KR20170064647A - 표시장치 및 이의 구동방법 - Google Patents

표시장치 및 이의 구동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에러(error)의 발생 확률이 최소화되면서 입력되는 영상보다 출력되는 영상의 해상도를 향상하고, 재깅 아티펙트(jagging artifact)를 저감하고, 영상의 선명도 및 전체적인 화질을 개선할 수 있는 RGBW 표시패널 기반의 표시장치를 구현하는 것이다. 이를 위해, 본 발명의 고해상도 구현부는 타이밍 제어부에 공급된 RGB 데이터신호를 R'G'B'W' 데이터신호로 변환하고, R'G'B'W' 데이터신호 내의 가장 높은 에지를 분석 및 검출하고 에지 개선이 필요한 영역에 대해 선택적으로 힌팅을 수행하여 입력된 영상보다 출력되는 영상의 해상도를 향상한다.

Description

표시장치 및 이의 구동방법{Display Device and Method of Driving the same}
본 발명은 표시장치 및 이의 구동방법에 관한 것이다.
정보화 기술이 발달함에 따라 사용자와 정보 간의 연결 매체인 표시장치의 시장이 커지고 있다. 이에 따라, 유기전계발광표시장치(Organic Light Emitting Display: OLED), 양자점표시장치(Quantum Dot Display; QDD), 액정표시장치(Liquid Crystal Display: LCD) 및 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel: PDP) 등과 같은 표시장치의 사용이 증가하고 있다.
표시장치에는 매트릭스 형태로 배치된 복수의 서브 픽셀을 포함하는 표시패널, 표시패널을 구동하는 구동 신호를 출력하는 구동부 및 구동부를 제어하는 제어부 등이 포함된다.
앞서 설명한 표시장치 중 일부는 적색, 녹색, 청색 및 백색 이상 4개의 서브 픽셀이 하나의 픽셀을 구성하는 표시패널을 기반으로 제작된다. 이러한 표시패널로 구현된 표시장치는 소비전력을 낮추면서 밝기를 향상시키는 등 여러 장점이 있지만, 해상도 저하 문제가 존재한다.
종래에는 적색, 녹색, 청색 및 백색 이상 4개의 서브 픽셀을 포함하는 표시패널의 단점을 해결하고자 픽셀 렌더링(rendering)이라는 기술이 제안된 바 있지만, 이 방법 또한 해상도 저하 문제를 완전히 해소할 수 없었다.
상술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 에러(error)의 발생 확률이 최소화되면서 입력되는 영상보다 출력되는 영상의 해상도를 향상하고, 재깅 아티펙트(jagging artifact)를 저감하고, 영상의 선명도 및 전체적인 화질을 개선할 수 있는 RGBW 표시패널 기반의 표시장치를 구현하는 것이다.
상술한 과제 해결 수단으로 본 발명은 표시패널, 구동부, 타이밍 제어부 및 고해상도 구현부를 포함하는 표시장치를 제공한다. 표시패널은 RGBW 서브 픽셀을 포함한다. 구동부느 표시패널을 구동하는 구동 신호를 출력한다. 타이밍 제어부는 구동부를 제어한다. 고해상도 구현부는 타이밍 제어부에 공급된 RGB 데이터신호를 R'G'B'W' 데이터신호로 변환하고, R'G'B'W' 데이터신호 내의 가장 높은 에지를 분석 및 검출하고 에지 개선이 필요한 영역에 대해 선택적으로 힌팅을 수행하여 입력된 영상보다 출력되는 영상의 해상도를 향상한다.
고해상도 구현부는 R'G'B'W' 데이터신호 내에서 에지 개선이 필요한 영역에 대하여 코드 패턴을 분석하고, 각 코드 패턴에 대해 최적의 에지 방향을 구하기 위한 가상의 고해상도 라인을 생성하고, 가상의 고해상도 라인이 지나가는 위치에 따라 힌팅을 수행할 서브 픽셀을 결정할 수 있다.
고해상도 구현부는 가상의 고해상도 라인이 지나는 위치에 존재하는 서브 픽셀을 풀톤(Full-tone)이나 하프톤(Half-tone) 방식으로 채울 수 있다.
고해상도 구현부는 RGB 데이터신호를 R'G'B'W' 데이터신호로 변환하는 데이터 변환부와, R'G'B'W' 데이터신호 내의 에지 정보를 검출하는 에지 검출부와, R'G'B'W' 데이터신호 내에서 에지 개선이 필요한 영역에 대하여 코드 패턴을 분석하고, 각 코드 패턴에 대해 최적의 에지 방향을 구할 수 있는 제1가상의 고해상도 라인을 생성하는 코드 패턴 분석부와, RGBW 서브 픽셀 단위의 차이값을 스캔하여 값이 급격히 변하는 서브 픽셀의 위치 정보를 검출하고, 에지일 확률이 높은 서브 픽셀을 기반으로 제2가상의 고해상도 라인을 생성하는 에지 서브 픽셀 분석부와, 제1 또는 제2가상의 고해상도 라인이 지나가는 위치에 따라 힌팅을 수행할 서브 픽셀을 결정하는 적응적 하프톤 힌팅부를 포함할 수 있다.
코드 패턴 분석부는 R'G'B'W' 데이터신호에서 에지 개선이 필요한 에지 영역에 코드 패턴들을 대응시키는 러닝을 진행하며 목표로 하는 코드 패턴을 찾는 코드 패턴 러닝부와, 목표로 하는 코드 패턴을 기반으로 최적의 에지 방향을 구하기 위한 제1가상의 고해상도 라인을 생성하는 가상의 고해상도 라인 생성부를 포함할 수 있다.
