KR20120003758A - 스캐닝 백라이트 구동방법과 이를 이용한 입체영상 표시장치 - Google Patents

스캐닝 백라이트 구동방법과 이를 이용한 입체영상 표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스캐닝 백라이트 구동방법과 이를 이용한 입체영상 표시장치에 관한 것이다. 본 발명의 스캐닝 백라이트 구동방법은 표시패널에 빛을 조사하기 위한 백라이트 유닛을 다수의 블록들로 분할하는 단계; 입력 영상을 블록별로 분할하여 상기 블록별로 상기 입력 영상의 계조 분포를 분석하는 단계; 상기 계조 분포를 분석한 결과에 기초하여 상기 블록별 대표값을 추출하며, 이전 단안 영상의 블록별 대표값과 현재의 또다른 단안 영상의 블록별 대표값의 차이를 산출하는 단계; 산출된 상기 이전 단안 영상의 블록별 대표값과 상기 현재의 또다른 단안 영상의 블록별 대표값의 차이에 따라 백라이트 점등 타이밍을 조정하는 단계; 및 상기 블록별 조정된 상기 백라이트 점등 타이밍에 상기 블록들을 점등하는 제어신호를 발생하는 단계를 포함한다.

Description

스캐닝 백라이트 구동방법과 이를 이용한 입체영상 표시장치{SCANNING BACKLIGHT DRIVING METHOD AND STEREOSCOPIC IMAGE DISPLAY DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 스캐닝 백라이트 구동방법과 이를 이용한 입체영상 표시장치에 관한 것이다.
입체영상 표시장치는 양안시차방식(stereoscopic technique)과 복합시차지각방식(autostereoscopic technique)으로 나뉘어진다. 양안시차방식은 입체 효과가 큰 좌우 눈의 시차 영상을 이용하며, 안경방식과 무안경방식이 있고 두 방식 모두 실용화되고 있다. 안경방식은 직시형 표시소자나 프로젝터에 좌우 시차 영상의 편광을 바꿔서 또는 시분할방식으로 표시한다. 안경방식은 편광안경 또는 액정셔터안경을 사용하여 입체영상을 구현한다. 무안경방식은 일반적으로 패럴렉스 배리어, 렌티큘러 렌즈 등의 광학판을 사용하여 좌우시차 영상의 광축을 분리하여 입체영상을 구현한다.
셔터안경방식 입체영상 표시장치는 좌안 영상과 우안 영상을 표시패널에 시분할로 표시한다. 사용자가 착용하는 안경은 좌안 영상의 빛을 투과시키는 좌안 셔터와, 우안 영상의 빛을 투과시키는 우안 셔터를 포함한다. 따라서, 사용자는 기수 프레임 동안 좌안 영상만을 보게 되고, 우수 프레임 기간 동안 우안 영상만을 보게 되어 양안 시차로 입체감을 느낄 수 있다.
입체영상 표시장치는 액정표시소자를 이용하여 구현될 수 있다. 액정표시장치는 액정층에 인가되는 전계를 제어하여 백라이트 유닛으로부터 입사되는 빛을 변조함으로써 화상을 표시한다. 입체영상을 구현하는 액정표시장치에 있어서, 표시패널의 액정은 수학식 1 및 2와 같이, 고유한 점성과 탄성 등의 특성에 의해 응답속도가 느리다.
Figure pat00001
수학식 1에서, τr는 액정에 전압이 인가될 때의 라이징 타임(rising time)을, Va는 인가전압을, VF는 액정분자가 경사운동을 시작하는 프리드릭 천이 전압(Freederick Transition Voltage)을, d는 액정셀의 셀갭(cell gap)을,
Figure pat00002
(gamma)는 액정분자의 회전점도(rotational viscosity)를 각각 의미한다.
Figure pat00003
수학식 2에서, τf는 액정에 인가된 전압이 오프된 후 액정이 탄성 복원력에 의해 원위치로 복원되는 폴링타임(falling time)을, K는 액정 고유의 탄성계수를 각각 의미한다.
액정표시장치에서 액정의 응답속도로 인한 문제를 해결하기 위한 방법의 하나로 스캐닝 백라이트 구동기술이 알려져 있다. 스캐닝 백라이트 구동 기술은 표시라인의 스캔방향을 따라 백라이트 유닛의 광원들을 순차적으로 점멸시켜 음극선관(CRT)의 임펄씨브(impulsive) 구동과 유사한 효과를 제공한다.
시분할로 고속구동하면서 좌안 및 우안 영상을 교대로 표시하는 입체영상의 액정표시장치의 경우, 스캐닝 백라이트는 동영상 응답 시간(Motion Picture Response Time: MPRT) 개선을 위해 액정의 응답 지연시간을 고려하여 좌안 영상에서 우안 영상으로, 또는 우안 영상에서 좌안 영상으로 변경되는 구간에 맞춰 구동된다. 하지만, 이 경우 이전 프레임 데이터와 다음 프레임 데이터인 좌안 및 우안 영상, 또는 우안 및 좌안 영상이 섞여 보일 수 있다. 따라서, 화면 끌림 현상인 모션 블루어(Motion Blur), 및 좌안 영상과 우안 영상이 겹쳐보이는 3D 크로스토크가 발생할 수 있다.
