KR100782240B1 - 화상 디스플레이 방법 - Google Patents

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Abstract

백라이트 디스플레이는 향상된 디스플레이 특성을 가진다. 광 밸브를 가지는 액정 재료를 포함하는 디스플레이 상에 화상이 디스플레이된다. 디스플레이는 화상 신호를 수신하고, 상기 화상의 제1 영역의 조명(illumination)의 타이밍에 기초하여, 상기 화상의 상기 제1 영역을 위한 오버드라이브(overdrive)로 광 밸브를 수정하고, 상기 화상의 제2 영역의 조명의 타이밍에 기초하여, 상기 화상의 상기 제2 영역을 위한 오버드라이브로 광 밸브를 수정한다.
디스플레이, 액정, 픽셀, 오버드라이브, 광 밸브, 백라이트, 백릿

Description

화상 디스플레이 방법{A METHOD FOR DISPLAYING AN IMAGE}
도 1a 및 도 1b는 LCD(liquid crystal display)의 개략도.
도 2는 백라이트의 다수의 광원 요소의 조명(illumination)을 변조하기 위한 예시적인 구동기의 개략도.
도 3은 예시적인 LCD 시스템 구성을 도시한 도면.
도 4는 예시적인 플래싱(flashing) 백라이트 방식을 도시한 도면.
도 5는 화상 고스팅(image ghosting)을 도시한 도면.
도 6a 및 도 6b는 화상 고스팅을 더 도시한 도면.
도 7a 및 도 7b는 고스팅을 도시한 도면.
도 8은 예시적인 분할된 백라이트를 도시한 도면.
도 9는 LCD 데이터 구동과 백라이트 플래싱 간의 시간적 관계를 도시한 도면.
도 10은 LCD 구동과 백라이트 플래싱 간의 시간을 도시한 도면.
도 11은 LCD 출력에 대한 플래싱 타이밍의 영향을 도시한 도면.
도 12는 예시적인 종래 기술의 1-프레임 버퍼 오버드라이브를 도시한 도면.
도 13은 다른 1-프레임 버퍼 오버드라이브를 도시한 도면.
도 14는 적응 재귀적 오버드라이브(adaptive recursive overdrive)를 도시한 도면.
도 15는 예시적인 오버드라이브 값 검색을 도시한 도면.
도 16은 동적 감마(dynamic gamma)를 위한 예시적인 구동 파형을 도시한 도면.
도 17은 측정된 일차 동적 감마를 도시한 도면.
도 18은 측정된 LCD 디스플레이 값들을 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 비디오원
102: 스캐닝 타이밍 생성기
104: 오버드라이브
106: 프레임 버퍼
108: 데이터 구동기
110: 게이트 구동기
112: 백라이트 제어
본 출원은 2005년 2월 17일자로 출원된 미국 가출원 번호 제60/653,912호 및 2005년 6월 27일자로 출원된 미국 가출원 번호 제60/694,483호를 우선권 주장하며, 이들 각각은 본 명세서에 참조로서 포함되어 있다.
본 발명은 백릿 디스플레이(backlit display)에 관한 것으로, 특히, 성능 특성을 향상시킨 백릿 디스플레이에 관한 것이다.
LCD(liquid crystal display) 패널 또는 LCOS(liquid crystal on silicon) 디스플레이의 로컬(local) 투과율은, 백릿 소스(source)로부터 패널의 영역을 통과하는 광의 세기를 변조하여 변동가능한 세기로 디스플레이될 수 있는 픽셀(pixel)을 생성하기 위해 변화될 수 있다. 소스로부터의 광이 패널을 통해 뷰어(viewer)로 통과하는지 혹은 차단되는지는, 광 밸브(light valve)에서의 액정 분자들의 방위들(orientations)에 의해 판정된다.
액정들은 광을 방출하지 않기 때문에, 가시적(visible) 디스플레이는 외부 광원을 필요로 한다. 소형이고 저가의 LCD 패널들은 종종 패널을 통과한 후에 뷰어를 향해 반사되는 광에 의존한다. 패널은 완전히 투명하지 않기 때문에, 광의 상당 부분은 패널의 통과시 흡수되며, 이러한 유형의 패널 상에 디스플레이되는 화상들은 최상의 발광(lighting) 조건하에서를 제외하고는 보는 것이 어려울 수 있다. 한편, 컴퓨터 디스플레이들 및 비디오 스크린들에 이용되는 LCD 패널들은, 전형적으로 패널의 측면들 또는 배면(back)에 구축되는 LED(light-emitting diode) 어레이들 또는 형광관들(fluorescent tubes)을 가지는 백릿이다. 디스플레이에 더욱 균일한 광 레벨을 제공하기 위해서, 이러한 점 또는 선 소스들로부터의 광은 전형적으로 뷰어로의 투과를 제어하는 광 밸브에 충돌하기 전에 확산기(diffuser) 패널에서 분산된다.
