KR19980024793A - 플랫 패널 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전자빔 여기 인 물질로부터 발생된 형광 빛을 사용하는 플랫 패널 표시장치에 관한 것으로, 다수의 캐소드 전극들이 유리 기판상에 열방향으로 서로 나란히 배열되어 있고, 원뿔 모양의 매우 작은 냉 캐소드가 상기 캐소드 전극에 매트릭스로 배열되어 있고, 냉 캐소드 주위에 원통형 슬롯이 있는 절연층(ITO 막)이 상기 유리 기판 및 상기 캐소드 전극 위쪽에 형성되어 있으며, 여러 행으로 된 게이트 전극이 상기 캐소드 전극의 확장면과 수직 방향에 있는 상기 절연층상에 형성되고, 캐소드 전극과 게이트 전극과의 교차점이 픽셀에 해당하고, 유리판이 상기 게이트 전극 위쪽에 자리잡고 있으며, 애노드 전극이 상기 냉 캐소드와 마주보고 있는 상기 유리판의 표면 전체에 제공되어 있고, 각 픽셀용 인 부재가 상기 냉 캐소드와 마주보고 있는 상기 애노드 전극의 표면상에 형성되어 있어서 각 픽셀용 빛을 방출하는 빛 소스가 형성되며, 각 픽셀용 빛의 전송 양을 제어(변조)하는 알려진 액정 표시 패널이 상기 빛 소스 위쪽에 제공되는 것을 특징으로 한다.

Description

플랫 패널 표시장치
본 발명은 전자빔 여기 인(exitation phosphor) 물질로부터 발생된 형광 빛을 사용하는 플랫 패널 표시장치에 관한 것이다.
본 출원은 1997년 9월 18일 출원된 일본 특허출원 제8-246641호에 기초하고 있으며, 본 명세서에서 그 내용을 참고로 하고 있다.
종래의 플랫 패널 표시장치로 전형적인 것이 액정표시장치이다. 이러한 타입의 장치는 노트북 형식의 개인용 컴퓨터에 광범위하게 사용되어 오고 있다. 그러나, 상기 액정표시장치는 스스로 발(發)하는 빛에 의한 것이 아니라 전달된 빛의 양을 조정(제어)하는 것으로 이미지를 표시하고 있다. 그러므로, 그 뒷면에 빛 소스를 필요로 하고 있어서 전력 손실의 증가, 콘트라스트의 감소 및 피크 밝기의 감소 등의 여러 단점이 있게 된다.
도 1은 백라이트(back light)가 있는 종래의 액정표시장치의 예를 보여주고 있다.
확산 판(12) 및 빛 가이드 판(14)이 액정표시 패널(10)의 아래에 배열되어 있다. 형광 빛(16)은 상기 빛 가이드 판(14)의 한쪽 끝 부분에 위치한다. 상기 형광 빛에서 바로나온 빛과 판사 판(18)에서 반사된 빛이 상기 빛 가이드 판(14)에 입사하고, 이것이 상기 빛 가이드 판(14) 아래에 있는 반사 판(20)에 의해 위쪽으로 반사되고 상기 빛 가이드 판(14)에 제공된 확산 판(12)을 통해 패널(10)의 전 표면으로 주입된다. 빛 변조기로서의 역할을 하는 상기 액정표시장치 패널(10)은 잘 알려져 있기 때문에 본 명세서에서는 상세한 설명은 생략한다. 상기 액정표시장치 패널(10)은 투명한 필셀 전극으로 되어 있으며 각 픽셀을 위한 빛의 전송/비전송을 제어한다.
형광 램프(12)는, 내부에 비활성 가스를 단단히 수용하고 있는 램프 튜브에 전압이 인가되고, 상기 튜브 내부에 플라즈마가 발생하여 적외선이 발생하여 그 발생된 적외선이 상기 튜브의 내부 벽에 있는 인 물질과 부딪히고 상기 인 물질을 여기시켜 형광 빛을 발하게 하는 일반적 원칙에 기초하여 빛을 방출한다.
앞서 언급한 바와 같이, 종래의 액정표시장치의 백라이트로서의 상기 형광 램프는 플라즈마를 발생하여 상기 인 물질을 여기시키는 적외선 빛을 방출한다. 따라서, 위와같은 종래의 장치는 빛이 방출되는 효율이 매우 낮고 전력 소비가 크다는 단점을 갖고 있다. 또한, 전체 방출을 하기 때문에 픽셀이 켜지지도 않은 때에도 빛이 주입되도록 상기 패널의 전 표면에 빛이 주입된다. 이것은 빛의 방출 효율을 낮춘다. 더욱이, 균일한 밝기를 가진 빛이 상기 액정의 전 표면에 주입되기 때문에 콘트라스트가 낮아진다. 그러므로, 이미지의 어떤 지점이 디스플레이될 밝기로 되는 경우일지라도, 상기 백라이트가 균일한 밝기를 갖게되어 더 밝은 피크 밝기를 갖는 것이 불가능 하다.
이러한 단점을 해결하기 위해, 필드 방출 표시(FED)장치가 개발되었다. IEDM 91, 197-200페이지의 Microchips Phosphor Display에 상기 FED 장치의 한 예가 기재되어 있다. 이 장치는 필드 방출 냉 캐소드(cold cathode) 전자 소스를 사용한다. 비록 상기 필드 방출 냉 캐소드 전자 소스가 종래의 진공관과 동일한 3극 종류이긴 하지만, 예각의 캐소드(에미터)상으로 높은 전기장이 집중되고 전자가 양자 역학 터널 효과에 기초하여 추출되는 것으로 열 캐소드(hot cathode)가 아니라 냉 캐소드를 사용하므로 상기 3극과는 다르다. 이 전자들은 애노드와 캐소드사이에 인가된 전압에 의해 가속되고 상기 애노드에 형성된 인 막에 의해 부딪히고 여기되어 빛을 발하게 된다.
