KR20000001695A - 전계 방출 표시기의 캐소드 구동회로 - Google Patents

전계 방출 표시기의 캐소드 구동회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 캐소드단의 전류제어 및 캐소드의 플로팅을 방지하도록 된 전계 방출 표시기의 캐소드 구동회로를 제공하기 위한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 캐소드와 애노드 및 게이트를 갖춘 전계 방출 소자를 다수개 구비한 전계 방출 표시기에서, 입력되는 제 1데이터에 의해 상기 캐소드에 일정한 초기상태를 설정하여 주는 초기상태 설정수단 및, 상기 제 1데이터와는 상반되게 입력되는 제 2데이터에 의해 상기 캐소드의 전류량을 조절하는 구동수단을 구비함으로써, 캐소드단의 초기상태를 설정해 주기 때문에 캐소드단의 플로팅을 방지하게 되고, 전류제어기에 의한 전류제어를 자유롭게 행할 수 있기 때문에 캐소드로의 과도한 전류유입을 억제하여 구동소자의 손상을 방지하게 된다.

Description

전계 방출 표시기의 캐소드 구동회로
본 발명은 액티브 매트릭스(Active Matrix) 구동방식에서 전계 방출 표시기의 캐소드 구동회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 캐소드단의 플로팅(floating)을 방지하고 그 캐소드로 유입되는 전류량을 제어하도록 된 전계 방출 표시기의 캐소드 구동회로에 관한 것이다.
최근에 평판 표시기로서 각광을 받고 있는 것의 하나는 액정 표시기(Liquid Crystal Display)인데, 이것은 액정을 이용하여 광원으로부터의 광빔을 단속하여 화상이 표시되도록 하는 것인데, 구동하는 방법으로는 크게 수동 매트릭스 지정방법과 능동 매트릭스 지정방법이 있다.
수동 매트릭스 지정방법은 상기 액정 표시기의 유리기판의 상판과 하판에 각각 다른 전압을 인가하여 서로 교차하는 곳의 화소에 데이터를 입력하는 방법으로서, 이 방법에 의하면 지정된 화소의 주변 화소들에도 영향을 미치기 때문에 선명한 화면을 구현하기 위한 보상회로를 필요로 하여 구동회로부가 복잡해지는 단점이 있다.
그리고, 능동 매트릭스 지정방법은 화소당 하나의 셀 트랜지스터 및 하나의 캐패시턴스를 구비하여 다음의 화소 데이터가 입력될 때까지 이전의 화소 데이터에 의하여 하나의 화소가 계속 구동되도록 하는 방법으로서, 화질 개선과 구동회로부의 간단화를 모색한 방법이라 할 수 있다.
그런데, 상기 능동 매트릭스 지정방법에 따르면 화질 개선과 구동회로부의 간단화를 꾀할 수 있으나, 액정 표시기의 유리기판 위에 많은 수의 트랜지스터와 캐패시턴스를 심어야 하기 때문에 공정상으로 매우 복잡하게 되고 수율도 떨어지는 단점이 있다.
이러한 구동방법에 의한 액정 표시기는 현재 가장 많이 평판 표시기 시장을 점유하고 있는데, 광원의 불과 수 %의 빛만이 실제로 화면에 기여하기 때문에 많은 소비 전력이 필요하고, 대면적화하는데 어려움이 있으며, 반액체 상태의 물질(액정)을 사용하기 때문에 주위의 온도 변화에 민감하다. 또한, 압력에 약하고, 화면에 밝지 못하며, 분해능에 한계가 있으므로 응용분야에 제한이 많이 따른다.
이러한 문제를 극복할 수 있는 새로운 평판 표시기로서 제안된 것이 바로 전계 방출 표시기(Field Emission Display)이다. 이 전계 방출 표시기는 방출된 전자를 이용하여 화면을 표시하는 음극선관(CRT)과 유사한 방법으로 화면을 표시하는데, 냉전자 방출(cold electron emission)을 이용한다는 면에서 열전자 방출(thermal electron emission)을 이용하는 음극선관(CRT)과는 차이가 있다.
