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KR101712203B1 - 데이터 변조방법과 이를 이용한 입체영상 표시장치 - Google Patents

데이터 변조방법과 이를 이용한 입체영상 표시장치 Download PDF

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KR101712203B1
KR101712203B1 KR1020100068628A KR20100068628A KR101712203B1 KR 101712203 B1 KR101712203 B1 KR 101712203B1 KR 1020100068628 A KR1020100068628 A KR 1020100068628A KR 20100068628 A KR20100068628 A KR 20100068628A KR 101712203 B1 KR101712203 B1 KR 101712203B1
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 데이터 변조방법과 이를 이용한 입체영상 표시장치에 관한 것이다. 본 발명의 데이터 변조방법은 이전 프레임 데이터의 계조보다 현재 프레임 데이터의 계조가 큰 경우 현재 프레임 데이터를 소정의 오버 드라이빙 변조비율 내에서 데이터 변조하여 출력하는 단계, 이전 프레임 데이터의 계조와 현재 프레임 데이터의 계조가 동일한 경우 현재 프레임 데이터를 그대로 출력하는 단계 및 이전 프레임 데이터의 계조보다 현재 프레임 데이터의 계조가 작은 경우 현재 프레임 데이터를 소정의 언더 드라이빙 변조비율 내에서 데이터 변조하여 출력하는 단계 및 표시패널의 피크 휘도를 하향 조정하는 단계를 포함하며, 언더 드라이빙 변조비율은 오버 드라이빙 변조비율보다 높은 것을 특징으로 한다. 본 발명은 화이트 휘도를 최적화하고, 블랙 휘도를 최소화함으로써 입체영상 표시장치에서 3D 크로스토크를 개선할 수 있다.

Description

데이터 변조방법과 이를 이용한 입체영상 표시장치{DATA MODULATION METHOD AND STEREOSCOPIC IMAGE DISPLAY DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 데이터 변조방법과 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.
입체영상을 구현하는 액정표시장치에 있어서, 표시패널의 액정은 수학식 1 및 2와 같이, 고유한 점성과 탄성 등의 특성에 의해 응답속도가 느리다.
Figure 112010045807706-pat00001
여기서, 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 112010045807706-pat00002
(gamma)는 액정분자의 회전점도(rotational viscosity)를 각각 의미한다.
Figure 112010045807706-pat00003
여기서, τf는 액정에 인가된 전압이 오프된 후 액정이 탄성 복원력에 의해 원위치로 복원되는 폴링타임(falling time)을, K는 액정 고유의 탄성계수를 각각 의미한다.
액정표시장치에서 액정의 응답속도를 개선하기 위한 방법으로 과구동 변조방법(Overdriving Method)이 알려져 있다. 기존의 과구동 변조방법은 2차원 영상의 화면 끌림 현상인 모션 블루어(Motion Blur)를 개선하기 위한 것이다. 하지만, 3차원 영상에서 문제되는 3D 크로스토크(Crosstalk)는 좌안 영상과 우안 영상이 겹쳐 보이는 현상으로, 모션 블루어와 3D 크로스토크는 그 개념이 다르다. 따라서, 2차원 영상과 달리, 3차원 영상에서 3D 크로스토크를 개선하기 위한 최적화된 데이터 변조방법이 요구된다.
본 발명의 목적은 3D 크로스토크를 개선할 수 있는 데이터 변조방법과 이를 이용한 입체영상 표시장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 데이터 변조방법은 이전 프레임 데이터의 계조보다 현재 프레임 데이터의 계조가 큰 경우 현재 프레임 데이터를 소정의 오버 드라이빙 변조비율 내에서 데이터 변조하여 출력하는 단계, 이전 프레임 데이터의 계조와 현재 프레임 데이터의 계조가 동일한 경우 현재 프레임 데이터를 그대로 출력하는 단계 및 이전 프레임 데이터의 계조보다 현재 프레임 데이터의 계조가 작은 경우 현재 프레임 데이터를 소정의 언더 드라이빙 변조비율 내에서 데이터 변조하여 출력하는 단계 및 표시패널의 피크 휘도를 하향 조정하는 단계를 포함하며, 언더 드라이빙 변조비율은 오버 드라이빙 변조비율보다 높은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 입체영상 표시장치는 좌안 영상과 우안 영상을 시분할로 표시하고, 피크 화이트 휘도가 하향 조정된 표시패널, 이전 프레임 데이터의 계조보다 현재 프레임 데이터의 계조가 큰 경우 현재 프레임 데이터를 소정의 오버 드라이빙 변조비율 내에서 데이터 변조하여 출력하고, 이전 프레임 데이터의 계조와 현재 프레임 데이터의 계조가 동일한 경우 현재 프레임 데이터를 그대로 출력하며, 이전 프레임 데이터의 계조보다 현재 프레임 데이터의 계조가 작은 경우 현재 프레임 데이터를 소정의 언더 드라이빙 변조비율 내에서 데이터 변조하여 출력하는 데이터 변조부 및 데이터 변조부로부터 변조된 좌안 및 우안 영상 데이터를 표시패널에 공급하는 제어부를 포함하며, 언더 드라이빙 변조비율은 오버 드라이빙 변조비율보다 높은 것을 특징으로 한다.
