KR20160139677A - 화질 향상을 위한 표시 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시청 환경과 시청 거리 및 영상 특성을 유기적으로 고려하여 시청자에게 최적의 휘도 및 시인성을 제공할 수 있는 표시 장치 및 그 구동 방법에 관한 것으로, 본 발명의 표시 장치의 구동 방법은 주변 조도와, 주변 온도와, 사용자의 시청 거리를 각각 센싱한 결과를 종속적으로 적용하여 최종 휘도를 결정하는 단계와, 상기 결정된 최종 휘도에 따라 표시 장치의 휘도를 조정하는 단계와, 입력 영상으로부터 가중치 평균 화상 레벨을 산출하고, 산출된 가중치 평균 화상 레벨에 따라 계조별 차등 게인을 산출하고, 산출된 계조별 차등 게인을 적용하여 상기 입력 영상을 보정하여 출력하는 단계를 포함한다.

Description

화질 향상을 위한 표시 장치 및 그 구동 방법{DISPLAY DEVICE AND METHOD FOR DRIVING THE SAME}
본 발명은 표시 장치에 관한 것으로, 특히 시청 환경과 시청 거리 및 영상 특성을 유기적으로 고려하여 시청자에게 최적의 휘도 및 시인성을 제공할 수 있는 표시 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
IT/모바일 장치나 TV와 달리 옥외용 표시 장치는 1500~2000nit의 높은 휘도를 출력해야 함과 아울러 주변 환경 및 사용자 환경이 매우 다양하다. 예를 들어 옥외용 표시 장치는 낮과 밤이라는 극단적인 환경에 설치되기 때문에 주변 조도는 매우 높은 조도부터 매운 낮은 조도까지 그리고 주변 온도는 매우 높은 온도부터 매우 낮은 온도에 노출되어 있다. 뿐만 아니라 최근 옥외용 표시 장치는 IoT(사물인터넷)가 접목되어 퍼스널 디바이스(Personal Device)와 같이 터치 스크린이 합착된 형태로 발전해 가고 있다. 이로 인해 사용자와 옥외용 표시 장치간의 시청 거리는 매우 먼 거리에서부터 근접 거리까지 매우 다양한 시청 거리에서 사용되는 환경에 노출되어 있다.
이로 인하여, 옥외용 표시 장치는 주변 환경 및 사용자 환경에 따라 화질을 제어할 필요성이 대두되고 있으나, 종래 표시 장치의 화질 제어 방법을 옥외용 표시 장치에 적용하는 경우 다음과 같은 문제점이 있다.
예를 들면, 종래의 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; 이하 LCD)는 조도 또는 온도에 따라 휘도를 조절하거나, 시청 거리에 따라 휘도를 조절하거나, 입력 영상의 평균 휘도에 따라 감마를 보정하는 방법 등을 각각 화질 제어 기술로 이용하고 있다.
그러나, LCD가 조도에 따른 휘도만 제어할 경우 온도에 따른 LCD의 휘도 저하 특성이 반영되지 않고 시청 거리가 매우 가까운 경우 높은 휘도에 의한 눈부심으로 인해 시청자에게 적합한 휘도를 제공할 수 없다. LCD가 시청 거리에 따른 휘도만 제어할 경우 주변 조도가 높은 경우 낮은 휘도로 인해 출력 영상의 시인성이 극단적으로 낮아지는 문제점이 있다. 또한, LCD가 조도 또는 시청 거리에 따른 휘도만 제어할 경우 영상 특성이 반영되지 않아 낮은 휘도가 출력되는 조건에서 출력 영상 형태에 따라 계조 뭉침이 발생하여 영상 왜곡 발생할 수 있다. 이와 달리, 입력 영상의 평균 휘도에 따라 감마 보정만 제어할 경우 주변 환경 및 시청 거리가 고려되지 않아 시인성이 부족하고, 검은 배경에 하이라이트(Highlight)가 있는 영상은 낮은 평균 휘도에 따라 휘도가 저하되어 화질 저하가 발생한다.
이와 같이, 종래의 LCD 화질 제어 기술은 시청 환경 및 시청 거리와 영상 특성을 서로 유기적으로 고려하지 않아 시청자에게 적합하지 않은 휘도가 출력되거나 영상 왜곡이 발생할 수 있으므로 옥외용 표시 장치에 적용하기에 불충분하다.
