KR20040053284A - 진공 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 화소들(35)을 갖는 디스플레이 스크린(30)과, 각각이 화소들(35) 중 하나에 대응하는 다수의 전자 빔들(EB)을 발생하는 캐소드 수단(20)과, 화소들(35)에 대응하는 전자 빔의 세기 변조를 통해 화소(35)를 어드레싱하는 어드레싱 수단(41, 42)을 포함하는 진공 디스플레이 장치에 관한 것이다. 채널 구조(10)는 캐소드 수단(20)에 인접하게 배치된다. 채널 구조(10)는 각각이 회소들(35) 중 하나에 대응하는 다수의 전자 빔 안내 캐비티들(15)을 포함하고, 입사 이온들로부터 캐소드 수단(20)을 보호한다. 캐비티(15)의 출구(17)가 입구(16)보다 작기 때문에, 캐비티(15)로부터 나가는 전자 빔(EB)은 특히 높은 밝기 및 공간 균일성을 가진다.

Description

진공 디스플레이 장치{Vacuum display device}

이러한 디스플레이 장치의 실시예는 US-A-5,986,399에서 공지되어 있다.

공지된 디스플레이 장치에서, 캐소드 수단은 화소들(픽셀) 각각에 대하여 스핀드트(spindt) 이미터들로도 알려진 마이크로팁 전계 이미터들을 포함한다. 마이크로팁에 인접한 캐소드 전극이 캐소드 전압에 의해 동작될 경우, 마이크로팁의 비교적 강한 로컬 전계 때문에 마이크로팁으로부터 전자들이 방출된다.

그 마이크로팁으로부터 방출되는 전자들은 전계에 의해 디스플레이 스크린의 대응하는 픽셀을 향해 가속화된다. 이러한 목적을 위하여, 상기 디스플레이 스크린은 애노드 전압을 수신하는 애노드를 구비한다. 픽셀들은 전자 빔에 의해 충돌되는 경우 라이트를 방출하고 로우들 및 컬럼들로 배치되는 발광 재료를 포함한다.

공지된 디스플레이 장치는 어드레싱 수단을 구비하고 있다. 특히, 마이크로팁은 마이크로팁의 컬럼들을 가동시키는 컬럼 전극에 의해 제어 가능하며, 그리드 전극들이 제공되며, 절연 층에 의해 컬럼 전극들로부터 분리되고, 컬럼들에 수직인 방향으로 연장하여, 전자 빔들의 로우들의 빔 전류를 변조시킨다. 따라서, 디스플레이 스크린상의 픽셀들 각각은 컬럼 전극과 그리드 전극들의 대응하는 결합에 의해 어드레싱 가능하다.

디스플레이 장치에 공급되는 이미지 정보에 따라 픽셀들을 어드레싱함으로써, 상기 이미지 정보는 스크린 상에 디스플레이될 수 있다.

공지된 디스플레이 장치에서, 선택판이 제공된다. 이 선택판은 픽셀들 각각에 대하여 개구를 구비한다. 각 개구의 내부 표면은 금속화 패턴을 구비한다. 개구들은 전자 빔을 디스플레이 스크린의 대응하는 픽셀로 가이드한다. 선택판은 디스플레이 스크린에 근접하게 장착되어, 개구들과 픽셀들 사이에서 대략 1:1 관계를 취한다.

공지된 디스플레이 장치는 그 장치의 수명 동안에 디스플레이된 이미지의 밝기가 저하한다는 문제점을 갖는다.

본 발명은,

이미지 정보를 디스플레이하는 디스플레이 스크린으로서, 제 1 어레이에 배열된 발광 화소들을 포함하는, 상기 디스플레이 스크린과;

제 2 어레이에 배열된 다수의 전자빔들을 형성하는 캐소드 수단으로서, 상기 제 1 어레이와 일치하여, 각 전자빔이 상기 디스플레이 스크린의 화소에 대응하는, 상기 캐소드 수단과;

상기 이미지 정보에 따라 상기 대응하는 전자빔을 변조함으로써 상기 화소들을 어드레싱하는 어드레싱 수단과;

상기 제 1 어레이와 일치하는 제 3 어레이에 배열되며, 각 전자빔을 상기 디스플레이 스크린의 상기 대응하는 화소에 안내하는 전자빔 안내 캐비티들이 제공되는 채널 구조로서, 상기 전자빔 안내 캐비티들은 상기 캐소드 수단에 대향하는 입구와 상기 디스플레이 스크린에 대향하는 출구 개구를 각각 갖는, 상기 채널 구조를 포함하는 진공 디스플레이 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 제 1 실시예를 도시하는 도면.

도 2는 제 1 실시예의 보다 상세한 등각 투영도.

도 3은 제 1 실시예의 어드레싱 수단의 개략도.

도 4는 어드레싱 수단의 또 다른 실시예의 개략도.

도 5는 어드레싱 수단의 또 다른 실시예의 개략도.

도 6은 제 1 실시예의 상판 및 스페이서의 측면도.

도 7은 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 제 2 실시예를 도시하는 도면.

도 8은 채널 구조에서 단일 캐비티의 출구 개구에 인접한 홉 전극의 바람직한 실시예를 도시하는 도면.

본 발명의 목적은 서두 단락에서 전술되는 바와 같이 수명 동안에 이미지 밝기의 저하가 감소되는 진공 디스플레이 장치를 제공하는 데 있다.

이러한 목적은 본 발명에 따른 진공 디스플레이 장치에 의해 실현되며, 이 장치는 채널 구조가 캐소드 수단에 인접하게 배치되며, 입구가 출구 개구보다 크다고 하는 특징을 갖는다.

본 발명은 상기 장치 내에서 형성되는 양 이온때문에 캐소드 수단의 방출 특성들이 상기 장치의 수명동안에 감소된다고 하는 인식에 기초하고 있다. 진공 상태들이 디스플레이 장치에 설정된 후에, 낮은 공간 압력을 가지는 잔여 가스들이 여전히 존재한다. 이러한 잔여 가스들은 전자 빔에 의해 충돌되는 경우 이온화된다. 그 결과의 양 이온들은 전자들에 대하여 반대 방향으로 이동하고, 그로 인해 캐소드 수단 쪽으로 가속화되며, 이온 충돌 시에 손상을 입을 수도 있다. 따라서, 방출된 전자 빔의 밝기 및 이미지 밝기는 디스플레이 장치의 수명 동안에 감소된다.

