KR101049142B1 - Ｌｅｄ 백라이트를 이용한 액정디스플레이 장치 및 화면분할 구동 방법 - Google Patents

Ｌｅｄ 백라이트를 이용한 액정디스플레이 장치 및 화면분할 구동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LED 백라이트를 이용한 액정디스플레이 장치 및 화면분할 구동 방법에 관한 것으로, 액정 패널의 배면에 복수 개의 영역으로 분할되어 측면에 빛이 입력되는 입광부를 구비하고, 상기 입광부로부터의 빛을 상면으로 방출되도록 유도하는 도광판; 상기 도광판의 측 단면에 위치하여 상기 도광판의 입광부로 빛을 생성하는 LED 백라이트;및 상기 분할된 도광판에 영역별로 상기 LED 백라이트를 구동시키는 LED 백라이트 드라이버를 포함한다.
따라서, 본 발명은 LED 백라이트 유닛에서 입력된 영상 신호를 분석하여 영상 밝기에 따라 분할된 도광판별로 LED 백라이트를 구동시켜 소비 전력 감소는 물론 LCD의 약점인 명암비와 동영상 끌림 현상을 크게 개선하도록 제공한다.
LCD, 에지형, LED 백라이트

Description

ＬＥＤ 백라이트를 이용한 액정디스플레이 장치 및 화면분할 구동 방법{Liquid Crystal Display using LED backlight and method for local dimming thereof}
본 발명은 LED 백라이트를 이용한 액정디스플레이 장치 및 화면 분할 구동 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도광판의 측면에 위치하는 LED 백라이트의 수에 적합하게 도광판을 분리하여 영상신호의 밝기에 따라 부분 점등하는 LED 백라이트를 이용한 액정디스플레이 장치 및 화면분할 구동 방법에 관한 것이다.
최근에 가장 많이 사용되는 정보 디스플레이소자 중에서 LCD(Liquid Crystal Display)는 소형 휴대 전화기용 화면부터 초대형 LCD TV 까지 다양한 분야에서 사용되고 있다. LCD는 자체가 비발광 소자이기 때문에 반드시 백라이트(Backlight)가 있어서야만 디스플레이 기능을 할 수 있다.
LCD용 백라이트에 요구되는 성능은 백라이트 전체의 휘도가 균일해야 하며 휴대용 LCD의 경우 두께는 얇고 무게가 가벼워져야 하며 저 전력화가 되어야 한다. 현재 사용되고 있는 LCD 백라이트의 종류에는 LED(Light Emitting Diode), EL(Electro Luminescent Device), CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), EEFL(External Eletrode Fluorescent Lamp), FL(Flat Lamp) 등이 사용된다.
이 중 LED는 CCFL보다 소비전력이 적고, 수명이 짧은 EL의 문제점을 해결하며 최근 문제가 되고 있는 형광램프에 주재료인 수은에 의한 환경오염을 방지할 수 있다는 이점에 힘입어 LCD 백라이트 광원으로 주목받고 있다.
본 발명은 LED 모듈 중 에지 형 LED 백라이트의 부분 점등을 이용한 스캐닝(scanning)이 가능하도록 도광판을 분할한 LED 백라이트 액정디스플레이 장치 및 화면분할 구동 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 LED 백라이트를 이용한 액정 디스플레이 장치는 액정 패널의 배면에 복수 개의 영역으로 분할되어 측면에 빛이 입력되는 입광부를 구비하고, 상기 입광부로부터의 빛을 상면으로 방출되도록 유도하는 도광판; 상기 도광판의 측 단면에 위치하여 상기 도광판의 입광부로 빛을 생성하는 LED 백라이트;및 상기 분할된 도광판에 영역별로 상기 LED 백라이트를 구동시키는 LED 백라이트 드라이버을 포함한다.
상기 복수 개의 영역으로 분할된 도광판 사이에 도광 차단막이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 LED 백라이트는 에지 타입인 것을 특징으로 한다.
상기 복수 개의 영역으로 분할된 도광판은 영역별로 적어도 하나 이상의 LED 백라이트로부터 빛이 입력된다.
상기 LED 백라이트 드라이버는 입력 영산 신호의 밝기 레벨에 따라 상기 분할된 도광판의 영역별로 LED 백라이트를 구동시킨다.
상기 도광판의 분할 개수는 상기 LED 백라이트의 개수에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.
