KR20030093180A - 전계 방출 디스플레이 - Google Patents

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KR20030093180A
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Abstract

전자 방출 구조들(64)이 배치되는 복수의 컬럼 도체들(57, 59)을 갖는 전계 방출 디스플레이(50)에서 인접하는 컬럼 도체들 사이의 크로스토크를 감소시키기 위한 방법 및 구조가 개시된다. 전계 방출 디스플레이(50)는 또한 복수의 로우 도체들(67, 68)을 포함한다. 필드 종료 구조(58)는 인접하는 컬럼 도체들 사이에 형성된다. 필드 종료 구조(58)는 스위칭 컬럼 도체에 의해서 생성되는 전압 글리치를 감쇄하여, 전압 글리치가 인접하는 비스위칭 컬럼 도체들에 영향을 주지 않게 한다.

Description

전계 방출 디스플레이{Field emission display}
전계 방출 디스플레이들(FED's)은 이 기술분야에서 공지되어 있다. 전계 방출 디스플레이는 박형 엔벨로프(thin envelope)를 정의하는 애노드 판 및 캐소드 판을 포함한다. 캐소드 판은 컬럼 도체들 및 로우 도체들의 매트릭스를 포함하며, 이는 스핀트 팁(Spindt tip)들과 같은 전자 방출 구조들로부터 전자가 방출되게 하는데 이용된다. FED들은 전자 방출 전류를 제어하기 위해서 전자 방출 구조들과 캐소드 판 사이에 안정 저항기(ballast resistor)들을 더 포함한다. 원하는 FED 구성요소들에 부가하여, 기생 프린지 커패시턴스(parasitic fringe capacitance)가 인접 컬럼 도체들 사이에 형성된다. 이들 기생 프린지 커패시턴스들은 컬럼 도체들중 한 도체가 높은 임피던스 상태로부터 높은 전압 상태로 스위칭될 때 인접 컬럼 도체들 사이의 크로스토크를 허용한다. 크로스토크는 높은 임피던스 상태에서 유지되는 컬럼 도체상의 글리치(glitch)를 발생시킬 수 있고, 글리치는 전계 방출 디스플레이 상에 표시되는 화상에 나타나는 에러를 도입한다.
따라서, 전계 방출 디스플레이에서 인접 컬럼 커패시턴스를 제어하기 위한 방법 및 수단에 대한 필요성이 존재하는데, 이는 이들 단점들중 적어도 몇몇을 극복한다.
관련 출원들의 교차 참조
본 발명은 Rebert T. Smith의 대리인 관리 번호가 FD20024호인 "전계 방출 디스플레이 및 방법(FIELD EMISSION DISPLAY AND METHOD)"으로 명명된 미국 특허 출원에 관련되며, 이 출원은 본원에 참조로서 통합되어 있다.
본 발명은 일반적으로 전계 방출 디스플레이들에 관한 것으로, 특히, 전계 방출 디스플레이들에서 방출 전류를 제어하기 위한 방법들 및 회로들에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술의 전계 방출 디스플레이의 회로 표현을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 방출 디스플레이(FED)의 부분적으로 절단된 등각 투상도(isometric view)이며 회로 개략도인 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 방출 디스플레이의 회로 표현도.
예시의 간단함과 명료함을 위해서, 도면들의 요소들은 반드시 스케일링되어 그려진 것은 아니며, 상이한 도면들에서의 동일한 참조 번호들은 동일한 요소들을 표기한다.
일반적으로, 본 발명은 전계 방출 디스플레이(FED)의 인접 컬럼들 사이의 크로스토크를 감소시키기 위한 방법 및 전계 방출 디스플레이에 대한 것이다. 이 방법은 스위칭 컬럼 도체들이 비스위칭 컬럼 도체들과 간섭하지 않도록 인접 컬럼 도체들 사이의 프린징 필드들(fringing fields)을 종료하는 단계를 포함한다.