본 발명에 따른 디스플레이 장치에서, 채널 구조는 캐소드 수단에 인접하게배치된다. 따라서, 양 이온들의 대부분은 채널 구조와 디스플레이 스크린 사이에서 발생된다. 출구 개구들의 표면 영역이 입구의 표면 영역 및 채널 구조의 표면 영역에 비하여 비교적 작기 때문에, 양 이온들은 채널 구조와 주로 충돌한다. 채널 구조는 캐소드 수단 쪽으로 가속화되는 이온들에 대한 차단을 형성한다.

캐소드 수단과 충돌하는 이온들의 개수는 감소된다. 왜냐하면 출구 개구를 통해 전자 빔 안내 캐비티에 들어가서 캐소드 수단에 도달하는 양이온들 부분이 비교적 적기 때문이다. 그러므로, 디스플레이 장치 수명동안에 캐소드 수단에 가해지는 손상은 감소된다. 본 발명에 따른 디스플레이 장치에서, 방출되는 전자 빔들의 빔 전류의 저하와, 그로 인한 이미지 밝기의 저하는 디스플레이 장치 수명 동안에 감소된다.

또한, 입구가 출구 개구보다 크기 때문에, 전자 빔 안내 캐비티는 비교적 높은 밝기를 갖도록 전자 빔을 집속한다. 또한, 전자 빔의 공간 분포는 비교적 균일하다. 따라서, 인트라-픽셀 발광은 특히 균일하고 화질도 비교적 높다.

출구 개구는 원형 또는 스퀘어형일 수 있으며, 바람직하게는 타원형 또는 장방형과 같은 길게 늘어진 형태이다.

이 문서의 나머지에서, 사용되는 "캐비티"는 채널 구조에 제공되는 전자 빔 안내 캐비티에 관련된 것이다.

본 발명에 따른 디스플레이 장치에 있어서 출구 개구와 입구의 표면 영역들간의 임의 비가 1보다 큰 것이 이점을 가지지만, 이러한 비는 1보다 상당히 큰, 예를 들면 5 또는 20인 것이 바람직하다.

채널 구조는 캐비티의 출구 개구의 각각에 대하여 스크린-대향 측에 홉 전극을 구비하며, 캐비티들 각각의 내부 표면에는 2차 방출 기능을 가지는 전기 절연 재료가 있다. 이러한 특징들은 캐비티들을 통한 전자 빔 안내를 가능하게 한다. 이런 특정 전자 빔 안내는 US-A-5,270,611로부터 그 자체로 공지된 바와 같이 전자들의 홉핑 전송에 기초한다.

전자들의 홉핑 전송은 2차 방출 처리에 기초하고 있다. 동작 시에, 홉 전극은 홉 전압을 수용하여, 캐비티내의 전자들이 출구 개구를 향해 가속화된다. 캐비티의 내부 표면에는 2차 방출 기능을 가지는 전기 절연 재료가 있다. 전자가 내부 표면에 충돌할 경우, 전자는 흡수되고 2차 전자는 해제되며, 출구 개구를 향해 가속화된다. 캐비티로 들어오는 각각의 방출 전자에 대하여, 평균 1개 전자가 출구 개구로부터 방출된다. 따라서, 평균적으로, 캐비티에 들어오는 것만큼 많은 전자들이 캐비티를 빠져나가고, 전자 빔은 캐비티를 통해 가이드된다.

이 실시예는, 애노드가 디스플레이 스크린에 제공되어 전자들을 가속화하는 경우에 특히 유리하다. 비교적 작은 출구 개구와 홉 전극의 출현 때문에, 애노드의 전계 가속화는 채널 구조를 통해서 무시해도 좋은 퍼빈스(perveance)를 가진다. 따라서, 가속화 단계는 캐소드 수단에 의한 전자 빔 발생을 방해하지 않는다. 애노드 전압 및 캐소드 전압은 상호 독립적으로 선택될 수 있다.

통상, 비교적 높은 애노드 전압을 인가하여 전자들을 가속화한다. 전자 빔들의 전자들은 비교적 높은 충격 에너지로 픽셀들에 충돌하기 때문에, 발광 재료에 의한 라이트 생성은 특히 효과적이며, 캐소드 전압은 디스플레이 장치에 사용되는전자 이미터의 타입에 가장 적절하도록 선택될 수 있다.

전자 빔 안내 캐비티는 대체로 퍼넬형이 바람직하며, 그 퍼넬의 정점 각도는, 예를 들면 10 내지 100도 범위 내에 있으며, 바람직하게는 30 내지 80도 내에 있다.

발명자는 이러한 캐비티로부터 방출하는 전자 빔이 적정하고 특히 균일한 충전의 픽셀들을 이끌어 내고 있음을 제시하고 있다.

또한, 홉핑 전자 전송을 개시하는데 필요한 홉 전압인 임계 홉 전압은 비교적 낮고, 홉핑 전송 처리는 비교적 낮은 홉 전압에서 설정된다.

바람직하게는, 캐소드 수단은 전자 빔들 각각에 대하여 적어도 하나의 전계 이미터를 포함한다. 따라서, 본 발명에 따른 디스플레이 장치에 관한 상기 실시예는 본질적으로 전계 방출 디스플레이(FED)이다. 전계 이미터들은 상당히 높은 빔 전류를 갖는 전자 빔을 발생하기 위해 비교적 낮은 전력을 요구할 뿐이다.

이 실시예는 전자 빔들 각각에 대한 전계 이미터들의 개수는 비교적 큰 경우에 특히 유리하다. FED들에 관한 공지된 실시예에서, 방출되는 전자 빔의 빔 전류에서 인트라-픽셀 발광 균일성 및 요동들에 있어서의 문제점들이 통상 발생한다. 이러한 문제점들은 이 실시예에서 감소된다. 왜냐하면, 캐비티들이 단일 전자 빔에 상당수의 전계 이미터들로부터 방출되는 전자들을 집속하기 때문이다.

