KR19990079943A

KR19990079943A - 전계방출 표시소자의 특성 측정 시스템

Info

Publication number: KR19990079943A
Application number: KR1019980012858A
Authority: KR
Inventors: 김정우
Original assignee: 손욱; 삼성전관 주식회사
Priority date: 1998-04-10
Filing date: 1998-04-10
Publication date: 1999-11-05
Also published as: KR100434525B1

Abstract

본 발명에 따른 전계방출 표시소자의 특성 측정 시스템은, 음극과, 음극 상에 순차적으로 형성된 절연층 및 게이트와, 절연층 및 게이트로 이루어진 적층 구조물 사이의 음극 상에 형성된 전자 방출원과, 음극과 일정한 간격으로 이격된 양극을 구비하는 전계방출 표시소자의 게이트와 음극 사이의 전기적 특성을 측정하기 위한 특성 측정 시스템에 관한 것으로서, 게이트에 소정 파형의 전압을 인가하는 파형 발생기와, 음극과 접지 단자 사이에 연결된 저항기와, 양극으로 방출된 전자들을 집속하는 전자 집속부와, 파형 발생기로부터 게이트에 입력되는 입력 전압의 파형 및 음극과 저항기 사이의 출력 파형을 검출하는 파형 검출 수단, 및 파형 검출 수단에 의해 검출된 파형을 입력받아 분석하고, 분석 결과에 따른 소정 연산을 수행하여 게이트와 음극 사이의 등가 저항값 및 등가 커패시턴스를 연산하는 연산 수단을 포함한다.

Description

전계방출 표시소자의 특성 측정 시스템

본 발명은 전계방출 표시소자에 관한 것으로서, 특히 전계방출 표시소자의 특성 측정 시스템에 관한 것이다.

전계방출 표시소자(Field Emission Display)는 평판 표시 소자의 하나로 음극과 게이트 사이의 강한 전계에 의해 각 픽셀의 전자총으로부터 방출된 전자가 형광체에 충돌하여 형광체에서 빛을 발하는 현상을 이용한 표시소자이다. 이와 같은 전계방출 표시소자는 음극선관의 고화질 및 넓은 광 시야각의 특성과, 액정 표시 소자의 저전압 구동 특성을 갖고 있으며, 그 외에도 박형 등의 특징으로 인하여 차세대 표시소자로서 각광받고 있다.

도 1은 전계방출 표시소자의 단위 화소의 단면 구조를 개략적으로 나타내 보인 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전계방출 표시소자는, 음극(1) 및 양극(2)이 일정한 간격으로 이격되어 대향하고 있다. 음극(1) 상에는 절연층들(3) 및 게이트들(4)이 순차적으로 적층되어 있으며, 양극(2)의 상기 음극(1)에 대향되는 면에는 형광체막(5)이 형성되어 있다. 그리고, 각 절연층(3) 및 게이트(4)로 이루어진 적층 구조물들 사이의 음극(1) 상에는 음극(1)과 게이트(4) 사이에 형성된 전계에 의해 전자를 방출하는 마이크로팁(6)이 형성되어 있다.

이와 같은 전계방출 표시소자에 있어서, 음극(1)과 게이트(4) 사이에 충분한 전압이 인가되면, 인가된 전압에 의해 형성된 강한 전계에 의하여 마이크로팁(6)으로부터 전자들이 터널링되어 외부로 방출된다. 방출된 전자들은 게이트(4)를 통과하면서 가속이 되어 형광체막(5)에 높은 에너지를 가지고 충돌하게 되며, 그에 따라 형광체막(5)의 형광체가 여기되어 발광하게 된다.

상기와 같은 원리로 동작하는 전계방출 표시소자의 특성을 측정하기 위해서, 종래에는 게이트(4)와 음극(1) 사이에 일정 전압을 인가하고 그에 따른 양극(2) 전류를 측정하거나, 도 2에 도시된 바와 같이 음극(1)을 접지시키고 게이트(4)에 특정 전압

(V_i)

(예컨대, 정현 전압)을 인가하여, 인가된 전압의 입력 준위 및 주파수에 따른 양극(2) 전류를 측정하였다. 도면에서, 양극(2)에 연결된 정전압원

(V)

및 저항기

(R_L)

는 방출된 전자들을 집속하기 위한 것이다.