도 1은 종래 기술의 전계 방출 디스플레이(10)의 회로 표현도이다. 도 1은 로우 도체(13) 및 서브-화소 커패시턴스들(22 및 23)을 통해서 각각의 컬럼 도체(11 및 12)에 결합되는 로우 도체 구동기 회로(19)를 도시한다. 서브-화소 커패시턴스(22)는 전자 방출 구조(25)에 접속되고, 또한 안정 저항기(24)를 통해서 컬럼 도체 구동기 회로(17)의 출력 단자에 접속된다. 컬럼 도체 구동기 회로(17)의 출력은 또한 등가 안정 저항기(26) 및 등가 커패시턴스(27)를 통해서 로우 도체(14)에 결합된다. 로우 도체 구동기 회로(20)는 로우 도체(14)에 접속된다.
서브-화소 커패시턴스(23)는 전자 방출 구조(32)에 접속되고, 또한 안정 저항기(31)를 통해서 컬럼 도체 구동기 회로(18)의 출력 단자에 접속된다. 컬럼 도체 구동기 회로(18)의 출력은 또한 등가 안정 저항기(33) 및 등가 커패시턴스(34)를 통해서 로우 도체(14)에 결합된다.
단지 두개의 로우 도체들 및 두개의 컬럼 도체들이 도 1에 도시되지만, 통상적인 FED에서 로우 도체들 및 컬럼 도체들이 통상적으로 둘이상 있다는 점이 이해되어야 한다. 본 발명을 서술하는 것을 용이하게 하기 위해서, 로우 도체들의 n개의 로우들이 있다고 가정되며, 여기서 n은 정수이다. 저항기들(26 및 33)은 (n-1)개의 안정 저항기들을 나타내는 집중(lumped) 회로 모델을 나타내며, 커패시턴스들 (27 및 34)은 (n-1)개의 서브-화소 커패시턴스들을 나타낸다. 마찬가지로, 전자 방출 구조(25)는 컬럼 도체(11) 및 로우 도체(13)와 연관된 전자 방출 구조들을 나타내며, 전자 방출 구조(32)는 컬럼 도체(12) 및 로우 도체(13)와 연관된 전자 방출 구조를 나타낸다. 로우 도체(14)는 전계 방출 디스플레이(10)의 (n-1)개의 로우 도체들을 나타내며, 여기서 로우 도체(13)는 전계 방출 디스플레이(10)의 단일 로우 도체를 나타낸다. 따라서, 커패시턴스들(27 및 34)은 유효 커패시턴스를 나타내고, 저항기들(26 및 33)은 유효 안정 저항을 나타낸다. 유효 커패시턴스들과 유효 저항들의 값들은 다음과 같이 주어진다.
C27= (n-1)*C22
R26= 1/(n-1)*R24
여기서
C27은 활성화되지 않은 컬럼 도체(11)에 결합되는 (n-1)개의 로우 도체들과 연관된 집중 커패시턴스를 나타내고,
C22는 컬럼 도체(11)에 결합된 단일의 활성화된 로우 도체와 연관된 커패시턴스를 나타내고,
R26은 활성화되지 않은 컬럼 도체(11)에 결합된 (n-1)개의 로우 도체들과 연관된 집중 안정 저항을 나타내고,
R24는 컬럼 도체(11)에 결합된 단일의 활성화된 로우 도체와 연관된 안정 저항을 나타내고,
n은 FED의 로우 도체들의 수이다.
각각의 컬럼 도체는 유사한 유효 커패시턴스 및 이와 연관된 유효 안정 저항을 가지는 점이 이해되어야 한다. 예를 들어, 로우 도체(13)를 제외한 모든 것이활성화되지 않을 때 컬럼 도체(12)와 연관된 유효 안정 저항 및 유효 커패시턴스는 다음과 같이 주어진다.
