KR20120128092A - 영상표시방법 - Google Patents

Abstract

표시 시스템은 표시패널 및 백라이트를 포함한다. 표시패널은 표시되는 각각의 컬러를 갖는 화소들을 갖는다. 백라이트는 개별적인 어드레스가 가능한(individually addressable) 컬러 발광체들을 가져서 상기 표시 패널의 상기 화소들에 광을 공급한다. 상기 영상을 종합적으로 표시하는 영상표시방법에서, 상기 표시 패널에 표시되는 영상에 대응되는 영상 데이터를 수신한다. 상기 각 화소에서, 상기 표시되는 컬러가 색공간을 벗어나는지 판단하여 색공간을 벗어난 화소들의 셋트를 정의한다. 상기 가상의 원색 셋트는 상기 영상이 표시되는 동안 상기 색공간을 벗어난 화소들의 셋트를 이용하여 결정되며, 상기 백라이트의 상기 컬러 발광체들로부터 출사된 광의 강도를 정의한다.

Description

영상표시방법 {METHOD OF FACILITATING DISPLAY OF IMAGE}

본 발명은 표시 시스템에 있어서 백라이트의 컬러값을 선택적으로 조절하여 영상을 표시하는 방법에 관한 것이다.

백라이트라 불리는 광원을 갖는 표시 시스템은 능동적인 광 조절 장치로서 광원으로부터 발생된 광학 에너지를 흡수하거나 통과시킴으로써 사용자에게 영상을 제공한다. 백라이트를 갖는 액정표시(Liquid Crystal Display; LCD)장치는 표시 시스템의 일종이다. 광원으로부터 발생된 광학 에너지는 능동적인 광으로서 사용자에 의해 LCD장치의 표시패널에 보여지는 영상을 생성한다. 컬러 영상을 표시하기 위하여 컬러필터를 사용하는 표시 시스템은 통상적으로 좁은 밴드(band)의 컬러필터를 갖는다. 상기 좁은 밴드의 컬러필터는 상기 광원에서 발생된 광으로부터 광에너지를 추출하여 컬러를 생성한다. 컬러필터는 표시패널 상에 배치되고, 본 발명의 도 3, 6-9에 도시된 것과 같은 다양한 형태의 서브화소(sub-pixel) 레이아웃들을 갖는다. 대체로 백라이트 광원으로부터 발생된 광의 4-10%만이 사용자에게 표시되는 영상으로 나타나기 때문에 휘도가 저하된다. LCD장치에 있어서, 박막트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)어레이 및 컬러필터기판이 휘도를 저하시키는 가장 큰 원인이다.

발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED) 어레이(array)는 백라이트 표시 시스템의 광원으로 쓰인다. 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 컬러를 구현하기 위한 복수개의 LED칩들 또는 복수개의 램프들을 포함하는 LCD장치용 백라이트 유닛에 관하여 액정표시장치의 백라이트 유닛(BACKLIGHT UNIT IN LIQUID CRYSTAL DISPLAY)이라는 명칭의 미국 특허 제6,923,548에 개시되어 있다. 미국 특허 제6,923,548은 고휘도 특성을 가지며 얇은 두께를 갖는 백라이트를 개시하고 있다. LED를 백라이트로 하는 투과형 또는 반투과형 액정표시장치용 백라이트 제어장치에 관하여 액정표시장치용 백라이트 제어(BACKLIGHT CONTROL DEVICE FOR LIQUID CRYSTAL DISPLAY)라는 명칭의 미국특허 제7,002,547에 개시되어 있다. 백라이트 제어장치는 LED구동회로 및 전류제어장치를 포함한다. LED구동회로는 전원공급회로에 연결되어 LED를 구동한다. 전류제어장치는 액정표시장치 주변의 휘도를 감지하여 LED를 구동하기 위한 전류를 제어한다. 히데오 오츠키 등(Hideyo Ohtsuki et al.)은 18.1 인치 고전력 LED 백라이트를 이용하여 광범위한 색재현성을 갖는 XGA TFT-LCD(18.1-inch XGA TFT-LCD with wide color reproduction using high power led-backlighting)라는 논문을 2002년 표시장치학회의 국제심포지움(Society for Information Display International Symposium)에 발표하였다. 상기 논문은 LED백라이트 유닛을 이용한 XGA TFT-LCD 모듈을 개시하고 있다. Ohtsuki et al.은 측면 에지(edge) 타입의 백라이트에서 두 개의 LED 라인들이 광파이프 상에서 상기 측면 에지의 상부와 하부에 배치된 것을 개시하였다. 적색, 녹색 및 청색 LED들에서 출사된 광은 서로 섞여서 광파이프 속으로 입사된다. 상기 적색, 녹색 및 청색 LED의 휘도는 제어회로에 의해 독립적으로 어두워지게 될 수 있다. Ohtsuki et al.는 상기 LCD 패널의 컬러필터가 높은 색포화도를 잘 표현한다고 하였다.

제1 색도(chromaticity)의 광을 제공하는 제1 LED 어레이 및 제2 색도의 광을 제공하는 제2 LED 어레이를 구비하는 액정표시장치용 백라이트에 관하여, 확장된 색공간을 갖는 LED 기반의 LCD 백라이트(LED-based LCD backlight with extended color space)라는 명칭의 미국특허 6,608,614에 개시되어 있다. 결합부재가 제1 LED 어레이로부터 나온 광과 제2 LED 어레이로부터 나온 광을 결합하여 액정표시장치 쪽으로 제공한다. 제어시스템은 상기 제2 LED 어레이에 조작가능하도록 연결된다. 제어부는 제2 LED 어레이에 있는 최소한 하나의 LED의 휘도를 조절하여 상기 결합된 광의 색도를 조절한다.

광조절부를 구성하고 제어가능한 발광체들의 어레이를 포함하는 광원으로부터 생성된 광에 의해 조명되는 스크린을 갖는 표시장치에 관하여, 고도의 능동영역의 표시장치(High Dynamic Range Display Devices)라는 명칭의 미국특허공개 US 2005/0162737(이하, 737특허라고 함)에 개시되어 있다. 상기 제어가능한 발광체들과 광조절부의 소자들은 스크린의 해당 영역들에서 발광하는 광의 강도를 조절할 수 있다. 도 15는 확산층(22)을 포함하고 LED(52)의 어레이(50)에 의해 조명되는 배면-투영 스크린(rear-projection screen; 53)을 갖는 표시장치(60)를 도시하고 있다. 각 LED(52)의 휘도는 제어부(39)에 의해 제어된다. 스크린(53)은 광조절부(20)를 포함한다. 광조절부(20)의 배면은 LED 어레이(50)에 의해 조명된다. 도 14는 광조절부(20)의 조절소자들(pixels; 42)이 각 LED(52)에 대응되는 표시장치(60) 개략적인 정면도를 나타낸다. 각 조절소자들(42)은 복수개의 컬러 서브-화소들(colored sub-pixels)을 포함한다. 상기 737특허는 LED(52)가 적당한 방법으로 배열될 수 있으며 직사각형 및 정육각형 어레이로 배열될 수 있음을 개시하고 있다. 확산판(22A)는 LED(52)의 발광특성과 결합하여 광조절부(20)의 배면에서 LED(52)에서 출사된 광이 다양한 강도를 갖도록 한다. 상기 737특허는 광조절부(20)가 흑백 광조절부 또는 고해상도의 컬러 광조절부일 수 있음을 개시하고 있다. 광조절부(20)는 LCD어레이 일 수 있다. 737특허는 표시장치(60)가 박막형태일 수 있음을 개시하고 있다. 예를 들어, 표시장치(60)의 두께가 10cm이하일 수도 있다.

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 화질이 향상된 영상표시방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 하기의 방법을 포함한 다양한 방법으로 구현될 수 있다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 영상 표시 방법에 있어서 표시 시스템은 표시패널 및 백라이트를 포함한다. 상기 표시패널은 표시되는 각각의 컬러를 갖는 화소들을 갖는다. 상기 백라이트는 개별적인 어드레스가 가능한(individually addressable) 컬러 발광체들을 가져서 상기 표시 패널의 상기 화소들에 광을 공급한다. 상기 영상을 종합적으로 표시하기 위해서, 상기 표시 패널에 표시되는 영상에 대응되는 영상 데이터를 수신한다. 상기 각 화소에서, 상기 표시되는 컬러가 색공간을 벗어나는지 판단하여 색공간을 벗어난 화소들의 셋트를 정의한다. 상기 영상이 표시되는 동안 상기 색공간을 벗어난 화소들의 셋트를 이용하여 상기 백라이트의 상기 컬러 발광체들로부터 출사된 광의 강도를 정의하는 가상의 원색 셋트를 결정한다.

상기 색공간을 벗어난 화소들의 셋트를 정의하는 단계는, 상기 각 색공간을 벗어나는 컬러들에 대응되는 상기 색공간을 벗어난 화소들의 셋트를 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 가상의 원색 셋트를 결정하는 단계는, 상기 색공간을 벗어난 화소들의 셋트를 이용하여 상기 가상의 원색 셋트를 정의하되, 상기 색공간을 벗어나지 않는 화소들의 셋트는 이용하지 않는다.

상기 영상 데이터를 수신하는 단계는, 다중 영상 프레임용 영상 데이터를 수신하는 단계를 더 포함하고, 상기 색공간을 벗어난 화소들의 셋트를 정의하는 단계는, 상기 각 영상 프레임의 상기 색공간을 벗어나는 화소들의 셋트를 정의하는 단계를 더 포함하고, 상기 가상의 원색 셋트를 정의하는 단계는 상기 색공간을 벗어난 화소들의 셋트의 상기 색들에 대응하는 상기 가상의 원색 셋트를 결정하는 단계를 더 포함한다.

상기 백라이트의 상기 발광체들의 강도가 상기 정의된 가상의 원색들에 대응하는 동안 상기 표시 패널이 상기 영상을 표시한다.

상기 영상을 표시하는 방법은 상기 컬러 발광체들의 시간평균된 컬러(time averaged color)에 의해 결정되는 상기 화소들의 제1 셋트에 속하는 서브 화소들의 컬러 값들을 제1 모드로 하여 상기 영상의 제1 부분을 표시하는 단계, 상기 컬러 발광체들의 컬러들에 의해 독립적으로 결정되는 상기 화소들의 제2 셋트에 속하는 서브 화소들의 컬러 값들을 제2 모드로 하여 상기 영상의 제2 부분을 표시하는 단계, 및 상기 제1 부분과 상기 제2 부분의 경계에서, 상기 제1 부분 및 상기제2 부분을 선형적으로 혼합하여 혼합된 부분을 갖는 영상을 생성하는 단계를 더 포함하고, 상기 선형적으로 혼합하는 단계는 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분을 혼합계수(α)에 따라 혼합된다. 상기 혼합계수(α)는 상기 경계에서 상기 영상의 상기 제2 부분이 표시되도록 정해진다.

상기 영상표시방법은 배제 색공간(exclusion gamut)을 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 색공간을 벗어난 화소들의 셋트를 정의하는 단계는, 각 화소에서 대응되는 컬러가 상기 각 화소의 색공간 내에 위치하는지 판단하여 색공간 내에 위치하는 화소들의 셋트를 정의하는 단계를 더 포함하고, 상기 가상의 원색 셋트를 결정하는 단계는, 상기 색공간을 벗어나는 화소들의 셋트의 상기 컬러들 및 상기 배제 색공간을 벗어나서 상기 색공간 내에 위치하는 화소들의 셋트의 컬러들에 따라서 상기 가상의 원색들을 결정하는 단계를 더 포함한다.

상기 배제 색공간을 결정하는 단계는, 상기 배제 색공간이 상기 각 화소의 가장 높은 컬러값에 비례한다. 상기 배제 색공간을 결정하는 단계는, 상기 가장 높은 컬러값에 환산계수(scale factor)를 곱하는 단계를 더 포함하고, 상기 환산계수는 1/(1+(Lw/Lrgb))이다. 단, Lw는 상기 화소들 중 백색 서브화소들의 투과도이고, Lrgb는 상기 화소들 중에서 컬러 서브화소들의 투과도이다. 상기 배제 색공간을 결정하는 단계는, 상기 표시 패널의 상기 화소들의 색영역에 따라 상기 배제 색공간의 제1 지점 및 제2 지점을 결정하는 단계, 및 상기 각 화소의 가장 높은 컬러값에 따라 상기 배제 색공간의 제3 지점을 결정하는 단계를 더 포함한다. 상기 배제 색공간을 결정하는 단계는, 상기 표시 패널의 상기 화소들의 색공간에 따라 상기 배제 색공간의 제1 및 제2 측을 결정하는 단계, 및 상기 각 화소의 가장 높은 컬러값에 따라 상기 배제 색공간의 제3 지점을 결정하는 단계를 더 포함한다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 다른 실시예에 따른 영상 표시 방법에 있어서 표시 시스템은 표시패널 및 백라이트를 포함한다. 상기 표시패널은 표시되는 컬러를 각각 갖는 화소들을 갖는다. 상기 백라이트는 개별적인 어드레스가 가능한(individually addressable) 컬러 발광체들을 가져서 상기 표시 패널의 상기 화소들에 광을 공급한다. 상기 영상을 종합적으로 표시하기 위해서 상기 표시 패널에 표시되는 영상에 대응되는 영상 데이터를 수신한다. 상기 영상이 표시되는 동안 상기 백라이트의 상기 컬러 발광체들로부터 출사된 광의 강도를 정의하는 가상의 원색들의 초기값을 설정한다. 상기 각 화소에서, 상기 설정된 초기값을 이용하여 상기 표시되는 컬러가 색공간을 벗어나는지 판단하여 색공간을 벗어난 화소들의 셋트를 정의한다. 상기 색공간을 벗어난 화소들의 셋트를 이용하여 상기 가상의 원색들의 컬러값들의 보정값을 결정한다.

상기 표시되는 컬러가 색공간을 벗어나는지 판단하는 단계는, 상기 각 색공간의 외부에 배치되는 컬러들을 갖는 상기 색공간을 벗어나는 화소들의 셋트를 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 가상의 원색들의 컬러값들의 보정값을 결정하는 단계는, 상기 색공간을 벗어난 화소들의 셋트를 이용하고 상기 색공간을 벗어나지 않는 화소들의 컬러들은 이용하지 않으면서 상기 가상의 원색들의 컬러값들의 보정값을 결정하는 단계를 더 포함한다.

상기 영상 데이터를 수신하는 단계는 다중 영상 프레임용 영상데이터를 수신하는 단계를 더 포함하고, 상기 색공간을 벗어난 화소들의 셋트를 정의하는 단계는, 상기 각 영상 프레임의 상기 색공간을 벗어나는 화소들의 셋트를 정의하는 단계를 더 포함하고, 상기 보정값을 결정하는 단계는 상기 색공간을 벗어난 화소들의 셋트의 상기 색들에 대응하는 상기 가상의 원색들의 상기 보정값을 결정하는 단계를 더 포함한다.

상기 영상표시방법은 상기 백라이트의 상기 발광체들의 강도가 상기 가상의 원색들의 상기 컬러값들의 상기 보정값에 대응되도록 상기 표시패널이 영상을 표시하는 단계를 더 포함한다. 상기 표시패널은 액정표시패널이다.

상기 영상표시방법은 상기 컬러 발광체들의 시간평균된 컬러(time averaged color)에 의해 결정되는 상기 화소들의 제1 셋트에 속하는 서브 화소들의 컬러 값들을 제1 모드로 하여 상기 영상의 제1 부분을 표시하는 단계, 상기 컬러 발광체들의 컬러들에 의해 독립적으로 결정되는 상기 화소들의 제2 셋트에 속하는 서브 화소들의 컬러 값들을 제2 모드로 하여 상기 영상의 제2 부분을 표시하는 단계, 및 상기 제1 부분과 상기 제2 부분의 경계에서, 상기 제1 부분 및 상기제2 부분을 선형적으로 혼합하여 혼합된 부분를 갖는 영상을 생성하는 단계를 더 포함하고, 상기 선형적으로 혼합하는 단계는 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분을 혼합계수(α)에 따라 혼합한다. 상기 혼합계수(α)는 상기 경계에서 상기 영상의 상기 제2 부분이 표시되도록 정해진다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 또 다른 실시예에 따른 영상 표시 방법에 있어서, 표시 시스템은 표시패널 및 백라이트를 포함한다. 상기 표시패널은 표시되는 컬러를 각각 갖는 화소들을 갖는다. 상기 백라이트는 개별적인 어드레스가 가능한(individually addressable) 컬러 발광체들을 가져서 상기 표시 패널의 상기 화소들에 광을 공급한다. 상기 영상을 종합적으로 표시하는 영상표시방법에서, 상기 표시 패널에 표시되는 영상에 대응되는 영상 데이터를 수신한다. 배제 색공간을 결정한다. 상기 배제 색공간의 외부에 배치되는 컬러에 대응되는 화소들의 제1 세트를 결정한다. 상기 영상이 표시되는 동안 상기 화소들의 상기 제1 셋트의 상기 컬러들을 이용하여 상기 백라이트의 상기 컬러 발광체들로부터 출사된 광의 강도를 정의하는 가상의 원색 셋트를 결정한다.

상기 배제 색공간을 결정하는 단계는, 상기 배제 색공간이 상기 각 화소의 가장 높은 컬러값에 비례한다. 상기 배제 색공간을 결정하는 단계는, 상기 가장 높은 컬러값에 환산계수(scale factor)를 곱하는 단계를 포함한다. 상기 환산계수는 1/(1+(Lw/Lrgb))이며, Lw는 상기 화소들 중 백색 서브화소들의 투과도이고, Lrgb는 상기 화소들 중에서 컬러 서브화소들의 투과도이다. 상기 배제 색공간을 결정하는 단계는, 상기 표시 패널의 상기 화소들의 색영역에 따라 상기 배제 색공간의 제1 지점 및 제2 지점을 결정하는 단계, 및 상기 각 화소의 가장 높은 컬러값에 따라 상기 배제 색공간의 제3 지점을 결정하는 단계를 더 포함한다. 상기 배제 색공간을 결정하는 단계는, 상기 표시 패널의 상기 화소들의 색공간에 따라 상기 배제 색공간의 제1 및 제2 측을 결정하는 단계, 및 상기 각 화소의 가장 높은 컬러값에 따라 상기 배제 색공간의 제3 지점을 결정하는 단계를 더 포함한다.

상기 영상표시방법은 각 화소에서 대응되는 컬러가 상기 각 화소의 색공간을 벗어나는지 판단하여 화소들의 제2 셋트를 정의하는 단계를 더 포함하고, 상기 가상의 원색 셋트를 결정하는 단계는, 상기 화소들의 제1 및 제2 셋트들의 컬러들에 대응하여 상기 가상의 원색들을 결정하는 단계를 더 포함한다.

상기 백라이트의 상기 발광체들의 강도가 상기 가상의 원색들에 대응되고 상기 표시패널이 상기 영상을 표시하는 단계를 더 포함한다.

상기 배제 색공간의 상부 경계는 부분적으로 상기 각 화소의 평균 컬러값에 대응된다. 상기 가상의 원색들은 상기 화소들의 상기 제1 셋트에 의해 결정되고, 상기 배제 색공간 내의 컬러들에 의해 결정되지 않는다. 상기 표시 패널은 액정표시패널이다.

이와 같은 영상 표시 방법에 따르면, 발광다이오드(Light emitting diodes; LED)와 같은 발광체들의 어레이는 서브화소들을 갖는 표시 시스템의 백라이트로 사용되어 종래기술에 비하여 영상표시에 있어서 높은 색순도를 갖도록 필터링될 수 있다. 그러나 일정한 종류의 표시패널(예를 들어, 액정표시장치)에서는 콘트라스트비에 제한이 있어서 서브 화소의 오프상태에 비하여 색의 열화(bleed of color)가 발생할 수 있다. 또한, 상기 컬러필터는 그 자체가 높은 색순도를 갖는 것이 아니기 때문에, 다른 컬러 발광체에서 발생된 색의 일부를 불필요하게 투과시킬 수 있다. 본 발명의 표시 시스템에서, 백라이트 어레이에 배치된 개별 발광체들은 독립적으로 어드레스(addressed)되고, 백라이트의 색을 보다 정밀하게 조절하는 것이 가능하다. 즉 개별 발광체들을 독립적으로 구동하여 백라이트의 색을 독립적으로 조절할 수 있다. 이러한 백라이트의 색을 독립적으로 조절하는 능력은 표시장치의 색순도 및 능동적인 구동영역의 확대를 가져와서 자유도(degree of freedom)를 증가시킨다. 상기 백라이트 어레이로부터 출사되고 일정한 색온도(color temperature)를 갖는 광의 전체적인 또는 국지적인 휘도정보의 확산(spread of luminance information)을 최적화하여, 표시패널의 서브 화소에서 서브 화소 랜더링(rendering)을 하는 경우에 있어서 서브화소 랜더링의 효율성을 증가시킨다.

따라서, 백라이트의 컬러값을 선택하여 영상을 표시함으로써, 표시장치의 화질이 향상되고 색재현성이 증가하며 소비전력이 감소하고 휘도가 향상된다.

도 1a는 다색 발광체를 갖는 제1 백라이트 어레이를 구비한 다원색(multi-primary) 표시 시스템의 제1 일시예의 일부 구성요소들을 나타내는 블록도이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 실시예에서 피크다운 샘플링(peak down sampling) 기능을 수행하는 블록의 예를 나타내는 블록도이다.
도 2a는 다색 발광체를 갖는 제2 백라이트 어레이를 구비한 제2 다원색 표시 시스템의 일부를 나타내는 블록도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 실시예에서 피크다운 샘플링(peak down sampling) 기능을 수행하는 블록을 나타내는 블록도이다.
도 3은 4색 표시패널에서 8개의 반복되는 서브화소(subpixel)들을 나타내는 평면도이다.
도 4는 삼색 발광체들을 갖는 백라이트 어레이의 일부를 나타내는 평면도이다.
도 5는 4색 발광체들을 갖는 백라이트 어레이의 일부를 나타내는 평면도이다.
도 6은 6개의 반복되는 서브화소들을 갖는 4색 표시패널의 일부를 나타내는 평면도이다.
도 7은 6개의 반복되는 서브화소들을 갖는 6색 표시패널의 일부를 나타내는 평면도이다.
도 8은 두 개의 색깔을 갖는 두 개의 정사각형 서브화소들이 반복하는 그룹을 갖는 표시패널의 일부를 나타내는 평면도이다.
도 9는 5개의 색을 갖는 직사각형 서브화소들을 이용한 16개의 서브화소들의 반복되는 그룹을 갖는 표시패널의 일부를 나타내는 평면도이다.
도 10은 본 발명의 백라이트 제어기술 및 방법들이 적용되는 액정표시시스템을 나타내는 블록도이다.
도 11은 백라이트 어레이에서 발광체의 값을 결정하는 입력영상데이터의 사용을 나타내는 사시도이다.
도 12는 백라이트 어레이에서 발광체들로부터 발생된 광에 의해 저해상도 영상을 얻는 백라이트 보간 기능(interpolation function)을 나타내는 단면도이다.
도 13은 백색 서브화소를 갖는 다원색 서브 화소들의 반복되는 그룹을 구비하는 표시패널의 일 예와 함께 본 발명에 기재된 백라이트 제어 기술들에 의해 백색 서브 화소가 원색으로 이용되는 방법을 나타내는 단면도이다.
도 14는 종래기술에서 LED 어레이에 의해 조명(illuminated)되는 확산층을 갖는 배면-투영(rear-projection) 스크린을 구비한 표시장치의 일부를 나타내는 평면도이다.
도 15는 도 14에 도시된 표시장치에 각 LED에 대응되는 광조절부재에서 제어가능한 소자들(화소들)을 나타내는 조직도이다.
도 16은 백라이트 색공간(gamut) 및 백아니트 색공간보다 작은 영상 색지도를 CIE 1931 색좌표에 나타낸 것이다.
도 17은 가상의 원색 색공간 내에서 3개의 가상의 원색들과 주어진 색을 도 16에 도시된 백라이트 LED 색좌표에 나타낸 것이다.
도 18은 LED 백라이트 및 LCD 장치를 조절하는 공간적이고 가상적인 주요 구성요소들을 갖는 혼성시스템을 나타내는 블록도이다.
도 19A 및 19B는 도 18에 도시된 시스템에 의해 주어진 색을 재현하는 두 가지 방법들을 나타내는 타이밍도이다.
도 20a, 20b 및 20c는 가상의 원색들을 이용한 방법들을 나타내는 타이밍도이다.
도 21a는 가상의 원색 공간을 순차적으로 재현하는 색 시스템(virtual primary field sequential color system)을 나타내는 블록도이다.
도 21b는 도 21a에 도시된 칼크(Calc) 가상 원색 모듈을 나타내는 다른 실시예이다.
도 22는 도 21a에 도시된 경계박스모듈(bounding box module)을 나타내는 그래프이다.
도 23은 다원색 LED 색좌표 및 상기 다원색 LED 색좌표보다 작은 개별 영상 색좌표를 나타내는 겹쳐진 XYZ원색들을 CIE 1931 색좌표상에 나타낸 그래프이다.
도 24는 5가지 색의 직사각형 서브화소들을 갖는 12개의 반복되는 서브화소그룹을 포함하는 표시 패널의 일부를 나타내는 평면도이다.
도 25는 표시장치에 사용되는 새로운 세그먼트화된(novel segmented) 백라이트 어셈블리의 일 실시예를 나타내는 평면도이다.
도 26은 도광판과 두 개의 발광체들을 갖는 종래의 백라이트를 나타내는 평면도이다.
도 27은 도 26의 백라이트보다 개량된 백라이트를 나타내는 평면도이다.
도 28은 도광판과 네 개의 발광체들을 갖는 종래의 백라이트를 나타내는 평면도이다.
도 29는 도 28의 백라이트보다 개량된 백라이트를 나타내는 평면도이다.
도 30은 또 다른 새로운 세그먼트화된(novel segmented) 백라이트 어셈블리를 나타내는 평면도이다.
도 31은 새로운 세그먼트화된 백라이트 어셈블리의 도광판을 나타내는 단면도이다.
도 32a은 정면쪽에 배치되는 흑백 패널과 결합된 새로운 세그먼트화된 백라이트를 나타내는 블록도이다.
도 32b는 정면쪽에 배치되는 다원색 컬러 패널과 결합된 새로운 세그먼트화된 백라이트를 나타내는 블록도이다.
도 33은 혼성 가상 원색공간의 연속적인 제어 시스템 및 방법이 적용되는 새로운 세그먼트화된 백라이트를 구비하는 표시 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 34는 가상 원색들에 의해 정의되고 입력화소들을 단순화시킨 2차원 그래프이다.
도 35 및 36은 가상 원색들에 의해 정의되고 본 발명에 의해 개선된 배제 색공간(exclusion gamut)을 단순화시킨 2차원 그래프이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 본 발명에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 본 발명은 첨부된 청구항들에 의해 정의된다.

하기에서는 표시 시스템의 구성요소들을 먼저 살펴보고, 백라이트 어레이의 구동기술을 설명한다. 이어서 상기 백라이트 구동에 의해 인간의 눈으로 시인과정, 특정한 색의 영상이 표시 및 표시패널에서 특정한 서브 화소의 레이아웃과의 관계 등을 설명한다.

표시 시스템은 영상이 표시되는 표시패널을 포함하고, 표시패널은 개별적인 컬러에 대응되는 컬러필터가 어레인지된 컬러필터기판을 포함한다. 상기 컬러필터는 반복되는 서브화소 그룹 또는 서브화소 레이아웃에 따라 배열된다. 원색(primary color)이라 함은 각 반복되는 서브화소 그룹에서 나타나는 각각의 컬러를 의미한다. 소정의 매트릭스 형태로 표시패널 상에서 반복되는 서브화소 그룹이 형성되는 경우, 표시패널이 반복되는 서브화소 그룹을 갖는다로 표현한다. 표시패널은 실질적으로 반복되는 서브화소 그룹을 갖는다. 실질적으로라는 표현을 쓴 이유는 표시패널의 일부분 예를 들어 코너나 사이드 부분에서는 서브화소의 반복되는 형상에 일부 변경이 있을 수 있기 때문이다. 예를 들어, 표시패널은 컬러필터기판의 수직컬럼에서 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 컬러가 반복되는 3원색을 가지며, 표시패널은 심홍색이라고도 불리는 마젠타(magenta, 도8의 801) 서브화소 및 청색 서브화소(808)의 2원색을 가질 수 있다. 삼원색 이상의 원색들을 갖는 서브 화소들을 포함하는 표시 시스템은 다원색(multi-primary) 표시 시스템이라고 한다. 표시패널이 백색 서브화소를 가져서 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W)의 4원색 표시 시스템을 구성할 수도 있다.

본 발명의 상세한 설명에서 흑백영상이라고 함은 검은색, 회색, 흰색으로 이루어진 영상 뿐만 아니라, 단색광에 의해 표시되는 영상, 예를 들어, 적색등이 켜진 암실에서 보여지는 영상을 포함한다.

방사체(emitter)라는 용어는 특성한 컬러에 대응되는 개별적인 서브화소를 의미할 수 있으며, 발광체(light emitter)는 표시 시스템의 백라이트 어레이에 배치된 광원을 의미할 수 있다. 백라이트에 의해 제어된 원색(backlight-controlled (BC) primary color) 또는 가변 원색(variable primary)이라는 용어는 표시 시스템의 백라이트로 기능하는 발광체 어레이에서 하나 또는 둘 이상의 발광체에 의해 생성되고 백색 서브화소를 통과한 광의 컬러를 의미한다.

표시시스템에 관한 실시예 1

도 1a는 영상을 표시하기 위하여 공간적인 광 조절 패널(160)을 구비한 표시 시스템(100)을 나타내는 블록도이다. 패널(160)은 반복되는 서브화소 그룹(162)을 포함하는 표시패널이다. 반복되는 서브화소 그룹(162)는 도 3, 6, 7, 8 및 9에 도시된 서브화소그룹일 수 있다. 도 3은 패널(160)에 사용될 수 있는 반복되는 서브화소 그룹(320)을 나타낸다. 반복되는 서브화소 그룹(320)은 적색 서브화소(206), 녹색 서브화소(308), 청색 서브화소(310) 및 백색 서브화소(304)를 포함한다. 상기 백색 서브화소(304)는 컬러필터가 없는 서브화소, 클리어(clear) 서브화소, 등을 포함한다. 상기 반복되는 서브화소 그룹(320)은 다양한 형태의 변형이 가능하다. 예를 들어 “고휘도 표시 및 시스템에서의 서브화소 레이아웃(Subpixel layouts for high brightness displays and systems)”라는 제목의 미국특허 7,876,341, “고휘도 표시를 위한 서브화소 레이아웃 및 배열(Subpixel layouts and arrangements for high brightness displays)”이라는 제목의 미국특허 7,583,279등에 개시된 서브화소들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 도 6의 반복되는 서브화소 그룹(620)은 두 개의 녹색 서브화소들(608)이 격자무늬 내에서 백색 서브화소(604) 및 청색 서브화소(610)의 사이에 배치된다. 도면에서 표시패널의 일부 또는 반복되는 서브화소 그룹들을 나타내는 서브화소 레이아웃을 나타내는, 해칭선(hatching line)은 서브화소의 컬러를 대표한다.

표시 시스템의 백라이트를 제어하는 기술은 도 3의 RGBW 서브화소 그룹들 보다 적은 수 또는 많은 수의 컬러를 갖는 서브화소 그룹을 갖는 표시 시스템에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 7에는 적색 서브화소(706), 녹색 서브화소(708), 큰 청색 서브화소(710), 청록색 서브화소(707), 마젠타(magenta) 서브화소(709) 및 노란색 서브화소(711)로 구성되는 반복되는 서브화소 그룹(701)을 구비하는 6컬러 표시패널의 일부(700)가 도시되어 있다. 도면에서 청록색 서브화소(707)는 청색 서브화소보다 얇은 굵기의 해칭선으로 표시된다. 도 9에는 적색 서브화소(906), 녹색 서브화소(908), 청색 서브화소(910), 청록색 서브화소(912) 및 백색 서브화소로 구성되는 16개의 서브화소들이 반복되는 서브화소 그룹(902)을 구비하는 5컬러 표시패널의 일부가 도시되어 있다.

표시 시스템의 백라이트를 제어하는 기술은 도시된 것 보다 적은 수 또는 많은 수의 원색을 갖는 서브화소 그룹을 갖는 표시 시스템에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 8에는 마젠타 서브화소(809) 및 녹색 서브화소(808)로 구성되는 서브화소들이 반복되는 서브화소 그룹(801)을 구비하는 2컬러 표시패널의 일부(800)가 도시되어 있다. 도 1a의 표시패널(160)은 반복되는 서브화소 그룹(801)을 포함할 수 있다.

