KR20090042443A

KR20090042443A - 전계방출장치

Info

Publication number: KR20090042443A
Application number: KR1020070108206A
Authority: KR
Inventors: 김광복; 양동욱
Original assignee: 금호전기주식회사
Priority date: 2007-10-26
Filing date: 2007-10-26
Publication date: 2009-04-30
Also published as: EP2225751B1; JP5010685B2; JP2010503188A; EP2225751A4; TW200919524A; WO2009054557A1; US7956545B2; TWI366211B; EP2225751A1; KR100901473B1; US20100194295A1

Abstract

본 발명은 전계방출장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 게이트 전극에 전압이 인가되는 시간 및 게이트 전극에 인가되는 전압의 형태에 대응되도록 애노드 전극에 AC 전압을 인가함으로써, 게이트 전극에 전압이 인가되지 않는 유휴시간 동안에는 애노드 전극에 불필요한 전압이 인가되는 것을 방지하여 구동 전력을 감소시키고, 애노드 전극에 인가되는 불필요한 고전압에 의하여 전자가 방출되는 것을 방지하여 발광효율을 증가시키고, 애노드 전극에 불필요한 고전압이 인가되는 시간을 단축시켜 전계방출장치의 수명을 연장시킬 수 있도록 하기 위한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 소정 간격 이격되어 상호 대향하도록 배치된 전면기판 및 배면기판; 상기 배면기판상에 형성된 적어도 하나 이상의 캐소드 전극; 상기 캐소드 전극과 이격되도록 형성되며, 절연체에 의하여 상기 배면기판과 절연되도록 형성된 적어도 하나 이상의 게이트 전극; 상기 캐소드 전극의 상면에 형성된 에미터; 상기 배면기판측을 향하도록 상기 전면기판상에 형성된 애노드 전극; 상기 애노드 전극상에 도포된 형광체층; 상기 애노드 전극에 AC전압을 인가하는 제1 전압인가수단; 및 상기 게이트 전극에 AC전압을 인가하는 제2 전압인가수단;을 포함하되, 상기 애노드 전극과 상기 게이트 전극에 인가되는 AC 전압은 동기화 되어있는 것을 특징으로 한다.

평판 디스플레이, 전계방출, 구형파, 사인파

Description

전계방출장치{Field emission device}

최근 기존의 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체할 수 있는 가볍고 얇은 평판 디스플레이 장치로서 전계방출(field emission)을 이용한 박막 디스플레이 장치에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있다.

전계방출장치에는 2극 구조와 3극 구조가 있는데, 2극 구조는 제조가 용이하며 발광명적을 크게 할 수 있는 이점이 있지만 높은 구동전압이 요구되며 발광효율 이 낮은 문제가 있어 최근에는 주로 3극 구조가 사용되고 있다.

3극 구조에서는 전계방출물질로부터 전자를 용이하게 뽑아낼 수 있도록 하기 위하여 게이트 전극이라는 보조전극을 캐소드 전극과 수십 나노미터(nm)에서 수 센티미터(cm)까지 이격하여 형성하게 된다.

도 1은 종래의 3극 구조를 갖는 전계방출장치의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 배면기판(1)의 표면에 캐소드 전극(2)이 형성되어 있으며, 캐소드 전극(2)의 상면에는 탄소나노튜브로 이루어진 에미터(3)가 형성되어 있다. 게이트 전극(4)은 캐소드 전극(2)과 소정 간격 이격되어 있으며, 절연층(5)을 매개로 하여 배면기판(1)상에 형성되어 있다. 전면기판(6)은 배면기판(1)에 대향하도록 형성되어 있으며, 전면기판(6)에는 형광체층(7) 및 애노드 전극(8)이 형성되어 있다. 전계방출장치의 구동을 위한 애노드 전압과 게이트 전압은 각각 DC 인버터(9)와 AC 인버터(10)에 의하여 공급된다.

도 2는 종래의 3극 구조 전계방출장치에 있어서 애노드 전극(8)과 게이트 전극(4)에 인가되는 전압의 파형을 나타내고 있다. 게이트 전극(4)에 인가된 AC 전압에 의하여 에미터(3)에서 전자가 방출되며, 방출된 전자는 애노드 전극(8)에 인가된 높은 DC 전압에 의하여 가속되어 형광체(7)를 여기, 발광시키게 된다.

