KR100308597B1

KR100308597B1 - 디스플레이장치용음극

Info

Publication number: KR100308597B1
Application number: KR1019970046270A
Authority: KR
Inventors: 존 비트슨; 앤드류 람사이 녹스
Original assignee: 포만 제프리 엘; 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션
Priority date: 1997-01-16
Filing date: 1997-09-09
Publication date: 2001-11-17
Also published as: KR19980069937A; DE69719716T2; GB9700790D0; EP0854493B1; EP0854493A1; GB2321335A; DE69719716D1; JP3472985B2; US5889372A; JPH10208677A

Abstract

본 발명의 디스플레이 장치는 전자를 방출하기 위한 전계 방출 음극 수단(field emission cathode means)을 포함한다. 복수의 전자 빔이 전계 방출 음극 수단으로부터 형성된다. 상기 음극과 마주보는 형광 코팅(phosphor coating)을 구비한 스크린은 복수의 전자 빔을 받아들인다. 형광 코팅은 상기 복수의 전자 빔 중 서로 다른 전자 빔에 각각 대응되는 복수의 화소를 포함한다. 그리드 전극(grid electrode) 수단은 상기 음극 수단과 스크린 사이에 위치하여 상기 음극 수단으로부터의 전자의 흐름을 제어하기 위한 것이다. 전계 방출 음극 수단은 추출 그리드(extractor grid) 수단을 포함하며, 상기 추출 그리드 수단은 상기 복수의 화소 각각과 연관된 개별적으로 어드레스 가능한 복수의 부분을 갖는다. 입력 데이터 값과 빔 전류 간에 감마 전달 함수가 제공되어 종래 CRT를 에뮬레이션(emulation)한다. 이것은 참조표를 사용함으로써 수행된다.

Description

디스플레이 장치용 음극{CATHOD FOR DISPLAY DEVICE}

본 발명은 매트릭스 어드레스(matrix address) 형태의 전자 빔 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 특히 매트릭스 어드레스 형태의 전자 빔 디스플레이 장치에 사용하기 위한 스위칭 가능 에어리어 음극에 관한 것이다.

평면 패널 전자 빔 디스플레이 장치는 진공 엔벨로프(evacuated envelope) 내에 포함되어 있는 음극(cathode)과 양극(anode)을 포함한다. 동작중에는, 음극은 양극에 대해서 음의 전위값으로 유지된다. 전자는 음극으로부터 방출된다. 음극과 양극간의 전위차는 음극으로부터 방출된 전자를 빔으로 양극을 향하여 가속시킨다. 따라서 빔 전류(beam current)가 양극과 음극 간에 흐르게 된다. 평면 패널 전자 빔 디스플레이 장치에 있어서는, 음극과 양극 간에 매트릭스 배열(arrangement)이 위치한다. 매트릭스 배열은 서로 직각으로 위치한 "빗살(combs)" 쌍으로 형성된다. 이것을 통상 로우와 컬럼이라 칭한다. 각각의 화소 또는 부화소는 로우와 컬럼의 교차점에 위치한다. 각각의 빗살은 서로 분리된 많은 소자 (로우 또는 컬럼)를 갖는다. 동작중에는, 제어 전압이 빗살 각각의 각 소자에 인가된다. 각각의 소자에 인가된 제어 전압은 그 소자와 연관된 전자 빔에 정전기력을 가한다. 상기 소자와 연관된 전자 빔 전류는 제어 전압을 조정함으로써 조정될 수 있다.

스크린 상에 복수 레벨의 강도를 표시할 수 있는 디스플레이 장치에 있어서는, 로우와 컬럼이 별개의 기능을 수행한다. 로우(또는 수평선)를 갖는 빗살이 화소의 바이어스(bias) 조건을 셋팅하는데 사용된다. 즉, 각각의 로우 도체를 OFF (바이어싱되지 않은) 상태와 ON (바이어싱된) 상태 사이에서 스위칭하는 간단한 제어 전압이 인가된다. 상기 스위칭을 제공하는 회로는 간단하고 저렴하다. 컬럼 (또는 수직선)을 갖는 빗살은 바이어싱된 화소가 표시될 곳의 휘도(brightness)를 제어하는데 사용된다. 휘도는 바이어싱되지 않은 화소에 상당하는 레벨과 표시 장치가 제공할 수 있는 최대 레벨 사이의 아날로그 레벨에서 셋팅된다. 제공되는 중간레벨의 개수는 컬럼을 구동하는 회로에 의해서 결정된다. 상기 스위칭을 제공하는 아날로그 구동 회로는 비교적 복잡하고 비용이 많이 든다. 몇몇 디스플레이 장치에서는 로우와 컬럼의 동작이 서로 바뀔 수도 있다.

컬럼을 구동하는 아날로그 구동 회로는 보통 각각의 컬럼 도체에 대해서 디지탈 아날로그 변환기(DAC)를 사용하여 구현된다.

