KR100854149B1 - 영상표시기기의 색온도 보상 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 영상표시기기에 관한 것으로, 상세하게는 사용 기간이 경과함에 따라 영상표시기기에 구비되는 램프의 색온도가 변화되는 것을 방지하기 위하여, 광센서에 의하여 주기적으로 색온도 변화 여부를 감지하고 이를 피드백함으로써 램프의 색온도가 보정되도록 하는 영상표시기기의 색온도 보상 장치 및 방법에 관한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 영상표시기기가 구동되면 상기 영상표시기기의 오프 타임에서의 색온도가 주기적으로 측정되고, 상기 측정된 색온도와 기 저장된 기준 색온도가 주기적으로 비교 및 판단되고, 상기 판단 결과에 따라 영상표시기기의 색온도가 일정하게 유지되도록 RGB 신호의 게인 값이 조절된다.
제안되는 본 발명에 의해서, 영상표시기기의 색온도가 자동으로 일정하게 유지됨으로써, 일정한 화질의 화면이 지속적으로 디스플레이되는 장점이 있다.
영상표시기기, 색온도, 보상

Description

영상표시기기의 색온도 보상 장치 및 방법{Method and apparatus for compensation color temperature of image displaying device}
도 1은 본 발명의 사상에 따른 영상표시기기를 개략적으로 보여주는 단면도.
도 2는 상기 도 1의 광학 엔진의 일부 분해 사시도.
도 3은 상기 도 1의 광학 엔진의 분해 사시도.
도 4는 일반적인 영상표시기기의 광 경로를 보여주는 개략도.
도 5는 본 발명에 따른 영상표시기기의 광 경로를 보여주는 개략도.
도 6은 본 발명의 영상표시기기에서 램프의 일반적인 파형 변화를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명에 따른 영상표시기기의 색온도 보상 장치의 블록도.
도 8은 본 발명에 따른 영상표시기기의 색온도 보상 방법의 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
700 : 영상표시기기 710 : 튜너 720 : 디코더
730 : ADC 740 : 영상처리부 750 : 색온도 보상부
760 : 디스플레이부 770 : 제어부 780 : 메모리
790 : 센서
본 발명은 영상표시기기에 관한 것으로, 상세하게는 사용 기간이 경과함에 따라 영상표시기기에 구비되는 램프의 색온도가 변화되는 것을 방지하기 위하여, 광센서에 의하여 주기적으로 색온도 변화 여부를 감지하고 이를 피드백함으로써 램프의 색온도가 보정되도록 하는 영상표시기기의 색온도 보상 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 디스플레이 장치의 화면 크기에 대한 한계로 인해, 대화면, 초박형 디스플레이 기기의 개발 및 출시가 활발한 가운데 투사형 디스플레이 시스템의 개발이 두드러지고 있다.
이러한 투사형 디스플레이 시스템에 있어 LCD(Liquid Crystal Display) 또는 DLP(Digital Light Processing) 등을 이용한 프로젝터(Projector)의 개발 및 그 보급이 급격하게 증가하여 학교, 기업, 관공서 등에서 프리젠테이션(Presentation)용 뿐 아니라 가정 등에서 홈 씨어터(Home Theater) 용으로 이용되고 있다.
상기 DLP 프로젝터는 램프가 발생시키는 고휘도의 광을 컬러 휠에 통과시켜, DMD와 같은 광학 소자를 통하여 영상이 재현되도록 하는 것이다.
종래 DLP 프로젝터는 영상의 종류와 무관하게 램프에 일정한 주파수의 램프전류를 제공하여 램프를 구동하였는데, 상기 램프전류의 주파수는 램프에서 발산하는 빛의 양에 영향을 주고, 상기 램프에서 발산하는 빛의 양은 색온도에 영향을 주 고, 상기 색온도는 상기 DLP 프로젝터에 의해서 디스플레이되는 화면의 전체적인 색감에 영향을 준다.
다시 말하면, 컬러 휠을 사용하여 순차적으로 영상을 표현하는 상기 DLP 프로젝터의 경우, 램프의 전류 변화량에 따라 램프에서 발산되는 광량이 달라지고, 상기 광량에 따라 색온도가 결정된다. 그리고, 상기 디스플레이 기기에 디스플레이되는 화면의 전체적인 색감은 상기 색온도의 영향을 받게 되는 것이다. 따라서, 화면의 색감이 일정하게 유지되기 위해서는 상기 색온도가 일정하게 유지되어야 한다.
그런데, 종래의 영상표시기기는 제품의 제조 시의 상태를 기준으로 일단 색온도가 설정되면, 제품이 출고된 이후에는 색온도가 조정될 수 없도록 제조되었다.
다시 말하면, 사용자가 제품을 사용하는 도중 일부 부품에 문제가 생겨서 이를 교체하거나, 또는 제품에 외부의 충격 등이 가하여져서 제품의 작동 상태가 일정 정도 변경된다면, 상기 색온도가 변형될 수 있다. 그러나, 종래의 영상표시기기는 일단 초기에 색온도가 설정되면 이에 대한 변경이 불가능하거나, 또는 변경이 가능하더라도 이를 위하여 고가의 장비가 투입되어야 하는 문제점이 있었다.
