KR20150114065A - 감마 보상 방법과 이를 이용한 표시장치 - Google Patents

감마 보상 방법과 이를 이용한 표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 감마 보상 방법과 이를 이용한 표시장치에 관한 것으로, 표시패널의 휘도가 미리 설정된 적정 휘도 이하로 낮아질 때 상기 표시패널의 휘도 감소 비율 만큼 S 감마 커브를 높이고, 상기 S 감마 커브를 바탕으로 상기 표시패널의 픽셀들에 기입될 입력 영상의 데이터를 변조한다. 상기 S 감마 커브는 저계조 영역에서 설정된 오목 커브와, 고계조 영역에서 설정된 볼록 커브를 포함하고, 상기 오목 커브와 상기 볼록 커브는 변곡점을 경유하여 연결된다.

Description

감마 보상 방법과 이를 이용한 표시장치{GAMMA COMPENSATION METHOD AND DISPLAY DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 감마 보상 방법과 이를 이용한 표시장치에 관한 것이다.
어두운 조도(저조도)에서 표시장치에 표시된 영상을 높은 휘도로 장시간 시청하면, 사용자는 눈부심으로 인하여 피로도가 상승하고 집중력 저하를 느낄 수 있다.
모바일 폰(mobile phone)이나 태블릿 컴퓨터(tablet computer)와 같은 핸드 디바이스(hand device)는 조도 센서로 외부 환경의 조도(Illumination)를 감지하여 표시패널의 휘도를 조절하는 ABC(Automatic Brightness Control) 기능을 포함하고 있다. ABC는 저조도에서 표시패널의 휘도(Luminance)를 낮춘다. 저조도에서 표시패널의 휘도가 낮아지면 계조 표현력 특히 저계조의 계조 표현력이 낮아질 수 있다. 이는 표시장치의 감마 보상 특성이 일반적으로 표시장치의 최대 휘도 조건에서 최적화되고 감마 보상을 위한 감마 커브의 기울기가 저계조에서 낮기 때문이다.
본 발명은 표시패널의 휘도를 낮출 때 화질이 저하되는 현상을 개선할 수 있고 소비 전력을 줄일 수 있는 감마 보상 방법과 이를 이용한 표시장치를 제공한다.
본 발명의 감마 보상 방법은 표시패널의 휘도가 미리 설정된 적정 휘도 이하로 낮아질 때 상기 표시패널의 휘도 감소 비율 만큼 S 감마 커브를 높이는 단계; 및 상기 S 감마 커브를 바탕으로 상기 표시패널의 픽셀들에 기입될 입력 영상의 데이터를 변조하는 단계를 포함한다.
본 발명의 표시장치는 표시패널의 휘도가 미리 설정된 적정 휘도 이하로 낮아질 때 상기 표시패널의 휘도 감소 비율 만큼 S 감마 커브를 높이고, 상기 S 감마 커브를 바탕으로 상기 표시패널의 픽셀들에 기입될 입력 영상의 데이터를 변조하는 표시패널 구동부를 포함한다.
상기 S 감마 커브는 저계조 영역에서 설정된 오목 커브와, 고계조 영역에서 설정된 볼록 커브를 포함하고, 상기 오목 커브와 상기 볼록 커브는 변곡점을 경유하여 연결된다.
본 발명은 표시패널의 휘도가 낮아질 때 S 감마 보상 방법으로 휘도를 보상하고 나아가, 표시패널의 휘도 감소 비율 만큼 S 감마 커브를 높여 표시패널의 휘도 저하를 보상한다. 그 결과, 본 발명은 표시패널의 휘도를 낮출 때 화질 저하를 최소화하고 소비 전력을 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 감마 보상 방법을 보여 주는 흐름도이다.
도 2는 2.2 감마 커브와 S 감마 커브를 보여 주는 도면이다.
도 3은 S 감마 커브에 옵셋을 적용한 예를 보여 주는 도면들이다.
도 4 내지 도 8은 S 감마 커브의 파라 미터 변경 예를 보여 주는 도면이다.
도 9는 저조도에서 표시패널의 휘도를 적정 휘도 보다 낮추고 S 감마 커브를 조정하여 표시패널의 휘도 저하를 보상하는 방법을 보여 주는 도면이다.
도 10은 표시패널의 휘도 변화에 따른 S 감마 커브의 변화를 보여 주는 도면이다.
도 11은 표시패널의 휘도에 따라 S 감마 커브의 휘도 보상 변수가 가변되는 예를 보여 주는 도면이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 감마 보상 방법을 보여 주는 흐름도이다.
도 13은 연령별 평균 동공 크기를 예시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 감마 보상 방법을 보여 주는 흐름도이다.
도 15는 핸드 디바이스에서 터치 UI를 통해 표시패널의 휘도를 가변하는 예를 보여 주는 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 나타내는 도면이다.
도 17은 도 16에 도시된 감마 보상부를 보여 주는 도면이다.