나아가, 전술한 문제점은 LCD 뿐만 아니라 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode; 이하 OLED) 표시 장치를 포함하는 다양한 표시 장치에서도 동일하게 발생할 수 있으며, 옥외용 표시 장치 뿐만 아니라 다양한 용도의 표시 장치에서도 동일하게 발생할 수 있으므로, 본 발명은 LCD나 옥외용 표시 장치로 한정되지 않는다.
본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 시청 환경과 시청 거리 및 영상 특성을 유기적으로 고려하여 시청자에게 최적의 휘도 및 시인성을 제공할 수 있는 표시 장치 및 그 구동 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치의 구동 방법은 주변 조도와, 주변 온도와, 사용자의 시청 거리를 각각 센싱한 결과를 종속적으로 적용하여 최종 휘도를 결정하는 단계와, 상기 결정된 최종 휘도에 따라 표시 장치의 휘도를 조정하는 단계와, 입력 영상으로부터 가중치 평균 화상 레벨을 산출하고, 산출된 가중치 평균 화상 레벨에 따라 계조별 차등 게인을 산출하고, 산출된 계조별 차등 게인을 적용하여 상기 입력 영상을 보정하여 출력하는 단계를 포함한다.
본 발명은 상기 최종 휘도에 따라 액정 표시 장치의 백라이트 유닛의 휘도를 조정하거나, 유기 발광 다이오드 표시 장치의 최대 감마 전압을 조정하여 상기 표시 장치의 휘도를 조정한다.
본 발명의 실시예에 따른 표시 장치는 주변 조도와, 주변 온도를 각각 센싱하여 출력하는 주변 환경 센싱부와, 사용자의 시청 거리를 센싱하여 출력하는 시청 거리 센싱부와, 상기 센싱된 주변 조도, 주변 온도, 시청 거리를 종속적으로 적용하여 최종 휘도를 결정하고, 결정된 최종 휘도에 따라 표시 패널의 휘도를 조정하는 휘도 제어부와, 입력 영상으로부터 가중치 평균 화상 레벨을 산출하고, 산출된 가중치 평균 화상 레벨에 따라 계조별 차등 게인을 산출하고, 산출된 계조별 차등 게인을 적용하여 상기 입력 영상을 보정하여 출력하는 영상 처리부와, 상기 영상 처리부로부터 출력된 보정 영상을 상기 표시 패널에 표시하는 패널 구동부를 구비한다.
상기 휘도 제어부는 상기 센싱된 주변 조도에 따라 최대 휘도를 설정하고, 상기 센싱된 주변 온도에 따라 상기 최대 휘도를 선택적으로 보정하고, 상기 센싱된 시청 거리에 따라 상기 선택적으로 보정된 최대 휘도를 선택적으로 더 보정하여 상기 최종 휘도로 결정한다.
상기 센싱된 주변 조도에 따른 최대 휘도(A)는 "A= 1.65×주변조도+121.83"의 수식에 의해 설정된다.
상기 최대 휘도(A)는 상기 센싱된 주변 온도가 미리 설정된 온도 범위를 초과하는 경우에만 그 주변 온도에 따라 감소된 휘도가 보상되도록 상기 최대 휘도(A)가 보정되고, 그외의 경우에는 상기 최대 휘도(A)는 보정되지 않는다.
상기 선택적으로 보정된 최대 휘도(A)와, 상기 센싱된 시청 거리와, 상기 표시 장치의 표시 면적을 고려하여 상기 최종 휘도(B)는 "B = (시청거리0 .46×A)÷표시면적"의 수식에 의해 결정된다.
본 발명의 표시 장치는 상기 표시 패널에 해당하는 액정 패널에 광을 조사하는 백라이트 유닛과, 상기 백라이트 유닛을 구동하는 백라이트 드라이버를 추가로 구비하고, 상기 휘도 제어부는 상기 최종 휘도에 따른 휘도 제어 신호를 상기 백라이트 드라이버로 공급하여 상기 백라이트 유닛의 휘도를 조정한다.
본 발명의 표시 장치에서 상기 표시 패널은 유기 발광 다이오드 표시 패널이고, 상기 휘도 제어부는 상기 최종 휘도에 따라 상기 패널 구동부에서 이용되는 최대 감마 전압을 조정하여 상기 유기 발광 다이오드 표시 패널의 휘도를 조정한다.