그런데, 상기와 같은 종래의 방법에는 각 화소마다 상기 측정 장치들을 각각 설치하거나, 모든 화소가 연결된 상태에서 스위칭에 의해 각 화소들을 측정할 수 있도록 하여야 하므로 그 전체 시스템이 복잡해지고, 국부적인 특성만을 측정하므로 측정된 부분의 특성이 변할 수 있다. 또한, 전계방출 표시소자를 동작시키고 그 방출 전류를 측정하는 것이므로, 전반적인 소자 특성은 측정되지만, 전계방출 어레이의 특성은 독립적으로 측정되지 않는다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 일반적인 전자 계측 장비를 이용하여 전계방출 어레이의 저항 및 커패시턴스 특성을 측정할 수 있는 전계방출 표시소자의 특성 측정 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 전계방출 표시소자의 개략적 단면도.

도 2는 전계방출 표시소자의 특성을 측정하기 위한 종래의 측정 장치를 개략적으로 나타낸 도면.

도 3은 본 발명에 따른 전계방출 표시소자의 특성 측정 시스템을 개략적으로 나타낸 도면.

도 4는 도 3의 특성 측정 시스템의 파형 발생기의 회로 구성을 나타낸 회로도.

도 5는 도 4의 파형 발생기로부터 발생된 신호 파형을 나타낸 도면.

도 6은 전계방출 표시소자의 전계방출 어레이의 등가 회로도.

도 7은 도 6의 전계방출 어레이의 출력단으로부터 출력된 신호 파형을 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1...음극 2...양극

3...절연층 4...게이트

5...형광체 6...마이크로팁

20...파형 발생기 30...저항기

40...오실로스코프 50...범용 인터페이스 버스

60...프로세서 70...메모리

80...전자 집속부

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전계방출 표시소자의 특성 측정 시스템은, 음극과, 상기 음극 상에 순차적으로 형성된 절연층 및 게이트와, 상기 절연층 및 게이트로 이루어진 적층 구조물들 사이의 상기 음극 상에 형성된 전자 방출원과, 상기 음극과 일정한 간격으로 이격된 양극을 구비하는 전계방출 표시소자의 상기 게이트와 상기 음극 사이의 전기적 특성을 측정하기 위한 특성 측정 시스템에 있어서, 상기 게이트에 소정 파형의 전압을 인가하는 파형 발생기; 상기 음극과 접지 단자 사이에 연결된 저항기; 상기 양극으로 방출된 전자들을 집속하는 전자 집속부; 상기 파형 발생기로부터 상기 게이트에 입력되는 입력 전압의 파형 및 상기 음극과 상기 저항기 사이의 출력 파형을 검출하는 파형 검출 수단; 및 상기 파형 검출 수단에 의해 검출된 파형을 입력받아 분석하고, 상기 분석 결과에 따른 소정 연산을 수행하여 상기 게이트와 상기 음극 사이의 등가 저항값 및 등가 커패시턴스를 연산하는 연산 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 파형 발생기는, 램프파와 직류파가 중첩되어 기준 시점으로부터 제1 시점까지는 소정 기울기를 갖고 일정 레벨의 제1 전압까지 증가되고, 상기 제1 시점부터 제2 시점 동안에는 동일 기울기를 갖고 일정 레벨의 제2 전압까지 증가되며, 상기 제2 시점부터 이후의 일정 시간 동안에는 상기 제2 전압이 일정하게 유지되는 파형을 발생시킨다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 전계방출 표시소자의 특성 측정 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 도 3을 참조하면, 전계방출 표시소자(10)의 게이트(4)에는 파형 발생기(20)가 연결되며, 음극(1)은 저항기 R_C(30)를 통해 접지 단자와 연결된다. 파형 검출 수단으로서의 오실로스코프(40)는 파형 발생기(20)와 게이트(4) 사이의 분기점 a로부터 분기된 라인과, 음극(1)과 저항기 R_C(30) 사이의 분기점 b로부터 분기된 라인에 각각 연결된다. 또한, 오실로스코프(40)는 범용 인터페이스 버스(GPIB; General Purpose Interface Bus)(50)를 통하여 프로세서(60)와 연결되며, 프로세서(60)에는 메모리(70)가 연결된다. 한편, 양극(2)에는 전자 집속부(80)가 연결되는데, 그 전자 집속부(80)는 전원(81) 및 저항기(82)를 포함하여 구성된다.

상기 파형 발생기(20)는 게이트(4)에 소정 파형의 전압을 인가한다. 이 때, 파형 발생기(20)로부터 발생되는 입력 파형은, 램프파(ramp wave)와 직류파가 중첩된 파형으로서, 램프파는 게이트(4)와 음극(1) 사이의 커패시턴스를 측정하기 위하여 인가되는 신호이고, 직류파는 게이트(4)와 음극(1) 사이의 저항값을 측정하기 위하여 인가되는 신호이다.

