KR102125873B1 - 표시장치와 그 감마 보상 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 표시장치와 그 감마 보상 방법에 관한 것으로, 픽셀들이 매트릭스 형태로 배치된 표시패널; 입력 영상의 픽셀 데이터를 보상값들로 변조하는 보상 회로; 및 상기 보상 회로로부터 출력된 데이터를 상기 표시패널의 픽셀들에 기입하는 구동부를 포함한다. 상기 보상 회로는 계조별로 미리 설정된 비선형 감마 커브의 옵셋 정보와 기울기 정보를 픽셀 데이터의 계조에 따라 선택하고, 상기 선택된 옵셋 정보와 기울기 정보를 바탕으로 상기 보상값을 생성한다.

Description

표시장치와 그 감마 보상 방법{DISPLAY DEVICE AND GAMMA COMPENSATION METHOD THEREOF}

본 발명은 표시장치와 그 감마 보상 방법에 관한 것이다.

평판 표시장치는 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD), 유기발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Diode Display, OLED Display)와 같은 전계발광 표시장치(Electroluminescence Display, ELD), 전계 방출 표시장치(Field Emission Display, FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 전기영동 표시장치(Electrophoresis Display, EPD) 등이 있다.

이러한 표시장치의 감마 특성이 2.2 감마 커브로 표현될 때 시청자가 느끼는 화질의 계조 표현력이 가장 우수한 것으로 알려져 있다. 감마 보상 방법의 하나로, 전 계조 범위를 분할하여 분할점의 계조에서 감마 보상값을 최적화하고 이웃한 감마 보상값들 사이에서 선형 보간 방법을 실시할 수 있다. 그런데 선형 보간 방법은 이웃한 감마 보상값들 사이의 직선 상에서 근사화된 보상값을 추정하여 새로운 보상값을 생성하기 때문에 이상적인(ideal) 비선형 감마 특성을 구현할 수 없다. 선형 보간 방법으로 감마 특성을 보상하는 방법은 한 표시패널 내에서 감마 특성이 부분적으로 다른 경우나, 표시패널들 간에 감마 특성이 서로 다른 경우에 감마 특성을 균일하고 이상적으로 보상할 수 없었다.

본 발명은 표시패널의 감마 특성을 이상적인 감마 커브로 균일하게 향상시키고 또한, 표시패널 간에 감마 특성을 이상적인 감마 커브를 균일하게 향상시킬 수 있는 표시장치와 그 보간 방법을 제공한다.

본 발명의 표시장치는 픽셀들이 매트릭스 형태로 배치된 표시패널; 입력 영상의 픽셀 데이터를 보상값들로 변조하는 보상 회로; 및 상기 보상 회로로부터 출력된 데이터를 상기 표시패널의 픽셀들에 기입하는 구동부를 포함한다.

상기 보상 회로는 계조별로 미리 설정된 비선형 감마 커브의 옵셋 정보와 기울기 정보를 픽셀 데이터의 계조에 따라 선택하고, 상기 선택된 옵셋 정보와 기울기 정보가 반영된 아래의 수식을 바탕으로 상기 보상값을 생성한다.

또는,

여기서, G는 계조, C는 보상값, k는 옵셋 정보, r은 기울기 정보를 각각 의미한다.

상기 표시장치의 감마 보상 방법은 계조별로 미리 설정된 비선형 감마 커브의 옵셋 정보와 기울기 정보를 픽셀 데이터의 계조에 따라 선택하는 단계; 상기 선택된 옵셋 정보와 기울기 정보를 바탕으로 보상값을 생성하는 단계; 및 입력 영상의 픽셀 데이터를 상기 보상값으로 변조하여 표시패널에 표시하는 단계를 포함한다.

본 발명은 이상적인 감마 커브의 옵셋 정보와 기울기 정보를 바탕으로 보상값을 생성하고 그 보상값으로 픽셀 데이터를 변조함으로써 표시패널의 화면 내의 모든 픽셀 위치에서 감마 특성을 이상적인 감마 커브로 균일하게 향상시키고 또한, 표시패널 간에 감마 특성을 이상적인 감마 커브를 균일하게 향상시킬 수 있다.

도 1 및 도 2는 얼룩 측정 방법에서 측정된 화면의 무라 영역과 그 무라 영역의 휘도를 보상하기 위한 보상값을 보여 주는 도면들이다.
도 3은 저계조 범위에서 중앙 픽셀의 이상적인 비선형 감마 커브와 무라 영역의 감마 커브를 보여 주는 도면이다.
도 4 내지 도 6은 선형 보간 방법으로 계산된 근사화된 보상값으로 인하여 감마 특성이 부정확하게 보상되는 예를 보여 주는 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 감마 특성 보상 방법을 보여 주는 도면들이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 감마 보상 시스템을 보여 주는 도면이다.
도 10은 블록 보간 방법을 보여 주는 도면이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 나타내는 블록도이다.

