KR101827495B1 - Current control device and electric field emission system including the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전류 제어 장치 및 그것을 포함하는 전계 방출 시스템에 관한 것이다. 본 발명의, 인가 전압에 응답하여 전자를 방출하는 전계 방출 장치와 연결되어, 전계 방출 전류를 제어하는 전류 제어 장치는, 제 1 게이트 전압에 응답하여 전류 통로를 형성하는 제 1 전류 제어 트랜지스터, 상기 전계 방출 장치과 상기 제 1 전류 제어 트랜지스터 사이에 연결되고, 제 2 게이트 전압에 응답하여 전류 통로를 형성하는 제 2 전류 제어 트랜지스터 및 상기 제 1 및 제 2 게이트 전압을 제어하기 위한 제어 로직을 포함하며, 상기 제어 로직은 상기 제 1 게이트 전압을 이용하여 상기 전계 방출 전류의 임계값을 제한한다. 본 발명에 의한 전류 제어 장치 및 그것을 포함하는 전계 방출 시스템에 의하면, 전계 방출 전류는 일정하게 유지될 수 있다. 또한 일정하게 유지되는 전계 방출 전류의 레벨은 원하는 값으로 설정될 수 있다.The present invention relates to a current control device and a field emission system including the same. A current control device connected to a field emission device that emits electrons in response to an applied voltage and controls a field emission current in accordance with the present invention includes a first current control transistor forming a current path in response to a first gate voltage, A second current control transistor coupled between the field emission device and the first current control transistor and forming a current path in response to a second gate voltage, and control logic for controlling the first and second gate voltages, The control logic uses the first gate voltage to limit the threshold of the field emission current. According to the current control device and the field emission system including the same according to the present invention, the field emission current can be kept constant. Also, the level of the field emission current that is kept constant can be set to a desired value.

Description

전류 제어 장치 및 그것을 포함하는 전계 방출 시스템{CURRENT CONTROL DEVICE AND ELECTRIC FIELD EMISSION SYSTEM INCLUDING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a current control device and a field emission system including the current control device.

본 발명은 전류 제어 장치 및 그것을 포함하는 전계 방출 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a current control device and a field emission system including the same.

전계 방출 장치는 전자를 방출하는 전계 방출원(에미터, Emitter)가 형성된 음극(캐소드, Cathode)을 포함한다. 전계 방출 장치의 캐소드에 전계가 인가되면, 에미터로부터 전자가 방출되어 양극(아노드, anode)으로 이끌리게 된다. 캐소드에 인가되는 전계는 이극 구조의 경우 아노드의 전압에 의하여, 3극 구조인 경우에는 게이트 전압에 의하여 결정된다.  The field emission device includes a cathode (cathode) having a field emission source (emitter) for emitting electrons. When an electric field is applied to the cathode of the field emission device, electrons are emitted from the emitter and attracted to the anode. The electric field applied to the cathode is determined by the voltage of the anode in the case of the bipolar structure and by the gate voltage in the case of the bipolar structure.

안정된 구동을 위해서, 전계 방출 장치에 흐르는 전류는 일정하게 제어되어야 한다. 전계 방출 장치의 전류를 제어하기 위하여 전계 방출 장치에 인가되는 전압을 제어하는 방법이 있다. 그러나 전계 방출 장치의 전류는 인가된 전압에 대응하여 지수함수적으로 증가된다. 또한 전계 방출 장치의 에미터는 시간이 지남에 따라 그 특성이 열화되거나 활성화 될 수 있으므로, 동일한 전압에 대하여 방출되는 전류가 감소 혹은 증가될 수 있다. 따라서 전계 방출 장치에 인가되는 전압을 이용하여 전계 방출 전류를 일정하게 제어하는 것은 일반적으로 어렵다. 전계 방출 장치의 안정된 구동을 위하여, 인가되는 전압을 제어하지 않고도 전계 방출 전류를 일정하게 제어할 수 있는 기술이 요구된다.For stable driving, the current flowing in the field emission device must be controlled constantly. There is a method of controlling the voltage applied to the field emission device to control the current of the field emission device. However, the current of the field emission device is exponentially increased corresponding to the applied voltage. Also, since the emitter of the field emission device can deteriorate or be activated over time, the current emitted for the same voltage can be reduced or increased. Therefore, it is generally difficult to constantly control the field emission current by using the voltage applied to the field emission device. In order to stably drive the field emission device, there is a need for a technique capable of constantly controlling the field emission current without controlling the applied voltage.

본 발명은 전계 방출 장치의 전계 방출 전류를 일정한 값으로 제어할 수 있는 전류 제어 장치 및 그를 포함하는 전계 방출 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 보다 상세히는, 본 발명의 전류 제어 장치는 캐소드에 직렬로 연결된 복수의 트랜지스터들을 이용하여 전계 방출 장치의 캐소드에 흐르는 전류를 직접 제어한다.An object of the present invention is to provide a current control device capable of controlling the field emission current of a field emission device to a constant value and a field emission system including the same. More specifically, the current control device of the present invention directly controls the current flowing in the cathode of the field emission device using a plurality of transistors connected in series to the cathode.

본 발명의, 인가 전압에 응답하여 전자를 방출하는 전계 방출 장치와 연결되어, 전계 방출 전류를 제어하는 전류 제어 장치는, 제 1 게이트 전압에 응답하여 전류 통로를 형성하는 제 1 전류 제어 트랜지스터, 상기 전계 방출 장치과 상기 제 1 전류 제어 트랜지스터 사이에 연결되고, 제 2 게이트 전압에 응답하여 전류 통로를 형성하는 제 2 전류 제어 트랜지스터 및 상기 제 1 및 제 2 게이트 전압을 제어하기 위한 제어 로직을 포함하며, 상기 제어 로직은 상기 제 1 게이트 전압을 이용하여 상기 전계 방출 전류의 임계값을 제한한다.A current control device connected to a field emission device that emits electrons in response to an applied voltage and controls a field emission current in accordance with the present invention includes a first current control transistor forming a current path in response to a first gate voltage, A second current control transistor coupled between the field emission device and the first current control transistor and forming a current path in response to a second gate voltage, and control logic for controlling the first and second gate voltages, The control logic uses the first gate voltage to limit the threshold of the field emission current.

실시 예에 있어서, 상기 전류 제어 장치는 상기 인가 전압이 기준 전압 이상의 값으로 제공되는 조건에서 구동되며, 상기 기준 전압은 상기 전계 방출 장치로부터 상기 전계 방출 전류 임계값 이상의 전계 방출 전류를 인출하는 전압이다.In one embodiment of the present invention, the current control device is driven under a condition that the applied voltage is provided at a value equal to or higher than a reference voltage, and the reference voltage is a voltage for drawing out a field emission current of the field emission current threshold value or more from the field emission device .

실시 예에 있어서, 상기 전류 제어 장치는 상기 인가 전압이 상한 전압 이하의 값으로 제공되는 조건에서 구동되며, 상기 상한 전압은 상기 전계 방출 장치의 특성 및 상기 제 2 전류 제어 트랜지스터의 드레인-소스 허용 전압을 기초로 결정된다.In one embodiment of the present invention, the current control device is driven under a condition that the applied voltage is provided at a value equal to or lower than the upper limit voltage, and the upper limit voltage is higher than the characteristics of the field emission device and the drain- .

실시 예에 있어서, 상기 제어 로직은 상기 제 2 전류 제어 트랜지스터가 상시 턴-온 상태에 있도록 상기 제 2 게이트 전압을 제어한다.In an embodiment, the control logic controls the second gate voltage such that the second current control transistor is in a normally turn-on state.

실시 예에 있어서, 상기 제어 로직은 상기 제 2 게이트 전압이 상기 제 1 게이트 전압보다 높은 일정한 값으로 유지되도록 상기 제 2 게이트 전압을 제어한다.In an embodiment, the control logic controls the second gate voltage such that the second gate voltage is maintained at a constant value higher than the first gate voltage.

실시 예에 있어서, 상기 제어 로직은 상기 제 1 전류 제어 트랜지스터가 포화 영역에서 동작되도록 상기 제 2 게이트 전압을 제어한다.In an embodiment, the control logic controls the second gate voltage such that the first current control transistor is operated in a saturation region.

