KR20110000164A - 액정표시장치 및 그 구동방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치 및 그 구동방법에 관한 것으로, 특히 다수의 발광 다이오드를 이용한 백라이트 유닛을 포함하는 액정표시장치 및 그 구동방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 액정표시장치에 있어서, 입력 영상의 각 영역별 휘도값을 추출하는 영역휘도 추출부와; 공간필터를 적용하여 상기 추출된 휘도값을 공간적으로 최적화하는 영역휘도 최적화부와; 상기 최적화된 휘도값을 이용하여 백라이트 유닛의 광원을 상기 각 영역별로 독립적으로 구동하는 구동부와; 상기 최적화된 휘도값으로부터 영상신호를 보상하는 영상신호처리부를 포함하여 구성된다.
Figure P1020090057553
백라이트, 액정, 휘도, LED, 최적화.

Description

액정표시장치 및 그 구동방법{Liquid crystal display and method for driving the same}
본 발명은 액정표시장치 및 그 구동방법에 관한 것으로, 특히 다수의 발광 다이오드를 이용한 백라이트 유닛을 포함하는 액정표시장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.
일반적으로, 디스플레이 중에서 LCD(Liquid Crystal Display)는 텔레비젼, 노트북 컴퓨터, 데스크톱 컴퓨터용 모니터, 휴대 전화기에 이르기까지 다양한 장치에 사용되고 있다.
이러한, LCD는 자체적으로 발광하지 못하기 때문에, 영상 정보를 디스플레이하기 위해서는 액정 패널을 조명할 수 있는 발광장치가 필요하다.
LCD의 발광장치는 액정 패널의 배면에 결합되므로 백라이트 유닛(backlight unit)으로 불리는데, 이 백라이트 유닛은 균일한 면광원을 형성하여 액정 패널에 광원을 제공하는 장치라 할 수 있다.
일반적인 백라이트 유닛은 광원, 도광판, 확산시트, 프리즘 및 보호시트 등을 포함하며, 광원으로는 통상 수은 냉음극 형광램프 등과 같은 형광램프나 발광 다이오드 등이 사용될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, LED를 이용하는 백라이트 유닛에 있어서, 분할 구동되는 백라이트 유닛에서 밝기가 다른 부분간의 밝기 차를 최적화하여 경계부가 시인되는 것을 개선할 수 있는 액정표시장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제1관점으로서, 본 발명은, 액정표시장치에 있어서, 입력 영상의 각 영역별 휘도값을 추출하는 영역휘도 추출부와; 공간필터를 적용하여 상기 추출된 휘도값을 공간적으로 최적화하는 영역휘도 최적화부와; 상기 최적화된 휘도값을 이용하여 백라이트 유닛의 광원을 상기 각 영역별로 독립적으로 구동하는 구동부와; 상기 최적화된 휘도값으로부터 영상신호를 보상하는 영상신호처리부를 포함하여 구성된다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제2관점으로서, 본 발명은, 액정표시장치의 구동방법에 있어서, 입력 영상의 각 영역별 휘도값을 추출하는 단계와; 공간필터를 적용하여 상기 추출된 휘도값을 공간적으로 최적화하는 단계와; 상기 최적화된 휘도값을 이용하여 백라이트 유닛의 광원을 상기 각 영역별로 독립적으로 구동하는 단계와; 상기 최적화된 휘도값으로부터 영상신호를 보상하는 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.
첫째, 백라이트 유닛의 광원이 분할 구동되는 경우에 있어서, 액정표시장치에서 표시되는 영역의 밝기(휘도)가 크게 다를 경우에, 이에 따라 서로 휘도가 다르게 발광되는 백라이트 유닛의 영역 내에 표시되는 영상에서 휘도 차이에 의한 경계가 시인되는 것을 개선할 수 있다.