본 발명에 따른 표시 장치 및 그 구동 방법은 시청 환경과 시청 거리 및 영상 특성을 서로 유기적으로 고려하여 시청 환경 및 시청 거리에 따라 최적의 휘도를 제공함과 아울러 영상 특성에 따라 최적의 감마 커브를 적용하여 컨트라스트, 밝기 및 채도가 향상된 영상을 출력하여 우수한 시인성을 제공함으로써 시청자가 인지하는 화질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LCD 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 각 서브픽셀의 구성을 예시한 등가회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LCD 구동 방법을 단계적으로 나타낸 흐름도이다.
도 4는 도 1에 도시된 영상 처리부에 적용되는 WAPL를 이용한 게인 그래프를 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 LCD의 입력 영상과 출력 영상을 비교한 예시도이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LCD의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 2는 도 1에 도시된 각 서브픽셀의 구성을 예시한 등가회로도이며, 도 3은 도 1에 도시된 휘도 제어부 및 영상 처리부의 구동 방법을 단계적으로 나타낸 흐름도이다.
도 1에 도시된 LCD는 타이밍 컨트롤러(10), 패널 구동부인 데이터 드라이버(20) 및 게이트 드라이버(30), 표시 패널(40), 감마 전압 생성부(50), 주변 환경 센싱부(60), 시청 거리 센싱부(70), 휘도 제어부(80), 백라이트 드라이버(90), 백라이트 유닛(100), 도시하지 않은 전원부 등을 포함한다.
표시 패널(40)은 컬러 필터 어레이가 형성된 컬러 필터 기판과, 박막 트랜지스터 어레이가 형성된 박막 트랜지스터 기판과, 컬러 필터 기판 및 박막 트랜지스터 기판 사이의 액정층과, 컬러 필터 기판 및 박막 트랜지스터 기판의 외측면에 각각 부착된 편광판을 구비한다. 표시 패널(40)은 픽셀 매트릭스를 통해 영상을 표시하고, 각 픽셀은 적색(Red; 이하 R), 녹색(Green; 이하 G), 청색(Blue; 이하 B) 서브픽셀들로 구성될 수 있으며, RGB 서브픽셀들 보다 발광 효율이 높은 백색(White; W) 서브픽셀(도시하지 않음)을 추가로 구비할 수 있다.
각 서브픽셀은 도 2에 도시된 바와 같이 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL)과 접속된 박막 트랜지스터(TFT), 박막 트랜지스터(TFT)에 병렬로 접속된 액정 커패시터(Clc) 및 스토리지 커패시터(Cst)를 구비한다. 액정 커패시터(Clc)는 박막 트랜지스터(TFT)를 통해 픽셀 전극에 공급된 데이터 신호와, 공통 전극에 공급된 공통 전압(Vcom)과의 차전압을 충전하고 충전된 전압에 따라 액정을 구동하여 광투과율을 조절한다. 스토리지 커패시터(Cst)는 액정 커패시터(Clc)에 충전된 전압을 안정적으로 유지시킨다.
데이터 드라이버(20)는 타이밍 컨트롤러(10)로부터의 데이터 제어 신호(DCS) 및 영상 데이터(DATA')를 공급받는다. 데이터 드라이버(20)는 데이터 제어 신호(DCS) 에 따라 구동되어, 감마 전압 생성부(50)로부터 공급된 레퍼런스 감마 전압 세트를 데이터의 계조값에 각각 대응하는 계조 전압들로 세분화한 다음, 세분화된 계조 전압들을 이용하여 디지털 영상 데이터(DATA')를 아날로그 영상 데이터 신호로 변환한다.
데이터 드라이버(20)는 표시 패널(40)의 데이터 라인들을 분할 구동하는 다수의 데이터 드라이브 IC로 구성되고, 각 데이터 드라이브 IC는 TCP(Tape Carrier Package), COF(Chip On Film), FPC(Flexible Print Circuit) 등과 같은 회로 필름에 실장되어 표시 패널(40)에 TAB(Tape Automatic Bonding) 방식으로 부착되거나, COG(Chip On Glass) 방식으로 표시 패널(40) 상에 실장될 수 있다.