디스플레이 장치는 컬럼 구동 회로 (DACs) 중 한 개로부터의 아날로그 전압이 OFF (바이어싱되지 않은) 로우와 교차되면 DAC의 아날로그 출력 값에 관계 없이 빔 전류가 전혀 흐르지 않도록 동작한다. 만일 컬럼 구동 회로 (DACs) 중 한 개로부터의 아날로그 전압이 ON (바이어싱된) 로우와 교차하면, 화소는 활성 상태가 되고 통하는 빔 전류는 DAC 셋팅에 의해서 결정될 것이다. 얼마나 많은 빔 전류가 흐르고 그 화소에 어떤 강도가 표시되는지를 결정하는 것은 DAC로부터의 아날로그 전압이다. 실제 구현에 있어서는 소정 로우의 각 화소에 대해서 모든 DAC에 병렬로 데이타가 인가되어, 모든 로우의 데이타가 동시에 표시된다. 동작중이고 데이타를 표시하고 있는 로우는 데이타의 모든 프레임이 생성되면서 스크린의 하단으로 전개된다.

각각의 로우에 1024 화소를 갖는 디스플레이 장치에 있어서는, 상술한 것은 1024개의 서로 분리된 DAC 회로가 필요함을 의미한다. DAC 회로는 비교적 복잡하고 고가이며 이러한 회로의 비용은 평면 패널 디스플레이 장치의 총 비용에 있어서 상당한 부분을 차지한다. 칼라 디스플레이 장치의 화소를 구성하는 3색의 각각과 연관된 세 개의 부화소 각각에 대해서 DAC가 각각 사용된다면, 3072 개의 DAC 회로가필요하며, 이것은 평면 패널 디스플레이 장치의 총 비용을 더욱 추가시킨다.

본 발명에 따르면, 전자를 방출하기 위한 추출 그리드 수단을 갖는 전계 방출 음극 수단과, 방출된 전자를 복수의 전자 빔으로 형성하기 위한 수단과, 복수의 전자 빔을 받아들이기 위한 스크린으로서 상기 음극과 마주보는 형광 코팅을 구비하며 상기 형광 코팅은 상기 복수의 전자 빔 중 서로 다른 전자 빔에 각각 대응되는 복수의 화소를 포함하는 스크린과, 상기 음극 수단과 스크린 사이에 위치하여 상기 음극 수단으로부터의 전자를 선택적으로 통하게 하거나 차단하기 위한 그리드 전극 수단을 포함하며, 상기 추출 그리드 수단은 상기 복수의 화소 각각과 연관된 복수의 개별적으로 어드레스 가능한 부분을 갖는 디스플레이 장치가 제공된다. 추출 그리드에 화소 각각과 연관된 개별적으로 어드레스 가능한 부분을 제공한다는 것은 전계 방출 디스플레이 장치로부터의 빔 전류에 관한 아날로그 제어 문제를 해결한 것이다.

바람직하게는, 전계 방출 음극 수단은 마이크로팁(microtip) 음극이고 마이크로 팁 음극은 몰리브덴(Molybdenum)을 포함한다. 바람직한 실시예에서는 상기 추출 그리드는 메쉬(mesh)이다.

다른 실시예에서는 상기 전계 방출 음극은 금속-절연체 혼합물이다. 또 다른 실시예에서는 상기 전계 방출 음극은 탄소 나노튜브(Carbon nanotube)이다.

바람직한 실시예에서는, 개별적으로 어드레스 가능한 부분들은 동심 원으로 배열되지만, 4변형과 같은 다른 형태로 배열될 수도 있다. 개별적으로 어드레스 가능한 부분으로서 동심원 링을 사용하는 것은 그리드의 개별적으로 어드레스 가능한 부분 각각의 중심점이 동일하다는 이점이 있다. 이것은 음극의 물리적인 구조를 전자 빔 구조로, 결국은 양극과 화면 전면으로, 매핑(mapping)하더라도 부화소의 구조가 사용자에게 잘 보이지 않는다는 효과가 있다. 빔 전류가 증가함에 따라 스폿의 지름도 커진다. 바람직하게는, 추출 그리드 수단은 네 개의 개별적으로 어드레스 가능한 부분을 갖는다. 더욱 바람직하게는, 추출 그리드 수단의 네 개의 개별적으로 어드레스 가능한 부분은 각각 1, 2, 4, 8의 상대적인 면적을 갖는다.

추출 그리드는 발산(evaporation)이나 스퍼터링(sputtering)과 같은 박막 리소그래피 데포지션(thin film lithographic deposition) 기술에 의해서 데포지션된다.

