KR19990043445A - 박막형 광로 조절 장치의 구동 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액츄에이터를 구동하기 위한 소오스 신호, 게이트 신호, 백 바이어스 신호를 포함하는 구동 신호의 신호 레벨에 대응하여 선형적 또는 비선형적으로 발생하는 누설 전류를 감소시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 구동 회로에 관한 것으로서, 종래 기술에서 발생되는 문제점인 콘트라스트 저하를 방지하기 위해, 상기 구동 신호의 신호 레벨을 상기 누설 전류가 선형적으로 나타나는 전압 범위 내에서 인가하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 구동 회로를 제공하므로써, 박막형 광로 조절 장치의 신뢰성을 증진시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

박막형 광로 조절 장치의 구동 회로

본 발명은 박막형 광로 조절 장치(Actuated Mirror Arrays; AMA)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 박막형 광로 조절 장치의 포토 리크(Photo Leak)에 의한 컨트라스트(Contrast) 저하를 방지할 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 구동 회로에 관한 것이다.

AMA란, 투사형 화상 표시 장치의 일종으로서, M×N(M, N은 자연수) 개로 구성된 각 단위 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 같은 단면을 가지는 단위 픽셀들이 M×N 구조를 이루어 도 2에 도시된 바와 같은 AMA 모듈(350)을 구성하고, 이와 같이 구성된 AMA 모듈(350)은 도 2에 도시된 바와 같은 구동 회로에 의해 동작하게 되는바, 도 1 내지 도 4를 참조하여 종래의 기술에 따른 M×N 박막형 광로 조절 장치의 동작 과정에 대하여 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 M×N 박막형 광로 조절 장치를 구성하는 단위 픽셀의 단면을 도시한 단면도이고, 도 2는 일반적인 M×N 박막형 광로 조절 장치를 구동하기 위한 구동 회로를 도시한 블록 구성도이며, 도 3은 일반적인 M×N 박막형 광로 조절 장치의 AMA 픽셀의 구동 소자 및 액츄에이터의 구동 과정을 설명하기 위한 개념도이다. 또한, 도 4 는 일반적인 M×N 박막형 광로 조절 장치를 구동하는 구동 신호를 도시한 파형도이다.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해, M×N 박막형 광로 조절 장치를 AMA 모듈이라 칭하고, M×N 박막형 광로 조절 장치를 구성하는 각각의 단위 픽셀을 AMA 픽셀이라 칭하며, 도면에 도시되어 있으나 하기에 설명을 생략한 부분은 일반적인 모스 트랜지스터와 동일한 기능을 수행하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

먼저, 외부로부터 동기 신호 및 화상 데이터가 시스템 제어부(310)에 인가되면, 시스템 제어부(320)는 외부로부터 인가된 화상 신호에 대응되게 AMA 모듈 내의 M×N AMA 픽셀을 구동하기 위하여, 공통 전극부(320), 게이트 구동부(330), 소스 구동부(340)를 구동 제어한다. 이때, 시스템 제어부(310)는 외부로부터 인가된 동기 신호에 의거하여 게이트 구동부(330)와 소스 구동부(340)로부터 각 AMA 픽셀에 구동 신호가 인가되는 타이밍을 포함하여 제어할 것이다.

시스템 제어부(330)의 구동 제어에 의해, 게이트 구동부(300)는 소스 구동부(340)에서 제공되는 소오스 신호가 AMA 모듈을 구성하는 M×N 박막형 광로 조절 장치에 순차적으로 인가될 수 있도록 게이트 신호를 발생하고, 소스 구동부(330)는 외부로부터 인가된 화상 데이터에 대응하는 소오스 신호를 발생한다. 이때, 소스 구동부(330)에서 발생되는 소오스 신호 및 게이트 신호는 소정 레벨의 전압일 것이다.

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 2에 도시된 게이트 라인을 따라 AMA 픽셀의 게이트 전극(120)에 제공되면, 게이트 전극(120)은 턴온 되고, 그에 따라 소스 구동부(340)에서 발생된 구동 신호는 드레인 전극(115)에 인가 된다. 이때, 구동 신호는 도 4에 도시된 바와 같이 화상 신호에 대응하는 전압을 충전하기 위한 프리 차아지(Pre-charge) 신호와 충전된 전압을 일정 시간동안 방전하며 화상 신호에 대응하는 일정 전압 레벨로 유지하는 홀딩 신호로 이루어져 있을 것이다.