실시 예에 있어서, 상기 제 2 전류 제어 트랜지스터는 전력 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(Power MOSFET)이다.In an embodiment, the second current control transistor is a power metal oxide semiconductor field effect transistor (Power MOSFET).

실시 예에 있어서, 상기 제1 전류 제어 트랜지스터는 고갈모드(depletion mode) 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터이다.In an embodiment, the first current control transistor is a depletion mode metal oxide semiconductor field effect transistor.

실시 예에 있어서, 상기 제1 전류 제어 트랜지스터는 향상모드(enhancement mode) 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터이다.In an embodiment, the first current control transistor is an enhancement mode metal oxide semiconductor field effect transistor.

본 발명에 의한 전계 방출 시스템은 인가 전압에 응답하여 전자를 방출하는 캐소드를 포함하는 전계 방출 장치 및 상기 전계 방출 장치과 연결되어 전계 방출 전류를 제어하는 전류 제어 장치를 포함하고, 상기 전류 제어 장치는 제 1 게이트 전압에 응답하여 전류 통로를 형성하는 제 1 전류 제어 트랜지스터, 상기 캐소드와 상기 제 1 전류 제어 트랜지스터 사이에 연결되고, 제 2 게이트 전압에 응답하여 전류 통로를 형성하는 제 2 전류 제어 트랜지스터 및 상기 제 1 및 제 2 게이트 전압을 제어하기 위한 제어 로직을 포함하며, 상기 제어 로직은 상기 제 1 게이트 전압을 이용하여 상기 전계 방출 전류의 임계값을 제한한다.The field emission system according to the present invention includes a field emission device including a cathode that emits electrons in response to an applied voltage, and a current control device connected to the field emission device to control a field emission current, A second current control transistor connected between the cathode and the first current control transistor and forming a current path in response to a second gate voltage; And control logic for controlling the first and second gate voltages, wherein the control logic limits the threshold of the field emission current using the first gate voltage.

실시 예에 있어서, 상기 전계 방출 장치는 전자를 받아들이는 아노드를 더 포함하고, 상기 전자는 상기 아노드 및 상기 캐소드 사이의 전압 차이에 응답하여 방출된다.In an embodiment, the field emission device further comprises an anode for receiving electrons, the electrons being emitted in response to a voltage difference between the anode and the cathode.

실시 예에 있어서, 상기 아노드는 빛을 발생시키기 위한 형광체를 포함하고, 상기 방출된 전자에 응답하여 상기 빛을 발생시킨다.In an embodiment, the anode includes a phosphor for generating light, and generates the light in response to the emitted electrons.

실시 예에 있어서, 상기 아노드는 상기 방출된 전자에 응답하여 엑스선을 발생시킨다.In an embodiment, the anode generates x-rays in response to the emitted electrons.

실시 예에 있어서, 상기 전계 방출 장치는 전자를 받아들이는 아노드 및 상기 아노드와 상기 캐소드 사이에 위치하고, 전자 방출을 유도하는 게이트를 더 포함하며, 상기 전자는 상기 게이트 및 상기 캐소드 사이의 전압 차이에 응답하여 방출된다.In an embodiment, the field emission device further comprises an anode for receiving electrons, and a gate positioned between the anode and the cathode, the gate for inducing electron emission, the electron having a voltage difference between the gate and the cathode .

실시 예에 있어서, 상기 전계 방출 장치는 상기 캐소드로부터 방출된 전자를 집속하는 집속 전극을 더 포함하고, 상기 집속 전극은 상기 게이트 및 상기 아노드 사이에 위치한다.In an embodiment, the field emission device further includes a focusing electrode for focusing electrons emitted from the cathode, and the focusing electrode is located between the gate and the anode.

실시 예에 있어서, 상기 인가 전압은 기준 전압 이상의 값으로 제공되며, 상기 기준 전압은 상기 전계 방출 장치로부터 상기 전계 방출 전류 임계값 이상의 전계 방출 전류를 인출하는 전압이다.In one embodiment, the applied voltage is provided at a value equal to or greater than a reference voltage, and the reference voltage is a voltage for drawing out a field emission current of the field emission current equal to or higher than the threshold of the field emission current from the field emission device.

실시 예에 있어서, 상기 인가 전압은 상한 전압 이하의 값으로 제공되며, 상기 상한 전압은 상기 전계 방출 장치의 특성 및 상기 제 2 전류 제어 트랜지스터의 드레인-소스 허용 전압을 기초로 결정된다.In an embodiment, the applied voltage is provided at a value lower than the upper limit voltage, and the upper limit voltage is determined based on the characteristics of the field emission device and the drain-source allowable voltage of the second current control transistor.

본 발명에 의한 전류 제어 장치 및 그것을 포함하는 전계 방출 시스템에 의하면, 전계 방출 전류는 일정하게 유지될 수 있다. 또한 일정하게 유지되는 전계 방출 전류의 레벨은 원하는 값으로 설정될 수 있다.According to the current control device and the field emission system including the same according to the present invention, the field emission current can be kept constant. Also, the level of the field emission current that is kept constant can be set to a desired value.

도 1은 전계 방출 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 2는 도 1의 전계 방출 시스템의 전계 방출 전류 제어 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 실제 전류 제어 트랜지스터의 동작을 고려하여 도 2의 그래프를 재도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명에 의한 개선된 전계 방출 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 5는 도 4의 전계 방출 시스템의 전계 방출 전류 제어 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 도 1의 전계 방출 시스템의 동작 결과를 도시하는 그래프이다.
도 7은 도 4의 전계 방출 시스템의 동작 결과를 도시하는 그래프이다.
도 8은 본 발명에 의한 전계 방출 시스템을 전계 방출 디스플레이에 적용한 실시예를 도시하는 블록도이다.
도 9는 본 발명에 의한 전계 방출 시스템을 전계 방출 엑스선원에 적용한 실시예를 도시하는 블록도이다.
도 10은 본 발명이 적용된 전계 방출 엑스선원 및 그렇지 않은 전계 방출 엑스선원의 동작 결과를 도시하는 그래프이다.1 is a block diagram showing a field emission system.
2 is a graph for explaining a field emission current control method of the field emission system of FIG.
3 is a graph again showing a graph of FIG. 2 in consideration of the operation of an actual current control transistor.
4 is a block diagram illustrating an improved field emission system in accordance with the present invention.
5 is a graph for explaining a field emission current control method of the field emission system of FIG.
6 is a graph showing the operation result of the field emission system of FIG.
7 is a graph showing the operation result of the field emission system of FIG.
8 is a block diagram showing an embodiment in which the field emission system according to the present invention is applied to a field emission display.
9 is a block diagram showing an embodiment in which the field emission system according to the present invention is applied to a field emission X-ray source.
10 is a graph showing the operation results of the field emission X-ray source and the field emission X-ray source to which the present invention is applied.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 또한 이하에서 사용되는 용어들은 오직 본 발명을 설명하기 위하여 사용된 것이며 본 발명의 범위를 한정하기 위해 사용된 것은 아니다. 앞의 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명은 모두 예시적인 것으로 이해되어야 하며, 청구된 발명의 부가적인 설명이 제공되는 것으로 여겨져야 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. It is also to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing the present invention only and is not used to limit the scope of the present invention. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary, and are intended to provide further explanation of the claimed invention.

도 1은 전계 방출 시스템을 도시하는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 전계 방출 시스템(10)은 전계 방출 장치(11) 및 전류 제어 트랜지스터(12)를 포함한다.1 is a block diagram showing a field emission system. Referring to FIG. 1, the field emission system 10 includes a field emission device 11 and a current control transistor 12.

전계 방출 장치(11)는 전자를 방출하기 위한 캐소드(Cathode)를 포함한다. 전계 방출 장치(11)에는 전계를 생성하기 위한 인가 전압(Applied Voltage, Va)이 제공된다. 2극 구조를 가지는 전계 방출 장치(11)에서, 인가 전압(Va)은 아노드(Anode)에 인가될 수 있다. 혹은 3극 구조를 가지는 전계 방출 장치(11)에서, 인가 전압(Va)은 게이트(Gate)에 인가될 수 있다.The field emission device 11 includes a cathode for emitting electrons. The field emission device 11 is provided with an applied voltage (Applied Voltage, V a ) for generating an electric field. In the field emission device 11 having a bipolar structure, the applied voltage V a may be applied to an anode. Alternatively, in the field emission device 11 having a triode structure, the applied voltage V a may be applied to the gate Gate.

