KR20060075672A

KR20060075672A - 레이저 디스플레이의 스페클 제거 방법

Info

Publication number: KR20060075672A
Application number: KR1020040114495A
Authority: KR
Inventors: 권재욱
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2006-07-04

Abstract

본 발명은 레이저 디스플레이의 화질상의 문제점인 스페클의 제거 방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로 광원으로 사용되는 레이저를 펄스 구동하여 스페클을 제거하는 방법과 관련된다. 본 발명에 따른 방법은 레이저 표시 장치에서 디스플레이의 스페클을 제거하는 방법에 있어서, 레이저 구동 파워를 주기적으로 ON/OFF상태로 반복함으로서 펄스 형태의 레이저 광을 전송하는 것을 특징으로 한다. 그리고 본 발명에 따른 방법이 적용되는 시스템은 단색광을 방출하기 위한 레드/그린/블루(R/G/B) 레이저 장치, 상기 레이저 장치로부터 광을 전달하는 광학 렌즈, 상기 렌즈로부터 전송된 광을 이미지 형성을 위한 영상 정보를 가진 광으로 변환하기 위한 마이크로 디스플레이 표시 장치 및 상기 표시 장치로부터 전송된 광을 스크린에 투사하기 위한 투사 광학 장치를 포함하는 투사 광학 시스템에 있어서, 상기 레이저 장치가 펄스 형태로 연속적으로 광을 방출하도록 ON/OFF 상태를 제어하는 ON/OFF 구동 제어 장치를 추가로 포함할 수 있다.

스페클, 가간섭성, 반도체 레이저, 표시 소자, LCoS

Description

레이저 디스플레이의 스페클 제거 방법{A Method for Eliminating Speckle on Laser Display}

도 1은 레이저 표시 장치에서 발생할 수 있는 스페클 패턴을 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 방법에서 사용되는 레이저 펄스의 형태에 대한 실시 예를 도시한 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 방법이 적용되는 투사 광학 시스템의 실시 예를 도시한 것이다.

본 발명은 레이저 디스플레이의 화질상의 문제점인 스페클의 제거 방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로 광원으로 사용되는 레이저를 펄스 구동하여 스페클을 제거하는 방법과 관련된다.

RGB 형광 물질이 존재하는 픽셀에 적외선 또는 백라이트 등으로 발광하도록 하여 영상을 만들어내는 일반적인 디스플레이와는 달리 레이저 디스플레이는 픽셀이라는 개념을 사용하지 않는다. 레이저 디스플레이는 RGB 레이저 빔이 상하좌우 로 이동하면서 가장 최적화된 빛의 3원색의 광원을 토대로 영상정보에서 오는 색의 양을 정확히 나누어 광파이버를 통하여 광을 전달하므로 고선명도, 고휘도 및 고색감도를 구현하는 것이 가능하다는 장점을 가진다. 상기 RGB 레이저 빔은 가간섭성(coherence) 광을 이용하여 RGB 광을 방출한다. 상기 가간섭파란 파장이 일정하고 위상이 연속적인 파를 말하며 레이저에서는 가간섭성 발진기를 이용하여 가간섭성 파를 생기도록 한다. 이와 같은 가간섭성을 이용하는 레이저 빔을 화면에 표시하는 경우에는 시간적, 공간적으로 미세 변동하는 부분 간섭성 빛들의 간섭으로 생기는 전력 강도 분포를 나타내는 스페클 패턴(speckle pattern)이 형성된다. 이와 같은 스펙클 패턴은 디스플레이에서 작은 반점 형태로 나타나고, 이로 인하여 레이저 디스플레이의 화질을 저하시킨다는 문제점을 가진다. 이러한 스페클 패턴이 도 1에 도시되어 있다.

위와 같은 레이저 디스플레이의 스페클을 제거하기 위한 방법으로서 한국 특허출원번호 제 10-2003-0005240호 "레이저표시 장치"가 있다. 상기 발명은 RGB 세 개의 빛이 합성된 레이저 광을 회전하면서 주기적으로 레드(R), 그린(G) 및 블루(B) 색으로 분리시켜 투과시키는 회전 색 분리 장치 및 레이저 광을 합성하여 표시소자에 투사하는 조명 광학계 사이에 광분산기 또는 확산자(Diffuser)를 설치한다. 상기 광분산기는 레이저 광을 확산시켜 광의 진행 각도를 크게 하고 그리고 회전하면서 레이어 광이 투과하는 위치의 확산 정도를 달리하여 레이저 광의 간섭성을 제거하여 스페클 현상을 억제하는 특징을 가진다. 그러나 상기 광분산기는 전체적인 시스템의 효율을 상당히 감소시킨다는 문제점을 가진다.

