KR20190028277A - Apparatus for aging field emission device and aging method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전계 방출 소자의 검사를 위한 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 전계 방출 소자를 에이징하는 장치 및 이의 에이징 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
전계 방출 소자(Field Emission Device)는 전계에 의하여 금속 표면에서 전자를 끌어내는 전계 방출 효과를 이용한 소자를 의미할 수 있다. 전계 방출 소자는 일반적으로 캐소드 전극 및 아노드 전극을 포함하는 2극 구조로 구성되거나, 캐소드 전극, 아노드 전극, 및 전자 방출에 요구되는 전계를 인가하기 위한 게이트 전극을 포함하는 3극 구조로 구성될 수 있다. 전계 방출 소자는 간단한 전극 구조, 고속 동작, 및 저전력 소비 등의 장점을 갖고 있어 디스플레이 장치를 비롯한 다양한 전자 장치에 응용될 수 있다.A field emission device (Field Emission Device) may mean a device using a field emission effect that draws electrons from a metal surface by an electric field. The field emission device is generally composed of a bipolar structure including a cathode electrode and an anode electrode, or a three-electrode structure including a cathode electrode, an anode electrode, and a gate electrode for applying an electric field required for electron emission . The field emission device has advantages such as simple electrode structure, high-speed operation, and low power consumption, and can be applied to various electronic devices including a display device.
전계 방출 소자의 캐소드 전극 상에 전계에 의하여 전자를 방출하기 위한 에미터가 형성된다. 전자 방출의 용이성을 확보하기 위하여, 에미터의 끝단은 뾰족한 형상을 갖거나, 가늘고 긴 형상을 갖는 나노 물질이 에미터에 이용될 수 있다. 이러한 특성에 의하여, 전계 방출 소자의 에미터는 열 전자 에미터에 비하여 주위 진공도 저하, 또는 아크 방전 등에 쉽게 손상되는 취약점을 갖는다. 따라서, 전계 방출 소자의 안정적인 성능 발현을 위하여 시즈닝(seasoning) 또는 에이징(aging) 공정이 요구될 수 있다.An emitter for emitting electrons by an electric field is formed on the cathode electrode of the field emission device. In order to ensure the ease of electron emission, the tip of the emitter may have a pointed shape or a nanometer-shaped nanomaterial may be used for the emitter. By virtue of this characteristic, the emitter of the field emission device has a weak point that the ambient vacuum degree is lower than that of the thermal electron emitter, or easily damaged by arc discharge or the like. Therefore, a seasoning or aging process may be required for the stable performance of the field emission device.
에이징 공정은 전계 방출 소자에 일정 기간 동안 적절한 스트레스를 가하여 안정화된 상태가 될 때까지 전계 방출 소자를 보존시키는 단계를 의미할 수 있다. 전계 방출 소자의 대량 생산을 저비용 고효율로 수행하기 위한 에이징 공정에 대한 요구가 제기되고 있다. 아울러, 이러한 에이징 공정을 효율적으로 수행하기 위한 에이징 장치에 대한 요구가 제기되고 있다.The aging process may mean a step of applying a proper stress to the field emission device for a predetermined period of time and preserving the field emission device until the state is stabilized. There is a demand for an aging process for mass production of a field emission device at low cost and high efficiency. In addition, there is a demand for an aging device for efficiently performing the aging process.
본 발명은 전계 방출 소자의 에이징을 위한 단계들을 최적화하여 저비용으로 대량의 에이징을 효율적으로 수행할 수 있는 전계 방출 소자를 에이징하는 장치 및 이의 에이징 방법을 제공한다.The present invention provides an apparatus for aging a field emission device capable of efficiently performing a large amount of aging at a low cost by optimizing steps for aging the field emission device, and an aging method thereof.
본 발명의 실시예에 따른 장치는 제1 전극과 제2 전극 사이의 전계에 기초하여 전자를 방출시키는 전계 방출 소자를 에이징한다. 상기 장치는 제1 시간 동안, 전계 방출 소자의 제1 전극에 인가되는 전압의 크기를 목표 전압 레벨까지 증가시키는 전압 생성기, 및 제1 시간 이후의 제2 시간 동안, 전계 방출 소자의 전계 방출 전류의 크기를 목표 전류 레벨까지 증가시키고, 제2 시간 이후의 제3 시간 동안, 목표 전류 레벨을 갖는 전계 방출 전류의 펄스폭을 목표 펄스폭까지 증가시키는 전류 제어기를 포함한다.An apparatus according to an embodiment of the present invention ages a field emission device that emits electrons based on an electric field between a first electrode and a second electrode. The apparatus includes a voltage generator for increasing a magnitude of a voltage applied to a first electrode of a field emission device to a target voltage level during a first time and a voltage generator for increasing a magnitude of a field emission current of the field emission device The current controller increases the pulse width of the field emission current having the target current level to the target pulse width for a third time after the second time.
일례로, 전압 생성기는 제1 시간 이후에, 전자 방출량을 조절하기 위한 상기 전계 방출 소자의 게이트 전극에 인가되는 게이트 전압을 더 생성할 수 있다. 일례로, 전압 생성기는 제1 시간 동안, 제2 전극과 게이트 전극을 단락시키고, 이 경우, 제1 전극은 아노드 전극이고, 제2 전극은 캐소드 전극일 수 있다. 일례로, 전압 생성기는 제1 시간 동안, 제1 전극과 게이트 전극을 단락시키고, 이 경우, 제1 전극은 캐소드 전극이고, 제2 전극은 아노드 전극일 수 있다.In one example, after the first time, the voltage generator may further generate a gate voltage applied to the gate electrode of the field emission device for adjusting the electron emission amount. In one example, the voltage generator shorts the second electrode and the gate electrode during a first time period, in which case the first electrode may be an anode electrode and the second electrode may be a cathode electrode. In one example, the voltage generator shorts the first electrode and the gate electrode during a first time period, in which case the first electrode may be a cathode electrode and the second electrode may be an anode electrode.
일례로, 전류 제어기는 제1 시간 동안, 전계 방출 전류의 흐름을 차단하고, 제2 시간 동안, 목표 펄스폭보다 작은 초기 에이징 펄스폭을 갖고, 목표 전류 레벨까지 증가하는 피크 값을 갖도록 전계 방출 전류를 제어할 수 있다. 일례로, 전류 제어기는 제3 시간 동안, 전계 방출 전류의 펄스폭을 초기 에이징 펄스폭으로부터 목표 펄스폭까지 로그 스케일로 증가시킬 수 있다.In one example, the current controller interrupts the flow of the field emission current for a first time, and for a second period of time, has an initial aging pulse width less than the target pulse width and has a peak value that increases to the target current level. Can be controlled. In one example, the current controller may increase the pulse width of the field emission current to a logarithmic scale from the initial aging pulse width to the target pulse width for a third time.
일례로, 전압 생성기는 제3 시간 이후의 제4 시간 동안, 제1 전극에 목표 전압 레벨을 갖는 전압을 인가하고, 전류 제어기는 제4 시간 동안, 피크 값이 목표 전류 레벨로 유지되고, 펄스폭이 목표 펄스폭으로 유지되도록 전계 방출 전류를 제어할 수 있다.In one example, the voltage generator applies a voltage having a target voltage level to the first electrode for a fourth time after the third time, the current controller maintains the peak value at the target current level during the fourth time, The field emission current can be controlled so as to be maintained at the target pulse width.
일례로, 전류 제어기는 제1 제어 신호에 기초하여, 전계 방출 전류의 펄스폭을 결정하는 제1 트랜지스터, 제2 제어 신호에 기초하여, 전계 방출 전류의 피크 값을 결정하는 제2 트랜지스터, 제1 제어 신호를 제1 트랜지스터의 게이트에 제공하고, 제2 제어 신호를 제2 트랜지스터의 게이트에 제공하는 함수 생성기, 및 전계 방출 전류를 측정하는 전류 측정기를 포함할 수 있다.For example, the current controller may include a first transistor for determining the pulse width of the field emission current based on the first control signal, a second transistor for determining the peak value of the field emission current based on the second control signal, A function generator that provides a control signal to the gate of the first transistor and a second control signal to the gate of the second transistor, and a current meter that measures the field emission current.
일례로, 상기 장치는 제1 시간 동안, 제1 전극에 인가되는 전압의 크기를 목표 전압 레벨까지 순차적으로 증가하고, 제1 시간 이후에 목표 전압 레벨을 유지하도록 전압 생성기를 제어하고, 제2 시간 동안, 전계 방출 전류의 피크 값을 목표 전류 레벨까지 순차적으로 증가하도록 전류 제어기를 제어하고, 제3 시간 동안, 전계 방출 전류의 펄스폭을 상기 목표 펄스폭까지 순차적으로 증가하도록 전류 제어기를 제어하고, 제4 시간 동안, 목표 전류 레벨의 피크 값을 갖고, 목표 펄스폭을 갖도록 전류 제어기를 제어하는 에이징 제어기를 더 포함한다.In one example, the apparatus controls the voltage generator to sequentially increase the magnitude of the voltage applied to the first electrode to the target voltage level for a first time, maintain the target voltage level after the first time, The current controller controls the current controller to sequentially increase the peak value of the field emission current to the target current level and controls the current controller to sequentially increase the pulse width of the field emission current to the target pulse width for the third time, And an aging controller for controlling the current controller to have a peak value of the target current level and have a target pulse width for a fourth time period.
일례로, 상기 장치는 제3 전극과 제4 전극 사이의 전계에 기초하여 전자를 방출시키는 제2 전계 방출 소자의 제2 전계 방출 전류를 제어하되, 제2 시간 동안, 제2 전계 방출 전류의 크기를 목표 전류 레벨까지 증가시키고, 제3 시간 동안, 제2 방출 전류의 펄스폭을 목표 펄스폭까지 증가시키는 제2 전류 제어기, 및 제2 전류 제어기를 제어하는 제2 에이징 제어기를 더 포함하되, 전압 생성기는 제1 시간 동안, 제3 전극에 인가되는 전압의 크기를 상기 목표 전압 레벨까지 증가시킬 수 있다. For example, the apparatus controls a second field emission current of a second field emission device that emits electrons based on an electric field between a third electrode and a fourth electrode, and controls a second field emission current of the second field emission device, A second current controller for increasing the pulse width of the second emission current to a target pulse width for a third time and a second aging controller for controlling the second current controller, The generator may increase the magnitude of the voltage applied to the third electrode to the target voltage level for a first time.
일례로, 상기 장치는 전계 방출 전류, 제2 전계 방출 전류, 및 제1 및 제3 전극에 인가되는 전압에 기초하여, 에이징 제어기 및 제2 에이징 제어기의 제어 변수를 결정하는 통합 제어기를 더 포함하고, 에이징 제어기 및 제2 에이징 제어기는 제어 변수에 기초하여, 전계 방출 전류 및 제2 전계 방출 전류 각각의 크기 및 펄스폭을 결정할 수 있다.In one example, the apparatus further includes an integrated controller for determining control variables of the aging controller and the second aging controller based on the field emission current, the second field emission current, and the voltage applied to the first and third electrodes , The aging controller and the second aging controller can determine the magnitude and the pulse width of each of the field emission current and the second field emission current based on the control variable.
본 발명의 실시예에 다른 전계 방출 소자를 에이징하는 장치의 에이징 방법은, 제1 시간 동안, 전계 방출 소자의 제1 전극에 인가되는 전압을 목표 전압 레벨까지 순차적으로 증가시키는 단계, 제1 시간 이후, 전압을 상기 목표 전압 레벨로 유지하는 단계, 제1 시간 이후 제2 시간 동안, 전계 방출 소자의 전계 방출 전류를 목표 전류 레벨까지 순차적으로 증가시키는 단계, 제2 시간 이후 제3 시간 동안, 목표 전류 레벨을 갖는 전계 방출 전류의 펄스폭을 목표 펄스폭까지 순차적으로 증가시키는 단계, 및 제3 시간 이후 제4 시간 동안, 전계 방출 전류가 목표 전류 레벨 및 상기 목표 펄스폭을 유지하도록 제어하는 단계를 포함한다.An aging method of an apparatus for aging a field emission device according to an embodiment of the present invention includes sequentially increasing a voltage applied to a first electrode of a field emission device to a target voltage level during a first time period, , Sequentially maintaining the field emission current of the field emission device to the target current level for a second time after the first time, keeping the voltage at the target voltage level, for a third time after the second time, Level to the target pulse width, and controlling the field emission current to maintain the target current level and the target pulse width for a fourth time after the third time do.
일례로, 전압을 목표 전압 레벨까지 순차적으로 증가시키는 단계는, 전계 방출 소자의 제2 전극과 게이트 전극을 단락시키는 단계, 전압을 기준 전압 레벨만큼 증가시키는 단계, 및 전압이 목표 전압 레벨에 도달하는지 판단하는 단계를 포함한다. 일례로, 전계 방출 전류를 목표 전류 레벨까지 순차적으로 증가시키는 단계는, 제2 전극과 게이트 전극을 전기적으로 분리하는 단계, 전계 방출 전류의 피크 값을 기준 전류 레벨만큼 증가시키는 단계, 전계 방출 전류가 목표 전류 레벨에 도달하는지 판단하는 단계를 포함한다. 일례로, 전계 방출 전류의 펄스폭을 목표 펄스폭까지 순차적으로 증가시키는 단계는, 펄스폭을 기준 폭만큼 증가시키는 단계; 및 펄스폭이 목표 펄스폭에 도달하는지 판단하는 단계를 포함한다.In one example, sequentially increasing the voltage to a target voltage level includes shorting the second electrode and the gate electrode of the field emission device, increasing the voltage by a reference voltage level, and determining whether the voltage reaches a target voltage level And a step of judging. For example, sequentially increasing the field emission current to a target current level may include electrically isolating the second electrode and the gate electrode, increasing the peak value of the field emission current by a reference current level, And determining whether the target current level is reached. For example, sequentially increasing the pulse width of the field emission current to the target pulse width includes increasing the pulse width by a reference width; And determining whether the pulse width reaches a target pulse width.
