KR101388977B1

KR101388977B1 - 액정표시장치의 백라이트 구동방법 및 장치

Info

Publication number: KR101388977B1
Application number: KR1020070079233A
Authority: KR
Inventors: 강재경; 하영호; 박기현
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2007-08-07
Filing date: 2007-08-07
Publication date: 2014-04-25
Also published as: KR20090014903A

Abstract

본 발명은 3색 엘이디(RGB LED)를 사용하는 액정표시장치의 백라이트 구동시스템에서 환경변화에 관계없이 항상 일정한 휘도 및 색도를 유지하는 기술에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 목표로 하는 휘도,색온도값을 설정한 후 그 색온도로부터 색도값을 계산하고, 그 휘도,색도값으로부터 목표로 하는 CIEXYZ 값을 계산하는 제1과정과; 엘이디 백라이트 유닛의 현재 발광상태를 파악하기 위해 그의 주변에 설치된 RGB 광학센서의 출력값을 획득한 후 이를 특성화 처리하여 현재의 CIEXYZ 값을 추정하는 제2과정과; 상기 현재 CIEXYZ 및 듀티 값을 근거로 현재 엘이디 백라이트 유닛상의 LED 발광상태가 반영되도록 XYZ to Duty 변환행렬을 갱신하고, 그 갱신된 결과를 이용하여 목표로 하는 CIEXYZ 값을 출력하기 위한 LED의 듀티값을 계산하는 제3과정과; 상기 계산된 LED의 듀티값에 상응되는 구동펄스를 상기 엘이디 백라이트 유닛상의 LED에 출력하는 제4과정에 의해 달성된다.

백라이트 유닛, 휘도, 색도, CIEXYZ

Description

액정표시장치의 백라이트 구동방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DRIVING BACK LIGHT OF LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

본 발명은 액정표시장치에서 백라이트의 특성이 변화되는 것을 방지하는 기술에 관한 것으로, 특히 3색 엘이디(RGB LED)를 사용하는 백라이트에서 환경변화에 관계없이 항상 일정한 휘도 및 색도를 유지할 수 있도록 한 액정표시장치의 백라이트 구동방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 액정표시장치는 스스로 발광하지 못하기 때문에 광을 공급하는 백라이트 유닛(Back Light Unit)을 구비하게 된다. 상기 백라이트 유닛은 광원으로서 주로 냉음극형광램프(CCFL: Cold Cathode Fluorescent Lamp)를 이용하며, 이 냉음극형광램프에서 발생된 빛을 도광판을 통해 전달하여 액정표시장치의 직하에서 액정화면에 투사된다.

그런데, 상기 냉음극형광램프는 환경규제 대상인 수은을 비교적 많이 사용하는 문제점이 있고, 전원선로를 통해 인버터와 연결되어 있으므로 전류가 누설될 우려가 있다. 또한, 상기 냉음극형광램프는 수명이 10,000∼50,000 시간 정도밖에 되지 않아 티브이용으로 적합하지 않은 단점이 있다. 또한, 신뢰성면에서 진동이나 충격 에 약하고, 색재현성면에서도 기존의 씨알티(CRT) 대비 시인성이 많이 떨어지는 단점이 있다.

이와 같은 이유로 인하여 근래에는 냉음극형광램프의 단점을 극복할 수 있는 고신뢰성의 발광소자로서 화이트 발광다이오드(White LED)가 주목을 받고 있는데, 그 이유는 고색재현성이 우수하고, 환경친화적이며, 수명이 길기 때문이다.

그러나, 상기 화이트 LED 백라이트의 드라이브 장치는, 직류/직류 컨버터의 출력전압에 리플(ripple)이 발생하여 포워드 전압이 주기적으로 떨리는 현상이 발생되고, 직류/직류 컨버터의 부스트업(boost-up) 전압을 쉽게 바꿀 수 없는 문제점이 있었다.

이에 따라, 최근에는 화이트 LED 대신 컬러 LED 즉, 3색(RGB: Red, Green, Blue) 엘이디(LED: Light Emitting Diode)를 이용하여 화이트 광을 제공하는 백라이트 유닛이 각광을 받고 있다.

도 1은 종래의 기술의 한 예로써, 조사원의 조명 측정 시스템 및 방법(US6344641)을 나타낸 것이다.

