KR100812644B1

KR100812644B1 - 광변조기를 포함하는 디스플레이 장치 및 광변조기 보상방법

Info

Publication number: KR100812644B1
Application number: KR1020060017170A
Authority: KR
Inventors: 여인재; 유승원
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2006-02-22
Filing date: 2006-02-22
Publication date: 2008-03-13
Also published as: KR20070084858A

Abstract

광원; 인가되는 제어전압에 따라 상기 광원으로부터의 입사광의 휘도를 변화시킨 변조광을 출력하는 광변조기(SOM); 상기 변조광을 스크린 상의 소정 위치에 투사하는 스캐너; 샘플링 전압을 인가받은 상기 광변조기로부터 출력되는 변조광의 샘플링 휘도를 측정하는 포토 다이오드(PD); 및 상기 휘도와 상기 제어전압 간의 관계를 나타내는 참조표에 따라 상기 변조광이 상기 휘도를 가지도록 기설정된 상기 제어전압이 상기 광변조기에 인가되도록 하며, 상기 샘플링 전압 및 상기 샘플링 휘도로부터 상기 광변조기의 상기 제어전압에 대한 상기 휘도의 관계를 재산출하여 상기 참조표를 갱신하는 제어 회로를 포함하는 디스플레이 장치 및 광변조기 보상 방법에 관한 것이다. 동일한 입력에 대하여 제어전압을 보상함으로써 화면 상에서 보이는 계조가 항상 일정한 휘도를 나타내게 한다.

광변조기, 보상, 휘도, 제어전압, 변위

Description

광변조기를 포함하는 디스플레이 장치 및 광변조기 보상 방법{Display apparatus comprising spatial optical modulator and spatial optical modulator compensating method}

도 1은 광변조기에 포함되는 마이크로 미러의 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 마이크로 미러를 복수 개 포함하는 광변조기의 평면도.

도 3은 도 2의 AA'선에 대한 절단면을 나타낸 도면.

도 4 및 도 5는 시간 경과에 따른 마이크로 미러의 상부 반사층과 하부 반사층 간의 변위가 최초 설정된 변위에서 증가 또는 감소하는 경우를 나타낸 도면.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 근사화된 곡선을 찾기 위한 방법을 나타낸 도면.

도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 광변조기 보상을 하는 디스플레이 장치의 개략적인 구성도.

도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 광변조기의 변위 변화를 보상하는 방법의 흐름도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

710 : 광원

720 : 광변조기

730 : 스캐너

740 : 광 방향 변환기

750 : 포토 다이오드

760 : 아날로그/디지털 변환기

770 : 제어회로

780 : 스크린

본 발명은 광변조기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일정한 입력에 대하여 시간에 따라 변위의 양이 변화하는 현상을 보상한 광변조기를 포함한 디스플레이 장치 및 보상 방법에 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. 따라 서, 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 액추에이터 및 기타 에너지의 전달 역할을 하는 미니어처 기계 등으로 나눌 수 있다.

멤스(MEMS)는 다양한 응용 분야의 하나로서 광학 분야에 응용되고 있다. 멤스(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.

디스플레이의 일종인 스캐닝 디스플레이 장치에 사용되는 광변조기(SOM; Spatial Optical Modulator)는 구동 집적회로와 복수개의 마이크로 미러로 구성된다. 하나 이상의 마이크로 미러가 모여 투사 영상의 한 픽셀을 표현하게 된다.

이때 한 픽셀의 광강도를 표현하기 위해서 마이크로 미러는 구동집적회로로 부터 인가되는 구동전압에 비례하여 그 변위가 바뀜으로써 변조광의 광량을 변화시킨다. 여기서, 구동 집적회로는 입력신호에 대하여 특정의 관계를 가지는 구동전압을 생성한다. 그리고 변조광의 휘도는 구동전압 대비 특정한 비선형적 관계를 가지게 된다.

마이크로 미러는 일정한 구동전압에 대해서 최초 제작시의 변위의 변화량과, 시간이 지남에 따른 변위의 변화량이 일정하지 않게 된다. 이로 인해 사용자가 원하는 휘도의 변조광을 생성하고자 하는데 있어서 오차가 발생하게 되는 문제점이 있다.

광변조기는 일정한 입력에 대하여 시간에 따라 변위의 양이 변화하는 현상에 대하여 보상을 해줄 수 없기 때문에 화면상에서 휘도가 이상적인 특성에서 벗어나 최저 계조값 또는 최고 계조값에서 휘도가 역전되는 현상이 발생할 수 있으며, 화질에 치명적인 악영향을 주게 된다.

따라서, 본 발명은 마이크로 미러의 시간에 따른 변위의 변화량을 측정하여 동일한 입력에 대하여 제어전압을 보상함으로써 화면 상에서 보이는 계조가 항상 일정한 휘도를 나타내는 디스플레이 장치 및 광변조기 보상 방법을 제공한다.

