KR20010002061A

KR20010002061A - 티엠에이 구동 회로

Info

Publication number: KR20010002061A
Application number: KR1019990021656A
Authority: KR
Inventors: 나대희
Original assignee: 전주범; 대우전자 주식회사
Priority date: 1999-06-11
Filing date: 1999-06-11
Publication date: 2001-01-05

Abstract

본 발명은 단위 픽셀을 이루는 각 구동 소자 및 액츄에이터에 제공되는 전류의 시간 조절을 통해 안정된 전류를 제공함으로써 전체 시스템의 안정화를 도모할 수 있도록 한 티엠에이 구동 회로에 관한 것으로, 이를 위하여 본 발명에 따른 티엠이 구동 회로는, 각각의 단위 픽셀값에 의거하여 각 단위셀내 각 액츄에이터를 임의의 각도로 각각 구동하는 다수의 픽셀 구동 블록으로 구성되고, 각 픽셀 구동 블록은, 아날로그 단위 픽셀값을 샘플링하여 저장하는 샘플/홀더, 샘플링된 단위 픽셀값과 수평 동기신호에 동기된 펄스폭 변조신호를 비교하고, 1H 주기내에서 변환된 단위 픽셀값과 펄스폭 변조신호간의 교차점을 시작점으로하여 해당 액츄에이터로의 정전류 공급을 위한 절환 제어신호를 발생하는 비교기, 정전류를 발생하는 정전류원, 및 비교기로부터의 절환 제어신호에 응답하여, 변환된 단위 픽셀값보다 낮은 펄스폭 변조 구간 동안 정전류원으로부터 제공하는 정전류를 해당 단위 픽셀내 액츄에이터로 공급하는 스위칭 블록을 포함한다.

Description

티엠에이 구동 회로 {TMA DRIVER}

본 발명은 티엠에이(TMA : Thinfilm Micromirror Array-actuated)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 M×N개의 픽셀 배열을 갖는 TMA 패널내 각 픽셀을 구동하는 데 적합한 TMA 시스템용 구동 회로에 관한 것이다.

TMA란, 투사형 화상 표시 장치의 일종으로서, M×N개의 각 픽셀별로 광원으로부터 입사된 빛을 M×N의 패널을 통해 소정의 각도로 반사시켜 목표로하는 화소를 표시하므로써, 스크린(Screen) 상에 영상을 표시하는 장치를 말하며, 이와 같은 TMA는 직시형 화상 표시 장치를 대표하는 CRT에 비해 저전압에서 동작하고, 소비 전력이 작으며, 변형 없는 화상을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 같은 투사형 화상 표시 장치의 일종인 LCD(Liquid Crystal Display), DMD(Deformable Mirror Device) 등에 비해 광효율이 높은 장점을 지니고 있다.

또한, TMA는 R,G,B 패널(삼판식의 경우)과 광학계를 갖는 엔진, 반사경 및 스크린이 일체로 된 평판 텔레비젼과 엔진만으로 구성되어 외부에 있는 임의의 면(벽면, 흰색 천 스크린 등)을 스크린으로 이용하는 TMA 프로젝터로 구분될 수 있다.

한편, TMA 텔레비젼 또는 TMA 프로젝터는 M×N 크기를 갖는 TMA 패널내 각 픽셀(즉, 미러를 갖는 액츄에이터)들을 구동 전압에 따라 각각 임의의 각도로 틸팅시킴으로써 한 프레임의 영상을 모니터 또는 스크린상에 주사하며, 한 프레임의 주사후에 이어지는 다음 프레임을 주사할 때 TMA 패널내 각 픽셀들을 방전시켜 모든 픽셀값들을 초기화(즉, 각 액츄에이터를 최대 경사각으로 틸팅하여 정렬)시키는 과정을 필요로 한다. 즉, 영상신호에서 추출한 수평 동기신호에 의거하여 라인 단위로 초기와 방전 및 주사 과정을 순차 수행한다.

도 4는 M×N의 매트릭스 배열을 갖는 일반적인 TMA 패널에 대한 전체 등가 회로도이다.

도 4에 도시된 바와같이, 일반적인 TMA 패널은 구동 소자, 즉 MOS 트랜지스터와 캐패시터쌍이 하나의 단위 픽셀을 이루며, MOS 트랜지스터의 각 게이트들은 대응하는 게이트 라인(G1 내지 Gn)에 각각 연결되고, MOS 트랜지스터의 각 소오스들은 대응하는 소오스 라인(S1 내지 Sm)에 각각 연결된다.

