KR20200050584A - 표시장치와 그 휘도 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 표시장치와 그 휘도 제어 방법에 관한 것으로, 정지 영상의 입력이 지속되는 동안, 입력 영상의 픽셀 데이터를 변조하여 표시장치의 화면 상에서 모든 서브 픽셀들의 피크 휘도를 낮추고 상기 화면의 평균 휘도를 균일하게 조정한다.

Description

표시장치와 그 휘도 제어 방법{DISPLAY DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING LUMINANCE}
본 발명은 표시장치와 그 휘도 제어 방법에 관한 것이다.
전계 발광 표시장치는 발광층의 재료에 따라 무기 발광 표시장치와 유기 발광 표시장치로 대별된다. 액티브 매트릭스 타입(active matrix type)의 유기 발광 표시장치는 스스로 발광하는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode: 이하, "OLED"라 함)를 포함하며, 응답속도가 빠르고 발광효율, 휘도 및 시야각이 큰 장점이 있다.
유기 발광 표시장치는 OLED와 같은 자발광 소자를 이용하여 입력 영상을 재현한다. OLED는 애노드(Anode) 및 캐소드(Cathode)와, 그 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)으로 이루어진다. OLED의 애노드와 캐소드에 전원전압이 인가되면 정공수송층(HTL)을 통과한 정공과 전자수송층(ETL)을 통과한 전자가 발광층(EML)으로 이동되어 여기자를 형성하여 발광층(EML)으로부터 가시광을 방출할 수 있다.
표시장치에서 고휘도의 정지 영상이 장시간 표시되면 픽셀들의 열화될 수 있다. 특히, 유기 발광 표시장치의 픽셀들은 고휘도 영상에서 많은 전류가 흘러 열화가 가속될 수 있고 이는 수명 저하를 초래한다.
본 발명은 정지 영상이 장시간 지속될 때 픽셀들의 수명 저하를 방지하고 화면 전체에서 휘도 균일도를 향상시킬 수 있는 표시장치와 그 휘도 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 표시장치는 입력 영상이 표시되는 화면을 가지는 표시패널, 상기 입력 영상이 정지 영상일 때 상기 입력 영상의 피크 휘도를 낮추는 게인을 발생하여 상기 게인으로 상기 입력 영상의 픽셀 데이터를 변조하는 제어부, 및 상기 화면의 서브 픽셀들에 상기 제어부로부터 수신된 픽셀 데이터를 기입하는 표시패널 구동회로를 포함한다. 상기 게인은 화면 상의 위치에 따라 상이한 값으로 설정된다.
본 발명의 휘도 제어 방법은 정지 영상의 입력이 지속되는 동안, 화면의 위치별로 상이한 값으로 설정된 게인으로 픽셀 데이터를 변조하여 상기 입력 영상의 픽셀 데이터를 변조하여 상기 표시장치의 화면 상에서 모든 서브 픽셀들의 피크 휘도를 낮추고 상기 화면의 평균 휘도를 균일하게 조정한다.
본 발명은 정지 영상이 표시장치에 입력되는 동안 시청자가 화상 품의 저하를 느끼지 못하는 범위 내에서 피크 휘도를 점진적으로 낮추어 서브 픽셀들 각각에서 전류를 낮춤으로써 서브 픽셀들의 열화를 줄이고 수명을 개선한다. 나아가, 본 발명은 정지 영상이 지속되는 동안 위치별로 개별 설정된 게인을 이용하여 화면의 모든 픽셀들에서 피크 휘도를 균일하게 제어하여 화상 품위를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 블록도이다.
도 2는 외부 보상 회로를 개략적으로 보여 주는 도면이다.
도 3은 용액 공정을 개략적으로 보여 주는 표시패널의 단면도이다.
도 4a 내지 도 4c는 화면의 휘도 불균일을 보여 주는 도면들이다.
도 5는 본 발명의 휘도 제어 장치를 보여 주는 도면이다.
도 6은 PLC 커브의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 휘도 조정부를 상세히 보여 주는 도면이다.
도 8은 TPC 커브의 일 예를 보여 주는 도면이다.
도 9는 시간 경과에 따라 피크 휘도의 보상 전후를 비교한 도면이다.
도 10은 도 7에 도시된 휘도 조정부에서 게인이 하나로 통합된 예를 보여 주는 도면이다.
도 11a 및 도 11b는 도 10과 같은 피크 휘도 보상 방법을 제1 픽셀 라인을 기준으로 정규화한 도면과 제n 픽셀 라인을 기준으로 정규화한 도면이다.
도 12는 TPC 적용에 따른 보상후 화면의 피크 휘도를 보여 주는 도면이다.
도 13은 TPC 알고리즘의 적용에 의해 OLED의 전류 변화를 보여 주는 도면이다.
도 14는 전류에 따라 IR 드롭 비율의 변화를 보여 주는 도면이다.
도 15는 전류에 따라 IR 드롭 비율의 기울기 변화를 보여 주는 도면이다.
도 16은 본 발명의 제2 실시예에 따른 휘도 조정부를 상세히 보여 주는 도면이다.
도 17은 도 10에 도시된 휘도 조정부에서 게인이 하나로 통합된 예를 보여 주는 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시에에 따른 피크 휘도 보상 전후 휘도 균일화 효과를 보여 주는 시뮬레이션 결과이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명은 도면에 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 실질적으로 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 명세서 상에서 언급된 "구비한다", "포함한다", "갖는다", "이루어진다" 등이 사용되는 경우 ' ~ 만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수로 해석될 수 있다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, ' ~ 상에', ' ~ 상부에', ' ~ 하부에', ' ~ 옆에' 등으로 두 구성요소들 간에 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 그 구성요소들 사이에 하나 이상의 다른 구성 요소가 개재될 수 있다.
구성 요소들을 구분하기 위하여 제1, 제2 등이 사용될 수 있으나, 이 구성 요소들은 구성 요소 앞에 붙은 서수나 구성 요소 명칭으로 그 기능이나 구조가 제한되지 않는다. 특허청구범위는 필수 구성 요소를 중심으로 기재되기 때문에 특허청구범위의 구성 요소 명칭 앞에 붙은 서수와 실시예의 구성 요소 명칭 앞에 붙은 서수가 일치되지 않을 수 있다.
이하의 실시예들은 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하다. 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하의 실시예들에서, 표시장치는 유기 발광 표시장치를 중심으로 설명되지만 이에 한정되지 않는다는 것에 주의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 명세서의 실시예에 따른 표시장치는 표시패널(100)과, 표시패널 구동 회로를 포함한다.
표시패널(100)은 입력 영상이 재현되는 화면(AA)을 포함한다. 화면(AA)은 입력 영상의 픽셀 데이터가 표시되는 픽셀 어레이를 포함한다. 픽셀 어레이는 다수의 데이터 라인들(DL), 데이터 라인들(DL)과 교차되는 다수의 게이트 라인들(GL), 및 다수의 픽셀들을 포함한다.
픽셀들은 데이터 라인들(DL)과 게이트 라인들(GL)에 의해 정의된 매트릭스 형태로 화면(AA) 상에 배치될 수 있다. 픽셀들은 매트릭스 형태 이외에도 동일한 색을 발광하는 픽셀을 공유하는 형태, 스트라이프 형태, 다이아몬드 형태 등 화면(AA) 상에 다양한 방법으로 배치될 수 있다.