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

상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 광원; 인가되는 제어전압에 따라 상기 광원으로부터의 입사광의 휘도를 변화시킨 변조광을 출력하는 광변조기(SOM); 상기 변조광을 스크린 상의 소정 위치에 투사하는 스캐너; 샘플링 전압을 인가받은 상기 광변조기로부터 출력되는 변조광의 샘플링 휘도를 측정하는 포토 다이오드(PD); 및 상기 휘도와 상기 제어전압 간의 관계를 나타내는 참조표에 따라 상기 변조광이 상기 휘도를 가지도록 기설정된 상기 제어전압이 상기 광변조기에 인가되도록 하며, 상기 샘플링 전압 및 상기 샘플링 휘도로부터 상기 광변조기의 상기 제어전압에 대한 상기 휘도의 관계를 재산출하여 상기 참조표를 갱신하는 제어 회로를 포함하는 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.

바람직하게는, 상기 스캐너로 향하는 상기 변조광의 일부의 방향을 변화시키는 광 방향 변환기를 더 포함하되, 상기 포토 다이오드는 상기 광 방향 변환기에 의해 방향이 변화된 상기 변조광의 일부가 입사될 수 있다.

또한, 상기 광변조기는 임의의 프레임 영상이 출력되기 전의 블랭크 타임(blank time)에 상기 샘플링 전압을 인가받거나 출력된 후의 블랭크 타임에 상기 샘플링 전압을 인가받을 수 있다.

여기서, 상기 광변조기는 각각 하나의 픽셀을 담당하는 복수의 마이크로 미러로 구성되며, 하나의 프레임 영상에 대하여 상기 복수의 마이크로 미러 중 하나의 마이크로 미러가 상기 샘플링 전압을 인가받을 수 있다. 그리고 상기 광변조기는 상기 블랭크 타임 동안 하나의 픽셀에 대해 3개 이상의 샘플링 전압을 인가받는 것이 바람직하다.

상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 휘도와 제어전압 간의 관계를 나타내는 참조표에 따라 상기 변조광이 상기 휘도를 가지도록 설정된 상기 제어전압에 따라 광원으로부터의 입사광의 휘도를 변화시킨 변조광을 출력하는 광변조기의 시간에 따른 물리적 변형을 보상하는 방법에 있어서, (a) 샘플링 전압이 광변조기에 인가되도록 하는 단계; (b) 상기 샘플링 전압에 따라 상기 광변조기로부터 출력되는 변조광의 샘플링 휘도를 측정하는 단계; 및 (c) 상기 샘플링 전압 및 상기 샘플링 휘도로부터 상기 광변조기의 상기 제어전압에 대한 상기 휘도의 관계를 산출하여 상기 참조표를 갱신하는 단계를 포함하는 광변조기 보상 방법이 제공될 수 있다.

바람직하게는, 상기 단계 (c)는 서로 다른 샘플링 전압에 대하여 상기 단계 (a) 내지 (b)를 3번 이상 반복하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 단계 (a)는 임의의 프레임 영상이 출력되기 전의 블랭크 타임에 상기 샘플링 전압을 인가하거나 임의의 프레임 영상이 출력된 후의 블랭크 타임에 상기 샘플링 전압을 인가할 수 있다.

여기서, 상기 단계 (a)는 하나의 프레임 영상에 대하여 하나의 픽셀에 대한 상기 샘플링 전압을 인가할 수 있다.

그리고 (d) 연속적인 프레임 영상마다 상기 샘플링 전압을 인가하는 픽셀의 위치를 변화시키며 상기 단계 (a) 내지 (c)를 반복하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 디스플레이 장치 및 광변조기 보상 방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 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.

도 1은 광변조기에 포함되는 마이크로 미러의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 마이크로 미러를 복수 개 포함하는 광변조기의 평면도이다.

도 1을 참조하면, 마이크로 미러(10)는 기판(1), 절연층(2), 희생층(3), 리본 구조물(4) 및 압전체(5)를 포함하여 구성된다. 빛의 파장은 λ인 것으로 가정한다. 여기서, 희생층(3)의 일부가 식각되지 않고 리본 구조물(4)을 지지하는데 사용된다.

우선 마이크로 미러(10)의 압전체(5)에 소정의 제1 전압을 인가하여 상부 반사층(4a)이 형성된 리본 구조물(4)과 홀(4b) 하부에 하부 반사층(2a)이 형성된 절연층(2) 간의 간격이 λ/2가 되도록 한다. 상부 반사층(4a)으로부터 반사된 광과 홀(4b)를 관통하여 하부 반사층(2a)으로부터 반사된 광 사이의 전체 경로차는 λ와 같아서 0차 회절광(즉, 반사광)은 보강 간섭을 하고, ±1차 회절광은 상쇄 간섭을 한다.

또한, 압전체(5)에 소정의 제2 전압을 인가하여 리본 구조물(4)이 압전체(5)에서 발생한 압력에 의해 절연층(2) 쪽으로 이동하거나 또는 그 반대 방향으로 이동하게 된다. 이때 리본 구조물(4)과 하부 반사층(2a)이 형성된 절연층(2) 간의 간격이 λ/4 또는 3λ/4가 되도록 한다. 따라서 상부 반사층(4a)으로부터 반사된 광과 하부 반사층(2a)으로부터 반사된 광 사이의 전체 경로차는 λ/2와 같아서 0차 회절광은 상쇄 간섭을 하고 ±1차 회절광은 보강 간섭을 한다.