도 18은 액정표시장치의 픽셀을 보여 주는 등가 회로도이다.
도 19는 유기발광 다이오드 표시장치의 픽셀을 보여 주는 등가 회로도이다.
본 발명의 표시장치는 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출 표시장치(Field Emission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 유기발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Display, 또는 OLED 표시장치) 등의 평판 표시장치로 구현될 수 있다. 이 표시장치는 외부 조도를 실시간 감지하기 위한 조도 센서(또는 조도 센서)와, 카메라와 연결될 수 있다. 외부 조도는 표시장치가 사용되는 외부 환경의 조도를 의미한다.
이하의 실시예에서, 표시패널의 휘도란 표시장치의 외부 조도에 따라 자동으로 또는 사용자 조작에 의해 수동으로 변하는 표시패널의 휘도를 의미한다. 물론, 입력 영상 데이터의 계조가 변할 때 감마 커브를 기반으로 표시패널의 휘도가 변하지만, 이하의 실시예에서 설명되는 표시패널의 휘도는 입력 영상 데이터의 계조에 따라 시간적으로 변하는 휘도를 의미하는 것이 아니고, 외부 조도 또는 사용자 조작에 의해 변하는 휘도를 의미한다는 것에 주의하여야 한다.
감마 커브는 입력 영상의 계조별 표시패널의 휘도를 정의한 것이다. 이하의 실시예에서, 감마 커브는 2.2 감마 커브와 S 감마 커브로 나뉘어진다. 2.2 감마 커브는 현재 시판되고 있는 모든 표시장치의 표시패널에서 사용되고 있는 기존의 감마 특성 커브로서 수학식 1로 표현될 수 있다. S 감마 커브는 본 발명에서 제안되는 새로운 감마 커브로서 저조도에서 사용자가 느끼는 화질 저하를 최소화하면서 소비전력을 개선하는 감마 특성 커브이다. S 감마 커브는 수학식 2~5와 같다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소자들을 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.
도 1을 참조하면, 본 발명의 감마 보상 방법은 외부 환경의 조도(이하, "외부 조도"라 함)를 감지한다(S1). 본 발명의 감마 보상 방법은 외부 조도가 저조도일 때 표시패널의 휘도를 낮추어 소비전력을 개선하고 휘도 저하에 따른 화질 저하를 개선하여 위하여 감마 보상 방법을 변경한다.
저조도는 매우 흐린 날씨 이하의 낮은 조도로서 100[lx]이하이다. 적정 휘도는 사용자가 피로도를 느끼지 않고 편안하게 시청할 수 있는 표시패널의 휘도이다. 최소 인지 휘도는 사용자가 영상의 계조 차이를 인지하기 어려운 표시장치의 최소 휘도이다. 최소 인지 휘도는 적정 휘도 보다 낮고 0[cd/m2] 보다 높다. 표시패널의 휘도가 적정 휘도 보다 밝으면 사용자가 눈부심이나 피로도를 느낄 수 있다. 표시패널의 휘도가 최소 인지 휘도 보다 낮으면 사용자는 영상의 계조 차이를 인식하기가 어렵다. 적정 휘도와 최소 인지 휘도는 표시장치의 종류나 패널 특성에 따라 달라질 수 있다. 저조도는 매우 흐린 날씨 수준인 100[lx], 어두운 거실 수준인 50[lx], 암실 수준의 조도 0[lx] 등으로 나뉘어질 수 있다. 저조도에서 조도별 적정 휘도와 최소 인지 휘도는 아래와 같다.
100[lx]의 적정 휘도 > 50[lx]의 적정 휘도 > 0[lx]의 적정 휘도
100[lx]의 최소 인지 휘도 > 50[lx]의 최소 인지 휘도 > 0[lx]의 최소 인지 휘도
S-curve 감마 보상 방법은 S자 형태의 커브(이하, "S 감마 커브"라 함)를 바탕으로 입력 데이터의 계조를 변조한다. 본 발명의 감마 보상 방법은 외부 조도가 높으면 기존의 2.2 감마 커브를 바탕으로 입력 데이터의 계조를 변조한다.
표시패널의 휘도를 낮추는 방법은 액정표시장치(LCD)의 경우에 백라이트(Back-light) 휘도를 낮추는 방법을 이용할 수 있다. 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)의 경우에, 서스테인 펄스의 개수를 낮추면 픽셀들의 휘도가 낮아질 수 있다. 전계방출 표시장치(FED)의 경우에 애노드 전압을 낮추면, 픽셀들의 휘도가 낮아질 수 있다. 유기발광 다이오드 표시장치의 경우에, 픽셀들에 인가되는 고전위 전원전압(ELVDD)을 낮추면 픽셀들의 휘도가 낮아질 수 있다.
표시패널의 휘도를 낮추는 다른 방법은 데이터 구동회로에 감마기준전압이 공급되는 표시장치에서 감마기준전압을 낮추어 픽셀들의 휘도를 낮출 수 있다. 감마기준전압은 데이터 구동회로 내에서 감마보상전압으로 분압되고, 데이터 구동회로는 디지털 데이터를 감마보상전압으로 변환하여 데이터라인들로 출력한다.
