KR101286547B1 - 액정 표시 장치의 영상 시뮬레이션 방법 및 장치 - Google Patents

액정 표시 장치의 영상 시뮬레이션 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 개발하고자 하는 모델의 다양한 특성을 반영하여서 제품 개발에 앞서 검토할 수 있는 액정 표시 장치의 영상 시뮬레이션 방법 및 장치를 제공한다.
이를 위하여, 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 영상 시뮬레이션 방법은 광학 시뮬레이션을 이용하여 액정 구동 모드에 따른 전압 대 투과율과, 시야각 대 투과율을 제공하는 단계와; 상기 단계에서 제공된 광학 시뮬레이션 결과를 시야각 및 인가 전압에 대한 룩업 테이블로 변환하는 단계와; 상기 액정 구동 모드에 따른 감마 세팅을 위해 구동 전압을 상기 전압 대 투과율에 대응하는 계조 데이터로 매칭하고, 최소/최대 휘도 레벨을 보정하는 단계와; 사용자 인터페이스 화면을 통해 사용자가 원하는 테스트 영상을 시뮬레이션하는 단계와; 출력 패널의 특성에 따라 테스트 영상의 데이터를 색 보정하여 최종 출력하는 단계를 포함한다.
영상 시뮬레이터, 광학 시뮬레이션

Description

액정 표시 장치의 영상 시뮬레이션 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SIMULATING VIDEO OF LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 액정 표시 장치의 시뮬레이터에 관한 것으로, 특히 개발하고자 하는 액정 표시 장치의 특성을 제품 개발에 앞서 검토할 수 있는 액정 표시 장치의 영상 시뮬레이션 방법 및 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 액정의 전기적 및 광학적 특성을 이용하여 영상을 표시한다. 액정은 굴절율, 유전율 등이 분자 장축 방향과 단축 방향에 따라 서로 다른 이방성 성질을 갖고 분자 배열과 광학적 성질을 쉽게 조절할 수 있다. 이를 이용한 액정 표시 장치는 전계의 크기에 따라 액정 분자들의 배열 방향을 가변시켜서 편광판을 투과하는 광 투과율을 조절함으로써 영상을 표시한다. 액정 표시 장치는 다수의 화소들이 매트릭스 형태로 배열된 액정 패널과, 액정 패널을 구동하는 구동 회로와, 액정 패널에 광을 조사하는 백라이트 유닛으로 구성된다.
일반적으로, 액정 표시 장치는 제품 개발 단계에서 액정 패널의 설계 파라미터에 따른 전기광학적 특성을 검토하기 위하여 액정 표시 장치의 광학 시뮬레이터를 이용한다. 종래의 광학 시뮬레이터는 액정 패널의 설계 파라미터에 따른 광학 데이터를 단순 RGB 데이터로 변환하여 전기광학적 특성을 값 및 그래프로 제공하므로 광학적 시뮬레이션만 가능하다.
그러나, 액정 표시 장치의 화질은 백라이트, 컬러 필터, 편광판 등의 다른 부품의 특성과 함께 액정 패널 자체의 규격 등의 영향을 받고 있으므로, 단순한 광학 시뮬레이션만으로 액정 표시 장치의 특성을 예측하기가 어려운 문제점이 있다. 또한, 종래의 광학 시뮬레이터는 액정 표시 장치의 기구/패널/회로/물리적 특성을 모두 반영하지 못하고 멀티-프라이머리 또는 멀티-모드에 대한 영상 시뮬레이션이 불가능한 문제점이 있다. 또한 출력 패널의 특성을 반영하지 못하여서 개발 단계에서 예측한 영상이 실제 제작되었을 경우의 출력 영상과 차이가 큰 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 개발하고자 하는 모델의 다양한 특성을 반영하여서 제품 개발에 앞서 검토할 수 있는 액정 표시 장치의 영상 시뮬레이션 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 영상 시뮬레이션 방법은 광학 시뮬레이션을 이용하여 액정 구동 모드에 따른 전압 대 투과율과, 시야각 대 투과율을 제공하는 단계와; 상기 단계에서 제공된 광학 시뮬레이션 결과를 시야각 및 인가 전압에 대한 룩업 테이블로 변환하는 단계와; 상기 액정 구동 모드에 따른 감마 세팅을 위해 구동 전압을 상기 전압 대 투과율에 대응하는 계조 데이터로 매칭하고, 최소/최대 휘도 레벨을 보정하는 단계와; 사용자 인터페이스 화면을 통해 사용자가 원하는 테스트 영상을 시뮬레이션하는 단계와; 출력 패널의 특성에 따라 테스트 영상의 데이터를 색 보정하여 최종 출력하는 단계를 포함한다.