전계 이미터들은 바람직하게는 스핀드트형 이미터들, 인쇄 전계 이미터들, 또는 카본 나노튜브들을 포함한다.

또는, 캐소드 수단은 산화물-캐소드와 같은 1개 이상의 열이온 이미터들을포함한다. 이러한 캐소드의 크기는 디스플레이 스크린 크기와 거의 같거나, 또는 캐소드는 수 개의 세그먼트들을 가진다.

바람직하게는, 캐소드 수단은 상기 캐소드 수단의 대응하는 부분으로부터의 전자 방출을 가능하게 하도록 전자 빔들 각각에 대하여 캐소드 전극을, 상기 캐소드 수단의 대응하는 부분으로부터의 전자 방출을 제어하도록 전자 빔들 각각에 대하여 게이트 전극을 포함한다.

제 1 어레이, 제 2 어레이, 제 3 어레이는 통상적으로 로우들 및 컬럼들로 구성된다. 로우들 및 컬럼들 모두는 직선, 수직선을 따라 배치되거나, 또는 소위 말하는 델타-나블라(delta-nabla) 구성으로 배치되며, 이 구성에서 로우들은 직선을 따라 배치되고, 컬럼들은 대체로 로우에 수직인 톱니 패턴으로 배치된다.

양호한 실시예에서, 어드레싱 수단은, 로우 전극 및 컬럼 전극을 포함하며, 상기 로우는 대응하는 로우에 배치되는 전자 빔 안내 캐비티들의 게이트 전극들을 접속시키고, 상기 컬럼 전극은 대응하는 컬럼에 배치되는 전자 빔 안내 캐비티의 홉 전극을 접속시킨다.

동작시, 소정의 화소는 대응하는 로우 전극에 로우 전압을 그리고 대응하는 컬럼 전극에 컬럼 전압을 인가함으로써 어드레싱 가능하다.

통상적으로, 픽셀들은 "라인 단위(line-at-a-time)"로 어드레싱되며, 이로써 전압들 중 제 1 전압, 예를 들면 로우 전압은 전자 빔들의 로우를 선택하는데 사용되고, 제 2 전압, 예를 들면 컬럼 전압은 선택된 로우에서 전자 빔들 각각에 대하여 독립적으로 빔 전류를 변조하는데 사용된다.

각 로우는 기록되는 모든 프레임에 대하여 한번 선택되며, 따라서 통상적으로 로우 전압은 프레임 주파수를 가지는 신호이다. 각 컬럼 전압은 기록되는 모든 라인에 대하여 한번 채택되며, 따라서 컬럼 전압은 통상적으로 라인 주파수를 가지는 신호이다. 빔 전류 변조는 펄스 높이 변조 또는 펄스 폭 변조에 의해 실행될 수 있다.

컬럼 전압은, 프레임 주파수보다 상당히 큰, 통상적으로 수 백 배 큰 라인 주파수를 가진다. 양호한 실시예는, 컬럼 전압이 비교적 적은 용량성 부하를 가지는 홉 전극들에 인가되기 때문에 픽셀 어드레싱에 사용되는 전력이 비교적 낮다고 하는 이점을 가진다.

전술되는 '라인 단위' 어드레싱 방법은 통상적으로 "수직 스캐닝"으로 칭해진다. 또한, '교차 스캐닝'을 사용하는 것이 가능하며, 로우 및 컬럼 전압들의 역할이 상호 변화된다. 이 실시예의 나머지에서, 수직 스캐닝이 픽셀 어드레싱에 사용되는 것을 전제로 한다.

캐소드 전극들은, 각각이 제 2 어레이의 소정 수의 로우들에 배치되는 다수의 전자 빔들에 대응하는 세그먼트들에 배치될 수 있다. 예를 들면, 세그먼트들의 개수는 10이다.

동작 시에, 세그먼트화된 캐소드 전극들은 픽셀들의 로우들을 멀티플렉싱 어드레싱하는 데 사용된다. 이것은 로우 전압들의 개수, 그로 인한 로우 전압들을 제공하기 위한 외부 접속들의 개수가 감소되는 이점을 가진다.

대안적으로, 캐소드 전극들 및 게이트 전극들의 역할들은 상호 변화되어, 로우들에 대응하는 캐소드 전극들에 의해 픽셀들의 로우들이 선택 가능하며, 세그먼트화된 게이트 전극들은 로우들의 멀티플렉싱 어드레싱에 사용된다.

또 다른 실시예에서, 어드레싱 수단은 로우 전극 및 컬럼 전극을 포함하며, 상기 로우 전극은 대응하는 로우에 배치되는 전자 빔들의 캐소드 전극들을 접속시키고, 상기 컬럼 전극들은 대응하는 컬럼에 배치되는 전자 빔 안내 캐비티들의 게이트 전극을 포함한다. 픽셀들의 로우들은 캐소드 전극들에 의해 어드레싱 가능하고, 픽셀들의 컬럼들은 게이틀 전극들에 의해 어드레싱 가능하다.

이것은 단일 홉 전극이 모든 캐비티에 대하여 제공될 수 있기 때문에 이점이 되며, 상기 홉 전극은 고정 홉 전압을 수신하고 제 3 어레이의 캐비티들과 동일한 크기들을 가진다.

이러한 이유로, 캐비티들의 홉핑 전송 특성은 디스플레이 장치의 동작 동안에 비교적 변화되지 않게 된다. 또한, 개별 픽셀들의 어드레싱은 캐소드 수단 내에서 전체적으로 실행되며, 이 수단은 채널 구조에 의해 가속화 단계로부터 전기적으로 격리된다.

디스플레이 장치는 진공 상태 하에서 동작하다. 양호한 실시예에서, 디스플레이 장치는 캐소드 수단에 인접한 하판(back plate)와, 디스플레이 스크린에 인접한 상판(front plate)와, 상기 상판와 상기 하판간의 스페이서를 구비한 진공 엔벨로프를 포함하며, 상기 스페이서는, 각각이 소정 수의 화소들과 그 대응하는 전자 빔 안내 캐비티들 사이에 배치되는 다수의 챔버와, 상기 진공 엔벨로프를 펌핑하고 상기 다수의 챔버들 중 각각의 챔버에 접속되는 펌프 챔버를 포함한다.

