KR100267471B1 - 박막형 광로 조절 장치의 소스 구동 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 박막형 광로 조절 장치의 소오스 구동 회로에 관한 것으로서, 다수개의 쉬프트 레지스터, 레벨 쉬프트, 샘플 앤 홀드, 정전압원, 스위치, 버퍼를 사용하여 M×N 박막형 광로 조절 장치에 구비되는 M개의 소스 라인별로 구동 신호를 직접 인가할 수 있도록 구성한 박막형 광로 조절 장치의 소스 구동 회로를 제공하므로써, 박막형 광로 조절 장치의 고해상도 실현을 가능하게 하는 효과가 있다.

Description

박막형 광로 조절 장치의 소스 구동 회로
본 발명은 박막형 광로 조절 장치(AMA : Actuated Mirror Arrays)의 구동 회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 박막형 광로 조절 장치의 구동 기판에 구비되는 소오스 라인을 구동하기 위한 박막형 광로 조절 장치의 구동 기판에 관한 것이다.
AMA란, 투사형 화상 표시 장치의 일종으로서, M×N(M, N은 자연수)개의 각 픽셀별로 광원으로부터 입사된 빛을 소정의 각도로 반사시켜 소정 화상을 표시하는 장치를 말하며, 이와 같은 AMA는 직시형 화상 표시 장치를 대표하는 CRT에 비해 저전압에서 동작하고, 소비 전력이 작으며, 변형 없는 화상을 제공할 수 있을 뿐만아니라, 같은 투사형 화상 표시 장치의 일종인 LCD(Liquid Crystal Display), DMD(Deformable Mirror Device)에 비해 광효율이 높은 장점을 지니고 있어, 현재 그 개발이 활발히 진행중이다.
상술한 AMA는 도 1에 도시된 바와 같이 M×N(M, N은 양의 정수)개의 단위 픽셀들이 매트릭스 형태로 형성되고, 그 각각의 단위 픽셀들이 소정 각도록 틸팅하여 외부의 광원으로부터 입사되는 광을 소정 각도로 반사하여 소정 화상을 스크린(도시 생략된) 상에 투영하는 바, 도 1 및 도 3을 참조하여 일반적인 박막형 광로 조절 장치의 구조 및 동작 과정에 대해 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1은 일반적인 M×N 박막형 광로 조절 장치의 평면을 도시한 평면도이고, 도 2는 일반적인 M×N 박막형 광로 조절 장치를 구성하는 단위 픽셀의 단면을 도시한 단면도이며, 도 3은 종래의 기술에 따른 박막형 광로 조절 장치의 구동 회로를 도시한 블록 구성도이다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해, M×N개의 단위 픽셀로 이루어진 박막형 광로 조절 장치를 AMA 모듈(350)이라 칭하고, M×N 박막형 광로 조절 장치를 구성하는 각각의 단위 픽셀을 AMA 픽셀이라 칭한다.
먼저, 외부로부터 동기 신호 및 화상 데이터가 시스템 제어부(310)에 인가되면, 시스템 제어부(320)는 외부로부터 인가된 화상 신호에 대응되게 AMA 모듈(350) 내의 M×N개의 AMA 픽셀을 개별적으로 구동하기 위하여, 공통 전극부(320), 게이트 구동부(330), 소오스 구동부(340)를 구동 제어한다. 이때, 시스템 제어부(310)는 외부로부터 인가된 동기 신호에 의거하여 게이트 구동부(330)와 소오스 구동부(340)로부터 각 AMA 픽셀에 구동 신호가 인가되는 타이밍을 포함하여 제어할 것이다.
