KR100235591B1 - 다계조 처리장치 - Google Patents

Abstract

일반적으로 액정표시장치는 외부 영상입력단자에서 입력된 영상신호의 계조를 소정의 비트값으로 변환하고, 상기 비트값을 어드레스로 하여 그 어드레스에 해당하는 비디오 ROM에 저장된 계조를 드라이버IC에 인가하는 방법으로 화소의 계조를 표현한다.

그러나, 상기와 같은 액정표시장치에서 세분화된 계조를 표현하기 위해서는 비트값이 다양해야 한다. 그래서, 외부영상입력단자의 비트 수가 많아야 하고, 비디오 ROM과 드라이버IC 사이의 인터페이스 수가 많아야 한다. 이것은 필연적으로 액정표시장치의 단가상승을 유발한다는 단점이 있다.

본 발명은 액정표시장치와 같은 평판형 표시장치에서 각 화소에 인가되는 계조를 구현하는 방법과 그 회로에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 표시장치의 각 화소를 4개 또는, 그 이상으로 그룹화하고, L비트의 계조를 가진 영상신호를 인가받아 L보다 적은 수의 M비트를 상기 그룹화된 화소 각각에 인가함으로써 L비트의 계조를 가진 영상처럼 표현할 수 있다.

Description

다계조처리장치.

본 발명은 액정표시장치와 같은 평판형 표시장치에서 화소에 인가하는 계조처리에 관한 것으로서 적은 수의 처리 비트로써 더 많은 처리 비트 수로 세분화된 계조를 실시간으로 처리하는 다계조처리회로에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 8비트의 계조신호를 가진 화소정보를 표현할 때, 7비트의 계조신호를 가진 화소정보 두 개로 표현함으로써 8비트의 계조신호를 처리하는 드라이버IC의 제조단가를 낮추는 데에 목적이 있다.

일반적인 표시장치로서 사용되는 CRT브라운관은 RGB 전자총에 의해 영상을 표시하는 방법을 사용한다. 그러나, CRT브라운관은 표시영역을 크게하려면 필연적으로 두께를 두껍게 해야 한다는 단점이 있다. 그 이유는 전자총과 표면 사이의 거리가 충분히 확보되어야만 화면에 영상을 표시할 수 있기 때문이다. 따라서, 표시장치가 TV와 같은 가정용에서 빔프로젝터와 같은 공공용으로 발전하고, 대형표시장치로 발전해 갈수록 CRT브라운관을 사용하는 한 표시장치의 크기는 제한되어 질 수밖에 없다.

이러한 CRT브라운관을 대체하는 표시장치들이 개발 중에 있는데, 그 중 액정표시장치는 CRT브라운관을 대체하는 표시장치로서 가장 가까이 실용화단계에 접근해 있다. 이 액정표시장치는 도1에 나타낸 것과 같이 콘트롤러IC(10)와 주사선구동드라이버IC(12) 및 신호선구동드라이버IC(11)와 박막트랜지스터(13)어레이(이하 TFT어레이)로 구성되어 있다. 그리고, 상기 주사선구동드라이버IC의 출력선에는 복수개의 주사선(16)이 연결되고, 상기 신호선구동드라이버IC의 출력선에는 복수개의 신호선(15)이 연결되어 있으며, 상기 신호선과 주사선의 교차부에는 화소(14)가 형성된 TFT어레이가 있다. 상기 각각의 화소는 박막트랜지스터(13)(이하 TFT라고 한다)가 연결되어 있는데, 상기 TFT는 게이트가 주사선에 연결되어 있고, 소스가 신호선에, 드레인이 화소에 연결되어 있다. 그래서, 상기 TFT의 게이트에 전압이 인가되면 상기 TFT의 소스와 드레인이 도통되고, 상기 TFT의 게이트에 전압이 인가되지 않으면 상기 TFT의 소스와 드레인이 단절된다.