본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 소자를 에이징하는 장치 및 이의 에이징 방법은 전압 에이징하는 단계, 전계 방출 전류를 에이징하는 단계, 전계 방출 시간을 에이징 하는 단계, 및 최종 조건으로 에이징하는 단계의 배치를 최적화하여 고효율 저비용으로 대량의 전계 방출 소자의 성능을 향상시킬 수 있다.An apparatus for aging a field emission device and an aging method thereof according to an embodiment of the present invention includes a step of voltage aging, a step of aging a field emission current, a step of aging a field emission time, and a step of aging to a final condition So that the performance of a large field emission device can be improved with high efficiency and low cost.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 소자를 에이징하는 장치의 블록도이다.
도 2는 도 1의 전계 방출 소자를 에이징하는 장치의 전압 에이징 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 도 2의 전압 생성기에 의하여 생성되는 아노드 전압을 도시한 그래프이다.
도 4는 도 1의 전계 방출 소자를 에이징하는 장치의 전계 방출 전류 에이징 동작, 전계 방출 시간 에이징 동작, 및 최종 조건 에이징 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 도 4의 전류 제어기에 의하여 생성되는 전계 방출 전류를 도시한 그래프이다.
도 6은 도 5의 제2 시간 동안 생성되는 전계 방출 전류의 다른 실시예를 도시한 그래프이다.
도 7은 도 5의 제3 시간 동안 생성되는 전계 방출 전류의 다른 실시예를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 복수의 전계 방출 소자들을 에이징하는 장치의 블록도이다.
도 9는 도 8의 전류 제어기들의 예시적인 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 8의 에이징 제어기들의 예시적인 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 소자를 에이징하는 장치의 에이징 방법에 대한 순서도이다.1 is a block diagram of an apparatus for aging a field emission device according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram for explaining a voltage aging operation of the device for aging the field emission device of FIG.
3 is a graph showing the anode voltage generated by the voltage generator of FIG.
FIG. 4 is a block diagram for explaining the field emission current aging operation, the field emission time aging operation, and the final condition aging operation of the device for aging the field emission device of FIG. 1;
5 is a graph showing a field emission current generated by the current controller of FIG.
FIG. 6 is a graph showing another embodiment of the field emission current generated during the second time in FIG.
FIG. 7 is a graph showing another embodiment of the field emission current generated during the third time of FIG.
8 is a block diagram of an apparatus for aging a plurality of field emission devices according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram for explaining an exemplary structure of the current controllers of FIG.
FIG. 10 is a diagram for explaining an exemplary operation of the aging controllers of FIG. 8. FIG.
11 is a flowchart of an aging method of an apparatus for aging a field emission device according to an embodiment of the present invention.
아래에서는, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로, 본 발명의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재된다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail and in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 소자(Field Emission Device)를 에이징하는 장치의 블록도이다. 도 1을 참조하면, 전계 방출 소자를 에이징하는 장치(100)는 전압 생성기(110), 전류 제어기(120), 및 에이징 제어기(130)를 포함한다. 전계 방출 소자를 에이징하는 장치(100)는 전계 방출 소자(FED)의 성능을 안정화시키기 위한 에이징(aging)을 수행한다. 전계 방출 소자를 에이징하는 장치(100)는 전계 방출 소자(FED)에 대하여, 전압 에이징, 전계 방출 전류 에이징, 전계 방출 시간 에이징, 및 최종 조건 에이징을 포함하는 4단계 에이징을 수행하며, 구체적인 4단계 에이징은 후술된다.1 is a block diagram of an apparatus for aging a field emission device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, an
전계 방출 소자(FED)는 아노드 전극(AN), 캐소드 전극(CA), 및 게이트 전극(GA)을 포함한다. 캐소드 전극(CA)은 전계 방출 소자(FED)에 인가된 전계에 기초하여 전자를 방출하도록 구성된다. 이를 위하여, 캐소드 전극(CA) 상에 뾰족한 형상을 갖거나 가늘고 긴 형태를 갖는 나노 물질을 포함하는 에미터가 형성될 수 있다. 아노드 전극(AN)은 캐소드 전극(CA)으로부터 방출된 전자를 받아들이도록 구성된다. 게이트 전극(GA)은 캐소드 전극(CA) 및 아노드 전극(AN) 사이의 전자 방출을 위한 전계를 인가하도록 구성된다. 게이트 전극(GA)은 캐소드 전극(CA) 및 아노드 전극(AN) 사이에 배치될 수 있다. 전계 방출 소자(FED)는 아노드 전극(AN), 캐소드 전극(CA), 및 게이트 전극(GA)을 수용하는 밀봉 용기를 더 포함할 수 있고, 밀봉 용기 내부는 전극들의 손상을 방지하기 위하여, 높은 진공도를 가질 수 있다.The field emission device FED includes an anode electrode AN, a cathode electrode CA, and a gate electrode GA. The cathode electrode CA is configured to emit electrons based on an electric field applied to the field emission device FED. For this purpose, an emitter may be formed on the cathode electrode CA, which includes a nanomaterial having a pointed shape or an elongated shape. The anode electrode AN is configured to receive electrons emitted from the cathode electrode CA. The gate electrode GA is configured to apply an electric field for electron emission between the cathode electrode CA and the anode electrode AN. The gate electrode GA may be disposed between the cathode electrode CA and the anode electrode AN. The field emission device FED may further include a sealing container for receiving the anode electrode AN, the cathode electrode CA, and the gate electrode GA, and in order to prevent the electrodes from being damaged, It can have a high degree of vacuum.
아노드 전극(AN), 캐소드 전극(CA), 및 게이트 전극(GA)을 포함하는 3극 구조의 전계 방출 소자(FED)는 전자 방출량 및 전자의 에너지를 게이트 전극(GA) 및 아노드 전극(AN)을 통하여 독립적으로 제어할 수 있다. 아노드 전극(AN)에 인가되는 전압은 게이트 전극(GA)에 인가되는 전압보다 높게 인가될 수 있고, 이 경우 방출된 전자가 가속되고, 가속된 전자에 기초한 운동 에너지는 다양한 에너지로 변환될 수 있다. 운동 에너지는 적외선, 가시광선, 자와선, 테라파, 라디오파, 엑스선, 또는 감마선 등 다양한 형태로 변환될 수 있다. 이를 이용하여, 전계 방출 소자(FED)는 전계 방출 디스플레이, 전계 방출 램프, 엑스선원, RF 소자 등에 활용될 수 있다.A field emission device (FED) having a three-pole structure including an anode electrode (AN), a cathode electrode (CA) and a gate electrode (GA) AN). The voltage applied to the anode electrode AN can be applied higher than the voltage applied to the gate electrode GA, in which case the emitted electrons are accelerated and the kinetic energy based on the accelerated electrons can be converted into various energies have. Kinetic energy can be transformed into various forms such as infrared, visible, zigzag, terra wave, radio wave, x-ray, or gamma ray. Using this, the field emission device (FED) can be utilized for a field emission display, a field emission lamp, an X-ray source, and an RF device.
전압 생성기(110)는 전계 방출 소자(FED)의 아노드 전극(AN)에 인가되는 아노드 전압(Va)을 생성할 수 있다. 아노드 전압(Va)은 전계 방출 소자(FED)의 전압 에이징을 위하여 제공될 수 있다. 전계 방출 소자(FED)의 에미터는 전극 재료의 일부가 증발하여 기체가 되는 아크 방전에 손상받기 쉽다. 아크 방전은 전계 방출 소자(FED) 내부의 특정 영역에 비정상적인 전하들이 축적되어 한계 전위를 넘게 되는 경우, 절연 상태가 파괴됨으로써 발생된다. 전계 방출 소자(FED)의 설계 및 제조 단계에서 불필요한 전하들의 축적이 고려될 것이나, 전극 또는 절연 물질 표면 상에 존재하는 미세 돌기 등으로 인하여 아크 방전이 발생될 수 있다. 아노드 전압(Va)은 이러한 미세 돌기들을 제거하기 위하여 아노드 전극(AN)에 인가될 수 있다.The
전압 생성기(110)는 전압 에이징을 위하여, 목표 전압 레벨까지 순차적으로 증가하는 아노드 전압(Va)을 생성할 수 있다. 여기에서, 목표 전압 레벨은 전계 방출 소자(FED)의 구동 조건에 따른 기설정된 전압 레벨일 수 있다. 에이징의 효과를 증가시키기 위하여, 목표 전압 레벨은 전계 방출 소자(FED)의 실제 구동을 위한 아노드 전압의 레벨보다 높을 수 있으나, 전계 방출 소자(FED)의 영구 파손을 발생시키는 한계 전압 레벨보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 전압 생성기(110)는 전압 에이징 동안, 0부터 목표 전압 레벨까지 순차적으로 아노드 전압(Va)의 레벨을 증가시킬 수 있다. 아노드 전압(Va)은 의도적으로 아크 방전을 유발할 수 있다. 전압 생성기(110)는 과도한 아크 방전에 의하여 전계 방출 소자(FED)의 영구 파손을 발생시키지 않는 범위 내에서, 순차적으로 아노드 전압(Va)의 레벨을 증가시킬 수 있다.The
전압 생성기(110)는 전압 에이징 이후에, 목표 전압 레벨에 도달한 아노드 전압(Va)의 레벨을 유지할 수 있다. 전압 에이징 이후에 후술될 전계 방출 전류 에이징, 전계 방출 시간 에이징, 및 최종 조건 에이징에서, 방출된 전자를 받아들이기 위하여, 아노드 전압(Va)은 목표 전압 레벨로 유지될 수 있다. 즉, 이후의 에이징을 위하여, 아노드 전압(Va)의 전압 레벨을 별도로 조절하는 부담이 경감될 수 있다.The
전압 생성기(110)는 전계 방출 소자(FED)의 게이트 전극(GA)에 인가되는 게이트 전압(Vg)을 생성할 수 있다. 게이트 전압(Vg)은 전계 방출 소자(FED)에서 전자를 방출시키기 위한 전계를 생성하기 위하여 제공될 수 있다. 전압 에이징 이후의 에이징 단계들에서, 전계 방출 소자(FED)에서 전계 방출 전류가 발생되는데, 전압 생성기(110)는 전계 방출 전류가 생성되도록 게이트 전압(Vg)을 생성할 수 있다. 전압 생성기(110)는 아노드 전압(Va)보다 낮은 전압 레벨을 갖는 게이트 전압(Vg)을 생성한다. 다만, 전압 생성기(110)는 전압 에이징 단계에서, 전계 방출 전류가 발생되지 않도록, 게이트 전압(Vg)을 생성하지 않을 수 있다.The