본 발명의 다른 특징은 복수의 화소가 로우로 배열되고, 소정 로우의 복수의 화소 각각과 연관되어 있으며 공통의 상대적인 면적을 갖는 개별적으로 어드레스 가능한 부분 각각이 공통 도체에 의해서 서로 접속되어 있다는 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은 입력 데이터 값과 대응 전자 빔 전류 간을 매핑하는데 감마 전달 함수가 사용되어 종래 CRT의 감마 함수(gamma function)를 에뮬레이션(emulation)한다는 것이다. 바람직한 실시예에서는, 입력 데이터 값과 대응 전자 빔 전류 간을 매핑하기 위해서 참조표(lookup table)가 사용된다. 디지털 입력 데이터로부터 감마 전달 함수를 제공하는 것의 장점은, 종래의 CRT 디스플레이 장치를 에뮬레이션하여 주므로 기존의 다양한 어플리케이션을 이용하는 종래의 CRT 상에 표시되는 것과 동일한 화상이 사용자에게 보인다는 점이다. 또한, 감마 전달함수를 사용함으로써 디스플레이 장치의 출력을 프린터나 또는 스캐닝된 사진 화상으로부터 얻어진 것과 매칭시킬 수 있다. 전달 함수는 그 함수를 구현하는데 사용되는 참조표를 다시 프로그래밍함으로써 동적으로 변경될 수 있다.

본 발명은 또한 메모리 수단, 상기 메모리 수단으로 또한 메모리 수단으로부터 데이터를 전송하기 위한 데이터 전송 수단, 상기 메모리 수단에 기억된 데이터를 처리하기 위한 처리 수단, 및 상술한 것과 같은 디스플레이 장치를 포함하는 컴퓨터 시스템을 제공한다.

도 1은 자기 매트릭스 디스플레이의 실시예의 개략적인 단면도.

도 2는 도 1의 실시예의 평면도.

도 3은 전계 방출 마이크로팁 음극의 상세도.

도 4는 도 4의 마이크로팁 음극의 평면도.

도 5는 본 발명에 따른 4 비트 추출 그리드를 도시한 도면.

도 6은 본 발명에 따른 다른 4 비트 추출 그리드를 도시한 도면.

도 7은 인가된 구동 전압과 빔 전류 흐름 간의 전달 함수를 도시한 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

400 : 전계 방출 팁

402 내지 408 : 추출 그리드 영역

도 1을 참조하면, 자기 매트릭스 디스플레이 장치(10)의 한 예는 평면 양극(30)과 마주보는 평면 음극(20)을 포함한다. 형광 코팅(phosphor coating)(150)은 음극으로부터 먼쪽의 양극(30)의 측면에 위치한다. 영구 자석(140)은 양극(30)과 음극(20) 사이에 위치한다. 자석(140)에는 2차원 매트릭스의 채널 또는 "웰(wells)"(160)이 관통된다. 그리드 조립체는 자석(140)과 음극(20)의 사이에 위치한다. 그리드 조립체는 제1 및 제2 절연 평형 도체의 어레이(array)를 포함하며, 이하 각각 제1 그리드(71) 및 제2 그리드(72)라 한다. 제1 그리드(71)는 제2 그리드(72)와 직교하도록 배열되어 격자 형태를 형성한다. 제1 그리드(71) 및 제2 그리드(72) 내에 구멍(aperture)이 형성된다. 구멍은 제1 그리드(71)와 제2 그리드(72)의 교차점 각각에 위치한다. 각각의 구멍(aperture)은 다른 웰(well)(160)과 중심을 맞추어 정렬된다.

도 2를 참조하면, 컬럼 구동 회로(170)는 제2 그리드(72)에 접속된다. 로우구동 회로(180)는 제1 그리드(71)에 접속된다. 이와 같이 함으로써, 로우보다 컬럼이 많은 4대 3의 가로 대 세로 비를 갖는 종래의 디스플레이 장치에 있어서 더욱 간단하고 저렴한 디지털 스위치의 비용으로 더욱 복잡하고 고가의 아날로그 구동 회로의 수를 줄일 수 있다는 효과가 있다. 동작 중에는, 양극(30)은 음극(20)보다 높은 전위로 유지된다. 따라서, 음극(20)으로부터 방출된 전자는 양극(30)을 향해 가속된다. 전자가 자석(140) 내의 웰(160) 각각으로 입사되면서 내부의 자기장으로 인해 고밀도의 빔으로 조준된다. 동작 중에는, 전자가 웰로 들어가는 것이 그리드 조립체에 의하여 선택적으로 제어된다. 각각의 웰(160)은 로우 구동 회로(180)와 컬럼 구동 회로(170)에 의해서 대응 제1 그리드(71) 및 제2 그리드(72)로 인가되는 적당한 전압 신호에 의해서 어드레싱될 수 있다. 따라서 전자가 각각의 웰(160)로 들어가는 것이 선택적으로 허용되거나 차단되며, 자석(140)을 통과하여 형광 코팅(150)의 대응 영역에 도달함으로써 스크린상에 표시되는 화상의 화소를 생성한다. 표시 화상의 화소는 리프레시(refresh) 패턴으로 스캐닝된다. 리프레시 패턴을 생성하기 위해서, 한 컬럼의 화소는 컬럼 구동 회로(170)를 통해 대응 제2 그리드(72)로 적당한 전압을 인가함으로써 활성화되고, 제1 그리드(71)의 전압은 로우 구동 회로(180)를 통해 빔 전류가 전혀 흐르지 않도록 셋팅된다. 잔여 제2 그리드(72)의 전압은 제1 그리드(71)의 어떠한 동작 전압에 대해서도 전혀 빔 전류가 흐르지 않도록 컬럼 구동 회로(170)에 의해서 셋팅된다. 이어서 제1 그리드(71)의 전압은 로우 구동 회로(180)에 의해서 활성화된 화소 컬럼에 대응되는 입력 비디오 데이터의 함수로 조정된다. 연속적인 다음 컬럼에 대해서 상기 과정이 반복된다.로우와 컬럼의 기능은 LCD에 통상적으로 사용되는 것과 비교하여 뒤바뀔 수 있다. 즉, 로우는 아날로그 전압을 인가받고 컬럼은 두 개의 아날로그 레벨 간에 스위칭될 수 있다.

