KR101813147B1 - 홀로그래픽 표시 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents
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Abstract
홀로그래픽 표시 장치는 광을 출사하는 광원부, 게이트 라인 및 데이터 라인과 연결된 화소를 포함하며, 상기 광원부에서 출사된 광을 변조하여 홀로그램 영상을 출력하는 공간 광 변조기, 및 상기 공간 광 변조기를 제어하는 공간 광 변조기 제어부를 포함하고, 상기 공간 광 변조기 제어부는 신호 라인에 데이터 전압을 제공하는 데이터 구동부, 상기 신호 라인과 연결되며 순차적으로 턴-온되는 복수의 스위칭 소자들을 포함하고, 상기 복수의 스위칭 소자들 중 턴-온 된 스위칭 소자를 통해 전달 라인에 상기 데이터 전압을 전달하는 디먹스 부, 및 상기 전달 라인과 상기 데이터 라인 사이에 연결되며, 상기 전달 라인으로부터 상기 데이터 라인으로 흐르는 전류를 통과시키고, 상기 데이터 라인으로부터 상기 전달 라인으로 흐르는 전류를 차단하는 제1 소자를 포함한다.
Description
본 발명은 홀로그래픽 표시 장치 및 그 구동 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스위칭 에러가 감소된 홀로그래픽 표시 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
최근, 입체(3차원) 영상과 영상 재생 기술에 대한 연구들이 개발되고 있다. 기존의 2차원 영상 시스템은 평면 영상을 제공하지만, 3차원 영상 시스템은 물체가 가지고 있는 실제 영상 정보를 관찰자에게 보여주는 영상 구현 기술이다.
홀로그램 영상 구현을 위한 공간 광 변조기(SLM, Spatial Light Modulator)는 실리콘 기판 또는 글라스 기판 등을 이용하여 제작할 수 있다. 최근 요구되는 홀로그램 영상의 이미지의 크기가 커짐에 따라 글라스 기판을 이용하여 공간 광 변조기를 제작하는 기술 개발이 이루어지고 있다. 또한, 시야각이 넓은 홀로그램 영상을 획득하기 위해서 공간 광 변조기의 화소간 피치가 점차 감소될 수 있다.
시야각 확보를 위해 화소간 피치가 점차 감소됨에 따라 드라이버 구동칩을 공간 광 변조기의 기판에 직접 부착하는 COG 공정이 가능한 패드간 피치(예컨대, 12um)보다 화소간 피치(예컨대, 5um)가 더 작아질 수 있다. 이 경우, COG 공정을 진행하는 것이 어려워질 수 있다.
드라이버 구동칩이 부착 가능한 패드간 피치를 확보하기 위해, 공간 광 변조기에 스위칭 소자를 집적하여 공간 광 변조기를 시분할 구동하는 방법이 이용될 수 있다. 시분할 구동에 사용되는 스위칭 소자의 저항을 줄이기 위해 스위칭 소자 내의 채널 폭을 증가시킬 수 있다. 스위칭 소자 내의 채널 폭이 증가됨에 따라, 스위칭 소자의 게이트 전극과 소스 전극 사이, 및 게이트 전극과 드레인 전극 사이의 기생 부하의 크기가 커질 수 있다. 스위칭 소자의 기생 부하는 공간 광 변조기의 크기와 해상도에 따라 결정되는 데이터 라인의 기생 부하의 크기 비율에 따라 정확한 데이터 전압의 전달을 방해하는 스위칭 에러 발생의 원인이 될 수 있다.
따라서, 글라스 기판 상에 제작되는 공간 광 변조기에는 시분할 구동을 위한 스위칭 소자뿐만 아니라, 정확한 데이터 전압의 전달을 위해 스위칭 에러를 감소시킬 수 있는 기술적 수단이 필요하다.
홀로그램 영상 구현을 위한 공간 광 변조기(SLM, Spatial Light Modulator)는 실리콘 기판 또는 글라스 기판 등을 이용하여 제작할 수 있다. 최근 요구되는 홀로그램 영상의 이미지의 크기가 커짐에 따라 글라스 기판을 이용하여 공간 광 변조기를 제작하는 기술 개발이 이루어지고 있다. 또한, 시야각이 넓은 홀로그램 영상을 획득하기 위해서 공간 광 변조기의 화소간 피치가 점차 감소될 수 있다.
시야각 확보를 위해 화소간 피치가 점차 감소됨에 따라 드라이버 구동칩을 공간 광 변조기의 기판에 직접 부착하는 COG 공정이 가능한 패드간 피치(예컨대, 12um)보다 화소간 피치(예컨대, 5um)가 더 작아질 수 있다. 이 경우, COG 공정을 진행하는 것이 어려워질 수 있다.
드라이버 구동칩이 부착 가능한 패드간 피치를 확보하기 위해, 공간 광 변조기에 스위칭 소자를 집적하여 공간 광 변조기를 시분할 구동하는 방법이 이용될 수 있다. 시분할 구동에 사용되는 스위칭 소자의 저항을 줄이기 위해 스위칭 소자 내의 채널 폭을 증가시킬 수 있다. 스위칭 소자 내의 채널 폭이 증가됨에 따라, 스위칭 소자의 게이트 전극과 소스 전극 사이, 및 게이트 전극과 드레인 전극 사이의 기생 부하의 크기가 커질 수 있다. 스위칭 소자의 기생 부하는 공간 광 변조기의 크기와 해상도에 따라 결정되는 데이터 라인의 기생 부하의 크기 비율에 따라 정확한 데이터 전압의 전달을 방해하는 스위칭 에러 발생의 원인이 될 수 있다.
따라서, 글라스 기판 상에 제작되는 공간 광 변조기에는 시분할 구동을 위한 스위칭 소자뿐만 아니라, 정확한 데이터 전압의 전달을 위해 스위칭 에러를 감소시킬 수 있는 기술적 수단이 필요하다.
본 발명의 목적은 표시 품질이 향상된 홀로그래픽 표시 장치 및 그 구동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 홀로그래픽 표시 장치는, 광을 출사하는 광원부, 게이트 라인 및 데이터 라인과 연결된 화소를 포함하며, 상기 광원부에서 출사된 광을 변조하여 홀로그램 영상을 출력하는 공간 광 변조기, 및 상기 공간 광 변조기를 제어하는 공간 광 변조기 제어부를 포함할 수 있다. 상기 공간 광 변조기 제어부는 신호 라인에 데이터 전압을 제공하는 데이터 구동부, 상기 신호 라인과 연결되며 순차적으로 턴-온되는 복수의 스위칭 소자들을 포함하고, 상기 복수의 스위칭 소자들 중 턴-온 된 스위칭 소자를 통해 전달 라인에 상기 데이터 전압을 전달하는 디먹스 부, 및 상기 전달 라인과 상기 데이터 라인 사이에 연결되며, 상기 전달 라인으로부터 상기 데이터 라인으로 흐르는 전류를 통과시키고, 상기 데이터 라인으로부터 상기 전달 라인으로 흐르는 전류를 차단하는 제1 소자를 포함할 수 있다.
상기 제1 소자는 다이오드 커넥티드 트랜지스터일 수 있다.
상기 제1 소자는 상기 전달 라인에 연결된 제어 단자, 상기 전달 라인에 연결된 제1 단자, 및 상기 데이터 라인에 연결된 제2 단자를 포함할 수 있다.
상기 제1 소자는 상기 전달 라인의 전압 레벨이 상기 데이터 라인의 전압 레벨보다 높은 경우, 상기 전달 라인으로부터 상기 데이터 라인으로 상기 데이터 전압을 전달할 수 있다.
상기 제1 소자는 상기 전달 라인의 전압 레벨이 상기 데이터 라인의 전압 레벨보다 낮은 경우, 상기 데이터 라인으로부터 상기 전달 라인으로 흐르는 전류를 차단할 수 있다.
상기 공간 광 변조기 제어부는 초기화 전압 신호가 인가되는 초기화 단자와 상기 데이터 라인 사이에 연결되어, 상기 데이터 라인으로부터 상기 초기화 단자로 흐르는 전류를 통과시키고, 상기 초기화 단자로부터 상기 데이터 라인으로 흐르는 전류를 차단하는 제2 소자를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 소자는 다이오드 커넥티드 트랜지스터일 수 있다.
상기 제2 소자는 상기 데이터 라인에 연결된 제어 단자, 상기 데이터 라인에 연결된 제1 단자, 및 상기 초기화 단자와 연결된 제2 단자를 포함할 수 있다.
상기 제2 소자는 상기 데이터 라인의 전압 레벨이 상기 초기화 단자로 입력된 상기 초기화 전압 신호의 레벨보다 높은 경우, 상기 데이터 라인으로부터 전하를 방전시켜 상기 데이터 라인을 초기화할 수 있다.
상기 초기화 전압 신호는 상기 데이터 전압의 최대 레벨보다 높은 하이 레벨 구간, 및 상기 데이터 전압의 최소 레벨보다 낮은 로우 레벨 구간을 갖고, 상기 로우 레벨의 상기 초기화 전압 신호가 입력되는 동안, 상기 데이터 라인이 초기화될 수 있다.
상기 하이 레벨의 상기 초기화 전압 신호가 입력되는 동안, 상기 제2 소자는 상기 초기화 단자로부터 상기 데이터 라인으로 흐르는 전류를 차단할 수 있다.
상기 공간 광 변조기는 반사형 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 표시 장치 구동 방법은 게이트 라인 및 데이터 라인과 연결된 화소를 포함하며 홀로그램 영상을 출력하는 공간 광 변조기의 상기 게이트 라인에 게이트 신호를 인가하는 단계, 턴-온 및 턴-오프 상태로 반복적으로 동작하는 스위칭 소자를 통해 상기 스위칭 소자가 턴-온 상태로 동작하는 동안 상기 스위칭 소자와 전기적으로 연결된 전달 라인에 제1 데이터 전압을 전달하는 단계, 상기 스위칭 소자가 턴-온 상태로 동작하는 동안 상기 제1 데이터 전압을 상기 전달 라인으로부터 상기 데이터 라인으로 전달하는 단계, 및 상기 스위칭 소자가 턴-오프 상태로 동작하는 동안 상기 데이터 라인으로부터 상기 전달 라인으로 흐르는 전류를 차단하는 단계를 포함할 수 있다.
홀로그래픽 표시 장치 구동 방법은 상기 제1 데이터 전압이 충전된 상기 데이터 라인을 초기화하는 단계, 상기 데이터 라인을 초기화한 후 턴-온된 상기 스위칭 소자를 통해 상기 전달 라인에 제2 데이터 전압을 전달하는 단계, 및 상기 스위칭 소자가 턴-온 상태로 동작하는 동안 상기 제2 데이터 전압을 상기 전달 라인으로부터 상기 데이터 라인으로 전달하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 데이터 전압의 전압 레벨은 상기 제2 데이터 전압의 전압 레벨보다 높을 수 있다.
상기 제1 데이터 전압은 정극성의 데이터 전압이고, 상기 제2 데이터 전압은 부극성의 데이터 전압일 수 있다.