본 발명은 이전 프레임 데이터와 현재 프레임 데이터를 비교하여, 현재 프레임 데이터가 큰 경우 약 오버 드라이빙 변조하고, 현재 프레임 데이터가 작은 경우 강 언더 드라이빙 변조한다. 그 결과, 본 발명은 상기 약 오버 드라이빙을 이용하여 화이트 휘도를 최적화하고, 상기 강 언더 드라이빙을 이용하여 블랙 휘도를 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명은 화이트 휘도를 최적화하고, 블랙 휘도를 최소화함으로써 3D 크로스토크를 개선할 수 있다.
도 1은 셔터안경 방식 입체영상 표시장치의 동작 원리를 나타내는 도면이다.
도 2는 편광안경 방식 입체영상 표시장치의 동작 원리를 나타내는 도면이다.
도 3은 3D 모드에서 액정의 응답 지연을 나타내는 그래프이다.
도 4는 3D 크로스토크가 나타난 영상을 보여주는 도면이다.
도 5는 3D 크로스토크를 개선한 액정의 응답 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 변조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 변조방법을 룩-업 테이블로 나타낸 도면이다.
도 8은 기존 과구동 변조방법과 본 발명의 데이터 변조방법의 3D 크로스토크 비율을 비교한 실험값을 나타낸 표이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치를 나타내는 블록도이다.
도 10은 도 9의 데이터 변조부를 상세히 보여주는 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 안경을 통해 사용자의 좌안과 우안으로 입사되는 빛을 분리하는 안경방식 입체 영상 표시장치에 적용될 수 있다.
도 1은 셔터안경 방식 입체영상 표시장치의 동작 원리를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 셔터안경(SG)에서 흑색으로 표시된 부분은 관찰자 쪽으로 진행하는 빛을 차단하는 셔터이고, 백색으로 표시된 부분은 관찰자 쪽으로 빛을 투과하는 셔터를 의미한다.
3D 모드의 기수 프레임(Frame) 기간 동안 표시패널(DIS)에 좌안 영상 데이터(RGBL)가 기입되고, 셔터안경(SG)의 좌안 셔터(STL)가 개방된다. 3D 모드의 우수 프레임 기간 동안, 표시패널(DIS)에 우안 영상 데이터(RGBR)가 기입되고 셔터안경(SG)의 우안 셔터(STR)가 개방된다. 셔터안경(SG)의 좌안 셔터(STL)와 우안 셔터(STR)는 유/무선 인터페이스를 통해 전기적으로 제어되어 표시패널(DIS)과 동기된다. 따라서, 관찰자는 기수 프레임 동안 자신의 좌안으로 좌안 영상만을 보게 되고, 우수 프레임 기간 동안 자신의 우안으로 우안 영상만을 보게 되어 양안 시차로 입체감을 느낄 수 있다.
도 2는 편광안경 방식 입체영상 표시장치의 동작 원리를 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 표시패널(DIS)은 3D 모드에서 기수 프레임기간 동안 좌안 영상 데이터(RGBL)를 표시하고 우수 프레임기간 동안 우안 영상 데이터(RGBR)를 표시한다. 표시패널(DIS) 위에는 좌안 영상의 편광특성과 우안 영상의 편광특성을 서로 다르게 변환하는 액티브 리타더(Active Retarder, AR)가 부착된다.
표시패널(DIS)에 시분할 표시되는 좌안 영상과 우안 영상의 빛은 표시소자의 편광판을 통해 특정 편광 예를 들어, 좌편광으로 변환되어 액티브 리타더(AR)에 입사된다. 액티브 리타더(AR)는 표시소자(DIS)에 동기된다. 액티브 리타더(AR)는 표시패널(DIS)에 좌안 영상이 표시될 때 그 표시패널(DIS)로부터 입사되는 빛의 편광특성을 변환하지 않고 그 빛을 그대로 통과시킨다. 이에 비하여, 액티브 리타더(AR)는 표시패널(DIS)에 우안 영상이 표시될 때 그 표시패널(DIS)로부터 입사되는 빛의 편광특성을 다른 편광 예를 들어, 우편광으로 변환하여 통과시킨다. 액티브 리타더(AR)는 액정층을 사이에 두고 대향하는 공통 전극과 다수의 스캔전극들을 포함하고 편광판, 컬러 필터 및 블랙 매트릭스 등이 없는 TN(Twisted Nematic) 모드의 액정패널로 구현될 수 있다. 이러한 액티브 리타더(AR)는 스캔전극들에 Von 전압이 인가될 때 입사광을 그대로 투과시키고, 스캔전극들에 Voff 전압이 인가될 때 입사광의 위상을 λ(λ는 빛의 파장)/2 만큼 위상 지연시켜 입사광의 편광 특성을 변환할 수 있다.
