KR102083297B1 - 표시장치와 그 휘도 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 표시장치와 그 휘도 제어 방법에 관한 것으로, 그 표시장치는 입력 영상의 평균 화상 레벨(APL)을 계산하고 APL 커브 데이터와 함께 상기 입력 영상의 평균 화상 레벨을 출력하는 APL 계산기; 유저 인터페이스를 통해 입력된 사용자 입력에 응답하여 인에이블되는 둘 이상의 휘도 조정부들을 포함하여 상기 APL 커브 데이터에서 소정의 기준값 이하의 낮은 APL 구간의 휘도를 낮추는 휘도 조정기; 상기 휘도 조정기에 의해 조정된 APL 커브 데이터에서 정의된 휘도로 상기 입력 영상의 데이터를 변조하는 데이터 변조기; 및 상기 데이터 변조기로부터의 데이터를 표시패널에 기입하여 표시패널에 상기 입력 영상을 재현하는 표시패널 구동회로를 포함한다.

Description

표시장치와 그 휘도 제어 방법{DISPLAY DEVICE AND LUMINANCE CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 표시장치와 그 휘도 제어 방법에 관한 것이다.
평판 표시장치는 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device: LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel: PDP), 유기발광 표시장치(Organic Light Emitting Display Device: OLED), 전기영동 표시장치(Electrophoretic Display Device: EPD) 등이 있다. 액정표시장치는 액정 분자에 인가되는 전계를 데이터 전압에 따라 제어하여 화상을 표시한다. 액티브 매트릭스 타입의 액정표시장치는 공정 기술과 구동 기술의 발달에 힘입어 가격이 낮아지고 성능이 높아져 소형 모바일 기기부터 대형 텔레비젼까지 거의 모든 표시장치에 적용되어 가장 널리 이용되고 있다.
유기발광 표시장치는 자발광소자이기 때문에 백라이트가 필요한 액정표시장치에 비하여 소비전력이 낮고, 더 얇게 제작될 수 있다. 또한, 유기발광 표시장치는 시야각이 넓고 응답속도가 빠른 장점이 있다. 유기발광 표시장치는 액정표시장치와 경쟁하면서 시장을 확대하고 있다.
유기발광 표시장치의 픽셀들은 자발광 소자인 유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diode: 이하, "OLED"라 함)를 포함한다. OLED에는 도 1과 같이 애노드(Anode)와 캐소드(Cathode) 사이에 정공주입층(Hole Injection layer, HIL), 정공수송층(Hole transport layer, HTL), 발광층(Emission layer, EML), 전자수송층(Electron transport layer, ETL) 및 전자주입층(Electron Injection layer, EIL) 등의 유기 화합물층이 적층된다. 유기발광 표시장치는 형광 또는 인광 유기물 박막에 전류를 흐르게 하여 픽셀의 OLED 내에서 전자와 정공이 유기물층에서 결합할 때 발광하는 현상을 이용하여 입력 영상을 재현한다.
유기발광 표시장치는 발광재료의 종류, 발광방식, 발광구조, 구동방식 등에 따라 다양하게 나뉘어질 수 있다. 유기발광 표시장치는 발광방식에 따라 형광발광, 인광발광으로 나뉠 있고, 발광구조에 따라 전면발광(Top Emission) 구조와 배면발광 (Bottom Emission) 구조로 나뉘어질 수 있다. 또한, 유기발광 표시장치는 구동방식에 따라 PMOLED(Passive Matrix OLED)와 AMOLED(Active Matrix OLED)로 나뉘어질 수 있다.
표시장치의 소비 전력을 효과적으로 줄이기 위해서는, 전력 소비에 큰 영향을 끼치는 화면의 휘도를 낮추는 것이 필요하다. 그러나 단순히 휘도를 낮추면 소비 전력을 낮출 수 있으나 화질이 열화될 수 있다.
본 발명은 화질 저하를 최소화하면서 소비 전력을 개선할 수 있는 표시장치와 그 휘도 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 표시장치는 입력 영상의 평균 화상 레벨(APL)을 계산하고 APL 커브 데이터와 함께 상기 입력 영상의 평균 화상 레벨을 출력하는 APL 계산기; 유저 인터페이스를 통해 입력된 사용자 입력에 응답하여 인에이블되는 둘 이상의 휘도 조정부들을 포함하여 상기 APL 커브 데이터에서 소정의 기준값 이하의 낮은 APL 구간의 휘도를 낮추는 휘도 조정기; 상기 휘도 조정기에 의해 조정된 APL 커브 데이터에서 정의된 휘도로 상기 입력 영상의 데이터를 변조하는 데이터 변조기; 및 상기 데이터 변조기로부터의 데이터를 표시패널에 기입하여 표시패널에 상기 입력 영상을 재현하는 표시패널 구동회로를 포함한다.
상기 표시장치의 휘도 제어 방법은 입력 영상의 평균 화상 레벨(APL)을 계산하고 APL 커브 데이터와 함께 상기 입력 영상의 평균 화상 레벨을 출력하는 단계; 유저 인터페이스를 통해 입력된 사용자 입력에 응답하여 상기 APL 커브 데이터에서 소정의 기준값 이하의 낮은 APL 구간의 휘도를 낮추는 단계; 상기 낮은 APL 구간의 휘도가 조정된 APL 커브 데이터에 의해 정의된 휘도를 바탕으로 상기 입력 영상의 데이터를 변조하는 단계; 및 변조된 데이터를 표시패널에 기입하는 단계를 포함한다.
