KR100524772B1 - 전계 방출 소자의 에이징 구동 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전계 방출 소자에 관한 것으로, 특히 에이징(Aging) 처리시 높은 전압으로 갈수록 폭이 좁은 펄스신호를 인가하여 높은 전압에서 소비되는 에너지를 줄임으로써, 아킹을 방지하여 소자의 수명을 늘릴 수 있는 전계 방출 소자의 에이징 구동 방법에 관한 것이다. 종래 전계 방출 소자의 에이징 구동 방법은 점진적으로 증가하는 직류전압에 의해 많은 양의 에너지가 인가되어 아킹에 대한 위험성이 존재하고, 그로 인해 소자에 피해를 주어 수명을 떨어뜨리는 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 낮은 전압에서 폭이 넓고, 높은 전압으로 갈수록 폭이 점진적으로 좁아지는 가변하는 펄스 전압을 애노드 전극에 인가함으로써, 아킹의 발생 확률을 줄여 소자의 수명을 늘릴 수 있고, 제품의 질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

전계 방출 소자의 에이징 구동 방법{METHOD FOR DRIVING AGING OF FIELD EMISSION DISPLAY}

본 발명은 전계 방출 소자에 관한 것으로, 특히 에이징(Aging) 처리시 높은 전압으로 갈수록 폭이 좁은 펄스신호를 인가하여 높은 전압에서 소비되는 에너지를 줄임으로써, 아킹을 방지하여 소자의 수명을 늘릴 수 있는 전계 방출 소자의 에이징 구동 방법에 관한 것이다.

최근에 IMT-2000과 같은 무선이동통신이 각광을 받고 있다. 이런 무선 이동 통신에서의 디스플레이는 좋은 품질, 빠른 속도, 저중량, 저소비전력을 요구한다.

상기에서 요구하는 기능을 만족시킬 수 있는 스위칭 소자가 바로 메탈-인슐레이터-메탈(Metal-Insulator-Metal, 이하 'MIM'라고 함)이다.

일반적으로, MIM 전계 방출 소자(FED : Field Emission Display)는 고전압이 인가되는 상판과 하판의 사이, 즉 양극과 음극의 사이영역에는 전자의 방출을 위해 고진공의 영역을 가진다.

그러나, 고진공 영역을 만들기 위한 진공 튜브(Vacuum Tube)를 제작할 때 튜브의 표면 또는 소자 전극 표면에 오염물질(Contaminats)이 존재하는 경우가 있다.

이와 같은 고진공 영역에 오염물질(Contaminats)이 존재하는 경우, 전계 방출 소자를 구동시키면 충분한 에너지를 가지는 전자들이 방출되고, 그 전자들이 상기 오염물질과 충돌하여 그 오염물질의 입자들(Particles)이 표면에서 떨어져 나가는 현상이 발생한다.

이와 같은 현상이 발생하면 진공 내부에 높은 이온화 압력영역이 형성되어 스캔(Scan) 전극(에미터 전극)과 데이터(Data) 전극(게이트 전극) 사이에서 전자 방출을 촉진시키고, 그 방출된 전자들이 양극(Anode)으로 방출되지 않고 데이터 전극을 치게되어 데이터 전극을 과열(Overheating)시키게 된다.

이처럼 데이터 전극이 과열되면 스캔 전극과 데이터 전극 사이의 에너지갭(Energy Gap)을 뛰어 넘는 휘도 방전 전류가 형성되며, 이는 스캔 전극에 심각한 손상을 주게 되어 전계 방출 소자의 수명을 단축시키는 원인이 된다. 이와 같은 현상을 아킹(Arcing)이라고 한다.

상기 아킹현상의 발생을 방지하기 위해서는 고진공내에 오염물질이 없어야 하며, 종래 MIM 전계 방출 소자의 오염물질을 제거하는 방법으로는 오염물질을 흡착할 수 있는 물질(Getter)을 넣어 전계 방출 소자가 구동할 때 흡착하도록 하였다.

그러나, 상기와 같이 오염 물질을 흡착하는 물질을 상판과 하판의 진공부분에 포함시키기 위해서는 별도의 공정이 필요하게 되는 문제점이 있었다.

또한, 흡착물질에도 그 용량의 한계가 있고, 특히 MIM 전계 방출 소자의 크기에 따라 흡착물질의 용량도 차이가 있으며, 어느 한계점 이상에서는 오염물질을 흡착할 수 없어 아킹현상이 발생하게 되는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하는 방법으로 에이징(Aging)을 통한 오염물질을 제거하는 방법이 있다.

