KR20060027193A - 영상 획득을 지원하는 디스플레이 장치 - Google Patents

영상 획득을 지원하는 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 영상 획득을 지원하는 디스플레이 장치에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은 기존에 디스플레이 기능과 분리되어 있던 카메라 기능을 LCD 디스플레이 장치와 결합하여 별도의 카메라 장치 없이도 영상을 디스플레이하는 동시에 영상을 녹화할 수 있는 디스플레이 장치를 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 디스플레이 장치에 있어서, 전압 온(On)시 백라이트없이도 입사 광을 반사시켜 디스플레이 가능한 반사형 컬러 디스플레이(LCD); 입사 광을 투과시키기 위한 투명 패널; 및 상기 반사형 컬러 LCD의 컬러 패널상에 위치하며, 상기 투명 패널을 통해 투과되는 입사 광의 초점을 맞춰 전기적인 신호로 변환하여, 전기적인 신호에 의해 발생된 전하(영상신호)들을 일시 기억하는 렌즈 및 광전변환소자(CCD소자)를 포함한다.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 영상 디스플레이 장치 등에 이용됨.
카메라, 반사형 STN-LCD, TFT-LCD, CCD 소자, 렌즈, 디스플레이

Description

영상 획득을 지원하는 디스플레이 장치{Display apparatus supporting capturing image}
도 1 은 일반적인 TFT-LCD의 구조도,
도 2 는 일반적인 반사형(Reflective) STN-LCD의 구조도,
도 3 은 본 발명에 이용되는 CCD를 이용한 디지털 이미징 장치(카메라 장치)의 구조도,
도 4 는 본 발명에 따른 영상 획득을 지원하는 디스플레이 장치의 일실시예 구성도,
도 5a 는 종래의 LCD의 컬러 패널(Color Panel)을 나타낸 설명도,
도 5b 는 본 발명에 따라 렌즈와 CCD 소자를 결합한 Reflective STN-LCD의 컬러 패널(Color Panel)을 나타낸 일실시예 설명도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
41 : 렌즈 42 : 빛 차폐막
43 : CCD
본 발명은 영상 획득을 지원하는 디스플레이 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존에 디스플레이 기능과 분리되어 있던 카메라 기능을 LCD 디스플레이 장치와 결합하여 별도의 카메라 장치 없이도 영상을 디스플레이하는 동시에 영상을 녹화할 수 있는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
LCD는 표면에 투명전극을 형성한 2장의 유리기판 사이에 액정을 주입한 것으로, 외부로부터 전계를 가해 액정을 회전시켜 빛을 통과하게 하거나 통하지 않게 하는 이른바 셔터 기능을 이용한다. LCD는 구동 방식에 따라 크게 Passive Matrix LCD(TN-LCD, STN-LCD)와 Active Matrix LCD(TFT-LCD)로 나눌 수 있다.
Passive Matrix LCD(TN-LCD, STN-LCD)는 주사전극을 XY형태로 배치하고 그 교차부분을 표시화소로 이용하기 때문에 소자구성이 단순하다. TN-LCD(Twisted Nematic Liquid Crystal Display), STN-LCD(Super Twisted Nematic Liquid Crystal Display)가 여기에 속하며, 표시밀도가 높은 용도에 STN-LCD, 밀도가 낮은 용도에 TN-LCD가 사용된다.
TN-LCD는 액정분자가 면에 따라서 일축(네이틱) 배향하도록 처리한 유리판을 직각으로 교차시켜 대향시키고 그 사이에 액정을 넣으면 액정분자의 배열이 꼬이고(트위스트), 전압을 가하면 액정분자가 전계방향으로 배열을 바꾸는 원리는 이용하는 것이다. 이 액정셀을 편향축을 직행시킨 편향판으로 끼우면 전압 OFF시에는 입 사광이 통과하고, 전압 ON시에는 입사광을 차단하여 명암의 콘트라스트를 얻을 수 있는데, 이 효과를 표시장치에 응용하는 것이다.
