KR100353951B1 - 전계 방출 표시소자 및 그 구동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전계 방출 표시소자의 크로스 토크를 최소화함과 아울러 선형적인 계조를 표현할 수 있는 전계 방출 표시소자에 관한 것이다.

본 발명의 전계 방출 표시소자는 게이트전극의 양측면에 상기 캐소드전극과 나란하게 형성된 적어도 둘 이상의 날개부와, 날개부에 형성되는 다수의 홀과, 홀 내부에 삽입되도록 형성되어 전자를 방출시키기 위한 에미터와, 날개부를 감싸도록 게이트전극과 동일층에 형성되는 포커스전극을 구비한다.

본 발명에 의하면, 게이트 전극과 동일층에 포커스 전극이 형성되기 때문에 제조공정이 단순해짐과 아울러 크로스 토크를 최소화할 수 있다. 또한, 게이트 전극에 양극성의 스캔펄스를 인가하고 캐소드 전극에 스캔펄스와 상반된 위상을 가지는 화상데이터를 공급함으로써 선형적인 계조를 표현 할 수 있다.

Description

전계 방출 표시소자 및 그 구동방법{Field Emission Display and Method of Driving the same}

본 발명은 전계 방출 표시소자 및 그 구동방법에 관한 것으로, 특히 전계 방출 표시소자의 크로스 토크를 최소화함과 아울러 선형적인 계조를 표현할 수 있는 전계 방출 표시소자 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 표시장치에는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display : 이하 "LCD"라 함), 전계 방출 표시장치(Field Emission Display : 이하 "FED"라 함) 및 플라즈마 표시장치(Plasma Display Panel : 이하 "PDP"라 함), 일렉트로 루미네센스(Electro-luminescence : 이하 "EL"이라 함) 등이 있다. 표시품질을 개선하기 위하여, 평판 표시장치의 휘도, 콘트라스트 및 색순도를 높이기 위한 연구개발이 활발히 진행되고 있다.

FED는 첨예한 음극(에미터)에 고전계를 집중해 양자역학적인 터널(Tunnel) 효과에 의하여 전자를 방출하고, 방출된 전자를 이용하여 형광체를 여기시킴으로써 화상을 표시하게 된다.

도 1 및 도 2는 종래의 전계 방출 표시소자를 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 애노드 전극(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 캐소드 전극(10) 및 저항층(12)과, 저항층(12)상에 형성되는 게이트 절연층(14) 및 에미터(22)와, 게이트 절연층(14) 상에 형성되는 게이트 전극(16)을 구비한다. 캐소드 전극(10)은 에미터(22)에 전류를 공급하게 되며, 저항층(12)은 캐소드 전극(10)으로부터 에미터(22) 쪽으로 인가되는 과전류를 제한하여 에미터(22)에 균일한 전류를 공급하는 역할을 하게 된다. 게이트 절연층(14)은 캐소드 전극(10)과 게이트 전극(16) 사이를 절연하게 된다. 게이트 전극(16)은 전자를 인출시키기 위한 인출전극으로 이용된다. 상부 유리기판(2)과 하부 유리기판(8) 사이에는 스페이서(40)가 설치된다. 스페이서(40)는 상부 유리기판(2)과 하부 유리기판(8) 사이의고진공 상태를 유지할 수 있도록 상부 유리기판(2)과 하부 유리기판(8)을 지지한다.

