KR100818190B1 - 광변조기의 물리적 변형 보정 방법 및 이를 적용한디스플레이 장치 - Google Patents

광변조기의 물리적 변형 보정 방법 및 이를 적용한디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 장시간 구동됨에 따라 일정한 입력에 대해서 광변조기의 물리적 변위가 달라지는 현상을 보정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 영상 신호의 계조값과 영상 제어 신호의 계조값 간의 관계를 나타내는 참조표에 따라 변조광이 영상 신호의 계조값에 상응하는 휘도를 가지도록 소정의 구동 신호 범위 내에서 설정된 구동 신호에 따라 광원으로부터의 입사광의 휘도를 변화시킨 변조광을 출력하는 광변조기의 시간에 따른 물리적 변형을 보정하는 방법 및 이를 적용한 디스플레이 장치가 제공된다. 마이크로 미러의 시간에 따른 변위 변화량을 측정하고 동일한 입력에 대한 구동 전압을 보정함으로써 화면 상에서 보이는 계조가 항상 일정한 휘도를 나타내도록 하는 효과가 있다.
광변조기, 변형, 보정, 디스플레이 장치

Description

광변조기의 물리적 변형 보정 방법 및 이를 적용한 디스플레이 장치{Method for compensating a physical variation of optical modulator and display apparatus appling the method}
도 1a는 본 발명에 적용 가능한 간접 광변조기 중 압전체를 이용한 일 형태의 광변조기의 마이크로 미러의 사시도.
도 1b는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 압전체를 이용한 다른 형태의 광변조기의 마이크로 미러의 사시도.
도 1c는 도 1a에 도시된 마이크로 미러를 복수 개 포함하는 광변조기의 평면도.
도 1d은 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 회절형 광변조기 어레이에 의해 스크린에 이미지가 생성되는 모식도.
도 2는 도 1c의 AA'선에 대한 절단면을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개략적인 구성도.
도 4는 마이크로 미러의 변위 대 변조광 휘도를 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 샘플링 패턴의 출력 타이밍도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출부 및 측정부의 개략적인 회로 도.
도 7은 측정된 샘플링 휘도의 예시도.
도 8은 광변조기의 각 마이크로 미러의 시간 경과에 따른 물리적 변형을 보정하기 위한 샘플링 방법을 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 보정 방법을 나타낸 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
300 : 디스플레이 장치
310 : 광원
320 : 광변조기
325 : 구동 회로
330 : 스캐너
350 : 광 검출부
360 : 측정부
370 : 제어부
본 발명은 광변조기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 장시간 구동됨에 따라 일정한 입력에 대해서 광변조기의 물리적 변위가 달라지는 현상을 보정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근에는 디스플레이 기술이 발달함에 따라 대형화상의 구현에 대한 요구가 날로 증가하고 있다. 현재 대부분의 대형화상 표시장치(주로 프로젝터)는 액정을 광스위치로 사용하고 있다. 과거의 CRT 프로젝터에 비해서는 소형이고 가격도 저렴하며 광학계도 간단하여 많이 사용되고 있다. 그러나, 광원으로부터의 빛이 액정판을 투과하여 스크린에 비춰지므로 광손실이 많다는 것이 단점으로 지적된다. 따라서, 반사를 이용하는 광변조기 소자 등의 마이크로머신을 활용하여 광손실을 줄여서 더 밝은 화상을 얻을 수 있다.
마이크로머신(Micromachine)은 육안으로 식별이 어려운 극히 소형의 기계를 의미한다. 멤스(MEMS : Micro Electro Mechanical System)라고도 하며, 초소형 전기 기계 시스템 또는 소자라고 부를 수 있다. 주로 반도체 제조기술을 응용하여 만든다. 미소광학 및 극한소자를 이용하여 자기(磁氣) 및 광 헤드와 같은 각종 정보기기 부품에 응용하며, 여러 종류의 마이크로 유체제어기술을 이용하여 생명의학 분야와 반도체 제조공정 등에도 응용한다. 마이크로머신은 그 역할에 따라서 감지 소자의 기능을 하는 마이크로 센서, 구동장치인 마이크로 액추에이터 및 기타 에너지의 전달 역할을 하는 미니어처 기계 등으로 나눌 수 있다.
멤스(MEMS)는 다양한 응용 분야의 하나로서 광학 분야에 응용되고 있다. 멤스(MEMS) 기술을 이용하면 1mm보다 작은 광학부품을 제작할 수 있으며, 이들로서 초소형 광시스템을 구현할 수 있다.
초소형 광시스템에 해당하는 광변조기 소자, 마이크로 렌즈 등의 마이크로 광학 부품은 빠른 응답속도와 작은 손실, 집적화 및 디지털화의 용이성 등의 장점으로 인하여 통신장치, 디스플레이 및 기록장치에 채택되어 응용되고 있다.
디스플레이의 일종인 스캐닝 디스플레이 장치에 사용되는 광변조기(SOM; Spatial Optical Modulator)는 구동 회로와 복수개의 마이크로 미러로 구성된다. 하나 이상의 마이크로 미러가 모여 투사 영상의 한 픽셀을 표현하게 된다.
이때 한 픽셀의 광강도를 표현하기 위해서 마이크로 미러는 구동 회로로부터 인가되는 구동 전압에 상응하여 그 변위가 바뀜으로써 변조광의 광량을 변화시킨다. 여기서, 구동 회로는 입력신호에 대하여 특정의 관계를 가지는 구동 전압을 생성한다. 그리고 변조광의 휘도는 구동 전압 대비 특정한 비선형적 관계를 가지게 된다.
하지만, 마이크로 미러는 일정기간 이상의 구동으로 인해 일정한 구동 전압에 대해서 최초 제작시의 물리적 변위의 변화량과, 시간이 지남에 따른 물리적 변위의 변화량이 서로 다르게 된다. 이로 인해 사용자가 원하는 휘도의 변조광을 생성하고자 하는데 있어서 오차가 발생하게 되는 문제점이 있다.
일정한 입력에 대해서 광변조기의 물리적 변위가 달라지는 현상에 대한 보정이 없는 경우 화면상에서 휘도가 이상적인 특성에서 벗어나 최저 계조값 또는 최고 계조값에서 휘도가 역전되는 현상이 발생할 수 있으며, 화질에 치명적인 악영향을 주게 된다.
따라서, 본 발명은 마이크로 미러의 시간에 따른 변위 변화량을 측정하고 동일한 입력에 대한 구동 전압을 보정함으로써 화면 상에서 보이는 계조가 항상 일정한 휘도를 나타내도록 하는 광변조기의 물리적 변형 보정 방법 및 이를 적용한 디스플레이 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 구동 전압의 보정 데이터에 관련된 보정 특성치의 변화를 트래킹(tracking)하여 항상 일정한 보정이 이루어질 수 있도록 하는 광변조기의 물리적 변형 보정 방법 및 이를 적용한 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 인가되는 구동 신호에 따라 광원으로부터의 입사광의 휘도를 변화시킨 변조광을 출력하는 광변조기; 구동 신호 범위 신호에 따른 구동 신호 범위 내에서 영상 제어 신호에 따른 상기 구동 신호를 생성하고, 상기 광변조기에 상기 구동 신호를 인가하는 구동 회로; 상기 변조광을 스크린 상의 소정 위치에 투사하는 스캐너; 상기 광변조기로부터 출력되는 변조광을 검출하는 광 검출부; 상기 광 검출부에서 검출된 변조광의 휘도를 측정하는 측정부; 및 영상 신호를 입력받고, 상기 영상 신호의 계조값과 상기 영상 제어 신호의 계조값 간의 관계를 나타내는 참조표를 적용하여 상기 영상 신호를 상기 영상 제어 신호로 변환하 고 상기 구동 회로에 제공하며, 상기 측정부에서 측정된 상기 변조광의 휘도로부터 상기 광변조기의 물리적 변형 여부 및 변형 정도를 측정하여 상기 참조표를 갱신하고, 상기 변형 정도가 임계값을 초과하는 경우 상기 구동 신호 범위를 갱신한 상기 구동 전압 범위 신호를 상기 구동 회로에 제공하는 제어부를 포함하는 디스플레이 장치가 제공된다.