더구나, 제품이 사용되는 장소의 주변환경, 예를 들면 온도, 습도, 고도, 진동 등은 각각의 사용자마다 상이하며, 따라서 상기 각각의 사용환경마다 영상표시기기의 작동 상태는 조금씩 변경될 수 있고 이에 따라 색온도가 변경될 가능성이 존재한다.
그러나, 종래의 영상표시기기는 제품의 제조 시 설정된 색온도가 변경 불가 능하도록 제조되었기 때문에 상기와 같은 부품 변경 또는 제품 사용환경의 다양성에 능동적으로 대처할 수 없는 문제점이 존재하였다. 또한, 사용자가 느끼는 색감이 계속적으로 변하게 되어, 사용자의 눈에 피로를 주며 시청시 불쾌감을 유발시킬 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기되는 문제점을 해결하기 위하여 제안되는 것으로서, 영상표시기기의 장기간에 걸친 사용에 의하여 색온도가 초기 설정 값에서 변경되는 경우, 상기 변경된 색온도가 자동으로 초기 설정 값으로 복귀되도록 하는 영상표시기기의 색온도 보장 장치 및 방법이 제공되는 것을 목적으로 한다.
또한, 광센서를 구비하여 주기적으로 색온도를 측정하면서 상기 색온도의 변경 여부를 체크하고, 색온도 변경시 이를 보정하도록 함으로써, 제품 제조 과정에서 별도의 색온도 보정이 불필요한 영상표시기기의 색온도 보장 장치 및 방법이 제공되는 것을 목적으로 한다.
또한, 색온도가 일정하게 유지되도록 함으로써, 사용자가 시청하는 화면의 색감이 일정하게 유지됨으로써, 사용자 눈의 피로도가 감소하고, 화질이 변화되면서 느껴지는 시청자의 불쾌감이 감소되는 영상표시기기의 색온도 보상 장치 및 방법이 제공되는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 영상표시기기의 색온도 보상 방법은, 영상표시기기에 있어서, 파워 온 명령이 입력되면, 상기 영상표시기기가 구동되는 단계; 상기 영상표시기기의 색온도가 측정되고, 상기 측정된 색온도와 기 저장된 기준 색온도가 비교되는 단계; 그리고, 상기 비교 결과 색온도의 보상이 필요하면 색온도가 상기 기 저장된 기준 색온도와 동일해지도록 영상표시기기의 구동 상태가 조절되는 단계;가 포함되어 구성된다.
다른 측면에 따른 본 발명의 영상표시기기의 색온도 보상 방법은, 영상표시기기가 구동되면 상기 영상표시기기의 오프 타임에서의 색온도가 주기적으로 측정되고, 상기 측정된 색온도와 기 저장된 기준 색온도가 주기적으로 비교 및 판단되고, 상기 판단 결과에 따라 영상표시기기의 색온도가 일정하게 유지되도록 RGB 신호의 게인 값이 조절되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 영상표시기기의 색온도 보상 장치는, 현재의 색온도를 감지하기 위한 감지부; 상기 감지부를 통해 감지된 색온도와 기 설정된 기준 색온도가 일치하는지 여부에 따라 색온도 보상이 이루어지도록 제어신호를 출력하는 제어부; 그리고, 상기 제어부의 제어신호에 따라 색온도를 보상하기 위한 색온도 보상부;가 포함되어 구성된다.
다른 측면에 따른 본 발명의 영상표시기기의 색온도 보상 장치는, 광센서 및 메모리가 구비되는 영상표시기에 있어서, 방송신호가 수신되는 튜너; 상기 튜너에서 수신된 영상이 디코딩되는 디코더; 상기 디코딩된 영상이 디지털 신호로 변환되도록 하는 ADC; 상기 ADC에서 변환된 디지털 신호가 입력되어 사용자가 시청 가능 한 RGB 신호로 변환되는 영상처리부; 상기 영상처리부에서 변환된 RGB 신호의 게인 값이 조절되어 색온도가 보상되도록 하는 색온도 보상부; 상기 색온도 보상부를 통해 색온도가 보상된 화면이 디스플레이되는 디스플레이부; 그리고 상기 광센서에서 측정된 현재의 색온도와 상기 메모리에 저장된 기준 색온도가 일치하는지 여부에 따라 상기 RGB신호의 조절이 수행되도록 하는 제어 명령을 상기 색온도 보상부로 전달하기 위한 제어부;가 포함되어 구성된다.
제안되는 본 발명에 의해서, 영상표시기기의 색온도가 자동으로 일정하게 유지됨으로써, 일정한 화질의 화면이 지속적으로 디스플레이되는 장점이 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이나 이 또한 본 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 영상표시장치를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 사상에 따른 영상표시기기를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 프로젝션 시스템(1)은 외관을 이루는 캐비닛(2)과, 상기 캐비닛(2) 전면에 장착되는 스크린(4)과, 상기 캐비닛(2) 하단에 안 착되는 광학 엔진 유닛(10)과, 상기 캐비닛(2)의 내주면에 장착되어, 상기 광학 엔진 유닛(10)으로부터 방출되는 영상이 스크린(4)으로 반사되도록 하는 백미러(3)가 포함된다.
상세히, 상기 광학 엔진 유닛(10)에서 형성되어 투사되는 영상 화면은 상기 백미러(30)에 의하여 반사된다. 그리고, 반사된 영상은 상기 스크린(4)으로 확장 투사되어, 사용자에게 영상 화면이 인식된다.
