KR100731404B1 - 펄스폭변조 방식의 발광다이오드 구동소자 - Google Patents

펄스폭변조 방식의 발광다이오드 구동소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발광다이오드(LED) 표시의 깜박거림을 방지 할 수 있는 펄스폭변조(PWM)에 의한 발광다이오드 구동소자를 제시한다. 발광다이오드 구동소자는 PWM 사이클을 이용해서 한개의 고해상도 신호로부터 둘 이상의 저해상도 신호까지 ON/OFF 신호를 변조시키는 PWM 유니트(UNIT)를 주로 포함하고 있다. 변조는 펄스폭변조 사이클의 듀티 사이클이 거의 완전하게 보존된다는 것을 전제로 실행된다. 따라서 발광다이오드는 더욱 자주 발광하게 되고 더 높은 리프레쉬 레이트로 미리 정해진 밝기를 유지할 것이다.
발광다이오드, 펄스폭변조, 사이클, 리프레쉬, 그레이-스케일

Description

펄스폭변조 방식의 발광다이오드 구동소자{LED DRIVING DEVICE WITH PWM}
도 1은 깜박거림이 없는 영상과 있는 영상의 비교를 나타내는 도면,
도 2는 다른 알고리즘에 따라 분할되는 제어 신호의 클럭 다이어그램을 개략적으로 나타낸 도면.
본 발명은 펄스폭변조 방식(PWM)의 발광다이오드(LED) 구동소자에 관한 것이다.
일반적으로 발광다이오드의 밝기는 구동 집적회로(IC) 소자로부터 전달되는 제어신호의 듀티 사이클에 따라 변할 수 있다. 발광다이오드가 더 작은 듀티 사이클로 더 낮은 밝기를 바랄 때는 외부 제어시스템이 구동집적회로 소자에 더욱 긴 연속적인 OFF 신호를 출력하여야 할 것이다. 그러면 LED는 더 오랫동안 발광하지 않거나 조명되지 않는 상태로 있게 된다. 이 때 LED 표시장치의 깜박거림을 시청자가 명백히 인식하게 되면 품질이 낮은 것으로 간주된다. 도 1은 깜박거림이 있는 상과 없는 상을 비교하여 나타낸다.
본 발명의 목적은 LED 표시장치의 깜박거림을 방지하기 위하여 계속적인 ON 신호를 여러 개의 개별적인 ON 신호로 분할하고 동일하게 분배하는 방법에 의해 해결책을 제공하는 것이다.
PWM방식 LED구동 소자는 주로 PWM 유니트와 LED 구동 회로로 구성되어 있다. LED 구동 소자는 LED 밝기에 대해 미리 정해진 명암값을 받아서 PWM 유니트에 전달한다. PWM 유니트는 미리 정한 명암값에 대응하는 PWM 사이클에서 듀티 사이클로 ON/OFF 신호를 발생시킨 다음에 ON/OFF 신호를 변조시킨다. 변조 신호는 요구하는 밝기를 유지하기 위해 LED 구동 회로를 통해 LED로 출력된다. PWM 유니트는 더 높은 그레이-스케일(GRAY-SCALE) 해상도로부터 상대적으로 더 낮은 그레이-스케일 해상도까지 ON/OFF 신호를 변조시키므로, LED는 더 높은 리프레쉬 레이트(REFRESH RATE)로 더욱 자주 발광하게 되고, 시청자는 변조 전후의 밝기가 같거나 비슷하다고 느낄 것이다. ON/OFF 신호의 듀티 사이클은 변조 전후에도 그대로 유지된다.
ON/OFF 신호의 PWM 사이클은 메이저 온 사이클(MAJOR "ON" CYCLE)과 마이너 온 사이클(MINOR "ON" CYCLE)로 구성된 연속적인 ON 지속기간을 포함하고 있다. PWM 유니트는 메이저 온 사이클을 메이저 온 서브-사이클(SUB-CYCLE)로 정의된 두개 이상의 부분으로 분할하고 알고리즘에 따라 PWM 사이클에서 메이저 온 사이클을 분배하는 방법에 의해 ON/OFF신호를 변조시킨다.
마이너 온 사이클은 무시되거나 PWM 유니트에 의해 각기 마이너 온 서브-사이클로 정의된 두개 이상의 부분으로 세밀하게 분할될 것이다. 바람직하게는 메이저 온 사이클은 균등하게 분할되어 동일하게 분배된다. PWM 유니트로 부터의 변조신호 출력은 기본적으로 클럭을 기준으로 하고 있다.