편광안경(PG)은 좌편광의 빛만을 통과시키는 좌안 필터(FL)와, 우편광의 빛만을 통과시키는 우안 필터(FR)를 포함한다. 따라서, 관찰자는 기수 프레임 동안 자신의 좌안으로 좌안 영상만을 보게 되고, 우수 프레임 기간 동안 자신의 우안으로 우안 영상만을 보게 되어 양안시차로 입체감을 느낄 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2의 표시패널(DIS)은 2D 모드에서 2차원 평면 영상을 표시하고, 3D 모드에서 좌안 영상과 우안 영상이 시분할되는 3차원 영상을 표시할 수 있다. 하지만, 좌안 영상과 우안 영상을 시분할 또는 공간분할로 표시하며 고속 구동하는 입체영상 표시장치에서, 액정의 응답 지연으로 3D 크로스토크가 발생할 수 있다.
도 3은 3D 모드에서 액정의 응답 지연을 나타내는 그래프이다. 도 4는 3D 크로스토크가 나타난 영상을 보여주는 도면이다. 도 5는 3D 크로스토크를 개선한 액정의 응답 곡선을 나타내는 그래프이다. 도 3 내지 도 5를 참조하여 3D 크로스토크를 개선하는 방법을 설명한다.
도 3을 참조하면, 제N-1(N은 2 이상의 자연수) 프레임 기간 동안 좌안 영상 데이터(RGBL)가 입력되고, 제N 프레임 기간 동안 우안 영상 데이터(RGBR)가 입력된다. 3D 크로스토크를 측정하기 위해, 좌안 영상 데이터(RGBL)는 블랙(Black) 휘도의 데이터가 입력되고, 우안 영상 데이터(RGBR)는 화이트(White) 휘도의 데이터가 입력된다. 백라이트 유닛은 액정의 응답 지연 시간을 고려하여 제N-1 및 제N 프레임 기간이 종료됨과 동시에 소등되도록 구동된다. 또한, 백라이트 유닛은 일정한 듀티비(Duty Ratio)로 구동되므로, 매 프레임마다 백라이트 유닛의 점등 지속시간은 같다.
사용자는 화이트 휘도의 데이터가 입력되는 동안 영상을 시청할 수 있으므로, 도 3의 경우 우안 영상을 기준으로 3D 크로스토크를 측정하며, 따라서 우안 셔터(STR)만을 개방하고 측정한다. 3D 크로스토크는 수학식 3과 같다.
Figure 112010045807706-pat00004
수학식 3에서, 3D CT(%)는 3D 크로스토크 비율(%), CBlack Luminance는 현재의 블랙 휘도, TBlack Luminance는 표현하고자 하는 목표 블랙 휘도, CWhite Luminance는 현재의 화이트 휘도를 의미한다.
도 3의 A 부분을 참조하면, 좌안 영상 데이터(RGBL)는 액정의 응답 지연으로 인해 피크 블랙 휘도(TBlack Luminance)를 표현하지 못하며, 피크 블랙 휘도(TBlack Luminance)보다 높은 휘도(CBlack Luminance)를 표현하게 된다. 따라서, 도 4의 C 부분과 같이, 우안 영상에 안보여야 될 좌안 영상이 흐릿하게 보이는 문제가 발생한다.
도 3의 B 부분을 참조하면, 우안 영상 데이터(RGBR)는 액정의 응답 지연으로 인해 표현하고자 하는 피크 화이트 휘도(TWhite Luminance)를 표현하지 못하며, 피크 화이트 휘도(TWhite Luminance)보다 낮은 휘도(CWhite Luminance)를 표현하게 된다. 결국, 휘도가 피크 화이트 휘도(TWhite Luminance)(Target)까지 올라가지 못하므로, 원래 영상보다 어둡게 보이는 문제가 발생한다.
결국, 크로스토크 비율을 줄이기 위해서는, 수학식 3의 분자를 작게 하거나 분모를 크게 하여야 한다. 좌안 영상 데이터(RGBL)가 피크 블랙 휘도(TBlack Luminance)에 가깝게 표현될수록 수학식 3의 분자는 작아진다. 우안 영상 데이터(RGBR)가 피크 화이트 휘도(TWhite Luminance)에 가깝게 표현될수록 수학식 3의 분모는 커진다.
도 5를 참조하면, 기존의 액정의 응답 곡선(a), 개선된 액정의 응답 곡선(b), 피크 화이트(Peak White) 휘도(c), 피크 블랙(Peak Black) 휘도(d), 및 하향 조정된 피크 화이트 휘도(e)가 나타나 있다. 도 5에서, 제N-1 프레임 기간 동안 좌안 영상 데이터(RGBL)가 입력되고, 제N 프레임 기간 동안 우안 영상 데이터(RGBR)가 입력된다. 좌안 영상 데이터(RGBL)는 블랙(Black) 휘도의 데이터가 입력되고, 우안 영상 데이터(RGBR)는 화이트(White) 휘도의 데이터가 입력된다.
