KR102184620B1 - 액정표시장치의 보상데이터 생성방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치의 보상 데이터 생성방법을 개시한다. 보다 상세하게는, 본 발명은 특히 광학부재를 간소화하여 두께를 줄인 슬림형(Slim type) 액정표시장치의 고품질 영상을 구현하기 위한 보상데이터 생성방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 검사공정에서 이용되는 CCD 카메라의 특성 및 액정표시장치의 구조적 특성에 의한 왜곡성분을 제거하여 보다 정확한 보상데이터를 생성할 수 있는 효과가 있다.

Description

액정표시장치의 보상데이터 생성방법 및 장치{METHOD AND DEVICE OF LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE FOR GENERATING COMPENSATION DATA}
본 발명은 액정표시장치의 보상 데이터 생성방법에 관한 것으로, 특히 광학부재를 간소화하여 두께를 줄인 슬림형(Slim type) 액정표시장치의 고품질 영상을 구현하기 위한 보상데이터 생성방법 및 장치에 관한 것이다.
액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD), 유기전계 발광표시장치(Organic Light Emitting Diodes, OLED), 플라즈마 디스플레이패널(Plasma Display Panel, PDP), 전기영동표시장치(Electrophoretic Display, EPD) 등의 평판표시장치(FLAT PANEL DISPLAY DEVICE)는 여러 가지 공정을 거쳐 제조된다.
도 1은 종래 평판표시장치 중, 액정표시장치에 대한 제조공정을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 액정표시장치의 제조공정은 세정이 완료된 액정패널을 준비하는 단계(S1), 액정패널의 전후면에 편광판을 부착하는 단계(S2), 액정패널에 구동IC를 부착하는 단계(S3), 액정패널에 메인기판을 부착하는 단계(S4), 액정패널의 배면으로 백라이트 부를 배치하고 기구구조물을 이용하여 조립하는 단계(S5) 및 모듈화된 액정표시장치의 검사단계(S6)로 이루어진다.
특히, 전술한 바와 같이 액정표시장치의 제조공정에는 액정표시장치에 사용되는 액정패널의 정상적인 작동여부와 화질을 검사하는 검사공정(S6)이 포함된다.
이러한 검사공정(S6)은 CCD 카메라 등을 이용하여 액정패널을 촬영함으로써 화상에 대한 영상정보를 획득하여 영상품질을 판단하는 공정이다. 이후, 획득된 영상정보에 기초하여 보상데이터를 생성하고 출하되는 액정표시장치내의 콘트롤러에 보상 데이터를 프로그래밍하여 고품질의 액정표시장치를 구현할 수 있도록 한다.
상기 CCD 카메라를 이용한 평판표시장치의 검사방법에서는 검사대상이 되는 평판표시장치에 소정의 검사패턴을 표시하고, 고성능 CCD 카메라를 이용하여 액정패널 정면을 촬영하여 획득한 영상정보와 타겟 영상을 비교하여 그 차이에 따른 보상값을 산출하여 영상을 표상하게 된다.
그러나, CCD 카메라를 통해 획득된 영상정보에는 CCD 카메라 자체의 특성상 발생하는 왜곡성분과, 액정표시장치의 액정패널 자체의 구조적 특성에 따른 왜곡성분이 포함되어 있다. 뿐만 아니라, 액정표시장치는 별도로 구비되는 백라이트 부에 의해 시청자에게 화면상의 영역별 현저한 휘도차가 시인될 수 있다. 영상왜곡 문제는 다수의 광 균일수단이 생략되는 슬림형 액정표시장치에서 더 심각하게 나타날 수 있다. 이하 도면을 참조하여 상기의 왜곡성분 중, 백라이트 부에 의한 휘도 왜곡 원인을 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 종래 액정표시장치의 백라이트 부에 대한 분해도를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 광원이 액정패널의 배면에 배치되는 직하구조로서, 도 2를 참조하면 종래 백라이트 부(a)는 다수의 LED 램프(10), LED 램프(10)가 실장되는 LED 어레이(20), LED 어레이(20)의 하부에 배치되는 반사판(30), LED 어레이(20)의 상부에 순차적으로 배치되는 도광판(40), 확산시트(50), 프리즘 시트(60) 및 보호시트(70)로 이루어진다.
여기서, 도광판(40) 및 확산시트(50)는 LED 램프(10)가 점광원임에 따라 집중되는 빛을 액정패널의 전 영역으로 분산시키는 역할을 한다. 그리고 LED 램프(10) 또한 빛이 램프의 중앙으로 집중되는 것을 최소화하기 위해 20mm 이상의 두께를 갖는 상부 렌즈(15)를 구비하게 된다.
한편, 최근의 액정표시장치의 슬림(Slim)화 추세에 따라 백라이트 부를 단순화하여 그 두께를 줄인 구조가 제안되었다(b). 슬림화된 백라이트 부(b)는 상기의 도광판(40)을 생략하고, LED 램프(10)의 상부 렌즈(16) 또한 두께를 10mm 이하로 줄여 액정표시장치의 전체 두께를 줄이게 된다.
