KR19990056488A

KR19990056488A - 박막형 광로 조절 장치

Info

Publication number: KR19990056488A
Application number: KR1019970076483A
Authority: KR
Inventors: 주상백
Original assignee: 전주범; 대우전자 주식회사
Priority date: 1997-12-29
Filing date: 1997-12-29
Publication date: 1999-07-15

Abstract

본 발명은 광원으로부터 입사되는 빛을 소정 각도로 반사하기 위한 M×N(M, N은 양의 정수)개의 액츄에이터와 상기 액츄에이터 각각에 대응하는 스위칭 소자를 구비한 박막형 광로 조절 장치에 관한 것으로서, 상기 스위칭 소자는, 상기 액츄에이터를 구동하기 위한 구동 신호를 상기 액츄에이터에 인가하는 구동 소자와;

상기 액츄에이터를 초기 위치로 복원 시키기 위한 복원 신호를 상기 액츄에이터에 인가하는 복원 소자로 이루어지고, 상기 액츄에이터는, 상기 구동 신호가 인가되는 구동 전극; 상기 복원 신호가 인가되는 복원 전극; 상기 구동 전극과 상기 복원 전극 사이에 형성되어 공통의 기준 전극으로 동작하는 공통 전극; 상기 구동 전극에 인가되는 구동 신호와 상기 공통 전극에 인가되는 공통 신호의 전위차에 의해 상기 액츄에이터를 소정 각도록 틸팅시키는 구동 변형층; 상기 복원 전극에 인가되는 복원 신호와 상기 복원 전극에 인가되는 복원 신호의 전위차에 의해 상기 액츄에이터를 틸팅이전의 원래 위치로 복원시키는 복원 변형층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치를 제공하므로써, 변형층의 물성 저하 및 수명 단축을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

박막형 광로 조절 장치

본 발명은 박막형 광로 조절 장치(Actuated Mirror Arrays; AMA)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액츄에이터가 소정 각으로 틸팅하기 이전에 액츄에이터를 초기 틸팅각의 위치로 복원시키기 위한 복원 전극을 구비한 박막형 광로 조절 장치에 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 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.

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), 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 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, 도 4에 도시된 바와 같이, 1 프레임에 대해 1 주기(1H)의 소정 기간동안 충전하고, 나머지 기간동안 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(200) 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 스크린(도시 생략된)에 투영하게 된다.

한편, 박막형 광로 조절 장치에 구동 신호가 인가되기 전의 초기 상태에서, 변형층(230) 내 도메인은 도 5a에 도시된 바와 같이 무질서한 배열을 이루고 있으며, 이때, 액츄에이터(200)는 구동 기판에 대하여 수평 상태(초기 틸팅각)에 위치한다.

액츄에이터(200)가 초기 틸팅각의 위치에 놓여있는 상태에서, 화상 신호가 인가되면, 변형층(230) 내의 도메인은 도 5b에 도시된 바와 같이 일방향을 향해 재배열되고, 변형층(230)은 수축 작용을 통해 액츄에이터(200)를 화상 신호에 대응하는 소정 각도로 틸팅시킨다.

그러나, 상술한 동작이 반복되면, 변형층(230) 내의 도메인은 도 5a와 같은 초기 상태를 유지하는 것이 아니라, 도 5c와 같이 잔여 방향성을 이루어 액추에이터는 초기 상태(초기 틸팅각)에서 소정 각도로 이격된 위치에 놓이게되므로, 블랙 레벨에서도 광을 반사하여 콘트라스트(Contrast) 저하의 원인이 된다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 신호 전극 및 변형층을 각각 두 개씩 구성하여, 그 한층은 구동을 위한 구동층으로 이용하고 나머지 한 층은 복원층으로 이용할 수 있도록 구성한 박막형 광로 조절 장치를 제공하는 데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 광원으로부터 입사되는 빛을 소정 각도록 반사하기 위한 M×N(M, N은 양의 정수)개의 액츄에이터와 상기 액츄에이터 각각에 대응하는 스위칭 소자를 구비한 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 상기 스위칭 소자는, 상기 액츄에이터를 구동하기 위한 구동 신호를 상기 액츄에이터에 인가하는 구동 소자와; 상기 액츄에이터를 초기 위치로 복원 시키기 위한 복원 신호를 상기 액츄에이터에 인가하는 복원 소자로 이루어지고, 상기 액츄에이터는, 상기 구동 신호가 인가되는 구동 전극; 상기 복원 신호가 인가되는 복원 전극; 상기 구동 전극과 상기 복원 전극 사이에 형성되어 공통의 기준 전극으로 동작하는 공통 전극; 상기 구동 전극에 인가되는 구동 신호와 상기 공통 전극에 인가되는 공통 신호의 전위차에 의해 상기 액츄에이터를 소정 각도록 틸팅시키는 구동 변형층; 상기 복원 전극에 인가되는 복원 신호와 상기 복원 전극에 인가되는 복원 신호의 전위차에 의해 상기 액츄에이터를 틸팅이전의 원래 위치로 복원시키는 복원 변형층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치를 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 장치를 구성하는 단위 픽셀에 대응하는 구동 회로를 도시한 회로도,

