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KR101324412B1 - 입체 영상 표시장치와 그 구동 방법 - Google Patents

입체 영상 표시장치와 그 구동 방법 Download PDF

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KR101324412B1 KR1020100042518A KR20100042518A KR101324412B1 KR 101324412 B1 KR101324412 B1 KR 101324412B1 KR 1020100042518 A KR1020100042518 A KR 1020100042518A KR 20100042518 A KR20100042518 A KR 20100042518A KR 101324412 B1 KR101324412 B1 KR 101324412B1
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Abstract

본 발명은 입체 영상 표시장치에 관한 것으로, 2D 모드에서 2D 영상 데이터를 표시하고 3D 모드에서 3D 영상 데이터를 표시하는 표시패널; 상기 표시패널에 빛을 조사하기 위한 백라이트 유닛; 상기 3D 모드의 적어도 일부 프레임기간 동안 상기 백라이트 유닛의 듀티비를 상기 2D 모드에서 설정된 듀티비보다 낮추고 상기 3D 모드의 적어도 일부 프레임기간 동안 상기 백라이트 유닛의 광원들에 공급되는 순방향 전류를 상기 2D 모드에서 설정된 순방향 전류보다 높이기 위한 백라이트 제어 데이터를 발생하는 백라이트 콘트롤러; 및 상기 백라이트 제어 데이터에 응답하여 상기 백라이트 유닛의 광원들을 구동하는 광원 구동부를 구비한다.

Description

입체 영상 표시장치와 그 구동 방법{STEREOSCOPIC IMAGE DISPLAY AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 입체 영상 표시장치와 그 구동 방법에 관한 것이다.
입체영상 표시장치는 양안시차방식(stereoscopic technique)과 복합시차지각방식(autostereoscopic technique)으로 나뉘어진다.
양안시차방식은 입체 효과가 큰 좌우 눈의 시차 영상을 이용하며, 안경방식과 무안경방식으로 나뉘어진다. 안경방식은 직시형 표시소자나 프로젝터에 좌우 시차 영상의 편광 방향을 바꿔서 또는 시분할 방식으로 표시하고, 편광 안경 또는 셔터 안경을 사용하여 입체 영상을 구현한다. 무안경 방식은 일반적으로 패럴렉스 베리어, 렌티큘라 렌즈 등의 광학판을 이용하여 좌우 시차 영상의 광축을 분리하여 입체 영상을 구현한다.
안경방식의 입체 영상 표시장치의 일예로는 미국특허 US 5,821,989, 미국출원 공개 US 2007022949A1 등이 알려져 있다.
도 1은 안경방식의 입체 영상 표시장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 셔터 안경(ST)에서 흑색으로 표시된 부분은 관찰자 쪽으로 진행하는 빛을 차단하는 셔터이고, 백색으로 표시된 부분은 관찰자 쪽으로 빛을 투과하는 셔터를 나타낸다. 도 1에서, 표시소자(DIS)를 액정표시소자로 선택하는 경우에, 표시소자(DIS)에 빛을 조사하는 백라이트 유닛(Back Light Unit, BLU)이 필요하다.
도 1을 참조하면, 기수 프레임 기간 동안 표시소자(DIS)에 좌안 영상 데이터(RGBL)가 기입되고, 셔터 안경(ST)의 좌안 셔터(STL)가 개방된다. 우수 프레임 기간 동안, 표시소자(DIS)에 우안 영상 데이터(RGBR)가 기입되고 셔터 안경(ST)의 우안 셔터(STR)가 개방된다. 따라서, 관찰자는 기수 프레임 동안 좌안 영상만을 보게 되고, 우수 프레임 기간 동안 우안 영상만을 보게 되어 양안시차로 입체감을 느낄 수 있다.
표시소자(DIS)는 2D 모드에서 2차원 평면 영상(이하 "2D 영상"이라 함)을 표시하고 3D 모드에서 입체 영상(이하 "3D 영상"이라 함)을 표시할 수 있다. 3D 모드에서 좌안 영상과 우안 영상이 겹쳐 보이는 3D 크로스토크를 줄이기 위하여, 데이터가 없는 버티컬 블랭크 기간(Vertical blank time)을 확장하거나 도 2와 같이 액정표시장치의 백라이트 점등 비율을 낮추는 방법이 있다. 백라이트 점등 비율은 정해진 시간 내에서 백라이트 유닛(BLU)이 점등되는 시간의 비율로서 백라이트 유닛(BLU)의 광원들을 점등 및 소등시키는 펄스폭변조(Pulse Width Modulation, PWM) 신호로 제어될 수 있다.