광 밸브의 투과율은 한 쌍의 편광기(polarizer) 사이에 삽입된 액정층에 의 해 제어된다. 제1 편광기에 충돌하는 소스로부터의 광은, 다수의 평면들(planes)에서 진동하는 전자기파들을 포함한다. 편광기의 광축의 평면에서 진동하는 광의 그 부분만이 편광기를 통과할 수 있다. LCD에서, 제1 및 제2 편광기들의 광축들은, 제1 편광기를 통과하는 광이 정상적으로 제2 편광기를 직렬로 통과하지 못하게 하는 각도로 배열된다. 그러나, 액정 분자들의 물리적 방위의 층이 제어될 수 있고, 그 층을 스패닝(spanning)하는 분자들의 열을 통과하는 광의 진동면은 편광기들의 광축들과 정렬되거나 정렬되지 않도록 회전될 수 있다. 노멀리 화이트(normally white)가 마찬가지로 이용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
셀 갭(cell gap)의 벽들을 형성하는 제1 및 제2 편광기들의 표면들에는, 셀 갭 벽들에 바로 인접한 액정 분자들이 홈(groove)들과 정렬됨으로써, 각각의 편광기의 광축과 정렬되도록, 홈이 형성된다. 분자력(molecular force)은, 인접한 액정 분자들로 하여금, 셀 갭을 스패닝하는 열에서의 분자들의 방위가 그 열의 길이에 대해 트위스트(twist)하는 결과로서 그 이웃한 것들과 정렬하는 것을 시도하게 한다. 마찬가지로, 분자들의 열을 통과하는 광의 진동면은, 제1 편광기의 광축으로부터 제2 편광기의 광축으로 "트위스트"될 것이다. 이러한 방위의 액정들에 의해, 소스로부터의 광은 반투명 패널 조립체(assembly)의 직렬 편광기들을 통과할 수 있어 패널의 전면에서 봤을 때 디스플레이 표면의 발광 영역을 생성할 수 있다. 홈들은 일부 구성들에서 생략될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
픽셀을 어둡게 하고 화상을 생성하기 위해, 박막 트랜지스터에 의해 전형적으로 제어되는 전압이 셀 갭의 하나의 벽에 형성되는 전극들의 어레이에서의 전극 에 인가된다. 전극에 인접한 액정 분자들은, 전압에 의해 생성된 필드(field)에 의해 끌어당겨지고, 필드와 정렬하기 위해 회전한다. 액정 분자들은 전계(electric field)에 의해 회전되기 때문에, 액정들의 열은 "언트위스트(untwist)"되고, 셀 벽에 인접한 액정들의 광축들은, 광 밸브의 로컬 투과율 및 대응하는 디스플레이 픽셀의 세기를 점진적으로 감소시키는 대응하는 편광기의 광축과 정렬되지 않고 회전된다. 컬러 LCD 디스플레이들은 디스플레이 픽셀을 구성하는 다수의 주요 컬러 요소(전형적으로, 적색, 녹색 및 청색) 각각에 대한 투과광의 세기를 변화시킴으로써 생성된다.
LCD들은 밝은 고해상도의 컬러 화상들을 생성할 수 있고, CRT(cathode ray tube)보다 더 얇고, 더 가볍고, 더 적은 전력을 필요로 한다. 그 결과, LCD 이용은 포터블 컴퓨터들, 디지털 시계들 및 손목 시계들, 전기 제품들, 오디오 및 비디오 장비, 및 기타 다른 전자 장치들의 디스플레이들을 위해 보급한다. 한편, 비디오 및 그래픽 기술 분야와 같은, 특정한 "최고급 시장(high end markets)"에서의 LCD의 이용은, 부분적으로, 디스플레이의 한정된 성능에 의해 좌절된다.
Baba 등의 미국 특허 공개 번호 제2002/0003522호 A1은, 화상의 휘도 레벨에 기초하는 디스플레이의 백라이트를 위해 플래싱 기간을 포함하는 액정 디스플레이용 디스플레이를 기재하고 있다. 블러링(blurring)을 감소시키기 위해, 비디오 콘텐츠의 움직임의 양의 추정(estimation)을 결정하여, 디스플레이를 위한 백라이트의 플래싱 폭을 변경한다. 디스플레이의 휘도를 증가시키기 위해, 백라이트의 광원은 발광(lighting) 기간에서보다 비-발광(non-lighting) 기간에서 더 낮은 휘도로 발광될 수 있다. 그러나, 보다 높은 휘도의 화상들은 적은 비-발광 기간을 필요로 하고, 이에 따라 움직임이 있는 비디오 콘텐츠에 대해 블러링 효과를 겪는 경향이 있다. 화상의 블러링을 감소시키기 위해, Baba 등은 화상이 충분한 움직임을 가지는지를 판정하기 위해, 계산적으로 복잡한 움직임 추정을 이용한다. 충분한 움직임이 있는 화상들에 대하여, 비-발광 기간을 증가시켜 화상 블러링을 감소시킨다. 불행하게도, 이것은 디머(dimmer) 화상을 유발시키는 경향이 있다.
따라서, 블러링을 감소시키는 액정 디스플레이가 요구된다.
도 1a를 참조하면, 백릿 디스플레이(20)는 일반적으로 백라이트(22), 확산기(24), 및 백라이트(22)로부터 패널(28)의 전면에서 디스플레이되는 화상을 보는 사용자에게로의 광의 투과율을 제어하는 광 밸브(26)(괄호(bracket)로 표시됨)를 포함한다. 전형적으로 액정 장치를 포함하는 광 밸브는 화소(picture element), 즉 픽셀에 대한 광의 투과율을 전기적으로 제어하기 위해 배치된다. 액정은 광을 방출하지 않기 때문에, 가시적 화상을 생성하기 위해 외부 광원이 필요하다. 디지털 시계 또는 계산기에 이용되는 것과 같은 소형이고 저가의 LCD를 위한 광원은, 패널을 통과한 후에 패널의 배면으로부터 반사되는 광일 수 있다. 마찬가지로, LCOS(liquid crystal on silicon) 장치들은 디스플레이 픽셀을 조명하기 위해 광 밸브의 배면으로부터 반사되는 광에 의존한다. 그러나, LCD는 조립체를 통과하는 광의 상당 부분을 흡수하고, 매우 가시적인 화상들을 위한 충분한 세기의 픽셀들을 생성하기 위해서 또는 좋지 않은 발광 조건에서 디스플레이를 조명하기 위해서 형광관(fluorescent light tube) 또는 광원들의 어레이(30)(예를 들어, 도 1a에 도시된 바와 같이, LED(light-emitting diode) 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 형광관)를 포함하는 백라이트(22)와 같은 인공적인 광원이 유용하다. 디스플레이의 각각의 픽셀을 위한 광원(30)이 존재하지 않을 수 있고, 따라서, 일반적인 점 소스들(예를 들어, LED들) 또는 일반적인 선 소스들(예를 들어, 형광관들)로부터의 광은, 전형적으로 패널(28)의 전면의 발광이 더욱 균일하도록 확산기 패널(24)에 의해 분산된다.
