KR102656687B1 - 투명 디스플레이 장치 및 그의 영상 처리 방법 - Google Patents

투명 디스플레이 장치 및 그의 영상 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 투과부로 인한 영상 정보 손실 및 화질 열화를 개선할 수 있는 투명 디스플레이 장치 및 그의 영상 처리 방법에 관한 것으로, 일 실시예에 따른 투명 디스플레이 패널은 적색 서브픽셀, 녹색 서브픽셀, 청색 서브픽셀, 백색 서브픽셀 중 2색 서브픽셀로 구성된 제1 픽셀; 상기 제1 픽셀과 다른 나머지 2색 서브픽셀로 구성되고, 상기 제1 픽셀과 제1 대각선 방향으로 배치된 제2 픽셀; 및 제2 대각선 방향으로 배치된 복수의 투과부를 포함하는 픽셀 구조가 반복 배치된 표시 영역을 갖는다.

Description

투명 디스플레이 장치 및 그의 영상 처리 방법{TRANSPARENT DISPLAY DEVICE AND IMAGE PROCESSING METHOD THEREOF}
본 발명은 투과부로 인한 영상 정보 손실 및 화질 열화를 개선할 수 있는 투명 디스플레이 장치 및 그의 영상 처리 방법에 관한 것이다.
디스플레이 장치의 발전으로 영상이 표시되는 디스플레이 패널을 통해 사용자가 디스플레이 너머의 후면 배경을 볼 수 있는 투명 디스플레이 장치가 개발되고 있다.
투명 디스플레이 장치는 자동차 유리, 건물 유리, 광고용 전광판, 쿨러 도어(Cooler Door), 스크린 도어(Screen Door) 등과 같은 다양한 제품에 적용될 수 있다.
투명 디스플레이 장치는 발광부 및 투과부를 포함한다. 발광부는 자발광 소자인 적색, 녹색, 청색, 백색 유기 발광 다이오드를 이용하는 복수의 서브픽셀로 구성되고, 서브픽셀이 형성되지 않는 투과부는 빛을 투과시킨다.
투명 디스플레이 장치에는 각 라인 단위로 발광부와 투과부가 번갈아 배치될 수 있다. 이러한 투명 디스플레이 장치는 라인 단위의 투과부에 의해, 영상 정보가 손실되고 발광부의 표시 영상이 불연속적이고 불분명하게 표현됨으로써 인지 화질을 결정하는 덴스니스(Denseness), 스무드니스(Smoothness), 샤프니스(Sharpness)가 열화되는 문제점이 있다.
본 발명은 투과부로 인한 영상 정보 손실 및 화질 열화를 개선할 수 있는 투명 디스플레이 장치 및 그의 영상 처리 방법을 제공한다.
일 실시예에 따른 투명 디스플레이 패널은 적색 서브픽셀, 녹색 서브픽셀, 청색 서브픽셀, 백색 서브픽셀 중 2색 서브픽셀로 구성된 제1 픽셀; 상기 제1 픽셀과 다른 나머지 2색 서브픽셀로 구성되고, 상기 제1 픽셀과 제1 대각선 방향으로 배치된 제2 픽셀; 및 제2 대각선 방향으로 배치된 복수의 투과부를 포함하는 픽셀 구조가 반복 배치된 표시 영역을 갖는다.
일 실시예에 따른 투명 디스플레이 장치는 2색 서브픽셀로 구성된 각 픽셀과, 각 투과부가 제1 방향 및 제2 방향으로 번갈아 배치된 픽셀 배치 구조를 갖고, 각 픽셀의 2색 서브픽셀은 대각선 방향으로 인접한 픽셀의 2색 서브픽셀과 색이 서로 다르도록 배치된 패널; 상기 패널을 구동하는 패널 구동부; 및 상기 패널의 각 투과부에 대응하는 손실 픽셀의 데이터를 서브픽셀 렌더링을 통해 각 투과부와 인접한 픽셀들에 분산 적용하여 각 투과부와 인접한 픽셀들의 데이터를 컬러별로 보상하고, 각 픽셀의 2색 서브픽셀에 해당하는 보상된 데이터를 상기 패널 구동부로 출력하는 영상 처리부를 포함한다.
영상 처리부는 소스 영상의 3색 데이터를 4색 데이터로 변환하고; 픽셀별 가중치가 설정된 보상 마스크를 상기 4색 데이터로 변환된 영상에 적용하고, 상기 보상 마스크의 타겟 픽셀의 컬러별 데이터를 상기 픽셀별 가중치가 적용된 복수의 픽셀의 컬러별 데이터의 평균값으로 보상하고; 보상된 각 픽셀의 컬러별 데이터에서 상기 패널의 각 픽셀의 2색 서브픽셀에 해당하는 데이터를 선택하여 출력한다.
일 실시예에 따른 투명 디스플레이 장치는 패널의 일면에 배치된 차광판과, 그 차광판을 구동하는 차광판 구동부를 추가로 포함하고, 차광판 구동부는 온-스크린 중요 모드일 때 차광판을 차광 모드로 구동하고, 씨-쓰루 중요 모드일 때 차광판을 투과 모드로 구동할 수 있다.
