KR100831369B1

KR100831369B1 - 표시장치용 백라이트장치 및 그 밝기조절방법

Info

Publication number: KR100831369B1
Application number: KR1020060051999A
Authority: KR
Inventors: 정준호; 한펭 첸; 홍창완; 박영준; 성준호; 최훈; 성기범; 김형래
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2006-06-09
Publication date: 2008-05-21
Also published as: CN101086573A; KR20070117847A; CN100565290C

Abstract

이 발명은 다수개의 발광체로 구성되고 소정 개수의 부분영역으로 분할되는 발광부, 발광부에 연결되어 발광부의 각 부분영역의 밝기를 제어하는 구동회로 및 입력되는 영상신호에 대응하여 발광부의 각 부분영역의 밝기조절을 위한 대표값을 계산하고 대표값을 각 부분영역의 밝기조절 신호로서 구동회로로 출력하는 제어부를 포함하는 표시장치용 백라이트장치 및 그 밝기조절방법을 제공한다.

밝기조절, 백라이트, 영상신호, 부분영역, 보상

Description

표시장치용 백라이트장치 및 그 밝기조절방법{Backlight apparatus for display device and method of adjusting brightness for the same}

도 1은 본 발명의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 블럭 다이아그램.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 부분영역의 대표값을 계산하는 방법을 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 부분영역의 대표값을 보상해 주는 방법을 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 밝기조절 과정을 나타낸 플로우 챠트.

*도면 중 주요부분의 설명

11 : 영상처리부 12 : 타이밍 컨트롤러

13 : 표시패널부 20 : 백라이트장치

21 : 발광부 22 : 구동회로

23 : 제어부

본 발명은 표시장치에 이용되는 백라이트장치 및 그 밝기조절방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 백라이트의 부분영역별로 밝기조절이 가능하여 고휘도와 뛰어난 색재현력을 갖는 표시장치용 백라이트장치 및 그 밝기조절방법에 관련된다.

일반적으로 표시장치는 TV나 노트북, 데스크탑 컴퓨터 등의 모니터에 영상을 디스플레이하기 위해 사용되는 것으로, 기술의 급속한 진화와 더불어 박형화, 경량화되고 있다. 현재는 TFT-LCD와 같은 액정표시장치가 해상도, 컬러표시, 화질 등에 있어서 우수하기 때문에 TV, 카메라, 노트북, 데스크탑 컴퓨터 등에 주로 이용되고 있다.

그러나 이들 액정표시장치는 스스로 빛을 발생시키지 못하고 별도의 광원으로부터 나오는 빛을 이용하여야 한다. 따라서 이러한 액정표시장치의 액정패널 하부에는 광원을 형성하는 백라이트가 구비되어야 하며, 이러한 백라이트로부터 나오는 빛은 액정패널에 입사되고 전계생성 전극이 형성되어 있는 두 기판 사이의 액정이 두 전극에 전압이 인가되어 형성되는 전기장에 의하여 움직임으로써 투과하는 빛의 양에 따라 영상을 표현할 수 있도록 구성된다.

백라이트는 냉음극 형광램프(cold cathode fluorescence lamp: CCFL)가 일반적으로 이용되며, 최근에는 다수개의 발광 다이오드(light emitting diode)도 이용되고 있다.

발광 다이오드는 기존 냉음극 형광램프보다 수명이 길고, 인버터 등 별도의 부가장비의 생략이 가능하여 제품 박형화 및 경량화에 유리할 뿐만 아니라 색상 구현능력도 냉음극 형광램프에 비해 뛰어나다.

또한 기존의 냉음극 형광램프는 밝기 조절이 어렵기 때문에 백라이트의 밝기조절에는 한계가 있는 반면 다수개의 발광 다이오드를 이용한 백라이트는 밝기조절이 가능하여 영상의 생동감있는 표현이 가능하다는 점에서 발광 다이오드를 이용한 백라이트에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

또한 이러한 백라이트를 갖는 액정표시장치 외에도 PDP나 OLED(Organic Light Emitting Diode), SED(Surface-conduction Electron-emitter Display), FED (field emission display) 등의 자발광 소자를 이용하는 차세대 디스플레이 방식도 등장하고 있다.