이하에서는 상기 광학 엔진 유닛(10)의 구조 및 각부 기능에 대하여 도면과 함께 더욱 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 상기 도 1의 광학 엔진의 일부 분해 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 광학 엔진 유닛(10)은 베이스(11)와, 상기 베이스(11)에 안착되는 광학 엔진(20)과, 상기 광학 엔진(20)의 외곽에 장착되는 각종 부품이 포함된다.
상세히, 상기 광학 엔진(20)의 외곽에 장착되는 각종 부품에는 상기 광학 엔진 유닛(10)을 구성하는 각종 전기 부품에 적절한 양의 전원을 공급하는 전원 공급부(15)와, 상기 전원 공급부(15)를 지지하는 전원 공급부 서포터(16)와, 상기 광학 엔진(20)을 구성하는 램프(후술함)를 냉각하는 램프 냉각팬 어셈블리(14)와, 상기 베이스(11)의 일측에 장착되는 밸러스트(13)와, 상기 광학 엔진(20)을 구성하는 투사 렌즈(후술함)를 감싸는 투사렌즈 캡(17)과, 상기 광학 엔진(20)을 구성하는 DMD(후술함)를 냉각하기 위한 DMD 팬(12)이 포함된다.
더욱 상세히, 상기 전원 공급부(15)는 SMPS(Switching Mode Power Supply)로 서, 외부로부터 공급되는 전기를 해당 전기 기기에 맞도록 변환시켜 주는 모듈형의 전원 공급 장치이다. 그리고, 상기 전원 공급부(15)는 반도체 스위칭 특성을 이용하여, 상용 주파수 이상의 고주파에 단속 제어를 하고 충격을 완화시켜 주는 역할을 한다.
또한, 상기 밸러스트(13)는 상기 광학 엔진(20)을 구성하는 램프의 점등시 고전압을 걸어주고 점등 후에는 과전류가 흐르지 않도록 전류를 적절하게 조절하여 주는 기능을 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광학 엔진 유닛(10)의 경우 상기 광학 엔진(20)을 제외한 각부 부품은 상기 베이스(11)로부터 독립적으로 분리 가능하게 된다. 따라서, 광학 엔진(20)이 상기 베이스(11)에 장착되도록 한 다음, 상기에서 언급된 각각의 부품이 베이스(11)에 결합되도록 한다.
도 3은 상기 도 1의 광학 엔진의 분해 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 광학 엔진(20)은 상기 밸러스트(13)에 의하여 공급되는 고전압에 의하여 백색광이 발생되는 램프 어셈블리(21)와, 상기 램프 어셈블리(21)로부터 방출되는 무편광이 적,녹,청색으로 분리되도록 하는 컬러 휠 어셈블리(22)와, 상기 컬러 휠 어셈블리(22)를 통과하면서 적,녹,청색으로 분리된 빛을 균일하게 만들어주는 라이트 터널 어셈블리(24)와, 상기 라이트 터널 어셈블리(24)를 통과하면서 균일하게 된 빛이 모아지는 컨덴싱 렌즈(25)와, 상기 컨덴싱 렌즈(25)를 통과한 빛을 반사시키는 폴딩 미러(folding mirror : 29)와, 상기 폴딩 미러(29)에 의하여 반사된 빛을 재차 반사시키는 전반사 프리즘(30)과, 상기 전반사 프리즘(30)에 의하여 반사된 빛이 모여서 영상 정보를 형성하는 DMD 어셈블리(26)와, 상기 DMD 어셈블리(26)로부터 반사되는 빛의 픽셀 수를 더블링(Doubling)시켜 조사하는 액추에이터(27)와, 상기 액추에이터(27)를 통과한 빛을 확대하는 투사 렌즈(31)가 포함된다. 여기서, 상기 램프 어셈블리(21)와, 컬러 휠 어셈블리(22)와, 라이트 터널 어셈블리(24) 및 컨덴싱 렌즈(25)의 집합체는 조명계라고 칭한다. 그리고, 상기 폴딩 미러(29)와 전반사 프리즘(30)의 집합체는 반사계라고 칭하며, 상기 반사계와 DMD 어셈블리(26)의 집합체를 합성계라고 칭한다.
더욱 상세히, 상기 램프 어셈블리(21)는 백색광을 방출하는 램프(212)와, 상기 램프(212)를 보호하는 램프 케이스(211)로 이루어진다. 그리고, 상기 램프(212)의 반사경은 램프의 버너에서 나오는 빛이 반사되어 일정 거리, 즉 촛점 거리에서 집광되도록 바꿔주는 역할을 한다.
또한, 상기 컬러 휠 어셈블리(Color Wheel Assembly : 22)는 적(Red),녹(Green),청색(Blue)으로 구획되어 고속으로 회전하는 컬러 휠(221 : RGB 컬러 필터라고도 함)과, 상기 컬러 휠(221)을 구동하는 모터(223) 및 상기 모터(223)를 냉각하는 방열핀(222)으로 이루어진다.
상세히, 상기 램프(212)의 반사경에 의하여 상기 램프(212)로부터 방출되는 빛은 상기 컬러 휠(221)의 표면에 집광된다. 그리고, 상기 컬러 휠(221)에 집광되는 빛은 상기 컬러 휠(221)을 통과하면서 적,청,녹색 중 어느 한가지 색을 띠게 도니다. 여기서, 상기 컬러 휠(221)은 소정의 직경을 가지는 디스크 형상을 이루며, 상기 디스크는 적,녹,청색으로 구획되어 있다. 따라서, 상기 반사경에 의하여 반사 되는 무편광은 집광되는 순간에 위치되는 컬러 휠의 색깔에 의하여 적,청,녹색 중 어느 한 색을 띠게 된다.
