디스플레이 산업은 우리나라, 일본, 대만 및 유럽 등이 세 계시장 경쟁에서 치열하게 경쟁하고 있으며, 우리나라가 세 계 시장에서 선두를 달리고 있는 산업 중 하나로 손꼽을 수 있다. 디스플레이 시장은 액정표시장치(LCD, Liquid Crystal Display), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP, Plasma Display Panel), 유기 발광 다이오드(OLED, Organic Light Emitting Diode), 음극선관(CRT, Cathode-Ray Tube), 전 계 방출 디스플레이(FED, Field Emission Display) 등으로 구분할 수 있다.
현재 평판 디스플레이 시장에서는 LCD가 큰 비중을 차지 하고 있으며 FED를 비롯한 나머지 평판표지장치들이 거세 게 추격하고 있다. 이 글에서는 CRT 및 FPD(Flat Panel Display)의 장점을 모두 갖추고 있는 표시장치로써 차세대 평판 표시장치로 주목받고 있는 FED 관련 기술 및 특허동향 을 살펴본다.
전계 방출(field emission) 현상은 1897년에 Wood가 진공 용기 내에서 두 개의 백금 전극 간에 생기는 아킹(arcking)을 연구하는 과정에서 최초로 발견하였다. 이후 FED와 관련된 개념은 1960년대에 미국 SRI(Stanford Research Institute)의 K.Shoulders 가 FEA(Field Emitter Array)를 이용한 마이크로 진공 전자소자에 적용하였다.
1968년에 SRI의 C.Spindt는 금속 팁을 이용한 FEA 소자 를 제조하여 디스플레이 장치로 실현하였으며, FED에 관한 기초 이론과 함께 미세한 금속 팁을 사용할 경우 전계방출이 크게 향상된다는 스핀트 캐소드 이론을 완성함으로써 FED
가 새로운 디스플레이 장치로 인식되기 시작했다. 1985년에 는 프랑스 LETI의 R.Meyer 팀이 마이크로 팁과 형광체의 진보된 기술을 제시하고, 이를 이용하여 FED 시제품을 시연 함으로써 FED의 상업화 가능성을 제시했다. 1993년 7월에 는 미국의 로드 아일랜드에서 개최된 IVMC(International Vacuum Microelectronics Conference)에서 Pixel International이 칼라 FED 패널을 시연함으로써 FED 개발 경쟁에 도화선을 마련하였다.
2000년대에 접어들면서 금속 팁 FEA가 갖는 기술 및 생 산적인 문제점들로 인해 그 실용화가 지연되면서 연구 개발 열기가 다소 주춤하고 했으나, 금속 팁 FEA를 대신하여 CNT(Carbon Nano Tube)를 비롯한 새로운 개념의 전자 방 출원이 개발됨으로써 디스플레이 시장에 진입하기 위한 노 력이 활발히 진행되고 있다.
FED 기술개요
전계 방출 현상이란 그림 1에 보인 바와 같이 진공 내에 있는 금속 표면에 0.5 V/Å 이상의 전계가 인가될 경우, 금 속 표면의 전위 장벽이 얇아지면서 금속 내의 전자들이 양자 역학적으로 터널링하여 진공내로 전자가 방출되는 것을 말 한다.
FED의 동작원리는 그림 2와 같이 각각의 FEA Cell은 초 소형 전자총으로 동작하며, 게이트와 팁 간에 일정 전압(수 십 V)이 인가되면, 전자들이 팁으로부터 양자 역학적으로 터 가 큰 비중을 차지하고 있으며 FED를 비롯한 나머지 평판표시장치들이 거세게 추격하고 있다. 이 글에서는 CRT 및 FPD의 장점을 모두 갖추고 있 는 표시장치로써 차세대 평판표시장치로 주목받고 있는 FED 관련 기술 및 특허동향을 살펴본다.
