KR20070042024A - 전자방출 표시소자 및 그의 구동방법 - Google Patents

전자방출 표시소자 및 그의 구동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 입력되는 영상신호에 대응하여 방전펄스의 폭과 크기를 조절하여 스페이서에 축전되는 전하를 빠르게 제거하도록 하는 전자방출표시소자 및 그의 구동방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 애노드 전압을 전달받는 상부기판과 상기 상부기판에 전자를 방출하는 하부기판을 포함하며 상기 상부기판과 상기 하부기판은 스페이서에 의해 이격되어 있는 화소부, 소정의 구간동안 입력되는 영상신호의 합을 이용하여 상기 화소부의 휘도를 파악하는 휘도레벨검출부, 표시구간과 비표시구간을 갖는 상기 애노드 전압을 생성하는 애노드 전압 생성부 및 상기 휘도레벨검출부에서 검출된 상기 화소부의 휘도에 대응하여 상기 비표시구간의 크기를 조절하는 펄스조절부를 포함하는 전자방출표시소자를 제공하는 것이다.

Description

전자방출 표시소자 및 그의 구동방법{Electron Emission Display Device and driving method thereof}
도 1은 일반적인 전자방출표시소자에서 채용된 화소부를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 화소부의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전자방출표시소자의 구조를 나타내는 구조도이다.
도 4는 도 3의 전자방출표시소자에서 채용된 펄스조절부의 구조를 나타내는 구조도이다.
도 5는 애노드 전압의 타이밍을 나타내는 타이밍도이다.
***도면의 주요부분에 대한 부호설명***
100: 화소부 101: 화소
141: 전자방출부 180: 스페이서
200: 데이터구동부 300: 주사구동부
400: 휘도레벨검출부 500: 방전신호발생부
510: 펄스조절부 520: 애노드 전압생성부
본 발명은 전자방출 표시소자 및 그의 구동방법에 관한 것으로, 더욱 상세히 설명하면, 스페이서에 축적된 전하를 제거하여 축적된 전하에 의해 발생하는 노이즈의 발생을 억제하도록 하는 전자방출표시소자 및 그의 구동방법에 관한 것이다.
퍼스널 컴퓨터, 휴대전화기, PDA 등의 휴대 정보단말기 등의 표시장치나 각종 정보기기의 모니터로서 박형 경량의 평판 표시장치가 이용되고 있다. 이러한 평판 표시장치에는 액정 패널을 이용한 LCD, 유기발광 소자를 이용한 유기발광 표시장치, 플라즈마 패널을 이용한 PDP, 전자방출소자를 이용한 전자방출표시소자 등이 알려져 있다.
평판 표시 소자는 구조적으로 액티브 매트릭스(Active Matrix)와 패시브 매트릭스(Passive Matrix)로 구분하는 방식과 발광 원리 측면에서 메모리 구동 방식과 비메모리 구동 방식으로 구분할 수 있다. 일반적으로 액티브 매트릭스 방식은 메모리 구동 방식과 의미가 통하며 패시브 매트릭스 방식은 비메모리 구동 방식과 의미가 통한다고 할 수 있다. 액티브 매트릭스방식과 메모리 구동 방식은 프레임 단위의 주기로 발광 하는 방식이고, 패시브 매트릭스 방식과 비메모리 구동방식은 라인(Line) 단위의 주기로 발광하는 방식이다.
현재 상용화되고 있는 중대형 평판 디스플레이에 대해서 살펴보면 TFT-LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display)는 액티브 매트릭스 방식이고, 신규 표시 소자로 개발되어 지고 있는 OLED도 역시 액티브 방식이다. 반면에 신규 디스플레이 소자로서 전자방출표시소자(Electron Emission Display)는 패시브 매트릭스 방식으로서 타 평판소자와 달리 비메모리 구동 방식으로서 수평라인을 순차적으로 선택하면서 수평라인 중 선택된 라인이 선택되었을 때에만 발광하는 라인 스캔 방식을 적용한다. 즉, 일정한 듀티비(Duty ratio)를 가지고 구동하는 방식이다.
