KR100318064B1 - 고주파구동 전계 방출 표시장치 및 그 구동방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 저전압 구동이 가능하도록 한 전계 방출 표시장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.
본 발명은 캐소드전극과 게이트전극에 전계를 가해 전자를 인출하고, 캐소드전극과 고주파전극 사이에 고주파신호를 인가하여 인출된 전자를 가속시켜 형광체에 충돌시킴으로써 가시광을 발생하며, 캐소드전극과 게이트전극에 소거신호를 인가하여 가시광 발생을 중지시키게 된다.
본 발명에 의하면, 고주파신호에 의해 전자를 셀 내에서 진자운동시킴으로써 형광체가 연속적으로 발광하게 하여 저전압으로 구동될 수 있게 한다.
Description
본 발명은 전계 방출 표시장치 및 그 구동방법에 관한 것으로, 특히 저전압 구동이 가능하도록 한 전계 방출 표시장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.
최근, 음극선관(Cathode Ray Tube : CRT)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판 표시장치들이 개발되고 있다. 이러한 평판 표시장치는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display : LCD), 전계 방출 표시장치(Field Emission Display : 이하 'FED'라 함) 및 플라즈마 표시장치(Plasma Display Panel : 이하 'PDP'라 함) 등이 있다.
FED는 첨예한 음극(에미터)에 고전계를 집중해 양자역학적인 터널(Tunnel) 효과에 의하여 전자를 방출하는 냉음극을 이용하여 음극선관과 같이 전자선에 의해 형광체를 여기시켜 발광하게 함으로써 화상을 표시하게 된다.
도 1을 참조하면, 애노드전극(4) 및 형광체(6)가 적층된 상부 유리기판(2)과, 하부 유리기판(8) 상에 형성되는 전계방출 어레이(32)를 구비한 FED가 도시되어 있다. 전계방출 어레이(32)는 하부 유리기판(8) 상에 형성되는 캐소드전극(10) 및 저항층(12)과, 저항층(12) 상에 형성되는 에미터(22) 및 게이트 절연층(14)과, 게이트 절연층(14) 상에 형성되는 게이트전극(16)과, 게이트전극(16) 상에 형성되는 포커싱 절연층(18)과, 포커싱 절연층(18) 상에 형성되는 포커싱전극(20)을 구비한다. 캐소드전극(10)은 에미터(22)에 전류를 공급하게 되며, 저항층(12)은 캐소드전극(10)으로부터 에미터(22) 쪽으로 인가되는 과전류를 제한하여 에미터(22)에 균일한 전류를 공급하는 역할을 하게 된다. 게이트절연층(14)은 캐소드전극(10)과 게이트전극(16) 사이를 절연하게 된다. 게이트전극(16)은 전자를 인출시키기 위한 인출전극으로 이용된다. 포커싱전극(20)은 인출된 전자의 행로를 제어하는 역할을 하게 된다. 포커싱 절연층(18)은 포커싱전극(20)과 게이트전극(16) 사이를 절연하게 된다.
캐소드전극(10)으로부터 에미터(22)에 부극성(-), 에노드전극(4)에 정극성(+)의 애노드전압(VA)이 인가되고 게이트전극(16)에 정극성(+)의 게이트 전압(VG)이 인가되면 에미터(22)로부터 전자빔(30)이 방출되어 에노드전극(4) 쪽으로 가속된다. 이 때, 부극성(-)의 포커스전압(VF)이 인가되는 포커싱전극(20)에 의해 방출된 전자빔(30)은 목표 애노드전극(4) 및 형광체(6) 쪽으로 집속된다. 전자빔(30)이 형광체(6)에 충돌하여 형광체(6)를 여기시키게 되면 적색·녹색·청색 중 어느 한 색의 가시광이 발생된다.
