전계 방출 디스플레이에서 전하의 누적을 감소시키는 방법

전계 방출 디스플레이에서 전하의 누적을 감소시키는 방법{REDUCING CHARGE ACCUMULATION IN FIELD EMISSION DISPLAY}

본 발명은 일반적으로 전계 방출 장치 및 좀더 구체적으로 전계 방출 디스플레이에서 전하의 누적을 감소시키기 위한 방법에 관한 것이다.

전계 방출 디스플레이는 이미 종래 분야에서 알려져 있다. 전계 방출 디스플레이는 얇은 외피를 한정해 주는 양극판과 음극판을 포함한다. 전형적으로, 양극판과 음극판은 내부의 진공과 외부의 대기압 사이의 기압차로 인하여 장치의 내파(implosion)를 방지하기 위하여 몇몇 형태의 스페이서 구조를 필요로 할만큼 충분히 얇다. 이 스페이서는 전자 방출기와 형광체(phosphor)를 포함하는 장치의 활성 영역 내에 배치되어 있다.

양극판과 음극판 사이의 전위차는 일반적으로 300 내지 10,000V의 범위 내에 있다. 양극판과 음극판 사이의 전위차를 견디기 위하여, 일반적으로 스페이서는 유전체 물질을 포함한다. 이리하여 스페이서는 본 장치의 진공인 내부로(to the evacuated interior) 노출되어 있는 유전체 표면을 가진다.

전계 방출 디스플레이의 동작 동안, 전자는 음극판에서 스핀트 팁(Spindt tips)과 같은 전자 방출기로부터 방출된다. 이 전자들은 진공 영역을 횡단하며 형광체에 도달된다. 이들 전자 중 일부는 스페이서의 유전체 표면에 충돌할 수 있다. 이 방식으로 스페이서의 유전체 표면은 대전된다. 일반적으로, 유전체 스페이서는 스페이서 물질의 제 2 차 전자 이득율(electron yield)이 처음에는 1 보다 더 크기 때문에 양으로 대전된다.

전계 방출 디스플레이 내에 있는 유전체 표면의 대전으로 인하여 다수의 문제점이 발생한다. 예를 들어, 스페이서에 인접한 전자의 궤적에 대한 제어가 상실된다. 또한 전기적 방전 사고의 위험이 크게 증가된다.

따라서, 전계 방출 디스플레이에서 전하의 누적을 감소시키는 방법에 대한 필요성이 존재하게 된다.

본 발명은 전계 방출 디스플레이에서 전하의 누적을 감소시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 전자 방출기가 전자를 방출하게 하는 단계와, 양으로 대전된 표면에서의 전위가 대전된 표면에 방출된 전자를 끌어당길 수 있도록 디스플레이 내에 제어 가능한 전위를 조절하는 단계를 포함한다. 이 방식으로, 양으로 대전된 표면은 중화된다. 바람직한 실시예에서, 전계 방출 디스플레이는 동작하는 동안 양으로 대전되어지는 스페이서를 가진다. 이 전하를 중화시키기 위하여, 양극판에서 높은 양전위는 각 프레임 시간의 끝에서는 감소된다. 양극 전위는 양극 전압원과 직렬로 된 저항을 먼저 제공함으로써 떨어지게 한다. 양극 전위는 모든 전자 방출기가 양극에서 풀다운 전류(pull-down current)를 제공하는 것과 동시에 방출되게 함으로써 풀다운된다. 이 저항의 저항값은 풀다운 전류의 정해진 값에 대해 유용한 양극 전압 강하를 일으키게 선택된다. 전압 강하는 방출된 일부 전자가 양으로 대전된 표면으로 이끌리도록 하기에 충분하며 이리하여 이 표면을 중화시키게 된다.

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따라 전계 방출 디스플레이의 횡단면도.

도 2 는 본 발명에 따른 전계 방출 디스플레이에서 전하의 누적을 감소시키는 방법에 대한 타이밍도.

도 3 은 본 발명의 바람직한 실시예의 행 구동기의 블록도.