시스템 제어부(330)의 구동 제어에 의해, 게이트 구동부(300)는 소오스 구동부(340)에서 제공되는 구동 신호가 AMA 모듈(350)을 구성하는 M×N개의 AMA 픽셀에 순차적으로 인가될 수 있도록 게이트 신호 온/오프 신호를 발생하고, 소오스 구동부(330)는 외부로부터 인가된 화상 데이터에 대응하는 구동 신호를 발생한다. 이때, 소오스 구동부(330)에서 발생되는 구동 신호는 소정 시간 동안 구동 전압을 충전한 후, 나머지 시간동안 충전된 전압을 이용하여 액츄에이터(200)를 구동한다.
또한, 공통 전극부(320)는 시스템 제어부(310)의 제어에 의해, AMA 픽셀의 상부 전극(240)에 접지 전압과 같은 공통 전압을 제공한다.
이후, 게이트 구동부(330)에서 발생된 게이트 신호가 도 3에 도시된 게이트 패드(335)에 구비된 게이트 라인을 따라 AMA 픽셀의 게이트 전극(125)에 제공되면, 게이트 전극(125)은 턴온 되고, 그에 따라 소오스 구동부(340)로부터 소오스 패드(345)를 경유하여 소오스 전극(120)에 제공되는 구동 신호는 드레인 전극(115)에 인가된다.
한편, 드레인 전극(115)은 도전성 금속으로 이루어진 금속층(140)과 배전체(270)를 통해서 하부 전극(220)과 전기적 접속을 이루므로, 드레인 전극(115)에 인가된 구동 신호는 금속층(140)과 배전체(270)를 경유하여 하부 전극(220)에 인가된다.
이때, 상부 전극(240)에는 공통 전극부(320)에서 제공되는 공통 전압이 인가되고 있으므로, 하부 전극(220)에 인가된 구동 신호와 상부 전극(240)에 인가된 공통 전압간의 전위차가 발생하고, 따라서, 하부 전극(220)과 상부 전극(240) 사이에는 구동 신호와 공통 전압간의 전위차에 대응하는 전계가 발생한다.
한편, 하부 전극(220)과 상부 전극(240) 사이에는 형성되는 변형부(230)는 PZT(Pb(Zr, Ti)O3), 또는 PLZT((Pb, La)(Zr, Ti)O3)등의 압전 세라믹 또는 PMN(Pb(Mg, Nb)O3)등의 전왜 세라믹으로 형성되는 바, 이와 같은 물질은 전계에 비례하여 변형되는 특성을 지니고 있다.
따라서, 변형부(230)는 하부 전극(220)과 상부 전극(240) 사이의 전위차에 의해 발생된 전계에 비례하게 변형되어, 액츄에이터(240) 전체를 인가된 전계에 비례하는 소정 각도로 경사지게 한다.
상술한 동작 과정에 의해, 액츄에이터(200)가 소정 각도로 경사진 상태에서, 광원으로부터 입사된 빛은 상부 전극(240)의 표면에서 경사각에 대응하는 소정 각도록 반사된다. 이때, 상부 전극(230)은 알루미늄(Al) 등의 광반사 효율이 좋은 도전체로 구성하여, 공통 전극 및 거울의 역할을 동시에 수행할 것이다.
이와 같이, AMA 모듈(350)을 구성하는 M×N개의 AMA 픽셀 각각은 광원으로부터 입사된 빛을 소정 각도로 반사하므로써, 입력된 화상 데이터에 대응하는 소정 화상을 형성하게 된다.
