KR100461625B1 - 오보닉임계스위칭디바이스를이용하여개별픽셀을분리하는액정표시매트릭스어레이 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 활성 매트릭스 액정 표시 패널은 행 및 열의 매트릭스로 분포된 복수 개의 액정 표시 소자(2); 행 및 열 도체(4-9)를 포함하며, 영상 신호 및 표시소자 선택 신호를 공급하는 수단(10-11); 및 각각의 임계 스위칭 소자가 대응하는 행 또는 열 도체(4-9)와 액정 표시 소자(2)사이에 직렬로 연결되고, 또한 표시 소자 선택 디바이스 및 전류 절연 디바이스로서 작용을 하는 복수 개의 임계 스위칭소자(3)로서, 1,000,000,000Ω의 오프-상태 저항을 갖는 복수 개의 임계 스위칭 소자(3)를 포함한다.
Description
본 발명은 일반적으로 액정 형태의 정보 표시 어레이에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 액정 표시 어레이에서 전기 분리 디바이스로서 저항 소자와 직렬로 연결된 신규한 칼코게나이드 임계 스위칭 재료를 이용한 오보닉 임계 스위칭 디바이스를 사용하는 것에 관한 것이다. 오보닉 임계 스위치는 상기 어레이 상의 다른 비선택 픽셀들에 영향을 주지 않으면서 상의 어레이 상의 개별 선택 픽셀들을 여기/비-여기(energization/de-energization)시킨다.
본 발명은 이미지 표시 패널에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 텔레비젼 시스템 등에 사용하기 위한 대면적, 고밀도의 액정 이미지 표시 패널에 관한 것이다. 적어도 음극선관의 시대로부터 지금까지, 플랫 이미지 표시 패널의 궁극적인 목표를 향해 많은 노력이 기울여져 왔다. 플랫-패널 표시 소자들은 전계발광 셀, 기계적인 셔터, 매질내 현탁되어 있는 방향성 입자, 방사선-방출 다이오드, 가스 셀 및 액정과 같은 소자의 매트릭스들을 포함하여 왔다.
대부분의 종래의 플랫-패널 표시 소자들은 교차된 도체로 이루어진 매트릭스를 사용해 왔다. 주어진 수직 도체(즉, 열(column) 도체)와 주어진 수평 도체(즉, 행(row) 도체) 사이에 전위를 인가하면, 이들 두 도체의 교차점에 있는 광 표시 소자가 구동된다. 행 도체 및 열 도체 중 어느 하나를 따라 위치하는 다른 표시 소자를 부분적이라도 여기시키지 않게 하기 위하여, 각각의 표시 소자는, 전형적으로 비선형 특성을 갖는 직렬 다이오드 또는 트랜지스터의 형태를 취하는 선택 또는 분리 디바이스와 결합된다. 선택 전위는 선택 디바이스를 대략 선택 디바이스의 특성 임계값까지 바이어스시키고, 영상 변조 전압은 그의 특성 곡선의 임계값 이상으로 인가 전위를 상승시킨다.
이와 같은 종래의 패널들의 문제점을 해결하기 위해, 수없이 많은 다른 소스들이 제안되어 왔다. 이들은 정류자(commutator), 시프트 레지스터, 진행파 펄스 및 유사한 기술의 사용을 포함한다. 그러나, 결과적으로 얻어진 성과의 정도는, 실질적으로, 예를 들면 종래의 텔레비젼 화상을 표시하는 경우에 요구되었던 것보다 낮았다.
소이어(Sawyer)와 그의 동료 명의로 특허허여된 미국 특허 제3,765,011호에는 동일한 일반적 성질을 갖는 앞서 언급된 종래의 패널에 비해 이점을 갖는 이미지-표시 패널이 개시되어 있다. 상기 특허의 이미지-표시 패널에서는, 화소 분리가, 수평 행 및 수직 열을 정의하는 매트릭스에서 패널 전면에 걸쳐 분포되어 있는대응하는 광 표시 소자와 직렬로 각각 결합된 2단자 오보닉 임계 또는 브레이크다운 스위치에 의해 달성되었다. 다른 스위치의 열은, 행 선택 펄스와 관련하여 스위치를 점화하는 펄스를 사용하여 선택적으로 어드레스 지정되었다. 동시에, 상기 다른 열들은 또한 화상 정보의 순시 레벨에 각각 대응한 영상-표시 변조 펄스를 사용하여 어드레스 지정되었다. 마지막으로, 다른 행들은, 열 점화 펄스와 관련하여 점화에 필요한 전압을 공급하고 또한 점화 펄스 및 변조 펄스에 대한 대응하는 귀로(return circuit)를 완결시키는 방식으로 어드레스 지정되었다.