상기 액정표시장치는 다음과 같이 동작한다. 외부에서 입력되는 영상신호가 콘트롤러IC(10)에서 신호전압으로 변환하여 신호선구동드라이버IC(11)로 저장된다. 상기 신호선구동드라이버IC는 저장된 신호전압을 소정의 주기신호에 따라 한 프레임에 해당하는 신호전압을 모든 신호선(15)에 동시에 인가한다. 이 때, 주사선구동드라이버IC(12)는 소정의 주기신호에 따라 주사전압을 첫 번째 줄의 주사선(16)에 인가하여 첫 번째 줄의 주사선에 연결된 모든 TFT(13)를 도통시켜 신호전압이 첫 번째 줄의 화소전극으로 인가되도록 한다. 그리고, 신호선구동드라이버IC에서 다음 프레임의 신호전압을 신호선에 인가하면, 주사선구동드라이버IC는 두 번째 줄의 주사선에 주사전압을 인가하여 신호전압이 두 번째 줄의 화소전극으로 인가되도록 한다. 계속해서 신호선구동드라이버IC에서 다음 프레임의 신호전압을 인가하면, 주사선구동드라이버IC는 신호전압이 인가되어야 할 화소전극과 연결된 주사선에 주사전압을 인가하여 TFT를 도통시킨다. 그러면, 신호선에 인가되었던 신호전압이 TFT의 소스와 드레인을 통하여 화소(14)로 인가되어 상기 액정표시장치에 영상을 표시한다.

액정표시장치에 컬러를 구현하기 위해서는 상기 화소에 인가되는 전압을 빨강(이하 R), 초록(이하 G), 파랑(이하 B)에 해당하는 신호전압으로 나누어 인가해야 한다. 그래서, 이 RGB화소 3개를 하나로 묶어 하나의 도트(dot)로 나타내는 기술이 수반된다. 이 기술은 현재 상당한 수준까지 발전되어 있어 컬러액정표시장치를 제작하는 데에는 별 문제가 없다.

종래의 액정표시장치는 컬러를 구현하기 위하여 다음과 같은 방법을 사용했다. 도2는 컬러를 구현하는 액정표시장치에서 사용된 종래의 콘트롤러IC의 구조이다. 이 콘트롤러IC는 일정한 주기(CK)마다 입력되는 화소데이터를 ROM의 어드레스로 보내는 래치회로와 수평동기신호(Hs) 및 수직동기신호(Vs)에 따라 화소데이터가 출력되도록 출력데이터를 저장하고 있는 ROM과 ROM에 온 영상이 인가되어야 할 화소의 위치와 페이지를 지정하는 신호를 보내는 FRC 콘트롤러(20)가 함께 구성되어 있다.

상기 콘트롤러IC의 동작원리는 다음과 같다. 클럭신호(CK)의 주기마다 외부로부터 입력되는 화소정보가 L비트의 값을 가지고 래치회로(22)에 인가된다. 그러면, 상기 래치회로에 인가된 화소정보는 소정의 비트값으로 변환되고, 그 비트값이 ROM(21)의 어드레스로 되어 ROM의 특정 주소를 지정하게 된다. 또한, 콘트롤러IC는 FRC콘트롤러(20)로부터 수평동기신호(Hs)에 의해 화면에서 화소가 인가될 위치를 지정하고, 수직동기신호(Vs)에 의해 화소가 인가될 영상의 페이지를 지정할 수 있도록 제어한다. 상기 ROM에는 그 용량에 따라 수 페이지의 화소계조값이 저장되어 있어 외부신호에 의해 저장된 화소계조값을 출력한다. 즉, 본 콘트롤러IC는 외부에서 입력되는 화소정보를 해당하는 화소계조값이 저장된 ROM의 주소를 지정하는 어드레스 신호로 사용한다.

상기 ROM에서 출력된 화소계조값은 신호전압의 구동주기에 동기하여 신호선구동드라이버IC로 인가된다. 상기 화소계조값은 디지탈전압값으로서 상기 신호선구동드라이버IC에 의해 액정의 구동레벨을 결정한다. 그리고, 상기 액정의 구동레벨에 의해 액정표시장치의 화소의 계조가 표현되는 것이다.