C34= (n-1)*C23
R33= 1/(n-1)*R31
여기서
C34는 활성화되지 않은 컬럼 도체(12)에 결합된 (n-1)개의 로우 도체들과 연관된 집중 커패시턴스를 나타내고,
C23은 컬럼 도체(12)에 결합된 단일의 활성화된 로우 도체와 연관된 커패시턴스를 나타내고,
R33은 활성화되지 않은 컬럼 도체(12)에 결합된 (n-1)개의 로우 도체들과 연관된 집중 안정 저항을 나타내고,
R31은 컬럼 도체(12)에 결합된 단일의 활성화된 로우 도체와 연관된 안정 저항을 나타내고,
n은 FED의 로우 도체들의 수이다.
컬럼 도체(11)는 기생 프린지 커패시턴스(parasitic fringe capacitance) (35)를 통해서 컬럼 도체(12)에 결합된다. 커패시턴스(35)는 높은 임피던스 상태에 있는 것으로부터 높은 전압의 상태로 스위칭하는 컬럼 도체 사이의 크로스토크를 결합시킨다. 예를 들면, 서브-화소들(36 및 37)이 모두 "온" 이면, 즉, 전류를 방출하면, 컬럼 구동기 회로들(17 및 18)은 높은 임피던스 상태에 있으며 로우 도체 구동기 회로(19)는 높은 출력 상태에 있게 된다. 커패시턴스들(27 및 34)은 각각의 서브-화소들(36 및 37)에 의해 방출되는 전류들에 의해서 정의되는 속도들로 충전된다. 서브-화소(36)가 충분한 전하를 방출하였으면, 컬럼 도체 구동기 회로 (17)는 높은 전압(VCOL)으로 스위칭하여, 서브-화소(36)를 턴 오프한다. 서브-화소(37)가 아직 충분한 전하를 방출하지 않았으면, 컬럼 도체 구동기 회로(18)는 높은 임피던스 상태로 유지된다. 그러나, 전압 글리치는 컬럼 도체 구동기 회로(17)의 스위칭에 의해서 컬럼 도체(12)상에서 생성될 수 있다.
전압 글리치(VGLI)의 크기는 다음과 같이 근사된다.
여기서
VCOL는 컬럼 스위칭 전압이고,
C35는 커패시턴스(35)의 커패시턴스 값이고,
C34는 커패시턴스(34)의 커패시턴스 값이다.
글리치가 너무 크면, 이는 FED(10)의 디스플레이의 품질을 저하시킬 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 방출 디스플레이(FED)(50)의 부분적으로 절단된 등각 투상도이며 회로 개략도인 도면이다. FED(50)는 FED 디바이스 (56) 및 방출 전류를 제어하기 위한 제어 회로(52)를 포함한다.
FED 디바이스(51)는 캐소드 판(53) 및 애노드 판(54)을 포함한다. 캐소드 판(53)은 기판(56)을 포함하는데, 이는 유리, 실리콘 등으로 이루어질 수 있다. 제 1 컬럼 도체(57) 및 제 2 컬럼 도체(59)는 기판(56) 상에 배치된다. 필드 종료 구조(field termination structure)(58)가 기판(56) 상에 배치되는데, 여기서 필드 종료 구조(58)는 컬럼 도체들(57 및 59) 사이에 이격되어 배치된다. 유전체 층(61)은 컬럼 도체들(57 및 59)과 종료 구조(58)상에 배치된다. 유전체 층(61)은 복수의 웰(well)(62)들을 더 정의한다.
예를 들어, 스핀트 팁과 같은 전자 방출 구조(64)가 각각의 웰(62)에 배치된다. 로우 도체들(67 및 69)은 유전체 층(61)상에 형성된다. 로우 도체들(67 및 69)은 이격되어 배치되며, 전자 방출 구조들(64)에 가까이 배치된다. 로우 도체들(67 및 69)은 복수의 개구들(60)을 포함하는데, 개구들은 대응하는 웰들(62) 및 전자 방출 구조들(64)과 협력하여 전류 방출 영역들(71)을 형성한다. 컬럼 도체들(57 및 59) 및 로우 도체들(67 및 69)은 전자 방출 구조들(64)을 선택적으로 어드레스하는데 사용된다.