지금까지의 오보닉 임계 스위치는 과거 시대의 저밀도 표시 소자용으로 적합하였지만, 그의 특성은 현재 요구되는 보다 높은 밀도의 표시 소자용으로는 적합하지 않다. 따라서, 대부분의 표시 소자 제조업자의 관심은 그후부터 다른 분리 디바이스 쪽으로 옮겨졌다. 종래 기술의 임계 스위치의 임계 재료 및 소자 설계는 점차 증대하는 대면적, 고밀도 표시 소자의 요구를 만족시키기에 부적합한 것이라고 입증되었다.
오늘날, 대면적, 고밀도의 액정 표시 소자(LCD)의 시장규모는 연간 40억불에 달하며, 향후 3년내에는 7O억불로 성장되리라 기대된다. 더 큰 표시 밀도 및 보다 양호한 화상 콘트라스트에 대한 요구는 계속 증가한다. 초기의 표시 소자는 두 개의 유리판 사이에 투명한 도체를 압입시킨 액정을 이용하였다. 저 밀도 표시 소자의 경우에는, 이러한 값싼 기술이 허용될 수 있었지만, 이러한 기술을 사용할 경우에는, 밀도의 증가에 따라 화상 콘트라스트가 감소하여, 오늘날의 표시 소자에는 상기 기술을 사용할 수 없다.
LCD 제조업자가 직면하는 주된 문제점은 각각의 픽셀이 주기적으로 바이어스되어 그의색상이 유지되게 하여야 한다는 점이다. 이는 표시 소자의 단일의 어드레스 지정 행에 전압을 인가하고 표시 소자의 어드레스 지정 열 각각에 강도 신호를 인가함으로써 이행된다. 각각의 픽셀의 주기적 바이어스에 의해 행을 따라 모든 픽셀이 적절하게 바이어스된다. 행이 N개 있는 경우, 각각의 픽셀은 단지 1/N 시간 동안에만 바이어스될 수 있다. 화상 콘트라스트는 이 시간과 거의 비례하며, 행 수가 증가함에 따라 제로에 이르기까지 급속히 감소한다.
이러한 해결책은 각각의 픽셀에 대한 전기 경로에, 분리 디바이스로서 작용하는 다이오드와 같은 비선형 도체를 제공하는 것이다. 상기 픽셀은 비선형 소자가 도통하는 전위에서 바이어스될 수 있다. 상기 픽셀이 바이어스되지 않을 경우, 비선형 소자는 도통하지 않게 되고, 결과적으로, 상기 픽셀이 바이어스된 상태로 남아 있게 된다. 액정 재료의 도전율은 매우 낮고 표시 소자의 픽셀은 0.2-0.4pF의 콘덴서와 같은 작용을 한다. 그러나, 어떠한 비선형 도체라도 이상적이지 않기 때문에 전하 누설이 생기게 된다.
활성 매트릭스 LCD 표시 소자내의 각각의 픽셀은 전류 분리 디바이스로서 작용하는 어드레스 지정가능한 스위칭 소자를 포함하여야 한다. 여러 기술들이 이러한 용도를 위해 사용되어 왔다. 다양한 접근 방법의 장점을 평가함에 있어서는, 여러 개의 파라미터가 고려되어야 한다. 다음의 목록은 9가지의 가장 중요한 고려사항을 열거한 것이다.
1) 스위치가 온(on) 상태일 경우에는 스위치의 전류 구동 능력이 높아야 한다. 이로 인해 픽셀이 짧은 시간내에 스위칭될 수 있다. 표시 소자가 고밀도화됨에따라, 픽셀의 각각의 행이 스위칭될 시간은 짧아진다.
2) 스위치가 오프(off) 상태일 경우에는 스위치의 전류 누설이 적어야 한다. 스위치의 전류 누설이 적어지는 경우에는 픽셀이 어드레스 지정되는 시간 간격 사이에 픽셀로부터 전하가 방출되지 않는다. 이는 표시 소자의 그레이 스케일 성능에 있어서 매우 중요하다. 표시 소자의 밀도가 증가함에 따라 이러한 요구는 보다 엄격해진다.
3) 스위치가 점유하는 면적은 각각의 픽셀 면적으로부터 공제되어야 한다. 스위치의 점유 면적은 픽셀을 통해 투사될 수 있는 광량을 감소시킨다. 픽셀 면적의 개구 비율을 증가시키도록 적은 면적의 스위치를 구비하는 것이 바람직하다.
4) 스위치가 광감수성을 갖는 경우, 광이 이러한 디바이스에 도달하지 못하게 하는 데 섀도 마스크가 필요하다. 이 때문에, 별도의 공정 단계가 추가될 수 있으며 개구 비율도 감소될 수 있다.
5) 표시 소자에서 픽셀 어레이를 어드레스 지정하는 데 필요한 것은 2단자이다. 3단자의 스위칭 디바이스도 존재하지만, 이 경우에는 픽셀 위치 각각에서 접점이 3개 필요하다. 이 때문에 마스크에 대한 복잡성이 추가되고 개구 비율이 감소된다.
