KR20070042861A - 컬러 디스플레이 장치 및 컬러 영상 제어 기록 매체 - Google Patents

컬러 디스플레이 장치 및 컬러 영상 제어 기록 매체 Download PDF

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Abstract

컬러 디스플레이 장치 및 컬러 영상 제어 기록 매체가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 온오프를 제어하는 광원 제어신호에 따라 각기 다른 색광(color light)을 조사하는 N개의 광원; 광원으로부터 조사된 색광을 광변조기 제어신호에 따라 변조하여 회절광을 생성하는 1차원 광변조기 소자; 1차원 광변조기 소자로부터 조사되는 회절광을 스캐너 제어신호에 따라 스크린에 스캔하여 투사하는 스캐너; 및 영상 신호를 입력받고, N개의 광원을 각각 한번씩 턴온시키고 N개의 광원 중 상대적으로 가장 약한 출력을 가지는 하나의 광원을 한번 더 턴온시키는 광원 제어신호와, 영상 신호에서 추출된 턴온 상태인 광원에 대응되는 광강도 정보인 광변조기 제어신호와, 광변조기 제어 신호에 따른 스캐너의 회전 동작을 제어하는 스캐너 제어신호를 각각 광원, 1차원 광변조기 소자 및 스캐너에 전달하여 제어하는 영상 제어 회로를 포함하는 컬러 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.본 발명에 의하면, 실제 구할 수 있는 상용 광원을 그대로 이용하면서도 약한 출력을 갖는 광원에 대하여 한번 더 스캔하는 방식을 통하여 상용 광원에서 최대의 출력을 낼 수 있는 조합을 선택하여 더 밝은 영상을 구현할 수 있는 효과가 있다.
컬러 디스플레이, 1패널, 광변조기, 4회 스캔.

Description

컬러 디스플레이 장치 및 컬러 영상 제어 기록 매체{Color display apparatus and recording medium for controlling color images}
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 1차원 광변조기 소자를 이용한 컬러 디스플레이 장치의 개략적인 구성도.
도 2는 실리콘 라이트 머신사(社)의 광 변조기인 GLV(Grating Light Valve) 디바이스의 구성을 나타낸 도면.
도 3은 도 2에 도시된 GLV 디바이스에서의 입사광 변조 원리를 나타낸 도면.
도 4a는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 압전 방식을 이용한 일 형태의 회절형 광 변조기 소자의 사시도.
도 4b는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 압전 방식을 이용한 다른 형태의 회절형 광 변조기 소자의 사시도.
도 5a는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 회절형 광 변조기 어레이의 평면도.
도 5b는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 회절형 광 변조기의 광 변조 원리를 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명에 따라 스크린에 투사되는 1 프레임의 구성을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서 갈바노 스캐너를 이용한 경우 임의의 1 프레임의 컬러 영상을 표시하는 방법을 나타낸 도면.
도 8은 스캐너가 도 7의 갈바노 스캐너인 경우 본 발명에서 연속되는 프레임의 컬러 영상을 표시하는 방법을 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 바람직한 다른 실시예로서 폴리곤 미러 스캐너를 이용한 경우 연속되는 프레임의 컬러 영상을 표시하는 방법을 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 시간에 따라 영상 제어 회로에서 전달하는 광원 제어신호, 광변조기 제어신호 및 스캐너 제어신호의 예시도.
도 11은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 4회 스캔시의 밝기 향상의 정도를 3회 스캔한 경우와 비교한 테이블.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110 : 광원계 120 : 조명 광학계
130 : 1차원 광변조기 소자 140 : 릴레이 광학계
150 : 스캐너 150a : 갈바노 스캐너
150b : 폴리곤 미러 스캐너 160 : 투사 광학계
170 : 스크린 180 : 영상 제어 회로
본 발명은 컬러 디스플레이 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 1개의 광변조기 소자로부터의 1차원 영상신호를 스캐너를 이용하여 스크린에 스캔하여 2차원 영상으로 출력하는 컬러 디스플레이 장치에 관한 것이다.
최근에는 디스플레이 기술이 발달함에 따라 대형화상의 구현에 대한 요구가 날로 증가하고 있다. 현재 대부분의 대형화상 표시장치(주로 프로젝터)는 액정을 광스위치로 사용하고 있다. 과거의 CRT 프로젝터에 비해서는 소형이고 가격도 저렴하며 광학계도 간단하여 많이 사용되고 있다. 그러나, 광원으로부터의 빛이 액정판을 투과하여 스크린에 비춰지므로 광손실이 많다는 것이 단점으로 지적된다. 따라서, 반사를 이용하는 광변조기 소자 등의 마이크로머신을 활용하여 광손실을 줄여서 더 밝은 화상을 얻을 수 있다.
마이크로머신(Micromachine)은 육안으로 식별이 어려운 극히 소형의 기계를 의미한다. 멤스(MEMS : Micro Electro Mechanical System)라고도 하며, 초소형 전기 기계 시스템 또는 소자라고 부를 수 있다. 주로 반도체 제조기술을 응용하여 만든다. 미소광학 및 극한소자를 이용하여 자기(磁氣) 및 광 헤드와 같은 각종 정보기기 부품에 응용하며, 여러 종류의 마이크로 유체제어기술을 이용하여 생명의학 분야와 반도체 제조공정 등에도 응용한다. 마이크로머신은 그 역할에 따라서 감지 소자의 기능을 하는 마이크로 센서, 구동장치인 마이크로 액츄에이터 및 기타 에너지의 전달 역할을 하는 미니어처 기계 등으로 나눌 수 있다.
멤스(MEMS)는 다양한 응용 분야의 하나로서 광학 분야에 응용되고 있다. 멤 스(MEMS) 기술을 이용하면 1mm보다 작은 광학부품을 제작할 수 있으며, 이들로서 초소형 광시스템을 구현할 수 있다.
초소형 광시스템에 해당하는 광변조기 소자, 마이크로 렌즈 등의 마이크로 광학 부품은 빠른 응답속도와 작은 손실, 집적화 및 디지털화의 용이성 등의 장점으로 인하여 통신장치, 디스플레이 및 기록장치에 채택되어 응용되고 있다.
멤스 소자를 적용한 1차원 광변조기 소자를 이용하여 3 패널 또는 1 패널 방식의 컬러 디스플레이 장치(예를 들어, 프로젝션 장치)에 있어서, 컬러 영상을 표시하기 위해 빛의 삼원색인 적색, 녹색 및 청색을 이용한다.
이 경우 적색, 녹색 및 청색의 광을 조사하는 광원은 컬러 디스플레이 장치의 제작 당시에 구할 수 있는 상용 광원으로 제한된다. 따라서, 특정 컬러 영상을 표현하는데 있어서 요구되는 색별 광출력(light power)의 비와 조달가능한 상용 광원의 색별 광출력비가 서로 다른 경우가 많다.
이로 인해 컬러 영상을 표시하는데 있어서 상용 광원의 제한에 의해 원하는 밝기의 영상을 구현하지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 실제 조달가능한 상용 광원을 활용하여 최대의 밝기를 가지는 컬러 영상을 구현할 수 있는 컬러 디스플레이 장치 및 컬러 영상 제어 기록 매체를 제공한다.
또한, 상용 광원을 이용하면서 상대적으로 약한 출력을 갖는 광원에 대하여 한번 더 스캔하는 방식을 통하여 상용 광원에서 최대의 출력을 낼 수 있는 조합을 선택하여 더 밝은 컬러 영상을 구현할 수 있는 컬러 디스플레이 장치 및 컬러 영상 제어 기록 매체를 제공한다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 온오프를 제어하는 광원 제어신호에 따라 각기 다른 색광(color light)을 조사하는 N개의 광원; 광원으로부터 조사된 색광을 광변조기 제어신호에 따라 변조하여 회절광을 생성하는 1차원 광변조기 소자; 1차원 광변조기 소자로부터 조사되는 회절광을 스캐너 제어신호에 따라 스크린에 스캔하여 투사하는 스캐너; 및 영상 신호를 입력받고, N개의 광원을 각각 한번씩 턴온시키고 N개의 광원 중 상대적으로 가장 약한 출력을 가지는 하나의 광원을 한번 더 턴온시키는 광원 제어신호와, 영상 신호에서 추출된 턴온 상태인 광원에 대응되는 광강도 정보인 광변조기 제어신호와, 광변조기 제어 신호에 따른 스캐너의 회전 동작을 제어하는 스캐너 제어신호를 각각 광원, 1차원 광변조기 소자 및 스캐너에 전달하여 제어하는 영상 제어 회로를 포함하는 컬러 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.
여기서, N개의 광원은 빛의 3원색인 적색, 녹색 및 청색의 3색 광원일 수 있다.