본 발명의 감마 보상 방법은 외부 조도가 저조도이면 표시패널의 휘도를 미리 설정된 적정 휘도 이하로 낮추어 소비 전력을 낮춘다. 이와 동시에, 본 발명의 감마 보상 방법은 표시패널의 휘도가 낮아질 때 초래되는 계조 표현력 저하 문제를 해결하기 위하여, S-curve 감마 보상 방법을 적용한다.(S2 및 S3) S-curve 감마 보상 방법은 도 2 내지 도 6과 같이 S자 형태의 감마 커브 즉, S 감마 커브를 따라 표시 영상의 감마 특성을 보상하는 방법이다. S 감마 커브는 2.2 감마 커브에 비하여 저계조에서 더 높은 기울기를 갖고 고계조에서 더 높다.
도 2는 2.2 감마 커브와 S 감마 커브를 보여 주는 도면이다. 도 3은 S 감마 커브에 옵셋을 적용한 예를 보여 주는 도면들이다. 도 4 내지 도 8은 S 감마 커브의 파라 미터 변경 예를 보여 주는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 일반적인 감마 보상 방법에서 적용되는 2.2 감마 커브는 수학식 1과 같이 정의된다. 수학식 1에서, Din은 입력 영상의 데이터이고, Dout은 2.2 감마 커브를 따라 설정된 출력 데이터이다. 2.2 감마 커브는 제1 룩업 테이블(Look-up table, LUT)로 구현될 수 있다. 제1 룩업 테이블은 2.2 감마 커브를 따라 정의된 입/출력 계조를 바탕으로 입력 데이터(Din)에 대응하는 출력 데이터(Dout)를 출력함으로써 입력 데이터를 변조한다.
Figure pat00001
2.2 감마 커브는 도 2와 같이 저계조에서 기울기가 낮다. 따라서, 표시패널의 휘도가 낮아지면 저계조의 계조들 간에 인지적으로 구별이 되지 않기 때문에 저계조 표현력이 낮아진다. 따라서, 본 발명의 감마 보상 방법은 외부 조도에 따라 표시패널의 휘도가 낮아지거나 사용자에 의해 휘도가 강제적으로 낮아질 때, 계조 표현력 저하 문제를 해결하기 위하여 수학식 2와 도 2의 하측 도면과 같이 S 감마 커브로 입력 영상의 데이터(Din)를 변조한다. S 감마 커브는 저계조 구간(0≤Din≤a)의 입/출력 계조를 정의하는 오목 커브와, 고계조 구간(a≤Din≤255)의 입/출력 계조를 정의하는 볼록 커브로 나뉘어질 수 있다. 오목 커브와 볼록 커브는 변곡점(a)을 경유하여 연결된다. S 감마 커브는 제2 룩업 테이블(LUT)로 구현될 수 있다. 제2 룩업 테이블은 S 감마 커브를 따라 정의된 입/출력 계조를 바탕으로 입력 데이터(Din)에 대응하는 출력 데이터(Dout)를 출력함으로써 입력 데이터를 변조한다.
Figure pat00002
수학식 2에서, a는 오목 커브와 볼록 커브 사이의 변곡점이다. α(alpha)는 저계조 강조 변수, β(beta)는 고계조 강조 변수이다.
S 감마 커브는 2.2 감마 커브에 비하여 저계조에서 기울기를 크게 하여 저계조의 계조 표현력을 높이고 고계조의 휘도를 높인다. S 감마 커브는 도 3과 같이 소정의 옵셋(Offset) 만큼 저계조를 높일 수 있다. 이 경우에, 본 발명은 저계조의 휘도를 높여 저계조 시인성을 더 개선할 수 있고 전반적인 밝기(luminence)와 명암비(contrast ratio)를 유지할 수 있다. 도 3은 옵셋값을 32로 설정한 예이다. S 감마 커브를 옵셋 값만큼 시프트(shift)시키면 최저 계조가 0 보다 높은 계조로 변조된다. 옵셋값이 적용된 S 감마 커브는 수학식 3과 같이 정의된다. S 감마 커브의 저계조를 소정의 옵셋값 만큼 들어 올리고 최상위 고계조를 고정하면 S 감마 커브의 기울기(S)가 낮아진다.
Figure pat00003
수학식 3에서, S는 기울기이고, O는 옵셋(Doff)이다.
도 2 내지 도 5에서, 횡축(또는 x축)은 입력 데이터의 계조이고 종축(또는 y축)은 출력 데이터의 계조이다. 도 6 내지 도 11에 있어서, 횡축(또는 x축)은 입력 데이터의 계조이고 종축(또는 y축)은 휘도이다.