6) 표시 소자의 제조 비용이 제조의 공정수에 직접 관련된다. 마스킹의 공정 수는 가능한 한 최소로 하는 것이 바람직하다.
7) 바테리 전력을 절감시키기 위하여 낮은 전압을 사용하는 휴대용 컴퓨터가제안되고 있다. 표시 소자가 어느 정도의 전압을 필요로 하지만, 지금까지는 저전 압의 전력만으로 구동될 수 있는 컴퓨터를 제조할 때 한가지 제한 사항으로 되어 왔다.
8) 디바이스의 스위칭 속도는, 픽셀의 충전에 그다지 영향을 주지 않을 정도로 충분히 빨라야 한다. 표시 소자의 성능이 계속 증가함에 따라, 응답 시간은 중요한 인자가 될 것이다.
9) 스위치의 공정 온도는 기판의 연화점보다도 낮아야 한다. 바람직한 기판인 코닝(corning) 7059 유리는 450℃의 연화점을 가진다. 다른 기판은, 더 높은 연 화점 또는 융점을 가지지만, 앞서 언급된 기판보다 고가이다.
다음의 표는 다수의 종래 표시 기술에 대하여 이와 같은 9가지의 고려사항을 비교한 것이다.
[표 1]
오늘날 표시 기술과 관련된 기본적인 문제는 적절한 온-전류 대 오프-전류의 비를 갖는 비선형 소자를 찾는 것이다. 표시 소자 환경은 잡음이 있기 때문에, 비선형 분리 소자는 도전 상태에서 비도전 상태로의 뚜렷한 전이를 가져야 한다.
현재 가장 일반적인 소자인 비정질 실리콘 박막(Amorphous silicon thin film) 트렌지스터는 약 107의 온-오프 비를 갖는다. 공정을 개선하면 언젠가는 상기 온-오프비가 다른 크기 정도로 증가될 수 있지만, 박막 트랜지스터의 주된 결점은 온 상태에서 필요한 전류를 구동시키기 위해 박막 트랜지스터의 크기가 커야한다는 점이다. 표시 소자 어레이의 크기가 1000 x 1000 픽셀에 이르게 되면 상기 트렌지스터는 픽셀을 적절하게 바이어스시키기에 충분한 전류를 더 이상 공급할 수 없다. 또한, 위에서 언급된 다른 인자도, 현재의 표시 소자에는 엄격한 제한사항으로 된다.
다결정 박막(polycrystalline thin film) 트랜지스터는 비정질 박막 트랜지스터의 가장 큰 문제점, 즉, 온 상태에서의 부적합한 전류에 대한 해결책을 제공한다. 다결정 박막 트랜지스터는 비정질 트랜지스터보다 훨씬 큰 온 전류를 가지고 있지만, 다결정 박막 트랜지스터의 온-오프 비는 비정질 트랜지스터의 그것만큼 양호하지 않다. 다결정 박막 트랜지스터는 적은 면적으로 제조될 수 있으며, 이로 인해 개구 비율이 개선된다. 그러나, 현재의 기술에서는 고온으로 제조되어야 하며,이 때문에 고가의 기판이 필요하고 그의 대면적 표시 소자의 제조 비용이 매우 비싸진다. 현재 기술의 표시 소자는 이러한 기술을 사용하고, 향후 개선이 이루어질 수는 있지만, 트랜지스터를 분리 디바이스로서 사용하는 표시 소자의 제조는 매우 복잡하다. 다결정 트랜지스터를 사용하는 표시 소자의 경우, 표시 소자의 제조 공정에서 마스킹 공정이 6번 필요하다. 이는 수율에 중대한 영향을 준다. 현재의 제조 설비에서는 수율이 50%이하이여서, 이와 같은 표시 소자의 제조 비용이 매우 비싸진다.
금속-절연체-금속(metal-insulator-metal; MIM) 다이오드는 트랜지스터 표시소자보다 간단한 구성으로 이루어지고 제조가 매우 간단하기 때문에, 보다 낮은 가격의 표시 소자가 제조될 수 있다. 이는 표시 소자내에 비선형 요소를 이용하는 가장 간단한 방법이기 때문에, 수율이 현저하게 좋아진다. 불행히도, 이들의 온 전류및 오프 전류의 비는 그다지 높지 않다. 상기 디바이스는 105에 이르는 온-오프의 비를 제공할 수 있는 비선형 특성을 갖는다. 이는 중간 밀도 표시 소자용으로 충분하였지만, 현재의 표시 소자들은 이 기술이 제공할 수 있는 것보다 누설 전류가 적은 것을 필요로 한다. 이 때문에 높은 온 전류 및 낮은 오프 전류가 필수적인 고밀도 표시 소자에서는 이러한 기술을 사용할 수 없다.