또한, 본 발명의 스캐너는 갈바노 스캐너이고, 갈바노 스캐너는 1회전시 양 방향 스캔을 하되, 갈바노 스캐너의 1/2 회전시마다 N개의 광원 중 어느 하나의 광원에 대응되는 회절광을 스캔하여 갈바노 스캐너의 (N+1)/2 회전에 의해 한 프레임의 풀 컬러 영상이 스크린 상에 투사할 수 있다. 이때, 갈바노 스캐너의 (N+1)/2 회전은 1/(텔레비전 방송 방식에 따른 필드 주파수)초 내에 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 스캐너는 다각 기둥의 형상을 가지는 폴리곤 미러 스캐너이고, 폴리곤 미러 스캐너는 단방향 스캔을 하되, 폴리곤 미러 스캐너의 1/(다각 기둥의 옆면의 수) 회전시마다 N개의 광원 중 어느 하나의 광원에 대응되는 회절광을 스캔하여 폴리곤 미러 스캐너의 (N+1)/(다각 기둥의 옆면의 수) 회전에 의해 한 프레임의 풀 컬러 영상이 스크린 상에 투사할 수 있다. 이때, 폴리곤 미러 스캐너의 (N+1)/(다각 기둥의 옆면의 수) 회전은 1/(텔레비전 방송 방식에 따른 필드 주파수)초 내에 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 광원, 1차원 광변조기 소자 및 스캐너를 포함하는 컬러 디스플레이 장치에서 실행될 수 있는 영상 제어에 관한 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며, 컬러 디스플레이 장치에 의해 판독될 수 있는 기록 매체로서, (a) 각기 다른 색광(color light)을 조사하는 N개의 광원 중 어느 하나를 턴온시키는 단계; (b) 턴온된 광원의 색광에 상응하는 광강도 정보를 1차원 광변조기 소자에 전달하는 단계; (c) 광강도 정보에 따라 1차원 광변조기 소자에 의해 변조되어 생성된 회절광이 스크린 상에 스캔되어 투사되도록 스캐너를 제어하는 단계; 및 (d) N개의 광원 중 상대적으로 광출력이 가장 약한 광원은 두번 턴온되고, 나머지 광원들은 한번씩 턴온될 때까지 단계 (a) 내지 단계 (c)를 반복 하는 단계를 포함하는 영상 제어를 실행하는 프로그램이 기록된 기록 매체가 제공될 수 있다.
여기서, 단계 (a) 내지 단계 (c)는 1/{(텔레비전 방송 방식에 따른 필드 주파수)×(N+1)}초 내에 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 광원, 1차원 광변조기 소자 및 스캐너를 포함하는 컬러 디스플레이 장치에서 실행될 수 있는 영상 제어에 관한 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며, 컬러 디스플레이 장치에 의해 판독될 수 있는 기록 매체로서, (a) 각기 다른 색광(color light)을 조사하는 N개의 광원 중 어느 하나를 턴온시키는 단계; (b) 턴온된 광원의 색광에 상응하는 광강도 정보를 1차원 광변조기 소자에 전달하는 단계; (c) 광강도 정보에 따라 1차원 광변조기 소자에 의해 변조되어 생성된 회절광이 스크린 상에 스캔되어 투사되도록 스캐너를 제어하는 단계; 및 (d) N개의 광원 중 상대적으로 광출력이 가장 약한 광원은 턴온상태에서 연속적으로 단계 (c)를 반복하고, 나머지 광원들은 한번씩 턴온될 때까지 단계 (a) 내지 단계 (c)를 반복하는 단계를 포함하는 영상 제어를 실행하는 프로그램이 기록된 기록 매체가 제공될 수 있다.
여기서, 단계 (a) 내지 단계 (c)는 1/{(텔레비전 방송 방식에 따른 필드 주파수)×(N+1)}초 내에 이루어질 수 있다.
이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만, 본 발명의 원리를 구현하고 본 발 명의 개념과 범위에 포함된 다양한 방법 및 이를 사용하는 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시예들 뿐만 아니라 특정 실시예를 열거하는 모든 상세한 설명은 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 동일 또는 유사한 개체를 순차적으로 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기에 앞서 본 발명에 적용되는 광 변조기에 대해서 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
광 변조기는 크게 직접 광의 온/오프를 제어하는 직접 방식과 반사 및 회절을 이용하는 간접 방식으로 나뉘며, 또한 간접 방식은 정전기 방식과 압전 방식으로 나뉠 수 있다. 여기서, 광 변조기는 구동되는 방식에 상관없이 본 발명에 적용이 가능하다.
도 2는 본 발명에 적용 가능한 정전기 방식을 이용한 일 형태의 회절형 광 변조기 소자인 실리콘 라이트 머신사(社)의 GLV(Grating Light Valve) 디바이스의 구성을 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 GLV 디바이스에서의 입사광 변조 원리를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, GLV 디바이스(30)는 글래스 기판 등의 절연 기판(31)과, 절연 기판(31) 상에 형성된 공통의 기판측 전극(32)과, 기판측 전극(32)에 브리지형상으로 걸쳐져 병렬 배치되어 있는 복수개(본 예에서는 6개)의 빔(33a 내지 33f, 이하 33이라 약칭함)을 포함한다.
복수개의 빔(33)은 브리지 부재(34)와, 브리지 부재(34) 상에 설치된 알루미늄(Al)막으로 이루어지는 반사막을 겸하는 구동측 전극(35)으로 구성되어 그 양단이 지지된 소위 브리지식으로 형성된다.
기판측 전극(32)과 구동측 전극(35)에 걸리는 전위에 따라, 빔(33)은 기판측 전극(32)과의 사이의 정전인력 또는 정전반발에 의해 변위된다. 도 2의 (b)에서 실선과 점선으로 나타내는 것 같이, 빔(33)은 기판측 전극(32)에 대해 평행상태 또는 오목상태로 변위한다.
복수의 빔(33)에 대하여 평행상태 또는 오목상태로의 변위를 교대로 변화시킨다. 복수의 빔(33)에 전압이 인가되지 않는 경우에는 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 모두 평행상태를 유지하다가, 홀수번째 빔(33a, 33c, 33e)에 미소 전압을 인가한 경우에는 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 홀수번째 빔(33a, 33c, 33e)은 오목상태를, 짝수번째 빔(33b, 33d, 33f)은 평행상태를 유지하게 된다.
이 경우 입사광이 홀수번째 빔(33a, 33c, 33e)에 의해 반사되는 제1 반사광과, 짝수번째 빔(33b, 33d, 33f)에 의해 반사되는 제2 반사광 간의 경로 차이에 의 해 회절(간섭)이 발생하고 광의 강도가 변조된다. 이를 이용하여 스크린 화소의 그레이 스케일(gray scale) 즉, 광강도를 표현하게 된다. 복수의 빔(33)(본 예에서는 6개의 빔)이 하나의 화소의 광강도를 표현하며, 복수의 빔(33)이 하나의 마이크로 미러인 것으로 가정한다.
도 4a는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 압전 방식을 이용한 일 형태의 회절형 광 변조기 소자의 사시도이며, 도 4b는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 압전 방식을 이용한 다른 형태의 회절형 광 변조기 소자의 사시도이다. 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 기판(51), 절연층(52), 희생층(53), 리본 구조물(54) 및 압전체(55)를 포함하는 광 변조기가 도시되어 있다.
기판(51)은 일반적으로 사용되는 반도체 기판이며, 절연층(52)은 식각 정지층(etch stop layer)으로서 증착되며, 희생층으로 사용되는 물질을 식각하는 에천트(여기서 에천트는 식각 가스 또는 식각 용액임)에 대해서 선택비가 높은 물질로 형성된다. 여기서 절연층(52) 상에는 입사광을 반사하기 위해 반사층(52(a), 52(b))이 형성될 수 있다.
희생층(53)은 리본 구조물(54)이 절연층(52)과 일정한 간격으로 이격될 수 있도록 양 사이드에서 리본 구조물(54)을 지지하고, 중심부에서 공간을 형성하는 역할을 한다.
리본 구조물(54)은 상술한 바와 같이 입사광의 회절 및 간섭을 일으켜서 신호를 광변조하는 역할을 한다. 리본 구조물(54)의 형태는 상술한 바와 같이 정전기 방식에 따라 복수의 리본 형상으로 구성될 수도 있고, 압전 방식에 따라 리본의 중심부에 복수의 오픈홀을 구비할 수도 있다.
또한, 압전체(55)는 상부 및 하부 전극간의 전압차에 의해 발생하는 상하 또는 좌우의 수축 또는 팽창 정도에 따라 리본 구조물(54)을 상하로 움직이도록 제어한다. 여기서, 반사층(52(a), 52(b))은 리본 구조물(54)에 형성된 홀(54(b), 54(d))에 대응하여 형성된다.
