KR20080094318A

KR20080094318A - 스캐닝 디스플레이 장치 및 스캐닝 디스플레이 구동 방법

Info

Publication number: KR20080094318A
Application number: KR1020070038573A
Authority: KR
Inventors: 여인재
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2007-04-20
Filing date: 2007-04-20
Publication date: 2008-10-23

Abstract

3색 광원을 구비하고 하나의 컬러 영상 프레임을 표현하기 위해 7회 스캐닝하는 스캐닝 디스플레이 장치 및 스캐닝 디스플레이 구동 방법이 개시된다. 일 실시예에 따른 스캐닝 디스플레이 장치는, 적색 광원; 녹색 광원; 청색 광원; 상기 적색 광원, 상기 녹색 광원 및 상기 청색 광원으로부터 조사되는 입사광을 변조한 변조광을 출력하는 광변조기; 상기 변조광을 스크린 상에 스캐닝하는 스캐너; 및 영상 프레임을 순차적으로 입력받고, 하나의 상기 영상 프레임 당 7개의 서브 프레임을 할당하여 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나는 3개의 서브 프레임을, 나머지는 2개 씩의 서브 프레임을 출력하도록 상기 적색 광원, 상기 녹색 광원, 상기 청색 광원, 상기 광변조기 및 상기 스캐너를 제어하는 영상 제어부를 포함한다. 스캐너에 요구되는 구동 주파수를 낮추어 유효 스캔 영역비를 크게 하고, 동일한 전력을 소모하는 경우 최대 밝기가 밝아지며, 스캐너 자체의 성능 스펙을 낮출 수 있다.

스캐닝 디스플레이 장치, 스캐너, 서브 프레임

Description

스캐닝 디스플레이 장치 및 스캐닝 디스플레이 구동 방법{Scanning display apparatus and Scanning display driving method}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개략적인 구성도.

도 2a는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 압전체를 이용한 일 형태의 회절형 광 변조기 모듈의 사시도.

도 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 압전체를 이용한 다른 형태의 회절형 광 변조기 모듈의 사시도.

도 2c는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 회절형 광 변조기 어레이의 평면도.

도 2d는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 회절형 광 변조기 어레이에 의해 스크린에 이미지가 생성되는 모식도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 7 서브 프레임 스캔 디스플레이 구동 방법을 각 서브 프레임 별로 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 7 서브 프레임 스캔 디스플레이 구동 방법을 동시에 나타낸 도면.

도 5는 7 서브 프레임 스캔 디스플레이시 스캐너의 제어 신호를 나타낸 도 면.

도 6은 종래 양방향 스캐너에 의한 유효 영상 영역과 방향 전환 영역을 나타낸 도면.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 다른 양방향 스캐너에 의한 유효 영상 영역과 방향 전환 영역을 나타낸 도면.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 7 서브 프레임 스캐닝 디스플레이 장치의 각 색상별 인터벌(interval) 및 프레임 주파수(frame frequency)를 나타낸 표.

도 9는 광원별 최대 출력 및 6500K 색온도를 표현할 때의 디스플레이 구동 방법에 따른 밝기 향상을 나타낸 표.

도 10은 각 색상 광원별 입력 대 출력 관계에 따른 각 Case 별 요구되는 입력 파워(power)를 나타낸 표.

본 발명은 스캐닝 디스플레이 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일 프레임의 영상 자료에 대해 3색 광원을 이용하여 총 7회 스캔함으로써 컬러 영상을 구현하는 장치에 관한 것이다.

최근에는 프로젝션(Projection) 텔레비젼 등이 개발됨에 따라 스크린에 광을주사하는 수단으로써 광변조기 및 스캐너가 이용되고 있다. 광변조기는 광원으로부 터의 입사광을 변조시킨 변조광을 출력한다. 여기서, 광변조기는 복수의 마이크로 미러가 일렬로 배치되어 있고, 각 마이크로 미러는 하나의 픽셀을 담당하여 1차원 선형 영상(수직 라인 또는 수평 라인)에 해당하는 변조광을 출력한다. 스캐너는 광변조기로부터의 변조광을 소정 방향으로(예를 들어, 1차원 선형 영상이 수직 라인인 경우 수평 방향으로, 수평 라인인 경우 수직 방향으로) 스캔함으로써 다수의 1차원 선형 영상이 스캐닝 시간에 따라 연속적으로 표시되어 최종적으로 2차원 영상을 스크린 상에 표현한다.

광변조기를 이용한 스캐닝 디스플레이 장치는 특성상 광원으로 레이저 또는 레이저 다이오드 등의 단파장 광을 발생시키는 장치를 이용한다. 이에 따라 광원 선택의 폭이 작아 원하는 밝기를 내기 위한 광원을 임의로 선택할 수 없으며, 광원에 의해 디스플레이하는 2차원 영상의 최대 밝기가 제한된다. 동일 광원의 성능을 최대한 활용함으로써 최대 밝기를 향상시킬 수는 있으나, 자연색의 재현 또는 정해진 규격의 색 재현을 만족시키기 위해서는 광원 성능 활용이 제한된다.

각각의 광원은 색상 별로 기동 전류가 다르다. 최대 출력이 큰 광원일수록 기동 전류가 많이 요구된다. 따라서, 정해진 출력을 얻는데 소모되는 전력이 광원 별로 서로 달라 각 광원의 출력을 운용하는 방법에 따라 스캐닝 디스플레이 장치의 전체적인 전력 소모가 달라지게 할 수 있지만, 종래에는 광원 운용 방법에 관한 선택이 불가능하여 전력 소모를 줄일 수 없었다.

