KR20110049529A - Liquid crystal display and driving method of thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 표시영상의 콘트라스트 비를 향상시킬 수 있는 액정표시장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.The present invention relates to a liquid crystal display device and a driving method thereof capable of improving the contrast ratio of a display image.
액정표시장치는 경량, 박형, 저소비 전력구동 등의 특징으로 인해 그 응용범위가 점차 넓어지고 있는 추세에 있다. 이 액정표시장치는 노트북 PC와 같은 휴대용 컴퓨터, 사무 자동화 기기, 오디오/비디오 기기, 옥내외 광고 표시장치 등으로 이용되고 있다. 액정표시장치는 스위칭 소자로서 박막트랜지스터(Thin Film Transistor, 이하 "TFT")를 이용하여 영상을 표시한다. 액정표시장치의 대부분을 차지하고 있는 투과형 액정표시장치는 액정층에 인가되는 전계를 제어하여 백라이트 유닛으로부터 입사되는 빛을 변조함으로써 영상을 표시한다.BACKGROUND ART Liquid crystal display devices have tended to be gradually widened due to their light weight, thinness, and low power consumption. The liquid crystal display device is used as a portable computer such as a notebook PC, office automation equipment, audio / video equipment, indoor and outdoor advertising display devices, and the like. The liquid crystal display displays an image by using a thin film transistor (TFT) as a switching element. The transmissive liquid crystal display device, which occupies most of the liquid crystal display device, displays an image by controlling an electric field applied to the liquid crystal layer to modulate the light incident from the backlight unit.
액정표시장치의 화질은 콘트라스트 특성에 의해 좌우된다. 액정층에 인가되는 데이터전압을 제어하여 액정층의 광투과율을 변조하는 방법만으로는 이 콘트라 스트 특성을 개선하는데 한계가 있다. 콘트라스트 특성을 개선하기 위하여, 영상에 따라 백라이트 유닛의 휘도를 조정하는 AFLC(Area Focused Luminance Cortrollable) 기술이 제안된 바 있다. The image quality of the liquid crystal display device depends on the contrast characteristics. Only the method of modulating the light transmittance of the liquid crystal layer by controlling the data voltage applied to the liquid crystal layer has a limitation in improving this contrast characteristic. In order to improve the contrast characteristic, an AFLC (Area Focused Luminance Cortrollable) technique for adjusting the brightness of the backlight unit according to an image has been proposed.
AFLC 기술은 한 화면에 표시되는 영상을 소정 개수의 논리적 블럭으로 나누고, 각각의 블럭에 해당되는 데이터 신호가 표시할 평균 휘도값에 따라 해당 블럭에 대응되는 백라이트(광원들)의 휘도를 조절한다. AFLC 기술은 1 프레임분의 영상을 소정 개수의 블럭 단위로 분석하여, 평균 휘도값이 큰 블럭에 대해서는 해당 블럭의 백라이트 휘도를 증가시키고, 평균 휘도값이 작은 블럭에 대해서는 해당 블럭의 백라이트 휘도를 감소시킨다. AFLC 기술은 입력되는 영상에 따라 국부적으로 휘도를 달리함으로써, 콘트라스트 특성 개선과 소비전력 저감을 꾀하고 있다.The AFLC technology divides an image displayed on one screen into a predetermined number of logical blocks, and adjusts the luminance of the backlight (light sources) corresponding to the block according to the average luminance value to be displayed by the data signal corresponding to each block. The AFLC technique analyzes an image for one frame in a predetermined number of block units to increase the backlight luminance of the block for a block having a large average luminance value and to decrease the backlight luminance of the block for a block having a small average luminance value. Let's do it. AFLC technology attempts to improve contrast characteristics and reduce power consumption by locally varying luminance according to an input image.
그런데, AFCL 기술은 각각의 블럭의 백라이트의 휘도를 결정할 때 해당 블럭의 평균 휘도값만을 사용하기 때문에, 블럭 내에 어두운 영역과 밝은 영역이 상존하는 경우에는 콘트라스트 특성을 개선시키기 어렵다. 예컨대, 밤하늘에 별을 표시하는 영상과 같이, 블럭 내에 대부분이 어두운 영역이고 화이트에 가까운 매우 밝은 영역이 일부 존재할 때 영상 데이터의 평균 휘도값은 매우 작게 설정되기 때문에 해당 블럭의 백라이트의 휘도가 낮아지게 된다. 이에 따라 밝은 영역이 매우 어둡게 표시되어 그 블럭의 콘트라스트 비가 감소하게 된다. However, since the AFCL technique uses only the average luminance value of the corresponding block when determining the luminance of the backlight of each block, it is difficult to improve the contrast characteristic when there is a dark area and a bright area in the block. For example, when the image shows a star in the night sky, the average luminance value of the image data is set very small when there are some dark areas in the block and a very bright area close to white, so that the brightness of the backlight of the block is lowered. do. As a result, the bright areas are displayed very dark, reducing the contrast ratio of the block.
각 블럭의 백라이트는 해당 블럭의 밝기에 영향을 줄 뿐만 아니라 이웃 블럭의 밝기에도 약 20% 정도 영향을 주고 있다. AFCL 기술은 이러한 이웃 블럭들 간의 빛샘 영향을 고려하지 않고 백라이트의 휘도를 결정하기 때문에 콘트라스트 비 를 향상시키는데 한계가 있다.The backlight of each block not only affects the brightness of the block but also affects the brightness of neighboring blocks by about 20%. AFCL technology is limited in improving the contrast ratio because it determines the brightness of the backlight without considering the effect of light leakage between these neighboring blocks.
