KR100901474B1 - 전계방출장치 정전류 구동회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전계방출장치의 정전류 구동회도에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 애노드 전극의 접지전류를 실시간으로 측정하고 측정된 접지전류를 피드백하여 전계방출장치의 게이트 전극과 캐소드 전극간에 인가되는 전압의 주파수 및 순환비를 가변함으로써 애노드 전극의 접지전류가 일정하게 유지될 수 있도록 하기 위한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 전면기판상에 형성된 애노드 전극, 상기 전면기판과 소정 간격 이격되어 상기 전면기판과 대향하도록 배치된 배면기판상에 형성된 게이트 전극 및 캐소드 전극, 상기 캐소드 전극의 상면에 형성된 에미터를 포함하는 전계방출장치의 정전류 구동회로에 있어서, 상기 애노드 전극의 접지전류를 검출하는 전류검출회로; 상기 에미터에서 전자를 방출시키기 위한 구동교류전압을 상기 게이트 전극과 상기 캐소드 전극간에 인가하는 입력전원부; 및 상기 전류검출회로에서 검출된 애노드 전극의 접지전류를 설정된 기준전류와 비교하여 전류편차를 구하고, 상기 전류편차에 따라 상기 구동교류전압의 주파수를 가변하기 위한 주파수신호 또는 상기 구동교류전압의 순환비를 가변하기 위한 순환비신호를 상기 입력전원부에 제공하는 피드백회로부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전계방출, 피드백, 정전류 구동, 주파수 가변, 순환비 가변

Description

전계방출장치 정전류 구동회로{Constant current driving circuit for field emission device}
본 발명은 전계방출장치 정전류 구동회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 더욱 상세하게는 애노드 전극의 접지전류를 실시간으로 측정하고 측정된 접지전류를 피드백하여 전계방출장치의 게이트 전극과 캐소드 전극간에 인가되는 전압의 주파수 및 순환비를 가변함으로써 애노드 전극의 접지전류가 일정하게 유지될 수 있도록 하기 위한 것이다.
최근 기존의 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체할 수 있는 가볍고 얇은 평판 디스플레이 장치로서 전계방출(field emission)을 이용한 박막 디스플레이 장치에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있다.
전계방출장치에는 2극 구조와 3극 구조가 있는데, 2극 구조는 제조가 용이하며 발광명적을 크게 할 수 있는 이점이 있지만 높은 구동전압이 요구되며 발광효율이 낮은 문제가 있어 최근에는 주로 3극 구조가 사용되고 있다.
3극 구조에서는 전계방출물질로부터 전자를 용이하게 뽑아낼 수 있도록 하기 위하여 게이트 전극이라는 보조전극을 캐소드 전극과 수십 나노미터(nm)에서 수 센티미터(cm)까지 이격하여 형성하게 된다.
도 1은 종래의 3극 구조를 갖는 전계방출장치의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 배면기판(1)의 표면에 캐소드 전극(2)이 형성되어 있으며, 캐소드 전극(2)의 상면에는 에미터(3)가 형성되어 있다. 게이트 전극(4)은 캐소드 전극(2)과 소정 간격 이격되어 있으며, 절연층(5)을 매개로 하여 배면기판(1)상에 형성되어 있다. 전면기판(6)은 배면기판(1)에 대향하도록 형성되어 있으며, 전면기판(6)에는 형광체층(7) 및 애노드 전극(8)이 형성되어 있다. 전계방출장치의 구동을 위한 애노드 전압과 게이트 전압은 각각 DC 인버터(9)와 AC 인버터(10)에 의하여 공급된다.
이때 종래의 전계방출장치에서는 외부의 충격 또는 구동회로의 오동작으로 인하여 과전류가 공급될 수 있고 그 결과 절연체층이 손상 또는 파괴되고, 게이트 전극과 캐소드 전극의 소트현상이 발생하기도 하였다.