일 실시예에 따른 투명 디스플레이 장치의 영상 처리 방법은 소스 영상의 3색 데이터를 4색 데이터로 변환하는 단계와; 4색 데이터로 변환된 영상에 보상 마스크를 적용한 서브픽셀 렌더링을 통해, 각 투과부에 대응하는 손실 픽셀의 데이터를 인접한 픽셀들에 분산 적용하여 각 투과부와 인접한 픽셀들의 데이터를 컬러별로 보상하는 단계와; 각 픽셀의 2색 서브픽셀에 해당하는 보상된 데이터를 출력하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 투명 디스플레이 장치는 한 픽셀당 2-서브픽셀 구조의 발광부가 투과부와 도트 형태로 번갈아 배치되고 제1 픽셀(R/G)과 제2 픽셀(B/W)이 대각선 방향으로 위치한 픽셀 구조를 갖음으로써, 투과부로 인한 영상 정보 손실 및 발광부 표시 영상의 불연속성을 개선하여 덴스니스(Denseness), 스무드니스(Smoothness), 샤프니스(Sharpness)와 같은 인지 화질을 개선할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 투명 디스플레이 장치 및 영상 처리 방법은 서브픽셀 렌더링을 이용하여 투과부의 손실 데이터로 주변 픽셀들의 데이터를 보상함으로써 투과부로 인한 영상 정보 손실 및 화질 열화를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 디스플레이 장치의 픽셀 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 디스플레이 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 한 서브픽셀을 나타낸 등가회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 처리 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 서브픽셀 렌더링 방법을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 디스플레이 장치에 표시된 영상의 덴스니스 및 스무드니스 개선 효과를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 디스플레이 장치에 표시된 영상의 덴스니스 개선 효과를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 디스플레이 장치에 표시된 영상의 샤프니스 개선 효과를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 디스플레이 장치의 적용 여부를 입증하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 디스플레이의 픽셀 구조를 나타낸 도면이다.
도 1(a), (b)를 참조하면, 일 실시예에 따른 대표적인 픽셀 구조는 한 픽셀당 2-서브픽셀 구조를 갖는 제1 픽셀(P1)의 발광부(EA) 및 제2 픽셀(P2)의 발광부(EA)가 제1 대각선 방향(DD1)으로 배치되고, 각 픽셀 크기에 대응하여 독립적으로 형성된 도트형 투과부(TA)가 제1 대각선 방향(DD1)과 교차하는 제2 대각선 방향(DD2)으로 배치된 구조를 갖는다. 제1 픽셀(P1)의 발광부(EA)는 적색광을 방출하는 적색(R) 서브픽셀, 녹색광을 방출하는 녹색(G) 서브픽셀, 백색광을 방출하는 백색(W) 서브픽셀 중, 서로 다른 2색 서브픽셀로 구성될 수 있고, 제2 픽셀(P2)의 발광부(EA)는 제1 픽셀(P1)과 다른 나머지 2색 서브픽셀로 구성될 수 있다.
예를 들면, 도 1(a)에 도시된 바와 같이 제1 픽셀(P1)의 발광부(EA)는 R 서브픽셀 및 G 서브픽셀(이하, R/G 서브픽셀)로 구성될 수 있고, 제2 픽셀(P2)의 발광부(EA)는 B 서브픽셀 및 W 서브픽셀(이하, B/W 서브픽셀)로 구성될 수 있다. 이외에도 제1 픽셀(P1)은 W/R 서브픽셀로 구성되고 제2 픽셀(P2)은 G/B 서브픽셀로 구성될 수 있다. 이와 같이, 한 픽셀당 2색-서브픽셀을 갖는 픽셀 구조는 개구율(발광 영역)이 증가하여 휘도 및 인지 해상도를 높일 수 있고 소비 전력 및 제조 원가를 저감할 수 있는 장점이 있다.
도 1(b)를 참조하면, 도 1(a)에 도시된 대표 픽셀 구조가 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)로 반복 배치된다. 홀수행 및 홀수열은 제1 픽셀(P1)의 발광부(EA) 및 투과부(TA)가 번갈아 배열된 구조를 갖고, 짝수행 및 짝수열은 투과부(TA) 및 제2 픽셀(P2)의 발광부(EA)가 번갈아 배열된 구조를 갖을 수 있다.
일 실시예에 따른 투명 디스플레이의 표시 영역은 각 픽셀당 2색-서브픽셀을 포함하는 도트형 발광부(EA)와, 도트형 투과부(TA)가 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)으로 번갈아 배치됨으로써, 도트형 발광부(EA) 및 도트형 투과부(TA)가 체크 패턴 형태로 배열된 구조를 갖을 수 있다.
제1 픽셀(P1, R/G)의 발광부(EA)는 상하좌우 방향의 4개 도트형 투과부(TA)와 인접하고, 대각선 방향의 4개 제2 픽셀(P2, B/W)의 발광부(EA)와 인접하게 배치된다. 제2 픽셀(P2, B/W)의 발광부(EA)는 상하좌우 방향의 4개 도트형 투과부(TA)와 인접하고, 대각선 방향의 4개 제1 픽셀(P1, R/G)의 발광부(EA)와 인접하게 배치된다. 도트형 투과부(TA)는 상하 방향의 2개 제1 픽셀(P1, R/G)의 발광부(EA)와 인접하고, 좌우 방향의 2개 제2 픽셀(P2, B/W)의 발광부(EA)와 인접하며, 대각선 방향의 4개 도트형 투과부(TA)와 인접하게 배치된다.
