KR100736015B1

KR100736015B1 - 발광다이오드의 계조성능 향상방법 및 장치

Info

Publication number: KR100736015B1
Application number: KR1020060036293A
Authority: KR
Inventors: 시-팅 창
Original assignee: 홀텍 세미컨덕터 인크.
Priority date: 2006-04-21
Filing date: 2006-04-21
Publication date: 2007-07-06

Abstract

본 발명은 발광다이오드의 계조 성능을 향상시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 발광다이오드에 전류를 인가하기 위한 전류원; 사용자에 의해 정의된 전류 값 및 시간 값을 저장하기 위한 진폭 변조(AM) 레지스터; 상기 AM 레지스터에 저장된 상기 사용자 정의 전류 값에 따른 전류 설정에 액세싱(accessing) 하는 한편, 이를 다시 상기 전류원에 제공 하기 위한 전류 설정 레지스터; 및 상기 전류원에서 출력되는 전류의 지속성을 제어할 수 있도록 하기 위해 상기 AM 레지스터에 저장된 상기 사용자 정의 시간 값에 따른 지속 기간 설정에 액세싱 하는 한편, 이를 다시 상기 전류원 으로 제공 하기 위한 시간 설정 레지스터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 계조 성능을 향상시키기 위한 장치를 제공한다.

발광다이오드, LED, 계조, 펄스폭변조, PWM, 진폭변조, AM

Description

발광다이오드의 계조성능 향상방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ENHANCING GRAY SCALE PERFORMANCE OF LIGHT EMITTING DIODES}

도 1은 발광다이오드를 제어하기 위한 종래의 펄스폭 변조(PWM) 방법의 이상적인 전류 출력을 도시한 것이다.

도 2는 발광다이오드를 제어하기 위한 종래의 펄스폭 변조(PWM) 방법의 실제 전류 출력을 도시한 것이다.

도 3은 발광다이오드의 프리차지(pre-charge) 방법을 통한 전류 출력의 곡선 윤곽을 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 발광다이오드의 계조 성능을 향상시키기 위한 장치의 기능 블록도이다.

도 5a는 본 발명에 따른 발광다이오드를 동작시키기 위한 전류 설정 메커니즘(current setting mechanism)에 의해 상승된 초기 전류를 나타낸 개략도이다.

도 5b는 본 발명의 펄스폭 변조(PWM) 방법에 의해 출력된 완전 파형에 근접한 파형을 도시한 개략도이다.

도 6은 도 4의 장치의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

41 : 진폭변조(AM) 레지스터 42 : 전류설정 레지스터

43 : 시간설정 레지스터 44 : 전류원

45 : 정상전류 설정 레지스터 46 : 전계발광소자

51 : 사용자 정의 전류 설정값 52 : 정상전류 설정값

61 : 개선된 제1계조곡선 62 : 기존의 제1계조곡선

본 발명은 발광다이오드의 계조 성능을 향상시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발광다이오가 이를 통해 흐르는 전류를 제어하기 위해 사용될 때 사용자 정의(user-defined) 진폭 변조(AM)를 이용한 펄스폭 변조(PWM)의 개선된 기술을 사용함으로써 발광다이오드의 열등한 초기 성능의 문제를 극복할 수 있는 발광다이오드의 계조성능 향상방법 및 장치에 관한 것이다.

전자산업의 진보와 함께 이미지 장치가 급격히 변화하면서, 더욱 진보된 디스플레이 장치에 대한 필요성이 증대되고, 평판 이동 디스플레이(flat-panel mobile display) 산업을 급격히 변화시킬 디스플레이 기술을 추구하고 있다. 경량, 저전력, 고휘도 및 광범위한 내구성을 지닌 새로운 디스플레이 장치에 대한 필요성이 디스플레이 산업으로 하여금 현재의 평판 디지털 디스플레이(flat-panel digital display) 기술을 재검토하도록 하고 있다. 다른 디스플레이 기술과 비교하여, 발광다이오드(LED) 디스플레이는 자체발광, 초박형, 고휘도, 고휘도 효율, 빠른 응답 시간, 저전력, 광범위한 내구 온도 및 연성(flexible) 패널 등의 장점을 가지고 있다. 그러므로 이러한 LED 디스플레이는 차세대 디스플레이 시장의 주류를 이룰 것으로 여겨지고 있다.