또한, 스캐닝 디스플레이 장치는 반드시 스캐너를 필요로 한다. 따라서, 스캐너의 최대 구동 주파수가 최대 밝기와 영상의 품질 결정이 중요하다. 종래 기술 에 의할 때 플리커링(flickering)의 발생을 방지하기 위해서는 색상별 프레임 주파수가 50 Hz 이상이어야 하는 바, 스캐너의 구동 주파수는 3색 1 패널 디스플레이 기준으로 75 Hz 이상이지만, 스캐닝 방향이 바뀌지 않아야 하는 제한 조건으로 인해 90 Hz 이상이어야 하지만, 구동 주파수가 높아질수록 전력 소모가 커지고 스캐너 및 구동회로의 제작 자체가 어려워지는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 스캐너에 요구되는 구동 주파수를 낮추어 유효 스캔 영역비를 크게 하고, 동일한 전력을 소모하는 경우 최대 밝기가 밝아지며, 스캐너 자체의 성능 스펙을 낮출 수 있는 스캐닝 디스플레이 장치 및 디스플레이 구동 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 각 색상 별로 프레임 주파수가 51.2 Hz 이상이 유지되어 플리커링이 발생하지 않는 스캐닝 디스플레이 장치 및 디스플레이 구동 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 입력 영상이 30 FPS를 만족하면 되므로, 매끄러운 동영상 플레이에 적합한 스캐닝 디스플레이 장치 및 디스플레이 구동 방법을 제공한다.

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 3색 광원을 구비하고 하나의 컬러 영상 프레임을 표현하기 위해 7회 스캐닝하는 스캐닝 디스플레이 장치가 제공된다.

일 실시예에 따른 스캐닝 디스플레이 장치는, 적색 광원; 녹색 광원; 청색 광원; 상기 적색 광원, 상기 녹색 광원 및 상기 청색 광원으로부터 조사되는 입사광을 변조한 변조광을 출력하는 광변조기; 상기 변조광을 스크린 상에 스캐닝하는 스캐너; 및 영상 프레임을 순차적으로 입력받고, 하나의 상기 영상 프레임 당 7개의 서브 프레임을 할당하여 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나는 3개의 서브 프레임을, 나머지는 2개 씩의 서브 프레임을 출력하도록 상기 적색 광원, 상기 녹색 광원, 상기 청색 광원, 상기 광변조기 및 상기 스캐너를 제어하는 영상 제어부를 포함한다.

여기서, 상기 영상 프레임의 갱신률(update rate)이 30 FPS(frame per second) 이상일 수 있다. 그리고 상기 스크린 상에 출력되는 컬러 영상 프레임은 동영상의 일 프레임일 수 있다.

또한, 상기 스캐너는 회전축을 중심으로 시계 방향 및 반시계 방향으로 모두 회전가능한 양방향 스캐너일 수 있다.

또한, 상기 영상 제어부는 상기 7개의 서브 프레임의 순서는 ABCXABC로 설정하고, A, B, C는 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나이며, 서로 중복되지 않고, X는 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나일 수 있다. X는 상기 스크린 상에 디스플레이되는 컬러 영상이 소정 색온도를 가지도록 상기 적색 광원, 상기 녹색 광원 및 상기 청색 광원의 실제 최대 출력을 비교함으로써 결정될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 3색 광원을 구비하고 하나의 컬러 영상 프레임을 표현하기 위해 7회 스캐닝하는 스캐닝 디스플레이 구동 방법이 제공된다.

일 실시예에 따른 스캐닝 디스플레이 구동 방법은, 영상 프레임을 입력받는 단계; 상기 영상 프레임 당 7개의 서브 프레임을 할당하는 단계; 상기 서브 프레임 별로 색상 광원을 대응시켜 단색 영상 프레임을 출력하는 단계; 및 상기 단색 영상 프레임의 출력을 7회 반복하여 하나의 컬러 영상 프레임을 표현하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 영상 프레임을 입력받는 단계는 상기 영상 프레임의 갱신률이 30 FPS 이상이 되도록 상기 영상 프레임을 입력받을 수 있다. 그리고 상기 컬러 영상 프레임은 동영상의 일 프레임일 수 있다.

또한, 상기 서브 프레임을 할당하는 단계는 ABCXABC의 순서로 상기 7개의 서브 프레임 순서를 설정하고, A, B, C는 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나이며, 서로 중복되지 않고, X는 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나일 수 있다. X는 상기 스크린 상에 디스플레이되는 컬러 영상이 소정 색온도를 가지도록 각 색상 광원의 실제 최대 출력을 비교함으로써 결정될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 순차적인 7개의 서브 프레임으로 하나의 컬러 영상 프레임을 표현하는 디지털 처리 장치에 의해 실행될 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 있어서, 상술한 스캐닝 디스플레이 구동 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체가 제공된다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 디스플레이 장치의 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 스캐닝 디스플레이 장치(100)는 광원(110), 광변조기(120), 구동회로(125), 스캐너(130) 및 영상 제어부(150)를 포함한다. 여기서, 스캐닝 디스플레이 장치의 일 실시예로 광원(110), 광변조기(120), 구동회로(125) 및 스캐너(130)를 중심으로 설명하지만, 그 외 스캐너를 이용하는 다른 실시예도 가능함은 물론이다.