글 : 박근용 심사관 / 특허청 전기전자심사본부 전자소자심사팀 www.kipo.go.kr
특허
Technical Series
전계 방출 디스플레이 기술 및 특허동향
널링되어 방출이 된다. 이 방출된 전자들은 더욱 큰 양극 전 압(수백 V~수 kV)에 의해 형광체가 도포되어 있는 양극 쪽 으로 가속되며, 전자들이 형광체에 충돌하게 되면 충돌 에너 지에 의해 형광체의 특정 원소 내에 있는 전자들이 여기 되 었다가 떨어지면서 빛을 발생한다.
FED와 CRT의 부분적인 차이점을 살펴보면, 그림 3에서 보는 바와 같이 CRT는 열을 가해 전자를 방출시키는 한 개 (또는 컬러인 경우 세개)의 열전자총(cathode)으로부터 나온 전자를 2차원 스크린에 편향/주사함으로써 영상을 형성하지 만, FED는 각각의 화소(pixel)내에 전기장을 인가하여 전자 를 방출시키는 냉음극 전계 에미터를 두고, 이로부터 전자를 방출시켜 영상을 형성하는 것이다. 이런 이유로 FED는 전자 총을 편향/주사할 필요가 없고, 또한 전자방출을 위한 열이 불필요하기 때문에 CRT의 부피, 무게, 소비전력의 한계를 극복할 수 있는 장점을 가지고 있다.
FED는 CRT와 마찬가지로 음극선 발광에 의해 동작하기 때문에 자체 광원, 높은 효율, 높은 휘도와 넓은 휘도 영역, 천연색 및 높은 색 순도, 넓은 시야각 등이 가능한 특징을 가 지고 있다. 동시에 LCD처럼 평판(flat panel) 디스플레이가 가능한 디스플레이 장치이다. 또한, 10%에 이르는 에미터가 손상되어도 단위 픽셀 동작에 지장이 없는 고유의 Sub‐
Pixel Redundancy를 가지며, 수 초로 동작 속도가 매우 빠
르고, ‐45~+85℃의 넓은 온도 영역을 가지며, 반도체 공정 에 의해 일괄, 대량 제조가 가능하다. 또한 CRT의 장점을 가 진 평판 디스플레이이기 때문에 차세대 평판 브라운관이라 고도 불린다. 박형이며, 저전력 디스플레이 장치로써 FED는 소형 컬러 TV에서부터 컴퓨터, 대형 TV산업용 제품 등에 이 르기까지 광범위하게 활용될 수 있어서 미래 디스플레이 시 장을 주도할 수 있을 것으로 기대된다.
FED의 핵심 요소 기술은 표 1과 같이 크게 4가지로 나눌 수 있다. 냉전자 방출원을 중심으로 하는 캐소드 판 기술, 형
그림 1. 전계 방출의 기본원리
그림 2. 3극형 FED 패널의 기본 구조와 냉음극 마이크로 진공관의 개략도
Energy
qφB
EF
metal
Electric Field
E0: vacuum level
"Tunneling of electrons through the shallowed barrier"
vaccum level at applied electric field
metal vacuum distance
EF: Fermi level qφB: work function
LIGHT
Phosphor
Getter
Spacer
Driving FEA
Emitter Cathode
Packaing Anode
e-
e- R G B
BM Gate
Gate
~μm Cathode Anode
Gate insulator
Frit Seal Spacer Spacer Frit Seal
광체를 중심으로 하는 애노드 판 기술, 캐소드 판과 애노드 판을 일정 거리로 격리시키고 그 사이를 진공으로 만드는 진 공실장(패키징) 기술, 그리고 캐소드 판에 존재하는 에미터로 부터 전자를 방출시켜 애노드 판의 형광체를 발광시켜 이미 지를 형성시키는 구동회로 기술로 구분된다.
위 네 가지 기술은 FED의 상용화를 위한 필수 기술로 볼 수 있을 것이다. 따라서 본고에서는 FED 주요기술과 관련 기술의 특허동향을 살펴보고자 한다. 참고로 보고의 출원동 향 자료는 1985년에서 2006년 4월까지 한국, 미국, 유럽 및 일본에서 출원 또는 등록된 자료를 바탕으로 한 것임을 밝혀 둔다.
