KR101000686B1 - 필드 순차 조명 시스템을 위한 색 관리 시스템, 색 관리 제어기 및 일정 색점 유지 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 필드 순차 조명 시스템을 위한 색 관리 시스템에 관한 것이다. 이 색 관리 시스템은 복수의 광원, 구동 회로 및 제어기를 포함한다. 구동 회로는 복수의 광원에 결합되고, 제어기는 구동 회로에 결합된다. 구동 회로는 복수의 광원을 구동한다. 제어기는 시간 순차(temporal sequence) 서브프레임들 중 제 1 서브프레임 동안에 제 1 및 제 2 제어 신호를 생성한다. 제 1 제어 신호는 제 1 서브프레임에서의 주요 색(primary color)인 제 1 색의 제 1 광원에 대응한다. 제 2 제어 신호는 제 1 서브프레임에서의 보충 색(supplemental color)인 제 2 색의 제 2 광원에 대응한다. 색 관리 시스템에 대한 실시예는 각각의 서브프레임의 주요 색의 색점을 유지한다.

Description

필드 순차 조명 시스템을 위한 색 관리 시스템, 색 관리 제어기 및 일정 색점 유지 방법{COLOR MANAGEMENT CONTROLLER FOR CONSTANT COLOR POINT IN A FIELD SEQUENTIAL LIGHTING SYSTEM}
본 발명은 필드 순차 조명 시스템을 위한 색 관리 시스템에 관한 것이다.
발광 다이오드(light emitting diodes : LED)를 이용하는 종래의 필드 순차 구동 시스템에서, 2개 이상의 LED는 프레임의 시간 주기 동안에 순차적으로 구동된다. 하나의 프레임 내에서 서로 다른 색을 개별적으로 구동하기 위해서, 프레임은 서브프레임으로 세분된다. 각각의 서브프레임은 하나의 색에 대응한다. 따라서, 각각의 프레임은 시스템이 서로 다른 색을 가진 개수만큼의 서브프레임을 갖는다. 예를 들면, 적색, 녹색 및 청색(RGB) LED를 이용하는 시스템에서는 이러한 각각의 색을 수용하기 위해 각 프레임 내에 3개의 서브프레임이 존재한다. 특히, 적색 LED는 하나의 서브프레임 동안에 구동되고, 녹색 LED는 다른 서브프레임 동안에 구동되고, 청색 LED는 나머지 서브프레임 동안에 구동된다. 오로지 하나의 색만이 각각의 서브프레임 동안에 구동된다.
결합된 광 출력이 광학적으로 균일하게 되고, 구동 주파수가 임계 주파수를 초과하면, 인간의 시각 체계(human vision system)는 별개의 기본 LED 광원을 구별하지 못한다. 다시 말해서, 인간의 시각 체계는 단일 색을 생성하는 단일 광원을 인식한다. 인식된 색은 구동된 색의 조합이다. 예를 들어, 적색, 청색 및 녹색이 모두 순차적으로 구동되면, 인간의 시각 체계는 흰색 또는 몇몇 흰색과 유사한 색을 인식할 것이다.
불행하게도, LED 광원이 공칭적 전기 및 온도 조건 이상에서는 전형적으로 불안정해지기 때문에 이러한 타입의 시스템은 불안정하게 될 수 있다. 서브프레임 동안에 기본 LED 광원의 색 또는 밝기의 어떠한 변화도 결합된 광 출력의 인식된 색의 변화를 초래한다.
이러한 문제는 RGB LED를 이용하는 필드 순차(field sequential : FS) 액정 디스플레이(LCD)에서 나타난다. 전형적으로, 통상적인 FS-LCD의 각각의 화상 프레임은 3개의 서브프레임을 포함한다. 각각의 서브프레임에서, 오로지 하나의 색 LED만이 구동되거나 밝혀진다. 예를 들면, 적색 LED 서브프레임 내에서는, 오로지 적색 LED만이 구동되고, 각 화소의 액정 소자는 추가하여 화소마다를 기반으로 이 적색 광을 변조한다. 이와 동일한 동작은 녹색 및 청색 LED에 대해서도 순차적으로 실행된다. 다시 말해서, 각각의 화소는 액정 기술을 이용하여 화소마다를 기반으로 적색, 녹색 및 청색의 주요 색을 변조한다. 상술된 바와 같이, 적색, 녹색, 또는 청색의 주요 색의 개별적인 색 변동은 각각의 화소에 대해 순차 결합된 색 조합의 인식된 색의 변동을 초래한다.
LED 광원이 일정 전기 및 온도 조건 이상에서 불안정해지는 것에 기인하여 시스템이 불안정해지고, 그에 따라 서브프레임 동안에 기본 LED 광원의 색 또는 밝기에 생기는 변화가 결합된 광 출력의 인식된 색의 변화를 초래한다.
시스템의 실시예에 관해 개시한다. 일실시예에서, 이 시스템은 필드 순차 조명 시스템을 위한 색 관리 시스템이다. 색 관리 시스템은 복수의 광원, 구동 회로 및 제어기를 포함한다. 구동 회로는 복수의 광원에 결합되고, 제어기는 구동 회로에 결합된다. 구동 회로는 복수의 광원을 구동한다. 제어기는 서브프레임의 시간 순차 중 제 1 서브프레임 동안에 제 1 및 제 2 제어 신호를 생성한다. 제 1 제어 신호는 제 1 서브프레임의 주요 색인 제 1 색의 제 1 광원에 대응한다. 제 2 제어 신호는 제 1 서브프레임의 보충 색인 제 2 색의 제 2 광원에 대응한다. 색 관리 시스템의 실시예는 각각의 서브프레임에서 주요 색의 색점(color point)을 유지한다. 이 시스템의 다른 실시예도 개시되어 있다.