도 4에는 상기와 같이 램프파 및 직류파가 중첩된 파형을 발생시키기 위한 파형 발생기(20)의 내부 회로의 일 예가 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, 제1 트랜지스터(TR₁)는 정전류를 공급하기 위한 전류 미러이다. 즉, 그 베이스 단자가 제1 및 제2 다이오드(D₁, D₂)를 통하여 바이어스 전압원(V₁)과 연결되어 있어서 베이스 입력 전류가 일정하게 유지되고, 이에 따라 컬렉터 단자에 연결되는 커패시터(C₁, C₂, C₃)에는 정전류가 공급된다. 상기 제1 트랜지스터(TR₁)의 에미터 단자에 연결된 가변 저항기(R₁, R₂)는 커패시터(C₁, C₂, C₃)에 공급되는 정전류의 증가율을 컨트롤하기 위한 것이다. 커패시터(C₁, C₂, C₃)는 상기 제1 트랜지스터(TR₁)로부터 정전류를 공급받아 충전되고, 이 때 출력 단자(OUT)로부터 출력되는 신호의 파형은 램프 파형이 된다. 그리고, 충전 전압이 바이어스 전압(V₁)과 거의 같아지면 제1 트랜지스터(TR₁)는 오프되고, 커패시터(C₁, C₂, C₃)는 제2 트랜지스터(TR₂)의 컬렉터 단자로 방전 전류를 공급하므로, 출력 단자(OUT)로부터 출력되는 신호의 파형은 일정한 레벨(즉, 바이어스 전압)이 유지되는 직류 파형이 된다. 제3 트랜지스터(TR₃)는 입력 전압(V₂)을 증폭하여 제2 트랜지스터(TR₂)에 베이스 전류를 공급해 주며, 제4 트랜지스터(TR₄)는 출력 신호의 왜곡이 발생하지 않도록 외부 회로와의 임피던스 매칭을 위한 것이다. 상기 바이어스 전압(V₁)의 크기는 20V 내지 150V가 바람직하고, 상기 입력 전압(V₂)의 파형은 구형파인 것이 바람직하다.

이와 같은 파형 발생기의 출력 신호의 파형이 도 5에 도시되어 있다. 즉, 커패시터(C₁, C₂, C₃)가 충전되는 동안에는 일정한 기울기로 증가하다가, 커패시터(C₁, C₂, C₃)의 충전 전압이 바이어스 전압(V₁)과 거의 같아지면 일정한 레벨로 유지된다.

상기 저항기 R_c(30)는 상기 입력 신호에 대한 출력 신호를 표시하기 위하여 음극(1)과 접지 단자 사이에 배치된다. 상기 오실로스코프(40)는 파형 발생기(20)로부터 게이트(4)에 인가되는 입력 신호의 파형을 표시하고, 또한 상기 입력 신호가 게이트(4)에 인가됨에 따라 음극(1) 및 저항기 R_C(30) 사이의 출력 신호 파형도 표시한다. 오실로스코프(40)를 통해 표시된 입력 신호 파형 및 출력 신호 파형은 범용 인터페이스 버스(50)를 통하여 프로세서(60)로 입력된다. 상기 범용 인터페이스 버스(50)는 오실로스코프(40)로부터 상기 입력 및 출력 파형에 관한 데이터를 프로세서(60)로 전송하기 위한 인터페이스이다. 상기 프로세서(60)는 오실로스코프(40)에 의해 표시된 입력 신호 파형 및 출력 신호 파형을 분석하고, 분석 결과에 따른 소정 연산을 수행하여 게이트(4)와 음극(1) 사이의 저항값 및 커패시턴스를 연산한다. 상기 메모리(70)는 프로세서(60)에 의해 연산된 결과를 각 화소별로 저장하여 측정된 특성에 관한 데이터를 형성한다.

그러면, 상기와 같은 본 발명에 따른 전계방출 표시소자의 특성 측정 시스템의 동작 과정을 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 파형 발생기(20)에서는 도 5에 도시된 파형의 입력 신호를 게이트(4)에 인가한다. 이 때, 게이트(4)에 인가되는 입력 신호는, 도 5에 도시된 바와 같이, 기준 시점 T₀에서 T₂까지는 램프 파형이며 시점 T₂부터는 직류 파형으로 이루어진다. 즉, 시점 T₀에서 T₁까지는 V_i1이 될 때까지 일정한 기울기로 증가하고, 시점 T₁에서 시점 T₂까지는 V_i1에서 V_i2가 될 때까지 동일한 기울기로 증가하며, 시점 T₂부터 그 이후의 일정 시간 동안은 V_i2가 일정하게 유지된다. 이 입력 신호 파형은 오실로스코프(40)에 의해 표시되며, 오실로스코프(40)에 표시된 입력 신호 파형에 관한 데이터는 범용 인터페이스 버스(50)를 통해 프로세서(60)에 입력된다.