그러나, 전술한 슬림화된 백라이트 부(b)는 LED 램프(10)로부터 출광된 빛을 확산시키기 위한 광학부재(40)가 생략되고, LED 램프(10)의 렌즈 두께가 얇아짐에 따라 화면상에 국부적으로 휘도차가 발생되는 원인이 된다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 액정표시장치에서 다양한 형태의 휘도 왜곡성분을 고려하여 적절한 보상데이터를 도출하는 데 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시장치의 보상데이터 생성방법은, 액정표시장치를 촬영하여 영상정보를 획득하는 단계; 상기 영상정보를 전처리 하는 단계; 전처리된 영상정보에 포함된 휘도 왜곡 성분을 교정하는 단계; 교정된 영상정보에 기초하여 타겟 프로파일을 생성하는 단계; 및 상기 타겟 프로파일에 기초하여 보상 데이터를 산출하는 단계를 포함한다.
또한, 전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시장치의 보상데이터 생성장치는, 카메라를 통해 액정표시장치의 화면을 촬영한 영상정보를 입력받고, 상기 영상정보를 이용하여 비네팅(vignetting)성분을 추출 및 보상하는 휘도 왜곡 교정부; 교정된 영상정보에 대응하여 제1 휘도 추정을 통해 강무라 성분을 제거하고, 제2 휘도 추정을 통해 타겟 프로파일을 생성하는 타겟 프로파일 생성부; 및 상기 타겟 프로파일을 상기 영상정보에 적용하여 보상 데이터를 생성하는 보상 데이터 생성부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 보상데이터 생성방법 및 장치는, 검사공정에서 이용되는 CCD 카메라의 특성 및 액정표시장치의 구조적 특성에 의한 왜곡성분을 제거하여 보다 정확한 보상데이터를 생성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 평판표시장치 중, 액정표시장치에 대한 제조공정을 나타내는 도면이다.
도 2는 종래 액정표시장치의 백라이트 부에 대한 분해도를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 보상데이터를 생성하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 휘도 왜곡 교정방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 타겟 프로파일 생성단계를 나타내는 도면이다.
도 6a는 LED 램프에 구비되는 렌즈에 의해 발생하는 무라의 형태를 그래프로 나타낸 도면이고, 도 6b는 액정패널과 백라이트 부에서의 무라 발생 관계를 모식화한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 보상데이터 생성장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 보상데이터가 적용된 액정표시장치의 일 예를 나타낸 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 보상데이터 생성방법 및 장치를 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 보상데이터를 생성하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 보상데이터 생성방법은, 액정표시장치를 촬영하여 영상정보를 획득하는 단계(S100), 상기 영상정보를 전처리 하는 단계(S110), 전처리된 영상정보에 포함된 휘도 왜곡 성분을 교정하는 단계(S120), 교정된 영상정보에 기초하여 타겟 프로파일을 생성하는 단계(S130), 상기 액정표시장치에 포함된 LED 램프의 렌즈에 대한 렌즈 프로파일을 생성하고, 상기 타겟 프로파일에 반영하는 단계(S140) 및 상기 타겟 프로파일에 기초하여 보상 데이터를 산출하는 단계(S150)를 포함한다.
먼저, 액정표시장치를 촬영하여 영상정보를 획득하는 단계(S100)는 조립공정이 완료된 액정표시장치를 거치대에 고정하고, 이의 정면으로 CCD 카메라를 배치하여 액정표시장치의 전면을 촬영하여 영상정보를 생성하는 단계이다. 이때 이용되는 액정표시장치는 도 2의 (b)와 같이, 도광판과 같은 확산부재가 생략되고 렌즈두께가 얇은 LED 램프를 이용한 것으로, 슬림형(slim type) 액정표시장치일 수 있다.
다음으로, 영상정보를 전처리 하는 단계(S110)는, 획득된 영상정보를 명암 대비도를 개선하고 영향이 적은 노이즈를 제거하여, 이후의 휘도 왜곡 교정 단계의 알고리즘에 적용할 수 있도록 변환하는 단계이다.
이어서, 휘도 왜곡 교정단계(S120)는 획득된 영상정보에 대하여 카메라 특성에 의한 왜곡인 비네팅(Vignetting) 성분을 제거하는 단계이다. 비네팅 성분은 CCD 카메라에서 렌즈의 외곽부로 갈수록 광량이 적어짐에 따른 것으로, 이로 인해 획득된 영상정보는 실제화면과 대비하여 볼 때, 영상의 외곽부가 중심부보다 휘도가 낮아지는 왜곡현상이 발생하게 된다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에서는 타겟 프로파일 생성전에 영상정보에서 상기 비네팅 성분을 제거하여 영상정보를 교정하게 된다.
이후, 교정된 영상정보에 기초하여 타겟 프로파일을 생성한다(S130). 타겟 프로파일은 영상정보의 화면내 휘도 경향을 추정하여 구현하고자 하는 영상에 대한 타겟 프로파일을 생성하는 단계이다.