본 발명의 목적은 레이저 디스플레이의 시스템의 효율 감소를 최소화하면서 동시에 레이저의 가간섭성으로 인하여 발생하는 스펙클 현상을 제거할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

제시된 목적을 이루기 위하여 본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 본 발명에 따른 방법은 레이저 구동 파워를 주기적으로 ON/OFF를 반복함으로서 펄스 형태의 레이저 광을 전송할 있다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 주기는 100 Hz 이상이 되거나, 상기 ON/OFF의 반복은 ON 상태가 전체의 50내지 99 %가 될 수 있거나 ,또는 상기 레이저는 고체 레이저 또는 반도체 레이저가 될 수 있다.

본 발명에 따른 방법이 적용되는 적절한 투사 광학 시스템에 따르면, 본 발명에 따른 투사 광학 시스템은 단색광을 방출하기 위한 레드/그린/블루(R/G/B) 레이저 장치, 상기 레이저 장치로 부터의 광을 전달하는 광학 렌즈, 상기 렌즈로부터 전송된 광을 이미지 형성을 위한 영상 정보를 가진 광으로 변환하기 위한 마이크로 디스플레이 표시 장치 및 상기 표시 장치로부터 전송된 광을 스크린에 투사하기 위한 투사 광학 장치를 포함하는 투사 광학 시스템에 있어서, 상기 레이저 장치가 펄스 형태로 연속적으로 방을 방출하도록 ON/OFF 상태를 제어하는 ON/OFF 구동 제어 장치를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명이 적용되는 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 ON/OFF의 상태의 제어는 일정한 주기로 이루어지거나, 상기 일정한 주기는 100 Hz 이상이 되거나, 또는 상기 ON/OFF의 상태 제어는 ON 상태가 ON/OFF 전체 상태의 50 내지 99%로 유지될 수 있다.

본 발명이 적용되는 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 레이저는 고체 레이저 또는 반도체 레이저가 되거나, 또는 상기 표시소자는 LCD, DLP 또는 LCoS가 될 수 있다.

아래에서 본 발명이 실시 예로서 첨부된 도면을 이용하여 상세하게 설명된다. 그러나 제시된 실시 예는 예시적인 것이면 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

스펙클은 위에서 설명한 것처럼 레이저의 가-간섭성으로 인하여 발생한다. 이를 보다 구체적으로 설명하면 스크린의 특정 부분에 의해 투과된 광이 스크린의 인접한 부분에 의해 투과된 광과 상호 동질성(coherent)을 가지게 됨으로서 발생한다. 위와 같이 동질성을 가지는 광은 스크린 위에서 전파되어 감에 따라 서로 간섭을 하게 되고 그 결과로서 스크린 위에 일련의 밝은 반점이 발생하게 된다. 위와 같은 밝은 점들이 스페클이 되고 이는 디스플레이의 가시성을 감소시킬 수 있다. 위와 같은 스페클의 측정 단위는 스페클 명암-비(speckle contrast)가 된다. 상기 명암-비는 평균 픽셀 휘도에 대한 해당 픽셀의 표준 편차로서 정의된다. 이와 같이 스페클은 동질성(coherent)을 가지는 두 개 또는 그 이상의 광들의 간섭에 의하여 발생하므로 본 발명에 따른 스페클 제거 방법에 있어서는 간섭성을 감소시키는 방법을 사용한다.

도 2는 본 발명에 따른 스페클 제거 방법을 위한 레이저 구동 파워의 형태를 도시한 것이다.

도 2에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 방법에서는 레이저의 구동 파워를 단속적으로 함으로서 간섭성을 감소시킨다. 일반적으로 사용되는 레이저 표시 장치에서 사용되는 레이저는 펄스 형태가 아닌 파동의 형태로 전해진다. 일반적으로 레이저의 특성은 레이저는 직진성, 단색성 및 간섭성을 들 수 있다. 레이저 표시 장치에서 문제가 되는 간섭성에 대하여 보다 구체적으로 살펴보면 레이저 빔은 일반적으로 빔의 진행 방향의 세로 간섭성(longitudinal coherence) 및 진행 방향과 수직인 가로 간섭성(transverse coherence)을 발생시킨다. 상기 세로 간섭성은 띠폭(dv)에 따라 달라지고 가로 간섭성은 c/dv(c는 레이저 빔의 속도, dv는 띠폭을 나타낸다)가 되고 단색성이 강할수록 간섭 가능한 거리가 길어진다. 그리고 레이저 스페클은 균일하지 못한 빔이 투사되는 표면의 불균일성으로 인하여 발생한다. 만약 가간섭성이 높은 레이저 광이 불균일한 표면에 입사되면 레이저 광의 파면의 위상이 임의로 변조되고 이로 인하여 광강도의 명암을 가진 랜덤 형태(random pattern)가 형성된다. 이와 같은 랜덤 패턴에서 서로 다른 강도를 가진 반점들이 발생하고, 그리고 상기 반점들이 스페클이 된다.