본 발명에서 스캐닝 디스플레이 장치(100)는 1 패널 방식이다. 1 패널 방식은 1개의 광변조기(120)를 이용하여 극히 짧은 시간 내에 순차적으로 적색, 녹색 및 청색을 표시함으로써 사람 눈의 잔상 효과를 이용하여 컬러 영상으로 인식하게 한다.

광원(110)은 스크린(140)에 영상이 투사될 수 있도록 광을 조사한다. 광원(110)은 빛의 삼원색에 해당하는 적생광, 녹색광, 청색광을 조사하는 적색 광원(110R), 녹색 광원(110G), 청색 광원(110B)을 포함한다. 각 색상 광원(110)은 레이저, LED 또는 레이저 다이오드일 수 있다. 적색광, 녹색광 및 청색광은 순차적인 또는 임의의 순서에 따른 각 색상 광원(110)의 온/오프에 의해 스크린(140)에 컬러 영상이 투사되도록 조사된다.

광원(110)과 광변조기(120) 사이에 조명 광학계(115)가 있어 광원(110)에서 투사되는 광의 방향을 소정의 각도로 반사시켜 광변조기(120)에 광이 집중되도록 할 수 있다.

광변조기(120)는 구동회로(125)에서 제공하는 구동 신호에 따라 광원(110)으로부터 조사된 입사광을 변조한 변조광을 출력한다. 광변조기(120)는 일렬로 배치된 복수의 마이크로 미러로 구성되며, 광변조기(120)는 하나의 영상 프레임에서 수직 라인 또는 수평 라인에 해당하는 1차원 선형 영상을 생성한다. 광변조기(120)는 인가되는 구동 신호에 따라 1차원 선형 영상의 각 픽셀에 해당하는 각 마이크로 미러의 변위를 변화시킴으로써 입사광의 휘도를 변화시킨 변조광을 출력한다. 즉, 변조광은 영상 프레임 중 하나의 수직 라인 또는 수평 라인에 포함되는 픽셀들의 영상 정보가 일렬로 배열된 1차원 선형 영상이다. 광변조기(120)로부터 출력되는 변조광은 수직 라인 또는 수평 라인의 1차원 선형 영상일 수 있으며, 이하에서는 본 발명의 이해와 설명의 편의를 위해 수직 라인의 1차원 선형 영상인 것을 중심으로 설명하기로 한다.

복수의 마이크로 미러는 영상 프레임 중 수직 라인을 구성하는 픽셀의 수와 동일하거나, 그 배수인 것이 바람직하다. 변조광은 추후 스크린(140)에 투사될 수직 라인의 영상 정보(예를 들어, 수직 라인을 구성하는 각 픽셀의 휘도값 등)가 반영된 빛이며, 0차 회절광(즉, 반사광) 또는 +n차 회절광, -n차 회절광(n은 자연수)일 수 있다.

구동회로(125)는 영상 제어부(150)로부터의 영상 제어 신호에 따른 구동 신호를 광변조기(120)에 제공하여 출력되는 변조광의 휘도를 변화시킨다. 구동회로(125)가 광변조기(120)에 제공하는 구동 신호는 구동 전압 또는 구동 전류일 수 있다.

집속 광학계(131)는 광변조기(120)에서 출력되는 변조광이 스캐너(130)에 전달되도록 해준다. 하나 이상의 렌즈가 포함될 수 있으며, 필요에 따라 배율을 조절하여 광변조기(120)의 크기와 스캐너(130)의 크기의 비에 따라 확대 또는 축소된 변조광을 전달한다.

스캐너(130)는 광변조기(120)로부터 입사되는 변조광을 소정 각도로 반사시켜 스크린(140)에 투사한다. 이때 소정 각도는 영상 제어부(150)로부터 입력되는 스캐너 제어 신호에 의해 정해진다. 스캐너 제어 신호는 영상 제어 신호와 동기화(synchronization)하여 영상 제어 신호에 상응하는 스크린(140) 상의 수직 라인 위치에 변조광이 투사될 수 있는 각도로 스캐너(130)를 회전시킨다. 즉, 스캐너 제어 신호는 스캐너(130)의 구동 주파수에 대한 정보를 포함하고 있으며, 구동 주파수에 따라 스캐너(130)는 광변조기(120)로부터 입사되는 변조광이 특정 시점에 스크린(140) 상의 특정 위치에 투사되도록 회전하게 된다. 본 발명의 일 실시예에서, 스캐너(130)는 갈바노 미러(Galvano Mirror)일 수 있다.

광변조기(120)로부터의 변조광은 상술한 것과 같이 0차 회절광, +n차 회절광 또는 -n차 회절광 등일 수 있다. 각 회절광은 스캐너(130)에 의해 스크린(140)에 스캐닝되면서 투사된다. 이 경우 각 차수의 회절광의 경로가 서로 다르기 때문에 슬릿(slit)(133)을 두어 필요로 하는 차수의 회절광을 선택하여 스크린(140)에 투사되도록 한다. 또한, 슬릿은 스캐너(130) 전단에 배치되어 스캐너(130)로 입사되는 변조광 중 필요로 하는 차수의 회절광만이 스캐너(130)로 입사되도록 할 수도 있다.

투사 광학계(132)는 광변조기(120)로부터의 변조광이 스캐너(130)에 투사되도록 한다. 투사 렌즈(projection lens)(미도시)를 포함한다.