따라서, 본 발명의 목적은 표시영상의 콘트라스트 비를 향상시킬 수 있도록 한 액정표시장치 및 그 구동방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a liquid crystal display device and a driving method thereof capable of improving the contrast ratio of a display image.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 영상 데이터가 표시되는 액정표시패널; 다수의 광원들을 포함하여 상기 액정표시패널에 조사되는 면광원을 매트릭스 형태의 블럭들로 분할하는 백라이트 유닛; 점소등을 제어하기 위한 블럭별 PWM 신호에 기초하여 상기 광원들을 블럭 단위로 구동하는 백라이트 구동회로; 및 상기 영상 데이터를 블럭 단위로 분석하고, 해당 블럭에 표시될 영상 데이터의 최대 휘도값에 비례하며 상기 해당 블럭의 밝기에 영향을 미치는 이웃 블럭들에 표시될 영상 데이터의 평균 휘도값에 반비례하는 가중치상수를 참조하여, 상기 해당 블럭의 PWM 신호의 디밍 듀티를 독립적으로 조정하는 백라이트 제어회로를 구비한다.In order to achieve the above object, a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention comprises a liquid crystal display panel on which image data is displayed; A backlight unit including a plurality of light sources and dividing the surface light source irradiated onto the liquid crystal display panel into blocks in a matrix form; A backlight driving circuit for driving the light sources in units of blocks based on a block-by-block PWM signal for controlling the lighting; And analyzing the image data in units of blocks, and a weight proportional to the maximum luminance value of the image data to be displayed in the block and inversely proportional to the average luminance value of the image data to be displayed in neighboring blocks affecting the brightness of the block. With reference to a constant, a backlight control circuit for independently adjusting the dimming duty of the PWM signal of the corresponding block.
상기 백라이트 제어회로는, 상기 해당 블럭의 클랩핑 양에 상기 가중치상수를 곱한 양과, 상기 해당 블럭의 리키지 양을 서로 비교하여 상기 해당 블럭의 PWM 신호의 디밍 듀티를 조정한다.The backlight control circuit adjusts the dimming duty of the PWM signal of the corresponding block by comparing the amount of multiplication by the weighting constant of the corresponding block with the weighting constant of the corresponding block.
상기 클랩핑 양은 상기 해당 블럭에서 국부적 디밍으로 인한 광원들의 밝기 감소에 대응되는 클립핑 오차에, 상기 영상 데이터의 계조별 히스토그램 값이 곱해 짐으로써 얻어진다.The amount of clipping is obtained by multiplying a histogram value for each gray level of the image data by a clipping error corresponding to a decrease in brightness of light sources due to local dimming in the corresponding block.
상기 리키지 양은 국부적 디밍시 상기 이웃한 블럭들의 밝기에 따른 상기 해당 블럭의 밝기 변화에 대응되는 리키지 오차에, 상기 영상 데이터의 계조별 히스토그램 값이 곱해짐으로써 얻어진다.The leakage amount is obtained by multiplying a histogram value for each gray level of the image data by a leakage error corresponding to a brightness change of the corresponding block according to the brightness of the neighboring blocks during local dimming.
상기 백라이트 제어회로는, 상기 해당 블럭의 클랩핑 양에 상기 가중치상수를 곱한 양과, 상기 해당 블럭의 리키지 양이 서로 같을 때의 디밍 듀티로 상기 해당 블럭의 PWM 신호의 디밍 듀티를 결정한다.The backlight control circuit determines the dimming duty of the PWM signal of the corresponding block based on the amount of multiplying the weighting constant of the corresponding block by the weighting constant and the dimming duty when the amount of the storage of the corresponding block is equal to each other.
상기 백라이트 제어회로는, 상기 영상 데이터를 분석하여 계조별 히스토그램 값을 산출하는 히스토그램 분석부; 피드백되는 디밍 제어신호에 따라 디밍한 후 상기 블럭별로 클립핑 양과 리키지 양을 산출하는 오차 산출부; 상기 영상 데이터를 분석하여 상기 블럭별로 평균 휘도값과 최대 휘도값을 산출하는 휘도 산출부; 상기 블럭별로 상기 가중치상수를 산출하는 가중치상수 산출부; 상기 각 블럭에서, 상기 클랩핑 양에 상기 가중치상수를 곱한 양과, 상기 리키지 양을 서로 비교하여, 상기 블럭별로 상기 디밍 제어신호의 디밍 듀티를 조정하는 디밍 컨트롤부; 및 블럭별 최적 디밍 듀티에 맞춰 상기 PWM 신호를 생성하는 PWM 생성부를 구비한다.The backlight control circuit may include: a histogram analyzer configured to calculate the histogram value for each gray level by analyzing the image data; An error calculator configured to calculate a clipping amount and a leakage amount for each block after dimming according to a feedback dimming control signal; A luminance calculator for analyzing the image data to calculate an average luminance value and a maximum luminance value for each block; A weight constant calculator for calculating the weight constant for each block; A dimming control unit configured to adjust the dimming duty of the dimming control signal for each block by comparing the amount of multiplication by the weighting constant with the weighting constant in each block; And a PWM generator configured to generate the PWM signal according to the block-specific optimal dimming duty.
상기 디밍 컨트롤부는, 상기 해당 블럭에서, 상기 리키지 양이 상기 곱한 양보다 크면, 상기 디밍 듀티가 미리 정해진 소정값 만큼 감소되도록 상기 해당 블럭의 디밍 제어신호를 조정한 후, 이 조정된 디밍 제어신호를 상기 오차 산출부로 피드백시킨다.The dimming control unit adjusts a dimming control signal of the corresponding block so that the dimming duty is reduced by a predetermined value when the amount of the leakage in the corresponding block is greater than the multiplied amount, and then the adjusted dimming control signal. Feeds back to the error calculator.