이 때, 상기 화소정보의 비트수 L에 의해 액정표시장치에서 나타낼 컬러수가 결정된다. 다시말해, 만약 비트수 L이 3이면 R, G, B 각각 3비트가 되어 도트 하나당 컬러수는 2⁹이므로, 액정표시장치의 각각의 도트(dot)에서 나타낼 수 있는 컬러수는 최대 512색이다. 표시장치에서 트루컬러라 함은 빨강(R), 초록(G), 파랑(B)가 각각 8비트의 계조를 가져 총 24비트의 색상을 나타낼 수 있는 것을 말한다. 즉, 하나의 도트가 24비트(=2²⁴)의 색상을 가질 수 있다는 것이다. 다시 말해 트루컬러(16.7Mega) 표시장치라는 것은 하나의 도트에 인가되는 R, G, B가 각각 8비트의 계조를 가진 24비트, 즉 2²⁴개의 표현가능한 컬러수를 가진 표시장치를 말한다.

종래의 콘트롤러IC는 프레임메모리가 필요하므로 구조가 복잡해지고, 제조단가가 높아진다. 특히, 컬러수를 늘리기 위하여 입력과 처리시 계조비트수 L을 늘리게 되면 가격이 상당히 비싸진다. 실제로 현재 3비트, 6비트 드라이버IC의 샘플가격이 5∼9$ 내외인 반면, 8비트 드라이버IC의 샘플가격은 25∼40$로 가격차가 매우 심한 편이다.(1995년 6월 기준)

그러나, 표시장치의 고급화에 따라 일반 사용자의 취향이 표현가능한 컬러수가 높은 쪽으로 흐르는 추세로 볼 때, 액정표시장치에서도 CRT브라운관과 동일한 성능의 트루컬러(16.7Mega 컬러)를 구현해야 한다.

그러나, 액정표시장치는 CRT브라운관과 달리 색상수를 높이는 데에는 상당한 어려움이 뒤따른다. 그런데, 상기 해상도는 TFT어레이의 집적화에 의해 문제의 해소점을 찾을 수 있으나, 색상수를 늘리려면 상기 신호선드라이버IC에 인가되는 신호전압의 레벨을 늘려야 한다. 즉, 콘트롤러IC에 인가되는 영상신호 처리 비트 수를 높여야 한다는 문제가 있는 것이다. 앞에서도 설명했지만, 영상신호 처리 비트 수를 높이면 드라이버IC 가격이 상승하므로, 가격을 낮추면서도 트루컬러를 구현할 수 있는 액정표시장치를 개발할 수 있도록 해야 한다.

도1은 일반적인 액정표시장치의 콘트롤러IC와 구동드라이버IC 및 TFT어레이를 나타낸 개략도이다.

도2는 컬러액정표시장치에서 사용되는 종래의 콘트롤러IC의 개략적인 구조를 나타낸 도면이다.

도3은 본 발명의 콘트롤러IC의 개략적인 구조를 나타낸 도면이다.

도4는 8비트의 계조를 가진 화소정보를 7비트의 계조로 표현하는 본 발명의 콘트롤러IC의 한 예이다.

도5는 본 발명에서 FRC발생기에서 출력되는 FT 신호를 나타낸 파형도이다.

도6은 7비트계조단계에서 두 개의 프레임을 이용하여 중간계조를 나타내는 방법을 도시한 도면이다.

* 도면의 부호 설명

10 : 콘트롤러IC11 : 신호선구동드라이버IC

12 : 주사선구동드라이버IC13 : 박막트랜지스터

14 : 화소15 : 신호선

16 : 주사선20 : 종래 발명의 FRC제어기

21 : 종래 발명의 프레임메모리22 : 종래 발명의 L비트 래치회로

100 : 본 발명의 FRC발생기101 : 본 발명의 FRC제어기

102 : 본 발명의 덧셈기103 : 본 발명의 L비트 래치회로

110 : 본 발명의 FRC발생기111 : 본 발명의 FRC제어기

112 : 본 발명의 덧셈기113 : 본 발명의 8비트 래치회로

본 발명은 영상신호 처리 비트 수를 높이지 않고도 트루컬러를 구현할 수 있는 액정표시장치의 콘트롤러IC에 관한 것이다. 본 발명의 구조를 도3을 참조로 하여 설명한다.