둘째, 다수의 도광판을 이용하는 백라이트 유닛의 경우, 발광 영역, 즉 각 도광판의 밝기(휘도)가 다를 경우에 도광판과 도광판 사이에서 휘도 차이에 의하여 경계가 시인되는 현상을 개선할 수 있다.
셋째, 화상에 따라 광원을 부분적으로 구동시킬 수 있는 로컬 디밍(Local Dimming)을 더욱 효과적으로 적용할 수 있어 높은 대비비(Contrast Ratio)를 가지는 화면을 구현할 수 있고, 백라이트 유닛의 전력 소모를 크게 줄일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
액정표시장치(liquid display panel; LCD) 모듈은 도 1에서 도시하는 바와 같이, 발광부인 백라이트 유닛(back-light unit; BLU; 10) 상에 표시부인 액정패널(Liquid Crystal Panel; 20)을 포함하여 구성된다.
이중에서 백라이트 유닛은 LED를 광원으로 이용할 수 있으며, 이러한 LED를 이용하는 백라이트 유닛은 도 2와 같은 직하형 방식과 도 3과 같은 도광판 방식을 포함한다.
도 2에서 도시하는 직하형 방식은 회로기판(11) 상에 다수의 LED(12)가 배열되며, 이 LED(12)에서 출사되는 빛이 광학시트(13)를 통하여 액정패널(20)에 조사되는 구조를 가진다.
한편, 도 3에서 도시하는 도광판 방식은, 이웃하여 결합되어 구성되는 다수의 도광판(15)으로 이루어지고, 각 도광판(15)의 적어도 일변을 따라 LED(14)가 배열되는 구조를 가진다.
이와 같은 다수의 LED(12, 14)가 배열되어 구성되는 백라이트 유닛(10)의 구조를 이용하면 액정표시장치를 구동함에 있어서 화면에 따라 화면의 영역별로 밝기를 독립적으로 제어할 수 있다.
즉, 이러한 분할 구동이 가능한 백라이트 유닛의 구조를 이용하면 액정표시장치에 표시되는 화상에 따라 LED 광원을 부분적으로 구동함으로써 부분적으로 밝기를 조절할 수 있는 로컬 디밍(Local Dimming)을 적용할 수 있어 높은 대비 비(Contrast Ratio)를 가지는 화면을 구현할 수 있고, 또한 백라이트 유닛의 전력 소모를 크게 줄일 수도 있다.
이러한 분할 구동은 개개의 LED(12, 14)를 분할 구동하거나, 또는 일정 그룹으로 논리적으로 분할된 각 단위로 분할 구동될 수 있다.
즉, 도 3과 같은 도광판 방식의 경우에는 각 도광판(15)에 배열된 전체 LED(14), 또는 각 도광판(15)에 배열된 전체 LED(14) 중 일부 단위로 분할 구동될 수 있고, 경우에 따라서는 한 도광판(15)에 속하는 LED(14)의 일부와 이 도광판(15)에 인접하는 도광판(15)에 속하는 LED(14)의 일부가 함께 분할 구동의 단위로 설정될 수도 있다.
이와 같은 액정패널 및 백라이트 유닛의 구동은 도 4와 같은 영상처리에 의하여 이루어질 수 있다. 여기서 도 4는 액정표시장치를 이용하는 TV 세트를 예를 들어 설명한다.
액정표시장치에서 표시되기 위한 영상신호(30)는 LED를 구동하기 위한 LED 구동부(18)와 영상신호처리부(21)로 분기되어 입력되고, 영상신호처리부(21)에서 처리된 신호는 액정패널(20)을 구동하기 위한 패널 구동부(22)로 입력된다.
따라서 패널 구동부(22)를 통하여 액정패널(20)에서 표시되는 영상은 LED 구동부(18)를 통하여 구성된 LED 어레이를 포함하는 백라이트 유닛(10)에서 출사되는 빛에 의하여 표시된다.
