KR100882209B1 - 액정 이미저에서 스파클 결함을 감소시키는 방법 및 장치 - Google Patents

액정 이미저에서 스파클 결함을 감소시키는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

액정 이미저에서 스파클 결함을 감소시키는 장치(10)는 감마보정된 비디오 구동 신호를 제공하기 위해 비디오 구동 신호를 감마보정하는 디바이스(16)와 상기 감마보정된 비디오 구동 신호를 슬루율 제한하기 위한 슬루율 제한기(22)를 포함한다. 상기 장치는 디인터레이서(deinterlacer))(12)와 디인터레이싱된 비디오 구동 신호를 컬러공간 변환하는 컬러공간 변환기(14)도 역시 포함하며, 여기서 감마보정하는 디바이스는 상기 컬러공간 변환된 비디오 구동 신호를 보정한다. 하나 이상의 비디오 구동 신호, 예컨대 R, G, B는 감마보정후 슬루율 제한되어, 인접된 픽셀들 사이의 밝기 레벨의 차이가 제한된다.

Description

액정 이미저에서 스파클 결함을 감소시키는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR REDUCING SPARKLE ARTIFACTS IN A LIQUID CRYSTAL IMAGER}
본 발명은 액정디스플레이(LCD)를 이용하는 비디오 시스템 분야에 관한 것으로, 구체적으로는, 정상 백색 실리콘 액정표시장치(LCOS: liquid crystal on silicon) 이미저(imager)를 이용하는 비디오 시스템에 관한 것이다.
LCOS는 하나의 실리콘 웨이퍼 상에 형성된 단일의 커다란 액정이라고 생각될 수 있다. 상기 실리콘 웨이퍼는 작은 플레이트 전극들의 증분적인 어레이로 나뉘어진다. 액정의 작은 증분적인 영역은 각각의 작은 플레이트와 해당 공통 플레이트에 의해 생성되는 전기장에 의해 영향을 받는다. 각각의 이러한 작은 플레이트 및 대응하는 액정 영역은 함께, 하나의 이미저 셀이라고 지칭된다. 각각의 셀은 하나의 개별적으로 제어가능한 픽셀에 해당한다. 공통 플레이트 전극은 액정의 다른 측면 상에 배치된다. 각각의 셀, 즉 픽셀은 입력 신호가 변하기 전까지는 동일한 세기로 발광되어 있는 상태를 유지하며, 따라서 샘플홀드회로(S/H: sample and hold)처럼 행동한다. 픽셀은 소멸되지 않는데, 음극선관 내 형광체의 경우와 같다. 공통 및 변동가능한 플레이트 전극의 각각의 세트는 하나의 이미저를 형성한다. 하나의 이미저는 각각의 컬러에 대응하는데, 이 경우에는 적, 녹, 청 각각에 대하여 하나의 이미저가 대응한다.
30 Hz 깜빡임(flicker)을 회피하기 위하여, 먼저 정상 프레임(양화상)을 보내고 그 다음에 주어진 입력 화상에 대한 응답하여 반전된 프레임(음화상)를 보냄으로써, 프레임-배가된 신호를 사용하여 LCOS 디스플레이의 이미저를 구동시키는 것이 일반적이다.
양화상 및 음화상의 생성은, 각각의 픽셀이 양의 전기장(필드)으로 기록되며 후속하여 음의 전기장으로 기록될 것이라는 점을 보장한다. 그 결과로 생성되는 구동 필드는 DC 성분 0(zero)을 가지는데, 이것은 이미지 일시정지(sticking)를, 그리고 궁극적으로 이미저의 영구적인 열화를 회피하기 위하여 필수적이다. 인간의 눈은 이들 양화상 및 음화상에 의해 만들어지는 픽셀 밝기의 평균값에 반응한다고 알려져 있다.
구동 전압은 LCOS 어레이의 각 측면 상에 있는 플레이트 전극에 공급된다. 본 발명의 장치와 관련있는 현재 바람직한 LCOS 시스템에서, 공통 플레이트는 항상 약 8 V의 전위를 가진다. 이 전압은 조정될 수 있다. 작은 플레이트의 어레이 내에 있는 다른 플레이트 각각은 두 개의 전압 범위 내에서 동작된다. 양화상에 있어서 전압은 0 V 와 8 V 사이에서 변화한다. 음화상에 있어서 전압은 8 V 와 16 V 사이에서 변화한다.