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. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것일 수 있는 것으로서, 실제 제품의 부품 명칭과는 상이할 수 있다.

본 발명의 표시장치는 액정표시장치(LCD), 전계 방출 표시장치(FED), 유기발광 다이오드 표시장치(OLED Display), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 전기영동 표시장치(Electrophoresis Display, EPD) 등 어떠한 평판 표시장치에도 적용 가능하다.

표시장치는 제조 공정의 편차로 인하여 같은 계조에서도 휘도 차이가 보이는 얼룩이 화면에 존재할 수 있다. 도 1 및 도 2는 표시패널의 얼룩을 측정하고 그 얼룩을 보상하기 위한 보상값을 보여 주는 도면들이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 얼룩 측정 시스템은 표시패널(display panel)의 모든 픽셀들에 같은 계조의 데이터를 기입하고 그 때의 휘도를 카메라로 촬상한 다음, 카메라의 이미지를 분석하여 픽셀들의 휘도를 측정한다. 이어서, 얼룩 측정 시스템은 카메라에 의해 촬상된 이미지를 분석하여 각 픽셀마다 표시패널의 화면 중앙(center) 대비 휘도 차이를 측정하여 그 결과를 바탕으로 얼룩의 휘도 특성과 형태를 판정한다.

얼룩 측정 시스템은 얼룩 부분의 휘도를 표시패널의 화면 중앙 픽셀과 같은 감마 특성을 갖도록 얼룩으로 보이는 무라 영역(M1, M2)의 감마 특성을 보상하기 위한 보상값을 계산한다. 보상값은 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. 얼룩 측정 시스템은 계조를 변화시키면서 휘도 측정과 보상값을 계산한다.

여기서, C는 n(n은 양의 정수) 번째 픽셀의 보상값(compensation value)이다. L_pn은 n 번째 픽셀의 휘도이고, L_pc는 화면의 중앙 픽셀의 휘도이다. gain_p는 픽셀별 감마 특성 편차를 반영한 게인이다.

보상값은 도 2의 예와 같이 제1 무라(mura) 영역의 픽셀들과 같이 화면의 중앙 픽셀 대비 휘도가 낮은 픽셀들에 대하여 포지티브 보상값(+A)으로 생성되는 반면, 제2 무라(mura) 영역의 픽셀들과 같이 화면의 중앙 픽셀 대비 휘도가 높은 픽셀들에 대하여 네가티브 보상값(-A)으로 생성된다. 포지티브 보상값(+A)은 입력 영상의 픽셀 데이터에 가산되어 그 픽셀 데이터의 계조를 높여 픽셀의 휘도를 높인다. 네가티브 보상값(-A)은 입력 영상의 픽셀 데이터에 감산되어 그 픽셀 데이터의 계조를 낮추어 픽셀의 휘도를 낮춘다.

시청자가 인식하는 영상의 계조별 휘도 차이를 가장 잘 인식할 수 있는 감마 커브는 2.2 감마 커브와 같은 비선형 감마 커브이다. 그런데, 픽셀들의 감마 커브를 이상적인 비선형 커브로 최적화할 수 있으나, 제1 및 제2 무라 영역(M1, M2)에 적용될 보상값들로 인하여 감마 특성이 나빠질 수 있다. 예를 들어, 얼룩 측정 시스템은 하드웨어 리소스(Hardware resource)를 줄이기 위하여 모든 계조에 대하여 휘도를 측정하고 보상값을 생성하는 것이 아니라 전체 계조 범위를 N(N은 2 이상의 양의 정수) 개의 계조 구간으로 분할하고 계조 구간 각각에서 샘플링된 1 개의 계조에 대하여 휘도를 측정하고 보상값을 생성한다. 얼룩 측정 시스템은 선형 보간 방법을 이용하여 샘플링된 보상값들 사이의 직선 상에서 근사화된 값으로 보상값을 계산하고, 이렇게 근사화된 보상값을 샘플링되지 않은 계조들에 대하여 적용한다. 그런데 제1 및 제2 무라 영역(M1, M2)의 감마 커브는 선형 보간 방법에 의해 근사화된 보상값들로 인하여 이상적인 비선형 커브와의 차이가 있다. 이로 인하여, 제1 및 제2 무라 영역(M1, M2)의 감마 특성이 나빠져 화질이 저하된다. 특히, 도 3 내지 도 6과 같이 시청자가 민감하게 인식하는 저계조에서 감마 커브의 왜곡이 심하게 된다.