펄스폭 변조(Pluse Width Modulation: PWM)방식은 특히 종래의 전계발광(Eletro-Luminescence: EL)의 계조(gray scale)를 제어하기 위해 사용되는 마이크로프로세서의 디지털 출력으로 아날로그 회로를 제어하기 위한 강력한 기술이다. 아날로그 제어는 직관적이고 간단하게 보이지만, 항상 경제적으로 매력적이거나 실용적이지 않다. 우선, 아날로그 회로는 시간에 대해 편차가 심하여 조정하기가 매우 어려울 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 정교한 아날로그 회로는 매우 크고 무거우며 비싸다. 따라서 아날로그 회로를 디지털화하여 제어함으로써, 제어의 정확성이 개선될 뿐만 아니라 시스템 비용 및 전력 소비를 눈에 띄게 줄일 수 있다. 요컨대, PWM 방식은 아날로그 신호 레벨을 디지털화하여 부호화(encoding)하는 방식이다. 고해상도 카운터(high-resolution counter)의 사용을 통해, 구형파(square wave)의 듀티 사이클(duty cycle)은 특정 아날로그 신호 레벨로 인코딩하도록 변조된다. 주어진 어떤 순간에 전류 공급이 완전히 온(on)되거나 오프(off)되기 때문에 PWM 신호 역시 디지털 신호이다. 일련의 온/오프 펄스를 반복함으로써 전류원(current source)이 아날로그 부하에 공급된다. 온 타임(on-time)은 부하에 전류 공급이 인가되는 동안의 시간이고, 오프 타임(off-time) 전류 공급이 오프(off)된 동안의 시간이다. 도 1은 발광다이오드를 제어하기 위한 종래의 펄스폭 변조(PWM) 방법의 이상적인 전류 출력을 도시한 것으로서, 수평 좌표는 시간을 나타내고 수직 좌표는 전류 값을 나타낸다. 대부분 종래의 PWM 방법은 발광다 이오드의 휘도를 N 계조 중 1로 설정하였을 때 1/(N-1) 듀티 사이클에서 출력하는 즉, 최대 온 타임(maximum on-time)을 N 단계로 나누었을 때 전체 기간 중 첫 번째 단계(10)에서 신호가 온(on) 되고 나머지 단계에서 오프(off)되는 선형적 제어 방법이다. 하지만, 실제로는 발광다이오드의 전기적 특성이 도 1에 도시된 바와 같이 완전하지 못하다. 도 2는 발광다이오드를 제어하기 위한 종래의 펄스폭 변조(PWM) 방법의 실제 전류 출력을 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제 2 단계(23)의 상승시간(rising time)과 다른 상승시간을 갖는 곡선 윤곽(22)에 의해 정의된 제 1 단계(21)의 영역을 발생시키는 영에서 일정값까지의 충전 전류(charging current)를 상승시키기 위한 일정한 전류원에 의해 EL을 충전시키는 시작 단계에서 상승 시간이 존재하게 된다. 따라서, EL의 휘도를 N 계조 중 2 로 설정하였을 때, 그 결과로서 2/(N-1) 듀티 사이클에서의 전류 플럭스(current flux)가 1/(N-1) 듀티 사이클에서의 전류 플럭스의 두 배가 되지 않으므로 계조 설정의 선형성(linearity)을 잃게 된다. 더욱이, 제 1 단계(21)에서 존재하는 상승 시간은 캐패시터 저항 값과 이에 의해 충전되는 EL의 저항 값에 좌우되므로 각 EL들은 서로 다른 휘도 즉, 서로 다른 계조를 디스플레이할 수 있지만 이를 사용하여 디스플레이의 성능을 제어하는 것은 어렵다.

도 3은 발광다이오드의 프리차지(pre-charge) 방법을 통한 전류 출력의 윤곽을 설명하기 위한 도면이다. 상술한 단점을 개선하기 위하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 상승 시간을 줄이기 위해 더 높은 전압에 의해 EL을 프리차지(pre-charge)하는 프리차지 방법이 제공된다. 상기 프리차지 방법에 의해, 제 1 단계(31)의 영역 에서 제 2 단계(32)로 접근하게 된다. 하지만, 너무 높은 전압에 의해 프리차지되면, EL의 휘도를 N 계조 중 1로 설정했을 때 EL이 예상 시간보다 일찍 발광할 수도 있다. 상기 EL은 제 3 단계(34) 및 제 1 단계(31)까지 온(on)되고 나머지 단계에서 오프(off)되어 곡선(33)에 의해 정의된 계조 1의 휘도가 너무 높게 된다.