일반적으로, 전자방출소자(Electron Emission Device)는 전자원으로 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 이용하는 방식이 있다. 냉음극을 이용하는 방식의 전자방출소자로는 FEA(Field Emitter Array)형, SCE(Surface Conduction Emitter)형, MIM(Metal-Insulator-Metal)형 및 MIS(Metal-Insulator-Semiconductor)형, BSE(Ballistic electron Surface Emitting)형 등이 알려져 있다.
FEA 형 전자 방출소자는 일 함수(Work Function)가 낮거나 β Function이 높은 물질을 전자 방출원으로 사용하여 진공 중에서 전계차에 의하여 전자가 방출되는 원리를 이용한 것으로 선단이 뾰족한 팁 구조물이나 탄소계 물질 또는 나노물질을 전자 방출원을 적용한 소자가 개발되고 있다.
SCE 형 전자 방출소자는 기판 상에 서로 마주보며 배치된 2개의 전극 사이에 도전 박막을 제공하고 상기 도전 박막에 미세 균열을 제공함으로써 전자 방출부를 형성한 소자이다. 상기 소자는 전극에 전압을 인가하여 도전 박막 표면으로 전류를 흘려 상기 미세 갭인 전자 방출부로부터 전자가 방출되는 원리를 이용한다.
MIM 형과 MIS형 전자방출소자는 각각 금속-유전층-금속(MIM)과 금속-유전층-반도체 구조로 이루어진 전자 방출부를 형성하고, 유전층을 사이에 두고 위치하는 두 금속 또는 금속과 반도체 사이에 전압을 인가할 때 높은 전자 전위를 갖는 금속 또는 반도체로부터 낮은 전자 전위를 갖는 금속쪽으로 전자가 이동 및 가속되면서 방출되는 원리를 이용한 소자이다.
BSE 형 전자 방출소자는 반도체의 사이즈를 반도체 중의 전자의 평균자유행정 보다 작은 치수 영역까지 축소하면 전자가 산란하지 않고 주행하는 원리를 이용하여 오믹 전극 상에 금속 또는 반도체로 이루어지는 전자공급층을 형성하고, 전자공급층위에 절연층과 금속박막을 형성하여 오믹전극과 금속박막에 전원을 인가하는 것에 의하여 전자가 방출되도록 한 소자이다.
이와 같은 전자 방출 소자는 CRT(Cathode-Ray Tube)와 마찬가지로 캐소드 전극선 발광에 의해 동작한다는 점(자체광원, 높은효율, 높은 휘도와 넓은 휘도영역, 천역색 및 높은 색순도, 넓은 시야각), 동작속도, 동작 온도 영역이 넓다는 점등의 장점으로 인하여 다양한 분야에서 활용가능하며, 최근까지 활발한 연구가 이루어지고 있다.
도 1은 일반적인 전자방출표시소자에서 채용된 화소부를 나타내는 사시도이고, 도 2는 화소부의 단면을 나타내는 단면도이다. 도 1 및 도 2을 참조하여 설명하면, 전자방출표시소자는 하부기판(110), 상부기판(190) 및 스페이서(180)를 포함하며, 하부기판(110) 상에 캐소드 전극(120), 절연층(130), 전자방출부(140), 게이트 전극(150)이 형성되며, 상부기판(190)은 전면기판, 애노드 전극 및 형광막이 형성된다.
하부기판(110)상에 스트라이프 형태로 적어도 하나 이상의 캐소드 전극(120) 이 형성되며 캐소드 전극(120)의 상부에 캐소드 전극(120)의 일부가 노출되도록 하는 복수의 제 1 홈(131)이 형성되어 있는 절연층(130)이 형성된다. 그리고, 절연층(130) 상부에 게이트 전극(150)이 형성된다. 게이트 전극(150)에는 일정한 크기의 복수의 제 2 홈(151)이 형성되며 제 2 홈(151)은 제 1 홈(131)의 상부에 형성된다. 그리고, 캐소드 전극(120)의 상부에 제 1 홈(131)과 제 2 홈(151)이 일치하는 영역에 전자방출부(140)가 위치한다.
