KR20080073821A - 액정 표시 장치 및 이의 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 입력 영상의 특정 영역에 대하여 주변 휘도를 고려하여 적응적으로 밝기를 보상함으로써 선명한 영상을 구현할 수 있는 액정 표시 장치 및 이의 구동 방법을 제공한다. 액정 표시 장치는, 액정 표시 패널과, 입력 영상에 대하여 n x n 크기의 메인블록 단위로 히스토그램을 분석하는 블록별 히스토그램 분석부, 메인블록과 인접하는 인접 블록의 히스토그램을 분석하는 인접 블록 히스토그램 분석부, 블럭별 히스토그램 분석부를 통해 분석한 휘도별 빈도 분포와, 인접 블록 히스토그램 분석부를 통해 분석한 휘도별 빈도 분포를 기초하여 메인 블록과 인접 블록의 변환함수를 각각 선택하는 블록별 변환함수 선택부, 메인 블록의 변환함수와 인접 블록의 변환함수를 비교하여, 두 변환함수 사이의 변환 폭을 줄일 수 있는 중간 변환함수를 선택하는 중간 변환함수 선택부, 중간 변환함수에 따라 메인 블록의 중앙 영역에 해당하는 데이터를 변조하는 블록별 데이터 스트레칭 처리부를 포함한다.
액정 표시 장치, 데이터 스트레칭, 휘도, 히스토그램, 색단차

Description

액정 표시 장치 및 이의 구동 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND DRIVING METHOD THEREOF}
도 1은 일반적인 액정 표시 장치에서의 데이터 스트레칭 장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 적응적 데이터 스트레칭부를 세부적으로 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 입력 영상에 대하여 블록 단위로 히스토그램을 분석하는 방법을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 한 블록에 대한 입력 영상을 분석한 히스토그램을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 변환함수의 다양한 형태를 도시한 그래프이다.
도 7 내지 도 9는 도 6에 도시된 다양한 변환함수를 휘도별 빈도 분포에 따라 구분하여 설명하기 위한 도면이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 메인 블록과 인접 블록간의 변환함수에 따른 중간 변환함수를 다양하게 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 변환함수를 이용하여 데이터 스트레칭하는 구동 방법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구동 방법에서 데이터를 스트레칭하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
110: 액정 표시 패널 120: 데이터 구동부
130: 게이트 구동부 140: 타이밍 콘트롤러
150: 적응적 데이터 스트레칭부
151: 블록별 히스토그램 분석부
152: 인접 블록 히스토그램 분석부
153: 블록별 변환함수 선택부
154: 중간 변환함수 선택부
155: 블록별 데이터 스트레칭 처리부
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액정 표시 장치에 표시되는 입력 영상에 대하여 주변 휘도를 고려하여 적응적으로 최적화한 액정 표시 장치 및 이의 구동 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display: LCD)는 입력되는 영상 신호에 따라 액정셀들의 광투과율을 조절하여 화상을 표시하게 된다.
이러한 액정 표시 장치에서 액티브 매트릭스(Active Matrix) 타입의 액정 표시 장치는 스위칭 소자의 능동적인 제어가 가능하기 때문에 동영상 구현에 유리하다. 여기서, 스위칭 소자로는 주로 박막트랜지스터(Thin Film Transistor: TFT)가 이용되고 있다.
최근, 액정 표시 장치는 사무기기의 표시소자, 모니터에서 텔레비젼으로 그 응용분야가 확대되고 있다.
따라서, 액정 표시 장치의 제조업체들은 기존의 음극선관(CRT)에 버금가는 화질을 구현할 수 있도록 화질 개선에 많은 투자를 하고 있다. 그 일환으로 데이터 스트레칭(data stretching)을 이용하여 명암비와 휘도를 개선하는 방안이 제안된 바 있다.
도 1은 일반적인 액정 표시 장치에서의 데이터 스트레칭 장치를 나타낸 구성도이다.
종래의 데이터 스트레칭 장치는 외부 시스템에서 타이밍 콘트롤러로 입력되는 비디오 데이터를 스트레칭(streching)하여 입력 영상의 휘도를 개선하는 기능을 한다.
도 1을 참조하면, 종래의 데이터 스트레칭 장치는 히스토그램 분석/온 스크린 디스플레이(On Screen Display: 이하 OSD) 입력부(11), 스트레칭 커브 선택 부(12), 복수의 데이터 스트레칭 커브(13A 내지 13N)를 포함한다.
히스트그램 분석/OSD입력부(11)는 입력 비디오 데이터(RGB(IN))에 대하여 한 프레임 단위로 휘도별 빈도 분포(이하, 히스트그램(Histogram))를 분석한 다음, 계산된 히스트그램 결과나 사용자(user)에 의해 선택되는 OSD 스트레칭 선택명령을 스트레칭 커브 선택부(12)에 공급한다.
스트레칭 커브 선택부(12)는 히스토그램 분석/OSD입력부(11)로부터의 히스트그램 결과나 OSD 스트레칭 선택명령에 따라 N개의 데이터 스트레칭 커브(13A 내지 13N) 중 어느 하나를 선택한다.
복수의 데이터 스트레칭 커브(13A 내지 13N)는 서로 다른 스트레칭 커브들이 저장되며, 스트레칭 커브 선택부(12)로부터 입력되는 데이터(RGB(IN))를 해당 데이터 스트레칭 커브(13A 내지 13N)에 따라 변조한다.