STN-LCD의 동작원리는 TN-LCD와 같고, 다만 비틀림각을 더 주었다는 것이 특징이다(90도→240도).
Active Matrix LCD(TFT-LCD : Thin Film Transistor Twisted Nematic Liquid Crystal Display)는 각 표시화소마다 박막트랜지스터(TFT)를 설치한 3단자소자와 전류, 전압에 비선형(다이오드) 특성을 가진 소자를 설정하는 2단자소자로 크게 분리된다. 하나의 화소를 직접 구동하기 때문에 고화질의 화면이 가능하고 컬러표시에 사용되고 있다.
TFT-LCD는 전자팔목시계, 전자계산기 및 기타 문자도형 표시장치 등에 사용되는 디스플레이 소자를 말한다. TFT란, 전계 효과 트랜지스터(FET : Field Effect Transistor)인 MOS(Metal Oxide Semiconducter) FET의 일종으로, 유리 기판위에 아모퍼스 실리콘(amorphous-Silicon) 등의 반도체 박막을 형성시켜 여기에 FET 구조를 만든 것을 말한다.
도 1에 도시된 바와 같이, TFT-LCD 모듈은 크게 4 개의 유닛(Unit)으로 구성되는데, 첫째 빛을 받아 해당 색을 내기 위한 컬러패널(Color Panel), 둘째 유리(Glass) 사이에 액정이 주입된 액정패널(Liquid Crystal Panel), 셋째 액정 패널(Liquid Crystal Panel)에 가해지는 전압을 조절하기 위한 TFT 기판(Array), 넷째 광원으로 사용되는 형광 램프(Lamp)로부터 밝기가 균일한 평면광을 만드는 백라이트(Backlight)를 포함한 Chassis 구조물이다. 이들로 구성된 조립품들을 통상적으 로 'TFT-LCD Module'이라 한다. TFT-LCD 모듈은 노트북(Notebook) PC, TV, 모니터(Monitor) 등과 같은 시스템에서 디스플레이 기능을 담당하는 하나의 서브시스템(Subsystem)이다.
TFT는 일반적으로 화소 하나에 하나씩 존재하며, 화소에 필요한 데이터를 데이터 라인에서 화소로 입력하는 스위치 역할을 하며, 게이트 라인에 문턱전압보다 높은 전압이 인가되면 턴온(turn-on)된다. 이때, 데이터 라인은 일반적으로 패널의 수직 방향으로 위치하며, 구동 IC에서 출력된 데이터 전압을 화소까지 전달한다. 라인 하나에 수직 해상도에 해당하는 수의 화소가 부착돼 있다. 그리고, 게이트 라인은 데이터 라인과는 달리 수평방향으로 위치하며, 게이트 IC에서 순차적으로 신호를 출력한다. 컬러 TFT-LCD의 경우에는 컬러를 표시하기 위하여 라인 하나에 수평 해상도의 3배에 해당하는 수의 화소가 존재한다.
그럼, Reflective STN-LCD에 대해 살펴보기로 한다.
LCD(Liquid Crystal Display)는 2개의 얇은 유리판 사이에 고체와 액체의 중간 성질을 가진 액정(Liquid Crystal)을 주입해 전원 공급시 액정분자의 배열을 변화시킴으로써 명암을 발생시켜 영상을 표시하는 디스플레이이다. 이때, 화면을 구동하기 위해 액정 상을 뒤에서 조사해주는 광원이 필요하다.
일반적으로는 백라이트(Backlight)를 사용하여 액정 상을 조사하게 되는데, 반사형 컬러 LCD는 백라이트 대신 외광을 반사시켜 화면을 구현하는 LCD이다. 반면, 백라이트를 사용하는 LCD는 (반)투과형 컬러 LCD이다.
즉, 반사형 컬러 LCD는 백라이트가 없이도 외부의 빛을 반사시키는 방식으로 고화질의 컬러를 구현하는 방식이다. 반면에, 반투과형 컬러 LCD는 반사형 칼라 LCD가 어두운 곳에서 화면이 보이지 않는 단점을 보완하기 위해 기술적인 Level up을 통해 어두운 곳에서는 백라이트를 이용하고, 밝은 곳에서는 백라이트없이 화면을 표시하는 방식이다.