기존의 액정의 응답 곡선(a)은 피크 화이트 휘도(c)와 피크 블랙 휘도(d)를 모두 표현하지 못하며, 그로 인해 3D 크로스토크가 발생하게 된다. 개선된 액정의 응답 곡선(b)은 피크 화이트 휘도(c)를 표현하지 못하지만, 피크 블랙 휘도(d)를 표현한다. 개선된 액정의 응답 곡선(b)이 피크 화이트 휘도(c)를 표현할 수 있게 하기 위하여, 피크 화이트 휘도(c)는 하향 조정된다. 여기서, 피크 화이트 휘도(c)는 액정의 응답 특성 등을 고려하여 하향 조정될 수 있다.
하향 조정된 피크 화이트 휘도(e)는 피크 화이트 휘도(c)보다 낮은 휘도로 설정된다. 그러므로, 개선된 액정의 응답 곡선(b)과 피크 화이트 휘도(c)에 비하여, 개선된 액정의 응답 곡선(b)과 하향 조정된 피크 화이트 휘도(e)의 차이가 많이 줄어들게 된다. 결국, 액정의 응답 곡선을 기존의 액정의 응답 곡선(a)으로부터 개선된 액정의 응답 곡선(b)으로 수정하고, 피크 화이트 휘도(c)를 하향 조정된 피크 화이트 휘도(e)로 하향 조정함으로써, 3D 크로스토크는 현저히 개선될 수 있다. 3D 크로스토크를 개선하기 위한 본 발명의 개념은 아래와 같다.
먼저, 기존의 액정의 응답 곡선(a)은 개선된 액정의 응답 곡선(b)으로 수정된다. 제N-1 프레임(FN -1) 데이터보다 제N 프레임(FN) 데이터가 작은 경우, 피크 블랙 휘도(d)를 표현할 수 있도록 제N 프레임(FN) 데이터는 언더 드라이빙된 변조값으로 변조된다.
두 번째로, 피크 화이트 휘도(c)는 하향 조정된 피크 화이트 휘도(e)로 하향 조정된다. 피크 블랙 휘도(d)로부터 피크 화이트 휘도(c)까지의 휘도는 데이터의 계조 수에 대응하여 2n으로 나누어져 표현된다. 따라서, 입력되는 좌안 또는 우안 영상의 데이터(RGBL, RGBR)가 n비트일 때 표현 가능한 계조 수는 2n이다. 예를 들어 좌안 또는 우안 영상의 데이터(RGBL, RGBR)가 8비트일 때 28=256개의 계조, 즉 G0 내지 G255의 256개의 계조로 표현된다. 하지만, 피크 화이트 휘도(c)가 하향 조정되므로, 피크 블랙 휘도(d)로부터 하향 조정된 피크 화이트 휘도(e)까지의 휘도가 G0 내지 G255의 256개의 계조로 표현된다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 데이터 변조방법을 도 6 내지 도 8을 결부하여 설명한다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 변조방법을 나타내는 흐름도이다. 우선, 본 발명의 실시예에 따른 데이터 변조방법은 수학식 4 내지 수학식 6를 만족한다.
Figure 112010045807706-pat00005
Figure 112010045807706-pat00006
Figure 112010045807706-pat00007
먼저, 표시패널의 동일한 픽셀에 입력되는 데이터 값이 제N-1 프레임(FN-1)보다 제N 프레임(FN)에서 더 커지면, 입력된 데이터 값은 제N 프레임(FN) 데이터보다 더 큰 '약(weak) 오버 드라이빙 변조값'으로 설정된다. (수학식 4 참조) 여기서, 약 오버 드라이빙 변조값은 0% 내지 10%의 변조비율로 오버 드라이빙 변조한 변조값을 의미한다. 예를 들어, 10% 오버 드라이빙 변조비율은 제N 프레임(FN)에 입력되는 데이터 값을 그 데이터 값의 목표 휘도 대비 10% 만큼 높은 휘도에 대응하는 변조값으로 변조하는 것을 의미한다. (S101, S102)
두 번째로, 표시패널의 동일한 픽셀에 입력되는 데이터 값이 제N-1 프레임(FN -1)과 제N 프레임(FN)에서 동일하면 제N 프레임(FN)과 동일한 값으로 설정된다. (수학식 5 참조) 즉, 제N 프레임(FN)에 입력되는 데이터 값은 변조되지 않고 그대로 출력된다. (S103, S104)
세 번째로, 표시패널의 동일한 픽셀에 입력되는 데이터 값이 제N-1 프레임(FN -1)보다 제N 프레임(FN)에서 더 작아지면, 입력된 데이터 값은 제N 프레임(FN)보다 더 작은 '강(strong) 언더 드라이빙 변조값'으로 설정된다. (수학식 6 참조) 강 언더 드라이빙 변조값은 20% 내지 50%의 변조비율로 언더 드라이빙 변조한 변조값을 의미한다. 예를 들어, 30% 언더 드라이빙 변조비율은 제N 프레임(FN)에 입력되는 데이터 값을 그 데이터 값의 목표 휘도 대비 30% 만큼 낮은 휘도에 대응하는 변조값으로 변조하는 것을 의미한다. (S105, S106)
여기서, 입력되는 좌안 또는 우안 영상의 데이터(RGBL, RGBR)가 8비트일 때 피크 블랙 휘도(d)로부터 하향 조정된 피크 화이트 휘도(e)까지의 휘도가 G0 내지 G255의 256개의 계조로 표현되며, 목표 휘도는 입력 데이터의 계조에 대응되는 휘도 값이다.