여기에서는, 적어도 한 개의 광검출기(11a)와 강도검지·제어회로(50)를 구비하는 마이크로 디스플레이장치(14)를 설치하고, 조사원(12a)를 이용하여 그 광검출기(11a)를 조사할 수 있도록 한다.

그리고, 상기 광검출기(11a)를 이용하여 상기 조사원(12a)의 강도를 측정하여 상기 강도검지·제어회로(50)에 전송한다. 이에 대하여 상기 강도검지·제어회로(50)에서는 측정된 출력전압과 목표 출력전압을 비교하여 그 비교 결과에 따라 상기 조사원(12a)을 소정의 레벨로 조정하도록 되어 있다.

그런데, 이와 같은 시스템에서는 광학센서인 광검출기가 1채널 센서이므로, RGB LED를 동시에 점등시킨 발광상태에서 각 LED 구동전류를 조절하기 위한 센싱작업을 수행할 수 없고, RGB LED 중에서 센싱 대상인 하나의 LED만 점등시키게 되어 있었다.

따라서, 이와 같은 종래 액정표시장치의 백라이트 구동기술에 이용하는 경우, 백라이트 광을 검출하는 과정이 복잡하고 검출시간이 많이 소요되는 등의 문제점이 있었다.

또한, 도 2는 종래의 기술의 또 다른 예로써, LED 광원의 스펙트럴 콘텐츠의 측정 및 제어를 행하는 방법 및 장치(US6448550)을 나타낸 것이다.

이는 폐루프 스펙트럴 제어를 이용한 반도체 조정장치로서, 상이한 색을 생성하는 3색의 LED인 적색 LED(110a,110b,110c), 녹색 LED(120a,120b,120c) 및 청색 LED(130a,130b,130c)를 포토센서(150a, 150b,150c,150d)에 근접되게 설치한다.

그리고, 상기 발광다이오드(110a-110c),(120a-120c),(130a-130c)의 스펙트럴 콘텐츠를 상기 포토센서(150a-150d)로 측정하고, 그 측정치를 근거로 상기 발광다이오드(110a-110c),(120a-120c),(130a-130c)의 전류를 조절하여, 소망의 스펙트럴 특성을 달성하도록 되어 있다.

하지만, 이와 같은 시스템은 RGB LED 각각을 센싱하기 위해 차례로 LED를 점등시킬 필요없이 시간적으로 동시에 센싱할 수 있지만, LED 사이 사이에 포토센서를 설치해야 하므로 그에 따른 설치작업 시간과 비용이 많이 소요되는 문제점이 있었 다.

또 다른 종래 기술의 예로써 미국특허 US6507159B2가 있다. 이 특허의 경우 LED 제어 전류와 LED 출력광의 전달함수(G_LED)를 모델링할 때 파라미터로 LED의 현재 온도와 현재 전류 등을 이용하지만, 이때 사용된 모든 LED의 특성이 동일할 수 없으므로 모델링에 오차가 발생되는 문제점이 있었다.

또 다른 종래 기술의 예로써 미국특허 US6630801B2가 있다. 이 특허의 전반적인 기술은 상기 미국특허 US6507159B2와 동일하지만 필터가 없는 광학센서를 추가한 것이 다른 점이다. 따라서, 필터가 없는 광학센서의 추가 설치에 따른 비용이 추가되는 문제점이 있었다.