픽셀 어레이의 해상도가 m*n 일 때, 픽셀 어레이는 m(m은 2 이상의 양의 정수) 개의 픽셀 컬럼(Column)과, 픽셀 컬럼과 교차되는 n(n은 2 이상의 양의 정수) 개의 픽셀 라인들(L1~Ln)을 포함한다. 픽셀 컬럼은 y축 방향을 따라 배치된 픽셀들을 포함한다. 픽셀 라인은 x축 방향을 따라 배치된 픽셀들을 포함한다. 1 수직 기간은 1 프레임 분량의 픽셀 데이터를 화면의 모든 픽셀들에 기입(write)하는데 필요한 1 프레임 기간이다. 게이트 라인을 공유하는 1 라인 분량의 픽셀 데이터를 1 픽셀 라인의 픽셀들에 기입하는데 필요한 시간이다. 1 수평 기간은 1 프레임 기간을 m 개의 픽셀 라인(L1~Lm) 개수로 나눈 시간이다.
픽셀들 각각은 컬러 구현을 위하여 적색 서브 픽셀, 녹색 서브 픽셀, 청색 서브 픽셀로 나뉘어질 수 있다. 픽셀들 각각은 백색 서브 픽셀을 더 포함할 수도 있다. 서브 픽셀들(101) 각각은 동일한 픽셀 회로를 포함한다.
유기 발광 표시장치의 경우, 픽셀 회로는 발광 소자, 구동 소자, 하나 이상의 스위치 소자, 및 커패시터를 포함할 수 있다. 발광 소자는 픽셀 구동 전압(ELVDD)으로부터의 전류로 발광하는 OLED로 구현될 수 있다. OLED의 전류는 구동 소자의 게이트-소스간 전압에 따라 조절될 수 있다. 구동 소자와 스위치 소자는 트랜지스터로 구현될 수 있다. 픽셀 회로는 데이터 라인(DL)과 게이트 라인(GL)에 연결된다. 도 1에서 원 안에 표시된 "D1~D3"은 데이터 라인들이고, "Gn-2~Gn"은 게이트 라인들이다. 서브 픽셀들(101) 각각은 동일한 픽셀 회로를 포함할 수 있다.
표시패널(100) 상에 터치 센서들이 배치될 수 있다. 터치 입력은 별도의 터치 센서들을 이용하여 센싱되거나 픽셀들을 통해 센싱될 수 있다. 터치 센서들은 온-셀(On-cell type) 또는 애드 온 타입(Add on type)으로 표시패널(100)의 화면(AA) 상에 배치되거나 픽셀 어레이에 내장되는 인-셀(In-cell type) 터치 센서들로 구현될 수 있다.
표시패널 구동회로는 데이터 구동부(110)와 게이트 구동부(120)를 포함한다. 표시패널 구동회로는 타이밍 콘트롤러(Timing controller, TCON)(130)의 제어 하에 입력 영상의 픽셀 데이터를 표시패널(100)의 픽셀들에 기입(write)한다.
데이터 구동부(110)는 타이밍 콘트롤러(130)로부터 수신되는 입력 영상의 픽셀 데이터(DATA)를 디지털 아날로그 컨버터(Digital to Analog Converter, 이하 "DAC"라 함)를 이용하여 감마 보상 전압으로 변환하여 픽셀 데이터 전압을 발생한다. 데이터 구동분(110)는 데이터 전압을 데이터 라인들(DL)에 공급한다. 픽셀 데이터 전압은 데이터 라인들(DL)에 공급되어 스위치 소자를 통해 서브 픽셀들(101)의 픽셀 회로에 인가된다.
게이트 구동부(120)는 표시패널(100)에서 영상이 표시되지 않는 화면 밖의 베젤 영역(BZ)에 형성될 수 있다. 게이트 구동부(120)는 타이밍 콘트롤러(130)의 제어 하에 데이터 전압에 동기되는 게이트 신호를 게이트 라인들(GL)에 순차적으로 공급한다. 게이트 신호는 데이터 전압이 충전되는 픽셀 라인을 동시에 선택한다.
게이트 구동부(120)는 하나 이상의 시프트 레지스터(Shift register)를 이용하여 게이트 신호를 출력하고 그 게이트 신호를 시프트한다. 게이트 신호는 하나 이상의 스캔 신호와 발광 제어 신호(EM)를 포함할 수 있다.
타이밍 콘트롤러(130)는 도시하지 않은 호스트 시스템으로부터 입력 영상의 픽셀 데이터(V-DATA)와, 픽셀 데이터(V-DATA)와 동기되는 타이밍 신호를 수신한다. 타이밍 신호는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 클럭 신호(DCLK) 및 데이터 인에이블신호(DE) 등을 포함한다. 데이터 인에이블신호(DE)를 카운트하는 방법으로 수직 기간과 수평 기간을 알 수 있으므로 수직 동기신호(Vsyc)와 수평 동기신호(Hsync)가 생략될 수 있다.
호스트 시스템은 TV(Television), 셋톱박스, 네비게이션 시스템, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터, 모바일 기기, 웨어러블(wearable) 기기 중 어느 하나일 수 있다. 모바일 기기와 웨어러블 기기에서 데이터 구동부(110), 타이밍 콘트롤러(130), 레벨 시프터(Level shifter, 140) 등은 하나의 드라이브 IC에 집적될 수 있다.
타이밍 콘트롤러(130)는 입력 프레임 주파수를 i 배 체배하여 입력 프레임 주파수×i(i는 0 보다 큰 양의 정수) Hz의 프레임 주파수로 표시패널 구동부(110, 120)의 동작 타이밍을 제어할 수 있다. 입력 프레임 주파수는 NTSC(National Television Standards Committee) 방식에서 60Hz이며, PAL(Phase-Alternating Line) 방식에서 50Hz이다.
타이밍 콘트롤러(130)는 호스트 시스템으로부터 수신된 타이밍 신호(Vsync, Hsync, DE)를 바탕으로 데이터 구동부(110)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 데이터 타이밍 제어 신호(DDC), 및 게이트 구동부(120)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 타이밍 제어 신호(GDC)를 발생한다.
타이밍 콘트롤러(130)는 도 5와 같은 회로를 이용하여 입력 영상을 분석하여 입력 영상이 정지 영상일 때 입력 영상의 피크 휘도를 낮추는 게인(Gain)을 발생하여 이 게인으로 픽셀 데이터를 변조한다. 타이밍 콘트롤러(130)로부터 출력된 픽셀 데이터(V-DATA)는 데이터 구동부(110)로 전송된다.
레벨 시프터(140)는 타이밍 콘트롤러(130)로부터 출력된 게이트 타이밍 제어 신호(GDC)의 전압을 게이트 하이 전압(VGH)과 게이트 로우 전압(VGL)으로 변환하여 게이트 구동부(120)에 공급한다. 게이트 타이밍 제어 신호(GDC)의 로우 레벨 전압(low level voltage)은 게이트 로우 전압(VGL)으로 변환되고, 게이트 타이밍 제어 신호(GDC)의 하이 레벨 전압(high level voltage)은 게이트 하이 전압(VGH)으로 변환된다.
유기 발광 표시장치의 서브 픽셀들 각각에서 구동 소자의 문턱 전압(Vth), 구동 소자의 전자 이동도(μ), 구동 소자의 온도 편차, OLED의 문턱 전압 등과 같은 서브 픽셀의 전기적 특성은 구동 전류(Ids)를 결정하는 팩터(factor)가 되므로 모든 픽셀들에서 동일해야 한다. 하지만, 픽셀 어레이의 공정 편차, 경시 변화 등 다양한 원인에 의해 픽셀들 간에 전기적 특성이 달라질 수 있다. 이러한 픽셀들의 전기적 특성 편차는 화질 저하와 수명 단축을 초래할 수 있다. 픽셀들의 열화를 줄이고 수명을 연장하기 위하여, 내부 보상 방법 또는 외부 보상 방법이 적용될 수 있다.