또한, 게이트 전극에서의 전류가 일정하지 않아 전계방출장치의 화면의 위치에 따라 휘도의 차이가 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 애노드 전극의 접지전류를 실시간으로 측정하고 측정된 접지전류를 피드백(feed-back)하여 전계방출장치의 게이트 전극과 캐소드 전극간에 인가되는 구동교류전압의 주파수 및 순환비(duty ratio)를 가변함으로써 애노드 전극의 접지전류가 일정하게 유지될 수 있도록 하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전계방출장치 정전류 구동회로는, 전면기판상에 형성된 애노드 전극, 상기 전면기판과 소정 간격 이격되어 상기 전면기판과 대향하도록 배치된 배면기판상에 형성된 게이트 전극 및 캐소드 전극, 상기 캐소드 전극의 상면에 형성된 에미터를 포함하는 전계방출장치의 정전류 구동회로에 있어서, 상기 애노드 전극의 접지전류를 검출하는 전류검출회로; 상기 에미터에서 전자를 방출시키기 위한 구동교류전압을 상기 게이트 전극과 상기 캐소드 전극간에 인가하는 입력전원부; 및 상기 전류검출회로에서 검출된 애노드 전극의 접지전류를 설정된 기준전류와 비교하여 전류편차를 구하고, 상기 전류편차에 따라 상기 구동교류전압의 주파수를 가변하기 위한 주파수신호 또는 상기 구동교류전압의 순환비를 가변하기 위한 순환비신호를 상기 입력전원부에 제공하는 피드백회로부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 피드백회로부는 상기 주파수신호 및 상기 순환비신호를 상기 입력전원부에 제공하는 것을 특징으로 할 수도 있다.
상기 입력전원부는, 교류 전압을 입력받아 정류하는 전원공급부; 상기 전원공급부에서 직류전압을 입력받아 교류전압을 생성하되, 상기 생성되는 교류전압의 주파수 및 순환비는 상기 피드백회로부에서 입력받는 상기 주파수신호 및 순환비신호에 의하여 설정되는 전력구동부; 및 상기 전력구동부에서 생성된 교류전압을 입력받아 승압하여 상기 구동교류전압을 생성하는 고압발생부;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 피드백회로부는, 상기 주파수신호를 출력하는 주파수 가변부;
상기 순환비신호를 출력하는 순환비 가변부; 및 상기 주파수 가변부에서 출력하는 주파수신호로부터 상기 구동교류전압의 주파수를 검출하여 한계주파수와 비교하는 주파수 비교기;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 구동교류전압의 주파수가 상기 한계주파수를 초과하는 경우에는 상기 구동교류전압의 주파수를 상기 한계주파수로 고정하고 상기 순환비만을 가변시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 전계방출장치 정전류 구동회로에 따르면, 애노드 전극의 접지전류를 실시간으로 측정하고 측정된 접지전류를 피드백하여 전계방출장치의 게이트 전극과 캐소드 전극간에 인가되는 전압의 주파수 및 순환비를 가변함으로써 애노드 전극의 접지전류를 일정하게 유지할 수 있게 된다. 그 결과 전계방출장치의 발광 균일성을 증대시키고, 전계방출장치의 수명을 연장시키며, 전계방출장치의 안정성을 증대시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 전계방출장치 정전류 구동회로의 구성도로서, 도 2를 참조하면 게이트 전극이 캐소드 전극의 측면에 위치하도록 구성된 측면 게이트(Lateral gate) 방식의 전계방출장치가 본 발명에 따른 정전류 구동회로에 의하여 구동되고 있다.
우선 측면 게이트 방식의 전계방출장치에 대하여 설명한다.
전면기판(16)과 배면기판(11)은 소정 간격 이격되어 상호 대향하도록 배치되어 있다. 전면기판(16)과 배면기판(11)은 절연성 기판으로서 유리, 알루미나, 석영, 실리콘 웨이퍼 등이 사용될 수 있으나 제작공정 및 대면적화를 고려하면 유리기판을 사용하는 것이 바람직하다.
배면기판(11)상에는 금속으로 이루어진 적어도 하나 이상의 캐소드 전 극(12)이 형성되어 있으며, 캐소드 전극(12)은 스트라이프 형상을 갖는 것이 일반적이다.
캐소드 전극(12)의 상면에는 전자가 방출되는 에미터(13)가 형성된다. 에미터(13)는 금속, 나노카본, 카바이드, 나이트라이드화합물 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
배면기판(11)상에는 캐소드 전극(12) 사이로 캐소드 전극(12)과는 이격되도록 적어도 하나 이상의 절연체(15)가 형성되어 있으며, 절연체(15)의 상면에는 게이트 전극(14)이 형성된다.
배면기판(11)과 대향하도록 배치된 전면기판(16)상에는 배면기판(11)을 향하도록 애노드 전극(18)이 형성되어 있는데, 애노드 전극(18)은 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명도전층으로 형성됨이 일반적이다.
애노드 전극(18)상에는 R, G, B 형광체가 일정 비율로 혼합된 형광체층(17)이 도포된다.
