KR20180025524A - 개인 몰입형 표시장치 및 이의 구동방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 개인 몰입형 표시장치는 제1 및 제2 픽셀 어레이, 카메라 및 데이터 처리부를 포함한다. 제1 및 제2 픽셀 어레이는 각각 좌안 및 우안에 표시되는 제1 및 제2 영상데이터가 기입된다. 카메라는 사용자의 좌안 및 우안의 동공 위치를 획득한다. 데이터 처리부는 동공 위치를 바탕으로 사용자의 시선 초점을 검출하고, 시선 초점을 바탕으로 제1 및 제2 픽셀 어레이 상의 주시영역을 검출하고, 제1 및 제2 픽셀 어레이에서 주시영역 이외의 영역인 비응시영역에 기입되는 제1 및 제2 영상데이터의 해상도를 낮추거나 휘도를 낮춘다.

Description

개인 몰입형 표시장치 및 이의 구동방법{DISPLAY DEVICE FOR PERSONAL IMMERSION APPARATUS AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 가상 현실을 구현하는 개인 몰입형 표시장치 및 이의 구동방법에 관한 것이다.
가상 현실 기술은 국방, 건축, 관광, 영화, 멀티미디어, 게임 분야 등에 적용되고 있다. 가상 현실은 입체 영상 기술을 이용하여 실제 환경과 유사하게 느껴지는 특정한 환경, 상황을 의미한다. 가상 현실의 몰입감을 극대하기 위하여, 개인 몰입형 표시장치에 가상 현실 기술이 적용되고 있다. HMD(Head Mounted Display), FMD(Face Mounted Display), EGD(Eye Glasses-type Display) 등이 대표적인 개인 몰입형 표시장치가 적용된 기기이다.
근래에는 다방면의 활용 가치로 인해서 개인 몰입형 표시장치의 연구 및 개발이 활발하게 진행되고 있다.
개인 몰입형 표시장치는 사용자 한 명에게 영상을 표시하는 것이 일반적이기 때문에, 보다 사용자 중심으로 영상 표시를 할 수 있는 방안이 모색된다.
또한, 개인 몰입형 표시장치는 신체에 착용하는 경우가 많으며, 그렇기 때문에 전원공급은 기기내에 탑재되는 베터리를 이용하는 경우가 많다. 따라서, 개인 몰입형 표시장치의 활용도를 높이기 위해서는 소비전력을 줄이는 것도 주요한 개선 사항이다.
본 발명은 사용자 중심으로 영상을 능동적으로 제어하기 위한 개인 몰입형 표시장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 소비전력을 줄일 수 있는 개인 몰입형 표시장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 의한 개인 몰입형 표시장치는 제1 및 제2 픽셀 어레이, 카메라 및 데이터 처리부를 포함한다. 제1 및 제2 픽셀 어레이는 각각 좌안 및 우안에 표시되는 제1 및 제2 영상데이터가 기입된다. 카메라는 사용자의 좌안 및 우안의 동공 위치를 획득한다. 데이터 처리부는 동공 위치를 바탕으로 사용자의 시선 초점을 검출하고, 시선 초점을 바탕으로 제1 및 제2 픽셀 어레이 상의 주시영역을 검출하고, 제1 및 제2 픽셀 어레이에서 주시영역 이외의 영역인 비응시영역에 기입되는 제1 및 제2 영상데이터의 해상도를 낮추거나 휘도를 낮춘다.
본 발명은 사용자의 시선 초점을 바탕으로 사용자가 응시하는 영역을 강조할 수 있기 때문에, 사용자가 시청하는 영상의 현실감을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 사용자가 응시하지 않는 영역의 영상 데이터를 제어함으로써 소비전력을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 개인 몰입형 표시장치를 보여 주는 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 디스플레이 모듈에서 제1 및 제2 표시패널을 보여 주는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 제1 및 제2 표시패널 간의 거리를 보여 주는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 일부를 간략하게 보여 주는 도면이다.
도 5는 픽셀 회로의 일 예를 보여 주는 등가 회로도이다.
도 6은 도 5에 도시된 픽셀에 입력되는 신호들을 보여 주는 파형도이다.
도 7은 데이터 처리부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 8 내지 도 11은 주시영역을 검출하는 방법을 나타내는 모식도이다.
도 12 및 도 13은 픽셀에 인가되는 데이터전압의 일례를 나타내는 도면이다.
도 14는 주시영역을 검출하는 방법을 나타내는 모식도이다.
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.
도 1을 참조하면, 본 발명의 개인 몰입형 표시장치는 렌즈 모듈(12), 디스플레이 모듈(13), 메인 보드(14), 헤드 기어(11), 사이드 프레임(side frame)(15), 프론트 커버(front cover)(16) 등을 포함한다.
디스플레이 모듈(13)은 두 개의 표시패널들 각각을 구동하기 위한 표시패널 구동회로를 포함하여 메인 보드(14)로부터 수신된 입력 영상을 표시한다. 표시패널들은 사용자의 좌안으로 보이는 제1 표시패널과, 사용자의 우안으로 보이는 제2 표시패널로 분리된다. 디스플레이 모듈은 메인 보드로부터 입력되는 영상 데이터를 표시패널들에 표시한다. 영상 데이터는 가상 현실(Virtual　Reality. VR) 또는 증강 현실(Augmented Reality, AR)의 비디오 이미지를 구현하는 2D/3D 영상 데이터일 수 있다. 디스플레이 모듈(13)은 메인 보드로부터 입력되는 각종 정보를 텍스트, 기호 등의 형태로 표시할 수 있다.
렌즈 모듈(12)은 사용자의 좌우안 화각을 넓히기 위한 초광각 렌즈 즉, 한 쌍의 어안 렌즈(Fisheye Lens)를 포함한다. 한 쌍의 어안 렌즈는 제1 표시패널 앞에 배치된 좌안 렌즈와, 제2 표시패널 앞에 배치된 우안 렌즈를 포함한다.
렌즈 모듈(12)에는 사용자의 시선 초점을 촬영하기 위한 카메라가 배치될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 카메라는 사용자의 양안을 촬영하고, 촬영된 정보를 데이터처리부(200)에 전송한다.
메인 보드(14)는 가상 현실 소프트웨어를 실행하고 좌안 영상과 우안 영상을 디스플레이 모듈(13)에 공급하는 프로세서를 포함한다. 또한, 메인 보드(14)는 외부 기기와 연결되는 인터페이스 모듈, 센서 모듈 등을 더 포함한다. 인터페이스 모듈은 Universal serial bus(USB), High definition　multimedia interface (HDMI) 등의 인터페이스를 통해 외부 기기와 연결된다. 센서 모듈은 자이로 센서, 가속도 센서 등 다양한 센서를 포함한다. 메인 보드(14)의 프로세서는 센서 모듈의 출력 신호에 응답하여 좌안 및 우안 영상 데이터를 보정하고 인터페이스 모듈을 통해 수신된 입력 영상의 좌안 및 우안 영상 데이터를 디스플레이 모듈(13)로 전송한다. 프로세서는 2D 영상의 뎁쓰(depth) 정보 분석 결과를 바탕으로 표시패널의 해상도에 맞는 좌안 영상과 우안 영상을 생성하여 디스플레이 모듈(13)로 전송할 수 있다.