내부 보상 방법은 픽셀 회로 내에 배치된 보상 회로를 이용하여 구동 소자의 문턱 전압을 샘플링하여, 그 문턱 전압만큼 구동 소자의 게이트-소스 간 전압을 보상한다. 외부 보상 방법은 서브 픽셀에 연결된 센싱 경로를 통해 서브 픽셀의 전기적 특성에 따라 변하는 서브 픽셀의 전기적 특정을 센싱하고, 센싱 결과를 바탕으로 입력 영상의 픽셀 데이터를 변조함으로써 서브 픽셀들 간의 전기적 특성 편차를 보상한다.
외부 보상 방법에서 데이터 구동부(110)로부터 출력된 센싱용 데이터 전압이 데이터 라인들에 공급될 수 있다. 센싱용 데이터 전압은 입력 영상의 데이터와 무관하게 미리 설정되어 구동 소자의 게이트와 커패시터의 전압을 미리 설정된 전압으로 충전하기 위한 전압이다.
본 발명의 표시장치는 외부 보상 회로 또는 내부 보상 회로가 적용될 수 있다. 도 2는 외부 보상 회로를 개략적으로 보여 주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 데이터 구동부(110)는 센싱 경로에 연결된 센싱부(22)와 데이터 전압 발생부(23)를 포함한다. 데이터 전압 발생부는 DAC와 제1 스위치 소자(SW1)를 포함한다. 센싱 경로는 서브 픽셀(101)에 연결된 데이터 라인(102 또는 103), 제2 스위치 소자(SW2), 샘플 앤 홀드 회로(Sample & hold circuit, SH), 아날로그-디지털 변환기(Analog to Digital Convertor, 이하 “ADC”라 함) 등을 포함한다.
서브 픽셀들(101)에 픽셀 구동 전압(ELVDD), 저전위 전압원(ELVSS), 기준 전압(Vref) 등의 직류 전원이 입력될 수 있다.
데이터 전압 발생부(23)는 제1 스위치 소자(SW1)가 턴-온(turn-on)되는 데이터 프로그래밍 단계에서 DAC로부터 출력된 데이터 전압을 도시하지 않은 출력 버퍼(output buffer)와 제1 스위치 소자(SW1)를 통해 데이터 라인(DL)에 공급한다. 데이터 전압에 동기되는 게이트 신호가 게이트 라인(GL)에 공급될 때 서브 픽셀(101)에 데이터 전압이 공급된다.
센싱부(22)는 데이터 라인(DL)을 통해 서브 픽셀(101)에 연결된다. 센싱부(22)는 구동 소자의 소스와 발광 소자 사이의 노드 상의 전압 또는 전류를 센싱한다. 제2 스위치 소자(SW2)는 센싱 모드에서 턴-온되어 데이터 라인(DL)을 샘플 앤 홀드회로(SH)에 연결한다.
샘플 앤 홀드회로(SH)는 데이터 라인(DL)으로부터의 전하를 적분기에 축적하고 적분기의 출력 전압을 샘플링하여 ADC에 공급한다. ADC는 샘플 앤 홀드 회로(SH)로부터 입력된 전압을 디지털 데이터 즉, ADC 데이터(S-DATA)로 변환한다. ADC 데이터(S-DATA)는 구동 소자의 소스 노드 상의 전류/전압으로 측정될 수 있는 서브 픽셀들(101) 각각의 전기적 특성 예를 들면, 구동 소자의 문턱 전압, 구동 소자의 이동도, 구동 소자의 온도 편차, OLED의 문턱 전압 등을 디지털 값으로 나타낸다. 센싱부(22)는 공지된 전압 센싱 회로 또는 전류 센싱 회로로 구현될 수 있다. 센싱부(22)로부터 출력된 ADC 데이터(S-DATA)는 타이밍 콘트롤러(130)로 전송된다.
타이밍 콘트롤러(130)는 센싱부(22)로부터의 ADC 데이터(S-DATA)에 따라 미리 설정된 보상값을 선택하고, 이 보상값으로 입력 영상의 픽셀 데이터를 변조하여 데이터 구동부(110)로 전송함으로써 서브 픽셀들의 전기적 특성 편차나 구동 시간에 따라 변하는 구동 소자의 문턱 전압 변화를 픽셀 데이터로 보상한다. 타이밍 콘트롤러(130)의 로직부(Logic part)는 서브 픽셀들 각각의 센싱 결과에 따라 룩업 테이블(Look up table)에 설정된 보상값을 선택하고, 선택된 보상값을 입력 영상의 비디오 데이터(V-DATA)에 가산하거나 곱함으로써 픽셀 데이터(V-DATA)를 변조할 수 있다.
본 발명은 픽셀 데이터에 보상값(offset)을 가산함으로써 구동 소자 또는 OLED의 문턱 전압이 낮아지거나 구동 소자의 온도가 낮아질 때 발생되는 전기적 특성 변화를 보상할 수 있다. 본 발명은 픽셀 데이터에 보상값을 감산함으로써 구동 소자 또는 OLED의 문턱 전압이 높아지거나 구동 소자의 온도가 높아질 때 발생하는 전기적 특성을 보상할 수 있다. 또한, 본 발명은 픽셀 데이터에 보상값(gain)을 곱하여 구동 소자의 이동도 변화로 발생하는 전기적 특성을 보상할 수 있다.
룩업 테이블은 ADC 데이터(S-DATA)와 입력 영상의 픽셀 데이터(V-DATA)를 메모리 어드레스(memory address)로 입력 받아 그 어드레스에 저장된 보상값을 출력한다. 룩업 테이블에 미리 설정된 보상값은 구동 소자의 문턱 전압 보상값, OLED의 문턱 전압 보상값, 구동 소자의 온도 편차 보상값, 구동 소자의 이동도 보상값 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 보상부(26)에 의해 변조된 픽셀 데이터(V-DATA)는 데이터 전압 생성부(23)로 전송된다. 변조된 픽셀 데이터(V-DATA)는 데이터 전압 생성부(23)에 의해 픽셀 데이터 전압으로 변환되어 데이터 라인(DL)에 전송된다.
표시패널(100)의 제조공정에서, 유기 화합물층을 픽셀들에 형성하기 위하여, 공정 챔버를 기판이 이동하면서 유기 화함물층을 구성하는 재료별로 열 증착 공정이 반복된다. 그러나 이 열 증착 공정은 재료 낭비로 인하여 제조 비용이 상승하고 설비 투자 비용이 크다.
유기 화합물층은 잉크젯 프린팅 또는 노즐 코팅 등과 같은 용액 공정으로 픽셀들에 형성될 수 있다. 용액 공정은 도 3과 같이 분사 장치의 노즐(nozzle)을 통해 용액 상태의 재료를 기판 상의 원하는 위치에 분사함으로써 재료 낭비를 줄일 수 있고 설비 투자 비용이 낮다.
도 3을 참조하면, 표시패널(100)의 기판(10) 상에 서브 픽셀 영역이 정의된다. 서브 픽셀들 각각에서 OLED의 제1 전극(11)의 패턴들이 기판(10) 상에 형성된다.