그러나, 상술한 종래의 박막형 광로 조절 장치에서는, 상술한 소스 구동부(340)를 IC(Intergrated Chip)를 이용하는 바, IC의 피치 간격에 의해 AMA 모듈(350)의 최소 디멘젼(Dimension)이 결정되므로, 고해상도를 구현하기위한 AMA 모듈(350)에 사용이 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, M×N 박막형 광로 조절 장치에 구비되는 M개의 소스 라인별로 구동 신호를 직접 인가할 수 있도록 구성한 박막형 광로 조절 장치의 소스 구동 회로를 제공하는 데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는, M(M은 양의 정수)개의 소오스 라인 및 N(N은 양의 정수)개의 게이트 라인을 구비하는 박막형 광로 조절 장치의 구동 회로에 구비되어, 상기 M개의 소오스 라인에 구동 신호를 제공하기 위한 박막형 광로 조절 장치의 소오스 구동 회로로서, M 비트의 용량을 가지며, 외부로부터 인가되는 스타트 펄스를 좌측 또는 우측의 일방향으로 한비트씩 이동시키는 쉬프트 레지스터; 상기 쉬프트 레지스터에의해 1 비트씩 이동하는 스타트 펄스의 신호 레벨을 기설정된 소정 레벨로 증폭하는 M개의 레벨 쉬프터로 이루어지는 레벨 쉬프트부; 상기 M개의 레벨 쉬프터 각각에서 신호 레벨이 변경된 스타트 펄스가 인가되는 동안 외부로부터 인가된 영상 신호를 N개로 분할하고, 상기 N개로 분할된 영상 신호에 대응하는 소정값을 기설정된 소정 시간동안 유지하는 M개의 샘플 앤 홀드로 이루어지는 샘플 앤 홀드부; 상기 M개의 샘플 앤 홀드 각각에서 N개로 분할된 영상 신호 각각의 초기 시간에 복원 신호를 인가하는 복원부; 상기 M개의 샘플 앤 홀드 각각에서 N개로 샘플링된 영상 신호 및 상기 N개로 샘플링된 영상 신호 각각의 초기 시간에 인가되는 복원 신호를 순차적으로 저장하고, 저장이 완료되면 상기 M개의 샘플 앤 홀드 각각에 대응하는 소오스 라인에 상기 저장완료된 복원 신호 및 영상 신호를 제공하는 M개의 버퍼로 이루어지는 버퍼부를 포함하여 이루어지는 박막형 광로 조절 장치의 소오스 구동회로를 제공한다.
도 1은 일반적인 M×N 박막형 광로 조절 장치의 평면을 도시한 평면도,
도 2는 일반적인 M×N 박막형 광로 조절 장치를 구성하는 단위 픽셀의 단면을 도시한 단면도,
도 3은 종래의 기술에 따른 박막형 광로 조절 장치의 구동 회로를 도시한 블록 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 소스 구동 회로를 도시한 블록 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 구동 기판 110 : 반도체 기판
115 : 드레인 전극 120 : 소오스 전극
125 : 게이트 전극 130 : 필드 산화막
135 : 절연층 140 : 금속층
145 : 보호층 150 : 식각 방지층
160 : 에어 갭 200 : 액츄에이터
210 : 멤브레인 220 : 하부 전극
230 : 변형층 240 : 상부 전극
250 : 스트라이프 260 : 배전홀
270 : 배전체 310 : 시스템 제어부
320 : 공통 전극부 330 : 게이트 구동부
335 : 게이트 패드 340 : 소오스 구동부
345 : 소오스 패드 350 : AMA 모듈
410 : 쉬프트 레지스터 420 : 레벨 쉬프트부
430 : 샘플 앤 홀드부 440 : 복원부
442 : 정전압원 444 : 스위치부
450 : 버퍼부 S(m) : 소오스 라인
본 발명의 장점 및 기타 다른 목적과 장점은 첨부된 도 4를 참조한 하기의 설명에 의해 더욱 명확히 이해될 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 소오스 구동 회로를 도시한 블록 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 소오스 구동 회로는 쉬프트 레지스터(Shift Registor, 410), 레벨 쉬프트부(420), 샘플 앤 홀드부(430), 퍼버부(440), 복원부(450)로 이루어지며, 그 각 구성 부재별 기능은 다음과 같다.
먼저, 쉬프트 레지스터(410)는 박막형 광로 조절 장치의 소스 라인 수(예를 들어, M개(M은 정수))에 대응하는 비트 수의 저장 용량을 가지며, 외부로부터 인가된 스타트 펄스를 클럭 펄스에 대응하여 1 비트씩 이동시키며, 그 스타트 펄스를 레벨 쉬프터부(420)에 구비된 레벨 쉬프터(Level Shifter, 이하 LS라 칭함) 각각에 제공한다.