또한, 상기 컬러 휠 어셈블리(22)와 상기 라이트 터널 어셈블리(24)는 라이트 터널 하우징(23) 내부에 수용된다.
또한, 상기 라이트 터널 어셈블리(Light Tunnel Assembly : 24)는 로드 렌즈(Rod Lens)라고도 하며, 상기 컬러 휠(221)을 통과한 유색광을 균일하게 만들어 주는 기능을 한다.
상세히, 상기 라이트 터널 어셈블리(24)는 작고 길쭉한 직사각형 형상의 막대 거울 4개가 서로 마주보도록 접합되어 이루어진다. 그리고, 상기 컬러 휠 어셈블리(22)를 통과한 빛은 라이트 터널을 통과하면서 난반사되고, 밝기 분포가 균일하게 된다.
또한, 상기 컨덴싱 렌즈(Condensing Lens : 25)는 상기 라이트 터널 어셈블리(24)를 통과하면서 균일해진 적,녹,청색 빛이 상기 DMD 어셈블리(26)를 구성하는 DMD 소자에 집광되도록 하는 기능을 수행한다.
또한, 상기 전반사 프리즘(30)은 TIR(Total Internal Reflection) 프리즘이라고도 하며, 굴절율이 큰 프리즘과 상대적으로 굴절율이 작은 프리즘이 접합되어 형성된다. 그리고, 이러한 굴절율의 차이에 의해 상기 컨덴싱 렌즈(25)로부터 조사되는 빛의 입사 각도에 따라 전반사되거나 투과된다.
상세히, 각각의 물체는 고유의 굴절율을 가지며, 이러한 굴절율의 차이에 의하여 빛이 전반사되거나 투과되는 임계각이 정해진다.
따라서, 임계각 이상의 각도로 입사되는 빛은 상기 전반사 프리즘(30)에서 전반사되고, 임계각 이하의 각도로 입사되는 빛은 상기 전반사 프리즘(30)을 투과하게 된다. 상기 전반사 프리즘(30)의 기능에 대해서는 하기에서 도면과 함께 상세히 설명하도록 한다.
또한, 상기 DMD 어셈블리(Digital Micro-mirror Device Assembly : 26)는 DMD 패널(33)과, 상기 DMD 패널(33)이 수용되는 드라이버 보드로 이루어진다. 상세히, 상기 드라이버 보드는 상기 밸러스트와 컬러 휠 등의 구동을 제어하거나 영상을 제어하는 장치이다.
한편, 상기 DMD 패널(33)에는 디스플레이의 해상도와 동일한 양의 미세한 미러가 배열되어, 스크린과 1대1 대응이 이루어지도록 설계되어 있다.
상세히, 상기 DMD 패널(33)에 의하여 상기 전반사 프리즘(30)을 통과하여 전달되는 적,녹,청색의 빛을 스크린 쪽으로 비추게 할 것인지, 아니면 스크린 밖으로 버릴 것인지를 결정하게 된다. 그리고, 상기 DMD 패널(33)은 CMOS(Complementary metal oxide semiconductor) 메모리에 장착되어, 상기 CMOS 메모리로부터 전달되는 신호에 의하여 구동하게 된다.
더욱 상세히, 상기 DMD 패널(33)을 구성하는 마이크로 미러는 가로 세로 16㎛의 미세한 다이아몬드형 픽셀 형태로 제조되며, 상기 CMOS로부터 전달되는 신호에 따라 ±10도로 틸팅(tilting)되어, 상기 전반사 프리즘(30)을 통과한 빛이 스크린 족으로 반사되거나 스크린 밖으로 버려지게 된다.
또한, 상기 액추에이터(27)는 상기 DMD 패널(33)과 상기 투사 렌즈(31) 사이 에 배치되며, 중앙 부분에 미러가 장착되어 있다. 상세히, 상기 액추에이터(27)는 상기 DMD 패널(33)로부터 방출되는 영상 신호를 반 프레임씩 나누어 굴절 투과시킴으로써, 실질적으로 영상 신호의 픽셀 수를 2배로 더블링시키는 기능을 한다. 이러한 미러의 굴절 특성으로 인하여, 스크린의 해상도가 높아지게 된다. 그리고, 상기 액추에이터의 종류로는 투과형과 반사형이 있다.
또한, 상기 투사 렌즈 어셈블리(31)는 상기 액추에이터(27)를 통과한 영상이 확대되어 백미러(3) 쪽으로 조사되도록 기능한다.
상기와 같은 구성을 이루는 광학 엔진(20)은 상기 액추에이터(27)와 전반사 프리즘(30) 및 상기 폴딩 미러(29)가 반사계 케이스(28)의 서로 다른 면으로부터 삽입되어, 하나의 반사계를 구성한다. 그리고, 상기 컬러 휠 어셈블리(22)와 상기 라이트 터널 어셈블리(24)가 라이트 터널 하우징(23)에 수용되어 또다른 하나의 어셈블리를 구성하게 된다. 그리고, 상기 램프 어셈블리(21)는 램프 케이스(211) 내부에 장착되는 램프(212)와 함께 별도의 어셈블리를 구성하게 되고, 상기 램프 어셈블리(21)의 전방에 상기 라이트 터널 하우징(23)이 밀착된다.