장치의 실시예에 관해서도 개시한다. 일실시예에서, 이 장치는 필드 순차 조명 시스템을 위한 색 관리 제어기이다. 색 관리 제어기는 신호 생성 회로, 광학 피드백 회로 및 제어 회로를 포함한다. 신호 생성 회로는 복수의 색을 갖는 복수의 광원에 대한 복수의 공급 신호를 생성한다. 광학 피드백 회로는 복수의 색 중 적어도 하나에 대응하는 적어도 하나의 센서 신호에 기초하여 광학 피드백 신호를 생성한다. 제어 회로는 신호 생성 회로와 광학 피드백 회로 사이에 결합된다. 제어 회로는 색 처리 알고리즘에 따라서 각각의 서브프레임 동안에 복수의 색 중 적어도 2개의 색에 대한 색 혼합을 실행한다. 장치에 관한 다른 실시예도 개시되어 있다.
방법에 대한 실시예도 개시되어 있다. 일실시예에서, 이 방법은 필드 순차 조명 시스템 내에서 색에 대한 일정한 색점을 유지하는 방법이다. 이 방법은 실질적으로 전체의 제 1 서브프레임 동안에 제 1 광원으로부터 주요 광 신호를 생성하는 단계와, 제 1 서브프레임의 제 1 부분 동안에 제 2 광원으로부터 제 1 보충 광 신호를 생성하는 단계와, 제 1 서브프레임의 제 2 부분 동안에 제 3 광원으로부터 제 2 보충 광 신호를 생성하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 제 1 서브프레임 동안에 주요 광 신호, 제 1 보충 광 신호 및 제 2 보충 광 신호를 혼합하여 의사-주요 색(pseudo-primary color)을 생성하는 단계를 포함한다. 이 방법의 다른 실시예도 개시되어 있다.
본 발명의 실시예에 대한 다른 측면 및 이점은 본 발명의 원리에 대해 예시로서 나타낸 첨부된 도면과 함께 이하의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
명세서에 걸쳐서 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 식별하기 위해 이용될 수 있다.
LED 광원이 일정 전기 및 온도 조건 이상에서 불안정해지는 것에 기인하여 시스템이 불안정해지고, 그에 따라 서브프레임 동안에 기본 LED 광원의 색 또는 밝기에 생기는 변화가 결합된 광 출력의 인식된 색의 변화를 초래하는 것을 방지한다.
도 1은 색 관리 시스템(100)의 일실시예에 대한 개략적인 회로도를 도시한다. 도시된 색 관리 시스템(100)은 복수의 광원(102), 구동 회로(104), 제어기(106) 및 광학 센서(108)를 포함한다. 색 관리 시스템(100)의 실시예는 여러 적용 분야에서 구현될 수 있다. 색 관리 시스템(100)이 구현될 수 있는 하나의 적용 분야로는 필드 순차(FS) 액정 디스플레이(LCD)가 있다.
일실시예에서, 복수의 광원(102)은 다수의 발광 다이오드(LED)를 포함한다. 그러나, 다른 실시예는 다른 타입의 광원(102)을 이용할 수 있다. 예를 들면, 몇몇 실시예는 LED 대신에 레이저를 이용한다. 편의상, 본 명세서의 LED에 대한 참조는 광원(102)에 대한 예시적인 실시예로서 이해하고, 이 예시적 실시예에 대한 설명은 다른 타입의 광원(102)을 이용하는 다른 실시예에도 적용할 수 있다.
LED(102)는 상이한 색의 LED를 포함한다. 예를 들면, LED(102)는 적색, 녹색, 및 청색(RGB) LED를 포함할 수 있다. 각각의 색은 단일 LED(102) 또는 LED(102)의 그룹(예를 들면, 어레이)에 의해 생성될 수 있다. 몇몇 경우에 적색, 녹색 및 청색 광이 결합될 때 RGB LED(102)는 백색 광을 생성하도록 구현될 수 있다. 여러 LED(102)로부터의 광 신호는 적어도 2개의 방식으로 결합될 수 있다는 것을 유의하라. 첫째로, LED(102)로부터의 광 신호는 LED(102)들을 동시에 구동하는 것에 의해 결합될 수 있다. 두 번째로, 광 신호는 LED(102)를 다른 시간에서, 그러나 인간의 시각 체계가 그 별개의 색을 구별하는 임계 주파수를 초과하는 주파수에서 순차적으로 LED(102)를 구동하는 것에 의해 결합될 수 있다. 다시 말해서, 색들이 어떤 시점에서도 실제적으로 혼합되지 않음에도 불구하고 인간의 시각 체계가 개별 색을 결합하여 결과적인 결합 색을 인식하게 할 정도로 빠르게 하여 광 신호가 하나씩 순차적으로 생성된다. 통상적인 FS-LCD 시스템은 색 혼합의 인식을 생성하기 위해 이러한 두 번째의 순차 기법을 이용한다.