여기서, 상기 구동 신호는 구동 전압이며, 상기 구동 회로는 상기 구동 전압 범위 내의 전압을 미리 설정된 해상도의 계조 전압들로 구분할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 임의의 영상 프레임 간의 블랭크 시간(blank time) 내에 샘플링 패턴을 상기 구동 회로에 인가하고, 측정된 상기 샘플링 패턴에 상응하는 변조광의 샘플링 휘도와 상기 샘플링 패턴으로부터 상기 샘플링 휘도에 상응하는 상기 영상 신호의 계조값과 상기 샘플링 패턴에 상응하는 상기 영상 제어 신호의 계조값 간의 관계를 재산출하여 상기 참조표를 갱신할 수 있다.
여기서, 상기 샘플링 휘도의 오프셋(offset)을 조정하고 상기 샘플링 휘도를 증폭시키는 측정부를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 샘플링 패턴은 상기 하나의 블랭크 시간 내에 하나의 픽셀에 대한 휘도 변화를 측정하기 위한 샘플링 전압들의 집합일 수 있다.
또한, 상기 샘플링 패턴은 최대 휘도에서의 구동 전압을 중심으로 대칭적인 2n(n은 자연수) 개의 샘플링 전압이며, 전단의 n개의 샘플링 전압에 의한 샘플링 휘도의 합과 후단의 n개의 샘플링 전압에 의한 샘플링 휘도의 합을 비교하여 상기 참조표에서의 상기 영상 신호의 계조값과 상기 영상 제어 신호의 계조값 간의 관계 를 재조정할 수 있다.
또는 상기 샘플링 패턴은 최소 휘도에서의 구동 전압을 중심으로 대칭적인 2n(n은 자연수) 개의 샘플링 전압이며, 전단의 n개의 샘플링 전압에 의한 샘플링 휘도의 합과 후단의 n개의 샘플링 전압에 의한 샘플링 휘도의 합을 비교하여 상기 참조표에서의 상기 영상 신호의 계조값과 상기 영상 제어 신호의 계조값 간의 관계를 재조정할 수 있다.
그리고 상기 광변조기는 복수의 마이크로 미러를 포함하되, 상기 제어부는 상기 복수의 마이크로 미러에 대한 상기 변형 정도의 평균값이 상기 임계값을 초과하는 경우 상기 구동 신호 범위를 갱신한 상기 구동 전압 범위 신호를 상기 구동 회로에 제공할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 참조표를 적용하여 상기 영상 신호의 계조값을 상기 영상 제어 신호의 계조값으로 변환하는 참조표 적용부; 상기 샘플링 휘도를 기초로 하여 상기 광변조기의 물리적 변형 여부 및 변형 정도를 판단하는 판단부; 상기 판단부에서의 판단 결과에 따라 보정값을 산출하여 상기 참조표를 갱신하는 보정부; 및 상기 보정값이 상기 임계값을 초과하는 경우 상기 구동 신호 범위를 갱신한 상기 구동 신호 범위 신호를 생성하고, 상기 구동 회로에 인가하는 구동 신호 범위 갱신부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 영상 신호의 계조값과 영상 제어 신호의 계조값 간의 관계를 나타내는 참조표에 따라 변조광이 상기 영상 신호의 계조값에 상응하는 휘도를 가지도록 소정의 구동 신호 범위 내에서 설정된 구동 신호에 따라 광원으로부터의 입사광의 휘도를 변화시킨 변조광을 출력하는 광변조기의 시간에 따른 물리적 변형을 보정하는 방법에 있어서, (a) 샘플링 패턴이 상기 광변조기에 인가되도록 하는 단계-여기서, 상기 광변조기는 복수의 마이크로 미러를 포함하고, 상기 샘플링 패턴은 임의의 프레임 영상 간의 블랭크 타임 내에 상기 복수의 마이크로 미러 중 어느 하나에 대한 휘도 변화를 측정하기 위한 샘플링 신호들의 집합임-; (b) 상기 샘플링 패턴에 따라 상기 광변조기로부터 출력되는 변조광의 샘플링 휘도를 측정하는 단계; (c) 상기 샘플링 패턴 및 상기 샘플링 휘도로부터 상기 참조표를 갱신하기 위한 보정값을 산출하는 단계; (d) 상기 복수의 마이크로 미러 모두에 대해서 상기 단계 (a) 내지 (c)를 반복 수행하는 단계; (e) 상기 복수의 마이크로 미러에 대한 상기 보정값의 평균값을 산출하는 단계; 및 (f) 상기 평균값이 미리 설정된 임계값을 초과하는 경우 상기 광변조기에 인가되는 상기 구동 신호 범위를 갱신하는 단계를 포함하는 광변조기의 물리적 변형 보정 방법이 제공된다.
여기서, 상기 구동 신호는 구동 전압이며, 상기 샘플링 패턴은 최대 휘도에서의 구동 전압을 중심으로 대칭적인 2n(n은 자연수) 개의 샘플링 전압이며, 상기 단계 (c)는 전단의 n개의 샘플링 전압에 의한 샘플링 휘도의 합과 후단의 n개의 샘플링 전압에 의한 샘플링 휘도의 합을 비교하여 상기 보정값을 산출할 수 있다.
또는 상기 구동 신호는 구동 전압이며, 상기 샘플링 패턴은 최소 휘도에서의 구동 전압을 중심으로 대칭적인 2n(n은 자연수) 개의 샘플링 전압이며, 상기 단계 (c)는 전단의 n개의 샘플링 전압에 의한 샘플링 휘도의 합과 후단의 n개의 샘플링 전압에 의한 샘플링 휘도의 합을 비교하여 상기 보정값을 산출할 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 광변조기의 물리적 변형 보정 방법 및 이를 적용한 디스플레이 장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 동일 또는 유사한 개체를 순차적으로 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기에 앞서 본 발명에 적용되는 광변조기에 대해서 먼저 설명하기로 한다.
광변조기는 크게 직접 광의 온/오프를 제어하는 직접 방식과 반사 및 회절을 이용하는 간접 방식으로 나뉘며, 또한 간접 방식은 정전기 방식과 압전 방식 등으로 나뉠 수 있다. 여기서, 광변조기는 구동되는 방식에 상관없이 본 발명에 적용이 가능하다.
미국특허번호 제5,311,360 호에 개시된 정전 구동 방식 격자 광변조기는 반사 표면부를 가지며 기판 상부에 부유(suspended)하는 다수의 일정하게 이격하는 변형 가능 반사형 리본을 포함한다.
먼저, 절연층이 실리콘 기판상에 증착되고, 이후 희생 이산화실리콘 막 및 질화실리콘 막의 증착 공정이 후속한다. 질화실리콘 막은 리본으로 패터닝되고 이산화실리콘층의 일부가 에칭되어 리본이 질화물 프레임에 의해 산화물 스페이서층 상에 유지되도록 한다.
리본상의 반사 표면과 기판의 반사 표면 사이의 수직 거리 d로 한정된 이러한 광변조기의 격자 진폭은 리본(제1 전극으로서의 역할을 하는 리본의 반사 표면)과 기판(제2 전극으로서의 역할을 하는 기판 하부의 전도막) 사이에 전압을 인가함으로써 제어된다.
도 1a는 본 발명에 적용 가능한 간접 광변조기 중 압전체를 이용한 일 형태의 광변조기의 마이크로 미러의 사시도이며, 도 1b는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 압전체를 이용한 다른 형태의 광변조기의 마이크로 미러의 사시도이다. 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 기판(110), 절연층(120), 희생층(130), 리본 구조물(140) 및 압전체(150)를 포함하는 마이크로 미러가 도시되어 있다.
기판(110)은 일반적으로 사용되는 반도체 기판이며, 절연층(120)은 식각 정지층(etch stop layer)으로서 증착되며, 희생층으로 사용되는 물질을 식각하는 에천트(여기서 에천트는 식각 가스 또는 식각 용액임)에 대해서 선택비가 높은 물질로 형성된다. 여기서 절연층(120) 상에는 입사광을 반사하기 위해 반사층(120(a), 120(b))이 형성될 수 있다.
희생층(130)은 리본 구조물(140)이 절연층(120)과 일정한 간격으로 이격될 수 있도록 양 사이드에서 리본 구조물(140)을 지지하고, 중심부에서 공간을 형성하는 역할을 한다.