결국, 본 발명은 데이터 값이 제N-1 프레임(FN -1) 데이터보다 제N 프레임(FN) 데이터가 큰 경우 약 오버 드라이빙 변조되고, 제N-1 프레임(FN -1) 데이터보다 제N 프레임(FN) 데이터가 작은 경우 강 언더 드라이빙 변조된다. 즉, 오버 드라이빙 변조와 언더 드라이빙 변조가 각각 다른 비율로 데이터 변조된다. 본 발명은 액정의 응답 곡선의 폴링을 조정하여 블랙 휘도를 최소화함으로써 3D 크로스토크를 개선하는 것이므로, 언더 드라이빙 비율이 오버 드라이빙 비율보다 더 높다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 변조방법을 룩-업 테이블로 나타낸 도면이다. 도 7을 참조하면, 룩-업 테이블은 약 오버 드라이빙(Over Driving) 변조부(A), 논(Non)-변조부(B), 및 강 언더 드라이빙(Under Driving) 변조부(C)로 구분된다. 도 7에서, 룩-업 테이블의 종축은 제N-1 프레임의 데이터의 계조이고, 룩-업 테이블의 횡축은 제N 프레임의 데이터의 계조이다.
표시패널의 동일한 픽셀에 입력되는 데이터 값이 수학식 4와 같이 제N-1 프레임(FN -1)보다 제N 프레임(FN)에서 더 큰 경우, 입력된 데이터 값은 약 오버 드라이빙 변조부(A)를 통해 변조된다. 룩-업 테이블의 약 오버 드라이빙 변조부(A)의 변조값들은 0% 내지 10%의 오버 드라이빙 비율로 변조된 변조값들이다.
도 7에서, 본 발명의 일 예로 오버 드라이빙 비율이 0%로 설정되었다. 룩-업 테이블의 약 오버 드라이빙 변조부(A)의 변조값들은 제N 프레임(FN)에 입력되는 데이터를 그 데이터의 목표 휘도 대비 0% 만큼 높은 휘도를 얻을 수 있도록 변조한 변조값들이다. 여기서, 목표 휘도 대비 0% 만큼 높은 휘도는 목표 휘도 자체를 의미한다.
룩-업 테이블의 논-변조부(B)는 약 오버 드라이빙 변조부(A)와 강 언더 드라이빙 변조부(C) 사이의 대각선 부분이다. 표시패널의 동일한 픽셀에 공급되는 데이터 값이 수학식 5와 같이 제N-1 프레임(FN -1)과 제N 프레임(FN)에서 동일한 경우, 입력된 데이터 값은 변조되지 않고 그대로 출력된다.
표시패널의 동일한 픽셀에 공급되는 데이터 값이 수학식 6과 같이 제N-1 프레임(FN -1)보다 제N 프레임(FN)에서 더 작은 경우, 입력된 데이터 값은 강 언더 드라이빙 변조부(C)를 통해 변조된다. 룩-업 테이블의 강 언더 드라이빙 변조부(C)의 변조값들은 20% 내지 50%의 언더 드라이빙 비율로 변조된 변조값들이다.
도 7에서, 본 발명의 일 예로 언더 드라이빙 비율이 40%로 설정되었다. 룩-업 테이블의 강 언더 드라이빙 변조부(C)의 변조값들은 제N 프레임(FN)에 입력되는 데이터 값을 그 데이터 값의 목표 휘도 대비 40% 낮은 휘도를 얻을 수 있도록 변조한 변조값들을 의미한다.
도 8은 기존 과구동 변조방법과 본 발명의 실시예에 따른 데이터 변조방법의 3D 크로스토크 비율을 비교한 실험값을 나타낸 표이다. 도 8에서, OD Ratio는 과구동 변조비율, 3D C/T(%)는 3D 크로스토크 비율(%), Gray는 계조 변화, 응답 속도(Rising/Falling)(ms)는 액정의 라이징(Rising) 응답 속도/폴링(Falling) 응답 속도를 의미한다.