이러한 복수의 데이터 스트레칭 커브(13A 내지 13N)는 각각 룩업 테이블로 구성되어 메모리에 저장되고, 스트레칭 커브 선택부(12)로부터 입력되는 입력 비디오 데이터(RGB(IN))를 어드레스로 하여 그 데이터에 대응하는 스트레칭 데이터를 출력 비디오 데이터(RGB(OUT))로 출력한다.
그런데, 종래의 데이터 스트레칭 장치는 미리 설정된 데이터 스트레칭 커브들에 의해 최적화되기 어려운 입력 비디오 데이터(RGB(IN))로 인하여 화질이 떨어지는 문제점이 있다.
특히, 어두운 영상과 밝은 영상 부분이 같이 존재하는 입력 영상의 경우, 어두운 영상 또는 밝은 영상의 휘도가 감소하거나 증가하게 되어 제대로 보상이 이루 어지지 않는 문제점이 있다.
예컨대, 밤 하늘에 별이 있는 입력 영상의 경우, 히스토그램을 분석하여 데이터 스트레칭을 하면 별은 오히려 밝기가 감소하게 된다.
이는 단순히 전체 화면을 분석한 후 데이터 스트레칭을 하기 때문에, 한 프레임 단위로 히스토그램을 분석하더라도 세밀한 영상 표현이 어려운 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 입력 영상의 특정 영역에 대하여 주변 휘도를 고려하여 적응적으로 밝기를 보상함으로써 선명한 영상을 구현할 수 있는 액정 표시 장치 및 이의 구동 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 블록별 데이터 스트레칭을 하는 경우 인접하는 블록간 색 단차를 해소하여 부드러운 영상을 표시할 수 있는 액정 표시 장치 및 이의 구동 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정 표시 장치는, 입력 영상을 표시하는 액정 표시 패널, 상기 입력 영상에 대하여 n x n 크기의 메인블록 단위로 히스토그램을 분석하는 블록별 히스토그램 분석부; 상기 메인블록과 인접하는 인접 블록의 히스토그램을 분석하는 인접 블록 히스토그램 분석부; 상기 블럭별 히스토그램 분석부를 통해 분석한 휘도별 빈도 분포와, 상기 인접 블록 히스토그램 분석부를 통해 분석한 휘도별 빈도 분포를 기초하여 상기 메인 블록과 상기 인접 블록의 데이터 스트레칭을 위한 변환함수를 각각 선택하는 블록별 변환함수 선택부; 상기 메인 블록의 변환함수와 상기 인접 블록의 변환함수를 비교하여, 두 변환함수 사이의 변환 폭을 줄일 수 있는 중간 변환함수를 선택하는 중간 변환함수 선택부; 상기 중간 변환함수에 따라 상기 메인 블록의 중앙 영역에 해당하는 데이터를 변조하는 블록별 데이터 스트레칭 처리부; 및 상기 블록별 데이터 스트레칭 처리부를 통해 변환된 데이터를 상기 액정 표시 패널에 공급하는 데이터 구동부를 포함한다.
추가로, 상기 블럭별 데이터 스트레칭 처리부를 통해 변조된 데이터를 상기 데이터 구동부에 공급하도록 제어하는 타이밍 콘트롤러를 포함할 수 있다.
이때, 상기 블록별 히스토그램 분석부는 상기 입력 영상에 대하여 상기 메인 블록의 크기를 설정하고, 상기 메인 블록을 일정한 간격으로 이동시키면서 전체 입력 영상에 대해 분석하는 것을 특징으로 한다.
상기 메인 블록은 적어도 하나의 픽셀을 포함한다.
상기 일정한 간격은 픽셀 단위로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 인접 블록은 상기 메인 블록으로부터 좌측, 우측, 상측, 하측에 인접하는 블록들 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 메인 블록과 상기 인접 블록의 크기는 동일하거나, 또는 서로 다른 것을 특징으로 한다.
상기 블록별 변환함수 선택부는, 상기 메인 블록 및 상기 인접 블록의 휘도별 빈도 분포에 따라 정상모드, 고휘도 모드, 저휘도 모드 중 어느 하나를 각각 선택하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치의 구동 방법은, 액정 표시 패널에 입력되는 입력 영상에 대하여 n x n 크기의 메인 블록과, 상기 메인 블록과 인접하는 인접 블록의 영역을 설정하는 단계, 상기 설정된 메인 블록과 상기 인접 블록에 대한 히스토그램을 분석하는 단계, 상기 히스토그램에서 상기 메인 블록과 상기 인접 블록에 대한 휘도별 빈도 분포에 기초하여 데이터 스트레칭을 위한 변환함수를 각각 선택하는 단계, 상기 메인 블록의 변환함수와 상기 인접 블록에 대한 변환함수를 서로 비교하여 두 변환함수의 변환 폭을 줄일 수 있는 중간 변환함수를 선택하는 단계, 상기 중간 변환함수를 이용하여 상기 메인 블록의 중앙 영역에 해당하는 데이터를 변조하는 단계, 및 상기 변조된 데이터를 액정 표시 패널에 표시하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 메인 블록과 상기 인접 블록의 영역을 설정하는 단계는, 상기 메인 블록과 상기 인접 블록의 크기를 각각 설정하고, 상기 인접 블록을 상기 메인 블록으로부터 좌측, 우측, 상측, 하측에 인접하는 블록들 중 적어도 하나를 선택하 는 것을 특징으로 한다.