에지 서브 픽셀 분석부는 일 방향으로 스캔하면서 서브 픽셀 간의 차이값을 구하며 서브 픽셀의 에지에 대한 위치 정보를 검출하는 제1요소값 계산부와, 서브 픽셀의 좌표값을 기반으로 서브 픽셀의 에지에 대한 위치 정보를 검출하는 제2요소값 계산부를 포함할 수 있다.
제1요소값 계산부는 같은 색을 발광하는 서브 픽셀 간의 차이값을 구하며 서브 픽셀의 에지에 대한 위치 정보를 검출할 수 있다.
다른 측면에서 본 발명은 표시장치의 구동방법을 제공한다. 표시장치의 구동방법은 RGB 데이터신호를 R'G'B'W' 데이터신호로 변환하는 단계, 및 R'G'B'W' 데이터신호 내의 가장 높은 에지를 분석 및 검출하고 에지 개선이 필요한 영역에 대해 선택적으로 힌팅을 수행하여 입력된 영상보다 출력되는 영상의 해상도를 향상하는 단계를 포함한다.
해상도를 향상하는 단계는 R'G'B'W' 데이터신호 내의 에지 정보를 검출하는 단계와, R'G'B'W' 데이터신호 내에서 에지의 개선이 필요한 에지 영역에 코드 패턴들을 대응시키는 러닝을 진행하며 목표로 하는 코드 패턴을 찾는 단계와, 코드 패턴을 기반으로 각 코드 패턴에 대해 최적의 에지 방향을 구하기 위한 제1가상의 고해상도 라인을 생성하는 단계와, RGBW 서브 픽셀 단위의 차이값을 스캔하여 값이 급격히 변하는 서브 픽셀의 위치 정보를 검출하고, 에지일 확률이 높은 서브 픽셀을 기반으로 제2가상의 고해상도 라인을 생성하는 단계와, 제1 또는 제2가상의 고해상도 라인이 지나가는 위치에 따라 힌팅을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
힌팅을 수행하는 단계는 제1 또는 제2가상의 고해상도 라인이 지나는 위치에 존재하는 서브 픽셀을 풀톤(Full-tone)이나 하프톤(Half-tone) 방식으로 채울 수 있다.
본 발명은 RGBW 표시패널을 기반으로 표시장치 구현 시, 입력되는 영상보다 출력되는 영상의 해상도를 높일 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 에러(error)의 발생 확률이 최소화되면서 해상도가 향상되므로 재깅 아티펙트(jagging artifact)를 저감할 수 있고 또한 영상의 선명도를 개선하여 전체적인 화질을 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 표시장치를 개략적으로 나타낸 블록도.
도 2는 도 1에 도시된 서브 픽셀을 개략적으로 나타낸 구성도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고해상도의 구현 방법을 개략적으로 설명하기 위한 도면들.
도 5 및 도 6은 고해상도 구현에 따른 장치의 구성 예시도들.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고해상도의 구현 방법을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도.
도 8은 에지 검출과 관련된 설명을 하기 위한 이미지.
도 9는 코드 패턴들의 예시도.
도 10은 다운 샘플링 방식을 설명하기 위한 도면.
도 11은 다운 샘플링의 예시도.
도 12는 가상의 고해상도 라인 생성과 관련된 설명을 하기 위한 예시도.
도 13은 차이 요소 계산과 관련된 설명을 하기 위한 예시도.
도 14는 매끄러운 요소 계산과 관련된 설명을 하기 위한 예시도.
도 15는 적응적 하프톤 힌팅과 관련된 설명을 하기 위한 예시도.
도 16은 원본 영상과 원본 영상을 본 발명의 일 실시예에 따른 고해상도의 구현 방법으로 변환한 출력 영상을 나타낸 이미지.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 텍스트 검출 방법을 이용한 표시장치는 텔레비젼, 셋톱박스, 네비게이션, 영상 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈시어터 및 모바일폰 등으로 구현된다. 표시장치의 표시패널은 액정표시패널, 유기발광표시패널, 양자점표시장치, 전기영동표시패널, 플라즈마표시패널 등이 선택될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
도 1은 표시장치를 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 2는 도 1에 도시된 서브 픽셀을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 표시장치에는 영상 공급부(110), 타이밍 제어부(120), 게이트 구동부(130), 데이터 구동부(140) 및 표시패널(150)이 포함된다.
영상 공급부(110)는 데이터신호를 영상처리하고 수직 동기신호, 수평 동기신호, 데이터 인에이블 신호 및 클럭신호 등과 함께 출력한다. 영상 공급부(110)는 LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 인터페이스나 TMDS(Transition Minimized Differential Signaling) 인터페이스 등을 통해 수직 동기신호, 수평 동기신호, 데이터 인에이블 신호, 클럭신호 및 데이터신호 등을 타이밍 제어부(120)에 공급한다. 예컨대, 영상 공급부(110)는 R, G 및 B 데이터신호를 출력한다.
타이밍 제어부(120)는 영상 공급부(110)로부터 데이터신호(DATA) 등을 공급받고, 게이트 구동부(130)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 타이밍 제어신호(GDC)와 데이터 구동부(140)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 데이터 타이밍 제어신호(DDC)를 출력한다.
타이밍 제어부(120)는 통신 인터페이스를 통해 게이트 타이밍 제어신호(GDC)와 데이터 타이밍 제어신호(DDC) 등과 함께 데이터신호(DATA)를 출력하며, 게이트 구동부(130)와 데이터 구동부(140)의 동작 타이밍을 제어한다.
게이트 구동부(130)는 타이밍 제어부(120)로부터 공급된 게이트 타이밍 제어신호(GDC)에 응답하여 게이트전압의 레벨을 시프트시키면서 게이트신호(또는 스캔신호)를 출력한다.
