KR100858379B1

KR100858379B1 - 백라이트유닛 구동 장치와 멀티센싱 피드백 제어 방법

Info

Publication number: KR100858379B1
Application number: KR1020060083239A
Authority: KR
Inventors: 박성수
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2008-09-11
Also published as: US20080054818A1; KR20080020162A; US7560876B2

Abstract

본 발명은 액정표시장치에 사용되는 백라이트유닛 구동 장치와 멀티센싱 피드백 제어 방법에 관한 것으로서, 백라이트유닛의 광원빛을 센싱하는 컬러센서를 다수개 구비하여 이들의 평균값, 최대값, 중간값, 최소값을 이용하여 펄스폭변조의 피드백 제어함을 특징으로 한다. 본 발명은, 다수의 LED소자로 이루어진 LED어레이로서 액정표시장치의 빛광원 기능을 하는 백라이트유닛(BLU)과, 상기 LED어레이에서 발광되는 빛의 파장과 광량을 센싱하여 각각의 센싱값을 피드백 전송하는 다수의 컬러센서와, 상기 LED어레이내의 LED소자에 펄스폭변조의 듀티비를 가지는 구동 전력을 공급하는 BLU구동부와, 상기 각각의 센싱값을 수신하여 이들의 평균값, 최대값, 중간값, 최소값을 산출 한 후, 이들 평균값, 최대값, 중간값, 최소값들의 차이값에 비례하여 상기 듀티비를 증가/감소 조절하는 BLU제어부를 구비한다.

액정표시장치, LCD, LED, BLU, 백라이트유닛, 센서, RGB, 피드백, PWM

Description

백라이트유닛 구동 장치와 멀티센싱 피드백 제어 방법{Backlight unit driver and method for multi-sensing feedback control}

도 1은 일반적인 백라이트유닛의 단면도이다.

도 2는 종래의 백라이트유닛의 구동 장치를 도시한 블록도이다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 백라이트유닛의 구동 장치를 도시한 블록도이다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 멀티센싱하여 백라이트유닛을 피드백 제어하는 과정을 도시한 플로차트이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

300: 백라이트유닛 302: LED프레임

304: LED소자 306: LED어레이

310: 제1컬러센서 312: 제2컬러센서

314: 제3컬러센서 316: 제4컬러센서

320: BLU구동부 330: BLU제어부

본 발명은 액정표시장치에 사용되는 백라이트유닛 구동 장치와 백라이트유닛의 광원을 센싱하여 피드백 제어하는 방법에 관한 것이다.

LCD 등의 액정표시장치는 자체 발광력이 없어 빛광원으로 백라이트유닛(BLU; backlight unit)을 사용하는데, 백라이트유닛의 광원으로는 CCFL, EEFL, LED (이하 "램프"라고 통칭함)등이 이용되며, 다수의 이들 램프들이 백라이트 유닛의 샤시에 조립이 되어 도광판으로 광을 조사하게 된다.

도 1은 일반적인 백라이트유닛의 단면도로서, 광집속부(110), 다수의 LED프레임(102)프레임을 구비한 LED어레이(106), 백라이트유닛 프레임(100)을 구비한다.

LED(104)는 LED프레임(102)위에 장착되어 광을 제공하며 이러한 LED프레임(102)이 조합되어 LED어레이(106)를 이룬다. 백라이트유닛 프레임(100)은 백라이트유닛의 외측 프레임이다. 광집속부(110)는 프리즘쉬트(112), 확산쉬트(114), ITO 쉬트(116), 확산판(118)로 이루어져 LED어레이(106)로부터 방사되는 빛을 전체면에 빛을 일정하게 확산시킨다. 상기 프리즘쉬트(112)는 빛의 굴절을 이용하여 빛의 굴절을 이용하여 증폭하고 빛을 골고루 나오게 만들어준다. 상기 확산쉬트(114)는 프리즘쉬트(112) 하단에 위치하여 빛을 확산시켜준다. 상기 ITO쉬트(116)는 확산쉬트(114) 하단에 위치하여, 전자파 간섭을 방지한다. 상기 확산판(118)은 ITO쉬트(116) 하단에 위치하여 빛을 확산하게 한다.