헤드 기어(11)는 어안 렌즈들을 노출하는 백 커버(back cover), 백 커버에 연결된 밴드(band)를 포함한다. 헤드 기어(11)의 백 커버, 사이드 프레임(15) 및 프론트 커버(16)는 조립되어 개인 몰입형 표시장치의 구성 요소들이 배치되는 내부 공간을 확보하고 그 구성 요소들을 보호한다. 구성 요소들은 렌즈 모듈(12), 디스플레이 모듈(13), 및 메인 보드(14)을 포함한다. 밴드는 백 커버에 연결된다. 사용자는 밴드로 자신의 머리에 개인 몰입형 표시장치를 착용한다. 사용자가 개인 몰입형 표시장치를 자신의 머리에 쓰면, 어안 렌즈들을 통해 좌안과 우안으로 서로 다른 표시패널을 바라 보게 된다.
사이드 프레임(15)은 헤드 기어(11)와 프론트 커버(16) 사이에 고정되어 렌즈 모듈(12), 디스플레이 모듈(13), 메인 보드(14)가 배치된 내부 공간의 갭(gap)을 확보한다. 프론트 커버(16)는 개인 몰입형 표시장치의 전면에 배치된다.
본 발명의 개인 몰입형 표시장치는 도 1과 같은 HMD(head　mounted display)　구조로 구현될 수 있으나 도 1에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명은 안경 구조의 EGD(Eye Glasses-type Display)로 설계될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 디스플레이 모듈(13)에서 제1 및 제2 표시패널들(PNL1, PNL2)을 보여 주는 도면이다. 도 3은 도 2에 도시된 제1 및 제2 표시패널들(PNL1, PNL2) 간의 거리를 보여 주는 도면이다. 제1 및 제2 표시패널들(PNL1, PNL2) 각각은 응답속도가 빠르고 색재현 특성이 우수하며 광시야각 특성을 갖는 유기발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, 이하 “OLED”라 함) 표시패널로 구현된다. EGD의 경우에, 표시패널들(PNL1, PNL2)은 투명 OLED 표시패널로 구현될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 제1 및 제2 표시패널(PNL1, PNL2)은 별도로 제작되어 디스플레이 모듈(13) 상에서 이격되도록 배치된다.
DIC(Drive Integrated Circuit)는 타이밍 콘트롤러(timing controller)와 데이터 구동부가 집적된 IC 칩이다. GIP(Gate In Panel)는 게이트 구동부에 해당하며, 스캔신호 및 EM 신호를 출력한다. GIP는 픽셀 어레이(Pixel array)와 함께 동일 기판 상에 집적된다.
제1 표시패널(PNL1)의 픽셀 어레이 중심과 제2 표시패널(PNL2)의 픽셀 어레이 중심은 사용자의 양안간 거리(Le)와 실질적으로 동일하다. 제1 표시패널(PNL1)의 픽셀 어레이 중앙과 제2 표시패널(PNL2)의 픽셀 어레이 중앙 간의 거리(Lp)는 Le ± α로 설정될 수 있다. 사용자의 양안간 거리(Le)는 좌안 눈동자와 우안 눈동자 사이의 거리로서 대략 6.5cm (= 65mm) 이고, 인종에 따라 약간의 차이가 있을 수 있다. α는 제1 표시패널(PNL1)과 제2 표시패널(PNL2) 사이에 배치되는 표시패널 구동 회로 부분, 공정 편차 등을 고려한 설계 마진(margin)으로서, Le의 10%로 설정될 수 있다.
제1 및 제2 표시패널(PNL1, PNL2) 각각의 픽셀 어레이(AA)는 상하 시야각과 좌우 시야각을 고려하여 가로 방향(x)의 길이가 세로 방향(y)의 길이 보다 긴 랜드스케이프(landscape) 타입의 화면 비율을 갖는다. 개인 몰입형 표시장치에서, 상하 시야각 보다 좌우 시야각을 넓힐 때 시야각 개선 효과가 크다. 본 발명은 개인 몰입형 표시장치에서 좌우 시야각을 최대로 하기 위하여 제1 및 제2 표시패널들(PNL1, PNL2) 각각을 랜드스케이프(landscape) 타입의 OLED 표시패널로 제작한다.
랜드스케이프 타입의 화면비율은 가로 방향(x)의 픽셀 개수가 세로 방향(y)의 픽셀 개수 보다 많고, 가로 방향(x)의 길이가 세로 방향(y)의 길이 보다 길다. 한편, 포트레이트(portrait) 타입의 화면비율은 세로 방향(y)의 픽셀 개수가 가로 방향(x)의 픽셀 개수 보다 많고, 세로 방향(y)의 길이가 가로 방향(x)의 길이 보다 길다.
본원 발명자들은 개인 몰입형 표시장치에서 다양한 표시패널들을 바꿔가면서 사용자가 느끼는 입체감, 몰입감, 피로감 등을 비교 실험하였다. 이 실험 결과에 의하면, 도 3과 같이 사용자의 양안간 거리만큼 이격된 표시패널들(PNL1, PNL2)의 픽셀 어레이가 분리될 때 사용자가 느끼는 입체감 개선 효과가 크다는 것을 확인하였다. 표시패널들(PNL1, PNL2)의 픽셀 어레이들이 분리되고 그 픽셀 어레이들의 중앙간 거리가 사용자의 좌안과 우안에 일치될 때 시야각이 넓고 입체감 개선 효과가 크다. 본 발명의 개인 몰입형 기기에서, 사용자의 좌안 눈동자가 제1 픽셀 어레이의 중앙과 일치하고, 사용자의 우안 눈동자가 제2 픽셀 어레이의 중앙과 일치한다.
포트레이트 타입의 화면 비율에 비하여 랜드스케이프 타입의 화면 비율에서 사용자가 느끼는 입체감이 더 우수하다. 본 발명은 개인 몰입형 표시장치에 랜드스케이프 타입의 좌안용 표시패널과 우안용 표시패널을 분리 배치함으로써 입체감을 높일 수 있다.
좌안 영상이 표시되는 제1 픽셀 어레이(AA)와, 우안 영상이 표시되는 제2 픽셀 어레이(AA)가 분리되도록 그 픽셀 어레이들(AA)이 서로 분리된 기판들에 1:1로 배치될 수 있다. 이 경우, 제1 픽셀 어레이(AA)는 제1 표시패널(PNL1)의 기판 상에 배치되고, 제2 픽셀 어레이는 제2 표시패널(PNL2)의 기판 상에 배치된다. 다른 실시예로서, 제1 및 제2 픽셀 어레이들은 하나의 기판 상에서 분리될 수 있다. 이 경우, 하나의 표시패널 상에서 픽셀 어레이들이 분리된다. 여기서, 픽셀 어레이들이 분리되어 있다는 것은 데이터 라인, 게이트 라인(또는 스캔 라인) 및 픽셀들이 분리되어 있다는 것을 의미한다. 제1 및 제2 픽셀 어레이는 분리되어 있지만, 동일한 구동 신호 체계로 구동될 수 있기 때문에 표시패널 구동 회로의 적어도 일부를 공유할 수 있다.