도 2는 2D 모드와 3D 모드에서 백라이트 유닛(BLU)의 점등 비율을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 백라이트 유닛(BLU)의 광원은 2D 모드에서 100%의 듀티비로 점등하고, 3D 모드에서 2D 모드보다 낮은 듀티비로 점등한다. 백라이트 유닛(BLU)은 셔터 안경의 좌안 셔터(STL)와 우안 셔터(STR)의 개방시간 동안 점등한다. 3D 모드에서, 셔터 안경의 좌안 셔터(STL)는 표시소자(DIS)에 좌안 영상이 표시될 때 개방되고, 셔터 안경의 우안 셔터(STR)는 표시소자(DIS)에 우안 영상이 표실 될 때 개방된다. 그런데, 사용자는 3D 모드에서 백라이트 유닛(BLU)의 낮은 듀티비로 점등하기 때문에 2D 모드에 비하여 3D 모드에서 입체 영상 표시장치의 휘도를 낮게 느낀다.
본 발명은 3D 모드의 휘도를 2D 모드와 유사한 수준으로 높이도록 한 입체 영상 표시장치와 그 구동 방법을 제공한다.
본 발명의 입체 영상 표시장치는 2D 모드에서 2D 영상 데이터를 표시하고 3D 모드에서 3D 영상 데이터를 표시하는 표시패널; 상기 표시패널에 빛을 조사하기 위한 백라이트 유닛; 상기 3D 모드의 적어도 일부 프레임기간 동안 상기 백라이트 유닛의 듀티비를 상기 2D 모드에서 설정된 듀티비보다 낮추고 상기 3D 모드의 적어도 일부 프레임기간 동안 상기 백라이트 유닛의 광원들에 공급되는 순방향 전류를 상기 2D 모드에서 설정된 순방향 전류보다 높이기 위한 백라이트 제어 데이터를 발생하는 백라이트 콘트롤러; 및 상기 백라이트 제어 데이터에 응답하여 상기 백라이트 유닛의 광원들을 구동하는 광원 구동부를 구비한다.
상기 표시패널은 상기 3D 모드에서 제n+1(n은 양의 정수) 및 제n+2 프레임 기간 동안 좌안 영상 데이터를 연속으로 표시하고, 제n+3 및 제n+4 프레임 기간 동안 우안 영상 데이터를 연속으로 표시한다.
상기 백라이트 유닛의 광원들은 상기 3D 모드의 제n+2 및 제n+4 프레임 기간 동안 2D 설정값의 듀티비보다 낮은 3D 설정값의 듀티비와, 2D 설정값의 순방향 전류보다 높은 3D 설정값의 순방향 전류로 발광한다.
상기 입체 영상 표시장치의 구동 방법은 2D 모드에서 표시패널에 2D 영상 데이터를 표시하고 3D 모드에서 상기 표시패널에 3D 영상 데이터를 표시하는 단계: 백라이트 유닛을 이용하여 상기 표시패널에 빛을 조사하는 단계; 및 상기 3D 모드의 적어도 일부 프레임기간 동안 상기 백라이트 유닛의 듀티비를 상기 2D 모드에서 설정된 듀티비보다 낮추고 상기 3D 모드의 적어도 일부 프레임기간 동안 상기 백라이트 유닛의 광원들에 공급되는 순방향 전류를 상기 2D 모드에서 설정된 순방향 전류보다 높이는 단계를 포함한다.
본 발명은 3D 모드에서 낮은 듀티비로 발광하는 백라이트 유닛의 광원들을 높은 순방향 전류로 발광시켜 3D 모드의 휘도를 2D 모드의 휘도 수준으로 높일 수 있다. 나아가, 본 발명은 3D 모드에서 듀티비를 낮추어 3D 크로스토크를 줄이고 백라이트 유닛을 다수의 블록들로 분할하여 표시패널의 데이터 스캐닝 방향을 따라 백라이트 블록들을 순차적으로 점등시켜 3D 영상의 휘도 균일도를 높일 수 있다.
도 1은 안경 방식의 입체 영상 표시장치에서 좌우 영상의 시분할 동작을 보여 주는 도면이다.
도 2는 3D 모드에서 액정표시장치의 백라이트 점등비율이 낮아지는 예를 보여 주는 파형도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시장치를 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시된 백라이트 유닛의 광원들과 그 광원들을 제어하기 위한 회로 구성을 보여 주는 회로도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 입체 영상 표시장치의 구동 방법을 나타내는 파형도이다.
도 6은 도 3에 도시된 백라이트 콘트롤러의 제어 수순을 단계적으로 보여 주는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 입체 영상 표시장치의 구동 방법을 나타내는 파형도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 입체 영상 표시장치의 블록 분할 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 입체 영상 표시장치의 구동 방법을 나타내는 파형도이다.