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 소오스 신호는 금속층(140)과 배전체(270)를 경유하여 하부 전극(220)에 인가된다.

이때, 상부 전극(240)에는 공통 전극부(320)에서 제공되는 공통 신호가 인가되고 있으므로, 하부 전극(220)에 인가된 소오스 신호와 상부 전극(240)에 인가된 공통 전압간의 전위차가 발생하고, 따라서, 하부 전극(220)과 상부 전극(240) 사이에는 소오스 신호와 공통 신호간의 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.

상술한 과정에 의하여, AMA 모듈(350)을 구성하는 M×N 개의 AMA 픽셀 각각은 광원으로부터 입사된 빛을 소정 각도로 반사하므로써, 입력된 화상 데이터에 대응하는 소정 화상을 형성하게 된다.

그러나, 상술한 박막형 광로 조절 장치에서는 소스 전극(120) 또는 드레인 전극(115)에서, p-n 접합면의 접합 누설(Junction Leak)이나 광원으로부터 입사된 빛에 의한 광누설(Photo Leak)에 의하여 누설 전류(Leakage Current)가 발생되므로써, 불필요한 전압이 충전되어, 액츄에이터(200)를 소정 각도로 틸팅시키는 문제점이 있었다.

특히, 도 3, 도 5 및 도 6을 참조하여 종래 기술에 따른 박막형 광로 조절 장치에서의 문제점을 설명하면 다음과 같다.

도 3은 상술한 바 있고, 도 5는 종래 기술에 따른 구동 신호의 신호 레벨에 대응한 누설 전류량을 도시한 전압-전류도이며, 도 6은 종래의 기술에 따른 구동 신호를 사용할 때 누설 전류에 의해 액츄에이터가 구동하는 모습을 도시한 예시도이다.

먼저, 종래에는 기판에 공급되는 백 바이어스 전압(Back Bias Voltage)을 17V, 소오스 전극(120)에는 0∼12V의 전압을, 게이트 전극(125)에는 턴온(Turn On)시에 -5V, 턴오프(Turn Off)시에는 17V의 전압을 공급하였다.

그러나, 도 5에 도시된 전압-전류도에서 보는 바와 같이, -17V 정도의 리버스(Reverse) 상태에서는, 누설 전류가 전압의 제곱에 비례하여 발생하기 때문에, 도 6에 도시된 바와 같이, 누설 전류에 의한 전압 충전으로 액츄에이터(200)가 소정 각도로 틸팅하게 된다.

따라서, 종래에는 누설 전류로 인해 블랙 레벨(Black Level)에서 완전한 블랙이 되지 않아, 컨트라스트를 저하시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 박막형 광로 조절 장치의 액츄에이터를 구동하기 위한 구동 신호의 신호 레벨을 조정하여, 누설 전류에 기인한 컨트러스트 저하를 방지할 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 구동 회로를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 액츄에이터를 구동하기 위한 소오스 신호, 게이트 신호, 백 바이어스 신호를 포함하는 구동 신호의 신호 레벨에 대응하여 선형적 또는 비선형적으로 발생하는 누설 전류를 감소시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 구동 회로로서, 상기 구동 신호의 신호 레벨을 상기 누설 전류가 선형적으로 나타나는 전압 범위 내에서 인가하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 구동 회로를 제공한다.

도 1은 일반적인 M×N 박막형 광로 조절 장치를 구성하는 단위 픽셀의 단면을 도시한 단면도,

도 2는 일반적인 M×N 박막형 광로 조절 장치를 구동하기 위한 구동 회로를 도시한 블록 구성도,

도 3은 일반적인 M×N 박막형 광로 조절 장치의 AMA 픽셀의 구동 소자 및 액츄에이터의 구동 과정을 설명하기 위한 개념도,

도 4는 일반적인 M×N 박막형 광로 조절 장치를 구동하는 구동 신호를 도시한 파형도,

도 5는 종래 기술에 따른 구동 신호의 신호 레벨에 대응한 누설 전류량을 도시한 전압-전류도,

도 6은 종래의 기술에 따른 구동 신호를 사용할 때 누설 전류에 의해 액츄에이터가 구동하는 모습을 도시한 예시도,

도 7은 본 발명에 따른 구동 신호의 신호 레벨에 대응한 누설 전류량을 도시한 전압-전류도,

도 8은 본 발명에 따른 구동 신호를 사용할 때 누설 전류에 의해 액츄에이터가 구동하는 모습을 도시한 예시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 구동 기판 110, Sub : 반도체 기판

115, D : 드레인 전극 120, S : 소오스 전극

125, G : 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

340 : 소스 구동부 350 : AMA 모듈

본 발명의 장점 및 기타 다른 목적과 장점은 첨부된 도 1 및 도 5 내지 도 8을 참조한 하기의 설명에 의해 더욱 명확히 이해될 것이다.