서브 픽셀들 간의 경계에 뱅크 패턴(Bank pattern)(14)이 형성된다. 뱅크 패턴(14)은 서브 픽셀들 각각에서 발광 영역을 정의한다. 뱅크 패턴(14)이 없는 발광 영역에서 제1 전극(11)이 노출되고, 그 위에 OLED의 유기 화합물층(12)이 용액 공정으로 형성될 수 있다. 분사 장치의 노즐들(15)은 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B) 각각의 서브 픽셀들 상에 정렬(Align)되어 유기 화합물 용액을 서브 픽셀 영역으로 적하(drop)한다. 뱅크 패턴(14)은 소수성 유기 절연 물질로 형성될 수 있다.
표시패널(100)의 휘도는 다양한 원인에 의해 불균일하게 될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 서브 픽셀들(100)에 픽셀 구동 전압(ELVDD)과 저전위 전압(ELVSS)이 공급되는데, IR 드롭(Drop)으로 인하여 ELVDD가 인가되는 전원 입력 노드로부터 멀어질수록 ELVDD의 전압 강하양이 커지게 된다. 서브 픽셀들의 OLED에서 전류양이 많을수록 피크 휘도가 높아지고 화면 상에서 EVDD 편차가 커진다. 화면 상에서 위치에 따라 EVDD 편차 즉, EVDD 변화량(또는 기울기)이 커지면, 화면의 모든 픽셀들에 동일한 화이트 계조의 픽셀 데이터를 기입하여도 도 4a와 같이 전원 입력 노드로부터 멀어질수록 픽셀들의 휘도가 저하된다. 도 4a에서 전원 입력 노드는 제1 픽셀 라인(L1)과 가깝게 위치하여 제n 픽셀 라인으로 갈수록 휘도가 낮아진다.
서브 픽셀들의 유기 화합물층이 용액 공정으로 형성되는 경우, 백색 서브 픽셀 없이 적색, 녹색, 및 청색 서브 픽셀들만으로 픽셀들이 구성될 수 있다. 이 경우, 픽셀에 피크 화이트 계조의 픽셀 데이터가 기입될 때 적색, 녹색 및 청색의 서브 픽셀들에서 OLED에 최대 전류가 흘러 IR 드롭이 심해져 ELVDD의 전압 강하가 더 커져 화면 상에서 상하 휘도차가 보일 수 있다.
용액 공정에서 기판 상에 적하되는 서브 픽셀별 용액 두께, 농도, 효율 차이 등에 의해 화면의 휘도가 분균일하게 될 수 있다. 도 4b는 용액 효율 편차에 따라 초래되는 휘도 불균일의 일 예이다. 이러한 휘도 불균일은 컬러별로 다른 형태로 나타날 수 있다. 도 4c는 노즐들이 일 열로 배치된 분사장치를 기판의 x축 방향을 따라 이동되면서 용액을 기판(10) 상에 적하할 때 나타나는 스캔 무라(scan mura)의 일 예이다. 도 4a 내지 도 4c와 같은 휘도 불균일은 화상 품위를 떨어트리며 잔상의 원인이 될 수 있다.
본 발명은 입력 영상의 평균 휘도를 매 프레임마다 계산하여 서브 픽셀들의 피크 휘도(peak luminance)를 제어하여 소비 전력을 줄이고 서브 픽셀들의 열화를 줄일 뿐 아니라 피크 휘도를 화면 상의 위치별로 제어하여 화면의 휘도를 균일하게 제어한다. 또한, 본 발명은 화면 상에서 소정 시간 이상 정지 영상이 지속될 때 피크 휘도를 점진적으로 낮추어 서브 픽셀들의 열화를 줄일 수 있다.
도 5는 본 발명의 휘도 제어 장치를 보여 주는 도면이다. 이 휘도 제어 장치는 타이밍 콘트롤러(130)에 내장될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
도 5를 참조하면, 휘도 제어 장치는 평균 휘도 계산부(202), 피크 휘도 제어부(204), 및 휘도 조정부(210)을 포함한다.
평균 휘도 계산부(202)는 입력 영상의 픽셀 데이터(RGB)를 입력 받아 매 프레임 마다 입력 영상의 평균 휘도를 계산한다. 입력 영상의 픽셀 데이터(RGB)는 디감마(De-gamma) 보정되어 평균 휘도 계산부(202)에 입력될 수 있다. 평균 휘도는 공지된 평균 화상 레벨(Average Picture level, 이라 "APL"이라 함)로 계산될 수 있다. APL은 1 프레임 영상 데이터에서 가장 밝은 색의 휘도 평균으로 계산될 수 있다.
밝은 픽셀 데이터의 개수가 많은 영상은 평균 화상 레벨(APL)이 높다. 반면에, 밝은 픽셀 데이터의 개수가 적은 영상은 평균 화상 레벨(APL)이 낮다. 픽셀 데이터가 8 bit 일 때, 피크 화이트 계조(Peak white gray level)는 계조값 255 이다.
피크 휘도 제어부(204)는 공지된 피크 휘도 제어(Peak Luminance　Control, 이하 “PLC”라 함)　커브를 바탕으로 입력 영상의 평균 휘도에 따라 화면(AA)의 피크 휘도를 제한한다. 도 6은 PLC 커브의 일 예를 나타낸다.
피크 휘도 제어부(204)는 입력 영상의 APL에 대응하는 피크 휘도값을 발생한다. 도 6의 예에서, APL이 20[%] 이하인 어두운 영상에서 피크 휘도 값은 500[cd/m2]로 설정되고, APL이 100[%]인 밝은 영상에서 피크 휘도 값은 200[cd/m2]로 설정된다. 서브 픽셀들 각각에서 가장 높은 휘도가 피크 휘도이다. 피크 휘도는 APL 커브에서 설정된 피크 휘도 값으로 제한되고, APL이 클수록 낮아진다.
휘도 조정부(210)는 입력 영상을 분석하여 소정 시간 동안 정지 영상이 입력되면 정지 영상이 지속되는 동안 시간이 경과됨에 따라 화면(AA)의 피크 휘도를 점진적으로 낮춘다. 또한, 휘도 조정부(210)는 화면(AA) 전체에서 피크 휘도가 균일하게 되도록 화면(AA) 상의 위치별로 피크 휘도를 조정한다. 이를 위하여, 휘도 조정부(210)는 도 7에 도시된 바와 같이 정지 영상이 입력되는 동안 화면(AA)의 피크 휘도를 점진적으로 낮추기 위하여 TPC(Temporal Peak luminance Control) 알고리즘이 실행될 수 있다. TPC 알고리즘은 정지 영상이 지속되는 기간 동안 제1 게인(Gtpc)으로 픽셀 데이터를 하향 변조함으로써 서브 픽셀들(101)의 피크 휘도값을 낮추어 화면 상의 모든 서브 픽셀들(101)의 전류를 낮춘다. 제1 게인(Gtpc)은 0~1 사이의 값으로 설정되어 화면(AA)의 평균 휘도를 낮추는 게인값이다. 또한, 휘도 조정부(210)는 화면(AA)의 휘도를 균일하게 하기 위하여 화면(AA)의 위치별로 설정된 제2 게인(Guni)으로 픽셀 데이터를 변조한다. 제2 게인(Guni)은 0~1 사이의 값으로 설정될 수 있다. 제1 게인(Gtpc)은 정지 영상이 지속되는 동안 화면 전체의 휘도를 낮춘다. 제2 게인(Guni)은 화면 상에서 미리 설정된 기준점의 피크 휘도를 기준으로 상기 기준점 이외의 위치에서 피크 휘도를 상기 기준점과 같게 조정한다.
