KR20050050653A - 증가된 해상도를 갖는 진공 디스플레이 디바이스 - Google Patents

Abstract

디스플레이 디바이스는, 이미지 정보를 디스플레이하기 위한 화상 요소(135)의 제 1 어레이와 전자를 방출하기 위한 캐소드 수단(120)을 포함하는 디스플레이 스크린(130)을 구비한다. 이 화상 요소(135)는 서브어레이(132)로 서로 그룹지어진다. 방출된 전자는 전자 집중기(115)에 의해 집중되며, 이 전자 집중기(115)는 전자를 균일한 전자 빔(EB)으로 재분포시킨다. 하나의 전자 집중기(115)가 화상 요소(135)의 각 서브어레이(132)에 존재하며 디스플레이 디바이스는 전자집중기(115)를 떠나는 전자빔(EB)을 대응하는 서브 어레이(132)의 임의의 화상 요소(135)로 편향시키는 선택 수단(140)을 구비한다. 이에 의해 디스플레이된 이미지는 비교적 높은 해상도를 가질 수 있다. 바람직한 실시예에서, 이미지의 브라이트니스가 특히 높고 디스플레이된 이미지 상에서 브라이트니스의 균일성의 변동이 저감된다.

Description

증가된 해상도를 갖는 진공 디스플레이 디바이스{VACUUM DISPLAY DEVICE WITH INCREASED RESOLUTION}

본 발명은, 디스플레이 디바이스로서,

- 이미지 정보를 디스플레이하기 위해 화상 요소의 제 1 어레이를 포함하는 디스플레이 스크린과,

- 전자를 방출하기 위한 캐소드 수단과,

- 전자를 수집하기 위해 상기 디스플레이 스크린의 화상 요소 상에 도달하도록 전자 빔을 방출하는 출사 개구를 각각 구비하는 다수의 전자 집중기

를 포함하는 디스플레이 디바이스에 관한 것이다.

이와 같은 디스플레이 디바이스의 일 실시예는 예를 들어 미공개된 유럽 특허 출원 01204291.7에 기술되어 있다.

이전에 기술된 디스플레이 디바이스에서, 이 디스플레이 스크린은 행과 열로 배열된 다수의 화상 요소(픽셀)를 포함한다. 각 픽셀은 전자 빔 가이드 공동(guidance cavity)에 대응하며, 이 공동은 캐소드 수단에 의해 방출된 전자를 전자빔으로 집중시키고 재분포시킨다. 그리하여, 동작시, 각 픽셀은 별개의 전자빔을 수신한다. 이 디스플레이 디바이스는, 이 디스플레이 디바이스에 공급되는 이미지 정보에 따라서 각 픽셀을 선택하고 그 픽셀에 도달하는 전자빔의 빔 전류를 변조하는 어드레스지정 수단을 포함한다. 픽셀은 일반적으로 행 전극과 열 전극에 의하여 선택되며, 이들에는 행 선택 전압과 열 선택 전압이 각각 제공된다.

비교적 넓은 캐소드 영역으로부터 방출된 전자가 전자빔으로 집중된다. 이 때문에, 전자빔의 빔 전류는 캐소드 수단의 영역 상의 전자 방출 특성의 변동에 의해 비교적 영향을 받지 않는다. 이 디스플레이 스크린에 도달하는 전자 빔은 특히 균일하다.

이것은, 일반적으로 캐소드 수단이 방출기(emittor) 영역에 걸쳐 상당히 불균일한 방출 특성을 보여주는 전계 방출기를 포함하는 경우 특히 잇점이 있다. 여기서, 전자빔의 빔 전류는 전자 집중기에 대응하는 전체 캐소드 수단의 영역에 걸쳐 전계 방출기에서 방출된 전류를 합한 것이다. 이 때문에, 여러 전자빔의 빔 전류/구동 전압 특성들이 특히 유사하며 그리고 디스플레이 스크린의 여러 픽셀 사이의 브라이트니스(brightness)의 균일성도 또한 특히 높다.

디스플레이 스크린에는 비교적 높은 애노드 전압, 예를 들어 5KV가 공급되기 때문에 전자빔은 디스플레이 스크린으로 가속된다. 픽셀은 이 가속된 전자빔이 칠 때 광을 방출하는 발광 물질을 포함한다. 디스플레이 디바이스에 공급된 이미지 정보에 따라 픽셀을 어드레스지정하는 것에 의해 상기 이미지 정보는 광 이미지로서 디스플레이 스크린 상에 디스플레이될 수 있다.

이전에 서술된 디스플레이 디바이스는 우수한 이미지 품질을 유지하면서 디스플레이된 이미지의 높은 해상도를 달성하는 것이 어렵다는 문제점을 가지고 있었다.

예를 들어, 이 디스플레이 디바이스는, 대각선 길이 21인치인 디스플레이 스크린과 XGA 해상도(1280x1024개의 화상 요소) 또는 UXGA 해사도(1600x1200개의 화상 요소)를 가지는 컴퓨터 모니터로 사용하기에는 적절치 않다. 이것은 특히 컬러 픽셀이 예를 들어 3개의 삼원색 컬러의 서브픽셀을 포함하는 컬러 모니터의 경우에 그러하다.

