KR100575632B1 - 고주파구동 전계 방출 표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저전압 구동이 가능하도록 한 전계 방출 표시장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 고주파구동 전계 방출 표시장치는 고주파신호가 인가되게 상부기판에 형성되는 양극인 고주파전극과, 상기 고주파전극과 대향되게 하부기판에 설치됨과 아울러 전자들이 면방출되게끔 면상으로 형성되는 음극을 구비한다.

이러한 구성에 의하여, 본 발명에 따른 고주파 구동 전계 방출 표시장치는 저전압으로도 충분한 휘도를 얻을 수 있게 된다.

Description

고주파구동 전계 방출 표시장치{Field Emission Display Driving with Radio Frequency}

도 1은 종래의 전계 방출 표시장치를 나타내는 단면도.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 고주파구동 전계 방출 표시장치를 나타내는 단면도.

도 3은 도 2에 도시된 고주파구동 전계 방출 표시장치의 전극 배치를 나타내는 평면도.

도 4는 도 2에 도시된 고주파구동 전계 방출 표시장치의 구동원리를 나타내는 도면.

도 5는 도 2에 도시된 고주파구동 전계 방출 표시장치의 구동파형을 나타내는 파형도.

도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 고주파구동 전계 방출 표시장치를 나타내는 단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

2,41 : 상부 유리기판 4 : 애노드전극

6,45 : 형광체 8,44 : 하부 유리기판

10,52,62 : 캐소드전극 12 : 저항층

14,56 : 절연층 16,58 : 게이트전극

18 : 포커싱 절연층 20 : 포커싱전극

22 : 에미터 23 : 팁영역

32 : 전계 방출 어레이 42 : 고주파전극

43 : 스페이서 50 : 전자

60 : 화소

본 발명은 전계 방출 표시장치에 관한 것으로, 특히 저전압 구동이 가능하도록 한 전계 방출 표시장치에 관한 것이다.

최근, 음극선관(Cathode Ray Tube : CRT)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판 표시장치들이 개발되고 있다. 이러한 평판 표시장치는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display : LCD), 전계 방출 표시장치(Field Emission Display : 이하 "FED"라 함) 및 플라즈마 표시장치(Plasma Display Panel : 이하 "PDP"라 함) 등이 있다.

FED는 첨예한 음극(에미터)에 고전계를 집중해 양자역학적인 터널(Tunnel) 효과에 의하여 전자를 방출하는 냉음극을 이용하여 전자선에 의해 형광체를 여기시켜 발광하게 함으로써 화상을 표시하게 된다.

도 1을 참조하면, 애노드전극(4) 및 형광체(6)가 적층된 상부 유리기판(2)과, 전계방출 어레이(32)가 형성된 하부 유리기판(8)을 구비한 FED가 도시되어 있다. 전계방출 어레이(32)는 하부 유리기판(8) 상에 형성되는 캐소드전극(10) 및 저항층(12)과, 저항층(12) 상에 형성되는 에미터(22) 및 절연층(14)과, 절연층(14) 상에 형성되는 게이트전극(16)과, 게이트전극(16) 상에 형성되는 포커싱 절연층(18)과, 포커싱 절연층(18) 상에 형성되는 포커싱전극(20)을 포함한다. 캐소드전극(10)은 에미터(22)에 전류를 공급하게 되며, 저항층(12)은 캐소드전극(10)으로부터 에미터(22) 쪽으로 인가되는 과전류를 제한하여 에미터(22)에 균일한 전류를 공급하는 역할을 하게 된다. 절연층(14)은 캐소드전극(10)과 게이트전극(16) 사이를 절연하게 된다. 게이트전극(16)은 전자를 인출시키기 위한 인출전극으로 이용된다. 포커싱전극(20)은 인출된 전자의 행로를 제어하는 역할을 하게 된다. 포커싱 절연층(18)은 포커싱전극(20)과 게이트전극(16) 사이를 절연하게 된다.

캐소드전극(10)으로부터 에미터(22)에 부극성(-), 애노드전극(4)에 정극성(+)의 애노드전압(V_A)이 인가되고 게이트전극(16)에 정극성(+)의 게이트 전압(V_G)이 인가되면 에미터(22)로부터 전자빔(30)이 방출되어 애노드전극(4) 쪽으로 가속된다. 이때, 부극성(-)의 포커스전압(V_F)이 인가되는 포커싱전극(20)에 의해 방출된 전자빔(30)은 목표 애노드전극(4) 및 형광체(6) 쪽으로 집속된다. 전자빔(30)이 형광체(6)에 충돌하여 형광체(6)를 여기시키게 되면 적색·녹색·청색 중 어느 한 색의 가시광이 발생된다.

