KR20010070383A - 디지털 마이크로 기계 장치의 아날로그 펄스 폭 변조 셀 - Google Patents

디지털 마이크로 기계 장치의 아날로그 펄스 폭 변조 셀 Download PDF

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Abstract

프레임 어드레스되는 쌍안정 마이크로 미러 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 마이크로 미러 입력(304)에 인가된다. 비디오 프레임이나 필드 또는, 필드의 프레임 부분에서 각 픽셀의 강도 정보가 적절한 셀의 입력 커패시터(306)에 저장된 후에, 프레임 신호는 커패시터(306)와 커패시터(310) 사이의 전하를 전달하고, 입력(316)에 인가된 전압이 커패시터(318)를 충전시키도록 트랜지스터(314)를 턴 온(turn on)시키기 위해서 입력(308)에 인가된다. 프리차지(pre-charge) 전압은 바이어스된 마이크로 미러가 제 1 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 턴 온시키는데 필요한 임계 전압을 초과하면, 트랜지스터(324)는 턴 온되고, 커패시터(318) 양단 전압은 입력(322)에 인가된 램프 전압을 따른다. 램프 전압의 범위는, 그 범위에서 어떤 램프 전압이 마이크로 미러의 편향 소자에 인가될 때, 편향 소자가 제 2 상태를 가정하도록 선택된다.

Description

디지털 마이크로 기계 장치의 아날로그 펄스 폭 변조 셀{ANALOG PULSE WIDTH MODULATION CELL FOR DIGITAL MICROMECHANICAL DEVICE}
본 발명은 마이크로 기계 장치에 관한 것으로, 특히 화상 데이터의 아날로그 펄스 폭 변조를 수행할 수 있는 쌍안정 마이크로 미러(micromirror) 장치를 사용하여 공간적 광 변조기 설계에 관한 것이다.
공간적 광 변조기 설계에서의 주요한 진보는 쌍안정 및 디지털 모드(mode)에서 동작 할 수 있는 마이크로 미러 장치의 개발이었다. 마이크로 미러 장치의 디지털 동작은 디지털 펄스 폭 변조(PWM)의 사용을 가능하게 하고, 아날로그 모드의 빔(beam) 조종 마이크로 미러 설계를 어렵게 하는 픽셀과 픽셀 사이의(pixel-to-pixel) 변동에 의존하는 제조 과정을 줄여준다. 아날로그 전압 수준이 픽셀의 강도를 나타내는 디지털 PWM 동작은 디지털화되며, 그 결과 워드(word)의 각 비트는 그것의 2진 가중치에 비례하는 주기에 맞춰 디스플레이 되는데, 이는 화상 데이터를 시험하고 처리하는데 필요한 하드웨어와 데이터 전송율에 막대한 비용이 든다.
PWM에 기초한 마이크로 미러 디스플레이는 많은 화상 인공물을 생성할 수 있다. 이 인공물은 동작 인공물, 디지털 특성의 디스플레이에 따른 인공물, 마이크로 미러와 CRT 전송 함수 사이의 차이에 따르는 인공물을 포함한다. 동작 인공물은, 많은 데이터 비트 주기를 다중 비트 주기로 전략적으로 분할하기 위해서, 디지털 데이터의 복잡한 과정으로 개선된다. 이 때, 상기 다중 비트 주기는 프레임(frame) 디스플레이 주기를 통해 확산된다. 전송 함수 인공물은, 입력 신호에서 감마(gamma) 보상을 제거하는 것에 의해 줄어든다.
화상 데이터의 디지털화와 공정은, 매우 많은 양의 화상 데이터가 비교적 짧은 프레임 주기동안에 마이크로 미러에 로드되어야만 하는 결과를 가져온다. 고 데이터율의 필요와 함께, 데이터는 직렬 픽셀과 병렬 비트에서 병렬 픽셀과 직렬 비트로 다시 포멧되어야 한다. 이 "코너(corner) 회전" 함수는 각 디스플레이 주기동안 많은 픽셀에 동일한 양의 화상 데이터 비트를 제공한다.
