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KR20160039107A - Liquid crystal display device and method of reducing power consumption thereof - Google Patents

Liquid crystal display device and method of reducing power consumption thereof Download PDF

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KR20160039107A
KR20160039107A KR1020140132078A KR20140132078A KR20160039107A KR 20160039107 A KR20160039107 A KR 20160039107A KR 1020140132078 A KR1020140132078 A KR 1020140132078A KR 20140132078 A KR20140132078 A KR 20140132078A KR 20160039107 A KR20160039107 A KR 20160039107A
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Abstract

본 발명은 액정표시장치와 그 소비 전력 저감 방법에 관한 것으로, 계산부, 게인 선택부, PWM 선택부, 데이터 변조부, 및 표시패널 구동부를 포함한다. 상기 계산부는 인간이 인지하는 밝기를 정의하는 지표(IQBL)로 입력 영상의 밝기 정보를 계산한다. 상기 게인 선택부는 상기 지표를 바탕으로 게인을 선택한다. 상기 PWM 선택부는 상기 지표를 바탕으로 PWM의 듀티비를 선택하여 PWM 신호를 출력한다. 상기 데이터 변조부는 상기 게인으로 상기 픽셀 데이터를 변조하고, 상기 표시패널 구동부는 변조된 픽셀 데이터를 표시패널의 픽셀들에 기입하여 표시패널 상에 상기 입력 영상을 재현한다. The present invention relates to a liquid crystal display device and a power consumption reducing method thereof, and includes a calculation unit, a gain selection unit, a PWM selection unit, a data modulation unit, and a display panel drive unit. The calculation unit calculates brightness information of the input image using an index (IQBL) that defines the brightness perceived by a human. The gain selector selects a gain based on the index. The PWM selector selects a duty ratio of the PWM based on the index and outputs a PWM signal. The data modulator modulates the pixel data with the gain, and the display panel driver writes the modulated pixel data to the pixels of the display panel to reproduce the input image on the display panel.

Description

액정표시장치와 그 소비 전력 저감 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND METHOD OF REDUCING POWER CONSUMPTION THEREOF}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a liquid crystal display device and a method of reducing power consumption of the liquid crystal display device.

본 발명은 화질 저하 없이 소비 전력을 개선할 수 있는 액정표시장치와 그 소비 전력 저감 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a liquid crystal display device capable of improving power consumption without lowering the image quality and a power consumption reduction method thereof.

액정표시장치(Liquid Crystal Display Device, LCD), 유기 발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Diode Display, 이하 "OLED 표시장치"라 함), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 전계방출 표시장치(Field Emission Display, FED) 등 각종 평판 표시장치가 사용되고 있다. A liquid crystal display device (LCD), an organic light emitting diode (OLED) display device, a plasma display panel (PDP), a field emission display device Field Emission Display (FED), and the like.

액정표시장치는 액정 분자에 인가되는 전계를 데이터 전압에 따라 제어하여 화상을 표시한다. 액티브 매트릭스 타입의 액정표시장치는 공정 기술과 구동 기술의 발달에 힘입어 가격이 낮아지고 성능이 높아져 소형 모바일 기기부터 대형 텔레비젼까지 거의 모든 표시장치에 적용되어 가장 널리 이용되고 있다.A liquid crystal display device displays an image by controlling an electric field applied to liquid crystal molecules in accordance with a data voltage. The active matrix type liquid crystal display device has been widely used because it is applied to almost all display devices from small mobile devices to large-sized televisions due to its low price and high performance due to development of process technology and driving technology.

액정표시장치는 자발광소자가 아니기 때문에 액정표시패널에 빛을 조사하기 위한 백라이트 유닛을 필요로 한다. 휴대용 정보기기의 밧데리 수명을 연장하기 위해서는 액정표시장치의 소비전력을 줄여야 한다. 백라이트 유닛의 광원들과, 그 광원을 구동하기 위한 인버터 회로의 소비전력은 액정표시장치의 전체 소비전력에서 거의 절반에 해당한다. 따라서, 액정표시장치의 소비전력을 줄이기 위해서는 백라이트 유닛의 소비전력을 줄이는 방법이 효과적이다.Since the liquid crystal display device is not a self-luminous element, a backlight unit for irradiating light to the liquid crystal display panel is required. In order to extend the battery life of the portable information device, the power consumption of the liquid crystal display device must be reduced. The power consumption of the light sources of the backlight unit and the inverter circuit for driving the light source is almost half of the total power consumption of the liquid crystal display device. Therefore, in order to reduce the power consumption of the liquid crystal display device, a method of reducing the power consumption of the backlight unit is effective.

백라이트 유닛의 소비전력을 줄이기 위한 방법으로, 백라이트 디밍 방법이 가장 널리 이용되고 있다. 백라이트 디밍 방법은 표시면을 다수의 블록들로 분할하고 블록별로 백라이트 휘도를 개별 제어하는 로컬 백라이트 디밍 방법(Local dimming method)과, 표시면 전체의 백라이트 휘도를 일괄적으로 낮추는 글로벌 백랑이트 디밍 방법(Global dimming method)으로 나뉘어질 수 있다. As a method for reducing the power consumption of a backlight unit, a backlight dimming method is widely used. The backlight dimming method includes a local dimming method in which the display surface is divided into a plurality of blocks and the backlight luminance is individually controlled for each block, and a global dimming method (global dimming method) for collectively lowering the backlight luminance of the entire display surface (Global dimming method).

로컬 백라이트 디밍 방법은 한 프레임기간 내에서 표시면의 휘도를 국부적으로 제어함으로써 정적 콘트라스트(Static contrast)를 개선할 수 있고, 소비전력을 줄일 수 있다. 로컬 백라이트 디밍 방법은 그 알고리즘과 하드웨어의 복잡도가 높고, 블록별 휘도 제어가 용이한 직하형 LED(Light Emitting Diode) 백라이트 유닛에만 적용될 수 있는 단점이 있다.The local backlight dimming method can improve the static contrast by locally controlling the brightness of the display surface within one frame period, and reduce the power consumption. The local backlight dimming method is disadvantageous in that it can be applied only to a direct-type LED (Light Emitting Diode) backlight unit in which the complexity of the algorithm and hardware is high and the luminance control of each block is easy.

