KR101217553B1 - 전계방출소자의 구동 방법 및 이를 이용한 에이징 방법 - Google Patents

전계방출소자의 구동 방법 및 이를 이용한 에이징 방법 Download PDF

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Abstract

전계방출소자의 구동 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 전계방출소자의 구동 방법은 전자 방출원이 마련된 캐소드 전극 및 상기 캐소드 전극과 마주보게 배치된 애노드 전극을 포함하는 전계방출소자의 구동 방법에 있어서, 전자 방출을 위한 구동 전압으로 교류 전압을 이용하는 것을 특징으로 한다. 교류 전압을 이용함으로써 아킹의 발생을 방지하고 전자 방출원을 더욱 활성화시킬 수 있다. 아울러 본 발명의 일 측면에 따른 전계방출소자의 에이징 방법은 전계방출소자의 에이징 시에 상기 전자 방출원으로부터 전자 방출이 일어나지 않을 정도의 정전압과 주기적으로 전자 방출을 일으킬 정도의 교류 전압을 이용하는 것을 특징으로 한다.
전계방출소자, 전자 방출원, 교류 구동 전압, 에이징

Description

전계방출소자의 구동 방법 및 이를 이용한 에이징 방법{Driving method of field emission device and aging method using the same}
도 1은 이극관 전계방출소자를 보이는 모식도이다.
도 2은 상기 도 1에 도시된 이극관 전계방출소자에 대한 구동 전압의 일 예를 보이는 그래프이다.
도 3은 상기 도 1에 도시된 이극관 전계방출소자에 대한 구동 전압의 다른 예를 보이는 그래프이다.
도 4는 삼극관 전계방출소자를 보이는 모식도이다.
도 5a 내지 도 5b는 상기 도 4에 도시된 삼극관 전계방출소자에 대한 구동 전압의 일 예를 보이는 그래프이다.
도 6a 내지 도 6b는 상기 도 4에 도시된 삼극관 전계방출소자에 대한 구동 전압의 다른 예를 보이는 그래프이다.
도 7a 내지 도 7c는 정전압을 이용하여 구동한 전계방출소자 표시장치 샘플의 사진들이다.
도 8a 내지 도 8c는 상기 도 7a 내지 도 7c와 같은 샘플을 상기 도 3의 실시예와 같이 캐소드 전극에 교류 전압을 인가하여 구동한 사진들이다.
도 9a 내지 도 9c, 도 10a 내지 도 10c, 그리고 도 11a 내지 도 11b는 동일 한 샘플을 가지고, 각각 동일한 수준의 방출전류에 대하여, 구동 전압으로서 정전압, 정전압과 펄스 전압, 그리고 정전압과 교류 전압을 인가한 경우를 비교할 수 있는 사진들이다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명에 따른 에이징 방법의 실험예를 보이는 사진들이다.
도 13 내지 도 15c는 또다른 전계방출소자 표시장치 샘플에 대하여 본 발명에 따른 구동 방법을 이용한 에이징 방법의 효과를 검증하는 실험예를 보이는 사진들이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10, 30: 캐소드 전극 15, 35: 전자 방출원
20, 50: 애노드 전극 40: 게이트 전극
본 발명은 전계방출소자의 구동 방법 및 이를 이용한 전계방출 표시장치의 에이징 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 전계방출소자의 구동 전압으로서 교류를 인가하여 아킹을 방지하고, 다수의 전계방출소자를 구비한 전계방출 표시장치에서 전자 방출 균일성을 향상시키는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 냉음극을 이용하는 방식의 전자방출소자로는, FEA(Field Emitter Array)형, SCE(Surface Conduction Emitter)형, MIM(Metal Insulator Metal)형 및 MIS (Metal Insulator Semiconductor)형, BSE(Ballistic electron Surface Emitting)형 등이 알려져 있다.