반사형 LCD는 기존의 투과형 LCD 보다 소비전력을 1/3 이하로 대폭 줄일 수 있어 휴대형 제품에서 전지의 장시간 이용이 가능하고, 백라이트의 장착이 필요없으므로 두께를 1/2 이하로 줄이고, 무게도 가벼워 채용 기기의 박형, 경량화가 가능하다. 또한, 주변광을 이용하기 때문에 밝은 조명이나, 실외의 태양 아래에서 더욱 밝고 선명한 화상을 표시할 수 있어 포터블 기기용 디스플레이로 적당하다.
반면, 어두운 곳에서는 화면표시가 투과형 LCD에 비해 상대적으로 어렵기 때문에, 어두운 곳에서도 사용하기 위해서는 별도의 전면광원(Front light)이 필요하다. 이때는 두께나 무게면에서 갖고 있던 반사형 LCD의 장점이 그만큼 상쇄될 수 있다.
반사형 컬러 LCD 기술의 핵심은 빛의 효율적인 이용에 있으며, 구조 및 원리에서 여러 가지 방식으로 개발중이다.
도 2는 1매 편광판 방식의 반사형 컬러 STN-LCD의 기본구조와 구동원리를 나타낸다.
반사형 컬러 STN-LCD는 도 2에 도시된 바와 같이 전압이 가해졌을 경우 수평으로 꼬인 형태의 액정층이 수직으로 정렬하게 되면서 빛을 통과시켜, 반사판에 의해 빛이 반사되어 화면을 구현하게 되는 원리를 이용한 것이다.
그런데, 상기 종래의 디스플레이(LCD) 장치로는 장치 자체가 빛을 발산하여 디스플레이 장치와 동일한 측면에서 카메라로 영상을 녹화할 수 없다. 이 영상 녹화를 위해서는 영상 이미징 장치(카메라)를 별도로 설치해야만 하였다.
따라서, 영상 이미징 장치(카메라)를 별도로 설치하지 않고도 각각의 디스플레이 장치를 이용하여 영상을 획득(녹화)할 수 있는 방안이 절실히 요구된다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 기존에 디스플레이 기능과 분리되어 있던 카메라 기능을 LCD 디스플레이 장치와 결합하여 별도의 카메라 장치 없이도 영상을 디스플레이하는 동시에 영상을 녹화할 수 있는 디스플레이 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 디스플레이 장치에 있어서, 전압 온(On)시 백라이트없이도 입사 광을 반사시켜 디스플레이 가능한 반사형 컬러 디스플레이(LCD); 입사 광을 투과시키기 위한 투명 패널; 및 상기 반사형 컬러 LCD 의 컬러 패널상에 위치하며, 상기 투명 패널을 통해 투과되는 입사 광의 초점을 맞춰 전기적인 신호로 변환하여, 전기적인 신호에 의해 발생된 전하(영상신호)들을 일시 기억하는 렌즈 및 광전변환소자(CCD소자)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 렌즈와 상기 광전변환소자 사이에 위치하며, 상기 반사형 컬러 LCD의 반사판에서 반사되는 입사 광의 산란에 의한 간섭을 막기 위한 광 차폐막을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 광전변환소자(CCD소자) 각각의 픽셀에서 획득된 영상을 이미지 프로세싱을 통해 원래의 영상을 획득하기 위한 영상처리수단을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
종래의 디스플레이 장치는 장치 자체가 빛을 발산하여 디스플레이 장치와 동일한 측면에서 카메라로 영상을 녹화하는 것은 불가능 하였으나, 최근에 개발되고 있는 반사형 STN-LCD(Reflective Color STN LCD)를 이용하는 경우 백라이트 없이도 디스플레이하는 것이 가능하게 되었다.