상기 디밍 컨트롤부는, 상기 해당 블럭에서, 상기 리키지 양이 상기 곱한 양 보다 작으면, 상기 디밍 듀티가 미리 정해진 소정값 만큼 증가되도록 상기 해당 블럭의 디밍 제어신호를 조정한 후, 이 조정된 디밍 제어신호를 상기 오차 산출부로 피드백시킨다.The dimming control unit adjusts a dimming control signal of the corresponding block so that the dimming duty is increased by a predetermined value when the amount of the liquid crystal is smaller than the multiplied amount in the corresponding block, and then the adjusted dimming control. The signal is fed back to the error calculator.
상기 디밍 컨트롤부는, 상기 피드백 과정을 거쳐 상기 해당 블럭에서, 상기 리키지 양과 상기 곱한 양이 서로 같아질 때의 디밍 듀티를 상기 최적 디밍 듀티로 결정한다.The dimming control unit determines, as the optimal dimming duty, the dimming duty when the leakage amount and the multiplied amount are equal to each other in the corresponding block through the feedback process.
본 발명의 실시예에 따라 영상 데이터가 표시되는 액정표시패널과, 다수의 광원들을 포함하여 상기 액정표시패널에 조사되는 면광원을 매트릭스 형태의 블럭들로 분할하는 백라이트 유닛을 갖는 액정표시장치의 구동방법은, 점소등을 제어하기 위한 블럭별 PWM 신호에 기초하여 광원들을 블럭 단위로 구동하는 단계(A1); 및 상기 영상 데이터를 블럭 단위로 분석하고, 해당 블럭에 표시될 영상 데이터의 최대 휘도값에 비례하며 상기 해당 블럭의 밝기에 영향을 미치는 이웃 블럭들에 표시될 영상 데이터의 평균 휘도값에 반비례하는 가중치상수를 참조하여, 상기 해당 블럭의 PWM 신호의 디밍 듀티를 독립적으로 조정하는 단계(A2)를 포함한다.Driving of a liquid crystal display apparatus having a liquid crystal display panel displaying image data and a backlight unit for dividing a surface light source irradiated to the liquid crystal display panel into blocks of matrix form according to an embodiment of the present invention; The method comprises the steps of: driving the light sources in units of blocks based on a block-by-block PWM signal for controlling the flashing light (A1); And analyzing the image data in units of blocks, and a weight proportional to the maximum luminance value of the image data to be displayed in the block and inversely proportional to the average luminance value of the image data to be displayed in neighboring blocks affecting the brightness of the block. Independently adjusting the dimming duty of the PWM signal of the corresponding block with reference to the constant (A2).
본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 구동방법은 표시 영상을 소정 개수의 논리적 블럭으로 분할하고, 각 블럭의 클랩핑 양과 리키지 양을, 각 블럭의 최대 휘도값에 비례하고 이웃 블럭들의 평균 휘도값에 반비례하는 가중치상수를 고려하여 비교한 후, 해당 블럭의 클랩핑 양에 해당 가중치상수를 곱한 양과 해당 블럭의 리 키지 양이 서로 같아질 때의 디밍 듀티로 해당 블럭의 광원들을 구동한다. 그 결과, 본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 구동방법은 평균 휘도값이 낮은 블럭에서도 고휘도 데이터의 밝기를 보상할 수 있고, 이로 인해 높은 콘트라스트 비를 확보할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, a liquid crystal display and a driving method thereof divide a display image into a predetermined number of logical blocks, and the amount of clipping and the amount of leakage of each block is proportional to the maximum luminance value of each block and the average luminance value of neighboring blocks. After comparing the weight constants in inverse proportion to each other, the light sources of the blocks are driven by the dimming duty when the amount of multiplication by the weighting constant of the block is equal to the amount of the storage blocks. As a result, the liquid crystal display and the driving method thereof according to the present invention can compensate for the brightness of the high luminance data even in a block having a low average luminance value, thereby ensuring a high contrast ratio.