전계 방출 장치(11)의 캐소드는 전자를 방출하기 위한 에미터를 포함한다. 아노드, 혹은 3극 구조인 경우 게이트, 와 에미터 사이에 일정 이상의 전압 차이가 발생되면, 터널링에 의하여 캐소드의 에미터로부터 전자들이 방출된다. 캐소드로부터 전자가 방출되기 위하여 요구되는, 인가 전압과 캐소드 전압 사이의 전압 차를 전계 방출 전압(Vac)으로 정의한다.The cathode of the field emission device 11 includes an emitter for emitting electrons. In the case of an anode or a triode structure, electrons are emitted from the emitter of the cathode by tunneling if a voltage difference of more than a certain level occurs between the gate and the emitter. The voltage difference between the applied voltage and the cathode voltage required for emitting electrons from the cathode is defined as a field emission voltage (V ac ).

전류 제어 트랜지스터(12)는 전계 방출 장치(11)의 캐소드와 연결되어 전계 방출 장치(11)의 전계 방출 전류를 직접 제어한다. 전류 제어 트랜지스터(12)는 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)일 수 있다. The current control transistor 12 is connected to the cathode of the field emission device 11 to directly control the field emission current of the field emission device 11. The current control transistor 12 may be a field effect transistor (MOSFET).

도 1을 참조하면, 전류 제어 트랜지스터(12)의 드레인은 전계 방출 장치(11)의 캐소드와 연결되고, 소스는 접지와 연결된다. 전류 제어 트랜지스터(12)의 게이트에는 게이트 전압(Vg)이 제공된다.1, the drain of the current control transistor 12 is connected to the cathode of the field emission device 11, and the source is connected to the ground. The gate of the current control transistor (12) is provided with a gate voltage (V g).

전류 제어 트랜지스터(12)의 드레인-소스 전류는 게이트 전압(Vg)에 의하여 제어될 수 있다. 전류 제어 트랜지스터(12)와 직렬로 연결된 전계 방출 장치(11)에는 전류 제어 트랜지스터(12)의 드레인-소스 전류와 동일한 전류가 흘러야 한다. 따라서 전류 제어 트랜지스터(12)에 의하여 드레인-소스 전류가 제어되면, 이에 응답하여 전계 방출 장치(11)의 캐소드 전압(Vc)의 전위가 변화되어 전계 방출 전류가 제어될 수 있다.The drain of the current control transistor (12) to source current may be controlled by a gate voltage (V g). A current equal to the drain-source current of the current control transistor 12 must flow in the field emission device 11 connected in series with the current control transistor 12. [ Accordingly, when the drain-source current is controlled by the current control transistor 12, the potential of the cathode voltage V c of the field emission device 11 is changed in response to this, so that the field emission current can be controlled.

도 2는 도 1의 전계 방출 시스템의 전계 방출 전류 제어 방법을 설명하기 위한 그래프이다. 도 2에서 가로축은 전압을, 세로축은 전류를 나타낸다.2 is a graph for explaining a field emission current control method of the field emission system of FIG. In Fig. 2, the horizontal axis represents voltage and the vertical axis represents current.

도 1의 블록도를 참조하면, 전계 방출 장치(11)의 인가 전압(Va)은 전계 방출 장치(11)의 전계 방출 전압(이하 Vac)과 전류 제어 트랜지스터(도 1 참조, 12)의 드레인-소스간 전압(이하 Vds)로 분배된다. Va는 일정한 값을 가지므로, Vac와 Vds는 서로 음의 상관관계를 가진다. 1, the applied voltage V a of the field emission device 11 is set to be higher than the field emission voltage V ac of the field emission device 11 and that of the current control transistor 12 Drain-source voltage (hereinafter referred to as " V ds "). Since V a has a constant value, V ac and V ds have a negative correlation with each other.

전계 방출 장치(도 1 참조, 11)의 전계 방출 전압(Vac)에 대한 전계 방출 장치(11)의 초기 전계 방출 전류(Ie1)는 도시된 바와 같다. 초기 전계 방출 전류(Ie1)는 Vac가 일정 수준의 문턱 전압 이상이 되면 지수함수적으로 증가된다.The initial field emission current I e1 of the field emission device 11 with respect to the field emission voltage V ac of the field emission device (see FIG. 1) 11 is as shown. The initial field emission current (I e1 ) increases exponentially when V ac is above a certain threshold voltage.

전류 제어 트랜지스터(12)의 게이트 전압(Vg)이 일정한 상태에서, Vac에 대한 전류 제어 트랜지스터(12)의 이상적인 드레인-소스 전류(Ids)는 도시된 바와 같다. 드레인-소스 전류(Ids)의 포화 전류(Isat)는 게이트 전압(Vg)에 기초하여 결정된다.The ideal drain-source current I ds of the current control transistor 12 with respect to V ac is as shown, with the gate voltage V g of the current control transistor 12 being constant. The saturation current I sat of the drain-source current I ds is determined based on the gate voltage V g .

전계 방출 장치(11)와 전류 제어 트랜지스터(12)는 직렬로 연결되어 있으므로, 초기 전계 방출 전류(Ie1)와 드레인-소스 전류(Ids)는 동일한 값을 가져야 한다. 따라서, 전계 방출 시스템(10)의 전계 방출 전류는 드레인-소스 전류(Ids)의 포화 전류(Isat)가 되며, 그 값은 게이트 전압(Vg)을 이용하여 조절될 수 있다.Since the field emission device 11 and the current control transistor 12 are connected in series, the initial field emission current I e1 and the drain-source current I ds must have the same value. Therefore, the field emission current of the field emission system 10 becomes the saturation current I sat of the drain-source current I ds , and the value thereof can be adjusted using the gate voltage V g .

한편, 상술된 바와 같이, 전계 방출 장치(11)의 에미터가 열화되면 Vac에 대한 전계 방출 전류 함수가 변화되어 열화 전계 방출 전류(Ie2) 곡선의 형태로 나타날 수 있다. 그러나 전류 제어 트랜지스터(12)의 포화 특성에 의하여, 열화 전계 방출 전류(Ie2) 역시 드레인-소스 전류(Ids)의 포화 전류(Isat) 값을 가지게 된다. 따라서 도 1의 전계 방출 시스템(10)은 전계 방출 장치(11)의 열화에도 불구하고 전계 방출 전류를 일정한 값으로 유지할 수 있다.On the other hand, as described above, when the emitter of the field emission device 11 is deteriorated, the field emission current function with respect to V ac may change and appear as a deteriorated field emission current (I e2 ) curve. However, due to the saturation characteristic of the current control transistor 12, the deteriorated field emission current I e2 also has the saturation current I sat of the drain-source current I ds . Therefore, the field emission system 10 of FIG. 1 can maintain the field emission current at a constant value despite the deterioration of the field emission device 11.

그러나 도 2의 그래프는 이상적인 경우이고, 실제 전류 제어 트랜지스터(12)의 포화 전류(Isat)는 일정하게 유지되지 않는다. 이하 도 3을 참조하여 더 자세히 설명한다.However, the graph of FIG. 2 is an ideal case, and the saturation current I sat of the actual current control transistor 12 is not kept constant. This will be described in more detail with reference to FIG.

도 3은 실제 전류 제어 트랜지스터(12)의 동작을 고려하여 도 2의 그래프를 재도시한 그래프이다. 도 2와 마찬가지로, 도 2에서 가로축은 전압을, 세로축은 전류를 나타낸다.3 is a graph again showing the graph of Fig. 2 in consideration of the operation of the actual current control transistor 12. Fig. 2, the horizontal axis represents voltage and the vertical axis represents current.

Vac에 대한 전계 방출 장치(11)의 초기 전계 방출 전류(Ie1) 및 열화 전계 방출 전류(Ie2)는 도 2와 동일하다. 초기 전계 방출 전류(Ie1) 및 열화 전계 방출 전류(Ie2)는 Vac가 일정 수준의 문턱 전압 이상이 되면 지수함수적으로 증가된다.The initial field emission current I e1 and the deteriorated field emission current I e2 of the field emission device 11 with respect to V ac are the same as in Fig. The initial field emission current (I e1 ) and the deteriorated field emission current (I e2 ) increase exponentially when V ac is above a certain threshold voltage.

