KR100689158B1 - 디지털 마이크로기계 장치의 아날로그 펄스 폭 변조 셀 - Google Patents

디지털 마이크로기계 장치의 아날로그 펄스 폭 변조 셀 Download PDF

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Abstract

프레임 어드레스되는 쌍안정 마이크로미러 어레이와 동작 방법이 제공된다. 화상 픽셀의 원하는 강도를 나타내는 아날로그 입력 신호가 입력(302)에 인가된다. 아날로그 입력 신호에 동기화된 어드레스 신호는, 픽셀 강도 정보를 입력 커패시터(306)에 저장하기 위해, 주어진 마이크로미러 셀의 입력(304)에 인가된다. 비디오 프레임이나 필드 또는, 필드의 프레임의 일부의 각 픽셀에 대한 강도 정보가 적절한 셀의 입력 커패시터(306)에 저장된 후에, 프레임 신호가 입력(308)에 제공되어 커패시터(306)와 커패시터(310) 사이에서 전하를 전달하고, 입력(316)에 인가된 전압이 커패시터(318)를 충전시키도록 트랜지스터(314)를 턴온(turn on)시킨다. 프리차지(pre-charge) 전압은 바이어스된 마이크로미러가 제1 상태에 완전히 편향되도록 선택된다. 램프 전압은 입력(322)에 인가된다. 트랜지스터(324)의 게이트에 인가된 커패시터(310) 양단 전압과, 트랜지스터(324)의 드레인에 인가된 램프 전압 사이의 차이가 트랜지스터(324)를 턴온시키는데 필요한 임계 전압을 초과하면, 트랜지스터(324)는 턴온되고, 커패시터(318) 양단 전압은 입력(322)에 인가된 램프 전압을 따른다. 램프 전압의 범위는, 그 범위에 있는 임의의 램프 전압이 마이크로미러의 편향가능 소자에 인가될 때, 편향가능 소자가 제2 상태를 가정하도록 선택된다.
아날로그 펄스, 마이크로미러, 변조 셀, 편향 소자, 램프 전압, 컬러 디스플레이

Description

디지털 마이크로기계 장치의 아날로그 펄스 폭 변조 셀{ANALOG PULSE WIDTH MODULATION CELL FOR DIGITAL MICROMECHANICAL DEVICE}
도 1은 아날로그 펄스 폭 변조 마이크로미러 셀의 분해 사시도.
도 2는 마이크로미러 어레이의 하나의 마이크로미러 셀에 대한 어드레스 회로 부분의 개략도.
도 3은 도 2의 아날로그 펄스 폭 변조 어드레스 회로의 동작을 도시한 여러 전압 파형의 플로트.
도 4는 아날로그 펄스 폭 변조 마이크로미러의 어레이를 사용하는 순차 컬러 디스플레이 시스템의 개략도.
도 5는 아날로그 펄스 폭 변조 마이크로미러의 3개의 어레이를 사용하는 3-컬러 디스플레이 시스템의 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
104 : 실리콘 기판
110 : 바이어스 전극
114 : 힌지 지지 포스트
118 : 힌지 요크
122 : 스프링 부재
406 : 램프 전압
502 : 신호 분리기
506 : 공간 광 변조기
606 : 컬러 분리 프리즘 어셈블리
616 : 투영 렌즈
614 : 화상면
이하의 특허문헌 및/또는 공동 양도된 특허 출원들은 본원에 참고로서 포함된다.
특허번호 출원일 발행일 제목
5,061,049 1990.9.13 1991.10.29 Spatial Light Modulation and Method
5,583,688 1003.12.21 1006.12.10 Multi-Level Digital Micromirror Device
4,615,595 1984.10.10 1986.10.7 Frame Addressed Spatial Light Modulator
6,147,790 1999.5.13 2000.11.14 Spring-Ring Micromechanical Device
60/173,859 1999.12.30 Color Wheel For A Falling Raster Scan

본 발명은 마이크로기계 장치 분야에 관한 것으로, 특히 쌍안정 마이크로미러(micromirror) 장치를 사용하여 화상 데이터의 아날로그 펄스 폭 변조를 수행할 수 있는 공간적 광 변조기 설계에 관한 것이다.