하나의 기판 상에 두개의 픽셀 어레이들(AA)이 분리 배치될 때 입체가 개선 효과 이외에도 다양한 효과를 제공할 수 있다. 종래의 VR 기기 중 하나는 하나의 기판 상에 하나의 픽셀 어레이를 형성하고, 그 픽셀 어레이에 좌안 영상과 우안 영상을 표시하여 픽셀 어레이를 분리하지 않는다. 이 종래 기술과 비교할 때, 본 발명은 표시패널들(PNL1, PNL2)을 두 개로 분리하여 픽셀 어레이들(AA)을 분리하거나 하나의 기판 상에 두 개의 픽셀 어레이들(AA)을 분리 배치하여 픽셀 어레이들(AA)을 분리하기 때문에 픽셀 어레이의 분류 유무에서 차이가 있다. 이러한 차이로 인하여, 본 발명은 종래 기술에 비하여 픽셀 어레이들의 배치 설계를 더 자유롭게 할 수 있고, 픽셀 어레이들(AA) 각각을 사람의 좌안과 우안에 1:1로 최적의 시야각 비율로 배치하여 입체감을 최대화 할 수 있다.
본 발명의 표시패널 구조는 생산성 측면에서 볼 때, 픽셀 어레이 면적 감소이 감소되기 때문에 불량율을 낮추어 수율 증가 효과가 있다.　
픽셀 어레이들(AA) 간의 간격이 좁아지면 화면 사이즈가 작아지므로 표시 영상이 협소해진다. 　 픽셀 어레이들(AA) 간의 간격이 넓어지면, 사용자의 양안 과 대응하는 픽셀 어레이들의 중심 위치가 화면 외곽으로 이동하여 몰입도와 입체감 저하가 발생할 수 있다. 사람의 양안간 거리는 65mm 이며, 분리된 픽셀 어레이들(AA)의 중심점과 사람의 양안 눈동자가 정확하게 일치할 때 사용자가 개인 몰입형 기기에서 입체 영상을 가장 입체감 있게 인지할 수 있다. 　픽셀 어레이들 간의 간격이 너무 좁거나 넓어지면, 어안 렌즈(LENS)를 이용하여 광학적으로 시야각을 보상하거나 영상 처리를 통해 좌안 영상과 우안 영상을 사용자의 양안간 거리에 맞게 조정할 수 있으나 이러한 방법은 시야각 측면에서 디스플레이 효율 저하를 초래한다. 　 다시 말하여, 본 발명과 같이 픽셀 어레이들을 분리하고 그 픽셀 어레이들 각각의 중심이 사용자의 좌안 눈동자와 우안 눈동자에 1:1로 정확하게 배치될 때 사용자가 가장 정확한 입체 영상을 감상할 수 있다.
개인 몰입형 표시장치에서, 사용자의 눈과 표시패널 사이에 어안 렌즈(LENS)가 존재하고, 사용자의 눈과 표시패널 사이의 거리는 수 Cm 정도로 매우 짧다. 사용자가 어안 렌즈를 통해 표시패널들(PNL1, PNL2) 상에서 재현된 영상을 보면, 표시패널들(PNL1, PNL2)에서 표시되는 실제 화면보다 4~5 배 확대된 영상을 보게 된다. 이러한 근접 시인과 어안 렌즈 적용 환경에서 표시패널의 해상도가 낮으면 픽셀들의 비발광 영역이 확대되어 스크린 도어 효과(Screen Door Effect)가 강하게 인지되어 몰입감을 떨어뜨린다. 개인 몰입형 표시장치의 몰입감을 높이기 위하여 제1 및 제2 표시패널들(PNL1, PNL2) 각각의 픽셀 어레이는 QHD(1440ⅹ1280) 이상의 해상도와 500 ppi(pixels per inch) 이상의 픽셀 밀도를 가지며, 14% 이상의 픽셀 개구율을 갖는다. 1440ⅹ1280에서, 1440은 픽셀 어레이에서 가로 방향(x)의 픽셀 개수이고, 1280은 세로 방향(y)의 픽셀 개수이다. 양산 가능한 OLED 표시패널의 기술 수준을 고려할 때 500 ppi ~ 600 ppi의 픽셀 밀도와 14%~20%의 픽셀 개구율이 될 수 있다.
개인 몰입형 표시장치에서 3D 동영상을 표시할 때 총 지연 시간(Total Latency)이 길어지면 화면 끌림이나 모션 블러(Motion blur)가 인지될 수 있다. 3D 동영상의 화면 끌림이나 모션 블러는 영상 품질을 떨어뜨릴 뿐 아니라 사용자의 피로감을 크게 한다. 총 지연 시간은 메인 보드(14)에서 데이터를 처리하여 디스플레이 모듈(13)로 전송하기까지 소요되는 시스템 처리 시간(system processing time)과, 디스플레이 모듈(13)의 지연 시간(display time)을 더한 시간이다. 디스플레임 모듈(13)의 지연 시간은 입력 영상이 1 프레임 기간 동안 지연되는 프레임 지연 시간(frame delay time)과, 픽셀의 응답속도(response)를 합한 시간이다.
본 발명은 픽셀의 응답 속도를 줄이고 프레임 레이트(Frame rate 또는 refresh rate)를 높여 개인 몰입형 표시장치에서 3D 동영상을 표시할 때 사용자의 피로감을 줄인다. 이를 위하여, 본 발명은 표시패널들(PNL1, PNL2) 각각에서 픽셀의 스위치 소자 및 구동 소자를 n 타입 MOSFET(metal oxide semiconductor)로 제작하여 픽셀 회로의 응답 속도을 2msec 이내로 빠르게 하고, 프레임 레이트를 90Hz 이상으로 높여 데이터 업데이트(data update) 주기를 빠르게 한다. 프레임 레이트가 90Hz 이면 데이터 업데이트 주기인 1 프레임 기간은 대략 11.1ms이다. 따라서, 본 발명은 개인 몰입형 표시장치에서 디스플레이 모듈(13)의 지연 시간을 대략 13 ms 수준으로 줄여 총 지연 시간을 25 ms 이하로 줄일 수 있다. 데이터 업데이터 주기로 입력 영상의 데이터가 픽셀들에 어드레싱(addressing)된다.
도 4는 도 2에 도시된 픽셀 어레이의 일부를 간략하게 보여 주는 도면이다. 도 5는 픽셀 회로의 일 예를 보여 주는 등가 회로도이고, 도 6은 도 5에 도시된 픽셀에 입력되는 신호들을 보여 주는 파형도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 표시패널들(PNL1, PNL2) 각각은 입력 영상을 표시하는 픽셀 어레이(AA)와, 픽셀 어레이(AA)에 입력 영상의 데이터를 기입하기 위한 표시패널 구동회로를 구비한다.
표시패널 구동회로는 데이터 구동부, 게이트 구동부, EM 구동부 및 타이밍 콘트롤러를 포함한다. 앞서 설명한 바와 같이, 데이터 구동부 및 타이밍 콘트롤러는 드라이브 IC(DIC)에 집적되고, 게이트 구동부 및 EM 구동부는 GIP에 배치될 수 있다.