상기 필드 방출 표시(FED)장치는 인 부재가 여기되고 빛이 음극선에 의해 방출되는 종래의 CRT과 같다. 원칙적으로, 이 FED장치는 180°만큼 넓은 시야각을 얻을 수 있다. 그러나, CRT가 포인트 전자 소스를 사용하는 반면 FED는 각 픽셀용으로 미크론(1 내지 2㎛)의 매우 작은 냉 캐소드 어레이로 구성된 플랫 패널 타입 매트릭스 전자 소스를 사용한다.
컬러 표시를 위한 상기 인 부재 구조의 두 타입이 있는데; 하나는 세가지 색 R,G,B가 애노드로 사용되고 유리 기판에 형성된 균일한 ITO층상에 형성되는 스위치 되지 않은 애노드이고; 다른 하나는 세가지 색 R,G,B의 상기 인 층을 위한 애노드 전극층들이 분리되어 형성되고 상기 R,G,B의 인 층이 연속적이고 선택적으로 구동되는 스위치된 애노드이다. 세가지 색 R,G,B 및 상기 애노드의 위치 할당 픽셀의 캐소드들을 선택적으로 형성할 필요가 없고 이 캐소드가 쉽다는 점에서 후자가 장점이 있다.
냉 캐소드 자체의 소형화가 개발되어 왔고 그로인해 매우 작은 냉 캐소드가 제공될 수 있다. 그러나, 다음과 같은 이유때문에 매우 작은 인 부재(사진과 같은 높은 해상도가 가능한)를 제조하는 것이 어렵다. 인 입자의 그레인 지름 제한은 각 각의 미세한 픽셀을 위한 세가지 색 R,G,B의 인 부재를 분리하여 형성하는 것을 어렵게 한다. 인 픽셀들이 카본으로 만들어진 소위 블랙 매트릭스가 콘트라스트를 향상시킬 목적으로 형성되었기 때문에, 매우 높은 해상도를 얻기란 어렵다.
따라서, 본 발명의 목적은 높은 정밀도, 높은 밝기, 높은 콘트라스트 및 전력소비가 적은 플랫 패널 표시장치를 제공하는 것이다.
도 1은 백라이트가 있는 종래의 액정표시장치;
도 2는 본 발명에 따른 플랫 패널 표시장치의 제1 실시예인 액정표시장치의 구조를 보여주는 분해도;
도 3a 내지 도 3h는 필드 방출 어레이의 전달 몰드 공정 처리과정을 설명하는 도; 및
도 4는 본 발명에 따른 플랫 패널 표시장치의 제2 실시예인 필드 방출 어레이 타입 표시장치의 구조를 보여주는 분해도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
30 : 소스 유닛 32 : 유리 기판
34-1,34-2 : 캐소드 전극 36-1,36-2,36-3 : 게이트 전극
38 : 냉 캐소드 40 : 절연층
44 : 애노드 전극 46-i-j : 인 부재
60 : 액정 패널 66-i-j : 픽셀 전극
74 : 액정층 100 : 컬러 액정 셔터
102,110 : 편광 필터 104,108 : 액정 패널
200 : Si 기판
본 발명에 따르면, 다수의 빛 소스 성분을 갖는 빛 소스; 및 상기 빛 소스에서 방출된 빛이 주입되고 인 부재로부터 방출된 각 빛의 전송량을 제어하는 빛 변조기를 구비한 플랫 패널 표시장치가 제공되는데, 상기 빛 소스 성분 각 각은 필드 방출타입 냉 캐소드, 상기 냉 캐소드와 마주보게 배열된 애노드 전극, 및 상기 냉 캐소드와 마주보고 있는 상기 애노드 전극의 표면에 형성된 인 부재로 구성되어 있고, 상기 방출되는 빛은 상기 냉 캐소드에서 방출된 전자들을 상기 애노드 전극쪽으로 가게 한다.
본 발명의 상기 플랫 패널 표시장치에 따르면, 상기 인 부재에 대해 상기 냉 캐소드로부터 방출된 전자들의 충돌을 일으키는 양자 역학 터널효과에 기초하여 발생된 빛이 상기 이미지 표시장치의 빛 소스로 사용된다. 주로, 빛은 플라즈마를 발생시키는 것에 의하지 않고 상기 인 부재에 대해 바로 전자 충돌을 일으키는 것에 의해 방출된다. 이것은 높은 효율을 갖는 빛 방출을 어렵게 한다. 또한, 전자들이 표시될 필셀에 해당하는 냉 캐소드로부터 순차적으로 방출되기 때문에, 전력소비가 적다. 더욱이, 냉 캐소드의 사용은 매우 많은 양의 전자 빔 전류를 보장하고 미세한 전자빔을 형성할 수 있게 한다. 그 결과, 이미지의 원하는 지점 및 영역이 밝혀진 빛이 될 수 있어서 더 높은 피크 밝기 및 더 높은 콘트라스트가 가능하다.
본 발명의 더 다른 목적 및 장점들은 아래의 발명의 상세한 설명에 나타날 것이며 또는 본 발명의 실시예에 의해 알 수 있을 것이다.
본 발명의 목적 및 장점들은 첨부된 특허청구범위에 나타난 수단 및 조합들에 의해 실현되고 얻을 수 있다.