다이오드 분리는 트랜지스터 분리보다 다소 간단하며 다이오드는 MIM 디바이스와 마찬가지로 제조하기가 용이하다. 다이오드 분리는 약 1O8의 우수한 온/오프 전류 비를 제공한다. 그러나, 다이오드는 단지 한 방향으로만 도통하기 때문에, 각각의 픽셀에는 두 개의 다이오드가 필요하다. 따라서, 각각의 픽셀은 두 개의 행 접점 및 한 개의 열 접점을 가져야 한다. 이로 인해 표시 소자에 대한 상호 연결의수가 50%증가되며, 이 점에서 이 기술의 수용이 제한되었다. 따라서, 다이오드가TFT 표시 소자보다 적은 마스킹 단계를 갖는 유용한 해결책을 제공하지만 , 셀의 복잡성 및 접점의 수는 증가된다.
선행 기술의 임계 스위치는 오프-상태에서의 저항을 제외하고는 본 연구에 열거된 모든 바람직한 특성을 제공한다. 상기 임계 스위치는 온 전류가 가장 크고 응답 시간이 가장 짧기 때문에, HDTV 등에 사용되는 경우에는 충분히 큰 대역폭이허용된다. 상기 임계 스위치는 개구 비율이 가장 크기 때문에 양호한 콘트라스트 및 에너지 효율이 높은 조명이 허용된다. 상기 임계 스위치는 광감수성이 없으며 가장 간단한 디바이스 구조를 지니기 때문에, 보다 낮은 비용의 표시 소자 개발이 허용된다. 또한, 이러한 디바이스는 다른 어떤 기술보다 낮은 전압으로 작동될 수 있기 때문에, 배터리에 의해 구동되는 컴퓨터에 가장 바람직할 것이다. 상기 임계디바이스가 부족한 유일한 점은 매우 낮은 오프 전류(즉, 높은 오프-상태 저항)이며, 오프 전류가 충분히 낮은 경우에는 정확한 그레이 스케일 성능이 허용된다.
본 발명은 선행 기술의 임계 스위치의 바람직한 특성을 모두 지니며 또한 오프 상태 전류가 매우 낮은(높은 오프-상태 저항) 임계 스위치 및 칼코게나이드 임 계 스위칭 재료를 개시한다.
임계 스위치를 사용하는 표시 소자는 MIM 표시 소자와 마찬가지의 간단한 구성에 의해 실현될 수 있는 이점을 지니지만, 성능면에 있어서 기타의 모든 기술보다도 우수하다. HDTV용 표시 소자 및 장래의 컴퓨터용 표시 소자는 4백만 이상의 픽셀을 필요로 한다. 현재의 기술로는 이와 같은 표시 소자에 대한 요구가 용이하게 충족될 수 없다. 본 발명의 신규한 임계 스위칭 재료를 사용하는 칼코게나이드임계 스위치 방식에 의하면 필요한 성능이 제공되고 그의 제조가 충분히 간단하며 높은 수율이 달성된다.
도 1은 디바이스 선택기/분리 디바이스로서 오보닉 임계 스위치를 사용하는 액정 다이오드(LCD) 이미지-표시 매트릭스를 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 전형적인 임계 스위칭 디바이스에 관한 전류-전압 플로트를 개략적으로 보여주는 도면.
도 3은 임계 스위치를 통해 흐르는 전류가 그의 유지 전류값 이하로 되기 전에 액정 표시 소자가 적절하게 충전되게 하도록 저항 소자가 임계 스위치와 직렬로 제공되는 본 발명의 변형 실시예를 보여주는 도면.
도 4는 임계 스위치와 함께 직렬 저항을 결합시킨 본 발명의 표시 소자의 픽셀에 대한 전형적인 구동 방식에 대한 전압 대 시간 플로트를 보여주는 도면.
실시예
도 1에는 액정 표시 패널용의 기본 매트릭스(1)가 예시되어 있다. 행 도체(4,5,6)에 의해 접속된 수평 행 및 열 도체(7,8,9)에 의해 접속된 수직 열을 정의하기 위하여 복수 개의 액정 광-표시 소자(2)는 패널 전면에 분포된다. 각각의 표시 소자(2)의 각각의 단자는 최종적으로는 상기 표시 소자의 근방에서 교차하는 대응하는 수평 및 수직 도체 사이에 접속된다. 오보닉 임계 스위치(3)는 행 도체 라인 및 열 도체 라인 사이에서 각각의 표시 소자(2)와 직렬로 연결된다. 이러한 오보닉 임계 스위치는 전류 분리 디바이스 및 표시 소자 선택 디바이스로서 작용한다.
오보닉 임계 스위치의 임계값을 초과하는 전위가 교차된 행 및 열 도체 양단에 인가될 경우, 이러한 디바이스는 당업계에 공지되어 있으며 도 2로 예시된 과정에 따라 고전도 상태(highly conductive state)로 변한다. 일단 고전도 상태로 된 경우, 오보닉 임계 스위치(3)에 의해 전류가 이를 통해 흐르게 됨으로써, 액정 표시 소자(2)가 충전된다. 이러한 충전 전류는 오보닉 임계 스위치(3)의 최소 유지 전류보다 커서 상기 스위치를 도통 상태로 유지한다. 표시 소자(2)가 필요한 영상전압에 이르기까지 충전될 경우, 임계 스위치(3)를 통해 흐르는 전류는 유지 전류 값 이하로 강하하여 상기 임계 스위치(3)는 자동적으로 고저항 상태로 복귀한다.