백라이트(22)의 광원들(30)로부터 방출하는 광은 임의의 평면들에서 진동하는 전자기파들을 포함한다. 편광기의 광축의 평면에서 진동하는 광파들만이 편광기를 통과할 수 있다. 광 밸브(26)는 정상 광(normally light)이 일련의 편광기들을 통과할 수 없도록 하는 각도로 광축들이 배열되어 있는 제1 편광기(32) 및 제2 편광기(34)를 포함한다. 제1 편광기(32)와 제2 편광기(34) 사이에 삽입된 액정층(36)의 로컬 영역들이 편광기의 광축에 대한 광의 진동면의 정렬을 변경시키기 위해 전기적으로 제어될 수 있고, 그로써, 디스플레이 픽셀들의 어레이에서 개별 픽셀들(36)에 대응하는 패널의 로컬 영역들의 투과율을 변조할 수 있기 때문에, 화상들은 LCD로 디스플레이 가능하다.
액정 분자들의 층(36)은 제1 편광기(32)와 제2 편광기(34)의 표면들에 의해 형성되는 벽들을 가지는 셀 갭을 점유한다. 셀 갭의 벽들은 대응하는 편광기의 광 축과 정렬된 미세한 홈들을 생성하기 위해 러빙(rubbing)된다. 홈들은, 셀 갭의 벽들에 인접한 액정 분자들의 층으로 하여금, 연관된 편광기의 광축과 정렬하게 한다. 분자력에 의해, 셀 갭을 스패닝하는 분자들의 열에서의 각각의 연속하는 분자는 그의 이웃하는 것과 정렬하는 것을 시도할 것이다. 그 결과는, 셀 갭을 연결하는 액정 분자들의 무수한 트위스트 열들을 포함하는 액정들의 층이다. 광원 요소(42)에서 시작하고 제1 편광기(32)를 통과하는 광(40)이 액정들의 열의 각각의 반투명 분자를 통과하므로, 그 진동면은, 광이 셀 갭의 먼 쪽에 도달할 때, 그 진동면이 제2 편광기(34)의 광축과 정렬되도록 "트위스트"된다. 제2 편광기(34)의 광축의 평면에서 진동하는 광(44)은 디스플레이(28)의 전면에서 발광 픽셀(28)을 생성하기 위해 제2 편광기(34)를 통과할 수 있다.
픽셀(28)을 어둡게 하기 위해, 셀 갭의 벽에 형성되는 투명한 전극들의 직사각형 어레이(rectangular array)의 공간적으로 대응하는 전극에 전압이 인가된다. 결과로서 생긴 전계는 전극에 인접한 액정 분자들로 하여금 그 전계와의 정렬 방향으로 회전하게 한다. 그 영향은, 전계 강도가 증가하고 광 밸브(26)의 로컬 투과율이 감소됨에 따라 광의 진동면이 편광기의 광축으로부터 떨어져서 점진적으로 회전되도록 분자들의 열을 "언트위스트"하는 것이다. 광 밸브(26)의 투과율이 감소됨에 따라, 픽셀(28)은 광원(42)으로부터의 광의 최대 소광(extinction)이 얻어질 때까지 점진적으로 어둡게 한다. 컬러 LCD 디스플레이는 디스플레이 픽셀을 구성하는 다수의 주요 컬러 요소들(전형적으로, 적색, 녹색 및 청색) 각각에 대해 투과된 광의 세기를 변화시키는 것에 의해 생성된다. 구조들의 다른 구성들이 마찬가 지로 이용될 수 있다.
LCD는 각각의 픽셀을 위해 선택 스위치로서 트랜지스터들을 이용하고, 디스플레이되는 화상이 프레임 주기 동안 홀드(hold)되는 디스플레이 방법(이하, "홀드형 디스플레이(hold-type display)"라고 지칭함)을 채택한다. 반대로, CRT(이하, "임펄스형 디스플레이(impulse-type display)"라고 지칭함)는 픽셀의 선택후 바로 어둡게 되는 선택된 픽셀을 포함한다. 어둡게 된 픽셀은 CRT와 같은 임펄스형 디스플레이의 경우에 60 Hz로 재기입되는 동화상(motion image)의 각 프레임 사이에 디스플레이된다. 즉, 어둡게 된 픽셀의 흑색은 화상이 디스플레이되는 기간을 제외하고 디스플레이되며, 동화상의 하나의 프레임은 독립적인 화상으로서 뷰어에게 각각 표시된다. 따라서, 화상은 임펄스형 디스플레이에서 뚜렷한 동화상으로서 관측된다. 그러므로, LCD는 화상 디스플레이에서 시간축 홀드 특성에 있어 CRT와 근본적으로 상이하다. 따라서, 동화상이 LCD 상에 디스플레이되는 경우, 화상 블러링과 같은 화상 저하가 유발된다. 이러한 블러링 효과의 주요 원인은, 화상이 예를 들어, 60 Hz 불연속 단계로 재기입되더라도, (뷰어의 안구(eyeball) 이동이 후속 움직임일 때) 뷰어가 동화상의 이동 객체를 뒤따르는 것으로부터 발생한다. 안구는 "홀드형" 방식으로 불연속적으로 표시되더라도 이동 객체를 부드럽게 뒤따르는 것을 시도하는 특성이 있다.
그러나, 홀드형 디스플레이에서, 동화상의 하나의 프레임의 디스플레이되는 화상은 1 프레임 기간 동안 홀드되고, 정지 화상(still image)으로서 대응하는 기간 동안 뷰어에게 표시된다. 따라서, 뷰어의 안구가 부드럽게 이동 객체를 뒤따르더라도, 디스플레이되는 화상은 1 프레임 기간 동안 정지해 있는다. 따라서, 시프트되는 화상은 뷰어의 망막(retina) 상에 이동 객체의 속도에 따라 표시된다. 이에 따라, 화상은 눈에 의한 통합으로 인해 뷰어에게 흐리게 나타날 것이다. 또한, 뷰어의 망막에 표시되는 화상들 사이의 변화가 더욱 높은 속도로 증가하기 때문에, 이러한 화상들은 훨씬 더 흐려지게 된다.