도 5a는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 회절형 광 변조기 어레이의 평면도이고, 도 5b는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 회절형 광 변조기의 광 변조 원리를 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는, 상술한 도 4a에 도시된 형태의 광 변조기를 중심으로 설명한다.
도 5a를 참조하면, 광 변조기는 각각 제1 화소(pixel #1), 제2 화소(pixel #2), …, 제m 화소(pixel #m)를 담당하는 m개의 마이크로 미러(50-1, 50-2, …, 50-m)로 구성된다. 광 변조기는 수직 주사선 또는 수평 주사선(여기서, 수직 주사선 또는 수평 주사선은 m개의 화소로 구성되는 것으로 가정함)의 1차원 영상에 대한 영상 정보를 담당하며, 각 마이크로 미러(50-1, 50-2, …, 50-m)는 수직 주사선 또는 수평 주사선을 구성하는 m개의 화소 중 어느 하나의 화소들을 담당한다.
따라서, 각각의 마이크로 미러에서 반사 및 회절된 광은 이후 광 스캔 장치에 의해 스크린에 2차원 영상으로 투사된다. 예를 들면, VGA 640*480 해상도의 경우 480개의 수직 픽셀에 대해 광 스캔 장치의 한 면에서 640번 모듈레이션을 하여 광 스캔 장치의 한 면당 화면 1 프레임이 생성된다.
이하 제1 화소(pixel #1)을 중심으로 광변조의 원리에 대하여 설명하지만, 다른 픽셀들에 대해서도 동일한 내용이 적용가능함은 물론이다.
본 실시예에서 리본 구조물(54)에 형성된 홀(54(b)-1)은 2개인 것으로 가정한다. 2개의 홀(54(b)-1)로 인하여 리본 구조물(54) 상부에는 3개의 상부 반사층(54(a)-1)이 형성된다. 절연층(52)에는 2개의 홀(54(b)-1)에 상응하여 2개의 하부 반사층이 형성된다. 그리고 제1 화소(pixel #1)와 제2 화소(pixel #2) 사이의 간격에 의한 부분에 상응하여 절연층(52)에는 또 하나의 하부 반사층이 형성된다. 따라서, 각 픽셀당 상부 반사층(54(a)-1)과 하부 반사층의 개수는 동일하게 되며, 도 4a를 참조하여 전술한 바와 같이 0차 회절광 또는 ±1차 회절광을 이용하여 변조광의 휘도를 조절하는 것이 가능하다.
도 5b를 참조하면, 회절형 광 변조기의 광 변조 원리를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다. 도 5a의 BB'선의 단면도를 중심으로 설명한다.
예를 들면, 빛의 파장이 λ인 경우 리본 구조물(54)에 형성된 상부 반사층(54(a), 54(c))과 하부 반사층(52(a), 52(b))이 형성된 절연층(52) 간의 간격이(2n)λ/4(n은 자연수)가 되도록 하는 제1 전압이 압전체(55)에 인가된다(도 5b의 (a) 참조). 이 경우 0차 회절광(반사광)의 경우 리본 구조물(54)에 형성된 상부 반사층(54(a), 54(c))에서 반사된 광과 절연층(52)으로부터 반사된 광 사이의 전체 경로차는 nλ와 같아서 보강 간섭을 하여 회절광은 최대 휘도를 가진다. 여기서, +1차 및 -1차 회절광의 경우 광의 휘도는 상쇄 간섭에 의해 최소값을 가진다.
또한, 리본 구조물(54)에 형성된 상부 반사층(54(a), 54(c))과 하부 반사층(52(a), 52(b))이 형성된 절연층(52) 간의 간격이 (2n+1)λ/4(n은 자연수)가 되도록 하는 제2 전압이 압전체(55)에 인가된다(도 5b의 (b) 참조). 이 경우 0차 회절광(반사광)의 경우 리본 구조물(54)에 형성된 상부 반사층(54(a), 54(c))과 절연층(52)으로부터 반사된 광 사이의 전체 경로차는 (2n+1)λ/2와 같아서 상쇄 간섭을 하여 회절광은 최소 휘도를 가진다. 여기서, +1차 및 -1차 회절광의 경우 보강 간섭에 의해 광의 휘도는 최대값을 가진다. 이러한 간섭의 결과, 광 변조기는 반사 또는 회절광의 광량을 조절하여 신호를 빛에 실을 수 있다.
이상에서는, 리본 구조물(54)과 하부 반사층(52(a), 52(b))이 형성된 절연층(52) 간의 간격이 (2n)λ/4 또는 (2n+1)λ/4인 경우를 설명하였으나, 입사광의 회절, 반사에 의해 간섭되는 세기를 조절할 수 있는 간격을 가지고 구동할 수 있는 다양한 실시예가 본 발명에 적용될 수 있음은 당연하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 1차원 광변조기 소자를 이용한 컬러 디스플레이 장치의 개략적인 구성도이다.
본 발명에서 컬러 디스플레이 장치는 일반적으로 프로젝션(projection) 장치를 의미한다. 또한, 본 발명에서 1차원 광 변조기 소자는 GLV 디바이스(30), 멤스 구조물 또는 간섭 원리에 의해 일정한 입사광에 대하여 다양한 세기를 가지는 회절광을 생성하게 되고, 다양한 신호를 빛에 실을 수 있는 장치로써, 상술한 바와 같이 1차원 영상 화소를 담당하는 장치를 통칭한다.
도 1 및 도 6 내지 도 11까지의 도면에서는 3개의 광원을 이용하여 4회 스캔하는 방식을 중심으로 설명하지만, 이것이 본 발명의 권리범위를 제한하는 것은 아니며, 각기 다른 색광을 조사하는 임의의 N(여기서 N은 3이상의 자연수임)개의 광원을 이용하여 (N+1)회 스캔하는 방식의 컬러 디스플레이 장치 및 그 컬러 영상 표시 방법도 이하의 상세한 설명으로부터 도출될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1을 참조하면, 1차원 광변조기 소자를 이용한 컬러 디스플레이 장치는 광원계(110), 조명 광학계(120), 하나의 패널(즉, 1개의 1차원 광변조기 소자(130)), 릴레이 광학계(140), 스캐너(150), 투사 광학계(160), 스크린(170) 및 영상 제어 회로(180)를 포함한다. 여기서, 조명 광학계(120), 릴레이 광학계(140), 투사 광학계(160)는 프로젝션 장치에서는 일반적인 구성요소이므로 상세한 설명은 생략한다.
광원계(110)는 빛의 삼원색인 적색광, 녹색광 및 청색광을 각각 조사하는 적색 광원(112), 녹색 광원(114) 및 청색 광원(116)을 포함하고 있다. 광원계(110)는 빛의 3원색에 대응되는 광원인 것이 바람직하지만, 이것이 본 발명의 권리범위를 제한하는 것은 아니며, 다른 색상을 가지는 광원들에 의한 다양한 조합이 가능함은 물론이다. 광원계(110)는 레이저 광원인 것이 바람직하다.
광원계(110)에서의 각 색광들은 조명 광학계(120)에서 소정 각도로 반사되어 1차원 광변조기 소자(130)에 입사된다.
1차원 광변조기 소자(130)는 적색 광원(112), 녹색 광원(114) 및 청색 광원(116) 중 어느 하나로부터 색광을 입사받는다. 동시에 2 이상의 색광을 입사받지는 않으며, 한번에 하나의 색에 대한 색광만을 입사받는 것이 바람직하다.
1차원 광변조기 소자(130)는 상술한 바대로 스크린(170)에 투사될 때 하나의 주사선에 대한 광강도 정보에 따라 입사광을 변조하여 회절광을 생성한다. 여기서, 하나의 주사선은 컬러 영상의 한 프레임(frame)을 구성하는 (수직 주사선의 화소 수) × (수평 주사선의 화소 수) 만큼의 주사선 중에서 어느 하나의 수평 주사선 또는 수직 주사선을 의미한다. 이하에서는 1차원 광변조기 소자(130)가 어느 하나의 수직 주사선을 담당하는 것을 중심으로 설명하지만, 이것이 본 발명의 권리범위를 제한하는 것이 아님은 물론이다.
1차원 광변조기 소자(130)는 도 2에 도시된 GLV 디바이스(200) 또는 도 4에 도시된 멤스 구조물이 수직 주사선을 구성하는 화소 수만큼 병렬로 배치되어 하나의 수직 주사선을 담당하는 것이 바람직하다. 하나의 수직 주사선은 1차원 영상이고, 스크린(170)은 2차원 영상을 표현하는 바 추후 설명할 스캐너(150)에 의해 1차원 영상이 스캔됨으로써 2차원 영상으로 표현된다.
