KR20140093475A - 표시장치의 색역 축소 보상 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 표시장치의 색역 축소 보상 방법에 관한 것으로, 컬러 필터 두께 조절로 색역이 축소된 표시장치에 있어서, 입력 영상의 RGB 데이터를 입력 받는 단계; 및 상기 RGB 데이터를 LCH 색공간으로 변한하고 채도값(C)을 향상시켜 LC'H 데이터를 발생하고 상기 LC'H 데이터를 RGB 데이터로 역변환하여 표시패널에 표시하는 단계를 포함한다.

Description

표시장치의 색역 축소 보상 방법{COMPENSATION METHOD OF SCALING DOWN COLOR GAMUT OF DISPLAY DEVICE}

본 발명은 표시장치의 색역 축소 보상 방법에 관한 것이다.

최근 저소비전력 및 32˝ 이하 크기의 LCD TV(Liquid Crystal Display television)을 중심으로, HDTV 색역(color gamut) 규정 ITU-R BT.709(International Telecommunication Union - Recommendation -Broadcasting service (television) 709, NTSC 대비 72%) 보다 작은 색역을 갖는 대신 투과율 향상을 통해 소비전력과 제조 가격을 낮추기 위한 연구가 진행되고 있다. 색역 축소를 위해서는 컬러 필터 재료 및 구조, 광원 특성 등이 종합적으로 고려되어야 한다. 색역을 줄일 때 시청자가 느끼는 색감의 변화를 최소화하여야 한다.

색역을 줄이고 투과율을 높이기 위하여, 적색(Red, R), 녹색(Green, G) 및 청색(Blue, B) 컬러 필터들의 두께를 줄이는 방안이 고려될 수 있다. 그런데, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 컬러 필터들의 두께를 균등하게 축소하면 영상 재현시에 적색, 녹색 및 청색의 색 좌표 변화가 다르게 나타난다.

종래 기술의 색역 축소 방법은 채도가 높은 데이터 빈도를 고려하지 않기 때문에 특정 색에서 데이터 손실이 크게 발생하여 영상의 왜곡이 나타날 수 있다. 색역 축소 방법에서 RGB 데이터의 계조를 높이는 방법으로 채도를 향상하는 방법을 적용하면, 계조 뭉침 등 아티팩트(artifact)가 보일 수 있다.

본 발명은 색역을 축소하여 투과율을 높이고 데이터 손실을 최소화하여 데이터 왜곡을 줄이고 화질을 높일 수 있는 표시장치의 색역 축소 보상 방법을 제공한다.

본 발명의 색역 축소 보상 방법은 컬러 필터 두께 조절로 색역이 축소된 표시장치에 있어서, 입력 영상의 RGB 데이터를 입력 받는 단계; 및 상기 RGB 데이터를 LCH 색공간으로 변한하고 채도값(C)을 향상시켜 LC'H 데이터를 발생하고 상기 LC'H 데이터를 RGB 데이터로 역변환하여 표시패널에 표시하는 단계를 포함한다.

본 발명은 색역을 축소하여 투과율을 높이고 고채도 빈도가 높은 색의 색역을 그렇지 않은 색에 비하여 상대적으로 작게 축소하여 데이터 손실을 최소화하여 데이터 왜곡을 줄이고 LCH 색공간에서 입력 영상의 채도만을 향상시켜 화질을 입력 영상의 원본 화질 수준으로 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 표시장치의 색역 축소 방법을 보여 주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치의 색역 축소 보상 방법을 보여 주는 흐름도이다.
도 4는 채도 향상 커브의 일 예를 보여 주는 도면이다.
도 5는 도 4와 같은 채도 향상 커브로 입력 영상의 채도를 향상시키는 방법을 적용하였을 때 색역이 축소된 표시장치의 인지 실험 결과를 보여 주는 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 실시예에 따른 표시장치는 색역 축소를 통해 투과율을 향상시킬 수 있는 어떠한 표시장치로도 적용 가능하다. 예를 들어, 본 발명의 표시장치는 컬러 필터 두께 조절을 통해 색역을 축소하고 투과율을 높일 수 있는 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device, LCD), 유기발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Display Device, OLED) 등의 평판 표시장치로 구현될 수 있다. 이하에서, 본 발명의 표시장치의 일 예로서 액정표시장치(LCD)를 중심으로 설명하지만 액정표시장치에 한정되지 않는다는 것에 주의하여야 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 표시장치는 채도 향상부(10), 타이밍 콘트롤러(11), 데이터 구동회로(12), 게이트 구동회로(13), 표시패널(20) 등을 포함한다.