도 4 내지 도 6은 선형 보간 방법으로 계산된 근사화된 보상값으로 인하여 감마 특성이 부정확하게 보상되는 예를 보여 주는 도면이다.

저계조 구간에서 샘플링된 계조가 32이고 선형 보간 방법으로 계조 16의 보상값을 계산한다면, 도 5와 같이 계조 16의 보상값은 +0.5A로 계산될 수 있다. 그런데, 휘도 측정을 통해 중앙 픽셀과 동일한 휘도로 픽셀의 휘도를 보상한 계조 32의 보상값과 달리, 선형 보간 방법으로 근사화된 계조 16의 보상값은 화면 중앙 픽셀의 감마 커브와 미치지 못하여 보상 데이터의 오류를 유발한다. 이러한 현상은 선형 보간 방법의 직선 근사화에 원인이 있기 때문에 도 4 및 도 6과 같이 포지티브 보상 방법이나 네가티브 보상 방법에서 나타나고 있다.

본 발명은 무라 영역들의 감마 특성이 이상적인 비선형 감마 커브를 충족하도록 도 7 및 도 8과 같은 방법으로 무라 영역들의 감마 특성을 보상한다.

도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 감마 특성 보상 방법을 보여 주는 도면들이다.

얼룩이 없는 영역의 감마 특성은 수학식 2와 같이 이상적인 2.2 감마 커브로 최적화될 수 있다.

여기서, G는 계조이고, T는 계조 G에 대한 휘도 T이다.

얼룩으로 보이는 무라 영역의 감마 특성은 수학식 3 또는 4와 같이 나타낼 수 있다. 수학식 3은 도 7에 도시된 무라 영역의 감마 특성이고, 수학식 4는 도 8에 도시된 무라 영역의 감마 특성이다.

수학식 3 및 4에서, C는 보상값이고, k는 감마 커브의 옵셋(offset) 보상을 위한 변수이다. r(gamma)는 감마 커브의 기울기이다.

휘도 측정을 바탕으로 적어도 2 계조에 대한 보상값(C)을 생성하기 위하여 샘플링된 2 계조에 대하여 카메라로 무라 영역(M1, M2)의 휘도를 측정하고, 샘플링된 계조의 휘도가 수학식 1을 충족하는 보상값(C)을 생성한다. 샘플링된 계조 이외의 나머지 계조들 각각에 대한 보상값(C)은 수학식 5 또는 6에 계조(G), 옵셋(k), 기울기(r) 정보를 대입하면 계산될 수 있다.

수학식 5 및 수학식 6은 이상적인 2.2 감마 커브와 같은 무라 영역의 감마 특성을 나타낸다. 수학식 5 또는 6에 각 계조별로 계조(G)와 보상값(C)을 대입하고 계조들 각각에서 수학식 5 또는 6를 충족하는 k, r을 자동 계산한다.

수학식 1 내지 6에서, 분모의 255는 픽셀 데이터가 8 bit일 때의 최대 계조이다. 따라서, 픽셀 데이터의 bit 수에 따라 255는 변경될 수 있다.

본 발명의 감마 보상 방법은 일부 계조에 대하여 휘도 측정을 바탕으로 이상적인 비선형 감마 커브를 충족하는 보상값을 생성하고, 각 계조에서 이상적인 비선형 감마 커브를 충족하는 옵셋 정보(k)와 기울기 정보(r)를 계산한다. 옵셋 정보(k)와 기울기 정보(r)는 무라 영역(M1, M2) 픽셀 위치별로 그리고 계조별로 룩업 테이블(Look-up table, LUT)에 등재된다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 감마 보상 시스템을 보여 주는 도면이다.

도 9를 참조하면, 감마 보상 시스템은 얼룩 측정 시스템과 표시장치의 감마 보상 회로를 포함한다.

얼룩 측정 시스템은 적어도 2 계조에 대하여 이상적인 감마 커브를 충족하는 보상값(C)을 생성한다. 얼룩 측정 시스템은 카메라와 소프트웨어(Software, SW)를 포함한다. 카메라는 시료로 선택된 표시패널의 휘도를 측정한다. 소프트웨어는 카메라의 출력을 분석하여 샘플링된 계조의 휘도를 측정하고, 보상값 적용에 따른 휘도를 이상적인 비선형 감마 커브의 휘도와 비교하여 최적 보상값을 생성하여 메모리에 저장한다.

