KR100851070B1 - 4색을 이용하는 스캐닝 컬러 디스플레이 장치, 방법 및컬러 영상 제어 기록 매체 - Google Patents

4색을 이용하는 스캐닝 컬러 디스플레이 장치, 방법 및컬러 영상 제어 기록 매체 Download PDF

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Abstract

둘 이상의 버퍼 메모리에 연결되고, 컬러 영상 신호에 따라 1차원 광변조기 소자를 구동시켜 컬러 영상이 디스플레이되도록 제어하는 회로-여기서, 상기 컬러 영상 신호는 RGB 광강도 정보를 포함함-에 있어서, 상기 컬러 영상 신호를 입력받는 입력부와, 출력 영상 신호를 출력하는 출력부와, 상기 컬러 영상 신호로부터 상기 RGB 광강도 정보를 추출하고, 상기 RGB 광강도 정보를 4색 광강도 정보로 변환하는 영상 변환부와, 상기 버퍼 메모리 중 하나에 상기 영상 변환부에서 변환된 4색 광강도 정보를 기록(Write)하는 동시에 상기 버퍼 메모리 중 다른 하나에 기록되어 있는 이전 프레임의 4색 광강도 정보를 독출(Read)하여 상기 출력 영상 신호에 싣는 기록/독출 제어부를 포함하는 영상 제어 회로 및 이를 이용한 스캐닝 컬러 디스플레이 장치에 관한 것이다. 종래의 적색, 녹색, 청색의 3색 광원 외에 제4의 색광을 조사하는 광원을 하나더 추가함으로써 표현할 수 있는 빛의 색역을 넓힐 수 있다.
Figure R1020050104944
컬러, 스캔, 1차원 광변조기 소자, 4색, 디스플레이

Description

4색을 이용하는 스캐닝 컬러 디스플레이 장치, 방법 및 컬러 영상 제어 기록 매체{Scanning color display apparatus and method using four color, and recording medium for controlling color image}
도 1은 L*u*v* 색도도에 의한 인간의 가시색역, 영상신호색역 및 RGB 색역을 나타낸 도면.
도 2는 4색을 사용하는 4색 색역을 나타낸 도면.
도 3은 실리콘 라이트 머신사(社)의 광변조기인 GLV(Grating Light Valve) 디바이스의 구성을 나타낸 도면.
도 4는 도 3에 도시된 GLV 디바이스에서의 입사광 변조 원리를 나타낸 도면.
도 5는 멤스 기술에 의한 마이크로 미러의 구성을 나타낸 도면.
도 6은 도 5에 도시된 마이크로 미러에서의 입사광 변조 원리를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 4개의 광원 및 1차원 광변조기 소자를 이용한 컬러 디스플레이 장치의 개략적인 구성도.
도 8은 본 발명에 바람직한 일 실시예에 따른 영상 제어 회로의 구성도.
도 9는 버퍼 메모리의 구성도.
도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서 갈바노 스캐너를 이용한 경우 임의의 1 프레임의 컬러 영상을 표시하는 방법을 나타낸 도면.
도 11는 도 10에서와 같이 스캐너가 갈바노 스캐너인 경우 본 발명에서 연속되는 프레임의 컬러 영상을 표시하는 방법을 나타낸 도면.
도 12은 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예로서 폴리곤 미러 스캐너를 이용한 경우 연속되는 프레임의 컬러 영상을 표시하는 방법을 나타낸 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 가시색역
104 : RGB 색역
106 : 4색 색역
710 : 광원계
730 : 1차원 광변조기 소자
750 : 스캐너
770 : 스크린
780 : 영상 제어 회로
781 : 입력부 782 : 영상 변환부
783 : 기록/독출 제어부 784 : 출력부
785 : 버퍼 메모리
본 발명은 스캐닝 컬러 디스플레이 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 4색을 이용하여 구현되는 컬러 영상의 색역(color gamut)을 넓힐 수 있는 스캐닝 컬러 디스플레이 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
인간의 눈은 빛의 파장에 따라 색을 다르게 인식하지만, 파장이 일정한 범위를 벗어나게 되면 빛을 감지하지 못한다. 대체로 파장이 400 ~ 700㎚ 범위의 빛을 특정한 색으로 잘 느낄 수 있으며, 이를 가시광선이라고 한다.
인간의 눈의 망막에는 추상체, 간상체라는 두 종류의 시세포가 있는데, 한낮의 밝은 상황에서는 추상체가 자극되어 색을 느낄 수 있지만 밤이나 어두운 조명에서는 추상체보다 더 감도가 뛰어나지만 색에 대한 식별력이 없는 간상체가 작용하여 흑백사진과 같은 영상을 느끼게 된다. 추상체 내에는 특정한 파장에 민감하게 반응하는 세 종류의 세포가 있어 각 세포에 걸리는 자극의 정도에 따라 색을 다르게 느끼게 되는 것이다. 추상체의 세 종류의 세포는 각각 적색 빛에 속하는 780㎚, 노랑과 녹색 빛에 속하는 545㎚, 청색 빛에 속하는 440㎚ 주변의 빛을 강하게 받아들인다. 각각을 R, G, B 세포라고 하면, R, G, B 3개의 세포에 걸리는 자극의 강도가 달라지면 색을 다르게 느끼고, 실제의 스펙트럼이 다르다 하여도 세 자극의 자극이 같다면 같은 색으로 느낀다. 눈의 R, G, B 3개의 세포에 민감하게 작용하는 세가지 색의 조합으로 임의의 색을 재현하게 되며, 거의 대부분의 색을 적당한 스펙트럼 분포의 적색, 녹색, 청색의 합성으로 만들 수 있다.
이러한 인간의 시각계를 기술하기 위해 많은 색 공간이 사용되어 왔다. 색공간을 기술하는 시도 중의 하나로 국제 조명 위원회(International Commission on Illumination / CIE-Commission Internationale de1'Eclairage)에 의한 실험을 통해서 CIE 색도도를 개발했다.
국제 조명 위원회에서 발표된 데이터에 의하면, 적색, 녹색, 청색에 의한 색대응함수에서는 특정 파장에서 적색의 값이 음(-)이 되는 경우가 생기게 되어 모든 색을 표현할 수가 없게 되었고, 이에 따라 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 세 축을 수학식 1의 행렬식으로 변환시킨 새로운 세축 X, Y, Z로 나타내었다.
Figure 112005063369354-pat00001
이 변환에 대응되는 X, Y, Z의 색대응함수는 음의 값을 가지지 않는다.
X, Y, Z에 대하여 빛의 총체적이 밝기인 X+Y+Z로 규격화하여 각각 x, y, z라 하고, x+y+z는 1로 유지되므로 한 색상은 x, y, z 중 두 값으로 대표된다. Y는 빛의 밝기(명도)를 적절히 반영하는 바, x, y, Y로 색을 명명하여 CIE 색도라 한다.
Yxy 색도도에 의할 경우 색차와 느낌이 일정치 않아 이를 보정하고 지각적 등보성 적용시키기 위해 개발한 색도도로 L*u*v* 색도도는 L*은 반사율이 아닌 인간의 시감과 동일한 명도로 되어 있어 단계별로 밝기를 동일하게 느낄수 있고, 미국 산업 규격으로 사용된다.
도 1은 L*u*v* 색도도에 의한 인간의 가시색역, 영상신호색역 및 RGB 색역을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, u'-v'좌표 공간에 있어서 가시색역(visible color gamut; 100)은 인간의 눈에 의해 지각되는 말굽 형태를 가지는 색 구역이다.