상기 전자방출소자들 중에서 전계방출소자, 즉 FEA형은 일함수(Work Function)가 낮거나 베타 함수(β Function)가 높은 물질을 전자 방출원으로 사용할 경우 진공 중에서 전기장에 의한 터널링 효과로 전자가 쉽게 방출되는 원리를 이용한 것이다. 전자 방출원으로는 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si) 등을 주된 소재로 하는 선단이 뾰족한 팁(tip)구조물이나 그래파이트(graphite), DLC(Diamond Like Carbon) 등의 탄소계 물질을 이용하고, 최근에는 나노 튜브(Nano Tube)나 나노 와이어(Nano Wire)등의 나노 재료을 이용한 소자가 개발되고 있다.
상기 FEA형 전자방출소자, 즉 전계방출소자에는 전극의 배치 형태에 따라, 상면에 전자 방출원이 배치된 캐소드 전극 및 상기 캐소드 전극과 마주보는 애노드 전극을 마련하고 상기 두 전극들 사이의 전위차에 의해 전자가 방출되도록 한 이극관 구조의 전계방출소자가 있고, 상기 이극관 구조의 캐소드 전극에 인접하게 게이트 전극을 마련하여 전자를 추출하도록 한 삼극관 구조의 전계방출소자가 있다. 전계방출소자를 이용한 전계방출 표시장치는 전자 방출원에서 방출된 전자가 가속되어 도달하는 애노드 전극 표면에 형광 물질층을 마련하여 발광시키는 구조를 갖는다.
이러한 전계방출소자를 구동하는 종래의 방법은 상기 전극들에 구동전압으로서 직류 또는 펄스 형태의 전압을 인가한다. 이 경우 구동전압이 온(ON) 상태일 때는 캐소드와 애노드 사이에 전압이 일정하게 유지되므로, 그 시간 동안 전자 방출 원의 팁(tip) 주위에 대전 입자들이 많이 모이게 되고, 이러한 대전 입자들에 의해서 아킹(arcing)이 일어나기 쉽다. 특히, 구동전압이 온(ON) 상태에서 오프(OFF) 상태로 또는 오프 상태에서 온 상태로 전환될 때 오버슈트(overshoot)가 발생하므로 아킹이 일어날 위험이 더 높다.
아울러, 다수의 전계방출소자를 갖는 전계방출 표시장치의 경우, 다수의 전자 방출원 팁들의 미세한 높낮이 차에 의해서 핫스팟(hot spot)과 데드스팟(dead spot)을 비롯한 불균일한 발광을 얻기 쉽다. 이를 해소하기 위해 에이징(aging) 과정을 거치게 되는데, 전술한 종래의 구동방법을 이용한 경우에는 에이징 과정에서 아킹이 일어날 위험이 높을 뿐만 아니라, 에이징 후에도 핫스팟이나 데드스팟이 그대로 유지되는 경향이 있다.
본 발명은 전술한 문제점들을 개선하기 위해 제안된 것으로, 전계방출소자의 구동시에 아킹이 일어나는 것을 방지하고, 다수의 전계방출소자를 구비한 장치에서 전자 방출 균일성을 향상시는데 그 목적이 있다. 또한, 본 발명은 상기 다수의 전계방출소자를 구비한 장치의 에이징 시에 핫스팟을 억제하고, 데드스팟을 활성화시키는 데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 전계방출소자의 구동 방법은, 전자 방출원이 마련된 캐소드 전극 및 상기 캐소드 전극과 마주보게 배치된 애노드 전극을 포함하는 전계방출소자의 구동 방법에 있어서, 전자 방출을 위한 구동 전압으로 교류 전압을 이용하는 것을 특징으로 한다.