상기 광학 시뮬레이션 결과를 시야각 및 인가 전압에 대한 룩업 테이블로 변환하는 단계는, 상기 광학 시뮬레이션 결과인 상기 액정 구동 모드별 투과율과, 사용자가 선택한 컬러 필터 및 백라이트 유닛의 스펙트럼을 이용한다.
상기 사용자 인터페이스 화면을 통해 사용자가 시야각, 감마, 휘도, 액정 구동 모드와 같은 물리적 변수를 조절한다.
상기 사용자 인터페이스 화면을 통해 사용자가 선택한 테스트 영상과, 보안 설정을 위해 선택한 테스트 패턴을 동시에 시뮬레이션한다.
상기 사용자가 선택한 테스트 영상을 시야각에 따라 시뮬레이션한다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치의 영상 시뮬레이션 장치는 영상 시뮬레이션 방법을 프로그램화하여서 액정 패널의 제작 과정을 모델링한 다음 테스트 영상을 시뮬레이션한다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치의 영상 시뮬레이션 방법 및 장치는 제품 개발에 앞서서 개발하고자 하는 액정 표시 장치의 패널/회로/기구 특성을 모두 반영하여 시뮬레이션할 수 있을 뿐만 아니라, 테스트 영상을 출력 패널의 특징에 따라 독립적으로 보정하여 출력할 수 있다. 또한 시야각, 감마, 휘도, 액정 구동 모드 등과 같은 기타 물리적인 변수를 사용자가 직접 조절할 수 있는 인터페이스를 제공한다. 이에 따라, 보안 설정이 필요하거나, RGB/RGBW/멀티-프라이머리 등과 같은 다양한 특성을 갖는 출력 패널의 특성을 제품 개발에 앞서 설계 단계에서 소프트웨어 시뮬레이션 만으로 검토할 수 있다.
이 결과, 신제품 개발 기간/비용 감소시킬 수 있고 액정 표시 장치의 광학 프로그램의 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 영상 시뮬레이션 방법 및 장치에 의하면, 액정 표시 장치의 광학 시뮬레이션 또는 측정 결과를 기초하여 회로 모델링 및 다양한 영상을 검증할 수 있을 뿐만 아니라, 특성 대비가 필요한 모델의 특성을 분석할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 액정 표시 장치의 영상 시뮬레이션 방법을 단계적으로 나타낸 흐름도이고, 도 1에 도시된 영상 시뮬레이션 방법은 영상 시뮬레이터에 프로그램화되어 저장된다.
단계 2(S2)에서 본 발명에 따른 영상 시뮬레이터는 광학 시뮬레이션을 통해 액정 구동 모드에 따른 전압에 대한 투과율 곡선과, 시야각에 대한 투과율 곡선을 제공한다. 예를 들면, 영상 시뮬레이터는 광학 시뮬레이션을 통해 도 2a에 도시된 바와 같이 액정 구동 모드 1 및 2에 따른 전압에 대한 투과율 곡선을 제공하고, 도 2b에 도시된 바와 같이 액정 구동 모드 1 및 2에 따른 시야각 대한 투과율 곡선을 제공한다. 예를 들면, RGBW 화소 구조를 갖는 액정 패널 또는 멀티-프라이머리를 갖는 액정 패널과 관련하여 전압에 대한 투과율 곡선과, 시야각에 대한 투과율 곡선을 제공한다.