도 1a는 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스의 제 1 바람직한 실시예를 도시하는 도면.

도 1b는 제 1 바람직한 실시예에 있는 선택 수단과 픽셀의 서브어레이를 보다 상세하게 도시하는 도면.

도 2는 디스플레이 디바이스에 사용하기에 적합한 캐소드 수단의 일 실시예를 도시하는 도면.

도 3은 디스플레이 디바이스의 제 2 바람직한 실시예에 있는 선택 수단과 픽셀의 서브어레이를 도시하는 도면.

도 4는 편향된 전자 빔에 의하여 디스플레이 디바이스 내에서 양이온이 생성되는 것을 도시하는 도면.

따라서 본 발명의 목적은 비교적 높은 해상도와 우수한 품질을 구비하는 이미지를 디스플레이할 수 있는 개시 문단에서 서술된 바와 같은 디스플레이 디바이스를 제공하는 것이다.

본 목적은 독립 청구항 1에서 명시된 바와 같이 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스에 의해 달성된다. 더 유리한 실시예는 종속 청구항 2 내지 11에서 한정된다.

그러므로, 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스는, 제 1 어레이가 미리 결정된 수의 서브 어레이를 포함하며, 이 서브어레이는 적어도 2개의 화상 요소를 포함하며, 하나의 전자 집중기가 하나의 서브 어레이와 연관되어 있어, 전자 집중기의 수가 서브어레이의 수와 일치하며, 디스플레이 디바이스는 이 서브어레이 내에 있는 화상 요소 중 하나로 전자빔을 편향시키는 선택 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 달성가능한 이미지 해상도가 특히 인접한 전자 집중기 사이의 최소 거리에 의해 결정된다고 하는 인식에 기초를 두고 있다.

일반적으로, 전자 집중기는, 기판, 예를 들어, 하나의 판에 형성된다. 전자 집중기의 적절한 동작을 위해서는 이 전자 집중기의 직경이 적어도 200마이크로미터 그리고 더 바람직하게는 적어도 300마이크로미터일 것을 요구한다.

전자 집중기의 직경이 이보다 더 작아지는 경우에는, 이 전자 집중기는 충분히 많은 수의 전자를 수집할 수 없어서 전자 집중기로부터 출사하는 전자빔이 비교적 약하게 된다. 나아가, 전자 집중기의 집중 기능이 불충분하게 되어, 전자빔은 상대적으로 불균일하게 된다. 이들 효과는 디스플레이된 이미지의 브라이트니스를 저감시키고, 또한 이 브라이트니스의 변동이 하나의 픽셀 내에서 그리고 다른 픽셀 사이에서 눈으로 보일 수 있게 된다.

예를 들어, 대각선 길이 21인치인 컬러 UXGA 모니터에서, 4800개의 컬러 서브픽셀은 대략 425 밀리미터의 수평 폭 내에 제공되어야 한다. 이것은 인접한 화상 요소 사이의 거리가 대략 90 밀리미터일 것을 요구한다. 이 경우에, 인접한 전자 집중기는 또한 전자 집중기의 적절한 동작을 위해 필요한 최소 직경보다 상당히 더 작은 90마이크로미터의 거리만큼 서로 이격되어 있어야 한다.

본 발명을 적용하는 것에 의해 이들 화상 요소는 서브어레이로 배열되는 반면, 전자 집중기는 픽셀의 서브어레이에 대응한다. 전자 집중기로부터 출사되는 전자빔은 선택 수단에 의해 편향가능하며 이에 의해 전자집중기와 연관된 서브 어레이 내에 있는 임의의 화상 요소에 도달할 수 있다.

인접한 픽셀 사이의 거리에 대하여 인접한 전자 집중기 사이의 거리의 비가 1:1 이어야 하는 것이 더 이상 요구되지 않는다. 전자 집중기는 이제 더 이격될 수 있는 반면, 인접한 픽셀은 비교적 작은 거리로 유지될 수 있다. 이에 의해 전자 집중기의 적절한 기능이 보장될 수 있는 반면, 이미지 해상도는 원하는 대로 증가될 수 있다. 디스플레이된 이미지는 이제 상대적으로 높은 해상도 및 상대적으로 우수한 품질을 모두 구비할 수가 있다.

전술된 예에서, 서브어레이는 포스퍼 삼원색 컬러, 즉 적색, 녹색, 청색에 대응하는 3개의 컬러 서브픽셀을 포함한다. 전자 집중기로부터 출사하는 전자빔은 이후 적색, 녹색, 청색의 포스퍼 서브픽셀로 편향될 수 있어서 사람의 눈이 그 컬러 화상 요소를 인식할 수 있게 된다. 이 예에서, 인접한 전자 집중기 사이의 거리는 3x90 = 270 마이크로미터와 같을 수 있으며, 이는 상당히 큰 값이다.