일 실시예에 따른 투명 디스플레이의 픽셀 어레이 구조는 도 1(a), (d)에 도시된 바와 같이 도트형 발광부(EA) 및 도트형 투과부(TA)가 체크 패턴 형태로 배치됨으로써 투과부(TA)로 인한 발광부(EA)의 불연속성이 개선되었음을 알 수 있다. 이에 따라, 일 실시예에 따른 투명 디스플레이는 도트형 투과부(TA)의 분산 배치에 의해 발광부(EA)에 표시되는 영상의 불연속성이 개선됨으로써 투과부(TA)로 인한 화질 열화를 개선할 수 있다.
나아가, 도트형 투과부(TA)에 의해 손실되는 데이터는 서브픽셀 렌더링 방법으로 인접 픽셀들에 적용하여 인접 픽셀들의 데이터를 보상함으로써 투과부(TA)로 인한 정보 손실 및 화질 열화를 최소화할 수 있다. 이에 대한 구체적인 방법은 후술하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 투명 디스플레이 장치는 패널(100), 게이트 드라이버(200), 데이터 드라이버(300), 타이밍 컨트롤러(400), 감마 전압 생성부(500), 차광판(700), 차광판 구동부(800) 등을 포함한다.
패널(100)은 발광부(EA) 및 투과부(TA)를 포함하는 투명 디스플레이 패널이다. 투과부(TA)는 투명부로 표현될 수 있다. 예를 들면, 패널(100)은 자발광 소자인 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode; OLED)를 이용하는 투명 OLED 패널일 수 있다.
패널(100)의 표시 영역은 앞서 설명한 도 1(a), (b)에 도시된 바와 같이, R/G 서브픽셀로 구성된 제1 픽셀(P1)의 발광부(EA) 및 B/W 서브픽셀로 구성된 제2 픽셀(P2)의 발광부(EA)가 어느 하나의 대각선 방향으로 배치되고, 각 픽셀(P1, P2)과 인접한 도트형 투과부(TA)가 다른 대각선 방향으로 배치된 대표 픽셀 구조를 갖는다. 이 대표 픽셀 구조가 수평 방향 및 수직 방향으로 반복 배치됨으로써 패널(100)의 표시 영역은 도트형 발광부(EA) 및 도트형 투과부(TA)가 체크 패턴 형태로 배열된 픽셀 배치 구조를 갖는다.
R/G/B/W 서브픽셀 각각은 발광 소자와, 그 발광 소자를 독립적으로 구동하는 픽셀 회로를 포함한다. 픽셀 회로는 발광 소자를 구동하는 구동 TFT와, 구동 TFT에 데이터 신호를 공급하는 스위칭 TFT를 적어도 포함하는 복수의 TFT와, 스위칭 TFT를 통해 공급된 데이터 신호에 상응하는 구동 전압(Vgs)을 저장하여 구동 TFT에 공급하는 스토리지 커패시터를 포함할 수 있다.
예를 들면, 각 서브픽셀(SP)은 도 3에 도시된 바와 같이 고전위 구동전압(제1 구동 전압; EVDD)을 공급하는 전원 라인과, 저전위 구동전압(제2 구동전압; EVSS)을 공급하는 전극 사이에 접속된 발광 소자(10)와, 발광 소자(10)를 독립적으로 구동하기 위하여 제1 및 제2 스위칭 TFT(ST1, ST2) 및 구동 TFT(DT)와 스토리지 커패시터(Cst)를 적어도 포함하는 픽셀 회로를 구비한다. 발광 소자(10)의 발광부(EA)는 픽셀 회로와 오버랩하거나 비오버랩하게 배치될 수 있다. 한편, 픽셀 회로는 도 3의 구성 이외에도 다양하므로 다양한 구성이 적용될 수 있다.
스위칭 TFT(ST1, ST2) 및 구동 TFT(DT)는 아몰퍼스 실리콘 (a-Si) TFT, 폴리-실리콘(poly-Si) TFT, 산화물(Oxide) TFT, 또는 유기(Organic) TFT 등이 이용될 수 있다.
발광 소자(10)는 구동 TFT(DT)의 소스 노드(N2)와 접속된 애노드와, EVSS 공급 라인과 접속된 캐소드와, 애노드 및 캐소드 사이의 유기 발광층을 구비한다. 애노드는 서브픽셀별로 독립적이지만 캐소드는 전체 서브픽셀들이 공유하는 공통 전극일 수 있다. 발광 소자(10)는 구동 TFT(DT)로부터 구동 전류가 공급되면 캐소드로부터의 전자가 유기 발광층으로 주입되고, 애노드로부터의 정공이 유기 발광층으로 주입되어, 유기 발광층에서 전자 및 정공의 재결합으로 형광 또는 인광 물질을 발광시킴으로써, 구동 전류의 전류값에 비례하는 밝기의 광을 발생한다.
제1 스위칭 TFT(ST1)는 게이트 드라이버(200)로부터 한 게이트 라인(Gn1)에 공급되는 게이트 펄스(SCn)에 의해 구동되고, 데이터 드라이버(300)로부터 데이터 라인(Dm)에 공급되는 데이터 전압(Vdata)을 구동 TFT(DT)의 게이트 노드(N1)에 공급한다.
제2 스위칭 TFT(ST2)는 게이트 드라이버(200)로부터 다른 게이트 라인(Gn2)에 공급되는 게이트 펄스(SEn)에 의해 구동되고, 데이터 드라이버(300)로부터 레퍼런스 라인(Rm)에 공급되는 레퍼런스 전압(Vref)을 구동 TFT(DT)의 소스 노드(N2)에 공급한다.