FED 주요기술과 특허 출원동향
캐소드 판 기술
캐소드 판 기술은 전자방출원과 캐소드의 구조로 양분할 수 있다. FED의 핵심소자라고 할 수 있는 전자방출원은 팁 형(tip-type)과 평면형(flat-type)으로 구분한다.
팁형의 경우 그림 4에 보인 바와 같이 에미터 재료의 종류 에 따라 실리콘 팁과 금속 팁으로 구분할 수 있다. 이러한 팁 형 전자방출원은 게이트 홀의 직경을 줄임으로써 저전압 구 동이 가능할 뿐만 아니라, 화소 내 전자방출원 수의 증가, 방 출 전류 증가 등의 효과를 볼 수 있다. 금속 팁의 경우에는
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그림 3. CRT 및 FET의 전계 방출의 기본 개념도
주요기술 소분류 특징
전자방출원 ∙팁형, 평면형, CNT형 전자방출원의 제조방법 및 구조 캐소드 판 기술
캐소드 구조 ∙캐소드 전극, 게이트 전극, 집속 전극, 저항층과 AMFED, 게이트 인슐레이터 등
∙더미 전극, 보조 전극, 반사방지막 등을 포함 애노드 전극 ∙일체 전극형, 라인 전극형 및 전극재료 기술
애노드 판 기술 블랙 매트릭스 ∙재료 및 형상형광체
∙저전압 및 고전압 형광체 ∙형광체 재료에 대한 특징
스페이서 ∙재료, 형상, 코팅, 스페이서 실장구조 등
게터 ∙게터 재료, 게터 실장구조
진공실장 기술 ∙게터 실장구조에서는 게터를 튜브 내에 주입하기 위한 방법
실장구조 ∙튜브 배기형, 인-라인형 및 기타
∙실장 프로세스, 캐소드 판과 애노드 판과의 접착 방법 등 구동방식 ∙PAM, PWM 등을 포함하는 구동방식
구동회로 기술
컨트롤 로직 ∙감마보정, 타이밍 조절, 화소간 균일도 보상 및 APL
∙픽셀 간의 균일성, 밝기 조절 및 보정 등을 위한 제어 회로
표 1. FED의 주요 기술 분류 및 특징
Phosphors Electrons
전계 방출 디스플레이 기술 및 특허동향
Spindt에 의해 처음으로 제조되어 Spindt 팁이 라고도 하 며, 이 경우 팁의 재료로는 주로 몰리브덴(Mo)을 사용한다.
그러나 높은 전류 밀도를 얻을 수 있는 장점을 가지기 때문 에 초기 FED패널의 대부분은 금속 팁을 사용하였으나 팁의 안정성∙신뢰성과 제조공정의 어려움 등으로 실용화에 이르 지 못하고 있다. 실리콘 팁의 경우, SF6 가스 등을 이용한 플 라즈마 식각 방법으로 실리콘 기판의 등방성 식각을 이용하 여 제작하는데, 이러한 실리콘 팁은 구조의 형상 조절이 용 이하고, 균일성이 우수하며, 반도체 공정과 호환성이 있는 장점이 있는 반면에 방출 전류가 불안정하고, 팁 파괴 우려 가 크고, 표면 산화막이 존재하며 패널 크기가 제한되는 단 점이 있다.
평면형의 종류에는 탄소계열 박막(다이아몬드, Diamond -Like Carbon: DLC, graphite 등), 표면전도 에미터 (Surface Conduction Emitter: SCE), MIM(Metal- Insulator-Metal)이나 MIS(Metal-Insulator-Semi- conductor)가 대표적이다. 탄소계열 전자방출원의 하나인 CNT는 카본나노튜브의 뽀족한 끝에 전자가 집중되어 전자 방출이 용이하고 다이아몬드 관련 재료가 갖는 일부 특성도 지니고 있기 때문에 팁형과 평면형의 장점을 함께 취할 수 있는 전자방출원으로써, 현재 이를 통한 FED의 개발이 활발 히 진행되고 있다. 평면형은 SCE형이 주류를 이루다가
2000년 이후에는 CNT형의 특허 출원이 주류를 이루고 있 다. CNT형은 스크린 인쇄와 같은 방법으로 저가격으로 대형 의 캐소드 기판을 제작할 수 있는 기술을 개발하고 있다.