보상 회로는 후술하는 타이밍 콘트롤러(Timing controller, T-con), 연산 로직 회로 등의 하드 웨어(Hardware, HW)를 포함한다. 감마 보상 회로는 데이터 획득부와 보상부를 포함한다. 보상 회로는 도 11 및 도 12에 도시된 보상 회로(200)이다.

데이터 획득부는 표시장치의 전원이 켜지면, 메모리로부터 샘플링된 픽셀의 보상값(C)을 읽어 들인다. 보상 회로는 도 10과 같은 블록 보간 방법으로 샘플링되지 않은 위치의 픽셀들에 대한 보상값을 계산한다. 감마 보상 회로는 전술한 룩업 테이블(LUT)을 이용하여 무라 영역의 감마 특성을 보상하는 보상부를 포함한다.

룩업 테이블(LUT)에는 무라 영역에서 계조별로 나뉘어지는 옵셋 정보(k)와 기울기 정보(r)가 미리 저장된다. 룩업 테이블(LUT)은 입력 영상의 픽셀 데이터의 계조값에 따라 선택된 메모리 어드레스에 저장된 옵셋 정보(k)와 기울기 정보(r)를 출력한다. 보상 회로는 룩업 테이블(LUT)에 의해 선택된 옵셋 정보(k)와 기울기 정보(r)를 수학식 5 또는 6에 대입하여 샘플링되지 않은 계조의 보상값(C)을 생성한다. 그리고 보상 회로는 수학식 5 또는 6을 충족하는 보상값(C)을 픽셀 데이터에 가감하여 무라 영역의 감마 특성을 이상적인 비선형 감마 커브로 조정한다.

얼룩 측정 시스템은 하드웨어 리소스를 줄이기 위하여, 모든 픽셀에 대해서 보상값들을 산출하는 것이 아니라, 픽셀들을 4×4 또는 8×8과 같이, I(I는 4 이상의 양의 정수)×I 블록으로 분할하여 각 블록들에서 꼭지점 위치의 픽셀들에 한하여 휘도 측정과 보상값을 생성할 수 있다. 샘플링되지 않은 픽셀들에 대한 보상값은 도 10과 같은 블록 보간 방법으로 계산될 수 있다.

도 10은 블록 보간 방법을 보여 주는 도면이다.

도 10을 참조하면, 임의의 블록에서 샘플링된 픽셀들을 P1(x₁,y₁), P2(x₂,y₁), P3(x₁,y₂), P4(x₂,y₂)라 할 때, 블록 보간 방법은 수직 방향(y)을 따라 샘플링된 픽셀들의 보상값들을 이용하여 그 사이의 보상값을 선형 보간 방법으로 계산한다. 그리고 블록 보간 방법은 수평 방향(x)을 따라 샘플링된 픽셀들의 보상값들을 이용하여 그 사이의 보상값을 선형 보간 방법으로 계산한다. C 위치의 픽셀의 보상값은 P1(x₁,y₁)과 P3(x₁,y₂)의 보상값들의 중간값으로 생성되고, D 위치의 보상값은 P2(x₂,y₁)과 P4(x₂,y₂)의 보상값들의 중간값으로 생성될 수 있다. A 위치의 픽셀에 적용될 보상값은 P1(x₁,y₁)과 P2(x₂,y₁)의 보상값들의 중간값으로 생성되고, B 위치의 픽셀에 적용될 보상값은 P3(x₁,y₂)과 P4(x₂,y₂) 위치의 보상값들의 중간값으로 생성될 수 있다. P(x, y) 위치의 보상값은 A 및 B의 중간값 또는 C 및 D의 중간값으로 생성될 수 있다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 표시장치는 보상 회로(200), 구동부(110), 및 표시패널(100)을 포함한다.

표시패널(100)은 입력 영상이 표시되는 픽셀 어레이를 포함한다. 픽셀 어레이는 데이터 전압이 공급되는 데이터 라인들(DL), 데이터 라인들(DL)과 직교되고 게이트 펄스(또는 스캔펄스)가 공급되는 게이트 라인들(또는 스캔 라인들, GL), 및 데이터 라인들(DL)과 게이트 라인들(GL)의 교차에 의해 정의된 매트릭스 형태로 배치되는 픽셀들을 포함한다. 픽셀들 각각은 하나 이상의 TFT와 커패시터를 포함할 수 있다.

