KR100625583B1 - 엘시디 투사형 표시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엘시디 투사형 표시 장치에 관한 것이다. 본 발명의 엘시디 투사형 표시 장치는 입력되는 영상 신호를 처리하는 영상 처리부와, 영상 처리부에 의해 영상 처리된 신호에 대하여 매 프레임마다 평균밝기 신호와 프레임 타이밍 신호를 출력하는 평균휘도처리부, 평균휘도처리부에서 출력된 평균밝기 신호를 액정 표시 소자의 특성과 부합되도록 스케일링 처리하여 액정 표시 소자를 구동하는 LCD 구동부, 광원으로부터 방출된 광선의 경로 방향에 따라 이동되도록 설치된 가변 콘덴싱 렌즈, 평균휘도처리부로부터 평균밝기 신호와 프레임 타이밍 신호를 받고 프레임 타이밍 신호에 동기되어 평균밝기 신호에 따라 가변 콘덴싱 렌즈를 수평 이동시키기 위한 구동 신호를 출력하는 가변 콘덴싱 렌즈 구동부, 및 가변 콘덴싱 렌즈 구동부로부터의 구동 신호에 따라 가변 콘덴싱 렌즈를 광선의 경로 방향에 따라 이동시키는 서보모터를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 화면의 밝기가 증감할 때, LCD로 투사되는 빛의 양을 적절히 차단하여 종래에 화면 밝기의 증가로 인한 콘트라스트 특성의 열화 됨을 방지할 수 있는 효과가 있고, 이에 따라 보다 선명한 화상을 구현할 수 있는 효과가 있다.

LCD, 가변 콘덴싱 렌즈, 영상신호, APL

Description

엘시디 투사형 표시 장치 {Liquid Crystal Display Projector}

도 1은 종래기술에 따른 LCD 투사형 표시장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도.

도 2는 도 1에 도시된 종래 LCD 투사형 표시장치의 감마특성 곡선을 나타낸 도.

도 3은 도 1에 도시된 종래 LCD 투사형 표시장치에서 화면 밝기 증가에 따른 시각적 콘트라스트 저하를 설명하기 위한 도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 엘시디 투사형 표시 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도.

도 5는 도 4에 도시된 본 발명의 엘시디 투사형 표시 장치에 따른 콘트라스트 특성을 종래와 비교하여 나타낸 도.

***** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *****

30: 광원 31: 포물 반사경

32: 필터 33: 콘덴싱 렌즈

34: 가변 콘덴싱 렌즈 35, 37: 편광판

36: LCD 38: 투사렌즈

39: 스크린 40: 서보모터

100: 영상처리부 200: 평균휘도처리부

201: 히스토그램 연산부 202: 타이밍부

300: LCD 구동부 400: 가변 콘덴싱 렌즈 구동부

401: 전압 구동부 402: 타이밍 구동부

본 발명은 표시 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화면 밝기 증가에 관계없이 콘트라스트 특성을 개선하여 화질의 선명도를 향상시킬 수 있는 엘시디 투사형 표시 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 브라운관에 표시된 화상을 스크린에 투사하기 위한 투사기로는 CRT용 프로젝터를 주로 사용하였으나 대형 화면을 구현하고자 할 경우 부피가 커지고 설치시 공간적으로 많은 면적을 차지하는 문제점이 있어 최근에는 부피가 작고, 얇은 구조를 갖는 액정 표시소자(Liquid Crystal Display:이하, LCD라 함.) 투사형 표시장치에 관한 연구가 진행 중에 있다.

이러한 LCD 투사형 표시장치는 자체적으로 발광하지 않기 때문에 별도의 광원을 이용하여 디스플레이의 화면 특성인 휘도(Brightness) 및 콘트라스트(Contrast) 특성을 제어하게 된다.

도 1은 종래기술에 따른 LCD 투사형 표시장치의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, LCD 투사형 표시장치는 광빔을 발생시키는 광원(10)과, 상기 광원에서 출사되는 빛을 일 방향으로 진행하도록 반사시키는 포물 반사경(11)과, 광원에서 출사되는 빔 중 소정의 빔만 투과되도록 하는 필터(12)와, 필터에서 출사되는 빔을 집속시켜 액정 패널(15)에 공급하는 콘덴싱 렌즈(Condensing Lens, 13)와, 액정 패널 전, 후면에 설치된 편광판(14, 16)을 통하여 스크린(18)에 주사시키는 투사렌즈(17)로 이루어진다.

이와 같은 구조를 갖는 LCD 투사형 표시장치의 구동은 먼저, 입력되는 신호를 디스플레이 포맷에 일치시키고, 적절한 화질이 보정되도록 영상처리부(20)에서 신호를 처리한 다음, LCD 패널의 특성과 일치하도록 스케일링 처리하는 LCD 드라이버부(21)로 전송한다.