글로벌 백라이트 디밍 방법은 동적 콘트라스트(Dynamic contrast)를 개선할 수 있으며, 소비전력을 낮출 수 있다. 글로벌 백라이트 디밍 방법은 그 알고리즘과 하드웨어의 복잡도가 낮고 어떤 타입의 백라이트 유닛에도 적용될 수 있다. The global backlight dimming method can improve the dynamic contrast and lower the power consumption. The global backlight dimming method has low algorithm and hardware complexity and can be applied to any type of backlight unit.

백라이트 디밍 방법은 픽셀 데이터의 보상 방법과 함께 적용되고 있다. 픽셀 데이터의 보상 방법은 평균 화상 레벨(Average Picture level, 이라 "APL"이라 함)을 바탕으로 감마 커브를 조절한다. 그런데 이 방법은 APL이 같거나 유사한 영상에서 계조 분포의 차이를 고려하지 않고, 단순히 평균 휘도만을 계산하기 때문에 고계조에서 계조 뭉침이 발생하고 저계조에서 백라이트 휘도 저하로 인하여 관찰자가 느끼는 화질 저하가 심한다. 따라서, 화질 저하 문제으로 인하여 백라이트 디밍방법에 제약이 있고 이로 인하여 소비 전력 저감 효과가 작다.The backlight dimming method is applied together with the pixel data compensation method. The pixel data compensation method adjusts the gamma curve based on the average picture level (APL). However, this method does not consider the difference in gradation distribution in the same or similar images of the APL, but merely calculates the average luminance. Therefore, gradation accumulation occurs at a high gradation level, and deterioration in image quality that an observer perceives due to a decrease in backlight luminance at a low gradation level do. Therefore, there is a limitation in the backlight dimming method due to the image quality degradation problem, and the power consumption reduction effect is small.

도 1의 예에서, 좌측 영상과 우측 영상은 APL = 0.5로 같지만 계조 분포가 서로 다르기 때문에 관찰자는 밝기 차이를 느끼게 된다. 그런데 APL은 한 화면 내에서 밝기 차이를 구분할 수 없으므로 APL을 바탕으로 픽셀 데이터와 백라이트 휘도를 조절하면 APL이 높은 영상과 APL이 낮은 영상에서 관찰자가 느끼는 화질 저하가 심하다. In the example of FIG. 1, the left image and the right image have the same APL = 0.5 but have different gradation distributions, so that the observer feels the difference in brightness. However, since the APL can not distinguish the brightness difference within one screen, if the pixel data and the backlight luminance are adjusted based on the APL, the image quality degraded by the observer is high in a high APL image and a low APL image.

APL은 아래의 수식 1과 같이 계산된다. The APL is calculated as shown in Equation 1 below.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, n은 픽셀들의 개수이다. Where n is the number of pixels.

도 1의 좌측 영상과 같이 1 프레임 영상에서 모든 픽셀 데이터의 계조가 127이고 픽셀들의 개수가 1920×1080이면, 아래와 같이 APL = 50(%)이다. 1, if the grayscale of all the pixel data is 127 and the number of pixels is 1920 x 1080 in one frame image, APL = 50 (%) as shown below.

Figure pat00002
Figure pat00002

도 2의 우측 영상은 아래와 같이 계조가 127, 255, 0이 분포되어 있고 우측 영상에 비하여 더 밝은 부분이 포함되어 있지만 그 APL은 아래와 같이 좌측 영상과 같은 APL = 50(%)이다. The right image of FIG. 2 has grades 127, 255, and 0 distributed as shown below, and includes a bright portion as compared with the right image. The APL is the same as the left image, APL = 50 (%).

Figure pat00003
Figure pat00003

도 2와 같이 APL이 높은 영상에서 고계조 범위의 계조들이 같은 계조로 보이는 계조 뭉침 현상이 나타나고, 도 3과 같이 저계조에서 백라이트 휘도 저하로 인하여 모든 픽셀들에서 휘도 차이를 느낄 수 있다. 도 2는 APL = 63.1%의 원본 영상(좌측 영상)에서 종래 기술의 백라이트 디밍 방법을 적용할 때 고계조에서 계조 뭉침(우측 영상의 적색 박스) 현상을 보여 준다. 도 3은 APL = 11.7%의 어두운 영상에서 종래 기술의 백라이트 디밍 방법을 적용할 때 백라이트 휘도 저하로 인하여 원본 영상 대비 전체적으로 어둡게 보이는 현상을 보여 준다.
As shown in FIG. 2, the grayscale cluster phenomenon in which the grayscales in the high grayscale range are the same as the grayscale in the high image of the APL appears, and the brightness difference in all the pixels can be felt due to the backlight luminance drop in the low grayscale as shown in FIG. FIG. 2 shows tonality clustering (red box in the right image) at a high gray level when applying the conventional backlight dimming method in the original image (left image) of APL = 63.1%. FIG. 3 shows a phenomenon in which the backlight dimming method according to the related art is applied to a dark image of APL = 11.7%, resulting in an overall darkness compared to the original image due to a decrease in backlight luminance.

본 발명은 화질 저하 없이 소비 전력을 줄일 수 있는 액정표시장치와 그 소비 전력 저감 방법을 제공한다.
The present invention provides a liquid crystal display device capable of reducing power consumption without deteriorating image quality and a power consumption reducing method thereof.

본 발명의 액정표시장치는 계산부, 게인 선택부, PWM 선택부, 데이터 변조부, 및 표시패널 구동부를 포함한다. The liquid crystal display of the present invention includes a calculation unit, a gain selection unit, a PWM selection unit, a data modulation unit, and a display panel drive unit.