본 발명에서는 평면 음극(20)은 전계 방출 음극이다. 공지된 전계 방출 음극에는 마이크로팁, 금속-절연체 합성물, 및 탄소 나노튜브가 포함된다. 본 발명은 평면 패널 에미터(emitter)로 데포지션된 어떠한 형태의 음극에도 적용가능하다.

바람직한 전계 방출 음극은 극소 규모의 예리한 몰리브덴과 같은 재료의 팁 어레이를 포함한다. 동작 중에는, 음극 제어 그리드 또는 추출 그리드를 통해 팁으로 매우 강한 전기장이 인가된다. 전기장은 음극에 열을 가하지 않고도 팁으로부터 전자를 방출시킬 수 있다. 도 3은 전계 방출 마이크로팁 음극의 상세도이다. 유리 기판은 기판 상에 니오븀(Niobium) 층, 실리콘(Silicon) 층, 및 니오븀 층을 구비한다. 니오븀 층, 실리콘 층, 및 니오븀 층의 구멍을 관통하여 연장하는 몰리브덴 포인트가 제작된다. 극소 규모의 예리한 몰리브덴 팁은 전형적으로 기저부의 직경이 1.5μm이고 서로 5μm 간격을 두고 있다.

도 4는 도 3의 한 실시예의 평면도이며, 메쉬의 개구부 각각은 메쉬당 30개의 극소 규모의 예리한 몰리브덴 팁을 포함한다. 디스플레이 장치의 각 화소와 연관된 음극 영역은 각각의 화소에 대해서 메쉬 내에 35개의 개구부를 갖는다. 매쉬 내의 개구부는 전형적으로 50μm당 한 개씩 있다. 도 4의 도트 각각은 도 3에 도시된 팁 중의 한 개에 대응된다. 이로써 화소당 대략 1000개의 팁을 갖게 된다.

50 내지 125 볼트의 전압이 음극 제어 그리드와 팁의 사이에 인가되어 전자흐름을 생성할 수 있을 만큼 충분한 전기장 세기를 제공한다. 이와 같이 생성된 전자를 사용하기 위해서, 진공 엔벨로프 내에 충분한 진공이 요구된다. 상술한 팁을 제조하기 위한 실제적인 과정의 상세한 내용은 스핀트(Spindt) 등의 1976년 발행된 J. Appl. Physics 제147권에 "박막 전계 방출 음극의 물리적인 특성(Physical properties of thin film field emission cathodes)"과 기스(Ghis) 등의 제3회 국제 진공 마이크로전자공학 학회(Third International Vacuum Microelectronics Conference; Monterey, 1990년 7월)에서 발표된 "봉합 진공 장치: 마이크로팁 형광 디스플레이 장치(Sealed Vacuum devices: Microtips fluoscent display)"에서 찾아볼 수 있다.

다른 형태의 전계 방출 음극은 탄소 입자가 수지(resin) 내에 혼입된 것과 같은 금속-절연체 혼합물을 사용한다. 또는, 평면 금속 전극이 흑연(graphite), 실리콘, 철 또는 다른 입자가 수지 내에 혼입된 것으로 코팅될 수 있다. 높은 전압 변화도 (수 kV/m)를 적용하면 입자로부터 전계 방출을 얻을 수 있으며, 고 전류 밀도를 얻을 수 있다. 이러한 수지가 코팅된 음극은 열악한 진공 조건에도 비교적 영향을 받지 않지만, 전류가 불안정하다는 문제가 있다. 이러한 음극은 캐어나(Khairnar)와 조그(Joag)에 의한 1989년 11월에 발간된 Colloque de Physique 제C8호 페이지 C8-85의 "광속 리드 전계 방출(Pencil lead field emission)"과 바직(Bajic) 등에 의한 1989년 11월에 발간된 Colloque de Physique 제C8호 페이지 C8-79의 "평면 전극을 금속-절연체 혼합물로 코팅하여 형성된 냉-음극의 안정성에 영향을 미치는 요인(Factors affecting the stability of cold-cathod formed by coating a planar electrode with a metal-insulator composite)"에 개시되어 있다.

다른 형태의 전계 방출 음극은 탄소 나노튜브를 사용한다. 수직으로 정렬된 지름이 10nm인 1μm 길이의 탄소관 층이 200V의 전위차로 구리 그리드 하부에 위치하고, 그 뒤에 최종 양극이 위치한다. 대량의 수직으로 조준된 전계 방출 전류가 얻어질 수 있으며 층의 제조 방법은 매우 저렴하게 음극 에어리어를 무한정 허용한다. 상기 전자 공급원은 더블유 에이 드 히어(WA de Heer) 등에 의한 1995년 11월에 발행된 사이언스(Science) 제270권 페이지 1179의 "탄소 나노튜브 전계 방출 전자 공급원(A Carbon nanotube field emission electron source)"에 개시되어 있다.