상기 LED 백라이트는 상기 복수 개의 구간으로 분할된 도광판의 대향하는 가장자리에 각각 배치된다.
상기 LED 백라이트는 상기 복수 개의 영역으로 분할된 도광판의 대향하는 상, 하측 가장자리에 각각 배치된다.
상기 도광판은 일정한 두께의 홈을 내어 복수 개의 영역으로 분할되는 것을 특징으로 한다.
상기 도광판은 일정한 이격 간격을 갖는 복수 개의 영역으로 분할되는 것을 특징으로 한다.
상기 도광 차단막은 메쉬 형태의 불투명 물질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또 다른 관점에서 본 발명의 LED 백라이트를 이용한 액정 디스플레이 장치는 복수 개의 영역으로 분할된 도광판과 상기 도광판의 측 단면에 위치하여 빛을 생성하는 LED 백라이트를 포함하는 LCD 모듈; 입력 영상에 포함된 픽셀의 영상 레벨에 따른 빈도 수를 나타내는 히스토그램 분포를 검출하는 히스토그램 검출부; 및 상기 검출된 히스토그램분포를 근거하여 상기 분할된 도광판의 영역별로 상기 LED 백라 이트를 구동시키는 LED 백라이트 드라이버를 포함한다.
상기 LED 백라이트는 에지 타입인 것을 특징으로 한다.
상기 LCD 모듈은 상기 분할된 도광판에 대응하여 적어도 하나 이상의 LED 백라이트를 포함하는 부분 영역으로 이루어진다.
상기 검출된 히스토그램 분포를 근거하여 상기 입력 영상 신호에 대응하는 분할된 도광판의 측면에 위치하는 영역별 LED 백라이트의 밝기를 제어하는 백라이트 휘도 조절부를 더 포함한다.
상기 LED 백라이트 드라이버는 상기 검출된 히스토그램분포를 근거하여 분할된 도광판의 영역별 LED 백라이트를 온/오프 한다.
상기 복수 개의 영역으로 분할된 도광판 사이에 도광 차단막이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 도광 차단막은 메쉬 형태의 불투명 물질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 도광판의 분할 개수는 상기 LED 백라이트의 개수에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.
상기 도광판은 일정한 두께의 홈을 내어 복수 개의 영역으로 분할되는 것을 특징으로 한다.
상기 도광판은 일정한 이격 간격을 갖는 복수 개의 영역으로 분할되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 액정 디스플레이 장치의 화면분할 구동 방법에 있어서, 복 수 개의 영역으로 분할된 도광판과 상기 도광판의 측 단면에 위치하여 빛을 생성하는 LED 백라이트를 포함하는 액정디스플레이 장치에 있어서, 입력 영상에 포함된 픽셀의 영상 레벨에 따른 빈도 수를 나타내는 히스토그램 분포를 검출하는 단계; 상기 검출된 히스토그램 분포를 근거하여 상기 입력 영상 신호에 대응하는 분할된 도광판의 측면에 위치한 영역별 LED 백라이트의 각 부분 영역의 밝기 제어 값을 출력하는 단계; 및 상기 출력된 밝기 제어 값에 따라 상기 분할된 도광판의 영역별로 상기 LED 백라이트를 구동시키는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기 검출된 히스토그램 분포로부터 블랙 빈도 수가 높은 영상 신호에 대응하는 부분 영역의 LED 백라이트를 온/오프 하여 로컬 디밍을 수행한다.
상기 복수 개의 영역으로 분할된 도광판 사이에 도광 차단막이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 도광 차단막은 메쉬 형태의 불투명 물질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 복수 개의 영역으로 분할된 도광판은 영역별로 적어도 하나 이상의 LED 백라이트가 측면에 위치하여 빛이 입력된다.
상기 도광판의 분할 개수는 상기 LED 백라이트의 개수에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.
상기 LED 백라이트는 에지 타입인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 LED 백라이트 유닛에서 입력된 영상 신호를 분석하여 영상 밝기에 따라 분할된 도광판별로 LED 백라이트를 구동시켜 소비 전력 감소는 물론 LCD의 약점인 명암비와 동영상 끌림 현상을 크게 개선해 준다.
또한, 본 발명은 에지 형 LED 백라이트 유닛의 부분 점등을 통하여 순차적으로 점등이 가능함으로 200/240Hz 의 영상 구현 주파수를 올릴 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 목적과 특징 및 장점은 첨부 도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 설명을 생략한다.