리본 구조물(140)은 상술한 바와 같이 입사광에 대하여 회절 및 간섭을 일으켜서 신호를 광변조하는 역할을 한다. 리본 구조물(140)의 형태는 상술한 바와 같 이 복수의 리본 형상으로 구성될 수도 있고, 리본의 중심부에 복수의 오픈홀(140(b), 140(d))을 구비할 수도 있다. 또한, 압전체(150)는 상부 및 하부 전극간의 전압차에 의해 발생하는 상하 또는 좌우의 수축 또는 팽창 정도에 따라 리본 구조물(140)을 상하로 움직이도록 제어한다. 여기서, 반사층(120(a), 120(b))은 리본 구조물(140)에 형성된 홀(140(b), 140(d))에 대응하여 형성된다.
예를 들면, 빛의 파장이 λ인 경우, 리본 구조물(140)에 형성된 상부 반사층(140(a), 140(c))과 절연층(120)에 형성된 하부 반사층(120(a), 120(b)) 간의 간격이(2n)λ/4(n은 자연수)가 되도록 하는 제1 전압이 압전체(150)에 인가된다. 이 경우 0차 회절광(반사광)의 경우 상부 반사층(140(a), 140(c))으로부터 반사된 광과 하부 반사층(120(a), 120(b))으로부터 반사된 광 사이의 전체 경로차는 nλ와 같아서 보강 간섭을 하여 변조광은 최대 휘도를 가진다. 여기서, +1차 및 -1차 회절광의 경우 광의 휘도는 상쇄 간섭에 의해 최소값을 가진다.
또한, 리본 구조물(140)에 형성된 상부 반사층(140(a), 140(c))과 절연층(120)에 형성된 하부 반사층(120(a), 120(b)) 간의 간격이 (2n+1)λ/4(n은 자연수)가 되도록 하는 제2 전압이 압전체(150)에 인가된다. 이 경우 0차 회절광(반사광)의 경우 상부 반사층(140(a), 140(c))으로부터 반사된 광과 하부 반사층(120(a), 120(b))으로부터 반사된 광 사이의 전체 경로차는 (2n+1)λ/2와 같아서 상쇄 간섭을 하여 변조광은 최소 휘도를 가진다. 여기서, +1차 및 -1차 회절광의 경우 보강 간섭에 의해 광의 휘도는 최대값을 가진다.
이러한 간섭의 결과, 마이크로 미러는 반사광 또는 회절광의 광량을 조절하 여 하나의 픽셀에 대한 신호를 빛에 실을 수 있다. 이상에서는, 리본 구조물(140)과 절연층(120) 간의 간격이 (2n)λ/4 또는 (2n+1)λ/4인 경우를 설명하였으나, 하지만, 리본 구조물(140)과 절연층(120) 간의 간격을 조절하여 입사광의 회절, 반사에 의해 간섭되는 광의 휘도를 조절할 수 있는 다양한 실시예가 본 발명에 적용될 수 있음은 당연하다.
이하에서는, 상술한 도 1a에 도시된 형태의 마이크로 미러를 중심으로 설명한다. 또한, 이하 0차 회절광(반사광), +n차 회절광, -n차 회절광(n은 자연수) 등을 변조광이라고 통칭한다.
도 1c는 도 1a에 도시된 마이크로 미러를 복수 개 포함하는 광변조기의 평면도이다.
도 1c를 참조하면, 광변조기는 각각 제1 픽셀(pixel #1), 제2 픽셀(pixel #2), …, 제m 픽셀(pixel #m)을 담당하는 m개의 마이크로 미러(100-1, 100-2, …, 100-m)를 포함한다. 광변조기는 수직 주사선 또는 수평 주사선(여기서, 수직 주사선 또는 수평 주사선은 m개의 픽셀로 구성되는 것으로 가정함)의 1차원 영상에 대한 영상 정보를 담당하며, 각 마이크로 미러(100-1, 100-2, …, 100-m)는 수직 주사선 또는 수평 주사선을 구성하는 m개의 픽셀 중 하나씩의 픽셀을 담당한다. 따라서, 각각의 마이크로 미러에서 반사 및/또는 회절된 광은 이후 광 스캔 장치에 의해 스크린에 2차원 영상으로 투사된다. 예를 들면, VGA 640×480 해상도의 경우 480개의 수직 픽셀에 대해 광 스캔 장치(미도시)의 한 면에서 640번 모듈레이션을 하여 광 스캔 장치의 한 면당 화면 1 프레임이 생성된다. 여기서, 광 스캔 장치는 폴리곤 미러(Polygon Mirror), 회전바(Rotating bar) 또는 갈바노 미러(Galvano Mirror) 등이 될 수 있다.
이하 제1 픽셀(pixel #1)을 중심으로 광변조의 원리에 대하여 설명하지만, 다른 픽셀들에 대해서도 동일한 내용이 적용가능함은 물론이다.
본 실시예에서 리본 구조물(140)에 형성된 홀(140(b)-1)은 2개인 것으로 가정한다. 2개의 홀(140(b)-1)로 인하여 리본 구조물(140) 상부에는 3개의 상부 반사층(140(a)-1)이 형성된다. 절연층(120)에는 2개의 홀(140(b)-1)에 상응하여 2개의 하부 반사층이 형성된다. 그리고 제1 픽셀(pixel #1)과 제2 픽셀(pixel #2) 사이의 간격에 의한 부분에 상응하여 절연층(120)에는 또 하나의 하부 반사층이 형성된다. 따라서, 각 픽셀당 상부 반사층(140(a)-1)과 하부 반사층의 개수는 3개로 동일하게 되며, 도 1a를 참조하여 전술한 바와 같이 변조광(0차 회절광 또는 ±1차 회절광)을 이용하여 변조광의 휘도를 조절하는 것이 가능하다.
도 1d를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 회절형 광변조기 어레이에 의해 스크린에 이미지가 생성되는 모식도가 도시된다.
수직으로 배열된 m개의 마이크로 미러(100-1, 100-2, …, 100-m)에 의해 반사 및 회절된 광이 광 스캔 장치에서 반사되어 스크린(170)에 수평으로 스캔되어 생성된 화면(180-1, 180-2, 180-3, 180-4, …, 180-(k-3), 180-(k-2), 180-(k-1), 180-k)이 도시된다. 광 스캔 장치가 한번 회전하는 경우 하나의 영상 프레임이 투사될 수 있다. 여기서, 스캔 방향은 왼쪽에서 오른쪽 방향(화살표 방향)으로 도시되어 있으나, 그 역 방향으로도 영상이 스캔될 수 있음은 자명하다.
도 2는 도 1c의 AA'선에 대한 절단면을 나타낸 도면이다. 0차 회절광(반사광)을 변조광으로 이용하는 것으로 가정한다.
도 2를 참조하면, 제1 픽셀(pixel #1)에 상응하는 마이크로 미러의 리본 구조물(140) 상에 형성된 상부 반사층(140(a)-1)과 절연층(120) 상에 형성된 하부 반사층(120(a)) 사이의 간격이 (2n+1)λ/4가 되도록 하면 상쇄 간섭으로 인해 변조광은 최소 휘도(Black)를 나타낸다.
그리고 리본 구조물(140) 상에 형성된 상부 반사층(140(a)-1)과 절연층(120) 상에 형성된 하부 반사층(120(a)) 사이의 간격이 (2n)λ/4가 되도록 하면 보강 간섭으로 인해 변조광은 최대 휘도(White)를 나타낸다.
이를 위해서 실선으로 표시된 리본 구조물(140) 상의 상부 반사층(140(a)-1)은 ℓ1 또는 L1 만큼 변위의 변화가 있어야 한다.
하지만, 리본 구조물(140)은 시간이 지남에 따라 잦은 상하 운동으로 인해 압전체(150)에 전압이 인가되지 않는 경우에도 실선으로 표시된 초기 위치가 아닌 점선으로 표시된 위치에 있게 되는 경우가 발생한다. 이 경우에는 최소 휘도(Black) 또는 최대 휘도(White)를 표시하기 위해 리본 구조물(140) 상의 상부 반사층(140(a)-1)은 ℓ1' 또는 L1'만큼의 변위의 변화가 있어야 한다.