본 발명의 목적은 모션 블루어 및 3D 크로스토크를 개선할 수 있는 스캐닝 백라이트 구동방법과 이를 이용한 입체영상 표시장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 스캐닝 백라이트 구동방법은 표시패널에 빛을 조사하기 위한 백라이트 유닛을 다수의 블록들로 분할하는 단계; 입력 영상을 블록별로 분할하여 상기 블록별로 상기 입력 영상의 계조 분포를 분석하는 단계; 상기 계조 분포를 분석한 결과에 기초하여 상기 블록별 대표값을 추출하며, 이전 단안 영상의 블록별 대표값과 현재의 또다른 단안 영상의 블록별 대표값의 차이를 산출하는 단계; 산출된 상기 이전 단안 영상의 블록별 대표값과 상기 현재의 또다른 단안 영상의 블록별 대표값의 차이에 따라 백라이트 점등 타이밍을 조정하는 단계; 및 상기 블록별 조정된 상기 백라이트 점등 타이밍에 상기 블록들을 점등하는 제어신호를 발생하는 단계를 포함한다.
본 발명의 입체영상 표시장치는 표시패널에 빛을 조사하고, 다수의 블록들로 분할된 백라이트 유닛; 입력 영상을 블록별로 분할하여 상기 블록별로 상기 입력 영상의 계조 분포를 분석하는 계조 분석부; 상기 계조 분포를 분석한 결과에 기초하여 상기 블록별 대표값을 추출하며, 이전 단안 영상의 블록별 대표값과 현재의 또다른 단안 영상의 블록별 대표값의 차이를 산출하는 대표값 계산부; 산출된 상기 이전 단안 영상의 블록별 대표값과 상기 현재의 또다른 단안 영상의 블록별 대표값의 차이에 따라 백라이트 점등 타이밍을 조정하는 스캐닝 제어부; 및 상기 블록별 조정된 상기 백라이트 점등 타이밍에 상기 블록들을 점등하는 제어신호를 발생하는 백라이트 제어부를 포함한다.
본 발명은 스캐닝 블록별로 픽셀 데이터들의 계조 분포를 분석하고, 분석된 계조 분포에 따라 백라이트 점등 타이밍을 조정하며, 조정된 백라이트 점등 타이밍에 따라 광원들을 점등시킨다. 그 결과, 본 발명은 액정의 응답시간에 맞춰 백라이트 유닛의 광원들을 점등함으로써, 모션 블루어 및 3D 크로스토크를 개선할 수 있다.
도 1은 스캐닝 백라이트 구동시 표시패널과 백라이트 유닛을 나타내는 사시도이다.
도 2는 입체영상 표시장치에서 종래 스캐닝 백라이트 구동을 보여주는 파형도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치의 스캐닝 백라이트 구동방법을 보여주는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치의 스캐닝 백라이트 구동을 보여주는 파형도이다.
도 5a 내지 도 5c는 다양한 히스토그램 분석 결과의 예들을 나타내는 계조 분포도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치를 나타내는 블록도이다.
도 7은 도 6의 타이밍 컨트롤러를 상세히 나타내는 블록도이다.
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.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것일 수 있는 것으로서, 실제 제품의 부품 명칭과는 상이할 수 있다.
본 발명은 좌안 영상과 우안 영상을 시분할하고 액정셔터안경을 통해 사용자의 좌안과 우안으로 입사되는 빛을 분리하는 셔터안경방식 입체영상 표시장치에 적용될 수 있다.
도 1은 스캐닝 백라이트 구동시 표시패널(10)과 백라이트 유닛(20)을 나타내는 사시도이다. 백라이트 유닛(20)은 M(M은 2이상의 자연수)개의 블록으로 분할되어 구동된다. 도 1의 백라이트 유닛(20)은 5개의 블록(BL1~BL5)으로 분할되어 구동된다. 표시패널(10)의 입력 영상은 백라이트 유닛(20)의 블록들(BL1~BL5) 각각에 대응되도록 분할된다.
도 2는 입체영상 표시장치에서 종래 스캐닝 백라이트 구동을 보여주는 파형도이다. 도 2를 참조하면, 스캐닝 백라이트 구동시 우안 및 좌안 영상의 데이터(RGBR, RGBL)는 1프레임 기간 동안 표시패널의 제1 라인(Line)부터 제L(L은 자연수) 라인까지 스캔된다. 도 2의 표시패널은 1080개의 수직라인을 가진다.
표시패널은 제4N+1(N은 자연수) 및 제4N+2 프레임 기간 동안 동일한 우안 영상 데이터(RGBR)를 연속적으로 표시하고, 제4N+3 및 제4N+4 프레임 기간 동안 동일한 좌안 영상 데이터(RGBL)를 연속적으로 표시한다. 또한, 제4N+1 및 제4N+2 프레임 기간 동안 연속되는 우안 영상 데이터(RGBR)의 감마 특성을 1프레임 기간 단위로 다르게 변환하고, 제4N+3 및 제4N+4 프레임 기간 동안 연속되는 좌안 영상 데이터(RGBL)의 감마 특성을 1프레임 기간 단위로 다르게 변환할 수 있다.
입체영상 표시장치는 시분할로 고속구동하므로, 프레임 주파수는 입력 프레임 주파수 대비 P(P는 2이상의 자연수)배로 체배된다. 도 2의 프레임 주파수는 입력 프레임 주파수 대비 4배로 채배되었다. 입력 프레임 주파수는 PAL(Phase Alternate Line) 방식에서 50Hz 이고, NTSC(National Television Standards Committee) 방식에서 60Hz 이다. 프레임 주파수가 200Hz 일 때 1프레임 기간은 5msec 이고, 프레임 주파수가 240Hz 일 때 1프레임 기간은 대략 4.16msec 이다.
