우드 전극(AE₁)에서 제1 게이트 전극(AE₂)으로의 전자 방출량을 1이라하면, 제2 캐소우드 전극(AE₃)에서 제1 게이트 전극(AE₂)으로의 전자 방출량은 2가 되며, 제2 캐소우드 전극(AE₃)에서 제2 게이트 전극(AE₄)으로의 전자 방출량은 4가 되어진다. 이때의 전자 방출은 중심으로부터 상하좌우 대칭적으로 발생되며, 전자의 방출량은 도 3에서 화살표로 표시되어 있다. 한편, 도 4는 도 3과 동일한 원리에 의해 사각형의 형태로 전극을 구성한 것으로 도 3에 도시된 원형의 전극구조와 동일한 기능을 가지므로 상세한 설명은 생략 하기로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전계방출 표시장치의 전극구조는 전자의 방출이 중심으로부터 상하좌우에 대칭적으로 발생되어 전자의 방출효율이 향상됨과 아울러, 하나의 픽셀에 대응하는 형광면을 균일하게 발광하도록하여 전체 화상의 균일도(Uniformity)가 향상된다.

도 5는 본 발명에 따른 FED는, 자신에게 인가되는 전압에 따라 전극특성이 변화되는 제1 내지 제N 교번전극(AE₁내지 AE_N)과, 캐소우드 전압과 게이트 전압을 제1 내지 제N 교번전극에 선택적으로 공급하는 디멀티플렉서(Demultiplexor;이하 "디먹서(Demux)"라 함)(40)와, 입력된 영상신호에 따라 상기 디먹서(Demux;40)와 제1 내지 제N 교번전극을 절환하는 절환부(38)와, 소정조건 하에서 디먹서(Demux)(40)를 제어하는 제어부(4)를 구비한다. 상기 절환부(38)는 N개의 교번전극을 절환하기 위해 S₁내지 S_M개의 스위치로 형성되어 있으며 M은 N-1이 되도록 구성한다. 상기 FED에서 8계조 구현방법을 설명하기 위해 N을 4로 설정하며 M을 3으로 설정하기로 한다. 상기 디먹서(Demux;40)에서는 상기 제어부(42)의 제어신호가 로우논리를 갖는 동안에는 제1 내지 제 3 교번전극 라인에 캐소우드 전압을 인가하고 제2 내지 제 4 교번전극 라인에 게이트 전압을 인가하게 된다. 입력된 영상정보는 아날로그 디지털 변환기(Analog/Digital Converter; 이하 "A/D 변환기"라 함)에 의해 '000'-'111'의 정보로 변환되어 절환부(38)의 S₁내지 S₃스위치에 공급된다. 예를들어 '001'의 정보가 입력되면 S₁스위치가 온(On)되어 제1 교번전극에는 캐소우드 전압이 인가되어 캐소우드 전극이 되며 제2 교번전극에는 게이트 전압이 인가되어 게이트 전극이 된다. 이때 캐소우드 전극에서 게이트 전극으로 전자가 방출되며 전자의 방출량은 1이 된다. 또한, '010'의 정보가 입력되면, S₂스위치가 온(On)되어 제2 교번전극에는 게이트 전압이 인가되어 게이트 전극이 되며 제3 교번전극에는 캐소우드 전압이 인가되어 캐소우드 전극이 된다. 이때 캐소우드 전극에서 게이트 전극으로 전자가 방출되며 전자의 방출량은 2가 된다. 또한, '100'의 정보가 입력되면, S₃스위치가 온(On)되어 제3 교번전극에는 캐소우드 전압이 인가되어 캐소우드 전극이 되며 제4 교번전극에는 게이트 전압이 인가되어 게이트 전극이 된다. 이때 캐소우드 전극에서 게이트 전극으로 전자가 방출되며 전자의 방출량은 4가 된다. 한편, '101'의 정보가 입력되면, S₁,S₃스위치가 온(On)되어 제1 및 제3 교번전극에는 캐소우드 전압이 인가되어 캐소우드 전극이 되며 제2 및 제4 교번전극에는 게이트 전압이 인가되어 게이트 전극이 되어 제2 및 제3 교번전극 사이에는 원하지 않는 전자방출이 발생하게 된다. 이를 방지하기 위해 제2 및 제3 교번전극에는 같은 전압을 인가하여야만 한다. 이를위해 상기 제1 내지 제N 교번전극은 자신에게 인가되는 전압에 따라 캐소우드 전극 또는 게이트 전극으로 사용될수 있어야 하며, 제어부(42)는 하이논리를 가지게 되어 디먹서(Demux;40)에서 캐소우드 전압과 게이트 전압을 절환하여 해당전극에 공급하도록 디먹서(Demux;40)를 제어하게 된다. 이에따라, 제1 및 제4 교번전극에는 캐소우드 전압이 인가되어 캐소우드 전극이 되며 제2 및 제3 교번전극에는 게이트 전압이 인가되어 게이트 전극이 된다. 이때 캐소우드 전극에서 게이트 전극으로 전자가 방출되며 전자의 방출량은 5가 된다. 또한, FED에서 N을 5로 설정하며 M을 4로 설정할 경우 16 계조를 구현하게 된다. 16계조 구현방법에서는 '0101' '1010' '1011' '1101'의 영상정보가 입력되는 경우에 제어부(42)가 하이논리를 가지게 되어 디먹서(Demux;40)에서 캐소우드 전압과 게이트 전압을 절환하여 해당전극에 인가함에 의해 인접전극에 동일한 전압을 인가하게 된다. 상기와 동일한 방식에 의해 N을 9로 설정하고 M을 8로 설정하면 256 계조를 구현하게 된다. 256 계조 구현방법에 있어서도 인접한 전극에 동일한 전압을 인가할 경우, 제어부(42)가 하이논리를 가지게 되어 디먹서(Demux;40)를 제어하여 디먹서(Demux;40)에서 캐소우드 전압과 게이트 전압을 절환하여 해당전극에 공급하게 된다.