이때, 게이트 전극(4)에는 AC 전압이 인가됨에 비하여 애노드 전극(8)에는 높은 값의 DC 전압이 계속하여 가해지게 되므로 불필요한 전력의 소모가 있었고, 고전압의 장시간 인가에 의해 전계방출장치의 수명이 감소되는 문제점이 있었다. 나아가, 높은 애노드 전압에 의해 에미터(3)로부터 불필요한 전자가 방출되는 문제 점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 게이트 전극에 전압이 인가되는 시간 및 게이트 전극에 인가되는 전압의 형태에 대응되도록 애노드 전극에 AC 전압을 인가함으로써, 게이트 전극에 전압이 인가되지 않는 유휴시간 동안에는 애노드 전극에 불필요한 전압이 인가되는 것을 방지하여 구동 전력을 감소시키고, 애노드 전극에 인가되는 불필요한 고전압에 의하여 전자가 방출되는 것을 방지하여 발광효율을 증가시키고, 애노드 전극에 불필요한 고전압이 인가되는 시간을 단축시켜 전계방출장치의 수명을 연장시킬 수 있도록 하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전계방출장치는, 소정 간격 이격되어 상호 대향하도록 배치된 전면기판 및 배면기판; 상기 배면기판상에 형성된 적어도 하나 이상의 캐소드 전극; 상기 캐소드 전극과 이격되도록 형성되며, 절연체에 의하여 상기 배면기판과 절연되도록 형성된 적어도 하나 이상의 게이트 전극; 상기 캐소드 전극의 상면에 형성된 에미터; 상기 배면기판측을 향하도록 상기 전면기판상에 형성된 애노드 전극; 상기 애노드 전극상에 도포된 형광체층; 상기 애노드 전극에 AC전압을 인가하는 제1 전압인가수단; 및 상기 게이트 전극에 AC전압을 인가하는 제2 전압인가수단;을 포함하되, 상기 애노드 전극과 상기 게이트 전극에 인가되는 AC 전압은 동기화 되어있는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 전계방출장치는, 소정 간격 이격되어 상호 대향하도록 배치된 전면기판 및 배면기판; 상기 배면기판상에 형성된 적어도 한쌍 이상의 제1전극 및 제2전극; 상기 제1전극 및 상기 제2전극의 상면에 형성된 에미터; 상기 배면기판측을 향하도록 상기 전면기판상에 형성된 애노드 전극; 상기 애노드 전극상에 도포된 형광체층; 상기 애노드 전극에 AC전압을 인가하는 제1 전압인가수단; 및 상기 제1전극과 상기 제2전극에 교번적으로 AC전압을 인가하는 제2 전압인가수단;을 포함하되, 상기 제1전극과 상기 제2전극에 인가되는 AC 전압은 동조화 되어 있으며, 전압의 극성이 서로 반대인 것을 특징으로 한다.

상기 애노드 전극과 상기 상기 제1전극 및 상기 제2전극에 인가되는 AC 전압은 주파수 및 순환비가 동일한 구형파인 것이 바람직하다.

상기 애노드 전극과 상기 제1전극 및 상기 제2전극에 인가되는 AC 전압은 구형파이며, 상기 애노드 전극에 인가되는 AC 전압의 주파수는 상기 제1전극 및 상기 제2전극에 인가되는 AC 전압의 주파수의 2배일 수도 있다.

상기 에미터는 금속, 나노카본, 카바이드 및 나이트라이드화합물 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.

본 발명의 전계방출장치에 따르면, 게이트 전극에 전압이 인가되는 시간 및 게이트 전극에 인가되는 전압의 형태에 대응되도록 애노드 전극에 구형파 또는 사인파 형태의 AC 전압을 인가하게 되므로 게이트 전극에 전압이 인가되지 않는 유휴시간 동안에는 애노드 전극에 불필요한 전압이 인가되지 않게 되어 구동 전력을 감소시킬 수 있고, 애노드 전극에 인가되는 불필요한 고전압에 의하여 전자가 방출되는 것을 방지하게 되어 발광효율을 증가시킬 수 있으며, 애노드 전극에 불필요한 고전압이 인가되는 시간을 단축시켜 전계방출장치의 수명을 연장시킬 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 전계방출장치의 구성도로서, 게이트 전극(14)이 캐소는 전극(12)보다 높게 형성되어 있는 일반적인 탑 게이트(Normal top gate) 구조를 나타내고 있다.