백릿 디스플레이(20)에서, 백라이트(22)는 국부적으로 제어 가능한 광원들(30)의 어레이를 포함한다. 백라이트의 개별 광원들(30)은 LED(light-emitting diode)들, 인광체들(phosphors) 및 렌셋들(lensets)의 배열, 또는 다른 적절한 발광 소자들일 수 있다. 또한, 백라이트는 하나 이상의 냉음극선관(cold cathode ray tube)과 같은 독립적으로 제어가능한 광원들의 집합을 포함할 수 있다. 발광 다이오드는 '백색' 및/또는 별개의 컬러 발광 다이오드일 수 있다. 백라이트 어레이(22)의 개별 광원들(30)은, 광원이 임의의 적절한 신호에 응답하여 변조될 수 있도록 다른 광원들에 의해 출력되는 광의 조명 레벨과 독립적인 조명 레벨로 광을 출력하기 위해 독립적으로 제어가능하다. 마찬가지로, 공간적 및/또는 시간적 광 변조를 달성하기 위해 백라이트에 막 또는 재료가 중첩될 수 있다. 도 2를 참조하면, 어레이(22)의 광원들(30)(예시된 LED들)은 전형적으로 직사각형 어레이의 행들, 예를 들어, (괄호로 표시된) 행들(50A 및 50B) 및 열들, 예를 들어, (괄호로 표시된) 열들(52A 및 52B)에 배열된다. 백라이트의 광원들(30)의 출력은 백라이트 구동기(53)에 의해 제어된다. 광원들(30)은 열 선택 트랜지스터(55)를 작동시키고 선택된 열의 선택된 광원(30)을 접지(56)에 연결하는 것에 의해 요소들의 열(52A 또는 52B)을 선택함으로써 요소들에 전력을 공급하는 광원 구동기(54)에 의해 구동된다. 디스플레이될 화상의 픽셀들에 대한 디지털 값들을 처리하는 데이터 프로세싱 유닛(58)은 디스플레이되는 픽셀에 대응하는 적절한 광원(30)을 선택하고, 그 광원의 조명의 적절한 레벨을 생성하기 위한 전력 레벨로 광원을 구동하기 위해 광원 구동기(54)에 신호를 제공한다.
도 3은 액정 패널 내의 전형적인 데이터 경로의 블록도를 예시한다. 비디오 데이터(100)는 예를 들어, 텔레비전 방송, 인터넷 접속, 파일 서버, 디지털 비디오 디스크, 컴퓨터, 주문형 비디오(video on demand), 또는 방송과 같은 임의의 적절한 소스로부터 제공될 수 있다. 비디오 데이터(100)는 스캐닝 및 타이밍 생성기(102)에 제공되며, 여기서, 비디오 데이터는 디스플레이 상의 표시를 위해 적절한 포맷으로 변환된다. 많은 경우, 각각의 데이터선은 디스플레이의 느린 시간적 응답을 보상하기 위해, 프레임 버퍼(106)와 함께 오버드라이브 회로(104)에 제공된다. 오버드라이브는, 필요한 경우, 사실상 아날로그일 수 있다. 오버드라이브(104)로부터의 신호는 디스플레이의 개별 데이터 전극들에 출력되는 데이터 구동기(108)에서 전압값으로 변환되는 것이 바람직하다. 생성기(102)는 또한 게이트 구동기(110)에 클록 신호를 제공함으로써, 한번에 1행을 선택하며, 이는 디스플레이의 각각의 픽셀의 스토리지 캐패시터(storage capacitor) 상의 데이터 전극에 전압 데이터를 저장한다. 생성기(102)는 또한 (예를 들어, 디스플레이의 서로 다른 영역들에서의 공간적 차이 및/또는 화상 콘텐츠에 기초하여) 백라이트로부터의 휘도(luminance)의 레벨, 및/또는 공간적으로 비-균일한 백라이트의 경우에 제공되는 광의 컬러 또는 컬러 밸런스를 제어하기 위해 백라이트 제어 신호들(112)을 제공한다.
오버드라이브 회로(104)의 이용은, 움직임 블러링을 감소시키는 경향이 있지만, 화상이 프레임 시간 동안 정지한 상태로 홀드됨과 함께 움직임을 추적하는 눈의 화상 블러링 효과들은 여전히 움직임 블러링으로서 인지되는 망막 상의 상대적 움직임(relative motion)을 유발한다. 인지되는 움직임 블러링을 감소시키기 위한 하나의 기술은 화상 프레임이 디스플레이되는 시간을 감소시키는 것이다. 도 4는 프레임의 일부분 동안에만 백라이트를 플래싱하는 것의 효과를 예시한다. 수평축은 한 프레임 동안의 경과 시간을 나타내고, 수직축은 그 프레임 동안의 LCD의 정규화된 응답(normalized response)을 나타낸다. 백라이트의 플래싱은, 액정 재료의 투과(transmission)가 타겟 레벨에 도달되었거나 혹은 근접하고 있는, 프레임의 말단부를 향하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 플래싱 백라이트의 지속기간의 대부분은 프레임 기간의 마지막 3번째 동안이 바람직하다. 일부 방식으로 백라이트를 변조하는 것은 인지되는 움직임 블러링을 감소시키지만, 이것은 불행하게도 결과적인 디스플레이 기술의 일반적인 '임펄스' 성질로 인해, 플리커링 아티팩트(flickering artifact)를 유발시키는 경향이 있다. 플리커링을 감소시키기 위해, 백라이트는 더욱 높은 레이트로 플래싱될 수 있다.
백라이트를 더욱 높은 레이트로 플래싱하는 것은, 겉보기에는 완벽한 해결책일 수 있지만, 불행하게도, 이와 같이 더욱 높은 레이트로 플래싱하는 것은 "고스트 화상들(ghosted images)"을 유발시키는 경향이 있다. 도 5를 참조하면, 시간에 대한, 디스플레이에 걸친 화상의 일부분의 움직임의 그래프가 예시되어 있다. 실선(190)으로 표시된 프레임 레이트로 프레임을 플래싱하는 제1 플래싱에 의해, 화상은 각각의 시간 간격(예를 들어, 프레임 레이트)으로 사용자에게 나타날 것이다. 특히, 화상은 제1 프레임의 말단부에서 위치(200)에 나타날 것이고, 시프트되어 제2 프레임의 말단부에서 위치(210)에 나타날 것이고, 시프트되어 제3 프레임의 말단부에서 위치(220)에 나타날 것이고, 시프트되어 제4 프레임의 말단부에서 위치(230)에 나타날 것이다. 이에 따라, 이동 화상은 4개의 서로 다른 위치에 대응하는 4개의 서로 다른 시간에 뷰어에게 '플래싱'될 것이다.
