KR0165432B1

KR0165432B1 - Ccd를 이용한 반사형 영상표시 장치

Info

Publication number: KR0165432B1
Application number: KR1019950029831A
Authority: KR
Inventors: 박상식
Original assignee: 김광호; 삼성전자주식회사
Priority date: 1995-09-13
Filing date: 1995-09-13
Publication date: 1999-03-20
Also published as: US5883614A; JP3666998B2; KR970019396A; JPH09127438A

Abstract

반사형 영상표시 장치에 대해 기재되어 있다. 이는, 영상신호를 신호전하로 변환시키는 입력부와, 변환된 신호전하를 각 화소로 전송하는 수평 및 수직으로 배열된 CCD 및 CCD에 의해 전송된 신호전하의 양에 비례하는 시간동안 스크린의 특정 부위에 빛을 반사시키는 화소를 구비하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 짧은 시간에 전 화소의 데이터를 교체해야 하는 문제를 해결할 수 있고, CCD 신호는 아날로그(analog) 신호이므로 그레이 스케일이 연속이 되며, 고해상도가 되어도 시간적 제약이 없으며, 종래에 비해 주변 IC의 갯수를 줄일 수 있으므로 디지털 처리시보다 휠씬 적은 개수의 칩을 필요로 하며, 매 필드주기 동안 반사판이 한 번 만 기울어지므로 신뢰성면에서도 더욱 유리한 이점이 있다.

Description

CCD를 이용한 반사형 영상표시 장치

제1도는 종래의 반사형 영상표시장치의 일 예를 도시한 단면도이다.

제2도는 일반적인 매몰형 채널을 갖는 CCD를 도시한 단면도이다.

제3도는 본 발명에 의한 반사형 영상표시장치의 레이아웃도의 일부를 도시한 것이다.

제4도는 본 발명에 의한 반사형 영상표시 장치를 도시한 것으로서, 상기 제3도의 A-A'선을 잘라 본 단면도이다.

제5도는 본 발명에 의한 반사형 영상표시 장치의 신호입력단의 구조를 도시한 개략도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

40 : 반도체 기판 42 : CCD 전송채널

44 : 절연막 46, 48 : CCD 전송전극

50 : 방전 케이트 52 : 커패시터용 N층

54 : 방전용 N층 56 : 지지대

58 : 반사용 폴리층 60 : 반사판

본 발명은 영상표시 장치에 관한 것으로, 특히 반사형(micro-mirror) 영상표시 소자에 신호를 전달하는데 있어서 전하 결합소자(Charge - Cooupled Device; 이하 ccd라 함)를 이용한 반사형 영상표시 장치에 관한 것이다.

가변 미러 소자(Deformable Mirror Device; DMD)는 고정된 축(axis)에 대해 회전하는 작은 거울과 유사하며, 광반사 기술분야에 많이 응용되고 있다.

반사형 영상표시 장치의 일반적인 구조는 제1도에 도시된 바와 같다. 이는 미국 특허 제5,287,096호에 기재된 것을 참조하였다.

광원에서 빛이 나오면 각 화소(pixel)의 반사판(10)이 인가된 신호에 따라 선택적으로 기울어져서 빛을 반사시키고, 그 빛이 화면(screen)에 도달해서 화상에 맺는다. 이 때, 화면에 맺히는 빛의 강도가 곧 화상정보가 된다. 한 필드주기(field time) 동안 반사판이 기울어져 있는 시간의 비율이 클수록 화면이 밝아지므로, 반사판이 기울어져 있는 시간이 스크린의 해당하는 지점의 밝기를 결정하게 된다. 이를 조절하기 위해 영상신호를 디지털(digital) 처리해서 반사판이 기울어져 있는 시간을 조절하게 된다.

최근에는 디지털기술을 이용해서 반사판 하층의 실리콘 기판에 에스 램 셀(Static Random Acess Memory cell; SRAM)을 만들어서, SRAM 셀의 1의 상태의 시간, 즉 반사판이 기울어져 있는 시간을 조절하게 된다. 즉, SRAM 셀의 1의 시간을 최상위 비트(Most Significant Bit; 이하 MSB라 함)의 1/2ⁿ- 필드주기로부터 최하위 비트(Least Significant Bit; 이하 LSB라 함)의 1/2ⁿ- 필드주기까지 조정함으로써 2ⁿ단계의 화면의 밝기를 나타내고 있다. 이때, n은 비트수에 해당한다.