본 발명을 적용할 때, 추가적인 잇점은, 디스플레이 디바이스의 픽셀을 어드레스지정하는데 요구되는 전압의 수가 저감된다는 것이다. 예를 들어, 서브어레이는 이제 개별적인 픽셀 대신에 행과 열로 배열된다. 그리하여, 행 및 열 선택 전압의 요구되는 수는 픽셀의 수가 아니라 서브어레이의 수로 결정된다. 극소수의 편향 전압이 서브어레이 내에 있는 임의의 픽셀로 전자빔을 편향시키는데 요구된다. 이들 편향 전압은 유리하게는 선택 수단 각각에 동시에 공급된다.

컬러 디스플레이 디바이스에 관한 전술된 예에서, 열의 수는 3의 인수만큼 저감되는데, 이는 열이 이제 3개의 다른 컬러 픽셀을 포함하기 때문이다. 그리하여, 열 선택 전압의 수는 3의 인수만큼 또한 저감된다. 전자 빔은 각 컬러 픽셀로 일 방향으로 편향되며, 이 편향은 기껏해야 2개의 편향 전압에 의하여 달성될 수 있다. UXGA 컬러 디스플레이에서, 어드레스지정 전압의 수는 6000(=1600x3+1200)으로부터 2802(1600+1200+2)로 저감된다. 이러한 잇점은 서브어레이가 더 많은 화상 요소를 포함할 때 훨씬 더 크게 된다.

바람직하게, 이 전자 집중기는 선택 수단을 포함한다.

이것은 본 발명을 수행하는데 특히 효과적인 방법이다. 이 방법에서, 전자빔이 전자 집중기를 떠날 때 이 전자빔은 편향될 수 있다. 이 전자는 여전히 비교적 느린 속도를 가지고 있어 그 결과 이 전자는 편향 전계(deflection field)에 잘 반응한다. 그리하여 편향 전계의 세기가 비교적 낮을 수 있음에도, 상당한 양의 편향이 획득된다.

바람직하게, 이 전자 집중기는, 제 2 차 방출 물질(secondary emission material)을 구비하며 출사 개구보다 더 큰 입구를 가지고, 상기 전자를 상기 개구로 홉 전달(hopping transport) 가능하게 하기 위한 홉 전극이 상기 출사 개구 인근에 배열되어 있는 전자 빔 가이드 공동(guidance cavity)을 포함한다.

이것은 전자 집중기의 특히 효과적인 실시예이다. 전자의 홉 전달을 기초로 한 전자빔 가이드는 US 특허 5,270,611로부터 그 자체가 알려져 있다.

전자를 홉 전달하는 것은 제 2 차 방출 프로세스에 기초를 둔다. 동작시, 홉 전극이 홉 전압을 수신하는 것에 의해 공동 내의 전자는 출사 개구로 가속된다. 공동의 내부표면은 제 2 차 방출 기능을 가지는 전기적으로 절연성 물질을 포함한다. 전자가 내부 표면을 칠 때, 이 전자는 흡수되어 제 2 차 전자가 방출되며 출사 개구로 가속된다. 공동으로 들어간 각 방출된 전자에 대해 평균적으로 하나의 전자가 출사 개구로부터 방출된다. 따라서, 평균적으로 공동으로 들어가는 전자의 수만큼 공동을 떠나고 전자빔은 이 공동을 통해 가이드된다.

이 공동은 비교적 큰 입구로부터 전자를 수집하며, 이 전자를 비교적 작은 출사 개구를 통해 출사하는 전자빔으로 집중시켜 재분포시킨다.

입구의 표면 영역과 출사 개구의 표면 영역 사이의 비는 예를 들어 5:1이지만, 10:1의 값이나 그 이상의 값, 예를 들어 20:1, 50:1, 또는 100:1을 가질 수도 있다. 전자 집중기는 이제 화상 요소의 타일(tile), 예를 들어, 2x2 또는 3x3 화상 요소와 유리하게 연관된다. 이 입구는 이 실시예에서 비교적 크며, 그리하여 전자는 캐소드 수단의 비교적 넓은 부분으로부터 유도된다. 이에 의해, 전자 집중기로부터 출사하는 전자빔의 빔 전류는 특히 높을 수 있다. 또한 전자빔은 특히 균일하여, 디스플레이된 이미지가 비교적 적은 세기 변동을 보여준다.

바람직한 실시예에서, 선택 수단은 홉 전극의 거의 외부에 배열된 외부 전극을 포함하며, 상기 외부 전극은 출사 개구의 대향하는 측면 상에 적어도 2개의 세그먼트를 구비하며, 상기 세그먼트 사이에 전자 빔을 편향시키기 위한 편향 전압이 인가된다.