화상을 표시하기 위하여, 캐소드 전극(10)에 부극성(-)의 캐소드전압이 인가되고 애노드 전극(4)에 정극성(+)의 애노드전압이 인가된다. 그리고 게이트 전극(16)에는 정극성(+)의 게이트 전압이 인가된다. 그러면, 에미터(22)로부터 방출된 전자빔(30)이 애노드 전극(4) 쪽으로 가속된다. 이 전자빔(30)이 적색·녹색·청색의 형광체(6)에 충돌하여 형광체(6)를 여기시키기 된다. 이때, 형광체(6)에 따라 적색·녹색·청색 중 어느 한 색의 가시광이 발생된다. 형광체(6)는 도 3과 같이 적색, 녹색, 청색의 순으로 배치되어 있다. 따라서, 서브화소 또는 화소 내에서 발생된 전자빔(30)이 형광체(6) 쪽으로 가속될 때, 전자빔(30)의 확산에 의해 인접한 다른 색의 형광체(6)를 발광시키는 크로스토크 현상이 발생된다. 이에 따라, 도 4와 같이 게이트 전극(16) 상에 포커스 절연층(18) 및 포커스 전극(20)을 형성한다. 포커스 절연층(18)은 게이트 전극(16)과 포커스 전극(20) 사이를 절연하게 된다. 포커스 전극(20)에는 소정전압의 부극성(-)의 전압이 인가되어 전자빔(30)을 형광체(6) 쪽으로 집속시킨다. 하지만, 이와 같은 포커스 전극(20)은 포커스 절연층(18) 상에만 형성되어 있기 때문에 대부분의 전자빔(30)은 전자확산에 의해 원하지 않은 형광체(6)를 발광시키게 된다. 또한, 포커스 절연층(18) 및 포커스 전극(20)은 게이트 전극(16)과 다른 층에 형성되기 때문에 몇번의 제조 공정을 거쳐야 한다. 아울러 포커스 전극(20)은 전자빔 증착법으로 형성되기 때문에 제조공정이 복잡할 뿐 아니라 상당한 공정시간이 소모된다. 또한, 포커스 전극(20)에는 소정전압의 부극성(-) 전압이 인가되기 때문에 정극성(+)의 전압이 인가되는 게이트 전극(16)과 높은 전압차가 발생하여 많은 소비전력을 소모한다.

도 5는 종래의 전계 방출 표시소자의 구동장치를 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하면, 종래의 전계 방출 표시소자의 구동장치는 m 개의 게이트 전극라인들(R)에 접속되어 각각의 게이트 전극라인들(R)을 순차적으로 인에이블 시키는 게이트 구동부(42)와, 기수번째 캐소드 전극라인들(C)에 접속되어 게이트 전극라인들(R)이 인에이블 되는 기간동안 화상 데이터를 게이트 전극라인들(R)에 순차적으로 공급하는 제 1 캐소드 구동부(44A)와, 우수번째 캐소드 전극라인들(C)에 접속되어 게이트 전극라인들(R)이 인에이블 되는 기간동안 화상 데이터를 게이트 전극라인들(R)에 순차적으로 공급하는 제 2 캐소드 구동부(44B)와, 게이트 구동부(42) 및 캐소드 구동부(44)를 제어하기 위한 제어부(46)를 구비한다. 게이트 전극라인들(R)과 캐소드 전극라인들(C)의 교차부에 매트릭스(Matrix) 형태로 형성된 화소(Pixel)(48)가 위치된다. 게이트 구동부(42)는 제 1 내지 제 m 게이트 전극들(R1내지Rm)에 순차적으로 스캔펄스(Scan Pulse)를 공급한다. 캐소드 구동부(44)는 게이트 전극들(R)에 스캔펄스가 공급될 때 인에이블 되어 화상 데이터를 제 1 내지 제 n 캐소드 전극라인들(C)에 공급한다.

동작과정을 상세히 설명하면, 먼저 제어부(46)의 제어신호에 응답하여 게이트 구동부(42)로부터 제 1 게이트전극라인(R1)에 스캔펄스가 공급된다. 제 1 게이트 전극라인(R1)에 스캔펄스가 공급될 때 제 1 내지 제 n 캐소드 전극라인들(C1내지Cn)에 화상데이터가 공급된다. 캐소드 전극라인들(C)에 화상데이터가 공급되면 화소(48)들에서 화상데이터에 대응하는 양의 전자가 방출된다. 화소(48)들에서 방출된 전자들은 형광체(6)와 충돌하여 형광체(6)를 여기시키게 된다. 이때, 형광체(6)에 따라 적색·녹색·청색 중 어느 한 색의 가시광이 발생되어 화상을 표시하게 된다. 종래에는 방출되는 전자의 양, 즉 계조를 표현하기 위하여 펄스 진폭 변조(Pulse amplitude modulation : 이하 "PAM" 이라 함)를 이용하였다. 계조 표현 방식을 도 6a 내지 도 6b를 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 6a는 256 계조를 표현할 때 캐소드 전극라인(C)에 인가되는 펄스를 나타내는 도면이다. 게이트 전극라인(R)에 스캔펄스가 인가될 때 캐소드 전극라인(C)에는 256 계조를 표현할 수 있는 소정전압이 인가된다. 128 계조를 표현할 때는 도 6b와 같이 256 계조의 반에 해당하는 전압이 캐소드 전극라인(C)에 인가된다. 즉, 종래에는 캐소드 전극라인(C)에 인가되는 화상데이터의 진폭을 변화하여 256 계조의 화상을 표현하였다.