구동 TFT(DT)의 게이트 노드(N1) 및 소스 노드(N2) 사이에 접속된 스토리지 커패시터(Cst)는 제1 및 제2 스위칭 TFT(ST1, ST2)를 통해 게이트 노드(N1) 및 소스 노드(N2)에 각각 공급된 데이터 전압(Vdata)과 레퍼런스 전압(Vref)의 차전압을 구동 TFT(DT)의 구동 전압(Vgs)으로 충전하고, 제1 및 제2 스위칭 TFT(ST1, ST2)가 오프되는 발광 기간 동안 충전된 구동 전압(Vgs)을 홀딩한다.
구동 TFT(DT)는 EVDD 라인(PW1)으로부터 공급되는 전류를 스토리지 커패시터(Cst)로부터 공급된 구동 전압(Vgs)에 따라 제어하여 구동 전압(Vgs)에 의해 정해진 구동 전류를 발광 소자(10)로 공급함으로써 발광 소자(10)를 발광시킨다.
도 2를 참조하면, 패널(100)의 배면에는 차광 모드와 투과 모드로 동작할 수 있는 차광판(700)이 배치될 수 있다. 예를 들면, 차광판(700)은 전기 변색 필터로 알려진 일렉트로크로믹 디바이스(Electrochromic Device)나, 일렉트로웨팅 디바이스(ElctroWetting Device) 등을 이용할 수 있다.
투명 디스플레이 장치는 차광판(700)의 광 투과율을 제어하여 온-스크린(on-screen) 중요 모드와, 씨-쓰루(see-through) 중요 모드로 동작할 수 있다.
온-스크린(on-screen) 중요 모드일 때, 타이밍 컨트롤러(400)의 제어에 따라 차광판 구동부(800)는 차광판(700)을 블랙을 표시하는 차광 모드로 구동할 수 있다. 이에 따라, 패널(100)은 투과부(TA)를 통해 보이는 차광판(700)의 블랙 배경 상에 픽셀들의 발광부(EA)를 이용한 영상을 표시함으로써 온-스크린 영상의 시인성을 향상시킬 수 있다.
씨-쓰루(see-through) 중요 모드일 때, 타이밍 컨트롤러(400)의 제어에 따라 차광판 구동부(800)는 차광판(700)을 투과 모드로 구동할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 패널(100)의 투과부(TA) 및 차광판(700)을 통해 보이는 후면 배경과 함께, 픽셀들의 발광부(EA)에 의해 표시되는 영상을 볼 수 있다.
도 2에 도시된 게이트 드라이버(200) 및 데이터 드라이버(300)는 패널(100)을 구동하는 패널 구동부로 표현될 수 있다.
게이트 드라이버(200)는 타이밍 컨트롤러(400)로부터 복수의 게이트 제어 신호를 공급받아 쉬프트 동작을 하여 패널(100)의 게이트 라인들을 개별적으로 구동한다. 게이트 드라이버(200)는 각 게이트 라인의 구동 기간에 게이트 온 전압을 해당 게이트 라인에 공급하고, 각 게이트 라인의 비구동 기간에는 게이트 오프 전압을 해당 게이트 라인에 공급한다. 게이트 드라이버(200)는 픽셀 어레이의 TFT들과 함께 형성되어 게이트 인 패널(Gate In Panel; GIP) 형태로 패널(100)에 내장될 수 있다.
감마 전압 생성부(600)는 레벨이 다른 복수의 기준 감마 전압들을 생성하여 데이터 드라이버(300)로 공급한다. 감마 전압 생성부(600)는 타이밍 컨트롤러(400)의 제어에 따라 표시 장치의 감마 특성에 대응하는 복수의 기준 감마 전압들을 생성하거나 조절하여 데이터 드라이버(300)로 공급할 수 있다.
데이터 드라이버(300)는 타이밍 컨트롤러(400)로부터 공급받은 데이터 제어 신호에 따라 제어되고, 타이밍 컨트롤러(400)로부터 공급받은 디지털 데이터를 아날로그 데이터 신호로 변환하여 패널(100)의 데이터 라인들로 공급한다. 데이터 드라이버(300)는 감마 전압 생성부(500)로부터 공급된 복수의 기준 감마 전압들이 세분화된 계조 전압들을 이용하여 디지털 데이터를 아날로그 데이터 신호로 변환한다. 데이터 드라이버(300)는 레퍼런스 전압(Vref)을 타이밍 컨트롤러(400)의 제어에 따라 패널(100)의 레퍼런스 라인들에 공급할 수 있다.
한편, 데이터 드라이버(300)는 타이밍 컨트롤러(400)의 제어에 따라 센싱 모드일 때, 데이터 라인 및 레퍼런스 라인으로 센싱용 데이터 전압 및 레퍼런스 전압을 각각 공급할 수 있다. 센싱 모드로 구동되는 서브픽셀(SP)에서 구동 TFT(DT)는 데이터 라인(Dm) 및 제1 스위칭 TFT(ST1)를 통해 공급되는 센싱용 데이터 전압(Vdata)과, 레퍼런스 라인(Rm) 및 제2 스위칭 TFT(ST2)를 통해 공급되는 레퍼런스 전압(Vref)을 공급받아 구동할 수 있다. 구동 TFT(DT)의 전기적인 특성(문턱 전압 Vth, 이동도) 또는 발광 소자(10)의 열화 특성 반영된 전류는 제2 스위칭 TFT(ST2)를 통해 레퍼런스 라인(Rm)의 라인 커패시터에 전압으로 충전되거나, 레퍼런스 라인(Rm)과 접속된 전류 적분기를 통해 전압으로 변환될 수 있다. 데이터 드라이버(300)는 각 서브픽셀(SP)의 특성이 반영된 전압을 센싱 데이터로 변환하여 타이밍 컨트롤러(400)로 출력할 수 있다.