캐소드 구조의 경우에는 그림 5와 같이 3극형(triode type)과 2극형(diode type)이 대표적이다. 3극형 구조는 방 출전류를 낮은 전압으로 쉽게 제어할 수 있고, 이에 따라 계 조(gray scale)를 비교적 쉽게 구현할 수 있어 최근에는 3극 형 전극 구조를 많이 이용하고 있다.
표 2를 통해 캐소드 판에 대한 각국별 출원동향을 살펴보 면, 전체적으로 한국에 출원되는 건수가 495건 39%로 가장 많고, 미국 395건(33%), 일본이 295건(25%)으로 뒤를 따랐 다. 한국에 출원 된 전자방출원 관련의 경우, CNT형 전자방 출원이 100건으로 42%를 차지하고, 뒤이어 팁형이 88건으
그림 5. 3극형 및 2극형 캐소드 구조 비교
그림 4. 금속 팁(a)과 실리콘 팁(b) 전자방출원
Field Emission Display
Triode-type FEDs Diode-type FEDs
INDIVIDUAL PIXEL
ANODE ITO LAYER
ITO(Anode electrode)
(a) (b)
Cathode electrode
Emitter Glass Phosphor Space
FED PHOSPHOR
GREEN PHOSPHOR BLUE PHOSPHOR
RESISTIVE LAYER GATE ROW
LINE+
2.5mm
CATHODE
COLUMN LINE
MICROTIPS
RED SUB-PIXEL GREEN SUB-PIXEL BLUE SUB-PIXEL
GLASS FACE PLATE
CATHODE CONDUCTOR GLASS
로 37%, 평면형이 51건으로 21%를 차지하는 것으로 나타났 다. 전자방출원 관련의 경우 각 국별로 다소 차이가 있으나 전체적으로 크게 다르지 않은 출원경향을 보이고 있다. 캐소 드 구조에 관한 출원 분석을 살펴보면, 한국에 출원된 경우 게이트에 관한 출원이 71건으로 전체의 33%를 차지해 가장 많이 출원되고 있고, 뒤이어 집속전극이 45건으로 20%, 저 항층이 35건 16%, 캐소드 전극이 13건 6% 및 기타 기술이 56건으로 25%를 차지하고 있는 것으로 나타났다. 연도별 증 감은 있지만 꾸준한 증가 추세이고, 최근에는 전자의 집속을 위한 집속전극을 포함하는 4극형 구조도 출원되고 있다.
애노드 판 기술
애노드 판은 유리를 사용한 기판에 투명전도체인 애노드 전극이 코팅되고, 여기에 형광체가 코팅된 구조를 포함한다.
따라서 애노드 판의 기술은 애노드 전극, 블랙 매트릭스 및 형광체의 3가지로 분류할 수 있다. 애노드 전극의 형상은 예 컨대 그림 6에서 보듯이 화소(pixel) 단위의 선(line)으로 패 터닝된 (a)의 경우와 패터닝 되지 않고 (b)에서 처럼 전체가 1 개의 전극으로 이루어진 일체형으로 구분한다. 최근에는 주 로 일체형 구조를 쓰고 있으며, 컬러와 명암의 조절은 캐소 드에서 방출되는 전자의 양을 다르게 해서 구현하고 있다.