상기와 같은 구성에 의하여, 상기 프로젝션 시스템이 정상적으로 구동되어 사용자에게 화면이 디스플레이된다.
도 4는 일반적인 영상표시기기의 광 경로를 보여주는 개략도이다.
도 4를 참조하면, 종래의 영상표시기기에서는 램프(212)에서 생성되는 빛은 DMD 패널(33)에 의하여 투사 렌즈(31) 쪽으로 투사되거나, 또는 스크린 밖으로 버 려진다.
상세히, 상기 램프(212)의 동작 원리는 다음과 같다.
먼저, 램프에 기동 전압을 공급하는 밸러스트로부터 초기 기동을 위한 고압(+/- 25kV)의 공급으로 램프의 버너에 있는 전극에서 방전이 개시된다. 그리고, 이 방전에 의하여 수은 가스가 활성화되면서 버너의 내부의 온도가 높아지면 수은 가스가 더 활성화되면서 광량이 증가하며 약 90 초가 경과하면 정상 밝기의 80%의 밝기에 다다른다.
초기 고전압이 인가되어 Ignition(발화)되면, 램프(212)의 임피던스가 낮아지기 시작하여 전압이 수 V에서부터 상승을 시작하고, 전류는 수 A부터 감소하기 시작하며, 안정화가 되면 AC 85V(90Hz), 1.2A의 전류가 흘러 안정된 동작을 한다.
여기서, 본 발명에 따른 영상표시기기의 색온도 보상 장치는 상기 영상표시기기의 장기간의 사용에 따른 색온도의 변화를 보정하기 위하여 제안되는 것이다. 즉, 상기 영상표시기기의 장시간 사용 또는 일부 부품의 교체 등이 발생하였을 경우, 광량 및 이에 따른 색온도가 변하고 따라서, 사용자가 느끼는 색감이 변화하게 된다. 그러므로 사용자가 시청하는 화면의 색감이 일정하게 유지되도록 하기 위하여, 상기 램프(212)에서 버려지는 빛을 수집하여, 상기 색온도가 소정의 기준 값을 유지하도록 상기 램프(212)의 구동 상태를 조절한다.
여기서, 상기 색온도란 광원의 빛을 수치적(數値的)으로 표시하는 방법이다.
상세히, 이상적인 흑체가 방출하는 빛의 색은 플랑크의 복사법칙에 의해 온도에 의해서만 정해진다. 물체가 가시광선을 내며 빛나고 있을 때 그 색이 어떤 온 도의 흑체가 복사하는 색과 같이 보일 경우, 그 흑체의 온도와 물체의 온도가 같다고 보고 그 온도를 물체의 색온도라고 한다. 즉, 물체의 색온도는 같은 색광의 흑체의 온도(절대온도 K)로 표시된다.
가령 전구의 빛은 2,800K, 형광등의 빛은 4,500∼6,500K, 정오의 태양빛은 5,400K, 흐린 날의 낮 빛은 6500∼7000K, 맑은 날의 푸른 하늘빛은 1만 2000∼1만 8000K 정도의 색온도이다. 색온도의 측정법은 국제적으로 정해져 있으며, 적당한 색유리 필터와 표준광원을 써서 측정한다.
한편, 상기 색감이란 색에서 받는 느낌을 의미한다. 일반적으로 상기 색감은 어떤 색을 백색(White)으로 느끼는지를 기준으로 측정한다. 상기 색감은 영상표시기기의 사용 지역 및 사용 환경에 따라서 서로 상이할 수 있다. 즉, 어느 나라의 사용자들에게는 푸른빛이 도는 백색이 더 백색에 가깝다고 느껴지며, 또 어느 나라의 사용자들에게는 붉은빛이 도는 백색이 더 백색에 가깝다고 느껴진다. 따라서, 사용자가 백색이라고 느끼는 색온도는 서로 상이할 수 있다. 우리나라의 경우, 일반적으로 색온도가 9300K 일 경우를 백색광이라고 한다.
한편, 상기 DMD 패널(33)의 동작 원리는 다음과 같다.
상기 DMD 패널(33)에는 디스플레이의 해상도와 동일한 양의 미세한 미러가 배열되어, 스크린과 1대1 대응이 이루어지도록 설계되어 있다. 그리고, 상기 DMD 패널(33)에 의하여 상기 전반사 프리즘(30)을 통과하여 전달되는 적,녹,청색의 빛을 스크린 쪽으로 비추게 할 것인지, 아니면 스크린 밖으로 버릴 것인지를 결정하게 된다.
더욱 상세히, 상기 DMD 패널(33)을 구성하는 마이크로 미러는 가로 세로 16㎛의 미세한 다이아몬드형 픽셀 형태로 제조되며, CMOS(Complementary metal oxide semiconductor)로부터 전달되는 신호에 따라 ±10도로 틸팅(tilting)되어, 상기 전반사 프리즘(30)을 통과한 빛이 스크린 쪽으로 반사되거나 스크린 밖으로 버려지게 된다.
여기서 상기 스크린 쪽으로 반사되는 빛은 투사 렌즈(31)를 통과하여 스크린에 화상을 구현하며, 스크린 밖으로 버려지는 빛은 빛 흡수부(Light Absorber)(41)에서 흡수되어 외부로 배출된다. 즉, 상기와 같은 종래의 영상표시기기에서는 DMD 패널(33)에서 버려지는 빛은, 아무런 역할도 하지 못한 채 폐열로써 외부로 방출되어 폐기된다.