즉, 0차 회절광을 이용하는 경우에는 회절광의 경로차가 λ/2의 짝수배인 경우에 보강 간섭으로 인해 최대 휘도를 가지고, λ/2의 홀수배인 경우에 상쇄 간섭으로 인해 최소 휘도를 가진다.

그리고 ±1차 회절광을 이용하는 경우에는 회절광의 경로차가 λ/2의 짝수배인 경우에 상쇄 간섭으로 인해 최소 휘도를 가지고, λ/2의 홀수배인 경우에 보강 간섭으로 인해 최대 휘도를 가진다.

필요에 따라 마이크로 미러(10)는 0차 회절광 또는 ±1차 회절광을 이용하고, 그에 따른 간섭의 원리는 전술한 바와 같다. 이러한 간섭의 결과를 이용하여, 마이크로 미러(10)는 인가된 제어전압에 따라 리본 구조물(4)과 절연층(2) 간의 간격을 조절하여 입사광의 광량을 조절하여 신호를 빛에 싣고 변조광으로 출력할 수 있다.

마이크로 미러(10)는 수직 주사선 또는 수평 주사선을 구성하는 복수 개의 픽셀 중에서 어느 하나의 픽셀을 담당하여 휘도를 조절한다.

도 2를 참조하면, 광변조기는 각각 제1 픽셀(pixel #1), 제2 픽셀(pixel #2), …, 제n 픽셀(pixel #n)을 담당하는 n개의 마이크로 미러(10-1, 10-2, …, 10-n)로 구성된다. 광변조기는 수직 주사선 또는 수평 주사선(여기서, 수직 주사선 또는 수평 주사선은 n개의 픽셀로 구성되는 것으로 가정함)의 1차원 영상에 대한 영상 정보를 담당하며, 각 마이크로 미러(10-1, 10-2, …, 10-n)는 수직 주사선 또는 수평 주사선을 구성하는 n개의 픽셀 중 어느 하나의 픽셀들을 담당한다.

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

본 실시예에서 리본 구조물(4)에 형성된 홀(4b-1)은 2개인 것으로 가정한다. 2개의 홀(4b-1)로 인하여 리본 구조물(4) 상부에는 3개의 상부 반사층(4a-1)이 형성된다. 절연층(2)에는 2개의 홀(4b-1)에 상응하여 2개의 하부 반사층이 형성된다. 그리고 제1 픽셀(pixel #1)과 제2 픽셀(pixel #2) 사이의 간격에 의한 부분에 상응하여 절연층(2)에는 또 하나의 하부 반사층이 형성된다. 따라서, 각 픽셀당 상부 반사층(4a-1)과 하부 반사층의 개수는 동일하게 되며, 도 1을 참조하여 전술한 바와 같이 0차 회절광 또는 ±1차 회절광을 이용하여 변조광의 휘도를 조절하는 것이 가능하다.

도 3은 도 2의 AA'선에 대한 절단면을 나타낸 도면이다. 0차 회절광을 변조광으로 이용하는 것으로 가정한다.

도 3을 참조하면, 제1 픽셀(pixel #1)에 상응하는 마이크로 미러의 리본 구조물(4) 상에 형성된 상부 반사층(4a-1)과 절연층(2) 상에 형성된 하부 반사층(2a- 1) 사이의 간격이 제1 간격(

, λ는 입사광의 파장, n은 정수)이 되도록 하면 상쇄 간섭으로 인해 변조광은 최소 휘도(Black)를 나타낸다.

그리고 리본 구조물(4) 상에 형성된 상부 반사층(4a-1)과 절연층(2) 상에 형성된 하부 반사층(2a-1) 사이의 간격이 제2 간격 (

)이 되도록 하면 보강 간섭으로 인해 변조광은 최대 휘도(White)를 나타낸다.

이를 위해서 실선으로 표시된 리본 구조물(4) 상의 상부 반사층(4a-1)은 ℓ₁ 또는 L₁만큼 변위의 변화가 있어야 한다.

하지만, 리본 구조물(4)은 시간이 지남에 따라 잦은 상하 운동으로 인해 압전체(5)에 전압이 인가되지 않는 경우에도 실선으로 표시된 초기 위치가 아닌 점선으로 표시된 위치에 있게 되는 경우가 발생한다. 이 경우에는 최소 휘도(Black) 또는 최대 휘도(White)를 표시하기 위해 리본 구조물(4) 상의 상부 반사층(4a-1)은 ℓ₁'또는 L₁'만큼의 변위의 변화가 있어야 한다.

또한, 제1 픽셀(pixel #1) 이외에 제2 픽셀(pixel #2)의 경우에는 실선으로 표시된 초기 위치가 제1 픽셀(pixel #1)의 초기 위치와 차이가 나는 경우도 있다. 이 경우에 제2 픽셀(pixel #2)의 상부 반사층(4a-2)과 하부 반사층(2a-2) 사이의 간격이 제1 간격(

) 또는 제2 간격(

)이 되도록 하기 위해서 실선으로 표시된 리본 구조물(4) 상의 상부 반사층(4a-2)은 ℓ₂ 또는 L₂만큼 변위의 변화가 있 어야 한다.