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캐소드 전극 13 7 3 0 23
캐소드 판 게이트 전극 71 59 23 8 161
캐소드 구조 집속 전극 45 29 7 2 83
저항층 35 26 3 1 65
기타(AMFED, 게이트 인슐레이터 등) 56 42 15 2 115
합계 459 395 295 40 1189
표 2. 캐소드 판의 주요 기술과 각국별 출원동향
A
그림 6. 애노드 전극이 형상: (a) 라인 전극형, (b) 일체 전극형
(a) anode glass
ITO-electrode
red phospher green phospher blue phospher
red sub pixel
cathode column
green sub pixel
gate-row
Anode
Gate
Vg
Ia
Cathode Va
microtips resistive layer glass substrate blue sub pixel
(b)
전계 방출 디스플레이 기술 및 특허동향
FED에서 색순도(color purity)와 명암비(contrast)는 형 광체의 종류와 애노드판을 구성하는 블랙 매트릭스에 의해 영향을 받게 된다. 애노드 판에는 형광체 사이에 검은색 (black color)의 재료를 사용한 블랙 매트릭스가 코팅되어 있 고, 일반적으로 전기적 전도성을 갖는 카본블랙(carbon black) 등이 사용되고 있다. 서로 다른 화소의 형광체 패턴을 확실하게 구분함으로써 화소 간 색 번짐을 방지하고, 외부에 서 입사되는 빛의 반사를 줄임으로서 명암대비 값을 증가시 키는 역할을 한다.
형광체 기술은 애노드 기술에서 가장 역점을 두고 있는 분 야로, FED의 구동 시 애노드에 인가하는 전압의 크기에 따 라 고전압 형광체와 저전압 형광체 개발로 분류하고 있다.
고전압 형광체는, 대략 5,000V 이상의 고에너지 전자빔 하 에서 효율적인 동작을 하며, 주로 황화물계(sulfur-based) 물질로 이루어져 있다. 저전압 형광체는 1,000V 이하의 애 노드 전압에서 동작한다. 이로 인해 캐소드와 애노드 간의 간격이 300μm 이내에 불과하기 때문에 전자선이 크게 퍼지 지 않으며, 초점 조절용 전극이 불필요하고, 스페이서 재료 로서 간단한 물질들(유리구나 프릿 등)을 사용할 수 있어서, 패널구조가 단순한 특징을 가진다.
애노드 판에 대한 특허 출원 분석을 표 3을 통해 살펴보면, 애노드 판은 한국에 출원이 56건 38%로 가장 높았고, 미국 48건 33%, 일본 33건 22%, 유럽 10건 7%로 나타났다. 기술 별로 살펴보면, 애노드 전극에 관한 전체 출원이 25건이고 이중 일체형 8건 32%이고 라인형은 17건 68%로 나타났다.
이 분야에서도 상대적으로 한국에서의 출원이 많은 것으로 나타났다. 블랙 매트릭스는 총 68건이 출원되었고, 형상 기 술에 관한 출원이 42건 62%이고, 재료에 관한 출원이 26건 38%이다. 이 분야에서는 미국의 출원이 많았다. 형광체는 총 54건이 출원되었고, 형광체 재료에 대한 출원이 주를 이 루었다.
진공실장 기술(진공 패키지)
전자 방출은 진공 내에서 이루어지기 때문에 FED는 패널 내부가 반드시 10-6Torr 정도의 고진공으로 유지되어야 한 다. 진공 패키지 기술은 패널 내부의 진공을 유지하고, 전자 의 평균자유행정(mean free path)을 증가시키고, 전자 방출 부에 기체입자들이 흡착되어 일함수를 변화시키는 것을 방 지하며 수증기, 산소, 일산화탄소, 이산화탄소, 메탄 등에 의 해 형광체가 손상되는 것을 방지하기 위한 필수 기술로 분류 된다. 이러한 진공 패키지 기술은 스페이서, 게터 및 실장구 조로 나눌 수 있고, 진공 실장 된 FED의 개략적인 단면 구조 를 그림 7에 나타내었다.
스페이서는 애노드판과 캐소드판 사이에 설치되어 수십 미크론에서 수 밀리에 이르는 진공 간격(vacuum gap)을 일 정한 폭으로 유지하고, 외부의 대기 압력에 의하여 내부가 진공 상태에 있는 애노드 판 및 캐소드 판이 붕괴되는 것을 방지한다. 또한 소자의 동작 과정에서 화소들 사이의 상호 간섭 현상인 누화(cross-talk)를 방지하는 역할을 한다.