디지털 PWM을 실행하기 위한 화상 처리 하드웨어와 메모리가 필요치 않은 디지털 마이크로 미러 장치의 시스템과 방법이 요구된다.
본 발명이 제공하는 디지털 마이크로 미러 장치의 아날로그 펄스 폭 변조를 위한 방법과 시스템이 수행하는 목적과 이점이 이하에서 명백히 설명될 것이다. 본 발명의 한 실시예는 쌍안정 마이크로 미러 어레이를 동작시키는 방법을 제공한다. 상기 방법은, 쌍안정 어레이의 각 셀에서 어드레스 회로에 데이터 신호를 제공하고, 마이크로 미러 셀에 의해 형성된 픽셀의 선호 강도에 따른 각각의 데이터신호를 제공하는 단계를 포함한다. 이는 필드 및 프레임 주기에 걸쳐 통합된 편향 미러 소자의 위치의 함수이다. 램프 신호는 상기 각 셀에서 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 함께 미러 소자를, 어드레스 신호가 프리차지 값과 같을 때는 제 1 위치로, 어드레스 신호가 램프 전압과 같을 때는 제 2 위치로 편향하게 한다.
개시된 어드레싱 회로와 방법은 최소량의 제어 하드웨어를 요하는 마이크로 미러 디스플레이 시스템의 제어를 위한 방법과 시스템을 제공한다. 본 방법은 디지털 펄스 폭 변조의 다양한 형태에 의해 만들어진 가공물들을 제거한다. 그래서, 상기 방법과 시스템은 만족할만한 화상을 제공하는 저단가의 디스플레이 시스템을 가능하게 한다.
도 1은 아날로그 펄스 폭 변조 마이크로 미러 셀의 분해 사시도.
도 2는 마이크로 미러 어레이에서 하나의 마이크로 미러 셀에 대한 어드레스 회로 부분의 개략도.
도 3은 도 3의 아날로그 펄스 폭 변조 어드레스 회로의 동작을 도시한 여러 전압 파형의 플로트.
도 4는 아날로그 펄스 폭 변조 마이크로 미러의 한 어레이를 사용하는 순차 컬러 디스플레이 시스템의 개략도.
도 5는 아날로그 펄스 폭 변조 마이크로 미러의 세 어레이를 사용하는 세 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
새로운 변조 기술과 마이크로 미러 설계는, 아날로그 펄스 폭 변조를 사용하여 디지털 마이크로 미러 어레이를 동작시킴으로써 저단가의 디스플레이 시스템이 가능하도록 개발되어 왔다. 새로운 마이크로 미러 설계와 동작 방법은 디지털 PWM에 의해 발생되는 많은 화상 가공물들을 생성시키지 않기 때문에, 디지털 PWM 디스플레이 시스템에 사용되는 공정 하드웨어는 가공물들을 개선시켜야 하는 필요가 없다. 상술된 마이크로 미러 설계는 매우 적은 추가 회로를 필요로 하는 디감마(degamma) 동작을 수행하는 방법을 제공한다.
다음 설명이 디지털 마이크로 미러 장치의 동작에 적용하는 것에 관해 개시된 발명을 설명하기는 하지만, 본 발명은 쌍안정 마이크로 기계 장치를 사용하여 아날로그 펄스 폭 변조를 수행하는 것이 바람직한 어떤 상황에도 동일하게 적용 가능하다. 예를 들어, 본 발명은 쌍안정 마이크로 기계 흐름 레귤레이터의 제어에 적용될 때 많은 동일 복잡성 문제들을 제거할 수 있다.
일반적인 히든 힌지(hidden hinge) DMD는 DMD 셀의 직교 어레이이다. 본 어레이는 보통 천개 이상의 DMD 열과 행을 포함한다. 도 2는 한 DMD 셀의 상부 구조의 분해도이다.
DMD는 반도체(일반적으로 실리콘) 기판(104)에 제조된다. 전기적 어드레싱 회로는 표준 집적된 회로 공정 흐름을 사용하여 반도체 기판(104)의 표면에 제조된다. 바이어스를 구동하고 미러 바이어스 전극에 신호를 리셋(reset)하는 전압 구동 회로는 DMD 기판에 제조되거나, DMD 외부에 존재할 수도 있다.
