KR102089327B1

KR102089327B1 - 액정 표시장치 및 그의 구동방법

Info

Publication number: KR102089327B1
Application number: KR1020130118088A
Authority: KR
Inventors: 권경준
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2013-10-02
Filing date: 2013-10-02
Publication date: 2020-03-16
Also published as: KR20150039468A

Abstract

본 발명은 적어도 한 프레임 단위로 분석된 영상 데이터의 표시 특성들에 따라 영상 데이터를 보상 변조함과 아울러 백 라이트 유닛의 밝기를 제어함으로써, 영상 표시 화질이 저하되는 것을 방지하면서도 백 라이트 유닛의 소비 전력 절감 효율을 향상시킬 수 있도록 한 액정 표시장치 및 그의 구동방법에 관한 것으로, 일 실시예에 따른 액정 표시장치에서 타이밍 컨트롤러는 주변 조도 대비 표시 영상의 밝기 식별력을 분석 및 이용하여, 원 영상 대비 영상 데이터가 확장 변조된 영상의 밝기 변화 차이 값을 포함하는 제1 영상 표시 특성을 검출하고, 영상 데이터의 확장 변조시 배제되는 에러 데이터들의 분포 특성을 나타내는 제2 영상 표시 특성을 검출하고, 상기 제1 영상 표시 특성과 상기 제2 영상 표시 특성을 조합한 결과를 이용하여 영상 데이터의 확장 비율이나 게인 값을 가변시켜 영상 데이터를 확장 변조함과 아울러, 영상 데이터의 확장 비율이나 게인 값에 대응되는 디밍 제어신호를 생성 및 출력하고, 백라이트 유닛은 디밍 제어신호에 따라 백 라이트의 점등/소등 기간을 조절하여 액정 패널에 광을 공급한다.

Description

액정 표시장치 및 그의 구동방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE USING THE SAME AND DRIVING METHOD THEREOF}

본 발명은 적어도 한 프레임 단위로 분석된 영상 데이터의 표시 특성들에 따라 영상 데이터를 보상 변조함과 아울러 백 라이트 유닛의 밝기를 제어함으로써, 영상 표시 화질이 저하되는 것을 방지하면서도 백 라이트 유닛의 소비 전력 절감 효율을 향상시킬 수 있도록 한 액정 표시장치 및 그의 구동방법에 관한 것이다.

정보화 사회가 발전함에 따라 영상 표시장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있으며, 근래에는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display), 전계방출 표시장치(Field Emission Display), 플라즈마 표시 패널(Plasma Display Panel) 및 발광 표시장치(Light Emitting Display)와 같은 여러 가지 평판 표시장치가 활용되고 있다.

이 중, 액정 표시장치는 매트릭스 형태로 배열된 복수의 액정 셀을 구비한 액정패널에 의해 백 라이트 유닛(Back Light Unit)으로부터 공급된 광의 투과량이 조절되어 원하는 영상을 표시하게 된다. 이를 위해, 액정 표시장치는 액정 셀 들을 통해 영상을 표시하는 액정패널, 액정패널을 구동하는 복수의 구동 집적회로, 및 액정패널로 광을 공급하는 백 라이트 유닛 등을 구비하여 구성된다.

액정패널은 비 발광 표시패널이기 때문에 액정 패널에 광을 공급하는 백 라이트 유닛이 반드시 필요하다. 하지만, 백 라이트 유닛은 액정 표시장치에서 소비되는 소비 전력의 70%~80% 이상을 소비할 정도로 전력 사용량이 많은 편이다.

근래에는 백 라이트 유닛의 소비 전력을 줄이기 위해, 영상 데이터의 계조 값을 확장 및 보상 변조하여 변조 데이터에 의해 영상이 표시되도록 함과 아울러, 영상 데이터의 계조 값 확장 또는 보상 비율에 따라 백 라이트 유닛의 소비 전력을 줄이는 방식이 제안되어 적용되기도 하였다.

하지만, 상기의 영상 데이터 변조 및 백 라이트 유닛 밝기 제어 방식은 표시 영상의 밝기 평균이나 공간적인 밝기 분포 및 화면 전환시의 밝기 차이 등 다양한 표시 특성들에 따라 화질이 저하되거나 소비 전력 저감 효율이 줄어드는 등의 여러 문제점이 발생하였다.

다시 말해, 영상 데이터의 계조 값 확장 비율(또는, 계조 값 확장을 위해 적용되는 곱셈 인자나 이득 값(gain)이 너무 높아지면 계조 뭉침이나 플리커 등의 영상 표시 불량이 발생한다. 반면, 계조 값 확장 비율이나 계조 값 확장을 위해 적용되는 곱셈 인자 또는 이득 값이 낮아지면 백 라이트 유닛의 밝기가 감소하지 않아 소비 전력 절감 효율이 낮아진다.