도 3을 참조하면, 전면기판(16)과 배면기판(11)은 소정 간격 이격되어 상호 대향하도록 배치되어 있다. 전면기판(16)과 배면기판(11)은 절연성 기판으로서 유리, 알루미나, 석명, 실리콘 웨이퍼 등이 사용될 수 있으나 제작공정 및 대면적화를 고려하면 유리기판을 사용하는 것이 바람직하다.

배면기판(11)상에는 금속으로 이루어진 적어도 하나 이상의 캐소드 전극(12)이 형성되어 있으며, 캐소드 전극(12)은 스트라이프 형상을 갖는 것이 일반적이다.

캐소드 전극(12)의 상면에는 전자가 방출되는 에미터(13)가 형성된다. 에미터(13)는 금속, 나노카본, 카비이드, 나이트라이드화합물 중 어느 하나로 형성될 수 있다.

배면기판(11)상에는 캐소드 전극(12) 사이로 캐소드 전극(12)과는 이격되도록 적어도 하나 이상의 절연체(15)가 형성되어 있으며, 절연체(15)의 상면에는 게이트 전극(14)이 형성된다.

배면기판(11)과 대향하도록 배치된 전면기판(16)상에는 배면기판(11)을 향하도록 애노드 전극(18)이 형성되어 있는데, 애노드 전극(18)은 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명도전층으로 형성됨이 일반적이다.

애노드 전극(18)상에는 R, G, B 형광체가 일정 비율로 혼합된 형광체층(17)이 도포된다.

배면기판(11)과 전면기판(16) 사이에는 기판을 지지하며 진공기밀을 유지하기 위한 프릿 글래스(frit glass)(21)가 형성된다.

제1 전압인가수단(19)과 제2 전압인가수단(20)은 본 발명에 따른 전계방출장치의 구동을 위해 AC 전압을 공급하는 것으로서 통상의 AC 인버터 등이 사용될 수 있다. 제1 전압인가수단(19)은 애노드 전극(18)에 AC 전압을 인가하며, 제2 전압인가수단(20)은 게이트 전극(14)에 AC 전압을 인가한다.

이때, 본 발명에 따른 전계방출장치는 도 4에 도시한 바와 같이 절연체(15)의 두께를 조절하여 게이트 전극(14)이 캐소드 전극(12)의 측면에 위치하도록 하는 측면 게이트(Lateral gate) 방식으로 구성될 수도 있다.

이하에서는 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 전계방출장치의 구동방법을 상세히 설명한다.

도 5 내지 도 7은 구형파의 형태를 갖는 애노드 전압과 게이트 전압의 파형을 도시한 것이다. 애노드 전압은 제1 전압인가수단(19)에 의하여 애노드 전극(18)에 인가되는 전압을 말하며, 게이트 전압은 제2 전압인가수단(20)에 의하여 게이트 전극(14)에 인가되는 전압을 말한다. 0(zero) 볼트는 제1 전압인가수단(19)과 제2 전압인가수단(20)이 공통으로 접지된 노드의 전압을 의미한다. 이때, 애노드 전압의 피크값은 게이트 전압의 피크값보다 큰 것이 일반적이다.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 제1 전압인가수단(19)과 제2 전압인가수단(20)에 의하여 공급되는 AC 전압은 상호 동조화 되어 있다. 이때, 동조화란 제1 전압인가수단(19)과 제2 전압인가수단(20)에 의해 공급되는 AC 전압이 서로 고조파의 관계에 있는 것을 말하는데, 불필요한 전압이 애노드 전극(18)에 인가되는 것을 방지하기 위한 본 발명의 목적상 제1 전압인가수단(19)과 제2 전압인가수단(20)에 의하여 공급되는 AC 전압은 주파수가 동일한 것이 바람직하다.