또한, 제1 픽셀(pixel #1) 이외에 제2 픽셀(pixel #2)의 경우에는 제조 공정상 실선으로 표시된 초기 위치가 제1 픽셀(pixel #1)의 초기 위치와 차이가 나는 경우도 있다. 이 경우에 제2 픽셀(pixel #2)의 상부 반사층(140(a)-2)과 하부 반사 층(120(a)) 사이의 간격이 (2n+1)λ/4 또는 (2n)λ/4가 되도록 하기 위해서 실선으로 표시된 리본 구조물(140) 상의 상부 반사층(140(a)-2)은 ℓ2 또는 L2 만큼 변위의 변화가 있어야 한다.
하지만, 제2 픽셀(pixel #2)의 경우에도 시간이 지남에 따라 잦은 상하 운동으로 인해 압전체(150)에 전압이 인가되지 않는 경우에도 리본 구조물(140)이 실선으로 표시된 초기 위치가 아닌 점선으로 표시된 위치에 있게 되는 경우가 발생한다. 이 경우에는 최소 휘도(Black) 또는 최대 휘도(White)를 표시하기 위해 리본 구조물(140) 상의 상부 반사층(140(a)-2)은 ℓ2' 또는 L2'만큼의 변위의 변화가 있어야 한다.
즉, 각 픽셀마다 최소 휘도(Black) 또는 최대 휘도(White)를 표시하기 위한 변위의 변화량은 차이가 있으며, 이후 변위의 변화량을 보정함에 있어서도 서로 차이가 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 각 픽셀마다 필요로 하는 보정값을 측정하여 각 픽셀에 대하여 별도로 보정하는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개략적인 구성도이고, 도 4는 마이크로 미러의 변위 대 변조광 휘도를 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 디스플레이 장치(300)는 광원(310), 광변조기(320), 구동 회로(325), 스캐너(330)를 포함한다.
광원(310)은 스크린(340)에 영상이 투사될 수 있도록 광을 조사한다. 광 원(310)은 백색광을 조사할 수 있다. 바람직하게는 광원(310)은 레이저, LED 또는 레이저 다이오드일 수 있다. 백색광을 조사하는 경우에는 색분리부(미도시)를 두어 백색광을 소정 조건에 따라 적색광, 녹색광 및 청색광으로 분리할 수 있다. 또는 빛의 삼원색인 적색광, 녹색광 및 청색광을 조사할 수 있도록 적색광원, 녹색광원 및 청색광원의 3개 광원이 있을 수도 있다.
광원(310)과 광변조기(320) 사이에 조명 광학계(315)가 있어 광원(310)에서 투사되는 광의 방향을 소정의 각도로 반사시켜 광변조기(320)에 광이 집중되도록 할 수 있다. 색분리부(미도시)에 의해 색분리가 이루어진 경우에는 상기 광이 집중되도록 하는 기능이 추가될 수 있다.
광변조기(320)는 구동 회로(325)에서 제공하는 구동 신호에 따라 광원(310)으로부터 조사된 광을 변조한 변조광을 출력한다. 광변조기(320)에 대해서는 앞서 도 1a 내지 도 1d를 참조하여 상세히 설명하였는 바, 자세한 설명은 생략한다. 광변조기(320)는 병렬로 배치된 복수의 마이크로 미러로 구성되며, 광변조기(320)는 하나의 영상 프레임에서 수직 주사선 또는 수평 주사선에 해당하는 1차원 직선 영상을 담당한다. 즉, 1차원 직선 영상에 대하여 광변조기(320)는 인가되는 구동 전압에 따라 1차원 직선 영상의 각 픽셀에 해당하는 각 마이크로 미러의 변위를 변화시킴으로써 휘도가 변화된 변조광을 출력한다.
마이크로 미러의 수는 수직 주사선 또는 수평 주사선을 구성하는 픽셀의 수와 동일한 것이 바람직하다. 변조광은 추후 스크린(340)에 투사될 수직 주사선 또는 수평 주사선의 영상 정보(즉, 수직 주사선 또는 수평 주사선을 구성하는 각 픽 셀의 휘도값)가 반영된 빛이며, 0차 회절광(반사광) 또는 +n차 회절광, -n차 회절광(n은 자연수)일 수 있다.
구동 회로(325)는 제어부(370)로부터의 영상 제어 신호에 따라 출력되는 변조광의 휘도를 변화시키는 구동 신호를 광변조기(320)에 제공한다. 본 실시예에서는 구동 신호 중 구동 전압을 중심으로 설명하지만, 구동 신호는 전압 이외에 전류일 수도 있다.
또한, 구동 회로(325)는 제어부(370)로부터의 구동 전압 범위 신호에 따라 광변조기(320)에 인가하는 구동 전압의 범위를 결정한다. 구동 전압 범위 신호에 상응하는 구동 전압의 범위 내에서 하 구동 전압과 상 구동 전압 사이를 표현하고자 하는 해상도로 구분한다. 예를 들어, 하 구동 전압이 0V이고, 최대 구동 전압이 8V이며, 8 비트의 해상도를 가지는 영상의 경우, 0 내지 8V 사이의 8V 간격을 256개의 계조 전압으로 구분한다.
집속 광학계(331)는 광변조기(320)에서 출력되는 변조광이 스캐너(330)에 전달되도록 해준다. 하나 이상의 렌즈가 포함될 수 있으며, 필요에 따라 배율을 조절하여 광변조기(320)의 크기와 스캐너(330)의 크기에 맞도록 하여 변조광을 전달한다.
스캐너(330)는 광변조기(320)로부터 입사되는 변조광을 소정 각도로 반사시켜 스크린(340)에 투사한다. 이때 소정 각도는 제어부(370)로부터 입력되는 스캐너 제어 신호에 의해 정해진다. 스캐너 제어 신호는 영상 제어 신호와 동기하여 영상 제어 신호에 상응하는 스크린(340) 상의 수직 주사선(또는 수평 주사선) 위치에 변 조광이 투사될 수 있는 각도로 스캐너(330)를 회전시킨다. 스캐너(330)는 폴리곤 미러(Polygon Mirror), 회전바(Rotating bar) 또는 갈바노 미러(Galvano Mirror) 등이 될 수 있다.
광변조기(320)로부터의 변조광은 상술한 것과 같이 0차 회절광, +1차 회절광 또는 -1차 회절광 등일 수 있다. 각 회절광은 스캐너(330)에 의해 스크린(340)에 투사된다. 이 경우 각 회절광의 경로가 서로 다르기 때문에 슬릿(433, slit)을 두어 필요로 하는 차수의 회절광을 선택하여 스크린(340)에 투사되도록 할 수 있다.
투사 광학계(332)는 광변조기(320)로부터의 변조광이 스캐너(330)에 투사되도록 한다. 투사 렌즈(projection lens)(미도시)를 포함한다.
제어부(370)는 영상 제어 신호, 스캐너 제어 신호, 광원 제어 신호를 각각 구동 회로(325), 스캐너(330), 광원(310)에 제공한다. 그리고 구동 전압 범위 신호를 구동 회로(325)에 추가적으로 제공한다. 서로 연동되는 구동 전압 범위 신호, 영상 제어 신호, 스캐너 제어 신호, 광원 제어 신호에 의해 한 영상 프레임이 스크린(340) 상에 디스플레이되도록 한다. 제어부(370)는 하나의 프레임에 해당하는 영상 신호를 입력받고, 영상 신호에 따라 광원(310), 광변조기(320) 및 스캐너(330)를 제어한다. 제어부(370)는 프레임을 구성하는 각 픽셀에 대하여 표시하고자 하는 휘도 정보에 상응하는 영상 제어 신호를 구동 회로(325)에 제공하고, 영상 제어 신호에 상응하여 수직 주사선(또는 수평 주사선)이 스크린(340) 상의 소정 위치에 투사되도록 스캐너(330)의 회전 각도 또는 회전 속도를 조절한다.
제어부(370)는 구동 전압 범위 신호와 영상 제어 신호를 구동 회로(325)에 제공하여 광변조기(320)를 제어한다.
제어부(370)는 광변조기(320)의 마이크로 미러가 하 구동 전압과 상 구동 전압 사이에서 최소 휘도를 내는 최소 휘도 구동 전압과 최대 휘도를 내는 최대 휘도 구동 전압을 결정 또는 측정한다. 그리고 영상 제어 신호가 각 마이크로 미러마다 최소 휘도 구동 전압과 최대 휘도 구동 전압 사이의 어느 하나의 계조 전압에 대한 값을 각각 포함하고 있도록 한다. 즉, 영상 제어 신호는 광변조기(320)의 각 마이크로 미러에 대해서 구동 회로(325)가 하 구동 전압과 상 구동 전압 사이에서 2n개로 구분된 계조 전압들 중 최소 휘도 구동 전압과 최대 휘도 구동 전압 사이의 a개의 계조 전압들(a ≤ 2n) 중 어느 하나가 출력되도록 제어하는 신호이다.