휘도 조정부(210)로부터 출력된 픽셀 데이터는 감마(gamma) 보정되고 외부 보상 회로에 의해 변조되어 데이터 구동부(110)로 전송된다.
휘도 조정부(210)는 도 4a 내지 도 4c 중 하나 이상의 휘도 불균일을 보상하기 위하여, 아래의 IR 드롭 편차 보상 방법, 효율 편차 보상 방법, 및 스캔 무라 보상 방법 중 하나 이상을 적용하여 화면 전체에서 휘도를 균일하게 조정할 수 있다. 이 휘도 조정부(210)는 TPC가 활성화될 때 TPC 게인을 위치별로, 컬러별로 독립적으로 설정하여 TPC와 함께 병행하여 피크 휘도를 조정할 수 있다.
IR 드롭 편차 보상 방법은 도 4a에 도시된 IR 드롭으로 인한 휘도 불균일을 보상한다. IR 드롭 편차 보상 방법은 IR 드롭 편차를 소정의 기준점을 기준으로 반전하는 게인(Gain)을 이용하여 화면 전체에서 피크 휘도를 균일하게 조정할 수 있다. 기준점은 IR 드롭이 없는 제1 픽셀 라인(L1) 또는 화면(AA)의 중앙 픽셀 라인으로 설정될 수 있다. 기준점의 EVDD 보다 낮은 EVDD 가 인가되는 픽셀 라인의 게인은 기준점의 게인 보다 높게 설정될 수 있다. 반면에, 기준점의 EVDD 보다 높은 EVDD가 인가되는 픽셀 라인의 게인은 기준점의 게인 보다 낮게 설정될 수 있다.
IR 드롭은 전류량에 비례하므로 TPC 알고리즘이 실행될 때 피크 휘도 감소로 인한 전류 감소 만큼 위치별 보상 맵(Compensation map)에 반영하여 보상하는 것이 바람직하다. TPC는 정지 영상이 지속되는 동안 화면(AA)의 모든 서브 픽셀들에서 피크 휘도를 점진적으로 낮추어 픽셀들의 열화를 방지하여 화상 품위와 수명을 개선하는 피크 휘도 제어 방법이다.
효율 편차 보상 방법은 도 4b와 같은 컬러별 OLED 효율 차이에 기인한 휘도 불균일을 보상한다. 효율 편차 보상 맵은 컬러별 효율 편차를 기준점을 기준으로 반전하는 게인을 이용하여 화면의 휘도를 균일하게 보상할 수 있다. 기준점은 화면의 중앙부 픽셀들의 휘도 또는 화면의 평균 휘도로 설정될 수 있다. 도 4b와 같은 부정형 휘도 불균일은 서브 픽셀들의 컬러별로 다른 형태로 나타날 수 있다. 따라서, 효율 편차 보상 방법에 적용되는 게인의 경우에, 서브 픽셀들의 컬러별로, 위치별로 개별 설정이 필요하다. 기준점의 피크 휘도 보다 낮은 피크 휘도의 서브 픽셀에 적용되는 게인은 기준점의 게인 보다 높게 설정될 수 있다. 반면에, 기준점의 피크 휘도 보다 높은 피크 휘도의 서브 픽셀에 적용되는 게인은 기준점의 게인 보다 낮게 설정될 수 있다.
스캔 무라 보상 방법은 도 4c와 같이 분사 장치의 스캔 방향과 직교되는 휘도 불균일을 보상한다. 스캔 무라 보상 맵은 스캔 무라(Scan mura)를 기준점을 기준으로 반전하는 게인을 이용하여 화면의 휘도를 균일하게 보상할 수 있다. 기준점은 화면의 중앙부 픽셀들의 휘도 또는 화면의 평균 휘도로 설정될 수 있다. 도 4c와 같은 스캔 무라는 서브 픽셀들의 컬러별로 다른 형태로 나타날 수 있다. 따라서, 스캔 무라 보상 방법에 적용되는 게인의 경우에, 서브 픽셀들의 컬러별로, 위치별로 개별 설정이 필요하다. 기준점의 피크 휘도 보다 낮은 피크 휘도의 서브 픽셀에 적용되는 게인은 기준점의 게인 보다 높게 설정될 수 있다. 반면에, 기준점의 피크 휘도 보다 높은 피크 휘도의 서브 픽셀에 적용되는 게인은 기준점의 게인 보다 낮게 설정될 수 있다.
도 7을 참조하면, 휘도 조정부(210)는 제1 휘도 조정부(211), 제2 휘도 조정부(212), 영상 판단부(213), 제1 게인 적용부(214), 제2 게인 적용부(215) 등을 포함한다.
영상 판단부(213)는 입력 영상의 픽셀 데이터를 프레임간 비교하거나 모션 벡터(motion vector)를 계산한 결과를 이용하여 현재 프레임에 입력되는 픽셀 데이터가 정지 영상 데이터인지 판단한다. 영상 판단부(213)는 입력 영상의 픽셀 데이터의 bit를 클럭(CLK)으로 샘플링한다.
픽셀 데이터와 동기되는 타이밍 신호는 데이터 인에이블 신호(DE) 또는 수평 동기 신호(Hsync)일 수 있다. 데이터 인에이블 신호(DE) 또는 수평 동기 신호(Hsync)의 1 주기는 1 수평 기간이다. 클럭(CLK)은 타이밍 신호 보다 훨씬 높은 주파수로 발생된다. 영상 판단부(213)는 데이터 인에이블 신호(DE)를 클럭(CLK)으로 카운트하여 얻어진 카운트 값은 시간과 픽셀 데이터가 기입되는 화면 상의 위치를 알 수 있다. 영상 판단부(213)는 정지 영상이 시작할 때 카운트값을 리셋하여 정지 영상이 지속하는 시간을 카운트하여 시간 데이터(Ct)를 발생하고, 픽셀 데이터가 기입되는 픽셀 라인과 서브 픽셀위치를 지시하는 위치 데이터(Cp)를 발생한다.
제1 휘도 조정부(211)는 시간 데이터(Ct)와 피크 휘도 제어부(204)로부터의 입력 피크 휘도값을 입력 받는다. 제1 휘도 조정부(211)는 TPC 알고리즘을 실행하여 도 8과 같은 TPC 커브를 바탕으로 정지 영상이 입력될 때 피크 휘도값을 시간이 경과함에 따라 점진적으로 낮게 조정한다.
TPC 커브는 도 8에 도시된 바와 같이, 5 개 구간으로 구분될 수 있다. 제1 구간(t0)은 정지 영상이 입력되기 시작할 때부터 소정의 경과 시간까지 설정된 대기 시간이다. 게인 조정부(211)는 제1 구간(t0) 동안 입력 피크 휘도값을 조정하지 않고 그대로 적용한다. 따라서, 제1 구간(t0) 동안 서브 픽셀들(101)의 피크 휘도(Lpeak)는 PLC 커브에서 정의된 피크 휘도와 같다. 제1 구간(t0)은 대략 1 분으로 설정될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
제2 구간(t1)은 제1 구간(t0) 이후에서 정지 영상이 입력될 때 제1 게인(Gtpc)을 1 보다 작은 값으로 발생하여 피크 휘도 값을 낮추는 감쇄 구간이다. 서브 픽셀들의 피크 휘도 값이 낮아지면 픽셀 데이터 값이 감소되어 서브 픽셀의 OLED에서 흐르는 전류가 낮아지기 때문에, 화면 상에서 EVDD 편차가 감소된다. 제1 게인(Gtpc)은 화면의 피크 휘도값을 감소시키는 값이다. 제1 휘도 조정부(211)는 제1 게인(Gtpc)을 제2 구간(Gtpc) 내에서 점진적으로 1에 가까운 값으로 상승하여 피크 휘도 값이 감소되는 기울기를 완만하게 한다.