본 명세서에 있어서 용어는 다음과 같이 정의한다.
1. 펄스폭변조(PWM) 사이클은 LED명암에 대한 제어신호를 완전하게 실행 하기 위한 시간이다.
2. 듀티사이클은 PWM사이클의 주기에 관해 ON되는 시간 퍼센트이다.
3. 리프레쉬 레이트는 LED를 발광시키는 주파수이다.
4. 그레이-스케일 해상도는 LED가 실행하는 명암의 스케일이다.
본 발명을 상세히 설명하기 위해 발명이 이루고자 하는 기술적 과제의 근거위에 신호를 변조하는 PWM 유니트를 위한 알고리즘을 예시하였다.
알고리즘은 이미 개발된 연산 기술에 제약되거나 의존하지도 않는다는 사실을 주지하여야 한다.
또한 본 발명에서 듀티 사이클이 유지된다는 것은 듀티 사이클이 완벽하게 같다는 것이 아니라 시청자가 명백히 다른 점을 인지하지 못한다는 것이다.
예를 들면 마이너 온 사이클은 더욱 많은 메이저 온 사이클이 존재할 때 무시될 수 있다.
다음 알고리즘에서 변수 n, m, k, M, A, B, i 는 아래와 같이 정의한다.
n : 양의 정수
m: 0 또는 n보다 적은 양의 정수
k: 0 또는 m보다 적은 양의 정수
M: 2n 보다 적은 양의 정수
A: 0 또는 M보다 적은 양의 정수
B: 0 또는 2k × 2n-m-k보다 적은 양의 정수
i : 0 또는 2k 이하의 양의 정수
바람직한 실시예에서 아래의 2n 클럭을 가진 PWM 사이클을 분할하기 위해서 식(Ⅰ) 과 식(Ⅰ-1)을 적용한다.
2n = 〔(2m-1)×2k〕× 2n-k-m ＋〔2k×2n-m-k〕×1 (Ⅰ)
= 〔2m×2k〕×2n-m-k (Ⅰ-1)
상기 알고리즘에 따르면, PWM 사이클은 아래와 같이 분할될 것이다.
a. 식(Ⅰ)에서 표시하는 바와 같이 (2m-1)×2k 클럭을 각각 가지고 있는 2n-k-m 서브 사이클과 2k×2n-m-k 클럭을 가진 하나의 서브 사이클로 구성된 (2n-m-k＋1) 서브 사이클
b. 식(Ⅰ-1)에서 표시된 바와 같이 각각 2m×2k 클럭을 가진 2n-m-k 서브 사이클
양 알고리즘에서 2k는 더 작은 분할에 적용되는 주파수 분할 계수이다.
또한 본 발명의 바람직한 실시예에서 PWM 유니트는 PWM 사이클에서 M 클럭을 가진 ON 주기를 분할키 위해 식(Ⅱ)와 식(Ⅱ-1)에 아래와 같이 적용한다.
M=〔A×2k〕× 2n-m-k ＋ B×1 (Ⅱ)
=〔A×2k ＋ i〕× 2n-m-k (Ⅱ-1)
위 알고리즘에 의해 M 클럭은 아래와 같이 분할된다.
a. 식(Ⅱ)에서 표시된 바와 같이 A×2k 클럭을 각기 가진 2n-m-k 서브 사이클 과 B 클럭을 가진 하나의 서브 사이클로 구성된 (2n-m-k＋1) 서브 사이클
b. 각각(A×2k ＋ i) 클럭을 가진 2n-m-k 서브 사이클, 여기에서 각 서브 사이클에서 i의 합은 B이다.
식(Ⅰ) 과 식(Ⅱ)에 관해서는 (2m-1)×2k 클럭을 가진 각 서브 사이클은 ON을 위하여 A×2k클럭을 포함할 것이고,2k×2n-m-k 클럭을 가진 하나의 서브 사이클은 B클럭을 포함할 것이다.
식(Ⅰ-1) 과 식(Ⅱ-1)에 관해서는 2m×2k 클럭을 가진 각 서브 사이클은 ON을 위하여 (A×2k ＋i)클럭을 포함할 것이다.
그 결과로 듀티 사이클이 유지되고, 리프레쉬 레이트가 증가될 때 LED 표시장치는 요구된 밝기와 깜박임이 없는 영상을 표시할 것이다. 또한 n 과 M은 특별한 한계를 필요로 하지 않고 광전자기술에 의존하지 않는다.