구동 전압 범위 신호의 결정 방법을 설명하는 그래프가 도 4에 도시되어 있다. 마이크로 미러의 변위는 구동 회로(325)로부터 광변조기(320)의 각 마이크로 미러에 인가되는 구동 전압에 따라 변화한다. 그리고 마이크로 미러의 변위의 변화에 따라 변조광은 최소 휘도(Imin)와 최대 휘도(Imax) 사이의 휘도를 가지게 된다. 여기서, 컬러 영상을 나타내고자 하는 경우에 변조광은 적색(R), 녹색(G), 청색(B)마다 서로 다른 변위 대 변조광 휘도 곡선(410(R), 410(G), 410(B))를 가질 수 있다. 이하에서는 적색(R)에 따른 변위 대 변조광 휘도 곡선(410(R))을 중심으로 설명하기로 하지만, 다른 색에 대해서도 동일한 내용이 적용가능하다.
구동 전압 범위는 광변조기(320)의 각 마이크로 미러에 인가될 수 있는 구동 전압의 범위를 의미한다. 광변조기(320)의 각 마이크로 미러에 인가하는 최소의 구 동 전압이 하 구동 전압(VgmaL)이 되고, 최대의 구동 전압이 상 구동 전압(VgmaH)이 된다.
최초 광변조기(320)의 제작시 구동 전압 범위 내의 하 구동 전압(VgmaL)과 상 구동 전압(VgmaH)에 따른 마이크로 미러의 변위 변화 및 그에 따른 변조광 휘도가 제1 박스(420) 내에 도시되어 있다. 하 구동 전압(VgmaL)에 따른 변위(d1)과 상 구동 전압(VgmaH)에 따른 변위(d2) 사이에 적색(R)에 따른 변위 대 변조광 휘도 곡선(410(R))에 따른 적색 변조광이 최소 휘도(Imin)를 가지는 제1 변위(P1)과 최대 휘도(Imax)를 가지는 제2 변위(P2)가 포함되어야 적색 변조광이 최소 휘도(Imin) 내지 최대 휘도(Imax) 사이의 휘도를 가지도록 할 수 있다.
여기서, 광변조기(320)의 각 마이크로 미러 별로 변위 오프셋이 어느 정도 불균일이 있으므로, 하 구동 전압(VgmaL)과 상 구동 전압(VgmaH)은 적색 변조광이 최소 휘도(Imin)와 최대 휘도(Imax)를 가지도록 하지 않고 좀더 넓은 범위의 경계값을 취하게 된다. 이는 제어부(370)의 참조표를 활용하여 디지털적으로 불균일을 보정하여 각 픽셀이 원하는 휘도를 가지도록 한다.
참조표는 제어부(370)에 입력되는 영상 신호의 계조값을 디지털적으로 보정한다.
예를 들어, 하기의 표 1은 해상도가 8 비트인 영상 신호 및 영상 제어 신호에 대하여 영상 신호(Bin), 영상 제어 신호(Bout), 구동 전압, 출력 휘도 간의 관 계를 나타내고 있다.
Figure 112006079358619-pat00001
영상 신호(Bin)는 계조 0(black) 내지 255(28-1, white)의 값을 가진다. 계조 0을 white로, 계조 255를 black으로 설정할 수도 있음은 물론이다.
구동 회로(325)는 Bout이 계조 0인 경우 하 구동 전압(VgmaL) 0V를, 계조 255인 경우 상 구동 전압(VgmaH) 8V를 출력한다. 그리고 Bout이 계조 32인 경우 최소 휘도 구동 전압(Vmin) 1V를, 계조 224인 경우 최대 휘도 구동 전압(Vmax) 7V를 출력하게 된다.
제어부(370)는 입력된 영상 신호, 즉 Bin이 계조 0 내지 255인 경우 출력 휘도가 0 내지 255가 되도록 제어한다. 출력 휘도가 0 내지 255가 되기 위해서는 구동 전압이 최소 휘도 구동 전압(Vmin) 1V 내지 최대 휘도 구동 전압(Vmax) 7V가 출력되도록 해야 한다.
따라서, 제어부(370) 내에 저장되는 참조표는 Bin이 0 내지 255인 경우 Bout이 32 내지 224가 되도록 하여 계조값을 디지털적으로 보정한다. 이러한 보정에 의해 광변조기(320)에 의해 변조된 변조광이 영상 신호에 상응하는 휘도를 가질 수 있게 된다.
따라서, 하 구동 전압(VgmaL)과 상 구동 전압(VgmaH)을 기준으로 계조 전압이 구분되고, 하 구동 전압(VgmaL)과 상 구동 전압(VgmaH)은 그 범위가 좁을수록 구현 가능한 계조수가 증가하게 된다.
광변조기(320)가 일정 기간 이상 구동한 후에는 도 2를 참조하여 설명한 것과 같은 물리적 변형이 발생하게 된다. 이 경우 최초 제작 당시와 동일한 계조를 나타내기 위한 영상 제어 신호가 구동 회로(325)에 인가되고, 그에 따른 구동 전압을 광변조기(320)에 인가하게 되면, 제1 박스(420)가 일정 변위만큼 오른쪽으로 이동한 제2 박스(430)처럼 하 구동 전압(VgmaL)에 따른 변위가 d3, 상 구동 전압(VgmaH)에 따른 변위가 d4로 변화하게 된다. 제2 박스(430)의 이동 방향은 도시된 오른쪽 이외에 왼쪽일 수도 있다.
물리적 변형이 심한 경우에는 제3 박스(440)처럼 하 구동 전압(VgmaL)에 따른 변위가 d5, 상 구동 전압(VgmaH)에 따른 변위가 d6으로 변화하게 된다. 이 경우 적색 변조광에 대해서 최소 휘도(Imin)를 표현할 수 없게 되는 문제점이 있다.
따라서, 영상 제어 신호 Bout의 각 계조에 따른 구동 전압 범위의 경계가 되는 하 구동 전압과 상 구동 전압을 광변조기(320)의 물리적 변형에 따라 변화시킨다. 물리적 변형에 의해 제2 박스(430)와 같은 결과가 나오게 된 경우, 영상 제어 신호 Bout이 계조 0인 경우 구동 회로(325)에서 광변조기(320)로 출력되는 하 구동 전압을 VgmaL-Δ로, 계조 255인 경우 구동 회로(325)에서 광변조기(320)로 출력되는 상 구동 전압을 VgmaH-Δ로 재설정한다.
제어부(370)는 하 구동 전압과 상 구동 전압이 변화하는 경우 구동 전압 범위 신호를 발생시켜 구동 회로(325)에 인가한다. 구동 회로(325)는 인가된 구동 전압 범위 신호에 따라 영상 제어 신호의 최소 계조에 상응하는 하 구동 전압과 최대 계조에 상응하는 상 구동 전압을 재설정한다.
구동 전압 범위(하 구동 전압 내지 상 구동 전압 사이의 전압)를 실시간으로 트래킹함으로써 광변조기(320)의 각 마이크로 미러가 최적의 디스플레이 상태를 유지할 수 있도록 한다.
광 검출부(350)는 샘플링 패턴에 상응하여 광변조기(320)로부터 출력되는 변조광을 감지한다. 광 검출부(350)의 표면이 이미지 평면(image plane)이 될 필요는 없으며, 광 검출부(350)에서 광 감지가 가능한 면적 내에 광변조기(320)로부터 출력되는 변조광 전체가 조사되면 된다. 변조광은 광변조기(320)에 의해 휘도가 정해진 1차원 직선 영상의 모든 픽셀의 정보를 가지고 있다.
또한, 광 검출부(350)에 조사되는 변조광은 각 픽셀의 이미지가 공간적으로 분리될 필요가 없다. 이는 한번의 광 감지시 하나의 픽셀(즉, 하나의 마이크로 미러)에 대해서면 물리적 변형 여부를 확인하기 때문이다.