전계 방출의 특성은 방출이 일어나기 이전에 소정 임계치 강도의 전기장이 통과되어야 한다는 것이다. 임계치 강도의 전기장이 통과되면, 방출이 시작되고 높은 정도의 방출로 급속히 증가된다. 전계 방출 디스플레이 장치 (FEDs)가 직면한 실제적인 난점은 상기 방출 곡선의 경사가 급하여 방출 레벨을 이원적으로만 제어할 수 있게 한다는 점이다. 방출 레벨은 0이거나 높은 값일 수 있다. 상기와 같은 장치에 있어서 방출로 인한 빔 전류는 아날로그 제어하기가 어렵다. 또한, 대부분의 FED는 수천 볼트의 낮은 최종 양극 전압을 사용하기 때문에, 형광의 저효율을 보상하기 위해서 높은 빔 전류가 사용될 필요가 있다.

전계 방출 팁 어레이에 기초한 음극의 다른 특성은 높은 전기장 변화도로 인해서, 각각의 음극 팁으로부터 방출된 모든 전자가 음극 영역으로부터 외부로 가속되어 사라진다는 것이다. CRT에서 볼 수 있는 열이온 음극(thermaionic cathode)과마찬가지로, FED에서 사용되는 음극은 방출 포화 상태에서 동작하고 있다고 말할 수 있으며 공간 전하 제한 조건(space charge limited condition) 하에서 동작하고 있다고는 볼 수 없다. 이것은 전달 곡선 상의 소정 점에 있어서, 방출된 전자의 개수, 결국 빔 전류는 에미터의 면적과 직접 비례한다.

상술한 바와 같이, 종래의 디스플레이 장치에서는 많은 수의 포인트가 어레이 형태로 제작되고 추출 그리드는 DAC로부터 비례 아날로그 전압을 인가받아 빔 전류 제어를 제공한다.

본 발명에 따른 디스플레이 장치에 있어서는, 서로 다른 상대적인 방출 면적을 갖는 수개의 서로 분리된 추출 그리드가 사용된다. 어드레싱 가능한 화소 각각은 상기 수개의 서로 분리된 추출 그리드와 연관되어 있다. 방출 레벨이 방출 면적과 비례하기 때문에, 방출 레벨은 추출 그리드 중 어느것에 전압이 인가되는가에 따라서 제어된다. 바람직한 실시예에서는 1, 2, 4, 및 8의 상대적인 방출 면적을 갖는 네 개의 추출 그리드가 구비된다. 1의 상대 방출 면적을 갖는 추출 그리드는 디지털 비트 0을 인가받는다. 2의 상대 방출 면적을 갖는 추출 그리드는 디지털 비트 1을 인가받는다. 마찬가지로 4 및 8의 상대 방출 면적을 갖는 추출 그리드는 디지털 비트 2 및 3을 인가받는다. 이와 같은 방법으로 구동되는 총 방출 면적은 디지털 비트 0 내지 3으로 표시되는 디지털 데이터에 비례한다.

본 발명에 따른 디스플레이 장치에 있어서, 각각의 화소와 연관되어 있는 형광 코팅(150)에 도달하는 전자 개수의 제어, 즉 상기 화소의 강도의 제어는 그 화소와 연관된 총 방출 면적의 제어에 의해서 결정된다. 이것은 아날로그 구동 회로에 의해서 구동되는 제1 그리드 상의 전압이 상기의 제어를 하는데 사용되는 종래 기술과 대조되는 것이다. 본 발명의 음극이 사용된다면 도 2에 도시된 자기 매트릭스 디스플레이 장치의 제1 그리드 및 관련 구동 회로는 필요하지 않다. 그러나 제2 그리드와 관련 스위치는 필요하다.

도 5는 4 비트 디지털 데이터 입력에 기초한 상술한 것과 같은 에미터를 도시한 것이다. 전계 방출 팁(400)의 영역 상에 네 개의 추출 그리드 영역(402 내지 408)이 부착된다. 중앙의 방출 영역(402)은 총 면적이 A이다. 다음의 방사상 바깥쪽 동심원 영역(404)은 총 면적이 2A이다. 방사상 바깥쪽으로 세 번째 동심원 영역(406)은 총 면적이 4A이다. 마지막의 방사상 바깥쪽의 동심원 영역(408)은 총 면적이 8A이다.

