KR100816289B1 - 컬러 제어방법 및 이를 이용한 ｌｅｄ 백라이트 시스템 - Google Patents

컬러 제어방법 및 이를 이용한 ｌｅｄ 백라이트 시스템 Download PDF

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KR100816289B1
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김정우
엄상호
이주상
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(주)다윈텍
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본 발명은 LED 백라이트에서 발생하는 빛의 색좌표 및 휘도를 일정하게 유지시키고 LED 백라이트 시스템의 온도에 따라 LED 백라이트의 휘도 레벨을 조절할 수 있는 컬러 제어방법 및 이를 이용한 LED 백라이트 시스템에 관한 것으로서, LED 어레이에서 발생하는 빛의 광량을 감지하고, 감지된 값에 대응하여 감지전압을 생성하는 감지수단과, 입력되는 펄스의 듀티비에 응답하여 상기 LED 어레이를 구동하는 LED 어레이 구동수단, 및 상기 감지전압으로부터 상기 LED 어레이가 만들어 내는 빛의 색좌표와 휘도를 구하여, 이 값들이 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도와 일치하도록 상기 펄스의 듀티비를 조절하고, 온도특성 테이블을 이용하여 상기 LED 어레이를 포함하는 시스템의 온도를 추정함으로써 시스템이 설정된 온도 이상으로 과열되는 것을 방지하도록 상기 펄스의 듀티비를 조절하는 펄스 듀티비 조절수단을 포함하는 LED 백 라이트 시스템을 제공한다.
LED 어레이, 포토센서, 컬러 제어, LED 백라이트

Description

컬러 제어방법 및 이를 이용한 ＬＥＤ 백라이트 시스템{METHOD FOR COLOR CONTROLLING AND LED BACKLIGHT SYSTEM USING THE SAME}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 컬러 제어방법을 이용한 LED 백라이트 시스템의 구조를 도시한 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 컬러 제어방법 알고리즘을 도시한 개념도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명.
1 : LED 백라이트 시스템 11 : LED 어레이
12 : LED 어레이에서 발생하는 빛
13 : 감지부 14 : 펄스 듀티비 조절부
141 : 아날로그-디지털 컨버터 142 : 연산기
143 : 펄스 발생기 144 : 비 휘활성 메모리
145 : 휘발성 메모리 15 : LED 구동부
본 발명은 컬러 제어방법 및 이를 이용한 LED(Light Emitting Diode) 백라이트(backlight) 시스템에 관한 것으로서, LED 어레이에서 발생하는 빛의 색좌표 및 휘도를 일정하게 유지시키고 온도에 따라 LED 어레이에서 발생하는 빛의 휘도를 조절할 수 있는 컬러 제어방법 및 이를 이용한 LED 백라이트 시스템에 관한 것이다.
백라이트는 디스플레이 패널을 조명하는 장치로서 최근 LCD 모니터 및 LCD TV 등 LCD를 이용한 디스플레이 시스템들은 기존의 CCFL(Cold Cathde Fluorescent Lamp)을 이용하는 백라이트 방식에서 LED를 사용하는 백라이트 방식으로 진행되고 있다.
CCFL을 사용하는 백라이트는 수은을 사용하기 때문에 환경 유해하며 응답속도가 15ms 정도로 느리고 색재현성이 NTSC(National Television System Committee)대비 75% 정도로 낮으며 사전에 설정된 백색광을 생성한다는 단점이 있다.
반면에 LED를 사용하는 백라이트는 환경 유해 물질을 사용하지 않고 응답속도가 수 나노 세컨드(nano seconde)로서 고속 응답이 가능하며 임펄스(impulsive) 구동이 가능하고 색재현성이 NTSC대비 100% 이상이며 적색, 청색, 녹색 LED의 광량을 조정하여 백라이트에서 발생하는 빛의 색좌표 및 휘도를 임의로 조절할 수 있다는 장점이 있다.
그러나 LED를 사용하는 백라이트는 이를 포함하는 시스템이 동작하는 주변환경의 영향에 따라 LED의 특성이 쉽게 변할 수 있으므로 LED 백라이트의 색좌표와 밝기를 일정하게 유지시키기 어렵다는 문제점이 있다.
그리고 LED 소자는 열을 많이 발산하기 때문에 백라이트 구동시 발산되는 열로 인해 LED 자체의 발광효율이 떨어질 뿐만 아니라 LED 백라이트를 사용한 시스템 전체의 안정성도 위협을 받을 수 있다.
따라서 종래에는 온도 센서를 사용하여 LED 백라이트를 사용한 시스템의 온도를 측정하고 이에 따라 LED 소자의 구동을 제어하는 방법을 사용하였다.