상기 데이터 라인을 초기화하는 단계는, 상기 게이트 신호가 인가되지 않는 동안, 상기 데이터 라인에 충전된 전하를 방전시켜 상기 데이터 라인을 초기화하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 데이터 라인을 초기화하는 단계는, 상기 데이터 라인을 상기 제1 데이터 전압 및 상기 제2 데이터 전압 각각의 최소값보다 낮은 레벨의 전압을 갖도록 초기화할 수 있다.
상기 제1 소자는 다이오드 커넥티드 트랜지스터일 수 있다.
상기 제1 소자는 상기 전달 라인에 연결된 제어 단자, 상기 전달 라인에 연결된 제1 단자, 및 상기 데이터 라인에 연결된 제2 단자를 포함할 수 있다.
상기 제1 소자는 상기 전달 라인의 전압 레벨이 상기 데이터 라인의 전압 레벨보다 높은 경우, 상기 전달 라인으로부터 상기 데이터 라인으로 상기 데이터 전압을 전달할 수 있다.
상기 제1 소자는 상기 전달 라인의 전압 레벨이 상기 데이터 라인의 전압 레벨보다 낮은 경우, 상기 데이터 라인으로부터 상기 전달 라인으로 흐르는 전류를 차단할 수 있다.
상기 공간 광 변조기 제어부는 초기화 전압 신호가 인가되는 초기화 단자와 상기 데이터 라인 사이에 연결되어, 상기 데이터 라인으로부터 상기 초기화 단자로 흐르는 전류를 통과시키고, 상기 초기화 단자로부터 상기 데이터 라인으로 흐르는 전류를 차단하는 제2 소자를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 소자는 다이오드 커넥티드 트랜지스터일 수 있다.
상기 제2 소자는 상기 데이터 라인에 연결된 제어 단자, 상기 데이터 라인에 연결된 제1 단자, 및 상기 초기화 단자와 연결된 제2 단자를 포함할 수 있다.
상기 제2 소자는 상기 데이터 라인의 전압 레벨이 상기 초기화 단자로 입력된 상기 초기화 전압 신호의 레벨보다 높은 경우, 상기 데이터 라인으로부터 전하를 방전시켜 상기 데이터 라인을 초기화할 수 있다.
상기 초기화 전압 신호는 상기 데이터 전압의 최대 레벨보다 높은 하이 레벨 구간, 및 상기 데이터 전압의 최소 레벨보다 낮은 로우 레벨 구간을 갖고, 상기 로우 레벨의 상기 초기화 전압 신호가 입력되는 동안, 상기 데이터 라인이 초기화될 수 있다.
상기 하이 레벨의 상기 초기화 전압 신호가 입력되는 동안, 상기 제2 소자는 상기 초기화 단자로부터 상기 데이터 라인으로 흐르는 전류를 차단할 수 있다.
상기 공간 광 변조기는 반사형 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 표시 장치 구동 방법은 게이트 라인 및 데이터 라인과 연결된 화소를 포함하며 홀로그램 영상을 출력하는 공간 광 변조기의 상기 게이트 라인에 게이트 신호를 인가하는 단계, 턴-온 및 턴-오프 상태로 반복적으로 동작하는 스위칭 소자를 통해 상기 스위칭 소자가 턴-온 상태로 동작하는 동안 상기 스위칭 소자와 전기적으로 연결된 전달 라인에 제1 데이터 전압을 전달하는 단계, 상기 스위칭 소자가 턴-온 상태로 동작하는 동안 상기 제1 데이터 전압을 상기 전달 라인으로부터 상기 데이터 라인으로 전달하는 단계, 및 상기 스위칭 소자가 턴-오프 상태로 동작하는 동안 상기 데이터 라인으로부터 상기 전달 라인으로 흐르는 전류를 차단하는 단계를 포함할 수 있다.
홀로그래픽 표시 장치 구동 방법은 상기 제1 데이터 전압이 충전된 상기 데이터 라인을 초기화하는 단계, 상기 데이터 라인을 초기화한 후 턴-온된 상기 스위칭 소자를 통해 상기 전달 라인에 제2 데이터 전압을 전달하는 단계, 및 상기 스위칭 소자가 턴-온 상태로 동작하는 동안 상기 제2 데이터 전압을 상기 전달 라인으로부터 상기 데이터 라인으로 전달하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 데이터 전압의 전압 레벨은 상기 제2 데이터 전압의 전압 레벨보다 높을 수 있다.
상기 제1 데이터 전압은 정극성의 데이터 전압이고, 상기 제2 데이터 전압은 부극성의 데이터 전압일 수 있다.
상기 데이터 라인을 초기화하는 단계는, 상기 게이트 신호가 인가되지 않는 동안, 상기 데이터 라인에 충전된 전하를 방전시켜 상기 데이터 라인을 초기화하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 데이터 라인을 초기화하는 단계는, 상기 데이터 라인을 상기 제1 데이터 전압 및 상기 제2 데이터 전압 각각의 최소값보다 낮은 레벨의 전압을 갖도록 초기화할 수 있다.
본 발명의 홀로그래픽 표시 장치 및 그 구동 방법에 의하면, 제1 소자는 데이터 라인으로부터 스위칭 소자로 흐르는 전류를 차단할 수 있다. 따라서, 스위칭 소자의 기생 부하에 의한 데이터 전압의 왜곡이 감소될 수 있다. 또한, 제2 소자를 이용하여 데이터 라인을 주기적으로 초기화할 수 있다. 따라서, 서로 다른 극성을 갖는 전압으로 공간 광 변조기를 구동하여 액정이 열화되는 현상이 방지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 영상을 표시할 수 있는 홀로그래픽 표시 장치에 대한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 영상을 표시할 수 있는 홀로그래픽 표시 장치에 대한 개략도이다.
도 3은 도 2에 도시된 공간 광 변조기의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래픽 표시 장치의 블록도이다.
도 5는 도 4에 도시된 디먹스 부, 스위칭 제어부, 및 공간 광 변조기의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 화소들의 구동을 설명하기 위한 신호 타이밍도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 영상을 표시할 수 있는 홀로그래픽 표시 장치에 대한 개략도이다.
도 3은 도 2에 도시된 공간 광 변조기의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래픽 표시 장치의 블록도이다.
도 5는 도 4에 도시된 디먹스 부, 스위칭 제어부, 및 공간 광 변조기의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 화소들의 구동을 설명하기 위한 신호 타이밍도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 영상을 표시할 수 있는 홀로그래픽 표시 장치에 대한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 투과형 홀로그래픽 표시 장치(100a)는 광원부(100), 제1 광학계(200), 공간 광 변조기(300a), 및 제2 광학계(400)를 포함할 수 있다.
광원부(100)는 광을 출사한다. 광원부(100)는 가간섭성(coherent) 특성을 갖는 레이저 광을 발생시키는 레이저 광원 또는 LED 광원일 수 있다.
제1 광학계(200)는 광원부(100)에서 출사된 광을 공간 광 변조기(300a)에 제공한다. 제1 광학계(200)는 광원부(100)에서 출사된 광을 공간 광 변조기(300a)의 전면에 고르게 출사하는 기능을 수행한다.
제1 광학계(200)는 집속 렌즈(210), 필터(220), 및 확장 렌즈(230)를 포함할 수 있다. 집속 렌즈(210)를 통과한 광은 필터(220)의 핀홀(HL)을 통과할 수 있다. 필터(220)의 핀홀(HL)을 통과한 광은 확장 렌즈(230)를 통과하여 직경이 증가되고, 공간 광 변조기(300a)의 전면에 고르게 입사될 수 있다. 집속 렌즈(210), 필터(220), 및 확장 렌즈(230) 사이의 거리는 적절히 조절될 수 있다.
공간 광 변조기(300a)는 입사된 광을 변조하여 홀로그램 영상(IMG)을 표시할 수 있다. 공간 광 변조기(300a)는 입사된 광을 투과시키면서 위상 및 진폭을 변조하여 정지된 홀로그램 영상(IMG)을 표시할 수 있다.
제2 광학계(400)는 공간 광 변조기(300a)를 통과한 광을 사용자의 위치에 집속한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 영상을 표시할 수 있는 홀로그래픽 표시 장치에 대한 개략도이고, 도 3은 도 2에 도시된 공간 광 변조기의 개략적인 단면도이다. 도 1이 투과형 공간 광 변조기(300a)를 이용한 것이라면, 도 2는 반사형 공간 광 변조기(300b)를 이용한 것이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 반사형 홀로그래픽 표시 장치(100b)는 광원부(100), 제1 광학계(200), 공간 광 변조기(300b), 제2 광학계(400), 및 빔 분할기(500)를 포함한다.
도 2에 도시된 광원부(100), 제1 광학계(200), 공간 광 변조기(300b), 제2 광학계(400)는 도 1에 도시된 구성과 실질적으로 동일할 수 있다.
빔 분할기(500)는 입사된 광을 공간 광 변조기(300b)에 출사할 수 있다. 빔 분할기(500)는 공간 광 변조기(300b)에서 반사된 광과 제1 광학계(200)로부터 입사된 광의 간섭을 만들어 내고, 이를 제2 광학계(400)에 출사한다.
공간 광 변조기(300b)는 입사된 광을 반사하면서, 위상과 진폭을 변조하여 홀로그램 영상(IMG)을 표시할 수 있다.
공간 광 변조기(300b)는 제1 베이스 기판(BS1), 제2 베이스 기판(BS2), 박막트랜지스터(TR), 화소 전극(PE), 액정층(LC), 공통 전극(CE), 및 편광판(Pol)을 포함할 수 있다.
제1 베이스 기판(BS1)과 제2 베이스 기판(BS2)은 서로 마주하고, 특히, 제2 베이스 기판(BS2)은 광이 투과할 수 있는 성질을 가질 수 있다.
박막트랜지스터(TR)는 제1 베이스 기판(BS1) 위에 배치될 수 있다. 박막트랜지스터(TR)는 게이트 전극(GE), 액티브 패턴(AP), 제1 전극(E1) 및 제2 전극(E2)을 포함할 수 있다. 액티브 패턴(AP)은 제1 절연막(IL1)을 사이에 두고 게이트 전극(GE) 위에 배치될 수 있다. 제1 전극(E1)은 데이터 라인들 중 어느 하나으로부터 분기되어 액티브 패턴(AP)과 접촉되고, 제2 전극(E2)은 제1 전극(E1)과 이격되어 액티브 패턴(AP)과 접촉된다. 제2 절연막(IL2)은 박막트랜지스터(TR)를 커버할 수 있다. 제2 절연막(IL2) 위에는 평탄화층(PL)이 배치될 수 있다.
화소 전극(PE)은 평탄화층(PL) 위에 배치될 수 있다. 화소 전극(PE)은 평탄화층(PL)을 관통하여 형성된 콘택홀을 통해 제2 전극(E2)과 전기적으로 연결될 수 있다. 화소 전극(PE)은 광 반사성 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 화소 전극(PE)은 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo)과 같은 물질을 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
공통 전극(CE)은 액정층(LC)을 사이에 두고 화소 전극(PE)과 마주할 수 있다. 공통 전극(CE)은 투광성 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 공통 전극(CE)은 ITO, SnO2, ZnO2 등의 산화물을 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
화소 전극(PE)과 공통 전극(CE) 사이에는 액정층(LC)이 배치될 수 있다. 액정층(LC)은 소정의 형태로 배열된 액정 분자들(미도시)을 포함할 수 있다. 화소 전극(PE)과 공통 전극(CE)은 액정층(LC)에 전계를 형성할 수 있다. 공간 광 변조기(300b)는 화소 전극(PE)에 제공되는 전압을 조절하여 액정의 배열 상태를 조절할 수 있다. 그 결과 액정층(LC) 내의 액정 분자들의 배열 관계에 따라 공간 광 변조기(300b)로 입사된 광의 위상 및 진폭 중 적어도 어느 하나가 변조되어 출력될 수 있다.