상기 교류 전압은 전자 방출시에 전압이 시간에 따라 연속적으로 변하는 파형을 가지는 것으로, 상기 파형은 정현파 또는 삼각파일 수 있다. 또한, 상기 교류 전압은 전자 방출시에 전압이 시간에 따라 실질적으로 연속적으로 변하는 파형의 디지털 신호일 수 있고, 이 경우에도 상기 파형은 실질적으로 정현파 또는 삼각파 등의 형태일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 전계방출소자의 구동 방법은, 전자 방출원이 마련된 캐소드 전극 및 상기 캐소드 전극과 마주보게 배치된 애노드 전극을 포함하는 이극관 전계방출소자의 구동 방법에 있어서, 상기 캐소드 전극과 상기 애노드 전극에 상기 전자 방출원으로부터 전자 방출이 일어나지 않을 정도의 정전압을 인가하고, 동시에 상기 캐소드 전극과 상기 애노드 전극 중 어느 하나에 주기적으로 전자 방출을 일으킬 정도의 교류 전압을 인가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 일 측면에 따른 전계방출소자의 구동 방법은, 전자 방출원이 마련된 캐소드 전극, 상기 캐소드 전극과 마주보게 배치된 애노드 전극 및 상기 전자 방출원에 인접하게 배치된 게이트 전극을 포함하는 삼극관 전계방출소자의 구동 방법에 있어서, 상기 캐소드 전극과 상기 애노드 전극 및 상기 게이트 전극에 상기 전자 방출원으로부터 전자 방출이 일어나지 않을 정도의 정전압을 인가하고, 동시에 상기 캐소드 전극과 상기 애노드 전극 및 게이트 전극 중 하나 또는 두 개의 전극에 주기적으로 전자 방출을 일으킬 정도의 교류 전압을 인가하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명은 전술한 구동 방법을 이용하여 전계방출소자를 에이징하는 방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 가리킨다. 첨부된 도면들에서 전계방출소자의 구조는 이해를 돕기위해 단순화되어 있다. 도 1은 이극관 전계방출소자를 보이는 모식도이고, 도 2 내지 도 3은 각각 상기 도 1에 도시된 이극관 전계방출소자에 대한 구동 전압의 예를 보이는 그래프이다.
이극관 전계방출소자는 전자 방출원(15)이 마련된 캐소드 전극(10) 및 상기 캐소드 전극(10)과 마주보게 배치된 애노드 전극(20)을 포함한다. Vc1은 상기 캐소드 전극(10)의 구동 전압을 나타내고, Va1은 상기 애노드 전극(20)의 구동 전압을 나타낸다. 먼저 도 2의 실시예에 따르면, 캐소드 전극(10)에 정전압을 인가하고, 애노드 전극(20)에 소정의 정전압과 교류 전압이 중첩된 구동 전압을 인가할 수 있다. 일 예로서, 상기 Vc1은 접지 전위일 수 있다. 이때, 상기 소정의 정전압은 본 발명에 따른 구동 방법이 적용될 전계방출소자에서 전자의 방출이 시작되지 않을 정도의 고전압일 수 있다. 상기 소정의 정전압은 대략 수 백 내지 수 천 볼트일 수 있으며, 전압의 세기는 상기 캐소드 전극(10)과 상기 애노드 전극(20)의 거리 및 전자 방출원(15)의 특성에 따라 달라질 수 있다. 상기 교류 전압은 대략 수 백 내지 수 천 볼트일 수 있고, 그 주파수는 수 내지 수 백 kHz일 수 있다. 상기 교류 전압의 세기 및 주파수는 역시 상기 캐소드 전극(10)과 상기 애노드 전극(20)의 거리 및 전자 방출원(15)의 특성, 그리고 구동시 요구되는 충격계수(duty rate)에 따 라서 달라질 수 있다. 전계방출소자는 상기 교류 전압의 변화 주기에 따라서 온(ON) 상태와 오프(OFF) 상태를 주기적으로 반복하게 된다.