도 1은 광원에 따른 LED 백라이트 방식의 LCD 모듈을 나타낸 예시도이다.
LCD 백라이트는 광원의 위치에 따라 직하 방식과 에지(Edge) 방식으로 구분된다. 직하 형 백라이트는 광원이 LCD 셀(cell) 밑쪽으로 위치하여 광원 전면에 확산 판을 배면에 반사판을 배치하여 광원으로부터 발산된 빛을 반사 확산시키는 방식으로 높고 균일한 휘도 분포를 얻을 수 있다. 광원과 확산 판의 사이를 일정 거리 이상 유지하여야 원하는 휘도 균일도를 얻을 수 있으므로 백라이트 박형화에는 한계가 있다.
도 1에 도시된 LED 백라이트는 투명 도광판(A)의 측 단면에 광원인 LED 패키지(Z)가 위치하여 도광판이 한 면을 반사 확산시켜서 빛을 다중 반사시킴으로써 얻은 면 광원을 LCD 셀에 비추는 에지 방식이다. 광원을 도광판 측면에 부착하므로 박형화가 가능하며 광 반사 면의 설계에 따라 휘도 균일도를 높일 수 있어 직하 형보다 많이 사용되고 있다. 직하 형보다는 휘도가 낮으며 균일한 휘도를 얻기 위해서는 고도의 광학적 설계 기술 및 가공기술이 필요하지만 광원으로부터의 열전달이 적고 박형화, 경량화, 저 소비 전력화가 우수하여 휴대용 노트북 PC에 주로 사용된다.
도 2는 에지 형 LED 백라이트의 측 단면 구조를 도시한 것으로, 에지 형 LED 백라이트는 백라이트 장치의 측 면상에 LED 칩(10)을 위치시키고 도광판(20)의 한 면을 반사시켜 빛을 다중 반사시킴으로써 얻은 면 광원을 LCD 패널 셀(미도시됨)로 비추어서 LCD 에 광을 제공한다. 도광판(20)의 광 패턴 설계와 확산 판(30)에 의해 휘도 균일도를 향상시킬 수 있다. 그러나 휘도가 전체적으로 낮은 단점이 있다. 반사판(40)은 LED 칩(10)으로부터 방사된 광을 확산 판(30)으로 향하도록 방향을 변화시킨다.
반사판(40)은 빛을 LCD 셀(cell)에 집중시켜주고, 빛의 손실을 막는 역할을 한다. 그 재질로는 PE(Poly Ethylene) 또는 PET(Poly Ethylene terephthalate resin) 등의 필름이 사용된다. 반사판(40)은 우선 반사율이 높아야하고, 광을 제어할 수 있는 능력이 좋아야 한다. 또한 광에 대한 내광 성이 좋아야 한다. 반사판을 설계 시에는 반사율 및 휘도 균일도를 고려하여 설계한다. 반사판(40)은 합성 수지, 성형한 알루미늄(Al)판에 백색 코팅한 것, 알루미늄(Al)에 은(Ag)을 증착한 것 등이 있는데 아래 표 1에 반사율 특징을 나타내었다.
종류 정 반사율 총 반사율
합성수지(PBT) 75% 80%
Al+ 백색 코팅(Coating) 5% 60 ~ 80%
Al + Ag 코팅(Coating) 95% 96%
확산 판(30)은 도광판(20) 상의 액정 패널 쪽에 위치하며, 도광판(20)을 통해 입사되는 빛을 확산, 산란시켜 백라이트에 휘도 균일도를 높이는 역할을 한다. 확산 판(30)의 소재로는 흑백 LCD용 백라이트에 주로 사용되는 PC 수지와, 컬러LCD 용 백라이트에 많이 사용되는 PET 수지가 있으며 폴리카보네티트 수지는 가격이 싸면서 전광선 투과율이 우수하며, PET 필름상에는 광 확산 능력을 증대시키기 위해 표면 확산 층이 도포 되어 있다. 확산 판(30)은 66 ~96 %의 가시광선 투과율을 가진다.
