KR100378002B1 - 전계방출소자의구동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전계 방출 소자의 구동 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 서로 절연되어 있는 다수의 게이트 전극의 선택적인 온(ON)/오프(OFF)를 이용하여 방출된 전자의 집중(focusing) 효과를 증대시키는 전계 방출 소자의 구동 방법에 관한 것이다. 제1 기판에 형성되어 있는 애노드에 전압을 인가하고, 제1기판과 마주보고 있는 제2 기판에서 서로 교차하는 다수의 게이트 전극과 다수의 캐소드에 전압을 인가하는 전계 방출 소자의 구동 방법으로서, 전압이 인가된 상기 게이트 전극에 이웃하는 양쪽의 둘 또는 둘 이상의 게이트 전극에는 전압을 인가하지 않는다. 따라서 본발명에 따른 전계 방출 소자의 구동 방법은 각각의 온 상태의 게이트 전극 주위에 오목한 등전위선을 형성하여 전자빔을 집중시킴으로서 해상도를 높일 수 있고, 이에 따라 대비비가 향상되고, 종래의 애노드를 매트릭스의 구성 요소하여 제조 방법에서 발생하는 문제점을 배제함으로서 제조 고정에서 공정 수율을 향상시키는 효과가 있다.

Description

전계 방출 소자의 구동 방법

본 발명은 전계 방출 소자의 구동 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 서로 절연되어 있는 다수의 게이트 전극의 선택적인 온(ON)/오프(OFF)를 이용하여 방출된 전자의 집중(focusing) 효과를 증대시키는 전계 방출 소자의 구동 방법에관한 것이다.

현재 표시 소자의 대부분은 CRT(cathode ray tube)가 차지하고 있으며 최근 액정을 이용하는 LCD(liquid crystal display)가 소형 경량의 장점으로 휴대용을 중심으로 채용이 되고 있다. 이외에 ELD(electro luminescence display), PDP(plasma display panel) 등이 등장하고 있으며 최근 마이크로 팁 어레이(tip array)를 구성하고 있는 전계 방출 소자(FED field emission display)도 등장하고 있다.

그리고 이러한 표시 장치 중에서 전자 빔을 발생시키는 장치는 전자 빔의 어드레싱(addressing)에 있어서 빔을 편향시키는 방법만을 사용하지 않고 편향 방법에 매트릭스(matrix) 구성을 혼합하여 제조하거나 혹은 매트리스 구성만을 채택하고 있다.

캐소드와 게이트 전극이 매트릭스 구성을 갖는 전계 방출 소자는 후면 기판(1)에 한 방향으로 다수의 캐소드(2)가 평행하게 일정한 간격으로 형성되어 있고, 캐소드(2)를 덮으면서 기판(1) 위에 절연막(3)이 형성되어 있고 절연막(3) 위에 다수의 게이트 전극(5)이 이웃하는 게이트 전극과 격리되어 일정한 간격으로 캐소드(2)와 교차하도록 형성되어 있다.

게이트 전극(5)과 캐소드(2)가 교차하는 부분에는 캐소드(2)의 표면까지 게이트 전극(5) 및 절연막(3)에 다수의 개구부가 형성되어 있으며 각각의 개구부 안으로 캐소드(2) 위에 마이크로 팁(4)이 형성되어 있다.

그리고 후면 기판(1)에 대향하는 전면 기판(6) 하부에 공통 전극으로서 애노드(7)가 형성되어 있고, 후면 기판(1)의 게이트 전극(5)과 캐소드(2)가 교차하는 부분에 대응하는 애노드(7) 하부에 형광체(8)가 형성되어 있으며, 후면 기판(1)의 드러난 절연막(3) 부분에 대응하는 전면 기판(6)의 애노드 하부에 블랙 매트릭스(9)가 형성되어 있다. (제1도 참조)