1차원 광변조기 소자(130)는 영상 정보가 포함되지 않은 색광을 입사받고, 추후 설명할 영상 제어 회로(180)로부터 수신한 광변조기 제어신호에 따라 해당 색광 및 해당 수직 주사선에 대한 영상 정보(즉, 광강도 정보)를 상기 색광에 싣는다. 이 과정이 색광의 변조이다. 즉, 영상 정보를 표현하는 패널의 역할을 1차원 광변조기 소자(130)가 담당한다. 이를 통해 영상 정보가 실린 색광 즉, 회절광은 릴레이 광학계(140)를 거쳐 스캐너(150)에 전달된다.
스캐너(150)는 영상 제어 회로(180)에서 수신한 스캐너 제어신호에 따라 회절광을 공간에 전개한다. 투사 광학계(160)는 프로젝션 렌즈를 포함하고 있으며, 스캐너(150)에 의해 공간에 전개되는 회절광을 스크린(170)에 컬러 영상으로 투사한다.
상술한 바와 같이 스캐너(150)에 의해 공간에 전개되는 회절광은 1차원 광변조기 소자(130)에 의해 변조된, 표현될 화면의 프레임 중 어느 하나의 수직 주사선을 표시하는 1차원 영상신호이다.
스캐너(150)의 수평 방향으로의 회전에 의해 회절광을 스크린(170) 중 영상신호에 상응하는 정해진 위치의 수직 주사선에 투사한다. 스캐너(150)의 회전으로 인해 수평 방향으로 각 수직 주사선의 영상신호가 모두 투사되면 하나의 프레임이 완성되고 하나의 화면이 완성되어 사람의 눈에 한 화면으로 보이게 된다. 이러한 기능을 수행하는 스캐너(150)는 갈바노 스캐너(Galvanometer scanner) 또는 폴리곤 미러 스캐너(Polygon mirror scanner)일 수 있다.
스캐너(150)에 의한 스캔이 수평 방향으로 이루어지며, 1차원 광변조기 소자(130)에 의한 변조는 각 수직 주사선 별로 이루어지는 것을 중심으로 설명하였지만, 이외에도 스캐너(150)에 의한 스캔이 수직 방향으로 이루어지며, 1차원 광변조기 소자(130)에 의한 변조는 각 수평 주사선 별로 이루어질 수도 있음은 물론이다.
영상 제어 회로(180)는 영상 신호를 수신하고, 상기 영상 신호에는 한 화면을 형성하는 프레임에 대한 영상 정보가 포함되어 있다. 영상 정보는 (수직 주사선의 화소 수) × (수평 주사선의 화소 수) 만큼의 화소의 적색, 녹색 및 청색의 광강도 정보를 포함한다. 예를 들어 수직 주사선의 화소 수를 m(자연수), 수평 주사선의 화소 수를 n(자연수)이라 하면, 한 프레임은 n개의 제1 내지 제n 수직 주사선 으로 구성되거나 m개의 제1 내지 제m 수평 주사선으로 구성된다고 할 수 있다(도 6 참조).
영상 제어 회로(180)는 영상 정보로부터 미리 정해진 순서에 따라 적색, 녹색 또는 청색에 관한 광강도 정보를 추출한다. 이때, 영상 제어 회로(180)는 광원계(110)를 구성하는 적색 광원(112), 녹색 광원(114) 및 청색 광원(116) 중 어느 하나의 광원에 대응하는 색광에 관한 광강도 정보를 한번 더 추출하게 된다. 또는 적색, 녹색 및 청색의 광강도 정보에 대해 버퍼 메모리(미도시)에 저장하고 있으며, 소정의 순서에 따라 버퍼 메모리로부터 추출할 수 있다.
여기서 광강도 정보가 한번 더 추출되는 색광은 광원계(110) 중 다른 2개의 광원보다 상대적으로 약한 광출력(light power)을 가지는 광원의 색광인 것이 바람직하다. 예를 들어 3개의 광원 중 적색 광원이 나머지 다른 2개의 광원보다 약한 출력을 갖는 경우에는 적색→ 녹색→ 청색→ 적색 순으로 광강도 정보를 추출할 수 있다. 여기서, 위의 순서는 일 예에 불과하며, 약한 출력을 갖는 광원에 대응한 색광에 대한 광강도 정보에 대하여 한번 더 추출해내는 것이라면 이외의 다양한 순서의 조합이 가능함은 물론이다.
도 6은 본 발명에 따라 스크린에 투사되는 1 프레임의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 스캐너(150)에 의한 스캔이 수평 방향으로 이루어질 때 제1 수직 주사선에서부터 제n 수직 주사선까지의 방향을 순방향(forward)이라고 하 고, 제n 수직 주사선에서부터 제1 수직 주사선까지의 방향을 역방향(backward)이라고 한다. 이하에서는 수평 방향으로의 스캐너(150)의 수평 방향으로의 회전이 반시계 방향인 경우 순방향으로, 이와 달리 시계 방향인 경우는 역방향으로 스캔되는 것으로 본다. 물론 이와 반대일 수 있다.
또는 스캐너(150)에 의한 스캔이 수직 방향으로 이루어질 때 제1 수평 주사선에서부터 제m 수평 주사선까지의 방향을 순방향(forward)이라고 하고, 제m 수평 주사선에서부터 제1 수평 주사선까지의 방향을 역방향(backward)이라고 한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서 갈바노 스캐너(150a)를 이용한 경우 임의의 1 프레임의 컬러 영상을 표시하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 7 이하의 도면에서는 영상 제어 회로(180)로부터의 광원 제어 신호, 광변조기 제어신호 및 스캐너 제어신호가 적색, 녹색, 청색 그리고 추후 설명할 약한 출력을 갖는 광원에 대응하는 색의 순으로 스캔되도록 광원계(110), 1차원 광변조기 소자(130) 및 스캐너(150)에 전달되는 것으로 가정한다. 또한 이때의 약한 출력을 갖는 광원은 적색 광원(112)인 것으로 가정한다. 물론 스캔 순서는 일 예시에 불과하며, 상기 순서 이외의 다른 순서에 의해서도 가능하다. 또한 약한 출력을 갖는 광원 역시 광원계(110) 중 추후 설명할 방식에 따라 결정되는 어느 하나의 광원일 수 있음은 물론이다.
또한, 이하에서 설명될 본 발명에 따른 컬러 영상 표시 방법은 컬러 디스플레이 장치에서 실행될 수 있는 영상 제어에 관한 명령어들의 프로그램이 유형적으 로 구현되고, 컬러 디스플레이 장치에 의해 판독될 수 있는 기록 매체(예를 들어, 하드 디스크, CD-ROM 등)로서 구현되어 제공될 수 있음은 물론이다.
도 7의 (a)를 참조(이하, 제1 스캔이라 함)하면, 먼저 적색에 관한 광강도 정보를 추출한 경우, 영상 제어 회로(180)는 적색 광원(112)만 온(on) 상태가 되고 녹색 광원(114) 및 청색 광원(116)은 오프(off) 상태가 되도록 하는 광원 제어신호를 광원계(110)로 전달한다. 그리고 영상 제어 회로(180)는 제n 수직 주사선에 대한 적색 광강도 정보를 포함하는 광변조기 제어신호를 1차원 광변조기 소자(130)에 전달한다.
또한 광변조기 제어신호에 따라 변조된 회절광이 1차원 광변조기 소자(130)로부터 갈바노 스캐너(150a)에 전달될 때, 영상 제어 회로(180)는 갈바노 스캐너(150a)가 스크린(170) 상에서 제n 수직 주사선에 상응하는 위치에 회절광이 표현될 수 있도록 회전시켜 위치를 조절하게 하는 스캐너 제어신호를 갈바노 스캐너(150a)에 전달한다. 여기서, 스캐너 제어신호는 갈바노 스캐너(150a)가 소정의 속도를 가지고 일방향으로(본 예에서는 시계방향) 회전하도록 하는 속도 제어신호이거나, 소정 위치로 움직이도록 하는 위치 제어신호일 수 있다.
이후, 마찬가지로 영상 제어 회로(180)는 제(n-1) 수직 주사선부터 제1 수직 주사선에 이를때까지 1차원 광변조기 소자(130) 및 갈바노 스캐너(150a)에 각 수직 주사선에 상응하는 각각의 광변조기 제어신호 및 스캐너 제어신호를 전달한다.
도 7의 (b)를 참조(이하, 제2 스캔이라 함)하면, 상술한 바와 같이 적색에 관하여 제n 수직 주사선에서부터 제1 수직 주사선까지 역방향으로 스크린(170) 상에 투사가 완료되면, 녹색에 관한 광강도 정보를 추출한다. 그리고 적색에 관하여 스크린(170) 상에 투사한 것과 유사한 방법으로 스크린(170) 상에 녹색에 관하여 투사한다.