또한, 표시패널 구동 회로는 도시하지 않은 전원 회로를 포함한다. 전원 회로는 데이터 구동부, 게이트 구동부, EM 구동부, 타이밍 콘트롤러 및 표시패널(PNL1, PNL2)의 구동에 필요한 전원들을 발생한다.
표시패널 구동회로의 적어도 일부는 제1 및 제2 픽셀 어레이 사이의 기판 표면에 배치될 수 있다. 표시패널 구동회로의 적어도 일부는 제1 표시패널들(PNL1, PNL2)에서 공유될 수 있다. 표시패널 구동회로는 90Hz 이상의 높은 프레임 레이트(Frame rate)를 표시패널들(PNL1, PNL2)의 픽셀들(10)에 데이터를 어드레싱하여 그 픽셀들에 데이터를 기입한다.
픽셀 어레이(AA)에는 다수의 데이터 라인들(11)과 다수의 게이트 라인들(12a, 12b, 12c)이 교차되고, 픽셀들(10)이 매트릭스 형태로 배치된다. 픽셀 어레이(AA)는 픽셀들(10)에 공통으로 연결되는 기준 전압 라인(이하 “REF 라인”이라 함)(16), 고전위 구동 전압(VDD)을 픽셀들(10)에 공급하는 VDD 라인(도시하지 않음)을 포함한다. REF 라인(16)을 통해 픽셀들(10)에 소정의 초기화 전압(Vini)이 공급될 수 있다.
게이트 라인들(12a, 12b, 12c)은 제1 스캔 펄스(SCAN1)가 공급되는 다수의 제1 스캔 라인들(12a)과, 제2 스캔 펄스(SCAN2)가 공급되는 다수의 제2 스캔 라인들(12b)과, EM(Emission) 신호(EM)가 공급되는 다수의 EM 신호 라인들(12c)을 포함한다.
픽셀들(10) 각각은 컬러 구현을 위하여 적색 서브 픽셀, 녹색 서브 픽셀 및 청색 서브 픽셀로 나뉘어진다. 픽셀들(10) 각각은 백색 서브 픽셀을 더 포함할 수 있다. 픽셀들 각각에 하나의 데이터 라인(11), 게이트 라인들(12a, 12b, 12c), REF 라인(16), VDD 라인 등의 배선이 연결된다.
1 프레임 기간은 픽셀들에 데이터가 어드레싱되어 픽셀들 각각에 입력 영상의 데이터가 기입되는 스캐닝 기간과, 스캐닝 기간 이후 교류 EM 신호(EM)에 따라 미리 설정된 듀티비(duty ratio)로 픽셀들이 발광하는 듀티 구동 기간으로 나뉘어진다. 교류 EM 신호(EM)는 듀티 구동 기간 동안 50% 이하의 듀티비로 발생되어 픽셀들을 50% 이하의 듀티비로 발광시킨다. 스캐닝 기간은 대략 1 수평 기간에 불과하므로 1 프레임 기간의 대부분이 듀티 구동 기간이다. 픽셀들(10)은 스캐닝 기간에 데이터 전압을 커패시터(capacitor)에 충전한다. 픽셀들(10)은 교류 EM 신호(EM)에 따라 발광(또는 점등)과 비발광(또는 소등)을 반복한다. 픽셀들(10) 각각은 1 프레임 기간 내에서 점등과 소등을 반복하여 50% 이하의 듀티비로 발광하여 온/오프(On/Off)를 반복한다. 픽셀들(10)은 커패시터에 충전된 전압으로 소등 후 발광함으로써 스캐닝 기간 이후 듀티 구동 기간 동안 추가로 데이터 전압을 공급 받지 않고 50% 이하의 듀티비로 구동되어 1 프레임 기간 동안 동일한 휘도로 데이터를 표시한다.
데이터 구동부는 타이밍 콘트롤러로부터 수신된 입력 영상의 데이터(DATA)를 타이밍 콘트롤러의 제어 하에 감마 보상 전압으로 변환하여 데이터 전압을 발생하고, 그 데이터 전압을 데이터 라인들(11)로 출력한다. 데이터 구동부는 픽셀들(10)의 구동 소자를 초기화하기 위하여 초기화 기간(ti) 동안 소정의 기준 전압(Vref)을 데이터 라인들(11)로 출력할 수 있다.
게이트 구동부는 타이밍 콘트롤러의 제어 하에 제1 및 제2 스캔 펄스(SCAN1, SCAN2)를 스캔 라인들(12a, 12b)에 공급한다. 제1 및 제2 스캔 펄스(SCAN1, SCAN2)는 데이터 전압에 동기된다. 제1 스캔 펄스(SCAN1)는 데이터 전압이 픽셀들에 공급될 때 온 레벨을 유지하여 스위치 소자(T3)를 턴-온(turn-on)시킴으로써 데이터 전압이 충전될 픽셀들(10)을 선택한다. 제2 스캔 펄스(SCAN2)는 제1 스캔 펄스(SCAN1)와 동시에 라이징(rising)되고 제1 스캔 펄스(SCAN1) 보다 앞서 폴링되어 초기화 기간(ti) 동안 픽셀들(10)을 초기화한다. 제2 스캔 펄스(SCAN2)는 픽셀들(10)에 제1 스캔 펄스(SCAN1)와 동시에 라이징되고 샘플링 기간(ts) 이전에 폴링(falling)된다.
게이트 구동부는 시프트 레지스터(Shift register)를 이용하여 스캔 펄스들(SCAN1, SCAN2)을 시프트(shift)시킴으로써 그 펄스들을 스캔 라인들(12a, 12b)에 순차적으로 공급한다. 게이트 구동부의 시프트 레지스터는 GIP 공정으로 픽셀 어레이(AA)와 함께 표시패널(100)의 기판 상에 직접 형성될 수 있다.
EM 구동부는 타이밍 콘트롤러의 제어 하에 EM 신호(EM)를 출력하여 EM 신호 라인들(12c)에 공급하는 듀티 구동부이다. EM 구동부는 시프트 레지스터를 이용하여 EM 신호(EM)를 시프트시킴으로써 EM 신호(EM)를 EM 신호라인들(12c)에 순차적으로 공급한다. EM 구동부는 타이밍 콘트롤러의 제어 하에 듀티 구동 기간 동안 EM 신호(EM)를 반복적으로 토글(toggle)하여 픽셀들을 50% 이하의 듀티비로 구동한다. EM 구동부의 시프트 레지스터는 GIP 공정으로 픽셀 어레이와 함께 표시패널(100)의 기판 상에 직접 형성될 수 있다.
타이밍 콘트롤러는 메인 보드(14)로부터 수신된 좌안/우안 영상의 디지털 비디오 데이터(DATA)와, 그와 동기되는 타이밍 신호를 수신한다. 타이밍 신호는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 클럭 신호(CLK) 및 데이터 인에이블신호(DE) 등을 포함한다. 타이밍 콘트롤러는 메인 보드(14)로부터 수신된 타이밍 신호와 미리 설정된 레지스터 설정값을 바탕으로 데이터 구동부의 동작 타이밍을 제어하기 위한 데이터 타이밍 제어 신호, 게이트 구동부의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 타이밍 제어 신호, 그리고 EM 구동부의 동작 타이밍을 제어하기 위한 듀티 타이밍 제어신호를 발생한다. 타이밍 콘트롤러는 듀티 타이밍 제어 신호를 이용하여 EM 신호의 듀티비를 제어한다.
