KR101043578B1 - 나노와이어 트랜지스터를 사용하는 집적 디스플레이 - Google Patents

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KR101043578B1
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데이비드 스텀보
스테펜 엠페도클레스
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나노시스, 인크.
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Abstract

본 발명은 나노와이어 트랜지스터를 사용하는 디스플레이에 관한 것이다. 특히, 나노와이어 픽셀 트랜지스터, 나노와이어 행 트랜지스터, 나노와이어 열 트랜지스터 및 나노와이어 에지 전자장치를 사용하는 액정 디스플레이가 설명된다. 나노와이어 픽셀 트랜지스터는 액정을 포함하는 픽셀 양단에 인가된 전압을 제어하기 위해 사용된다. 한 쌍의 나노와이어 행 트랜지스터는 한 쌍의 나노와이어 행 트랜지스터에 접속된 행 트레이스를 따라 위치한 나노와이어 픽셀 트랜지스터를 턴 온 및 오프시키기 위해 사용된다. 나노와이어 열 트랜지스터는 나노와이어 열 트랜지스터에 접속된 열 트레이스를 따라 위치한 나노와이어 픽셀 트랜지스터 양단에 전압을 인가하기 위해 사용된다. 나노와이어 트랜지스터를 사용하는 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이, 나노튜브 전계 효과 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 마이크로미러 디스플레이, 미세전자기계(MEMs) 디스플레이, 일렉트로크로믹 디스플레이 및 전기영동 디스플레이를 포함하는 디스플레이가 또한 제공된다.
나노와이어, 능동 매트릭스, 픽셀 트랜지스터, 열 트랜지스터, 행 트랜지스터, 에지 전자장치

Description

나노와이어 트랜지스터를 사용하는 집적 디스플레이{Integrated Displays Using Nanowire Transistor}
본 발명은 디스플레이에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 나노와이어 트랜지스터를 사용하는 집적 디스플레이에 관한 것이다.
광범위한 디스플레이 기술이 존재한다. 이들 디스플레이 기술은 액정 디스플레이, 유기 발광 다이오드(organic light emitting diodes: OLED) 디스플레이, 나노튜브 전계 효과 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 마이크로미러 디스플레이, 미세전자기계(microelectromechanical: MEMs) 디스플레이, 일렉트로크로믹(electrochromic) 디스플레이 및 전기영동(elelctrophoretic) 디스플레이를 포함한다. 각각의 이러한 디스플레이 유형은 디스플레이 유형이 특정 디스플레이 기능(예를 들어, 컴퓨터 디스플레이, 시계 디스플레이)에 더욱 적합하게 하거나 덜 적합하게 하는 유일한 특성을 갖는다. 그럼에도 불구하고, 각 디스플레이 유형은 픽셀, 픽셀 양상의 변화를 구동하기 위한 전자장치, 및 유리와 같은 베이스(base) 기판을 포함할 수 있는 백플레인(backplane)과 관련된 공통 특징을 공유한다. 액정 디스플레이-많은 공통된 디스플레이 유형 중의 하나-의 상세한 설명은 디스플레이의 특성을 두드러지게 나타내기 위해 제공된다.
액정 디스플레이(LCD)는 전계가 인가될 때 광의 반사율 또는 투과율이 변화하는 재료로 이루어진 디스플레이이다. 액정 디스플레이는 손목시계 디스플레이에서부터 랩탑컴퓨터 디스플레이에서 텔레비전 스크린에 이르기까지 과다한 응용분야에서 사용된다. 그 이름이 암시하는 바와 같이, LCD의 기본 구성요소는 액정이다. 액정은 LCD를 가능하게 하는 몇가지 유일한 특성을 갖는다. 한가지 액정 특징은 그들이 전계에 의해 영향을 받는다는 것이다. LCD에서 사용된 가장 일반적인 액정 형태는 TN(twisted nematic) 액정이라 불린다. 관련 분야에 숙련된 기술자들에게 널리 공지된 바와 같이, 이들 액정은 액정을 통해 통과하는 광의 양을 제어하도록 전계의 인가에 예측가능하게 응답한다. 액정은 디스플레이 내의 화소를 형성하도록 배열된다. 하나의 픽셀은 LCD 상의 이미지의 가장 작은 이산 요소이다. 전형적으로, 단위 면적(예를 들어, 제곱인치) 당 픽셀의 수를 증가시키면 해상도가 증가한다.
그외 다른 디스플레이 기술뿐만 아니라 LCD의 다른 중요한 요소는 디스플레이 기술에서 사용된 액정 또는 특정 구성요소(예를 들어, 마이크로미러, 플라즈마, 나노튜브 등)를 제어하기 위해 사용된 전자장치이다. 전자장치의 복잡도는 애플리케이션 및 LCD 유형에 따라 매우 다르다. 예를 들어, 2가지 일반적인 LCD 유형은 수동 및 능동 매트릭스 LCD이다. 수동 매트릭스 LCD 내에서, 단순한 도전성 그리드는 픽셀을 형성하는 액정에 전류를 공급하기 위해 사용된다. 그리드는 전형적으로 인듐-주석 산화물(indium-tin oxide)인 투명한 도전성 재료의 열 및 행에 의해 형성된다. 픽셀을 턴 온하기 위해, 전압이 하나의 열에 인가되고, 그것의 음 전압 이 하나의 행에 인가되며, 이 열과 행이 지정된 픽셀에서 교차하여, 광이 투과되거나 반사될 수 있도록 픽셀에서 액정을 비틀어지지 않게 하는 전계를 전달한다. 수동 매트릭스 LCD를 구동하기 위한 전자장치는 비교적 단순하다. 비교적 단순한 전자장치의 이율배반성은 수동 매트릭스 LCD의 각 픽셀이 픽셀의 수가 증가함에 따라 더욱 작아지는 듀티 사이클(duty cycle)을 갖는다는 것이다. 이것은 응답 시간을 느리게 하고 대비(contrast)를 나쁘게 한다. 그 결과, 화상을 재생하는 LCD의 능력은 느려질 수 있고, 화상을 뚜렷하지 않게 할 수 있다.
능동 매트릭스 LCD는 각 픽셀이 거의 백퍼센트의 시간이 충당된 전계를 갖게 하기 위해 더욱 복잡한 전자장치를 갖는다. 이것은 액정을 움직이게 하기 위한 매우 빠른 짧은 시간, 높은 대비, 및 능동 매트릭스 LCD가 비디오 및 고속 그래픽 애플리케이션에 매우 적합하게 하는 직접 픽셀 어드레싱을 가능하게 한다. 능동 매트릭스 LCD는 박막 트랜지스터(TFT)에 의존한다. 구체적으로, 독립된 TFT는 각각의 그리고 모든 픽셀과 관련된다. 이와 마찬가지로, 그 밖의 기술에 있어서, 기술이 더욱 복잡해짐에 따라, 아마도 더욱 더 TFT에 의존할 것이다.
도 1은 TFT를 사용하는 전형적인 능동 매트릭스 LCD(100)를 도시한 것이다. 능동 매트릭스 LCD(100)는 편광자 필름(110), 상부 유리 기판(120), 컬러 필터(130), 투명 전극(140), 액정(150), 픽셀 트랜지스터 및 트레이스(trace)(160), 에지 전자장치(170), 베이스 유리 기판(180) 및 편광자 필름(190)을 포함한다. 집합적으로, 픽셀 트랜지스터(및 트레이스)(160), 에지 전자장치(및 트레이스)(170) 및 베이스 유리 기판(180)은 백플레인, 또는 이 경우에 능동 매트릭스 백플레인으로 칭해질 수 있다(즉, 투명 (앞쪽) 전극 및 액정은 백플레인의 부분이 아니다). 능동 매트릭스 백플레인이라는 용어는 또한 에지 전자장치(170)를 포함하지 않는 상기 소자들을 칭하기 위해 사용될 수 있다. 각각의 이러한 층들은, 예를 들어 랩탑 컴퓨터 디스플레이에서 사용될 수 있는 LCD 디스플레이를 만들기 위해 함께 삽입된다. 이 경우에, 프레임은 LCD를 지지하고 디스플레이를 랩탑 베이스에 붙이기 위해 추가될 수 있다. 회로는 원하는 그래픽 또는 비디오를 디스플레이하도록 랩탑 컴퓨터에서 LCD로의 통신을 가능하게 하기 위해 존재할 수 있다.
