KR100827983B1

KR100827983B1 - 광원 출력 시간을 조정한 스캐닝 디스플레이 장치 및 그방법

Info

Publication number: KR100827983B1
Application number: KR1020060129190A
Authority: KR
Inventors: 여인재
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2006-12-18
Filing date: 2006-12-18
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2026-12-18
Also published as: US20080144139A1

Abstract

1차원 광변조기에 의한 변조광(1차원 영상)을 스캐닝함으로써 2차원 영상을 구성하되, 색별로 스캐닝 타임을 가변시켜 광원별 요구 출력을 가변 조정할 수 있는 스캐닝 디스플레이 장치 및 방법에 개시된다. 복수의 단색 광원 중 상기 2차원 컬러 영상의 밝기를 제한하는 단색 광원을 선택하는 단계; 상기 선택된 단색 광원의 출력 시간을 증가시키고, 전체 출력 시간이 일정하도록 다른 단색 광원들의 출력 시간을 줄이는 단계; 상기 출력 시간에 상응하여 광원 제어 신호, 영상 제어 신호 및 스캐너 제어 신호를 생성하여 출력하는 단계; 및 상기 광원 제어 신호, 상기 영상 제어 신호 및 상기 스캐너 제어 신호에 따라 상기 복수의 단색 광원, 광변조기 및 스캐너를 제어하여 상기 2차원 컬러 영상을 표시하는 단계를 포함하는 스캐닝 디스플레이 방법이 제공된다. 동일한 광원을 가지고서 광원별 출력을 최대한으로 이용하여 더 밝은 영상을 구현하는 것이 가능하다.

스캐닝 디스플레이, 광원, 출력, 출력 시간, 밝기

Description

광원 출력 시간을 조정한 스캐닝 디스플레이 장치 및 그 방법{Scanning display apparatus and method of controlling output time of light sources}

도 1은 광변조기를 이용한 스캐닝 디스플레이 장치를 도시한 도면.

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 스캐닝 디스플레이 장치의 일부 부분의 블록 구성도.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 각 색별로 가변되는 출력 시간을 가지는 3 서브 프레임 스캐닝 디스플레이 방법을 나타낸 도면.

도 5는 일반적인 3 서브 프레임 스캐닝 디스플레이시 스캐너 및 광원에의 인가 신호를 나타낸 도면.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3 서브 프레임 스캐닝 디스플레이시 스캐너 및 광원에의 인가 신호를 나타낸 도면.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 각 색별로 가변되는 출력 시간을 가지는 4 서브 프레임 스캐닝 디스플레이 방법을 나타낸 도면.

도 8은 일반적인 4 서브 프레임 스캐닝 디스플레이시 스캐너 및 광원에의 인가 신호를 나타낸 도면.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 각 색별로 가변되는 출력 시간을 가지는 4 서브 프레임 스캐닝 디스플레이시 스캐너 및 광원에의 인가 신호를 나타낸 도면.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 출력 시간을 조정한 스캐닝 디스플레이 방법의 순서도.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 각 색별로 가변되는 출력 시간을 가지는 3 서브 프레임 스캐닝 디스플레이 방법을 적용하기 전과 적용한 후의 광효율을 나타낸 표.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 각 색별로 가변되는 출력 시간을 가지는 4 서브 프레임 스캐닝 디스플레이 방법을 적용하기 전과 적용한 후의 광효율을 나타낸 표.

본 발명은 광변조기를 이용한 디스플레이 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 1차원 광변조기에 의한 변조광(1차원 영상)을 스캐닝함으로써 2차원 영상을 구성하되, 색별로 스캐닝 타임을 가변시켜 광원별 요구 출력을 가변 조정할 수 있는 스캐닝 디스플레이 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 광신호 처리는 많은 데이타 양과 실시간 처리가 불가능한 기존의 디지탈 정보처리와는 달리 고속성과 병렬처리 능력, 대용량의 정보처리의 장점을 지니고 있으며, 공간 광변조이론을 이용하여 이진위상 필터 설계 및 제작, 광논리게이트, 광증폭기, 광소자, 광변조기 등의 연구가 진행되고 있다. 이 중에서 광변조기는 광메모리, 광디스플레이, 프린터, 광인터커넥션, 그리고 홀로그램 등의 분야에 사용되며, 이를 이용한 광빔 스캐닝 장치의 연구 개발이 진행되어 오고 있다.

이러한 광빔 스캐닝 장치는 화상 형성장치, 예를 들면, 레이저 프린터, LED 프린터, 전자 사진 복사기, 워드 프로세서 및 프로젝터 등에서 스캐닝을 통해 광빔을 감광매체에 스폿(spot)시켜 화상 이미지를 결상시키는 역할을 한다.

최근에는 프로젝션(Projection) 텔레비젼 등이 개발됨에 따라 영상 디스플레이에 빔을 주사하는 수단으로서 광빔 스캐닝 장치가 이용되고 있다.

스캐닝 디스플레이 장치는 광변조기 및 스캐너를 포함한다. 광변조기는 광원으로부터의 입사광을 변조시킨 변조광을 출력한다. 여기서, 광변조기는 복수의 마이크로 미러가 일렬로 배치되어 있고, 각 마이크로 미러는 하나의 픽셀을 담당하여 1차원 영상(수직 주사선 또는 수평 주사선)에 해당하는 변조광을 출력한다.

스캐너는 광변조기로부터의 변조광을 소정 방향으로 스캔함으로써 다수의 1차원 영상이 연속적으로 표시되어 최종적으로 2차원 영상을 스크린 상에 표현한다.

컬러 영상을 구현하기 위해서 스캐닝 디스플레이 장치는 각 색별 광원으로 특정한 성능을 지닌 레이저 다이오드(LD) 또는 레이저(laser)를 사용해야 한다. 이 경우 화면 전체의 밝기는 한 색의 광원의 성능에 의해 결정되며, 다른 색들의 광원은 그 성능에 여유가 남게 된다.

즉, 동일한 광원을 이용하여 더 밝은 영상을 구현하기 위해서는 각 색별 광원을 모두 최대로 활용하여야 하나, 종래 방식에 의할 때 색별 프레임 타임이 동일하며, 한 색의 광원에 의해 영상의 최대 밝기가 결정되는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 동일한 광원을 가지고서 각 색별 광원의 출력을 최대로 활용하여 더 밝은 영상을 구현할 수 있는 광원 출력 시간을 조정한 스캐닝 디스플레이 장치 및 디스플레이 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 동일한 광원을 가지고서 광원의 입력 전류 대 출력 관계를 최대한 이용하여 더 적은 소모 전력으로 동일한 밝기의 영상을 구현할 수 있는 광원 출력 시간을 조정한 스캐닝 디스플레이 장치 및 디스플레이 방법을 제공한다.