외부 전극의 세그먼트는 평균적으로 홉 전압보다도 더 낮은 전압에 있다. 그리하여, 출사하는 전자빔을 한정하는 전자 렌즈(electron lens)가 형성된다. 이 편향 전압으로 인해, 외부 전극의 세그먼트 사이에 전계가 형성되며 이 전계는 출사하는 전자 빔에 횡방향으로 작용한다. 이에 의해 상기 전자빔은 전자 집중기에 대응하는 서브어레이 내에 있는 화상 요소로 편향가능하다.

바람직한 실시예에서, 서브어레이는 짝수(even number)의 화상 요소를 포함하며, 상기 서브어레이의 중심은 전자빔 가이드 공동의 주축(main axis)과 정렬된다. 이 설정에서, 공동으로부터 출사하는 편향되지 않은 전자빔은 서브어레이의 중심에 안착한다. 일반적으로, 안착 위치는 바람직하게는 블랙 매트릭스 물질이 제공된 픽셀 중간 지점이다. 동작 동안, 전자빔은 항상 픽셀에 도달하여야 하므로, 이러한 바람직한 실시예에서 디스플레이 디바이스의 어드레스지정을 위해서는 선택 수단에 의해 전자빔이 항상 편향될 것을 요구한다.

디스플레이 디바이스는 진공 상태 하에서 동작하지만 그러나 실제 잔류 기체가 진공 형성 후에도 항상 디스플레이 디바이스 내에 존재한다. 출사 개구와 디스플레이 스크린 사이에서 빔 전자는 이 잔류 기체 원자와 충돌할 수 있으며 이 충돌에 의해 이온화된다. 그리하여, 양 이온(positive ion)이 형성되며 이 양이온은 애노드 전압에 의해 반발되며 전자 접중기로 가속된다.

이 실시예에서, 전자빔은 외부 전극의 세그먼트에 걸쳐 전압 차만큼 편향된다. 그러나, 이 양 이온이 출사 개구에 도달할 때 이 양이온은 비교적 높은 속도를 가지고 있다. 그러므로, 이온들은 이 전압 차에 의하여 거의 편향되지 않으며 일반적으로 전자빔 가이드 공동이 제공되어 있는 판에 충돌한다. 그 결과, 출사 개구를 통해 캐소드 수단으로 진행하는 양 이온의 일부가 저감된다. 이것은, 캐소드 수단에 양 이온이 충돌하는 경우 캐소드 수단에 손상을 주기 때문에 오히려 유리하다. 이 캐소드 손상은, 그러므로 이 실시예에서 저감된다.

바람직하게는, 이 캐소드 수단은 전계 방출기를 포함한다. 전계 방출기는 상당히 많은 수의 전자를 생성하는데에도 비교적 낮은 전력만을 요구한다.

본 발명의 이들 측면과 다른 측면은 이후 서술되는 실시예를 참조하여 명백하고 명료하게 설명될 것이다.

디스플레이 디바이스의 제 1 바람직한 실시예는, 전면판(151) 인근에 배열된 디스플레이 스크린(130)과, 배면판(152) 인근에 배열되며 복수의 전자빔(EB)을 생성하기 위한 캐소드 수단(120)을 구비한다. 뷰어와 마주하는 상기 전면판(151)은 거의 평면일 수 있으며, 이 디스플레이 디바이스는 비교적 얇을 수 있다. 전체 구조물의 두께는 1cm 또는 이보다 더 작을 수 있다.

직사각형 디스플레이 스크린(130)은 서브어레이(135)(이하 "컬러 픽셀"이라고 불리운다)를 함께 구성하는 화상 요소(132R, G, B)(간단하게 하기 위해 이후 "서브픽셀"이라고도 불리운다)를 포함한다. 도 1a에서의 디스플레이 디바이스는 극소수의 컬러 픽셀(135)만을 구비하는 것으로 도시되어 있지만, 실제 디스플레이 디바이스는 훨씬 더 많은 수의 컬러 픽셀, 예를 들어 1024x768, 1280x1024, 또는 1600x1200을 가지고 있다. 이 디스플레이 스크린(130)은 전자빔(EB)을 스크린으로 가속시키기 위해 비교적 높은 애노드 전압, 예를 들어 10KV에 있다.

각 서브픽셀(132R, G, B)은 전자빔(EB)이 칠 때 광을 방출하는 발광 물질, 예를 들어, 포스퍼(phosphor)를 구비한다. 다른 발광 물질도 적용될 수 있으며, 이들 각각은 삼원색 컬러, 즉 적색, 녹색, 및 청색 중 하나에 대응한다. 서브픽셀(132R, G, B)로부터 방출된 광은 전면판(151)을 통과하여 뷰어에게로 진행하며, 이 뷰어는 특정 거리에서 이 디스플레이 디바이스를 보고 3개의 서브 픽셀을 하나의 컬러 픽셀(135)로 인식한다. 서브픽셀(132R, G, B)의 크기는 예를 들어, 100x300 마이크로미터이다.