하부기판(110)은 유리 또는 실리콘 기판을 사용하며, 전자방출부(140)는 페이스트를 이용하여 후면 노광에 의해 이를 형성하는 경우에는 유리 기판과 같은 투명 기판이 바람직하다.
캐소드 전극(120)은 데이터 구동부(미도시) 또는 주사 구동부(미도시)로부터 인가되는 각각의 데이터 신호 또는 주사 신호를 전자방출부(140)로 공급한다. 캐소드전극(120)은 ITO(Indium Tin Oxide)가 사용된다.
절연층(130)은 하부기판(110)과 캐소드전극(120) 상부에 형성되며, 캐소드전극(120)과 게이트전극(150)을 전기적으로 절연한다.
게이트전극(150)은 절연층(130) 상에 소정의 형상으로, 예컨대 스트라이프 상으로 캐소드전극(120)과 교차하는 방향으로 배치되며, 데이터구동부(200) 또는 주사구동부(300)로부터 인가되는 각각의 데이터 신호 또는 주사 신호를 각 화소로 공급한다. 게이트전극(150)은 전도성이 양호한 금속, 예컨대 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 크롬(Cr) 및 이들의 합금 중에서 선택된 적어도 하나의 도전성 금속 재료로 이루어진다.
전자방출부(140)는 절연층(130)의 제 1 개구부(131)에 의해 노출된 캐소드전극(120) 상에 전기적으로 접속되어 각각 위치하며, 전계가 가해지면 전자를 방출하는 물질들, 가령 카본계 물질 또는 나노미터(nm) 사이즈 물질, 카본 나노튜브, 그라파이트(graphite), 그라파이트 나노파이버, 다이아몬드상 카본, C60, 실리콘 나노와이어 및 이들의 조합 물질이 바람직하다.
상부기판(190)는 형광막을 구비하여 전자가 형광막에 충돌하면 빛을 발광하도록 하며 고전압이 인가되는 애노드 전극을 구비하여 전자방출부에서 방출된 전자가 상부기판에 충돌할 수 있도록 한다.
스페이서(180)는 하부기판(110)과 상부기판(190) 사이에 일정한 거리를 유지하도록 한다.
상기와 같이 구성된 전자방출표시소자는 상부기판과 하부기판 사이의 이격거리가 짧기때문에 고전압에 의한 높은 전계가 발생하게 된다. 그리고, 스페이서에 전하축적이 발생하여 오발광이나 지속적인 이상발광현상이 발생하게 되는 문제점이 있다. 즉, 전자방출부에 의해 전자가 방출되면 방출된 전자가 형광체를 여기시키는 것과 동시에 스페이서와 충돌하여 이차전자를 방출시키게 되므로, 스페이서에 의해 이상발광이 바랭하게 되거나 스페이서에 의한 빔의 왜곡이 발생하게 되며 심한 경우에는 전원이 차단된 상태에서도 스페이서에 의한 노이즈가 발생하게 된다.
따라서, 본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 입력되는 영상신호에 대응하여 방전펄스의 폭과 크기를 조절하여 스페이서에 축전되는 전하를 빠르게 제거하도록 하는 전자방출표시소자 및 그의 구동방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 제 1 측면은, 애노드 전압을 전달받는 상부기판과 상기 상부기판에 전자를 방출하는 하부기판을 포함하며 상기 상부기판과 상기 하부기판은 스페이서에 의해 이격되어 있는 화소부, 소정의 구간동안 입력되는 영상신호의 합을 이용하여 상기 화소부의 휘도를 파악하는 휘도레벨검출부, 표시구간과 비표시구간을 갖는 상기 애노드 전압을 생성하는 애노드 전압 생성부 및 상기 휘도레벨검출부에서 검출된 상기 화소부의 휘도에 대응하여 상기 비표시구간의 크기를 조절하는 펄스조절부를 포함하는 전자방출표시소자를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 제 2 측면은 애노드 전압을 전달받는 상부기판과 상기 상부기판에 전자를 방출하는 하부기판을 포함하며 상기 상부기판과 상기 하부기판은 스페이서에 의해 이격되어 있는 화소부, 소정의 구간동안 입력되는 영상신호의 합을 이용하여 상기 화소부의 휘도를 파악하는 휘도레벨검출부 및 상기 휘도레벨검출부에 의해 파악된 상기 화소부의 휘도에 대응하여 주기적으로 방전신호를 전달하는 방전신호 전달부를 포함하는 전자방출표시소자.