백라이트 유닛(20)의 블록들(BL1~BL5)은 표시패널의 상부에서부터 우안 및 좌안 영상 데이터(RGBR, RGBL)의 스캔 방향을 따라 제1 블록부터 제5블록 순으로 구동된다. 또한, 백라이트 유닛(20)의 블록들(BL1~BL5)은 우안 및 좌안 영상 데이터(RGBR, RGBL)의 액정 응답지연시간이 경과된 후에 순차적으로 구동된다. 표시패널의 액정 응답 지연시간이 경과된 후에 해당 픽셀의 우안 및 좌안 영상 데이터(RGBR, RGBL)의 목표 휘도의 90% 이상을 표시할 수 있기 때문이다. 따라서, 표시패널의 액정 응답 지연시간이 경과된 후에 백라이트 유닛(20)의 블록들(BL1~BL5)을 점등시키며, 백라이트 유닛(20)의 블록들(BL1~BL5)은 좌안 영상에서 우안 영상으로, 또는 우안 영상에서 좌안 영상으로 변경되는 구간에 맞춰 점등된다.
스캐닝 백라이트 구동시 백라이트 유닛(20)의 블록들(BL1~BL5) 각각은 각기 다른 백라이트 유닛 제어신호(CBLU1~CBLU5)에 의해 구동된다. 제1 내지 제5 백라이트 유닛 제어신호(CBLU1~CBLU5)는 표시패널의 액정 응답 지연시간이 경과된 후에 백라이트 유닛(20)의 블록들(BL1~BL5)을 순차적으로 점등시킨다.
또한, 백라이트 유닛(20)의 블록들(BL1~BL5) 각각은 매 8.33ms 마다 일정한 PWM 듀티비(Pulse Width Modulation Duty Ratio)로 점등된다. PWM 듀티비는 수학식 3과 같다.
Figure pat00004
수학식 3에서, DR은 PWM 듀티비, d1은 PWM 신호의 하이로직레벨(백라이트 유닛 점등시간), d2는 PWM 신호의 로우로직레벨(백라이트 유닛 소등시간)을 의미한다. 도 2의 PWM 듀티비는 대략 18%이고, 백라이트 유닛 점등시간(d1)은 대략 1.49ms이다.
액정셔터안경은 백라이트 유닛(20)의 블록들(BL1~BL5)이 점등되는 구간에 동기하여 우안 또는 좌안 셔터를 개방한다. 백라이트 유닛(20)의 블록들(BL1~BL5)이 점등되는 구간에 동기하여 표시패널에 우안 영상 데이터(RGBR)가 스캔 되면, 우안 셔터를 개방하고, 좌안 영상 데이터(RGBL)가 스캔 되면, 좌안 셔터를 개방한다.
도 2와 같이 좌안 영상에서 우안 영상으로, 또는 우안 영상에서 좌안 영상으로 변경되는 구간에 맞춰 백라이트 유닛(20)의 블록들(BL1~BL5)이 점등되는 경우, 좌안 및 우안 영상, 또는 우안 및 좌안 영상이 섞여 보일 수 있다. 따라서, 모션 블루어 및 3D 크로스토크가 발생하는 문제점이 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치의 스캐닝 백라이트 구동방법을 보여주는 흐름도이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치의 스캐닝 백라이트 구동을 보여주는 파형도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 입체영상 표시장치는 블록별 히스토그램을 분석하여 계조 대표값을 추출하고, 이전 단안(單眼) 영상의 블록별 계조 대표값과 현재의 또다른 단안 영상의 블록별 계조 대표값의 차이(ΔGBL)를 산출한다. 그리고, 산출된 ΔGBL에 대응하는 블록별 스캐닝 점등 타이밍을 선택하며, 백라이트 점등 타이밍에 기초하여 백라이트 유닛을 구동한다. 도 3에서 이전 단안 영상은 좌안 영상, 현재의 또다른 단안 영상은 우안 영상이 된다. 아래에서는 도 3의 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치의 스캐닝 구동방법을 도 4를 결부하여 상세히 설명한다.
본 발명의 입체영상 표시장치는 제4N+1(N은 자연수) 및 제4N+2 프레임 기간 동안 동일한 우안 영상 데이터(RGBR)를 연속적으로 표시하고, 제4N+3 및 제4N+4 프레임 기간 동안 동일한 좌안 영상 데이터(RGBL)를 연속적으로 표시한다. 제4N+1 및 제4N+2 프레임 기간의 우안 영상 데이터(RGBR)를 분석하여 백라이트 유닛을 블록별로 스캐닝 구동하고, 액정셔터안경의 우안 셔터(STR)를 개방한다. 따라서, 제1 단계는 우안 영상의 RGB 데이터(RGBR)가 입력되는지를 판단한다. (S101)
우안 영상의 데이터(RGBR)가 입력되면, 제2 단계는 백라이트 유닛(20)의 블록들(BL1~BL5) 각각에 대응하는 표시패널에 표시될 입력 영상의 데이터들을 히스토그램 분석한다. 분석된 히스토그램은 백라이트 유닛(20)의 블록(BL1~BL5)별 표시패널에 표시될 입력 영상의 계조 분포를 나타낸다.
도 5a 내지 도 5c는 다양한 히스토그램 분석 결과의 예들을 나타내는 계조 분포도이다. 도 5a 내지 도 5c에서, X축은 계조값을 나타내며, Y축은 입력 영상의 데이터들의 개수를 나타낸다. 우안 및 좌안 영상 데이터(RGBR, RGBL)가 8비트인 경우 계조값은 G0 내지 G255로 표현된다. 계조별 휘도분포는 도 5a와 같이 저계조 영역에 휘도분포가 집중된 경우, 도 5b와 같이 고계조 영역에 휘도분포가 집중된 경우, 도 5c와 같이 중간계조 영역에 휘도분포가 집중된 경우 등 여러 가지 형태로 나타날 수 있다. (S102)
히스토그램 분석이 완료되면, 제3 단계는 블록별 계조 대표값(GBL1~GBL5)을 추출한다. 블록별 계조 대표값(GBL1~GBL5)은 히스토그램 분석 결과 상위 i%에 해당하는 계조값, 최빈값, 또는 평균값으로 산출될 수 있다. 여기서, i%는 5% 내지 10% 사이의 어느 하나의 값으로 특정될 수 있다.