공간적 광 변조기 설계에서의 주요한 진보는 쌍안정 또는 디지털 모드(mode)로 동작할 수 있는 마이크로미러 장치의 개발이었다. 마이크로미러 장치의 디지털 동작은 디지털 펄스 폭 변조(PWM)의 사용을 가능하게 하고, 아날로그 모드의 빔(beam) 조종 마이크로미러 설계를 어렵게 하는 픽셀과 픽셀 사이의(pixel-to-pixel) 변동에 의존하는 다수의 제조 과정을 없앤다. 아날로그 전압 레벨이 픽셀의 강도를 나타내는 디지털 PWM 동작은 디지털화되며, 그 결과 워드(word)의 각 비트는 그것의 2진 가중치에 비례하는 주기동안 디스플레이 되는데, 이는 화상 데이터를 샘플링하고 처리하는데 필요한 하드웨어와 데이터 전송율의 관점에서 막대한 비용이 든다.
PWM-기반 마이크로미러 디스플레이는 많은 화상 가공물을 생성할 수 있다. 이 가공물은 디스플레이의 디지털 특성에 의해 유발되는 모션(motion) 및 기타 가공물, 마이크로미러와 CRT 전달 함수 사이의 차이에 의해 유발되는 가공물을 포함한다. 모션 가공물은, 많은 데이터 비트 주기를 다중 비트 주기로 전략적으로 분할하기 위해서, 디지털 데이터의 복잡한 프로세싱에 의해 개선된다. 이 때, 상기 다중 비트 주기는 프레임(frame) 디스플레이 주기에 걸쳐 확산된다. 전달 함수 가공물은, 입력 신호에서 감마(gamma) 보상을 제거함으로써 줄어든다.
화상 데이터의 디지털화 및 프로세싱은, 아주 대량의 화상 데이터가 비교적 짧은 프레임 주기 동안에 마이크로미러에 로드되어야만 하는 결과를 가져온다. 고 데이터율이 요구되는 것 이외에, 데이터는 픽셀-직렬, 비트-병렬 포맷에서 픽셀-병렬, 비트-직렬 포맷으로 재포맷되어야 한다. 이 "코너 회전(corner turning)" 기능은 각 디스플레이 주기동안 많은 픽셀에 동일한 가중치의 화상 데이터 비트를 제공한다.
디지털 PWM을 실행하기 위해 필요한 화상 처리 하드웨어와 메모리를 요구하지 않는 디지털 마이크로미러 장치의 시스템과 방법이 요구된다.
목적 및 이점은 명백해지고, 이하에 부분적으로 나타나고, 디지털 마이크로미러 장치의 아날로그 펄스 폭 변조를 위한 방법과 시스템을 제공하는 본 발명에 의해달성될 것이다. 본 발명의 일 실시예는 쌍안정 마이크로미러 어레이를 동작시키는 방법을 제공한다. 상기 방법은, 쌍안정 어레이의 각 셀 내의 어드레스 회로에 데이터 신호를 제공하는 단계를 포함하며, 상기 데이터 신호는 마이크로미러 셀에 의해 형성된 픽셀의 원하는 강도를 나타내고, 이것은 필드 또는 프레임 주기에 대해 통합된 편향가능 미러 소자의 위치의 함수이다. 램프 신호는 상기 각 셀의 어드레스 회로에 제공되며, 상기 데이터 신호와 상기 램프 신호 사이의 차이에 따른 미러 어드레스 신호가 발생된다. 바이어스 신호 또한 어드레스 회로에 제공된다. 바이어스 신호와 미러 어드레스 신호는 미러 소자를, 어드레스 신호가 프리차지 값과 같을 때는 제1 위치로, 어드레스 신호가 램프 전압과 같을 때는 제2 위치로 편향하도록 협력하여 동작한다.
개시된 어드레스 회로와 방법은 최소량의 제어 하드웨어를 요하는 마이크로미러 디스플레이 시스템의 제어를 위한 방법과 시스템을 제공한다. 또한 본 방법은 디지털 펄스 폭 변조의 다양한 형태에 의해 생성된 가공물들을 제거한다. 따라서, 상기 방법과 시스템은 저가의 디스플레이 시스템이 만족할만한 화상을 제공할 수 있게 한다.