도시를 간단하게 하며 명료하게 하기 위하여, 도면에 도시된 요소는 반드시 축척에 맞게 그려지지는 않았음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 일부 요소들의 크기는 서로에 대하여 크게 과장되어 있다. 더욱이, 적절하게 고려된 도면 부호는 해당 요소를 나타내기 위하여 도면 중에 반복되어 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전계 방출 디스플레이(100)의 횡단면도이다. 전계 방출 디스플레이(100)는 음극판(110)과 양극판(122)을 포함한다. 음극판(110)은 기판(111)위에 형성된 복수의 전자 방출기(114)를 포함한다. 기판(111)은 유리, 실리콘 등과 같은 유전 물질로 제조된다. 음극판(110)은 전자 방출기(114)를 선택적으로 주소 지정하기 위하여 복수의 행과 복수의 열을 포함한다. 상기 행과 열은 편리한 전도 물질로 제조된다.

이해를 돕기 위하여, 도 1은 단지 몇 개의 행{행(115, 116, 117, 118, 119, 120)}과 하나의 열{열(112)}만을 도시하고 있다. 그러나, 임의의 수의 행과 열이 사용될 수 있다는 것을 이해하는 것이 요구된다. 전계 방출 디스플레이(100)에 대한 행의 예시적인 개수는 240이고, 열의 예시적인 개수는 720이다.

열(112)은 기판(111) 위에 배치되어 있으며, 유전층(113)은 열(112) 위에 형성된다. 유전층(113)은 전자 방출기(114)가 배치되어 있는 우물(wells)을 한정한다. 매트릭스로 주소 지정 가능한 전계 방출 디스플레이에 대한 음극판을 제조하기 위한 방법은 해당 분야의 당업자에게 알려져 있다.

양극판(122)은 예를 들어 유리로 된 투명 기판(123)을 포함한다. 양극(124)은 기판(123) 위에 배치되어 있다. 양극(124)은 인듐 주석 산화물과 같은 투명 전도 물질로 제조된다. 바람직한 실시예에서, 양극(124)은 음극판(110)의 전체 방출 영역과 마주보는 연속 층이다. 즉, 양극(124)은 전자 방출기(114) 전체와 마주본다. 양극판(122)은 음극 발광 물질로 이루어지고 기판(123) 위에 배치되어 있는 복수의 형광체(125)를 더 포함한다. 매트릭스로 주소 지정 가능한 전계 방출 디스플레이에 대한 양극판을 제조하기 위한 방법은 해당 분야의 당업자에게 공지되어 있다.

전계 방출 디스플레이(100)는 하나의 프레임(121)과 복수의 스페이서(130)를 더 포함하는데, 이들 모두는 양극판(122)과 음극판(110) 사이에 배치되어 있다. 프레임(121)과 스페이서(130)는 음극판(110)과 양극판(122) 사이의 간격을 유지하는데 사용된다. 도 1의 실시예에 있어서, 프레임(121)은 음극판(110)과 양극판(122)의 활성 영역을 한정하는 직사각형 구조이다. 도시의 편의를 위하여, 다만 하나의 스페이서(130)만이 도 1 에 도시되어 있다. 실제 스페이서(130)의 개수는 장치의 구조 요건에 달려 있다.

스페이서(130)는 유전 물질로 이루어진다. 스페이서(130)는 유전 물질의 박판/박재(thin plates/ribs)일 수 있다. 선택적으로, 각 스페이서(130)는 다수의 요소를 포함할 수 있으며, 상기 요소 중 일부는 유전체이다. 예를 들어, 각 스페이서(130)는 적어도 하나의 물질이 유전체인 서로 다른 물질의 층을 포함할 수 있다. 유전 물질은 전계 방출 디스플레이(100)의 동작 동안 정전기적으로 양으로 대전되어 있는 표면(129)으로 되어가는 표면을 한정한다. 전계 방출 디스플레이(100) 내의 다른 표면도 본 장치의 동작 동안 정전기적으로 양으로 대전되어 갈 수 있다. 본 발명의 방법은 또한 이들 표면 상의 전하를 감소시키는데 유용하다.