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

본 발명의 일 측면에 따르면, 입력되는 구동 신호에 따라 입사광을 변조시켜 1차원 직선 영상에 상응하는 변조광을 출력하는 광변조기; 입력되는 영상 제어 신호를 상기 구동 신호로 변환하여 상기 광변조기에 출력하는 구동 회로; 스캐너 제어 신호에 따라 회전함으로써 상기 광변조기로부터의 변조광을 스크린 상에 스캐닝하여 2차원 컬러 영상을 표시하는 스캐너; 상기 광변조기에 상기 입사광을 조사하는 복수의 단색 광원; 입력되는 광원 제어 신호에 상응하여 상기 단색 광원의 출력값 및 출력 시간을조정하는 복수의 광원 출력 제어부; 및 영상 신호를 입력받고, 상기 복수의 단색 광원 중 하나 이상의 출력값 및 출력 시간을 조정한 상기 광원 제어 신호를 상기 광원 출력 제어부에 제공하고, 상기 광원 제어 신호에 동기화된 상기 영상 제어 신호 및 상기 스캐너 제어 신호를 상기 구동 회로 및 상기 스캐너에 제공하여 상기 광변조기에 의한 영상 투사를 제어하는 영상 제어부를 포함하는 광원 출력 시간을 조정한 스캐닝 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.

바람직하게는, 상기 단색 광원은 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)광 중 어느 하나를 출력할 수 있다. 또는 상기 단색 광원은 4색 이상의 색광 중 어느 하나를 출력할 수 있다.

또한, 상기 영상 제어부는, 상기 영상 신호 및 상기 복수의 단색 광원의 출력값에 상응하여 각 색의 영상 데이터의 출력 시점 및 출력 주기를 결정하는 상기 영상 제어 신호를 생성 출력하는 영상 데이터 동기 신호 출력부; 상기 각 색의 영 상 데이터의 출력 시점 및 출력 주기에 상응하여 상기 복수의단색 광원의 출력값, 턴온 및 턴오프를 제어하는 상기 광원 제어 신호를 생성 출력하는 광원 출력 제어부; 상기 각 색의 영상 데이터의 출력 시점 및 출력 주기에 상응하여 상기 스캐너의 구동각 및 구동 속도를 제어하는 상기 스캐너 제어 신호를 생성 출력하는 스캐너 출력 제어부를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 영상 데이터 동기 신호 출력부는 상기 복수의 단색 광원 중 출력값이 상대적으로 약한 단색 광원의 출력 시간을 상대적으로 증가시키고, 다른 단색 광원들의 출력 시간을 상대적으로 감소시켜 상기 각 단색 광원들의 총 출력 시간을 일정하게 유지시킬 수 있다. 그리고 상기 영상 데이터 동기 신호 출력부는 출력 시간이 상대적으로 감소한 상기 단색 광원들의 출력값을 상기 감소한 출력 시간에 상응하는 비율만큼 증가시킬 수 있다.

그리고 상기 광변조기는, 상기 입사광을 반사시키는, 일렬로 배치된 복수의 마이크로 미러; 및 상기 구동 신호에 의해 상기 마이크로 미러를 상하로 구동시키는 구동 수단을 포함하되, 상기 하나의 마이크로 미러가 상기 스크린 내의 일 픽셀을 담당할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 1차원 직선 영상을 스캐닝하여 스크린 상에 2차원 컬러 영상을 표현하는 스캐닝 디스플레이 방법에 있어서, (a) 복수의 단색 광원 중 상기 2차원 컬러 영상의 밝기를 제한하는 단색 광원을 선택하는 단계; (b) 상기 선택된 단색 광원의 출력 시간을 증가시키고, 전체 출력 시간이 일정하도록 다른 단색 광원들의 출력 시간을 줄이는 단계; (c) 상기 출력 시간에 상응하여 광원 제어 신호, 영상 제어 신호 및 스캐너 제어 신호를 생성하여 출력하는 단계; 및 (d) 상기 광원 제어 신호, 상기 영상 제어 신호 및 상기 스캐너 제어 신호에 따라 상기 복수의 단색 광원, 광변조기 및 스캐너를 제어하여 상기 2차원 컬러 영상을 표시하는 단계를 포함하는 스캐닝 디스플레이 방법이 제공될 수 있다.

바람직하게는, 상기 단계 (a)는 상기 복수의 단색 광원의 최대 유효 출력 및 요구 출력을 이용하여 상기 2차원 컬러 영상의 밝기를 제한하는 단색 광원을 선택할 수 있다.

그리고 상기 단계 (c)는 상기 출력 시간이 줄어든 단색 광원들의 출력값을 상기 줄어든 출력 시간에 상응하는 비율로 증가시키도록 하는 상기 광원 제어 신호를 생성하여 출력할 수 있다.

또한, 상기 단계 (c)는 상기 출력 시간에 따라 상기 단색 광원에 상응하는 색의 영상 데이터의 출력 시점 및 출력 주기를 결정하도록 하는 상기 영상 제어 신호를 생성하여 출력할 수 있다.

그리고 상기 단계 (c)는 상기 출력 시간에 따라 상기 스캐너의 구동각 및 구동 속도를 제어하는 상기 스캐너 제어 신호를 생성하여 출력할 수 있다.

본 발명은 다양한 변경을 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 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체 적인 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. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

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 특징 들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

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

도 1은 광변조기를 이용한 스캐닝 디스플레이 장치를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 스캐닝 디스플레이 장치(100)는 광원(110), 광변조기(120), 구동 회로(125), 스캐너(130) 및 영상 제어부(150)를 포함한다.

광원(110)은 스크린(140)에 영상이 투사될 수 있도록 광을 조사한다. 광원(110)은 빛의 삼원색인 적색광, 녹색광 및 청색광을 각각 조사하는 적색 광원(110R), 녹색 광원(110G) 및 청색 광원(110B)을 포함한다. 또는 각 광원(110)들은 당업자에 의해 빛의 조합으로 컬러 영상을 구현할 수 있는 다른 색광들을 조사하는 광원들이 선택될 수도 있음은 자명하다. 바람직하게는 광원(110)은 레이저, LED 또는 레이저 다이오드일 수 있다.

광원(110)은 영상 제어부(150)로부터의 광원 제어 신호에 따라 턴온 혹은 턴오프된다. 광원(110)은 특정 시점에 어느 한 색의 광원이 턴온된 경우 나머지 색의 광원들은 턴오프된다. 광원(110)은 광원 제어 신호에 따라 한 프레임 내에서 턴온되는 시간이 각 색별로 가변될 수 있다.