전류 제어기(120)는 전계 방출 소자(FED)에 발생되는 전계 방출 전류(Ic)를 제어한다. 이를 위하여, 전류 제어기(120)는 전계 방출 소자(FED)의 캐소드 전극(CA)과 전기적으로 연결될 수 있다. 전계 방출 전류(Ic)는 전계 방출 소자(FED)의 전계 방출 전류 에이징 및 전계 방출 시간 에이징을 위하여 제공될 수 있다. 캐소드 전극(CA) 상에 형성된 에미터는 상술된 구조적 특징에 의하여 진공도 저하에 민감하다. 전자가 방출되어 아노드 전극(AN)으로 진행될 때, 전자의 진행 경로 상에 존재하는 가스 형태의 원소들은 전자와의 충돌에 기초하여 이온화될 수 있다. 양전하를 갖는 이온들은 캐소드 전극(CA)으로 진행한다. 이온들이 에미터에 도달하여 가속된 에너지로 충돌하는 경우, 에미터가 손상되어 전계 방출 특성이 감소될 수 있다. 즉, 가스 형태의 원소들이 많아 진공도가 낮은 상태에서, 에미터의 손상이 발생될 가능성이 높아진다. 전류 제어기(120)는 에미터의 손상을 방지하기 위하여, 전계 방출 전류(Ic)를 제어할 수 있다.The
전류 제어기(120)는 전계 방출 전류 에이징을 위하여, 목표 전류 레벨까지 순차적으로 증가하도록 전계 방출 전류(Ic)를 제어할 수 있다. 여기에서, 목표 전류 레벨은 전계 방출 소자(FED)의 구동 조건에 따른 기설정된 전계 방출 전류(Ic)의 전류 레벨일 수 있다. 에이징의 효과를 증가시키기 위하여, 목표 전류 레벨은 전계 방출 소자(FED)의 실제 구동을 위한 전계 방출 전류의 레벨보다 높을 수 있으나, 전계 방출 소자(FED)의 영구 파손을 발생시키는 한계 전류 레벨보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 전류 제어기(120)는 전계 방출 전류 에이징 동안, 0부터 목표 전류 레벨까지 순차적으로 전계 방출 전류(Ic)의 피크 값을 증가시킬 수 있다. 전계 방출 전류(Ic)는 서서히 전계 방출 소자(FED)의 양전하를 제거하여 진공도 저하를 방지할 수 있다. 이 때, 전계 방출 전류(Ic)는 일정한 펄스폭을 가질 수 있다.The
전류 제어기(120)는 전계 방출 시간 에이징을 위하여, 목표 펄스폭까지 순차적으로 증가하도록 전계 방출 전류(Ic)를 제어할 수 있다. 여기에서, 목표 펄스폭은 전계 방출 소자(FED)의 구동 조건에 따른 기설정된 전계 방출 전류(Ic)의 펄스 폭일 수 있다. 에이징의 효과를 증가시키기 위하여, 목표 펄스폭은 전계 방출 소자(FED)의 실제 구동을 위한 전계 방출 소자의 펄스폭보다 클 수 있다. 전류 제어기(120)는 전계 방출 전류(Ic)의 펄스 폭을 증가시켜, 최종적으로 요구되는 시간 동안 전계 방출 소자(FED)가 안정적으로 전자를 방출하도록, 전계 방출 소자(FED)를 에이징할 수 있다. 예를 들어, 전류 제어기(120)는 전계 방출 시간 에이징 동안, 전계 방출 전류 에이징 동안의 펄스폭부터 목표 펄스폭까지 순차적으로 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭을 증가시킬 수 있다. 이 때, 전계 방출 전류(Ic)는 목표 전류 레벨을 가질 수 있다. 즉, 전계 방출 전류(Ic)의 전류 레벨을 별도로 조절하는 부담이 경감될 수 있다.The
전류 제어기(120)는 전계 방출 전류 에이징 및 전계 방출 시간 에이징 이후에 최종 조건 에이징을 위한 전계 방출 전류(Ic)를 결정할 수 있다. 최종 조건 에이징 동안, 전계 방출 전류(Ic)는 목표 전류 레벨 및 목표 펄스폭을 가질 수 있다. 즉, 전류 제어기(120)는 전계 방출 전류(Ic)의 전류 레벨 및 펄스폭을 이전 에이징 단계들과 일정하게 유지함으로써, 전계 방출 전류(Ic)의 전류 레벨 및 펄스폭을 별도로 조절하는 부담이 경감될 수 있다.The
에이징 제어기(130)는 전계 방출 소자(FED)의 에이징을 수행하기 위하여, 전압 생성기(110) 및 전류 제어기(120)를 제어할 수 있다. 에이징 제어기(130)는 전압 에이징 동안, 아노드 전압(Va)의 레벨이 목표 전압 레벨까지 순차적으로 증가되도록, 전압 생성기(110)를 제어할 수 있다. 에이징 제어기(130)는 전계 방출 전류 에이징 동안, 전계 방출 전류(Ic)의 레벨이 목표 전류 레벨까지 순차적으로 증가되도록, 전류 제어기(120)를 제어할 수 있다. 에이징 제어기(130)는 전계 방출 시간 에이징 동안, 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭이 목표 펄스폭까지 순차적으로 증가되도록, 전류 제어기(120)를 제어할 수 있다. 에이징 제어기(130)는 최종 조건 에이징 동안, 아노드 전압(Va)이 목표 전압 레벨로 유지되도록, 전압 생성기(110)를 제어하고, 전계 방출 전류(Ic)이 목표 전류 레벨 및 목표 펄스폭으로 유지되도록, 전류 제어기(120)를 제어할 수 있다.The aging
에이징 제어기(130)는 전압 에이징, 전계 방출 전류 에이징, 전계 방출 시간 에이징, 및 최종 조건 에이징의 동작 시간을 제어할 수 있다. 예를 들어, 에이징 제어기(130)는 아노드 전압(Va)의 레벨을 측정할 수 있고, 아노드 전압(Va)의 레벨이 목표 전압 레벨에 도달하는지 판단할 수 있다. 아노드 전압(Va)의 레벨이 목표 전압 레벨에 도달하는 경우, 에이징 제어기(130)는 전압 에이징을 종료하고, 전계 방출 전류 에이징을 수행하기 위하여, 전류 제어기(120)를 제어할 수 있다. 에이징 제어기(130)는 전계 방출 전류(Ic)의 레벨을 측정할 수 있고, 전계 방출 전류(Ic)의 레벨이 목표 전류 레벨에 도달하는지 판단할 수 있다. 전계 방출 전류(Ic)의 레벨이 목표 전류 레벨에 도달하는 경우, 에이징 제어기(130)는 전계 방출 전류 에이징을 종료하고, 전계 방출 시간 에이징을 수행하기 위하여, 전류 제어기(120)를 제어할 수 있다.The aging
에이징 제어기(130)는 전계 방출 소자를 에이징하는 장치(100)의 중앙 처리 장치로의 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 에이징 제어기(130)는 컴퓨팅 장치로 구현될 수 있다. 에이징 제어기(130)는 측정된 아노드 전압(Va), 게이트 전압(Vg), 및 전계 방출 전류(Ic)에 대한 정보 및 다양한 에이징 동작들을 수행하기 위한 정보를 처리하는 CPU, 이러한 정보를 저장하는 메모리, 및 CPU와 메모리 사이에서 정보를 전달하는 버스를 포함할 수 있다. CPU는 메모리의 연산 공간을 활용하여 동작할 수 있고, CPU의 제어에 따라, 전압 생성기(110) 및 전류 제어기(120)는 다양한 에이징 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 에이징 제어기(130)는 아두이노, 라즈베리파이 등의 단일보드 컴퓨터로 구현될 수 있다.The aging
도 2는 도 1의 전계 방출 소자를 에이징하는 장치의 전압 에이징 동작을 설명하기 위한 블록도이다. 도 2를 참조하면, 전계 방출 소자를 에이징하는 장치(100)는 전압 생성기(110), 전류 제어기(120), 및 에이징 제어기(130)를 포함한다. 도 2의 전압 생성기(110), 전류 제어기(120), 및 에이징 제어기(130) 각각은 도 1의 전압 생성기(110), 전류 제어기(120), 및 에이징 제어기(130)에 대응된다. 또한, 전계 방출 소자(FED)는 도 1의 전계 방출 소자(FED)에 대응된다.2 is a block diagram for explaining a voltage aging operation of the device for aging the field emission device of FIG. Referring to FIG. 2, an
전압 생성기(110)는 아노드 전압 생성기(112) 및 게이트 전압 생성기(114)를 포함한다. 아노드 전압 생성기(112)는 전계 방출 소자(FED)의 아노드 전극(AN)에 인가되는 아노드 전압(Va)을 생성한다. 게이트 전압 생성기(114)는 전계 방출 소자(FED)의 게이트 전극(GA)에 인가되는 게이트 전압(도 1의 Vg)을 생성한다. 아노드 전압 생성기(112) 및 게이트 전압 생성기(114)는 에이징 제어기(130)의 제어 하에 전계 방출 소자(FED)에 인가되는 전압을 생성한다.
아노드 전압 생성기(112)는 아크 방전을 의도적으로 유발시키는 전압 에이징을 위하여, 목표 전압 레벨까지 순차적으로 증가하는 아노드 전압(Va)을 생성한다. 아노드 전압 생성기(112)는 아노드 전극(AN)에 전기적으로 연결될 수 있고, 아노드 전압(Va)은 아노드 전극(AN)에 제공될 수 있다. 이후에, 전계 방출 전류 에이징, 전계 방출 시간 에이징, 및 동작 조건 에이징 단계에서, 아노드 전압 생성기(112)는 목표 전압 레벨을 갖는 아노드 전압(Va)을 아노드 전극(AN)에 제공할 수 있다. 이 때, 아노드 전압(Va)은 DC 전압일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 아노드 전압(Va)은 목표 전압 레벨의 피크 값을 갖는 펄스를 갖는 전압일 수 있다.The
게이트 전압 생성기(114)는 전압 에이징을 위하여, 캐소드 전극(CA)과 게이트 전극(GA)이 단락되도록 제어될 수 있다. 전압 에이징 단계에서, 아노드 전압(Va)에 의하여 아크 방전이 발생되더라도, 게이트 전극(GA)이 아노드 전극(AN)과 캐소드 전극(CA) 사이에 배치되므로, 캐소드 전극(CA) 상에 형성된 에미터에 아크 방전이 직접 발생되기 어렵다. 방전된 전하들이 게이트 전극(GA) 또는 캐소드 전극(CA) 쪽으로 진행될 때, 게이트 전극(GA)과 캐소드 전극(CA) 사이에 전압이 순간적으로 증가될 수 있다. 증가된 전압이 에미터의 문턱 전압보다 높은 레벨을 갖는 경우, 에미터가 손상될 수 있다. 따라서, 게이트 전극(GA)과 캐소드 전극(CA)은 동일한 전위를 같도록 단락되고, 아노드 전극(AN)과 캐소드 전극(CA) 또는 아노드 전극(AN)과 게이트 전극(GA) 사이의 전위차가 증가하도록, 전압 에이징이 수행될 수 있다.The
전압 에이징을 위하여, 캐소드 전극(CA)과 게이트 전극(GA)은 접지될 수 있다. 도 2는 게이트 전압 생성기(114)에 의하여 캐소드 전극(CA)과 게이트 전극(GA)이 단락 및 접지되는 것으로 설명하였으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 캐소드 전극(CA)과 게이트 전극(GA)은 별도의 스위치에 기초하여, 전압 에이징 동안 단락 및 접지될 수 있다. 이러한 단락 및 접지는 에이징 제어기(130)의 제어 하에, 수행될 수 있다.For voltage aging, the cathode electrode CA and the gate electrode GA may be grounded. 2, the cathode electrode CA and the gate electrode GA are short-circuited and grounded by the
또한, 도 2에 도시된 바와 달리, 캐소드 전극(CA)과 게이트 전극(GA)은 단락되되 접지되지 않고, 음전압이 단락된 캐소드 전극(CA)과 게이트 전극(GA)에 인가될 수 있다. 이 경우, 게이트 전압 생성기(114)는 단락된 캐소드 전극(CA)과 게이트 전극(GA)에 인가될 음전압을 생성할 수 있다. 게이트 전압 생성기(114)는 음의 목표 전압 레벨까지 순차적으로 증가하는 게이트 전압을 생성하여, 캐소드 전극(CA)과 게이트 전극(GA)에 제공할 수 있다. 여기에서, 증가는 전압 레벨의 절대값 크기의 증가를 의미하는 것으로 이해될 것이다. 이 경우, 아노드 전압 생성기(112)는 아노드 전압(Va)을 생성하지 않을 수 있고, 아노드 전극(AN)은 접지될 수 있다. 결과적으로, 아노드 전극(AN)과 캐소드 전극(CA) 또는 아노드 전극(AN)과 게이트 전극(GA) 사이의 전위차는 순차적으로 증가할 수 있다.2, the cathode electrode CA and the gate electrode GA may be short-circuited but not grounded, and a negative voltage may be applied to the short-circuited cathode electrode CA and the gate electrode GA. In this case, the
이와 달리, 아노드 전압 생성기(112)는 양의 아노드 전압(Va)을 아노드 전극(AN)에 인가하고, 게이트 전압 생성기(114)는 음의 게이트 전압을 게이트 전극(GA) 및 캐소드 전극(CA)에 인가할 수 있다. 이 경우, 아노드 전압(Va)이 양의 목표 전압 레벨까지 순차적으로 증가하거나, 게이트 전압이 음의 목표 전압 레벨까지 순차적으로 증가할 수 있다. 마찬가지로, 여기에서, 증가는 전압 레벨의 절대값 크기의 증가를 의미하는 것으로 이해될 것이다. 전계 방출 소자(FED)는 캐소드 전극(CA)과 아노드 전극(AN)을 포함하는 2극 구조일 수 있다. 이 경우, 아노드 전압 생성기(112)는 순차적으로 증가하는 아노드 전압(Va)을 아노드 전극(AN)에 인가하고, 캐소드 전극(CA)은 접지될 수 있다. 2극 구조의 경우에, 에미터는 캐소드 전극(CA)의 표면보다 아노드 전극(AN)으로부터 먼 영역에 형성될 수 있다.Alternatively, the
전압 에이징 동안, 전계 방출 전류는 발생되지 않을 수 있다. 전류 제어기(120)는 에이징 제어기(130)의 제어 하에, 전계 방출 전류가 발생되지 않도록 전계 방출 소자(FED)를 제어할 수 있다.During the voltage aging, the field emission current may not be generated. The
도 3은 도 2의 전압 생성기에 의하여 생성되는 아노드 전압을 도시한 그래프이다. 가로축은 시간으로 정의되고, 세로축은 아노드 전압(Va)의 크기로 정의된다. 시간은 제1 내지 제4 시간(t1~t4)로 구분될 수 있다. 제1 시간(t1)은 전압 에이징을 수행하는 시간으로 정의된다. 제2 시간(t2)은 전계 방출 전류 에이징을 수행하는 시간으로 정의된다. 제3 시간(t3)은 전계 방출 시간 에이징을 수행하는 시간으로 정의된다. 제4 시간(t4)은 최종 조건 에이징을 수행하는 시간으로 정의된다. 설명의 편의상, 도 2의 도면 부호를 참조하여, 도 3이 설명된다.3 is a graph showing the anode voltage generated by the voltage generator of FIG. The horizontal axis is defined as time, and the vertical axis is defined as the magnitude of the anode voltage Va. The time may be divided into first to fourth times t1 to t4. The first time t1 is defined as the time for performing the voltage aging. The second time t2 is defined as the time for performing the field emission current aging. The third time t3 is defined as the time for performing the field emission time aging. The fourth time t4 is defined as the time for performing the final condition aging. For convenience of description, referring to the reference numerals of Fig. 2, Fig. 3 will be described.