즉, 영상 데이터의 계조 값 확장 비율이나 계조 값 확장시 적용되는 곱셈 인자 또는 이득 값이 영상의 다양한 표시 특성들에 따라 효율적으로 설정 및 적용되지 않는 한, 화질이 저하되거나 소비 전력 저감 효율이 줄어드는 등의 문제점들은 감수할 수밖에 없었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 적어도 한 프레임 단위로 분석된 영상 데이터의 표시 특성들에 따라 영상 데이터를 보상 변조함과 아울러 백 라이트 유닛의 밝기를 제어함으로써, 영상 표시 화질이 저하되는 것을 방지하면서도 백 라이트 유닛의 소비 전력 절감 효율을 향상시킬 수 있도록 한 액정 표시장치 및 그의 구동방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 액정 표시장치는 액정패널; 데이터 드라이버; 게이트 드라이버; 주변 조도 대비 표시 영상의 밝기 식별력을 분석 및 이용하여, 원 영상 대비 영상 데이터가 확장 변조된 영상의 밝기 변화 차이 값을 포함하는 제1 영상 표시 특성을 검출하고, 영상 데이터의 확장 변조시 배제되는 에러 데이터들의 분포 특성을 나타내는 제2 영상 표시 특성을 검출하고, 제1 영상 표시 특성과 제2 영상 표시 특성을 조합한 결과를 이용하여 영상 데이터의 확장 비율이나 게인 값을 가변시켜 영상 데이터를 확장 변조함과 아울러, 영상 데이터의 확장 비율이나 게인 값에 대응되는 디밍 제어신호를 생성 및 출력하는 타이밍 컨트롤러; 및 디밍 제어신호에 따라 백 라이트의 점등/소등 기간을 조절하여 액정 패널에 광을 공급하는 백 라이트 유닛을 구비한다.
일 실시예에 따른 액정 표시장치의 구동방법은 액정 패널을 구동하는 단계; 주변 조도 대비 표시 영상의 밝기 식별력을 분석 및 이용하여, 원 영상 대비 영상 데이터가 확장 변조된 영상의 밝기 변화 차이 값을 포함하는 제1 영상 표시 특성을 검출하고, 영상 데이터의 확장 변조시 배제되는 에러 데이터들의 분포 특성을 나타내는 제2 영상 표시 특성을 검출하고, 제1 영상 표시 특성과 제2 영상 표시 특성을 조합한 결과를 이용하여 영상 데이터의 확장 비율이나 게인 값을 가변시켜 영상 데이터를 확장 변조시켜 출력하는 단계; 상기 영상 데이터의 확장 비율이나 게인 값에 대응되는 디밍 제어신호를 생성 및 출력하는 단계; 및 디밍 제어신호에 따라 백 라이트의 점등/소등 기간을 조절하여 액정 패널에 광을 공급하는 단계를 포함한다.

타이밍 컨트롤러는 제 1 및 제 2 영상 표시 특성을 적용하여 표시 불량 정도(Annoyance)를 검출하고, 검출한 표시 불량 정도를 임계값과 비교하여 영상 데이터의 확장 비율이나 게인 값을 가변 또는 유지시킬 수 있다.

타이밍 컨트롤러는 적어도 한 프레임 단위로 영상 데이터의 밝기 평균값을 검출하는 APL 계산부, 밝기 평균값을 이용하여 적어도 한 프레임 단위로 영상 데이터의 표시 휘도 값을 검출하고, 주변 조도를 검출하는 휘도 계산부, 주변 조도 대비 표시 영상의 밝기 및 휘도 식별력(just noticeable difference)을 분석하는 JND 계산부, 원 영상 대비 영상 데이터가 확장 변조되는 영상의 밝기 변화 차이 값을 나타낸 제 1 영상 표시 특성을 검출 및 분석하는 차이값 계산부, 영상 데이터의 확장 변조시 배제되는 고계조 값들을 포함한 에러 데이터들의 분포 특성을 나타낸 제 2 영상 표시 특성을 검출 및 분석하는 비트맵 계산부, 제 1 및 제 2 영상 표시 특성을 감안하여 표시 불량 정도(Annoyance)를 수치화한 불량 수치 데이터를 출력하는 불량 검출부, 임계값과 불량 수치 데이터를 비교 분석하여 영상 데이터의 확장 변조시 적용되는 게인 값을 가변 또는 유지시켜 설정하는 프레임 게인값 계산부, 가변 또는 유지되어 설정된 게인 값을 영상 데이터과 연산하여 변조 데이터를 생성하는 프레임 게인 적용부를 구비할 수 있다.

삭제

상기와 같은 다양한 기술 특징을 갖는 본 발명의 실시 예에 따른 액정 표시장치 및 그의 구동방법은 적어도 한 프레임 단위로 분석된 영상 데이터의 표시 특성들에 따라 영상 데이터의 계조 값 확장 비율이나 계조 값 확장시 적용되는 곱셈 인자 또는 이득 값을 가변시켜 영상 데이터를 보상 변조함과 아울러 백 라이트 유닛의 밝기를 제어할 수 있다.

이에, 본 발명에 따른 액정 표시장치 및 그의 구동방법은 영상 표시 화질이 저하되는 것을 방지하면서도 백 라이트 유닛의 소비 전력 절감 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 액정 표시장치를 개략적으로 나타낸 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 타이밍 컨트롤러를 구체적으로 나타낸 구성도.
도 3은 도 2에 도시된 영상 데이터 처리부를 구체적으로 나타낸 구성도.
도 4는 변조 데이터에 포함된 에러 데이터의 화면상의 위치 분포를 나타낸 비트맵.
도 5는 외부로부터 입력된 원 영상 데이터의 히스토그램을 나타낸 그래프.
도 6은 변조 데이터의 히스토그램을 나타낸 도면.
도 7은 종래 기술 대비 본 발명의 실시 예에 따른 백 라이트 유닛의 소비전력 절감 효율을 나타낸 그래프.

이하, 상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 실시 예에 따른 액정 표시장치 및 그의 구동방법을 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 액정 표시장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도 1에 도시된 액정 표시장치는 복수의 화소 영역을 구비하여 영상을 표시하는 액정패널(2); 액정패널(2)의 데이터 라인들(DL1 내지 DLm)을 구동하는 데이터 드라이버(4); 액정패널(2)의 게이트 라인(GL1 내지 GLn)들을 구동하는 게이트 드라이버(6); 적어도 한 프레임 단위로 영상 데이터의 평균 밝기, 밝기 분포 및 밝기 변화 차이 값 등을 포함한 영상 표시 특성들을 검출 및 분석하고, 분석된 영상 표시 특성들에 따라 영상 데이터의 계조 값 확장 비율이나 게인 값을 가변시켜 영상 데이터를 보상 변조함과 아울러, 계조 값 확장 비율이나 게인 값에 대응되는 디밍 제어신호(Dim)를 생성 및 출력하는 타이밍 컨트롤러(8); 및 디밍 제어신호(Dim)에 따라 백 라이트(14)의 점등(ON)/소등(OFF) 기간을 조절하여 액정패널(2)에 광을 공급하는 백 라이트 유닛(12)을 구비한다.