배면기판(11)과 전면기판(16) 사이에는 기판을 지지하며 진공기밀을 유지하기 위한 프릿 글래스(frit glass)(19)가 형성된다.
애노드 전극(18)에 연결된 직류전원(10)은 에미터(13)에서 방출된 전자를 가속하기 위한 것으로서, 직류 전압원으로 구성됨이 일반적이다.
이때 애노드 전극(18)의 접지 전류는 에미터(13)에서 방출되는 전자의 개수에 의하여 영향을 받게 되는데, 에미터(13)에서의 전자방출은 게이트 전극(14)과 캐소드 전극(12)간에 인가되는 구동교류전압에 의해 이루어지므로 게이트 전극(14) 과 캐소드 전극(12)간에 인가되는 구동교류전압을 조절함으로써 애노드 전극(18)의 접지전류를 조절할 수 있게 된다.
이하에서는 정전류 구동회로의 구성 및 동작에 대하여 설명하도록 한다.
정전류 구동회로는 애노드 전극(18)의 접지전류가 일정하게 유지되도록 하기 위하여 전계방출장치의 게이트 전극(14)과 캐소드 전극(12)간에 인가되는 구동교류전압의 주파수 및 순환비를 가변시키는 동작을 수행한다.
도 2을 참조하면, 정전류 구동회로는 전류검출회로(20), 입력전원부 및 피드백회로부(21)로 구성된다.
전류검출회로는 애노드 전극(18)의 접지전류를 검출하기 위한 회로로서, 저항을 이용하여 구현될 수 있다. 따라서 전류검출회로에 의하여 검출된 애노드 전극(18)의 접지전류는 전압으로 변환되어 출력됨이 일반적이다.
입력전원부는 에미터(13)에서 전자를 방출시키기 위한 구동교류전압을 전계방출장치의 게이트 전극(14)과 캐소드 전극(12)간에 인가하는 것으로서 전원필터부(23), 전원공급부(24), 전력구동부(25) 및 고압발생부(26)를 포함하고 있다.
전원필터부(23)는 입력전원(22)으로부터 통상의 교류 상용전압을 입력받아 잡음을 제거하는 부분으로서 잡음이 제거된 교류 상용전압을 전원공급부(24)로 출력한다.
전원공급부(24)는 전원필터부(23)로부터 잡음이 제거된 교류 상용전압을 입력받아 정류를 하여 출력하는 것으로서, 교류 전압을 직류 전압으로 바꾸는 컨버터 를 의미한다.
전력구동부(25)는 전원공급부(24)에서 직류 전압을 입력받아 교류 전압을 생성하여 고압발생부(26)로 출력하며, 고압발생부(26)에서는 입력된 교류 전압을 전계발생장치의 게이트 전극(14)과 캐소드 전극(12)간에 인가하기에 적절한 레벨로 승압을 하여 출력을 한다. 고압발생부(26)에서 출력된 교류 전압은 전계발생장치의 게이트 전극(14)과 캐소드 전극(12)간에 인가되어 캐소드 전극(12)의 상면에 형성된 에미터(13)에서 전자를 방출시키기 위한 구동교류전압의 역할을 한다.
전력구동부(25)에서 생성되는 교류 전압의 주파수 및 순환비는 이하에서 설명할 피드백회로부(21)에 의하여 결정된다.
피드백회로부(21)는 전류검출회로(20)에서 검출된 접지전류를 입력받아 기준전류와 비교하여 전류편차를 구하고, 전류편차에 따라 전계방출장치의 게이트 전극(14)과 캐소드 전극(12)간에 인가되는 구동교류전압의 주파수 및 순환비를 조절하는 것이다.
이때, 기준전류란 전계방출장치가 정상상태에 있을 경우에 대하여 설계상 설정된 애노드 전극(18)의 접지전류를 의미하는데, 전계방출장치에 형성된 전극들(12,14,18)과 에미터(13)의 구성물질에 따라 다른 값을 가질 수 있다.
피드백회로부(21)는 도 3의 피드백회로부의 상세도에 도시된 바와 같이 주파수 가변부(30), 순환비 가변부(31) 및 주파수 비교기(32)를 포함하고 있다.
주파수 가변부(30)는 전류검출회로(20)에서 검출된 접지전류를 입력받아 기준전류와 비교하여 전류편차를 구하고, 전류편차에 따라 구동교류전압의 주파수를 가변하기 위한 주파수신호를 출력하는 것이다. 따라서, 주파수 가변부(30)에는 미리 설정된 기준전류의 값이 저장되어 있다.