한편, LCD 드라이버부는 LCD 모듈의 투과 특성에 부합되도록 감마 보정 및 콘트라스트, 휘도처리를 하게 되며, 경우에 따라서는 유니포머티(Uniformity)보정을 행한다. 또한, LCD 모듈의 구동특성과 일치되도록 타이밍 신호를 만들어 LCD모듈로 전송하게 된다. 이와 같이 구동되는 LCD 투사형 표시장치는 광원인 램프로부터 빛이 가해지게 되면 가해지는 광을 최대한 활용하기 위하여 콘덴싱 렌즈를 이용하여 광을 LCD 크기에 일치하도록 집속시킨 후, 소정의 계조(gray level)로 구분되는 영상을 출력하여 스크린에 투사하게 된다.

도 2는 도 1에 도시된 종래 LCD 투사형 표시장치의 감마특성 곡선을 나타낸 것이다. 감마특성이란, 인가되는 전압량(input voltage)에 따라 출력되는 밝기(output intensity)가 비선형 함수적으로 나타나는 것을 말하는 것이다. 도 2를 살펴보면, LCD 투사형 표시장치의 감마특성 곡선은 밝기가 0%인 블랙레벨에서부터 밝기가 100%인 화이트레벨까지 비디오 신호를 인가 시켜서 적절한 감마값을 가중하여 스크린으로부터 얻은 출력값을 나타낸 것이다. 그러나 도시된 바와 같이, 실제의 LCD는 점선으로 나타나는 이상적인 감마특성 곡선을 갖지 않고, LCD 고유의 빔 투과 특성상 블랙계조에서 빔이 누설되어 감마곡선이 실선과 같이 떠 올라있는 형상을 갖게 됨을 알 수 있다. 이는 일정한 신호에 따라 정확한 계조를를 표현하지 못하여 LCD에서의 화면 특성인 콘트라스트를 저하시키는 가장 큰 원인이 된다.

한편, 종래에는 콘트라스트 특성을 향상시키기 위하여 LCD 투사형 표시장치에 인가시키는 광원을 높여 수치적으로 콘트라스트 특성을 개선시켰으나, 시각적으로는 콘트라스트 특성이 저하되는 문제점이 있었다. 이는 상술한 바와 같이, LCD고유 특성인 블랙계조에서의 빔 누설 때문이다.

도 3은 도 1에 도시된 종래 LCD 투사형 표시장치에서 화면 밝기 증가에 따른 시각적 콘트라스트 저하를 설명하기 위한 도이다. 도 3(a)은 화면의 시각적인 콘트라스트 특성을 나타낸 것이고, 도 3(b)은 도 3(a)에 따른 화이트와 블랙의 밝기 특성을 나타낸 것이며, 도 3(c)은 화면 밝기에 따른 콘트라스 특성을 나타낸 것이다. 도 3을 살펴보면, LCD 투사형 표시장치에서 화면의 화이트 밝기가 증가될수록 주변 밝기의 영향으로 블랙의 밝기도 일정하게 증가하게 됨을 알 수 있다. 즉, 블랙의 밝기가 증가하게 되면 화면의 최대밝기 대비 최소 밝기의 비를 나타내는 콘트라스트 특성이 나빠지는 문제점을 가져오게 된다.

따라서 본 발명은 LCD 투사형 표시장치의 화면 밝기 증감에 따라 LCD로 투사되는 빔의 양을 적절히 차단시켜 콘트라스트 특성을 향상시킬 수 있는 엘시디 투사형 표시 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 엘시디 투사형 표시 장치는 광원으로부터 방출된 광선을 액정 표시 소자에 투사하여 액정 표시 소자로부터 투영된 화상을 스크린에 표시하는 장치에 있어서, 입력되는 영상 신호를 처리하는 영상 처리부와; 상기 영상 처리부에 의해 영상 처리된 신호에 대하여 매 프레임마다 평균밝기 신호와 프레임 타이밍 신호를 출력하는 평균휘도처리부; 상기 평균휘도처리부에서 출력된 평균밝기 신호를 상기 액정 표시 소자의 특성과 부합되도록 스케일링 처리하여 상기 액정 표시 소자를 구동하는 LCD 구동부; 상기 광원으로부터 방출된 광선의 경로 방향에 따라 이동되도록 설치된 가변 콘덴싱 렌즈; 상기 평균휘도처리부로부터 평균밝기 신호와 프레임 타이밍 신호를 받고, 상기 프레임 타이밍 신호에 동기되어 상기 평균밝기 신호에 따라 상기 가변 콘덴싱 렌즈를 수평 이동시키기 위한 구동 신호를 출력하는 가변 콘덴싱 렌즈 구동부; 및 상기 가변 콘덴싱 렌즈 구동부로부터의 구동 신호에 따라 상기 가변 콘덴싱 렌즈를 상기 광선의 경로 방향에 따라 이동시키는 서보모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 특징에 의하면, 상기 평균휘도처리부는 블랙 및 화이트 영상에서의 콘트라스트 증폭 특성을 결정하기 위한 히스토그램 연산부를 포함한다.