영상 제어부(150)는 하나의 영상 프레임에 해당하는 영상 신호를 입력받고, 영상 신호에 상응하는 입력 영상의 수직 해상도 및 수평 해상도를 파악한다. 영상 제어부(150)는 제1 버퍼 및 제2 버퍼를 포함하고, 각 버퍼는 적색, 녹색 및 청색 프레임 메모리를 구비하고 있다. 영상 신호는 각 픽셀 별로 3 색의 색상 정보로 분리되어 제1 버퍼의 각 색상별 프레임 메모리에 저장된다. 한 영상 프레임의 색상 정보가 입력되면 연속되어 입력되는 영상 신호는 동일한 방법에 의해 제2 버퍼의 각 색상별 프레임 메모리에 저장된다.

제2 버퍼에 색상 정보의 저장이 시작되면, 제1 버퍼에 저장되어 있는 색상 정보를 읽어 들여 구동회로(125)로 출력하기 위한 영상 제어 신호를 생성한다. 영상 제어 신호는 구동회로(125)의 입력 신호 조건을 만족시키도록 가공된다.

영상 제어부(150)는 버퍼로부터 색상 정보를 읽어들일 때 하나의 색상에 대한 프레임 정보를 다 읽어들인 후 순차적으로 다른 색상에 대한 프레임 정보를 읽어들인다. 색상 정보를 읽어들일 때에는 출력 순서에 맞추어 수직 방향으로 한 라인씩 읽어들인다.

영상 제어부(150)가 하나의 영상 프레임에 대한 프레임 정보를 읽어들이는 순서는 총 7회이며, ABCXABC의 순서로 읽어들인다. 여기서, A, B, C는 각각 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 중 하나이며, 서로 중복되지 않아야 한다. 그리고 X는 적 색, 녹색 및 청색 중 하나이며, 광원(100)의 출력 특성 또는 표시하고자 하는 영상의 색온도 등에 따라 결정된다. 이에 대해서는 추후 도 3 이하의 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

상술한 제1 버퍼 및 제2 버퍼는 입력되는 영상 프레임 단위로 역할이 바뀐다. 즉, 제1 버퍼가 현 영상 프레임의 색상 정보를 저장하는 경우 제2 버퍼는 이미 저장된 이전 영상 프레임의 색상 정보를 출력하며, 제1 버퍼가 이미 저장된 현 영상 프레임의 색상 정보를 출력하는 경우 제2 버퍼는 다음 영상 프레임의 색상 정보를 저장한다.

입력되는 영상 신호는 30 FPS인 것으로 가정하며, 60 FPS로 입력되는 경우에는 연속되는 2개의 영상 프레임 중 앞 또는 뒤의 영상 프레임을 무시하여 30 FPS가 되도록 한다.

또한, 영상 제어부(150)는 영상 제어 신호와 동기화된 스캐너 제어 신호 및 광원 제어 신호를 각각 스캐너(130) 및 광원(110)에 제공한다. 서로 연동되는 영상 제어 신호, 스캐너 제어 신호, 광원 제어 신호에 의해 하나의 영상 프레임이 스크린(140) 상에 디스플레이된다.

본 발명에 적용되는 광변조기(120)는 다음과 같다.

광변조기는 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, 광변조기는 구동되는 방식에 상관없이 본 발명에 적용이 가 능하다.

정전 구동 방식 격자 광변조기는 반사 표면부를 가지며 기판 상부에 부유(suspended)하는 다수의 일정하게 이격하는 변형 가능 반사형 리본을 포함한다.

리본상의 반사 표면과 기판의 반사 표면 사이의 수직 거리 d로 한정된 이러한 광변조기의 격자 진폭은 리본(제1 전극으로서의 역할을 하는 리본의 반사 표면)과 기판(제2 전극으로서의 역할을 하는 기판 하부의 전도막) 사이에 전압을 인가함으로써 제어된다.

도 2a는 본 발명에 적용 가능한 간접 광변조기 중 압전체를 이용한 일 형태의 광변조기의 마이크로 미러의 사시도이며, 도 2b는 본 발명의 실시예에 적용 가능한 압전체를 이용한 다른 형태의 광변조기의 마이크로 미러의 사시도이다. 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 기판(210), 절연층(220), 희생층(230), 리본 구조물(240) 및 압전체(250)를 포함하는 마이크로 미러가 도시되어 있다.

기판(210)은 일반적으로 사용되는 반도체 기판이며, 절연층(220)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(220) 상에는 입사광을 반사하기 위해 반사층(220(a), 220(b))이 형성될 수 있다.

희생층(230)은 리본 구조물(240)이 절연층(220)과 일정한 간격으로 이격될 수 있도록 양 사이드에서 리본 구조물(240)을 지지하고, 중심부에서 공간을 형성하는 역할을 한다.

리본 구조물(240)은 상술한 바와 같이 입사광에 대하여 회절 및 간섭을 일으켜서 신호를 광변조하는 역할을 한다. 리본 구조물(240)의 형태는 상술한 바와 같이 복수의 리본 형상으로 구성될 수도 있고, 리본의 중심부에 복수의 오픈홀(240(b), 240(d))을 구비할 수도 있다. 또한, 압전체(250)는 상부 및 하부 전극간의 전압차에 의해 발생하는 상하 또는 좌우의 수축 또는 팽창 정도에 따라 리본 구조물(240)을 상하로 움직이도록 제어한다. 여기서, 반사층(220(a), 220(b))은 리본 구조물(240)에 형성된 홀(240(b), 240(d))에 대응하여 형성된다.