액정패널(2)은 복수의 게이트 라인(GL1 내지 GLn)과 데이터 라인(DL1 내지 DLm)에 의해 정의되는 각 화소 영역에 형성된 박막 트랜지스터(TFT; Thin Film Transistor) 및 TFT와 접속된 액정 커패시터(Clc)를 구비한다. 액정 커패시터(Clc)는 TFT와 접속된 화소전극, 화소전극과 액정을 사이에 두고 대면하는 공통전극으로 구성된다. TFT는 각각의 게이트 라인(GL1 내지 GLn)으로부터의 스캔펄스에 응답하여 각각의 데이터 라인(DL1 내지 DLm)으로부터의 영상신호를 화소전극에 공급한다. 액정 커패시터(Clc)는 화소전극에 공급된 영상신호와 공통전극에 공급된 공통전압의 차전압을 충전하고, 그 차전압에 따라 액정 분자들의 배열을 가변시켜 광 투과율을 조절함으로써 계조를 구현한다. 그리고, 액정 커패시터(Clc)에는 스토리지 커패시터(Cst)가 병렬로 접속되어 액정 커패시터(Clc)에 충전된 전압이 다음 데이터 신호가 공급될 때까지 유지되게 한다.

데이터 드라이버(4)는 타이밍 컨트롤러(8)로부터의 데이터 제어신호(DCS) 중 소스 스타트 펄스(SSP; Source Start Pulse)와 소스 쉬프트 클럭(SSC; Source Shift Clock) 등을 이용하여 타이밍 컨트롤러(8)로부터 보상 및 변조된 변조 데이터(Data)를 아날로그 영상 데이터 즉, 영상 신호로 변환한다. 그리고, 각 게이트 라인(GL1 내지 GLn)에 스캔펄스가 공급되는 1수평 주기마다 1수평 라인분의 영상신호를 각 데이터 라인(DL1 내지 DLm)으로 공급한다. 이때, 데이터 드라이버(4)는 소스 출력 인에이블(SOE; Source Output Enable) 신호에 응답하여 영상신호를 각 데이터 라인(DL1 내지 DLm)에 공급한다.

게이트 드라이버(6)는 타이밍 컨트롤러(8)로부터의 게이트 제어신호(GCS) 예를 들어, 게이트 스타트 펄스(GSP; Gate Start Pulse)와 게이트 쉬프트 클럭(GSC; Gate Shift Clock)에 응답하여 게이트 온 신호를 순차적으로 생성하고, 게이트 출력 인에이블(GOE; Gate Output Enable) 신호에 따라 게이트 온 신호의 펄스 폭 제어한다. 그리고, 게이트 온 신호들을 게이트 라인들(GL1 내지 GLn)에 순차적으로 공급한다. 여기서, 게이트 라인들(GL1 내지 GLn)에 게이트 온 전압이 공급되지 않는 기간에는 게이트 오프 전압이 공급된다.

타이밍 컨트롤러(8)는 외부로부터 공급되는 동기신호 즉, 도트클럭(DCLK), 데이터 인에이블 신호(DE), 수평 및 수직 동기신호(Hsync,Vsync) 중 적어도 하나를 이용하여 게이트 및 데이터 드라이버(4,6) 각각을 제어하기 위한 게이트 및 데이터 제어신호(GCS,DCS)를 생성한다.

또한, 타이밍 컨트롤러(8)는 적어도 한 프레임 단위로 영상 데이터의 밝기 평균값을 검출함과 아울러 프레임별 휘도 값 및 주변 조도나 휘도를 검출한다. 그리고, 웨버의 법칙(Weber’s law)에 따라 주변 휘도 대비 표시 영상의 밝기나 휘도 식별력(또는, just noticeable difference)을 분석함으로써, 밝기 변화 차이 값을 포함한 제 1 영상 표시 특성(또는, Depth factor)을 검출 및 분석한다.

제 1 영상 표시 특성의 밝기 변화 차이 값은 주변 조도 환경에 따라 식별되는 정도를 수치화하여 정의한 값이 될 수 있다. 예를 들어, 주변 조도 환경이나 표시 영상의 전체적인 밝기가 밝으면 밝기 변화 차이의 식별 정도는 낮아짐에 제 1 영상 표시 특성은 낮아지고, 주변이 어두운 경우 밝기 변화 차이의 식별 정도가 높아짐에 제 1 영상 표시 특성은 높아질 수 있다.

타이밍 컨트롤러(8)는 영상 데이터의 계조 값 확장 변조시 제거 또는 배제되는 최대 계조 값들을 포함한 에러 데이터들의 분포 특성을 나타낸 제 2 영상 표시 특성(또는, Width factor)을 검출 및 분석한다. 영상 데이터의 계조 값 확장 변환시 에러 데이터들이 뭉쳐있는 영상 표시 위치에서 식별력이 높아지므로, 계조 값 확장 변조시 에러 데이터들의 분포 특성을 나타낸 제 2 영상 표시 특성이 감안되어야 한다.