도 1a를 다시 참조하면, 표시 시스템(100)은 패널(160)의 백라이트로서 발광체들(122)의 어레이(120)를 포함한다. 어레이(120)는 서로 다른 컬러를 갖는 발광체들(122)로 구성된다. 상기 발광체들은 어레이(120)의 서로 다른 컬러들에 대하여 완전히 독립적으로 구동되는 전기신호들에 의해 어드레스된다. 발광체들의 어레이(120)는 발광다이오드(Light emitting diode; LED) 또는 독립적으로 어드레스될 수 있는 다른 발광소자들을 포함한다. 예를 들어, 제2 액정표시장치, 유기발광표시장치(Organic light emitting display; OLED), 탄소 나노튜브 전계방출 표시장치(Carbon nanotube field emission display; CNT), 플라즈마 표시장치(Plasma display panel; PDP), 배면 프로젝션 텔레비전(Rear projection television; RPTV), 음극선관 텔레비전(Cathode Ray Tube; CRT), 등의 다양한 타입의 컬러 평면 표시패널이 사용될 수 있다.

도 4 및 5는 백라이트로서 사용되는 발광체들의 어레이(120)의 레이아웃의 일부를 나타낸 평면도이다. 도 5는 적색(R) 발광체(506), 녹색(G) 발광체(508) 및 청색(B) 발광체(510) 들의 오프셋(off-set)(또는 6각형) 어레이(500)의 일부를 나타내는 평면도이다. 발광체 어레이(500)는 RGB 표시패널의 백라이트, 도 3 또는 6에 도시된 RGBW 표시패널의 백라이트, 또는 미국특허 7,876,341 또는 미국특허 7,583,279에 개시된 RGBW 표시패널의 백라이트 등과 같은 다양한 RGBW 레이아웃을 갖는 패널에 백라이트로서 적용될 수 있다.

도 4는 적색 발광체(406), 녹색 발광체(408), 청색 발광체(410) 및 청록색 발광체(412)를 포함하는 직사각형 어레이(400)의 일부를 나타낸다. 이하, 상기 직사각형 어레이(400)는 RGBC 발광체라 한다. 청록색은 에메랄드 색 이라고도 한다. 발광체 어레이(400)는 반복하는 RGBC 서브화소 그룹, 또는 도 9에 도시된 RGBCW 서브화소 그룹(도 9의 902)으로 구성된 어레이를 포함하는 표시패널의 백라이트로서 사용될 수 있다. 발광체 어레이(400)는 4가지 컬러를 갖는 발광체 들을 포함하고 반복하는 RGBW 서브화소 그룹을 포함하는 표시패널의 백라이트로서 적합하다. 녹색 서브화소의 투과 밴드(pass band)가 녹색 및 청록색 발광 파장을 함께 포함하는 경우, 발광체 어레이(400)는 녹색 화소를 청록색(또는 에메랄드)이 되도록 변경시킬 수 있다.

도 4 및 5에 도시된 발광체 어레이(400, 500)는 직사각형 또는 육각형 모양으로 배열된 발광체들을 각각 포함하고 있다. 이러한 배열을 백라이트에 사용하는 기술들은 하기에서 서술한다. 모든 다양한 레이아웃들은 하기에 서술될 백라이트 제어기술에 적용될 수 있다. 발광체들, 표시되는 영상에서의 컬러들 및 표시패널의 서브화소의 레이아웃들 사이의 상관관계는 하기에서 설명한다. 발광체 어레이(도 1의 120)의 해상도에 관한 정보는 추후에 설명한다.

도 1a를 다시 참조하면, 표시 시스템(100)은 RGB 영상 데이터(102)를 수용하기 위한 두 개의 데이터 경로(data path)를 갖는다. 제1 RGB 영상경로는 입력 감마(gamma 또는 linearization) 모듈(105), 색공간 맵핑(Gamut mapping; GMA)부재(140) 및 서브화소 렌더링(Subpixel rendering; SPR) 모듈(150) 및 인버스 감마(inverse gamma) 모듈(115)을 포함하고, 패널(160)에서 영상을 표시하기 위한 출력 영상 데이터를 생성한다. 전술한 다양한 표시 시스템들에서, GMA부재(140)는 RGB원색의 입력 컬러 데이터를 RGBW와 같은 다원색의 타겟 색공간(target color space)으로 변경시킨다. GMA부재의 출력은 RGBW 컬러 색공간에서의 영상 컬러값, 휘도 및 식별요소를 포함한다. 색공간 맵핑 기능의 동작에 관한 정보는 “소스 색공간(source color space)으로부터 RGBW 타겟 색공간(RGBW target color space)으로 전환하는 방법 및 장치(Method and apparatus for converting from source color space to RGBW target color space)”라는 명칭의 미국특허 7,728,846, “색공간 맵핑 및 서브화소 렌더링 시스템 및 방법(Gamut mapping and subpixel rendering systems and methods)”라는 명칭의 미국특허 7,893,944, 및 “영상 표시를 위한 백색 점을 선택하는 시스템 및 방법(Systems and methods for selecting a white point for image displays)”라는 명칭의 미국특허 7,864,188에 개시되어 있다.

표시 시스템(100)에서 GMA 부재(140)는 “X/XL”로 표기된 박스(136)의 출력기능을 이용하여 패널(160) 상에서의 표시를 위해 재양자화된 영상(requantized image)을 생성한다. “X/XL”로 표기된 박스(136)는 백라이트 보간 부재(backlight interpolation function, 130)에 의해 생성되어 RLGLBL로 표시되는 입력값들 뿐만 아니라 입력 감마 부재(input gamma operation, 105)로부터의 입력 RGB 영상값(input RGB image values)을 수용한다. 백라이트 보간 블록(130) 및 X/XL부재(136)는 하기에 서술된다. GMA 부재(140)는 전술한 색영역 맵핑 기술들, 종래에 개시된 색영역 맵핑 기술들 또는 장래에 개발될 색영역 맵핑 기술들에 적용가능하다. 반복되는 RGBW 서브화소 들을 갖는 표시패널에서 영상을 생성하는 표시 시스템에서 GMA부재(140)는 RGB 데이터를 RGBW 데이터로 변환하는데 사용된다.

도 1a의 제1 데이터 경로를 따르면, GMA 부재(140)에 의해 생성되어 색영역에 맵핑된 입력영상 컬러값들(input image color values, 예를 들어, RGBWL)은 서브화소 랜더링(SPR) 부재(150)에 입력된다. SPR부재(150)의 동작은 “고휘도 서브화소 레이아웃을 위한 서브화소 랜더링 필터(Subpixel rendering filters for hight brightness subpixel layouts)”이라는 명칭의 미국특허 7,920,154, 및 “조건 등색의 필터링을 이용한 다원색 서브화소 랜더링(Multiprimary color subpixel rendering with metameric filtering)”이라는 명칭의 미국특허 7,787,702 등에 개시되어 있다. 도 1a에서 도면부호 150에 도시된 박스의 내부에서 아래방향으로 향하는 화살표는 SPR 부재가 다운 샘플링 기능(down sampling function)을 수행하는 것을 나타낸다. SPR 부재가 다운 샘플링 기능을 하는 경우, 표시되는 컬러 서브화소의 숫자가 GMA 부재로부터 컬러 샘플링된 숫자보다 적어진다. SPR 부재(150)에서의 출력값(예, RGBW)은 출력감마부재(output gamma function, 115)로 출력되어, 출력감마부재(115)는 출력영상데이터값(output image data value)을 패널(160)로 출력하여 표시한다.

백라이트 제어기능

계속하여 도 1a를 참조하면, 표시 시스템(100)의 RGB 입력 데이터(102)는 제2 데이터 경로를 따라서 진행한다. 제2 데이터 경로는 발광체들의 백라이트 어레이(120)의 동작을 출력영상으로 표시되도록 통합한다. 제2 데이터 경로는 피크 함수 블록(Peak function block, 110)을 포함한다. 피크 함수 블록(110)은 어레이(120)의 가 발광체의 값을 계산한다. 백라이트 보간 부재(Backlight interpolation function, 130)는 발광체의 값들을 이용하여 발광체 어레이(120) 상의 각 화소에 대응되는 각 컬러를 갖는 광의 분포를 계산한다. 백라이트 보간 블록(130)의 출력은 도 1a의 RLGLBL로 표시된다. 백라이트 보간 블록(130)의 출력은 RGB 입력 영상데이터(input image data)를 필터링하여 생성된다. 발광체 어레이(120)로 부터의 광의 분포는 RGB 입력영상데이터에 대응되도록 맞춰진다. 상기 부재들(110, 130)은 하기에 상술한다.

피크 함수 블록(110)은 RGB 입력 영상 데이터(102)를 이용하여 어레이(120)의 발광체들의 값들을 결정한다. 간단한 예로 피크 함수 블록(110)은 Max(VPSF)일 수 있다. 여기서 주어진 컬러의 발광체에서 V값은 발광체의 발광 확산 기능(Point Spread Function; PSF)이 미치는 로컬영역(local area)에서 오리지널 입력영상의 컬러 채널의 최대값과 동일하다. 오리지널 입력영상은 입력 감마 모듈(105) 내에서 감마 선처리(gamma pre-conditioning)를 통해 생성된다. 피크 함수 블록(110)은 다운 샘플링의 형태를 가질 수 있다. 다운 샘플링은 도 1a에 도시된 블록(110)에서 아래쪽 방향의 화살표에 대응된다. 소정의 발광체에서 다운 샘플링의 출력값은 동일한 컬러를 갖는 인접하는 발광체들에 의해 정의되는 영역 내에서 입력영상데이터의 피크 값에 의해 구해진다.

도 11은 표시 시스템(100)의 발광체와 입력영상 데이터의 상호작용을 나타내는 다이어그램이다. 도 11은 발광체들(124, 126)을 포함하는 어레이(120)의 일부를 나타낸다. 도면부호 103은 도 1a의 광 입력영상 데이터(102)을 다이어그램 상에 나타낸 것으로, 입력영상 데이터가 입력감마부재(105)에 의해 처리된 것이다. 다이어그램 상의 데이터(103)는 입력영상데이터로서 발광체의 어레이(120)에 오버레이(overlay)되는 입력컬러값들의 데이터이다. 발광체(124)의 점상강도분포 함수는 발광체(124)에 의해 커버되는 영역(130)을 나타내고, 쇄선들 및 쇄선(131)에 의해 정의된다. 발광체(124)의 점상강도분포함수는 다이어그램 상의 데이터(103)에 의해 도시되는 입력영상 컬러 데이터의 영상부분(104)에 대응된다. 발광체(124)로부터 발생된 광은 영상부분(104)에서 가장 밝은 입력컬러 데이터값에 해당하는 광을 나타내기에 충분한 휘도레벨(illumination level)을 갖는다. 발광체(124)의 점상확산분포 함수는 다른 발광체(126)의 점상확산분포함수와 오버랩되며, 이는 쇄선들에 의해 정의되는 두 영역들(130, 132)가 겹쳐지는 부분으로 도시된다. 발광체(124)의 값을 결정하기 위해 사용된 입력영상 컬러값들의 일부는 다른 발광체(126)의 값을 결정하기 위해서도 사용된다.

하기의 가상코드는 피크 함수의 예로서 입력영상 영역의 최대값을 이용하여 하나의 발광체의 값을 결정하는 가상코드(pseudo code)에서 “dopeak”라 불리는 것을 나타낸다. 즉, 피크 함수는 출력 표시 패널이 백라이트 어레이보다 8배의 해상도를 가지며, 백라이트 어레이는 직사각형(또는 정사각형)으로 배열된 동일한 적색, 녹색 및 청색 발광체들을 포함한다.

function dopeak (x,y) --build backlight image

local r,g,b

local Rp,Gp,Bp=0,0,0

local i,j

for i=0, 15 do --find the peak value

for j=0,15 do

r,g,b=spr.fetch(“ingam”,x*8+1-4,y*8+j-4)

Rp = math.max(Rp,r)

Gp = math.max(Gp,g)

Bp = math.max(Bp,b)

end

end

spr.store(“led”,x,y,Rp,Gp,Bp)

end

당해기술분야에 속하는 통상의 지식과 기술을 가진 자는 싱크(sync) 또는 윈도우 싱크(window sync) 함수 또는 다른 기술들을 이용하여 보다 발전된 형태의 샘플링 방법들을 사용할 수 있을 것이다. 모든 가능한 샘플링 함수들은 본 발명에 개시된 백라이트 제어 기술에 사용될 수 있다.

표 1에서, spr.fetch 함수는 이전 단계로부터 데이터를 가지고 오거나(fetching) 현재 단계로 데이터가 도착하는 것을 의미한다. 예를 들어 입력감마모듈(도 1의 105)로부터 데이터를 가져올 수 있다. Spr.store 함수는 다음 단계를 위해 데이터를 저장하거나 다음단계로 데이터를 보내는 것을 의미한다. 예를 들어, LED 어레이(122)에 저장되는 백라이트 어레이 값들(112)을 의미할 수 있다. 표 1의 가상코드는 입력값들을 임의추출(random access)모드로 가져올 수 있다. 임의추출모드를 통해 각각의 값들을 여러 회에 걸져서 가져오고, 출력값들은 순서대로 저장할 수 있다. 이러한 과정은 소프트웨어를 통해서 구현될 수도 있다. 하드웨어에서는, 입력순서대로 처리함으로써 보다 적은 수의 데이트를 사용하며, 출력값을 계산하기에 충분한 수가 모일 때까지 입력갑들을 입력라인 버퍼(input line buffer)에 저장한다. 다른 실시예로서, 적은 수의 게이트를 이용하여 입력값들을 순서대로 처리하고 즉시 중간결과들을 출력한 후에 완료될 때까지 출력라인버퍼들에 저장할 수도 있다.

출력피크 함수(110)은 어레이(120)의 각 발광체에서 발광체의 휘도 레벨을 지시하는 값을 출력한다. 발광체값들은 출력영상이 패널(160) 상에 표시될 때 백라이트 어레이(120)의 차후의 발광을 위한 백라이트 어레이 콘트롤러(도시되지 않음)에 입력된다.

도 12는 표시 시스템(100)에서 발광체와 출력영상데이터 사이의 상호작용을 나타내는 다이어그램이다. 백라이트 보간 블록(130)는 피크 함수 블록(110)내의 백라이트 어레이(120)의 각 발광체(124)의 값을 이용하여 발광체(124) 상에 놓인 표시패널(160)의 각 출력화소(164)에 대응되는 각각의 컬러를 갖는 광의 분포를 계산한다. 상기 분포는 어레이(120)의 각 ??광체(124)의 점상분포함수(PSF), 확산판(136)의 존재, 등을 고려하여 피크 함수 블록(110)에 의해 발광체의 값들을 보간하여 구해진다. 상기 보간 작용은 “업 샘플링(up sampling)”기능이라 하고, 위쪽 방향의 화살표로 표기한다. 이때, 다양한 형태의 실시예를 갖는 업 샘플링이 가능할 수 있다. 상기 함수는 지역적인(local) 발광체의 PSF 값들의 포인트 샘플 컨트리뷰선(point sample contribution)에 의한 합(summation)에 다운 샘플링 피크 함수 블록(110)에 의해 계산된 값을 곱하여 구해진다.

하기의 가상코드는 “dointerp”라는 백라이트 보간함수를 나타내는 가상코드이다. 상기 함수는 “ledbuf”(엘이디 버퍼; LED buffer)라는 메모리로부터 가져오고, “fuzbuf”라는 출력컬러값을 메모리 영역에 저장한다. “dointerp”라는 함수는 각 입력화소를 위해 불려지고(called) 주위의 모든 백라이트 점상강도분포함수의 효과를 계산하여 소정의 입력화소(지역적인 화소)에서 보여지는 컬러값을 생성한다. “dointerp”함수는 각 화소는 주위의 4개의 발광체로부터 영향을 받는다는 가정하에 각 발광체의 점상강도확산함수를 이용한다.

function dointerp(x,y) --build the effective backlight image

local xb,yb = math.floor(x/8),math.floor(y/8) --position of a nearby

-- backlight

local xd,yd = spr.band(x,7),spr.band(y,7) --distance to a nearby LED center

local r,g,b --color of the backlight centers

local rs,gs,bs=0,0,0 --sum of the overlapping backlight point spread functions

local psf --point spread function for current pixel and LED

r,g,b = spr.fetch(ledbuf,xb-1,yb-1) --get LED center color

psf = math.floor(spread[xd]*spread[yd]/4096) --calculate point spread

--function here

rs = rs + r*psf --sum upper left LED

gs = gs + g*psf

bs = bs + b*psf

r,g,b = spr.fetch(ledbuf,xb,yb-1) --color of upper right LED

psf = math.floor(spread[7-xd]*spread[yd]/4096) --PSF for this led and pixel

rs = rs + r*psf --sum upper left LED

gs = gs + g*psf

bs = bs + b*psf

r,g,b = spr.fetch(ledbuf,xb-1,yb) --color of lower left LED

psf = math.floor(spread[xd]*spread[7-yd]/4096) --PSF for this led and pixel

rs = rs + r*psf --sum upper left LED

gs = gs + g*psf

bs = bs + b*psf

r,g,b = spr.fetch(ledbuf,xb,yb) --color of lower right LED

psf = math.floor(spread[7-xd]*spread[7-yd]/4096) --PSF for this led and pixel

rs = rs + r*psf --sum upper left LED

gs = gs + g*psf

bs = bs + b*psf

rs = math.floor(rs/4096) --sum was 12bit precision (+2 for

-- 4 LEDs)

gs = math.floor(gs/4096) --colapse them back to 8bits

bs = math.floor(bs/4096)

spr.store(fuzbuf,x,y,rs,gs,bs); --and save in output buffer

end

피크 함수 블록(110)의 “down sampling”과 백라이트 보간 블록(130)의 “up sampling”을 결합하여 샘플 단위(sample count) 내지 영상크기의 측면에서 입력영상의 본래 해상도를 유지하면서도 도 1a의 RLGLBL로 표시되는 출력영상값들의 셋트를 구할 수 있다. 이때, 상기 출력영상값들은 낮은 공간적인 진동수를 갖는다. 도 1a의 RLGLBL로 표시되는 출력영상값들의 셋트는 발광체 어레이(120)의 분포의 근사치인 RGB 입력영상 데이터의 필터링된 값이다. 상기 데이터(즉, 출력영상값들의 셋트)는 하기에 설시될 X/XL 부재(136)로 입력된다. 이때 일부 영상들은 균일한(또는 동일한) 컬러의 값을 갖는 영역을 가질 수 있다. 영상에서 균일한 컬러의 영역의 위치에 대한 정보는 상기 영역에 대한 값들에 대한 보유/재사용을 통하여 GMA 부재(140)의 계산상의 부하(computational load)를 감소시킬 수 있다.

GMA 부재(140)로 입력되기 전에, 입력영상 RGB 데이터는 입력감마 부재(105)를 거친 각 입력 RGB값의 휘도와 백라이트 어레이(120)로부터 주어진 화소에서 실제 가능한 RGB값의 실제값 사이의 관계를 고려하여 백라이트 보간 블록(130)에 의해 1차적으로 수정된다. 예를 들어, 백라이트 보간 블록(130)에 의해 1차적으로 수정되어 RLGLBL 데이터 값이 될 수 있다. 상기 수정은 X/XL 비율을 고려하여 X/XL 부재(136)에 의해 수행될 수 있다. 이때, X는 R, G 또는 B의 입력값이며, XL은 RL, GL 또는 BL 화소에서의 백라이트 휘도값을 나타낸다. 따라서, RGB를 RGBW 컬러영역으로 맵핑하는 과정은 입력값으로 R/RL, G/GL 또는 B/BL를 갖는다. 당업자라면 X/XL 부재(136)로 상용제품(off-the-shelf)인 GMA 함수를 별도의 수정 없이 백라이트 어레이(120)의 발광체의 광 컨트리뷰선(light contribution)으로 사용할 수 있을 것이다.

본 발명의 백라이트 제어방법 및 기술은 공지된 프레임(frame), 필드 블랭킹(field blanking)기술, 행주사(row scanning)기술과 결합될 수 있으며, 영상의 일부 구간에서 발생될 수 있는 “jutter”라는 동적 잔상 현상(motion artifact)을 줄이거나 제거할 수 있다.

확장된 피크 함수를 이용하여 색공간을 벗어나는 컬러를 제어하는 방법

소정의 발광체의 출력값이 입력영상데이터의 지역적인 피크값(예를 들어, 특정 컬러에서 인접하는 발광체들에 의해 둘러싸인 영역내에서 계산된 데이터)일 경우에, 피크 함수 블록(110)이 사용되어 발광체를 상기 지역적인 피크값으로 셋팅하면 지역적인 피크 값에 비해 상대적으로 밝게 포화된 영상컬러가 표시된다. 이렇게 지역적인 피크 값에 비해 상대적으로 밝게 포화된 영상컬러가 표시되는 것을 “out-of-gamut(색공간을 벗어나는; OOG)”라고 정의한다. 이런 경우 백라이트 발광체를 셋팅하여 보다 높은 휘도의 영상컬러를 표시할 수 있도록 하는 기능이 요구된다.

피크 함수는 단순한 지역적인 피크 함수로부터 구해진 값과 셋팅된 발광체의 값이 서로 다른 경우에, 색공간을 벗어나는 영상컬러를 수용할 수 있도록 한다. 도 1b의 블록도에는 확장된 피크 함수 블록(1100)이 도시되어 있다. 다른 실시예로서, 도 1b의 확장된 피크 함수 블록(1100)는 도 1a의 피크 함수 블록(110)를 대체할 수도 있다. 피크 조사 블록(110)는 도 1a의 피크 함수 블록(110)과 동일한 기능을 수행하고, 각 화소의 선형적인 입력 영상 RGB값을 조사하여 각 발광체에 대응되는 점상강도분포함수 영역 내에서 발광체의 피크 값을 구한다.

상기 발광체 값들에 의해 입력 영상 컬러들의 일부가 색공간을 벗어나는지 판단하기 위하여, 피크 조사 블록(110)에 의해 생성된 출력 발광체 값을 이용하여 색공간 맵핑 기능이 수행된다. 따라서, 지역적인 피크 함수를 이용하여 입력 컬러 값이 색공간을 벗어나는지 확인하고 수용하는 기능을 수행하기 위하여, 확장된 피크 함수 블록(1100)은 표시 시스템(100)에 관하여 설명된 여러 가지 기능들을 중복하여 포함할 수 있다.

계속하여 도 1b를 참조하면, 피크 조사 블록(110)으로부터 출력된 발광체 값은 백라이트 보간 블록(130)에 입력되어 RLGLBL값을 생성한다. 도면부호 135로 도시된 블록에 의해 입력영상 RGB값 및 RLGLBL값은 정규화(normalization)된다. 정규화된 값은 색공간 맵핑 함수 RGB(W) GMA 부재(1150)에 입력된다. 그러나, 보통의 RGBW GMA 함수에 의해 생성되지 않은 출력된 W값 및 출력된 L값은 필요하지 않아서 RGB(W) GMA 부재(1150)에 입력되지 않는다. 왜냐하면 RGB(W) GMA 부재(1150)에는 RGB값만이 색공간을 벗어날 가능성이 있기 때문이다. RGB(W) GMA 부재(1150)로부터 출력된 RGB값은 OOG 피크 조사 블록(1160)에 의해 조사되어 각 발광체가 배치되는 점상강도분포 함수 영역 내에서 색공간을 벗어나는 최대값을 결정한다. 피크 수정 블록(1160) 내에서 색공간을 벗어나는 최대값은 피크 조사 부재(1110)에 의해 생성된 본래의 발광체값과 곱해져서 발광체의 값이 증가하여 색공간을 벗어나는 컬러가 적어지도록 수정한다. 이때, 피크 수정 블록(1160)는 적절한 스케일 팩터(scaling factor)를 더 곱할 수도 있다.

표시 시스템에 관한 실시예 2

도 2a는 본 발명의 제2 실시예에 따라서 영상을 표시하기 위하여 공간적인 광 조절 패널(260)을 구비한 표시 시스템(200)을 나타내는 블록도이다. 공간적인 광 조절 패널(260)은 액정표시(LCD)패널일 수 있다. 패널(260)은 다원색 서브화소를 갖는 표시패널이다. 패널(260)은 적색-녹색-청색-청녹색-백색(RGBCW)의 5개 컬러를 갖는다. 도 9는 패널(260)에 사용될 수 있는 반복되는 서브화소 그룹(902)을 나타낸다. 예를 들어 표시 시스템(200)은 패널(260)의 백라이트로 사용되는 발광체(220)의 어레이를 포함한다. 어레이(220)는 서로 다른 컬러를 갖는 발광체들을 포함한다. 상기 발광체들은 어레이(220)의 서로 다른 컬러들에 대하여 완전히 독립적으로 구동되는 전기신호들에 의해 어드레스된다. 발광체들의 어레이(220)는 발광다이오드(Light emitting diode; LED) 또는 독립적으로 어드레스될 수 있는 다른 발광소자들을 포함한다. 발광소자들의 예는 도 1에 관한 설명에서 나열된 바와 같이 독립적으로 어드레스되고 제어될 수 있는 것이라면 도 2a에 도시된 표시 시스템에 적용될 수 있다.

도 2a에서, 어레이(220)은 패널(260)의 반복되는 서브화소 그룹의 원색들에 대응되는 RGBC의 4가지 컬러를 갖는 발광체들을 포함한다. 표시 시스템(200)은 표시 패널(260)에 사용되는 반복되는 서브화소 그룹의 N개의 포화된 원색들에 대응되는 N개의 포화된 원색들을 갖는 발광체들을 포함한다. 발광체의 N개의 포화된 원색들은 “s.primary”라고 표시한다. 이때, W 원색(백색 원색)은 포화되지 않는 원색으로 본다. 이때, 표시장치가 W를 원색으로 포함하지 않는 경우, 표시장치는 어레이(220)의 발광체의 포화된 원색들에 대해서 1대1로 매치될 수 있다. 그러나, 본 발명에 개시된 바와 같이 백색(W)을 원색으로 추가하는 경우, 출력 영상에서 화질의 향상 및 색공간의 동적 영역의 확대를 얻을 수 있다.

입력영상 데이터 경로

표시 시스템(200)에서 입력 영상 RGB 데이터는 N 개의 포화된 원색들을 갖는 백라이트 어레이의 제어 및 서브화소 랜더링에 의해서 색공간 내에 맵핑된다. 입력영상 RGB 데이터는 색공간 내에 맵핑됨으로써 N개의 원색을 갖는 표시패널(260)의 색공간 내에서 출력컬러 영상이 생성된다. 보통의 비선형 버전으로 입력된 R*G*B* 데이터를 선형 데이터(linear data)로 변환하기 위해서, 또는 감마 양자화(gamma quantized)하기 위해서 감마(gamma) 룩업테이블(Look-Up-Table; LUT)(205)이 이용된다. 감마 룩업테이블(205)에 의해 입력된 R*G*B* 데이터는 더 높은 비트 심도(bit depth)를 갖는 선형 RGB 값으로 변형된다.

입력 감마 부재(205)로부터 출력된 RGB 데이터는 N 개의 포화된 원색들에 관한 GMA 부재(207)로 입력된다. N개의 포화된 원색들에 관한 GMA 부재(207)는 RGB 입력 영상 데이터를 맵핑하여 백라이트 어레이(220)의 N 개의 포화된 원색들의 컬러 색공간으로 맵핑한다. GMA 부재(207)은 입력 RGB 데이터를 N개의 포화된 원색들로 색공간 맵핑하는 다양한 방법들을 사용한다. 예를 들어, 상기 색공간 맵핑 방법으로 “저비용 색공간 맵핑 알고리즘을 가능하게 하는 시스템 및 방법(Systems and methods for implementing low-cost gamut mapping algorithms)”이라는 명칭의 PCT 출원 PCT/US 06/12766 (이하 “PCT 766”이라고 함)에 개시된 3컬러 입력신호를 4컬러 신호로 변환하는 방법이 사용될 수 있다. 상기 방법을 이용하여 GMA 부재(207)에서 RGB 입력 영상 데이터를 백라이트 어레이(도 2a의 220)의 4원색 색공간으로 변환시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 4원색은 RGBC 백라이트 어레이에 사용될 수 있다.

GMA 부재(207)은 조건 등색(metamer)을 선택하는 기술을 이용할 수도 있다. 조건 등색을 선택하는 기술의 예로는, “향상된 색공간 맵핑 알고리즘을 수행하는 시스템 및 방법(Systems and methods for implementing improved gamut mapping algorithms)”이라는 명칭의 미국특허출원 11/278,675에 개시되어 있다. 4개 또는 그 이상의 서로 상합하지 않는 원색들(non-coincident primary colors)dl 다원색 표시장치에 사용되는 경우, 동일한 컬러 값에 대응되는 복수개의 원색조합이 가능하다. 서브화소를 갖는 표시장치에서의 조건등색(metamer)은 최소한 2개의 컬러 서브화소들의 조합이다. 신호들이 각 그룹에 인가될 때, 조건등색에 의해 인간의 시야에 원하는 컬러가 시인된다. 소정의 컬러에 대해서 다른 조건등색으로 변경하는 경우, 발광체로부터 출력된 N개의 포화된 원색들의 색공간 내에서 피크 값이 감소되거나 동일한 값을 가질 수 있다. 즉 하나 또는 그 이상의 발광체가 최적화되도록 어두워져서 출력 영상 값의 최적화된 재양자화(optimal requantization) 및 백라이트 전력소비의 감소의 효과를 얻을 수 있다.

GMA 부재(207)의 출력 컬러 신호는 피크 함수 블록(210)에 의해 처리되어 어레이(220)의 발광체에 대응되는 값으로 출력된다. 이때, GMA 부재(207)의 출력 컬러 신호는 백라이트 어레이(220)에서 발광체의 N 개의 포화된 원색들의 색공간에 명시될 수 있다. 피크 함수 블록(210)은 어레이(220)를 위한 낮은 해상도의 컬러 영상을 생성하고, 컬러 영상은 백라이트 어레이(220)의 N개의 포화된 원색들에 대응된다.

피크 함수 블록(210)에 의해 출력된 낮은 해상도의 컬러 영상은 백라이트 보간 블록(230)에도 입력되어, 각 입력 위치에서 백라이트의 컬러 및 휘도를 계산한다. 다른 실시예로, 백라이트 보간 블록(230)은 패널(260)의 각 서브화소의 위치에 대응하는 컬러 및 휘도를 계산할 수도 있다. 제 2 색공간 맵핑 부재(gamut mapping operation; GMA, 240)에 의해 처리되기 전에, 입력 영상 RGB 값들은 백라이트 어레이(220)의 N개의 포화된 원색들로 맵핑되고 백라이트 보간 블록(230)에 의해 출력된 낮은 해상도를 갖는 영상은 정규화(normalized)된다. RGBC 원색들의 발광체를 갖는 백라이트 어레이와 RGBCW 원색들을 갖는 다원색 표시 시스템에서, 정규화부재(normalization function, 235)는 RGBC 입력 컬러들 대비 RLGLBLCL 값들의 비를 계산하여 효과적으로 백라이트에서의 밝은 백색을 생성하고 이를 색공간 맵핑 부재(240)으로 출력한다. 정규화 부재(235)는 표시 시스템(200)에 인가되는 영상의 컬러가 색공간을 벗어나는 경우(off-the-self)에도 색공간 맵핑 기능을 수행할 수 있다.

제2 색공간 맵핑 부재(second gamut mapping function; GMA; 240)는 어레이(120)의 N 개의 원색들에 대응되는 컬러 공간에 특정된 상기 정규화된 입력 영상 데이터를 표시 패널(260)의 원색 시스템으로 변환한다. 예를 들어, 제2 색공간 맵핑 부재(240)는 RGBC 입력 데이터를 RGBCW 다원색 컬러 시스템으로 변환할 수 있다. 제2 색공간 맵핑(GMA) 부재(240)는 원색 컬러값들 뿐만 아니라 휘도(L)도 계산하여, SPR 부재(250)에 제공한다. 제2 색공간 맵핑(GMA) 부재(240)는 “고휘도 서브화소 레이아웃을 위한 서브화소 렌더링 필터(Subpixel rendering filters for high brightness subpixel layouts)”이라는 제목의 미국특허 7,920,154, “조건등색 필터링을 이용한 다원색 서브화소 렌더링(Multiprimary color subpixel rendering with metameric filtering)”이라는 제목의 미국특허 7,787,702, 도 9의 RGBCW 서브화소 레이아웃(902) 등의 기술이 사용될 수 있다. 또한, 보다 발전된 형태의 필터들, 하기에 설명될 코드들과 같은 다양한 변형이 가능하다. SPR 부재(250)로부터 출력된 영상 데이터는 역감마(inverse gamma) 룩업테이블(LUT)(215)로 출력되어 표시장치의 비선형 반응을 보상한다.