상기 스페이서는 대기 압력을 지탱하도록 디스플레이 장치에 대한 서포트를 제공한다. 이것은 디스플레이 장치 내에 진공 상태들을 달성하는데 필요하다. 디스플레이 장치의 제조 공정은 디스플레이 장치를 진공상태로 하는 단계를 포함하며, 이 단계 동안에 상기 펌프 챔버는 펌프에 접속된다.

바람직하게는, 진공 상태들은 전체 디스플레이 장치에 걸쳐 보급되고, 디스플레이 장치의 펌핑 저항은 가능한 낮다.

이러한 스페이서에 관한 실시예는 각 픽셀들에 대하여 픽셀과 대응하는 전자 빔 안내 캐비티의 출구 사이에서 연장하는 단일 챔버를 가진다.

각 챔버를 펌프 챔버에 접속시키기 위하여, 채널 구조는 캐비티들의 로우들, 캐비티들의 컬럼들, 또는 모두를 접속시키도록 이웃 캐비티들 사이에 개구들을 구비하고 있다. 캐비티 구조의 측면에 인접한 캐비티는 동일 개구들에 의해 상기 펌프 챔버에 접속된다. 개구들의 크기들은 이웃 캐비티들 사이에 무제한 가스 흐름을 허용할 정도로 충분히 커야하지만, 이웃 캐비티들간의 전자 누설을 방지할 정도로 충분히 작아야 한다.

대안적으로, 이러한 개구들은 이웃 픽셀들에 대응하는 챔버들을 접속시키도록 스페이서 내에 제공될 수 있다.

각 픽셀에 대하여 단일 챔버를 갖는 스페이서는 전자들이 잘못된 픽셀, 즉 전자가 나가는 캐비티에 대응하지 않는 픽셀에 도달하지 못하게 한다. 이것은 특히 컬러 디스플레이 장치에 있어서 바람직하며, 디스플레이 이미지에서 컬러 에러들을 방지하게 된다.

스페이서에 관한 또 다른 실시예는 제 1 어레이의 단일 컬럼에 배치되는 소정 개수의 화소들에 대하여 단일 챔버를 구비하고 있다.

이 실시예에서, 이웃 컬럼에서 픽셀들에 대한 전자 누설은 가능하지 않다. 이것은, 상이한 컬러들의 발광 재료가 스트립들에 배치되고, 각각의 스트립이 컬럼에 배치되는 소정 개수의 픽셀들에 대응하는 경우 컬러 디스플레이 장치에 특히 바람직하다. 또한, 이러한 구성은 컬러 에러 발생을 방지한다. 그러나, 어떤 전자 누설은 컬럼에 배치되는 픽셀들 사이에서 발생할 수 있다.

이것은 홉 전극이 디스플레이 스크린의 화소들과 일치하여 대응하는 전자 빔의 단면적 및/또는 형태를 변경시키기 위하여 캐비티들의 출구 개구 각각에 인접한 전자 렌즈들을 포함하는 경우에 바람직하다.

따라서, 출구 개구의 형태 및 직경은 디스플레이 스크린상의 화소들과 독립적으로 선택되어, 설계를 상당히 자유롭게 할 수 있다. 안내 캐비티로부터 나가는 전자 빔은 디스플레이 스크린의 대응하는 발광 픽셀의 양호한 충전을 제공하도록 전자 렌즈들에 의해 형성된다. 이것은 픽셀의 발광 재료의 효과적인 사용에 있어 바람직하며, 따라서 디스플레이 이미지의 밝기에 있어서도 바람직하다.

이러한 전자 렌즈들은 컵 렌즈들 또는 평면 전자 렌즈들을 포함하며, 이 렌즈들 모두는 국제 특허 출원 WO 01/26131로부터 공지되어 있다.

본 발명의 상기 및 다른 특징들은 첨부 도면으로부터 명백해지고 그 첨부 도면을 참조하여 설명된다.

도 1 및 도 2에 도시되는 바와 같이, 제 1 실시예의 디스플레이 장치는, 상판(51)에 인접하게 배치되는 디스플레이 스크린(30)과, 하판(52)에 인접하게 배치되어 전자 빔(EB)을 형성하는 캐소드 수단(20)과, 상기 디스플레이 스크린(30)과 상기 캐소드 수단(20) 사이에서 상기 캐소드 수단(20)에 인접하게 배치되는 채널 구조(10)를 구비하는데, 상기 채널 구조(10)는 전자 빔 안내 캐비티들(15)을 구비하고 있다. 상기 캐비티들(15)은 실질적으로 퍼넬형(funnel-shaped)이며, 입구(16)가 출구 개구(17)보다 크다.

디스플레이 스크린(30)은 로우들(31) 및 컬럼들(32)로 배열되는 화소들(픽셀들)(35)을 포함한다. 각각의 픽셀(35)은 전자 빔(EB)이 충돌할 때 라이트를 방출하는 발광 재료, 예를 들면 인광 재료를 구비한다. 컬러 디스플레이 장치에서, 상이한 발광 재료들은 도포되며, 각각은 컬러들 레드, 그린, 블루 중 하나에 대응한다. 상기 라이트는 외부에서 상기 디스플레이 장치를 시청하는 시청자를 향해 상기 상판(51)를 통과한다.

디스플레이 스크린(30)은 장방형이며, 로우들(31) 방향의 크기와 컬럼들(32) 방향의 크기간의 비는, 예를 들면 16:9 또는 4:3이다. 디스플레이 스크린(30)은 평평하고 그 디스플레이 장치의 두께는 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 도 1 및 도 2는 몇 개의 픽셀들(35)만을 구비하는 디스플레이 스크린(30)을 도시하고 있지만, 실제 디스플레이 장치는 훨씬 많은 픽셀들을 구비한다. 각 픽셀(35)은 1밀리미터당 약 300마이크로미터의 표면 영역을 가진다.