도 8을 참조하면, 과구동 변조비율(OD Ratio)은 오버/언더 드라이빙 비율을 모두 10%로 설정한 경우(10%)와 도 6과 같이 오버 드라이빙 비율을 0%, 언더 드라이빙 비율을 40%로 설정한 경우(비대칭(0%/40%))로 나누어진다. 계조 변화(Gray)는 G45 계조와 G110 계조의 변화와 G110 계조와 G187 계조의 변화로 나누어진다.
본 실험 결과, 응답 속도(Rising/Falling)(ms)는 액정의 라이징 응답 속도는 오버/언더 드라이빙 비율을 모두 10%로 설정한 경우(10%)가 빨랐으나, 액정의 폴링 응답 속도는 오버 드라이빙 비율을 0%, 언더 드라이빙 비율을 40%로 설정한 경우(비대칭(0%/40%))가 빨랐다. 하지만, 3D 크로스토크 비율(3D C/T(%))은 오버 드라이빙 비율을 0%, 언더 드라이빙 비율을 40%로 설정한 경우(비대칭(0%/40%))에서 많이 감소되었다.
비대칭(0%/40%)은 오버 드라이빙 비율을 0%, 언더 드라이빙 비율을 40%로 하기 때문에, 오버/언더 드라이빙 비율을 모두 10%로 설정한 경우(10%)보다 액정의 라이징 응답 속도는 느리나, 액정의 폴링 응답 속도는 빠르다. 액정의 라이징 응답 속도가 느림에도 불구하고, 3D 크로스토크 비율이 현저히 개선되는 이유는 앞에서 설명한 바와 같이 피크 화이트 휘도를 수정하였기 때문이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치를 나타내는 블록도이다. 도 10은 도 9의 데이터 변조부를 상세히 나타내는 블록도이다. 도 9에서, 셔터안경과 그 인터페이스 회로, 편광안경 등은 생략되었다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시장치는 표시패널(DIS), 타이밍 콘트롤러(101), 데이터 변조부(110), 데이터 구동회로(102), 게이트 구동회로(103), 및 시스템 보드(104), 사용자 입력장치(120) 등을 구비할 수 있다.
표시패널(DIS)은 2D 영상과 3D 영상 데이터를 표시하는 표시소자로서, 표시패널(DIS)이 액정표시소자의 표시패널로 구현되는 경우, 백라이트 유닛이 필요하다. 백라이트 유닛은 직하형(direct type) 백라이트 유닛 또는, 에지형(edge type) 백라이트 유닛으로 구현될 수 있다. 이하에서, 표시패널(DIS)이 액정표시소자로 구현된 경우를 중심으로 설명한다.
표시패널(DIS)은 두 장의 유리기판 사이에 액정층이 형성된다. 표시패널(DIS)은 데이터라인들(105)과 게이트라인들(또는 스캔라인, 106)의 교차 구조에 의해 매트릭스 형태로 배치된 액정셀들을 포함한다.
타이밍 콘트롤러(101)는 시스템 보드(104)로부터 입력되는 모드신호(MODE) 또는, 입력 영상 신호에 코딩된 모드 식별 코드에 기초하여 2D 모드와 3D 모드의 동작을 전환할 수 있다. 타이밍 콘트롤러(101)는 시스템 보드(104)로부터 입력된 2D 및 3D 영상의 디지털 데이터(RGB)를 데이터 변조부(110)에 전송하고, 데이터 변조부(110)에 의해 변조된 데이터(RGB')를 데이터 구동회로(102)에 전송한다.
타이밍 콘트롤러(101)는 시스템 보드(104)로부터 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 도트 클럭(CLK) 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 구동회로(102)와 게이트 구동회로(103)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 제어신호들을 발생한다. 제어신호들은 게이트 구동회로(103)의 동작 타임을 제어하기 위한 게이트 타이밍 제어신호, 데이터 구동회로(102)의 동작 타이밍과 데이터전압의 극성을 제어하기 위한 데이터 타이밍 제어신호를 포함한다.
타이밍 콘트롤러(101) 또는 시스템 보드(104)는 60Hz의 입력 프레임 주파수를 체배하여 60×i(i는 2 이상의 정수)Hz의 프레임 주파수로 표시패널(DIS)을 구동할 수 있다. 입력 프레임 주파수는 PAL(Phase Alternate Line) 방식에서 50Hz이고 NTSC(National Television Standards Committee) 방식에서 60Hz이다. PAL 방식에서 프레임 주파수가 4 배로 체배되어 200Hz로 될 때 1 프레임 기간은 5msec 이고, NTSC 방식에서 프레임 주파수가 4 배로 체배되어 240Hz로 될 때 1 프레임 기간은 대략 4.16msec 이다.