이와 같은 특징에 의하면, 상기 가변 콘덴싱 렌즈 구동부는 상기 평균휘도처리부로부터 화면의 평균 밝기 신호를 입력받아 밝기 조정이 필요한 레벨을 감지하고 그 레벨에 비례한 일정 전압을 공급하는 전압 구동부와; 상기 액정 표시 소자의 수평 및 수직 동기신호와 동기시키기 위한 타이밍 구동부를 포함한다.
이와 같은 특징에 의하면, 상기 가변 콘덴싱 렌즈 구동부는 화면의 평균밝기 신호가 낮을 때는 가변 콘덴싱 렌즈가 광원쪽으로 이동되도록 구동하고, 화면의 평균밝기 신호가 높을 때는 가변 콘덴싱 렌즈가 스크린쪽으로 이동되도록 구동한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 엘시디 투사형 표시 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도이다. 도시된 바와 같이, 엘시디 투사형 표시 장치는 빔을 발생시키는 광원(30)과, 광원(30)에서 출사되는 빛을 일 방향으로 진행하도록 반사시키는 포물 반사경(31)과, 광원(30)에서 출사되는 빔 중 소정의 빔만 투과되도록 하는 필터(32)와, 필터(32)에서 출사되는 빔을 집속시켜 액정 패널(36)에 공급하는 콘덴싱 렌즈(Condensing Lens, 33)와, 서보모터(40)를 이용하여 화면의 밝기가 상대적으로 어둡거나 밝은 영상신호에 따라 좌, 우로 이동 가능한 가변 콘덴싱 렌즈(34)와, 액정 패널(36) 전, 후면에 설치된 편광판(35,37)을 통하여 스크린(39)에 주사시키는 투사렌즈(38)로 이루어진다.

이러한 구조를 갖는 LCD 투사형 표시장치는, 먼저 입력되는 복합영상 신호를 영상 처리부(100)에서 영상 신호를 처리한 다음, 영상 처리된 신호에 대하여 매 프레임마다 평균 밝기 신호와 프레임 타이밍 신호를 출력하도록 평균휘도(Average Picture Level;APL)처리부(200)로 전송된다. APL처리부 또는 평균휘도처리부(200)는 영상신호에 대해 한 개의 프레임에서 일정한 크기의 영역으로 분할한 다음 각각의 영역에서 R, G, B계조의 평균값을 구하여 실제 영상에 대한 평균 밝기를 추출한다. 예를 들어, 가로로 m개의 픽셀과, 세로로 n개의 픽셀을 갖는 임의의 화면 영역에 대하여 화면의 평균 밝기는m, n개 픽셀 대비 m, n개의 픽셀의 총 계조 값으로 나타내고 다음 수학식 1과 같이 표현된다.

APL = ( m × n개의 픽셀 계조의 총합)/(m × n)

또한, APL처리부의 히스토그램 연산부(201)는 블랙 및 화이트 영상에서의 콘트라스트 증폭 특성을 결정한다. 즉, 히스토그램 연산부(201)는 영상의 히스토그램을 구해서 생성된 히스토그램의 정규화 된 합을 계산하여 영상처리를 한다. 이로부터 평균밝기 신호와 프레임 타이밍 신호를 출력하여 가변 콘덴싱 렌즈 구동부로 전송된다.

한편, APL처리부의 타이밍부(202)는 광원으로부터 방출된 광선의 경로에 설치된 가변 콘덴싱 렌즈(34)를 광선의 경로 방향으로 수평 이동시키기 위한 서보모터(40)가 LCD(36)에 출력되는 수평, 수직 동기신호에 부합되도록 하여 각각 LCD 구동부(300)와 가변 콘덴싱 렌즈 구동부(400)로 전송된다.

LCD 구동부(300)는 출력된 평균밝기 신호를 LCD의 특성과 부합되도록 스케일링 처리하여 LCD를 구동한다. 즉, LCD의 투과 특성에 부합되도록 감마보정 및 콘트라스트, 휘도(Brightness)처리를 하고 경우에 따라서는 유니포머티(Uniformity)보정을 행한다.

가변 콘덴싱 렌즈 구동부(400)는 평균휘도처리부(200)로부터 화면의 평균 밝기 신호를 입력받아 밝기 조정이 필요한 레벨을 감지하고 그 레벨에 비례한 일정 전압을 공급하는 전압 구동부(401)와 LCD 모듈의 동기신호가 일치되도록 하는 타이밍 구동부(402)를 갖는다. 이러한 가변 콘덴싱 렌즈 구동부(400)는 입력되는 평균 밝기 신호와 동기신호에 맞게 서보모터(40)를 이용하여 가변 콘덴싱 렌즈(34)를 좌, 우 수평방향으로 움직이게 하여 빔의 양을 적절히 차단하게 된다.