SPR 부재(250)는 다양한 방법의 서브화소 랜더링을 수행한다. 일부 서브화소는 동일한 컬러를 갖는 다른 서브화소로부터 상당히 멀리 떨어져 있을 수도 있다. 예를 들어 다음과 같은 화소배열이 가능하다.

R W G W C W B W

C W B W R W G W

여기서, 두 개의 R 서브화소들 사이에는 상당한 거리가 존재한다. 이런 배열을 하는 경우, 동일한 컬러 사이의 선명도가 향상될 뿐만 아니라, 조건동색의 관계에 있는 컬러 사이의 선명도도 향상된다. 예를 들어, 백색 서브화소를 무시할 경우, 상기 화소들의 반복하는 패턴은 하기와 같다.

R G C B R

C B R G C

R G C B R

상기 패턴의 중간에 있는 세 개의 컬럼(column)을 둘러싸는 정사각형을 그리고, 서브화소 랜더링(subpixel rendering)을 위하여 정사각형에 의한 영역을 리셈플하면, 필터 커넬(filter kernel)은 다음과 같다.

1 2 1

2 4 2

1 2 1

각 계수는 16*M에 의해 나누어진다. 이때, M은 녹색/청색이 적색/청록색으로 교환 또는 그 역으로 교환되는데 필요한 컬러를 유지하는데 사용되는 상수이다.

적색/청록색을 녹색/청색으로 조건등색을 하는 선명도 필터는 하기와 같다. 즉, 하기는 청색/녹색 컬러로부터 청녹색/적색 컬러로 에너지를 변환시키는 선명도 필터를 의미한다.

-1 +2 -1

-2 +4 -2

-1 +2 -1

이때, 다시 각 계수는 16으로 나누어진다. 적색 서브화소(R)는 중앙에 있으며, 대각선 방향으로 패턴이 반복된다. 동일한 컬러에 대한 선명도 필터는 하기와 같다.

-2 0 0 0 -2

0 0 +8 0 0

-2 0 0 0 -2

이때, 다시 각 계수는 16으로 나누어진다. 영역 리샘플(area resample)과 동일한 컬러에 대한 선명화 필터는 서로 결합하여, 하기와 같은 필터를 형성한다.

-2 1 2 1 -2

0 2 12 2 0

-2 1 2 1 -2

이때, 다시 각 계수는 16으로 나누어진다. 여기서 영역 리샘플과 동일한 컬러에 대한 선명화 필터는 각 컬러 평면에서 서브화소 랜더링 기간 동안 사용될 수 있다. 서브화소 랜더링은 SPR 부재(250)에 의해 수행될 수 있다. 또한, 적색/청녹색을 녹색/청색으로 조건등색을 하는 선명도 필터가 루마(luma) 값을 이용하여 서브화소를 조절할 수도 있다. 간략하게 살펴보면, 조건동색 선명도 필터에서 상수 M은 1로 셋팅될 수 있으며, 이는 영상의 선명도와 필터의 단순화를 위해 컬러 정확도를 일정부분 희생한 경우에 해당하는 상수이다. 다른 실시예로서, M이 적절한 값을 갖도록 해서, 컬러 정확도를 위해 영상의 선명도와 필터의 단순화를 일정부분 희생할 수도 있다.

화소의 휘도값에 의한 영역 리샘플(area resampling), 단색 선명화(self-color sharpening) 및 조건등색 선명화(metamer sharpening)를 결합하는 경우, RGBCW 레이아웃(도 9의 209)에서 컬러가 필터링된 서브화소를 랜더링함으로써 향상된 서브화소 이미지를 얻을 수 있다. 서브화소 랜더링 영상은 하기위 가상코드를 통해 구해질 수 있다.

. combo = --combined area resample and self-color sharpening filter

{

xsize=5,ysize=3,

-32, 16, 32, 16, -32,

0, 32,192, 32, 0,

-32, 16, 32, 16, -32,

}

RCGBMS = --RC <-> GB metamer sharpening filter

{

xsize=3,ysize=3,

-16, 32, -16,

-32, 64, -32,

-16, 32, -16,

}

--routine to do the SPR filtering

--reads from buffer in string variable gmabuf

--writes to buffer named in string variable sprbuf function dospr(x,y)

local lft,rgt --values during SPR

local R,B,C,G,W,L = 0,1,2,3,4,5 --give names to the locations in the GMA buffer

local color = spr.bxor(spr.band(x,3),spr.band(y,1)*2) --color at this checkerboard position

local lft,wht, prev, next

local sharp = spr.sample(gmabuf,x,y,L,RCGBMS)

lft = spr.sample(gmabuf,x,y,color,combo)+sharp

wht = spr.fetch(gmabuf,x,y,W) --the whites are just completely sampled!

lft = math.floor(lft/256) --filters are times 256

lft = math.max(0,lft) --sharpening filters can cause overflow or underflow

wht = math.max(0,wht) --we've got to clamp it to the maximum range

lft = math.min(MAXCOL,lft)

wht = math.min(MAXCOL,wht) --may not be necessary on white...

spr.store(sprbuf,x,y,lft,wht)

end --function dospr

색영역 맵핑 함수의 동작

색공간 맵핑(GMA) 부재(207)는 입력 RGB 영상 데이터를 백라이트 어레이의 포화된 원색들(saturated primary color)의 색공간으로 맵핑한다. 예를 들어, 색공간 맵핑(GMA) 부재(207)는 RGB입력 영상 데이터를 RGBC 백라이트 어레이와 같은 4원색 색공간을 이용하는 백라이트 어레이(도 2A의 220)로 변환시키고, 이러한 기술로는 PCT 766에 개시된 기술 등이 사용될 수 있다. 제2 색공간 맵핑(GMA) 부재(도 2A의 240 및 도 2B의 2160)는 PCT 766에 개시된 색공간 맵핑 기술과 유사한 기술을 사용한다. 그러나 이러한 기술은 하기에서와 같이 색공간 맵핑 부재(207)에 의해 생성된 4개의 컬러신호들(RGBC)을 표시패널(260)에 사용되는 RGBCW 신호들로 젼환한다. 쉽게 설명하자면, 하기에서는 RGBC 백라이트 어레이와 RGBCW의 표시패널이 적용된다. 그러나, 본 발명의 기술은 이러한 예에 국한되지 않으며 위의 예와 같은 수의 원색들을 갖는 백라이트 어레이와 위의 예와 같은 수의 원색들을 갖는 표시패널에 적용될 수 있다. 예를 들어, RGBC 원색의 백라이트 어레이를 RGBCW원색의 표시패널에 적용하거나, RGBY(Y는 Yellow, 노랑)의 원색의 백라이트 어레이를 RGBYW 원색의 표시패널에 적용할 수도 있다. 또한, 표시패널이 백라이트 어레이에 비해 하나 또는 n개의 포화된 원색들(n.saturated primaries)을 더 갖는 경우에 적용될 수 있다.

색공간 맵핑(GMA) 부재(207)를 개발하기 위하여, RGBC 백라이트 어레이의 휘도(luminosity) 및 색도(chromaticity)로부터 4x3 매트릭스가 계산된다. 상기 매트릭스는 RGBC 값들을 CIE XYZ 색좌표계의 값으로 변환시킬 수 있다. 상기 매트릭스는 공지된 다양한 방법으로 계산될 수 있다. 상기 4x3 매트릭스는 하기의 [식 1]과 같이 표시된다.

[식 1]

비슷한 방식으로, RGBCW값들을 CIE XYZ 색좌표계의 값으로 변환시키는 5x3 매트릭스가 계산될 수 있다. 상기 5x3 매트릭스는 하기의 [식 2]와 같이 표시된다.

[식 2]

단일한 컬러에서, 두 개의 식들은 서로 결합하여 하기의 [식 3]과 같이 표시된다.

[식 3]

물론, [식 3]의 매트릭스들은 어느 것도 정사각형 매트릭스가 아니기 때문에 [Rc, Gc, Bc, Cc]의 값들로부터 [Rw, Gw, Bw, Cw, Ww]의 값들을 직접 도출할 수 없다. 그러나, 논리적인 해가 없다고 해서 그러한 방정식을 풀 수 없는 것은 아니므로, 합리적인 근사치를 구할 수 있는 방법은 다양하다.

예를 들어, PCT 766에 개시된 방법에 의해서 합리적인 근사해를 구할 수 있다. 이러한 방법에 따르면 상기 매트릭스를 정사각형 매트릭스로 전환시킬 수 있다. 정사각형 매트릭스를 구하게 되면 해를 구할 수 있다. [식 3]에서 청록색에 대응되는 Cw 및 백색에 대응되는 Ww 값들을 상수(constant)로 가정하고, 매트릭스에서 분리한다(factored). 예를 들어, 백색 서브화소에서 Ww의 값은 입력값의 휘도와 출력값의 휘도 사이의 관계에서 볼 때, 매트릭스에서 상수로 가정해도 결과에 큰 영향이 없다. 비슷한 방식으로 Cw값은 입력값의 Cc값으로 놓고 계산할 수 있다. 상기 Ww 값 및 Cw값을 상수로 가정하면 [식 3]은 하기의 [식 4]와 같이 변경된다.

[식 4]

[식 4]의 나머지 변수들을 풀게 되면 하기의 [식 5]가 구해진다.

[식 5]

[식 5]를 단순화시키면 하기의 [식 6]이 구해진다.

[식 6]

[식 6]에서 “a”는 5x3 매트릭스인 [식 2]를 이용하여 미리 구해진다. [식 6]에서 “b”는 입력화소의 변화에 대응되는 입력 [Rc, Gc, Bc, Cc]갑들과 매트릭스들을 이용하여 구해질 수 있다. 이때, 백라이트 및 LCD 표시장치에서 어떠한 원색들을 선택하느냐에 따라 계산식의 복잡해 질 수도 있고 단순해 질 수도 있다. 이후에 매트릭스를 풀어서 남은 변수들인 [Rw, Gw, Bw]를 계산한다.

상기 결과에 의해 구해진 컬러들은 여전히 RGBCW 색공간의 범위를 벗아날 수 있다. 색공간을 벗어나는 컬러들은 여러 가지 방법들을 이용하여 처리될 수 있다. 예를 들어, “개량된 색공간 맴핑 알고리즘을 수행하는 시스템 및 방법(Systems and methods for implementing improved gamut mapping algorithms)”라는 제목의 미국특허출원 US 11/278,675에 개시된 바와 같이, 조건 등색의 선택을 통하여 처리될 수 있다. 백라이트 어레이의 원색들을 대표하는 색공간 및 표시패널의 색공간의 형상에 따라 조건등색으로 처리되지 않는 경우가 있을 수 있다. 이러한 경우, “색공간 맵핑 및 랜더링 시스템 및 방법(Gamut mapping and subpixel rendering systems and methods)”라는 제목의 미국특허 US 7,893,944에 개시된 방법 또는 다른 색공간 처리 방법들이 이용될 수 있다.

상기와 같은 본 실시예에 개시된 방법은 백라이트의 포화된 원색들의 수보다 표시패널이 적은 수의 포화된 원색들을 갖는 표시 시스템에 적용될 수 있다. 또한, 이러한 방법은 벅라이트의 원색들과 표시패널의 원색들 사이에 원색들을 공유하지 않는 경우에도 사용될 수 있다. 도 2a에 도시된 두 단계의 색공간 맵핑 부재들을 이용하여 다른 색공간 맵핑(GMA) 기술들이 구현될 수 있다. 예를 들어, 제2 색공간 맵핑 부재(240)는 입력 감마 LUT(input gamma LUT, 205)로부터 생성된 RGB 입력 컬러 영상 데이터 값들을 직접 변경할 수 있다. 색공간 맵핑 부재는 전술한 다양한 방법들을 이용하여 색공간을 맵핑할 수 있으며, 종래기술로부터 당업자가 용이하게 착안할 수 있는 다양한 방법들을 이용하여 색공간을 맵핑할 수 있다.

확장된 피크 함수를 이용하여 색공간을 벗어난 컬러를 처리하는 방법(Handling Out-of Gamut Colors with Expanded Peak Function)

피크 함수 블록(210)의 적용에 있어서 소정의 발광체에 대한 출력값이 입력 영상 데이터의 지역적인 피크 값인 경우(예를 들어, 동일한 컬러를 갖는 인접하는 발광체들에 의해 정의되는 공간 내에서 계산된 입력영상 데이터의 값이 피크값인 경우), 이러한 지역적인 피크 값을 발광체에 적용하면 포화된 영상 컬러가 지나치게 밝아져서 색공간 영역을 벗어나게 된다(out-of-gamut; OOG). 즉, 발광체가 실제로 발광할 수 있는 허용한도를 넘어서는 색이 요구되게 된다.

피크 함수 블록은 단순한 지역적인 피크 함수와는 다른 값이 셋팅된 발광체 값을 확인하여, 색공간 영역을 벗어나는 색을 수용할 수 있도록 한다. 도 2b의 도면부호 2100은 확장된 피크 함수 블록을 나타낸다. 확장된 피크 함수 블록은 도 2a에서 피크 함수 블록(210)이 배치되는 부분에 배치되어 도 2a의 피크 함수 블록(210)의 기능을 대체할 수 있다. 예를 들어, 피크 함수 블록(2100)은 RGBCW 원색들을 갖는 표시 시스템 및 RGBC 컬러의 발광체들을 갖는 백라이트 어레이에 적용된다. 그러나, 상기 피크 함수 블록(2100)은 N개의 원색들의 셋트를 갖는 다양한 형태의 다원색 표시 시스템에 적용될 수 있다.

피크 조사 블록(210)은 도 2a의 피크 함수 블록과 동일한 기능을 한다. 피크 조사 블록(210)은 각 화소의 선형 입력 영상 RGBC 값들을 조사하여 각 발광체 선형강도분포함수 영역 내에서 발광체의 피크 값을 찾는다. 발광체 값들이 색공간을 벗어나는 입력 영상 컬러인지 판단하기 위하여, 색공간 맴핑 기능은 피크 조사 블록(2110)에 의해 생성된 출력 발광체 값들과 함께, 지역적인 피크 함수를 이용하여 색공간을 벗어나는 입력 컬러 값들을 식별하고 조정한다(accommodate).

계속하여 도 2b를 참조하면, 피크 조사 함수 블록(2110)으로부터 출력된 발광체 값들은 백라이트 보간 함수 블록(2130)으로 입력되어 RLGLBLCL값을 생성한다. 도면부호 2135에 의해 도시된 부재에 의해 입력 영상 RGBC값의 노멀값(normalized) 및 RLGLBLCL값들은 RGBC(W) 색공간 맴핑 부재(2140)에 입력되어 색공간에 맵핑된다. 그러나, 이 경우에 표준 RGBCW 함수에 의해 다른 방식에 의해 생성되는 출력 W 값은 필요하지 않다. 왜냐하면 RGBC(W) 색공간 맵핑 기능 블록(2140)에서 색공간을 벗어날 수 있는 것은 RGBC 컬러뿐이기 때문이다. RGBC(W) 색공간 맵핑 기능 블록(2140)에 의해 출력된 RGBC 값들은 OOG 피크 조사 블록(2160)에 의해 조사되어 각 발광체의 점상강도분포 함수 영역 내에서 색공간을 벗어나는 최대값을 찾는다. 피크 조절 블록(2170)에 의해서, 색공간을 벗어나는 최대값은 피크 조사 함수 블록(2110)에 의해 생성된 본래의 발광체 값들과 곱해져서 발광체 값들을 증가시킨다. 따라서 색공간 영역을 벗어나는 정도가 감소한다. 이때 피크 조절 블록(2170)은 색공간을 벗어나는 최대값에 소정의 환산계수(scale factor)를 추가로 곱할 수도 있다.

표시되는 영상의 화질을 개선하는 백라이트 구동방법

전술된 기술들을 이용하여 백라이트를 구동하는 실시예를 개시한다. 전술된 기술들을 백라이트에 적용하는 경우, 패널에 표시되는 영상에서 하나 또는 둘 이상의 컬러들을 함수의 형태로 능동적으로 조절하여 표시패널의 백라이트로부터 공급된 광에 의한 색조가 향상된다.

백라이트로부터의 광으로부터 영상의 색온도를 조절하는 방법(Adjusting Light from Backlight to Image Color Temperature)

영상 내에서의 컬러의 특성 중에 하나로 색온도(color temperature)가 있다. 색온도는 평균 영상 및 휘도에 의해 정의될 수 있다. 전술한 백라이트 제어 기술을 이용하면, 표시장치의 백라이트 어레이를 조절하여 출사된 광을 영상의 색온도의 함수로 나타낼 수 있다. 예를 들어, 석양을 나타내는 영상은 높은 수의 적색 및 청색 컬러들을 갖지만 녹색 컬러들의 수는 적다. 반면에 달에 비친 영상을 표시하는 경우 은색의 백색 특 청색 컬러는 많지만 다른 색은 적다. 전술한 백라이트 제어기술들을 이용하는 경우, 영상의 색온도는 표시 콘트롤러에 의해 정해질 수 있다. 표시 콘트롤러는 백라이트 어레이의 색온도를 제어하여 각각의 장면이 평균적인 컬러 및 휘도로 랜더링(rendered)되도록 한다. 영상에 대한 동적 랜더링(dynamically rendering)은 표시패널의 제한된 동적 영역 및 양자화를 가능하게 하여, 양자에러를 줄이면서 평균적인 휘도 및 영상의 컬러 내에서 표시패널이 최대한의 효용을 갖도록 한다. 영상에 대한 전술한 실시예들은 빠른 속도로 표시되는 연속하는 영상들 또는 장면들 중 일부에만 적용될 수 있다. 즉 비디오나 영화의 프레임들에 적용될 수 있다. 전술한 백라이트 제어기술은 프레임별로 백라이트의 색온도를 제어하여 장면마다 영상의 색온도를 변경시킬 수 있다.

또한, 표시패널보다 저해상도를 갖는 다색 발광체들의 어레이에 의한 백라이트(예를 들어 LED 백라이트)에서 패널의 서로 다른 영역에서 색온도를 조절할 수 있다. 즉 영상의 특정부분에 해당하는 백라이트 어레이의 색온도를 다르게 함으로써 하나의 장면에서 휘도 및 색도가 동시에 넓은 동적 영역을 커버할 수 있도록 한다.

백라이트의 광을 제어하여 백색(W) 원색을 변경시키는 방법(Controlling Light from Backlight to Alter the W Display Primary)

영상의 색온도를 이용하여 백라이트로부터 발생된 광을 제어하는데 있어서 전술한 백라이트 제어기술을 사용하는 경우, 백라이트라 출사하는 광을 영상에서 우월한 컬러의 함수가 되도록 한다. 따라서 표시패널에서 반복하는 그룹의 서브화소에 적용된 균일한 백색 백라이트를 사용하는 경우보다 고휘도 또는 높은 색순도를 갖는 영상을 표시할 수 있다.

먼저 상기 균일한 백색 백라이트를 사용하는 경우의 문제점을 살펴본다. 사진 현상용 암실에서 표시되는 장면의 영상은 통상적으로 적색이다. 통상적인 백색 백라이트를 사용하는 경우, 표시패널의 반복하는 서브화소들 중에서 적색 서브화소는 서브화소 랜더링 (Subpixel rendering; SPR) 작업에 의해 장면의 휘도정보를 랜더링한다. 표준의 RGB 스트라이프(stripe) 표시장치에서, 반복하는 그룹의 RGB 서브화소들 중에서 하나의 서브화소만 영상의 휘도정보를 제공하는데 이용된다. 유사한 방법으로 도 6의 RGBW 서브화소의 반복되는 그룹(620)에서 세 개의 서브화소들 중에서 하나만이 영상의 휘도 정보를 제공한다. 또한 표시패널이 도 3의 RGBW 서브화소의 반복되는 그룹(320)에서 4개의 서브화소들 중에서 하나만이 영상의 정보를 제공한다. 도 7, 9 또는 24에 도시된 서브화소의 반복되는 그룹을 이용하는 다원색 표시장치에 있어서, 적색 영상의 휘도 정보는 서브화소의 반복되는 그룹(도 7의 701)의 6개의 서브화소들 중에서 오직 하나만을, 또는 서브화소의 반복되는 그룹(도 24의 2402)의 6개의 서브화소들 중에서 오직 하나만을, 또는 서브화소의 반복되는 그룹(도 9의 902)의 8개의 서브화소들 중에서 오직 하나만을 휘도정보의 표시에 사용한다.

전술한 백라이트 제어기술들이 적용된 도 1a와 같은 표시 시스템(100) 및 도 2a와 같은 표시 시스템에 있어서, 백라이트 어레이로부터 출사된 광은 순수한 적색광이 되도록 조절되어, 노멀 화이트(normally white) 서브화소들(304)이 적색이 주도적인 암실의 영상에서 8개의 서브 화소들 중에서 4개의 원색들에 의한 장면 랜더링(rendering)을 수행하는데 사용되도록 한다. 도 9를 참조하면 전술한 백라이트 제어기술 없이도 유사한 효과를 발생시키는 것이 가능하다. 도 9에 도시된 반복되는 그룹의 다원색 서브화소들을 참조하면, 반복되는 서브화소 그룹(902)의 8개의 서브화소들 중에서 하나를 이용하여 적색이 주도적인 영상에서 휘도 정보를 제공할 수 있다. 전술한 백라이트 제어기술을 적용하면, 표시패널에서 순수한 적색 영상이 보다 많은 수의 백색 서브화소들(904)을 이용하여, 4개의 서브화소들에 적색의 서브화소(906)을 이용하여 전체적으로 8개 중에서 5개의 서브화소들을 포함하는 서브화소의 반복되는 그룹(902)을 구성할 수 있다. 또한, 백색 서브화소들을 고도로 포화된 컬러들에 이용하는 경우 상기 컬러들의 휘도 영역이 증가한다. 더욱이, 상기 적색 컬러는 순수 적색일 수 있으며 다른 컬러들에서 색의 열화가 없으면서도 색순도의 향상 및 색공간 영역의 확장된 표시가 가능하다.

도 13은 백색 서브화소를 갖는 다원색 서브 화소들의 반복되는 그룹을 구비하는 표시패널의 일 예와 함께 본 발명에 기재된 백라이트 제어 기술들에 의해 백색 서브 화소가 원색으로 이용되는 방법을 나타내는 단면도이다. 도 13은 서브화소의 반복되는 그룹(1302)을 포함하는 다원색 표시패널(1300A)용 백라이트에 의해 제어된 원색을 나타낸다. 도 13의 서브화소의 반복되는 그룹(1302)은 도 9의 서브화소의 반복되는 그룹(902)의 변형이다. 도 13에서, 서브화소의 반복되는 그룹(1302)은 백색 서브화소(1306)가 주요하게 산포(interspersed)하는 가운데에 적색 서브화소(1304), 녹색 서브화소(1308), 청녹색 서브화소(1320) 및 청색 서브화소(1312)를 포함한다. 작은 규모에서 보면, 포화된 서브화소들은 육각형 그리드(hexagonal grid)형상으로 배열된다. 예를 들어, 청녹색 서브화소들(1322, 1324, 1326, 1328, 1330 및 1332)은 중심에 있는 청녹색 서브화소(1340)의 주위를 육각형 모양으로 둘러싼다.

백라이트의 색온도는 마젠타색(magenta)의 성분이 통상적인 RGB가 줄무늬(stripe) 형상으로 배열된 표시장치 보다 높아서, 균형잡힌 백색을 표시할 수 있다. 전술한 백라이트 제어기술은 백라이트의 발광체의 컬러를 제어하여 추가적인 원색을 갖는 서브화소를 제공한다. 전술한 적색 영상에서, 표시패널(1300A)이 통상적인 백색 백라이트에 의해 조명되는(lit) 경우, 8개의 서브화소들 중에서 오직 하나인 적색 화소만이 적색이 주도적인 영상에서 휘도 정보를 제공하는데 사용된다. 상기 주요한 백색 화소들(1306)을 포함하는 다른 화소들은 오프(off) 상태에 있게 된다.

도 13을 계속하여 참조하면, 표시패널(1300B)는 전술한 백라이트 제어방법 및 기술들이 다원색의 서브화소들이 반복하는 그룹을 갖는 표시장치에서 백색 서브화소를 이용하여 적색이 주요한 컬러인 영상에 영향을 미쳐서 상기 백색 서브화소가 원색인 것처럼 보여지도록 한다. 이러한 백라이트 제어기술에 의한 원색을 백라이트 제어 원색(backlight-controlled (BC) primary color)이라 한다. 순수한 적색 영상은 다수의 백색 서브화소들(1306)을 이용하여, 적색 서브화소(1304)와 4개의 서브화소들이 결합하여 8개의 서브화소들을 갖는 표시 패널(1300B)에 표시된 표시된다. 상기 패널(1300B)의 백색 서브화소들(1306)은 도 1a 및 1b의 피크 함수 블록(도 1a의 110, 도 1b의 1100) 또는 도 2a 및 2b의 피크 함수 블록(도 2a의 210, 도 2b의 2100), 백라이트 보간 부재(도 1a의 130) 및 표시의 데이터 경로에 있어서 나머지 표시 기능들(예를 들어 GMA, SPR, 출력감마부재, 등)은 발광체로부터 발생된 광 중에서 적색 컬러(도면에서 수직방향의 헷칭(hatching))를 투과시킨다.

도 24의 서브화소들(2400)의 배열은 도 9의 특징을 공유한다. 도 24에서 서브화소들은 백색 서브화소들(2406)이 정사각형 그리드(grid) 형상으로 배열되고, 적색(2404), 녹색(2408), 청색(2412) 및 청녹색(또는 에메랄드색)(2420)의 서브화소들을 포함한다. 본 발명의 다른 레이아웃들과 마찬가지로, 상기 배열은 1:3의 가로세로비(aspect ratio)를 갖는 서브화소구조를 가질 수 있다. 이는 통상적인 RGB 화소들의 줄무늬 배열에 따를 수 있다. 다른 실시예로서 서브화소의 반복되는 그룹은 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어 “서브화소 데이터 포멧을 다른 서브화소 데이터 포멧으로 전환하는 방법(Conversion of a sub-pixel format data to another sub-pixel data format)”이라는 제목의 미국특허 7,916,156에 개시된 서브화소 랜더링 필터들의 다이아몬드(diamond) 형상의 배열이 적용될 수도 있다. 또한, 전술한 조건등색의 필터링이 적용될 수도 있다.

영상표시에서 백라이트 어레이로부터 다른 원색들로의 변경을 제어하는 방법(Controlling Light from the Backlight Array to Alter Other Primary Colors of the Display)

전술한 백라이트 제어기술은 표시장치의 원색들에 영향을 주는데 사용되거나, 백색의 서브화소에 대하여 적용하여 서브화소 랜더링(rendering)에 의한 영상의 화질을 향상시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 표시패널의 일정 영역 내에 배치된 서브화소의 반복되는 그룹의 컬러 서브화소들의 일부의 배면에 배치된 백라이트 어레이에 있어서, 컬러 발광체의 일부가 턴 오프 되어 상기 영역 내의 서브화소의 반복되는 그룹에 의해 생성된 컬러에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 서브화소의 반복되는 그룹(701)과 같이 6개의 원색들을 갖는 표시패널을 구비하는 다원색 표시 시스템에 적용될 수 있다. 영상에서 포화된 노란색 영역에서 통상적인 조절되지 않은 백라이트를 이용하여 영상을 표시하는 경우, 적색(706), 녹색(708) 및 노란색(711) 서브화소들이 노란색 영역 내에서 턴온된다. 반면에, 전술한 기술들을 이용하여 백라이트 어레이가 제어되는 경우, 상기 노란색 영상이 표시되는 영역에서 청색 발광체는 턴오프 된다. 청색 발광체가 턴오프된 상태에서 6개의 서프화소들 중에서 둘 이상이 턴온된다. 예를 들어, 백라이트의 스팩트럼에서 적색과 파란색 광을 투과시키는 마젠타 서브화소(709) 및 청색과 녹색 광을 투과시키는 청녹색 서브화소(707)가 턴온되어 6개의 서브화소들 중에서 5개가 턴온된다. 노란색 영상이 표시되는 영역에서 청색 발광체를 턴오프하는 경우, 높은 포화도를 갖는 컬러의 서브화소 랜더링에 있어서 추가적인 재건지점이 추가로 요구된다.

백라이트 제어부는 소정의 컬러에서 발광체를 차차 어두워지게 하고, 발광체의 점상강도분포함수의 해당 영역 내에서 최대 화소 값을 가져서 동일한 컬러에서 표시패널의 서브화소가 최대 투과도를 갖도록 한다. 이러한 경우, 인접하는 서브화소들 중 동일한 컬러에 관하여 표시패널의 계조를 증가시켜서 상기 차차 어두워진 발광체에 의해 낮아진 휘도를 보상한다. 따라서 양자화 에러를 감소시킬 수 있다. 영상의 일정 영역에서 발광체의 일부를 차차 어두워지게 하는 경우 색공간 영역을 다소 증가시킬 수 있다. 왜냐하면, 차차 어두워진 발광체에 의해 출사된 휘도가 낮은 광은 컬러 필터에 의한 광의 손실율이 적기 때문이다. 또한 영상의 일정 영역에서 발광체의 일부를 차차 어두워지게 하는 경우 표시된 영상의 콘트라스트비(contrast ratio)가 증가한다. 왜냐하면 차차 어두워진 발광체에 의해 출사된 휘도가 낮은 광은 오프 상태(off state)에 가까워지므로, 고휘도 발광체에 의해 발생할 수 있는 광의 누설에 의한 콘트라스트비의 감소가 방지되기 때문이다. 차차 어두워진 발광체를 포함하는 백라이트는 영상의 화질을 향상시킬 뿐만 아니라, 전력손실을 감소하여 배터리의 수명이 증가하므로 배터리를 포함하는 표시장치에 강점이 있다.

높은 포화도를 갖는 컬러의 표시품질을 위해 백라이트 어레이의 발광체들 중 일부를 선택적으로 턴오프할 수 있는 기술은, 백라이트 제어가 백색 서브화소에 적용되는 백색 서브화소를 갖는 다원색 서브화소의 반복되는 그룹과 결합하여, 백라이트에 의해 제어되는 원색을 구현한다. 전술한 적색 암실의 영상에 있어서, 전체 영상은 적색이 주도적이다. 순수 적색이 영상의 제한적인 영역에서만 표현되는 영상(예를 들어 영화의 장면)을 고려할 경우, 예를 들어 개방된 문을 통해 사진현상용 암실을 관찰하거나 선박의 주조종실에서 적색 경고등이 켜져 있는 경우와 같은 경우에, 영상의 다른 컬러의 휘도는 밝게 느껴질 것이며 결과적으로 컬러가 포화되지 않은 상태일 것이다. 이러한 영상이 통상의 백라이트를 이용한 다원색 표시장치에서 표시되는 경우, 적색 서브화소만이 적색 영상이 표시되는 영역을 콘트롤한다. 이러한 경우 조절 전이 함수 한계(Modulation Transfer Function Limit; MTFL)를 감소시켜서 적색 서브화소가 니퀘스트 한계(Nyquist limit)에 다다르게 한다. 따라서 이러한 영상이 표시되는 영역에서 영상의 해상도(image resolution)에 다양한 제약이 발생한다.

전술한 특허 출원들에서 이러한 영상의 해상도문제를 해결하기 위하여 다른 색의 서브화소들의 크로스 루미넌스 조절(cross-luminance modulation)에 대해 논의되어 있다. 상기 방법은 높은 공간적인 빈도(high spatial frequency)를 갖는 영역에서 색이 포화되지 못하는 문제점이 발생된다. 또한 매우 높은 휘도에서 높은 포화도를 갖는 영상이 표시되는 영역에서 색공간을 벗어나는 모든 컬러들에 대해 전부 어둡게 하거나 덜 포화되도록 하여야 한다. 그러나 이러한 과정 중에서 영상의 컬러가 짧아지고(clipped) 고정되고(clamped) 압축되는(compressed) 현상이 발생한다. 이러한 방법은 밝고 덜 포화된 영상이 표시되는 영역과 비교할 때 어둡고 포화된 컬러가 표시되는 영역(두 영역의 영상은 동시에 표시된다)에서 휘도 콘트레스트(luminance contrast)가 이상적인 영상을 표시하지 못하게 되는 문제가 발생한다.

서로 다른 영상의 영역들에서 발광체들을 개별적으로 구동할 수 있게 되면, 백라이트 또는 표시 콘트럴러가 밝고 포화된 영상이 표시되는 영역의 발광체들 중 일부를 오프시키고 다른 영상이 표시되는 영역의 발광체들을 조절할 수 있다. 이와 같이 서로 다른 영역의 발광체들을 서로 다르게 턴오프시키거나 조절하게 되면, 백색 서브화소가 밝고 포화된 컬러에 대응되는 영상을 표시하는데 사용될 수 있어서, 영상의 컬러들의 포화도를 강제로 낮추거나(desaturating) 고정시킬(clamping) 필요 없이 영상의 해상도 및 휘도를 향상시킬 수 있다. 상기 백색 서브화소는 더 많은 포화된 컬러들이 LCD 패널을 통과하게 되는 경우, LCD 표시 시스템에 의해 표시되는 영샹의 휘도 및 색공간의 전체 크기를 증가시킬 수 있다.