그러므로 상기 상술한 단점을 극복할 수 있는 동시에 발광다이오드가 최적의 계조 성능을 갖도록 할 수 있는 구동 방법이 절실히 요구된다.

본 발명의 기술적 과제는 발광다이오드가 이를 통해 흐르는 전류를 제어하기 위해 사용될 때, 발광다이오드의 열등한 시작 성능의 문제를 극복할 수 있는 사용자정의 진폭 변조(AM)를 이용한 펄스폭 변조(PWM)의 개선된 기술을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명은 발광다이오드에 전류를 인가하기 위한 전류원; 사용자에 의해 정의된 전류 값 및 시간 값을 저장하기 위한 진폭 변조(AM) 레지스터; 상기 AM 레지스터에 저장된 상기 사용자 정의 전류 값에 따른 전류 설정에 액세싱(accessing) 하는 한편, 이를 다시 상기 전류원에 제공 하기 위한 전류 설정 레지스터; 상기 전류원에서 출력는 전류의 지속성을 제어할 수 있도록 하기 위해 상기 AM 레지스터에 저장된 상기 사용자 정의 시간 값에 따른 지속 기간 설정에 액세싱 하는 한편, 이를 다시 상기 전류원 으로 제공 하기 위한 시간 설정 레지스터; 및 상기 AM 레지스터의 동작이 완료된 후에 정상 전류 모드로 전환하기 위한 정상 전류(normal current) 설정 레지스터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 계조 성능을 향상시키기 위한 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 진폭 변조(AM) 레지스터에 사용자에 의해 정의된 전류값 및 시간값을 저장하는 단계; 전류 설정 레지스터에 의해 상기 AM 레지스터에 저장된 상기 사용자 정의 (user-defined) 전류값에 따른 전류 설정에 액세싱(accessing) 하는 한편 이를 다시 전류원 으로 제공 하는 단계; 상기 전류원에서 출력되는 전류의 지속성을 제어할 수 있도록 하기 위해 상기 AM 레지스터에 저장된 상기 사용자 정의 시간값에 따른 지속 기간 설정에 액세싱 하는 한편 이를 다시 상기 전류원 으로 제공 하고, 상기 AM 레지스터에 저장된 상기 사용자 정의 전류값이 어느 공통의 정상 전류 설정 레지스터에 의해 지정되는 전류보다 크도록 하는 단계; 상기 전류 설정 레지스터 및 시간 설정 레지스터로부터 각각 수신된 전류 설정과 지속 기간에 따라 발광다이오드에 전류를 출력하도록 전류원을 구동하는 단계 ; 및 상기 AM 레지스터의 동작이 완료된 후에 정상 전류 설정 레지스터에 의해 지정된 정상 전류 모드로 전환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 계조 성능을 향상시키기 위한 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 본 발명의 원리를 예시적으로 설명하기 위해 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 상세한 설명에서 명백해질 것이다.