상기 캐소드 전극(10)과 상기 애노드 전극(20)에 인가되는 정전압의 세기는 -30kV 내지 +30kV인 것이 바람직하다. 상기 범위를 벗어난 고전압은 전계방출소자의 안정성 또는 수명을 저하시킬 수 있기 때문이다. 또한 이와 유사한 이유로 상기 교류 전압은 최대 값이 0 초과 30kV 이하이고, 주파수가 0 초과 1MHz 이하이며, 충격계수(duty rate)가 1/10,000 이상 1/2 이하인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 교류 전압은 전자 방출시에 전압이 시간에 따라 연속적으로 변하는 파형을 가질 수 있다. 이러한 파형의 예로는 정현파 또는 삼각파 등을 들 수 있다. 전계방출소자가 아날로그 신호가 아닌 디지털 신호로 제어되는 경우에 상기 교류 전압은 전압이 시간에 따라 실질적으로 연속적으로 변하는 파형의 디지털 신호일 수 있다. 다시말해 아날로그 신호의 파형과 근사하게 생성된 디지털 신호일 수 있다. 이 경우 역시 상기 파형의 예로는 정현파 또는 삼각파 등을 들 수 있다. 상기와 같이 시간에 따라 실질적으로 연속적인 파형의 구동 전압을 이용함으로써 오버슈트(overshoot)에 의한 아킹(arcing) 발생 가능성을 미연에 방지할 수 있다.
상기 도 1에 도시된 이극관 전계방출소자에 전술한 바와 같은 구동 전압이 인가되었을 때의 동작은 다음과 같다. 상기 도 2의 Va1 그래프에서 점선으로 표시된 기준 전압이 전자 방출원(15)에서 전자가 방출되기 직전의 임계값이라고 가정할 때, Va1이 상기 기준 전압보다 높아지면 상기 전자 방출원(15)에서 전자 방출이 일어나고, 상기 기준 전압 이하로 낮아지면 전자 방출이 중지되며, 이러한 동작을 주 기적으로 반복한다.
이때, 상기 캐소드 전극(10)과 상기 애노드 전극(20)의 사이에서는 상기 교류 전압(Va1)의 주기적인 변화에 따라 전기장의 주기적인 변화가 일어난다. 전기장의 주기적인 변화로 인해 상기 두 전극 사이의 대전입자들이 어느 한 쪽으로 집중되지 않고 진동하게 되고, 따라서 상기 두 전극 사이에서 아킹(arcing)이 일어날 가능성이 현저하게 감소된다.
또한, 탄소나노튜브(CNT)를 이용한 전자 방출원(15)의 경우, 전자 방출팁인 탄소나노튜브들은 전기장 세기의 변화에 따라 다른 크기의 힘을 받아 그 단부가 약간의 진동을 일으킬 수 있다. 이러한 진동에 의해서 전자 방출원(15)의 전자 방출 특성이 향상될 수 있다. 특히, 이러한 진동은 본 발명에 따른 구동 방법을 이용하여 전계방출소자를 에이징하는 경우, 전자 방출이 원활하지 않은 전자 방출원을 활성화 시키는 데, 즉 데드스팟(dead spot)을 활성화시키는 데에 기여할 수 있다.
상기 도 3은 상기 애노드 전극(20)에 정전압을 인가하고, 상기 캐소드 전극(10)에 교류 전압을 인가한 실시예를 보이는 그래프이다. 전자 방출원(15)에서의 전자 방출은 상기 캐소드 전극(10)의 전압(Vc1)과 상기 애노드 전극(20)의 전압(Va1)의 차에 의해서 발생하는 것이므로, 이 경우에도 상기 교류 전압에 의한 구동 과정 및 특성은 상기 도 2를 참조하여 설명한 실시예의 경우와 동일하다. 따라서, 도 3의 실시예에서 상기 캐소드 전극(10)과 상기 애노드 전극(20)에 인가되는 정전압에 대한 조건과 상기 캐소드 전극(10)에 인가되는 교류 전압에 대한 조건은 앞서 각각 설명한 바와 같다.
도 4는 삼극관 전계방출소자를 보이는 모식도이고, 도 5a 내지 도 6b는 각각 상기 도 4에 도시된 삼극관 전계방출소자에 대한 구동 전압의 예를 보이는 그래프이다. 삼극관 전계방출소자는 전자 방출원(35)이 마련된 캐소드 전극(30), 상기 캐소드 전극(30)과 마주보게 배치된 애노드 전극(50) 및 상기 전자 방출원(35)에 인접하게 배치된 게이트 전극(40)을 포함한다. 여기서 상기 게이트 전극(40)과 상기 캐소드 전극(30) 사이에는 절연층(미도시)이 마련될 수 있다. 다만, 상기 게이트 전극(40)의 위치는 상기 도 4에 도시된 바와 같이 전자 방출원(35) 상측에 배치된 소위 상부게이트 구조에 한정되지 않고, 전자 방출원 하측에 배치된 소위 하부게이트 구조를 따를 수도 있다. 이 외에 다른 변형된 형태도 가능함은 물론이다.