본 발명은 유저 인터페이스를 통해 입력되는 사용자 데이터에 응답하여 선택적으로 낮은 APL 구간에서 표시패널에 표시되는 표시 영상의 휘도를 낮춘다. 그 결과, 본 발명은 표시장치의 화질 저하를 최소화하면서 소비 전력을 줄일 수 있다.
도 1은 OLED 구조와 그 발광 원리를 보여 주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유기발광 표시장치를 보여 주는 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 픽셀의 등가 회로도이다.
도 4는 호스트 시스템에서 그래픽 콘트롤러를 보여 주는 블록도이다.
도 5는 도 4에서 휘도 조정기를 상세히 보여 주는 블록도이다.
도 6은 휘도 조정 방법의 다양한 예를 보여 주는 도면들이다.
도 7은 APL 커브에서 등간격으로 나뉘어진 APL 포인트들을 보여 주는 도면이다.
도 8은 도 4 및 도 5에 도시된 휘도 조정기에 의해 조정되는 APL 커브를 보여 주는 도면이다.
도 9는 APL 커브를 바탕으로 조정되는 표시 영상의 휘도를 보여 주는 그래프이다.
도 10은 디폴트 APL 커브와 WAPL 커브를 보여 주는 도면이다.
도 11은 도 5에 도시된 제2 휘도 조정부의 동작을 보여 주는 흐름도이다.
도 12는 입력 영상의 움직임과 APL에 따라 표시 영상의 최대 휘도를 조정하는 방법을 보여 주는 도면이다.
도 13은 제2 휘도 조정부에서 PSM의 모드 별로 정의된 휘도를 보여 주는 도면이다.
도 14는 도 5에 도시된 제3 휘도 조정부의 동작을 보여 주는 흐름도이다.
도 15는 제3 휘도 조정부에 의해 낮은 APL에서 표시 영상의 휘도가 낮아지는 예를 보여 주는 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 표시장치는 이하의 실시예에서 유기발광 표시장치를 중심으로 설명되지만 이에 한정되지 않는다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유기발광 표시장치는 표시패널(10), 표시패널 구동회로, 타이밍 콘트롤러(Timing controller, TCON)(11), 호스트 시스템(Host system)(100) 등을 포함한다.
표시패널(10)에는 다수의 데이터 라인들(14)과 다수의 게이트 라인들(15)이 교차된다. 표시패널(10)의 픽셀 어레이는 매트릭스 형태로 배치되어 입력 영상을 표시하는 픽셀들(P)을 포함한다. 픽셀들(P) 각각은 도 3과 같이 OLED, 스위치 소자(SWTFT), 구동 소자(DRTFT), 스토리지 커패시터(Cst) 등을 포함한다. 스위치 소자(SWTFT)와 구동 소자(DRTFT)는 TFT(Thin Film Transistor)로 구현될 수 있다. OLED는 도 1과 같이 정공주입층(HIL), 정공수송층(HTL), 발광층(EML), 전자수송층(ETL) 및 전자주입층(EIL) 등이 적층된 유기 화합물층들로 구성될 수 있다. 스위치 소자(SWTFT)는 게이트펄스에 응답하여 데이터 라인(14)을 통해 입력되는 데이터 전압을 구동 TFT의 게이트에 인가한다. 스위치 소자(SWTFT)의 게이트는 게이트 라인(15)에 연결된다. 스위치 소자(SWTFT)의 드레인은 데이터 라인(14)에 연결되고, 스위치 소자(SWTFT)의 소스는 구동 소자(DRTFT)의 게이트에 연결된다. 구동 소자(DRTFT)는 게이트 전압에 따라 OLED에 흐르는 전류를 조정한다. 구동 소자(DRTFT)의 드레인에는 픽셀 구동을 위한 고전위 전원 전압(VDD)이 인가된다. 구동 소자(DRTFT)의 소스는 OLED의 애노드에 연결된다. 스토리지 커패시터(Cst)는 구동 소자(DRTFT)의 게이트-드레인 간에 연결된다. OLED의 애노드는 구동 소자(DRTFT)의 소스에 연결되고, OLED의 캐소드는 기저 전압원(GND)에 연결된다. 픽셀들(P) 각각에는 도시하지 않은 내부 보상회로가 추가될 수 있다. 내부 보상회로는 구동 소자(DRTFT)의 문턱전압과 이동도 변화를 보상하는 회로이다.
표시패널 구동회로는 데이터 구동회로(12)와 게이트 구동회로(13)를 포함한다. 표시패널 구동회로는 타이밍 콘트롤러(11)에 의해 변조된 입력 영상의 데이터를 표시패널(10)에 기입하여 표시패널(10)에 입력 영상을 재현한다.
데이터 구동회로(12)는 하나 이상의 소스 드라이브 IC(integrated circuit)를 포함한다. 데이터 구동회로(12)는 타이밍 콘트롤러(11)로부터 입력된 입력 영상의 픽셀 데이터(DATA)를 아날로그 감마보상전압으로 변환하여 데이터 전압을 발생하고 그 데이터 전압을 데이터 라인들(14)로 출력한다. 데이터 구동회로(12)에 입력되는 픽셀 데이터는 입력 영상의 디지털 비디오 데이터이다. 픽셀 데이터 각각은 적색 데이터, 녹색 데이터 및 청색 데이터를 포함한다.