구동 회로(104)는 LED(102)의 구동을 촉진하는 회로를 포함한다. LED(102)를 이용하는 구현에서, 구동 회로(104)는 알려져 있는 방식으로 전류 제한 저항(current-limiting resistors)을 포함할 수 있다. 다른 타입의 광원(102)을 이용하는 구현에서, 구동 회로(104)는 다른 타입의 아날로그 또는 디지털 회로에 포함될 수 있다. 구동 회로(104)는 제어기(106)로부터 하나 이상의 공급 신호(110)를 수신한다. 몇몇 실시예에서, 공급 신호(110)는 LED(102)의 색 및 밝기를 결정한다. LED(102)가 사용되는 경우에, 공급 신호(110)는 PWM(pulse-width-modulated) 신호일 수 있다. 예를 들면, PWM 신호(110)는 적색 LED(102)를 위한 PWMR 신호, 녹색 LED(102)를 위한 PWMG 신호 및 청색 LED(102)를 위한 PWMB 신호를 포함할 수 있다.
제어기(106)는 LED(102)의 각각의 서로 다른 색으로부터의 광의 비율을 제어하기 위해 공급 신호(110)를 이용한다. 일실시예에서, 제어기(106)는 하나 이상의 색 처리 알고리즘을 이용하여 공급 신호(110)를 생성한다. 제어기(106)의 일실시예에 대한 보다 상세한 구성 및 설명은 도 2 및 첨부 도면에 제공되어 있다.
광학 센서(108)는 LED(102)로부터의 광 신호를 감지하고 제어기(106)에 하나 이상의 센서 신호(112)를 공급한다. 이러한 방식으로, 광학 센서(108)는 제어기(106)에 광학 피드백을 제공한다. 일실시예에서, 광학 센서(108)는 LED(102)에 의해 생성된 혼합 광 신호의 개별 성분(즉, RGB)을 샘플링한다. 광학 센서(108)는 이러한 샘플링된 센서 신호(112)를 아날로그 또는 디지털 신호로서 제어기(106)로 전달할 수 있다. 일례로서, 광학 센서(108)는 3개의 상이한 색을 검출하기 위한 3개의 채널을 갖는 색 센서일 수 있는데, 예를 들면, 채널 X는 적색 광 신호 성분을 검출하여 SENSEX 신호를 생성하고, 채널 Y는 녹색 광 신호 성분을 검출하여 SENSEY 신호를 생성하고, 채널 Z는 청색 광 신호 성분을 검출하여 SENSEZ 신호를 생성한다. 다른 실시예는 RGB 및 XYZ 이외의 다른 색 및 조명 구성을 이용할 수 있다는 것을 유의하라.
광학 센서(108)로부터 광학 피드백 신호(112)를 수신하면, 제어기(106)는 구동기(104)로 향하는 하나 이상의 공급 신호(110)를 변형할 수 있다. 이러한 방식으로, 제어기(106)는 광원(102)을 제어하여 결합된 광 신호의 결과적인 색을 결정한다. 일실시예에서, 제어기(106) 및 광학 센서(108)는 알려진 색 상관도로 보정 될 수 있다. 상관도는 제어기(106)가 XYZ, Yxy, Yu'v' 및 RGB 등과 같은 특정한 색 공간 내에서 색을 지정할 수 있게 한다.
도 2는 필드 순차 조명 시스템을 위한 색 관리 시스템 제어기(106)의 일실시예에 대한 개략도를 도시한다. 필드 순차 조명 시스템의 하나의 타입으로는 필드 순차 조명 디스플레이가 있다. 특히, 도 2는 도 1에 도시된 제어기(106)에 대한 보다 상세한 실시예를 도시한다. 여기에는 특정 구성 요소가 도시되고 설명되어 있으나, 제어기(106)의 다른 실시예는 더 적거나 많은 색 관리 동작을 실행하기 위해 더 적거나 많은 회로 및 구성 요소를 포함할 수 있다. 또한, 편의 및 명료성을 위해서 여러 통상적인 특징부는 본 명세서에 도시되거나 설명되지 않았지만 제어기(106)의 특정 구현 내에 포함될 수 있다.
도시된 제어기(106)는 시스템 제어기(114), 인터페이스 제어기(116), 하나 이상의 내부 레지스터(118) 및 색 제어기(120)를 포함한다. 일실시예에서, 시스템 제어기(114)는 사전 준비(housekeeping), 블록 간의 인터페이싱(interfacing), 제어 신호의 생성 등과 같은 내부 기능을 수행한다. 인터페이스 제어기(116)는 시스템 제어기(114)에 결합되고 알려진 프로토콜을 이용하여 통신을 관리한다. 일례로서, 인터페이스 제어기(116)는 I2C 통신 프로토콜을 관리하는 직렬 인터페이스 제어기일 수 있지만, 다른 타입의 인터페이스 프로토콜도 구현될 수 있다.
인터페이스 제어기(116)는 또한 색 관리 시스템 제어기(106)의 구성을 위한 주요 성분인 내부 레지스터(118)에 결합된다. 일실시예에서, 내부 레지스터(118) 는 일련의 레지스터를 포함한다. 레지스터 내의 각각의 비트는 스펙, 기능 또는 작동 모드(mode of operation)로 매핑된다. 내부 레지스터(118)는 또한 잘 알려진 방식으로 이용될 수 있는 소정 범위의 보정 레지스터를 포함할 수 있다.