도 10은 도 9와 같은 블록 분할 구동에 의해 얻어지는 휘도 균일도 효과를 보여 주는 도면이다.
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.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시장치는 표시패널(100), 백라이트 유닛(140), 타이밍 콘트롤러(101), 데이터 구동회로(102), 게이트 구동회로(103), 백라이트 콘트롤러(141), 광원 구동부(142), 시스템 보드(104), 및 셔터 안경(130)을 구비한다.
표시패널(100)은 두 장의 유리기판 사이에 액정층이 형성된다. 표시패널(100)은 데이터라인들(105)과 게이트라인들(106)의 교차 구조에 의해 매트릭스 형태로 배치된 액정셀들을 포함한다.
표시패널(100)의 하부 유리기판에는 데이터라인들(105), 게이트라인들(106), 박막트랜지스터들(Thin Film Transistors, TFTs), 및 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst) 등이 형성된다. 표시패널(100)의 액정셀들은 TFT에 접속된 화소전극과, 공통전압이 공급되는 공통전극 사이의 전계에 의해 구동된다. 표시패널(100)의 상부 유리기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 및 공통전극이 형성된다. 표시패널(100)의 상부 유리기판과 하부 유리기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정의 프리틸트각(pre-tilt angle)을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 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.
본 발명에서 적용 가능한 표시패널(100)은 TN 모드, VA 모드, IPS 모드, FFS 모드뿐 아니라 어떠한 액정모드의 액정표시패널로도 구현될 수 있다.
백라이트 유닛(140)은 직하형(direct type) 백라이트 유닛 또는, 에지형(edge type) 백라이트 유닛으로 구현될 수 있다. 에지형 백라이트 유닛은 도시하지 않은 도광판의 측면에 대향되도록 광원들이 배치되고, 표시패널(100)과 도광판 사이에 다수의 광학시트들이 배치되는 구조를 갖는다. 직하형 백라이트 유닛은 표시패널(100)의 아래에 다수의 광학시트들과 확산판이 적층되고 확산판 아래에 다수의 광원들이 배치되는 구조를 갖는다. 광원들은 냉음극 형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp : CCFL), 외부전극 형광램프(External Electrode Fluorescent Lamp : EEFL), 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED) 중 하나 이상으로 구현될 수 있다. 광원으로는, 후술하는 바와 같이 순방향 전류(Forward current, IF)의 조정으로 휘도가 쉽게 조정될 수 있는 LED가 바람직하다.
타이밍 콘트롤러(101)는 시스템 보드(104)로부터 입력된 디지털 비디오 데이터(RGB)를 데이터 구동회로(102)에 공급한다. 또한, 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)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) 또는 시스템 보드(104)는 60Hz의 입력 프레임 주파수를 체배하여 60×i(i는 2 이상의 정수)Hz의 프레임 주파수로 표시패널(100)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 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 극성제어신호(POL)에 응답하여 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성 감마보상전압과 부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압의 극성을 반전시킨다. 그리고 데이터 구동회로(102)는 극성제어신호(POL)에 응답하여 데이터라인들(105)로 출력되는 데이터전압들의 극성을 반전시킨다.
게이트 구동회로(103)는 게이트 타이밍 제어신호들에 응답하여 게이트펄스를 게이트라인들(106)에 순차적으로 공급한다.
백라이트 콘트롤러(141)는 시스템 보드(104) 또는 타이밍 콘트롤러(101)로부터 입력되는 모드신호(MODE)에 따라 2D 모드와 3D 모드를 판별할 수 있다. 백라이트 콘트롤러(141)는 시스템 보드(104) 또는 타이밍 콘트롤러(101)로부터 입력되는 글로벌/로컬 디밍신호(DIM)에 따라 백라이트 휘도가 조정되도록 상기 디밍신호(DIM)에 따라 PWM 신호의 듀티비 조정값을 포함한 백라이트 제어 데이터를 SPI(Serial Peripheral Interface) 데이터 포맷으로 광원 구동부(142)에 전송한다. 또한, 백라이트 콘트롤러(141)는 2D 모드에 비하여 3D 모드에서 PWM 듀티비를 낮추어 광원들의 점등비율을 낮추고, 3D 모드에서 수직 동기신호를 기준으로 하여 광원들의 점등 및 소등 타이밍을 결정하는 PWM 신호의 라이징 타이밍과 폴링 타이밍을 제어하기 위한 백라이트 제어 데이터를 SPI 데이터 포맷으로 발생한다. 백라이트 콘트롤러(141)는 타이밍 콘트롤러(101) 내에 내장될 수 있다.