오보닉 임계 스위치(3)를 도통 상태로 바꾸는 소자 선택 전기 펄스 및 액정 표시 소자(2)를 충전하는 영상 신호 펄스는 라인 구동기 및 디코더에 의해 공급된다. 상기 구동기 및 디코더는 "블랙 박스"(10,11)로서 도시되어 있으며, 이들은 개별적으로 다른 유니트일 수도 있고 표시 패널을 "온-보드(on-board)" 형태로 제공될 수도 있다. 이러한 라인 구동기와 아울러, 표시 소자를 작동시키는 데 필요한 다른 표시 소자 구동기 회로는 당업계에 공지된 것이므로 본원 명세서에서 상세하게 언급되지는 않을 것이다.
도 1에서, 표시 소자(2)는 광 변조기로서 동작한다. 전형적인 실시태양에서는, 액정 재료가 약 5미크론 정도의 간격만큼 이격된 전극 사이에 삽입된다. 전기장이 인가되지 않을 경우, 액정 재료는 편광 필터에 따른 방향으로 광을 편광시킨다. 그러나, 상기 전극 사이에 전위가 인가될 경우, 편광각이 변하여 광이 차단된다. 전기장을 변화시킴으로써 휘도가 변화되게 하고, 이 결과로 그레이 스케일이 획득가능하게 된다.
소이어와 그의 동료 명의로 허여된 미국 특허 제3,765,011호의 표시 소자에 사용된 선행 기술의 오보닉 임계 스위치는 1966년 9월 19일자 일렉트로닉스의 191-l95 페이지에 실린 조지 사이더리스(Ceorge Sideris)의 논문 "보이지 않는 적에 직면하는 트랜지스터(Transistors Face an Invisible Foe)"에 기재되어 있는 종류의 것이다. 이러한 임계 스위치는 또한 1969년 9월호 사이언티픽 아메리칸의 30-41 페이지에 실린 에이치. 케이. 헤니쉬(H. K. Henisch)의 논문 "비정질 반도체 스위칭(Amorphous Semiconductor Switching)"에도 기재되어 있다.
소이어와 그의 동료는, 표시 소자 매트릭스 전체에 걸쳐 사용한 선행 기술의 오보닉 한계 스위치를, 관련된 광 표시 소자의 전극상에 데포지트된, 단순한 1개의 작은 층 또는 도트(dot)의 유리같은 재료"로서 기재하고 있다. 이에 대하여 본 발명자가 사용한 오보닉 임계 스위치는 포토리도그래피 데포지션 기법에 의해 제조된 서로 분리된 박막 디바이스이며, 사이즈면에서 훨씬 작고, 잠재적으로는 양단 간의간격이 1미크론 미만이다.
각각의 임계 스위치는, 일단 점화되면, 그의 전류가 차단될 때까지 또는 유지 전류라고 언급되는 임계치 이하로 될 때까지 관련된 표시 소자에 전류를 계속 흐르게 한다는 의미에서 쌍-안정성을 나타낸다.
도 2에는 오보닉 임계 스위치의 특성이 도시되어 있다. 이러한 스위치는 임 계 레벨(Vt) 이하의 전압에 대하여 고저항을 나타낸다. 스위치 양단간에 걸린 전압이 초과되는 경우, 상기 스위치는 브레이크다운을 일으키고, 실질적으로 일정한 전압(Vc)으로 도통한다. 도통 상태의 경우, 상기 스위치는 저-임피던스를 나타낸다. 상기 스위치를 통해 흐르는 전류가 유지 전류(Ih) 이하로 될 경우, 상기 스위치는 고-임피던스 상태로 되돌아 간다. 상기 스위치 양단에 걸린 전압이 저 레벨(Vc) 이하로 될 경우 이러한 현상이 생긴다. 이러한 스위칭 동작은 인가 전압의 극성과는 무관하며, 양 방향 모두에 있어서의 스위칭은 고속이다.
선행 기술의 오보닉 임계 스위치가 오늘날의 고밀도, 대면적 액정 표시 패널에서 분리 디바이스로서 사용되기에 부적당한 이유는 그의 오프 상태 저항 때문이다. 왜냐하면, 선행기술의 임계 스위치에 있어서는 오프 상태에 있더라도 상기 임 계 스위치를 통해 화소(2)가 방전되기 때문이다. 소이어와 그의 동료는 오보닉 스위치의 오프 저항이 약 IO7Ω 정도의 값을 지닐 수 있다고 언급하고 있다. 이 때문에 소이어와 그의 동료는 액정 표시 소자와 직렬로 연결된 추가의 콘덴서를 사용하였다. 상기 임계 스위치가 비교적 낮은 오프 상태 저항을 지니기 때문에 표시 소자가 임계 스위치를 통해 그의 전하를 소실함에 따라 이러한 추가의 콘덴서는 표시 소자가 충전 상태로 유지되게 하는 데 도움을 주었다.