게이트 구동부(130)는 게이트라인들(GL1 ~ GLm)을 통해 표시패널(150)에 포함된 서브 픽셀들(SP)에 게이트신호를 공급한다. 게이트 구동부(130)는 집적회로(Integrated Circuit; IC) 형태로 형성되거나 표시패널(150)에 게이트인패널(Gate In Panel; GIP) 방식으로 형성된다.
데이터 구동부(140)는 타이밍 제어부(120)로부터 공급된 데이터 타이밍 제어신호(DDC)에 응답하여 데이터신호(DATA)를 샘플링하고 래치하며 감마 기준전압에 대응하여 디지털신호를 아날로그신호로 변환하여 출력한다.
데이터 구동부(140)는 데이터라인들(DL1 ~ DLn)을 통해 표시패널(150)에 포함된 서브 픽셀들(SP)에 데이터신호(DATA)를 공급한다. 데이터 구동부(140)는 집적회로(Integrated Circuit; IC) 형태로 형성된다.
표시패널(150)은 게이트 구동부(130)로부터 공급된 게이트신호와 데이터 구동부(140)로부터 공급된 데이터신호(DATA)에 대응하여 영상을 표시한다. 표시패널(150)은 하부기판, 상부기판 그리고 하부기판과 상부기판 사이 형성된 서브 픽셀들(SP)을 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 서브 픽셀에는 게이트라인(GL1)과 데이터라인(DL1)에 연결(또는 교차부에 형성된)된 스위칭 박막 트랜지스터(SW)와 스위칭 박막 트랜지스터(SW)를 통해 공급된 데이터신호(DATA)에 대응하여 동작하는 픽셀회로(PC)가 포함된다. 서브 픽셀들(SP)은 픽셀회로(PC)의 구성에 따라 액정소자나 유기발광소자 등을 포함하게 된다.
표시패널(150)이 액정표시패널로 구성된 경우, 이는 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드 또는 ECB(Electrically Controlled Birefringence) 모드로 구현된다. 표시패널(150)이 유기발광표시패널로 구성된 경우, 이는 전면발광(Top-Emission) 방식, 배면발광(Bottom-Emission) 방식 또는 양면발광(Dual-Emission) 방식으로 구현된다.
위와 같은 표시장치는 게이트 구동부(130) 및 데이터 구동부(140)로부터 출력된 게이트신호 및 데이터신호(DATA)를 기반으로 표시패널(150)이 빛을 발광 또는 투과시키게 됨에 따라 특정 영상을 표시하게 된다.
한편, 앞서 설명한 표시장치 중 일부는 적색, 녹색, 청색 및 백색 이상 4개의 서브 픽셀이 하나의 픽셀을 구성하는 표시패널을 기반으로 제작된다. 이러한 표시패널로 구현된 표시장치는 소비전력을 낮추면서 밝기를 향상시키는 등 여러 장점이 있지만, 해상도 저하 문제가 존재한다.
종래에는 적색, 녹색, 청색 및 백색 이상 4개의 서브 픽셀을 포함하는 표시패널의 단점을 해결하고자 픽셀 렌더링(rendering)이라는 기술이 제안된 바 있지만, 이 방법 또한 해상도 저하 문제를 완전히 해소할 수 없었다.
따라서, 이하에서는 적색, 녹색, 청색 및 백색 이상 4개의 서브 픽셀을 포함하는 표시패널의 단점인 해상도 저하 문제를 개선할 수 있는 표시장치 및 이의 구동방법을 설명한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고해상도의 구현 방법을 개략적으로 설명하기 위한 도면들이고, 도 5 및 도 6은 고해상도 구현에 따른 장치의 구성 예시도들이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 (초)고해상도의 구현 방법은 입력 영상을 표시패널이 구현할 수 있는 영상보다 더 높은 해상도로 변환하여 출력하는 방식으로 고해상도를 구현한다.
예컨대, 본 발명은 표시패널(150)에 실질적으로 공급되는 영상은 4K 해상도 (4096 × 2160 또는 3840 × 2160) 이지만, 이를 6K 해상도 (6480 × 3840)로 구현할 수 있도록 출력 영상을 변환한다. 즉, 입력 영상은 4K 해상도(도 3의 a)를 갖지만 출력 영상은 6K 해상도(도 3의 b)를 갖도록 영상을 변환하여 고해상도를 구현한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고해상도의 구현 방법을 개략적으로 설명하면 다음의 도 4와 같다.
픽셀(P) 단위의 영상이 입력되면(도 4의 a), 이를 서브 픽셀(SP1 ~ SP3) 단위의 영상으로 구분한다(도 4의 b). 그리고 특정 코드 패턴들을 이용하여 서브 픽셀(SP1 ~ SP3) 단위의 영상에 대해 가상의 고해상도 라인(GTL)을 구한다(도 4의 c). 그리고 가상의 고해상도 라인(GTL)에 맞게( GTL에 대응하여 또는 GTL을 기준으로) 턴온(발광)(On) 또는 턴오프(비발광)(Off)할 서브 픽셀을 선택하는 힌팅(hinting)을 수행한다(도 4의 d). 이하에서는 턴온(발광)(On) 또는 턴오프(비발광)(Off)할 서브 픽셀을 선택하는 동작을 힌팅으로 정의한다.
본 발명은 무채색에서 수평 해상도를 6K (RGB : 3K, W : 3K)까지 확장할 수 있는 표시패널의 특성을 활용하여 해상도 향상(resolution enhancement)을 달성한다. 본 발명에 따르면, 무채색에서는 W 서브 픽셀이 RGB 서브 픽셀과 독립적으로 구동하여 다른 정보를 가지는 서브 픽셀로 이용되기 때문에 해상도 향상 효과를 가질 수 있다.