따라서, 본 발명에서는 기존의 LCD에서 사용되는 컬러 패널(Color Panel) 사이에 빛을 투과시키는 투명 패널을 두고, 그 투명 패널 뒤에 렌즈와 CCD 소자를 위치시킨 후, 각 CCD 소자로 수집된 부분 영상들을 조합하여 하나의 완전한 영상을 저장하도록 할 수 있다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3 은 본 발명에 이용되는 CCD를 이용한 디지털 이미징 장치(카메라 장치)의 구조도이다.
CCD(Charge Coupled Device, 전하 결합 소자)는 입력되는 빛(Light)을 전기적인 신호로 바꿔주는 역할을 한다. 그리고, 그 전기적인 신호에 의해 발생된 전하들을 일시적으로 기억상태로 보유하다가, 이를 다른 신호에 의해 방출시키고 다시 다음 신호의 충전을 대비하는 장치이다.
이러한 CCD에는 픽셀(Pixel)이라고 부르는 수십, 수백만 개의 광전 변환 소자들이 손톱 만한 크기에 매우 촘촘히 집적되어 있으며, 도 3에서 도시한 바와 같이 이들의 각 입자들은 렌즈(Lens)를 통과하여 초점이 맞추어진 영상을 각각 나누어 가지게 된다.
CCD는 신호를 기억하고 전송하는 2가지 기능을 동시에 갖추고 있어 사람의 눈 역할을 하는 전자눈으로서도 각광을 받고 있다.
통상, TFT-LCD 또는 STN-LCD의 경우, 한 pixel은 도 5a에 도시된 바와 같이 컬러 패널(Color Panel) 상에서 적(Red), 녹(Green), 청(Blue)의 세가지 컬러(Color) 소자로 구성된다.
그러나, 기존 디스플레이 장치(TFT-LCD, 투과형 STN-LCD 등)는 장치 자체가 빛을 발산하여 디스플레이 장치와 동일한 측면에서 카메라로 영상을 녹화하는 것은 불가능 하였으나, 반사형(Reflective) STN-LCD를 이용하는 경우 백라이트 없이도 디스플레이하는 것이 가능하다.
따라서, 도 4에 도시된 바와 같이 Reflective STN-LCD에서, 컬러 패널(Color Panel)(Color Filter) 사이에 빛을 투과시키는 투명 패널(Panel)('렌즈+CCD소자' 전면에 위치함)을 두고 그 투명 패널(Panel) 뒤에 렌즈(41)와 CCD 소자(43)를 위치시킨 후, 각 CCD 소자(43)로 수집된 부분 영상들을 조합하여 하나의 완전한 영상을 저장할 수 있다.
물론, 이때 렌즈(41)가 아주 작은 크기이며 렌즈(41)와 CCD 소자(43)간의 거리가 매우 짧기 때문에, 이때 하나의 CCD 소자(43)에서 획득되는 영상은 전체의 완전한 영상은 아니며, 모든 CCD 소자의 영상 신호를 모두 종합하여 이미지 프로세싱을 거쳐야 원래의 이미지를 획득 가능할 것이다.
즉, 양안을 통해 획득되는 영상(육안으로 볼 수 있는 영상)과 CCD 소자(43)에서 획득된 영상은 다를 수 있기 때문에, CCD 소자(43)의 각 픽셀에서 획득된 영상들을 이미지 프로세싱을 통해 부분 영상을 통합하여(이때, 영상의 중첩 제거 등 필요) 육안으로 볼 수 있도록 하나의 전체 영상으로 바꾸는 과정이 필요하다.
상기 렌즈(41)와 CCD 소자(43) 사이의 액정 패널 계층(Liquid Crystal Panel Layer)은 그대로 두어, 빛을 그대로 투과하도록 전압을 조정할 수도 있고, 액정(Liquid Crystal)을 충전하지 않고 비워 놓을 수도 있다.
그리고, 렌즈(41)와 CCD 소자(43)가 있는 셀의 옆 셀은 정상적인 Reflective STN-LCD이므로, 반사판(편광판(Polarizer Film), 위상차판(Retardation Film))에서 반사되는 빛에 의한 간섭을 막기 위해 빛 차폐막(42)을 설치한다.
