KR102345783B1

KR102345783B1 - Apparatus for aging field emission device and aging method thereof

Info

Publication number: KR102345783B1
Application number: KR1020180090958A
Authority: KR
Inventors: 정진우; 송윤호
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2017-09-08
Filing date: 2018-08-03
Publication date: 2022-01-03
Also published as: KR20190028277A

Abstract

본 발명은 제1 전극 및 제2 전극 사이의 전계에 기초하여 전자를 방출시키는 전계 방출 소자를 에이징하는 장치 및 이의 에이징 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 장치는 전압 생성기 및 전류 제어기를 포함한다. 전압 생성기는 제1 시간 동안 제1 전극에 인가되는 전압의 크기를 목표 전압 레벨까지 증가시킨다. 전류 제어기는 제2 시간 동안 전계 방출 전류의 크기를 목표 전류 레벨까지 증가시키고, 제3 시간 동안 전계 방출 전류의 펄스폭을 목표 펄스폭까지 증가시킨다. 본 발명에 따르면, 고효율 저비용으로 대량의 전계 방출 소자의 성능이 향상될 수 있다.The present invention relates to an apparatus for aging a field emission device that emits electrons based on an electric field between a first electrode and a second electrode, and a method for aging the same. An apparatus according to an embodiment of the present invention includes a voltage generator and a current controller. The voltage generator increases the voltage applied to the first electrode for the first time to a target voltage level. The current controller increases the magnitude of the field emission current to the target current level during the second time period, and increases the pulse width of the field emission current to the target pulse width during the third time period. According to the present invention, the performance of a large number of field emission devices can be improved with high efficiency and low cost.

Description

Apparatus for aging a field emission device and an aging method thereof

본 발명은 전계 방출 소자의 검사를 위한 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 전계 방출 소자를 에이징하는 장치 및 이의 에이징 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for inspecting a field emission device, and more particularly, to an apparatus for aging a field emission device and an aging method thereof.

전계 방출 소자(Field Emission Device)는 전계에 의하여 금속 표면에서 전자를 끌어내는 전계 방출 효과를 이용한 소자를 의미할 수 있다. 전계 방출 소자는 일반적으로 캐소드 전극 및 아노드 전극을 포함하는 2극 구조로 구성되거나, 캐소드 전극, 아노드 전극, 및 전자 방출에 요구되는 전계를 인가하기 위한 게이트 전극을 포함하는 3극 구조로 구성될 수 있다. 전계 방출 소자는 간단한 전극 구조, 고속 동작, 및 저전력 소비 등의 장점을 갖고 있어 디스플레이 장치를 비롯한 다양한 전자 장치에 응용될 수 있다.A field emission device may refer to a device using a field emission effect of drawing electrons from a metal surface by an electric field. Field emission devices are generally composed of a two-pole structure including a cathode electrode and an anode electrode, or a three-pole structure including a cathode electrode, an anode electrode, and a gate electrode for applying an electric field required for electron emission. can be Since the field emission device has advantages such as a simple electrode structure, high-speed operation, and low power consumption, it can be applied to various electronic devices including display devices.

전계 방출 소자의 캐소드 전극 상에 전계에 의하여 전자를 방출하기 위한 에미터가 형성된다. 전자 방출의 용이성을 확보하기 위하여, 에미터의 끝단은 뾰족한 형상을 갖거나, 가늘고 긴 형상을 갖는 나노 물질이 에미터에 이용될 수 있다. 이러한 특성에 의하여, 전계 방출 소자의 에미터는 열 전자 에미터에 비하여 주위 진공도 저하, 또는 아크 방전 등에 쉽게 손상되는 취약점을 갖는다. 따라서, 전계 방출 소자의 안정적인 성능 발현을 위하여 시즈닝(seasoning) 또는 에이징(aging) 공정이 요구될 수 있다.An emitter for emitting electrons by an electric field is formed on the cathode electrode of the field emission device. In order to secure the ease of electron emission, the tip of the emitter may have a pointed shape or a nanomaterial having an elongated shape may be used for the emitter. Due to these characteristics, the emitter of the field emission device has a weak point in being easily damaged, such as a decrease in ambient vacuum or arc discharge, compared to a thermal electron emitter. Therefore, a seasoning or aging process may be required for stable performance expression of the field emission device.

에이징 공정은 전계 방출 소자에 일정 기간 동안 적절한 스트레스를 가하여 안정화된 상태가 될 때까지 전계 방출 소자를 보존시키는 단계를 의미할 수 있다. 전계 방출 소자의 대량 생산을 저비용 고효율로 수행하기 위한 에이징 공정에 대한 요구가 제기되고 있다. 아울러, 이러한 에이징 공정을 효율적으로 수행하기 위한 에이징 장치에 대한 요구가 제기되고 있다.The aging process may refer to a step of preserving the field emission device until it becomes a stabilized state by applying an appropriate stress to the field emission device for a certain period of time. There is a demand for an aging process for performing mass production of field emission devices at low cost and high efficiency. In addition, there is a demand for an aging apparatus for efficiently performing such an aging process.

본 발명은 전계 방출 소자의 에이징을 위한 단계들을 최적화하여 저비용으로 대량의 에이징을 효율적으로 수행할 수 있는 전계 방출 소자를 에이징하는 장치 및 이의 에이징 방법을 제공한다.The present invention provides an apparatus for aging a field emission device and an aging method thereof, which can efficiently perform mass aging at low cost by optimizing the steps for aging of the field emission device.

본 발명의 실시예에 따른 장치는 제1 전극과 제2 전극 사이의 전계에 기초하여 전자를 방출시키는 전계 방출 소자를 에이징한다. 상기 장치는 제1 시간 동안, 전계 방출 소자의 제1 전극에 인가되는 전압의 크기를 목표 전압 레벨까지 증가시키는 전압 생성기, 및 제1 시간 이후의 제2 시간 동안, 전계 방출 소자의 전계 방출 전류의 크기를 목표 전류 레벨까지 증가시키고, 제2 시간 이후의 제3 시간 동안, 목표 전류 레벨을 갖는 전계 방출 전류의 펄스폭을 목표 펄스폭까지 증가시키는 전류 제어기를 포함한다.A device according to an embodiment of the present invention ages a field emission element that emits electrons based on an electric field between the first electrode and the second electrode. The device comprises, for a first time, a voltage generator for increasing the magnitude of the voltage applied to the first electrode of the field emission device to a target voltage level, and for a second time after the first time, the field emission current of the field emission device and a current controller for increasing the magnitude to the target current level and increasing, for a third time after the second time, a pulse width of the field emission current having the target current level to the target pulse width.

일례로, 전압 생성기는 제1 시간 이후에, 전자 방출량을 조절하기 위한 상기 전계 방출 소자의 게이트 전극에 인가되는 게이트 전압을 더 생성할 수 있다. 일례로, 전압 생성기는 제1 시간 동안, 제2 전극과 게이트 전극을 단락시키고, 이 경우, 제1 전극은 아노드 전극이고, 제2 전극은 캐소드 전극일 수 있다. 일례로, 전압 생성기는 제1 시간 동안, 제1 전극과 게이트 전극을 단락시키고, 이 경우, 제1 전극은 캐소드 전극이고, 제2 전극은 아노드 전극일 수 있다.For example, the voltage generator may further generate a gate voltage applied to the gate electrode of the field emission device for controlling the amount of electron emission after the first time period. For example, the voltage generator may short-circuit the second electrode and the gate electrode for the first time, in this case, the first electrode may be an anode electrode, and the second electrode may be a cathode electrode. For example, the voltage generator may short-circuit the first electrode and the gate electrode for the first time, in this case, the first electrode may be a cathode electrode, and the second electrode may be an anode electrode.

일례로, 전류 제어기는 제1 시간 동안, 전계 방출 전류의 흐름을 차단하고, 제2 시간 동안, 목표 펄스폭보다 작은 초기 에이징 펄스폭을 갖고, 목표 전류 레벨까지 증가하는 피크 값을 갖도록 전계 방출 전류를 제어할 수 있다. 일례로, 전류 제어기는 제3 시간 동안, 전계 방출 전류의 펄스폭을 초기 에이징 펄스폭으로부터 목표 펄스폭까지 로그 스케일로 증가시킬 수 있다.In one example, the current controller blocks the flow of the field emission current for a first time, and for a second time, the field emission current has an initial aging pulse width smaller than the target pulse width, and has a peak value increasing up to the target current level can control For example, during the third time period, the current controller may increase the pulse width of the field emission current on a logarithmic scale from the initial aging pulse width to the target pulse width.

일례로, 전압 생성기는 제3 시간 이후의 제4 시간 동안, 제1 전극에 목표 전압 레벨을 갖는 전압을 인가하고, 전류 제어기는 제4 시간 동안, 피크 값이 목표 전류 레벨로 유지되고, 펄스폭이 목표 펄스폭으로 유지되도록 전계 방출 전류를 제어할 수 있다.For example, the voltage generator applies a voltage having a target voltage level to the first electrode for a fourth time after the third time, and the current controller maintains a peak value at the target current level for the fourth time, and the pulse width The field emission current can be controlled to maintain this target pulse width.

일례로, 전류 제어기는 제1 제어 신호에 기초하여, 전계 방출 전류의 펄스폭을 결정하는 제1 트랜지스터, 제2 제어 신호에 기초하여, 전계 방출 전류의 피크 값을 결정하는 제2 트랜지스터, 제1 제어 신호를 제1 트랜지스터의 게이트에 제공하고, 제2 제어 신호를 제2 트랜지스터의 게이트에 제공하는 함수 생성기, 및 전계 방출 전류를 측정하는 전류 측정기를 포함할 수 있다.In one example, the current controller includes a first transistor configured to determine a pulse width of the field emission current based on the first control signal, a second transistor configured to determine a peak value of the field emission current based on the second control signal, and a first a function generator to provide a control signal to the gate of the first transistor, a function generator to provide a second control signal to the gate of the second transistor, and a current meter to measure the field emission current.

일례로, 상기 장치는 제1 시간 동안, 제1 전극에 인가되는 전압의 크기를 목표 전압 레벨까지 순차적으로 증가하고, 제1 시간 이후에 목표 전압 레벨을 유지하도록 전압 생성기를 제어하고, 제2 시간 동안, 전계 방출 전류의 피크 값을 목표 전류 레벨까지 순차적으로 증가하도록 전류 제어기를 제어하고, 제3 시간 동안, 전계 방출 전류의 펄스폭을 상기 목표 펄스폭까지 순차적으로 증가하도록 전류 제어기를 제어하고, 제4 시간 동안, 목표 전류 레벨의 피크 값을 갖고, 목표 펄스폭을 갖도록 전류 제어기를 제어하는 에이징 제어기를 더 포함한다.In one example, the device sequentially increases the level of the voltage applied to the first electrode to the target voltage level for a first time period, controls the voltage generator to maintain the target voltage level after the first time period, and for a second time period during, controlling the current controller to sequentially increase the peak value of the field emission current to a target current level, and for a third time, control the current controller to sequentially increase the pulse width of the field emission current to the target pulse width, It further includes an aging controller for controlling the current controller to have a peak value of the target current level and a target pulse width during the fourth time period.

일례로, 상기 장치는 제3 전극과 제4 전극 사이의 전계에 기초하여 전자를 방출시키는 제2 전계 방출 소자의 제2 전계 방출 전류를 제어하되, 제2 시간 동안, 제2 전계 방출 전류의 크기를 목표 전류 레벨까지 증가시키고, 제3 시간 동안, 제2 방출 전류의 펄스폭을 목표 펄스폭까지 증가시키는 제2 전류 제어기, 및 제2 전류 제어기를 제어하는 제2 에이징 제어기를 더 포함하되, 전압 생성기는 제1 시간 동안, 제3 전극에 인가되는 전압의 크기를 상기 목표 전압 레벨까지 증가시킬 수 있다. In one example, the device controls a second field emission current of a second field emission device that emits electrons based on an electric field between the third electrode and the fourth electrode, wherein, for a second time, the magnitude of the second field emission current and a second current controller to increase to the target current level and increase, for a third time, a pulse width of the second emission current to the target pulse width, and a second aging controller to control the second current controller, the voltage The generator may increase the voltage applied to the third electrode to the target voltage level during the first time period.

일례로, 상기 장치는 전계 방출 전류, 제2 전계 방출 전류, 및 제1 및 제3 전극에 인가되는 전압에 기초하여, 에이징 제어기 및 제2 에이징 제어기의 제어 변수를 결정하는 통합 제어기를 더 포함하고, 에이징 제어기 및 제2 에이징 제어기는 제어 변수에 기초하여, 전계 방출 전류 및 제2 전계 방출 전류 각각의 크기 및 펄스폭을 결정할 수 있다.In one example, the device further comprises an integrated controller for determining control parameters of the aging controller and the second aging controller based on the field emission current, the second field emission current, and the voltage applied to the first and third electrodes, , the aging controller and the second aging controller may determine a magnitude and a pulse width of the field emission current and the second field emission current, respectively, based on the control variable.

본 발명의 실시예에 다른 전계 방출 소자를 에이징하는 장치의 에이징 방법은, 제1 시간 동안, 전계 방출 소자의 제1 전극에 인가되는 전압을 목표 전압 레벨까지 순차적으로 증가시키는 단계, 제1 시간 이후, 전압을 상기 목표 전압 레벨로 유지하는 단계, 제1 시간 이후 제2 시간 동안, 전계 방출 소자의 전계 방출 전류를 목표 전류 레벨까지 순차적으로 증가시키는 단계, 제2 시간 이후 제3 시간 동안, 목표 전류 레벨을 갖는 전계 방출 전류의 펄스폭을 목표 펄스폭까지 순차적으로 증가시키는 단계, 및 제3 시간 이후 제4 시간 동안, 전계 방출 전류가 목표 전류 레벨 및 상기 목표 펄스폭을 유지하도록 제어하는 단계를 포함한다.The aging method of an apparatus for aging a field emission device according to an embodiment of the present invention includes sequentially increasing the voltage applied to the first electrode of the field emission device to a target voltage level for a first time, after the first time , maintaining the voltage at the target voltage level, sequentially increasing the field emission current of the field emission device to the target current level for a second time after the first time, for a third time after the second time, the target current sequentially increasing a pulse width of the field emission current having a level to a target pulse width, and controlling the field emission current to maintain the target current level and the target pulse width for a fourth time after the third time do.

일례로, 전압을 목표 전압 레벨까지 순차적으로 증가시키는 단계는, 전계 방출 소자의 제2 전극과 게이트 전극을 단락시키는 단계, 전압을 기준 전압 레벨만큼 증가시키는 단계, 및 전압이 목표 전압 레벨에 도달하는지 판단하는 단계를 포함한다. 일례로, 전계 방출 전류를 목표 전류 레벨까지 순차적으로 증가시키는 단계는, 제2 전극과 게이트 전극을 전기적으로 분리하는 단계, 전계 방출 전류의 피크 값을 기준 전류 레벨만큼 증가시키는 단계, 전계 방출 전류가 목표 전류 레벨에 도달하는지 판단하는 단계를 포함한다. 일례로, 전계 방출 전류의 펄스폭을 목표 펄스폭까지 순차적으로 증가시키는 단계는, 펄스폭을 기준 폭만큼 증가시키는 단계; 및 펄스폭이 목표 펄스폭에 도달하는지 판단하는 단계를 포함한다.As an example, the step of sequentially increasing the voltage to the target voltage level includes shorting the second electrode and the gate electrode of the field emission device, increasing the voltage by a reference voltage level, and checking whether the voltage reaches the target voltage level. It includes the step of judging. For example, the step of sequentially increasing the field emission current to the target current level may include electrically separating the second electrode and the gate electrode, increasing the peak value of the field emission current by a reference current level, the field emission current is and determining whether a target current level is reached. For example, the sequentially increasing the pulse width of the field emission current to the target pulse width may include increasing the pulse width by a reference width; and determining whether the pulse width reaches a target pulse width.