상기 계산부는 인간이 인지하는 밝기를 정의하는 지표(IQBL)로 입력 영상의 밝기 정보를 계산한다. 상기 게인 선택부는 상기 지표를 바탕으로 게인을 선택한다. 상기 PWM 선택부는 상기 지표를 바탕으로 PWM의 듀티비를 선택하여 PWM 신호를 출력한다. 상기 데이터 변조부는 상기 게인으로 상기 픽셀 데이터를 변조하고, 상기 표시패널 구동부는 변조된 픽셀 데이터를 표시패널의 픽셀들에 기입하여 표시패널 상에 상기 입력 영상을 재현한다. The calculation unit calculates brightness information of the input image using an index (IQBL) that defines the brightness perceived by a human. The gain selector selects a gain based on the index. The PWM selector selects a duty ratio of the PWM based on the index and outputs a PWM signal. The data modulator modulates the pixel data with the gain, and the display panel driver writes the modulated pixel data to the pixels of the display panel to reproduce the input image on the display panel.

상기 PWM 선택부는 백라이트 유닛의 광원을 상기 PWM 신호로 제어하여 상기 표시패널의 백라이트 휘도를 상기 입력 영상의 밝기 분포에 따라 다르게 제어한다. The PWM selection unit controls the light source of the backlight unit using the PWM signal to control the backlight luminance of the display panel according to the brightness distribution of the input image.

상기 액정표시장치의 소비 전력 저감 방법은 인간이 인지하는 밝기를 정의하는 지표로 입력 영상의 밝기 정보를 계산하는 단계; 상기 지표를 바탕으로 게인을 선택하는 단계; 상기 지표를 바탕으로 PWM(Pulse width modulation)의 듀티비를 선택하여 PWM 신호를 발생하여 백라이트 유닛의 광원을 상기 PWM 신호로 제어하여 표시패널의 백라이트 휘도를 상기 입력 영상의 밝기 분포에 따라 다르게 제어하는 단계; 및 상기 게인으로 상기 픽셀 데이터를 변조하여 변조된 픽셀 데이터를 표시패널의 픽셀들에 기입함으로써 상기 표시패널 상에 상기 입력 영상을 재현하는 단계를 포함함다.
A method of reducing power consumption of a liquid crystal display device includes calculating brightness information of an input image using an index that defines a brightness perceived by a human being; Selecting a gain based on the indicator; A PWM signal is generated by selecting a duty ratio of PWM (Pulse Width Modulation) based on the index, and the light source of the backlight unit is controlled by the PWM signal to control the backlight luminance of the display panel according to the brightness distribution of the input image step; And reproducing the input image on the display panel by modulating the pixel data with the gain and writing the modulated pixel data to pixels of the display panel.

본 발명은 인간의 밝기 인지 특성을 반영한 새로운 지표(IQBL)를 바탕으로 픽셀의 게인을 선택하고 백라이트 휘도를 조절함으로써 액정표시장치에서 화질 저하 없이 소비 전력을 줄일 수 있다.
The present invention can reduce the power consumption without deteriorating picture quality in a liquid crystal display device by selecting a gain of a pixel based on a new indicator (IQBL) reflecting human brightness perception and adjusting the backlight luminance.

도 1은 계조 분포가 다르고 APL이 같은 영상의 일 예를 보여 주는 도면이다.
도 2는 APL이 높은 영상에서 백라이트 디밍 방법을 적용한 예를 보여 주는 도면이다.
도 3은 APL이 낮은 영상에서 백라이트 디밍 방법을 적용한 예를 보여 주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 소비 전력 저감 방법을 보여 주는 흐름도이다.
도 5는 픽셀 데이터의 계조별 k를 정의한 그래프이다.
도 6은 백라이트 휘도를 제어하기 위한 PWM의 듀티를 보여 주는 그래프이다.
도 7은 도 1과 같은 영상에 대하여 APL과 IQBL을 보여 주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 로컬 디밍 방법에서 한 블록 내에서 PWM의 듀티비를 다르게 적용한 예를 보여 주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 보여 주는 도면이다.
도 10은 도 9에 도시된 소비 전력 저감 장치를 보여 주는 블록도이다.
1 is a diagram showing an example of an image having a different gradation distribution and the same APL.
2 is a diagram illustrating an example in which a backlight dimming method is applied to an image having a high APL.
3 is a diagram illustrating an example in which a backlight dimming method is applied to an image having a low APL.
4 is a flowchart illustrating a power consumption reduction method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph that defines the gradation k of the pixel data.
6 is a graph showing the duty of the PWM for controlling the backlight luminance.
FIG. 7 is a diagram showing APL and IQBL for the image shown in FIG.
8 is a diagram illustrating an example in which the duty ratio of PWM is differently applied in one block in the local dimming method according to the embodiment of the present invention.
9 is a view illustrating a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
10 is a block diagram showing the power consumption reduction apparatus shown in FIG.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소자들을 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.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings. Like reference numerals throughout the specification denote substantially identical constituent elements. In the following description, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 2를 참조하면, 본 발명의 소비 전력 저감 방법은 입력 영상의 데이터를 수신하고 이 영상 데이터에 대하여 IQBL(Image Quality Brightness Level)을 계산한다(S1). IQBL은 인간의 밝기 인지 특성을 반영한 새로운 지표로서, 단순히 1 프레임 영상의 평균 휘도가 아니라 관찰자가 느끼는 밝기 정도를 의미한다. IQBL은 0~1 사이의 값으로 가지며, 백분율로 표시하면 아래의 수학식 2와 같다. IQBL 은 영상에서 고계조가 많이 포함될 수록 높은 값을 갖는다. 따라서, 같은 APL 을 갖는 두 개의 영상에서 고계조가 더 많이 포함된 영상의 IQBL 은 상대적으로 더 높은 값 으로 계산된다. Referring to FIG. 2, the power consumption reduction method of the present invention receives input image data and calculates IQBL (Image Quality Brightness Level) for the image data (S1). IQBL is a new indicator that reflects the brightness perception of human beings, not simply the average brightness of one frame image, but the brightness of the viewer. IQBL has a value between 0 and 1, and expressed as a percentage, as shown in Equation 2 below. The IQBL is included in a lot of high gradation in images And has a high value . Therefore, the IQBL of an image with higher gradation levels in two images with the same APL is calculated to be a relatively higher value .