타이밍 컨트롤러(8)는 주변 휘도 대비 표시 영상의 밝기나 휘도 식별력이 분석된 제 1 영상 표시 특성 및 제 2 영상 표시 특성을 감안하여 밝기 변화 차이가 식별될 수 있는 표시 불량 정도(Annoyance)를 수치화한다. 그리고, 미리 설정된 임계값(Offset)과 수치화된 불량 정도를 비교 분석하여 영상 데이터의 계조 값 확장 변조시 적용되는 게인 값을 가변 또는 유지시켜 설정한다. 이렇게 가변 또는 유지되어 설정된 게인 값은 영상 데이터와의 연산 됨으로써, 변조 데이터가 생성된다. 이때, 타이밍 컨트롤러(8)는 가변 또는 유지되어 설정된 게인 값에 대응되도록 광원들의 점등 기간을 설정한 디밍 제어신호(Dim)를 적어도 한 프레임 단위로 생성하여 백 라이트 유닛(12)으로 공급한다. 이러한 본 발명의 타이밍 컨트롤러(8)에 대해서는 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 후술하기로 한다.

백 라이트 유닛(12)은 광을 발생하는 복수의 광원들이 배열된 백 라이트(14); 및 타이밍 컨트롤러(8)로부터 공급되는 디밍 제어신호(Dim)에 따라 백 라이트(14)의 점등(ON)/소등(OFF) 기간을 제어 및 구동하는 백 라이트 제어부(16)를 구비한다. 백 라이트(14)는 광원, 예를 들어 복수의 LED가 서로 직렬 또는 병렬로 연결된 LED 어레이들을 구비하고, 각각의 LED 어레이들로 공급되는 구동 전원(Vled) 및 광원 구동신호(Vpwmn)에 따라 광을 발생하게 된다. 백 라이트 제어부(16)는 디밍 제어신호(Dim)에 설정된 광원 구동신호(Vpwmn) 공급기간(매 프레임별 LED 어레이의 점등 기간)에 따라 듀티 비가 가변된 펄스 폭 변조신호를 생성한다. 그리고, 펄스 폭 변조 신호의 듀티 비에 대응하는 광원 구동신호(Vpwmn)를 각각의 LED 어레이들로 공급한다. 이에, 각각의 LED 어레이들은 광원 구동 신호(Vpwmn)에 의해 발광량 즉, 밝기 정도가 제어된다.

도 2는 도 1에 도시된 타이밍 컨트롤러를 구체적으로 나타낸 구성도이다.

도 2에 도시된 타이밍 컨트롤러(8)는 표시 영상의 밝기나 휘도 식별력을 분석하여 밝기 변화 차이 값을 포함한 제 1 영상 표시 특성 및 영상 데이터의 계조 값 확장 변조시 제거 또는 배제되는 최대 계조 값들을 포함한 에러 데이터들의 분포 특성을 나타낸 제 2 영상 표시 특성을 검출 및 분석하고, 제 1 및 제 2 영상 표시 특성에 따라 게인 값을 가변 또는 유지시켜 영상 데이터를 보상 변조한 변조 데이터(F_Data)를 생성하는 데이터 처리부(11), 및 변조 데이터(F_Data)를 적어도 한 수평 라인 단위 및 적어도 한 프레임 단위로 각각 구분 및 정렬시켜 데이터 드라이버(4)로 공급하는 데이터 정렬부(12)를 구비한다.

또한, 타이밍 컨트롤러(8)는 외부로부터의 동기신호들(Dclk,DE,Hsync,Vsync) 중 적어도 하나의 신호를 이용하여 게이트 드라이버(6)의 구동 타이밍을 제어하기 위한 게이트 제어신호(GCS)를 생성 및 출력하는 게이트 제어신호 생성부(14), 및 동기신호들(Dclk,DE,Hsync,Vsync) 중 적어도 하나의 신호를 이용하여 데이터 드라이버(4)의 구동 타이밍을 제어하기 위한 데이터 제어신호(DCS)를 생성 및 출력하는 데이터 제어신호 생성부(16)를 구비한다.

영상 데이터 처리부(11)는 적어도 한 프레임 단위로 영상 데이터의 밝기 평균값과 프레임별 휘도 값 및 주변 조도나 휘도를 검출하여, 주변 휘도 대비 표시 영상의 밝기나 휘도 식별력(또는, just noticeable difference)을 분석한 후, 밝기 변화 차이 값을 포함한 제 1 영상 표시 특성(또는, Depth factor)을 검출한다. 아울러, 영상 데이터의 계조 값 확장 변조시 배제되는 에러 데이터들의 분포 특성을 나타낸 제 2 영상 표시 특성(또는, Width factor)을 검출한다. 그리고, 제 1 및 제 2 영상 표시 특성을 감안하여 밝기 변화 차이가 식별될 수 있는 표시 불량 정도를 수치화하고, 이를 미리 설정된 임계값(Offset)과 비교하여 영상 데이터의 계조 값 확장 변조시 적용되는 게인 값을 가변 또는 유지시켜 설정한다. 게인 값은 영상 데이터와의 연산 됨으로써, 변조 데이터가 생성되고, 게인 값에 대응하여 광원들의 점등 기간이 설정된 디밍 제어신호(Dim)를 또한 변조 생성되어 백 라이트 유닛(12)으로 공급된다.

데이터 정렬부(12)는 변조 데이터(F_Data)를 적어도 한 수평 라인 단위 및 적어도 한 프레임 단위로 각각 구분 및 정렬시키고 이를 데이터 드라이버(4)로 순차 공급한다.

한편, 게이트 제어신호 생성부(14)는 입력되는 동기신호들(Dclk,DE,Hsync,Vsync) 중 적어도 하나의 신호 예를 들어, 데이터 인에이블 신호(DE) 및 수평 동기신호(Hsync)를 이용하여 게이트 구동부(2)의 구동 타이밍을 제어하기 위한 게이트 제어신호들(GCS)을 생성 및 출력한다.

