KR100946413B1 - Ｌｅｄ 백 라이트 시스템 및 그 시스템의 구동방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LED 백 라이트에 포함된 다수의 LED 어레이를 예정된 개수씩 그룹화된 다수의 LED 블록별로 나누어 각 LED 블록의 구동을 독립적으로 제어할 수 있는 LED 백 라이트 시스템에 관한 것으로서 더 자세히는 각 LED 블록에 포함된 LED 어레이가 열화되어 성질이 변화되는 경우에도 안정적으로 각 LED 블록의 구동을 제어할 수 있는 LED 백 라이트 시스템에 관한 것이며, 다수의 LED 블록과, 각 LED 블록에 대응되는 LED 구동펄스에 응답하여 각각의 LED 블록을 구동하기 위한 LED 구동수단과, 다수의 LED 블록 중 적어도 어느 하나 이상의 예정된 LED 블록에서 발생하는 빛의 광량을 감지하여 감지 광량을 출력하기 위한 감지수단과, 각 LED 블록에서 다수의 예정된 휘도를 갖는 빛을 발생시키기 위해 필요한 각 LED 구동펄스의 듀티비에 대한 펄스듀티비 데이터를 저장하는 저장수단과, 각 LED 블록의 목적 휘도에 대응하여 각 LED 구동펄스의 듀티비를 상기 펄스듀티비 데이터를 기준으로 보간하기 위한 듀티비 보간수단과 상기 듀티비 보간수단의 동작결과 보간된 각 LED 구동펄스에 응답하여 각 LED 블록에서 빛이 발생하였을 때, 상기 감지 광량의 색좌표를 목적 색좌표로 변경하여 목적 광량으로서 출력하기 위한 목적 광량 출력수단, 및 상기 감지 광량이 상기 목적 광량과 일치하도록 각 LED 구동펄스의 듀티비를 조절하는 듀티비 조절수단을 구비하는 LED 백 라이트 시스템을 제공한다.
LED 백 라이트, 로컬 디밍, 열화, 보간

Description

ＬＥＤ 백 라이트 시스템 및 그 시스템의 구동방법{LED BACK-LIGHT SYSTEM AND METHOD FOR DRIVING THEREOF}
본 발명은 LED 백 라이트 시스템에 관한 것으로서, 특히 LED 백 라이트에 포함된 다수의 LED 어레이를 예정된 개수씩 그룹화된 다수의 LED 블록별로 나누어 각 LED 블록의 구동을 독립적으로 제어할 수 있는 LED 백 라이트 시스템에 관한 것이며, 더 자세히는 각 LED 블록에 포함된 LED 어레이가 열화되어 성질이 변화되는 경우에도 안정적으로 각 LED 블록의 구동을 제어할 수 있는 LED 백 라이트 시스템에 관한 것이다.
백 라이트는 디스플레이 패널을 조명하는 장치로서 최근 LCD 모니터 및 LCD TV 등 LCD를 이용한 디스플레이 시스템들은 기존의 CCFL(Cold Cathde Fluorescent Lamp)을 이용하는 백 라이트 방식에서 LED를 사용하는 백 라이트 방식으로 진행되고 있다.
CCFL을 사용하는 백 라이트는 수은을 사용하기 때문에 환경 유해하며 응답속 도가 느리고 색재현성이 NTSC(National Television System Committee)대비 75% 정도로 낮으며 사전에 설정된 백색광을 생성한다는 단점이 있다.
반면에 LED를 사용하는 백 라이트는 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 백 라이트에서 발생하는 빛의 색좌표 및 휘도를 임의로 조절할 수 있다는 장점이 있다.
이와 같은 LED 백 라이트의 장점은 적색 광과 청색 광 및 녹색 광을 적절히 혼합하여 백색 광을 만들어 낸다는 LED 백 라이트의 특징적인 동작이 있기에 가능하다. 따라서 LED 백 라이트에는 적색 광을 만들어내기 위한 다수의 적색 LED 어레이와 청색 광을 만들어내기 위한 다수의 청색 LED 어레이 및 녹색 LED의 광을 만들어내기 위한 다수의 녹색 LED 어레이가 포함되어 있어야 한다.
즉 LED 백 라이트는 다수의 적색 LED 어레이와 다수의 청색 LED 어레이 및 다수의 녹색 LED 어레이를 각각 적절히 구동하는 동작을 통해 적색 광과 청색 광 및 녹색 광이 적절히 혼합된 백색 광을 생성해 낸다.