따라서, 이러한 구조의 TMA 패널은 게이트 라인을 통해 제공되는 스위칭 전압에 의해 라인을 선택하고, 소오스 라인을 통해 제공되는 구동 신호(즉, 화상 신호)에 의해 도시 생략된 각 액츄에이터에 전계가 인가되므로써, 라인 단위로 단위 픽셀을 구동한다.

도 5는 일반적인 TMA 패널에서 단위 픽셀을 이루는 구동 소자 및 액츄에이터의 단면도 및 등가 회로도이다.

도 5를 참조하면, 단위 픽셀은 하나의 구동 소자(즉, MOS 트랜지스터)(400)와 액츄에이터(500)로 구성되는 데, 실리콘 기판(402)상에 소오스 영역(S), 드레인 영역(D), 필드 산화막(404) 및 산화막(406)을 게재하여 형성된 구동 소자(400)는 게이트 산화막(408), 게이트 전극(410), 소오스 전극(414), 드레인 전극(416) 및 금속 패드(420)를 포함한다. 여기에서, 게이트 전극(410)은 도 4에 도시된 대응 게이트 라인에 연결되고, 소오스 전극(414)은 대응 소오스 라인에 연결된다.

또한, 소오스 전극(414) 및 드레인 전극(416)의 각 하부에는 절연막(412)이 형성되고, 각 상부에는 보호막(418)이 형성되며, 보호막(418)의 상부에는 식각 방지층, 즉 구동 소자(400)를 완성한 상태에서 액츄에이터(500)를 제작하는 각 식각 공정에서 완성된 구동 소자(400)가 식각되는 것을 방지하기 위한 식각 방지막(422)이 형성된다. 여기에서, 보호막(418)을 관통하는 형태로 형성된 금속 패드(420)는 구동 소자(400)의 드레인 전극(416)과 액츄에이터(500)내 콘택 전극(510)에 연결된다.

한편, 식각 방지막(422)의 일부를 노출시켜 금속 패드(420)에 연결되는 구조로 형성된 액츄에이터(500)는 멤브레인(502), 하부 전극(504), 변형층(506), 상부 전극(508) 및 콘택 전극(510)을 포함한다.

여기에서, 신호 전극으로써 기능하는 하부 전극(504)은 콘택 전극(510) 및 금속 패드(420)를 통해 구동 소자(400)의 드레인 전극(416)에 전기적으로 연결되며, 상부 전극(508)에는 TMA 패널내 각 픽셀들에 대해 공통으로 인가되는 공통 전압(예를들면, 접지 전압)이 인가된다. 따라서, 드레인 전극(416), 금속 패드(420) 및 콘택 전극(510)을 통해 하부 전극(504)에 구동 신호가 인가될 때 상부 전극(508)과 하부 전극(504) 사이에 전계가 형성되므로써, 액츄에이터(500)가 소정의 목표 각도로 구동된다.

즉, 상부 전극(508)과 하부 전극(504) 사이에 게재된 변형층(506)은 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 데, 이러한 물질은 전계에 비례하여 변형되는 특성을 지니고 있다. 따라서, 변형층(506)이 하부 전극(504)과 상부 전극(508) 사이의 전위차에 의해 발생된 전계에 비례하게 변형되므로써, 액츄에이터(500)가 인가된 전계에 비례하는 임의의 각도로 경사지게 된다.

그 결과, 도시 생략된 광원으로부터 입사된 빛이 상부 전극(508)의 표면에서 경사각에 대응하는 임의의 각도록 반사된다. 이때, 상부 전극(508)은 알루미늄(Al) 등과 같이 광반사 효율이 좋은 도전체로 형성되어, 공통 전극 및 거울의 역할을 동시에 수행한다.

따라서, 상술한 바와같은 구조를 갖는 TMA 패널은 게이트 라인을 통해 순차 제공되는 스위칭 전압에 의해 주사 라인이 선택되고, 소오스 라인을 통해 각 단위셀내 액츄에이터에 구동 신호(즉, 화상 신호)를 제공하여 전계를 인가하므로써, 라인 단위로 단위 픽셀을 구동, 즉 입력된 영상의 디스플레이를 위한 라인 단위의 순차 주사를 수행한다.