도 4의 오른쪽에는 블록별 계조 대표값(GBL1~GBL5)의 변화량이 나타나 있다. 이전 좌안 영상의 블록별 계조 대표값(GBL1~GBL5)을 살펴보면, 제1 블록(BL 1)의 계조 대표값(GBL1)은 G0, 제2 블록(BL 2)의 계조 대표값(GBL2)은 G0, 제3 블록(BL 3)의 계조 대표값(GBL3)은 G150, 제4 블록(BL 4)의 계조 대표값(GBL4)은 G70, 제5 블록(BL 5)의 계조 대표값(GBL5)은 G0이다. 현재 우안 영상의 블록별 계조 대표값(GBL1~GBL5)을 살펴보면, 제1 블록(BL 1)의 계조 대표값(GBL1)은 G50, 제2 블록(BL 2)의 계조 대표값(GBL2)은 G200, 제3 블록(BL 3)의 계조 대표값(GBL3)은 G250, 제4 블록(BL 4)의 계조 대표값(GBL4)은 G70, 제5 블록(BL 5)의 계조 대표값(GBL5)은 G127이다. 여기서, 블록별 계조 대표값(GBL1~GBL5)은 백라이트 유닛(20)의 블록들(BL1~BL5) 각각에 대응되는 입력 영상의 데이터들의 계조 대표값을 의미한다. (S103)
제4 단계는 이전 좌안 영상의 블록별 계조 대표값과 현재 우안 영상의 블록별 계조 대표값의 차이(ΔGBL1~ΔGBL5)를 산출한다. 도 4에서, 블록별 계조 대표값의 차이(ΔGBL1~ΔGBL5)를 산출하면, 제1 블록(BL 1)의 계조 대표값의 차이(ΔGBL1)는 G50, 제2 블록(BL 2)의 계조 대표값의 차이(ΔGBL2)는 G200, 제3 블록(BL 3)의 계조 대표값의 차이(ΔGBL3)는 G100, 제4 블록(BL 4)의 계조 대표값의 차이(ΔGBL4)는 G70, 제5 블록(BL 5)의 계조 대표값의 차이(ΔGBL5)는 G127이다. (S104)
산출된 블록별 계조 대표값의 차이(ΔGBL1~ΔGBL5)에 대응하여 블록별 백라이트 점등 타이밍(TON1~TON5)을 선택한다. 산출된 블록별 계조 대표값의 차이(ΔGBL1~ΔGBL5)와 블록별 백라이트 점등 타이밍(TON1~TON5)은 테이블(Table) 형태의 레지스터(Register) 또는 메모리(Memory)에 저장될 수 있다. 산출된 블록별 계조 대표값의 차이(ΔGBL1~ΔGBL5)에 대응하는 블록별 백라이트 점등 타이밍(TON1~TON5)은 사전 실험을 통해 결정될 수 있다.
도 4를 통해 블록별 백라이트 점등 타이밍(TON1~TON5)을 상세히 살펴보면, 제1 블록(BL 1)의 차이(ΔGBL1)는 G50이므로, 제1 블록(BL 1)에서 액정의 응답 지연이 작다. 따라서, 입력 영상의 데이터들이 목표 휘도에 도달하는 시점은 빨라질 것으로 예측되며, 제1 블록(BL 1)의 백라이트 점등 타이밍(TON1)은 앞으로 시프트된다.
제2 블록(BL 1)의 차이(ΔGBL2)는 G200이므로, 제2 블록(BL 2)에서 액정의 응답 지연이 크다. 따라서, 픽셀 데이터들이 목표 휘도에 도달하는 시점은 빨라지지 않을 것이며, 제2 블록(BL 2)의 백라이트 점등 타이밍(TON2)은 우안 영상에서 좌안 영상으로 변경되는 구간이 된다.
제3 블록(BL 3)의 차이(ΔGBL3)는 G100이므로, 제3 블록(BL 3)에서 액정의 응답 지연이 작다. 따라서, 픽셀 데이터들이 목표 휘도에 도달하는 시점은 빨라질 것으로 예측되며, 제3 블록(BL 3)의 백라이트 점등 타이밍(TON3)도 앞으로 시프트된다.
제4 블록(BL 4)의 차이(ΔGBL4)는 G70이므로, 제4 블록(BL 4)에서 액정의 응답 지연이 작다. 따라서, 픽셀 데이터들이 목표 휘도에 도달하는 시점은 빨라질 것으로 예측되며, 제4 블록(BL 4)의 백라이트 점등 타이밍(TON4)도 앞으로 시프트된다.
제5 블록(BL 5)의 차이(ΔGBL5)는 G127이므로, 제5 블록(BL 5)에서 액정의 응답 지연이 작다. 따라서, 픽셀 데이터들이 목표 휘도에 도달하는 시점은 빨라질 것으로 예측되며, 제5 블록(BL 5)의 백라이트 점등 타이밍(TON5)도 앞으로 시프트된다.
결국, 제1 블록(BL 1), 제3 블록(BL 3), 제4 블록(BL 4), 및 제5 블록(BL 5)은 액정의 응답 지연이 짧으므로, 우안 영상에서 좌안 영상으로 변경되는 구간에 맞춰 점등될 필요가 없다. 하지만, 제2 블록(BL 2)은 액정의 응답 지연이 크므로, 우안 영상에서 좌안 영상으로 변경되는 구간에 맞춰 점등된다.
또한, 블록별 계조 대표값의 차이(ΔGBL1~ΔGBL5)가 작을수록 백라이트 점등 타이밍(TON1~TON5)은 앞으로 더욱 시프트된다. 블록별 계조 대표값의 차이(ΔGBL1~ΔGBL5)가 작을수록 액정의 응답 지연시간이 줄어들게 되므로, 백라이트 유닛(20)의 블록들(BL1~BL5) 각각의 입력 영상의 데이터들은 더 짧은 시간 내에 목표 휘도에 도달할 수 있기 때문이다.