게터는 화학적 진공펌프(chemical vacuum pump)에 해
기술분류 각국별 출원 건수
대분류 중분류 소분류 한국 미국 일본 유럽 소계
애노드 전극 일체 전극형 5 3 0 0 8
라인 전극형 7 6 4 0 17
블랙 매트릭스 재료 2 12 6 6 26
애노드 판 형상 16 15 8 3 42
저전압 0 0 0 0 0
형광체 고전압 0 0 0 0 0
기타 26 12 15 1 54
합계 56 48 33 10 147
표 3. 애노드 판에 관한 기술분류와 각국별 출원동향
당하는 것으로서, 기체 분자들과 반응할 수 있는 재료를 FED 패널 밀봉공정 전에 내부에 설치하고, 배기 및 봉입 후 활성화시켜 패널 내부의 잔류 기체들을 화학적으로 흡착하 여 진공도를 향상시키는 역할을 한다.
실장구조는 패널의 진공배기 시 배기관(exhausting tube) 을 사용해야 하는 경우와 그렇지 않은 경우로 나눌 수 있는 데, 이는 패널의 최종 두께를 결정할 수 있는 변수가 된다. 실 장구조는 크게 튜브 배기형과 인라인(in-line)형으로 나눈 다. 튜브 배기형은 돌출된 튜브로 인해서 진정한 의미의 평 판 디스플레이가 되기 어렵고, 인라인(in line)형 배기방법은 배기관이 없는 무배기관(tube less) 패널로써 평판형 패널 제 작이 가능하다.
표 4의 진공실장에 관한 기술 분류를 바탕으로 각국별 출
각 기술별로 살펴보면, 스페이서 기술에서는 스페이서 실 장구조에 관한 출원이 각 국가별로 가장 많이 출원되고 있으 며, 게터 기술에서도 게터의 실장구조에 관한 출원이 주를 이루었다. 실장구조는 튜브 배기형에 대한 출원이 상대적으 로 높게 나타났다. 한국에서 출원 된 경우에는, 스페이서 기 술에 관한 출원이 88건으로 전체의 69%를 차지하고 있고, 뒤이어 게터 기술 30건 13%, 실장구조 기술 10건 8%를 차지 하는 것으로 나타났다. 각 국가별로 비교해도 크게 다르지 않은 출원 경향을 나타내었다.
구동회로 기술
FED를 구성하는 각각의 화소에 특정한 전기적 신호를 입 력시켜 전체적으로 원하는 화면을 구성하는 기술을 구동회 로 기술이라 한다. 이는 특정한 화소에서 계조(brightness, gray scale)를 변화시키는 방법인 구동방식에 관한 기술과 화소간의 균일도 등을 보상하는 기술인 컨트롤 로직 기술로 구분할 수 있다.
구동방식에서 계조(gray scale) 표현은 펄스 진폭 변조 (pulse amplitude modulation; PAM)와 펄스 시간 변조 (pulse width modulation; PWM) 방법으로 나눌 수 있다.
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그림 7. 진공 실장된 FED의 개략적인 단면도
기술분류 각국별 출원 건수
대분류 중분류 소분류 한국 미국 일본 유럽 소계
재료 3 5 13 0 21
스페이서 형상 11 13 5 1 30
코팅 3 18 10 4 35
스페이서 실장구조 71 29 46 4 150
진공실장 게터 게터 재료 1 3 2 0 6
게터 실장구조 29 24 38 4 95
튜브 배기형 7 5 7 0 19
실장구조 인-라인형 0 0 0 0 0
기타 3 4 4 011
합계 128 101 125 13 367
표 4. 진공실장에 관한 기술 분류와 각국별 출원동향
GLASS TUBE TIPPED-OFF DIOXIDE
GLASS FRIT SEAL
NICKEL ELECTRODE
SILICON
FILM GLASS
BACKPLATE
MOLYBDENUM
"MICRO-TIPS"
PHOSPHOR
NIOBIUM GATE METAL
전계 방출 디스플레이 기술 및 특허동향
PAM은 구동방법이 단순하나, 전계방출 캐소드의 지수 함수 적인 전계방출 특성으로부터 선형적인 출력 전류를 얻기가 어려울 뿐만 아니라, 전계방출 특성의 불균일성 때문에 실제 FED 구동에 적용하기가 어려운 것으로 알려져 있다. 반면, PWM은 선형적인 출력 결과를 얻기가 용이하고, 저항층을 전류 제한 소자로 채택한 전계방출 캐소드 기술과 함께 전계 방출 특성의 불균일성을 해결할 수 있어 FED 구동에 주로 채택되고 있다.