단계 4(S4)에서 영상 시뮬레이터는 상기 단계 2(S2)에서 제공된 광학 시뮬레이션 결과를 시야각 및 인가 전압에 대한 룩업 테이블로 변환한다. 영상 시뮬레이터는 광학 시뮬레이션의 결과인 모드별 투과율 값과, 외부로부터 입력되는 컬러 필터 및 백라이트의 스펙트럼을 이용하여 모드별로 시야각 특성을 변환한다. 모드별 투과율 값과, 컬러 필터/백라이트의 스펙트럼을 이용하여 아래의 수학식 1에 의해 시야각, 인가 전압에 따른 CIE-XYZ 삼자극치를 계산하여 시야각 및 인가 전압에 대한 2차원 룩업 테이블 형태로 변환한다. 이때 사용되는 시뮬레이션 데이터, 즉 컬러 필터, 백라이트의 스펙트럼은 데이터베이스화가 가능하다.
Figure 112008088883377-pat00001
상기 수학식 1에서 B(λ)는 백라이트의 스펙트럼 밝기를, T(λ,V)는 R/G/B 컬러 필터 각각의 투과율을, x(λ)/y(λ)/z(λ)는 삼차극치를 나타낸다.
단계 6(S6)에서 영상 시뮬레이터는 데이터 매칭을 통해 액정 구동 모드에 따른 감마 및 휘도를 세팅한다. 다시 말하여, 액정 구동 모드에 따른 감마 세팅을 위해 액정 패널의 전압 대 투과율 곡선에 대응하는 R/G/B 데이터 또는 R/G/B/W 데이터로 매칭함과 아울러 최소/최대 휘도 레벨을 액정 표시 장치의 휘도 세팅에 맞게 보정한다. 예를 들면, 도 3a에 도시된 바와 같이 액정 패널의 전압 대 투과율 곡선을 R/G/B 데이터로 매칭함으로써 감마를 세팅하고, 도 3b에 도시된 바와 같이 입력 최소/최대(블랙/화이트) 휘도 레벨을 액정 표시 장치의 휘도 세팅에 맞도록 보정하여 출력 최소/최대(블랙/화이트) 휘도 레벨을 제공한다.
영상 시뮬레이터는 상기 단계 2 내지 6(S2 내지 S6)를 통해 액정 패널의 제작 과정을 모델링한다.
단계 8(S8)에서 영상 시뮬레이터는 사용자의 인터페이스 제어를 통해 사용자가 선택한 테스트 영상을 시뮬레이션함으로써 사용자가 모델링한 제품(예를 들면, RGBW 또는 멀티-프라이머리를 갖는 액정 패널)의 특성을 검토할 수 있게 한다. 이때, 사용자는 도 4a에 도시된 바와 같이 영상 시뮬레이터에 표시되는 사용자와의 인터페이스 창을 통해 시뮬레이션하고자 하는 테스트 영상을 선택함과 아울러 구동 모드, 구동 모드에 따른 휘도 레벨, 감마 데이터를 직접 설정하여서 도 4b에 도시된 바와 같이 사용자가 원하는 테스트 영상을 시뮬레이션할 수 있다. 또한, 도 4c에 도시된 바와 같이 사용자가 선택한 테스트 영상을 시야각에 따라 시뮬레이션 할 수 있다. 또한, 사용자가 선택한 테스트 영상과 보안 설정을 위한 문자 등의 패턴을 동시에 시뮬레이션하여 시야각에 따라 보여줌으로써 보안 설정과 같이 특수 목적을 위한 액정 표시 장치도 시뮬레이션할 수 있다. 여기서, 보안 설정 기능을 갖는 액정 표시 장치란 개인의 비밀 보장을 위해 협시야각 제어 기능을 제공하는 것을 의미한다.