이미저에 공급된, 따라서 이미저의 각 셀에 공급된 광은 필드 편광된다. 각각의 액정 셀은, 플레이트 전극에 의해 해당 셀에 인가된 전기장의 RMS(root mean square) 값에 응답하여, 입력 광의 편광을 회전시킨다. 일반적으로, 셀은 인가된 전기장의 극성(양 또는 음)에는 응답하지 않는다. 오히려, 각 픽셀의 셀의 밝기는 일반적으로 해당 셀로 입사하는 광의 편광 회전의 함수일 뿐이다. 그러나 실제로는, 광의 동일한 편광 회전에 대하여 양 및 음의 필드 극성 사이에 밝기가 어느 정도 변할 수 있다는 점이 발견되었다. 이러한 밝기의 변동은 디스플레이된 화상에 원하지 않는 깜빡임을 유발시킬 수 있다.
이 예에서, 양화상 또는 음화상 중 어느 하나의 경우, 셀을 구동하는 필드가 8 V에 대응하는 전기장 세기 0에 가까워짐에 따라, 각각의 셀은 상태에 따른 최대값에 대응하는 백색에 더 가까와진다. 다른 시스템들, 예컨대 공통 전압이 0 V로 설정되는 경우도 가능하다. 본 명세서에서 교시하는 본 발명의 장치가 모든 이러한 양 및 음의 필드 LCOS 이미저 구동 시스템에 대해 응용가능하다는 것을 알게 될 것이다.
화상이 양화상로서 정해지는 것은 작은 플레이트 전극에 인가된 변동가능 전압이 공통 플레이트 전극에 인가된 전압보다 작을 때인데, 왜냐하면 작은 플레이트 전극 전압이 높을 수록 픽셀이 더 밝기 때문이다. 이와 반대로 화상이 음화상로서 정해지는 것은 작은 플레이트 전극에 인가된 변동가능 전압이 공통 플레이트 전극에 인가된 전압보다 더 클 때인데, 왜냐하면 작은 플레이트 전극 전압이 높을 수록 픽셀이 더 어둡기 때문이다. 화상을 양화상 또는 음화상라고 부를 때, 비월주사방식의 비디오 포맷에서 필드 유형을 구별하기 위하여 사용하는 용어와 혼동되지 않아야 한다.
LCOS에서 현재 최신의 기술은, VITO라고 표시되는 공통-모드 전극 전압이 정 확하게 LCOS를 구동하기 위한 양 및 음의 필드 사이에 있도록 조정할 것을 요구한다. 아래첨자 ITO는 물질 산화인듐주석을 지칭한다. 평균 균형(average balance)은 이미지 일시정지라고 알려진 현상을 방지할 뿐만 아니라 깜빡임을 최소화시키기 위해 필수적이다.
LCOS 이미저를 구비하는 광 엔진은 디스플레이 전달 함수(transfer function) 내에 심각한 비-선형성을 가지는데, 이러한 비-선형성은 감마 테이블이라고 지칭되는 디지털 룩업 테이블로 보정될 수 있다. 감마 테이블은 전달 함수 내의 이득 차이를 보정한다. 이 보정에도 불구하고, 정상 백색 LCOS 이미저를 위한 LCOS 이미징 전달 함수의 강한 비-선형성 때문에 어두운 영역이 매우 낮은 광-대-전압 이득을 가지게 된다. 따라서, 낮은 명도(밝기) 레벨에서, 밝기가 근소하게만 차이나는 인접하는 픽셀들은 서로 매우 다른 전압 레벨로 구동될 필요가 있다. 이것은 원하는 필드에 수직인 성분을 가지는 프린징(fringing) 전기장을 생성한다. 이 수직 필드는 원하는 것보다 더 밝은 픽셀을 생성하고, 이는 차례로 오브젝트의 가장자리가 원하지 않는 밝기를 가지게 한다. 이러한 수직 필드의 존재는 디스클리네이션(disclination)이라고 지칭된다. 디스클리네이션에 의해 유발되고 보는 사람에 의해 지각되는 이미지 결함은 스파클(sparkle)이라고 지칭된다. 디스클리네이션이 발생하는 화상 영역은 밑의 이미지 위로 광이 번쩍(스파클)이는 것으로 나타난다. 실제로, 디스클리네이션에 의해 영향을 받는 어두운 픽셀은 너무 밝아서, 바람직한 밝기보다 5배나 밝을 때도 종종 있다. 스파클은 해당 이미저에 의해 생성되는 각각의 컬러에 대해 적, 녹, 청색으로 발생한다. 그러나, 녹색 스파클은 문제 발생시 가장 눈에 띈다. 따라서, 디스클리네이션에 의해 유발되는 이미지 결함은 또한 녹색 스파클 문제라고도 지칭된다.