전류 제어 트랜지스터(12)의 게이트 전압(Vg)이 일정한 상태에서, Vac에 대한 전류 제어 트랜지스터(12)의 드레인-소스 전류(Ids)는 도시된 바와 같다. 드레인-소스 전류(Ids)는 Vds가 증가되면, 일정한 값으로 포화되지 않고 도시된 바와 같이 증가된다.The drain-source current I ds of the current control transistor 12 with respect to V ac is shown in the state where the gate voltage V g of the current control transistor 12 is constant. The drain-source current I ds is not saturated to a constant value and increases as shown when V ds is increased.

따라서 전계 방출 장치(11)의 전계 방출 전류 함수가 Ie1에서 Ie2로 변화되면, 전계 방출 전류도 I1에서 I2로 변화되어 일정한 값을 유지하지 못한다. 또한, 도 1의 전계 방출 시스템(10)은 하나의 전류 제어 트랜지스터(12)로 제어되므로, 필요한 전류 영역에 전류 제어 트랜지스터(12)의 포화 영역이 생성되지 못할 수 있다.Thus, when the field emission current function of the field emission device 11 is changed to I e2 e1 from I, is a field emission current is also changed from I 1 to I 2 does not maintain a constant value. Also, since the field emission system 10 of FIG. 1 is controlled by one current control transistor 12, a saturation region of the current control transistor 12 may not be generated in a necessary current region.

도 4는 본 발명에 의한 개선된 전계 방출 시스템을 도시하는 블록도이다. 도 4를 참조하면, 전계 방출 시스템(100)은 전계 방출 장치(110) 및 전류 제어 장치(120)를 포함한다. 4 is a block diagram illustrating an improved field emission system in accordance with the present invention. Referring to FIG. 4, the field emission system 100 includes a field emission device 110 and a current control device 120.

전계 방출 시스템(100)은 전류 제어 장치(120)에 포함된 직렬로 연결된 복수의 트랜지스터를 이용하여, 전계 방출 전류 함수가 변화되어도 전계 방출 전류를 일정하게 유지할 수 있다. 또한 전계 방출 시스템(100)은 전류 제어 장치(120)를 이용하여 전계 방출 전류 레벨을 원하는 전류 레벨로 조절할 수 있다.The field emission system 100 can maintain a constant field emission current even when the field emission current function is changed by using a plurality of transistors connected in series included in the current control device 120. [ Also, the field emission system 100 can adjust the field emission current level to a desired current level using the current control device 120. [

전계 방출 장치(110)는 전자를 방출하기 위한 캐소드를 포함한다. 전계 방출 장치(110)는 도 1의 전계 방출 장치(11)와 그 구성 및 동작이 동일하다.The field emission device 110 includes a cathode for emitting electrons. The field emission device 110 is identical in construction and operation to the field emission device 11 of Fig.

전류 제어 장치(120)는 제 1 전류 제어 트랜지스터(121), 제 2 전류 제어 트랜지스터(122) 및 제어 로직(123)을 포함한다. 제 1 전류 제어 트랜지스터(121) 및 제 2 전류 제어 트랜지스터(122)는 전계 방출 장치(110)의 캐소드와 직렬로 연결된다. 제 1 전류 제어 트랜지스터(121) 및 제 2 전류 제어 트랜지스터(122)는 높은 전압을 견디기 위한 전력 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(Power MOSFET)일 수 있다. 특히, 제1 전류 제어 트랜지스터(121)는 고갈모드(depletion mode) 혹은 향상모드(enhancement mode) 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터 일 수 있다. 그러나 본 발명의 제 1 및 제 2 전류 트랜지스터(121, 122)가 이에 한정되는 것은 아니다.The current control device 120 includes a first current control transistor 121, a second current control transistor 122, and control logic 123. The first current control transistor 121 and the second current control transistor 122 are connected in series with the cathode of the field emission device 110. The first current control transistor 121 and the second current control transistor 122 may be a power metal oxide semiconductor field effect transistor (Power MOSFET) for enduring a high voltage. In particular, the first current control transistor 121 may be a depletion mode or enhancement mode metal oxide semiconductor field effect transistor. However, the first and second current transistors 121 and 122 of the present invention are not limited thereto.

도 4에서는 제 1 전류 제어 트랜지스터(121) 및 제 2 전류 제어 트랜지스터(122)만 도시되었으나, 전류 제어 장치(120)에 포함되는 전류 제어 트랜지스터들의 개수는 한정되지 않는다. 예를 들어, 전류 제어 장치(120)는 직렬로 연결된 3개 이상의 전류 제어 트랜지스터들을 포함할 수 있다.Although only the first current control transistor 121 and the second current control transistor 122 are illustrated in FIG. 4, the number of the current control transistors included in the current control device 120 is not limited. For example, the current control device 120 may include three or more current control transistors connected in series.

제어 로직(123)은 제 1 및 제 2 전류 제어 트랜지스터(121, 122)의 각 노드 전압을 제어한다. 제어 로직(123)은 제 1 전류 제어 트랜지스터(121)를 이용하여 전계 방출 전류의 전류 레벨을 조절, 혹은 제한할 수 있다. 또한, 제어 로직(123)은 제 1 전류 제어 트랜지스터(121)와 제 2 전류 제어 트랜지스터(122)를 함께 이용하여, 전계 방출 전류를 일정하게 유지할 수 있다. 이때, 전계 방출 장치에 인가되는 인가 전압(Va)은 얻고자 하는 전류 레벨 이상의 전류가 방출될 수 있을 만큼 충분히 높은 값을 가져야 한다.The control logic 123 controls the voltage of each node of the first and second current control transistors 121 and 122. The control logic 123 may control or limit the current level of the field emission current using the first current control transistor 121. [ Also, the control logic 123 can use the first current control transistor 121 and the second current control transistor 122 together to keep the field emission current constant. At this time, the applied voltage (V a ) applied to the field emission device should have a value sufficiently high so that a current equal to or higher than the current level to be obtained can be emitted.

제어 로직(123)은 제 1 전류 제어 트랜지스터(121)의 게이트에는 제 1 게이트 전압(이하 Vg1)을 제공한다. 제 1 전류 제어 트랜지스터(121)의 소스는 접지와, 드레인은 제 2 전류 제어 트랜지스터(122)의 소스와 연결된다. 제 1 전류 제어 트랜지스터(120)의 드레인-소스 전류는 제 1 전류 제어 트랜지스터(121)의 게이트 전압(Vg1) 및 드레인 전압(이하 Vd1)에 응답하여 결정된다.The control logic 123 provides a first gate voltage (hereinafter V g1 ) to the gate of the first current control transistor 121. The source of the first current control transistor 121 is connected to the ground and the drain is connected to the source of the second current control transistor 122. The drain-source current of the first current control transistor 120 is determined in response to the gate voltage V g1 and the drain voltage (hereinafter, V d1 ) of the first current control transistor 121.

제어 로직(123)은 제 2 전류 제어 트랜지스터(122)의 게이트에 제 2 게이트 전압(이하 Vg2)을 제공한다. 제 2 전류 제어 트랜지스터(122)의 소스는 제 1 전류 제어 트랜지스터(121)의 드레인과, 드레인은 전계 방출 장치(110)의 캐소드와 연결된다. 제 2 전류 제어 트랜지스터(122)의 드레인-소스 전류는 제 2 전류 제어 트랜지스터(122)의 게이트-소스 전압(Vg2-Vd1) 및 드레인-소스 전압(Vc-Vd1)에 응답하여 결정된다. The control logic 123 provides a second gate voltage (hereinafter V g2 ) to the gate of the second current control transistor 122. The source of the second current control transistor 122 is connected to the drain of the first current control transistor 121 and the drain thereof is connected to the cathode of the field emission device 110. The drain-source current of the second current control transistor 122 is determined in response to the gate-source voltage V g2 -V d1 and the drain-source voltage V c -V d1 of the second current control transistor 122 do.