전압원(134)은 비디오 데이터로 한정되는 적절한 전압을 열(112)에 가하기 위하여 열(112)에 연결된다. 전압원(126)은 양극(124)에 연결된다. 바람직한 실시예에서, 전압원(126)은 직류(DC)전압원이다. 바람직한 실시예에서, 저항(127)은 전압원(126)과 양극(124) 사이에 직렬로 연결된다. 행 구동기(도시되지 않음)는 행(115, 116, 117, 118, 119, 120)에 연결된다. 행 구동기는 본 발명에 따라 전계 방출 디스플레이(100)에서 디스플레이 이미지를 만들고 전하의 누적을 감소시키기 위하여 행(115, 116, 117, 118, 119, 120)에 적절한 전위를 가한다.

전계 방출 디스플레이(100)의 동작이 이제 도 1 및 도 2를 참조하여 설명될 것이다. 도 2 는 본 발명에 따른 전계 방출 디스플레이(100)에서 전하의 누적을 감 소시키는 방법에 대한 타이밍도(200)이다. 타이밍도(200)는 행 구동기에 대한 타이밍 그래프(210)와 양극 전압 응답 그래프(220)를 포함한다. 양극 전압 응답 그래프(220)는 양극(124)에서 전압을 나타낸다.

전계 방출 디스플레이(100)의 동작은 일련의 단계를 반복하는 것을 특징으로 한다. 이들 사이클 중 하나는 디스플레이 프레임으로 언급된다. 본 발명에 따라, 각 사이클은 시간(t ₁ 및 t ₂ ) 사이의 타이밍도(200)에 의하여 나타나는 디스플레이 시간과, 시간(t ₀ 및 t ₁ ) 사이의 타이밍도(200)에 의하여 나타나는 전하 감소 시간을 포함한다.

디스플레이 시간 동안, 전압원(126)은 복수의 전자(132)를 양극(124)에 끌어당기기 위하여 전위(V _A )를 공급한다. 양극(124)에서 전위는 저항(127) 양단의 전압 강하로 인해 전압원(126)에 의하여 공급되는 전위보다 더 작다. 양극(124)에서 전위(V _A )는 600V 이상인 것이 바람직하다. 양극 전위(V _A )가 1000V 이상인 것이 더 바람직하다. 양극 전위(V _A )가 3000V 이상인 것이 가장 바람직하다. 방출을 일으키기 위하여 행과 열에 가해지는 전위는 각각 예를 들어 대략 80V와 접지 전위일 수 있다.

위에서 설명된 바와 같이, 디스플레이 시간 동안 양극(124)에서 양의 전위를 제공하는 단계와 동시에, 행(115, 116, 117, 118, 119, 120)은 행구동기(도시되지 않음)에 의하여 순차적으로 스캐닝된다. 스캐닝에 의하여 전자 방출을 일으키기에 적절한 전위는 스캐닝 된 행에 선택적으로 가해진다는 것을 의미한다. 스캐닝 된 행 내의 각 전자 방출기(114)가 전자를 방출하게 되는지의 여부는 각 열(column)에 가해지는 전압과 비디오 데이터에 달려 있다. 스캐닝 되지 않는 행에 있는 전자 방출기(114)는 전자를 방출하지 않는다. 디스플레이 시간 동안에, 디스플레이 이미지는 양극판(122)에서 만들어지고, 전계 방출 디스플레이(100) 내에 노출되는 유전체 표면은 정전기적으로 양으로 대전되어 갈 수 있다. 예를 들어, 도 1 의 실시예에 있어서, 스페이서(130)의 유전체 표면은 정전기적으로 양으로 대전된 표면(129)이 된다.

스페이서(130)는 양극(124)에 도달하는 것이 아닌 스페이서(130)에 충돌하는 일부 전자(132)로 인하여 대전되어 간다. 스페이서가 일 이상의 제 2 차 전자이득율(electron yield)을 가지기 때문에, 스페이서(130)의 표면은 수신된 각 전자에 대하여 하나 이상의 전자를 방출한다. 이리하여, 양의 전위가 스페이서(130)에서 나타난다.