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서, Gray는 계조이고, n은 픽셀들의 개수이다. Where Gray is the gray scale and n is the number of pixels.

본 발명의 소비 전력 감소 방법은 IQBL 기반의 최적 픽셀 게인(gain)을 도출하고, 픽셀 게인으로 픽셀 데이터를 변조한다(S3). 픽셀 게인은 IQBL과 도 5에서 정의된 k 곡선 바탕으로 수학식 3과 같이 계산될 수 있다. 픽셀 게인은 수학식 3에서 Grayout이다. k는 영상 전체의 밝기 보상 조절 파라미터이다. k는 인간의 인지 특성을 반영하게 픽셀의 계조에 따라 달라지는 값으로 최적화되며, 0~1 사이의 값을 갖는다. k 곡선의 계조 구간별 곡선 기울기는 아래와 같이 정의된다. The power consumption reduction method of the present invention derives an optimal pixel gain based on IQBL and modulates pixel data by pixel gain (S3). The pixel gain can be calculated as IQBL and the k curve curve defined in Fig. The pixel gain is Gray out in equation (3). k is the brightness compensation adjustment parameter of the entire image. k is optimized to a value that varies depending on the gradation of the pixel to reflect the human perception characteristic, and has a value between 0 and 1. The curve slope of the k-th curve is defined as follows.

Figure pat00005
Figure pat00005

Figure pat00006
Figure pat00006

k는 계조가 높아질수록 낮아지는 비선형 곡선(k 곡선)을 따라 정의된다. k 곡선은 인지 화질 실험에서 영상의 밝기가 증가하면서 다른 아티펙트(artifact)가 발생하지 않는 최적 k 값이다. k 곡선은 룩업 테이블(Look-up table, LUT)로 구현될 수 있다. 한편, k는 도 5에 한정되지 않는다. k 곡선은 표시장치의 종류, 구동 특성, 제조사에 따라 변경될 수 있다. k is defined along a nonlinear curve (k curve) that decreases as the gradation increases. k curve is the optimal k value in which the brightness of the image is increased in the cognitive image quality test and no other artifacts are generated. k curve may be implemented as a look-up table (LUT). On the other hand, k is not limited to Fig. The k curve can be changed depending on the type of display device, the driving characteristics, and the manufacturer.

도 5에서, k 곡선의 파라미터들은 아래의 표 1과 같이 정의된다. NPLOW, NPHIGH는 커브의 저계조 변곡점과 고계조 변곡점이다. 5, the parameters of the k curve are defined as shown in Table 1 below. NP LOW and NP HIGH are the low and high gradation inflection points of the curve.

본 발명의 소비 전력 감소 방법은 IQBL 기반으로 백라이트 휘도를 조절한다(S4). 백라이트 휘도는 광원의 점등비를 정의하는 PWM(Pulse width modulation) 신호에 의해 제어될 수 있다. PWM 신호는 IQBL에 따라 가변되는 듀티비(duty ratio)(%)를 갖는다. PWM 신호의 듀티비가 높을수록 백라이트 광원의 점등비가 높아져 백라이트 휘도가 높아진다. 픽셀들의 휘도는 백라이트 광원의 휘도에 비례한다. The power consumption reduction method of the present invention adjusts the backlight luminance based on IQBL (S4). The backlight luminance can be controlled by a PWM (Pulse Width Modulation) signal that defines the lighting ratio of the light source. The PWM signal has a duty ratio (%) that varies according to IQBL. The higher the duty ratio of the PWM signal is, the higher the lighting ratio of the backlight light source becomes, and the backlight luminance becomes higher. The brightness of the pixels is proportional to the brightness of the backlight source.

PWM 신호의 듀티비는 도 6과 같은 PWM 곡선으로 정의된다. PWM 신호의 듀티비는 PWM의 듀티비를 정의한 PWM 곡선을 따라 결정되며 IQBL이 증가할수록 높은 값으로 선택된다. PWM 신호의 최저 듀티비는 옵센(offset) 값에 따라 최소 값이 30% 이상이며 낮은 IQBL에서 오목한 곡선을 따라 증가하고 높은 IQBL에서 볼록한 곡선을 따라 증가하여 80% 이상에서 최대값 100%에 도달한다. The duty ratio of the PWM signal is defined by a PWM curve as shown in FIG. The duty ratio of the PWM signal is determined according to the PWM curve that defines the duty ratio of the PWM and is selected to be higher as the IQBL increases. The minimum duty ratio of the PWM signal is at least 30% according to the offset value and increases along the concave curve at the low IQBL and increases along the convex curve at the high IQBL, reaching the maximum value of 100% at over 80% .

도 6에서 PWM 곡선에서 IQBL의 구간별 백라이트 휘도를 조절하는 파라미터들은 표 2와 같이 정의된다. In FIG. 6, the parameters for controlling the backlight brightness of the IQBL in the PWM curve are defined as shown in Table 2.

Figure pat00008
Figure pat00008

옵셋 값은 관찰자가 인지하는 저계조에서 화질 저하를 심하게 느끼지 않는 백라이트 휘도의 최소값으로 실험적으로 설정된다. 옵셋 값은 액정표시장치의 구동 특성이나 백라이트 유닛의 광원 특성에 따라 달라질 수 있다. The offset value is experimentally set to the minimum value of the backlight luminance which does not seriously deteriorate the image quality in the low gradation recognized by the observer. The offset value may vary depending on the driving characteristics of the liquid crystal display device and the light source characteristics of the backlight unit.