타이밍 컨트롤러(400)는 호스트 시스템으로부터 소스 영상 및 타이밍 제어 신호들을 공급받는다. 호스트 시스템은 컴퓨터, TV 시스템, 셋탑 박스, 태블릿이나 휴대폰 등과 같은 휴대 단말기의 시스템 중 어느 하나일 수 있다. 타이밍 제어 신호들은 도트 클럭, 데이터 인에이블 신호, 수직 동기 신호, 수평 동기 신호 등을 포함할 수 있다.
타이밍 컨트롤러(400)는 공급받은 타이밍 제어 신호들과 내부에 저장된 타이밍 설정 정보를 이용하여, 데이터 드라이버(300)의 구동 타이밍을 제어하는 복수의 데이터 제어 신호를 생성하여 데이터 드라이버(300)로 공급하고, 게이트 드라이버(200)의 구동 타이밍 제어하는 복수의 게이트 제어 신호를 생성하여 게이트 드라이버(400)로 공급한다.
타이밍 컨트롤러(400)는 공급받은 소스 영상에 대한 서브픽셀 렌더링을 포함한 다양한 영상 처리를 수행하는 영상 처리부(600)를 포함할 수 있다. 영상 처리부(600)는 타이밍 컨트롤러(400)와 분리되어 타이밍 컨트롤러(400)의 입력단에 접속하도록 위치할 수 있고, 이 경우 영상 처리부(600)의 출력은 타이밍 컨트롤러(400)를 통해 데이터 드라이버(300)로 공급될 수 있다.
영상 처리부(600)는 소스 영상의 3색(RGB) 데이터를 4색(RGBW) 데이터로 색공간을 변환한다. 영상 처리부(600)는 4색(RGBW) 데이터를 패널(100)의 2-서브픽셀 구조의 픽셀(P1, P2)과, 도트형 투과부(TA)의 체크 패턴 형태의 배열 구조에 따라 서브픽셀 렌더링 처리를 수행하여 보상한다. 특히, 영상 처리부(600)는 보상 마스크를 이용한 4색(RGBW) 데이터에 대한 서브픽셀 렌더링 처리를 통해, 도트형 각 투과부(TA)에 의해 손실될 데이터를 인접 픽셀들에 분산 적용하여 인접 픽셀들의 데이터를 컬러 채널별로 미리 보상함으로써, 투과부(TA)로 인한 영상 정보 손실 및 화질 열화를 최소화할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
영상 처리부(600)는 색공간 변환 이전의 전처리 과정인 디감마(De Gamma) 보정과, 서브픽셀 렌더링 처리 이후의 후처리 과정인 감마(Gamma) 보정을 더 수행한다. 또한, 영상 처리부(600)는 감마 보정 이전에 색온도 튜닝, 열화 보정, 소비 전력 감소를 위한 휘도 보정 등의 복수의 영상 처리를 더 수행할 수 있다.
한편, 타이밍 컨트롤러(400)는 영상 처리부(600)의 출력을 데이터 드라이버(300)로 공급하기 이전에 메모리에 저장된 각 서브픽셀의 특성 편차에 대한 보상값을 적용하여 더 보정할 수 있다. 센싱 모드일 때, 타이밍 컨트롤러(400)는 데이터 드라이버(300)를 통해 패널(100)의 각 서브픽셀(SP)의 특성을 센싱하고 센싱 결과를 이용하여 메모리에 저장된 각 서브픽셀의 보상값을 업데이트할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 디스플레이 장치의 영상 처리 방법을 나타낸 순서도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 서브픽셀 렌더링 처리를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 도 2에 도시된 영상 처리부(600)의 영상 처리 방법은 디감마 보정 단계(S604), 색공간(RGB to RGBW) 변환 단계(S606), 서브픽셀 렌더링 단계(S608), 감마 보정 단계(S610)를 포함할 수 있다.
영상 처리부(600)는 입력 영상을 공급받고(S602), 공급받은 입력 영상에 대한 디감마 보정 처리를 수행한다(S604). 영상 처리부(600)는 디감마 연산을 이용하여 입력 영상의 비선형 컬러값인 3색(RGB) 계조 데이터를 선형 컬러값인 3색(RGB) 휘도 데이터로 변환한다. 이하에서 3색 휘도 데이터는 3색(RGB) 데이터로 약칭할 수 있다.
영상 처리부(600)는 3색(RGB) 데이터의 색공간을 4색(RGBW) 데이터의 색공간으로 변환한다(S606). 예를 들면, 영상 처리부(600)는 아래 수학식 1과 같이 3색(R, G, B) 데이터 중 최대값(max(R, G, B))에 1/2을 곱한 값과, 3색(R, G, B) 데이터 중 최소값(min(R, G, B)) 중에서 작은 값을 프레임 최대값(Frame_Max)으로 나눈 결과값을 화이트 데이터(W')로 결정할 수 있다. 색공간 변환부(620)는 나머지 3색 데이터(R, G, B) 각각으로부터 화이트 데이터(W')를 차감한 후 프레임 최대값(Frame_Max)으로 나눈 결과값을 3색 데이터(R', G', B')로 각각 결정할 수 있다.