그러나 전술한 방법은 추가적인 온도센서가 필요하다는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로 주위 환경의 영향을 받지 않고 LED 백라이트에서 발생하는 빛의 색좌표 및 휘도를 일정하게 유지하며, 별도의 온도센서 없이 LED 백라이트가 사용되는 시스템의 온도를 추정하여 LED 백라이트의 휘도 레벨을 조절하여 시스템을 과열로부터 막을 수 있는 LED 백라이트의 컬러 제어방법 및 이를 이용한 LED 백라이트 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, LED 어레이에서 발생하는 빛의 광량을 감지하고, 감지된 값에 대응하여 감지전압을 생성하는 감지수단; 입력되는 펄스의 듀티비(duty ratio)에 응답하여 상기 LED 어레이를 구동하는 LED 어레이 구동수단; 및 상기 감지전압으로부터 상기 LED 어레이가 만들 어 내는 빛의 색좌표와 휘도를 구하여, 이 값들이 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도와 일치하도록 상기 펄스의 듀티비를 조절하고, 온도특성 테이블을 이용하여 상기 LED 어레이를 포함하는 시스템의 온도를 추정함으로써 시스템이 설정된 온도 이상으로 과열되는 것을 방지하도록 상기 펄스의 듀티비를 조절하는 펄스 듀티비 조절수단을 포함하는 LED 백 라이트 시스템을 제공한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, LED 드라이버로 입력되는 펄스의 듀티비에 응답하여 LED 어레이를 구동하는 단계; LED 어레이에서 발생하는 빛의 광량을 감지하여 감지전압을 생성하는 단계; 상기 감지전압에 대응하는 빛의 색좌표가 CIE 표준색좌표계에 대응되도록 교정하여 교정된 감지정보를 생성하는 색좌표교정단계; 상기 교정된 감지정보의 색좌표 및 휘도가 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도와 일치하도록 상기 펄스의 듀티비를 조절하는 단계; 및 온도특성 테이블을 이용하여 추정된 상기 LED 어레이를 포함하는 시스템의 온도가 설정된 온도 이상으로 과열되거나 또는 상기 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도 중 휘도를 상기 LED 어레이에서 발생할 수 없는 경우 상기 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도 중 휘도를 교정하는 단계를 포함하는 컬러 제어방법이 제공된다.
전술한 바와 같이 종래의 LED를 사용하는 백라이트는 주위환경에 따라 LED 어레이의 특성이 쉽게 변할 수 있으므로 백라이트가 만드는 빛의 색좌표 및 휘도를 일정하게 유지시키기 어렵고, LED 어레이에서 발생하는 열로 인해 시스템의 안정성 을 확보하기 어렵다.
이러한 문제점들을 해결하기 위해 본 발명은 포토센서를 이용하여 LED 백라이트에서 발생하는 빛의 색좌표 및 휘도를 주기적으로 체크하여 이를 유지시키고, 온도특성 테이블을 참조하여 시스템의 온도를 추정, 시스템이 설정된 온도 이상으로 과열되지 않도록 휘도를 조절하는 방법과 이를 이용한 백라이트 시스템을 제시한다.
이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 본 발명의 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 도면부호(또는, 참조부호)로 표시된 부분은 동일한 요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 컬러 제어방법을 이용한 LED 백라이트 시스템의 구조를 도시한 블록도이다.
도 1에 도시된 LED 백라이트 시스템(1)은 LED 어레이(11)에서 발생하는 빛(12)의 광량을 감지부(13)을 이용하여 감지하고, 감지된 값으로부터 상기 LED 어레이가 만들어 내는 빛의 색좌표 및 휘도를 구하여, 이 값들이 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도(144,146)와 일치하도록 LED 어레이(11)의 구동을 제어하며, 감지된 값과 온도특성 테이블 정보(144)에 대응하여 LED 백라이트 시스템(1)의 온도를 추정함으로써 LED 백라이트 시스템(1)이 설정된 온도 이상으로 과열되지 않도록 LED 어레이(11)를 제어한다.
여기서 LED 백라이트 시스템(1)은 색 재현을 높이기 위하여 빛의 삼원색인 Red, Green, Blue LED 어레이를 이용하여 White를 표현하게 되는데 이때 원하는 빛을 얻기 위한 방법은 다음과 같다.
Red, Green, Blue의 3가지 색은 CIE(Commission Internationale de I'Eclairage) 표준색좌표계에서 규정하는 색좌표 및 휘도 정보로 표현할 수 있다.
즉 Red는 (xR, yR, YR), Green은 (xG, yG, YG), Blue는 (xB, yB, YB)로 나타낼 수 있다.
Figure 112006086460408-pat00001
Figure 112006086460408-pat00002
Figure 112006086460408-pat00003
또한 각 색좌표 및 휘도는 X,Y,Z 값으로 표현될 수 있으며 그 관계는 수학식 1과 같다.