다음으로, 상기 액정표시장치에 포함된 LED 램프의 렌즈에 대한 렌즈 프로파일을 생성한다(S140). S140 단계는, 상기 타겟 프로파일과 더불어 액정표시장치 자체의 화질저하 요소인 백라이트 부의 특성에 기인한 왜곡성분을 고려하여 보상 데이터에 반영하기 위해 렌즈 프로파일을 생성하는 단계이다. 백라이트 부의 빛 특성은 특히 LED 램프에 구비된 렌즈에 의해 크게 좌우되며, 인접한 두 렌즈간의 거리, 렌즈와 상부 광학시트간의 거리, 렌즈와 광학시트간의 거리 및 렌즈로부터 출광되는 빛의 시야각 등이 고려될 수 있다.
이어서, 상기 산출한 타겟 프로파일을 이용하여 현재 액정표시장치에 대한 보상데이터를 생성한다(S150). 상기 단계를 거쳐 구현하고자 하는 영상에 대한 타겟 프로파일을 생성하면, 현재 보상대상인 액정표시장치에 대한 원 촬영영상과의 연산을 통해 보상데이터를 산출하게 된다. 이렇게 산출된 보상데이터는 액정표시장치의 타이밍 제어부에 내장된 데이터 보상부에 저장해 두었다가 영상 표시시, 즉 데이터 구동부로의 RGB'신호를 보상하게 하게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 보상데이터 생성방법에서 휘도 왜곡 교정방법 및 타겟 프로파일 생성방법을 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 휘도 왜곡 교정방법을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 휘도 왜곡 교정방법은, 상기 휘도 왜곡 성분을 교정하는 단계는, 촬영된 영상데이터를 입력받는 단계(S121), 상기 영상정보에 대한 라디얼 그라디언트(Radial Gradient)을 계산하는 단계(S122), 상기 라디얼 그라디언트의 히스토그램 분포를 계산하는 단계(S123), 최적화 알고리즘을 통해 상기 히스토그램 분포가 휘도 왜곡성분이 최소화되도록 휘도 왜곡성분을 이루는 파라미터들을 추정하는 단계(S124), 상기 파라미터를 업데이트하고 그 결과에 따른 영상정보를 이용하여 상기 라디얼 그라디언트의 계산 단계부터 반복 수행하는 단계 (S125) 및 상기 비네팅 성분이 최소화된 최적의 히스토그램값을 생성하여 상기 최적의 히스토그램값에 따라, 상기 영상정보에 포함된 비네팅 성분을 제거하는 단계(S126)를 포함한다.
먼저, 촬영된 영상정보를 입력하는 단계(S121)는 검사하고자 하는 대상이 되는 액정표시장치의 전면에 대해 소정의 CCD 카메라를 이용하여 영상을 촬영하고, 이를 장치에 입력하는 단계이다. 여기서, 촬영된 영상정보는 화면에 대한 하나의 단일 이미지 데이터(single image data)이다.
다음으로, 영상정보에 대한 라디얼 그라디언트(Radial Gradient)을 계산하는 단계(S122)는 영상정보내 화소들의 휘도값에 대한 관계를 통해 카메라의 비네팅 성분을 추측할 수 있는 라디얼 그라디언트를 계산하는 단계이다.
현재 입력된 영상정보 CCD 카메라의 고유 특성에 의해 영상의 중심으로부터 외곽으로 갈수록 방사상(radial)으로 휘도가 점점 어두워지는 특성인 비네팅(Vignetting)이 있다. 이에 따라, 중심점에서의 휘도값과 외곽화소들의 휘도값의 변화량에 대한 기울기(gradient)을 구하면 카메라 특성인 비네팅 성분을 도출할 수 있다.
따라서, 입력영상 I에 대하여 라디얼 그라이언트(Ψ I )는 중심좌표를 x0, y0라 하고, 각 화소들의 좌표를 x,y라 할 때, 이하의 수학식 1,
Figure 112014073667244-pat00001
로 산출할 수 있다. 상기 수학식 1에서,
Figure 112014073667244-pat00002
는 각 화소들의 픽셀 값에 대한 수평 좌표 및 수직 좌표 방향의 기울기를 나타내며, 앱실론(ε)은 보정상수이며 0에 가까운 값이다. 상기
Figure 112014073667244-pat00003
는 이하의 수학식 2,
Figure 112014073667244-pat00004
로 계산된다. 또한,
Figure 112014073667244-pat00005
는 이하의 수학식 3,
Figure 112014073667244-pat00006
으로 계산된다.
다음으로, 상기 수학식 1~3에 의해 계산된 라디얼 그라디언트 값(Ψ I )을 활용하여 히스토그램 분포 및 왜도{Γ(I)}값을 다음의 수학식 4로 계산한다(S123).