또 다른 종래 기술의 예로써 미국특허 US6992803B2가 있다. 이 특허는 RGB LED가 모두 점등되어 있는 백라이트 유닛에서 각 RGB LED의 색도 값을 찾는 방법을 제시한 것이다. 이를 위해 RGB 세 LED의 색도 값을 찾아야 하므로 3개 이상의 백색 값이 필요하다. 그리고, 3개의 백색 샘플에 대해서는 역행렬 연산을 통해 RGB LED의 색도값을 찾고, 3개 이상의 백색 샘플에 대해서는 의사 역행렬 연산을 통해 RGB LED의 색도값을 찾아야 한다. 이에 따라, RGB LED의 색도 값을 찾는 과정이 복잡할뿐더러 시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 3색 엘이디(RGB LED)를 사용하는 백라이트의 제어 시스템을 구현함에 있어서, 목표로 하는 색공간의 색신호값을 만족시키는 RGB LED의 듀티값을 산출하고 이를 이용하여 주변의 환경변화에 관계없이 항상 일정한 휘도 및 색도를 유지할 수 있도록 하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 목표로하는 휘도,색도값으로부터 목표로 하는 CIEXYZ 값을 계산하는 과정과; 엘이디 백라이트 유닛의 발광상태를 파악하기 위한 RGB 광학센서의 출력값을 특성화 처리하여 현재의 CIEXYZ 값을 추정하는 과정과; 상기 현재 CIEXYZ 및 듀티 값을 근거로 현재 엘이디 백라이트 유닛상의 LED 발광상태가 반영되도록 XYZ to Duty 변환행렬을 갱신하고, 그 갱신 결과를 이용하여 목표로 하는 CIEXYZ 값을 출력하기 위한 LED의 듀티값을 계산하는 과정과; 상기 계산된 LED의 듀티값에 상응되는 구동펄스를 생성하여 상기 엘이디 백라이트 유닛에 출력하는 과정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 또 다른 본 발명은, 엘이디 백라이트 유닛에서 조사되는 빛의 세기를 검출하여 그에 따른 출력신호를 출력하는 RGB 광학센서와; 상기 RGB 광학센서의 출력값을 특성화 처리하여 현재의 CIEXYZ 값을 추정하고, 그 CIEXYZ 및 듀티값을 근거로 현재 엘이디 백라이트 유닛상의 LED 발광상태가 반영되도록 XYZ to Duty 변환행렬을 갱신한 다음 그 결과를 이용하여 목표로 하는 CIEXYZ 값을 출력하기 위한 LED의 듀티값을 계산하는 콘트롤러와; 상기 콘트롤러에서 계산된 LED의 듀티값에 상응되는 구동펄스를 생성하여 상기 엘이디 백라이트 유닛에 출력하는 백라이트 구동부로 구성함을 특징으로 한다.

본 발명은 RGB 광학센서를 이용하여 LED 백라이트 유닛의 CIEXYZ 값을 추정하고, 그 추정된 값을 이용하여 현재의 RGB LED 발광상태가 고려된 XYZ to Duty 변환 행렬을 생성한 후, 그 행렬의 연산결과를 근거로 CIEXYZ 값을 일정하게 낼 수 있는 RGB LED의 듀티 제어값을 산출함으로써, 환경변화에 관계없이 일정한 휘도 및 색도를 발휘하는 RGB LED 백라이트 유닛을 구현할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 액정표시장치의 백라이트 구동방법에 대한 신호 흐름도로서 이에 도시한 바와 같이, 목표로 하는 휘도,색온도값을 설정한 후 그 색온도로부터 색도값을 계산하고, 그 휘도,색도값으로부터 목표로 하는 CIEXYZ 값을 계산하는 제1과정(S11-S13)과; 엘이디 백라이트 유닛의 현재 발광상태를 파악하기 위해 그의 주변에 설치된 RGB 광학센서의 출력값을 획득한 후 이를 특성화 처리하여 현재의 CIEXYZ 값을 추정하는 제2과정(S21,S22)과; 상기 현재 CIEXYZ 및 듀티 값을 근거로 현재 엘이디 백라이트 유닛상의 LED 발광상태가 반영되도록 XYZ to Duty 변환행렬을 갱신하고, 그 갱신된 결과를 이용하여 목표로 하는 CIEXYZ 값을 출력하기 위한 LED의 듀티값을 계산하는 제3과정(S23,S24)과; 상기 계산된 LED의 듀티값에 상응되는 구동펄스를 상기 엘이디 백라이트 유닛상의 LED에 출력하는 제4과정(S25)으로 이루어진다.