상기 전계 방출 표시기는 전자를 방출하는 전계 방출 소자들을 화소별로 설치하고, 상기 전계 방출 소자들로부터의 전자들을 형광막이 도포된 전극에 충돌시켜 화상이 표시되도록 한다. 최근에, 상기 전계 방출 디스플레이는 상기 액정 표시기가 가지고 있는 소비 전력 문제, 대면적화의 문제점, 주위의 온도 변화에 대한 민감도, 압력에 약한 점, 화면이 밝지 못한 점, 분해능의 한계 등 여러 문제를 해결해 줄 수 있는 차세대 평판 표시기로서 각광을 받고 있다.
상기 전계 방출 표시기는 하나의 화소를 이루기 위해 수백 내지 수천개의 전계 방출 소자들을 공정에 따라 집적할 수 있는데, 상기 전계 방출 표시기의 화소를 구성하는 상기 전계 방출 소자는 도 1에 도시된 바와 같이 캐소드 전극(10)과 접속된 캐소드(cathode; 11)와, 이 캐소드(11)의 위쪽에 일정한 간격을 두고 설치된 게이트(12) 및, 배면에 형광막(14)이 도포된 양극판(anode;13)을 구비한다.
여기서, 상기 형광막(14)은 충돌되는 전자량에 해당하는 광을 발생하여 화상이 표시되도록 한다.
그리고, 상기 양극판(13)은 상기 캐소드(11)에서 방출된 전자들을 끌어 당기는 역할을 담당하고, 또한 상기 형광막(14)에 의한 광이 투과될 수 있도록 투명성을 갖는다.
또한, 상기 캐소드(11)는 촉부의 상부를 형성하는 뿔의 형상을 갖고 상기 캐소드 전극(10)으로부터의 구동전원에 의하여 자신의 촉부로부터 전자들이 방출되도록 한다.
또, 상기 게이트(12)는 상기 양극판(13)에 인가되는 전압보다 낮은 고전압에 의하여 상기 캐소드(11)로부터 전공으로의 전자의 방출을 유도하게 되고, 그 방출되는 전자는 보다 높은 전압이 걸려 있는 양극판(13)쪽으로 향하게 된다.
이와 같이 구성된 일반적인 전계 방출 소자의 동작에 대해 설명하면 다음과 같다.
캐소드(11)를 접지시키고 이에 근접한 게이트(12)를 포지티브 바이어스(positive bias)시킨 후에 구동전원을 인가시키게 되면, 냉음극의 팁에 강한 전계가 발생되고, 그 강한 전계에 의하여 전자들이 양자역학적인 터널링(tunneling)효과에 의해 캐소드(11)로부터 방출된다.
그 방출된 전자는 게이트(12)를 통과하면서 가속화되어 진공 상태를 이동하여 투명 전극상의 양극판 형광막(14)을 코팅한 스크린의 화소에 높은 에너지를 가지고 충돌하여 발광하게 된다. 이때, 게이트(12)에 의해 흡수되는 전자가 거의 없기 때문에 높은 효율을 갖게 되고, 거의 모든 전자가 형광막(14)을 코팅한 스크린에 도달하게 된다.
이와 같은 전계 방출 소자가 채용된 전계 방출 표시기에서 컬러 표시를 실현할 때, RGB의 화소를 동시에 발광시키게 되므로 색이 표시되는 것이다.
한편, 광의 색상이나 휘도는 게이트 전압에 의해 형광막(14)상에 도달하는 방출 전자의 밀도 등을 변화시켜 조절하게 된다.
이와 같이 동작하는 전계 방출 소자를 채용한 종래의 전계 방출 표시기의 구동회로에는 캐소드의 플로팅(floating)을 방지하는 별도의 장치가 없다.
또한, 종래에는 전류제어 방법만을 고려하여 구동방법을 정하였기 때문에 플로팅상태에서 발생되는 과부하에 대한 대책이 없다.
한편, 미국 특허 5,387,844호에는 FED패널의 구동방식이 설명되어 있는데, 이 미국 특허 5,387,844호는 평판 디스플레이의 밝기(brightness)를 스위칭해 주기 위한 기술로서 도 5에 도시된 바와 같이, 캐소드(11a∼11n) 하단에 상호 직렬로 접속된 로오 스캔(row scan)용 MOS트랜지스터(R)와 컬럼 데이터(column data)용 MOS트랜지스터(C)와, 그 MOS트랜지스터(C)와 접지단 사이에 설치되어 입력되는 제어신호에 의해 해당 캐소드와 접지단 사이의 구동전류량을 가변시키는 전압제어된 저항(40a∼40n)으로 구성된다.