하지만, 현재 컬러 디스플레이 장치들은 가시색역(100)에 포함되는 모든 빛을 표현할 수 있지는 않다. 표현가능한 색역은 색 트라이앵글(color triangle)로 제한되는데, 이는 3원색들, 예를 들어, 적색, 녹색 및 청색에 의한 RGB 색역(104)에 포함되는 빛들로 한정된다. RGB 색역(1040) 밖의 색들, 예를 들어, 황금색 및 청록색(원색들이 적색, 녹색 및 청색인 경우)은 표현될 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 종래의 적색, 녹색, 청색의 3색 광원 외에 제4의 색광을 조사하는 광원을 하나더 추가함으로써 표현할 수 있는 빛의 색역을 넓힐 수 있는 영상 제어 장치, 스캐닝 컬러 디스플레이 장치 및 컬러 영상 제어 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 기존에 적색, 녹색 및 청색으로 표현하지 못하던 황금색 또는청록색 등의 색을 표현하여 자연색에 가까운 컬러 영상을 구현할 수 있는 컬러 영상을 구현하는 영상 제어 장치, 스캐닝 컬러 디스플레이 장치 및 컬러 영상 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 둘 이상의 버퍼 메모리에 연결되고, 컬러 영상 신호에 따라 1차원 광변조기 소자를 구동시켜 컬러 영상이 디스플레이되도록 제어하는 회로-여기서, 상기 컬러 영상 신호는 RGB 광강도 정보를 포함함-에 있어서, 상기 컬러 영상 신호를 입력받는 입력부-여기서, 상기 RGB 광강도 정보는 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 광강도임-; 출력 영상 신호를 출력하는 출력부; 상기 컬러 영상 신호로부터 상기 RGB 광강도 정보를 추출하고, 상기 RGB 광강도 정보를 4색 광강도 정보로 변환하는 영상 변환부-여기서, 상기 4색 광강도 정보는 서로 다른 파장을 가지는 제1색 내지 제4색의 광강도임-; 및 상기 버퍼 메모리 중 하나에 상기 영상 변환부에서 변환된 4색 광강도 정보를 기록(Write)하는 동시에 상기 버퍼 메모리 중 다른 하나에 기록되어 있는 이전 프레임의 4색 광강도 정보를 독출(Read)하여 상기 출력 영상 신호에 싣는 기록/독출 제어부를 포함하되, 상기 버퍼 메모리는 4개 이상의 저장 영역으로 분할되어 각 저장 영역마다 상기 제1색 내지 제4색의 광강도 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 영상 제어 회로가 제공될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1색 내지 제4색은 가시색역(visible color gamut) 내에서 선택될 수 있다. 여기서, 상기 제1색 내지 제4색에 의해 표현가능한 4색 색역(color gamut)이 상기 컬러 영상 신호에 포함되는 적색, 녹색 및 청색에 의해 표현가능한 RGB 색역을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 영상 변환부는 상기 RGB 광강도 정보에 포함된 적색 계조값, 녹색 계조값 및 청색 계조값을 행렬변환하여 제1색 내지 제4색 계조값으로 변환할 수 있다.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 광원 제어신호에 따라 서로 다른 파장을 가지는 제1색 내지 제4색의 광을 각각 조사하는 4개의 광원; 상기 광원으로부터 조사되는 색광을 변조한 변조빔을 생성하는 1차원 광변조기 소자; 상기 변조빔을 스크린 상의 소정 위치에 투사하는 스캐너; 4색 광강도 정보를 포함하는 둘 이상의 버퍼 메모리-여기서, 상기 4색 광강도 정보는 제1색 내지 제4색의 각 광강도임-; 및 입력받은 컬러 영상 신호를 상기 4색 광강도 정보로 변환하여 상기 버퍼 메모리 중 하나에 기록하고 상기 버퍼 메모리 중 다른 하나에 기록된 이전 프레임의 4색 광강도 정보를 독출하며, 상기 4색 광강도 정보에 따라 상기 광원을 하나씩 턴온시키고 상기 1차원 광변조기 소자가 상기 색광을 변조하여 상기 스캐너를 통해 상기 스크린 상에 투사되게 하는 영상 제어 회로를 포함하는 스캐닝 컬러 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.
바람직하게는, 상기 컬러 영상 신호는 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색 (Blue)의 RGB 광강도 정보를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1색 내지 제4색은 가시색역 내에서 선택될 수 있고, 상기 제1색 내지 제4색에 의해 표현가능한 4색 색역이 상기 컬러 영상 신호에 포함되는 적색, 녹색 및 청색에 의해 표현가능한 RGB 색역을 포함할 수 있다.
또한, 상기 영상 제어 회로는, 상기 컬러 영상 신호를 입력받는 입력부; 광변조기 제어신호를 출력하는 출력부; 상기 컬러 영상 신호로부터 상기 RGB 광강도 정보를 추출하고, 상기 RGB 광강도 정보를 상기 4색 광강도 정보로 변환하는 영상 변환부; 및 상기 버퍼 메모리 중 하나에 상기 영상 변환부에서 변환된 4색 광강도 정보를 기록하는 동시에 상기 버퍼 메모리 중 다른 하나에 기록되어 있는 상기 4색 광강도 정보를 독출하여 상기 광변조기 제어신호에 싣는 기록/독출 제어부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 버퍼 메모리는 4개의 저장 영역으로 분할되어 각 저장 영역마다 상기 제1색 내지 제4색의 광강도 정보를 따로이 저장할 수 있다.
또한, 상기 영상 변환부는 프레임을 구성하는 각 화소(pixel)별로 상기 RGB 광강도 정보를 상기 4색 광강도 정보로 변환할 수 있다.
바람직하게는, 상기 영상 변환부는 상기 RGB 광강도 정보에 포함된 적색 계조값, 녹색 계조값 및 청색 계조값을 행렬변환하여 제1색 내지 제4색 계조값으로 변환할 수 있다.
또한, 상기 기록/독출 제어부는 상기 4색 광강도 정보를 상기 제1색 내지 제4색의 단일색 광강도 정보로 분리하여 상기 버퍼 메모리에 저장하며, 턴온되는 상기 광원에 상응하는 상기 단일색 광강도 정보를 상기 버퍼 메모리로부터 독출하여 상기 광변조기 제어신호에 싣고 상기 출력부에 전달할 수 있다.
그리고 상기 스캐너는 갈바노 스캐너(galvanometer scanner) 및 폴리곤 미러 스캐너(polygon mirror scanner)중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 1차원 광변조기 소자는, 상기 광변조기 제어신호에 따라 구동전압을 생성하는 구동 집적회로; 및 상기 구동전압에 따라 변화되는 변위에 의해 입사된 상기 빔을 변조하여 상기 변조빔을 생성하는 복수개의 마이크로 미러를 포함할 수 있다.
또한, 상기 4개의 광원은 상기 광원 제어신호에 따라 동시간대에 하나의 광원만이 턴온되고 다른 3개의 광원은 턴오프될 수 있다.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 서로 다른 파장을 가지는 4개의 색광을 각각 조사하는 4개의 광원과, 상기 광원으로부터 조사되는 색광을 변조한 변조빔을 생성하는 1차원 광변조기 소자와, 그리고 상기 변조빔을 스크린 상의 소정 위치에 투사하는 스캐너와, 둘 이상의 버퍼 메모리를 포함하는 스캐닝 컬러 디스플레이 장치의 영상을 제어하는 방법에 있어서, (a) 적색, 녹색 및 청색에 대한 RGB 광강도 정보를 포함하는 컬러 영상 신호를 입력받는 단계; (b) 상기 컬러 영상 신호로부터 상기 RGB 광강도 정보를 추출하는 단계; (c) 상기 RGB 광강도 정보를 상기 4개의 색광에 상응하는 4색 광강도 정보로 변환하는 단계; (d) 상기 4색 광강도 정보를 상기 버퍼 메모리 중 하나에 기록하는 단계; (e) 상기 버퍼 메모리 중 다른 하나에 기록된 이전 프레임의 상기 4색 광강도 정보를 독출하는 단계; 및 (f) 상기 단계 (e)에서 독출된 4색 광강도 정보에 따라 순차적으로 턴온되는 상기 4개의 광원으로부터 조사되는 색광을 상기 1차원 광변조기 소자가 변조하게 하고 상기 스캐너를 통해 상기 스크린 상에 투사되게 하는 단계를 포함하는 컬러 영상 제어 방법이 제공될 수 있다.