Figure 112006086460408-pat00004
Figure 112006086460408-pat00005
Figure 112006086460408-pat00006
Red, Green, Blue가 혼합되어 만들어지는 색의 XRGB, YRGB, ZRGB의 값은 수학식 2와 같다.
Figure 112006086460408-pat00007
수학식 2의 우항의 계수를 수학식 1의 형태로 바꾸고 행렬로 표현하면 수학식 3이 된다.
Figure 112006086460408-pat00008
Figure 112006086460408-pat00009
Figure 112006086460408-pat00010
행렬 A를 수학식 4와 같이 정의하면 수학식 3은 수학식 5 및 수학식 6과 같이 표현될 수 있다.
수학식 5는 Red, Green, Blue의 휘도 정보로부터 각 색이 혼합되었을 때의 색좌표를 도출할 수 있음을 의미하며 수학식 6은 원하는 색좌표를 얻기 위하여 필요한 Red, Green, Blue의 휘도를 계산할 수 있다는 것을 의미한다.
즉 LED 어레이(11)에서 목적하는 빛의 X,Y,Z의 값을 (XW, YW, ZW)이라 하였을 때 이를 구현하기 위한 Red, Green, Blue의 휘도는 수학식 6을 사용하여 전개할 수 있다.
또한 구동 중인 각 Red LED, Green LED, Blue LED의 휘도를 YR, YG, YB이라 하고 현재 LED 어레이(11)에서 발생하고 있는 빛의 색좌표 값을 XRGB, YRGB, ZRGB라 하면 목적하는 빛을 표현하기 위해서는 △YR,△YG,△YB의 휘도를 보상해야 하며, 이때 보상해야 하는 Red, Green, Blue LED의 휘도 값은 수학식 7과 같다.
Figure 112006086460408-pat00011
따라서 수학식 6과 수학식 7을 이용하여 각 광원을 제어하면 정해진 빛의 색좌표 및 휘도를 얻을 수 있다.
즉 LED 백라이트 시스템(1)은 수학식 6 내지 수학식 7에 대응하는 제1연산을 통해 LED 백라이트에서 만들어지는 빛이 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도(144, 146)를 가지도록 펄스를 조절하는 펄스 듀티비 조절부(14)를 포함한다.
그리고 LED 백라이트 시스템(1)은 RED 어레이, BLUE 어레이, GREEN 어레이로 구성된 LED 어레이(11), LED 어레이에서 발생하는 빛(12)의 광량을 감지하여 감지전압(R_SENS, G_SENS, B_SENS)을 생성하는 감지부(13)와, 입력되는 펄스(R_Pulse, G_Pulse, B_Pulse)에 응답하여 LED 어레이(11)를 구동하는 LED 구동부(15), 및 감지전압(R_SENS, G_SENS, B_SENS)으로부터 상기 LED 어레이가 만들어 내는 빛의 색좌표와 휘도를 구하여, 이 값들이 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도(144,146)와 일치하도록 LED 구동부(15)로 입력되는 펄스(R_Pulse, G_Pulse, B_Pulse)의 듀티비를 조절하고, 온도특성 테이블(144)을 이용하여 LED 백 라이트 시스템(1)의 온도를 추정함으로써 시스템(1)이 설정된 온도 이상으로 과열되는 것을 방지하도록 LED 구동부(15)로 입력되는 펄스(R_Pulse, G_Pulse, B_Pulse)의 듀티비를 조절하는 펄스 듀티비 조절부(14)를 포함한다.
여기서 펄스 듀티비 조절부(14)는, 아날로그 값인 감지전압을 디지털 값인 감지정보(D_SENS)로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터(ADC, 141)와,
감지정보(D_SENS)에 대응하는 빛의 색좌표 및 휘도를 계산하고, 이 값을 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도(144, 146)와 비교하여, 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도(144, 146)를 LED어레이(11)에서 발생시키기 위해 보상해야할 빛의 휘도를 연산하는 연산기(142), 및 보상해야할 빛의 휘도에 따라 펄스(R_Pulse, G_Pulse, B_Pulse)의 듀티비를 조절하여 발생시키는 펄스 발생기(143)를 구비한다.
본 발명의 실시 예에서의 펄스 듀티비 조절부(14)는 ARM7 코어를 갖는 32bit 범용 프로세서로서 아날로그-디지털 컨버터(ADC, 141)와 PWM(Pulse Width Modulation) 동작을 수행하는 펄스 발생기(143)를 구비하고 있으며, 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도에 대한 초기값, 알고리즘 코드 등을 저장하는 비 휘발성 메모리(Flash, 144), 및 연산기(142)에서 알고리즘 코드를 수행할 때 발생하는 임시 데이터를 저장하는 휘발성 메모리(RAM,145)를 더 구비한다.