하지만, 제2 픽셀(pixel #2)의 경우에도 시간이 지남에 따라 잦은 상하 운동으로 인해 압전체(5)에 전압이 인가되지 않는 경우에도 리본 구조물(4)이 실선으로 표시된 초기 위치가 아닌 점선으로 표시된 위치에 있게 되는 경우가 발생한다. 이 경우에는 최소 휘도(Black) 또는 최대 휘도(White)를 표시하기 위해 리본 구조물(4) 상의 상부 반사층(4a-2)은 ℓ₂'또는 L₂'만큼의 변위의 변화가 있어야 한다.

즉, 각 픽셀마다 최소 휘도(Black) 또는 최대 휘도(White)를 표시하기 위한 변위의 변화량은 차이가 있으며, 이후 변위의 변화량을 보상함에 있어서도 서로 차이가 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 각 픽셀마다 필요로 하는 보상값을 측정하여 각 픽셀에 대하여 별도로 보상하는 것이 바람직하다.

도 4 및 도 5는 시간 경과에 따른 마이크로 미러의 상부 반사층(4a)과 하부 반사층(2a) 간의 변위가 최초 설정된 변위에서 증가 또는 감소하는 경우를 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 마이크로 미러의 제작 당시 설정된 제어전압(Voltage Applied) 대 변위(Displacement)의 곡선(400), 변위 대 휘도(Intensity)의 곡선(410)은 제어전압이 Vmin인 경우에 변위가 Dmin(406), 휘도가 Imin(402)이며, 제어전압이 Vmax인 경우에 변위가 Dmax(405), 휘도가 Imax(401)이 되도록 한다.

즉, 제어전압을 Vmin ~ Vmax로 조절하여 변위를 Dmin(406) ~ Dmax(405)로 변화시키고, 변조광의 휘도가 최소 휘도인 Imin(402) ~ 최대 휘도인 Imax(401)를 가 지도록 한다.

하지만, 시간에 따라 도 3에 도시된 바와 같이 상부 반사층(4a)의 위치가 초기 위치와 달라진 경우에 제어전압을 동일하게 Vmin ~ Vmax로 인가하더라도 변위 및 휘도가 의도하는 값이 출력되지 않게 된다.

예를 들어, 도 3의 제1 픽셀(pixel #1)에 도시된 바와 같이 시간에 따라 상부 반사층(4a)의 위치가 하부 반사층(2a)에 가까워진 경우에 제어전압을 Vmin ~ Vmax를 인가하여도 목표로 하는 변위에 도달하지 못하고 제1 변위(436) ~ 제2 변위(435)에 이를 뿐이다. 이로 인해 제1 변위(436)의 경우에는 제1 휘도(432)를 가지는 변조광을, 제2 변위(435)의 경우에는 제2 휘도(431)를 가지는 변조광을 출력하게 된다. 즉, 최소 휘도를 가지는 변조광 및/또는 최대 휘도를 가지는 변조광을 출력하고자 하였으나, 최소 휘도(402) 및/또는 최대 휘도(401)가 아닌 제1 휘도(432) 및/또는 제2 휘도(431)를 가지는 변조광을 출력하게 된다.

다른 예를 들면, 도 3의 제2 픽셀(pixel #2)에 도시된 바와 같이 시간에 따라 상부 반사층(4a)의 위치가 하부 반사층(2a)으로부터 멀어진 경우에 제어전압을 Vmin ~ Vmax를 인가하여도 목표로 하는 변위에 도달하지 못하고 제3 변위(426) ~ 제4 변위(425)에 이를 뿐이다. 이로 인해 제3 변위(426)의 경우에는 제3 휘도(422)를 가지는 변조광을, 제4 변위(425)의 경우에는 제4 휘도(421)를 가지는 변조광을 출력하게 된다. 즉, 최소 휘도를 가지는 변조광 및/또는 최대 휘도를 가지는 변조광을 출력하고자 하였으나, 최소 휘도(402) 및/또는 최대 휘도(401)가 아닌 제3 휘도(422) 및/또는 제4 휘도(421)를 가지는 변조광을 출력하게 된다.

따라서, 시간에 따른 변위 대 휘도의 곡선(410)은 변화가 없고, 제어전압 대 변위의 곡선(400)이 변위 증가 곡선(420) 또는 변위 감소 곡선(430)으로 변화하기 때문에 변위의 변화량을 보상하면 된다.

최소 휘도(Imin; 402)를 중심으로 하는 경우, 변위가 증가한 제3 변위(426)에 해당할 때의 휘도인 제3 휘도(422)와, 변위가 감소한 제1 변위(436)에 해당할 때의 휘도인 제1 휘도(432)가 모두 최소 휘도(Imin; 402)보다 크게 되어 변위가 증가하였는지 감소하였는지를 판단하기가 어렵다.