단계 10(S10)에서 영상 시뮬레이터는 출력 패널의 특성에 맞게 데이터를 변환하여 최종 영상을 출력한다. 이에 따라, 영상 시뮬레이터는 출력 패널이 R/G/B 타입의 액정 패널 뿐만 아니라 R/G/B/W 타입의 액정 패널 또는 멀티-프라이머리를 갖는 액정 패널의 특성에 맞게 독립적으로 색을 매핑함으로써 액정 패널의 타입에 따른 최종 영상을 시뮬레이션할 수 있다. 이를 위해, 영상 시뮬레이터는 출력할 테스트 영상의 R/G/B 데이터를 액정 표시 장치의 감마 룩업 테이블에 의해 CIE-XYZ 삼자극치로 변환하고, 아래의 수학식 2의 변환 관계에 의해 출력 장치에 맞는 선형 R/G/B 데이터로 변환하여 최종 영상으로 출력한다.
Figure 112008088883377-pat00002
Figure 112008088883377-pat00003
또한, 영상 시뮬레이터는 출력 패널의 비정상적인 감마 특성을 보정하기 위해 도 5에 도시된 바와 같이 아래의 수학식 3의 변환 관계에 의해 출력 패널의 감마를 정규화하여 선형 R/G/B 데이터에 대응되는 디지털 R/G/B 데이터로 변환하여 최종 영상으로 출력한다.
R_gamma[0:255] = RY'[0:255]/RY'[255]
G_gamma[0:255] = GY'[0:255]/GY'[255]
B_gamma[0:255] = BY'[0:255]/BY'[255]
이와 같이, 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 영상 시뮬레이션 방법 및 장치는 액정 표시 장치의 패널 제작 과정을 모델링한 알고리즘을 포함한다. 최종 출력 결과를 출력 패널의 타입에 따라 독립적으로 시뮬레이션 할 수 있는 색 매핑 방법을 포함한다. 또한 시야각, 감마, 휘도, 액정 구동 모드 등과 같은 기타 물리적인 변수를 사용자가 직접 조절할 수 있는 인터페이스를 제공한다. 이에 따라, 보안 설정이 필요하거나, RGB/RGBW/멀티-프라이머리 등과 같은 다양한 특성을 갖는 출력 패널을 제품 개발에 앞서 패널의 구성 요소 및 적용 알고리즘을 변경하였을 경우 제품화하고자 하는 액정 표시 장치의 특성을 설계 단계에서 소프트웨어 시뮬레이션 만으로 검토할 수 있다. 이 결과, 신제품 개발 기간/비용 감소시킬 수 있고 액정 표시 장치의 광학 프로그램의 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 영상 시뮬레이션 방법 및 장치에 의하면, 액정 표시 장치의 광학 시뮬레이션 또는 측정 결과를 기초하여 회로 모델링 및 다양한 영상을 검증할 수 있을 뿐만 아니라, 특성 대비가 필요한 모델의 특성을 분석할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 액정 표시 장치의 영상 시뮬레이션 방법을 단계적으로 나타낸 흐름도.
도 2a는 본 발명의 영상 시뮬레이터에서 시뮬레이션되는 액정 구동 모드별 전압 대 투과율 곡선을 나타낸 그래프이고, 도 2b는 액정 구동 모드별 시야각 대 투과율 곡선을 나타낸 그래프.
도 3a는 본 발명의 영상 시뮬레이터에서 제공하는 감마 세팅을 위한 데이터 매칭 방법을, 도 3b는 휘도 매칭 방법을 나타낸 블록도.
도 4a는 본 발명의 영상 시뮬레이터에서 제공하는 사용자 인터페이스 화면을, 도 4b는 시뮬레이션되는 테스트 영상을, 도 4c는 시야각에 따라 시뮬레이션 되는 테스트 영상을 나타낸 도면.