예를 들면, 빛의 파장이 λ인 경우, 리본 구조물(240)에 형성된 상부 반사층(240(a), 240(c))과 절연층(220)에 형성된 하부 반사층(220(a), 220(b)) 간의 간격이(2ℓ)λ/4(ℓ은 자연수)가 되도록 하는 제1 전압이 압전체(250)에 인가된다. 이 경우 0차 회절광(반사광)의 경우 상부 반사층(240(a), 240(c))으로부터 반사된 광과 하부 반사층(220(a), 220(b))으로부터 반사된 광 사이의 전체 경로차는 ℓλ와 같아서 보강 간섭을 하여 변조광은 최대 휘도를 가진다. 여기서, +1차 및 -1차 회절광의 경우 광의 밝기는 상쇄 간섭에 의해 최소값을 가진다.

또한, 리본 구조물(240)에 형성된 상부 반사층(240(a), 240(c))과 절연층(220)에 형성된 하부 반사층(220(a), 220(b)) 간의 간격이 (2ℓ+1)λ/4(ℓ은 자연수)가 되도록 하는 제2 전압이 압전체(250)에 인가된다. 이 경우 0차 회절광(반사광)의 경우 상부 반사층(240(a), 240(c))으로부터 반사된 광과 하부 반사층(220(a), 220(b))으로부터 반사된 광 사이의 전체 경로차는 (2ℓ+1)λ/2와 같아서 상쇄 간섭을 하여 변조광은 최소 휘도를 가진다. 여기서, +1차 및 -1차 회절광 의 경우 보강 간섭에 의해 광의 휘도는 최대값을 가진다.

이러한 간섭의 결과, 마이크로 미러는 반사광 또는 회절광의 광량을 조절하여 하나의 픽셀에 대한 신호를 빛에 실을 수 있다. 이상에서는, 리본 구조물(240)과 절연층(220) 간의 간격이 (2ℓ)λ/4 또는 (2ℓ+1)λ/4인 경우를 설명하였다. 하지만, 리본 구조물(240)과 절연층(220) 간의 간격을 조절하여 입사광의 회절, 반사에 의해 간섭되는 광의 휘도를 조절할 수 있는 다양한 실시예가 본 발명에 적용될 수 있음은 당연하다.

이하에서는, 상술한 도 2a에 도시된 형태의 마이크로 미러를 중심으로 설명한다. 또한, 0차 회절광(반사광), +n차 회절광, -n차 회절광(n은 자연수) 등을 변조광이라고 통칭한다.

도 2c는 도 2a에 도시된 마이크로 미러를 복수 개 포함하는 광변조기의 평면도이다.

도 2c를 참조하면, 광변조기는 각각 제1 픽셀(pixel #1), 제2 픽셀(pixel #2), …, 제m 픽셀(pixel #m)을 담당하는 m개의 마이크로 미러(200-1, 200-2, …, 200-m)로 구성된다. 광변조기는 수직 라인(여기서, 수직 라인은 m개의 픽셀로 구성되는 것으로 가정함)의 1차원 선형 영상에 대한 영상 정보를 담당하며, 각 마이크로 미러(200-1, 200-2, …, 200-m)는 수직 라인을 구성하는 m개의 픽셀 중 하나씩의 픽셀을 담당한다. 따라서, 각각의 마이크로 미러에서 반사 및/또는 회절된 광은 이후 광 스캔 장치에 의해 스크린에 2차원 영상으로 투사된다.

이하 제1 픽셀(pixel #1)을 중심으로 광변조의 원리에 대하여 설명하지만, 다른 픽셀들에 대해서도 동일한 내용이 적용가능함은 물론이다.

본 실시예에서 리본 구조물(240)에 형성된 홀(240(b)-1)은 2개인 것으로 가정한다. 2개의 홀(240(b)-1)로 인하여 리본 구조물(240) 상부에는 3개의 상부 반사층(240(a)-1)이 형성된다. 절연층(220)에는 2개의 홀(240(b)-1)에 상응하여 2개의 하부 반사층이 형성된다. 그리고 제1 픽셀(pixel #1)과 제2 픽셀(pixel #2) 사이의 간격 부분에 상응하여 절연층(220)에는 또 하나의 하부 반사층이 형성된다. 따라서, 각 픽셀당 상부 반사층(240(a)-1)과 하부 반사층의 개수는 3개로 동일하게 되며, 도 2a를 참조하여 전술한 바와 같이 변조광(0차 회절광 또는 ±1차 회절광)을 이용하여 변조광의 밝기를 조절하는 것이 가능하다.

도 2d를 참조하면, 본 발명의 실시예에 적용 가능한 회절형 광변조기 어레이에 의해 스크린에 이미지가 생성되는 모식도가 도시된다.

수직 방향으로 배열된 m개의 마이크로 미러(200-1, 200-2, …, 200-m)에 의해 반사 및 회절된 광이 스캐너에서 반사되어 스크린(140)에 수평 방향으로 스캔되어 생성된 스크린(280-1, 280-2, 280-3, 280-4, …, 280-(k-3), 280-(k-2), 280-(k-1), 280-k)이 도시된다. 광 스캔 장치가 한번 회전하는 경우 하나의 영상 프레임이 투사될 수 있다. 여기서, 스캔 방향은 왼쪽에서 오른쪽 방향(화살표 방향)으로 도시되어 있으나, 그 역 방향으로도 영상이 스캔될 수 있음은 자명하다.

본 발명은 상술한 1차원 회절형 광변조기를 포함하는 스캐닝 디스플레이 장치에 적용가능하다. 다양한 멀티미디어 기능을 구비한 휴대용 전자기기(예를 들어, 휴대폰, PDA(Personal digital assistants), 노트북(Notebook) 등)가 투사형 표시 부를 추가적으로 가지는 모바일 디스플레이 장치 등에서 본 발명의 내용을 적용하는 것도 가능하다.

