KR20060104156A - 명암비를 향상시킨 영상기기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영상기기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 명암비를 향상시킨 영상기기에 관한 것이다. 본 발명은 영상이 표시되는 스크린, 영상을 표시하기 위하여 빛을 출력하는 램프, 상기 램프에서 출력된 빛이 이동하는 경로에 설치되고, 전류의 양에 따라 빛의 투과율이 변하는 변색 필터 그리고, 상기 스크린에 투사되는 빛의 양을 조절하기 위하여, 영상 신호에 따라 상기 변색 필터를 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지는 영상기기를 제공한다.

영상기기, 프로젝션, 변색 필터, 전기변색소자, 명암비

Description

명암비를 향상시킨 영상기기{display device improved contrast ratio}

도 1은 본 발명에 따른 영상기기의 측면 단면도;

도 2는 본 발명에 따른 영상기기의 개략적인 구성도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100: 영상기기 110: 제어부

111: 스크린 120: 변색 필터

130: 램프

본 발명은 영상기기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 명암비를 향상시킨 영상기기에 관한 것이다.

영상기기 중 프로젝션 텔레비전은 미러(mirror)와 투사렌즈를 이용하여 스크린에 영상을 투사시키는 프로젝터의 원리를 응용하여 대형화면을 구현하는 기기이다. 이러한 프로젝션 텔레비전은 최근에 새로운 기술로 대두되고 있는 마이크로 소자(Micro Device)로는 투과형 LCD(HTPS) 패널, 반사형 LCoS(Liquid Crystal on Silicon) 패널, DMD(Digital Micro-mirror Device) 패널이 있으며, 마이크로 소자 를 몇 개 사용하느냐에 따라서 단판식, 2판식, 3판식으로 분류 가능하다.

보다 상세히 설명하면, 예전에 주로 사용하던 프로젝터는 PRT(CRT)방식이라 하여 작고 상당히 밝은 브라운관에서 원하는 화면을 만든 후에 이것을 렌즈를 통해 스크린에 상이 맺히도록 하는 방식으로서, PRT(CRT)가 하나인 1관식과 R(적색), G(녹색), B(청색) 3 개의 PRT(CRT)를 가지는 3관식이 있다.

1관식의 경우에는 R, G, B 각각의 입자가 분리되어 보이므로 화면이 크면 입자가 구분되어 보이므로 돋보기로 브라운관을 확대해서 보는 것처럼 과히 보기가 좋지가 않으나 스크린까지의 거리에 따른 초점의 조정이 용이한 이점이 있고, 보통 밝기가 어둡고 해상도가 낮다.

3관식의 경우에는 R, G, B 빛을 각각 담당하는 PRT(CRT)관이 3 개가 존재하며, 이것들을 하나의 스크린상에 초점이 일치하도록 투사하여 색이 분리되어 보이지 않는 좋은 영상을 얻을 수가 있고, 밝기와 해상도 또한 더 우수할 수 있다.

그러나 3개의 PRT(CRT)가 광축이 동일하게 일치하지 않으므로 3 개의 광축이 일치하는 선상에서 스크린을 구성하고 거기에서 초점을 맞추어야 하는 초점Convergence) 조정상의 어려움이 있고, 부피가 상당히 크다는 단점이 있다.

요즘은 밝기가 떨어지고 PC 입력 시의 주파수에 따른 편향 조정의 어려움, 3관식의 경우 구조적인 단점에 의해서 발생하는 초점(Convergence) 조정의 어려움 등등의 이유로 점점 사용이 줄고 있는 추세이다.

LCD Projector는 최근에 가장 많이 사용되고 있고, 가장 빠른 발전을 보여준 프로젝터로서 강력한 빛을 발하는 램프에서 발생된 빛을 투과형의 LCD 패널을 통과 시킨 다음 렌즈로 전면 스크린에 상을 맺도록 하는 방식의 프로젝터이다.