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 구동 회로(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 프레임 영상에서 수직 주사선 또는 수평 주사선에 해당하는 1차원 직선 영상을 담당한다. 즉, 1차원 직선 영상에 대하여 광변조기(120)는 인가되는 구동 신호에 따라 1차원 직선 영상의 각 픽셀에 해당하는 각 마이크로 미러의 변위를 변화시킴으로써 입사광의 휘도를 변화시킨 변조광을 출력한다.

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

구동 회로(125)는 영상 제어부(150)로부터의 영상 제어 신호에 따라 출력되 는 변조광의 휘도를 변화시키는 구동 신호를 광변조기(120)에 제공한다. 구동 회로(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 크기에 맞도록 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 동기하여 영상 제어 신호에 상응하는 스크린(140) 상의 수직 주사선(또는 수평 주사선) 위치에 변조광이 투사될 수 있는 각도로 스캐너(130)를 회전시킨다. 스캐너(130)는 폴리곤 미러(Polygon Mirror), 회전바(Rotating bar) 또는 갈바노 미러(Galvano Mirror) 등이 될 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 투사된다. 이 경우 각 회절광의 경로가 서로 다르기 때문에 슬릿(133, slit)을 두어 필요로 하는 차수의 회절광을 선택하여 스크린(140)에 투사되도록 한다.

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

영상 제어부(150)는 영상 제어 신호, 스캐너 제어 신호, 광원 제어 신호를 각각 구동 회로(125), 스캐너(130), 광원(110)에 제공한다. 서로 연동되는 영상 제어 신호, 스캐너 제어 신호, 광원 제어 신호에 의해 한 프레임 영상이 스크린(140) 상에 디스플레이되도록 한다. 영상 제어부(150)는 하나의 프레임에 해당하는 영상 신호를 입력받고, 영상 신호에 따라 광원(110), 광변조기(120) 및 스캐너(130)를 제어한다. 영상 제어부(150)는 프레임을 구성하는 각 픽셀에 대하여 표시하고자 하는 휘도 정보에 상응하는 영상 제어 신호를 구동 회로(125)에 제공하고, 영상 제어 신호에 상응하여 수직 주사선(또는 수평 주사선)이 스크린(140) 상의 소정 위치에 투사되도록 스캐너(130)의 회전 각도 또는 회전 속도를 조절한다. 영상 제어부(150)에서의 각 제어 신호에 대해서는 추후 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

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 가능하다.

미국특허번호 제5,311,360호에 개시된 정전 구동 방식 격자 광변조기는 반사 표면부를 가지며 기판 상부에 부유(suspended)하는 다수의 일정하게 이격하는 변형 가능 반사형 리본을 포함한다.

먼저, 절연층이 실리콘 기판상에 증착되고, 이후 희생 이산화실리콘 막 및 질화실리콘 막의 증착 공정이 후속한다. 질화실리콘 막은 리본으로 패터닝되고 이 산화실리콘층의 일부가 에칭되어 리본이 질화물 프레임에 의해 산화물 스페이서층 상에 유지되도록 한다.

리본상의 반사 표면과 기판의 반사 표면 사이의 수직 거리 d로 한정된 이러한 변조기의 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 바람직한 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 일으 켜서 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 회절광의 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, 이하 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 주사선 또는 수평 주사선(여기서, 수직 주사선 또는 수평 주사선은 m개의 픽셀로 구성되는 것으로 가정함)의 1차원 영상에 대한 영상 정보를 담당하며, 각 마이크로 미러(200-1, 200-2, …, 200-m)는 수직 주사선 또는 수평 주사선을 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. 예를 들면, VGA 640×480 해상도의 경우 480개의 수직 픽셀에 대해 광 스캔 장치(미도시)의 한 면에서 640번 모듈레이션을 하여 광 스캔 장치의 한 면당 스크린 1 프레임이 생성된다.

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 간격에 의한 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 바람직한 실시예에 적용 가능한 회절형 광변조기 어레이에 의해 스크린에 이미지가 생성되는 모식도가 도시된다.

수직으로 배열된 m개의 마이크로 미러(200-1, 200-2, …, 200-m)에 의해 반사 및 회절된 광이 광 스캔 장치에서 반사되어 스크린(270)에 수평으로 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 장 치에 적용가능하다. 다양한 멀티미디어 기능을 구비한 휴대용 전자기기(예를 들어, 휴대폰, PDA(Personal digital assistants), 노트북(Notebook) 등)가 투사형 표시부를 추가적으로 가지는 모바일 디스플레이 장치에서 소비 전력의 감소를 위해 본 발명의 내용을 적용하는 것도 가능하다.

도 3은 스캐닝 디스플레이 장치의 일부 부분의 블록 구성도이다.

도 3을 참조하면, R(적색), G(녹색), B(청색)의 영상 정보를 포함하는 영상 신호가 영상 제어부(150)로 입력된다. 여기서, 영상 신호 입력부(321)는 입력된 영상 신호를 영상 보정부(322)로 전달하며, 영상 신호는 R, G, B 디지털 데이터 및 타이밍 신호로 구성된다. 이후 영상 보정부(322)는 수신한 영상 신호를 소자간 편차에 따라 보정하거나 컬러 특성을 보정된다. 여기서 영상 보정부(322)는 외부 메모리(330)와 연결되어 초기 설정값을 읽은 후 보정 로직에 의해 보정 프로세스를 수행할 수 있다.

영상 데이터 동기 신호 출력부(325)는 라스터(raster) 스캔 방향의 영상 신호를 수직 방향으로 회전(pivot)시키고 프레임당 동기 신호, 픽셀 동기 신호 및 수직 라인 출력 타이밍 신호 등을 구동 회로(125)에 전달한다.

구동 회로(125)는 디지털 영상 데이터를 패널을 구동하기 위한 아날로그 신호로 변환시키며, 수직 라인 출력 타이밍 신호에 동기화되어 광변조기(120)을 구동시킨다. 또한, 구동 회로(125)는 상부 전극 전압 범위 조정부(323)에서 결정된 아날로그 전압 범위를 참조하여 영상 계조도와 출력 전압 레벨을 서로 매칭시킨다.

광변조기(120)은 상부 전극과 하부 전극(하부 전극 전압 제어부(324)에 의해 서 전압이 인가됨) 간의 상대 전압 차에 의해 기계적 변형이 일어나고 광원(110)으로부터 입사된 광의 회절량을 변조한다.

스캐너 출력 제어부(326)는 수직 라인 출력 타이밍 신호에 동기되어 스캐너(130)의 위치 제어 신호(즉, 스캐너 제어 신호)를 스캐너 드라이버(360)에 출력한다. 메모리(330)는 영상 보정부(322)에 대한 보정 값(픽셀별, 컬러별) 및 상부 전극 전압 범위, 하부 전극 전압의 초기 설정값, 스캐너 프로파일 및 광원 출력 설정값 등을 저장한다.