제1 휘도 조정부(211)는 제2 구간(t1) 동안 1 보다 작은 값으로 제1 게인(Gtpc)을 발생하고, 이 게인(Gtpc)를 1 또는 1에 가까운 값까지 상승하여 소정의 기준 휘도(Lref)까지 서브 픽셀들의 피크 휘도값을 낮춘다. 기준 휘도(Lref)는 실험을 통해 화상 품의 저하가 없고 사용자의 인지 휘도가 급격히 변하지 않는 최저 피크 휘도로 정해진다. 제2 구간(t1)은 대략 4분 ~ 5분 정도로 설정될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
제3 구간(t2)은 제2 구간(t1) 이후에 입력 영상의 장면이 전환되어 정지 영상이 끝날 때 기준 휘도(Lref)를 유지하는 과도 시간이다. 제1 휘도 조정부(211)는 제3 구간(t2) 동안 피크 휘도 값을 기준 휘도(Lref)로 유지한다.
제4 구간(t3)은 피크 휘도값을 입력 피크 휘도값으로 복원하는 휘도 상승 시간이고, 제5 구간(t4)은 피크 휘도값이 입력 피크 휘도값으로 유지되는 시간이다.
제1 게인 적용부(214)는 승산기를 이용하여 픽셀 데이터(DATA IN)에 제1 게인(Gtpc)을 곱하여 정지 영상이 지속되는 시간에서 서브 픽셀들 각각의 피크 휘도를 점진적으로 낮춘다.
제2 휘도 조정부(212)는 위치 데이터(Cp)를 입력 받는다. 제2 휘도 조정부(212)는 화면(AA)의 중앙부 또는 EVDD 전압 강하가 가장 큰 위치를 기준으로 서브 픽셀들의 피크 휘도를 동일하게 조정한다. 이를 위하여, 제2 휘도 조정부(212)는 미리 설정된 기준 픽셀 라인 또는 기준 서브 픽셀에 부여될 제2 게인(Guni)을 1 로 설정하고, 그 외의 다른 픽셀 라인들과 서브 픽셀들에 제2 게인(Guni)을 1 보다 작고 0 이상의 값으로 설정하여 화면 전체에서 피크 휘도를 동일한 값으로 조정한다. 제2 게인(Guni)은 화면(AA) 상의 위치에 맵핑(mapping)되는 보상 맵(Compensation map) 형태로 설정된다. 제2 게인 적용부(215)는 승산기를 이용하여 픽셀 데이터(DATA IN)에 제2 게인(Guni)을 곱한다. 제1 및 제2 게인 적용부(214, 215)를 통과하여 변조된 픽셀 데이터(DATA OUT)는 정지 영상이 지속되는 시간에서 서브 픽셀들 각각의 피크 휘도가 점진적으로 낮아지는 동안 화면 전체에서 피크 휘도를 균일하게 조정한다.
제1 및 제2 게인(Gtpc, Guni)은 도 9에 도시된 바와 같이 하나의 게인(Gain)으로 통합되어 룩업 테이블(look-up table)로 구현될 수 있다. 다시 말하여, 화면 전체에서 피크 휘도가 동일하게 되도록 제1 게인(Gtpc)이 화면 상의 위치에 따라 상이한 값으로 설정되면 제1 게인(Gtpc)과 제2 게인(Guni)이 분리될 필요가 없다. 이 경우, 도 10에 도시된 바와 같이 휘도 조정부들(211, 212)과 게인 적용부들(214, 215) 각각이 하나로 충분하게 된다.
도 9는 시간 경과에 따라 피크 휘도의 보상 전후를 비교한 도면이다. 도 9에서 “패널 휘도”는 화면(AA)의 피크 휘도이다.
도 9를 참조하면, 상단은 정지 영상 입력이 시작되는 제1 시점에서 보상전 화면의 피크 휘도, 게인(Gain) 및 보상후 화면의 피크 휘도를 나타낸다. TPC 알고리즘은 제1 시점으로부터 활성화되어 도 8에 도시된 바와 같이 화면의 피크 휘도를 점진적으로 낮춘다. 화면의 피크 휘도가 낮아지면 화면의 모든 서브 픽셀들에서 OLED에 흐르는 전류가 낮아져 화면의 EVDD 편차가 감소된다.
도 9에서 하단은 제1 시점으로부터 소정 시간 경과된 제2 시점에서 보상전 화면의 피크 휘도, 게인(Gain) 및 보상후 화면의 피크 휘도를 나타낸다.
제1 시점에서 보상전 화면의 피크 휘도를 보면, 좌측 상단 그래프와 같이 제1 픽셀 라인(L1)의 피크 휘도가 130nit이고, EVDD의 IR 드롭으로 인하여 제n 픽셀 라인(Ln)의 피크 휘도가 100nit 일 수 있다. 보상의 기준점은 피크 휘도가 상대적으로 낮은 제n 픽셀 라인(Ln)으로 설정될 수 있다. 제n 픽셀 라인(Ln)은 화면 상에서 피크 휘도가 가장 낮은 픽셀 라인 또는 화면의 중앙부 라인(또는 서브 픽셀)일 수 있다. 이 경우, 보상전 화면의 피크 휘도는 제1 픽셀 라인(L1)으로부터 제n 픽셀 라인(Ln)으로 갈수록 낮아지는 기울기로 불균일하다.
제1 시점에서 화면의 휘도 불균일을 보상하기 위한 보상 맵에서 화면 상의 위치별로 게인 값이 개별 설정된다. 보상 맵의 게인 값은 보상전 화면의 피크 휘도 기울기와 반전되는 기울기로 설정된다. 기준점에 부여되는 게인 값은 1 로 설정될 수 있다. 이에 비하여, 제1 픽셀 라인(L1)에 부여되는 게인 값은 제1 픽셀 라인(L1)의 피크 휘도가 제n 픽셀 라인(Ln)의 피크 휘도가 같아지도록 0.77로 설정될 수 있다. 이러한 게인(Gain)이 서브 픽셀들 각각에 기입될 픽셀 데이터에 곱해져 변조되어 서브 픽셀들(101)에 기입되면, 상단의 우측 그래프와 같이 화면의 피크 휘도가 100nit로 균일하게 된다.
제2 시점에서 TPC 알고리즘에 의해 화면의 피크 휘도가 낮아진다. 제2 시점에서 보상전 화면의 피크 휘도를 보면, 좌측 하단 그래프와 같이 제1 픽셀 라인(L1)의 피크 휘도가 65nit로 낮아지고, 제n 픽셀 라인(Ln)의 피크 휘도가 55 nit 로 낮아진다. 보상의 기준점은 제n 픽셀 라인(Ln)로 동일하다. 보상전 화면의 피크 휘도는 여전히 제1 픽셀 라인(L1)으로부터 제n 픽셀 라인(Ln)으로 갈수록 낮아지는 기울기로 불균일하다.
제2 시점에서 화면의 휘도 불균일을 보상하기 위한 보상 맵에서 게인 값이 보상전 화면의 피크 휘도 기울기와 반전되는 기울기로 설정된다. 기준점에 부여되는 게인 값은 1 로 설정될 수 있다. 이에 비하여, 제1 픽셀 라인(L1)에 부여되는 게인 값은 제1 픽셀 라인(L1)의 피크 휘도가 제n 픽셀 라인(Ln)의 피크 휘도가 같아지도록 0.85로 더 높은 값으로 변경된다. 이러한 게인(Gain)이 서브 픽셀들 각각에 기입될 픽셀 데이터에 곱해져 변조되어 서브 픽셀들(101)에 기입되면, 하단의 우측 그래프와 같이 화면의 피크 휘도가 55 nit로 균일하게 된다.