화상이 능동 매트릭스 디스플레이(100)에 의해 표시될 때, 전자 신호는 픽셀을 통해 전송되는 광이 전혀 없거나 아주 조금만 전송되도록 적절한 픽셀에서 위치한 액정을 구성하기 위해 TFT 및 에지 전자장치를 사용하여 보낸지다. 에지 전자장치는 시프트 레지스터, 외부 신호를 디스플레이 상의 신호에 일치시키는 레벨 시프터, 및 출력 버퍼를 포함할 수 있다. 도 2는 TFT 및 에지 전자장치의 배치를 도시한 것이다. 도 2는 박막 열 트랜지스터(210A 내지 210n)의 세트, 박막 행 트랜지스터(220A 내지 220n)의 세트, 도전성 열 트레이스(240A 내지 240n)의 세트, 도전성 행 트레이스(250A 내지 250n)의 세트, 박막 픽셀 트랜지스터(230)와 같은 박막 픽셀 트랜지스터의 세트, 및 픽셀(260)과 같은 픽셀 세트를 포함한다. 박막 픽셀 트랜지스터(230)는 각각의 행 및 열 트레이스의 교차점과 관련될 것이다. 하나의 픽셀은 행 및 열 트레이스의 각 교차점과 관련된다. 픽셀(260)은 픽셀의 한 예를 제공한다. 그러므로, 예를 들어, 픽셀(230)이 어드레스될 때, 적절한 신호는 박막 열 트랜지스터(210A), 박막 행 트랜지스터(220A) 및 박막 픽셀 트랜지스터 (260)에 전송된다.
현재, 비정질 실리콘 박막 트랜지스터(a-Si TFT) 또는 다결정 실리콘 TFT(p-Si 또는 폴리-Si TFT) 또는 벌크-실리콘 트랜지스터를, LCD 디스플레이 및 광범위한 다른 유형의 디스플레이에 있어서 행, 열 및 픽셀 트랜지스터로서 사용하는 것이 가능하다. 이러한 유형의 트랜지스터의 사용은 디스플레이에 관한 몇가지 설계 제한을 부과한다. 첫째, a-Si 또는 폴리-Si로부터 생성된 트랜지스터와 관련된 성능은 벌크 실리콘을 사용하는 것보다 상당히 떨어진다. 벌크 실리콘의 사용은 종종 픽셀 트랜지스터용으로 적당하지 않는데, 왜냐하면 다수의 시판중인 LCD 또는 그외 다른 디스플레이 유형의 크기가 종래의 벌크 실리콘 트랜지스터를 생성하기 위해 사용된 실리콘 웨이퍼의 크기보다 크고, 벌크 실리콘의 비용이 픽셀 백플레인으로서 사용하기에 너무 비싸기 때문이다. 부수적으로, LCD 기판은 클리어해야 되기 때문에, 벌크 실리콘 기판을 제조하기 위해 사용된 실리콘 웨어퍼는 반사 디스플레이용 기판으로서만 사용될 수 있다. 둘째, a-Si 및 폴리-Si 트랜지스터는 행 및 열 트랜지스터에 적절한 성능을 갖지 못하므로, 현존하는 LCD 또는 그외 다른 디스플레이 유형은 집적 회로 내의 결정 실리콘(즉, 벌크 실리콘) 트랜지스터를 사용하여 외부 회로에 행 및 열 트레이스를 설치하기 위해 패널 에지 주위에 다수의 상호접속부를 갖는다. 이들 상호접속부는 회로와 조립체 복잡도 및 상호접속 고장을 증가시키고, 제조 수율을 감소시킨다. 셋째, 비교적 큰 크기의 a-Si 및 폴리-Si 회로 및 상호접속부는 디스플레이에 중량을 추가한다. 넷째, a-Si 및 폴리-Si 장치를 생성하기 위해 필요한 비교적 높은 온도로 인해, 투명 기판의 선택은 주로 유리, 고온 유리 또는 석영으로 제한된다.
그러므로, 벌크 실리콘 기반의 장치를 사용하는 회로의 특성에 필적하면서도, 다수의 투명 기판에 적합한 저비용 및 온도에서 전형적인 실리콘 웨이퍼보다 큰 면적에 걸쳐 적용될 수 있는 회로가 필요하다.
또한, 시스템 복잡도 및 중량을 감소시키기 위해 LCD 패널 및 그외 다른 디스플레이 내에 집적될 수 있는 회로가 필요하다.
또한, 플라스틱과 같은 플렉시블(flexible) 기판에 적용될 수 있는 회로가 필요하다.
본 발명은 나노와이어 트랜지스터를 사용하는 디스플레이에 관한 것이다. 특히, 나노와이어 픽셀 트랜지스터, 나노와이어 행 트랜지스터, 나노와이어 열 트랜지스터 및 나노와이어 에지 전자장치를 사용하는 액정 디스플레이가 설명된다. 나노와이어 픽셀 트랜지스터는 액정을 포함하는 픽셀 양단에 인가된 전압을 제어하기 위해 사용된다. 한 쌍의 나노와이어 행 트랜지스터는 한 쌍의 나노와이어 행 트랜지스터에 접속된 행 트레이스를 따라 위치한 픽셀 트랜지스터를 턴 온 및 오프시키기 위해 사용된다. 나노와이어 열 트랜지스터는 나노와이어 열 트랜지스터에 접속된 열 트레이스를 따라 위치한 나노와이어 픽셀 트랜지스터에 전압을 공급하기 위해 사용된다. 나노와이어 에지 전자장치는 행 및 열 트랜지스터를 제어하기 위해 사용된다. 대안적인 실시예에서, 픽셀, 행 및 열 트랜지스터, 및 에지 전자장치용으로 나노와이어 트랜지스터와 다른 형태의 트랜지스터의 조합을 사용하는 액정 디스플레이가 제공된다. 예를 들어, 행 및 열 트랜지스터용으로 나노와이어 트랜지스터와 함께 비정질 실리콘 픽셀 트랜지스터를 사용하는 액정 디스플레이가 제공된다. 본 발명의 대안적인 실시예에서, 나노와이어 트랜지스터를 사용하는 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이, 나노튜브 전계 효과 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 마이크로미러 디스플레이, 미세전자기계(MEMs) 디스플레이, 일렉트로크로믹 디스플레이 및 전기영동 디스플레이를 포함하는 디스플레이 기술이 또한 제공된다.
디스플레이 내에서의 나노와이어 트랜지스터의 사용과 관련된 다수의 이점이 있다. 첫째, 나노와이어 트랜지스터는 유리 및 플라스틱을 포함하는 다수의 기판 상에 위치될 수 있다. 그 결과, 디스플레이는 플렉시블 및/또는 회전가능(rollable) 디스플레이를 사용한 과다한 응용분야를 개척하는 플렉시블 기판 상에서 개발될 수 있다. 둘째, 나노와이어 트랜지스터는 a-Si 및 폴리-Si TFT에 비해 우수한 성능을 가짐으로써, 행 및 열 트랜지스터와 관련된 에지 전자장치가 행과 열 트레이스들 사이에서 집적될 수 있게 한다. 이것은 디스플레이, 특히 LCD가 스크린을 유지하기 위한 프레임 크기에 대한 스크린 크기의 증가된 비로 생성될 수 있게 하고, 외부 제어 회로의 복잡도를 감소시킨다. 더욱이, 나노와이어 트랜지스터들은 매우 작기 때문에, 나노와이어 트랜지스터들은 더욱 큰 a-Si 및 폴리-Si TFT가 LCD와 같은 디스플레이를 통해 반사되거나 투과되는 광의 상당 부분을 차단하려는 경향이 있으므로, 전형적으로 매우 불량한 종래의 a-Si 및 폴리 Si TFT와 관련된 차폐(obscuration)를 감소시킨다. OLED와 같은 발광형 디스플레이의 경우, 더욱 작은 트랜지스터는 픽셀 트랜지스터의 상부 상에 OLED를 구성하는 더욱 어려운 프로세스보다 오히려, 백플레인 상에 직접 구성된 OLED에 의해 더 넓은 부분의 백플레인 영역이 차지하게 될 수 있게 한다.