본 발명에 따라, 정전기적으로 양으로 대전된 표면(129)은 도 2 에 도시된 바와 같이 전하 감소 시간 동안 중화된다. 바람직한 실시예에 있어서, 전하 감소 시간은 디스플레이 프레임의 끝에 일어난다. 그러나, 다른 적절한 타이밍 구조가 사용될 수 있다. 예를 들어, 전하 감소 단계는 다수의 행 스캐닝 사이클이 수행되고 난 이후에 수행될 수 있다.

전하 감소 시간 동안 그리고 본 발명에 따라, 전체 전자 방출기(114)는 적절한 방출/"온" 전위를 음극판(110)의 모든 행과 열에 가함으로써 전자를 방출하게 한다. 모든 전자 방출기(114)가 전자를 방출하게 하는 단계는 도 1에 도시된 바와 같이 양극(124)에서 풀다운 전류(128)의 발생을 일으킨다. 모든 전자 방출기(114)가 방출하게 하는 단계 동안, 전압원(126)은 스위칭되지 않는다.

일반적으로, 풀다운 전류(128)의 값(I)과 저항(127)의 저항값(R)은 일부의 전자(132)가 정전기적으로 양으로 대전된 표면(129)에서 전위에 의하여 끌어 당겨지기에 충분한 값으로 양극(124)에서 양의 전위를 감소시키도록 선택된다. 바람직한 실시예에서, 모든 전자 방출기(114)는 전하 감소 시간 동안에 방출하게 된다. 이리하여, 풀다운 전류(128)를 발생하고 중화시키기 위하여 이용 가능한 전자 전류는 행당 최대 방출 전류와 전 행의 개수의 곱과 같다. 저항(127) 양단의 적절한 전압 강하로 인하여, 양극(124)에서 전압은 적절히 강하된다. 전압이 강하함에 따라, 전자(132)는 정전기적으로 양으로 대전되는 표면(129)으로 증가하며 이끌리게 되어 양극(124)에 도달하는 일부의 방출 전류가 떨어지게 된다.

최종적으로 평형 상태가 달성된다. 평형 상태에서, 일부의 방출 전류는 양극(124)에 도달하고 저항(127) 양단의 전압 강하를 일으킨다. 평형 전압(V _e )은 도 2 에 나타나 있는 바와 같이 양극(124)에서 실현된다. 이 감소된 전압 값은 행에서의 전압보다 조금 크다고 한다. 나머지 부분의 방출 전류는 정전기적으로 양으로 대전된 표면(129)과 같은 정전기적으로 양으로 대전된 표면에 이끌리며 또 이 대전된 표면이 중화되게 한다.

양극(124)의 전위를 조절하는 단계는 양극(124)의 전위가 전하를 중화시키는데 사용되는 정전기적으로 양으로 대전된 표면(129)에서 전자선속(132)을 실현하기에 충분한 값으로 감소시키는 단계를 포함한다. 전하 감소 시간의 길이는 표면(129)의 희망하는 중화를 위하여 충분한 시간을 허용하며 디스플레이 이미지를 왜곡하지 않도록 선택된다. 전하 감소 시간이 완료 된 이후에, 그 다음 디스플레이 프레임은 행 스캐닝의 또 다른 사이클과 함께 시작된다.

도 1 및 도 2 의 실시예는 여러 가지 이점이 있다. 예를 들어, 양극 전원의 스위칭이 필요치 않으며, 전력 조건은 듀티 사이클이 낮기 때문에 제어된다.

본 발명에 따라, 전계 방출 디스플레이(100) 내의 임의의 제어 가능한 양의 전위는 정전기적으로 양으로 대전된 표면에 전하를 중화시키는데 유용한 값으로 조절될 수 있다. 도 1 의 예에서, 전자(132)는 양극(124)에서 전위를 조절하며, 정전기적으로 양으로 대전된 표면에 전하를 중화시키는데 사용된다. 일반적으로, 본 발명의 방법은 디스플레이 내의 제어 가능한 양의 전위가 조절되는 방식으로 제한되지 않는다. 나아가, 양극의 전위는, 전체 전자 방출기보다 더 작은 개수의 전자 방출기가 전자를 방출하도록 함으로써 적절한 값으로 감소될 수 있는 것으로 바람직하게는 이해된다. 예를 들어, 스페이서에 인접한 전자 방출기만이 방출되게 할 수 있다.