표시패널(20)은 액정층을 사이에 두고 대향하는 상부 유리기판과 하부 유리기판을 포함한다. 표시패널(20)은 채도 향상부(10)에 의해 채도가 향상된 입력 영상의 데이터를 표시하는 픽셀 어레이를 포함한다. 픽셀 어레이는 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)의 교차부마다 형성되는 TFT들과, TFT에 접속된 화소전극(1)을 포함한다. 픽셀 어레이는 매트릭스 형태로 배치된 m×n 개의 픽셀들을 포함하고, 픽셀들 각각은 RGB 3원색의 서브픽셀들을 포함한다. 서브픽셀은 액정셀(Clc)을 포함한다. 액정셀들(Clc) 각각은 TFT를 통해 데이터전압을 충전하는 화소전극(1)과 공통전압(Vcom)이 인가되는 공통전극(2)의 전압차에 의해 구동되어 광 투과율을 조절한다.

표시패널(20)의 상부 유리기판 상에는 블랙매트릭스, 컬러필터 및 공통전극 등이 형성된다. 표시패널(20)의 상부 유리기판과 하부 유리기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정의 프리틸트각(pre-tilt angle)을 설정하기 위한 배향막이 형성된다.

본원 출원인은 컬러 필터의 두께를 조절하여 색역을 축소하여 투과율과 휘도를 개선할 수 있고 특정 색이 다른 색에 비하여 색재현율이 더 낮아지는 현상을 줄일 수 있는 컬러 필터 두께 조절 방법을 대한민국 특허 출원 10-2010-0009589(2010. 02. 02.)에서 제안한 바 있다. 본 발명의 표시장치는 대한민국 특허 출원 10-2010-0009589(2010. 02. 02.)에서 제안된 컬러 필터 두께 조절 방법으로 표시패널(20)의 컬러 필터 두께를 조절하여 색역을 줄일 수 있다.

표시패널(20)의 액정모드는 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드 등 공지된 어떠한 액정모드로도 구현될 수 있다. 본 발명의 액정표시장치는 투과형 액정표시장치, 반투과형 액정표시장치, 반사형 액정표시장치 등 어떠한 형태로도 구현될 수 있다. 투과형 액정표장치와 반투과형 액정표시장치는 백라이트 유닛(30)이 필요하다. 백라이트 유닛(30)은 직하형(direct type) 백라이트 유닛 또는, 에지형(edge type) 백라이트 유닛으로 구현될 수 있다.

채도 향상부(10)는 입력 영상의 RGB 데이터를 LCH(L:Lightness, C:Chroma, H:Hue) 색공간으로 변환한다. 채도 향상부(10)는 룩업 테이블(Look-up tabel, LUT)에 입력 영상의 채도(C)를 입력하여 그 룩업 테이블로부터 출력된 채도로 입력 영상의 채도를 향상시킨다. 룩업 테이블에는 도 4와 같이 입력 채도에 비하여 출력 채도가 높게 설정된 채도 향상 커브가 저장되어 있다. 이 룩업 테이블에 채도(C)를 입력하면 실선의 채도 향상 커브(42)에서 만나는 출력 채도(C')가 자동 선택되어 채도(Chroma, C)가 향상된다. 그리고 채도 향상부(10)는 룩업 테이블에 의해 변조된 C'값을 갖는 LC'H 색공간 데이터를 RGB 데이터로 역변환하여 R'G'B' 데이터를 출력한다.