본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 소자를 에이징하는 장치 및 이의 에이징 방법은 전압 에이징하는 단계, 전계 방출 전류를 에이징하는 단계, 전계 방출 시간을 에이징 하는 단계, 및 최종 조건으로 에이징하는 단계의 배치를 최적화하여 고효율 저비용으로 대량의 전계 방출 소자의 성능을 향상시킬 수 있다.An apparatus for aging a field emission device and an aging method thereof according to an embodiment of the present invention include the steps of voltage aging, aging of field emission current, aging of field emission time, and disposition of aging to a final condition. By optimizing it, the performance of a large number of field emission devices can be improved at high efficiency and low cost.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 소자를 에이징하는 장치의 블록도이다.
도 2는 도 1의 전계 방출 소자를 에이징하는 장치의 전압 에이징 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 도 2의 전압 생성기에 의하여 생성되는 아노드 전압을 도시한 그래프이다.
도 4는 도 1의 전계 방출 소자를 에이징하는 장치의 전계 방출 전류 에이징 동작, 전계 방출 시간 에이징 동작, 및 최종 조건 에이징 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 도 4의 전류 제어기에 의하여 생성되는 전계 방출 전류를 도시한 그래프이다.
도 6은 도 5의 제2 시간 동안 생성되는 전계 방출 전류의 다른 실시예를 도시한 그래프이다.
도 7은 도 5의 제3 시간 동안 생성되는 전계 방출 전류의 다른 실시예를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 복수의 전계 방출 소자들을 에이징하는 장치의 블록도이다.
도 9는 도 8의 전류 제어기들의 예시적인 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 8의 에이징 제어기들의 예시적인 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 소자를 에이징하는 장치의 에이징 방법에 대한 순서도이다.1 is a block diagram of an apparatus for aging a field emission device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a voltage aging operation of the device for aging the field emission device of FIG. 1 .
3 is a graph illustrating an anode voltage generated by the voltage generator of FIG. 2 .
4 is a block diagram illustrating a field emission current aging operation, a field emission time aging operation, and a final condition aging operation of the device for aging the field emission device of FIG. 1 .
5 is a graph illustrating a field emission current generated by the current controller of FIG. 4 .
FIG. 6 is a graph illustrating another embodiment of a field emission current generated during the second time period of FIG. 5 .
7 is a graph illustrating another embodiment of a field emission current generated during a third time period of FIG. 5 .
8 is a block diagram of an apparatus for aging a plurality of field emission devices according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram for explaining an exemplary structure of the current controllers of FIG. 8 .
FIG. 10 is a diagram for explaining exemplary operations of the aging controllers of FIG. 8 .
11 is a flowchart of an aging method of an apparatus for aging a field emission device according to an embodiment of the present invention.

아래에서는, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로, 본 발명의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재된다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described clearly and in detail to the extent that those skilled in the art can easily practice the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 소자(Field Emission Device)를 에이징하는 장치의 블록도이다. 도 1을 참조하면, 전계 방출 소자를 에이징하는 장치(100)는 전압 생성기(110), 전류 제어기(120), 및 에이징 제어기(130)를 포함한다. 전계 방출 소자를 에이징하는 장치(100)는 전계 방출 소자(FED)의 성능을 안정화시키기 위한 에이징(aging)을 수행한다. 전계 방출 소자를 에이징하는 장치(100)는 전계 방출 소자(FED)에 대하여, 전압 에이징, 전계 방출 전류 에이징, 전계 방출 시간 에이징, 및 최종 조건 에이징을 포함하는 4단계 에이징을 수행하며, 구체적인 4단계 에이징은 후술된다.1 is a block diagram of an apparatus for aging a field emission device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1 , an apparatus 100 for aging a field emission device includes a voltage generator 110 , a current controller 120 , and an aging controller 130 . The apparatus 100 for aging the field emission device performs aging to stabilize the performance of the field emission device FED. The apparatus 100 for aging a field emission device performs four-step aging, including voltage aging, field emission current aging, field emission time aging, and final condition aging, on the field emission device (FED), and four specific steps Aging will be described later.

전계 방출 소자(FED)는 아노드 전극(AN), 캐소드 전극(CA), 및 게이트 전극(GA)을 포함한다. 캐소드 전극(CA)은 전계 방출 소자(FED)에 인가된 전계에 기초하여 전자를 방출하도록 구성된다. 이를 위하여, 캐소드 전극(CA) 상에 뾰족한 형상을 갖거나 가늘고 긴 형태를 갖는 나노 물질을 포함하는 에미터가 형성될 수 있다. 아노드 전극(AN)은 캐소드 전극(CA)으로부터 방출된 전자를 받아들이도록 구성된다. 게이트 전극(GA)은 캐소드 전극(CA) 및 아노드 전극(AN) 사이의 전자 방출을 위한 전계를 인가하도록 구성된다. 게이트 전극(GA)은 캐소드 전극(CA) 및 아노드 전극(AN) 사이에 배치될 수 있다. 전계 방출 소자(FED)는 아노드 전극(AN), 캐소드 전극(CA), 및 게이트 전극(GA)을 수용하는 밀봉 용기를 더 포함할 수 있고, 밀봉 용기 내부는 전극들의 손상을 방지하기 위하여, 높은 진공도를 가질 수 있다.The field emission device FED includes an anode electrode AN, a cathode electrode CA, and a gate electrode GA. The cathode electrode CA is configured to emit electrons based on an electric field applied to the field emission element FED. To this end, an emitter including a nanomaterial having a pointed shape or an elongated shape may be formed on the cathode electrode CA. The anode electrode AN is configured to receive electrons emitted from the cathode electrode CA. The gate electrode GA is configured to apply an electric field for electron emission between the cathode electrode CA and the anode electrode AN. The gate electrode GA may be disposed between the cathode electrode CA and the anode electrode AN. The field emission device FED may further include a sealed container accommodating the anode electrode AN, the cathode electrode CA, and the gate electrode GA, and the sealed container has an inside to prevent damage to the electrodes, It can have a high degree of vacuum.

아노드 전극(AN), 캐소드 전극(CA), 및 게이트 전극(GA)을 포함하는 3극 구조의 전계 방출 소자(FED)는 전자 방출량 및 전자의 에너지를 게이트 전극(GA) 및 아노드 전극(AN)을 통하여 독립적으로 제어할 수 있다. 아노드 전극(AN)에 인가되는 전압은 게이트 전극(GA)에 인가되는 전압보다 높게 인가될 수 있고, 이 경우 방출된 전자가 가속되고, 가속된 전자에 기초한 운동 에너지는 다양한 에너지로 변환될 수 있다. 운동 에너지는 적외선, 가시광선, 자와선, 테라파, 라디오파, 엑스선, 또는 감마선 등 다양한 형태로 변환될 수 있다. 이를 이용하여, 전계 방출 소자(FED)는 전계 방출 디스플레이, 전계 방출 램프, 엑스선원, RF 소자 등에 활용될 수 있다.A field emission device (FED) having a three-pole structure including an anode electrode (AN), a cathode electrode (CA), and a gate electrode (GA) transmits electron emission amount and energy of electrons to the gate electrode (GA) and the anode electrode ( GA). It can be controlled independently through AN). The voltage applied to the anode electrode AN may be applied higher than the voltage applied to the gate electrode GA. In this case, the emitted electrons are accelerated, and kinetic energy based on the accelerated electrons can be converted into various energy. have. Kinetic energy may be converted into various forms such as infrared rays, visible rays, magnetic rays, tera waves, radio waves, X-rays, or gamma rays. Using this, the field emission device (FED) may be utilized in a field emission display, a field emission lamp, an X-ray source, an RF device, and the like.

전압 생성기(110)는 전계 방출 소자(FED)의 아노드 전극(AN)에 인가되는 아노드 전압(Va)을 생성할 수 있다. 아노드 전압(Va)은 전계 방출 소자(FED)의 전압 에이징을 위하여 제공될 수 있다. 전계 방출 소자(FED)의 에미터는 전극 재료의 일부가 증발하여 기체가 되는 아크 방전에 손상받기 쉽다. 아크 방전은 전계 방출 소자(FED) 내부의 특정 영역에 비정상적인 전하들이 축적되어 한계 전위를 넘게 되는 경우, 절연 상태가 파괴됨으로써 발생된다. 전계 방출 소자(FED)의 설계 및 제조 단계에서 불필요한 전하들의 축적이 고려될 것이나, 전극 또는 절연 물질 표면 상에 존재하는 미세 돌기 등으로 인하여 아크 방전이 발생될 수 있다. 아노드 전압(Va)은 이러한 미세 돌기들을 제거하기 위하여 아노드 전극(AN)에 인가될 수 있다.The voltage generator 110 may generate the anode voltage Va applied to the anode electrode AN of the field emission device FED. The anode voltage Va may be provided for voltage aging of the field emission device FED. The emitter of a field emission element (FED) is susceptible to an arc discharge in which a part of the electrode material evaporates and becomes a gas. Arc discharge is generated by breaking an insulating state when abnormal electric charges accumulate in a specific region inside the field emission device (FED) and exceed a limit potential. The accumulation of unnecessary charges may be considered in the design and manufacturing stage of the field emission device (FED), but arc discharge may be generated due to microprotrusions existing on the surface of the electrode or insulating material. The anode voltage Va may be applied to the anode electrode AN to remove these fine protrusions.

전압 생성기(110)는 전압 에이징을 위하여, 목표 전압 레벨까지 순차적으로 증가하는 아노드 전압(Va)을 생성할 수 있다. 여기에서, 목표 전압 레벨은 전계 방출 소자(FED)의 구동 조건에 따른 기설정된 전압 레벨일 수 있다. 에이징의 효과를 증가시키기 위하여, 목표 전압 레벨은 전계 방출 소자(FED)의 실제 구동을 위한 아노드 전압의 레벨보다 높을 수 있으나, 전계 방출 소자(FED)의 영구 파손을 발생시키는 한계 전압 레벨보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 전압 생성기(110)는 전압 에이징 동안, 0부터 목표 전압 레벨까지 순차적으로 아노드 전압(Va)의 레벨을 증가시킬 수 있다. 아노드 전압(Va)은 의도적으로 아크 방전을 유발할 수 있다. 전압 생성기(110)는 과도한 아크 방전에 의하여 전계 방출 소자(FED)의 영구 파손을 발생시키지 않는 범위 내에서, 순차적으로 아노드 전압(Va)의 레벨을 증가시킬 수 있다.The voltage generator 110 may generate an anode voltage Va that sequentially increases to a target voltage level for voltage aging. Here, the target voltage level may be a preset voltage level according to a driving condition of the field emission device FED. In order to increase the effect of aging, the target voltage level may be higher than the level of the anode voltage for actual driving of the field emission device (FED), but it should be lower than the threshold voltage level causing permanent damage of the field emission device (FED). can For example, the voltage generator 110 may sequentially increase the level of the anode voltage Va from 0 to the target voltage level during voltage aging. The anode voltage Va may intentionally cause arc discharge. The voltage generator 110 may sequentially increase the level of the anode voltage Va within a range that does not cause permanent damage to the field emission device FED due to excessive arc discharge.

전압 생성기(110)는 전압 에이징 이후에, 목표 전압 레벨에 도달한 아노드 전압(Va)의 레벨을 유지할 수 있다. 전압 에이징 이후에 후술될 전계 방출 전류 에이징, 전계 방출 시간 에이징, 및 최종 조건 에이징에서, 방출된 전자를 받아들이기 위하여, 아노드 전압(Va)은 목표 전압 레벨로 유지될 수 있다. 즉, 이후의 에이징을 위하여, 아노드 전압(Va)의 전압 레벨을 별도로 조절하는 부담이 경감될 수 있다.The voltage generator 110 may maintain the level of the anode voltage Va reaching the target voltage level after voltage aging. In field emission current aging, field emission time aging, and final condition aging, which will be described later after voltage aging, the anode voltage Va may be maintained at a target voltage level to receive the emitted electrons. That is, for subsequent aging, the burden of separately adjusting the voltage level of the anode voltage Va may be reduced.

전압 생성기(110)는 전계 방출 소자(FED)의 게이트 전극(GA)에 인가되는 게이트 전압(Vg)을 생성할 수 있다. 게이트 전압(Vg)은 전계 방출 소자(FED)에서 전자를 방출시키기 위한 전계를 생성하기 위하여 제공될 수 있다. 전압 에이징 이후의 에이징 단계들에서, 전계 방출 소자(FED)에서 전계 방출 전류가 발생되는데, 전압 생성기(110)는 전계 방출 전류가 생성되도록 게이트 전압(Vg)을 생성할 수 있다. 전압 생성기(110)는 아노드 전압(Va)보다 낮은 전압 레벨을 갖는 게이트 전압(Vg)을 생성한다. 다만, 전압 생성기(110)는 전압 에이징 단계에서, 전계 방출 전류가 발생되지 않도록, 게이트 전압(Vg)을 생성하지 않을 수 있다.The voltage generator 110 may generate a gate voltage Vg applied to the gate electrode GA of the field emission device FED. The gate voltage Vg may be provided to generate an electric field for emitting electrons from the field emission device FED. In the aging steps after voltage aging, a field emission current is generated in the field emission device FED, and the voltage generator 110 may generate the gate voltage Vg to generate the field emission current. The voltage generator 110 generates a gate voltage Vg having a lower voltage level than the anode voltage Va. However, in the voltage aging step, the voltage generator 110 may not generate the gate voltage Vg so that the field emission current is not generated.

전류 제어기(120)는 전계 방출 소자(FED)에 발생되는 전계 방출 전류(Ic)를 제어한다. 이를 위하여, 전류 제어기(120)는 전계 방출 소자(FED)의 캐소드 전극(CA)과 전기적으로 연결될 수 있다. 전계 방출 전류(Ic)는 전계 방출 소자(FED)의 전계 방출 전류 에이징 및 전계 방출 시간 에이징을 위하여 제공될 수 있다. 캐소드 전극(CA) 상에 형성된 에미터는 상술된 구조적 특징에 의하여 진공도 저하에 민감하다. 전자가 방출되어 아노드 전극(AN)으로 진행될 때, 전자의 진행 경로 상에 존재하는 가스 형태의 원소들은 전자와의 충돌에 기초하여 이온화될 수 있다. 양전하를 갖는 이온들은 캐소드 전극(CA)으로 진행한다. 이온들이 에미터에 도달하여 가속된 에너지로 충돌하는 경우, 에미터가 손상되어 전계 방출 특성이 감소될 수 있다. 즉, 가스 형태의 원소들이 많아 진공도가 낮은 상태에서, 에미터의 손상이 발생될 가능성이 높아진다. 전류 제어기(120)는 에미터의 손상을 방지하기 위하여, 전계 방출 전류(Ic)를 제어할 수 있다.The current controller 120 controls the field emission current Ic generated in the field emission device FED. To this end, the current controller 120 may be electrically connected to the cathode electrode CA of the field emission device FED. The field emission current Ic may be provided for field emission current aging and field emission time aging of the field emission device FED. The emitter formed on the cathode electrode CA is sensitive to a decrease in the degree of vacuum due to the above-described structural characteristics. When electrons are emitted and proceed to the anode electrode AN, gaseous elements present on the electron propagation path may be ionized based on collision with electrons. Ions having a positive charge travel to the cathode electrode CA. When ions reach the emitter and collide with accelerated energy, the emitter may be damaged and the field emission characteristics may be reduced. That is, in a state where the vacuum degree is low because there are many gaseous elements, the possibility that the emitter is damaged is increased. The current controller 120 may control the field emission current Ic to prevent damage to the emitter.

전류 제어기(120)는 전계 방출 전류 에이징을 위하여, 목표 전류 레벨까지 순차적으로 증가하도록 전계 방출 전류(Ic)를 제어할 수 있다. 여기에서, 목표 전류 레벨은 전계 방출 소자(FED)의 구동 조건에 따른 기설정된 전계 방출 전류(Ic)의 전류 레벨일 수 있다. 에이징의 효과를 증가시키기 위하여, 목표 전류 레벨은 전계 방출 소자(FED)의 실제 구동을 위한 전계 방출 전류의 레벨보다 높을 수 있으나, 전계 방출 소자(FED)의 영구 파손을 발생시키는 한계 전류 레벨보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 전류 제어기(120)는 전계 방출 전류 에이징 동안, 0부터 목표 전류 레벨까지 순차적으로 전계 방출 전류(Ic)의 피크 값을 증가시킬 수 있다. 전계 방출 전류(Ic)는 서서히 전계 방출 소자(FED)의 양전하를 제거하여 진공도 저하를 방지할 수 있다. 이 때, 전계 방출 전류(Ic)는 일정한 펄스폭을 가질 수 있다.The current controller 120 may control the field emission current Ic to sequentially increase to a target current level for aging of the field emission current. Here, the target current level may be a current level of a preset field emission current Ic according to a driving condition of the field emission device FED. In order to increase the effect of aging, the target current level may be higher than the level of the field emission current for actual driving of the field emission device (FED), but it should be lower than the limit current level causing permanent damage of the field emission device (FED). can For example, the current controller 120 may sequentially increase the peak value of the field emission current Ic from 0 to the target current level during the field emission current aging. The field emission current Ic may gradually remove the positive charge of the field emission device FED to prevent a decrease in the degree of vacuum. In this case, the field emission current Ic may have a constant pulse width.