광 검출부(350)는 변조광을 모두 감지할 수 있는 크기의 광 검출부(350)는 세그먼트 광 감지기(segmented photo detector), 싱글 광 감지기(single photo detector), CCD(charge coupled device) 등 광량을 검출할 수 있는 장치일 수 있다. 입사되는 광의 광량 조절을 위해 광 검출부(350)의 전면에 광 감쇠기(optical attenuator)가 부가될 수 있다. 광 검출부(350)에서 감지된 변조광의 광량은 측정부(360)에 인가되어, 오프셋(offset)을 조정하고 광량을 증폭시킨다. 광 검출부(350)에서 감지하는 변조광은 샘플링 패턴에 의한 변조광이다. 광 검출부(350)에서 감지된 변조광의 광량을 샘플링 휘도라 한다.
샘플링 휘도는 광변조기(320) 중 측정하고자 하는 마이크로 미러 이외의 나머지 마이크로 미러들에 의한 오프셋을 포함하고 있다. 따라서, 측정부(360)는 이러한 오프셋을 제거한 후에 증폭을 통해 샘플링 패턴에 따른 변화를 정밀하게 측정하는 것이 바람직하다. 광 검출부(350) 및/또는 측정부(360)는 샘플링 패턴이 인가되는 시간 동안만 동작하도록 하는 것이 전력 소모에 유리하다.
광 검출부(350)에서 감지된 샘플링 휘도는 아날로그 신호이므로, 측정부(360)는 광량 증폭부(362) 이외에 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 디지털 변환부(364)를 더 포함할 수 있다.
광 검출부(350)로 변조광이 입사되도록 하기 위해 디스플레이 장치(300)는 광 방향 변환기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 광 방향 변환기는 광변조기(320)로부터 스캐너(330)로 향하는 변조광의 전체 또는 일부를 분리하거나 또는 부분적으로 반사시켜 광 검출부(350)로 입사되도록 한다. 광 방향 변환기는 빔 스플리터(beam splitter)이거나 부분 반사 광학계(partial reflect optics)일 수 있다. 즉, 99% 정도의 변조광은 스캐너(330)로 통과시키고, 1% 정도의 변조광을 광 검출부(350)로 향하게 한다.
투사 광학계(332)는 변조광의 일부를 반사시키는 성질을 가짐으로써, 상기 광 방향 변환기가 될 수 있다. 도 3에 도시된 것과 같이 변조광의 일부를 스캐너(330) 위치가 아닌 광 검출부(350) 위치로 투사되도록 하는 것이 가능하다.
광 검출부(350)로 투사되는 변조광은 상술한 것과 같이 0차 회절광, +1차 회절광 또는 -1차 회절광 등일 수 있다. 이 경우 각 회절광의 경로가 서로 다르기 때문에 슬릿(455, slit)을 두어 필요로 하는 차수의 회절광을 선택하여 광 검출부(350)에 투사되도록 한다.
또는 광변조기(320)로부터 스캐너(330)로 향하는 변조광의 회절 차수와는 다른 회절 차수를 가지는 변조광의 진행 위치에 광 검출부(350)가 위치할 수 있다. 일반적으로 스크린(340)에 영상을 표시하기 위해 스캐너(330)로 입사되는 변조광은 0차 회절광(반사광) 또는 +1차 회절광, -1차 회절광 등 중에서 어느 하나이다. 그리고 0차 회절광, +1차 회절광, -1차 회절광 등은 광변조기(320)에서 서로 다른 방향으로 출력된다. 따라서, 광 검출부(350)는 영상을 표시하기 위해 스캐너(330)로 입사되는 변조광 이외에 다른 회절 차수의 변조광이 출력되는 위치에 설치되어 변조광의 광량을 검출한다.
광 검출부(350)는 변조광 중 특정 차수의 회절광만을 선택하여 광량을 검출하거나 특정 차수 및 그 반전위상의 차수(예를 들어, +1차 및 -1차)의 회절광을 선택하여 광량을 검출할 수 있다.
제어부(370)는 참조표 적용부(371), 판단부(372), 보정부(373), 구동 전압 범위 갱신부(374)를 포함한다.
참조표 적용부(371)는 미리 저장되어 있는 참조표를 이용하여 영상 신호에 상응하는 입력 계조(Bin)를 출력 계조(Bout)로 변환하고, 출력 계조에 상응하는 영상 제어 신호를 구동 회로(325)에 제공한다. 참조표는 입력 계조에 대한 출력 계조의 대응 관계가 테이블(table) 형태로 저장되어 있을 수 있다. 참조표는 영상 신호와 영상 제어 신호 간의 관계 중 일례가 상기한 표 1에 나타나 있다.
판단부(372)는 샘플링 패턴에 대해 광 검출부(350) 및 측정부(360)를 통해 측정된 샘플링 휘도를 기초로 하여 해당 마이크로 미러의 물리적 변형 여부 및 변형 정도를 판단한다.
판단부(372)에서의 물리적 변형 여부 판단에 의해 참조표를 보정할 필요가 있을 경우 보정부(373)는 참조표 적용부(371) 내의 참조표를 갱신한다. 참조표의 갱신에 있어서, 영상 신호의 계조값을 보정하거나 영상 제어 신호의 계조값을 보정할 수 있다. 이하에서는 영상 제어 신호의 계조값을 보정하는 것을 중심으로 설명하지만, 이것이 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아님은 분명하다.
또한, 구동 전압 범위를 갱신할 필요가 있을 경우 구동 전압 범위 갱신부(374)를 활성화시켜 구동 전압 범위를 갱신한다.
구동 전압 범위 갱신부(374)는 보정부(373)에 의해 활성화된 후 보정값에 따라 구동 전압 범위를 갱신한다. 그리고 갱신된 구동 전압 범위에 대한 정보를 구동 전압 범위 신호에 실어 구동 회로(325)에 인가한다.
판단부(372), 보정부(373), 구동 전압 범위 갱신부(374)에서의 동작에 대해서 이하 도 5 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 샘플링 패턴의 출력 타이밍도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출부 및 측정부의 개략적인 회로도이며, 도 7은 측정된 샘플링 휘도의 예시도이다. 도 8은 광변조기의 각 마이크로 미러의 시간 경과에 따른 물리적 변형을 보정하기 위한 샘플링 방법을 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 보정 방법을 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 샘플링 패턴(510)은 최대 휘도를 나타내는 계조값 또는 최소 휘도를 나타내는 계조값을 중심으로 대칭인 샘플링 데이터들로 구성된다. 이하에서는 최대 휘도를 나타내는 계조값을 기준으로 설명하기로 한다.
현재 참조표에서 해당 픽셀이 최대 휘도를 가지도록 하는 영상 제어 신호의 계조값을 Bout255(예를 들어, 상기 표 1에서는 계조 234) 가정한다.
도 5의 (a) 및 (b)를 참조하면, N 번째 프레임 영상(500(N))과 N+1 번째 프레임 영상(500(N+1)) 간의 블랭크 시간(blank time)에 광변조기의 k번째 마이크로 미러의 물리적 변형을 측정하기 위한 샘플링 패턴을 출력한다. 측정 대상이 되는 1개의 픽셀, 즉 1개의 마이크로 미러는 매 블랭크 시간마다 변경되는 것이 바람직하다. 즉, 블랭크 시간마다 1개씩의 픽셀에 대해서 물리적 변형 여부 및 그 정도를 측정하고 보정하게 된다.
샘플링 패턴은 Bout255를 기준으로 대칭이 되는 샘플링 데이터들이다. 예를 들어, Bout255-C, Bout255-B, Bout255-A, Bout255+A, Bout255+B, Bout255+C를 입력값으로 하는 샘플링 패턴을 출력하고, 그에 대한 휘도를 측정한다.
도 6을 참조하면, 상기 샘플링 패턴에 의해 출력되는 광변조기(320)의 광량을 광 검출부(350)는 감지한다. 광량은 광 검출부(350)에서 출력되는 전류의 값으로 나타난다. 측정부(360)는 전류-전압 증폭단(362), 오프셋 조정단(363)을 포함한다. 전류-전압 증폭단(362)은 광 검출부(350)에서 출력되는 전류를 전압으로 변환한다.