광원 구동부(142)는 백라이트 콘트롤러(141)로부터의 백라이트 제어 데이터에 응답하여 3D 모드에서 광원들의 PWM 듀티비를 낮추어 2D 모드에 비하여 광원들의 점등 비율을 낮추고, 광원들에 인가되는 순방향 전류를 2D 모드 보다 높인다. 따라서, 본 발명은 광원들을 3D 모드에서 2D 모드에 비하여 점등 비율을 낮게 제어하여 3D 크로스토크를 방지하고 3D 모드에서 광원들의 발광 휘도를 높여 3D 모드의 휘도 수준을 2D 모드와 유사한 수준으로 유지할 수 있다.
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. 시스템 보드(104) 또는 타이밍 콘트롤러(101)는 영상 데이터를 분석하여 그 분석 결과에 따라 표시영상의 콘트라스트 특성을 높이기 위하여 글로벌/로컬 디밍값을 산출하여 디밍신호(DIM)를 발생할 수 있다.
사용자는 사용자 입력장치(110)를 통해 2D 모드와 3D 모드를 선택할 수 있다. 사용자 입력장치(110)는 표시패널(100) 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(110)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.
시스템 보드(104)는 3D 모드에서 셔터 안경(130)의 좌안 셔터(STL)와 우안 셔터(STR)를 교대로 개폐하기 위하여, 셔터 제어신호 송신부(120)로 통해 셔터 제어신호를 출력한다. 셔터 제어신호 송신부(120)는 유/무선 인터페이스를 통해 셔터 제어신호를 셔터 제어신호 수신부(121)에 전송한다. 셔터 제어신호 수신부(121)는 셔터 안경(130)에 내장되거나 별도의 모듈로 제작되어 셔터 안경(130)에 부착될 수 있다.
셔터 안경(130)은 전기적으로 개별 제어되는 좌안 셔터(STL)와 우안 셔터(STR)를 포함한다. 좌안 셔터(STL)와 우안 셔터(STR) 각각은 제1 투명기판, 제1 투명기판 상에 형성된 제1 투명전극, 제2 투명기판, 제2 투명기판 상에 형성된 제2 투명전극, 제1 및 제2 투명기판 사이에 협지된 액정층을 포함한다. 제1 투명전극에는 기준전압이 공급되고 제2 투명전극에는 ON/OFF 전압이 공급된다. 좌안 셔터(STL)와 우안 셔터(STR) 각각은 제2 투명전극에 ON 전압이 공급될 때 표시패널(100)로부터의 빛을 투과시키는 반면, 제2 투명전극에 OFF 전압이 공급될 때 표시패널(100)로부터의 빛을 차단한다.
셔터 제어신호 수신부(121)는 유/무선 인터페이스를 통해 셔터 제어신호를 수신하고, 셔터 제어신호에 따라 셔터 안경(130)의 좌안 셔터(STL)와 우안 셔터(STR)를 교대로 개폐한다. 셔터 제어신호가 제1 논리값으로 셔터 제어신호 수신부(121)에 입력될 때, 좌안 셔터(STL)의 제2 투명전극에 ON 전압이 공급되는 반면에, 우안 셔터(STR)의 제2 투명전극에 OFF 전압이 공급된다. 셔터 제어신호가 제2 논리값으로 셔터 제어신호 수신부(121)에 입력될 때, 좌안 셔터(STL)의 제2 투명전극에 OFF 전압이 공급되는 반면에, 우안 셔터(STR)의 제2 투명전극에 ON 전압이 공급된다. 따라서, 셔터 안경(130)의 좌안 셔터(STL)는 셔터 제어신호가 제1 논리값으로 발생될 때 개방되고, 셔터 안경(130)의 우안 셔터(STR)는 셔터 제어신호가 제2 논리값으로 발생될 때 개방된다.
도 4는 백라이트 유닛(140)의 광원들과 그 광원들을 제어하기 위한 회로 구성을 보여 주는 회로도이다. 도 4는 광원들을 LED 어레이로 구현한 예를 나타낸다. 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 입체 영상 표시장치의 구동 방법을 나타내는 파형도이다. 도 6은 백라이트 콘트롤러(141)의 제어 수순을 단계적으로 보여 주는 흐름도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 부스트 컨버터(143)는 LED 어레이(144)의 애노드 단자에 100V~150V 사이의 직류 전압을 공급한다.
LED 어레이(144)의 순방향 전류(IF)는 트랜지스터(Q)의 베이스전압(VG)에 따라 조정된다. 트랜지스터(Q)는 npn(또는 n 채널) 트랜지스터로서, LED 어레이(144)의 캐소드 단자와 광원 구동부(142)의 제1 출력 단자에 접속된 컬렉터 단자(또는 드레인 단자), 제1 저항(R1)을 통해 광원 구동부(142)의 제2 출력 단자에 접속된 베이스 단자(또는 게이트 단자), 제2 저항(R2)을 통해 기저전압원(GND)에 접속된 에미터단자(또는 소스 단자)를 포함한다.