색 제어기(120)는 시스템 제어기(114)뿐만 아니라 내부 레지스터(118)에 결합된다. 일실시예에서, 제어 신호는 시스템 제어기(114)로부터 색 제어기(120)로 통신된다. 색 제어기(120)는 광학 센서(108)로부터의 센서 데이터에 대해 작동하는 색 처리 알고리즘을 포함한다. 이 알고리즘은 원하는 색과 광학 센서(108)에 의해 측정된 실제 생성된 색 사이의 불일치가 존재할 때 PWM 출력 듀티 계수(output duty factors)를 보정한다. 색 제어기(120)는 또한 입력 색 좌표를 내부 인식 포맷으로 변환한다. 일실시예에서, 디폴트 입력 포맷은 CIE RGB(광원(illuminant) E)이다.
색 처리 알고리즘과 관련하여, 색 제어기(120)는 색 관리 시스템 제어기(106)의 작동 모드에 따라서 하나 이상의 알고리즘을 구현할 수 있다. LED의 시간 평균 밝기는 듀티 계수에 따라 선형적으로 비례한다는 것은 알려져 있는 사실이다. 100% 듀티 계수에서 LED N의 색이 그의 CIE 3자극치(tristimulus) 값을 벡터로 취급하여 아래와 같이 정의되면,
Figure 112008013307769-pat00001
다른 듀티 계수 값 K에 대한 LED N의 색은 다음 식에 의해 정의될 수 있다.
Figure 112008013307769-pat00002
2개의 LED A 및 B로부터 방출된 광이 혼합되면 혼합된 LED 광원 M의 색은 다 음의 식에 의해 주어진다.
Figure 112008013307769-pat00003
또한, 100% 듀티 계수에서 LED A 및 B의 색이 다음으로 주어지기 때문에,
Figure 112008013307769-pat00004
결과적인 색에 대한 식은 다음과 같이 기록할 수 있고,
Figure 112008013307769-pat00005
여기에서 KA는 LED A에 대한 듀티 계수 값이고, KB는 LED B에 대한 듀티 계수 값이다. 일실시예에서, RGB 밝기 값은 하나 이상의 LED(102)의 LED 구동 전류를 변경하는 것에 의해 조정된다. 이와 다르게, RGB 밝기 값은 PWM 생성기(122)로부터의 적어도 하나의 PWM 신호(110)를 변경하는 것에 의해 조정된다. 듀티 계수 조정은 LED 구동 전류 조정에 비해서 LED 밝기에 대한 더 선형적인 관계를 제공한다는 것을 주의하라.
추가하여, 색은 밝기 성분 및 색도(chromaticity) 성분을 포함하기 때문에 위와는 다르게 표준 CIE 3자극치 값을 이용한 3차원 벡터로 색을 나타낼 수 있다는 것을 유의하라. 또한, 상술된 설명은 LED를 참조하지만, 레이저 등과 같은 다른 광원에 대해서도 동일한 표현 및 식이 도출될 수 있다.
LED(102)에 대한 이러한 제어를 구현하기 위해서, 색 관리 시스템 제어기(106)는 PWM 생성기(122)를 포함한다. 색 제어기(120)는 각각의 색에 대한 PWM 출력 듀티 계수를 생성하고, PWM 듀티 계수를 PWM 생성기(122)를 향해 통신한다. PWM 생성기(122)는 색 제어기(120)로부터 듀티 계수 값을 수신하고 듀티 계수 값에 따라서 하나 이상의 PWM 신호(110)를 생성한다. 예를 들면, PWM 생성기(122)는 PWMR 신호(110)를 생성하여 적색 LED(102)를 제공하고, PWMG 신호(110)를 생성하여 녹색 LED(102)를 제공하고, PWMB 신호(110)를 생성하여 청색 LED(102)를 제공한다. 이러한 방식으로, 색 제어기(120)는 LED(102)의 각각의 색에 대한 각각의 PWM 신호(110)를 제어할 수 있다.
도시된 색 관리 시스템 제어기(106)는 또한 모드 선택 모듈(124)을 포함한다. 일실시예에서, 모드 선택 모듈(124)은 본 기술 분야에서 알려진 장치 작동 모드(예를 들면, 정규(normal), 휴면(sleep), 내부/외부 클록 등)를 결정한다.
도시된 색 관리 시스템 제어기(106)는 또한 내부 발진기(126)를 포함한다. 일실시예에서, 내부 발진기(126)는 로직 회로를 위한 클록 신호(CLK)를 생성한다. 이와 다르게, 생성된 클록 신호(CLK)는 멀티플렉서(130)를 통해 선택된 외부 클록 신호(128)로 바이패싱될 수 있다. 클록 신호의 여러 구현에 대해서는 잘 알려져 있다.
도시된 색 관리 시스템 제어기(106)는 또한 색 제어기(120)에 결합된 센서 회로(132)를 포함한다. 일실시예에서, 센서 회로(132)는 센서 신호(112)를 수신하고 하나 이상의 대응하는 신호를 색 제어기(120)로 전달한다. 예를 들면, 센서 회로(132)는 SENSEX 신호(112), SENSEY 신호(112) 및 SENSEZ 신호(112)를 수신할 수 있다. 센서 회로(132)의 실시예가 상이한 구현을 포함할 수 있기는 하지만, 일실 시예는 멀티플렉서, 프로그래밍 가능 증폭기 및 아날로그-디지털 변환기(analog-to-digital converter : ADC)를 포함한다. 멀티플렉서는 입력되는 센서 신호(112) 중 하나를 선택하고 선택된 센서 신호(112)를 프로그래밍 가능 증폭기로 전달한다. 프로그래밍 가능 증폭기의 이득은 이후의 처리를 위해 센서 신호(112)를 부스트(boost)할 수 있다. ADC는 선택된 센서 신호(112)를 아날로그 신호로부터 디지털 신호로 변환하고, 이 디지털 신호는 색 제어기(120)에 의해 이용될 수 있다. 센서 회로(132)의 다른 실시예는 다른 성분 또는 구성을 포함할 수 있다. 센서 회로(132)가 기능하는 순서에 있어서, 일실시예에서 전압 신호는 기준 전압 VREF(134) 또는 외부 VREF(136)로부터 센서 회로(132)로 공급된다. 내부 VREF(134) 또는 외부 VREF(136)는 멀티플렉서(138)에 의해 선택될 수 있다.