도 3에서는 화소 전극(PE)과 공통 전극(CE)이 액정층(LC)을 사이에 두고 서로 마주하여 액정층(LC)에 전계를 형성하는 것에 대해 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 본 발명의 다른 실시예에서 공간 광 변조기(300b)는 수평 전계 방식으로 액정층(LC)에 전계를 형성할 수 있다. 이 경우, 화소 전극(PE)과 공통 전극(CE)은 동일의 베이스 기판 위에 배치될 수 있다. 예컨대, 화소 전극(PE)과 공통 전극(CE)은 제1 베이스 기판(BS1) 위에 배치될 수 있다. 화소 전극(PE)과 공통 전극(CE)은 동일 평면상에 배치될 수도 있고, 화소 전극(PE)과 공통 전극(CE)은 단면상에서 소정의 거리를 두고 이격된 서로 다른 평면 상에 배치될 수도 있다. 이 경우, 화소 전극(PE)과 공통 전극(CE)에 전압이 인가되었을 때, 화소 전극(PE)과 공통 전극(CE) 사이에는 수평 전계가 형성되고, 액정층(LC)의 액정 분자는 이 수평 전계에 의해 동작하게 된다.
제2 베이스 기판(BS2) 위에는 편광판(Pol)이 배치될 수 있다. 편광판(Pol)은 입사 및 출력되는 광의 편광을 조절할 수 있다. 다만, 이는 예시적으로 도시한 것으로 경우에 따라 편광판(Pol)은 생략될 수도 있다.
도 1 및 도 2에서는 투과형 홀로그래픽 표시 장치(100a)와 반사형 홀로그래픽 표시 장치(100b)를 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 도면이다. 이하 설명할 공간 광 변조기(도 3의 310)는 도 1 및 도 2에서 설명된 구조를 갖는 투과형 홀로그래픽 표시 장치(100a), 및 반사형 홀로그래픽 표시 장치(100b) 뿐만 아니라 다양한 홀로그래픽 표시 장치에 적용 가능할 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래픽 표시 장치의 블록도이고, 도 5는 도 4에 도시된 디먹스 부, 스위칭 제어부와 공간 광 변조기의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 홀로그램 표시 장치(1000)는 공간 광 변조기(310), 공간 광 변조기 제어부(300CU)를 포함할 수 있다. 공간 광 변조기(310)는 앞서 도 2 및 도 3에서 설명한 반사형 공간 광 변조기(300b)일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
공간 광 변조기(310)는 복수의 데이터 라인들(DL1~DLm), 복수의 게이트 라인들(GL1~GLn), 및 복수의 화소들(PX)을 포함할 수 있다.
복수의 데이터 라인들(DL1~DLm) 각각은 제1 방향(DR1)으로 연장하고, 복수의 게이트 라인들(GL1~GLn) 각각은 제1 방향(DR1)과 교차하는 제2 방향(DR2)으로 연장할 수 있다. 복수의 데이터 라인들(DL1~DLm), 및 복수의 게이트 라인들(GL1~GLn)은 화소 영역들을 정의하며, 화소 영역들 각각에는 영상을 표시하는 화소(PX)가 구비될 수 있다. 도 4에서는 제1 데이터 라인(DL1)과 제1 게이트 라인(GL1)에 연결된 화소(PX)를 일 예로 도시하였다.
화소(PX)는 게이트 라인들(GL1~GLn)에 연결된 박막트랜지스터(TR), 박막트랜지스터(TR)에 연결된 액정 커패시터(liquid crystal capacitor)(CLC) 및 액정 커패시터(CLC)에 병렬 연결된 스토리지 커패시터(storage capacitor)(Cst)를 포함할 수 있다. 스토리지 커패시터(Cst)는 필요에 따라 생략할 수 있다.
박막트랜지스터(TR)의 제어 전극은 제1 게이트 라인(GL1)과 연결되어 있고, 박막트랜지스터(TR)의 제1 전극은 제1 데이터 라인(DL1)과 연결되어 있으며, 박막트랜지스터(TR)의 제2 전극은 액정 커패시터(CLC) 및 스토리지 커패시터(Cst)와 연결될 수 있다. 액정 커패시터(CLC)의 제1 전극은 박막트랜지스터(TR)의 제2 전극에 연결되고, 액정 커패시터(CLC)의 제2 전극은 공통 전압(Vcom)을 수신한다.
공간 광 변조기 제어부(300CU)는 타이밍 컨트롤러(320), 게이트 구동부(330), 데이터 구동부(340), 디먹스 부(350), 스위칭 제어부(360)를 포함할 수 있다.
타이밍 컨트롤러(320)는 홀로그램 표시 장치(1000)의 외부로부터 복수의 제어신호들(CS) 및 데이터 신호(DATA)를 수신한다. 타이밍 컨트롤러(320)는 데이터 신호(DATA)를 데이터 구동부(340) 사양에 맞도록 변환하고, 변환된 변환 데이터 신호(DATA`)를 데이터 구동부(340)에 출력할 수 있다.
타이밍 컨트롤러(320)는 외부로부터 제공된 제어 신호(CS)에 응답하여 게이트 제어신호(GCS), 데이터 제어신호(DCS), 디먹스 신호(DMS)를 생성한다.
게이트 제어신호(GCS)는 게이트 구동부(330)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 제어 신호이다. 타이밍 컨트롤러(320)는 게이트 제어 신호(GCS)를 게이트 구동부(330)에 출력할 수 있다. 데이터 제어 신호(DCS)는 데이터 구동부(340)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 제어 신호이다. 타이밍 컨트롤러(320)는 데이터 제어 신호(DCS)를 데이터 구동부(340)에 출력할 수 있다. 디먹스 신호(DMS)는 디먹스 부(350)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 제어 신호이다. 타이밍 컨트롤러(320)는 디먹스 신호(DMS)를 디먹스 부(350)로 출력할 수 있다.
게이트 구동부(330)는 게이트 제어신호(GCS)에 응답해서 게이트 신호들을 출력한다. 게이트 라인들(GL1~GLn)은 게이트 구동부(330)로부터 게이트 신호들을 수신한다. 게이트 신호들은 게이트 라인들(GL1~GLn)을 통해 공간 광 변조기(310)의 화소들(PX)에 제공된다.
데이터 구동부(340)는 데이터 전압을 생성한다. 구체적으로, 데이터 구동부(340)는 데이터 제어 신호(DCS)에 응답하여 변환 데이터 신호(DATA`)를 데이터 전압들로 변환하여 출력한다.
신호 라인들(SL1~SLk)은 제1 방향(DR1)으로 연장하여, 데이터 구동부(340) 및 디먹스 부(350)에 연결된다. k는 0보다 크고 m보다 작은 정수이다. 신호 라인들(SL1~SLk)은 데이터 구동부(340)로부터 데이터 전압들을 수신한다. 데이터 전압들은 신호 라인들(SL1~SLk)을 통해 디먹스 부(350)에 제공된다.
디먹스 부(350)는 공간 광 변조기(310)와 데이터 구동부(340) 사이에 배치된다. 디먹스 부(350)는 제1, 제2 및 제3 디먹스 신호들(DMS1, DMS2, DMS3)에 응답하여 신호 라인들(SL1~SLk)을 선택적으로 전달 라인들(TL1~TLm)에 연결한다. 데이터 전압들은 신호 라인들(SL1~SLk)에 연결된 전달 라인들(TL1~TLm)을 통해 공간 광 변조기(310)의 화소(PX)에 제공된다.
하나의 신호 라인(SL1)에는 적어도 두 개 이상의 전달 라인들(TL1, TL2)이 연결될 수 있다. 본 실시예에서는 하나의 신호 라인(SL1)에 세 개의 전달 라인들(TL1, TL2, TL3)이 연결된 것을 도시하였다. 하나의 신호 라인(SL1)에 연결된 전달 라인들(TL1, TL2, TL3)의 수가 많아질수록, 데이터 구동칩(미도시)의 패드 간 간격이 증가하기 때문에 부착 공정이 보다 용이해질 수 있다.
디먹스 부(350)는 신호 라인들(SL1~SLk) 각각에 대응하는 한 쌍의 전달 라인들(TL1~TLm)에 연결되는 복수의 디먹스 유닛들(350_1~350_k)을 포함할 수 있다. 디먹스 유닛들(350_1~350_k)의 개수는 신호 라인들(SL1~SLk)의 개수에 대응될 수 있다.
디먹스 유닛들(350_1~350_k) 각각은 제1 제어 라인(CL1)에 연결된 제1 스위칭 소자(SW1), 제2 제어 라인(CL2)에 연결된 제2 스위칭 소자(SW2), 및 제3 제어 라인(CL3)에 연결된 제3 스위칭 소자(SW3)를 포함할 수 있다.
제1 스위칭 소자(SW1)는 제1 제어 라인(CL1)을 통해 제공받은 제1 디먹스 신호(DMS1)에 응답하여 스위칭 된다. 제2 스위칭 소자(SW2)는 제2 제어 라인(CL2)을 통해 제공받은 제2 디먹스 신호(DMS2)에 응답하여 스위칭 된다. 제3 스위칭 소자(SW3)는 제3 제어 라인(CL3)을 통해 제공받은 제3 디먹스 신호(DMS3)에 응답하여 스위치 된다.
본 실시예에서는 전달 라인들(TL1~TLm) 중 3 개의 전달 라인들이 한 쌍을 이루고, 3 개의 전달 라인들이 하나의 디먹스 유닛에 연결된 것을 예시적으로 도시하였다. 구체적으로, 제1 내지 제3 전달 라인들(TL1, TL2 TL3)이 하나의 디먹스 유닛(350_1)과 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 제1 신호 라인(SL1)은 제1 내지 제3 전달 라인들(TL1, TL2 TL3) 중 어느 하나와 전기적으로 연결되어 데이터 전압을 전달 할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서는 하나의 디먹스 유닛은 2 개 이상의 전달 라인들과 연결될 수 있다. 예컨대, 하나의 디먹스 유닛이 6개의 전달 라인들과 연결된 경우, 하나의 디먹스 유닛은 6개의 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
시분할 구동에 사용되는 제1 내지 제3 스위칭 소자(SW1~SW3) 각각의 저항을 줄이기 위해 채널 폭의 크기를 증가시킬 수 있다. 채널 폭의 크기가 커짐에 따라, 제1 내지 제3 스위칭 소자(SW1~SW3) 각각의 게이트 전극과 소스 전극 사이 및 게이트 전극과 드레인 전극 사이의 기생 부하의 크기가 커질 수 있다. 이 경우, 제1 내지 제3 스위칭 소자(SW1~SW3)의 기생 부하는 공간 광 변조기(310)의 크기와 해상도에 따라 결정되는 데이터 라인들(DL1~DLm)의 기생 부하의 크기 비율에 따라 정확한 데이터 전압의 전달을 방해하는 스위칭 에러 발생의 원인이 될 수 있다. 예컨대, 제1 내지 제3 스위칭 소자(SW1~SW3)의 기생 부하에 의해 화소(PX)에 충전된 데이터 전압이 변화할 수 있다. 화소(PX)에 충전된 데이터 전압이 변화하는 비율은 데이터 라인들(DL1_DLm) 각각의 기생 부하의 크기와 제1 내지 제3 스위칭 소자(SW1~SW3)의 기생 부하의 크기 비율에 비례할 수 있다. 하지만, 본 발명에 따르면, 스위칭 제어부(360)에 의해 스위칭 에러가 최소화될 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 이하에서 설명된다.