한편, TMA 패널에서 액츄에이터의 구동각은 상부 전극(508)과 하부 전극(504)에 형성되는 전계에 비례하고, 이러한 전계는 구동 소자(400)의 드레인 전극(416)에 유입되는 전류의 양에 비례하는 데, 종래 방법에서와 같이 구동 소자(400)의 턴온(즉, 라인 선택)과 동시에 드레인 전극에 전류를 제공하는 경우, 초기치의 전류량이 불안정한 관계로 전류량을 고정밀하게 제어하는 것이 곤란하다는 문제가 있으며, 이러한 문제는 전체 시스템의 불안정을 야기시킴으로써 시스템의 장수명화에 큰 장애 요인이 되고 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 점에 착안하여 안출한 것으로, 단위 픽셀을 이루는 각 구동 소자 및 액츄에이터에 제공되는 전류의 시간 조절을 통해 안정된 전류를 제공함으로써 전체 시스템의 안정화를 도모할 수 있는 티엠에이 구동 회로를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 각 단위셀이 구동 소자 및 액츄에이터로 된 M×N 사이즈의 TMA 패널, 수평 동기신호에 의거하여 상기 TMA 패널내 다수의 주사 라인을 순차 선택하는 라인 선택 수단, 각각의 단위셀 입력 영상신호에 대응하는 구동 전압을 선택된 주사 라인내 각 액츄에이터로 인가하는 액츄에이터 구동 수단을 갖는 티엠이 구동 회로에 있어서, 상기 구동 회로는, 각각의 단위 픽셀값에 의거하여 각 단위셀내 각 액츄에이터를 임의의 각도로 각각 구동하는 다수의 픽셀 구동 블록으로 구성되고, 상기 각 픽셀 구동 블록은: 아날로그 단위 픽셀값을 샘플링하여 저장하는 샘플/홀더; 상기 샘플링된 단위 픽셀값과 상기 수평 동기신호에 동기된 펄스폭 변조신호를 비교하고, 1H 주기내에서 상기 변환된 단위 픽셀값과 펄스폭 변조신호간의 교차점을 시작점으로하여 해당 액츄에이터로의 정전류 공급을 위한 절환 제어신호를 발생하는 비교기; 상기 정전류를 발생하는 정전류원; 및 상기 비교기로부터의 절환 제어신호에 응답하여, 상기 변환된 단위 픽셀값보다 낮은 펄스폭 변조 구간 동안 상기 정전류원으로부터 제공하는 정전류를 해당 단위 픽셀내 액츄에이터로 공급하는 스위칭 블록으로 이루어진 티엠에이 구동 회로를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 티엠에이 구동 회로를 적용하는 데 적합한 전형적인 티엠에이 구동 시스템의 블록구성도,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 티엠에이 구동 회로에 채용되는 하나의 픽셀 구동 블록을 예시적으로 도시한 회로도,

도 3은 본 발명에 따른 티엠에이 구동 회로에 채용되는 픽셀 구동 블록내 각 부분에서의 파형도,

도 4는 M×N의 매트릭스 배열을 갖는 일반적인 TMA 패널에 대한 전체 등가 회로도,

도 5는 일반적인 TMA 패널에서 단위 픽셀을 이루는 구동 소자 및 액츄에이터의 단면도 및 등가 회로도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

102 : 시스템 제어부 104 : 게이트 구동부

106 : 공통 전극부 108 : 소오스 구동부

110 : TMA 패널 210/1 - 210/n : 픽셀 구동 블록

212 : 샘플/홀더 214 : 비교기

216 : 정전류원 218 : 스위칭 블록

본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시예로 부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 티엠에이 구동 회로를 적용하는 데 적합한 전형적인 티엠에이 구동 시스템의 블록구성도로써, 시스템 제어부(102), 게이트 구동부(104), 공통 전극부(106), 소오스 구동부(108) 및 TMA 패널(110)을 포함한다.

도 1을 참조하면, 시스템 제어부(102)는, 예를들면 TMA 패널의 전반적인 구동을 제어하는 마이크로 프로세서를 포함하는 것으로, 외부로부터 입력된 영상신호 및 입력 영상에서 추출한 수직 및 수평 동기신호에 의거하여 라인 주사를 위한 각종 타이밍 제어를 수행, 즉 수직 및 수평 동기신호에 의거하여 주사 라인 선택을 위한 제어신호를 발생하여 게이트 구동부(104)로 제공하고, 아날로그 입력 영상신호를 라인 단위로 소오스 제공부(108)로 제공한다.

다음에, 게이트 구동부(104)는, 시스템 제어부(102)로부터 제공되는 라인 선택 제어신호에 응답하여, 스위칭 전압을 이용하여 주사 라인을 선택, 예를들어 TMA 패널이 순차 주사 모드를 지원하고 800×600의 사이즈를 갖는다고 가정할 때, 1번 라인에서부터 800번 라인까지를 순차 선택한다.

