KR100893602B1 - 전계방출 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

전계방출 장치 및 그 구동 방법 Download PDF

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Abstract

전계방출 장치 및 그 구동 방법이 제공된다. 상기 전계방출 장치는 하부 기판, 상기 하부 기판 상에 위치하고 서로 전기적으로 격리된 게이트 전극들, 상기 하부 기판 상에 위치하고 서로 전기적으로 격리된 캐소드 전극들, 상기 게이트 전극들 및 상기 캐소드 전극들 중 적어도 어느 하나의 전극들 상에 위치하는 에미터, 상기 하부 기판에 대향하도록 배치되고 애노드 전극을 갖는 상부 기판, 및 상기 게이트 전극들에 제1 펄스 전압들을 독립적으로 제공하는 외부 전원을 포함할 수 있다.
전계방출, 구동 영역, 펄스, 위상차, 탄소나노튜브

Description

전계방출 장치 및 그 구동 방법{FIELD EMISSION DEVICE AND METHOD FOR DRIVING THE SAME}
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 전계방출 장치 및 그 구동 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'라인을 따라 취해진 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 전계방출 장치 구동 방법에 사용되는 펄스 전압들의 파형을 도시한다.
♧ 도면의 주요부분에 대한 참조번호의 설명 ♧
11 : 하부 기판
12_1, 12_2, 12_3, 12_4 : 게이트 전극
13_1, 13_2, 13_3, 13_4 : 캐소드 전극
14 : 에미터
21 : 상부 기판
22 : 애노드 전극
23 : 형광체
30 : 인버터
40 : 제어기
본 발명은 전계방출 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전계방출 장치를 구동하는 방법에 관한 것이다.
액정표시장치는 무게가 가볍고 소비전력이 작아 컴퓨터 또는 텔레비전 분야의 디스플레이장치에 널리 보급되고 있다. 그러나 액정표시장치는 그 자체가 발광하여 화상을 형성하지 못하고 후방에서 균일한 빛을 받아야만 화상을 형성할 수 있다. 이러한 빛을 제공하는 것이 백라이트로서, 최근 전계방출형 장치를 상기 백라이트로 사용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
전계방출 장치는 그 구조에 따라 2극관형과 3극관형으로 구분될 수 있으며, 상기 3극관형 전계방출 장치는 통상 게이트 전극 및 캐소드 전극이 평행하게 배치된 하부 기판과 애노드 전극이 배치된 상부 기판을 포함한다. 상기 게이트 전극 및 상기 캐소드 전극 상에는 에미터가 배치된다. 상기 3극관형 전계방출 장치는 상기 게이트 전극에 펄스 전압을 제공함으로써 구동될 수 있다. 즉, 상기 게이트 전극에 펄스 전압이 제공되면, 상기 에미터에서 전자가 방출되고, 상기 방출된 전자에 의해 상기 애노드 전극 상의 형광체는 여기되어 발광된다.
애노드 전극으로 방출되는 전자의 양은 기판 크기, 애노드 전극 및 게이트 전극에 제공되는 펄스 전압의 세기에 비례하여 증가할 수 있다. 특히, 기판의 크기가 커지면 게이트 전극에 펄스전압이 제공될 때, 전계방출 현상에 의해 순간적으 로 다량의 전자가 동시에 애노드 전극으로 방출되기 때문에 구동이 안정적으로 이루어지지 않는다. 예컨대, 애노드 전극에 과전류가 흐르는 것을 방지하기 위하여 설치된 직렬 저항에 지나치게 높은 피크 전류(peak current)가 흐르면서 애노드 전극에 제공되는 전압이 낮아지는 문제가 발생할 수 있다. 이에 의해, 전계방출 장치의 휘도 및 효율이 감소할 수 있다. 또, 구동시 고전류에 견딜 수 있는 인버터가 필요하게 되어 제조 비용이 증가할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 안정적으로 구동할 수 있는 전계방출 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예들은 전계방출 장치를 안정적으로 구동할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 전계방출 장치는 하부 기판, 상기 하부 기판 상에 위치하고 서로 전기적으로 격리된 게이트 전극들, 상기 하부 기판 상에 위치하고 서로 전기적으로 격리된 캐소드 전극들, 상기 게이트 전극들 및 상기 캐소드 전극들 중 적어도 어느 하나의 전극들 상에 위치하는 에미터, 상기 하부 기판에 대향하도록 배치되고 애노드 전극을 갖는 상부 기판 및 상기 게이트 전극들에 제1 펄스 전압들을 독립적으로 제공하는 외부 전원을 포함할 수 있다.