한편, 상기와 같은 파형의 입력 신호가 게이트(4)에 인가되면, 도 6에 도시된바와 같은 전계방출 표시소자의 전계방출 어레이의 등가 회로에 의해, 음극(1)과 저항기 R_C(30) 사이의 출력 단자(b;편의상 이 분기점을 출력 단자로 보기로 함)로부터 출력되는 신호 파형이 오실로스코프(40)에 의해 표시된다. 도 6에 도시된 등가 회로에서, 저항 R_line은 게이트 라인을 따라 존재하는 등가 저항값이며, 저항 R_gate-cathode은 게이트(4)와 음극(1) 사이에 존재하는 등가 저항값이며, 그리고 커패시턴스 C_gate-cathode는 게이트(4)와 음극(1) 사이에 존재하는 등가 커패시턴스이다.

도 7에는 상기 등가 회로의 출력단자(b)로부터 출력된 신호의 파형이 도시되어 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 시점 T₀에서 T₂까지는 비선형적으로 증가되고, 시점 T₂에서 시점 T₃까지는 비선형적으로 감소하고, 시점 T₃부터는 일정 시간 동안은 일정한 크기가 유지된다. 시점 T₁에서의 출력 신호의 크기는 V_o1이고, 시점 T₂에서의 출력 신호의 크기는 V_o2이고, 그리고 시점 T₃에서의 출력 신호의 크기는 V_o3이다. 이와 같은 출력 신호 파형은 입력 신호 파형과 함께 오실로스코프(40)에 의해 표시되며, 오실로스코프(40)에 표시된 출력 신호 파형에 관한 데이터도 범용 인터페이스 버스(50)를 통해 프로세서(60)에 입력된다.

한편, 파형 발생기(20)로부터의 입력 신호가 게이트(4)에 인가됨에 따라 양극(2)으로 방출된 전자들은 전자 집속부(80)로 집속된다.

오실로스코프(40)에 표시된 입력 신호 파형 및 출력 신호 파형에 관한 데이터를 입력받는 프로세서(60)는 소정의 연산을 수행하여 게이트(4)와 음극(1) 사이의 저항값 및 커패시턴스를 연산한다.

즉, 상기 데이터가 입력되면, 프로세서(60)는 입력된 데이터와 모델링에 의한 등가 회로(도 6참조)에 의해 게이트(4)와 음극(1) 사이의 등가 저항값 및 등가 커패시턴스를 각각 연산한다. 이 경우에 상기 저항값(R_gate-cathode)은 아래의 수학식 1에 의해 연산되고, 상기 커패시턴스(C_gate-cathode)는 아래의 수학식 2에 의해 연산된다.

여기서, R_C는 음극(1)의 출력 단자(b)와 접지 단자 사이의 저항값이며, V_i2는 시점 T₂에 파형 발생기로부터 게이트(4)에 입력된 신호 파형 레벨이고, V_o3은 시점 T₃에 음극(1)의 출력단자(b)로부터 출력된 신호 파형 레벨이다.

여기서, V_i1은 시점 T₁에 파형 발생기(20)로부터 게이트(4)에 입력된 입력 신호 파형 레벨이고, V_o1, V_o2는 각각 시점 T₁, T₂에 음극(1)의 출력단자(b)로부터 출력된 출력 신호 파형 레벨이다.

이와 같이, 프로세서(60)에 의해 연산된 게이트(4)와 음극(1) 사이의 저항값 및 커패시턴스는 메모리(70)에 저장되며, 이 경우에 대응되는 해당 화소에 일치되도록 저장된다. 메모리(70)에 저장된 각 화소별 전계방출 어레이의 특성 데이터는 전계방출 표시소자의 제조 공정 중에 있어서, 공정 진행 여부를 판단하기 위한 기초 자료로 사용될 수 있으며, 제작 완료 후의 휘도 특성을 예견하기 위한 자료로도 사용될 수 있다.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 전계방출 표시소자의 특성 측정 시스템에 의하면, 전계방출 어레이의 각 화소별 전기적 특성을 빠르게 측정할 수 있고, 전계방출 표시소자를 실제로 구동시켜 휘도 특성을 측정하지 않아도 측정된 데이터를 이용하여 휘도 특성의 예측이 가능하다. 또한, 그 예측에 따른 데이터와 실제 측정 데이터를 비교함으로써 형광체의 불균일성 등과 같은 공정상의 문제점을 개선할 수 있는 기본 데이터를 제공할 수 있다.