Figure 112014073667244-pat00007
여기서,
Figure 112014073667244-pat00008
는 정방향(positive)상의 라디얼 그라디언트값의 히스토그램 분포이고,
Figure 112014073667244-pat00009
는 역방향(negative)상의 라디얼 그라디언트값의 히스토그램 분포이다. 이때, 상기
Figure 112014073667244-pat00010
및
Figure 112014073667244-pat00011
의 히스토그램 분포가 서로 대칭일 시에는 비네팅으로 인한 왜곡이 없으며 비대칭 정도가 클수록, 즉 왜도(skewness){Γ(I)}가 클수록, 비네팅으로 인한 왜곡이 크다는 것을 나타낸다. 따라서, 비네팅 성분을 제거한다는 것은 왜도{Γ(I)}가 최소값이 되도록 파라미터를 조절하는 것과 같다.
한편, 비네팅은 카메라 초점이 영상 중심에 맞추어졌다는 가정 하에 영상의 중심점을 기준으로 계산되어지기 때문에 비네팅 분석을 위하여 영상중심 좌표가(0,0)인 극좌표를 다음의 수학식 5로 표현할 수 있다.
Figure 112014073667244-pat00012
상기 수학식 5에서, Z는 비네팅으로 인한 휘도 왜곡이 있는 영상, I는 휘도 왜곡이 없는 영상이며, V(r)은 휘도 왜곡 성분을 나타낸다.
상기 수학식 5에 따르면, 휘도 왜곡 성분이 없거나{V(r)=1}, V(r)을 계산할 수 있는 최적 파라미터를 추정 시, 카메라로 촬영한 영상의 휘도 왜곡이 최소가 됨을 알 수 있다(S124). V(r)은 카메라 초점이 영상 중심에 맞추어졌다는 가정 하에 영상 중심점으로부터 방사상으로 대칭적이므로, 상기 V(r)은 이하의 수학식 6으로 표현할 수 있다.
Figure 112014073667244-pat00013
여기서, r은 중심화소로부터의 거리, f는 초점거리, α는 비네팅 계산에 필요한 파라미터(parameter)로서, n은 1부터 5까지의 값을 가질 수 있으며, Geometry 상수를 가리킨다.
상기 파라미터 α와 초점거리 f의 값을 변경하고 상기 S122단계 내지 S123를 재 수행하여, 히스토그램의 정방향 및 역방향이 대칭에 가장 근접하는 최소 왜도 {Γ(Z/V)}을 도출하게 된다(S125). 최초 루프에서 초기 설정된 파라미터 α와 초점거리 f를 통해 계산한 V(r)로 왜도{Γ(Z/V)}가 작아지는 것을 확인하면, 이후의 루프에서는 파라미터 α 및 초점거리 f를 변경하여 V(r) 및 영상(Z/V)을 업데이트 하고, 그 영상에 대한 라디언 그라디언트를 다시 산출하여 이후의 절차를 반복 수행함으로써 히스토그램이 대칭에 가장 근접한 Γ(Z/V)를 도출하게 된다. 따라서, 최초 루프 이후에서는 수학식 1~4에 입력되는 입력영상은 원 영상이 아닌, 파라미터 α 및 초점거리 f가 업데이트된 비네팅 교정 영상인 I=Z/V가 된다. 최적의 Γ(Z/V)이 도출되었으면, 입력영상에 대한 비네팅 보정을 수행하여 왜곡성분이 제거된 교정영상(I)을 생성하게 된다(S126).
상기의 단계를 거쳐 비네팅 성분이 제거된 영상에는 액정패널 자체의 왜곡인 강 무라성분이 포함되어 있으며, 이하의 단계를 거쳐 강무라 성분을 제거하여 타겟 프로파일(target profile)을 도출하게 된다.
이하, 도 5을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 타겟 프로파일을 생성하는 단계를 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 타겟 프로파일 생성단계를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 타겟 프로파일 생성단계는, 교정된 영상정보를 입력받는 단계(S131), 상기 교정된 영상정보로부터 제1 휘도 분포정보를 추정하는 단계(S132), 제1 휘도 분포정보에서 강 무라 성분을 제거하는 단계(S133), 제2 휘도 분포정보를 추정하는 단계(S134) 및 타겟 프로파일을 도출하는 단계(S135)를 포함한다.
먼저, 전술한 휘도 왜곡 교정 단계를 통해 비네팅 성분이 제거된 교정된 영상정보를 입력받고(S131), 이를 이용하여 1차 휘도 경향을 추정한다(S132).
이러한 1차 휘도 경향을 추정하는 단계(S132)는 영상을 이루는 각 화소들의 휘도 경향이 어떠한 형태인지 판단하기 위한 것으로 최소자승법(least square)를 적용하면 다음의 수학식 7로 표현할 수 있다.
Figure 112014073667244-pat00014
여기서,
Figure 112014073667244-pat00015
는 1차 휘도경향 추정(Background estimation)을 위한 변환행렬로서, 교정된 영상정보 즉, 카메라의 왜곡이 제외된 영상정보에서 휘도에 관한 값들의 집합(
Figure 112014073667244-pat00016
)들을 학습데이터로 이용하여 휘도 경향을 추정할 수 있는 함수를 나타낸다. 학습 데이터인 x1, x2는 액정패널의 x, y좌표가 된다. 이러한
Figure 112014073667244-pat00017
는 2차 방정식의 형태를 갖는다.