<수학식1>
W' = min{min(R, G, B), max(R, G, B)/2}/Frame_Max
R' = (R-W')/Frame_Max
G' = (R-W')/Frame_Max
B' = (R-W')/Frame_Max
영상 처리부(600)는 4색(RGBW) 데이터를 컬러 채널별로 서브픽셀 렌더링하여 보상한다(S608). 영상 처리부(600)는 보상 마스크를 이용한 서브픽셀 렌더링을 수행하여 투과부(TA)에 의해 손실될 4색 데이터를 인접 픽셀의 4색 데이터에 컬러별로 분산 적용함으로써 인접 픽셀의 4색 데이터를 보상할 수 있다. 영상 처리부(600)는 보상된 4색 데이터 중 패널(100)의 각 픽셀(P1, P2)의 2색 서브픽셀에 해당하는 2색 데이터를 출력한다.
도 5를 참조하면, 영상 처리부(600)는 4색(RGBW) 데이터로 변환된 소스 영상(20)에 3*3 픽셀 단위로 3*3 픽셀 크기의 보상 마스크(M)를 컬러 채널별로 적용하여 서브픽셀 렌더링을 수행함으로써, 타겟 픽셀 P(i, j)의 데이터(i, j는 양의 정수)를 그 주변 픽셀들 P(i-1, j-1), P(i-1, j), P(i-1, j+1), P(i, j-1), P(i, j+1), P(i+1, j-1), P(i+1, j), P(i+1, j+1)의 데이터를 반영하여 보상한다.
특히, 타겟 픽셀 P(i, j)의 데이터는 패널(100)의 투과부(T)에 대응하여 손실될 주변 픽셀들 P(i-1, j), P(i, j-1), P(i, j+1), P(i+1, j)의 데이터를 반영하여 컬러별로 보상될 수 있다. 또한, 타겟 픽셀 P(i, j)의 데이터는 패널(100)의 2-서브픽셀 구조의 각 픽셀(P)에 대응하는 주변 픽셀들 P(i-1, j-1), P(i-1, j+1), P(i+1, j-1), P(i+1, j+1)의 데이터를 컬러별로 더 반영하여 보정될 수 있다.
보상 마스크(M)는 픽셀별로 설정된 가중치(C1, C2, C3)를 갖는다. 가장 큰 제1 가중치(C1)는 타겟 픽셀 P(i, j)에 적용된다. 제1 가중치(C1) 보다 작은 제2 가중치(C2)는 타겟 픽셀 P(i, j)과 상하좌우 방향으로 인접한 픽셀들 P(i-1, j), P(i, j-1), P(i, j+1), P(i+1, j), 즉 패널(100)의 투과부(T)에 대응하는 주변 픽셀들에 적용된다. 가장 작은 제3 가중치(C3)는 타겟 픽셀 P(i, j)과 대각선 방향으로 인접한 픽셀들 P(i-1, j-1), P(i-1, j+1), P(i+1, j-1), P(i+1, j+1), 즉 패널(100)의 각 픽셀(P)에 대응하는 주변 픽셀들에 적용된다. 제1 내지 제3 가중치(C1, C2, C3) 각각은 1<C1<0, 1<C2<0, -1<C3<0의 범위에서 설정될 수 있다.
타겟 픽셀 P(i, j)의 컬러별 데이터는 보상 마스크(M)의 가중치(C1, C2, C3)가 적용된 3*3 픽셀의 컬러별 데이터의 평균값으로 보정될 수 있다.
영상 처리부(600)는 보상 마스크(M)를 2 픽셀씩 쉬프트시키면서 순차적으로 적용할 수 있다. 다시 말하여, 보상 마스크(M)의 타겟 픽셀 P(i, j)은 패널(100)의 2-서브픽셀 구조의 각 픽셀에만 적용되고, 패널(100)의 투과부(T)에 대응하는 손실 픽셀의 위치에는 적용되지 않는다.
도 5를 참조하면, 영상 처리부(600)의 서브픽셀 렌더링 처리에 의해 패널(100)의 표시 영상(30)에서 각 픽셀의 휘도가 그 주변의 투과부(T)에 대응하는 입력 휘도 및 주변 픽셀들의 입력 휘도에 따라 보정되었음을 알 수 있다. 이에 따라, 패널(100)의 표시 영상(30)에서 투과부(T)로 인한 정보 손실 및 화질 열화를 최소화할 수 있다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 디스플레이의 표시 영상의 인지 화질 개선 효과를 나타낸 도면이다. 도 6 내지 도 9는 투명 디스플레이의 차광판이 블랙 바탕을 구현하는 온-스크린 중요 모드에서의 표시 영상을 나타내고 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 디스플레이 장치에 표시된 영상의 덴스니스 및 스무드니스 개선 효과를 나타낸 도면이다.
도 6(a)를 참조하면, 도 1에 도시된 일 실시예에 따른 픽셀 배치 구조를 갖는 투명 디스플레이에 서브픽셀 렌더링(SPR)의 적용없이 사선 패턴의 원본 영상을 표시한 결과, 대각선 방향으로 배치된 제1 및 제2 픽셀과, 도트형 투과부에 의해 각 사선 패턴의 경계부 및 내부 영역이 연속적으로 표현되어 스무드니스 및 덴스니스가 개선되었으나, 하나의 픽셀 폭을 갖는 사선 라인 정보가 손실될 수 있다.