본 발명에 따른 제 3 측면은 애노드 전극을 포함하는 상부기판과 상기 상부기판에 전자를 방출하는 하부기판을 포함하며 상기 상부기판과 상기 하부기판은 스페이서에 의해 이격되어 있는 화소부를 포함하는 전자방출표시소자의 구동방법에 있어서, 소정의 시간 동안 상기 스페이서에 축적된 전하량을 파악하는 단계 및 상기 축적된 전하량에 대응하여 상기 축적된 전하를 제거하는 펄스를 인가하는 단계를 포함하는 전자방출표시소자의 구동방법을 제공하는 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 전자방출표시소자의 구조를 나타내는 구조도이다. 도 3을 참조하여 설명하면, 화소부(100), 데이터구동부(200), 주사구동부(300), 휘도레벨검출부(400), 방전신호발생부(500)를 포함한다.
화소부(100)는 복수의 캐소드 전극(C1,C2....Cn)이 열 방향으로 배열되고 복수의 게이트전극(G1,G2....Gn)이 행 방향으로 배열되며 캐소드 전극(C1,C2....Cn)과 게이트전극(G1,G2....Gn)이 교차하는 부분마다에 전자방출부(141)가 마련되어 화소(101)를 형성한다. 또한, 게이트전극(G1,G2....Gn)이 열 방향으로 배열되고 캐소드 전극(C1,C2....Cn)이 행 방향으로 배열될 수 있다. 이하에서는, 캐소드 전극(C1,C2....Cn)은 열 방향으로 배열되고 게이트전극(G1,G2....Gn)은 행 방향으로 배열되어 있는 것으로 가정을 하여 설명한다.
데이터구동부(200)는 영상신호를 이용하여 데이터신호를 생성하며, 캐소드 전극(C1,C2....Cn)과 연결되어 데이터신호를 캐소드 전극(C1,C2....Cn)에 전달한 다. 데이터구동부(200)는 선택된 캐소드 전극(C1,C2....Cn)과 게이트 전극(G1,G2....Gn)이 교차하는 부분에 형성된 화소(101)는 데이터신호에 의해 발광시간이 결정된다.
주사구동부(300)는 게이트 전극(G1,G2....Gn)과 연결되어 행방향으로 배열되어 있는 복수의 게이트 전극 중 하나의 게이트 전극(G1,G2....Gn)을 선택하여 게이트 전극(G1,G2....Gn)에 연결되어 있는 화소(101)에 주사신호가 전달되도록 한다.
휘도레벨검출부(400)는 프레임 단위로 화소부(100)의 휘도를 파악하는 수단으로, 한 프레임의 시간동안 입력되는 영상신호의 합을 구한 후 영상신호의 합의 크기에 따라 한 프레임의 휘도를 파악한다. 고계조의 영상신호는 영상신호의 크기가 크고 저계조의 영상신호는 데이터신호의 크기가 작기 때문에 영상신호의 합이 크면 화소부의 휘도가 높은 것으로 판단하고 영상신호의 합이 작으면 화소부(100)의 휘도가 작은 것으로 판단한다. 그리고, 화소부(100)의 휘도가 높은 경우와 휘도가 낮은 경우 스페이서에 다른 양의 전하가 축적되게 된다.