추출 그리드의 면적은 동심원으로 제한되지 않는다. 추출 그리드는 디지털 데이터의 변화에 따라 총 방출 면적을 변화시키도록 하기에 적합한 상대적인 면적을 가질수만 있다면 어떠한 형태이더라도 무관하다. 예를 들면, 형태상 4변형일 수 있으며 적당한 밀도만 유지할 수 있도록 적절하게 배열될 수 있다. 4변형 또는 직사각형 영역을 얻기 위해서 스트라이프가 사용될 수 있다. 도 6은 4 비트 디지털 데이터 입력에 기초한 에미터의 또 다른 실시예를 도시한 것이다. 전계 방출 팁(600) 영역 상에 네 개의 추출 그리드(602 내지 608) 영역이 부착된다. 제1 방출 영역(602)은 크기가 √15/7과 7/√15이고 면적이 1이다. 제2 방출 영역(604)은 크기가 2√15/7과 7/√15이고 면적이 2이다. 제3 방출 영역(606)은 크기가 4√15/7과 7/√15이고 면적이 4이다. 제4 방출 영역(608)은 크기가 √15과 8/√15이고 면적이8이다. 방출 영역은 도 6과 같이 배열되어 화소와 동일한 크기의 정방형 방출 영역을 형성한다.

또한, 상대 면적은 이진 증가 수열 (1, 2, 4, 8, . . . )의 일부일 필요는 없다. 임의의 상대 면적 수열이 가능하다. 각각의 화소와 연관된 추출 그리드 소자의 개수는 네 개로 제한되지 않는다. 소자의 개수는 한 개와 화소와 연관된 총 방출 영역 내에 수용될 수 있는 최대값 사이의 어떠한 숫자가 될 수 있다. 바람직한 실시예는 네 개의 추출 그리드 소자를 사용하며, 그 이유는 16개의 서로 다른 방출 레벨을 허용하기 때문이다. 추출 그리드 소자를 구동하기 위해서 대응되는 양의 디지털 구동 데이터가 이용될 수 있어야 한다. 바람직한 실시예에서는 각각의 동심원 간에는 틈새가 있어서 한 개의 원에 전압이 인가되고 인접한 원에 전압이 인가되지 않을 때 전기적 절연 파괴(breakdown)가 발생하지 않는다. 상술한 바와 같이, 인가되는 전압은 50 내지 125 볼트이어서, 틈새는 절연 파괴가 발생되지 않을만큼 충분히 커야 한다. 추출 그리드는 작은 구멍이 미세한 간격으로 배치되고 추출 그리드와 에미터 표면 간의 갭은 좁은 것이 요구된다. 이렇게 하면 저 전압으로 큰 전기장 변화도를 제공할 수 있다. 전형적으로는, 구멍은 지름이 1 내지 2μm이고 추출 그리드로부터 에미터 표면까지의 간격은 10μm이다. 추출 그리드의 데포지션은 증발이나 스퍼터링과 같은 리소그래피 데포지션 기술에 의해서 수행된다. 다른 실시예에서는, 균일한 평면 추출기가 사용되며 실제의 전자 에미터는 전기장 변화도를 제공하도록 형상화되고 구동된다.

도 5에는 또한 상술한 방출 영역의 로우를 상호 접속하는데 사용되는 도체가도시되어 있다. 바람직한 실시예에서는, A의 상대 면적을 갖는 모든 추출 소자의 로우는 상호 접속된다. 마찬가지로, 2A, 4A, 및 8A의 상대 면적을 갖는 모든 추출 소자의 로우도 상호 접속된다. 방출 영역(A, 2A, 4A, 및 8A) 각각의 각 로우가 접속된다. 종래의 기술과 유사한 방법으로 로우 전체에 서로 다른 데이터가 인가되고 소정 의 컬럼이 화상 데이터의 표시를 위해서 선택된다. 소정의 컬럼은 선택 해제되고 새로운 컬럼을 위한 새로운 서로 다른 데이터의 집합이 로우에 인가된다. 새로운 컬럼은 이어서 화상 데이터의 표시를 위해 선택된다.

종래의 CRT에 있어서는, 음극 (또는 그리드) 구동 전압과 빔 전류 흐름 간의 관계가 공지되어 있다. 상기 관계는 디스플레이의 "감마(gamma)"라고 통상 칭한다. 소정 구동 전압에 응답하여 흐르는 빔 전류는 구동 전압을 감마(γ)의 멱승한 것에 비례한다. 즉,

I ∝ V^γ

이다. 전형적인 CRT에 사용되는 감마의 값은 2.4 내지 2.8의 범위에 있다.

감마 함수는 연속 함수이며, 그 이유는 물리적인 음극 전면의 공간 전하운(space charge cloud)에서 보는 전압의 함수이기 때문이다. 본 발명의 에미터에서는, 음극으로부터 방출된 거의 모든 전자가 (포화 전류가 제한된) 빔 전류를 형성하기 때문에 물리적인 음극 표면 전면에 공간 전하운이 없다. 소량의 전하를 절연 표면에 제공하는 것과 같은 메카니즘으로 인해 적은 비율의 전자가 손실된다.

비 공간 전하 제한 방출(Non space charge limited emission)은 국부 방출변화를 제거할 "평균" 효과가 없는 것을 말한다. 공간 전하운은 음극 방출 표면으로부터 빔 전류를 효과적으로 분리한다. 열 음극으로부터의 공간 전하운은 전형적으로 인가되는 빔 전류의 100배보다 큰 음극 전류로 인한 것이며, 따라서 음극 영역 상으로의 열 방출의 국부적 변화는 공간 전하운에 의한 전자 빔으로 인해 드러나지 않는다.