도 4는 본 발명에 의한 액정표시장치의 백라이트 구동장치의 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 어레이 형태로 배열된 다수의 LED를 구비하여 백라이트 광을 출 력하는 엘이디 백라이트 유닛(41)과; 상기 엘이디 백라이트 유닛(41)의 주변에 설치되어 그 엘이디 백라이트 유닛(41)으로부터 조사되는 빛의 세기를 검출하여 그에 따른 출력신호를 출력하는 RGB 광학센서(42)와; 상기 RGB 광학센서(42)의 출력값을 특성화 처리하여 현재의 CIEXYZ 값을 추정한 후, 그 CIEXYZ 및 듀티값을 근거로 현재 엘이디 백라이트 유닛상의 LED 발광상태가 반영되도록 XYZ to Duty 변환행렬을 갱신한 다음 그 결과를 이용하여 목표로 하는 CIEXYZ 값을 출력하기 위한 LED의 듀티값을 계산하는 콘트롤러(43)와; 상기 콘트롤러(43)에서 계산된 LED의 듀티값에 상응되는 구동펄스를 생성하여 이를 상기 엘이디 백라이트 유닛(41)상의 각 LED에 출력하는 백라이트 구동부(44)로 구성한 것으로, 이와 같이 구성한 본 발명의 작용을 첨부한 도 5를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선, 목표로 하는 색온도 값을 설정한 후, 다음의 [수학식1]을 이용하여 그 목표로 하는 색온도로부터 흑체의 복사 스펙트럼을 계산한다.(S11)

여기서, 'S'는 흑체의 복사 스펙트럼을 의미하고, 'λ'는 스펙트럼의 파장을 의미하며, 'T'는 절대온도를 의미한다. 그리고, 'h'는 플랑크 상수, 'c'는 빛의 속도, 'k'는 볼츠만 상수를 의미한다. 즉, 흑체의 복사스펙트럼은 색온도에 따라 각 기 다른 스펙트럼을 지니게 된다.

이렇게 구한 흑체의 복사 스펙트럼을 다음의 [수학식2]에서와 같이 파장별로 xyz 칼라 매칭 함수에 곱한 후 적분하여 목표로 하는 RGB 색공간의 색신호(이하, "CIEXYZ"라 칭함) 값을 계산한다.(S12)

참고로, 칼라 모델(color models)에는 RGB(red,green,blue) 모델, HSB/HLS 모델, 문셀(Munsell) 칼라 시스템 및 CIE칼라 모델 등이 있다. 상기 CIE칼라 모델은 조명장치에 관한 표준을 정하는 국제조명위원회에서 결정한 것으로, CIEXYZ,CIELUV 및 CIELAB 등이 있다. 상기 CIEXYZ 칼라 모델은 RGB 3요소값을 모두 양의 부호를 가지는 다른 3 요소값의 세트인 XYZ로 나타낸 것이다. 여기서, X,Y,Z를 통상 3자극값(tri-stimulus)이라고 명명한다.

상기와 같은 과정을 통해 계산된 CIEXYZ 값은 아직 목표 휘도를 고려하지 않은 값이다. 목표 휘도를 고려한 CIEXYZ 값을 구하기 위해서는 상기에서 구한 CIEXYZ 값의 색도는 그대로 유지하고 휘도만을 목표 휘도로 바꾸어 주는 다음의 [수학식3]의 연산을 수행한다.(S13)

여기서, 'Y'는 목표로 하는 휘도를 의미한다. 이렇게 구한 'X','Y','Z'값이 목표 휘도와 색온도를 동시에 만족시키는 색공간의 색신호 값이 된다.

콘트롤러(43)는 현재 엘이디 백라이트 유닛(LED BLU)(41)의 발광상태를 파악하기 위해 그 엘이디 백라이트 유닛(41)의 표면에 설치된 RGB 광학센서(42)의 출력값을 획득하고, 이를 이용하여 현재 엘이디 백라이트 유닛(41)이 발하는 빛의 CIEXYZ 값을 추정하는 RGB 광학센서(42)의 특성화 과정을 다음과 같이 수행한다.(S21,S22)

상기 콘트롤러(43)가 상기 RGB 광학센서(42)의 임의의 출력값을 근거로 하여 상기 엘이디 백라이트 유닛(41)이 발하는 빛의 CIEXYZ 값을 추정할 수 있도록 하기 위하여, 시스템 설계자는 그 엘이디 백라이트 유닛(41)상에 어레이 형태로 배열된 RGB LED의 듀티 제어값을 조합하여 64가지의 샘플광을 설정한다.