이렇게 LED 백 라이트 내부에 다수의 적색 LED 어레이와 다수의 녹색 LED 어레이 및 다수의 청색 LED 어레이를 포함함으로써 LED 백 라이트가 전술한 바와 같은 장점을 가질 수 있지만, 이로 인해 CCFL 백 라이트에서는 없었던 다음과 같은 새로운 문제점이 발생할 수 있다.
먼저 LED 백 라이트에 포함되는 각각의 LED 어레이 중에서 같은 색의 빛을 발광하는 LED 어레이가 각각 다수개이기 때문에 외부적인 요인이나 공정상의 요인으로 인해 같은 색의 빛을 발광하는 각각의 LED 어레이에서 생성되는 빛의 밝기가 15%에서 20% 정도 오차가 발생할 수 있다.
즉 동일한 제어신호를 사용하여 다수의 적색 LED 어레이에서 적색의 빛을 발광시키더라도 각각의 적색 LED 어레이에서 발생하는 적색 빛의 밝기는 각각 15%에서 20% 정도 오차가 발생할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 이는 다수의 청색 LED 어레이 및 다수의 녹색 LED 어레이에도 마찬가지로 적용되는 사항이며, 이로 인해 LED 백 라이트의 전 영역에 적색 LED 어레이와 청색 LED 어레이 및 녹색 LED 어레이가 균일하게 배치되어 있다고 하여도 LED 백 라이트에 배치되어 있는 다수의 LED 어레이 중 임의로 선택된 영역 - 적색 LED 어레이와 청색 LED 어레이 및 녹색 LED 어레이가 균일하게 포함되어 있는 영역을 의미 - 에서 발광되는 빛의 밝기가 항상 동일한 품질(Uniformity)을 유지하기 힘들다는 문제점이 발생한다.
전술한 바와 같은 CCFL을 사용하는 백 라이트에서는 발생하지 않았던 문제점을 해결하기 위해 컬러센서를 사용한 피드백 제어기술이 제안되었다.
여기서 컬러센서를 사용한 피드백 제어기술이란, 빛의 광량을 감지할 수 있는 컬러 센서를 사용하여 현재 LED 백 라이트에서 생성되는 백색광의 적색 광 대 청색 광 대 녹색 광의 비율이 어느 정도인지를 파악하고 그에 따라 적색 LED 어레이와 청색 LED 어레이 및 녹색 LED 어레이를 구동하기 위한 구동력을 적절히 제어해주는 기술로서, 이를 이용하면 LED 백 라이트에 배치되어 있는 다수의 LED 어레 이 중 임의로 선택된 영역이 어떠한 부분이든 발광되는 빛의 밝기가 항상 동일한 품질(Unifomity)을 유지하게 할 수 있는 장점이 있다.
하지만 전술한 바와 같은 컬러 센서를 사용한 피드백 제어기술은 상대적으로 수백 미리 세컨드(ms)의 많은 시간이 소모되는 방법이며, 이로 인해 LED 백 라이트에 포함된 각각의 LED 소자가 상대적으로 빠른 수 나노 세컨드(ns)의 반응속도를 갖는데도 불구하고, LED 백 라이트를 사용하는 디스플레이 장치에서 고 대피(Contrast Ratio)의 화면을 얻기 위해 초당 최소 60번에서 120번 이상 반복되어야 하는 LED 백 라이트의 휘도변화제어 즉, LED 백 라이트 디밍제어를 수행하는 것이 불가능하다는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, LED 백 라이트에 포함된 다수의 LED 어레이를 예정된 개수씩 그룹화 - 적색 LED 어레이와 청색 LED 어레이 및 녹색 LED 어레이가 균일하게 포함됨 - 하여 다수의 LED 블록으로 구분하고, 각각의 LED 블록에서 발생하는 빛의 휘도를 독립적으로 제어할 수 있는 LED 백 라이트 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 각각의 LED 블록에서 발생시켜야 하는 빛의 휘도가 급격하고 빠르게 변화하는 경우에 컬러 센서를 사용한 피드백 방법을 사용하는 대신 발생하는 빛의 휘도 변화에 따라 각각의 LED 블록을 구동하는 것을 제어하기 위한 펄스의 듀티비에 대한 데이터를 사용하여 각 LED 블록의 휘도변화를 제어할 수 있는 LED 백 라이트 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, LED 