본 발명, 및 그 이점의 보다 완벽한 이해를 위해, 이하 첨부 도면을 참조하여 된다.
아날로그 펄스 폭 변조를 사용하여 디지털 마이크로미러 어레이를 동작시킴으로써 저가의 디스플레이 시스템을 가능하게 하는 새로운 변조 기술과 마이크로미러 설계가 개발되어 왔다. 새로운 마이크로미러 설계와 동작 방법은 디지털 PWM에 의해 생성되는 많은 화상 가공물들을 생성하지 않기 때문에, 디지털 PWM 디스플레이 시스템에 사용되는 프로세싱 하드웨어는 가공물들을 개선시킬 필요가 없게 한다. 개시된 마이크로미러 설계는 거의 추가 회로를 필요로 하지 않는 디감마(degamma) 동작을 수행하는 방법을 제공한다.
이하의 설명은 디지털 마이크로미러 장치의 동작에의 응용을 설명하는 관점에서 상기 개시된 발명을 설명하겠지만, 본 발명은 쌍안정 마이크로기계 장치를 사용하여 아날로그 펄스 폭 변조를 수행하는 것이 바람직한 임의의 상황에도 동일하게 적용 가능하다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 본 발명은 쌍안정 마이크로기계 흐름 레귤레이터의 제어에 적용될 때 다수의 동일한 복잡성 문제들을 제거할 수 있다.
일반적인 히든 힌지(hidden hinge) DMD는 DMD 셀들의 직교 어레이이다. 본 어레이는 보통 천개 이상의 DMD 열과 DMD의 행을 포함한다. 도 2는 하나의 DMD 셀의 상부 구조의 분해도이다.
DMD는 반도체(일반적으로 실리콘) 기판(104)에 제조된다. 전기적 어드레스 회로는 표준 집적 회로 프로세스 흐름을 사용하여 반도체 기판(104)의 표면 내에 또는 상에 제조된다. 바이어스를 구동하고 미러 바이어스 전극에 대한 신호를 리셋(reset)하는 전압 구동 회로는 DMD 기판 상에 제조되거나, DMD 외부에 존재할 수도 있다.
실리콘 기판(104) 및 임의의 필요한 금속 상호 접속층들은, 일반적으로 DMD 상부구조가 형성되는 피착된 실리콘 다이옥사이드(dioxide)층인 절연층(106)에 의해 DMD 상부구조로부터 분리된다. 홀 또는 비아들(vias)은, 전자 회로가 기판(104)에 형성된 DMD 상부구조의 전기적 접속을 가능하게 하기 위해, 옥사이드(oxide)층에서 열려 있다.
상부구조의 제1 층은 금속화 층, 일반적으로 제3 금속화 층이고, 따라서 M3이라고 칭해진다. 처움 2개의 금속화 층은 일반적으로 기판에 제조된 회로를 상호 접속시키는데 필요하다. 제3 금속화 층은 절연층 상에 피착되고 미러 바이어스 전극(110)을 형성하도록 패턴화(pattern)된다. 보호 옥사이드 층(106)내의 비아들은, 힌지 지지 포스트들(114)을 지지하는 패드(112)가 기판에 형성된 어드레스 회로와 전기적으로 접촉되게 한다. 힌지 지지 포스트(114)는 토션(torsion) 힌지(116), 힌지 요크(yoke)(118), 미러 지지 포스트(120), 및 미러(102)를 지지한다. 도 1에 도시된 마이크로미러 설계는, 힌지 요크(118)를 둘러싸는 링 형상의 스프링 부재(122)와 미러간의 접촉에 의해, 힌지 요크와 미러의 순환을 중단시키는 스프링-링 설계이다. 이하의 설명이 미러-어드레스된 스프링-링 마이크로미러(mirror-addressed spring-ring micromirror)에 대한 것이지만, 상술된 새로운 특징들은 다른 마이크로미러 설계에 쉽게 이전시킬 수 있다. 또한, 부가 회로로서 논미러(non-mirror) 어드레스된 마이크로미러가 사용될 수 있다.