이후, 상기 RGB LED를 통해 상기 64가지의 샘플광을 순차적으로 발하게 되는데, 그 때마다 상기 콘트롤러(43)는 상기 RGB 광학센서(42)로부터 빛의 세기에 비례하는 출력값을 획득한다. 이에 대응하여, 분광광도계(예: Minolta CS-1000)인 광계측기(도면에 미표시)로 상기 64가지 샘플광을 순차적으로 측색한다.

물론, 상기 콘트롤러(43)가 상기 64가지의 샘플광에 대한 XYZ값을 메모리 등을 통해 미리 확보하고 있는 경우에는 상기와 같이 광계측기를 통해 64가지 샘플광을 순차적으로 측색하는 과정이 생략된다.

그리고, 콘트롤러(43)는 상기 측색 결과를 이용하여 상기 RGB 광학센서(42)의 출력값과 이에 대응하는 CIEXYZ 값 사이의 3×4 관계 행렬을 구할 수 있다. 상기 RGB 광학센서(42)의 임의의 출력값을 이에 대응하는 CIEXYZ 값으로 변환시키기 위한 RGB to XYZ 관계 행렬은 다음의 [수학식4]와 같이 이용된다.

상기 RGB to XYZ 관계 행렬은 다음의 [수학식5]와 같은 의사 역행렬(pseudo inverse) 연산을 통해 획득된다.

여기서, 'n'은 샘플 개수 64를 의미하고, '(R_K,G_K,B_K)'는 RGB 광학센서(42)의 출력값 중에서 k번째의 출력값을 의미한다. 그리고, '(X_K,Y_K,Z_K)'는 k번째 샘플의 측정된 CIEXYZ 값을 의미한다. 결과적으로, RGB to XYZ 변환 행렬은 크기가 3×4이다.

상기 RGB 광학센서(42)의 출력값이나, 상기 CIEXYZ 값은 LED의 제어 듀티값과 선형적인 관계에 있으므로, 크기가 3×4 이상의 변환 행렬을 사용하여 더욱 정확한 CIEXYZ 값을 추정한다 하더라도 그 개선의 정도는 크지 않다. 왜냐하면, 3×4 크기 이상의 변환 행렬을 구하기 위해서는 상기 RGB 광학센서(42)의 출력값과 상기 CIEXYZ 값의 제곱 혹은 세제곱의 조합을 이용하게 되는데, 이들의 값은 서로 선형적인 관계에 있으므로 이들의 값을 그대로 사용하더라도 충분히 선형 관계를 규정할 수 있는 행렬을 구할 수 있기 때문이다.

도 5는 RGB to XYZ 변환 행렬의 크기와 CIEXYZ 값의 추정 오차와의 관계를 나타낸 표로서 이에 도시한 바와 같이, 변환 행렬의 크기가 커지더라도 CIEXYZ 값의 추정오차의 감소 정도가 크지 않은 것을 알 수 있다. 또한, 3×4 행렬을 사용한 특성화 오차가 허용오차 범위(△Eab < 3) 이내에 들어온 것을 알 수 있다. 결국, 이는 3×4 변환 행렬을 이용한 센서 특성화 성능이 만족할 만한 결과를 보여주는 것을 의미한다.

상기 콘트롤러(43)가 상기 엘이디 백라이트 유닛(41)의 휘도 및 색도 값을 제어하여 목표로 하는 휘도 및 색도 값을 내기 위하여, 본 발명에서는 기본적으로 RGB LED를 구동하는 전류는 고정시키고, 전류의 듀티 제어값을 적절히 변화시키는 방법을 사용한다.

상기 엘이디 백라이트 유닛(41)에서 목표로 하는 CIEXYZ 값을 내도록 하기 위한 제어 듀티 값을 얻기 위하여, 상기 콘트롤러(43)에서는 CIEXYZ 값을 그에 상응하는 듀티 입력 값으로 바꾸어 주는 3×3 변환 행렬을 사용한다.

이와 같이 하는 이유는 상기 듀티 제어값과 측정된 CIEXYZ 값은 서로 선형적인 관계가 있으므로 3×3 크기의 행렬을 사용하더라도 이들의 선형 관계를 충분히 규정할 수 있고, 정방행렬 형태이므로 행렬 연산에서의 역변환이 용이하기 때문이다.