이러한 구성에 의하여 로컬 디밍이 이루어지는 경우를 설명하면, 영상신호(30)는 영상신호처리부(21)를 통하여 액정패널(20)로 출력되는데, 이때, 이 영상 신호(30)의 밝기 등의 조건에 따라 LED 구동부(18)에서 백라이트 유닛(10)에 포함되는 LED를 분할 구동하는 것이다.
즉, 영상신호(30)가 일부 또는 전체 영역에서 어두운 이미지를 포함하고 있다면, LED 구동부(18)는 이 어두운 이미지가 표현되는 액정패널(20)의 영역에 해당하는 백라이트 유닛 상의 LED가 꺼지거나 어둡게 켜질 수 있도록 구동할 수 있는 것이다.
반대로, 영상신호(30)가 밝은 이미지를 포함하고 있다면, LED 구동부(18)는 이 밝은 이미지가 표현되는 액정패널(20)의 영역에 해당하는 백라이트 유닛 상의 LED를 더 밝게 구동할 수 있는 것이다.
따라서, 높은 대비비(Contrast Ratio)를 가지는 화면을 구현할 수 있게 되는 것이다.
한편, 경우에 따라, 이와 같이 백라이트 유닛을 분할 구동하는 경우, 일례로서, 영상이 표시되는 영역의 밝기(휘도)가 크게 다를 경우에, 영상에서 이러한 휘도 차이에 의한 경계가 시인될 수 있다.
또한, 다른 예로서, 도 3과 같이, 이웃하는 도광판이 연결되어 구성되는 백라이트 유닛의 경우에는 도광판 사이의 경계가 시인될 수도 있다.
이러한 현상은 입력되는 영상신호로부터 백라이트 유닛의 각 영역별 휘도를 추출한 후 여러 영상 처리 방법을 사용하여 각 영역간의 휘도 차를 저감시키고, 이러한 백라이트 유닛의 휘도 값에 따라 영상신호를 보상함으로써 개선할 수 있다.
즉, 입력된 영상신호(30)로부터 백라이트 유닛(10)의 각 영역별 휘도를 결정 하는 영역휘도 추출부(16)와, 이 영역휘도 추출부를 통하여 추출된 휘도값을 공간적으로 최적화하는 영역휘도 최척화부(17)를 구성하여, 이와 같이 최적화된 휘도값에 의하여 LED 구동부(18)를 통하여 백라이트 유닛(10)이 구동될 수 있도록 할 수 있다.
또한, 이와 같이 최적화된 백라이트 유닛(10)의 휘도 값에 대하여 영상신호처리부(21)는 영상신호를 보상하여 패널 구동부(22)를 통하여 액정패널(20)을 구동하도록 하는 것이다.
이러한 구성을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 영역휘도 추출부(16)에서는 백라이트 유닛 상에서 표시되는 입력 영상의 각 영역별 휘도값을 추출한다.
또한, 영역휘도 최적화부(17)에서는 위에서 추출된 휘도값을 공간적으로 최적화하는데, 이러한 최적화 방법으로는 명암비 조절, 히스토그램 균등화, 공간 필터 적용 등을 이용할 수 있다.
그러면 이와 같이 최적화된 휘도값을 이용하여 LED 구동부(18)에서는 각 영역별 LED를 구동하게 되는데, 영상신호처리부(21)에서는 이와 같이 최적화된 휘도값으로부터 영상신호를 보상하는 것이다.
이하, 도 4 내지 도 8을 참고하여, 백라이트 유닛을 분할 구동하는 경우에 백라이트 유닛의 휘도를 최적화하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 5와 같은 영상이 입력될 경우, 도 6a 및 도 6b와 같이, 영역휘도 추출부(16)에서 입력 영상의 각 영역별 휘도를 추출한다. 이때 영역별 휘도는 각 픽셀(Pixel) 별 적색(Red), 녹색(Green), 및 청색(Blue)의 최대 값의 평균이거나, 휘도값의 평균을 이용할 수 있다.
