KR20200048445A - 디스플레이 장치 - Google Patents

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KR20200048445A
KR20200048445A KR1020180130542A KR20180130542A KR20200048445A KR 20200048445 A KR20200048445 A KR 20200048445A KR 1020180130542 A KR1020180130542 A KR 1020180130542A KR 20180130542 A KR20180130542 A KR 20180130542A KR 20200048445 A KR20200048445 A KR 20200048445A
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김병인
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Abstract

디스플레이 장치는, 프레임, 프레임에 결합하여 영상을 출력하고 영상에서 설정 휘도를 초과하는 화소 또는 일정 영역의 휘도를 설정 휘도 이하로 조절하여 출력하는 영상 출력부, 프레임에 결합하는 렌즈부, 렌즈부에 결합하여 영상 출력부의 영상을 반사하는 반사부를 구비한다.

Description

디스플레이 장치{Display Apparatus}
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로, 상세하게는 화상의 이상 휘도를 차단할 수 있는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
증강 현실(Augmented Reality: AR)은 컴퓨터가 만들어낸 정보를 실제 이미지 등에 결합하여 보여주는, 즉 실제 세계에 3차원 가상 세계를 겹쳐 보여주는 것을 말한다.
증강 현실을 구현하는 장치로는 소위 ‘구글 글라스’로 알려진 안경 타입의 장치가 있는데, 이러한 장치는 두부 장착형 표시장치(head mounted display(HMD) device)로 일반화되어 가고 있다. HMD 장치는 헬멧에 적용되어, 사용자가 지형이나 지물을 보면서 각종 정보를 동시에 볼 수 있게 한다. 또한, 유사한 다른 예로서 HUD(Head Up Display)에도 적용되고 있는데, 일례로 승용차에 적용되어 차량의 전면 유리에 속도 등의 정보를 표시하는 용도로 사용되고 있다.
한국특허등록 제1830364호는 심도조절 기능을 구비한 증강현실 구현장치를 개시하고 있는데, 크기가 50~700㎛인 심도조절부(반사부)를 렌즈에 설치하여 디스플레이부(광원부)에서 생성된 가상 영상을 반사시키되, 심도를 깊게 하여 가상 영상이 사용자의 눈에 실물처럼 느껴지도록 하고 있다.
그런데, 한국특허등록 제1830364호를 포함한 종래기술은 광원부에서 출력된 화상 정보가 사용자의 망막에서 상이 맺히도록 구성하고 있는데, 이러한 구성에서, 빛이 망막에 직접 조사되면 망막의 시세포가 자극될 수 있다. 특히, 출력되는 화상에서 이상 휘도, 즉 허용치를 벗어난 화소 등이 존재하면, 고휘도의 광이 망막에 조사되어 망막의 시신경이 손상될 수 있다.
[선행기술문헌] 한국특허등록 제1830364호
본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로,
첫째, 광원부에서 출력되는 영상에서 이상 휘도 부분을 인위적으로 제거함으로써 망막의 손상을 방지 내지 최소화하고,
둘째, 영상의 이상 휘도 판단을 주변 환경에 따라 달리 판단함으로써 망막 자극 차단 효율을 최적화할 수 있는, 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디스플레이 장치는 프레임, 영상 출력부, 렌즈부, 반사부 등을 포함하여 구성할 수 있다.
프레임은 안경, 고글 등 다양한 형태로 구성할 수 있다.
영상 출력부는 프레임에 결합하여 영상을 출력할 수 있다. 영상 출력부는 영상에서 설정 휘도를 초과하는 화소 또는 일정 영역의 휘도를 설정 휘도 이하로 조절하여 출력할 수 있다.
렌즈부는 프레임에 결합할 수 있다.
반사부는 렌즈부에 결합하여 영상 출력부의 영상을 눈 방향으로 반사시킬 수 있다.
