KR100271131B1 - 전계방출 표시장치 및 그 구동방법(Apparatus of Field Emission Display and Method of Driving for The Same) - Google Patents

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

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Abstract

본 발명은 평면 전자원 방식에 적합하도록 계조를 구현하는 전계방출 표시장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전계방출 표시장치는 이미터 전극과 게이트 전극이 2N-1개의 대향면을 가지는 제1 내지 제N 서브픽셀에 접속되어 전압을 공급하는 구동부와, 입력된 영상신호에 대응하는 상기 제1 내지 제N 서브픽셀에 선택적으로 구동전압을 공급하도록 상기 구동부를 절환하는 절환부를 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, 학상데이터를 공급하는 칼럼 드라이버(Column Driver)와, 상기 로오 및 칼럼 드라이버의 교차부에 매트릭스(Matrix) 구조로 형성된 화소(Pixel)를 구비한다. FED는 로오 드라이버(Row 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 전자원방식 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 부븐의 밝기비율을 나타내는 계조(Gray-Scale)는 화질을 평가하는 중요한 요소로서 모든 표시장지는 계조 구현방법을 수립해야만 목적하는 영상을 표시할수 있게 된다. 마이크로 팁 빙식 FED의 계조 구현방법으로 미합중국 특허 제5,173 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 전사원 방식 FED에 적합한 새로운 계조구현 방법이 개시되지 못하고 있는 실정이다.
도 1 내지 도 2를 참조하여 종래기술에 따른 평면 전자원 방식 FED에 대해 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 이미터(Emitter) 전극(2)과, 상기 이미터 전극(2)과 소정의 갭(Gap)을 유지하도록 수평면 상에 형성된 게이트(Gate) 전극(4)과, 상기 이미터 전극(2) 및 게이트 전극(4)의 상부에 설치된 애노드(Anode) 전극(6)을 구비한다. 이미터 전극(2)과 게이트 전극(4)에 구동전압이 인가되면 터널링(Tunneling) 효과에 의해 이미터 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 제조공정이 순하다.
도 2를 참조하면, 종래 기술에 따른 SCE형 FED는 기판(10)의 상부에 형성된 이미터(Emitter) 전극(2)과, 상기 이미터 전극(2)과 소정의 갭을 유지 하도록 수평면상에 형성된 게이트(Gate) 전극(4)과, 게이트 전극(4) 및 이미터 전극(2)의 상부에 실장된 도전성 박막(8)을 구비한다. 구동전압이 상기 게이트 전극(4)과 이미터 전극(2)에 모두 인가되지만 실제 전계에 의한 터널링 효과는 각 전극의 상부에 접속된 박막(8)에서 나타나게 된다. 이 때문에, 이미터 전극(2)에서 방출되는 전자는 대부분 게이트 전극(4)에 흡수되고 산란(Scattering)되는 전자는 1 % 정도에 불과하여 전자의 방출(Emission)효율이 낮아지게 된다. 따라서, 도 2에 도시된 SCE형 FED는 애노드 전극(6)에서 산란된 전자를 당기는데 필요한 전력이 전체 소비전력의 80%를 차지하게 되는 단점을 가지고 있다. 또한, 상기 전극들(2, 4)의 상부에 형성된 도전성 박막(8) 사이에서 방출되는 전자가 사각형의 형광제 한 픽셀을 발광 시키게 되므로 하나의 픽셀에 대응하는 형광면에서 균일한 발광을 기대하기 어려운 단점을 가지고 있다.
이와 같이, 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 효울이 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.
제1도는 평면 전자원 방식 전계방출 표시장치의 발광원리를 도시한 도면.
제2도는 종래의 기술에 따른 전계방출 표시장치의 구조를 도시한 도면.
제3a도는 본 발명에 따른 서브픽셀을 도시한 도면.
제3b도는 제3a도의 또 다른 서브픽셀을 도시한 도면.
제4도는 본 발명에 띠른 전계방출 표시장치의 전극구조를 도시한 도면.
제5도는 본 발명에 따른 픽셀에 배치된 서브픽셀을 도시한 도면.
제6도는 본 발명에 따른 전계방출 표시장치를 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2, 22 : 이미터전극 4, 24 : 게이트전극
6 : 애노드전극 8, 28 : 박막
10, 20 : 기판 12, 30 : 픽셀
26 : 서브픽셀 S1내지 SN: 제1 내지 제N 스위치
SP1내지 SPN: 제1 내지 제N 서브픽셀
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전계방출 표시장치의 전극구조는 이미터 전극과 게이트 선극이 2N-1개의 대향면을 갖도록 형성된 제1 내지 제N 서브픽셀을 구비한다.