본 발명의 일 측면에 따른 다른 실시예로서 도 5a에 도시된 실시예에 따르면, 캐소드 전극(30) 구동 전압(Vc2)으로서 소정의 정전압, 예를 들면, 접지 전압을 인가하고, 애노드 전극(50) 구동 전압(Va2)으로서 소정의 정전압을 인가한다. 그와 동시에 상기 게이트 전극(40)에는 접지 전압과 소정의 교류 전압이 중첩된 구동 전압(Vg2)을 인가한다. 고전압이 인가된 애노드 전극(50)과 상대적으로 가까운 게이트 전극(40)에 교류 전압을 인가함으로써 정전하 축적에 의한 아킹 발생 가능성을 낮출 수 있다.
이때, 상기 소정의 정전압은 본 발명에 따른 구동 방법이 적용될 삼극관 전계방출소자에서 전자의 방출이 시작되지 않을 정도의 고전압일 수 있다. 상기 소정의 정전압은 대략 수 백 내지 수 천 볼트일 수 있으며, 전압의 세기는 상기 캐소드 전극(30)과 상기 애노드 전극(50)의 거리 및 전자 방출원(35)의 특성에 따라 달라 질 수 있다. 상기 교류 전압은 대략 수 백 내지 수 천 볼트일 수 있고, 그 주파수는 수 내지 수 백 kHz일 수 있다. 상기 교류 전압의 세기 및 주파수는 역시 상기 캐소드 전극(30)과 상기 게이트 전극(40)의 거리 및 전자 방출원(35)의 특성, 그리고 구동시 요구되는 충격계수(duty rate)에 따라서 달라질 수 있다. 삼극관 전계방출소자는 상기 교류 전압의 변화 주기에 따라서 온(ON) 상태와 오프(OFF) 상태를 주기적으로 반복하게 된다.
상기 캐소드 전극(30)과 상기 애노드 전극(50) 및 게이트 전극(40)에 인가되는 정전압의 세기는 -30kV 내지 +30kV인 것이 바람직하다. 상기 범위를 벗어난 고전압은 전계방출소자의 안정성 또는 수명을 저하시킬 수 있기 때문이다. 또한 이와 유사한 이유로 상기 교류 전압은 최대 값이 0 초과 30kV 이하이고, 주파수가 0 초과 1MHz 이하이며, 충격계수(duty rate)가 1/10,000 이상 1/2 이하인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 교류 전압은 앞서 이극관 전계방출소자에 관한 실시예에서 설명한 바와 같이, 전자 방출시에 전압이 시간에 따라 연속적으로 변하는 파형을 가질 수 있다. 이러한 파형의 예로는 정현파 또는 삼각파 등을 들 수 있다. 전계방출소자가 아날로그 신호가 아닌 디지털 신호로 제어되는 경우에 상기 교류 전압은 전압이 시간에 따라 실질적으로 연속적으로 변하는 파형의 디지털 신호일 수 있다. 다시말해 아날로그 신호의 파형과 근사하게 생성된 디지털 신호일 수 있다. 이 경우 역시 상기 파형의 예로는 정현파 또는 삼각파 등을 들 수 있다. 상기와 같이 시간에 따라 실질적으로 연속적인 파형의 구동 전압을 이용함으로써 오버슈 트(overshoot)에 의한 아킹(arcing) 발생 가능성을 미연에 방지할 수 있다.
도 5b는 상기 도 5a의 실시예에서 게이트 전극(40) 구동 전압(Vg2)의 파형을 변형시킨 예로서, 전계방출소자의 구동 시에 정현파 또는 삼각파에서 소정의 전압보다 높은 부분만을 활용할 수 있다.