바람직하게는, 상기 4개의 색광은 가시색역 내에서 선택될 수 있다. 그리고 상기 4개의 색광에 의해 표현가능한 4색 색역이 상기 영상 신호에 포함되는 적색광, 녹색광 및 청색광에 의해 표현가능한 RGB 색역을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 단계 (c)는 상기 RGB 광강도 정보에 포함된 적색 계조값, 녹색 계조값 및 청색 계조값을 행렬변환하여 제1색 내지 제4색 계조값으로 변환하여 상기 4색광강도 정보로 저장할 수 있다.
또한, 상기 1차원 광변조기 소자는, 상기 광변조기 제어신호에 따라 구동전압을 생성하는 구동 집적회로; 및 상기 구동전압에 따라 변화되는 변위에 의해 입사된 상기 빔을 변조하여 상기 변조빔을 생성하는 복수개의 마이크로 미러를 포함할 수 있다.
그리고 상기 단계 (f)는 상기 4개의 광원은 동시간대에 하나의 광원만이 턴온되고 다른 3개의 광원은 턴오프될 수 있다. 여기서, 상기 단계 (f)는 턴온된 광원의 색광에 상응하는 상기 4색 광강도 정보 중 어느 하나를 상기 1차원 광변조기 소자에 전달하여 상기 색광을 변조할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 영상 제어 장치, 스캐닝 컬러 디스플레이 장치 및 컬러 영상 제어 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.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기에 앞서 도 2를 참조하여 4색을 사용하는 경우의 색역 확대의 효과를 설명한다. 그리고 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명에서 사용되는 1차원 광변조기 소자의 광 변조 원리에 대해서 설명한다.
도 2는 4색을 사용하는 4색 색역을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 말굽 모양의 가시색역(100)에 대하여, 컬러 디스플레이 장치가 기준으로 삼는 4개의 원색이 각각 108, 112, 114 및 116에 위치하게 된다면, 가시색역(100)의 표현 범위와 거의 유사한 4색 색역(106)을 가지게 됨을 알 수 있다. 도 1에 도시된 RGB 색역(104)에 의해서는 표현불가능했던 구역의 색에 대해서도 표현이 가능하게 되므로, 4개의 원색(108, 112, 114, 116)을 이용한 컬러 디스플레이 장치는 자연색에 가까운 컬러 영상의 표현이 가능하게 된다.
도 3은 실리콘 라이트 머신사(社)의 광변조기인 GLV(Grating Light Valve) 디바이스의 구성을 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 GLV 디바이스에서의 입사광 변조 원리를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, GLV 디바이스(30)는 실리콘 기판, 글래스 기판 등의 절연 기판(31)과, 절연 기판(31) 상에 형성된 공통의 기판측 전극(32)과, 기판측 전극(32)에 브리지형상으로 걸쳐져 병렬배치되어 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 3의 (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 4의 (a)에 도시된 바와 같이 모두 평행상태를 유지하다가, 홀수번째 빔(33a, 33c, 33e)에 미소 전압을 인가한 경우에는 도 4의 (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 의해 회절(간섭)이 발생하고 광의 강도가 변조된다. 이를 이용하여 스크린 화소의 그레이 스케일(gray scale) 즉, 광강도를 표현하게 된다.
도 5는 멤스 기술에 의한 마이크로 미러의 구성을 나타낸 도면이고, 도 6은 도 5에 도시된 마이크로 미러에서의 입사광 변조 원리(0차 회절광을 중심으로 설명함)를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 마이크로 미러(50)는 기판(51), 절연층(52), 희생층(53), 리본 구조물(54) 및 압전체(55)를 포함한다.
도 6의 (a) 및 (b)는 도 5의 A 부분을 확대하여 나타낸 단면도이다. 빛의 파장이 λ인 경우 멤스 구조물이 변형되지 않은 상태에서(어떠한 전압도 인가되지 않은 상태에서) 상부 반사층(54a)이 형성된 리본 구조물(54)과 하부 반사층(52a)이 형성된 절연층(52) 간의 간격은 λ/2와 같다. 따라서 리본 구조물(54)과 절연층(52)으로부터 반사된 광 사이의 전체 경로차는 λ와 같아서 빛은 보강 간섭을 한다(도 6의 (a) 참조).
또한, 적정 전압이 압전체(55)에 인가될 때, 리본 구조물(54)이 압전체(55)에서 발생한 압력에 의해 절연층(52) 쪽으로 이동하거나 또는 그 반대 방향으로 이동하게 된다. 이때 리본 구조물(54)과 하부 반사층이 형성된 절연층(52) 간의 간격은 λ/4 또는 3λ/4와 같게 된다. 따라서 리본 구조물(54)과 절연층(52)으부터 반사된 광 사이의 전체 경로차는 λ/2와 같아서 빛은 상쇄 간섭을 한다(도 6의 (b) 참조).
이러한 간섭의 결과를 이용하여, 마이크로 미러(50)는 입사광의 광량을 조절하여 신호를 빛에 실을 수 있다. 여기서 희생층(53)의 일부가 식각되지 않고 리본 구조물(54)을 지지하는데 사용된다. 여기서, 리본 구조물(54) 및 하부 반사층 (52a)이 형성된 절연층(52)이 입사되는 빛을 반사시켜 변조빔을 생성한다.
도 3에 도시된 마이크로 미러(50)는 컬러 영상의 한 프레임(frame)을 구성하는 다수의 화소들 중에서 어느 하나의 화소에 대한 그레이 스케일 즉, 광강도를 조절한다.
하나의 화소를 담당하는 도 3에 도시된 GLV 디바이스(30) 또는 도 5에 도시된 마이크로 미러(50)가 복수개가 모여서 병렬로 배치되어 1차원 영상인 하나의 라인(화면을 구성하는 수평 주사선 또는 수직 수사선) 즉, 복수개의 화소를 담당하는 1차원 광변조기 소자를 형성한다.
본 발명에서 1차원 광변조기 소자는 GLV 디바이스(30) 또는 마이크로 미러(50)가 병렬로 복수 개 모여서 간섭 원리에 의해 일정한 입사광에 대하여 다양한 신호 크기를 가지는 변조빔을 생성하게 되고, 신호를 빛에 실을 수 있는 장치로써, 상술한 바와 같이 1차원 영상 화소를 담당하는 장치를 통칭한다.
이하에서는 상술한 1차원 광변조기 소자를 이용하고, 4개의 광원을 이용하여 1차원 영상을 스크린 상에 스캔함으로써 2차원 영상을 만드는 컬러 디스플레이 장치에 관하여 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 4개의 광원 및 1차원 광변조기 소자를 이용한 컬러 디스플레이 장치의 개략적인 구성도이다. 본 발명에서 컬러 디스플레이 장치는 일반적으로 프로젝션(projection) 장치를 의미한다. 도 8은 본 발명에 바람직한 일 실시예에 따른 영상 제어 회로의 구성도이며, 도 9는 버퍼 메모리의 구성도이다.
도 7을 참조하면, 1차원 광변조기 소자를 이용한 컬러 디스플레이 장치는 광원계(710), 조명 광학계(720), 하나의 패널(즉, 1개의 1차원 광변조기 소자(730)), 릴레이 광학계(740), 스캐너(750), 투사 광학계(760), 스크린(770), 영상 제어 회로(780) 및 버퍼 메모리(785)를 포함한다.