목표로 하는 CIEXYZ 값을 낼 수 있는 LED의 듀티 값을 구하는 XYZ to Duty 변환 행렬은 다음의 [수학식6]과 같이 이용된다.(S24)

여기서, '[X_T Y_T Z_T]'는 목표로 하는 CIEXYZ 값이고, '[D_R D_G D_B]'는 목표로 하는 CIEXYZ 값을 내기 위한 RGB LED의 입력 듀티값이다. 상기 입력 듀티값은 정규화하여 0∼1 사이의 값을 사용한다. 통상적으로, XYZ to Duty 변환 행렬은 다음의 [수학식7]에서와 같이 구한다.

여기서,'(XR_max YR_max ZR_max )'는 적색용 LED의 듀티값을 최대로 했을 때 측정된 CIEXYZ 값이고, '(XG_max YG_max ZG_max )'는 녹색용 LED의 듀티값을 최대로 했을 때 측정된 CIEXYZ 값이며, '(XB_max YB_max ZB_max )'는 청색용 LED의 듀티값을 최대로 했을 때 측정된 CIEXYZ 값이다.

그런데, 여기서 주의할 것은 상기 엘이디 백라이트 유닛(41)에 일정한 듀티값을 인가했다 하더라도 그 엘이디 백라이트 유닛(41)의 휘도 및 색도는 일정한 값을 가지지 않고 즉, 일정한 CIEXYZ 값을 가지지 않고 시간에 따라 변한다는 것이다. 그 이유는 여러 가지가 있을 수 있는데, 대표적인 이유로써 엘이디 백라이트 유닛(41)의 온도변화를 들 수 있다.

따라서, 목표로 하는 CIEXYZ 값을 내기 위한 듀티값을 구하기 위해서는 상기 콘트롤러(43)가 고정된 XYZ to Duty 변환 행렬을 사용하는 것이 아니라, 현재 엘이디 백라이트 유닛(41)의 발광상태에 맞게 지속적으로 변하는 XYZ to Duty 변환 행렬을 사용하여야 한다. 즉, 상기 콘트롤러(43)는 현재 엘이디 백라이트 유닛(41)의 발광상태를 주기적으로 점검하고, 그 점검결과에 따라 XYZ to Duty 변환 행렬을 지속적으로 갱신시켜 주어야 한다.

여기서, 상기 콘트롤러(43)에서 현재 엘이디 백라이트 유닛(41)의 발광상태를 주기적으로 점검하는 작업은 상기 RGB 광학센서(42)의 출력값을 획득한 후 상기 센서 특성화 과정을 거쳐 현재 엘이디 백라이트 유닛(41)이 발하는 CIEXYZ 값을 추정하는 과정으로 이루어진다. 이 과정에서, 상기 콘트롤러(43)는 현재 엘이디 백라이트 유닛(41)의 발광상태를 점검하고 다음의 [수학식8]과 같은 XYZ to Duty 변환 행렬을 연산한다.(S23)

여기서, '[n]'은 현재의 점검 시점을 나타내고, '[n-1]'은 현재 시점에서 한 단계 앞선 점검 시점을 나타내며, '[n-2]'는 현재 시점보다 두 단계 앞선 점검 시점을 나타낸다. 그리고, '(D_R D_G D_B)'는 상기 콘트롤러(43)가 백라이트 구동부(44)에 출력하는 RGB LED의 입력 듀티 값이므로 그 콘트롤러(43)가 이미 인식하고 있는 값이고, '(X₀ Y₀ Z₀)'는 그에 따른 엘이디 백라이트 유닛(41)의 출력 CIEXYZ 값을 나타낸다.

따라서, '(D_R[n] D_G[n] D_B[n])'은 현재 점검 시점에서 콘트롤러(43)로부터 백라이트 구동부(44)에 출력되는 RGB LED의 입력 듀티값을 의미하고, (X₀[n] Y₀[n] Z₀[n])'는 현재 점검 시점에서 상기 RGB 광학센서(42)의 출력값을 획득한 후 상기 센서 특성화 과정을 거쳐 추정된 엘이디 백라이트 유닛(41)의 출력 CIEXYZ 값을 의미한다. 즉, XYZ to Duty 변환 행렬은 엘이디 백라이트 유닛(41)의 발광상태가 점검되는 시점마다 그 때의 듀티값과 CIEXYZ 값을 근거로 만들어진다. 그리고, 새로운 듀티값과 CIEXYZ 값이 입력될 때마다 가장 오래된 점검 시점의 듀티값과 CIEXYZ 값은 사용하지 않게 된다.