그러나 종래의 FED는 형광체(6)의 특성에 따라 다르지만 전자를 발생시키고 애노드전극(4) 쪽으로 가속시키기 위하여 대략 3∼10kV 정도의 고압이 필요하게 되며, 전자의 행로를 제어하기 위하여 별도의 포커싱전극(20)과 포커싱 절연층(18)이 필요하게 된다. 또한, 종래의 FED는 구동시 전자빔에 의해 애노드전극(4)과 형광체(6)가 손상될뿐 아니라 상대적으로 큰 질량을 가지는 양이온이 애노드전극(4) 쪽에서 가속되어 게이트전극(16), 포커싱전극(20), 에미터(22) 등의 전극들과 절연층으로 이용되는 유전체재료에 스퍼터링(Sputtering)된다. 이에 따라, 전극들이 손상되게 됨은 물론 스퍼터링에 의해 떨어진 전극물질이 팁영역(23)을 오염시키거나 전극간 단락(short)을 일으키게 된다. 아울러, 종래의 FED는 끝단이 첨예한 에미터(22)와 전극들이 정밀하게 형성되어야 하므로 그 제조공정이 복잡한 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 저전압으로 구동되도록 한 고주파구동 FED를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 전극들의 손상과 전자 방출공간의 오염을 줄이도록 한 고주파구동 FED를 제공하는데 있다.

상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 고주파구동 FED는 고주파신호가 인가되게 상부기판에 형성되는 양극인 고주파전극과, 그 고주파전극과 대향되게 하부기판에 설치됨과 아울러 전자들이 면방출되게끔 면상으로 형성되는 음극을 구비한다.

상기 목적들 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

도 2를 참조하면, 고주파전극(42) 및 형광체(45)가 적층된 상부 유리기판(41)과, 캐소드전극(52), 절연층(56) 및 게이트전극(58)이 적층된 하부 유리기판(44)을 구비한 본 발명의 실시예에 따른 고주파 구동 FED가 도시되어 있다. 상/하부 유리기판(41,44) 사이에는 방전가스가 주입될 수도 있으며, 종래의 FED처럼 진공상태를 유지할수도 있다. 상부 유리기판(41)과 하부 유리기판(44) 사이에는 스페이서(43)가 형성된다. 스페이서(43)는 전자방출경로를 일정 거리 이상으로 유지하게 되며 대략 500μm∼1000μm의 높이로 형성됨이 바람직하다. 고주파전극(42)은 자신에게 인가되는 고주파신호(RF)에 의해 전자를 진자운동하게 한다. 이 고주파전극(42)은 가시광을 차단하지 않도록 투명전극물질 예를 들면, 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide : ITO)로 형성된다. 캐소드전극(52)은 자신과 게이트전극(58) 사이에 전계가 형성될 때 전자를 방출하게 된다. 전자(50)는 도 1에 도시된 에미터(22)와 같이 첨예한 끝단에서 점방출되는 것과 달리, 캐소드전극(52)의 표면에서 면방출된다. 이에 따라, 방출되는 전자의 양이 많아지게 된다. 절연층(56)은 게이트전극(58)과 캐소드전극(52) 사이를 절연하게 된다. 게이트전극(58)은 캐소드전극(52) 및 고주파전극(42)과 직교되게 형성되어 자신에게 정극성(+)의 전압이 인가될 때 표시할 셀을 선택하게 된다.

이와 같은 고주파 구동 FED에 있어서, 고주파전극(42), 캐소드전극(52) 및 게이트전극(58)의 교차부에는 도 3과 같이 화소들(60)이 매트릭스 형태로 배치된다.