또한, 최대 휘도(Imax; 401)를 중심으로 하는 경우에도, 변위가 증가한 제4 변위(425)에 해당할 때의 휘도인 제4 휘도(421)와, 변위가 감소한 제2 변위(435)에 해당할 때의 휘도인 제2 휘도(431)가 모두 최대 휘도(Imax; 401)보다 작게 되어 변위가 증가하였는지 감소하였는지를 판단하기가 어렵다.

따라서, 도 5에 도시된 바와 같이 최소 휘도(Imin)와 최대 휘도(Imax)의 중간값 정도 되는 중간 휘도(Imid; 403)에 상응하는 중간 변위(Dmid; 407)와 중간 제어전압(Vmid)를 정한다.

그리고 중간 제어전압(Vmid)을 인가한 경우에 변위 증가 곡선(420)에 따르면 제5 변위(427)를 가지게 되고 이에 상응하는 제5 휘도(423)를 표시하게 되고, 변위 감소 곡선(430)에 따르면 제6 변위(437)를 가지게 되고 이에 상응하는 제6 휘도(433)를 표시하게 된다. 중간 휘도(Imid; 403)과 비교할 때 제5 휘도(423)는 큰 값을 가지고 제6 휘도(433)는 작은 값을 가지게 되므로, 현재 해당하는 마이크로 미러의 상부 반사층(4a)과 하부 반사층(4b) 간의 간격 즉, 변위가 증가하였는지 감소 하였는지에 대한 정보 획득이 가능하다. 이를 기초로 하여 변위를 감소시키거나 증가시키는 등의 보상 방향을 정하는 것이 가능하다.

또는 Vmin ~ Vmax 의 제어전압 중 임의의 3개 이상의 제어전압을 선택하여 각각 상응하는 변위 및 휘도를 검색한다. 3개 이상의 제어전압에 따른 변위 및 휘도 역시 3개 이상씩 검색이 되며, 이를 이용하여 휘도 대 제어전압 간의 관계에 대하여 근사화된 곡선으로부터 최대점 및 최소점을 찾는 것이 가능하다. 이는 변위 대 휘도의 곡선(410)이 3차 곡선과 유사한 형태를 가지고 있으므로(도 5 참조), 3개 이상의 점으로부터 변위 대 휘도의 곡선(410)을 근사화하는 것이 가능하기 때문이다.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 근사화된 곡선을 찾기 위한 방법을 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 한 프레임 영상은 사용자에게 보여주고자 하는 영상 정보를 출력하는 주요 화면(620)과, 주요 화면(620)의 출력 전후에 주요 화면(620)의 양끝에서 제1 또는 제2 블랭크 타임 영역(blank time area; 610 또는 630)로 구성된다. 제1 또는 제2 블랭크 타임 영역(610 또는 630)에서 미리 지정한 휘도 값이 출력되도록 하고, 그 때의 휘도를 포토 다이오드로 측정한다. 여기서, 블랭크 타임은 2차원 영상을 스크린 상에 주사시킴에 있어서, 예를 들어 수직 주사선에 해당하는 1차원 영상을 수평 방향(예를 들어, 맨좌측으로부터 맨우측)으로 스캔하는 방법으로 임의의 1 프레임의 2차원 영상을 스크린 상에 구현한 이후, 그 다음 프레임의 2차원 영상을 스크린 상에 구현하기 위해 다시 스캐너가 원래의 위치(맨좌측)로 이동할 때에 필요한 시간을 확보하기 위한 것으로서, 이러한 블랭크 타임에는 실제 구현 영상에 관한 정보는 뿌려지지 않게 된다.

제어회로는 화면 상에 표시하고자 하는 휘도에 상응하는 제어전압을 광변조기에 인가하여 입사광을 변조시킨 변조광이 출력되도록 한다. 따라서, 특정 휘도와, 이를 출력하기 위해 광변조기에 인가해야 하는 제어전압 간의 관계에 대하여 참조표(LUT; LookUp Table)의 형태로 가지고 있다. 참조표는 도 3 또는 도 4에 도 시된 것과 같은 제어전압에 따른 변위, 그리고 변위에 따른 휘도 간의 관계에 대해 빠른 연산을 위해 테이블화한 것이다.

시간이 흐름에 따라 광변조기의 마이크로 미러(10)의 리본 구조물(4)의 초기 위치가 변화하는 등의 상술한 것과 같은 문제로 인하여 광변조기의 제작 당시에 설정된 참조표에 따라 제어전압을 인가하게 되면 원하는 휘도를 출력하지 못하게 된다. 따라서, 제1 또는 제2 블랭크 타임 영역(610 또는 630)에서 일정 주기마다 제어전압에 따른 휘도를 측정하여 참조표를 갱신해야 한다. 참조표를 갱신하기 위해 제1 또는 제2 블랭크 타임 영역(610 또는 630)에서 인가되는 제어전압을 샘플링 전압이라고 하고, 이때 변조광으로부터 측정된 휘도를 샘플링 휘도라고 한다.