상술된 제어 로직(123)은 제 1 게이트 전압(Vg1)을 이용하여 전계 방출 전류량을 제어할 수 있다. 또, 제어 로직(123)은 제 2 게이트 전압(Vg2)을 이용하여 제 1 전류 제어 트랜지스터(121)의 드레인 노드 임계치를 제어할 수 있다.The control logic 123 described above can control the field emission current amount using the first gate voltage V g1 . Also, the control logic 123 can control the drain node threshold of the first current control transistor 121 using the second gate voltage V g2 .

이하 도 5를 참조하여 제어 로직(123)에 의한 전계 방출 시스템(100)의 전류 제어 방법에 관하여 더 자세히 설명한다.Hereinafter, the current control method of the field emission system 100 by the control logic 123 will be described in more detail with reference to FIG.

도 5는 도 4의 전계 방출 시스템의 전계 방출 전류 제어 방법을 설명하기 위한 그래프이다. 도 5의 그래프의 가로축은 전압을, 세로축은 전류를 나타낸다.5 is a graph for explaining a field emission current control method of the field emission system of FIG. The horizontal axis of the graph in Fig. 5 represents voltage and the vertical axis represents current.

도 4의 블록도를 참조하면, 전계 방출 장치(110)의 인가 전압(Va)은 전계 방출 장치(110)의 전계 방출 전압(이하 Vac), 제 2 전류 제어 트랜지스터(122)의 드레인-소스간 전압(이하 Vds2) 및 제 1 전류 제어 트랜지스터(121)의 드레인-소스간 전압(이하 Vds1)으로 분배된다.4, the applied voltage V a of the field emission device 110 is the field emission voltage V ac of the field emission device 110, the drain-source voltage of the second current control transistor 122, Source voltage (hereinafter referred to as V ds2 ) and the drain-source voltage (hereinafter referred to as V ds1 ) of the first current control transistor 121.

도 5의 전계 방출 장치(도 4 참조, 110)의 전계 방출 전압(Vac)에 대한 전계 방출 장치(110)의 초기 전계 방출 전류(Ie1) 및 열화 전계 방출 전류(Ie2)는 도 2 및 도 3과 동일하다. 초기 전계 방출 전류(Ie1) 및 열화 전계 방출 전류(Ie2)는 Vac가 일정 수준의 문턱 전압 이상이 되면 지수함수적으로 증가된다.The initial field emission current I e1 and the deteriorated field emission current I e2 of the field emission device 110 with respect to the field emission voltage V ac of the field emission device of FIG. And Fig. The initial field emission current (I e1 ) and the deteriorated field emission current (I e2 ) increase exponentially when V ac is above a certain threshold voltage.

전계 방출 장치(110)와 제 1 및 제 2 전류 제어 트랜지스터(121, 122)는 직렬로 연결되어 있으므로, 전계 방출 전류와 제 1 및 제 2 전류 제어 트랜지스터의 드레인-소스 전류(Ids1, Ids2)는 동일한 값을 가져야 한다. Since the field emission device 110 and the first and second current control transistors 121 and 122 are connected in series, the field emission current and the drain-source currents I ds1 and I ds2 of the first and second current control transistors ) Must have the same value.

한편, 직렬로 연결된 제 1 및 제 2 전류 제어 트랜지스터(120, 130)의 드레인-소스 전류는 도시된 바와 같이 하나의 전류 제어 트랜지스터의 이상적인 드레인-소스 전류와 같은 형태로 나타난다. 따라서 도 4의 전계 방출 시스템(100)은 전계 방출 장치(110)의 열화에도 불구하고 전계 방출 전류를 일정한 값으로 유지할 수 있다. 이하 전계 방출 장치(110)의 열화시 전계 방출 시스템(100)의 동작에 관하여 더 자세히 설명한다.On the other hand, the drain-source currents of the first and second current control transistors 120 and 130 connected in series are the same as the ideal drain-source current of one current control transistor as shown in the figure. Therefore, the field emission system 100 of FIG. 4 can maintain the field emission current at a constant value despite the deterioration of the field emission device 110. Hereinafter, the operation of the field emission system 100 in the deterioration of the field emission device 110 will be described in more detail.

전계 방출 장치(110)가 열화되면, 동일한 전계 방출 전류를 제공하기 위하여 Vac가 증가되어야 한다. 인가 전압(Va)은 일정하게 공급되는 전압이므로, 동일한 전계 방출 전류를 제공하기 위해서는 캐소드의 전압(Vc)이 낮아져야 한다.When the field emission device 110 deteriorates, V ac must be increased to provide the same field emission current. Since the applied voltage V a is a constantly supplied voltage, the voltage (V c ) of the cathode must be lowered to provide the same field emission current.

캐소드 전압(Vc)은 제 1 및 제 2 전류 제어 트랜지스터(121, 122)의 드레인-소스 전압으로 각각 분배된다. 제 2 전류 제어 트랜지스터(122)에 의하여, 제 1 전류 제어 트랜지스터(121)의 드레인 전압은 제 2 게이트 전압(Vg2)보다 낮은 값으로 유지되므로, 대부분의 캐소드 전압(Vc)은 제 2 전류 제어 트랜지스터(122)의 드레인-소스 전압으로 배분된다. The cathode voltage V c is distributed to the drain-source voltages of the first and second current control transistors 121 and 122, respectively. The drain voltage of the first current control transistor 121 is maintained at a value lower than the second gate voltage V g2 by the second current control transistor 122 so that the majority of the cathode voltage V c becomes the second current And is distributed to the drain-source voltage of the control transistor 122. [

캐소드 전압(Vc)이 전계 방출 장치(110)의 열화에 의하여 변화되어도, 제 2 게이트 전압(Vg2)이 일정한 레벨로 제공되면, 제 1 전류 제어 트랜지스터(121)의 드레인 전압은 제 2 게이트 전압(Vg2)에 의하여 일정한 레벨로 고정된다. 이때 제 2 게이트 전압(Vg2)은 제 2 전류 제어 트랜지스터(122)가 풀-온(full-on) 상태에서 동작되도록 제공된다. When the cathode voltage V c is changed by deterioration of the field emission device 110 and the second gate voltage V g2 is provided at a constant level, the drain voltage of the first current control transistor 121 is higher than the drain voltage of the second gate And is fixed to a constant level by the voltage V g2 . At this time, the second gate voltage V g2 is provided so that the second current control transistor 122 is operated in a full-on state.

따라서 제 1 전류 제어 트랜지스터(121)의 드레인 전압이 고정되므로, 제 1 및 제 2 전류 제어 트랜지스터(121, 122)의 드레인-소스 전류는 제 1 전류 제어 트랜지스터(121)에 의하여 제한되며, 그 값은 제 1 전류 제어 트랜지스터(121)의 게이트 전압(Vg1)에 의존한다.Therefore, since the drain voltage of the first current control transistor 121 is fixed, the drain-source current of the first and second current control transistors 121 and 122 is limited by the first current control transistor 121, Depends on the gate voltage (V g1 ) of the first current control transistor (121).

상술된 바와 같이, 전계 방출 장치(110)이 열화되면 Vac에 대한 전계 방출 전류 함수가 변화되어 전계 방출 장치(110)의 캐소드 전압(Vc)이 변화될 수 있다. 그러나 제 1 및 제 2 전류 제어 트랜지스터(121, 122)의 포화 특성에 의하여 전계 방출 정류는 제 1 전류 제어 트랜지스터(121)에 의하여 제한되는 일정한 값(Istd)으로 유지될 수 있다. 따라서 도 4의 전계 방출 시스템(100)은 전계 방출 장치(110)의 열화에도 불구하고 전류 제어 장치(120)을 이용하여 일정한 값의 전계 방출 전류를 유지할 수 있다. 실시 예로, 상기 제1 전류 제어 트랜지스터가 포화영역에서 동작하도록 상기 제 2 게이트 전압을 설정할 경우 전류 제어 특성이 더욱 향상 될 수 있다.As described above, when the field emission device 110 is deteriorated, the field emission current function for V ac may be changed to change the cathode voltage V c of the field emission device 110. However, due to the saturation characteristics of the first and second current control transistors 121 and 122, the field emission rectification can be maintained at a constant value I std limited by the first current control transistor 121. Therefore, the field emission system 100 of FIG. 4 can maintain the field emission current of a constant value using the current control device 120 despite the deterioration of the field emission device 110. In an embodiment, the current control characteristic can be further improved when the second gate voltage is set such that the first current control transistor operates in a saturation region.