백라이트 어레이에서 발광체의 해상도 및 컬러(Resolution and Colors of Light Emitters in the Backlight Array)

전술한 표시 시스템에서, 표시패널의 다원색 컬러 필터들은 백라이트 어레이의 발광체들과 1대1 대응이 되는 경우에 효율성이 높다. 그러나, 표시 시스템에 관한 청구항의 권리범위는 반드시 위와 같은 경우에만 한정된다고 할 수 없다. 즉, 백라이트에서 N개의 포화된 원색들의 발광체들은 표시패널의 컬러필터들의 원색들이 N개가 아닌 경우에도 본 발명의 기술이 적용될 수 있다.

개별적으로 제어가능한 백라이트 어레이는 N개의 컬러들을 갖는 발광체들을 포함할 수 있다. 상기 컬러들은 백라이트 어레이에 일반적으로 사용되지 않는 색인 진한 적색(deep red), 청녹색(cyan 또는 에메랄드색), 바이올렛색(violet) 등일 수 있다. 예를 들어 백라이트로부터 광을 공급받는 표시 패널의 해상도보다 낮은 해상도를 갖는 백라이트 어레이가 포함된 표시 시스템에서, 백라이트의 발광체들이 표시패널의 원색들과 다른 컬러들을 갖거나 표시패널의 원색들보다 많은 수의 컬러들을 가질 수 있다. 예를 들어 발광체의 녹색광은 피크 파장이 530nm이고, 청녹색(cyan)광은 피크파장이 500nm 505nm일 수 있다. 이때, 하나의 컬러필터가 상기 녹색광 및 상기 청녹색광의 파장을 동시에 투과시키는 투과영역을 가질 수 있다. 예를 들어, 표시패널에서 포화된 녹색에서 적색광이 필요한 영상이 표시되는 공간에서 상기 영상이 표시되는 영역의 뒤쪽에 배치된 녹색 발광체는 턴온된다. 또한, 표시패널에서 포화된 청녹색에서 청색 컬러가 필요한 영상이 표시되는 영역의 뒤쪽에 배치된 청녹색 발광체는 턴온된다. 표시패널에서 백색 컬러가 필요한 영상이 표시되는 영역에는 청녹색 발광체 및 녹색 발광체 중에서 하나 또는 둘 모두의 발광체들이 턴온된다. 제어가능한 백라이트 어레이를 사용하는 경우, 표시패널의 서브화소의 반복되는 그룹의 원색들의 수가 줄어들 수 있다.

유사한 방법으로 다른 레인지를 갖는 컬러들이 적용될 수 있다. 예를 들어, 청색광은 450nm의 파장을 가질 수 있다. 효율성을 증가시키기 위해서는 진한 바이올렛(deep violet) 컬러의 파장을 갖는 발광체들이 사용될 수 있다. 상기 진한 바이올렛 컬러의 발광체는 400nm의 파장을 가지며 시각적으로 낮은 효율성을 가지지만, 인간의 시야가 높은 색분해능(color differentiation ability)을 갖는 파장인 자줏빛계열의 색(line-of-purples)의 색공간이 넓어진다. 진한 바이올렛 컬러의 영상이 표시되는 영역에서는 450nm의 파장을 갖는 청색 발광체가 턴오프되고 400nm의 파장을 갖는 진한 바이올렛 광의 발광체가 턴온된다.

적색 컬러의 영역에서, 인간의 눈은 파장에 대해 덜 민감하다. 제어가능한 백라이트 어레이를 이용하여 시각적인 효율성을 갖는 진한 적색의 영상을 생성하기 위해서는, 610nm의 파장을 갖는 발광체가 사용된다. 그러나, 610nm의 파장을 갖는 발광체만으로 충분하며, 적색발광체가 700nm의 파장을 갖는 더 진한 적색을 표현하도록 개선될 필요는 없다. 이러한 긴 파장을 갖는 발광체는 필요한 경우에 턴온되고, 진한 자줏빛 계열의 영상이 표시되는 경우에는 610nm의 발광체는 턴오프될 수 있다. 덜 포화된 컬러의 경우 610nm의 발광체 및 450nm의 발광체가 모두 턴온되는 경우 백라이트의 효율성이 향상될 수 있다.

백라이트에서 발광체들의 컬러를 선택하는 것은 표시패널을 구성하는 서브화소의 반복되는 그룹의 원색들을 결정하는 것과 반드시 일치할 필요는 없다. 표시패널을 구성하는 서브화소의 반복되는 그룹의 원색들은 백라이트 어레이를 구성하는 발광체들의 컬러들을 선택하는데 영향을 미치지 않는다. 당해 기술분야의 통상의 지식과 경험을 가진 자는 본 발명에 개시된 백라이트를 제어하는 기술이 표시패널에서 다양한 형태의 서브화소의 반복되는 그룹들 중의 하나에 적용될 수 있으며, 이는 통상적인 줄무늬 모양으로 배열된 RGB 서브화소들의 반복되는 그룹을 갖는 표시패널 뿐만 아니라 전술한 특허출원들에 개시된 표시시스템, 그리고 본 발명의 도면들에 도시된 실시예들에 모두 적용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 당업자는 컬러들의 구성과 백라이트 어레이의 발광체들의 배열이 특정한 서브화소의 반복되는 그룹을 보충하거나 서로 조화시키는 다양한 실시예들을 응용할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들 뿐만 아니라, 다양한 다른 실시예들이나 디자인의 변경이 적용될 수 있을 것이다.

제어가능한 백라이트 어레이에 하나의 백색 원색을 갖는 표시 시스템(A Display System Embodiment Having a Single White (Clear) Primary with a Controlled Backlight Array)

백라이트에 의해 광을 공급받는 표시패널보다 적은 해상도를 갖는 백라이트 어레이를 구비하는 표시시스템에서 발광체들의 컬러들에는 다양한 조합이 가능하다. 그러나, 일정한 표시 시스템의 경우, 백라이트 어레이의 해상도는 영상이 표시되는 하나의 작은 영역에서 녹색에서 적색 까지의 또는 청녹색에서 청색까지의 컬러들이 함께 표시되는 상황이 요구될 수 있다. 인간 시력의 한계로 인하여, 발광체들의 백라이트 어레이는 시인되기 어려운 정도의 해상도를 가질 수 있다. 이때, 발광체들의 병치혼합(juxtaposition)에 의한 컬러 해상도가 백라이트의 해상도보다 높다. 넓은 색공간이 요구되는 특별한 경우 백라이트 어레이의 특정한 발광체들을 선택함으로써 하나의 컬러 서브화소만을 가진 표시패널을 구현하는 것이 가능할 수도 있다. 즉, 상기와 같은 백라이트 어레이를 이용하면, 필터링되지 않아서 순수하게 투명한 백색 서브화소로 구성된 반복되는 서브화소 그룹을 포함하는 표시패널이 구현될 수도 있다. 이러한 경우 투명한 서브화소들의 어레이는 표시된 영상에 대하여 높은 해상도의 휘도조절이 필요하다. 이때, N개의 원색을 갖는 발광체들을 구비하는 백라이트 어레이가 저해상도의 컬러를 가질 수 있다.

액정표시 시스템(Embodiment of Liquid Crystal Display System)

도 10은 본 발명의 백라이트 제어기술 및 방법들이 적용되는 액정표시시스템을 나타내는 블록도이다. 도 10을 참조하여 액정표시시스템(Liquid Crystal Display System; LCD, 1000)의 실시예가 개시된다. 액정표시시스템(1000)는 제1 및 제2 글래스 기판들(1004, 1008) 사이에 배치된 액정물질(1012)을 포함한다. 제1 기판(1004)은 액정표시시스템(1000)의 개별적인 화소 소자들을 어드레스(addressing)하는 TFT 어레이(1006)를 포함한다. 제2 기판(1008)은 전술한 도면들 또는 전술한 특허들에 개시된 서브화소의 반복되는 그룹들 중의 어느 하나의 배열을 따르는 컬러필터들(1010)을 포함한다. 액정표시 시스템(1000)은 백라이트(1020)를 더 포함한다. 상기 백라이트(1020)는 도 4 및 5에 도시된 발광체의 어레이 또는 다른 도면들이나 전술한 특허출원에 개시된 실시예에 따른 발광체의 어레이를 포함할 수 있다. 표시 콘트롤러(1040)는 도 1a 또는 2a에 개시된 구성요소들에 따른 RGB영상의 입력 컬러값들을 처리한다. RGB 입력 컬러값들은 백라이트 콘트롤러(1060)에 입력되어 백라이트(1020)의 발광체들의 값들을 셋팅하는데 사용된다. 상기 백라이트(1020)의 발광체의 값들은 전술한 도 1a, 1b, 2a 및 2b에 개시된 실시예들에 따른 다양한 실시예들의 피크 함수 블록들의 동작을 이용하여 셋팅된다. 백라이트 콘트롤러(1060)는 표시 콘트롤러(1040)와 연동하여(communicate) 백라이트 보간 부재(130, 230)에 적용되는 발광체들의 값들을 생성하여 RLGLBL의 저해상도 영상을 계산한다.

저해상도 백라이트 표시 시스템에서의 색공간을 벗어나는 경우의 다른 처리방법(Alternative Out-of-Gamut Processing on Low Resolution Backlight Display System)

다양하게 변형될 수 있으며(예를 들어 LED 백라이트, 2개의 LCD에 적용되는 백라이트 등) 낮은 해상도를 갖는 컬러 백라이트를 구비하는 표시 시스템에서 영상 데이터를 처리할 수 있는 여러가지 조합이 가능하다.

예를 들어, LED 어레이 값의 조절과 같은 컬러 백라이트의 조절을 거친다고 해도 색공간을 벗어나는 컬러들이 존재할 수 있다. 이런 경우는 컬러의 색조(hue)가 LED(또는 낮은 해상도의 백라이트 시스템)의 점상강도분포함수의 내에 존재하더라도 휘도가 매우 높은 경우에 발생될 수 있다.

백라이트 및 LED 서브시스템의 영상데이터를 일시적 또는 공간적-일시적으로(spatial-temporal fashion) 처리하여, 색공간을 벗어나는 컬러들을 타겟(target) 색공간 영역 내로 이동시킬 수 있다. 상기 일시적/공간적-일시적 처리는 전체 영역(예를 들어 표시장치에서 랜더링되는 전체 영상)에서 수행되거나 지역적으로(예를 들어 스크린에서 랜더링되는 영상의 일정 영역(subset region)) 수행될 수 있다. 낮은 해상도의 백라이트를 시간적으로 조절하여 일정 시간에서 색공간을 벗어나는 컬러가 존재하는 일정 영역 내에서만 상기 처리를 수행할 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전체 영상 중에서 색공간을 벗어나는 제1 컬러가 존재하는 일정 영역에서, 백라이트 컬러의 피크 값으로부터 제1 컬러(예를 들어 청녹색 또는 녹색 및 청색)의 반대되는 컬러(opposite color)를 추출하여 상기 색공간을 벗어나는 컬러가 색공간 내로 배치되도록 한다.

백라이트의 원색들 또는 백라이트 원색들과 무관한 OOG 상태의 피크값을 이용하여 그룹 컬러(group color)를 설정할 수도 있다. 다른 실시예에서, 컬러 필드는 순수한 원색일 필요는 없다. 본 실시예에서 사용된 기술은 당업자 수준에서 다양한 변형이 가능하다.

본 실시예에서 RGB컬러를 갖는 LED 백라이트는 RGBW컬러의 레이아웃을 갖는 LCD에 적용된다. LCD는 본 발명의 실시예들에서 개시된 다양한 형태(예를 들어 정사각형으로 배열된 RGBW 서브화소들)의 RGBW컬러의 서브화소들의 반복되는 그룹을 가질 수 있다. 이때, LCD는 백색(또는 클리어) 서브화소와 같이 넓은 밴드패스(bandpass)를 갖는 서브화소의 레이아웃을 포함할 수 있다. RGB컬러를 갖는 LED 백라이트도 적절한(예를 들어 정사각형 또는 다른 형태의 배열) 형태로 배열된 컬러 발광체들을 포함할 수 있다. 또한, 백라이트는 다양한 형태의 디자인을 가질 수 있다. 예를 들어, 표시장치의 소정의 한 점에 백라이트의 LED의 기하학적인 배열 및 개별 LED의 점상강도분포함수에 따른 백색광(또는 일정한 컬러를 가진 광)이 조사될 수 있다. 본 실시예에서 RGB컬러의 백라이트와 RGBW 컬러의 LCD표시패널에 적용된 OOG 방법 및 시스템은, N개의 원색들을 갖는 백라이트 및 M개의 다원색 LCD표시패널에 적용되도록 일반화시킬 수 있다. 이때, N 및 M은 서로 다른 값일 수 있으며, N과 M이 서로 같더라도 N과 M에 대응되는 각각의 컬러들의 셋트가 백라이트와 LCD 패널에서 서로 다를 수 있다.

예를 들어, 세 개의 필드들(하기의 가상의 원색들 P1, P2, P3에 대응되는 필드들)이 LED들에 적용된다. 이때, 상기 LED들은 색공간을 벗어날 수 있다. 각 필드에서 LED들에 대응되는 값들은 각 LED가 배치되는 포인트에서 점상강도분포함수를 입력되는 RGB 데이터(또는 적절한 데이터 포맷)에 적용하여 구해질 수 있다. LED의 휘도의 최종 값은 일정 공간에서 광을 종합하여(field light integration) 결정된다. 따라서, 세 개의 필드들에서 광의 총합은 하기의 Max값과 동일하다. 세 개의 필드에서 Max 값은 [식 8]에 의해 구할 수 있다.

[식 8]

P1 field P2 field P3 field Sum

(R1 + R2 + R3) /3 = Max(Rin)

(G1 + G2 + G3) /3 = Max(Gin)

(B1 + B2 + B3) /3 = Max(Bin)

소정의 순수한 컬러가 하나의 필드에 의해서만 얻어진다고 가정하면, 세 개의 필드들에 의해 얻어진 컬러의 휘도와 비례하는 것이 바람직하다. 만일 LED가 점멸하는 경우, 발생되는 열은 점멸하는 정도, 인가되는 전력 및 휘도에 따라 비례한다. 그러므로 세 개의 필드들의 LED들을 3분의 1만큼만 점멸시키더라도 동일한 휘도 및 전력소모량을 가질 수 있다.

일예로, 당업자라면 LED 원색들의 컬러들에 의해 정의되는 순수 원색들에 관하여 필드연속컬러(Field Sequential Color; FSC)시스템을 적용할 수 있을 것이다. 또한 백라이트에서 소정의 컬러를 갖는 LED의 최대휘도를 영상 데이터에서 요구되는 가장 밝은 값으로 셋팅해서 LCD에 표시될 수 있도록 하고, 이 과정에서 X/XL에 의해 LCD에서의 값들을 조절하도록 함으로써, 이러한 과정을 거친 광이 LCD를 투과하여 출사되도록 할 수 있다.

능동적인 가상 원색들(Dynamic Virtual Primaries)

또 다른 실시예로서, LCD 표시패널의 일정 영역 내에서 백라이트의 모든 색공간 영역보다 적은 색공간만을 커버하는 가상의 원색들을 사용하는 경우, 필드연속컬러(FSC) 장치의 시인성이 감소될 수 있다.

도 16은 백라이트 색공간(gamut) 및 백아니트 색공간보다 작은 영상 색지도를 CIE 1931 색좌표에 나타낸 것이다. 도 16을 참조하면 RGB 색공간과 같은 오리지널 입력 색공간 맵(1610)을 커버하는 CIE31색좌표계와 같은 컬러 색공간(1600)이 도시된다. 상기 오리지날 색공간은 RGB LED들의 적색, 녹색 및 청색 포인트들을 연결하여 정의된다. 상기 RGB 색공간(1610) 내에서 하나의 작은 소부분으로서 새로운 색공간(1620)이 정의될 수 있다. 상기 새로운 색공간은 가상의 원색들에 대응되는 포인트들(1630, 1640 및 1650)에 의해 정의된다. 가상의 원색들은 LED 또는 OLED와 같은 발광체들의 물리적인 원색들이 정확히 필요한 것은 아니다. 물론, 일부 또는 전부의 가상 원색들은 일정한 시간 동안(some period of time) 원색들의 일부 또는 전부가 나타내는 포인트들에 대응될 수 있다. 다른 실시예로서 각각의 가상의 원색들을 나타내는 포인트는 R, G 및 B (또는 백라이트의 발광체의 다른 컬러 셋트들)를 혼합하여 얻어질 수 있다. 상기 각 가상의 원색들에 대응되는 포인트들은 소정의 시간-공간 좌표계 내에서 존재할 수 있다. 예를 들어 가상의 원색 포인트는 고유의 공간 및 시간 좌표계를 갖는다. 예를 들어, 가상의 원색 포인트(1630)는 일정 시간의 영상데이터의 하나의 프레임 동안 존재하고, 또한 표시패널의 공간적인 일부에서 한정된 수의 서브화소들이 존재할 수 있다. 계속하여 표시 시스템은 표시 영상의 전부 또는 일부를 비추는 가상 원색들(1630, 1640 및 1650) 내의 세 필드들 내에서 구동되는 것이 가능하다.

다른 실시예로서 가상의 원색은 전체 영상 프레임 내에 존재하거나 전체 영상 프레임의 사이 공간, 또는 하나이거나 소수의 서브화소들 내에 존재할 수 있다. 공간을 입자상태로 나누는 것이 가능하다. 왜냐하면 백라이트는 낮은 해상도의 컬러 LED의 에레이를 포함할 수 있기 때문이다. 또한, 가상의 원색들은 정의되지 않은 시간 동안, 하나 또는 수개의 프레임 동안, 또는 하나의 프레임의 일부 동안 존재할 수 있다. 이는 시스템의 구동기준에 의해 결정된다.

볼 발명에서는, 시공간적인 다양성을 위해 가상의 원색들이 사용되므로, 본 발명의 시스템에 대응되는 색좌표의 시공간에서 열화가 발생할 수 있다. 시공간이 열화되는 경우로서, 본 발명의 시스템이 가상의 원색들(예를 들어 R, G 및 B LED들 또는 실제 발광체들의 다른 셋트)을 실제와 정확하게 맞도록하여 전체 영상에서 해당 프레임동안 LED가 조명되는 경우가 있다. 이러한 경우, 표시 시스템은 소위 필드연속(field sequential)에 의해 구동된다. 또 다른 문제점으로는 백색과 같은 하나의 가상 원색 포인트를 위해서 세 개의 LED들이 동시에 모든 필드에 대해서 조명되는(illuminating) 경우이다. 이러한 경우, 표시 시스템은 전술한 737특허에 개시된 방식으로 구동된다. 이러한 문제점들은 시스템 또는 사용자에 의해 소정의 기간 동안 발생할 수 있다. 그러나, 본 발명의 능동적 특성을 가진 표시시스템을 이용하면, 유연성이 극대화되서 시스템 및 가상 원색들의 할당에 의해 구동이 최적화된다.

비단 3개뿐만 아니라 임의의 개수를 갖는 가상의 원색들이 선택되어 소정의 시간 동안 표시패널의 일정 영역에 대해 조명하는 것이 가능하다.

가상의 원색들의 선택(Selection and Choice of Virtual Primaries)

가상의 원색들을 선택하는데 있어서 고려되는 기준으로는, 깜빡임(flicker)의 감소, 컬러가 깨지는 현상(color breakup)의 감소, 전력소모의 최소화, 능동영역(dynamic range)의 증가 및 양자화오류(quantization error)의 감소 등이 있다. 최적화시키는 것과 관계 없이, 적절한(가능하면 가장 작은) 색도 삼각형(chromaticity triangle)(또는 삼각형 이상의 다각형, 직선과 같이 삼각형보다 적은 각을 갖는 도형)을 선택하여, 소정의 LED들 또는 LED 클러스터의 점상강도분포함수(point spread function)의 범위 내에서 컬러 값들을 상기 색도 삼각형 내에 포함시킬 수 있다. 이를 통해 새로운 셋트의 가상원색들을 확인하고, 각 가상원색들에 대한 RSC 컬러값들을 생성할 수 있다. 이를 통해 가상 원색들의 셋트에 대한 새로운 색공간맵핑(GMA)을 하게 된다. 물론, 이러한 과정은 순서를 달리하여 재정리될 수 있다. 다른 실시예로서, 가상의 원색들을 선택한 후에 색조영역을 확인될 수도 있다. 이러한 방법은 다양한 표시시스템에 적용될 수 있으며, 시스템의 효율을 위해서 상기 기준들을 고려하여 최적화된 원색 셋트를 선정할 수 있다.

예를 들어, 깜빡임(flicker)을 최소화 하는 가상원색들의 선택과정을 살펴보면 다음과 같다. 표시 시스템에서, 표시패널의 입력 영상의 영역 또는 특정한 소그룹을 랜더링(rendering)하는 것을 가정해 볼 수 있다. 상기 영역은 하나의 프레임을 전부 커버하는 정도로 클 수도 있고 소수의 백라이트 LED들의 점상강도분포함수 내의 하나의 서브 화소만을 나타낼 수도 있다. 또한 전체 영상이 표시되는 프레임이나 서브화소 사이의 임의의 크기를 갖는 영역이 선택될 수도 있다. 영상의 소부분(image subset)을 선택하는 것은 사용자에 의해 수행되거나 기계시스템을 이용하여 수행할 수도 있다.

깜빡임을 줄이기 위해서, 영상의 소부분 내에서 휘도의 변화가 최소화되도록 하는 LED들의 값들을 찾는다. 이러한 과정은 능동적인(dynamic) 필드연속컬러(Field Sequential Color; FSC)시스템에 의해 수행될 수 있다. 깜빡임은 일반적으로 낮은 휘도의 필드를 갖는 컬러(예를 들어 청색)가 선행되고 이후에 높은 휘도의 필드를 갖는 컬러(예를 들어 녹색)가 후행되는 경우에 랜더링 과정에서 발생한다. FSC시스템에서 깜빡임을 줄이려는 과거의 시도들은 컬러바퀴(color wheels)를 갖는 프로젝터(projectors)에 관한 기술에서 많이 시도되었다. 본 발명의 시스템은 새로운 방법을 통하여 깜빡임을 감소시킨다.

도 17은 가상의 원색 색공간 내에서 3개의 가상의 원색들과 주어진 색을 도 16에 도시된 백라이트 LED 색좌표에 나타낸 것이다. 도 17에는 이등변 삼각형(1700)의 형상을 갖는 오리지널 색공간 영역(예를 들어 RGB 색공간 영역) 및 세 개의 가상의 원색들(P1, P2, P3)이 도시된다. 입력되는 색공간 영역에서의 색의 숫자와 가상의 원색들의 숫자는 백라이트와 LCD 패널의 색들의 수에 대응되며, 다양한 시스템에서 다양한 변형이 가능하다.

본 발명에 따른 시스템에서는 공간적인 광 조절부(spatial light modulator), 복수개의 개별적으로 제어되는(addressable) 컬러 발광체들, 필드연속제어회로(field sequential control circuitry) 및 투과소자의 셋트를 제어하는 회로(circuitry for controlling said set of transmissive elements)를 포함한다. 공간적인 광 조절부는 컬러 입력값들의 셋트를 포함하는 입력신호로부터 형성되는 출력 영상을 표시한다. 공간적인 광 조절부는 개별적으로 제어되는 투과소자들(transmissive elements)을 포함한다. 컬러 발광체들은 백라이트의 구성요소로서 배치되어 공간적인 광 조절부에 컬러 영상이 표시될 수 있도록 광을 발생시킨다. 각 발광체는 복수개의 원색들 중의 하나의 컬러를 갖는 광을 발생시킨다. 백라이트에는 복수개의 영역들이 정의되고, 상기 영역들에는 발광체의 셋트의 점상강도분포함수의 셋트가 대응된다. 공간적인 광 조절부는 각 영역내에서 각 컬러 입력값에 대응되는 가상의 원색들의 셋트를 선택하여 첫번째 맵핑 기능을 수행한다. 발광체들은 상기 가상의 원색들은 점상강도분포함수의 셋트 내에서 발광체들에 의해 복수의 강도(intensity)를 갖는 원색들을 생성한다. 필드연속제어회로는 가상 원색들의 지속정도 및 휘도를 제어한다. 필드연속제어회로는 가상원색들을 제어함에 있어서, 각 영역 내의 각 발광체에 의해 생성된 중간 컬러신호(intermediate color signal)를 포함하는 필드들의 셋트를 이용한다. 필드연속제어회로를 이용하여 가상원색들을 제어함으로써 중간컬러영상(intermediate color image)가 생성되어 공간 광 조절부에 제공된다. 투과소자의 셋트를 제어하는 회로는 각 영역 내의 투과소자들을 제어하여 상기 중간 컬러 영상을 조절함으로써 출력 컬러 영상을 생성한다. 상기 구성요소들은 이후의 실시예들에서 상술한다.

가상의 원색들을 찾는 방법(Finding Virtual Primaries)

가상 원색의 색공간 내의 소정의 컬러(C1)에 대하여 인간의 시각능력과 관련하여 입력 RGB값과 실질적으로 동일한 값인 c1P1, c2P2, c3P3값들이 정의될 수 있다. 상기 가상의 원색들은 오리지널 원색들의 값들에 대하여 [식 10]의 관계를 갖는다.

[식 10]

c1 (R1, G1, B1) + c2 (R2, G2, B2) + c3 (R3, G3, B3) = RGB value for C1

[식 10]을 매트릭스 형태로 나타내면 다음과 같다.

상기 매트릭스를 c값에 대해 역산하면 다음과 같다.

상기 식을 풀어보면 다음과 같다.

[식 10]으로부터 c1, c2, c3값들이 구해질 수 있다. 물론 직접적인 매트릭스 대수학(straight-forward matrix algebra manipulation)과 같이 통해 c1, c2, c3값들을 구할 수 있는 다양한 방법이 있다. 도 18은 LED 백라이트 및 LCD 장치를 조절하는 공간적이고 가상적인 주요 구성요소들을 갖는 혼성시스템을 나타내는 블록도이다. 도 18은 가상의 원색을 결정하는 방법 및 시스템(1800)에 대한 하나의 실시예일뿐이며, 당업자라면 이러한 기술적 사상을 이용한 다양한 실시예가 가능할 것이다.

상기 시스템(1800)에서, 입력 데이터가 입력 감마 유닛(1802)에 인가된다. 입력 감마 유닛(1802)으로부터 영상 데이터가 하나 또는 복수의 데이터 경로를 따라 이동하게 된다. 도 18에는 두 개의 데이터 경로가 도시되어 있다. 첫 번째 경로에서, 영상 데이터는 피크 유닛(1804), 보간 유닛(interpolation unit)(1806), X/XL 유닛(1808), 색공간 맴핑(GMA) 유닛(1810), OOG 피크 유닛(1812)를 거쳐서 업 샘플(up-sample) 유닛(1814)에 인가된다. 이때 MUX(1816)에 인가되는 신호(OOGP)에 의해 백라이트(1822) 및 LCD 패널(1824)을 구동하기 위한 하나 또는 두 개의 데이터 경로들이 선택된다. 이때, 백라이트(1822) 및 LCD 패널(1824)의 구동은 출력 감마 유닛(OUT)(1818) 및 필드연속 제어 유닛(1820)을 통해서 수행된다. OOGP 신호는 LED의 점상강도분포함수의 OOG 컬러값에 대응된다. 만일 OOG 컬러값이 없다면, MUX(1816)에 의해 제1 데이터 경로가 선택된다. 그러나, OOG 컬러값이 존재하는 경우, 제2 데이터 경로가 선택된다. 제2 데이터 경로가 선택되는 경우, 컬러가 색공간을 벗어나지 않도록 하는 여러가지 방법들이 사용된다. 이러한 방법들은 가상의 원색들을 이용한다.

가상의 원색들을 계산하기 위한 첫 번째 단계는 하나의 LED 또는 하나의 LED 클러스터의 점상강도붙로함수 내에 배치되는 입력 샘플 컬러들(input sample colors)을 모두 식별하는 것이다. 이때, LED 컬러들은 가상 원색들과 일치하지 않는다. 제2 데이터 경로를 따르는 경우, 입력 감마 유닛(1802)으로부터 입력된 데이터를 경계박스 유닛(1830)에 인가할 수 있다. 경계 박스 유닛(1830)은 입력된 데이터를 이용하여 각각의 축에서 최대 값 및 최소값(예를 들어 최대 적색 값(Max(R)), 최소 적색 값(Min(R)), 최대 청색 값(Max(B)), 최소 청색 값(Min(B)), 최대 녹색 값(Max(G)), 최소 녹색 값(Min(G)), 등)을 계산한다. 이렇게 계산된 값들은 하나의 LED를 위한 점상 강도 분포 함수 내의 모든 컬러들을 둘러싸는 경계박스의 각 꼭지점이 된다. 상기 도 22는 도 21a에 도시된 경계박스모듈(bounding box module)을 나타내는 그래프이다. 도면부호 2202로 도시된 포인트들의 각각은 하나의 LED의 점상강도분포 함수 내에 배치되는 모든 입력 화소들을 각각 나타낸다. 본 실시예에서, 경계박스(2204)는 결과적으로 2개의 축들을 갖는다.

경계박스 내의 모든 컬러들을 포괄하는 새 개의 평면들을 위한 공식을 도출하는 과정은 다음과 같다. 상기 평면들은 하나의 점을 기준점(origin)으로 하고 경계박스의 코너를 제2 점으로 하여 기준점으로부터 상기 2개의 축들과 45도의 각도를 갖도록 연장된다. 이때, RG 컬러에 대응되는 평면, GB 컬러에 대응되는 평면, BR 컬러에 대응되는 평면을 각각 서로 대응되는 축인 B컬러에 대응되는 축, R컬러에 대응되는 축, G컬러에 대응되는 축을 기준으로 회전시킨다. 이러한 회전은 각 평면들이 경계박스의 코너에 접촉될 때까지 수행한다. 예를 들어, 도면부호 2206으로 표시된 라인은 RG 컬러에 대응되는 평면을 나타낸다. 측면 (edge) 쪽에서 관찰할 때, RG컬러에 대응되는 평면은 B 축을 기준으로 경계박스(2204)의 가장 가까운 코너에 접촉될 때까지 계속 회전한다.

[식 11]

[식 11]의 각 공식들은 CIE 색좌표계의 xy 공간에서 존재하는 라인과 유사한 형태의 색공간 내의 평면을 나타낸다. [식 11]에 의해 계산하면, CIE 색좌표계의 xy 공간상의 라인들은 상기 측면(edge) 쪽으로 갈수록 입력 데이터에 대응되는 색조삼각형(chromaticity triangle)에 평행하게 된다. 이때 경계박스의 위치가 입력원색에 인접하게 배치되는 것이 바람직하다. 만일 경계박스의 반대쪽 코너가 색공간에서의 세 개의 평면들을 정의하는데 사용되면, 상기 공식에 의한 계산에서 색조삼각형이 60도 가량 회전한 것처럼 보이게 된다. 도면부호 2208은 경계박스(2204)의 반대쪽 코너쪽으로 RG 컬러에 대응되는 평면을 회전시킨 것을 나타낸다. 이때 경계박스가 색조삼각형의 코너에 가까울수록 회전에서 좋은 결과가 얻어질 수 있다. 상기 평면은 하기의 [식 12]에 의해 계산될 수 있다.

[식 12]

다른 실시예로서, 경계박스를 이용하여 하나의 LED의 점상강도분포함수 내에 배치되는 모든 입력 샘플 컬러를 조사하여 상기 평면에 대한 교차계산들을 수행할 수 있다. 점상강도분포함수의 모든 입력 컬러의 각도는 상기 식으로 계산될 수 있다. 상기 각들 중에서 최소값(또는 최대값)은 경계박스의 코너에 대응되는 각도 대신에 사용될 수 있다. 도면부호 2210 및 도면부호 2212에 의해 도시된 선을 참조하면, 경계박스(2204)의 코너를 그대로 사용하는 것(2206, 2208) 보다 입력컬러의 점들(2202)에 더 잘 대응되는 것을 알 수 있다. 즉, 경계박스를 그대로 사용하는 것에 비해서 색조삼각형의 크기가 작아지고 가상 원색들이 서로 더 가까워지게 된다. 왜냐하면, 경계박스는 실제로 필요한 색공간의 크기보다 더 넓은 영역을 포괄하기 때문이다. 이렇게 서로 가까워진 가상원색들은 표시장치에 있어서 전력소비를 감소시키고 깜빡임이 줄어들게 된다. 따라서, 표시 시스템에서 달성하고자 하는 특성들 중에서 두 가지 즉, 전력소비 감소 부분과 깜빡임 감소 부분을 동시에 만족할 수 있게 된다.