이하, 본 발명에서 수행된 기능이나 구조적 특징들이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해, 바람직한 실시예들을 상세한 설명을 참조하여 기술하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 발광다이오의 계조 성능을 향상시키기 위한 장치의 기능 블록도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 진폭 변조(AM) 레지스터(41)에는 사용자에 의해 정의된 전류값(current value) 및 시간값(timing value)을 저장하게 되며, 상기 진폭 변조(AM) 레지스터(41)는 전류 설정 레지스터(42)와 시간 설정 레지스터(43)에 전기적으로 연결된다.
상기 전류 설정 레지스터(42)는 상기 진폭 변조(AM) 레지스터(41)로부터 사용자 정의(user-defined) 전류값을 받아들이며, 이를 통한 전류 설정값(current setting value)을 전류원(44)으로 제공하게 된다.
그리고, 상기 시간 설정 레지스터(43)는 상기 진폭 변조(AM) 레지스터(41)로부터 사용자 정의 시간값을 받아들이며, 이를 통한 지속기간 설정값(duration setting value)을 전류원(44)으로 제공하여 상기 전류원(44)에서 출력되는 전류의 지속성을 제어하도록 한다.
한편, 정상 전류(normal current) 설정 레지스터(45)는 상기 AM 레지스터(41)의 동작이 완료된 후에 상기 전류원(44)이 정상 전류 모드로 전환되도록 한다.
이상에서와 같이 전류원(44)의 제어를 통해 상기 전류원(44)에 연결된 전계발광(46)으로 인가되는 전류를 조절하게 되는 것이며, 이러한 전류원(44)의 제어를 위한 상기 전류 설정 레지스터(42)와 시간 설정 레지스터(43)의 상기 AM 레지스터(41)에 대한 액세싱 및 정상 전류 설정 레지스터(45)를 제어하는 전체 프로세스는 컨트롤러(도면 미도시)에 의해 수행되어진다.
상기 AM 레지스터(41)에 저장된 상기 사용자 정의 전류 값은 어느 공통의 정상 전류 설정 레지스터(45)에 의해 지정된 전류보다 크다.

도 5a는 본 발명에 따른 발광다이오드를 동작시키기 위한 전류 설정 메커니즘에 의해 상승된 초기 전류를 나타낸 개략도이고, 도 5b는 본 발명의 펄스폭 변조(PWM) 방법에 의해 출력된 이상적인 파형에 근접한 파형을 도시한 개략도이다. 먼저 전류원(44)이 작동하면, 상승 시간의 효과를 줄이기 위하여 전류 설정 레지스터(42) 및 시간 설정 레지스터(43)로 구성된 변조 메커니즘(modulation mechanism)을 통해 AM 레지스터(41)로부터 요구치보다 큰 전류(larger-than-required current) 가 상기 전류원(44)에 제공된다. 상기 요구치보다 큰 전류(larger-than-required current) 는 도 5a의 전류(51)이며, 사용자 에 의해 설정(정의)된다 . 도 5a에서 도시하는 바와 같이 , 상기 전류(51)는 전계발광(EL) (46)을 충전하는데 필요한 정상 전류(52)보다 크다.
시간 설정 레지스터(43)는 지속 기간 설정(duration setting)을 제공함으로써 전류원(44)으로부터 출력되는 전류의 지속성을 제어할 수 있도록 상기 전류원(44) 으로 사용자 정의 시간값에 따른 지속 기간 설정값을 제공 한다. 한편, 상기 AM 레지스터(41)의 동작이 완료될 때 상기 전류원(44)으로부터 출력된 전류는 정상 전류(52)가 되도록 설정되되, 이는 상기 전류 설정 레지스터(42)와 시간 설정 레지스터(43)의 조합에 의해 결정된다.
이에 따라, 도 5b에서와 같이 전계발광 (46) 을 발광시키기 위한 본 발명의 PWM 방법을 통해 출력된 변조 파형(61)은 도 1에 도시된 완전한 파형에 접근하게 되며, 이는 변조되지 않은(non-modulated) 파형(62)에 비하여 우수한 성능을 갖게 된다.

도 6은 도 4의 장치의 동작을 설명하기 위한 순서도이다. 상기 순서도에서 설명하는 방법은 진폭 변조(AM) 레지스터 (41) 에 사용자에 의해 정의된 전류값 및 시간값을 저장하는 단계(71);

전류 설정 레지스터 (42) 에 의해 상기 AM 레지스터 (41) 에 저장된 상기 사용자 정의 (user-defined) 전류값에 따른 전류 설정에 액세싱(accessing)하는 한편, 이를 다시 전류원 (44)으로 제공 하는 단계(72);

상기 전류원 (44) 에서 출력되는 전류의 지속성을 제어할 수 있도록 하기 위해 상기 AM 레지스터 (41) 에 저장된 상기 사용자 정의 시간값에 따른 지속 기간 설정에 액세싱하는 한편, 이를 다시 상기 전류원 (44)으로 제공하고 , 상기 AM 레지스터에 저장된 상기 사용자 정의 전류값이 어느 공통의 정상 전류 설정 레지스터 (45) 에 의해 지정되는 전류보다 크도록 하는 단계(73);

상기 전류 설정 레지스터 및 시간 설정 레지스터로부터 각각 수신된 전류 설정과 지속 기간에 따라 발광다이오드에 전류를 출력하도록 전류원(44)을 구동 하는 단계(74); 및

상기 AM 레지스터의 동작이 완료된 후에 정상 전류 설정 레지스터에 의해 지정 된 정상 전류 모드로 전환하는 단계(75)를 포함하여 이루어진다.