전류 제어기(120)는 전계 방출 시간 에이징을 위하여, 목표 펄스폭까지 순차적으로 증가하도록 전계 방출 전류(Ic)를 제어할 수 있다. 여기에서, 목표 펄스폭은 전계 방출 소자(FED)의 구동 조건에 따른 기설정된 전계 방출 전류(Ic)의 펄스 폭일 수 있다. 에이징의 효과를 증가시키기 위하여, 목표 펄스폭은 전계 방출 소자(FED)의 실제 구동을 위한 전계 방출 소자의 펄스폭보다 클 수 있다. 전류 제어기(120)는 전계 방출 전류(Ic)의 펄스 폭을 증가시켜, 최종적으로 요구되는 시간 동안 전계 방출 소자(FED)가 안정적으로 전자를 방출하도록, 전계 방출 소자(FED)를 에이징할 수 있다. 예를 들어, 전류 제어기(120)는 전계 방출 시간 에이징 동안, 전계 방출 전류 에이징 동안의 펄스폭부터 목표 펄스폭까지 순차적으로 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭을 증가시킬 수 있다. 이 때, 전계 방출 전류(Ic)는 목표 전류 레벨을 가질 수 있다. 즉, 전계 방출 전류(Ic)의 전류 레벨을 별도로 조절하는 부담이 경감될 수 있다.The current controller 120 may control the field emission current Ic to sequentially increase to a target pulse width for field emission time aging. Here, the target pulse width may be a pulse width of a preset field emission current Ic according to a driving condition of the field emission device FED. In order to increase the effect of aging, the target pulse width may be larger than the pulse width of the field emission device for actually driving the field emission device FED. The current controller 120 may increase the pulse width of the field emission current Ic to age the field emission device FED so that the field emission device FED stably emits electrons for a finally required time. . For example, during the field emission time aging, the current controller 120 may sequentially increase the pulse width of the field emission current Ic from the pulse width during the field emission current aging to the target pulse width. In this case, the field emission current Ic may have a target current level. That is, the burden of separately adjusting the current level of the field emission current Ic may be reduced.

전류 제어기(120)는 전계 방출 전류 에이징 및 전계 방출 시간 에이징 이후에 최종 조건 에이징을 위한 전계 방출 전류(Ic)를 결정할 수 있다. 최종 조건 에이징 동안, 전계 방출 전류(Ic)는 목표 전류 레벨 및 목표 펄스폭을 가질 수 있다. 즉, 전류 제어기(120)는 전계 방출 전류(Ic)의 전류 레벨 및 펄스폭을 이전 에이징 단계들과 일정하게 유지함으로써, 전계 방출 전류(Ic)의 전류 레벨 및 펄스폭을 별도로 조절하는 부담이 경감될 수 있다.The current controller 120 may determine the field emission current Ic for the final condition aging after the field emission current aging and the field emission time aging. During final condition aging, the field emission current Ic may have a target current level and a target pulse width. That is, the current controller 120 maintains the current level and pulse width of the field emission current Ic constant with the previous aging steps, thereby reducing the burden of separately adjusting the current level and the pulse width of the field emission current Ic. can be

에이징 제어기(130)는 전계 방출 소자(FED)의 에이징을 수행하기 위하여, 전압 생성기(110) 및 전류 제어기(120)를 제어할 수 있다. 에이징 제어기(130)는 전압 에이징 동안, 아노드 전압(Va)의 레벨이 목표 전압 레벨까지 순차적으로 증가되도록, 전압 생성기(110)를 제어할 수 있다. 에이징 제어기(130)는 전계 방출 전류 에이징 동안, 전계 방출 전류(Ic)의 레벨이 목표 전류 레벨까지 순차적으로 증가되도록, 전류 제어기(120)를 제어할 수 있다. 에이징 제어기(130)는 전계 방출 시간 에이징 동안, 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭이 목표 펄스폭까지 순차적으로 증가되도록, 전류 제어기(120)를 제어할 수 있다. 에이징 제어기(130)는 최종 조건 에이징 동안, 아노드 전압(Va)이 목표 전압 레벨로 유지되도록, 전압 생성기(110)를 제어하고, 전계 방출 전류(Ic)이 목표 전류 레벨 및 목표 펄스폭으로 유지되도록, 전류 제어기(120)를 제어할 수 있다.The aging controller 130 may control the voltage generator 110 and the current controller 120 to perform the aging of the field emission device FED. The aging controller 130 may control the voltage generator 110 to sequentially increase the level of the anode voltage Va to the target voltage level during voltage aging. The aging controller 130 may control the current controller 120 to sequentially increase the level of the field emission current Ic to the target current level during the field emission current aging. The aging controller 130 may control the current controller 120 to sequentially increase the pulse width of the field emission current Ic to the target pulse width during the field emission time aging. The aging controller 130 controls the voltage generator 110 so that the anode voltage Va is maintained at the target voltage level, and the field emission current Ic is maintained at the target current level and the target pulse width during the final aging condition. As much as possible, the current controller 120 may be controlled.

에이징 제어기(130)는 전압 에이징, 전계 방출 전류 에이징, 전계 방출 시간 에이징, 및 최종 조건 에이징의 동작 시간을 제어할 수 있다. 예를 들어, 에이징 제어기(130)는 아노드 전압(Va)의 레벨을 측정할 수 있고, 아노드 전압(Va)의 레벨이 목표 전압 레벨에 도달하는지 판단할 수 있다. 아노드 전압(Va)의 레벨이 목표 전압 레벨에 도달하는 경우, 에이징 제어기(130)는 전압 에이징을 종료하고, 전계 방출 전류 에이징을 수행하기 위하여, 전류 제어기(120)를 제어할 수 있다. 에이징 제어기(130)는 전계 방출 전류(Ic)의 레벨을 측정할 수 있고, 전계 방출 전류(Ic)의 레벨이 목표 전류 레벨에 도달하는지 판단할 수 있다. 전계 방출 전류(Ic)의 레벨이 목표 전류 레벨에 도달하는 경우, 에이징 제어기(130)는 전계 방출 전류 에이징을 종료하고, 전계 방출 시간 에이징을 수행하기 위하여, 전류 제어기(120)를 제어할 수 있다.The aging controller 130 may control operation times of voltage aging, field emission current aging, field emission time aging, and final condition aging. For example, the aging controller 130 may measure the level of the anode voltage Va and determine whether the level of the anode voltage Va reaches a target voltage level. When the level of the anode voltage Va reaches the target voltage level, the aging controller 130 may control the current controller 120 to end voltage aging and perform field emission current aging. The aging controller 130 may measure the level of the field emission current Ic and determine whether the level of the field emission current Ic reaches a target current level. When the level of the field emission current Ic reaches the target current level, the aging controller 130 may control the current controller 120 to end the field emission current aging and perform the field emission time aging. .

에이징 제어기(130)는 전계 방출 소자를 에이징하는 장치(100)의 중앙 처리 장치로의 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 에이징 제어기(130)는 컴퓨팅 장치로 구현될 수 있다. 에이징 제어기(130)는 측정된 아노드 전압(Va), 게이트 전압(Vg), 및 전계 방출 전류(Ic)에 대한 정보 및 다양한 에이징 동작들을 수행하기 위한 정보를 처리하는 CPU, 이러한 정보를 저장하는 메모리, 및 CPU와 메모리 사이에서 정보를 전달하는 버스를 포함할 수 있다. CPU는 메모리의 연산 공간을 활용하여 동작할 수 있고, CPU의 제어에 따라, 전압 생성기(110) 및 전류 제어기(120)는 다양한 에이징 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 에이징 제어기(130)는 아두이노, 라즈베리파이 등의 단일보드 컴퓨터로 구현될 수 있다.The aging controller 130 may function as a central processing unit of the device 100 for aging the field emission device. For example, the aging controller 130 may be implemented as a computing device. Aging controller 130 is a CPU that processes information for performing various aging operations and information about the measured anode voltage Va, gate voltage Vg, and field emission current Ic, and storing this information memory, and a bus for passing information between the CPU and the memory. The CPU may operate by utilizing the operation space of the memory, and the voltage generator 110 and the current controller 120 may perform various aging operations under the control of the CPU. For example, the aging controller 130 may be implemented as a single-board computer such as Arduino or Raspberry Pi.

도 2는 도 1의 전계 방출 소자를 에이징하는 장치의 전압 에이징 동작을 설명하기 위한 블록도이다. 도 2를 참조하면, 전계 방출 소자를 에이징하는 장치(100)는 전압 생성기(110), 전류 제어기(120), 및 에이징 제어기(130)를 포함한다. 도 2의 전압 생성기(110), 전류 제어기(120), 및 에이징 제어기(130) 각각은 도 1의 전압 생성기(110), 전류 제어기(120), 및 에이징 제어기(130)에 대응된다. 또한, 전계 방출 소자(FED)는 도 1의 전계 방출 소자(FED)에 대응된다.FIG. 2 is a block diagram illustrating a voltage aging operation of the device for aging the field emission device of FIG. 1 . Referring to FIG. 2 , the apparatus 100 for aging a field emission device includes a voltage generator 110 , a current controller 120 , and an aging controller 130 . Each of the voltage generator 110 , the current controller 120 , and the aging controller 130 of FIG. 2 corresponds to the voltage generator 110 , the current controller 120 , and the aging controller 130 of FIG. 1 . In addition, the field emission device FED corresponds to the field emission device FED of FIG. 1 .

전압 생성기(110)는 아노드 전압 생성기(112) 및 게이트 전압 생성기(114)를 포함한다. 아노드 전압 생성기(112)는 전계 방출 소자(FED)의 아노드 전극(AN)에 인가되는 아노드 전압(Va)을 생성한다. 게이트 전압 생성기(114)는 전계 방출 소자(FED)의 게이트 전극(GA)에 인가되는 게이트 전압(도 1의 Vg)을 생성한다. 아노드 전압 생성기(112) 및 게이트 전압 생성기(114)는 에이징 제어기(130)의 제어 하에 전계 방출 소자(FED)에 인가되는 전압을 생성한다.The voltage generator 110 includes an anode voltage generator 112 and a gate voltage generator 114 . The anode voltage generator 112 generates the anode voltage Va applied to the anode electrode AN of the field emission device FED. The gate voltage generator 114 generates a gate voltage (Vg in FIG. 1 ) applied to the gate electrode GA of the field emission device FED. The anode voltage generator 112 and the gate voltage generator 114 generate a voltage applied to the field emission device FED under the control of the aging controller 130 .

아노드 전압 생성기(112)는 아크 방전을 의도적으로 유발시키는 전압 에이징을 위하여, 목표 전압 레벨까지 순차적으로 증가하는 아노드 전압(Va)을 생성한다. 아노드 전압 생성기(112)는 아노드 전극(AN)에 전기적으로 연결될 수 있고, 아노드 전압(Va)은 아노드 전극(AN)에 제공될 수 있다. 이후에, 전계 방출 전류 에이징, 전계 방출 시간 에이징, 및 동작 조건 에이징 단계에서, 아노드 전압 생성기(112)는 목표 전압 레벨을 갖는 아노드 전압(Va)을 아노드 전극(AN)에 제공할 수 있다. 이 때, 아노드 전압(Va)은 DC 전압일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 아노드 전압(Va)은 목표 전압 레벨의 피크 값을 갖는 펄스를 갖는 전압일 수 있다.The anode voltage generator 112 generates an anode voltage Va that sequentially increases to a target voltage level for voltage aging that intentionally induces arc discharge. The anode voltage generator 112 may be electrically connected to the anode electrode AN, and the anode voltage Va may be provided to the anode electrode AN. Thereafter, in the field emission current aging, field emission time aging, and operating condition aging steps, the anode voltage generator 112 may provide an anode voltage Va having a target voltage level to the anode electrode AN. have. In this case, the anode voltage Va may be a DC voltage, but is not limited thereto. For example, the anode voltage Va may be a voltage having a pulse having a peak value of a target voltage level.

게이트 전압 생성기(114)는 전압 에이징을 위하여, 캐소드 전극(CA)과 게이트 전극(GA)이 단락되도록 제어될 수 있다. 전압 에이징 단계에서, 아노드 전압(Va)에 의하여 아크 방전이 발생되더라도, 게이트 전극(GA)이 아노드 전극(AN)과 캐소드 전극(CA) 사이에 배치되므로, 캐소드 전극(CA) 상에 형성된 에미터에 아크 방전이 직접 발생되기 어렵다. 방전된 전하들이 게이트 전극(GA) 또는 캐소드 전극(CA) 쪽으로 진행될 때, 게이트 전극(GA)과 캐소드 전극(CA) 사이에 전압이 순간적으로 증가될 수 있다. 증가된 전압이 에미터의 문턱 전압보다 높은 레벨을 갖는 경우, 에미터가 손상될 수 있다. 따라서, 게이트 전극(GA)과 캐소드 전극(CA)은 동일한 전위를 같도록 단락되고, 아노드 전극(AN)과 캐소드 전극(CA) 또는 아노드 전극(AN)과 게이트 전극(GA) 사이의 전위차가 증가하도록, 전압 에이징이 수행될 수 있다.The gate voltage generator 114 may be controlled to short-circuit the cathode electrode CA and the gate electrode GA for voltage aging. In the voltage aging step, even if arc discharge is generated by the anode voltage Va, since the gate electrode GA is disposed between the anode electrode AN and the cathode electrode CA, formed on the cathode electrode CA It is difficult to generate an arc discharge directly in the emitter. When the discharged charges proceed toward the gate electrode GA or the cathode electrode CA, a voltage between the gate electrode GA and the cathode electrode CA may increase instantaneously. If the increased voltage has a level higher than the emitter's threshold voltage, the emitter may be damaged. Accordingly, the gate electrode GA and the cathode electrode CA are shorted to have the same potential, and the potential difference between the anode electrode AN and the cathode electrode CA or the anode electrode AN and the gate electrode GA Voltage aging may be performed to increase .

전압 에이징을 위하여, 캐소드 전극(CA)과 게이트 전극(GA)은 접지될 수 있다. 도 2는 게이트 전압 생성기(114)에 의하여 캐소드 전극(CA)과 게이트 전극(GA)이 단락 및 접지되는 것으로 설명하였으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 캐소드 전극(CA)과 게이트 전극(GA)은 별도의 스위치에 기초하여, 전압 에이징 동안 단락 및 접지될 수 있다. 이러한 단락 및 접지는 에이징 제어기(130)의 제어 하에, 수행될 수 있다.For voltage aging, the cathode electrode CA and the gate electrode GA may be grounded. Although it has been described that the cathode electrode CA and the gate electrode GA are short-circuited and grounded by the gate voltage generator 114 in FIG. 2 , the present invention is not limited thereto. For example, the cathode electrode CA and the gate electrode GA may be short-circuited and grounded during voltage aging based on a separate switch. This short circuit and grounding may be performed under the control of the aging controller 130 .

또한, 도 2에 도시된 바와 달리, 캐소드 전극(CA)과 게이트 전극(GA)은 단락되되 접지되지 않고, 음전압이 단락된 캐소드 전극(CA)과 게이트 전극(GA)에 인가될 수 있다. 이 경우, 게이트 전압 생성기(114)는 단락된 캐소드 전극(CA)과 게이트 전극(GA)에 인가될 음전압을 생성할 수 있다. 게이트 전압 생성기(114)는 음의 목표 전압 레벨까지 순차적으로 증가하는 게이트 전압을 생성하여, 캐소드 전극(CA)과 게이트 전극(GA)에 제공할 수 있다. 여기에서, 증가는 전압 레벨의 절대값 크기의 증가를 의미하는 것으로 이해될 것이다. 이 경우, 아노드 전압 생성기(112)는 아노드 전압(Va)을 생성하지 않을 수 있고, 아노드 전극(AN)은 접지될 수 있다. 결과적으로, 아노드 전극(AN)과 캐소드 전극(CA) 또는 아노드 전극(AN)과 게이트 전극(GA) 사이의 전위차는 순차적으로 증가할 수 있다.Also, unlike shown in FIG. 2 , the cathode electrode CA and the gate electrode GA are short-circuited but not grounded, and a negative voltage may be applied to the short-circuited cathode electrode CA and the gate electrode GA. In this case, the gate voltage generator 114 may generate a negative voltage to be applied to the short-circuited cathode electrode CA and the gate electrode GA. The gate voltage generator 114 may generate a gate voltage that sequentially increases to a negative target voltage level, and may provide it to the cathode electrode CA and the gate electrode GA. Herein, an increase will be understood to mean an increase in the magnitude of the absolute value of the voltage level. In this case, the anode voltage generator 112 may not generate the anode voltage Va, and the anode electrode AN may be grounded. As a result, the potential difference between the anode electrode AN and the cathode electrode CA or between the anode electrode AN and the gate electrode GA may sequentially increase.

이와 달리, 아노드 전압 생성기(112)는 양의 아노드 전압(Va)을 아노드 전극(AN)에 인가하고, 게이트 전압 생성기(114)는 음의 게이트 전압을 게이트 전극(GA) 및 캐소드 전극(CA)에 인가할 수 있다. 이 경우, 아노드 전압(Va)이 양의 목표 전압 레벨까지 순차적으로 증가하거나, 게이트 전압이 음의 목표 전압 레벨까지 순차적으로 증가할 수 있다. 마찬가지로, 여기에서, 증가는 전압 레벨의 절대값 크기의 증가를 의미하는 것으로 이해될 것이다. 전계 방출 소자(FED)는 캐소드 전극(CA)과 아노드 전극(AN)을 포함하는 2극 구조일 수 있다. 이 경우, 아노드 전압 생성기(112)는 순차적으로 증가하는 아노드 전압(Va)을 아노드 전극(AN)에 인가하고, 캐소드 전극(CA)은 접지될 수 있다. 2극 구조의 경우에, 에미터는 캐소드 전극(CA)의 표면보다 아노드 전극(AN)으로부터 먼 영역에 형성될 수 있다.In contrast, the anode voltage generator 112 applies a positive anode voltage Va to the anode electrode AN, and the gate voltage generator 114 applies a negative gate voltage to the gate electrode GA and the cathode electrode. (CA) may be licensed. In this case, the anode voltage Va may sequentially increase to a positive target voltage level, or the gate voltage may sequentially increase to a negative target voltage level. Likewise, here, an increase will be understood to mean an increase in the magnitude of the absolute value of the voltage level. The field emission device FED may have a bipolar structure including a cathode electrode CA and an anode electrode AN. In this case, the anode voltage generator 112 may apply the sequentially increasing anode voltage Va to the anode electrode AN, and the cathode electrode CA may be grounded. In the case of the bipolar structure, the emitter may be formed in a region farther from the anode electrode AN than the surface of the cathode electrode CA.