이해를 돕기 위해서, 도 2는 단일 필드 종료 구조에서 단지 두개의 컬럼 및 로우 도체들을 도시한다. 그러나, 임의의 수의 컬럼 및 로우 도체들이 채용될 수 있다는 점을 이해하는 것을 바란다. 그러나, 컬럼 종료 구조는 바람직하게는 각 세트의 인접 컬럼 도체들 사이에 형성된다. FED 디바이스에 대한 로우 도체들의 예시적인 수는 240이며, 컬럼 도체들의 예시적인 수는 960이다. 매트릭스-어드레스가 가능한(Matrix-addressable) 전계 방출 디스플레이들용 캐소드 판들을 제조하기 위한 방법들이 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지되어 있다.
애노드 판(54)은 방출 전류(72)를 수용하도록 배치되는데, 방출 전류(72)는 전자 방출 구조들(64)에 의해서 방출되는 전자들에 의해서 정의된다. 애노드 판(54)은 예를 들어 유리로 된 투명 기판(73)을 포함한다. 애노드(74)는 투명 기판(73)상에 배치된다. 애노드(74)는 바람직하게는 인듐 주석 산화물과 같은, 투명 도전성 물질로 제조된다. 바람직한 실시예에서, 애노드(74)는 캐소드 판(53)의 전체 방출 영역에 대향하는 연속적인 층이다. 즉, 애노드(74)는 바람직하게는 전자 방출 구조들 (64) 전체에 대향한다.
복수의 형광체들(76)이 애노드(74)상에 배치된다. 형광체들(76)은 캐소드 발광(cathodoluminescent)한다. 따라서, 형광체들(76)은 방출 전류(72)에 의한 활성화시에 광을 방출한다. 매트릭스-어드레스가능한 전계 방출 디스플레이들용 애노드 판들을 제조하는 방법들은 종래 기술에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 제어 회로(52)는 로우 도체 구동기 회로들 (77 및 78)과 컬럼 도체 구동기 회로들(87 및 88)을 포함한다. 로우 도체 구동기 회로들(77 및 78)은 로우 도체들(67 및 69)에 각각 결합되며, 컬럼 도체 구동기 회로들(87 및 88)는 컬럼 도체들(57 및 59)에 각각 결합된다.
종료 구조(58)는 전압 V1을 수신하기 위해 결합된다. 바람직하게는, 전압 (V1)은 제로 볼트 또는 접지 전위이다.
도 3은 FED(50)의 캐소드 판(53)의 개략적인 도면이다. 도 3에 도시된 것은 컬럼 도체들(57 및 59), 컬럼 도체 구동기 회로들(87 및 88), 로우 도체들(67 및 69), 및 로우 도체 구동기 회로들(77, 78)의 개략적인 표현이다. 단지 두개의 로우 도체 구동기 회로들 및 두개의 컬럼 도체 구동기 회로들 ━ 각각의 로우 도체는 로우 도체 구동기 회로에 의해서 구동되며 각각의 컬럼 도체는 컬럼 도체 구동기 회로에 의해서 구동됨 ━ 만이 도시되었지만, 이는 본 발명을 제한하는 것이 아님이 이해되어야 한다.
컬럼 도체들(57 및 59) 사이에 필드 종료 구조(58)가 있는데, 이 구조는 고유 커패시턴스들(86 및 89)을 포함하고, 여기서 커패시턴스(86)는 전압원(V1) 및 로우 도체(67) 사이에 결합되며, 커패시턴스(89)는 전압원(V1)과 로우 도체(69) 사이에 결합된다. 바람직하게는, 전압(V1)은 접지 전위에서 동작한다.
도 3은 FED(50)의 각각의 로우 및 컬럼 도체와 연관된 전자 방출 구조들, 서브-화소 커패시턴스들, 및 안정 저항기들을 도시한다. 특히, 서브-화소 커패시턴스 (91), 서브-화소 안정 저항기(92), 및 서브-화소(90)와 연관된 전자 방출 구조 (64(67,57))가 로우 도체(67) 및 컬럼 도체(57)에 결합되는 것으로 도시된다. 전자 방출 구조(64(67, 57))는 서브-화소(90)와 연관된 모든 전자 방출 구조들을 나타내는 집중 모델 요소로서 도시된다.