그러나 종래의 FED는 형광체(6)의 특성에 따라 다르지만 전자를 발생시키고 애노드전극(4) 쪽으로 가속시키기 위하여 대략 3∼10kV 정도의 고압이 필요하게 되며, 전자의 행로를 제어하기 위하여 별도의 포커싱전극(20)과 포커싱 절연층(20)이 필요하게 된다. 또한, 종래의 FED는 구동시 전자빔에 의해 에노드전극(4)과 형광체(6)가 손상될뿐 아니라 상대적으로 큰 질량을 가지는 양이온이 에노드전극(4) 쪽에서 가속되어 게이트전극(16), 포커싱전극(20), 에미터(22) 등의 전극들과 절연층으로 이용되는 유전체재료에 스퍼터링(Sputtering)된다. 이에 따라, 전극들이 손상되게 됨은 물론 스퍼터링에 의해 떨어진 전극물질이 팁영역(23)을 오염시키거나 전극간 단락(short)을 일으키게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 저전압으로 구동되도록 한 고주파구동 전계 방출 표시장치 및 그 구동방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 전극들의 손상과 전자 방출공간의 오염을 줄이도록 한 고주파구동 전계 방출 표시장치 및 그 구동방법을 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 전계 방출 표시장치를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 고주파구동 전계 방출 표시장치를 나타내는 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 고주파구동 전계 방출 표시장치의 단면도.
도 4는 도 2에 도시된 고주파구동 전계 방출 표시장치의 전극배치를 나타내는 평면도.
도 5는 도 2에 도시된 고주파구동 전계 방출 표시장치의 구동원리를 나타내는 도면.
도 6은 도 2에 도시된 고주파구동 전계 방출 표시장치의 구동파형을 나타내는 파형도.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 고주파구동 전계 방출 표시장치를 나타내는 단면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
2,41 : 상부 유리기판 4 : 애노드전극
6,45 : 형광체 8,44 : 하부 유리기판
10,52 : 캐소드전극 12,54 : 저항층
14,56 : 게이트 절연층 16,58 : 게이트전극
18 : 포커싱 절연층 20 : 포커싱전극
22,60 : 에미터 23,61 : 팁영역
32,46 : 전계 방출 어레이 42 : 고주파전극
43 : 스페이서 50 : 전자
63 : 격벽
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 고주파구동 전계 방출 표시장치는 기판 위에 형성되어 전계를 가하면 전자를 방출하는 게이트전극 및 캐소드전극과, 기판과 대향한 다른 기판 위에 형성되어 캐소드전극과 함께 고주파 전계를 가해 방출된 전자를 가속시키는 고주파전극을 구비한다.
본 발명에 따른 고주파구동 전계 방출 표시장치의 구동방법은 캐소드전극과 게이트전극에 전계를 가해 전자를 인출하는 단계와, 캐소드전극과 고주파전극 사이에 고주파신호를 인가하여 인출된 전자를 가속시켜 형광체에 충돌시킴으로써 가시광을 발생하는 단계와, 캐소드전극과 게이트전극에 소거신호를 인가하여 가시광 발생을 중지시키는 단계를 포함한다.
상기 목적들 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 도 2 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 고주파전극(42) 및 형광체(45)가 적층된 상부 유리기판(41)과, 하부 유리기판(44) 상에 형성되는 전계방출 어레이(46)를 구비한 본 발명에 따른 고주파 구동 FED가 도시되어 있다. 상/하부 유리기판(41,44) 사이에는 He+Xe 또는 Ne+Xe 등의 혼합가스가 주입될 수도 있으며, 종래의 FED처럼 진공상태를 유지할수도 있다. 상부 유리기판(41)과 하부 유리기판(44) 사이에는 스페이서(43)가 형성된다. 스페이서(43)는 전자방출경로를 일정 거리 이상으로 유지하게 되며 대략 500μm∼1000μm의 높이로 형성됨이 바람직하다. 전계방출 어레이(46)는 도 3 및 도 4에서 나타낸 바와 같이 하부 유리기판(44) 상에 형성되는 캐소드전극(52) 및 저항층(54)과, 저항층(54) 상에 형성되는 에미터(60) 및 게이트 절연층(56)과, 게이트 절연층(56) 상에 형성되는 게이트전극(58)을 포함한다. 고주파전극(42)은 자신에게 인가되는 고주파신호(RF)에 의해 전자를 진자운동하게 한다. 이 고주파전극(42)은 도 4와 같이 패널 면적에 대응하는 판 형태로 형성될 수도 있지만 라인 또는 스트라입 형태로 형성될 수도 있다. 또한, 고주파전극(42)은 가시광을 차단하지 않도록 투명전극물질 예를 들면, 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide : ITO)로 형성된다. 캐소드전극(52)은 에미터(60)에 전류를 공급하게 되며, 저항층(54)은 캐소드전극(52)으로부터 에미터(60) 쪽으로 인가되는 과전류를 제한하여 에미터(60)에 균일한 전류를 공급하는 역할을 하게 된다. 에미터(60)는 게이트전극(58)과 게이트절연층(56)에 의해 둘러싸인 팁영역(61) 내에서 원추형 팁(tip) 형태로 형성되어 전자발생 효율을 높이게 된다. 게이트절연층(56)은 캐소드전극(52)과 게이트전극(58) 사이를 절연하게 된다. 게이트전극(58)은 전자를 인출시키기 위한 인출전극으로 이용된다. 게이트전극(58)과 캐소드전극(52)은 서로 직교되는 방향으로 형성된다.
