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저전력 TFT-LCD 구동을 위한 고화질 Local Dimming 기술 원문보기

인포메이션 디스플레이 = Information display, v.16 no.3, 2015년, pp.19 - 27  

남형식 (경희대학교 정보디스플레이학과) ,  김슬기 (경희대학교 정보디스플레이학과)

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구팀에서는 adaptive dimming에 의해 발생할 수 있는 화질 열화 현상에 관심을 가지고 전력 소모를 최대한 절감하면서도 화질 열화를 최소화할 수 있는 기술에 대해 많은 연구를 해 왔다. 본고를 통해 블록 현상을 최소화하는 기술[13][14][15]과 dimming flicker를 알고리즘 개발 단계에서 미리 예측, 평가 할 수 있는 기술[16]에 대해 설명하고자 한다.
  • 압축 이미지의 화질을 평가하기 위해 사용되는 SSD(sum of square difference)를 dimming flicker 평가를 위해 사용한 것이 있었는데[21], SSD 방식은 dimming flicker 뿐만 아니라 이미지 자체의 변화까지도 같이 반영되기 때문에 dimming flicker에 대해서만 평가하기에는 어려움이 있었다. 본 연구팀에서는 이런 SSD의 문제점을 보완하기 위해 mSSD(modified SSD)를 제안하여 dimming flicker에 대한 결과만을 평가에 적용할 수 있도록 하였다.
  • 본 연구팀에서는 adaptive dimming에 의해 발생할 수 있는 화질 열화 현상에 관심을 가지고 전력 소모를 최대한 절감하면서도 화질 열화를 최소화할 수 있는 기술에 대해 많은 연구를 해 왔다. 본고를 통해 블록 현상을 최소화하는 기술[13][14][15]과 dimming flicker를 알고리즘 개발 단계에서 미리 예측, 평가 할 수 있는 기술[16]에 대해 설명하고자 한다.
  • 본고에서는 TFT-LCD의 전력 소모를 줄이고 화질을 개선하기 위한 local dimming 알고리즘과 시스템을 설명하였으며 또한 dimming flicker 평가를 위한 방법도 설명되었다. 앞에서도 언급되었듯이 전력 소모를 줄이는 기술은 화질에 영향을 줄 수 있는데 가능한 시인되는 화질 열화를 줄이면서 전력을 최대한 줄이려는 연구들이 계속 되고 있다.
  • 앞에서 언급한 픽셀 보상된 영상과 local dimming이 적용된 백라이트 밝기 분포의 차이를 제거하기 위해 그림 4와 같은 구조의 알고리즘을 제안하였다. 즉, 블록 현상 개선 알고리즘으로 인하여 전력 소모 절감 효과가 떨어지는 것을 막기 위해 백라이트에 적용된 local dimming 방식을 그대로 유지하고 보상된 패널 이미지 데이터의 불연속적인 변화를 제거하고자 한 것이다. 이렇게 되면 패널과 백라이트 모두 연속적인 분포를 가지게 되어 블록 현상이 개선된다.

가설 설정

  • 이런 간단한 방법이 백라이트 광원의 퍼짐 정도(σ)에 영향을 받는지를 확인하기 위해 여러 경우의 퍼짐 정도에 대해 검증을 하였는데, 그림 6과 같이 다른 퍼짐 정도의 백라이트 휘도 분포에 대해서도 화질에 큰 영향을 주지 않음을 확인할 수 있었다. 이 때 한 영역에 24개의 LED가 4줄에 걸쳐 배치되어 있다고 가정하였으며 d는 LED 간의 거리를 나타낸다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
TFT-LCD는 어떻게 구성되어있는가? TFT-LCD는 액정 패널과 백라이트 두 개로 구성되어 있다. 백라이트는 광원으로 빛을 제공하고 액정 패널은 각 픽셀에 인가되는 액정 전압에 따라 투과율을 조정함으로써 결과적으로 화면에서 보이는 휘도를 변경하게 된다.
능동 방식의 백라이트의 전력 소모를 줄이는 기술은 무엇인가? 그러나 백라이트의 전력 소모는 빛의 세기와 비례하고 빛의 세기는 디스플레이의 휘도와 관련이 있기 때문에 백라이트의 전력 소모를 줄이기 위해서는 영상에 따라 빛의 세기를 조절하는 능동 방식이 필요하다. 이를 adaptive dimming 기술이라고 하는데, dimming이 적용되는 방식에 따라 0-D, 1-D, 2-D, 그리고 3-D 방식으로 나눌 수 있다. 0-D는 입력 영상에 따라 백라이트 전체의 빛의 세기를 동일하게 조절하는 것이고 1-D는 가로 방향 혹은 세로 방향의 블록들로 영역을 나눈 후 각 영역의 영상에 대해 해당 영역의 백라이트 휘도를 변경하며, 2-D는 가로와 세로 방향 모두에서 작은 2차원 블록들로 나눠 dimming을 적용하는 것이며 마지막으로 3-D는 2-D에 백라이트에서 RGB LED 광원을 별도로 조정하여 색에 따라서 각 LED 빛의 세기를 따로 조절할 수 있는 기술이다.
adaptive dimming 방식의 단점은? 영역을 더 많은 수의 블록으로 나눌수록 전력 소모 절감에 대한 자유도가 증가하기 때문에 더 많은 절감 효과를 얻을 수 있다[6][7][8][9]. 반면에 이런 adaptive dimming 방식은 휘도 저하, 블록 현상, dimming flicker, 색 왜곡 등의 화질 열화 현상을 동반할 수 있다[10][11][12]. 따라서 adaptive dimming을 TFT-LCD에 적용하기 위해서는 전력 소모를 낮추면서도 발생할 수 있는 화질 열화를 최소화하거나 제거할 수 있는 기술이 필요하다.
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참고문헌 (25)