나아가, 백라이트 유닛(20)의 블록들(BL1~BL5)은 순차적으로 구현되지 않을 수 있다. 도 4와 같이, 제2 블록(BL 2)의 계조 대표값의 차이(ΔGBL2)가 크고, 제3 블록(Block)의 계조 대표값의 차이(ΔGBL3)가 작은 경우, 제3 블록(BL 3)의 백라이트 점등 타이밍(TON3)은 앞으로 많이 당겨지지만, 제2 블록(BL 2)의 백라이트 점등 타이밍(TON2)은 우안 영상에서 좌안 영상으로 변경되는 구간이 된다.
한편, 백라이트 유닛(20)의 블록들(BL1~BL5) 각각의 점등 지속시간(d1)은 동일하므로, 백라이트 유닛(20)의 블록들(BL1~BL5) 각각은 동일한 시간 동안 점등된다. 하지만, 백라이트 점등 타이밍(TON1~TON5)이 계조 대표값의 차이(ΔGBL1~ΔGBL5)에 따라 변하기 때문에, 블록들 각각의 소등 지속시간(d2) 및 PWM 듀티비는 변한다.
본 발명은 블록별 계조 대표값의 차이(ΔGBL1~ΔGBL5)가 작을수록 블록별 스캐닝 점등 타이밍(TON1~TON5)을 앞으로 시프트함으로써, 기존에 문제가 되었던 우안 및 좌안 영상이 섞여 보이는 현상 및 그로 인해 발생했던 모션 블루어 및 3D 크로스토크를 최소화할 수 있다. (S105)
선택된 블록별 백라이트 점등 타이밍(TON)에 기초하여 백라이트 유닛을 스캐닝 구동한다. 또한, 백라이트 유닛(20)의 블록들(BL1~BL5)의 점등 구간에 동기하여 액정셔터안경의 우안 셔터를 개방한다. (S106)
제4N+3 및 제4N+4 프레임 기간의 좌안 영상 데이터(RGBL)를 분석하여 백라이트 유닛을 블록별로 스캐닝 구동하고, 액정셔터안경의 좌안 셔터(STL)를 개방한다. 좌안 영상 데이터(RGBL)가 입력된 경우, 본 발명의 따른 입체영상 표시장치의 스캐닝 백라이트 구동방법은 우안 영상 데이터(RGBR)가 입력된 경우(S101 내지 S106)와 같다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치를 나타내는 블록도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 액정표시장치는 표시패널(10), 백라이트 유닛(20), 액정셔터안경(30), 표시패널 구동부(110), 백라이트 구동부(120), 액정셔터안경 제어신호 수신부(130), 액정셔터안경 제어신호 송신부(140), 백라이트 제어부(150), 타이밍 컨트롤러(160), 및 시스템 보드(170)를 구비한다.
표시패널(10)은 타이밍 컨트롤러(160)의 제어 하에 좌안 영상 데이터(RGBL)와 우안 영상 데이터(RGBR)를 교대로 표시한다. 표시패널(10)은 타이밍 컨트롤러(160)의 제어 하에 좌안 영상과 우안 영상의 구분이 없는 2차원 영상 데이터(RGB)를 표시할 수도 있다. 표시패널(10)은 백라이트 유닛(20)을 필요로 하는 홀드 타입 표시소자로 선택될 수 있다. 홀드 타입 표시소자는 대표적으로 백라이트 유닛(20)으로부터의 빛을 변조하는 투과형 액정표시패널이 선택될 수 있다.
투과형 액정표시패널은 박막트랜지스터(Thin Film Transistor: 이하, "TFT"라 함) 기판과 컬러필터 기판을 포함한다. TFT 기판과 컬러필터 기판 사이에는 액정층이 형성된다. TFT 기판 상에는 하부 유리기판 상에 데이터라인들과 게이트라인들(또는 스캔라인들)이 상호 교차되도록 형성되고, 데이터라인들과 게이트라인들에 의해 정의된 셀영역들에 액정셀들이 매트릭스 형태로 배치된다. 데이터라인들과 게이트라인들의 교차부에 형성된 TFT는 게이트라인으로부터의 스캔펄스에 응답하여 데이터라인들을 경유하여 공급되는 데이터전압을 액정셀의 화소전극에 전달하게 된다. 이를 위하여, TFT의 게이트전극은 게이트라인에 접속되며, 소스전극은 데이터라인에 접속된다. TFT의 드레인전극은 액정셀의 화소전극에 접속된다. 화소전극과 대향하는 공통전극에는 공통전압이 공급된다. 컬러필터 기판은 상부 유리기판 상에 형성된 블랙매트릭스, 컬러필터를 포함한다. 공통전극은 TN(Twisted Nematic) 모드와 VA(Vertical Alignment) 모드와 같은 수직전계 구동방식에서 상부 유리기판 상에 형성되며, IPS(In Plane Switching) 모드와 FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같은 수평전계 구동방식에서 화소전극과 함께 하부 유리기판 상에 형성된다. 투과형 액정표시패널의 상부 유리기판과 하부 유리기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정의 프리틸트각(pre-tilt angle)을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 투과형 액정표시패널의 상부 유리기판과 하부 유리기판 사이에는 액정층의 셀갭(cell gap)을 유지하기 위한 스페이서가 형성된다. 투과형 액정표시패널의 액정모드는 전술한 TN 모드, VA 모드, IPS 모드, FFS 모드뿐 아니라 어떠한 액정모드로도 구현될 수 있다.