실리콘 기판(104)과 어떤 필요한 금속의 상호 접속층들은 절연층(106)에 의해 DMD 상부구조로부터 분리된다. 절연층(106)은 일반적으로 DMD 상부구조가 형성된 피착된 실리콘 다이옥사이드(dioxide)층이다. 홀 또는 비아들(vias)은, 전자 회로가 기판(104)에서 형성된 DMD 상부구조의 전기적 연결을 위해서, 옥사이드(oxide)층에서 열려 있다.
상부구조의 제 1층은 금속화된 층이며, 일반적으로 제 3 금속화 층으로 M3라고 부른다. 제 1의 두 금속화 층은 일반적으로 기판에 제조된 회로가 상호 접속하는데 필요하다. 제 3 금속화 층은 절연층상에 피착되고 미러 바이어스 전극(110)을 형성하는 패턴(pattern)된다. 보호 옥사이드 층(106)내의 비아스는, 기판에 형성된 어드레싱 회로와 전기적으로 연결될 수 있도록, 패드(pad)(112)가 힌지 지지 포스트(post)(114)를 지지하도록 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 마이크로 미러 설계는 스프링-링 설계이다. 여기에서, 힌지 요크(118)를 둘러싸는 링 모양의 스프링 부재(122)와 미러간의 접촉에 의해, 힌지 요크와 미러의 순환은 중단된다. 아래의 설명이 미러-어드레스 스프링-링 마이크로 미러에 대한 것이지만, 상술된 새로운 특징들은 다른 마이크로 미러 설계에 쉽게 적용시킬 수 있다. 또한, 부가 회로로서 무미러(non-mirror) 어드레스된 마이크로 미러가 사용될 수 있다.
미러 어드레싱은, 화상 데이터를 나타내는 신호가 미러(102)와 힌지 요크(118)에 인가되며, 차동 바이어스 전압이 아래의 바이어스 전극(110)에 인가된다는 사실을 참조한다. 힌지 요크에 인가되는 미러 바이어스 전압에 따라서, 힌지 요크와 미러는 두 바이어스 전극(110) 중 하나 또는 다른 하나를 향해 회전한다. 미러 어드레스된 어레이는 각 미러에 화상 데이터를 제공하고, 각 셀의 두 바이어스 전극에 동일한 두 바이어스 전압을 인가한다. 무미러 어드레스된 마이크로 미러는, 각 셀 내의 미러에 인가되는 단일 공통 바이어스 전압과, 두 어드레스 전극에 인가된 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 어드레싱 회로 부분의 실시예의 개략도이다. 도 2에 도시된 어드레싱 회로는 단일 마이크로 미러 셀과 관계되고, 마이크로 미러 및 다른 편향 소자의 위치를 제어하는데 사용되는 전압을 발생시킨다. 도 2에서, 아날로그 입력 신호는 입력(302)에 인가된다. 아날로그 입력 신호는 마이크로 미러 셀에 의해 형성되는 화상 픽셀의 바람직한 강도를 나타낸다. 아날로그 입력 신호는 일반적으로, 생성된 화상의 각 픽셀을 순차적으로 나타내는 래스터-스캔된(raster-scanned) 신호이다. 아날로그 입력 신호에 동기화된 어드레스 신호는, 픽셀 강도 정보를 입력 커패시터(306)에 저장하기 위해서, 주어진 마이크로 미러 셀의 입력(304)에 인가된다.