게이트 타이밍 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 게이트펄스를 발생하는 게이트 드라이브 IC(Integrated Circuit)에 인가되어 첫 번째 게이트펄스가 발생되도록 그 게이트 드라이브 IC를 제어한다. 게이트 쉬프트 클럭(GSC)은 게이트 드라이브 IC들에 공통으로 입력되는 클럭신호로써 게이트 스타트 펄스(GSP)를 쉬프트시키기 위한 클럭신호이다. 게이트 출력 인에이블신호(GOE)는 게이트 드라이브 IC들의 출력을 제어한다.
데이터 타이밍 제어신호는 소스 스타트 펄스(Source Start Pulse, SSP), 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호(Polarity : POL), 및 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함한다. 소스 스타트 펄스(SSP)는 데이터 구동회로의 데이터 샘플링 시작 타이밍을 제어한다. 소스 샘플링 클럭(SSC)은 라이징 또는 폴링 에지에 기준하여 데이터 구동회로(102) 내에서 데이터의 샘플링 타이밍을 제어하는 클럭신호이다. 극성제어신호(POL)는 데이터 구동회로(102)로부터 출력되는 데이터전압의 극성을 제어한다. 소스 출력 인에이블신호(SOE)는 데이터 구동회로(102)의 출력 타이밍을 제어한다. 데이터 구동회로(102)에 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.
데이터 변조부(110)는 좌안 영상과 우안 영상을 포함하는 3D 영상의 크로스토크를 줄이기 위하여, 입력되는 좌안 또는 우안 영상 데이터(RGBL, RGBR)를 변조하기 위한 변조값으로 3D 영상의 디지털 데이터를 변조한다. 데이터 변조부(110)는 프레임 메모리(111)와, 룩-업 테이블(112)을 포함한다. 프레임 메모리(111)는 제N-1 프레임(FN -1) 데이터를 저장하여 제N-1 프레임(FN -1) 데이터를 1 프레임기간 동안 지연시켜 제N 프레임(FN) 데이터와 동기시킨다. 3D 모드에서 제N-1 프레임(FN -1) 데이터가 좌안 영상 데이터이면 제N 프레임(FN) 데이터는 우안 영상 데이터이고, 제N-1 프레임(FN -1) 데이터가 우안 영상 데이터이면 제N 프레임(FN) 데이터는 좌안 영상 데이터이다. 룩-업 테이블(112)은 입력되는 좌안 또는 우안 영상 데이터(RGBL, RGBR)를 변조하기 위한 변조값들 예를 들면, 도 7의 룩-업 테이블의 변조값들이 저장될 수 있다.
룩-업 테이블(112)은 제N 프레임(FN) 데이터와 프레임 메모리(111)로부터 입력되는 제N-1 프레임(FN -1) 데이터를 입력 어드레스로 입력받아 그 어드레스에 저장된 변조값들을 출력하여 보정된 데이터(RGB')를 출력한다. 따라서, 룩-업 테이블은 제N 프레임(FN) 데이터와 제N-1 프레임(FN -1) 데이터의 비교 결과에 따라 선택된 변조값으로 제N 프레임(FN) 데이터를 보정한다.
데이터 변조부(110)는 2D 영상을 기존의 과구동 변조방법을 이용하여 데이터 변조할 수 있다. 또한, 데이터 변조부(110)는 타이밍 콘트롤러(101)에 내장될 수 있다.
데이터 구동회로(102)의 소스 드라이브 IC들 각각은 쉬프트 레지스터, 래치, 디지털-아날로그 변환기, 출력 버퍼 등을 포함한다. 데이터 구동회로(102)는 타이밍 콘트롤러(101)의 제어 하에 디지털 비디오 데이터(RGB')를 래치한다. 데이터 구동회로(102)는 디지털 비디오 데이터(RGB')를 아날로그 감마 보상 전압들로 변환하고 극성제어신호(POL)에 응답하여 데이터전압의 극성을 반전시킨다.
게이트 구동회로(103)는 게이트 타이밍 제어신호들에 응답하여 데이터전압과 동기되는 게이트펄스를 게이트라인들(106)에 순차적으로 공급한다.
시스템 보드(104)는 LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 인터페이스, TMDS(Transition Minimized Differential Signaling) 인터페이스 등의 인터페이스를 통해 2D 영상 또는 3D 영상의 데이터와 타이밍신호들(Vsync, Hsync, DE, CLK)을 타이밍 콘트롤러(101)에 공급한다. 시스템 보드(104)는 2D 모드에서 2D 영상을 타이밍 콘트롤러(101)에 공급하는 반면, 3D 모드에서 좌안 영상과 우안 영상을 포함한 3D 영상을 타이밍 콘트롤러(101)에 공급한다. 시스템 보드(104)는 60×iHz의 프레임 주파수로 2D 및 3D 영상의 데이터를 전송할 수 있다.