이하에서는 영상 제어부(150)에서 3개의 색광(적색광, 녹색광, 청색광)을 일정 순서에 따라 7회 스캐닝함으로써 플리커링이 발생하지 않는 한 영상 프레임에 해당하는 컬러 영상을 획득하는 방법 및 원리에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 7 서브 프레임 스캔 디스플레이 구동 방법을 각 서브 프레임 별로 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 7 서브 프레임 스캔 디스플레이 구동 방법을 동시에 나타낸 도면이며, 도 5는 7 서브 프레임 스캔 디스플레이시 스캐너의 제어 신호를 나타낸 도면이다.

여기서, 서브 프레임이란 하나의 컬러 영상 프레임을 획득하기 위하여 각 색상별로 1회 스캐닝시 마다 획득되는 단색 영상 프레임을 의미한다. 즉, 7회 스캐닝에 의해 7개의 서브 프레임이 획득되고, 7개의 서브 프레임이 시간적으로 연속되게 배치되면 사람 눈의 잔상 효과로 인하여 하나의 컬러 영상 프레임을 획득하게 된다.

7회 스캐닝의 순서는 ABCXABC가 되며, A, B, C는 적색, 녹색, 청색 중 어느 하나이며 서로 중복되지는 않는다. 그리고 X는 적색, 녹색, 청색 중 어느 하나이다. 여기서는 A가 적색, B가 녹색, C가 청색인 것으로 가정한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 스크린의 좌측을 D1, 우측을 D2라 할 경우, 제1 스캐닝시 스크린(140)의 D1에서 D2로 적색 서브 프레임이 스캐닝된다. 그리고 이후 제2 스캐닝시 스캔 방향이 반대로 되어 스크린(140)의 D2에서 D1으로 녹색 서브 프레임이 스캐닝된다. 이를 반복하면, 7회 스캐닝으로 적색 서브 프레임이 2개, 녹색 서브 프레임이 2개, 청색 서브 프레임이 2개 획득되고, 적색, 녹색, 청색 중 어느 한색의 서브 프레임이 1개 더 획득된다.

7회 스캐닝까지는 1/30 초 이내이어야 한다. 이는 본원발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 디스플레이 장치가 디스플레이하고자 하는 영상이 30 FPS로 입력되기 때문이다.

따라서, 광변조기(120) 및 구동회로(125)에 전달되는 영상 제어 신호 역시 1/30 초 이내에 각 색상 별 영상 데이터를 7회 출력해야 하며, 출력되는 순서는 상술한 것과 같이 ABCXABC이고, 본 실시예에서는 RGBXRGB가 된다.

영상 제어부(150)는 각 서브 프레임의 색상에 동기하여 해당 색상의 광원을 동작시킨다. 그리고 7개의 서브 프레임에 대해서 매 서브 프레임 별로 오직 하나의 색상 광원 만이 온 상태에 있고 나머지 색상 광원들은 오프 상태를 유지한다.

또한, 각 서브 프레임이 출력되는 동안 해당 색상 광원의 출력의 세기는 필요에 따라 시간적으로 가변될 수 있다. 그리고 7 서브 프레임에 의한 각 색상 광원의 출력의 총합이 특정 색온도가 되도록 각 색상 광원의 출력 세기를 결정하는 것이 가능하다. 예를 들어, 색온도 6500K를 만족시키기 위한 7 서브 프레임의 출력 순서(ABCXABAC)가 결정되면, 각 색상 광원의 출력 세기의 비가 결정된다. 따라서, 각 색상 광원들의 고유한 최대 출력이 가능하도록 7 서브 프레임의 출력 순서가 결 정될 수 있다.

이러한 특정 출력을 위한 값들은 영상 제어부(150) 내에 구비된 기억 장치 또는 외부에 구비된 기억 장치 등에 저장될 수 있다.

또한, 각 색상 광원의 기동 전류 요구 정도에 따라 기동 전류가 큰 색상 광원을 최대 밝기로 사용할 수 있도록 하여 전체적인 전력 소모를 최소화할 수 있다.

또한, 본원발명에서 스캐너(130)는 양방향 스캐닝이 가능함이 바람직하다. 폴리곤 미러 같은 단방향 스캐너의 경우 1/30 초 이내에 7회 스캐닝을 위해서는 210 Hz의 구동 주파수를 필요로 하지만, 갈바노 미러 같은 양방향 스캐너의 경우 1/30 초 이내에 7회 스캐닝을 위해서는 105 Hz의 구동 주파수만을 필요로 한다.

따라서, 양방향 스캐너에 105 Hz의 삼각파를 스캐너 제어 신호로 입력하여 스캐너의 구동 성능 요구도를 낮추는 것이 가능해진다.

도 6은 종래 양방향 스캐너에 의한 유효 영상 영역과 방향 전환 영역을 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 다른 양방향 스캐너에 의한 유효 영상 영역과 방향 전환 영역을 나타낸 도면이다.

종래 양방향 스캐너에 의한 유효 영상 영역(610)은 가로 길이 L, 세로 길이 H 영역이며, T1 또는 T3 동안에 선형적으로 양방향 스캐너가 회전함으로써 서브 프레임을 출력한다. 그리고 제1 방향 전환 영역(621) 및 제2 방향 전환 영역(622)는 양방향 스캐너가 반대 방향으로 스캐닝을 진행하여 후순의 서브 프레임을 출력하기 위하여 스캐닝 방향을 전환하기 위해 필요로 하는 영역이다. 가로 길이는 각각 L1, L2이고, 시간 T4, T2를 필요로 한다. 스캐너의 구동 주파수가 높을수록 방향 전환 영역이 차지하는 비중이 늘어나고 유효 영상 영역이 차지하는 비중이 줄어들어 전체 영상 밝기가 어두워졌었다.