표시패널 구동부(110)는 데이터 구동회로와 게이트 구동회로를 포함한다. 데이터 구동회로는 3차원 영상에서 타이밍 컨트롤러(160)로부터 입력되는 좌안 영상과 우안 영상의 데이터들(RGBL, RGBR)을 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 정극성/부극성 아날로그 데이터전압들을 발생한다. 데이터 구동회로로부터 출력되는 정극성/부극성 아날로그 데이터전압들은 표시패널(10)의 데이터라인들에 공급된다. 게이트 구동회로는 데이터전압에 동기되는 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 표시패널(10)의 게이트라인들에 순차적으로 공급한다.
백라이트 유닛(20)은 미리 설정된 소정의 시간 동안 점등하여 표시패널(10)에 빛을 조사하고 그 이외의 기간 동안 소등한다. 백라이트 유닛(20)은 백라이트 구동부(120)로부터 공급되는 구동전력에 따라 점등하는 광원, 도광판(또는 확산판), 다수의 광학시트 등을 포함한다. 백라이트 유닛(20)은 직하형(direct type) 백라이트 유닛 또는, 에지형(edge type) 백라이트 유닛으로 구현될 수 있다. 백라이트 유닛(20)의 광원들은 HCFL(Hot Cathode Fluorescent Lamp), CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp), LED(Light Emitting Diode) 중 어느 하나의 광원 또는 두 종류 이상의 광원들을 포함할 수 있다.
백라이트 유닛(20)은 M개의 블록들로 분할될 수 있다. 도 6에서 백라이트 유닛(20)이 5개의 블록들(BL1~BL5)로 분할된 것을 예시하였다. 또한, 표시패널(10)도 백라이트 유닛(20)에 대응되는 M개의 블록으로 분할될 수 있다. 본 발명은 백라이트 유닛(20)이 스캐닝 구동되는 경우, 표시패널(10)의 블록별로 픽셀 데이터를 히스토그램으로 분석하여 백라이트 점등 타이밍(TON)을 선택하기 때문이다.
백라이트 구동부(120)는 백라이트 유닛(20)의 광원들을 점등시키기 위한 구동전력을 발생한다. 백라이트 구동부(120)는 백라이트 제어부(150)의 제어 하에 광원들에 공급되는 구동전력을 주기적으로 온/오프(ON/OFF)한다. 백라이트 구동부(120)는 백라이트 유닛(20)의 블록들(BL1~BL5)을 제어하는 백라이트 제어신호(CBLU)를 입력받고, 백라이트 유닛(20)의 블록들(BL1~BL5) 각각에 구동전력을 공급한다.
액정셔터안경(30)은 전기적으로 개별 제어되는 좌안 셔터(STL)와 우안 셔터(STR)를 구비한다. 좌안 셔터(STL)와 우안 셔터(STR) 각각은 제 1 투명기판, 제 1 투명기판 상에 형성된 제 1 투명전극, 제 2 투명기판, 제 2 투명기판 상에 형성된 제 2 투명전극, 및 제 1 과 제 2 투명기판 상에 협지된 액정층을 포함한다. 제 1 투명전극에는 기준전압이 공급되고 제 2 투명전극에는 ON/OFF 전압이 공급된다. 좌안 셔터(STL)와 우안 셔터(STR) 각각은 제 2 투명전극에 ON 전압이 공급될 때 표시패널(10)로부터의 빛을 투과시키는 반면, 제 2 투명전극에 OFF 전압이 공급될 때 표시패널(10)로부터의 빛을 차단한다.
액정셔터안경 제어신호 송신부(140)는 타이밍 컨트롤러(160)에 접속되어 타이밍 컨트롤러(160)로부터 입력되는 액정셔터안경 제어신호(CST)를 유/무선 인터페이스를 통해 액정셔터안경 제어신호 수신부(130)에 전송한다. 액정셔터안경 제어신호 수신부(130)는 액정셔터안경(30)에 설치되어 유/무선 인터페이스를 통해 액정셔터 제어신호(CST)를 수신하고, 액정셔터 제어신호(CST)에 따라 액정셔터 안경(30)의 좌안 셔터(STL)와 우안 셔터(STR)를 교대로 개폐한다.
액정셔터 제어신호(CST)가 제 1 논리값으로 액정셔터 제어신호 수신부(130)에 입력될 때, 좌안 셔터(STL)의 제 2 투명전극에 ON 전압이 공급되는 반면에 우안 셔터(STR)의 제 2 투명전극에 OFF 전압이 공급된다. 액정셔터 제어신호(CST)가 제 2 논리값으로 액정셔터 제어신호 수신부(130)에 입력될 때, 좌안 셔터(STL)의 제 2 투명전극에 OFF 전압이 공급되는 반면에 우안 셔터(STR)의 제 2 투명전극에 ON 전압이 공급된다. 따라서, 액정셔터안경(30)의 좌안 셔터(STL)는 액정셔터 제어신호(CST)가 제 1 논리값으로 발생될 때 개방되고, 액정셔터 안경(30)의 우안 셔터(STR)는 액정셔터 제어신호(CST)가 제 2 논리값으로 발생될 때 개방된다. 제 1 논리값은 하이논리전압(High logic voltage)으로, 제 2 논리값은 로우논리전압(High logic voltage)으로 설정될 수 있다.