스캐너 출력 제어부(326)는 메모리(330)에 저장된 스캐닝 프로파일(구동 파형)로부터 위치값을 디지탈 값으로 읽어들이고, 스캐너 드라이버(360)에 출력한다. 스캐너 드라이버(360)는 입력된 디지털 위치값을 아날로그 변환하고 스캐너(130)에 제공하여 스캐너(130)의 위치를 제어한다.

광원 출력 제어부(327)는 광원 출력 조정 블록과 광원 타이밍 조정 블록을 포함한다. 광원 출력 조정 블록은 적색 광원(110R), 녹색 광원(110G), 청색 광원(110B)의 광원 출력값(power)을 조정한다. 그리고 광원 타이밍 조정 블록은 미리 설정된 순서에 따라 또는 순차적으로 각 색 광원(110R, 110G, 110B)이 턴온되도록 한다. 광원 출력 조정 블록 및 광원 타이밍 조정 블록에 의해 생성된 광원 제어 신호는 각 색 광원 드라이버(350R, 305G, 350B)에 전달된다. 광원 제어 신호는 적색, 녹색 및 청색 광원 제어 신호를 포함하며, 각 색 광원 신호는 각 색 광원의 출력 및 타이밍(턴온 시작 시점, 턴온 유지 시간 등)에 대한 정보를 포함한다. 각 색 광원 드라이버(350R, 350G, 350B)는 광원 제어 신호에 따라 각 색 광원(110R, 110G, 110B)을 구동시켜 출력값, 턴온 및 턴오프를 제어한다.

본 발명에서 서브 프레임(sub frame)은 하나의 완성된 컬러 프레임(color frame)을 위한 단색 프레임(mono color frame)을 의미한다. 각 픽셀은 적색, 녹색 및 청색의 영상 데이터를 모두 표시하는 경우 일반적으로 컬러를 표현할 수 있다. 따라서, 하나의 프레임 영상에 대해서 적색, 녹색 및 청색의 단색 프레임이 동시에 또는 단시간 내에 순차적으로 표시되면 컬러 프레임이 표시되고 있는 것과 같은 효과를 나타낸다.

화면 깜박임을 나타내는 플리커링(flickering) 방지를 위해서는 하나의 컬러 프레임이 F라는 입력 주파수를 가지고 있는 경우, 3 서브 프레임 스캐닝 디스플레이 장치의 경우 각 서브 프레임은 3F의 입력 주파수를 가진다. 즉, 매 3개의 서브 프레임은 적색, 녹색 및 청색의 색별 1개씩의 서브 프레임으로 구성된다.

또는 4 서브 프레임 스캐닝 디스플레이 장치의 경우, 적색, 녹색 및 청색의 색별 프레임을 각각 1회씩, 그리고 나머지 하나의 서브 프레임은 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나로 구성할 수도 있다. 플리커링 방지를 위한 하나의 컬러 프레임의 입력 주파수가 F인 경우 각 서브 프레임은 4F의 입력 주파수를 가진다.

이하에서는 각 색별로 가변되는 출력 시간을 가지는 3 서브 프레임 스캐닝 디스플레이 방법 및 4 서브 프레임 스캐닝 디스플레이 방법을 각각 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 각 색별로 가변되는 출력 시간을 가지는 3 서브 프레임 스캐닝 디스플레이 방법을 나타낸 도면이다. 여기서, 스캐너(130)는 시계 방향 및 반시계 방향 회전시 모두 스캐닝이 가능한 갈바노 미러이고, 양방향 스캐닝 디스플레이 방법을 중심으로 설명하지만, 다른 스캐너를 이용한 단방향 스캐닝 디스플레이 방법에도 유사한 내용이 적용가능함은 자명하다.

광변조기(120)로부터의 변조광이 반시계 방향으로 회전하는 스캐너(130)에 의해 반사되고, 스크린의 우측에서 좌측으로(←) 적색(R)의 수직 방향의 1차원 직선 영상이 순차적으로 스캐닝되어 N 번째 컬러 프레임(Nth color frame, 400(N))의 2차원 적색 프레임(140R)이 표시된다.

이후 시계 방향으로 회전하는 스캐너(130)에 의해 스크린의 좌측에서 우측으로(→) 녹색(G)의 수직 방향의 1차원 직선 영상이 순차적으로 스캐닝되어 N 번째 컬러 프레임(400(N))의 2차원 녹색 프레임(140G)이 표시된다.

이후 반시계 방향으로 회전하는 스캐너(130)에 의해 스크린의 우측에서 좌측으로(←) 청색(B)의 수직 방향의 1차원 직선 영상이 순차적으로 스캐닝되어 N 번째 컬러 프레임(400(N))의 2차원 청색 프레임(140B)이 표시된다.

적색, 녹색, 청색의 순서는 변동될 수 있으며, N 번째 컬러 프레임(400(N))을 표시하기 위해 각 색 프레임이 최소 1번씩 표시되어야 한다.

이후 N+1 번째 컬러 프레임(400(N+1))을 표시하기 위해서, 2차원 적색 프레임, 녹색 프레임 및 청색 프레임이 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하는 스캐너(130)에 의해 표시된다.

도 5는 일반적인 3 서브 프레임 스캐닝 디스플레이시 스캐너 및 광원에의 인 가 신호를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3 서브 프레임 스캐닝 디스플레이시 스캐너 및 광원에의 인가 신호를 나타낸 도면이다. 여기서, 75 Hz의 영상 신호가 입력된 것으로 가정한다.

도 5를 참조하면, 컬러 프레임을 표시하기 위해 요구되는 적색 광원, 녹색 광원 및 청색 광원의 출력은 P1으로 동일하고, 적색 광원, 녹색 광원 및 청색 광원의 출력 시간 역시 동일하다(Tr = Tg = Tb). 각 광원의 출력 시간은 입력된 영상 신호의 주파수에 상응하는 1/(75×3) [sec] 보다 작다. 각 광원의 출력 중간에 모든 광원의 출력이 없는 부분(Tz)은 스캐너(130)가 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전함에 있어서, 일방향으로 회전하던 스캐너(130)가 타 방향으로 회전 방향을 전환하기 위해 필요로 하는 최소 시간이다.

각 색 광원들은 제조 공정상 또는 표시하고자 하는 컬러 프레임의 색 온도 등에 의해, 도 5에 도시된 것과 같이 각 색 광원들이 모두 동일한 출력을 가지고, 동일한 출력 시간 동안 표시되지 않는 경우가 많다.