본 발명은 APL을 기반으로 백라이트 휘도를 조절하는 것이 아니라 인간의 밝기 인지 특성을 고려하여 영상 내에서 밝기 정보를 반영한 IQBL을 바탕으로 픽셀 게인과 PWM 신호의 듀티비를 가변한다는 것에 주의하여야 한다. APL은 1 프레임 영상의 평균 계조를 계산할 뿐 영상 내에서 관찰자가 느끼는 밝기 차이를 보여 주는 지표로 활용될 수 없다. 이에 비하여, IQBL은 같은 APL을 갖는 두 개의 영상에서도 관찰자가 느끼는 밝기가 더 강한 영상에서 더 높은 값을 가지기 때문에 인간의 밝기 인지 특성을 반영한 지표이다. It should be noted that the present invention varies the duty ratio of the pixel gain and the PWM signal based on the IQBL reflecting the brightness information in the image in consideration of the brightness perception of the human being, rather than adjusting the backlight brightness based on the APL. APL can not be used as an index to show the difference in brightness that an observer perceives in an image, only calculating the average gradation of one frame image. On the other hand, IQBL is an index reflecting human's brightness perception because the brightness perceived by observers in two images with the same APL is higher in the stronger image.

APL을 기반으로 백라이트 휘도를 조절하면 APL이 같지만 밝기 분포가 다른 두 영상에 대하여 동일한 PWM 신호로 백라이트 휘도를 조절하기 때문에 관찰자가 느끼는 휘도 차이가 커저 화질 열화가 심하여 소비 전력을 크게 낮출 수 없다. 이에 비하여, 본 발명은 IQBL 을 기반으로 즉, 인간의 밝기 인지 특성을 반영하여 픽셀의 계조값이 낮을 수록 픽셀 게인을 높게 하는 반면에, 백라이트의 휘도를 옵셋 만큼 낮추어 관찰자가 휘도 저하를 크게 느끼지 않으면서 백라이트 휘도를 최소로 하여 소비 전력 저감 효과를 극대화할 수 있다. 이는 도 5의 k 곡선과 도 6의 PWM 곡선의 증감 경향이 서로 반대인 것에서 알 수 있다. IQBL 고계조가 많이 포함된 영상일수록 높다. 픽셀 게인은 도 5와 같은 k에 비례하는데, k는 IQBL 이 높을수록 낮아진다. 반면에, PWM 신호의 듀티비가 비선형 PWM 곡선을 따라 IQBL 에 비례한다. 따라서, 백라이트 휘도는 IQBL 에 비례하므로 픽셀 게인이 높아질수록 낮아진다. Adjusting the backlight brightness based on the APL allows the backlight brightness to be adjusted with the same PWM signal for the two images having the same APL but different brightness distribution, so that the luminance difference experienced by the observer greatly degrades the image quality and power consumption can not be lowered significantly. On the contrary, the invention is based on the IQBL that is, to reflect the human brightness characteristic is that the gray level of the pixel The lower the pixel gain is, the lower the luminance of the backlight is reduced by the offset value so that the observer does not feel the decrease in luminance significantly, and the backlight luminance is minimized, thereby maximizing the power consumption reduction effect. This can be seen from the fact that the increasing and decreasing trends of the k curve of FIG. 5 and the PWM curve of FIG. 6 are opposite to each other. IQBL is higher for images with high gradation . The pixel gain is proportional to k, as shown in FIG. 5, where k is lower as IQBL is higher. On the other hand, the duty ratio of the PWM signal is proportional to IQBL along the nonlinear PWM curve . Therefore, since the backlight luminance is proportional to IQBL , the lower the pixel gain is, the lower the brightness is .

본 발명의 소비 전력 감소 방법은 입력 영상의 픽셀 데이터에 픽셀 게인(Grayout)을 곱하여 IQBL 기반으로 픽셀 데이터를 변조하여 표시패널의 픽셀들에 기입함으로써 표시패널에서 입력 영상을 재현한다(S5). 이와 동시에, 본 발명의 소비 전력 감소 방법은 IQBL 기반으로 변조된 PWM 신호로 백라이트 휘도를 조정한다. The power consumption reduction method of the present invention multiplies the pixel data of the input image by the pixel gain (Gray out ), modulates the pixel data based on the IQBL, and writes the modulated pixel data to the pixels of the display panel to reproduce the input image on the display panel (S5). At the same time, the power consumption reduction method of the present invention adjusts the backlight luminance with the IQBL-based modulated PWM signal.

도 1과 같이 APL = 0.5로 같지만 계조 분포가 서로 다른 좌측 영상과 우측 영상의 IQBL을 계산하면, 도 7과 같이 좌측 영상의 IQBL은 0.5이고 우측 영상은 0.81이다. IQBL은 수학식 2를 바탕으로 아래와 같이 계산된다. As shown in FIG. 1, the IQBL of the left image is 0.5 and the right image is 0.81, as shown in FIG. 7, when APL = 0.5 and the IQBL of the left image and the right image having the same gray level distribution are calculated. IQBL is calculated based on Equation (2) as follows.

Figure pat00010
Figure pat00010

IQBL이 높을 수록 영상에서 인간이 밝게 느끼는 고계조가 많다는 것을 의미한다. 따라서, IQBL은 동일한 APL을 갖는 영상에서 부분적으로 밝은 영상의 유무와 그 및 수준을 구분할 수 있다. 본 발명은 IQBL을 기반으로 백라이트 휘도를 제어함으로써 도 7과 같이 한 영상 내에서 PWM 듀티를 영상의 밝기 분포에 따라 다르게 할 수 있다. The higher the IQBL, the greater the number of high gradations that human beings feel brightly in the image. Therefore, the IQBL can distinguish the presence and the level of the partially bright image from the image having the same APL. In the present invention, the backlight luminance is controlled based on the IQBL, so that the PWM duty in one image can be made different according to the brightness distribution of the image as shown in FIG.