그러나 상기한 백라이트를 갖는 액정표시장치나 PDP 또는 자발광 소자를 갖는 표시장치들은 모두 영상신호에 동기하여 화면의 밝기를 조절함으로써 효과적인 원색을 표현하는데는 한계가 있었다. 예를 들어 불꽃놀이나 폭발장면과 같은 영상에서는 부분적으로 높은 휘도를 요하는 부분이 있으나 이에 대한 적절한 보상방법이 없어 생동감있는 영상을 표현하기가 어려웠다. 따라서 화면 중 특정 부분은 밝고, 특정 부분은 어둡게 표현하여 명암비를 향상시킴으로써 선명하고 생동감있는 영상을 표현하고자 하는 요구가 높아지고 있다.

또한 화면을 부분영역들로 분할하여 부분적으로 휘도가 높은 영상을 효과적으로 표현하고자 하여도 인접하는 부분영역과의 상호작용에 의한 광 손실과 광 이득이 존재하기 때문에 이에 따른 보상이 필요하며, 영상의 움직임의 정도에 따라 영상 아티팩트(Artifacts)도 발생하게 된다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 영상신호와 동기하여 화면의 부분영역별로 밝기를 조절함으로써 명암비를 효과적으로 향상시킬 수 있는 표시장치용 백라이트장치 및 그 밝기조절방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 또다른 목적은 인접한 부분영역과의 광 손실과 광 이득을 보상하여 명암비를 향상시키며, 영상 아티팩트를 감소시키는 표시장치용 백라이트장치 및 그 밝기조절방법을 제공하고자 하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다수개의 발광체로 구성되고 소정 개수의 부분영역으로 분할되는 발광부, 상기 발광부에 연결되어 상기 발광부의 각 부분영역의 밝기를 제어하는 구동회로 및 입력되는 영상신호에 대응하여 상기 발광부의 각 부분영역의 밝기조절을 위한 대표값을 계산하고 상기 대표값을 각 부분영역의 밝기조절 신호로서 상기 구동회로로 출력하며, 상기 영상신호와 동기하여 발광부의 밝기를 조절하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 입력영상 전체의 평균밝기가 소정의 문턱값보다 낮은 경우에 상기 대표값이 상기 입력영상 전체의 평균밝기보다 큰 부분영역에 대해서는, 밝기 손실을 보상한 대표값을 상기 밝기조절 신호로서 상기 구동회로로 출력하는 것을 특징으로 하는 표시장치용 백라이트장치를 제공한다.

바람직하게 상기 제어부는 인접 부분영역들간의 자연스러운 동영상 표현을 위하여 상기 밝기조절 신호를 필터링하여 상기 구동회로로 출력한다.

또한 바람직하게 상기 제어부는 각 부분영역의 픽셀들을 입력되는 영상신호 에 대응하여 각 그레이 레벨에 따른 픽셀의 수로 분류하고 상기 그레이 레벨이 소정의 간격으로 구분되어 형성된 각 구역에 포함되는 픽셀의 수와 상기 각 구역의 그레이 레벨의 평균값을 이용하여 상기 각 부분영역의 밝기조절에 적용될 대표값을 계산한다.

바람직하게 입력영상 전체의 평균밝기가 소정의 문턱값보다 낮은 경우에, 대표값이 상기 입력영상 전체의 평균밝기보다 큰 부분영역은 소정의 수식에 의하여 밝기 손실을 보상한 값이 상기 부분영역의 밝기조절을 위한 값으로 적용된다.