도 6a의 실시예에 따르면, 일 예로서 캐소드 전극(30)에 접지 전압과 소정의 교류 전압이 중첩된 구동 전압(Vc2)을 인가하고, 게이트 전극(40)의 구동 전압(Vg2)으로서 소정의 정전압, 예를 들면, 접지 전압을 인가하고, 애노드 전극(50)의 구동 전압(Va2)으로서 소정의 정전압을 인가한다. 여기서, 상기 소정의 정전압은 본 발명에 따른 구동 방법이 적용될 삼극관 전계방출소자에서 전자의 방출이 시작되지 않을 정도의 고전압일 수 있다. 상기 교류 전압은 캐소드 전극(30)의 전자 방출원(35)과 게이트 전극(40) 사이의 전기장에 의해 상기 전자 방출원(35)으로부터 전자가 주기적으로 방출될 정도의 세기 및 주파수를 가질 수 있다. 상기 소정의 정전압 및 소정의 교류 전압에 관한 제반 조건은 상기 도 5a의 실시예를 통해 설명한 바와 같다.
도 6b는 상기 도 6a의 실시예에서 캐소드 전극(30) 구동 전압(Vc2)의 파형을 변형시킨 예로서, 전계방출소자의 구동 시에 정현파 또는 삼각파에서 소정의 전압보다 높은 부분만을 활용할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 이극관 전계방출소자의 구동 방법을 이용하여 실제로 다수의 이극관 전계방출소자를 구비한 표시장치를 구동하거나 에이징한 다수의 실험예 및 비교예를 참조하여 본 발명을 설명한다.
먼저, 비교예로서 도 7a 내지 도 7c는 정전압을 이용하여 구동한 전계방출소자 표시장치 샘플의 사진들이다. 사진 아래에 표시된 수치는 순서대로 캐소드 전극의 전압이 0V일 때 애노드 전극의 전압, 방출 전류 및 샘플의 발광 균일도이다. 도 7a 의 가운데 상부에 보이는 데드스팟은 도 7b 및 도 7c와 같이 구동 전압을 높이더라도 그대로 유지되고, 수치상으로 뿐만 아니라 사진상으로도 샘플의 발광 균일성이 낮음을 확인할 수 있다.
도 8a 내지 도 8c는 상기 도 7a 내지 도 7c와 같은 샘플을 상기 도 3의 실시예와 같이 캐소드 전극에 교류 전압을 인가하여 구동한 사진들이다. 사진 아래에 표시된 수치는 순서대로 캐소드 전극에 인가된 교류 전압 및 주파수, 애노드 전극에 인가된 직류 전압, 방출 전류, 그리고 샘플의 발광 균일도를 나타낸다. 도 8a는 도 7a에 비해 발광 균일도가 대략 1.15배 향상되고, 도 8b는 도 7b에 비해 대략 1.22배 향상되었다. 도 7a 내지 도 7c에서 관찰되던 데드스팟도 활성화되었고, 상대적으로 고른 발광을 하고 있음을 시각적으로 확인할 수 있다.
도 9a 내지 도 9c, 도 10a 내지 도 10c, 그리고 도 11a 내지 도 11b는 동일한 샘플을 가지고, 각각 동일한 수준의 방출전류에 대하여, 구동 전압으로서 정전압, 정전압과 펄스 전압, 그리고 정전압과 교류 전압을 인가한 경우를 비교할 수 있는 사진들이다. 사진들의 왼쪽 부분이 샘플의 활성 영역이다.
먼저, 도 9a 내지 도 9c는 방출 전류가 대략 0.30 내지 0.37mA 수준인 경우를 나타낸다. 도 9a는 구동 전압으로 정전압을 이용한 경우로 발광 균일도가 가장 낮다. 도 9b는 구동 전압으로 정전압과 펄스 전압을 이용한 경우로 발광 균일도가 다소 높아졌으나, 상기 도 9a에서와 마찬가지로 활성 영역의 우측 하부에 데드스팟이 보인다. 도 9c는 구동 전압으로 정전압과 교류 전압을 이용한 경우로 발광 균일도가 가장 높고, 데드스팟이 활성화되었음을 확인할 수 있다.