도 5는 본 발명에 따른 영상표시기기의 광 경로를 보여주는 개략도이고, 도 6은 본 발명의 영상표시기기에서 램프의 일반적인 파형 변화를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 영상표시기기에서는 램프(212)에서 생성되는 빛은, 상기 DMD 패널(33)이 ON 되었을 경우에는 투사 렌즈(31) 쪽으로 투사되고, 반면 DMD 패널(33)이 OFF 되었을 경우에는 광센서(42) 쪽으로 투사된다. 그리고, 상기 광센서(42) 쪽으로 투사된 빛은 광센서(42)에서 수집되어 색온도의 변경 여부가 감지되고, 상기 감지 결과 색온도의 보상이 필요할 경우, ADC(Analog Digital Converter)(43) 및 영상 처리부(44)에 의하여 색온도가 보정되어 화면에 디스플레이된다.
한편, 상기 영상표시기기에서 램프의 일반적인 파형 변화는 도 6과 같다. 도 6을 참조하면, 상기 램프(212)로부터 방출되는 빛은 적/녹/청색으로 구획되어 고속으로 회전하는 컬러 휠(도 3의 221 참조)의 표면에 집광된다. 그리고, 상기 램프(212)로부터 방출되는 무편광은 집광되는 순간에 위치되는 컬러 휠의 색깔에 의하여 적/청/녹색 중 어느 한 색을 띠게 된다. 즉, Red(630), Green(620), Blue(610)의 각 빛은 도 6과 같이 반복적으로 나타나게 된다.
이때, 상기 적/청/녹색이 반복되는 사이클의 중간에는, 일정 주기마다 아무 빛도 띄지 않는 오프 타임(640)이 존재한다. 즉, 상기 램프(212)에서 발산되어 DMD 패널(33)로 입사되는 빛이, 입사되는 그대로 반사되어 상기 광센서(42)로 전달되는 영역이 존재하는 것이다.
본 발명에서는, 상기 오프 타임(640) 영역의 빛을 이용하여 색온도를 보상한다. 다시 말하면, 상기 오프 타임(640) 영역의 빛은 램프에서 출사되는 빛이 손실없이 그대로 광센서(42)로 입사되는 영역이기 때문에, 상기 오프 타임(640) 영역의 빛은 백색광이 된다. 따라서, 상기 오프 타임(640)에 입사되는 빛의 색온도가 상기 광센서(42)에서 측정되어, 상기 측정된 색온도가 기준값으로부터 얼마나 변경되었는지를 계산하여 이를 보상함으로써, 항상 일정한 색온도가 유지될 수 있도록 하는 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 영상표시기기의 색온도 보상 장치의 블록도이다. 여기서, 상기 영상표시기기의 색온도 보상 장치는 TV의 경우를 예로 하여 설명하지 만, 이는 프로젝션 TV에만 적용되는 것이 아니라 반사형 패널을 쓰는 디스플레이 기기에 일반적으로 적용 가능함은 당연하다 할 것이다.
도 7을 참조하면, 상기 영상표시기기는 방송신호가 수신되는 튜너(710), 상기 튜너(710)에서 수신된 영상이 디코딩되는 디코더(720), 상기 디코딩된 영상이 디지털 신호로 변환되도록 하는 ADC(730), 상기 ADC(730)에서 변환된 디지털 신호가 입력되어 사용자가 시청 가능한 "RGB" 신호로 변환되는 영상처리부(740), 상기 영상처리부(740)에서 변환된 영상의 "RGB"신호의 게인(gain)값을 조절하는 색온도 보상부(750), 상기 색온도 보상부(750)에 의하여 색온도가 보상된 화면이 디스플레이되는 디스플레이부(760), 상기 과정을 전체적으로 제어하고 색온도의 보정이 필요한 경우 "RGB"신호의 보정을 수행하게 하는 제어명령을 상기 색온도 보상부(750)로 전달하는 제어부(770), 각종 데이터 및 처리 프로그램이 저장되고 특히 램프 구동 상태에 따른 색보상을 위한 기준값이 저장되는 메모리(780) 및 현재의 색온도를 감지하여 상기 제어부(770)로 전달하는 센서(790)가 포함되어 구성된다.
상세히, 상기 센서(790)에서 측정된 현재의 색온도가 상기 메모리(780)에 저장되어 있는 기준 색온도와 일치하지 않는 경우, "RGB"신호의 게인값을 조절하여 색온도를 보정하는 것이 필요하다.
여기서 상기 색온도를 조정하기 위하여 PWM 방식이 이용된다.
PWM(pulse width modulation)이란 펄스 폭 변조라고도 하며, 펄스 변조 방식의 하나로, 변조 신호의 크기에 따라서 펄스의 폭을 변화시켜 변조하는 방식이다. 즉, 신호파의 진폭이 클 때는 펄스의 폭이 넓어지고, 진폭이 작을 때는 펄스의 폭 이 좁아진다. 단, 펄스의 위치나 진폭은 변하지 않는다.
본 발명의 영상표시기기에서는 상기 PWM 방식을 이용하여 색감을 조절한다. 즉, DMD 패널(도 5의 33 참조)의 온/오프 여부 및 온/오프 스피드를 조절함으로써 화질이 보상된다.