광원계(710)는 제1색 내지 제4색에 해당하는 각 색광을 조사하는 제1색 광원(712) 내지 제4색 광원(718)을 포함한다. 제1색 내지 제4색은 도 2에 도시된 바와 같이 4개의 색으로 표현될 수 있는 4색 색역(106)이 가시색역(100)에 근접할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 또는 제1색 내지 제3색은 빛의 삼원색인 적색, 녹색 및 청색을 사용하고, 제4색에 대해서만 RGB 색역(104) 밖의 색을 선택함으로써 RGB 색역(104)을 포함하는 4색 색역(106)을 형성하도록 할 수 있다. 이 외에도 다른 색상을 가지는 광원들에 의한 다양한 조합이 가능하다. 4개의 광원(710)은 LED 광원, 레이저 광원 또는 레이저 다이오드(Laser Diode)인 것이 바람직하다.
광원계(710)에서의 각 색광들은 조명 광학계(720)에서 소정 각도로 반사되어 1차원 광변조기 소자(730)에서 변조가 가능하도록 입사된다.
1차원 광변조기 소자(730)는 제1색 광원(712) 내지 제4색 광원(718) 중 어느 하나로부터 색광을 입사받는다. 동시에 2 이상의 색광을 입사받지는 않으며, 한번에 하나의 색에 대한 색광만을 입사받는 것이 바람직하다.
1차원 광변조기 소자(730)는 상술한 바대로 스크린(770)에 투사될 때 하나의 주사선에 대한 광강도 정보에 따라 입사광을 변조하여 변조빔을 생성한다. 여기서, 변조빔은 도 3 내지 도 6에서 상술한 바에 의한 회절광일 수 있다. 여기서, 하 나의 주사선은 컬러 영상의 한 프레임(frame)을 구성하는 (수직 주사선의 화소 수) × (수평 주사선의 화소 수) 만큼의 화소 중에서 어느 하나의 수평 주사선 또는 수직 주사선을 의미한다. 이하에서는 1차원 광변조기 소자(730)가 어느 하나의 수직 주사선을 담당하는 것을 중심으로 설명하지만, 이것이 본 발명의 권리범위를 제한하는 것이 아님은 물론이다.
1차원 광변조기 소자(730)는 도 3에 도시된 GLV 디바이스(30) 또는 도 5에 도시된 마이크로 미러(50)가 수직 주사선을 구성하는 화소 수만큼 병렬로 배치되어 하나의 수직 주사선을 담당하는 것이 바람직하다. 하나의 수직 주사선은 1차원 영상이고, 스크린(770)은 2차원 영상을 표현하는 바 추후 설명할 스캐너(750)에 의해 1차원 영상이 스캔됨으로써 2차원 영상으로 표현된다.
1차원 광변조기 소자(730)는 영상 정보가 포함되지 않은 색광을 입사받고, 후술할 영상 제어 회로(780)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(730)가 담당한다.
1차원 광변조기 소자(730)는 구동 집적회로와 복수개의 마이크로 미러(50)를 포함한다. 구동 집적회로는 광변조기 제어신호를 입력받고 복수개의 마이크로 미러(50)의 변위를 변화시킬 수 있는 복수개의 구동전압을 생성한다. 복수개의 마이크로 미러(50)는 각각에 인가되는 구동전압에 따라 다양한 변위를 가지게 되며, 이로 인해 입사되는 색광이 변조되어 변조빔을 생성한다.
이를 통해 영상 정보가 실린 색광 즉, 변조빔은 릴레이 광학계(740)를 거쳐 스캐너(750)에 전달된다.
릴레이 광학계(740)는 1차원 광변조기 소자(730)에 의해 영상 정보가 실린 변조빔을 스캐너(750)로 전달함에 있어서 1차원 광변조기 소자(730)의 크기 및 스캐너(750)의 미러면의 크기에 따라 축소, 확대 또는 동일한 비율로 광을 전달한다.
스캐너(750)는 영상 제어 회로(780)에서 수신한 스캐너 제어신호에 따라 변조빔을 공간에 전개한다. 투사 광학계(760)는 프로젝션 렌즈를 포함하고 있으며, 스캐너(750)에 의해 공간에 전개되는 변조빔을 스크린(770)에 컬러 영상으로 투사한다.
상술한 바와 같이 스캐너(750)에 의해 공간에 전개되는 변조빔은 1차원 광변조기 소자(730)에 의해 변조된, 표현될 화면의 프레임 중 어느 하나의 수직 주사선을 표시하는 1차원 영상신호이다.
스캐너(750)의 수평 방향으로의 회전에 의해 상기 변조빔을 스크린(770) 중 영상신호에 상응하는 정해진 위치의 수직 주사선에 투사한다. 스캐너(750)의 회전으로 인해 수평 방향으로 각 수직 주사선의 영상신호가 모두 투사되면 하나의 색광에 대한 하나의 프레임이 완성된다. 그리고 각 색광에 대하여 스캐너(750)에 의한 스캔이 한번씩 이루어지면 하나의 컬러 영상이 완성되어 사람의 눈에 한 화면으로 보이게 된다. 이러한 기능을 수행하는 스캐너(750)는 갈바노 스캐너(Galvanometer scanner) 또는 폴리곤 미러 스캐너(Polygon mirror scanner)일 수 있다.
스캐너(750)에 의한 스캔이 수평 방향으로 이루어지며, 1차원 광변조기 소 자(730)에 의한 변조는 각 수직 주사선 별로 이루어지는 것을 중심으로 설명하였지만, 이외에도 스캐너(750)에 의한 스캔이 수직 방향으로 이루어지며, 1차원 광변조기 소자(730)에 의한 변조는 각 수평 주사선 별로 이루어질 수도 있음은 물론이다.
영상 제어 회로(780)는 컬러 영상 신호를 입력받는다. 컬러 영상 신호에는 각 프레임에 대한 영상 정보가 포함되어 있다. 영상 정보는 (수직 주사선의 화소 수) × (수평 주사선의 화소 수) 만큼의 각 화소의 적색, 녹색 및 청색의 RGB 광강도 정보를 포함한다.
본 발명에서 광원계(710)는 제1색 내지 제4색 광원(712 내지 718)을 포함하고 있는 바, 각 광원으로부터의 색광은 컬러 영상 신호로부터 추출된 RGB 광강도 정보를 직접 적용할 수는 없다. 따라서, 영상 제어 회로(780)는 추출된 RGB 광강도 정보를 4개의 제1색 내지 제4색 광원(712 내지 718)에 해당하는 제1색 내지 제4색에 대한 4색 광강도 정보로 변환해야 한다. 여기서, 광강도 정보는 가장 어두운 값을 0, 가장 밝은 값을 255로 가정한 경우(즉, 8비트(bit) 크기를 가짐) 해당 화소의 각 색에서의 그레이 스케일을 수치로 나타낸 계조값일 수 제1색 내지 제4색의 순으로 스캔되도록 있다. 물론 분해능에 따라서 가장 어두운 값과 가장 밝은 값 간에 구분은 더 세밀해질 수 있다. 또한, 가장 어두운 값을 255, 가장 밝은 값을 0으로 설정할 수도 있음은 물론이다.
영상 제어 회로(780)에서의 RGB 광강도 정보의 4색 광강도 정보로의 변환은 하기의 수학식 2에 의해 가능하다.
Figure 112005063369354-pat00002
여기서, C1st, C2nd, C3rd, C4th는 제1색 내지 제4색의 광강도 정보를, Rgs는 적색의 광강도 정보를, Ggs는 녹색의 광강도 정보를, Bgs는 청색의 광강도 정보를 나타낸다. 1은 상기 수학식 2의 행렬에 의한 RGB 색역(104)의 임의의 점에서 4색 색역(106)의 임의의 점으로의 이동변환을 위한 임의의 값을 의미하는 것으로, 0 또는 다른 임의의 수가 들어갈 수 있다.
행렬 Aij는 제1색 광원(712) 내지 제4색 광원(718)의 각 광원의 파장 및 원하는 4색 색역(106)에 따라 다양하게 변화시킬 수 있다.