LCOS 이미징은 새로운 기술이며 디스클리네이션에 의해 유발된 녹색 스파클도 새로운 종류의 문제이다. 다른 이들에 의해 다양하게 제안된 해결책은, 화상의 전체 휘도 성분을 신호처리하는 것을 포함하며, 그렇게 신호처리하는데 있어, 전체 화상의 품질을 떨어뜨린다. 디스클리네이션 및 그 결과로 유발되는 스파클의 감소에 대해 맞교환하여 얻는 것은, 실제적으로 수평 선명성(sharpness)이 전혀 없는 화상이다. 화상의 상세 내용과 선명함은 그런 방식으로 단순히 희생될 수 있는 것이 아니다.
당업자라면 디스클리네이션에 관련된 스파클 결함 문제는 처리되어야 하며, 해당 디스클리네이션이 발생되는 곳인, 이미저 내부에서 궁극적으로 해결되어야 할 것이라고 기대할 것이다. 그러나 LCOS와 같은 떠오르는 기술에 있어, LCOS 이미저의 제조자 말고 다른 단체가 이미저 내부의 문제를 해결할 수 있는 기회는 사실상 존재하지 않는다. 더우기 이미저-기반 해결책이 모든 LCOS 이미저에 응용가능하게 될 것이라는 징후도 없다. 따라서, LCOS 이미저를 수정하지 않고도 구현될 수 있는, 이 문제의 해결책을 제공해야만 할 절실한 요구가 존재한다.
본 명세서에서 교시된 본 발명의 장치는, 결과적으로 디스플레이된 화상의 고해상도 선명함을 열화시킴없이 디스클리네이션에 따른 액정 이미저 내의 스파클 문제를 해결한다. 더 나아가, 그리고 이미저의 수정에 의해 문제를 다룰 기회가 없으므로, 본 발명의 장치는, 감마보정 이후에 비디오 구동 신호를 수정함으로써 스파클 문제를 해결하는 유리한 점이 있고, 따라서 LCOS 이미저를 포함하여 모든 액정 이미저에 응용될 수 있는 해결책을 제공한다는 유리한 점이 있다. 슬루율(slew rate) 제한은 고해상도 디스플레이 화면의 상세 내용을 수용불가능하게 열화시키지 않는다는 유리한 점이 있다. 더 나아가, 슬루율 제한이라는 형태로 하는 신호 처리는 이미저의 동작에 따라 조정되거나 영점조절될 수 있다는 유리한 점이 있고, 따라서 여러가지 비디오 시스템의 여러가지 이미저들과 함께 사용될 수 있고 이러한 이미저들을 위해 조정가능하게 정밀 튜닝될 수 있다.
현재의 바람직한 일 실시예에서, 예컨대 R, G, B인 하나 이상의 비디오 구동 신호는, 인접 픽셀들 사이의 밝기 레벨 차이를 제한하도록 하기 위하여, 감마보정후 슬루율 제한된다. 슬루율은 조정가능하다. 이들 조정들은 서로 독립적이라는 유리한 점이 있고, 이미저의 동작에 관련될 수 있다는 유리한 점이 있다. 이러한 스파클 감소 처리는 스파클 문제를 크게 감소시킨다고 기대될 수 있다.
이러한 스파클 감소 처리는 LCOS 이미저 내의 디스클리네이션의 발생을 감소시키는 방식으로 인접 픽셀들 사이의 밝기 레벨을 제한한다. 슬루율 한계값은 선택가능하고, 디지털 값 예컨대 10-비트 신호로 제공될 수 있는 1023 디지털 스텝 범위중 60 (60/1023)의 디지털 값으로서 표현될 수 있다. 양 및 음의 슬루율에 대해 선택된 이 한계값들은, 스파클 결함을 유발하는 디스클리네이션이 이미저 동작의 함수이기 때문에, 이미저의 동작 특성에 관련된다.
도 1은 본 발명의 장치에 따른 스파클 감소 처리 기능을 구비하는 액정 이미저를 위한 비디오 디스플레이 시스템의 블록도.
도 2는 도 1 내의 슬루율 제한기의 동작을 설명하기 위해 사용되는 블록도.