로컬 디밍 방법은 화면을 매트릭스 형태의 블록들로 가상 분할하여 각 블록 내의 디밍 값에 따라 백라이트 휘도를 블록별로 제어한다. 종래의 로컬 디밍 방법은 한 블록 내에서 디밍 값이 하나만 계산되므로 한 블록 내의 백라이트 휘도는 달라질 수 없다. 이에 비하여, 본 발명은 IQBL을 바탕으로 PWM을 선택하기 때문에 도 8과 같이 한 블록 내에서도 밝은 부분의 PWM 듀티비를 상대적으로 높게 할 수 있으므로 종래의 로컬 디밍 방법에 비하여 영상의 밝기를 더 세밀하게 표현할 수 있고 소비 전력을 더 낮출 수 있다. In the local dimming method, the screen is virtually divided into blocks of matrix form, and the backlight luminance is controlled on a block-by-block basis according to the dimming value in each block. In the conventional local dimming method, since only one dimming value is calculated in one block, the backlight luminance within one block can not be changed. On the other hand, according to the present invention, since the PWM is selected based on the IQBL, the PWM duty ratio of the bright portion can be relatively increased even in one block as shown in FIG. 8, so that the brightness of the image can be expressed more finely And the power consumption can be further reduced.

이상에서 알 수 있는 바와 같이, IQBL은 동일한 APL을 갖는 영상에서 부분적으로 밝은 영상의 유무와 그 및 수준을 구분할 수 있다. 본 발명의 소비 전력 저감 방법은 인간의 밝기 인지 특성을 고려한 새로운 개념의 지표(IQBL)을 바탕으로 픽셀 게인과 PWM의 듀티비를 선택함으로써 화질 저하 없이 액정표시장치의 소비 전력 개선 효과를 높일 수 있다. As can be seen from the above, the IQBL can distinguish the presence and the level of the partially bright image in the image having the same APL. The power consumption reduction method of the present invention can increase the power consumption improvement effect of the liquid crystal display device without degrading the image quality by selecting the duty ratio of the pixel gain and the PWM based on the new concept index (IQBL) considering human brightness perception .

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 나타낸다. 9 shows a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 본 발명의 액정표시장치는 표시패널(100), 입력 영상의 픽셀 데이터를 표시패널(100)의 픽셀 어레이에 기입하는 표시패널 구동부, 및 표시패널(100)에 빛을 조사하는 백라이트 유닛을 포함한다.9, the liquid crystal display device of the present invention includes a display panel 100, a display panel driver for writing pixel data of an input image to a pixel array of the display panel 100, And a backlight unit.

표시패널 구동부는 데이터 구동부(102), 게이트 구동부(104), 타이밍 콘트롤러(Timing controller, TCON)(106) 등을 포함한다. The display panel driver includes a data driver 102, a gate driver 104, a timing controller (TCON) 106, and the like.

표시패널(100)의 픽셀 어레이에는 다수의 데이터 라인들(S1~Sm)과 다수의 게이트 라인들(G1~Gn)이 교차된다. 표시패널(100)의 픽셀 어레이는 매트릭스 형태로 배치되어 입력 영상을 표시하는 픽셀들을 포함한다. 픽셀들 각각은 R 서브 픽셀, G 서브 픽셀, 및 B 서브 픽셀을 포함한다. 픽셀들 각각은 백색(W) 서브 픽셀을 더 포함할 수 있다. A plurality of data lines (S1 to Sm) and a plurality of gate lines (G1 to Gn) are intersected in the pixel array of the display panel (100). The pixel array of the display panel 100 includes pixels arranged in a matrix form to display an input image. Each of the pixels includes an R subpixel, a G subpixel, and a B subpixel. Each of the pixels may further include a white (W) sub-pixel.

픽셀들 각각은 액정셀(Clc), 스토리지 커패시터(Cst), TFT(Thin Film Transistor) 등을 포함한다. 액정셀(Clc)은 TFT를 통해 데이터 전압이 인가되는 화소 전극(1)과, 공통전압(Vcom)이 인가되는 공통 전극(2) 간의 전계에 의해 구동되는 액정분자들을 이용하여 광의 위상을 지연시켜 데이터에 따라 투과율을 조정한다. 스토리지 커패시터(Cst)는 액정셀(Clc)의 전압을 1 프레임 기간 동안 유지시킨다. TFT는 게이트라인(102)으로부터의 게이트 펄스\에 응답하여 턴-온(turn-on)되어 데이터 라인(S1~Sm)으로부터의 데이터 전압을 액정셀(Clc)의 화소 전극(1)에 공급한다. Each of the pixels includes a liquid crystal cell Clc, a storage capacitor Cst, a thin film transistor (TFT), and the like. The liquid crystal cell Clc delays the phase of light by using liquid crystal molecules driven by the electric field between the pixel electrode 1 to which the data voltage is applied through the TFT and the common electrode 2 to which the common voltage Vcom is applied Adjust the transmittance according to the data. The storage capacitor Cst holds the voltage of the liquid crystal cell Clc for one frame period. The TFT is turned on in response to the gate pulse? From the gate line 102 to supply the data voltage from the data lines S1 to Sm to the pixel electrode 1 of the liquid crystal cell Clc .

액정표시장치는 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 등 알려져 있는 어떠한 액정모드로 구현될 수 있다. 또한, 액정표시장치는 투과형 액정표시장치, 반투과형 액정표시장치, 반사형 액정표시장치 등 다양한 형태로 구현될 수 있다. 투과형 액정표시장치나 반투과형 액정표시장치는 백라이트 유닛(200)과 광원 구동부(201)를 포함한다.The liquid crystal display device may be implemented in any known liquid crystal mode such as TN (Twisted Nematic) mode, VA (Vertical Alignment) mode, IPS (In Plane Switching) mode, FFS (Fringe Field Switching) Further, the liquid crystal display device can be implemented in various forms such as a transmissive liquid crystal display device, a transflective liquid crystal display device, and a reflective liquid crystal display device. The transmissive liquid crystal display device or the transflective liquid crystal display device includes a backlight unit 200 and a light source driving unit 201.

데이터 구동부(102)는 타이밍 콘트롤러(110)로부터 수신된 픽셀 데이터를 아날로그 감마보상전압으로 변환하여 데이터 전압을 발생하고 그 데이터 전압을 데이터 라인들(S1~Sm)로 출력한다. 데이터 구동부(102)에 입력되는 픽셀 데이터는 입력 영상의 디지털 비디오 데이터이다.The data driver 102 converts the pixel data received from the timing controller 110 into an analog gamma compensation voltage to generate a data voltage and outputs the data voltage to the data lines S1 to Sm. The pixel data input to the data driver 102 is digital video data of the input video.