도 2는 상기 백라이트유닛을 구동시키기 위한 구동 블록도로서, 다수의 LED 프레임(202)으로 이루어진 LED어레이(206)를 가지는 백라이트유닛(200), BLU구동부(220)와 BLU제어부(230)를 구비한다. 상기 BLU제어부(230)는 LED프레임(202) 내의 LED소자(204)의 광량 제어를 위하여 고속 동작의 특성을 토대로 PWM(Pulse Width Modulation, 펄스폭변조) 제어 방식을 적용하여 BLU구동부(220)를 제어한다. 상기 펄스폭변조 방식은 펄스생성, 펄스폭비교, 변조를 통하여 안정적인 정전류를 LED소자에 공급한다.

한편, 상기와 같은 구동 하에서 LED소자의 시간에 따른 발광 파장이 변화되는 문제가 있었다. 정전류 제어와 펄스폭 변조를 이용한 광량 제어가 이루어진다 해도 반도체 특성을 갖는 LED소자는 자체 발열에 따라 스펙트럼(Spectrum, 출력파장)의 특성을 결정하는 에너지 밴드갭의 변화가 발생하게 된다. 밴드갭의 변화는 출력파장변화(PhaseShift, 색상변경)를 일으키며 구동시간과 주변온도에 따라 악화 되게 된다. LED의 이런 특성은 액정표시장치(LCD)의 광원(LCD Back Light Unit)으로의 적용에 있어 커다란 단점으로 지적되고 있다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 컬러센서(210;Color Sensor)를 이용하여 LED소자(204)에서 출력되어지는 광의 파장과 광량을 분석하여 이를 BLU제어부(230)로 피드백하여 줌으로써, BLU제어부(230)로 하여금 LED 제어에 이를 반영하여 문제를 해결하고 있다.

그런데, 종래에는 피드백 수행을 위한 컬러센서(210)가 백라이트유닛(200)의 일부에만 구비되어 있어, 도 2에 도시한 바와 같이 백라이트유닛의 LED어레이(206) 전체부분을 커버하지 못하고 일부분(212)만 센싱하기 때문에 LED소자 제어를 위한 정확한 피드백이 이루어지지 않는 문제가 있었다. 또한, 시간이 경과함에 따라 컬러센서 주변 블록의 일부분(212)의 LED소자와 기타 블록의 LED소자간의 휘도 편차가 발생되는 문제가 있었다.

상기의 문제점을 해결하고자 본 발명은 안출된 것으로서, 백라이트유닛의 LED어레이 전체를 커버할 수 있는 멀티 센싱방법을 제시함을 목적으로 한다. 또한, 다수의 컬러센서를 이용하여 멀티센싱한 후, 이들의 센싱값을 이용하여 피드백 제어하는 알고리즘을 제시함을 목적으로 한다.

상기 목적을 이루기 위하여 본 발명은, 다수의 LED소자로 이루어진 LED어레이로서 액정표시장치의 빛광원 기능을 하는 백라이트유닛(BLU)과, 상기 LED어레이에서 발광되는 빛의 파장과 광량을 센싱하여 각각의 센싱값을 피드백 전송하는 다수의 컬러센서와, 상기 LED어레이내의 LED소자에 펄스폭변조의 듀티비를 가지는 구동 전력을 공급하는 BLU구동부와, 상기 각각의 센싱값을 수신하여 이들의 평균값, 최대값, 중간값, 최소값을 산출 한 후, 이들 평균값, 최대값, 중간값, 최소값들의 차이값에 비례하여 상기 듀티비를 증가/감소 조절하는 BLU제어부를 구비한다.

또한, 본 발명은, 백라이트유닛에 구비된 다수의 컬러센서가 LED어레이에서 발광되는 빛의 파장과 광량을 각각 센싱하여 센싱값으로서 피드백 전송하는 단계와, 상기 센싱값별로 평균값, 최대값, 중간값, 최소값을 산출하는 단계와, 상기 산출된 평균값, 최대값, 중간값, 최소값들의 차이값에 따라 상기 LED어레이를 턴온-턴오프 구동시키는 펄스폭변조의 듀티비를 비례 조절하는 단계를 포함한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 하기에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 백라이트유닛의 구동장치의 블록도이다.

백라이트유닛(300)은 다수개의 LED프레임(302)을 직렬 또는 병렬 또는 직병렬 혼합으로 배치해놓은 LED어레이(306)가 구비되어 있어, LED프레임(302)내의 LED소자(304)를 통하여 액정표시장치 패널로 광원을 출력한다.