또한, 디스플레이 스크린(30)은 그것을 향하여 방출되는 전자들을 가속시키는 애노드(도시되지 않음)를 구비한다. 애노드는 애노드 전압, 예를 들면 5킬로볼트를 수신한다.

캐소드 수단(20)은 캐소드 전극(21), 각 픽셀들(35)에 대한 다수의 전계 이미터들(22), 및 그 픽셀들(35)의 로우들(31)에 대응하는 게이트 전극들(25)을 포함한다.

전계 이미터들(22)은 스핀드트형(Spindt-type) 이미터들, 인쇄 전계 이미터들, 또는 카본 나노튜브들을 포함한다. 그것들은 캐소드 전극(21) 및 저항 층으로 커버링되는 유리 기판 상에 제공된다. 캐소드 전극(21)과 게이트 전극(25)간의 전압 차의 인가로 전계 이미터들(22)을 작동시켜 전자들을 방출하게 된다.

방출된 전자들은 게이트 전극(25)에 의해 채널 구조(10)를 향하여 가속화된다. 각 캐비티(15)에 있어서, 게이트 전극(25)은 캐비티(15)로 진행하도록 방출된 전자들을 통과시키는 다수의 개구들(26)을 포함한다.

채널 판(10)은 각 픽셀(35)에 대하여 대응하는 전자 빔 안내 캐비티(15)를 구비한다. 각 캐비티(15)는 퍼넬형이며, 중심 축(19)을 가진다. 캐비티(15)의 내부 표면(18)은 소정 범위의 전자 충격 에너지들에 대하여 적어도 1의 2차 방출 계수 δ를 가지는 전기 절연 물질로 적어도 부분 코딩되어, 벽(18)은 전자 충격이 있는 경우 2차 전자를 방출할 수 있게 된다. 이러한 재료에는, 예를 들면 산화 마그네슘(MgO)이 있다. 채널 구조(10)는 두께가 예를 들면, 400㎛이다.

본 발명에 따른 디스플레이 장치에서, 주요 이온들은 채널 구조(10)와 디스플레이 스크린(30) 사이에서 생성된다. 출구 개구(17)가 비교적 작기 때문에, 이온들은 채널 구조(10)에 주로 충돌하게 된다. 출구 개구(17)를 통해 캐비티(15)로 들어와서 캐소드 수단(20)에 대체로 도달할 수 있는 부분은 비교적 적다. 따라서, 캐소드 수단(20)에 있어서의 이온들의 충돌 횟수는 적어지고, 디스플레이 장치의 수명 동안에 이미지 밝기는 향상된다.

채널 판(10)의 스크린-대향 측은 디스플레이 스크린(30)의 픽셀들(35)의 컬럼들(32) 각각에 대하여 홉 전극(11)을 구비한다. 동작에서, 홉 전압은 홉 전극(11)에 인가되어, 캐비티(15)를 통과하는 전자들의 홉핑 전송이 가능하도록 캐비티(15) 내에 전계를 설정하게 된다. 출국 개구(17)를 통해 캐비티(15)를 나가는전자들의 개수는 캐비티(15)를 통해 들어오는 전자들의 개수와 같아서, 캐비티(15)로 들어오는 전자 빔(EB)의 안내를 달성하게 된다.

통상적으로, 캐비티의 출구 개구(17)는 캐소드 수단(20)에 직면하는 입구(16) 보다 작다. 바람직하게는, 출구 개구(17)에 대한 입구(16)의 표면 영역의 비는 1보다 훨씬 커야 한다. 예를 들면 5 또는 20이다.

예를 들면, 입구(16)의 직경은 600 마이크로미터이고, 원형 출구 개구(17)의 직경은 100마이크로미터이다. 바람직하게는, 출구 개구(17)는 길게 늘어진 형태이며, 그것의 긴 직경은 300마이크로미터이고, 짧은 직경은 100마이크로미터이다. 이러한 것은 특히 길게 늘어진 서브-픽셀들을 가지는 컬러 디스플레이 장치에 있어서 유리하다.

캐비티의 출구 개구(17)에서 전자 빔(EB)의 빔 전류 밀도는 입구(16)에서 보다 크다. 예를 들면, 출구 개구에서의 빔의 전류 밀도는 50 또는 100배 크다. 이 경우에, 캐소드 수단(20)의 비교적 큰 부분에서 방출된 전자들은 전자 빔(EB)에 모아져, 그 전자 빔(EB)은 양호한 공간적 균일성을 이루어 특히 높은 밝기를 가진다.

이제, 어드레싱 수단(41, 42)은 도 3을 참조하여 보다 상세하게 기술되게 된다.

어드레싱 수단은, 로우 전극들(41)로서 동작하는 게이트 전극들(25)과 컬럼 전극들(42)로서 동작하는 홉 전극들(11)을 포함한다. 이 실시예에서, 픽셀들(35)은 수직 스캐닝에 의해 어드레싱된다.

게이트 전극들(25)은 게이트 전극(25)에서 개구들(26)을 통해 방출되는 전자들의 통과를 허용하는 제 1의 값, 또는 어떠한 전자들도 게이트 전극(25)을 통과하지 않는 제 2의 값을 독립적으로 가지는 대응하는 게이트 전극 Vg1, Vg2, Vg3을 각각 수신한다. 픽셀들(35)이 "라인 단위로(line-at-a- time)" 어드레싱되기 때문에, 게이트 전극들(Vg1, Vg2, Vg3) 중 하나만이 항상 제 1의 값을 가지며, 나머지 게이트 전압들 모두는 제 2의 값을 가진다. 따라서, 픽셀들(35)의 단일 로우(31)만이 선택된다. 이미지 정보의 프레임은 픽셀들(35)의 각 로우들(31)의 연속 선택을 통해서 디스플레이 스크린(30)에 기록된다.

전자 빔들(EB)의 빔 전류는 픽셀들(35)의 상기 컬럼들(32)에 대응하는 홉 전극(11)에 인가되는 홉 전압(Vhop1, Vhop2, Vhop3)의 변화를 통해 픽셀들(35)의 각 컬럼(32)에 대하여 변조될 수 있다. 픽셀들(35)의 단일 로우(31)만이 동시에 선택되기 때문에, 전자 빔들(EB)의 빔 전류는 상기 로우(31)에서 픽셀들(35) 각각에 대하여 독립적으로 변조될 수 있다.