LCD Projector에서 사용하는 소자가 LCD 패널인 만큼 LCD 패널의 해상도에 따라서 프로젝터의 해상도가 결정되며, 입력 주파수 변화에 따른 편향의 변화 등이 없어서 PC 입력에 대하여 강한 면을 지닌다.

LCD 프로젝터 역시 저가형의 단판식과 고가형의 3판식이 있는데 최근에는 초저가형을 제외하고는 3판식을 선호하는 추세이며, 해상도도 800x600, 1024x768, 1280x1024, 1366x768, 1366x1024 까지 등장하였고 가격대 및 밝기도 다양하게 존재한다.

특히 3판식 LCD 프로젝터의 경우에는 R, G, B 각각의 패널을 통과한 빛의 프리즘을 통하여 광축을 일치시켜 하나의 광원에서 빛이 나오는 것처럼 만들어 준 다음 렌즈를 통과하므로 스크린 면과의 거리에 따른 초점(Convergence) 조정의 어려움이 없어서 설치도 용이하고 기기의 크기도 PRT(CRT) 방식의 프로젝터에 비해서 상당히 작은 이점이 있으며, PRT(CRT) 형태에 비해서 상대적으로 상당히 밝게 만들 수 있다.

그러나, 아직까지는 기존의 PRT(CRT) 방식에서처럼 자연스러운 색의 재현이나 높은 명암비(Contrast Ratio) 등을 구현하기에는 기술적으로 어려움이 있으며 Gamma 특성이 PRT(CRT)에 비해서 좋지 않으므로 AV 매니아의 경우에는 여전히 PRT 방식을 선호하는 경우도 있다.

그러나, 가격대비 성능, PC 입력 호환성의 우수함, 작은 사이즈, 밝은 화면 등의 장점으로 인하여 많은 기업체나 개인 사용자들이 LCD 프로젝터를 선호하고 있 는 현실이다.

DLP 방식 프로젝터는 미국 Texas Instrument 사가 개발한 DMD칩(Digital Micro mirror Device)를 사용한 완전히 새로운 투영방식의 프로젝터이다.

DMD란 간단히 말해서 미세구동거울을 집적한 반도체 광스위치이다. SRAM(Static Random Access Memory)의 1셀 마다의 위에 형성된 16 ㎛크기의 각 알루미늄합금 미세거울은 온/오프상태마다 ±10˚의 경사를 갖는다.

바로 밑에 배치되어 있는 메모리의 정전계작용에 의해 지주에 설치된 미세거울이 작동한다.

이 미세거울에 의하여 투사된 빛이 반사되어 나가거나 반사되지 않거나 하는 시간을 조절하여 시간누적치에 해당하는 밝기 만큼을 사람이 보게 됨으로써 화면의 각 Pixel 당 밝음/어두움을 표현할 수가 있다.

역시 단판식과 3 판식의 두 종류가 있으며, 단판식의 경우에는 광원과 미세거울 사이에 R, G, B 필터가 장착된 원판이 있어서 R, G, B 각각이 비치는 타이밍에 소자는 R, G, B 각각에 해당하는 이미지를 처리하여 3색 광원의 효과를 낸다.

단판식은 이렇게 시간축상에서 R, G, B 가 각각 시간을 나누어 사용해서 광효율이 떨어진다.

3 판식은 역시 하나의 광원으로부터 R, G, B 각각의 빛을 분리하여 3 색을 담당하는 소자에 각각 빛을 제공하는 방식을 취하므로 광효율이 뛰어나다.

각 미러의 스위칭 속도는 매초 50만회 이상이고, 팁에 입사한 빛은 디지털로 제어된다.

따라서, 종래의 아날로그 방식인 LCD처럼 영상처리된 디지털신호를 D/A변환기를 거치고 Gamma 신호등을 변환하는 과정이 불필요해진다.