보상 회로(200)에는 표시장치에 전원이 공급되면 ROM(Read Only Memory)(120)로부터 샘플링된 보상값들이 입력된다. 샘플링된 보상값들은 샘플링된 픽셀들과 샘플링된 계조의 보상값들을 포함한다. 보상 회로(200)는 블록 보간 방법으로 무라 영역의 픽셀들 각각의 보상값을 생성한다. 보상 회로(200)는 룩업 테이블(LUT)에 픽세 데이터를 입력하여 그 룩업 테이블에서 선택된 감마 커브의 옵셋 정보(k)와 기울기 정보(r)를 수학식 5 또는 6에 대입하여 샘플링되지 않은 보상값(C)을 계산한다. 그리고 보상 회로(200)는 보상값(C)을 픽셀 데이터에 가감하여 픽셀 데이터를 변조함으로써 무라 영역의 감마 특성을 이상적인 비선형 감마 커브로 구현한다.

구동부(110)는 보상 회로(200)에 의해 변조된 데이터(RGB')를 표시패널(100)의 픽셀들(PIX)에 기입한다. 구동부(110)는 데이터 구동부(101), 게이트 구동부(또는 스캔 구동부)(102), 및 타이밍 콘트롤러(103)를 포함한다. 보상 회로(200)는 타이밍 콘트롤러(103)에 내장될 수 있다.

데이터 구동부(101)는 타이밍 콘트롤러(103)로부터 입력되는 입력 영상의 픽셀 데이터(RGB')를 아날로그 감마 보상 전압으로 변환하여 데이터 전압을 발생하고, 그 데이터 전압을 데이터 라인들(DL)에 공급한다. 데이터 구동부(101)에 수신되는 픽셀 데이터는 디지털 비디오 데이터이다. 게이트 구동부(102)는 데이터 전압에 동기되는 게이트 펄스를 발생하고, 그 게이트 펄스를 시프트시키면서 게이트 라인들(GL)에 순차적으로 공급한다.

타이밍 콘트롤러(103)는 도시하지 않은 호스트 시스템으로부터 입력 영상의 픽셀 데이터(RGB)를 입력 받고, 또한 수직/수평 동기 신호(Vsync, Hsync), 데이터 인에이블 신호(DE), 메인 클럭(DCLK) 등의 타이밍 신호들을 입력 받는다. 타이밍 콘트롤러(103)는 보상 회로(200)에 의해 변조된 픽셀 데이터(RGB')를 데이터 구동부(101)로 전송한다. 그리고 타이밍 콘트롤러(103)는 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, CLK)을 이용하여 데이터 구동부(101)와 게이트 구동부의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들(DDC, GDC)를 생성한다.

호스트 시스템은 텔레비젼 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 폰 시스템(Phone system) 중 어느 하나일 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

100 : 표시패널 110 : 구동부
200 : 보상 회로

Claims (6)

1. 픽셀들이 매트릭스 형태로 배치된 표시패널;
   입력 영상의 픽셀 데이터를 보상값들로 변조하는 보상 회로; 및
   상기 보상 회로로부터 출력된 데이터를 상기 표시패널의 픽셀들에 기입하는 구동부를 포함하고,
   상기 보상 회로는,
   계조별로 미리 설정된 비선형 감마 커브의 옵셋 정보와 기울기 정보를 픽셀 데이터의 계조에 따라 선택하고,
   선택된 상기 옵셋 정보와 상기 기울기 정보가 반영된 아래의 수식을 바탕으로 상기 보상값을 생성하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
   

   

   또는,
   

   

   
   여기서, G는 계조, C는 보상값, k는 옵셋 정보, r은 기울기 정보를 각각 의미한다.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 보상 회로는,
   샘플링된 계조의 휘도 측정을 바탕으로 생성된 상기 보상값 이외의 보상값을 상기 옵셋 정보와 상기 기울기 정보를 이용하여 생성하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 계조별로 미리 설정된 비선형 감마 커브의 옵셋 정보와 기울기 정보를 픽셀 데이터의 계조에 따라 선택하는 단계;
   선택된 상기 옵셋 정보와 기울기 정보가 반영된 아래의 수식을 바탕으로 보상값을 생성하는 단계; 및
   입력 영상의 픽셀 데이터를 상기 보상값으로 변조하여 표시패널에 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치의 감마 보상 방법.
   

   

   또는,
   

   

   
   여기서, G는 계조, C는 보상값, k는 옵셋 정보, r은 기울기 정보를 각각 의미한다.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 보상값을 생성하는 단계는,
   샘플링된 계조의 휘도 측정을 바탕으로 생성된 보상값 이외의 보상값을 상기 옵셋 정보와 상기 기울기 정보를 이용하여 생성하는 것을 특징으로 하는 표시장치의 감마 보상 방법.

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