전자 빔들(EB)의 빔 전류는 펄스 높이 변조에 의하여 변조될 수 있어, 전자 빔들(EB)의 빔 전류는 공급되는 이미지 정보에 따라 홉 전압(Vhop1, Vhop2, Vhop3)의 값으로 제어될 수 있다. 이 경우에, 홉 전압((Vhop1, Vhop2, Vhop3)이 소정의 임계 전압 보다 작은 경우에 전자 빔(EB)의 빔 전류는 제로이고, 홉 전압(Vhop1, Vhop2, Vhop3)이 소정의 최대 홉 전압과 같은 경우에는 상당히 큰 값을 가진다. 최대 홉 전압에서, 캐비티(15)의 입구(16)를 통해 들어오는 것만큼 출구 개구(17)를 빠져나가게 된다.

예를 들면, 임계 홉 전압은 50 내지 200의 범위 내에 있으며, 임계 홉 전압보다 큰 최대 홉 전압은 100 내지 500볼트 범위 내에 있다.

대안적으로, 전자 빔(EB)의 빔 전류는 펄스 폭 변조에 의해 제어될 수도 있다.

도 4에 따른 어드레싱 수단의 또 다른 실시예에서, 이 문서에서 초기에 전술된 바와 같이, 멀티플렉싱 어드레싱은 픽셀(35)의 로우들(31)에 인가된다. 캐소드 수단은 3개의 세그먼트들(221A, 222B, 221C)로 나누어진다. 각각의 세그먼트들(221A, 222B, 221C)은 동작동안에 대응하는 캐소드 전압(Vcath1, Vcath2, Vcath3)을 수신한다. 대응하는 게이트 전극들(225A, 225B)은 세그먼트들(221A, 222B, 221C) 각각에 상호 접속되어, 그것들 모두는 픽셀들(35)의 로우들(31)에 대하여 어드레싱 수단(41)을 구성한다. 게이트 전극(225A)의 제 1 그룹은 제 1 게이트 전압(Vg1)을 수신하고, 게이트 전극들(225B)의 제 2 그룹은 제 2 게이트 전압(Vg2)을 수신한다.

통상적으로, 넌-멀티플렉싱 어드레싱 구성에서, 6개 로우 전압들은 픽셀들(35)의 6개 로우들을 어드레싱하는데 공급되며, 멀티플렉싱 어드레싱 구성에서는 5개 로우 전압들(Vcath1, Vcath2, Vcath3, Vg1, Vg2)만이 요구된다. 실제 디스플레이 장치에서, 로우 전압들의 개수와 로우 전압들을 공급하기 위한 외부 접속의 개수에 있어서 크게 감소하게 된다. 예를 들면, 600개 로우들을 가지는 디스플레이 장치에서, 캐소드 전극은 10개 세그먼트들로 나누어지고, 요구되는 로우 전압들의 개수는 600개가 아닌 70개이다. 그러나, 멀티플렉싱 어드레싱의 전력 소비는 종래의 어드레싱 전력 소비 보다 높을 수 있다.

도 5에 도시되는 바와 같이, 어드레싱 수단에 대한 또 다른 실시예에서, 캐소드 수단은 픽셀들(35)의 각 로우들(31)에 대하여 라인 캐소드(321)로 구성된다. 픽셀들(35)의 로우(31)는 전자들 방출을 허용하는 제 1의 값으로 캐소드 전압(Vcath1, Vcath2, Vcath3) 중 대응하는 하나를 세팅하고 나머지 캐소드 전압들을 방출을 허용하지 않는 제 2의 값으로 세팅함으로써 선택된다.

어드레싱 수단은 픽셀들(35)의 컬럼들(32) 각각에 대하여 게이트 전극(325)을 포함한다. 게이트 전극(325)의 개구들(326)을 통과하는 전자 빔(EB)의 빔 전류 변조는 게이트 전압(Vg1, Vg2, Vg3)의 펄스 높이 변조, 또는 게이트 전압들의 펄스 폭 변조에 의해 행해질 수 있다.

이러한 실시예는 어드레싱이 캐소드 수단 내에서 실행된다고 하는 이점을 가진다. 따라서, 단일 홉 전극이 인가될 수 있으며, 채널 구조(10)의 전체 스크린-대향 표면을 대체로 커버링한다. 또한, 이러한 홉 전극은 고정 전압을 수신할 수 있어, 캐비티(15)가 홉핑 전송 특성들은 동작동안에 변화하지 않는다.

디스플레이 장치는, 상판(51), 하판(52) 및 스페이서(53)에 의해 형성되는 진공 엔벨로프(50)를 포함한다. 스페이서(53) 및 상판(51)는 도 6에 보다 상세하게 도시된다. 스페이서(53)는 디스플레이 장치에 진공 서포트를 제공하고 디스플레이 장치를 펌핑하는 펌프 챔버(55)를 포함한다.

픽셀들(35)의 각 컬럼(32)에 대하여, 스페이서(53)는 픽셀들(35)의 컬럼(32)을 따라 대체로 연장하는 대응하는 챔버(54)를 가진다. 이웃하는 챔버들(54)은 채널 구조(10)의 디스플레이 스크린(30)으로부터 전자의 이동 방향에서 챔버(54)의측면들을 따라 연장하는 장벽(56)에 의해 분리된다. 장벽(56)의 높이, 즉 디스플레이 스크린(30)과 채널 구조(10)간의 거리는, 예를 들면 3㎜이다.

챔버들(54)은 양 단부에서 펌프 챔버(55)와 연결되는 개구 내에 있다. 채널 구조(10)와 인접한 챔버(54)는 출구 개구(17)를 경유하여 대응하는 컬럼(32)의 캐비티(15)에 접속된다. 진공 처리 동안에, 펌프는 펌프 밸브(P)를 통해 펌프 챔버(55)에 접속된다. 이것에 의해 전체 디스플레이 장치 전반에 걸쳐 진공 상태를 이룰 수 있게 된다.