예를 들어, 녹색 광원의 출력이 요구되는 P1보다 작은 P2에 불과한 경우 전체 컬러 프레임은 녹색 광원의 출력 제한으로 인해 전체 출력이 제한받게 되는 바 본 발명의 실시예에서는 이러한 출력 제한을 극복하고자 한다.

도 6에 도시된 것과 같이, 출력이 P2에 불과한 녹색 광원에 대해서 출력 시간을 늘리고(Tg'> Tg), 대신 출력 시간이 줄어든 적색 광원(Tr'< Tr)의 출력을 줄어든 출력 시간에 상응하여 P1 대신 P3까지 늘린다. 이로 인해 녹색 광원은 출력 시간이 늘어나게 되고, 적색 광원은 줄어든 출력 시간에 비례하여 출력량이 증가하 였으므로, 전체적인 출력 광량은 녹색 광원의 출력 시간이 늘어난 만큼 증가하게 되고, 훨씬 밝은 컬러 영상을 획득하는 것이 가능하다.

각 색 중 적어도 하나는 출력 시간(Tr', Tg', Tb')이 다르다. 각 색별로 출력해주어야 하는 수직 방향의 1차원 직선 영상에 있어서, 수평 방향으로 스캐닝되는 열의 개수는 수평 해상도(Hres)가 되며, 이 값은 모든 색에 대해서 동일하다.

즉, 수직 방향의 1차원 직선 영상의 영상 데이터 출력 주기(Tor, Tog, Tob)는 하기의 수학식 1과 같이 각 색별 출력 시간을 수평 해상도로 나눈 값이 된다.

(Tor, Tog, Tob) = (Tr', Tg', Tb')/Hres

영상 제어부(150)는 현재 스크린(140) 상에 표시하고자 하는 색이 변화할 때마다 영상 데이터 출력 주기를 상기의 수학식 1에 따라 조정해야 한다. 따라서, 영상 제어부(150)는 색별로 영상 데이터의 출력 주기를 조정하는 것이 가능하며, 이는 영상 데이터 동기 신호 출력부(325)에서 구동 회로(125)로 출력된다.

영상 제어부(150)는 각 색별로 첫번째 1차원 직선 영상의 영상 데이터의 출력 시점(Tir, Tig, Tib)의 조정 기능을 가진다. 이는 스캐너(130)의 기계적인 구동 특성에 따라 첫번째 1차원 직선 영상의 영상 데이터의 출력 시점(Tir, Tig, Tib)이 미세하게 조정되어야 하기 때문이다.

스캐너(130)가 각 색별 출력 시간에 상응하여 시계 방향 또는 반시계 방향으로 구동되도록 하는 스캐너 제어 신호가 영상 제어부(150)로부터 출력된다. 즉, 스캐너 제어 신호가 스캐너 출력 제어부(326)에서 스캐너 드라이버(360)로 출력되어 스캐너(130)의 구동각을 제어한다.

스캐너(130)의 구동 가능각은 A0 내지 A3이며, A1 내지 A2의 구동각 내에서 유효한 영상 데이터에 의해 스크린(140) 상에 유효한 영상을 표시한다. 그리고 A0~A1, A2~A3의 구동각 구간은 스캐너(130)의 구동 방향을 바꾸기 위한 구간으로, 유효한 영상 데이터가 출력되지 않는다.

그리고 스캐너(130)의 구동각이 A1에서 A2로 변화하는 구간을 시계 방향 회전이라고 가정하면, A2에서 A1으로 변화하는 구간은 반시계 방향 회전이 된다. 또는 그 반대일 수도 있음은 물론이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 각 색별로 가변되는 출력 시간을 가지는 4 서브 프레임 스캐닝 디스플레이 방법을 나타낸 도면이다. 여기서, 스캐너(130)는 시계 방향 및 반시계 방향 회전시 모두 스캐닝이 가능한 갈바노 미러이고, 양방향 스캐닝 디스플레이 방법을 중심으로 설명하지만, 다른 스캐너를 이용한 단방향 스캐닝 디스플레이 방법에도 유사한 내용이 적용가능함은 자명하다.

광변조기(120)로부터의 변조광이 반시계 방향으로 회전하는 스캐너(130)에 의해 반사되고, 스크린의 우측에서 좌측으로(←) 적색(R)의 수직 방향의 1차원 직선 영상이 순차적으로 스캐닝되어 N 번째 컬러 프레임(Nth color frame, 600(N))의 2차원 적색 프레임(140R)이 표시된다.

이후 시계 방향으로 회전하는 스캐너(130)에 의해 스크린의 좌측에서 우측으로(→) 녹색(G)의 수직 방향의 1차원 직선 영상이 순차적으로 스캐닝되어 N 번째 컬러 프레임(600(N))의 2차원 녹색 프레임(140G)이 표시된다.

이후 반시계 방향으로 회전하는 스캐너(130)에 의해 스크린의 우측에서 좌측으로(←) 청색(B)의 수직 방향의 1차원 직선 영상이 순차적으로 스캐닝되어 N 번째 컬러 프레임(600(N))의 2차원 청색 프레임(140B)이 표시된다.

이후 시계 방향으로 회전하는 스캐너(130)에 의해 스크린의 좌측에서 우측으로(→) 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나(바람직하게는 가장 출력이 약한 광원에 해당하는 색)의 수직 방향의 1차원 직선 영상이 순차적으로 스캐닝되어 N 번째 컬러 프레임(600(N))의 2차원 단색 프레임(140M)이 표시된다.

상기 순서는 변동될 수 있으며, N 번째 컬러 프레임(600(N))을 표시하기 위해 각 색 프레임이 최소 1번씩 표시되어야 한다.

이후 N+1 번째 컬러 프레임을 표시하기 위해서, 상술한 것과 동일한 원리에 의해 2차원 적색 프레임, 녹색 프레임 및 청색 프레임이 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하는 스캐너(130)에 의해 표시된다.

도 8은 일반적인 4 서브 프레임 스캐닝 디스플레이시 스캐너 및 광원에의 인가 신호를 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 각 색별로 가변되는 출력 시간을 가지는 4 서브 프레임 스캐닝 디스플레이시 스캐너 및 광원에의 인가 신호를 나타낸 도면이다. 여기서, 60 Hz의 영상 신호가 입력된 것으로 가정한다.

도 8을 참조하면, 컬러 프레임을 표시하기 위해 요구되는 적색 광원, 녹색 광원 및 청색 광원의 출력은 P1으로 동일하고, 적색 광원, 녹색 광원 및 청색 광원 의 출력 시간 역시 동일하다. 그리고 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나의 색(바람직하게는, 가장 출력이 약한 광원의 색)이 선택되어 동일 컬러 프레임 내에서 한번 더 출력된다(Tr = Tg = Tb1 = Tb2). 본 실시예에서는 청색이 한번 더 출력되는 것으로 가정한다.