디먹스 부(350)와 공간 광 변조기(310) 사이에는 스위칭 제어부(360)가 배치될 수 있다. 스위칭 제어부(360)는 데이터 라인들(DL1~DLm) 각각에 일대일 대응되어 연결되는 복수의 스위칭 제어 유닛들(360_1~360_m)을 포함할 수 있다. 스위칭 제어 유닛들(360_1~360_m)의 개수는 데이터 라인들(DL1~DLm)의 개수에 대응될 수 있다.
스위칭 제어 유닛들(360_1~360_m)은 전달 라인들(TL1~TLm)과 데이터 라인들(DL1~DLm) 사이에 연결되며, 전달 라인들(TL1~TLm)과 데이터 라인들(DL1~DLm) 사이의 전류의 흐름을 제어할 수 있다.
스위칭 제어 유닛들(360_1~360_m) 각각은 제1 소자(TR1) 및 제2 소자(TR2)를 포함할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 제1 스위칭 제어 유닛(360_1)을 예로 들어 설명하고, 설명되지 않은 스위칭 제어 유닛들(360_2~360_m)은 제1 스위칭 제어 유닛(360_1)과 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다.
제1 소자(TR1)와 제1 스위칭 소자(SW1) 사이의 노드를 제1 노드(Nd1)로 정의하고, 제1 소자(TR1)와 제2 소자(TR2) 사이의 노드를 제2 노드(Nd2)로 정의하고, 제2 소자(TR2)에 초기화 전압 신호(Vref)를 공급하는 초기화 단자(TM)와 제2 소자(TR2) 사이의 노드를 제3 노드(Nd3)로 정의한다.
제1 소자(TR1) 및 제2 소자(TR2) 각각은 제어 단자와 일 단자가 동일한 노드에 연결된 다이오드 커넥티드 트랜지스터(Diode connected transistor) 일 수 있다.
예컨대, 제1 소자(TR1)는 제1 노드(Nd1)에 연결된 제어 단자, 제1 노드(Nd1)에 연결된 제1 단자 및 제2 노드(Nd2)에 연결된 제2 단자를 포함할 수 있다.
제1 스위칭 소자(SW1)가 턴-온되면 제1 신호 라인(SL1)을 통해 데이터 전압이 제1 노드(Nd1)에 인가된다. 이 때, 제1 노드(Nd1)의 전압 레벨은 제2 노드(Nd2)의 전압 레벨보다 높아지고, 제1 소자(TR1)에는 순방향의 전압이 인가될 수 있다. 순방향의 전압이 인가된 제1 소자(TR1)는 제1 노드(Nd1)로부터 제2 노드(Nd2)로 흐르는 전류를 통과시킬 수 있다.
제1 스위칭 소자(SW1)가 턴-오프되면, 제1 노드(Nd1)의 전압 레벨은 제2 노드(Nd2)의 전압 레벨보다 낮아진다. 그 결과, 제1 소자(TR1)에는 역방향의 전압이 인가될 수 있다. 역방향의 전압이 인가된 제1 소자(TR1)는 제2 노드(Nd2)로부터 제1 노드(Nd1)로 흐르는 전류를 차단할 수 있다. 즉, 제1 소자(TR1)는 다이오드의 역할을 할 수 있다.
제1 스위칭 소자(SW1)가 턴-오프되었을 때, 제1 소자(TR1)가 제2 노드(Nd2)로부터 제1 노드(Nd1)로 흐르는 전류를 차단하기 때문에 제1 스위칭 소자(SW1)의 기생부하에 의한 데이터 전압의 변화가 감소될 수 있다. 따라서, 제1 소자(TR1)에 의해 스위칭 에러가 감소될 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 5인치 이하의 크기를 갖는 공간 광 변조기(310)의 경우, 데이터 라인들(DL1~DLm) 각각이 갖는 기생 부하는 10인치 이상의 크기를 갖는 공간 광 변조기(310)의 데이터 라인들(DL1~DLm) 각각이 갖는 기생 부하보다 더 작을 수 있다. 따라서, 스위칭 소자(SW1~SW3)의 기생 부하에 의한 전체 기생 부하의 크기 변화 비율은 공간 광 변조기(310)의 크기가 작을수록 커질 수 있다. 즉, 공간 광 변조기(310)의 크기가 작을수록 스위칭 소자(SW~SW3) 각각이 갖는 기생 부하에 의한 데이터 전압의 왜곡이 크게 발생될 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시예에 따르면 스위칭 소자(SW1~SW3)가 턴-오프 되었을 때, 제1 소자(TR1)가 제2 노드(Nd2)로부터 제1 노드(Nd1)로 흐르는 전류를 차단한다. 따라서, 스위칭 소자(SW1~SW3)의 기생 부하에 의한 데이터 전압의 왜곡이 감소될 수 있다.
공간 광 변조기(310)는 화소(PX)에 인가되는 데이터 전압의 극성이 적어도 하나의 게이트 라인 단위로 서로 다른 극성을 갖는 라인 별 반전 구동 방식으로 구동될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니고, 공간 광 변조기(310)는 화소(PX)에 인가되는 데이터 전압의 극성이 적어도 하나의 프레임 단위로 서로 다른 극성을 갖는 프레임 별 반전 구동 방식으로 구동될 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에서 공간 광 변조기(310)는 인접한 화소간 극성이 상이한 도트 반전 구동 방식으로 구동될 수도 있다. 이러한 반전 구동 방법에 따르면 공간 광 변조기(310)의 액정이 열화되는 문제점이 감소될 수 있다.
제2 소자(TR2)는 제2 노드(Nd2)에 연결된 제어 단자, 제2 노드(Nd2)에 연결된 제1 단자 및 제3 노드(Nd3)에 연결된 제2 단자를 포함할 수 있다. 제2 소자(TR2)는 화소(PX)에 인가되는 데이터 전압의 극성이 반전되는 반전 구동이 가능하도록 기능할 수 있다. 이하에서 보다 구체적으로 설명된다.
공통 전압(Vcom)이 5V이고, 데이터 전압이 0V 내지 10V 사이의 값을 갖는 경우를 예로 들어 설명한다. 데이터 전압이 5V 내지 10V 사이의 값을 가질 때, 화소(PX)에는 정극성의 데이터 전압이 제공되고, 데이터 전압이 0V 내지 5V 사이의 값을 가질 때 화소(PX)에는 부극성의 데이터 전압이 제공될 수 있다.
정극성의 데이터 전압이 제공된 후 부극성의 데이터 전압이 제공될 때, 제2 노드(Nd2)의 전압이 제1 노드(Nd1)의 전압보다 높아 제1 소자(TR1)에 의해 전류의 흐름이 차단될 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시예에 따르면, 제2 소자(TR2)를 통해 제2 노드(Nd2)의 전압이 초기화될 수 있다. 즉, 다음 데이터 전압이 제공되기 전에 제2 노드(Nd2)를 다음 데이터 전압의 레벨보다 낮은 전압 레벨을 갖도록 초기화하여, 제1 노드(Nd1)로부터 제2 노드(Nd2)로 데이터 전압이 용이하게 전달될 수 있다.
구체적으로 설명하면, 부극성의 데이터 전압이 제공되기 전에 초기화 단자(TM)에 인가되는 초기화 전압 신호(Vref)의 레벨이 변화할 수 있다. 초기화 전압 신호(Vref)의 레벨은 제2 노드(Nd2)에 저장된 데이터 전압의 레벨, 및 제2 노드(Nd1)에 인가된 다음 데이터 전압의 레벨보다 낮을 수 있다. 이 때, 제2 소자(TR2)에는 순방향의 전압이 인가된다. 순방향의 전압이 인가된 제2 소자(TR2)를 통해 제2 노드(Nd2)에서 제3 노드(Nd3)로 전류가 흐르며, 제2 노드(Nd2)로부터 전하를 방전시켜 제2 노드(Nd2)를 초기화할 수 있다. 예컨대, 제2 노드(Nd2)의 전압 레벨은 부극성의 데이터 전압보다 낮은 레벨로 떨어질 수 있다. 즉, 부극성의 데이터 전압이 제공되어도, 제1 노드(Nd1)의 전압 레벨이 제2 노드(Nd2)의 전압 레벨이 높을 수 있다. 따라서, 제1 소자(TR1)에 의해 제1 노드(Nd1)로부터 제2 노드(Nd2)로 전류가 흐를 수 있고, 화소(PX)에 부극성의 데이터 전압이 충전될 수 있다.
또한, 공간 광 변조기(310)가 라인 별 반전 구동 방식으로 구동되지 않는 경우에도, 제2 소자(TR2)는 데이터 라인을 주기적으로 초기화시킬 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 하나의 데이터 라인에 8V의 정극성 전압이 인가된 후, 동일한 하나의 데이터 라인에 6V의 정극성 전압이 인가될 수 있다. 6V의 데이터 전압이 제1 노드(Nd1)에 인가되기 전에 데이터 라인을 초기화하지 않는다면 8V의 데이터 전압이 제2 노드(Nd2)에 충전된 상태이기 때문에 제1 소자(TR1)에는 역방향의 전압이 인가된다. 따라서, 제1 소자(TR1)에 의해 제1 노드(Nd1)와 제2 노드(Nd2) 사이의 전류의 흐름이 차단될 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시예에 따르면, 6V의 데이터 전압이 제1 노드(Nd1)에 인가되기 전에 제2 소자(TR2)를 이용하여 데이터 라인을 초기화한다. 그 결과, 제1 소자(TR1)에는 순방향의 전압이 인가되고, 제1 소자(TR1)는 제1 노드(Nd1)에 인가된 데이터 전압을 제2 노드(Nd2)로 전달할 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 화소들의 구동을 설명하기 위한 신호 타이밍도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 하나의 프레임의 일부에서 인가되는 제n 게이트 신호(GSn), 제n-1 게이트 신호(GSn-1), 제1 내지 제3 디먹스 신호들(DMS1, DNS2, DMS3), 및 초기화 전압 신호(Vref)의 신호 타이밍도가 도시되었다.