그러면 영역휘도 최적화부(17)에서는 앞에서 추출된 영역별 휘도 값을 명암비 조절, 히스토그램 균등화, 공간필터 적용 등을 통해 최적화를 한 후, LED 구동부(18)로 보내 각 영역별로 백라이트 유닛(10)을 구동하게 된다.
여기서, 도 6a 및 도 6b에서 표시된 각 영역은 도 2 또는 도 3과 같은 백라이트 유닛의 개별 구동단위가 될 수 있고, 또한 도 3과 같은 백라이트 유닛의 하나의 도광판을 포함하는 도광판 모듈이 될 수도 있다.
도 7a 및 도 7b는 상술한 최적화를 위한 여러 영상처리 중 도 8에서와 같은 3×3 공간필터(spatial filter) 마스크를 적용한 예를 나타내고 있다. 이러한 3×3 공간필터는 하나의 단위 영역 및 이 단위 영역의 주변부에 위치하는 8개의 단위 영역을 최적화하는 필터 마스크이다. 물론, 다른 배열을 갖는 공간필터 마스크를 이용할 수도 있다.
이러한 공간필터의 일례는 영상을 갖는 공간주파수 성분의 투과율을 성분마다 제어하는 필터로서, 각 공간주파수 성분에 대하여 겹쳐지게 하는 것으로 영상 처리를 할 수 있다.
이때, 영역휘도 최적화부(17)로부터 연산된 백라이트 유닛(10)의 휘도 값과 실제 영상 신호의 휘도 값이 차이날 경우, 이 차이 줄이기 위해 영상 신호의 보상이 필요하게 된다.
이를 위해 영상신호처리부(21)에서 해당 영상 화소의 휘도 값과, 해당 화소 가 위치한 영역의 백라이트 유닛(10)의 휘도 값을 비교하여, 해당 화소의 휘도가 해당 영역의 백라이트 유닛의 휘도 값 보다 클 경우, 해당 화소의 투과율을 증가시켜(즉, 픽셀의 영상 신호 값을 증가시킴) 휘도를 증가시킨다.
또한, 해당 화소의 휘도가 해당 영역의 백라이트 유닛(10)의 휘도 값보다 작을 경우, 해당 화소의 투과율을 감소시켜(즉, 픽셀의 영상 신호 값을 감소시킴) 휘도를 감소시킨다.
이와 같은 방법으로 영역휘도 최적화부(17)에 의해 연산된 백라이트 유닛(10)의 휘도 값과 실제 영상 신호의 휘도 차를 영상신호처리부(21)에서 보상하게 된다.
상술한 바와 같이, 이와 같은 과정에 의하여 영상이 표시되는 영역의 밝기(휘도)가 크게 다를 경우에, 즉, 액정표시장치에서 표시되는 영역의 밝기(휘도)가 크게 다를 경우에, 이에 따라 서로 휘도가 다르게 발광되는 백라이트 유닛의 영역 내에 표시되는 영상에서 휘도 차이에 의한 경계가 시인되는 것을 개선할 수 있다.
또한, 도 3과 같은 다수의 도광판을 이용하는 백라이트 유닛의 경우, 발광 영역, 즉 각 도광판의 밝기(휘도)가 다를 경우에 도광판과 도광판 사이에서 휘도 차이에 의하여 경계가 시인되는 현상을 개선할 수 있고, 도광판 간 밝기 편차를 최소화할 수 있다.
따라서, 화상에 따라 광원을 부분적으로 구동시킬 수 있는 로컬 디밍(Local Dimming)을 더욱 효과적으로 적용할 수 있어 높은 대비비(Contrast Ratio)를 가지는 화면을 구현할 수 있고, 백라이트 유닛의 전력 소모를 크게 줄일 수 있는 것이 다.