예컨대 LCOS 비디오 시스템과 같은, 액정 비디오 시스템에서 디스클리네이션 오류에 기인한 스파클 결함을 감소시키기 위한 신호 처리 기능을 포함하는 비디오 디스플레이 시스템이, 도 1에 도시되어 전체적으로 참조번호 10으로 표시되어 있다. 비디오 시스템(10)은 휘도 및 색차 성분을 가지는 성분 비디오 신호를 포함한다. 휘도 및 색차 성분은 컬러공간 변환기, 즉 매트릭스(14)로 입력된다. 컬러공간 변환기는 예컨대 R, G, B인 비디오 구동 신호를 생성한다. 프레임속도 곱셈기(15)는 통상적으로 감마 테이블(16) 바로 직전에, 도 1과 관련하여 컬러공간 변환기(14)의 바로 직후에 배치된다. 프레임속도 곱셈기로부터의 R, G, B 신호는 각각의 감마 테이블(16)로 입력된다. 감마 테이블은 감마보정된 비디오 구동 신호 Rγ, Gγ, Bγ를 생성한다. 하나 이상의 감마보정된 비디오 구동 신호가 각각의 슬루율 제한기(22)로 입력되며, 슬루율 제한기는 감마보정되고 슬루율 제한된 비디오 구동 신호 R'γ, G'γ, B'γ를 생성한다. 현재 바람직한 상기 실시예에서, 감마보정된 비디오 구동 신호 모두가 슬루율 제한되어, 이렇게 감마보정되고 슬루율 제한된 비디오 구동 신호가 공급되는 액정 디스플레이(24) 내에서 디스클리네이션 오류에 기인한 스파클 결함을 감소시킨다. 상기 현재 바람직한 실시예에 있어서, 이미저는 실리콘 액정표시장치 이미저이다. 감마보정된 비디오 구동 신호는 예컨대 10-비트 또는 11-비트 신호인 디지털 신호이다. 각각의 감마보정된 비디오 구동 신호는 디지털 신호이고, 각각의 감마보정된 비디오 구동 신호의 파형은 밝기 레벨을 나타내는 디지털 샘플들의 연속이다. 출력 신호 R'γ, G'γ, B'γ는 유사한 디지털 포맷을 가진다.
각각의 슬루율 제한기(22)의 상세한 구성이 도 2에 도시된다. 슬루율 제한기(22)는 슬루율 제한기로부터의 연속적인 출력 신호가 미리결정된 슬루율보다 더 많이 변화되지 않도록 보장한다. 감마보정된 비디오 구동 신호는 대수 유닛(221)에 입력된다. 대수 유닛(221)으로의 다른 입력 신호는 래치(232)에 저장되어 있던 슬루율 제한기의 이전 출력 신호(233)이다. 감마보정되고 슬루율 제한된 값으로서 가장 최근의 출력 값이 상기 입력 값에서 감산되어 그 차이값이 결정된다. 출력 라인 상의 상기 차이값(222)은 MIN으로 표시된 제 1 비교기(224)와 MAX로 표시된 제 2 비교기(225)로 입력된다. 이 차이값은, 이 차이값이 양의 슬루 한계 S보다 더 큰지 보기 위하여, MIN 회로에서 테스트되고 또한 이 차이값이 음의 슬루 한계 -S 보다 더 큰 음의 값인지를 보기 위해 MAX 회로에서 테스트된다. 비록 도 2에 도시된 실시예에서는 동일한 절대값이 사용되었으나, 양 및 음의 슬루율 한계값이 동일한 절대값일 필요는 없다.
차이값 신호(222)의 최상위비트(MSB)는 멀티플렉서(MUX)(228)로 가는 제어 입력 신호(223)이다. 차이값의 최상위비트는 차이값의 극성을 나타내고 비교기(224)의 출력(226) 또는 비교기(225)의 출력(227)을 선택한다. MIN 비교기의 출력이 선택되는 경우는 차이값이 양일 때이고, MAX 비교기의 출력이 선택되는 경 우는 차이값이 음일 때이다. 라인(229) 상의 멀티플렉서의 출력은 슬루율 제한된 차이값이며, 다음의 새 픽셀을 생성하기 위하여, 상기 차이값은 대수 유닛(230)에서 이전의 슬루율 제한된 출력 픽셀의 밝기 레벨에 가산된다. 라인(231) 상의 대수 유닛(230)의 출력은 래치(232)에 저장된다. 래치(232)의 출력은 감마보정되고 슬루율 제한된 픽셀의 스트림이다. 간단명료하게 하기 위해 도 2에서 클록 신호는 생략되어 있다.