데이터 제어신호 생성부(16)는 입력되는 동기신호들(Dclk,DE,Hsync,Vsync) 중 적어도 하나의 신호 예를 들어, 데이터 인에이블 신호(DE) 및 수직 동기신호(Vsync)를 이용하여 데이터 구동부(3)의 구동 타이밍을 제어하기 위한 데이터 제어신호(DCS)들을 생성 및 출력한다.

도 3은 도 2에 도시된 영상 데이터 처리부를 구체적으로 나타낸 구성도이다.

도 3에 도시된 영상 데이터 처리부(11)는 적어도 한 프레임 단위로 영상 데이터의 밝기 평균값을 검출하는 APL 계산부(21), 적어도 한 프레임 단위로 영상 데이터의 표시 휘도 값 및 주변 조도나 휘도를 검출하는 휘도 계산부(22), 주변 조도나 휘도 대비 표시 영상의 밝기 및 휘도 식별력(또는, just noticeable difference)을 분석하는 JND 계산부(23), 원 영상 대비 계조 값이 확장 변조되는 영상의 밝기 변화 차이 값을 나타낸 제 1 영상 표시 특성(Depth factor)을 검출 및 분석하는 차이값 계산부(24), 영상 데이터의 계조 값 확장 변조시 제거 또는 배제되는 최대 계조 값들을 포함한 에러 데이터들의 분포 특성을 나타낸 제 2 영상 표시 특성(Width factor)을 검출 및 분석하는 비트맵 계산부(30), 제 1 및 제 2 영상 표시 특성을 감안하여 표시 불량 정도(Annoyance)를 수치화한 불량 수치 데이터(D_ano)를 출력하는 불량 검출부(25), 미리 설정된 임계값(Offset)과 상기 불량 수치 데이터(D_ano)를 비교 분석하여 영상 데이터의 계조 값 확장 변조시 적용되는 게인 값을 가변 또는 유지시켜 설정하는 프레임 게인값 계산부(26), 가변 또는 유지되어 설정된 게인 값을 영상 데이터와 연산하여 변조 데이터를 생성하는 프레임 게인 적용부(28), 가변 또는 유지되어 설정된 게인 값을 저장하여 다음 프레임 기간에 상기의 프레임 게인 적용부(28)로 공급하는 지연 메모리부(27), 가변 또는 유지되어 설정된 게인 값에 대응되도록 광원들의 점등 기간을 설정한 디밍 제어신호(Dim)를 적어도 한 프레임 단위로 생성하는 디밍 적용부(29)를 구비한다.

APL 계산부(21)는 적어도 한 프레임 단위로 상기 영상 데이터의 계조 값들을 합산 및 평균 연산하여 적어도 한 프레임 단위의 밝기 평균값을 검출한다.

휘도 계산부(22)는 적어도 한 프레임 단위로 상기 영상 데이터의 계조 값들을 분석하여 적어도 한 프레임 단위의 휘도 값을 검출함과 아울러 별도로 주변 조도나 휘도를 검출한다.

JND 계산부(23)는 주변 조도나 휘도 대비 표시 영상의 밝기 및 휘도 식별력(또는, just noticeable difference)을 분석한다. 이때, JND 계산부(23)는 하기의 수학식 1, 2로 제시된 웨버의 법칙(Weber’s law)에 따라 주변 휘도 대비 표시 영상의 밝기나 휘도 식별력을 분석한다.

[수학식 1]

ΔL: just noticeable luminance difference,

L_a: adaptation luminance,

C : constant called Weber fraction.

일반적으로 표시 영상을 인지할 때, 눈은 주변 조도와 현재 표시 영상의 밝기 평균에 대응하여 적응하게 된다. 따라서, 주변 조도 환경이나 표시 영상의 전체적인 밝기가 밝으면 밝기 변화 차이의 식별 정도는 낮아지고, 주변이 어두운 경우 밝기 변화 차이의 식별 정도는 높아질 수 있다. 수학식 1의 상수 C가 고정된 경우, 휘도나 밝기 변화를 느끼는 최소의 밝기 차이 값(just noticeable luminance difference)은 주변 밝기 환경에 따른 적응 밝기(adaptation luminance)에 따라 가변 된다. 주변 밝기 환경에 따라 휘도나 밝기 변화를 느끼는 최소의 밝기 차이 값(L_a)가 높아지거나 낮아지는 정도에 따라 영상 데이터의 보상 변조 정도 또한 낮추거나 높여 조절할 수 있다.

[수학식 2]

: adaptation level ,

BI _D : background illumination,

AIL _D : average intensity level of the scene for a specified color D,

ΔL _D : minimum intensity of which we can notice the difference,

D : representative expression of R, G,and B.

상술한 바와 같이, 표시 영상 또는 액정패널(2)의 표시 휘도 값(AIL_D)은 각 화소 밝기나 계조의 총합으로 정량화될 수 있다. 이에, JND 계산부(23)는 주변 조도와 휘도 대비 표시 영상의 밝기 및 휘도 식별력(AIL _D :average intensity level of the scene for a specified color D )에 따라 주변 밝기 환경에 따라 휘도나 밝기 변화를 느끼는 최소의 밝기 차이 값(just noticeable luminance difference)을 분석한다.

차이값 계산부(24)는 하기의 수학식 3을 이용하여 원 영상 대비 계조 값이 확장 변조되는 영상의 밝기 변화 차이 값을 나타낸 상기의 제 1 영상 표시 특성(Depth factor)을 검출 및 분석한다.

[수학식 3]

D _org (i, j) : intensity of the (i, j)-th pixel of the original image,

D _bs (i, j) : intensity of the (i,　j)-th pixel of the backlight scaled image which include a dimming process for a specified color D.