그리고 도광판(LGP: Light Guide Panel, 20)은 LED 칩(10)에서 입사된 빛을 LCD 전면에 균일하게 전달시키는 역할을 한다. 현재 가장 일반적으로 사용되는 도광판 재료는 PMMA(Poly Methylmeth Acrylate) 계열이 사용되며 경량화를 위해 비중이 1.0인 올레핀계 투명 수지가 사용되기도 한다. PMMA계 재료는 기계적인 강도가 높아 쉽게 깨지거나 변형되지 않으며, 가볍고 내화학성이 강하고 가시광선 영역에서 빛에 대한 흡수성이 고분자 중 가장 낮아 투명성과 광택이 좋기 때문이다. 도광판(20)은 일측 면에 LED 칩(10)으로부터 빛이 입력되는 입광부를 구비하고, 상기 입광 부로부터의 빛을 상면으로 방출하는 출사 면과 빛이 반사되는 반사 면(40)으로 형성된다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 세분화한 도광판의 구조를 나타낸 예시도이다.
본 발명에 따른 도광판은 도광판 내에 도광 차단막(Y)을 형성함으로써, 도광판이 다수의 영역들(도 2의 도광판 #1~4, 도 3의 도광판 #1~8)로 구분되고, 구분된 각각의 영역들 측면에 위치한 LED 백라이트 패키지(도 2의 LED 백라이트 #1~4, 도 3의 LED 백라이트 #1~8)로부터 광을 조명하여 화면 분할 구동을 수행하게 되는 것이다. 본 발명에서 LED 백라이트의 위치는 에지 타입이다. 따라서, 액정 패널의 배면에 복수 개의 영역으로 도광판이 분할되고, 상기 분할된 도광판울 통해 도광판의 측면에 위치한 LED 백라이트로부터 입사되는 빛을 확산, 산란시켜 방출한다.
본 발명에 따른 화면 분할 구동은 화면의 어두운 부분에는 아예 백라이트를 꺼주는 로컬 디밍(local dimming) 기술이다. 화면 분할 구동은 LCD의 백라이트 유닛(BLU)를 다수의 영역으로 구분하고, 휘도를 영상 신호와 연계하여 영상의 검은 색 부분에 해당하는 LED의 휘도를 줄이고, 밝은 부분은 휘도를 올려서 명암비를 대폭 개선함과 동시에 선명도를 높여준다.
본 발명에서 도광판의 분할 개수는 전체 LED 백라이트 개수에 의해 결정되며, 복수 개의 영역으로 분할된 도광판은 구간별로 적어도 하나 이상의 LED 백라이트가 측면에 위치하여 빛이 입력된다. 이때, 도광판은 복수 개의 영역으로 일정한 두께로 홈을 내어 분할하거나 일정한 간격으로 분할된 도광판 영역들 사이가 이격되도록 한다.
본 발명에 따른 LED 백라이트는 복수 개의 구간으로 분할된 도광판의 대향하는 가장자리에 각각 배치되거나, 상, 하측 가장자리에 각각 배치된다.
그리고 도광 차단막(Y)은 도광판의 분할된 복수 개의 영역들 중 특정 영역에 조명되는 LED 백라이트 광이 타 영역들로 새어 들어가지 않게 하기 위해 빛이 투과 되지 않는 메쉬 형태의 불투명 물질로 이루어진다.
도 5는 본 발명에 의한 에지 LED 백라이트의 부분 점등이 가능한 액정디스플레이 장치의 내부 구성 블럭도이다.
프레임 버퍼(110)는 입력 영상신호를 프레임 단위로 저장한다. 저장된 프레임 단위의 영상신호는 영상신호 처리부(140)로 입력되어 디스플레이에 적합한 스케일링 처리가 수행된다.
히스토그램 검출부(120)는 프레임 버퍼(110)로부터 프레임별 입력 영상신호에 포함된 픽셀의 영상 레벨에 따른 빈도 수를 나타내는 히스토그램 분포를 검출한다. 본 발명에 따른 히스토그램 검출부는 분할된 도광판의 영역별로 대응하는 입력 영상의 영역별 밝기값을 구한다.
백라이트 휘도 조절부(130)는 히스토그램 검출부(120)로부터 검출된 히스토그램 분포를 바탕으로 영역별 휘도 조절 값을 출력한다.
LED 백라이트 드라이버(150)는 백라이트 휘도 조절부(130)로부터 출력되는 영역별 휘도 조절 값을 이용하여 분할된 도광판의 영역별로 측면에 위치한 LED 백라이트를 구동한다. 이때, LED 백라이트 드라이버(150)는 검출된 히스토그램분포를 근거하여 도광판의 측면에 위치한 영역별 LED 백라이트의 온/오프를 제어한다.