이렇게 변환된 값은 도 7의 (a)에 도시되어 있다. 광 검출부(350)는 광변조기(320)부터의 광량을 감지하게 되므로, 샘플링 패턴이 인가된 1개의 마이크로 미러 이외에 나머지 마이크로 미러에 의한 광량도 감지하게 된다. 샘플링 패턴이 인가되는 1개의 마이크로 미러 이외의 마이크로 미러를 최소 휘도로 설정하더라도 측정되는 값은 존재하게 되며, 그 값은 도 7의 (a)에서 오프셋(offset)으로 나타나게 된다.
1개의 픽셀, 즉 1개의 마이크로 미러에서의 샘플링 패턴에 따른 휘도 변화를 측정하기 위해서는 전류-전압 증폭단(362)의 출력을 증폭할 필요가 있으나, 오프셋의 존재로 인해 바로 증폭하지 않고, 오프셋 조정단(363)에서 오프셋을 어느 정도 조정한 후 증폭하게 된다.
오프셋의 조정은 연산 증폭기(op-amp)로 구성된 오프셋 조정단(363)의 마이너스 단자에 소정의 오프셋 전압값을 입력하고, 플러스 단자에 전류-전압 증폭단(362)의 출력값을 입력함으로써 소정의 오프셋 전압값만큼의 오프셋을 제거할 수 있다. 오프셋 조정단(363)은 연산 증폭기인 바 적절한 이득 설정을 통해 샘플링 패턴에 따른 1개의 픽셀에서의 휘도 변화를 충분히 감지할 수 있도록 한다(도 7의 (b) 참조).
도 8을 참조하면, 측정부(360)는 디지털 변환부(364)를 더 포함하여, 측정된 샘플링 휘도(도 7의 (b)에 도시된 광량 변화)를 디지털 값으로 읽어낸다. 디지털 변환부(364)는 샘플링 패턴에 포함되는 각 샘플링 데이터에 의한 샘플링 휘도 출력 시간 내에 소정 횟수만큼 측정값을 읽어 각 값을 합산한다. 예를 들어, 각 샘플링 데이터에 의한 샘플링 휘도 출력 시간이 20㎲이고, 디지털 변환부(364)는 1㎲마다 샘플링하는 경우, 각 샘플링 데이터에 의한 샘플링 휘도가 출력된 이후 4㎲ 이후에 각 샘플링 데이터마다 총 16(=20-4)번 샘플링하여 그 값을 합산한다.
예를 들어, 샘플링 패턴 Bout255-C, Bout255-B, Bout255-A, Bout255+A, Bout255+B, Bout255+C (811 내지 816)에서, 각 샘플링 데이터에 의해 디지털 변환부(364)에서 합산한 값을 각각 S-C, S-B, S-A, S+A, S+B, S+C 이라 한다.
제어부(370)의 판단부(372)는 상기 합산값에 대하여 {S-C+S-B+S-A}와 {S+A+S+B+S+C}를 비교한다.
도 9의 (a)를 참조하면, 해당 픽셀에 상응하는 광변조기(320)의 마이크로 미러가 시간 경과에 따른 물리적인 변형이 없어 구동 전압에 따른 휘도 곡선(910)이 그대로인 경우에는 최대 휘도를 나타내는 Bout255를 기준으로 대칭 데이터를 샘플링 패턴으로 선택하였으므로, {S-C+S-B+S-A}와 {S+A+S+B+S+C}는 동일한 값을 가지게 된다.
하지만, 해당 픽셀(N번째 픽셀)에 상응하는 광변조기(320)의 마이크로 미러가 시간 경과에 따른 물리적인 변형이 발생하여 구동 전압에 따른 휘도 곡선이 변화한 경우에는 {S-C+S-B+S-A}와 {S+A+S+B+S+C}는 서로 다른 값을 나타내게 된다. 이 경우 판단부(372)는 광변조기(320)에 물리적 변형이 발생한 것으로 판단하고 보정부(373)를 활성화시킨다.
도 9의 (b)에 도시된 것과 같이 {S-C+S-B+S-A} > {S+A+S+B+S+C} 인 경우에는 구동 전압에 따른 휘도 곡선이 물리적 변형이 없을 경우의 구동 전압에 따른 휘도 곡선(910)을 기준으로 좌측으로 이동한 경우(920 참조). 보정부(373)는 영상 제어 신호의 계조값(Bout)을 보정값(Bcrp[N])(예를 들어, 1)만큼 증가시킨다. 또는 도시되지는 않았지만 {S-C+S-B+S-A} < {S+A+S+B+S+C} 인 경우에는 구동 전압에 따른 휘도 곡선이 우측으로 이동하였으므로. 영상 제어 신호의 계조값(Bout)을 보정값(Bcrp[N])(예를 들어, 1)만큼 감소시킨다.
보정부(373)는 상술한 것과 같은 논리에 의해 영상 제어 신호의 계조값을 변화시킴으로써 참조표 적용부(371)에 저장되어 있는 영상 신호와 영상 제어 신호 간의 계조값의 관계에 관한 참조표를 갱신한다.
상술한 과정은 광변조기(320)의 각 마이크로 미러에 대해서 순차적으로 반복 수행하게 된다. 보정값(Bcrp[N])은 각 마이크로 미러마다 다른 값을 가질 수 있다.
상술한 것과 같이 모든 마이크로 미러에 대한 보정값이 결정된 경우, 보정부(373)는 상기 보정값들의 평균을 산출한다.
영상 제어 신호의 계조값을 보정하는 보정값의 평균이 미리 설정된 임계값(Bth)보다 커지는 경우에 각 마이크로 미러의 평균적인 구동 전압 범위가 Bth × (VgmaH-VgmaL) / 255 만큼 높아진 것이 된다. 여기서, 영상 신호 및 영상 제어 신호는 8 비트의 해상도를 가지고 있는 것으로 가정하고 있으며, Bth는 임계값, VgmaH는 상 구동 전압, VgmaL는 하 구동 전압이다.
따라서, 구동 전압 범위 갱신부(374)는 보정값들의 평균이 임계값(Bth)보다 커지는 경우에 구동 전압 범위의 경계값인 하 구동 전압과 상 구동 전압을 각각 Bth × (VgmaH-VgmaL) / 255 만큼 높이도록 하는 구동 전압 범위 신호를 생성하여 구동 회로(325)에 인가한다.
또한, 영상 제어 신호의 계조값을 보정하는 보정값의 평균이 미리 설정된 임계값(-Bth)보다 작아지는 경우에 각 마이크로 미러의 평균적인 구동 전압 범위가 Bth × (VgmaH-VgmaL) / 255 만큼 낮아진 것이 된다.
따라서, 구동 전압 범위 갱신부(374)는 보정값들의 평균이 임계값(-Bth)보다 작아지는 경우에 구동 전압 범위의 경계값인 하 구동 전압과 상 구동 전압을 각각 Bth × (VgmaH-VgmaL) / 255 만큼 낮추도록 하는 구동 전압 범위 신호를 생성하여 구동 회로(325)에 인가한다.
예를 들어, 상기의 표 1, 하기의 표 2 및 표 3을 참조하여 설명하기로 한다.
Figure 112006079358619-pat00002
Figure 112006079358619-pat00003
초기에 표 1과 같이 영상 제어 신호, 구동 전압 및 출력 휘도 간의 관계가 설정되어 있다. 하지만, 광변조기(320)의 잦은 구동으로 인해 물리적 변형이 발생하며, 이로 인해 도 5 내지 도 9를 참조하여 설명한 것과 같이 영상 제어 신호의 계조값을 보정할 필요가 발생한다.
광변조기(320)의 모든 마이크로 미러에 대한 보정값들의 평균값이 5를 초과한 경우, 영상 제어 신호의 계조값(Bout)들에 대해서 계조 5를 추가적으로 더하는 보정을 하게 된다. 영상 제어 신호의 계조값이 5만큼 증가한 것은 동일한 출력 휘도를 표현하기 위한 구동 전압이 5 × (7-1)/255 만큼 증가한 것을 의미한다(표 2 참조).
보정값이 계속적으로 증가하게 되면, 도 4의 제3 박스(440)와 같이 출력 휘도에서 표현하지 못하게 되는 휘도가 발생할 수도 있으므로, 구동 전압 범위를 갱신할 필요가 발생한다.