이때, 갈바노 스캐너(150a)는 양방향 스캔이 가능하고, 제2 스캔시에는 반시계 방향으로 회전하게 된다. 이러한 이유로, 녹색의 경우에는 도 7의 (a)의 제1 스캔에서와 달리 제1 수직 주사선에서부터 제n 수직 주사선에 이르는 순방향으로의 투사가 이루어진다. 따라서, 녹색에 관한 광강도 정보 추출시에는 제1 수직 주사선에 대한 광강도 정보에 상응하는 광변조기 제어신호를 먼저 1차원 광변조기 소자(130)에 전달해야 한다.
도 7의 (c)를 참조(이하, 제3 스캔이라 함)하면, 상술한 바와 같이 녹색에 관하여 제1 수직 주사선에서부터 제n 수직 주사선까지 순방향으로 스크린(170) 상에 투사가 완료되면, 청색에 관한 광강도 정보를 추출한다. 청색에 대해서는 제1 스캔에서 스크린(170) 상에 투사한 것과 동일한 방법으로 투사하게 된다.
도 7의 (d)를 참조(이하, 제4 스캔이라 함)하면, 상술한 바와 같이 청색에 관하여 제n 수직 주사선에서부터 제1 수직 주사선까지 역방향으로 스크린(170) 상에 투사가 완료되면, 적색, 녹색, 청색 중 어느 하나에 대한 광강도 정보를 다시 추출한다.
이때, 다시 추출되는 광강도 정보는 광원계(110)를 구성하는 적색 광원(112), 녹색 광원(114), 청색 광원(116) 중 다른 2개의 광원보다 상대적으로 약 한 출력을 갖는 광원(이하, 약한 출력을 갖는 광원이라 약술함)에 대응하는 색광 정보인 것이 바람직하다.
여기서 광원계(110) 중 어느 하나가 다른 2개보다 상대적으로 약한 출력을 갖는다 함은 컬러 영상 정보를 구현하기 위해 이상적으로 요구되는 색별 광 파워와 상기 광원으로서 조달 가능한 상용 레이저 광원으로부터 얻을 수 있는 색별 최대 광 파워를 비교하여 가장 작은 비율을 나타냄을 의미한다. 이는 후술할 도 11의 상세한 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.
약한 출력을 갖는 광원(본 예에서는 적색 광원)에 대해서는 제2 스캔에서 스크린(170) 상에 투사한 것과 동일한 방법으로 투사하게 된다.
도 7의 (e)를 참조하면, 제1번 스캔에서부터 제4 스캔까지의 총 4회의 스캔이 완료됨으로써 한 화면에 대하여 풀 컬러(full color) 영상이 스크린(170)에 구현되고 있다. 여기서, 1 프레임의 풀 컬러 영상이 구현되는 데까지 걸리는 시간은 1/(텔레비전 방송 방식에 따른 필드 주파수)초 내여야 한다.
텔레비전 방송 방식에 따른 필드 주파수는 사람이 시각적으로 동영상 화면의 끊김을 감지할 수 없는 최소 주파수를 의미한다. 컬러 디스플레이 장치로서 텔레비전 방송방식은 NTSC(national television system committee) 방식, PAL(phase alternation by line) 방식 등이 있다.
NTSC 방식은 적색, 녹색, 청색의 삼원색 신호를 하나의 휘도신호(Y)와 두 개의 색차신호(I, Q)로 행렬변환한 다음 다중화하여 6MHz의 주파수 대역폭으로 전송하는 방식이다. PAL 방식은 NTSC 방식의 단점인 색상의 전송방식을 보완한 방식이 다. NTSC 방식은 주사선이 525개, 필드 주파수가 60Hz로 구성되어 있으며, PAL 방식은 주사선이 625개, 필드 주파수가 50Hz로 구성되어 있다.
즉, 필드 주파수에 따라 빛의 3원색인 적색, 녹색, 청색이 1/(필드 주파수 (예를 들어 NTSC 방식의 경우 60Hz, PAL 방식의 경우 50Hz))초 내에 한 화면 상에 각각 한번씩 투사되면 사람의 눈은 동시에 적색, 녹색, 청색을 모두 포함하는 풀 컬러 영상이 표현된 화면이 형성되고 있는 것으로 보게 된다.
다만, 본 발명에서는 투사되는 풀 컬러 영상의 밝기 향상을 위하여 약한 출력을 갖는 광원에 대하여 한번 더 스캔을 하여 총 4회 스캔을 통하여 풀 컬러 영상을 구현하고 있다. 이를 위해서 갈바노 스캐너(150a)는 총 2회전(즉, 총 4회 스캔)의 양방향 스캔을 하여 풀 컬러 영상을 구현하고 있다.
여기서, 갈바노 스캐너(150a)의 1회전이란 갈바노 스캐너(150a)가 시계 방향의 회전 및 반시계 방향의 회전 즉, 양방향 회전을 완료했을 때를 의미한다. 따라서, 갈바노 스캐너(150a)가 2회전 하는데 걸리는 시간은 1/(필드 주파수)초 내인 것이 바람직하고, 갈바노 스캐너(150a)의 양방향 스캔 주파수는 필드 주파수의 2배인 것이 바람직하다.
도 8은 스캐너가 도 7의 갈바노 스캐너(150a)인 경우 본 발명에서 연속되는 프레임의 컬러 영상을 표시하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 제1 스캔에서는 갈바노 스캐너(150a)의 시계 방향 회전에 대하여 적색 광원(112)만이 온(on) 상태가 되고, 1차원 광변조기 소자(130)에는 k(임의의 자연수)번째 프레임의 영상 정보 중에서 적색 정보만이 변조되어서 스크린(170) 상에 역방향으로 투사된다.
제2 스캔에서는 갈바노 스캐너(150a)의 반시계 방향 회전에 대하여 녹색 광원(114)만이 온(on) 상태가 되고, 1차원 광변조기 소자(130)에는 k번째 프레임의 영상 정보 중에서 녹색 정보만이 변조되어서 스크린(170) 상에 순방향으로 투사된다.
제3 스캔에서는 갈바노 스캐너(150a)의 시계 방향 회전에 대하여 청색 광원(116)만이 온(on) 상태가 되고, 1차원 광변조기 소자(130)에는 k번째 프레임의 영상 정보 중에서 청색 정보만이 변조되어서 스크린(170) 상에 역방향으로 투사된다.
제4 스캔에서는 갈바노 스캐너(150a)의 반시계 방향 회전에 대하여 약한 출력을 갖는 광원(본 예에서는 적색 광원)만이 온(on) 상태가 되고, 1차원 광변조기 소자(130)에는 k번째 프레임의 영상 정보 중에서 약한 출력을 갖는 광원에 대응하는 색광 정보만이 변조되어서 스크린(170) 상에 순방향으로 투사된다.
제1 스캔에서 제4 스캔을 진행함에 따라 k번째 프레임에 해당하는 풀 컬러 이미지를 완성하게 되고, 상기 총 4회의 스캔에 소요되는 시간은 NTSC 방식에 의할 때 1/60 초 내에, PAL 방식에 의할 때 1/50 초 내에 이루어져야 한다.
이후 제1 스캔에서부터 제4 스캔까지의 과정을 반복하여 (k+1), (k+2), (k+3), … 번째 프레임에 해당하는 풀 컬러 영상을 연속적으로 표현할 수 있다. 이때, 상기 (k+1), (k+2), (k+3), … 번째 프레임 별로 각각 NTSC 방식에 의할 때 1/60 초 내에, PAL 방식에 의할 때 1/50 초 내에 이루어져야 함은 물론이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예로서 폴리곤 미러 스캐너(150b)를 이용한 경우 연속되는 프레임의 컬러 영상을 표시하는 방법을 나타낸 도면이다.
여기서 폴리곤 미러 스캐너(150b)는 옆면에 미러를 가지는 육각 기둥 형상을 갖는 것을 예시하고 있지만, 폴리곤 미러 스캐너(150b)의 모양은 일 예에 불과하며 다양한 응용(예를 들어, 일반적인 다각 기둥의 형상)이 가능함을 당업자는 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 9의 설명에서 사용되는 '제1 스캔' 내지 '제4 스캔'은 도 7 및 도 8에서 사용된 동일 용어와 같이 1 프레임의 영상을 구현할 때의 색광별 스캔 순서를 나타내는 것이다. 다만 도 9에서의 폴리곤 미러 스캐너(150b)는 갈바노 스캐너(150a)와는 달리 단방향(시계방향 또는 반시계 방향 중 어느 일방향, 본 예에서는 반시계 방향) 회전을 한다. 따라서, 스캔 방향도 폴리곤 미러 스캐너(150b)의 회전 방향에 상응하여 단방향(역방향 또는 순방향 중 어느 일방향, 본 예에서는 항상 순방향)을 갖게 된다.