Claims

음극과, 상기 음극 상에 순차적으로 형성된 절연층 및 게이트와, 상기 절연층 및 게이트 사이의 상기 음극 상에 형성된 전자 방출원과, 상기 음극과 일정한 간격으로 이격된 양극을 구비한 전계방출 표시소자의 상기 게이트와 상기 음극 사이의 전기적 특성을 측정하기 위한 특성 측정 시스템에 있어서,

상기 게이트에 소정 파형의 전압을 인가하는 파형 발생기;

상기 음극과 접지 단자 사이에 연결된 저항기;

상기 양극으로 방출된 전자들을 집속하는 전자 집속부;

상기 파형 발생기로부터 상기 게이트에 입력되는 입력 전압의 파형 및 상기 음극과 상기 저항기 사이의 출력 파형을 검출하는 파형 검출 수단; 및

상기 파형 검출 수단에 의해 검출된 파형을 입력받아 분석하고, 상기 분석 결과에 따른 소정 연산을 수행하여 상기 게이트와 상기 음극 사이의 등가 저항값 및 등가 커패시턴스를 연산하는 연산 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자의 특성 측정 시스템.
제1항에 있어서,

상기 파형 발생기는, 램프파와 직류파가 중첩되어 기준 시점으로부터 제1 시점까지는 소정 기울기를 갖고 일정 레벨의 제1 전압까지 증가되고, 상기 제1 시점부터 제2 시점 동안에는 동일 기울기를 갖고 일정 레벨의 제2 전압까지 증가되며, 상기 제2 시점부터 이후의 일정 시간 동안에는 상기 제2 전압이 일정하게 유지되는 파형을 발생시키는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자의 특성 측정 시스템.
제1항에 있어서,

상기 연산 수단은, 상기 파형 검출 수단에 의해 검출된 파형 중 상기 직류파의 입력에 의한 파형에 따른 소정 연산을 수행하여 상기 게이트와 상기 음극 사이의 등가 저항값을 연산하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자의 특성 측정 시스템.
제3항에 있어서,

상기 연산 수단에 의해 연산되는 상기 게이트와 상기 음극 사이의 등가 저항값 R은, 상기 저항기의 저항값을 R_C라 하고, 상기 제2 전압을 V_i2라 하고, 상기 제2 전압이 유지되는 제3 시점에서 상기 파형 검출 수단으로부터의 검출 파형 레벨을 V_o3라 할 때, 식에 의해 연산되는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자의 특성 측정 시스템.
제1항에 있어서,

상기 연산 수단은, 상기 파형 검출 수단에 의해 검출된 파형 중 상기 램프파의 입력에 의한 파형에 따른 소정 연산을 수행하여 상기 게이트와 상기 음극 사이의 등가 커패시턴스를 연산하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자의 특성 측정 시스템.
제5항에 있어서,

상기 연산 수단에 의해 연산되는 상기 게이트와 상기 음극 사이의 등가 커패시턴스 C는, 상기 저항기의 저항값을 R_C라 하고, 상기 제1 시점을 T₁이라 하고, 상기 제2 시점을 T₂라 하고, 상기 제1 및 제2 시점에 상기 파형 발생기로부터 입력된 파형 레벨을 각각 V_i1및 V_i2이라 하고, 상기 제1, 제2 및 제3 시점에 상기 파형 검출 수단으로부터의 검출 파형 레벨을 각각 V_o1, V_o2및 V_o3이라 할 때, 식에 의해 연산되는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자의 특성 측정 시스템.
제1항에 있어서,

상기 파형 검출 수단은 오실로스코프인 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자의 특성 측정 시스템.ssss
제7항에 있어서,

상기 오실로스코프는 범용 인터페이스 버스(GPIB)에 의해 상기 연산 수단과 연결되는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자의 특성 측정 시스템.
제1항에 있어서,

상기 연산 수단에 의해 연산된 상기 저항값 및 커패시턴스의 각 화소별 데이터를 저장하는 메모리를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전계방출 표시소자의 특성 측정 시스템.