서브-화소(97)와 연관된 서브-화소 커패시턴스(93), 서브-화소 안정 저항기(94), 및 전자 방출 구조(64(68,57))는 로우 도체(69) 및 컬럼 도체(57)에 결합되는 것으로 도시된다. 전자 방출 구조(64(68,57))는 서브-화소(97)와 연관된 모든 전자 방출 구조들을 나타내는 집중 모델 요소로서 도시된다.
서브-화소(100)와 연관된 서브-화소 커패시턴스(101), 서브-화소 안정 저항기(102), 및 전자 방출 구조(64(67,59))는 로우 도체(67) 및 컬럼 도체(59)에 결합되는 것으로 도시된다. 전자 방출 구조(64(67,59))는 서브-화소(100)와 연관된 모든 전자 방출 구조들을 나타내는 집중 모델 요소로서 도시된다.
서브-화소(107)와 연관된 서브-화소 커패시턴스(103), 서브-화소 안정 저항기(104), 및 전자 방출 구조(64(68, 59))는 로우 도체(69) 및 컬럼 도체(59)에 결합되는 것으로 도시된다. 전자 방출 구조(64(68, 59))는 서브-화소(107)와 연관되는 모든 전자 방출 구조들을 나타내는 집중 모델 요소로서 도시된다.
컬럼 도체(57)는 기생 커패시턴스(111)에 의해서 필드 종료 구조(58)에 결합된다. 마찬가지로, 컬럼 도체(59)는 기생 커패시턴스(112)에 의해서 필드 종료 구조(58)에 결합된다.
동작시에, 로우 도체 구동기 회로(77)가 높은 전압, 예를들면, 80 볼트를 출력하고, 로우 도체 구동기 회로(78)는 낮은 전압, 예를들면, 0 볼트를 출력하여, 서브-화소들(90 및 100)의 활성화를 허용한다고 가정하며, 또한 인접 컬럼 도체들이 비스위칭 상태에 있다고 가정한다. 컬럼 도체 구동기 회로(87)가 높은 임피던스상태에서 "오프" 또는 높은 전압 상태로 변화하고, 컬럼 도체 구동기 회로(88)가 상태를 변화하지 않을 때, 전압 글리치는 스위칭 컬럼 도체(57)에 의해 생성되지는 않는데, 컬럼간 커패시턴스가 필드 종료 구조(58)의 존재로 인해서 무시할 정도로 작기 때문이다.
이제는, 전계 방출 디스플레이에서 인접 컬럼 도체들 사이의 크로스토크를 감소시키는 구조 및 방법이 제공되었음이 인식되어야 한다. 이러한 구조는 스위칭 컬럼 도체로부터 발생된 전기장을 종료하는, 인접 컬럼 도체들 사이의 필드 종료 구조를 포함한다.
본 발명의 특정 실시예들이 도시 및 설명되었으나, 당업자에게는 다른 수정들 및 개선들이 발생할 것이다. 본 발명은 도시된 특정 형태에 한정되지 않으며 첨부된 청구범위는 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어나지 않는 모든 수정들을 커버하는 것으로 의도된다.