전술한 바와 같은 구조를 가지는 펄스 듀티비 조절부(14)는 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도(144, 146)를 만들기 위해서 전술한 제 1 연산의 방법을 통해 LED 어레이를 제어함으로써 LED 어레이가 만들어 내는 빛(12)이 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도와 일치하도록 제어 한다.
펄스 듀티비 조절부(14)는 수학식 6과 수학식 7에 대응하는 제 1 연산을 수행하는데 수학식 7에서의 (XRGB, YRGB, ZRGB)는 CIE 표준색좌표계의 값으로서 현재 LED 어레이(11)에서 발생하는 색의 좌표를 나타낸다.
그러나 펄스 듀티비 조절부(14)에서 사용되는 감지정보에 따른 빛의 색좌표는 CIE 표준색좌표계의 값과 차이가 있기 때문에, 감지정보를 CIE 표준색좌표계 값으로의 변환하는 연산이 필요하다.
감지정보를 CIE 표준색좌표계 값으로의 변환하는 연산은 다음과 같은 방법으로 이루어 진다.
먼저 100%의 듀티비를 갖는 펄스 신호를 이용하여 Red LED를 구동하였을 때 발생하는 빛을 국제조명위원회의 컬러 아날라이져(color analyzer)로 측정했을 때의 X,Y,Z 값을 (XR, YR, ZR)라고 하고 펄스 듀티비 조절부(14)에서 감지부(13)와 아날로그-디지털 컨버터(141)를 이용하여 얻은 감지정보를 (X'R, Y'R, Z'R) 라고 한다.
또한 같은 방법으로 green 및 blue LED의 경우도 측정하여 표 1과 같이 측정값을 얻는다.
컬러 아날라이져로 측정 감지부로 측정
X Y Z X' Y' Z'
Red LED XR YR ZR X'R Y'R Z'R
Green LED XG YG ZG X'G Y'G Z'G
Blue LED XB YB ZB X'B Y'B Z'B
그리고 표 1의 측정값을 이용하여 행렬 C를 수학식 8과 같이 정의한다. 이와 같은 방법으로 만들어진 C행렬은 색좌표계 변환에 사용될 교정정보가 되며 이 교정정보는 비 휘발성 메모리(144)에 저장된다.
전술한 교정정보는 LED 백라이트 시스템(1)이 만들어질 때 결정되며, LED 백라이트 시스템(1)이 동작하는 도중에는 값이 변동하지 않는다. 그러나 사용자에 의해 그 값을 변경하는 것이 가능하다.
Figure 112006086460408-pat00012
임의의 듀티비를 갖는 펄스로 LED 어레이를 구동할 때의 감지정보는 수학식 9와 같다.
Red : (kR·X'R, kR·Y'R, kR·Z'R), 0 ≤ kR ≤ 1
Green : (kG·X'G, kZG·Y'G, kG·Z'G), 0 ≤ kG ≤ 1
Blue : (kB·X'B, kB·Y'B, kB·Z'B), 0 ≤ kB ≤ 1
따라서 임의의 듀티비를 갖는 펄스로 각각 구동된 Red, Green, Blue LED에서 발생하는 빛의 감지정보를 (X'RGB, Y'RGB, Z'RGB)라 하면 이는 수학식 10과 같이 표현될 수 있다.
X'RGB = kR·X'R + kG·X'G + kB·X'B
Y'RGB = kR·Y'R + kZG·Y'G + kB·Y'B
Z'RGB = kR·Z'R + kG·Z'G + kB·Z'B
여기서 X'RGB, Y'RGB, Z'RGB는 감지부(13)와 아날로그-디지털 컨버터(141) 이용하여 측정되는 값이고, X'R, Y'R, Z'R, X'G, Y'G, Z'G, X'B, Y'B, Z'B 또한 표 1에서 이미 측정해 놓은 값이므로 수학식 10으로부터 kR, kG, kB의 값을 얻을 수 있다.
따라서 구동된 Red, Green, Blue LED에서 발생하는 빛의 감지정보(X'RGB, Y'RGB, Z'RGB)가 얻어지면, 수학식 10의 각 우항을 산출할 수 있다.
이렇게 산출된 항목들을 수학식 11과 같이 행렬 S'라 정의한다. S'행렬의 모든 항목은 감지부(13)의 측정값으로부터 알 수 있는 값이다.
Figure 112006086460408-pat00013
S'행렬의 각 항을 X,Y,Z 값으로 변환한 것을 행렬 S라 정의하면, S행렬은 수학식 8의 C행렬과 S'행렬을 수학식 12와 같이 내적(inner product) 함으로써 구할 수 있다.