본 발명의 여러 실시예의 구조 및 동작뿐만 아니라, 본 발명의 또 다른 실시예, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술된다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 도면에서, 유사한 참조번호는 동일하거나 기능적으로 유사한 소자들을 나타낸다. 소자가 처음 나오는 도면번호는 대응하는 참조번호의 가장 좌측 숫자로 표시된다.
도 1은 능동 매트릭스 LCD의 도면.
도 2는 LCD 내의 픽셀을 어드레스하기 위해 사용된 TFT 및 에지 전자장치의 도면.
도 3A는 본 발명의 실시예에 따른, 나노와이어 트랜지스터를 사용하는 LCD의 도면.
도 3B는 본 발명의 실시예에 따른, 나노와이어 트랜지스터를 사용하는 LCD의 상세한 부분의 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른, LCD 내의 4개의 나노와이어 픽셀 트랜지스터의 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, LCD 내의 한 쌍의 나노와이어 행 트랜지스터의 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른, LCD 내의 2개의-나노와이어 열 트랜지스터의 도면.
여기에서 설명된 특정 구현예는 본 발명의 예로서, 본 발명의 범위를 어떤 식으로든 달리 제한하고자 하는 것이 아니라는 것을 알기 바란다. 실제로, 간결하게 하기 위해, 종래의 전자장치, 제조, 반도체 장치, 및 나노튜브, 나노로드, 나노와이어 및 나노리본 기술 및 그 밖의 기능적인 시스템 양상(및 시스템의 개별적인 동작 구성요소)은 여기에서 상세하게 설명되지 않을 수 있다. 게다가, 나노와이어들의 수 및 나노와이어들의 간격은 설명된 특정 구현을 위해 제공되지만, 그 구현은 제한하고자 하는 것이 아니며, 광범위한 나노와이어 수 및 간격이 또한 사용될 수 있다. 더욱이, 나노와이어의 크기 및 조성은 변화될 수 있다. 설명된 구현예는 제한하고자 하는 것이 아니며, 광범위한 크기 및 구성이 사용될 수 있다.
여기에서 사용되는 바와 같이, "나노와이어"라는 용어는 500 nm 미만, 양호하게 100 nm 미만인 최소한 하나의 단면 크기를 포함하고, 10보다 큰, 양호하게 50보다 큰, 더욱 양호하게 100보다 큰 가로세로비(길이:폭)를 갖는 소정의 신장된 도전성 또는 반도전성 재료를 일반적으로 칭하는 것이다. 그러한 나노와이어의 예는 공개된 국제 특허 출원 제WO 02/17362호, WO 02/48701호 및 01/03208호에서 설명된 바와 같은 반도체 나노와이어와, 탄소 나노튜브, 및 그 밖에 유사한 크기의 신장된 도전성 또는 반도전성 구조를 포함한다.
여기에 설명된 LCD 모델은 주로 Si와 관련된 특성에 기초하고 있다. 하지 만, 예를 들어, Si, Ge, Sn, Se, Te, B, C(다이아몬드 포함), P, B-C, B-P(BP6), B-Si, Si-C, Si-Ge, Si-Sn 및 Ge-Sn, SiC, BN/BP/BAs, AlN/AlP/AlAs/AlSb, GaN/GaP/GaAs/GaSb, InN/InP/InAs/InSb, BN/BP/BAs, AlN/AlP/AlAs/AlSb, GaN/GaP/GaAs/GaSb, InN/InP/InAs/InSb, ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe, CdS/CdSe/CdTe, HgS/HgSe/HgTe, BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe, GeS, GeSe, GeTe, SnS, SnSe, SnTe, PbO, PbS, PbSe, PbTe, CuF, CuCl, CuBr, CuI, AgF, AgCl, AgBr, AgI, BeSiN2, CaCN2, ZnGeP2, CdSnAs2, ZnSnSb2, CuGeP3, CuSi2P3, (Cu,Ag)(Al,Ga,In,Tl,Fe)(S,Se,Te)2, Si3N4, Ge3N4, Al2O3, (Al,Ga,In)2(S,Se,Te)3, Al2CO에서 선택된 반도체 재료, 및 2개 이상의 그러한 반도체의 적절한 조합으로 이루어지는 반도전성 나노와이어를 포함하는 그외 다른 유형의 나노와이어가 사용될 수 있다.
소정의 실시양상에서, 반도체는 주기율표의 3족으로부터의 p형 도펀트; 주기율표의 5족으로부터의 n형 도펀트; B, Al 및 In을 포함하는 그룹에서 선택된 p형 도펀트; P, As 및 Sb를 포함하는 그룹에서 선택된 n형 도펀트; 주기율표의 2족으로부터의 p형 도펀트; Mg, Zn, Cd 및 Hg를 포함하는 그룹에서 선택된 p형 도펀트; 주기율표의 4족으로부터의 p형 도펀트; C 및 Si를 포함하는 그룹에서 선택된 p형 도펀트; 또는 Si, Ge, Sn, S, Se 및 Te를 포함하는 그룹에서 선택된 n형 도펀트를 포함하는 그룹으로부터의 도펀트를 포함할 수 있다. 본 분야에 숙련된 기술자들에게 명백해질 수 있는 바와 같이, 그 밖의 공지된 반도체 도펀트가 사용될 수 있다.
부수적으로, 나노와이어는 탄소 나노튜브, 또는 도전성 또는 반도전성 유기 중합체 재료(예를 들어, 펜타센(pentacene) 및 전이 금속 산화물)를 포함할 수 있다.
따라서, "나노와이어"란 용어가 여기의 상세한 설명 전반을 통해 예시적으로 나타내기 위해 칭해지지만, 여기의 상세한 설명은 나노튜브의 사용도 포함하고자 한다. 나노튜브는 여기에서 설명된 특성 및 장점을 제공하기 위해, 단독으로 또는 나노와이어와 결합하여, 나노와이어에 대해 여기에서 설명되는 바와 같이 나노튜브의 결합/박막으로 형성될 수 있다. 또한, 나노튜브는 순전히 탄소만을 포함할 필요가 없고, 본 분야에 숙련된 기술자들에게 인식될 수 있는 바와 같이, 붕소 등과 같은 다른 재료를 포함할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 나노와이어 박막은 반도체 나노와이어 및/또는 나노튜브, 및/또는 나노와이어의 상이한 조성, 및/또는 상이한 조성 및/또는 구조적 특성의 소정의 그것의 결합을 포함하는 포함하는 "불균일(heterogeneous)" 막일 수 있다. 예를 들어, "불균일 막"은 직경 및 길이가 변화하는 나노와이어/나노튜브, 및 특성이 변화하는 "헤테로 구조체"인 나노와이어 및/또는 나노튜브를 포함할 수 있다.
실질적으로 "정렬된(aligned)" 또는 "향하게 된(oriented)" 이라는 표현에 의해, 나노와이어의 집합체 또는 집단 내의 다수의 나노와이어의 세로축이 단일 방향의 30도 내로 향하게 된다는 것을 나타낼 작정이다. 다수는 50%보다 큰 나노와이어의 수로 간주될 수 있지만, 여러 실시예에서, 60%, 75%, 80%, 90%, 또는 그밖의 다른 나노와이어의 퍼센트가 그렇게 향하게 된 다수로 간주될 수 있다. 소정의 양호한 실시양상에서, 다수의 나노와이어는 원하는 방향의 10도 내로 향하게 된다. 추가적인 실시예에서, 다수의 나노와이어는 임의적으로 또는 등방성으로 향하게 된 것을 포함하여, 원하는 방향의 다른 수 또는 범위 정도 내로 향하게 될 수 있다.