본 발명자는 온 상태에서의 대량의 전류, 낮은 임계 전압, 광감수성을 갖지 않는 것, 간단하고 낮은 온도에서 행해지는 제조 공정, 높은 개구 비율, 2단자 및 고속 스위칭 시간과 같은 선행 기술의 재료들의 모든 바람직한 특성을 지니며, 추 가적으로는 매우 높은 오프 상태 저항을 지니는 신규한 칼코게나이드 임계 스위칭 재료를 제조하였다.
본 발명의 오보닉 임계 스위치의 오프-상태 저항은 적어도 109Ω이다. 바람직하게는, 임계 스위치의 오프-상태 저항은 약 1×1010Ω보다 크다. 보다 바람직하게는, 오프-상태 저항은 약 1×1011Ω보다 크다. 가장 바람직하게는, 오프-상태 저항은 약 1×1012Ω보다 크다.
이들 재료는 표시 소자를 그밖의 다른 표시 소자와 분리시킬 수 있는 능력과, 종래와 비교하여 매우 긴 시간 표시 소자에 전하를 유지시킬 수 있게 하는 능력에 있어서 선행 기술의 재료보다도 명백히 우수하다.
본 발명의 임계 스위칭 재료는 As-Te계 칼코게나이드이다. 이들 재료는 Ge, Si, P, S 및 Se와 같은 원소를 추가로 포함한다. 유용한 한가지 조성으로는As41Te39Ge5Si14P1이 있으며, 여기서 아래 첨자는 대응 원소의 원자비이다. 이러한 기본 재료는 As 및 Te 중 어느 하나 또는 둘다 모두를 Se로 치환하여 개조될 수 있다. 이와 같이 개조를 행한 조성 예로는 As38Te37Ge5Si14P1Se5와 As36Te34Ge5Si14P1Se10가 있다. Se 치환에 의한 개조 외에도, As 및 Te 중 어느 하나 또는 둘다 모두 대신 추가의 Si가 치환될 수 있다. Si 치환의 예로는 As38Te37Ge5Si19P1과 As36Te34Ge5Si24P1이다.
극도로 높은 오프-상태 저항을 얻기 위한 추가의 개조로는 임계 스위칭 디바이스내의 임계 스위칭 본체의 기하학적 형상을 개조하는 것도 고려될 수 있다. 예를 들면, 임계 재료 본체의 단면적 및 두께는 특정 범위내에서 임계 스위치의 저항을 증가 또는 감소시키도록 변경될 수 있다.
(도 3에 도시된) 다른 실시예에 있어서는, 저항기와 같은 저항 소자(12)는 각각의 임계 스위치(3)를 통해 흐르는 전류가 그의 유지 전류 이하로 되기 전에 각각의 액정 표시 소자(2)가 적절하게 충전되게 하도록 각각의 임계 스위치(3)와 직렬로 제공될 수 있다.
다시 말하면, 각각의 액정 표시 소자(픽셀)가 제한된 커패시턴스를 가지고 있고 온-상태 임계 스위치의 저항이 매우 작기 때문에 픽셀은 매우 짧은 시간내에 충전된다(이러한 회로는 매우 작은 RC 시정수를 지닌다). 따라서, 액정 표시 소자가 적절한 전압을 취하기 전에 임계 스위치를 통해 흐르는 전류는 유지 전류 이하로 될 수 있다. 따라서, 임계 스위치를 통해 흐르는 전류를 감소시키기 위하여(즉, 픽셀의 충전 속도를 늦추기 위하여) 그리고 소정의 행 시간 동안 모든 액정 표시 소자의 충전이 적절하게 이행되게 하기 위하여는 임계 스위치와 직렬로 연결된 저항 소자를 포함하는 것이 경우에 따라서는 유리하다.
예를 들면, 전형적인 액정 표시 소자는 0.2pF의 커패시턴스를 지니지만, 임 계 스위치는 전형적으로 약 10fF의 커패시턴스를 지니고 약 0.1 마이크로암페어의 유지 전류를 지닌다. 이러한 조건하에서, 임계 스위치가 비-도통(즉, 오프) 상태로 되돌아 가기 전에 액정 표시 소자의 충전이 적절하게 이행되게 하는 데에는 약 107Ω의 직렬 저항이 필요하다.