일정한 경우 가상원색들에 의해 커버되는 영역이 경계박스의 외부로 돌출되는 일이 발생할 수도 있다. 이러한 문제점은 경계박스를 사용하는 방법 또는 상기 모든 입력 샘플 컬러를 조사하는 방법에 의해 계산된 각들을 감소시켜서(또는 증가시켜서) 해결할 수 있다.

그러나, 세 개의 평면들이 선택되는 경우, CIE 색좌표계의 xy공간 내의 세 개의 라인들은 삼각형(또는 다른 폐쇄된 형태의 도형)을 형성하고, 각 라인들의 교차점은 세 개의 컬러들에 대응된다. 상기 세 개의 컬러들은 가상원색들로 이용될 수 있다. 상기 가상원색들을 이용하여 삼각형 내에 위치하는 어느 컬러든지 표시하는 것이 가능하다. 이때, 상기 가상원색들은 경계박스 내에 배치된다. 상기 교차점들은 다양한 방식에 의해 구해질 수 있다. 예를 들어, CIE 색좌표계의 xy공간의 선들을 이용하여 구하거나, 라인 인터섹션 공식(line intersection formula)을 통하여 구할 수도 있다. 상기 방법들을 사용함에 있어서, 선형 RGB 좌표계에 의한 공간에서의 평면들을 이용하여 플로팅 포인트(floating point)를 구해서 사용할 수 있다. 그러나 필로팅 포인트를 사용하지 않는 방법으로 전술한 세 개의 공식들의 쌍으로부터 계조라인(line of grays)에 수직한 제4 평면을 정의하는 방법이 있다.

[식 13]

상기 회전한 평면들 중의 두 개가 교차하는 부분은 원점으로부터 방사되는 형태의 직선으로 표현된다. 상기 직선 상의 모든 점들은 동일한 색조를 갖는다. 원점에서 시작하여 컬러 큐브를 지나는 임의의 직선은 [식 13]에 의해 정의된 평면에 수직하게 교차한다. 이를 계산하는 과정에서 인티저 오버플로우(integer overflow)나 영에 의해 나눠지는 단계의 발생 등의 문제는 발생하지 않는다. 계산과정에서 상기 직선이 색공간의 에지(edge)에 접촉할때까지는 모든 가상원색들의 스케일을 조절하는 것이 바람직하다. 상기 방법을 사용하면, LED에 대해서 필드연속컬러(FSC)에 의해 계산된 영역 및 가상원색들에 의해 정의된 영역 사이에 배치된 화소들을 조명(illuminate)하기에 충분한 휘도를 구할 수 있다. 다른 실시예로서 가상원색들의 스케일을 감소시켜서 컬러박스 내의 가장 밝은 컬러와 동일한 휘도를 갖도록 할 수 있다. 이렇게 가상원색들의 스케일을 감소시키면 LED 백라이트의 전력소모를 줄이고 LED 백라이트의 상부에 배치된 LCD 패널의 양자화 오류(quantization error)를 감소시킬 수 있다.

다른 실시예에서, 가상 원색들의 컬러 요소(component colors)는 각 LED의 최대 반복률(duty cycle)에 따라 제한될 수 있다. 예를 들어, 적색 LED는 한 프레임의 제1 필드에서 완전히 턴온되고, 이후의 두 개의 필드들 동안 턴오프될 수 있다. 다른 실시예로서, 적색 LED는 한 프레임의 세 개의 필드들 1/3 동안만 턴온될 수 있다. 상기 실예들에서, 전체 프레임 동안 적색 LED가 소모하는 전력은 동일하다. 이러한 한계는 모든 가상 원색들을 통하여 적색 컬러 성분을 합산한 것에 동일하게 적용되고, 상기 합산된 것이 적색 LED의 반복률과 일치할 때까지 스케일을 감소시킨다. 동일한 방식으로, 적색, 청색 또는 다른 원색을 갖는 LED를 포함하는 백라이트에 적용될 수 있다. 이러한 계산들의 결과는 원색들의 셋트인 세 개의 컬러들(P1, P2, P3)에 적용될 수 있다. 상기 원색들의 셋트는 적절한 조합을 통해 경계박스 내에 위치하는 어떤 컬러라도 표현할 수 있다. 상기 과정들은 “가상 원색 계산(Calc. virtual primaries)” 모듈(1832)을 이용하여 적용될 수도 있다. 상기 원색들은 추후에 LED에 순차적으로 로딩될 수 있다.

LED의 점상강도분포함수는 LED 백라이트에서 가상의 원색들의 컬러를 보간(interpolate)하여 입력 샘플 포인트(input sample points)와 같은 해상도를 갖는 영상을 생성할 수 있도록 한다. 상기 보간은 백라이트 보간 모듈(1834)에 의해 수행된다.

상기 보간된 결과는 “계산된 c값들”(1840) 중 오리지널 RGB 컬러들의 값과 결합하여 출력 감마 모듈(1818)을 통해 표시패널에 적용되는 출력 양자화 값들로 전환된다. 가상 원색들이 필드연속컬러(FSC) 모듈(1820)에 의해 LED 백라이트에 순차적으로 표시되는 동안, 상기 c출력값들은 LCD 표시패널(1824)에 입력된다.

도면부호 1800에 도시된 것과 같은 표시 시스템은 LED들에 관하여 서로 오버랩(overlap)되는 점상강도분포함수를 갖는다. 이때, 정상(steady) 상태인 백라이트 LED의 점상강도분포함수가 능동적인(dynamic) 가상원색을 갖는 LED의 점상강도분포함수와 서로 오버랩될 수도 있다. 이때, 백라이트에 의해 결과적으로 조사되는 광은 정상 상태의 컬러 조명과 필드 연속 컬러 조명(field sequential color illumination)이 혼합된 것일 수 있다. 각 필드는 서로 다른 컬러 및 휘도를 가질 수 있다. 이때, 필드들에 의해 정의되는 영역이 c값을 이용하는 모든 컬러를 포함할 정도로 클 필요는 없다. 즉, c값들은 상기 오버랩되는 점상강도분포함수의 모든 컬러들을 재구성할(reconstruct)필요는 없다. 이때, 색공간 내에 있는 각 필드에서 X/XL 및 GMA 값들을 찾는 것도 가능하다. 특히 주변의 화소들의 평균보다 어두운 화소들에 둘러싸여 있는 화소들, 또는 정상(steady)상태인 LED들과 인접하게 배치되어 가상원색들의 연속적으로 조절된 필드가 오버랩된 상태에서 구동되는 LED들(overlapping field sequentially modulated virtual primary driving LEDs)에 대응되는 화소들에 있어서, 각 필드에서 X/XL 및 GMA 값들을 찾는 것도 가능하다.

각 필드에서 구해진 X/XL 및 GMA 값들을 이용하는 경우, 컬러가 깨지는 현상(color breakup) 및/또는 깜빡임(flicker)을 줄일 수 있다. 일부 컬러만이 색공간 영역 내에 배치되는 경우, 즉, 하나 또는 둘 이사의 필드들이 색공간을 벗어나는 경우(OOG), X/XL 및 GMA 값들도 색공간을 벗어난다. 이러한 경우, 소수의 가상 원색 필드들에 의해 조명(illumination)되는 휘도의 평균값들과 X/XL 및 GMA 값들은 계산과정에서 유용하게 사용될 수 있다. 다른 방식으로 설명하자면, 정상상태(steady) 및 능동상태(dynamic)의 가상원색 필드들을 시간에 따라 오버랩시킨 합은 정상상태의 조명으로 가정하여 대응되는 화소들을 위한 X/XL 및 GMA 값들을 계산하는데 이용된다.

c값 대신에 X/XL 값에 의해 정규화된(normalized) GMA 값들을 이용하는 전술한 두 가지 방법들은 가상원색들만으로 제어되는 LED들에 의해 조명되는(illuminated) 영역에도 적용될 수 있다. 즉, 가상원색들만을 이용하여 표시 시스템을 구성하고, 가상원색과 정상상태인 LED 점상강도분포함수에 의해 도출되는 피크 유닛(1804) 사이에서 오버랩되는 것을 제거할 수 있다.

상기 시스템에서는 하기와 같은 단계들을 통해 원하는 컬러를 재건할 수 있다. 각 가상 원색 필드에서 X/XL 값에 의해 정규화된(normalized) GMA 값들을 이용하여 컬러가 깨지는 현상 및 깜빡임을 감소시킨다. 이어서, 가상원색필드들의 평균(또는 합산) 컬러에 대응되는 X/XL 값들에 의해 정규화된(normalized) GMA 값들 또는 각 가상원색 필드에서 구해진 c값들을 구한다.

다른 방법 (또는 동작모드)은 “중간 가상원색(interim virtual primaries)”을 이용하는 방법이다. 중간 가상 원색들은 구하고자 하는 컬러(desired color)에 대응되는 X/XL 값 및 GMA 값에 의해 형성되는 컬러 셋트이다. 상기 컬러 셋트는 c값 계산 블록(Calc c values block)에 입력된다. 최종적으로 LCD 패널에 입력되는 값은 X/XL 값에 c값을 곱해서 구해진다. 상기 방법은 컬러가 깨지는 현상 및 깜빡임을 감소시킨다.

상기 모드들을 스티치(stitch)하기 위하여, 상기 모드들을 섞는 것이 바람직하다. 수학적으로 볼 때, 컬러 값이 색공간을 벗어나는(Out of Gamut; OOG)는 것을 물리적으로 인식할 수 없더라도, 상기 모드들을 선형적으로 혼합하여(linear blending) 혼합된 값이 색공간 내에 배치되도록 함으로써, 각 모드는 동일한 컬러를 재생산한다. 본 발명의 실시예에서, 선형적으로 혼합하는(linear blending) 방법 및 어느 정도의 양 만큼 혼합하여야 하는지가 개시되어 있다. 따라서, 상기 방법들과 같이 다양한 모드들을 시각적으로 스티치(stiched)하여 영상의 화질을 향상시킬 수 있다.

다양한 컬러 재생산 방법들은 하기의 [식 14]에 따라 수학적으로 설명될 수 있다.(이때 Px, cx에서 x는 필드의 번호를 의미한다.)

[식 14]

c1P1 + c2P2 + c3P3 = C

Px는 필드에서 백라이트의 컬러들을 나타내고, C는 재생산된 컬러의 결과를 나타낸다. cx 값들은 단색(monochrome, no color filter) LCD 시스템의 화소들이 배치된 장소에 대응되는 값들을 의미한다. 가상원색을 이용하는 필드연속컬러(FSC)시스템은 각 컬러필터(예를 들어, RGBW 또는 RGBCW 컬러 시스템)에 대응되는 하나의 c값을 이용하여, 소정의 포인트(point)에서 상기 혼합된 컬러 서브화소들이 마치 하나의 단색 화소인 것처럼 보이도록 한다.

만일 (각 컬러필터에 대응되는 하나의 c값을 이용하는) 가상원색의 필드연속컬러(FSC) 시스템과 다른 모드를 혼합하는 경우, 상기 필드연속컬러(FSC) 시스템은 하기의 [식 15]에 의해 대표될 수 있다.

[식 15]

c1P1(RGBCW) + c2P2(RGBCW) + c3P3(RGBCW) = C

[식 15]에서 (RGBCW)는 R=G=B=C=W를 의미하고, 각각의 컬러에 대응하는 값들은 최대값(MAXCOL)에 대응된다. 이때, 각 R컬러에 대응되는 값, G컬러에 대응되는 값, B컬러에 대응되는 값, C컬러에 대응되는 값, W컬러에 대응되는 값은 개별적으로 구해진다. 즉, 각각의 컬러에 대응되는 값들은 곱셈연산의 배분 등에 있어서 서로 독립적이다. RGBCW 값들(변수들)은 편의를 위해 그룹지어져 있으나, 서로 곱해지거나 더해지지 않는다.

평균적인(over average) 백라이트 값들(예를 들어, 백라이트 컬러의 세 개의 필드들을 시간평균(time averaged)/시간적분(time integrated)하여 W 서브화소에 대한 원색변수(Variable Primary))는 하기의 [식 16]에 의해 구할 수 있다.

[식 16]

P1(RGBCW)A + P2(RGBCW)A + P3(RGBCW)A = C

[식 16]에서 (RGBCW)A 는 X/XL 값 및 정규화된 GMA 값에 의해 컬러 서브화소들에 인가되는 값들을 의미한다.

반면에, 각 백라이트 값(즉, 각 컬러필드에서 원하는 컬러를 독립적으로 구하기 위해서)은 하기의 [식 17]에 의해 구할 수 있다.

[식 17]

P1(RGBCW)1 + P2(RGBCW)2 + P3(RGBCW)3 = C

이때:

P1(RGBCW)1 = P2(RGBCW)2 = P3(RGBCW)3 = C/3

[식 17]에 따르면, 각 필드에서의 RGBCW 값들을 각 시스템으로부터 동일한 컬러에 대하여 동일한 양으로 혼합한다(blend). 예를 들어, 필드연속컬러(FSC)를 혼합하여 [식 18]과 같은 평균값들(over average)을 구할 수 있다.

[식 18]

c1P1(RGBCW)(1-a) + c2P2(RGBCW)(1-a) + c3P3(RGBCW)(1-a) + aP1(RGBCW)A + aP2(RGBCW)A + aP3(RGBCW)A = C

따라서, RGBCWx를 위한 각 필드에서의 값들은 하기와 같이 [식 19]를 통해 구해질 수 있다.

[식 19]

RGBCWxb = cx(RGBCW)(1-a) + a(RGBCW)x

전체 시스템에서(over each system) 각 필드에서의 값도 하기와 같이 [식 20]을 통해 구해질 수 있다.

[식 20]

RGBCWxb = cx(RGBCW)(1-a) + a(RGBCW)x

이때, a는 0과 1 사이의 혼합값이며, RGBCWxb는 서브화소 랜더링 이전에 각 컬러채널(color channel)에서의 혼합값(blended value)을 의미한다.

a를 결정하기 위하여, 가능한 평균값(over average)의 최대값을 이용한 실시예는 다음과 같다. a가 1인 경우에는 LCD의 세 개의 필드들에서 동일한 값을 갖는다. a가 1보다 작은 경우에는 LCD에서의 값들은 필드들에서 다른 값을 갖는다. 왜냐하면 실제로 액정은 새로운 값으로 변화하는 것에 따라서 순간적으로 응답하지 못하기 때문에 필드연속컬러(FSC)시스템에서 커러를 재현하는데 오류가 발생할 수 있다. 하나의 필드에서 다른 필드로의 변화되는 값의 차이가 적을수록 위의 오류들이 발생할 가능성이 적어진다. 이는 액정의 응답속도가 빠리지 못해서 생기는 형상이다. 이러한 필드연속컬러(FSC) 시스템에서의 오류는 가상원색을 이용하는 백라이트 시스템에서는 줄어든다. 왜냐하면, 가상원색들은 오리지널 원색들에 비해 색의 차이가 적기 때문에 오류발생가능성이 줄어든다. a값의 최대허용치는 [식 21]과 같이 cx의 최대허용치와 (RGBCW)x의 최대허용치의 함수로 표현된다.

[식 21]

aMAX(RGBCW)x + cx(1-a) = MAXCOL

이때, a는 [식 22]로 나타낼 수 있다.

[식 22]

a = MAXCOL - cx / MAX(RGBCW)x - cx

상기 혼합하는 과정에서 a값은 0과 1 사이에서 고정된다. 상기 식들은 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 혼합 함수 a는 다음과 같은 [식 23]으로 대체될 수 있다.

[식 23]

(a - ab)

이때, b는 임의의 상수 또는 함수일 수 있으며, 0과 1사이의 값을 갖는다. 상기 함수는 정상 모드에서의 평균(over average)을 필드연속컬러(FSC) 모드에서의 c값으로 혼합하는 것에서 시작된다. 이때, 필드연속모드가 적용되는 영역은 순수한 평균(over average) 모드가 색공간 영역 내에 위치한다. 그러나, 이렇게 하는 경우 멀리 떨어진 밝은 서브화소에 비해 거친 텍스처(texture)가 형성될 수 있다. b값은 지역적인 컬러의 함수를 이용하여 [식 24]와 같이 나타낼 수 있다. 이때 녹색 서브화소가 청색 서브화소에 비해 보다 시인성이 좋다.

[식 24]

RGBCWxb = cx(RGBCW)A(1-(a - ab)) + (a - ab)(RGBCW)x

혼합(blending)량을 결정하는 또 다른 방법으로는 필터된 모드 영상(filtered mode image)를 이용하는 하기와 같은 가상코드가 있다.

--calculate the alpha values

xhimu=math.max(xhi1,xhi2,xhi3)

alpha = math.max(R,B,G,C,W)-xhimu

if alpha~=0 then

alpha = (MAXCOL-xhimu)/alpha

else

alpha =1.0 --clamp infinity at 1.0

end

alpha = math.min(1,math.max(0,alpha))

rx = (alpha-alpha*beta)

xx = (1-(alpha-alpha*beta))

R1o = rx*R+xx*xr1

B1o = rx*B+xx*xb1

C1o = rx*C+xx*xc1

G1o = rx*G+xx*xg1

W1o = rx*W+xx*xw1

R2o = rx*R+xx*xr2

B2o = rx*B+xx*xb2

C2o = rx*C+xx*xc2

G2o = rx*G+xx*xg2

W2o = rx*W+xx*xw2

R3o = rx*R+xx*xr3

B3o = rx*B+xx*xb3

C3o = rx*C+xx*xc3

G3o = rx*G+xx*xg3

W3o = rx*W+xx*xw3

local MX=math.max(R1o,B1o,C1o,G1o,W1o)

if MX>MAXCOL then

R1o = math.floor(MAXCOL*R1o/MX)

B1o = math.floor(MAXCOL*B1o/MX)

C1o = math.floor(MAXCOL*C1o/MX)

G1o = math.floor(MAXCOL*G1o/MX)

W1o = math.floor(MAXCOL*W1o/MX)

end

local MX=math.max(R2o,B2o,C2o,G2o,W2o)

if MX>MAXCOL then

R2o = math.floor(MAXCOL*R2o/MX)

B2o = math.floor(MAXCOL*B2o/MX)

C2o = math.floor(MAXCOL*C2o/MX)

G2o = math.floor(MAXCOL*G2o/MX)

W2o = math.floor(MAXCOL*W2o/MX)

end

local MX=math.max(R3o,B3o,C3o,G3o,W3o)

if MX>MAXCOL then

R3o = math.floor(MAXCOL*R3o/MX)

B3o = math.floor(MAXCOL*B3o/MX)

C3o = math.floor(MAXCOL*C3o/MX)

G3o = math.floor(MAXCOL*G3o/MX)

W3o = math.floor(MAXCOL*W3o/MX)

end

자연 영상에서는 다수의 어두운 포화된 컬러들(dark saturated colors)이 존재한다. 상기 어두운 포화된 컬러들은 하이브리드 필드연속컬러 표시장치(hybrid FSC display)의 컬러필터들을 이용하여 재생산하는 것이 가능하다. 이때는 굳이 가상원색들이 요구되지 않는다. 본 실시예에서, 경계박스를 이용한 조사는 컬러필터들에 의해 재생되는 컬러들을 무시하게 될 수 있다. 왜냐하면, 경계박스를 이용한 조사에서는 X/XL 및 정규화된 RGB 컬러에서 색공간을 벗어나는(OOG) 컬러들을 RGBW 컬러로 전환하고 색공간 맵핑 블록(GMA)에 의해 색공간을 맵핑한다. 즉, 상기 과정을 통해 컬러필터들(또는 표시패널의 화소들)의 색공간을 벗어나는 컬러들을 고려하여 가상원색들을 결정하지만, 컬러필터들의 색공간 내에 위치하는 컬러들은 가상원색들을 결정함에 있어서 고려되지 않는다.

상기 과정은 순환적이고(recursive), 색공간 맵핑(GMA)에 있어서 효과적인 평균 백라이트(effective average backlight)를 1차적으로 추산하여 색공간을 벗어나는(OOG) 컬러들을 결정할 수 있다.

상기 순환적인 과정은 1초에 다수회의 프레임들로 표시되는 비디오 표시 기술에 적합하다. 각 프레임은 현재 백라이트 값들의 결과들을 이용하여 표시된다. 이때, 각 프레임의 영상은 지역적인 가상원색(local virtual primary) 및 평균적인 백라이트 값(average backlight values)을 가지며 백라이트에서 컬러가 점차 어두워지는(local color dimming backlight) 영역에서 상기 순환적인 방법을 통해 구해진 값들을 이용하여 표시된다.

상기 색공간 맵핑 방법은 현재(예를 들어 현재 프레임)의 백라이트 값을 이용하여 상기 혼합하는 과정에 사용될 현재의 컬러필터 값들을 출력한다. 또한 색공간 맵핑 방법은 색공간을 벗어나는(OOG) 화소에서 플레그(flag)값을 설정한다. 경계박스 조사는 상기 화소들이 색공간을 벗어나는지(OOG) 확인한다. 이를 통해 새로운 셋트의 가상원색들이 선택되어 백라이트 제어부(backlight controller)로 보내진다. 백라이트 제어부는 일시적인 필터(temporal filter) 및 감쇄부(decay)를 포함한다. 상기 감쇄부(decay)는 하나의 프레임에서 다른 프레임으로 바뀌는 과정에서의 변화량을 평균하고 부드럽게 하며 느리게 한다. 가장 단순한 필터는 최후의 백라이트 값들 및 새롭게 계산된 값들에 대해서 가중평균하거나 혼합하는 것이다. 상기 필터는 두 가지 목적을 갖는다. 먼저 백라이트에서의 변화를 느리게 하여, 일시적인 변동에 요구되는 구성요소들을 감소시킨다. 또한, 순환적인 과정을 통해서 백라이트에 가장 잘 맞는 조건을 서서히 구할 수 있으며, 진동(oscillation)에 의한 변화를 줄일 수 있다. 또한, 색공간을 벗어나는(OOG) 컬러들에 의해 얻어진 영상이 휘도와 가상원색의 영역 두 가지 측면에서 비점상태 또는 비정상상태의 능동적인(dynamic) 백라이트에 의해서도 얻어질 수 있다.

상기 방법을 사용한 또 다른 장점으로는, 현재 프레임에 추가하여 이후의 N개의 장래 프레임들을 표시하기 위한 조사도 가능하다. 백라이트 값들의 일시적으로 필터된 응답이 가능하므로, 가상원색들에 의해 표시되는 영상의 휘도가 저하되지 않으며 가상원색들에 의해 커버되는 영역의 크기가 줄어들지 않는다. 이때, 장면의 특성이 바뀌거나 물체의 움직임이 일정 영역에서 다른 영역으로 변하더라도 화질이 변하지 않는다. 상기 장래 프레임들을 조사하는 방법에 의해, N 개의 프레임들에 해당하는 컬러 값들 중에서 가장 높은 값들을 이용하여 조사과정이 수행될 수 있다. 하드웨어적으로 볼 때, 이런 방법을 위해서 추가적인 프레임 버퍼들이 요구된다. 왜냐하면, 추가적인 프레임들 동안 현재 프레임이 시간적으로 지연되기(time delayed) 때문이다. 주의할 것은, 음성 트렉 또한 동일한 N개의 프레임동안 지연되어야만, 음성/영상 동기화가 유지될 수 있다.

상기 방법에서는 경계박스를 조사함에 있어서, 선택적으로 특정 컬러를 무시하거나 특정 화소에 대한 조사를 무시할 수도 있다. 즉, 경계박스 선택과정을 변형하여 적절한 컬러나 적절한 화소를 선택적으로 무시하도록 발명의 실시예를 변형할 수 있다. 도 34는 가상 원색들에 의해 정의되고 입력화소들을 단순화시킨 2차원 그래프이다. 도 34에서는 가상원색들의 짝(P1, P2)을 이용하여 입력화소의 클라우드(cloud)의 경계를 정의하는 2차원 그래프가 도시되어 있다. 이때, P1과 P2는 2분의 1의 비율로 줄여져 있으며 공존하는 원색들의 필드로 도시되어 있다. 도면상의 벡터들은 백라이트에서 필드연속컬러의 색공간을 기초하고 있으며, P1과 P2의 벡터합은 컬러필터 색공간의 중간축을 형성한다. 도면에서 벡터 P3은 존재하기는 하지면 단순화를 위해서 도면상에서는 생략하였다.

그러나 상기 방법에 의할 경우 컬러필터 색공간 영역 내의 컬러들의 전부 또는 실질적으로 전부의 입력화소들을 고려하지 않아서, 백라이트 값을 결정하는데 부정확한 점이 있다. 왜냐하면 전체 화소들 중의 작은 부분집합이 화소 클라우드(cloud)의 경계부분에 위치할 수도 있기 때문이다. 또한, 추가로 부가되는 시스템에서는 백라이트 값들을 결정하는데 있어서 때때로 변동하는(oscillatory) 현상이 나타날 수도 있다.

따라서, 본 실시예에서는 위와 같은 방법과는 다른 방법을 이용한다. 예를 들어 하이브리드 필드연속컬러(FSC) 시스템의 가상원색들의 색조(chromaticity)를 결정하는데 있어서 어두운 포화된 입력 화소들(dark saturated input pixels)을 제외시킬 수 있다.

도 35는 가상 원색들에 의해 정의되고 본 발명에 의해 개선된 배제 색공간(exclusion gamut)을 단순화시킨 2차원 그래프이다. 도 35를 참조하면, 백라이트의 최종 평균값에 대한 1차 근사(first order approximation)가 수행된다. 가상 원색들은 1차적으로 순수한 적색, 순수한 녹색 및 순수한 청색의 직교하는 벡터들로 가정된다. 상기 벡터들은 최대 적색 데이터값, 최대 녹색 데이터 값 및 최대 청색 데이터값으로 가정된다. 상기 백라이트에서의 최대 적색 데이터값, 최대 녹색 데이터 값 및 최대 청색 데이터값은 입력 영상에서의 최대 적색 데이터값, 최대 녹색 데이터 값 및 최대 청색 데이터값으로부터 소정의 비율로 환산된(scaled) 값들이다. 상기 백라이트의 1차 근사된 평균값은 상기 세 개의 원색들의 합에 의해 정의되는 벡터로 대표되고, 상기 입력 영상에서의 최대 적색 데이터값, 최대 녹색 데이터값 및 최대 청색 데이터값에 의한 벡터와 동일할 수 있다.

도 35를 참조하면, 백라이트의 근사된 평균값에 근거하여, 컬리필터의 색공간 및 연속하는 배제 색공간(exclusion gamut)은 상기 컬러 필터 색공간의 어두운 끝부분을 커버할 수 있도록 정의될 수 있다. 배제 색공간의 외부에 배치되는 화소들 또는 컬러들을 이용하여 상기 경계박스 조사법이 수핸된다. 즉, 컬러들 및 화소들에 대응되는 컬러들이 배제 색공간을 벗어나는 것인지 가상원색들에 대한 경계박스 조사법이 수행되고, 배제 색공간 내의 화소들에 대응되는 컬러들은 가상원색들에 대한 경계박스 조사법에 의해 판단되지 않는다. 이때, 배제 색공간을 이용한 경계박스 조사법에서, 컬러필터 색공간을 벗어나는 컬러들뿐만 아니라 컬러필터들의 색공간 내에 배치되지만 배제 색공간의 외부에 배치되는 컬러들도 배제 색공간(exclusion gamut)을 벗어나는 것(out-of-gamut)으로 판단된다.

상기 배제 색공간은 피크 데이터 값들을 적절한 환산계수만큼 빼주어서 작은 직사각형 형태로 정의될 수 있다. 다양한 환산계수나 다양한 형태의 배제 색공간이 고려될 수 있다. 바람직하게는, 상기 환산계수는 1/(1+(Lw/Lrgb))이다. 환산계수가 1/(1+(Lw/Lrgb))인 경우에, 상기 근사된 컬러필터 색공간의 아래쪽 단부가 직사각형 모양을 갖는다. 이때 Lw는 백색(넓은 밴드를 갖는) 서브화소의 투과도를 나타내고, Lrgb는 컬러필터 서브화소의 투과도를 나타낸다.

도 36은 가상 원색들에 의해 정의되고 본 발명에 의해 개선된 배제 색공간(exclusion gamut)을 단순화시킨 2차원 그래프이다. 도 36에서 더 많은 화소를 배제시키고 잠재적으로 더 최적화된 백라이트 값들을 결정하면서도 컬러가 깨지는 현상(color breakup)이 줄어든 색공간이 도시된다. 도 36에 도시된 그래프의 좌측은 배제 색공간의 예를 나타낸다. 이때, 배제 색공간은 도면상의 두 점 P1 및 P2와 컬러필터 색공간의 원점을 지나는 직선들과, 컬러필터 색공간의 최대 컬러값에 계수(또는 전술한 함수들에 의해 구해지는 계수들 중의 하나)를 곱한 제3 지점 또는 각 화소의 최대 컬러값을 근사한 값에 의해 정의될 수 있다. 도 36에 도시된 그래프의 우측은 또 다른 배제 색공간의 예를 나타낸다. 이때, 배제 색공간은 컬러필터 색공간의 두 사이드(sides) 및 컬러필터 색공간의 최대컬러값에 계수(또는 전술한 함수들에 의해 구해지는 계수들 중의 하나)를 곱한 지점 또는 각 화소의 최대 컬러값을 근사한 값에 의해 정의될 수 있다. 당업자라면 입력화소들을 충분히 배제시키고 가상원색들의 값을 보다 정확히 구하거나 입력화소의 경계에 보다 인접하게 하는 다양한 크기의 배제 색공간이 가능할 것이다.

그러나, 배제 색공간이 지나치게 커지면 입력화소 클라우드(input pixel cloud)의 중요부분이 표시되지 않을 위험성이 증가한다. 따라서, 배제 색공간의 크기 및 한계는 각 입력채널의 데이터 값의 평균보다 낮아야 한다. 예를 들어, 배제 색공간의 크기는 평균입력 적색의 데이터 값, 평균입력 녹색 데이터 또는 평균입력 청색 데이터의 평균보다 낮아야 한다.

또한, 입력영상 통계를 기초한 계산으로 배제 색공간을 설정하거나 백라이트에서의 색조를 결정하는 것은 연속하고 반복되는 휘도 결절을 가능하게 하여 정상상태를 보다 빠르게 달성할 수 있다. 즉, 본 발명의 배제 색공간을 설정하거나 백라이트에서의 색조를 결정하는 방법은 배제 색공간 없이 백라이트의 색조를 결정하는 방법에 비해 보다 빠르게 높은 화질의 영상을 표시하는 상태에 도달할 수 있어서 동영상의 화질이 향상될 수 있다.

하기의 가상코드는 직사각형 형상을 갖는 단순한 배제 색공간을 나타낸다. 프레임버퍼가 포함되지 않는다면 백라이트의 가상원색을 조사하는 과정은 이전 프레임에서 조사된 입력피크 채널의 값(input peak channel survey)을 이용하는 것이 바람직하다.

r_excl = rin_max[i]*(1/5) --input peak channel survey results scaled by 1/(1+Lw/Lrgb) = 1/(1+4) = 1/5

g_excl = gin_max[i]*(1/5)

b_excl = bin_max[i]*(1/5)

ooeg = 0

if r > r_excl or g > g_excl or b > b_excl then -- if input is outside the exclusion gamut

ooeg = 1 --out of exclusion gamut flag

end

if (ooeg==1) then --if this pixel is outside the exclusion gamut

survey(r,g,b) --survey the input pixel for virtual primary chromaticity decision

end

예를 들어, 상기 a혼합과정(a blending)에서 색공간 맵핑(GMA)에서 컬러가 색공간 내에 위치하는 경우(in-gamut)에 a값은 1이 되고, 색공간 내에 위치하는 모든 컬러들은 평균적인 백라이트 상의 컬러필터에 의해 표시될 수 있다. 만일 b값이 사용되는 경우, 상기 코드는 c값이 유효한지 테스트되는 과정을 포함해야 한다. 이때, 상기 컬러는 가상원색들에 의해 색공간 내에서 형성되는 삼각형의 내부에 위치한다.