도 10을 참조하면, 통합 휘도 조정부(220)는 도 9와 같은 게인(Gain)이 설정된 룩업 테이블에 시간 데이터(Ct)와 위치 데이터(Cp)를 입력한다. 시간 데이터(Ct)와 위치 데이터(Cp)는 룩업 테이블의 어드레스(address)를 지시한다. 따라서, 룩업 테이블은 시간 데이터(Ct)와 위치 데이터(Cp)가 지시하는 어드레스에 저장된 게인(Gain)을 출력한다. 게인 적용부(214)는 통합 휘도 조정부(220)로부터의 게인(Gani)을 픽셀 데이터에 곱하여 픽셀 데이터를 변조한다.
도 11a 및 도 11b는 도 10과 같은 피크 휘도 보상 방법을 제1 픽셀 라인을 기준으로 정규화한 도면과 제n 픽셀 라인을 기준으로 정규화한 도면이다.
도 11a를 참조하면, TPC 알고리즘이 실행되는 동안 게인의 절대 값은 시간이 경과됨에 따라 상승한다. TPC 알고리즘 적용전 화면의 피크 휘도를 제1 픽셀 라인(L1)을 기준으로 정규화하면, 시간이 경과됨에 따라 제n 픽셀 라인(Ln)의 피크 휘도가 승승한다.
도 11b를 참조하면, TPC 알고리즘 적용전 화면의 피크 휘도를 제n 픽셀 라인(Ln)을 기준으로 정규화하면, 시간이 경과됨에 따라 제1 픽셀 라인(L1)의 피크 휘도가 낮아진다.
TPC 알고리즘이 실행되어 보상후 화면의 피크 휘도는 도 12에 도시된 바와 같이 화면 전체에서 균일하고 시간이 경과됨에 따라 피크 휘도가 균일하게 감소된다.
도 13은 TPC 알고리즘의 적용에 의해 OLED의 전류 변화를 보여 주는 도면이다. 도 13에 도시된 바와 같이 TPC 알고리즘은 정지 영상이 입력되는 동안 서브 픽셀들 각각에서 피크 휘도 값을 점진적으로 낮춘다. 이렇게 피크 휘도값을 정의하는 게인(Gain)으로 픽셀 데이터를 변조하면, 도 12와 같이 시간이 경과될수록 서브 픽셀에서 ELVDD로부터 OLED로 흐르는 전류가 감소한다.
IR 드롭으로 인한 화면의 ELVDD 전압 강하 편차는 전류가 감소할수록 낮아진다. 예를 들어, 도 14에서 전류가 Current A < Current B < Current C 일 때 IR 드롭 기울기가 Current A에서 가장 크기 때문에 화면 상에서 ELVDD 편차(변화량)이 가장 크다. 도 14는 도 13에 도시된 측정치를 전류 세기(A, B, C) 대 IR 드롭 비율 기울기로 재구성한 도면이다. 도 14 및 도 15의 실험 결과에서 알 수 있듯이, IR 드롭은 전류 세기에 비례 관계이기 때문에 휘도 불균일을 보상하기 위한 게인에 전류(A, B, C) 세기의 변화를 반영하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 화면 상에서 임의의 픽셀 위치에 적용되는 게인(Gain)은 전류 A, B, C 각각에서 다른 값으로 설정되는 것이 바람직하다. 전류 세기가 큰 경우, IR 드롭 비율 기울기가 크기 때문에 상대적으로 전류 세기가 낮은 경우 보다 게인(Gain)을 더 낮은 값으로 설정할 수 있다.
도 16은 본 발명의 제2 실시예에 따른 휘도 조정부를 상세히 보여 주는 도면이다. 도 17은 도 10에 도시된 휘도 조정부에서 게인이 하나로 통합된 예를 보여 주는 도면이다.
도 16을 참조하면, 휘도 조정부(210)는 제1 휘도 조정부(211), 제2 휘도 조정부(212), 영상 판단부(217), 전류 예측부(216), 제1 게인 적용부(214), 제2 게인 적용부(215) 등을 포함한다.
영상 판단부(217)는 입력 영상의 픽셀 데이터를 프레임간 비교하거나 모션 벡터를 계산한 결과를 이용하여 현재 프레임에 입력되는 픽셀 데이터가 정지 영상 데이터인지 판단한다. 영상 판단부(213)는 입력 영상의 픽셀 데이터의 bit를 클럭(CLK)으로 샘플링한다.
영상 판단부(217)는 데이터 인에이블 신호(DE)를 클럭(CLK)으로 카운트하여 얻어진 카운트 값은 시간과 픽셀 데이터가 기입되는 화면 상의 위치를 알 수 있다. 영상 판단부(213)는 정지 영상이 시작할 때 카운트값을 리셋하여 정지 영상이 지속하는 시간을 카운트하여 시간 데이터(Ct)를 발생하고, 픽셀 데이터가 기입되는 픽셀 라인과 서브 픽셀위치를 지시하는 위치 데이터(Cp)를 발생한다.
영상 판단부(217)는 미리 설정된 데이터 - 전류 테이블을 이용하여 픽셀 데이터 값에 따라 실험적으로 미리 구해진 전류를 판단한다. 영상 판단부(217)는 픽셀 데이터를 바탕으로 서브 픽셀들 각각의 요구 전류를 예측하여 모든 서브 픽셀들의 전류를 합한 값으로 1 프레임의 전류를 예측한다. 따라서, 영상 판단부(217)는 매 프레임 기간마다 전류 예측값(Ipre)을 출력한다.
전류 예측부(215)는 전류 예측값(Ipre)을 제2 휘도 조정부(212)에 전달한다.
제1 휘도 조정부(211)는 시간 데이터(Ct)와 피크 휘도 제어부(204)로부터의 입력 피크 휘도값을 입력 받는다. 제1 휘도 조정부(211)는 TPC 알고리즘을 실행하여 도 8과 같은 TPC 커브를 바탕으로 정지 영상이 입력될 때 피크 휘도값을 시간이 경과함에 따라 점진적으로 낮게 조정한다.
제1 게인 적용부(214)는 승산기를 이용하여 픽셀 데이터(DATA IN)에 제1 게인(Gtpc)을 곱하여 정지 영상이 지속되는 시간에서 서브 픽셀들 각각의 피크 휘도를 점진적으로 낮춘다.
제2 휘도 조정부(212)는 전류 예측값(Ipre)과 위치 데이터(Cp)를 입력 받는다. 제2 휘도 조정부(212)는 화면(AA)의 위치별로, 그리고 전류 예측값(Ipre)에 따라 개별 설정된 제2 게인(Gain)을 선택한다. 제2 게인(Guni)은 기준점에서 1 로 설정되고고, 그 외의 다른 픽셀 라인들과 서브 픽셀들에 1 보다 낮은 값으로 설정될 수 있다. 그리고 제2 게인(Guni)은 전류 세기(A, B, C)에 따라 상이한 값으로 설정된다. 제2 게인 적용부(215)는 승산기를 이용하여 픽셀 데이터(DATA IN)에 제2 게인(Guni)을 곱한다. 제1 및 제2 게인 적용부(214, 215)를 통과하여 변조된 픽셀 데이터(DATA OUT)는 정지 영상이 지속되는 시간에서 서브 픽셀들 각각의 피크 휘도가 점진적으로 낮아지는 동안 화면 전체에서 피크 휘도를 균일하게 조정한다.