본 발명의 디스플레이 장치에서, 영상 출력부는, 표시 패널, 표시 패널에 인가되는 R,G,B 영상신호를 검출하여 화소 또는 일정 영역의 휘도를 산출하는 휘도 검출부, 그리고 휘도 검출부로부터 수신하는 휘도가 설정 휘도를 초과하면 화소 또는 일정 영역의 화소에 인가하는 R,G,B 영상신호의 신호레벨을 감소시키는 제어부 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 디스플레이 장치는 프레임에 결합하는 조도 센서를 포함할 수 있다. 이 경우, 제어부는 조도 센서로부터 수신하는 조도에 따라 설정 휘도를 변경할 수 있다.
본 발명의 디스플레이 장치에서, 제어부는 화소를 구성하는 R,G,B 영상신호의 신호레벨을 동일 비율로 감소시킬 수 있다.
본 발명의 디스플레이 장치에서, 제어부는 화소를 구성하는 R,G,B 영상신호 중 적어도 하나의 신호레벨을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 디스플레이 장치에서, 제어부는 화소를 구성하는 R,G,B 영상신호에서 최상 레벨 영상신호의 신호레벨을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 디스플레이 장치에서, 제어부는 화소를 구성하는 R,G,B 영상신호에서 최상 레벨의 영상신호를 제외한 다른 2개 영상신호의 신호레벨을 동일 비율로 감소시킬 수 있다.
본 발명의 디스플레이 장치에서, 제어부는 화소를 구성하는 R,G,B 영상신호에서 각 분광시감효율함수값에 비례하여 각 영상신호의 신호레벨을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 디스플레이 장치에서, 제어부는 화소를 구성하는 R,G,B 영상신호에서 각 분광시감효율함수값에 반비례하여 각 영상신호의 신호레벨을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 디스플레이 장치에서, 제어부는 화소의 휘도를 일정 영역의 평균 휘도로 조절할 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 디스플레이 장치에 의하면, 영상 출력부(광원부)에서 출력되는 영상에서 이상 휘도 부분, 즉 지나치게 높은 휘도를 발생시키는 화소 또는 일정 영역을 인위적으로 제거하거나 변경함으로써, 영상에서 정상적 또는 비정상적으로 발생하는 이상 휘도로 인한 망막 손상을 방지 내지 최소화함과 동시에 사용자가 실제 느끼는 색좌표 영역 중 3원색 영역을 부분적으로 보다 확장할 수 있다.
본 발명의 디스플레이 장치에 의하면, 화소를 구성하는 R,G,B 영상신호의 신호레벨을 조절하여 화소 또는 일정 영역의 이상 휘도를 차단하므로, 영상 출력부에서 구성 추가를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 디스플레이 장치에 의하면, 영상의 이상 휘도를 주변 환경과 연동시켜 판단함으로써, 낮, 밤 등의 환경에 최적화된 이상 휘도 제어를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 제1 실시예를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명에 따른 디스플레이 장치에서 영상 출력부의 상세 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 제2 실시예를 도시하고 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 제1 실시예를 도시하고 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 제1 실시예의 디스플레이 장치는 프레임(100), 영상 출력부(200), 렌즈부(300), 반사부(400) 등을 포함하여 구성할 수 있다.
프레임(100)은 도 1과 같이 안경 형태로 구성할 수 있고, 그 밖에 고글, 헬멧 등의 형태로도 구성할 수 있다.
영상 출력부(200)는 프레임(100)에 결합할 수 있다. 영상 출력부(200)는 영상을 출력하여 반사부(400)로 보낼 수 있다. 영상 출력부(200)는 영상에서 설정 휘도를 초과하는 화소 또는 일정 영역의 휘도를 설정 휘도 이하로 조절할 수 있다.
영상 출력부(200)는 메모리를 구비할 수 있고, 메모리는 영상(이미지)의 휘도를 조절하는데 필요한 룩업 테이블을 저장할 수 있다. 영상 출력부(200)는 룩업 테이블을 이용하여 설정 휘도에 따른 영상신호, 즉 R,G,B의 영상신호의 신호레벨을 조절할 수 있다. 영상 출력부(200)는 반사부(400)의 반사율, 주변 조도 등을 반영하여 설정 휘도를 변경할 수 있다. 영상 출력부(200)는 추후 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.