Claims (9)

  1. 전자 방출 구조들이 배치되는 제 1 및 제 2 컬럼 도체들과, 내부에 형성된 개구들을 가지는 복수의 로우 도체들을 갖는 전계 방출 디스플레이의 컬럼 도체들 사이의 크로스토크를 감소시키는 방법으로서, 상기 복수의 컬럼 도체들 및 상기 복수의 로우 도체들은 서브-화소들을 형성하도록 협력하는 상기 크로스토크 감소 방법에 있어서,
    방출 전류를 정의하도록, 상기 제 1 및 제 2 컬럼 도체들 상에 배치된 상기 전자 방출 구조들의 일부로 하여금 전자들을 방출하도록 하는 단계와,
    상기 제 1 컬럼 도체와 연관된 상기 전자 방출 구조들이 제 1 동작 상태에서 제 2 동작 상태로 스위칭될 때 생성되는 전기장을 종료하는 단계로서, 상기 전기장은 상기 제 1 및 제 2 컬럼 도체들 사이에 이격되어 배치된 위치에서 종료되는 상기 전기장 종료 단계를 포함하는, 전계 방출 디스플레이의 컬럼 도체들 사이의 크로스토크 감소 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 방출 구조들의 일부가 전자들을 방출하도록 하는 단계는 로우 선택 전압을 상기 복수의 로우 도체들 중 한 로우 도체에 인가하는 단계를 포함하는, 전계 방출 디스플레이의 컬럼 도체들 사이의 크로스토크 감소 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 방출 구조들의 일부가 전자들을 방출하도록 하는 단계는 컬럼 선택 전압을 상기 복수의 컬럼 도체들 중 한 컬럼 도체에 인가하는 단계를 포함하는, 전계 방출 디스플레이의 컬럼 도체들 사이의 크로스토크 감소 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    3중-상태 구동기(tri-state driver)를 포함하는 컬럼 도체 구동기 회로를 상기 복수의 컬럼 도체들 중 한 컬럼 도체에 결합시키는 단계를 더 포함하는, 전계 방출 디스플레이의 컬럼 도체들 사이의 크로스토크 감소 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 컬럼 도체들 사이의 이격되어 배치된 종료 전극 (terminating electrode)을 형성하는 단계를 더 포함하는, 전계 방출 디스플레이의 컬럼 도체들 사이의 크로스토크 감소 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 종료 전극을 제 1 기준 전압에 결합시키는 단계를 더 포함하는, 전계 방출 디스플레이의 컬럼 도체들 사이의 크로스토크 감소 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 기준 전압은 접지 전위인, 전계 방출 디스플레이의 컬럼 도체들 사이의 크로스토크 감소 방법.
  8. 서로 이격되어 배치된 제 1 및 제 2 컬럼 도체들, 적어도 하나의 로우 도체, 및 상기 제 1 및 제 2 컬럼 도체들 상에 배치된 전자 방출 구조들을 갖는 전계 방출 디스플레이에서 크로스토크를 감소시키는 방법에 있어서,
    방출 전류를 정의하도록, 상기 제 1 및 제 2 컬럼 도체들 상에 배치된 복수의 전자 방출 구조들로 하여금 전자들을 방출하도록 하는 단계와,
    상기 제 1 컬럼 도체로부터 상기 방출 전류를 턴 오프하는 단계로서, 스위칭 필드는 상기 제 1 컬럼 도체의 방출 전류가 턴 오프될 때 존재하는, 상기 방출 전류 턴 오프 단계와,
    상기 제 1 컬럼 도체로부터의 방출 전류가 턴 오프될 때, 상기 스위칭 필드가 상기 제 2 컬럼 도체로부터의 상기 방출 전류를 변경하지 않도록 하는 단계를 포함하는, 전계 방출 디스플레이에서의 크로스토크 감소 방법.
  9. 크로스토크에 대해 개선된 내성(immunity)을 갖는 전계 방출 디스플레이로서,
    제 1 도체와,
    상기 제 1 도체에 결합된 제 1 도체 구동기 회로와,
    상기 제 1 도체로부터 이격되어 배치되며 제 1 커패시턴스를 통해서 상기 제1 도체에 결합되는 제 2 도체와,
    상기 제 2 도체에 결합된 제 2 도체 구동기 회로와,
    상기 제 1 및 제 2 도체들 사이에 이격되어 배치된 필드 종료 구조와,
    제 2 및 제 3 커패시턴스들을 통해서 상기 제 1 및 제 2 도체들에 결합된 제 3 도체와,
    상기 제 3 도체에 결합된 제 3 도체 구동기 회로와,
    상기 제 1 도체 상에 배치된 복수의 전자 방출 구조들을 포함하는, 전계 방출 디스플레이.
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