이러한 구성의 미국 특허 5,387,844호에 따르면, 접지되는 지점에 설치된 전압제어된 저항(40a∼40n)와 제어신호에 의해 전류제어를 행하게 된다.
그런데, 상기 미국 특허 5,387,844호에서의 구동방식에서는, 로오 라인과 컬럼 라인이 교차되는 지점과, 캐소드전극 지점에서 로오 스캔하다가 컬럼 데이터가 오프될 때 플로팅(floating)되는 문제가 발생된다.
그리고, 플로팅에서 턴온상태로 반전될 경우 신호의 파동(fluctuation)때문에 구동회로가 파괴되는 문제가 발생된다.
따라서 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 캐소드단의 전류제어 및 캐소드의 플로팅을 방지하도록 된 전계 방출 표시기의 캐소드 구동회로를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 캐소드와 애노드 및 게이트를 갖춘 전계 방출 소자를 다수개 구비한 전계 방출 표시기에 있어서,
입력되는 제 1데이터에 의해 상기 캐소드에 일정한 초기상태를 설정하여 주는 초기상태 설정수단 및, 상기 제 1데이터와는 상반되게 입력되는 제 2데이터에 의해 상기 캐소드의 전류량을 조절하는 구동수단을 구비한 전계 방출 표시기의 캐소드 구동회로가 제공된다.
도 1은 일반적인 전계 방출 소자의 구성을 설명하는 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 표시기의 캐소드 구동회로도,
도 3은 본 발명의 실시예에서 캐소드하단의 전압상태에 따른 해당 픽셀의 온/오프를 설명하는 타이밍도,
도 4는 도 2에 도시된 제 1 및 제 2데이터의 입력에 따른 캐소드하단에 걸리는 전압의 변화를 나타내는 타이밍도,
도 5는 종래의 FED패널의 구동방식을 설명하는 회로도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 캐소드 전극 11 : 캐소드
12 : 게이트 13 : 애노드
14 : 형광막 20 : 초기상태 설정수단
30 : 구동수단(전류원)
이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 표시기의 캐소드 구동회로도로서, 참조부호 11a∼11n은 캐소드 전극(도시 생략)에 접속된 캐소드를 나타내고, 참조부호 12는 이 캐소드(11a∼11n)의 위쪽에 일정한 간격을 두고 설치된 게이트를 나타내며, 참조부호 13은 배면에 형광막(도시 생략)이 도포된 애노드를 나타낸다.
참조부호 20은 상기 캐소드(11a∼11n)의 하단에 설치되어 각 캐소드의 플로팅(floating)을 방지하기 위해 상기 캐소드(11a∼11n)에 일정한 초기상태를 설정해 주는 초기상태 설정수단을 나타내는데, 이 초기상태 설정수단(20)은 콘트롤러(도시 생략)로부터의 제 1데이터(DATA INPUT; 도 3참조)가 입력됨에 따라 그 제 1데이터(DATA INPUT)를 클럭신호(CLOCK; 도 3참조)에 동기시켜 순차적으로 후단으로 전달하는 쉬프트 레지스터(20a)와, 콘트롤러(도시 생략)로부터의 래치 인에이블신호(/LATCH ENABLE; 도 3참조)에 의해 동작제어되고 상기 쉬프트 레지스터(20a)로부터 순차적으로 전달되는 데이터를 일시저장한 후 출력하는 래치(20b) 및, 상기 래치(20b)로부터의 신호에 의해 상기 복수의 캐소드(11a∼11n)에 초기상태의 값을 제공하는 출력단(20c)으로 구성된다.
상기 출력단(20c)은 상기 래치(20b)의 각 출력측에 제어단(게이트)이 접속되어 그 래치(20b)의 해당 출력측으로부터의 신호에 의해 온/오프스위칭동작하는 스위칭소자(Q1∼Qn; NMOSFET)와, 상기 스위칭소자(Q1∼Qn)의 일단(드레인)과 소정의 전압단(Vcc) 사이에 접속된 저항(R1∼Rn)으로 구성된다.