상세히, 상기 DMD 패널(도 5의 33 참조)에서 각각의 컬러를 Full off 하였을 때, 즉 오프 타임(도 6의 640 참조) 상태에서 상기 광센서(도 5의 42 참조)로 유입되는 빛이 RGBYCM(888888)이 되고, 이때가 바로 백색광(White)이 된다.(R+G+B+Y+C+M=White)
그런데, 램프의 장시간 사용 등의 이유로 램프의 색온도가 변화하게 되면, 램프의 파장대별 발광량이 변하게 되고, 이때의 색온도는 상기 기준 상태에서의 색온도와는 상이하게 된다.
이 경우, 색온도를 조정하기 위하여는 각 컬러의 Gain 양을 조절한다. 예를 들어, Green의 광량이 너무 많아 색온도가 6000K 이면, Green의 광량을 낮추어, 다시 말하면 램프에서 발산되는 빛이 컬러 휠의 Green 영역을 지날 때의 DMD 패널의 온/오프 스피드를 조절하여 색온도가 9300K가 되도록 조정한다. RGBYCM(888888 -> 848888)
즉, 원하는 색온도로 일정하게 유지되도록 하기 위해서 각 컬러의 Gain 양을 조절해주는 방식이다.
상기와 같은 구성에 의하여, 광센서를 구비하여 주기적으로 색온도를 측정하면서 상기 색온도의 변경 여부를 체크하고, 색온도 변경시 이를 보정하도록 함으로 써, 제품 제조 과정에서 별도의 색온도 보정이 불필요해지는 장점이 있다.
상기되는 구조를 참조하여 본 발명에 따른 동작 내지 작용을 더욱 상세하게 설명한다.
먼저, 사용자에 의하여 상기 영상표시기기(700)의 파워 온 버튼이 입력되면, 상기 영상표시기기(700)가 구동되기 시작한다.
그리고, 상기 영상표시기기(700)가 구동되면 상기 센서(790)에 의하여 주기적으로 오프 타임의 색온도가 측정되어 상기 제어부(770)에 전달된다.
그리고, 상기 제어부(770)는 메모리(780)에 저장된 기준 색온도의 값과, 상기 센서(790)에서 측정된 오프 타임에서의 색온도의 값을 비교하여, 색온도의 보정이 필요한지를 판단한다.
상기 판단 결과, 상기 오프 타임의 색온도가 기준값과 상이하다면, 상기 제어부(770)는 상기 색온도 보상부(750)를 제어하여 PWM 방식에 의하여 상기 색온도가 보정되도록 한다.
상기와 같은 방법으로, 주기적으로 상기 영상표시기기(700)의 색온도가 기준값으로부터 변경되었는지를 측정하여 이를 보정함으로써, 사용자가 일정한 색감의 화면을 지속적으로 시청할 수 있는 장점이 있다.
도 8은 본 발명에 따른 영상표시기기의 색온도 보상 방법의 흐름도이다.
먼저, 사용자에 의하여 상기 영상표시기기(700)의 파워 온 버튼이 입력되면, 상기 영상표시기기(700)가 구동되기 시작한다.(S810 단계 ~ S820 단계)
그리고, 상기 영상표시기기(700)가 구동되면 센서(790)에 의하여 주기적으로 오프 타임의 색온도가 측정되어 제어부(770)에 전달된다.(S830 단계)
상세히, 상기 영상표시기기(700)가 구동되면, 램프에서 발산되는 빛은 DMD 패널에 의하여 투사 렌즈 쪽으로 투사되거나, 또는 스크린 밖으로 버려진다. 여기서, 상기 램프로부터 방출되는 빛은 적/녹/청색으로 구획되어 있는 컬러 휠의 표면에 집광되어, 상기 집광되는 순간에 위치되는 컬러 휠의 색깔에 의하여 적/청/녹색 중 어느 한 색을 띠게 된다. 이때, 상기 적/청/녹색이 반복되는 사이클의 중간에는, 일정 주기마다 아무 빛도 띄지 않는 오프 타임이 존재한다. 즉, 상기 램프에서 발산되어 DMD 패널로 입사되는 빛이, 입사되는 그대로 반사되어 상기 광센서로 전달되는 영역이 존재하는 것이다.
상기 오프 타임 영역의 빛은 램프에서 출사되는 빛이 손실없이 그대로 센서(790)로 입사되는 영역이기 때문에, 상기 오프 타임 영역의 빛은 바로 백색광이 된다. 따라서, 상기 오프 타임의 색온도가, 현재의 색온도가 기준 상태의 색온도에 비하여 변경되었는지 여부를 판단하는 비교의 대상으로 사용되는 것이다.
다음으로, 상기 제어부(770)에 전달된 오프 타임의 색온도는, 상기 제어부에 의하여 메모리(780)에 저장되어 있는 기준 색온도(예를 들면 9300K)와 비교되어, 상기 기준 색온도 측정된 색온도 사이에 차이가 발생하였는지, 차이가 발생하였다면 얼마나 발생하였는지가 판단된다.(S840 단계 ~ S850 단계)
상기 판단 결과, 측정된 색온도와 기준 색온도 사이에 차이가 발생하였다면, 상기 제어부는 "RGB"신호의 게인(gain)값을 조절하여 색온도가 기준치로 보정되도 록 한다.(S860 단계)
그리고, 영상표시기기가 파워 오프 될 때까지(S870 단계), 상기 S830 단계 이하가 주기적으로 반복되면서 램프의 색온도가 일정한 기준값으로 유지되도록 조정되어, 화면의 색감이 일정하게 유지된다.