도 10a 내지 도 10c는 방출 전류가 대략 0.41 내지 0.48mA 수준인 경우를 나타낸다. 상기 도 9a 내지 도 9c에서와 마찬가지로 정전압과 교류 전압을 구동 전압으로 이용하였을 때 발광 균일도가 가장 높고, 모든 전자 방출원이 활성화 된 것을 확인할 수 있다.
도 11a 내지 도 11b는 방출 전류가 대략 0.83 내지 0.96mA 수준인 경우를 나타낸다. 도 11a는 구동 전압으로 정전압을 이용한 경우로 전체적으로는 밝지만 데드스팟이 존재한다. 도 11b는 구동 전압으로 정전압과 교류 전압을 이용한 경우로 전 영역에서 고르게 밝은 빛을 내고 있다. 아울러, 본 실험에서 구동 전압으로 정전압과 펄스 전압을 이용한 경우는 상기한 수준의 방출 전류에 도달하지 못하고 아킹을 일으켰다. 이상의 실험에서 본 발명에 따른 전계방출소자의 구동 방법을 이용할 경우 아킹의 발생을 방지하고 전자 방출의 균일성을 현저히 향상시킬 수 있음을 확인 할 수 있다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명에 따른 에이징 방법의 실험예를 보이는 사진들이다. 도 12a는 에이징 전의 정전압 구동 상태를 보이고, 도 12b는 정전압과 교류 전압을 이용한 에이징 과정을 보이고, 도 12c는 에이징 후의 정전압 구동 상태를 보인다. 도 12a와 도 12c를 비교해 보면 교류 구동 전압을 이용한 에이징 과정을 통해 많은 수의 데드스팟이 활성화되었음을 확인할 수 있다.
도 13 내지 도 15c는 또다른 전계방출소자 표시장치 샘플에 대하여 본 발명에 따른 구동 방법을 이용한 에이징 방법의 효과를 검증하는 실험예를 보이는 사진들이다. 도 13은 에이징 수행 전에 900V의 정전압을 구동 전압으로 이용한 경우의 사진이다. 도 14a는 1700V의 정전압을 이용하여 에이징하는 과정을 보이고, 도 14b는 1700V의 정전압과 100V의 낮은 교류 전압을 이용하여 에이징하는 과정을 보인다. 또한, 도 14c는 800V의 정전압과 1240V의 높은 교류 전압을 이용하여 에이징하는 과정을 보인다. 높은 교류 전압을 이용한 경우에 발광 균일도가 가장 향상된 것을 볼 수 있다. 도 15a 내지 도 15c는 위와 같은 에이징 과정을 거친 샘플을 다시 정전압을 이용하여 구동한 예를 보인다. 각각 도 15a는 1500V, 도 15b는 1800V, 그리고 도 15c는 2000V의 정전압을 이용하여 구동한 것으로서, 교류 전압을 이용한 에이징을 거친 결과 정전압을 이용한 구동 시에도 에이징 전(도 13)에 비해 휘도 균일성이 향상된 것을 볼 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
본 발명에 따른 전계방출소자의 구동 방법은 전계방출소자의 전자빔 방출 시에 아킹이 일어나는 것을 방지하고, 다수의 전계방출소자를 구비한 장치에서 핫스팟 또는 데드스팟의 발생 빈도를 현저히 줄이고 전자 방출 균일성을 향상시키는 효 과가 있다. 또한, 본 발명에 따른 에이징 방법은 핫스팟을 억제하고, 데드스팟을 활성화시키는 효과가 있다.