제1 시간(t1) 동안, 아노드 전압(Va)은 목표 전압 레벨(Vt)까지 순차적으로 증가한다. 아노드 전압(Va)은 아노드 전압 생성기(112)에서 생성될 수 있다. 예시적으로, 아노드 전압(Va)은 0부터 목표 전압 레벨(Vt)까지 순차적으로 증가할 수 있다. 아노드 전압(Va)은 일정 시간 동안 동일한 전압 레벨(DC 전압)이 유지되고, 기준 전압 레벨만큼 증가된 후, 다시 일정 시간 동안 동일한 전압 레벨이 유지되는 계단식 파형을 나타낼 수 있다. 여기에서, 기준 전압 레벨은 전계 방출 소자(FED)의 영구 파손을 발생시키지 않는 기준 범위 내일 수 있다. 도시된 바와 달리, 아노드 전압(Va)은 계단식 파형을 나타내지 않을 수 있다. 예를 들어, 아노드 전압(Va)은 시간의 흐름에 따라 선형적으로 증가될 수 있다.During the first time t1, the anode voltage Va sequentially increases to the target voltage level Vt. The anode voltage Va may be generated in the
제2 시간 내지 제4 시간(t2~t4) 동안, 아노드 전압(Va)은 목표 전압 레벨(Vt)로 유지될 수 있다. 목표 전압 레벨(Vt)로 유지되는 아노드 전압(Va)에 의하여, 캐소드 전극(CA)으로부터 방출된 전자는 아노드 전극(AN)에 제공될 수 있고, 전계 방출 전류가 발생될 수 있다. 즉, 제1 시간(t1) 동안 목표 전압 레벨(Vt)로 도달한 아노드 전압(Va)은 에이징 제어기(130)에 의한 별도의 전압 조절 없이 유지될 수 있고, 전압 조절에 의한 부담이 경감될 수 있다.During the second time period to the fourth time period t2 to t4, the anode voltage Va can be maintained at the target voltage level Vt. The electrons emitted from the cathode electrode CA can be provided to the anode electrode AN and the field emission current can be generated by the anode voltage Va held at the target voltage level Vt. That is, the anode voltage Va that has reached the target voltage level Vt for the first time t1 can be maintained without any additional voltage regulation by the aging
도 3에 도시된 제1 내지 제4 시간(t1~t4)은 설명의 편의상 임의의 길이를 갖도록 표시된 것이고, 각 에이징 단계의 진행에 따라, 제1 내지 제4 시간(t1~t4)의 길이는 다를 수 있음이 이해될 것이다. 또한, 제1 시간(t1) 동안 기준 전압 레벨만큼 계단식으로 증가하는 아노드 전압(Va)의 레벨은 설명의 편의상 표시된 것이고, 에이징 제어기(130)의 제어에 따라, 기준 전압 레벨의 크기는 다를 수 있다. 또한, 전압 에이징 동안, 캐소드 전극(CA) 및 게이트 전극(GA)에 인가되는 게이트 전압의 레벨이 음의 목표 전압 레벨만큼 순차적으로 증가하는 경우, 아노드 전압(Va)은 0으로 유지될 수 있다.The first to fourth times t1 to t4 shown in FIG. 3 are shown to have an arbitrary length for convenience of explanation. As the aging steps progress, the lengths of the first to fourth times t1 to t4 are It will be understood that it may be different. The level of the anode voltage Va that increases stepwise by the reference voltage level during the first time t1 is shown for the sake of convenience of explanation and the size of the reference voltage level may be different under the control of the aging
도 4는 도 1의 전계 방출 소자를 에이징하는 장치의 전계 방출 전류 에이징 동작, 전계 방출 시간 에이징 동작, 및 최종 조건 에이징 동작을 설명하기 위한 블록도이다. 도 4를 참조하면, 전계 방출 소자를 에이징하는 장치(100)는 전압 생성기(110), 전류 제어기(120), 및 에이징 제어기(130)를 포함한다. 도 4의 전압 생성기(110), 전류 제어기(120), 및 에이징 제어기(130) 각각은 도 1 또는 도 2의 전압 생성기(110), 전류 제어기(120), 및 에이징 제어기(130)에 대응된다. 또한, 전계 방출 소자(FED)는 도 1 또는 도 2의 전계 방출 소자(FED)에 대응된다.FIG. 4 is a block diagram for explaining the field emission current aging operation, the field emission time aging operation, and the final condition aging operation of the device for aging the field emission device of FIG. 1; Referring to FIG. 4, an
전압 생성기(110)는 아노드 전압 생성기(112) 및 게이트 전압 생성기(114)를 포함한다. 아노드 전압 생성기(112) 및 게이트 전압 생성기(114) 각각은 도 2의 아노드 전압 생성기(112) 및 게이트 전압 생성기(114)에 대응된다. 아노드 전압 생성기(112)는 전압 에이징 동안 목표 전압 레벨에 도달한 아노드 전압(Va)을 아노드 전극(AN)에 인가한다.
게이트 전압 생성기(114)는 아노드 전압(Va)보다 낮은 전압 레벨을 갖는 게이트 전압(Vg)을 생성한다. 게이트 전압 생성기(114)는 게이트 전압(Vg)을 게이트 전극(GA)에 인가한다. 전압 에이징 이후에, 전계 방출 전류(Ic)를 생성하기 위하여, 게이트 전극(GA) 및 캐소드 전극(CA)은 전기적으로 분리된다. 전계 방출 전류 에이징, 전계 방출 시간 에이징, 및 최종 조건 에이징 동안, 게이트 전압 생성기(114)는 일정한 전압 레벨을 갖는 게이트 전압(Vg)을 게이트 전극(GA)에 인가할 수 있다. 게이트 전압(Vg)은 아노드 전압(Va)과 마찬가지로 DC 전압일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The
전류 제어기(120)는 제1 트랜지스터(Tr1), 제2 트랜지스터(Tr2), 함수 생성기(122), 및 전류 측정기(124)를 포함할 수 있다. 도 4의 전류 제어기(120)의 구조는 예시적인 것으로, 본 발명의 실시예가 도 4의 구조에 제한되지 않는다. 전류 제어기(120)는 전압 에이징 동안, 전계 방출 전류(Ic)의 흐름을 차단하도록 동작한다. 전압 에이징 이후에, 전류 제어기(120)는 전계 방출 전류 에이징, 전계 방출 시간 에이징, 및 최종 조건 에이징 동안 전계 방출 전류(Ic)의 레벨 또는 펄스폭을 제어한다.The
제1 트랜지스터(Tr1)는 전계 방출 전류(Ic)의 흐름 또는 펄스폭(주기 및 듀티)을 결정할 수 있다. 제1 트랜지스터(Tr1)는 함수 생성기(122)로부터 생성된 제1 제어 신호에 기초하여, 전계 방출 전류(Ic)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 하이 레벨의 제1 제어 신호가 제1 트랜지스터(Tr1)의 게이트에 제공되는 경우, 제1 트랜지스터(Tr1)는 온되고, 전계 방출 전류(Ic)가 생성될 수 있다. 로우 레벨의 제1 제어 신호가 제1 트랜지스터(Tr1)의 게이트에 제공되는 경우, 제1 트랜지스터(Tr1)는 오프되고, 전계 방출 전류(Ic)의 흐름이 차단될 수 있다. 즉, 제1 제어 신호의 펄스폭에 의존하여, 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭이 결정될 수 있다.The first transistor Tr1 can determine the flow or pulse width (period and duty) of the field emission current Ic. The first transistor Tr1 can control the field emission current Ic based on the first control signal generated from the
제1 트랜지스터(Tr1)는 예시적으로 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET)일 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 다양한 트랜지스터 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 트랜지스터(Tr1)의 드레인은 캐소드 전극(CA)에 연결되고, 소스는 제2 트랜지스터(Tr2)의 드레인에 연결되고, 게이트는 함수 생성기(122)로부터 제1 제어 신호를 수신할 수 있다. 제1 트랜지스터(Tr1)는 캐소드 전극(CA)의 전압 변화를 감당할 수 있는 내전압 소자로 구성될 수 있다.The first transistor Tr1 may be illustratively a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), but it is not limited thereto and may include various transistor elements. For example, the drain of the first transistor Tr1 is connected to the cathode electrode CA, the source is connected to the drain of the second transistor Tr2, and the gate receives the first control signal from the
제2 트랜지스터(Tr2)는 전계 방출 전류(Ic)의 레벨 또는 피크 값을 결정할 수 있다. 제2 트랜지스터(Tr2)는 함수 생성기(122)로부터 생성된 제2 제어 신호에 기초하여, 전계 방출 전류(Ic)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 트랜지스터(Tr1)가 온되는 경우, 제2 트랜지스터(Tr2)는 제2 제어 신호의 크기에 기초하여, 전계 방출 전류(Ic)의 레벨을 조절할 수 있다.The second transistor Tr2 can determine the level or the peak value of the field emission current Ic. The second transistor Tr2 can control the field emission current Ic based on the second control signal generated from the
제2 트랜지스터(Tr2)는 예시적으로 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET)일 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 다양한 트랜지스터 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 트랜지스터(Tr2)의 드레인은 제1 트랜지스터(Tr1)의 소스에 연결되고, 소스는 전류 측정기(124)에 연결되고, 게이트는 함수 생성기(122)의 제2 제어 신호를 수신할 수 있다. 제2 트랜지스터(Tr2)는 전계 방출 소자(FED)와 직접 연결되지 않으므로, 내전압 소자로 구성되지 않을 수 있다.The second transistor Tr2 may be illustratively a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), but is not limited thereto and may include various transistor elements. For example, the drain of the second transistor Tr2 is connected to the source of the first transistor Tr1, the source is connected to the
함수 생성기(122)는 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호를 생성한다. 제1 제어 신호는 제1 트랜지스터(Tr1)에 게이트-소스 전압을 제공하여, 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭을 결정한다. 제2 제어 신호는 제2 트랜지스터(Tr2)에 게이트-소스 전압을 제공하여, 전계 방출 전류(Ic)의 레벨을 결정한다. 예시적으로, 함수 생성기(122)는 에이징 제어기(130)의 제어 하에, 제1 및 제2 제어 신호들을 직접 생성할 수 있다. 예시적으로, 함수 생성기(122)는 제1 제어 신호를 생성하고, 제1 제어 신호의 진폭을 변조하여 제2 제어 신호를 생성할 수 있다. 예시적으로, 함수 생성기(122)는 에이징 제어기(130)로부터 펄스폭 변조 신호를 수신할 수 있다. 함수 생성기(122)는 펄스폭 변조 신호를 제1 제어 신호로 이용하고, 펄스폭 변조 신호의 진폭을 변조하여 제2 제어 신호를 생성할 수 있다.The
전류 측정기(124)는 제1 트랜지스터(Tr1) 및 제2 트랜지스터(Tr2)를 통하여 흐르는 전계 방출 전류(Ic)를 측정할 수 있다. 예시적으로, 전류 측정기(124)는 전계 방출 전류(Ic)의 파형을 표시하는 오실로스코프를 포함할 수 있다. 전류 측정기(124)는 측정된 전계 방출 전류(Ic)에 대한 정보를 에이징 제어기(130)로 송신할 수 있다. 에이징 제어기(130)는 측정된 전계 방출 전류(Ic)에 기초하여, 현재 에이징 상태의 유지 여부를 결정하고, 전압 생성기(110) 또는 전류 제어기(120)를 제어할 수 있다.The
도 5는 도 4의 전류 제어기에 의하여 생성되는 전계 방출 전류를 도시한 그래프이다. 가로축은 시간으로 정의되고, 세로축은 전계 방출 전류(Ic)의 크기로 정의된다. 시간은 제1 내지 제4 시간(t1~t4)로 구분될 수 있다. 제1 시간(t1)은 전압 에이징을 수행하는 시간으로 정의된다. 제2 시간(t2)은 전계 방출 전류 에이징을 수행하는 시간으로 정의된다. 제3 시간(t3)은 전계 방출 시간 에이징을 수행하는 시간으로 정의된다. 제4 시간(t4)은 최종 조건 에이징을 수행하는 시간으로 정의된다. 설명의 편의상, 도 4의 도면 부호를 참조하여, 도 5가 설명된다.5 is a graph showing a field emission current generated by the current controller of FIG. The abscissa is defined as a time, and the ordinate is defined as the magnitude of the field emission current Ic. The time may be divided into first to fourth times t1 to t4. The first time t1 is defined as the time for performing the voltage aging. The second time t2 is defined as the time for performing the field emission current aging. The third time t3 is defined as the time for performing the field emission time aging. The fourth time t4 is defined as the time for performing the final condition aging. For convenience of description, referring to the reference numerals of Fig. 4, Fig. 5 will be described.
제1 시간(t1) 동안, 전계 방출 전류(Ic)의 흐름이 차단된다. 예를 들어, 함수 생성기(122)는 펄스를 생성하지 않을 수 있고, 제1 트랜지스터(Tr1) 및 제2 트랜지스터(Tr2)는 오프될 수 있다. 동시에, 전계 방출 소자(FED)의 게이트 전극(GA) 및 캐소드 전극(CA)은 서로 단락될 수 있고, 아노드 전압 생성기(112)는 목표 전압 레벨까지 순차적으로 증가하는 아노드 전압(Va)을 생성할 수 있다.During the first time (t1), the flow of the field emission current (Ic) is interrupted. For example, the
제2 시간(t2) 동안, 전계 방출 전류(Ic)는 목표 전류 레벨(It)까지 순차적으로 증가한다. 예시적으로, 전계 방출 전류(Ic)의 피크 값은 일정한 펄스폭(초기 에이징 펄스폭)을 유지하면서 0부터 목표 전류 레벨(It)까지 순차적으로 증가할 수 있다. 예시적으로, 일정한 펄스폭은 함수 생성기(122)에서 생성되는 펄스의 가장 작은 펄스폭에 대응될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 도 5에 도시된 바와 달리, 전계 방출 전류(Ic)의 파형은 목표 전류 레벨(It)까지 계단식으로 증가하거나, 선형적으로 증가할 수 있다. 전계 방출 전류(Ic)는 상승 엣지 이후 일정한 시간 동안 피크 값을 갖고, 다음 상승 엣지 이후 기준 전류 레벨만큼 증가된 피크 값을 가질 수 있다. 여기에서, 기준 전류 레벨은 에미터의 영구 파손을 발생시키지 않는 기준 범위 내일 수 있다.During the second time t2, the field emission current Ic sequentially increases to the target current level It. Illustratively, the peak value of the field emission current Ic can sequentially increase from 0 to the target current level It while maintaining a constant pulse width (initial aging pulse width). Illustratively, the constant pulse width may correspond to the smallest pulse width of the pulse generated in the
제2 시간(t2) 동안, 제1 트랜지스터(Tr1)는 함수 생성기(122)로부터 생성된 제1 제어 신호에 기초하여, 주기적으로 온오프될 수 있다. 제1 제어 신호는 일정한 주기를 유지할 수 있다. 제2 트랜지스터(Tr2)는 함수 생성기(122)로부터 생성된 시간에 따라 변화하는 제2 제어 신호에 기초하여, 순차적으로 증가하는 피크 값을 갖도록 전계 방출 전류(Ic)를 제어할 수 있다. 제2 시간(t2)이 시작될 때, 게이트 전극(GA)과 캐소드 전극(CA)은 전기적으로 분리될 수 있다. 아노드 전압 생성기(112)는 목표 전압 레벨을 갖는 아노드 전압(Va)을 생성하고, 게이트 전압 생성기(114)는 목표 전압 레벨보다 낮은 게이트 전압(Vg)을 생성할 수 있다.During the second time t2, the first transistor Tr1 may be periodically turned on and off based on the first control signal generated from the
제3 시간(t3) 동안, 전계 방출 전류(Ic)는 목표 펄스폭(Wt)까지 순차적으로 증가하는 펄스폭을 가질 수 있다. 예시적으로, 전계 방출 전류(Ic)는 목표 전류 레벨의 피크 값을 유지하면서 제2 시간(t2)의 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭부터 목표 펄스폭(Wt)까지 순차적으로 증가하는 펄스폭을 가질 수 있다. 전계 방출 전류(Ic)는 상승 엣지 이후 일정한 시간 동안 목표 전류 레벨이 유지되고, 다음 상승 엣지 이후 기준 폭만큼 증가된 시간 동안 목표 전류 레벨이 유지될 수 있다. 여기에서, 기준 폭은 전계 방출 소자(FED)의 영구 파손을 발생시키지 않는 기준 범위 내일 수 있다.During the third time t3, the field emission current Ic may have a pulse width that increases sequentially to the target pulse width Wt. Illustratively, the field emission current Ic is a pulse width that gradually increases from the pulse width of the field emission current Ic of the second time t2 to the target pulse width Wt while maintaining the peak value of the target current level Lt; / RTI > The field emission current Ic can maintain the target current level for a certain time after the rising edge and maintain the target current level for a time increased by the reference width after the next rising edge. Here, the reference width may be within a reference range that does not cause permanent breakage of the field emission device (FED).