본 발명의 스위칭된 에미터 방법에서는, 구동 전압이 디지털 (ON 또는 OFF)로 표현된다. 감마 곡선의 연속성은 따라서 근사화될 수 있을 뿐이다. 빔 전류가 방출 면적에 비례하기 때문에, 방출 면적은 인가되는 전압 그 자체와 비례하는 것이 아니라 전압을 디지털로 표시한 것의 함수로 될 필요가 있다. 상술한 내용은 표 1을 참조하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.

빔 전류와 방출 면적에 대한 구동 전압

전압	전류(감마=1)	전류(감마=2.5)	전류(최적)	상대 면적
0.000	0.0000	0.0000	0.0000	0
0.0666	0.0666	0.0011	0.0000	0
0.1333	0.1333	0,0065	0.0000	0
0.2000	0.2000	0.0179	0.0000	0
0.2666	0.2666	0.0379	0.0666	1A
0.3333	0.3333	0.0640	0.0666	1A
0.4000	0.4000	0.1012	0.1333	2A
0.4666	0.4666	0.1488	0.1333	2A
0.5333	0.5333	0.2077	0.2000	3A
0.6000	0.6000	0.2789	0.2666	4A
0.6666	0.6666	0.3629	0.3333	5A
0.7333	0.7333	0.4605	0.4666	7A
0.8000	0.8000	0.5724	0.6000	9A
0.8666	0.8666	0.6992	0.6666	10A
0.9333	0.9333	0.8416	0.8666	13A
1.0000	1.0000	1.0000	1.0000	15A

표 1의 전압 항목은 종래의 CRT의 음극 (또는 그리드)에 인가된 규준화된 구동 전압이다. 표 1의 전류 (감마 = 1) 항목은 CRT의 감마가 1, 즉 선형 전달 함수일 때 인가된 구동 전압에 응답하여 흐르는 빔 전류이다. 표 1의 전류 (감마 = 2.5) 항목은 CRT의 감마가 2.5, 즉 종래의 CRT에 사용되는 전형적인 감마 값일 때 인가된 구동 전압에 응답하여 흐르는 빔 전류이다. 표 1의 전류 (최적) 항목은 감마가 2.5인 곡선에 최적 근사화된 감마 값을 얻도록 방출 영역이 매핑되었을 때 인가된 구동 전압에 응답하여 흐르는 빔 전류이다. 필요한 방출 면적 값은 표 1의 상대 면적 항목에 기재되어 있다.

상기의 값을 사용하여 스위칭된 에어리어 캐소우드의 선형 전달 함수를 종래의 CRT의 감마 함수로 매핑한다. 16개의 가능한 상대 영역 중에서 11개만이 사용된다. 0.2666의 (규준화되지 않은) 구동 전압이 인가될 때까지 아무런 빔 전류도 흐르지 않는다. 바람직한 실시예에서는, 상기 매핑은 표 참조(table lookup) ROM을 사용하여 수행된다. 다른 실시예에서는, 상기 매핑은 동적으로 변경할 수 있는 메모리를 사용하여, 사용자로 하여금 전달 함수를 프로그래밍하도록 하여 매칭된다.

도 7은 표 1의 데이터를 그래픽의 형식으로 도시한 것이다. 선(702)는 1의 감마와 동등한 선형 전달 함수를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 감마 = 2.5인 전달 함수로의 근사화는 낮은 빔 전류 값에서는 좋지 않지만, 높은 빔 전류 값에서는 적절한 근사화를 얻을 수 있다. 화소 음극 사이트(site) 당 방출 영역의 수를 증가시키면, 이상적인 아날로그 전달 함수로의 근사화가 더욱 향상될 것이다.

Claims

평면 패널 디스플레이 장치에 있어서,

전자를 방출하기 위한 복수의 방출 전극(emission electrodes)을 포함하는 전계 방출 음극(field emission cathode)과,

상기 방출된 전자를 복수의 전자 빔(beam)으로 형성하기 위한 수단과,

상기 복수의 전자 빔을 받아들이기 위한 스크린 - 상기 스크린은 상기 음극과 마주보는 형광 코팅(phosphor coating)을 포함하며, 상기 형광 코팅은 디스플레이를 위한 복수의 화소를 특정하고, 상기 복수의 화소 각각은 상기 복수의 전자 빔 중 서로 다른 전자 빔에 각각 대응함 - 과,

상기 전계 방출 음극과 상기 스크린 사이에 위치하여 상기 전계 방출 음극으로부터 방출된 전자를 선택적으로 통과시키거나 차단하기 위한 그리드 전극 조립체(grid electrode assemblage)와,