Figure 112006086460408-pat00014
임의의 듀티비를 갖는 펄스로 각각 구동된 Red, Green, Blue LED에서 발생하는 빛의 감지정보 (X'RGB, Y'RGB, Z'RGB)로 부터 X,Y,Z 값 (XRGB, YRGB, ZRGB)은 수학식 13과 같다.
XRGB = S00 + S10 + S20
YRGB = S01 + S11 + S21
ZRGB = S02 + S12 + S22
전술한 바와 같이 감지정보를 CIE 표준색좌표계의 값으로 변환하기 위하여, 연산기(142)는, LED 어레이들이 만들어내는 빛의 감지정보로부터 수학식 10의 방정식을 풀어 S'행렬을 구하고, S'행렬과 비 휘발성 메모리(144)에 저장된 교정정보에 관한 C행렬과 내적한 후, 수학식 13을 이용하여 CIE 표준색좌표계로 변환하는 제 2 연산을 수행한다.
전술한 바와 같이 펄스 듀티비 조절부는 제 1 연산과 제 2 연산을 수행하는 연산기(142)를 이용하여, LED 백라이트가 목적하는 색좌표 및 휘도의 빛을 만들도록 제어할 수 있다.
그런데 LED 백라이트 시스템(1)에서 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도(144,146) 중 휘도가 너무 높아 LED어레이(11)에서 이를 발생시킬 수 없는 상황이거나, LED 백라이트 시스템(1)이 설정된 온도 이상으로 과열되는 것이 우려되어 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도(144,146) 중 휘도를 더 이상 높일 수 없거나 혹은 낮춰야 하는 상황이 발생할 수 있다. 이러한 경우 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도(144,146) 중 휘도를 교정하는 클리핑(clipping) 제어를 수행하게 된다.
클리핑 제어는 클리핑 발생 여부를 주기적으로 확인하여 이에 따라 휘도를 임시로 변경하는 것으로, 클리핑은 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도를 만들기 위해 보상된 펄스의 듀티비가 듀티 리미트 보다 큰 경우에 발생하며, 이런 경우 펄스의 듀티비는 듀티 리미트로 교체하여 출력한다.
클리핑이 발생하면 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도중 휘도를 조금씩 낮추어 클리핑이 발생하지 않도록 하며, 클리핑이 발생하지 않은 경우에는 낮춰진 휘도를 다시 조금씩 올리게 된다.
여기서 듀티 리미트는 LED 어레이(11)를 구동하는 펄스가 가질 수 있는 듀티비의 최대값 혹은 온도특성 테이블에 저장된 값이 사용될 수 있고, 이는 사용자에 의해 설정된다.
먼저 듀티 리미트가 LED 어레이(11)를 구동하는 펄스가 가질 수 있는 듀티비의 최대값을 가질 경우에는 클리핑 제어를 통해 LED 어레이(11)에서 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도 중 휘도를 발생시킬 수 있는지를 판단하여 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도 중 휘도를 만들 수 없는 경우 색좌표는 변화시키지 않고 휘도를 조절하는 작용을 하게 된다.
그리고 듀티 리미트가 온도특성 테이블에 저장된 값을 참고하여 설정된 경우에는 클리핑 제어가 온도 제어의 수단으로 이용되어 LED 백라이트 시스템(1)이 설정된 온도 이상으로 과열되는 것을 방지할 수 있는데 그 방법은 아래와 같다.
LED 백라이트 시스템(1)에서 특정 색좌표 및 휘도를 발생하기 위해 각 Red LED, Green LED, Blue LED를 구동하는 펄스의 듀티비는 온도에 따라 변하지만 LED 백라이트 시스템(1)의 사양이 결정되면 동일한 사양을 가지는 시스템은 거의 비슷한 특성을 보이게 된다.
예를 들어 온도특성 테이블에 시스템의 온도 50도에서 200nit의 휘도를 발생하기 위한 Red, Green, Blue 각각의 LED 어레이의 구동펄스의 듀티비가 75%, 64%, 63%로 나타나 있고, 실제 시스템이 200nit의 휘도를 발생하도록 설정되어 있다고 가정하면, 현재 LED 어레이가 듀티비가 70%, 63%, 61%로 구동되어 200nit의 휘도를 만들어 낸다면 이 시스템은 현재 대략 50도를 넘지 않았다고 추정할 수가 있는 것이다.
만약 200nit의 휘도를 가지는 시스템이 50도 이상으로 과열되는 것을 방지하기 원한다면 듀티 리미트를 Red, Green, Blue 각각 75%, 64%, 63%로 설정하여 이를 넘을 경우 클리핑을 발생시켜 제어할 수 있다.