상기 메인 블록과 상기 인접 블록의 크기를 동일하게 설정하거나, 서로 다르게 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 메인 블록과 상기 인접 블록에 대한 히스토그램을 분석하는 단계는, 상기 메인 블록을 일정한 간격으로 이동시키면서 상기 액정 표시 패널의 전체 영역에 대해 분석하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 일정한 간격은 픽셀 단위로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 변환함수를 선택하는 단계는, 상기 히스토그램에서 휘도값의 기준상한치 및 기준하한치를 설정하고, 상기 기준상한치 및 상기 기준하한치를 기준으로 구분되는 세 구간의 빈도 분포를 계산하는 단계와, 상기 상기 기준상한치 및 상기 기준하한치를 기준으로 구분되는 세 구간의 빈도수를 기설정된 기준 빈도수와 비교하는 단계, 및 상기 비교 결과에 따라 변환함수를 선택하는 단계를 포함한다.
상기 비교 결과에 따라 변환함수를 선택하는 단계는, 정상모드, 고휘도 모드, 저휘도 모드 중 어느 하나를 선택하는 것을 특징으로 한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 입력 영상이 표시되는 액정 표시 패널(110)과, 액정 표시 패널(110)의 데이터 라인들(DL1 내지 DLm)에 데이터를 공급하기 위한 데이터 구동부(120), 액정 표시 패널(110)의 게이트 라인들(GL1 내지 GLn)에 스캔 펄스를 공급하기 위한 게이트 구동부(130), 데이터 구동부(120)와 게이트 구동부(130)를 제어하는 타이밍 콘트롤러(140), 및 주변 휘도에 따라 입력 비디오 데이터(RGB)를 데이터 스트레칭하는 적응적 데이터 스트레칭부(150)를 포함한다.
액정 표시 패널(110)은 두 장의 상부 기판과 하부 기판 사이에 액정층이 형성되며, 하부 기판 상에는 데이터 라인들(DL1 내지 DLm)과 게이트 라인들(GL1 내지 GLn)이 상호 직교되게 배치된다. 그리고, 데이터 라인들(DL1 내지 DLm)과 게이트 라인들(GL1 내지 GLn)이 교차된 부위에 형성되는 박막트랜지스터(Thin Film Transistor: TFT)는 게이트 라인들(GL1 내지 GLn)의 스캔 펄스에 응답하여 데이터 라인들(DL1 내지 DLm)로 입력되는 데이터를 액정셀(Clc)에 공급하게 된다.
이를 위하여, 박막트랜지스터(TFT)의 게이트 전극은 게이트 라인들(GL1 내지 GLn)에 접속되고, 소스 전극은 데이터 라인들(DL1 내지 DLm)에 접속된다. 그리고, 박막트랜지스터(TFT)의 드레인 전극은 액정셀(Clc)의 화소 전극에 접속된다. 또한, 액정 표시 패널(110)의 하부 기판 상에는 액정셀(Clc)의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 캐패시터(Storage Capacitor: Cst)가 형성된다. 스토리지 캐패시터(Cst) 는 액정셀(Clc)과 전단 게이트 라인들(GL1 내지 GLn) 사이에 형성될 수도 있으며, 액정셀(Clc)과 별도의 공통 라인 사이에 형성될 수도 있다.
데이터 구동부(120)는 타이밍 콘트롤러(140)로부터 공급되는 데이터 제어 신호(DCS)에 응답하여 타이밍 콘트롤러(140)로부터 스트레칭된 비디오 데이터(R1G1B1)를 입력 받고, 스트레칭된 비디오 데이터(R1G1B1)를 타이밍 콘트롤러(140)의 제어하에 스캔 펄스에 동기되도록 액정 표시 패널(110)의 데이터 라인들(DL1 내지 DLm)에 공급한다.
게이트 구동부(130)는 타이밍 콘트롤러(140)로부터의 게이트 제어신호(GDC)에 응답하여 스캔 펄스를 순차적으로 각 게이트 라인들(GL1 내지 GLn)에 공급함으로써 게이트 라인들(GL1 내지 GLn)에 접속된 각각의 박막트랜지스터(TFT)를 턴-온(Turn-on)시켜 데이터의 화소전압 즉, 아날로그 감마 보상 전압이 공급될 1 수평라인의 액정셀(Clc)들을 선택한다. 그러면, 데이터 구동부(120)로부터 발생되는 데이터들은 스캔 펄스에 의해 선택된 수평 라인의 액정셀(Clc)에 공급된다.
적응적 데이터 스트레칭부(150)는 타이밍 콘트롤러(140)로 인가되는 입력 비디오 데이터(RGB)의 히스토그램을 메인 블록 및 메인 블록과 인접하는 인접 블록으로 구분하여 블록(block) 단위로 분석하고, 메인 블록과 인접 블록의 히스토그램에서 휘도별 빈도 분포에 따른 최적의 변환함수를 선택한다. 그리고, 스트레칭 범위를 포함하는 빈도 분포와 미리 설정된 연산 알고리즘을 따라 결정되는 기준 빈도수를 비교하여 메인 블록에 대한 데이터 스트레칭을 적응적으로 처리함으로써 스트레칭된 출력 비디오 데이터(R0G0B0)를 출력한다.
따라서, 적응적 데이터 스트레칭부(150)는 매 화면의 입력 영상에서 블록 단위로 히스토그램을 분석하고, 특히 메인 블록을 주변 휘도뿐만 아니라 인접 블록과 고려하여 데이터 스트레칭함으로써, 부분 영역의 밝기 정도를 보상하고 인접하는 볼록간 색 단차를 방지하고자 한다.