본 발명의 콘트롤러IC는 L비트의 입력단자와 출력단자가 있는 래치회로(103)와 FRC발생기(100) 및 FRC제어기(101)와 신호선드라이버IC(도면미도시)와 연결된 덧셈기(102)로 구성되어 있다. 그래서, 래치회로(103)에서는 일정한 주기마다 외부에서 입력되는 L비트의 화소정보를 상위 M비트와 하위 L-M비트로 구분하여 출력하고, FRC발생기(100)에서는 일정한 주기(CK)마다 수평동기신호(Hs)와 수직동기신호(Vs)를 입력받아 논리연산을 하여 L-M비트의 출력을 발생시킨다. 그리고, 상기 FRC제어기(101)가 상기 래치회로와 FRC발생기로부터 각각 L-M비트의 데이터를 입력받아 논리연산을 하여 1비트의 2진값을 발생시킨다. 즉, FRC제어기는 2×(L-M)개의 입력을 받는다. 또, 상기 상위 M비트의 2진값과 상기 1비트의 2진값을 더하여 상위 1비트를 제외한 나머지 값을 출력하는 덧셈기(102)가 있다. 그래서, 본래 L비트의 계조를 가진 화소를 L보다 작은 개수의 M비트를 가진 계조로 나타낼 수 있도록 하는 것이다. 그리고, 상기 FRC발생기로부터 출력되는 1비트 값에 따라 화면에 뿌려지는 영상의 프레임을 결정하여 한 화면을 L-M 개의 프레임으로 표시하는 방법을 사용하여 각 화소의 계조가 8비트로 표시되는 효과를 얻게 하였다.

다음의 실시예는 본 발명을 보다 명확히 설명해 준다.

(실시예)

도4는 8비트의 계조를 가진 화소정보를 입력받아 7비트의 계조를 가진 화소정보를 출력하되 수평동기신호(Hs)와 수직동기신호(Vs)를 참조로 하여 8비트의 계조를 가진 화소정보와 동일하도록 구성된 본 발명의 콘트롤러IC의 한 예이다.

8비트의 계조정보를 가진 화소가 입력되면, 래치회로(113)는 화소의 계조정보를 상위 7비트와 하위 1비트로 나눈다. 또한, FRC발생기(110)는 수직동기신호(Vs)에 따라 1비트의 FT신호가 출력된다. 도5는 수직동기신호(Vs)에 따라 위상이 바뀌는 FT신호를 나타낸 것이다. 상기 FRC발생기(110)에서 FT신호가 출력되면, FRC제어기(111)는 상기 FRC발생기와 상기 래치회로로부터 상기 계조정보의 하위 1비트와 상기 FT신호 1비트를 인가받아 논리곱연산회로를 통한 결과값인 1비트의 FD신호를 출력한다. 이 FD신호의 2진값과 상기 계조정보의 상위 7비트의 2진값을 덧셈기(112)를 통해 더한 값을 상위 1비트를 제외한 하위 7비트를 화소의 보정계조정보 출력값 O로서 신호선드라이버IC(도면에는 도시되지 않았다.)에 보낸다. 이 때, 상기 FD신호와 계조정보의 상위 7비트를 더한 값에서 상위 1비트를 제외하는 이유는 자리올림에 의한 오류를 방지하기 위해서이다. 예를 들어 상기 계조정보의 상위 7비트 값이 1111111₍₂₎이고, 상기 FD 값이 1₍₂₎일 경우, 두 값을 더한 값은 10000000₍₂₎가 나오게 되므로, 출력값 O는 상위 1비트를 제외한 0000000₍₂₎가 나오게 된다. 이 1비트를 제외하기 위해 덧셈기에는 SET 단자가 추가로 설치되어 계조정보의 비트값이 모두 1일 경우에 한해서, 덧셈을 연산하지 않고 출력값 O의 상위 1비트를 제외하여 1111111₍₂₎이 나오도록 출력값 O를 보정한다. 상기 SET단자는 래치회로에 설치되어 계조정보의 비트값이 모두 1일 경우에 한해서, 덧셈기를 거치지 않고 직접 출력하도록 할 수도 있다.