백 라이트 시스템의 사용시간이 길어져서 각각의 LED 블록에 포함된 다수의 LED 어레이가 열화되는 것과 같이 원하지 않을 뿐만 아니라 정확히 예상할 수 없는 이유로 인해 각각의 LED 블록에서 발생시킬 수 있는 빛의 휘도 범위가 변화하는 경우에도 변화로 인한 영향을 최소화하여 안정적으로 동작하는 LED 백 라이트 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 해결하기 위한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 다수의 LED 블록; 각 LED 블록에 대응되는 LED 구동펄스에 응답하여 각각의 LED 블록을 구동하기 위한 LED 구동수단; 다수의 LED 블록 중 적어도 어느 하나 이상의 예정된 LED 블록에서 발생하는 빛의 광량을 감지하여 감지 광량을 출력하기 위한 감지수단; 각 LED 블록에서 다수의 예정된 휘도를 갖는 빛을 발생시키기 위해 필요한 각 LED 구동펄스의 듀티비에 대한 펄스듀티비 데이터를 저장하는 저장수단; 각 LED 블록의 목적 휘도에 대응하여 각 LED 구동펄스의 듀티비를 상기 펄스듀티비 데이터를 기준으로 보간하기 위한 듀티비 보간수단; 상기 듀티비 보간수단의 동작결과 보간된 각 LED 구동펄스에 응답하여 각 LED 블록에서 빛이 발생하였을 때, 상기 감지 광량의 색좌표를 목적 색좌표로 변경하여 목적 광량으로서 출력하기 위한 목적 광량 출력수단; 및 상기 감지 광량이 상기 목적 광량과 일치하도록 각 LED 구동펄스의 듀티비를 조절하는 듀티비 조절수단을 구비하는 LED 백 라이트 시스템을 제공한다.
상기의 해결하기 위한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 다수의 LED 구동펄스에 응답하여 다수의 LED 블록을 각각 구동하는 단계; 각 LED 블록에서 다수의 예정된 휘도를 갖는 빛을 발생시키기 위해 필요한 각 LED 구동펄스의 듀티비에 대한 펄스듀티비 데이터를 저장하는 단계; 각 LED 블록의 목적 휘도에 대응하여 각 LED 구동펄스의 듀티비를 상기 펄스듀티비 데이터를 기준으로 보간하는 단계; 다수의 LED 블록 중 적어도 어느 하나 이상의 LED 블록에서 발생하는 빛의 광량을 감지하여 감지 광량으로서 출력하는 단계; 상기 보간하는 단계를 통해 생성되는 보간된 각 LED 구동펄스에 응답하여 각 LED 블록에서 빛이 발생하였을 때, 상기 감지 광량의 색좌표를 목적 색좌표로 변경하여 목적 광량으로서 출력하는 단계; 및 상기 감지 광량이 상기 목적 광량과 일치하도록 각 LED 구동펄스의 듀티비를 조절하는 단계를 포함하는 LED 백 라이트 시스템의 구동방법을 제공한다.
전술한 본 발명은 LED 백 라이트에 포함된 다수의 LED 어레이를 예정된 개수씩 그룹화 - 적색 LED 어레이와 청색 LED 어레이 및 녹색 LED 어레이가 균일하게 포함됨 - 하여 다수의 LED 블록으로 구분하고, 각각의 LED 블록에서 발생하는 빛의 휘도를 독립적으로 제어함으로써 각각의 LED 블록별로 목적하는 휘도를 발생시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 각각의 LED 블록에서 발생시켜야 하는 빛의 휘도가 급격하고 빠르게 변화하는 경우에 컬러 센서를 사용한 피드백 방법을 사용하는 대신 각각의 LED 블록별로 목적하는 휘도를 발생시키기 위해 다수의 예정된 휘도에 대응하는 각 LED 구동펄스의 듀티비가 포함되어 있는 펄스의 듀티비 데이터를 기준으로 각 LED 구동펄스를 보간하는 방법을 사용하여 각 LED 블록의 휘도변화를 제어함으로써 각 LED 블록을 독립적으로 디밍제어 - LED 블록에서 휘도변화가 초당 최소 60번에서 120번 이상 발샹하도록 제어함 - 하는 기술인 로컬디밍(Local Dimming) 기술을 구현하는 것을 가능하게 해주는 효과가 있다.