각 광원의 출력 시간은 입력된 영상 신호의 주파수에 상응하는 1/(60×4) [sec] 보다 작다. 각 광원의 출력 중간에 모든 광원의 출력이 없는 부분(Tz)은 스캐너(130)가 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전함에 있어서, 일방향으로 회전하던 스캐너(130)가 타 방향으로 회전 방향을 전환하기 위해 필요로 하는 최소 시간이다.

예를 들어, 녹색 광원의 실제 출력이 요구되는 P1보다 작은 P2에 불과한 경우 전체 컬러 프레임은 녹색 광원의 출력 제한으로 인해 전체 출력이 제한받게 되는 바 본 발명의 실시예에서는 이러한 출력 제한을 극복하고자 한다.

도 9에 도시된 것과 같이, 출력이 P2에 불과한 녹색 광원에 대해서 출력 시간을 늘리고(Tg'> Tg), 대신 출력 시간이 줄어든 적색 광원(Tr'< Tr)의 출력을 줄어든 출력 시간에 상응하여 P1 대신 P3까지 늘린다. 이로 인해 녹색 광원은 출력 시간이 늘어나게 되고, 적색 광원은 줄어든 출력 시간에 비례하여 출력량이 증가하였으므로, 전체적인 출력 광량은 녹색 광원의 출력 시간이 늘어난 만큼 증가하게 되고, 훨씬 밝은 컬러 영상을 획득하는 것이 가능하다.

각 색 중 적어도 하나는 출력 시간(Tr', Tg', Tb1', Tb2')이 다르다. 각 색별로 출력해주어야 하는 수직 방향의 1차원 직선 영상에 있어서, 수평 방향으로 스 캐닝되는 열의 개수는 수평 해상도(Hres)가 되며, 이 값은 모든 색에 대해서 동일하다.

즉, 수직 방향의 1차원 직선 영상의 영상 데이터 출력 주기(Tor, Tog, Tob1, Tob2)는 하기의 수학식 2와 같이 각 색별 출력 시간을 수평 해상도로 나눈 값이 된다.

(Tor, Tog, Tob1, Tob2) = (Tr', Tg', Tb1', Tb2')/Hres

영상 제어부(150)는 현재 스크린(140) 상에 표시하고자 하는 색이 변화할 때마다 영상 데이터 출력 주기를 상기의 수학식 2에 따라 조정해야 한다. 따라서, 영상 제어부(150)는 색별로 영상 데이터의 출력 주기를 조정하는 것이 가능하며, 이는 영상 데이터 동기 신호 출력부(325)에서 구동 회로(125)로 출력된다.

영상 제어부(150)는 각 색별로 첫번째 1차원 직선 영상의 영상 데이터의 출력 시점(Tir, Tig, Tib1, Tib2)의 조정 기능을 가진다. 이는 스캐너(130)의 기계적인 구동 특성에 따라 첫번째 1차원 직선 영상의 영상 데이터의 출력 시점(Tir, Tig, Tib1, Tib2)이 미세하게 조정되어야 하기 때문이다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 출력 시간을 조정한 스캐닝 디스플레이 방법의 순서도이다.

단계 S1010에서, 영상 제어부(150)는 복수의 단색 광원(110R, 110G, 110B) 중 2차원 컬러 영상의 밝기를 제한하는 단색 광원을 선택한다. 단색 광원들 중에서 광원의 출력 제한으로 인해 2차원 컬러 영상의 전체적인 밝기를 제한하는 단색 광원을 선택한다. 각 단색 광원의 최대 유효 출력 및 요구 출력을 이용하여 2차원 컬러 영상의 밝기를 제한하는 단색 광원을 선택하며, 상세한 내용은 도 11 및 도 12을 참조하여 설명하기로 한다.

단계 S1020에서, 선택된 단색 광원의 출력 시간을 증가시키고, 하나의 컬러 프레임에 대해서 전체 광원 출력 시간이 일정하도록 타 단색 광원들의 출력 시간을 감소시킨다. 단색 광원들의 출력 시간이 동일하였던 경우, 어느 하나의 단색 광원의 출력 시간을 A % 증가시킨 경우, 타 단색 광원들의 출력 시간 감소율의 합이 A %가 되도록 한다.

단계 S1030에서, 설정된 출력 시간에 따라 광원 제어 신호, 영상 제어 신호, 스캐너 제어 신호를 생성하여 출력한다. 광원 제어 신호는 출력 시간이 줄어든 단색 광원들에 대해서 줄어든 출력 시간에 상응하는 비율로 각 단색 광원들의 출력값이 증가하도록 한다. 영상 제어 신호는 각 단색 광원들의 출력 시간을 이용하여 각 단색 광원들에 상응하는 색의 영상 데이터의 출력 시점 및 출력 주기를 결정하도록 한다. 그리고 스캐너 제어 신호는 각 단색 광원들의 출력 시간에 따라 스캐너의 구동각 및 구동 속도를 제어한다.

단계 S1040에서, 상술한 광원 제어 신호, 영상 제어 신호 및 스캐너 제어 신호를 이용하여 각 단색 광원, 광변조기 및 스캐너를 제어하여 2차원 컬러 영상이 스크린 상에 표시되도록 한다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 각 색별로 가변되는 출력 시간을 가지는 3 서브 프레임 스캐닝 디스플레이 방법을 적용하기 전과 적용한 후의 광효율을 나타낸 표이다. 단위는 mW이다.

(i) R, G, B의 최대 출력은 40, 100, 50이고, 요구 출력이 69, 56, 53인 경우

제1 최대 유효 출력(=각 광원의 최대 출력/3)은 13.33, 33.33, 16.67이다. 이는 각 색 광원이 하나의 컬러 프레임을 표시하기 위해서 각각 한번씩 출력되므로, 하나의 컬러 프레임을 표시하기 위한 출력 시간 중 1/3동안만 턴온되기 때문이다.

이 경우 종래 방식에 따라 각 색 광원이 동일한 출력 시간을 가질 때 제1 한계 유효 출력은 13.33, 10.82, 10.24이다. 이는 요구 출력의 RGB 비가 69:56:53이므로, 제1 최대 유효 출력을 기준으로 제1 한계 유효 출력을 측정하면 적색 광원의 제한에 의해 적색은 13.33, 녹색은 10.82(=13.33×56/69), 청색은 10.24(=13.33×53/69)가 된다. 이 경우 총 출력은 34.39(=13.33+10.82+10.24)이다.