이와 같이 진폭의 변화를 통하여 256 계조를 표현하기 위해서는 높은 전압의 캐소드 전극라인(C)에 인가되어야 하지만, 소비전력의 문제 등에 의해 소정 이상의 전압을 공급할 수 없었다. 따라서, 소정 이하의 전압을 256 등분하여 계조를 표현하였기 때문에 선형적인 계조를 표현 할 수 없었다.

따라서, 본 발명의 목적은 전계 방출 표시소자의 크로스 토크를 최소화함과 아울러 선형적인 계조를 표현할 수 있는 전계 방출 표시소자 및 그 구동방법에 관한 것이다.

도 1은 종래의 전계 방출 표시소자를 나타내는 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 전계 방출 표시소자는 나타내는 단면도.

도 3은 도 1에 도시된 전계 방출 표시소자의 형광체 배치를 나타내는 도면.

도 4는 종래의 포커스 전극을 가지는 전계 방출 표시소자는 나타내는 단면도.

도 5는 종래의 전계 방출 표시소자의 구동장치를 나타내는 도면.

도 6a 및 도 6b는 종래의 계조 표현 방법을 나타내는 도면.

도 7은 본 발명의 실시예에 의한 전계 방출 표시소자는 나타내는 평면도.

도 8은 본 발명의 실시예에 의한 전계 방출 표시소자는 나타내는 단면도.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 계조 표현 방법을 나타내는 도면.

도 10은 도 9에 도시된 계조에 따른 전압-전류 특성을 나타내는 도면.

도 11은 도 7에 도시된 캐소드 및 애노드에 인가되는 구동파형을 나타내는 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

2,70 : 상부 유리기판 4,68 : 애노드전극

6,66 : 형광체 8,64 : 하부기판

10,61 : 캐소드전극 12,60 : 저항층

14,70 : 게이트 절연층 16,50 : 게이트 전극

18,56 : 포커스 절연층 20,58 : 포커스 전극

22,62 : 이미터 30 : 전자빔

32,72 : 전계 방출 어레이 40 : 스페이서

42 : 게이트 구동부 44 : 캐소드 구동부

46 : 제어부 48 : 화소

52 : 날개부 54 : 홀

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 전계 방출 표시소자는 게이트전극의 양측면에 상기 캐소드전극과 나란하게 형성된 적어도 둘 이상의 날개부와, 날개부에 형성되는 다수의 홀과, 홀 내부에 삽입되도록 형성되어 전자를 방출시키기 위한 에미터와, 날개부를 감싸도록 게이트전극과 동일층에 형성되는 포커스전극을 구비한다.

본 발명의 전계 방출 표시소자의 구동방법은 캐소드 전극에 양극성의 펄스가 공급되는 단계와, 포커스 전극과 동일층에 형성된 게이트 전극에 스캔펄스와 상반된 위상을 가지는 화상 데이터가 공급되는 단계를 포함한다.