제2 플래시가 프레임 레이트로 포함되는 경우, 그것은 프레임 동안 중앙으로 시간 지정될 수 있으며, 점선(235)으로 표시되어 있다. 화상은 프레임에 대해 중앙인 각각의 시간 간격으로 사용자에게 나타날 것이다. 특히, 화상은 제1 프레임의 중간부에서 위치(240)에 나타날 것이고, 시프트되어 제2 프레임의 중간부에서 위치(250)에 나타날 것이고, 시프트되어 제3 프레임의 중간부에서 위치(260)에 나타날 것이고, 시프트되어 제4 프레임의 중간부에서 위치(270)에 나타날 것이다. 이에 따라, 이동 화상은 4개의 서로 다른 위치에 대응하는 4개의 추가적인 서로 다른 시간에 뷰어에게 '플래싱'될 것이다.
각각의 프레임 동안의 제1 플래싱과 제2 플래싱의 조합에 의해, 화상의 고스팅은 움직임에 대하여 비교적 좋지 않은 화상 품질을 유발시킨다. 블러링의 효과를 감소시키기 위한 하나의 기술은, 움직임 보상 프레임 보간법(motion compensated frame interpolation)과 함께 백라이트로서 동일 레이트로 액정 디스플레이를 구동하는 것이다. 그럴 듯한 해결책이라고는 해도, 움직임 추정과 연관된 비용을 현저하게 증가시키고, 프레임 레이트를 증가시킨다.
다른 유형의 고스팅은, 도 6a 및 도 6b에 예시된 바와 같이 액정 디스플레이 재료의 비교적 느린 시간적 응답으로 인한 것이다. 도 6a는 '스냅샷(snapshot)'으로서 도시된 결과적인 픽셀 휘도를 갖는 이동 에지(300)를 예시한다. 에지(300)가 좌측으로부터 우측으로(또는 임의의 다른 방향으로) 이동함에 따라, 액정 디스플레이 픽셀들은 백색 레벨(302)(예를 들어, 하나의 상태)로부터 흑색 레벨(304)(예를 들어, 다른 상태)로 변한다. 프레임 주기와 관련하여, 느린 시간적 응답으로 인해, 도 6b에 예시된 시간적 응답 곡선(308)으로 도시된 바와 같이, LCD가 원하는 흑색 레벨에 도달하기 위해 다수의 프레임 주기가 걸릴 수 있다. 이에 따라, 프레임의 말단부에서의 백라이트의 플래싱은, 도 6a에 예시된 바와 같이, 다수의 공간적으로 변위된 감소한 휘도 레벨을 유발시킬 수 있다. 비디오에서의 에지들은 가파른 에지들이지만, 액정 디스플레이에 표시되는 결과적인 화상은 도 6b에 도시된 느린 시간적 응답 때문에 블러링되는 경향이 있다.
다른 유형의 고스팅은, LCD 행 구동 메커니즘과 완전한 백라이트의 플래싱 사이의 시간적 타이밍 차이들로 인한 것이다. 전형적으로, LCD는 상부로부터 하부로 한번에 1행 구동된다. 그 다음, 모든 행에 대한 백라이트의 플래싱은 프레임의 말단부에서 동시에 행해질 것이다. 도 7a를 참조하면, 이동 에지(326)는 '스냅샷'으로서 도시된 결과적인 픽셀 휘도를 사용하여 예시된다. 백라이트는 각각의 프레임(320, 322 및 324) 동안 한번 플래싱하는 것으로 도시되어 있으며, 이 시간 동안 수직 에지(326)는 디스플레이를 가로질러 이동하고 있다. 디스플레이의 상부에서의 데이터는 디스플레이의 중부에서의 데이터 이전에 제공되며, 이 데이터는 디스플레이의 보다 낮은 부분에서의 데이터 이전에 제공된다. 중간부 플래싱 백라이트(322)는, 디스플레이의 하부에서의 데이터가 그의 최종값을 향해 이동하는 시간의 최소량을 가지는 디스플레이의 중부에서의 데이터보다, 디스플레이의 상부에서의 데이터가 그의 최종값을 향해 이동하는 더 많은 시간 기간을 가지는 것을 예시한다. 이에 따라, 동일한 데이터가 데이터의 수직 열을 가로질러 제공될 수 있지만, 플래싱 백라이트 동안 뷰어에게 관측가능한 결과적인 출력은 데이터를 기입하는 것과 결과적인 데이터를 뷰잉하는 것 사이의 서로 다른 시간적 기간들 때문에 상이하다. 이것은, 본질적으로 동일한 상부, 중부 및 하부로부터의 출력을 가지는 제1 프레임(340); 실질적으로 서로 다른 상부, 중부 및 하부로부터의 출력을 가지는 제2 프레임(342)(상부는 실질적으로 온(on)이고, 중부는 거의 1/2 온이고, 하부는 거의 오프임); 여전히 실질적으로 서로 다른 상부, 중부 및 하부로부터의 출력을 가지는 제3 프레임(344)(상부는 실질적으로 온이고, 중부는 약간 작기는 하지만 실질적으로 온이고, 하부는 중부보다 약간 더 낮기는 하지만 어느 정도 온임); 및 상부, 중부 및 하부가 실질적으로 동일한 제4 프레임(346)에 의해, 동일한 시간적 스케일을 가지는, 도 7b에 가장 명확하게 예시되어 있다. 따라서, 화상들은 디스플레이를 가로질러 공간적으로 변화하는 고스팅을 나타내는 경향이 있다.
공간적 변동은 일반적으로 디스플레이에 데이터를 제공하는 스캐닝 처리와 관계된다. 이러한 시간적 공간적 효과(temporal spatial effect)를 감소시키기 위 해, 하나의 잠재적인 기술은 시간적 공간적 효과의 영향들을 감소시키기 위해 디스플레이의 서로 다른 영역들을 위한 백라이트 조명의 타이밍의 수정을 포함한다.