미러 어드레싱은, 화상 데이터를 나타내는 신호가 미러(102)와 힌지 요크(118)에 인가되며, 차동 바이어스 전압이 하지의 바이어스 전극(110)에 인가된다는 사실을 참조한다. 힌지 요크에 인가되는 미러 바이어스 전압에 따라서, 힌지 요크와 미러는 2개의 바이어스 전극(110) 중 하나 또는 다른 하나를 향해 회전한다. 미러 어드레스된 어레이는 각 미러에 화상 데이터를 제공하고, 각 셀의 2개의 바이어스 전극에 동일한 2개의 바이어스 전압을 인가한다. 논미러 어드레스된 마이크로미러는, 각 셀 내의 미러에 인가되는 단일 공통 바이어스 전압과, 2개의 어드레스 전극의 차동 화상 데이터 신호를 사용한다. 바이어스 전압과 미러 어드레스 전압간의 차이가 충분히 크다면, 미러는 스프링 링에 의해 중단될 때까지 편향할 것이다. 미러 어드레스의 전압 변화는 미러가 편향하는 두 바이어스 전극중 어느 것을 제어한다.
도 2는 개시된 본 발명을 구현하는데 사용되는 어드레스 회로 일부의 실시예의 개략도이다. 도 2에 도시된 어드레스 회로는 단일 마이크로미러 셀과 관련되고, 마이크로미러 또는 다른 편향가능 소자의 위치를 제어하는데 사용되는 전압을 발생시킨다. 도 2에서, 아날로그 입력 신호는 입력(302)에 인가된다. 아날로그 입력 신호는 마이크로미러 셀에 의해 형성되는 화상 픽셀의 원하는 강도를 나타낸다. 아날로그 입력 신호는 일반적으로, 생성되는 화상의 각 픽셀을 순차적으로 나타내는 래스터-주사된(raster-scanned) 신호이다. 아날로그 입력 신호에 동기화된 어드레스 신호는, 픽셀 강도 정보를 입력 커패시터(306)에 저장하기 위해서, 주어진 마이크로미러 셀의 입력(304)에 인가된다.
도 2에 도시된 회로는, 전하 결합 장치(CCD)나, 아날로그 입력 신호의 적당한 부분을 마이크로미러 셀에 제공하는 기타 방법의 다양한 형태를 포함하도록 변형될 수 있다. 예를 들어, 하나의 대안적인 회로는, 래스터 주사 열 주기 동안에 아날로그 입력 신호를 시프트하기 위해서 CCD나 "버킷 브리게이드(bucket-brigade)" 형태의 장치를 사용한다. 수평 리트레이스(retrace) 주기 동안에, CCD 각 셀로부터의 전하는, 화상 데이터를 하나의 열에서 다음의 각 수평 트레이스 주기로 시프트하는 별도의 CCD로 전달된다. 수직 리트레이스 주기 동안에, CCD의 각 셀로부터의 전하는, 커패시터(306)로 전달되거나, 디스플레이의 설계에 따라서 커패시터(310)로 직접 전달된다.
비디오 프레임 또는 필드, 또는 필드의 프레임의 일부 내의 각 픽셀에 대한 강도 정보가 적절한 마이크로미러 셀의 입력 커패시터(306)에 저장된 후, 프레임 신호는 입력(308)에 인가되어 커패시터(306)와 커패시터(310) 사이의 전하의 전달을 가능하게 한다. 커패시터(306, 310)의 상대적 크기는 아래에서 설명되는 것과 같이 지속성을 제공하는데 사용될 수 있다.
입력(308)에 인가된 프레임 신호는 커패시터(306)와 커패시터(310) 사이의 전하의 전달을 가능하게 하기 위해 트랜지스터(312)를 턴온시킬 뿐만 아니라, 트랜지스터(314)도 턴온시킨다. 트랜지스터(314)가 온(on)이면, 입력(316)에 인가된 전압은 커패시터(318)를 충전시킨다. 입력(316)에 인가된 전압은 일반적으로 공급 전압으로서, 마이크로미러 셀에 인가된 바이어스 전압에 따라서, 출력(318)에 의해 구동된 미러의 충분한 편향을 보장하도록 선택된다. 그러므로, 각 프레임 신호는 화상 데이터를 커패시터(310)에 전달하고, 관련된 미러를 제1 상태로 두도록 커패시터(318)의 전하를 리셋한다.