게이트 구동회로(13)는 타이밍 콘트롤러(11)의 제어 하에 데이터 구동회로(12)의 출력 전압에 동기되는 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 게이트 라인(15)에 공급한다. 이 게이트 구동회로(13)는 게이트펄스를 순차적으로 시프트시켜 데이터가 기입되는 픽셀들을 라인 단위로 순차적으로 선택한다.
호스트 시스템(100)은 TV(Television) 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 폰 시스템(Phone system) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 호스트 시스템(100)은 입력 영상의 매 프레임 마다 평균 화상 레벨(Average Picture level, 이라 "APL"이라 함)을 계산한다. 호스트 시스템(100)은 유저 인터페이스(User Interface, UI)(100)를 통해 입력되는 사용자 입력에 따라 APL 커브 유형을 선택한다. 그리고 호스트 시스템(100)은 유저 인터페이스(100)를 통해 선태고딘 하나 이상의 휘도 조부를 실행하여 선택된 APL 커브를 조정하여 APL 커브 데이터(APL')를 생성하고 그 APL 커브 데이터(APL')를 타이밍 콘트롤러(11)에 전송한다. APL 커브 데이터(APL')는 8 bit data일 수 있다.
호스트 시스템(100)으로부터 출력되는 APL 커브 데이터(APL')는 매 프레임 기간마다 버티컬 블랭크 기간(Vertical blank period)에 타이밍 콘트롤러(11)에 전송될 수 있다. 버티컬 블랭크 기간은 제N(N은 양의 정수) 프레임 기간과 제N+1 프레임 기간 사이에서 데이터가 없는 기간이다.
타이밍 콘트롤러(11)는 호스트 시스템(host system)으로부터 입력 영상의 픽셀 데이터(DATA), APL 커브 데이터(APL') 및 타이밍 신호들을 입력받는다. 타이밍 콘트롤러(11)는 APL 커브 데이터(APL')에 의해 정의된 최대 휘도 이하로 입력 영상의 휘도가 제한되도록 픽셀 데이터의 계조를 변조한다. 또한, 타이밍 콘트롤러(11)는 입력 영상의 픽셀 데이터와 함께 수신되는 타이밍 신호를 바탕으로 데이터 구동회로(12)와 게이트 구동회로(13)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호(DDC, GDC)를 발생한다. 타이밍 콘트롤러(11)에 입력되는 타이밍 신호는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 메인 클럭신호(CLK), 데이터 인에이블 신호(DE) 등을 포함한다.
타이밍 콘트롤러(11)는 데이터 변조기(20)를 이용하여 호스트 시스템(100)으로부터 입력된 APL 커브 데이터(APL')에서 정의된 휘도로 입력 영상의 픽셀 데이터를 변조하여 데이터 구동회로(12)로 전송한다. 데이터 변조기(20)는 룩업 테이블(Look-up table, LUT)로 구현될 수 있다. 데이터 변조기(20)는 입력 영상의 픽셀 데이터를 변조하여 표시패널(10)에 표시되는 표시 영상의 휘도나 색온도를 조정할 수 있다. 룩업 테이블(LUT)은 APL 커브 데이터(APL')와 입력 영상의 픽셀 데이터를 입력 받아 입력 데이터가 지시하는 어드레스에 미리 저장된 변조값을 출력함으로써 픽셀 데이터의 계조를 변조한다. 룩업 테이블(LUT)의 변조값은 APL 커브 데이터 별로 설정되고 또한, 각 계조별로 설정되어 픽셀 데이터의 휘도를 APL에서 정의된 최대 휘도 이하의 계조로 설정된다.
유저 인터페이스(110)는 키패드, 키보드, 마우스, 온스크린 디스플레이(On Screen Display, OSD), 적외선 통신 혹은 고주파(RF) 통신 기능을 갖는 원격 제어기(Remote controller), 터치 UI, 음성 인식 UI, 3D UI 등으로 구현될 수 있다.
호스트 시스템(100)은 센싱부(120)에 연결될 수 있다. 센싱부(120)는 이미지 센서(또는 카메라), 조도 센서, 색온도 센서, 마이크로폰, 가속 센서, 중력 센서, 근접 센서, 지자기 센서, 자이로스코프 각속도 센서 등을 포함하여 이러한 센서들의 출력을 디지털 데이터로 변환하여 호스트 시스템(100)에 공급한다. 호스트 시스템(100)은 센서 출력에 응답하여 픽셀의 휘도를 제어할 수 있다.
도 4는 호스트 시스템(100)에서 그래픽 콘트롤러를 보여 주는 블록도이다. 도 5는 도 4에서 휘도 조정기(104)를 상세히 보여 주는 블록도이다. 도 6은 휘도 조정 방법의 다양한 예를 보여 주는 도면들이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 호스트 시스템(100)의 그래픽 콘트롤러는 APL 계산기(102), 휘도 조정기(104), 보간기(106), APL 커브 데이터 전송기(108) 등을 포함한다.