여기에서 행해진 공간적인 묘사(예를 들어, "이상(bove)", "이하(below)", "위(up)", "아래(down)", "상부(top)", "하부(bottom)"등)는 단지 예시적으로 나타내기 위한 것이고, 본 발명의 장치는 임의의 방향으로 또는 방식으로 공간적으로 배열될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
마지막으로, 예시적인 디스플레이 유형의 LCD에 집중하여 설명이 이루어졌지만, 본 발명은 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이, 나노크리스탈-도프형(nanocrystal-doped) OLED, 나노튜브 전계 효과 트랜지스터, 플라즈마 디스플레이, 마이크로미러 디스플레이, 미세전자기계(MEMs) 디스플레이, 전기영동 디스플레이 등을 포함하여(이것에 제한되지 않음), 픽셀의 변화를 구동하기 위한 전자장치가 있는 백플레인을 갖는 임의의 유형의 디스플레이 기술에 적용된다.
도 3A는 본 발명의 한 실시예에 따른, 나노와이어 트랜지스터를 사용하는 LCD(300)를 제공한다. LCD(300)는 나노와이어 열 트랜지스터(310A 내지 310n)의 세트, 나노와이어 행 트랜지스터 쌍(320A 내지 320n)의 세트, 나노와이어 픽셀 트랜지스터(330A 내지 330z)의 세트, 도전성 열 트레이스(340A 내지 340n)의 세트, 행 트레이스(350A 내지 350n)의 세트, 및 픽셀 세트(360A 내지 360z)를 포함한다. 각각의 나노와이어 열 트랜지스터는 나노와이어 열 트랜지스터로부터 연장하는 열 트레이스를 따라 나노와이어 픽셀 트랜지스터의 세트에 연결된다. 예를 들어, 나노와이어 열 트랜지스터(310A)는 열 트레이스(340A)를 따라 나노와이어 픽셀 트랜 지스터(330A, 330M 및 330S)에 연결된다. 각각의 나노와이어 행 트랜지스터 쌍은 나노와이어 행 트랜지스터로부터 연장하는 행 트레이스를 따라 나노와이어 픽셀 트랜지스터의 세트에 연결된다. 예를 들어, 나노와이어 행 트랜지스터 쌍(320A)은 행 트레이스(350A)를 따라 나노와이어 픽셀 트랜지스터의 세트에 연결된다. 나노와이어 픽셀 트랜지스터는 대응하는 픽셀과 관련된다. 예를 들어, 나노와이어 픽셀 트랜지스터(330A)는 픽셀(360A)과 관련된다.
또한, 나노와이어 에지 전자장치(도 3A에 도시되지 않음)가 나노와이어 열, 행 및 픽셀 트랜지스터를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 나노와이어 에지 전자장치는 또한 이제 나노와이어를 사용하여 만들어진 열, 행 및 픽셀 트랜지스터를 구동하기 위해 사용될 수 있다. 나노와이어 에지 전자장치는 나노와이어 시프트 레지스터, 나노와이어 레벨시프터 및 나노와이어 버퍼를 포함할 수 있다. 나노와이어 시프트 레지스터는 나노와이어 트랜지스터를 사용하여 구현된 시프트 레지스터를 칭한다. 나노와이어 레벨 시프터는 나노와이어 트랜지스터를 사용하여 구현된 레벨 시프터를 칭한다. 나노와이어 버퍼는 나노와이어 시프터를 사용하여 구현된 버퍼를 칭한다. 그외 다른 유형의 에지 전자장치는 나노와이어 트랜지스터를 사용하여 구현될 수 있다.
동작시에, 픽셀의 세기가 변경될 때, 전압은 픽셀이 위치한 열의 나노와이어 열 트랜지스터에 인가된다. 픽셀이 위치한 행의 나노와이어 행 트랜지스터는 전류가 나노와이어 픽셀 트랜지스터로 흐를 수 있도록 턴온될 것이다. 나노와이어 픽셀 트랜지스터가 온일 때, 전류는 픽셀을 통해 투과되는 원하는 광의 세기를 생성 하도록 열에 인가된 전압과 거의 동일하게 픽셀 양단의 전압을 만들기 위해 나노와이어 픽셀 트랜지스터를 통해 흐른다.
도 3A는 열, 행 및 픽셀 트랜지스터가 나노와이어 트랜지스터인 실시예를 설명하고 있다. 하지만, 대안적인 실시예에서, 나노와이어 트랜지스터와 a-Si 또는 폴리-Si의 임의의 조합이 열, 행 및 픽셀 트랜지스터를 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 한 실시예에서, 픽셀 트랜지스터는 a-Si TFT 또는 폴리-Si TFT일 수 있고, 행 및 열 트랜지스터는 나노와이어 트랜지스터일 수 있다. 이것은 픽셀 트랜지스터에 대한 성능 요구사항이 비교적 적기 때문에 매력적인 대안일 수 있으며, a-Si TFT에 의해 용이하게 부합될 수 있다. 다른 예에서, 열 트랜지스터는 a-Si 또는 폴리-Si TFT일 수 있고, 행 및 픽셀 트랜지스터는 나노와이어 트랜지스터일 수 있다. 다른 예에서, 행 트랜지스터는 a-Si 또는 폴리-Si TFT일 수 있고, 열 및 픽셀 트랜지스터는 나노와이어 트랜지스터일 수 있다. 다른 예에서, 픽셀 트랜지스터 및 행 트랜지스터는 a-Si 또는 폴리-Si TFT일 수 있고, 열 트랜지스터는 나노와이어 트랜지스터일 수 있다. 다른 예에서, 픽셀 트랜지스터 및 열 트랜지스터는 a-Si 또는 폴리-Si TFT일 수 있고, 행 트랜지스터는 나노와이어 트랜지스터일 수 있다.
도 3B는 본 발명의 실시예에 따른, LCD(300)의 일부분(390)의 더욱 상세한 도면을 제공한다. 도 3B는 나노와이어 트랜지스터를 사용하는 LCD의 다수의 실시양상을 두드러지게 나타낸 것으로, 즉 한쌍의 나노와이어 행 트랜지스터가 각각의 행 트레이스에 연결될 수 있고, 각각의 픽셀이 트랜지스터에 대한 설계 고려사항에 영향을 미치는 픽셀과 관련된 저항과 커패시턴스를 갖는 것을 나타내고 있다. 행 및 열 트레이스들은 또한 설계 기준에 영향을 미치는 트레이스들과 관련된 저항과 커패시턴스를 가질 수 있다는 것을 알기 바란다. 나노와이어 행 트랜지스터(322 및 324)는 나노와이어 행 트랜지스터 쌍(320A)을 형성하고, 행 트레이스(350A)를 통해 나노와이어 픽셀 트랜지스터(330A 및 330B)에 연결된다. 도 5와 관련하여 더욱 상세하게 후술되는 바와 같이, 나노와이어 행 트랜지스터(322 및 324)는 나노와이어 픽셀 트랜지스터(330A 및 330B)와 같은 나노와이어 픽셀 트랜지스터를 턴 온 및 오프시키기 위해 사용된다.
부수적으로, 도 3B는 각각의 픽셀이 픽셀과 관련된 커패시턴스와 저항을 가질 수 있다는 것을 도시한 것이다. 예를 들어, 픽셀(360A)은 커패시턴스 Clcd, 커패시턴스 Cs 및 커패시턴스 Rlcd를 포함한다. 커패시턴스 Clcd는 픽셀(360A) 내의 액정과 관련된 커패시턴스를 나타낸다. 저항 Rlcd는 픽셀(360A) 내의 액정과 관련된 저항을 나타낸다. 커패시턴스 Cs는 성능을 개선하기 위해 추가된 축적 커패시턴스이다.