상기 외부 전원은 상기 캐소드 전극들에 제2 펄스 전압들을 독립적으로 제공할 수 있다. 상기 게이트 전극들 및 상기 캐소드 전극들 각각은 스트라이프 형상 을 가지고, 상기 게이트 전극의 스트라이프와 상기 캐소드 전극의 스트라이프는 하나씩 교대로 배열될 수 있다. 상기 게이트 전극들 및 상기 캐소드 전그들은 노멀 게이트 방식 또는 언더 게이트 방식으로 배치될 수 있다. 상기 하부 기판은 N개의 구동 영역들로 구분될 수 있고, 상기 제1 펄스 전압들은 상기 구동 영역들 각각에 독립적으로 제공될 수 있다. 상기 제2 펄스 전압들은 상기 구동 영역들 각각에 독립적으로 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 전계방출 장치의 구동 방법은 상기 전계방출 장치를 구동하는 방법으로, 상기 제1 펄스 전압들은 위상차를 가질 수 있다.
상기 외부 전원은 상기 캐소드 전극들에 상기 위상차를 갖는 제2 펄스 전압들을 제공할 수 있다. 상기 위상차의 최소값은 상기 제1 및 제2 펄스 전압들의 펄스 폭보다 크거나 같을 수 있다. 상기 하부 기판은 N개의 구동 영역들로 구분될 수 있고, 상기 제1 펄스 전압들은 상기 구동 영역들 각각에 독립적으로 제공되고, 상기 구동 영역들은 순차적으로 구동될 수 있다. 상기 제2 펄스 전압들은 상기 구동 영역들 각각에 독립적으로 제공될 수 있고, 상기 구동 영역들은 순차적으로 구동될 수 있다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 상기 요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이러한 용어들은 단지 상기 요소들을 서로 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다.
이하에서는 래터럴 게이트형(lateral gate type) 전계방출 장치가 본 발명의 실시예로 설명된다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다른 형태의 전계방출 장치, 예컨대 노멀 게이트형(normal gate type) 및 언더 게이트형(under gate type) 전계방출 장치에도 적용될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 전계방출 장치가 설명된다. 전계방출 장치(1)는 하부 기판(11) 및 상부 기판(21)을 포함한다. 게이트 전극들(12_1-4) 및 캐소드 전극들(13_1-4)이 하부 기판(11) 상에 배치된다. 게이트 전극들(12_1-4) 및 캐소드 전극들(13_1-4) 각각은 스트라이프 형상을 가질 수 있다. 또, 게이트 전극의 스트라이프와 캐소드 전극의 스트라이프는 하나씩 교대로 배열될 수 있다. 게이트 전극들(12_1-4) 및 캐소드 전극들(13_1-4)의 폭은 각각 150㎛이고, 게이트 전극(12)과 캐소드 전극(13) 간 간격은 50㎛일 수 있다.
에미터(14)가 게이트 전극들(12_1-4) 및 캐소드 전극들(13_1-4)의 중앙부 상에 배치된다. 에미터(14)는 스트라이프 형상을 가질 수 있다. 에미터(14)의 폭은 100㎛일 수 있다. 따라서 게이트 전극들(12_1-4) 상의 에미터(14)와 캐소드 전극들(13_1-4) 간 간격 및 캐소드 전극들(13_1-4) 상의 에미터(14)와 게이트 전극들(12_1-4) 간 간격은 75㎛가 될 수 있다. 에미터(14)는 탄소나노튜브를 포함하는 페이스트를 스크린 프린팅법으로 도포하여 형성될 수 있다.
하부 기판(11)의 4개의 구동 영역들(D1-4)로 구분될 수 있다. 게이트 전극들(12_1-4) 및 캐소드 전극들(13_1-4)은 구동 영역들((D1-4) 각각에 하나씩 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 게이트 전극(12_1)과 제1 캐소드 전극(13_1)이 제1 구동 영역(D1)에 배치될 수 있고, 제2 게이트 전극(12_2)과 제2 캐소드 전극(13_2)이 제2 구동 영역(D2)에 배치될 수 있다. 제3 게이트 전극(12_3)과 제3 캐소드 전극(13_3)이 제3 구동 영역(D3)에 배치될 수 있고, 제4 게이트 전극(12_4)과 제4 캐소드 전극(13_4)이 제4 구동 영역(D4)에 배치될 수 있다.
상부 기판(21)은 하부 기판(11)에 대향하여 배치된다. 애노드 전극(22) 및 형광체층(23)이 하부 기판(11)을 향하여 상부 기판(21) 상에 배치될 수 있다. 애노드 전극(22)은 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명한 도전물질로 형성될 수 있고, 형광체층(23)은 RGB 형광체가 일정 비율로 혼합된 백색 형광체로 형성될 수 있다.