도 6(b)를 참조하면, 도 1에 도시된 일 실시예에 따른 픽셀 배치 구조를 갖는 투명 디스플레이에 서브픽셀 렌더링(SPR)을 적용하여 사선 패턴의 원본 영상을 표시한 결과, 각 사선 패턴의 경계부 및 내부 영역이 연속적으로 표현되어 스무드니스 및 덴스니스가 개선됨과 아울러, 하나의 픽셀 폭을 갖는 사선 라인 정보가 유지됨을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 디스플레이 장치에 표시된 영상의 덴스니스 개선 효과를 나타낸 도면이다.
도 7(a), (b)를 참조하면, 일 실시예에 따른 픽셀 배치 구조를 갖는 투명 디스플레이의 표시 영상은 대각선 방향으로 배치된 제1 및 제2 픽셀과, 도트형 투과부에 의해 불연속성이 보완되어 덴스니스가 개선되었음을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 디스플레이 장치에 표시된 영상의 샤프니스 개선 효과를 나타낸 도면이다.
도 8(a)를 참조하면, 일 실시예에 따른 픽셀 배치 구조를 갖는 투명 디스플레이에 서브픽셀 렌더링 적용없이 표시된 영상은 도트형 투과부에 의해 데이터가 손실되어 휘도차가 큰 영상 경계부의 샤프니스가 좋지 않음을 알 수 있다.
도 8(b)를 참조하면, 일 실시예에 따른 픽셀 배치 구조를 갖는 투명 디스플레이에 서브픽셀 렌더링을 적용하여 표시한 영상은 도트형 투과부로 인한 데이터 손실이 보상됨으로써 휘도차가 큰 영상 경계부의 샤프니스가 개선되었음을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 디스플레이 장치는 한 픽셀당 2-서브픽셀 구조의 발광부가 투과부와 도트 형태로 번갈아 배치되고 제1 픽셀(R/G)과 제2 픽셀(B/W)이 대각선 방향으로 위치한 픽셀 구조를 갖고, 서브픽셀 렌더링을 통해 투과부의 손실 데이터를 인접 픽셀의 데이터에 반영하여 보상함함으로써 투과부로 인한 영상 정보 손실 및 화질 열화를 최소화할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 디스플레이 장치의 적용 여부를 입증하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 9(a)에 도시된 바와 같이, 한 픽셀의 블랙 도트와 한 픽셀의 화이트 도트가 번갈아 배열된 체크 패턴 영상이 투명 디스플레이에 표시된 결과로부터, 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 디스플레이의 적용 여부를 확인할 수 있다.
도 9(b)에 도시된 일 실시예에 따른 픽셀 배치 구조를 갖는 투명 디스플레이에 서브픽셀 렌더링의 적용없이 도 9(a)에 도시된 체크 패턴을 표시하면, 투과부에 의해 화이트 도트에 해당하는 데이터가 손실됨으로써, 도 9(c)와 같이 체크 패턴을 표현할 수 없음을 알 수 있다.
반면에, 도 9(b)에 도시된 일 실시예에 따른 픽셀 배치 구조를 갖는 투명 디스플레이에 서브픽셀 렌더링을 적용하여 도 9(a)에 도시된 체크 패턴을 표시하면, 투과부에 의해 대응하는 화이트 도트의 데이터에 의해 각 픽셀의 데이터가 보상됨으로써 도 9(d)와 같이 체크 패턴을 표현할 수 있음을 알 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 청구 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
100: 패널 200: 게이트 드라이버
300: 데이터 드라이버 400: 타이밍 컨트롤러
500: 감마 전압 생성부 600: 영상 처리부
700: 차광판 800: 차광판 구동부
20: 소스 영상 30: 표시 영상

Claims (14)

  1. 적색 서브픽셀, 녹색 서브픽셀, 청색 서브픽셀, 백색 서브픽셀 중 2색 서브픽셀로 구성된 제1 픽셀, 상기 제1 픽셀과 다른 나머지 2색 서브픽셀로 구성되고, 상기 제1 픽셀과 제1 대각선 방향으로 배치된 제2 픽셀 및 제2 대각선 방향으로 배치된 복수의 투과부를 포함하는 픽셀 구조가 반복적으로 배치되는 표시 영역을 갖는 투명 디스플레이 패널; 및
    소스 영상의 3색 데이터를 4색 데이터로 변환하고, 상기 4색 데이터로 변환된 영상에 보상 마스크를 적용한 서브픽셀 렌더링을 통해, 각 투과부에 대응하는 손실 픽셀의 데이터를 인접한 픽셀들에 분산 적용하여 각 투과부와 인접한 픽셀들의 데이터를 컬러별로 보상하고, 각 픽셀의 2색 서브픽셀에 해당하는 보상된 데이터를 출력하는 영상 처리부;
    를 포함하는 투명 디스플레이 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 표시 영역은
    상기 제1 픽셀과 각 투과부가 제1 방향으로 번갈아 배열된 제1 픽셀 구조와,
    각 투과부와 상기 제2 픽셀이 상기 제1 방향으로 번갈아 배열된 제2 픽셀 구조를 포함하고,
    상기 제1 픽셀 구조 및 제2 픽셀 구조가 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 번갈아가며 반복적으로 배치되는 투명 디스플레이 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 픽셀은 상기 적색 서브픽셀 및 녹색 서브픽셀로 구성되고,
    상기 제2 픽셀은 상기 청색 서브픽셀 및 백색 서브픽셀로 구성되는 투명 디스플레이 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 픽셀은 상하좌우 방향의 4개의 상기 투과부와 인접하고, 상기 제1 대각선 방향 및 제2 대각선 방향의 4개의 상기 제2 픽셀과 인접하게 배치되는 투명 디스플레이 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 픽셀은 상하좌우 방향의 4개의 상기 투과부와 인접하고, 상기 제1 대각선 방향 및 제2 대각선 방향의 4개의 상기 제1 픽셀과 인접하게 배치되는 투명 디스플레이 장치.