다만, 제1 전압인가수단(19)이 공급하는 전압에 의하여 에미터(13)로부터 방출된 전자가 제2 전압인가수단(20)이 공급하는 전압에 의하여 애노드 전극(18)을 향하여 가속되어야 한다. 따라서, 동조화란 제1 전압인가수단(19)과 제2 전압인가 수단(20)에 의해 공급되는 AC 전압이 서로 고조파의 관계에 있으면서 제1 전압인가수단(19) 및 제2 전압인가수단(20)이 공급하는 전압 펄스의 지속시간이 적어도 일부의 시간 구간에서 중복이 되는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

도 5는 전계방출장치의 효율을 향상시키기 애노드 전극(18)과 게이트 전극(14)에 주파수 및 순환비(Duty ratio)가 동일한 구형파 AC 전압을 인가한 경우를 나태내고 있다. 이때, 효율의 최적화를 위하여 애노드 전압과 게이트 전압의 펄스 지속 구간을 동일하게 하는 것이 바람직하다. 다만, 도 5에 도시된 바와 같이 필요에 따라 순환비의 크기를 변화시킬 수 있음은 물론이다.

애노드 전극(18)과 게이트 전극(14)을 구성하는 물질의 반응시간이 다른 경우에는 전계방출장치의 효율을 최적화하기 위하여 도 6 내지 도 7에 도시한 바와 같이 애노드 전압과 게이트 전압의 순환비가 서로 달라질 수도 있다. 즉, 반응시간이 늦은 물질로 구성된 전극에는 먼저 전압을 인가하는 것이 바람직하며, 그 결과 애노드 전압과 게이트 전압의 순환비가 달라질 수 있다.

도 6은 애노드 전압의 순환비가 게이트 전압의 순환비보다 큰 경우로서, 게이트 전압에서 펄스가 지속되는 시간 구간이 애노드 전압에서 펄스가 지속되는 시간 구간에 포함된 경우를 나타내고 있다. 도 7은 도 6의 경우와는 반대로 게이트 전압의 순환비가 더 큰 경우를 나타내고 있다.

이상에서는 AC 전압의 파형을 구형파로 한정하여 설명하였으나, 도 8에 도시된 바와 같이 사인파가 인가될 수도 있다. 이때, 제1 전압인가수단(19)과 제2 전압인가수단(20)이 공급하는 사인파 전압의 주파수는 동일한 것이 바람직하며, 위상도 동일한 것이 바람직하다. 제1 전압인가수단(19)이 공급하는 전압의 파형을 구형파 및 사인파로 하게 되면 종래 DC 전압을 공급하던 경우보다 전계방출장치의 구동을 위한 평균전력이 감소하게 되는 이점이 있다.

도 9는 본 발명에 따른 전계방출장치의 추가적인 실시예로서, 듀얼 에미터를 갖는 측면 게이트 구조를 나타내고 있다.

배면기판(11)상에는 적어도 한쌍 이상의 제1전극(31)과 제2전극(32)이 형성되어 있으며, 제1전극(31) 및 제2전극(32)의 상면에는 에미터(13)가 형성되어 있다.

즉, 도 3 내지 도 4의 경우와는 달리 게이트 전극(14)과 캐소드 전극(12)의 구별을 사실상 없앰으로써 휘도의 불균형을 해소할 수 있도록 한 구조이다.

도 10은 듀얼 에미터를 갖는 측면 게이트 구조에 있어서, 전압인가수단이 공급하는 구형파 AC전압의 파형을 나타내고 있다. 제1전극(31)과 제2전극(32)에는 피크값과 진폭은 동일하지만 극성이 상호 반전된 전압이 교번적으로 인가되고 있다.

따라서, 제1전극(31)의 전압이 상대적으로 높은 시간 동안에는 사실상 제1전극(31)은 게이트 전극의 역할을 하고 제2전극(32)은 캐소드 전극의 역할을 하게 되므로 제2전극의 상면에 형성된 에미터(13)에서 전자가 방출된다. 반대로, 제2전극(32)의 전압이 상대적으로 높은 경우에는 제1전극(31)이 사실상 캐소드 전극의 역할을 하게 되어 제1전극(31)의 상면에 형성된 에미터(13)에서 전자가 방출된다.

이때, 도 10에 도시된 바와 같이 애노드 전압의 주파수는 제1전극(31) 및 제2 전극(32)에 인가되는 전압의 주파수와 동일한 것이 바람직하다. 다만, 도 11에 도시한 바와 같이 애노드 전압의 주파수가 제1전극(31) 및 제2전극(32)에 인가되는 전압의 주파수의 2배일 수도 있다.

도 1은 종래의 3극 구조를 갖는 전계방출장치의 구성도.

도 2는 종래의 3극 구조 전계방출장치에 있어서 애노드 전극과 게이트 전극에 인가되는 전압의 파형.