디스플레이의 직사각형 백라이트 구조를 예시하는 도 8을 참조하면, 백라이트는 다수의 서로 다른 영역들을 갖는 구조로 될 수 있다. 예를 들어, 백라이트는 대략 200 픽셀(예를 들어, 50-400 픽셀 영역들) 폭일 수 있고, 디스플레이의 폭을 연장할 수 있다. 대략 800 픽셀을 갖는 디스플레이의 경우, 백라이트는 예를 들어, 4개의 서로 다른 백라이트 영역으로 이루어질 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 발광 다이오드들의 어레이와 같이, 백라이트는 하나 이상의 다이오드 행들, 및/또는 하나 이상의 다이오드 열들, 및/또는 일반적인 서로 다른 영역들로 이루어질 수 있다. 도 9를 참조하면, 마지막 백라이트 영역은 전형적으로 이전 프레임의 말단부에서 플래싱된다. 제1의 200행은 디스플레이될 대응하는 화상에 대한 데이터(1000)로 순차적으로 어드레싱된다. 제2의 200행은 디스플레이될 대응하는 화상에 대한 데이터(1002)로 순차적으로 어드레싱된다. 제3의 200행은 디스플레이될 대응하는 화상에 대한 데이터(1004)로 순차적으로 어드레싱된다. 제4의 200행은 디스플레이될 대응하는 화상에 대한 데이터(1006)로 순차적으로 어드레싱된다.
다음 프레임 동안, 데이터(1000)와 연관되는 제1 백라이트(1010)는 프레임의 시작부에서 플래싱된다. 데이터(1002)와 연관되는 제2 백라이트(1012)는 프레임의 지속기간의 대략 20%인 시간에 플래싱된다. 데이터(1004)와 연관되는 제3 백라이트(1014)는 프레임의 지속기간의 대략 40%인 시간에 플래싱된다. 데이터(1006)와 연관되는 제4 백라이트(1016)는 프레임의 지속기간의 대략 80%인 시간에 플래싱된 다. 이러한 방식으로, 서로 다른 백라이트 영역들(1010, 1012, 1014 및 1016)은 프레임 동안 시간적으로 서로 다른 시간에 플래싱되는 것이 관측될 수 있다. 디스플레이에의 데이터의 기입에 일반적으로 따르는 이러한 시간적 플래싱의 결과는, 디스플레이에의 데이터의 기입과 백라이트의 플래싱 사이의 평균 시간 및/또는 중간 시간 기간이 적다는 것을 특징으로 한다. 또한, 디스플레이에의 데이터의 기입에 일반적으로 따르는 이러한 시간적 플래싱의 결과는, 디스플레이에의 데이터의 기입과 백라이트의 플래싱 사이의 표준 편차가 감소되는 것을 특징으로 한다. 수정된 백라이트 조명 기술에 의해 성능 향상이 일어날 수 있지만, 행들의 그룹의 조명 사이의 상당한 차이가 여전히 존재한다. 도 10은 각각의 영역에 대한 액정 디스플레이에의 데이터의 구동과 그 영역에 대한 대응하는 백라이트의 조명 사이의 시간을 예시한다. 또한 도 8 및 도 9를 참조하면, 전환(transition)은, 각각의 영역에 대해, 1.0의 시간 기간(400)으로 시작하고 0.75의 시간 기간(402)으로 감소한다. 이러한 전환 기간은 행들 200-399, 400-599, 및 600-768에서 그 자체를 반복한다. 도 10은 전환들의 반복성, 및 각각의 전환 동안 연관된 픽셀들의 예상되는 휘도 레벨들의 차이를 유발시키는, 액정 재료가 백라이트 조명들 사이에서 응답하기 위한 시간의 차이를 예시한다.
도 11을 참조하면, 프레임의 시작부에서 32의 휘도 레벨로부터 프레임의 말단부에서 100의 휘도 레벨까지의 측정된 응답이 32로부터 100까지의 원하는 전환에 대해 예시되어 있다. 이 전환은 주어진 구동 시스템으로 완료하기 위해 프레임의 완전한 시간을 필요로 한다는 것이 관측될 수 있다. 이용가능한 지속기간이 단지 0.75의 프레임 지속기간(도 10 참조)인 경우, 프레임의 시작부에서의 32 레벨로부터 0.75의 프레임 지속기간에서의 레벨까지의 측정된 응답은, 원하는 100과 달리, 87이다. 13 레벨의 차이가 존재하고, 이에 따라 전환을 위해 프레임의 단지 0.75가 제공된 경우에는, 대응하는 픽셀들은 전환을 위해 프레임의 1.0을 가지는 것과 동일한 휘도에 도달하지 않는다. 시스템의 예시적인 양태는 오버드라이브 시스템이 화상의 영역 또는 백라이트에 대응하는 영역의 서로 다른 픽셀들에 상이한 오버드라이브를 제공하기 위해 적응될 수 있다는 것을 제공한다. 이러한 방식으로, 다른 픽셀들에 대한 조명들 사이의 시간적 시간차로 인한 프레임 내의 원하는 레벨에 도달할 것으로 예상되지 않는 픽셀들에는 오버드라이브가 제공될 수 있다. 예시적으로, 이러한 오버드라이브는 전체 디스플레이에 걸쳐서 또는 그렇지 않으면 각각의 백라이트 플래싱 영역에 대하여 제공될 수 있다.
통상의 오버드라이브(OD) 기술의 전형적인 구현 구조가 도 12에 도시되어 있다. 이 구현은 1 프레임 버퍼(400) 및 오버드라이브 모듈(402)을 포함한다. 프레임 버퍼는 구동 사이클 n-1의 이전의 타겟 디스플레이 값
Figure 112006011523822-pat00001
을 기억한다. 입력으로서 현재의 타겟 디스플레이 값
Figure 112006011523822-pat00002
과 이전의 디스플레이 값
Figure 112006011523822-pat00003
을 취하는 오버드라이브 모듈은 타겟 디스플레이 값
Figure 112006011523822-pat00004
과 동일한 실제의 디스플레이 값
Figure 112006011523822-pat00005
을 형성하기 위해 현재의 구동값
Figure 112006011523822-pat00006
을 도출한다.
