KR100382242B1 - 평면형광램프 구동용 전원장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정 디스플레이의 백라이트로 사용되는 평면형광램프의 구동용 전원장치에 관한 것이다.

평면형광램프는 관(管)형태로 된 종래의 외부전극 형광램프에 비하여 내부 정전용량이 크므로 종래의 관(管)형태의 외부전극 형광램프 구동전원으로는 최대효율을 기대하기가 어렵다. 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 rising time과 falling time 이 가급적 빠르고 가능한 사각파에 가까운 파형이 정(+) 부(-) 교대로 인가되고 펄스의 폭은 2-10㎲, 펄스 반복율은 10-40 ㎑ 인 펄스모양의 전압을 인가하였으며 이러한 파형을 얻기 위하여 트랜스포머를 사용하지 않고 고전압을 직접 스위칭하는 방법을 사용하였다. 스위칭하는 방법에 있어서는 종래의 푸쉬풀(push pull)회로나 풀브리지(full bridge) 하프브리지(half bridge)방법과도 상이(相異)하며 전류증폭회로인 콤프리멘트리 푸쉬풀(complementary push pull)회로와도 상이한 독특한 방법을 사용하여 경제적이고 효율적으로 외부전극 평면(平面) 형광램프를 구동하였다.

Description

평면형광램프 구동용 전원장치{POWER SUPPLY FOR FLAT FlUORESCENT LAMP}

액정디스플레이에 사용되는 백라이트(back light)는 여러 가지 광원이 쓰이고 있다. 그러나 최근 디스플레이 면적이 대형화됨에 따라 이에 상응하는 휘도와 균일도를 가진 광원으로서 평면형광램프가 주목받고 있다.

본 발명에서는 평면형광램프를 구동하기 위한 특별한 전압파형(도 2)을 효율적이고 경제적으로 만들어 내기 위한 방법을 발명한 것이다.

액정 디스플레이의 백라이트로 사용되는 광원은 주로 냉음극 형광관(cold cathode fluorescent tube)으로서 이것을 도광판에 반사시켜 넓고 균일한 밝은 면을 만들어왔다. 냉음극 형광관은 양극과 음극사이에 1000-2000V 정도의 전압에 10-20kHz정도의 정현파를 인가하여 점등시켰다. 그후 액정디스플레이의 크기가 현저히 커지고 벽걸이TV등으로 응용분야가 확대되면서 대면적에서도 균일한 휘도를 가지며 밝은 곳에서도 잘 식별할 수 있는 고휘도를 가진 새로운 광원이 필요하게 되었다. 이러한 필요에 따라 평판형태의 형광방전램프(평면형광램프)가 여러 가지 구조로 개발되었다. (참고 특1995-012734, 특2000-0026971, 2000-030746, 2000-000319, 미국특허5,592,047) 평면형광램프는 관(管)모양의 형광 방전 램프에 비하여 표면적과 내부 정전용량이 현저히 커서 트랜스포머를 사용하여 전압을 상승시킨 펄스를 공급하는 종래의 외부전극 형광 방전 램프 구동용 전원장치(도 5)로는 효율적인 점등이 어렵다.(참고 미국특허 5,977,722,)