APL 계산기(102)는 입력 영상의 매 프레임 마다 APL을 계산한다. APL은 1 프레임 분량의 픽셀 데이터에 대한 평균 휘도값이다. 일반적으로, APL이 높을수록 밝은 영상이고, APL이 낮을수록 어두운 영상이다. APL 계산기(102)는 APL 커브 데이터를 타이밍 콘트롤러(11)로부터 수신하여 그 APL 커브 데이터를 입력 영상의 APL과 함께 휘도 조정기(104)에 공급한다. 표시패널(10)은 휘도, 전류, 구동 특성에서 편차가 있을 수 있다. 이러한 표시패널의 특성 정보는 타이밍 콘트롤러(11)에 내장된다. 표시패널의 특정 편차를 고려한 APL 커브 데이터는 타이밍 콘트롤러(11)에 저장될 수 있다.
APL 계산기(102)는 타이밍 콘트롤러(11)로부터 APL 커브 데이터를 수신하지 않고, 내장 메모리에 미리 저장된 APL 커브 데이터를 휘도 조정기(104)에 전송할 수 있다.
휘도 조정기(104)로 전송되는 APL 커브 데이터는 데이터의 연산량을 줄이기 위하여 도 7과 같은 APL 커브에서 N(N은 2 이상의 20 이하의 양의 정수) 개의 APL 포인트들(p0~p7)만을 포함할 수 있다. N 개의 APL 포인트들(p0~p7)은 APL 커브를 N 개의 구간으로 균등 분할할 때 이웃한 구간들 간의 경계에 위치하는 포인트들이다. 도 7 및 도 8에 도시된 APL 커브는 N이 8인 예이다.
휘도 조정기(104)는 유저 인테페이스(110)를 통해 입력되는 사용자 입력 데이터에 따라 WAPL 커브를 선택할 수 있다. 휘도 조정기(104)는 유저 인테페이스(110)를 통해 입력되는 사용자 입력 데이터에 따라 선택된 하나 이상의 휘도 조정부를 실행하여 APL 커브를 조정한다. APL 커브는 도 7 및 도 8과 같이 낮은 APL에서 표시 영상의 최대 휘도를 높이는 반면, APL이 높아질수록 표시 영상의 최대 휘도를 낮춘다. 타이밍 콘트롤러(11)는 APL 커브를 바탕으로 표시장치의 휘도를 낮추어 픽셀에서 OLED에 흐르는 전류를 낮출 수 있다.
휘도 조정기(104)는 APL 계산기(102)로부터 입력되는 APL 커브 데이터를 조정하여 도 8과 같은 APL 커브 데이터(APL')를 출력한다. APL 커브는 APL에 따라 최대 휘도를 정의한다. APL 커브는 APL이 낮을 때 표시 영상의 최대 휘도를 높이고, APL이 높을수록 표시 영상의 최대 휘도를 낮춘다. 호스트 시스템(100)은 휘도 조정기(104)를 이용하여 APL 커브를 조정함으로써 화질 저하를 최소화하면서 입력 영상의 평균 휘도가 달라지더라도 소비 전력을 일정 수준 이하로 제어한다.
보간기(106)는 이웃한 APL 포인트들(p0~p7)에 대응하는 휘도들 사이의 휘도를 선형 보간 방법으로 계산한다. 그 결과, 보간기(106)는 이웃한 APL 포인트들(p0~p7)에 대응하는 휘도들 사이를 잇는 휘도 데이터를 생성하여 APL 커브 전체에서 표시 영상의 최대 휘도를 정의한 APL 커브 데이터(APL')를 출력한다. APL 커브 데이터 전송기(108)는 보간기(106)로부터 입력된 APL 커브 데이터(APL')를 타이밍 콘트롤러(11)로 전송한다. 타이밍 콘트롤러(11)의 데이터 변조기(20)는 APL 커브 데이터(APL')에서 정의된 최대 휘도를 바탕으로 입력 영상의 픽셀 데이터를 변조하여 표시 영상의 휘도나 색온도를 조정할 수 있다. 데이터 변조기(20)는 룩업 테이블(LUT)로 구현될 수 있다.
휘도 조정기(104)는 모든 APL에 대하여 최대 휘도를 정의한 APL 커브 데이터를 출력할 수 있다. 이 경우에, 보간기(106)는 생략되고 휘도 조정기(104)로부터출력된 APL 커브 데이터가 타이밍 콘트롤러(11)에 전송된다.
휘도 조정기(104)는 도 5와 같이 제1 내지 제3 휘도 조정부(52, 54, 56)와, 제1 내지 제3 승산기(51, 53, 55) 등을 포함한다.
제1 내지 제3 휘도 조정부(52, 54, 56)는 유저 인터페이스의 입력에 따라 인에이블되어 동작하거나 디스에이블될 수 있다. 유저 인터페이스의 입력은 표시장치를 제작하는 세트 메이커(Set maker), 또는 표시장치를 이용하는 사용자의 입력일 수 있다.
제1 휘도 조정부(52)는 유저 인터페이스의 입력에 따라 선택적으로 입력 APL 커브 데이터를 WAPL 커브 데이터로 변경한다. 유저 인터페이스의 입력은 세트 메이커 또는 사용자 입력일 수 있다. 제1 휘도 조정부(52)는 입력 APL 포인트들(p0~p7) 각각의 휘도에 제1 가중치(a)를 곱하여 입력 APL 커브의 휘도값을 조정하여 WAPL 커브 데이터를 발생할 수 있다. WAPL 커브는 도 10과 같이 낮은 APL에서 휘도와 소비 전력을 낮추도록 최적화된 APL 커브이다. 제1 가중치(a)는 도 10에서 소정의 APL(REF) 이하에서 0 보다 크고 1 보다 작은 값으로 설정되고, APL(REF) 보다 큰 높은 APL에서 1 이상 2 이하의 값으로 설정될 수 있다. 소정의 APL(REF)은 낮은 APL과 높은 APL을 구분하는 제1 기준 APL로서 특정 APL에 한정되지 않고, 실험 결과를 바탕으로 표시패널(10)의 특성에 따라 다른 값으로 결정될 수 있다. 제1 승산기(51)는 APL 포인트들(p0~p7) 각각의 휘도에 제1 가중치(a)를 곱하여 APL 포인트들의 휘도를 조정한다.