이에 대해 좀더 상세히 설명하면, 상기와 같이 생성된 3×3 XYZ to Duty 변환 행렬은 다음을 만족한다. 앞의 식에서 3개의 CIEXYZ 값으로 구성된 행렬을 양변에 곱하면, 다음의 [수학식9]로 표현되고,

이는 다음의 [수학식10]과 같이 나누어 생각할 수 있다.

결과적으로, 상기 XYZ to Duty 변환 행렬은 엘이디 백라이트 유닛(41)이 현재 발광상태에서 CIEXYZ 값과 그 값을 낼 수 있는 듀티 입력값의 관계를 규정짓는 행렬이라 할 수 있고, 이와 동시에 한 단계 앞선 점검 시점 및 두 단계 앞선 점검 시점에서 엘이디 백라이트 유닛(41)의 발광상태에 따른 CIEXYZ 값과 그 값을 낼 수 있는 듀티 입력값의 관계를 규정짓는 행렬이라 할 수 있다.

현재 점검 시점과 시간 차이가 많이 나는 과거 점검 시점일수록 현재 엘이디 백라이트 유닛(41)의 발광상태와 차이가 커진다고 볼 수 있으므로 현재 점검 시점과 두 단계 앞선 점검 시점까지만 고려하여 3×3 행렬을 구성한다. 시간이 경과됨에 따라 다음 점검 시점이 현재 점검 시점 [n]이 되고, 이전의 현재 시점은 한 단계 앞선 점검 시점 [n-1]이 된다.

즉, 현재 시점의 CIEXYZ 값과 듀티 값이 행렬의 맨 첫 열을 차지하면서 이전 시점의 값을 다음 열로 밀어내어 가장 과거 시점의 값이 탈락되게 하는 과정을 엘이디 백라이트 유닛(41)의 발광상태 점검시 마다 반복 수행하게 된다. 단, 동일 듀티 입력 값이 계산되면 행렬의 갱신은 하지 않고 그대로 둔다.

아래의 [수학식11]은 XYZ to Duty 변환 행렬은 시작시점에서부터 4번째 점검 시점까지의 행렬예를 나타낸 것이다.

상기 콘트롤러(43)는 상기와 같은 과정을 통해 구한 LED의 듀티 값을 백라이트 구동부(44)에 출력한다. 이에 따라, 상기 백라이트 구동부(44)는 상기 콘트롤러(43)로부터 공급받은 듀티값을 갖는 구동신호를 생성하여 엘이디 백라이트 유닛(41)에 출력한다.(S25)

도 1은 종래 기술에 의한 조사원의 조명 측정 시스템의 블록도.

도 2는 종래 기술에 의한 LED 광원의 스펙트럴 콘텐츠의 측정장치에서의 공통기판의 배열도.

도 3은 본 발명에 의한 액정표시장치의 백라이트 구동방법의 제어 흐름도.

도 4는 본 발명에 의한 액정표시장치의 백라이트 구동장치의 블록도.

도 5는 본 발명에서의 RGB to XYZ 변환 행렬의 크기와 CIEXYZ 값의 추정 오차와의 관계를 나타낸 표.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

41 : 엘이디 백라이트 유닛 42 : RGB 광학센서

43 : 콘트롤러 44 : 백라이트 구동부

Claims

엘이디 백라이트 유닛의 발광상태를 파악하기 위해 그의 주변에 설치된 RGB 광학센서의 출력값을 특성화 처리하여 현재의 CIEXYZ 값을 추정하는 제1과정과;

상기 현재 CIEXYZ 및 듀티 값을 근거로 현재 엘이디 백라이트 유닛상의 LED 발광상태가 반영되도록 XYZ to Duty 변환행렬을 갱신하고, 그 갱신 결과를 이용하여 목표로 하는 CIEXYZ 값을 출력하기 위한 LED의 듀티값을 계산하는 제2과정과;

상기 계산된 LED의 듀티값에 상응되는 구동펄스를 생성하여 상기 엘이디 백라이트 유닛에 출력하는 제3과정을 포함하고,

상기 제1 과정은,

목표로 하는 휘도, 색온도값을 설정하는 단계;

설정된 색온도값에 따라 흑체 스펙트럼을 구하는 단계;

상기 흑체 스펙트럼을 파장별로 xyz칼라매칭 함수에 곱한 후 적분하여 상기 목표로 하는 CIEXYZ 값을 계산하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 구동방법.
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제1항에 있어서, 제1과정은 상기 CIEXYZ 값을 추정하기 위하여 아래의 [수학식]에서와 같이 3×4 정도의 RGB to CIEXYZ 변환행렬을 사용하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 구동방법.