본 명세서의 첨부된 도면은 본 발명의 원리를 설명하고, 이하 후술할 적절한 실시예의 상세한 설명 및 앞서 설명한 일반적 내용들과 함께 본 발명의 적절한 실시예를 설명하고 있다.
지금부터 본 발명에 따른 플랫 패널 표시장치의 적절한 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명하도록 하겠다.
(제1 실시예)
도 2는 본 발명에 따른 플랫 패널 표시장치의 제1 실시예로서 액정표시장치의 구조를 보여주는 분해도이다. 이 액정표시장치는 빛(백라이트) 소스 유닛(30)과 액정 패널(60)로 구성되어 있다.
먼저, 상기 빛 소스 유닛(30)의 구조를 설명한다. 상기 빛 소스 유닛(30)에는 유리 기판(32)상에 서로 열 방향으로 나란히 배열된 다수의 캐소드 전극(34-1,34-2,...)이 있다. 하나의 캐소드 전극(34-1)이 상기 표시장치의 필셀의 열에 해당한다. 이 실시예에서, 하나의 표시 픽셀은 색상 표시를 위해 R,G,B의 세 픽셀로 만들어진다. 지금부터 간단히 픽셀로 언급하는 것은 이 픽셀을 나타내는 것이다. 다수의 게이트 전극(36-1,36-2,...)이 상기 캐소드 전극에 수직인 행 방향내에 절연층(40)을 통해 서로 다른 캐소드 전극(34-1,34-1,...)과 평행하게 배열되어 있다. 하나의 캐소드 전극과 하나의 게이트 전극간의 교차점은 상기 표시장치상의 픽셀에 해당한다. 여러개의 매우 작은, 예를들어 원통형 슬롯들이 상기 캐소드 전극(34-1,34-2,...)상에 위치한 상기 게이트 전극(36-1,36-2,...)에 형성된다. 많은 냉 캐소드, 예를들어 원뿔꼴의 냉 캐소드(38)가 상기 캐소드 전극(34-1,34-2,...)상에 형성되어 상기 게이트 전극(36-1,36-2,...)내의 상기 슬롯으로 들어온다. 상기 냉 캐소드(38)들은 상기 액정표시장치의 각 픽셀을 위한 빛 소스로서의 역할을 한다. 그러므로, 원칙적으로는, 각 픽셀을 위해서 하나의 냉 캐소드(38)를 제공할 수 있다. 그러나, 상기 냉 캐소드의 악화, 파괴 및 불안정한 동작을 고려하면, 여러 냉 캐소드(38)들(도 2에는 오직 네 개의 냉 캐소드(38)만이 표시되어 있다; 그러나, 실제로는 보통 수백 수천개의 캐소드가 있다)은 하나의 픽셀을 위한 빛 소스 역할을 하여 용장도(redundancy)를 준다.
위에서 설명한 구조의 상기 빛 소스 유닛(30) 상부에 유리판(42)이 장착되어 있다. 투명한 ITO 막 등으로 만들어진 애노드 전극(44)은 상기 냉 캐소드(38)와 마주보고 있는 상기 유리판(42)의 아래 표면에 전적으로 형성되어 있다. 상기 냉 캐소드(38)과 마주보고 있는 상기 애노드 전극(44)의 아래 표면에는 픽셀에 해당하는 인 부재(46-1-1,46-1-2,...)가 있다. 상기 인 부재(46-1-1,46-1-2,...)는 상기 캐소드 전극(34-1,34-2,...)과 상기 게이트 전극(36-1,36-2,...)이 서로 교차하는 위치에 매트릭스 방법으로 형성된다.
비록 도 2에는 도시되어 있지 않지만, 상기 캐소드 전극(34-1,34-2,...), 게이트 전극(36-1,36-2,...), 및 애노드 전극(44)은 빛 소스 구동회로와 연결되어 있고 구동전압이 인가된다.
상기 인 부재(46-i-j)는 전자들이 상기 인 물질에 충돌할 때 전체 모두 백색광를 발하는 인 물질의 혼합으로 만들어 질 수 도 있다. 상기 인 부재(46-i-j)는 백색광을 발하는 인 물질의 한 종류로 만들어 질 수 도 있다. 상기 인 부재(46-i-j)는 예를들어 구형의 미세한 그레인 인 입자로 만들어 질 수 도 있다.
높은 정밀도를 갖는 컬러 이미지 표시장치를 제공하기 위해, 투과 인 물질을 사용하는 것이 좋다. 상기 투과 인 물질은 다른 색상을 갖고 있는 적어도 두 개의 인 층으로된 다중-층 구조로 되어있다. 표시 색상은 전자빔의 가속 전압을 변경하는 것 및 상기 전자빔의 투과 깊이를 인 입자로 변화시키는 것에 의해 변화한다. 같은 이유로, 다른 컬러 또는 다중-층 인 층으로 형성된 투과 인 물질을 갖고있는 적어도 두 개의 인 층의 다중-층 인 물질을 사용하는 것이 가능하고 표시되지 않는 유전체 층은 상기 다중-층 인 층사이에 끼워진다.