제2 휘도 조정부(54)는 도 11과 같이 입력 영상의 움직임과, 입력 APL을 판단하여 표시 영상의 휘도를 조정함으로써 소비 전력을 낮추고 사용자의 눈부심을 방지한다. 제2 휘도 조정부(54)는 제2 가중치(b)를 이용하여 APL 커브의 휘도를 조정할 수 있다. 제2 가중치(b)는 0 보다 크고 1 이하인 값으로 설정된다. 제2 승산기(53)는 APL 포인트들(p0~p7) 각각의 휘도에 제2 가중치(b)를 곱하여 APL 포인트들(p0~p7)의 휘도를 조정한다.
제3 휘도 조정부(56)는 입력 영상이 동영상일 때 도 14와 같이 낮은 APL에서 휘도를 낮게 조정하여 소비 전력 저감 효과를 높인다. 제3 휘도 조정부(56)는 제3 가중치(c)를 이용하여 APL 커브의 휘도를 조정할 수 있다. 제3 가중치(b)는 0 보다 크고 1 이하인 값으로 설정된다. 제3 승산기(55)는 APL 포인트들(p0~p7) 각각의 휘도에 제3 가중치(c)를 곱하여 APL 포인트들(p0~p7)의 휘도를 조정한다.
세트 메이커나 사용자는 유저 인터페이스(110)를 통해 제1 내지 제3 휘도 조정부(52, 54, 56)를 선택할 수 있다. 휘도 조정기(104)는 사용자가 선택한 휘도 조정부로부터 출력된 하나 이상의 가중치로 APL 포인트를 순차적으로 조정한다. 예를 들어, 휘도 조정기(104)는 표시 영상의 휘도를 조정하기 위하여 도 6과 같이 APL 포인트(p0~p7) 각각에 제1 내지 제3 가중치(a, b, c) 중 하나 이상을 곱하여 APL 포인트(p0~p7)에 대응하는 휘도를 조정한다.
도 7은 APL 커브에서 등간격으로 나뉘어진 APL 포인트들(p0~p7)을 보여 주는 도면이다. 도 8은 도 4 및 도 5에 도시된 휘도 조정기(104)에 의해 조정되는 APL 커브를 보여 주는 도면이다. 도 9는 APL 커브를 바탕으로 조정되는 표시 영상의 휘도를 보여 주는 그래프이다.
휘도 조정기(104)에 입력되는 APL 커브 데이터는 도 7과 같이 APL 커브를 N 개의 구간으로 균등 분할할 때 이웃한 구간들의 경계에 위치하는 N 개의 APL 포인트들(p0~p7)만을 포함할 수 있다. 휘도 조정기(104)는 N 개의 APL 포인트들(p0~p7) 각각에서 APL을 가중치(a~c)로 조정하여 사용자가 인지하는 표시 영상의 화질 저하를 최소화하면서 표시 영상의 휘도와 소비 전력을 낮출 수 있다. APL 커브에서, 제1 APL 포인트(p0) 이하의 APL은 표시 영상의 최대 휘도를 최대값으로 고정하고, 제1 APL 포인트(p0) 보다 큰 APL 구간은 APL이 클수록 표시 영상의 최대 휘도를 낮춘다. 제8 APL 포인트(p7) 보다 큰 APL 구간은 표시 영상의 최대 휘도를 최소값으로 고정한다.
휘도 조정기(104)는 APL 커브 데이터의 휘도에 가중치를 곱하여 도 8과 같이 APL 커브 데이터(APL')를 조정하고, 그 APL 커브 데이터(APL')를 직렬 통신 인터페이스 예를 들어, I2C 통신을 통해 타이밍 콘트롤러(11)에 전송한다. 타이밍 콘트롤러(11)는 표시패널 각각에 최적화되도록 테스트 공정을 통해 미리 설정된 APL 포인트들(p0~p7)의 휘도 데이터를 직렬 통신 인터페이스를 통해 APL 계산기(102)로 전송할 수 있다. 타이밍 콘트롤러(11)는 APL 커브 데이터(APL')에 의해 정의된 표시 영상의 최대 휘도로 픽셀 데이터의 계조를 변조한다. 표시 영상의 휘도는 도 9와 같이 2.2 감마 커브를 따라 픽셀 데이터의 계조에 따라 변하는데, 그 최대 휘도는 APL 커브 데이터(APL')에 의해 정의된 최대 휘도와 같다.
도 10은 디폴트 APL 커브와 WAPL 커브를 보여 주는 도면이다.
도 10을 참조하면, 휘도 조정기(104)에 입력되는 APL 커브 데이터는 도 7 및 도 8과 같은 디폴트 APL 커브 데이터이다.
유저 인터페이스(100)를 통해 제1 휘도 조정부(52)가 선택되면, 제1 휘도 조정부(52)는 제1 가중치(a)를 디폴트 APL 커브 데이터(점선, APL(default))의 휘도에 곱하여 WAPL 커브 데이터(실선)를 발생한다.