또한, LED 백 라이트 시스템의 사용시간이 길어져 각각의 LED 블록에 포함된 다수의 LED 어레이가 열화되는 것과 같이 원하지 않을 뿐만 아니라 정확히 예상할 수 없는 이유로 인해 각각의 LED 블록에서 발생시킬 수 있는 빛의 휘도 범위가 변화하는 경우에도 각각의 LED 블록에서 발생시킬 수 있는 빛의 휘도 범위를 새롭게 정의함으로써 각각의 LED 블록에서 발생시켜야 하는 빛의 휘도가 새롭게 정의된 발생시킬 수 있는 빛의 휘도 범위를 벗어나지 않도록 하는 효과가 있다.
이로 인해, 원하지 않을 뿐만 아니라 정확히 예상할 수 없는 이유로 각각의 LED 블록에서 발생시킬 수 있는 빛의 휘도 범위가 변화하더라도 LED 백 라이트 시스템의 구동을 안정적으로 유지하는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러니, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하기 알려주기 위해 제공되는 것이다.
먼저, 전술한 '해결하기 위한 과제'와 '효과'에서 기술한 바와 같이 본 발명은 로컬디밍(Local Dimming)이라는 기술을 효과적으로 수행할 수 있는 LED 백 라이트 시스템에 관한 것으로, 로컬디밍(Local Dimming)이라는 기술에 대해 간단히 설명하면 다음과 같다.
로컬디밍(Local Dimming) 기술은 LED 백 라이트를 다수의 영역으로 구분하여 각각의 영역에서 발생하는 빛의 휘도를 독립적으로 제어하는 기술로서, 이를 이용하면 영상에서 밝게 표현해야 하는 영역은 좀 더 강하게 어둡게 표현해야 하는 영역은 좀 더 약하게 백라이트를 구동하여 영상의 화질을 높일 수 있다.
예컨대, 영상의 어두운 영역에서 표현되어야 하는 컬러가 블랙인 경우 그 부분에 해당하는 백 라이트 영역을 구동하지 않고, 영상의 밝은 부분에서 표현되어야 하는 컬러가 화이트인 경우 그 영역에 해당하는 백 라이트 영역을 최대로 구동하여 이론적으로 무한대의 명암비를 구현하는 것이 가능하다. 또한, 휘도가 낮은 부분은 그만큼 전력을 적게 사용하므로 소비전력도 절감할 수 장점이 있다.
그러나 백라이트를 다수의 개별 블록으로 나누고 각 블록의 밝기를 서로 독립적으로 만들어 내는 방식이므로, 인접한 각 블록의 빛들이 서로 간섭을 일으키므로 종래의 기술에서 사용하던 컬러센서를 이용하는 단순한 피드백 방법으로는 각 블록에서 발생하는 빛의 광량이 목적하는 휘도와 일치 하는지 알 수 없다.
예컨대, 화이트 컬러를 표현하는 LED 블록과 블랙 컬러를 표현하는 LED 블록이 인접한 상태이면, 블랙 컬러를 표현하는 LED 백 라이트에서 감지된 빛의 광량은 없어야 하는데 인접한 화이트 컬러를 표현하는 LED 백 라이트로 인해 블랙 컬러를 표현하는 LED 백 라이트에서 일정량의 빛이 감지되므로 백라이트의 각 블록이 만들어 내는 빛을 정확하게 판단할 수 없게 되어 제어가 불가능하다. 이와 같이 종래기술에서 사용하였던 컬러 센서를 사용한 피드백 방법으로는 로컬디밍(Local Dimming) 기술을 구현하는 것이 불가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LED 백 라이트 시스템을 도시한 블록 다이어그램이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 LED 백 라이트 시스템은 다수의 LED 블록(100<0:N-1>)과, 각 LED 블록(100<0:N-1>)에 대응되는 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)에 응답하여 각각의 LED 블록(100<0:N-1>)을 구동하기 위한 LED 구동부(120<0:N-1>)와, 다수의 LED 블록(100<0:N-1>) 중 적어도 어느 하나 이상의 예정된 LED 블록에서 발생하는 빛의 광량을 감지하여 감지 광량(SENS_LIGHT)을 출력하기 위한 감지부(140)와, 각 LED 블록(100<0:N-1>)에서 다수의 예정된 휘도를 갖는 빛을 발생시키기 위해 필요한 각 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)의 듀티비에 대한 펄스듀티비 데이터(DUTY_RATIO_DATA)를 저장하는 저장부(150)와, 각 LED 블록(100<0:N-1>)별로 독립적인 