제n 게이트 신호(GSn)는 제n 게이트 라인(GLn)에 인가될 수 있고, 제n-1 게이트 신호(GSn-1)는 제n-1 게이트 라인(GLn-1)에 인가될 수 있다. 제n 게이트 신호(GSn)가 하이 레벨을 갖는 구간을 제1 게이트 하이 구간(GSH1)이라 정의하고, 제n-1 게이트 신호(GSn-1)가 하이 레벨을 갖는 구간을 제2 게이트 하이 구간(GSH2)이라 정의한다.
제1 게이트 하이 구간(GSH1), 및 제2 게이트 하이 구간(GSH2) 각각에서 제1 디먹스 신호(DMS1), 제2 디먹스 신호(DMS2), 및 제3 디먹스 신호(DMS3)가 순차적으로 하이 레벨을 가질 수 있다.
제1 디먹스 신호(DMS1)가 하이 레벨일 때, 제2 디먹스 신호(DMS2), 및 제3 디먹스 신호(DMS3)는 로우 레벨이고, 제2 디먹스 신호(DMS2)가 하이 레벨일 때, 제1 디먹스 신호(DMS1)와 제3 디먹스 신호(DMS3)는 로우 레벨이고, 제3 디먹스 신호(DMS3)가 하이 레벨일 때, 제1 디먹스 신호(DMS1)와 제2 디먹스 신호(DMS2)는 로우 레벨일 수 있다.
초기화 전압 신호(Vref)는 로우 레벨(V1) 및 하이 레벨(V2)을 가질 수 있다. 로우 레벨(V1)은 데이터 전압의 최소 레벨보다 낮은 레벨을 갖고, 하이 레벨(V2)은 데이터 전압의 최대 레벨보다 높은 레벨을 가질 수 있다. 예를 들어, 데이터 전압이 0V 내지 10V의 범위를 가지는 경우, 초기화 전압 신호(Vref)의 하이 레벨(V2)은 10V보다 높은 값을 갖고, 초기화 전압 신호(Vref)의 로우 레벨(V1)은 0V보다 낮은 값을 가질 수 있다.
제1 게이트 하이 구간(GSH1) 및 제2 게이트 하이 구간(GSH2) 동안은 하이 레벨(V2)의 초기화 전압 신호(Vref)가 초기화 단자(TM)에 인가될 수 있다. 이 경우, 최대 레벨을 갖는 데이터 전압이 제2 노드(Nd2)에 인가되더라도 제2 소자(TR2)에는 역방향의 전압이 인가될 수 있다. 따라서, 제1 게이트 하이 구간(GSH1) 및 제2 게이트 하이 구간(GSH2) 동안 제2 소자(TR2)는 제2 노드(Nd2)와 제3 노드(Nd3) 사이의 전류의 흐름을 차단할 수 있다.
블랭크 구간(IT)동안은 로우 레벨(V1)의 초기화 전압 신호(Vref)가 초기화 단자(TM)에 인가될 수 있다. 이 경우, 최소 레벨을 갖는 데이터 전압이 제2 노드(Nd2)에 충전된 상태이더라도 제2 소자(TR2)에는 순방향의 전압이 인가될 수 있다. 따라서, 블랭크 구간(IT)동안 제2 소자(TR2)는 제2 노드(Nd2)로부터 제3 노드(Nd3)를 향해 흐르는 전류를 통과시킬 수 있다. 이 때, 제2 노드(Nd2)에 충전되어 있던 전하가 제3 노드(Nd3)로 이동하게 된다. 즉, 제2 노드(Nd2)에 충전된 전하가 제3 노드(Nd3)를 통해 방전될 수 있다. 그 결과, 제2 노드(Nd2)의 전압 레벨이 감소되어 데이터 라인의 전압이 초기화될 수 있다. 따라서, 이 후 제1 노드(Nd1)에 부극성의 데이터 전압 또는 직전에 인가된 데이터 전압보다 낮은 레벨의 데이터 전압이 인가되더라도 제1 소자(TR1)에는 순방향의 전압이 인가될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 소자(TR1)는 스위칭 소자(SW1~SW3)가 턴-오프 되었을 때, 제2 노드(Nd2)로부터 제1 노드(Nd1)로 흐르는 전류의 흐름을 차단할 수 있다. 따라서, 스위칭 소자(SW1~SW3)의 기생 부하에 의한 데이터 라인들(DL1~DL3)에 충전된 데이터 전압의 변화가 감소될 수 있고, 그 결과 스위칭 소자(SW1~SW3)의 기생 부하에 의한 데이터 전압의 왜곡이 감소될 수 있다. 또한, 제2 소자(TR2)에 의해 데이터 전압의 극성이 반전되는 반전 구동이 가능하도록 기능할 수 있다. 따라서, 액정의 열화가 방지될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 영상을 표시할 수 있는 홀로그래픽 표시 장치에 대한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 투과형 홀로그래픽 표시 장치(100a)는 광원부(100), 제1 광학계(200), 공간 광 변조기(300a), 및 제2 광학계(400)를 포함할 수 있다.
광원부(100)는 광을 출사한다. 광원부(100)는 가간섭성(coherent) 특성을 갖는 레이저 광을 발생시키는 레이저 광원 또는 LED 광원일 수 있다.
제1 광학계(200)는 광원부(100)에서 출사된 광을 공간 광 변조기(300a)에 제공한다. 제1 광학계(200)는 광원부(100)에서 출사된 광을 공간 광 변조기(300a)의 전면에 고르게 출사하는 기능을 수행한다.
제1 광학계(200)는 집속 렌즈(210), 필터(220), 및 확장 렌즈(230)를 포함할 수 있다. 집속 렌즈(210)를 통과한 광은 필터(220)의 핀홀(HL)을 통과할 수 있다. 필터(220)의 핀홀(HL)을 통과한 광은 확장 렌즈(230)를 통과하여 직경이 증가되고, 공간 광 변조기(300a)의 전면에 고르게 입사될 수 있다. 집속 렌즈(210), 필터(220), 및 확장 렌즈(230) 사이의 거리는 적절히 조절될 수 있다.
공간 광 변조기(300a)는 입사된 광을 변조하여 홀로그램 영상(IMG)을 표시할 수 있다. 공간 광 변조기(300a)는 입사된 광을 투과시키면서 위상 및 진폭을 변조하여 정지된 홀로그램 영상(IMG)을 표시할 수 있다.
제2 광학계(400)는 공간 광 변조기(300a)를 통과한 광을 사용자의 위치에 집속한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 영상을 표시할 수 있는 홀로그래픽 표시 장치에 대한 개략도이고, 도 3은 도 2에 도시된 공간 광 변조기의 개략적인 단면도이다. 도 1이 투과형 공간 광 변조기(300a)를 이용한 것이라면, 도 2는 반사형 공간 광 변조기(300b)를 이용한 것이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 반사형 홀로그래픽 표시 장치(100b)는 광원부(100), 제1 광학계(200), 공간 광 변조기(300b), 제2 광학계(400), 및 빔 분할기(500)를 포함한다.
도 2에 도시된 광원부(100), 제1 광학계(200), 공간 광 변조기(300b), 제2 광학계(400)는 도 1에 도시된 구성과 실질적으로 동일할 수 있다.
빔 분할기(500)는 입사된 광을 공간 광 변조기(300b)에 출사할 수 있다. 빔 분할기(500)는 공간 광 변조기(300b)에서 반사된 광과 제1 광학계(200)로부터 입사된 광의 간섭을 만들어 내고, 이를 제2 광학계(400)에 출사한다.
공간 광 변조기(300b)는 입사된 광을 반사하면서, 위상과 진폭을 변조하여 홀로그램 영상(IMG)을 표시할 수 있다.
공간 광 변조기(300b)는 제1 베이스 기판(BS1), 제2 베이스 기판(BS2), 박막트랜지스터(TR), 화소 전극(PE), 액정층(LC), 공통 전극(CE), 및 편광판(Pol)을 포함할 수 있다.
제1 베이스 기판(BS1)과 제2 베이스 기판(BS2)은 서로 마주하고, 특히, 제2 베이스 기판(BS2)은 광이 투과할 수 있는 성질을 가질 수 있다.
박막트랜지스터(TR)는 제1 베이스 기판(BS1) 위에 배치될 수 있다. 박막트랜지스터(TR)는 게이트 전극(GE), 액티브 패턴(AP), 제1 전극(E1) 및 제2 전극(E2)을 포함할 수 있다. 액티브 패턴(AP)은 제1 절연막(IL1)을 사이에 두고 게이트 전극(GE) 위에 배치될 수 있다. 제1 전극(E1)은 데이터 라인들 중 어느 하나으로부터 분기되어 액티브 패턴(AP)과 접촉되고, 제2 전극(E2)은 제1 전극(E1)과 이격되어 액티브 패턴(AP)과 접촉된다. 제2 절연막(IL2)은 박막트랜지스터(TR)를 커버할 수 있다. 제2 절연막(IL2) 위에는 평탄화층(PL)이 배치될 수 있다.
화소 전극(PE)은 평탄화층(PL) 위에 배치될 수 있다. 화소 전극(PE)은 평탄화층(PL)을 관통하여 형성된 콘택홀을 통해 제2 전극(E2)과 전기적으로 연결될 수 있다. 화소 전극(PE)은 광 반사성 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 화소 전극(PE)은 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo)과 같은 물질을 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
공통 전극(CE)은 액정층(LC)을 사이에 두고 화소 전극(PE)과 마주할 수 있다. 공통 전극(CE)은 투광성 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 공통 전극(CE)은 ITO, SnO2, ZnO2 등의 산화물을 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
화소 전극(PE)과 공통 전극(CE) 사이에는 액정층(LC)이 배치될 수 있다. 액정층(LC)은 소정의 형태로 배열된 액정 분자들(미도시)을 포함할 수 있다. 화소 전극(PE)과 공통 전극(CE)은 액정층(LC)에 전계를 형성할 수 있다. 공간 광 변조기(300b)는 화소 전극(PE)에 제공되는 전압을 조절하여 액정의 배열 상태를 조절할 수 있다. 그 결과 액정층(LC) 내의 액정 분자들의 배열 관계에 따라 공간 광 변조기(300b)로 입사된 광의 위상 및 진폭 중 적어도 어느 하나가 변조되어 출력될 수 있다.
도 3에서는 화소 전극(PE)과 공통 전극(CE)이 액정층(LC)을 사이에 두고 서로 마주하여 액정층(LC)에 전계를 형성하는 것에 대해 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 본 발명의 다른 실시예에서 공간 광 변조기(300b)는 수평 전계 방식으로 액정층(LC)에 전계를 형성할 수 있다. 이 경우, 화소 전극(PE)과 공통 전극(CE)은 동일의 베이스 기판 위에 배치될 수 있다. 예컨대, 화소 전극(PE)과 공통 전극(CE)은 제1 베이스 기판(BS1) 위에 배치될 수 있다. 화소 전극(PE)과 공통 전극(CE)은 동일 평면상에 배치될 수도 있고, 화소 전극(PE)과 공통 전극(CE)은 단면상에서 소정의 거리를 두고 이격된 서로 다른 평면 상에 배치될 수도 있다. 이 경우, 화소 전극(PE)과 공통 전극(CE)에 전압이 인가되었을 때, 화소 전극(PE)과 공통 전극(CE) 사이에는 수평 전계가 형성되고, 액정층(LC)의 액정 분자는 이 수평 전계에 의해 동작하게 된다.