S 감마 커브는 도 4 내지 도 8과 같이 변수(a, α, β)에 따라 변경된다. 변곡점(a)이 가변되면, 오목 커브와 볼록 커브의 비율이 변경된다. 변곡점(a)이 높아질수록 도 4 및 도 6과 같이 오목 커브가 커지는 반면 볼록 커브가 작아진다. 저계조 강조 변수(α)가 가변되면, 오목 커브의 곡률이 변경된다. 저계조 강조 변수(α)가 커질수록 도 5 및 도 7과 같이 오목 커브가 더 오목하게 변한다. 저계조 강조 변수(α)는 저계조 표현력과 명암비에 영향을 끼친다. 고계조 강조 변수(β)가 가변되면, 볼록 커브의 곡률이 변경된다. 고계조 강조 변수(β)가 커질수록 도 5 및 도 8과 같이 볼록 커브가 더 볼록하게 변한다. 고계조 강조 변수(β)는 고계조의 휘도과 고계조 표현력에 영향을 끼친다.
S 감마 커브의 변수(a, α, β)는 표시패널의 휘도, 외부 조도, 사용자 연령 등을 고려하여 최적화될 수 있다. S 감마 커브의 변수(a, α, β)는 특정 값으로 고정될 수 있고, 표시패널의 휘도, 외부 조도, 사용자 연령 등에 따라 가변될 수 있다. 표시패널의 휘도는 백라이트 휘도나 데이터의 평균 화상 레벨(APL)로 계산될 수 있다. 외부 조도와 사용자 연령은 센서를 통해 감지될 수 있다.
본 발명의 감마 보상 방법은 도 9와 같이 저조도에서 표시패널의 휘도를 적정 휘도 보다 더 낮게 낮추어 소비전력을 더 줄이고, 화질 저하를 보상하기 위하여 S 감마 커브를 바탕으로 데이터의 계조를 변조한다. 여기서, 표시패널의 휘도를 적정 휘도 보다 낮추되, 최소 인지 휘도 보다 높게 제어하여야 한다.
본 발명의 감마 보상 방법은 소비전력을 획기적으로 개선하기 위하여 표시패널의 휘도를 적정 휘도 이하로 더 낮출 때 그 휘도 감소 비율 만큼 수학식 4와 같이 S 감마 커브를 높여 표시패널의 휘도 저하를 보상할 수 있다.
Figure pat00004
여기서, L1은 표시패널의 조정 전 휘도이고, L2는 표시패널의 조정 후 휘도이다.
표시패널의 휘도가 도 10과 같이 조정되면 S 감마 커브의 변곡점과 최대값이 변한다. 표시패널의 휘도가 낮아지면 S 감마 커브의 변곡점과 최대값이 낮아지고 그 결과, 소비 전력이 감소된다. 도 10에서 숫자 “200”, “190”, “180”, “170”, “160”은 최대 계조의 휘도이다. 표시패널의 휘도를 낮추는 방법은 전술한 바와 같이 표시장치에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 액정표시장치(LCD)에서 백라이트 휘도를 낮추는 방법으로 표시패널의 휘도를 낮출 수 있다.
수학식 4에서, ω1은 표시패널의 휘도 감소 비율 만큼 S 감마 커브의 변곡점을 휘도축 방향으로 높이는 휘도 보상 변수이다. ω1은 표시패널의 휘도 조정 비율에 1/2.2 지수승하여 휘도 조정 비율을 데이터의 계조 조정 비율로 변환한다. L2가 낮아질수록 ω1은 높아지고, ω1이 높아질수록 도 11과 같이 S 감마 커브의 변곡점이 휘도축을 따라 높아진다. ω2는 ω1 에 의해 결정되는 변수로서 변곡점과 볼록 커브의 시작점을 일치시키는 변수이다.
수학식 4에서 정의된 S 감마 커브를 아래의 수학식 5와 같이 옵셋값(O) 만큼 위로 시프트시킬 수 있다.