도 5를 참조하면, 고주파전극(42)에는 고주파신호(RF)가 인가되며, 게이트전극(58)에는 정극성(+) 전압이 인가된다. 게이트전극(58)에 정극성(+) 전압이 인가되고 캐소드전극(52)에 부극성(-) 전압(또는 0V)이 인가되면 두 전극간 전압차가 문턱전압(threshold voltage) 이상이 될 때 에미터(60)로부터 전자(50)가 발생한다. 에미터(60)로부터 발생된 전자(50)는 고주파전극(42)에 인가되는 신호에 의해 진자운동을 하게 된다. 이와 같이 진자운동하는 전자(50)는 상/하부 유리기판(41,44) 내에 혼합가스가 주입된 경우, 혼합가스의 원자들과 충돌하여 그 혼합가스의 원자들이 이온화되게 함과 아울러, 2차 전자들이 방출되게 한다. 2차 전자들은 다른 혼합가스의 원자들과 충돌함으로써 다른 혼합가스의 원자들이 연속적으로 이온화되게 한다. 이와 같은 2차 전자들과 혼합가스의 원자들 간의 반복적인 충돌에 의하여 전자들과 가스 이온들이 증가하는 에벌런치(Avalanche) 현상이 나타나게 된다. 이러한 에벌런치 현상에 의해 자외선이 발생되며, 이 자외선이 형광체(45)를 여기시켜 적색, 녹색 또는 청색의 가시광이 발생되게 한다. 이와 같이 고주파신호에 의해 방전이 일어나면 발광시 양광주 영역이 나타나게 됨과 아울러 많은 양의 자외선이 형광체(45)를 여기시키게 되므로 휘도가 증가된다.
이를 상세히 하면, 고주파전극(42)과 캐소드전극(52) 사이에 인가되는 고주파신호(RF)의 주파수를 증가시키게 되면 전자들(50)에 가해지는 전계의 극성이 그만큼 빠르게 변하게 된다. 그러면 질량이 큰 양이온은 고주파전극(42)과 캐소드전극(52) 사이에 구속된 상태를 유지하는 반면, 양이온보다 질량이 훨씬 작은 전자들은 전극들 사이에서 진자운동을 하게 된다. 고주파신호의 주파수를 더 높이게 되면 전극간에 구속되는 양이온양은 그 만큼 많아지게 되고 전자의 진자운동 폭이 작아지게 된다. 이와 같이 진자운동하는 전자는 혼합가스를 연속적으로 이온화시켜 2차전자를 방출시키게 된다. 이러한 에벌런치 과정에서 발생되는 자외선이형광체(45)를 여기시키게 된다. 이에 따라, 고주파신호에 의해 전자를 진자운동시키게 되므로 에미터(60)로부터 발생되는 전자양이 적어질 수 있게 되며, 그 만큼 캐소드전극(52)과 게이트전극(58)간에 인가되는 전압레벨이 낮아질 수 있다. 또한, 고주파신호에 의해 양이온들이 셀 내에서 구속되어 양이온들의 스퍼터링에 의한 전극들의 손상을 방지할 뿐 아니라 팁영역(61) 또는 셀의 오염을 줄일 수 있게 된다.