목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>)에 대응하여 각 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)의 듀티비를 펄스듀티비 데이터(DUTY_RATIO_DATA)를 기준으로 보간하기 위한 듀티비 보간부(160)와, 듀티비 보간부(160)의 동작결과 보간된 듀티비에 대응하는 각 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)에 응답하여 각 LED 블록(100<0:N-1>)에서 빛이 발생하였을 때, 감지부(140)에서 출력되는 감지 광량(SENS_LIGHT)의 색좌표(SENS_COLOR)를 목적 색좌표(PURPOSE_COLOR) 로 변경하여 목적 광량(PURPOSE_LIGHT)으로서 출력하기 위한 목적 광량 출력부(170), 및 감지 광량(SENS_LIGHT)이 목적 광량(PURPOSE_LIGHT)과 일치하도록 각 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)의 듀티비를 조절하는 듀티비 조절부(180)을 구비한다. 또한, 백라이트의 각 블록(100<0:N-1>)이 만들어 내야 하는 휘도를 연산하는 목적휘도 연산부(151)와, 듀티비 보간부(160)에서 출력되는 각 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>) 및 듀티비 조절부(180)에서 출력되는 각 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)를 시리얼 버스를 통하여 LED 구동부(120<0:N-1>)에 전달하기 위한 펄스 전달부(190)을 더 구비한다.
여기서 각각의 LED 블록(100<0:N-1>)은 적색, 녹색 및 청색 LED 어레이를 포함하고 각 LED 어레이는 하나 이상의 LED 소자로 구성되며 개별 어레이는 독립적으로 제어 가능하다.
그리고, 감지부(140)는 적색 LED 어레이에서 방출되는 빛의 양을 측정할 수 있는 수단, 예를 들어 적색 빛의 파장에 가장 민감하게 반응하는 포토센서와, 녹색 LED 어레이에서 방출되는 빛의 양을 측정할 수 있는 수단, 예를 들어 녹색 빛의 파장에 가장 민감하게 반응하는 포토센서와, 청색 LED 어레이에서 방출되는 빛의 양을 측정할 수 있는 수단, 예를 들어 청색 빛의 파장에 가장 민감하게 반응하는 포토센서를 포함하고 있으며 이러한 적, 녹, 청색의 빛의 양을 측정하기 위한 감지부(140)는 적어도 한 개 이상을 사용함으로써 LED 백 라이트의 여러 부분의 빛을 측정하여 감지광량으로서 출력할 수 있다. 만일 LED 백 라이트에 여러 개의 감지부(140)를 사용될 경우 각 감지부(140)에서 출력되는 적, 녹, 청색에 대한 감지광량은 각 색깔별로 평균 값, 혹은 합산 값, 혹은 각 색깔 별로 대표 값을 선택하여 사용하는 등 여러 가지 방법으로 사용될 수 있다.
그리고, 저장부(150)는 플래시 메모리와 같은 비 휘발성 메모리로서, 각 LED 블록(100<0:N-1>)이 만들어내어야 하는 기본 휘도(REF_BRIGHT)와 백라이트에서 발 생하는 색을 정의하는 기본 색좌표(REF_COLOR)을 더 저장하고 있다. 기본 색좌표(REF_COLOR)과 기본 휘도(REF_BRIGHT)는 백라이트를 설계할 때 그 값이 결정되어 저장부(150)에 저장되며, 백라이트의 구동 동작과 상관없이 항상 그 값을 유지한다. 그러나 저장부(150)은 비 휘발성 메모리로 구성되므로 백라이트의 제작자나 백라이트를 구성하는 시스템의 사용자에 의해 그 값이 변경될 수도 있다.
그리고, 목적 휘도 연산부(151)은 백라이트를 구성하는 각 블록(100<0:N-1)이 만들어야 하는 목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>)을 연산하는 부분으로 목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>)는 각 블록마다 독립적인 값을 가진다.
목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>)는 저장부(150)에 저장되어 있는 기본 휘도(REF_BRIGHT)와 각 블록(100<0:N-1>)별로 외부에서 인가되는 디밍데이터(OUT_DIMMING<0:N-1>)에 의해 결정된다.