이때 3개의 듀티 리미트 모두 참조하여 클리핑을 발생 여부를 판단할 수도 있고, 3개의 중 1개 또는 2개의 듀티 리미트만을 참조하여 클리핑 발생 여부를 판단할 수도 있다.
따라서 온도 특성 테이블에는 Red, Green, Blue 각 LED 어레이의 구동펄스에 대한 3개의 듀티비가 모두 저장되어 있지 않고 3개의 듀티비 중 1개 또는 2개의 듀티비만 저장되어 있어도 상관없다.
그리고 특별히 온도 구간별로 동작 제어가 필요한 경우에는 제어가 필요한 온도에 따라 그리고 색좌표 및 휘도에 따라 듀티비에 대한 정보가 온도특성 테이블에 포함된다.
상기한 바와 같이 LED 백라이트 시스템(1)이 설정된 온도 이상으로 과열되는 것을 방지하기 위하여 연산기(142)는 비 휘발성 메모리(144)에 저장된 온도특성 테이블을 참조하여 클리핑 제어를 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 컬러 제어방법 알고리즘을 도시한 개념도이다.
도 2에 도시된 컬러 제어방법 알고리즘(2)은, LED 드라이버(24)로 입력되는 펄스(216)의 듀티비에 응답하여 LED 어레이(25)를 구동하는 단계와, LED 어레이(25)에서 발생하는 빛의 광량을 감지하여 감지전압을 생성하는 단계(26)와, 감지전압에 대응하는 빛의 색좌표가 CIE 표준색좌표계에 대응되도록 교정하여 교정된 감지정보를 생성하는 색좌표교정단계(22)와, 교정된 감지정보에 따른 빛의 색좌표 및 휘도가 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도(232)와 일치하도록 펄스의 듀티비를 조절하는 단계(21), 및 온도특성 테이블(232)을 이용하여 추정된 LED 어레이(25)를 포함하는 시스템의 온도가 설정된 온도 이상으로 과열되거나 또는 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도(232) 중 휘도를 LED 어레이(25)에서 발생할 수 없는 경우 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도(232) 중 휘도를 교정하는 단계(23)을 포함한다.
여기서 색좌표 교정단계(22)는, 아날로그 값인 감지전압을 디지털 값인 감지정보(222)로 변환하는 단계와, CIE 컬러 어날라이져 측정정보(225)를 사용하여 교정정보(224)를 생성하는 단계 및, 교정정보(224)를 이용하는 제2연산을 수행하여 감지정보(222)를 CIE 표준색좌표계의 좌표값으로 교정하는 단계(223)을 포함한다.
여기서 CIE 표준색좌표계의 좌표값으로 교정하는 단계(223)는 전술한 컬러 제어 방법(2)을 사용하는 동안 주기적으로 수행되지만, 교정정보를 생성하는 단계(224)는 전술한 컬러 제어 방법(2)을 사용하는 시스템이 만들어질 때 수행되며, 사용자에 의해 다시 수행될 수 있다.
또한 조절하는 단계(21)는, 교정된 감지정보에 따른 색좌표 및 휘도와 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도(234)를 비교하는 단계(211), 비교하는 단계(211)의 결과에 따라 제1연산을 수행하여 보상해야할 빛의 휘도를 연산하는 단계(212), 보상해야할 휘도에 대응하는 보상할 펄스의 듀티비를 연산하는 단계(213)와, LED 드라이버(24)로 입력된 펄스의 듀티비와 보상할 펄스의 듀티비를 더하여 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도(234)에 대응하는 펄스의 듀티비를 결정하는 단계(215), 및 결정하는 단계(215)에서 결정된 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도(234)에 대응하는 펄스의 듀티비를 갖는 펄스를 생성하는 단계(216)를 포함한다.
그리고 교정하는 단계(23)는 온도특성 테이블(232)을 이용하여 LED 어레이(25)를 포함하는 시스템의 온도를 추정함으로써 시스템의 과열을 방지하기 위하여 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도(232) 중 휘도를 교정(233)하는 온도제어단계, 및 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도(232) 중 휘도를 LED 어레이(25)가 발생할 수 있는지를 판단하여 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도(232) 중 휘도를 교정(233)하는 휘도교정단계를 포함한다.
여기서 교정하는 단계(23) 중 온도제어단계는, 온도특성 테이블 정보(232)를 이용하여 LED 어레이(25)를 포함하는 시스템의 온도를 추정하는 단계(231)와, 추정하는 단계(231)의 결과에 따라 LED 어레이(25)를 포함하는 시스템의 온도가 설정된 온도 이상이라 판단되는 경우 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도(232)중 휘도를 낮추는 단계(233); 및 상기 추정하는 단계(231)를 통해 LED 어레이(25)를 포함하는 시스템의 온도가 설정된 온도 미만으로 판단되는 경우 휘도를 낮추는 단계(233)에서 변경한 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도(342) 중 휘도를 올리는 단계(233)을 포함한다.