광원 구동부(142)는 3D 모드에서 백라이트 콘트롤러(141)로부터 입력되는 SPI 데이터 포맷의 백라이트 제어 데이터에 응답하여 제2 출력단자를 통해 출력되는 PWM 신호의 듀티비를 2D 모드보다 낮춘다. 또한, 광원 구동부(142)는 3D 모드에서 백라이트 제어 데이터에 응답하여 베이스전압(VG)을 높인다. 그 결과, 트랜지스터(Q)의 베이스-에미터간의 전류와 LED 어레이(144)의 순방전 전류(IF)는 상승한다. 따라서, LED 어레이(144)는 3D 모드에서 도 5와 같이 낮은 듀티비로 점등 및 소등을 반복하고, 높은 순방향 전류에 의해 높은 휘도로 발광한다. LED 어레이(144)는 3D 모드에서 대략 1%~17%의 듀티비로 점등 및 소등하고, 120mA~150mA 사이의 순방향 전류로 발광할 수 있다.
광원 구동부(142)는 2D 모드에서 백라이트 콘트롤러(141)로부터 입력되는 SPI 데이터에 응답하여 제2 출력단자를 통해 출력되는 PWM 신호의 듀티비를 3D 모드보다 높인다. 또한, 광원 구동부(142)는 2D 모드에서 SPI 데이터에 응답하여 베이스전압(VG)을 낮춘다. 그 결과, 2D 모드에서 트랜지스터(Q)의 베이스-에미터간에 흐르는 전류와 LED 어레이(144)의 순방전 전류(IF)는 낮아진다. 따라서, LED 어레이(144)는 2D 모드에서 도 5와 같이 높은 듀티비로 점등하고, 낮은 순방향 전류에 의해 낮은 휘도로 발광한다. LED 어레이(144)는 2D 모드에서 3D 모드의 듀티비보다 높은 대략 50%~100%의 듀티비로 점등하고, 50mA~60mA 사이의 순방향 전류로 발광할 수 있다.
백라이트 콘트롤러(141)는 디밍신호(DIM), 모드신호(MODE), 및 수직 동기신호(Vsnc)를 입력 받는다. 백라이트 콘트롤러(141)는 PWM의 라이징 타임, PWM의 폴링 타임 및 전류 정보를 SPI 데이터로 백라이트 구동부(142)에 전송한다. 백라이트 콘트롤러(141)는 3D 모드에서 미리 설정된 3D 설정값으로 백라이트의 PWM 듀티비(BLU Duty)를 줄이고 순방향 전류값을 미리 설정된 3D 설정값으로 증가한다.(도 6의 S1, S2 및 S4) 백라이트 콘트롤러(141)는 2D 모드에서 미리 설정된 2D 설정값으로 백라이트의 PWM 듀티비(BLU Duty)를 높이고 순방향 전류값을 미리 설정된 2D 설정값으로 낮춘다.(도 6의 S1, S3 및 S4)
백라이트 콘트롤러(141)는 PWM의 폴링 타임을 Delay Time(falling edge)=Vsync×C(C는 0~1 사이의 상수값)으로 제어하고, PWM의 라이징 타임을 Delay Time(rising edge)=Delay Time(falling edge)-Vsync×PWM duty on time으로 제어한다. 여기서, C 값과 PWM duty on time은 2D 설정값과 3D 설정값에 따라 달라진다. C 값은 셔터 안경(130)의 액정 응답 지연특성를 고려하여 조정될 수 있다.
이와 같은 백라이트 제어 방법에 의해, LED 어레이(144)는 도 5와 같이 2D 모드에서 높은 듀티비와 낮은 순방향 전류에 의해 발광하는 반면에, 3D 모드에서 낮은 듀티비와 높은 순방향 전류에 의해 발광한다. LED 어레이(144)의 PWM 신호는 셔터 안경(130)의 액정 지연 시간을 고려하여 좌안 셔터(STL)와 우안 셔터(STR)가 열리기 시작하는 시점(또는 라이징 시점)보다 늦게 라이징된다. 3D 모드에서, 셔터 안경(130)의 좌안 셔터(STL)는 표시소자(DIS)에 좌안 영상이 표시될 때 개방되고, 셔터 안경(130)의 우안 셔터(STR)는 표시소자(DIS)에 우안 영상이 표실 될 때 개방된다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 입체 영상 표시장치의 구동 방법을 나타내는 파형도이다.