도 1 및 도 3은 상술한 바 있고, 도 7은 본 발명에 따른 구동 신호의 신호 레벨에 대응한 누설 전류량을 도시한 전압-전류도이며, 도 8은 본 발명에 따른 구동 신호를 사용할 때 누설 전류에 의해 액츄에이터가 구동하는 모습을 도시한 예시도이다.

먼저, 본 발명에서는 도 3에 도시된 액츄에이터(200)의 기판(Sub)에 백 바이어스 전압을 9∼13V 전압 레벨 범위에서 공급하며, 보다 바람직하게는 백 바이어스 전압을 약 12V 정도의 전압 레벨로 공급 할 수 있을 것이다.

이때, 백 바이어스 전압의 신호 레벨은, 백 바이어스 전압에 대응하는 누설 전류량을 도시한 도 7에서 보는 바와 같이, 누설 전류가 선형적으로 증가할 때 공급되는 전압 레벨중에서 일정 전압 레벨을 선택하여 공급한다.

한편, 백 바이어스 전압을 12V로 제공할 때, 게이트 전압은 백 바이어스 전압에 대응하여 제공하는 바, 구동 소자를 턴온 시키는 경우는 -3∼6V 전압 레벨 범위에서 인가하는 것이 바람직할 것이고, 구동 소자를 턴오프 시키는 경우는, 9∼13V로 제공하는 것이 바람직할 것이다. 이때, 구동 신호를 턴오프 시키기 위한 게이트 신호는 백 바이어스 전압의 전압 레벨과 동일한 전압 레벨로 공급하는 것이 바람직할 것이다.

또한, 소오스 신호는 0∼10V의 전압 레벨 범위 내에서 인가되는 바, 10V 내의 소정 전압 레벨은 액츄에이터(200)를 틸팅시키기 위해서 충전하는 프리 차아지 구간에 해당하고, 0V는 프리 차아지한 전압을 방전 시키며 액츄에이터를 구동하는 홀딩 구간, 즉, 입력되는 화상 데이터에 대응되게 액츄에이터를 소정 각도로 틸팅 시키는 구간에 해당한다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전압 레벨을 갖는 구동 신호에 의해서 액츄에이터(200)가 틸팅하는 과정에 대해 설명하면 다음과 같다. 이때, 게이트 신호, 소오스 신호, 백바이어스 신호의 각 전압 레벨은 본 발명의 바람직한 신호 레벨 중 택일하여 설명하는 바, 상술한 전압 레벨 범위 내의 다른 전압 레벨에서도 본 발명의 중심 사상에 의한 효과와 동일한 효과를 얻을 수 있을 것이다.

먼저, 기판(Sub)에는 12V의 전압 레벨을 갖는 백 바이어스 신호가 공급되고, 소오스 전극(S)에는 0V의 전압 레벨을 갖는 구동 신호가 인가되며, 게이트 전극(G)에는 12V의 전압 레벨을 가진 게이트 신호가 인가된다. 이때, 기판에 인가되는 백 바이어스 신호의 전압 레벨과 게이트 전극(G)에 인가되는 게이트 신호의 전압 레벨이 12V로 같기 때문에, 소오스 전극(S)과 드레인 전극(D) 사이에는 채널(Chennel)이 형성되지 못한다.

따라서, 구동 소자는 턴오프 상태로서 액츄에이터(200)의 하부 전극(220)에는 소오스 신호가 인가되지 않으며, 도 3에 도시된 바와 같이, 상부 전극(220)에만 공통 신호가 접지 전압으로 인가되는 상태이다.

이후, 시스템 제어부(310)의 타이밍 제어에 의해, AMA 모듈(350) 내의 AMA 픽셀을 구동 시키기 위해, 게이트 전극(G)에는 -5V의 전압 레벨을 가진 게이트 신호가 인가되고, 기판(Sub)에는 여전히 12V의 전압 레벨을 가진 백 바이어스 신호가 인가된다.