도 3은 필드 순차 디스플레이 또는 다른 조명 시스템 등과 같은 필드 순차 조명 시스템에 있어서 시간 순차대로 LED(102)를 구동하는 LED 구동 신호에 대한 파형도(150)를 도시한다. 구동 신호는 프레임으로 정렬되고, 여기에서 각각의 색에 대한 구동 신호는 대응하는 서브프레임 동안에 어서트(asserted)된다. 예를 들면, 적색 LED(102)에 대한 구동 신호는 제 1 서브프레임 동안에 어서트된다. 다음에 녹색 LED(102)에 대한 구동 신호는 제 2 서브프레임 동안에 어서트된다. 마지막으로 청색 LED(102)에 대한 구동 신호는 제 3 서브프레임 동안에 어서트된다. 이러한 방식으로, 프레임 주파수가 시청자가 개별 RGB 색을 구별하지 못하게 되는 임계 주파수 이상이 된다면, 시청자에 의해 인지되는 결과적인 색은 거의 흰색이 된다.
다른 실시예에서, 적색만이 표시되면, 적색 LED(102)에 대한 구동 신호가 제 3 서브프레임마다 어서트되지만, 녹색 및 청색 LED(102)에 대한 구동 신호는 어서트되지 않을 것이다. 이러한 방식으로 시청자는 오로지 적색만을 보게 될 것이다. 확대하면, 하나 이상의 구동 신호를 유사한 순차 방식으로 어서트함으로써 다양한 결과 색이 생성될 수 있다.
도 4a는 필드 순차 디스플레이 또는 다른 조명 시스템 등과 같은 필드 순차 조명 시스템 내에서 주요 색의 색점을 유지하도록 LED(102)를 구동하는 LED 구동 신호에 대한 파형도(160)를 도시한다. 특히, 파형도(160)는 PWM 구동 신호에 대응한다. LED(102)의 색점이 시간에 따라 시프팅될 수 있다면, 상술된 바와 같이 각각의 서브프레임 동안에 개별 색의 어서트는 각각의 주요 색(예를 들면, RGB)의 색점 내의 현저한 시프팅을 초래할 수 있다. 각각의 주요 색의 색점을 유지하기 위해서, 색 제어기(120)는 센서 회로(132)로부터의 데이터를 이용하여 "의사(pseudo)" 주요 색("의사 원색(pseudo primaries)"으로도 지칭됨)을 생성할 수 있다. 의사 원색은 하나 이상의 색 LED로 이루어지는 주요 색이다. 본 명세서에 사용된 "주요 색"이라는 용어가 반드시 RGB 주요 색 중 하나를 지칭해야 할 필요는 없지만, 각각의 서브프레임 동안에 주로 사용되는 색을 지칭한다는 것을 유의하라. 이러한 방식으로, 어떠한 색도 그 색이 개별 서브프레임 중 하나의 서브프레임 동안에 주로 사용된다면 "의사" 주요 색이 될 수 있다.
도 4a는 각각의 서브프레임 동안에 사용되는 각각의 주요 색의 색점을 유지하기 위해 "의사 원색"을 이용하는 것을 도시한다. RGB 색 공간의 일례로서, 색 제어기(120)는 실질적으로 전체의 제 1 서브프레임 동안에 적색 구동 신호를 어서트할 수 있다. 또한 제 1 서브프레임 동안에, 색 제어기(120)는 제 1 서브프레임의 일부분 동안 녹색 구동 신호를 어서트할 수 있다. 추가하여, 색 제어기(120)는 제 1 서브프레임의 다른 부분 동안에 청색 구동 신호를 어서트할 수 있다. 이러한 방식으로, 제 1 서브프레임 동안에 결과적인 색은 대응하는 구동 신호의 비율에 따라 생성된 적색, 녹색, 및 청색의 혼합색이 된다. 이러한 시나리오에서, 녹색 및 청색은 적색을 보충하여 사용되기 때문에 제 1 서브프레임 동안에 보충 색으로 지칭될 수 있다. 녹색 및 청색 LED(102)의 어서트 시간은 부분적으로 또는 전체적으로 서로 중첩될 수 있거나, 시간적으로 중첩되지 않을 수 있다는 것을 유의하라. 추가하여, 몇몇 실시예에서 주어진 서브프레임 동안에 보충 색의 보충 어서트 시간은 주요 색의 어서트 시간보다 더 클 수 있다는 것을 유의하라. 제 1 서브프레임 동안에 결과적인 의사 주요 색, 즉 CPR은 다음과 같이 표시할 수 있고,
Figure 112008013307769-pat00006
여기에서 CR'는 100% 듀티 계수에서 적색 LED의 색이고, CG'는 100% 듀티 계수에서 녹색 LED의 색이고, CB'는 100% 듀티 계수에서 청색 LED의 색이고, KR은 적색 LED의 듀티 계수 값이고, KG는 녹색 LED의 듀티 계수 값이고, KB는 청색 LED의 듀티 계수 값이다.