이를 위해, 본 발명은 영상 분석을 통해 가상의 고해상도 라인(GTL)을 생성하고, RGB 서브 픽셀(sub-pixel)과 W 서브 픽셀(sub-pixel)을 이용하여 가상의 고해상도 라인(GTL)과 서브 픽셀의 위치를 매칭(matching)할 때, 에러(error)가 최소화되도록 한다. 이하, 본 발명을 구현할 수 있는 장치에 대해 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 고해상도 구현에 따른 고해상도 구현부에는 데이터 변환부(121), 에지 검출부(123), 코드 패턴 분석부(125), 에지 서브 픽셀 분석부(127) 및 적응적 하프톤 힌팅부(129)가 포함된다.
데이터 변환부(121), 에지 검출부(123), 코드 패턴 분석부(125), 에지 서브 픽셀 분석부(127) 및 적응적 하프톤 힌팅부(129)의 기능에 대해 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
데이터 변환부(121)는 RGB 데이터신호를 R'G'B'W' 데이터신호로 변환하는 역할을 한다. 데이터 변환부(121)는 RGBW 서브 픽셀로 이루어진 표시패널에 필요한 데이터신호를 만들어주기 위해, 내부에 마련된 변환식을 기반으로 RGB 데이터신호를 R'G'B'W' 데이터신호로 변환한다. RGB 데이터신호를 R'G'B'W' 데이터신호로 변환하는 식은 종래에 널리 알려진 기술을 이용할 수 있다.
에지 검출부(123)는 변환된 R'G'B'W' 데이터신호를 그대로 출력함과 더불어 R'G'B'W' 데이터신호 내의 에지 정보를 검출한다. R'G'B'W' 데이터신호 내의 에지 정보를 검출하는 방식은 종래에 널리 알려진 기술을 이용할 수 있다.
한편, R'G'B'W' 데이터신호 내의 에지 정보를 검출하는 이유는 해상도 향상 효과를 가져올 수 있는 영역이 에지에 몰려 있기 때문이다. 실험 결과, 에지의 방향이 45˚ ~ 90˚ 사이의 높은 각도를 갖고 있거나 각도가 일관성을 갖는 경우 해상도 향상 효과를 가져 올 수 있는 것으로 나타났다.
따라서, 에지 검출부(123)는 예컨대 위의 조건을 만족하는 에지 픽셀(edge pixel, EP)을 검출하고 이를 출력할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 이상, 본 발명은 모든 영상을 고해상도화하지 않고 해상도 향상 효과가 가장 높은 에지를 분석 및 검출하고 이 영역에 대해 선택적으로 힌팅을 하게 된다.
코드 패턴 분석부(125)는 R'G'B'W' 데이터신호에서 에지 개선이 필요한 영역이 있는지를 분석하고 있다면, 이 영역에 대하여 코드 패턴을 분석하고, 각 코드 패턴에 대해 최적의 에지 방향을 구할 수 있는 제1가상의 고해상도 라인(GTL1)을 생성한다.
코드 패턴 분석부(125)는 M(M은 10 이상 정수)개의 코드 패턴들을 가지고 있다. 예컨대, 코드 패턴 분석부(125)는 대략 40개의 코드 패턴들을 가지고 있다. 코드 패턴 분석부(125)는 R'G'B'W' 데이터신호에 에지 개선이 필요한 영역이 있다면, 개선이 필요한 에지 영역에 코드 패턴들을 대응시키는 러닝(learning)을 진행하며 목표로 하는 코드 패턴(힌팅을 하고자 하는 패턴으로 볼 수 있음)을 찾는다. 그리고 목표로 하는 코드 패턴을 기반으로 최적의 에지 방향을 구할 수 있는 제1가상의 고해상도 라인(GTL1)을 생성한다.
코드 패턴 분석부(125)에는 코드 패턴 러닝부(125a) 및 가상의 고해상도 라인 생성부(125b)가 포함된다. 코드 패턴 러닝부(125a)는 R'G'B'W' 데이터신호에서 에지 개선이 필요한 에지 영역에 코드 패턴들을 대응시키는 러닝을 진행하며 목표로 하는 코드 패턴을 찾는 역할을 한다.
가상의 고해상도 라인 생성부(125b)는 목표로 하는 코드 패턴을 기반으로 최적의 에지 방향을 구할 수 있는 제1가상의 고해상도 라인(GTL1)을 생성하는 역할을 한다.
에지 서브 픽셀 분석부(127)는 R'G'B'W' 서브 픽셀 단위의 차이(difference)값을 스캔하여 값이 급격히 변하는 서브 픽셀의 위치 정보를 검출하고, 서브 픽셀의 에지일 확률이 높은 서브 픽셀을 기반으로 제2가상의 고해상도 라인(GTL2)을 생성하는 역할을 한다. 에지 서브 픽셀 분석부(127)는 확률 함수 계산을 기반으로 제2가상의 고해상도 라인(GTL2)을 생성할 수 있다.
제2가상의 고해상도 라인(GTL2)은 제1가상의 고해상도 라인(GTL1)을 보정한 보정값이다. 따라서, 만약 제1가상의 고해상도 라인(GTL1)에 보정이 필요치 않은 경우, 제1가상의 고해상도 라인(GTL1)과 제2가상의 고해상도 라인(GTL2)의 기울기 값은 동일하게 설정된다.
에지 서브 픽셀 분석부(127)에는 제1요소값 계산부(127a) 및 제2요소값 계산부(127b)가 포함된다.
제1요소값 계산부(127a)는 일 방향(예컨대 오른쪽 방향)으로 스캔하면서 상호 인접하며 같은 색을 발광하는 서브 픽셀 간의 차이값(R 서브 픽셀은 R 서브 픽셀 끼리 차이값 계산)을 구하는 역할을 하며 값이 급격히 변하는 서브 픽셀의 에지에 대한 위치 정보를 검출한다.