WAPL 커브 데이터는 제1 기준 APL(REF) 이하의 낮은 APL 구간에서 디폴트 APL 커브 데이터에 비하여 휘도를 낮게 설정하는 반면, 제1 기준 APL(REF) 보다 높은 APL 구간에서 디폴트 APL에 비하여 휘도를 높게 설정한다. 제1 기준 APL(REF)은 특정 값으로 한정되지 않고 실험을 통해 표시패널 특성에 따라 최적화될 수 있다. 제1 가중치(a)는 제1 기준 APL 이하의 낮은 APL 구간에서 O 보다 크고 1 보다 작은 값으로 설정되는 반면, 제1 기준 APL 보다 높은 APL 구간에서 1 보다 크고 1.5 보다 작은 값으로 정해질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
대부분의 동영상 데이터에서, 낮은 APL 구간의 데이터는 높은 APL 구간 보다 훨씬 많다. 이는 화질 평가에서 많이 이용되는 표준 동영상 샘플 IEC62087의 데이터 양을 분석한 결과와도 일치한다. 따라서, WAPL 커브 데이터로 표시장치의 휘도를 제어하면, 디폴트 APL 커브에 비하여 소비 전력을 더 낮출 수 있다.
WAPL 커브 데이터는 높은 APL에서 표시 영상의 휘도를 높이기 때문에 표시 영상의 명암비(contrast ratio)를 높일 수 있다. 그런데, WAPL 커브 데이터는 도 9와 같은 감마 특성을 왜곡할 수 있다. 이 때문에, 본 발명은 세트 메이커 혹은 사용자가 소비 전력과 감마 특성 왜곡 문제를 고려하여 유저 인터페이스(110)를 통해 입력하는 사용자 입력 데이터에 응답하여 WAPL 커브를 선택할 수 있게 한다.
호스트 시스템(100)에는 픽쳐 사운드 모드(Picture Sound Mode, PSM)가 설정될 수 있다. 제1 휘도 조정부(52)는 픽쳐 사운드 모드(PSM)에 따라 표시 영상의 최대 휘도를 조정할 수도 있다.
픽쳐 사운드 모드(PSM)는 표시장치를 이용하는 사용자의 시청 환경과 시청 조건을 고려하여 사용자가 선택 가능한 다양한 영상 모드들을 정의한다. 예를 들어, 픽쳐 사운드 모드(PSM)는 아래와 같이 사용자가 유저 인터페이스(110)를 통해 선택 가능한 Vivid 모드, Standard 모드, Eco 모드, Cinema 모드, Expert 모드 등을 포함할 수 있다. 사용자는 유저 인터페이스(110)를 통해 픽쳐 사운드 모드(PSM)에서 정의된 영상 모드를 선택할 수 있다. 제1 휘도 조정부(52)는 Eco 모드에서 WAPL 커브를 선택하고, Cinema 모드에서 디폴트 APL 커브를 선택할 수 있다.
Vivid 모드 : 매장에서 밝고 선명한 영상을 보이기 위해 화질을 최대 향상시킨 영상 모드
Standard 모드 : 가정에서 보기 편한 표준 영상 모드
Eco 모드 : 출하모드, 소비전력을 최적화한 영상 모드
Cinema 모드 : 암실조건에서 영화를 감상하기 최적화된 영상 모드
Game 모드 : Game을 하기 위해 최적화된 영상 모드 (Delay time 최적화)
Expert 모드 : 화질 전문가들을 위한 영상 모드
모든 영상 모드에서, 블랙 계조의 휘도는 동일하지만, 최대 계조(또는 peak white 계조)의 휘도가 시청 환경과 시청 조건에 따라 다르게 설정된다. 따라서, 픽쳐 사운드 모드(PSM)에서 정의된 영상 모드들은 표시 영상의 최대 휘도와 명암비(contrast ratio)가 서로 다르게 설정될 수 있다. Vivid 모드는 표시 영상을 최대한 밝게 제어할 수 있는 영상 모드이고, Cinema/Expert 모드는 암실 환경에서 최적화된 영상 모드이므로 표시 영상의 최대 휘도가 어둡게 설정될 수 있다.
픽쳐 사운드 모드(PSM)에서 영상 모드 선택 방법은 사용자가 직접 선정할 수 있다. 센서 신호를 받아 시청 환경을 판단하는 영상 모드는 주변 환경에 따라 화질설정 값들이 자동으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 표시장치의 주변 조도가 밝으면 표시 영상의 휘도와 명암비가 최대로 자동 설정되는 반면, 주변 조도가 어두우면 표시 영상의 휘도가 낮아지고 샤프니스(sharpness) 값이 낮아지도록 자동 설정될 수 있다.