이러한 적응적 데이터 스트레칭부(150)는 타이밍 콘트롤러(140)에 내장될 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 적응적 데이터 스트레칭부를 세부적으로 나타낸 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 적응적 데이터 스트레칭부(150)는 크게 블록별 히스토그램 분석부(151), 인접 블록 히스토그램 분석부(152), 블록별 변환함수 선택부(153), 중간 변환함수 선택부(154), 및 블록별 데이터 스트레칭 처리부(155)를 포함한다.
여기서, 블록별 히스토그램 분석부(151), 인접 블록 히스토그램 분석부(152), 블록별 변환함수 선택부(153), 중간 변환함수 선택부(154), 및 블록별 데이터 스트레칭 처리부(155)는 모두 타이밍 콘트롤러(140)에 내장될 수 있으며, 이들 중 적어도 어느 하나 또는 그 이상 선택적으로 내장될 수 있다.
이하 각 구성요소를 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 입력 영상에 대하여 블록 단위로 히스토그램을 분석하는 방법을 보여주는 도면이다.
도 3과 연계하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 적응적 데이터 스트레 칭부(150)에서 블록별 히스토그램 분석부(151)는 입력 영상에 대하여 n x n 크기의 블록 단위로 히스토그램을 분석한다.
이를 위한 블록별 히스토그램 분석부(151)는 입력 영상에 대하여 메인 블록(151a)의 크기를 설정하고, 설정된 메인 블록(151a)을 일정한 간격으로 이동시키면서 전체 화면에 대해 히스토그램을 분석한다.
여기서, 메인 블록(151a)의 개수는 입력 영상이 표시되는 화면의 크기나 메인 블록(151a)의 크기에 따라 달라진다.
또한, 메인 블록(151a)의 크기 n x n 은 입력 영상의 크기 및 히스토그램을 분석하고자 하는 크기 등에 따라 달라지는데, 적어도 하나 하나의 픽셀을 포함한다. 즉, n은 픽셀 단위를 의미하며, 1 이상이 된다.
도 4는 일 예로 3 x 3 크기를 갖는 블록을 도시하였다.
이러한 메인 블록(151a)의 이동은 한 화면의 시작점에서 우측 또는 좌측, 하측 또는 상측 등의 일 방향으로 이루어지며, 이동 간격은 픽셀 단위로 이루어진다.
도시된 바와 같이 3 x 3 크기를 갖는 메인 블록(151a)의 경우, 한 픽셀 단위로 이동하게 되면 메인 블록(151a)은 서로 중첩될 수 있다.
이와 같은 방식으로 분석된 히스토그램은 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 한 블록에 대한 입력 영상을 분석한 히스토그램을 일 예로 도시한 그래프이다.
통상, 히스토그램은 도 5에 도시된 바와 같이 X축에 0에서 255 범위를 가진 휘도 성분을 나타내고, Y축은 n x n 크기의 블록에서 X축에 대응되는 휘도값을 가 진 픽셀의 수가 몇 개가 되는지를 나타내는 빈도 분포도이다.
도시된 그래프를 살펴보면, 임의의 한 메인 블록에 대해 히스토그램을 분석한 결과, 128 내지 160 사이의 휘도값을 가지는 픽셀이 많음을 알 수 있다. 즉, 임의의 한 메인 블록에 해당하는 영상은 중간 계조(128) 보다는 약간 밝은 영상임을 유추할 수 있다.
예를 들면, 어두운 입력 영상은 밝기가 낮은 저휘도 데이터들이 고휘도 데이터보다 많고, 이와 반대로 밝은 입력 영상의 경우는 밝기가 높은 고휘도 데이터들이 저휘도 데이터보다 많다.
다시 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 적응적 데이터 스트레칭부(150)에서, 인접 블록 히스토그램 분석부(152)는 메인 블록과 인접하게 되는 인접 블록의 히스토그램을 분석한다.
이러한 인접 블록은 도 4에 도시된 것처럼, 메인 블록(151a)으로부터 좌측, 우측, 상측, 하측에 인접하는 블록들(151b, 151c, 151d, 151e) 중 적어도 하나를 선택적으로 설정할 수 있다.
이를 테면, 메인 블록(151a)을 상측 왼쪽에서부터 오른쪽으로 이동하는 방식에 따라 데이터 스트레칭을 하는 경우, 메인 블록(151a)의 좌측에 인접하는 인접 블록(151b, 151c, 151d, 151e)을 선택적으로 설정함으로써 이전 블록에서 데이터 스트레칭된 데이터를 기준으로 다음 블록을 데이터 스트레칭하도록 한다.
또는, 메인 블록(151a)의 좌측, 우측, 상측, 하측에 인접하는 각각의 인접 블록(151b, 151c, 151d, 151e)에 대하여 데이터 스트레칭을 수행할 수 있다.
인접 블록(151b, 151c, 151d, 151e)의 크기는 구동의 편의상, 블록별 히스토그램 분석부(151)를 통해 설정된 메인 블록(151a)의 크기에 따라 메인 블록(151a)과 동일한 크기로 이루어진다. 그러나, 경우에 따라서는 메인 블록(151a)의 크기와 다르게 설정할 수 있다.