이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 보여준다.1 shows a liquid crystal display according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 액정표시패널(10), 액정표시패널(10)의 데이터라인들(DL)을 구동하기 위한 데이터 구동회로(12), 액정표시패널(10)의 게이트라인들(GL)을 구동하기 위한 게이트 구동회로(13), 데이터 구동회로(12)와 게이트 구동회로(13)를 제어하는 타이밍 콘트롤러(11), 액정표시패널(10)에 빛을 조사하는 백라이트 유닛(16), 백라이트 유닛(16)의 광원들을 구동하기 위한 백라이트 구동회로(15), 및 입력 영상을 분석하여 그 분석 결과에 따라 백라이트 구동회로(15)를 제어하는 백라이트 제어회로(14)를 구비한다.Referring to FIG. 1, a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention includes a liquid
액정표시패널(10)은 두 장의 유리기판과 이들 사이에 형성된 액정층을 포함한다. 액정표시패널(10)의 하부 유리기판에는 다수의 데이터라인들(DL)과 다수의 게이트라인들(GL)이 교차된다. 데이터라인들(DL)과 게이트라인들(GL)의 교차 구조 에 의해 액정표시패널(10)에는 액정셀(Clc)들이 매트릭스 형태로 배치된다. 또한, 액정표시패널(10)의 하부 유리기판에는 TFT, TFT에 접속된 액정셀(Clc)의 화소전극(1), 및 스토리지 커패시터(Cst) 등이 형성된다. The liquid
액정표시패널(10)의 상부 유리기판 상에는 블랙매트릭스, 컬러필터 및 공통전극(2)이 형성된다. 공통전극(2)은 TN(Twisted Nematic) 모드와 VA(Vertical Alignment) 모드와 같은 수직전계 구동방식에서 상부 유리기판 상에 형성되며, IPS(In Plane Switching) 모드와 FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같은 수평전계 구동방식에서 화소전극(1)과 함께 하부 유리기판 상에 형성된다. 액정표시패널(10)의 상부 유리기판과 하부 유리기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. The black matrix, the color filter, and the
데이터 구동회로(12)는 다수의 데이터 드라이브 집적회로들을 포함한다. 데이터 드라이브 집적회로는 클럭신호를 샘플링하기 위한 쉬프트레지스터, 디지털 영상 데이터(RGB)를 일시저장하기 위한 레지스터, 쉬프트레지스터로부터의 클럭신호에 응답하여 데이터를 1 라인분씩 저장하고 저장된 1 라인분의 데이터를 동시에 출력하기 위한 래치, 래치로부터의 디지털 데이터값에 대응하여 감마기준전압의 참조하에 정극성/부극성의 감마전압을 선택하기 위한 디지털/아날로그 변환기, 정극성/부극성 감마전압에 의해 변환된 아날로그 데이터가 공급되는 데이터라인(DL)을 선택하기 위한 멀티플렉서 및 멀티플렉서와 데이터라인(DL) 사이에 접속된 출력버퍼 등을 구비한다. 데이터 구동회로(12)는 타이밍 콘트롤러(11)의 제어 하에 디지털 영상 데이터(RGB)를 래치하고, 이 래치된 디지털 영상 데이터(RGB)를 정극성/부극 성 감마보상전압을 이용하여 정극성/부극성 아날로그 데이터전압으로 변환한 후 데이터라인들(DL)에 공급한다.The
게이트 구동회로(13)는 다수의 게이트 드라이브 집적회로들을 포함한다. 게이트 드라이브 집적회로는 쉬프트 레지스터, 쉬프트 레지스터의 출력신호를 액정셀의 TFT 구동에 적합한 스윙폭으로 변환하기 위한 레벨 쉬프터, 및 출력 버퍼 등을 구비한다. 게이트 구동회로(13)는 타이밍 콘트롤러(11)의 제어 하에 스캔펄스(또는 게이트펄스)를 순차적으로 출력하여 게이트라인들(GL)에 공급함으로써, 데이터전압이 인가될 수평 라인을 선택한다.The
타이밍 콘트롤러(11)는 외부 비디오 소스가 실장된 시스템 보드로부터 입력되는 디지털 영상 데이터(RGB)를 액정표시패널(10)의 해상도에 맞게 재정렬하여 백라이트 제어회로(14)에 공급한다. 그리고, 백라이트 제어회로(14)로부터 피드백되는 디지털 영상 데이터(RGB)를 데이터 구동회로(12)에 공급한다.The
타이밍 콘트롤러(11)는 시스템 보드로부터의 타이밍신호들(Vsync, Hsync, DE, DCLK)에 기초하여 데이터 구동회로(12)와 게이트 구동회로(13)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들(DDC, GDC)을 발생한다. 타이밍 콘트롤러(11)는 60Hz의 프레임 주파수로 입력되는 입력 영상 신호의 프레임들 사이에 보간 프레임을 삽입하고 데이터 타이밍 제어신호(DDC)와 게이트 타이밍 제어신호(GDC)를 체배하여 60×N(N은 2 이상의 양의 정수)Hz의 프레임 주파수로 데이터 구동회로(12)와 게이트 구동회로(13)의 동작을 제어할 수 있다. The
백라이트 유닛(16)은 다수의 광원들을 포함하여 액정표시패널(10)에 조사되 는 면광원을 매트릭스 형태의 블럭들로 분할한다. 백라이트 유닛(16)은 직하형(Direct type)과 에지형(Edge type) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 도 1에 도시된 백라이트 유닛은 직하형 백라이트 유닛을 예시하였지만 본 발명의 백라이트 유닛은 직하형 백라이트 유닛에 한정되지 않고 공지된 어떠한 구조의 백라이트 유닛도 포함할 수 있다. 직하형 백라이트 유닛(16)은 액정표시패널(10)의 아래에 다수의 광학시트들과 확산판이 적층되고 확산판 아래에 다수의 광원들이 배치되는 구조를 갖는다. 광원들은 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED)와 같은 점광원들로 구현될 수 있다. 광학 시트들은 1 매 이상의 프리즘 시트와 1 매 이상의 확산시트를 포함하여 확산판으로부터 입사되는 빛을 확산하고 액정표시패널의 광입사면에 대하여 실질적으로 수직인 각도로 빛의 진행경로를 굴절시킨다. 광학 시트들은 DBEF(dual brightness enhancement film)를 포함할 수도 있다. The
백라이트 구동회로(15)는 점소등을 제어하기 위한 블럭별 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation : 이하, "PWM")신호에 기초하여 광원들을 블럭 단위로 구동한다. 한 화면에 표시되는 디지털 영상 데이터(RGB)는 면광원의 분할 개수에 맞춰 소정 개수의 논리적 단위로 분할될 수 있다. 예컨대, 한 프레임분의 디지털 영상 데이터(RGB)는 도 2와 같이 다수의 블럭들(BLK[1,1] ~ BLK[n,m])로 나누어질 수 있다. The