Figure pat00005
본 발명의 감마 보상 방법은 저조도에서 조도별로 S 감마 커브의 고계조 강조 변수(β)를 다르게 조정하여 조도별 고계조 표현력과 휘도를 최적화할 수 있다. 저조도에서 저계조 강조 변수(α)가 1이고 변곡점(a)이 55 인 경우에, 고계조 강조 변수(β)는 1.3~1.4 범위 내에서 선택될 수 있다. 외부 조도가 100[lx]일 때 β= 1.34, 50[lx] 일 때 β = 1.33, 0[lx]일 때 β = 1.36과 같이 조도별로 고계조의 계조 표현력과 휘도를 최적화할 수 있다. 조도별 β는 위와 같은 값으로 한정되지 않는다. 예컨대, 조도별 β는 저계조 강조 변수(α), 변곡점(a), 표시패널의 휘도 등에 따라 달라질 수 있다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 감마 보상 방법을 보여 주는 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 감마 보상 방법은 외부 조도가 저조도일 때 표시패널의 휘도를 적정 수준 이하로 낮추고, 사용자 연령을 추정하여 사용자 연령별로 휘도를 다르게 적용한다. S1 내지 S3 단계는 전술한 실시예와 실질적으로 동일하므로 그에 대한 설명은 생략된다. S3 단계는 저조도에서 S 감마 커브를 바탕으로 입력 데이터를 변조한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 감마 보상 방법은 카메라와 같은 이미지 센서를 통해 촬상된 이미지를 분석하여 사용자 연령을 추정한다(S4). 사람은 도 13에서 알 수 있는 바와 같이 연령에 따라 동공의 크기가 달라지는 경향이 있다. 사용자 추정 알고리즘은 사용자의 동공 크기를 계산하여 사용자의 연령을 추정할 수 있다. 도 8에서, "Photopic pupil diameter"는 밝은 조도 하에서의 동공 직경이고, "Scotopic pupil diameter"는 암실에서의 동공 크기를 나타낸다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 감마 보상 방법은 사용자의 연령에 관계 없이 표시 장치의 휘도를 저조도에서 적정 휘도 이하로 낮추되, 최소 인지 휘도 보다 높게 제어하여야 한다. 사용자 연령이 낮을수록 표시패널의 휘도가 낮더라도 저계조를 잘 인지할 수 있다. 높은 연령의 사용자는 표시패널의 휘도가 낮으면 저계조를 인지하기가 어렵다. 이를 고려하여, 이 감마 보상 방법은 사용자 연령이 높으면 예를 들어 40세 이상이면, 그 보다 작은 연령의 사용자 보다 표시패널의 휘도를 덜 낮춘다. 반면에, 본 발명의 감마 보상 방법은 사용자 연령이 낮으면 저조도에서 표시패널의 휘도를 큰 폭으로 낮추어 소비전력의 개선 효과를 높인다. 따라서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 감마 보상 방법은 저조도에서 소비전력 개선 효과를 높이기 위하여 표시패널의 휘도를 낮추되 사용자 연령별 인지 특성을 고려하여 어느 연령의 사용자라도 화질 저하를 거의 느끼지 않는 범위에서 연령별로 표시패널의 휘도 폭을 가변한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 감마 보상 방법은 전술한 바와 같이 이미지 센서를 통해 얻어진 이미지를 분석하여 사용자 연령을 추정할 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 제2 실시예에 따른 감마 보상 방법은 유저 인터페이스를 통해 입력된 사용자 연령을 바탕으로 휘도와 감마 보상을 제어할 수 있다. 이렇게 유저 인터페이스를 통해 사용자로부터 사용자 연령을 입력 받고, 그 사용자 연령이 젊은 세대의 연령이면 저조도에서 표시패널의 휘도를 큰 폭으로 낮추어 소비전력 개선 효과를 높이는 반면, 유저 인터페이스를 통해 입력된 사용자 연령이 높으면 표시패널의 휘도를 소폭 낮출 수 있다.
표시패널의 휘도는 전술한 바와 같이 외부 조도에 따라 가변될 수 있고 또한, 외부 조도와 관계없이 사용자에 의해 강제로 조정될 수 있다. 도 14는 사용자에 의해 표시패널의 휘도가 낮아질 때 적용되는 감마 보상 방법을 나타낸다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 감마 보상 방법은 사용자에 의해 표시패널의 휘도가 낮아질 때 그 휘도 저하를 미리 설정된 적정 휘도 이하로 낮추고, S-curve 감마 보상 방법을 적용한다(S21, S22). 이 방법은 외부 조도와 관계없이 사용자에 의해 표시패널의 휘도가 조정되거나, 외부 조도를 감지하는 조도 센서가 없는 핸드 디바이스에 적용될 수 있다. 사용자는 핸드 디바이스에서 도 15와 같이 터치 유저 인터페이스(User Interface : UI)를 통해 표시패널의 휘도를 낮출 수 있다.
본 발명의 감마 보상 방법은 사용자가 휘도를 최소로 낮추더라도 표시패널의 휘도가 적정 휘도 이하로 낮아지지 않도록 표시패널의 휘도 저하를 제한할 수 있다. 제한 휘도는 시력이 나쁜 고령자를 기준으로 정해질 수 있다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 나타내는 도면이다. 도 17은 도 16에 도시된 감마 보상부를 보여 주는 도면이다. 도 18은 액정표시장치의 픽셀을 보여 주는 등가 회로도이다. 도 19는 유기발광 다이오드 표시장치의 픽셀을 보여 주는 등가 회로도이다.
도 16 내지 도 19를 참조하면, 본 발명의 표시장치는 표시패널(100), 표시패널 구동부, 센서부 등을 포함한다.
표시패널(100)에는 서로 교차되는 데이터라인들(101)과 게이트라인들(또는 스캔라인들, 102), 및 매트릭스 형태로 배치된 픽셀들이 형성된다.