전계 방출 시간 에이징 시에, 초기에 에이징에 의한 손상이 발생될 가능성이 높으므로, 시간의 흐름에 따라 펄스폭의 변화를 증가시키는 로그 스케일 방식으로 펄스폭이 증가될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 펄스폭은 일차 함수, 이차 함수 등 다양한 방식으로 증가할 수 있다. 또한, 도 5는 전계 방출 전류(Ic)의 듀티가 일정한 것으로 도시되나, 이에 제한되지 않고, 전계 방출 전류(Ic)의 듀티가 변화될 수 있다. 또한, 도 5와 달리, 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭이 순차적으로 증가하는 한, 전계 방출 전류(Ic)의 주기는 일정하게 유지될 수 있다.The pulse width can be increased in a logarithmic scale method that increases the variation of the pulse width with the passage of time because the damage due to the aging is likely to occur at the early stage in the field emission time aging. However, the pulse width may be increased in various ways such as a linear function, a quadratic function, and the like. 5 shows that the duty of the field emission current Ic is constant, but the present invention is not limited thereto and the duty of the field emission current Ic may be changed. 5, the period of the field emission current Ic can be kept constant as long as the pulse width of the field emission current Ic sequentially increases.
제3 시간(t3) 동안, 제1 트랜지스터(Tr1)는 제1 제어 신호에 기초하여, 온오프될 수 있다. 제1 제어 신호의 펄스폭은 시간에 따라 증가할 수 있다. 제2 트랜지스터(Tr2)는 일정한 크기를 유지하는 제2 제어 신호에 기초하여, 목표 전류 레벨(It)의 피크 값을 갖도록 전계 방출 전류(Ic)를 제어할 수 있다. 아노드 전압 생성기(112) 및 게이트 전압 생성기(114) 각각은 제2 시간(t2)과 동일한 아노드 전압(Va) 및 게이트 전압(Vg)을 생성할 수 있다.During the third time t3, the first transistor Tr1 can be turned on and off based on the first control signal. The pulse width of the first control signal may increase with time. The second transistor Tr2 can control the field emission current Ic so as to have a peak value of the target current level It on the basis of the second control signal maintaining a constant magnitude. Each of the
제4 시간(t4) 동안, 전계 방출 전류(Ic)는 목표 전류 레벨(It)의 피크 값을 갖고, 목표 펄스폭(Wt)을 가질 수 있다. 동시에, 아노드 전압 생성기(112) 및 게이트 전압 생성기(114) 각각은 제2 시간(t2)과 동일한 아노드 전압(Va) 및 게이트 전압(Vg)을 생성할 수 있다. 제4 시간(t4) 동안, 전류 측정기(124)에 의하여 측정된 전계 방출 전류(Ic)가 감소하거나, 아크 방전이 발생하는 경우, 에이징 제어기(130)는 다시 전압 에이징, 전계 방출 전류 에이징, 및 전계 방출 시간 에이징을 반복하거나, 불량으로 판단할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 달리, 제4 시간(t4) 동안, 전계 방출 소자를 에이징하는 장치(100)는 전계 방출 소자(FED)에 인가되는 전압, 전계 방출 전류(Ic)의 레벨, 및 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭 중 적어도 하나를 변경할 수 있다. 예를 들어, 전류 제어기(120)는 전계 방출 전류(Ic)의 레벨 및 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭을 실제 전계 방출 소자(FED)를 구동하기 위한 조건으로 조정할 수 있다.During the fourth time t4, the field emission current Ic has a peak value of the target current level It and can have the target pulse width Wt. At the same time, each of the
도 6은 도 5의 제2 시간 동안 생성되는 전계 방출 전류의 다른 실시예를 도시한 그래프이다. 가로축은 시간으로 정의되고, 세로축은 전계 방출 전류(Ic)의 크기로 정의된다. 도 6을 참조하면, 전계 방출 전류(Ic)의 피크 값은, 제2 시간(t2) 동안, 0부터 목표 전류 레벨(It)까지 순차적으로 증가할 수 있다. 다만, 도 5와 달리, 전계 방출 전류(Ic)의 피크 값은 일정한 시간(기준 시간) 동안 동일한 전류 레벨을 반복하여 유지될 수 있다. 예를 들어, 기준 시간은, 이후에 기준 전류 레벨만큼 전계 방출 전류(Ic)의 전류 레벨을 증가시켜도, 전계 방출 소자(FED)가 영구 파손되지 않을 정도의 충분한 시간일 수 있다.FIG. 6 is a graph showing another embodiment of the field emission current generated during the second time in FIG. The abscissa is defined as a time, and the ordinate is defined as the magnitude of the field emission current Ic. Referring to FIG. 6, the peak value of the field emission current Ic may sequentially increase from 0 to the target current level It during the second time t2. However, unlike FIG. 5, the peak value of the field emission current Ic can be repeatedly maintained at the same current level for a constant time (reference time). For example, the reference time may be a time sufficient to prevent the field emission device FED from being permanently broken even if the current level of the field emission current Ic is increased by the reference current level thereafter.
전계 방출 전류(Ic)의 피크 값은 일정한 시간 동안 동일한 전류 레벨을 유지한 후, 제1 기준 전류 레벨만큼 증가할 수 있다. 여기에서, 제1 기준 전류 레벨은 도 5의 기준 전류 레벨보다 클 수 있다. 전계 방출 전류(Ic)의 피크 값이 제1 기준 전류 레벨만큼 증가한 후, 전계 방출 전류(Ic)의 피크 값은 다시 일정한 시간 동안 유지되고, 다시 제2 기준 전류 레벨만큼 증가할 수 있다. 즉, 피크 값은 목표 전류 레벨(It)까지 계단식으로 증가할 수 있다. 제1 기준 전류 레벨과 제2 기준 전류 레벨은 서로 동일할 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 전계 방출 소자(FED)의 영구 파손 가능성을 고려하여 서로 다른 크기로 설정될 수 있다. 또한, 도 6에 도시된 바와 달리, 전계 방출 전류(Ic)의 피크 값이 일정하게 유지되는 기준 시간은 전류 레벨 별로 다를 수 있다.The peak value of the field emission current Ic can be increased by the first reference current level after maintaining the same current level for a certain period of time. Here, the first reference current level may be larger than the reference current level in Fig. After the peak value of the field emission current Ic is increased by the first reference current level, the peak value of the field emission current Ic is again maintained for a predetermined time and increased again by the second reference current level. That is, the peak value may increase stepwise to the target current level It. The first reference current level and the second reference current level may be equal to each other, but the present invention is not limited thereto. The first reference current level and the second reference current level may be set to different sizes in consideration of the possibility of permanent damage of the field emission device (FED). 6, the reference time at which the peak value of the field emission current Ic is kept constant may be different for each current level.
도 7은 도 5의 제3 시간 동안 생성되는 전계 방출 전류의 다른 실시예를 도시한 그래프이다. 가로축은 시간으로 정의되고, 세로축은 전계 방출 전류(Ic)의 크기로 정의된다. 도 7을 참조하면, 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭은, 제3 시간(t3) 동안, 제1 내지 제n 펄스폭(Wt1~Wtn)까지 까지 순차적으로 증가할 수 있다. 여기에서, 제1 펄스폭(Wt1)은 제2 시간(t2)의 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭에 대응되고, 제n 펄스폭(Wtn)은 도 5의 목표 펄스폭(Wt)에 대응될 수 있다. 도 5와 달리, 펄스폭의 크기는 일정한 회수(기준 회수) 동안 반복하여 유지될 수 있다. 예를들어, 기준 회수는, 이후에 기준 폭만큼 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭을 증가시켜도, 전계 방출 소자(FED)가 영구 파손되지 않을 정도의 피크 값의 충분한 반복 회수일 수 있다.FIG. 7 is a graph showing another embodiment of the field emission current generated during the third time of FIG. The abscissa is defined as a time, and the ordinate is defined as the magnitude of the field emission current Ic. Referring to FIG. 7, the pulse width of the field emission current Ic may sequentially increase from the first pulse width Wt1 to the first pulse width Wtn during the third time t3. The first pulse width Wt1 corresponds to the pulse width of the field emission current Ic in the second time t2 and the nth pulse width Wtn corresponds to the target pulse width Wt in Fig. . 5, the magnitude of the pulse width can be repeatedly maintained for a certain number of times (the reference number of times). For example, even if the pulse width of the field emission current Ic is increased by the reference width thereafter, the reference number may be a sufficient number of repetitions of the peak value such that the field emission device FED is not permanently broken.