상기 백라이트유닛(300)의 주변에는 2개 이상의 다수의 컬러센서(310,312,314,316;color sensor)가 구비되는데, 상기 컬러센서들은 일정 주기(예컨대, 1ms)로 주기적으로 백라이트유닛의 LED어레이(306)에서 출력되는 광원 빛을 센싱하여 BLU제어부(330)로 피드백한다. 즉, 상기 컬러센서(310,312,314,316)들은 LED어레이(306)에서 출력되는 빨강(R), 초록(G), 파랑(B) 3가지의 광의 조합을 포토다이오드 또는 포토트랜지스터 등의 소자로 측정하여 전기적 신호로 변환 피드백 출력함으로써, LED어레이(306)에서 출력되어지는 광의 파장과 광량을 측정하여 이 를 BLU제어부(330)로 피드백하여 주는 기능을 수행한다.

상기 컬러센서(310,312,314,316)들은 상기 백라이트유닛의 주변에 다수개 구비되는데, 도 3에서는 백라이트유닛의 각 변에 하나씩 컬러센서(color sensor)를 두어 전체적으로 4개의 칼라센서(310,312,314,316)를 둔 구조를 본 발명의 일 실시 예로서 도시하였다.

각각의 컬러센서(310,312,314,316)들은 LED어레이(306)에서 출력되는 광원 빛을 다양한 위치에서 측정하여 BLU제어부로 전송할 수 있다. 예컨대, 제1컬러센서(310)는 제1블록 부분(311)에서 측정되는 광원 빛을 센싱하며, 마찬가지로, 제2컬러센서(312)는 제2블록 부분(313)에서 측정되는 광원 빛을, 제3컬러센서(314)는 제3블록 부분(315)에서 측정되는 광원 빛을, 제4컬러센서(316)는 제4블록 부분(317)에서 측정되는 광원 빛을 일정 주기로 센싱한다.

BLU구동부(320)는 BLU제어부(330)의 제어 값을 입력받아 상기 LED어레이(306)내의 각 LED소자(304)에 대한 턴온-턴오프 듀티비를 가지는 펄스폭변조의 구동 전류제어를 수행한다. 도 3에서 상기 BLU구동부(320)와 백라이트유닛의 각 LED프레임(302)간에 하나의 배선으로 도시하였지만, 상기 BLU구동부(320)는 각 LED프레임(302)에 개별적으로 구동전력을 공급한다.

BLU제어부(330)는, LED소자의 고속 동작을 위하여 PWM(Pulse Width Modulation, 펄스폭변조) 구동 제어를 수행하는데, 상기 펄스폭변조 구동 제어는 LED 소자들의 광량을 조절하기 위해 공급하는 전체 전류량에 따른 LED 소자간의 턴-온(Turn-on, 발광동작점) 전압 차이를 극복할 수 있다. 즉, BLU제어부(330)는 기준주파수를 제어하여 기준 동작 주파수를 갖는 파형 을 생성한 후, 미리 설정된 기준 레벨에 맞추어 0~100%의 펄스 듀티비(Pulse Duty Ratio) 갖는 펄스 파형을 출력할 수 있다. 이렇게 만들어진 가변형 펄스신호는 BLU구동부(320)를 통해 백라이트유닛의 광원인 LED어레이(306)의 LED소자(304)를 이용하여 온/오프(On/Off) 제어를 수행할 수 있게 된다.

특히, 본 발명에서 상기 BLU제어부(330)는 상기 펄스폭변조 구동 제어 이외에도 상기 컬러센서들(310,312,314,316)에서 측정 피드백된 상기 LED어레이(306)의 센싱값들을 이용하여 백라이트유닛의 보정 제어를 수행한다. 즉, 제1컬러센서(310)에서 피드백되는 제1센싱값의 평균값(average value)을 산출하고, 제2컬러센서(312)에서 피드백되는 제2센싱값의 최대값(max value)을 산출하고, 제3컬러센서(314)에서 피드백되는 제3센싱값의 중간값(median value)을 산출하고, 제4컬러센서(316)에서 피드백되는 제4센싱값의 최소값(minimum value)을 산출한 후, 이들 값들의 차이값만큼 펄스폭변조 구동 제어에 반영하여 백라이트유닛의 컬러 광원의 균일함(uniformity)을 이루는 것이다. 이러한 BLU제어부(330)의 제어 알고리즘을 도 4에 도시하였는데, 이하, 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 다수의 컬러센서의 피드백에 의한 펄스폭변조 제어를 수행하는 단계를 도시한 플로차트이다.