특히, 타이밍 콘트롤러는 사용자의 시선 초점을 바탕으로 주시영역을 검출하고, 검출된 주시영역 이외의 비주시영역의 영상데이터를 변조하는 데이터 처리부를 포함한다. 데이터 처리부에 대한 자세한 사항은 후술하기로 한다.
픽셀들(10) 각각은 OLED, 다수의 TFT들(Thin Film Transistor)(T1~T4), 및 스토리지 커패시터(Cst)를 포함한다. 커패시터(C)가 제2 TFT(T2)의 드레인과 제2 노드(B) 사이에 연결될 수 있다. 도 5에서 “Coled”는 OLED의 기생 용량을 나타낸다. TFT들은 n 타입 MOSFET로 구현된다. 픽셀들(10)은 스캐닝 기간에 구동 소자(T1)의 문턱 전압을 샘플링하고 입력 영상의 데이터 전압을 공급 받으며, 듀티 구동 기간(tem) 동안 50% 이하의 듀티비로 발광한다. 스캐닝 기간은 픽셀들(10)을 초기화하는 초기화 기간(ti), 픽셀들(10)에서 구동 소자의 문턱 전압을 샘플링하는 샘플링 기간(ts), 및 입력 영상의 데이터 전압을 픽셀들(10)에 공급하는 프로그래밍 기간(tw)으로 나뉘어진다.
OLED는 데이터 구동부로부터 출력된 데이터 전압에 따라 제1 TFT(T1)에 의해 조절되는 전류량으로 발광한다. OLED의 전류패스는 제2 TFT(T2)에 의해 스위칭된다. OLED는 애노드와 캐소드 사이에 형성된 유기 화합물층을 포함한다. 유기 화합물층은 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)을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. OLED의 애노드는 제2 노드(B)에 연결되고, 캐소드는 저전위 전원 전압 또는 기저 전압(VSS)이 인가되는 VSS 전극에 연결된다. “Coled”는 OLED의 애노드와 캐소드 사이에 형성된 기생 용량(parasitic capacitance)이다.
제1 TFT(T1)는 게이트-소스 간 전압(Vgs)에 따라 OLED에 흐르는 전류를 조절하는 구동 소자이다. 제1 TFT(T1)는 제1 노드(A)에 연결된 게이트, 제2 TFT(T2)의 소스에 연결되는 드레인, 및 제2 노드(B)에 접속된 소스를 포함한다.
제2 TFT(T2)는 EM 신호(EM)에 응답하여 OLED에 흐르는 전류를 스위칭하는 스위치 소자이다. EM 신호(EM)는 상기 샘플링 기간 동안 온 레벨로 발생하고 상기 듀티 구동 기간 동안 상기 온 레벨과 오프 레벨을 반복하여 50% 이하의 듀티비로 발생된다. 제2 TFT(T2)의 드레인은 고전위 구동 전압(VDD)이 공급되는 VDD 라인에 연결된다. 제2 TFT(T2)의 소스는 제1 TFT(T1)의 드레인에 연결된다. 제2 TFT(T2)의 게이트는 EM 신호 라인(12c)에 연결되어 EM 신호를 공급 받는다. EM 신호(EM)는 샘플링 기간(ts) 내에서 온 레벨(또는 high logic level)로 발생되어 제2 TFT(T2)를 턴-온(turn-on)시키고, 초기화 기간(ti)과 프로그래밍 기간(tw) 동안 오프 레벨(또는 low logic level)로 반전되어 제2 TFT(T2)를 턴-오프(turn-off)시킨다. 그리고, EM 신호(EM)는 듀티 구동 기간(tem) 동안 PWM 듀티비에 따라 온 레벨과 오프 레벨을 반복하여 50% 이하의 듀티비로 발생한다. OLED는 EM 신호(EM)에 따라 스위칭하는 제2 TFT(T2)로 인하여 50% 이하의 듀티비로 발광한다.
제3 TFT(T3)는 제1 스캔 펄스(SCAN1)에 응답하여 데이터 전압(Vdata)을 제1 노드(A)에 공급하는 스위치 소자이다. 제3 TFT(T3)는 제1 스캔 라인(12a)에 연결된 게이트, 데이터 라인(11)에 연결된 드레인, 및 제1 노드(A)에 연결된 소스를 포함한다. 제1 스캔 펄스(SCAN1)는 제1 스캔 라인(12a)을 통해 픽셀들(10)에 공급된다. 제1 스캔 신호(SCAN1)는 대략 1 수평 기간(1H) 동안 온 레벨로 발생되어 제3 TFT(T3)를 턴-온시키고, 듀티 구동 기간(tem) 동안 오프 레벨로 반전되어 제3 TFT(T3)를 턴-오프시킨다.
제4 TFT(T4)는 제2 스캔 펄스(SCAN2)에 응답하여 기준 전압(Vref)을 제2 노드(B)에 공급하는 스위치 소자이다. 제4 TFT(T4)는 제2 스캔 라인(12b)에 연결된 게이트, REF 라인(16)에 연결된 드레인, 및 제2 노드(B)에 연결된 소스를 포함한다. 제2 스캔 펄스(SCAN2)는 제2 스캔 라인(12b)을 통해 픽셀들(10)에 공급된다. 제2 스캔 신호(SCAN2)는 초기화 기간(ti) 내에서 온 레벨로 발생되어 제4 TFT(T4)를 턴-온시키고, 나머지 기간 동안 오프 레벨을 유지하여 제4 TFT(T4)를 오프 상태로 제어한다.
스토리지 커패시터(Cst)는 제1 노드(A)와 제2 노드(B) 사이에 접속되어 양단 간의 차 전압을 저장하여 TFT(T1)의 게이트-소스간 전압(Vgs)을 유지한다. 스토리지 커패시터(Cst)는 소스 팔로워(source-follower) 방식으로 구동 소자인 제1 TFT(T1)의 문턱 전압(Vth)을 샘플링한다. 커패시터(C)는 VDD 라인과 제2 노드(B) 사이에 접속된다. 커패시터들(Cst, C)은 프로그래밍 기간(tw) 동안 데이터 전압(Vdata)에 따라 제1 노드(A)의 전위가 변할 때, 그 변화분을 전압 분배하여 제2 노드(B)의 전압에 반영한다.
픽셀(10)의 스캐닝 기간은 초기화 기간(ti), 샘플링 기간(ts), 및 프로그래밍 기간(tw)으로 나뉘어 진다. 스캐닝 기간은 대략 1 수평 기간(1H)으로 설정되어 픽셀 어레이의 1 수평 라인에 배열된 픽셀들에 데이터를 기입한다. 스캐닝 기간 동안, 픽셀(10)의 구동 소자인 제1 TFT(T1)의 문턱 전압이 샘플링되고 그 문턱 전압 만큼 데이터 전압을 보상한다. 따라서, 1 수평 기간(1H) 동안, 입력 영상의 데이터(DATA)가 구동 소자의 문턱 전압만큼 보상되어 픽셀(10)에 기입된다.