다음으로, 상기
Figure 112014073667244-pat00018
를 이용하여 강 무라에 해당하는 휘도의 화소들을 검출하게 된다(S133). 본 단계에서는 소정의 화소와 그 화소의 사전방향에서의 휘도값간의 차를 통해 영상정보에서의 무라 성분을 판단하여 제거하게 된다. 이러한 무라 성분은 무라영역에 해당하는 화소들이 일반 휘도의 화소들에 비해 그 휘도차가 큼에 따라, 아웃라이어(outlier)가 되어 최소자승법의 특성상 무라 성분이 포함되면 오차가 극단적으로 커짐에 따라, 상기 함수(
Figure 112014073667244-pat00019
)에 의해 구하고자 하는 타겟 프로파일의 정확도가 매우 낮아지게 된다. 이러한 문제를 개선하기 위해 1차 휘도 추정 이후 타겟 프로파일에서 무라 성분을 제거하게 된다.
이러한 무라 성분은 다음의 수학식 8에 따라 구할 수 있다.
Figure 112014073667244-pat00020
여기서,
Figure 112014073667244-pat00021
는 상기 S132 단계에 의한 1차 휘도 경향 추정에 의해 생성된 함수를 이용한 전 타겟 프로파일을 가리키며,
Figure 112014073667244-pat00022
는 입력된 영상정보 즉, 왜곡이 제거된 영상을 가리킨다. 따라서, 타겟 프로파일은 함수(
Figure 112014073667244-pat00023
)와 입력영상(
Figure 112014073667244-pat00024
)의 곱으로 나타낼 수 있으며, 입력영상(
Figure 112014073667244-pat00025
)과 타겟 프로파일(
Figure 112014073667244-pat00026
)의 차는 강 무라에 해당하는 화소를 검출할 수 있는 임계값이 된다.
이에 따라,
Figure 112014073667244-pat00027
번째 화소에 대한 무라성분 (
Figure 112014073667244-pat00028
)은 함수(
Figure 112014073667244-pat00029
)에서 그 화소의 대각방향으로
Figure 112014073667244-pat00030
번째에 위치한 화소에 대한 성분을 제거하여 상기 수학식 8과 같이 구할 수 있다.
다음으로, 강 무라성분이 제거된 영상에 대하여 2차 휘도 경향을 추정한다(S134). 2차 휘도 경향을 추정하기 위한 함수(
Figure 112014073667244-pat00031
)는 이하의 수학식 9로 구할 수 있다.
Figure 112014073667244-pat00032
여기서,
Figure 112014073667244-pat00033
는 1차 배경추정(Background estimation)을 위한 변환행렬로서 무라성분이 제외된 영상정보에서 학습 데이터(
Figure 112014073667244-pat00034
)들을 통해 경향을 추정할 수 있는 함수이다. 그리고, x1, y1은 무라성분을 갖는 화소를 제외한 나머지 화소들의 액정패널상의 x, y좌표를 나타내며,
Figure 112014073667244-pat00035
는 4차이상의 방정식의 형태를 갖게 된다.
상기 과정에 따라, 입력영상정보에 대하여 휘도 경향 함수를 얻게 되면, 그 방정식의 해를 구하여 1차 및 2차 휘도경향 추정에 의해 왜곡성분이 제거된 타겟 프로파일을 도출하게 된다(S135).
한편, 상기 타겟 프로파일을 이용하면, 원 영상에 대한 보상 데이터를 산출할 수 있다. 그러나, 통상적인 액정표시장치의 경우 별도의 광원인 백라이트 부를 더 포함하고 있으며, 이러한 백라이트 부의 광원으로서 LED 램프가 이용되면 점광원인 LED 램프의 특성상 화면상의 휘도가 국부적으로 달라지는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 백라이트 부에 의한 영상 왜곡은, 특히 슬림형 액정표시장치에서 크게 발생하게 되며 본 발명에서는 LED 램프의 구조적 특징을 고려하여 상기 타겟 프로파일에 반영한다.
도 6a는 LED 램프에 구비되는 렌즈에 의해 발생하는 무라의 형태를 그래프로 나타낸 도면이고, 도 6b는 액정패널과 백라이트 부에서의 무라 발생 관계를 모식화한 도면이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 슬림형 액정표시장치 경우 백라이트 부에 구비되는 LED 램프는 상부에 구비되는 렌즈의 두께를 10mm 이하로 줄인 구조(도 2,(b) 참조)이고, 이에 따라 렌즈로부터 출광되는 빛의 확산되는 정도가 고르지 않고 일정영역에 집중되게 된다. 도 6a의 그래프에서 X축 및 Y축은 각각 상부에서 본 렌즈의 좌표를 나타내고, Z축은 빛의 강도를 나타낸다. 도시된 바와 같이 렌즈로부터 출광된 빛은 중앙부에서 그 강도가 높으며 주변부로 갈수록 그 강도가 낮게 나타나게 된다.