제2요소값 계산부(127b)는 에지 서브 픽셀의 후보군들의 확률을 설정하는 또 다른 계산부로서, 서브 픽셀의 좌표값을 기반으로 서브 픽셀의 에지에 대한 위치 정보를 검출한다. 제2요소값 계산부(127b)는 이전 라인(예컨대 상위 라인)과 현재 라인(상위 라인의 아래에 위치하는 하위 라인)의 좌표 간의 거리를 기반으로 서브 픽셀의 에지에 대한 위치 정보를 검출한다.
적응적 하프톤 힌팅부(129)는 제1 또는 제2가상의 고해상도 라인(GTL2)이 지나가는 위치에 따라 힌팅을 수행하는 역할을 한다. 적응적 하프톤 힌팅부(129)는 가상의 고해상도 라인이 지나는 위치에 존재하는 서브 픽셀을 풀톤(Full-tone)이나 하프톤(Half-tone) 방식으로 채울 서브 픽셀을 결정(선택)한다.
서브 픽셀을 풀톤(Full-tone) 방식으로 채운다는 것은 표시패널에 설정된 서브 픽셀의 최대 밝기를 100% 라고 가정하면 최대의 밝기로 발광을 하도록 설정한다는 것을 의미한다. 서브 픽셀을 하프톤(Half-tone) 방식으로 채운다는 것은 50% 밝기로 발광을 하도록 설정한다는 것을 의미한다. 그러나 이는 하나의 예시일 뿐 가상의 고해상도 라인이 지나는 위치나 주변 서브 픽셀들의 밝기 등을 참조하여 그라데이션하게 밝기를 조절할 수도 있다.
적응적 하프톤 힌팅부(129)는 가상의 고해상도 라인이 지나는 위치에 존재하는 서브 픽셀을 풀톤(Full-tone)이나 하프톤(Half-tone) 방식으로 채운 후 R'G'B'W' 데이터신호를 RGBW 데이터신호로 최종 변환하여 출력한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 고해상도 구현부에 포함된 데이터 변환부(121), 에지 검출부(123), 코드 패턴 분석부(125), 에지 서브 픽셀 분석부(127) 및 적응적 하프톤 힌팅부(129)는 타이밍 제어부(120)의 내부에 포함될 수 있다. 그러나 이는 하나의 예시일 뿐, 도 5와 같이 타이밍 제어부와 구분되어 별도의 장치로 구현될 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 고해상도의 구현 방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고해상도의 구현 방법을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이고, 도 8은 에지 검출과 관련된 설명을 하기 위한 이미지이며, 도 9는 코드 패턴들의 예시도이고, 도 10은 다운 샘플링 방식을 설명하기 위한 도면이며, 도 11은 다운 샘플링의 예시도이고, 도 12는 가상의 고해상도 라인 생성과 관련된 설명을 하기 위한 예시도이며, 도 13은 차이 요소 계산과 관련된 설명을 하기 위한 예시도이고, 도 14는 매끄러운 요소 계산과 관련된 설명을 하기 위한 예시도이며, 도 15는 적응적 하프톤 힌팅과 관련된 설명을 하기 위한 예시도이고, 도 16은 원본 영상과 원본 영상을 본 발명의 일 실시예에 따른 고해상도의 구현 방법으로 변환한 출력 영상을 나타낸 이미지이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고해상도의 구현 방법을 설명하면 다음의 도 7 내지 도 15와 같다.
RGBW 서브 픽셀로 이루어진 표시패널에 필요한 데이터신호를 만들어주기 위해, 내부에 마련된 변환식을 기반으로 RGB 데이터신호를 R'G'B'W' 데이터신호로 변환한다(S110). RGB 데이터신호를 R'G'B'W' 데이터신호로 변환하는 단계는 데이터 변환부에 의해 이루어진다.
R'G'B'W' 데이터신호 내의 에지 정보를 검출한다(S120). 에지 정보 검출은 에지 검출부에 의해 이루어진다. 한편, R'G'B'W' 데이터신호 내의 에지 정보를 검출하는 이유는 해상도 향상 효과가 있을 수 있는 영역이 에지에 몰려 있기 때문이다.
실험 결과, 에지의 방향이 45˚ ~ 90˚ 사이의 높은 각도를 갖고 있거나 각도가 일관성을 갖는 경우 해상도 향상 효과를 가져 올 수 있는 것으로 나타났다. 따라서, 에지 정보 검출단계에서는 예컨대 위의 조건을 만족하는 에지 픽셀을 검출하고 이를 출력할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 에지 정보 검출의 예를 설명하면 도 8과 같다.
도 8의 (a)는 입력 영상이다. 도 8의 (b)는 에지 정보 검출 결과로서, 에지 방향에 따라 색깔로 분류된 결과이다. 도 8의 (c)는 에지 방향성이 일관되는 경향이 있는 에지만 추출한 결과로서, 5×5 윈도우(window) 내의 에제의 방향 분석 결과이다. 도 8의 (d)는 코드 패턴 분석을 통해 서브 픽셀 렌더링(sub-pixel rendering)이 수행되어야 할 픽셀을 검출한 결과로서, 에지 경계에서 어느 쪽의 밝기가 높으냐에 따라 힌팅 단계에서 렌더링의 방향이 결정된다.
코드 패턴을 분석 및 학습하기 위한 코드 패턴 러닝을 수행한다(S130). 코드 패턴 러닝은 코드 패턴 분석부의 코드 패턴 러닝부에 의해 이루어진다. 코드 패턴 러닝부는 R'G'B'W' 데이터신호에 에지 개선이 필요한 영역이 있다면, 개선이 필요한 에지 영역에 코드 패턴들을 대응시키는 러닝을 진행하며 목표로 하는 코드 패턴(힌팅을 하고자 하는 패턴으로 볼 수 있음)을 찾는다.