이 때, 인가 전압(Va)은, 전계 방출 전압(Vac)이 상술된 동작이 가능한 레벨로 증가될 수 있도록 충분히 높은 레벨로 인가되어야 한다. 인가 전압(Va)과 전계 방출 전압(Vac)의 차는 제 2 전류 제어 트랜지스터(122)에 대부분 분배되므로, 인가 전압(Va)의 상한치는 제 2 전류 제어 트랜지스터(122)의 드레인-소스 허용 전압에 의하여 결정될 수 있다.At this time, the applied voltage V a should be applied at a sufficiently high level so that the field emission voltage V ac can be increased to a level at which the above-described operation is possible. The difference between the applied voltage V a and the field emission voltage V ac is mostly distributed to the second current control transistor 122 so that the upper limit of the applied voltage V a is the drain- Can be determined by the allowable voltage.

도 4에서 제 1 전류 제어 트랜지스터(121)의 소스는 접지와 연결되었으나, 이는 예시적인 것으로 본 발명의 바이어스 조건이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제 1 전류 제어 트랜지스터(121)의 소스에 음의 크기를 가지는 전압이 인가될 수 있다. 이에 응답하여 제 1 전류 제어 트랜지스터(121) 및 제 2 전류 제어 트랜지스터(122)의 게이트에는 이보다 높은 전압이 제공될 것이다.In FIG. 4, the source of the first current control transistor 121 is connected to the ground, but this is exemplary and the bias condition of the present invention is not limited thereto. For example, a voltage having a negative magnitude may be applied to the source of the first current control transistor 121. [ In response, a higher voltage will be applied to the gates of the first current control transistor 121 and the second current control transistor 122.

도 6은 도 1의 전류 제어 트랜지스터(12)의 동작 결과를 도시하는 그래프이다. 도 7은 도 4의 전계 제어 장치(120)의 동작 결과를 도시하는 그래프이다. 도 6 및 도 7에서 가로축은 전압을, 세로축은 전류를 나타낸다.6 is a graph showing the operation result of the current control transistor 12 of FIG. 7 is a graph showing the operation result of the electric field control device 120 of FIG. 6 and 7, the horizontal axis represents voltage and the vertical axis represents current.

도 6의 그래프들은 전류 제어 트랜지스터의 게이트 전압이 3.5V, 3.6V 및 3.7V일 때 드레인 전압에 대한 드레인-소스 전류를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 전류 제어 트랜지스터로 제공되는 드레인 전압이 낮을수록, 드레인 전압이 변화되어도 안정적인 전계 방출 전류값을 유지한다. 그러나 전계 방출 장치의 인가 전압이 일정 레벨 이상으로 높아지면, 낮은 게이트 전압을 제공하여도 드레인-소스 전류는 일정한 값을 유지하지 못하고 급격하게 증가된다.The graphs in Fig. 6 show the drain-source current for the drain voltage when the gate voltages of the current control transistors are 3.5V, 3.6V and 3.7V. As shown in the figure, the lower the drain voltage provided to the current control transistor, the more stable the field emission current value is maintained even if the drain voltage is changed. However, if the applied voltage of the field emission device becomes higher than a certain level, even if a low gate voltage is provided, the drain-source current does not maintain a constant value but increases sharply.

도 7의 그래프들은 제 1 전류 제어 트랜지스터의 게이트 전압이 3.8V, 3.9V, 3.95V, 4.1V 및 4.2V일 때 인가 전압에 대한 전계 방출 전류를 나타낸다. 도 1의 경우보다 높은 드레인 전압을 제공하는 경우에도, 전압이 1000V 이상으로 증가되어도 드레인-소스 전류는 일정한 값으로 유지된다. 또한, 그 일정한 값은 제 1 전류 트랜지스터의 게이트 전압을 이용하여 제어될 수 있음을 확인할 수 있다.The graphs of FIG. 7 show the field emission currents for the applied voltages when the gate voltages of the first current control transistors are 3.8V, 3.9V, 3.95V, 4.1V, and 4.2V. Even if a higher drain voltage is provided in the case of Fig. 1, the drain-source current is maintained at a constant value even when the voltage is increased to 1000V or more. It can also be seen that the constant value can be controlled using the gate voltage of the first current transistor.

도 7의 그래프에서 드레인 전압이 일정 레벨 이상의 값을 가질 때 전계 방출 전류가 소량 증가되는 것은 제 1 및 제 2 전류 제어 트랜지스터의 발열에 의한 현상으로, 방열판을 부착하면 보다 안정된 특성을 나타낼 것이다.In the graph of FIG. 7, when the drain voltage has a value equal to or higher than a certain level, a slight increase in the field emission current is caused by the heat generation of the first and second current control transistors.

도 8은 본 발명에 의한 전계 방출 시스템을 전계 방출 디스플레이(Electric Field Emission Display)에 적용한 실시예를 도시하는 블록도이다. 전계 방출 디스플레이(200)는 전계 방출 표시 모듈(210) 및 전류 제어 장치(220)을 포함한다.8 is a block diagram showing an embodiment in which the field emission system according to the present invention is applied to an electric field emission display. The field emission display 200 includes a field emission display module 210 and a current control device 220.

전계 방출 표시 모듈(210)은 캐소드(211) 및 아노드(212)를 포함한다. 전계 방출 표시 모듈(210)은 캐소드(211)와 아노드(212) 사이의 전압 차이에 응답하여 빛을 발생시킨다. 본 실시예의 전계 방출 표시 모듈(210)은 이극 구조로 도시되었으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 전계 방출 표시 모듈은 게이트를 더 포함하고, 게이트와 캐소드 사이의 전압 차이에 응답하여 빛을 발생시킬 수 있다.The field emission display module 210 includes a cathode 211 and an anode 212. The field emission display module 210 generates light in response to a voltage difference between the cathode 211 and the anode 212. Although the field emission display module 210 of this embodiment is shown as a bipolar structure, the present invention is not limited thereto. For example, the field emission display module may further include a gate, and may generate light in response to a voltage difference between the gate and the cathode.

아노드(212)는 빛을 발생시키기 위한 형광체를 포함한다. 아노드(212)의 형광체에 전자가 충돌하면, 형광체 내의 전자들이 분리되며 빛이 발생된다. 아노드(211)에는 전자를 유도하기 위하여 인가 전압(Va)이 인가된다. 인가 전압(Va)은 캐소드(211) 전압에 비하여 큰 양의 값을 가진다.The anode 212 includes a phosphor for generating light. When electrons collide with the phosphor of the anode 212, electrons in the phosphor are separated and light is generated. An applied voltage V a is applied to the anode 211 to induce electrons. The applied voltage V a has a large positive value as compared with the cathode 211 voltage.

전류 제어 장치(220)는 제 1 전류 제어 트랜지스터(221), 제 2 전류 제어 트래지스터(222) 및 제어 로직(223)을 포함한다. The current control device 220 includes a first current control transistor 221, a second current control transistor 222, and control logic 223.

상술된 바와 같이, 제어 로직(223)은 제 1 및 제 2 전류 제어 트랜지스터(221, 222)의 게이트 전압을 제어할 수 있다. 제어 로직(223)은 제 1 전류 제어 트랜지스터(221)에 제공되는 제 1 게이트 전압(Vg1)을 이용하여 전계 방출 전류의 전류 레벨을 조절 혹은 제한할 수 있다. 또한, 제어 로직(223)은 제 1 전류 제어 트랜지스터(221)와 제 2 전류 제어 트랜지스터(222)를 함께 이용하여, 전계 방출 전류를 일정하게 유지할 수 있다. As described above, the control logic 223 can control the gate voltages of the first and second current control transistors 221 and 222. [ The control logic 223 may adjust or limit the current level of the field emission current using the first gate voltage V g1 provided to the first current control transistor 221. Also, the control logic 223 can keep the field emission current constant by using the first current control transistor 221 and the second current control transistor 222 together.