제1 블랭크 타임 영역(610)과 제2 블랭크 타임 영역(620)에 대해서 하나의 프레임 영상을 출력하면서 동시에 또는 어느 하나에서만 샘플링 전압에 따른 샘플링 휘도를 측정하는 것이 가능하다. 도 6에 도시된 본 실시예에서는 수직 주사선의 모든 픽셀에 대하여 샘플링 전압에 따른 샘플링 휘도를 측정하거나 또는 특정한 하나 이상의 픽셀에 대하여만 샘플링 전압에 따른 샘플링 휘도를 측정한다. 제1 또는 제2 블랭크 타임 영역(610 또는 630) 내에서 공간분할 또는 A1, A2와 같이 시분할을 하여 복수의 픽셀에 대해 인가된 샘플링 전압에 따른 샘플링 휘도를 측정하는 것도 가능하다.

각 픽셀에 대하여 3개 이상의 샘플링 전압을 인가하여 각각 상응하는 샘플링 휘도를 측정하는 것이 바람직하다. 도 3 또는 도 4에 도시된 것과 같이 변위에 따른 휘도의 곡선은 3차 곡선과 유사한 형태를 가지고 있어, 3개 이상의 값을 알고 있는 경우에 근사화된 곡선을 획득하기 쉽다. 그리고 근사화된 곡선으로부터 휘도의 최대값 및 최소값, 그리고 휘도의 최대값 및 최소값에 상응하는 제어전압을 각각 검색하며, 이를 기초로 하여 참조표를 갱신한다. 즉, 현재 최대 휘도가 출력되는 제어전압을 최대 전압으로 설정하고, 최소 휘도가 출력되는 제어전압을 최소 전압으로 설정하여 이를 유지하도록 참조표 내에 제어전압과 휘도 간의 관계를 재설정한다.

이하에서는 상술한 것과 같이 시간에 따른 광변조기의 변위의 변화에 대한 보상을 하는 디스플레이 장치 및 그 방법에 대하여 설명한다.

도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 광변조기 보상을 하는 디스플레이 장치의 개략적인 구성도이다.

도 7을 참조하면, 디스플레이 장치는 광원(710), 광변조기(720), 스캐너(730), 포토 다이오드(750), 제어회로(770)를 포함한다. 광 방향 변환기(740) 또는 아날로그/디지털 변환기(760)가 더 포함할 수 있다.

광원(710)은 스크린(880)에 영상이 투사될 수 있도록 광을 조사한다. 광원(710)은 백색광을 조사할 수도 있고, 빛의 삼원색인 적색광, 녹색광 또는 청색광 중의 어느 하나를 조사할 수도 있다. 바람직하게는 광원(710)은 레이저, LED 또는 레이저 다이오드일 수 있다. 백색광을 조사하는 경우에는 색분리부(미도시)를 두어 백색광을 소정 조건에 따라 적색광, 녹색광 및 청색광으로 분리할 수 있다.

광원(710)과 광변조기(720) 사이에 조명 광학계(미도시)가 있어 광원(710)에서 투사되는 광의 방향을 소정의 각도로 반사시켜 광변조기(720)에 광이 집중되도 록 할 수 있다. 색분리부(미도시)에 의해 색분리가 이루어진 경우에는 상기 광이 집중되도록 하는 기능이 추가될 수 있다.

광변조기(720)는 광원(710)으로부터 조사된 광을 제어회로(770)로부터 수신한 제어신호(예를 들어, 제어전압)에 따라 변조하여 회절광인 변조광을 생성한다. 광변조기(720)는 표시될 영상의 수직 주사선 중 어느 하나에 상응하여 출력할 휘도를 제어하거나 수평 주사선 중 어느 하나에 상응하여 출력할 휘도를 제어한다. 광변조기(720)는 앞서 상술한 바와 같이 복수개의 마이크로 미러를 포함한다.

하나의 픽셀을 담당하는 마이크로 미러(10-1, 10-2, …, 10-n)가 복수 개(여기서는 n(자연수) 개) 모여서 광변조기(720)를 형성한다(도 2 참조). 광변조기(720)는 마이크로 미러(10-1, 10-2, …, 10-n)가 병렬로 복수 개 모여서 상술한 간섭 원리에 의해 일정한 입사광에 대하여 다양한 신호 크기를 가지는 회절광 즉, 변조광을 생성하게 되고, 신호를 빛에 실을 수 있는 장치로써, 상술한 바와 같이 1차원 영상인 수직 주사선을 담당하는 장치를 통칭한다. 이하 광변조기(720)는 n(n은 자연수)개의 픽셀로 구성된 수직 주사선 즉, 1차원 영상을 담당하는 것으로 설명하지만, 수평 주사선을 담당할 수도 있음은 물론이다.

광변조기(720)는 제어신호에 포함된 수직 주사선을 구성하는 각 픽셀에서 출력하고자 하는 휘도 정보에 따라 각 픽셀의 구동전압을 생성하는 구동 집적회로와, 구동 집적회로에서 생성된 구동전압에 따라 빛의 간섭 또는 회절 원리를 이용하여 광강도가 변조된 회절광인 변조광을 생성하는 복수 개의 마이크로 미러(10-1, 10-2, …, 10-n)로 구성된다.