여기에서의 교시에 기초하여, 관련 분야에 숙련된 기술자는 과도한 실험을 하지 않고 나노와이어 트랜지스터를 LCD에 내장할 수 있을 것이다. 더욱이, 설계 도구는 특정 유형의 나노와이어 트랜지스터의 사용을 설명하고 있지만, 이 예는 제한하고자 하는 것이 아니다. 오히려, 관련 분야에 숙련된 기술자들은 나노크리스탈 재료의 유형, 도핑, 와이어의 수 및 방향과 같은 특성이 변하는 광범위한 나노 와이어 반도체를 갖는 기타 디스플레이 유형이나 집적 LCD를 개발하기 위해 여기에서의 교시 및 후술되는 설계 도구 내에서 사용된 개념을 적용할 수 있을 것이다.
발명가들은 LCD의 픽셀 내부의 액정을 구동하는 전자장치용으로 나노와이어 트랜지스터를 사용할 수 있는 가능성을 증명하기 위해 나노와이어 LCD 설계 도구를 개발했다. 이 도구는 사용자 인터페이스, LCD 설계 입력 소자, 나노와이어 특성 입력 소자, 트랜지스터 요구사항 엔진 및 나노와이어 설계 엔진을 포함한다. 사용자 인터페이스는 사용자가 설계 기준 및 디스플레이 결과를 입력할 수 있게 한다. LCD 설계 입력 소자는 LCD 유형에 관한 정보(예를 들어, LCD 크기, 픽셀 밀도 등)를 모은다. 나노와이어 특성 입력 소자는 크기, 나노와이어 결정 재료, 도핑 및 관련된 성능 특성을 포함하여 나노와이어 특성에 대한 정보를 모은다. 트랜지스터 요구사항 엔진은 행, 열 및 픽셀 트랜지스터에 필요한 성능 요구사항을 발생시킨다. 나노와이어 설계 엔진은 트랜지스터 요구사항 엔진의 출력을 입력으로서 수신하고, 특정 애플리케이션에 필요한 나노와이어 트랜지스터의 유형을 결정한다.
나노와이어 LCD 설계 도구는 나노와이어 트랜지스터가 LCD 내의 픽셀을 구동시키기 위해 사용될 수 있다는 것을 증명하기 위해 사용되었다. 이 도구의 사용은 또한 LCD 내의 나노와이어 트랜지스터의 사용과 관련된 유일한 이점의 식별을 용이하게 했다.
분석시에, 기존의 가정이 나노와이어 특성에 사용되었다. 특히, 벌크 실리콘의 전형적인 값의 약 1/2의 표면 이동도(μs)는 도핑과 관련된 이동도의 감소를 설명하기 위해 도핑 대 이동도(μs)에 적합한 표준으로 사용되었다. 도핑 가정은 게이트가 트랜지스터의 컨덕턴스를 제어하는 채널 내에서 Na=1017/㎤이었고, 게이트 제어가 없는 소스 및 드레인 내에서 Nd=1019/㎤이었다. 채널, 소스 및 드레인의 길이는 각각 10 μm인 것으로 가정되었다. 이러한 가정은 확실하게 가장 저렴한 리소그래피가 사용될 수 있게 하기 위해 신중하게 이루어졌다.
부수적으로, 환상(circumferential) 게이트가 사용되는 것으로 가정되었으며, 이것은 게이트 접촉부가 나노와이어를 둘러싼다는 것을 의미한다. 더욱이, 나노와이어는 실리콘 산화물이 나노와이어 코어 주위에 성장되고 게이트가 산화물 주위에 인가된 코어 셸(core shell) 디자인을 가질 수 있는 것으로 가정되었다. 이러한 방식을 사용하여, 60 nm 직경의 실리콘 코어 나노와이어는 나노와이어가 140 nm 총 직경을 갖도록 40 nm 두께의 SiO2 셸을 갖는 것으로 가정되었다. 마지막으로, 기존의 임계 및 구동 전압이 가정되어, 임계 전압(Vt)은 2볼트로 가정되고, 구동 전압(Vd)은 5볼트로 가정되었다. a-Si 및 폴리-Si 트랜지스터에 대한 구동 전압은 일반적으로 더 높다. 사용된 전압 가정은 전형적인 집적 회로 내에서 사용된 전압에 맞추어 더 크다. 전체적으로 여기에서 참조로 사용되는, 2002년 9월 30일자로 출원된 미합중국 가출원 번호 제60/414,323호 및 2003년 5월 7일자로 출원된 가출원 번호 제60/468,276호는 나노와이어 반도체를 기술하고, 이러한 가정을 지지하는 성능 데이터를 제공한다. 유사한 백플레인 전자장치가 공형(conformal) 게이 트 및/또는 공형 게이트-산화물에 대한 요구없이 제조될 수 있다는 것을 알기 바란다.
LCD 패널 가정은 현존하는 LCD 패널의 전형적인 특성에 기초한다. 특히, LCD 패널은 60 Hz 재생 속도로 1024 x 768 RGB 픽셀의 해상도를 갖는 21인치 대각선 디스플레이를 갖는 것으로 가정되었다. 각 RGB 픽셀에 대해, 3개의 픽셀(적색, 녹색 및 청색)이 존재한다. 그러므로, 열 피치는 대략 110 μm이고, 행 피치는 대략 330 μm일 수 있다. 1 pF의 커패시턴스는 각각의 픽셀과 관련되는 것으로 가정되었다. 행 트레이스는 10 μm 폭 및 1 μm 두께인 알루미늄(Al)으로 가정되었다. 행 절연은 0.5 μm 두께보다 큰 SiO2로 이루어지는 것으로 가정되었다. 열 트레이스는 또한 10 μm 폭 및 2 μm 두께인 Al로 가정되었다. 열 절연은 2 μm 두께보다 큰 SiO2로 이루어지는 것으로 가정되었다. 행 및 열 트레이스에 대한 파라미터의 선택은 트레이스의 저항 및 커패시턴스를 결정한다. 이번에는, 픽셀 및 트랜지스터 커패시턴스 및 저항과 함께, 트레이스 저항 및 커패시턴스는 라인이 얼마나 빨리 스위칭될 수 있는지, 그리고 어떤 성능 레벨이 행, 열 및 픽셀 트랜지스터 내에 요구되는지 결정한다.
이들 LCD 기준에 기초하여, 도구는 열, 행 및 픽셀 트랜지스터의 요구사항을 정의한 출력을 생성했다. TFT 트랜지스터의 크기를 정하는 방법은 관련 분야에 숙련된 기술자들에 의해 알 수 있을 것이다. 예를 들어, Journal of the Society of Information Display 5/4, 1997, 339-404 페이지에 있는 Satoru Tomita 등 저의 "Transistor Sizing for AMCLD Integrated TFT Drive Circuits"를 참조하기 바란다. 구체적으로, 픽셀 트랜지스터에 있어서, 모델은 1.6 MOhms보다 작은 온 저항이 요구되고, 835 GOhms보다 큰 오프 저항이 픽셀 트랜지스터에 요구될 수 있다는 것을 결정했다. 온 및 오프 저항의 결정은 여러가지 요인에 기초한다. 특히, 오프 저항은 픽셀 내의 바람직하지 않은 플리커(flicker) 효과를 방지하기 위해 높게 될 필요가 있다. 플리커를 방지하기 위해, 픽셀 양단의 커패시턴스 전압은 심각한 누설없이 (60 Hz 재생 속도를 가정한) 재생들 간의 16 ms 동안 달성되어야 한다. 누설 속도는 나노와이어 픽셀 트랜지스터의 오프 저항의 함수이다. LCD 저항 또는 트랜지스터 내의 누설은 픽셀 상의 전압이 재생동안에 변경되게 하여, 픽셀 내에 바람직하지 않은 플리커를 일으킬 수 있다. 분석을 위해, 픽셀 상의 전압은 재생들 사이세서 10%보다 크게 변경되지 않는 것으로 가정되었다. 한편, 온 저항은 픽셀이 이용가능한 시간 내에 충전될 수 있게 할 만큼 충분히 낮아야 된다. 이러한 기준들을 계산에 넣은 결과, 상술된 온 및 오프 저항이 초래되었다.