한편, 상기와 같은 영상기기는 램프를 사용하여 스크린에 영상을 투사한다. 상기 램프는 아크 방전을 이용하여 빛을 발생시키기 때문에 휘도가 높다. 이와 같이 상기 램프의 휘도가 너무 높으므로 밝은 영상을 잘 표현하지만, 어두운 영상에 대한 표현능력이 떨어져 결국, 영상기기의 명암비를 저하시키는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 명암비를 높일 수 있도록 한 영상기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 영상이 표시되는 스크린, 영상을 표시하기 위하여 빛을 출력하는 램프, 상기 램프에서 출력된 빛이 이동하는 경로에 설치되고, 전류의 양에 따라 빛의 투과율이 변하는 변색 필터 그리고, 상기 스크린에 투사되는 빛의 양을 조절하기 위하여, 영상 신호에 따라 상기 변색 필터를 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지는 영상기기를 제공한다.

또한, 상기 제어부는 영상 신호의 히스토그램에 따라 상기 변색 필터의 투과율을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 영상 신호의 히스토그램을 분석하여 상기 제어부로 송신하는 분석부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 변색 필터는 상기 램프에서 출력되는 빛에 의하여 손상되지 않는 위치에 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 변색필터는 전기 변색 소자로 이루어지는 것이 바람직하다.

이하에서는, 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 생략된다.

본 발명의 설명에 있어서, 영상기기 중 DLP 프로젝터를 사용하는 프로젝션 텔레비전을 기준으로 하여 설명한다. 그러나. 본 발명은 LCD 프로젝터를 사용하는 프로젝션 텔레비전 등 램프를 사용하는 모든 영상기기에 적용된다.

도 1은 본 발명에 따른 영상기기(100)를 개략적으로 나타낸 측면 단면도이고, 도 2에는 본 발명에 따른 영상기기(100) 중 광학 장치가 개략적으로 도시되어 있다.

도 1과 2를 참조하면, 상기 영상기기(100)는 스크린(101), 램프(130)(lamp), 변색 필터(120) 그리고 제어부(110)를 포함하여 이루어진다.

상기 영상기기(100)는 영상을 표시하기 위하여 빛을 출력하는 램프(130)와 상기 램프(130)에서 출력된 빛이 이동하는 경로에 설치되며 전류의 양에 따라 빛의 투과율이 변하는 변색 필터(120) 그리고 상기 변색 필터(120)를 제어하는 제어부(110)를 포함하여 이루어진다.

도 2를 참조하여 보다 상세히 설명하면, 상기 영상기기(100)는 영상을 표시하기 위하여 변색 필터(120), 제어부(110), 램프(130), 리플렉터(131)(color wheel), 라이트 터널(150)(light wheel), 컨덴싱 렌즈(160)(condensing lens), DMD(170)(digital micro-mirror device), 프리즘(180) 그리고 프로젝션 렌즈(190)(projection lens)를 포함하여 이루어진다.

상기 구성요소들의 기능과 상기 구성요소들이 영상을 구현하는 과정을 설명하면, 상기 램프(130)는 백색 빛인 빛을 출력한다. 여기서, 상기 램프(130)(130)는 리플렉터(131)(reflector)로 감싸지며, 상기 리플렉터(131)는 상기 램프(130)에서 출력된 빛을 집속하는 역할을 한다.

그리고, 집속된 빛은 상기 라이트 터널(150)로 통과한다. 상기 라이트 터널(150)은 내부가 반사체로 이루어진 터널로 이루어질 수 있으며 막대 렌즈(rod lens)로 이루어질 수 있다. 여기서, 막대 렌즈에 대하여 설명하면, 막대 렌즈는 자그마하고 길쭉한 거울 4개를 서로 마주보게 접합한 일종의 거울 통로로서, 그것을 통과한 빛은 난반사되어 그 밝기 분포가 균일(Uniform)하게 된다. 빛의 밝기를 고르게 하는 것은 최종적으로 스크린(101)에 비추어지는 밝기를 고르게 하는 것과 같으며 프로젝션(100) 스타일의 디스플레이에서는 아주 중요한 광학 부품이 된다.