예컨대, 코드 패턴 러닝 단계에서는 영상에서 개선이 필요한 영역을 40개의 코드 패턴(code pattern)으로 정의하고, 각 코드 패턴에 대해 해상도 개선을 위한 최적의 에지 방향을 구할 수 있다.
코드 패턴들은 도 9와 같이 영상에서 개선이 필요한 에지 영역을 모델링한 패턴으로서, 이는 사전 실험에 의해 그 형상이 결정된다. 이 코드 패턴을 기반으로 실제 영상에서 어떤 형태의 에지가 존재하고 있는지 학습하고 유사한 에지를 갖는 코드 패턴은 다음 에지의 방향 및 위치에 따른 가상의 고해상도 라인이 생성된다.
코드 패턴을 기반으로 각 코드 패턴에 대해 최적의 에지 방향을 구할 수 있는 제1가상의 고해상도 라인(GTL)을 생성한다(S140). 제1가상의 고해상도 라인(GTL)의 생성은 코드 패턴 분석부의 가상의 고해상도 라인 생성부에 의해 이루어진다. 가상의 고해상도 라인 생성부는 목표로 하는 코드 패턴을 기반으로 최적의 에지 방향을 구할 수 있는 제1가상의 고해상도 라인(GTL1)을 생성한다.
코드 패턴 러닝을 수행하고 이를 기반으로 제1가상의 고해상도 라인(GTL1)을 생성하는 과정은 예컨대 다음의 도 10 및 도 11의 방법을 이용할 수 있다.
먼저, 입력된 원본 영상(IMG)을 수평 방향(x)으로 1/n(n은 3 이상 정수) 다운 샘플링(down sampling)한다. 다음, 원본 영상(IMG)과 다운 샘플링된 영상(IMG(1/n))에서 코드 패턴을 생성한다. 다음, 다운 샘플링된 영상(IMG(1/n))에서 목표 코드 패턴(힌팅을 하고자 하는 패턴에 해당)을 도출하고 이에 대응되는 영역을 원본 영상(IMG)에서 찾아 코드 패턴을 생성한다.
다음, 목표 코드 패턴별로 원본 영상(IMG)에서 도출된 코드 패턴 케이스별 빈도 수를 도출한다. 다음, 상위 I(I는 3 이상 정수)개의 코드 패턴 케이스들을 도출하고 이를 목표 코드 패턴에 대한 제1가상의 고해상도 라인(GTL1)으로 지정한다. 다음, 도출된 상위 I개의 코드 패턴 케이스들의 원본 휘도 패치(luminance patch)들에서 텐서(tensor) 기반 에지 방향을 도출하여 목표 코드 패턴의 제1가상의 고해상도 라인(GTL1)으로 활용한다.
도 12는 도 10 및 도 11의 방법으로, 원본 영상을 수평 방향으로 1/3 다운 샘플링 한 영상에서 선택한 제1코드 패턴(code1) 모양을 가진 패치가 원본 영상에서 어떤 모양을 가지고 있는지 러닝 한 결과와 상위 3개의 후보군(Candidate 1 ~ 3)의 각도를 통해 제1가상의 고해상도 라인(GTL)을 생성한 결과이다.
RGBW 서브 픽셀 단위의 차이값을 스캔하여 값이 급격히 변하는 서브 픽셀의 위치 정보를 검출하기 위해 차이 요소(Difference factor) 계산(S150)과 매끄러운 요소(Smooth factor) 계산(S160)을 각각 수행한다.
에지 서브 픽셀의 검출은 "Predge sub-pixel = α* Prdiff + β*Prsm"의 수식을 이용할 수 있다.
"α* Prdiff"은 각 서브 픽셀 간의 차이인 차이 요소(Difference factor) 계산을 위한 확률 함수이고, "β*Prsm"은 상위 라인의 서브 픽셀과의 비슷한 정도인 매끄러운 요소(Smooth factor) 계산을 위한 확률 함수이다.
예컨대, R 서브 픽셀 간의 차이 요소 계산을 위한 확률 함수를 구성하면 다음과 같다.
Figure pat00001
Figure pat00002
위의 수식에서, x, y는 현재 라인의 서브 픽셀의 좌표 값이고, x', y'는 이전 라인의 서브 픽셀의 좌표 값이고, x'ul, y'ul 은 상위 라인의 에지 서브 픽셀로 선택된 서브 픽셀의 좌표 값을 의미한다.
차이 요소(Difference factor) 계산은 에지 서브 픽셀 분석부의 제1요소값 계산부에 의해 이루어진다. 제1요소값 계산부는 일 방향(예컨대 오른쪽 방향)으로 스캔하면서 상호 인접하며 같은 색을 발광하는 서브 픽셀 간의 차이값(R 서브 픽셀은 R 서브 픽셀끼리 차이값 계산)을 구하는 역할을 하며 값이 급격히 변하는 서브 픽셀의 에지에 대한 위치 정보를 검출한다.
매끄러운 요소(Smooth factor) 계산은 에지 서브 픽셀 분석부의 제2요소값 계산부에 의해 이루어진다. 제2요소값 계산부는 에지 서브 픽셀의 후보군들의 확률을 설정하는 또 다른 계산부로서, 서브 픽셀의 좌표값을 기반으로 서브 픽셀의 에지에 대한 위치 정보를 검출한다. 제2요소값 계산부는 이전 라인(예컨대 상위 라인)과 현재 라인(상위 라인의 아래에 위치하는 하위 라인)의 좌표 간의 거리를 기반으로 서브 픽셀의 에지에 대한 위치 정보를 검출한다.