구체적으로, 전류검출회로(20)에서 측정된 접지전류가 기준전류보다 작은 경우에는 구동교류전압의 주파수를 증기시키도록 하는 주파수신호를 출력하며, 반대로 기준전류가 접지전류보다 크다면 구동교류전압의 주파수를 감소시키기 위한 주파수신호를 출력한다. 즉, 주파수신호란 전력구동부(25)에서 생성되는 교류 전압의 주파수를 결정하기 위한 매개신호로서, 결국 구동교류전압의 주파수에 대한 정보를 포함하고 있는 신호를 말한다.
순환비 가변부(31)는 전류편차에 따라 구동교류전압의 순환비를 가변하기 위한 순환비신호를 출력하는 것으로서 주파수 가변부와 마찬가지로 기준전류의 값이 저장되어 있다. 순환비 가변부(31)는 접지전류가 기준전류보다 작은 경우에는 구동교류전압의 순환비를 증가시키도록 하는 순환비신호를 출력하며, 반대로 기준전류가 접지전류보다 크다면 구동교류전압의 순환비를 감소시키기 위한 순환비신호를 출력한다. 따라서 순환비신호란 전력구동부에서 생성하는 교류 전압의 순환비를 결정하기 위한 매개신호로서, 결국 구동교류전압의 순환비에 대한 정보를 포함하고 있는 신호를 말한다.
전계방출장치의 에미터(13)에서 방출되는 전자의 개수는 구동교류전압의 주파수 또는 순환비에 의하여 영향을 받게 되는데, 구동교류전압의 주파수를 우선적으로 변화시키는 것이 바람직하다. 구체적으로 전류편차에 따라 구동교류전압의 주파수를 우선적으로 변화시키되, 만일 구동교류전압의 주파수가 소정의 한계주파수 를 초과하는 경우에는 구동교류전압의 주파수를 한계주파수로 고정하고 이후부터는 순환비만을 가변시키는 것이 바람직하다.
한계주파수는 전계방출장치의 에미터(13)의 구성물질의 성질 등을 고려하여 정하게 된다.
구동교류전압의 주파수와 한계주파수를 비교하는 과정은 피드백회로부(21)에 포함된 주파수 비교기(32)에 의하여 이루어진다. 즉, 주파수 비교기(32)에는 한계주파수가 저장되어 있으며, 주파수 가변부(30)에서 출력되는 주파수신호를 피드백 받아 주파수신호에 포함된 구동교류전압의 주파수 정보를 추출하여 한계주파수와 대비를 하게 된다.
도 4는 주파수가 가변된 구동교류전압의 파형도로서, 구동교류전압의 형상이 구형파인 경우로 예시로 하여 도시하였다. 도 4에서 기본구동상태란 애노드 전극(18)의 접지전류가 기준전류와 동일한 값을 갖는 경우를 의미한다. 도 4에 도시된 바와 같이 애노드 전극의 접지전류가 기준전류보다 작은 경우에는 애노드 전극의 접지전류를 증가시키기 위하여 구동교류전압의 주파수를 증가시키게 되며, 반대로, 애노드 전극의 접지전류가 기준전류보다 큰 경우에는 애노드 전극의 접지전류를 감소시키기 위하여 구동교류전압의 주파수를 감소시키게 된다. 다만, 도 4의 주파수 변환 과정에서 구동교류전압의 하이레벨 지속시간은 동일하게 유지되는 것이 바람직하다.
도 5는 순환비가 가변된 구동교류전압의 파형도이다. 도 5에 도시된 바와 같이 애노드 전극(18)의 접지전류를 증가시킬 필요가 있는 경우에는 순환비를 증가시 키게 되며, 애노드 전극의 접지전류를 감소시킬 필요가 있는 경우에는 구동교류전압의 순환비를 감소시키게 된다. 다만, 도 5의 순환비 변환과정에서는 기본구동상태와 주파수가 동일하게 유지되는 경우를 도시한 것이며, 바람직하게는 앞서 설명한 바와 같이 전류편차에 따라 구동교류전압의 주파수를 우선적으로 변화시키되, 만일 구동교류전압의 주파수가 소정의 한계주파수를 초과하는 경우에는 구동교류전압의 주파수를 한계주파수로 고정하고 이후부터는 순환비만을 가변시키는 것이 바람직하다.