또한, 공통 전극부(106)는, 시스템 제어부(102)로부터 제공되는 제어신호에 응답하여, 일예로서 도 5에 도시된 액츄에이터(500)의 상부 전극(508)에 접지 전압과 같은 공통 전압을 제공한다.

한편, 소오스 구동부(108)는, 실질적으로 본 발명에 직접 관련되는 부분인 것으로, 시스템 제어부(102)로부터 제공되는 아날로그 입력 영상신호와 수평 동기신호에 동기되어 외부로부터 제공되는 펄스폭 변조신호(PWM)에 의거하여 구동신호를 발생, 즉 선택된 라인의 액츄에이터 구동을 위한 구동 전류를 제공한다.

따라서, TMA 패널(110)에서 선택된 라인의 각 액츄에이터는 소오스 구동부(108)로부터 제공되는 구동 전압을 소정시간 동안 충전한 후 이 충전된 전압을 이용하여 임의의 각도로 구동될 것이다. 이러한 소오스 구동부(108)에서의 구체적인 동작 과정에 대해서는 그 세부 회로의 일부를 도시한 도 2를 참조하여 하기에 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 TMA 구동 회로에 채용되는 하나의 픽셀 구동 블록을 예시적으로 도시한 회로도로써, 본 발명의 TMA 구동 회로는 다수의 픽셀 구동 블록(210/1 - 210/n)을 포함, 일예로서 도 1에 도시된 TMA 패널(110)이 800×600 사이즈를 갖는다고 가정할 때, 단판식의 경우 800개의 픽셀 구동 블록을 포함하고, 삼판식의 경우 800개의 픽셀 구동 블록을 갖는 세 개의 구동 블록을 포함하게 된다. 그러나, 도 2에서는 설명의 편의와 이해의 증진을 위해 동도에서는 일예로서 단지 하나의 픽셀 구동 블록(210/1)만을 상세하게 도시하였다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 TMA 구동 회로에 채용되는 각 픽셀 구동 블록(210/1)은 샘플/홀더(212), 비교기(214), 정전류원(216) 및 스위칭 블록(218)을 포함한다.

먼저, 샘플 홀더(212)에서는 도 1의 시스템 제어부(102)로부터 제공되는 아날로그 영상신호, 즉 선택된 주사 라인의 해당 단위 픽셀에 인가하고자 하는 영상신호를 비교기(214)의 반전 입력단자(-)로 제공된다.

다음에, 비교기(214)는 샘플/홀더(212)의 출력을 반전 입력(-)으로 하고 외부로부터의 펄스폭 변조신호(즉, 수평 동기신호에 동기된 펄스폭 변조신호)를 비반전 입력(+)으로하여 두 입력신호를 비교하며, 펄스폭 변조신호가 디지탈 영상신호의 레벨 이하로 될 때 해당 액츄에이터로의 전류 공급을 위한 절환 제어신호를 발생하여 스위칭 블록(218)으로 제공한다.

즉, 일예로서 도 3a 및 3b에 도시된 바와같이, 도 1의 게이트 구동부(104)에 의해 TMA 패널(110)내의 주사 라인 G1 및 G2가 순차 선택되고, 도 3c에 도시된 바와같이, 펄스폭 변조신호에 대응하는 G1 및 G2 라인내 임의의 단위 픽셀값이 각각 VS1 및 VS2라고 가정할 때, 전압 비교기(214)는 펄스폭 변조신호와 G1 라인내 임의의 단위 픽셀값(VS1)이 교차하는 포인트(t1)에서 액츄에이터로의 구동 전압 인가를 위한 절환 제어신호를 발생하고, 또한 펄스폭 변조신호와 G2 라인내 임의의 단위 픽셀값(VS2)이 교차하는 포인트(t2)에서 액츄에이터로의 구동 전압 인가를 위한 절환 제어신호를 발생한다. 여기에서, 절환 제어신호로서는 하이 또는 로우 레벨을 갖는 논리신호를 이용할 수 있다.

이때, 스위칭 블록(218)의 일단은 접지에 연결되고, 타단은 정전류원(216)에 연결되는 데, 정전류원(216)은 스위칭 블록(218)을 통해 구동 소자(MOS 트랜지스터)에 일정 전류를 공급한다.

한편, 스위칭 블록(218)은, 상기한 비교기(214)로부터 제공되는 절환 제어신호에 응답하여 그 접점을 절환, 예를들어 로우 레벨의 논리신호가 제공될 때 접점 a - c를 연결하고, 하이 레벨의 논리신호가 제공될 때 접점 a - b를 연결하여 도 1에 도시된 TMA 패널내 임의의 구동 소자에 일정한 전류를 공급한다.