예를 들어 디밍 데이터(OUT_DIMMING<0:N-1>)가 저장부(150)에 저장된 기본 휘도(REF_BRIGHT)에 대한 비율(%)로 표현된다면, i 번째 블록의 목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<i>)는 아래와 같다
PURPOSE_BRIGHT<i> = REF_BRIGHT * OUT_DIMMING<i> / 100
(i = 0, …, N-10 ≤ OUT_DIMMING<i> ≤100)
만일 디밍 데이터 (OUT_DIMMING<0:N-1>)가 각 블록이 발생해야 하는 휘도를 의미한다면 디밍 데이터(OUT_DIMMING<0:N-1>)가 곧 목적 휘도 (PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>)가 된다.
목적 휘도 연산부에서 연산되는 목적 휘도 (PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>)는 외부로부터 의 디밍 데이터 (OUT_DIMMING<0:N-1>)가 입력되지 않는다면 현재 상태를 유지하고, 입력되는 디밍 데이터 (OUT_DIMMING<0:N-1>)중 어느 하나의 블록에 대한 디밍 데이터라도 변화한 값이 존재하면 목적 휘도 (PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>)는 새로운 값으로 변경된다. 만일 백라이트 시스템의 초기동작 - 백라이트 시스템에 전원이 처음 인가되었을 때의 동작 - 에서 외부로부터 디밍 데이터 (OUT_DIMMING<0:N-1>) 입력이 없다면 목적 휘도 (PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>)는 모두 기본 휘도(REF_BRIGHT)의 값을 가진다
그리고 듀티비 보간부(160)는 백라이트 시스템에 전원이 처음 인가 되어 백라이트가 처음 구동되거나, 외부에서 입력되는 디밍 데이터 (OUT_DIMMING<0:N-1>)의 변화로 인해 목적 휘도 연산부(151)에서 연산되는 목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>)이 변화하였을 경우, 각 블록(100<0:N-1>)이 대응하는 목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>)를 발생 시키기 위해 필요한 각 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)의 듀티비를 저장부(150)에 저장된 펄스듀티비 데이터(DUTY_RATIO_DATA)를 기준으로 보간한다. 만일 외부로부터 입력되는 디밍 데이터 (OUT_DIMMING<0:N-1>) 가 변하지 않아 목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>)의 변화가 없을 경우에는 듀티비 보간부(160)는 동작하지 않는다.
또한, 목적 광량 출력부(170)는 듀티비 보간부(160)가 동작하는 경우 보간된 각 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)에 응답하여 LED 구동부(120<0:N-1>)이 동작함으로써 각 LED 블록(100<0:N-1>)에서 발생한 빛을 감지부(140)에서 감지한 감지 광량(SENS_LIGHT)의 색좌표(SENS_COLOR)를 목적 색좌표(PURPOSE_COLOR)로 변경하여 목적 광량(PURPOSE_LIGHT)으로서 출력하고, 듀티비 보간부(160)이 동작하지 않는 경우 동작하지 않는다.
여기서 목적 색좌표(PURPOSE_COLOR)는 저장부(150)에 저장된 기본 색좌표((REF_COLOR)의 값을 가지며 외부에서 기본 색좌표((REF_COLOR)의 값을 대체 하기 위한 색좌표가 입력되면 그 색좌표로 교체 된다.
그리고, 듀티비 조절부(180)는 외부에서 입력되는 디밍 데이터 (OUT_DIMMING<0:N-1>)에 변화가 없어 목적 휘도 연산부(151)에서 연산되는 목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>)가 변화하지 않을 경우, 감지부(140)에서 감지한 감지 광량(SENS_LIGHT)이 목적 광량(PURPOSE_LIGHT)과 일치하도록 각 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)의 듀티비를 조절한다. 만일 백라이트 시스템에 전원에 처음 전원이 인가 되어 백라이트가 처음 구동되거나, 외부에서 입력되는 디밍 데이터 (OUT_DIMMING<0:N-1>)의 변화로 인해 목적 휘도 연산부(151)에서 연산되는 목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>)가 변화하여 듀티비 보간부(160)이 동작할 때에는 듀티비 조절부(180)은 동작하지 않는다.