액정표시장치의 경우에, 픽셀들 각각은 도 18과 같이, 액정셀(Clc), 스토리지 커패시터(Cst), TFT(Thin Film Transistor) 등을 포함한다. 액정셀(Clc)은 TFT를 통해 데이터 전압(DATA)이 인가되는 화소전극과, 공통전압(Vcom)이 인가되는 공통전극 간의 전계에 의해 구동되는 액정분자들을 이용하여 광의 위상을 지연시켜 데이터에 따라 투과율을 조정한다. 스토리지 커패시터(Cst)는 액정셀(Clc)의 전압을 1 프레임 기간 동안 유지시킨다. TFT는 게이트라인(102)으로부터의 게이트펄스(또는 스캔펄스, SCAN))에 응답하여 턴-온(turn-on)되어 데이터라인(101)으로부터의 데이터전압을 액정셀(Clc)의 화소전극에 공급한다. 액정표시장치는 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 등 알려져 있는 어떠한 액정모드로 구현될 수 있다. 또한, 액정표시장치는 투과형 액정표시장치, 반투과형 액정표시장치, 반사형 액정표시장치 등 다양한 형태로 구현될 수 있다. 투과형 액정표시장치나 반투과형 액정표시장치는 백라이트 유닛(105)과 백라이트 구동부(17)를 포함한다.
백라이트 유닛(150)은 에지형 백라이트 유닛 또는 직하형 백라이트 유닛으로 구현될 수 있다. 백라이트 유닛(150)은 액정표시장치의 표시패널(100)의 배면 아래에 배치되어 그 표시패널(100)에 빛을 조사한다. 백라이트 구동부(170)는 백라이트 유닛(150)의 광원들에 전류를 공급하여 그 광원들을 발광시킨다. 광원들은 LED(Light Emitting Diode)로 구현될 수 있다. 백라이트 구동부(170)는 외부 조도가 암실 수준으로 낮아지거나 사용자가 휘도를 낮추기를 원할 때 모든 픽셀들의 휘도를 낮추기 위하여 호스트 시스템(140) 또는 타이밍 콘트롤러(130)의 제어 하에 광원들의 휘도를 낮춘다. 백라이트 구동부(170)는 호스트 시스템(140) 또는 타이밍 콘트롤러(130)의 제어 하에 사용자 연령에 따라 광원들의 휘도 감소폭을 다르게 적용할 수 있다. 백라이트 구동부(170)는 PWM(Pulse width modulation) 제어로 광원들의 휘도를 조정할 수 있다.
유기발광 다이오드 표시장치의 경우에, 픽셀들 각각은 도 19와 같이, 스위치 TFT, 보상회로(PIXC), 구동 TFT(DT), OLED(Organic Light Emitting Diode) 등을 포함한다. 스위치 TFT(ST)는 게이트펄스(SCAN)에 응답하여 데이터전압(DATA)을 보상회로(PIXC)에 공급한다. 보상회로(PIXC)는 하나 이상의 스위치 TFT들과 하나 이상의 커패시터를 포함하여 구동 TFT(DT)의 게이트를 초기화한 후에 구동 TFT(DT)의 문턱 전압을 센싱하고 데이터전압(DATA)에 구동 TFT(DT)의 문턱 전압을 가산하여 데이터전압을 보상한다. 이러한 보상회로(PIXC)는 공지된 어떠한 것으로도 적용 가능하다. 구동 TFT(DT)는 고전위 전원전압(ELVDD)이 공급되는 고전위 전원 전압 배선과, OLED 사이에 접속되어 자신의 게이트에 인가되는 전압에 따라 OLED에 흐르는 전류를 조절한다. OLED는 정공주입층(Hole Injection layer, HIL), 정공수송층(Hole transport layer, HTL), 발광층(Emission layer, EML), 전자수송층(Electron transport layer, ETL) 및 전자주입층(Electron Injection layer, EIL) 등의 유기 화합물층들이 적층된 구조를 갖는다. OLED는 발광층에서 전자와 정공이 결합할 때 빛을 발생한다.
유기발광 다이오드 표시장치는 외부 조도가 저조도이거나 사용자가 휘도를 낮추기를 원할 때 고전위 전원전압(ELVDD)을 낮추어 휘도를 낮출 수 있다. 또한, 유기발광 다이오드 표시장치는 데이터 구동회로(110)에 공급되는 감마기준전압을 낮추어 휘도를 낮출 수 있다. 유기발광 다이오드 표시장치는 사용자 연령에 따라 광원들의 휘도 조정폭을 다르게 할 수 있다.
표시패널 구동부는 표시패널(100)의 픽셀들에 데이터를 기입한다. 표시패널 구동부는 외부 조도가 저조도이거나 사용자에 의해 표시패널의 휘도가 강제로 낮아질 때 S 감마 커브로 픽셀들에 기입될 입력 영상의 데이터를 변조한다. 반면에, 표시패널 구동부는 외부 조도가 높을 때 그리고 사용자에 의해 표시패널의 휘도가 강제로 낮아지지 않을 때 기존의 2.2 감마 커브로 입력 영상의 데이터를 변조한다. 표시패널 구동부는 데이터 구동회로(110), 게이트 구동회로(120), 타이밍 콘트롤러(130), 감마기준전압 발생부(180), 감마 보상부(160) 등을 포함한다.