타이밍 코트롤러(11)는 채도 향상부(10)로부터 입력된 R'G'B'를 mini-LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 인터페이스 규격으로 데이터 구동회로(12)로 전송한다. 타이밍 콘트롤러(11)는 비디오 소스를 포함한 호스트 시스템(14)로부터 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(CLK) 등의 타이밍 신호를 입력받는다. 타이밍 콘트롤러(11)는 타이밍 신호(Vsync, Hsync, DE, CLK)를 이용하여 데이터 구동회로(12)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 데이터 제어신호(SDC)와, 게이트 구동회로(13)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 제어신호(GDC)를 발생한다. 타이밍 콘트롤러(11)는 60Hz의 프레임 주파수로 입력되는 디지털 비디오 데이터가 60×i(i는 2 이상의 양의 정수) Hz의 프레임 주파수로 표시패널(20)의 픽셀 어레이에서 표시될 수 있도록 게이트 제어신호(GDC)와 데이터 제어신호(SDC)의 주파수를 60×i Hz의 프레임 레이트(frame rate)로 체배할 수 있다.

데이터 제어신호(SDC)는 소스 스타트 펄스(Source, Start Pulse, SSP), 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE), 극성제어신호(POL) 등을 포함한다. 소스 스타트 펄스(SSP)는 데이터 구동회로(12)의 데이터 샘플링 시작 시점을 제어한다. 소스 샘플링 클럭(SSC)은 데이터의 샘플링 타이밍을 제어한다. 타이밍 콘트롤러(11)와 데이터 구동회로(12) 사이의 인터페이스가 mini LVDS 인터페이스라면, 소스 스타트 펄스(SSP)와 소스 샘플링 클럭(SSC)은 생략될 수 있다. 극성제어신호(POL)는 데이터 구동회로(12)로부터 출력되는 데이터전압의 극성 반전 타이밍을 제어한다. 소스 출력 인에이블신호(SOE)는 데이터 구동회로(12)의 출력 타이밍을 제어한다.

게이트 제어신호(GDC)는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 시프트 클럭(Gate Shift Clock, GSC), 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등을 포함한다. 게이트 스타트 펄스(GSP)는 게이트 구동회로(13)의 스타트 타이밍을 제어한다. 게이트 시프트 클럭(GSC)은 게이트 스타트 펄스(GSP)의 시프트 타이밍을 제어한다. 게이트 출력 인에이블신호(GOE)는 게이트 구동회로(13)의 출력 타이밍을 제어한다.

호스트 시스템(14)은 텔레비젼 시스템, 홈 시어터 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 폰 시스템(Phone system) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 호스트 시스템(14)은 입력 영상의 RGB 데이터(RGBs)를 표시패널(10)의 해상도에 맞게 스케일링한다. 호스트 시스템(30)은 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)와 함께 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, MCLK)을 타이밍 콘트롤러(11)로 전송한다.

데이터 구동회로(12)는 다수의 소스 드라이브 IC들을 포함한다. 소스 드라이브 IC 각각은 타이밍 콘트롤러(11)로부터의 데이터 제어신호(SDC)에 응답하여 타이밍 콘트롤러(11)로부터 입력되는 R'G'B' 데이터를 샘플링하고 래치하여 병렬 데이터 체계의 데이터로 변환한다. 소스 드라이브 IC들 각각은 병렬 데이터 전송 체계로 변환된 R'G'B' 데이터를 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 정극성/부극성 데이터 전압을 발생한다. 그리고 소스 드라이브 IC 각각은 타이밍 콘트롤러(11)의 제어 하에 정극성/부극성 데이터전압의 극성을 반전시켜 데이터라인들(D1~Dm)에 공급한다.

게이트 구동회로(13)는 다수의 게이트 드라이브 IC를 포함한다. 게이트 드라이브 IC는 타이밍 콘트롤러(11)로부터의 게이트 제어신호(GDC)에 응답하여 데이터 전압에 동기되는 게이트 펄스(또는 스캔 펄스)를 게이트 라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급한다.

본 발명은 고채도가 많이 포함된 색상의 색역을 적게 축소하고 그렇지 않은 색상에서 색역을 상대적으로 많이 축소한다. IEC62087 영상을 분석한 결과, 녹색은 고채도 데이터 빈도가 높고, 청색이나 적색은 상대적으로 채도가 낮은 데이터 빈도가 낮다. 이를 바탕으로 본 발명은 컬러 필터의 두께를 조절하여 표시장치의 색역을 축소하되, 도 2와 같이 청색 > 적색 > 녹색 순으로 색역을 줄인다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치의 색역 축소 보상 방법을 보여 주는 흐름도이다. 도 4는 채도 향상 커브의 일 예를 보여 주는 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 색역 축소 보상 방법은 입력 영상의 sRGB 데이터를 입력받아 XYZ 색공간으로 변환한다.(S1 및 S2) sRGB를 XYZ 색공간으로 변환하는 방법은 수학식 1과 같은 정규화(Normalization) 알고리즘, 수학식 2와 같은 디-감마(De-gamma) 변환 알고리즘, 그리고 수학식 3과 같은 XYZ 변환 알고리즘을 포함한다.