도 5는 출력 패널의 감마 특성을 보정하는 방법을 설명하는 도면.

Claims (6)

  1. 영상 시뮬레이션 장치에서 광학 시뮬레이션을 이용하여 해당 액정 표시 장치의 액정 구동 모드에 따른 전압 대 투과율과, 시야각 대 투과율을 제공하는 단계와;
    상기 영상 시뮬레이션 장치에서 상기 광학 시뮬레이션 결과를 시야각 및 인가 전압에 대한 룩업 테이블로 변환하는 단계와;
    상기 영상 시뮬레이션 장치에서 상기 액정 구동 모드에 따른 감마 세팅을 위해 구동 전압을 상기 전압 대 투과율에 대응하는 계조 데이터로 매칭하고, 최소/최대 휘도 레벨을 보정하는 단계와;
    상기 영상 시뮬레이션 장치의 한 인터페이스 화면을 통해 사용자가 원하는 테스트 영상을 선택함과 아울러 시야각, 감마, 휘도, 액정 구동 모드와 같은 물리적 변수를 설정하면, 상기 영상 시뮬레이션 장치에서 상기 선택된 테스트 영상을 상기 시야각에 따라 시뮬레이션하는 단계와;
    상기 영상 시뮬레이션 장치에서 상기 해당 액정 표시 장치의 특성에 따라 상기 테스트 영상의 데이터를 색 보정하고 감마 특성을 보정하여 최종 출력하는 단계를 포함하고;
    상기 테스트 영상을 시뮬레이션하는 단계는, 보안 설정 기능을 갖는 액정 표시 장치를 시뮬레이션할 때, 상기 영상 시뮬레이션 장치에서 상기 인터페이스 화면을 통해 상기 사용자가 선택한 테스트 영상과, 상기 사용자가 선택한 보안 설정용 패턴을 동시에 시뮬레이션하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 영상 시뮬레이션 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광학 시뮬레이션 결과를 시야각 및 인가 전압에 대한 룩업 테이블로 변환하는 단계는, 상기 광학 시뮬레이션 결과인 상기 액정 구동 모드별 투과율과, 사용자가 선택한 컬러 필터 및 백라이트 유닛의 스펙트럼을 이용하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 영상 시뮬레이션 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 프로그램화되어 저장된 영상 시뮬레이션 방법을 이용하여 해당 액정 표시 장치의 제작 과정을 모델링한 다음 테스트 영상을 시뮬레이션하는 액정 표시 장치의 영상 시뮬레이션 장치에 있어서,
    상기 영상 시뮬레이션 장치는
    상기 해당 액정 표시 장치의 광학 시뮬레이션을 이용하여 액정 구동 모드에 따른 전압 대 투과율과, 시야각 대 투과율을 제공하고,
    상기 광학 시뮬레이션 결과를 시야각 및 인가 전압에 대한 룩업 테이블로 변환하고,
    상기 액정 구동 모드에 따른 감마 세팅을 위해 구동 전압을 상기 전압 대 투과율에 대응하는 계조 데이터로 매칭하고, 최소/최대 휘도 레벨을 보정하고,
    사용자가 한 인터페이스 화면을 통해 원하는 테스트 영상을 선택함과 아울러 시야각, 감마, 휘도, 액정 구동 모드와 같은 물리적 변수를 설정하면, 상기 선택된 테스트 영상을 상기 시야각에 따라 시뮬레이션하고,
    상기 해당 액정 표시 장치의 특성에 따라 상기 테스트 영상의 데이터를 색 보정하고 감마 특성을 보정하여 최종 출력하며,
    보안 설정 기능을 갖는 액정 표시 장치를 시뮬레이션할 때, 상기 인터페이스 화면을 통해 상기 사용자가 선택한 테스트 영상과, 상기 사용자가 선택한 보안 설정용 패턴을 동시에 시뮬레이션하도록 구성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 영상 시뮬레이션 장치.
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