제2도는 제1도의 단면도로서, 캐소드(2)가 형성되어 있는 후면 기판(1)이 존재하고 캐소드(2) 상부에 절연막(3) 및 마이크로 팁(4)이 부분적으로 형성되어 있다. 여기서 절연막(3)은 넓은 폭과 다수의 좁은 폭을 가지면서 반복적으로 형성되어 있고 각각의 좁은 폭으로 형성된 절연막(3) 사이에 끝이 뾰족한 다수의 마이크로 팁(4)이 형성되어 있다. 그리고 각각의 절연막(3) 상부에 게이트 전극(5)이 형성되어 있고 넓은 폭을 갖는 절연막(3)상부의 게이트 전극(5)은 중앙부가 분리되어 있고 이것은 제1도에서 도시한 바와 같이 게이트 전극(5)은 다수이며 캐소드(2)와 수직으로 형성되어 있다는 것을 의미한다.

그리고 기판(1)에 대향하여 거리(d)로 평행하게 유지되면서 하부에 애노드(7)가 형성되어 있는 전면 기판(6)이 있고 애노드(7) 하부에는 형광체(8) 및 블랙 매트릭스(9)가 반복적으로 형성되어 있다. 여기서 블랙 매트릭스(9)은 후면 기판(1)의 넓은 폭을 가진 절연막(3)에 대응하는 부분에 형성되어 있으며, 형광체(8)는 후면 기판(1)의 마이크로 팁(4)에 대향하는 부분에 형성되어 있다. 그리고 스페이서(10)가 블랙 매트릭스(9) 하부에서 노출된 절연막(3)까지 후면 기판(1)과 전면 기판(6)을 지지하도록 형성되어 있다.

전계 방출 소자의 기본적인 동작은 마이크로 팁(4)과 게이트 전극(5) 사이에수십 볼트의 전압차가 발생하도록 전압을 인가하면 마이크로 팁(4)에서 전자가 방출되고 방출된 전자는 전면 기판(7)의 하부에 형성되어 있는 형광체(8)에 충돌하여 빛을 내게 된다.

그리고 상기와 같은 전계 방출 소자의 종래 기술에 따른 전계 방출 소자의 구동 방법은 다수의 게이트 전극(5)(G1, G2, G3, G4, G5)중에서 임의적으로 다수의 소망하는 화소에 대응하는 게이트 전극(5)(G1, G2, G3, G5)을 온하여 마이크로 팁(4)로부터 전자 방출을 유도하고 방출된 전자는 애노드(7)에 인가된 전압에 의해 어드레싱되어 형광체(8)와 충돌하여 소망하는 화소가 빛을 발하도록 한다.

그러나 이러한 종래의 전계 방출 소자의 구동 방법에서는 두 기판(1, 7) 사이에 대부분 평행하게 전기장이 형성되므로 마이크로 팁(4)에서 방출되는 전자가 마이크로 팁(4)과 게이트 전극(5) 사이의 미세한 전기장에 의하여 기판(1)에 수직에 대하여 약 40 °안에서 임의적으로 진행하게 되고 이로 인하여 크로스토크(crosstalk)가 발생하게 되어 해상도가 떨어지는 문제점을 가지고 있다.

이러한 문제점은 종래의 전계 방출 소자의 구동 방법이 방출된 전자를 유도하는 어드레싱 기능만을 가지고 있기 때문에, 전자 빔을 소망하는 화소에 집중시켜 크로스토크를 방지하고 이에 따른 해상도를 높이기 위하여 캐소드와 애노드를 매트릭스로 형성하는 방법이 고안되었다.

그러면, 첨부한 도면을 참고로 하여 종래 기술에 따른 전계 방출 소자에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.

제3도는 종래 기술에 따른 전계 방출 소자의 구동 방법을 도시한 단면도이다.

전체적인 구성은 제2도와 동일하지만 제3도에서 보는 바와 같이, 넓은 폭을 갖는 절연막(3) 위에 형성되어 있는 게이트 전극(5)이 단락되어 있지 않은 상태이고, 전면 기판(6) 위에 형성되어 있는 애노드(7)가 형광체(8)가 형성되어 있는 부분에 대응하여 단락되어 있는 상태이다.