따라서, 일예로서 도 3d에 도시된 바와같이, 선택된 G1 라인내 임의의 단위 픽셀을 이루는 구동 소자의 소오스 전극에는 전류 I_D1이 공급되고, 선택된 G2 라인내 임의의 단위 픽셀을 이루는 구동 소자의 소오스 전극에는 전류 I_D2가 공급된다. 즉, 본 발명에서는 단위 픽셀값보다 낮은 펄스폭 변조 구간에서 선택된 라인의 각 액츄에이터에 정전류를 공급한다.

그 결과, 선택된 G1 및 G2 라인내 각 액츄에이터에는, 일예로서 도 3e에 도시된 바와같이, 전압 V_C1및 V_C2가 각각 충전되며, 양단간(즉, 상부 전극과 하부 전극간)에 걸리는 전계에 의해 해당 액츄에이터내 변형층이 변형되므로써, 해당 액츄에이터가 임의의 각도로 구동된다. 이때, 라인의 각 액츄에이터에 충전된 전압은 다음 프레임의 디스플레이를 위해 소거 펄스가 인가될 때까지 유지된다.

도 3e에 있어서, 구간 T1 및 T2는 소거 펄스를 발생하는 구간인 것으로, 이러한 소거 펄스는 다음 프레임의 디스플레이를 위한 액츄에이터의 구동전에 이전 프레임의 디스플레이시에 잔류하는 충전 전압을 소거시켜 TMA 패널을 초기화하는 구간이다.

보다 상세하게, 구동 소자의 소오스 라인을 통해 공급되는 전류 I는 다음의 수학식 1과 같이 결정된다.

따라서, 구동 전압 △V_C는 다음의 수학식 2와 같이 표현된다.

상기한 수학식 2에서 C_PIT와 I가 상수이므로 변형층(C_PIT)의 양단 전압 V_C는 전류 공급 시간(△T)에 의해 결정된다.

즉, 본 발명에 따른 TMA 구동 회로는 수평 동기신호에 동기되어 입력되는 펄스폭 변조신호와 단위 픽셀값이 교차하는 지점(도 3c의 t1 및 t2)을 액츄에이터로의 전류 공급 시작점으로하여 일정 전류를 공급, 즉 전류 공급 시간을 이용하여 각 액츄에이터에서의 충전 전압을 제어한다.

따라서, 선택된 라인내 각 액츄에이터에 안정된 전류를 공급할 수 있어, 전체 시스템의 안정된 구동 제어를 실현할 수 있다.

이상 설명한 바와같이 본 발명에 따르면, 수평 동기신호에 동기되어 제공되는 펄스폭 변조신호와 단위 픽셀값에 교차하는 지점을 기준 시점으로하는 액츄에이터로의 전류 공급 시간 조절을 통해 각 액츄에이터에 안정된 전류를 공급할 수 있기 때문에, 공급되는 전류량 불안정으로 인해 야기되는 전체 시스템의 불안정을 효과적으로 방지할 수 있어, 전체 시스템의 장수명화를 도모할 수 있다.

Claims

각 단위셀이 구동 소자 및 액츄에이터로 된 M×N 사이즈의 TMA 패널, 수평 동기신호에 의거하여 상기 TMA 패널내 다수의 주사 라인을 순차 선택하는 라인 선택 수단, 각각의 단위셀 입력 영상신호에 대응하는 구동 전압을 선택된 주사 라인내 각 액츄에이터로 인가하는 액츄에이터 구동 수단을 갖는 티엠이 구동 회로에 있어서,

상기 구동 회로는, 각각의 단위 픽셀값에 의거하여 각 단위셀내 각 액츄에이터를 임의의 각도로 각각 구동하는 다수의 픽셀 구동 블록으로 구성되고,

상기 각 픽셀 구동 블록은:

아날로그 단위 픽셀값을 샘플링하여 저장하는 샘플/홀더;

상기 샘플링된 단위 픽셀값과 상기 수평 동기신호에 동기된 펄스폭 변조신호를 비교하고, 1H 주기내에서 상기 변환된 단위 픽셀값과 펄스폭 변조신호간의 교차점을 시작점으로하여 해당 액츄에이터로의 정전류 공급을 위한 절환 제어신호를 발생하는 비교기;

상기 정전류를 발생하는 정전류원; 및

상기 비교기로부터의 절환 제어신호에 응답하여, 상기 변환된 단위 픽셀값보다 낮은 펄스폭 변조 구간 동안 상기 정전류원으로부터 제공하는 정전류를 해당 단위 픽셀내 액츄에이터로 공급하는 스위칭 블록으로 이루어진 티엠에이 구동 회로.