  6. 2색 서브픽셀로 구성된 각 픽셀과, 각 투과부가 제1 방향 및 제2 방향으로 번갈아 배치된 픽셀 배치 구조를 갖고, 각 픽셀의 2색 서브픽셀은 대각선 방향으로 인접한 픽셀의 2색 서브픽셀과 색이 서로 다르도록 배치된 패널;
    상기 패널을 구동하는 패널 구동부; 및
    상기 패널의 각 투과부에 대응하는 손실 픽셀의 데이터를 서브픽셀 렌더링을 통해 각 투과부와 인접한 픽셀들에 분산 적용하여 각 투과부와 인접한 픽셀들의 데이터를 컬러별로 보상하고, 각 픽셀의 2색 서브픽셀에 해당하는 보상된 데이터를 상기 패널 구동부로 출력하는 영상 처리부를 포함하고,
    상기 영상 처리부는
    소스 영상의 3색 데이터를 4색 데이터로 변환하고,
    픽셀별 가중치가 설정된 보상 마스크를 상기 4색 데이터로 변환된 영상에 적용하고, 상기 보상 마스크의 타겟 픽셀의 컬러별 데이터를 상기 픽셀별 가중치가 적용된 복수의 픽셀의 컬러별 데이터의 평균값으로 보상하고,
    보상된 각 픽셀의 컬러별 데이터에서 상기 패널의 각 픽셀의 2색 서브픽셀에 해당하는 데이터를 선택하여 출력하는 투명 디스플레이 장치.
  7. 삭제
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 영상 처리부는
    상기 타겟 픽셀의 컬러별 데이터를, 그 타겟 픽셀과 상하좌우 방향으로 인접하고 상기 패널의 각 투과부에 대응하는 손실 픽셀의 데이터와, 상기 타겟 픽셀과 대각선 방향으로 인접한 픽셀의 데이터와, 상기 보상 마스크의 픽셀별 가중치를 적용하여 보상하는 투명 디스플레이 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 보상 마스크는 상기 타겟 픽셀에 적용되는 가장 큰 제1 가중치와,
    상기 타겟 픽셀과 인접한 손실 픽셀에 적용되고 상기 제1 가중치보다 작은 제2 가중치와,
    상기 타겟 픽셀과 인접한 픽셀에 적용되고 가장 작은 제3 가중치를 포함하는 투명 디스플레이 장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    영상 처리부는
    상기 보상 마스크를 2 픽셀씩 쉬프트시키면서 상기 패널의 각 픽셀 위치에 대응하는 타겟 픽셀의 데이터를 보상하는 투명 디스플레이 장치.
  11. 청구항 6에 있어서,
    상기 패널의 일면에 배치된 차광판과, 그 차광판을 구동하는 차광판 구동부를 추가로 포함하고,
    상기 차광판 구동부는 온-스크린 중요 모드일 때 상기 차광판을 차광 모드로 구동하고, 씨-쓰루 중요 모드일 때 상기 차광판을 투과 모드로 구동하는 투명 디스플레이 장치.
  12. 2색 서브픽셀로 구성된 각 픽셀과, 각 투과부가 제1 방향 및 제2 방향으로 번갈아 배치된 픽셀 배치 구조를 갖고, 각 픽셀의 2색 서브픽셀은 대각선 방향으로 인접한 픽셀의 2색 서브픽셀과 색이 서로 다르도록 배치된 투명 디스플레이 장치의 영상 처리 방법에 있어서,
    소스 영상의 3색 데이터를 4색 데이터로 변환하는 단계와;
    상기 4색 데이터로 변환된 영상에 보상 마스크를 적용한 서브픽셀 렌더링을 통해, 각 투과부에 대응하는 손실 픽셀의 데이터를 인접한 픽셀들에 분산 적용하여 각 투과부와 인접한 픽셀들의 데이터를 컬러별로 보상하는 단계와;
    각 픽셀의 2색 서브픽셀에 해당하는 보상된 데이터를 출력하는 단계를 포함하는 투명 디스플레이 장치의 영상 처리 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 픽셀들의 데이터를 컬러별로 보상하는 단계는
    상기 보상 마스크가 적용된 타겟 픽셀의 컬러별 데이터를, 그 타겟 픽셀과 상하좌우 방향으로 인접하고 상기 각 투과부에 대응하는 손실 픽셀의 데이터와, 상기 타겟 픽셀과 대각선 방향으로 인접한 픽셀의 데이터와, 상기 보상 마스크의 픽셀별 가중치를 적용하여 보상하는 투명 디스플레이 장치의 영상 처리 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 픽셀들의 데이터를 컬러별로 보상하는 단계는
    상기 보상 마스크를 2 픽셀씩 쉬프트시키면서 상기 각 픽셀 위치에 대응하는 타겟 픽셀의 데이터를 보상하는 투명 디스플레이 장치의 영상 처리 방법.
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