복수 개의 마이크로 미러(10-1, 10-2, …, 10-n)는 수직 주사선을 구성하는 화소의 수와 동일한 것이 바람직하다. 변조광은 추후 스크린(780)에 투사될 수직 주사선의 영상정보(즉, 각 픽셀의 휘도 정보)가 반영된 빛이다. 여기서, 변조광은 0차 회절광 또는 ±1차 회절광일 수 있다.

릴레이 광학계(미도시)는 광변조기(720)에서 생성된 변조광이 스캐너(730)에 전달되도록 해준다. 하나 이상의 렌즈가 포함될 수 있으며, 필요에 따라 배율을 조절하여 광변조기(720)의 크기와 스캐너(730)의 크기에 맞도록 하여 변조광을 전달한다.

스캐너(scanner; 730)는 광변조기(720)로부터 입사되는 변조광을 소정 각도로 반사시켜 스크린(780)에 투사한다. 이때 소정 각도는 제어회로(770)로부터 수신되는 스캐너 제어신호에 의해 정해진다. 스캐너 제어신호는 제어신호와 동기하여 제어신호에 상응하는 스크린(780) 상의 수직 주사선 위치에 변조광이 투사될 수 있는 각도로 스캐너(730)를 회전시킨다.

스캐너(730)는 갈바노 스캐너(galvanometer scanner) 또는 폴리곤 미러 스캐너(polygon mirror scanner)일 수 있다. 갈바노 스캐너는 사각형 판자 형태를 가지고 있으며, 일면에 미러가 부착되어 있다. 축을 중심으로 소정 각도 범위 내에서 좌우로 회전을 하며, 본 발명에서는 좌 또는 우 중 어느 한방향 또는 좌우 양방향으로 회전할 때에 입사되는 빛의 반사각을 변화시켜 스크린(780)에 영상을 투사한다. 폴리곤 미러스캐너는 다각 기둥 형태를 가지고 있으며, 다각 기둥의 옆면에 미러가 부착되어 있다. 축을 중심으로 일방향으로 회전하며 각 옆면에 부착된 미러가 회전에 의해 입사되는 빛의 반사각을 변화시켜 스크린(780)에 영상을 투사한다.

투사 광학계(미도시)는 스캐너(730)에 의해 반사된 변조광이 스크린(780) 상에 투사되도록 한다. 투사 렌즈(projection lens)(미도시)를 포함한다.

포토 다이오드(Photo Diode; 750)는 샘플링 전압에 따라 광변조기(720)로부터 출력되는 변조광으로부터 샘플링 휘도를 측정한다. 샘플링 전압은 도 6에 도시된 것과 같이 제1 또는 제2 블랭크 타임 영역(610 또는 630)에서 광변조기(720)에 인가되도록 설정되므로, 포토 다이오드(750)는 제1 또는 제2 블랭크 타임 영역(610 또는 630)에서만 동작하도록 하는 것이 전력 소모에 유리하다.

포토 다이오드(750)로 변조광을 입사하기 위해 디스플레이 장치는 광 방향 변환기(740)를 더 포함할 수 있다. 광 방향 변환기(740)는 광변조기(720)로부터 스캐너(730)로 향하는 변조광의 일부를 분리하거나 또는 부분적으로 반사시켜 포토 다이오드(750)로 입사되게 한다. 광 방향 변환기(740)는 빔 스플리터(beam splitter)이거나 부분 반사 광학계(partial reflect optics)일 수 있다. 즉, 99% 정도의 변조광은 스캐너(730)로 통과시키고, 1% 정도의 변조광을 포토 다이오드(750)로 향하게 한다.

포토 다이오드(750)에서 측정된 샘플링 휘도는 아날로그 신호인 바 디스플레이 장치는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기(760)를 더 포함할 수 있다. 아날로그/디지털 변환기(760)는 포토 다이오드(750)와 마찬가지로 제1 또는 제2 블랭크 타임 영역(610 또는 630)에서만 동작하도록 하는 것이 전력 소모에 유리하다.

제어회로(770)는 광변조기(720)에 인가하는 제어전압과 휘도 간의 관계를 나타내는 참조표를 가지고 있으며, 참조표에 따라 원하는 휘도가 출력되도록 기설정된 제어전압이 광변조기(720)에 인가되도록 한다. 제1 또는 제2 블랭크 타임 영역(610 또는 630)에서 광변조기(720)에 3개 이상의 샘플링 전압이 인가되도록 하고, 이에 따라 포토 다이오드(750)에서 측정한 샘플링 휘도를 수신한다. 그리고 샘플링 전압과 샘플링 휘도 간의 관계에 따라 근사화된 곡선을 검색하고, 근사화된 곡선의 최대점을 나타내는 휘도 및 제어전압, 최소점을 나타내는 휘도 및 제어전압을 찾아 이미 저장되어 있던 참조표를 갱신한다.