상기 냉 캐소드(30)의 제조 방법을 설명하도록 하겠다. 본 실시예에서는 전달 몰드 제조 처리과정(transfer mold fabrication process)을 사용한다. 이 전달 몰드 제조 처리과정이 도 3a 내지 도 3h에 설명되어 있다. 도 3a에 도시되어 있듯이, Si 기판(200)을 30% KOH 수용액을 사용하여 열 산화된 SiO2마스크를 통해 이방적으로 에칭하여 꼭지점 부분이 매우 뾰족한 피라미드형 구멍을 만든다. 즉 몰드한다. Si 이방적 에칭을 사용하는 종래의 제조공정 방법과는 달리, 상기 에칭 처리과정은 자동적으로 멈춘다. 따라서, 균일하고 재생가능한 많은 구멍을 만드는 것이 쉬워진다. 상기 구멍의 폭은 보통 1.0 내지 3.0㎛ 범위이다. SiO2마스트를 제거하고 나서, 상기 Si 몰드는 열적으로 산화되어 누설이 적은 에미터-게이트의 높은 절연층을 형성한다. 열 산화된 SiO2층의 저항은 퇴적된 SiO2절연층의 두배 또는 세배만큼 높다. 상기 열 SiO2층이 성장하는 동안, 상기 SiO2층은 몰드의 측벽에 볼록한 모양을 띄게 된다. 계속해서, LaB2및 TiN 등의 에미터 물질이 스퍼터링에 의해 상기 SiO2층에 퇴적하여 상기 몰드를 채우고, 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 몰드의 바닥에 에미터 팁이 형태를 갖춘다. 그러면, 에미터 물질층은 도 3c에 도시된 것 처럼, 수백볼트의 DC 전압을 인가하여 Al 뒤 표면 전극이 있는 유리기판과 접착된다.
다음으로, TMAH(tetramethyl ammonium hydroxide)용액에 의한 이방성 Si 에칭 및 완충 HF 용액에 의한 SiO2에칭을 사용하여 도 3d에 도시된 것처럼 상기 Si 몰드 물질 및 상기 Si2층을 제거한다. 상기 SiO2층은 TMAH 용액을 위한 에칭 스톱층 역할을 한다. 그러므로, 에미터 어레이는 상기 Si 기판에서 상기 유리 기판으로 전달된다. 에미터 팁들은 처리과정에서 뾰족하게 되기 때문에, 이들을 형성시킨 후 따로 뾰족하게 다듬을 필요가 없다.
게이트 에미터 어레이를 만들기 위해 다음의 처리과정이 필요하다. 도 3e에 나타난 것 처럼, 게이트 공정에서 제거되지 않은 SiO2층상에 게이트 층 및 저항 층이 코우팅 된다. 얇은 저항 층은 산소 플라즈마내에서 건식 에칭되어 도 3f에 나타난 것 처럼 상기 코우팅된 에미터의 팁만이 드러나게 한다. 마지막으로, 상기 게이트(도 3g) 및 상기 산소(도 3h) 모두 습식 에칭하여 상기 에미터상의 게이트 중앙에 수 마이크론의 구멍이 생기게 한다.
다음으로, 빛 소스 유닛(30)상에 형성된 액정 패널(60)을 설명하도록 하겠다. 상기 액정 패널(60)은 액티브 매트릭스 구동수단에 의해 작동한다. 액티브 매트릭스용 스위칭 장치는 박막 다이오드(TFD) 또는 박막 트랜지스터(TFT)일 수 있다. 상기 액정 패널(60)은 간단한 매트릭스 구동수단에 의해 동작할 수 있다.
상기 빛 소스 유닛(30) 위쪽에는 오직 선형적인 편광 빛 성분만을 통과시키는 편광기(62)가 있다. 유리 기판(64)이 상기 편광기(62) 위쪽에 있다. 많은 투명 픽셀 전극(66-1-1,66-1-2,...)이 인 부재(46-1-1,46-1-2,...)에 해당하는 위치에 매트릭스 형식으로 상기 유리 기판(64)상에 배열되어 있다. 설명의 간략을 위해 도면에는 나타나 있지는 않지만, 신호 와이어링 전극, 픽셀 전극(66-i-j)이 있는 상기 신호 와이어링 전극과의 연결을 위한 스위칭 장치, 상기 스위칭 장치를 온/오프 제어하는 스캔 전극, 및 상기 신호 와이어링 전극 및 상기 전극들간에 전압을 인가하는 상기 스캔 전극과 연결된 LCD 구동회로들이 액티브 매트릭스 타입의 정상 액정표시장치의 경우처럼 픽셀 전극(66-i-j)과 연결되어 있다. 특히, 상기 스위칭 장치들은 각 각 픽셀 전극(66-i-j)와 연결되어 있다. 이 스위칭 장치를 온/오프 제어하는 다수의 스캔 전극들은 열 방향으로 위치해 있다. 각 각의 픽셀 전극(66-i-j-)에 전압을 인가하는 다수의 신호 전극들은 상기 주사 전극에 수직인 방향, 즉 행 방향으로 위치해 있다.
클래스 기판(68)이 상기 유리 기판(64) 위에 있다. 세개의 컬러 필터(70-1,70-2 및 70-3)가 상기 유리 기판(64)과 마주보고 있는 유리 기판(68)의 아래쪽에 반복적으로 제공되어 있다. 적색 필터(70-1), 녹색 필터(70-2) 및 청색 필터(70-3)가 필셀에 해당하여 배열되어 있다. 투명 공통 전극(72)이 상기 유리 기판(64)와 마주보고 있는 상기 컬러 필터(70-1,70-2,70-3)의 표면 아래쪽에 있다. 액정으로 채워져 있는 액정층(74)이 상기 유리 기판(64)과 공통 전극(72)사이에 형성된다. 상기 편광기(62)의 선형 편광 빛 성분과 수직인 방향의 선형 편광 빛 성분만을 통과시키는 편광기(76)가 상기 유리 기판(68)의 위쪽에 있게된다.
상기 캐소드 전극(34-i)과 게이트 전극(36-j)사이, 상기 인 부재(46-i-j)와 픽셀 전극(66-i-j)의 교차 부분은 같은 위치에서 서로 겹쳐 배열된다.