LCD 패널에서, 현재의 디스플레이 값
Figure 112006011523822-pat00007
은 현재의 구동값
Figure 112006011523822-pat00008
에 의해서뿐만 아니라, 이전의 디스플레이 값
Figure 112006011523822-pat00009
에 의해서 결정되는 것이 바람직하다. 수학적으로,
Figure 112006011523822-pat00010
디스플레이 값
Figure 112006011523822-pat00011
을 타겟값
Figure 112006011523822-pat00012
에 도달하게 하기 위해, 오버드라이브 값
Figure 112006011523822-pat00013
은 수학식 1로부터
Figure 112006011523822-pat00014
을 타겟값
Figure 112006011523822-pat00015
으로 되게 함으로써 도출되어야 한다. 오버드라이브 값
Figure 112006011523822-pat00016
은 이 예에서는 2개의 변수, 즉, 이전의 디스플레이 값
Figure 112006011523822-pat00017
과 현재의 구동 값들
Figure 112006011523822-pat00018
에 의해 결정되며, 이것은 다음의 함수에 의해 수학적으로 표현될 수 있다.
Figure 112006011523822-pat00019
수학식 2는 2가지 유형의 변수, 즉, 타겟값들과 디스플레이 값들을 이용하여 현재의 구동값들을 도출하는 것을 나타낸다. 그러나, 많은 구현들에서, 디스플레이 값들은 직접 이용가능하지 않다. 대신, 설명된 1-프레임 버퍼 비-재귀적 오버드라이브 구조는, 항상 오버드라이브가 디스플레이 값
Figure 112006011523822-pat00020
을 타겟값
Figure 112006011523822-pat00021
으로 구동할 수 있다는 것을 가정한다. 따라서, 수학식 2는 다음의 수학식 3으로서 쉽게 간략화될 수 있다.
Figure 112006011523822-pat00022
수학식 3에서는, 현재의 구동값들을 도출하기 위해 단지 하나의 유형의 변수, 즉, 타겟값들이 필요하며, 이 변수는 임의의 연산 없이 직접 이용가능하다. 결과적으로, 수학식 3은 수학식 2보다 구현하는 것이 더 용이하다.
많은 경우, 가정은, 오버드라이브 후에, LC 픽셀의 실제값
Figure 112006011523822-pat00023
은 항상 타겟값
Figure 112006011523822-pat00024
이라는 점에서 정확하지 않다. 즉,
Figure 112006011523822-pat00025
은 항상 참은 아니다. 따라서, 수학식 3에 의해 정의되는 현재의 OD 구조는 많은 경우에 더 간략화된 구조(over-simplified structure)일 수 있다.
오버드라이브에 의해 타겟값이 항상 도달되지는 않는다는 문제를 줄이기 위해, 도 13에 도시된 바와 같은 재귀적 오버드라이브 구조가 이용될 수 있다. 화상 데이터(500)를 수신하고, 재귀적 데이터(502)와 함께 이용하여 오버드라이브(504)를 연산한다(506). 디스플레이 특성(510)의 예측은 프레임 버퍼(512) 및 오버드라이브(504)로부터의 피드백을 이용한다. 재귀적 오버드라이브에 2개의 연산 모듈이 존재한다. 수학식 1을 이용하는 것을 제외하고, 다른 모듈은 수학식 2를 이용하여 실제의 디스플레이 값
Figure 112006011523822-pat00026
을 추정한다.
타이밍 에러를 보상하기 위해 보다 수정된 AROD(Adaptive Recursive Overdrive)가 구현될 수 있다. AROD는 도 14에 도시된 바와 같이 LCD 구동과 플래싱 사이의 시간, 즉, OD_T(535)을 고려하는 수정된 ROD(Recursive Overdrive)이다.
많은 경우, 도 15에 도시된 바와 같이 예시적인 3차원 검색표(LUT)를 포함하는 것이 바람직하다. 버퍼로부터의 이전값, 비디오 신호로부터의 타겟값, 및 많은 구성에서 행 의존인 OD_T(535)를 이용하여 OD값을 도출한다. OD_T(535)는 행 수에만 의존하는 것이 바람직하기 때문에, OD_T 축에서 1차원 보간법을 이용하여 각각의 행에 대한 2차원 오버드라이브 표가 생성된다. 특정 OD_T(535)에 적합한 오버드라이브 표가 결정되었다면, 시스템은 도 14에 도시된 바와 같이 재귀적 OD 알고리즘을 이용하여 전체 선을 오버드라이브할 수 있다. 계산상의 비용은 재귀적 오버드라이브의 것과 유사하다.
오버드라이브 표에 대한 값들은 측정된 LCD 시간적 응답으로부터 도출될 수 있다. 동적 감마의 개념을 이용하여 LCD 시간적 응답 함수를 특징지울 수 있다. 동적 감마는 전환 시간들 동안 LC 패널의 동적 입-출력 관계를 설명하고, 전환이 시작된 후에 고정된 시점에서의 실제 휘도이다.
서로 다른 LC 패널들의 불균형(disparity)의 영향을 줄이기 위해, LC 패널의 측정된 실제 디스플레이 휘도는 정적 감마에 의해 정규화된다. 더 구체적으로, 측정된 데이터는 역(inverse) 정적 감마 곡선을 통해 디지트-카운트(digit-count) 도메인에 매핑된다(LC 패널이 8비트인 경우에 0-255).
동적 감마에 대한 측정 시스템은 도 16에 도시된 바와 같이 구동 입력을 포 함할 수 있다. 프레임들의 집합 Z는 구동 파형과 함께 예시된다. 프레임 0 이전에, 구동값
Figure 112006011523822-pat00027
(545)이 여러 사이클에 대해 적용되어, 픽셀을 평형(equilibrium) 상태로 되게 한다. 그 다음, 프레임 0에서, 구동 범위(8비트 LC 패널에 대해 0으로부터 255까지)를 포함하는 상이한 구동값
Figure 112006011523822-pat00028
이 적용되고, 대응하는 휘도는 시간 T, T-delta, 및 T+delta에 정확하게 측정된다. 도 17은 T=1에서 하나의 패널 온도(8℃)에서 LCD에 대해 측정된 동적 감마를 도시한다. 각각의 T 값에 대하여, 동적 감마 곡선의 집합은 측정된 시간적 응답 곡선으로부터 도출될 수 있다.