렌즈부(300)는 프레임(100)의 전방에 결합할 수 있다. 렌즈부(300)는 반사부(400)를 지지 또는 내장할 수 있다. 렌즈부(300)는 투명 또는 불투명 재질로 구성할 수 있다.
반사부(400)는 렌즈부(300)에 결합하여 영상 출력부(200)의 출력 영상을 눈 방향으로 반사시킬 수 있다. 반사부(400)는 반사율이 높은 재질로 구성하고, 원형으로 구성하는 경우 50~700㎛ 직경을 가질 수 있다.
반사부(400)는 타원형으로 구성할 수 있다. 렌즈부(300)의 굴절률이 높은 경우, 렌즈부(300)에 삽입된 반사부(400)는 입사각과 굴절률에 따라 왜곡된 형태, 즉 원형이 아닌 타원 형태로 작용할 수 있다. 이러한 왜곡을 차단하기 위해, 굴절률이 작은 렌즈를 사용하거나, 왜곡된 후에 반사부(400)가 원형에 가깝게 기능하도록 왜곡방향에 대해 역으로 미리 형태를 조정한, 예를들어 타원 형태로 구성할 수도 있다.
도 2는 본 발명에 따른 디스플레이 장치에서 영상 출력부의 상세 구성도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 영상 출력부(200)는 표시 패널(210), 휘도 검출부(220), 제어부(230) 등으로 구성할 수 있다.
표시 패널(210)은 영상을 표시, 즉 출력할 수 있다. 표시 패널(210)은 다수의 스캔 라인과 다수의 데이터 라인을 구비할 수 있다. 스캔 라인과 데이터 라인이 연결되어 다수의 화소를 구성할 수 있다. 화소는 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 화소는 서브 화소, 즉 적색(R) 서브화소, 녹색(G) 서브화소, 청색(B) 서브화소를 포함할 수 있고, 경우에 따라서 백색(W) 서브화소를 포함할 수 있다. 각 서브화소에는 소정의 신호레벨을 갖는 영상신호, 즉 R 영상신호, G 영상신호, B 영상신호, W 영상신호가 각각 인가될 수 있다.
휘도 검출부(220)는 휘도를 계조 레벨(GRAYSCALE)로 구분할 수 있다. 예를 들어, 휘도는 0 ~ 255 계조 레벨로 구분할 수 있다. 여기서, 각 영상신호에서, 계조 레벨이 증가하면 휘도도 증가한다.
휘도 검출부(220)는 표시 패널(210)에 인가되는 R,G,B,W 영상신호를 검출하여 화소 또는 일정 영역의 휘도를 산출할 수 있다. 휘도 검출부(220)는 영상을 구성하는 화소 각각의 휘도, 영상 프레임의 평균 휘도 등을 산출할 수 있다. 예를들어, 휘도 검출부(220)는 아래의 수학식 1과 같은 휘도변환 공식을 이용하여 화소의 휘도를 산출할 수 있다.
[수학식 1]
화소 휘도=a1*R+a2*G+a3*B
여기서, a1, a2, a3는 각 화소의 R, G, B 채널에 적용되는 계수를 의미한다. 계수는 각 화소의 계조 레벨과 실제 휘도 사이의 관계식에 따라 정할 수 있다. R,G,B 영상신호가 동일 계조 레벨을 갖더라도, R,G,B 서브화소는 각각 다른 휘도로 발광할 수 있다. 예를들어, R,G,B 영상신호가 모두 255 계조 레벨(즉, 최대 계조 레벨)을 갖는 경우, R 서브화소, G 서브화소, B 서브화소는 각각 100 nit, 200 nit, 50 nit로 발광할 수 있다. 이 경우, 계수 a1, a2, a3는 각각 100, 200, 50로 정할 수 있다.