상술된 제1 상태는 마이크로미러가 마이크로미러에 입사한 광을 화상면으로 향하지 않게하는 상태로 가정되어, 어두운 화상 픽셀이 된다. 물론, 본원에 기재된 실시예들의 의도로부터 벗어나지 않고서, 마이크로기계 장치의 동작을 바꾸기 위해서 설명된 신호의 극성과 크기가 바뀔 수 있다. 예를 들어, 미러는 제2 상태에서 시작할 수 있는데, 제2 상태에서는 마이크로미러에 입사된 광이 화상면으로 향하게 된다.
편향가능 마이크로미러 소자의 위치가 커패시터(318)에 공급 전압을 인가함으로써 초기화된 후에, 입력(308)에 인가된 프레임 신호는 트랜지스터(312, 314)를 턴오프시키고, 램프 전압이 입력(322)에 인가된다. 입력(322)에 인가된 램프 전압이 초기 레벨(일반적으로 1 볼트(volt))로부터 감소되면, 트랜지스터(324)의 게이트에 인가된 커패시터(310) 양단의 전압과 트랜지스터(324)의 드레인에 인가된 램프 전압 간의 차이는 트랜지스터(324)를 턴온시키는데 요구되는 임계 전압을 초과할 것이다. 트랜지스터(324)가 턴온되면, 커패시터(318) 양단 전압은 입력(322)에 인가된 램프 전압을 따를 것이다. 램프 전압의 범위는, 그 범위 내의 임의의 램프 전압이 마이크로미러(미러 어드레싱)의 편향가능 소자로 인가될 때 편향가능 소자가 제2 상태를 가정하도록 선택된다.
다른 실시예들은 커패시터(310) 양단 전압과 램프 전압을 비교하고, 그 비교의 결과에 따라 미러 전압을 구동하는 비교기를 제공한다. 그러나, 이러한 다른 실시예는 더 많은 회로를 필요로 하기 때문에 더 높은 집적 밀도가 요구된다.
램프 전압은 간결함을 위해 선형 램프로서 설명되고 도시되지만, 램프 전압은 일반적으로, 아날로그 입력 신호로부터 감마 프로세싱 효과를 제거하도록 선택되는 비선형 램프라는 것을 이해해야 한다. 감마 프로세싱은 음극선관(CRT)의 비선형 응답을 보상하기 위해서, 아날로그 입력 신호에 인가된다. CRT 이외의 디스플레이 장치를 사용할 때, 감마 프로세싱은 부정확한 강도 전달 함수를 초래하고, 화상 품질을 떨어뜨린다. 따라서, CRT용으로 발생된 비디오 신호를 디스플레이하기 위해 상술된 시스템을 사용하는 경우, 비선형 램프 전압을 사용하여 디스플레이의 전달 함수를 변경해야 한다.
도 3은 상술된 동작들 동안의 소자의 전압 파형의 플로트이다. t0 에서, 입력(308)의 프레임 신호(402)는 액티브로 되어, 커패시터(310) 양단 데이터 전압(404)을 저장하고, 커패시터(318)를 프리차지한다. t1 에서, 프레임 신호(402)가 중단되고, 램프 전압(406)은 떨어지기 시작한다. 램프 전압(406)과 데이터 전압(404) 사이의 차이는, t2 에서 트랜지스터(324)의 턴온 임계값을 초과하여 미러 어드레스 전압(408)을 프리차지 전압에서 램프 전압으로 떨어뜨린다. 미러 어드레스 전압이 프리차지 전압에서 램프 전압으로 변할 때, 미러는 상태를 바꾸어 파형(410)에 도시된 바와 같은 픽셀을 턴온시킨다. 전압 램프의 종료시, 프레임 신호(402)는 액티브로 되어 커패시터(310)에 새로운 데이터 전압(404)을 저장하고, 사이클(cycle)을 다시 시작한다.