종래의 오염물질을 제거하는 에이징 방법에 대해 도1을 참고하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도1과 같은 점진적으로 증가하는 직류전압을 양극(Anode)에 인가하면 표면에 있는 오염물질이 진공으로 떨어져 나오게 된다. 여기서, 상기 진공 상태는 전계 방출 소자가 봉지(Sealing)된 것이 아니라 진공펌프에 의해 계속 배기되어 진공이 만들어지고 있는 상태이므로, 상기 분리된 오염물질들은 진공펌프에 의해서 배기된다.

이와 같은 과정이 끝나면 데이터 전극과 스캔 전극에 전압을 인가하여 전자를 방출하고, 그 방출된 전자에 의해서 다시 오염물질이 분리되고, 진공펌프에 의해서 배기된다.

그러나, 상기와 같은 종래 전계 방출 소자의 에이징 구동 방법은 점진적으로 증가하는 직류전압에 의해 많은 양의 에너지가 인가되어 아킹에 대한 위험성이 존재하고, 그로 인해 소자에 피해를 주어 수명을 떨어뜨리는 문제점이 있었다.

따라서, 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 에이징 시 낮은 전압에서 인가되는 펄스신호의 폭을 넓게 인가하고, 높은 전압으로 갈수록 펄스신호의 폭을 점진적으로 좁게 인가하여 소자에 인가되는 에너지를 줄임으로써, 아킹의 발생 확률을 줄여 소자의 수명을 늘릴 수 있고, 제품의 질을 향상시킬 수 있는 전계 방출 소자의 에이징 구동 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 폭이 가변하는 펄스 전압을 애노드 전극에 인가하는 것을 특징으로 한다.

상기 펄스 전압은 낮은 전압에서 폭이 넓고, 높은 전압으로 갈수록 폭이 점진적으로 좁아지는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 전계 방출 소자의 에이징 구동 방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명한다.

본 발명을 설명하기에 앞서 본 발명에서 사용할 용어를 정의하기로 한다. 먼저, 전자를 방출시키지 않고 순수하게 애노드 전압(Va) 만으로 에이징(Aging)하면서 발생할 수 있는 위험요소를 제거하는 과정을 프리에이징(Pre-Aging)이라 칭하고, 애노드 전압(Va)이 공급된 후에 전자를 방출시켜 전류 에이징(Current Aging)을 시킴으로써 향후에 발생 가능한 아킹의 확률을 줄이는 과정을 메인에이징(Main Aging)이라 칭한다.

도2는 본 발명의 에이징을 하기 위한 전계 방출 소자의 계략적인 단면도로서, 이에 도시된 바와 같이 하판유리(1)의 상부에 스캔 전극(2), 절연층(3), 데이터 전극(4)이 순차적으로 적층되며, 상기 데이터 전극(4)과 이격되어 마주하는 애노드 전극(5)이 위치한다.

상기 데이터 전극(4)과 애노드 전극(5) 사이는 고진공 상태이며, 상기 고진공상태는 봉지(Sealing)되어 있는 상태가 아니라 진공펌프에 의해 고진공이 유지되고 있는 상태이다.

이와 같은 전계 방출 소자의 동작을 간단히 설명하면, 데이터전극(4)과 스캔전극(2)에 일정 전압(Vd-s)을 가해주면 스캔전극(2)에서 전자가 방출되고, 그 전자는 양자역학적인 터널(Tunnel)효과에 의해서 절연층(3)과 데이터전극(4)을 통과하여 방출된다.

상기 방출된 전자들은 더욱 큰 양극 전압인 애노드 전압(Va)에 의해서 형광체가 도포되어 있는 양극쪽으로 가속되며, 상기 전자들이 형광체에 충돌하게 되면 에너지가 발생하게 되고, 이 에너지에 의해 형광체에 있는 전자들이 여기 되었다가 떨어지면서 발광하게 된다.