본 발명의 일 실시예에 따라 출력이 제한되는 적색 광원의 출력 시간을 20% 증가시키고, 녹색 광원 및 청색 광원의 출력 시간을 10% 씩 감소시킨다. 이 경우 제2 최대 유효 출력(=제1 최대 유효 출력×출력 시간의 증가/감소치)은 16.00(=13.33×1.2), 30.00(=33.33×0.9), 15.00(=16.67×0.9)이다.

요구 출력의 RGB 비가 69:56:53이므로, 제2 최대 유효 출력을 기준으로 제2 한계 유효 출력을 측정하면 적색은 16.00, 녹색은 12.99(=16.00×56/69), 청색은 12.29(=16.00×53/69)가 된다. 이 경우 총 출력은 41.28(=16.00+12.99+12.29)이다.

즉, 종래 방식에 의한 총 출력과 비교할 때 20%(=(41.28/34.39 - 1)×100)이나 출력이 향상되었음을 알 수 있다.

(ii) R, G, B의 최대 출력은 40, 100, 50이고, 요구 출력이 79, 56, 53인 경우

제1 최대 유효 출력(=각 광원의 최대 출력/3)은 13.33, 33.33, 16.67이다.

이 경우 종래 방식에 따라 각 색 광원이 동일한 출력 시간을 가질 때 제1 한계 유효 출력은 13.33, 9.45, 8.95이다. 이는 요구 출력의 RGB 비가 79:56:53이므로, 제1 최대 유효 출력을 기준으로 제1 한계 유효 출력을 측정하면 적색 광원의 제한에 의해 적색은 13.33, 녹색은 9.45(=13.33×56/79), 청색은 8.95(=13.33×53/79)가 된다. 이 경우 총 출력은 31.73(=13.33+9.45+8.95)이다.

요구 출력의 RGB 비가 79:56:53이므로, 제2 최대 유효 출력을 기준으로 제2 한계 유효 출력을 측정하면 적색은 16.00, 녹색은 11.34(=16.00×56/79), 청색은 10.73(=16.00×56/79)가 된다. 이 경우 총 출력은 38.08(=16.00+11.34+10.73)이다.

즉, 종래 방식에 의한 총 출력과 비교할 때 20%(=(38.08/31.73 - 1)×100)이나 출력이 향상되었음을 알 수 있다.

(iii) R, G, B의 최대 출력은 80, 100, 50이고, 요구 출력이 63, 58, 54인 경우

제1 최대 유효 출력(=각 광원의 최대 출력/3)은 26.67, 33.33, 16.67이다.

이 경우 종래 방식에 따라 각 색 광원이 동일한 출력 시간을 가질 때 제1 한계 유효 출력은 19.44, 17.90, 16.67이다. 이는 요구 출력의 RGB 비가 63:58:54이므로, 제1 최대 유효 출력을 기준으로 제1 한계 유효 출력을 측정하면 청색 광원의 제한에 의해 청색은 16.67, 적색은 19.44(=16.67×63/54), 녹색은 17.90(=16.67×58/54)가 된다. 이 경우 총 출력은 54.01(=19.44+17.90+16.67)이다.

본 발명의 일 실시예에 따라 출력이 제한되는 청색 광원의 출력 시간을 20% 증가시키고, 적색 광원 및 녹색 광원의 출력 시간을 10% 씩 감소시킨다. 이 경우 제2 최대 유효 출력(=제1 최대 유효 출력×출력 시간의 증가/감소치)은 24.00(=26.67×0.9), 30.00(=33.33×0.9), 20.00(=16.67×1.2)이다.

요구 출력의 RGB 비가 63:58:54이므로, 제2 최대 유효 출력을 기준으로 제2 한계 유효 출력을 측정하면 청색은 20.00, 적색은 23.33(=20.00×63/54), 녹색은 21.48(=20.00×58/54)가 된다. 이 경우 총 출력은 64.81(=20.00+23.33+21.48)이다.

즉, 종래 방식에 의한 총 출력과 비교할 때 20%(=(64.81/54.01 - 1)×100)이나 출력이 향상되었음을 알 수 있다.

일반적인 3 서브 프레임 스캐닝 디스플레이 방법과 비교할 때 출력 시간을 조정한 3 서브 프레임 스캐닝 디스플레이 방법을 적용하는 것이 20% 정도의 밝기 향상을 획득할 수 있음을 알 수 있다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 각 색별로 가변되는 출력 시간을 가지는 4 서브 프레임 스캐닝 디스플레이 방법을 적용하기 전과 적용한 후의 광효율을 나타낸 표이다. 단위는 mW이다.

적색 광원의 출력이 약하여 하나의 컬러 프레임 내에 적색 광원이 한번 더 출력되는 경우를 가정한다.

제1 최대 유효 출력(=각 광원의 최대 출력/4)은 적색, 녹색, 청색 순으로 20.00, 25.00, 12.50이다. 이는 녹색 및 청색 광원은 하나의 컬러 프레임을 표시하기 위해서 각각 한번씩 출력되므로 하나의 컬러 프레임을 표시하기 위한 출력 시간 중 1/4동안만 턴온되고, 적색 광원은 두번 출력되므로 하나의 컬러 프레임을 표시하기 위한 출력 시간 중 1/2동안 턴온되기 때문이다.

이 경우 종래 방식에 따라 각 색 광원이 동일한 출력 시간을 가질 때 제1 한계 유효 출력(적녹청 순)은 16.27, 13.21, 12.50이다. 이는 요구 출력의 RGB 비가 69:56:53이므로, 제1 최대 유효 출력을 기준으로 제1 한계 유효 출력을 측정하면 청색 광원의 제한에 의해 청색은 12.50, 적색은 16.27(=12.50×69/53), 녹색은 13.21(=12.50×56/53)가 된다. 이 경우 총 출력은 41.98(=12.50+16.27+13.21)이다.

본 발명의 일 실시예에 따라 출력이 제한되는 청색 광원의 출력 시간을 10% 증가시키고, 녹색 광원의 출력 시간을 10% 감소시킨다. 이 경우 제2 최대 유효 출력(=제1 최대 유효 출력×출력 시간의 증가/감소치)은 적녹청 순으로 20.00(=20.00), 22.50(=25×0.9), 13.75(=12.50×1.1)이다.

요구 출력의 RGB 비가 69:56:53이므로, 제2 최대 유효 출력을 기준으로 제2 한계 유효 출력을 측정하면 청색은 13.75, 적색은 17.90(=13.75×69/53), 녹색은 14.53(=13.75×56/53)가 된다. 이 경우 총 출력은 46.18(=13.75+17.90+14.53)이다.