본 발명에 의한 전류 제어 장치(220)는 제어 로직(223)을 이용하여 전계 방출 전류의 전류 레벨을 조절 혹은 제한할 수 있다. 또한 전류 제어 장치(220)는 전계 방출 전류의 레벨을 일정하게 유지하여 전계 방출 표시 모듈(210)에서 생성되는 빛의 세기를 제어할 수 있다. The current control device 220 according to the present invention can control or limit the current level of the field emission current using the control logic 223. [ Also, the current control device 220 can control the intensity of light generated in the field emission display module 210 by keeping the level of the field emission current constant.

도 9는 본 발명에 의한 전계 방출 시스템을 전계 방출 엑스선원에 적용한 실시예를 도시하는 블록도이다. 전계 방출 엑스선원(300)은 전계 방출 엑스선 장치(310) 및 전류 제어 장치(320)을 포함한다.9 is a block diagram showing an embodiment in which the field emission system according to the present invention is applied to a field emission X-ray source. The field emission X-ray source 300 includes a field emission X-ray device 310 and a current control device 320.

전계 방출 엑스선 장치(310)는 캐소드(311), 아노드(312), 게이트(313), 제 1 집속 전극(314a) 및 제 2 집속 전극(314b)을 포함한다. The field emission X-ray device 310 includes a cathode 311, an anode 312, a gate 313, a first focusing electrode 314a, and a second focusing electrode 314b.

캐소드(311)는 CNT(Carbon Nanotube) 에미터를 포함한다. 캐소드(311)와 아노드(312) 혹은 게이트(313) 사이에 높은 전압 차이가 발생되면, CNT 에미터로부터 전자가 방출된다. 캐소드(311)로부터 방출된 전자는 게이트(313), 제 1 집속 전극(314a) 및 제 2 집속 전극(314b)를 통과하여 아노드(312)로 집속된다.The cathode 311 includes a carbon nanotube (CNT) emitter. When a high voltage difference is generated between the cathode 311 and the anode 312 or the gate 313, electrons are emitted from the CNT emitter. Electrons emitted from the cathode 311 pass through the gate 313, the first focusing electrode 314a, and the second focusing electrode 314b and are converged to the anode 312.

게이트(313)는 복수의 게이트 홀이 형성된 메쉬(mesh) 형태의 판이다. 게이트(313)는 캐소드(311)의 전자 방출을 유도한다. 또한 제 1 집속 전극(314a) 및 제 2 집속 전극(314b)은 캐소드(311)로부터 방출된 전자가 확산되는 것을 방지하고 아노드(312)로 집속되도록 유도한다. 아노드(312)에서는 캐소드(313)로부터 방출되어 집속된 전자에 의하여 엑스선이 발생된다.The gate 313 is a mesh-shaped plate having a plurality of gate holes. The gate 313 induces electron emission of the cathode 311. The first focusing electrode 314a and the second focusing electrode 314b prevent the electrons emitted from the cathode 311 from diffusing and direct the focusing to the anode 312. [ In the anode 312, x-rays are generated by the electrons emitted from the cathode 313 and focused.

전계 방출 엑스선원(300)이 동작될 때, 발생되는 엑스선의 크기가 일정하게 유지되는 것이 중요하다. 그러나 전계 방출 엑스선원(300)의 동작시, 전계 방출 엑스선부(310)의 게이트(313)의 물리적인 떨림에 의하여 캐소드(312)와 게이트(313) 사이의 거리는 일정하게 유지되지 못하고 가변된다. 캐소드(312)와 게이트(313) 사이의 거리가 가변됨에 응답하여 엑스선의 크기도 가변된다.When the field emission X-ray source 300 is operated, it is important that the size of the generated X-rays is kept constant. However, during the operation of the field emission X-ray source 300, the distance between the cathode 312 and the gate 313 can not be maintained constant due to the physical shaking of the gate 313 of the field emission X- The size of the X-ray varies in response to the variation of the distance between the cathode 312 and the gate 313.

본 발명에 의한 전계 방출 엑스선원(300)은 전류 제어 장치(320)를 이용하여 전계 방출 엑스선 모듈(310)에 흐르는 전계 방출 전류를 제어할 수 있다. 전계 방출 엑스선원(300)은 전계 방출 전류를 일정하게 유지하여 전계 방출 엑스선 장치(310)로부터 발생되는 엑스선의 크기를 일정하게 유지할 수 있다.The field emission X-ray source 300 according to the present invention can control the field emission current flowing in the field emission X-ray module 310 using the current control device 320. The field emission X-ray source 300 can keep the field emission current constant and maintain the size of the X-rays generated from the field emission X-ray device 310 constant.

전류 제어 장치(320)는 제 1 전류 제어 트랜지스터(321), 제 2 전류 제어 트랜지스터(322) 및 제어 로직(323)을 포함한다. The current control device 320 includes a first current control transistor 321, a second current control transistor 322, and a control logic 323.

상술된 바와 같이, 제어 로직(323)은 제 1 및 제 2 전류 제어 트랜지스터(321, 322)의 게이트 전압을 제어할 수 있다. 제어 로직(323)은 제 1 전류 제어 트랜지스터(321)에 제공되는 제 1 게이트 전압(Vg1)을 이용하여 전계 방출 전류의 전류 레벨을 조절 혹은 제한할 수 있다. 또한, 제어 로직(323)은 제 1 전류 제어 트랜지스터(321)와 제 2 전류 제어 트랜지스터(322)를 함께 이용하여, 전계 방출 전류를 일정하게 유지할 수 있다. As described above, the control logic 323 can control the gate voltages of the first and second current control transistors 321 and 322. [ The control logic 323 may adjust or limit the current level of the field emission current using the first gate voltage V g1 provided to the first current control transistor 321. [ In addition, the control logic 323 can use the first current control transistor 321 and the second current control transistor 322 together to keep the field emission current constant.

본 발명에 의한 전류 제어 장치(320)는 제어 로직(323)을 이용하여 전계 방출 전류의 전류 레벨을 조절 혹은 제한할 수 있다. 또한 전류 제어 장치(320)는 전계 방출 전류의 레벨을 일정하게 유지하여, 전계 방출 엑스선원(310)에서 생성되는 엑스선의 세기를 일정하게 유지할 수 있다. The current control device 320 according to the present invention can control or limit the current level of the field emission current using the control logic 323. [ Also, the current control device 320 can maintain the level of the field emission current at a constant level and maintain the intensity of the X-ray generated at the field emission X-ray source 310 at a constant level.

도 10은 본 발명이 적용된 전계 방출 엑스선원(300) 및 그렇지 않은 전계 방출 엑스선원의 동작 결과를 도시하는 그래프이다. 도 10을 참조하면, 시간의 변화에 따라 일반 전계 방출 엑스선원의 엑스선의 크기는 진동하지만, 본 발명에 의한 전계 방출 엑스선원에 의한 엑스선은 일정한 크기를 유지함을 확인할 수 있다.FIG. 10 is a graph showing the operation results of the field emission X-ray source 300 and the field emission X-ray source to which the present invention is applied. Referring to FIG. 10, the size of the X-ray of the general field emission X-ray source fluctuates with time, but it can be confirmed that the X-ray of the field emission X-ray source according to the present invention maintains a constant size.

본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지로 변형될 수 있다. 예를 들어, 전계 방출 장치, 제 1 및 제 2 전류 제어 트랜지스터의 세부적 구성은 사용 환경이나 용도에 따라 다양하게 변화 또는 변경될 수 있을 것이다. 본 발명에서 사용된 특정한 용어들은 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며 그 의미를 한정하거나 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시예에 국한되어서는 안되며 후술하는 특허 청구범위 뿐만 아니라 이 발명의 특허 청구범위와 균등한 범위에 대하여도 적용되어야 한다. While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. For example, the detailed configuration of the field emission device, the first and second current control transistors may be variously changed or changed depending on the use environment or use. The specific terminology used herein is for the purpose of describing the present invention and is not used to limit its meaning or to limit the scope of the present invention described in the claims. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be applied not only to the following claims, but also to the equivalents of the claims of the present invention.