도 7을 참조하면, 데이터 구동회로(102)는 3D 모드에서 제n+1(n은 양의 정수) 및 제n+2 프레임 기간(Fn+1, Fn+2) 동안 타이밍 콘트롤러(101)로부터 입력되는 좌안 영상 데이터를 감마보상전압으로 변환하여 데이터라인들(105)로 출력한다. 그리고 데이터 구동회로(102)는 3D 모드에서 제n+3 및 제n+4 프레임 기간(Fn+3, Fn+4) 동안 타이밍 콘트롤러(101)로부터 입력되는 우안 영상 데이터를 감마보상전압으로 변환하여 데이터라인들(105)로 출력한다. 따라서, 표시패널(100)의 액정셀들에는 제n+1 및 제n+2 프레임 기간(Fn+1, Fn+2) 동안 동일한 좌안 영상 데이터가 연속으로 어드레싱되고, 제n+3 및 제n+4 프레임 기간(Fn+3, Fn+4) 동안 동일한 우안 영상 데이터가 연속으로 어드레싱된다.
백라이트 유닛(140)의 광원들은 3D 모드에서 제n+2 및 제n+4 프레임 기간(Fn+2, Fn+4) 내에서 점등되고, 표시패널(100)의 액정 응답 지연시간을 고려하여 프레임 기간의 스타트 시점으로부터 소정 시간 지연된 시간부터 3D 설정값의 듀티비로 점등한다. 백라이트 유닛(140)의 광원들은 3D 모드에서 제n+2 및 제n+4 프레임 기간(Fn+2, Fn+4) 동안, 2D 모드보다 낮은 듀티비로 점등하고 2D 모드보다 높은 순방향 전류(IF3D)로 발광한다. 한편, 백라이트 유닛(140)의 광원들은 3D 모드에서 제n+1 및 제n+3 프레임 기간(Fn+1, Fn+3) 동안, 도 7과 같이 소등 상태를 유지하거나 도 9와 같이 2D 모드와 동일한 순방향 전류(IF2D)로 발광할 수 있다. 백라이트 유닛(140)의 광원들은 2D 모드에서 제n+1 내지 제n+4 프레임 기간(Fn+1~Fn+4) 동안 3D 모드보다 높은 듀티비로 점등하고 3D 모드보다 낮은 낮은 순방향 전류로 발광한다.
3D 크로스토크를 방지하기 위하여, 셔터 안경(130)의 좌안 셔터(STL)는 제n+2 프레임 기간(Fn+2) 동안 표시패널(100)의 액정 응답 지연시간이 경과된 후에 개방되고, 셔터 안경(130)의 우안 셔터(STR)는 제n+4 프레임 기간(Fn+4) 동안 표시패널(100)의 액정 응답 지연시간이 경과된 후에 개방된다.
백라이트 유닛(140)의 광원들은 셔터 안경(130)의 라이징/폴링 액정 응답 지연시간 동안 오프(off) 상태로 되고 셔터 안경(130)의 액정이 완전히 응답한 후에 점등되는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 백라이트 유닛(140)의 광원들은 셔터 안경(130)의 라이징 액정 응답 지연시간(Tr)이 경과된 후부터 점등하기 시작하고, 셔터 안경(130)의 폴링 액정 지연시간 전에 소등되어야 한다.
표시패널(100)은 게이트펄스의 쉬프트 방향을 따라 데이터를 순차적으로 어드레싱한다. 이 경우, 백라이트 유닛(140)의 모든 광원들이 동시에 발광되면 표시패널(100)의 위치에 따라 휘도가 불균일하게 된다. 이와 같은 휘도 불균일을 고려하여, 본 발명의 제3 실시예는 도 8 내지 도 9와 같이 백라이트 유닛(140)의 발광면을 다수의 블록들(BL1~BL3)로 분할하고, 그 블록들(BL1~BL3)을 표시패널(100)의 스캐닝 방향을 따라 순차적으로 점등한다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 입체 영상 표시장치의 블록 분할 예를 나타내는 도면이다. 도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 입체 영상 표시장치의 구동 방법을 나타내는 파형도이다. 도 10은 도 9와 같은 블록 분할 구동에 의해 얻어지는 휘도 균일도 효과를 보여 주는 도면이다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 표시패널(100)과 대향하는 백라이트 유닛(140)의 발광면은 다수의 블록들(BL1~BL3)로 분할된다.