R, G 및 B는 함께 CIE 1931 XY 챠트 상에서 RGB 삼각형(RGB triangle)을 정 의하기 때문에, CPR은 RGB 삼각형 내의 색점이 된다. 이것은 색 제어기(120)가 기본 RGB LED(102) 내의 색 시프팅에 대하여 KR, KG 및 KB를 조정하는 것에 의해 의사 주요 색의 색점인 CPR을 유지할 수 있게 한다. 다른 실시예에서는, 다른 색 처리 알고리즘을 구현할 수 있다.
이와 동일한 기법은 제 2 및 제 3 서브프레임 동안에 다른 2개의 의사 원색-의사 녹색 및 의사 청색-에 적용될 수 있다. 이러한 의사 원색에서의 시프트는 3색 센서를 이용하여 그 각각의 서브프레임 동안에 각각의 의사 원색의 색을 샘플링하는 것에 의해 검출될 수 있다. 여러 개의 알려진 광학 피드백 기법이 존재하기는 하지만, 몇몇 광학 피드백 기법은 본 명세서에 참조 문헌으로 인용된 미국 특허 번호 제 6,894,442 호 및 제 6,448,550 호에 상세히 개시되어 있다.
이 파형도(160)는 RGB LED(102)를 이용한 의사 원색의 사용에 관해 도시하지만, 다른 실시예는 다른 색 조합을 이용할 수 있다. 예를 들면, 일실시예는 RGB 및 백색 LED(102)에 대한 의사 원색을 구현한다. 다른 실시예는 RGB 및 호박색(amber) LED(102)에 대한 의사 원색을 구현한다. 다른 색 조합도 구현될 수 있다.
또한, 도 4a는 PWM 구동 신호에 대응하는 파형도를 도시하였으나, 다른 실시예는 LED(102)를 구동하기 위해 다른 타입의 구동 신호를 이용할 수 있다. 예를 들면, 도 4b는 LED 구동 신호가 LED 구동 전류인 경우의 파형도(162)를 도시한다. 각각의 구동 전류의 진폭은 각각의 서브프레임 내에서 변조된다. 다른 예로서, 도 4c는 LED 구동 신호가 시분할 다중화된(time-division multiplexed) 구동 신호인 경우의 파형도(164)를 도시한다. 각각의 서브프레임은 광원의 각각의 색이 세그먼트 중 하나에 대응하는 다수의 세그먼트로 분할된다. 도시된 실시예에서, 각각의 서브프레임은 적색 세그먼트인 TR과, 녹색 세그먼트인 TG와, 청색 세그먼트인 TB로 분할된다. 각각의 세그먼트 동안의 개별 구동 신호는 서브프레임 동안에 특정한 "의사 주요" 색을 생성하도록 처리된다.
도 5는 필드 순차 디스플레이 또는 다른 조명 시스템 등과 같은 필드 순차 조명 시스템에 있어서 서브프레임 동안에 색점을 유지하는 색 관리 방법(180)에 대한 일실시예를 도시한다. 일례로서, 색 관리 방법(180)은 도 1의 색 관리 시스템(100)과 관련하여 구현되어 있으나, 색 관리 방법(180)은 또한 다른 색 관리 시스템으로도 구현될 수 있다.
블록(182)에서, 색 관리 시스템(100)은 실질적으로 전체의 제 1 서브프레임 동안에 제 1 광원(102)으로부터 주요 광 신호를 생성한다. 블록(184)에서, 색 관리 시스템(100)은 제 1 서브프레임의 제 1 부분 동안에 제 2 광원(102)으로부터 제 1 보충 광 신호를 생성한다. 블록(186)에서, 색 관리 시스템(100)은 제 1 서브프레임의 제 2 부분 동안에 제 2 보충 광 신호를 생성한다. 이러한 방식으로, 색 관리 시스템(100)은 제 1 주요 색(예를 들면, 적색) 및 2개의 보충 색(예를 들면, 녹색 및 청색)을 포함하는 의사 주요 색을 생성한다. 색 관리 방법(180)은 제 1 서브프레임 동안에 3개의 색을 결합하여 의사 주요 색을 생성하지만, 다른 실시예는 더 적거나 많은 색을 결합하여 다른 의사 주요 색을 생성할 수 있다. 이 기법은 후속 서브프레임 동안에 다른 의사 주요 색을 생성하는 데 이용될 수 있다. 다음에 도시된 방법(180)은 종료된다.
도 6은 색 관리 시스템(200)의 다른 실시예에 대한 개략도를 도시한다. 도시된 색 관리 시스템(200)은 RGB LED(102), LED 구동기(104), 제어기(106) 및 광학 센서(108)를 포함한다. 각각의 이러한 구성 요소는 상술된 바와 같이 동작한다.
색 관리 시스템(200)은 또한 액정 디스플레이(LCD)(202) 및 도광체(204)를 포함한다. 일실시예에서, 도광체(204)는 RGB LED(102)로부터의 광 신호의 색 혼합을 촉진한다. 광 혼합은 동시적 및/또는 순차적 방식으로 발생될 수 있다. 도광체(204)는 또한 백라이트(back light)로서 기능하여 혼합된 광의 적어도 일부분을 LCD(202)로 전달할 수 있다. 이러한 방식으로, 도광체(204)로부터의 광은 LCD(202) 상의 화상을 표시하는 데 이용될 수 있다.