이때, 한 프레임에서 다른 프레임으로 영상이 바뀌는 과정에서 순환적인 공정(recursive process)이 미처 따라가기 어려울 정도로 가상원색들이 새로운 컬러들을 포함하도록 빠르게 변경되거나 확장되는 경우가 생길 수 있다. 이러한 경우 컬러들은 컬러필터의 색공간 맵핑(GMA) 및 필드연속컬러(FSC) 시스템의 c값의 양 측면에서 색공간을 벗어나게(OOG) 된다. 이때, c값은 소정의 화소에 대응하는 하나 또는 둘 이상의 필드에서 네거티브(negative) 값을 가질 수 있다. 동시에, 네거티브가 아닌 c값의 경우는 상대적으로 높은 값을 가진다. c값이 네거티브 값을 갖는다는 것은 색공간에서의 벡터가 역전되고 해당 컬러벡터가 다른 포지티브(positive) c값을 갖는 벡터로부터 빼진다는 것을 의미한다. 이는 영상에 있어서 너무 밝거나 불충분하게 어두운 컬러로 나타나게 된다. 사용자가 네거티브 영상을 물리적으로 시인하는 것은 불가능하기 때문에, 이러한 현상은 처음에는 문제점으로 인식될 수 있다. 그러나, 당업자라면, 상기 a혼합과정(a blending)을 통하여 상기 네거티브 c값을 부분적으로 또는 완벽하게 상쇄(offset)시킬 수 있다. 또한 혼합된 색공간 맵핑(GMA) 값은 네거티브 c값을 갖는 컬러들이 0이거나 거의 없게 되어서, 매우 높은 값을 갖는 c값이 감소될 수 있다. 최종적으로 상기 재생산된 컬러는 달성하고자 하는 오리지널 컬러의 값과 근접하거나 동일한 컬러가 될 수 있다. 따라서, 상기 모드들을 혼합하는 경우, 네거티브 c값이 상쇄되어 실제 시스템에 의해 컬러 값들이 재생산하는 것이 가능하다. 예를 들어, 상기 과정을 수행하는 코드는 다음과 같다.

function surveypix(x,y) --how to survey a single pixel, x and y are LCD co-ords

local

i=math.floor(x/ledXsep)+xbak*math.floor(y/ledYsep) --co-ord of BLU zone

local r,g,b = spr.fetch(pipeline,x,y) --fetch input RGB values

if (r+g+b)~=0 then --ignore black

black[i]=0 --flag will be 1 if all black

local angle --psuedo angle

--calculate 'angle' of RG plane rotating towards the B axis to each point

local angle = r*MAXCOL/(r+g+b)

rmin[i] = math.min(angle,rmin[i])

rmax[i] = math.max(angle,rmax[i])

angle = g*MAXCOL/(r+g+b)

gmin[i] = math.min(angle,gmin[i])

gmax[i] = math.max(angle,gmax[i])

--the angle of the BR plane rotating towards the G axis

angle = b*MAXCOL/(r+g+b)

bmin[i] = math.min(angle,bmin[i])

bmax[i] = math.max(angle,bmax[i])

end -- ignore black

--survey the xhi values for power reducrion

local xhi1=spr.fetch("xhi1",x,y) --fetch the xhi value

local xhi2=spr.fetch("xhi2",x,y) --from all three

local xhi3=spr.fetch("xhi3",x,y) --fields

peak1[i]=math.max(peak1[i],xhi1)

peak2[i]=math.max(peak2[i],xhi2)

peak3[i]=math.max(peak3[i],xhi3)

end

--how to analyze the survey results in one zone

function surveyzone(x,y) --x,y are LED zone co-ords

local i=x+xbak*y --index into statistic tables

if black[i]==1 then

Rp1,Gp1,Bp1=1,1,1 --set them to a very dim non-zero number if the lcd above the zone is black

Rp2,Gp2,Bp2=1,1,1

Rp3,Gp3,Bp3=1,1,1

else

--calculate the reddish-greenish-bluish primaries

Rp1 = MAXCOL-bmin[i]-gmin[i] --reddish

Gp1 = gmin[i]

Bp1 = bmin[i]

Rp2 = rmin[i] --greenish

Gp2 = MAXCOL-rmin[i]-bmin[i]

Bp2 = bmin[i]

Rp3 = rmin[i] --blueish

Gp3 = gmin[i]

Bp3 = MAXCOL-rmin[i]-gmin[i]

--scale them until they bump up against the edge of the Gamut first

Dp = math.max(Rp1,Gp1,Bp1) --The intersection formula I used can never get zero!

Rp1 = Rp1*MAXCOL/Dp

Gp1 = Gp1*MAXCOL/Dp

Bp1 = Bp1*MAXCOL/Dp

Dp = math.max(Rp2,Gp2,Bp2)

Rp2 = Rp2*MAXCOL/Dp

Gp2 = Gp2*MAXCOL/Dp

Bp2 = Bp2*MAXCOL/Dp

Dp = math.max(Rp3,Gp3,Bp3)

Rp3 = Rp3*MAXCOL/Dp

Gp3 = Gp3*MAXCOL/Dp

Bp3 = Bp3*MAXCOL/Dp

--then reduce power according to the xhi survey

peakv=math.min(peak1[i]+HEADROOM,MAXCOL)

Rp1=Rp1*peakv/MAXCOL --scale it down so max xhi value will be on nearly full

Gp1=Gp1*peakv/MAXCOL

Bp1=Bp1*peakv/MAXCOL

peakv=math.min(peak2[i]+HEADROOM,MAXCOL)

Rp2=Rp2*peakv/MAXCOL --scale it down so max xhi value will be on nearly full

Gp2=Gp2*peakv/MAXCOL

Bp2=Bp2*peakv/MAXCOL

peakv=math.min(peak3[i]+HEADROOM,MAXCOL)

Rp3=Rp3*peakv/MAXCOL --scale it down so max xhi value will be on nearly full

Gp3=Gp3*peakv/MAXCOL

Bp3=Bp3*peakv/MAXCOL

end

return Rp1,Gp1,Bp1,Rp2,Gp2,Bp2,Rp3,Gp3,Bp3

end --in a later step, these are decayed with the previous LED decision

또한 상기 방법을 변형하여 컬러 서브화소 값들에 적용할 수 있다. 이때 상기 컬러 서브화소 값들은 혼합되지 않은 값이어도 가능하다. 예를 들어, 표시장치의 색공간에서 “노란색 계열(line of yellow)”, 적색 원색으로 최대한 포화된 컬러, 및 녹색 원색으로 최대한 포화된 컬러를 재생산하는 경우, 청색(B) 및 청녹색(C) 서브화소가 셧오프(shut off)되어 청색 및 에메랄드색 휘도가 명목상으로 0이라고 하더라도 LCD의 응답속도로 인하여 일부 광 누설(leak) 현상이 나타난다. 주요 광학 스위치 매질로서 액정물질을 사용하는 필드연속컬러(FSC) 시스템에서, 응답속도가 떨어지는 경우 낮은 값의 필드(lower valued field)에서 백라이트 광의 누설(leak)이 발생한다. 낮은 값의 필드가 0이 아닌 경우, 타겟 값(target value)을 추정치(estimated amount)에 의해 오버슈트(overshoot)시켜서 광누설현상을 보상하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 표시하고자 하는 컬러가 포화된 경우 상기 낮은 값의 필드는 0이 되므로, 오버슈트시킬 수 있는 더 낮은 값이 존재하지 않게 된다.

하이브리드 필드연속컬러 시스템(hybrid FSC system)에서, 컬러필터된 서브화소들이 적용되어 필드에서의 값이 0인 휘도를 갖는 컬러에 대응되는 서브화소들을 턴오프시켜서 색재현성이 향상될 수 있다. 그러나 서브화소에서 공간적으로 급격한 컬러의 변화에 의한 문제점은 피할 수 없다. 따라서, 청색(B)과 청녹색(C) 서브화소들을 셧오프시키는 양을 부드럽게(smoothly) 도입시키는 방법이 요구된다. 비슷한 방법으로 색공간에서 “자주색 계열(line of purples)”의 컬러에 대해서는, 녹색 서브화소를 부드럽게(smoothly) 셧오프시키는 것이 필요하다. 또한, 청색계열의 컬러에 대해서는, 적색 새브화소를 셧오프시키는 것이 필요하다.

상기 방법을 수행하는 가상코드는 다음과 같다.

R = G = B = C = W

If Bin < MAX(Rin, Gin)

Then B = C = Bin / MAX(Rin, Gin)

If Gin < MAX(Rin, Bin)

Then G = Gin / MAX(Rin, Bin)

If G < C

Then C = G

If Rin < MAX(Bin, Gin)

Then R = Rin / MAX(Bin, Gin)

이때 Rin, Bin 및 Gin 은 시스템의 RGB컬러에 대한 입력값들에서 선형화된 휘도 값으로 패널에 의해 표시하고자 하는 컬러를 나타낸다.

특히, 각 화소에서 청색 서브화소의 입력 휘도값이 적색 또는 청색 서브화소의 입력 휘도값보다 작은지 1차적으로 판단한다. 만일 각 화소에서 청색 서브화소의 입력 휘도값이 적색 또는 청색 서브화소의 입력 휘도값보다 작은 경우, 청색 및 청녹색 화소들의 값은 청색 서브화소의 입력값을 적색 및 녹색 서브화소에서의 입력값들 중에서 큰 값으로 나눈 값으로 셋팅된다. 이어서, 청색 서브화소의 입력값이 적색 또는 청색 서브화소의 입력값보다 작은지 판단한다. 만일 청색 서브화소의 입력값이 적색 또는 청색 서브화소의 입력값보다 작은 경우, 청색 서브화소의 값은 녹색 서브화소의 입력값을 적색 및 청색 서브화소들의 입력값들 중에서 큰 값으로 나눈 값으로 셋팅된다. 이후에, 녹색 서브화소의 값이 청녹색 서브화소의 값보다 작은지 판단한다. 만일 녹색 서브화소의 값이 청녹색 서브화소의 값보다 작은 경우, 청녹색 서브화소의 값은 녹색 서브화소의 값으로 셋팅된다. 이때, 청녹색 서브화소의 값은 청색 서브화소의 값이 감소된 값인지 여부와 상관없이 녹색 서브화소의 값으로 셋팅된다. 마지막으로 적색 서브화소의 입력값이 청색 또는 녹색 서브화소의 값보다 작은 경우, 적색 서브화소는 적색 서브화소의 입력값에서 청색 및 녹색 서브화소들의 입력값들 중에서 큰 값으로 나눈 값으로 셋팅된다.

상기 과정들은 컬러가 컬러 스페이스에서 백색(또는 회색)으로부터 컬러 스페이스 상의 소정의 라인 사이의 컬러 공간의 일측 상에 위치하는지를 테스트한다. 상기 과정들을 통해서 바라지 않는 컬러(undesired color)를 바라는 컬러(desired color)의 포화도에 역비례하는(inversely proportional) 값으로 셋팅한다. 상기 과정들은 모드 스티칭(Mode Stitching) 또는 혼합(blending)하는 단계를 수행하기 이전에 수행될 수 있다. 상기 역비례는 반드시 정확한 역비례를 의미하는 것은 아니고, 바라지 않는(undesired) 컬러들에 대해서 컬러값을 다양한 형태로 감소시키는 것을 의미한다.

예를 들어, 펜타일(PenTile) RGBW와 같은 RGBW 시스템에 적용되는 코드는 다음과 같다.

R = G = B = W

If Bin < MAX(Rin, Gin)

Then B = = Bin / MAX(Rin, Gin)

If Gin < MAX(Rin, Bin)

Then G = Gin / MAX(Rin, Bin)

If Rin < MAX(Bin, Gin)

Then R = Rin / MAX(Bin, Gin)

따라서, 각 화소에서 청색 서브화소의 입력값이 적색 또는 녹색 서브화소의 입력값보다 적은지 1차적으로 판단된다. 만일 각 화소에서 청색 서브화소의 입력값이 적색 또는 녹색 서브화소의 입력값보다 적은 경우, 청색 서브화소는 청색 서브화소의 입력값을 적색 및 녹색 서브화소들의 입력값들 중에서 큰 값으로 나누어진 값으로 셋팅된다. 이어서, 녹색 서브화소의 입력값이 적색 또는 청색 서브화소의 입력값보다 작은지 판단한다. 만일 녹색 서브화소의 입력값이 적색 또는 청색 서브화소의 입력값보다 작은 경우, 녹색 서브화소는 녹색 서브화소의 입력값을 적색 및 청색 서브화소들의 입력값들 중에서 큰 값으로 나누어진 값으로 셋팅된다. 이후에, 적색 서브화소의 입력값이 청색 또는 녹색 서브화소의 입력값 중에서 작은 값보다 작은지 판단한다. 만일, 적색 서브화소의 입력값이 청색 또는 녹색 서브화소의 입력값 중에서 작은 값보다 작은 경우, 적색 서브화소는 적색 서브화소의 입력값을 청색 및 녹색 서브화소의 입력값들 중에서 큰 값으로 나누어진 값으로 셋팅된다. 예를 들어, 상기 과정들은 하기의 코드를 통해 수행될 수 있다.

--get xhi values early, we need them in several places

local xhi1,og1=spr.fetch("xhi1",x,y)

local xhi2,og2=spr.fetch("xhi2",x,y)

local xhi3,og3=spr.fetch("xhi3",x,y)

--these will contain the results, however calculated

local R1o,B1o,C1o,G1o,W1o,L1o

local R2o,B2o,C2o,G2o,W2o,L2o

local R3o,B3o,C3o,G3o,W3o,L3o

local R,B,C,G,W,L,Og=spr.fetch("gmaA",x,y) --the GMA results ri,gi,bi=spr.fetch(ingam,x,y) --the RGB values after ingamma

--separate storage for xhi for each primary

local xr1,xb1,xc1,xg1,xw1=xhi1,xhi1,xhi1,xhi1,xhi1

local xr2,xb2,xc2,xg2,xw2=xhi2,xhi2,xhi2,xhi2,xhi2

local xr3,xb3,xc3,xg3,xw3=xhi3,xhi3,xhi3,xhi3,xhi3

if CYANNESS==1 then

if ri<math.max(bi,gi) then

local cnes=ri/math.max(bi,gi)

xr1=math.floor(xhi1*cnes)

xr2=math.floor(xhi2*cnes)

xr3=math.floor(xhi3*cnes)

end

end

if MAGENTNESS==1 then

if gi<math.max(ri,bi) then

local mnes=gi/math.max(ri,bi)

xg1=math.floor(xhi1*mnes)

xc1=math.floor(xhi1*mnes)

xg2=math.floor(xhi2*mnes)

xc2=math.floor(xhi2*mnes)

xg3=math.floor(xhi3*mnes)

xc3=math.floor(xhi3*mnes)

end

end

if YELLOWNESS==1 then

if bi<math.max(ri,gi) then

local ynes=bi/math.max(ri,gi)

xb1=math.floor(xhi1*ynes)

xc1=math.floor(xhi1*ynes)

xb2=math.floor(xhi2*ynes)

xc2=math.floor(xhi2*ynes)

xb3=math.floor(xhi3*ynes)

xc3=math.floor(xhi3*ynes)

end

end

다른 실시예로서, 정상상태인 백라이트(steady backlight)의 휘도를 4개의 타임슬롯(time slots)들 중의 하나에 집중하여 가상원색 필드연속컬러(FSC) 시스템의 제4 필드가 되도록 하는 방법도 있다.

4개의 가상원색들이 존재하는 경우, 이들을 조합하여 원하는 컬러(desired color)의 등형동색들(metamers)을 구현할 수 있다. 따라서 이들 등형동색들 중의 어느 하나를 선택하게 된다. 이때, 소정의 등형동색은 원하는 컬러로부터 멀리 떨어진 가상원색의 성분을 최소화하도록 선택될 수 있다. 이때 원하는 컬러로부터 멀리 떨어진 가상원색의 성분을 최소화하는 정도가 0이 되는 경우, 원하는 컬러는 나머지 3개의 가상원색들만으로 재현될 수 있다. 이때, 원하는 컬러는 세 개의 가상원색에 대한 c값을 계산하는 것만으로도 구해질 수 있다.

전술한 시스템 및 방법은 색공간을 벗어나는(OOG) 상황을 제어하는데 사용될 수 있는 여러가지 다양한 변형이 가능하다. 이하에서는 상기 시스템의 다른 변형 실시예들이 개시된다. 예를 들어, 서브화소 랜더링(SPR) 방법이 상기 시스템에 결합되거나 상기 시스템에 적용될 수 있다. 또한, 도 18에 도시된 다양한 블록들(예를 들어, 색공간 맵핑 블록(GMA), X/XL 블록)이 사용될 수 있다. 다만, 이러한 블록들의 사용에 관한 중복되는 설명은 생략한다. 당업자라면 색공간을 벗어나는(OOG) 상태를 제어하는 다양한 변형실시예가 가능할 것이다.

다른 숫자의 백라이트용 다원색을 갖는 시스템이 가능하다. 예를 들어, 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 청녹색(C) LED를 갖는 다원색 백라이트가 가능하다. 전술한 기술들은 다양한 형태의 색조 영역을 계산하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 사변형, 삼각형 등의 다양한 형상을 갖는 원색들의 조합에 적용될 수 있다. 도 23은 다원색 LED 색좌표 및 상기 다원색 LED 색좌표보다 작은 개별 영상 색좌표를 나타내는 겹쳐진 XYZ원색들을 CIE 1931 색좌표상에 나타낸 그래프이다. 도 23에서 색공간에서 가능한 컬러들은 네 번째 컬러를 갖는 LED 발광체를 이용하여 확장된다. 본 실시예에서, 상기 추가적인 컬러를 갖는 LED 발광체는 청녹색 컬러일 수 있다. 이때, 가상원색들(2330, 2340, 2350)의 다양한 조합에 의한 셋트가 가능하다. 예를 들어, 컬러 LED 발광체들의 조합에 의한 등형동색 조합을 이용한 가상원색들(2330, 2340, 2350)의 다양한 셋트가 가능하다. 가상원색들이 적용되는 컬러 스페이스(color space)는 일반적인 RGB원색들에 의한 컬러 스페이스보다 크기 때문에, 부다 큰 다원색 색공간(multiprimary color gamut)을 포용할 수 있다. 다른 실시예에서, 원색들의 셋트는 가상적인 것일 수 있다. 즉, 원색들의 셋트가 수학적으로는 계산 가능하지만 물리적으로는 실현되기 어려울 수 있다. 예를 들어, CIE XYZ 원색들의 경우 가상적인 원색들의 셋트가 될 수 있다. 실현가능한 가상원색은 XYZ 원색들의 선형조합에 의해 가능하기 때문에, 전술한 계산에서 RGB 표기(notation)는 컬러 스페이스들 사이의 적절한 변형을 통해 XYZ 표기로 대체될 수 있다.

필드연속컬러(FSC) 기술을 적용하는 경우, 필드연속컬러(FSC)에 의한 부작용(예를 들어, 컬러가 깨지는 현상(color break-up), 깜빡임 현상(flicker), 등)을 최소화하는 것이 바람직하다. 이를 해결하기 위한 방법의 하나로서, 각 LED 점상강도분포함수 내에서 컬러의 분포를 색조영역(chromaticity area)에 느슨하게 구속하는 방법이 있다. 즉, 각 LED 점상강도분포함수 내에서 분포되는 컬러와 색조영역 사이의 구속이 지나치게 엄격하지 않도록 한다. 각 LED 점상강도분포함수 내에서 분포되는 컬러와 색조영역을 지나치게 엄격하게 구속하는 경우, c값의 불일치가 커질 수 있다. c값의 불일치가 커질수록 시인되는 깜빡임의 정도가 증가한다.

다른 방식으로, 각 LED의 점상강도분포함수 내의 컬러들의 분포보다 큰(또는 비례적으로 큰) 가상 색공간을 형성하는 가상 원색들을 선택할 수도 있다. 예를 들어, 원색들을 오리지널 RGB 원색들(또는 RGBC 원색들) 쪽으로 일정한 거리 또는 일정 비율로 이동시켜서 보다 큰 가상 색공간을 형성할 수 있다. 다른 실시예로서, 가상원색들의 중심(centroid)을 구한 후에, 가상원색들과 중심 사이의 거리에 일정한 계수를 곱한 거리만큼 멀어지도록 이동시키는 방법도 있다. 또 다른 실시예로서, 점상강도분포함수 내의 영상에서 발견되는 컬러들의 평균값을 이용하는 방법도 있다. 또한, 가상 원색들은 본래의 거리(original distance)로부터 일정 계수만큼 멀어지게 하는 방법도 가능하다. 또한, 일정한 함수를 적용하여 본래의 거리가 가까울수로 더 멀어지고, 본래의 거리가 멀면 덜 멀어지도록 비례적으로 이동시키는 방법도 있다. 이때, 어두운 컬러보다 밝은 컬러에 가중치를 두고 밝은 컬러에 보다 큰 c값이 곱해지도록 해서 깜빡임(flicker)을 줄일 수도 있다.

소수의 LED 점상강도분포함수의 전체 영역에 걸쳐있는 총무지색(solid color)는 분산도가 0이므로(zero distribution), 가상원색들은 같은 값으로 수렴한다(collapse). 가능한 한 적은 수의 원색들을 사용하는 것이 바람직하므로, 두 개 또는 세 개의 원색들을 같은 값으로 세팅하는 것이 바람직하다. 이때, 원색들과 상기 원색들에 대응되는 c값이 같은 값이 되도록 유지할 수 있다. 상기와 같이 원색들을 결합하면 시간적인 빈도(temporal frequencies)를 증가시켜서 불이익한 잔상 현상(artifacts, 또는 화질저하 현상)을 감소시킬 수 있다. 구하고자 하는 화소 컬러(desired pixel color)가 적게 퍼질수록(분포될수록), 가상원색들이 수렴하는 정도(collapse)가 더 증가한다.

하나의 상태에서 다른 상태로 변화하는 액정표시 응답속도를 느려지게 하는 c값의 오류를 계산하여, 구하고자 하는(desired) 값이 되도록 필드연속컬러를 조절하고(FSC modulation) 가상원색들을 보상한다. 이때, 밝은 원색들은 더 밝게 되고, 어두운 원색들은 더 어둡게 될 수 있다.

다른 실시예에 따른 필드연속컬러(FSC) 방법

필드연속컬러 백라이트 시스템에서 펄스폭조절(Pulse Width Modulation; PWM)을 이용하여 LED를 포함하는 백라이트를 구동하는 것이 가능하다. 도 19a 및 19b는 도 18에 도시된 시스템에 의해 주어진 색을 재현하는 두 가지 방법들을 나타내는 타이밍도이다. 도 19a 및 19b에서 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 각각의 컬러별(RGB) 휘도(또는 강도, 전압 등)를 나타낸다. 도 19a 및 19b는 필드연속컬러(FSC) 시스템을 위한 싱글 펄스폭 조절(single PWM) 사이클을 이용하여 색공간을 벗어나는(OOG) 상태를 조절하는 방법을 나타낸다. 도 19a에서, 약간 불포화된(slightly desaturated) 적색 컬러에서 녹색 및 청색 LED는 약간만 턴온된다. 이때, 적색 컬러가 색공간을 벗어나는 것(OOG)을 가정한다(예를 들어, 도 19a의 A1). 적색 LED는 상기 색공간을 벗어나는 적색을 표시할 수 없다. 도 19b는 가상원색시스템에서 펄스폭조절(PWM) 사이클에서 세 개의 타임슬롯(time slot) 중 적색, 녹색 및 청색을 표시하는 대신에, 제1 원색(P1, 적색), 제2 원색(P2, 적색-오랜지) 및 제3 원색(P3, 어두운 마젠타(dark magenta))의 가상원색들을 이용하여 표시한다. 도 19b에서 추가적인 영역들(A2, A3)의 합은 도 19a에서 색공간을 벗어나는(OOG) 영역(A1)과 동일한 양을 갖는다. 따라서, 도 19b의 적색 커브는 도 19a의 적색 입력값들을 모두 포함하여 색공간을 벗어나는(OOG) 현상을 방지할 수 있다.

다른 실시예로서, 도 20a, 20b 및 20c는 가상의 원색들을 이용한 방법들을 나타내는 타이밍도이다. 도 20a, 20b 및 20c에서 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 각각의 컬러별(RGB) 휘도(또는 강도, 전압 등)를 나타낸다. 도 20a는 적색, 녹색 및 청색 LED가 실질적으로 동일한 광량으로 연속하는 LED 백라이트에서 백색 영역을 생성하는 필드연속컬러(FSC) 파형도를 나타낸다. 도 20b는 각 사이클에서 3분의 1 휘도로 3배의 시간동은 턴온되는 LED에 의해 도 20a와 동일한 백색광을 생성하는 파형도를 나타낸다. 이때, 세 개의 가상 원색들(P1, P2, P3)은 동일한 회색의 음영(shade of grey)을 갖는다. 영상에서 흑색, 백색, 회색 등 컬러가 없는 넓은 영역이 존재하는 것은 일반적이다. 상기 컬러가 없는 영역을 감지하여 도 20b와 같이 단색 가상 원색(monochrome virtual primaries)을 이용하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 도 20a의 파형도를 갖는 영상은 깜빡임(flicker) 불량이 나타날 수 있으나, 도 20b와 같은 파형도를 갖는 영상은 깜빡임 불량이 나타나지 않기 때문인다. 그러나, 도 20b의 파형도를 갖는 영상보다는 도 20c의 파형도를 갖는 영상이 바람직하다. 도 20c에서는, 펄스폭조절(PWM)에 비례하여 LED를 구동하여 하나의 필드연속컬러(FSC) 사이클만으로 원하고자 하는 평균 휘도(desired average brightness)를 얻을 수 있다. 도 20c에서는 도 20a에 비해 깜빡이는(flicker) 진동수가 3배이기 때문에 깜빡임(flicker)을 인간의 시각으로 감지할 수 없게 된다. 따라서, 도 20c에서는 시인되는 깜빡임(flicker)이 줄어든다.

필터링되지 않은 LCD표시장치를 갖는 능동적 가상원색 시스템(Dynamic Virtual Primary System Having Unfiltered LCD Display)

도 21a는 가상의 원색 공간을 순차적으로 재현하는 색 시스템(virtual primary field sequential color system)을 나타내는 블록도이다. 도 21a에서 LCD 패널(2160)의 화소패턴(2162)에는 컬러필터가 존재하지 않는다. 상기 시스템은 가상원색 필드연속컬러(virtual primary field sequential color)만을 이용해서 구동된다. 구동시, 인식될 수 있도록 인코딩된 R*G*B* 데이터(R*G*B* perceptually encoded data)는 입력 감마(input gamma) 모듈(2105)에 의해 선형화된다(linealized). 선택적인 입력 필터(2110)는 영상으로부터 노이즈(noise)를 제거한다. 경계박스(bounding box) 모듈(2130)은 각 LED의 점상강도분포함수에서 표시되는 컬러들의 컬러 색공간 맵을 결정한다. 가상원색 계산(Calc Virtual Primaries) 모듈(2132)은 상기 데이터로부터 가상원색들을 계산한다. 상기 가상원색들은 필드연속컬러 모듈(2125)에 의해 LED 백라이트 어레이 (2120) 상에 표시된다. 백라이트 보간(backlight interpolation) 모듈(2134)는 LED패널(2160)의 각 화소(필터링되지 않은 서브화소)의 뒤에서 가능한 실제 컬러를 결정한다. 이때, 상기 백라이트 보간 모듈(2134)은 적절한 보간법 및 LED의 점상강도분포함수를 이용하여 상기 가능한 실제 컬러를 결정한다. c값 계산(Calculate c Values) 모듈(2141)은 상기 백라이트 보간 모듈(2134)에 의해 계산된 값들을 상기 RGB 영상 데이터와 결합하여 c값을 계산한다. 출력 감마(Output Gamma) 모듈(2115)은 상기 c값을 감마 양자화(gamma quantized)시켜서 LCD 패널(2160)에 표시될 수 있도록 한다.

도 21b는 도 21a에 도시된 칼크(Calc) 가상 원색 모듈을 나타내는 다른 실시예이다. 도 21a 및 21b를 참조하여, 하기에서는 각 모듈에서 다양한 실시예들을 간략하게 설명한다. 예를 들어, LED 백라이트(2120)에서, 적색, 녹색 및 청색 LED 들의 삼원소(triplet)가 직사각형 레이아웃으로 배열되되 서로간의 간격이 가까워서 일정거리 이격된 곳에서 관찰하면 하나의 점으로 보일 수 있다. 각 LED는 직사각형 점상강도분포함수(rectangular point spread function)를 갖는다. 일 실시예로서, 8개의 LED화소들이 각 LED와 LCD 매트릭스의 에지(edge)에서 LED의 추가적인 행(row)의 사이에 배치될 수 있다. 상기 LED 화소들의 배열은 다양하게 변형될 수 있다.

반점(speckle)과 같은 입력 영상의 노이즈는 표시패널에서 표시될 수 있는 능동영역(dynamic range)을 감소시키고 LED 백라이트의 전력소모를 증가시킨다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 추가적인 입력 필터(2110)를 입력감마모듈(input gamma module)(2105) 이후에 배치하여 노이즈를 줄일 수 있다. 다양한 영상 노이즈 감소 필터들(image noise reduction filters)이 적용될 수 있다. 예를 들어, YCrCb 또는 CIELAB와 같은 적절한 컬러 스페이스(color space)에서 색조성분들(chromatic components)을 필터링 하여, 색조 노이즈(chromatic noise)를 감소시킬 수 있다. 실제 영상은 때때로 인간 시각능력을 벗어나는 정보들을 포함할 수 있다. 인간 시각능력을 벗어나는 정보들이 높은 공간적-색조 빈도(spatio-chromatic frequency)를 갖는 경우, 가상원색들은 색공간에서 실제 필요한 정도보다 멀리 떨어져야만 한다. 상기 색조 노이즈는 영상의 낮은 휘도를 갖는(어두운) 영역에서 발견된다. 상기 색조 노이즈를 필터링하면 더 타이트하고(tighter) 작은 가상 원색 색공간을 구할 수 있으면서도, c값의 변동이 줄어들고 시인되는 잔상(artifact)과 같은 잠재적인 불량들을 감소시킬 수 있다.

[식 11] 및 [식 13]은 행렬에서 다수의 0들과 1들을 포함하기 때문에, 이러한 평면들을 가로지르는 교차점(intersections of these planes)을 나타내는 공식은 쉽게 단순화될 수 있다. 컬러 평면들(color planes) 중의 하나와 입력 컬러 포인트(input color point) 사이의 실제 각도는 계산적으로는 어려울 수 있으나, 동일한 오더에서(in the same order) 보다 쉽게 이를 계산하고 분류하는 행렬을 구할 수 있다. 하기의 [식 25]는 입력컬러(r, g, b)를 이용하여 각 컬러에 대응되는 상기 각도를 계산하는 식이다.

[식 25]

rangle = 2*r*MAXCOL/(2*r+g+b)

gangle = 2*g*MAXCOL/(r+2*g+b)

bangle = 2*b*MAXCOL/(r+g+2*b)

이때, MAXCOL은 입력감마모듈(2105)에 의한 입력감마변환과정을 거친 후의 입력컬러값의 최대상수값을 나타낸다. 상기 식들은 실제 LED의 점상강도분포함수 내에서 모든 입력포인트들을 커버하기에 충분할 정도로 단순하다. 경계박스모듈(bounding box module)(2130)에서, LED의 점상강도분포함수 내에서의 모든 입력화소들은 상기와 같은 가상각도들(pseudo-angles)로 변환되고, 상기 가상각도들의 최소값(또는 최대값)은 경계박스모듈(2130) 내에서 조사할 수 있다. 각 LED에 대응되는 8개의 화소들을 통하여, 2x8 x 2x8 또는 256 개의 입력 화소들을 조사하여 하나의 백라이트 LCD에서 최소 각도를 조사할 수 있다. 이때 중간 결과들을 라인버퍼들 또는 프레임 버프들에 저장함으로써 계산과정을 보다 용이하게 할 수 있다.

각도들의 최소값(minimum angles)이 발견되면, 상기 최소각도들(minimum angles)은 가상원색 계산모듈(Calc Virtual Primaries module)(2132)에 적용된다. 전술한 바와 같이, [식 11]에 의한 2개의 평면들 및 [식 13]에 의한 대각선의 평면(diagonal plane)에 의해 상기 가상원색들 중의 하나가 구해진다. 평면들이 교차하는 것을 구하는 식을 대수적인 표기법(algebraic notation)으로 확장하면, 계산결과를 상대적으로 단순화시키는 것이 가능하다. 하기의 [식 26]은 녹색축에 인접하는 가상원색을 계산하는 식이다.

[식 26]

Rp1 = MAXCOL*rmin/(2*MAXCOL-rmin)

Gp1 = MAXCOL*gmin/(2*MAXCOL-gmin)

Bp1 = MAXCOL*

(4*MAXCOL^2-4*MAXCOL*gmin-4*rmin*MAXCOL+3*gmin*rmin)/

(rmin*gmin-2*rmin*MAXCOL-2*MAXCOL*gmin+4*MAXCOL^2)

이때, rmin, gmin 및 bmin은 상기 가상각도(pseudo-angle) 공식에 의한 주변의 입력컬러값들을 조사하여 얻어진 최소값들을 의미한다. 상기 계산결과는 가상원색 P1의 RGB 좌표계를 나타낸다. 유사한 방식으로 가상원색 P2의 RGB 좌표계를 계산하면 하기의 [식 27]과 같다.