본 발명에 따른 영상표시기기의 색온도 보상 장치 및 방법에 의해서, 영상표시기기의 장기간에 걸친 사용에 의하여 색온도가 초기 설정 값에서 변경되는 경우, 상기 변경된 색온도가 자동으로 초기 설정 값으로 복귀되도록 하는 영상표시기기의 색온도 보장 장치 및 방법이 제공되는 효과가 있다.
또한, DMD 패널에서 버려지는 오프 타임 영역의 폐열을 이용하여 색온도 보상이 이루어지도록 함으로써, 자원의 재활용이 구현될 수 있는 장점이 있다.
또한, 광센서를 구비하여 주기적으로 색온도를 측정하면서 상기 색온도의 변경 여부를 체크하고, 색온도 변경시 이를 보정하도록 함으로써, 제품 제조 과정에서 별도의 색온도 보정이 불필요해지는 효과가 있다.
또한, 색온도가 일정하게 유지되도록 함으로써, 사용자가 시청하는 화면의 색감이 일정하게 유지됨으로써, 사용자 눈의 피로도가 감소하고, 화질이 변화되면서 느껴지는 시청자의 불쾌감이 감소되는 효과가 있다.

Claims (13)

  1. 영상표시기기에 있어서,
    기 설정된 일정 주기마다 오프 타임에서의 색온도를 감지하기 위한 감지부;
    상기 감지부를 통해 일정 주기마다 감지된 오프 타임에서의 색온도를 기 설정된 기준 색온도와 비교하여 상기 색온도의 변경 여부를 감지하고, 상기 감지 결과에 따라 색온도 보상이 이루어지도록 제어신호를 출력하는 제어부; 및,
    상기 제어부의 제어신호에 따라 색온도를 보상하기 위한 색온도 보상부;가 포함되어 구성되는 영상표시기기의 색온도 보상장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기 설정된 기준 색온도가 저장되는 메모리를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 영상표시기기의 색온도 보상 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 색온도 보상부에서 PWM 방식에 의하여 색온도 보상이 수행되는 것을 특징으로 하는 영상표시기기의 색온도 보상 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 감지부는 광센서로 구성됨을 특징으로 하는 영상표시기기의 색온도 보상 장치.
  6. 광센서 및 메모리가 구비되는 영상표시기에 있어서,
    방송신호가 수신되는 튜너;
    상기 튜너에서 수신된 영상이 디코딩되는 디코더;
    상기 디코딩된 영상이 디지털 신호로 변환되도록 하는 ADC;
    상기 ADC에서 변환된 디지털 신호가 입력되어 사용자가 시청 가능한 RGB 신호로 변환되는 영상처리부;
    상기 영상처리부에서 변환된 RGB 신호의 게인 값이 조절되어 색온도가 보상되도록 하는 색온도 보상부;
    상기 색온도 보상부를 통해 색온도가 보상된 화면이 디스플레이되는 디스플레이부; 및,
    일정 주기마다 상기 광센서에서 측정된 오프 타임에서의 색온도와 상기 메모리에 저장된 기준 색온도를 비교하여 현재 색온도의 변경 여부를 판단하고, 그에 따라 상기 RGB신호의 조절이 수행되어 상기 색온도가 보상되도록 하는 제어 명령을 출력하는 제어부;가 포함되어 구성되는 영상표시기기의 색온도 보상 장치.
  7. 삭제
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 색온도 보상부를 통해 상기 색온도가 일정한 기준값으로 유지되도록, 영상표시기기에 구비되는 패널의 온/오프 스피드를 조절하여 색온도 보상이 수행되는 것을 특징으로 하는 영상표시기기의 색온도 보상 장치.
  9. 영상표시기기에 있어서,
    파워 온 명령이 입력되면, 상기 영상표시기기가 구동되는 단계;
    기 설정된 일정 주기마다 오프 타임에서의 색온도를 측정하는 단계;
    상기 측정된 오프 타임에서의 색온도와 기 저장된 색온도를 비교하여 색온도 변경 여부를 판단하는 단계; 및,
    상기 색온도 변경 여부에 따라 현재 색온도가 상기 기 저장된 기준 색온도와 동일해지도록 색온도를 보상하는 단계;가 포함되어 구성되는 영상표시기기의 색온도 보상 방법.
  10. 삭제
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 기 저장된 기준 색온도는, 백색광의 색온도인 것을 특징으로 하는 영상표시기기의 색온도 보상 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 색온도가 기 저장된 기준 색온도와 동일해지도록 영상표시기기의 구동 상태가 조절되는 단계는, PWM 방식에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 영상표시기기의 색온도 보상 방법.
  13. 영상표시기기가 구동되면 상기 영상표시기기의 오프 타임에서의 색온도가 주기적으로 측정되고, 상기 측정된 색온도와 기 저장된 기준 색온도가 주기적으로 비교 및 판단되고, 상기 판단 결과에 따라 영상표시기기의 색온도가 일정하게 유지되도록 RGB 신호의 게인 값이 조절되는 것을 특징으로 하는 영상표시기기의 색온도 보상 방법.
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