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

이하, 도 7 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

도 7 및 도 8은 본 발명의 전계 방출 표시소자를 나타내는 도면이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 전계 방출 표시소자는 애노드 전극(68) 및 형광체(66)가 적층된 상부 유리기판(70)과, 하부 유리기판(64) 상에 형성되는 전계방출 어레이(72)를 구비한다. 전계방출 어레이(72)는 하부 유리기판(64) 상에 형성되는 캐소드 전극(61) 및 저항층(60)과, 저항층(60) 상에 형성되는 게이트 절연층(74) 및 에미터(62)와, 게이트 절연층(74) 상에 형성되는 게이트 전극(50)과, 게이트 전극(50)과 동일층에 형성되는 포커스 전극(58)과, 게이트 전극(50) 및 포커스 전극(58)을 절연하기 위한 포커스 절연층(56)을 구비한다. 게이트 전극(50)의 양측면에는 날개부(52)가 형성된다. 날개부(52)는 게이트 전극(50)의 양측면에 서로 대향하는 방향으로 형성됨과 아울러 다수의 홀(54)을 구비한다. 포커스 전극(58)은 게이트 전극(50)과 동일 층에 형성됨과 아울러 날개부(52)의 삼면에 형성된다. 포커스 전극(58) 및 게이트 전극(50)은 동일층에 형성되기 때문에 스크린 인쇄 또는 포토리소그라피 공정등을 사용하여 동시에 형성된다. 게이트 전극(50)과 포커스 전극(58)의 사이에는 포커스 절연층(56)이 형성되어 게이트 전극(50)과 포커스 전극(58)을 절연시킨다. 게이트 전극(50)과 포커스 전극(58) 사이에는 스페이스(Space)가 형성될 수 있다. 캐소드 전극(61)은 에미터(62)에 전류를 공급하게 되며, 저항층(60)은 캐소드 전극(61)으로부터 에미터(62) 쪽으로 인가되는 과전류를 제한하여 에미터(62)에 균일한 전류를 공급하는 역할을 하게 된다. 게이트 절연층(74)은 캐소드 전극(61)과 게이트 전극(50) 사이를 절연하게 된다.

화상을 표시하기 위하여, 캐소드 전극(61)에 부극성(-)의 캐소드전압이 인가되고 애노드 전극(68)에 정극성(+)의 애노드전압이 인가된다. 그리고 게이트 전극(50)에는 정극성(+)의 게이트 전압이 인가된다. 그러면, 에미터(62)로부터 방출된 전자는 게이트 전극(50)의 날개부(52)에 형성된 다수의 홀(54)을 통해 애노드 전극(68) 쪽으로 가속된다. 이때, 포커스 전극(58)에는 기저전위(GND) 또는 낮은전압의 부극성(-) 전압이 인가되어 전자가 확산되는 것을 방지한다. 애노드 전극(68) 쪽으로 가속된 전자는 적색·녹색·청색의 형광체(66)에 충돌하여 형광체(66)를 여기시킨다.

도 9a 및 도 10은 본 발명의 구동파형 및 전압-전류 특성을 나타내는 도면이다.

도 9a 및 도 10을 도 5에 도시된 전계 방출 표시소자의 구동장치와 결부하여 설명하기로 한다. 먼저, 게이트 구동부(42)는 게이트 전극라인들(R)에 순차적으로 정극성(+)의 스캔펄스(Scan Pulse)를 공급한다. 캐소드 구동부(44)는 게이트 전극들(R)에 스캔펄스가 공급될 때 스캔펄스와 상반된 위상을 가지는 화상 데이터를 캐소드 전극라인들(C)에 공급한다.