즉, 차이 값 계산부(24)는 원 영상의 화소 밝기 값(D _org (i, j)) 대비 확장 변조된 영상의 화소 밝기 값(D _bs (i, j))의 밝기 변화 차이 값(Diff_D(i,j))이 휘도나 밝기 변화를 느끼는 최소의 밝기 차이 값(ΔL_D)보다 작은 경우에는 차이를 못 느끼는 것이므로 이를 배제한다. 반면, 영상 대비 확장 변조된 영상의 밝기 변화 차이 값(Diff_D(i,j))이 휘도나 밝기 변화를 느끼는 최소의 밝기 차이 값(ΔL _D )보다 작은 경우에만 표시 불량 정도(Annoyance)에 포함되도록 한다. 여기서, ID_TOT(n)은 원 영상 대비 계조 값이 확장 변조되는 영상의 밝기 변화 차이 값을 나타낸 상기의 제 1 영상 표시 특성 값(Depth factor value)의 총 합이 될 수 있다.

비트맵 계산부(30)는 영상 데이터의 계조 값 확장 변조시 제거 또는 배제되는 최대 계조 값들을 포함한 에러 데이터들의 분포 특성을 나타낸 제 2 영상 표시 특성(Width factor)을 검출 및 분석한다.

도 4를 참조하면, 표시패널 상에 입력된 변조 데이터에 포함된 에러데이터의 화면상의 위치 분포를 나타내는데, 계조 포화된 특성의 에러 데이터가 특정 위치에 모여 있을 경우, 화질 열화를 나타낼 수 있기 때문에 이러한 화질 열화의 가능성이 있는 표시 영역의 위치를 검출하기 위한 비트맵이다.

비트맵의 작성 형식은 도 4에 예시한 바와 같이, 에러 데이터가 표시되는 화소는 '1'로 표시하고 에러 데이터 이외의 데이터가 표시되는 화소는 '0'으로 표시한다. 그리고, 작성된 비트맵 상에서 에러 데이터가 밀집되어 화질 열화의 가능성이 있는 에러 영역을 미리 설정된 n×m 해상도로 스캔하여 검출한다. 에러 데이터의 개수가 하나의 스캔 단위 내에 비트맵 데이터의 50% 이상인 경우를 에러 영역으로 정의하며, 검출된 에러 영역의 개수를 기준 개수와 비교하여 화질 열화가 인지되는 정도 즉, 에러 영역의 분포 정도를 정의한 제 2 영상 표시 특성(Width factor)을 검출한다.

불량 검출부(25)는 제 1 및 제 2 영상 표시 특성을 감안하여 표시 불량 정도(Annoyance)를 수치화한 불량 수치 데이터(D_ano)를 출력한다. ID_TOT(n)이 원 영상 대비 계조 값이 확장 변조되는 영상의 밝기 변화 차이 값을 나타낸 제 1 영상 표시 특성 값(Depth factor value)의 총 합이고, 에러 영역의 분포 정도를 정의한 제 2 영상 표시 특성 값(Width factor value)을 S_TOT(n)으로 정의하면, 표시 불량 정도를 수치화한 불량 수치 데이터(D_ano, Annoyance(n))는 하기의 수학식 4를 통해 검출할 수 있다.

[수학식 4]

Annoyance(n) = f (ID_TOT(n), S_TOT(n))

이와 달리, 표시 불량 정도를 수치화한 불량 수치 데이터(D_ano, Annoyance(n))은 하기의 수학식 5 및 6으로 도시된 바와 같이, 제 1 영상 표시 특성 값과 제 2 영상 표시 특성 값의 다양한 연산 방식으로 검출할 수 있다.

[수학식 5]

Annoyance(n) = ID_TOT(n)^δ × S_TOT(n)^ε

[수학식 6]

Annoyance(n) = αID_TOT(n)^δ + βS_TOT(n)^ε(α, β, δ, ε는 상수)

프레임 게인값 계산부(26)는 하기의 수학식 7에 따라 미리 설정된 임계값(Offset, T_CL)과 상기 불량 수치 데이터(D_ano, Annoyance(n))를 비교 분석하여 상기 영상 데이터의 계조 값 확장 변조시 적용되는 게인 값(K_cur)을 가변 또는 유지시켜 설정한다.

[수학식 7]

K _cur : current frame gain of the,

K _pre : previous frame gain,

ε: proportional constant which controls the feedback speed,

T _CL : pre-determined threshold of the clipping levels,

즉, 불량 수치 데이터(D_ano, Annoyance(n))가 미리 설정된 임계값(Offset, T_CL)보다 작을 때는 게인 값(K_cur)이 높아지도록 가변하고, 불량 수치 데이터(D_ano, Annoyance(n))가 미리 설정된 임계값(Offset, T_CL)보다 클 때는 게인 값(K_cur)이 낮아지도록 가변시켜 게인 값(K_cur)을 설정한다. 이때, 지연 메모리부(27)는 매 프레임 단위로 게인 값(K_cur)을 저장하여 다음 프레임 기간에 상기의 프레임 게인값 계산부(26)로 공급한다.