직렬 저항이 없을 경우, 픽셀은 순시적으로 부적절한 전압으로 충전된다. 단일 픽셀에 대한 전형적인 구동 방식의 설명은 상기 문제점을 보여주는 데 도움이 될 것이다. 우선, 픽셀 구동 전압이 픽셀 구동 라인(예컨대, 라인(7,8,9))에 인가되고, 이어서, 스위칭 펄스가 임계 스위치 구동 라인(예컨대, 라인(4,5,6))에 인가된다. 스위칭 펄스의 전압이 증가함에 따라, 임계 스위치 양단에 걸린 전위는 임계전압에 도달될 때까지 증가하고, 이러한 시간에서는 임계 스위치가 저 저항 상태를 취한다. 거의 순시적으로, 액정 표시 소자가 완전히 충전된다. 그러나, 상기 표시소자가 충전한 전압은 정확한 전압이 아니다. 이것은 스위칭 펄스가 중단되기 전에 임계 스위치가 고 저항 상태로 되돌아 가기 때문이다. 따라서, 상기 표시 소자는 픽셀 구동 전압 및 임계 스위치 차단시의 스위칭 펄스의 전압의 가산값에 이르기 까지 충전된다.
이러한 문제점을 완화시키기 위해, 회로의 RC 시정수가 대단히 증가되어야 한다. 이로 인해 픽셀의 충전이 느리게 이행되기 때문에, 임계 스위치가 차단되기 전에 스위칭 펄스는 종료하게 된다. 따라서, 직렬 저항을 포함함으로써, 회로의 RC 시정수는 스위칭 펄스의 종료 시점에서도 여전히 픽셀이 충전중에 있고 임계 스위치도 여전히 도통 상태에 있는 지점까지 증가될 수 있다. 따라서, 픽셀에 인가된 최종 전압은 적절하게 된다.
도 4는 직렬 저항기를 사용하는 본 발명의 표시 소자의 구동 방식을 예시한 것이다. 상부 곡선은 스위칭 펄스 전압(별칭은 공통 구동기 전압(common driver voltage)임)을 나타낸다. 중간 곡선은 인가된 픽셀 구동 전압(별칭은 세그먼트 구 동기 전압(segment driver voltage)임)을 나타낸다. 마지막으로 하부 곡선은 픽셀전압(또는 전위)를 나타낸다. 이러한 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 직렬 저항을 사용함으로써, 픽셀이 최종적인 적절한 전압에 도달하기 오래 전부터 스위칭펄스가 차단 상태에 있게 된다.
지금까지 본 발명의 특정 실시예가 도시되고 기재되었지만, 그의 변경 및 수정은 본 발명의 범위를 이탈하지 않고도 넓은 실시태양으로 행해질 수 있다는 점을 알 수 있을 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 사상 및 범위내에 있을 정도의 변경 및 수정을 포함한다.
본 발명은 이하의 구성요소를 포함하는 활성 매트릭스 액정 표시 패널을 개시한다:
1) 행 및 열의 매트릭스로 분포 배치된 복수 개의 액정 표시 소자;
2) 행 및 열 도체를 포함하며, 영상 신호 및 표시 소자 선택 신호를 공급하는 수단; 및
3) 각각의 임계 스위칭 요소가 대응하는 행 또는 열 도체와 액정 표시 소자사이에 각각 직렬로 연결되고, 표시 소자 선택 디바이스 및 전류 분리 디바이스로서 작용을 하는 복수 개의 임계 스위칭 소자로서, 적어도 1×109Ω이상의 오프-상태저항을 갖는 복수 개의 임계 스위칭 소자.
바람직하게는, 상기 임계 스위치의 오프-상태 저항은 약 1×1010Ω보다 크다. 보다 바람직하게는, 상기 오프-상태 저항은 약 1×1011Ω보다 크다. 가장 바람직하게는, 상기 오프-상태 저항은 약 1×1012Ω보다 크다.
본 발명의 임계 스위칭 재료는 As-Te계 칼코게나이드로부터 형성될 수 있다. 이러한 재료는 Ge, Si, P 및 Se와 같은 하나 또는 그 이상의 원소를 추가로 포함한다.
필요한 경우, 저항 소자가 오보닉 임계 스위치와 직렬로 연결될 수 있다. 저항 요소를 상기 임계 스위치와 직렬로 연결함으로써, 상기 임계 스위치를 통해 흐르는 전류가 그의 유지 전류값 이하로 되기 전에 액정 표시 소자가 적절하게 충전된다.
관련 출원
본 출원은 1994년 10월 14일자 출원된 미국 특허출원 제O8/324,071호의 일부계속 출원이다.