도 4를 참조하면, 고주파전극(42)과 캐소드전극(52) 사이에는 고주파신호(RF)가 인가되며, 게이트전극(58)에는 정극성(+) 전압이 인가된다. 그러면 게이트전극(58)과 캐소드전극(52) 사이에는 전계가 걸리게 되며, 이들 두 전극간 전압차가 문턱전압(threshold voltage) 이상이 될 때 캐소드전극(52)으로부터 전자(50)가 발생한다. 캐소드전극(52)으로부터 발생된 전자(50)는 고주파전극(42)에 인가되는 고주파신호에 의해 진자운동을 하게 된다. 진자운동하는 전자(50)는 셀 내에 방전가스가 주입된 경우, 방전가스의 원자들과 충돌하여 그 방전가스의 원자들이 이온화되게 함과 아울러, 2차 전자들이 방출되게 한다. 2차 전자들은 다른 방전가스의 원자들과 충돌함으로써 다른 방전가스의 원자들이 연속적으로 이온화되게 한다. 2차 전자들과 방전가스 원자들 간의 반복적인 충돌에 의하여 전자들과 가스 이온들이 증가하는 에벌런치(Avalanche) 현상이 나타나게 된다. 에벌런치 현상에 의해 증대된 전자들(50)은 형광체(45)를 여기시켜 적색, 녹색 또는 청색의 가시광이 발생되게 한다. 이와 같이 고주파신호에 의해 방전이 일어나면 발광시 양 광주 영역이 나타나게 됨과 아울러 많은 양의 전자들(50)이 형광체(45)를 여기시키게 되므로 휘도가 증가된다.

이를 상세히 하면, 고주파전극(42)과 캐소드전극(52) 사이에 인가되는 고주파신호(RF)의 주파수를 증가시키게 되면 전자들(50)에 가해지는 전계의 극성이 그만큼 빠르게 변하게 된다. 그러면 질량이 큰 양이온은 고주파전극(42)과 캐소드전극(52) 사이에 구속된 상태를 유지하는 반면, 양이온보다 질량이 훨씬 작은 전자들(50)은 전극들 사이에서 진자운동을 하게 된다. 고주파신호의 주파수를 더 높이게 되면 전극간에 구속되는 양이온양은 그 만큼 많아지게 되고 전자(50)의 진자운동 폭이 작아지게 된다. 이와 같이 진자운동하는 전자(50)는 방전가스를 연속적으로 이온화시켜 2차전자를 방출시키게 된다. 에벌런치 과정에서 발생되는 많은 양의 전자들(50)은 전류를 증가시키게 되며, 이러한 전자들(50)이 많은 형광체(45)를 여기시키게 되므로 휘도가 높아지게 된다.

이에 따라 낮은 전압(100V 미만)의 고주파신호와, 캐소드전극(52)과 게이트전극(58)간에 인가되는 낮은 인출전압에 의해서도 충분한 휘도를 얻을 수 있게 된다. 또한, 고주파신호에 의해 양이온들이 구속되어 양이온들의 스퍼터링에 의한 전극들의 손상을 방지할 뿐 아니라 셀의 오염을 줄일 수 있게 된다.

한편, 셀의 내부가 진공상태를 유지하게 되면 캐소드전극(52)으로부터 면방출된 전자들(50)이 고주파신호에 의해 진자운동되면서 큰 에너지를 갖게 된다. 이와 같이 진공상태에서 전자들(50)이 고주파신호에 의해 진자운동한 후, 형광체(45)를 여기시키게 되면 에벌런치 효과와 같이 전자들(50)이 증대하지는 않지만 큰 에 너지로 형광체(45)를 여기시키게 되므로 휘도를 높이게 된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고주파구동 전계 방출 표시장치의 구동파형을 나타낸다.

도 5를 참조하면, 고주파신호(RF)는 고주파전극(42)에 지속적으로 공급되며, 정극성의 게이트펄스신호가 모든 게이트전극 라인(G)에 공통으로 공급된다. n 개의 캐소드 전극라인(C1 내지 Cn)에는 순차적으로 부극성(-)의 스캐닝펄스가 공급된다. 이 스캐닝신호는 게이트펄스신호에 동기된다. 먼저, 제1 캐소드 전극라인(C1)에 스캐닝펄스가 게이트펄스신호에 동기되어 인가된다. 이때, 제1 주사라인에서 전자가 발생되어 제1 주사라인이 선택된다. 제1 주사라인에서 발생된 전자는 고주파신호에 의해 진자운동하게 되며 이 전자는 진자운동한 후, 형광체(45)에 충돌하여 형광체(45)를 발광시키게 된다. 고주파신호가 인가되는 한 전자의 진자운동은 계속되어 발광이 유지된다. 발광이 화상 데이터의 계조값에 따라 지속된 후, 제1 캐소드 전극라인(C1)에는 소거펄스가 인가된다. 그러면 전자는 소거펄스에 의해 캐소드전극(52) 쪽으로 구속되어 진동운동을 멈추게 된다. 이에 따라, 소거펄스의 인가시점에 따라 계조값이 표현될 수 있게 된다. 마찬가지로, 제2 내지 제n 캐소드 전극라인(C2 내지 Cn)에 스캐닝 펄스가 순차적으로 인가되므로 해당 주사라인들을 라인별로 선택하게 된다. 제2 내지 제n 주사라인들에서도 소거펄스의 인가시점에 따라 계조값이 표현된다.