레벨 쉬프터부(420)는 쉬프트 레지스터(410)의 저장 용량인 M 비트의 각 비트에 대응하는 M개의 레벨 쉬프터(LS)를 구비하며, 그 각각의 레벨 쉬프터(LS)는 쉬프터 레지스터(410)에서 제공되는 스타트 펄스의 신호 레벨을 기설정된 소정 레벨, 즉, 박막형 광로 조절 장치의 구동 전압에 대응하는 전압 레벨로 증폭시킨다.
샘플 앤 홀드부(430)는 레벨 쉬프터부(420)에 구비되는 M개의 레벨 쉬프터(LS) 각각에 대응하는 M개의 샘플 앤 홀드(Sample ＆ Hole, 이하 SH라 칭함)를 구비하며, 그 각각의 샘플 앤 홀드(SH)는 레벨 쉬프트부(420)에서 스타트 펄스의 인가시 외부로부터 인가되는 영상 신호를 AMA 모듈(350)의 게이트 라인수(예를 들어, N(N은 정수))에 대응하는 N개로 분할하며, 각각의 분할된 영상 신호에 대응하는 구동 신호를 기설정된 소정 시간동안 유지한다.
복원부(440)는 정전압원(442)과 M개의 스위치(444)로 이루어지며, 샘플 앤 홀드부(430)에 구비된 M개의 샘플 앤 홀드(430) 각각에서 N개로 샘플링된 영상 신호 각각이 버퍼부(450)에 구비된 M개의 버퍼(B) 각각으로 영상 신호를 제공하기 직전의 일정 시간, 예를들어, 2∼4㎲동안 액츄에이터(200)를 초기 위치로 복원하기 위한 복원 신호를 제공한다. 즉, 복원부(440)에 구비되는 M개의 스위치(SW) 각각은 3단자 스위치로 구성되며, 그 일단이 정전압원(442)과 전기적으로 접속되고, 그 타단이 M개의 샘플 앤 홀드(SH) 각각의 출력단에 전기적으로 접속되며, 나머지 한 단은 버퍼부(450)에 구비되는 M개의 버퍼(B) 각각에 접속된다. 그리고, 시스템 제어부(310)로부터 인가되는 스위칭 제어 신호에 의거하여, M개의 샘플 앤 홀드(SH) 각각에서 출력되는 구동 신호를 M개의 샘플 앤 홀드(SH) 각각에 대응하는 버퍼(B)에 제공하거나 정전압원(442)에서 인가되는 복원 신호를 M개의 버퍼(B) 각각에 인가한다. 이때, 정전압원(442)으로부터 제공되는 복원 신호는 샘플 앤 홀드(SH)로부터 출력되는 구동 신호와는 역전위를 갖는 소정 전압 레벨, 예를 들어, -5V가 될 것이다.
버퍼부(450)는 M개의 스위치(SW) 각각에 대응하는 M개의 버퍼(B)를 구비하며, M개의 스위치 각각의 스위칭에 의해서 정전압원(442)으로부터의 복원신호 및 샘플 앤 홀드(SH)로부터의 구동 신호를 인가받아 순차적으로 저장하고, 그 각 신호에 대한 저장이 완료되면, 그 저장된 복원 신호 및 구동 신호를 M개의 버퍼(B) 각각에 대응하는 소스 라인(S)에 제공한다.
이하, 상술한 기능을 수행하는 구성 부재의 개별적 동작에 의거한, 소오스 구동 회로 전체의 동작 과정에 대해, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 외부로부터 첫 번째 스타트 펄스가 인가되면, 쉬프트 레지스터(410)의 첫 번째 비트는 1로 되고, 나머지 비트는 0이 될 것이다. 이때, 쉬프트 레지스터(410)가 5V의 전압으로 동작한다면, 첫 번째 비트는 5V의 펄스를 전압을 갖을 것이고, 나머지 비트는 0V일 것이다.