또한 상기한 목적을 달성하기 위하여 입력되는 영상신호에 대응하여 발광부의 각 부분영역에 대한 밝기조절을 위한 대표값을 계산하는 단계, 입력영상 전체의 평균밝기가 소정의 문턱값보다 낮은 경우에 상기 대표값이 상기 입력영상 전체의 평균밝기보다 큰 부분영역에 대해서는, 상기 대표값에 밝기 손실을 보상하는 단계, 상기 보상된 대표값을 밝기조절 신호로서 출력하는 단계 및 상기 영상신호와 동기하여 상기 밝기조절 신호를 기초로 상기 부분영역의 밝기를 조절하는 단계로 구성되는 표시장치용 백라이트장치의 밝기조절방법이 제공된다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 블럭 다이아그램이다.

먼저 영상처리부(11)는 입력된 영상정보를 처리하여 표시패널부(13)의 해상도에 적합하게 변환된 영상신호를 공급하는데, 이 영상신호는 해상도에 적합한 메인클럭신호와 수직 동기신호 및 수평 동기신호 등과 같은 동기신호들을 포함하고 있다. 이러한 영상처리부(11)는 TV나 컴퓨터 모니터 등에 일반적으로 적용되어 있다.

또 타이밍 컨트롤러(12)는 영상처리부(11)로부터의 영상신호를 입력받아 표 시패널부(13)의 구동을 위한 각종 제어신호들을 발생시킨다. 즉, 영상신호와 함께 입력된 수평 및 수직 동기신호에 기초하는 타이밍신호와 영상데이터를 표시패널부(13)로 공급한다.

표시패널부(13)는 타이밍 컨트롤러(12)로부터의 각종 제어신호에 따라 표시패널을 구동함으로써 영상을 표현하도록 구성된다.

여기서의 표시장치는 자발광이 가능한 PDP나 차세대 디스플레이 방식인 OLED(Organic Light Emitting Diode), SED(Surface-conduction Electron-emitter Display), FED (field emission display) 등의 모든 표시장치가 본 발명에 포함된다.

본 발명에 따른 백라이트장치(20)는 발광부(21), 구동회로(22), 제어부(23)로 구성되며 각각의 기능과 작동방식은 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 백라이트장치의 발광부(21)는 다수개의 발광체로 구성되며, 소정 개수의 부분영역으로 분할된다. 다수개의 발광체는 액정표시장치에 있어서 백라이트 광원으로서 최근에 각광을 받고 있는 발광 다이오드가 사용될 수 있다. 발광 다이오드는 백라이트의 밝기조절이 가능하기 때문에 명암비를 향상시켜 더 선명하고 생동감있는 색상을 표현하기에 적합하다.

그러나 본 발명은 발광 다이오드를 갖는 백라이트에만 한정되는 것은 아니며, 이 외에도 상기한 바와 같은 FED, SED 등과 같은 자발광 소자를 이용한 백라이트에도 동일하게 적용될 수 있다.

부분영역은 부분적으로 밝기를 제어할 수 있도록 소정 개수로 형성되며, 예 를 들어 밝기를 계산하기 위하여 발광부를 8 × 8로 분할하여 64개의 부분영역으로 형성될 수 있다.

구동회로(22)는 발광부에 연결되어 발광부의 각 부분영역의 밝기를 제어하기 위한 것으로, PWM(펄스폭변조) 방식으로 발광부의 각 부분영역의 밝기를 조절한다. PWM 방식은 출력전압 파형의 반주기 사이에 스위치를 여러 번 On/Off시킴으로 부하에 직류전원 전압이 걸리는 시간을 증감시켜 출력전압을 조정함으로써 발광체에 흐르는 전류를 제어하는 방식이다. 또한 PWM 방식 대신 리니어(linear)구동방식 등을 사용할 수도 있다.

제어부(23)는 영상처리부(11)로부터 생성된 영상신호에 대응하여 발광부의 각 부분영역의 밝기조절을 위한 대표값을 계산하고 이 대표값을 각 부분영역의 밝기조절 신호로서 구동회로(22)로 출력한다. 다시말해, 영상신호에 동기하여 발광부(21)의 밝기를 제어하기 위한 신호를 출력한다. 이를 위하여 제어부(23)는 발광부(21)를 소정 개수의 부분영역으로 분할하고 각 부분영역에 대한 밝기조절을 위한 대표값을 계산한다.