본 실시예의 동작을 설명하도록 하겠다. 먼저, 각 픽셀을 위한 방출 제어를 설명한다. 애노드 전극(44)과 하나의 캐소드 전극(34-i)에 전압이 가해진다. 하나의 게이트 전극(36-j)에 전압이 가해지면, 상기 캐소드 전극(34-i)와 상기 전압이 가해진 상기 게이트 전극(36-j)사이의 교차지점내의 냉 캐소드(38)로부터 전자가 방출된다. 상기 전자는 상기 냉 캐소드(38)의 위쪽에 있는 인 부재(46-i-j)에 부딪혀서 상기 인 부재(46-i-j)로부터 빛이 나오게 된다. 여기서, 캐소드 전극(34-i) 및 게이트 전극(36-j)을 선택하면, 상기 인 부재(46-i-j)는 각 픽셀을 위해 빛을 방출할 수 있다.
제1 실시예에 따르면, 상기 인 부재에 대해 양자 역학 터널 효과에 기초하여 상기 냉 캐소드로부터 방출된 전자의 충돌로 인해 발생된 빛은 액정 패널(60)의 백라이트로 사용된다. 빛은 높은 효율성을 갖는 빛의 방출을 가능하게 하기 위해 플라즈마를 발생하는 것에 의해 방출되지 않는다. 또한, 백라이트가 각 픽셀을 위해 제어되기 때문에, 빛 사용 효율이 높고 전력 소비가 적다. 더욱이, 냉 캐소드의 사용은 매우 많은 전자 빔 전류를 보증하고 미세한 전자 빔의 형성을 가능하게 한다. 그 결과, 이미지의 원하는 지점 및 영역이 더 밝게 비추어질 수 있어서 높은 피크 밝기 및 더 높은 콘트라스트가 가능하다.
상기 액정 패널(60)의 동작을 설명하도록 하겠다. 인 부재(46-i-j)에서 방출된 빛은 상기 편광기(62)에 의해 선형으로 편광된 빛으로 바뀐다. 액정 층(74)이 상기 공통 전극(72)와 상기 픽셀 전극(66-i-j)사이에 샌드위치처럼 끼여지고 두 전극사이에 인가된 전압에 기초하여 온/오프 된다. 상기 액정 층(74)은 예를들어 꼬인 네마틱(TN) 액정일 수 있으며, 오프 상태일 때 90°꼬인 분자 구조를 갖는다. 상기 액정 층(74)으로 주입된 빛은 90°회전한다.
전압이 72 와 66-i-j 두 전극 사이에 인가되는 상태에서는, 상기 분자 구조가 전기장을 따라 정열되도록 꼬임이 줄어들고 빛의 편광 면은 회전하지 않는다. 따라서, 상기 액정층(74)이 오프 상태일 때는 아래쪽의 편광기(62)를 통과한 선형적으로 편광된 빛은 상기 액정층(74)내에서 90°회전하게 되어 위쪽의 편광기(76)을 통과할 수 있게된다. 이 표시 픽셀을 밝다. 상기 액정층(74)이 온 상태일 때, 아래쪽의 편광기(62)를 통과한 선형적으로 편광된 빛은 상기 액정층(74)에서 90°회전하지 않으므로 편광 면이 상기 아래쪽 편광기(62)의 편광 면의 90°회전으로부터 회전한다. 이 표시 픽셀을 어둡다. 그러므로, 만일 전압이 상기 스캔 전극에 인가되어 상기 픽셀 전극(66-i-j)과 연결된 스위칭 장치를 켜고 이미지 데이터 신호가 상기 신호 전극으로부터 상기 픽셀 전극(66-i-j)으로 입력된다면, 상기 픽셀 전극(66-i-j)과 공통 전극(72)사이에 배열된 액정층(74)은 각 픽셀용 입력 신호에 따라 온/오프 되어서 각 픽셀을 위한 상기 액정층(74)를 통과한 빛의 양을 제어한다.
상기 액정층(74)을 통과한 빛은 상기 컬러 필터(70-1,70-2,70-3)에 의해 R, G 및 B 중 하나의 색을 띄게 된다.
지금부터 이미지의 실제 표시를 설명하도록 하겠다. 전압이 스캔 전극 및 공통 전극(72)에 인가되어 일부 열의 각 픽셀 전극(66-i-j)의 스위칭 장치가 켜지게 된다. 상기 이미지 데이터에 따른 신호 전압은 상기 모든 신호 전극에서 열에 있는 필셀 전극(66-i-j)에 동시에 인가된다. 픽셀 전극(66-i-j)과 공통 전극(72)사이에 있는 삭이 액정층(74)는 상기 각 신호 전압에 따라 온/오프 된다. 만일 액정표시층(74)이 오프 상태이면, 빛의 통과 양은 증가한다. 액정표시층(74)이 오프 상태라면, 빛의 통과 양은 줄어든다. 이 때, 상기 빛 소스 유닛(30)에서, 전압이 상기 애노드 전극(44)에 인가되고, 캐소드 전극(34-i) 및 선택된 열내의 픽셀 전극(66-i-j)에 해당하는 게이트 전극(36-j)에도 각 각 인가되어, 교차된 픽셀 부분에 위치한 냉 캐소드(38)로부터 전자가 방출한다. 빛 소스 구동 회로 및 액정표시 구동 회로는 서로 맞물리는 방식으로 동작한다.