하지만, 스캐너의 구동 주파수를 최적화하여 낮춤으로써 도 7에 도시된 것과 같이 방향 전환 영역(721, 722)이 차지하는 비중을 낮추고(도 7에서 종래 L1, L2에서 L1-L3, L2-L4로 줄어듦) 유효 영상 영역(710, 711, 712)이 차지하는 비중을 늘려(도 7에서 종래 L에서 L+L3+L4로 늘어남) 전체 영상 밝기를 밝게 하는 효과가 있다. 유효 영향 영역이 1% 확대 됨에 따라 대략 전체 영상 밝기가 1% 증가하게 된다.

이하에서는 7 서브 프레임 스캐닝 디스플레이 구동 방법의 다양한 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 스캐닝 디스플레이 장치가 동영상 디스플레이에 적합함을 설명하기로 한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 7 서브 프레임 스캐닝 디스플레이 장치의 각 색상별 인터벌(interval) 및 프레임 주파수(frame frequency)를 나타낸 표이다.

총 7개의 서브 프레임 중 녹색(G) 서브 프레임이 3개인 경우(Case 1), 청색(B) 서브 프레임이 3개인 경우(Case 2), 적색(R) 서브 프레임이 3개인 경우(Case 3)로 구분되어 있다.

서브 프레임 번호 0 내지 6이 하나의 컬러 영상 프레임을 획득하기 위해 필요한 7개의 서브 프레임이다. 동영상에 있어서 영상 프레임의 갱신률(update rate) 은 30 FPS 이면 끊어짐없이 매끄러운 동영상을 보여주는 조건을 만족한다. 따라서, 영상 제어부(150)에 입력되는 영상 프레임은 30 FPS이므로, 하나의 영상 프레임은 1/30 초, 즉 33.33 msec 이내에 출력되어야 한다. 따라서, 7개의 서브 프레임은 최대 33.33 msec 내에 출력되어야 한다.

Case 1의 경우 녹색(G)이 3개의 서브 프레임을 가지므로, 적색(R)과 청색(B)의 인터벌이 최대가 되며, 그 인터벌은 19.52 msec이다. 여기서, 인터벌은 도 7에 도시된 것과 같이 방향 전환 영역을 10%로 가정한 값이다. 따라서, 프레임 주파수의 최소값은 51.22 Hz(=1/19.52msec)가 된다.

Case 2나 Case 3의 경우에도 3개의 서브 프레임을 가지는 색상 이외의 색상들의 인터벌이 최대가 되고, 프레임 주파수의 최소값을 가지게 되며, 그 프레임 주파수의 최소값은 51.22 Hz가 된다.

사람의 눈으로 화면 깜빡임인 플리커링(flickering)을 인지하기 시작하는 임계 주파수가 50 Hz이다. 따라서, 상술한 7 서브 프레임을 이용한 스캐닝 디스플레이 구동 방법에 의하면 최소 프레임 주파수가 51.22 Hz이므로, 임계 주파수 50 Hz보다 높아 플리커링을 느끼지 못한다.

도 9는 광원별 최대 출력 및 6500K 색온도를 표현할 때의 디스플레이 구동 방법에 따른 밝기 향상을 나타낸 표이다. 적색, 녹색, 청색 광원의 최대 출력이 각각 40, 100, 50 mW인 것으로 가정한다.

이 경우 3 서브 프레임으로 디스플레이 구동시 각 서브 프레임당 적색 광원의 최대 출력은 13.33(=40/3), 녹색 광원의 최대 출력은 33.33(=100/3), 청색 광원 의 최대 출력은 16.67(=50/3) mW가 된다.

그리고 7 서브 프레임으로 디스플레이 구동시 각 서브 프레임당 적색 광원의 최대 출력은 5.71(=40/7), 녹색 광원의 최대 출력은 14.29(=100/7), 청색 광원의 최대 출력은 7.14(=50/7) mW가 된다.

하나의 컬러 영상 프레임에 있어서, Case 1의 경우 녹색 서브 프레임이 3개, 적색, 청색 서브 프레임이 2개이므로 적색 광원은 11.43(=5.71ㅧ2), 녹색 광원은 42.86(=14.29ㅧ3), 청색 광원은 14.29(=7.14ㅧ2) mW 의 최대 출력을 가지게 된다.

여기서, 6500K 색온도를 표현할 때 적색, 녹색, 청색 광원에 대하여 요구되는 최대 출력의 비는 68:53:56이다.

따라서, 3 서브 프레임의 경우 적색 광원에 의해 광원의 전체 출력이 제한받게 되고, 유효 최대 출력은 적색:녹색:청색이 13.33:10.39:10.98이 된다. 7 서브 프레임의 Case 1의 경우에도 적색 광원에 의해 광원의 전체 출력이 제한받게 되고, 유효 최대 출력은 적색:녹색:청색이 11.43:8.91:9.41이 된다.

이와 같은 방법으로 총 7개의 서브 프레임 중 청색 서브 프레임이 3개인 Case 2와 적색 서브 프레임이 3개인 Case 3의 경우에 유효 최대 출력은 적색:녹색:청색이 11.43:8.91:9.41, 17.14:13.36:14.12가 된다.