따라서, 복수의 LED 램프가 액정패널의 배면에 대하여 가로 및 세로 방향으로 배치되는 직하형 액정표시장치에서는 복수의 LED 램프들의 중앙영역은 높은 휘도로 표시되며, LED 램프들 사이의 영역은 중앙영역보다 상대적으로 낮은 휘도로 표시됨에 따라 무라로 시인된다.
또한, 렌즈 자체의 출광특성 이외에도, LED 램프와 액정패널간의 거리와, 액정패널에서 출광된 빛의 가시거리(optical distance)도 무라에 영향을 주게 된다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 백라이트 부와 액정패널간의 거리(D1)가 10mm 이하인 슬림형 액정표시장치에서는 하나의 LED 램프에 대하여 렌즈에 의해 빛이 확산되는 영역을 렌즈영역이라고 할 때, 렌즈 영역내에서도 휘도차가 발생하게 되며, 중앙부가 외곽부보다 휘도가 높음에 따라 중앙부가 무라영역으로 시인된다. 이러한 무라영역의 폭은 가시거리(D2)에도 영향을 받게 된다.
이에 따라, 왜곡성분이 제거된 타겟 프로파일에 전술한 렌즈특성에 의한 무라성분을 고려하여 타겟 프로파일의 정확도를 높일 수 있다. 일 예로서, 상기 D1, D2는 미리 결정된 고정값이며, 도 6a의 렌즈에 의한 무라 강도와 도 6b의 무라영역의 폭을 고려하여 렌즈 프로파일 생성한 후, 상기 타겟 프로파일의 값을 보정하게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시장치의 보상데이터 생성장치를 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 보상데이터 생성장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 보상 데이터 생성장치는, 카메라를 통해 액정표시장치의 화면을 촬영한 영상정보를 입력받고, 상기 영상정보를 이용하여 비네팅(vignetting)성분을 추출 및 보상하는 휘도 왜곡 교정부(100), 교정된 영상정보에 대응하여 제1 휘도 추정을 통해 강무라 성분을 제거하고, 제2 휘도 추정을 통해 타겟 프로파일을 생성하는 타겟 프로파일 생성부(200) 및 상기 타겟 프로파일을 상기 영상정보에 적용하여 보상 데이터를 생성하는 보상 데이터 생성부(250)을 포함한다.
휘도 왜곡 교정부(100)는 소정의 카메라를 이용하여 액정표시장치의 화면을 촬영한 원 영상정보를 입력받아, 상기 카메라에 의한 왜곡성분을 제거하는 역할을 한다. 이를 위해, 휘도 왜곡 교정부(100)는 상기 왜곡성분인 비네팅 성분을 추출하는 비네팅 추출부(110) 및 원 영상정보에서 추출된 비네팅 성분을 제거하는 비네팅 보상부(120)로 이루어질 수 있다. 비네팅 추출부(110)는 입력되는 영상정보에 대한 라디얼 그라디언트(Radial Gradient)을 계산하고, 상기 라디얼 그라디언트의 히스토그램 분포를 계산하여 최적화 알고리즘을 통해 상기 히스토그램 분포가 휘도 왜곡성분이 최소화되도록 휘도 왜곡성분을 이루는 파라미터들을 추정 및 업데이트를 수행한다. 그리고, 비네팅 보상부(120)는, 상기 비네팅 성분이 최소화된 최적의 히스토그램값을 생성하여 상기 최적의 히스토그램값에 따라, 상기 영상정보에 포함된 비네팅 성분을 제거하여 교정 영상정보를 생성한다.
상기 교정 영상정보는 휘도 경향에 따라 타겟 프로파일 생성부(200)를 통해 타겟 프로파일을 생성하는데 이용된다. 타겟 프로파일 생성부(200)는 제1 휘도 추정부(210), 강 무라 제거부(220) 및 제2 휘도 추정부(230)로 이루어질 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 휘도 추정부(210, 230)는 상기 교정된 영상정보를 휘도 경향 추정 알고리즘에 적용하여 구현하고자 하는 영상정보인 타겟 프로파일을 생성하게 되며, 이때 이용되는 알고리즘으로는 최소자승법이 이용될 수 있으며, 그에 대응되는 학습집합로서 각 화소들의 x,y 좌표가 이용된다. 제1 휘도 추정부(210)에서는 교정된 영상정보를 통해 2차 방정식의 휘도 경향 추정식을 산출하고, 강 무라 제거부(220)는 상기 휘도 경향 추정식에서 임계값을 이용하여 강무라 성분을 제거하게 된다. 다음으로 제2 휘도 추정부(210)에서 강무라가 제거된 영상정보를 통해 4차이상의 방정식의 휘도 경향 추정 함수를 산출하게 된다. 이렇게 산출된 휘도 경향 추정 함수의 해가 타겟 프로파일이 된다.