표시패널 제어신호(CDIS)는 데이터 구동회로의 동작 타이밍을 제어하기 위한 데이터 제어신호와, 게이트 구동회로의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 제어신호를 포함한다. 데이터 제어신호는 소스 스타트 펄스(Source Start Pulse, SSP), 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE), 극성제어신호(POL) 등을 포함한다. 소스 스타트 펄스(SSP)는 데이터 구동회로의 데이터 샘플링 시작 시점을 제어한다. 소스 샘플링 클럭은 라이징 또는 폴링 에지에 기준하여 데이터 구동회로의 샘플링 동작을 제어하는 클럭신호이다. 데이터 구동회로에 입력될 디지털 비디오 데이터가 mini LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 인터페이스 규격으로 전송된다면, 소스 스타트 펄스(SSP)와 소스 샘플링 클럭(SSC)은 생략될 수 있다. 극성제어신호(POL)는 데이터 구동회로로부터 출력되는 데이터전압의 극성을 L(L은 양의 정수) 수평기간 주기로 반전시킨다. 소스 출력 인에이블신호(SOE)는 데이터 구동회로의 출력 타이밍을 제어한다.
게이트 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock, GSC), 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등을 포함한다. 게이트 스타트 펄스(GSP)는 첫 번째 게이트 펄스의 타이밍을 제어한다. 게이트 쉬프트 클럭(GSC)은 게이트 스타트 펄스(GSP)를 쉬프트시키기 위한 클럭신호이다. 게이트 출력 인에이블신호(GOE)는 게이트 구동회로의 출력 타이밍을 제어한다.
백라이트 제어부(150)는 타이밍 컨트롤러(160)로부터 블록별 백라이트 점등 타이밍(TON)에 대한 정보를 입력받고, 백라이트 유닛(20)의 블록들(BL1~BL5) 각각의 백라이트 제어신호(CBLU)를 백라이트 구동부(120)로 출력한다. 백라이트 제어신호(CBLU)는 백라이트 구동부(120)를 제어하여, 백라이트 유닛(20)의 블록들(BL1~BL5)을 주기적으로 점등 및 소등시킨다. 이에 대한 자세한 설명은 도 7을 결부하여 후술한다.
시스템 보드(170)는 외부로부터 입력되는 영상 데이터(RGB)의 해상도를 표시패널(10)의 해상도에 맞게 변환하고, 각종 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, CLK 등)을 타이밍 컨트롤러(160)에 전송한다.
도 7은 도 6의 타이밍 컨트롤러(160)를 상세히 나타내는 블록도이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 타이밍 컨트롤러(160)는 계조 분석부(161), 대표값 계산부(162), 스캐닝 제어부(163), 및 레지스터(164)를 포함한다.
계조 분석부(161)는 시스템 보드(170)로부터 RGB 데이터를 입력받고, 백라이트 유닛(20)의 블록들(BL1~BL5) 각각의 입력 영상의 데이터들의 계조 분포를 분석한다. 입력 영상의 데이터들 각각의 계조값은 R 데이터, G 데이터, 및 B 데이터를 변수로 하여 산출된 휘도정보(Y)로 표현될 수 있다. 계조 분석부(161)를 통해 분석된 입력 영상의 데이터들의 계조 분포는 도 5a 내지 도 5c의 형태를 포함하여 다양한 형태가 나타날 수 있다.
대표값 계산부(162)는 계조 분석부(161)를 통해 분석된 계조 분포에서 계조 대표값(GBL)을 추출한다. 블록별 계조 대표값(GBL)은 히스토그램 분석 결과 상위 i%에 해당하는 계조값, 최빈값, 또는 평균값으로 추출될 수 있다. 여기서, i%는 5% 내지 10% 사이의 어느 하나의 값으로 특정될 수 있다.
대표값 계산부(162)는 추출된 계조 대표값(GBL)으로부터 이전 단안 영상의 블록별 계조 대표값과 현재의 또다른 단안 영상의 블록별 계조 대표값의 차이(ΔGBL)를 산출한다. 따라서, 대표값 계산부(162)는 이전 단안 영상의 블록별 계조 대표값을 저장할 메모리(Memory)를 구비할 수 있다. 대표값 계산부(162)는 산출된 이전 단안 영상의 블록별 계조 대표값과 현재의 또다른 단안 영상의 블록별 계조 대표값의 차이(ΔGBL)를 스캐닝 제어부(163)로 출력한다.
또한, 스캐닝 제어부(163)는 대표값 계산부(162)로부터 입력받은 이전 단안 영상의 블록별 계조 대표값과 현재의 또다른 단안 영상의 블록별 계조 대표값의 차이(ΔGBL)를 레지스터(164)로 출력할 수 있다. 레지스터(164)는 테이블 형태로 이전 단안 영상의 블록별 계조 대표값과 현재의 또다른 단안 영상의 블록별 계조 대표값의 차이(ΔGBL)와 블록별 백라이트 점등 타이밍(TON)을 저장하는 메모리이다.
레지스터(164)는 이전 단안 영상의 블록별 계조 대표값과 현재의 또다른 단안 영상의 블록별 계조 대표값의 차이(ΔGBL)를 입력받고, 그 입력 어드레스에 저장된 블록별 백라이트 점등 타이밍(TON)을 출력한다. 레지스터(164)의 개수는 백라이트 유닛(20)의 블록들(BL1~BL5)의 개수와 동일한 개수로 구현될 수 있으며, 이 경우 제1 블록의 계조 대표값의 차이(ΔGBL)는 제1 레지스터로 입력되고, 제2 블록의 계조 대표값의 차이(ΔGBL)는 제2 레지스터로 입력되는 형식으로 구현될 수 있다. 스캐닝 제어부(163)는 레지스터(164)로부터 입력된 블록별 백라이트 점등 타이밍(TON)을 백라이트 제어부(150)로 출력한다.