하부 기판(11)과 상부 기판(21)은 스페이서(미도시)을 사이에 두고 일정한 간격, 예컨대 6mm 간격으로 대면할 수 있으며, 그 사이의 공간에는 전자가 방출될 수 있도록 진공이 형성될 수 있다. 진공도는 10-7Torr일 수 있다.
전계방출 장치(1)는 게이트 전극들(12_1-4) 및 캐소드 전극들(13_1-4)에 펄스 전압들을 제공하고, 애노드 전극(14)에 높은 직류 전압을 제공하는 인버터(30)를 포함할 수 있다. 또, 전계방출 장치(1)는 인버터(30)를 제어하는 제어기(40)를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 전계방출 장치 구동 방법이 설명된다. 인버터(30)는 제어기(40)의 제어에 의해 애노드 전극(22)에 8kV의 직류 전압을 제공하고, 게이트 전극들(12_1-4) 및 캐소드 전극들(13_1-4)에 250V의 펄스 전압들(GPV1-4,CPV1-4)을 제공한다. 펄스 전압들(GPV1-4,CPV1-4)은 구형파일 수 있다. 상기 구형파의 주파수, 주기(T) 및 펄스 폭(TW)은 각각 5kH, 200㎲, 2㎲일 수 있다. 또, 펄스 전압들(GPV1-4,CPV1-4)은 위상차(PD)를 갖도록 순차적으로 제공될 수 있다. 예컨대, 제1 게이트 전극(12_1), 제2 게이트 전극(12_2), 제3 게이트 전극(12_3), 제4 게이트 전극(12_4)에 순차적으로 제1 게이트 펄스 전압(GPV1), 제2 게이트 펄스 전압(GPV2), 제3 게이트 펄스 전압(GPV3), 제4 게이트 펄스 전압(GPV4)이 제공될 수 있고, 이어서 제1 캐소드 전극(13_1), 제2 캐소드 전극(13_2), 제3 캐소드 전극(13_3), 제4 캐소드 전극(13_4)에 순차적으로 제1 캐소드 펄스 전압(CPV1), 제2 캐소드 펄스 전압(CPV2), 제3 캐소드 펄스 전압(CPV3), 제4 캐소드 펄스 전압(CPV4)이 제공될 수 있다.
펄스 전압들(GPV1-4,CPV1-4)의 위상차(PD)의 최소값은 펄스 폭(TW)보다 크거나 같을 수 있다. 또, 구동 영역의 수가 N이고, 펄스 전압들의 주기가 T인 경우, 펄스 전압들(GPV1-4,CPV1-4) 간 위상차(PD)의 최소값은 T/2N일 수 있다. 본 실시예에서, 주기(T)가 200㎲이고, 구동 영역의 수(N)가 4이므로 위상차(PD)의 최소값은 25㎲일 수 있다. 즉, 제2 게이트 펄스 전압(GPV2)은 제1 게이트 펄스 전압(GPV1)에 대하여 25㎲의 위상차로 제공되고, 제3 게이트 펄스 전압(GPV3) 및 제4 게이트 펄스 전압(GPV4)은 제1 게이트 펄스 전압(GPV1)에 대하여 각각 50㎲, 75㎲의 위상차로 제공된다. 또, 제1 내지 제4 캐소드 펄스 전압들(CPV1-4)은 제1 게이트 펄스 전압(GPV1)에 대하여 각각 100㎲, 125㎲, 150㎲, 175㎲의 위상차로 제공된다.
이와 같이, 펄스 전압들(GPV1-4,CPV1-4)이 순차적으로 제공됨에 따라 제1 구동 영역(D1), 제2 구동 영역(D2), 제3 구동 영역(D3), 제4 구동 영역(D4)이 순차적으로 구동될 수 있다.
종래 하부 기판을 복수의 구동 영역들로 구분하지 않고 펄스 전압을 제공하는 경우에는 애노드의 피크 전류가 120mA로 크게 나타나고, 전계방출 장치의 휘도 및 효율은 각각 4500㏅/㎡, 48.3㏐/W으로 낮게 나타난다. 그러나 상술한 본 발명의 구동 방법에 따르면, 애노드 전극(22)의 피크 전류는 30mA로 낮게 나타나고, 전계방출 장치의 휘도 및 효율은 각각 7600㏅/㎡, 61.2㏐/W로 크게 나타난다.
이제까지 본 발명에 대한 구체적인 실시예들을 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예컨대, 상기 실시예들에서는 하부 기판이 4개의 구동 영역들로 구분되었으나, 이에 한정하여서는 안 되며, 복수의 구동 영역들로 구분될 수 있으면 된다. 또, 상기 구동 영역들은 다양한 모양을 가질 수 있으며, 상기 구동 영역들 각각은 인접하지 않은 복수의 구동 영역들을 포함할 수 있다. 즉, 소정 거리 이격된 복수의 구동 영역들이 동시에 구동될 수 있다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설 명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 애노드 전극에 과도하게 큰 전류가 흐르는 것을 방지하여 전계방출 장치의 구동 안정성이 확보될 수 있다. 저전류용 구동 인버터를 사용할 수 있어 제조 비용이 절감될 수 있다. 전계방출 장치의 휘도 및 효율이 향상될 수 있다.