제1색 내지 제4색의 선택은 표현하고자 하는 컬러 영상의 색 구역에 따라 다양하게 변화시킬 수 있다. 종래 다수의 광원이 적색, 녹색, 청색을 표현하고 있는 바, RGB 색역(104) 밖의 임의의 한 색만을 더 추가하여 4색을 만들 수도 있으며, 전혀 새로운 제1색 내지 제4색을 선택하여 4색 색역(106)을 형성할 수도 있다. 이때 제1색 내지 제4색은 인간의 눈으로 인지가능한 색 구역인 도 2에 도시된 가시색역(100) 내에서 선택되는 것이 바람직하다. 그리고 컬러 영상 신호에 따른 영상 정보를 훼손치 아니하고 더 넓은 색역에서 표현할 수 있도록 하기 위해서 4색 색역 (106)은 기존의 RGB 색역(104)을 포함하는 것이 바람직하다.
도 1에 도시된 RGB 색역(104)은 3개의 꼭지점(3개의 광원)에 의해 표현할 수 있는 색역이 정해지며, 이는 3개의 꼭지점이 이루는 삼각형의 내부가 된다. 도 2에 도시된 바와 같이 4개의 광원(본 발명에 따른 제1색 내지 제4색 광원(712 내지 718))에 의해 4개의 꼭지점을 가지게 되면 표현가능한 색역은 4개 꼭지점에 의해 형성되는 사각형의 내부가 된다. 4색 색역(106)은 4개의 꼭지점을 적절히 정함으로써 도 1에서의 RGB 색역(104)인 삼각형 영역을 포함하는 더 넓은 영역을 내부에 포함할 수 있다. 표현할 수 있는 색역을 이와 같이 넓게 한 다음, 상기 수학식 2에 의한 색좌표변환을 통해 원래의 색정보를 변환한다. 이는 RGB 색역(104) 내의 임의의 점을 4색 색역(106) 내의 임의의 점으로의 이동변환에 해당한다. 영상 제어 회로(730)에 입력되는 컬러 영상 신호 역시 카메라 등에 의해 환산된 값으로, 이미 한번 왜곡된 정보이다. 따라서, 반드시 원래 정보를 그대로 표현하는 것이 좋다고 할 수 없으며 입력된 색정보를 그대로 표현하고자 한다면 수학식 2에서 A41 내지 A44는 모두 0 이 되면 된다.
영상 제어 회로(780)는 컬러 영상 신호 상에 포함된 적색, 녹색 및 청색의 광강도 정보가 모두 포함된 각 프레임의 정보를 상술한 바와 같이 제1색 내지 제4색의 광강도 정보로 변환한다. 그리고 각 프레임에 대하여 제1색 내지 제4색의 단일색 프레임 정보로 분리하여 저장한다. 이후 순차적으로 턴온되는 광원에 따라 해당하는 단일색 프레임 정보 즉, 제1색 내지 제4색 광강도 정보 중 하나를 1차원 광변조기 소자(730)에 전달하여 색광을 변조하게 한다.
영상 제어 회로(780)는 상기한 수학식 2에 의해 획득된 4색 광강도 정보 중 제1색 광강도 정보 내지 제4색 광강도 정보를 순차적으로 또는 임의의 순서로대 추출하여 광변조기 제어신호로 1차원 광변조기 소자(730)에 전달한다. 이 때 추출되어 1차원 광변조기 소자(730)로 전달되는 광강도 정보에 상응하는 색광을 조사하는 광원(712 내지 718 중 어느 하나)이 턴온될 수 있도록 광원 제어신호를 광원계(710)에 전달한다. 여기서, RGB 광강도 정보 및 변환된 4색 광강도 정보는 버퍼 메모리(785)에 저장되고, 소정의 순서에 따라 추출될 수 있다.
도 9를 참조하면, 버퍼 메모리(785)는 4색 광강도 정보를 저장한다. 4색 광강도 정보는 제1색 광강도 정보 내지 제4색 광강도 정보로 분리되며, 각 색에 대하여 서로 다른 저장 영역에 저장되는 것이 바람직하다. 버퍼 메모리(785)는 버퍼 메모리 제어부(850)를 더 포함하여 어드레스 디코딩, 영상 제어 회로(780)으로부터 수신되는 제어신호에 상응해서 버퍼 메모리(785)가 동작할 수 있도록 제어 기능 등을 수행한다.
버퍼 메모리(785)는 제1색 저장영역(810), 제2색 저장영역(820), 제3색 저장영역(830), 제4색 저장영역(840)을 포함한다. 각 저장영역(810)은 동일한 프레임에 대한 각 색의 광강도 정보를 저장하고 있다. 이후 독출 과정에서 소정 순서에 따라 각 저장영역(810, 820, 830, 840)으로부터 각 색의 광강도 정보를 독출되어 1차원 광변조기 소자(730)로 전달된다.
도 8을 참조하면, 영상 제어 회로(780)는 입력부(781), 영상 변환부(782), 기록/독출 제어부(783) 및 출력부(784)를 포함하고, 버퍼 메모리(785a, 785b)에 연결되어 있다.
입력부(781)는 컬러 영상 신호를 입력받는다. 컬러 영상 신호는 전술한 바와 같이 일반적으로 한 프레임에 대한 빛의 삼원색인 적색, 녹색 및 청색에 대한 RGB 광강도 정보를 포함한다. 컬러 영상 신호는 연속적인 프레임을 가지고 순차적으로 입력부(781)에 입력되는 것이 바람직하다.
영상 변환부(782)는 입력부(781)가 입력받은 컬러 영상 신호로부터 RGB 광강도 정보를 추출한다. 그리고 RGB 광강도 정보를 전술한 바와 같이 4색 광강도 정보로 변환한다. 여기서, RGB 광강도 정보는 일반적으로 하나의 화소에 대하여 적색(R) 광강도 정보, 녹색(G) 광강도 정보, 청색(B) 광강도 정보가 포함되어 있으며, 수학식 2에 의한 변환에 의해 제1색 광강도 정보 내지 제4색 광강도 정보로 변환가능하다. 여기서, 광강도 정보는 각 색에 대한 계조값을 의미한다.
기록/독출 제어부(783)는 영상 변환부(782)에서 변환된 4색 광강도 정보를 제1 버퍼 메모리(785a) 또는 제2 버퍼 메모리(785b)에 기록(Write)한다. 또한, 기록을 하는 버퍼 메모리(785a 또는 785b) 외의 버퍼 메모리(785b 또는 785a)로부터 이전에 이미 기록되어 있던 전순위의 프레임에 해당하는 4색 광강도 정보를 독출(Read)한다. 기록 및 독출 동작은 동시에 또는 소정 시간 간격을 두고 수행될 수 있다. 독출한 4색 광강도 정보는 1차원 광변조기 소자(730)에 전달하기 위한 광변조기 제어신호에 포함시킨다.
각 버퍼 메모리(785a, 785b)로부터 4색 광강도 정보를 독출할 때에는 하나 의 색에 대해서 한 프레임의 광강도 정보를 모두 독출한 후에 순차적으로 다른 색에 대해서 한 프레임의 광강도 정보를 독출한다.
제1 버퍼 메모리(785a) 및 제2 버퍼 메모리(785b)는 각 프레임 단위로 그 역할이 바뀌게 된다. 즉, 제1 버퍼 메모리(785a)가 기록 동작을 수행하고 있으면 제2 버퍼 메모리(785b)는 독출 동작을 수행하고 있으며, 이후 제1 버퍼 메모리(785a)가 독출 동작을 수행하고 있으면 제2 버퍼 메모리(785b)는 기록 동작을 수행하게 된다.
1차원 광변조기 소자(730)의 구동 집적회로는 전달받은 광변조기 제어신호에 포함된 제1색 내지 제4색 중 어느 하나의 광강도 정보로부터 구동전압을 생성하여 복수개의 마이크로 미러(50)의 변위를 변화시키게 된다.