상기 라이트 터널(150)을 통과한 빛은 볼록렌즈에 해당하는 상기 컨덴싱 렌즈(160)(condensing lens)에 도달하기 전에 색 분할을 위한 상기 리플렉터(131)를 거치게 된다. 상기 리플렉터(131)는 상기 라이트 터널(150)에 수직하게 위치되어 회전한다. 그리고, 상기 리플렉터(131)는 DC 모터(141) 축에 장착되고, RGB 필터가 형성된다. 상기 리플렉터(131)는 360°를 3등분 하여 RGB filter를 붙일 수도 있고, 경우에 따라서 특정색을 다른 색에 비해 더 넓게 할당할 수도 있다. 또한, 상기 리플렉터(131)는 360 ° 한 바퀴에 RGB를 한 번씩 들어가게 할 수도 있고, 두 번씩 들어가게 할 수도 있다. 두 번씩 들어가게 되는 경우 각 세그먼트의 각도는 좁아지며, 대신 상기 DC 모터(141)의 회전 속도를 줄일 수 있는 효과가 있다.

상기 리플렉터(131)를 통과한 빛은 상기 컨덴싱 렌즈(160)로 진행되며, 상기 컨덴싱 렌즈(160)는 볼록 렌즈로 이루어져 상기 라이트 터널(150)과 상기 리플렉터(131)를 통과한 빛이 퍼지는 것을 방지하도록 빛을 집속한다.

상기 컨덴싱 렌즈(160)를 통과한 빛은 프리즘(180)에서 반사되어서 DMD(170) 향하게 된다. 프리즘(180)은 유리를 예리하게 커팅(cutting)한 것으로 빛의 입사각에 따라 들어오는 빛이 전반사할 수도 있고, 투과할 수도 있다. 여기서는 전반사하는 각도로 구성되어 있다. 상기 DMD(170)를 보다 상세히 설명하면, 상기 DMD(170)는 마이크로 미러로 이루어진다. 그리고, 상기 DMD(170)는 각각의 미러를 On해서 스크린(101) 쪽으로 비추게 할 것인 지, 아니면 OFF해서 스크린(101) 밖으로 빛을 버린다. 여기서, 각각의 미러를 On/Off 하는 것은 영상 신호에 의하여 결정된다. 영상 신호 각각의 픽셀(pixel)이 마이크로 미러에 일 대 일로 매핑(mapping) 되어 해당 미러를 On/OFF 제어하게 되며, 단순히 On또는 OFF 동작만 하는 미러를 이용하여 해당 픽셀의 밝기를 표현하기 위해 On을 유지하는 시간을 제어하게 된다.

그리고, 상기 DMD(170)에서 반사되어 나온 빛은 대형 스크린(101)에 투사되도록 빛을 광각으로 확대하기 위한 프로젝션 렌즈(190)(projection lens)를 통과하게 된다.

한편, 상기 변색 필터(120)는 상기 램프(130)에서 출력된 빛이 이동하는 경로에 설치된다. 그리고, 상기 변색 필터(120)는 전류의 량에 따라 색이 변하여 빛 의 투과율을 조절된다. 여기서, 전류의 변화량에 따라 색이 변하는 장치로는 LCD 또는 고분자 분산형 액정(Polymer Dispersed Liquid Crystal, PDLC) 그리고 전기 변색 소자(ECD, Electrochromic Device) 등이 있다. 여기서, 상기 변색 필터(120)는 전력 소모가 적으며 비용이 저렴하며 전류량에 따라 투과율이 선형적으로 변하는 전기 변색 소자(ECD, Electrochromic Device)로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 전기 변색 소자는 그 내부에 전류의 양에 따라 색이 변하는 백색에서 흑색으로 또는 흑색에서 백색으로 변하는 변색성 색소가 구비된다.

한편, 상기 램프(130)가 빛을 출력할 때, 상기 램프(130)는 고온 상태이기 때문에, 상기 변색 필터(120)는 상기 램프(130) 가까이에 설치될 경우 손상될 위험이 있다. 따라서, 상기 변색 필터(120)는 상기 램프(130)에서 소정거리 이격되어 설치되다.