그러나, 마지막에 1/2ⁿ- 필드주기라는 짧은 시간(예를 들어, 8비트의 경우 65㎲) 동안 전체 SRAM 셀의 데이터를 2차례나 조정해 주어야 하기 때문에, 비트수가 n을 계속해서 늘려주기가 어려우므로, 그레이 스케일(gray scale, 2ⁿ: 8비트의 경우 256단계)에 제한이 있다. 이러한 문제점은 고해상도가 되어 화소수가 늘어날수록 더욱 제한이 심해질 것이므로, 해상도를 높이는 데에 큰 제약이 된다.

또한, 비디오 신호(video signal)를 디지털 처리해서 그레이 스케일에 맞는 데이터로 변경해 주기 위해서는 고속의 디지털 처리용 IC 및 기억소자가 다수 필요하다.

또한, 반사판은 매 필드주기 동안 n/2화까지 기울어졌다가 펴지는 동작을 반복해야 하므로, 기계적 피로도가 심해지게 된다.

본 발명의 목적은 그레이 스케일 및 해상도를 개선할 수 있는 영상표시 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 제조단가를 절감할 수 있는 영상표시 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 매 필드주기 동안의 반사판의 각도 변경 횟수를 줄일 수 있는 영상표시 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 상기 목적들을 달성하기 위한 영상표시 장치는,

영상신호를 신호전하로 변환시키는 입력부;

변환된 신호전하를 각 화소로 전송하는 수평 및 수직으로 배역된 CCD; 및

상기 CCD에 의해 전송된 신호전하의 양에 비례하는 시간동안 스크린의 특정 부의에 빛을 반사시키는 화소를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 화소는 CCD에 의해 전송된 신호전하를 저장하는 커패시터와, 상기 커패시터에 저장된 신호전하의 양에 의해 반사각도가 결정되도록 구성된 반사판과, 상기 반사판을 지지하며, 상기 반사판의 최대 경사각도를 결정하는 지지대 및 상기 커패시터에 저장된 신호전하를 시간에 따라 감소시키는 전하 리세트를 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 반사판은 폴리실리콘으로 구성된 평판 상에 형성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 전하 리세트는 저항과 이에 연결된 전원으로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 전하 리세트는 모스 트랜지스터를 통해 전원에 연결되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 반사판 하부의 반도체 기판에 종래의 SRAM구조 대신 CCD구조를 사용함으로써 그레이 스케일 및 해상도를 개선할 수 있으며, 주변 IC의 개수 및 매 필드주기 동안의 반사판의 각도 변경 횟수를 줄일 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

제2도는 일반적인 CCD를 설명하기 위하여 도시한 단면도로서, 매몰 채널(buried channel)을 갖는 CCD의 단면도이다.

제2도에 있어서, 도면 참조부호 20은 N형 반도체기판을, 22는 P형 도핑우물을, 24는 N형 전송채널을, 26은 절연막을, 그리고 28은 전송전극을 나타낸다.

상세하게는 N형의 반도체기판(20)에 P형의 도핑우물(22)이 형성되어 있고, 그 위에 N형의 전송채널(24)이 형성되어 있다. 전송전극(28)은 전송채널의 상부에 형성된 산화막이나 질화막과 같은 절연막(26) 상에 형성되어 있다.

이 때, 전송전극(28)은 다수의 인접하거나 중첩하는 전극들로 형성되어 있으며, 이 전극들에 가해지는 클럭펄스에 의해, 한 전송전극의 하부에 형성된 전위우물에 축적된 신호전하가 인접한 다른 전송전극의 하부에 형성된 전위우물로 이동함으로써 신호전하의 전송이 이루어진다.

전송채널(24)을 덮고 있는 일련의 전송전극(28)들은, 클럭펄스의 위상에 따라 2개 또는 3개난 그 이상의 전극들이 조합되어 하나의 단을 구성하고, 신호전하는 클럭펄스의 한 주기동안, 한 단에서 인접한 다른 단으로 이동한다.

[레이아웃]

제3도는 본 발명에 의한 반사형 영상표시 장치를 제조하기 위한 레이아웃도의 일부를 도시한 것이다.