방출된 전자는 인 부재(46-i-j)에 충동하여 상기 인 부재(46-i-j)로부터 백색광이 방출된다. 이 부재(46-i-j)에서 방출된 이 백색광은 상기 편광기(62)를 통과할 때는 선형적으로 편광된 빛으로 바뀌고 상기 액정층(74)으로 들어간다. 주입된 이 빛은 액정층(74)의 온/오프 상태에 따라 회전한다. 만일 액정층(74)이 오프 상태이면, 빛은 90°회전한다. 이 회전된 빛은 상기 컬러 필터(70-1,70-2,70-3)를 통해 전달되고 위쪽의 편광기(76)상에 주입되면 색깔을 띄게 된다. 이 위쪽 편광기(76)는 상기 주입 빛의 편광 방향에 따라 선택적으로 빛을 통과시키는데, 즉 전송 빛의 양을 변동시킨다. 따라서, 이미지 데이터에 해당하는 신호 전압이 상기 신호 전극으로부터 한 열에 있는 R,G,B의 픽셀 전극으로 연속적으로 인가되는 동안, 각 열의 표시가 연속적으로 수행된다.
비록 신호 전압이 한 열에 있는 상기 스캔 전극과 연결된 픽셀 전극(66-i-j)로 동시에 인가되지만, 픽셀 전극(66-i-j)과 공통 전극(72)사이의 상기 액정층(74)은 얼마동안 회전각을 유지한다. 그러므로, 각 픽셀을 위해 빛이 상기 백라이트 패널 유닛(30)으로부터 연속적으로 방출되는 경우라 할지라도, 이미지 데이터에 해당하는 이미지 액정 패널(60)상에 표시된다.
지금까지 설명을 통해 알 수 있듯이, 본 실시예의 액정표시장치에 따르면, 종래에 사용된 형광램프가 아니라, 전자가 인 부재에 직접 충동하여 빛을 발하는 필드 방출 어레이를 백라이트용 빛 소스로 사용한다. 그 결과, 높은 빛 방출 효율성을 보장하고 전력 소비를 줄이기 위해 적외선 빛을 방출하기 위한 플라즈마를 발생시킬 필요가 없게된다. 또한, 상기 형광램프의 케이스내의 종래의 전체 방출과는 달리, 빛이 표시될 각 픽셀을 위해 방출되게 되어 전력 소비를 더 줄이게 되고 콘트라스트를 향상시킨다.
더욱이, 냉 캐소드가 많은 전류를 흘려보낼 수 있기 때문에, 피크 밝기를 더 높게 할 수 있고 콘트라스트를 더 높게 할 수 있다. 본 발명의 플랫 패널 디스플레이 장치의 두께는 상기 형광램프의 두께보다 훨씬 얇다. 본 실시예는 다음과 같은 수정이 가능하다. 앞선 설명에서, 빛 방출은 각 픽셀을 위해 제어되었다. 그러나, 전압은 모든 게이트 전극(36-1,36-2,36-3,...)에 인가될 수 있고 전자들은 하나의 캐소드 전극(34-i)에 형성된 모든 냉 캐소드로부터 추출되어 각 열의 이미지가 표시될 수 있다. 이 경우, 도 2에 도시된 여러 행에 있는 게이트 전극(36-1,36-2,36-3,...)대신 게이트 전극이 절연층(40)의 전 표면상에 형성될 수 있다.
인 부재(46-i-j)가 본 실시예의 각 픽셀 전극용으로 형성된다. 그러나, 애노드 전극(44)의 전 표면상에 인 부재를 형성하는 것이 가능하다. 더욱이, 컬러 이미지가 상시 컬러 필터에 의해 표시될 수 있다면, 백색이 아닌 컬러의 빛이 적용가능하다. 예를들어, 상기 컬러 필터와 유사한 R,G 및 B 색이 상기 인 부재(46-i-j)로부터 방출될 수 있다. 분자 표시장치의 경우, 녹색 및 오렌지색 등의 단일 색의 빛을 방출하기 위해 인 부재가 사용가능하다. 제공된 컬러 표시가 사용될 수 있으며, 적색, 녹색 및 청색 필터가 아닌 컬러 필터의 사용이 가능하다. 또한, 인 부재가 R,G 및 B 빛을 방출할 수 있다면, 이 컬러 필터는 필요없다.
더욱이, 본 실시예는 투사 타입 표시장치에 적용될 수 있으며, 종래의 직접 표시 타입 장치에는 적용되지 않는다. 할로겐 램프 또는 그러한 종류가 LCD 투사기의 빛 소스로 사용된다. 이 할로겐 램프 대신 본 발명의 상기 빛 소스 유닛(30)을 사용하는 것이 가능하다. 본 발명의 상기 빛 소스 유닛(30)이 상기 투사기에 사용된다면, 전력 소비의 양은 줄어들고, 냉각 팬이 불필요하게 되며, 전체적으로 장치가 얇아지고 높은 휘도를 갖는 포인트 및 소스로 인해 광 시스템용 디자인이 쉬워진다. 그 결과 표시 이미지는 왜곡이 없게 된다.
본 실시예에서 빛 변조기로 상기 액정 패널을 사용한다. 그러나, 이 액정 패널외의 수단이 전송된 백라이트의 양을 각 각 제어하기 위해 매트릭스로 배열된 여러 픽셀이 제공되어 사용될 수 있다. 예를들면, PLZT(Lead Lanthanum Zirconate Titanate: 납 란탄 지르코네이트 티타네이트)를 사용한 빛 변조기가 사용가능하다.
상기 인 부재(46-i-j)는 백색광이 아니라 픽셀에 해당하는 색깔의 빛(적색, 녹색 및 청색 등)을 방출하기도 한다. 이 경우, 순수도가 낮은 색깔의 빛이 사용가능하다.
(제2 실시예)
도 4는 본 발명의 제2 실시예인 필드 방출 어레이 타입 표시장치의 구조를 보여주는 분해도이다.