여기서, Case 3의 경우 적녹청의 유효 최대 출력의 합이 44.62 mW가 되어 3 서브 프레임과 비교할 때 약 28.6%(=44.62/34.71 - 1)의 밝기 향상을 확보하는 것이 가능하다.

도 10은 각 색상 광원별 입력 대 출력 관계에 따른 각 Case 별 요구되는 입 력 파워(power)를 나타낸 표이다. Pg, Pr, Pb는 출력을 각각 Og, Or, Ob 만큼 내고자 할 때 요구되는 녹색, 적색, 청색 광원의 입력 파워이다.

도 9에서 색온도 6500K를 내기 위해 선택된 Case 3의 경우 요구되는 입력 파워의 합계는 644.48 mW이고, 3 서브 프레임의 경우에는 584.47 mW가 요구된다. 즉, 입력 파워를 10.3%(=644.48/584.47 - 1) 증가시킴으로써 28.6%의 출력(밝기) 향상을 확보하는 것이 가능해진다.

즉, 특정 색온도를 표현하기 위하여 최적의 7 서브 프레임 조합을 찾아 각 광원의 입력 파워 요구를 최적화함으로써 각 색상 광원별로 고유한 최대 성능을 발휘하도록 할 수 있다.

한편, 상술한 스캐닝 디스플레이 구동 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성 가능하다. 상기 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 정보저장매체(computer readable media)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써 스캐닝 디스플레이 구동 방법을 구현한다. 상기 정보저장매체는 자기 기록매체, 광 기록매체 및 캐리어 웨이브 매체를 포함한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 스캐닝 디스플레이 장치 및 디스플레이 구동 방법은 스캐너에 요구되는 구동 주파수를 낮추어 유효 스캔 영역비를 크게 하고, 동일한 전력을 소모하는 경우 최대 밝기가 밝아지며, 스캐너 자체의 성능 스펙 을 낮출 수 있다.

또한, 각 색상 별로 프레임 주파수가 51.2 Hz 이상이 유지되어 플리커링이 발생하지 않는 효과가 있다.

또한, 입력 영상이 30 FPS를 만족하면 되므로, 매끄러운 동영상 플레이에 적합한 효과가 있다.

상기에서는 본 발명의 실시예들을 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

적색 광원;

녹색 광원;

청색 광원;

상기 적색 광원, 상기 녹색 광원 및 상기 청색 광원으로부터 조사되는 입사광을 변조한 변조광을 출력하는 광변조기;

상기 변조광을 스크린 상에 스캐닝하는 스캐너; 및

영상 프레임을 순차적으로 입력받고, 하나의 상기 영상 프레임 당 7개의 서브 프레임을 할당하여 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나는 3개의 서브 프레임을, 나머지는 2개 씩의 서브 프레임을 출력하도록 상기 적색 광원, 상기 녹색 광원, 상기 청색 광원, 상기 광변조기 및 상기 스캐너를 제어하는 영상 제어부를 포함하는 스캐닝 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,

상기 영상 프레임의 갱신률(update rate)이 30 FPS(frame per second) 이상인 것을 특징으로 하는 스캐닝 디스플레이 장치.
제2항에 있어서,

상기 스크린 상에 출력되는 컬러 영상 프레임은 동영상의 일 프레임인 것을 특징으로 하는 스캐닝 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,

상기 스캐너는 회전축을 중심으로 시계 방향 및 반시계 방향으로 모두 회전가능한 양방향 스캐너인 것을 특징으로 하는 스캐닝 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,

상기 영상 제어부는 상기 7개의 서브 프레임의 순서는 ABCXABC로 설정하고,

A, B, C는 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나이며, 서로 중복되지 않고, X는 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 스캐닝 디스플레이 장치.
제5항에 있어서,

X는 상기 스크린 상에 디스플레이되는 컬러 영상이 소정 색온도를 가지도록 상기 적색 광원, 상기 녹색 광원 및 상기 청색 광원의 실제 최대 출력을 비교함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 디스플레이 장치.
영상 프레임을 입력받는 단계;

상기 영상 프레임 당 7개의 서브 프레임을 할당하는 단계;

상기 서브 프레임 별로 색상 광원을 대응시켜 단색 영상 프레임을 출력하는 단계; 및

상기 단색 영상 프레임의 출력을 7회 반복하여 하나의 컬러 영상 프레임을 표현하는 단계를 포함하는 스캐닝 디스플레이 구동 방법.
제7항에 있어서,

상기 영상 프레임을 입력받는 단계는 상기 영상 프레임의 갱신률이 30 FPS 이상이 되도록 상기 영상 프레임을 입력받는 것을 특징으로 하는 스캐닝 디스플레이 구동 방법.
제8항에 있어서,

상기 컬러 영상 프레임은 동영상의 일 프레임인 것을 특징으로 하는 스캐닝 디스플레이 구동 방법.
제7항에 있어서,

상기 서브 프레임을 할당하는 단계는 ABCXABC의 순서로 상기 7개의 서브 프레임 순서를 설정하고,

A, B, C는 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나이며, 서로 중복되지 않고, X는 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 스캐닝 디스플레이 구동 방법.
제10항에 있어서,

X는 상기 스크린 상에 디스플레이되는 컬러 영상이 소정 색온도를 가지도록 각 색상 광원의 실제 최대 출력을 비교함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 디스플레이 구동 방법.
순차적인 7개의 서브 프레임으로 하나의 컬러 영상 프레임을 표현하는 디지털 처리 장치에 의해 실행될 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 있어서,

제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 스캐닝 디스플레이 구동 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.