도 2에 도시된 회로는, 전하 결합 장치(CCD)나, 아날로그 입력 신호의 적당한 부분을 마이크로 미러 셀에 제공하는 다른 방법의 다양한 형태를 포함하도록 변형될 수 있다. 예를 들어, 어떤 다른 회로는, 래스터 스캔 열 주기동안에 아날로그 입력 신호를 시프트하기 위해서 CCD나 "버킷 브리게이드(bucket-brigade)" 형태의 장치를 사용한다. 수평 리트레이스(retrace) 주기 동안에, CCD 각 셀로부터의 전하는 별도의 CCD로 전달된다. CCD는 화상 데이터를 한 열에서 다음의 각 수평 회전 주기로 시프트시킨다. 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 프레임 부분내의 각 픽셀에 대한 강도 정보는 적절한 마이크로 미러 셀의 입력 커패시터(306)에 저장된다. 프레임 신호는 커패시터(306)와 커패시터(310) 사이의 전하의 전달을 가능하게 하도록 입력(308)에 인가된다. 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 턴 온시킬 뿐만 아니라, 트랜지스터(314)도 턴 온시킨다. 트랜지스터(314)가 온(on)시에, 전압은 입력(316) 전하 커패시터(318)로 인가된다. 입력(316)에 인가된 전압은 일반적으로 공급 전압이고, 마이크로 미러 셀에 인가된 바이어스 전압에 따라서, 출력(318)에 의해 구동된 미러의 전체 편향을 보장하도록 선택된다. 그러므로, 각 프레임 신호는 화상 데이터를 커패시터(310)에 전달하고, 관련된 미러를 제 1 상태에 위치시키도록 커패시터(318)의 전하를 리셋한다.
상술된 제 1 상태는 마이크로 미러가 마이크로 미러에 입사한 광을 화상면으로 향하지 않게하는 상태로 가정되고, 결국 어두운 화상 픽셀이 된다. 물론, 설명된 신호의 극성과 크기는 상술된 실시예의 의도로부터 벗어나지 않고서, 마이크로 기계 장치의 동작을 바꾸기 위해서 바뀔 수 있다. 예를 들어, 미러는 제 2 상태에서 시작할 수 있는데, 여기서는 마이크로 미러에 입사된 광은 화상면에 직접 향하게 된다.
편향 마이크로 미러 소자의 위치가 커패시터(318)에 공급 전압을 인가함으로써 초기화된 후에, 입력(308)에 인가된 프레임 신호는 트랜지스터(312, 314)를 오프(off)시키고, 램프 전압은 입력(322)에 인가된다. 입력(322)에 인가된 램프 전압이 초기값으로부터 감소됨에 따라(일반적으로 1 볼트(volt)), 트랜지스터(324)의 게이트에 인가된 커패시터(310) 양단의 전압과 트랜지스터(324)의 드레인에 인가된 램프 전압 간의 차이는 트랜지스터(324)를 턴 온시키는데 요구되는 임계 전압을 초과할 것이다. 트랜지스터(324)가 턴 온되면, 커패시터(318) 양단 전압은 입력(322)에 인가된 램프 전압을 따를 것이다. 램프 전압의 범위는, 그 범위 내에서 어떤 램프 전압이 마이크로 미러(미러 어드레싱)의 편향 소자로 인가될 때, 편향 소자가 제 2 상태를 가정하도록 선택된다.
다른 실시예들은 커패시터(310) 양단 전압과 램프 전압을 비교하고, 그 비교의 결과에 따라 미러 전압을 구동하는 비교기를 제공한다. 그러나, 이 다른 실시예는 더 많은 회로를 필요로 하고, 이는 더 높은 집적 밀도가 요구된다.
램프 전압은 간결함을 위해 선형 램프로 설명되고 도시되지만, 램프 전압은 일반적으로, 아날로그 입력 신호로부터 감마 공정 효과를 제거하도록 선택되는 비선형 램프이다. 감마 공정은 음극선관(CRT)의 비선형 응답을 보상하기 위해서, 아날로그 입력 신호에 인가된다. CRT와 다른 디스플레이 장치를 사용할 때, 감마 공정은 부정확한 강도 전달 함수를 가져오고, 화상 질을 떨어뜨린다. 그래서, CRT용으로 생성된 비디오 신호를 디스플레이 하도록 기술된 시스템은 사용할 때, 비선형 램프 전압은 디스플레이의 전달 함수를 바꾸도록 사용되어야만 한다.