4K 영상을 예컨대 6K로 렌더링하기 위해서는 최종적으로 RGBW 도메인(domain) 내에서 영상을 분석해야 한다. 이를 위해, RGBW 도메인에서 서브 픽셀 단위의 에지를 분석하기 위한 차이 요소(Difference factor) 계산과 매끄러운 요소(Smooth factor) 계산을 수행하고 제2가상의 고해상도 라인의 위치를 구하는 것이다.
차이 요소(Difference factor) 계산은 도 13의 예와 같이, 오른쪽 방향으로 스캔하면서 같은 서브 픽셀 사이의 차이값(R 서브 픽셀은 R 서브 픽셀끼리)을 구한다. 이때, 차이값이 급격히 커진 서브 픽셀 위치가 에지 서브 픽셀(Edge sub-pixel)일 확률이 높다.
에지 서브 픽셀이라는 것은 서브 픽셀 단위의 에지, 즉 급격한 경사의 데이터 차이가 발생하는 지점이다. 따라서 같은 색상의 서브 픽셀끼리 비교하여 데이터 값이 갑자기 변하는 지점이 에지 서브 픽셀일 확률이 높다.
R(x,y)는 현재 적색 서브 픽셀의 데이터 값을 나타내며 R(x-4,y)는 4번째 앞에 위치한 적색 서브 픽셀의 데이터 값을 나타낸다. 도 13의 예는 R 서브 픽셀을 예시한 것이다. 따라서, 나머지 GBW 서브 픽셀 또한 위와 같은 방법으로 차이 값을 구할 수 있다.
매끄러운 요소(Smooth factor) 계산은 에지 서브 픽셀의 후보군들의 확률을 설정하는 또 두 번째 요소로서, 이전 라인(예컨대 상위 라인)과 현재 라인(상위 라인의 아래에 위치하는 하위 라인)의 좌표 간의 거리를 기반으로 서브 픽셀의 에지에 대한 위치 정보를 검출한다.
예컨대, 현재 라인의 에지 서브 픽셀이 이전 라인의 에지 서브 픽셀과 거리가 가까울수록 에지 서브 픽셀일 확률이 높다. 매끄러운 요소(Smooth factor) 계산은 단순 거리가 아닌 넓은(broad) 에지 방향을 따라 거리를 설정할 수 있다.
매끄러운 요소(Smooth factor) 계산은 도 14의 예와 같이, 상위 라인에서 먼저 선택된 에지 서브 픽셀의 좌표와 현재 서브 픽셀의 좌표 간의 거리를 구한다. 이때, 상위 라인에서 먼저 선택된 에지 서브 픽셀의 좌표와 현재 서브 픽셀의 좌표 간의 값이 작을수록 현재 서브 픽셀이 에지일 확률이 높다.
위와 같이 차이 요소(Difference factor) 계산 및 매끄러운 요소(Smooth factor) 계산 과정을 실시하고 나면, 제1가상의 고해상도 라인(GTL1)의 위치는 서브 픽셀 단위로 보정되어 RGBW 도메인에 맞는 제2가상의 고해상도 라인(GTL2)으로 보정될 수 있다(S170).
제1 또는 제2가상의 고해상도 라인(GTL1, GTL2)이 지나가는 위치에 따라 힌팅을 수행하기 위한 적응적 하프톤 힌팅(Adatptive half-tone hinting)을 수행한다(S180). 적응적 하프톤 힌팅은 적응적 하프톤 힌팅부에 의해 이루어진다.
적응적 하프톤 힌팅부는 가상의 고해상도 라인이 지나는 위치에 존재하는 서브 픽셀을 풀톤(Full-tone)이나 하프톤(Half-tone) 방식으로 채운 후 R'G'B'W' 데이터신호를 RGBW 데이터신호로 최종 변환하여 출력한다.
적응적 하프톤 힌팅은 도 15와 같이, 영상 분석을 통해 마련된 가상의 고해상도 라인(GTL)을 기준으로 실제 서브 픽셀 단위의 값을 바꾸는 힌팅을 수행한다. 가상의 고해상도 라인(GTL)이 지나가는 위치에 따라 서브 픽셀을 풀톤(Full-tone)이나 하프톤(Half-tone)으로 채울 때, 서브 픽셀의 점유 크기를 설정할 수 있다.
풀톤(Full-tone)이나 하프톤(Half-tone)은 현재 서브 픽셀 데이터값과 가져올 서브 픽셀 데이터값을 적절히 섞어서 힌팅을 수행하는 과정을 식으로 나타내면 다음과 같다.
Figure pat00003
위의 수식에서, α는 에지 라인 기준 점유 비율을 의미하고 이 값은 0 ~ 1의 값으로 설정된다. Rori 는 현재 서브 픽셀 데이터값, Rtarget는 가져올 서브 픽셀 데이터값을 의미한다.
예컨대, 도 15에서 가져올 R 서브 픽셀 데이터값(Rtarget)에 가까운 면적이 70% 정도라고 가정한다면 (1-α) 는 0.7 이되고, α는 0.3 된다.
위와 같은 흐름으로 영상을 보정하면, 도 16과 같이 RGB 서브 픽셀(sub-pixel)과 W 서브 픽셀(sub-pixel)을 이용하여 가상의 고해상도 라인과 서브 픽셀의 위치를 매칭할 때, 에러(error)의 발생 확률이 최소화되면서, 입력되는 영상(도 16의 a; 원본 영상)보다 출력되는 영상(도 16의 b; 출력 영상)의 해상도를 높일 수 있다. 또한 에러(error)의 발생 확률이 최소화되면서 해상도가 향상되므로 도 16과 같이 재깅 아티펙트(jagging artifact)를 저감할 수 있고 또한 영상의 선명도를 개선하여 전체적인 화질을 개선할 수 있다.