한편, 상/하부 유리기판(41,44) 사이가 진공상태를 유지하게 되면 상/하부 유리기판(41,44) 사이의 높이를 고려하여 고주파신호의 주파수를 조절하여 에미터(60)로부터 발생된 전자들(50)이 형광체(45)를 여기시키게 한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 고주파구동 전계 방출 표시장치의 구동파형을 나타낸다.
도 6을 참조하면, 고주파신호(RF)는 고주파전극(42)에 지속적으로 공급되며, 정극성의 게이트펄스신호가 모든 게이트전극 라인(G)에 공통으로 공급된다. n 개의 캐소드 전극라인(C1 내지 Cn)에는 순차적으로 부극성레벨의 펄스가 발생되는 스캐닝신호가 공급된다. 이 스캐닝신호는 게이트펄스신호에 동기된다. 먼저, 제1 캐소드 전극라인(C1)에 공급되는 스캐닝신호가 게이트펄스신호에 동기되어 부극성 펄스로 인가된다. 이 때, 제1 주사라인에서 전자가 발생되어 제1 주사라인이 선택된다. 제1 주사라인에서 발생된 전자는 고주파신호에 의해 진자운동하게 되며 이 전자는 혼합가스와 연속적으로 충돌하여 2차전자를 발생하게 되거나 형광체(45)에 충돌하여 형광체(45)를 발광시키게 된다. 고주파신호가 인가되는 한 전자의 진자운동은 계속되어 발광이 유지된다. 발광 유지기간이 화상 데이터의 계조값에 따라 지속된 후, 제1 캐소드 전극라인(C1)에는 소거펄스가 인가된다. 그러면 전자는 소거펄스에 의해 진동운동을 멈추게 되어 더 이상 형광체(45)가 여기되지 않게 된다. 이에 따라, 소거펄스의 인가시점에 따라 계조값이 표현될 수 있게 된다. 마찬가지로, 제2 내지 제n 캐소드 전극라인(C2 내지 Cn)에 인가되는 스캐닝 펄스는 순차적으로 부극성레벨로 변하게 되므로 해당 주사라인들을 라인별로 선택하게 된다. 제2 내지 제n 주사라인들에서도 소거펄스의 인가시점에 따라 계조값이 표현된다.
한편, 화상 계조값은 전술한 바와 같이 소거신호의 인가시점에 따라 조절될 수도 있지만 고주파신호가 화상 계조값에 따라 진폭변조됨으로써 고주파신호의 레벨(Vp-p)에 따라 계조값이 조절될 수도 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 고주파 구동 FED를 나타낸다. 도 7에 있어서, 도 2에 도시된 고주파 구동 FED와 동일한 기능 및 구조를 가지는 구성요소들에 대하여는 동일한 도면부호를 붙이고 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 고주파 구동 FED는 적색, 녹색 및 청색의 색신호별 서브셀들을 분할함과 아울러 상/하부 유리기판(41,44) 사이의 셀 높이를 유지시키기 위한 격벽(63)을 구비한다. 격벽(63)은 종래의 PDP에 적용되는 격벽처럼 서브셀 단위의 방전공간을 분할하게 된다. 이 격벽(63)은 글라스, 글라스-세라믹 또는 세라믹 재료로 이루어질 수 있다. 또한, 격벽(63)은 서브셀 내에서 발생되는 전자 또는 자외선이 인접한 서브셀로 침투되어 전기적·광학적 크로스토크가 발생되지 않도록 한다. 이에 따라, 종래의 FED에서 적용되는 포커싱전극과 포커싱절연층이 필요없게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고주파 구동 FED 및 그 구동방법은 고주파신호에 의해 전자를 셀 내에서 진자운동시킴으로써 형광체가 연속적으로 발광하게하여 저전압으로 구동될 수 있게 한다. 본 발명에 따른 고주파 구동 FED 및 그 구동방법은 고주파신호를 인가하고 질량이 무거운 양이온들을 구속하여 전자들만을 진자운동시킴으로써 양이온들과 전극간의 스퍼터링을 방지하여 전극들의 손상과 셀의 오염을 줄일 수 있게 될 뿐 아니라 스퍼터링에 의한 수명저하를 최소화할 수 있게 된다. 나아가, 본 발명의 고주파 구동 FED 및 그 구동방법은 셀들 사이에 격벽을 형성하여 포커싱전극과 포커싱 절연층이 불필요하게 된다. 또한, 본 발명은 저전압의 고주파 방전을 이용함으로써 저전력 구동이 가능하게 되며 고휘도로 화상을 표시할 수 있게 된다. 또한, 전자빔 뿐 아니라 자외선에 의해 형광체를 여기시키게 되므로 발광효율이 향상된다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 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)