백라이트 제어회로(14)는 타이밍 콘트롤러(11)의 제어하에, 입력 영상 데이터(RGB)를 블럭 단위로 분석하고, 그 분석 결과에 따라 블럭 단위로 PWM 신호의 듀티를 조절한다. 백라이트 제어회로(14)는 디밍 듀티 조절로 인해 줄어든 밝기를 보상하기 위해 입력 영상 데이터(RGB)의 동적 범위를 확대할 수 있다. 백라이트 제어회로(14)는 각 해당 블럭에 표시될 영상 데이터의 최대 휘도값과, 상기 해당 블럭의 밝기에 영향을 미치는 이웃 블럭들에 표시될 영상 데이터의 평균 휘도값을 고려하여 블럭 단위로 최적의 디밍 듀티를 도출하고, 이를 기반으로 광원들 밝기를 국부적으로 조절한다. The
도 3은 백라이트 제어회로(14)를 상세히 보여준다.3 shows the
도 3을 참조하면, 백라이트 제어회로(14)는 히스토그램 분석부(141), 오차 산출부(142), 휘도 산출부(143), 가중치상부 산출부(144), 디밍 컨트롤부(145), 및 PWM 생성부(146)을 구비한다.Referring to FIG. 3, the
히스토그램 분석부(141)는 영상 데이터(RGB)를 한 프레임 단위로 입력받아 각 블럭에 해당하는 영상 데이터(RGB)의 계조별 히스토그램을 산출하고, 이 계조별 히스토그램 값을 오차 산출부에 공급한다.The
오차 산출부(142)는 디밍 컨트롤부(145)로부터 피드백되는 디밍 제어신호에 따라 디밍한 후 각 해당 블럭에서 클립핑(Clipping) 양과 리키지(Leakage) 양을 산출한다. The
이를 위해, 오차 산출부(142)는 도 4와 같이 영상 데이터(RGB)의 계조에 따라 출력하고자 하는 목표 휘도치(도 4의 "Yideal" 참조)를 미리 저장하고, 피드백 디밍 제어신호에 따라 디밍한 후 최대 밝기의 감소로 생기는 클립핑 오차와 빛샘 현상으로 생기는 리키지 오차를 계산한다.To this end, the
광원들의 밝기가 국부적 디밍(도 4의 "After Dimming" 참조)으로 인해 감소 하게 되면 해당 블럭에서 최대로 낼 수 있는 빛의 밝기가 감소하게 된다. 이때, 줄어든 밝기를 보상하여 목표 휘도치를 맞추기 위해, 오차 산출부(142)는 데이터 변조를 통해 영상 데이터(RGB)의 동적 범위를 확대할 수 있다. 하지만, 영상 데이터(RGB)를 변조하더라도, 해당 블럭에서 빛의 밝기는 상대적으로 높은 계조에서 계조 뭉침 등의 이유로 목표로 했던 밝기를 내기 어렵다. 다시 말해, 도 4에서 목표휘도치는 고 계조 구간에서 최대 휘도값보다 낮은 일정 값으로 클립핑(실선으로 표시)된다. 이러한 클립핑 현상으로 인한 블럭별 클립핑 오차(ec(g,di ,j))는 아래의 수학식 1을 통해 구해진다.When the brightness of the light sources is reduced due to local dimming (see “After Dimming” in FIG. 4), the brightness of the light that can be maximized in the corresponding block is reduced. In this case, in order to compensate for the reduced brightness to match the target luminance value, the
수학식 1에서, "g"는 계조 레벨을, "di ,j"는 (i,j)번째 블럭의 디밍값을, "γ"는 감마값(예컨대, 2.2)을 각각 나타낸다.In
한편, 광원들에 대한 국부적 디밍시, 상대적으로 낮은 계조에서는 도 4와 같이 해당 블럭에서 목표로 했던 휘도보다 더 높은 밝기를 나타내게 된다. 이는 액정층이 빛을 완전히 차단하지 못하여 해당 블럭의 밝기가 이웃한 블럭들의 밝기로부터 영향을 받는데 기인된다. 이러한 빛샘 현상을 라이트 리키지(Light leakage)라고 하며, 블럭별 리키지 오차는 아래의 수학식 2를 통해 구해진다. On the other hand, in the local dimming of the light sources, at a relatively low gray scale, as shown in FIG. 4, the brightness higher than the luminance targeted by the corresponding block is shown. This is because the liquid crystal layer does not completely block the light so that the brightness of the block is affected by the brightness of neighboring blocks. This light leakage phenomenon is called light leakage, and the block error of each block is obtained through
수학식 2에서, "g"는 계조 레벨을, "di ,j"는 (i,j)번째 블럭의 디밍값을, "γ"는 감마값(예컨대, 2.2)을 각각 나타낸다.In
해당 블럭에서, 광원들의 밝기를 감소시키면 빛샘 현상은 개선되지만 클립핑 현상이 두드러진다. 반면, 광원들의 밝기를 증가시키면 클립핑 현상은 개선되지만 빛샘 현상이 두드러진다. 따라서, 해당 블럭에서 클립핑 양과 리키지 양을 적절히 조절할 수 있는 디밍 듀티를 찾는 것이 중요하다. In that block, reducing the brightness of the light sources improves light leakage but makes the clipping prominent. On the other hand, increasing the brightness of the light source improves the clipping phenomenon, but the light leakage phenomenon is prominent. Therefore, it is important to find a dimming duty that can properly adjust the amount of clipping and the amount of leakage in the block.
이를 위해, 오차 산출부(142)는 아래의 수학식 3과 같이 클립핑 오차에 히스토그램 분석부(141)로부터의 계조별 히스토그램 값을 곱하여 블럭별 클립핑 양(Dc(i,j))을 구한다.To this end, the
수학식 3에서, n(g)는 계조별 히스토그램 분석값으로서, 계조 레벨 g를 갖는 픽셀 개수를 나타낸다.In Equation 3, n (g) is a histogram analysis value for each gray level, and represents the number of pixels having a gray level g.