제2 베이스 기판(BS2) 위에는 편광판(Pol)이 배치될 수 있다. 편광판(Pol)은 입사 및 출력되는 광의 편광을 조절할 수 있다. 다만, 이는 예시적으로 도시한 것으로 경우에 따라 편광판(Pol)은 생략될 수도 있다.
도 1 및 도 2에서는 투과형 홀로그래픽 표시 장치(100a)와 반사형 홀로그래픽 표시 장치(100b)를 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 도면이다. 이하 설명할 공간 광 변조기(도 3의 310)는 도 1 및 도 2에서 설명된 구조를 갖는 투과형 홀로그래픽 표시 장치(100a), 및 반사형 홀로그래픽 표시 장치(100b) 뿐만 아니라 다양한 홀로그래픽 표시 장치에 적용 가능할 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래픽 표시 장치의 블록도이고, 도 5는 도 4에 도시된 디먹스 부, 스위칭 제어부와 공간 광 변조기의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 홀로그램 표시 장치(1000)는 공간 광 변조기(310), 공간 광 변조기 제어부(300CU)를 포함할 수 있다. 공간 광 변조기(310)는 앞서 도 2 및 도 3에서 설명한 반사형 공간 광 변조기(300b)일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
공간 광 변조기(310)는 복수의 데이터 라인들(DL1~DLm), 복수의 게이트 라인들(GL1~GLn), 및 복수의 화소들(PX)을 포함할 수 있다.
복수의 데이터 라인들(DL1~DLm) 각각은 제1 방향(DR1)으로 연장하고, 복수의 게이트 라인들(GL1~GLn) 각각은 제1 방향(DR1)과 교차하는 제2 방향(DR2)으로 연장할 수 있다. 복수의 데이터 라인들(DL1~DLm), 및 복수의 게이트 라인들(GL1~GLn)은 화소 영역들을 정의하며, 화소 영역들 각각에는 영상을 표시하는 화소(PX)가 구비될 수 있다. 도 4에서는 제1 데이터 라인(DL1)과 제1 게이트 라인(GL1)에 연결된 화소(PX)를 일 예로 도시하였다.
화소(PX)는 게이트 라인들(GL1~GLn)에 연결된 박막트랜지스터(TR), 박막트랜지스터(TR)에 연결된 액정 커패시터(liquid crystal capacitor)(CLC) 및 액정 커패시터(CLC)에 병렬 연결된 스토리지 커패시터(storage capacitor)(Cst)를 포함할 수 있다. 스토리지 커패시터(Cst)는 필요에 따라 생략할 수 있다.
박막트랜지스터(TR)의 제어 전극은 제1 게이트 라인(GL1)과 연결되어 있고, 박막트랜지스터(TR)의 제1 전극은 제1 데이터 라인(DL1)과 연결되어 있으며, 박막트랜지스터(TR)의 제2 전극은 액정 커패시터(CLC) 및 스토리지 커패시터(Cst)와 연결될 수 있다. 액정 커패시터(CLC)의 제1 전극은 박막트랜지스터(TR)의 제2 전극에 연결되고, 액정 커패시터(CLC)의 제2 전극은 공통 전압(Vcom)을 수신한다.
공간 광 변조기 제어부(300CU)는 타이밍 컨트롤러(320), 게이트 구동부(330), 데이터 구동부(340), 디먹스 부(350), 스위칭 제어부(360)를 포함할 수 있다.
타이밍 컨트롤러(320)는 홀로그램 표시 장치(1000)의 외부로부터 복수의 제어신호들(CS) 및 데이터 신호(DATA)를 수신한다. 타이밍 컨트롤러(320)는 데이터 신호(DATA)를 데이터 구동부(340) 사양에 맞도록 변환하고, 변환된 변환 데이터 신호(DATA`)를 데이터 구동부(340)에 출력할 수 있다.
타이밍 컨트롤러(320)는 외부로부터 제공된 제어 신호(CS)에 응답하여 게이트 제어신호(GCS), 데이터 제어신호(DCS), 디먹스 신호(DMS)를 생성한다.
게이트 제어신호(GCS)는 게이트 구동부(330)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 제어 신호이다. 타이밍 컨트롤러(320)는 게이트 제어 신호(GCS)를 게이트 구동부(330)에 출력할 수 있다. 데이터 제어 신호(DCS)는 데이터 구동부(340)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 제어 신호이다. 타이밍 컨트롤러(320)는 데이터 제어 신호(DCS)를 데이터 구동부(340)에 출력할 수 있다. 디먹스 신호(DMS)는 디먹스 부(350)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 제어 신호이다. 타이밍 컨트롤러(320)는 디먹스 신호(DMS)를 디먹스 부(350)로 출력할 수 있다.
게이트 구동부(330)는 게이트 제어신호(GCS)에 응답해서 게이트 신호들을 출력한다. 게이트 라인들(GL1~GLn)은 게이트 구동부(330)로부터 게이트 신호들을 수신한다. 게이트 신호들은 게이트 라인들(GL1~GLn)을 통해 공간 광 변조기(310)의 화소들(PX)에 제공된다.
데이터 구동부(340)는 데이터 전압을 생성한다. 구체적으로, 데이터 구동부(340)는 데이터 제어 신호(DCS)에 응답하여 변환 데이터 신호(DATA`)를 데이터 전압들로 변환하여 출력한다.
신호 라인들(SL1~SLk)은 제1 방향(DR1)으로 연장하여, 데이터 구동부(340) 및 디먹스 부(350)에 연결된다. k는 0보다 크고 m보다 작은 정수이다. 신호 라인들(SL1~SLk)은 데이터 구동부(340)로부터 데이터 전압들을 수신한다. 데이터 전압들은 신호 라인들(SL1~SLk)을 통해 디먹스 부(350)에 제공된다.
디먹스 부(350)는 공간 광 변조기(310)와 데이터 구동부(340) 사이에 배치된다. 디먹스 부(350)는 제1, 제2 및 제3 디먹스 신호들(DMS1, DMS2, DMS3)에 응답하여 신호 라인들(SL1~SLk)을 선택적으로 전달 라인들(TL1~TLm)에 연결한다. 데이터 전압들은 신호 라인들(SL1~SLk)에 연결된 전달 라인들(TL1~TLm)을 통해 공간 광 변조기(310)의 화소(PX)에 제공된다.
하나의 신호 라인(SL1)에는 적어도 두 개 이상의 전달 라인들(TL1, TL2)이 연결될 수 있다. 본 실시예에서는 하나의 신호 라인(SL1)에 세 개의 전달 라인들(TL1, TL2, TL3)이 연결된 것을 도시하였다. 하나의 신호 라인(SL1)에 연결된 전달 라인들(TL1, TL2, TL3)의 수가 많아질수록, 데이터 구동칩(미도시)의 패드 간 간격이 증가하기 때문에 부착 공정이 보다 용이해질 수 있다.
디먹스 부(350)는 신호 라인들(SL1~SLk) 각각에 대응하는 한 쌍의 전달 라인들(TL1~TLm)에 연결되는 복수의 디먹스 유닛들(350_1~350_k)을 포함할 수 있다. 디먹스 유닛들(350_1~350_k)의 개수는 신호 라인들(SL1~SLk)의 개수에 대응될 수 있다.
디먹스 유닛들(350_1~350_k) 각각은 제1 제어 라인(CL1)에 연결된 제1 스위칭 소자(SW1), 제2 제어 라인(CL2)에 연결된 제2 스위칭 소자(SW2), 및 제3 제어 라인(CL3)에 연결된 제3 스위칭 소자(SW3)를 포함할 수 있다.
제1 스위칭 소자(SW1)는 제1 제어 라인(CL1)을 통해 제공받은 제1 디먹스 신호(DMS1)에 응답하여 스위칭 된다. 제2 스위칭 소자(SW2)는 제2 제어 라인(CL2)을 통해 제공받은 제2 디먹스 신호(DMS2)에 응답하여 스위칭 된다. 제3 스위칭 소자(SW3)는 제3 제어 라인(CL3)을 통해 제공받은 제3 디먹스 신호(DMS3)에 응답하여 스위치 된다.
본 실시예에서는 전달 라인들(TL1~TLm) 중 3 개의 전달 라인들이 한 쌍을 이루고, 3 개의 전달 라인들이 하나의 디먹스 유닛에 연결된 것을 예시적으로 도시하였다. 구체적으로, 제1 내지 제3 전달 라인들(TL1, TL2 TL3)이 하나의 디먹스 유닛(350_1)과 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 제1 신호 라인(SL1)은 제1 내지 제3 전달 라인들(TL1, TL2 TL3) 중 어느 하나와 전기적으로 연결되어 데이터 전압을 전달 할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서는 하나의 디먹스 유닛은 2 개 이상의 전달 라인들과 연결될 수 있다. 예컨대, 하나의 디먹스 유닛이 6개의 전달 라인들과 연결된 경우, 하나의 디먹스 유닛은 6개의 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
시분할 구동에 사용되는 제1 내지 제3 스위칭 소자(SW1~SW3) 각각의 저항을 줄이기 위해 채널 폭의 크기를 증가시킬 수 있다. 채널 폭의 크기가 커짐에 따라, 제1 내지 제3 스위칭 소자(SW1~SW3) 각각의 게이트 전극과 소스 전극 사이 및 게이트 전극과 드레인 전극 사이의 기생 부하의 크기가 커질 수 있다. 이 경우, 제1 내지 제3 스위칭 소자(SW1~SW3)의 기생 부하는 공간 광 변조기(310)의 크기와 해상도에 따라 결정되는 데이터 라인들(DL1~DLm)의 기생 부하의 크기 비율에 따라 정확한 데이터 전압의 전달을 방해하는 스위칭 에러 발생의 원인이 될 수 있다. 예컨대, 제1 내지 제3 스위칭 소자(SW1~SW3)의 기생 부하에 의해 화소(PX)에 충전된 데이터 전압이 변화할 수 있다. 화소(PX)에 충전된 데이터 전압이 변화하는 비율은 데이터 라인들(DL1_DLm) 각각의 기생 부하의 크기와 제1 내지 제3 스위칭 소자(SW1~SW3)의 기생 부하의 크기 비율에 비례할 수 있다. 하지만, 본 발명에 따르면, 스위칭 제어부(360)에 의해 스위칭 에러가 최소화될 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 이하에서 설명된다.
디먹스 부(350)와 공간 광 변조기(310) 사이에는 스위칭 제어부(360)가 배치될 수 있다. 스위칭 제어부(360)는 데이터 라인들(DL1~DLm) 각각에 일대일 대응되어 연결되는 복수의 스위칭 제어 유닛들(360_1~360_m)을 포함할 수 있다. 스위칭 제어 유닛들(360_1~360_m)의 개수는 데이터 라인들(DL1~DLm)의 개수에 대응될 수 있다.
스위칭 제어 유닛들(360_1~360_m)은 전달 라인들(TL1~TLm)과 데이터 라인들(DL1~DLm) 사이에 연결되며, 전달 라인들(TL1~TLm)과 데이터 라인들(DL1~DLm) 사이의 전류의 흐름을 제어할 수 있다.