또한, 상기 램프(130)에서 출력된 빛 또한 고온 상태이기 때문에, 상기 변색 필터(120)는 상기 빛에 의하여 손상될 위험이 있다. 그러나, 상기 빛은 라이트 터널(150) 등 광학 장치를 거치면서 온도가 낮아진다. 따라서, 상기 변색 필터(120)는 상기 라이트 터널(150) 이후에 설치된다. 바람직하게는 상기 변색 필터(120)는 상기 컨덴싱 렌즈(160)와 상기 프리즘(180) 사이에 설치된다. 또한, 다른 프로젝터에서도 상기 변색 필터(120)는 렌즈 등의 광학 장치 이후에 설치된다.

한편, 상기 제어부(110)는 공중파, VCR 등과 같이 외부로부터 입력되는 영상 신호에 따라 상기 변색 필터(120)를 제어하여 상기 스크린(101)에 투사되는 빛의 양을 조절한다. 상술한 바와 같이 상기 제어부(110)가 상기 변색 필터(120)를 제어 하기 위하여, 상기 제어부(110)와 상기 변색 필터(120)는 전기적으로 연결되어 있다. 그리고, 상기 제어부(110)는 상기 변색 필터(120)로 흐르는 전류의 양을 변화시켜 상기 변색 필터(120)의 투과율을 조절한다. 여기서, 상기 제어부(110)는 어두운 영상 신호를 받았을 때 상기 변색 필터(120)의 투과율을 낮게하여 상기 스크린(101)에 투사되는 빛의 양을 줄인다. 그리고, 상기 제어부(110)는 밝은 영상 신호를 받았을 때 상기 변색 필터(120)의 투과율을 높여 상기 스크린(101)에 투사되는 빛의 양을 많게 만든다.

보다 상세히 설명하면, 상기 제어부(110)는 상기 영상 신호의 여러가지 구성요소 중 히스토그램에 따라 상기 변색 필터(120)를 제어한다. 여기서, 상기 히스토그램은 영상 신호에 대한 명암 수치의 분포를 나타내는 수치이다. 그리고, 상기 제어부(110)가 상기 영상 신호의 히스토그램을 분석할 수 있지만, 보다 효율적인 시스템을 구성하기 위하여, 본 발명에 따른 영상기기(100)에는 히스토그램을 분석하는 분석부(111)가 구비된다. 상기 분석기는 상기 영상 신호를 수신하여 히스토그램을 추출하고, 추출된 히스토그램을 전기적 신호로 변환하여 상기 제어부(110)로 송신한다. 따라서, 상기 제어부(110)는 상기 분석부에서 송신한 전기적 신호에 따라 상기 변색 필터(120)를 제어한다. 여기서, 상기 전기적 신호의 예를 들면 펄스 레벨(Pulse Level), 싸인 웨이브(Sine Wave) 등으로 이루어진다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 영상기기는 전류의 양에 따라 빛의 투과율이 변하는 변색 필터를 사용하여 명암비를 높여, 사용자에게 보다 선명 한 영상을 제공한다.

본 명세서에서 하나의 실시예가 설명되었음에도 불구하고, 그 취지와 범주에서 벗어남 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수도 있다는 사실은 당업자에게 자명하다. 그러므로, 상술된 실시예는 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경된 모든 특정 형태를 포함한다.

Claims (4)

1. 영상이 표시되는 스크린;

   영상을 표시하기 위하여 빛을 출력하는 램프;

   상기 램프에서 출력된 빛이 이동하는 경로에 설치되고, 전류의 양에 따라 빛의 투과율이 변하는 변색 필터; 그리고,

   상기 스크린에 투사되는 빛의 양을 조절하기 위하여, 영상 신호에 따라 상기 변색 필터를 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지는 영상기기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어부는 영상 신호의 히스토그램에 따라 상기 변색 필터의 투과율을 제어하는 것을 특징으로 하는 영상기기.
3. 제 2 항에 있어서,

   영상 신호의 히스토그램을 분석하여 상기 제어부로 송신하는 분석부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 영상기기.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 변색필터는 전기 변색 소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 영상기기.

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