이후, 보상데이터 산출부(250)는 타겟 프로파일을 이용하여 액정표시장치에 적용되는 보상 데이터를 산출하게 된다. 이때, 도시되어 있지는 않지만 타겟 프로파일의 정확도를 더욱 높이기 위해, 백라이트 부의 LED 램프에 구비되는 렌즈특성에 의한 렌즈 프로파일이 더 고려될 수 있으며, 제2 휘도 추정부(230)에 의해 산출된 타겟 프로파일을 상기 렌즈 프로파일을 이용하여 보상하는 렌즈 프로파일 보상부(미도시)가 더 포함될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 액정표시장치에 상기 보상데이터가 적용되는 일 예를 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 보상데이터가 적용된 액정표시장치의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예를 통해 산출된 보상데이터가 적용된 액정표시장치는, 출력되는 복수의 게이트 배선 및 데이터 배선이 매트릭스 형태로 교차형성되고, 교차지점에 복수의 화소가 형성되는 액정패널(300)과, 상기 게이트 배선 및 데이터 배선을 통해 상기 화소에 게이트 구동신호 및 데이터 신호를 각각 공급하는 게이트 구동부(310) 및 데이터 구동부(320)와, 상기 액정패널에 빛을 공급하는 백라이트 부(330)와, 상기 게이트 구동부, 데이터 구동부(310, 320) 및 백라이트 부(330)를 제어하는 타이밍 제어부를 포함하고(340), 상기 타이밍 제어부(340)는 촬영장치의 왜곡성분, 영상의 전반적인 휘도추세 및 상기 백라이트 부(330)의 왜곡성분을 고려하여 산출된 보상 데이터를 저장하고 이에 대응하여 상기 데이터 신호를 보상하는 데이터 보상부(350)를 포함한다.
액정패널(300)은 기판 상에 다수의 게이트 배선(GL)과 다수의 데이터배선(DL)이 매트릭스 형태로 교차 형성되고, 그 교차지점에 다수의 화소(PX)가 형성되어 있다. 액정패널(300)의 표시영역 상에는 R,G,B 삼원색에 각각 대응하는 복수의 화소(PX)가 매트릭스 형태로 형성되며, 각 화소(PX)는 적어도 하나의 박막트랜지스터와 액정캐패시터가 구성되어 화상을 표시하게 된다.
전술한 박막트랜지스터의 게이트전극은 게이트배선(GL)에 연결되고, 소스전극은 데이터배선(DL)에 연결되며, 그리고 드레인전극은 공통전극과 대향하는 화소전극과 연결되어 있다. 이러한 박막트랜지스터의 액티브층은 물질로는 비정질 실리콘(amorphous silicon)이 널리 이용되나, 폴리 실리콘(poly silicon) 또는 옥사이드(oxide) 등을 이용할 수 있다. 그리고, 액정캐패시터는 상기 공통전극과 화소전극으로 이루어진다.
게이트 구동부(310)는 타이밍 제어부(330)로부터 인가되는 게이트 제어신호(GCS)에 대응하여 액정패널(300)에 형성된 다수의 게이트 배선(GL)에 1 프레임(frame)동안 하이레벨(high level)의 게이트 구동신호(Vg)를 순차적으로 출력하여 박막트랜지스터를 도통한다.
이러한 게이트 구동부(310)는 플렉서블 필름회로기판(미도시)상에 실장된 게이트 구동IC가 액정패널(300)의 측단에 연결되거나, 또는 액정패널(300)내에 박막트랜지스터 형태로 구현될 수도 있다.
데이터 구동부(320)는 타이밍 제어부(340)로부터 인가되는 데이터 제어신호(DCS)에 대응하여, 디지털형태의 RGB신호(RGB')를 기준전압(reference voltage)에 따라 아날로그 형태의 데이터 신호(Vdata)로 변환한다. 또한, 데이터 구동부(320)는 전술한 데이터 신호(Vdata)을 하나의 수평선 단위로 래치하여 게이트 구동신호(Vg)의 하이레벨 구간에 동기하여 데이터 배선(DL)을 통해 동시에 액정패널(300)로 출력한다. 이러한 구동을 위해, 데이터 구동부(320)는 쉬프트 레지스터, 래치, DAC 및 출력버퍼를 포함할 수 있다.
이러한 데이터 구동부(320)는 복수의 데이터 구동IC가 플렉서블 필름회로기판(미도시)상에 실장되고, 액정패널(300) 및 메인회로기판(미도시) 사이에 TAB방식으로 연결될 수 있다.
백라이트 부(330)는 액정패널(300)의 일면에 배치되어 빛을 제공하는 역할을 하는 것으로, 복수의 LED 램프, 그 LED 램프를 제어하는 구동회로 및 LED 램프로부터 방출된 빛을 가이드 하는 광학부재 등을 포함한다.