상기 초기치 설정에 이용되는 전원전압(Vcc)은 "Vth"전압을 초과하지 않는 범위에서 입력된다. 예를 들어, 게이트(12)와 각 캐소드(11a∼11n)간의 전계 방출 임계치(Vth)를 "80V"라고 하였을 경우 Vcc는 20V이상의 전압이 인가되어 캐소드(11a∼11n)단을 20V로 초기상태를 잡아주어서 캐소드(11)와 게이트(12) 양단간 전압이 "60V(80V-20V)"정도로 되게 하여 캐소드(11a∼11n)에서는 전자의 방출이 이루어지지 않게 된다.
참조부호 30은 캐소드(11a∼11n)의 하단에 설치되어 각 캐소드(11a∼11n)의 전류량을 조절하는 전류원으로서의 구동수단을 나타내는데, 이 구동수단(30)은 콘트롤러(도시 생략)로부터 제공되는 제 2데이터(DATA INPUT2; 출력쪽에서 발생되는 전력낭비를 최소화하기 위해 제 1데이터와는 상반되게 입력됨(도 4참조))가 입력됨에 따라 그 제 2데이터(DATA INPUT2)를 클럭신호(CLOCK; 도 4참조)에 동기시켜 순차적으로 후단으로 전달하는 쉬프트 레지스터(30a)와, 콘트롤러(도시 생략)로부터의 래치 인에이블신호(/LATCH ENABLE2)에 의해 동작제어되고 상기 쉬프트 레지스터(30a)로부터 순차적으로 전달되는 데이터를 일시저장한 후 출력하는 래치(30b) 및, 상기 래치(30b)로부터의 신호를 의해 해당 캐소드의 전류량을 조절하는 구동단(30c)으로 구성된다.
상기 구동단(30c)은 상기 래치(30b)의 각 출력측에 제어단(게이트)이 접속되어 그 래치(30b)의 해당 출력측으로부터의 신호에 의해 온/오프스위칭동작하는 스위칭소자(N1∼Nn; NMOSFET)와, 상기 스위칭소자(N1∼Nn)의 일단(드레인)과 접지단 사이에 설치되어 상기 스위칭소자(N1∼Nn)가 턴온됨에 따라 해당 캐소드의 전류량을 제어하는 전류제어기(32a∼32n)로 구성된다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 캐소드하단의 전압상태에 따른 해당 픽셀의 온/오프를 간략하게 설명하는 타이밍도로서, 다수의 게이트(12)는 게이트 구동수단(도시 생략)으로부터 소정의 스캔전압(VgateHV)을 입력받아 순차적으로 스캔되고, 이때 캐소드(11a∼11n)의 하단이 초기상태 설정수단(20)에 의해 소정의 초기치가 설정된 상태이면 해당 픽셀은 오프되며, 구동수단(30)에 의해 상기 캐소드(11a∼11n)와 접지 사이에 전류패스가 형성되면 해당 캐소드의 전압(VcathodeHV)은 접지전압으로 변하게 되므로 게이트와 캐소드 사이의 전압이 증가되어 일정량의 전자를 방출(즉, 해당 픽셀 온)하게 된다.
이어, 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 표시기의 캐소드 구동회로의 동작에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에서는 초기상태 설정수단(20) 및 구동수단(30)으로 입력되는 클럭(CLOCK) 및 제 1데이터(DATA INPUT)와 제 2데이터(DATA INPUT2), 래치 인에이블신호(/LATCH ENABLE, /LATCH ENABLE2)가 도 4에 예시된 파형으로 입력된다고 설정하고 설명한다.
캐소드(11a∼11n)의 하단에 걸리는 전압(VcathodeHV)은 클럭(CLOCK)에 동기되는 제 1데이터(DATA INPUT)와 제 2데이터(DATA INPUT2)에 의해 결정되는데, 첫번째 클럭에서의 경우와 같이 제 1데이터(DATA INPUT)가 하이레벨이고 이와 상반되게 제 2데이터(DATA INPUT2)는 로우레벨이면 제 2데이터(DATA INPUT2)가 로우레벨이기 때문에 구동수단(30)내의 구동단(30c)에서는 출력되는 신호가 없게 되고, 초기상태 설정수단(20)의 쉬프트 레지스터(20a)에 입력된 제 1데이터(DATA INPUT)는 다음단의 래치(20b)로 전달되고 그 래치(20b)가 인에이블됨에 따라 출력단(20c)에서는 그 래치(20b)에서 래칭된 후 전달되는 신호에 의해 해당 캐소드 하단에 소정의 초기치가 설정되므로, 해당 캐소드에서의 플로팅이 방지된다. 이 경우 해당 픽셀은 오프상태로 된다.