도 3 은 본 발명의 바람직한 실시예의 행구동기(300)의 블록도이다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 행구동기(300)의 복수의 출력 구동 신호(350)는 각 행(115, 116, 117, 118, 119, 120)에 하나씩 송신된다. 출력 구동 신호(350)는 전자 방출기(114)에서의 전자 방출을 제어하는데 유용하다. 디스플레이 시간 동안(도 2), 단지 하나의 출력 구동 신호(350)가 방출을 일으키는데 사용되는 전위를 가진다. 전하 감소 시간 동안(도 2), 각 출력 구동 신호(350)는 방출을 하는데 사용되는 전위를 가진다.

행 구동기(300)는 스캐닝 논리 회로(310), 게이트 논리 회로(320), 레벨 쉬프터 회로(330), 및 출력 구동기(340)를 가진다. 스캐닝 논리 회로(310)는 클록 신호(312)와 시드(seed)(314)를 수신한다. 스캐닝 논리 회로(310)는 쉬프터 레지스터로 기능을 하고 입력되는 비디오 데이터를 이동(shift)시킨다.

스캐닝 논리 회로(310)의 출력(316)은 행 활성화의 비동기 동시 모드를 제어하는 게이트 논리 회로(320)에 송신된다. 제어 신호(317)는 게이트 논리 회로(320)에 공급되며 모든 행의 동시적 활성화를 제공한다. 차단 신호(318)는 게이트 논리 회로(320)에 공급되며 행구동기의 출력을 끄는데 사용되며, 모든 다른 신호는 무시된다. 극성 신호(319)는 게이트 논리 회로(320)에 공급되며 출력 구동 신호(350)의 크기를 제어한다. 클록 신호, 시드 등과 같은 복수의 다른 신호(321)는 게이트 논리 회로(320)에 공급되어 그 동작을 제어한다.

게이트 논리 회로(320)의 복수의 출력(322)은 다수의 출력(323)을 발생시키는 레벨 쉬프터 회로(330)에 송신된다. 레벨 쉬프터 회로(330)는 낮은 레벨 신호를 유용한 레벨로 변환시킨다. 출력 구동기(340)는 출력 구동 신호(350)를 위해 적절한 값을 발생시키는 아날로그 장치이다.

본 명세서에서 설명된 방법의 일련의 단계는 적절하게 변경될 수 있다는 것이 당업자에게는 이해될 것이다.

본 발명은 전계 방출 디스플레이에서 전하의 누적을 감소시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 전자 방출기가 전자를 방출하는 단계와, 양으로 대전되어 있는 표면에서의 전위가 방출된 전자를 이 대전되어 있는 표면으로 끌어당길 수 있도록 디스플레이 내 제어 가능한 전위를 조절하는 단계를 포함한다. 이 방식으로 양으로 대전되어 있는 표면이 중화되어진다. 바람직한 실시예에 있어서, 양극에서 높은 양전위는 전자 방출기가 전자를 방출하고 양극에서 풀다운 전류를 만들게 함으로써 감소된다. 양극 전위는 DC 전압원과 양극 사이에 직렬로 저항을 제공함으로써 강하되게 한다. 본 발명의 방법은 양극에 연결된 전압원을 스위칭해야 할 필요가 없다. 이것은 DC 전압원이 600V 이상의 전위, 좀더 바람직하게는 1000V 이상의 전위, 가장 바람직하게는 3000V 이상의 전위를 공급하기 때문에 유리하며, 그렇지 않으면 이들 고전압에서 스위칭은 어려워질 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 일반적으로 전계 방출 장치 및 좀더 구체적으로 전계 방출 디스플레이에서 전하의 누적을 감소시키기 위한 방법에 이용된다.