도 2는 본 발명에 따른 백라이트장치의 제어부(23)에서 발광부(21)의 각 부분영역에 적용할 대표값을 히스토그램을 이용하여 계산하는 방법을 보여준다.

먼저 영상처리부(11)로부터 입력되는 영상신호에 대응하는 각 부분영역의 픽셀들을 각 그레이 레벨에 따른 픽셀의 수로 분류한다. 예를 들어 0부터 255까지의 그레이 레벨의 각 레벨에 해당하는 픽셀의 수를 추출하여 도 2와 같은 히스토그램을 작성한다.

이때, 입력되는 영상신호로부터 각 픽셀에 대한 그레이 레벨을 결정하기 위해서는 다음의 식과 같이 R, G, B 세개의 그레이 레벨 중에서 하나의 최대값을 취하는 것이 바람직하다. 이는 R, G, B 의 그레이 레벨 중 최대값을 취하지 않을 경우 컬러 왜곡이 발생될 수 있기 때문이다.

여기서 Y는 그레이 레벨을 나타낸다.

그 다음, 그레이 레벨(Y)을 소정의 간격으로 구분하여 각각의 구역에 해당하는 픽셀의 수와 각 구역의 그레이 레벨(Y)의 평균값을 이용하여 각 부분영역의 밝기조절에 적용될 대표값을 계산한다.

도 2는 그레이 레벨을 기준으로 R0에서 R7까지의 8개의 구역으로 나누어 부분영역에 적용될 밝기조절을 위한 대표값을 계산하는 예를 도시한다.

도 2를 기초로 하여 각 부분영역의 대표값은 다음과 같은 수식에 의하여 계산된다.

여기서, L_Thr은 부분영역의 밝기 보상을 위한 계수이며, Mn(n=0, 1, 2,…)은 구역(n) 내의 그레이 레벨(Y)의 평균값, Nn(n=0, 1, 2,…)은 구역(n) 내의 픽셀의 수이다.

상기와 같은 수식은 영상신호의 픽셀 수 중에 많은 수가 위치되어진 그레이 레벨(Y)값을 위주로 하여 밝기가 조절될 수 있게 한다.

상기와 같이 계산된 대표값(L)은 인접 부분영역과의 상호관계에 의한 광 손실에 대한 보상이 필요하다. 예컨대 밤하늘의 별이나 불꽃놀이와 같이 어두운 영상을 배경으로 하는 경우는 어두운 배경으로 인한 광 손실이 존재하며, 따라서 이를 보상할 필요성이 생긴다. 다음과 같은 수식을 적용하여 대표값(L)을 보상한다.

L'= L+BEN*(L-mean)

여기서 L'은 부분영역의 밝기 손실을 보상한 값이며, L은 부분영역의 밝기조절을 위한 대표값, BEN은 밝기 보상을 위한 계수, mean은 입력영상 전체의 평균밝기이다.

도 3은 상기와 같은 수식에 의하여 특정 부분영역의 대표값을 보상해 주는 방법을 도시하고 있다. 즉, 입력영상 전체의 평균밝기가 소정의 문턱값보다 낮은 경우에, 대표값이 입력영상 전체의 평균밝기보다 큰 부분영역은 상기와 같은 수식에 의하여 밝기 손실을 보상한 값(L')이 부분영역의 밝기조절을 위한 값으로 적용된다.

문턱값은 어두운 영상에 대한 문턱값으로서 소정의 값으로 조작자에 의하여 미리 설정된다. 또한 부분영역의 대표값(L)들의 평균치가 입력영상 전체의 평균밝기를 대신하여 보상 조건의 비교 기준치로 적용될 수 있다.

제어부(23)는 위와 같이 계산된 대표값(L)을 각 부분영역의 밝기조절을 위해 적용하며 영상의 특성에 따라 공간필터(spatial filter)나 시간필터(temporal filter)를 사용한다.