즉, 종래 방식에 의한 총 출력과 비교할 때 10%(=(46.18/41.98 - 1)×100)이나 출력이 향상되었음을 알 수 있다.

다른 경우도 상술한 것과 동일한 원리에 의해 일반적인 4 서브 프레임 스캐닝 디스플레이 방법과 비교할 때 출력 시간을 조정한 4 서브 프레임 스캐닝 디스플 레이 방법을 적용하는 것이 10% 정도의 밝기 향상을 획득할 수 있음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광원 출력 시간을 조정한 스캐닝 디스플레이 장치 및 방법은 동일한 광원을 가지고서 광원별 출력을 최대한으로 이용하여 더 밝은 영상을 구현하는 것이 가능하다.

또한, 동일한 광원을 가지고서 광원의 입력 전류 대 출력 관계를 최대한 이용하여 더 적은 소모 전력으로 동일한 밝기의 영상을 구현하는 것이 가능하다.

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

입력되는 구동 신호에 따라 입사광을 변조시켜 1차원 직선 영상에 상응하는 변조광을 출력하는 광변조기;

입력되는 영상 제어 신호를 상기 구동 신호로 변환하여 상기 광변조기에 출력하는 구동 회로;

스캐너 제어 신호에 따라 회전함으로써 상기 광변조기로부터의 변조광을 스크린 상에 스캐닝하여 2차원 컬러 영상을 표시하는 스캐너;

상기 광변조기에 상기 입사광을 조사하는 복수의 단색 광원;

입력되는 광원 제어 신호에 상응하여 상기 단색 광원의 출력값 및 출력 시간을조정하는 복수의 광원 출력 제어부; 및

영상 신호를 입력받고, 상기 복수의 단색 광원 중 하나 이상의 출력값 및 출력 시간을 조정한 상기 광원 제어 신호를 상기 광원 출력 제어부에 제공하고, 상기 광원 제어 신호에 동기화된 상기 영상 제어 신호 및 상기 스캐너 제어 신호를 상기 구동 회로 및 상기 스캐너에 제공하여 상기 광변조기에 의한 영상 투사를 제어하는 영상 제어부를 포함하는 광원 출력 시간을 조정한 스캐닝 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,

상기 단색 광원은 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)광 중 어느 하나를 출력하는 것을 특징으로 하는 광원 출력 시간을 조정한 스캐닝 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,

상기 단색 광원은 4색 이상의 색광 중 어느 하나를 출력하는 것을 특징으로 하는 광원 출력 시간을 조정한 스캐닝 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,

상기 영상 제어부는

상기 영상 신호 및 상기 복수의 단색 광원의 출력값에 상응하여 각 색의 영상 데이터의 출력 시점 및 출력 주기를 결정하는 상기 영상 제어 신호를 생성 출력하는 영상 데이터 동기 신호 출력부;

상기 각 색의 영상 데이터의 출력 시점 및 출력 주기에 상응하여 상기 복수의단색 광원의 출력값, 턴온 및 턴오프를 제어하는 상기 광원 제어 신호를 생성 출력하는 광원 출력 제어부;

상기 각 색의 영상 데이터의 출력 시점 및 출력 주기에 상응하여 상기 스캐너의 구동각 및 구동 속도를 제어하는 상기 스캐너 제어 신호를 생성 출력하는 스캐너 출력 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 출력 시간을 조정한 스캐닝 디스플레이 장치.
제4항에 있어서,

상기 영상 데이터 동기 신호 출력부는 상기 복수의 단색 광원 중 출력값이 상대적으로 약한 단색 광원의 출력 시간을 상대적으로 증가시키고, 다른 단색 광원들의 출력 시간을 상대적으로 감소시켜 상기 각 단색 광원들의 총 출력 시간을 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 광원 출력 시간을 조정한 스캐닝 디스플레이 장치.
제5항에 있어서,

상기 영상 데이터 동기 신호 출력부는 출력 시간이 상대적으로 감소한 상기 단색 광원들의 출력값을 상기 감소한 출력 시간에 상응하는 비율만큼 증가시키는 것을 특징으로 하는 광원 출력 시간을 조정한 스캐닝 디스플레이 장치.
제1항에 있어서, 상기 광변조기는,

상기 입사광을 반사시키는, 일렬로 배치된 복수의 마이크로 미러; 및

상기 구동 신호에 의해 상기 마이크로 미러를 상하로 구동시키는 구동 수단을 포함하되,

상기 하나의 마이크로 미러가 상기 스크린 내의 일 픽셀을 담당하는 것을 특징으로 하는 광원 출력 시간을 조정한 스캐닝 디스플레이 장치.
1차원 직선 영상을 스캐닝하여 스크린 상에 2차원 컬러 영상을 표현하는 스캐닝 디스플레이 방법에 있어서,

(a) 복수의 단색 광원 중 상기 2차원 컬러 영상의 밝기를 제한하는 단색 광원을 선택하는 단계;

(b) 상기 선택된 단색 광원의 출력 시간을 증가시키고, 전체 출력 시간이 일정하도록 다른 단색 광원들의 출력 시간을 줄이는 단계;

(c) 상기 출력 시간에 상응하여 광원 제어 신호, 영상 제어 신호 및 스캐너 제어 신호를 생성하여 출력하는 단계; 및

(d) 상기 광원 제어 신호, 상기 영상 제어 신호 및 상기 스캐너 제어 신호에 따라 상기 복수의 단색 광원, 광변조기 및 스캐너를 제어하여 상기 2차원 컬러 영상을 표시하는 단계를 포함하는 스캐닝 디스플레이 방법.
제8항에 있어서,

상기 단계 (a)는 상기 복수의 단색 광원의 최대 유효 출력 및 요구 출력을 이용하여 상기 2차원 컬러 영상의 밝기를 제한하는 단색 광원을 선택하는 것을 특 징으로 하는 스캐닝 디스플레이 방법.
제8항에 있어서,

상기 단계 (c)는 상기 출력 시간이 줄어든 단색 광원들의 출력값을 상기 줄어든 출력 시간에 상응하는 비율로 증가시키도록 하는 상기 광원 제어 신호를 생성하여 출력하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 디스플레이 방법.
제8항에 있어서,

상기 단계 (c)는 상기 출력 시간에 따라 상기 단색 광원에 상응하는 색의 영상 데이터의 출력 시점 및 출력 주기를 결정하도록 하는 상기 영상 제어 신호를 생성하여 출력하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 디스플레이 방법.
제8항에 있어서,

상기 단계 (c)는 상기 출력 시간에 따라 상기 스캐너의 구동각 및 구동 속도를 제어하는 상기 스캐너 제어 신호를 생성하여 출력하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 디스플레이 방법.