이러한 인접 블록 히스토그램 분석부(152)는 블록별 히스토그램을 분석한 결과 변환함수에 따라 다르게 출력되는 색 변환에 의해 인접하는 블록간 색 단차가 눈에 띄게 발생하는 것을 방지하기 위함이다.
블록별 변환함수 선택부(153)는, 블록별 히스토그램 분석부(151) 및 인접 블록 히스토그램 분석부(152)를 통해 계산된 결과로서, 메인 블록(151a)과 인접 블록(151b, 151c, 151d, 151e)에 대한 휘도별 빈도 분포에 따라 최적의 변환함수를 각각 선택한다.
그리고, 변환함수를 선택하는 기준으로서 휘도값의 기준상한치(Pmax) 및 기준하한치(Pmin)를 외부로부터 입력받는다.
이때, 변환함수는 다수 개의 영역들 각각에서 총 픽셀 데이터 수(총 빈도 수)에 비례하는 기울기를 서로 연결함으로써 도출된다. 이는 매 입력 영상마다 실시간으로 연산식을 통해 도출할 수 있다.
변환함수의 기울기는 출력 휘도값/입력 휘도값이며, 각 영역내에 포함된 총 빈도수가 많을수록 기울기가 커져 이에 해당하는 계조 표현력이 커진다.
또한, 변환함수는 히스토그램의 빈도 분포에 따라 정상 모드, 고휘도 모드, 저휘도 모드로 분류되며, 정상 모드, 고휘도 모드, 저휘도 모드에 따라 변환함수의 형태가 달라진다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 변환함수의 다양한 형태를 도시한 그래프로, 도시된 바와 같이 고휘도 모드, 저휘도 모드, 정상 모드에 따라 변환함수(A, B, C)가 모두 다른 것을 볼 수 있다.
도 7 내지 도 9는 도 6에 도시된 여러 변환함수를 휘도별 빈도 분포에 따라 구분하여 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로, 도 7은 고휘도 모드를 도시한 그래프이고, 도 8a 및 도 8b는 저휘도 모드를 도시한 그래프이며, 도 9는 정상 모드를 도시한 그래프이다.
도 7을 참조하면, X축은 휘도값이고, Y축은 X축의 각 휘도값에 대응되는 빈도수를 나타내고 있다.
그래프에서 알 수 있듯이, 고휘도 모드는 미리 설정된 기준상한치(Pmax) 및 기준하한치(Pmin)와 비교했을 때, 기준상한치(Pmax) 이상의 휘도값을 갖는 빈도수(HFN)가 기설정된 기준 빈도수 보다 큰 조건을 만족한다.
이때, 기준 빈도수는 기준상한치(Pmax) 이상의 휘도값을 갖는 평균 빈도수로, 기준상한치(Pmax) 이상의 휘도값을 갖는 빈도수(HFN)와 비교하기 위한 대상이 된다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 저휘도 모드는 도 8a에 도시된 바와 같이 기준하한치(Pmax) 이하의 휘도값을 갖는 빈도수(LFN1)가 기설정된 기준 빈도수보다 크거나, 또는 도 8b에 도시된 바와 같이 기준하한치(Pmin) 이하인 동시에 기준상한치(Pmax) 이상인 휘도값을 갖는 빈도수(LFN2)가 기설정된 기준 빈도수보다 큰 경우 이다.
여기서, 기준 빈도수는 고휘도 모드에서의 기준 빈도수와는 달리, 저휘도 모드의 조건을 만족하는 휘도값을 갖는 평균 빈도수에 해당된다.
도 9를 참조하면, 정상 모드는 고휘도 모드 및 저휘도 모드의 조건을 모두 만족하지 않는 경우로서, 기준하한치(Pmin)보다 크고 기준상한치(Pmax)보다 작은 휘도값을 갖는 빈도수(NFN)가 기설정된 기준 빈도수보다 큰 경우이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 메인 블록과 인접 블록간의 변환함수에 따른 중간 변환함수를 다양하게 나타낸 그래프이다.
본 발명의 실시예에 따른 적응적 데이터 스트레칭부(150)에서, 중간 변환함수 선택부(154)는 블록별 변환함수 선택부(153)를 통해 산출된 메인 블록의 변환함수와 인접 블록의 변환함수를 서로 비교하여, 두 변환함수 사이의 변환 폭을 줄일 수 있는 최적의 중간 변환함수를 선택한다.
이때, 메인 블록에 대한 변환함수는 앞서 설명한 블록별 히스토그램 분석부(151)로부터 산출되며, 인접 블록에 대한 변환함수는 인접 블록 히스토그램 분석부(152)로부터 산출된다.
중간 변환함수는 이러한 메인 블록에 대한 변환함수와 인접 블록에 대한 변환함수 사이의 변환 폭 정도에 따라 각기 달라진다.
즉, 메인 블록에 대한 변환함수와 인접 블록에 대한 변환함수가 동일한 모드를 만족하는 경우라면 동일한 변환함수이므로 중간 변환함수 또한 동일한 변환함수가 되지만, 메인 블록에 대한 변환함수와 인접 블록에 대한 변환함수 가 달라 두 변환함수간 변환 폭 정도가 커지면 인접하는 두 블록간 색 단차가 심해지기 때문에 이를 해소하기 위한 중간 변환함수 또한 두 변환함수에 따라 달라져야 한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 메인 블록에 대한 변환함수와 인접 블록에 대한 변환함수가 고휘도 모드와 저휘도 모드로 서로 다른 경우, A곡선과 B곡선 사이의 중간 기울기를 갖는 M1곡선이 중간 변환함수로 선택될 수 있다.