전압 에이징 동안, 전계 방출 전류는 발생되지 않을 수 있다. 전류 제어기(120)는 에이징 제어기(130)의 제어 하에, 전계 방출 전류가 발생되지 않도록 전계 방출 소자(FED)를 제어할 수 있다.During voltage aging, no field emission current may be generated. The current controller 120 may control the field emission device FED so that the field emission current is not generated under the control of the aging controller 130 .

도 3은 도 2의 전압 생성기에 의하여 생성되는 아노드 전압을 도시한 그래프이다. 가로축은 시간으로 정의되고, 세로축은 아노드 전압(Va)의 크기로 정의된다. 시간은 제1 내지 제4 시간(t1~t4)로 구분될 수 있다. 제1 시간(t1)은 전압 에이징을 수행하는 시간으로 정의된다. 제2 시간(t2)은 전계 방출 전류 에이징을 수행하는 시간으로 정의된다. 제3 시간(t3)은 전계 방출 시간 에이징을 수행하는 시간으로 정의된다. 제4 시간(t4)은 최종 조건 에이징을 수행하는 시간으로 정의된다. 설명의 편의상, 도 2의 도면 부호를 참조하여, 도 3이 설명된다.3 is a graph illustrating an anode voltage generated by the voltage generator of FIG. 2 . The horizontal axis is defined as time, and the vertical axis is defined as the magnitude of the anode voltage Va. The time may be divided into first to fourth times t1 to t4. The first time t1 is defined as a time for performing voltage aging. The second time t2 is defined as a time for performing field emission current aging. The third time t3 is defined as a time for performing field emission time aging. The fourth time t4 is defined as a time for performing the final condition aging. For convenience of description, FIG. 3 is described with reference to the reference numerals of FIG. 2 .

제1 시간(t1) 동안, 아노드 전압(Va)은 목표 전압 레벨(Vt)까지 순차적으로 증가한다. 아노드 전압(Va)은 아노드 전압 생성기(112)에서 생성될 수 있다. 예시적으로, 아노드 전압(Va)은 0부터 목표 전압 레벨(Vt)까지 순차적으로 증가할 수 있다. 아노드 전압(Va)은 일정 시간 동안 동일한 전압 레벨(DC 전압)이 유지되고, 기준 전압 레벨만큼 증가된 후, 다시 일정 시간 동안 동일한 전압 레벨이 유지되는 계단식 파형을 나타낼 수 있다. 여기에서, 기준 전압 레벨은 전계 방출 소자(FED)의 영구 파손을 발생시키지 않는 기준 범위 내일 수 있다. 도시된 바와 달리, 아노드 전압(Va)은 계단식 파형을 나타내지 않을 수 있다. 예를 들어, 아노드 전압(Va)은 시간의 흐름에 따라 선형적으로 증가될 수 있다.During the first time t1, the anode voltage Va sequentially increases to the target voltage level Vt. The anode voltage Va may be generated by the anode voltage generator 112 . For example, the anode voltage Va may sequentially increase from 0 to the target voltage level Vt. The anode voltage Va may exhibit a step-like waveform in which the same voltage level (DC voltage) is maintained for a predetermined time, increased by a reference voltage level, and then the same voltage level is maintained for a predetermined time again. Here, the reference voltage level may be within a reference range that does not cause permanent damage to the field emission device (FED). Unlike the drawings, the anode voltage Va may not exhibit a stepped waveform. For example, the anode voltage Va may increase linearly over time.

제2 시간 내지 제4 시간(t2~t4) 동안, 아노드 전압(Va)은 목표 전압 레벨(Vt)로 유지될 수 있다. 목표 전압 레벨(Vt)로 유지되는 아노드 전압(Va)에 의하여, 캐소드 전극(CA)으로부터 방출된 전자는 아노드 전극(AN)에 제공될 수 있고, 전계 방출 전류가 발생될 수 있다. 즉, 제1 시간(t1) 동안 목표 전압 레벨(Vt)로 도달한 아노드 전압(Va)은 에이징 제어기(130)에 의한 별도의 전압 조절 없이 유지될 수 있고, 전압 조절에 의한 부담이 경감될 수 있다.During the second to fourth times t2 to t4 , the anode voltage Va may be maintained at the target voltage level Vt. By the anode voltage Va maintained at the target voltage level Vt, electrons emitted from the cathode electrode CA may be provided to the anode electrode AN, and a field emission current may be generated. That is, the anode voltage Va that has reached the target voltage level Vt during the first time t1 may be maintained without separate voltage adjustment by the aging controller 130, and the burden due to voltage adjustment may be reduced. can

도 3에 도시된 제1 내지 제4 시간(t1~t4)은 설명의 편의상 임의의 길이를 갖도록 표시된 것이고, 각 에이징 단계의 진행에 따라, 제1 내지 제4 시간(t1~t4)의 길이는 다를 수 있음이 이해될 것이다. 또한, 제1 시간(t1) 동안 기준 전압 레벨만큼 계단식으로 증가하는 아노드 전압(Va)의 레벨은 설명의 편의상 표시된 것이고, 에이징 제어기(130)의 제어에 따라, 기준 전압 레벨의 크기는 다를 수 있다. 또한, 전압 에이징 동안, 캐소드 전극(CA) 및 게이트 전극(GA)에 인가되는 게이트 전압의 레벨이 음의 목표 전압 레벨만큼 순차적으로 증가하는 경우, 아노드 전압(Va)은 0으로 유지될 수 있다.The first to fourth times (t1 to t4) shown in FIG. 3 are indicated to have any length for convenience of explanation, and as each aging step progresses, the length of the first to fourth times (t1 to t4) is It will be understood that this may vary. In addition, the level of the anode voltage Va, which increases stepwisely by the reference voltage level during the first time t1, is indicated for convenience of explanation, and according to the control of the aging controller 130, the level of the reference voltage level may be different. have. Also, during voltage aging, when the levels of the gate voltages applied to the cathode electrode CA and the gate electrode GA sequentially increase by a negative target voltage level, the anode voltage Va may be maintained at 0. .

도 4는 도 1의 전계 방출 소자를 에이징하는 장치의 전계 방출 전류 에이징 동작, 전계 방출 시간 에이징 동작, 및 최종 조건 에이징 동작을 설명하기 위한 블록도이다. 도 4를 참조하면, 전계 방출 소자를 에이징하는 장치(100)는 전압 생성기(110), 전류 제어기(120), 및 에이징 제어기(130)를 포함한다. 도 4의 전압 생성기(110), 전류 제어기(120), 및 에이징 제어기(130) 각각은 도 1 또는 도 2의 전압 생성기(110), 전류 제어기(120), 및 에이징 제어기(130)에 대응된다. 또한, 전계 방출 소자(FED)는 도 1 또는 도 2의 전계 방출 소자(FED)에 대응된다.4 is a block diagram illustrating a field emission current aging operation, a field emission time aging operation, and a final condition aging operation of the device for aging the field emission device of FIG. 1 . Referring to FIG. 4 , the apparatus 100 for aging a field emission device includes a voltage generator 110 , a current controller 120 , and an aging controller 130 . Each of the voltage generator 110 , the current controller 120 , and the aging controller 130 of FIG. 4 corresponds to the voltage generator 110 , the current controller 120 , and the aging controller 130 of FIG. 1 or 2 . . In addition, the field emission device FED corresponds to the field emission device FED of FIG. 1 or FIG. 2 .

전압 생성기(110)는 아노드 전압 생성기(112) 및 게이트 전압 생성기(114)를 포함한다. 아노드 전압 생성기(112) 및 게이트 전압 생성기(114) 각각은 도 2의 아노드 전압 생성기(112) 및 게이트 전압 생성기(114)에 대응된다. 아노드 전압 생성기(112)는 전압 에이징 동안 목표 전압 레벨에 도달한 아노드 전압(Va)을 아노드 전극(AN)에 인가한다.The voltage generator 110 includes an anode voltage generator 112 and a gate voltage generator 114 . Each of the anode voltage generator 112 and the gate voltage generator 114 corresponds to the anode voltage generator 112 and the gate voltage generator 114 of FIG. 2 . The anode voltage generator 112 applies the anode voltage Va, which has reached the target voltage level, to the anode electrode AN during voltage aging.

게이트 전압 생성기(114)는 아노드 전압(Va)보다 낮은 전압 레벨을 갖는 게이트 전압(Vg)을 생성한다. 게이트 전압 생성기(114)는 게이트 전압(Vg)을 게이트 전극(GA)에 인가한다. 전압 에이징 이후에, 전계 방출 전류(Ic)를 생성하기 위하여, 게이트 전극(GA) 및 캐소드 전극(CA)은 전기적으로 분리된다. 전계 방출 전류 에이징, 전계 방출 시간 에이징, 및 최종 조건 에이징 동안, 게이트 전압 생성기(114)는 일정한 전압 레벨을 갖는 게이트 전압(Vg)을 게이트 전극(GA)에 인가할 수 있다. 게이트 전압(Vg)은 아노드 전압(Va)과 마찬가지로 DC 전압일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The gate voltage generator 114 generates the gate voltage Vg having a voltage level lower than the anode voltage Va. The gate voltage generator 114 applies the gate voltage Vg to the gate electrode GA. After voltage aging, the gate electrode GA and the cathode electrode CA are electrically separated to generate the field emission current Ic. During field emission current aging, field emission time aging, and final condition aging, the gate voltage generator 114 may apply a gate voltage Vg having a constant voltage level to the gate electrode GA. The gate voltage Vg may be a DC voltage like the anode voltage Va, but is not limited thereto.

전류 제어기(120)는 제1 트랜지스터(Tr1), 제2 트랜지스터(Tr2), 함수 생성기(122), 및 전류 측정기(124)를 포함할 수 있다. 도 4의 전류 제어기(120)의 구조는 예시적인 것으로, 본 발명의 실시예가 도 4의 구조에 제한되지 않는다. 전류 제어기(120)는 전압 에이징 동안, 전계 방출 전류(Ic)의 흐름을 차단하도록 동작한다. 전압 에이징 이후에, 전류 제어기(120)는 전계 방출 전류 에이징, 전계 방출 시간 에이징, 및 최종 조건 에이징 동안 전계 방출 전류(Ic)의 레벨 또는 펄스폭을 제어한다.The current controller 120 may include a first transistor Tr1 , a second transistor Tr2 , a function generator 122 , and a current meter 124 . The structure of the current controller 120 of FIG. 4 is exemplary, and the embodiment of the present invention is not limited to the structure of FIG. 4 . The current controller 120 operates to block the flow of the field emission current Ic during voltage aging. After voltage aging, current controller 120 controls the level or pulse width of field emission current Ic during field emission current aging, field emission time aging, and final condition aging.

제1 트랜지스터(Tr1)는 전계 방출 전류(Ic)의 흐름 또는 펄스폭(주기 및 듀티)을 결정할 수 있다. 제1 트랜지스터(Tr1)는 함수 생성기(122)로부터 생성된 제1 제어 신호에 기초하여, 전계 방출 전류(Ic)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 하이 레벨의 제1 제어 신호가 제1 트랜지스터(Tr1)의 게이트에 제공되는 경우, 제1 트랜지스터(Tr1)는 온되고, 전계 방출 전류(Ic)가 생성될 수 있다. 로우 레벨의 제1 제어 신호가 제1 트랜지스터(Tr1)의 게이트에 제공되는 경우, 제1 트랜지스터(Tr1)는 오프되고, 전계 방출 전류(Ic)의 흐름이 차단될 수 있다. 즉, 제1 제어 신호의 펄스폭에 의존하여, 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭이 결정될 수 있다.The first transistor Tr1 may determine the flow or pulse width (period and duty) of the field emission current Ic. The first transistor Tr1 may control the field emission current Ic based on the first control signal generated from the function generator 122 . For example, when a high level first control signal is provided to the gate of the first transistor Tr1 , the first transistor Tr1 may be turned on, and a field emission current Ic may be generated. When the low-level first control signal is provided to the gate of the first transistor Tr1 , the first transistor Tr1 may be turned off and the flow of the field emission current Ic may be blocked. That is, the pulse width of the field emission current Ic may be determined depending on the pulse width of the first control signal.

제1 트랜지스터(Tr1)는 예시적으로 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET)일 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 다양한 트랜지스터 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 트랜지스터(Tr1)의 드레인은 캐소드 전극(CA)에 연결되고, 소스는 제2 트랜지스터(Tr2)의 드레인에 연결되고, 게이트는 함수 생성기(122)로부터 제1 제어 신호를 수신할 수 있다. 제1 트랜지스터(Tr1)는 캐소드 전극(CA)의 전압 변화를 감당할 수 있는 내전압 소자로 구성될 수 있다.The first transistor Tr1 may be, for example, a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), but is not limited thereto, and may include various transistor devices. For example, the drain of the first transistor Tr1 is connected to the cathode electrode CA, the source is connected to the drain of the second transistor Tr2 , and the gate receives the first control signal from the function generator 122 . can do. The first transistor Tr1 may be configured as a withstand voltage device capable of handling the voltage change of the cathode electrode CA.

제2 트랜지스터(Tr2)는 전계 방출 전류(Ic)의 레벨 또는 피크 값을 결정할 수 있다. 제2 트랜지스터(Tr2)는 함수 생성기(122)로부터 생성된 제2 제어 신호에 기초하여, 전계 방출 전류(Ic)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 트랜지스터(Tr1)가 온되는 경우, 제2 트랜지스터(Tr2)는 제2 제어 신호의 크기에 기초하여, 전계 방출 전류(Ic)의 레벨을 조절할 수 있다.The second transistor Tr2 may determine a level or a peak value of the field emission current Ic. The second transistor Tr2 may control the field emission current Ic based on the second control signal generated from the function generator 122 . For example, when the first transistor Tr1 is turned on, the second transistor Tr2 may adjust the level of the field emission current Ic based on the level of the second control signal.

제2 트랜지스터(Tr2)는 예시적으로 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET)일 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 다양한 트랜지스터 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 트랜지스터(Tr2)의 드레인은 제1 트랜지스터(Tr1)의 소스에 연결되고, 소스는 전류 측정기(124)에 연결되고, 게이트는 함수 생성기(122)의 제2 제어 신호를 수신할 수 있다. 제2 트랜지스터(Tr2)는 전계 방출 소자(FED)와 직접 연결되지 않으므로, 내전압 소자로 구성되지 않을 수 있다.The second transistor Tr2 may be, for example, a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), but is not limited thereto, and may include various transistor devices. For example, the drain of the second transistor Tr2 is connected to the source of the first transistor Tr1 , the source is connected to the current meter 124 , and the gate receives the second control signal of the function generator 122 . can do. Since the second transistor Tr2 is not directly connected to the field emission device FED, it may not be configured as a withstand voltage device.

함수 생성기(122)는 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호를 생성한다. 제1 제어 신호는 제1 트랜지스터(Tr1)에 게이트-소스 전압을 제공하여, 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭을 결정한다. 제2 제어 신호는 제2 트랜지스터(Tr2)에 게이트-소스 전압을 제공하여, 전계 방출 전류(Ic)의 레벨을 결정한다. 예시적으로, 함수 생성기(122)는 에이징 제어기(130)의 제어 하에, 제1 및 제2 제어 신호들을 직접 생성할 수 있다. 예시적으로, 함수 생성기(122)는 제1 제어 신호를 생성하고, 제1 제어 신호의 진폭을 변조하여 제2 제어 신호를 생성할 수 있다. 예시적으로, 함수 생성기(122)는 에이징 제어기(130)로부터 펄스폭 변조 신호를 수신할 수 있다. 함수 생성기(122)는 펄스폭 변조 신호를 제1 제어 신호로 이용하고, 펄스폭 변조 신호의 진폭을 변조하여 제2 제어 신호를 생성할 수 있다.The function generator 122 generates a first control signal and a second control signal. The first control signal provides a gate-source voltage to the first transistor Tr1 to determine a pulse width of the field emission current Ic. The second control signal provides a gate-source voltage to the second transistor Tr2 to determine the level of the field emission current Ic. For example, the function generator 122 may directly generate the first and second control signals under the control of the aging controller 130 . For example, the function generator 122 may generate a first control signal and modulate an amplitude of the first control signal to generate a second control signal. For example, the function generator 122 may receive a pulse width modulation signal from the aging controller 130 . The function generator 122 may generate a second control signal by using the pulse width modulated signal as a first control signal and modulating the amplitude of the pulse width modulated signal.