도3은 본 발명을 수행하기 위한 전계 방출 소자의 에이징 구동 장치에 대한 구성을 보인 블록도이다. 도시된 바와 같이, 타이밍 제어신호와 데이터 펄스를 출력하는 데이터 구동부(10)와, 외부에서 입력되는 데이터(IN)와 클럭신호(CLK)를 받고, 상기 데이터 구동부(10)에서 출력한 타이밍 제어신호에 의해 스캔 펄스를 출력하는 스캔구동부(20)와, 상기 데이터 구동부(10)에서 출력한 데이터 펄스와 상기 스캔구동부(20)에서 출력한 스캔 펄스를 받아 소정의 영상을 표시하는 패널(30)과, 상기 패널(30)의 애노드 전극(5)에 인가되는 고전압과 스캔 구동부(20)에 인가되는 전압을 제어하여 출력하는 에이징 구동 제어부(40)로 구성한다.

또한, 상기 데이터 구동부(10)는 타이밍제어부(10a)와, 메모리 및 버퍼(10b) 그리고 데이터 구동 IC(10c)를 구비하여 구성하고, 상기 스캔 구동부(20)는 스캔펄스 이동 레지스터부(20a)와 스캔 구동 IC(20b)를 구비하여 구성한다.

또한, 상기 에이징 구동 제어부(40)는 외부 전원제어신호에 의해 스캔 구동부(20)에 소정의 전압을 인가하는 전원제어부(40a)와, 외부 프로그램 제어신호를 받아 시간에 따라 가변하는 주파수 및 듀티사이클에 해당하는 펄스제어신호를 출력하는 펄스제어부(40c)와, 상기 펄스제어부(40c)에서 출력한 펄스제어신호를 받아 그에 해당하는 펄스신호를 출력하는 펄스발생부(40d)와, 상기 펄스발생부(40d)에서 출력한 펄스신호를 받아 외부에서 인가되는 고전압을 펄스형태의 고전압으로 변환하여 애노드 전극(5)에 인가하는 고전압인가부(40e)와, 상기 펄스제어부(40c)와 전원제어부(40a)로 각각 프로그램 제어신호와 전원제어신호를 출력하는 프로그램 제어부(40b)를 구비하여 구성한다.

또한, 상기 펄스제어부(40c)는 도4에 도시된 바와 같이 프로그램 제어부(40b)에서 출력한 프로그램 제어신호(in)를 받아 소정의 주파수를 출력하는 발진부(40c1)와, 상기 발진부(40c1)에서 출력한 소정의 주파수를 받고, 그 주파수를 변환하여 출력하는 주파수 변환부(40c2)와, 상기 프로그램 제어부(40b)에서 출력한 프로그램 제어신호(in)를 받아 그에 해당하는 듀티사이클을 출력하는 듀티변환부(40c4)와, 상기 주파수변환부(40c2)에서 변환하여 출력한 주파수와 상기 듀티변환부(40c4)에서 출력한 듀티사이클을 받아 펄스발생부(40d)로 펄스제어신호(out)를 출력하는 논리회로부(40c3)를 구비하여 구성한다.

또한, 상기 고전압인가부(40e)는 도시하지는 않았지만 상기 펄스발생부(40d)에서 출력한 펄스신호에 의해 온/오프(On/Off)되어 외부에서 입력된 고전압을 스위칭하여 출력하는 스위칭 수단(예를 들어, 릴레이)을 구비하여 구성한다.

상기 전원제어부(40a)는 스캔 구동 전압만으로 메인에이징을 할 때 사용되고, 상기 프로그램 제어부(40b)와 전원제어부(40a), 프로그램 제어부(40b)와 펄스제어부(40c)는 범용인터페이스 버스(GPIB 또는 HPIB)로 상호 연결되어 있다.

이와 같이 구성된 전계 방출 소자의 에이징 구동 장치를 이용하여 본 발명에대한 동작을 도5를 참고하여 프리에이징(Pre-Aging) 과정과 메인에이징(Main Aging)과정으로 나누어서 설명한다.

먼저, 프리에이징(Pre-Aging) 과정을 설명하면, 일정한 형태를 갖고 스텝형태로 증가하는 직류 고전압이 고전압 인가부(40e)의 스위칭수단으로 입력되면, 프로그램 제어부(40b)에서 프로그램 제어신호를 출력하고, 펄스제어부(40c)에서 상기 프로그램 제어부(40b)에서 출력한 프로그램 제어신호를 받아 그에 해당하는 주파수 및 듀티사이클을 갖는 펄스제어신호를 출력한다. 즉, 발진부(40c1)에서 상기 프로그램 제어부(40b)에서 출력한 프로그램 제어신호(in)를 받아 그에 해당하는 주파수를 출력하고, 주파수변환부(40c2)에서 상기 발진부(40c1)에서 출력한 주파수를 받아 소정의 주파수로 변환하여 출력한다. 듀티변환부(40c4) 또한 상기 프로그램 제어부(40b)에서 출력한 프로그램 제어신호(in)를 받아 그에 해당하는 듀티사이클을 출력하고, 상기 주파수변환부(40c2)에서 출력한 변환된 주파수와 상기 듀티변환부(40c4)에서 출력한 듀티사이클 데이터를 논리회로부(40c3)에서 받아 소정의 펄스제어신호(out)를 출력한다.