게이트 구동부(104)는 타이밍 콘트롤러(110)의 제어 하에 데이터 구동부(102)의 출력 전압에 동기되는 스캔 펄스(또는 게이트 펄스)를 스캔 라인들(12)에 공급한다. 게이트 구동부(104)는 스캔 펄스를 순차적으로 시프트시켜 데이터가 기입되는 픽셀들을 라인 단위로 순차적으로 선택한다. The gate driver 104 supplies the scan lines 12 with a scan pulse (or gate pulse) synchronized with the output voltage of the data driver 102 under the control of the timing controller 110. The gate driver 104 sequentially shifts the scan pulses to sequentially select pixels to which data is written, in units of lines.

타이밍 콘트롤러(106)는 호스트 시스템(110)으로부터 입력 영상의 픽셀 데이터와, 그와 동기되는 타이밍 신호들을 수신한다. 타이밍 콘트롤러(106)는 도 10과같은 소비 전력 저감 장치를 이용하여 인간의 밝기 인지 특성을 나타내는 지표(IQBL)을 바탕으로 픽셀 게인과 PWM을 선택한다. The timing controller 106 receives the pixel data of the input image from the host system 110 and the timing signals synchronized with the pixel data. The timing controller 106 selects the pixel gain and the PWM based on the index IQBL indicating the brightness perception characteristic of the human using the power consumption reduction apparatus shown in Fig.

타이밍 콘트롤러(106)는 소비 전력 저감 장치에 의해 변조된 픽셀 데이터(R'G'B')를 데이터 구동부(102)로 전송하고, IQBL 기반으로 선택된 PWM 신호를 광원 구동부(201)로 전송한다. 소비 전력 저감 장치는 타이밍 콘트롤러(106)에 내장될 수 있다. The timing controller 106 transmits the pixel data (R'G'B ') modulated by the power consumption reduction device to the data driver 102 and transmits the PWM signal selected based on the IQBL to the light source driver 201. The power consumption reduction device may be incorporated in the timing controller 106. [

타이밍 콘트롤러(106)는 입력 영상의 픽셀 데이터와 동기되어 입력되는 타이밍 신호들을 바탕으로 데이터 구동부(102), 게이트 구동부(104) 및 광원 구동부(201)의 동작 타이밍을 동기시킬 수 있다. 타이밍 신호들은 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(DE) 등을 포함한다. 타이밍 콘트롤러(106)는 타이밍 신호들을 바탕으로 데이터 타이밍 제어신호와 게이트 타이밍 제어신호, 및 PWM 신호를 발생하여 데이터 구동부(102), 게이트 구동부(104), 및 광원 구동부(201)를 동기시킨다. 데이터 타이밍 제어신호는 데이터 구도부(102)의 동작 타이밍과 출력 타이밍을 정의한다. 게이트 타이밍 제어신호는 게이트 구동부(104)의 동작 타이밍과 출력 타이밍을 정의한다. The timing controller 106 can synchronize the operation timings of the data driver 102, the gate driver 104, and the light source driver 201 based on the timing signals input in synchronization with the pixel data of the input image. The timing signals include a vertical synchronization signal Vsync, a horizontal synchronization signal Hsync, a data enable signal DE, and the like. The timing controller 106 generates a data timing control signal, a gate timing control signal, and a PWM signal based on the timing signals to synchronize the data driver 102, the gate driver 104, and the light source driver 201. The data timing control signal defines the operation timing and the output timing of the data composition unit 102. The gate timing control signal defines the operation timing and the output timing of the gate driver 104.

호스트 시스템(110)은 TV(Television) 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 폰 시스템(Phone system) 중 어느 하나로 구현될 수 있다.The host system 110 may be implemented as any one of a TV system, a set top box, a navigation system, a DVD player, a Blu-ray player, a personal computer (PC), a home theater system, and a phone system.

도 4에 도시된 소비 전력 저감 방법은 도 10과 같이 하드웨어로 구현될 수 있다. The power consumption reduction method shown in FIG. 4 can be implemented by hardware as shown in FIG.

도 10을 참조하면, 소비 전력 저감 장치는 데이터 수신부(72), IQBL 계산부(74), 게인 선택부(76), PWM 선택부(78), 데이터 변조부(80) 및 데이터 송신부(82)를 포함한다. 10, the power consumption reduction apparatus includes a data receiving unit 72, an IQBL calculating unit 74, a gain selecting unit 76, a PWM selecting unit 78, a data modulating unit 80, and a data transmitting unit 82, .

데이터 수신부(72)는 호스트 시스템(110)으로부터 입력 영상의 픽셀 데이터(R,G,B)와, 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE)을 수신한다. IQBL 계산부(74), 게인 선택부(76)의 연산 시간에 의해 픽셀 데이터가 지연된다. 데이터 수신부(72)는 데이터 변조부(80)에 입력되는 픽셀 데이터와 타이밍 신호들을 지연(delay)시켜 IQBL 계산부(74), 게인 선택부(76) 및 데이터 변조부(80)를 동기시킨다. The data receiving unit 72 receives the pixel data R, G, B of the input image and the timing signals Vsync, Hsync, DE from the host system 110. The pixel data is delayed by the calculation time of the IQBL calculating section 74 and the gain selecting section 76. [ The data receiver 72 delays the pixel data and the timing signals input to the data modulator 80 to synchronize the IQBL calculator 74, the gain selector 76 and the data modulator 80.

IQBL 계산부(74)는 수학식 2를 바탕으로 픽셀 데이터의 IQBL을 계산한다. 게인 선택부(76)는 수학식 3과 같이 IQBL을 바탕으로 픽셀 게인을 선택한다. The IQBL calculator 74 calculates the IQBL of the pixel data based on Equation (2). The gain selector 76 selects a pixel gain based on IQBL as shown in Equation (3).