초기화 기간(ti)이 시작될 때, 제1 및 제2 스캔 펄스(SCAN1, SCAN2)가 라이징되어 온 레벨로 발생된다. 이와 동시에, EM 신호(EM)는 폴링되어 오프 레벨로 변한다. 초기화 기간(ti) 동안, 제2 TFT(T2)는 턴-오프되어 OLED의 전류 패스(current path)를 차단한다. 제3 및 제4 TFT들(T3, T4)은 초기화 기간(ti) 동안 턴-온된다. 초기화 기간(ti) 동안, 데이터 라인(11)에 소정의 기준 전압(Vref)이 공급된다. 초기화 기간(ti) 동안 제1 노드(A)의 전압은 기준 전압(Vref)으로 초기화되고, 제2 노드(B)의 전압은 소정의 초기화 전압(Vini)으로 초기화된다. 초기화 기간(t1) 후에 제2 스캔 펄스(SCAN2)는 오프 레벨로 변하여 제4 TFT(T4)를 턴-오프시킨다. 온 레벨은 픽셀의 스위치 소자들(T2~T4)이 턴-온(turn-on)되는 TFT의 게이트 전압 레벨이다. 오프 레벨은 픽셀의 스위치 소자들(T2~T4)을 턴-오프(turn-off)되는 게이트 전압 레벨이다.
샘플링 기간(ts) 동안, 제1 스캔 펄스(SCAN1)는 온 레벨을 유지하고, 제2 스캔 펄스(SCAN2)는 오프 레벨을 유지한다. EM 신호(EM)는 샘플링 기간(ts)이 시작될 때 라이징되어 온 레벨로 변한다. 샘플링 기간(ts) 동안, 제2 및 제3 TFT들(T2, T3)이 턴-온된다. 샘플링 기간(ts) 동안, 제2 TFT(T2)가 온 레벨의 EM 신호(EM)에 응답하여 턴-온된다. 샘플링 기간(ts) 동안, 제3 TFT(T3)는 온 레벨의 제1 스캔 신호(SCAN1)에 의해 온 상태를 유지한다. 샘플링 기간(ts) 동안, 데이터 라인(11)에는 기준 전압(Vref)이 공급된다. 샘플링 기간(ts) 동안, 제1 노드(A)의 전압은 기준전압(Vref)으로 유지되는데 반하여, 제2 노드(B)의 전압은 드레인-소스 간 전류(Ids)에 의해 상승한다. 이러한 소스 팔로워(source-follower) 방식에 따라 제1 TFT(T1)의 게이트-소스 간 전압(Vgs)은 제1 TFT(T1)의 문턱 전압(Vth)으로서 샘플링되며, 이렇게 샘플링된 문턱전압(Vth)은 스토리지 커패시터 (Cst)에 저장된다. 샘플링 기간(ts) 동안 제1 노드(A)의 전압은 기준 전압(Vref)이고, 제2 노드(B)의 전압은 Vref-Vth 이다.
프로그래밍 기간(tw) 동안 제3 TFT(T3)는 온 레벨의 제1 스캔 신호(SCAN1)에 따라 온 상태를 유지하고 나머지 TFT(T1, T2, T4)는 턴-오프된다. 프로그래밍 기간(tw) 동안 데이터 라인(11)에 입력 영상의 데이터 전압(Vdata)이 공급된다. 데이터 전압(Vdata)이 제1 노드(A)에 인가되고, 제1 노드(A)의 전위 변화분(Vdata-Vref)에 대한 커패시터들(Cst,C) 간의 전압 분배 결과가 제2 노드(B)의 전압에 반영됨으로써 제1 TFT(T1)의 게이트-소스 간 전압(Vgs)이 프로그래밍된다. 프로그래밍 기간(tw) 동안, 제1 노드(A)의 전압은 데이터 전압(Vdata)이고, 제2 노드(B)의 전압은 샘플링 기간(ts)을 통해 설정된 "Vref-Vth"에 커패시터들(Cst,C) 간의 전압 분배 결과(C'*(Vdata-Vref))가 더해져 "Vref-Vth+C'*(Vdata-Vref)"가 된다. 결국, 제1 TFT(T1)의 게이트-소스 간 전압(Vgs)은 프로그래밍 기간(tw)을 통해 "Vdata-Vref+Vth-C'*(Vdata-Vref)"으로 프로그래밍된다. 여기서, C'는 Cst/(Cst+C)이다.
듀티 구동 기간(tem)이 시작될 때, EM 신호(EM)는 라이징되어 다시 온 레벨로 변하는 반면, 제1 스캔 펄스(SCAN1)는 폴링되어 오프 레벨로 변한다. 듀티 구동 기간(tem) 동안, 제2 TFT(T2)는 온 상태를 유지하여 OLED의 전류 패스를 형성한다. 제1 TFT(T1)는 듀티 구동 기간(tem) 동안 데이터 전압에 따라 OLED에 흐르는 전류량을 조절한다.
듀티 구동 기간(tem)은 프로그래밍 기간(tw) 이후부터 그 다음 프레임의 초기화 기간(ti)까지 연속된다. 본 발명은 이 듀티 구동 기간(tem) 동안 픽셀들을 연속적으로 발광시키지 않고 EM 신호(EM)를 스위칭함으로써 픽셀들(10)을 50% 이하의 듀티비로 발광시킨다. EM 신호(EM)가 온 레벨로 발생될 때 제2 TFT(T2)는 턴-온되어 OLED의 전류 패스를 형성한다. 듀티 구동 기간(tem) 동안, 제1 TFT(T1)의 게이트-소스 간 전압(Vgs)에 따라 조절되는 전류(Ioled)가 OLED에 흘러 OLED가 발광된다. 듀티 구동 기간(tem) 동안, 제1 및 제2 스캔신호(SCAN1, SCAN2)는 오프 레벨을 유지하므로 제3 및 제4 TFT(T3, T4)는 오프된다.
듀티 구동 기간(tem) 동안 OLED에 흐르는 전류(Ioled)는 수학식 1과 같다. OLED는 이 전류에 의해 발광되어 입력 영상의 밝기를 표현한다.
[수학식 1]
Figure pat00001
수학식 1에서, k는 제1 TFT(T1)의 이동도, 기생 커패시턴스 및 채널 용량 등에 의해 결정되는 비례 상수이다.
프로그래밍 기간(tw)을 통해 프로그래밍 된 Vgs에 Vth가 포함되어 있으므로, 수학식1의 Ioled 에서 Vth가 소거된다. 따라서, 구동 소자 즉, 제1 TFT(T1)의 문턱전압(Vth)이 OLED의 전류(Ioled)에 미치는 영향이 제거된다.
도 7은 타이밍 콘트롤러에 배치된 데이터 처리부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 의한 데이터 처리부(200)는 시선 초점 판단부(210), 주시영역 설정부(220) 및 영상데이터 변조부(230)를 포함한다.
시선 초점 판단부(210)는 카메라(100)가 촬영한 사용자의 양안 영상을 바탕으로 사용자의 시선 초점을 판단한다.