상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 다양한 형태의 변형이 가능하고, 이러한 기술적 사상의 여러 실시 형태는 모두 본 발명의 보호범위에 속함은 당연하다.
도 1은 액정표시장치의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 2는 직하형 백라이트 유닛의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 3은 도광판형 백라이트 유닛의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 4는 액정표시장치를 이용하는 TV의 영상처리를 나타내는 블럭도이다.
도 5는 입력 영상의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 6a는 추출된 영역별 휘도를 나타내는 도식도이다.
도 6b는 추출된 영역별 휘도를 나타내는 그래프이다.
도 7a는 공간 필터를 적용한 영역별 휘도를 나타내는 도식도이다.
도 7b는 공간 필터를 적용한 영역별 휘도를 나타내는 그래프이다.
도 8은 3×3 공간 필터의 일례를 나타내는 도식도이다.

Claims (13)

  1. 액정표시장치에 있어서,
    입력 영상의 각 영역별 휘도값을 추출하는 영역휘도 추출부와;
    공간필터를 적용하여 상기 추출된 휘도값을 공간적으로 최적화하는 영역휘도 최적화부와;
    상기 최적화된 휘도값을 이용하여 백라이트 유닛의 광원을 상기 각 영역별로 독립적으로 구동하는 구동부와;
    상기 최적화된 휘도값으로부터 영상신호를 보상하는 영상신호처리부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 영역별 휘도값은, 각 픽셀 별 R, G, B의 최대값의 평균값 또는 각 픽셀 별 휘도값의 평균값인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 공간필터는, 각 단위 영역과, 상기 단위 영역의 주변에 위치하는 영역에 대하여 적용하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 단위 영역이 사각 격자형으로 구분되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 공간 필터는, 상기 단위 영역 및 이 단위 영역의 주변부에 위치하는 8개의 단위 영역을 최적화하는 3 × 3 공간필터 마스크를 적용하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 영상신호처리부에서는, 해당 영상 화소의 휘도 값과 상기 해당 화소가 위치한 영역의 백라이트 유닛의 휘도 값을 비교하여, 상기 해당 화소의 휘도 값과 해당 영역의 백라이트 유닛의 휘도 값과 다를 경우에 영상 신호 값을 증감함으로써 영상 신호를 보상하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 광원은, 서로 이웃하여 결합되는 다수의 도광판의 적어도 일변을 따라 다수개 배열되는 LED인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 영역은, 상기 각 도광판에 해당하는 영역인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  9. 액정표시장치의 구동방법에 있어서,
    입력 영상의 각 영역별 휘도값을 추출하는 단계와;
    공간필터를 적용하여 상기 추출된 휘도값을 공간적으로 최적화하는 단계와;
    상기 최적화된 휘도값을 이용하여 백라이트 유닛의 광원을 상기 각 영역별로 독립적으로 구동하는 단계와;
    상기 최적화된 휘도값으로부터 영상신호를 보상하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 공간필터의 적용은, 각 단위 영역과, 상기 단위 영역의 주변에 위치하는 영역에 대하여 적용하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동방법.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 공간 필터는 상기 단위 영역 및 이 단위 영역의 주변부에 위치하는 8개의 단위 영역을 최적화하는 3 × 3 공간필터 마스크를 적용하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동방법.
  12. 제 9항에 있어서, 상기 영역별 휘도값을 추출하는 단계는, 각 픽셀 별 R, G, B의 최대값의 평균값 또는 각 픽셀 별 휘도값의 평균값을 추출하는 것 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동방법.
  13. 제 9항에 있어서, 상기 영상신호를 보상하는 단계는, 해당 영상 화소의 휘도 값과 상기 해당 화소가 위치한 영역의 백라이트 유닛의 휘도 값을 비교하여, 상기 해당 화소의 휘도 값과 해당 영역의 백라이트 유닛의 휘도 값과 다를 경우에 영상 신호 값을 증감함으로써 영상신호를 보상하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동방법.
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