타이밍 제어부(310)는 외부시스템으로부터 전송되는 디지털 형태의 RGB신호(RGB)와, 도시하지는 않았지만 수평동기신호, 수직동기신호, 데이터 출력 인에이블 신호 등의 타이밍 신호를 인가받아 게이트 구동부(310), 데이터 구동부(320) 및 백라이트 부(330)의 구동을 위한 제어신호들(GCS, DCS, LCS)을 생성하고, 정렬된 영상신호(RGB')를 데이터 구동부(320)에 공급한다.
그리고, 타이밍 제어부(340)는 외부로부터 수신한 영상신호를 데이터 구동부(320)가 처리할 수 있는 형태로 정렬 및 변환하여 정렬된 RGB신호(RGB')로서 데이터 구동부(320)에 공급한다.
여기서, 타이밍 제어부(340)가 데이터 구동부(320)로 공급하는 정렬된 RGB신호(RGB')는, 외부에서 인가된 RGB신호(RGB)을 단순히 정렬하는 것만이 아닌 전술한 실시예에 따른 액정표시장치의 보상데이터 생성장치에 의해 산출된 보상 데이터를 적용하여 보상된 신호이다.
데이터 보상부(350)는 해당 액정표시장치의 휘도 왜곡 성분에 근거하여 도출된 보상 데이터를 통해 외부로부터 인가되는 RGB신호(RGB)에 포함된 왜곡성분을 제거한다. 이를 위해 데이터 보상부(350)를 보상데이터를 저장할 수 있는 메모리와, RGB 신호에 보상 데이터를 적용할 수 있는 연산기를 포함할 수 있다.
또한, 데이터 보상부(350)는 예시된 바와 같이 타이밍 제어부(340)내에 실장되거나, 또는 별도의 구동IC 형태로 구비될 수도 있다.
전술한 구조에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 데이터 보상부를 포함하는 액정표시장치는, 해당 액정표시장치에 포함된 휘도 왜곡성분에 근거하여 생성된 보상데이터를 저장하고 RGB 신호를 보상함으로서, 왜곡이 최소화된 영상을 구현할 수 있는 효과가 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 휘도 왜곡 교정부 110 : 비네팅 추출부
120 : 비네팅 보상부 200 : 타겟 프로파일 생성부
210 : 제1 휘도 추정부 220 : 강무라 제거부
230 : 제2 휘도 추정부 250 : 보상데이터 산출부

Claims (5)

  1. 액정표시장치를 촬영하여 영상정보를 획득하는 단계;
    상기 영상정보를 전처리 하는 단계;
    전처리된 영상정보에 포함된 비네팅(Vignetting) 성분을 제거해서 휘도 왜곡 성분을 교정하는 단계;
    상기 휘도 왜곡 성분이 교정된 영상 정보에서 강 무라 성분을 제거해서 타겟 프로파일을 생성하는 단계; 및
    상기 타겟 프로파일에 기초하여 보상 데이터를 산출하는 단계
    를 포함하는 액정표시장치의 보상데이터 생성방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로파일 생성단계 및 보상 데이터 산출단계 사이에,
    상기 액정표시장치에 포함된 LED 램프의 렌즈에 대한 렌즈 프로파일을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 보상데이터 생성방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 휘도 왜곡 성분을 교정하는 단계는
    상기 전처리된 영상정보에 대한 라디얼 그라디언트(Radial Gradient)을 계산하는 단계;
    상기 라디얼 그라디언트의 히스토그램 분포를 계산하는 단계;
    미리 설정된 알고리즘을 통해 상기 히스토그램 분포가 휘도 왜곡성분이 최소화되도록 휘도 왜곡성분을 이루는 파라미터들을 추정하는 단계;
    상기 파라미터를 업데이트하고 그 결과에 따른 영상정보를 이용하여 상기 라디얼 그라디언트의 계산 단계부터 반복 수행하는 단계; 및
    상기 비네팅 성분이 최소화된 히스토그램값을 생성하여 상기 생성된 히스토그램값에 따라 상기 영상정보에 포함된 비네팅 성분을 제거하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 보상데이터 생성방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟 프로파일을 생성하는 단계는,
    상기 휘도 왜곡 성분이 교정된 영상정보로부터 제1 휘도 경향 정보를 추정하는 단계;
    제1 휘도 경향정보에서 강 무라 성분을 제거하는 단계; 및
    강 무라 성분이 제거된 제1 휘도 경향정보로부터 제2 휘도 경향정보를 추정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 보상데이터 생성방법.
  5. 카메라를 통해 액정표시장치의 화면을 촬영한 영상정보를 입력받고, 상기 영상정보를 이용하여 비네팅(vignetting)성분을 추출하고 제거해서 휘도 왜곡 성분을 교정하는 휘도 왜곡 교정부;
    교정된 영상정보에 대응하여 제1 휘도 추정을 통해 강무라 성분을 제거하고, 제2 휘도 추정을 통해 타겟 프로파일을 생성하는 타겟 프로파일 생성부; 및
    상기 타겟 프로파일을 상기 영상정보에 적용하여 보상 데이터를 생성하는 보상 데이터 생성부
    를 포함하는 액정표시장치의 보상데이터 생성장치.
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