전압발생부(500)는 일정한 주기로 방전신호를 전달하여 스페이서에 축적된 전하를 제거하는 수단으로, 펄스조절부(510)와 애노드 전압생성부(520)을 포함한다.
펄스조절부(510)는 스페이서에 축적되어 있는 전하를 방출하도록 하는 펄스의 진폭과 펄스의 유지시간을 조절한다. 스페이서에는 휘도에 따라 전하의 양이 달리 축적되어 일정한 신호를 통해 전하를 제거하게 되면 전하가 제거가 되지 않게 되는 문제점이 있다. 따라서, 휘도레벨검출부(400)에서 검출된 영상신호의 합에 대응하여 스페이서에 축적되어 있는 전하를 제거하도록 하는 펄스의 폭을 결정한다.
애노드 전압생성부(520)는 펄스조절부(510)에서 조절된 펄스폭에 따라 애노즈 전압을 생성한다. 애노드 전압은 화상을 표현하는 표시구간과 화상을 표시하지 않는 비표시구간으로 구분되어 전압이 결정되며 비표시구간의 펄스가 방전신호가 된다. 그리고, 휘도의 변화에 따라 축적된 양이 다른 스페이서에 축적되어 있는 전하를 비표시구간의 펄스의 진폭과 펄스의 유지시간을 전하의 축적된 양에 대응하여 제거하도록 한다.
도 4는 도 3의 전자방출표시소자에서 채용된 펄스조절부의 구조를 나타내는 구조도이다. 도 4를 참조하여 설명하면, 펄스조절부(510)는 룩업테이블(511) 및 전압조절부(512)를 포함한다.
룩업테이블(511)은 휘도레벨검출부(400)에서 검출된 한 프레임의 구간동안의 화소부(100)의 휘도레벨에 대응하여 펄스의 진폭 또는 펄스의 유지시간을 지정하여 저장한다.
전압조절부(512)는 휘도레벨검출부(400)를 통해 입력받은 휘도레벨을 이용하여 룩업테이블(511)에 저장되어 있는 펄스의 진폭 또는 펄스의 유지시간을 파악하며 펄스의 진폭 또는 펄스의 유지시간에 대응하여 애노드 전압의 비표시구간의 펄스의 진폭과 펄스의 유지시간을 결정한다. 본 발명에서는 룩업테이블(511)에 있는 정보에 따라 동기(sync)신호를 직접 생성하여 비표시구간의 신호가 발생할 수 있도 록 하며, 비표시기간의 진폭을 결정하기 위해 오프셋(offset)전압을 결정하여 펄스의 진폭을 결정할 수 있다.
도 5는 애노드 전압의 타이밍을 나타내는 타이밍도이다. 도 5를 참조하여 설명하면, 애노드 전압은 표시구간과 비표시구간을 구비하며 싱크신호에 동기하여 비표시구간이 표시된다. 그리고, 비표시구간이 표시구간 전과 후에 나타나게 되어 한 프레임이 표시가 된 후에 애노드 전압에 의해 스페이서에 축적된 전하가 제거되고 표시구간에서 다시 화상을 표현하게 된다. 그리고, 비표시구간은 동기신호와 동기하여 나타나며 진폭은 오프셋 전압의 크기에 따라 조절되게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 기술되어 왔지만, 그러한 기술은 단지 설명을 하기 위한 것이며, 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것으로 이해되어져야 한다.
본 발명에 따른 전자방출 표시소자 및 그의 구동방법에 의하면, 일정한 주기로 스페이서에 축적된 전하를 제거하는 신호를 전달하여 노이즈 발생이나 고전압에 의한 아킹 발생을 방지할 수 있어 제품의 신뢰성 및 품질의 개선을 가져올 수 있다. 또한, 스페이서에 축적된 전하에 대응하여 축적된 전하를 제거하는 신호의 크 기를 달리 하여 스페이서에 축적된 전하를 더 효율적으로 제거할 수 있도록 한다.