따라서, 게이트 전극(G)과 기판(Sub) 사이에는 17V의 전위차가 형성되고, 소오스 전극(S)과 드레인 전극(D) 사이에는 게이트 전극(G)과 기판(Sub) 사이에 형성된 전위차 17V에 대응하는 채널이 형성된다. 즉, 액츄에이터(200)를 구동하기 위한 구동 소자가 턴온된다.

한편, 시스템 제어부(310)의 제어에 의해, 소오스 구동부(340)에서는 외부로부터 인가되는 화상 데이터에 대응하는 소정의 소오스 신호를 제공하는 바, 소오스 구동부(340)에서 제공된 소오스 신호는 소오스 전극(S)과 드레인 전극(D) 사이에 형성된 채널을 통해 드레인 전극(D)에 인가된다.

또한, 드레인 전극(D)에 인가된 소오스 신호는, 배전체(270)를 경유하여 하부 전극(220)에 제공되어, 도 4에 도시된 프리 차아지 구간동안 충전된후, 나머지 기간 동안에 방전된다. 이때, NTSC용 한 화면을 예로 들면, 한 화면에 대한 시간인 약 33ms중 2μs동안 대기 또는 액츄에이터의 복원을 수행한 후, 2μs 동안 충전하고, 나머지 시간동안 방전을 통해 일정한 전압 레벨을 유지한다.

따라서, 상부 전극(240)에는 도 3에 도시한 바와 같이, 공통 신호(Common Signal)가 접지 전압으로 제공되므로, 하부 전극(220)과 상부 전극(240) 사이에는 소정의 전위차가 발생된다. 이때, 하부 전극(220)과 상부 전극(240) 사이에 발생된 전위차에 대응하여 변형부(230)는 수축 작용을 일으키고, 변형부(230)의 수축 작용에 의하여 액츄에이터(200)는 하부 전극(220)에 인가된 소스 신호에 대응하는 소정 각도로 틸팅하게 된다.

상술한 바와 같이, 백바이어스 신호를 12V, 게이트 신호를 -5V/12V, 소오스 신호를 0∼10V의 전압 레벨로 인가하여도 박막형 광로 조절 장치는 정상적으로 동작하지만 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 누설 전류에 의한 영향은 거의 받지 않는다.

상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 구동 회로를 이용할 때 얻을 수 있는 효과는, 도 5 내지 도 8을 참조하여 종래 발명과 본 발명에 대해 비교해 보면 명확히 알 수 있다.

먼저, 도 5에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따라 인가 신호를 비선형 범위의 전압 레벨 V로 인가하면 누설 전류 I는 kV²(k는 비례 상수)만큼 발생되므로, 액츄에이터(200)는 도 6에 도시된 바와 같이 초기 틸팅각(ITA : Initial Tilting Angle)에 소정 각도로 이격된 각 만큼 틸팅한다. 이때, 이격 각도는 누설 전류 kV²에 대응한다.

따라서, 블랙 레벨 범위에서도 액츄에이터(200)가 소정 각도로 틸팅하여, 광원으로부터 입사되는 빛을 반사하기 때문에, 콘트라스트 저하의 한 원인이 된다.

그러나, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라서 각 신호를 누설 전류가 선형적으로 발생되는 구간(Linear Region) 일때의 전압 레벨 V'로 인가하면, 누설 전류 I'는 k'V'(k'는 비례 상수)만큼 발생되므로, 액츄에이터(200)는 도 8에 도시된 바와 같이 초기 틸팅각(ITA : Initial Tilting Angle)을 유지한다. 이때, 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 누설 전류 I'(k'V')는 누설 전류 I(kV²)에 비해 매우 작은 값이므로, 종래의 기술에 의한 콘트라스트 저하는 거의 발생하지 않으므로, 박막형 광로 조절 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 액츄에이터를 구동하기 위한 소오스 신호, 게이트 신호, 백 바이어스 신호를 포함하는 구동 신호의 신호 레벨에 대응하여 선형적 또는 비선형적으로 발생하는 누설 전류를 감소시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 구동 회로로서,

   상기 구동 신호의 신호 레벨을 상기 누설 전류가 선형적으로 나타나는 전압 범위 내에서 인가하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 구동 회로.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 소오스 신호는 0∼10V, 상기 백 바이어스 신호 및 게이트 신호는 10∼13V의 전압 레벨 범위 내에서 인가하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 구동 회로.