게이트 드라이버(30)는 타이밍 컨트롤러(10)로부터 공급된 게이트 제어 신호(GCS)를 이용하여 표시 패널(40)의 다수의 게이트 라인을 각각 구동한다. 게이트 드라이버(30)는 게이트 제어 신호에 응답하여 각 게이트 라인에 해당 스캔 기간에서 게이트 온 전압의 스캔 펄스를 공급하고, 나머지 기간에서는 게이트 오프 전압을 공급한다. 게이트 드라이버(30)는 타이밍 컨트롤러(10)로부터 게이트 제어 신호(GCS)를 공급받거나, 타이밍 컨트롤러(10)로부터 데이터 드라이버(20)를 경유하여 게이트 제어 신호(GCS)를 공급받을 수 있다. 게이트 드라이버(30)는 적어도 하나의 게이트 IC로 구성되고 TCP, COF, FPC 등과 같은 회로 필름에 실장되어 표시 패널(40)에 TAB 방식으로 부착되거나, COG 방식으로 표시 패널(40) 상에 실장될 수 있다. 이와 달리, 게이트 드라이버(30)는 표시 패널(40)의 픽셀 어레이를 구성하는 박막 트랜지스터 어레이와 함께 박막 트랜지스터 기판에 형성됨으로써 표시 패널(40)의 비표시 영역에 내장된 GIP(Gate In Panel) 타입으로 구비될 수 있다.
백라이트 유닛(100)은 CCFL, EEFL 등과 같은 형광 램프나, LED를 광원으로 포함하는 직하형 또는 에지형 백라이트를 이용한다. 직하형 백라이트는 표시 패널(400)의 배면과 대면하도록 표시 영역 전체에 배치된 광원 및 광원 상에 배치된 도광판 및 다수의 광학 시트를 포함하고, 광원으로부터 방출된 광은 다수의 광학 시트를 통해 표시 패널(40)에 조사된다. 에지형 백라이트는 표시 패널(40)의 배면과 대면하는 도광판과, 도광판의 적어도 1개의 에지와 마주하도록 배치된 광원과, 도광판 상에 배치된 다수의 광학 시트를 포함하고, 광원으로부터 방출된 광은 도광판을 통해 면광원으로 변환되어서 다수의 광학 시트를 통해 표시 패널(40)에 조사된다.
백라이트 드라이버(90)는 휘도 제어부(80)로부터의 휘도 제어 신호에 따른 듀티비를 갖는 펄스폭변조(Pulse Width Modulation; PWM) 신호를 생성하고 PWM 신호에 대응하는 광원 구동 신호를 공급함으로써 백라이트 유닛(100)을 구동한다. 백라이트 드라이버(90)는 백라이트 유닛(100)과 표시 패널(40)의 동기화 구동을 위하여 외부 시스템 또는 타이밍 컨트롤러(20)로부터 입력되는 프레임 구분 신호인 수직 동기 신호를 기준으로 PWM 신호를 생성할 수 있다.
휘도 제어부(80)는 주변 환경 센싱부(60)로부터 센싱된 주변 환경과, 시청 거리 센싱부(70)로부터 센싱된 시청 거리를 유기적으로 고려하여 백라이트 유닛(100)의 휘도를 조절한다. 주변 환경 센싱부(60)는 주변 조도를 센싱하는 조도 센서(62)와, 주변 온도를 센싱하는 온도 센서(64)를 구비한다. 시청 거리 센싱부(70)는 거리 센서를 이용하여 표시 패널(40)과 시청자간의 거리인 시청 거리를 센싱하여 출력하거나, 표시 패널(40) 상에 장착된 터치 스크린(도시하지 않음)의 작동 여부를 통해 시청 거리를 판단하여 출력할 수 있다.
휘도 제어부(80)는 도 3과 같이 조도 센서(62)로부터 센싱된 주변 조도에 따라 휘도를 설정한 다음(S2), 온도 센서(64)로부터 센싱된 주변 온도에 따라 휘도를 선택적으로 보정한 후(S4), 시청 거리 센싱부(70)로부터 센싱된 시청 거리에 따라 휘도를 선택적으로 더 보정하여 최종 휘도를 결정하고(S6), 결정된 최종 휘도에 따라 백라이트 유닛(100)의 휘도를 제어한다.
주변 조도는 표시 장치의 시인성에 중요한 영향을 주므로, 휘도 제어부(80)는 먼저 조도 센서(62)로부터 센싱된 주변 조도의 세기에 따라 최대 휘도를 설정한다(S2).