도 2에 도시된 것처럼, 만약 레이저 구동 파워를 불연속으로 하면 펄스 형태로 레이저 광이 전달되고 이로 인하여 서로 다른 시간에 화면에 도달하는 각각의 레이저 펄스는 동질성을 잃어버리게 된다. 즉, 만약 레이저 구동 파워가 ON/OFF 상태를 반복하면 동질성을 가진 레이저 광들은 동일한 ON 구간의 지속시간동안 전 달된 광들 사이에서만 유지된다. 그리고 스페클은 동질성을 가진 파들이 디스플레이 위에서 전달되는 과정에서 발생하는 것이므로 짧은 시간동안 전송된 파들 사이에서는 간섭으로 인한 스페클이 발생하기 어려워진다. 그리고 다른 ON 구간의 레이저 광이 전달되면 서로 다른 구간에서 전달된 두 개의 레이저 펄스는 간섭을 일으키지 아니하므로 스페클 패턴을 형성하지 못한다. 결국 레이저 광이 일정한 주기, 예를 들어 100 Hz 이상의 ON/OFF 상태가 반복되어 펄스 형태로 전달되는 경우에는 각각의 ON구간에서 전달되는 레이저 펄스들은 동질성을 가지지 못하므로 스페클이 생기지 않게 된다. 사람의 눈은 일반적으로 25 Hz 이상의 화면 변화를 감지하지 못하므로, ON/OFF의 반복은 25Hz 이상이 되어야 한다. 상기 25Hz 이상으로 ON/OFF가 반복되어 레이저 펄스가 송신되면 펄스들은 시간 평균이 되어 인식되고 이로 인하여 스페클은 발생하지 않게 된다. 일반적으로 높은 주파수의 구동이 스페클 무늬의 평균 시간에 유리하다.

본 발명에 따른 레이저 광의 주기적인 펄스 형태의 ON/OFF 구동은 스페클의 제거를 위한 것이다. 그리고 일반적으로 디스플레이 위의 이미지의 형성을 연속적인 파형이 유리하다. 그러므로 본 발명에 따른 레이저 광의 ON/OFF 구동은 OFF의 지속시간이 작을수록 유리하다. 그리고 ON/OFF의 펄스 구동은 ON/OFF 주파수가 높을 시간 평균이 되어 연속적인 형태에 가까워진다. 그러므로 ON의 지속시간은 ON/OFF 전체 주기에 대하여 50 내지 99%가 될 수 있고 바람직하게는 80 내지 95%가 된다. 이러한 ON 상태의 지속시간 및 ON/OFF 주파수는 레이저 구동 파워를 ON/OFF 시키는 경우 요구되는 상승 시간/강하 시간(Rising Time/Fall Time) 및 레이저 발 진시 필요한 라이프 타임(Life 타임)을 고려하여 적절하게 선택될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 스페클 제거 방법이 적용되는 실시 예를 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 레드/그린/블루(RGB)를 발생시키는 레이저 장치(31a, 31b, 31c)는 각각의 해당하는 레이저 빔을 발생시킨다. 레이저 장치(31a, 31b, 31c)는 임의의 공지된 레이저 장치가 될 수 있다. 예를 들어, 상기 레이저 장치는 고체 레이저 장치, 액체 레이저 반도체 레이저 등이 될 수 있고, 바람직하게는 단시간에 펄스 빛을 얻을 수 있고 큰 출력을 얻을 수 있는 고체 레이저가 되고, 가장 바람직하게는 다른 장치와의 결합이 용이하고 신뢰성이 높으면 파장 범위가 넓은 반도체 레이저가 될 수 있다. 각각의 레이저 장치(31a, 31b, 31c)는 ON/OFF 구동 제어 장치(30)에 의하여 ON/OFF 상태가 주기적으로 반복된다. 이미 설명한 것처럼 상기 ON/OFF 주파수는 바람직하게는 ON의 지속시간이 전체 주기의 약 90%정도가 되고 100 Hz 이상의 주기로 반복될 수 있다. ON/OFF의 구동 제어는 이 분야에서 공지된 방법에 따라 이루어질 수 있다. 이와 같이 각각의 레이저 장치(31a, 31b, 31c)는 ON/OFF 구동 장치에 의하여 펄스 형태의 각각의 R/G/B 단색광을 조명 렌즈(33)를 경유하여 표시 소자(34)로 전송된다. 상기 표시 소자는 예를 들어 LCD, LCoS 또는 DLP 등이 될 수 있다. 표시 소자(34)에서 적절하게 변화된 광 신호는 다시 투사 광학 장치에 전달되어 스크린(36)에 이미지를 형성하게 된다. 이때 스크린(36)에는 펄스 형태의 광이 연속적으로 전달되므로 동질성을 가진 광파들의 간섭에 의한 스페클이 제거되어 전체적으로 균일한 휘도를 가진 이미지가 형성된다.