전류 측정기(124)는 제1 트랜지스터(Tr1) 및 제2 트랜지스터(Tr2)를 통하여 흐르는 전계 방출 전류(Ic)를 측정할 수 있다. 예시적으로, 전류 측정기(124)는 전계 방출 전류(Ic)의 파형을 표시하는 오실로스코프를 포함할 수 있다. 전류 측정기(124)는 측정된 전계 방출 전류(Ic)에 대한 정보를 에이징 제어기(130)로 송신할 수 있다. 에이징 제어기(130)는 측정된 전계 방출 전류(Ic)에 기초하여, 현재 에이징 상태의 유지 여부를 결정하고, 전압 생성기(110) 또는 전류 제어기(120)를 제어할 수 있다.The current meter 124 may measure the field emission current Ic flowing through the first transistor Tr1 and the second transistor Tr2 . Illustratively, the current meter 124 may include an oscilloscope that displays a waveform of the field emission current Ic. The current meter 124 may transmit information about the measured field emission current Ic to the aging controller 130 . The aging controller 130 may determine whether to maintain the current aging state based on the measured field emission current Ic and control the voltage generator 110 or the current controller 120 .

도 5는 도 4의 전류 제어기에 의하여 생성되는 전계 방출 전류를 도시한 그래프이다. 가로축은 시간으로 정의되고, 세로축은 전계 방출 전류(Ic)의 크기로 정의된다. 시간은 제1 내지 제4 시간(t1~t4)로 구분될 수 있다. 제1 시간(t1)은 전압 에이징을 수행하는 시간으로 정의된다. 제2 시간(t2)은 전계 방출 전류 에이징을 수행하는 시간으로 정의된다. 제3 시간(t3)은 전계 방출 시간 에이징을 수행하는 시간으로 정의된다. 제4 시간(t4)은 최종 조건 에이징을 수행하는 시간으로 정의된다. 설명의 편의상, 도 4의 도면 부호를 참조하여, 도 5가 설명된다.5 is a graph illustrating a field emission current generated by the current controller of FIG. 4 . The horizontal axis is defined as time, and the vertical axis is defined as the magnitude of the field emission current Ic. The time may be divided into first to fourth times t1 to t4. The first time t1 is defined as a time for performing voltage aging. The second time t2 is defined as a time for performing field emission current aging. The third time t3 is defined as a time for performing field emission time aging. The fourth time t4 is defined as a time for performing the final condition aging. For convenience of description, FIG. 5 is described with reference to the reference numerals of FIG. 4 .

제1 시간(t1) 동안, 전계 방출 전류(Ic)의 흐름이 차단된다. 예를 들어, 함수 생성기(122)는 펄스를 생성하지 않을 수 있고, 제1 트랜지스터(Tr1) 및 제2 트랜지스터(Tr2)는 오프될 수 있다. 동시에, 전계 방출 소자(FED)의 게이트 전극(GA) 및 캐소드 전극(CA)은 서로 단락될 수 있고, 아노드 전압 생성기(112)는 목표 전압 레벨까지 순차적으로 증가하는 아노드 전압(Va)을 생성할 수 있다.During the first time t1, the flow of the field emission current Ic is blocked. For example, the function generator 122 may not generate a pulse, and the first transistor Tr1 and the second transistor Tr2 may be turned off. At the same time, the gate electrode GA and the cathode electrode CA of the field emission device FED may be shorted to each other, and the anode voltage generator 112 generates an anode voltage Va that sequentially increases to a target voltage level. can create

제2 시간(t2) 동안, 전계 방출 전류(Ic)는 목표 전류 레벨(It)까지 순차적으로 증가한다. 예시적으로, 전계 방출 전류(Ic)의 피크 값은 일정한 펄스폭(초기 에이징 펄스폭)을 유지하면서 0부터 목표 전류 레벨(It)까지 순차적으로 증가할 수 있다. 예시적으로, 일정한 펄스폭은 함수 생성기(122)에서 생성되는 펄스의 가장 작은 펄스폭에 대응될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 도 5에 도시된 바와 달리, 전계 방출 전류(Ic)의 파형은 목표 전류 레벨(It)까지 계단식으로 증가하거나, 선형적으로 증가할 수 있다. 전계 방출 전류(Ic)는 상승 엣지 이후 일정한 시간 동안 피크 값을 갖고, 다음 상승 엣지 이후 기준 전류 레벨만큼 증가된 피크 값을 가질 수 있다. 여기에서, 기준 전류 레벨은 에미터의 영구 파손을 발생시키지 않는 기준 범위 내일 수 있다.During the second time t2, the field emission current Ic sequentially increases to the target current level It. For example, the peak value of the field emission current Ic may sequentially increase from 0 to the target current level It while maintaining a constant pulse width (initial aging pulse width). For example, the constant pulse width may correspond to the smallest pulse width of the pulse generated by the function generator 122 , but is not limited thereto. In addition, unlike shown in FIG. 5 , the waveform of the field emission current Ic may increase stepwise or linearly up to the target current level It. The field emission current Ic may have a peak value for a predetermined time after the rising edge, and may have a peak value increased by the reference current level after the next rising edge. Here, the reference current level may be within a reference range that does not cause permanent breakage of the emitter.

제2 시간(t2) 동안, 제1 트랜지스터(Tr1)는 함수 생성기(122)로부터 생성된 제1 제어 신호에 기초하여, 주기적으로 온오프될 수 있다. 제1 제어 신호는 일정한 주기를 유지할 수 있다. 제2 트랜지스터(Tr2)는 함수 생성기(122)로부터 생성된 시간에 따라 변화하는 제2 제어 신호에 기초하여, 순차적으로 증가하는 피크 값을 갖도록 전계 방출 전류(Ic)를 제어할 수 있다. 제2 시간(t2)이 시작될 때, 게이트 전극(GA)과 캐소드 전극(CA)은 전기적으로 분리될 수 있다. 아노드 전압 생성기(112)는 목표 전압 레벨을 갖는 아노드 전압(Va)을 생성하고, 게이트 전압 생성기(114)는 목표 전압 레벨보다 낮은 게이트 전압(Vg)을 생성할 수 있다.During the second time t2 , the first transistor Tr1 may be periodically turned on and off based on the first control signal generated from the function generator 122 . The first control signal may maintain a constant period. The second transistor Tr2 may control the field emission current Ic to have a sequentially increasing peak value based on the time-varying second control signal generated from the function generator 122 . When the second time t2 starts, the gate electrode GA and the cathode electrode CA may be electrically separated. The anode voltage generator 112 may generate an anode voltage Va having a target voltage level, and the gate voltage generator 114 may generate a gate voltage Vg lower than the target voltage level.

제3 시간(t3) 동안, 전계 방출 전류(Ic)는 목표 펄스폭(Wt)까지 순차적으로 증가하는 펄스폭을 가질 수 있다. 예시적으로, 전계 방출 전류(Ic)는 목표 전류 레벨의 피크 값을 유지하면서 제2 시간(t2)의 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭부터 목표 펄스폭(Wt)까지 순차적으로 증가하는 펄스폭을 가질 수 있다. 전계 방출 전류(Ic)는 상승 엣지 이후 일정한 시간 동안 목표 전류 레벨이 유지되고, 다음 상승 엣지 이후 기준 폭만큼 증가된 시간 동안 목표 전류 레벨이 유지될 수 있다. 여기에서, 기준 폭은 전계 방출 소자(FED)의 영구 파손을 발생시키지 않는 기준 범위 내일 수 있다.During the third time t3, the field emission current Ic may have a pulse width that sequentially increases up to the target pulse width Wt. Exemplarily, the field emission current Ic has a pulse width that sequentially increases from the pulse width of the field emission current Ic at the second time t2 to the target pulse width Wt while maintaining the peak value of the target current level can have In the field emission current Ic, the target current level may be maintained for a predetermined time after the rising edge, and the target current level may be maintained for a time increased by the reference width after the next rising edge. Here, the reference width may be within a reference range that does not cause permanent breakage of the field emission element (FED).

전계 방출 시간 에이징 시에, 초기에 에이징에 의한 손상이 발생될 가능성이 높으므로, 시간의 흐름에 따라 펄스폭의 변화를 증가시키는 로그 스케일 방식으로 펄스폭이 증가될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 펄스폭은 일차 함수, 이차 함수 등 다양한 방식으로 증가할 수 있다. 또한, 도 5는 전계 방출 전류(Ic)의 듀티가 일정한 것으로 도시되나, 이에 제한되지 않고, 전계 방출 전류(Ic)의 듀티가 변화될 수 있다. 또한, 도 5와 달리, 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭이 순차적으로 증가하는 한, 전계 방출 전류(Ic)의 주기는 일정하게 유지될 수 있다.During field emission time aging, since damage due to aging is highly likely to occur in the initial stage, the pulse width may be increased in a logarithmic scale method that increases the change in the pulse width over time. However, the present invention is not limited thereto, and the pulse width may be increased in various ways such as a linear function and a quadratic function. In addition, although FIG. 5 illustrates that the duty of the field emission current Ic is constant, the present invention is not limited thereto, and the duty of the field emission current Ic may be changed. Also, unlike FIG. 5 , as long as the pulse width of the field emission current Ic sequentially increases, the period of the field emission current Ic may be kept constant.

제3 시간(t3) 동안, 제1 트랜지스터(Tr1)는 제1 제어 신호에 기초하여, 온오프될 수 있다. 제1 제어 신호의 펄스폭은 시간에 따라 증가할 수 있다. 제2 트랜지스터(Tr2)는 일정한 크기를 유지하는 제2 제어 신호에 기초하여, 목표 전류 레벨(It)의 피크 값을 갖도록 전계 방출 전류(Ic)를 제어할 수 있다. 아노드 전압 생성기(112) 및 게이트 전압 생성기(114) 각각은 제2 시간(t2)과 동일한 아노드 전압(Va) 및 게이트 전압(Vg)을 생성할 수 있다.During the third time t3 , the first transistor Tr1 may be turned on and off based on the first control signal. A pulse width of the first control signal may increase with time. The second transistor Tr2 may control the field emission current Ic to have a peak value of the target current level It based on the second control signal maintaining a constant level. Each of the anode voltage generator 112 and the gate voltage generator 114 may generate the anode voltage Va and the gate voltage Vg equal to the second time t2 .

제4 시간(t4) 동안, 전계 방출 전류(Ic)는 목표 전류 레벨(It)의 피크 값을 갖고, 목표 펄스폭(Wt)을 가질 수 있다. 동시에, 아노드 전압 생성기(112) 및 게이트 전압 생성기(114) 각각은 제2 시간(t2)과 동일한 아노드 전압(Va) 및 게이트 전압(Vg)을 생성할 수 있다. 제4 시간(t4) 동안, 전류 측정기(124)에 의하여 측정된 전계 방출 전류(Ic)가 감소하거나, 아크 방전이 발생하는 경우, 에이징 제어기(130)는 다시 전압 에이징, 전계 방출 전류 에이징, 및 전계 방출 시간 에이징을 반복하거나, 불량으로 판단할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 달리, 제4 시간(t4) 동안, 전계 방출 소자를 에이징하는 장치(100)는 전계 방출 소자(FED)에 인가되는 전압, 전계 방출 전류(Ic)의 레벨, 및 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭 중 적어도 하나를 변경할 수 있다. 예를 들어, 전류 제어기(120)는 전계 방출 전류(Ic)의 레벨 및 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭을 실제 전계 방출 소자(FED)를 구동하기 위한 조건으로 조정할 수 있다.During the fourth time t4 , the field emission current Ic may have a peak value of the target current level It and may have a target pulse width Wt. At the same time, each of the anode voltage generator 112 and the gate voltage generator 114 may generate the anode voltage Va and the gate voltage Vg equal to the second time t2 . During the fourth time t4, when the field emission current Ic measured by the current meter 124 decreases or an arc discharge occurs, the aging controller 130 again performs voltage aging, field emission current aging, and The field emission time aging may be repeated or it may be judged as defective. 5 , during the fourth time t4 , the device 100 for aging the field emission device 100 determines the voltage applied to the field emission device FED, the level of the field emission current Ic, and the field emission At least one of the pulse widths of the current Ic may be changed. For example, the current controller 120 may adjust the level of the field emission current Ic and the pulse width of the field emission current Ic as conditions for actually driving the field emission device FED.

도 6은 도 5의 제2 시간 동안 생성되는 전계 방출 전류의 다른 실시예를 도시한 그래프이다. 가로축은 시간으로 정의되고, 세로축은 전계 방출 전류(Ic)의 크기로 정의된다. 도 6을 참조하면, 전계 방출 전류(Ic)의 피크 값은, 제2 시간(t2) 동안, 0부터 목표 전류 레벨(It)까지 순차적으로 증가할 수 있다. 다만, 도 5와 달리, 전계 방출 전류(Ic)의 피크 값은 일정한 시간(기준 시간) 동안 동일한 전류 레벨을 반복하여 유지될 수 있다. 예를 들어, 기준 시간은, 이후에 기준 전류 레벨만큼 전계 방출 전류(Ic)의 전류 레벨을 증가시켜도, 전계 방출 소자(FED)가 영구 파손되지 않을 정도의 충분한 시간일 수 있다.FIG. 6 is a graph illustrating another embodiment of a field emission current generated during a second time period of FIG. 5 . The horizontal axis is defined as time, and the vertical axis is defined as the magnitude of the field emission current Ic. Referring to FIG. 6 , the peak value of the field emission current Ic may sequentially increase from 0 to the target current level It during the second time t2 . However, unlike FIG. 5 , the peak value of the field emission current Ic may be repeatedly maintained at the same current level for a predetermined time (reference time). For example, the reference time may be sufficient to prevent permanent damage to the field emission element FED even if the current level of the field emission current Ic is subsequently increased by the reference current level.

전계 방출 전류(Ic)의 피크 값은 일정한 시간 동안 동일한 전류 레벨을 유지한 후, 제1 기준 전류 레벨만큼 증가할 수 있다. 여기에서, 제1 기준 전류 레벨은 도 5의 기준 전류 레벨보다 클 수 있다. 전계 방출 전류(Ic)의 피크 값이 제1 기준 전류 레벨만큼 증가한 후, 전계 방출 전류(Ic)의 피크 값은 다시 일정한 시간 동안 유지되고, 다시 제2 기준 전류 레벨만큼 증가할 수 있다. 즉, 피크 값은 목표 전류 레벨(It)까지 계단식으로 증가할 수 있다. 제1 기준 전류 레벨과 제2 기준 전류 레벨은 서로 동일할 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 전계 방출 소자(FED)의 영구 파손 가능성을 고려하여 서로 다른 크기로 설정될 수 있다. 또한, 도 6에 도시된 바와 달리, 전계 방출 전류(Ic)의 피크 값이 일정하게 유지되는 기준 시간은 전류 레벨 별로 다를 수 있다.The peak value of the field emission current Ic may increase by the first reference current level after maintaining the same current level for a predetermined time. Here, the first reference current level may be greater than the reference current level of FIG. 5 . After the peak value of the field emission current Ic increases by the first reference current level, the peak value of the field emission current Ic may be maintained for a constant time again, and may increase again by the second reference current level. That is, the peak value may increase stepwise up to the target current level It. The first reference current level and the second reference current level may be the same, but are not limited thereto, and may be set to different sizes in consideration of the possibility of permanent damage to the field emission device (FED). Also, unlike shown in FIG. 6 , the reference time during which the peak value of the field emission current Ic is kept constant may be different for each current level.

도 7은 도 5의 제3 시간 동안 생성되는 전계 방출 전류의 다른 실시예를 도시한 그래프이다. 가로축은 시간으로 정의되고, 세로축은 전계 방출 전류(Ic)의 크기로 정의된다. 도 7을 참조하면, 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭은, 제3 시간(t3) 동안, 제1 내지 제n 펄스폭(Wt1~Wtn)까지 까지 순차적으로 증가할 수 있다. 여기에서, 제1 펄스폭(Wt1)은 제2 시간(t2)의 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭에 대응되고, 제n 펄스폭(Wtn)은 도 5의 목표 펄스폭(Wt)에 대응될 수 있다. 도 5와 달리, 펄스폭의 크기는 일정한 회수(기준 회수) 동안 반복하여 유지될 수 있다. 예를들어, 기준 회수는, 이후에 기준 폭만큼 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭을 증가시켜도, 전계 방출 소자(FED)가 영구 파손되지 않을 정도의 피크 값의 충분한 반복 회수일 수 있다.FIG. 7 is a graph illustrating another embodiment of a field emission current generated during a third time period of FIG. 5 . The horizontal axis is defined as time, and the vertical axis is defined as the magnitude of the field emission current Ic. Referring to FIG. 7 , the pulse width of the field emission current Ic may sequentially increase from the first to the nth pulse widths Wt1 to Wtn during the third time t3 . Here, the first pulse width Wt1 corresponds to the pulse width of the field emission current Ic at the second time t2, and the nth pulse width Wtn corresponds to the target pulse width Wt of FIG. 5 . can be 5, the magnitude of the pulse width may be repeatedly maintained for a certain number of times (reference number of times). For example, the reference number of repetitions may be a sufficient number of repetitions of a peak value such that the field emission element FED is not permanently damaged even when the pulse width of the field emission current Ic is subsequently increased by the reference width.