도 5는 외부로부터 입력된 원 영상 데이터의 히스토그램을 나타낸 그래프이고, 도 6은 변조 데이터의 히스토그램을 나타낸 도면이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 프레임 게인 적용부(28)는 프레임 게인값 계산부(26)에서 가변 또는 유지되어 설정된 게인 값(K_cur)을 영상 데이터와 연산하여 변조 데이터를 생성한다. 다시 말해, 프레임 게인 적용부(28)는 원 영상 데이터에서 계조가 최상위 순으로 게인 값 비율에 해당하는 데이터를 산출하여 에러 데이터로 규정한다. 그리고, 에러 데이터를 제외한 나머지 데이터에서 최대 계조를 표시하는 데이터를 기준으로 전술한 게인 값(K_cur)을 연산하여 확장 변조함으로써, 도 6에 도시된 변조 데이터(F_Data)를 생성하게 된다. 이때, 디밍 적용부(29)는 상기 가변 또는 유지되어 설정된 게인 값(K_cur)에 대응되도록 광원들의 점등 기간을 설정한 디밍 제어신호(Dim)를 적어도 한 프레임 단위로 생성하고 이를 백 라이트 유닛(12)으로 공급한다.

도 7은 종래 기술 대비 본 발명의 실시 예에 따른 백 라이트 유닛의 소비전력 절감 효율을 나타낸 그래프이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 게인 값을 고정시켜 설정 및 적용한 경우(Fixed Rate) 및 영상의 PSNR을 기준으로 게인 값을 고정시켜 설정한 경우 대비, 본 발명의 매 프레임 단위로 분석된 영상 데이터의 표시 특성들에 따라 게인 값(K_cur)을 가변 설정한 경우의 소비 전력이 훨씬 줄어듦을 알 수 있다.

즉, 본 발명의 실시 예에 따른 액정 표시장치 및 그의 구동방법은 적어도 한 프레임 단위로 분석된 영상 데이터의 표시 특성들에 따라 영상 데이터의 계조 값 확장 비율이나 계조 값 확장시 적용되는 곱셈 인자 또는 이득 값을 가변시켜 영상 데이터를 보상 변조함과 아울러 백 라이트 유닛의 밝기를 제어할 수 있다. 이에, 본 발명에 따른 액정 표시장치 및 그의 구동방법은 영상 표시 화질이 저하되는 것을 방지하면서도 백 라이트 유닛의 소비 전력 절감 효율을 향상시킬 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.

2: 액정패널 4: 데이터 드라이버
6: 게이트 드라이버 8: 타이밍 컨트롤러
11: 영상 데이터 처리부 12: 데이터 정렬부
16: 게이트 제어신호 생성부 16: 데이터 제어신호 생성부
21: APL 계산부 22: 휘도 계산부
23: JND 계산부 24: 차이값 계산부
25: 불량 검출부 26: 프레임 게인값 계산부
27: 지연 메모리부 28: 프레임 게인 적용부
29: 디밍 적용부 30: 비트 맵 계산부

Claims

복수의 화소 영역을 구비하여 영상을 표시하는 액정패널;
상기 액정패널의 데이터 라인들을 구동하는 데이터 드라이버;
상기 액정패널의 게이트 라인들을 구동하는 게이트 드라이버;
주변 조도 대비 표시 영상의 밝기 식별력을 분석 및 이용하여, 원 영상 대비 영상 데이터가 확장 변조된 영상의 밝기 변화 차이 값을 포함하는 제1 영상 표시 특성을 검출하고, 영상 데이터의 확장 변조시 배제되는 에러 데이터들의 분포 특성을 나타내는 제2 영상 표시 특성을 검출하고, 상기 제1 영상 표시 특성과 상기 제2 영상 표시 특성을 조합한 결과를 이용하여 상기 영상 데이터의 확장 비율이나 게인 값을 가변시켜 상기 영상 데이터를 확장 변조함과 아울러, 상기 영상 데이터의 확장 비율이나 게인 값에 대응되는 디밍 제어신호를 생성 및 출력하는 타이밍 컨트롤러; 및
상기 디밍 제어신호에 따라 백 라이트의 점등/소등 기간을 조절하여 상기 액정 패널에 광을 공급하는 백 라이트 유닛을 구비한 액정 표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 타이밍 컨트롤러는
상기 제 1 및 제 2 영상 표시 특성을 적용하여 표시 불량 정도(Annoyance)를 검출하고, 검출한 표시 불량 정도를 임계값과 비교하여 상기 영상 데이터의 확장 비율이나 게인 값을 가변 또는 유지시키는 액정 표시장치.
제 2 항에 있어서,
상기 타이밍 컨트롤러는
적어도 한 프레임 단위로 상기 영상 데이터의 밝기 평균값을 검출하는 APL 계산부,
상기 밝기 평균값을 이용하여 적어도 한 프레임 단위로 상기 영상 데이터의 표시 휘도 값을 검출하고, 상기 주변 조도를 검출하는 휘도 계산부,
상기 주변 조도 대비 상기 표시 영상의 밝기 식별력(just noticeable difference)을 분석하는 JND 계산부,
상기 밝기 식별력의 분석 결과를 고려하여 상기 원 영상 대비 영상 데이터가 확장 변조되는 영상의 밝기 변화 차이 값을 나타낸 상기 제 1 영상 표시 특성을 검출 및 분석하는 차이값 계산부,
상기 영상 데이터의 확장 변조시 배제되는 고계조 값들을 포함하는 상기 에러 데이터들의 분포 특성을 나타낸 상기 제 2 영상 표시 특성을 검출 및 분석하는 비트맵 계산부,
상기 제 1 및 제 2 영상 표시 특성을 적용하여 상기 표시 불량 정도를 수치화한 불량 수치 데이터를 출력하는 불량 검출부,
상기 임계값과 상기 불량 수치 데이터를 비교 분석하여 상기 영상 데이터의 게인 값을 가변 또는 유지시켜 설정하는 프레임 게인값 계산부,
상기 가변 또는 유지되어 설정된 게인 값을 상기 영상 데이터과 연산하여 변조 데이터를 생성하는 프레임 게인 적용부를 구비한 액정 표시장치.
제 3 항에 있어서,
상기 JND 계산부는
하기의 수학식 1, 2를 이용하여 상기 주변 조도 대비 표시 영상의 밝기 식별력에 따라 주변 밝기 환경에 따라 밝기 변화를 느끼는 최소의 밝기 차이 값(just noticeable luminance difference)을 분석하는 액정 표시장치.
[수학식 1]