판 형상의 기판(110)은 디스플레이 스크린(130)과 캐소드 수단(120) 사이에 배열되며 통상 후자의 캐소드 수단(120)에 더 가까이 있다. 이 기판(110)은 전자 집중기(115)를 구비한다. 바람직하게는 이 전자 집중기(115)는, 거의 깔대기 형상으로 되어 있으며 캐소드 수단(120)에 의해 방출된 전자를 수집하는 입구(116)와 전자빔(EB)을 방출하는 출사 개구(117)를 구비하는 전자빔 가이드 공동이다. 전자 집중기(115) 내에서, 방출된 전자는 재분배되어 전자빔(EB)으로 집중되며, 이 전자빔은 비교적 높은 빔 전류와 비교적 균일한 전자 분포를 가진다. 그러한 전자 집중기는 앞서 언급된 US 특허 5,270,611로부터 알려져 있다.

임의의 컬러 픽셀(135)에 대해, 기판(110)은 대응하는 전자 집중기(115)를 구비한다. 전자 집중기(115)의 내부 표면(118)은 미리 결정된 범위의 전자 충격 에너지에 대해 적어도 하나의 제 2 차 방출 계수(δ)를 가지는 전기적으로 절연성 물질로 적어도 부분적으로 코팅되어 있어, 그 내부 벽(118)이 전자와 충돌할 때 제 2 차 전자를 방출할 수 있게 된다. 이것은 전자 집중기(115)를 통한 소위 전자의 홉 전달(hopping transport)을 가능하게 한다. 제 2 차 방출 물질은 예를 들어, 산화마그네슘(MgO)을 포함한다. 이 기판(110)은 예를 들어 400㎛의 두께를 가진다.

홉 전자 전달을 가능하게 하기 위해, 홉 전극(112)이 전자 집중기(115)의 스크린과 마주하는 측면에 존재한다. 동작시에, 홉 전압이 홉 전극(112)에 인가되어 전자 집중기(115) 내에 전계를 확립한다. 이 홉 전압은 바람직하게는 일정한 값을 가지고 있으나 또는 대안적으로 전자빔(EB)의 빔 전류를 제어하기 위해 가변적일 수도 있다.

홉 전압이 미리결정된 임계 홉 전압과 동일할 때, 전자의 홉 전달이 시작된다. 홉 전압을 증가시키는 것에 의해 전자빔(EB)의 빔 전류가 증가한다. 최대 홉 전압은 피크 빔 전류가 캐소드 수단(120)에 의해 방출되는 전압에 대응한다. 예를 들어, 임계 홉 전압은 50 내지 200볼트 범위 내에 있으며, 이 임계 홉 전압보다 더 큰 최대 홉 전압은 100 내지 600볼트 범위 내에 있다.

일반적으로, 출사 개구(117)는 캐소드 수단(120)과 마주하는 입구(116)보다 더 작다. 바람직하게는, 출사 개구(117)에 대해 입구(116)의 표면 영역의 비는 1:1보다 상당히 더 큰 10:1 또는 20:l과 같은 값을 가진다. 예를 들어, 입구(116)의 직경은 500마이크로미터이며 출사 개구(117)의 직경은 50마이크로미터이다. 전자 집중기(115)를 떠나는 전자빔(EB)은 이제 충분히 높은 빔 전류를 가지며 특히 균일하고 고른 에너지 분포를 가진다.

기판(110)과 디스플레이 스크린(130) 사이에는 스크린 스페이서(spacer)가 이전에 서술된 디스플레이 디바이스와 유사하게 배열된다. 이 스페이서는 미리 결정된 거리, 예를 들어 2 밀리미터로 기판(110)과 디스플레이 스크린(130)을 유지시키며 또한 내부의 진공 지지대의 기능을 한다.

선택 수단은 홉 전극(112) 부근에 동심원으로 배열된 세그먼트로 형성된 외부 전극(140)에 의하여 제공된다. 이것은 도 1b에서 볼 수 있다. 이 외부 전극은 2개의 세그먼트(140a, 140b)로 분할되어 있으며, 이 세그먼트 사이에 전압 차가 인가될 수 있다. 이 전압 차는 이하에서 편향 전압이라고 불리운다. 외부 전극(140)은 홉 전극(112)과 동일한 두께, 예를 들어 3마이크로미터를 가진다.

이 편향 전압에 의하여, 전자 집중기(115)의 출사 개구(117) 부근에 편향 전계가 형성된다. 이 편향 전계가 존재하는 경우, 이것은 전자빔(EB)이 전자 집중기(115)의 주축(419)에 대해 소정의 각으로 전자빔 가이드 공동(115)을 떠나게 한다. 제 1 실시예에서, 이 선택 수단은 일 방향으로만 전자빔(EB)을 편향시킬 수 있다.

예를 들어, 홉 전극은 500볼트에 고정되어 있다. 전자빔(EB)의 빔 전류는 이때 전자 집중기(115)의 캐소드 측에서 제어된다. 외부 전극의 세그먼트(140a, b)는 고정된 전압(Vf)을 수신하며, 이 전압에 편향 전압(Vd)이 중첩되어 세그먼트(140a, b)에 인가되는 평균 전압이 Vf로 된다. 예를 들어, 고정된 전압(Vf)은 400볼트이다. 이제, 이 편향 전압(Vd)이 200볼트라면, 세그먼트(140a)는 300볼트를 수신하며 세그먼트(140b)는 500볼트를 수신한다.