예를 들어, 주변 조도가 높을 경우 표시 장치의 휘도가 낮으면 시인성이 현저히 저하되므로 상대적으로 최대 휘도를 높게 설정하는 반면, 주변 조도가 낮을 경우 표시 장치의 휘도가 높으면 시인성이 과도해지고 소비전력이 증가하므로 상대적으로 최대 휘도를 낮게 설정한다. 예컨데, 주변 조도가 낮은 저녁(평균 조도가 50 lux)일 때 적정 최대 휘도는 204 nit로 설정되거나, 흐린 대낮(평균 조도 1000 lux)일 때 적정 최대 휘도 1772 nit로 설정되거나, 주변 조도가 1000lux 이상일 때 최대 휘도는 2000 nit로 설정될 수 있다.
휘도 제어부(80)는 아래 수학식 1을 이용하여 조도의 세기에 따른 휘도값(A), 즉 최대 휘도를 결정할 수 있다.
<수학식 1>
조도에 따른 휘도값(A) = 1.65×조도+121.83
이어서, 휘도 제어부(80)는 온도 센서(64)로부터 센싱된 주변 온도에 따라 전술한 최대 휘도(A)를 선택적으로 보정한다(S4). LCD는 주변 온도가 극단적으로 낮은 온도(예를 들면 -10℃ 이하) 또는 높은 온도(예를 들면 70℃ 이상)에 있을 경우 백라이트 출력에 관계없이 LCD의 휘도가 20% 정도 감소할 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 휘도 제어부(80)는 온도 센서(64)를 통해 센싱된 주변 온도가 미리 설정된 온도 범위를 초과할 경우 미리 설정된 보상치를 이용하여 전술한 최대 휘도(A)를 보정함으로써 주변 온도에 의해 감소된 휘도를 보상한다. 예컨데, 주변 조도 50 lux이고 상온일 때 204 nit가 적정 최대 휘도라면, 주변 조도 50 lux이고 겨울일 때 낮은 온도에 의한 휘도 저감 보상을 보상하기 위하여 상기 최대 휘도 204 nit를 245 nit로 보정한다.
한편, 휘도 제어부(80)는 센싱된 주변 온도가 미리 설정된 온도 범위를 초과하지 않는 경우 전술한 최대 휘도(A)를 주변 온도에 따라 보정하지 않는다.
그 다음, 휘도 제어부(80)는 전술한 보정되거나 보정되지 않은 최대 휘도(A)를 시청 거리 센싱부(70)로부터 센싱된 시청 거리에 따라 선택적으로 조절하여 시청자의 눈부심을 방지한다(S6). 시청자의 시청거리가 짧을 경우(예를 들면, 75㎝ 이내 또는 터치 기능 작동) 눈부심에 의해 피로도가 발생하지 않도록 휘도 제어부(80)는 전술한 보정되거나 보정되지 않은 최대 휘도(A)를 더 조절한다.
예를 들면, 옥외용 표시 장치는 1500nit~2000nit 정도 범위로 적용되거나 2500nit 이상의 높은 휘도가 적용될 수 있다. 또한, 옥외용 표시 장치는 IoT와 결합되어 터치 스크린이 부착된 형태로 발전하고 있으므로 높은 휘도를 갖는 옥외용 표시 장치에 사용자가 점점 근접하여 사용될 전망이다. 이에 따라, 사용자가 높은 휘도를 갖는 옥외용 표시 장치에 근접할 경우 눈부심으로 인한 피로도가 급격하게 증가하게 된다. 또한 동일 휘도를 갖는 표시 장치일지라도 표시 면적이 클수록 훨씬 밝게 인지되어 피로도가 증가하게 된다.
이러한 시청자의 눈부심에 의한 피로도가 발생하지 않도록, 휘도 제어부(80)는 아래 수학식 2와 같이, 전술한 주변 조도에 따라 설정되고 주변 온도에 따라 선택적으로 보정된 최대 휘도(A)와, 시청 거리 센싱부(70)로부터의 시청 거리와, LCD의 표시 면적을 고려하여 시청 거리에 따른 휘도값(B)을 산출하고 산출된 휘도값(B)을 최종 최대 휘도로 결정한다.
<수학식 2>
시청 거리에 따른 휘도값(B) = (시청거리0 .46×A) ÷ 표시면적
휘도 제어부(80)는 결정된 최종 최대 휘도(B)에 따른 휘도 제어 신호(디밍 신호)를 백라이트 드라이버(90)로 출력함으로써 백라이트 유닛(100)의 휘도를 제어한다(S8).