또한, 오차 산출부(142)는 아래의 수학식 4와 같이 리키지 오차에 히스토그램 분석부(141)로부터의 계조별 히스토그램 값을 곱하여 블럭별 리키지 양(Dj(i,j)) 을 구한다.In addition, the
수학식 4에서, n(g)는 계조별 히스토그램 분석값으로서, 계조 레벨 g를 갖는 픽셀 개수를 나타낸다.In Equation 4, n (g) is a histogram analysis value for each gray level, and represents the number of pixels having a gray level g.
휘도 산출부(143)는 영상 데이터(RGB)를 한 프레임 단위로 입력받아 각 블럭에 해당하는 영상 데이터(RGB)의 평균 휘도값과 최대 휘도값을 산출하고, 이 블럭별 평균 휘도값과 최대 휘도값을 가중치상부 산출부(144)에 공급한다.The
가중치상부 산출부(144)는 해당 블럭의 최대 휘도값에 비례하고 이웃 블럭들의 평균 휘도값에 반비례하는 함수에 의해 결정되는 가중치상수를 블럭별로 산출한다. (i,j)번째 블럭의 가중치상수(αi,j)는 아래의 수학식 5를 통해 구해진다.The weighted
수학식 5에서, "MAX(i,j)"는 (i,j)번째 블럭의 최대 휘도값을, "APL(i,j)"은 ((i,j)번째 블럭에 포함되는 픽셀들의 휘도합)/(i,j)번째 블럭에 포함되는 픽셀들의 총 개수)로서, (i,j)번째 블럭의 평균 휘도값을, "M"은 (i,j)번째 블럭과 이웃 블럭들을 포함한 매크로 블럭의 가로 및 세로 사이즈를 각각 나타낸다. 여기서, 매크로 블럭의 사이즈 "M"은 도 5와 같이 (i,j)번째 블럭의 밝기에 영향을 미치는 이웃 블럭들의 개수(a,b)에 따라 소정의 값으로 미리 결정될 수 있다. 수학식 5에서, 분모는 이웃 블럭들의 평균 휘도값을 나타낸다.In Equation 5, "MAX (i, j)" denotes the maximum luminance value of the (i, j) th block, and "APL (i, j)" denotes the luminance of the pixels included in the ((i, j) th block. Sum) / total number of pixels included in the (i, j) th block), and the average luminance value of the (i, j) th block, and “M” is a macro including the (i, j) th block and neighboring blocks. Represent the horizontal and vertical size of the block, respectively. Here, the size "M" of the macro block may be predetermined to a predetermined value according to the number (a, b) of neighboring blocks affecting the brightness of the (i, j) -th block as shown in FIG. In Equation 5, the denominator represents an average luminance value of neighboring blocks.
도 5에서 명확히 알 수 있듯이, 해당 블럭의 가중치상수는 그 블럭의 최대 휘도값에 비례하고 이웃 블럭들의 평균 휘도값에 반비례하도록 결정된다. 캄캄한 밤하늘에 별이 빛나는 경우와 같이, 해당 블럭의 평균 휘도값이 매우 낮다고 하더라도 그 안에 매우 밝은 영역이 있을 수 있다. 이러한 경우, 종래와 같이 평균 휘도값에 따라 해당 블럭의 광원들 밝기를 감소시키게 되면 별이 사라지는 문제가 생긴다. 따라서, 해당 블럭의 가중치상수는 그 블럭의 최대 휘도값에 비례하는 값으로 결정됨으로써, 평균 휘도값이 낮은 블럭에서 고휘도 데이터의 밝기를 보상한다.As can be clearly seen in FIG. 5, the weight constant of the block is determined to be proportional to the maximum luminance value of the block and inversely proportional to the average luminance value of neighboring blocks. Even if the average luminance value of the block is very low, such as a star shining in a dark night sky, there may be a very bright area therein. In this case, when the brightness of the light sources of the corresponding block is reduced according to the average luminance value as in the related art, a star disappears. Therefore, the weight constant of the block is determined as a value proportional to the maximum luminance value of the block, thereby compensating for the brightness of the high luminance data in a block having a low average luminance value.
또한, 이웃 블럭들에 의한 빛샘의 영향으로 이웃 블럭들이 밝으면 해당 블럭도 일정 비율만큼 밝아지게 된다. 따라서, 해당 블럭의 가중치상수는 이웃 블럭들의 평균 휘도값에 반비례하는 값으로 결정됨으로써, 이웃 블럭들에 의한 빛샘 정도를 줄인다.In addition, when the neighboring blocks are bright due to the influence of light leakage by the neighboring blocks, the corresponding blocks are also brightened by a certain ratio. Therefore, the weight constant of the block is determined to be inversely proportional to the average luminance value of the neighboring blocks, thereby reducing the degree of light leakage by the neighboring blocks.