색 관리 시스템의 다른 실시예도 구현될 수 있다. 특히, 실시예는 상술된 바와 같이 필드-순차 조명을 이용하는 임의의 타입의 조명 시스템으로 구현될 수 있다. 일례로서, 도 7에 도시된 바와 같은 비디오 프로젝터(video projectors)(210)의 몇몇 실시예는 상술된 필드-순차 LCD와 동일하게 작동할 수 있는 필드-순차 조명 투사를 구현할 수 있다. 특히, 도 7은 제어기(106), 구동 회로(104), 광원(102) 및 광학 렌즈(212)를 구비한 비디오 프로젝터(210)를 도시한다. 다른 예로서, 일반 조명을 위한 고체 상태 조명 모듈은 상술된 바와 같은 필드-순차 조명을 구현할 수 있다. 다른 실시예에서, 필드-순차 색 관리 시스템은 도 8에 도시된 바와 같은 RGB LED-기반의 비디오 월(video walls)(220) 등과 같은 다중 색상 LED 디스플레이를 위해 구현될 수 있다. 일반적으로, LED 기반의 비디오 월은 화소로서 RGB LED(102)의 클러스터를 이용한다. LED(102)는 상술된 바와 같이 제어기(106)에 의해 제어되는 LED 구동기(104)에 의해 구동된다. 일실시예에서, 각각의 화소는 특정한 서브프레임 동안에 동일한 의사 원색을 출력한다. 표시되는 색을 바꾸기 위해서, 각 화소의 밝기는 비디오 데이터에 따라서 변조된다. 다시 말해서, 서브프레임 동안에 화소의 결합된 색은 서로 다른 색에 그 각각의 듀티 사이클(duty cycles)을 곱한 값에 변조된 밝기를 더한 것이다. 색 관리 시스템의 다른 실시예는 다른 범용 또는 전용 조명 응용 분야에서 구현될 수 있다.
본 명세서에서 방법(들)의 동작이 특정한 순서로 도시되고 설명되어 있으나, 각 방법의 동작의 순서는 소정 동작이 반대의 순서로 실행되거나 소정이 동작이 적어도 부분적으로 다른 동작과 동시에 실행될 수 있게 하는 방식으로 변경될 수 있다. 다른 실시예에서, 명령 또는 개별 동작이 하부 동작은 간헐적(intermittent) 및/또는 교차적 방식으로 구현될 수 있다.
본 발명의 특정한 실시예가 설명 및 도시되어 있으나, 본 발명은 설명 및 도시된 특정한 형태 또는 부품 구성으로 한정되지 않는다. 본 발명의 범주는 본 명세서에 첨부된 청구항 및 그 등가물에 의해 정의된다.
도 1은 색 관리 시스템의 일실시예를 도시하는 개략적인 회로도.
도 2는 필드 순차 조명 시스템을 위한 색 관리 시스템 제어기의 일실시예를 도시하는 개략도.
도 3은 필드 순차 조명 시스템에서의 시간 순차대로 LED를 구동하는 LED 구동 신호를 도시하는 파형도.
도 4a는 필드 순차 조명 시스템 내에서 주요 색의 색점을 유지하도록 LED를 구동하는 LED 구동 신호를 도시하는 파형도.
도 4b는 필드 순차 조명 시스템 내에서 주요 색의 색점을 유지하도록 LED를 구동하는 LED 구동 신호를 도시하는 다른 파형도.
도 4c는 필드 순차 조명 시스템 내에서 주요 색의 색점을 유지하도록 LED를 구동하는 LED 구동 신호를 도시하는 다른 파형도.
도 5는 필드 순차 조명 시스템에서 서브프레임 동안 색점을 유지하는 색 관리 방법에 대한 일실시예를 도시하는 도면.
도 6은 색 관리 시스템의 다른 실시예를 도시하는 개략도.
도 7은 필드 순차 조명을 구현하는 비디오 프로젝터의 일실시예를 도시하는 도면.
도 8은 필드 순차 조명을 구현하는 LED 기반의 비디오 프로젝션 월의 일실시예를 도시하는 도면.