일단 이들 저항이 알려지면, 트랜지스터에 필요한 나노와이어의 수가 결정될 수 있다. 도구는 사용된 가정에 대해, 1 나노와이어만큼 적은 나노와이어 픽셀 트랜지스터가 설계 제한을 만족시킬 수 있다는 것을 결정했다. 1 나노와이어보다 큰 것도 또한 수용가능하다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른, LCD 내의 4개의 나노와이어 픽셀 트랜지스터의 도면을 제공한다. 분석 결과에 의해 제시된 바와 같이, 도면은 1-와이어 나노와이어 픽셀 트랜지스터의 사용을 도시한 것이다. 도시된 LCD 부분은 4개의 1-와이어 나노와이어 픽셀 트랜지스터(410A, 410B, 410C 및 410D); 녹색 픽셀(420)을 포함하는 몇몇 픽셀의 부분; 행 트레이스(430), 및 열 트레이스(440)를 포함한다. 나노와이어 픽셀 트랜지스터(410C)는 한 단부가 녹색 픽셀(420)과 관련된, 예를 들어 인듐 주석 산화물과 같은 투명 도체에 접속된다. 인듐 주석 산화물 도체는 액정 셀의 한쪽에 전압을 인가하기 위해 사용된다. 나노와이어 픽셀 트랜지스터의 다른 단부는 열 트레이스(440)에 접속된다. 이들 접속점들 사이의 한 지점 위에서, 나노와이어 픽셀 트랜지스터(410C)는 행 트레이스(430)에 접속된다. 이 접속점은 나노와이어 픽셀 트랜지스터(410C)에 대한 게이트로서 작용한다. 기본적인 개념은 행 트레이스(430)에 인가된 전압이 나노와이어 픽셀 트랜지스터(410C)를 턴 온 및 오프시킬 수 있다는 것이다. 대안적인 실시예에서, 나노와이어 픽셀 트랜지스터 내에서 1 나노와이어보다 많은 나노와이어가 사용될 수 있다.
분석은 또한 행 트랜지스터로서 나노와이어 트랜지스터를 사용할 수 있는 가능성을 증명한 나노와이어 행 트랜지스터에 대한 설계 결과를 얻었다. 도구의 사용은 행 트랜지스터에 대한 현재의 요구 사항이 최소한 150 나노와이어를 포함하는 나노와이어 트랜지스터로 만족될 수 있다는 것을 결정했다. 조사된 다른 고려사항은 한쌍의 나노와이어 행 트랜지스터가 2개의 행 트레이스들 사이에서 적합한지의 여부였다. 모델 계산은 나노와이어 행 트랜지스터의 쌍의 크기가 행 트레이스들 사이의 거리보다 상당히 작아질 수 있으므로(약 4-10% 미만), 나노와이어 트랜지스터는 행 트레이스들 사이에서 용이하게 배치될 수 있다는 것을 증명했다.
대안적인 실시예에서, 더 높은 이동도의 나노와이어가 사용될 수 있으므로, 트랜지스터 당 더 적은 나노와이어를 필요로 한다. 부수적으로, 이들 수는 원하는 픽셀 크기에 따라 조정될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, LCD 내의 한쌍의 나노와이어 행 트랜지스터의 도면을 제공한다. 도면은 나노와이어 행 트랜지스터(510), 나노와이어 행 트랜지스터(520), 픽셀(530), 나노와이어 픽셀 트랜지스터(540), 열 트레이스(550), 행 트레이스(560), 높은 트레이스(570), 게이트 트레이스(572), 낮은 트레이스(574) 및 게이트 트레이스(576)를 포함한다. 나노와이어 행 트랜지스터(510)는 나노와이어 세트(515)를 포함한다. 이와 마찬가지로, 행 트랜지스터(520)는 나노와이어 세트(525)를 포함한다. 나노와이어 행 트랜지스터(510 및 520)는 나노와이어 픽셀 트랜지스터(540)를 턴 온 및 오프시키기 위해 사용된다.
나노와이어 행 트랜지스터(510)는 행 트레이스(560)에 연결된 나노와이어 세트(515)의 한쪽, 및 높은 트레이스(570)에 연결된 다른 쪽을 갖는다. 높은 트레이스(570)는 온 전압에 접속된다. 집합적으로 트랜지스터 게이트로서 작용하는 나노와이어 세트(515) 상의 이들 접속들 사이의 각 나노와이어 상의 지점은 게이트 트레이스(572)에 접속된다.
나노와이어 행 트랜지스터(520)는 행 트레이스(560)에 연결된 나노와이어 세트(525)의 한쪽, 및 낮은 트레이스(574)에 연결된 다른 쪽을 갖는다. 낮은 트레이스(574)는 접지에 접속된다. 집합적으로 트랜지스터 게이트로서 작용하는 나노와이어 세트(525) 상의 이들 접속들 사이의 각 나노와이어 상의 지점은 게이트 트레이스(576)에 접속된다.
나노와이어 픽셀 트랜지스터(540)가 턴온되어야 할 때, 게이트 전압이 게이트 트레이스(572) 상으로 인가되어 나노와이어 행 트랜지스터(510)를 턴 온시킨다. 이와 동시에, 접지가 게이트 트레이스(576) 상에 인가되어 나노와이어 행 트랜지스터(520)를 턴 오프시킨다. 그 결과, 게이트 전압은 나노와이어 픽셀 트랜지스터 게이트(545)에 접속되어 나노와이어 픽셀 트랜지스터(540)를 턴 온시킨다. 나노와이어 픽셀 트랜지스터(510)가 턴 오프되어야 할 때, 반대의 현상이 발생한다. 게이트 전압은 게이트 트레이스(572)에서 제거되어 나노와이어 행 트랜지스터(510)를 턴 오프시킨다. 그리고, 이와 동시에, 게이트 전압이 게이트 트레이스(576)에 인가되어 나노와이어 행 트랜지스터(520)를 턴 온시킨다. 그 결과, 나노와이어 픽셀 트랜지스터(545)의 게이트 전압이 접지로 구동되어 나노와이어 픽셀 트랜지스터(540)를 턴 오프시킨다.
분석은 또한 열 트랜지스터로서 나노와이어 트랜지스터를 사용할 수 있는 가능성을 증명한 나노와이어 열 트랜지스터에 대한 설계 결과를 얻었다. 도구의 사용은 현재의 설계 요구사항이 최소한 3000 나노와이어를 포함하는 나노와이어 트랜지스터로 만족될 수 있다는 것을 결정했다. 열 트랜지스터들이 짧은 충전 기간을 가짐으로 인해 더 낮은 온-저항을 가질 필요가 있고, 열 라인들이 상당량의 커패시턴스를 갖기 때문에, 다른 유형의 트랜지스터보다 열 트랜지스터에 더 많은 나노와이어가 요구된다. 나노와이어 행 트랜지스터의 경우에서와 같이, 도구는 나노와이어 트랜지스터가 열 트레이스들 사이에서 적합하다는 것을 증명했다. 각각의 경우에, 성능 기준에 부합하도록 요구된 특정 수의 나노와이어는 상술된 바와 같이 나 노크리스탈 재료의 유형, 도핑 레벨 및 기타 요인에 의해 영향받을 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른, LCD 내의 2개의 나노와이어 열 트랜지스터의 도면을 제공한다. 도면은 나노와이어 열 트랜지스터(610), 나노와이어 열 트랜지스터(620), 열 트레이스(630), 비디오 트레이스(640) 및 게이트 트레이스(650)를 포함한다. 나노와이어 열 트랜지스터(610)는 나노와이어 세트(615)를 포함한다. 나노와이어 열 트랜지스터(610)는 열 트레이스(630)에 연결되는 나노와이어 픽셀 트랜지스터에 전압을 인가하기 위해 사용될 수 있다.