또한 도 9에서는 폴리곤 미러 스캐너(150b)에 의한 스캔이 수평 방향으로 이루어지며, 1차원 광변조기 소자(130)에 의한 변조는 각 수직 라인별로 이루어지는 것을 예시로 들고 있다. 그러나 이외에도 폴리곤 미러 스캐너(150b)에 의한 스캔이 수직 방향으로 이루어지며, 1차원 광변조기 소자(130)에 의한 변조는 각 수평 라인별로 이루어질 수도 있음은 물론이다.
도 9를 참조하면, 제1 스캔에서 폴리곤 미러 스캐너(150b)의 반시계 방향의 1/6회전(만일 폴리곤 미러 스캐너가 n각형 모양을 갖는다면 1/n회전)에 대하여 적색 광원(112)만이 온(on) 상태가 되고, 1차원 광변조기 소자(130)에는 k(임의의 자연수)번째 프레임의 영상 정보 중에서 적색 정보만이 변조되어서 스크린(170) 상에 순방향으로 투사된다.
여기서 폴리곤 미러 스캐너(150b)의 회전은 영상 제어 회로(180)로부터 전달되는 스캐너 제어 신호에 의해 제어되며, 스캐너 제어 신호는 폴리곤 미러 스캐너(150b)가 단방향을 가지면서 소정의 속도를 가지고 회전하도록 하는 속도 제어신호이거나 또는 소정의 위치로 움직이도록 하는 위치 제어신호일 수 있다.
제2 스캔에서는 제1 스캔에 연이어 폴리곤 미러 스캐너(150b)의 그 다음의 반시계 방향의 1/6회전에 대하여 녹색 광원(114)만이 온(on) 상태가 되고, 1차원 광변조기 소자(130)에는 k번째 프레임의 영상 정보 중에서 녹색 정보만이 변조되어서 스크린(170) 상에 순방향으로 투사된다.
제3 스캔에서는 제2 스캔에 연이어 폴리곤 미러 스캐너(150b)의 그 다음의 반시계 방향의 1/6회전에 대하여 청색 광원(116)만이 온(on) 상태가 되고, 1차원 광변조기 소자(130)에는 k번째 프레임의 영상 정보 중에서 청색 정보만이 변조되어서 스크린(170) 상에 순방향으로 투사된다.
제4 스캔에서는 제3 스캔에 연이어 폴리곤 미러 스캐너(150b)의 그 다음의 반시계 방향의 1/6회전에 대하여 약한 출력을 갖는 광원만이 온(on) 상태가 되고, 1차원 광변조기 소자(130)에는 k번째 프레임의 영상 정보 중에서 약한 출력을 갖는 광원(본 예에서는 적색 광원)에 대응하는 색광 정보가 한번 더 변조되어서 스크린(170) 상에 순방향으로 투사된다.
이와 같이 제1 스캔에서 제4 스캔을 진행함에 따라 k번째 프레임에 해당하는 풀 컬러 이미지를 완성하게 되고, 2/3 회전(4/6 회전)에 소요되는 시간은 NTSC 방식에 의할 때 1/60 초 내에, PAL 방식에 의할 때 1/50 초 내에 이루어져야 한다. 물론, 폴리곤 미러 스캐너(150b)가 육각 기둥이 아닌 n각 기둥 모양을 갖는 경우에는 4/n회전에 소요되는 시간이 NTSC 방식에 의할 때 1/60 초 내에, PAL 방식에 의할 때 1/50 초 내에 이루어져야 할 것이다. 여기서, 폴리곤 미러 스캐너(150b)의 1회전이란 어느 일 방향으로의 회전을 통해 다시 원 위치로 돌아올 때까지를 의미하는 것으로 한다.
이후 제 1번 스캔에서부터 제 4번 스캔까지의 과정을 반복하여 (k+1), (k+2), (k+3), … 번째 프레임에 해당하는 풀 컬러 영상을 연속적으로 표현할 수 있다. 이때, 상기 (k+1), (k+2), (k+3), … 번째 프레임 별로 각각 NTSC 방식에 의할 때 1/60 초 내에, PAL 방식에 의할 때 1/50 초 내에 이루어져야 함은 물론이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 시간에 따라 영상 제어 회로(180)에서 전달하는 광원 제어신호, 광변조기 제어신호 및 스캐너 제어신호의 예시를 나타낸 도면이다. 도 10의 (a)는 본 발명에서 스캐너로서 갈바노 스캐너(150a)를 이용한 경우이고, 도 10의 (b)는 스캐너로서 폴리곤 미러 스캐너(150b)를 이용한 경우를 나타낸다. 본 예에서는 NTSC 방식을 기초로 하여 60Hz의 필드 주파수를 가지고, 한 프레임은 1/60초(sec)의 주기를 가지는 것으로 가정한다.
도 10을 참조하면, 광변조기 제어신호는 적색, 녹색, 청색, 약한 출력을 갖는 광원에 대응되는 색광의 순으로 영상 정보 즉, 광강도 정보를 포함하면서 영상 제어 회로(180)로부터 1차원 광변조기 소자(130)에 전달된다.
적색 영상 정보가 전달되는 경우에는 적색 광원(112)만을, 녹색 영상 정보가 전달되는 경우에는 녹색 광원(114)만을, 그리고 청색 영상 정보가 전달되는 경우에는 청색 광원(116)만을 온(on) 상태로 하는 광원 제어신호가 영상 제어 회로(180)로부터 광원계(110)로 전달된다. 상기 과정이 완료된 후, 영상 제어 회로(180)는 약한 출력을 갖는 광원을 한번 더 온(on) 상태로 하는 광원 제어신호를 광원계(110)로 전달한다.
도 10의 (a)의 경우, 갈바노 스캐너(150a)는 각 영상 정보에 대하여 스크린(170) 상에 한번씩 투사되도록 하며, 시계 방향으로 회전하면 역방향으로 스캔되고 반시계 방향으로 회전하면 순방향으로 스캔된다.
갈바노 스캐너(150a)는 시계 방향과 반시계 방향으로의 즉, 양방향으로의 왕복을 통해 1 회전을 완료한다. 따라서, 2 회전에 의해 적색, 녹색, 청색 및 약한 출력을 갖는 광원에 대응하는 색광을 각각 한번씩 투사할 수 있으며, 풀 컬러 영상을 완성한다. 따라서 갈바노 스캐너(150a)가 1 회전 하는 시간은 1/120초이고, 스캔 주파수는 120Hz가 된다.
도 10의 (b)의 경우, 폴리곤 미러 스캐너(150b)는 각 영상 정보에 대하여 스 크린(170) 상에 한번씩 투사되도록 하며, 시계 방향만으로 회전하면 역방향만으로 스캔되고 반시계 방향만으로 회전하면 순방향만으로 스캔된다.
폴리곤 미러 스캐너(150b)는 시계 방향 또는 반시계 방향 중 어는 일방향만으로 즉, 단방향으로 회전함으로써 1 회전을 완료한다. 도 10의 (b)는 육각 기둥 모양의 폴리곤 미러 스캐너(150b)가 반시계 방향으로 회전하는 경우를 예시하고 있는바, 반시계 방향으로 6번의 이동을 통해 1회전을 완료한다. 따라서, 스캐너(150)가 상기 예시의 육각 기둥 모양의 폴리곤 미러 스캐너(150b)인 경우에는 2/3 회전에 의해 적색, 녹색, 청색 및 약한 출력을 갖는 광원에 대응하는 색광을 각각 한번씩 투사할 수 있으며, 풀 컬러 영상을 완성한다. 따라서 폴리곤 미러 스캐너(150b)가 1 회전 하는 시간은 1/40초이고, 스캔 주파수는 40Hz가 된다. 다만, 도 10의 (b)에 도시된 폴리곤 미러 스캐너는 일 예시에 불과하며, 그 모양에 따라서 상이한 스캔 주파수를 가질 수 있음은 물론이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 4회 스캔시의 밝기 향상의 정도를 3회 스캔한 경우와 비교한 테이블(Table)이다.
도 11을 참조하면, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 3개의 상용 광원 중 적색(R) 광원이 약한 출력을 갖는 경우를 예시하고 있다.
여기서 약한 출력을 갖는 광원이라 함은 3개의 상용 광원 중 어느 하나의 광원이 나머지 다른 2개의 광원보다 상대적으로 약한 출력을 갖는다는 것을 의미한다. 또한, 여기서 약한 출력을 갖는다 함은 컬러 영상 정보를 구현하기 위해 이상 적으로 요구되는 색별 광출력과 광원으로서 조달 가능한 상용 레이저 광원으로부터 얻을 수 있는 색별 최대 광출력을 비교하여 가장 작은 비율을 나타냄을 의미한다.
다만, 도 11은 일 예에 불과하며, 컬러 정보를 구현하기 위해 요구되는 색별 광 파워 및 상용 광원으로부터 얻을 수 있는 색별 최대 광 파워가 각각 상이해짐에 따라 가장 작은 비율을 갖는 즉, 약한 출력을 갖는 광원이 다르게 결정될 수 있음은 자명하다.