데이터 구동회로(110)는 타이밍 콘트롤러(130)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터를 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압들을 발생하고 그 데이터전압을 표시패널(100)의 데이터라인들(101)에 공급한다. 감마기준전압 발생부(180)는 데이터 구동회로(110)에 감마기준전압을 공급한다. 감마기준전압은 데이터 구동회로(110) 내에서 각 계조별 감마보상전압으로 분압된다. 게이트 구동회로(120)는 타이밍 콘트롤러(130)의 제어 하에 데이터라인들(101)에 공급되는 데이터전압과 동기되는 게이트펄스를 게이트라인들(102)에 공급하고, 그 게이트펄스를 순차적으로 시프트시킨다.
감마기준전압 발생부(180)는 외부 조도가 저조도이거나 사용자가 표시패널의 휘도를 낮추기를 원할 때 호스트 시스템(140) 또는 타이밍 콘트롤러(130)의 제어 하에 감마기준전압을 낮출 수 있다.
타이밍 콘트롤러(130)는 호스트 시스템(140)으로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터를 감마 보상부(160)에 공급하고 감마 보상부(160)에 의해 변조된 데이터를 데이터 구동회로(110)에 공급한다. 타이밍 콘트롤러(130)는 디지털 비디오 데이터와 동기되어 호스트 시스템(140)으로부터 입력된 수직 동기신호, 수평 동기신호, 데이터 인에이블 신호, 메인 클럭 등의 타이밍신호를 수신한다. 타이밍 콘트롤러(130)는 호스트 시스템(140)으로부터 수신된 타이밍 신호를 이용하여 데이터 구동회로(110)와 게이트 구동회로(170)의 동작 타이밍을 제어한다.
감마 보상부(160)는 외부 조도가 저조도이거나 사용자가 표시패널의 휘도를 낮추기를 원할 때 S 감마 커브로 입력 영상의 디지털 비디오 데이터를 변조한다. 반면에, 감마 보상부(160)는 표시패널의 휘도가 적정 휘도 보다 높을 때 기존의 2.2 감마 커브로 입력 영상의 디지털 비디오 데이터를 변조한다.
감마 보상부(160)는 도 17과 같이, 룩업 테이블 선택부(162), 다수의 룩업 테이블(164) 및 데이터 변조부(166)를 포함한다. 감마 보상부(160)는 호스트 시스템(140) 또는 타이밍 콘트롤러(130)에 내장될 수 있다.
룩업 테이블 선택부(162)는 조도 센서(192), 이미지 센서(193) 등의 센서 신호(I)를 수신하여 다수의 룩업 테이블들(164) 중 어느 하나를 선택하여 데이터 변조부(166)로 전송한다. 예를 들어, 룩업 테이블 선택부(162)는 외부 조도가 높을 때 2.2 감마 커브 데이터가 미리 설정된 제1 룩업 테이블을 선택하고, 외부 조도가 저조도일 때 S 감마 커브 데이터가 미리 설정된 제2 룩업 테이블을 선택한다. 데이터 변조부(166)는 선택된 룩업 테이블의 감마 보상 커브를 바탕으로 입력 데이터의 계조를 변조하여 타이밍 콘트롤러(130)를 통해 데이터 구동회로(110)로 전송한다.
호스트 시스템(140)은 TV(Television) 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 폰 시스템(Phone system) 중 어느 하나일 수 있다. 호스트 시스템(140)은 스케일러(scaler)를 이용하여 디지털 비디오 데이터의 해상도를 표시패널(100)의 해상도에 맞게 변환하여 타이밍 신호와 함께 타이밍 콘트롤러(130)로 전송한다.
호스트 시스템(140)에는 유저 인터페이스(191), 조도 센서(192), 이미지 센서(193) 등이 연결될 수 있다. 유저 인터페이스(112)는 키패드, 키보드, 마우스, 온 스크린 디스플레이(On Screen Display, OSD), 리모트 콘트롤러(Remote controller), 그래픽 유저 인터페이스(Graphic User Interface, GUI), 터치 UI, 음성 인식 UI, 3D UI 등으로 구현될 수 있다. 사용자는 유저 인터페이스(191)를 통해 표시패널의 휘도를 낮추기 위한 명령을 호스트 시스템(140)에 입력할 수 있다. 호스트 시스템(140)은 조도 센서(192)에 의해 감지된 외부 조도에 따라 표시패널의 휘도를 낮추거나 유저 인터페이스(191)를 통해 입력되는 사용자 명령에 응답하여 표시패널의 휘도를 낮출 수 있다. 또한, 호스트 시스템(140)은 카메라와 같은 이미지 센서(193)를 통해 입력된 이미지를 분석하여 사용자 연령을 추정하고 그 사용자 연령에 따라 표시 장치의 휘도 조정폭을 다르게 제어할 수 있다. 표시패널의 휘도 조정과 감마 보상 벙법은 타이밍 콘트롤러(130)에 의해 제어될 수 있다.