예를 들어 밝은 영상이 여러 부분영역에 크기를 달리하여 걸쳐 있는 경우 대표값(L)이 부분영역별로 계산되기 때문에 인접 부분영역과의 밝기차이가 커져 부분영역간의 경계선 부근이 층져 보일 수 있으므로 이때에는 공간필터를 이용하여 인접 부분영역이 자연스러운 영상 표현이 되도록 한다.

또한 순간적으로 밝기가 변하는 동영상의 경우 부분영역의 대표값(L)이 갑작스럽게 증가함으로 인하여 백라이트의 깜박거림(flickering)이 나타날 수 있으므로 이 경우 시간필터(temporal filter)를 적용한다.

이들 필터 외에도 일반적으로 로패스필터를 사용할 수도 있다. 이들 필터들은 모두 공지의 것으로 별도의 설명은 생략한다.

또한 제어부(23)는 입력되는 영상신호와 동기하여 같은 속도로 발광부의 밝기를 조절할 수 있으며, 또는 입력되는 영상신호와 다른 속도로 발광부의 밝기를 조절하는 것도 가능하다. 예를 들어 입력되는 영상신호보다 조금 느리게 발광부의 밝기를 조절한다면 상기한 바와 같은 깜박거림 현상이 방지될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 부분영역별 밝기조절과정을 나타낸 플로우 챠트이다. 이러한 밝기조절과정은 발광부의 부분영역별로 대표값을 계산하고(S1), 이 대표값을 휘도저감을 고려하여 보상하며(S2), 인접 부분영역들간의 자연스러운 동영상 표현을 위하여 필터링(S3)할 수 있다. 이 대표값은 밝기조절 신호로 출력되고(S4), 이러한 신호에 기초하여 부분영역의 밝기조절(S5)이 수행된다.

본 발명에 따르면, 영상신호와 동기하여 백라이트의 부분영역별로 밝기를 조절함으로써 명암비를 효과적으로 향상시킬 수 있는 표시장치용 백라이트장치 및 그 밝기조절방법이 제공된다.

또한 인접한 부분영역과의 광 손실과 광 이득을 보상하여 명암비를 향상시키며, 영상 아티팩트를 감소시키는 표시장치용 백라이트장치 및 그 밝기조절방법이 제공된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이고, 그와 같은 수정 또는 변형은 첨부하는 청구항의 기재범위 내에 있는 것이다.

Claims

다수개의 발광체로 구성되고 소정 개수의 부분영역으로 분할되는 발광부;

상기 발광부에 연결되어 상기 발광부의 각 부분영역의 밝기를 제어하는 구동회로; 및

입력되는 영상신호에 대응하여 상기 발광부의 각 부분영역의 밝기조절을 위한 대표값을 계산하고 상기 대표값을 각 부분영역의 밝기조절 신호로서 상기 구동회로로 출력하며, 상기 영상신호와 동기하여 발광부의 밝기를 조절하는 제어부;를 포함하고,

상기 제어부는,

입력영상 전체의 평균밝기가 소정의 문턱값보다 낮은 경우에 상기 대표값이 상기 입력영상 전체의 평균밝기보다 큰 부분영역에 대해서는, 인접 부분영역과의 밝기차이로 인해 발생된 밝기 손실을 보상한 대표값을 상기 밝기조절 신호로서 상기 구동회로로 출력하는 것을 특징으로 하는 표시장치용 백라이트장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제어부는 상기 밝기조절 신호를 필터링하여 출력하는 표시장치용 백라이트장치.
청구항 2에 있어서, 상기 필터링은 공간필터링 또는 시간필터링인 표시장치용 백라이트장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제어부는 각 부분영역의 픽셀들을 입력되는 영상신호에 대응하여 각 그레이 레벨에 따른 픽셀의 수로 분류하고 상기 그레이 레벨이 소정의 간격으로 구분되어 형성된 각 구역에 포함되는 픽셀의 수와 상기 각 구역의 그레이 레벨의 평균값을 이용하여 상기 각 부분영역의 밝기조절에 적용될 대표값을 계산하는 표시장치용 백라이트장치.
청구항 4에 있어서, 상기 대표값은 다음과 같은 식에 의하여 계산되는 표시장치용 백라이트장치:

여기서, L_Thr은 부분영역의 밝기 보상을 위한 계수, Mn(n=0, 1, 2,…)은 구역(n) 내의 그레이 레벨의 평균값, Nn(n=0, 1, 2,…)은 구역(n) 내의 픽셀의 수이다.
청구항 1에 있어서,

상기 밝기 손실을 보상한 대표값은 다음과 같은 수식에 의하여 산출되는 표시장치용 백라이트장치:

L'= L+BEN*(L-mean)

여기서 L'은 부분영역의 밝기 손실을 보상한 대표값, L은 부분영역의 밝기조절을 위한 대표값, BEN은 밝기 보상을 위한 계수, mean은 입력영상 전체의 평균밝기이다.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부는 입력되는 영상신호와 동기하여 같은 속도로 발광부의 밝기를 조절하는 표시장치용 백라이트 장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부는 입력되는 영상신호와 다른 속도로 발광부의 밝기를 조절하는 표시장치용 백라이트장치.
입력되는 영상신호에 대응하여 발광부의 각 부분영역에 대한 밝기조절을 위한 대표값을 계산하는 단계;

입력영상 전체의 평균밝기가 소정의 문턱값보다 낮은 경우에 상기 대표값이 상기 입력영상 전체의 평균밝기보다 큰 부분영역에 대해서는, 상기 대표값에 인접 부분영역과의 밝기차이로 인해 발생된 밝기 손실을 보상하는 단계;

상기 보상된 대표값을 밝기조절 신호로서 출력하는 단계; 및

상기 영상신호와 동기하여 상기 밝기조절 신호를 기초로 상기 부분영역의 밝기를 조절하는 단계;를 포함하는 표시장치용 백라이트장치의 밝기조절방법.
청구항 9에 있어서, 상기 밝기조절 신호를 필터링하여 출력하는 단계를 더 포함하는 표시장치용 백라이트장치의 밝기조절방법.
청구항 9에 있어서, 상기 밝기조절을 위한 대표값을 계산하는 단계는 각 부분영역의 픽셀들을 입력되는 영상신호에 대응하여 각 그레이 레벨에 따른 픽셀의 수로 분류하는 단계;

상기 그레이 레벨이 소정의 간격으로 구분되어 형성된 각 구역에 포함되는 픽셀의 수와 상기 각 구역의 그레이 레벨의 평균값을 이용하여 상기 각 부분영역의 밝기조절에 적용될 대표값을 계산하는 단계를 포함하는 표시장치용 백라이트장치 밝기조절방법.
청구항 11에 있어서, 상기 대표값은 다음과 같은 식에 의하여 계산하는 표시장치용 백라이트장치의 밝기조절방법:

여기서, L_Thr은 부분영역의 밝기 보상을 위한 계수, Mn(n=0, 1, 2,…)은 구역(n) 내의 그레이 레벨의 평균값, Nn(n=0, 1, 2,…)은 구역(n) 내의 픽셀의 수이다.
청구항 9에 있어서,

상기 대표값에 밝기 손실을 보상하는 단계는, 다음의 수식에 의하여 밝기 손실을 보상한 대표값을 산출하는 것을 특징으로 하는 표시장치용 백라이트장치의 밝기조절방법:

L'= L+BEN*(L-mean)

여기서 L'은 부분영역의 밝기 손실을 보상한 대표값, L은 부분영역의 밝기조절을 위한 대표값, BEN은 밝기 보상을 위한 계수, mean은 입력영상 전체의 평균밝기이다.
청구항 9 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서, 입력되는 영상신호와 동 기하여 같은 속도로 발광부의 밝기를 조절하는 표시장치용 백라이트장치의 밝기조절방법.
청구항 9 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서, 입력되는 영상신호와 다른 속도로 발광부의 밝기를 조절하는 표시장치용 백라이트장치의 밝기조절방법.