[식 27]

Rp2 = MAXCOL*

(4*MAXCOL^2-4*MAXCOL*bmin-4*MAXCOL*gmin+3*gmin*bmin)/

(4*MAXCOL^2-2*MAXCOL*bmin-2*MAXCOL*gmin+ gmin*bmin)

Gp2 = MAXCOL*gmin/(2*MAXCOL-gmin)

Bp2 = MAXCOL*bmin/(2*MAXCOL-bmin)

유사한 방식으로 가상원색 P3의 RGB 좌표계를 계산하면 하기의 [식 28]과 같다.

[식 28]

Rp3 = MAXCOL*rmin/(2*MAXCOL-rmin)

Gp3 = MAXCOL*

(4*MAXCOL^2-4*MAXCOL*bmin-4*MAXCOL*rmin+3*rmin*bmin)/

(4*MAXCOL^2-2*MAXCOL*bmin-2*MAXCOL*rmin+ rmin*bmin)

Bp3 = MAXCOL*bmin/(2*MAXCOL-bmin)

전술한 바와 같이, 가상원색들은 표시장치의 최대휘도에 대응되는 색공간의 가장자리에 닿을 때까지 환산계수가 곱해진다(scaled). 다른 실시예로서, LED의 점상강도분포함수 내에서 입력 컬러들의 최대휘도에 환산계수가 곱해질(scaled) 수도 있다. 경계박스 다운샘플 모듈(Bounding Box down-sample module)(2130)이 최소각도(minimum angles)를 조사하고 이를 변수 Lmax에 저장하는 동안, 최대 휘도를 계산하도록 할 수 있으며, 상기 환산계수가 곱해지는 계산을 수행하는 식은 하기의 [식 29]와 같다.

[식 29]

Rp1 = Rp1*Lmax/ max(Rp1,Gp1,Bp1)

Gp1 = Gp1*Lmax/ max(Rp1,Gp1,Bp1)

Bp1 = Bp1*Lmax/max(Rp1,Gp1,Bp1)

Rp2 = Rp2*Lmax/max(Rp2,Gp2,Bp2)

Gp2 = Gp2*Lmax/max(Rp2,Gp2,Bp2)

Bp2 = Bp2*Lmax/max(Rp2,Gp2,Bp2)

Rp3 = Rp3*Lmax/max(Rp3,Gp3,Bp3)

Gp3 = Gp3*Lmax/max(Rp3,Gp3,Bp3)

Bp3 = Bp3*Lmax/max(Rp3,Gp3,Bp3)

이때, 상기 계산과정들은 각 LED의 전체 전력의 한계 내에서 구해지는 것이 바람직하다. 세 개의 가상원색에 관한 실시예에서, 세 개 중에서 적색 컬러에 대한 값들의 합은 1/3의 듀티 사이클(duty cycle)을 갖는다. 이는 녹색 및 청색에서도 동일하다. 예를 들어, 세 개의 가상원색 시스템에서는, 녹색 및 청색 LED에 대한 값들의 합도 1/3의 듀티 사이클을 갖는 것이 바람직하다. 세 개의 가상원색들의 적색 컬러에 대한 값들의 합이 이미 MAXCO보다 작은 값을 갖는 경우에는 상기 계산이 필요하지 않다. 상기 계산을 가상코드의 형태로 나타내면 다음과 같다.

Div = math.max(Rp1+Rp2+Rp3,Gp1+Gp2+Gp3,Bp1+Bp2+Bp3)

if Div > MAXCOL then

Rp1 = Rp1*MAXCOL/Div

Gp1 = Gp1*MAXCOL/Div

Bp1 = Bp1*MAXCOL/Div

Rp2 = Rp2*MAXCOL/Div

Gp2 = Gp2*MAXCOL/Div

Bp2 = Bp2*MAXCOL/Div

Rp3 = Rp3*MAXCOL/Div

Gp3 = Gp3*MAXCOL/Div

Bp3 = Bp3*MAXCOL/Div

end

흑백 영상이 표시되는 경우, 가상원색들은 색조다이어그램에서 서로 인접하게 위치하며 실질적으로 동일한 값들을 갖는다. 상기 계산에서 세 개의 가상원색들은 각 필드에서의 최대값의 1/3 정도의 값들을 가지며, 이를 모두 합하면 전체 프레임에서 최대값 대비 100%의 값을 갖게 된다. 그러나, 높은 색조공간 진동수(chromatic spatial frequency)를 갖는 영상이 표시되는 영역에서, 가상원색들은 서로 멀리 떨어지게 된다. 이러한 경우, 상기 식들을 계산하면, 각 가상원색은 하나의 필드에서 대부분의 전력(power)을 갖게 되고, 동일 프레임의 나머지 필드들에서는 전력이 적거나 거의 오프상태가 되게 된다.

LED의 점상강도분포함수 내의 화소들이 실질적으로 흑백(monochrome)을 표시하는 경우, 전력감소 정도를 계산하는 것이 용이하다. 그러나 높은 색조공간 진동수(chromatic spatial frequency)를 갖는 영상이 표시되는 영역에서는 낮은 전력이 적용될 수 없다. 예를 들어, LED 백버퍼(backbuffer)에서 전력을 감소시키기 위해서 최대 c값 조사 모듈(2150)을 이용하여 각 LED의 점상강도분포함수 내에서 가장 큰 c값(또는 최대 c값)의 을 조사한다. 상기 최대 c값은 LED에서 환산계수를 곱해서 가능한 가장 낮은 값들을 구하는 과정에 사용될 수 있다. 이때, c값은 c값 계산 모듈(Calc c Value module)(2141) 이전 단계에서는 구해지지 않을 수도 있다. 다른 실시예로서, 하나의 가상원색 계산 모듈(Calc Virtual Primaries module)(2132)이 두 개의 백라이트 보간 모듈(2134) 및 두 개의 c값 계산 모듈(calculate c values module)(2141)을 포함할 수도 있다. 제1 LED 근사모듈(LED approximation module)(2135)는 가상원색 계산 모듈(2132)을 위한 계산기능을 수행할 수 있다. 두 개씩의 백라이트 보간 모듈(2134) 및 c값 계산 모듈(2141)은 c값의 1차적으로 근사(approximatation)하는 계산을 수행한다. 최대 c값 조사모듈(2150)은 c값들 중에서 최대 c값을 조사하여, 각 LED의 점상강도분포함수에서 가장 큰 값을 찾는다. 이후 각 LED에서의 최종값은 LED값 환산 모듈(Scale LED Values module)(2152)에 의해 계산된다. 상기 두 단계들은 하기의 가상코드를 이용하여 수행될 수 있다.

for j=0,15 do --survey the max xhi value in the point spread function (PSF)

for i=0,15 do --loop for all pixels in PSF

local xhi=spr.fetch("LCD",x*8+i-8,y*8+j-8,xbuf) --fetch the xhi value

maxhi=math.max(maxhi,xhi) --find the maximum one

end -- pixels in PSF

end -- lines in PSF

local r,g,b=spr.fetch(ledbuf,x,y) --read in LED buffer values

maxhi=math.max(MAXCOL,maxhi+floor) --prevent zero valued c determinants D

r=r*maxhi/MAXCOL --Scale LED Values

g=g*maxhi/MAXCOL

b=b*maxhi/MAXCOL

spr.store(ledbuf,x,y,r,g,b) --store them back in LED buffer

상기 과정들은 세 개의 필드들에 대응되는 세 개의 LED에 의해 구성되는 LED 삼중조합(LED triplet) 중의 각 LED에 대해서 수행된다. 상기 과정들을 통해 수행된 2차 근사(approximation)에 의해 감소된 값들 및 감소된 전력소모값을 구할 수 있다. 이때, 상기 감소된 값들은 상기 LED값 환산모듈(2152)에 의해 구해진 감소된 LED 값들 또는 감소된 컬러값들 일 수 있다.

상기 과정들은 각 프레임의 세 필드들 중에서 하나의 LED를 위한 가상원색들에 대하여 계산된다. 도 21A에서, 상기 LED 값들은 필드연속컬러(FSC) 모듈(2125)로 전달된다. 필드연속컬러(FSC) 모듈(2125)은 상기 LED 값들을 저장하기 위한 소형 LED 프레임 버퍼를 포함할 수 있다.

백라이트 보간 모듈(2134)는 LED 프레임 버퍼로부터 전달된 상기 LED 값들을 이용하여 LCD 패널(2160)의 각 화소(2162)에서 효과적인 백라이트 컬러(effective backlight color)를 계산한다. 이때, 상기 계산과정은 각 화소에 따라 적절하게 수행되거나, 바람직하게는 모든 효과적인 백라이트 컬러(effective backlight color)에 대하여 미리 계산되어 다른 프레임 버퍼에 저장되어 있는 값들을 이용하여 수행될 수 있다. 이때, 하나의 프레임에서 세 개의 필드들을 위한 효과적인 백라이트 컬러들(effective backlight color)을 저장하기 위한 세 개의 프레임 버퍼들이 필요할 수 있다. 상기 프레임 버퍼들 각각의 위치는 본 발명의 실시예에 도시된 배열에 따라 포위되도록 인접하게 배열된 4개의 LED들을 이용하여 계산될 수 있다. 하기의 [식 30]은 룩업테이블(look-up table)에 저장된 점상강도분포함수를 이용할 수 있다. 예를 들어, 상기 룩업테이블은 LED의 휘도에 직접 대응되도록 인코딩된 4096개의 8개의 12빗트 정수들을 포함할 수 있다. 하기의 [식 30]은 하나의 필드에서 하나의 지점(x, y)에서의 하나의 효과적인 백라이트 컬러(rs, gs, bs)를 계산한다.

[식 30]

xb = x/8

yb = y/8 --position of a nearby LED

xd = mod(x,7)

yd = mod(y,7) --distance to a nearby LED center

Rp,Gp,Bp = fetch(xb,yb) --get upper left LED color

psf = spread[xd]*spread[yd]/4096 --look up point spread function

rs = Rp*psf --sum upper left LED

gs = Gp*psf

bs = b*psf

Rp,Gp,Bp = fetch(xb+1,yb) --color of upper right LED

psf = spread[7-xd]*spread[yd]/4096 --PSF for this led and pixel

rs = rs + Rp*psf --sum upper left LED

gs = gs + Gp*psf

bs = bs + Bp*psf

Rp,Gp,Bp = spr.fetch(ledbuf,xb,yb+1) --color of lower left LED

psf spread[xd]*spread[7-yd]/4096 --PSF for this led and pixel

rs = rs + Rp*psf --sum upper left LED

gs = gs + Gp*psf

bs = bs + Bp*psf

Rp,Gp,Bp = fetch(xb+1,yb+1) --color of lower right LED

psf = spread[7-xd]*spread[7-yd]/4096 --PSF for this led and pixel

rs = rs + Rp*psf --sum upper left LED

gs = gs + Gp*psf

bs = bs + Bp*psf

rs = rs/4096 --sum was 12-bit precision

gs = gs/4096 --collapse them back to pixel precision

bs = bs/4096

상기와 같은 가상코드의 계산은 프레임의 각 필드의 각 화소에서 수행될 수 있다. c값 계산 모듈(2141)은 상기 계산에 의한 결과값을 이용하여 c값을 계산한다. 상기 c값 계산 모듈(2141)은 전술한 확장된 [식 10]을 이용하여 세 개의 모든 필드들에서 각 LCD 화소를 위한 c값을 계산한다. 상기 계산과정은 역행렬(matrix inversion) 계산을 포함하지만, 모든 행렬이 역행렬 계산의 대상이 되지는 않는다. 상기 행렬의 행렬식(determinant)을 계산하여 그 결과가 0이 아닌지 검사한다. 행렬식이 0이 아닌 경우, [식 10]이 그대로 사용된다. 실제 계산에서, 화소 값들은 0과 최대가능값(maximum possible value)(MAXCOL) 사이의 정수이다. 즉, 상기 계산과정의 각각의 계산에서는 추가적인 인자(factor)인 MAXCOL이 요구된다. 하기의 가상코드에서, (R1, G1, B1)로 표시되는 값들은 각 지점에서 첫번째 필드에서의 효과적인 백라이트 컬러(effective backlight color)를 나타낸다. (R2, G2, B2)로 표시되는 값들 및 (R3, G3, B3)로 표시되는 값들은 각각 프레임의 제2 필드 및 제3 필드에서의 효과적인 백라이트 컬러(effective backlight colors)들을 나타낸다. (R, G, B)로 표시되는 값들은 입력감마모듈(input gamma module)(2105)을 통과한 지점에서의 입력컬러에 대응되는 값을 나타낸다.

D=R1*G2*B3-R1*B2*G3-R2*G1*B3+R2*B1*G3+R3*G1*B2-R3*B1*G2

if D!=0 then

x1 = ((G2*B3-B2*G3)*R+(R3*B2-R2*B3)*G+

(G3*R2-R3*G2)*B)*MAXCOL/D

x2 = ((B1*G3-G1*B3)*R+(R1*B3-B1*R3)*G+

(R3*G1-R1*G3)*B)*MAXCOL/D

x3 = ((G1*B2-B1*G2)*R+(B1*R2-R1*B2)*G+

(R1*G2-G1*R2)*B)*MAXCOL/D

end

상기 계산 방식을 이용하면, 실질적으로 흑백 영상에 가까운 영상이 표시되는 영역에서 프레임의 세 개의 필드들 모두에서 거의 유사한 결과값을 얻게 된다. 세 개의 필드들에서 거의 유사한 결과값이 얻어지는 경우, 표시된 영상에서 깜빡임(flicker)이 감소한다. 깜빡임이 감소하는 결과는, 흑백영상이 표시되는 경우 뿐만 아니라 단색으로 영상이 표시되는 경우에도 동일하게 나타난다. 예를 들어, 적색 계열의 컬러를 이용한 영상 또는 암실에서 적색등이 켜진 상태에서 보여지는 영상에서 깜빡임이 감소되는 결과를 얻을 수 있다. 또한 일부 영역에서는 컬러영상이 표시되고 나머지 영역에서는 단색영상이 표시되는 경우에도, 컬러영상이 표시되는 부분으로부터 멀리 떨어진 부분(예를 들어, LED의 점상강도분포함수의 영역을 벗어나는 부분)에서는 전술한 깜빡임이 적은 모드(low-flicker mode)가 적용될 수 있다. 전술한 계산은 각 입력화소값(input pixel value)에 적용될 수 있고, 프레임의 각 필드에서의 c1값, c2값, c3값에 관한 계산된 결과는 출력감마모듈(Output Gamma module)(2115)를 통과하여 출력감마모듈(2115)에 인가된다.

도 21a의 시스템의 백라이트 어레이(2120)는 개별적으로 제어된다. 다른 실시예에서, LED들 또는 다른 컬러광원들은 공간적으로 개별제어되는 것이 아니라, 전체적인 강도가 제어될 수도 있다. 광원들의 전체적인 강도가 제어되는 경우, 점상강도분로함수는 전체적으로 균일한 함수를 갖는다. 이러한 경우, 백라이트 보간 모듈(Backlight Interpolation function)(2134)은 필요가 없어진다. 이러한 경우, 대부분의 영상들이 백라이트 어레이(2120)의 컬러 원색들의 구현 가능한 최대 색공간 영역(full gamut range)보다 작은 색공간 맵핑을 하게되서, 필드연속컬러 잔상 현상(field sequential color artifacts)이 감소된다. 이러한 실시예는 LED 또는 레이저에 의해 펌핑된 진동수 변환기(laser pumped frequency converters)(비선형 광학장치)와 같이 조절가능한 광원으로부터 발생된 컬러광이 연속필드(sequential fields)에서 강도가 조절되는 컬러 프로젝터에 유용하게 적용될 수 있다.

본 실시예에서, 능동적인 필드연속 표시장치는 백라이트를 포함한다. 상기 백라이트는 복수의 컬러들을 복수의 강도를 갖도록 발광(illumination)시킬 수 있다. 상기 컬러들 및 컬러들의 강도는 백라이트의 영역들의 셋트에서 독립적으로 조절될 수 있다. 상기 능동적인 필드연속 표시장치는 소정의 영역에서 백라이트의 컬러 및 강도를 능동적으로 선택하는 제어회로를 더 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이 종래 필드연속표시장치는 소정의 시간에서 소정의 지점에서 영상이 표시되는 영역에서 강도 및 컬러를 독립적으로 제어할 수 없다. 또한, 종래의 필드연속표시장치는 소정의 시간에 입력컬러 값들을 고려하여 영상을 표시하지 않았기 때문에 소정의 화질기준을 판단할 때 화질을 최적화시킬 수 없었다.

세그먼트된 백라이트(Segmented Backlight)

이하, 새로운 백라이트 배열을 갖는 표시 시스템 및 이를 구동하는 방법이 개시된다. 예를 들어, 세그먼트된 백라이트(segmented backlight)를 채용한 표시 시스템 및 그 구동방법이 개시된다. 상기 백라이트는 광원소자(light elements)의 수가 감소하여 백라이트의 비용이 감소한다. 따라서, 어레이 형태(array version)의 표시 시스템과 결합되는 경우 능동적인 콘트레스트비 또는 다른 광학특성의 향상을 달성할 수 있다.

멀티 세그먼트 백라이트를 포함하는 표시 시스템(Display System Comprising Multiple Segmented Backlight)

전술한 바와 같이 백라이트의 다양한 실시예들은 발광체들(예를 들어 도 1a의 백라이트(120)에 도시된 바와 같은 발광체들)의 어레이를 포함할 수 있다. 이때 발광체들은 낮은 해상도의 영상 표시장치와 유사한 방식으로 구동되며, 이러한 낮은 해상도의 영상표시장치와 같이 구동되는 발광체들의 어레이는 상부에 배치된 보다 높은 해상도를 갖는 LCD장치와 연동(convolve)된다. N x M의 해상도를 갖는 백라이트는, 어레이 형태로 배열된 N x M 개의 발광체들(122)(또는 컬러를 표시하기 위해 또는 휘도강화를 위해서 N x M 개의 클러스터들을 이용할 수도 있다)을 포함한다. 반면에, 도 25에서는 N x M보다 적은 숫자인 N+M개의 발광체들(2512, 2522)만을 이용하여 N x M 개의 해상도를 근사할 수 있는 새로운 형태의 백라이트가 개시된다. 도 25는 표시장치에 사용되는 새로운 세그먼트화된(novel segmented) 백라이트 어셈블리의 일 실시예를 나타내는 평면도이다. 이하에서는, 적은 숫자의 발광체들만으로 높은 해상도를 얻을 수 있는 방법이 개시된다.

도 26은 도광판과 두 개의 발광체들을 갖는 종래의 백라이트를 나타내는 평면도이다. 도 26의 백라이트(2600)은 평면 도광판(2610) 및 두 개의 발광체들(2612)를 포함한다. 평면 도광판(2610)은 표면에 광을 반사시켜서 다른 방향으로 가이드하기 때문에 완전한 반사가 일어나지 못하여 광손실이 발생한다. 평면 도광판(2610)에 의해 발광체들(2610)로부터 발생된 광이 공간적인 광조절부(spatial light modulator)쪽으로 가이드된다. 발광체들(2612)은 종래에 일반적으로 사용되는 음극선관(cold cathode fluorescent lamps; CCFL) 또는 발광다이오드(Light Emitting Diode; LED)를 포함할 수 있다.

가변적인 강도의 높은 콘트래스트비를 구현하는 수동적인 표시장치(Variable Intensity High Contrast Passive Display)라는 명칭으로 퍼가손(Fergason)에 의한 미국특허 US 5,717,422에 의하면, 발광체들(2612)의 휘도를 조절하여 상부에 놓인 공간적인 광 조절부(예를 들어 LCD)에 보다 많은 광이 투과되도록 하면서 최대휘도보다 적은 휘도의 영상을 어두워진(dim) 백라이트(2600)를 이용하여 표시하는 기술이 개시되어 있다. 백라이트(2600)의 감소된 휘도와 공간적인 광조절부의 증가된 광투과도의 컨벌루션(convolution)은 발광체(2612)의 전력소모를 감소시키고 광조절부의 콘트라스트비가 향상시키면서도 원하는 화질의 영상을 표시할 수 있다. 그러나, 입력영상의 어느 한 화소가 최대휘도를 나타내야 하는 경우, 백라이트 발광체(2612)는 전체적으로 최대회도를 나타내야만 영상의 재생에 신뢰도를 유지할 수 있다.

도 27은 도 26의 백라이트보다 개량된 백라이트를 나타내는 평면도이다. 도 27을 참조하면, 백라이트(2700)은 둘(또는 그 이상의) 광학적으로 분리된 도광부재들(2720, 2721)을 포함하고, 상기 도광부재들은 각각 발광체들(2722, 2723)과 연동된다(coupled). 상기 백라이트(2700)는 발광체들(2722, 2723)이 동시에 서로 다른 레벨의 휘도를 갖도록 구동할 수 있다. 따라서, 만일 영상의 어느 한쪽에 위치하는 화소가 최대휘도를 표시해야하고, 다른 쪽의 화소는 낮은 휘도를 표시해야 하는 경우, 최소한 나머지 절반에 해당하는 발광체는 낮은 휘도의 광을 출사할 수 있다. 통계적으로, 상기와 같은 배열은 발광체의 평균휘도를 감소시키고 전력손실을 감소하며 영상의 화질을 향상시킬 수 있다.

세그먼트(segment) 백라이트를 이용하는 표시장치는 통계적으로 유의미한 정도로 화질이 향상된다. 도 28은 도광판과 네 개의 발광체들을 갖는 종래의 백라이트를 나타내는 평면도이다. 도 28을 참조하면, 백라이트(2900)는 평판 형상의 도광판(flat light guide)(2810) 및 4개의 발광체들(2812)을 포함한다. 이때, 발광체들(2812)은 냉음극선관램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp; CCFL)들, 발광다이오드(Light Emitting Diode; LED)들 등을 포함한다. 도 29는 도 28의 백라이트보다 개량된 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트를 나타내는 평면도이다. 도 29를 참조하면, 백라이트(2900)는 네 개의 광학적으로 분리된 도광판들(2910, 2914, 2920, 2924)을 포함한다. 발광체들(2912, 2916, 2922, 2926)은 도광판들(2910, 2914, 2920, 2924)에 각각 연동될 수 있다. 예를 들어, 도광판들 중의 한 쌍(2920, 2924)은 수평축 방향(horizontal axis)을 따라서 분리되어, 각각 독립적으로 구동되고 한 쌍의 도광판들(2920, 2924)에 각각 연동되는 발광체들(2922, 2926)에 의해 백라이트(2900)의 상부의 절반과 하부의 절반이 서로 다른 휘도를 갖도록 구동될 수 있다. 나머지 한 쌍의 도광판들(2910, 2914)은 상기 수평축 방향으로 분리된 한 쌍의 도광판들(2920, 2924)의 상면 또는 배면 상에 배치된다. 상기 나머지 한 쌍의 도광판들(2910, 2914)은 수직축 방향(vertical axis)을 따라서 분리되어, 각각 독립적으로 구동되고 상기 나머지 한 쌍의 도광판들(2910, 2914)에 각각 연동되는 발광체들(2912, 2916)에 의해 백라이트(2900)의 좌측부의 절반과 우측부의 절반이 서로 다른 휘도를 갖도록 구동될 수 있다. 따라서, 네 개의 발광체들(2912, 2916, 2922, 2926)이 서로 다른 휘도레벨을 갖도록 구동될 수 있다.

구동시, 영상의 사분지 일(예를 들어, 도면부호 2930) 내에 있는 하나의 화소가 최대 휘도를 갖지만, 영상의 나머지 사분지 삼은 낮은 휘도를 갖는 경우, 영상의 나머지 사분지 삼에 대응되는 발광체들은 낮은 휘도를 갖는 광을 생성해도 된다. 예를 들어, 어떤 영상에서 최대휘도를 갖는 화소들이 영상의 한쪽 코너에 몰려있고, 나머지 부분에는 낮은 휘도를 나타내는 경우를 가정해 볼 수 있다. 즉, 최대휘도를 갖는 화소들이 영상의 상부 좌측 코너에 몰려있다고 가정해 본다. 이러한 경우, 상부 발광체(2922) 및 좌측 발광체(2912)는 최대휘도로 턴온되며, 하부 발광체(2926) 및 좌측발광체(2916)는 매우 낮은 휘도로 셋팅될 수 있다. 이러한 경우, 영상의 우측상부 사분지 일(2930)은 최대휘도로 표시될 수 있다. 좌측상부 사분지 일(2932) 및 우측 하부 사분지 일(2934)은 중간휘도로 표시될 수 있다. 좌측하부 사분지 일(2936)은 매우 낮은 휘도로 조명될(illumination) 수 있다. 통계적으로, 도 29와 같은 구조를 백라이트에서 발광체들(2912, 2916, 2922, 2926)의 평균 휘도 및 전력소모는 도 28과 같은 구조를 갖는 백라이트(2800)에서 발광체들의 평균 휘도 및 전력소모보다 적다. 또한, 도 27의 백라이트(2700)와 비교해도 영상의 화질이 향상된다.

같은 방식으로 세그먼트의 수를 늘리면 통계적으로 전력소모량 및 영상의 화질이 향상된다. 도 30은 또 다른 새로운 세그먼트화된(novel segmented) 백라이트 어셈블리를 나타내는 평면도이다. 도 30을 참조하면, 백라이트(3000)은 서로 오버랩되는 도광판들의 매트릭스를 포함한다. 본 발명의 실시예에서, 각각의 사분면에는 각각 서로 독립적인 도광판의 매트릭스를 포함한다. 일부 도광판들(3020)은 컬럼(column) 방향으로 배열된 발광체들(3022)과 연동되고, 나머지 도광판들(3010)은 로우(row) 방향으로 배열된 발광체들(3012)과 연동된다.

본 실시예에서, 백라이트의 해상도가 N x M인 경우, 도 30에서와 같이 (N + M)개의 도광판들 및 발광체들이 사용된다. 상기 (N + M)개의 도광판들 및 발광체들은 두 개의 컬럼들(예를 들어, 백라이트(3000)의 좌우측) 및 두 개의 로우들(예를 들어, 백라이트(3000)의 상하측)에 대응된다. 다른 실시예로서, 백라이트에서 N x M의 해상도를 구현하기 위하여 N + M 개의 도광판들 및 발광체들을 이용하는 다른 구조를 생각해 볼 수 있다. 즉, 발광체들을 하나의 컬럼(예를 들어, 백라이트의 좌우측 중의 한 측) 및 하나의 로우(예를 들어, 백라이트의 상하측 중의 한 측)에만 배열하고, 도광판들도 하나의 컬럼 및 하나의 로우에만 적용할 수 있다. 로우와 컬럼이 교차하는 매트릭스의 숫자는 전술한 두 개의 컬럼들 및 두 개의 로우들에 도광판들 및 발광체들을 적용하는 실시예와 하나의 컬럼들 및 하나의 로우들에만 도광판들 및 발광체들을 적용하는 실시예에서 서로 동일하지만, 사용되는 도광판들 및 발광체들의 수는 줄어든다. 따라서 백라이트의 제조비용이 감소할 수 있다. 그러나, 이렇게 하나의 컬럼들 및 하나의 로우들에만 도광판들 및 발광체들을 적용하는 경우, 통계상의 이점이 줄어들어서 종래기술에 의한 백라이트에 비히 전력소모가 감소하는 정도가 두 개의 컬럼들 및 두 개의 로우들에 도광판들 및 발광체들을 적용하는 경우에 비해 줄어든다. 또한, 전술한 바와 같이 발광체들(3022)는 백색, 또는 하나 이상의 컬러 발광체들의 조합일 수 있다. 전술한 방법이 적용된 다양한 실시예의 백라이트가 가능하다.

도 31은 새로운 세그먼트화된 백라이트 어셈블리의 도광판을 나타내는 단면도이다. 도 31을 참조하면, 하나의 로우 방향의 도광판(3110) 상에 복수개의 컬럼 방향의 도광판들(3120)이 배치된 백라이트(3100)의 단면도가 개시된다. 백라이트(3100)의 단면도에서, 광의 빔(light ray beam)(3130)은 도광판(3110)의 내부에서 일어나는 전반사에 의해 도광판(3110)의 내부에 포획된다. 도광판(3110)의 내부에 포획되었단 광의 빔(3130)의 일부는 도광판(3110)의 일면에 형성된 요철 형상(feature)(3140)에 의해 확산되고 굴절되어 확산광(3135)이 되어 도광판(3110)의 외부로 출사된다. 같은 방식으로, 상기 로우 방향의 도광판(3110)으로부터 출사된 확산광(3135)은 컬럼 방향의 도광판들(3120)의 내부에서 확산 및 굴절되어 컬럼 방향의 도광판들(3120)의 외부로 출사된다. 구동시, 도광판들은 최대휘도로 조명되는(illuminated) 경우, 로우 방향의 도광판들(3110) 및 컬럼 방향의 도광판들(3120)로부터 확산된 광의 합은 최대 휘도를 나타낸다. 로우 방향의 도광판들(3110)과 컬럼 방향의 도광판들(3120)이 전부 조명(illuminated)되지 않는 경우, 도광판들이 교차하는 지점에서 광이 존재하지 않는다. 로우 방향의 도광판들(3110)과 컬럼 방향의 도광판들(3120) 중에서 하나의 방향의 도광판만 조명(illuminated)되고, 나머지 방향의 도광판은 조명되지 않는 경우, 휘도는 조명된 도광판에 의한 정도에 따라 낮은 값을 갖는다. 따라서, 전술한 N x M 백라이트의 경우, 로우 방향과 컬럼 방향에서 매우 높은 정도의 크로스토크(crosstalk)가 발생한다.

전술한 매우 높은 크로스토크를 갖는 세그먼트 백라이트는 다양한 표시 시스템에 적용될 수 있다. 도 32a 및 도 32b는 단색 패널과 컬러 패널이 각각 세그먼트화된 백라이트의 정면쪽에 배치된 것을 나타낸다. 도 32a은 정면쪽에 배치되는 단색 패널과 결합된 새로운 세그먼트화된 백라이트를 나타내는 블록도이고, 도 32b는 정면쪽에 배치되는 다원색 컬러 패널과 결합된 새로운 세그먼트화된 백라이트를 나타내는 블록도이다. 도 32a를 참조하면, 세그먼트 백라이트(3220)를 이용하는 표시 시스템(3200)은 단색 LCD와 같은 투과형 공간적인 광 조절부(transmissive spatial light modulator)(3260)를 포함한다. 예를 들어, 공간적인 광 조절부(spatial light modulator)(3260)는 백라이트(3220) 보다 높은 해상도를 갖는다. 다른 실시예로서, 공간적인 광 조절부가 백라이트와 동일한 해상도를 갖거나, 보다 낮은 해상도를 가질 수도 있다.

구동시, 표시 시스템(3200)은 감지될 수 있는 데이터, 감마 데이터, 디지털로 양자화된 R*G*B* 영상 데이터 등과 같은 입력영상데이터 스트림(input image data stream)을 수용할 수 있다. 감마 블록(gamma function)(3205)은 상기 입력된 데이터를 선형화(linearize)한다. 선형화된 RGB 신호(linear RGB signal)는 피크 함수(Peak Function) 블록(3210)에 의해 조사되어 화소들에서의 피크 휘도값을 찾는다. 화소들은 백라이트(3220)의 로우들(rows) 및 컬럼들(columns)에 의해 조명되는(illuminated) 영역 내에 배치된다. 예를 들어, 발광체들(3220)은 백색광처럼 다양한 스팩트럼을 가질 수 있다. 상기 RGB 값들은 최대 적색값, 최대 녹색값 또는 최대 청색값을 조사하고, 각각 해당하는 컬럼 및 로우에 맵핑된다.

다른 실시예로서, 발광체들은 독립적으로 구동되는 원색들을 갖는다. 발광체들의 원색들로는 적색, 녹색 및 청색이 있을 수 있다. 이때, RGB 값들은 각각의 컬럼 및 로우에서 독립적으로 맵핑된다. 소정의 프레임에서 랜더링되는 영상은 강도에 해당하는 값들이 각 컬러 발광체들로 분배되기 전에 먼저 분석되며, 이때 고려되야 할 일정한 자유도 및 구속도(degrees of freedom and constraints)가 존재한다. 예를 들어, M번째 로우에서 적색 컬러에 대한 최대값이 중간 정도의 강도를 갖는 경우, M번째 로우와 교차하는 S번째 컬럼에 의해 서로 직교하는 도광판들에 의해 상기 적색 컬러에 대한 최대값이 분산된다. 즉, M 번째 로우에 대응되는 적색 발광체와 S번째 컬럼에 대응되는 적색 발광체에 의해 발생된 광을 합하여 M번째 로우와 S번째 컬럼에 대응되는 영상의 적색 컬러에 대한 최대값을 얻을 수 있다.