예를 들어, 정보 탐색을 위해 사용자가 75cm 옥외용 표시 장치를 보는 경우 최대 휘도는 215 nit (@ 50 lux), 1861 nit (@ 1000 lux)로 설정될 수 있고, 정보 검색을 위해 사용자가 35cm의 시청 거리로 근접하여 상기 옥외용 표시 장치를 터치하는 경우 최대 휘도는 151 nit (@ 50 lux), 1311 nit (@ 1000 lux)로 감소될 수 있다.
타이밍 컨트롤러(10)는 외부 호스트 시스템으로부터 영상 데이터(DATA) 및 타이밍 신호(TCS) 등을 공급받는다. 타이밍 컨트롤러(10)는 입력된 타이밍 신호들(TCS)을 이용하여 데이터 드라이버(20) 및 게이트 드라이버(30)의 구동 타이밍을 각각 제어하고, 영상 특성에 따라 영상 데이터(DATA)를 보정하여 데이터 드라이버(20)로 출력한다. 이를 위하여, 타이밍 컨트롤러(10)는 제어 신호 생성부(102) 및 영상 처리부(104)를 구비한다.
제어 신호 생성부(102)는 입력 타이밍 신호들(TCS)을 이용하여 데이터 제어 신호(DCS) 및 게이트 제어 신호(GCS)를 생성하여 데이터 드라이버(20) 및 게이트 드라이버(30)로 각각 출력한다. 제어 신호 생성부(102)가 입력받는 타이밍 신호(TCS)는 도트 클럭, 데이터 인에이블 신호, 수직 동기 신호, 수평 동기 신호를 포함하지만, 여기서 수직 동기 신호 및 수평 동기 신호는 생략될 수 있다. 수직 동기 신호 및 수평 동기 신호가 생략되는 경우 제어 신호 생성부(102)는 도트 클럭에 따라 데이터 인에이블 신호를 카운트하여 수직 동기 신호 및 수평 동기 신호를 생성하여 이용할 수 있다. 데이터 제어 신호들(DCS)은 데이터 드라이버(20) 구동을 제어하는 소스 스타트 펄스, 소스 샘플링 클럭, 극성 제어 신호, 소스 출력 인에이블 신호 등을 포함할 수 있다. 게이트 제어 신호들(GCS)은 게이트 드라이버(30) 구동을 제어하는 게이트 스타트 펄스, 게이트 쉬프트 클럭, 게이트 출력 인에이블 신호 등을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이 표시 장치의 휘도가 감소되는 조건에서 비선형 감마 적용은 영상에 따라 계조 뭉침이 발생할 수 있고, 영상 히스토그램 변화 적용은 채도가 열화될 수 있으며, 평균 화상 레벨(APL) 적용은 컨트라스트비가 큰 영상을 낮은 APL에 따라 휘도를 감소시켜서 어둡게 보일 수 있다.
이를 해결하기 위하여, 본 발명의 영상 처리부(104)는 입력 영상(DATA)으로부터 가중치 평균 영상 레벨(Weighted Average Picture Level; WAPL)을 사용하여 영상 분석 방법의 정확성을 높이고, WAPL에 따라 얻은 S형 게인 커브를 이용하여 영상 데이터(DATA)에 계조별 차등 게인을 적용함으로써 영상 특성에 따라 영상 데이터(DATA)를 보정하여 계조 구분력, 컨트라스트, 채도를 향상시킬 수 있다. 영상 처리부(104)는 도 1과 같이 타이밍 컨트롤러(10)에 내장되거나, 타이밍 컨트롤러(10)의 입력단에 위치할 수 있으며, 화상 엔진 등과 같은 시스템 칩 등에 적용될 수 있다.
영상 처리부(104)는 아래 수학식 3을 이용하여 입력 영상(DATA)의 계조값(Gray)으로부터 프레임별 WAPL을 산출한다(S12).
<수학식 3>
Figure pat00001
N은 단위 프레임에 포함되는 서브픽셀 수이고, Gray는 각 서브픽셀의 입력 계조를 의미한다.
영상 처리부(104)는 산출된 WAPL에 따라 프레임 게인을 결정하고, 프레임 게인을 표시 장치의 감마 커브와 곱함으로써 도 4에 도시된 바와 같이 입력 영상의 계조(0~255)에 따라 차등 게인(α, β)을 갖는 S자 게인 그래프를 얻는다(S14). 영상 처리부(104)는 S자 게인 그래프에 의해 입력 영상의 계조(0~255)에 따라 차등 게인(α, β)을 적용하여 영상 데이터(DATA)를 보정하여 출력한다(S16).