다른 예로, 도 11에 도시된 바와 같이 메인 블록에 대한 변환함수와 인접 블록에 대한 변환함수가 고휘도 모드와 정상 모드로 서로 다른 경우, A곡선과 C곡선 사이의 중간 기울기를 갖는 M2곡선이 중간 변환함수로 선택된다.
또 다른 예로, 도 12에 도시된 바와 같이 메인 블록에 대한 변환함수와 인접 블록에 대한 변환함수가 저휘도 모드와 정상 모드로 서로 다른 경우, B곡선과 C곡선 사이의 중간 기울기를 갖는 M3곡선이 중간 변환함수로 선택된다.
이와 같이, 중간 변환함수 선택부(154)는 메인 블록의 변환함수와 인접 블록의 변환함수가 서로 달라 동일 입력값에 대해 출력값이 차이가 나는 경우 색 단차가 눈에 띄게 발생하기 때문에, 두 변환함수 사이의 중간 기울기를 갖는 중간 변환함수를 선택함으로써 서로 인접하는 블록간의 색 변환 폭을 줄인다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 변환함수를 이용하여 데이터 스트레칭하는 구동 방법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 3과 연계하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 적응적 데이터 스트레칭부(150)에서, 블록별 데이터 스트레칭 처리부(155)는 중간 변환함수 선택부(154)에서 선택된 중간 변환함수를 이용하여 각 메인 블록을 데이터 스트레칭한다.
예를 들면, 도 13에 도시된 바와 같이 입력 영상의 한 메인 블록에 대해 히스토그램을 분석한 결과, 5개의 구간에 대해 S의 기울기를 갖는 변환함수가 선택되어 산출되고, 입력되는 픽셀의 휘도값 x_in이 x_2와 x_3 사이의 값이라 가정한다.
그러면, 아래와 같은 수학식으로 입력 휘도값을 변환한다.
y_out = slope_3*(x_in - x2) + y2
여기서, y_out은 입력되는 픽셀의 휘도값 x_in에 대한 출력값으로, 수학식에 따르면 휘도값 x_in을 y_out로 변환하는 것이다.
위와 같은 방식으로 입력 영상의 x_in 값에 대한 데이터가 변환되어 y_out가 출력되고, 출력된 y_out이 자외선(UV)와 함께 다시 데이터 변환을 하여 화면에 표시하게 된다.
즉, 블록별 데이터 스트레칭 처리부(155)는 n x n 크기의 메인 블록에 포함되는 픽셀을 최종적으로 선택된 중간 변환함수에 기초하여 입력 데이터와 대응되는 출력 데이터로 변조한다.
이때, n x n 크기의 메인 블록에 포함되는 픽셀을 모두 변환하는 것이 아니라, 메인 블록(도 4의 151a) 중 중앙 영역(도 4의 151a_cnt)에 해당되는 픽셀만 변조시킴으로써, 특정 영역에 대한 주변 환경(휘도 및 명암비)을 고려하여 적응적으로 밝기를 보상한다.
이러한 변조가 화면에 전면적으로 이루어질 때, 입력 영상의 휘도 및 동적범위를 확대하여 세밀한 영상 표현이 가능하며, 이와 동시에 인접하는 블록간 색 단 차를 해소하여 부드러운 영상을 표시할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 n x n 크기의 메인 블록과 이와 인접하는 인접 블록에 대한 히스토그램을 분석하여 최적의 변환함수를 선택하고, 선택된 변환함수에 메인 블록의 중앙 영역을 맵핑하여 입력 휘도값에 대응되는 출력 휘도값으로 데이터를 변조함으로써, 표시 영상의 명암비를 크게 함에 따라 보다 자연스럽고 선명한 영상을 구현한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구동 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구동 방법에서 데이터를 스트레칭하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
처음 단계에서, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 데이터 스트레칭 방법은 액정 표시 패널에 입력되는 입력 영상에 대하여 n x n 크기의 메인 블록과, 메인 블록과 인접하는 인접 블록의 영역을 설정한다(S1).
메인 블록의 크기는 입력 영상 및 히스토그램을 분석하고자 하는 크기 등에 따라 결정하고, 인접 블록은 메인 블록으로부터 좌측, 우측, 상측, 하측에 인접하는 블록들 중 하나를 선택하여 결정한다.
그리고, 인접 블록의 크기는 메인 블록의 크기와 동일하게 설정할 수 있으며, 경우에 따라서는 다르게 설정할 수도 있다.
이후, 설정된 메인 블록 및 인접 블록에 대한 히스토그램을 각각 분석하여 적합한 변환함수를 선택한다(S2, S3).
메인 블록과 인접 블록에 대한 히스토그램을 분석하는 과정은 메인 블록을 일정한 간격으로 이동시키면서 액정 표시 패널의 전체 영역에 대해 분석한다. 그러면, 인접 블록은 메인 블록에 따라 결정되기 때문에 메인 블록의 이동 방식에 따라 분석한다.
여기서, 일정한 간격은 픽셀 단위로 이루어지며, 최소 하나의 픽셀 단위로 이동이 가능하다.
세밀한 영상을 표현하기 위해서는 이동 전의 메인 블록과 이동 후의 메인 블록간 중첩되도록 하는 것이 좋다. 이는 주변 휘도를 고려하여 메인 블록 전체의 데이터를 변조하는 것이 아니라, 메인 블록의 중앙 영역에 대한 데이터만 변조하는 방식이므로 변조되는 중앙 영역이 최대한 서로 인접되도록 하기 위함이다.