이상에서 검토한 주파수 및 순환비 변환과정은 반복적으로 연속하여 수행되므로 애노드 전극(18)의 접지전류의 크기에 따라 실시간으로 구동교류전압의 크기를 조절함으로써 애노드 전극(18)의 접지전류를 일정하게 유지할 수 있게 된다.
본 발명의 전계방출장치 정전류 구동회로에 따르면, 애노드 전극의 접지전류를 실시간으로 측정하고 측정된 접지전류를 피드백하여 전계방출장치의 게이트 전극과 캐소드 전극간에 인가되는 전압의 주파수 및 순환비를 가변함으로써 애노드 전극의 접지전류를 일정하게 유지할 수 있게 된다. 그 결과 전계방출장치의 발광 균일성을 증대시키고, 전계방출장치의 수명을 연장시키며, 전계방출장치의 안정성을 증대시킬 수 있다.
도 1은 종래의 3극 구조를 갖는 전계방출장치의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 전계방출장치 정전류 구동회로의 구성도.
도 3은 피드백 회로부의 상세도.
도 4는 주파수가 가변된 구동교류전압의 파형도.
도 5는 순환비가 가변된 구동교류전압의 파형도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 직류전원 11 : 배면기판 12 : 캐소드 전극 13 : 에미터
14 : 게이트 전극 15 : 절연체
16 : 전면기판 17 : 형광체층
18 : 애노드 전극 19 : 프릿 글래스
20 : 전류검출회로 21 : 피드백회로부
22 : 입력전원 23 : 전원필터부
24 : 전원공급부 25 : 전력구동부
26 : 고압발생부 30 : 주파수 가변부
31 : 순환비 가변부 32 : 주파수 비교기

Claims (5)

  1. 전면기판 상에 형성된 애노드 전극, 상기 전면기판과 이격되어 상기 전면기판과 대향하도록 배치된 배면기판 상에 형성된 게이트 전극, 상기 배전기판에 상기 게이트 전극과 이격 형성되는 캐소드 전극, 상기 캐소드 전극의 상면에 형성된 에미터를 포함하는 전계방출장치의 정전류 구동회로에 있어서,
    상기 애노드 전극의 접지전류를 검출하는 전류검출회로;
    상기 에미터에서 전자를 방출시키기 위한 구동교류전압을 상기 게이트 전극과 상기 캐소드 전극간에 인가하는 입력전원부; 및
    상기 전류검출회로에서 검출된 애노드 전극의 접지전류를 설정된 기준전류와 비교하여 전류편차를 구하고, 상기 전류편차에 따라 상기 구동교류전압의 주파수를 가변하기 위한 주파수신호 및 상기 구동교류전압의 순환비를 가변하기 위한 순환비신호를 상기 입력전원부에 제공하는 피드백회로부;를 포함하며,
    상기 피드백회로부는 상기 구동교류전압의 주파수가 설정된 한계주파수를 초과하는 경우에는 상기 구동교류전압의 주파수를 상기 한계주파수로 고정하는 것을 특징으로 하는 전계방출장치 정전류 구동회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피드백회로부는 상기 주파수신호 및 상기 순환비신호를 상기 입력전원부에 제공하는 것을 특징으로 하는 전계방출장치 정전류 구동회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 입력전원부는,
    교류 전압을 입력받아 직류전압으로 변환하여 공급하는 전원공급부;
    상기 전원공급부에서 직류전압을 입력받아 교류전압을 생성하되, 상기 생성되는 교류전압의 주파수 및 순환비는 상기 피드백회로부에서 입력받는 상기 주파수신호 및 순환비신호에 의하여 설정되는 전력구동부; 및
    상기 전력구동부에서 생성된 교류전압을 입력받아 승압하여 상기 구동교류전압을 생성하는 고압발생부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출장치 정전류 구동회로.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 피드백회로부는,
    상기 주파수신호를 출력하는 주파수 가변부;
    상기 순환비신호를 출력하는 순환비 가변부; 및
    상기 주파수 가변부에서 출력하는 주파수신호로부터 상기 구동교류전압의 주파수를 검출하여 상기 한계주파수와 비교하는 주파수 비교기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출장치 정전류 구동회로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 구동교류전압의 주파수가 상기 한계주파수를 초과하는 경우에는 상기 구동교류전압의 주파수를 상기 한계주파수로 고정하고 상기 순환비만을 가변시키는 것을 특징으로 하는 전계방출장치 정전류 구동회로.
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