Claims (19)
- 활성 매트릭스 액정 표시 패널에 있어서,행(row) 및 열(column)의 매트릭스로 분포된 복수 개의 액정 표시 소자;행 및 열 도체를 포함하며, 영상 신호 및 표시 소자 선택 신호를 공급하는 수단; 및각각의 쌍으로 이루어진 오보닉 임계 스위치 및 저항 소자가 대응하는 행 또는 열 도체와 액정 표시 소자 사이에 직렬로 연결되어 있는 복수 개의 쌍으로 이루어진 오보닉 임계 스위치 및 저항 소자로서, 상기 오보닉 임계 스위치가 표시 소자 선택 디바이스 및 전류 분리 디바이스로서 작용을 하며, 또한 적어도 1×109Ω의 오프-상태 저항을 지니는 복수 개의 쌍으로 이루어진 오보닉 임계 스위치 및 저항 소자를 포함하고,상기 오보닉 임계 스위치는 2개의 전기 접점 사이에 배치된 칼코게나이드 임계 스위칭 재료의 몸체를 포함하며,상기 칼코게나이드 임계 스위칭 재료가 비소-텔루륨계 재료인 것을 특징으로 하는 활성 매트릭스 액정 표시 패널.
- 제1항에 있어서, 상기 오보닉 임계 스위치는 적어도 1×1010Ω의 오프-상태 저항을 지니는 것을 특징으로 하는 활성 매트릭스 액정 표시 패널.
- 제1항에 있어서, 상기 오보닉 임계 스위치는 적어도 1×1011Ω의 오프-상태 저항을 지니는 것을 특징으로 하는 활성 매트릭스 액정 표시 패널.
- 제1항에 있어서, 상기 오보닉 임계 스위치는 적어도 1×1012Ω의 오프-상태 저항을 지니는 것을 특징으로 하는 활성 매트릭스 액정 표시 패널.
- 제1항에 있어서, 상기 칼코게나이드 임계 스위칭 재료의 재료의 몸체는 박막인 것을 특징으로 하는 활성 매트릭스 액정 표시 패널.
- 제1항에 있어서, 상기 칼코게나이드 임계 스위칭 재료가 게르마늄, 실리콘, 인, 황 및 셀레늄으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 원소를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 활성 매트릭스 액정 표시 패널.
- 제6항에 있어서, 상기 칼코게나이드 임계 스위칭 재료가 As41Te39Ge5Si14P1이며, 식중, 아래첨자는 대응 원소의 원자 비율인 것을 특징으로 하는 활성 매트릭스 액정 표시 패널.
- 제6항에 있어서, 상기 칼코게나이드 임계 스위칭 재료가 As38Te37Ge5Si14P1Se5 이며, 식중, 아래첨자는 대응 원소의 원자 비율인 것을 특징으로 하는 활성 매트릭스 액정 표시 패널.
- 제6항에 있어서, 상기 칼코게나이드 임계 스위칭 재료가 As36Te34Ge5Si14P1Se10 이며, 식중, 아래첨자는 대응 원소들의 원자 비율인 것을 특징으로 하는 활성 매트릭스 액정 표시 패널.
- 제6항에 있어서, 상기 칼코게나이드 임계 스위칭 재료는 As38Te37Ge5Si19P1이며, 식중, 아래첨자는 대응 원소의 원자 비율인 것을 특징으로 하는 활성 매트릭스 액정 표시 패널.
- 제6항에 있어서, 상기 칼코게나이드 임계 스위칭 재료가 As36Te34Ge5Si24P1이며, 식중, 아래첨자는 대응 원소의 원자 비율인 것을 특징으로 하는 활성 매트릭스 액정 표시 패널.
- 제1항에 있어서, 상기 오보닉 임계 스위치는 유리 기판상에 데포지트되는 것을 특징으로 하는 활성 매트릭스 액정 표시 패널.
- 제1항에 있어서, 상기 오보닉 임계 스위치는 약 1×10-3A 또는 그 이상의 온-전류를 지니는 것을 특징으로 하는 활성 매트릭스 액정 표시 패널.
- 제1항에 있어서, 상기 오보닉 임계 스위치는 약 3V 정도의 낮은 임계 전압을 지니는 것을 특징으로 하는 활성 매트릭스 액정 표시 패널.
- 제1항에 있어서, 상기 오보닉 임계 스위치는 약 1000 나노초 미만의 스위칭 시간을 지니는 것을 특징으로 하는 활성 매트릭스 액정 표시 패널.
- 제1항에 있어서, 상기 오보닉 임계 스위치는 적어도 약 0.6 또는 그 이상의 개구 비율을 허용하는 단면적을 지니는 것을 특징으로 하는 활성 매트릭스 액정 표시 패널.
- 제1항에 있어서, 상기 오보닉 임계 스위치는 광감수성을 갖지 않는 것을 특징으로 하는 활성 매트릭스 액정 표시 패널.
- 제1항에 있어서, 상기 오보닉 임계 스위치는 약 300℃ 또는 그 미만인 온도에서 데포지트되는 것을 특징으로 하는 활성 매트릭스 액정 표시 패널.
- 제1항에 있어서, 상기 오보닉 임계 스위치는 약 0.1 마이크로 암페어의 유지 전류를 가지고 있고, 저항 소자가 약 107Ω의 저항을 가지고 있으며, 액정 표시 소자가 약 0.2pF의 커패시턴스를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 활성 매트릭스 액정 표시 패널.
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