또한, 본 발명에 따른 전계방출 표시장치는 이미터 전극과 게이트 전극이 2N-1개의 대향면을 가지는 제1 내지 제N 서브픽셀과, 제1 내지 제N 서브픽셀에 접속되어 전압을 공급하는 구동부와, 입력된 영상신호에 대응하는 상기 제1 내지 제N 서브픽셀에 선탁적으로 구동전압을 공급하도록 상기 구동부를 절환하는 절환부를 구비한다.
또한 본 발명에 따른 전계방출 표시장치의 구동방법은 이미터 전극과 게이트 전극이 2 개의 대향면을 가지는 제1 내지 제N 서브픽셀을 마련하는 단계와, 영상정보에 따라 구동전압을 상기 제1 내지 재N 서브픽셀에 인가하여 원하는 계조를 구현하는 단계를 포함한다.
상기 목적들 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명 하기로 한다.
도 3a를 참조하면, 본 발명에 따른 FED의 서브픽셀(26)은 기판의 상부에 형성된 제1 및 제2 이미터(Emitter) 전극(22a, 22b)과, 상기 이미터 전극들(22a, 22b)과 소정의 갭(Gap)을 유지하도록 수평면 상에 형성된 제1 및 제2 게이트(Gate) 전극(24a, 24b)과, 상기 이미터 및 게이트 전극(22, 24)들의 상부에 실장된 도선성 박막(28)을 구비한다. 상기 서브픽셀(26)에 형성된 제1 및 제2 이미터 전극(22a, 22b)은 배선으로 접속되어 있으며, 제1 및 제2 게이트 전극(24a, 24b)도 배선으로 접속된 구조를 가지게 된다. 이미터 전압 및 게이트 전압이 각각 이미터 전극(22a, 22b)과 게이트 전극(24a, 24b)에 인가되면, 화살표 방향과 같이 제1 이미터 전극(22a)에서 제1 및 제2 게이트 전극(24a, 24b)으로 전자가 방출된다. 이와 동시에, 제2 이미터 전극(22b)에서도 제1 및 제2 게이트 전극(24a, 24b)으로 전자가 방출된다. 이 때, 전자의 방출량은 이 전극(24a, 24b) 사이에 형성된 소정의 갭과 상기 전극(22, 24)의 길이에 의해 결정되므로, 상기 서브픽셀(26) 내부에는 동일한 갭을 유지하도록 형성함과 아울러 상기 전극들(22a, 22b, 24a, 24b)을 동일한 길이로 형성시킨다. 한편, 도 2에 도시된 이미터 전극(2)과 게이트 전극(4)의 선자 방출량을 1로 가정하면, 도 3a에서의 전자 방출량은 4가 된다. 즉, 전자의 방출량이 4배 증가하게 된다.
도 3b는 본 발명에 따른 FED의 다른 실시예의 서브픽셀들을 나타낸다.
도 3b를 침조하면, 1개의 이미터 전극(22)과 1개의 게이트 전극(24)을 형성하여 전자방출량이 1인 서브픽셀(SP1)이 (a)에 도시되어 있다. 또한, 1개의 이미터 전극(22)과 2개의 게이트 전극(24)을 형성하여 전자방출량이 2인 서브픽셀(SP2)이 (b)에 도시되어 있다. 그리고 (c)에는 3개의 이미터 전극(22)과 4개의 게이트 전극(24)을 형성하여 전사방출량이 8인 서브픽셀(SP4)이 도시되어 있다. 이 때 각긱의 서브픽셀(SP1, SP2, SF4)의 구동방법은 도 3a의 그것과 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 상기한 바와 같이, 각각의 서브픽셀(SP1, SP2, SP4)에서의 전자 방출량은 서브픽셀(SP1, SP2, SP4)에 형성된 이미터 전극(22) 및 게이트 전극(24)의 대향면수에 의해 조절되어 진다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 전계방출 표시장치의 전극구조는 이미터 전극(22)과 게이트 전극(24)의 대향면수가 1이 되도록 형성된 제1 서브픽셀(SP1)과, 이미터 전극(22)과 게이트 전극(24)의 대항면수가 2가 되도록 형성된 제2 시브픽셀(SP1)과, 이미터 전극(22)과 게이트 전극(24)의 대향면수가 2N-1이 되도록 형성된 제N 서브픽셀(SPN)을 구비한다. 