ΔL: just noticeable luminance difference
L_a: adaptation luminance
C : constant called Weber fraction
[수학식 2]

:adaptation level
BI_D : background illumination
AIL_D : average intensity level of the scene for a specified color D
ΔL_D : minimum intensity of which we can notice the difference
D : representative expression of R, G ,and B
제 4 항에 있어서,
상기 차이값 계산부는
하기 수학식 3을 이용하여 상기 원 영상 대비 영상 데이터가 확장 변조되는 영상의 밝기 변화 차이 값을 나타낸 상기 제 1 영상 표시 특성을 검출 및 분석하는 액정 표시장치.
[수학식 3]

D_org (i, j) : intensity of the (i, j)-th pixel of the original image
D_bs (i, j) : intensity of the (i,　j)-th pixel of the backlight scaled image which include a dimming process for a specified color D .
복수의 화소 영역을 구비하여 영상을 표시하는 액정패널의 게이트 및 데이터 라인들을 각각 구동하는 단계;
주변 조도 대비 표시 영상의 밝기 식별력을 분석 및 이용하여, 원 영상 대비 영상 데이터가 확장 변조된 영상의 밝기 변화 차이 값을 포함하는 제1 영상 표시 특성을 검출하고, 영상 데이터의 확장 변조시 배제되는 에러 데이터들의 분포 특성을 나타내는 제2 영상 표시 특성을 검출하고, 상기 제1 영상 표시 특성과 상기 제2 영상 표시 특성을 조합한 결과를 이용하여 상기 영상 데이터의 확장 비율이나 게인 값을 가변시켜 상기 영상 데이터를 확장 변조시켜 출력하는 단계;
상기 영상 데이터의 확장 비율이나 게인 값에 대응되는 디밍 제어신호를 생성 및 출력하는 단계; 및
상기 디밍 제어신호에 따라 백 라이트의 점등/소등 기간을 조절하여 상기 액정 패널에 광을 공급하는 단계를 포함한 액정 표시장치의 구동방법.
제 6 항에 있어서,
상기 영상 데이터를 확장 변조시켜 출력하는 단계는
상기 제 1 및 제 2 영상 표시 특성을 적용하여 표시 불량 정도(Annoyance)를 검출하고, 검출한 표시 불량 정도를 임계값과 비교하여 상기 영상 데이터의 확장 비율이나 게인 값을 가변 또는 유지시켜 상기 영상 데이터를 확장 변조한 변조 데이터를 생성하는 단계, 및
상기 변조 데이터를 정렬하여 데이터 드라이버로 공급하는 단계를 포함한 액정 표시장치의 구동방법.
제 7 항에 있어서,
상기 변조 데이터 생성 단계는
적어도 한 프레임 단위로 상기 영상 데이터의 밝기 평균값을 검출하는 단계,
상기 밝기 평균값을 이용하여 적어도 한 프레임 단위로 상기 영상 데이터의 표시 휘도 값을 검출하고, 상기 주변 조도를 검출하는 단계,
상기 주변 조도 대비 상기 표시 영상의 밝기 식별력(just noticeable difference)을 분석하는 단계,
상기 밝기 식별력의 분석 결과를 고려하여 상기 원 영상 대비 영상 데이터가 확장 변조되는 영상의 밝기 변화 차이 값을 나타낸 상기 제 1 영상 표시 특성을 검출 및 분석하는 단계,
상기 영상 데이터의 확장 변조시 배제되는 고계조 값들을 포함한 상기 에러 데이터들의 분포 특성을 나타낸 상기 제 2 영상 표시 특성을 검출 및 분석하는 단계,
상기 제 1 및 제 2 영상 표시 특성을 적용하여 상기 표시 불량 정도를 수치화한 불량 수치 데이터를 출력하는 단계,
상기 임계값과 상기 불량 수치 데이터를 비교 분석하여 상기 영상 데이터의 게인 값을 가변 또는 유지시켜 설정하는 단계,
상기 가변 또는 유지되어 설정된 게인 값을 상기 영상 데이터와 연산하여 상기 변조 데이터를 생성하는 단계를 포함한 액정 표시장치의 구동방법.
제 8 항에 있어서,
상기 표시 영상의 밝기 식별력을 분석하는 단계는
하기 수학식 1, 2를 이용하여 상기 주변 조도 대비 표시 영상의 밝기 식별력에 따라 주변 밝기 환경에 따라 밝기 변화를 느끼는 최소의 밝기 차이 값(just noticeable luminance difference)을 분석하는 단계를 포함한 액정 표시장치의 구동방법.
[수학식 1]

ΔL: just noticeable luminance difference
L_a: adaptation luminance
C : constant called Weber fraction
[수학식 2]

:adaptation level
BI_D : background illumination
AIL_D : average intensity level of the scene for a specified color D
ΔL_D : minimum intensity of which we can notice the difference
D : representative expression of R, G ,and B
제 9 항에 있어서,
상기 제 1 영상 표시 특성을 검출 및 분석 단계는
하기 수학식 3을 이용하여 상기 원 영상 대비 영상 데이터가 확장 변조되는 영상의 밝기 변화 차이 값을 나타낸 상기 제 1 영상 표시 특성을 검출 및 분석하는 액정 표시장치의 구동방법.
[수학식 3]

D_org (i, j) : intensity of the (i, j)-th pixel of the original image
D_bs (i, j) : intensity of the (i,　j)-th pixel of the backlight scaled image which include a dimming process for a specified color D .