백라이트 제어부(150)는 스캐닝 제어부(163)로부터 블록별 백라이트 점등 타이밍(TON)을 입력받는다. 백라이트 제어부(150)는 수평 동기신호(Hsync), 또는 데이터 인에이블신호(DE)와 같이 1수평기간에 1회 펄스가 발생되는 신호, 및 수직 동기신호(Vsync), 또는 게이트 스타트 펄스(GSP)와 같이 1프레임 기간(1수직기간)에 1회 펄스가 발생되는 신호를 타이밍 컨트롤러(160)로부터 입력받을 수 있다. 백라이트 제어부(150)는 상기 각종 타이밍 신호들을 통해 블록별 백라이트 점등 타이밍(TON)을 판단하고, 그 판단 결과에 따라 타이밍이 조절된 블록별 백라이트 제어신호(CBLU1~CBLU5)를 백라이트 구동부(120)로 출력한다. 백라이트 구동부(120)는 백라이트 제어부(150)로부터 입력받은 백라이트 제어신호(CBLU)에 따라 백라이트 유닛(20)의 블록들(BL1~BL5) 각각에 구동전력을 공급한다.
타이밍 컨트롤러(160)는 백라이트 점등 타이밍(TON) 및 각종 타이밍 신호로부터 백라이트 유닛(20)의 블록들(BL1~BL5)의 점등 구간에 동기하여 액정셔터안경이 개방되도록 액정셔터안경 제어신호(CST)를 액정셔터안경 제어신호 송신부(140)로 출력한다. 액정셔터안경 제어신호(CST)는 액정셔터안경 제어신호 수신부(130)에 전송되어 액정셔터안경(30)의 좌안 셔터(STL)와 우안 셔터(STR)를 블록들의 점등 구간에 동기되도록 개폐시킨다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10: 표시패널 20: 백라이트 유닛
30: 액정셔터안경 110: 표시패널 구동부
120: 백라이트 구동부 130: 액정셔터안경 제어신호 수신부
140: 액정셔터안경 제어신호 송신부 150: 백라이트 제어부
160: 타이밍 컨트롤러 161: 계조분석부
162: 대표값 계산부 163: 스캐닝 제어부
164: 레지스터 170: 시스템 보드

Claims (13)

  1. 표시패널에 빛을 조사하기 위한 백라이트 유닛을 다수의 블록들로 분할하는 단계;
    입력 영상을 블록별로 분할하여 상기 블록별로 상기 입력 영상의 계조 분포를 분석하는 단계;
    상기 계조 분포를 분석한 결과에 기초하여 상기 블록별 대표값을 추출하며, 이전 단안 영상의 블록별 대표값과 현재의 또다른 단안 영상의 블록별 대표값의 차이를 산출하는 단계;
    산출된 상기 이전 단안 영상의 블록별 대표값과 상기 현재의 또다른 단안 영상의 블록별 대표값의 차이에 따라 백라이트 점등 타이밍을 조정하는 단계; 및
    상기 블록별 조정된 상기 백라이트 점등 타이밍에 상기 블록들을 점등하는 제어신호를 발생하는 단계를 포함하는 스캐닝 백라이트 구동방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 표시패널이 우안 영상을 표시하는 경우 우안 셔터를 개방하고, 좌안 영상을 표시하는 경우 좌안 셔터를 개방하는 액정셔터안경을 상기 블록들의 점등 지속시간에 동기하여 개방시키는 단계를 더 포함하는 스캐닝 백라이트 구동방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 블록들의 점등 지속시간은,
    상기 블록마다 동일하게 설정된 것을 특징으로 하는 스캐닝 백라이트 구동방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 백라이트 점등 타이밍은,
    산출된 상기 이전 단안 영상의 블록별 대표값과 상기 현재의 또다른 단안 영상의 블록별 대표값의 차이가 작을수록 더 앞으로 시프트되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 백라이트 구동방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 백라이트 점등 타이밍은 액정의 응답 지연시간 이후의 시간으로 조절된 것을 특징으로 하는 스캐닝 백라이트 구동방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어신호에 따라 상기 블록들을 점등하는 단계를 더 포함하는 스캐닝 백라이트 구동방법.
  7. 표시패널에 빛을 조사하고, 다수의 블록들로 분할된 백라이트 유닛;
    입력 영상을 블록별로 분할하여 상기 블록별로 상기 입력 영상의 계조 분포를 분석하는 계조 분석부;
    상기 계조 분포를 분석한 결과에 기초하여 상기 블록별 대표값을 추출하며, 이전 단안 영상의 블록별 대표값과 현재의 또다른 단안 영상의 블록별 대표값의 차이를 산출하는 대표값 계산부;
    산출된 상기 이전 단안 영상의 블록별 대표값과 상기 현재의 또다른 단안 영상의 블록별 대표값의 차이에 따라 백라이트 점등 타이밍을 조정하는 스캐닝 제어부; 및
    상기 블록별 조정된 상기 백라이트 점등 타이밍에 상기 블록들을 점등하는 제어신호를 발생하는 백라이트 제어부를 포함하는 입체영상 표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 블록들의 점등 지속시간은 상기 블록마다 동일하게 설정된 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 표시패널이 우안 영상을 표시하는 경우 우안 셔터를 개방하고, 좌안 영상을 표시하는 경우 좌안 셔터를 개방하는 액정셔터안경을 더 포함하며,
    상기 액정셔터안경은 상기 블록들의 점등 지속시간에 동기하여 개방되는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 백라이트 점등 타이밍은 산출된 상기 이전 단안 영상의 블록별 대표값과 상기 현재의 또다른 단안 영상의 블록별 대표값의 차이가 작을수록, 더 앞으로 시프트되는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 백라이트 점등 타이밍은 액정의 응답 지연시간 이후의 시간으로 조절된 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어신호에 따라 상기 블록들을 점등하는 백라이트 구동부를 더 포함하는 입체영상 표시장치.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 스캐닝 제어부는,
    상기 블록별로 산출된 상기 이전 단안 영상의 블록별 대표값과 상기 현재의 또다른 단안 영상의 블록별 대표값의 차이와 백라이트 점등 타이밍을 저장하는 레지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
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