따라서, 보정값의 임계값을 5라고 가정할 경우 광변조기(320)의 모든 마이크로 미러에 대한 보정값들의 평균값이 5를 초과하면, 제어부(370)는 구동 전압 범위의 경계값인 하 구동 전압과 상 구동 전압을 5 × (7-1)/255 만큼 증가시키도록 구동 전압 범위 신호를 구동 회로(325)에 인가한다(표 3 참조).
구동 회로(325)는 하 구동 전압과 상 구동 전압이 0 및 8V에서 0 + 5 × (7-1)/255 및 8 + 5 × (7-1)/255 V로 갱신된다. 그리고 갱신된 하 구동 전압과 상 구동 전압인 0 + 5 × (7-1)/255 및 8 + 5 × (7-1)/255 V를 256개의 계조 전압으로 구분한다. 이를 통해 구동 전압 범위가 광변조기(320)의 마이크로 미러의 물리적 변형에 따라 트래킹 동작을 수행하여 최적의 구동 전압 범위를 유지하는 것이 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광변조기의 물리적 변형 보정 방법 및 이를 적용한 디스플레이 장치는 마이크로 미러의 시간에 따른 변위 변화량을 측정하고 동일한 입력에 대한 구동 전압을 보정함으로써 화면 상에서 보이는 계조가 항상 일정한 휘도를 나타내도록 하는 효과가 있다.
또한, 구동 전압의 보정 데이터에 관련된 보정 특성치의 변화를 트래킹(tracking)하여 항상 일정한 보정이 이루어질 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (12)

  1. 인가되는 구동 신호에 따라 광원으로부터의 입사광의 휘도를 변화시킨 변조광을 출력하는 광변조기;
    구동 신호 범위 신호에 따른 구동 신호 범위 내에서 영상 제어 신호에 따른 상기 구동 신호를 생성하고, 상기 광변조기에 상기 구동 신호를 인가하는 구동 회로;
    상기 변조광을 스크린 상의 소정 위치에 투사하는 스캐너;
    상기 광변조기로부터 출력되는 변조광을 검출하는 광 검출부;
    상기 광 검출부에서 검출된 변조광의 휘도를 측정하는 측정부; 및
    영상 신호를 입력받고, 상기 영상 신호의 계조값과 상기 영상 제어 신호의 계조값 간의 관계를 나타내는 참조표를 적용하여 상기 영상 신호를 상기 영상 제어 신호로 변환하고 상기 구동 회로에 제공하며, 상기 측정부에서 측정된 상기 변조광의 휘도로부터 상기 광변조기의 물리적 변형 여부 및 변형 정도를 측정하여 상기 참조표를 갱신하고, 상기 변형 정도가 임계값을 초과하는 경우 상기 구동 신호 범위를 갱신한 상기 구동 전압 범위 신호를 상기 구동 회로에 제공하는 제어부
    를 포함하는 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동 신호는 구동 전압이며,
    상기 구동 회로는 상기 구동 전압 범위 내의 전압을 미리 설정된 해상도의 계조 전압들로 구분하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 임의의 영상 프레임 간의 블랭크 시간(blank time) 내에 샘플링 패턴을 상기 구동 회로에 인가하고, 측정된 상기 샘플링 패턴에 상응하는 변조광의 샘플링 휘도와 상기 샘플링 패턴으로부터 상기 샘플링 휘도에 상응하는 상기 영상 신호의 계조값과 상기 샘플링 패턴에 상응하는 상기 영상 제어 신호의 계조값 간의 관계를 재산출하여 상기 참조표를 갱신하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 샘플링 휘도의 오프셋(offset)을 조정하고 상기 샘플링 휘도를 증폭시키는 측정부를 더 포함하는 디스플레이 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 샘플링 패턴은 상기 하나의 블랭크 시간 내에 하나의 픽셀에 대한 휘도 변화를 측정하기 위한 샘플링 전압들의 집합인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 샘플링 패턴은 최대 휘도에서의 구동 전압을 중심으로 대칭적인 2n(n은 자연수) 개의 샘플링 전압이며, 전단의 n개의 샘플링 전압에 의한 샘플링 휘도의 합과 후단의 n개의 샘플링 전압에 의한 샘플링 휘도의 합을 비교하여 상기 참조표에서의 상기 영상 신호의 계조값과 상기 영상 제어 신호의 계조값 간의 관계를 재조정하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 샘플링 패턴은 최소 휘도에서의 구동 전압을 중심으로 대칭적인 2n(n은 자연수) 개의 샘플링 전압이며, 전단의 n개의 샘플링 전압에 의한 샘플링 휘도의 합과 후단의 n개의 샘플링 전압에 의한 샘플링 휘도의 합을 비교하여 상기 참조표에서의 상기 영상 신호의 계조값과 상기 영상 제어 신호의 계조값 간의 관계를 재조정하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 광변조기는 복수의 마이크로 미러를 포함하되,
    상기 제어부는 상기 복수의 마이크로 미러에 대한 상기 변형 정도의 평균값이 상기 임계값을 초과하는 경우 상기 구동 신호 범위를 갱신한 상기 구동 전압 범위 신호를 상기 구동 회로에 제공하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 참조표를 적용하여 상기 영상 신호의 계조값을 상기 영상 제어 신호의 계조값으로 변환하는 참조표 적용부;
    상기 샘플링 휘도를 기초로 하여 상기 광변조기의 물리적 변형 여부 및 변형 정도를 판단하는 판단부;
    상기 판단부에서의 판단 결과에 따라 보정값을 산출하여 상기 참조표를 갱신하는 보정부; 및
    상기 보정값이 상기 임계값을 초과하는 경우 상기 구동 신호 범위를 갱신한 상기 구동 신호 범위 신호를 생성하고, 상기 구동 회로에 인가하는 구동 신호 범위 갱신부를 포함하는 디스플레이 장치.
  10. 영상 신호의 계조값과 영상 제어 신호의 계조값 간의 관계를 나타내는 참조표에 따라 변조광이 상기 영상 신호의 계조값에 상응하는 휘도를 가지도록 소정의 구동 신호 범위 내에서 설정된 구동 신호에 따라 광원으로부터의 입사광의 휘도를 변화시킨 변조광을 출력하는 광변조기의 시간에 따른 물리적 변형을 보정하는 방법에 있어서,
    (a) 샘플링 패턴이 상기 광변조기에 인가되도록 하는 단계-여기서, 상기 광변조기는 복수의 마이크로 미러를 포함하고, 상기 샘플링 패턴은 임의의 프레임 영상 간의 블랭크 타임 내에 상기 복수의 마이크로 미러 중 어느 하나에 대한 휘도 변화를 측정하기 위한 샘플링 신호들의 집합임-;
    (b) 상기 샘플링 패턴에 따라 상기 광변조기로부터 출력되는 변조광의 샘플링 휘도를 측정하는 단계;
    (c) 상기 샘플링 패턴 및 상기 샘플링 휘도로부터 상기 참조표를 갱신하기 위한 보정값을 산출하는 단계;
    (d) 상기 복수의 마이크로 미러 모두에 대해서 상기 단계 (a) 내지 (c)를 반복 수행하는 단계;
    (e) 상기 복수의 마이크로 미러에 대한 상기 보정값의 평균값을 산출하는 단계; 및
    (f) 상기 평균값이 미리 설정된 임계값을 초과하는 경우 상기 광변조기에 인가되는 상기 구동 신호 범위를 갱신하는 단계를 포함하는 광변조기의 물리적 변형 보정 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 구동 신호는 구동 전압이며,
    상기 샘플링 패턴은 최대 휘도에서의 구동 전압을 중심으로 대칭적인 2n(n은 자연수) 개의 샘플링 전압이며,
    상기 단계 (c)는 전단의 n개의 샘플링 전압에 의한 샘플링 휘도의 합과 후단의 n개의 샘플링 전압에 의한 샘플링 휘도의 합을 비교하여 상기 보정값을 산출하는 것을 특징으로 하는 광변조기의 물리적 변형 보정 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 구동 신호는 구동 전압이며,
    상기 샘플링 패턴은 최소 휘도에서의 구동 전압을 중심으로 대칭적인 2n(n은 자연수) 개의 샘플링 전압이며,
    상기 단계 (c)는 전단의 n개의 샘플링 전압에 의한 샘플링 휘도의 합과 후단의 n개의 샘플링 전압에 의한 샘플링 휘도의 합을 비교하여 상기 보정값을 산출하는 것을 특징으로 하는 광변조기의 물리적 변형 보정 방법.
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