이 제2 실시예는 액정 패널(60)대신 컬러 액정 셔터(100)가 상기 제1 실시예의 빛 소스 유닛(30) 위쪽에 있다는 점에서 제1 실시예와 다르다. 이 컬러 액정 셔터(100)는 제1 편광 필터(102), 각 픽셀용의 제1 액정 패널(104), 제2 액정 패널(106), 각 픽셀용의 제2 액정 패널(108) 및 제3 편광 필터(110)로 구성되어 있다. 상기 제1 편광 필터(102)는 중성 편광판이며, 수평방향에 편광 면을 갖는 컬러 편광판이다. 상기 제2 편광 필터는 수평 방향에 편광면을 갖는 B성분 및 수지방향에 편광면을 갖는 R 및 G성분을 전송한다. 상기 제3 필터(110)는 수평방향에 편광면을 갖는 R성분 및 수직방향에 편광면을 갖는 B 및 G성분을 전송한다. 상기 제1 및 제2 액정패널(104 및 108)은 컬러 필터(70-1,70-2 및 70-3) 및 편광기(62 및 76)가 제공되지 않는다는 것을 제외하고는 상기 제1 실시예의 액정 패널(60)과 같은 구조를 하고 있다. 온 상태(즉, 전압이 인가됨) 동안, 패널(104 및 108)은 주입빛의 편광면을 회전시키지 않는다. 오프 상태(즉, 전압이 인가되지 않음) 동안은, 상기 편광면은 90°회전한다.
특히, 본 제2 실시예에서는, 각 픽셀을 위해 상기 제1 및 제2 액정 패널(104 및 108)을 선택적으로 켜로/끄는 것으로 빛 소스 유닛(30)에서 나온 백색광이 R,G 및 B중 하나의 색깔을 띄게 되어 컬러 이미지가 표시된다. 상기 제1 및 제2 액정 패널(104 및 108)이 온/오프 되는 상태를 설명하도록 하겠다. 빛 소스 유닛(30)에서 방출된 백색광 가운데 수평방향에 편광면을 갖는 상기 성분들은 상기 제1 편광 필터(102)를 통과할 뿐이다. 상기 제1 액정 패널(104)이 온 상태이기 때문에, 이 성분들은 변하지 않은 편광면이 있는 상기 제1 패널(104)을 통과하고 상기 제2 편광 필터(106)에 주입된다. 상기 제2 편광 필터(106)가 수평방향에 편광면을 갖는 컬러 성분들 가운데 B색 성분만을 전송하기 때문에, 오직 B색 성분만이 상기 필터(106)를 통과하고 제2 액정 패널(108)에 주입된다. 여기서, 제2 액정 패널(108)은 오프 상태이다. 따라서, B색 성분의 편광면이 90°회전하여 B색 성분에 수직방향에 편광면을 제공하고, B색 성분은 제3 편광 필터(110)에 입사된다. 상기 제3 편광 필터(110)가 수직방향에 편광면을 갖는 B색 성분을 전송하기 때문에, B색 성분이 상기 제3 편광 필터(110)를 통과한다.
비슷하게, 만일 제1 및 제2 액정패널(104 및 108)이 온 및 오프 상태라면, G색 성분이 제3 편광 필터(110)를 통과한다. 만일 제1 및 제2 액정 패널(104 및 108)이 모두 오프 상태라면, R이 제3 편광 필터(110)를 통과한다.
지금까지의 설명을 통해 알 수 있듯이, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 이미지 데이터에 따른 컬러 액정 서터로 인가되는 전압을 변화시키는 것에 의해 높은 순수도를 갖는 단일 색을 얻을 수 있기 때문에, 상기 인 부재(R,G 및 B)에 각 각 색을 띄게 할 필요가 없다. 또한, 높은 콘트라스느가 있는 단일 색상을 얻을 수 있기 때문에 블랙 매트릭스를 형성할 필요도 없다. 그러므로, 상기 필드 방출 어레이 및 액정 패널만으로도 해상도를 얻을 수 있어서 매우 높은 정밀도를 갖는 플랫 패널 표시장치를 얻을 수 있다. 상기 빛 소스 유닛(30)의 사용으로 인한 낮은 전력 소비, 높은 밝기 및 높은 콘트라스트 등의 특징들을 본 제2 실시예에서도 얻을 수 있다.
제1 실시예의 경우와 같이, 본 제2 실시예도 수정이 가능하다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 이미지 표시장치에 따르면, 냉 캐소드에서 방출된 전자의 인 부재와의 충돌로 인한 양자 역학 터널 효과에 기초하여 발생된 빛은 이미지 표시장치의 빛 소스로 사용된다. 주로 빛은 플라즈마의 생성으로 인한 것이 아니라 상기 인 부재에 대한 전자의 직접적인 충돌로 인해 방출된다. 이것은 높은 효율을 갖는 빛의 방출을 가능하게 한다. 또한, 표시될 픽셀에 해당하는 냉 캐소드로부터 전자들이 연속적으로 방출되기 때문에, 전력 소비가 줄어든다.
더욱이, 냉 캐소드의 사용은 매우 많은 먕의 전자 빔 전류를 보증하고 미세한 전자 빔의 형성을 가능하게 한다. 그 결과, 이미지의 원하는 포인트 및 영역이 밝게 빛날 수 있어서 더 높은 피크 밝기 및 더 높은 콘트라스트가 가능해진다.
냉 캐소드의 크기를 마이크론으로 요구하는 것 뿐만 아니라 R,G 및 B내의 상기 인 부재에 색깔을 띄게 할 필요가 없기 때문에, 매우 높은 정밀도를 갖는 표시장치를 얻을 수 있다.