제3도에 있어서, 실선으로 표시되면 세로방향으로 긴 영역(110)은 매몰채널형 CCD의 전송채널을 형성하기 위한 마스크패턴을, 일전쇄선으로 표시되며 세로방향으로 긴 영역(112)은 방전용 N층을 형성하기 위한 마스크패턴을, 실선으로 표시되며 세로방향으로 긴 영역(114)은 방전 케이트를 형성하기 위한 마스크패턴을, 일점쇄선으로 표시되고 돌출부를 가지며, 가로방향으로 긴 영역(116)은 CCD의 제1전송전극을 형성하기 위한 마스크패턴을, 전선으로 표시되고 돌출부를 가지며, 가로방향으로 긴 영역(118)은 CCD의 제2전송전극을 형성하기 위한 마스크패턴을, 굵은 실선으로 표시된 장방형의 영역(120)은 반사판용 폴리층을 형성하기 위한 마스크패턴을, 상기 반사판용폴리층을 형성하기 위한 마스크패턴(120)내부에 실선으로 표시된 사각형의 영역(122)은 반사판을 형성하기 위한 마스크패턴을, 빗금이 칠해진 영역(124)은 커패시터용 N층을 형성하기 위한 마스크패턴을, 그리고 ■로 표시된 영역(126)은 지지대를 형성하기 위한 마스크패턴을 각각 나타낸다.

상기 레이아웃도에 따르면, 반사판의 하부에 CCD와 커패시터가 배치되어 있어, CCD의 제1 및 제2 전송전극 사이에 인가되는 클럭펄스에 의해 CCD의 전송패널에 축적되어 있던 신호전하가 인접한 커패시터로 전송되고, 커패시터에 전송된 신호전하의 양에 따라 반사판이 기울어져 있는 시간이 결정된다. 따라서, 신호전하의 양에 거의 비례하는 밝기의 화면을 구현할 수 있다.

[구조]

제4도는 본 발명에 의한 반사형 영상표시 장치의 일부를 도시한 단면도로서, 상기 제3도에 도시된 레이아웃도의 A-A'선을 잘라 본 단면도이다.

도면 참조부호 40은 반도체기판을, 42는 매몰 채널형 CCD 전송패널을, 44는 절연막을, 46 및 48은 전송전극을, 50은 방전게이트를, 52는 커패시터를, 54는 방전용 N층을, 56은 지지대를, 58은 반사판용 폴리층을, 그리고 60은 반사판을 각각 나타낸다.

제4도를 참조하면, 본 발명에 의한 영상표시 장치는 DMD구조의 하부에 매몰형 채널을 갖는 CCD가 형성된 구조로서, 입력된 영상신호를 전하로 변환시키는 입력부(도시되지 않음)와, 상기 입역부에 의해 변환된 전하를 각 화소로 전송하는 수평 및 수직으로 배역된 CCD와, 상기CCD에 의해 전송된 신호전하의 양에 따라 스크린의 특정 부위에 필요한 시간동안 빛을 반사시키는 화소로 구성되어 있다.

상기 CCD, 수평 및 수직으로 배열되어 입력부에 의해 변환된 신호전하를 각 화소로 전송하는 전송채널(42)과, 상기 전송채널 상에 형성되어 있으며, 클럭이 인가되어 신호전하의 전송을 제어하는 수평 및 수직 전송전극(46, 48)으로 구성되어 있다.

상기 화소는, 상기 CCD의 전송채널로부터 전송된 신호전하를 저장하는 커패시터용 N층(이하, 커패시터라 함)(52)과, 상기 커패시터(52)에 저장된 신호전하의 양에 의해 반사시간이 결정되도록 구성된 반사판(58)과, 상기 반사판의 최대 경사각도를 결정하는 지지대(56)와, 상기 신호전하를 시간에 따라 감소시키는 전하 레세트로 구성되어 있다.

상기 전하 리세트는, 저항과 이에 연결된 전원으로 구성되며, MOS 트랜지스터를 통해 전원에 연결되어 있다.

상세하게는, P형의 반도체기판(40)에 매몰형 채널의 CCD를 구성하는 N형의 전송채널(42)이 있고, 상기 CCD로부터 전송된 신호전하를 저장하는 커패시터(52)가 형성되어 있다. 상기 CCD는 수평 및 수직으로 배열되어, 입력부(도시되지 않음)에서 변환된 신호전하를 각 화소로 전송하는 역할을 한다. 상기 전송채널(42)의 신호전하는 전송전극(46 및 48)에 의해 동작하며, 전송전극(48)의 전압에 의해 커패시터(52)로 전달된다.

또한, 반사판(58)에 바이어스를 가하고, 방전 게이트(50)를 통해 커패시터(52)에 축적된 신호전하를 방전시키기 위한 방전용 N층(54)이 반도체기판에 형성되어 있다.

반사판(60)은 반사판용 폴리층(58) 위에 형성되어 있고, 지지대(56)에 의해 지지되며, 인가된다. 상기 반사판은 상기 커패시터(52)에 저장된 전하의 양에 의해 반사시간이 결정된다. 즉, 커패시터에 저장된 신호전하의 양이 일정수준이상으로 되면 반사판과 커패시터 사이의 전압에 의해 반사판이 기울지게 되고, 신호전하의 양이 일정수준 이하로 떨어져 전압이 한계전압 이하로 되면 반사판이 똑바로 서게 된다.