다른 삼원색 컬러, 즉 적색, 녹색, 및 청색에 대응하는 서브픽셀(132R, G, B)은 상기 일 방향을 따라 교대로 배열된다. 이 편향 전압이 제로(0)라면, 출사 개구(117) 부근에 편향 전계는 존재하지 않는다. 전자빔(EB)은 편향되지 않게 유지되며 전자 집중기(115)의 주축(419)의 방향으로 거의 진행한다. 이 전자빔(EB)은 녹색 서브픽셀(132G)에 도달한다.

그러나, 예를 들어, +200V의 편향 전압이 외부 전극의 세그먼트(140a, b) 사이에 인가되는 경우, 전자빔(EB)은 출사 개구(117)를 떠날 때 편향되며 청색 서브픽셀(132B)에 도달한다. 대응하여, 예를 들어 -200V의 편향 전압이 인가되는 경우, 전자빔(EB)은 적색 서브픽셀(132R)에 도달한다.

선택 수단은 여러 방식으로 어드레스지정될 수있다. 먼저, 미리결정된 값(예를 들어 +0V)으로 이 편향 전압을 설정하고 종래의 "라인 동시(line-at-a-time)" 픽셀 어드레스지정 구조를 사용하여 디스플레이 스크린 상에 전체 프레임을 기록하는 것이 가능하다. 그리하여, 한 라인에 있는 모든 녹색 서브픽셀(132G)이 동시에 활성화되며, 미리선택된 시간 기간 후에 상기 라인이 활성해제되며 그 다음 라인이 선택된다.

그 결과, 녹색 이미지 정보가 먼저 디스플레이된다. 이후, 편향 전압이 예를 들어 +200V로 변경되며, 청색 이미지 정보가 디스플레이된다. 이후 편향 전압은 예를 들어 -200V로 변경되며 적색 이미지 정보가 디스플레이된다. 이 어드레스지정이 충분히 고속으로 수행될 때 뷰어는 하나의 풀 컬러 이미지를 인식한다.

대안적으로, 하나의 컬러 화상 요소(135)의 각 서브픽셀(132R, G, B)을 순차 어드레스지정하는 것도 가능하며, 이로 이 풀 컬러 이미지 정보는 라인 동시 픽셀 어드레스지정 구조를 사용하여 하나의 프레임 내에 디스플레이 되며, 여기서 한 라인에 있는 모든 컬러 픽셀(135)이 동시에 활성화된다. 미리선택된 시간 기간 후에, 상기 라인은 활성해제되며, 컬러 픽셀의 그 다음 라인이 선택된다.

도 2는 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스에 사용하기에 적합한 캐소드 수단(220)의 횡단면을 보다 상세하게 도시하는 도면이다.

캐소드 수단(220)은 제 1 표면(202) 상에 증착된 캐소드 전극(222)과, 이 캐소드 전극(222) 상에 증착된 전계 방출기 물질(224)을 포함한다. 따라서 이 디스플레이 디바이스는 전계 방출 디스플레이(FED)이다. 이 전계 방출기를 적용하는 잇점은 이들이 비교적 저렴하고 비교적 낮은 구동 전압으로도 전자를 방출할 수 있다는 것이다.

이 전계 방출기 물질(224)은 저항 층(226) 내의 홀(225)에 제공되며, 이 저항 층은 게이트 전극(228)으로 덮혀 있다. 이 도 2에서, 나타나는 전계 방출기 물질(224)은 마이크로팁 방출기(microtip emitter)로 구성되어 있지만, 탄소 나노튜브나 흑연 방출 입자와 같은 임의의 다른 전계 방출기 물질도 대신 사용될 수 있다.

캐소드 전극(222)과 게이트 전극(228) 사이에 전압 차를 인가하는 것에 의해 전계 방출기 물질(224)은 전자를 방출하도록 활성화된다. 이 전압 차는 비교적 낮을 수 있으며 예를 들어, 100볼트의 전압 차만으로도 20마이크로암페어의 빔 전류를 갖는 전자빔(EB)을 충분히 획득할 수 있다.

디스플레이 디바이스의 제 2 바람직한 실시예에서, 디스플레이 스크린(330)의 화상 요소(332)의 2x2 블록은 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 서브어레이(타일)(335)를 구성한다. 이 화상 요소(332)는, 하나의 컬러 발광 물질을 포함하거나 또는 다른 컬러의 여러 서브픽셀을 포함하여, 컬러 픽셀을 형성할 수 있다. 각 화상 요소(332)의 크기는 예를 들어 300x300마이크로미터이며 인접한 화상 요소는 블랙 매트릭스 물질(334)로 채워져 있는 100마이크로미터의 공간에 의하여 분리되어 있다. 이 물질은 전자빔(EB)이 칠 때에도 실질적으로 광을 방출하지 않는다. 이에 따라, 이 타일(335)의 크기는 800x800 마이크로미터이다.