이는 제1도와 대응하여 살펴보면 한 방향으로 캐소드(2)가 형성되어 있고 게이트 전극(5)은 마이크로 팁(4)이 형성되어 있는 부분에만 개구부가 형성되어 있고 일체로 형성되어 있다는 것을 의미한다. 그리고 전면 기판(6)에 형성되어 있는 애노드(7)는 후면 기판(1)에 형성되어 있는 캐소드(2)에 대하여 교차하도록 형성되어 있다는 것을 의미하며 이는 캐소드(2)와 애노드(7)가 매트릭스로 구성되어 있다는 것을 의미한다.

이러한 종래 기술에 따른 전계 방출 소자에서 구동 방법은 임의적으로 원하는 화소에 빛을 발광시키기 위해서는 원하는 화소에 대응하는 애노드(7)(A1, A5)와 캐소드(2)를 온 상태로 한다.

그러면 온된 부분에서 등전위선은 오프된 부분의 등전위선보다 조밀하게 형성되므로, 전체적으로 등전위선은 온된 부분쪽으로 경사면을 갖고 굴곡을 가지면서 형성하게 된다. 그리고 온된 부분의 마이크로 팁(4)에서 방출된 전자는 경사면을 갖는 등전위선의 영향으로 두 기판(1, 7)의 수직한 방향으로 집중하게 된다.

그러므로 매트릭스 구성으로 어드레싱 기능과 집중 기능을 갖는 전계 방출 소자의 제작이 가능해짐으로서 해상도를 향상시킬 수 있다.

그러나 이러한 종래의 기술에 따른 전계 방출 소자는 제조 방법에서 애노드의 패터닝이 복잡해지고, 구동에서는 고전압 인가에 따른 애노드를 구동하게 위해 고전류에 견디는 고전압 구동 소자가 필요함에 따라 제작 비용이 급격히 상승하게 되고, 애노드의 구동은 온/오프 상태의 전위차가 크게 발생하므로 각각의 애노드 패턴사이에 절연 파괴를 발생시키는 문제점을 가지고 있다.

본 발명의 목적은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 매트릭스의 구성 요소를 게이트와 캐소드로 하고 게이트와 캐소드를 선택적으로 온/오프하여 어드레싱 기능과 집중 기능을 동시에 갖는 전계 방출 소자의 구동 방법을 제시하는 데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전계 방출 소자의 구동 방법은,

제1 기판에 형성되어 있는 애노드에 전압을 인가하고,

상기 제1 기판과 마주보고 있는 제2기판에서 서로 교차하는 다수의 게이트 전극과 다수의 캐소드에 전압을 인가하는 전계 방출 소자의 구동 방법으로서,

전압이 인가된 상기 게이트 전극에 이웃하는 양쪽의 둘 또는 둘 이상의 게이트 전극에는 전압을 인가하지 않는다.

본 발명에 따른 이러한 전계 방출 소자의 구동 방법에서는 소망하는 화소를 발광시키기 위해서 종래의 임의적인 인 온/오프 방법과는 달리 화소에 대응하는 다수의 게이트 전극중에서 온 상태인 게이트 전극과 이웃하는 양쪽의 게이트 전극이 적어도 양쪽에 각각 하나 이상은 오프시킨다. 그러면 등전위선은 온 상태인 부분쪽으로 경사면을 갖고 게이트 전극쪽으로 오목하게 형성된다.

그러면, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 전계 방출 소자의 한 실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할수 있을 정도로 상세히 설명한다.

제4도 및 제5도는 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 소자의 구동 방법을 도시한 단면도이다.

제4도 및 제5도에서 보는 바와 같이 구성은 제1도 및 제2도와 동일하다.