본 발명의 상세한 설명에서 발명의 명확한 이해를 위하여 펄스는 주기적으로 일정한 형태로 반복되는 실시 예에 대하여 설명하였다. 그러나 본 발명에 따른 방법에 있어서 펄스의 형태는 일정할 필요가 없으며 또한 반드시 주기적으로 전송될 필요가 없다는 것은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. 본 발명에 따른 방법은 레이저 광의 간섭성을 감소시키기 위하여 동질성(coherent)을 없앤다는 점에 특징을 가지고 있으므로 상기 ON/OFF는 반드시 일정한 주기로 반복될 필요가 없으며 단지 OFF 상태가 일정한 시간 간격으로 발생할 수 있도록 한다는 점에서 특징을 가진다. 그러므로 어떠한 형태로든 OFF 상태가 반복적으로 존재하는 투사 광학 시스템에서 스페클을 제거하는 방법은 모두 본 발명의 범위에 포함된다.

위에서 본 발명에 따른 스페클 제거 방법을 실시 예로서 상세하게 설명하였다. 제시된 실시 예는 예시적인 것으로 이 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정 및 변형 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 수정 및 변형 발명에 의하여 제한되지 않으며, 다만 아래의 특허청구범위에 의하여 제한된다.

본 발명은 펄스 형태의 레이저 광을 연속적으로 전송하는 함으로서 레이저의 가간섭성으로 인한 디스플레이 위의 스페클을 발생을 방지할 수 있도록 한다. 이로 인하여 시스템의 효율을 감소시키지 않으면서도 디스플레이 위의 스페클을 제거함으로서 균일한 휘도를 가진 이미지를 얻을 수 있도록 하였다.

Claims

레이저 표시 장치에서 디스플레이의 스페클을 제거하는 방법에 있어서,

레이저 구동 파워를 ON/OFF의 상태로 반복함으로서 펄스 형태의 레이저 광을 전송하는 것을 특징으로 스페클의 제거 방법.
청구항 1 에 있어서,

상기 레이저 구동 파워는 주기적으로 ON/OFF의 상태를 반복하는 것을 특징으로 스페클의 제거 방법.
청구항 2 에 있어서,

상기 주기는 100 Hz 이상임을 특징으로 하는 제거 방법.
청구항 1 에 있어서,

상기 ON/OFF의 반복은 ON 상태가 전체의 50 내지 99 %가 되는 것을 특징으로 하는 제거 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 레이저는 고체 레이저 또는 반도체 레이저가 되는 것을 특징으로 하는 스페클을 제거하는 방법.
단색광을 방출하기 위한 레드/그린/블루(R/G/B) 레이저 장치, 상기 레이저 장치로 부터의 광을 전달하는 광학 렌즈, 상기 렌즈로부터 전송된 광을 이미지 형성을 위한 영상 정보를 가진 광으로 변환하기 위한 마이크로 디스플레이 표시 장치 및 상기 표시 장치로부터 전송된 광을 스크린에 투사하기 위한 투사 광학 장치를 포함하는 투사 광학 시스템에 있어서,

상기 레이저 장치가 펄스 형태로 연속적으로 방을 방출하도록 ON/OFF 상태를 제어하는 ON/OFF 구동 제어 장치를 추가로 포함하는 투사 광학 시스템.
청구항 6 에 있어서,

상기 ON/OFF의 상태의 제어는 일정한 주기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투사 광학 시스템.
청구항 6 에 있어서,

상기 일정한 주기는 100 Hz 이상임을 특징으로 하는 투사 광학 시스템.
청구항 6 에 있어서,

상기 ON/OFF의 상태 제어는 ON 상태가 ON/OFF 전체 상태의 50 내지 99%로 유지되는 것을 특징으로 하는 투사 광학 시스템.
청구항 6 에 있어서,

상기 레이저는 고체 레이저 또는 반도체 레이저가 되는 것을 특징으로 하는 투사 광학 시스템.
청구항 6 에 있어서,

상기 표시소자는 LCD, DLP 또는 LCoS가 되는 것을 특징으로 하는 투사 광학 시스템.