도 4를 참조하면, S자 게인 그래프에 의해 저계조에는 작은 게인(α)이 적용되고, 고계조에는 큰 게인(β)이 적용됨을 알 수 있으며, S자 게인 그래프에서 기울기가 달라지는 변곡점(NP)의 위치는 채도 보상량을 조절하는 역할을 하므로 영상 특성에 따라 가변된다. α는 저계조 영역의 명암 강조량을 조절하는 역할을 하는 것으로 0.9~1.3 범위로 설정될 수 있다. β는 낮은 값일수록 밝기는 증가하나 저계조 표현력이 저하되고, 높은 값일수록 밝기는 감소하나 저계조 표현력은 증가한다. β는 중간 계조 영역의 명암 강조량을 조절하는 역할을 하는 것으로 1.3~1.7 범위로 설정될 수 있다. β는 낮은 값일수록 밝기는 감소하나 고계조 표현력이 향상되고, 높은 값일수록 밝기는 증가하나 고계조 표현력이 감소한다. NP는 채도 보상량 조절을 위해 100~200 범위에서 설정될 수 있다. NP는 낮은 값일수록 채도가 증가하고 높은 값일수록 채도가 감소한다. 이러한 NP, α, β 값의 조절에 따라 트레이드-오프(trade-off)가 발생하므로 입력 영상의 분석 결과에 따라 적정 값을 도출한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 LCD의 입력 영상과 출력 영상을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 입력 영상 대비 출력 영상이 전체적으로 밝아지고 컨트라스트가 증가하여 입력 영상의 시인성이 향상되었을 뿐만 아니라 채도 역시 향상되었음을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 LCD만을 예로 들어 설명하였으나 OLED 표시 장치에도 적용될 수 있다. 다시 말하여, 도 1에서 백라이트 드라이버(90) 및 백라이트 유닛(100)을 제외한 나머지 구성 요소들을 OLED 표시 장치에 적용할 수 있다. 이때, OLED 표시 장치에 적용되는 휘도 제어부(80)는 주변 환경 및 시청 거리에 따라 결정된 최대 휘도에 따라 최대 감마 전압(EVDD)을 조절함으로써 휘도를 조정한다. 또한, OLED 표시 장치는 소비 전력 감소를 위해 WAPL에 따라 최대 휘도를 더 조정할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 표시 장치는 주변 조도 및 주변 온도를 포함하는 주변 환경 조건을 센싱함과 아울러 사용자의 시청 거리를 센싱하여 센싱된 주변 조도 및 주변 온도와 시청 거리에 따라 표시 장치의 휘도를 유기적으로 조정함으로써 시청자에게 주변 환경 및 시청 거리에 따른 최적의 휘도를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 표시 장치는 가중치 평균 영상 레벨(WAPL)을 이용한 영상 분석 결과에 따른 S형 게인 커브를 적용하여 영상 데이터를 보정함으로써 영상 특성에 따라 계조 구분력, 컨트라스트, 채도를 개선하여 시인성 및 화질이 향상된 영상을 시청자에게 제공할 수 있다.