본 발명은 LCD 등의 디스플레이장치에 광원으로 사용되는 평면형광램프의 구동용 전원장치에 관한 것으로, LCD 등 디스플레이장치의 대형화에 따라 디스플레이장치의 휘도 및 균일도를 보상하기 위하여 광원으로 사용되는 평면형광램프에 빠른 rising time 과 falling time 을 갖는 파형을 제공할 수 있는 평면형광램프의 구동용 전원장치를 제공함을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 트랜스포머를 사용하지 않으므로 보다 경량화되고 소형화된 평면형광램프의 구동용 전원장치를 제공함을 목적으로 한다. 보다 상세하게는 평면형광램프의 구동 전원으로서 비교적 큰 정전용량을 가진 부하를 건 상태에서도 rising time과 falling time 이 가급적 빠르고 가능한 사각파에 가까운 파형이 정(+) 부(-) 교대로 인가되고 펄스의 폭은 2-10㎲, 펄스 반복율은 10-40㎑ 인 파형을 인가하는 장치를 만들기 위하여 부하단에 트랜스포머를 사용하지 않고, 트랜지스터나 MOSFET(이하 'FET' 라 함) 스위칭 소자를 사용하여 직접 스위칭 함으로서 펄스를 인가할 때 평면형광램프 양단의 전위가 트랜스포머 2차 코일의 인덕턴스와 평면형광램프의 내부정전용량의 곱으로 정해지는 LC값에 의한 rising time과 falling time 의 증가를 막고 트랜스포머에 의한 효율의 저하를 막아서 효율이 좋은 구동 장치를 만들고자 하였다. 현재까지 이와 유사한 파형을 얻는 방법은 푸쉬풀(push pull)회로(도 4), 풀브리지(full bridge)회로(도 6)나 하프브리지(half bridge)회로(도 7)등의 방법이 있으며 가장 유사한 파형을 얻는 회로로서 전류증폭회로인 콤프리멘트리 푸쉬풀(complementary push pull) (도 8) 회로 가 있으나 푸쉬풀이나 풀브리지, 하프브리지 회로는 부하의 정전 용량에 담긴 전하를 방출시키기 위하여 트랜스포머를 사용하여야 하기 때문에 rising time과 falling time을 일정치 이하로 줄이기 어렵고 콤프리멘트리 푸쉬풀회로는 NPN트랜지스터 (혹은 N-채널 FET) 와 PNP트랜지스터 (혹은 P-채널 FET)를 조합하여 사용하여야 한다. 그러나 PNP트랜지스터 나 P-채널 FET는 콜렉터-이미터 전압이나 드레인-소스 전압이 NPN트랜지스터나 N-채널 FET처럼 높은전압까지 생산되지 않는다. 본 장치의 실험에서 필요한 전압은 700V에서 1500V까지이나 현재 생산되는 N-채널 FET중 드레인-소스 전압이 가장 높은 소자가 -500V이다. 그러므로 특별한 방법을 사용하여 NPN트랜지스터(혹은 IGBT)나 N-채널 FET의 조합만으로 콤프리멘트리 푸쉬풀회로에서 얻을수 있는것과 같은 펄스 스위칭 회로를 만들어야 할 것이다.

도 1 은 본 발명에 의한 평면형광램프 구동용 전원장치의 스위칭 회로.

도 2 는 도 1 에 도시된 FET의 게이트 콘트롤 파형

도 3 은 본 발명에 의한 평면형광램프 구동용 전원장치의 출력파형

도 4 내지 도 8 은 종래의 스위칭 회로

도 9 는 도 6 에 도시된 FET의 게이트 콘트롤 파형의 게이트 콘트롤 파형

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1. 평면 형광램프

2. 트랜스포머(transformer)