도 3은 본 발명에 따른 전계방출장치의 구성도.

도 4는 측면 게이트(Lateral gate) 방식으로 구성된 전계방출장치의 구성도.

도 5는 구형파 형태의 애노드 전압과 게이트 전압의 파형(순환비 동일).

도 6은 구형파 형태의 애노드 전압과 게이트 전압의 파형(순환비 상이).

도 7은 구형파 형태의 애노드 전압과 게이트 전압의 파형(순환비 상이).

도 8은 사인파 형태의 애노드 전압과 게이트 전압 파형.

도 9는 듀얼 에미터를 갖는 측면 게이트 구조의 전계방출장치의 구성도.

도 10은 듀얼 에미터를 갖는 측면 게이트 구조에 있어서, 전압인가수단이 공급하는 구형파 AC전압의 파형.

도 11은 듀얼 에미터를 갖는 측면 게이트 구조에 있어서, 전압인가수단이 공급하는 구형파 AC전압의 파형.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11 : 배면기판 12 : 캐소드 전극

13 : 에미터 14 : 게이트 전극

15 : 절연체 16 : 전면기판

17 : 형광체층 18 : 애노드 전극

19 : 제1 전압인가수단 20 : 제2 전압인가수단

21 : 프릿 글래스 31 : 제1전극

32 : 제2전극

Claims

소정 간격 이격되어 상호 대향하도록 배치된 전면기판 및 배면기판;

상기 배면기판상에 형성된 적어도 하나 이상의 캐소드 전극;

상기 캐소드 전극과 이격되도록 형성되며, 절연체에 의하여 상기 배면기판과 절연되도록 형성된 적어도 하나 이상의 게이트 전극;

상기 캐소드 전극의 상면에 형성된 에미터;

상기 배면기판측을 향하도록 상기 전면기판상에 형성된 애노드 전극;

상기 애노드 전극상에 도포된 형광체층;

상기 애노드 전극에 AC전압을 인가하는 제1 전압인가수단; 및

상기 게이트 전극에 AC전압을 인가하는 제2 전압인가수단;을 포함하되,

상기 애노드 전극과 상기 게이트 전극에 인가되는 AC 전압은 동조화 되어있는 것을 특징으로 하는 전계방출장치.
제1항에 있어서,

상기 애노드 전극과 상기 게이트 전극에 인가되는 AC 전압은 주파수 및 순환비가 동일한 구형파인 것을 특징으로 하는 전계방출장치.
제1항에 있어서,

상기 애노드 전극과 상기 게이트 전극에 인가되는 AC 전압은 주파수가 동일 한 사인파인 것을 특징으로 하는 전계방출장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 에미터는 금속, 나노카본, 카바이드 및 나이트라이드화합물 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 전계방출장치.
소정 간격 이격되어 상호 대향하도록 배치된 전면기판 및 배면기판;

상기 배면기판상에 형성된 적어도 한쌍 이상의 제1전극 및 제2전극;

상기 제1전극 및 상기 제2전극의 상면에 형성된 에미터;

상기 배면기판측을 향하도록 상기 전면기판상에 형성된 애노드 전극;

상기 애노드 전극상에 도포된 형광체층;

상기 애노드 전극에 AC 전압을 인가하는 제1 전압인가수단; 및

상기 제1전극과 상기 제2전극에 교번적으로 AC 전압을 인가하는 제2 전압인가수단;을 포함하되,

상기 제1전극과 상기 제2전극에 인가되는 AC 전압은 동조화 되어 있으며, 전압의 극성이 서로 반대인 것을 특징으로 하는 전계방출장치.
제5항에 있어서,

상기 애노드 전극과 상기 제1전극 및 상기 제2전극에 인가되는 AC 전압은 주파수 및 순환비가 동일한 구형파인 것을 특징으로 하는 전계방출장치.
제5항에 있어서,

상기 애노드 전극과 상기 제1전극 및 상기 제2전극에 인가되는 AC 전압은 구형파이며, 상기 애노드 전극에 인가되는 AC 전압의 주파수는 상기 제1전극 및 상기 제2전극에 인가되는 AC 전압의 주파수의 2배인 것을 특징으로 하는 전계방출장치.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 에미터는 금속, 나노카본, 카바이드 및 나이트라이드화합물 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 전계방출장치.