데이터 구동회로(102)는 3D 모드에서 제n+1 및 제n+2 프레임 기간(Fn+1, Fn+2) 동안 타이밍 콘트롤러(101)로부터 입력되는 좌안 영상 데이터를 감마보상전압으로 변환하여 데이터라인들(105)로 출력한다. 그리고 데이터 구동회로(102)는 3D 모드에서 제n+3 및 제n+4 프레임 기간(Fn+3, Fn+4) 동안 타이밍 콘트롤러(101)로부터 입력되는 우안 영상 데이터를 감마보상전압으로 변환하여 데이터라인들(105)로 출력한다. 따라서, 표시패널(100)의 액정셀들에는 제n+1 및 제n+2 프레임 기간(Fn+1, Fn+2) 동안 동일한 좌안 영상 데이터가 연속으로 어드레싱되고, 제n+3 및 제n+4 프레임 기간(Fn+3, Fn+4) 동안 동일한 우안 영상 데이터가 연속으로 어드레싱된다.
3D 모드에서 백라이트 유닛(140)의 동작을 설명하면, 제n+1 프레임 기간(Fn+1) 동안 백라이트 유닛(140)의 모든 광원들은 2D 모드와 같은 높은 듀티비와 낮은 순방향 전류(IF2D)로 동시에 발광하여 모든 블록들(BL1~BL3)을 낮은 휘도로 점등시킨다. 제n+2 프레임 기간(Fn+2) 동안 백라이트 유닛(140)의 광원들은 3D 모드 설정값의 낮은 듀티비와 높은 순방향 전류(IF3D)로 발광한다. 제n+2 프레임기간(Fn+2) 동안 백라이트 유닛(140)의 광원들은 표시패널(100)의 좌안 영상 데이터 스캐닝 방향을 따라 블록별로 순차적으로 발광하여 제1 블록(BL1)부터 제3 블록(BL3)까지 블록들을 순차적으로 점등시킨다. 제n+3 프레임 기간(Fn+3) 동안 백라이트 유닛(140)의 모든 광원들은 2D 모드와 같은 높은 듀티비와 낮은 순방향 전류(IF2D)로 동시에 발광하여 모든 블록들(BL1~BL3)을 낮은 휘도로 점등시킨다. 제n+4 프레임 기간(Fn+4) 동안 백라이트 유닛(140)의 광원들은 3D 모드 설정값의 낮은 듀티비와 높은 순방향 전류(IF3D)로 발광한다. 제n+4 프레임기간(Fn+4) 동안 백라이트 유닛(140)의 광원들은 표시패널(100)의 우안 영상 데이터 스캐닝 방향을 따라 블록별로 순차적으로 발광하여 제1 블록(BL1)부터 제3 블록(BL3)까지 블록들을 순차적으로 점등시킨다.
백라이트 유닛(140)의 블록 스캐닝 타이밍(또는 블록별 점등시간)은 블록간 광간섭이 최소화되도록 좁게 조정되어야 한다. 이렇게 백라이트 유닛(140)의 스캐닝 타이밍이 좁아지고 낮은 순방향 전류를 광원들이 발광하면 3D 영상의 휘도 저하가 느껴질 수 있다. 따라서, 본 발명은 광원들을 제n+1 및 제n+3 프레임 기간(Fn+1, Fn+3) 동안 낮은 휘도로 발광시키고 제n+2 및 제n+4 프레임 기간(Fn+2, Fn+4) 동안 높은 순방향 전류(IF3D)로 발광시켜 3D 영상의 휘도 저하를 보상하여 3D 영상의 휘도를 2D 수준으로 유지할 수 있다. 한편, 제n+1 및 제n+3 프레임 기간(Fn+1, Fn+3) 동안, 광원들은 도 7과 같이 소등될 수도 있다.
백라이트 유닛(140)의 광원들은 2D 모드에서 제n+1 내지 제n+4 프레임 기간(Fn+1~Fn+4) 동안 3D 모드보다 높은 듀티비로 점등하고 3D 모드보다 낮은 순방향 전류(IF2D)로 발광한다.
3D 크로스토크를 방지하기 위하여, 셔터 안경(130)의 좌안 셔터(STL)는 제n+2 프레임 기간(Fn+2) 동안 표시패널(100)의 액정 응답 지연시간이 경과된 후에 개방되고, 셔터 안경(130)의 우안 셔터(STR)는 제n+4 프레임 기간(Fn+4) 동안 표시패널(100)의 액정 응답 지연시간이 경과된 후에 개방된다.
백라이트 유닛(140)의 광원들은 셔터 안경(130)의 라이징/폴링 액정 응답 지연시간 동안 오프(off) 상태로 되고 셔터 안경(130)의 액정이 완전히 응답한 후에 점등되는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 백라이트 유닛(140)의 광원들은 셔터 안경(130)의 라이징 액정 응답 지연시간(Tr)이 경과된 후부터 점등하기 시작하고, 셔터 안경(130)의 폴링 액정 지연시간 전에 소등된다.