Claims (20)

  1. 필드 순차 조명 시스템을 위한 색 관리 시스템으로서,
    복수의 광원과,
    상기 복수의 광원에 결합되어 상기 복수의 광원을 구동하는 구동 회로와,
    상기 구동 회로에 결합되어 서브프레임들의 시간 시퀀스(temporal sequence) 중 제 1 서브프레임 동안에 제 1 및 제 2 제어 신호를 생성하는 제어기를 포함하고,
    상기 제 1 제어 신호는 상기 제 1 서브프레임 동안 주요 색(primary color)인 제 1 색의 제 1 광원에 대응하고,
    상기 제 2 제어 신호는 상기 제 1 서브프레임 동안 보충 색(supplemental color)인 제 2 색의 제 2 광원에 대응하며,
    상기 구동 회로는 상기 제 1 제어 신호에 기초하여 제 1 구동 신호를 생성하여 실질적으로 상기 제 1 서브프레임 전체 동안 상기 제 1 광원을 구동하고, 상기 제 2 제어 신호에 기초하여 제 2 구동 신호를 생성하여 상기 제 1 서브프레임의 일부 동안 상기 제 2 광원을 구동하도록 구성되는
    색 관리 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 또한 상기 서브프레임들의 시간 시퀀스 중 상기 제 1 서브프레임 동안에 제 3 제어 신호를 생성하도록 구성되고,
    상기 제 3 제어 신호는 상기 제 1 서브프레임 동안 다른 보충 색인 제 3의 색의 제 3 광원에 대응하고,
    상기 구동 회로는 또한 상기 제 3 구동 신호에 따라서 상기 제 1 서브프레임 동안에 상기 제 2 광원보다 더 짧은 시간 동안 상기 제 3 광원을 구동하도록 구성되는
    색 관리 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 구동 신호는 PWM(pulse-width-modulated) 신호, 구동 전류 신호 또는 시분할 다중 신호(time division multiplexed signals)인
    색 관리 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기 및 상기 구동 회로에 결합되어 상기 제 1 및 제 2 제어 신호에 대응하는 제 1 및 제 2 PWM 신호를 생성하는 PWM 신호 생성기를 더 포함하는
    색 관리 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 광원은 적색, 청색 및 녹색의 발광 다이오드를 포함한 복수의 발광 다이오드를 포함하는
    색 관리 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수의 발광 다이오드는 LED 기반의 비디오 월(video wall)에 통합되는
    색 관리 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기에 결합되어 상기 복수의 광원에 의해 생성된 광의 적어도 하나의 색 성분을 감지하는 광학 센서를 더 포함하는
    색 관리 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 광학 센서로부터의 센서 신호에 기초하여 상기 제 1 및 제 2 제어 신호 중 적어도 하나를 조정하는 색 처리 알고리즘을 구현하도록 구성되는
    색 관리 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 광원과 상기 광학 센서 사이에 위치되어 상기 제 1 및 제 2 광원으로부터의 상기 제 1 및 제 2 색의 색 혼합을 촉진하는 도광체(light guide)를 더 포함하는
    색 관리 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 도광체에 결합된 액정 디스플레이(liquid crystal display: LCD)를 더 포함하되,
    상기 도광체는 상기 LCD 용 백라이트(back light)로서 작동하도록 구성되는
    색 관리 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 광원은 필드 순차 비디오 프로젝터 내에 통합되는
    색 관리 시스템.
  13. 필드 순차 조명 시스템을 위한 색 관리 제어기로서,
    복수의 색을 갖는 복수의 광원에 대한 복수의 공급 신호를 생성하는 신호 생성 회로와,
    상기 복수의 색 중 적어도 하나에 대응하는 적어도 하나의 센서 신호에 기초하여 광학 피드백 신호를 생성하는 광학 피드백 회로(optical feedback circuit)와,
    상기 신호 생성 회로와 상기 광학 피드백 회로 사이에 결합되어 각각의 서브프레임 동안에 상기 복수의 색 중 적어도 2개의 색의 색 혼합을 구현하는 제어 회로를 포함하며,
    상기 제어 회로는 또한 서브프레임들의 시간 시퀀스 중 제 1 서브프레임 동안에 제 1 및 제 2 제어 신호를 생성하도록 구성되고,
    상기 제 1 제어 신호는 상기 제 1 서브프레임 동안 주요 색인 제 1 색의 제 1 광원에 대응하고,
    상기 제 2 제어 신호는 상기 제 1 서브프레임의 일부 동안 보충 색인 제 2 색의 제 2 광원에 대응하는
    색 관리 제어기.
  14. 삭제
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어 회로는 다음의 색 처리 알고리즘, 즉
    Figure 112009035615812-pat00007
    에 따라서 상기 색 혼합을 구현하도록 구성되고,
    여기에서 Cp는 상기 서브프레임 중 하나의 서브프레임 동안의 색 혼합에 의해 생성된 혼합 색이고, Kn은 듀티 계수 값(duty factor value)이고, Cn'은 100% 듀티 계수에서의 색인
    색 관리 제어기.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 공급 신호는 상기 복수의 광원에 대응하는 복수의 PWM 신호를 포함하는
    색 관리 제어기.
  17. 필드 순차 조명 시스템에서의 색에 대해 일정한 색점(constant color point)을 유지하는 방법으로서,
    실질적으로 제 1 서브프레임 전체 동안에 제 1 광원으로부터 주요 광 신호를 생성하는 단계와,
    상기 제 1 서브프레임의 제 1 부분 동안에 제 2 광원으로부터 제 1 보충 광 신호를 생성하는 단계와,
    상기 제 1 서브프레임의 제 2 부분 동안에 제 3 광원으로부터 제 2 보충 광 신호를 생성하는 단계와,
    상기 주요 광 신호, 상기 제 1 보충 광 신호 및 상기 제 2 보충 광 신호를 혼합하여 상기 제 1 서브프레임 동안에 의사 주요 색(pseudo-primary color)을 생성하는 단계를 포함하는
    일정 색점 유지 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 및 제 3 광원은 적색, 청색 및 녹색 발광 다이오드를 포함하는
    일정 색점 유지 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    순차적 서브프레임들 동안에 상기 제 1, 제 2 및 제 3 광원을 상기 주요 광원 및 대응하는 보충 광원으로서 교번적으로 이용하는 단계를 더 포함하는
    일정 색점 유지 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 서브프레임 동안에 상기 의사-주요 색을 감지하는 단계와,
    상기 제 1 서브프레임 동안에 상기 의사-주요 색을 감지하는 것에 기초하여 색 처리 알고리즘에 따라 상기 광 신호 중 적어도 하나를 조정하는 단계를 더 포함하는
    일정 색점 유지 방법.
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