오버드라이브 표 값들은, 시작점으로부터 종단점으로의 구동 값 곡선들과 출력 레벨들에 의해 도 17에 도시된 바와 같이 동적 감마 데이터로부터 도출될 수 있다. 32 내지 128과 같이, 전환에 대한 오버드라이브 값을 결정하기 위해, 시스템은 먼저, 이 경우에 화살표(450)로 표시된 곡선(451)인 이전의 LCD 레벨에 대응하는 동적 감마 곡선을 결정하고, 그 다음에 도 17에 도시된 바와 같이 128의 출력을 가지도록 구동값을 보간한다.
서로 다른 T 값들로부터의 동적 감마를 이용함으로써, 오버드라이브 표들의 집합이 도출될 수 있다. 모델 표(프레임의 말단부에서의 실제의 LCD 출력을 예측하는데 이용되는 표)는 재귀적 오버드라이브 경우와 같다. 도 18은 이전의 디스플레이 값과 구동값의 함수로서 동적 감마의 3D 도표를 도시한다. 이전의 디스플레이 값(565)을 현재의 구동값(575)과 일치시켜서 휘도의 디스플레이 값이 585가 되는 것을 결정한다. 예측된 LCD 출력은 도 18에 도시된 측정된 LCD 출력 레벨들로 부터 보간된다. 플래싱 의존인 오버드라이브 표와 달리, 모델 표는 단지 LCD 구동에 의존하므로, 모델 표에 대한 동적 감마는 T=1에서 측정된다.
본 명세서에서 인용된 모든 참고 문헌들은 참조로서 포함된다.
전술한 명세서에서 이용되었던 용어들 및 표현들은 설명을 위하여 이용되며, 한정하기 위한 것이 아니고, 이러한 용어들 및 표현들의 이용에서, 도시되고 설명된 특징들 및 그의 부분들의 등가들을 배제하고자 하는 의도는 없으며, 본 발명의 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서만 정의되고 한정된다는 것을 인식해야 한다.
본 발명에 따르면, 블러링을 감소시키는 액정 디스플레이를 제공할 수 있다.

Claims (13)

  1. 광 밸브(light valve)를 포함하는 액정 디스플레이(liquid crystal display) 상에 화상을 디스플레이하기 위한 방법으로서,
    (a) 화상 신호를 수신하는 단계;
    (b) 상기 화상의 제1 영역의 조명(illumination)의 타이밍에 기초하여, 상기 화상의 상기 제1 영역을 위한 오버드라이브(overdrive)로 상기 광 밸브를 수정하는 단계; 및
    (c) 상기 화상의 제2 영역의 조명의 타이밍에 기초하여, 상기 화상의 상기 제2 영역을 위한 오버드라이브로 상기 광 밸브를 수정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이는 단일 백라이트(backlight)를 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이는 다수의 백라이트를 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 영역과 상기 제2 영역은 상기 백라이트들의 영역들과 일치하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영역과 상기 제2 영역은 단일 백라이트 요소와 일치하는 영역 내에 있는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 디스플레이는 다수의 백라이트를 포함하는 방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 다수의 백라이트는 한 프레임 동안 시간적으로 구분되는 방식으로 조명되는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이는 한 프레임 동안 시간적으로 구분되는 방식으로 다수의 백라이트를 사용하여 조명되는 방법.
  9. 광 밸브를 포함하는 디스플레이 상에 화상을 디스플레이하기 위한 방법으로서,
    (a) 화상 신호를 수신하는 단계; 및
    (b) 상기 광 밸브의 제1 픽셀을, 제1 상태로부터 제2 상태로 변하는 상기 광 밸브의 제2 픽셀을 위한 오버드라이브 신호와 상이한, 제1 값으로부터 제2 값으로 변하는 상기 광 밸브의 상기 제1 픽셀을 위한 오버드라이브 신호로 수정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 디스플레이는 상기 광 밸브에 광을 제공하는 백라이트를 형성하는 다수의 발광 다이오드를 포함하며,
    상기 오버드라이브 신호는 각각의 상기 발광 다이오드의 조명의 어드레싱 타이밍(addressing timing)에 기초하는 방법.
  10. 삭제
  11. 광 밸브를 포함하는 디스플레이 상에 화상을 디스플레이하기 위한 방법으로서,
    (a) 화상 신호를 수신하는 단계; 및
    (b) 상기 광 밸브의 제1 픽셀을, 제1 상태로부터 제2 상태로 변하는 상기 광 밸브의 제2 픽셀을 위한 오버드라이브 신호와 상이한, 제1 값으로부터 제2 값으로 변하는 상기 광 밸브의 상기 제1 픽셀을 위한 오버드라이브 신호로 수정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 픽셀과 상기 제2 픽셀은 동시에 조명되며,
    상기 디스플레이는 한 프레임 동안 서로 다른 시간들에 조명되는 다수의 개별 백라이트 영역들을 포함하는 방법.
  12. 삭제
  13. 광 밸브를 포함하는 액정 디스플레이 상에 화상을 디스플레이하기 위한 방법으로서,
    (a) 화상 신호를 수신하는 단계;
    (b) 상기 화상의 영역의 조명의 타이밍에 기초하여, 상기 화상의 상기 영역 내의 제1 픽셀을 위한 오버드라이브로 상기 광 밸브를 수정하는 단계;
    (c) 상기 화상의 영역의 조명의 타이밍에 기초하여, 상기 화상의 상기 영역의 제2 픽셀을 위한 오버드라이브로 상기 광 밸브를 수정하는 단계; 및
    (d) 상기 디스플레이의 적어도 하나의 다른 픽셀을 조명하지 않으면서, 상기 제1 픽셀과 상기 제2 픽셀을 동시에 조명하는 단계
    를 포함하며,
    상기 디스플레이는 한 프레임 동안 서로 다른 시간들에 조명되는 다수의 개별 백라이트 영역들을 포함하는 방법.
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