Claims (11)

  1. 애노드 전압을 전달받는 상부기판과 상기 상부기판에 전자를 방출하는 하부기판을 포함하며 상기 상부기판과 상기 하부기판은 스페이서에 의해 이격되어 있는 화소부;
    소정의 구간동안 입력되는 영상신호의 합을 이용하여 상기 화소부의 휘도를 파악하는 휘도레벨검출부;
    표시구간과 비표시구간을 갖는 상기 애노드 전압을 생성하는 애노드 전압 생성부; 및
    상기 휘도레벨검출부에서 검출된 상기 화소부의 휘도에 대응하여 상기 비표시구간의 크기를 조절하는 펄스조절부를 포함하는 전자방출표시소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 비표시구간의 크기는 상기 애노드 전압의 펄스 폭과 진폭에 따라 결정되는 전자방출표시소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 소정의 구간은 한 프레임의 구간인 전자방출 표시소자.
  4. 애노드 전압을 전달받는 상부기판과 상기 상부기판에 전자를 방출하는 하부기판을 포함하며 상기 상부기판과 상기 하부기판은 스페이서에 의해 이격되어 있는 화소부;
    소정의 구간동안 입력되는 영상신호의 합을 이용하여 상기 화소부의 휘도를 파악하는 휘도레벨검출부; 및
    상기 휘도레벨검출부에 의해 파악된 상기 화소부의 휘도에 대응하여 주기적으로 방전신호를 전달하는 방전신호 전달부를 포함하는 전자방출표시소자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 방전신호전달부는
    표시구간과 비표시구간을 갖는 상기 애노드 전압을 생성하며 상기 비표시구간에 상기 방전신호를 전달하는 애노드 전압 생성부; 및
    상기 휘도레벨검출부에서 검출된 상기 화소부의 휘도에 대응하여 상기 비표시구간의 크기를 조절하는 펄스조절부를 포함하는 전자방출표시소자.
  6. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 펄스조절부는
    상기 휘도에 대응하여 상기 비표시구간의 크기가 대응되어 저장되어 있는 룩업테이블; 및
    상기 룩업테이블에 저장되어 있는 비표시구간의 크기에 대응한 상기 애노드 전압을 생성하는 전압조절부를 포함하는 전자방출표시소자.
  7. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 하부기판은 데이터신호를 전달받는 제 1 전극과 주사신호를 전달받는 제 2 전극을 구비하여 상기 데이터신호와 상기 주사신호에 대응하여 상기 전자를 상기 상부기판에 전달하는 전자방출표시소자.
  8. 애노드 전극을 포함하는 상부기판과 상기 상부기판에 전자를 방출하는 하부기판을 포함하며 상기 상부기판과 상기 하부기판은 스페이서에 의해 이격되어 있는 화소부를 포함하는 전자방출표시소자의 구동방법에 있어서,
    소정의 구간에 입력되는 영상신호의 크기를 합산하는 단계;
    상기 영상신호의 크기에 대응하여 펄스의 크기가 결정되는 단계; 및
    상기 펄스에 의해 스페이서에 축적된 전하를 제거하는 단계를 포함하는 전자방출표시소자의 구동방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 펄스는 상기 화소부에서 화상을 표시하지 않는 구간에 인가되는 전자방출표시소자의 구동방법.
  10. 애노드 전극을 포함하는 상부기판과 상기 상부기판에 전자를 방출하는 하부기판을 포함하며 상기 상부기판과 상기 하부기판은 스페이서에 의해 이격되어 있는 화소부를 포함하는 전자방출표시소자의 구동방법에 있어서,
    소정의 시간 동안 상기 스페이서에 축적된 전하량을 파악하는 단계; 및
    상기 축적된 전하량에 대응하여 상기 축적된 전하를 제거하는 펄스를 인가하는 단계를 포함하는 전자방출표시소자의 구동방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 축적된 전하량은 소정의 구간동안 상기 화소부에 전달되는 영상신호의 합을 이용하여 파악하는 전자방출표시소자의 구동방법.
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