실제 설계에서 PWM 유니트의 16비트 카운터는 PWM 사이클 용도로 구비되어 65,536(=216)개의 그레이-스케일 해상도를 구현할 것이다. 예를 들어 PWM 사이클이 64(=26)개 서브 사이클로 분할될 때, 해상도는 리프레쉬 레이트 값 64를 가진 1,024개의 그레이-스케일로 감소될 것이다.
알고리즘을 그림으로 설명하기 위해 개략적인 클럭 다이아그램을 도 2에 표시하였다. 다이아그램 (a)는 16개의 참조(REFERENCE) 클럭을 표시하고 있다. 다이아그램 (b)는 9개의 연속 ON 클럭과 7개의 연속 OFF 클럭으로 구성된 분할되지 않은 PWM 사이클을 표시하고 있다. 듀티 사이클은 9/16가 된다. 예 (A) 와 (B)는 각기 리프레쉬 레이트 4 와 2일 경우의 처리과정을 설명하고 있다.
(A) 리프레쉬 레이트 = 4
먼저 k=0를 식 (Ⅰ)에 적용한다.
16=24=(22-1)×22＋22×1
그 다음에 다이아그램(a)의 클럭은 다이아그램(c)와 같이 각기 4개(22=4)의 클럭을 지닌 4개(22=4)의 동일한 서브사이클로 분할된다. 식 (Ⅱ) 는 더 나가서 9개의 ON 클럭을 분할시 적용된다.
9=2×22＋1
다음에 각 서브 사이클은 두개의 연속 ON 클럭과 두개의 연속 OFF 클럭을 포 함하고, 나머지인 하나의 ON 클럭은 가상선으로 표시되는 바와 같이 첫 번째 서브사이클의 마지막 클럭에 정열될 것이다.
(B) 리프레쉬 레이트 = 2
다이아그램(d)는 주파수 분할 계수 2로 처리된 다이아그램(a)에 대한 결과이며, 다이아그램(d)의 각 클럭은 쌍 클럭(BI-CLOCK)으로 정의된다. k=1을 식(Ⅰ)에 적용한다.
16=24=(22-1)×21×21＋21×21
두개의 서브 사이클로 분할된 후, 다이아그램(e)의 각 서브-사이클은 4개(22=4)의 쌍 클럭과 8개의 클럭을 포함한다. 그 다음에 식(Ⅱ)는 9개의 ON 클럭 분할시 적용된다.
9=2×21×21＋1
그 다음에 각 서브 사이클은 2개의 연속적인 ON 쌍 클럭과 연속적인 OFF 쌍 클럭을 포함하고, 나머지인 하나의 ON 클럭은 가상선에 표시되는 바와 같이 첫 번째 서브 클럭의 마지막 클럭에 정열될 것이다.
이상의 예에서 보여지는 바와 같이, 본 발명에 따르면 결과적으로 연속적인 OFF 클럭은 PWM 사이클에서 분할되고 동일하게 분배되므로, LED는 깜박거림 없이 더욱 자주 발광하게 될 것이다. 특히 듀티사이클은 9/16가 유지되어 LED의 밝기는 시청자에게는 똑같이 느껴진다.