한편, 쉬프트 레지스터(410)의 첫 번째 비트에 대응하는 레벨 쉬프터 LS(1)은 쉬프터 레지스터(410)에 인가된 스타트 펄스의 신호 레벨을 박막형 광로 조절 장치의 구동 전압에 대응하는 신호 레벨로 증폭할 것이다. 즉, 박막형 광로 조절 장치의 구동 전압이 17V라면, 레벨 쉬프터 LS(1)은 쉬프트 레지스터(410)의 첫 번째 비트에 인가된 스타트 펄스의 신호 레벨을 5V에서 17V로 증폭한다.
이후, 레벨 쉬프터 LS(1)은 17V로 증폭된 스타트 펄스를 샘플 앤 홀드 SH(1)에 인가한다.
스타트 펄스를 인가받은 샘플 앤 홀드 SH(1)은 외부로부터 인가되는 영상 신호를 샘플링(Sapmling)하여 소오스 라인의 개수에 대응하는 구동 신호로 분할하고, 그 분할된 구동 신호를 홀딩(Holding)한다. 즉, 스타트 펄스가 인가되는 기간에 외부로부터 인가되는 영상 신호를 게이트 라인수(예를 들어, N(N은 정수)개)에 대응하는 N개로 분할하여 샘플링하고, 그 샘플링된 영상 신호를 기설정된 소정 시간동안 유지한다.
한편, 쉬프트 레지스터(410)에 두 번째 클럭이 인가되면, 쉬프트 레지스터(410)는 외부로부터 인가된 스타트 펄스를 두 번째 비트로 이동한다. 즉, 쉬프트 레지스터(410)의 첫 번째 비트는 1에서 0으로 변환되고, 두 번째 비트는 0에서 1로 변환되며, 나머지 비트는 0을 유지한다.
이후, 샘플 앤 홀드 SH(1)은 스타트 펄스가 인가될 때 샘플링한 소정 디지탈 데이터를 유지한 상태에서, 레벨 쉬프터 LS(2), 샘플 앤 홀드 SH(2)는 상술한 레벨 쉬프터 LS(1), 샘플 앤 홀드 SH(1)의 동작을 수행하고, 그에 따라 샘플 앤 홀드 SH(2)는 쉬프트 레지스터(410)의 두 번째 비트에 스타트 펄스가 위치할 때의 샘플링한 영상 신호를 유지하고 있을 것이다.
이후, 쉬프트 레지스터(410)의 m 번째 비트까지 상술한 동작을 반복하고, 그 반복된 동작에 의해 쉬프트 레지스터(410)의 m 번째 비트에 스타트 펄스가 위치할 때의 영상 신호까지 샘플링을 완료한다.
상술한 동작이 완료되면, 시스템 제어부(310)는 복원부(440)에 구비된 M개의 스위치(SW)를 반복적으로 스위칭 제어하여 M개의 샘플 앤 홀드(SH) 각각에서 N개로 샘플링되어 M개의 버퍼(B) 각각에 제공되는 영상 신호 각각의 초기 일정 시간, 예를 들어 2∼4㎲동안에 복원 신호를 인가한다. 즉, 정전압원(442)으로부터 제공되는 소정 전압을 N개로 샘플링된 영상 신호의 초기 일정 시간, 예를 들어, 2∼4㎲ 동안에 M개의 버퍼(B) 각각에 인가한다. 이때, 이전에 인가된 영상 신호에 의거해서 소정 각도록 경사진 M×N개의 AMA 픽셀은 경사지기 이전의 초기 위치로 복원될 것이다.
따라서, 버퍼부(450)에 구비된 M개의 버퍼(B) 각각에는 기설정된 소정 시간, 예를 들어, 2∼4㎲ 동안에는 정전압원으로 부터의 소정 전압, 즉, 복원 신호가 인가되고, 나머지 시간에는 N개로 샘플링된 영상 신호가 인가된다.