카메라(100)는 사용자의 좌안과 우안을 촬영하여 좌안의 동공 위치와 우안의 동공 위치를 감지한다. 시선 초점 판단부(210)는 카메라(100)가 감지한 동공 위치를 바탕으로 사용자의 좌안이 주시하는 좌안 시선 초점 및 우안이 주시하는 우안 시선 초점을 검출한다. 시선 초점 판단부(210)가 시선 초점을 판단하는 방법은 공지된 아이트래킹 기술을 응용할 수 있다.
주시영역 설정부(220)는 시선 초점 판단부(210)가 검출한 좌안 및 우안 시선 초점을 바탕으로 주시영역을 설정한다. 주시영역은 사용자의 시선이 응시하는 영역으로, 사용자의 시야각 범위 내에 속하는 픽셀 어레이 영역을 의미한다.
영상데이터 변조부(230)는 주시영역을 제외한 픽셀 어레이의 영역을 비응시영역으로 간주하고, 비응시영역의 영상데이터를 변조한다.
도 8은 주시영역 설정부가 주시영역을 설정하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 주시영역 설정부(220)는 사용자의 좌안이 제1 픽셀 어레이(PNL1)를 응시하는 제1 주시영역(MAL) 및 사용자의 우안이 제2 픽셀 어레이(PNL2)를 응시하는 제2 주시영역(MAR)으로 설정한다.
제1 주시영역(MAL)은 좌안 시선 초점(PL)을 중심으로 일정한 크기를 갖는 영역으로 설정된다. 좌안 시선 초점(PL)은 사용자의 좌안이 주시하는 제1 픽셀 어레이(PNL1) 상의 위치이며, 언급한 바와 같이 카메라(100)가 촬영한 좌안 영상에서 시선 초점을 검출한 것을 바탕으로 획득된다. 제2 주시영역(MAR)은 우안 시선 초점(PR)을 중심으로 일정한 크기를 갖는 영역으로 설정된다. 우안 시선 초점(PR)은 사용자의 우안이 주시하는 제2 픽셀 어레이(PNL2) 상의 위치이며, 언급한 바와 같이 카메라(100)가 촬영한 우안 영상에서 시선 초점을 검출한 것을 바탕으로 획득된다.
제1 픽셀 어레이(PNL1)에서 제1 주시영역(MAL)을 제외한 영역은 비응시영역으로 간주된다. 제2 픽셀 어레이(PNL2)에서 제2 주시영역(MAR)을 제외한 영역은 비응시영역(NMA)으로 설정된다.
제1 주시영역(MAL) 및 제2 주시영역(MAR)의 크기는 시선 초점 간의 간격을 바탕으로 설정될 수 있다. 도 9 내지 도 11을 참조하여, 제1 주시영역(MAL) 및 제2 주시영역(MAR)의 크기를 설정하는 방법을 살펴보면 다음과 같다.
도 9는 제1 픽셀 어레이(PNL1) 및 제2 픽셀 어레이(PNL2)의 정면을 바라보는 것을 나타내는 도면이며, 시선 초점 간격(L)이 양안 거리(Le)와 동일한 것을 나타내고 있다. 시선 초점 간격(L)은 좌안 시선 초점(PL)와 우안 시선 초점(PR) 간의 간격을 의미한다.
시선 초점 간격(L)과 양안 거리(Le)의 차이가 미리 설정된 임계치 이하일 경우에, 제1 주시영역(MAL) 및 제2 주시영역(MAR)은 기준 주시영역의 크기로 설정될 수 있다. 임계치는 시선 초점 간격(L)과 양안 거리(Le)의 차이가 동일한 수준이라고 판단될 수 있을 정도의 여유값에 해당한다. 시선 초점 간격(L)이 양안 거리(Le)와 비슷할 때에는 사용자가 표시 영상에서 근거리나 원거리에 시선을 둔 것이 아니라, 표준 거리에 위치한 영상을 주시하는 것으로 판단할 수 있다. 따라서, 기준 주시영역의 크기는 표준 거리를 주시할 때에 사용자의 시야에 속하는 픽셀 어레이 기판 상에서의 영역으로 설정될 수 있다.
도 10은 시선 초점 간격이 양안 거리 보다 가까운 것을 나타내는 도면이다. 시선 초점 간격(L)이 양안 거리(Le) 보다 가까운 것은 상대적으로 가까운 곳을 응시하는 경우이다. 따라서, 시선 초점 간격(L)이 양안 거리(Le) 보다 가까운 경우는 시선 초점 간격(L)과 양안 거리(Le)가 비슷한 경우보다 사용자가 응시하는 영역이 좁아진다. 시선 초점 간격(L)이 양안 거리(Le) 보다 가까울수록, 양안 거리(Le)에서 시선 초점 간격(L)를 뺀 값이 커진다. 따라서, 양안 거리(Le)에서 시선 초점 간격(L)을 뺀 값이 임계치 이상일 경우에, 주시영역 설정부(220)는 제1 주시영역(MAL) 및 제2 주시영역(MAR)의 크기를 기준 주시영역의 크기보다 작게 한다.
도 11은 시선 초점 간격이 양안 거리 보다 먼 것을 나타내는 도면이다. 시선 초점 간격(L)이 양안 거리(Le) 보다 먼 것은 상대적으로 먼 곳을 응시하는 경우이다. 따라서, 시선 초점 간격(L)이 양안 거리(Le) 보다 먼 경우는 시선 초점 간격(L)과 양안 거리(Le)가 비슷한 경우보다 사용자가 응시하는 영역이 커진다. 시선 초점 간격(L)이 양안 거리(Le) 보다 멀수록, 시선 초점 간격(L)에서 양안 거리(Le)를 뺀 값이 커진다. 따라서, 시선 초점 간격(L)에서 양안 거리(Le)을 뺀 값이 임계치 이상일 경우에, 주시영역 설정부(220)는 제1 주시영역(MAL) 및 제2 주시영역(MAR)의 크기를 기준 주시영역의 크기보다 크게 한다.
도 12 및 도 13은 영상데이터 변조부가 변조하는 영상데이터의 일례를 설명하는 도면이다.
도 12는 비교 예에 의한 비응시영역의 픽셀들에 인가되는 데이터전압을 나타내는 도면이고, 도 13은 본 발명에 의한 비응시영역의 픽셀들에 인가되는 데이터전압을 나타내는 도면이다.
일반적으로 제1 픽셀(P1) 내지 제4 픽셀(P4)들에는 도 12에서와 같이 개별적인 데이터가 기입된다.
영상데이터 변조부(230)는 제1 픽셀 어레이(PNL1) 및 제2 픽셀 어레이(PNL2) 내에서 비응시영역(NMA)에 속하는 픽셀들의 해상도를 낮춘다. 영상데이터 변조부(230)가 비응시영역(NMA)의 해상도를 낮추는 방법은 인접하는 한 쌍의 픽셀들에 동일한 영상데이터를 기입하는 방법을 이용할 수 있다. 예컨대, 제1 픽셀(P1) 내지 제4 픽셀(P4)들이 비응시영역(NMA)에 속할 경우에, 영상데이터 변조부(230)는 제1 픽셀(P1) 및 제2 픽셀(P2)들에 제1 데이터전압(data1)을 기입하고, 제3 픽셀(P3) 및 제4 픽셀(P4)들에 제3 데이터전압(data3)을 기입할 수 있다. 이와 같이, 영상데이터 변조부(230)는 비응시영역(NMA)의 해상도를 낮춤으로써 드라이브 IC(DIC)에 속한 데이터구동부의 소비전력을 줄일 수 있다.