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 청구 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10: 타이밍 컨트롤러 20: 데이터 드라이버
30: 게이트 드라이버 40: 액정 패널
50: 감마 전압 생성부 60: 주변 환경 센싱부
62: 조도 센서 64: 온도 센서
70: 시청 거리 센싱부 80: 휘도 제어부
90: 백라이트 드라이버 100: 백라이트 유닛
102: 제어 신호 생성부 104: 영상 처리부

Claims (11)

  1. 주변 조도와, 주변 온도와, 사용자의 시청 거리를 각각 센싱한 결과를 종속적으로 적용하여 최종 휘도를 결정하는 단계와,
    상기 결정된 최종 휘도에 따라 표시 장치의 휘도를 조정하는 단계와,
    입력 영상으로부터 가중치 평균 화상 레벨을 산출하고, 산출된 가중치 평균 화상 레벨에 따라 계조별 차등 게인을 산출하고, 산출된 계조별 차등 게인을 적용하여 상기 입력 영상을 보정하여 출력하는 단계를 포함하는 표시 장치의 구동 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 최종 휘도를 결정하는 단계는
    상기 센싱된 주변 조도에 따라 최대 휘도를 설정하는 단계와,
    상기 센싱된 주변 온도에 따라 상기 최대 휘도를 선택적으로 보정하는 단계와,
    상기 센싱된 시청 거리에 따라 상기 선택적으로 보정된 최대 휘도를 선택적으로 더 보정하여 상기 최종 휘도로 결정하는 단계를 포함하는 표시 장치의 구동 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 센싱된 주변 조도에 따른 최대 휘도(A)는 "A = 1.65×주변조도+121.83"의 수식에 의해 설정되는 표시 장치의 구동 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 최대 휘도(A)는 상기 센싱된 주변 온도가 미리 설정된 온도 범위를 초과하는 경우에만 그 주변 온도에 따라 감소된 휘도가 보상되도록 상기 최대 휘도(A)를 보정하고, 그외의 경우에는 상기 최대 휘도(A)를 보정하지 않는 표시 장치의 구동 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 선택적으로 보정된 최대 휘도(A)와, 상기 센싱된 시청 거리와, 상기 표시 장치의 표시 면적을 고려하여 상기 최종 휘도(B)는 "B = (시청거리0 .46×A)÷표시면적"의 수식에 의해 결정되는 표시 장치의 구동 방법.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 청구항에 있어서,
    상기 최종 휘도에 따라 액정 표시 장치의 백라이트 유닛의 휘도를 조정하거나, 유기 발광 다이오드 표시 장치의 최대 감마 전압을 조정하여 상기 표시 장치의 휘도를 조정하는 표시 장치의 구동 방법.
  7. 주변 조도와, 주변 온도를 각각 센싱하여 출력하는 주변 환경 센싱부와,
    사용자의 시청 거리를 센싱하여 출력하는 시청 거리 센싱부와,
    상기 센싱된 주변 조도, 주변 온도, 시청 거리를 종속적으로 적용하여 최종 휘도를 결정하고, 결정된 최종 휘도에 따라 표시 패널의 휘도를 조정하는 휘도 제어부와,
    입력 영상으로부터 가중치 평균 화상 레벨을 산출하고, 산출된 가중치 평균 화상 레벨에 따라 계조별 차등 게인을 산출하고, 산출된 계조별 차등 게인을 적용하여 상기 입력 영상을 보정하여 출력하는 영상 처리부와,
    상기 영상 처리부로부터 출력된 보정 영상을 상기 표시 패널에 표시하는 패널 구동부를 구비하는 표시 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 휘도 제어부는
    상기 센싱된 주변 조도에 따라 최대 휘도를 설정하고,
    상기 센싱된 주변 온도에 따라 상기 최대 휘도를 선택적으로 보정하고,
    상기 센싱된 시청 거리에 따라 상기 선택적으로 보정된 최대 휘도를 선택적으로 더 보정하여 상기 최종 휘도로 결정하는 표시 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 휘도 제어부는
    상기 센싱된 주변 조도에 따른 최대 휘도(A)를 "A = 1.65×주변조도+121.83"의 수식에 의해 설정하고,
    상기 최대 휘도(A)는 상기 센싱된 주변 온도가 미리 설정된 온도 범위를 초과하는 경우에만 그 주변 온도에 따라 감소된 휘도가 보상되도록 상기 최대 휘도(A)를 보정하고, 그외의 경우에는 상기 최대 휘도(A)를 보정하지 않으며,
    상기 선택적으로 보정된 최대 휘도(A)와, 상기 센싱된 시청 거리와, 상기 표시 장치의 표시 면적을 고려하여 상기 최종 휘도(B)를 "B = (시청거리0 .46×A)÷표시면적"의 수식에 의해 결정하는 표시 장치.
  10. 청구항 7 내지 9 중 어느 한 청구항에 있어서,
    상기 표시 패널에 해당하는 액정 패널에 광을 조사하는 백라이트 유닛과,
    상기 백라이트 유닛을 구동하는 백라이트 드라이버를 추가로 구비하고,
    상기 휘도 제어부는 상기 최종 휘도에 따른 휘도 제어 신호를 상기 백라이트 드라이버로 공급하여 상기 백라이트 유닛의 휘도를 조정하는 표시 장치.
  11. 청구항 7 내지 9 중 어느 한 청구항에 있어서,
    상기 표시 패널은 유기 발광 다이오드 표시 패널이고,
    상기 휘도 제어부는 상기 최종 휘도에 따라 상기 패널 구동부에서 이용되는 최대 감마 전압을 조정하여 상기 유기 발광 다이오드 표시 패널의 휘도를 조정하는 표시 장치.
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