당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 더 다른 장점 및 수정을 알 수 있을 것이다. 따라서, 더 넓은 측면의 본 발명은 본 명세서에 나타나고 설명된 특정 설명, 대표된 장치 및 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 또한, 첨부된 특허청구범위에 정의된 본 발명의 일반적인 발명 개념의 정신 및 범위에서 벗어나지 않는 다양한 수정이 있을 수 있다.

Claims (14)

  1. 필드 방출 타입 냉 캐소드, 상기 냉 캐소드와 마주보게 배열된 애노드 전극, 및 상기 냉 캐소드와 마주보고 있는 상기 애노드 전극의 표면상에 형성되고 상기 냉 캐소드에서 방출된 전자로 인해 상기 애노드 전극으로 빛을 방출하는 인 부재로 구성된 각 각의 빛 소스 성분을 다수 포함하고 있는 빛 소스; 및
    상기 빛 소스에서 방출된 빛이 주입되고, 상기 인 부재에서 방출된 각 빛의 전송 량을 제어하는 빛 변조기를 구비한 것을 특징으로 하는 플랫 패널 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 인 부재는 백색광을 방출하고;
    상기 빛 변조기는:
    상기 빛 소스에서 방출된 빛이 주입되고, 제1 선형 편광 면이 있는 제1 편광기;
    상기 제1 편광기에서 방출된 빛이 주입되고, 표시 데이터에 따라 미리 결정된 각으로 주입 빛의 편광 면을 회전시키는 빛 변조 층;
    상기 빛 변조 층에서 방출된 빛이 주입되고, 주입 빛이 세 개의 주 표시 색상중 한 색을 띄게하는 컬러 필터; 및
    상기 색 필터에서 방출된 빛이 주입되고, 상기 미리 결정된 각에 의해 상기 제1 선형 편광 면으로부터 추출되는 제2 선형 편광 면이 있는 제2 편광기를 구비하는 것을 특징으로 하는 플랫 패널 표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 인 부재는 표시되는 세 개의 주 색상 중 하나의 빛을 방출하고;
    상기 빛 변조기는:
    상기 빛 소스로부터 방출된 빛이 주입되고, 제1 선형 편광 면이 있는 제1 편광기;
    상기 제1 편광기로부터 방출된 빛이 주입되고, 미리 결정된 각에 의한 표시에 따라 주입 빛의 편광 면을 회전시키는 빛 변조 층; 및
    상기 빛 변조 층에서 방출된 빛이 주입되고, 상기 미리 결정된 각에 의해 상기 제1 선형 편광 면으로부터 추출되는 제2 편광 면이 있는 제2 편광기를 구비하는 것을 특징으로 하는 플랫 패널 표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 인 부재는 백색광을 방출하고;
    상기 빛 변조기는:
    상기 빛 소스에서 방출된 빛이 주입되고, 모든 색상 성분을 위해 제2 선형 편광 면 및 미리 결정된 각에 의해 상기 제2 편광 면에서 추출된 제1 선형 편광 면 중 하나가 있는 제1 편광 필터;
    상기 제1 편광 필터에서 방출된 빛이 주입되고, 표시 데이터에 따라 미리 결정된 각으로 주입 빛의 편광 면을 회전시키는 제1 빛 변조기;
    상기 제1 편광 필터에서 방출된 빛이 주입되고, 일부 색상 성분을 위한 상기 제1 선형 편광 면 및 다른 색상 성분을 위한 상기 제2 선형 편광 면이 있는 제2 편광 필터;
    상기 제2 편광 필터에서 방출된 빛이 주입되고, 표시 데이터에 따라 미리 결정된 각으로 주입 빛의 편광 면을 회전시키는 제2 빛 변조 층; 및
    상기 제2 편광 필터에서 방출된 빛이 주입되고, 일부 색상 성분을 위한 상기 제1 선형 편광 면 및 다른 색상 성분을 위한 상기 제2 선형 편광 면이 있는 제3 편광 필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 플랫 패널 표시장치.
  5. 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 각이 90°인 것을 특징으로 하는 플랫 패널 표시장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2 편광 필터에는 청색 성분용 수평 편광 면이 있고 적색 및 녹색 성분용 수직 편광 면이 있으며; 그리고
    상기 제3 편광 필터에는 적색 성분용 수평 편광 면과 청색 및 녹색 성분용 수직 편광 면이 있는 것을 특징으로 하는 플랫 패널 표시장치.
  7. 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 빛 변조 층은 액정표시층인 것을 특징으로 하는 플랫 패널 표시장치.
  8. 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 빛 변조 층은 납 란탄 지르코네이트 티타네이트층인 것을 특징으로 하는 플랫 패널 표시장치.
  9. 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 빛 변조 층은 박막 트랜지스터 또는 박막 다이오드를 포함하는 스위칭 장치를 사용하여 액티브 매트릭스 구동수단에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 플랫 패널 표시장치.
  10. 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 빛 변조 층은 심플 액티브 매트릭스 구동 수단에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 플랫 패널 표시장치.
  11. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 빛 소스 성분 각 각은 복수의 필드 방출 냉 캐소드를 구비하는 것을 특징으로 하는 플랫 패널 표시장치.
  12. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    서로 맞물리는 방식으로 상기 빛 소스와 상기 빛 변조기를 구동하는 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플랫 패널 표시장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 구동 수단은 상기 빛 소스 성분 각 각을 위해 상기 빛 소스 및 상기 빛 변조기를 구동하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 플랫 패널 표시장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 구동 수단은 상기 빛 소스 성분의 한 열을 위해 상기 빛 소스 및 상기 빛 변조기를 구동하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 플랫 패널 표시장치.
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