이상에서 컬러 영상 신호로부터 RGB 광강도 정보를 추출하고, 4색 광강도 정보로 변환하며, 4개의 광원(712 내지 718) 및 1차원 광변조기 소자(730)를 이용하여 스크린(770) 상에 1차원 영상을 스캔하여 2차원 컬러 영상을 표현하는 스캐닝 컬러 디스플레이 장치에 대해서 설명하였다.
이하에서는 4개의 광원을 이용하여 컬러 영상을 표현하는 방법에 대하여 도 10 내지 도 12를 참조하여 설명한다.
도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서 갈바노 스캐너(750a)를 이용한 경우 임의의 1 프레임의 컬러 영상을 표시하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 10 이하의 도면에서는 제1색 내지 제4색의 순으로 스캔되도록 영상 제어 회로(780)로부터의 광원 제어 신호, 광변조기 제어신호 및 스캐너 제어신호가 광원계(710), 1차원 광변조기 소자(730) 및 스캐너(750)에 각각 전달되는 것으로 가정한다. 물론 이러한 스캔 순서는 일 예시에 불과하며, 상기 순서 이외의 다른 순서에 의해서도 가능하다.
여기서, 스크린(770)은 제일 좌측의 수직 주사선을 제1 수직 주사선, 제일 우측의 수직 주사선을 제n 수직 주사선(n은 자연수)으로 가정하며, 제1 수직 주사선으로부터 제n 수직 주사선으로의 스캔을 순방향 스캔, 제n 수직 주사선으로부터 제1 수직 주사선으로의 스캔을 역방향 스캔이라고 가정한다.
도 10의 (a)를 참조(제1 스캔)하면, 우선 제1색에 관한 광강도 정보를 추출한 경우, 영상 제어 회로(780)는 제1색 광원(712)만 턴온 상태가 되고 제2색 광원(714), 제3색 광원(716) 및 제4색 광원(718)은 턴오프 상태가 되도록 하는 광원 제어신호를 광원계(710)로 전달한다. 그리고 제n 수직 주사선에 대한 제1색 광강도 정보 즉, 광변조기 제어신호를 1차원 광변조기 소자(730)에 전달한다.
1차원 광변조기 소자(730)에서 광변조기 제어신호에 따라 변조된 변조빔이 갈바노 스캐너(750a)에 전달될 때, 갈바노 스캐너(750a)가 스크린(770) 상에서 제n 수직 주사선에 상응하는 위치에 변조빔이 표현될 수 있도록 회전시켜 위치를 조절하도록 스캐너 제어신호를 전달한다. 이후 제(n-1) 수직 주사선부터 제1 수직 주사선에 이를때까지 1차원 광변조기 소자(730) 및 갈바노 스캐너(750a)에 각 수직 주사선에 상응하는 각각 광변조기 제어신호 및 스캐너 제어신호를 전달한다. 여기서, 스캐너 제어신호는 갈바노 스캐너(750a)가 소정의 속도로 일방향으로(본 예에서는 시계방향) 회전하도록 하는 속도 제어신호이거나, 소정 위치로 움직이도록 하는 위치 제어신호일 수 있다.
도 10의 (b)를 참조(제2 스캔)하면, 상술한 바와 같이 제1색에 관하여 제n 수직 주사선에서부터 제1 수직 주사선까지 역방향으로 스크린(770) 상에 투사가 완료되면, 제2색에 관한 광강도 정보를 추출한다. 그리고는 제1색에 관하여 스크린(770) 상에 투사한 것과 유사한 방법으로 제2색에 관하여 투사한다. 이때 제1색 광원(712)은 턴오프되며, 제2색 광원(714)이 턴온된다.
다만, 이 때 갈바노 스캐너(750a)는 양방향 스캔이 가능하므로, 제2색의 경우에는 제n 수직 주사선에서부터 제1 수직 주사선에 이르는 역방향으로 투사가 이루어지는 것이 아니라 제1 수직 주사선에서부터 제n 수직 주사선에 이르는 순방향으로 투사가 이루어진다. 따라서, 제2색에 관한 광강도 정보 추출시 제1 수직 주사선에 대한 광강도 정보에 상응하는 광변조기 제어신호를 먼저 1차원 광변조기 소자(730)에 전달해야 한다. 그리고 갈바노 스캐너(750a)에 전달하는 스캐너 제어신호 역시 제1색의 경우와는 반대로 갈바노 스캐너(750a)가 소정의 속도로 타방향으로(본 예에서는 반시계방향) 회전하도록 하는 속도 제어신호이거나, 소정 위치로 움직이도록 하는 위치 제어신호일 수 있다.
도 10의 (c)를 참조(제3 스캔)하면, 상술한 바와 같이 제2색에 관하여 제1 수직 주사선에서부터 제n 수직 주사선까지 순방향으로 스크린(770) 상에 투사가 완료되면, 제3색에 관한 광강도 정보를 추출한다. 그리고는 제3색에 대해서는 제1 스캔에서 스크린(770) 상에 투사한 것과 동일한 방법으로 투사한다.
도 10의 (d)를 참조(제4 스캔)하면, 상술한 바와 같이 제3색에 관하여 제n 수직 주사선에서부터 제1 수직 주사선까지 역방향으로 스크린(770) 상에 투사가 완료되면, 제4색에 관한 광강도 정보를 추출한다. 그리고는 제4색에 대해서는 제2 스캔에서 스크린(770) 상에 투사한 것과 동일한 방법으로 투사한다.
도 10의 (e)를 참조하면, 제1 스캔에서부터 제4 스캔까지의 총 4회의 스캔이 완료됨으로써 한 프레임에 대하여 풀 컬러(full color) 영상이 완성될 수 있다. 제1색 내지 제4색을 사용하여 4색 색역(106) 내에서 풀 컬러 영상이 표현되었으므로, 기존의 RGB 색역(104)에서 표현되던 영상에 비하여 색 표현 능력이 향상된 컬러 영상이 표현될 수 있다.
여기서, 제1 스캔에서 제4 스캔까지 걸리는 시간은 1/60초 이내인 것이 바람직하다. 사람이 시각적으로 영상의 멈춤을 감지해 낼 수 있는 가장 짧은 시간보다 더 짧은 시간을 주기로 한 프레임이 완성되어야 하고, 사람이 시각적으로 영상의 멈춤을 감지해 낼 수 있는 시간은 대략 1/60초 정도이기 때문이다.
이를 위해서 갈바노 스캐너(750a)는 양방향 스캔이 가능한 바 2회전(여기에서 갈바노 스캐너(750a)의 1회전이란 상기 갈바노 스캐너(750a)가 시계 방향의 회전 및 반시계 방향의 회전 즉, 양방향 회전을 완료했을 때를 의미하는 것으로 한다.)으로서 총 4회의 스캔을 하여 풀 컬러 영상을 구현할 수 있다. 따라서, 갈바노 스캐너(750a)가 2회전 하는 시간이 1/60초 내인 것이 바람직하다.
도 11는 도 10에서와 같이 스캐너가 갈바노 스캐너(750a)인 경우 본 발명에 서 연속되는 프레임의 컬러 영상을 표시하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 11를 참조하면, 제1 스캔에서 갈바노 스캐너(750a)의 시계 방향 회전에 대하여 제1색 광원(712)만이 턴온 상태가 되고, 1차원 광변조기 소자(730)에는 k(임의의 자연수)번째 프레임의 영상 정보 중에서 제1색 정보만이 변조되어서 스크린(770) 상에 역방향으로 투사된다.
제2 스캔에서 갈바노 스캐너(750a)의 반시계 방향 회전에 대하여 제2색 광원(714)만이 턴온 상태가 되고, 1차원 광변조기 소자(730)에는 k번째 프레임의 영상 정보 중에서 제2색 정보만이 변조되어서 스크린(770) 상에 순방향으로 투사된다.