PWM 선택부(78)는 IQBL 계산부(74)로부터 수신된 IQBL을 바탕으로 PWM 듀티비를 선택하여 PWM 신호를 출력한다. PWM 선택부(78)는 백라이트 유닛(200)의 광원을 IQBL 기반으로 선택된 PWM 신호로 제어함으로써 표시패널(100)의 백라이트 휘도를 입력 영상의 밝기 분포에 따라 다르게 제어한다. The PWM selector 78 selects a PWM duty ratio based on the IQBL received from the IQBL calculator 74 and outputs a PWM signal. The PWM selection unit 78 controls the backlight luminance of the display panel 100 according to the brightness distribution of the input image by controlling the light source of the backlight unit 200 with the PWM signal selected based on the IQBL.

데이터 변조부(80)는 픽셀 데이터에 픽셀 게인을 곱하여 변조된 픽셀 데이터(R'G'B')를 출력한다. 데이터 송신부(82)는 픽셀 데이터(R'G'B')와 데이터 타이밍 제어신호(Vsync_delay, Hsync_delay, DE_delay)를 데이터 구동부(102)로 전송한다.The data modulator 80 multiplies the pixel data by the pixel gain to output the modulated pixel data R'G'B '. The data transmission unit 82 transmits the pixel data R'G'B 'and the data timing control signals Vsync_delay, Hsync_delay and DE_delay to the data driver 102.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification, but should be defined by the claims.

72 : 데이터 수신부 74 : IQBL 계산부
76 : 게인 선택부 78 : PWM 선택부
80 : 데이터 변조부 82 : 데이터 송신부
100 : 표시패널 102 : 데이터 구동부
104 : 게이트 구동부 106 : 타이밍 콘트롤러
110 : 호스트 시스템 200 : 백라이트 유닛
201 : 광원 구동부
72: Data receiving unit 74: IQBL calculating unit
76: Gain selection unit 78: PWM selection unit
80: Data modulator 82: Data transmitter
100: display panel 102: data driver
104: Gate driver 106: Timing controller
110: host system 200: backlight unit
201: Light source driver

Claims (6)

인간이 인지하는 밝기를 정의하는 지표로 입력 영상의 밝기 정보를 계산하는 계산부;
상기 지표를 바탕으로 게인을 선택하는 게인 선택부;
상기 지표를 바탕으로 PWM(Pulse width modulation)의 듀티비를 선택하여 PWM 신호를 출력하는 PWM 선택부;
상기 게인으로 상기 픽셀 데이터를 변조하는 데이터 변조부; 및
변조된 픽셀 데이터를 표시패널의 픽셀들에 기입하여 표시패널 상에 상기 입력 영상을 재현하는 표시패널 구동부를 포함하고,
상기 PWM 선택부가 백라이트 유닛의 광원을 상기 PWM 신호로 제어하여 상기 표시패널의 백라이트 휘도를 상기 입력 영상의 밝기 분포에 따라 다르게 제어하는 액정표시장치.
A calculation unit for calculating brightness information of an input image as an index that defines brightness perceived by a human;
A gain selector for selecting a gain based on the index;
A PWM selection unit for selecting a duty ratio of PWM (Pulse Width Modulation) based on the index and outputting a PWM signal;
A data modulator for modulating the pixel data with the gain; And
And a display panel driver for writing the modulated pixel data to the pixels of the display panel to reproduce the input image on the display panel,
And the PWM selection unit controls the light source of the backlight unit with the PWM signal to control the backlight luminance of the display panel differently according to the brightness distribution of the input image.
제 1 항에 있어서,
상기 지표가 아래의 수학식에 의해 정의된 IQBL인 액정표시장치.
Figure pat00011

여기서, Gray는 계조이고, n은 한 화면을 픽셀들의 개수이다.
The method according to claim 1,
Wherein the index is IQBL defined by the following equation.
Figure pat00011

Here, Gray is a gray level and n is the number of pixels in one screen.
제 2 항에 있어서,
상기 게인이 아래의 수식으로 계산되는 Grayout인 액정표시장치.
Figure pat00012

여기서, k는 계조가 높아질 수록 낮아지는 비선형 곡선에 의해 정의된 보상 파라미터이다.
3. The method of claim 2,
Wherein the gain is Gray out calculated by the following equation.
Figure pat00012

Here, k is a compensation parameter defined by a nonlinear curve that becomes lower as the gradation becomes higher.
제 3 항에 있어서,
상기 k는 상기 지표가 높을수록 낮아지는 반면, 상기 PWM 신호의 듀티비는 상기 지표에 비례하는 액정표시장치.
The method of claim 3,
Wherein the duty ratio of the PWM signal is proportional to the index, while k is lower as the index is higher.
제 4 항에 있어서,
상기 백라이트 휘도는 상기 게인이 높아질수록 낮아지는 액정표시장치.
5. The method of claim 4,
Wherein the backlight luminance is lowered as the gain is increased.
인간이 인지하는 밝기를 정의하는 지표로 입력 영상의 밝기 정보를 계산하는 단계;
상기 지표를 바탕으로 게인을 선택하는 단계;
상기 지표를 바탕으로 PWM(Pulse width modulation)의 듀티비를 선택하여 PWM 신호를 발생하여 백라이트 유닛의 광원을 상기 PWM 신호로 제어하여 표시패널의 백라이트 휘도를 상기 입력 영상의 밝기 분포에 따라 다르게 제어하는 단계; 및
상기 게인으로 상기 픽셀 데이터를 변조하여 변조된 픽셀 데이터를 표시패널의 픽셀들에 기입함으로써 상기 표시패널 상에 상기 입력 영상을 재현하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 소비 전력 저감 방법.
Calculating brightness information of the input image as an index that defines brightness perceived by the human being;
Selecting a gain based on the indicator;
A PWM signal is generated by selecting a duty ratio of PWM (Pulse Width Modulation) based on the index, and the light source of the backlight unit is controlled by the PWM signal to control the backlight luminance of the display panel according to the brightness distribution of the input image step; And
And reproducing the input image on the display panel by modulating the pixel data with the gain and writing the modulated pixel data to the pixels of the display panel.
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