또한, 저장부(150)에는 다수의 LED 블록(100<0:N-1)에서 발생하는 다수의 예정된 빛의 광량을 CIE 표준색좌표계를 기준으로 켈리브레이션함으로써 얻어지는 켈리브레이션 데이터(CALIBRATION DATA), 즉 다수의 예정된 빛의 광량에 대응되는 색 좌표 및 휘도에 대한 데이터를 더 저장하고 있다. 이러한 켈리브레이션 데이터(CALIBRATION DATA)는 전술한 목적 광량 출력부(170)의 동작, 즉 감지 광량(SENS_LIGHT)의 색좌표(SENS_COLOR)를 목적 색좌표(PURPOSE_COLOR)로 변경하여 목적 광량(PURPOSE_LIGHT)으로서 출력하는 동작 중에서 감지 광량(SENS_LIGHT)에 대응하는 감지 색좌표 및 휘도(SENS_COLOR, SENS_BRIGHT)를 연산해내는 동작과, 감지 색좌표(SENS_COLOR)가 목적 색좌표(PURPOSE_COLOR)로 변경된 목적 색좌표 및 감지 휘도(PURPOSE_COLOR, SENS_BRIGHT)에 대응하는 목적 광량(PURPOSE_LIGHT)을 연산해내는 동작에서 사용된다
전술한 구성을 바탕으로 본 발명의 실시예에 따른 LED 백 라이트 시스템의 구동동작을 설명하면 다음과 같다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 LED 백 라이트 시스템의 구동동작을 도시한 플로차트이다.
먼저, 도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 LED 백 라이트 시스템의 구동동작이 정상적으로 이루어지기 위해서는 저장부(150)에 기본 색좌표와 휘도(REF_COLOR, REF_BRIGHT)와 켈리브레이션 데이터(CALIBRATION_DATA), 펄스듀티비 데이터(DUTY_RATIO_DATA) 가 먼저 완성되어 있어야 한다.
즉, 백라이트 시스템의 설계 시 결정되는 기본 색좌표(REF_COLOR)와 기본 휘도 REF_BRIGHT)가 저장부(150)에 저장되어 있어야 하며, 다수의 LED 블 록(100<0:N-1>)에서 발생하는 다수의 예정된 빛의 광량을 CIE 표준색좌표계를 기준으로 켈리브레이션하여 다수의 예정된 빛의 광량에 대응되는 색좌표 및 휘도에 대한 켈리브레이션 데이터(CALIBRATION_DATA)를 저장하는 동작이 수행되어야 한다. 또한 각 LED 블록(100<0:N-1>)에서 다수의 예정된 휘도를 갖는 빛을 발생시키기 위해 필요한 각 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)의 듀티비에 대한 펄스듀티비 데이터(DUTY_RATIO_DATA)를 구해 저장하는 동작이 미리 수행되어야 한다
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 LED 백 라이트 시스템에서 수행되는 동작들에는 다수의 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)에 응답하여 다수의 LED 블록(100<0:N-1>)을 각각 구동하는 동작(220, 270)과, 각각의 LED 블록(100<0:N-1>)에 대응하는 디밍 데이터(OUT_DIMMING<0:N-1>)에 응답하여 각 블록(100<0:N-1>)이 발생해야 하는 목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>)를 연산하는 동작(201), 각 LED 블록(100<0:N-1>)의 목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>)에 대응하여 각 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)의 듀티비를 펄스듀티비 데이터(DUTY_RATIO_DATA)를 기준으로 보간하는 동작(210)과, 다수의 LED 블록(100<0:N-1>) 중 적어도 어느 하나 이상의 LED 블록에서 발생하는 빛의 광량을 감지하여 감지 광량(SENS_LIGHT)으로서 출력하는 동작(230, 250)과, 보간하는 동작(210)을 통해 보간된 듀티비를 가지는 각 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)에 응답하여 각 LED 블록(100<0:N-1>)에서 빛이 발생 할 때, 감지 광량(SENS_LIGHT)의 색좌표(SENS_COLOR)를 목적 색좌표(PURPOSE_COLOR)로 변경하여 목적 광 량(PURPOSE_LIGHT)으로서 출력하는 동작(240), 및 감지 광량(SENS_LIGHT)이 목적 광량(PURPOSE_LIGHT)과 일치하도록 각 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)의 듀티비를 조절하는 동작(260)을 포함한다. 또한 보간하는 동작(210)에서 보간된 듀티비를 가지는 각 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>) 및 듀티비를 조절하는 동작(260)을 통해 생성되는 조절된 각 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)를 시리얼 버스에 싣는 동작을 더 포함한다 여기서 구동하는 동작(220, 270)을 구체적으로 살펴보면, 보간하는 동작(210)을 통해 생성되는 보간된 각 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>) 또는 듀티비를 조절하는 동작(260)을 통해 생성되는 조절된 각 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)에 응답하여 다수의 LED 블록(100<0:N-1>)을 각각 구동하는 동작이다.