제3 스캔에서 갈바노 스캐너(750a)의 시계 방향 회전에 대하여 제3색 광원(716)만이 턴온 상태가 되고, 1차원 광변조기 소자(730)에는 k번째 프레임의 영상 정보 중에서 제3색 정보만이 변조되어서 스크린(770) 상에 역방향으로 투사된다.
제4 스캔에서 갈바노 스캐너(750a)의 반시계 방향 회전에 대하여 제4색 광원(718)만이 턴온 상태가 되고, 1차원 광변조기 소자(730)에는 k번째 프레임의 영상 정보 중에서 제4색 정보만이 변조되어서 스크린(770) 상에 순방향으로 투사된다.
제1 스캔에서 제4 스캔까지를 진행함에 따라 k번째 프레임에 해당하는 풀 컬러 이미지를 완성하게 되고, 상기 총 4회의 스캔에 소요되는 시간은 1/60 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 1/60 초 내에 이루어져야 함은 물론이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예로서 폴리곤 미러 스캐너(750b)를 이용한 경우 연속되는 프레임의 컬러 영상을 표시하는 방법을 나타낸 도면이다. 여기서의 폴리곤 미러 스캐너(750b)는 옆면에 미러를 가지는 육각 기둥 모양을 갖는 것을 예시하고 있지만, 상기 폴리곤 미러 스캐너(750b)의 모양은 일 예시에 불과하며 다양한 응용이 가능할 것이다.
도 12의 설명에서 사용되는 '제1 스캔' 내지 '제4 스캔'이라는 용어는 상기 도 10 및 도 11에서 사용된 동일 용어와 같이 1 프레임의 영상을 구현할 때의 색광별 스캔 순서를 나타내는 것이며, 단지 도 12에서의 폴리곤 미러 스캐너(750b)는 상술한 갈바노 스캐너(750a)와는 달리 단방향(시계방향 또는 반시계 방향 중 어느 일방향 만으로, 본 예에서는 반시계 방향만으로) 회전을 한다는 점에서 그 스캔 방향도 단방향(역방향 또는 순방향 중 어느 일방향만으로, 본 예에서는 항상 순방향으로)을 갖는다.
또한 도 12에서는 폴리곤 미러 스캐너(750b)에 의한 스캔이 수평 방향으로 이루어지며, 1차원 광변조기 소자(730)에 의한 변조는 각 수직 주사선별로 이루어지는 것을 예시로 들고 있다. 그러나 본 예 이외에도 폴리곤 미러 스캐너(750b)에 의한 스캔이 수직 방향으로 이루어지며, 1차원 광변조기 소자(730)에 의한 변조는 각 수평 주사선별로 이루어질 수도 있음은 물론이다.
도 12를 참조하면, 제1 스캔에서 폴리곤 미러 스캐너(750b)의 반시계 방향의 1/6회전-만일 폴리곤 미러 스캐너가 n각 기둥 모양을 갖는다면 총 1/n회전-에 대하여 제1색 광원(712)만이 턴온 상태가 되고, 1차원 광변조기 소자(730)에는 k번째 프레임의 영상 정보 중에서 제1색 정보만이 변조되어서 스크린(770) 상에 순방향으로 투사된다. 여기서 폴리곤 미러 스캐너(750b)의 회전은 영상 제어 회로(580)로부터 전달되는 스캐너 제어 신호에 의해 제어되며, 이때 스캐너 제어 신호는 폴리곤 미러 스캐너(750b)가 단방향을 가지면서 소정의 속도로 회전하도록 하는 속도 제어신호이거나 또는 소정의 위치로 움직이도록 하는 위치 제어신호일 수 있다.
제2 스캔에서는 제1 스캔에 연이어 폴리곤 미러 스캐너(750b)의 그 다음의 반시계 방향의 1/6회전에 대하여 제2색 광원(714)만이 턴온 상태가 되고, 1차원 광변조기 소자(730)에는 k번째 프레임의 영상 정보 중에서 제2색 정보만이 변조되어서 스크린(770) 상에 순방향으로 투사된다.
제3 스캔에서는 제2 스캔에 연이어 폴리곤 미러 스캐너(750b)의 그 다음의 반시계 방향의 1/6회전에 대하여 제3색 광원(716)만이 턴온 상태가 되고, 1차원 광변조기 소자(730)에는 k번째 프레임의 영상 정보 중에서 제3색 정보만이 변조되어서 스크린(770) 상에 순방향으로 투사된다.
제4 스캔에서는 제3 스캔에 연이어 폴리곤 미러 스캐너(750b)의 그 다음의 반시계 방향의 1/6회전에 대하여 제4색 광원(718)만이 턴온 상태가 되고, 1차원 광변조기 소자(730)에는 k번째 프레임의 영상 정보 중에서 제4색 정보만이 변조되어 서 스크린(770) 상에 순방향으로 투사된다.
제1 스캔에서 제4 스캔까지의 스캔을 진행함에 따라 k번째 프레임에 해당하는 풀 컬러 이미지를 완성하게 되고, 상기 4/6회전에 소요되는 시간은 1/60 초 내에 이루어져야 한다. 여기서, 폴리곤 미러 스캐너(750b)가 육각 기둥이 아닌 n각 기둥 모양을 갖는 경우에는 4/n회전에 소요되는 시간이 1/60 초 내에 이루어져야 할 것 임은 물론이다.
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 1/60 초 내에 이루어져야 함은 물론이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 스캐닝 컬러 디스플레이 장치, 방법 및 컬러 영상 제어 기록 매체는 종래의 적색, 녹색, 청색의 3색 광원 외에 제4의 색광을 조사하는 광원을 하나더 추가함으로써 표현할 수 있는 빛의 색역을 넓힐 수 있다.
또한, 기존에 적색, 녹색 및 청색으로 표현하지 못하던 황금색 또는청록색 등의 색을 표현하여 자연색에 가까운 컬러 영상을 구현할 수 있는 컬러 영상을 구현할 수 있다.
또한, 버퍼 메모리를 이용하여 기록 및 독출을 동시에 하여 4색 광강도 정 보의 처리 시간을 줄임으로써 광강도 정보 변환을 위한 추가적인 시간을 획득할 수 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 (23)

  1. 둘 이상의 버퍼 메모리에 연결되고, 컬러 영상 신호에 따라 1차원 광변조기 소자를 구동시켜 컬러 영상이 디스플레이되도록 제어하는 회로-여기서, 상기 컬러 영상 신호는 RGB 광강도 정보를 포함함-에 있어서,
    상기 컬러 영상 신호를 입력받는 입력부-여기서, 상기 RGB 광강도 정보는 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)을 기준으로 나타낸 광강도 정보임-;
    출력 영상 신호를 출력하는 출력부
    상기 컬러 영상 신호로부터 상기 RGB 광강도 정보를 추출하고, 상기 RGB 광강도 정보를 4색 광강도 정보로 변환하는 영상 변환부-여기서, 상기 4색 광강도 정보는 각각 서로 다른 파장을 가지는 제1색 내지 제4색을 기준으로 나타낸 광강도 정보임-; 및
    상기 버퍼 메모리 중 하나에 상기 영상 변환부에서 변환된 4색 광강도 정보를 기록(Write)하는 동시에 상기 버퍼 메모리 중 다른 하나에 기록되어 있는 이전 프레임의 4색 광강도 정보를 독출(Read)하여 상기 출력 영상 신호에 싣는 기록/독출 제어부를 포함하되,
    상기 버퍼 메모리는 4개 이상의 저장 영역으로 분할되어 각 저장 영역마다 상기 제1색 내지 제4색의 광강도 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 영상 제어 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1색 내지 제4색은 가시색역(visible color gamut) 내에서 선택되는 것을 특징으로 하는 영상 제어 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1색 내지 제4색을 기준으로 하여 표현가능한 색의 영역인 4색 색역(color gamut)이 상기 컬러 영상 신호에 포함되는 적색, 녹색 및 청색을 기준으로 하여 표현가능한 색의 영역인 RGB 색역을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 제어 회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 영상 변환부는 상기 RGB 광강도 정보에 포함된 적색 계조값, 녹색 계조값 및 청색 계조값을 행렬변환하여 제1색 내지 제4색 계조값으로 변환하는 것을 특징으로 하는 영상 제어 회로.