도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면, 먼저, 각 컬러센서(310,312,314,316)는 LED어레이(306)에서 출력되는 광원빛을 일정 주기로 센싱(S402)하여 이를 전기적 신호로 변환한 센싱값을 BLU제어부(330)로 피드백 전송(S404)한다. 상기 주기는 다양한 센싱 주기(예컨대, 1ms)를 가질 수 있는데, LED어레이(306)에서 출력되는 광원빛의 센싱의 정확성을 높이기 위해서는 짧은 주기로서 센싱하도록 구현될 수 있다.

BLU제어부(330)는 백라이트유닛에 구비된 각 컬러센서들(310,312,314,316)로부터 피드백 전송(S404)되는 상기 센싱값들을 각 컬러센서의 센싱값별로 평균값, 최대값, 중간값, 최소값등을 산출(S406)한다. 예를 들어, 특정 시간대에 1ms 주기로 제1컬러센서(310)에서 피드백 전송되는 제1센싱값이 100개라고 할 때, 이들 제1센싱값의 평균값을 산출한다. 또한, 상기 동일한 특정 시간대에 1ms 주기로 제2컬러센서(312)에서 피드백 전송되는 제2센싱값이 100개라고 할 때, 이들 제2센싱값 중에서 가장 높은 센싱값을 최대값으로서 정한다. 또한, 상기 동일한 특정 시간대에 1ms 주기로 제3컬러센서(314)에서 피드백 전송되는 제3센싱값이 100개라고 할 때, 이들 제3센싱값 중에서 중간값에 근접한 센싱값을 중간값으로서 산출한다. 또한, 상기 동일한 특정 시간대에 1ms 주기로 제4컬러센서(316)에서 피드백 전송되는 제4센싱값이 100개라고 할 때, 이들 제4센싱값 중에서 가장 낮은 센싱값을 최소값으로서 정한다

상기와 같이 제1센싱값의 평균값, 제2센싱값의 최대값, 제3센싱값의 중간값, 제4센싱값의 최소값을 도출한 후에는, 이들 각각의 차이값을 산출(S408)한 후 이들 차이값에 비례하여 듀티비를 조절하는 펄스폭변조 제어를 수행(S410)한다. 상기 펄스폭변조 제어는 각 차이값의 비율에 따라 PWM 출력 듀티비(duty rate)를 조절하는 것으로서, 현재의 듀티비에서 듀티비 +, - 변화를 주는 제어를 수행한다.

상기 차이값에 따른 펄스폭변조 제어 예시를 하기 [표 1]에 기재하였다.

[표 1]

차이값	차이값 크기	펄스폭 변조 제어
'제2센싱값의 최대값 - 제1센싱값의 평균값'	10	듀티비15% 감소
	20	듀티비 25% 감소
	... ... ...	... ... ...
'제1센싱값의 평균값 - 제3센싱값의 중간값'	+10	듀티비 5% 증가
	-10	듀티비 5% 감소
	... ... ...	... ... ...
... ... ...	... ... ...	... ... ...
'제2센싱값의 최대값 - 제4센싱값의 최소값'	30	듀티비 5% 감소
	40	듀티비 10% 감소
	... ... ...	... ... ...

상기 [표 1]에 기재한 바와 같이, 예를 들어, '제2센싱값의 최대값 - 제1센싱값의 평균값'이 크면 클수록 펄스폭변조의 듀티비를 감소시켜 나가는 펄스폭변조 제어를 수행하는 것이다.

한편, 본 발명을 구현함에 있어서 상기와 같이 다양한 차이값 중에서 어느 하나의 항목만을 체크하여 듀티비 조절을 수행할 수도 있지만, 이러한 모든 차이값 항목들을 고려하여 듀티비 조절을 수행할 수 있다. 예를 들어, '제2센싱값의 최대값 - 제1센싱값의 평균값', '제1센싱값의 평균값 - 제3센싱값의 중간값', '제2센싱값의 최대값 - 제4센싱값의 최소값'등을 모두 고려할 때 이에 따른 각 듀티비가 각 기 달리 조절해야할 필요가 발생하는 경우, 이들 각각의 산출된 듀티비들의 평균값으로서 펄스폭변조를 수행하도록 구현할 수 있다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시 될 수 있다. 따라서 본 발명의 특허 범위는 상기 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위뿐 아니라 균등 범위에도 미침은 자명할 것이다.