버퍼부(450)에 구비된 M개의 버퍼(B) 각각은 M개의 스위치(SW) 각각의 스위칭에 의해서 M개의 샘플 앤 홀드(SH) 각각에서 인가되는 N개로 샘플링된 영상 신호 및 N개로 샘플링된 신호 각각에 대응하여 정전압원(442)에서 제공되는 복원 신호를 순차적으로 저장하고, 저장이 완료되면 M개의 버퍼(B) 각각에 대응하는 소스 라인(S)에 그 복원 신호 및 영상 신호를 제공한다.
이때, M개의 버퍼(B)에서 제공되는 복원 신호 및 영상 신호는 NTSC(National Television System Committee) 방식의 1 화면중 1개의 유효 주사선에 대응하는 52.7μs 분량의 영상 신호 일 것이고, 버퍼(B) 각각에 제공되는 영상 신호는 샘플 앤 홀드부(430)에서 52.7μs 분량의 영상 신호를 N개로 샘플링한 52.7/M μs 분량의 영상 신호에 대한 데이터일 것이다.
본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치를 사용한 소오스 구동 회로를 사용하면, 고해상도용 박막형 광로 조절 장치를 구현 가능하다.

Claims (3)

  1. M(M은 양의 정수)개의 소오스 라인 및 N(N은 양의 정수)개의 게이트 라인을 구비하는 박막형 광로 조절 장치의 구동 회로에 구비되어, 상기 M개의 소오스 라인에 구동 신호를 제공하기 위한 박막형 광로 조절 장치의 소오스 구동 회로로서,
    M 비트의 용량을 가지며, 외부로부터 인가되는 스타트 펄스를 좌측 또는 우측의 일방향으로 한비트씩 이동시키는 쉬프트 레지스터;
    상기 쉬프트 레지스터에의해 1 비트씩 이동하는 스타트 펄스의 신호 레벨을 기설정된 소정 레벨로 증폭하는 M개의 레벨 쉬프터로 이루어지는 레벨 쉬프트부;
    상기 M개의 레벨 쉬프터 각각에서 신호 레벨이 변경된 스타트 펄스가 인가되는 동안 외부로부터 인가된 영상 신호를 N개로 분할하고, 상기 N개로 분할된 영상 신호에 대응하는 소정값을 기설정된 소정 시간동안 유지하는 M개의 샘플 앤 홀드로 이루어지는 샘플 앤 홀드부;
    상기 M개의 샘플 앤 홀드 각각에서 N개로 분할된 영상 신호 각각의 초기 시간에 복원 신호를 인가하는 복원부;
    상기 M개의 샘플 앤 홀드 각각에서 N개로 샘플링된 영상 신호 및 상기 N개로 샘플링된 영상 신호 각각의 초기 시간에 인가되는 복원 신호를 순차적으로 저장하고, 저장이 완료되면 상기 M개의 샘플 앤 홀드 각각에 대응하는 소오스 라인에 상기 저장완료된 복원 신호 및 영상 신호를 제공하는 M개의 버퍼로 이루어지는 버퍼부를 포함하여 이루어지는 박막형 광로 조절 장치의 소오스 구동회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 복원 신호는, 상기 N개로 샘플링된 영상 신호에 대해 역전위를 가지는 소정 전압인 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 소오스 구동회로.
  3. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 상기 복원부는,
    상기 복원 신호를 발생하는 정전압원;
    상기 복원 신호 또는 N개로 샘플링된 신호를 상기 M개의 버퍼 각각에 선택적으로 인가하는 M개의 스위치로 이루어진 스위치부;
    상기 복원 신호를 상기 N개로 샘플링된 영상 신호 각각의 초기 시간에 인가하도록 상기 스위치부를 제어하는 시스템 제어부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 소오스 구동회로.
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