타일(335) 내의 화상 요소(332) 각각은 전자 집중기(315)로부터 방출된 전자빔(EB)에 의하여 어드레스지정가능하다. 이 전자빔(EB)은 그리하여 거의 800마이크로미터에 걸쳐 편향가능하다. 기판과 디스플레이 스크린 사이의 거리는 이 실시예에서 예를 들어 5 밀리미터로 증가되며, 이것은 요구되는 편향 전압이 너무 높아지는 것을 방지한다. 예를 들어, 10KV의 애노드 전압은 이제 250V의 최대 편향 전압으로 된다.

타일(335)이 2방향으로 연장하므로, 전자빔(EB)도 또한 두 방향으로 편향가능하여야 한다. 이 때문에, 세그먼트로 형성된 외부 전극(340)은 홉 전극(312)과 동심원으로 배열된다. 이 외부 전극(340)은 이제 4개의 세그먼트(340a, b, c, d)를 포함하며, 각 세그먼트는 홉 전극(312) 둘레에 약 90도 각도로 연장한다. 행 방향으로 보았을 때 홉 전극(312)의 대향하는 측면 상에 배열된 2개의 세그먼트(340a, b)는 상기 행 방향으로 전자빔(EB)을 편향시키기 위해 제 1 편향 전압(Vd1)을 수신한다. 열 방향으로 보았을 때 홉 전극(312)의 대향하는 측면 상에 배열된 2개의 다른 세그먼트(340c, d)는 상기 열 방향으로 전자빔(EB)을 편향시키기 위해 제 2 편향 전압(Vd2)을 수신한다.

픽셀(332)이 컬러 픽셀인 경우, 컬러 선택 전압(Vc)은 각 컬러 픽셀(332) 내에 있는 개별적인 서브픽셀을 어드레스지정하기 위해 제 1 편향 전압(Vd1)이나 제 2 편향 전압(Vd2)에 중첩될 수 있다.

대안적으로, 이 타일은 3x3 또는 4x4와 같은 더 많은 수의 화상 요소를 포함할 수 있다. 이 전자빔은 비교적 먼 거리에 걸쳐 편향된다. 허용가능한 레벨로 편향 전압을 유지하기 위해, 기판과 디스플레이 스크린 사이의 거리는 더 증가되어야 하거나 및/또는 애노드 전압은 더 커져야 한다. 예를 들어, 4x4 타일의 픽셀을 사용할 때 요구되는 편향 전압을 약 200V로 제한하기 위하여 거리는 8밀리미터로 증가될 수 있으며 애노드 전압은 20KV로 증가될 수 있다.

예를 들어, 홉 전압은 500볼트로 고정된다. 외부 전극의 세그먼트(340a, b, c, d)는 고정된 전압(Vf), 예를 들어 400볼트를 수신하며, 이 전압에 편향 전압(Vd1, Vd2)이 중첩된다.

대안적으로, 2개의 별개의 고정 전압(Vf1, Vf2)을 인가하는 것도 가능하다. 예를 들어, 세그먼트(340a, b)는 제 1 편향 전압(Vd1)이 중첩된 제 1 고정 전압(Vf1)을 수신하며, 세그먼트(340c, d)는 제 2 편향 전압(Vd2)이 중첩된 제 2 고정 전압(Vf2)을 수신한다. 이 방식으로, 전자빔(EB)이 전자 집중기(315)를 떠날 때 전자빔(EB)의 형상을 적응시키는 것이 가능하다. 이것은, 전자빔(EB)이 비교적 큰 각도로 편향되어 그 결과 비교적 큰 각도로 디스플레이 스크린(330)에 안착하는 경우에 유리하다. 이 경우에, 스크린 상의 전자빔(EB)의 스폿이 변형된다. 이 변형은 이 실시예에서 보상될 수 있다.

동작 동안, 제 2 바람직한 실시예에서, 제 1 및 제 2 편향 전압(Vd1, Vd2)은 항상 제로(0)가 아니다. 그러므로, 전자집중기(315)를 떠날 때 전자빔(EB)은 항상 편향된다. 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 전자빔(EB)이 편향되어 주축(419)에 대해 미리 선택된 각도로 전자 집중기(415)를 떠나는 경우에 기판(410)과 디스플레이 스크린(430) 사이에 잔류 기체로부터 생성된 양 이온(X⁺)은 전자 집중기(415)에 도달하지 못한다. 오히려, 이들 양 이온은 기판(410)의 스크린과 마주하는 표면(414) 상에 안착한다.

이것은 잇점이다. 양 이온(X⁺)이 전자 집중기(415)에 도달할 수 있는 경우, 이들 양 이온은 그 내부벽, 그 출사 개구 또는 그 출사 개구 인근에 있는 홉 전극 상의 코팅을 손상시킬 수 있다.