상술한 바와같이, 본 발명에 따른 전자방출 표시장치 및 그 구동방법은 입력된 영상정보에 대응하여 구동하는 절환부 및 제어부에 의해 디멀티플렉서에서 선택적으로 인가된 구동전압에 따라 제1 내지 제N 교번전극에서 전자를 방출하여 원하는 계조를 구현하게 된다.

상술한 바와같이, 본 발명에 따른 전계방출 장치의 전극구조는, 전자의 방출이 중심으로부터 상하좌우에 대칭적으로 발생되어 전자의 방출효율이 향상됨과 아울러, 하나의 픽셀에 대응하는 형광면을 균일하게 발광하도록하여 전체 화상의 균일성(Uniformity)을 향상할수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 전계방출 표시장치 및 그 구동방법은 입력된 영상정보에 대응하여 구동하는 절환부 및 제어부에 의해, 디멀티플렉서에 공급되는 구동전압을 제1 내지 제N 교번전극에 선택적으로 인가하여 원하는 계조를 구현할수 있는 장점이 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자 라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알수 있을 것이다. 일례로, 본 발명의 상세한 설명에서 8계조 구현방법에 대해서 설명하였지만 상기 계조 구현방법은 256계조의 구현에도 적용가능함을 당업자는 알수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (8)

1. 소정의 직경을 갖도록 원형으로 형성된 제1 교번전극과,

   상기 제1 교번전극과 소정의 갭을 유지함과 아울러 전자 방출량이 2배 증가 하도록 소정의 폭을 갖는 환형으로 형성된 제2 교번전극과,

   제 N-2 교번전극과 소정의 갭을 유지함과 아울러 전자 방출량이 2^N-1배 증가 하도록 소정의 폭을 갖는 환형으로 형성된 제N-1 교번전극과,

   상기 제N-1 교번전극과 소정의 갭을 유지함과 아울러 전자 방출량이 2^N-1배 증가 하도록 소정의 폭을 갖는 환형으로 형성된 제N 교번전극을 구비하도록 형성된 전계방출 표시장치의 전극구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 내지 제N 교번전극 사이에 형성된 소정의 갭이 동일한 간격을 유지하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치의 전극구조.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 내지 제N 교번전극의 길이에 따라 상기 제1 내지 제N 교번전극에서 전자방출량이 2^N-1배씩 증가하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치의 전극구조.
4. 자신에게 인가되는 전압에 따라 전극특성이 변화되는 제1 내지 제N 교번전극과,

   제1 내지 제N 교번전극에 구동전압을 선택적으로 공급하는 디멀티플렉서와,

   영상정보에 따라 상기 디멀티플렉서와 상기 제1 내지 제N 교번전극을 절환하는 절환부와,

   소정조건 하에서 상기 디멀티플렉서를 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 소정조건이 영상정보에 따라 인접전극에 동일한 구동전압을 인가하는 경우인 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 N개의 교번전극들 각각에는 캐소우드 전압 및 게이트 전압중 어느 하나를 가지는 상기 구동전압이 공급되는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
7. 제 4 항에 있어서,

   상기 절환부가 상기 제1 내지 제N 교번전극을 절환하는 S₁내지 S_M스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
8. 자신에게 인가되는 전압에 따라 전극특성이 변화되는 제1 내지 제N 교번전극을 마련하는 단계와,

   상기 제1 내지 제N 교번전극에 디멀티플렉서의 구동전압을 선택적으로 공급하는 단계와,

   영상정보에 따라 상기 구동전압을 상기 제1 내지 제N 교번전극에 인가하여 원하는 계조를 구현하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치의 구동방법.