도 4는 종래의 일 실시예에 따라 M×N 박막형 광로 조절 장치를 구동하는 구동 신호를 도시한 파형도,

도 5는 M×N 박막형 광로 조절 장치의 액츄에이터 구동 상태별 변형층의 도메인 배열을 도시한 예시도,

도 6은 본 발명에 따른 M×N 박막형 광로 조절 장치를 구성하는 단위 픽셀의 액츄에이터 구조 및 그 구동부를 도시한 예시도,

도 7은 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 각 전극에 인가되는 구동 신호 및 복원 신호의 신호 파형을 도시한 파형도.

<도면의 주요부분에 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

340 : 소스 구동부 350 : AMA 모듈

410 : 구동 전극 420 : 구동 변형층

430 : 공통 전극 440 : 복원 변형층

450 : 복원 전극 510 : 구동 소자

520 : 복원 소자

본 발명의 장점 및 기타 다른 목적과 장점은 첨부된 도 6 및 도 7에 의해 더욱 명확히 이해될 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 M×N 박막형 광로 조절 장치를 구성하는 단위 픽셀의 액츄에이터 구조 및 그 구동부를 도시한 예시도이고, 도 7은 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 각 전극에 인가되는 구동 신호 및 복원 신호의 신호 파형을 도시한 파형도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 액츄에이터(400)는 구동 전극(410), 구동 변형층(420), 공통 전극(430), 복원 변형층(440), 복원 전극(450), 구동 소자(510), 복원 소자(520)를 포함하여 이루지며, 그 각 층별 구성 및 기능은 다음과 같다.

먼저, 구동 전극(410)은 전기적으로는 종래 박막형 광로 조절 장치의 하부 전극(220)과 동일한 역할을 수행하고, 광학적으로는 종래 박막형 광로 조절 장치의 상부 전극(240)과 동일한 역할을 수행한다.

즉, 구동 전극(410)은 전기 도전성 및 반사 특성이 우수한 금속, 예를 들어, 알루미늄(Al) 또는 백금(Pt) 등으로 형성되며, 구동 소자(510)로부터 구동 신호가 인가되고, 이후, 구동 신호와 공통 전극(430)에 인가되는 공통 신호와의 전위차에 의해 구동 변형층(420)이 변형을 일으키면, 외부로부터 입사되는 광을 소정 각도로 반사한다.

한편, 구동 변형층(420)은 상술한 종래 박막형 광로 조절 장치의 변형층(230)과 동일하게, 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, 구동 전극(410)에 인가되는 구동 신호와 공통 전극(430)에 인가되는 공통 신호의 전위차에 대응하는 변형을 일으켜 액츄에이터(400) 전체를 소정 각도로 틸팅시킨다.

공통 전극(430)은 도전성이 양호한 금속으로 이루어지며, 상술한 도 2의 공통 전극부(320)로부터 제공되는 공통 신호, 즉, 접지 전압 등과 같은 바이어스 전압으로 이루어진 공통 신호가 인가된다.

한편, 복원 변형층(440)은 복원 전극(450)에 인가되는 복원 신호와 공통 전극(430)에 인가되는 공통 신호의 전위차에 대응하는 변형을 일으켜 액츄에이터(400) 전체를 소정 각도로 틸팅 시키는바, 그 틸팅 방향은 구동 변형층(420)에 의한 틸팅 방향과 반대 방향이 될 것이다. 이때, 복원 변형층(440)도 구동 변형층(420)과 마찬가지로 PZT(Pb(Zr, Ti)O₃), 또는 PLZT((Pb, La)(Zr, Ti)O₃)등의 압전 세라믹 또는 PMN(Pb(Mg, Nb)O₃)등의 전왜 세라믹으로 형성된다.

복원 전극(450)은 도전성이 양호한 금속으로 이루어지며, 복원 소자(520)로부터 인가되는 복원 신호가 인가된다.

구동 소자(510)는 상술한 종래 박막형 광로 조절 장치의 구동 소자와 동일한 구성 및 기능은 가지는바, 도 2의 소스 구동부(340)로부터 소스 전극(120)으로 인가되는 구동 신호를 드레인 전극(115)을 통해 구동 전극(410)에 제공한다. 이때, 구동 전극은 외부로부터 인가되는 영상 데이터에 대응하는 신호일 것이다.

한편, 복원 소자(520)는 액츄에이터(400)를 기설정된 초기 상태, 즉, 틸팅각을 0로 하는 초기 위치로 복원시키기 위한 복원 신호를 복원 전극(450)에 제공한다.