  1. techradar, Future Publishing Limited, http://www.techradar.com/reviews/audio-visual/televisions/lg-65-inch-uf9400-quantum-dot-4k-uhd-tv-1279593/review. 

  2. ConsumerReports.org, Consumer Reports, http://www.consumerreports.org/cro/news/2015/01/samsung-joins-the-quantum-dot-crowd-at-ces-2015-with-super-suhd-tvs/index.htm. 

  3. A. K. Bhowmik, Proc. SID'07 1539 (2007). 

  4. H. Nam and S.-W. Lee, IEEE Trans. Consum. Electron. 56(2), 307 (2010). 

  5. S. Kwa, G. R. Hayek, K. R. Shah, and A. K. Bhowmik, Proc. SID'12 , 644 (2012). 

  6. L. Kerofsky and S. Daly, Proc. SID'07 1111 (2007). 

  7. C.-C. Lai and C.-C. Tsai, Proc. SID'08 669 (2008). 

  8. T. Shiga, S. Shimizukawa and S. Mikoshiba, Journal of the SID 16(2), 311 (2008). 

  9. H. Cho and O. K. Kwon, IEEE Trans. Consum. Electron. 55(2), 839 (2009). 

  10. H. F. Chen, T. H. Ha, J. H. Sung, H. R. Kim and B. H. Han, Journal of the SID 18(1), 57 (2010). 

  11. H. Nam, IEEE Trans. Consum. Electron. 56(4), 2569 (2010). 

  12. H. Nam and E.-J. Song, Optics & Laser Technology 48, 52 (2013). 

  13. H. Nam, Electron. Lett. 47(9), 538 (2011). 

  14. H. Nam, E. Song and S.-K. Kim, Optics & Laser Technology 58, 8 (2014). 

  15. S.-K. Kim, S.-J. Song and H. Nam, Opt. Eng. 53(6), 063110 (2014). 

  16. S.-K. Kim, S.-J. Song and H. Nam, Optics & Laser Technology 68, 129 (2015). 

  17. L. Kerofsky and J. Zhou, Proc. SID'08 903 (2008). 

  18. L. Kerofsky and J. Zhou, US Patent 20090141178 A1 (2009). 

  19. J. H. Lee, S.-E. Kim, T.-H. Lee, W.-J. Song, M. K. Kim, T. W. Lee and C. G. Kim, Proc. SID'09 1294 (2009). 

  20. H. Chen, J. Sung, T. Ha, Y. Park and C. Hong, Proc. ASID'06 168 (2006). 

  21. E. Nadernejad, C. Mantel, N. Burini and S. Forchhammer, Proc. MMSP'13 312 (2013). 

  22. Consumer Digital Video Database, http://www.cdvl.org 

  23. YouTube, http://www.youtube.com/watch?v3mD3tIqL9zM 

  24. YouTube, http://www.youtube.com/watch?vQVZHH-1l5NA&listPLHLYXyE8HPcJIJe2kaUKM_Q1Bqmlmk66w 

  25. H. L. Tan, Z. Li, Y. H. Tan, S. Rahardja and C. Yeo, IEEE Trans. Image Process. 22(11), 4447 (2013). 

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