제1 및 제2 게인(Gtpc, Guni)은 도 9에 도시된 바와 같이 하나의 게인(Gain)으로 통합되어 룩업 테이블(look-up table)로 구현될 수 있다. 다시 말하여, 화면 전체에서 피크 휘도가 동일하게 되도록 제1 게인(Gtpc)이 화면 상의 위치와 전류에 따라 상이한 값으로 설정되면 제1 게인(Gtpc)과 제2 게인(Guni)이 분리될 필요가 없다. 이 경우, 도 17에 도시된 바와 같이 휘도 조정부들(211, 212)과 게인 적용부들(214, 215) 각각이 하나로 충분하게 된다.
도 17을 참조하면, 통합 휘도 조정부(230)는 도 9와 같은 게인(Gain)이 설정된 룩업 테이블에 시간 데이터(Ct), 위치 데이터(Cp) 및 전류 예측값(Ipre)를 입력한다. 시간 데이터(Ct), 위치 데이터(Cp) 및 전류 예측값(Ipre)은 룩업 테이블의 어드레스를 지시한다. 따라서, 룩업 테이블은 시간 데이터(Ct), 위치 데이터(Cp) 및 전류 예측값(Ipre)이 지시하는 어드레스에 저장된 게인(Gain)을 출력한다. 게인 적용부(214)는 통합 휘도 조정부(230)로부터의 게인(Gani)을 픽셀 데이터에 곱하여 픽셀 데이터를 변조한다.
도 18은 본 발명의 실시에에 따른 피크 휘도 보상 전후 휘도 균일화 효과를 보여 주는 시뮬레이션 결과이다. 도 18에서 “TPC 적용전”은 샘플의 보상전 화면 상에서 측정된 피크 휘도이다. "TPC 적용후"는 도 9와 같은 피크 휘도 보상 방법이 적용된 샘플의 보상후 화면 상에서 측정된 피크 휘도이다.
도 18을 참조하면, 화면 상의 위치에 따라 최대 피크 휘도와 최소 피크 휘도 비율이 117.7%인 샘플에 대하여 본 발명의 피크 휘도 제어 방법을 적용하여 피크 휘도를 보상한 시뮬레이션에서 최대 피크 휘도와 최소 피크 휘도 비율이 106.9%로 개선되었다. 따라서, 본 발명은 정지 영상이 표시장치에 입력되는 동안 시청자가 화상 품의 저하를 느끼지 못하는 범위 내에서 피크 휘도를 점진적으로 낮추어 서브 픽셀들 각각에서 전류를 낮춤으로써 서브 픽셀들의 열화를 줄이고 수명을 개선한다. 나아가, 본 발명은 정지 영상이 지속되는 동안 위치별로 개별 설정된 게인을 이용하여 화면의 모든 픽셀들에서 피크 휘도를 균일하게 제어하여 화상 품위를 향상시킬 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.
100 : 표시패널 110 : 데이터 구동부
120 : 게이트 구동부 130 : 타이밍 콘트롤러
140 : 레벨 시프터 202 : 평균 휘도 계산부
204 : 피크 휘도 제어부 210 : 휘도 조정부
211 : 제1 휘도 조정부 212 : 제2 휘도 조정부
213 : 영상 판단부 214 : 제1 게인 적용부
215 : 제2 게인 적용부 220, 230 : 통합 휘도 조정부

Claims (13)

  1. 입력 영상이 표시되는 화면을 가지는 표시패널;
    상기 입력 영상이 정지 영상일 때 상기 입력 영상의 피크 휘도를 낮추는 게인을 발생하여 상기 게인으로 상기 입력 영상의 픽셀 데이터를 변조하는 제어부; 및
    상기 화면의 서브 픽셀들에 상기 제어부로부터 수신된 픽셀 데이터를 기입하는 표시패널 구동회로를 포함하고,
    상기 게인은 화면 상의 위치에 따라 상이한 값으로 설정되는 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 서브 픽셀들 각각은 유기 화합물을 포함하는 발광 소자를 포함하고,
    상기 발광 소자는 상기 서브 픽셀들에 공급되는 픽셀 구동 전압(ELVDD)으로부터의 전류로 발광되고,
    상기 정지 영상이 지속되는 동안, 상기 서브 픽셀들 각각에서 상기 발광 소자의 전류가 감소되는 표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 게인은 상기 화면 상에서 미리 설정된 기준점에서 1로 설정되고, 상기 기준점의 피크 휘도 보다 낮은 위치에서 1 보다 낮은 전압으로 설정되는 표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 게인이 상기 서브 픽셀들에 기입될 픽셀 데이터 각각에 곱해지는 표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 정지 영상이 지속되는 동안, 상기 화면의 모든 서브 픽셀들에서 피크 휘도와 전류가 점진적으로 낮아지는 표시장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 정지 영상이 지속되는 동안 상기 기준점 이외의 위치에서 시간이 경과됨에 따라 상기 게인의 절대값이 점진적으로 높아지는 표시장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    매 프레임 기간마다 입력 영상의 평균 휘도를 계산하는 평균 휘도 계산부;
    상기 평균 휘도에 따라 미리 설정된 피크 휘도값을 출력하는 피크 휘도 제어부;
    상기 입력 영상이 정지 영상이면, 상기 정지 영상의 지속 기간 동안 상기 피크 휘도값을 낮추는 게인을 출력하는 휘도 조정부; 및
    상기 입력 영상의 픽셀 데이터를 상기 게인으로 변조하는 게인 적용부를 포함하는 표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 게인은
    상기 정지 영상이 지속되는 동안 상기 화면 전체의 휘도를 낮추는 제1 게인; 및
    상기 화면 상에서 미리 설정된 기준점의 피크 휘도를 기준으로 상기 기준점 이외의 위치에서 피크 휘도를 상기 기준점과 같게 조정하는 제2 게인을 포함하는 표시장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 매 프레임 기간 마다 상기 입력 영상의 픽셀 데이터에 따라 상기 표시패널에서 요구되는 전류를 계산하고, 상기 전류에 따라 게인을 선택하는 표시장치.
  10. 표시장치의 입력 영상이 정지 영상인지 판단하는 단계; 및
    상기 정지 영상의 입력이 지속되는 동안, 상기 화면의 위치별로 상이한 값으로 설정된 게인으로 상기 픽셀 데이터를 변조하여 상기 입력 영상의 픽셀 데이터를 변조하여 상기 표시장치의 화면 상에서 모든 서브 픽셀들의 피크 휘도를 낮추고 상기 화면의 평균 휘도를 균일하게 조정하는 단계를 포함하는 표시장치의 휘도 제어 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 정지 영상이 지속되는 동안, 상기 화면의 모든 서브 픽셀들에서 피크 휘도와 전류가 점진적으로 낮아지는 표시장치의 휘도 제어 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 정지 영상이 지속되는 동안 상기 화면 상에서 미리 설정된 기준점 이외의 위치에서 시간이 경과됨에 따라 상기 게인의 절대값이 점진적으로 높아지는 표시장치의 휘도 제어 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 매 프레임 기간 마다 상기 입력 영상의 픽셀 데이터에 따라 상기 표시패널에서 요구되는 전류를 계산하는 단계; 및
    상기 전류에 따라 게인을 선택하는 단계를 더 포함하는 표시장치의 휘도 제어 방법.
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