본 발명에 따른 전계 방출 소자의 구동 방법은 애노드(7)에 일정한 전압을 인가하고 소망하는 화소를 발광시키기 위해 소망하는 화소에 대응하는 다수의 게이트 전극(5)에 선택적으로 온 상태의 전압을 인가하는 것이다. 여기서 선택적인 전압 인가란 온된 게이트 전극(5)(G2, G5))와 이웃하는 적어도 양쪽 두 개 또는 두 개 이상의 게이트 전극(5)(G1, G3, G4, G6)을 오프시키는 것을 의미한다. 단 두 개 이상의 게이트 전극(5)(G2, G3, G5, G6)을 오프시키는 것은 휘도 저하를 가져오므로 바람직한 방법은 아니다. (제4도 및 제5도 참조)

그러면 두 기판(1, 6) 사이의 등전위선은 게이트 전극(5)에 선택적으로 인가된 전압에 의해 경사면이 있는 등전위선으로 변하게 된다. 이러한 경사면은 캐소드(2)에 가해진 전압보다 높기 때문에 전압이 인가된 게이트 전극(5) 방향으로 오목하게 형성되고, 또한 방출된 전자는 등전위선에 수직하는 방향으로 운동하기 때문에 두 기판(1, 6)의 수직에 대하여 임의 각으로 벗어난 전자는 등전위선의 경사면에 수직으로 힘을 받게 되므로 다수의 마이크로 팁(4)에 대응하는 형광체(8)에집중되어 충돌하게 된다.

따라서 본 발명에 따른 전계 방출 소자의 구동 방법은 전자빔이 방출되지 않는 범위에서 오프상태의 게이트 전압을 인위적으로 조절하여 각각의 온 상태의 게이트 전극 주위에 오목한 등전위선을 형성함으로써 오프 기능뿐 아니라 전자빔을 집중시킴으로서 해상도를 높일 수 있고, 이에 따라 대비비가 향상되고, 종래의 애노드를 매트릭스의 구성 요소 중 하나의 요소로 사용하여 제조 방법에서 발생하는 문제점을 배제함으로써 제조 공정에서 공정 수율을 향상시키는 효과가 있다.

제1도는 종래의 전계 방출 소자를 도시한 사시도이고,

제2도는 종래의 전계 방출 소자의 구동 방법을 도시한 단면도이고,

제3도는 종래 기술에 따른 전계 방출 소자의 또 다른 구동 방법을 도시한 단면도이고,

제4도 및 제5도는 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 소자의 구조를 도시한 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1,6 : 기판 2 : 캐소드 3 : 절연막

4 : 마이크로 팁 5 : 게이트 전극 7 : 애노드

8 : 형광체 9 : 블랙 매트릭스 10 : 스페이서

Claims (2)

1. 후면 기판 위에 절연막을 매개로 캐소드와 게이트 전극이 수직으로 직교하도록 형성되고, 캐소드와 게이트 전극의 교차 영역마다 게이트 전극과 절연막에 다수의 개구부가 형성되며, 개구부에 의해 노출된 캐소드 표면으로 마이크로 팁이 배치되고,

   상기 후면 기판에 대향하는 전면 기판의 일면에 투명한 애노드 전극이 형성되며, 상기 캐소드와 게이트 전극의 교차 영역에 대응하는 다수의 형광체가 애노드 전극 표면에 형성되고, 형광체들 사이로 블랙 매트릭스가 위치하는 전계 방출 소자의 구동 방법에 있어서,

   상기 애노드에 일정한 고전압을 인가하는 단계와,

   상기 게이트 전극에 온 전압을 인가하여 상기 캐소드와 게이트 전극의 전위차에 의해 상기 마이크로 팁으로부터 전자를 방출시키는 단계; 및

   상기 온 전압을 인가받은 게이트 전극을 기준으로 이 게이트 전극과 이웃하는 양쪽 2개 이상의 게이트 전극에 전자 방출이 일어나지 않는 오프 전압을 인가하여 상기 온 전압을 인가받은 게이트 전극 주변의 등전위선을 오목하게 변형시키는 전계 방출 소자의 구동 방법.
2. 제1항에서,

   상기 온 전압을 인가받은 게이트 전극을 기준으로 이 게이트 전극과 이웃하는 양쪽 2개의 게이트 전극에 전자 방출이 일어나지 않는 오프 전압을 인가하는 전계 방출 소자의 구동 방법.