상기 복수의 방출 전극의 각 방출 전극 전면에 배치되어 상기 방출된 전자를 형성하는 추출 그리드

를 포함하며,

상기 추출 그리드는 개별적으로 어드레싱 가능한 복수의 부분들 - 여기서, 복수의 부분들은 상기 복수의 화소 중 어느 한 화소와 연관됨 - 을 갖는 평면 패널 디스플레이 장치.
제1항에 있어서, 상기 전계 방출 음극의 복수의 방출 전극 각각은 마이크로팁(microtip) 음극인 평면 패널 디스플레이 장치.
제2항에 있어서, 상기 마이크로 팁 음극은 몰리브덴(Molybdenum)을 포함하는 평면 패널 디스플레이 장치.
제1항에 있어서, 상기 복수의 화소가 선형으로 배열되고, 상기 개별적으로 어드레스 가능한 부분들 각각은 선형으로 배열된 복수의 화소 각각과 연관되어 있고 공통의 상대적인 면적을 가지며 공통 도체에 의해서 상호 접속되어 있는 평면 패널 디스플레이 장치.
제1항에 있어서, 상기 전계 방출 음극의 복수의 방출 전극 각각은 금속-절연체 혼합물을 포함하는 평면 패널 디스플레이 장치.
제1항에 있어서, 상기 전계 방출 음극의 복수의 방출 전극 각각은 탄소 나노튜브(Carbon nanotube)인 평면 패널 디스플레이 장치.
제1항에 있어서, 상기 복수의 방출 전극의 각각의 방출 전극 전면에 배치되어 방출된 전자를 형성하기 위한 상기 추출 그리드의 상기 개별적으로 어드레스 가능한 부분들은 형상이 원형이고, 가장 중앙의 개별적으로 어드레스 가능한 부분을중심으로 동심원으로 배열되는 평면 패널 디스플레이 장치.
제1항에 있어서, 상기 복수의 방출 전극의 각각의 방출 전극 전면에 배치되어 방출된 전자를 형성하기 위한 상기 추출 그리드의 상기 개별적으로 어드레스 가능한 부분들은 형상이 4변형이고, 개별적으로 어드레스 가능한 4변형 부분들로서 배열되는 평면 패널 디스플레이 장치.
제1항에 있어서, 상기 추출 그리드 각각의 개별적으로 어드레스 가능한 부분들은 이진의(binary) 증가 순열을 형성하는 상대 면적을 갖는 평면 패널 디스플레이 장치.
제1항에 있어서, 상기 추출 그리드 각각은 네 개의 개별적으로 어드레스 가능한 부분을 갖는 평면 패널 디스플레이 장치.
제10항에 있어서, 상기 추출 그리드 각각의 네 개의 개별적으로 어드레스 가능한 부분의 상대적인 면적은 각각 1, 2, 4, 8인 평면 패널 디스플레이 장치.
제1항에 있어서, 상기 추출 그리드는 박막 리소그래피 데포지션(thin film lithographic deposition) 기술에 의해서 데포지션되는 평면 패널 디스플레이 장치.
제1항에 있어서, 입력 데이터 값과 대응 전자 빔 전류 간을 매핑(mapping)하는데 감마 전달 함수(gamma transfer function)가 사용되어 CRT의 감마 함수의 에뮬레이션(emulation)을 제공하는 평면 패널 디스플레이 장치.
제13항에 있어서, 참조표(lookup table)가 상기 입력 데이터 값과 상기 대응 전자 빔 전류 간의 매핑을 제공하는 평면 패널 디스플레이 장치.
제14항에 있어서, 상기 참조표는 동적으로 프로그래밍될 수 있는 평면 패널 디스플레이 장치.
컴퓨터 시스템에 있어서,

메모리와,

상기 메모리로 데이터를 전송하고 메모리로부터 데이터를 전송하기 위한 데이터 전송 수단과,

상기 메모리에 기억된 데이터를 처리하기 위한 프로세서 수단과,

상기 프로세서 수단에 의해서 처리된 데이터를 표시하기 위한 평면 패널 디스플레이 장치

를 구비하며, 상기 평면 패널 디스플레이 장치는

전자를 방출하기 위한 복수의 방출 전극을 포함하는 전계 방출 음극과,

상기 방출된 전자를 복수의 전자 빔으로 형성하기 위한 수단과,

상기 복수의 전자 빔을 받아들이기 위한 스크린 - 상기 스크린은 상기 음극과 마주보는 형광 코팅을 포함하며, 상기 형광 코팅은 디스플레이를 위한 복수의 화소를 특정하고, 상기 복수의 화소 각각은 상기 복수의 전자 빔 중 서로 다른 전자 빔에 각각 대응함 - 과,

상기 전계 방출 음극과 상기 스크린 사이에 위치하여 상기 전계 방출 음극으로부터 방출된 전자를 선택적으로 통과시키거나 차단하기 위한 그리드 전극 조립체와,

상기 복수의 방출 전극의 각 방출 전극 전면에 배치되어 방출된 전자를 형성하기 위한 추출 그리드를 포함하며, 상기 추출 그리드는 개별적으로 어드레싱 가능한 복수의 부분들 - 여기서, 복수의 부분들은 상기 복수의 화소 중 어느 한 화소와 연관됨 - 을 갖는 컴퓨터 시스템.