휘도 검출부(220)는 일정 영역에 대해 위의 수학식 1을 통해서 산출한 다수의 화소 휘도를 합산 및 평균하여 일정 영역의 평균 휘도를 산출할 수 있다.
제어부(230)는 휘도 검출부(220)로부터 수신하는 휘도가 설정 휘도를 초과하면 화소 또는 일정 영역의 화소에 인가하는 R,G,B 영상신호의 신호레벨을 조절할 수 있다. 여기서, 설정 휘도는 반사부(400)의 반사율을 고려하여 정할 수 있다. 예를들어, 반사부(400)의 반사율이 90% 이면, 휘도 검출부(220)로부터 수신하는 휘도에 1.1를 곱한 휘도를 설정 휘도로 재조정할 수 있다.
제어부(230)는 아래와 같은 다양한 방식으로 영상 출력부(200)를 통해 출력되는 화소 또는 일정 영역의 휘도를 설정 휘도 이하로 유지할 수 있다.
첫째, 제어부(230)는, 하나의 화소에서 R,G,B 영상신호의 휘도 합이 설정 휘도를 초과하는 경우, R,G,B 영상신호의 신호레벨을 휘도 합이 설정 휘도에 이를 때까지, 동일 비율로 감소시킬 수 있다.
둘째, 제어부(230)는, 하나의 화소에서 R,G,B 영상신호의 휘도 합이 설정 휘도를 초과하는 경우, R,G,B 영상신호의 신호레벨을 휘도 합이 설정 휘도에 이를 때까지, 휘도가 가장 큰 영상신호의 신호레벨을 감소시킬 수 있다.
셋째, 제어부(230)는, 하나의 화소에서 R,G,B 영상신호의 휘도 합이 설정 휘도를 초과하는 경우, R,G,B 영상신호의 신호레벨을 휘도 합이 설정 휘도에 이를 때까지, 휘도가 적은 2개 영상신호의 신호레벨을 동일 비율로 감소시킬 수 있다.
넷째, 제어부(230)는, 하나의 화소에서 R,G,B 영상신호의 휘도 합이 설정 휘도를 초과하는 경우, R,G,B 영상신호의 신호레벨을 휘도 합이 설정 휘도에 이를 때까지, R,G,B 영상신호 각각의 분광시감효율함수값에 비례하여 각 영상신호의 휘도를 감소시킬 수 있다. 여기서, 분광시감효율함수값은 인간의 눈이 느끼는 민감도를 측정하여 평균한 것으로, 파장별 비율값으로 산출하여 테이블화 한 것일 수 있다.
다섯째, 제어부(230)는, 하나의 화소에서 R,G,B 영상신호의 휘도 합이 설정 휘도를 초과하는 경우, R,G,B 영상신호의 신호레벨을 휘도 합이 설정 휘도에 이를 때까지, R,G,B 영상신호 각각의 분광시감효율함수값에 반비례하여 각 영상신호의 휘도를 감소시킬 수 있다.
여섯째, 제어부(230)는, 일정 영역의 휘도가 설정 휘도를 초과하는 경우, 일정 영역의 휘도가 설정 휘도에 이를 때까지, 일정 영역에 속하는 R,G,B 영상신호의 휘도를 위에서 설명한 5가지 방법 중 하나를 이용하여 각 영상신호의 휘도를 감소시킬 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 제2 실시예를 도시하고 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제2 실시예의 디스플레이 장치는 프레임(100), 영상 출력부(200), 렌즈부(300), 반사부(400), 조도 센서(500) 등을 포함하여 구성할 수 있다.
제2 실시예에서, 프레임(100), 영상 출력부(200), 렌즈부(300), 반사부(400)는 위에서 설명한 제1 실시예의 대응 구성과 동일하므로, 이들에 대한 상세 설명은 제1 실시예의 관련 설명으로 갈음한다.
조도 센서(500)는 프레임(100), 상세하게는 눈 근처의 주변 조도를 검출할 수 있다. 주변 조도가 높은 경우, 외광 반사에 의해 영상의 시인성이 떨어질 수 있다. 따라서, 조도 센서(500)에 의해 검출되는 조도를 R,G,B 영상신호의 조절에 추가로 반영하여 이상 휘도를 제어하는 것이 바람직할 수 있다.