전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭은 일정한 시간 동안 동일한 펄스폭을 유지한 후, 제1 기준 폭만큼 증가할 수 있다. 제1 기준 폭은 도 5의 기준 폭보다 클 수 있다. 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭이 제1 기준폭만큼 증가한 후, 펄스폭은 다시 일정한 시간 동안 유지되고, 다시 제2 기준 폭만큼 증가할 수 있다. 즉, 펄스폭은 목표 펄스폭인 제n 펄스폭(Wtn)까지 계단식으로 증가할 수 있다. 제1 기준폭과 제2 기준폭은 서로 동일할 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 전계 방출 소자(FED)의 영구 파손 가능성을 고려하여 서로 다른 크기로 설정될 수 있다. 또한, 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭이 일정하게 유지되는 기준 회수는 펄스폭의 크기 별로 다를 수 있다.The pulse width of the field emission current Ic may increase by the first reference width after maintaining the same pulse width for a predetermined time. The first reference width may be larger than the reference width of FIG. 5 . After the pulse width of the field emission current Ic increases by the first reference width, the pulse width is maintained for a constant time again, and may increase again by the second reference width. That is, the pulse width may be increased stepwise up to the nth pulse width Wtn, which is the target pulse width. The first reference width and the second reference width may be the same, but not limited thereto, and may be set to different sizes in consideration of the possibility of permanent damage to the field emission device (FED). In addition, the reference number of times the pulse width of the field emission current Ic is kept constant may vary according to the magnitude of the pulse width.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 복수의 전계 방출 소자들을 에이징하는 장치의 블록도이다. 도 8을 참조하면, 전계 방출 소자를 에이징하는 장치(200)는 전압 생성기(210), 제1 내지 제n 전류 제어기들(221~22n), 제1 내지 제n 에이징 제어기들(231~23n), 및 통합 제어기(240)를 포함할 수 있다. 전계 방출 소자를 에이징하는 장치(200)는 제1 내지 제n 전계 방출 소자들(FED1~FEDn)을 동시에 병렬로 에이징할 수 있다. 따라서, 전계 방출 소자들을 대량 생산할 때의 에이징 시간이 감소될 수 있고, 저비용 고효율 에이징이 가능하다.8 is a block diagram of an apparatus for aging a plurality of field emission devices according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8 , the device 200 for aging the field emission device includes a voltage generator 210 , first to nth current controllers 221 to 22n , and first to nth aging controllers 231 to 23n . , and an integrated controller 240 . The apparatus 200 for aging the field emission devices may simultaneously and parallelly age the first to n-th field emission devices FED1 to FEDn. Accordingly, the aging time when mass-producing field emission devices can be reduced, and low-cost, high-efficiency aging is possible.

전압 생성기(210)는 아노드 전압 생성기(212) 및 게이트 전압 생성기(214)를 포함할 수 있다. 아노드 전압 생성기(212)는 전압 에이징 동안 목표 전압 레벨까지 순차적으로 증가하는 아노드 전압(Va)을 생성할 수 있다. 아노드 전압 생성기(212)는 전계 방출 전류 에이징, 전계 방출 시간 에이징, 및 최종 조건 에이징 동안 목표 전압 레벨을 갖는 아노드 전압(Va)을 생성할 수 있다. 아노드 전압(Va)은 제1 내지 제n 전계 방출 소자들(FED1~FEDn) 각각에 병렬로 제공될 수 있다.The voltage generator 210 may include an anode voltage generator 212 and a gate voltage generator 214 . The anode voltage generator 212 may generate an anode voltage Va that sequentially increases to a target voltage level during voltage aging. The anode voltage generator 212 may generate an anode voltage Va having a target voltage level during field emission current aging, field emission time aging, and final condition aging. The anode voltage Va may be provided in parallel to each of the first to n-th field emission devices FED1 to FEDn.

게이트 전압 생성기(214)는 전계 방출 전류 에이징, 전계 방출 시간 에이징, 및 최종 조건 에이징 동안 목표 아노드 전압 레벨보다 낮은 전압 레벨을 갖는 게이트 전압(Vg)을 생성할 수 있다. 게이트 전압(Vg)은 제1 내지 제n 전계 방출 소자들(FED1~FEDn) 각각에 병렬로 제공될 수 있다. 예시적으로, 게이트 전압 생성기(214)는 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)을 포함할 수 있다. 게이트 전압 생성기(214)는 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)을 이용하여, 아노드 전압(Va)을 분압하여 게이트 전압(Vg)을 생성할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 게이트 전압 생성기(214)는 아노드 전압(Va)과 별도로 게이트 전압(Vg)을 생성하도록 구성될 수 있다.The gate voltage generator 214 may generate the gate voltage Vg having a voltage level lower than the target anode voltage level during field emission current aging, field emission time aging, and final condition aging. The gate voltage Vg may be provided in parallel to each of the first to n-th field emission devices FED1 to FEDn. For example, the gate voltage generator 214 may include a first resistor R1 and a second resistor R2 . The gate voltage generator 214 may divide the anode voltage Va by using the first resistor R1 and the second resistor R2 to generate the gate voltage Vg. However, the present invention is not limited thereto, and the gate voltage generator 214 may be configured to generate the gate voltage Vg separately from the anode voltage Va.

게이트 전압 생성기(214)는 전압 에이징 동안 제1 내지 제n 전계 방출 소자들(FED1~FEDn) 각각에 포함된 캐소드 전극과 게이트 전극을 단락시키기 위한 스위치(SW)를 더 포함할 수 있다. 전압 에이징 동안, 스위치(SW)는 온되어 게이트 전극들을 접지시킬 수 있다. 동시에, 제1 내지 제n 전류 제어기들(221~22n) 각각은 캐소드 전극들을 접지시켜, 게이트 전극과 캐소드 전극을 서로 단락시킬 수 있다. 전압 에이징 이후에, 스위치(SW)는 오프되고, 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)에 의하여 아노드 전압(Va)이 분압되어, 게이트 전압(Vg)이 생성될 수 있다.The gate voltage generator 214 may further include a switch SW for short-circuiting the cathode electrode and the gate electrode included in each of the first to n-th field emission elements FED1 to FEDn during voltage aging. During voltage aging, the switch SW may be turned on to ground the gate electrodes. At the same time, each of the first to nth current controllers 221 to 22n may ground the cathode electrodes, thereby shorting the gate electrode and the cathode electrode to each other. After voltage aging, the switch SW may be turned off, and the anode voltage Va may be divided by the first resistor R1 and the second resistor R2 to generate the gate voltage Vg.

도시된 바와 달리, 전압 생성기(210)는 아노드 전압 생성기(212) 대신, 캐소드 전압 생성기를 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 내지 제n 전계 방출 소자들(FED1~FEDn)의 아노드 전극은 접지될 수 있다. 전압 에이징 동안, 캐소드 전극과 게이트 전극은 서로 단락되고, 캐소드 전압 생성기는 음의 목표 전압 레벨까지 순차적으로 (절대값이) 증가하는 캐소드 전압을 생성할 수 있다. 캐소드 전압은 전압 에이징 동안, 캐소드 전극 및 게이트 전극에 인가될 수 있다. 전압 에이징 이후에, 캐소드 전극과 게이트 전극은 전기적으로 분리되고, 캐소드 전극에 목표 전압 레벨을 갖는 캐소드 전압이 인가되고, 게이트 전극에 게이트 전압(Vg)이 인가될 수 있다.Unlike the illustration, the voltage generator 210 may include a cathode voltage generator instead of the anode voltage generator 212 . In this case, the anode electrodes of the first to nth field emission elements FED1 to FEDn may be grounded. During voltage aging, the cathode electrode and the gate electrode are shorted to each other, and the cathode voltage generator may generate a cathode voltage that sequentially increases (in absolute value) to a negative target voltage level. The cathode voltage may be applied to the cathode electrode and the gate electrode during voltage aging. After voltage aging, the cathode electrode and the gate electrode may be electrically separated, a cathode voltage having a target voltage level may be applied to the cathode electrode, and a gate voltage Vg may be applied to the gate electrode.

제1 내지 제n 전류 제어기들(221~22n)은 제1 내지 제n 전계 방출 소자들(FED1~FEDn)에 의하여 생성된 제1 내지 제n 전계 방출 전류들(Ic1~Icn)을 제어한다. 전계 방출 전류 에이징 동안, 제1 내지 제n 전류 제어기들(221~22n)은 제1 내지 제n 전계 방출 전류들(Ic1~Icn)이 목표 전류 레벨까지 순차적으로 증가하도록 제1 내지 제n 전계 방출 소자들(FED1~FEDn)을 제어할 수 있다. 전계 방출 시간 에이징 동안, 제1 내지 제n 전류 제어기들(221~22n)은 제1 내지 제n 전계 방출 전류들(Ic1~Icn)의 펄스폭이 목표 펄스폭까지 순차적으로 증가하도록 제1 내지 제n 전계 방출 소자들(FED1~FEDn)을 제어할 수 있다. 최종 조건 에이징 동안, 제1 내지 제n 전류 제어기들(221~22n)은 제1 내지 제n 전계 방출 전류들(Ic1~Icn)이 목표 전류 레벨 및 목표 펄스폭을 유지하도록 제1 내지 제n 전계 방출 소자들(FED1~FEDn)을 제어할 수 있다.The first to nth current controllers 221 to 22n control the first to nth field emission currents Ic1 to Icn generated by the first to nth field emission devices FED1 to FEDn. During the field emission current aging, the first to n-th current controllers 221 to 22n are configured to sequentially increase the first to n-th field emission currents Ic1 to Icn to a target current level. The elements FED1 to FEDn can be controlled. During the field emission time aging, the first to nth current controllers 221 to 22n are configured to sequentially increase the pulse widths of the first to nth field emission currents Ic1 to Icn to the target pulse width. It is possible to control the n field emission elements FED1 to FEDn. During the final condition aging, the first to nth current controllers 221 to 22n control the first to nth electric fields so that the first to nth field emission currents Ic1 to Icn maintain a target current level and a target pulse width. The emission elements FED1 to FEDn may be controlled.

제1 내지 제n 에이징 제어기들(231~23n) 각각은 제1 내지 제n 전류 제어기들(221~22n)의 동작을 제어할 수 있다. 제1 내지 제n 에이징 제어기들(231~23n)은 전압 에이징, 전계 방출 전류 에이징, 전계 방출 시간 에이징, 및 최종 조건 에이징 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제2 에이징 제어기(232)는 제2 전류 제어기(222)에 의하여 측정된 제2 전계 방출 전류(Ic2)의 레벨을 목표 전류 레벨과 비교하거나, 펄스폭을 목표 펄스폭과 비교할 수 있다. 제2 에이징 제어기(232)는 비교 결과에 기초하여, 제2 전계 방출 전류(Ic2)의 레벨 또는 펄스폭을 증가시키거나, 에이징 동작을 변경하도록 제2 전류 제어기(222)를 제어할 수 있다.Each of the first to nth aging controllers 231 to 23n may control operations of the first to nth current controllers 221 to 22n. The first to nth aging controllers 231 to 23n may control voltage aging, field emission current aging, field emission time aging, and final condition aging operations. For example, the second aging controller 232 may compare the level of the second field emission current Ic2 measured by the second current controller 222 with the target current level, or compare the pulse width with the target pulse width. have. The second aging controller 232 may control the second current controller 222 to increase the level or pulse width of the second field emission current Ic2 or to change the aging operation based on the comparison result.

제1 에이징 제어기(231)는 다른 에이징 제어기들과 달리, 전압 생성기(210)의 동작을 더 제어할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 제1 내지 제n 에이징 제어기들(231~23n) 다른 하나의 에이징 제어기가 전압 생성기(210)를 제어할 수 있다. 전압 생성기(210)는 병렬로 제1 내지 제n 전계 방출 소자들(FED1~FEDn) 모두에 아노드 전압(Va) 및 게이트 전압(Vg)을 제공하므로, 전압 생성기(210)의 제어를 위하여, 하나의 에이징 제어기로 족할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 전압 생성기(210)를 제어하기 위한 별도의 제어기가 더 제공될 수 있다.Unlike other aging controllers, the first aging controller 231 may further control the operation of the voltage generator 210 . However, the present invention is not limited thereto, and another aging controller of the first to nth aging controllers 231 to 23n may control the voltage generator 210 . Since the voltage generator 210 provides the anode voltage Va and the gate voltage Vg to all of the first to n-th field emission devices FED1 to FEDn in parallel, for controlling the voltage generator 210 , One aging controller may suffice. However, the present invention is not limited thereto, and a separate controller for controlling the voltage generator 210 may be further provided.

제1 에이징 제어기(231)는 측정된 아노드 전압(Va)의 레벨을 목표 전압 레벨과 비교하여, 아노드 전압(Va)의 레벨을 증가시키거나, 에이징 동작을 변경하도록 전압 생성기(210)를 제어할 수 있다. 제1 에이징 제어기(231)는 스위치(SW)의 온오프를 제어하는 스위치 제어 신호를 전압 생성기(210)에 제공할 수 있다. 전압 에이징 동안, 제1 에이징 제어기(231)는 스위치(SW)를 온시킬 수 있고, 전압 에이징 종료 시에, 제1 에이징 제어기(231)는 스위치(SW)를 오프시킬 수 있다.The first aging controller 231 compares the measured level of the anode voltage Va with the target voltage level, and increases the level of the anode voltage Va or operates the voltage generator 210 to change the aging operation. can be controlled The first aging controller 231 may provide a switch control signal for controlling on/off of the switch SW to the voltage generator 210 . During voltage aging, the first aging controller 231 may turn on the switch SW, and upon termination of voltage aging, the first aging controller 231 may turn off the switch SW.

제1 내지 제n 에이징 제어기들(231~23n) 각각은 컴퓨팅 장치로 구현될 수 있다. 제1 내지 제n 에이징 제어기들(231~23n)은 제1 내지 제n 전계 방출 소자들(FED1~FEDn) 각각의 측정된 전압 또는 전류를 수신하고, 수신된 전압 또는 전류에 기초하여, 에이징 동작을 제어하기 위한 프로그램 가능한 컴퓨팅 장치로 구현될 수 있다. 제1 내지 제n 에이징 제어기들(231~23n) 도 1에서 상술된 에이징 제어기(130)와 같이, CPU, 메모리, 및 버스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제n 에이징 제어기들(231~23n)은 아두이노, 라즈베리파이 등의 단일보드 컴퓨터로 구현될 수 있다.Each of the first to nth aging controllers 231 to 23n may be implemented as a computing device. The first to nth aging controllers 231 to 23n receive the measured voltage or current of each of the first to nth field emission elements FED1 to FEDn, and based on the received voltage or current, aging operation It may be implemented as a programmable computing device for controlling the 1st to nth aging controllers 231 to 23n Like the aging controller 130 described above with reference to FIG. 1 , it may include a CPU, a memory, and a bus. For example, the first to nth aging controllers 231 to 23n may be implemented as a single board computer such as Arduino or Raspberry Pi.

통합 제어기(240)는 제1 내지 제n 에이징 제어기들(231~23n)을 통합적으로 제어할 수 있다. 통합 제어기(240)는 아노드 전압(Va), 제1 내지 제n 전계 방출 전류들(Ic1~Icn) 각각의 레벨 및 펄스폭에 따라, 이후 시간에 변경되는 제어 변수를 결정할 수 있다. 제어 변수는 미리 통합 제어기(240)에 저장될 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제n 에이징 제어기들(231~23n)은 통합 제어기(240)에 측정된 아노드 전압(Va), 제1 내지 제n 전계 방출 전류들(Ic1~Icn) 각각의 레벨 및 펄스폭에 대한 정보를 수신하고, 수신된 정보에 기초하여 변경되는 제어 변수를 제1 내지 제n 에이징 제어기들(231~23n)에 제공할 수 있다. 제1 내지 제n 에이징 제어기들(231~23n)은 수신된 제어 변수에 기초하여, 전압 생성기(210) 및 제1 내지 제n 전류 제어기들(221~22n)을 제어할 수 있다.The integrated controller 240 may integrally control the first to nth aging controllers 231 to 23n. The integrated controller 240 may determine a control variable to be changed at a later time according to the anode voltage Va, the levels and pulse widths of the first to nth field emission currents Ic1 to Icn, respectively. Control variables may be stored in the integrated controller 240 in advance. For example, the first to nth aging controllers 231 to 23n may include the anode voltage Va measured by the integrated controller 240 and the level of the first to nth field emission currents Ic1 to Icn, respectively. And information on the pulse width may be received, and a control variable changed based on the received information may be provided to the first to nth aging controllers 231 to 23n. The first to nth aging controllers 231 to 23n may control the voltage generator 210 and the first to nth current controllers 221 to 22n based on the received control variable.