도 11에 도시된 테이블의 설명에 앞서 도 11에 사용된 각각의 약어를 먼저 설명하면, 'Needs'는 컬러 영상 정보를 구현하기 위해 이상적으로 요구되는 색별 광출력을 의미한다. 'LD Max'는 컬러 디스플레이 장치의 제작 시점에서 광원으로서 실제 구할 수 있는 상용 레이저 광원으로부터 얻을 수 있는 색별 최대 광출력을 의미한다. 'Effective PW'는 상기 상용 레이저 광원으로부터 얻을 수 있는 색별 최대 광출력 중에서 컬러 영상 정보의 구현시 실제로 사용되는 색별 유효 광출력을 의미한다.
도 11의 (a) 내지 (c)의 예시에서 보듯이 'Needs'값은 각 디스플레이 장치가 요구하는 조건에 따라 달라질 수 있으며,'LD Max'값 또한 사용되는 상용 레이저 광원에 따라 달라지게 되고, 이에 따라 'Effective PW'값은 상기 두 값에 상응하여 바뀔 수 있음은 물론이다.
이때, 약한 출력을 갖는 광원은 색별'LD Max'값을 색별'Needs'값으로 나눴을 때 나오는 비율 값이 상대적으로 가장 작은 것에 대응하는 광원으로 결정된다. 도 11의 (a) 경우를 예로 들면, 색별 비율 값은 각각 적색 광원의 경우 40/69(0.58), 녹색 광원의 경우 100/56(1.79), 청색 광원의 경우 50/53(0.94)이 되고, 여기서 가장 작은 비율 값을 갖는 적색 광원이 약한 출력을 갖는 광원으로 결정되는 것이다.
또한 도 11의 각각의 테이블에서'Effective PW'란 아래의 'RGB'는 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 영상 정보를 각각 한번씩 스크린 상에 투사하여 즉, 3회 스캔하여 컬러 영상을 구현한 경우를 나타내며, 'RRGB'는 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 영상 정보를 각각 한번씩 스크린 상에 투사하는 것 외에 약한 출력을 갖는 광원에 대응하는 색광에 대한 영상 정보를 한번 더 스크린 상에 투사하여 즉, 본 발명에서 이용되는 방식으로 4회 스캔하여 컬러 영상을 구현한 경우를 나타낸다.
여기서 색광 정보의 스캔 순서는 'RGB'및 'RRGB'가 나타내는 영문자별 순서로 한정되는 것은 아니며, 각각 상기 방식대로 3회 스캔 및 4회 스캔하는 것이라면 그 외 어떠한 순서에 의해도 상관없다.
도 11의 (a)를 참조하면, 컬러 영상 정보를 구현하기 위한 이상적인 색별 광 파워로서 각각 적색(R) 광원의 경우는 69 mW, 녹색(G) 광원의 경우는 56 mW, 청색(B) 광원의 경우는 53 mW 가 요구되고 있다. 이하 이를 RND , GND , BND 로 약술하기로 한다. 또한 상용 광원의 색별 최대 광 파워는 적색(R) 상용 광원의 경우는 40 mW, 녹색(G) 상용 광원의 경우는 100 mW, 청색(B) 상용 광원의 경우는 50 mW 이다. 이하 이를 RMAX, GMAX, BMAX 로 약술하기로 한다.
이 경우에 약한 출력을 갖는 광원은 RMAX /RND, GMAX /GND 및 BMAX /BND 값을 비교 하였을 때 가장 작은 비율 값을 갖는 것에 대응하는 광원으로 결정된다. 따라서 본 예에서는 RMAX /RND, GMAX /GND 및 BMAX /BND 값이 각각 0.58(40/69, 이하의 계산에서는 소수점 2자리까지 표시하는 것으로 하고, 그 이하의 값은 반올림하여 표시함), 1.79(100/56), 0.94(50/53)이 되고, 그 중 가장 작은 비율 값에 대응되는 적색(R)광원이 약한 출력을 갖는 광원이 된다.
도 11의 (a)의 테이블에서'Effective PW'란 아래의 'RGB'란을 참조하면,적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 영상 정보를 각각 한번씩 스크린 상에 투사하여 즉, 3회 스캔하여 컬러 영상을 구현한 경우의 실제로 사용되는 광원별 유효 광 파워를 나타내고 있다. 이하 광원별 유효 광 파워는 REFF, GEFF, BEFF 로 약술하기로 한다.
이때, 광원별 유효 광 파워는 상기 상용 광원의 색별 최대 광 파워의 1/3이 될 것이다. 이는 1/(텔레비전 방송 방식에 따른 필드 주파수) 의 시간 내에 3회 스캔하는 방식을 이용하기 때문에 상기 동일한 시간 내에 각각의 상용 광원으로부터 얻을 수 있는 색별 최대 광 파워를 1/3 밖에 쓸 수 없기 때문이다. 즉, REFF, GEFF, BEFF 는 이론적으로 13.33(40/3) mW, 33.33(100/3) mW, 16.67(50/3) mW 가 된다고 할 수 있다.
하지만, 여기서 컬러 영상이 왜곡 없이 구현 되기 위해서는 상기 컬러 영상 정보를 구현하기 위한 색별 광 파워 즉, RND , GND , BND 의 비율(69:56:53 즉, 1:0.81:0.77)이 REFF, GEFF, BEFF 에서도 유지되어야 한다. 따라서, 상기 REFF, GEFF, BEFF 중 가장 작은 값을 갖는 REFF 를 기준으로 상기 비율을 유지하도록 조정되는 결과, 실제 광원별 유효 광 파워 즉, REFF, GEFF, BEFF (이하 이를 조정 후 광원별 유효 광 파워라 한다.)는 13.33 mW, 10.82 mW, 10.24 mW 가 된다.
여기서, 3회 스캔 방식을 통해 얻을 수 있는 컬러 디스플레이 장치의 최대 밝기 효율은 상용 광원의 색별 최대 광 파워의 1/3(즉, 33.33%)이며, 조정 후 광원별 유효 광 파워의 합(13.33+10.82+10.24 즉, 34.39)를 3회 스캔 방식에서의 상용 광원의 색별 최대 광 파워의 합(13.33(40/3) + 33.33(100/3) + 16.67(50/3) 즉, 63.33)으로 나눈 값은 0.54가 되므로 3회 스캔 방식의 컬러 디스플레이 장치의 밝기 효율은 18.10(즉, 33.33% × 0.54)% 가 된다.
상술한 3회 스캔 방식과 비교하여 도 12의 (a)의 테이블에서'Effective PW'란 아래의 'RRGB'란을 참조하면, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 영상 정보를 각각 한번씩 스크린 상에 투사하는 것 외에 약한 출력을 갖는 광원에 대응하는 색광에 대한 영상 정보를 한번 더 스크린 상에 투사하여 즉, 본 발명에서 이용되는 방식으로 4회 스캔하여 컬러 영상을 구현한 경우의 실제로 사용되는 광원별 유효 광 파워를 나타내고 있다.
이때, 광원별 유효 광 파워는 상기 상용 광원의 색별 최대 광 파워의 1/4이 될 것이다. 이는 1/(텔레비전 방송 방식에 따른 필드 주파수) 의 시간 내에 4회 스캔하는 방식을 이용하기 때문에 상기 동일한 시간 내에 각각의 상용 광원으로부터 얻을 수 있는 색별 최대 광 파워를 1/4 밖에 쓸 수 없기 때문이다.
이때, 약한 출력을 갖는 광원(본 예시에서는 적색(R) 상용 광원)에 대응하는 색광에 대한 영상 정보를 한번 더 스크린 상에 투사하기 때문에 적색(R) 상용 광원으로부터 얻을 수 있는 최대 광 파워는 40 mW 의 2배인 80 mW 가 된다. 따라서, REFF, GEFF, BEFF 는 이론적으로 20(80/4) mW, 25(100/4) mW, 12.50(50/4) mW 가 된다고 할 수 있다. 하지만, 여기서 컬러 영상이 왜곡 없이 구현 되기 위해서는 상기 컬러 영상 정보를 구현하기 위한 색별 광 파워 즉, RND , GND , BND 의 비율(69:56:53 즉, 1:0.81:0.77)이 REFF, GEFF, BEFF 에서도 유지되어야 한다. 따라서, 상기 REFF, GEFF, BEFF 중 가장 작은 값을 갖는 BEFF 를 기준으로 상기 비율을 유지하도록 조정되는 결과, 실제 광원별 유효 광 파워 즉, REFF, GEFF, BEFF (이하 이를 조정 후 광원별 유효 광 파워라 한다.)는 16.27 mW, 13.21 mW, 12.50 mW 가 된다.