정리해보면, 본 발명에 따른 영상 획득을 지원하는 디스플레이 장치는, 전압 온(On)시 백라이트 없이도 입사 광(빛)을 반사시켜 디스플레이 가능한 반사형(Reflective STN-LCD)와, 입사 광(빛)을 투과(흡수)시키기 위한 투명 패널(Panel)과, Reflective STN-LCD의 컬러 패널(Color Panel)(Color Filter)와, 투명 패널을 통해 투과되는 입사 광의 초점을 맞춰 전기적인 신호로 변환하여, 전기적인 신호에 의해 발생된 전하(영상신호)들을 일시 기억하는 렌즈(41) 및 CCD 소자(43)를 포함한다. 또한, 렌즈(41)와 CCD 소자(43) 사이에 위치하며, Reflective STN-LCD의 반사판에서 반사되는 입사 광(빛)의 산란에 의한 간섭을 막기 위한 빛 차폐막(42)을 더 포함한다. 또한, CCD 소자(43) 각각의 픽셀에서 획득된 영상을 이미지 프로세싱을 통해 원래의 영상을 획득하기 위한 영상처리부(도면에 도시되지 않음)를 더 포함한다.
여기서, 렌즈(41)와 CCD 소자(43) 사이에 액정(Liquid Crystal)을 두어, 광을 투과하도록 전압을 조정하거나, 액정(Liquid Crystal)을 충전하지 않고 비워놓을 수도 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 렌즈(41)와 CCD 소자(43)를 결합한 Reflective STN-LCD의 구조에서는, 렌즈(41)와 CCD 소자(43)가 하나의 소자 공간을 차지하기 때문에 도 5b에 도시된 바와 같이 렌즈(41)와 CCD 소자(43)를 결합한 Reflective STN-LCD의 컬러 패널(Color Panel)이 적(Red), 녹(Green), 청(Blue)와 함께 렌즈(Lens)(51)를 포함하여, 하나의 픽셀(Pixel)은 4개의 소자로 구성된다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은, 렌즈와 CCD 소자를 결합한 Reflective STN-LCD를 이용하여 기존에 별도로 설치해야 하던 영상 이미징 장치(카메라)를 별도로 설치하지 않고도 각각의 디스플레이 장치를 이용하여 영상을 획득할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 디스플레이 장치에 있어서,
    전압 온(On)시 백라이트없이도 입사 광을 반사시켜 디스플레이 가능한 반사형 컬러 디스플레이(LCD);
    입사 광을 투과시키기 위한 투명 패널; 및
    상기 반사형 컬러 LCD의 컬러 패널상에 위치하며, 상기 투명 패널을 통해 투과되는 입사 광의 초점을 맞춰 전기적인 신호로 변환하여, 전기적인 신호에 의해 발생된 전하(영상신호)들을 일시 기억하는 렌즈 및 광전변환소자(CCD소자)
    를 포함하는 영상 획득을 지원하는 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈와 상기 광전변환소자 사이에 위치하며, 상기 반사형 컬러 LCD의 반사판에서 반사되는 입사 광의 산란에 의한 간섭을 막기 위한 광 차폐막
    을 더 포함하는 영상 획득을 지원하는 디스플레이 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광전변환소자(CCD소자) 각각의 픽셀에서 획득된 영상을 이미지 프로세 싱을 통해 원래의 영상을 획득하기 위한 영상처리수단
    을 더 포함하는 영상 획득을 지원하는 디스플레이 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈와 상기 광전변환소자 사이에는,
    액정(Liquid Crystal)을 두어 광을 투과하도록 전압을 조정하거나, 액정을 충전하지 않고 비워 놓을 수 있는 것을 특징으로 하는 영상 획득을 지원하는 디스플레이 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사형 컬러 디스플레이(LCD)는,
    반사형(Reflective) STN-LCD(Super Twisted Nematic Liquid Crystal Display)인 것을 특징으로 하는 영상 획득을 지원하는 디스플레이 장치.
KR1020040076054A 2004-09-22 2004-09-22 영상 획득을 지원하는 디스플레이 장치 KR20060027193A (ko)

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