그리고, 세번째 클럭에서의 경우와 같이 제 1데이터(DATA INPUT)가 로우레벨이고 제 2데이터(DATA INPUT2)는 하이레벨이면, 초기상태 설정수단(20)내의 출력단(20c)의 스위칭소자(Q1∼Qn)가 오프되고, 이때 구동수단(30)에서는 그 제 2데이터(DATA INPUT2)가 쉬프트 레지스터(30a)를 거쳐 래치(30b)에 의해 래칭된 후 구동단(30c)으로 인가됨에 따라 해당 캐소드와 접지사이의 전류패스가 형성된다. 그에 따라, 해당 캐소드에 유입되는 전류량은 그 구동단(30c)내의 해당하는 전류제어기에 의해 제어되므로 해당 캐소드는 일정하게 조절된 전자량을 방출하게 된다. 이 경우 해당 픽셀은 온상태로 된다.
또한, (n-4)번째의 클럭에서의 경우는 상술한 세번째 클럭에서의 경우와 동일하게 동작이 진행되고, n번째의 클럭에서의 경우는 상술한 첫번째 클럭에서의 경우와 동일하게 동작이 진행된다.
상술한 본 발명의 실시예에 따른 캐소드 구동회로는 PAM방식 및 PWM방식에 모두 사용가능하다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 캐소드단의 초기상태를 설정해 주기 때문에 캐소드단의 플로팅을 방지하게 되고, 전류제어기에 의한 전류제어를 자유롭게 행할 수 있기 때문에 캐소드로의 과도한 전류유입을 억제하여 구동소자의 손상을 방지하게 된다.
한편 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있다.

Claims (7)

  1. 캐소드와 애노드 및 게이트를 갖춘 전계 방출 소자를 다수개 구비한 전계 방출 표시기에 있어서,
    입력되는 제 1데이터에 의해 상기 캐소드에 일정한 초기상태를 설정하여 주는 초기상태 설정수단 및,
    상기 제 1데이터와는 상반되게 입력되는 제 2데이터에 의해 상기 캐소드의 전류량을 조절하는 구동수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시기의 캐소드 구동회로.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 초기상태 설정수단은 상기 제 1데이터가 입력됨에 따라 그 제 1데이터를 순차적으로 쉬프팅시키는 쉬프트 레지스터와, 상기 쉬프트 레지스터로부터 순차전달되는 데이터를 일시저장한 후 출력하는 래치 및, 상기 래치로부터의 신호에 의해 상기 캐소드에 초기상태의 값을 제공하는 출력단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시기의 캐소드 구동회로.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 출력단은 상기 래치로부터의 신호에 의해 스위칭동작하는 스위칭소자와, 상기 스위칭소자의 일단과 소정의 전압단 사이에 접속된 저항으로 구성된 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시기의 캐소드 구동회로.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 스위칭소자는 MOSFET로 이루어진 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시기의 캐소드 구동회로.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 구동수단은 상기 제 2데이터가 입력됨에 따라 그 제 2데이터를 순차적으로 쉬프팅시키는 쉬프트 레지스터와, 상기 쉬프트 레지스터로부터 순차전달되는 데이터를 일시저장한 후 출력하는 래치 및, 상기 래치로부터의 신호를 의해 해당 캐소드의 전류량을 조절하는 구동단으로 구성된 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시기의 캐소드 구동회로.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 구동단은 상기 래치로부터의 신호에 의해 스위칭동작하는 스위칭소자와, 상기 스위칭소자의 일단과 접지단 사이에 설치되어 상기 스위칭소자가 턴온됨에 따라 해당 캐소드의 전류량을 제어하는 전류제어기로 구성된 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시기의 캐소드 구동회로.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 스위칭소자는 MOSFET로 이루어진 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시기의 캐소드 구동회로.
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KR100703895B1 (ko) * 2003-12-04 2007-04-05 캐논 가부시끼가이샤 구동장치, 표시장치 및 기록장치

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100703895B1 (ko) * 2003-12-04 2007-04-05 캐논 가부시끼가이샤 구동장치, 표시장치 및 기록장치

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