나노와이어 열 트랜지스터(610)는 열 트레이스(630)에 연결된 나노와이어 세트(615)의 한쪽, 및 비디오 트레이스(640)에 연결된 다른 쪽을 갖는다. 비디오 트레이스(640)는 열 트레이스(630)에 연결된 나노와이어 픽셀 트랜지스터를 구동하기 위해 사용된 고전압에 접속된다. 이 비디오 전압은 픽셀 전압을 설정하므로, 픽셀의 휘도를 설정한다. 집합적으로 트랜지스터 게이트로서 작용하는 나노와이어 세트(615) 상의 이들 접속들 사이의 각 나노와이어 상의 지점은 게이트 트레이스(650)에 접속된다. 게이트 트레이스(650)는 픽셀의 열을 턴 온 및 오프시키기 위해 사용된 제어 회로에 접속된다.
도 3A, 3B, 4, 5 및 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 나노와이어는 한 방향으로 증착될 수 있다. 즉, 이 경우에, 모든 나노와이어는 수평방향이고, 나노와이어가 다수의 방향인 경우보다도 기판 상으로의 나노와이어의 증착을 더 용이하게 한다. 2002년 9월 30일자로 출원된 미합중국 가출원 제60/414,323호는 이러한 유형의 위치설정을 달성하기 위한 방법을 기술한다. 부수적으로, 나노와이어는 특정 설계 기준에 따라 다른 방향으로 증착될 수 있다. 더욱이, 픽셀, 행 또는 열 트랜지스터를 형성하기 위해 사용된 나노와이어의 수는 설계 기준의 함수일 수 있지만, 2개보다 많은 나노와이어, 10개보다 많은 나노와이어, 100개보다 많은 나노와이어 및 1000개보다 많은 나노와이어를 포함할 수 있는데, 이것에 제한되는 것은 아니다.
더욱이, 나노와이어 트랜지스터를 사용하는 디스플레이는 광범위한 특성을 갖는 베이스 유리 기판(180)과 같은 베이스 기판 상에 형성될 수 있다. 구체적으로, 베이스 기판의 재료는 유리, 플라스틱, 중합체, 수정, 금속 또는 종이를 포함할 수 있는데, 이것에 제한되는 것은 아니다. 부수적으로, 베이스 기판의 재료 특성은 투명 재료, 반투명 재료, 불투명 재료, 착색 재료, 입사광을 편광시키는 재료, 및 입사광을 편광시키지 않는 재료를 포함할 수 있는데, 이것에 제한되는 것은 아니다. 마지막으로, 베이스 기판의 재료는 500도 이하의 화씨 온도, 300도 이하의 화씨 온도, 200도 이하의 화씨 온도 및 100도 이하의 화씨 온도를 포함할 수 있지만 이것에 제한되지 않는 용융 온도를 갖는 "저온" 재료일 수 있다.
결론
본 발명의 예시적인 실시예들이 제시되었다. 본 발명은 이러한 예에 제한되지 않는다. 이들 예는 예시적으로 제공된 것이지, 제한하고자 하는 것은 아니다. 대안(여기에 설명된 것들의 등가, 확장, 변형, 변경 등을 포함)은 여기에 포함된 교시에 기초하여 관련 분야(들)의 숙련된 기술자들에게 명백할 것이다. 그러한 대안은 본 발명의 범위 및 정신에 속한다.

Claims (53)

  1. 디스플레이 내에 사용되는 능동 매트릭스 백플레인(active matrix backplane)으로서,
    복수의 픽셀;
    소스 전극 및 드레인 전극 사이에서 연장하는 복수의 나노와이어를 각각 포함하는 복수의 열(column) 트랜지스터 - 상기 복수의 열 트랜지스터 내의 열 트랜지스터는 복수의 픽셀 트랜지스터의 서브세트에 전압을 인가함 - ;
    소스 전극 및 드레인 전극 사이에서 연장하는 복수의 나노와이어를 각각 포함하는 복수의 행(row) 트랜지스터 - 상기 복수의 행 트랜지스터 내의 적어도 2개의 행 트랜지스터는 대응하는 픽셀 트랜지스터를 턴 온 및 턴 오프시킴 - ; 및
    소스 전극 및 드레인 전극 사이에서 연장하는 하나 이상의 나노와이어를 각각 포함하는 복수의 픽셀 트랜지스터 - 상기 복수의 픽셀 트랜지스터 내의 픽셀 트랜지스터는 상기 복수의 픽셀 내의 대응하는 픽셀을 제어함 - ;
    를 포함하고,
    상기 픽셀 트랜지스터, 행 트랜지스터 및 열 트랜지스터의 나노와이어는 제1 재료로 이루어진 코어(core) 및 상기 코어 주위에 배치된 제2 재료로 이루어진 쉘 층(shell layer)을 포함하며, 상기 제1 재료는 상기 제2 재료와는 조성적으로 상이하며, 각 나노와이어 트랜지스터는 픽셀을 원하는 속도로 충전 및 방전시키기에 충분한 평균수의 나노와이어를 포함하고, 상기 나노와이어의 평균수는 상기 픽셀 트랜지스터의 온-저항 및 오프-저항에 기초하며, 상기 열 트랜지스터의 나노와이어의 평균수는 상기 행 트랜지스터의 나노와이어의 평균수 및 상기 픽셀 트랜지스터의 나노와이어의 평균수 둘 다 보다 더 큰,
    능동 매트릭스 백플레인.
  2. 제1항에 있어서,
    각각의 열 나노와이어 트랜지스터는 소스와 드레인 전극 사이에서 연장하는 적어도 100개의 나노와이어를 포함하는 능동 매트릭스 백플레인.
  3. 제1항에 있어서,
    각각의 행 나노와이어 트랜지스터는 소스와 드레인 전극 사이에서 연장하는 적어도 100개의 나노와이어를 포함하는 능동 매트릭스 백플레인.
  4. 제1항에 있어서,
    나노와이어 에지 전자장치(nanowire edge electronics)를 더 포함하는 능동 매트릭스 백플레인.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 나노와이어 에지 전자장치는 나노와이어 버퍼들을 포함하는 능동 매트릭스 백플레인.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 나노와이어 에지 전자장치는 나노와이어 시프트 레지스터(nanowire shift register)들을 포함하는 능동 매트릭스 백플레인.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 나노와이어 에지 전자장치는 나노와이어 레벨 시프터들을 포함하는 능동 매트릭스 백플레인.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이는 액정 디스플레이(liquid crystal display)인 능동 매트릭스 백플레인.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이는 유기 발광 디스플레이(organic light emitting display; OLED)인 능동 매트릭스 백플레인.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 OLED는 나노크리스탈(nanocrystal)들을 포함하는 능동 매트릭스 백플레인.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이는 전기영동(electrophoretic) 디스플레이인 능동 매트릭스 백플레인.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이는 플라즈마 디스플레이인 능동 매트릭스 백플레인.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이는 일렉트로크로믹(electrochromic) 디스플레이인 능동 매트릭스 백플레인.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이는 마이크로전자기계(microelectromechanical: MEMs) 디스플레이인 능동 매트릭스 백플레인.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이는 마이크로미러(micromirror) 디스플레이인 능동 매트릭스 백플레인.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이는 전계 방출(field emission) 디스플레이인 능동 매트릭스 백플레인.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 디스플레이는 나노튜브 전계 방출(nanotube field emission) 디스플레이인 능동 매트릭스 백플레인.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이는 강체(rigid)인 능동 매트릭스 백플레인.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이는 플렉시블(flexible)한 능동 매트릭스 백플레인.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이는 비평면(non-planar)인 능동 매트릭스 백플레인.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 제1 재료는 실리콘을 포함하며, 상기 제2 재료는 SiO2를 포함하는 능동 매트릭스 백플레인.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 쉘 층 주위에 배치된 게이트 컨택트를 더 포함하는 능동 매트릭스 백플레인.