도 7에 도시된 바와 같이 디스플레이 장치에 관한 제 2 실시예는, 스페이서 및 채널 구조의 변경을 제외하고는 상기 제 1 실시예와 매우 유사하다. 제 2 실시예는, 상판(151), 하판(152) 및 스페이서(153)를 갖는 진공 엔벨로프(150)를 포함한다.

스페이서(153)는 진공 엔벨로프(150)의 측면들에 인접한 펌프 챔버(155)를 구비하고, 디스플레이 스크린(130)상의 픽셀들(135) 각각에 대응하는 단일 챔버(154)를 구비한다. 인접 챔버들(154)은 장벽(156)에 의해 분리된다.

챔버(154)는 원통형 또는 원뿔형이며, 채널 구조(110)에서 대응하는 캐비티(115)의 출구 개구(117)와 픽셀(135) 사이에서 전자들의 이동 방향으로 연장한다. 채널 구조(110)의 스크린-직면 측에서, 홉 전극(111)은 픽셀(135)의 컬럼들(32) 각각에 대하여 제공되어, 홉 전극(111)은 상기 컬럼들을 어드레싱하도록 배치된다.

게이트 전극(125)은 픽셀들(135)의 각 로우에 대하여 있으며, 상기 로우의캐소드 수단(120)로부터의 전자 방출을 제어한다. 어드레싱 수단은 제 1 실시예에서의 어드레싱 수단과 동일한 방법으로 동작한다.

채널 구조(110)의 인접 캐비티(115)는 개구들(119)에 의해 상호 접속된다. 개구들(119)의 직경은 그 개구들을 통과하는 무제한 가스 흐름이 가능할 수 있어야 한다.

도면은 컬럼 방향으로 제공되는 개구(119)를 도시하고 있지만, 개구들은 선택적으로 로우 방향, 또는 양 방향으로 제공될 수 있다. 채널 구조(110)의 측면 단부들에서의 캐비티(115)는 동일 개구(119)를 통해 펌프 챔버(155)에 접속된다.

또는, 동일 개구들은 챔버들(154)을 분리하는 장벽(156)에 제공될 수 있다.

각각의 캐비티(115)와 스페이서(153)의 챔버들(154) 각각은 펌프 챔버(155)에 접속된다. 디스플레이 장치의 진공 처리 동안에, 펌프는 펌프 챔버(155)에 접속된다. 이러한 실시예는 디스플레이 장치 전반에 걸쳐 양호한 지공 상태를 제공하게 된다.

도 8에서, 홉 전극이 도시되며, 비교적 얇은 제 1 환상(環狀) 부분(411A) 및 디스플레이 스크린(30)을 향하여 제 1 부분(411A)으로부터 연장하는 비교적 두꺼운 제 2 환상 부분(411B)으로 이루어진 컵 렌즈를 포함한다. 제 1 부분(411A)은 캐비티(415)의 출구 개구(417)에 대응하는 개구를 가진다. 제 2 부분(411B)은 보다 큰 직경을 가지는 원형 개구(412)를 가진다.

컵 렌즈는 단면적 또는 캐비티(415)에서 디스플레이 스크린(30)의 픽셀들(35)의 단면에 방출되는 전자 빔의 형태를 변경시키는데 사용될 수 있다.개구(412)의 직경, 제 2 부분(411B)의 두께, 및/또는 홉 전압을 변경시킴으로써, 전자 빔(EB)의 단면은 그것이 가능한 픽셀들(35)을 충전하도록 만들어질 수 있다. 따라서, 픽셀(35)의 발광 재료는 최대로 사용되며, 디스플레이되는 이미지는 비교적 높은 밝기를 가진다.

디스플레이 스크린(30)의 픽셀들(35)이 길게 늘어지는 형태인 경우, 개구(412)에 있어서 타원형 또는 장방형인 것이 유리하다. 홉 전극의 제 2 부분(411B)은 또한 타원형 또는 장방형이다. 캐비티(15)로부터 방출하는 전자 빔(EB)은 길게 늘어진 단면을 가지기 때문에, 길게 늘어진 서브픽셀들의 최대 충전을 제공하게 된다.

홉 전극은 또한 컵 렌즈 대신에 평면 전자 렌즈를 포함할 수 있다. 양자 구성들은 인용되는 국제 특허 출원 WO 01/26131로부터 그 자체로 알려져 있다.

홉 전극은 캐비티의 출구 개구에 인접한 제 1 전극과 이 제 1 전극과 대체로 동일 평면에 있으며 제 1 전극을 폐쇄하는 제 2 전극을 포함한다.

이러한 구성은 제 2 전극에 개별 전압이 인가되어 평면 전자 렌즈들의 세기 및 단면이 홉 전압의 변경 없이 변화 가능하게 되는 이점을 가진다.

도면들은 개략적이며 크기에 있어서 사실적이지 않다. 본 발명이 바람직한 실시예와 결합하여 기술되고 있지만, 본 발명은 바람직한 실시예에 한정되게 구성되지 않는다. 오히려, 본 발명은 첨부된 청구 범위의 범위 내에서 당업자에 의해 행해질 수 있는 모든 변경을 포함한다.

예를 들면, 픽셀들의 로우들의 어드레싱, 픽셀들의 컬럼들의 어드레싱, 또는로우들 및/또는 컬럼들의 멀티플렉싱 어드레싱은, 애노드 전극에 의해 또는 대체 전극들 또는 상기 목적에 적정한 다른 수단을 선택적으로 제공함으로써, 캐소드 전극, 게이트 전극 및 홉 전극의 임의 결합에 의해 행해질 수 있다.

캐소드 수단은, 산화물-캐소드 또는 함침형 캐소드와 같은 열이온 이미터를 제외한 임의 형태의 방출 엘리먼트, 바람직하게는 스핀드트형 이미터, 카본 나노튜브 또는 인쇄 전계 이미터와 같은 전계 이미터, 또는 애벌란시 콜드 캐소드들또는 와이어 캐소드들과 같은 다른 형태의 이미터들을 포함한다.