도 11 내지 도 13은 제2 휘도 조정부(54)의 동작을 보여 주는 도면들이다.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 제2 휘도 조정부(54)는 입력 영상의 움직임과, 입력 APL 커브 데이터를 판단하여 제2 가중치(b)로 표시 영상의 휘도를 조정한다.(S111, S112, S115) 제2 휘도 조정부(54)는 공지된 MEMC(Motion Estimation/Motion Compensation) 알고리즘을 이용하여 입력 영상을 분석하여 계산된 움직임 벡터(motion vector)로 입력 영상의 움직임을 판단할 수 있다. 또한, 제2 휘도 조정부(54)는 입력 영상과 함께 수신되는 움직임 벡터로 입력 영상의 움직임을 판단할 수 있다. 제2 휘도 조정부(54)는 제2 가중치(b)로 도 12와 같이 입력 영상의 움직임이 클수록 표시 영상의 최대 휘도를 낮추되, APL 커브 데이터가 낮을수록 높은 APL 커브에 비하여 표시 영상의 최대 휘도를 더 낮춘다. 예를 들어, 제2 휘도 조정부(54)는 도 12와 같이 움직임이 100일 때 낮은 APL 커브에서 표시 영상의 최대 휘도를 50%로 제어하고, 높은 APL 커브에서 표시 영상의 최대 휘도를 65%로 제어한다. 제2 휘도 조정부(54)는 입력 APL이 제1 APL 포인트(p0)이하로 낮은 구간에서 휘도를 조정하지 않을 수 있다.
제2 휘도 조정부(54)는 PSM의 모드 별로 입력 영상의 움직임과 APL을 다르게 제어할 수 있다. 예를 들어, 제2 휘도 조정부(52)는 Standard 모드에서 도 12의 낮은 APL 커브(Low) 기준으로 표시 영상의 휘도를 제어하고, Vivid 모드, Cinema 모드, 및 Game 모드에서 휘도를 조정하지 않는다.
제2 휘도 조정부(54)는 장면 전환시에 휘도를 조정하지 않고 유지할 수 있다.(S113 및 S114) 이는 장면 전환시에 입력 영상의 움직임에 따라 표시 영상의 휘도가 조정되면, 그 휘도 변화가 심하게 보일 수 있기 때문이다. 제2 휘도 조정부(54)는 입력 영상의 히스토그램을 계산하여 히스토그램이 급변할 때 장면 전환 타이밍을 판단할 수 있다. 제2 휘도 조정부(54)는 장면 전환시에 제2 가중치(b)를 1로 설정하여 표시 영상의 휘도를 조정하지 않는다.(S115)
도 14는 도 5에 도시된 제3 휘도 조정부(56)의 동작을 보여 주는 흐름도이다. 도 15는 제3 휘도 조정부(56)에 의해 낮은 APL에서 표시 영상의 휘도가 낮아지는 예를 보여 주는 도면이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 제3 휘도 조정부(56)는 제3 가중치(c)를 이용하여 입력 APL 커브 데이터의 낮은 APL 구간에서 표시 영상의 휘도를 낮추어 소비 전력 저감 효과를 더 높인다. 여기서, 낮은 APL 구간은 소정의 제2 기준 APL 이하의 APL 구간이다. 제2 기준 APL은 실험적으로 결정될 수 있고 전술한 제1 기준 APL과 같은 APL로 설정될 수도 있고 제1 기준 APL과 다른 APL로 설정될 수도 있다.
제3 휘도 조정부(56)는 입력 영상이 동영상인지 판단하고 동영상이 입력될 때에만 APL 커브 데이터를 조정할 수 있다. 제3 휘도 조정부(56)는 동영상이 입력될 때 낮은 APL 구간에서 제3 가중치(c)를 1 보다 낮은 값으로 설정하여 표시 영상의 휘도를 낮추는 반면, 정지 영상이 입력될 때 낮은 APL 구간에서 제3 가중치(c)를 1로 설정하여 입력 APL 커브의 휘도를 유지할 수 있다.
표준 동영상 샘플 IEC62087의 데이터 양을 분석하면, 낮은 APL로 계산되는 데이터가 높은 APL로 계산되는 데이터에 비하여 많다. 따라서, 낮은 APL에서 표시 영상의 휘도를 낮추면 소비 전력을 효과적으로 낮출 수 있다.
제3 가중치(c)는 낮은 APL 구간에서 0 보다 크고 1 보다 작은 값으로 설정된다. 제3 가중치(c)는 APL이 0에 가까울수록 낮아질 수 있다. 또한, 제3 가중치(c)는 제2 기준 APL 이상의 높은 APL 구간에서 표시 영상의 휘도가 낮아지지 않도록 1 또는 1 이상으로 설정될 수 있다. 도 15에서 실선은 제3 휘도 조정부(56)로부터 출력된 제3 가중치(c)로 조정된 APL 커브 데이터를 나타낸다.
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.