  5. 광원 제어신호에 따라 서로 다른 파장을 가지는 제1색 내지 제4색의 광을 각각 조사하는 4개의 광원;
    상기 광원으로부터 조사되는 색광을 변조한 변조빔을 생성하는 1차원 광변조기 소자;
    상기 변조빔을 스크린 상의 소정 위치에 투사하는 스캐너;
    4색 광강도 정보를 포함하는 둘 이상의 버퍼 메모리-여기서, 상기 4색 광강도 정보는 제1색 내지 제4색을 기준으로 나타낸 광강도 정보임-; 및
    입력받은 컬러 영상 신호를 상기 4색 광강도 정보로 변환하여 상기 버퍼 메모리 중 하나에 기록하고 상기 버퍼 메모리 중 다른 하나에 기록된 이전 프레임의 4색 광강도 정보를 독출하며, 상기 4색 광강도 정보에 따라 상기 광원을 하나씩 턴온시키고 상기 1차원 광변조기 소자가 상기 색광을 변조하여 상기 스캐너를통해 상기 스크린 상에 투사되게 하는 영상 제어 회로를 포함하는 스캐닝 컬러 디스플레이 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 컬러 영상 신호는 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue)을 기준으로 나타낸 광강도 정보인 RGB 광강도 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 컬러 디스플레이 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1색 내지 제4색은 가시색역 내에서 선택되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 컬러 디스플레이 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1색 내지 제4색을 기준으로 하여 표현가능한 색의 영역인 4색 색역이 상기 컬러 영상 신호에 포함되는 적색, 녹색 및 청색을 기준으로 하여 표현가능한 색의 영역인 RGB 색역을 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 컬러 디스플레이 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 영상 제어 회로는,
    상기 컬러 영상 신호를 입력받는 입력부;
    광변조기 제어신호를 출력하는 출력부;
    상기 컬러 영상 신호로부터 상기 RGB 광강도 정보를 추출하고, 상기 RGB 광강도 정보를 상기 4색 광강도 정보로 변환하는 영상 변환부; 및
    상기 버퍼 메모리 중 하나에 상기 영상 변환부에서 변환된 4색 광강도 정보를 기록하는 동시에 상기 버퍼 메모리 중 다른 하나에 기록되어 있는 상기 4색 광강도 정보를 독출하여 상기 광변조기 제어신호에 싣는 기록/독출 제어부
    를 포함하는 스캐닝 컬러 디스플레이 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 버퍼 메모리는 4개의 저장 영역으로 분할되어 각 저장 영역마다 상기 제1색 내지 제4색의 광강도 정보를 따로이 저장하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 컬러 디스플레이 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 영상 변환부는 프레임을 구성하는 각 화소(pixel)별로 상기 RGB 광강도 정보를 상기 4색 광강도 정보로 변환하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 컬러 디스플레이 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 영상 변환부는 상기 RGB 광강도 정보에 포함된 적색 계조값, 녹색 계조값 및 청색 계조값을 행렬변환하여 제1색 내지 제4색 계조값으로 변환하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 컬러 디스플레이 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 기록/독출 제어부는 상기 4색 광강도 정보를 상기 제1색 내지 제4색의 단일색 광강도 정보로 분리하여 상기 버퍼 메모리에 저장하며, 턴온되는 상기 광원에 상응하는 상기 단일색 광강도 정보를 상기 버퍼 메모리로부터 독출하여 상기 광변조기 제어신호에 싣고 상기 출력부에 전달하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 컬러 디스플레이 장치.
  14. 제5항에 있어서,
    상기 스캐너는 갈바노 스캐너(galvanometer scanner) 및 폴리곤 미러 스캐너(polygon mirror scanner)중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 스캐닝 컬러 디스플레이 장치.
  15. 제5항에 있어서,
    상기 1차원 광변조기 소자는,
    상기 광변조기 제어신호에 따라 구동전압을 생성하는 구동 집적회로; 및
    상기 구동전압에 따라 변화되는 변위에 의해 입사된 상기 빔을 변조하여 상기 변조빔을 생성하는 복수개의 마이크로 미러
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 컬러 디스플레이 장치.
  16. 제5항에 있어서,
    상기 4개의 광원은 상기 광원 제어신호에 따라 동시간대에 하나의 광원만이 턴온되고 다른 3개의 광원은 턴오프되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 컬러 디스플레이 장치.
  17. 서로 다른 파장을 가지는 4개의 색광을 각각 조사하는 4개의 광원과, 상기 광원으로부터 조사되는 색광을 변조한 변조빔을 생성하는 1차원 광변조기 소자와, 그리고 상기 변조빔을 스크린 상의 소정 위치에 투사하는 스캐너와, 둘 이상의 버퍼 메모리를 포함하는 스캐닝 컬러 디스플레이 장치의 영상을 제어하는 방법에 있어서,
    (a) 적색, 녹색 및 청색을 기준으로 나타낸 RGB 광강도 정보를 포함하는 컬러 영상 신호를 입력받는 단계;
    (b) 상기 컬러 영상 신호로부터 상기 RGB 광강도 정보를 추출하는 단계;
    (c) 상기 RGB 광강도 정보를 상기 4개의 색광을 기준으로 나타낸 4색 광강도 정보로 변환하는 단계;
    (d) 상기 4색 광강도 정보를 상기 버퍼 메모리 중 하나에 기록하는 단계;
    (e) 상기 버퍼 메모리 중 다른 하나에 기록된 이전 프레임의 상기 4색 광강도 정보를 독출하는 단계; 및
    (f) 상기 단계 (e)에서 독출된 4색 광강도 정보에 따라 순차적으로 턴온되는 상기 4개의 광원으로부터 조사되는 색광을 상기 1차원 광변조기 소자가 변조하게 하고 상기 스캐너를 통해 상기 스크린 상에 투사되게 하는 단계
    를 포함하는 컬러 영상 제어 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 4개의 색광은 가시색역 내에서 선택되는 것을 특징으로 하는 컬러 영상 제어 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 4개의 색광을 기준으로 하여 표현가능한 색의 영역인 4색 색역이 상기 영상 신호에 포함되는 적색광, 녹색광 및 청색광을 기준으로 하여 표현가능한 색의 영역인 RGB 색역을 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 영상 제어 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 단계 (c)는 상기 RGB 광강도 정보에 포함된 적색 계조값, 녹색 계조값 및 청색 계조값을 행렬변환하여 제1색 내지 제4색 계조값으로 변환하여 상기 4색광강도 정보로 저장하는 것을 특징으로 하는 컬러 영상 제어 방법.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 1차원 광변조기 소자는,
    상기 광변조기 제어신호에 따라 구동전압을 생성하는 구동 집적회로; 및
    상기 구동전압에 따라 변화되는 변위에 의해 입사된 상기 빔을 변조하여 상기 변조빔을 생성하는 복수개의 마이크로 미러
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 영상 제어 방법.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 단계 (f)는 상기 4개의 광원은 동시간대에 하나의 광원만이 턴온되고 다른 3개의 광원은 턴오프되는 것을 특징으로 하는 컬러 영상 제어 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 단계 (f)는 턴온된 광원의 색광에 상응하는 상기 4색 광강도 정보 중 어느 하나를 상기 1차원 광변조기 소자에 전달하여 상기 색광을 변조하는 것을 특징으로 하는 컬러 영상 제어 방법.
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