미러 어드레스 전압이 프리차지 전압에서 램프 전압으로 바뀌자마자 미러가 상태를 이상적으로 바꾸지만, 실제로 이것은 보장하기 매우 어려운 일이다. 미러는 두 가지 이유 때문에 상태를 바꾸지 않을 것이다. 첫번째로, 미러와 바이어스 전극 사이의 정전인력은, 그들 사이의 거리가 감소됨에 따라 지수적으로 증가하기 때문에, 미러와, 미러가 그 방향으로 회전하는 바이어스 전극 사이의 미소한 전압 차이가, 미러와 반대쪽 바이어스 전극 사이의 더 큰 전압 차이보다 더 큰 힘을 발생시킬 수 있다. 두번째로, 미러와 랜딩 스톱(landing stop)(보통 스틱션(stiction)이라고 불려짐) 사이의 접촉점에서의 인력은 미러와 반대쪽 전극 사이의 정전인력을 능가할 수 있다.
세 가지 동작은, 어드레스 전압이 바뀐 직후 미러가 상태들을 바꾸는 것을 보장하도록 돕는다. 첫번째로, 미러를 래치(latch)하는데 필요한 최소의 힘을 제공하도록 미러를 제어하는데 사용되는 바이어스 전압이 선택된다. 두번째로, 토션 힌지가 미러를 중립 위치 뒤로 회전하기 시작하게 하기 위해, 주기적으로 바이어스 전극에 인가되는 바이어스 전압이 제거된다. 바이어스가 재인가됨에 따라, 미러와 각 바이어스 전극 사이의 전압차이는 미러를 적절히 배치시킨다. 바이어스 전압이 제고된 횟수가 증가하면, 부적절하게 배치된 미러 - 바이어스가 제거되기 전에 상태를 바꿔야만 하는 미러 - 들이 급속히 재배치될 뿐만 아니라, 적절히 배치된 미러들이 랜딩 스톱으로부터 떨어져 나가게 하는 것이 보장된다. 바이어스 전압은 일반적으로 각 프레임마다 256번씩 제거된다. 화상 강도가 증가함에 따라, 미세한 강도의 차이를 검출하는 눈의 능력은 감소하기 때문에, 바이어스 전압 제거 주기의 횟수와 타이밍은 필요한 제거 주기의 수를 최소화하도록 선택될 수 있다.
제3 동작은, 어떤 미러도 랜딩 전극들에 고착되지 않는 것을 보장하기 위해 리셋 전압 파형을 주기적으로 사용하는 것이다. 리셋 전압 펄스의 사용은 본 기술에서 잘 알려져 있다. 임의 수의 리셋 주기가 사용될 수 있지만, 일반적으로 디스플레이 주기 전체에 펼쳐진 8개의 리셋 주기가 허용가능 레벨에 고착된 미러들의 효과를 줄일 수 있다.
지금까지 아날로그 펄스 폭 변조 방법의 설명은, 전체적인 마이크로미러 어레이가 동일한 전압 램프와 어드레스 신호를 보도록 단일 전압 램프의 사용을 기술하였지만, 어레이는 독립적으로 동작하는 다중 세그먼트로 용이하게 분할될 수 있다. 이 특징은, 본원에 개시된 어레이와 변조 방법이 인터레이스되거나 점진적으로 주사된 입력 신호들의 취급에 이상적으로 적합하게 한다. 인터레이스(interlace) 신호를 수신할 때, 데이터는 짝수 열과 같이 교호하는 열로 로드된다. 전압 램프가 짝수 열에 인가됨에 따라, 새로운 데이터가 수신되어 홀수 열로 로드된다. 다음에, 홀수 열이 전압 램프를 수신하면, 데이터의 제3 필드는 짝수 열로 로드된다.