상기 전극구조는 적색(Red; 이하 "R"라 함), 녹색(Green; 이하 "G"라 함), 청색(Blue; 이하 "B"라 함)의 픽셀들중 어느 하나의 픽셀에 해당한다. 전계방출 표시장치의 전극구조를 설명하기 위해, N을 4로 설정하기로 한다. 이미터 전극(22)과 게이트 전극(24)간에 발생하는 전자의 방출량은 각 전극들(22, 24) 사이에 형성된 소정의 갭과 그 전극(22, 24)의 길이에 의해 정하여 진다. 여기에서 이미터 전극(22) 및 게이트 전극(24) 사이의 갭을 모두 일정한 간격을 유지하도록 형성함과 아울러, 상기 전극(22, 24)의 길이를 동일하게 형성한다. 이로 인하여, 전자의 방출량은 이미터 전극(22)과 게이트 전극(24)의 대향면수에 의해 결정된다. 또한, 상기이미터 및 게이트 전극(22, 24)에는 각각 이미터 전압과 게이트 전압이 구동전압으로 인가된다. 제1 서브픽셀(SP1)에 구동전압이 인가되면, 전자의 방출량은 1이 된다. 또한, 제2 서브픽셀(SP2)에 구동전압이 인가되면, 전사의 방출량은 2가 된다. 또한, 제3 서브픽셀(SP3)에 구동전압이 인가되면, 전자의 방출량은 4가 된다. 또한, 제4 서브픽셀(SP4)에 구동전압이 인가되면, 전자의 방출랑은 8이 된다.
도 5는 각각의 서브픽셀을 하나의 픽셀에 배치한 구조가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 픽셀(30)의 좌측상부이 형성된 제3 서브픽셀(SP3)과, 제3 서브픽셀(SP3)의 하부에 형성된 제1 서브픽셀(SP1)과, 제1 서브픽셀(SP1)의 하부에 형성된 제2 서브픽셀(SP2)과, 픽셀(30)의 우측에 형성된 제4 서브픽셀(SP4)이 (a) 및 (b)에 도시되이 있다. 상기와 같이 서브픽 셀들(SP1, SP2, SP3, SF4)이 배치된 픽셀(30)은 죄측과 우측에서 방출되는 전자량이 달라서 하나의 픽셀(30)에 대응하는 형광체를 골고루 여기, 발광 시키는데 어려움이 있으며, 이로 인하여 형광체에 균일한 발광을 기대하기 어려워진다. 반면에, 픽셀(30)의 중앙에 형성된 제1 서브픽셀(SP1)과 제1 픽셀(SP1)의 좌측에 형성된 제2 서브픽셀(SP2)과, 제1 픽셀(SP1)의 우측에 형성된 제3 서브픽셀(SP3)과, 상기 제2 및 제3 서브픽셀(SP2, SP3)의 상 하부에 골고루 분산 형성된 제4 서브픽셀(SP4)을 포함하는 (c)와 같은 픽셀(30)은 하나의 픽셀(30)에 대응하는 형광체를 골고루 여기 발광 시켜 화상의 균일도를 향상할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전계방출 표시장치의 전극구조는 N개의 시브픽셀을 형성하여 전자의 방출효율이 향상됨과 아울러, 하나의 픽셀에 대응하는 형광면을 균일하게 발광하도록 상기 서브픽셀을 배치하여 전체 화상의 균일성(Uniformity)을 향상하게 된다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 전계방출 표시장치는 전자방출랑에 따라 이미터 전극(22)과 게이트 전극(24)의 대향면수가 2N-1이 되도록 형성된 제1 내지 제N 서브픽셀(SP1내지 SPN)과, 제1 내지 제N 서브픽셀(SP1내지 SPN)에 접속되어 전압을 공급하는 구동부와, 입력된 영상신호에 대응하는 상기 제1 내지 제N 서브픽셀에 선택적으로 구동전압을 공급하도록 상기 구동부를 절환하는 절환부(32)를 구비한다. 상기 구동부는 이미터 전압공급부와 게이트 전압공급부로 구성되어 있으며, 제1 내지 제N 서브픽셀은 공통라인(221)에 의해 이미터 전압 구동부에 접속되며, 상기 서브픽셀들(SP1내지 SPN)은 절환부(32)와 접속되며 상기 절환부(32)는 게이트 전압 라인(241)에 접속되어 게이트 전압을 각 서브픽셀(SP1내지 SPN)에 선택적으로 공급하게 된다. 또한, 절환부(32)는 N개의 서브픽셀들(SP1내지 SPN)을 절환하기 위해 S1내지 SN개의 스위치로 구성된다.