변환함수를 선택하는 과정은 계산된 히스토그램에서 각 휘도별 빈도 분포에 따라 데이터 스트레칭을 위한 최적의 변환함수를 선택한다.
세부적으로 설명하면, 계산된 히스토그램에서 휘도값의 기준상한치 및 기준하한치를 미리 설정하고, 설정된 기준상한치 및 기준하한치를 기준으로 구분되는 세 구간의 빈도 분포를 계산한다.
이후, 기준상한치 및 기준하한치를 기준으로 구분되는 세 구간의 빈도수를 기설정된 기준빈도수와 비교한 다음, 비교 결과에 따라 변환함수를 선택한다.
여기서, 변환함수는 히스토그램의 빈도 분포에 따라 정상 모드, 고휘도 모드, 저휘도 모드로 분류된다.
따라서, 기준상한치 이상의 휘도값을 갖는 빈도수가 미리 설정된 기준 빈도수보다 큰 경우는 고휘도 모드의 변환함수를 선택한다.
또는, 기준상한치 이하의 휘도값을 갖는 빈도수가 미리 지정된 기준 빈도수보다 크거나, 또는 기준하한치 이하인 동시에 기준상한치 이상의 휘도값을 갖는 빈도수가 미리 지정된 기준 빈도수보다 큰 경우는 저휘도 모드의 변환함수를 선택한다.
또는, 기준하한치보다 크고 기준상한치보다는 작은 휘도값을 갖는 빈도수가 미리 지정된 기준 빈도수보다 큰 경우는 정상 모드의 변환함수를 선택한다.
이후, 선택된 메인 블록에 대한 변환함수와 인접 블록에 대한 변환함수를 서로 비교하여, 두 변환함수의 변환 폭을 줄일 수 있는 최적의 중간 변환함수를 선택한다(S4, S5).
선택된 중간 변환함수는 메인 블록에 대한 변환함수와 인접 블록에 대한 변환함수의 변환 폭 정도에 따라 각기 다르다. 이는 변환함수의 형태에 의해 결정될 수 있다.
즉, 비교되는 메인 블록에 대한 변환함수와 인접 블록에 대한 변환함수가 고휘도 모드의 변환함수와 저휘도 모드의 변환함수인 경우와, 고휘도 모드의 변환함수와 정상 모드의 변환함수인 경우, 저휘도 모드와 정상 모드의 변환함수인 경우로 구분하여 중간 변환함수를 결정할 수 있다.
이후, 전 단계에서 선택된 중간 변환함수를 이용하여 메인 블록의 중앙 영역에 해당하는 데이터를 변조한다(S6).
이때, n x n 크기를 갖는 메인 블록에 포함되는 픽셀을 모두 변환하는 것이 아니라, n x n 메인 블록의 중앙 영역에 해당되는 픽셀만 변조시킴으로써, 특정 영역에 대한 주변 환경(휘도 및 명암비)을 고려하여 적응적으로 밝기를 보상한다.
이러한 변조가 화면의 전면적으로 이루어지면 입력 영상의 휘도 및 동적 범위를 확대하여 자연스럽고 세밀한 영상 표현이 가능하며, 이와 동시에 인접하는 블록간 색 단차를 해소하여 부드러운 영상을 표시할 수 있다.
마지막으로, 변조된 데이터를 액정 표시 장치의 타이밍 콘트롤러와 데이터 구동부를 통해 데이터 라인들에 인가함으로써 액정 표시 패널에 표시한다(S7).
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 액정 표시 장치는, 입력 영상을 n x n 블록 단위로 히스토그램을 분석하고 이를 기준으로 변환함수를 선택한 후, n x n 블록의 중앙값만 변환함수에 맵핑하여 입력 휘도값에 대한 출력값으로 변조함으로써, 표시 영상의 휘도 및 동적 범위를 확대하여 보다 세밀하고 선명한 영상을 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (24)

  1. 입력 영상을 표시하는 액정 표시 패널;
    상기 입력 영상에 대하여 n x n 크기의 메인블록 단위로 히스토그램을 분석하는 블록별 히스토그램 분석부;
    상기 메인블록과 인접하는 인접 블록의 히스토그램을 분석하는 인접 블록 히스토그램 분석부;
    상기 블럭별 히스토그램 분석부를 통해 분석한 휘도별 빈도 분포와, 상기 인접 블록 히스토그램 분석부를 통해 분석한 휘도별 빈도 분포를 기초하여 상기 메인 블록과 상기 인접 블록의 데이터 스트레칭을 위한 변환함수를 각각 선택하는 블록별 변환함수 선택부;
    상기 메인 블록의 변환함수와 상기 인접 블록의 변환함수를 비교하여, 두 변환함수 사이의 변환 폭을 줄일 수 있는 중간 변환함수를 선택하는 중간 변환함수 선택부;
    상기 중간 변환함수에 따라 상기 메인 블록의 중앙 영역에 해당하는 데이터를 변조하는 블록별 데이터 스트레칭 처리부; 및
    상기 블록별 데이터 스트레칭 처리부를 통해 변환된 데이터를 상기 액정 표시 패널에 공급하는 데이터 구동부
    를 포함하는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 블럭별 데이터 스트레칭 처리부를 통해 변조된 데이터를 상기 데이터 구동부에 공급하도록 제어하는 타이밍 콘트롤러를 추가로 포함하는 액정 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 블록별 히스토그램 분석부는 상기 입력 영상에 대하여 상기 메인 블록의 크기를 설정하고, 상기 메인 블록을 일정한 간격으로 이동시키면서 전체 입력 영상에 대해 분석하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 메인 블록은 적어도 하나의 픽셀을 포함하는 액정 표시 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 일정한 간격은 픽셀 단위로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 인접 블록은 상기 메인 블록으로부터 좌측, 우측, 상측, 하측에 인접하는 블록들 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 메인 블록과 상기 인접 블록의 크기는 동일하거나, 또는 서로 다른 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 블록별 변환함수 선택부는,