어레이를 두개의 별도의 인터리브(interleave)된 어레이들로서 동작시키면, 인터레이스 신호를 수신할 때, 적절한 화상을 생성하는 반면, 제2 동작 모드는 CRT에 의해 제공된 지속성을 더 좋게 에뮬레이트한다. 도 3으로 돌아가면, 어드레스 입력(304)은 인터레이스 신호를 수신할 때, 교호하는 열에 인가된다. 프레임 신호는 각 필드 주기의 모든 행에 있는 트랜지스터(312)에 인가된다. 트랜지스터(312)를 턴온시키면, 커패시터(306)에 저장된 전하가 커패시터(310)와 함께 공유된다. 커패시터(310)에 초기 전하가 전혀 없다고 가정하면, 픽셀은 커패시터(310)상에 더 큰 전하를 갖고 있기 때문에, 어드레스 신호가 입력(304)에 인가된 후의 제1 필드 동안에, 더 강한 화상 픽셀을 형성한다. 전하는 후속 필드마다 감쇠한다. 감쇠 비율은 커패시터(306)와 커패시터(310)의 상대적 크기에 따라 결정된다. 스텝 응답은 다음과 같다.
U(n)=V(1-an )
여기서, a=C310/(C306+C310)이다. 열잡음은 커패시터(310)의 최소값이 약 4fF일 것을 요구한다. 장치가 커패시터로부터의 매우 작은 누설 전류에도 매우 민감하기 때문에, 마이크로미러 장치의 상부구조는 포토캐리어가 마이크로미러 장치에 입사하는 광에 의해 발생되는 것을 막기 위해 전용 차광을 필요로 한다.
도 4는 아날로그 펄스 폭 변조 마이크로미러 장치를 사용하는 순차적 컬러 디스플레이 시스템의 개략도이다. 도 4에서, 비디오 신호가 수신되어, 신호 분리기(502)에 의해 삼원색들 각각을 나타내는 단색 신호로 분리된다. 다음, 세 가지 단색 신호는 메모리(504)에 의해 저장된다. 단색 신호들은 메모리(504) 각각의 프레임으로부터 순차적으로 판독되고, 공간 광 변조기(506)로 로드되는데, 여기서 단색 신호들은 상술된 아날로그 펄스 폭 변조 동작을 제어한다.
하나의 컬러 프레임이 끝나면, 다음 순서의 프레임이 시작된다. 그래서, 비디오가 래스터 주사로 로드되면, 프레임은 각 픽셀에 대해 서로 다른 시간에서 시작한다. 상부 좌측(top left) 픽셀에 대한 시작 프레임 시간이 먼저 시작하고, 하부 우측(bottom right) 픽셀 프레임 시간의 시작은, 어레이를 통해 데이터를 주사하는 시간 길이(약 한 프레임 시간 후)만큼 지연된다. 어레이의 상부에서 사용되는 램프는 어레이의 하부에서의 램프의 시작 전의 프레임 시간에 가깝게 시작해야만 한다. 이 조건은 특히 단일 DMD 프레임 순차 시스템에서 문제가 된다. 도 2에 도시된 회로는, 이전 프레임으로부터의 잔여 전하가 커패시터(310)에 저장되지 않도록 변경되어야 한다. 이것은 도 2a에 도시된 바와 같이, 트랜지스터(312)와 커패시터(310)를 제거하고 트랜지스터(324)의 게이트를 커패시터(306)와 트랜지스터(326)의 드레인에 접속함으로써 수행될 수 있다.
DMD는 각 스트립(strip)에 대한 램프 발생기를 갖는 픽셀들의 수평 스트립들로 분할된다. 열 개의 스트립이 사용된다면, 90%의 데이터 로딩 효율과 프레임 효율이 가능해진다.
새로운 프레임이 어레이 아래로 진행하면, 후속 컬러 프레임의 새로운 비디오가 디스플레이된다. 따라서, 어레이 상에는 적어도 2개의 컬러가 존재할 것이다. 이것은 DMD에서 한번에 하나 이상의 컬러를 만들 수 있는 특별 컬러 휠(wheel)을 필요로 한다. 이러한 컬러 휠은, 본원에 참조로서 포함된 미국 특허 출원 번호 60/173,859의 "하강 래스터 주사용 컬러 휠(Color Wheel for a Falling Raster Scan)"에서 알 수 있다.