본 발명의 표시장치는 전술한 감마 보상 방법들을 바탕으로 휘도 조절부를 제어하여 표시패널의 휘도를 조정한다. 휘도 조절부는 백라이트 구동부(170), 감마기준전압 발생부(180), 고전위 전원전압(ELVDD), PDP의 서스테인 펄스, FED의 애노드 전압 중 하나 이상을 포함한다.
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.
100 : 표시패널 110 : 데이터 구동회로
120 : 게이트 구동회로 130 : 타이밍 콘트롤러
140 : 호스트 시스템 150 : 백라이트 유닛
160 : 감마 보상부 162 : 룩업 테이블 선택부
164 : 룩업 테이블 166 : 데이터 변조부
170 : 백라이트 구동부 180 : 감마기준전압 발생부
191 : 유저 인터페이스 192 : 조도 센서
193 : 이미지 센서

Claims (12)

  1. 표시패널의 휘도가 미리 설정된 적정 휘도 이하로 낮아질 때 상기 표시패널의 휘도 감소 비율 만큼 S 감마 커브를 높이는 단계; 및
    상기 S 감마 커브를 바탕으로 상기 표시패널의 픽셀들에 기입될 입력 영상의 데이터를 변조하는 단계를 포함하고,
    상기 S 감마 커브는 저계조 영역에서 설정된 오목 커브와, 고계조 영역에서 설정된 볼록 커브를 포함하고, 상기 오목 커브와 상기 볼록 커브는 변곡점을 경유하여 연결되는 감마 보상 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 표시패널의 휘도가 상기 적정 휘도 보다 높을 때 2.2 감마 커브를 바탕으로 상기 입력 영상의 데이터를 변조하는 단계를 더 포함하는 감마 보상 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    조도 센서를 이용하여 상기 표시패널 주변의 외부 조도를 감지하는 단계; 및
    상기 외부 조도가 미리 설정된 저조도일 상기 표시패널의 휘도를 상기 적정 휘도 이하로 낮추는 단계를 더 포함하는 감마 보상 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 저조도에서 상기 S 감마 커브의 볼록 커브를 조도별로 다르게 적용하는 감마 보상 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 사용자 연령이 젊은 세대의 연령이면 상기 표시패널의 휘도 감소 폭을 크게 제어하는 단계; 및
    상기 사용자 연령이 고령이면 상기 젊은 세대의 연령에 비하여 상기 표시패널의 휘도 감소 폭을 작게 제어하는 단계를 더 포함하는 감마 보상 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    이미지 센서를 이용하여 사용자 연령을 추정하거나 유저 인터페이스를 통해 입력되는 사용자 데이터에 응답하여 상기 사용자 연령을 판단하는 단계를 더 포함하는 감마 보상 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    유저 인터페이스를 통해 입력되는 사용자 데이터에 응답하여 상기 표시패널의 휘도를 낮추는 단계를 더 포함하는 감마 보상 방법.
  8. 표시패널의 휘도가 미리 설정된 적정 휘도 이하로 낮아질 때 상기 표시패널의 휘도 감소 비율 만큼 S 감마 커브를 높이고, 상기 S 감마 커브를 바탕으로 상기 표시패널의 픽셀들에 기입될 입력 영상의 데이터를 변조하는 표시패널 구동부를 포함하고,
    상기 S 감마 커브는 저계조 영역에서 설정된 오목 커브와, 고계조 영역에서 설정된 볼록 커브를 포함하고, 상기 오목 커브와 상기 볼록 커브는 변곡점을 경유하여 연결되는 표시장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 표시패널 구동부는 상기 표시패널의 휘도가 상기 적정 휘도 보다 높을 때 2.2 감마 커브로 상기 입력 영상의 데이터를 변조하는 표시장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 표시패널 주변의 외부 조도를 감지하는 조도 센서; 및
    상기 외부 조도가 미리 설정된 저조도일 때 상기 표시패널의 휘도를 낮추는 휘도 조절부를 더 포함하는 표시장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 휘도 조절부는,
    상기 저조도에서 상기 S 감마 커브의 볼록 커브를 조도별로 다르게 적용하는 표시장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    이미지 센서를 더 포함하고,
    상기 휘도 조절부는,
    상기 이미지 센서에 의해 얻어진 이미지를 바탕으로 사용자 연령을 추정하거나 유저 인터페이스를 통해 입력되는 사용자 데이터에 응답하여 상기 사용자 연령별로 상기 표시패널의 휘도 감소 폭을 다르게 하고,
    상기 사용자 연령이 젊은 세대의 연령이면 상기 표시패널의 휘도 감소 폭을 크게 제어하는 반면, 상기 사용자 연령이 고령이면 상기 젊은 세대의 연령에 비하여 상기 표시패널의 휘도 감소 폭을 작게 제어하는 표시장치.
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