디밍 컨트롤부(145)는 오차 산출부(142)로부터의 블럭별 클랩핑 양 및 리키지 양과, 가중치상부 산출부(144)로부터의 블럭별 가중치상수를 이용하여 디밍 제어신호의 디밍 듀티를 제어한다. 디밍 컨트롤부(145)는 해당 블럭의 클랩핑 양에 그 블럭의 가중치상수를 곱한 양과, 그 블럭의 리키지 양을 서로 비교한다. 비교 결과 상기 리키지 양이 상기 곱한 양보다 크면, 디밍 컨트롤부(145)는 디밍 듀티가 미리 정해진 소정값 만큼 감소되도록 해당 블럭의 디밍 제어신호를 조정한 후, 이 조정된 디밍 제어신호를 오차 산출부(142)로 피드백시킨다. 반면, 상기 리키지 양이 상기 곱한 양보다 작으면, 디밍 컨트롤부(145)는 디밍 듀티가 미리 정해진 소정값 만큼 증가되도록 해당 블럭의 디밍 제어신호를 조정한 후, 이 조정된 디밍 제어신호를 오차 산출부(142)로 피드백시킨다. 이러한 피드백 과정을 거쳐 상기 곱한 양과 상기 리키지 양이 서로 같아지면, 디밍 컨트롤부(145)는 그때의 디밍 듀티를 최적 디밍 듀티로 결정하고, 이 최적 디밍 듀티를 포함한 디밍 제어신호를 PWM 생성부(146)로 출력한다.The dimming
PWM 생성부(146)는 디밍 컨트롤부(145)로부터의 디밍 제어신호에 응답하여 최적 디밍 듀티를 갖는 PWM 신호를 생성한다. The
도 6은 본 발명 따른 효과를 종래 기술들과 비교한 실험 결과이다.6 is an experimental result comparing the effects of the present invention with the prior art.
도 6의 (a)는 영상 데이터에 상관없이 백라이트 유닛의 모든 광원들을 온 시켰을 때의 표시 영상으로서, 화면의 전 영역에서 라이트 리키지가 심각하여 표시 영상의 콘트라스트 특성이 매우 나쁘다. 도 6의 (b)는 종래 AFLC 기술을 적용하여 각 블럭의 평균 휘도값에 따라 광원들 휘도를 조절했을 때의 표시 영상으로서, 클립핑 문제로 별들이 거의 나타나지 않게 되어 디테일 한 영상 표현이 어렵게 된다. 도 6의 (c)는 각 블럭의 최대 휘도값에 따라 광원들 휘도를 조절했을 때의 표시 영상으로서, 별들이 표시되는 부분에서 여전히 라이트 리키지가 발생되어 콘트라스트 특성이 나쁘다.FIG. 6A is a display image when all the light sources of the backlight unit are turned on regardless of the image data, and light contrast is severe in all areas of the screen, resulting in very poor contrast characteristics of the display image. FIG. 6 (b) shows a display image when the luminance of the light sources are adjusted according to the average luminance value of each block by applying the conventional AFLC technique. As a result, clipping is hardly caused by stars, which makes it difficult to express a detailed image. FIG. 6C is a display image when the brightness of the light sources is adjusted according to the maximum luminance value of each block, and light contrast is still generated in the portion where the stars are displayed, resulting in poor contrast characteristics.
반면, 도 6의 (d)는 본 발명에 따른 표시 영상으로서, 해당 블럭의 최대 휘 도값에 비례하고 이웃 블럭들의 평균 휘도값에 반비례하도록 결정되는 가중치상수를 이용하여 각 블럭의 광원들 휘도를 조절함으로써 도 6의 (c) 및 (d)에 비해 라이트 리키지를 거의 발생시키지 않으면서 즉, 높은 콘트라스트 특성을 가지면서도 디테일 한 영상 표현이 가능해 진다.On the other hand, Figure 6 (d) is a display image according to the present invention, the luminance of the light sources of each block is adjusted by using a weight constant that is proportional to the maximum luminance value of the block and inversely proportional to the average luminance value of the neighboring blocks. As a result, as compared with FIGS. 6C and 6D, light images are hardly generated, that is, detailed image expression is possible while having high contrast characteristics.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 구동방법을 보여준다.7 illustrates a method of driving a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 이 구동방법은 영상 데이터(RGB)가 입력되면(S1), 입력 영상 데이터(RGB)를 한 프레임 단위로 분석하여 각 블럭에 해당하는 영상 데이터(RGB)의 계조별 히스토그램 값을 산출한다(S2).Referring to FIG. 7, when the image data RGB is input (S1), the histogram value of each gray level of the image data RGB corresponding to each block is analyzed by analyzing the input image data RGB by one frame unit. To calculate (S2).
이 구동방법은 피드백되는 디밍 제어신호에 따라 디밍한 후 해당 블럭에서의 클랩핑 양과 리키지 양을 산출한다(S3). 여기서, 클랩핑 양은, 해당 블럭에서 디밍으로 인한 광원들의 밝기 감소에 대응되는 클립핑 오차에, 상기 계조별 히스토그램 값이 곱해짐으로써 얻어진다. 리키지 양은, 디밍시 이웃한 블럭들의 밝기에 따른 해당 블럭의 밝기 변화에 대응되는 리키지 오차에, 상기 계조별 히스 히스토그램 값이 곱해짐으로써 얻어진다.This driving method calculates the amount of clapping and the amount of leakage in the block after dimming according to the feedback dimming control signal (S3). Here, the amount of clipping is obtained by multiplying the histogram value for each gray level by a clipping error corresponding to a decrease in brightness of light sources due to dimming in the block. The amount of liquidity is obtained by multiplying a histogram value of each gray level by a liquidity error corresponding to a brightness change of a corresponding block according to the brightness of neighboring blocks when dimming.
이 구동방법은 영상 데이터(RGB)를 한 프레임 단위로 입력받아 각 블럭에 해당하는 영상 데이터(RGB)의 평균 휘도값과 최대 휘도값을 산출한다(S4).The driving method receives the image data RGB in one frame unit and calculates an average luminance value and a maximum luminance value of the image data RGB corresponding to each block (S4).