조도 센서(500)는 측정한 주변 조도를 영상 출력부(200)로 전송할 수 있다.
영상 출력부(200)에서, 제어부(230)는 수신한 주변 조도에 기초하여 주변 조도 계수를 산출할 수 있다. 제어부(230)는 300 에서 2000까지를 일정 간격으로 구분하고, 각 구분마다 역수 관계로 주변 조도 계수를 설정할 수 있다. 역수 관계를 취하는 것은 주변 조도가 높을수록 영상신호의 높은 휘도, 즉 이상 휘도가 눈에 미치는 영향이 줄어들기 때문이다. 여기서, 300은 야간의 평균 광도 300cd를 의미하고, 2000은 주간의 평균 광도 3000cd를 의미할 수 있다.
제어부(230)는, R,G,B 영상신호의 휘도 합이 설정 휘도를 초과하여 R,G,B 영상신호의 신호레벨을 조절할 때, 위에서 산출한 주변 조도 계수를 추가 반영할 수 있다.
이상에서 설명한 실시예는 본 발명을 예증하기 위한 것이다. 이러한 실시예는 다른 형태로 변형되거나 수정될 수 있을 것이다. 그러나, 본 발명의 권리범위는 아래의 특허청구범위에 의해 정해지므로, 그러한 변형이나 수정이 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석될 수 있다.
100 : 프레임 200 : 영상 출력부
210 : 표시 패널 220 : 휘도 검출부
230 : 제어부 300 : 렌즈부
400 : 반사부 500 : 조도 센서

Claims (10)

  1. 프레임;
    상기 프레임에 결합하여 영상을 출력하고, 상기 영상에서 설정 휘도를 초과하는 화소 또는 일정 영역의 휘도를 상기 설정 휘도 이하로 조절하여 출력하는 영상 출력부;
    상기 프레임에 결합하는 렌즈부;
    상기 렌즈부에 결합하여 상기 영상 출력부의 영상을 반사하는 반사부를 포함하는, 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 영상 출력부는
    표시 패널;
    상기 표시 패널에 인가되는 R,G,B 영상신호를 검출하여 화소 또는 일정 영역의 휘도를 산출하는 휘도 검출부;
    상기 휘도 검출부로부터 수신하는 휘도가 설정 휘도를 초과하면, 상기 화소 또는 일정 영역의 화소에 인가하는 R,G,B 영상신호의 신호레벨을 감소시키는 제어부를 포함하는, 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프레임에 결합하는 조도 센서를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 조도 센서로부터 수신하는 조도에 따라 상기 설정 휘도를 변경하는, 디스플레이 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제어부는
    화소를 구성하는 R,G,B 영상신호의 신호레벨을 동일 비율로 감소시키는, 디스플레이 장치.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제어부는
    화소를 구성하는 R,G,B 영상신호 중 적어도 하나의 신호레벨을 감소시키는, 디스플레이 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어부는
    화소를 구성하는 R,G,B 영상신호에서 최상 신호레벨을 갖는 영상신호의 신호레벨을 감소시키는, 디스플레이 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제어부는
    화소를 구성하는 R,G,B 영상신호에서 낮은 신호레벨을 갖는 2개 영상신호의 신호레벨을 감소시키는, 디스플레이 장치.
  8. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제어부는
    화소를 구성하는 R,G,B 영상신호에서 각 분광시감효율함수값에 비례하여 각 영상신호의 신호레벨을 감소시키는, 디스플레이 장치.
  9. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제어부는
    화소를 구성하는 R,G,B 영상신호에서 각 분광시감효율함수값에 반비례하여 각 영상신호의 신호레벨을 감소시키는, 디스플레이 장치.
  10. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제어부는
    화소의 휘도를 일정 영역의 평균 휘도로 조절하는, 디스플레이 장치.
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