도 2에 도시된 슬루율 제한기의 실시예는, 심지어 슬루율이 제한되지 않는다 하더라도, 하나의 픽셀 지연에 해당하는 하나의 클록 주기 지연을 초래한다. 따라서 감마보정된 비디오 구동 신호 중 임의의 것이 슬루율 제한되지 않는다 하더라도, 그 감마보정된 비디오 구동 신호는 예컨대 동일한 하나의 클록 주기 지연에 의해 지연 정합(delay match)되어야만 한다. 슬루율 제한기에 의해 초래된 지연이 하나의 클록 주기 지연을 초과할 수 있으나, 지연 정합 회로가 그에 따라 조정될 필요가 없는 몇몇 경우가 있을 수 있다.
비록 도 2에 도시된 예에서 양 및 음의 슬루율이 동일한 절대값을 가지고 있지만, 항상 이럴 필요는 없다. 유리한 점으로서, 이전 픽셀 값보다 더 큰 샘플 값에 있어서 그리고 이전 픽셀 값보다 더 작은 샘플 값에 있어서는 슬루율이 독립적으로 설정될 수 있다. 만약 양 및 음의 슬루율이 예컨대 1이라면, 슬루율 제한기의 연속적인 출력 신호들은 1 디지털 값 단계 이상으로는 서로 차이나지 않을 것이다. 만약 감마보정된 비디오 구동 신호가 10-비트값을 가지면, 슬루율 제한기의 연속적인 출력 신호들은 1,023 단계들을 나타내는 1,024 상태들 중에서 한 단계 이상으로 는 서로 차이나지 않을 것이다.
본 명세서에서 예시하는 방법 및 장치는, 인접 픽셀들의 밝기 레벨이 수평 방향에서 한정 또는 제한될 수 있는 법을 교시하며, 사실 이들 방법 및 장치는 스파클 문제를 해결할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이들 방법 및 장치는 또한 수직 방향에서, 또는 수평 및 수직 방향 양쪽 모두에서 인접 픽셀들의 밝기 레벨을 한정 또는 제한하는 것으로도 확장될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명은 액정디스플레이(LCD)를 이용하는 비디오 시스템 분야에 이용가능한 것으로, 구체적으로는, 정상 백색 실리콘 액정표시장치(LCOS: liquid crystal on silicon) 이미저(imager)를 이용하는 비디오 시스템 등에 이용가능하다.

Claims (15)

  1. 픽셀을 포함하는 액정 이미저에서 스파클 결함을 감소시키는 방법으로서:
    액정 이미저 내에서 생성된 비디오 구동 신호를 감마보정하는 단계;
    상기 감마보정된 비디오 구동 신호를 픽셀의 밝기 레벨을 나타내는 연속적인 디지털 샘플로서 생성하는 단계; 및
    인접 픽셀 사이의 밝기 레벨에서의 차이를 제한하기 위해, 상기 감마보정된 비디오 구동 신호의 상기 연속적인 디지털 샘플의 일부 또는 전부를 슬루율(slew rate) 제한하는 단계를
    포함하는, 액정 이미저에서 스파클 결함을 감소시키는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 생성 단계는 적색 감마보정된 비디오 구동 신호 성분을 적색 밝기 레벨을 나타내는 연속적인 디지털 샘플로서, 청색 감마보정된 비디오 구동 신호 성분을 청색 밝기 레벨을 나타내는 연속적인 디지털 샘플로서, 그리고 녹색 감마보정된 비디오 구동 신호 성분을 청색 밝기 레벨을 나타내는 연속적인 디지털 샘플로서 생성하는 단계를 더 포함하는, 액정 이미저에서 스파클 결함을 감소시키는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 하나 이상의 상기 감마보정된 비디오 구동 신호 성분의 전부 또는 일부를 슬루율 제한하는 단계를 더 포함하는, 액정 이미저에서 스파클 결함을 감소시키는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서:
    상기 감마보정 단계 이전에,
    상기 비디오 구동 신호를 디인터레이싱(deinterlacing)하는 단계와;
    상기 디인터레이싱된 비디오 신호를 컬러공간 변환하는 단계; 및
    상기 컬러공간 변환된 비디오 신호를 프레임속도 곱하는 단계를
    더 포함하는, 액정 이미저에서 스파클 결함을 감소시키는 방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 감마보정된 비디오 구동 신호 성분에 대해 각각의 슬루율 제한값을 독립적으로 선택하는 단계를 더 포함하는, 액정 이미저에서 스파클 결함을 감소시키는 방법.
  6. 제 2 항에 있어서, 룩업 테이블 내의 디지털 값으로부터 상기 감마보정된 비디오 구동 신호 성분을 생성하는 단계를 더 포함하는, 액정 이미저에서 스파클 결함을 감소시키는 방법.
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