전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭은 일정한 시간 동안 동일한 펄스폭을 유지한 후, 제1 기준 폭만큼 증가할 수 있다. 제1 기준 폭은 도 5의 기준 폭보다 클 수 있다. 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭이 제1 기준폭만큼 증가한 후, 펄스폭은 다시 일정한 시간 동안 유지되고, 다시 제2 기준 폭만큼 증가할 수 있다. 즉, 펄스폭은 목표 펄스폭인 제n 펄스폭(Wtn)까지 계단식으로 증가할 수 있다. 제1 기준폭과 제2 기준폭은 서로 동일할 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 전계 방출 소자(FED)의 영구 파손 가능성을 고려하여 서로 다른 크기로 설정될 수 있다. 또한, 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭이 일정하게 유지되는 기준 회수는 펄스폭의 크기 별로 다를 수 있다.The pulse width of the field emission current Ic can be increased by the first reference width after maintaining the same pulse width for a constant time. The first reference width may be greater than the reference width of FIG. After the pulse width of the field emission current Ic is increased by the first reference width, the pulse width is again maintained for a constant time and can be increased again by the second reference width. That is, the pulse width can be increased stepwise up to the n-th pulse width Wtn which is the target pulse width. The first reference width and the second reference width may be equal to each other, but are not limited thereto, and may be set to different sizes in consideration of the possibility of permanent damage of the field emission device (FED). In addition, the number of times that the pulse width of the field emission current Ic is kept constant may be different for each pulse width.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 복수의 전계 방출 소자들을 에이징하는 장치의 블록도이다. 도 8을 참조하면, 전계 방출 소자를 에이징하는 장치(200)는 전압 생성기(210), 제1 내지 제n 전류 제어기들(221~22n), 제1 내지 제n 에이징 제어기들(231~23n), 및 통합 제어기(240)를 포함할 수 있다. 전계 방출 소자를 에이징하는 장치(200)는 제1 내지 제n 전계 방출 소자들(FED1~FEDn)을 동시에 병렬로 에이징할 수 있다. 따라서, 전계 방출 소자들을 대량 생산할 때의 에이징 시간이 감소될 수 있고, 저비용 고효율 에이징이 가능하다.8 is a block diagram of an apparatus for aging a plurality of field emission devices according to an embodiment of the present invention. 8, an
전압 생성기(210)는 아노드 전압 생성기(212) 및 게이트 전압 생성기(214)를 포함할 수 있다. 아노드 전압 생성기(212)는 전압 에이징 동안 목표 전압 레벨까지 순차적으로 증가하는 아노드 전압(Va)을 생성할 수 있다. 아노드 전압 생성기(212)는 전계 방출 전류 에이징, 전계 방출 시간 에이징, 및 최종 조건 에이징 동안 목표 전압 레벨을 갖는 아노드 전압(Va)을 생성할 수 있다. 아노드 전압(Va)은 제1 내지 제n 전계 방출 소자들(FED1~FEDn) 각각에 병렬로 제공될 수 있다.The
게이트 전압 생성기(214)는 전계 방출 전류 에이징, 전계 방출 시간 에이징, 및 최종 조건 에이징 동안 목표 아노드 전압 레벨보다 낮은 전압 레벨을 갖는 게이트 전압(Vg)을 생성할 수 있다. 게이트 전압(Vg)은 제1 내지 제n 전계 방출 소자들(FED1~FEDn) 각각에 병렬로 제공될 수 있다. 예시적으로, 게이트 전압 생성기(214)는 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)을 포함할 수 있다. 게이트 전압 생성기(214)는 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)을 이용하여, 아노드 전압(Va)을 분압하여 게이트 전압(Vg)을 생성할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 게이트 전압 생성기(214)는 아노드 전압(Va)과 별도로 게이트 전압(Vg)을 생성하도록 구성될 수 있다.The
게이트 전압 생성기(214)는 전압 에이징 동안 제1 내지 제n 전계 방출 소자들(FED1~FEDn) 각각에 포함된 캐소드 전극과 게이트 전극을 단락시키기 위한 스위치(SW)를 더 포함할 수 있다. 전압 에이징 동안, 스위치(SW)는 온되어 게이트 전극들을 접지시킬 수 있다. 동시에, 제1 내지 제n 전류 제어기들(221~22n) 각각은 캐소드 전극들을 접지시켜, 게이트 전극과 캐소드 전극을 서로 단락시킬 수 있다. 전압 에이징 이후에, 스위치(SW)는 오프되고, 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)에 의하여 아노드 전압(Va)이 분압되어, 게이트 전압(Vg)이 생성될 수 있다.The
도시된 바와 달리, 전압 생성기(210)는 아노드 전압 생성기(212) 대신, 캐소드 전압 생성기를 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 내지 제n 전계 방출 소자들(FED1~FEDn)의 아노드 전극은 접지될 수 있다. 전압 에이징 동안, 캐소드 전극과 게이트 전극은 서로 단락되고, 캐소드 전압 생성기는 음의 목표 전압 레벨까지 순차적으로 (절대값이) 증가하는 캐소드 전압을 생성할 수 있다. 캐소드 전압은 전압 에이징 동안, 캐소드 전극 및 게이트 전극에 인가될 수 있다. 전압 에이징 이후에, 캐소드 전극과 게이트 전극은 전기적으로 분리되고, 캐소드 전극에 목표 전압 레벨을 갖는 캐소드 전압이 인가되고, 게이트 전극에 게이트 전압(Vg)이 인가될 수 있다.Unlike what is shown, the
제1 내지 제n 전류 제어기들(221~22n)은 제1 내지 제n 전계 방출 소자들(FED1~FEDn)에 의하여 생성된 제1 내지 제n 전계 방출 전류들(Ic1~Icn)을 제어한다. 전계 방출 전류 에이징 동안, 제1 내지 제n 전류 제어기들(221~22n)은 제1 내지 제n 전계 방출 전류들(Ic1~Icn)이 목표 전류 레벨까지 순차적으로 증가하도록 제1 내지 제n 전계 방출 소자들(FED1~FEDn)을 제어할 수 있다. 전계 방출 시간 에이징 동안, 제1 내지 제n 전류 제어기들(221~22n)은 제1 내지 제n 전계 방출 전류들(Ic1~Icn)의 펄스폭이 목표 펄스폭까지 순차적으로 증가하도록 제1 내지 제n 전계 방출 소자들(FED1~FEDn)을 제어할 수 있다. 최종 조건 에이징 동안, 제1 내지 제n 전류 제어기들(221~22n)은 제1 내지 제n 전계 방출 전류들(Ic1~Icn)이 목표 전류 레벨 및 목표 펄스폭을 유지하도록 제1 내지 제n 전계 방출 소자들(FED1~FEDn)을 제어할 수 있다.The first to nth
제1 내지 제n 에이징 제어기들(231~23n) 각각은 제1 내지 제n 전류 제어기들(221~22n)의 동작을 제어할 수 있다. 제1 내지 제n 에이징 제어기들(231~23n)은 전압 에이징, 전계 방출 전류 에이징, 전계 방출 시간 에이징, 및 최종 조건 에이징 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제2 에이징 제어기(232)는 제2 전류 제어기(222)에 의하여 측정된 제2 전계 방출 전류(Ic2)의 레벨을 목표 전류 레벨과 비교하거나, 펄스폭을 목표 펄스폭과 비교할 수 있다. 제2 에이징 제어기(232)는 비교 결과에 기초하여, 제2 전계 방출 전류(Ic2)의 레벨 또는 펄스폭을 증가시키거나, 에이징 동작을 변경하도록 제2 전류 제어기(222)를 제어할 수 있다.Each of the first to the n-
제1 에이징 제어기(231)는 다른 에이징 제어기들과 달리, 전압 생성기(210)의 동작을 더 제어할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 제1 내지 제n 에이징 제어기들(231~23n) 다른 하나의 에이징 제어기가 전압 생성기(210)를 제어할 수 있다. 전압 생성기(210)는 병렬로 제1 내지 제n 전계 방출 소자들(FED1~FEDn) 모두에 아노드 전압(Va) 및 게이트 전압(Vg)을 제공하므로, 전압 생성기(210)의 제어를 위하여, 하나의 에이징 제어기로 족할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 전압 생성기(210)를 제어하기 위한 별도의 제어기가 더 제공될 수 있다.The first aging
제1 에이징 제어기(231)는 측정된 아노드 전압(Va)의 레벨을 목표 전압 레벨과 비교하여, 아노드 전압(Va)의 레벨을 증가시키거나, 에이징 동작을 변경하도록 전압 생성기(210)를 제어할 수 있다. 제1 에이징 제어기(231)는 스위치(SW)의 온오프를 제어하는 스위치 제어 신호를 전압 생성기(210)에 제공할 수 있다. 전압 에이징 동안, 제1 에이징 제어기(231)는 스위치(SW)를 온시킬 수 있고, 전압 에이징 종료 시에, 제1 에이징 제어기(231)는 스위치(SW)를 오프시킬 수 있다.The first aging
제1 내지 제n 에이징 제어기들(231~23n) 각각은 컴퓨팅 장치로 구현될 수 있다. 제1 내지 제n 에이징 제어기들(231~23n)은 제1 내지 제n 전계 방출 소자들(FED1~FEDn) 각각의 측정된 전압 또는 전류를 수신하고, 수신된 전압 또는 전류에 기초하여, 에이징 동작을 제어하기 위한 프로그램 가능한 컴퓨팅 장치로 구현될 수 있다. 제1 내지 제n 에이징 제어기들(231~23n) 도 1에서 상술된 에이징 제어기(130)와 같이, CPU, 메모리, 및 버스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제n 에이징 제어기들(231~23n)은 아두이노, 라즈베리파이 등의 단일보드 컴퓨터로 구현될 수 있다.Each of the first to n-
통합 제어기(240)는 제1 내지 제n 에이징 제어기들(231~23n)을 통합적으로 제어할 수 있다. 통합 제어기(240)는 아노드 전압(Va), 제1 내지 제n 전계 방출 전류들(Ic1~Icn) 각각의 레벨 및 펄스폭에 따라, 이후 시간에 변경되는 제어 변수를 결정할 수 있다. 제어 변수는 미리 통합 제어기(240)에 저장될 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제n 에이징 제어기들(231~23n)은 통합 제어기(240)에 측정된 아노드 전압(Va), 제1 내지 제n 전계 방출 전류들(Ic1~Icn) 각각의 레벨 및 펄스폭에 대한 정보를 수신하고, 수신된 정보에 기초하여 변경되는 제어 변수를 제1 내지 제n 에이징 제어기들(231~23n)에 제공할 수 있다. 제1 내지 제n 에이징 제어기들(231~23n)은 수신된 제어 변수에 기초하여, 전압 생성기(210) 및 제1 내지 제n 전류 제어기들(221~22n)을 제어할 수 있다.The
통합 제어기(240)는 컴퓨팅 장치로 구현될 수 있고, 제1 내지 제n 에이징 제어기들(231~23n)과 유선 또는 무선으로 통신할 수 있다. 통합 제어기(240)는 제1 내지 제n 에이징 제어기들(231~23n)의 통합 제어를 위한 정보를 처리하는 CPU, 이러한 정보들을 저장하는 메모리, 및 CPU와 메모리 사이에서 정보를 전달하는 버스를 포함할 수 있다.The
도 9는 도 8의 전류 제어기들의 예시적인 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 9의 전류 제어기(220)는 도 8의 제1 내지 제n 전류 제어기들(221~22n) 중 하나의 구조로 볼 수 있다. 다만, 전류 제어기(220)는 도 8의 제1 내지 제n 전류 제어기들(221~22n)의 구조의 일 실시예로 이해될 것이고, 제1 내지 제n 전류 제어기들(221~22n)의 구조가 이에 제한되지 않을 것이다. 도 9를 참조하면, 전류 제어기(220)는 과전류 보호 소자(221), 진폭 변조 회로(222), 전류 측정기(223), 제1 트랜지스터(Tr1), 및 제2 트랜지스터(Tr2)를 포함한다.9 is a diagram for explaining an exemplary structure of the current controllers of FIG. The
과전류 보호 소자(221)는 전계 방출 전류(Ic)의 크기가 전류 제어기(220) 또는 전계 방출 소자의 손상을 유발시키는 과전류를 갖는 경우, 전계 방출 소자와 전류 제어기(220) 사이의 전기적 연결을 차단하도록 구성될 수 있다. 과전류 보호 소자(221)는 전계 방출 소자의 캐소드 전극과 제1 트랜지스터(Tr1) 사이에 배치된다. 예를 들어, 과전류 보호 소자(221)는 퓨즈를 포함할 수 있다.The
진폭 변조 회로(222)는 펄스폭 변조 신호(PWM)의 진폭을 변조하여 진폭 변조 신호를 생성할 수 있다. 진폭 변조 회로(222)는 에이징 제어기의 제어 하에 진폭 변조 신호의 진폭을 결정할 수 있다. 예를 들어, 전계 방출 전류 에이징 동안, 진폭 변조 회로(222)는 시간의 흐름에 따라 증가하는 진폭을 갖도록, 펄스폭 변조 신호(PWM)의 진폭을 변조할 수 있다. 진폭 변조 신호는 제2 트랜지스터(Tr2)의 게이트에 제공될 수 있다. 제2 트랜지스터(Tr2)는 진폭 변조 신호에 기초하여, 전계 방출 전류(Ic)의 피크 값을 조절할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 제2 트랜지스터(Tr2)의 게이트에 제공되는 신호는 제1 트랜지스터(Tr1)의 게이트에 제공되는 신호와 별도로, 에이징 제어기의 제어 하에 생성되는 DC 신호일 수 있다.The
제1 트랜지스터(Tr1)는 제1 제어 신호에 기초하여, 전계 방출 전류의 펄스폭(주기 및 듀티)을 결정할 수 있다. 제1 제어 신호는 펄스폭 변조 신호(PWM)일 수 있다. 펄스폭 변조 신호(PWM)는 에이징 제어기로부터 제공될 수 있다. 제1 트랜지스터(Tr1) 및 제1 제어 신호는 도 4의 제1 트랜지스터(Tr1) 및 제1 제어 신호와 실질적으로 동일하므로, 구체적인 설명이 생략된다.The first transistor Tr1 can determine the pulse width (period and duty) of the field emission current based on the first control signal. The first control signal may be a pulse width modulation signal (PWM). The pulse width modulation signal PWM may be provided from the aging controller. The first transistor Tr1 and the first control signal are substantially the same as the first transistor Tr1 and the first control signal in FIG. 4, so that detailed description thereof is omitted.
제2 트랜지스터(Tr2)는 제2 제어 신호에 기초하여, 전계 방출 전류의 레벨(피크 값 및 진폭)을 결정할 수 있다. 제2 제어 신호는 진폭 변조 회로(222)에 의하여 생성된 진폭 변조 신호일 수 있다. 제2 트랜지스터(Tr2) 및 제2 제어 신호는 도 4의 제2 트랜지스터(Tr2) 및 제2 제어 신호와 실질적으로 동일하므로, 구체적인 설명이 생략된다.The second transistor Tr2 can determine the level (peak value and amplitude) of the field emission current based on the second control signal. The second control signal may be an amplitude modulated signal generated by the
전류 측정기(223)는 전계 방출 전류(Ic)를 측정하도록 구성될 수 있다. 전류 측정기(223)는 제2 트랜지스터(Tr2) 및 접지 사이에 배치될 수 있다. 전류 측정기(223)는 전계 방출 전류(Ic)의 일부를 분류한 측정 전류(Im)를 에이징 제어기로 송신하기 위한 저항을 포함할 수 있다. 전류 측정기(223)에 포함된 저항에 의하여, 전계 방출 전류(Ic)의 일부가 에이징 제어기로 제공될 수 있다.The
도 10은 도 8의 에이징 제어기들의 예시적인 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 10의 동작을 수행하는 에이징 제어기는 도 8의 제1 내지 제n 에이징 제어기들(231~23n) 중 하나일 수 있다. 다만, 도 10의 동작들은 도 8의 제1 내지 제n 에이징 제어기들(231~23n)의 동작에 대한 일 실시예로 이해될 것이고, 도 10의 동작에 도 8이 제한되지 않을 것이다. 예를 들어, S10 내지 S17 단계의 순서는 변경될 수 있고, 각 단계들의 진행 시점은 도 10과 다를 수 있다. 도 10의 그래프에서, 가로축은 시간으로 정의되고, 세로축은 에이징 제어기로부터 생성되는 펄스폭 변조 신호(PWM)의 크기로 정의된다. 설명의 편의상 도 9의 도면 부호를 참조하여, 도 10이 설명된다.FIG. 10 is a diagram for explaining an exemplary operation of the aging controllers of FIG. 8. FIG. The aging controller for performing the operation of FIG. 10 may be one of the first to n-
펄스폭 변조 신호(PWM)는 도 9에서 상술된 바와 같이, 제1 트랜지스터(Tr1)의 온오프를 결정할 수 있다. 예시적으로, 펄스폭 변조 신호(PWM)가 하이 레벨일 때, 제1 트랜지스터(Tr1)는 온되고, 로우 레벨일 때, 제1 트랜지스터(Tr1)는 오프된다. 전압 에이징 동안, 전계 방출 소자의 게이트 전극 및 캐소드 전극는 단락 및 접지되므로, 전계 방출 전류(Ic)는 발생되지 않을 수 있다. 다만, 펄스폭 변조 신호(PWM)의 동작에 따라, 도 8의 제1 에이징 제어기(231)는 전압 생성기(210)를 제어할 수 있고, 아노드 전압(Va)이 생성될 수 있다. 전계 방출 전류 에이징 동안, 펄스폭 변조 신호(PWM)는 일정한 주기를 가질 수 있다. 다만, 진폭 변조 회로(222)에 의하여, 전계 방출 전류(Ic)의 레벨은 순차적으로 증가될 수 있다. The pulse width modulation signal PWM can determine the ON / OFF state of the first transistor Tr1, as described above with reference to FIG. Illustratively, when the pulse width modulation signal PWM is at the high level, the first transistor Tr1 is turned on, and when the pulse width modulation signal PWM is at the low level, the first transistor Tr1 is turned off. During the voltage aging, the gate electrode and the cathode electrode of the field emission device are short-circuited and grounded, so that the field emission current Ic may not be generated. However, according to the operation of the pulse width modulation signal PWM, the first aging
전계 방출 시간 에이징 동안, 펄스폭 변조 신호(PWM)가 하이 레벨을 갖는 시간이 순차적으로 증가할 수 있다. 즉, 제1 트랜지스터(Tr1)가 온되는 시간이 순차적으로 증가하고, 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭이 순차적으로 증가할 수 있다. 펄스폭 변조 신호(PWM)가 하이 레벨을 갖는 시간은 목표 펄스폭에 대응되는 시간까지 증가할 수 있다. 다만, 전계 방출 전류(Ic)의 레벨은 일정하게 유지될 수 있다. 최종 조건 에이징 동안, 펄스폭 변조 신호(PWM)가 하이 레벨을 갖는 시간은 목표 펄스폭으로 유지될 수 있다.During the field emission time aging, the time at which the pulse width modulation signal PWM has a high level can be sequentially increased. That is, the time for which the first transistor Tr1 is turned on sequentially increases, and the pulse width of the field emission current Ic can be sequentially increased. The time at which the pulse width modulation signal PWM is at the high level may increase until the time corresponding to the target pulse width. However, the level of the field emission current Ic can be kept constant. During the final condition aging, the time that the pulse width modulation signal PWM has a high level can be maintained at the target pulse width.