또한 교정하는 단계(23) 중 휘도교정단계는, 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도(232) 중 휘도를 LED 어레이(25)가 발생할 수 있지를 판단하는 단계(231)와, 판단하는 단계(231)의 결과에 따라 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도(232) 중 휘도를 LED 어레이(25)가 발생할 수 없는 경우 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도(232) 중 휘도를 낮추는 단계(233), 및 판단하는 단계(231)에서 휘도를 낮추는 단계(233)에서 변경한 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도(234)에서의 휘도보다 높은 휘도를 LED 어레 이(25)가 발생할 수 있다고 판단되는 경우 휘도를 낮추는 단계(233)에서 낮아진 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도(234) 중 휘도를 올리는 단계(233)를 포함한다.
따라서 교정하는 단계(23)는, LED 어레이(25)를 포함하는 시스템에서 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도(232) 중 휘도가 너무 높아 LED 어레이(25)에서 발생할 수 없는 상황을 판단하고, LED 어레이(25)를 포함하는 시스템의 과열이 우려되어 LED 어레이(25)에서 발생하는 빛의 휘도를 더 이상 높일 수 없거나 혹은 낮춰야 하는 상황을 판단하여 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도 중 휘도를 조절하는 것을 의미한다.
이상에서 살펴 본 바와 같이 본 발명의 실시예를 적용하면 LED 백라이트에서 발생하는 빛의 색좌표 및 휘도를 지속적으로 체크하여 이를 유지시킴으로 디스플레이 시스템이 동작하는 주변환경에 따라 LED에서 발생하는 빛의 색좌표 및 휘도 값이 변하는 것을 방지할 수 있다.
그리고 온도센서를 사용하지 않고 LED 백라이트를 사용한 시스템의 온도를 추정함으로써 시스템에 대한 온도 제어가 가능하게 되어 시스템 전체의 안전성을 확보하는데 큰 도움이 된다.
전술한 본 발명은 LED 백라이트에서 발생하는 빛의 색좌표 및 휘도를 지속적으로 체크하여 디스플레이 시스템이 동작하는 주변환경에 따라 LED에서 발생하는 빛의 색좌표 및 휘도 값이 변하는 것을 방지한다.
또한 온도센서를 사용하지 않고 설정된 온도특성 테이블을 참조하여 LED 백라이트를 사용한 시스템의 온도를 추정하여 제어함으로써 시스템 과열을 방지하여 시스템의 안정성을 확보할 수 있다.

Claims (13)

  1. LED 어레이에서 발생하는 빛의 광량을 감지하고, 감지된 값에 대응하여 감지전압을 생성하는 감지수단;
    입력되는 펄스의 듀티비에 응답하여 상기 LED 어레이를 구동하는 LED 어레이 구동수단; 및
    상기 감지전압으로부터 상기 LED 어레이가 만들어 내는 빛의 색좌표와 휘도를 구하여, 이 값들이 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도와 일치하도록 상기 펄스의 듀티비를 조절하고, 온도특성 테이블을 이용하여 상기 LED 어레이가 사용된 시스템의 온도를 추정함으로써 시스템이 설정된 온도 이상으로 과열되는 것을 방지하도록 상기 펄스의 듀티비를 조절하는 펄스 듀티비 조절수단
    을 포함하는 LED 백 라이트 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 펄스 듀티비 조절수단은,
    아날로그 값인 상기 감지전압을 디지털 값인 감지정보로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터;
    상기 감지정보에 대응하는 빛의 색좌표 및 휘도를 계산하고, 이 값을 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도와 비교하여 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도를 만들기 위해 보상해야할 빛의 휘도를 연산하는 연산기; 및
    상기 보상해야할 빛의 휘도 따라 상기 펄스의 듀티비를 조절하여 발생하는 펄스 발생기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 백 라이트 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 펄스 듀티비 조절수단은,
    상기 온도특성 테이블 정보;
    상기 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도에 대한 초기값, CIE 컬러 어날라이져(analyzer) 측정정보, 알고리즘 코드를 저장하는 비 휘발성 메모리; 및
    상기 연산기에서 상기 보상해야할 빛의 색좌표 및 휘도를 연산할 때 발생하는 임시 데이터를 저장하는 휘발성 메모리
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 백 라이트 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 연산기는,
    CIE 컬러 어날라이저 측정정보를 이용하여 교정정보를 생성하고, 상기 교정정보를 사용하여 상기 감지정보를 CIE 표준색좌표계에 대응되도록 교정하는 연산
    을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 LED 백 라이트 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 연산기는,
    상기 온도특성 테이블 정보에 응답하여 상기 감지정보에 대응하는 상기 LED 어레이의 온도를 추정하고, 추정결과에 따라 상기 LED 어레이가 상기 설정된 온도 이상으로 과열되지 않도록 상기 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도 중 휘도를 조절하는 온도제어연산
    을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 LED 백 라이트 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 연산기는,
    상기 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도 중 휘도를 상기 LED 어레이가 발생할 수 있는지를 판단하여, 상기 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도 중 휘도를 조절하는 휘도교정연산
    을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 LED 백 라이트 시스템.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 연산기는,
    상기 비휘발성 메모리에 저장되어 있는 상기 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도에 대한 초기값을 외부에서 입력되는 상기 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도에 따라 변경하는 연산
    을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 LED 백 라이트 시스템.