여기서, 4회 스캔 방식을 통해 얻을 수 있는 컬러 디스플레이 장치의 최대 밝기 효율은 상용 광원의 색별 최대 광 파워의 1/4(즉, 25%)이며, 상기 조정 후 광원별 유효 광 파워의 합(16.27+13.21+12.50 즉, 41.98)를 4회 스캔 방식에서의 상용 광원의 색별 최대 광 파워의 합(10(40/4) + 25(100/4) + 12.50(50/4) 즉, 47.5)으로 나눈 값은 0.88 이 되므로 4회 스캔 방식의 컬러 디스플레이 장치의 밝기 효율은 22.10(즉, 25% × 0.88)% 가 된다.
즉, 본원 발명의 4회 스캔 방식의 컬러 디스플레이 장치는 3회 스캔 방식과 비교하였을 때 22.1(22.1% / 18.1%)% 만큼의 밝기가 향상됨을 알 수 있다.
도 11의 (b)는 RND , GND , BND 가 각각 79 mW, 56 mW, 53 mW 이고, 도 11의 (c)는 RND , GND , BND 가 각각 63 mW, 58 mW, 54 mW 인 경우를 예시하고 있다.도 11의 (b) 및 (c) 모두 RMAX, GMAX, BMAX 는 각각 40 mW, 100 mW, 50 mW 이다. 도 11의 (b) 및 (c)의 경우에도 상술한 도 11의 (a)에서와 동일한 방법으로 컬러 디스플레이 장치의 밝기 효율을 계산할 수 있다.
도 11의 (b)의 경우, 본원 발명의 4회 스캔 방식의 컬러 디스플레이 장치는 3회 스캔 방식과 비교하였을 때 33.98(23.34% / 17.42%)% 만큼의 밝기가 향상됨을 보여주고 있으며, 도 11의 (c)의 경우에는 12.6(21.32% / 18.93%)% 만큼의 밝기가 향상됨을 보여준다.
본 발명에서 상대적으로 가장 약한 광출력을 가지는 광원에 대하여 한번 더 스캐너(150)를 이용하여 스크린(170) 상에 스캔함에 있어서, 턴온되는 광원의 순서를 어떠한 순서에 의하던지 상관없다. 다만, 가장 약한 광출력을 가지는 광원에 대하여 연속적으로 두번 스캔을 한다면, 광원의 온오프 및 해당 광원의 색광에 대한 광강도 정보 추출이 한번만 이루어질 수 있는 장점이 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 컬러 디스플레이 장치 및 컬러 영상 제어 기록 매체는 실제 조달가능한 상용 광원을 활용하여 최대의 밝기를 가지는 컬러 영 상을 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상용 광원을 이용하면서 상대적으로 약한 출력을 갖는 광원에 대하여 한번 더 스캔하는 방식을 통하여 상용 광원에서 최대의 출력을 낼 수 있는 조합을 선택하여 더 밝은 컬러 영상을 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 약한 출력을 갖는 광원에 대하여 한번 더 스캔하는 방식을 통해 별도의 장치를 부가하지 않고서도 상용 광원의 광출력 강도를 조정할 수 있는 효과가 있다. 따라서, 컬러 디스플레이 장치의 구성의 복잡화를 방지할 수 있고, 그 제조 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 온오프를 제어하는 광원 제어신호에 따라 각기 다른 색광(color light)을 조사하는 N(N은 3이상의 자연수)개의 광원;
    상기 광원으로부터 조사된 색광을 광변조기 제어신호에 따라 변조하여 회절광을 생성하는 1차원 광변조기 소자;
    상기 1차원 광변조기 소자로부터 조사되는 상기 회절광을 스캐너 제어신호에 따라 스크린에 스캔하여 투사하는 스캐너; 및
    영상 신호를 입력받고, 상기 N개의 광원을 각각 한번씩 턴온시키고 상기 N개의 광원 중 상대적으로 가장 약한 출력을 가지는 하나의 광원을 한번 더 턴온시키는 상기 광원 제어신호와, 상기 영상 신호에서 추출된 턴온 상태인 상기 광원에 대응되는 광강도 정보인 상기 광변조기 제어신호와, 상기 광변조기 제어 신호에 따른 상기 스캐너의 회전 동작을 제어하는 상기 스캐너 제어신호를 각각 상기 광원, 상기 1차원 광변조기 소자 및 상기 스캐너에 전달하여 제어하는 영상 제어 회로
    를 포함하는 컬러 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 N개의 광원은 빛의 3원색인 적색, 녹색 및 청색의 3색 광원인 컬러 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스캐너는 갈바노 스캐너이고,
    상기 갈바노 스캐너는 1회전시 양방향 스캔을 하되,
    상기 갈바노 스캐너의 1/2 회전시마다 상기 N개의 광원 중 어느 하나의 광원에 대응되는 상기 회절광을 스캔하여 상기 갈바노 스캐너의 (N+1)/2 회전에 의해 한 프레임의 풀 컬러 영상이 상기 스크린 상에 투사하는 컬러 디스플레이 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 갈바노 스캐너의 (N+1)/2 회전은 1/(텔레비전 방송 방식에 따른 필드 주파수)초 내에 이루어지는 컬러 디스플레이 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스캐너는 다각 기둥의 형상을 가지는 폴리곤 미러 스캐너이고, 상기 폴리곤 미러 스캐너는 단방향 스캔을 하되,
    상기 폴리곤 미러 스캐너의 1/(상기 다각 기둥의 옆면의 수) 회전시마다 상기 N개의 광원 중 어느 하나의 광원에 대응되는 상기 회절광을 스캔하여 상기 폴리 곤 미러 스캐너의 (N+1)/(상기 다각 기둥의 옆면의 수) 회전에 의해 한 프레임의 풀 컬러 영상이 상기 스크린 상에 투사하는 컬러 디스플레이 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 폴리곤 미러 스캐너의 (N+1)/(상기 다각 기둥의 옆면의 수) 회전은 1/(텔레비전 방송 방식에 따른 필드 주파수)초 내에 이루어지는 컬러 디스플레이 장치.
  7. 광원, 1차원 광변조기 소자 및 스캐너를 포함하는 컬러 디스플레이 장치에서 실행될 수 있는 영상 제어에 관한 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며, 상기 컬러 디스플레이 장치에 의해 판독될 수 있는 기록 매체로서,
    (a) 각기 다른 색광(color light)을 조사하는 N(N은 3이상의 자연수)개의 광원 중 어느 하나를 턴온시키는 단계;
    (b) 상기 턴온된 광원의 색광에 상응하는 광강도 정보를 상기 1차원 광변조기 소자에 전달하는 단계;
    (c) 상기 광강도 정보에 따라 상기 1차원 광변조기 소자에 의해 변조되어 생성된 회절광이 스크린 상에 스캔되어 투사되도록 상기 스캐너를 제어하는 단계; 및
    (d) 상기 N개의 광원 중 광출력이 가장 약한 광원은 두번 턴온되고, 나머지 광원들은 한번씩 턴온될 때까지 상기 단계 (a) 내지 단계 (c)를 반복하는 단계
    를 포함하는 영상 제어를 실행하는 프로그램이 기록된 기록 매체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 단계 (a) 내지 상기 단계 (c)는 1/{(텔레비전 방송 방식에 따른 필드 주파수)×(N+1)}초 내에 이루어지는 영상 제어를 실행하는 프로그램이 기록된 기록 매체.
  9. 광원, 1차원 광변조기 소자 및 스캐너를 포함하는 컬러 디스플레이 장치에서 실행될 수 있는 영상 제어에 관한 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며, 상기 컬러 디스플레이 장치에 의해 판독될 수 있는 기록 매체로서,
    (a) 각기 다른 색광(color light)을 조사하는 N(N은 3이상의 자연수)개의 광원 중 어느 하나를 턴온시키는 단계;
    (b) 상기 턴온된 광원의 색광에 상응하는 광강도 정보를 상기 1차원 광변조기 소자에 전달하는 단계;
    (c) 상기 광강도 정보에 따라 상기 1차원 광변조기 소자에 의해 변조되어 생성된 회절광이 스크린 상에 스캔되어 투사되도록 상기 스캐너를 제어하는 단계; 및
    (d) 상기 N개의 광원 중 광출력이 가장 약한 광원은 턴온상태에서 연속적으 로 두번 상기 단계 (c)를 반복하고, 나머지 광원들은 한번씩 턴온될 때까지 상기 단계 (a) 내지 단계 (c)를 반복하는 단계
    를 포함하는 영상 제어를 실행하는 프로그램이 기록된 기록 매체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 단계 (a) 내지 상기 단계 (c)는 1/{(텔레비전 방송 방식에 따른 필드 주파수)×(N+1)}초 내에 이루어지는 영상 제어를 실행하는 프로그램이 기록된 기록 매체.
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