여기서, n : 64개의 샘플 개수, R_K,G_K,B_{K :}k번째의 출력값, X_K,Y_K,Z_K: k번째 샘플의 측정된 CIEXYZ 값
제1항에 있어서, 제2과정은 백라이트 유닛상의 LED 발광상태의 변화가 없는 경우 아래의 [수학식]을 이용하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 구동방법.

여기서, XR_max YR_max ZR_max: 적색용 LED의 듀티값을 최대로 했을 때 측정된 CIEXYZ 값, XG_max YG_max ZG_max : 녹색용 LED의 듀티값을 최대로 했을 때 측정된 CIEXYZ 값, XB_max YB_max ZB_max : 청색용 LED의 듀티값을 최대로 했을 때 측정된 CIEXYZ 값.
제1항에 있어서, 제2과정은 현재 엘이디 백라이트 유닛상의 LED 발광상태가 반영되도록 XYZ to Duty 변환행렬을 갱신하기 위하여 아래의 [수학식]을 이용하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 구동방법.

여기서, [n] : 현재의 점검 시점, [n-1] : 현재 시점에서 한 단계 앞선 점검 시점, [n-2] : 현재 시점보다 두 단계 앞선 점검 시점이고, D_R D_G D_B: RGB LED의 입력 듀티 값, X₀ Y₀ Z₀ : 백라이트 유닛의 출력 CIEXYZ 값.
제6항에 있어서, XYZ to Duty 변환행렬은 아래의 [수학식]에서와 같이 현재 시점의 CIEXYZ 값과 듀티 값이 행렬의 맨 첫 열을 차지하면서 이전 시점의 값을 다음 열로 밀어내어 가장 과거 시점의 값이 탈락되게 하는 과정을 엘이디 백라이트 유닛의 발광상태 점검시 마다 반복 수행하고, 동일 듀티 입력 값이 계산되는 경우에는 행렬이 갱신되지 않고 그대로 유지되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 구동방법.
엘이디 백라이트 유닛에서 조사되는 빛의 세기를 검출하여 그에 따른 출력신호를 출력하는 RGB 광학센서와;

상기 RGB 광학센서의 출력값을 특성화 처리하여 현재의 CIEXYZ 값을 추정하고, 그 CIEXY 및 듀티값을 근거로 현재 엘이디 백라이트 유닛상의 LED 발광상태가 반영되도록 XYZ to Duty 변환행렬을 갱신한 다음 그 결과를 이용하여 목표로 하는 CIEXYZ 값을 출력하기 위한 LED의 듀티값을 계산하는 콘트롤러와;

상기 콘트롤러에서 계산된 LED의 듀티값에 상응되는 구동펄스를 생성하여 상기 엘이디 백라이트 유닛에 출력하는 백라이트 구동부로 구성되고,

상기 콘트롤러는,

목표로 하는 휘도, 색온도값을 설정하고, 설정된 색온도값에 따라 흑체 스펙트럼을 구한 후, 상기 흑체 스펙트럼을 파장별로 xyz칼라매칭 함수에 곱한 후 적분하여 상기 목표로 하는 CIEXYZ 을 계산하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 구동장치.
제8항에 있어서, 콘트롤러는 상기 엘이디 백라이트 유닛에서 조사되는 소정 개수의 샘플광을 순차적으로 측색하여 그에 따른 CIEXYZ 값을 출력하는 광계측기를 구비한 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 구동장치.
제8항에 있어서, 콘트롤러는 상기 엘이디 백라이트 유닛에서 조사되는 소정 개수의 샘플광에 대한 CIEXYZ 값이 저장된 메모리를 구비한 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 구동장치.