    상기 메인 블록 및 상기 인접 블록의 휘도별 빈도 분포에 따라 정상모드, 고휘도 모드, 저휘도 모드 중 어느 하나를 각각 선택하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 고휘도 모드는 기준상한치 이상의 휘도값을 갖는 빈도수가 기설정된 기준 빈도수보다 큰 경우인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 저휘도 모드는, 기준하한치 이하의 휘도값을 갖는 빈도수가 미리 지정된 기준 빈도수보다 크거나, 또는 기준하한치 이하인 동시에 기준상한치 이상의 휘도값을 갖는 빈도수가 미리 지정된 기준 빈도수보다 큰 경우인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 정상 모드는 상기 기준하한치보다 크고 상기 기준상한치보다는 작은 휘도값을 갖는 빈도수가 미리 지정된 기준 빈도수보다 큰 경우인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 중간 변환함수는 상기 메인 블록의 변환함수와 상기 인접 블록의 변환함수 사이의 변환 폭 정도에 따라 각기 다른 것을 특징으로 액정 표시 장치.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 블록별 히스토그램 분석부, 상기 인접 블록 히스토그램 분석부, 상기 블록별 변환함수 선택부, 상기 중간 변환함수 선택부 또는 상기 블록별 데이터 스트레칭 처리부는 상기 타이밍 콘트롤러에 내장 가능한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  14. 액정 표시 패널에 입력되는 입력 영상에 대하여 n x n 크기의 메인 블록과, 상기 메인 블록과 인접하는 인접 블록의 영역을 설정하는 단계;
    상기 설정된 메인 블록과 상기 인접 블록에 대한 히스토그램을 분석하는 단계;
    상기 히스토그램에서 상기 메인 블록과 상기 인접 블록에 대한 휘도별 빈도 분포에 기초하여 데이터 스트레칭을 위한 변환함수를 각각 선택하는 단계;
    상기 메인 블록의 변환함수와 상기 인접 블록에 대한 변환함수를 서로 비교하여 두 변환함수의 변환 폭을 줄일 수 있는 중간 변환함수를 선택하는 단계;
    상기 중간 변환함수를 이용하여 상기 메인 블록의 중앙 영역에 해당하는 데이터를 변조하는 단계; 및
    상기 변조된 데이터를 액정 표시 패널에 표시하는 단계
    를 포함하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 메인 블록과 상기 인접 블록의 영역을 설정하는 단계는, 상기 메인 블록과 상기 인접 블록의 크기를 각각 설정하고, 상기 인접 블록을 상기 메인 블록으로부터 좌측, 우측, 상측, 하측에 인접하는 블록들 중 적어도 하나를 선택하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 메인 블록과 상기 인접 블록의 크기를 동일하게 설정하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 메인 블록과 상기 인접 블록의 크기를 서로 다르게 설정하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 메인 블록과 상기 인접 블록에 대한 히스토그램을 분석하는 단계는, 상기 메인 블록을 일정한 간격으로 이동시키면서 상기 액정 표시 패널의 전체 영역에 대해 분석하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 일정한 간격은 픽셀 단위로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 변환함수를 선택하는 단계는,
    상기 히스토그램에서 휘도값의 기준상한치 및 기준하한치를 설정하고, 상기 기준상한치 및 상기 기준하한치를 기준으로 구분되는 세 구간의 빈도 분포를 계산하는 단계와,
    상기 상기 기준상한치 및 상기 기준하한치를 기준으로 구분되는 세 구간의 빈도수를 기설정된 기준 빈도수와 비교하는 단계, 및
    상기 비교 결과에 따라 변환함수를 선택하는 단계
    를 포함하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 비교 결과에 따라 변환함수를 선택하는 단계는, 정상모드, 고휘도 모드, 저휘도 모드 중 어느 하나를 선택하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 비교 결과에 따라 변환함수를 선택하는 단계는,
    상기 기준상한치 이상의 휘도값을 갖는 빈도수가 기설정된 기준 빈도수보다 큰 경우 상기 고휘도 모드를 선택하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 비교 결과에 따라 변환함수를 선택하는 단계는,
    상기 기준하한치 이하의 휘도값을 갖는 빈도수가 기설정된 기준 빈도수보다 크거나, 또는 상기 기준하한치 이하인 동시에 기준상한치 이상의 휘도값을 갖는 빈도수가 기설정된 기준 빈도수보다 큰 경우 상기 저휘도 모드를 선택하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 비교 결과에 따라 변환함수를 선택하는 단계는,
    상기 기준하한치보다 크고 상기 기준상한치보다는 작은 휘도값을 갖는 빈도수가 기설정된 기준 빈도수보다 큰 경우 상기 정상 모드를 선택하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
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