이하, 상술한 구조를 이루는 박막형 광로 조절 장치의 동작 과정에 대해 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도 7을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 이때, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 NTSC(National Television System Committee) 방식의 1 화면을 예로 들어 설명하기로 한다.

먼저, 외부로부터 인가되는 1 화면에 대한 영상 데이터가 인가되는 33ms에 대하여, 그 첫 번째 수평주기 63.5μs의 초기 2μs 동안에 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 동작 과정은 다음과 같다.

공통 전극(430)에 접지 전압으로 이루어진 공통 신호를 인가하는 상태에서, 구동 소자(510)는 구동 전극(410)에 0V의 구동 신호를 인가하고, 복원 소자(520)는 복원 전극(450)에 소정 전압 레벨을 가진 복원 신호를 인가한다.

이때, 구동 전극(410)과 공통 전극(430) 사이에는 전위차가 형성되지 않기 때문에, 구동 변형층(420)은 변형을 일으키지 않지만, 복원 전극(450)과 공통 전극(440) 사이에는 전위차가 형성되기 때문에 복원 변형층(440)은 변형을 일으켜 액츄에이터(400) 전체를 소정 각도로 틸팅시킬 것이다.

한편, 상술한 과정에서 복원 신호는 액츄에이터(400)가 초기 틸팅각에 대해 이격된 각도 θ에 대응하는 양의 전압으로 인가되는바, 액츄에이터(400)는 초기 틸팅각을 0°로 하는 방향으로 틸팅하게 될 것이다.

다음으로, 외부로부터 인가되는 1 화면에 대한 영상 데이터가 인가되는 33ms에 대하여, 그 첫 번째 수평주기 63.5μs의 초기 2μs 동안에 액츄에이터(400)를 초기 틸팅각으로 복원한 다음의 나머지 기간 동안에는, 공통 전극(430)에 접지 전압으로 이루어진 공통 신호를 인가하는 상태에서, 복원 소자(520)는 복원 전극(450)에 0V의 복원 신호를 인가하고, 구동 소자(510)는 구동 전극(410)에 소정 전압 레벨의 구동 신호를 인가한다.

이때, 구동 전극(410)에 인가되는 구동 신호는 초기 2μs 동안에는 소정 전압 레벨의 액티브 펄스가 인가되므로, 구동 신호의 액티브 펄스가 인가되는 동안 구동 변형층(420)에서는 구동 신호의 액티브 펄스가 갖는 전압 레벨에 대응하는 소정 전압을 충전한다.

이후, 구동 신호가 액티브 펄스로 인가되는 2μs가 경과하면, 구동 변형층(420)에서는 충전된 전압을 방전하며, 구동 신호의 신호 레벨에 대응하는 소정 전압을 다음 1프레임에 대한 구동 신호가 인가될 때까지 유지한다.

즉, 구동 신호에 액티브 펄스가 인가되는 2μs 동안에 충전된 전압에 의해, 구동 변형층(420)은 다음 주기까지 변형 상태를 유지하며, 그에 따라 액츄에이터(400) 전체는 구동 신호에 대응하는 소정 각도로 틸팅된 상태를 유지하며, 외부로부터 입사된 광원을 소정 각도로 반사하게 된다.

이후, 상술한 동작을 반복하며, 외부로부터 인가되는 영상 데이터에 대응하는 소정 화상을 스크린(도시 생략된) 상에 투영하게 될 것이다.

본발명에 따른 박막형 광로 조절 장치를 이용하면, 변형층(230)의 물성 저하 및 수명 단축의 문제점 없이 효율적으로 컨트라스트 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims

광원으로부터 입사되는 빛을 소정 각도록 반사하기 위한 M×N(M, N은 양의 정수)개의 액츄에이터와 상기 액츄에이터 각각에 대응하는 스위칭 소자를 구비한 박막형 광로 조절 장치에 있어서,

상기 스위칭 소자는,

상기 액츄에이터를 구동하기 위한 구동 신호를 상기 액츄에이터에 인가하는 구동 소자와;

상기 액츄에이터를 초기 위치로 복원 시키기 위한 복원 신호를 상기 액츄에이터에 인가하는 복원 소자로 이루어지고,

상기 액츄에이터는,

상기 구동 신호가 인가되는 구동 전극;

상기 복원 신호가 인가되는 복원 전극;

상기 구동 전극과 상기 복원 전극 사이에 형성되어 공통의 기준 전극으로 동작하는 공통 전극; 상기 구동 전극에 인가되는 구동 신호와 상기 공통 전극에 인가되는 공통 신호의 전위차에 의해 상기 액츄에이터를 소정 각도록 틸팅시키는 구동 변형층;

상기 복원 전극에 인가되는 복원 신호와 상기 복원 전극에 인가되는 복원 신호의 전위차에 의해 상기 액츄에이터를 틸팅이전의 원래 위치로 복원시키는 복원 변형층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.