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  6. 전자 방출원이 마련된 캐소드 전극 및 상기 캐소드 전극과 마주보게 배치된 애노드 전극을 포함하는 이극관 전계방출소자의 구동 방법에 있어서,
    상기 캐소드 전극과 상기 애노드 전극에 상기 전자 방출원으로부터 전자 방출이 일어나지 않을 정도의 정전압을 인가하고, 동시에 상기 캐소드 전극과 상기 애노드 전극 중 어느 하나에 주기적으로 전자 방출을 일으킬 정도의 교류 전압을 인가하며, 상기 정전압은 전자가 방출되기 직전의 임계값을 갖는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 구동 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 교류 전압은 전자 방출시에 전압이 시간에 따라 연속적으로 변하는 파형을 가지는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 구동 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 교류 전압의 파형은 정현파 또는 삼각파인 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 구동 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 교류 전압은 전자 방출시에 전압이 시간에 따라 연속적으로 변하는 파형의 디지털 신호인 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 구동 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 교류 전압의 파형은 정현파 또는 삼각파인 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 구동 방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 정전압은 -30kV 내지 +30kV의 직류 전압인 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 구동 방법.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 교류 전압은 최대 전압이 0 초과 30kV 이하이고, 주파수가 0 초과 1MHz 이하이며, 충격계수(duty rate)가 1/10,000 이상 1/2 이하인 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 구동 방법.
  13. 전자 방출원이 마련된 캐소드 전극, 상기 캐소드 전극과 마주보게 배치된 애노드 전극 및 상기 전자 방출원에 인접하게 배치된 게이트 전극을 포함하는 삼극관 전계방출소자의 구동 방법에 있어서,
    상기 캐소드 전극과 상기 애노드 전극 및 상기 게이트 전극에 상기 전자 방출원으로부터 전자 방출이 일어나지 않을 정도의 정전압을 인가하고, 동시에 상기 캐소드 전극과 상기 애노드 전극 및 게이트 전극 중 하나 또는 두 개의 전극에 주기적으로 전자 방출을 일으킬 정도의 교류 전압을 인가하며, 상기 정전압은 전자가 방출되기 직전의 임계값을 갖는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 구동 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 교류 전압은 전자 방출시에 전압이 시간에 따라 연속적으로 변하는 파형을 가지는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 구동 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 교류 전압의 파형은 정현파 또는 삼각파인 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 구동 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 교류 전압은 전자 방출시에 전압이 시간에 따라 연속적으로 변하는 파형의 디지털 신호인 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 구동 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 교류 전압의 파형은 정현파 또는 삼각파인 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 구동 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 정전압은 -30kV 내지 +30kV의 직류 전압인 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 구동 방법.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 교류 전압은 최대 전압이 0 초과 30kV 이하이고, 주파수가 0 초과 1MHz 이하이며, 충격계수(duty rate)가 1/10,000 이상 1/2 이하인 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 구동 방법.
  20. 전자 방출원이 마련된 캐소드 전극 및 상기 캐소드 전극과 마주보게 배치된 애노드 전극을 포함하는 이극관 전계방출소자의 에이징 방법에 있어서,
    상기 캐소드 전극과 상기 애노드 전극에 상기 전자 방출원으로부터 전자 방출이 일어나지 않을 정도의 정전압을 인가하고, 동시에 상기 캐소드 전극과 상기 애노드 전극 중 어느 하나에 주기적으로 전자 방출을 일으킬 정도의 교류 전압을 인가하며, 상기 정전압은 전자가 방출되기 직전의 임계값을 갖는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 에이징 방법.
  21. 전자 방출원이 마련된 캐소드 전극, 상기 캐소드 전극과 마주보게 배치된 애노드 전극 및 상기 전자 방출원에 인접하게 배치된 게이트 전극을 포함하는 삼극관 전계방출소자의 에이징 방법에 있어서,
    상기 캐소드 전극과 상기 애노드 전극 및 상기 게이트 전극에 상기 전자 방출원으로부터 전자 방출이 일어나지 않을 정도의 정전압을 인가하고, 동시에 상기 캐소드 전극과 상기 애노드 전극 및 게이트 전극 중 하나 또는 두 개의 전극에 주기적으로 전자 방출을 일으킬 정도의 교류 전압을 인가하며, 상기 정전압은 전자가 방출되기 직전의 임계값을 갖는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 에이징 방법.
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