- 제 1 기판 위에 형성되어 전계를 가하면 전자를 방출하는 게이트전극 및 캐소드전극과,상기 제 1 기판과 대향한 제 2 기판 위에 형성되어 상기 방출된 전자에 대하여 고주파전계를 가하는 고주파전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파구동 전계 방출 표시장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 고주파전극 상에 형성되는 형광체층과,상기 캐소드전극으로부터 인가되는 부극성 전압에 의해 전자를 발생하는 에미터팁과,상기 캐소드전극과 상기 에미터팁 사이에 형성되어 상기 캐소드전극으로부터 상기 에미터팁 쪽으로 인가되는 과전류를 제한하기 위한 저항층과,상기 캐소드전극과 상기 게이트전극 사이를 절연하기 위한 절연층을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 고주파구동 전계 방출 표시장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에는 불활성 혼합가스가 주입되는 것을 특징으로 하는 고주파구동 전계 방출 표시장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 수직으로 형성되어 셀을 분할하기 위한 격벽을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 고주파구동 전계 방출 표시장치.
- 캐소드전극과 게이트전극에 전계를 가해 전자를 인출하는 단계와,상기 캐소드전극과 고주파전극 사이에 고주파신호를 인가하여 상기 인출된 전자를 가속시켜 형광체에 충돌시킴으로써 가시광을 발생하는 단계와,상기 캐소드전극과 게이트전극에 소거신호를 인가하여 상기 가시광 발생을 중지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파구동 전계 방출 표시장치의 구동방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 소거신호의 공급시점은 화상 계조값에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 고주파구동 전계 방출 표시장치의 구동방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 고주파신호의 레벨은 화상 계조값에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 고주파구동 전계 방출 표시장치의 구동방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100575632B1 (ko) * | 1999-06-12 | 2006-05-03 | 엘지전자 주식회사 | 고주파구동 전계 방출 표시장치 |
| KR100784511B1 (ko) * | 2006-01-21 | 2007-12-11 | 엘지전자 주식회사 | 전계 방출 표시 장치 및 그의 제조방법 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0714500A (ja) * | 1993-06-25 | 1995-01-17 | Futaba Corp | 電界放出カソード |
| KR970003356A (ko) * | 1995-06-13 | 1997-01-28 | 이우복 | 전계 방출 표시소자의 제조 방법 |
| KR970023565A (ko) * | 1995-10-23 | 1997-05-30 | 이우복 | 전계방출소자 구동시의 계조 조절방법 |
| KR19980040874A (ko) * | 1996-11-30 | 1998-08-17 | 엄길용 | 전계방출소자 |
| KR19980041078A (ko) * | 1996-11-30 | 1998-08-17 | 엄길용 | 애노드 전극을 이용한 휘도 조절 전계방출형 디스플레이 |
-
1999
- 1999-06-10 KR KR1019990021621A patent/KR100318064B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH0714500A (ja) * | 1993-06-25 | 1995-01-17 | Futaba Corp | 電界放出カソード |
| KR970003356A (ko) * | 1995-06-13 | 1997-01-28 | 이우복 | 전계 방출 표시소자의 제조 방법 |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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