통합 제어기(240)는 컴퓨팅 장치로 구현될 수 있고, 제1 내지 제n 에이징 제어기들(231~23n)과 유선 또는 무선으로 통신할 수 있다. 통합 제어기(240)는 제1 내지 제n 에이징 제어기들(231~23n)의 통합 제어를 위한 정보를 처리하는 CPU, 이러한 정보들을 저장하는 메모리, 및 CPU와 메모리 사이에서 정보를 전달하는 버스를 포함할 수 있다.The integrated controller 240 may be implemented as a computing device, and may communicate with the first to nth aging controllers 231 to 23n by wire or wirelessly. The integrated controller 240 includes a CPU for processing information for integrated control of the first to nth aging controllers 231 to 23n, a memory for storing such information, and a bus for transferring information between the CPU and the memory can do.

도 9는 도 8의 전류 제어기들의 예시적인 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 9의 전류 제어기(220)는 도 8의 제1 내지 제n 전류 제어기들(221~22n) 중 하나의 구조로 볼 수 있다. 다만, 전류 제어기(220)는 도 8의 제1 내지 제n 전류 제어기들(221~22n)의 구조의 일 실시예로 이해될 것이고, 제1 내지 제n 전류 제어기들(221~22n)의 구조가 이에 제한되지 않을 것이다. 도 9를 참조하면, 전류 제어기(220)는 과전류 보호 소자(221), 진폭 변조 회로(222), 전류 측정기(223), 제1 트랜지스터(Tr1), 및 제2 트랜지스터(Tr2)를 포함한다.FIG. 9 is a diagram for explaining an exemplary structure of the current controllers of FIG. 8 . The current controller 220 of FIG. 9 can be viewed as one of the first to nth current controllers 221 to 22n of FIG. 8 . However, the current controller 220 will be understood as an embodiment of the structure of the first to nth current controllers 221 to 22n of FIG. 8 , and the structure of the first to nth current controllers 221 to 22n will not be limited thereto. Referring to FIG. 9 , the current controller 220 includes an overcurrent protection element 221 , an amplitude modulation circuit 222 , a current meter 223 , a first transistor Tr1 , and a second transistor Tr2 .

과전류 보호 소자(221)는 전계 방출 전류(Ic)의 크기가 전류 제어기(220) 또는 전계 방출 소자의 손상을 유발시키는 과전류를 갖는 경우, 전계 방출 소자와 전류 제어기(220) 사이의 전기적 연결을 차단하도록 구성될 수 있다. 과전류 보호 소자(221)는 전계 방출 소자의 캐소드 전극과 제1 트랜지스터(Tr1) 사이에 배치된다. 예를 들어, 과전류 보호 소자(221)는 퓨즈를 포함할 수 있다.The overcurrent protection device 221 blocks the electrical connection between the field emission device and the current controller 220 when the magnitude of the field emission current Ic has an overcurrent that causes damage to the current controller 220 or the field emission device. can be configured to The overcurrent protection device 221 is disposed between the cathode electrode of the field emission device and the first transistor Tr1. For example, the overcurrent protection element 221 may include a fuse.

진폭 변조 회로(222)는 펄스폭 변조 신호(PWM)의 진폭을 변조하여 진폭 변조 신호를 생성할 수 있다. 진폭 변조 회로(222)는 에이징 제어기의 제어 하에 진폭 변조 신호의 진폭을 결정할 수 있다. 예를 들어, 전계 방출 전류 에이징 동안, 진폭 변조 회로(222)는 시간의 흐름에 따라 증가하는 진폭을 갖도록, 펄스폭 변조 신호(PWM)의 진폭을 변조할 수 있다. 진폭 변조 신호는 제2 트랜지스터(Tr2)의 게이트에 제공될 수 있다. 제2 트랜지스터(Tr2)는 진폭 변조 신호에 기초하여, 전계 방출 전류(Ic)의 피크 값을 조절할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 제2 트랜지스터(Tr2)의 게이트에 제공되는 신호는 제1 트랜지스터(Tr1)의 게이트에 제공되는 신호와 별도로, 에이징 제어기의 제어 하에 생성되는 DC 신호일 수 있다.The amplitude modulation circuit 222 may generate an amplitude modulation signal by modulating the amplitude of the pulse width modulation signal PWM. The amplitude modulation circuit 222 may determine the amplitude of the amplitude modulation signal under the control of the aging controller. For example, during field emission current aging, the amplitude modulation circuit 222 may modulate the amplitude of the pulse width modulated signal PWM to have an amplitude that increases with time. The amplitude modulation signal may be provided to the gate of the second transistor Tr2. The second transistor Tr2 may adjust the peak value of the field emission current Ic based on the amplitude modulation signal. However, the present invention is not limited thereto, and the signal provided to the gate of the second transistor Tr2 may be a DC signal generated under the control of the aging controller separately from the signal provided to the gate of the first transistor Tr1 .

제1 트랜지스터(Tr1)는 제1 제어 신호에 기초하여, 전계 방출 전류의 펄스폭(주기 및 듀티)을 결정할 수 있다. 제1 제어 신호는 펄스폭 변조 신호(PWM)일 수 있다. 펄스폭 변조 신호(PWM)는 에이징 제어기로부터 제공될 수 있다. 제1 트랜지스터(Tr1) 및 제1 제어 신호는 도 4의 제1 트랜지스터(Tr1) 및 제1 제어 신호와 실질적으로 동일하므로, 구체적인 설명이 생략된다.The first transistor Tr1 may determine a pulse width (period and duty) of the field emission current based on the first control signal. The first control signal may be a pulse width modulation signal (PWM). The pulse width modulation signal PWM may be provided from the aging controller. Since the first transistor Tr1 and the first control signal are substantially the same as the first transistor Tr1 and the first control signal of FIG. 4 , a detailed description thereof will be omitted.

제2 트랜지스터(Tr2)는 제2 제어 신호에 기초하여, 전계 방출 전류의 레벨(피크 값 및 진폭)을 결정할 수 있다. 제2 제어 신호는 진폭 변조 회로(222)에 의하여 생성된 진폭 변조 신호일 수 있다. 제2 트랜지스터(Tr2) 및 제2 제어 신호는 도 4의 제2 트랜지스터(Tr2) 및 제2 제어 신호와 실질적으로 동일하므로, 구체적인 설명이 생략된다.The second transistor Tr2 may determine the level (peak value and amplitude) of the field emission current based on the second control signal. The second control signal may be an amplitude modulation signal generated by the amplitude modulation circuit 222 . Since the second transistor Tr2 and the second control signal are substantially the same as the second transistor Tr2 and the second control signal of FIG. 4 , a detailed description thereof will be omitted.

전류 측정기(223)는 전계 방출 전류(Ic)를 측정하도록 구성될 수 있다. 전류 측정기(223)는 제2 트랜지스터(Tr2) 및 접지 사이에 배치될 수 있다. 전류 측정기(223)는 전계 방출 전류(Ic)의 일부를 분류한 측정 전류(Im)를 에이징 제어기로 송신하기 위한 저항을 포함할 수 있다. 전류 측정기(223)에 포함된 저항에 의하여, 전계 방출 전류(Ic)의 일부가 에이징 제어기로 제공될 수 있다.The current meter 223 may be configured to measure the field emission current Ic. The current measuring device 223 may be disposed between the second transistor Tr2 and the ground. The current measuring device 223 may include a resistor for transmitting the measured current Im obtained by dividing a portion of the field emission current Ic to the aging controller. A portion of the field emission current Ic may be provided to the aging controller by the resistance included in the current meter 223 .

도 10은 도 8의 에이징 제어기들의 예시적인 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 10의 동작을 수행하는 에이징 제어기는 도 8의 제1 내지 제n 에이징 제어기들(231~23n) 중 하나일 수 있다. 다만, 도 10의 동작들은 도 8의 제1 내지 제n 에이징 제어기들(231~23n)의 동작에 대한 일 실시예로 이해될 것이고, 도 10의 동작에 도 8이 제한되지 않을 것이다. 예를 들어, S10 내지 S17 단계의 순서는 변경될 수 있고, 각 단계들의 진행 시점은 도 10과 다를 수 있다. 도 10의 그래프에서, 가로축은 시간으로 정의되고, 세로축은 에이징 제어기로부터 생성되는 펄스폭 변조 신호(PWM)의 크기로 정의된다. 설명의 편의상 도 9의 도면 부호를 참조하여, 도 10이 설명된다.FIG. 10 is a diagram for explaining exemplary operations of the aging controllers of FIG. 8 . The aging controller performing the operation of FIG. 10 may be one of the first to nth aging controllers 231 to 23n of FIG. 8 . However, the operations of FIG. 10 will be understood as an example of the operations of the first to nth aging controllers 231 to 23n of FIG. 8 , and FIG. 8 will not be limited to the operation of FIG. 10 . For example, the order of steps S10 to S17 may be changed, and the timing of each step may be different from that of FIG. 10 . In the graph of FIG. 10 , the horizontal axis is defined as time, and the vertical axis is defined as the magnitude of the pulse width modulation signal PWM generated from the aging controller. For convenience of explanation, FIG. 10 will be described with reference to the reference numerals of FIG. 9 .

펄스폭 변조 신호(PWM)는 도 9에서 상술된 바와 같이, 제1 트랜지스터(Tr1)의 온오프를 결정할 수 있다. 예시적으로, 펄스폭 변조 신호(PWM)가 하이 레벨일 때, 제1 트랜지스터(Tr1)는 온되고, 로우 레벨일 때, 제1 트랜지스터(Tr1)는 오프된다. 전압 에이징 동안, 전계 방출 소자의 게이트 전극 및 캐소드 전극는 단락 및 접지되므로, 전계 방출 전류(Ic)는 발생되지 않을 수 있다. 다만, 펄스폭 변조 신호(PWM)의 동작에 따라, 도 8의 제1 에이징 제어기(231)는 전압 생성기(210)를 제어할 수 있고, 아노드 전압(Va)이 생성될 수 있다. 전계 방출 전류 에이징 동안, 펄스폭 변조 신호(PWM)는 일정한 주기를 가질 수 있다. 다만, 진폭 변조 회로(222)에 의하여, 전계 방출 전류(Ic)의 레벨은 순차적으로 증가될 수 있다. As described above with reference to FIG. 9 , the pulse width modulation signal PWM may determine whether the first transistor Tr1 is turned on or off. For example, when the pulse width modulation signal PWM is at a high level, the first transistor Tr1 is turned on, and when the pulse width modulation signal PWM is at a low level, the first transistor Tr1 is turned off. During voltage aging, since the gate electrode and the cathode electrode of the field emission device are short-circuited and grounded, the field emission current Ic may not be generated. However, according to the operation of the pulse width modulation signal PWM, the first aging controller 231 of FIG. 8 may control the voltage generator 210 , and an anode voltage Va may be generated. During the field emission current aging, the pulse width modulated signal PWM may have a constant period. However, the level of the field emission current Ic may be sequentially increased by the amplitude modulation circuit 222 .

전계 방출 시간 에이징 동안, 펄스폭 변조 신호(PWM)가 하이 레벨을 갖는 시간이 순차적으로 증가할 수 있다. 즉, 제1 트랜지스터(Tr1)가 온되는 시간이 순차적으로 증가하고, 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭이 순차적으로 증가할 수 있다. 펄스폭 변조 신호(PWM)가 하이 레벨을 갖는 시간은 목표 펄스폭에 대응되는 시간까지 증가할 수 있다. 다만, 전계 방출 전류(Ic)의 레벨은 일정하게 유지될 수 있다. 최종 조건 에이징 동안, 펄스폭 변조 신호(PWM)가 하이 레벨을 갖는 시간은 목표 펄스폭으로 유지될 수 있다.During the field emission time aging, a time at which the pulse width modulated signal PWM has a high level may sequentially increase. That is, the turn-on time of the first transistor Tr1 may sequentially increase, and the pulse width of the field emission current Ic may sequentially increase. The time for which the pulse width modulation signal PWM has a high level may increase until a time corresponding to the target pulse width. However, the level of the field emission current Ic may be kept constant. During the final condition aging, the time when the pulse width modulation signal PWM has a high level may be maintained at the target pulse width.

S10 단계는 펄스폭 변조 신호(PWM)가 상승 엣지를 갖기 전에 진행된다. S10 단계에서, 도 6의 통합 제어기(240)는 제어 변수를 결정하고, 에이징 제어기는 제어 변수를 선언할 수 있다. 선언된 제어 변수에 기초하여, 펄스폭 변조 신호(PWM)의 주기 및 펄스폭이 결정될 수 있다. 또한, 제어 변수에 기초하여, 진폭 변조 회로(222)에 의하여 변조되는 진폭의 크기가 결정될 수 있다.Step S10 is performed before the pulse width modulation signal PWM has a rising edge. In step S10 , the integrated controller 240 of FIG. 6 may determine a control variable, and the aging controller may declare the control variable. Based on the declared control variable, the period and the pulse width of the pulse width modulation signal PWM may be determined. Also, based on the control variable, the magnitude of the amplitude modulated by the amplitude modulation circuit 222 may be determined.

S11 단계는 펄스폭 변조 신호(PWM)가 상승 엣지를 가질 때 진행될 수 있다. S11 단계에서, 에이징 제어기는 시간을 측정한다. 시간은 펄스폭 변조 신호(PWM)의 다음 상승 엣지까지 측정된다. 즉, 에이징 제어기는 상승 엣지가 발생되는 시간 간격을 측정하여, 펄스폭 변조 신호(PWM)의 주기 및 펄스폭을 제어할 수 있다. 예시적으로, 시간 측정을 위하여, 에이징 제어기는 카운터를 포함할 수 있다.Step S11 may be performed when the pulse width modulation signal PWM has a rising edge. In step S11, the aging controller measures the time. Time is measured until the next rising edge of the pulse width modulated signal PWM. That is, the aging controller may control the period and pulse width of the pulse width modulation signal PWM by measuring the time interval at which the rising edge is generated. For example, to measure time, the aging controller may include a counter.

S12 단계는 펄스폭 변조 신호(PWM)가 하강 엣지를 갖기 전에 진행될 수 있다. S12 단계에서, 에이징 제어기는 제2 트랜지스터(Tr2)의 게이트-소스 전압을 측정한다. 다만, 제2 트랜지스터(Tr2)의 게이트-소스 전압이 제1 트랜지스터(Tr1)에 입력되는 신호와 무관하게 시간에 대하여 일정한 DC 신호라면, 펄스폭 변조 신호(PWM)가 하강 엣지를 가진 후에 S12 단계가 수행될 수 있다. 제2 트랜지스터(Tr2)의 게이트-소스 전압은 제2 제어 신호를 의미할 수 있고, 진폭 변조 회로(222)에 의하여 생성된 진폭 변조 신호를 의미할 수 있다. 제2 제어 신호에 의하여 결정되는 전계 방출 전류(Ic)의 레벨은 제1 트랜지스터(Tr1)가 온될 때 유의미하므로, 펄스폭 변조 신호(PWM)가 하이 레벨을 가질 때, 제2 트랜지스터(Tr2)의 게이트-소스 전압이 측정될 수 있다.Step S12 may be performed before the pulse width modulation signal PWM has a falling edge. In step S12 , the aging controller measures the gate-source voltage of the second transistor Tr2 . However, if the gate-source voltage of the second transistor Tr2 is a constant DC signal with respect to time regardless of the signal input to the first transistor Tr1, after the pulse width modulation signal PWM has a falling edge, step S12 can be performed. The gate-source voltage of the second transistor Tr2 may mean a second control signal, and may mean an amplitude modulation signal generated by the amplitude modulation circuit 222 . Since the level of the field emission current Ic determined by the second control signal is significant when the first transistor Tr1 is turned on, when the pulse width modulation signal PWM has a high level, the level of the second transistor Tr2 is A gate-source voltage may be measured.

S13 및 S14 단계들은 펄스폭 변조 신호(PWM)가 하강 엣지를 갖기 전에 진행될 수 있다. S13 단계에서, 에이징 제어기는 전계 방출 전류(Ic)를 측정한다. 전계 방출 전류(Ic)의 크기는 제2 제어 신호, 즉 제2 트랜지스터(Tr2)의 게이트-소스 전압에 의존할 수 있다. S14 단계에서, 에이징 제어기는 전계 방출 소자의 아노드 전극에 흐르는 아노드 전류를 측정할 수 있다. 전계 방출 전류(Ic) 또는 아노드 전류의 측정 정확도를 높이기 위하여, S13 및 S14 단계들은 제1 트랜지스터(Tr1)가 온되는 동안, 임의의 시간에 1회 이상 측정될 수 있다. 설명의 편의상, S12 내지 S14 단계들이 동일한 시점에 수행되는 것으로 도시하였으나, 실제로 S12 내지 S14 단계들 각각은 제1 트랜지스터(Tr1)가 온되는 동안, 서로 다른 임의의 시점에 수행될 수 있음이 이해될 것이다.Steps S13 and S14 may be performed before the pulse width modulation signal PWM has a falling edge. In step S13 , the aging controller measures the field emission current Ic. The magnitude of the field emission current Ic may depend on the second control signal, that is, the gate-source voltage of the second transistor Tr2 . In step S14 , the aging controller may measure the anode current flowing through the anode electrode of the field emission device. In order to increase the measurement accuracy of the field emission current Ic or the anode current, steps S13 and S14 may be measured one or more times at any time while the first transistor Tr1 is on. For convenience of description, although steps S12 to S14 are illustrated as being performed at the same time point, it will be understood that each of steps S12 to S14 may be performed at different arbitrary time points while the first transistor Tr1 is turned on. will be.