도 9와 같은 백라이트 유닛(140)의 스캐닝 방법은 표시패널(100)의 데이터 스캐닝을 따라 순차적으로 스캐닝된다. 따라서, 표시패널(100)의 모든 위치에서 도 10과 같이 액정의 응답이 데이터 계조의 목표 휘도에 도달할 때 백라이트 유닛(140)의 블록들이 점등되므로 3D 영상의 휘도 균일도를 높일 수 있다. 도 10에서, 제1 블록(BL1)의 액정 응답 특성(실선)은 도 8에서 A 위치에 존재하는 액정셀의 액정 응답 특성이고, 제2 블록(BL2)의 액정 응답 특성(실선)은 도 8에서 B 위치에 존재하는 액정셀의 액정 응답 특성이다. 그리고 제3 블록(BL3)의 액정 응답 특성(실선)은 도 8에서 C 위치에 존재하는 액정셀의 액정 응답 특성이다.
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.
100 : 표시패널 101 : 타이밍 콘트롤러
102 : 데이터 구동회로 103 : 게이트 구동회로
104 : 시스템 보드 130 : 셔터 안경
140 : 백라이트 유닛 141 : 백라이트 콘트롤러
142 : 광원 구동부

Claims (8)

  1. 2D 모드에서 2D 영상 데이터를 표시하고 3D 모드에서 3D 영상 데이터를 표시하는 표시패널;
    상기 표시패널에 빛을 조사하기 위한 백라이트 유닛;
    상기 3D 모드의 적어도 일부 프레임기간 동안 상기 백라이트 유닛의 듀티비를 상기 2D 모드에서 설정된 듀티비보다 낮추고 상기 3D 모드의 적어도 일부 프레임기간 동안 상기 백라이트 유닛의 광원들에 공급되는 순방향 전류를 상기 2D 모드에서 설정된 순방향 전류보다 높이기 위한 백라이트 제어 데이터를 발생하는 백라이트 콘트롤러; 및
    상기 백라이트 제어 데이터에 응답하여 상기 백라이트 유닛의 광원들을 구동하는 광원 구동부를 구비하고,
    상기 표시패널은 상기 3D 모드에서 제n+1(n은 양의 정수) 및 제n+2 프레임 기간 동안 좌안 영상 데이터를 연속으로 표시하고, 제n+3 및 제n+4 프레임 기간 동안 우안 영상 데이터를 연속으로 표시하고,
    상기 백라이트 유닛의 광원들은 상기 3D 모드의 제n+2 및 제n+4 프레임 기간 동안 2D 설정값의 듀티비보다 낮은 3D 설정값의 듀티비와, 2D 설정값의 순방향 전류보다 높은 3D 설정값의 순방향 전류로 발광하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 백라이트 유닛의 광원들은 상기 3D 모드의 제n+1 및 제n+3 프레임 기간 동안 상기 2D 설정값의 듀티비와 상기 2D 설정값의 순방향 전류로 발광하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 백라이트 유닛의 발광면은 다수의 블록들로 분할되고,
    상기 블록들은 상기 3D 모드의 제n+2 및 제n+4 프레임 기간 동안 상기 표시패널의 데이터 스캐닝 방향을 따라 순차적으로 점등되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 광원들은 상기 3D 모드의 제n+2 및 제n+4 프레임 기간 동안 상기 3D 설정값의 듀티비와, 상기 3D 설정값의 순방향 전류로 발광하고 상기 블록별로 순차적으로 발광하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 광원들은 상기 3D 모드의 제n+1 및 제n+3 프레임 기간 동안 상기 2D 설정값의 듀티비와, 상기 2D 설정값의 순방향 전류로 발광하고 동시에 발광하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시장치.
  8. 2D 모드에서 표시패널에 2D 영상 데이터를 표시하고, 3D 모드에서 상기 표시패널에 제n+1(n은 양의 정수) 및 제n+2 프레임 기간 동안 좌안 영상 데이터를 연속으로 표시하고 제n+3 및 제n+4 프레임 기간 동안 우안 영상 데이터를 연속으로 표시하는 단계:
    백라이트 유닛을 이용하여 상기 표시패널에 빛을 조사하는 단계; 및
    상기 3D 모드의 적어도 일부 프레임기간 동안 상기 백라이트 유닛의 듀티비를 상기 2D 모드에서 설정된 듀티비보다 낮추고 상기 3D 모드의 적어도 일부 프레임기간 동안 상기 백라이트 유닛의 광원들에 공급되는 순방향 전류를 상기 2D 모드에서 설정된 순방향 전류보다 높이는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시장치의 구동 방법.
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