LCD 모듈(160)은 LED 백라이트 드라이버(150)에 의해 분할된 도광판의 영역별 LED 백라이트로부터 빛을 조명받아 로컬 디밍을 수행한다. 여기서, 본원발명의 LCD 모듈(160)은 복수 개의 영역으로 분할된 도광판과 분할된 도광판의 측 단명에 위치하여 빛을 생성하는 LED 백라이트를 포함한다.
도 6은 본 발명에 의한 영상 신호의 밝기에 따른 분리된 도광판의 화면 분할 구동 방법을 나타낸 순서도이다.
입력 영상 신호의 프레임별 히스토그램 분포를 검출한다(S61). 검출된 히스토그램 분포를 바탕으로 분할된 도광판의 측면에 위치하는 LED 백라이트의 영역별 휘도 제어 값을 출력한다(S62).
출력된 휘도 제어 값을 이용하여 분할된 도광판의 영역별 LED 백라이트를 구동하여 화면 분할 구동을 수행한다(S63).
한편, 본 발명에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 용어들로써 이는 해당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시 예들에 의해 한정되지 않고 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
도 1은 광원에 따른 LED 백라이트 방식의 LCD 모듈을 나타낸 예시도이다.
도 2는 에지 형 LED 백라이트의 측 단면 구조를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 세분화한 도광판의 구조를 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 세분화한 도광판의 구조를 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명에 의한 에지 LED 백라이트의 부분 점등이 가능한 액정디스플레이 장치의 내부 구성 블럭도이다.
도 6은 본 발명에 의한 영상 신호의 밝기에 따른 분리된 도광판의 화면 분할 구동 방법을 나타낸 순서도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10. LED 칩 20. 도광판
30. 확산판 40. 반사판
110. 프레임 버퍼 120. 히스토그램 검출부
130. 백라이트 휘도 조절부 140. 영상 신호 처리부
150. LED 백라이트 드라이버 160. LCD 모듈

Claims (28)

  1. LED(Light Emitting Diode) 백라이트를 이용한 액정 디스플레이 장치에 있어서,
    액정 패널;
    상기 액정 패널의 배면에 위치하는 복수개의 도광판-상기 복수개의 도광판은 제1가로축 및 제1세로축에 따른 위치 정보를 가지는 제1도광판과, 상기 제1가로축 및 제1세로축에 따른 위치 정보와 각각 다른 제2가로축 및 제2세로축에 따른 위치 정보를 가지는 제2도광판을 포함함-;
    상기 제1도광판 및 제2도광판 각각의 일측에 위치하며, 상기 제1도광판 및 제2도광판 각각에 빛을 방사하는 복수개의 LED 백라이트 유닛-상기 복수개의 LED 백라이트 유닛 각각이 위치하고 있는 상기 제1도광판 및 상기 제2도광판은, 일측에서 타측으로 갈수록 도광판의 두께가 점차 감소함-;
    상기 액정 패널과 상기 복수개의 LED 백라이트 유닛 사이에 위치하고 있는 확산판;
    상기 복수개의 LED 백라이트 유닛으로부터 방사된 빛을 상기 확산판으로 향하도록 위치하고 있는 반사판; 그리고
    상기 복수개의 LED 백라이트 유닛의 후방에 위치하며, 상기 액정 패널 또는 상기 복수개의 LED 백라이트 유닛 중 적어도 하나를 구동하는 LED 백라이트 드라이버를 포함하고, 상기 액정 패널에 입력되는 영상 신호에 따라 상기 제1도광판과 상기 제2도광판의 휘도가 서로 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 LED 백라이트를 이용한 액정 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 LED 백라이트 유닛 각각이 위치하고 있는 상기 제1도광판 및 상기 제2도광판은,
    상기 복수개의 LED 백라이트 유닛 측에서 반대측으로 향할수록 도광판의 두께가 동일한 비례로 감소하는 것을 특징으로 하는 LED 백라이트를 이용한 액정 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 반사판은,
    알루미늄(Al) 플레이트(plate)에 은(Ag) 성분이 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 LED 백라이트를 이용한 액정 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 도광판의 개수는, 상기 복수개의 LED 백라이트 유닛의 개수에 대응하는 것을 특징으로 하는 LED 백라이트를 이용한 액정 디스플레이 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 도광판은, 일정한 이격 간격으로 분할되어 있는 것을 특징으로 하는 LED 백라이트를 이용한 액정 디스플레이 장치.
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