본 발명의 바람직한 실시예는 개시를 목적으로 설명되었지만, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 다른 실시예 뿐만 아니라 본 발명에 개시된 실시예의 다양한 변형도 가능하다. 이에 따라, 하기에 청구된 특허청구범위는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 모든 실시예들을 포함할 수 있음을 의미한다.

이상의 본 발명에 의하면, 발광다이오드를 통해 흐르는 전류를 제어하기 위해 사용될 때, 사용자정의 진폭 변조(AM)를 이용한 펄스폭 변조(PWM)방식을 이용함으로써 발광다이오드의 열등한 초기성능 문제를 극복할 수 있게 되는 이점이 있다.

Claims

발광다이오드에 전류를 인가하기 위한 전류원 (44) ;

사용자에 의해 정의된 전류 값 및 시간 값을 저장하기 위한 진폭 변조(AM) 레지스터 (41) ;

상기 AM 레지스터 (41) 에 저장된 상기 사용자 정의 전류 값에 따른 전류 설정에 액세싱(accessing) 하는 한편, 이를 다시 상기 전류원 (44) 에 제공 하기 위한 전류 설정 레지스터 (42) ; 및

상기 전류원 (44) 에서 출력되는 전류의 지속성을 제어할 수 있도록 하기 위해 상기 AM 레지스터 (41) 에 저장된 상기 사용자 정의 시간 값에 따른 지속 기간 설정에 액세싱 하는 한편, 이를 다시 상기 전류원 (44)으로 제공 하기 위한 시간 설정 레지스터 (43) 를 포함하되,

상기 AM 레지스터 (41) 에 저장된 상기 사용자 정의 전류 값은 어느 공통의 정상 전류(normal current) 설정 레지스터 (45) 에 의해 지정된 전류보다 큰 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 계조성능 향상장치.
제 1 항에 있어서,

상기 AM 레지스터 (41) 의 동작이 완료된 후에 정상 전류 모드로 전환하기 위한 정상 전류(normal current) 설정 레지스터 (45) 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 계조성능 향상장치.
제 1 항에 있어서,

상기 발광다이오드는 전계발광(EL)소자인 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 계조성능 향상장치.
(A) 진폭 변조(AM) 레지스터 (41) 에 사용자에 의해 정의된 전류값 및 시간값을 저장하는 단계 (71) ;

(B) 전류 설정 레지스터 (42) 에 의해 상기 AM 레지스터 (41) 에 저장된 상기 사용자 정의 (user-defined) 전류값에 따른 전류 설정에 액세싱(accessing) 하는 한편 이를 다시 전류원 (44)으로 제공 하는 단계 (72) ;

(C) 상기 전류원 (44) 에서 출력되는 전류의 지속성을 제어할 수 있도록 하기 위해 상기 AM 레지스터 (41) 에 저장된 상기 사용자 정의 시간값에 따른 지속 기간 설정에 액세싱 하는 한편 이를 다시 상기 전류원 (44)으로 제공 하고, 상기 AM 레지스터에 저장된 상기 사용자 정의 전류값이 어느 공통의 정상 전류 설정 레지스터 (45) 에 의해 지정되는 전류보다 크도록 하는 단계 (73) ;

(D) 상기 전류 설정 레지스터 및 시간 설정 레지스터로부터 각각 수신된 전류 설정과 지속 기간에 따라 발광다이오드에 전류를 출력하도록 전류원 (44) 을 구동하는 단계 (74) ;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 계조성능 향상방법.
제 4항에 있어서,

(E) 상기 AM 레지스터의 동작이 완료된 후에 정상 전류 설정 레지스터에 의해 지정 된 정상 전류 모드로 전환하는 단계 (75) 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 계조성능 향상방법.