  23. 베이스(base) 기판을 갖는 액정 디스플레이로서,
    (a) 복수의 픽셀;
    (b) 소스 전극 및 드레인 전극 사이에서 연장하는 하나 이상의 나노와이어를 각각 포함하는 복수의 픽셀 트랜지스터 - 상기 복수의 픽셀 트랜지스터 내의 픽셀 트랜지스터는 상기 복수의 픽셀 내의 대응하는 픽셀을 제어함 - ;
    (c) 소스 전극 및 드레인 전극 사이에서 연장하는 복수의 나노와이어를 각각 포함하는 복수의 열 트랜지스터 - 상기 복수의 열 트랜지스터 내의 열 트랜지스터는 상기 복수의 픽셀 트랜지스터의 서브세트에 전압을 인가함 - ; 및
    (d) 소스 전극 및 드레인 전극 사이에서 연장하는 복수의 나노와이어를 각각 포함하는 복수의 행 트랜지스터 - 상기 복수의 행 트랜지스터 내의 적어도 2개의 행 트랜지스터는 대응하는 픽셀 트랜지스터를 턴 온 및 턴 오프시킴 -
    를 포함하며,
    상기 픽셀 트랜지스터, 행 트랜지스터 및 열 트랜지스터의 상기 나노와이어들은 제1 재료로 이루어진 코어 및 상기 코어 주위에 배치된 제2 재료로 이루어진 쉘 층을 포함하며, 상기 제1 재료는 상기 제2 재료와는 조성적으로 상이하며, 각 나노와이어 트랜지스터는 픽셀을 원하는 속도로 충전 및 방전시키기에 충분한 평균 수의 나노와이어를 포함하고, 상기 나노와이어의 평균수는 상기 픽셀 트랜지스터의 온-저항 및 오프-저항에 기초하며, 상기 열 트랜지스터의 나노와이어의 평균수는 상기 행 트랜지스터의 나노와이어의 평균수 및 상기 픽셀 트랜지스터의 나노와이어의 평균수 둘 다 보다 더 큰,
    액정 디스플레이.
  24. 청구항 24은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제23항에 있어서,
    나노와이어 에지 전자장치를 더 포함하는 액정 디스플레이.
  25. 청구항 25은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제24항에 있어서,
    상기 나노와이어 에지 전자장치는 나노와이어 버퍼들을 포함하는 액정 디스플레이.
  26. 청구항 26은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제24항에 있어서,
    상기 나노와이어 에지 전자장치는 나노와이어 시프트 레지스터들을 포함하는 액정 디스플레이.
  27. 청구항 27은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제24항에 있어서,
    상기 나노와이어 에지 전자장치는 나노와이어 레벨 시프터들을 포함하는 액정 디스플레이.
  28. 청구항 28은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제23항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀 트랜지스터 내의 픽셀 트랜지스터, 상기 복수의 열 트랜지스터 내의 열 트랜지스터, 및 상기 복수의 행 트랜지스터 내의 행 트랜지스터는 나노와이어 트랜지스터인 액정 디스플레이.
  29. 청구항 29은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제23항에 있어서,
    i) 상기 복수의 픽셀 트랜지스터, ii) 상기 복수의 열 트랜지스터, 및 iii) 상기 복수의 행 트랜지스터 중 적어도 하나는 a-Si 박막 트랜지스터인 액정 디스플레이.
  30. 청구항 30은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제23항에 있어서,
    i) 상기 복수의 픽셀 트랜지스터, ii) 상기 복수의 열 트랜지스터, 및 iii) 상기 복수의 행 트랜지스터 중 적어도 하나는 벌크(bulk) Si 박막 트랜지스터인 액정 디스플레이.
  31. 청구항 31은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제23항에 있어서,
    i) 상기 복수의 픽셀 트랜지스터, ii) 상기 복수의 열 트랜지스터, 및 iii) 상기 복수의 행 트랜지스터 중 적어도 하나는 유기 반도체인 액정 디스플레이.
  32. 청구항 32은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제23항에 있어서,
    i) 상기 복수의 픽셀 트랜지스터, ii) 상기 복수의 열 트랜지스터, 및 iii) 상기 복수의 행 트랜지스터 중 적어도 하나는 폴리(poly)-Si 박막 트랜지스터인 액정 디스플레이.
  33. 청구항 33은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제23항에 있어서,
    트랜지스터를 형성하는 데 사용되는 나노와이어들은 실질적으로 평행하게 정렬되어 있는 액정 디스플레이.
  34. 청구항 34은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제23항에 있어서,
    상기 와이어들은 실질적으로 랜덤하게 정렬되거나 등방성으로 정렬되는 것 중 하나의 방식으로 정렬되는 액정 디스플레이.
  35. 청구항 35은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제23항에 있어서,
    나노와이어 열 트랜지스터들은 열 트레이스(trace)들 사이에 위치하는 액정 디스플레이.
  36. 청구항 36은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제23항에 있어서,
    나노와이어 열 트랜지스터들은 열 트레이스를 따라 일렬로 위치하는 액정 디스플레이.
  37. 청구항 37은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제23항에 있어서,
    나노와이어 행 트랜지스터들은 행 트레이스들 사이에 위치하는 액정 디스플레이.
  38. 청구항 38은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제23항에 있어서,
    나노와이어 행 트랜지스터들은 행 트레이스를 따라 일렬로 위치하는 액정 디스플레이.
  39. 청구항 39은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제23항에 있어서,
    나노와이어 트랜지스터는 상기 나노와이어 트랜지스터의 드레인 전극에 소스를 접속시키는 적어도 10개의 나노와이어를 포함하는 액정 디스플레이.
  40. 청구항 40은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제23항에 있어서,
    나노와이어 트랜지스터는 상기 나노와이어 트랜지스터의 드레인 전극에 소스를 접속시키는 적어도 100개의 나노와이어를 포함하는 액정 디스플레이.
  41. 청구항 41은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제23항에 있어서,
    상기 베이스 기판은 플렉시블 재료인 액정 디스플레이.
  42. 청구항 42은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제23항에 있어서,
    상기 베이스 기판은 500도 화씨 미만의 용융 온도를 갖는 저온 재료인 액정 디스플레이.
  43. 청구항 43은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제23항에 있어서,
    상기 베이스 기판은 플라스틱인 액정 디스플레이.
  44. 청구항 44은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제23항에 있어서,
    상기 베이스 기판은 반투명(translucent) 재료인 액정 디스플레이.
  45. 청구항 45은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제23항에 있어서,
    상기 제1 재료는 실리콘을 포함하며, 상기 제2 재료는 SiO2를 포함하는 액정 디스플레이.
  46. 디스플레이 내에 사용되는 능동 매트릭스 백플레인으로서,
    복수의 픽셀;
    복수의 비정질 실리콘 픽셀 트랜지스터 - 상기 복수의 픽셀 트랜지스터 내의 픽셀 트랜지스터는 상기 복수의 픽셀 내의 대응하는 픽셀을 제어함 - ;
    소스 전극 및 드레인 전극 사이에서 연장하는 복수의 나노와이어를 각각 포함하는 복수의 행 트랜지스터 - 상기 복수의 행 트랜지스터 내의 적어도 2개의 행 트랜지스터는 대응하는 픽셀 트랜지스터를 턴 온 및 턴 오프시킴 - ; 및
    소스 전극 및 드레인 전극 사이에서 연장하는 복수의 나노와이어를 각각 포함하는 복수의 열 트랜지스터 - 상기 복수의 열 트랜지스터 내의 열 트랜지스터는 상기 복수의 픽셀 트랜지스터의 서브세트에 전압을 인가함 -
    를 포함하며,
    상기 나노와이어들은 제1 재료로 이루어진 코어 및 상기 코어 주위에 배치된 제2 재료로 이루어진 쉘 층을 포함하며, 상기 제1 재료는 상기 제2 재료와는 조성적으로 상이하며, 각 나노와이어 트랜지스터는 픽셀을 원하는 속도로 충전 및 방전시키기에 충분한 평균 수의 나노와이어를 포함하고, 상기 나노와이어의 평균수는 상기 픽셀 트랜지스터의 온-저항 및 오프-저항에 기초하며, 상기 열 트랜지스터의 나노와이어의 평균수는 상기 행 트랜지스터의 나노와이어의 평균수보다 더 큰,
    능동 매트릭스 백플레인.
  47. 제46항에 있어서,
    각각의 나노와이어 트랜지스터는 소스와 드레인 전극 사이에서 연장하는 적어도 100개의 나노와이어를 포함하는 능동 매트릭스 백플레인.
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