S15 단계는 펄스폭 변조 신호(PWM)가 하강 엣지를 가진 후에 진행될 수 있다. S15 단계에서, 에이징 제어기는 전계 방출 소자의 아노드 전극에 인가되는 아노드 전압을 측정할 수 있다.Step S15 may be performed after the pulse width modulation signal PWM has a falling edge. In step S15 , the aging controller may measure the anode voltage applied to the anode electrode of the field emission device.

S16 단계는 S12 내지 S15 단계가 진행된 이후에 진행될 수 있다. S16 단계에서, 에이징 제어기는 도 6의 통합 제어기(240)와 통신할 수 있다. 에이징 제어기는 S12 내지 S15 단계에서 측정된 전압 및 전류에 대한 정보를 통합 제어기(240)에 송신할 수 있다. 통합 제어기(240)는 수신된 정보에 기초하여, 변경된 제어 변수를 결정할 수 있다. 통합 제어기(240)는 결정된 제어 변수에 대한 정보를 에이징 제어기로 송신할 수 있다.Step S16 may be performed after steps S12 to S15 have been performed. In step S16 , the aging controller may communicate with the integrated controller 240 of FIG. 6 . The aging controller may transmit information about the voltage and current measured in steps S12 to S15 to the integrated controller 240 . The integrated controller 240 may determine a changed control variable based on the received information. The integrated controller 240 may transmit information on the determined control variable to the aging controller.

S17 단계는 S16 단계가 진행된 이후에 진행될 수 있다. S17 단계는 S10 단계에 대응된다. S17 단계에서, 에이징 제어기는 통합 제어기(240)로부터 수신된 제어 변수에 기초하여, 제어 변수를 변경할 수 있다. 예를 들어, 에이징 제어기는 전압 에이징 단계에서 아노드 전압의 레벨을 증가시키도록 제어 변수를 변경할 수 있다. 에이징 제어기는 전계 방출 전류 에이징 단계에서, 전계 방출 전류의 레벨을 증가시키도록 제어 변수를 변경할 수 있다. 에이징 제어기는 전계 방출 시간 에이징 단계에서, 전계 방출 전류의 펄스폭을 증가시키도록 제어 변수를 변경할 수 있다.Step S17 may be performed after step S16 is performed. Step S17 corresponds to step S10. In step S17 , the aging controller may change the control variable based on the control variable received from the integrated controller 240 . For example, the aging controller may change the control variable to increase the level of the anode voltage in the voltage aging step. The aging controller may change the control variable to increase the level of the field emission current in the field emission current aging step. The aging controller may change the control variable to increase the pulse width of the field emission current in the field emission time aging step.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 소자를 에이징하는 장치의 에이징 방법에 대한 순서도이다. 도 11의 방법은 도 1의 장치(100) 또는 도 8의 장치(200)에서 수행될 수 있다. 도 11을 참조하면, 전계 방출 소자를 에이징 하는 장치의 에이징 방법은 아노드 전압을 에이징하는 S110 단계, 전계 방출 전류를 에이징하는 S120 단계, 전계 방출 시간을 에이징하는 S130 단계, 및 최종 조건을 에이징하는 S140 단계로 구분될 수 있다. 설명의 편의상, 도 1을 참조하여, 도 11이 설명된다.11 is a flowchart of an aging method of an apparatus for aging a field emission device according to an embodiment of the present invention. The method of FIG. 11 may be performed in the apparatus 100 of FIG. 1 or the apparatus 200 of FIG. 8 . 11 , the aging method of the device for aging the field emission device includes the step S110 of aging the anode voltage, the step S120 of aging the field emission current, the step S130 of aging the field emission time, and the aging of the final condition. It may be divided into step S140. For convenience of description, referring to FIG. 1 , FIG. 11 is described.

S110 단계의 S111 단계에서, 에이징 제어기(130)의 제어 하에, 캐소드 전극(CA) 및 게이트 전극(GA)이 단락된다. 예를 들어, 전압 생성기(110)는 캐소드 전극(CA)과 게이트 전극(GA)을 단락시킬 수 있다. 이로 인하여, 아크 방전시에, 캐소드 전극(CA)과 게이트 전극(GA) 사이의 순간적인 전위차 상승이 방지되어 에미터의 손상이 방지된다.In step S111 of step S110 , the cathode electrode CA and the gate electrode GA are short-circuited under the control of the aging controller 130 . For example, the voltage generator 110 may short-circuit the cathode electrode CA and the gate electrode GA. Accordingly, during arc discharge, an instantaneous increase in the potential difference between the cathode electrode CA and the gate electrode GA is prevented, thereby preventing damage to the emitter.

S110 단계의 S112 단계에서, 전압 생성기(110)는 아노드 전압(Va)의 레벨을 증가시킬 수 있다. S110 단계의 S113 단계에서, 에이징 제어기(130)는 증가된 아노드 전압의 레벨이 목표 전압 레벨에 도달하는지 판단할 수 있다. 아노드 전압(Va)의 레벨이 목표 전압 레벨이 도달하지 않은 경우, S112 단계가 진행되고, 전압 생성기(110)는 아노드 전압(Va)의 레벨을 다시 증가시킨다. S112 단계 및 S113 단계의 반복 결과, 아노드 전압(Va)의 레벨이 목표 전압 레벨에 도달한 경우, S120 단계가 진행된다.In step S112 of step S110 , the voltage generator 110 may increase the level of the anode voltage Va. In step S113 of step S110 , the aging controller 130 may determine whether the increased level of the anode voltage reaches a target voltage level. When the level of the anode voltage Va does not reach the target voltage level, step S112 proceeds, and the voltage generator 110 increases the level of the anode voltage Va again. As a result of repetition of steps S112 and S113, when the level of the anode voltage Va reaches the target voltage level, step S120 is performed.

S120 단계의 S121 단계에서, 에이징 제어기(130)의 제어 하에, 캐소드 전극(CA) 및 게이트 전극(GA)이 전기적으로 분리된다. 예를 들어, 전압 생성기(110)는 캐소드 전극(CA)과 게이트 전극(GA)을 분리시키고, 게이트 전극(GA)에 게이트 전압(Vg)을 인가할 수 있다. 또한, 전압 생성기(110)는 아노드 전극(AN)에 목표 전압 레벨을 갖는 아노드 전압(Va)을 인가할 수 있다. 이로 인하여, 전계 방출 소자(FED)에 전계 방출 전류(Ic)가 흐를 수 있다.In step S121 of step S120 , the cathode electrode CA and the gate electrode GA are electrically separated under the control of the aging controller 130 . For example, the voltage generator 110 may separate the cathode electrode CA and the gate electrode GA and apply the gate voltage Vg to the gate electrode GA. Also, the voltage generator 110 may apply an anode voltage Va having a target voltage level to the anode electrode AN. Accordingly, the field emission current Ic may flow in the field emission device FED.

S120 단계의 S122 단계에서, 전류 제어기(120)는 전계 방출 전류(Ic)를 증가시킬 수 있다. S120 단계의 S123 단계에서, 에이징 제어기(130)는 증가된 전계 방출 전류(Ic)의 레벨이 목표 전류 레벨에 도달하는지 판단할 수 있다. 전계 방출 전류(Ic)의 레벨이 목표 전류 레벨에 도달하지 않은 경우, S122 단계가 진행되고, 전류 제어기(120)는 전계 방출 전류(Ic)의 레벨을 다시 증가시킨다. S122 단계 및 S123 단계의 반복 결과, 전계 방출 전류(Ic)의 레벨이 목표 전류 레벨에 도달한 경우, S130 단계가 진행된다.In step S122 of step S120 , the current controller 120 may increase the field emission current Ic. In step S123 of step S120 , the aging controller 130 may determine whether the level of the increased field emission current Ic reaches a target current level. When the level of the field emission current Ic does not reach the target current level, step S122 proceeds, and the current controller 120 increases the level of the field emission current Ic again. As a result of repetition of steps S122 and S123, when the level of the field emission current Ic reaches the target current level, step S130 is performed.

S130 단계의 S131 단계에서, 전류 제어기(120)는 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭을 증가시킬 수 있다. S130 단계의 S132 단계에서, 에이징 제어기(130)는 증가된 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭이 목표 펄스폭에 도달하는지 판단할 수 있다. 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭이 목표 펄스폭에 도달하지 않은 경우, S131 단계가 진행되고, 전류 제어기(120)는 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭을 다시 증가시킨다. S131 단계 및 S132 단계의 반복 결과, 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭이 목표 펄스폭에 도달한 경우, S140 단계가 진행된다.In step S131 of step S130 , the current controller 120 may increase the pulse width of the field emission current Ic. In step S132 of step S130 , the aging controller 130 may determine whether the pulse width of the increased field emission current Ic reaches a target pulse width. When the pulse width of the field emission current Ic does not reach the target pulse width, step S131 proceeds, and the current controller 120 increases the pulse width of the field emission current Ic again. As a result of repetition of steps S131 and S132, when the pulse width of the field emission current Ic reaches the target pulse width, step S140 is performed.

S140 단계의 S141 단계에서, 전계 방출 소자(FED)의 구동 조건이 유지된다. 전압 생성기(110)는 목표 전압 레벨을 갖는 아노드 전압(Va)을 아노드 전극(AN)에 인가하고, 전류 제어기(120)는 목표 전류 레벨을 갖고, 목표 펄스폭을 갖도록 전계 방출 전류(Ic)를 제어할 수 있다. 전계 방출 소자(FED)의 특성이 고유의 동작을 수행하기에 적합한 기준 특성을 만족하는 경우, 상기 방법이 종료된다. 전계 방출 소자(FED)의 특성이 기준 특성을 만족하지 못하는 경우, S110 내지 S140 단계가 반복되거나 개별적인 에이징 단계를 진행하는 조치가 진행될 수 있다.In step S141 of step S140 , the driving condition of the field emission device FED is maintained. The voltage generator 110 applies the anode voltage Va having the target voltage level to the anode electrode AN, and the current controller 120 has the target current level and the field emission current Ic to have the target pulse width. ) can be controlled. When the characteristics of the field emission device (FED) satisfy reference characteristics suitable for performing an intrinsic operation, the method ends. When the characteristics of the field emission device (FED) do not satisfy the reference characteristics, steps S110 to S140 may be repeated or an individual aging step may be performed.

도 11의 S110 내지 S140 단계는 예시적인 것으로 이해될 것이고, 전계 방출 소자를 에이징하는 장치(100)의 특성에 따라, S110 내지 S140 단계의 일부 순서가 변경될 수 있다. 예를 들어, S120 단계가 진행된 후에, S110 단계가 진행될 수 있다.It will be understood that steps S110 to S140 of FIG. 11 are exemplary, and some orders of steps S110 to S140 may be changed according to the characteristics of the apparatus 100 for aging the field emission device. For example, after step S120 is performed, step S110 may be performed.

위에서 설명한 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 예들이다. 본 발명에는 위에서 설명한 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경하거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들도 포함될 것이다. 또한, 본 발명에는 상술한 실시 예들을 이용하여 앞으로 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다.The contents described above are specific examples for carrying out the present invention. The present invention will include not only the above-described embodiments, but also simple design changes or easily changeable embodiments. In addition, the present invention will include techniques that can be easily modified and implemented in the future using the above-described embodiments.

100, 200: 전계 방출 소자를 에이징하는 장치
110, 210: 전압 생성기
120, 220, 221~22n: 전류 제어기
130, 231~23n: 에이징 제어기
240: 통합 제어기
FED: 전계 방출 소자100, 200: device for aging the field emission device
110, 210: voltage generator
120, 220, 221~22n: Current controller
130, 231~23n: aging controller
240: integrated controller
FED: Field Emission Device

Claims

An apparatus for aging a field emission device that emits electrons based on an electric field between a first electrode and a second electrode, the device comprising:
a voltage generator for increasing a level of a voltage applied to the first electrode of the field emission device to a target voltage level for a first time; and
For a second time after the first time, the magnitude of the field emission current generated from the second electrode of the field emission device is increased to a target current level, and for a third time after the second time, the target current and a current controller for increasing a pulse width of the field emission current having a level to a target pulse width.

According to claim 1,
The voltage generator is
after the first time period, further generating a gate voltage applied to a gate electrode of the field emission device for controlling an amount of electron emission.

3. The method of claim 2,
The voltage generator is
During the first time, the second electrode and the gate electrode are short-circuited;
wherein the first electrode is an anode electrode and the second electrode is a cathode electrode.

3. The method of claim 2,
The voltage generator is
During the first time, the first electrode and the gate electrode are short-circuited;
wherein the first electrode is a cathode electrode and the second electrode is an anode electrode.

According to claim 1,
The current controller is
During the first time, the flow of the field emission current is interrupted, and during the second time, the field emission current has an initial aging pulse width smaller than the target pulse width, and has a peak value increasing up to the target current level. device to control.

6. The method of claim 5,
The current controller is
during the third time period, increasing a pulse width of the field emission current on a logarithmic scale from the initial aging pulse width to the target pulse width.

According to claim 1,
The current controller is
During the second time, increasing the peak value of the field emission current to the target current level, and controlling the field emission current such that the peak value repeats with the same magnitude at least once.

According to claim 1,
The current controller is
During the third time, increasing the pulse width of the field emission current to the target pulse width, and controlling the field emission current such that the pulse width is repeated with the same magnitude at least once.

According to claim 1,
The voltage generator is
applying the voltage having the target voltage level to the first electrode during a fourth time period after the third time period;
The current controller is
and controlling the field emission current such that, during the fourth time period, a peak value is maintained at the target current level and a pulse width is maintained at the target pulse width.

According to claim 1,
The current controller is
a first transistor configured to determine a pulse width of the field emission current based on a first control signal;
a second transistor configured to determine a peak value of the field emission current based on a second control signal;
a function generator providing the first control signal to a gate of the first transistor and providing the second control signal to a gate of the second transistor; and
and a current meter for measuring the field emission current.

According to claim 1,
Further comprising an aging controller for controlling the voltage generator and the current controller,
The aging controller,
during the first time, sequentially increasing the level of the voltage applied to the first electrode to the target voltage level, and controlling the voltage generator to maintain the target voltage level after the first time,
During the second time, the current controller is controlled to sequentially increase the peak value of the field emission current to the target current level, and during the third time, the pulse width of the field emission current is sequentially increased to the target pulse width and controlling the current controller to have a peak value of the target current level and the target pulse width during a fourth time after the third time.

12. The method of claim 11,
A second field emission current of a second field emission device that emits electrons is controlled based on an electric field between the third electrode and the fourth electrode, wherein, during the second time, the magnitude of the second field emission current is set to the target current a second current controller increasing to a level and increasing, during the third time, a pulse width of the second emission current to the target pulse width; and
Further comprising a second aging controller for controlling the second current controller,
The voltage generator is
During the first time, the voltage applied to the third electrode increases to the target voltage level.

13. The method of claim 12,
an integrated controller for determining control parameters of the aging controller and the second aging controller based on the field emission current, the second field emission current, and the voltages applied to the first and third electrodes; ,
and the aging controller and the second aging controller determine a magnitude and a pulse width of the field emission current and the second field emission current, respectively, based on the control variable.

A method for aging a field emission device, comprising:
sequentially increasing the voltage applied to the first electrode of the field emission device to a target voltage level for a first time;
maintaining the voltage at the target voltage level after the first time;
sequentially increasing a field emission current generated from the second electrode of the field emission device to a target current level during a second time period after the first time period;
sequentially increasing a pulse width of the field emission current having the target current level to a target pulse width for a third time after the second time; and
and controlling the field emission current to maintain the target current level and the target pulse width for a fourth time after the third time.

15. The method of claim 14,
The step of sequentially increasing the voltage to a target voltage level includes:
shorting the second electrode and the gate electrode of the field emission device;
increasing the voltage by a reference voltage level; and
and determining whether the voltage has reached the target voltage level.

16. The method of claim 15,
Sequentially increasing the field emission current to a target current level comprises:
electrically separating the second electrode and the gate electrode;
increasing the peak value of the field emission current by a reference current level; and
and determining whether the field emission current reaches the target current level.

15. The method of claim 14,
The step of sequentially increasing the pulse width of the field emission current to a target pulse width comprises:
increasing the pulse width by a reference width; and
and determining whether the pulse width reaches the target pulse width.