Claims (9)

  1. PWM(pulse width modulation) 유니트와 LED 구동 소자를 포함하는 PWM 방식의 LED 구동소자에 있어서,
    상기 LED 구동소자는 LED 밝기에 대해 미리 정해진 명암값을 받아서 PWM 유니트에 전달하고, 상기 PWM 유니트는 미리 정한 명암값이 대응하는 PWM 사이클에서 듀티 사이클로 ON/OFF 신호를 발생시킨 다음 ON/OFF신호를 변조시키고, 변조신호는 요구하는 밝기를 유지하기 위해 LED 구동 회로를 통해 LED로 출력되며,
    상기 PWM 유니트는 더 높은 그레이-스케일 해상도의 한 개의 신호부터 상대적으로 더 낮은 그레이-스케일 해상도를 가진 두개 이상의 신호로 ON/OFF 신호를 변조시켜, 상기LED는 더 큰 리프레쉬 레이트에 의해 더욱 자주 발광하게 되고, 변조 전후의 LED의 밝기는 시청자에게 동일하거나 비슷하게 느껴지는 것을 특징으로 하는 PWM방식의 발광 다이오드 구동소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 ON/OFF 신호의 PWM 사이클은 메이저 온 사이클과 마이너 온 사이클로 구성된 포함한 연속적인 ON 지속기간을 가지고 있고,
    상기 PWM 유니트는 상기 메이저 온 사이클을 메이저 온 서브 사이클로 정의된 둘이상의 부분으로 분할하고, 알고리즘에 따라 PWM 사이클에서 메이저 온 서브 사이클을 분배하는 것에 의해 ON/OFF 신호를 변조시키는 것을 특징으로 하는 PWM 방식의 발광 다이오드 구동소자.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 PWM 유니트는 또 마이너 온 사이클을 마이너 온 서브 사이클로 각각 정의되는 두개 이상의 부분으로 분할시키고, 그 다음에 메이저 온 서브 사이클로 분배하는 것을 특징으로 하는 PWM방식의 발광 다이오드 구동소자.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 메이저 온 사이클은 균등하게 분할되어 동일하게 분배되는 것을 특징으로 하는 PWM방식의 발광 다이오드 구동소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 PWM 유니트 출력 변조신호는 클럭을 기준으로 하는 것을 특징으로 하는 PWM방식의 발광 다이오드 구동소자.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 PWM 유니트는 식(Ⅰ)에 따라 2n 클럭을 가진 하나의 PWM사이클을 분할하고,
    2n=(2m-1)×2k×2n-m-k＋2k×2n-m-k (Ⅰ)
    (여기에서 n은 양의 정수, m은 0 또는 n보다 적은 양의 정수, k는 0 또는 m보다 적은 양의 정수)
    상기 PWM 사이클은 각각 (2m-1)×2k 클럭을 가진 2m-n-k 서브 사이클과 2k× 2n-m-k 클럭을 가진 하나의 서브 사이클로 구성된 2n-m-k＋1 서브 사이클 또는 각각 2m×2k 클럭을 가진 2n-m-k서브 사이클로 분할 (여기에서 2k는 주파수 분할 계수)되는 것을 특징으로 하는 PWM방식의 발광 다이오드 구동소자.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 PWM 유니트는 하나의 PWM 사이클에서 식 (Ⅱ)에 따라 M클럭을 가진 연속적인 ON 지속기간을 분할하고,
    M=A×2k×2n-m-k＋B (Ⅱ)
    (여기에서 n은 양의 정수, m은 0 또는 n보다 적은 양의 정수, k는 0 또는 m보다 적은 양의 정수, M은 2n보다 적은 양의 정수, A는 0 또는 M보다 적은 양의 정수, B는 0 또는 2k×2n-m-k 보다 적은 양의 정수)
    상기 메이저 온 사이클은 A×2k×2n-m-k 클럭을 갖고, 상기 마이너 온 사이클은 B 클럭을 갖고, M클럭은 각각 A×2k클럭을 가진 2n-m-k 서브 사이클 과 B클럭을 가 진 하나의 서브 사이클로 구성된 2n-m-k ＋1 서브 사이클 또는, A×2k＋i 클럭을 가진 2n-m-k 서브 사이클로 분할 (여기에서 i는 0또는 2k와 같거나 적은 양의 정수이고, 각 서브 사이클로 부터의 i의 합계는 B) 되는 것을 특징으로 하는 PWM방식의 발광 다이오드 구동소자.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 PWM 유니트는 M개의 온 클럭을 이용 2n클럭을 지닌 하나의 PWM 사이클을
    (a) PWM 사이클을 A×2k개의 온 클럭과 함께 각각 (2m-1)×2k 클럭을 지닌 2n-m-k 개의 서브 사이클과 B개의 온 클럭과 함께 2k×2n-m-k 클럭을 지닌 하나의 서브 사이클로 구성된 (2n-m-k＋1) 서브 사이클로 분할하거나 또는
    (b) PWM 사이클을 (A×2k＋i) 온 클럭을 가지고 각각 2m×2k클럭을 지닌 2n-m-k서브 사이클로 분할(여기에서 n은 양의 정수, m은 0 또는 n보다 적은 양의 정수, k는 0 또는 m보다 적은 양의 정수, M은 2n보다 적은 양의 정수, A는 0 또는 M보다 적은 양의 정수, B는 0 또는 2k×2n-m-k 보다 적은 양의 정수, i는 0또는 2k와 같거나 적은 양의 정수이고, 각 서브 사이클로부터의 i의 합계는 B)하는 것을 특징으로 하 는 PWM방식의 발광 다이오드 구동소자.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 ON/OFF 신호의 듀티 사이클은 변조 전후에도 유지되는 것을 특징으로 하는 PWM방식의 발광 다이오드 구동소자.
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