Claims (14)

1. 진공 디스플레이 장치로서,

   이미지 정보를 디스플레이하는 디스플레이 스크린(30)으로서, 제 1 어레이에 배열된 화소들(35)을 포함하는, 상기 디스플레이 스크린(30)과;

   제 2 어레이에 배열되는 다수의 전자빔들(EB)을 형성하는 캐소드 수단(20)으로서, 상기 제 2 어레이는 상기 제 1 어레이와 일치하여, 각 전자빔(EB)이 상기 디스플레이 스크린(30)의 화소(35)에 대응하는, 상기 캐소드 수단(20)과;

   상기 이미지 정보에 따라 상기 대응하는 전자빔(EB)을 변조함으로써 상기 화소들(35)을 어드레싱하는 어드레싱 수단(41, 42)과;

   상기 제 1 어레이와 일치하는 제 3 어레이에 배열되며, 각 전자빔(EB)을 상기 디스플레이 스크린(30)의 상기 대응하는 화소(35)에 안내하는 전자빔 안내 캐비티들(15)이 제공되는 채널 구조(10)로서, 상기 전자빔 안내 캐비티들(15)은 상기 캐소드 수단(20)에 대향하는 입구(16)와 상기 디스플레이 스크린(30)에 대향하는 출구 개구(17)를 각각 갖는, 상기 채널 구조(10)를 포함하는, 상기 진공 디스플레이 장치에 있어서,

   상기 채널 구조(10)는 상기 캐소드 수단(20)에 인접하게 배열되고, 상기 입구(16)는 상기 출구 개구(17)보다 큰 것을 특징으로 하는, 진공 디스플레이 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 홉 전극(11)은 상기 출구 개구들(17) 각각에 대해 상기디스플레이 스크린(30)에 대향하는 상기 채널 구조(10)의 측면에 제공되고, 상기 전자 빔 안내 캐비티들(15) 각각의 내부 표면(18)은 상기 전자 빔이 상기 캐비티(15)를 통해 안내되는 것이 가능하도록 2차 방출 기능을 갖는 전기 절연 재료를 포함하는, 진공 디스플레이 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 캐비티(15)는 실질적으로 퍼넬형(funnel-shaped)이며, 상기 퍼넬은 30 내지 80도 범위의 정점 각도(apex angle)를 갖는, 진공 디스플레이 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐소드 수단(20)은 상기 전자 빔들(EB) 각각에 대해 적어도 하나의 전계 이미터(21)를 포함하는, 진공 디스플레이 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전계 이미터(21)는 카본 나노튜브(carbon nanotube), 인쇄 전계 이미터, 또는 스핀드트형(spindt-type) 이미터를 포함하는, 진공 디스플레이 장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 캐소드 수단(20)은 상기 전자 빔들(EB) 각각에 대해 상기 캐소드 수단(20)의 일부로부터 전자들이 방출되는 것을 가능하게 하는 캐소드 전극(21)과, 상기 채널 구조(10)의 대응하는 캐비티(15)와 연관되며, 상기 캐소드수단(20)의 상기 일부로부터의 상기 전자 방출을 제어하는 게이트 전극(25)을 포함하는, 진공 디스플레이 장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 어드레싱 수단(41, 42)은 로우 전극(41) 및 컬럼 전극(42)을 포함하며, 상기 로우 전극(41)은 대응하는 로우(31)에 배열된 전자 빔 안내 캐비티들(15)의 상기 게이트 전극들(25)을 접속시키고, 상기 컬럼 전극(42)은 대응하는 컬럼(32)에 배열된 전자 빔 안내 캐비티들(15)의 상기 홉 전극들(11)을 접속시키는, 진공 디스플레이 장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 캐소드 전극들(21)은 세그먼트들(221A, 221B, 221C)에 배열되며, 각 세그먼트는 소정 수의 로우들(31)에 배열된 다수의 전자 빔들(EB)에 대응하는, 진공 디스플레이 장치.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 어드레싱 수단(41, 42)은 로우 전극(41) 및 컬럼 전극(42)을 포함하며, 상기 로우 전극(41)은 대응하는 로우(31)에 배열된 전자 빔들(EB)의 상기 캐소드 전극들(21)을 접속시키고, 상기 컬럼 전극(42)은 대응하는 컬럼(32)에 배열된 전자 빔 안내 캐비티들(15)의 상기 게이트 전극들(25)을 포함하는, 진공 디스플레이 장치.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 진공 디스플레이 장치는, 상기 캐소드 수단(20)에인접한 하판(back plate)(52), 상기 디스플레이 스크린(30)에 인접한 상판(front plate)(51), 및 상기 상판(51)과 상기 하판(52) 사이의 스페이서(53)를 갖는 진공 엔벨로프(50)를 포함하며, 상기 스페이서(53)는, 각각이 소정 수의 화소들(35)과 그것에 대응하는 전자 빔 안내 캐비티들(15) 사이에 배열되는 다수의 챔버들(54)과, 상기 진공 엔벨로프(50)를 펌핑하고 상기 다수의 챔버들(54)의 각각에 접속되는 펌프 챔버(55)를 포함하는, 진공 디스플레이 장치.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 스페이서(53)는 상기 화소들(35) 각각에 대해 단일 챔버(154)를 가지며, 챔버는 상기 화소(135)와 상기 대응하는 전자 빔 안내 캐비티(115) 사이에서 연장하는, 진공 디스플레이 장치.
12. 제 6 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 스페이서(53)에는 상기 제 1 어레이의 단일 컬럼(32)에 배열되는 소정 수의 화소들(35)에 대하여 단일 챔버(54)가 제공되는, 진공 디스플레이 장치.
13. 제 2 항에 있어서, 상기 홉 전극(11)은, 상기 캐비티들(15)의 상기 출구 개구들(17) 각각에 인접하며 상기 디스플레이 스크린(30)의 상기 화소들(35)에 따라 상기 대응하는 전자 빔(EB)의 단면적 및/또는 형태를 적응시키는 전자 렌즈들을 포함하는, 진공 디스플레이 장치.
14. 제 1 항에 있어서, 상기 출구 개구(17)는 연장된 형태를 갖는, 진공 디스플레이 장치.