도 3은 상술된 동작 중 소자의 전압 파형의 플로트이다. t0에서 입력(308)의 프레임 신호(402)는, 커패시터(310) 양단 데이터 전압(404)을 저장하고, 커패시터(318)에 프리차지 하도록 액티브화된다. t1에서 프레임 신호(402)가 중단되면, 램프 전압(406)은 떨어지기 시작한다. 램프 전압(406)과 데이터 전압(404) 사이의 차이는, 미러 어드레스 전압(408)을 프리차지 전압에서 램프 전압으로 떨어뜨리도록, t2에서 트랜지스터(324)의 턴 온 임계값을 초과한다. 미러 어드레스 전압이 프리차지 전압에서 램프 전압으로 바뀔 때, 미러는 상태를 바꾸어 파형(410)에 보여진 것과 같은 픽셀을 턴 온시킨다. 전압 램프의 종료시, 프레임 신호(402)는 커패시터(310)의 새로운 데이터 전압(404)을 저장하도록 액티브화되고, 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. 첫번째 이유는, 미러와 바이어스 전극 사이의 정전인력은, 그들 사이의 거리가 감소됨에 따라 지수적으로 증가하기 때문에, 회전하는 미러와 바이어스 전극 사이의 미소한 전압 차이가, 이 미러와 반대쪽 바이어스 전극 사이의 더 큰 전압 차이보다 더 큰 힘을 만들어 내기 때문이다. 두번째 이유는, 미러와 랜딩 스톱(landing stop)(보통 스틱션(stiction)이라고 불려짐) 사이의 접촉점에서의 인력은 미러와 반대쪽 전극 사이의 정전인력을 능가하기 때문이다.
세 가지 동작이, 어드레스 전압이 바뀐 후 미러가 상태를 바로 바꾸도록 하는 것을 돕는다. 제 1 동작은, 미러를 제어하는데 사용되는 바이어스 전압이 미러를 래치(latch)하는데 필요한 최소의 힘을 제공하도록 선택된다. 제 2 동작은, 주기적으로 바이어스 전극에 인가되는 바이어스 전압이, 토션 힌지가 미러를 중립 위치로 되돌리기 위해서 회전하기 시작하도록 제거된다. 바이어스가 재인가됨에 따라, 미러와 각 바이어스 전극 사이의 전압차이는 미러를 적절히 배치한다. 횟수가 증가하면, 제거된 바이어스 전압은 부적절히 배치된 미러들이 - 바이어스가 제거되기 전에 상태를 바꿔야만 함 - 급속히 재배치될 뿐만 아니라, 랜딩 스톱으로부터 떠내려가도록 적절히 배치되도록 한다. 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.
제 3 동작은, 하나의 미러도 랜딩 전극에 고착되지 않도록 하기 위해 리셋 전압 파형을 주기적으로 사용하는 것이다. 리셋 전압 펄스의 사용은 본 기술에서 잘 알려져 있다. 임의의 횟수의 리셋 주기가 사용될 수 있지만, 일반적으로 디스플레이 주기 전체에 펼쳐진 8 리셋 주기가 허용하는 레벨에 고착 미러의 효과를 줄일 수 있다.
아날로그 펄스 폭 변조 방법의 설명을, 전체적인 마이크로 미러 어레이가 동일한 전압 램프와 어드레스 신호를 보도록, 단일 전압 램프의 사용에 관해 지금까지 기술하였지만, 어레이는 독립적으로 동작하는 다중 세그먼트로 쉽게 나뉘어질 수 있다. 이 특징은, 상술된 어레이와 변조 방법을 인터레이스되거나 점진적으로스캔된 입력 신호의 조종에 이상적으로 맞춰지게 한다. 인터레이스(interlace) 신호를 수신할 때, 데이터는 짝수 열과 같이 교대하는 열로 로드된다. 전압 램프가 짝수 열에 인가됨에 따라, 새로운 데이터가 수신되어 홀수 열로 로드된다. 다음에, 홀수 열이 전압 램프를 수신함에 따라, 데이터의 제 3 필드는 짝수 열로 로드된다.