상기 FED에서 16계조 구현방법을 설명하기 위해 N을 4로 가정한다. 입력된 영상정보는 아날로그 디지털 변환기(Analog/Digital Converter; 이하 "A/D 변환기"라 함)에 의해 '0000'-'1111'의 정보로 변환되어 절환부(38)의 S1내지 S3스위치에 공급된다. 예를 들어 '0001'의 정보가 입력되면 S1스위치가 온(On)되어 제1 서브픽셀(SP1)에는 구동전압이 인가된다. 이때 제1 서브픽셀(SP1)의 이미터 전극(22)에서 게이트 전극(24)으로 전자가 방출되어 픽셀(30)의 전자 방출량은 1이 된다. 또한, '0010'의 정보가 입력되면, S2스위치가 온(On)되어 제2 서브픽셀(SP2)에는 구동전압이 인가된다. 이때 제2 서브픽셀(SP2)의 이미터 전극(22)에서 게이트 전극(24)으로 전자가 방출되며 픽셀(30)의 전자 방출량은 2가 된다. 또한, '0011'의 정보가 입력되면, S1, S2스위치가 온(On)되어 제1 및 제2 서브픽셀(SP1, SP2)에 구동전압이 인가된다. 이때 제1 및 제2 서브픽셀(SP1, SP2)의 전자방출량이 더해져서 픽셀(30)의 전자 방출량은 3이 된다. 이와 동일한 방식에 의해, '1111'의 정보가 입력되면, S1내지 S4스위치가 온(On)되어 제1 내지 제4 서브픽셀(SP1내지 SP4)에 구동전압이 인가되면, 제1 내지 제4 서브픽셀(SP1내지 SP4)의 전자방출량이 더해져서 픽셀(30)의 전자방출량은 15가 된다. 상술한 바와 같이 '0000' - '1111'의 입력정보에 대응하여 제1 내지 제4 서브픽셀(SP1내지 SP4)이 구동하여 16계조를 구현하게 된다. 한편, 상기와 동일한 방식에 의해 N을 8로 설정하면, 입력정보에 대응하여 제1 내지 제8 서브픽셀이 구동하여 256계조를 구현하게 된다.
결과적으로, 본 발명에 따른 전자방출 표시장치 및 그 구동방법은 입력정보에 대응하는 제1 내지 제N 서브픽셀(SP1내지 SP4)에 구동전압을 인가하여 원하는 계조를 구현하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전계방출 장치의 전극구조는 N개의 서브 픽셀을 형성하여 선자의 방출효율이 향상됨과 아울러, 하나의 픽셀에 대응하는 형광면을 균일하게 발광하도록 상기 서브픽셀을 배치하여 전체 화상의 균일성(Uniformity)을 향상할수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 전계방출 표시장치 및 그 구동방법은 입력정보이 대응하는 제1 내지 제N 서브픽셀에 구동전압을 인기하여 원하는 계조를 구현할수 있는 장점이 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자 라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니 하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알수 있을 것이다. 일례로, 본 발명의 상세한 설명에서 16계조 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 (7)

  1. 이미터 전극과 게이트 전극이 2N-1개의 대향면을 갖도록 형성된 제1 내지 제N 서브픽셀을 구비하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치의 전극구조.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 서브픽셀에 형성된 이미터 전극과 게이트 전극의 대향면수에 따라 전자방출량이 결정되는 것을 특징으로 하는 전계방출표시장치의 전극구조.
  3. 이미터 전극과 게이트 전극이 2N-1개의 대향면을 가지는 제1 내지 제N 서브픽셀과, 상기 제1 내지 제N 서브픽셀에 접속되어 전압을 공급하는 구동부와, 입력된 영상신호에 대응하는 상기 제1 내지 제N 서브픽셀에 선택적으로 구동전압을 공급하도록 상기 구동부를 절환하는 절환부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 구동부는 각 서브픽셀의 이미터 전극에 전압을 공급하는 이미터 전압공급부와, 각 서브픽셀의 게이트 전극에 전압을 공급하는 게이트 전압공급부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 이미터 전압공급부는 각 서브픽셀이 공통라인으로 접속되고, 상기 게이트 전압 공급부는 상기 절환부에 접속되어 선택적으로 게이트 전압이 공급되는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 절환부가, 제1 내지 제N 개의 스위치로 구성된 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치.
  7. 이미터 전극과 게이트 전극이 2N-1개의 대향면을 가지는 제1 내지 제N 서브픽셀을 마련하는 단계와, 영상정보에 따라 구동전압을 상기 제1 내지 제N 서브픽셀에 인가하여 원하는 계조를 구현하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시장치의 구동방법.
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