이 때, 상기 FT신호는 도5와 같이 1프레임 주기로 반전하여 0(Low)과 1(High)을 나타내면서 계조가 인가될 화소의 프레임번호를 결정한다. FT의 신호가 0을 나타낼 때는 0번프레임, 1을 나타낼 때에는 1번프레임으로 결정한다. 그래서, 실제 표시장치 화면의 각각의 화소에는 0프레임과 1프레임의 계조정보가 차례로 인가된다.

예를 들어 00100001의 화소정보가 래치회로에 인가되었을 때, 래치회로는 상기 화소정보의 상위 7비트 0010000과 하위 1비트 1로 화소정보를 나눈다. 수직동기신호에 따라 FT가 0이 인가되면, FD신호는 1과 0의 논리곱 연산값인 0이 출력된다. 표1에 논리곱연산값을 나타내었다.

화소정보의 하위 1비트	FT신호	FD
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

그래서, 상기 FD신호 0과 화소정보의 상위 7비트 0010000이 더해져 화소에 인가되는 보정계조정보는 0010000이 출력된다. 그리고, 상기 FT가 0이 인가된 후 연달아 1이 인가되어 FD신호는 1과 1의 논리곱 연산값인 1이 출력된다. 그래서, 상기 FD신호 1과 화소정보의 상위 7비트 0010000이 더해져 화소에 인가되는 보정계조정보는 0010001이 출력된다. 즉, 하나의 화소에 0010000과 0010001이 연달아 계조정보로서 인가되는 것이다.

또 다른 예로 00100000의 화소정보가 래치회로에 인가되었을 때를 살펴보도록 한다. 이 때, 래치회로는 상기 화소정보의 상위 7비트 0010000과 하위 1비트 0으로 화소정보를 나눈다. 수직동기신호에 따라 FT가 0이 인가되면, FD신호는 0과 0의 논리곱 연산값인 0이 출력된다. 그래서, 상기 FD신호 0과 화소정보의 상위 7비트 0010000이 더해져 화소에 인가되는 보정계조정보는 0010000이 출력된다. 그리고, 상기 FT가 0이 인가된 후 연달아 1이 인가되어 FD신호는 1과 0의 논리곱 연산값인 0이 출력된다. 그래서, 상기 FD신호 0과 화소정보의 상위 7비트 0010000이 더해져 화소에 인가되는 보정계조정보는 0010000이 출력된다. 즉, 하나의 화소에 동일한 값, 0010000과 0010000이 연달아 계조정보로서 인가되는 것이다.

본 실시예에서는 화소정보의 최하위 비트 값에 의해 0프레임과 1프레임에 인가되는 보정화소정보값이 결정된다. 즉, 0∼127값을 가질 수 있는 128 단계의 계조정보로써 0∼255값을 가질 수 있는 256 단계의 계조정보를 구현하기 위하여 하나의 화소에 128 단계의 계조정보를 두 번 연달아 인가하여 256 단계의 계조정보를 흉내낸다는 것이다. 예를 들어 계조값 0(00000000₍₂₎)이 밝은 색이고 계조값 255(11111111₍₂₎)가 어두운 색이라고 가정했을 때, 계조값 255를 표현할 때에는 0프레임과 1프레임에 모두 127을 인가하고, 계조값 254를 표현할 때에는 0프레임에 126을 인가하고 1프레임에 127을 인가하는 것이다.

도6은 7비트계조를 가진 N번째 계조단계와 N+1번째 계조단계 사이에 있는 중간계조단계(N+1/2)를 화소에 표시하는 데 있어서, 0번 프레임과 1번프레임일 때, 화소에 인가되는 계조단계를 나타낸 그림이다. 상기 계조값에 R, G, B 신호를 각각 대치시키면, 7비트의 계조단계를 가진 RGB신호로써 각각 8비트의 계조단계를 가진 RGB 신호인 24비트의 트루컬러(16.7M)를 구현할 수 있다.

상술한 바와 같이 액정표시장치는 CRT브라운관과 달리 화소당 표현할 수 있는 컬러의 색상수, 또는 흑백의 계조단계를 높이는 데에는 상당한 어려움이 뒤따른다. 액정표시장치에서 표현할 수 있는 색상수를 늘리려면 상기 신호선드라이버IC에 인가되는 신호전압의 레벨단계를 늘릴 수 있도록 인가되는 계조의 비트 수를 증가시켜야 한다. 하지만, 그 가격이 상당히 고가이므로 적은 개수의 비트로 더 많은 단계의 계조를 표현할 수 있는 방법을 찾게 되는 것이다.