지지대(56)는 상기 반사판을 지지하며, 반사판의 최대 경사각도를 결정하는 역할을 한다.

[동작]

제5도에 도시된 본 발명의 신호입력단의 구조를 참고하여, 본 발명에 의한 반사형 영상표시 장치의 동작을 설명한다.

제5도에서, Vi에는 비디오 신호가 입력되고, V_D는 정전압이며, φ_R및 φ_H는 수평 전송주기를 갖는 클럭(clock)이다. 참조부호 42는 CCD 전송채널이고, 62는 42의 인접하는 단의 전송채널이다.

φ_R이 '온'(ON)상태일 때는 Vi 게이트 아래에 V_D와의 전위차만큼 전자가 들어오며, φ_R이 '오프'(OFF)되면 그 전자는 그대로 남아 있다가 φ_H의 동작에 의해 전송된다.

상세하게는, 선송된 신호전하들이 각 셀, 즉 제4도의 전송채널(42)에 도달한 다음, CCD 수평 및 수직 전송전극(46, 48)사이에 인가되는 클럭에 의해 커패시터(52)에는 상기 CCD로부터 넘어온 신호전하의 양에 따른 전압이 나타나고, 이 전압에 의해 반사판과 커페시터 사이에 전기적 힘이 작용해서 반사판(60)이 커패시터(52) 쪽으로 기울어지게 된다.

상기 반사판의 기울어짐에 따라, 광원에서 조사되어 온 빛이 상기 반사판(60)에서 반사되어 특정 방향으로 보내져 스크린에 화점을 형성하게 된다.

이어서, 방전 케이트(50)에 인가되는 클럭에 의해 커패시터(52)의 신호전하가 방전용 N층(54) 쪽으로 빠져나가고, 커패시터에 남은 신호전하의 개수에 따라 커패시터의 전압이 어느 한계 전압 이하로 떨어지면, 기울어졌던 반사판이 똑바로 서게 된다. 즉, 커패시터(52)에 들어온 신호전하를 클럭이 인가되는 방전 게이트(50)로 뽑아줌으로써, 전송된 신호전하의 수에 거의 비례하는 시간동안 반사판을 기울일 수 있게 된다. 반사판이 기울어져 있는 시간이 곧 화면의 밝기이므로, 커패시터에 전송되어온 신호전하의 수에 거의 비례하는 밝기의 화면이 형성된다.

상술한 본 발명에 의한 반사형 영상표시 장치에 따르면, 종해의 SRAM 대신에 통상적인 CCD를 사용하여 화상을 형성하므로,

첫째, 짧은 시간에 전 화소의 데이터를 교체해야 하는 문제를 해결할 수 있고,

둘째, CCD 신호는 아날로그(analog) 신호이므로 그레이 스케일이 연속이 되며, 고해상도가 되어도 시간적 제약이 없으며,

세째, 종래에 비해 주변 IC의 개수를 줄일 수 있으므로 디지털처리시보다 훨씬 적은 개수의 칩을 필요로 하며,

넷째, 매 필드주기 동안 반사판이 한 번 만 기울어지므로 신뢰성면에서도 더욱 유리한 이점이 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.

Claims

영상신호를 신호전하로 변환시키는 입력부; 변환된 신호전하를 각 화소로 전송하는 수평 및 수직으로 배열된 CCD; 및 상기 CCDDP 의해 전송된 신호전하의 양에 비례하는 시간동안 스크린의 특정부위에 빛을 반사시키는 화소를 구비하는 것을 특징으로 하는 반사형 영상표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 화소는 CCD에 의해 전송된 신호전하를 저장하는 커패시터와, 상기 커패시터에 저장된 신호전하의 향에 의해 반사각도가 결정되도록 구성된 반사판과, 상기 반사판을 지지하며, 상기 반사판의 최대 경사각도를 결정하는 지지대 및 상기 커패시터에 저장된 신호전하를 시간에 따라 감소시티는 전하 리세트를 구비하는 것을 특징으로 하는 반사형 영상표시 장치.
제2항에 있어서, 상기 반사판은 폴리실리콘으로 구성된 평판상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 영상표시 장치.
제2항에 있어서, 상기 전하 리세트는 저항과 이에 연결된 전원으로 구성되는 것을 특징으로 하는 반사형 영상표시 장치.
제2항에 있어서, 상기 전하 리세트는 모스 트랜지스터를 통해 전원에 연결되는 것을 특징으로 하는 반사형 영상표시 장치.