3, 4, 5, 6. 게이트 콘트롤 입력

7, 8, 9, 10. N-channel FET

11, 12. P-channel FET

13, 14. 캐페시터

15, 16. 가포화 인덕터

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 직렬로 연결된 N-채널 FET(7,8)와, 직렬로 연결된 N-채널 FET(9,10)를 병렬연결하되, 상기 N-채널 FET(7)의 드레인단과 N-채널 FET(8)의 소스단에 과포화 인덕터(15)를 연결하고, 상기 N-채널 FET(9)의 드레인단과 N-채널 FET(10)의 소스단에 과포화 인덕터(16)를 연결한 회로로 구성되며, 상기 N-채널 FET(8,10)의 소스단에서 출력되는 파형은 펄스 폭 2-10㎲, 펄스 반복율은 10-40 ㎑ 인 것을 특징으로 한다.본 발명은 (도 1) 에서 보는 바와 같이 N-채널 FET 7에서 N-채널 FET 10까지, 4개의 N-채널 FET로 이루어져있으며 각각 2개씩 직렬과 병렬로 연결되어 있다. 8번과 10번 N-채널 FET의 드레인에는 DC전원장치로부터 공급된 500-1500V의 전압이 인가되고 7번과 9번 N-채널 FET의 소스에는 DC전원장치의 0전위가 인가된다. 8번 N-채널 FET의 소스와 7번 N-채널 FET의드레인은 가포화 인덕터나 저항을 통하여 연결되어 있고 10번과 9번 N-채널 FET도 이와 같다. 8번 N-채널 FET의 게이트에는 (도 2) 의 신호 4를, 7번 N-채널 FET의 게이트에는 신호 3을, 10번 N-채널 FET의 게이트에는 신호 6을, 9번 N-채널 FET의 게이트에는 신호 5를 각각 인가 한다. 이때 신호 4와 신호 6은 각각 8번과 10번 FET의 소스 전위를 기준점으로 하고 신호 3과 신호 5는 각각 7번과 9번 N-채널 FET의 소스 전위를 기준점으로 하는 신호이다. 신호 4와 신호 3, 신호 6과 신호 5는 (도 2)에서 보는 바와 같이 서로 반대의 위상을 가지며 동시에 on ( on 이라 함은 N-채널 FET의 게이트에 소스보다 높은 전위가 인가되어 FET가 Turn on 되도록 하는 신호조건을 이른다.) 되는 시간이 없도록 Driver에서 신호를 만들어 입력시킨다. 만일 이 신호가 동시에 on 이 되면 N-채널 FET는 Vcc와 0전위를 단락 시키면서 순간적으로 파괴될 것이다. 비록 driver에서 동시에 on 되는 시간이 없도록 게이트 신호를 입력한다 하더라도 7번에서 10번까지의 N-채널 FET 스위치들의 turn on delay time, rising time, turn off delay time, falling time 등의 시간들이 서로 다를 수 있기 때문에 수십ns정도의 아주 짧은 시간동안 동시에 Turn on 되는 시간이 있을 수가 있다. 이러한 위험에 대비하기 위하여 8번 N-채널 FET의 소스와 7번 N-채널 FET의드레인 사이와 10번 N-채널 FET의 소스와 9번 N-채널 FET의 드레인 사이는 가포화 인덕터나 저항을 통하여 연결한다. 이때 가포화 인덕터는 1 - 수μH정도로서 포화시간이 50㎱에서 100㎱정도의 것을 쓰고 저항의 경우에는 크기를 최대 DC전압을 7번에서 10번까지 N-채널 FET의 피크 드레인 소스 전류 값(이 값은 소자 메이커에서 제시하는 값이다.)으로 나눈 값보다 큰 값으로 한다. 가포화 인더터는 포화되기 전까지는 선형인덕터로서 행동하기 때문에, 8번과 7번 N-채널 FET가 동시에 Turn on 된 수십㎱정도의 아주 짧은 시간 동안은 큰 임피던스를 가지게 되어 N-채널 FET에 무리를 주지 않게 되고, 전류가 8번 N-채널 FET와 부하인 평면형광램프와 16번 가포화 인덕터를지나 9번 N-채널 FET를 통하여 흐를때나 혹은 전류가 10번 FET와 부하인 평면형광램프와 15번 가포화 인덕터를지나 7번 FET를 통하여 흐를 동안 비교적 긴 시간인 수㎲동안에는 가포화 인덕터가 전류가 흐르기 시작한지 수십㎱ 후에 이미 포화가 되었기 때문에 임피던스가 낮아져서 스위칭에 영향을 거의 미치지 않게 된다. 가포화 인덕터 대신에 저항을 사용하는 경우 스위칭 중에도 저항을 통하여 전류가 흘러 전력이 소모되므로 가포화 인덕터를 사용하는 경우보다 효율면에서 다소 불리하다.한편, 본 발명에 의한 평면형광램프 구동용 전원장치를 실시함에 있어서, 본원발명에서 사용되고 있는 N-채널 FET 소자는 N-채널 IGBT와 같은 우수한 스위칭 소자와 대체될 수 있음은 당연할 것이고, 본 발명의 기술적 사상의 범주내에 있음은 더욱 당연할 것이다.이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 평면형광램프 구동용 전원장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 평면형광램프 구동용 전원장치는, 벽걸이TV등에 이용될 수 있는 대형 LCD(액정디스플레이장치)의 백라이트로 사용될 수 있는 평면 형광방전램프를 구동함에 있어서 출력에 트랜스포머를 사용함으로서 발생하는 효율의 저하를 막기 위하여 트랜스포머를 사용하지 않고 반도체 스위치 소자의 스위칭에 의해 생성된 파형을 그대로 부하에 인가하여 경제적이고 효율적이다. 또한, 본 발명에 의하면 대형 LCD 등에서 나타날 수 있는 좋지 않은 휘도 및 균일도를 보상하기 위하여 평면형광램프에 빠른 rising time 과 falling time 을 제공함으로써 보다 선명하고 께끗한 화질의 대형 LCD 화면을 즐길 수 있다.

Claims (5)

1. 액정표시장치의 백라이트용 평면형광램프 구동용 전원장치에 있어서,

   직렬로 연결된 N-채널 FET(7,8)와, 직렬로 연결된 N-채널 FET(9,10)를 병렬연결하되, 상기 N-채널 FET(7,9)의 드레인단과 상기 N-채널 FET(8,10)의 소스단에 가포화 인덕터(15)를 연결한 회로를 포함하여 이루어지는 것을 하는 평면형광램프 구동용 전원장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 FET(8,10)의 소스단에서 출력되는 파형은 펄스 폭 2-10㎲, 펄스 반복율은 10-40kHz 인 것을 특징으로 하는 평면형광램프 구동용 전원장치.
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