바로 본 발명은 8비트의 계조정보를 7비트 또는, 그 이하의 비트수로 표시함으로써 액정표시장치에서 사용될 수 있는 콘트롤러IC의 구입가 또는, 제조가격을 낮출 수 있다. 또한, 반드시 본 실시예와 같이 8비트의 계조가 아니라 7비트의 계조를 표현할 때에도 적용될 수 있다. 즉, 6비트의 계조비트로써 7비트의 계조를 나타낼 수도 있다는 것이다. 결국, 본 발명은 적은 계조비트 수로 많은 계조를 표현할 수 있는 다계조처리방법이다.

다만, 본 발명은 한 화면을 표시하기 위하여 두 개 이상의 프레임의 화소정보를 요구하므로, 종래보다 초당 프레임 수가 적을 수는 있으나, 일반인은 거의 느끼지 못하는 수준이다. 이것은 수평동기신호와 수직동기신호를 더 빠르게 함으로써 해결될 수 있는 문제이다.

Claims (9)

1. L개의 비트입력단자와 클럭신호입력단자 및 L-1개의 상위비트출력단자와 1개의 하위비트출력단자로 구성되고, 상기 비트입력단자에 입력된 신호의 최하위비트를 상기 하위비트출력단자로 출력하고, 상기 최하위비트를 제외한 나머지 상위비트를 상위비트출력단자로 출력하는 래치수단과;

   수평동기신호가 입력되는 수평동기신호입력단자와 수직동기신호가 입력되는 수직동기신호입력단자와 클럭신호입력단자와 1개의 비트출력단자로 구성되고, 상기 수직동기신호의 한 주기마다 토글(toggle)되는 1비트의 프레임지정비트를 상기 비트출력단자로 출력하는 프레임지정수단과;

   상기 하위비트출력단자에 대응하는 제1입력단자와 상기 비트출력단자에 대응하는 제2입력단자 및 보정비트출력단자로 구성되고, 상기 최하위비트와 상기 프레임지정비트의 논리곱비트를 상기 보정비트출력단자로 출력하는 비트제어수단과;

   상기 상위비트출력단자와 상기 보정비트출력단자에 각각 대응하는 입력단자 및 L-1개의 보정비트출력단자로 구성되고, 상기 상위비트가 모두 1인 경우를 제외하고, 상기 상위비트의 2진값과 상기 논리곱비트의 2진값의 가산값을 상기 보정비트출력단자로 출력하는 비트가산수단을 포함하는 다계조처리장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 비트입력단자는 영상신호의 계조의 비트값을 입력받는 다계조처리장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 비트제어수단은 논리곱회로로 구성된 다계조처리장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 가산비트출력단자의 개수와 상기 상위비트의 개수가 같은 다계조처리장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 비트가산수단에 상위비트가 모두 1인 경우를 검출하는 검출수단이 포함된 다계조처리장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 래치수단에 상위비트가 모두 1인 경우를 검출하는 검출수단이 포함된 다계조처리장치.
7. 일정한 주기마다 외부에서 입력되는 L비트의 화소정보를 래치수단을 통하여 입력받아 상위 M비트와 하위 L-M비트로 구분하여 출력하는 단계; 일정한 주기(CK)마다 수평동기신호(Hs)와 수직동기신호(Vs)를 입력받아 프레임지정수단(FRC)을 통하여 논리연산을 하여 L-M비트의 출력을 발생시키는 단계; 상기 래치수단과 프레임지정수단으로부터 각각 L-M비트의 데이터를 비트제어수단을 통하여 입력받아 논리연산을 수행하여 1비트의 2진값을 발생시키는 단계; 및 상기 상위 M비트의 2진값과 상기 1비트의 2진값을 비트가산수단을 통하여 더하여 상위 1비트를 제외한 나머지 값을 출력하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로하는 다계조처리방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 L이 M보다 큰 다계조처리방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 L은 8이고, 상기 M은 7인 다계조처리방법.

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