즉, 상기 도 4에서 보는 바와 같이, 상기 서보모터(40)는 가변 콘덴싱 렌즈에서 집속된 빛이 LCD모듈에 투사될 때, 화면 밝기가 상대적으로 어두운 영상신호에 대해서는 광원 방향으로 이동하여 실선으로 표현된 모든 빛이 LCD모듈로 들어가게 하고, 화면 밝기가 상대적으로 밝은 영상신호에 대해서는 서보모터가 스크린 방향으로 이동하여 LCD모듈 외곽까지 넓게 투사하게 되어 적은 양의 빛이 LCD모듈로 투사하게 된다.

이때, 비디오 신호 역시 어두워진 화면을 보상하기 위하여 블랙측 영상신호와 일정 이상의 화이트측 신호에 대해 증폭특성을 증대(날카롭게)시킴으로써 빛이 LCD모듈에 적게 투과되더라도 어두운 느낌을 가질 수 없도록 하여 콘트라스트 특성을 한층 높이게 한다.

이상과 같은 방법으로 본 발명의 LCD 투사형 표시장치는 종래 LCD 투사형 표시장치의 밝기 증가에 따른 콘트라스트 특성이 열화 됨을 방지할 수 있어 선명한 영상을 구현할 수 있게 된다.

도 5는 도 4에 도시된 본 발명의 엘시디 투사형 표시 장치에 따른 콘트라스트 특성을 종래와 비교하여 나타낸 도이다. 도시된 바와 같이, 휘도증가에 따라 콘트라스트 특성이 저하되는 종래의 LCD 투사형 표시장치와는 달리, 본 발명의 LCD 투사형 표시장치는 일정 정도의 콘트라스트가 유지되어지면 화면의 밝기가 증가 되더라도 항상 일정한 콘트라스트 특성을 갖게 됨을 알 수 있다.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 화면의 밝기가 증감할 때, LCD로 투사되는 빛의 양을 적절히 차단하여 종래에 화면 밝기의 증가로 인한 콘트라스트 특성의 열화 됨을 방지할 수 있는 효과가 있고, 이에 따라 보다 선명한 화상을 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 광원으로부터 방출된 광선을 액정 표시 소자에 투사하여 액정 표시 소자로부터 투영된 화상을 스크린에 표시하는 장치에 있어서,

   입력되는 영상 신호를 처리하는 영상 처리부와;

   상기 영상 처리부에 의해 영상 처리된 신호에 대하여 매 프레임마다 평균밝기 신호와 프레임 타이밍 신호를 출력하는 평균휘도처리부;

   상기 평균휘도처리부에서 출력된 평균밝기 신호를 상기 액정 표시 소자의 특성과 부합되도록 스케일링 처리하여 상기 액정 표시 소자를 구동하는 LCD 구동부;

   상기 광원으로부터 방출된 광선의 경로 방향에 따라 이동되도록 설치된 가변 콘덴싱 렌즈;

   상기 평균휘도처리부로부터 평균밝기 신호와 프레임 타이밍 신호를 받고, 상기 프레임 타이밍 신호에 동기되어 상기 평균밝기 신호에 따라 상기 가변 콘덴싱 렌즈를 수평 이동시키기 위한 구동 신호를 출력하는 가변 콘덴싱 렌즈 구동부; 및

   상기 가변 콘덴싱 렌즈 구동부로부터의 구동 신호에 따라 상기 가변 콘덴싱 렌즈를 상기 광선의 경로 방향에 따라 이동시키는 서보모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘시디 투사형 표시 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 평균휘도처리부는 블랙 및 화이트 영상에서의 콘트라스트 증폭 특성을 결정하기 위한 히스토그램 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘시디 투사형 표시 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 가변 콘덴싱 렌즈 구동부는 상기 평균휘도처리부로부터 화면의 평균 밝기 신호를 입력받아 밝기 조정이 필요한 레벨을 감지하고 그 레벨에 비례한 일정 전압을 공급하는 전압 구동부와;

   상기 액정 표시 소자의 수평 및 수직 동기신호와 동기시키기 위한 타이밍 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘시디 투사형 표시 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 가변 콘덴싱 렌즈 구동부는 화면의 평균밝기 신호가 낮을 때는 가변 콘덴싱 렌즈가 광원쪽으로 이동되도록 구동하고,

   화면의 평균밝기 신호가 높을 때는 가변 콘덴싱 렌즈가 스크린쪽으로 이동되도록 구동하는 것을 특징으로 하는 엘시디 투사형 표시 장치.

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