두개의 별도의 인터리브(interleave)된 어레이가 인터레이스 신호를 받을 때, 적절한 화상을 만들어 내도록 어레이를 동작시키는 동안, 제 2 동작 모드는 CRT에 의해 제공된 지속성을 더 좋게 한다. 도 3을 보면, 어드레스 입력(304)은 인터레이스 신호를 받을 때, 교대하는 열에 인가된다. 프레임 신호는 필드 주기마다 매 행에서 트랜지스터(312)에 인가된다. 트랜지스터(312)를 턴 온시키면, 커패시터(306)에 저장된 전하를 커패시터(310)와 함께 공유한다. 커패시터(310)에 초기 전하가 전혀 없다고 가정하면, 픽셀은 커패시터(310)상에 더 큰 전하를 갖고, 어드레스 신호가 입력(304)에 인가된 후의 제 1 필드 동안에, 더 강한 화상 픽셀을 형성한다. 상기 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)에서 약 4fF의 최소값을 가진다. 장치가 커패시터로부터의 매우 작은 누출 전류에도 매우 민감하기 때문에, 마이크로 미러 장치의 상부구조는 포토캐리어가 마이크로 미러 장치에 입사하는 광에 의해 발생되는 것을 막기 위해 전용 차광이 필요하다.
도 4는 아날로그 펄스 폭 변조 마이크로 미러 장치를 사용하는 순차적 컬러 디스플레이 시스템의 개략도이다. 도 4에서, 비디오 신호가 수신되어, 삼원색들 각각을 나타내는 단색 신호로 신호 분리기(502)에 의해 분리된다. 다음, 세 가지 단색 신호는 메모리(504)에 의해 저장된다. 단색 신호들은 메모리(504) 각각의 프레임에서 순차적으로 읽혀지고, 공간 광 변조기(506)로 로드된다. 단색 신호들은 상술된 아날로그 펄스 폭 변조 동작을 제어한다.
한 컬러 프레임이 끝나면, 다음 순서의 프레임이 시작된다. 그래서, 비디오가 래스터 스캔으로 로드되면, 프레임은 각 픽셀에 대해 서로 다른 시간에서 시작한다. 좌상(top left) 픽셀에 대한 시작 프레임 시간은 처음으로 시작하고, 우하(bottom right) 픽셀 프레임 시간의 시작은, 어레이를 통해 데이터를 스캔하는 시간(약 한 프레임 시간 후)만큼 지연된다. 어레이의 상부에서 사용되는 램프는 어레이의 하부에서의 램프의 시작 전의 프레임 시간에 가깝게 시작해야만 한다. 이 상태는 특히 단일 DMD 프레임 순차 시스템에서 문제가 된다. 도 2에서 도시된 회로는, 이전 프레임으로부터의 잔여 전하가 커패시터(310)에 저장되지 않도록 바뀌어야 한다. 이것은 도 2a에 도시된 바와 같이, 트랜지스터(312)와 커패시터(310)를 제거하는 것과 트랜지스터(324)의 게이트를 커패시터(306)와 트랜지스터(326)에 연결하는 것에 의해 실행될 수 있다.
DMD는 각 스트립(strip)마다 램프 발생기를 갖는 픽셀의 수평 스트립으로 나뉘어진다. 열 개의 스트립이 사용된다면, 이것은 90%의 데이터 로딩과 프레임 효율을 가능하게 한다.
새로운 프레임이 어레이 아래로 진행함에 따라, 다음 컬러 프레임의 새로운 비디오가 디스플레이 된다. 그래서, 어레이에는 적어도 두 컬러가 있다. 이것은 DMD에서 한번에 한 컬러 이상 만들 수 있는 특별 컬러 휠(wheel)을 필요로 한다. 이러한 컬러 휠은 미국 특허 출원 번호 60/173,589의 "하강 래스터 스캔용 컬러 휠(Color Wheel for a Falling Raster Scan)"에서 알 수 있다.