동작과정을 상세히 설명하면, 먼저 제어부(46)의 제어신호에 응답하여 게이트 구동부(42)로부터 제 1 게이트전극라인(R1)에 스캔펄스가 공급된다. 제 1 게이트 전극라인(R1)에 스캔펄스가 공급될 때 제 1 내지 제 n 캐소드 전극라인들(C1내지Cn)에 화상데이터가 공급된다. 캐소드 전극라인들(C)에 화상데이터가 공급되면 화소(48)들에서 화상데이터에 대응하는 양의 전자가 방출된다. 화소(48)들에서 방출된 전자들은 형광체(6)와 충돌하여 형광체(6)를 여기시키게 된다. 이때, 형광체(6)에 따라 적색·녹색·청색 중 어느 한 색의 가시광이 발생되어 화상을 표시하게 된다. 본 발명에서는 방출되는 전자의 양, 즉 계조를 표현하기 위하여 펄스 폭 변조(Pulse Width modulation : 이하 "PWM" 이라 함)를 이용하였다. 즉, 게이트 전극라인(R)에 스캔펄스가 인가될 때 캐소드 전극라인(C)에 스캔펄스와 동일 한 펄스폭의 화상데이터가 공급되면 V1의 전압이 인가되어 풀 화이트(Full White) 상태를 표현하게 된다. 즉, 256 계조를 표현하게 된다. 128 계조를 표현할 때는 도 9b와 같이 스캔펄스 폭의 1/2 폭을 가지는 화상데이터가 캐소드 전극라인(C)에 공급된다. 게이트 전극라인(R)에 스캔펄스가 인가될 때 캐소드 전극라인(C)에 화상데이터가 공급되지 않는다면, 즉 캐소드 전극라인(C)에 인가되는 화상데이터의 위상이 반전되지 않는다면 V2의 전압이 인가되어 풀 블랙(Full Black) 상태를 표현하게 된다. 게이트 전극라인(R)에 스캔펄스가 인가되지 않고 캐소드 전극라인(C)에도 화상데이터가 공급되지 않는다면 V3의 전압이 인가된다. 즉, 기저전위(GND) 상태를 유지하게 된다. 게이트 전극라인(R)에 스캔펄스가 인가되지 않고 캐소드 전극라인(C)에 화상데이터가 공급된다면 V4의 전압이 인가된다. 실제로 계조의 구현은 V2 내지 V1의 전압레벨 사이에서 표현된다. 즉, 본 발명의 FED는 도 11과 같이 게이트 전극라인들(R)에 순차적으로 양극성의 스캔펄스가 공급될 때 캐소드 전극라인들(C)에 스캔펄스에 동기되는 화상데이터가 공급되어 화상을 표현한다. 이때, 화상데이터의 펄스폭에 의해 계조가 표현된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전계 방출 표시소자 및 그 구동방법에 의하면 게이트 전극과 동일층에 포커스 전극이 형성되기 때문에 제조공정이 단순해 진다. 또한, 포커스 전극이 게이트 전극이 형성되는 부분을 제외한 전면에 형성되기 때문에 크로스 토크를 최소화함과 아울러 소비전력을 낮출 수 있다. 나아가, 게이트 전극에 양극성의 스캔펄스를 인가하고 캐소드 전극에 스캔펄스와 상반된 위상을 가지는 화상데이터를 공급한다. 이때, 캐소드 전극에 공급되는 화상데이터의 펄스폭에 의해 화상의 계조를 표현하기 때문에 선형적인 계조를 표현 할 수 있다.

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 정하여져야만 할 것이다.

Claims (10)

1. 캐소드 전극과 게이트 전극의 교차부에 화소셀이 매트릭스 형태로 배치되는 전계 방출 표시소자에 있어서,

   상기 게이트전극의 양측면에 상기 캐소드전극과 나란하게 형성된 적어도 둘 이상의 날개부와,

   상기 날개부에 형성되는 다수의 홀과,

   상기 홀 내부에 삽입되도록 형성되어 전자를 방출시키기 위한 에미터와,

   상기 날개부를 감싸도록 상기 게이트전극과 동일층에 형성되는 포커스전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시소자.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 게이트전극과 상기 포커스전극 사이에 형성되어 상기 게이트전극과 상기 포커스전극을 절연시키기 위한 포커스 절연층을 구비하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시소자.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 포커스 전극과 상게 게이트 전극을 절연하기 위하여 상기 포커스 전극과 상기 게이트 전극 사이에 스페이스가 설치되는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시소자.
4. 스캔펄스가 공급되는 캐소드 전극과 화상 데이터가 공급되는 게이트 전극의 교차부에 화소셀이 매트릭스 형태로 배치되고, 상기 게이트 전극으로부터 인출되는 전자를 집속시키기 위한 포커스 전극을 구비하는 전계 방출 표시소자의 구동방법에 있어서,

   상기 캐소드 전극에 양극성의 펄스가 공급되는 단계와,

   상기 포커스 전극과 동일층에 형성된 상기 게이트 전극에 상기 스캔펄스와 상반된 위상을 가지는 화상 데이터가 공급되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시소자의 구동방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 화상 데이터의 펄스폭은 상기 스캔펄스의 펄스 폭 내에서 상기 화상 데이터의 휘도값에 따라 그 크기가 결정되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시소자의 구동방법.
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