Claims (11)

  1. 복수 개의 구동 영역들로 구분된 하부 기판;
    복수 개의 스트라이프들을 포함하며, 상기 구동 영역들 상에 각각 배치된 게이트 전극;
    복수 개의 스트라이프들을 포함하며, 상기 구동 영역들 상에 각각 배치된 캐소드 전극;
    상기 게이트 전극 및 상기 캐소드 전극 중 적어도 어느 하나의 전극 상에 위치하는 에미터;
    상기 하부 기판에 대향하도록 배치되고, 애노드 전극을 갖는 상부 기판; 및
    상기 구동 영역들 각각의 상기 게이트 전극에 제1 펄스 전압들을 독립적으로 제공하여 상기 구동 영역들을 각각 독립적으로 구동하는 외부 전원을 포함하고,
    하나의 구동 영역에서 상기 게이트 전극의 스트라이프들은 서로 연결되어 상기 게이트 전극을 구성하고, 상기 하나의 구동 영역에서 상기 캐소드 전극의 스트라이프들은 서로 연결되어 상기 캐소드 전극을 구성하며, 상기 게이트 전극의 스트라이프들과 상기 캐소드 전극의 스트라이프들은 하나씩 교대로 배열되는 전계방출 장치.
  2. 청구항 1에서, 상기 외부 전원은 상기 구동 영역들 각각의 상기 캐소드 전극에 제2 펄스 전압들을 독립적으로 제공하는 전계방출 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에서,
    상기 제1 펄스 전압들은 상기 구동 영역들 각각에 독립적으로 제공되는 전계방출 장치.
  6. 청구항 1에서, 상기 외부 전원은 상기 구동 영역들 각각의 상기 캐소드 전극에 제2 펄스 전압들을 제공하고,
    상기 제2 펄스 전압들은 상기 구동 영역들 각각에 독립적으로 제공되는 전계방출 장치.
  7. 청구항 1의 전계방출 장치를 구동하는 방법에 있어서,
    상기 제1 펄스 전압들은 위상차를 갖도록 제공되는 전계방출 장치의 구동 방법.
  8. 청구항 7에서, 상기 외부 전원은 상기 구동 영역들 각각의 상기 캐소드 전극에 상기 위상차를 갖는 제2 펄스 전압들을 제공하는 전계방출 장치의 구동 방법.
  9. 청구항 8에서, 상기 위상차의 최소값은 상기 제1 및 제2 펄스 전압들의 펄스 폭보다 크거나 같은 전계방출 장치의 구동방법.
  10. 청구항 7에서,
    상기 제1 펄스 전압들은 상기 구동 영역들 각각에 독립적으로 제공되고,
    상기 구동 영역들은 순차적으로 구동되는 전계방출 장치의 구동 방법.
  11. 청구항 9에서, 상기 외부 전원은 상기 구동 영역들 각각의 상기 캐소드 전극에 상기 위상차를 갖는 제2 펄스 전압들을 제공하고,
    상기 제2 펄스 전압들은 상기 구동 영역들 각각에 독립적으로 제공되고,
    상기 구동 영역들은 순차적으로 구동되는 전계방출 장치의 구동 방법.
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