스위칭 제어 유닛들(360_1~360_m) 각각은 제1 소자(TR1) 및 제2 소자(TR2)를 포함할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 제1 스위칭 제어 유닛(360_1)을 예로 들어 설명하고, 설명되지 않은 스위칭 제어 유닛들(360_2~360_m)은 제1 스위칭 제어 유닛(360_1)과 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다.
제1 소자(TR1)와 제1 스위칭 소자(SW1) 사이의 노드를 제1 노드(Nd1)로 정의하고, 제1 소자(TR1)와 제2 소자(TR2) 사이의 노드를 제2 노드(Nd2)로 정의하고, 제2 소자(TR2)에 초기화 전압 신호(Vref)를 공급하는 초기화 단자(TM)와 제2 소자(TR2) 사이의 노드를 제3 노드(Nd3)로 정의한다.
제1 소자(TR1) 및 제2 소자(TR2) 각각은 제어 단자와 일 단자가 동일한 노드에 연결된 다이오드 커넥티드 트랜지스터(Diode connected transistor) 일 수 있다.
예컨대, 제1 소자(TR1)는 제1 노드(Nd1)에 연결된 제어 단자, 제1 노드(Nd1)에 연결된 제1 단자 및 제2 노드(Nd2)에 연결된 제2 단자를 포함할 수 있다.
제1 스위칭 소자(SW1)가 턴-온되면 제1 신호 라인(SL1)을 통해 데이터 전압이 제1 노드(Nd1)에 인가된다. 이 때, 제1 노드(Nd1)의 전압 레벨은 제2 노드(Nd2)의 전압 레벨보다 높아지고, 제1 소자(TR1)에는 순방향의 전압이 인가될 수 있다. 순방향의 전압이 인가된 제1 소자(TR1)는 제1 노드(Nd1)로부터 제2 노드(Nd2)로 흐르는 전류를 통과시킬 수 있다.
제1 스위칭 소자(SW1)가 턴-오프되면, 제1 노드(Nd1)의 전압 레벨은 제2 노드(Nd2)의 전압 레벨보다 낮아진다. 그 결과, 제1 소자(TR1)에는 역방향의 전압이 인가될 수 있다. 역방향의 전압이 인가된 제1 소자(TR1)는 제2 노드(Nd2)로부터 제1 노드(Nd1)로 흐르는 전류를 차단할 수 있다. 즉, 제1 소자(TR1)는 다이오드의 역할을 할 수 있다.
제1 스위칭 소자(SW1)가 턴-오프되었을 때, 제1 소자(TR1)가 제2 노드(Nd2)로부터 제1 노드(Nd1)로 흐르는 전류를 차단하기 때문에 제1 스위칭 소자(SW1)의 기생부하에 의한 데이터 전압의 변화가 감소될 수 있다. 따라서, 제1 소자(TR1)에 의해 스위칭 에러가 감소될 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 5인치 이하의 크기를 갖는 공간 광 변조기(310)의 경우, 데이터 라인들(DL1~DLm) 각각이 갖는 기생 부하는 10인치 이상의 크기를 갖는 공간 광 변조기(310)의 데이터 라인들(DL1~DLm) 각각이 갖는 기생 부하보다 더 작을 수 있다. 따라서, 스위칭 소자(SW1~SW3)의 기생 부하에 의한 전체 기생 부하의 크기 변화 비율은 공간 광 변조기(310)의 크기가 작을수록 커질 수 있다. 즉, 공간 광 변조기(310)의 크기가 작을수록 스위칭 소자(SW~SW3) 각각이 갖는 기생 부하에 의한 데이터 전압의 왜곡이 크게 발생될 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시예에 따르면 스위칭 소자(SW1~SW3)가 턴-오프 되었을 때, 제1 소자(TR1)가 제2 노드(Nd2)로부터 제1 노드(Nd1)로 흐르는 전류를 차단한다. 따라서, 스위칭 소자(SW1~SW3)의 기생 부하에 의한 데이터 전압의 왜곡이 감소될 수 있다.
공간 광 변조기(310)는 화소(PX)에 인가되는 데이터 전압의 극성이 적어도 하나의 게이트 라인 단위로 서로 다른 극성을 갖는 라인 별 반전 구동 방식으로 구동될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니고, 공간 광 변조기(310)는 화소(PX)에 인가되는 데이터 전압의 극성이 적어도 하나의 프레임 단위로 서로 다른 극성을 갖는 프레임 별 반전 구동 방식으로 구동될 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에서 공간 광 변조기(310)는 인접한 화소간 극성이 상이한 도트 반전 구동 방식으로 구동될 수도 있다. 이러한 반전 구동 방법에 따르면 공간 광 변조기(310)의 액정이 열화되는 문제점이 감소될 수 있다.
제2 소자(TR2)는 제2 노드(Nd2)에 연결된 제어 단자, 제2 노드(Nd2)에 연결된 제1 단자 및 제3 노드(Nd3)에 연결된 제2 단자를 포함할 수 있다. 제2 소자(TR2)는 화소(PX)에 인가되는 데이터 전압의 극성이 반전되는 반전 구동이 가능하도록 기능할 수 있다. 이하에서 보다 구체적으로 설명된다.
공통 전압(Vcom)이 5V이고, 데이터 전압이 0V 내지 10V 사이의 값을 갖는 경우를 예로 들어 설명한다. 데이터 전압이 5V 내지 10V 사이의 값을 가질 때, 화소(PX)에는 정극성의 데이터 전압이 제공되고, 데이터 전압이 0V 내지 5V 사이의 값을 가질 때 화소(PX)에는 부극성의 데이터 전압이 제공될 수 있다.
정극성의 데이터 전압이 제공된 후 부극성의 데이터 전압이 제공될 때, 제2 노드(Nd2)의 전압이 제1 노드(Nd1)의 전압보다 높아 제1 소자(TR1)에 의해 전류의 흐름이 차단될 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시예에 따르면, 제2 소자(TR2)를 통해 제2 노드(Nd2)의 전압이 초기화될 수 있다. 즉, 다음 데이터 전압이 제공되기 전에 제2 노드(Nd2)를 다음 데이터 전압의 레벨보다 낮은 전압 레벨을 갖도록 초기화하여, 제1 노드(Nd1)로부터 제2 노드(Nd2)로 데이터 전압이 용이하게 전달될 수 있다.
구체적으로 설명하면, 부극성의 데이터 전압이 제공되기 전에 초기화 단자(TM)에 인가되는 초기화 전압 신호(Vref)의 레벨이 변화할 수 있다. 초기화 전압 신호(Vref)의 레벨은 제2 노드(Nd2)에 저장된 데이터 전압의 레벨, 및 제2 노드(Nd1)에 인가된 다음 데이터 전압의 레벨보다 낮을 수 있다. 이 때, 제2 소자(TR2)에는 순방향의 전압이 인가된다. 순방향의 전압이 인가된 제2 소자(TR2)를 통해 제2 노드(Nd2)에서 제3 노드(Nd3)로 전류가 흐르며, 제2 노드(Nd2)로부터 전하를 방전시켜 제2 노드(Nd2)를 초기화할 수 있다. 예컨대, 제2 노드(Nd2)의 전압 레벨은 부극성의 데이터 전압보다 낮은 레벨로 떨어질 수 있다. 즉, 부극성의 데이터 전압이 제공되어도, 제1 노드(Nd1)의 전압 레벨이 제2 노드(Nd2)의 전압 레벨이 높을 수 있다. 따라서, 제1 소자(TR1)에 의해 제1 노드(Nd1)로부터 제2 노드(Nd2)로 전류가 흐를 수 있고, 화소(PX)에 부극성의 데이터 전압이 충전될 수 있다.
또한, 공간 광 변조기(310)가 라인 별 반전 구동 방식으로 구동되지 않는 경우에도, 제2 소자(TR2)는 데이터 라인을 주기적으로 초기화시킬 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 하나의 데이터 라인에 8V의 정극성 전압이 인가된 후, 동일한 하나의 데이터 라인에 6V의 정극성 전압이 인가될 수 있다. 6V의 데이터 전압이 제1 노드(Nd1)에 인가되기 전에 데이터 라인을 초기화하지 않는다면 8V의 데이터 전압이 제2 노드(Nd2)에 충전된 상태이기 때문에 제1 소자(TR1)에는 역방향의 전압이 인가된다. 따라서, 제1 소자(TR1)에 의해 제1 노드(Nd1)와 제2 노드(Nd2) 사이의 전류의 흐름이 차단될 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시예에 따르면, 6V의 데이터 전압이 제1 노드(Nd1)에 인가되기 전에 제2 소자(TR2)를 이용하여 데이터 라인을 초기화한다. 그 결과, 제1 소자(TR1)에는 순방향의 전압이 인가되고, 제1 소자(TR1)는 제1 노드(Nd1)에 인가된 데이터 전압을 제2 노드(Nd2)로 전달할 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 화소들의 구동을 설명하기 위한 신호 타이밍도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 하나의 프레임의 일부에서 인가되는 제n 게이트 신호(GSn), 제n-1 게이트 신호(GSn-1), 제1 내지 제3 디먹스 신호들(DMS1, DNS2, DMS3), 및 초기화 전압 신호(Vref)의 신호 타이밍도가 도시되었다.
제n 게이트 신호(GSn)는 제n 게이트 라인(GLn)에 인가될 수 있고, 제n-1 게이트 신호(GSn-1)는 제n-1 게이트 라인(GLn-1)에 인가될 수 있다. 제n 게이트 신호(GSn)가 하이 레벨을 갖는 구간을 제1 게이트 하이 구간(GSH1)이라 정의하고, 제n-1 게이트 신호(GSn-1)가 하이 레벨을 갖는 구간을 제2 게이트 하이 구간(GSH2)이라 정의한다.
제1 게이트 하이 구간(GSH1), 및 제2 게이트 하이 구간(GSH2) 각각에서 제1 디먹스 신호(DMS1), 제2 디먹스 신호(DMS2), 및 제3 디먹스 신호(DMS3)가 순차적으로 하이 레벨을 가질 수 있다.
제1 디먹스 신호(DMS1)가 하이 레벨일 때, 제2 디먹스 신호(DMS2), 및 제3 디먹스 신호(DMS3)는 로우 레벨이고, 제2 디먹스 신호(DMS2)가 하이 레벨일 때, 제1 디먹스 신호(DMS1)와 제3 디먹스 신호(DMS3)는 로우 레벨이고, 제3 디먹스 신호(DMS3)가 하이 레벨일 때, 제1 디먹스 신호(DMS1)와 제2 디먹스 신호(DMS2)는 로우 레벨일 수 있다.
초기화 전압 신호(Vref)는 로우 레벨(V1) 및 하이 레벨(V2)을 가질 수 있다. 로우 레벨(V1)은 데이터 전압의 최소 레벨보다 낮은 레벨을 갖고, 하이 레벨(V2)은 데이터 전압의 최대 레벨보다 높은 레벨을 가질 수 있다. 예를 들어, 데이터 전압이 0V 내지 10V의 범위를 가지는 경우, 초기화 전압 신호(Vref)의 하이 레벨(V2)은 10V보다 높은 값을 갖고, 초기화 전압 신호(Vref)의 로우 레벨(V1)은 0V보다 낮은 값을 가질 수 있다.