최근에는 FED 패널이 고해상도와 대형화를 위해서 어드 레싱(addressing) 펄스폭이 좁아지고, 이에 따라 초고속 구 동이 필요하게 됐다. 또한 전계방출 시간 감소에 따른 FED 의 휘도 저하가 우려되기 때문에 PWM과 PAM을 혼성시킨 구동이 요구되기도 하는 것으로 알려져 있다.
컨트롤 로직 기술은 화소 간 균일도를 증가시키기 위한 것 이다. 일반적으로 이웃하는 화소들 사이에는 97%이상의 균 일도가 확보되어야 시장에 나올 수 있다고 보기 때문에 균일 도를 증가시키는 여러 가지 방법들이 제안되고 있다. 캐소드 에서 전계방출 시작 후 전자 방출이 비선형적 특성(non- linear characteristics)에서 벗어난 경우 감마보정(gamma correction)을 하는 방법이 있고, 타이밍 조절(timing control)과 평균 화소 레벨(average picture level; APL) 등 의 컨트롤 로직을 통하여 색순도의 조절과 화면의 균일도 등 의 화질 향상에 기여하는 기술이 개발되고 있다.
표 5에 나타난 구동회로 관련 출원 분석을 살펴보면, 각국 별로 출원 건수에는 큰 차이가 없었으나, 전체 198건 중 한국 에서의 출원이 76건으로 38%를 차지해 가장 많이 출원되고 그림 8. 국가별 FED 특허 출원동향
기술분류 각국별 출원 건수
대분류 중분류 소분류 한국 미국 일본 유럽 소계
PAM 9 4 2 2 17
구동방식 PWM 27 20 27 1 75
기타 22 6 2 1 31
구동회로 감마보정 2 6 5 0 13
컨트롤 로직 타이밍 조절 7 13 9 1 30
화소간 균일도 보상 6 6 4 4 20
APL(Average Picture Level) 3 6 2 1 12
합계 76 61 51 10 198
표 5. 구동회로에 관한 기술 분류와 각국별 출원동향
73
유럽(출원) 일본(출원) 미국(출원, 등록) 한국(출원) 504
출원국 605
719 한국(출원)
37%
유럽(출원)
4% 일본(출원)
27%
미국(출원, 등록) 32%
1000
800
600
400
200
0
출원건수
있으며, 뒤이어 미국 61건 31%, 일본 51건 26%, 유럽 10건 5% 순으로 나타났다.
한국에서의 출원을 살펴보면, 전체 76건 중 구동방식에 관 한 출원이 58건으로 76%, 컨트롤 로직이 18건으로 23%를 차지하는 것으로 나타났다. 미국과 일본에서도 비슷한 출원 경향을 나타냈다.
림 8을 통해 각 국가별로 살펴보면, 한국이 719건으로 전체 의 약 37%로 가장 많은 비중을 차지하고 있고, 뒤를 이어 미 국 605건 32%, 일본 504건 27% 마지막으로 유럽 73건 4%
순으로 나타났다.
기술별로는 캐소드 판 기술이 1,189건으로 63%를 차지해 가장 큰 비중을 차지하고 있고, 진공실장 367건 19%, 구동회 로 198건 10% 그리고 애노드 판이 147건으로 8%를 차지하 는 것으로 나타났다. 그림 9에 나타나 있는 연도별 출원추이 를 보면, 90년대 중반부터 출원 건수가 급증하였고 2003년 부터는 다소 감소하는 경향을 보이고 있으나, 2004년 이후 미공개 된 출원 포함하지 않고 있으므로, 전체적으로 출원량 이 감소한다고 단정하기는 어렵다.