상기에서 기술한 바와 같이 본 발명은, 다수의 컬러센서를 구비하여 이들의 센싱값의 평균값, 최대값, 중간값, 최소값의 차이를 이용하여 백라이트유닛의 펄스폭변조 제어를 수행함으로써, 안정적이고 정확한 피드백 제어를 수행할 수 있는 효과가 있다. 따라서 액정표시장치의 컬러 균일함을 확보할 수 있는 효과를 가질 수 있다.

Claims

다수의 LED소자로 이루어진 LED어레이로서 액정표시장치의 빛광원 기능을 하는 백라이트유닛(BLU)과,

상기 LED어레이에서 발광되는 RGB 조합된 빛의 파장과 광량을 센싱하여 각각의 센싱값을 피드백 전송하는 적어도 두 개 이상의 컬러센서와,

상기 LED어레이내의 LED소자에 펄스폭변조의 듀티비를 가지는 구동 전력을 공급하는 BLU구동부와,

상기 각각의 센싱값을 수신하여 이들의 평균값, 최대값, 중간값, 최소값을 산출 한 후, 이들 평균값, 최대값, 중간값, 최소값들의 차이값에 비례하여 상기 듀티비를 증가/감소 조절하는 BLU제어부

를 구비한 백라이트유닛 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 컬러센서는 백라이트유닛의 각 변의 중앙지점에 한 개씩 구비되어 총 4개의 제1,제2,제3,제4컬러센서로 이루어지는 백라이트유닛 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 컬러센서는 1ms 주기로 상기 LED어레이에서 발광되는 빛의 파장과 광량을 센싱하는 백라이트유닛 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 BLU제어부는, 100개의 센싱값을 기준으로 하여 각 평균값, 최대값, 중간값, 최소값을 산출하는 백라이트유닛 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 평균값은 제1컬러센서로부터 출력되는 제1센싱값을 평균하여 산출한 값이며, 상기 최대값은 제2컬러센서로부터 출력되는 제2센싱값 중에서 가장 최대인 값으로 정하며, 상기 중간값은 제3컬러센서로부터 출력되는 제3센싱값 중에서 중간 영역에 위치하는 값이며, 상기 최소값은 제4컬러센서로부터 출력되는 제4센싱값 중에서 가장 최소인 값으로 정하는 백라이트유닛 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 차이값은, '최대값-평균값', '평균값-중간값', '최대값-최소값'을 포함하는 백라이트유닛 구동장치.
백라이트유닛에 구비된 다수의 컬러센서가 LED어레이에서 발광되는 빛의 파장과 광량을 각각 센싱하여 센싱값으로서 피드백 전송하는 단계와,

상기 센싱값별로 평균값, 최대값, 중간값, 최소값을 산출하는 단계와,

상기 산출된 평균값, 최대값, 중간값, 최소값들의 차이값에 따라 상기 LED어레이를 턴온-턴오프 구동시키는 펄스폭변조의 듀티비를 비례 조절하는 단계

를 포함하는 백라이트유닛의 멀티센싱 피드백 제어 방법.
제7항에 있어서, 상기 센싱은, 1ms 간격으로 LED어레이 빛의 파장과 광량을 센싱하는 백라이트유닛의 멀티센싱 피드백 제어 방법.
제7항에 있어서, 상기 컬러센서는 제1,제2,제3,제4컬러센서로 구비되어, 상기 평균값은 제1컬러센서로부터 출력되는 제1센싱값을 평균하여 산출한 값이며, 상기 최대값은 제2컬러센서로부터 출력되는 제2센싱값 중에서 가장 최대인 값으로 정하며, 상기 중간값은 제3컬러센서로부터 출력되는 제3센싱값 중에서 중간 영역에 위치하는 값이며, 상기 최소값은 제4컬러센서로부터 출력되는 제4센싱값 중에서 가장 최소인 값으로 정하여 산출하는 백라이트유닛의 멀티센싱 피드백 제어 방법.
제7항에 있어서, 상기 차이값은, '최대값-평균값', '평균값-중간값', '최대값-최소값'을 포함하는 백라이트유닛의 멀티센싱 피드백 제어 방법.