도 5는 상술된 아날로그 펄스 폭 변조 방법을 사용하는 3개의 변조기 디스플레이 시스템의 개략도이다. 도 5에서, 소스로부터 나온 광은 TIR 프리즘(prism) 어셈블리(604)에 입사하여, 컬러 분리 프리즘 어셈블리(606)로 반사된다. 컬러 분리 프리즘 어셈블리(606)의 특정 면들 상의 다이크로익(dichroic) 필터들은 백색 광을 삼원색 광빔들로 분리한다. 각각의 주요 컬러 광빔은 세 개의 공간 광 변조기(608, 610, 612) 중 하나로 향한다.
신호 분리기(602)는 비디오 신호를 수신하고, 그 비디오 신호를 세 개의 별도의 주요 컬러 비디오 신호로 분리한다. 각각의 주요 컬러 비디오 신호는 공간 광 변조기들 중 하나를 동시에 제어하여 공간 광 변조기로 입사하는 주요 컬러 광빔을 변조한다. 변조된 주요 컬러 광빔은 컬러 분리 프리즘 어셈블리에 의해 재결합되고, 재결합된 변조 광빔은 TIR 프리즘 어셈블리를 통해 통과하고, 투영 렌즈(616)에 의해 화상면(614) 상에 집속된다.
지금까지 아날로그 펄스 폭 변조 마이크로미러 장치와 동작 방법에 대한 특정한 실시예가 개시되었지만, 이런 특정한 참조는 이하의 청구항에 개시된 것을 제외하고는 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되어서는 안된다. 또한, 본 발명은 특정 실시예에 연관해서 설명된 것이고, 다른 변형들도 당업자들에게 암시될 수 있으며, 그러한 모든 변경은 첨부된 청구항들의 범위 내에서 있도록 의도된다.
본 발명에 따르면 최소의 제어 하드웨어를 요하는 마이크로미러 디스플레이 시스템의 제어를 위한 방법과 시스템을 제공하는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 어드레스 회로 및 편향가능 미러 소자(deflectable mirror element)로 구성되는 적어도 하나의 셀을 포함하는 쌍안정 마이크로미러 어레이(bistable micromirror array)를 동작시키는 방법으로서,
    상기 각 셀 내의 상기 어드레스 회로에, 상기 편향가능 미러 소자의 원하는 통합된 위치를 나타내는 데이터 신호를 제공하는 단계;
    상기 각 셀 내의 상기 어드레스 회로에 램프 신호(ramp signal)를 제공하는 단계;
    상기 데이터 신호와 상기 램프 신호 사이의 차이에 따라 미러 어드레스 신호를 발생하는 단계; 및
    상기 어드레스 회로에 바이어스 신호를 제공하는 단계
    를 포함하고,
    상기 미러 어드레스 신호는 상기 차이가 소정의 임계값을 초과할 때 제1 상태를 가지고, 상기 차이가 상기 소정의 임계값을 초과하지 않을 때 제2 상태를 가지며,
    상기 바이어스 신호는 상기 어드레스 신호가 상기 제1 상태에 있을 때는 상기 미러 소자를 제1 위치로 편향시키고, 상기 어드레스 신호가 상기 제2 상태에 있을 때는 제2 위치로 편향시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 어드레스 회로에 데이터 신호를 제공하는 단계는, 아날로그 입력 전압을 나타내는 전하를 커패시터 상에 저장하는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 어드레스 회로에 데이터 신호를 제공하는 단계는, 각 비디오 프레임에 한번씩 아날로그 입력 전압을 나타내는 전하를 상기 어레이의 각 셀의 커패시터 상에 저장하는 단계를 더 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 어드레스 회로에 데이터 신호를 제공하는 단계는, 각 비디오 필드에 한번씩 커패시터 상의 아날로그 입력 전압을 나타내는 전하를 상기 어레이의 교호하는 열(row)들의 각 셀에 저장하는 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 어드레스 회로에 데이터 신호를 제공하는 단계는,
    아날로그 입력 전압을 나타내는 전하를 제1 커패시터 상에 저장하는 단계; 및
    프레임 신호의 활성화시 제2 커패시터에 상기 전하의 일부를 전달하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전달 단계는 각 비디오 프레임에 한번씩 발생하는 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 전달 단계는 각 비디오 필드에 한번씩 발생하는 방법.
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