S10 단계는 펄스폭 변조 신호(PWM)가 상승 엣지를 갖기 전에 진행된다. S10 단계에서, 도 6의 통합 제어기(240)는 제어 변수를 결정하고, 에이징 제어기는 제어 변수를 선언할 수 있다. 선언된 제어 변수에 기초하여, 펄스폭 변조 신호(PWM)의 주기 및 펄스폭이 결정될 수 있다. 또한, 제어 변수에 기초하여, 진폭 변조 회로(222)에 의하여 변조되는 진폭의 크기가 결정될 수 있다.Step S10 is performed before the pulse width modulation signal PWM has a rising edge. In step S10, the
S11 단계는 펄스폭 변조 신호(PWM)가 상승 엣지를 가질 때 진행될 수 있다. S11 단계에서, 에이징 제어기는 시간을 측정한다. 시간은 펄스폭 변조 신호(PWM)의 다음 상승 엣지까지 측정된다. 즉, 에이징 제어기는 상승 엣지가 발생되는 시간 간격을 측정하여, 펄스폭 변조 신호(PWM)의 주기 및 펄스폭을 제어할 수 있다. 예시적으로, 시간 측정을 위하여, 에이징 제어기는 카운터를 포함할 수 있다.Step S11 may be carried out when the pulse width modulation signal PWM has a rising edge. In step S11, the aging controller measures time. The time is measured up to the next rising edge of the pulse width modulation signal PWM. That is, the aging controller can control the period and the pulse width of the pulse width modulation signal PWM by measuring the time interval at which the rising edge is generated. Illustratively, for time measurement, the aging controller may include a counter.
S12 단계는 펄스폭 변조 신호(PWM)가 하강 엣지를 갖기 전에 진행될 수 있다. S12 단계에서, 에이징 제어기는 제2 트랜지스터(Tr2)의 게이트-소스 전압을 측정한다. 다만, 제2 트랜지스터(Tr2)의 게이트-소스 전압이 제1 트랜지스터(Tr1)에 입력되는 신호와 무관하게 시간에 대하여 일정한 DC 신호라면, 펄스폭 변조 신호(PWM)가 하강 엣지를 가진 후에 S12 단계가 수행될 수 있다. 제2 트랜지스터(Tr2)의 게이트-소스 전압은 제2 제어 신호를 의미할 수 있고, 진폭 변조 회로(222)에 의하여 생성된 진폭 변조 신호를 의미할 수 있다. 제2 제어 신호에 의하여 결정되는 전계 방출 전류(Ic)의 레벨은 제1 트랜지스터(Tr1)가 온될 때 유의미하므로, 펄스폭 변조 신호(PWM)가 하이 레벨을 가질 때, 제2 트랜지스터(Tr2)의 게이트-소스 전압이 측정될 수 있다.Step S12 may be performed before the pulse width modulation signal PWM has a falling edge. In step S12, the aging controller measures the gate-source voltage of the second transistor Tr2. However, if the gate-source voltage of the second transistor Tr2 is a constant DC signal with respect to time irrespective of the signal input to the first transistor Tr1, the pulse width modulation signal PWM has a falling edge, Can be performed. The gate-source voltage of the second transistor (Tr2) may refer to a second control signal and may refer to an amplitude modulated signal generated by the amplitude modulation circuit (222). Since the level of the field emission current Ic determined by the second control signal is significant when the first transistor Tr1 is turned on, when the pulse width modulation signal PWM is at the high level, The gate-source voltage can be measured.
S13 및 S14 단계들은 펄스폭 변조 신호(PWM)가 하강 엣지를 갖기 전에 진행될 수 있다. S13 단계에서, 에이징 제어기는 전계 방출 전류(Ic)를 측정한다. 전계 방출 전류(Ic)의 크기는 제2 제어 신호, 즉 제2 트랜지스터(Tr2)의 게이트-소스 전압에 의존할 수 있다. S14 단계에서, 에이징 제어기는 전계 방출 소자의 아노드 전극에 흐르는 아노드 전류를 측정할 수 있다. 전계 방출 전류(Ic) 또는 아노드 전류의 측정 정확도를 높이기 위하여, S13 및 S14 단계들은 제1 트랜지스터(Tr1)가 온되는 동안, 임의의 시간에 1회 이상 측정될 수 있다. 설명의 편의상, S12 내지 S14 단계들이 동일한 시점에 수행되는 것으로 도시하였으나, 실제로 S12 내지 S14 단계들 각각은 제1 트랜지스터(Tr1)가 온되는 동안, 서로 다른 임의의 시점에 수행될 수 있음이 이해될 것이다.Steps S13 and S14 may be performed before the pulse width modulation signal PWM has a falling edge. In step S13, the aging controller measures the field emission current Ic. The magnitude of the field emission current Ic may depend on the second control signal, i.e., the gate-source voltage of the second transistor Tr2. In step S14, the aging controller can measure the anode current flowing to the anode electrode of the field emission device. In order to increase the measurement accuracy of the field emission current Ic or the anode current, steps S13 and S14 can be measured at least once at any time while the first transistor Tr1 is turned on. For convenience of explanation, it is understood that the steps S12 to S14 are performed at the same time, but it is understood that each of the steps S12 to S14 actually can be performed at a different arbitrary time while the first transistor Tr1 is on will be.
S15 단계는 펄스폭 변조 신호(PWM)가 하강 엣지를 가진 후에 진행될 수 있다. S15 단계에서, 에이징 제어기는 전계 방출 소자의 아노드 전극에 인가되는 아노드 전압을 측정할 수 있다.Step S15 may be performed after the pulse width modulation signal PWM has a falling edge. In step S15, the aging controller can measure the anode voltage applied to the anode electrode of the field emission device.
S16 단계는 S12 내지 S15 단계가 진행된 이후에 진행될 수 있다. S16 단계에서, 에이징 제어기는 도 6의 통합 제어기(240)와 통신할 수 있다. 에이징 제어기는 S12 내지 S15 단계에서 측정된 전압 및 전류에 대한 정보를 통합 제어기(240)에 송신할 수 있다. 통합 제어기(240)는 수신된 정보에 기초하여, 변경된 제어 변수를 결정할 수 있다. 통합 제어기(240)는 결정된 제어 변수에 대한 정보를 에이징 제어기로 송신할 수 있다.The step S16 may be performed after the steps S12 to S15 have been performed. In step S16, the aging controller may communicate with the
S17 단계는 S16 단계가 진행된 이후에 진행될 수 있다. S17 단계는 S10 단계에 대응된다. S17 단계에서, 에이징 제어기는 통합 제어기(240)로부터 수신된 제어 변수에 기초하여, 제어 변수를 변경할 수 있다. 예를 들어, 에이징 제어기는 전압 에이징 단계에서 아노드 전압의 레벨을 증가시키도록 제어 변수를 변경할 수 있다. 에이징 제어기는 전계 방출 전류 에이징 단계에서, 전계 방출 전류의 레벨을 증가시키도록 제어 변수를 변경할 수 있다. 에이징 제어기는 전계 방출 시간 에이징 단계에서, 전계 방출 전류의 펄스폭을 증가시키도록 제어 변수를 변경할 수 있다.The step S17 may be performed after the step S16. Step S17 corresponds to step S10. In step S17, the aging controller can change the control variable based on the control variable received from the
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 소자를 에이징하는 장치의 에이징 방법에 대한 순서도이다. 도 11의 방법은 도 1의 장치(100) 또는 도 8의 장치(200)에서 수행될 수 있다. 도 11을 참조하면, 전계 방출 소자를 에이징 하는 장치의 에이징 방법은 아노드 전압을 에이징하는 S110 단계, 전계 방출 전류를 에이징하는 S120 단계, 전계 방출 시간을 에이징하는 S130 단계, 및 최종 조건을 에이징하는 S140 단계로 구분될 수 있다. 설명의 편의상, 도 1을 참조하여, 도 11이 설명된다.11 is a flowchart of an aging method of an apparatus for aging a field emission device according to an embodiment of the present invention. The method of FIG. 11 may be performed in the
S110 단계의 S111 단계에서, 에이징 제어기(130)의 제어 하에, 캐소드 전극(CA) 및 게이트 전극(GA)이 단락된다. 예를 들어, 전압 생성기(110)는 캐소드 전극(CA)과 게이트 전극(GA)을 단락시킬 수 있다. 이로 인하여, 아크 방전시에, 캐소드 전극(CA)과 게이트 전극(GA) 사이의 순간적인 전위차 상승이 방지되어 에미터의 손상이 방지된다.The cathode electrode CA and the gate electrode GA are short-circuited under the control of the aging
S110 단계의 S112 단계에서, 전압 생성기(110)는 아노드 전압(Va)의 레벨을 증가시킬 수 있다. S110 단계의 S113 단계에서, 에이징 제어기(130)는 증가된 아노드 전압의 레벨이 목표 전압 레벨에 도달하는지 판단할 수 있다. 아노드 전압(Va)의 레벨이 목표 전압 레벨이 도달하지 않은 경우, S112 단계가 진행되고, 전압 생성기(110)는 아노드 전압(Va)의 레벨을 다시 증가시킨다. S112 단계 및 S113 단계의 반복 결과, 아노드 전압(Va)의 레벨이 목표 전압 레벨에 도달한 경우, S120 단계가 진행된다.In step S112 of step S110, the
S120 단계의 S121 단계에서, 에이징 제어기(130)의 제어 하에, 캐소드 전극(CA) 및 게이트 전극(GA)이 전기적으로 분리된다. 예를 들어, 전압 생성기(110)는 캐소드 전극(CA)과 게이트 전극(GA)을 분리시키고, 게이트 전극(GA)에 게이트 전압(Vg)을 인가할 수 있다. 또한, 전압 생성기(110)는 아노드 전극(AN)에 목표 전압 레벨을 갖는 아노드 전압(Va)을 인가할 수 있다. 이로 인하여, 전계 방출 소자(FED)에 전계 방출 전류(Ic)가 흐를 수 있다.The cathode electrode CA and the gate electrode GA are electrically disconnected under the control of the aging
S120 단계의 S122 단계에서, 전류 제어기(120)는 전계 방출 전류(Ic)를 증가시킬 수 있다. S120 단계의 S123 단계에서, 에이징 제어기(130)는 증가된 전계 방출 전류(Ic)의 레벨이 목표 전류 레벨에 도달하는지 판단할 수 있다. 전계 방출 전류(Ic)의 레벨이 목표 전류 레벨에 도달하지 않은 경우, S122 단계가 진행되고, 전류 제어기(120)는 전계 방출 전류(Ic)의 레벨을 다시 증가시킨다. S122 단계 및 S123 단계의 반복 결과, 전계 방출 전류(Ic)의 레벨이 목표 전류 레벨에 도달한 경우, S130 단계가 진행된다.In step S122 of step S120, the
S130 단계의 S131 단계에서, 전류 제어기(120)는 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭을 증가시킬 수 있다. S130 단계의 S132 단계에서, 에이징 제어기(130)는 증가된 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭이 목표 펄스폭에 도달하는지 판단할 수 있다. 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭이 목표 펄스폭에 도달하지 않은 경우, S131 단계가 진행되고, 전류 제어기(120)는 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭을 다시 증가시킨다. S131 단계 및 S132 단계의 반복 결과, 전계 방출 전류(Ic)의 펄스폭이 목표 펄스폭에 도달한 경우, S140 단계가 진행된다.In step S131 of step S130, the
S140 단계의 S141 단계에서, 전계 방출 소자(FED)의 구동 조건이 유지된다. 전압 생성기(110)는 목표 전압 레벨을 갖는 아노드 전압(Va)을 아노드 전극(AN)에 인가하고, 전류 제어기(120)는 목표 전류 레벨을 갖고, 목표 펄스폭을 갖도록 전계 방출 전류(Ic)를 제어할 수 있다. 전계 방출 소자(FED)의 특성이 고유의 동작을 수행하기에 적합한 기준 특성을 만족하는 경우, 상기 방법이 종료된다. 전계 방출 소자(FED)의 특성이 기준 특성을 만족하지 못하는 경우, S110 내지 S140 단계가 반복되거나 개별적인 에이징 단계를 진행하는 조치가 진행될 수 있다.In step S141 of step S140, the driving condition of the field emission device FED is maintained. The
도 11의 S110 내지 S140 단계는 예시적인 것으로 이해될 것이고, 전계 방출 소자를 에이징하는 장치(100)의 특성에 따라, S110 내지 S140 단계의 일부 순서가 변경될 수 있다. 예를 들어, S120 단계가 진행된 후에, S110 단계가 진행될 수 있다.The steps S110 to S140 in Fig. 11 will be understood by way of example and depending on the characteristics of the
위에서 설명한 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 예들이다. 본 발명에는 위에서 설명한 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경하거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들도 포함될 것이다. 또한, 본 발명에는 상술한 실시 예들을 이용하여 앞으로 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다.The above description is a concrete example for carrying out the present invention. The present invention includes not only the above-described embodiments, but also embodiments that can be simply modified or easily changed. In addition, the present invention includes techniques that can be easily modified by using the above-described embodiments.