이상 본 발명은 RGBW 표시패널을 기반으로 표시장치 구현 시, 입력되는 영상보다 출력되는 영상의 해상도를 높일 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 에러(error)의 발생 확률이 최소화되면서 해상도가 향상되므로 재깅 아티펙트(jagging artifact)를 저감할 수 있고 또한 영상의 선명도를 개선하여 전체적인 화질을 개선할 수 있는 효과가 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 영상 공급부 120: 타이밍 제어부
130: 게이트 구동부 140: 데이터 구동부
150: 표시패널 121: 데이터 변환부
123: 에지 검출부 125: 코드 패턴 분석부
127: 에지 서브 픽셀 분석부 129: 적응적 하프톤 힌팅부
GTL: 가상의 고해상도 라인

Claims (10)

  1. RGBW 서브 픽셀을 포함하는 표시패널;
    상기 표시패널을 구동하는 구동 신호를 출력하는 구동부;
    상기 구동부를 제어하는 타이밍 제어부; 및
    상기 타이밍 제어부에 공급된 RGB 데이터신호를 R'G'B'W' 데이터신호로 변환하고, 상기 R'G'B'W' 데이터신호 내의 가장 높은 에지를 분석 및 검출하고 에지 개선이 필요한 영역에 대해 선택적으로 힌팅을 수행하여 입력된 영상보다 출력되는 영상의 해상도를 향상하는 고해상도 구현부를 포함하는 표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고해상도 구현부는
    상기 R'G'B'W' 데이터신호 내에서 에지 개선이 필요한 영역에 대하여 코드 패턴을 분석하고, 각 코드 패턴에 대해 최적의 에지 방향을 구하기 위한 가상의 고해상도 라인을 생성하고, 상기 가상의 고해상도 라인이 지나가는 위치에 따라 힌팅을 수행할 서브 픽셀을 결정하는 표시장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 고해상도 구현부는
    상기 가상의 고해상도 라인이 지나는 위치에 존재하는 서브 픽셀을 풀톤(Full-tone)이나 하프톤(Half-tone) 방식으로 채우는 표시장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고해상도 구현부는
    상기 RGB 데이터신호를 상기 R'G'B'W' 데이터신호로 변환하는 데이터 변환부와,
    상기 R'G'B'W' 데이터신호 내의 에지 정보를 검출하는 에지 검출부와,
    상기 R'G'B'W' 데이터신호 내에서 에지 개선이 필요한 영역에 대하여 코드 패턴을 분석하고, 각 코드 패턴에 대해 최적의 에지 방향을 구할 수 있는 제1가상의 고해상도 라인을 생성하는 코드 패턴 분석부와,
    RGBW 서브 픽셀 단위의 차이값을 스캔하여 값이 급격히 변하는 서브 픽셀의 위치 정보를 검출하고, 에지일 확률이 높은 서브 픽셀을 기반으로 제2가상의 고해상도 라인을 생성하는 에지 서브 픽셀 분석부와,
    상기 제1 또는 상기 제2가상의 고해상도 라인이 지나가는 위치에 따라 힌팅을 수행할 서브 픽셀을 결정하는 적응적 하프톤 힌팅부를 포함하는 표시장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 코드 패턴 분석부는
    R'G'B'W' 데이터신호에서 에지 개선이 필요한 에지 영역에 코드 패턴들을 대응시키는 러닝을 진행하며 목표로 하는 코드 패턴을 찾는 코드 패턴 러닝부와,
    상기 목표로 하는 코드 패턴을 기반으로 최적의 에지 방향을 구하기 위한 제1가상의 고해상도 라인을 생성하는 가상의 고해상도 라인 생성부를 포함하는 표시장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 에지 서브 픽셀 분석부는
    일 방향으로 스캔하면서 서브 픽셀 간의 차이값을 구하며 서브 픽셀의 에지에 대한 위치 정보를 검출하는 제1요소값 계산부와,
    서브 픽셀의 좌표값을 기반으로 서브 픽셀의 에지에 대한 위치 정보를 검출하는 제2요소값 계산부를 포함하는 표시장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1요소값 계산부는
    같은 색을 발광하는 서브 픽셀 간의 차이값을 구하며 서브 픽셀의 에지에 대한 위치 정보를 검출하는 표시장치.
  8. RGB 데이터신호를 R'G'B'W' 데이터신호로 변환하는 단계; 및
    상기 R'G'B'W' 데이터신호 내의 가장 높은 에지를 분석 및 검출하고 에지 개선이 필요한 영역에 대해 선택적으로 힌팅을 수행하여 입력된 영상보다 출력되는 영상의 해상도를 향상하는 단계를 포함하는 표시장치의 구동방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 해상도를 향상하는 단계는
    상기 R'G'B'W' 데이터신호 내의 에지 정보를 검출하는 단계와,
    상기 R'G'B'W' 데이터신호 내에서 에지의 개선이 필요한 에지 영역에 코드 패턴들을 대응시키는 러닝을 진행하며 목표로 하는 코드 패턴을 찾는 단계와,
    상기 코드 패턴을 기반으로 각 코드 패턴에 대해 최적의 에지 방향을 구하기 위한 제1가상의 고해상도 라인을 생성하는 단계와,
    RGBW 서브 픽셀 단위의 차이값을 스캔하여 값이 급격히 변하는 서브 픽셀의 위치 정보를 검출하고, 에지일 확률이 높은 서브 픽셀을 기반으로 제2가상의 고해상도 라인을 생성하는 단계와,
    상기 제1 또는 상기 제2가상의 고해상도 라인이 지나가는 위치에 따라 힌팅을 수행하는 단계를 포함하는 표시장치의 구동방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 힌팅을 수행하는 단계는
    상기 제1 또는 상기 제2가상의 고해상도 라인이 지나는 위치에 존재하는 서브 픽셀을 풀톤(Full-tone)이나 하프톤(Half-tone) 방식으로 채우는 표시장치의 구동방법.
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