이 구동방법은 해당 블럭의 최대 휘도값에 비례하고 이웃 블럭들의 평균 휘도값에 반비례하는 함수에 결정되는 가중치상수를 블럭별로 산출한다(S5). This driving method calculates a weight constant for each block, which is determined by a function proportional to the maximum luminance value of the block and inversely proportional to the average luminance value of neighboring blocks (S5).
이 구동방법은 해당 블럭의 클랩핑 양에 그 블럭의 가중치상수를 곱한 양과, 그 블럭의 리키지 양을 서로 비교한다(S6). 상기 비교 결과 상기 리키지 양이 상기 곱한 양보다 크면(S6의 아니오, 및 S7의 예), 이 구동방법은 디밍 듀티가 미리 정해진 소정값 만큼 감소되도록 디밍 제어신호를 조정한 후(S8), 이 조정된 디밍 제어신호를 S3 단계로 피드백시킨다. 반면, 상기 리키지 양이 상기 곱한 양보다 작으면(S6의 아니오, 및 S7의 아니오), 이 구동방법은 디밍 듀티가 미리 정해진 소정값 만큼 증가되도록 디밍 제어신호를 조정한 후(S9), 이 조정된 디밍 제어신호를 S3 단계로 피드백시킨다. This driving method compares the amount of clipping of the block with the weight constant of the block and the amount of leakage of the block (S6). If the comparison result is greater than the multiplied amount (NO in S6 and Y in S7), the driving method adjusts the dimming control signal so that the dimming duty is reduced by a predetermined value (S8). The adjusted dimming control signal is fed back to the step S3. On the other hand, if the leakage amount is smaller than the multiplied amount (NO in S6 and NO in S7), the driving method adjusts the dimming control signal so that the dimming duty is increased by a predetermined value (S9). The adjusted dimming control signal is fed back to the step S3.
이러한 피드백 과정을 거쳐 상기 곱한 양과 상기 리키지 양이 서로 같아지면(S6의 예), 이 구동방법은 그때의 디밍 듀티를 최적 디밍 듀티로 결정한 후, 이 최적 디밍 듀티에 맞춰 PWM 신호의 듀티를 조정한다(S10). PWM 신호의 듀티 조정에 의해 광원들의 밝기는 국부적으로 제어된다.After the feedback process, if the multiplied amount and the leakage amount are equal to each other (YES in S6), the driving method determines the dimming duty at that time as an optimal dimming duty, and then adjusts the duty of the PWM signal according to the optimum dimming duty. (S10). The brightness of the light sources is locally controlled by the duty adjustment of the PWM signal.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 구동방법은 표시 영상을 소정 개수의 논리적 블럭으로 분할하고, 각 블럭의 클랩핑 양과 리키지 양을, 각 블럭의 최대 휘도값에 비례하고 이웃 블럭들의 평균 휘도값에 반비례하는 가중치상수를 고려하여 비교한 후, 해당 블럭의 클랩핑 양에 해당 가중치상수를 곱한 양과 해당 블럭의 리키지 양이 서로 같아질 때의 디밍 듀티로 해당 블럭의 광원들을 구동한다. 그 결과, 본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 구동방법은 평균 휘도값이 낮은 블럭에서도 고휘도 데이터의 밝기를 보상할 수 있고, 이로 인해 높은 콘트라스트 비를 확보할 수 있다.As described above, the liquid crystal display device and the driving method thereof according to the present invention divide a display image into a predetermined number of logical blocks, and the amount of clapping and the amount of leakage of each block is proportional to the maximum luminance value of each block and is neighboring. After considering the weight constants inversely proportional to the average luminance value of the blocks, the dimming duty is obtained when the amount of clipping of the block is multiplied by the weight constant and the dimming duty of the block is equal to each other. Drive. As a result, the liquid crystal display and the driving method thereof according to the present invention can compensate for the brightness of the high luminance data even in a block having a low average luminance value, thereby ensuring a high contrast ratio.
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.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification but should be defined by the claims.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 보여주는 블럭도.1 is a block diagram illustrating a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2는 한 프레임 분의 영상 데이터가 면광원의 분할 개수에 맞춰 소정 개수의 분할되는 일 예를 보여주는 도면.2 is a diagram illustrating an example in which image data of one frame is divided into a predetermined number according to the number of divisions of the surface light source.
도 3은 백라이트 제어회로를 상세히 보여주는 블럭도.3 is a block diagram illustrating a backlight control circuit in detail.
도 4는 국부적 디밍시 발생되는 클립핑 오차와 리키지 오차를 보여주는 도면.4 is a diagram illustrating a clipping error and a leakage error generated during local dimming.
도 5는 해당 블럭과 이웃 블럭들을 포함한 매크로 블럭을 보여주는 도면.5 illustrates a macroblock including the block and neighboring blocks.
도 6은 본 발명 따른 효과를 종래 기술들과 비교한 실험 결과를 보여주는 도면.Figure 6 shows the results of experiments comparing the effects of the present invention with the prior art.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 구동방법을 보여주는 흐름도.7 is a flowchart illustrating a method of driving a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
10 : 액정표시패널 11 : 타이밍 콘트롤러10 liquid
12 : 데이터 구동회로 13 : 게이트 구동회로12: data driving circuit 13: gate driving circuit
14 : 광원 제어회로 15 : 광원 구동회로14 light
16 : 백라이트 유닛 141 : 히스토그램 분석부16: backlight unit 141: histogram analysis unit
142 : 오차 산출부 143 : 휘도 산출부142: error calculator 143: luminance calculator
144 : 가중치상부 산출부 145 : 디밍 컨트롤부144: weight upper part calculation unit 145: dimming control unit
146 : PWM 생성부 146: PWM generator
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