100, 200: 전계 방출 소자를 에이징하는 장치
110, 210: 전압 생성기
120, 220, 221~22n: 전류 제어기
130, 231~23n: 에이징 제어기
240: 통합 제어기
FED: 전계 방출 소자100, 200: Device for aging a field emission device
110, 210: voltage generator
120, 220, 221 ~ 22n: current controller
130, 231 ~ 23n: aging controller
240: Integrated controller
FED: Field emission device
Claims (17)
제1 시간 동안, 상기 전계 방출 소자의 상기 제1 전극에 인가되는 전압의 크기를 목표 전압 레벨까지 증가시키는 전압 생성기; 및
상기 제1 시간 이후의 제2 시간 동안, 상기 전계 방출 소자의 전계 방출 전류의 크기를 목표 전류 레벨까지 증가시키고, 상기 제2 시간 이후의 제3 시간 동안, 상기 목표 전류 레벨을 갖는 상기 전계 방출 전류의 펄스폭을 목표 펄스폭까지 증가시키는 전류 제어기를 포함하는 장치.An apparatus for aging a field emission device that emits electrons based on an electric field between a first electrode and a second electrode,
A voltage generator for increasing a magnitude of a voltage applied to the first electrode of the field emission device to a target voltage level during a first time; And
Emitting element is increased to a target current level during a second time period after the first time and the field emission current of the field emission device having the target current level is increased for a third time period after the second time, To a target pulse width.
상기 전압 생성기는,
상기 제1 시간 이후에, 전자 방출량을 조절하기 위한 상기 전계 방출 소자의 게이트 전극에 인가되는 게이트 전압을 더 생성하는 장치.The method according to claim 1,
The voltage generator includes:
And after the first time, further generates a gate voltage applied to the gate electrode of the field emission device for controlling an electron emission amount.
상기 전압 생성기는,
상기 제1 시간 동안, 상기 제2 전극과 상기 게이트 전극을 단락시키고,
상기 제1 전극은 아노드 전극이고, 상기 제2 전극은 캐소드 전극인 장치.3. The method of claim 2,
The voltage generator includes:
Shorting the second electrode and the gate electrode for the first time,
Wherein the first electrode is an anode electrode and the second electrode is a cathode electrode.
상기 전압 생성기는,
상기 제1 시간 동안, 상기 제1 전극과 상기 게이트 전극을 단락시키고,
상기 제1 전극은 캐소드 전극이고, 상기 제2 전극은 아노드 전극인 장치.3. The method of claim 2,
The voltage generator includes:
Shorting the first electrode and the gate electrode for the first time,
Wherein the first electrode is a cathode electrode and the second electrode is an anode electrode.
상기 전류 제어기는,
상기 제1 시간 동안, 상기 전계 방출 전류의 흐름을 차단하고, 상기 제2 시간 동안, 상기 목표 펄스폭보다 작은 초기 에이징 펄스폭을 갖고, 상기 목표 전류 레벨까지 증가하는 피크 값을 갖도록 상기 전계 방출 전류를 제어하는 장치.The method according to claim 1,
Wherein the current controller comprises:
And a controller for controlling the field emission current to flow in the first time period so as to block the flow of the field emission current for the first time and to have an initial aging pulse width smaller than the target pulse width for the second time, / RTI >
상기 전류 제어기는,
상기 제3 시간 동안, 상기 전계 방출 전류의 펄스폭을 상기 초기 에이징 펄스폭으로부터 상기 목표 펄스폭까지 로그 스케일로 증가시키는 장치.6. The method of claim 5,
Wherein the current controller comprises:
And increases the pulse width of the field emission current from the initial aging pulse width to the target pulse width on a logarithmic scale during the third time period.
상기 전류 제어기는,
상기 제2 시간 동안, 상기 전계 방출 전류의 피크 값을 상기 목표 전류 레벨까지 증가시키되, 상기 피크 값이 적어도 한번 동일한 크기로 반복되도록 상기 전계 방출 전류를 제어하는 장치.The method according to claim 1,
Wherein the current controller comprises:
And increases the peak value of the field emission current to the target current level during the second time period, wherein the peak value is repeated at least once at the same magnitude.
상기 전류 제어기는,
상기 제3 시간 동안, 상기 전계 방출 전류의 상기 펄스폭을 상기 목표 펄스폭까지 증가시키되, 상기 펄스폭이 적어도 한번 동일한 크기로 반복되도록 상기 전계 방출 전류를 제어하는 장치.The method according to claim 1,
Wherein the current controller comprises:
And increases the pulse width of the field emission current to the target pulse width during the third time period, wherein the pulse width is repeated at least once in the same magnitude.
상기 전압 생성기는,
상기 제3 시간 이후의 제4 시간 동안, 상기 제1 전극에 상기 목표 전압 레벨을 갖는 상기 전압을 인가하고,
상기 전류 제어기는,
상기 제4 시간 동안, 피크 값이 상기 목표 전류 레벨로 유지되고, 펄스폭이 상기 목표 펄스폭으로 유지되도록, 상기 전계 방출 전류를 제어하는 장치.The method according to claim 1,
The voltage generator includes:
Applying the voltage having the target voltage level to the first electrode for a fourth time after the third time,
Wherein the current controller comprises:
Wherein during the fourth time period, the peak value is maintained at the target current level and the pulse width is maintained at the target pulse width.
상기 전류 제어기는,
제1 제어 신호에 기초하여, 상기 전계 방출 전류의 펄스폭을 결정하는 제1 트랜지스터;
제2 제어 신호에 기초하여, 상기 전계 방출 전류의 피크 값을 결정하는 제2 트랜지스터;
상기 제1 제어 신호를 상기 제1 트랜지스터의 게이트에 제공하고, 상기 제2 제어 신호를 상기 제2 트랜지스터의 게이트에 제공하는 함수 생성기; 및
상기 전계 방출 전류를 측정하는 전류 측정기를 포함하는 장치.The method according to claim 1,
Wherein the current controller comprises:
A first transistor for determining a pulse width of the field emission current based on a first control signal;
A second transistor for determining a peak value of the field emission current based on a second control signal;
A function generator for providing the first control signal to the gate of the first transistor and providing the second control signal to the gate of the second transistor; And
And a current meter for measuring the field emission current.
상기 전압 생성기 및 상기 전류 제어기를 제어하는 에이징 제어기를 더 포함하되,
상기 에이징 제어기는,
상기 제1 시간 동안, 상기 제1 전극에 인가되는 상기 전압의 크기를 상기 목표 전압 레벨까지 순차적으로 증가하고, 상기 제1 시간 이후에 상기 목표 전압 레벨을 유지하도록 상기 전압 생성기를 제어하고,
상기 제2 시간 동안, 상기 전계 방출 전류의 피크 값을 상기 목표 전류 레벨까지 순차적으로 증가하도록 상기 전류 제어기를 제어하고, 상기 제3 시간 동안, 상기 전계 방출 전류의 펄스폭을 상기 목표 펄스폭까지 순차적으로 증가하도록 상기 전류 제어기를 제어하고, 상기 제3 시간 이후의 제4 시간 동안, 상기 목표 전류 레벨의 피크 값을 갖고, 상기 목표 펄스폭을 갖도록 상기 전류 제어기를 제어하는 장치.The method according to claim 1,
Further comprising an aging controller for controlling said voltage generator and said current controller,
Wherein the aging controller comprises:
Sequentially increases the magnitude of the voltage applied to the first electrode to the target voltage level for the first time and controls the voltage generator to maintain the target voltage level after the first time,
Controls the current controller to sequentially increase the peak value of the field emission current to the target current level during the second time, and controls the current controller to sequentially increase the pulse width of the field emission current to the target pulse width And controls the current controller to have the peak value of the target current level for the fourth time after the third time and to have the target pulse width.
제3 전극과 제4 전극 사이의 전계에 기초하여 전자를 방출시키는 제2 전계 방출 소자의 제2 전계 방출 전류를 제어하되, 상기 제2 시간 동안, 상기 제2 전계 방출 전류의 크기를 상기 목표 전류 레벨까지 증가시키고, 상기 제3 시간 동안, 상기 제2 방출 전류의 펄스폭을 상기 목표 펄스폭까지 증가시키는 제2 전류 제어기; 및
상기 제2 전류 제어기를 제어하는 제2 에이징 제어기를 더 포함하되,
상기 전압 생성기는,
상기 제1 시간 동안, 상기 제3 전극에 인가되는 전압의 크기를 상기 목표 전압 레벨까지 증가시키는 장치.12. The method of claim 11,
Wherein the control unit controls a second field emission current of a second field emission device that emits electrons based on an electric field between the third electrode and the fourth electrode during the second time period, A second current controller for increasing the pulse width of the second emission current to the target pulse width during the third time; And
And a second aging controller for controlling the second current controller,
The voltage generator includes:
And increases the magnitude of the voltage applied to the third electrode to the target voltage level during the first time.
상기 전계 방출 전류, 상기 제2 전계 방출 전류, 및 상기 제1 및 제3 전극에 인가되는 상기 전압에 기초하여, 상기 에이징 제어기 및 상기 제2 에이징 제어기의 제어 변수를 결정하는 통합 제어기를 더 포함하고,
상기 에이징 제어기 및 상기 제2 에이징 제어기는 상기 제어 변수에 기초하여, 상기 전계 방출 전류 및 상기 제2 전계 방출 전류 각각의 크기 및 펄스폭을 결정하는 장치.13. The method of claim 12,
Further comprising an integrated controller for determining control variables of the aging controller and the second aging controller based on the field emission current, the second field emission current, and the voltage applied to the first and third electrodes ,
Wherein the aging controller and the second aging controller determine a magnitude and a pulse width of each of the field emission current and the second field emission current based on the control variable.
제1 시간 동안, 상기 전계 방출 소자의 제1 전극에 인가되는 전압을 목표 전압 레벨까지 순차적으로 증가시키는 단계;
상기 제1 시간 이후, 상기 전압을 상기 목표 전압 레벨로 유지하는 단계;
상기 제1 시간 이후 제2 시간 동안, 상기 전계 방출 소자의 전계 방출 전류를 목표 전류 레벨까지 순차적으로 증가시키는 단계;
상기 제2 시간 이후 제3 시간 동안, 상기 목표 전류 레벨을 갖는 상기 전계 방출 전류의 펄스폭을 목표 펄스폭까지 순차적으로 증가시키는 단계; 및
상기 제3 시간 이후 제4 시간 동안, 상기 전계 방출 전류가 상기 목표 전류 레벨 및 상기 목표 펄스폭을 유지하도록 제어하는 단계를 포함하는 방법.A method of aging a field emission device,
Sequentially increasing a voltage applied to the first electrode of the field emission device to a target voltage level during a first time period;
Maintaining the voltage at the target voltage level after the first time;
Sequentially increasing a field emission current of the field emission device to a target current level for a second time after the first time;
Sequentially increasing the pulse width of the field emission current having the target current level to a target pulse width for a third time after the second time; And
And controlling the field emission current to maintain the target current level and the target pulse width for a fourth time after the third time.
상기 전압을 목표 전압 레벨까지 순차적으로 증가시키는 단계는,
상기 전계 방출 소자의 제2 전극과 게이트 전극을 단락시키는 단계;
상기 전압을 기준 전압 레벨만큼 증가시키는 단계; 및
상기 전압이 상기 목표 전압 레벨에 도달하는지 판단하는 단계를 포함하는 방법.15. The method of claim 14,
The step of sequentially increasing the voltage to a target voltage level comprises:
Shorting the second electrode and the gate electrode of the field emission device;
Increasing the voltage by a reference voltage level; And
And determining whether the voltage has reached the target voltage level.
상기 전계 방출 전류를 목표 전류 레벨까지 순차적으로 증가시키는 단계는,
상기 제2 전극과 상기 게이트 전극을 전기적으로 분리하는 단계;
상기 전계 방출 전류의 피크 값을 기준 전류 레벨만큼 증가시키는 단계; 및
상기 전계 방출 전류가 상기 목표 전류 레벨에 도달하는지 판단하는 단계를 포함하는 방법.16. The method of claim 15,
Sequentially increasing the field emission current to a target current level,
Electrically isolating the second electrode from the gate electrode;
Increasing a peak value of the field emission current by a reference current level; And
And determining whether the field emission current has reached the target current level.
상기 전계 방출 전류의 펄스폭을 목표 펄스폭까지 순차적으로 증가시키는 단계는,
상기 펄스폭을 기준 폭만큼 증가시키는 단계; 및
상기 펄스폭이 상기 목표 펄스폭에 도달하는지 판단하는 단계를 포함하는 방법.
15. The method of claim 14,
Sequentially increasing the pulse width of the field emission current to the target pulse width,
Increasing the pulse width by a reference width; And
And determining whether the pulse width has reached the target pulse width.
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|---|---|---|---|
| US16/123,540 US10600605B2 (en) | 2017-09-08 | 2018-09-06 | Apparatus for aging field emission device and aging method thereof |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR102564053B1 (en) * | 2022-12-14 | 2023-08-04 | (주)피코팩 | Current control device for controlling X-ray generation and method for controlling X-ray generation using the same |
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2018
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