100: 전계 방출 시스템
110: 전계 방출 장치
120: 전류 제어 장치
121: 제 1 전류 제어 트랜지스터
122: 제 2 전류 제어 트랜지스터
123: 제어 로직100: field emission system
110: field emission device
120: Current control device
121: first current control transistor
122: second current control transistor
123: control logic

Claims (16)

인가 전압에 응답하여 전자를 방출하는 전계 방출 장치와 연결되어, 전계 방출 전류를 제어하는 전류 제어 장치에 있어서,
제 1 게이트 전압에 응답하여 전류 통로를 형성하는 제 1 전류 제어 트랜지스터;
상기 전계 방출 장치와 상기 제 1 전류 제어 트랜지스터 사이에 연결되고, 제 2 게이트 전압에 응답하여 전류 통로를 형성하는 제 2 전류 제어 트랜지스터; 및
상기 제 1 및 제 2 게이트 전압을 제어하기 위한 제어 로직을 포함하며,
상기 제어 로직은 상기 제 2 전류 제어 트랜지스터가 턴-온 상태에 있도록 상기 제 2 게이트 전압을 제어하고, 상기 제 1 게이트 전압을 이용하여 상기 전계 방출 전류의 임계값을 제어하는 전류 제어 장치.A current control device connected to a field emission device that emits electrons in response to an applied voltage and controls a field emission current,
A first current control transistor forming a current path in response to a first gate voltage;
A second current control transistor connected between the field emission device and the first current control transistor and forming a current path in response to a second gate voltage; And
And control logic for controlling the first and second gate voltages,
Wherein the control logic controls the second gate voltage so that the second current control transistor is in a turn-on state, and controls the threshold value of the field emission current using the first gate voltage. 제 1항에 있어서,
상기 전류 제어 장치는 상기 인가 전압이 기준 전압 이상의 값으로 제공되는 조건에서 구동되며,
상기 기준 전압은 상기 전계 방출 장치로부터 상기 전계 방출 전류 임계값 이상의 전계 방출 전류를 인출하는 전압인 전류 제어 장치.The method according to claim 1,
Wherein the current control device is driven under a condition that the applied voltage is provided at a value equal to or higher than a reference voltage,
Wherein the reference voltage is a voltage for drawing out a field emission current equal to or higher than a threshold value of the field emission current from the field emission device. 제 2항에 있어서,
상기 전류 제어 장치는 상기 인가 전압이 상한 전압 이하의 값으로 제공되는 조건에서 구동되며,
상기 상한 전압은 상기 전계 방출 장치의 특성 및 상기 제 2 전류 제어 트랜지스터의 드레인-소스 허용 전압을 기초로 결정되는 전류 제어 장치.3. The method of claim 2,
The current control device is driven under a condition that the applied voltage is provided at a value equal to or lower than the upper limit voltage,
Wherein the upper limit voltage is determined based on the characteristics of the field emission device and the drain-source allowable voltage of the second current control transistor. 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 제어 로직은 상기 제 2 게이트 전압이 상기 제 1 게이트 전압보다 높은 일정한 값으로 유지되도록 상기 제 2 게이트 전압을 제어하는 전류 제어 장치. The method according to claim 1,
Wherein the control logic controls the second gate voltage such that the second gate voltage is maintained at a constant value higher than the first gate voltage. 제 1항에 있어서,
상기 제어 로직은 상기 제 1 전류 제어 트랜지스터가 포화영역에서 동작하도록 상기 제 2 게이트 전압을 제어하는 전류 제어 장치. The method according to claim 1,
Wherein the control logic controls the second gate voltage to operate the first current control transistor in a saturation region. 제 1항에 있어서,
상기 제 2 전류 제어 트랜지스터는 전력 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(Power MOSFET)인 전류 제어 장치.The method according to claim 1,
Wherein the second current control transistor is a power metal oxide semiconductor field effect transistor (Power MOSFET). 제 1항에 있어서,
상기 제 1 전류 제어 트랜지스터는 고갈모드(depletion mode) 혹은 향상모드(enhancement mode) 전력 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(Power MOSFET)인 전류 제어 장치.The method according to claim 1,
Wherein the first current control transistor is a depletion mode or enhancement mode power metal oxide semiconductor field effect transistor. 인가 전압에 응답하여 전자를 방출하는 캐소드를 포함하는 전계 방출 장치; 및
상기 전계 방출 장치와 연결되어 전계 방출 전류를 제어하는 전류 제어 장치를 포함하고,
상기 전류 제어 장치는
제 1 게이트 전압에 응답하여 전류 통로를 형성하는 제 1 전류 제어 트랜지스터;
상기 캐소드와 상기 제 1 전류 제어 트랜지스터 사이에 연결되고, 제 2 게이트 전압에 응답하여 전류 통로를 형성하는 제 2 전류 제어 트랜지스터; 및
상기 제 1 및 제 2 게이트 전압을 제어하기 위한 제어 로직을 포함하며,
상기 제어 로직은 상기 제 2 전류 제어 트랜지스터가 턴-온 상태에 있도록 상기 제 2 게이트 전압을 제어하고, 상기 제 1 게이트 전압을 이용하여 상기 전계 방출 전류의 임계값을 제어하는 전계 방출 시스템.A field emission device including a cathode that emits electrons in response to an applied voltage; And
And a current control device connected to the field emission device to control a field emission current,
The current control device
A first current control transistor forming a current path in response to a first gate voltage;
A second current control transistor coupled between the cathode and the first current control transistor and forming a current path in response to a second gate voltage; And
And control logic for controlling the first and second gate voltages,
Wherein the control logic controls the second gate voltage so that the second current control transistor is in a turn-on state, and controls the threshold value of the field emission current using the first gate voltage. 제 9항에 있어서,
상기 전계 방출 장치는 전자를 받아들이는 아노드를 더 포함하고,
상기 전자는 상기 아노드 및 상기 캐소드 사이의 전압 차이에 응답하여 방출되는 전계 방출 시스템.10. The method of claim 9,
Wherein the field emission device further comprises an anode for receiving electrons,
Wherein the electrons are emitted in response to a voltage difference between the anode and the cathode. 제 10항에 있어서,
상기 아노드는 빛을 발생시키기 위한 형광체를 포함하고, 상기 받아들인 전자에 응답하여 상기 빛을 발생시키는 전계 방출 시스템.11. The method of claim 10,
Wherein the anode includes a phosphor for generating light, and generates the light in response to the received electrons. 제 10항에 있어서,
상기 아노드는 상기 받아들인 전자에 응답하여 엑스선을 발생시키는 전계 방출 시스템.11. The method of claim 10,
Wherein the anode generates an X-ray in response to the received electrons. 제 9항에 있어서,
상기 전계 방출 장치는 전자를 받아들이는 아노드; 및
상기 아노드와 상기 캐소드 사이에 위치하고, 전자 방출을 유도하는 게이트를 더 포함하며,
상기 전자는 상기 게이트 및 상기 캐소드 사이의 전압 차이에 응답하여 방출되는 전계 방출 시스템.10. The method of claim 9,
The field emission device includes an anode for receiving electrons; And
Further comprising a gate positioned between the anode and the cathode for inducing electron emission,
Wherein the electrons are emitted in response to a voltage difference between the gate and the cathode. 제 13항에 있어서,
상기 전계 방출 장치는 상기 캐소드로부터 방출된 전자를 집속하는 집속 전극을 더 포함하고,
상기 집속 전극은 상기 게이트 및 상기 아노드 사이에 위치하는 전계 방출 시스템.14. The method of claim 13,
Wherein the field emission device further comprises a focusing electrode for focusing electrons emitted from the cathode,
And the focusing electrode is located between the gate and the anode. 제 9항에 있어서,
상기 인가 전압은 기준 전압 이상의 값으로 제공되며,
상기 기준 전압은 상기 전계 방출 장치로부터 상기 전계 방출 전류 임계값 이상의 전계 방출 전류를 인출하는 전압인 전계 방출 시스템.10. The method of claim 9,
The applied voltage is provided at a value equal to or higher than the reference voltage,
Wherein the reference voltage is a voltage for drawing out a field emission current equal to or higher than the threshold value of the field emission current from the field emission device. 제 15항에 있어서,
상기 인가 전압은 상한 전압 이하의 값으로 제공되며,
상기 상한 전압은 상기 전계 방출 장치의 특성 및 상기 제 2 전류 제어 트랜지스터의 드레인-소스 허용 전압을 기초로 결정되는 전계 방출 시스템.
16. The method of claim 15,
The applied voltage is provided at a value equal to or lower than the upper limit voltage,
Wherein the upper limit voltage is determined based on the characteristics of the field emission device and the drain-source allowable voltage of the second current control transistor.
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