도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 고주파 구동 FED를 나타낸다. 도 6에 있어서, 도 2에 도시된 고주파 구동 FED와 동일한 기능 및 구조를 가지는 구성 요소들에 대하여는 동일한 도면부호를 붙이고 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 고주파 구동 FED는 하부 유리기판(44) 상에 형성된 게이트전극(58)과, 형광체(45)와 대면되는 캐소드전극(62)과, 게이트전극(58)과 캐소드전극(62) 사이에 형성되는 절연체(66)와, 고주파전극(42)과 형광체(45)가 형성되는 상부 유리기판(41)을 구비한다. 상부 유리기판(41)에 형성되는 고주파전극(42)과 형광체(45)는 도 2에 도시된 그것들과 동일하게 구성된다. 도 2에 도시된 고주파 구동 FED와 대비할 때, 캐소드전극(62)과 게이트전극(58)은 형성위치가 바뀜을 알 수 있다.

캐소드전극(62)에 부극성(-)의 전압이 인가되고 게이트전극(58)에 정극성(+)의 전압이 인가되면 캐소드전극(62)과 게이트전극(58) 사이에 전계가 걸리게 된다. 캐소드전극(62)으로부터 발생된 전자들(50)은 고주파전극(42)과 게이트전극(58) 사이에 인가되는 고주파신호에 의해 진자운동한 후, 형광체(45)를 발광시키게 된다.

캐소드전극(62)은 도 2에 도시된 그것보다 보다 넓은 면적을 가지게 된다. 따라서, 캐소드전극(62)으로부터 면방출된 전자들(50)의 양이 보다 많아지게 된다. 한편, 게이트전극(58)은 전자들(50)의 진행경로와 무관한 위치에 있으므로 형광체(45) 쪽으로 진행하는 전자들(50)은 게이트전극(58)에 의한 간섭 또는 필드영향이 최소화된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고주파 구동 FED는 저전압의 고주파신호를 인가하여 전자들을 진자운동시켜 형광체를 발광시킴과 아울러 전자들이 방출되는 전극을 면상으로 형성함으로써 저전압으로도 충분한 휘도를 얻을 수 있게 된다. 또한, 전자를 방출하는 전극의 구조가 단순하고 전극 쪽으로 스퍼터링되는 양이온들을 구속하게 되므로 종래의 FED에서 나타나는 팁의 손상, 셀의 오염 등을 최소화할 수 있게 된다. 이에 따라, 수명을 연장시킬 수 있게 된다. 나아가, 전극들을 형성함에 있어서, 박막장비를 사용하지 않고 후막장비를 이용하여 전극들을 형성할 수 있기 때문에 제조가 용이하게 되며, 제조원가와 제조시간을 단축할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에서는 종래의 FED에서 필요한 포커스전극과 포커스절연층이 필요없게 된다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (5)

1. 고주파신호가 인가되게 상부기판에 형성되는 양극인 고주파전극과,

   상기 고주파전극과 대향되게 하부기판에 설치됨과 아울러 전자들이 면방출되게 면상으로 형성되는 음극을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 고주파구동 전계 방출 표시장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 고주파전극 상에 형성되는 형광체층과,

   상기 음극으로부터 전자를 인출하는 게이트전극과,

   상기 음극과 상기 게이트전극 사이를 절연하기 위한 절연층과,

   상기 상부기판과 상기 하부기판 사이에 소정 높이로 형성되는 스페이서를 추가로 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 고주파구동 전계 방출 표시장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 게이트전극은 상기 고주파전극과 상기 음극 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 하는 고주파구동 전계 방출 표시장치.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 게이트전극은 상기 음극과 상기 하부기판 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 하는 고주파구동 전계 방출 표시장치.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 상부기판과 상기 하부기판 사이에는 상기 전자들이 충돌되면서 전자수가 증대되게끔 방전가스가 주입되는 것을 특징으로 하는 고주파구동 전계 방출 표시장치.

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