또한, 제어회로(770)는 하나의 프레임에 해당하는 영상신호를 입력받고, 영상신호에 따라 광변조기(720) 및 스캐너(730)를 제어한다. 제어회로(770)는 프레임을 구성하는 각 픽셀의 휘도 정보를 광변조기(720)에 전달하고, 광변조기(720)에 전달한 제어신호에 상응하여 수직 주사선이 스크린(780) 상에서 제대로 투사되도록 스캐너(730)의 회전 각도를 조절한다. 본 발명에서 하나의 프레임에 해당하는 복수의 수직 주사선이 모두 동일한 경우에 스캐너(730)가 소정의 각속도를 가지고 회전하도록 할 수 있다.

도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 광변조기의 변위 변화를 보상하는 방법의 흐름도이다.

단계 S810에서, 제어회로(770)는 제어신호를 통해 구동집적회로가 샘플링 전압을 광변조기(720)에 인가하도록 한다. 샘플링 전압은 3개 이상인 것이 바람직하고, 제1 또는 제2 블랭크 타임 영역(610 또는 630)에서 해당 픽셀을 담당하는 광변 조기(720)의 마이크로 미러에 인가한다.

단계 S820에서, 포토 다이오드(750)는 샘플링 전압에 따라 광변조기(720)로부터 출력되는 변조광의 샘플링 휘도를 측정한다.

단계 S830에서, 제어회로(770)는 샘플링 전압 및 이에 상응하는 샘플링 휘도로부터 현재 광변조기(720)의 제어전압에 대한 휘도의 관계를 재산출하고, 참조표를 갱신한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 디스플레이 장치 및 광변조기 보상 방법은 마이크로 미러의 시간에 따른 변위의 변화량을 측정하여 동일한 입력에 대하여 제어전압을 보상함으로써 화면 상에서 보이는 계조가 항상 일정한 휘도를 나타내게 한다.

또한, 항상 일정한 화질의 영상이 출력되도록 한다.

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

광원;

인가되는 제어전압에 따라 상기 광원으로부터 입사된 입사광의 휘도를 변화시킨 변조광을 출력하는 광변조기;

상기 변조광을 스크린 상에 투사하는 스캐너;

샘플링 전압을 인가받은 상기 광변조기로부터 출력되는 변조광의 샘플링 휘도를 측정하는 포토 다이오드; 및

상기 변조광에 대한 상기 휘도와 상기 제어전압 간의 관계를 나타내는 참조표에 따라 상기 제어전압이 상기 광변조기에 인가되도록 하고, 임의의 1 프레임 영상이 출력되기 전의 블랭크 타임(blank time)에 상기 샘플링 전압이 상기 광변조기에 인가되도록 하며, 상기 샘플링 전압이 인가되었을 때 출력될 것으로 기대된 휘도와 실제 측정된 상기 샘플링 휘도 간의 휘도차에 기초하여 상기 휘도와 상기 제어 전압 간의 관계를 재산출하여 상기 참조표를 갱신하는 제어회로

를 포함하는 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,

상기 스캐너로 향하는 상기 변조광의 일부의 방향을 변화시키는 광 방향 변환기를 더 포함하되,

상기 포토 다이오드는 상기 광 방향 변환기에 의해 방향이 변화된 상기 변조광의 일부가 입사되는 디스플레이 장치.
삭제
삭제
제1항에 있어서,

상기 광변조기는 각각 하나의 픽셀을 담당하는 복수의 마이크로 미러로 구성되며,

상기 1 프레임 영상에 대하여 상기 복수의 마이크로 미러 중 하나의 마이크로 미러가 상기 샘플링 전압을 인가받는 디스플레이 장치.
제5항에 있어서,

상기 광변조기는 상기 블랭크 타임 동안 하나의 픽셀에 대해 3개 이상의 샘플링 전압을 인가받는 디스플레이 장치.
휘도와 제어전압 간의 관계를 나타내는 참조표에 근거하여 인가된 상기 제어전압에 따라 광원으로부터 입사된 입사광의 휘도를 변화시킨 변조광을 출력하는 광변조기의 시간에 따른 물리적 변형을 보상하는 방법에 있어서,

(a) 임의의 1 프레임 영상이 출력되기 전의 블랭크 타임(blank time)에 샘플링 전압이 광변조기에 인가되도록 하는 단계;

(b) 상기 샘플링 전압에 따라 상기 광변조기로부터 출력되는 변조광의 샘플링 휘도를 측정하는 단계; 및

(c) 상기 샘플링 전압이 인가되었을 때 출력될 것으로 기대된 휘도와 실제 측정된 상기 샘플링 휘도 간의 휘도차를 기초로 상기 휘도와 상기 제어전압 간의 관계를 재산출하여 상기 참조표를 갱신하는 단계

를 포함하는 광변조기 보상 방법.
제7항에 있어서,

상기 단계 (c)는 서로 다른 샘플링 전압에 대하여 상기 단계 (a) 내지 (b)를 3번 이상 반복하는 단계를 포함하는 광변조기 보상 방법.
삭제
삭제
제7항에 있어서,

상기 단계 (a)는 상기 샘플링 전압은 상기 1 프레임 영상에서 어느 하나의 픽셀에 대하여 인가되는 광변조기 보상 방법.
제11항에 있어서,

상기 단계 (a) 내지 (c)는 상기 프레임 영상이 바뀔때마다 반복되는 광변조기 보상 방법.