그 결과, 전자 집중기(415)의 동작이 저하되며, 디스플레이 디바이스의 수명이 저감된다. 제 2 바람직한 실시예에서, 전자 집중기(415)에 도달하는 양 이온의 양은 저감되므로, 전자 집중기(415)에 가해지는 이온 손상이 최소화된다.

본 도면은 개략적인 것이며 축척에 맞게 그려지지 않았다. 본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 서술되었지만, 본 발명은 이 바람직한 실시예로 제한되는 것으로 해석되어서는 아니된다는 것을 이해하여야 할 것이다. 오히려, 본 발명은 첨부된 청구항의 범위 내에서 이 기술 분야에 숙련된 자라면 수행할 수 있는 모든 변형을 포함하는 것이다.

본 발명의 잇점이 본 특허 출원서에 개시된 바와 같이 전계 방출 디스플레이에서 가장 두드러짐에도 불구하고, 전자빔의 생성 및 전달에 의존하는 다른 타입의 평면 디스플레이에도 본 발명을 적용하여 잇점을 또한 얻을 수 있을 것이다.

요약하면, 본 발명은 이미지 정보를 디스플레이하기 위한 화상 요소의 제 1 어레이와 전자를 방출하기 위한 캐소드 수단을 포함하는 디스플레이 스크린을 구비하는 디스플레이 디바이스에 관한 것이다. 이 화상 요소는 서브어레이로 서로 그룹지어진다. 방출된 전자는 전자 집중기에 의해 수집되며 이 전자 집중기는 이 전자를 균일한 전자빔(EB)으로 재분포시킨다. 하나의 전자 집중기는 화상 요소의 각 서브어레이에 대해 존재하며 디스플레이 디바이스는 전자 집중기를 떠나는 전자빔을 그 대응하는 서브어레이의 임의의 화상 요소로 편향시키기 위한 선택 수단을 구비한다. 그 결과 디스플레이된 이미지는 비교적 높은 해상도를 가질 수 있다. 바람직한 실시예에서, 이미지의 브라이트니스는 특히 높으며 디스플레이된 이미지에 걸친 브라이트니스 균일성의 변동은 저감된다.

전술된 바와 같이, 본 발명은 디스플레이 디바이스에 이용가능하다.

Claims (8)

1. 디스플레이 디바이스로서,

   - 이미지 정보를 디스플레이 하기 위해 화상 요소(135)의 제 1 어레이를 포함하는 디스플레이 스크린(130)과,

   - 전자를 방출하기 위한 캐소드 수단(120)과,

   - 상기 전자를 수집하기 위해 상기 디스플레이 스크린(130)의 화상 요소(135) 상에 도달하도록 전자빔(EB)을 방출하는 출사 개구(117)를 각각 구비하는 다수의 전자 집중기(electron concentrator)(115)

   를 포함하는, 디스플레이 디바이스에 있어서,

   - 상기 제 1 어레이는 미리 결정된 수의 서브어레이(132)를 포함하며, 상기 서브어레이(132)는 적어도 2개의 화상 요소(135)를 포함하며,

   - 하나의 전자 집중기(115)는 하나의 서브어레이(132)와 연관되어, 상기 전자 집중기(115)의 수가 상기 서브어레이(132)의 수와 일치하며,

   - 상기 디스플레이 디바이스는 상기 서브어레이(132) 내에 있는 상기 화상 요소(135) 중 하나로 상기 전자빔(EB)을 편향시키기 위한 선택 수단(140)을 포함하는

   것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전자 집중기(115)는 상기 선택 수단(140)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 전자 집중기(115)는, 제 2 차 방출 물질을 구비하며 상기 출사 개구(117)보다 더 큰 입구(116)와, 상기 전자를 상기 출사 개구(117)로 홉 전달(hopping transport)을 가능하게 하기 위해 상기 출사 개구(117)에 근접하여 배열된 홉 전극(hop electrode)(112)을 가지고 있는 전자 빔 가이드 공동을 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스.
4. 제 4 항에 있어서, 상기 입구(116)의 표면 영역과 상기 출사 개구(117)의 표면 영역 사이의 비는 적어도 10:1인 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스.
5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 선택 수단(140)은 상기 홉 전극(112)의 거의 외부에 배열된 외부 전극(140)을 포함하며, 상기 외부 전극(140)은 상기 출사 개구(117)의 대향하는 측면 상에 적어도 2개의 세그먼트를 구비하며, 상기 세그먼트 사이에는 상기 전자 빔(EB)을 편향시키기 위한 편향 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 서브어레이는 짝수의 화상 요소를 포함하며, 상기 서브어레이의 중심은 상기 전자 빔 가이드 공동의 주축(main axis)과 정렬되는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 서브어레이는 상기 디스플레이 스크린(130)의 포스퍼 삼원색 컬러에 대응하는 3개의 화상 요소(132R, G, B)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 캐소드 수단(120)은 전계 방출기(field emitter)(224)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스.