한국에서의 출원이 상대적으로 높은 것을 알 수 있고, 유 럽에는 상대적으로 낮은 출원을 보였다. 미국과 일본에서도 한국에서와 같이 비슷한 출원 추이를 보여주고 있는 것으로 나타났다.
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그림 9. 국가별 FED 특허 출원추이
그림 5. 3극형 및 2극형 캐소드 구조 비교
0 50 100 150 200 250
NEC, 18 FUJITSU, 18
SHARP, 22 MOTOROLA, 23 MATSUSHITA, 24
ETRI, 30 FUTABA, 35
ITRI, 37 TOSHIBA, 41
Candescent Technologies, 36 SONY, 49
고등기술연구원, 63 Micron, 89
Orion Electronic, 108 LG, 143 CANON, 111
SAMSUNG, 211
SAMSUNG SDI 22%
CANON 12%
LG 15%
SONY 5%
Micron 9%
고등기술연구원 7%
Candescent Technologies
4%
TOSHIBA 4% ITRI
4%
FUTABA 4%
ETRI 3%
Orion Electronic 11%
년도
1987 1990 1993 1996 1999 2002
40
20
0
한국(출원) 미국(출원) 미국(등록) 일본(출원) 유럽(출원)
전계 방출 디스플레이 기술 및 특허동향
출원인별 FED 특허 출원현황
그림 10을 통해 출원인별 특허 출원 현황을 살펴보면, 가 장 많은 출원 또는 등록이 이루어진 출원인은 전체의 22%를 차지한 한국 국적의 삼성SDI로 조사됐다. 15%로 두 번째를 차지한 출원인도 한국의 LG로 나타났다. 뒤이어 캐논이 12%, 오리온 일렉트로닉이 11%, 마이크론이 9%순으로 이어 지고 있었다. 물론 이러한 결과는 각 국으로의 중복출원이 있 을 수 있다는 것을 포함하는 것이다. 삼성SDI, LG 등을 비롯 한 국내 출원인이 비교적 많은 출원을 하고 있는 것을 알 수 있는데 이는 한국이 디스플레이 산업을 현재 주도하고, 앞으 로 주도해 나갈 수 있는 원동력으로 작용할 것으로 보여진다.
맺음말
세계 시장을 선도하고 있는 우리나라 디스플레이 산업은 현재 LCD, PDP, OLED 등에 주력하고 있고, 계속적으로 디 스플레이 시장을 주도하기 위해 치열하게 경쟁하고 있다.
FED는 현재 이러한 경쟁 속으로 당장 뛰어 들어가지는 못하 지만 차세대 평판표시장치로 주목받고 있으며 상용화하기 위한 연구∙개발 및 관련 특허출원이 세계적으로 활발히 진 행되고 있다. 이는 FED가 가지고 있는 장점, 즉 CRT가 가지 고 있는 장점들을 모두 가지면서도 평판표시장치가 가능하 기 때문이다. 이러한 FED는 향후 더 많은 연구∙개발과 함 께 미래 평판 디스플레이 시장의 상당 부분을 차지할 것으로 기대된다.
본고에서는 주요 다출원국에서 출원되고 있는 FED 관련 기술과 각 기술별 특허 출원 동향을 살펴봄으로써 FED 개발 의 중요한 부분을 차지하는 핵심기술과 관련 기술들의 국제 적 특허 출원동향을 확인할 수 있었다. 이러한 분석은 FED 를 상용화하기 위한 현재의 연구∙개발 단계와 향후 기술 개 발의 방향 설정에 참고가 되길 기대한다.
본고의 자료는 특허청 연구사업의 하나인 2006년 분쟁대비 특허맵 작성사업
“전계 방출 디스플레이”에서 인용한 것임을 밝힙니다.
참고
02-2026-5700
www.epnc.co.kr
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