여기서, R_8bit, G_8bit, B_8bit는 비선형 8bit RGB 입력 신호(0~255),

R'_sRGB, G'_sRGB, B'_sRGB는 정규화된 비선형 RGB 입력 신호(0~1)를 각각 의미한다.

여기서, R_sRGB, G_sRGB, B_sRGB는 디감마된 선형 RGB 입력신호(0~1)이다.

여기서, XYZ는 3×3 행렬에 의해 변환된 1931 CIEXYZ 삼자극치 값 (Tristimulus value) 이다.

본 발명의 색역 축소 보상 방법은 XYZ 데이터를 CIELAB(L^*a^*b^*)값으로 변환한 후에, CIELAB 값을 균등색 공간으로 변환하기 위하여 L^*a^*b^*값을 CIELCH(L:Lightness, C:Chroma, H:Hue) 값으로 변환하고, LCH 색공간에서 도 4와 같은 채도 향상 커브를 바탕으로 채도값(C)을 향상시킨다.(S3) 도 4에서 점선(41)은 입력 채도와 출력 채도가 같은 종래 방법이고, 실선은 입력 채도에 비하여 출력 채도가 높은 채도 향상 커브(42)를 나타낸다. 채도 향상 커브의 최저값과 최고값은 입력 채도와 출력 채도가 같다. 채도 향상 커브(42)는 표시장치의 특성을 고려하여 적절히 조절될 수 있다.

이어서, 본 발명의 색역 축소 보상 방법은 채도값이 향상된 LC'H값을 CIELAB역변환 알고리즘을 이용하여 L^*a^*b^*값으로 역변환한 후에, CIEXYZ역변환 알고리즘을 이용하여 XYZ 값으로 역변환한다. 그리고 본 발명의 색역 축소 보상 방법은 XYZ 값을 R'G'B' 값으로 역변환한다. 이러한 색역 축소 보상 방법은 채도 향상부(10)에서 처리된다. 도 4의 채도 향상 커브는 채도 향상부(10)의 룩업 테이블로 구현된다.

도 5는 도 4와 같은 채도 향상 커브로 입력 영상의 채도를 향상시키는 방법을 적용하였을 때 색역이 축소된 표시장치의 인지 실험 결과를 보여 주는 도면이다. 도 5에서 가로 축은 색역을 축소한 색재현율(%)이고, 세로 축은 피실험자들의 화질에 대한 선호도를 나타낸다. 도 3 및 도 4와 같은 색역 축소 보상 방법을 적용한 결과, 화질에 대한 선호도는 샌재현율을 50%로 축소한 후 채도 향상 커브를 적용하였을 때 색재현율 50%보다 높고 64%보다 낮은 선호도 결과를 얻을 수 있었다. 도 5에서 채도 향상 커브를 다르게 하였을 때의 인지 실험 결과이다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

10 : 채도 향상부 11 : 타이밍 콘트롤러
12 : 데이터 구동회로 13 : 게이트 구동회로
42 : 채도 향상 커브

Claims (2)

1. 컬러 필터 두께 조절로 색역이 축소된 표시장치에 있어서,
   입력 영상의 RGB 데이터를 입력 받는 단계; 및
   상기 RGB 데이터를 LCH 색공간으로 변한하고 채도값(C)을 향상시켜 LC'H 데이터를 발생하고 상기 LC'H 데이터를 RGB 데이터로 역변환하여 표시패널에 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치의 색역 축소 보상 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 채도값은 룩업 테이블에 설정된 채도 향상 커브를 바탕으로 변조되고,
   상기 룩업 테이블은 상기 채도 향상 커브를 이용하여 입력 채도보다 높은 출력 채도를 출력하는 것을 특징으로 하는 표시장치의 색역 축소 보상 방법.

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