10 : 표시패널 11 : 타이밍 콘트롤러
12 : 데이터 구동회로 13 : 게이트 구동회로
52 : 제1 휘도 조정부 54 : 제2 휘도 조정부
56 : 제3 휘도 조정부 51, 53, 55 : 승산기
100 : 호스트 시스템 102 : APL 계산기
104, 124, 30 : 휘도 조정기 106, 32 : 보간기
108 : APL 커브 데이터 전송기 110 : 유저 인터페이스
120 : 센싱부

Claims (16)

  1. 입력 영상의 평균 화상 레벨(APL)을 계산하고 APL 커브 데이터와 함께 상기 입력 영상의 평균 화상 레벨을 출력하는 APL 계산기;
    유저 인터페이스를 통해 입력된 사용자 입력에 응답하여 인에이블되는 둘 이상의 휘도 조정부들을 포함하여 상기 APL 커브 데이터에서 소정의 기준값 이하의 낮은 APL 구간의 휘도를 낮추는 휘도 조정기;
    상기 휘도 조정기에 의해 조정된 APL 커브 데이터에서 정의된 휘도로 상기 입력 영상의 데이터를 변조하는 데이터 변조기; 및
    상기 데이터 변조기로부터의 데이터를 표시패널에 기입하여 표시패널에 상기 입력 영상을 재현하는 표시패널 구동회로를 포함하고,
    상기 APL 커브 데이터는 APL 커브에서 N(N은 2 이상의 20 이하의 양의 정수) 개의 APL 포인트들만을 포함할 수 있고,
    상기 N 개의 APL 포인트들은 APL 커브를 N 개의 구간으로 균등 분할할 때 이웃한 구간들 간의 경계 포인트들이고,
    상기 휘도 조정기는 선택된 휘도 조정부로부터 발생된 가중치를 상기 APL 포인트들에 곱하여 상기 APL 포인트들을 조정하고,
    선형 보간 방법으로 상기 APL 포인트들에 대응하는 휘도들 사이를 잇는 휘도 데이터를 생성하여 APL 커브 전체에서 상기 표시 패널에서 재현되는 표시 영상의 최대 휘도를 정의하는 APL 커브 데이터를 상기 데이터 변조기로 출력하는 보간기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 휘도 조정기는
    입력 APL 커브에서 제1 기준 APL 이하의 낮은 APL 구간의 휘도를 낮추고 상기 제1 기준 APL 보다 높은 APL 구간의 휘도를 높이기 위한 제1 가중치를 생성하는 제1 휘도 조정부; 및
    상기 제1 가중치를 상기 입력 APL 커브의 APL 포인트들의 휘도에 곱하는 제1 승산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 휘도 조정기는
    입력 영상의 움직임을 판단하고 상기 움직임이 클수록 상기 표시 영상의 최대 휘도를 낮추기 위한 제2 가중치를 발생하는 제2 휘도 조정부; 및
    상기 입력 APL 커브의 APL 포인트들 또는 상기 제1 승산기로부터의 APL 포인트들의 휘도에 상기 제2 가중치를 곱하는 제2 승산기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2 휘도 조정부는 상기 APL 커브 데이터가 낮을수록 상기 제2 가중치를 낮추어 표시 영상의 최대 휘도를 낮추는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 휘도 조정기는,
    상기 입력 APL 커브에서 제2 기준 APL 이하의 낮은 APL 구간의 휘도를 낮추고 상기 제2 기준 APL 보다 높은 APL 구간의 휘도를 유지하기 위한 제3 가중치를 생성하는 제3 휘도 조정부; 및
    상기 제3 가중치를 상기 입력 APL 커브의 APL 포인트들의 휘도에 곱하는 제3 승산기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  9. 입력 영상의 평균 화상 레벨(APL)을 계산하고 APL 커브 데이터와 함께 상기 입력 영상의 평균 화상 레벨을 출력하는 단계;
    유저 인터페이스를 통해 입력된 사용자 입력에 응답하여 상기 APL 커브 데이터에서 소정의 기준값 이하의 낮은 APL 구간의 휘도를 낮추는 단계;
    상기 낮은 APL 구간의 휘도가 조정된 APL 커브 데이터에 의해 정의된 휘도를 바탕으로 상기 입력 영상의 데이터를 변조하는 단계; 및
    변조된 데이터를 표시패널에 기입하는 단계를 포함하고,
    상기 APL 커브 데이터는 APL 커브에서 N(N은 2 이상의 20 이하의 양의 정수) 개의 APL 포인트들만을 포함할 수 있고,
    상기 N 개의 APL 포인트들은 APL 커브를 N 개의 구간으로 균등 분할할 때 이웃한 구간들 간의 경계 포인트들이고,
    상기 낮은 APL 구간의 휘도를 낮추는 단계는
    가중치를 상기 APL 포인트들에 곱하여 상기 APL 포인트들을 조정하고,
    선형 보간 방법으로 상기 APL 포인트들에 대응하는 휘도들 사이를 잇는 휘도 데이터를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치의 휘도 제어 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 9 항에 있어서,
    입력 APL 커브에서 제1 기준 APL 이하의 낮은 APL 구간의 휘도를 낮추고 상기 제1 기준 APL 보다 높은 APL 구간의 휘도를 높이기 위한 제1 가중치를 생성하는 단계; 및
    상기 제1 가중치를 상기 입력 APL 커브의 APL 포인트들의 휘도에 곱하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치의 휘도 제어 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    입력 영상의 움직임을 판단하고 상기 움직임이 클수록 표시 영상의 최대 휘도를 낮추기 위한 제2 가중치를 발생하는 단계; 및
    상기 입력 APL 커브의 APL 포인트들 또는 상기 제1 가중치를 상기 입력 APL 커브의 APL 포인트들의 휘도에 곱한 APL 포인트들의 휘도에 상기 제2 가중치를 곱하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치의 휘도 제어 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제2 가중치는 상기 APL 커브 데이터가 낮을수록 낮아지는 것을 특징으로 하는 표시장치의 휘도 제어 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 입력 APL 커브에서 제2 기준 APL 이하의 낮은 APL 구간의 휘도를 낮추고 상기 제2 기준 APL 보다 높은 APL 구간의 휘도를 유지하기 위한 제3 가중치를 생성하는 단계; 및
    상기 제3 가중치를 상기 입력 APL 커브의 APL 포인트들의 휘도에 곱하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치의 휘도 제어 방법.
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