사용자는 사용자 입력장치(120)를 통해 2D 모드와 3D 모드를 선택할 수 있다. 사용자 입력장치(120)는 표시패널(DIS) 상에 부착되거나 내장된 터치 스크린, 온 스크린 디스플레이(On screen display, OSD), 키보드, 마우스, 리모트 콘트롤러(Remote controller) 등을 포함한다. 시스템 보드(104)는 사용자 입력장치(120)를 통해 입력되는 사용자 데이터에 응답하여 2D 모드 동작과 3D 모드 동작을 전환한다. 시스템 보드(104)는 입력 영상의 데이터에 인코딩된 2D/3D 식별 코드를 통해 2D 모드의 동작과 3D 모드의 동작을 전환할 수도 있다.
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.
DIS : 표시패널 SG : 셔터 안경
101 : 타이밍 콘트롤러 102 : 데이터 구동회로
103 : 게이트 구동회로 104 : 시스템 보드
105: 데이터라인 106: 게이트라인(또는 스캔라인)
110: 데이터 변조부 111: 프레임 메모리
112: 룩-업 테이블 120: 사용자 입력장치

Claims (7)

  1. 좌안 영상과 우안 영상을 시분할로 표시하는 입체영상 표시장치의 데이터 변조방법에 있어서,
    이전 프레임 데이터의 계조보다 현재 프레임 데이터의 계조가 큰 경우 상기 현재 프레임 데이터를 소정의 오버 드라이빙 변조비율 내에서 데이터 변조하여 출력하는 단계;
    상기 이전 프레임 데이터의 계조와 상기 현재 프레임 데이터의 계조가 동일한 경우 상기 현재 프레임 데이터를 그대로 출력하는 단계;
    상기 이전 프레임 데이터의 계조보다 상기 현재 프레임 데이터의 계조가 작은 경우 상기 현재 프레임 데이터를 소정의 언더 드라이빙 변조비율 내에서 데이터 변조하여 출력하는 단계; 및
    표시패널의 피크 화이트 휘도를 하향 조정하는 단계를 포함하며,
    상기 언더 드라이빙 변조비율은 상기 오버 드라이빙 변조비율보다 높은 것을 특징으로 하는 데이터 변조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 오버 드라이빙 변조비율은 상기 현재 프레임 데이터의 목표 휘도 대비 0% 내지 10% 범위 내에서 0% 보다 높은 휘도에 대응하는 데이터 변조비율이며,
    상기 목표 휘도는 상기 현재 프레임 데이터의 계조에 대응하는 휘도 값인 것을 특징으로 하는 데이터 변조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 언더 드라이빙 변조비율은,
    상기 언더 드라이빙 변조비율은 상기 현재 프레임 데이터의 목표 휘도 대비 20% 내지 50% 만큼 낮은 휘도에 대응하는 데이터 변조비율이며,
    상기 목표 휘도는 상기 현재 프레임 데이터의 계조에 대응하는 휘도 값인 것을 특징으로 하는 데이터 변조방법.
  4. 좌안 영상과 우안 영상을 시분할로 표시하고, 피크 화이트 휘도가 하향 조정된 표시패널;
    이전 프레임 데이터의 계조보다 현재 프레임 데이터의 계조가 큰 경우 상기 현재 프레임 데이터를 소정의 오버 드라이빙 변조비율 내에서 데이터 변조하여 출력하고, 상기 이전 프레임 데이터의 계조와 상기 현재 프레임 데이터의 계조가 동일한 경우 상기 현재 프레임 데이터를 그대로 출력하며, 상기 이전 프레임 데이터의 계조보다 상기 현재 프레임 데이터의 계조가 작은 경우 상기 현재 프레임 데이터를 소정의 언더 드라이빙 변조비율 내에서 데이터 변조하여 출력하는 데이터 변조부; 및
    상기 데이터 변조부로부터 변조된 좌안 및 우안 영상 데이터를 표시패널에 공급하는 제어부를 포함하며,
    상기 언더 드라이빙 변조비율은 상기 오버 드라이빙 변조비율보다 높은 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 오버 드라이빙 변조비율은 상기 현재 프레임 데이터의 목표 휘도 대비 0% 내지 10% 범위 내에서 0% 보다 높은 휘도에 대응하는 데이터 변조비율이며,
    상기 목표 휘도는 상기 현재 프레임 데이터의 계조에 대응하는 휘도 값인 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 언더 드라이빙 변조비율은,
    상기 언더 드라이빙 변조비율은 상기 현재 프레임 데이터의 목표 휘도 대비 20% 내지 50% 만큼 낮은 휘도에 대응하는 데이터 변조비율이며,
    상기 목표 휘도는 상기 현재 프레임 데이터의 계조에 대응하는 휘도 값인 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 데이터 변조부는,
    상기 이전 프레임 데이터를 저장하는 프레임 메모리; 및
    상기 프레임 메모리로부터 상기 이전 프레임 데이터를 입력받고, 상기 제어부로부터 현재 프레임 데이터를 입력받아 상기 이전 프레임 데이터 및 상기 현재 프레임 데이터를 입력 어드레스로 하여 그 어드레스에 저장된 변조값을 출력하는 룩-업 테이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
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