  8. LED 드라이버로 입력되는 펄스의 듀티비에 응답하여 LED 어레이를 구동하는 단계;
    LED 어레이에서 발생하는 빛의 광량을 감지하여 감지전압을 생성하는 단계;
    상기 감지전압에 대응하는 빛의 색좌표가 CIE 표준색좌표계에 대응되도록 교정하여 교정된 감지정보를 생성하는 색좌표교정단계;
    상기 교정된 감지정보의 색좌표 및 휘도가 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도와 일치하도록 상기 펄스의 듀티비를 조절하는 단계; 및
    온도특성 테이블을 이용하여 추정된 상기 LED 어레이를 포함하는 시스템의 온도가 설정된 온도 이상으로 과열되거나 또는 상기 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도 중 휘도를 상기 LED 어레이에서 발생할 수 없는 경우 상기 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도 중 휘도를 교정하는 단계
    를 포함하는 컬러 제어방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 색좌표교정단계는,
    아날로그 값인 상기 감지전압을 디지털 값인 감지정보로 변환하는 단계;
    CIE 컬러 어날라이져 측정정보를 사용하여 교정정보를 생성하는 단계; 및
    상기 교정정보를 이용하는 제2연산을 수행하여 상기 감지정보를 CIE 표준색좌표계의 좌표값으로 교정하는 단계
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 제어방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 조절하는 단계는,
    상기 교정된 감지정보에 따른 빛의 색좌표 및 휘도와 상기 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도를 비교하는 단계;
    상기 비교하는 단계의 결과에 따라 제1연산을 수행하여 보상해야 할 빛의 휘도를 연산하는 단계;
    상기 보상해야 할 빛의 휘도에 대응하는 보상할 펄스의 듀티비를 연산하는 단계;
    상기 LED 드라이버로 입력된 펄스의 듀티비와 상기 보상할 펄스의 듀티비를 더하여 상기 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도에 대응하는 펄스의 듀티비를 결정하는 단계; 및
    상기 결정하는 단계에서 결정된 상기 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도에 대응하는 펄스의 듀티비를 갖는 펄스를 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 제어방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 교정하는 단계는,
    온도특성 테이블을 이용하여 상기 LED 어레이를 포함하는 시스템의 온도를 추정함으로써 시스템이 설정된 온도 이상으로 과열되지 않도록 상기 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도 중 휘도를 교정하는 온도제어단계; 및
    상기 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도 중 휘도를 상기 LED 어레이가 발생할 수 있는지를 판단하여 상기 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도 중 휘도를 교정하는 휘도교정단계
    를 포함하는 컬러 제어방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 온도제어단계는,
    온도특성 테이블 정보를 이용하여 상기 LED 어레이를 포함하는 시스템의 온 도를 추정하는 단계; 와
    상기 추정하는 단계의 결과에 따라 상기 LED 어레이를 포함하는 시스템의 온도가 상기 설정된 온도 이상이라 판단되는 경우 상기 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도 중 휘도를 낮추는 단계; 및
    상기 추정하는 단계를 통해 상기 LED 어레이를 포함하는 시스템의 온도가 상기 설정된 온도 미만으로 판단되는 경우 상기 휘도를 낮추는 단계에서 변경한 상기 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도 중 휘도를 올리는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 제어방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 휘도교정단계는,
    상기 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도 중 휘도를 상기 LED 어레이가 발생할 수 있는지를 판단하는 단계; 와
    상기 판단하는 단계의 결과에 따라 상기 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도 중 휘도를 상기 LED 어레이가 발생할 수 없는 경우 상기 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도 중 휘도를 낮추는 단계; 및
    상기 판단하는 단계에서, 상기 휘도를 낮추는 단계에서 변경한 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도 중 휘도보다 높은 휘도를 상기 LED 어레이가 발생할 수 있다고 판단되는 경우, 상기 휘도를 낮추는 단계에서 낮아진 상기 목적하는 빛의 색좌표 및 휘도 중 휘도를 올리는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 제어방법.
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