이처럼 영상데이터 변조부(230)는 비응시영역(NMA)의 해상도를 낮추기 때문에, 드라이브 IC(DIC)는 모든 픽셀들의 영상데이터를 수신할 필요가 없다. 따라서, 드라이브 IC는 비응시영역(NMA)에 속한 픽셀들의 영상데이터를 모두 수신하지 않고, 기수 번째 픽셀들 또는 우수 번째 픽셀들의 영상데이터만을 수신할 수 있다. 이에 따라, 드라이브 IC(DIC)가 수신하는 데이터전송 속도를 높일 수 있다.
또한, 영상데이터 변조부(230)는 비응시영역(NMA)에 속한 픽셀들의 휘도를 낮추도록 제어할 수 있다. 즉, 영상데이터 변조부(230)는 비응시영역(NMA)에 속하는 픽셀들에 기입되는 데이터가 호스트로부터 입력받는 데이터 보다 낮은 값을 갖도록 제어함으로써, 비응시영역(NMA)에 속하는 픽셀들이 열화되는 정도를 감소시킬 수 있다.
전술한 실시 예들은 좌안 영상과 우안 영상이 각각 개별적인 표시패널에 표시되는 개인 몰입형 표시장치를 중심으로 설명되었다.
본 발명의 실시 예는 하나의 표시패널에 영상이 표시되는 개인 몰입형 표시장치에도 적용될 수 있다.
도 14는 하나의 표시패널에 영상이 표시되는 개인 몰입형 표시장치에서 주시영역을 검출하는 것을 나타내는 도면이다.
도 14를 참조하면, 시선 초점 판단부(210)는 카메라(100)가 획득한 영상을 바탕으로 좌안 시선 초점(PL) 및 우안 시선 초점(PR)을 검출한다. 주시영역 설정부(220)는 좌안 시선 초점(PL) 및 우안 시선 초점(PR)을 중심으로 일정 크기의 주시영역(MA)을 검출한다. 주시영역(MA)의 크기는 좌안 시선 초점(PL) 및 우안 시선 초점(PR) 간의 간격을 바탕으로 획득될 수 있다. 영상데이터 변조부(230)는 주시영역(MA)에 속하지 않는 비응시영역(NMA)의 해상도를 낮출 수 있다. 또는 영상데이터 변조부(230)는 비응시영역(NMA)에 속하는 픽셀들에 기입되는 데이터전압을 낮출 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 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
PNL1, PNL2 : 표시패널 AA : 픽셀 어레이
LENS : 어안 렌즈 PL: 좌안 시선 초점
PR: 우안 시선 초점 MA: 주시영역
NMA: 비응시영역

Claims (9)

  1. 좌안에 표시되는 제1 영상데이터가 기입되는 제1 픽셀 어레이;
    우안에 표시되는 제2 영상데이터가 기입되는 제2 픽셀 어레이;
    사용자의 좌안 및 우안의 동공 위치를 획득하는 카메라; 및
    상기 동공 위치를 바탕으로 상기 사용자의 시선 초점을 검출하고, 상기 시선 초점을 바탕으로 상기 제1 및 제2 픽셀 어레이 상의 주시영역을 검출하고, 상기 제1 및 제2 픽셀 어레이에서 상기 주시영역 이외의 영역인 비응시영역에 기입되는 상기 제1 및 제2 영상데이터의 해상도를 낮추거나 휘도를 낮추는 데이터 처리부를 포함하는 개인 몰입형 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 처리부는
    상기 좌안 시선 초점을 중심으로 소정 크기의 제1 주시영역을 설정하고, 상기 우안 시선 초점을 중심으로 소정 크기의 제2 주시영역을 설정하는 개인 몰입형 표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 데이터 처리부는
    상기 좌안 시선 초점과 상기 우안 시선 초점간의 차이인 시선 초점 간격을 바탕으로 상기 제1 주시영역 및 제2 주시영역의 크기를 설정하되,
    상기 시선 초점 간격과 양안 거리와의 차이가 미리 설정된 임계치 이하일 경우에, 상기 주시영역의 크기를 기준 주시영역으로 설정하고,
    상기 시선 초점 간격에서 상기 양안 거리를 뺀 값이 상기 임계치 이상일 경우에, 상기 주시영역의 크기를 상기 기준 주시영역보다 크게 설정하는 개인 몰입형 표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 데이터 처리부는
    상기 양안 거리에서 상기 시선 초점 간격을 뺀 값이 상기 임계치 이상일 경우에, 상기 주시영역의 크기를 상기 기준 주시영역보다 작게 설정하는 개인 몰입형 표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 처리부는
    상기 비응시영역에 속하는 제1 픽셀 및 제2 픽셀에 동일한 데이터를 기입하는 개인 몰입형 표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 처리부는
    상기 비응시영역에 속하는 픽셀들에 기입되는 데이터는 호스트로부터 입력받는 데이터에 대비하여 낮추는 개인 몰입형 표시장치.
  7. 영상데이터가 기입되는 픽셀 어레이;
    사용자의 좌안 및 우안의 동공 위치를 획득하는 카메라; 및
    상기 동공 위치를 바탕으로 상기 사용자의 시선 초점을 검출하고, 상기 시선 초점을 바탕으로 상기 픽셀 어레이 상의 주시영역을 검출하고, 상기 픽셀 어레이에서 상기 주시영역 이외의 영역인 비응시영역에 기입되는 상기 영상데이터의 해상도를 낮추거나 휘도를 낮추는 데이터 처리부를 포함하는 개인 몰입형 표시장치.
  8. 좌안에 표시되는 제1 영상데이터를 제1 픽셀 어레이에 기입하는 단계;
    우안에 표시되는 제2 영상데이터를 제2 픽셀 어레이에 기입하는 단계;
    사용자의 좌안 및 우안의 동공 위치를 획득하는 단계;
    상기 동공 위치를 바탕으로 상기 사용자의 시선 초점을 검출하는 단계;
    상기 시선 초점을 바탕으로 상기 제1 및 제2 픽셀 어레이 상의 주시영역을 검출하는 단계;
    상기 제1 및 제2 픽셀 어레이에서 상기 주시영역 이외의 영역인 비응시영역에 기입되는 상기 제1 및 제2 영상데이터의 해상도를 낮추거나 휘도를 낮추는 단계를 포함하는 개인 몰입형 표시장치의 구동방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 주시영역을 검출하는 단계는
    상기 좌안 시선 초점을 중심으로 소정 크기의 제1 주시영역을 설정하는 단계; 및
    상기 우안 시선 초점을 중심으로 소정 크기의 제2 주시영역을 설정하는 단계를 포함하는 개인 몰입형 표시장치의 구동방법.
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