제1 게이트 하이 구간(GSH1) 및 제2 게이트 하이 구간(GSH2) 동안은 하이 레벨(V2)의 초기화 전압 신호(Vref)가 초기화 단자(TM)에 인가될 수 있다. 이 경우, 최대 레벨을 갖는 데이터 전압이 제2 노드(Nd2)에 인가되더라도 제2 소자(TR2)에는 역방향의 전압이 인가될 수 있다. 따라서, 제1 게이트 하이 구간(GSH1) 및 제2 게이트 하이 구간(GSH2) 동안 제2 소자(TR2)는 제2 노드(Nd2)와 제3 노드(Nd3) 사이의 전류의 흐름을 차단할 수 있다.
블랭크 구간(IT)동안은 로우 레벨(V1)의 초기화 전압 신호(Vref)가 초기화 단자(TM)에 인가될 수 있다. 이 경우, 최소 레벨을 갖는 데이터 전압이 제2 노드(Nd2)에 충전된 상태이더라도 제2 소자(TR2)에는 순방향의 전압이 인가될 수 있다. 따라서, 블랭크 구간(IT)동안 제2 소자(TR2)는 제2 노드(Nd2)로부터 제3 노드(Nd3)를 향해 흐르는 전류를 통과시킬 수 있다. 이 때, 제2 노드(Nd2)에 충전되어 있던 전하가 제3 노드(Nd3)로 이동하게 된다. 즉, 제2 노드(Nd2)에 충전된 전하가 제3 노드(Nd3)를 통해 방전될 수 있다. 그 결과, 제2 노드(Nd2)의 전압 레벨이 감소되어 데이터 라인의 전압이 초기화될 수 있다. 따라서, 이 후 제1 노드(Nd1)에 부극성의 데이터 전압 또는 직전에 인가된 데이터 전압보다 낮은 레벨의 데이터 전압이 인가되더라도 제1 소자(TR1)에는 순방향의 전압이 인가될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 소자(TR1)는 스위칭 소자(SW1~SW3)가 턴-오프 되었을 때, 제2 노드(Nd2)로부터 제1 노드(Nd1)로 흐르는 전류의 흐름을 차단할 수 있다. 따라서, 스위칭 소자(SW1~SW3)의 기생 부하에 의한 데이터 라인들(DL1~DL3)에 충전된 데이터 전압의 변화가 감소될 수 있고, 그 결과 스위칭 소자(SW1~SW3)의 기생 부하에 의한 데이터 전압의 왜곡이 감소될 수 있다. 또한, 제2 소자(TR2)에 의해 데이터 전압의 극성이 반전되는 반전 구동이 가능하도록 기능할 수 있다. 따라서, 액정의 열화가 방지될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
100a, 100b, 1000: 홀로그래픽 표시 장치
100: 광원부 200: 제1 광학계
310: 공간 광 변조기 320: 타이밍 컨트롤러
330: 게이트 구동부 340: 데이터 구동부
350: 디먹스 부 360: 스위칭 제어부
100: 광원부 200: 제1 광학계
310: 공간 광 변조기 320: 타이밍 컨트롤러
330: 게이트 구동부 340: 데이터 구동부
350: 디먹스 부 360: 스위칭 제어부
Claims (18)
- 광을 출사하는 광원부;
게이트 라인 및 데이터 라인과 연결된 화소를 포함하며, 상기 광원부에서 출사된 광을 변조하여 홀로그램 영상을 출력하는 공간 광 변조기; 및
상기 공간 광 변조기를 제어하는 공간 광 변조기 제어부를 포함하고,
상기 공간 광 변조기 제어부는
신호 라인에 데이터 전압을 제공하는 데이터 구동부;
상기 신호 라인과 연결되며 순차적으로 턴-온되는 복수의 스위칭 소자들을 포함하고, 상기 복수의 스위칭 소자들 중 턴-온 된 스위칭 소자를 통해 전달 라인에 상기 데이터 전압을 전달하는 디먹스 부; 및
상기 전달 라인과 상기 데이터 라인 사이에 연결되며, 상기 전달 라인의 전압 레벨이 상기 데이터 라인의 전압 레벨보다 높은 경우, 상기 전달 라인으로부터 상기 데이터 라인으로 흐르는 전류를 통과시키고, 상기 전달 라인의 전압 레벨이 상기 데이터 라인의 전압 레벨보다 낮은 경우, 상기 데이터 라인으로부터 상기 전달 라인으로 흐르는 전류를 차단하는 제1 소자를 포함하는 홀로그래픽 표시 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 소자는 다이오드 커넥티드 트랜지스터인 홀로그래픽 표시 장치. - 제2 항에 있어서,
상기 제1 소자는
상기 전달 라인에 연결된 제어 단자;
상기 전달 라인에 연결된 제1 단자; 및
상기 데이터 라인에 연결된 제2 단자를 포함하는 홀로그래픽 표시 장치. - 삭제
- 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 공간 광 변조기 제어부는
초기화 전압 신호가 인가되는 초기화 단자와 상기 데이터 라인 사이에 연결되어, 상기 데이터 라인으로부터 상기 초기화 단자로 흐르는 전류를 통과시키고, 상기 초기화 단자로부터 상기 데이터 라인으로 흐르는 전류를 차단하는 제2 소자를 더 포함하는 홀로그래픽 표시 장치. - 제6 항에 있어서,
상기 제2 소자는 다이오드 커넥티드 트랜지스터인 홀로그래픽 표시 장치. - 제7 항에 있어서,
상기 제2 소자는
상기 데이터 라인에 연결된 제어 단자;
상기 데이터 라인에 연결된 제1 단자; 및
상기 초기화 단자와 연결된 제2 단자를 포함하는 홀로그래픽 표시 장치. - 제6 항에 있어서,
상기 제2 소자는 상기 데이터 라인의 전압 레벨이 상기 초기화 단자로 입력된 상기 초기화 전압 신호의 레벨보다 높은 경우, 상기 데이터 라인으로부터 전하를 방전시켜 상기 데이터 라인을 초기화하는 홀로그래픽 표시 장치. - 제9 항에 있어서,
상기 초기화 전압 신호는 상기 데이터 전압의 최대 레벨보다 높은 하이 레벨 구간, 및 상기 데이터 전압의 최소 레벨보다 낮은 로우 레벨 구간을 갖고, 상기 로우 레벨의 상기 초기화 전압 신호가 입력되는 동안, 상기 데이터 라인이 초기화되는 홀로그래픽 표시 장치. - 제10 항에 있어서,
상기 하이 레벨의 상기 초기화 전압 신호가 입력되는 동안, 상기 제2 소자는 상기 초기화 단자로부터 상기 데이터 라인으로 흐르는 전류를 차단하는 홀로그래픽 표시 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 공간 광 변조기는 반사형 구조를 갖는 홀로그래픽 표시 장치. - 게이트 라인 및 데이터 라인과 연결된 화소를 포함하며 홀로그램 영상을 출력하는 공간 광 변조기의 상기 게이트 라인에 게이트 신호를 인가하는 단계;
턴-온 및 턴-오프 상태로 반복적으로 동작하는 스위칭 소자를 통해 상기 스위칭 소자가 턴-온 상태로 동작하는 동안 상기 스위칭 소자와 전기적으로 연결된 전달 라인에 제1 데이터 전압을 전달하는 단계;
상기 스위칭 소자가 턴-온 상태로 동작하여 상기 전달 라인의 전압 레벨이 상기 데이터 라인의 전압 레벨보다 높은 경우, 상기 제1 데이터 전압을 상기 전달 라인으로부터 상기 데이터 라인으로 전달하는 단계; 및
상기 스위칭 소자가 턴-오프 상태로 동작하여 상기 전달 라인의 전압 레벨이 상기 데이터 라인의 전압 레벨보다 낮은 경우, 상기 데이터 라인으로부터 상기 전달 라인으로 흐르는 전류를 차단하는 단계를 포함하는 홀로그래픽 표시 장치 구동 방법. - 제13 항에 있어서,
상기 제1 데이터 전압이 충전된 상기 데이터 라인을 초기화하는 단계;
상기 데이터 라인을 초기화한 후 턴-온된 상기 스위칭 소자를 통해 상기 전달 라인에 제2 데이터 전압을 전달하는 단계; 및
상기 스위칭 소자가 턴-온 상태로 동작하는 동안 상기 제2 데이터 전압을 상기 전달 라인으로부터 상기 데이터 라인으로 전달하는 단계를 더 포함하는 홀로그래픽 표시 장치 구동 방법. - 제14 항에 있어서,
상기 제1 데이터 전압의 전압 레벨은 상기 제2 데이터 전압의 전압 레벨보다 높은 홀로그래픽 표시 장치 구동 방법. - 제15 항에 있어서,
상기 제1 데이터 전압은 정극성의 데이터 전압이고, 상기 제2 데이터 전압은 부극성의 데이터 전압인 홀로그래픽 표시 장치 구동 방법. - 제14 항에 있어서,
상기 데이터 라인을 초기화하는 단계는, 상기 게이트 신호가 인가되지 않는 동안, 상기 데이터 라인에 충전된 전하를 방전시켜 상기 데이터 라인을 초기화하는 단계를 포함하는 홀로그래픽 표시 장치 구동 방법. - 제17 항에 있어서,
상기 데이터 라인을 초기화하는 단계에서 상기 데이터 라인을 상기 제1 데이터 전압 및 상기 제2 데이터 전압 각각의 최소값보다 낮은 레벨의 전압을 갖도록 초기화하는 홀로그래픽 표시 장치 구동 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US14/996,527 US9904251B2 (en) | 2015-01-15 | 2016-01-15 | Holographic display apparatus and method of driving the same |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150007467 | 2015-01-15 | ||
| KR20150007467 | 2015-01-15 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20160088789A KR20160088789A (ko) | 2016-07-26 |
| KR101813147B1 true KR101813147B1 (ko) | 2017-12-29 |
Family
ID=56680973
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020150161211A KR101813147B1 (ko) | 2015-01-15 | 2015-11-17 | 홀로그래픽 표시 장치 및 그 구동 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101813147B1 (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100686312B1 (ko) | 1998-03-19 | 2007-02-22 | 소니 가부시끼 가이샤 | 액정표시장치 |
| US8157389B2 (en) | 2003-11-01 | 2012-04-17 | Silicon Quest Kabushiki-Kaisha | Synchronous control system for light source and spatial light modulator employed in projection apparatus |
-
2015
- 2015-11-17 KR KR1020150161211A patent/KR101813147B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100686312B1 (ko) | 1998-03-19 | 2007-02-22 | 소니 가부시끼 가이샤 | 액정표시장치 |
| US8157389B2 (en) | 2003-11-01 | 2012-04-17 | Silicon Quest Kabushiki-Kaisha | Synchronous control system for light source and spatial light modulator employed in projection apparatus |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 변춘재, "홀로그램 단말을 위한 LC기반 대면적 SLM기술", 한국통신학회지(정보와 통신) 제32권제3호 pp. 44-51 (2015.02.28) |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20160088789A (ko) | 2016-07-26 |
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