도 5는 상술된 아날로그 펄스 폭 변조 방법을 사용하는 세 가지 변조 디스플레이 시스템의 개략도이다. 도 5에서, 소스에서 나온 광은 TIR 프리즘(prism) 어셈블리(604)에 들어가고, 컬러 분리 프리즘 어셈블리(606)로 반사된다. 컬러 분리 프리즘 어셈블리(606)의 소정 면들 상의 다이크로익(dichroic) 필터는 백색 광을 삼원색 광 빔들로 분리한다. 각각의 주요 컬러 광 빔은 세 개의 공간 광 변조기(608, 610, 612)중의 하나에 향한다.
신호 분리기(602)는 비디오 신호를 수신하고, 비디오 신호를 세 개의 별도의 원색 비디오 신호로 분리한다. 각각의 원색 비디오 신호는 공간 광 변조기 중 하나를 원색 광 빔 발생 공간 광 변조기를 변조하도록 동시에 제어한다. 변조된 원색 광 빔은 컬러 분리 프리즘 어셈블리에 의해 재결합되고, 재결합된 변조 광 빔은 TIR 프리즘 어셈블리를 통해 통과하고, 투사 렌즈(616)에 의해 화상면(614)에 집속된다.
위에서 아날로그 펄스 폭 변조 마이크로 미러와 동작 방법에 대한 특정한 실시예를 밝혔지만, 이런 특정한 참조가 아래의 청구항에서 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 또한, 본 발명은 특정 실시예에 연관해서 설명된 것이고, 다른 변형들도 당업자들에게 제시될 수 있으며, 첨부된 청구항들의 범위 내에서의 모든 변형들을 포괄하려고 한다.
본 발명에 따르면 최소의 제어 하드웨어를 요하는 마이크로 미러 디스플레이 시스템의 제어를 위한 방법과 시스템을 제공하는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 어드레스 회로와 편향 미러 소자로 구성되는 적어도 하나의 셀로 이루어진 쌍안정 마이크로 미러 어레이를 동작시키는 방법에 있어서,
    각 상기 셀 내의 상기 어드레스 회로에 상기 편향 미러 소자의 원하는 통합된 위치를 나타내는 데이터 신호를 제공하는 단계;
    각 상기 셀 내의 상기 어드레스 회로에 램프 신호를 제공하는 단계;
    상기 데이터 신호와 상기 램프 신호의 차이에 따라 미러 어드레스 신호 - 상기 미러 어드레스 신호는 상기 차이가 주어진 임계값을 초과할 때 제 1 상태를 가지고, 상기 차이가 상기 주어진 임계값을 초과하지 않을 때 제 2 상태를 가짐 - 를 발생하는 단계; 및
    상기 어드레스 회로에 바이어스 신호를 제공하는 단계 - 상기 바이어스 신호는 상기 어드레스 신호가 상기 제 1 상태일 때는 상기 미러 소자를 제 1 위치로 편향시키고, 상기 어드레스 신호가 상기 제 2 상태일 때는 제 2 위치로 편향시킴 -
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 쌍안정 마이크로 미러 어레이를 동작시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 어드레스 회로에 데이터 신호를 제공하는 상기 단계는 커패시터 상의 아날로그 입력 전압을 나타내는 전하를 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 어드레스 회로에 데이터 신호를 제공하는 상기 단계는, 각 비디오 프레임에 한번씩 상기 어레이의 각 셀에서 커패시터 상의 아날로그 입력 전압을 나타내는 전하를 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 어드레스 회로에 데이터 신호를 제공하는 상기 단계는, 각 비디오 필드에 한번씩 상기 어레이의 교대하는 열의 각 셀에서 커패시터 상의 아날로그 입력 전압을 나타내는 전하를 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 어드레스 회로에 데이터 신호를 제공하는 단계는
    제1 커패시터 상의 아날로그 입력 전압을 나타내는 전하를 저장하는 단계; 및
    프레임 신호의 활성화시 제2 커패시터에 상기 전하의 일부를 전달하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 전달 단계는 각 비디오 프레임에서 한번씩 발생하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 전달 단계는 각 비디오 필드에서 한번씩 발생하는 것을 특징으로 하는 방법.
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