펄스발생부(40d)는 상기 논리회로부(40c3)에서 출력한 펄스제어신호를 받아 그에 해당하는 펄스신호, 즉, 시간에 따라 주파수와 듀티사이클이 가변하는 펄스신호를 출력하여 고전압 인가부(40e)의 스위칭 수단을 온/오프하고, 그 스위칭 수단(40e)의 온/오프에 의해 도5에 도시된 바와 같이 시간에 따라 주파수와 듀티사이클이 가변하는 펄스 형태의 고전압이 패널(30)의 애노드 전극(5)에 인가된다. 예를 들어 설명하면, 첫번째 펄스신호의 온타임이 16ms, 오프타임이 4ms이고, 두번째 펄스신호의 온타임이 10ms, 오프타임이 4ms 등과 같은 형태, 즉, 시간에 따라 주파수와 듀티사이클이 가변하고, 그 시간에 따라 가변하는 펄스 신호와 그 시간에 인가되는 고전압에 의해 도5와 같은 펄스 형태의 교류 고전압이 상기 애노드 전극(5)에 인가된다.

여기서, 상기와 같은 프리에이징 과정은 봉지(Sealing)되지 않은 상태에서 이루어지고, 이 과정 중에 나오는 오염물질들은 진공펌프에 의해서 배기된다.

상기 프리에이징 과정이 끝나면 프로그램 제어부(40b)에서 전원제어부(40a)에 전원제어신호를 출력하고, 전원제어부(40a)에서 상기 프로그램 제어부(40b)에서 출력한 전원제어신호를 받아 스캔구동부(20)로 전원을 인가하여 메인에이징 과정을 거치게 된다. 즉, 소자의 스캔 전극(2)에서 전자를 방출하여 전류에이징을 수행하게 된다. 이와 같은 메인에이징을 통해서 떨어져 나온 오염물질 역시 진공펌프에 의해서 배기된다.

상기와 같은 프리에이징과 메인에이징 과정이 모두 끝나면 고진공 상태의 진공부분을 봉지(Sealing)한다.

이와 같이 본 발명은 낮은 전압에서 인가되는 펄스신호의 펄스폭을 넓게 하여 공급하고, 높은 전압으로 갈수록 펄스신호의 펄스폭을 좁게하여 애노드 전극(5)에 공급함으로써, 전체적인 에너지를 줄일 수 있다. 즉, 도6에 도시된 바와 같이 낮은 전압에서 인가되는 에너지를 크게하고, 시간이 지남에 따라 높은 전압에서 인가되는 에너지를 작게하여 종래 문제가 되었던 높은 전압의 높은 에너지(A)에 의해 발생하는 아킹의 발생 확률을 줄일 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 프리에이징 시 낮은 전압에서 인가되는 펄스신호의 폭을 넓게 인가하고, 높은 전압으로 갈수록 펄스신호의 폭을 점진적으로 좁게 인가하여 소자에 인가되는 에너지를 줄임으로써, 아킹의 발생 확률을 줄여 소자의 수명을 늘릴 수 있고, 제품의 질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도1은 종래 에이징시 인가되는 직류고전압을 시간에 따라 도시한 도.

도2는 본 발명의 에이징을 하기 위한 전계 방출 소자의 계략적인 단면도.

도3은 본 발명을 수행하기 위한 전계 방출 소자의 에이징 구동 장치의 구성을 보인 블록도.

도4는 도3의 펄스 제어부에 대한 상세 구성도.

도5는 본 발명에 대한 시간에 따른 구동 파형도.

도6은 본 발명의 시간에 따른 에너지 분포도.

Claims (2)

1. 낮은 전압에서 폭이 넓고, 높은 전압으로 갈수록 폭이 점진적으로 좁아지도록 폭이 가변하는 펄스 전압을 애노드 전극에 인가하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자의 에이징 구동 방법.
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