예를 들어, 각 컬러에 대한 강도의 값들을 배정하는 데 있어서, 교차점들(예를 들어, (M, S))에서 각각의 컬럼(S) 및 로우(M)에 대한 적색의 강도를 독립적으로 표현하는데 충분한 정도의 강도를 갖도록 발광체의 강도의 값들이 배정된다. 따라서, 정면에 배치된 패널에 제공되는 적색광의 양을 적절한 레벨을 갖도록 제한할 수 있다. 그러나, 전술한 방법을 사용하더라도 전력소모 측면에서 최적화되었다고 볼 수 없다. 다른 실시예로서, 모든 적색광이 하나의 발광체에 배정되어 다른 발광체들의 부담을 줄일 수도 있다. 이때, 로우 방향 및 컬럼 방향의 양측 모두에 있어서 적색광이 하나의 적색 발광체에 배정될 수도 있다. 이러한 방식에 있어서, 2차적인 오더의 통계(second order statistics)가 적용될 수 있다. 예를 들어, 도광판들의 매트릭스 중에서 (M, S)의 좌표에서 적색광이 중간 정도의 강도를 가지며 S번째 컬럼에 속하는 도광판들 중에서 최대 값을 갖는 경우, 두 개의 적색 발광체들을 이용한 적색강도의 선택가능한 가능성은 M 번째 컬럼과 S 번째 로우에 대응되는 적색 발광체들의 강도들 중에서 두 번째 적색 값의 강도에 영향을 받는다. 컬러 발광체들의 강도값의 선택은 다양한 최적화 과정(optimization schemes)을 통해서 결정될 수 있다. 상기 최적화 과정에서 전력소모량과 같은 다양한 변수들이 고려될 수 있다.

영상이 표시되는 공간에 대한 컬러 발광체의 강도값들의 결정에는 시간적인 판단이 함께 고려되거나, 공간적인 판단 또는 시간적인 판단만의 독자적인 결정도 가능하다. 예를 들어, 백라이트는 소정의 조명(illumination)에 대하여 로우들 또는 컬럼들을 따라서 스캔하는 방식으로 조명될 수 있다. 다른 실시예로서, 컬럼들에 대응되는 발광체들은 매우 짧은 시간동안 한번에 하나의 컬럼씩 어두운 상태를 갖도록 해서 전력소모를 줄일 수 있다. 이렇게 하나의 컬럼씩 어두운 상태로 만드는 것은 일정한 순서에 따라 수행되거나 불규칙한 순서로 수행될 수 있다. 예를 들어, 하나의 컬럼씩 어두운 상태를 갖도록 하는 경우, 백라이트의 상부로부터 하부로 또는 하부로부터 상부로 각 컬럼에 대해 순서대로 어둡게 할 수 있다. 유사한 방식으로, 하나의 로우씩 어두운 상태를 갖도록 하기 위해, 백라이트의 좌측으로부터 우측으로 또는 우측으로부터 좌측으로 각 로우에 대해 순서대로 어둡게 할 수도 있다. 상기와 같이 스캔하는 순서는 백라이트에 의해 조명되는 LCD와 같은 공간적인 광 조절부의 화소들의 어드레스 스캔(address scanning)방향에 연동되도록 할 수 있다. 따라서, 조명되기 전에 원하는 투과도 값을 가질 수 있다.

도 32a 및 도 32b를 다시 참조하면, 피크 함수 블록(3210)의 출력은 매트릭스 형태로 인코딩된 다운 샘플 영상(encoded down sampled image)일 수 있다. 상기 매트릭스 형태로 인코딩된 다운 샘플 영상은 아래 방향의 화살표로 표시된다. 피크 값들은 백라이트 제어부(3212)로 전송된 후에, 다시 백라이트(3220)의 발광체들(3222)로 전송된다. 또한, 피크 값들은 백라이트 보간 블록(3205)으로 전송될 수 있다. 백라이트 보간 블록(3205)은 영상을 표시하는 각 화소의 하부에서 조명되는 정도를 계산하여, 상기 피크 값들을 공간적인 광 제어부(3260)에 적용되도록 랜더링한다. 상기와 같은 계산을 통해서 영상 데이터 값들을 기초로 백라이트의 조명에 대한 이론적인 모델을 구성할 수 있다. 다른 실시예로서, 상기 계산이 영상 데이터 값들에 따라 측정된 조명값들의 실험적인 데이터(empirical data)를 이용하여 수행될 수도 있다.

백라이트 보간 블록(3205)의 출력은 백라이트(3220)에 의한 조명(XL)에 대응되는 업샘플된 영상(upsampled image)일 수 있으며, 상기 업샘플된 영상은 위쪽 방향의 화살표로 표시된다. 이후, X/XL블록(3236)은 선형 RGB 영상 값들(X)을 상기 보간된 백라이트 조명 값들(interpolated backlight illumination values)(XL)에 의해 나눈다. 이어서, 감마(ㅳ-1) 보정 블록(Gamma Correction blick)(3215)는 상기 X/XL값을 감마 보정에 의해 양자화하여(gamma correction quantized) 표시부의 감마값을 구한다. 공간적인 광 조절부(3260)에서 백라이트(3220)의 조명값(XL)과 영상의 X/XL값과 컨벌루션되어(convolved, 또는 연동되어) 표시하고자 하는 영상(X)가 구성된다.

전술한 매트릭스 구조를 갖는 백라이트는 랜더링된 서브화소 RGBW (subpixel rendered RGBW) 표시 시스템 또는 다양한 구조를 갖는 다원색 표시 시스템의 성능을 향상시킨다. 도 32b를 참조하면, 세그먼트 백라이트(3220)를 이용하는 표시 시스템(3201)에서, 세그먼트 백라이트(3220)를 이용하여 투과형 다원색(예를 들어, RGBW, RGBC, RGBY, 등등) 컬러 필터(3265)를 갖는 공간적인 광 조절부(3260)가 도시된다. 예를 들어, 도 32b의 상기 공간적인 광 조절부(3260)는 전술한 또는 본 발명이 인용하고 있는 종래기술 상의 다양한 형태의 레이아웃을 갖는 LCD일 수 있다. 감마 블록(Gamma Function)(3205)은 입력된 감마, 디지털 양자화된 R*G*B* 영상(incoming perceptually, gamma, digitally quantized R*B*B* image)을 선형화한다. 피크 함수(Peak Function) 블록(3210)은 상기 선형화된 RGB 신호를 조사하여 매트릭스 백라이트(3220)에 의해 조명되고 상기 매트릭스 백라이트(3220)의 로우들 및 컬럼들에 맵핑되는 화소의 피크 휘도값(peak brightness values)을 찾는다. 예를 들어 백색 광원과 같이 넓은 스팩트럼을 갖는 발광체들(3222)의 경우, RGB 값들은 전술한 백라이트들에 있어서 각각의 컬럼 및 각각의 로우에서 최대 적색값, 최대 녹색값 또는 최대 청색값을 갖는다. 적색, 녹색 및 청색과 같은 독립적으로 구동되는 원색들을 갖는 발광체들(3222)의 경우, RGB 값들은 상기 백라이트들에 있어서 각각의 컬럼 및 각각의 로우에서 서로 독립적으로 최대 적색값, 최대 녹색값 및 최대 청색값이 조사된다. 피크 함수 블록(3210)의 출력값은 매트릭스 형태의 인코딩된 다운 샘플링 영상(matrix encoded down sampled image)을 포함하며, 도면에서 아래쪽 방향의 화살표로 나타낸다. 상기 최대 값들(예를 들어, 최대 적색값, 최대 녹색값 및 최대 청색값)은 백라이트 제어부(3212)로 전송되고, 이어서 백라이트(3220)의 발광체들(3222)로 인가된다. 상기 최대 값들은 또한 백라이트 보간 블록(Backlight Interpolation block)(3205)으로 전송된다. 상기 백라이트 보간 블록(3205)는 영상의 각 화소에서 조명되는 강도를 계산하고, 계산된 값은 공간적인 광 제어부(3260)에서 랜더링된다.

백라이트 보간 블록(3205)의 출력값은 업 샘플된 영상(upsampled image)으로서 백라이트(3220)의 조명 값(illumination)XL을 나타내는 위쪽 화살표로 표시될 수 있다. 선형 RGB 영상 값들(X)은 X/XL블록(3236)에 의해 보간된 백라이트 휘도값들(interpolated backlight illumination values)(XL)에 의해 나눠진다. 이어서, 색공간 맵핑(GMA) 블록(3240)은 상기 RGB X/XL 영상을 적절한 GMA 방법을 이용하여 RGBW X/XL 영상으로 변환시킨다. 이후에, 상기 RGBW X/XL 영상은 전술한 방법들 중의 하나를 통해 서브화소 랜더링(subpixel rendering) 과정을 거치게 된다. 상기 서브화소 랜더링 과정을 거친 RGBW X/XL 영상은 감마(ㅳ-1) 보정 블록(3215)에 의해 감마 보정 양자화(gamma correction quantized)과정을 거쳐서 표시되는 영상의 감마값에 맞도록 변환된다. 백라이트(3220)의 휘도 값(XL)은 공간적인 광 조절부(3260)에 의해 서브화소 랜더링된(subpixel rendered) RGBW X/XL 영상과 컨벌루션되어(convolved, 또는 연동되어) 표시하고자 하는 영상(X)으로 재구성된다.

상기 매트릭스 백라이트는 필드 연속 컬러 시스템(Field Sequential Color systems)의 성능을 향상시킬 수도 있다. 도 33은 혼성 가상 원색공간의 연속적인 제어 시스템 및 방법이 적용되는 새로운 세그먼트화된 백라이트를 구비하는 표시 시스템을 나타내는 블록도이다. 도 33에 도시된 세그먼트 백라이트(3320)을 이용하는 표시 시스템의 블록 다이어그램(3300)을 참조하면, 세그먼트 백라이트(3320)에 의해 투과형인 공간적인 광 조절부(transmissive spatial light modulator)(3360)가 조명된다(illuminated). 입력 감마 블록(3305)는 입력된 감지될 수 있는 데이터, 감마 데이터, 디지털로 양자화된 R*G*B* 영상 데이터 등과 같은 입력영상데이터를 선형화(linearize)할 수 있다. 선형화된 RGB 신호(linear RGB signal)는 경계 박스 블록(Bounding Box block)(3330)에 의해 조사되어 화소들에서의 컬러 및 휘도값을 커버하는 가장 작은 박스를 찾는다. 이때, 경계 박스 블록(3330)의 조사과정은 백라이트(3320)의 로우들(rows) 및 컬럼들(columns)에 의해 조명되는(illuminated) 영역 내에 맵핑되는 화소들에 대해서 수행된다. 상기 경계 박스 블록(3330)으로부터 구해진 값들은 가상 원색 계산 블록(Calc Virtual Primaries block)(3332)의 가상원색들의 셋트를 계산하는데 사용된다. 상기 가상 원색 값들은 필드연속컬러(FSC)블록(3325)에 의해 세그먼트 백라이트(3320)의 발광체들(3322)의 필드연속컬러 휘도값들을 제어하는데 사용된다. 상기 발광체들은 적색, 녹색, 청색 LED들이거나, 적색, 녹색, 청색, 청녹색(에메랄드 그린) LED들을 포함하거나, 다른 다양한 조합의 컬러 발광체들을 포함할 수 있다. 또한, 발광체들(3320)의 컬러 및 휘도 값들은 백라이트 보간 블록(3334)으로 입력되어, 영상의 각 화소에 대응되는 조명값들이 계산된다. 상기 백라이트 보간 블록(3334)에 의해 계산된 각 화소에 대응되는 조명값들은 공간적인 광 조절부(3360)에 의해 랜더링된다.

백라이트 보간 블록(3334)의 출력값은 업샘플링 영상(upsampled image)일 수 있으며, 상기 업샘플링 영상은 위쪽 방향의 화살표로 표시된다. ㆇ 값 계산 블록(3340)은 보간된 휘도값 및 선형 RGB 값들을 랜더링하여 ㆇ 값을 구한다. 상기 ㆇ 값은 상대적인 투과도를 나타내는 값(relative transmission values)으로 각 컬러필드에서의 백라이트 휘도값들과 컨벌루션(convolved, 또는 연동되어)된다. 이후에, 상기 컨벌루션된 ㆇ 값들이 합해서 소정의 컬러에 대하여 랜더링된 후에 영상으로 표시된다. 상기 ㆇ 값들은 출력 감마 블록(3315)에 의해 감마보정(gamma corrected) 및 양자화(quantized)된다. 이때, 상기 감마보정(gamma corrected) 및 양자화(quantized)과정은 투과형의 공간적인 광 조절부(3360)에 적합하도록 전기-광학적 변환함수(electro-optical transferfunction)에 의해 양자화된다.

예를 들어, 한쪽 코너에 컬러 스테이션 아이콘(color station icon)이 있는 텔레비전에서 흑백영화를 보는 경우를 가정해 본다. 매트릭스 백라이트(3320)의 컬럼들 및 로우들 중에서 대부분의 컬럼들 및 로우들은 다양한 레벨의 계조를 갖는 원색들을 포함한다. 상기 아이콘이 위치하는 지점에서 서로 교차하는 컬럼들 및 로우들은 보다 큰 색공간(large color gamut)을 갖는 원색들을 포함할 수 있다. 상기 교차하는 지점에서, 상기 색공간의 크기는 최대값을 가질 수 있다. 상기 컬럼들과 로우들이 교차하는 지점에서는 넓은 색공간의 가상원색들에 대하여 선형적으로 혼합되어 구해진 계조들의 레벨에 의해 조명된다. 따라서 색공간이 퍼지는 정도(color gamut spread)가 감소된 연한 색체(pastel)의 가상원색들을 형성한다. 백라이트 보간 블록(3334)는 전술한 현상을 감지하고, ㆇ 값 계산블록(3340)은 백라이트 보간 블록(3334)에 의해 감지된 현상을 보상한다. 따라서, 흑백 영상이 표시되더라도 영상의 한쪽 코너에서는 컬러가 열화되지 않은 본래의 풀컬러(full color) 아이콘이 표시될 수 있으며, 랜더링된 영상(rendered image)에서 컬러가 깨지는 현상(color break-up)이 감소된다.

전술한 실시예들에 의해 개시된 방법들 및 동작들은 전술한 구조들, 그 등가구조들(structural equivalents) 및 이들의 조합을 포함하는 디지털 전자회로(digital electric circuitry), 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어(firmware), 또는 하드웨어에 의해 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예들은 하나 또는 그 이상의 컴퓨터 프로그램 결과물, 즉, 하나 또는 그 이상의 컴퓨터-독출 매체(computer-readable media)에서 시행되도록 인코딩된 컴퓨터 프로그램 모듈들, 또는 데이터 처리 장치의 동작을 제어하는 컴류터 프로그램 모듈들로 구현될 수 있다.

컴퓨터 프로그램(프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 어플리케이션, 스크립트(script), 코드(code) 등등)은 컴파일된(compiled) 또는 통역된(interpreted) 언어 등과 같은 다양한 형태의 프로그램 언어로 쓰여질 수 있다. 상기 컴퓨터 프로그램은 단독 구동되는 프로그램(stand-alone program), 모듈(module) 형태의 프로그램, 컴포넌트(component) 형태의 프로그램, 서브루틴(subroutine) 형태의 프로그램 또는 다양한 형태의 컴퓨터 환경에서 동작하는 프로그램의 형태로 구현될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터의 파일 시스템에서 파일의 형태를 가질 수 있으나, 다른 실시예로서 파일 형태가 아닌 다양한 형태를 가질 수도 있다. 프로그램은 다른 프로그램들의 파일 또는 데이터의 일부(예를 들어, 마크업 언어 파일(markup language document)에 저장되는 하나 또는 그 이상의 스크립트)로 구현되거나, 프로그램 상에서 하나의 파일형태로 구현되거나, 복수의 공동작업하는 파일들(multiple coordinated files)(예를 들어, 하나 또는 그 이상의 모듈들, 서브 프로그램들(sub-programs), 또는 코드의 일부)로 구현될 수도 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 컴퓨터에서 수행되거나, 복수개의 컴퓨터에서 수행될 수도 있다. 프로그램이 복수개의 컴퓨터에서 수행되는 경우, 복수개의 컴퓨터들이 하나의 장소에 모여 있을 수도 있고, 서로 이격된 복수개의 장소에 배치되고 통신 네트워크(communication network)를 통해서 서로 연결될 수도 있다.

본 발명의 실시예들에 개시된 공정들 및 논리의 흐름은 하나 또는 그 이상의 프로그램될 수 있는 프로세서들에 의해 수행될 수 있다. 상기 프로세서들은 하나 또는 그 이상의 컴퓨터 프로그램에 의해 수행되고 입력 데이터에 의해 구동되어 출력값을 생성한다. 상기 공정들 및 논리의 흐름은 특별한 목적을 가진 논리회로를 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 특별한 목적을 가진 논리회로는 에프피지에이(field programmable gate array; FPGA) 또는 에이에스아이씨(application-specific integrated circuit; ASIC)를 포함할 수 있다.

컴퓨터 프로그램을 수행하기 위한 프로세서들은 일반적인 마이크로 프로세서 또는 특별한 목적을 가진 마이크로 프로세서를 이용할 수 있으며, 다양한 종류의 디지털 컴퓨터 형태를 갖는 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 이용할 수도 있다. 일반적으로, 프로세서는 롬(read-only memory; ROM), 램(random access memory; RAM), 또는 이들의 조합으로부터 데이터 및 명령어(instruction)를 입력받는다. 컴퓨터의 핵심 부품들은 명령을 수행하는 프로세서 및 명령 및 데이터를 저장하는 하나 또는 그 이상의 기억장치(memory device)를 포함한다. 컴퓨터는 전술한 표시장치들, 휴대폰(mobile telephone), 피디에이(personal digital assistant; PDA), 휴대용 오디오 플레이어, 지피에스 시스템(Global Positioning System; GPS) 수신기, 등의 다른 장치에 적용될 수 있다. 컴퓨터에서 독출될 수 있어서 명령 및 데이터를 저장하는 기억장치는 비휘발성(non-volatile) 메모리, 매체(media) 등을 포함한다. 예를 들어, 상기 기억장치는 이피알오엠(erasable programmable read only memory; EPROM), 이이피알오엠(electrically erasable and programmable read only memory; EEPROM), 플레쉬 메모리 장치, 자기 디스크, 내부 하드 디스크, 탈착가능한 디스크(removable disks), 자기-광학 디스크(magneto-optical disk), 씨디롬(compact disc read only memory; CD-ROM) 디스크, 디브이디 롬(digital versatile disc-read only memory; DVD-ROM) 디스크 등을 포함한다. 상기 프로세서 및 기억장치(또는 메모리)는 특별한 목적을 가진 논리회로들에 의해 구성되거나 보조될 수 있다.

본 발명의 영상 표시 방법에 따르면, 발광다이오드(Light emitting diodes; LED)와 같은 발광체들의 어레이는 서브화소들을 갖는 표시 시스템의 백라이트로 사용되어 종래기술에 비하여 영상표시에 있어서 높은 색순도를 갖도록 필터링될 수 있다. 그러나 일정한 종류의 표시패널(예를 들어, 액정표시장치)에서는 콘트라스트비에 제한이 있어서 서브 화소의 오프상태에 비하여 색의 열화(bleed of color)가 발생할 수 있다. 또한, 상기 컬러필터는 그 자체가 높은 색순도를 갖는 것이 아니기 때문에, 다른 컬러 발광체에서 발생된 색의 일부를 불필요하게 투과시킬 수 있다. 본 발명의 표시 시스템에서, 백라이트 어레이에 배치된 개별 발광체들은 독립적으로 어드레스(addressed)되고, 백라이트의 색을 보다 정밀하게 조절하는 것이 가능하다. 즉 개별 발광체들을 독립적으로 구동하여 백라이트의 색을 독립적으로 조절할 수 있다. 이러한 백라이트의 색을 독립적으로 조절하는 능력은 표시장치의 색순도 및 능동적인 구동영역의 확대를 가져와서 자유도(degree of freedom)를 증가시킨다. 상기 백라이트 어레이로부터 출사되고 일정한 색온도(color temperature)를 갖는 광의 전체적인 또는 국지적인 휘도정보의 확산(spread of luminance information)을 최적화하여, 표시패널의 서브 화소에서 서브 화소 랜더링(rendering)을 하는 경우에 있어서 서브화소 랜더링의 효율성을 증가시킨다.

따라서, 백라이트의 컬러값을 선택하여 영상을 표시함으로써, 표시장치의 화질이 향상되고 색재현성이 증가하며 소비전력이 감소하고 휘도가 향상된다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (29)

1. 표시되는 각각의 컬러를 갖는 화소들을 갖는 표시패널, 및 개별적인 어드레스가 가능한(individually addressable) 컬러 발광체들을 가져서 상기 표시 패널의 상기 화소들에 광을 공급하는 백라이트를 구비하는 표시 시스템에 있어서, 상기 영상을 종합적으로 표시하는 영상표시방법에서,
   상기 표시 패널에 표시되는 영상에 대응되는 영상 데이터를 수신하는 단계;
   상기 각 화소에서, 상기 표시되는 컬러가 색공간을 벗어나는지 판단하여 색공간을 벗어난 화소들의 셋트를 정의하는 단계; 및
   상기 영상이 표시되는 동안 상기 색공간을 벗어난 화소들의 셋트를 이용하여 상기 백라이트의 상기 컬러 발광체들로부터 출사된 광의 강도를 정의하는 가상의 원색 셋트를 결정하는 단계를 포함하는 영상표시방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 색공간을 벗어난 화소들의 셋트를 정의하는 단계는, 상기 각 색공간을 벗어나는 컬러들에 대응되는 상기 색공간을 벗어난 화소들의 셋트를 형성하는 단계를 더 포함하고,
   상기 가상의 원색 셋트를 결정하는 단계는, 상기 색공간을 벗어난 화소들의 셋트를 이용하여 상기 가상의 원색 셋트를 정의하되, 상기 색공간을 벗어나지 않는 화소들의 셋트는 이용하지 않는 것을 특징으로 하는 영상표시방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 영상 데이터를 수신하는 단계는, 다중 영상 프레임용 영상 데이터를 수신하는 단계를 더 포함하고,
   상기 색공간을 벗어난 화소들의 셋트를 정의하는 단계는, 상기 각 영상 프레임의 상기 색공간을 벗어나는 화소들의 셋트를 정의하는 단계를 더 포함하고,
   상기 가상의 원색 셋트를 정의하는 단계는 상기 색공간을 벗어난 화소들의 셋트의 상기 색들에 대응하는 상기 가상의 원색 셋트를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상표시방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 백라이트의 상기 발광체들의 강도가 상기 정의된 가상의 원색들에 대응하는 동안 상기 표시 패널이 상기 영상을 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상표시방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 컬러 발광체들의 시간평균된 컬러(time averaged color)에 의해 결정되는 상기 화소들의 제1 셋트에 속하는 서브 화소들의 컬러 값들을 제1 모드로 하여 상기 영상의 제1 부분을 표시하는 단계;
   상기 컬러 발광체들의 컬러들에 의해 독립적으로 결정되는 상기 화소들의 제2 셋트에 속하는 서브 화소들의 컬러 값들을 제2 모드로 하여 상기 영상의 제2 부분을 표시하는 단계; 및
   상기 제1 부분과 상기 제2 부분의 경계에서, 상기 제1 부분 및 상기제2 부분을 선형적으로 혼합하여 혼합된 부분을 갖는 영상을 생성하는 단계를 더 포함하고,
   상기 선형적으로 혼합하는 단계는 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분을 혼합계수(α)에 따라 혼합하는 것을 특징으로 하는 영상표시방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 혼합계수(α)는 상기 경계에서 상기 영상의 상기 제2 부분이 표시되도록 정해지는 것을 특징으로 하는 영상표시방법.
7. 제1항에 있어서,
   배제 색공간(exclusion gamut)을 결정하는 단계를 더 포함하고,
   상기 색공간을 벗어난 화소들의 셋트를 정의하는 단계는, 각 화소에서 대응되는 컬러가 상기 각 화소의 색공간 내에 위치하는지 판단하여 색공간 내에 위치하는 화소들의 셋트를 정의하는 단계를 더 포함하고,
   상기 가상의 원색 셋트를 결정하는 단계는, 상기 색공간을 벗어나는 화소들의 셋트의 상기 컬러들 및 상기 배제 색공간을 벗어나서 상기 색공간 내에 위치하는 화소들의 셋트의 컬러들에 따라서 상기 가상의 원색들을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상표시방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 배제 색공간을 결정하는 단계는, 상기 배제 색공간이 상기 각 화소의 가장 높은 컬러값에 비례하는 것을 특징으로 하는 영상표시방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 배제 색공간을 결정하는 단계는, 상기 가장 높은 컬러값에 환산계수(scale factor)를 곱하는 단계를 더 포함하고, 상기 환산계수는 1/(1+(Lw/Lrgb))인 것을 특징으로 하는 영상표시방법(단, Lw는 상기 화소들 중 백색 서브화소들의 투과도이고, Lrgb는 상기 화소들 중에서 컬러 서브화소들의 투과도이다.)
10. 제8항에 있어서, 상기 배제 색공간을 결정하는 단계는,
    상기 표시 패널의 상기 화소들의 색영역에 따라 상기 배제 색공간의 제1 지점 및 제2 지점을 결정하는 단계; 및
    상기 각 화소의 가장 높은 컬러값에 따라 상기 배제 색공간의 제3 지점을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상표시방법.
11. 제8항에 있어서 상기 배제 색공간을 결정하는 단계는,
    상기 표시 패널의 상기 화소들의 색공간에 따라 상기 배제 색공간의 제1 및 제2 측을 결정하는 단계; 및
    상기 각 화소의 가장 높은 컬러값에 따라 상기 배제 색공간의 제3 지점을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상표시방법.
12. 제1항에 있어서, 상기 표시패널은 액정표시패널인 것을 특징으로 하는 영상 표시 방법.
13. 표시되는 각각의 컬러를 갖는 화소들을 갖는 표시패널, 및 개별적인 어드레스가 가능한(individually addressable) 컬러 발광체들을 가져서 상기 표시 패널의 상기 화소들에 광을 공급하는 백라이트를 구비하는 표시 시스템에 있어서, 상기 영상을 종합적으로 표시하는 영상표시방법에서,
    상기 표시 패널에 표시되는 영상에 대응되는 영상 데이터를 수신하는 단계;
    상기 영상이 표시되는 동안 상기 백라이트의 상기 컬러 발광체들로부터 출사된 광의 강도를 정의하는 가상의 원색들의 초기값을 설정하는 단계;
    상기 각 화소에서, 상기 설정된 초기값을 이용하여 상기 표시되는 컬러가 색공간을 벗어나는지 판단하여 색공간을 벗어난 화소들의 셋트를 정의하는 단계; 및
    상기 색공간을 벗어난 화소들의 셋트를 이용하여 상기 가상의 원색들의 컬러값들의 보정값을 결정하는 단계를 포함하는 영상표시방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 표시되는 컬러가 색공간을 벗어나는지 판단하는 단계는, 상기 각 색공간의 외부에 배치되는 컬러들을 갖는 상기 색공간을 벗어나는 화소들의 셋트를 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 가상의 원색들의 컬러값들의 보정값을 결정하는 단계는, 상기 색공간을 벗어난 화소들의 셋트를 이용하고 상기 색공간을 벗어나지 않는 화소들의 컬러들은 이용하지 않으면서 상기 가상의 원색들의 컬러값들의 보정값을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상표시방법.
15. 제13항에 있어서,
    상기 영상 데이터를 수신하는 단계는 다중 영상 프레임용 영상데이터를 수신하는 단계를 더 포함하고,
    상기 색공간을 벗어난 화소들의 셋트를 정의하는 단계는, 상기 각 영상 프레임의 상기 색공간을 벗어나는 화소들의 셋트를 정의하는 단계를 더 포함하고,
    상기 보정값을 결정하는 단계는 상기 색공간을 벗어난 화소들의 셋트의 상기 색들에 대응하는 상기 가상의 원색들의 상기 보정값을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상표시방법.
16. 제13항에 있어서, 상기 백라이트의 상기 발광체들의 강도가 상기 가상의 원색들의 상기 컬러값들의 상기 보정값에 대응되도록 상기 표시패널이 영상을 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상표시방법.
17. 제13항에 있어서, 상기 표시패널은 액정표시패널인 것을 특징으로 하는 영상표시방법.
18. 제13항에 있어서,
    상기 컬러 발광체들의 시간평균된 컬러(time averaged color)에 의해 결정되는 상기 화소들의 제1 셋트에 속하는 서브 화소들의 컬러 값들을 제1 모드로 하여 상기 영상의 제1 부분을 표시하는 단계;
    상기 컬러 발광체들의 컬러들에 의해 독립적으로 결정되는 상기 화소들의 제2 셋트에 속하는 서브 화소들의 컬러 값들을 제2 모드로 하여 상기 영상의 제2 부분을 표시하는 단계; 및
    상기 제1 부분과 상기 제2 부분의 경계에서, 상기 제1 부분 및 상기제2 부분을 선형적으로 혼합하여 혼합된 부분를 갖는 영상을 생성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 선형적으로 혼합하는 단계는 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분을 혼합계수(α)에 따라 혼합하는 것을 특징으로 하는 영상표시방법.
19. 제18항에 있어서, 상기 혼합계수(α)는 상기 경계에서 상기 영상의 상기 제2 부분이 표시되도록 정해지는 것을 특징으로 하는 영상표시방법.
20. 표시되는 각각의 컬러를 갖는 화소들을 갖는 표시패널, 및 개별적인 어드레스가 가능한(individually addressable) 컬러 발광체들을 가져서 상기 표시 패널의 상기 화소들에 광을 공급하는 백라이트를 구비하는 표시 시스템에 있어서, 상기 영상을 종합적으로 표시하는 영상표시방법에서,
    상기 표시 패널에 표시되는 영상에 대응되는 영상 데이터를 수신하는 단계;
    배제 색공간을 결정하는 단계;
    상기 배제 색공간의 외부에 배치되는 컬러에 대응되는 화소들의 제1 세트를 결정하는 단계; 및
    상기 영상이 표시되는 동안 상기 화소들의 상기 제1 셋트의 상기 컬러들을 이용하여 상기 백라이트의 상기 컬러 발광체들로부터 출사된 광의 강도를 정의하는 가상의 원색 셋트를 결정하는 단계를 포함하는 영상표시방법.
21. 제20항에 있어서, 상기 배제 색공간을 결정하는 단계는, 상기 배제 색공간이 상기 각 화소의 가장 높은 컬러값에 비례하는 것을 특징으로 하는 영상표시방법.
22. 제21항에 있어서, 상기 배제 색공간을 결정하는 단계는, 상기 가장 높은 컬러값에 환산계수(scale factor)를 곱하는 단계를 더 포함하고, 상기 환산계수는 1/(1+(Lw/Lrgb))인 것을 특징으로 하는 영상표시방법(단, Lw는 상기 화소들 중 백색 서브화소들의 투과도이고, Lrgb는 상기 화소들 중에서 컬러 서브화소들의 투과도이다.)
23. 제21항에 있어서, 상기 배제 색공간을 결정하는 단계는,
    상기 표시 패널의 상기 화소들의 색영역에 따라 상기 배제 색공간의 제1 지점 및 제2 지점을 결정하는 단계; 및
    상기 각 화소의 가장 높은 컬러값에 따라 상기 배제 색공간의 제3 지점을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상표시방법.
24. 제21항에 있어서, 상기 배제 색공간을 결정하는 단계는,
    상기 표시 패널의 상기 화소들의 색공간에 따라 상기 배제 색공간의 제1 및 제2 측을 결정하는 단계; 및
    상기 각 화소의 가장 높은 컬러값에 따라 상기 배제 색공간의 제3 지점을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상표시방법.
25. 제20항에 있어서,
    각 화소에서 대응되는 컬러가 상기 각 화소의 색공간을 벗어나는지 판단하여 화소들의 제2 셋트를 정의하는 단계를 더 포함하고,
    상기 가상의 원색 셋트를 결정하는 단계는, 상기 화소들의 제1 및 제2 셋트들의 컬러들에 대응하여 상기 가상의 원색들을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상표시방법.
26. 제20항에 있어서, 상기 백라이트의 상기 발광체들의 강도가 상기 가상의 원색들에 대응되고 상기 표시패널이 상기 영상을 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상표시방법.
27. 제20항에 있어서, 상기 배제 색공간의 상부 경계는 부분적으로 상기 각 화소의 평균 컬러값에 대응되는 것을 특징으로 하는 영상표시방법.
28. 제20항에 있어서, 상기 가상의 원색들은 상기 화소들의 상기 제1 셋트에 의해 결정되고, 상기 배제 색공간 내의 컬러들에 의해 결정되지 않는 것을 특징으로 하는 영상표시방법.
29. 제20항에 있어서, 상기 표시 패널은 액정표시패널인 것을 특징으로 하는 영상표시방법.
    

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