목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>)를 연산하는 동작(201)을 구체적으로 살펴보면, 각각의 LED 블록(100<0:N-1>)에 대응하는 디밍 데이터(OUT_DIMMING<0:N-1>)와 저장부(150)에 저장된 기본 휘도(REF_BRIGHT) 사이에 예정된 연산을 수행함으로써 목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>)를 연산하는 동작이다.
그리고 보간하는 동작(210)을 구체적으로 살펴보면, 백라이트에 전원이 처음 공급 되었거나 외부에서 인가되는 디밍 데이터(OUT_DIMMING<0:N-1>)의 값이 변화하여 목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>)가 변화하였을 때 각 블록(100<0:N-1>)이 각각의 목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>)를 각 LED 블록(100<0:N-1>)에서 발생시키기 위해 필요한 각 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)의 듀티비를 펄스듀티비 데이터(DUTY_RATIO_DATA)를 기준으로 보간하는 연산을 수행한다.
그러나 초기 동작 - 백라이트 시스템에 전원이 처음 인가 되었을 때의 동작 - 이후 목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>)의 변화가 없는 경우에는 보간하는 동작을 수행하지 않는다.
또한 목적 광량으로서 출력하는 동작(240)을 구체적으로 살펴보면, 보간하는 동작(210)에서 보간하는 연산이 수행된 경우 보간된 각 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)에 응답하여 구동하는 동작(220)이 수행되어 각 LED 블록(100<0:N-1>)에서 발생한 빛의 감지 광량(SENS_LIGHT)의 색좌표(SENS_COLOR)를 목적 색좌표(PURPOSE_COLOR)로 변경하여 목적하는 광량(PURPOSE_LIGHT)의 값을 변경하는 연산을 수행한다. 하지만, 보간하는 동작(210)이 수행되지 않는 경우 목적하는 광량(PURPOSE_LIGHT)의 값이 변경하는 연산을 수행하지 않는다.
그리고 듀티비를 조절하는 동작(260)을 구체적으로 살펴보면, 초기동작 이후목적 휘도(PURPOSE_LIGHT<0:N-1)의 값에 변화가 없을 경우에만 감지 광량(SENS_LIGHT)이 목적 광량(PURPOSE_LIGHT)과 일치하도록 각 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)의 듀티비를 조절하는 연산을 수행한다. 그리고 목적 휘도(PURPOSE_LIGHT<0:N-1)가 변화하여 보간하는 동작(260)이 수행될 경우에는 각 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)의 듀티비를 조절하는 연산을 수행하지 않는다.
여기서 각 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)의 듀티비를 조절하는 연산은, 감지 광량(SENS_LIGHT)과 목적 광량(PURPOSE_LIGHT)을 비교하여 광량 차이(△R, △G, △B)에 대응하는 듀티비를 연산하는 동작(262)과, 각 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)의 듀티비에서 광량 차이에 대응하는 듀티비만큼을 가감하는 동작(264)을 포함한다.
그리고, 감지 광량(SENS_LIGHT)으로서 출력하는 동작(230, 250)을 구체적으로 살펴보면, 다수의 LED 블록(100<0:N-1>) 중 감지 광량(SENS_LIGHT)으로서 출력하는 동작(230, 250)에 의해 감지되는 블록의 개수는 설계에 따라 달라질 수 있다. 즉 각각의 LED 블록(100<0:N-1>) 모두를 독립적으로 감지할 수도 있고, 일정한 위치에 있는 어느 하나의 LED 블록만을 감지할 수도 있다. 다만 감지 광량(SENS_LIGHT)으로서 출력하는 동작(230, 250)에서 발생하는 빛을 감지하기 위한 예정된 LED 블록이 여러 개인 경우라도 그에 대응하는 감지 광량(SENS_LIGHT)은 여러 개가 되지 않고 오직 한 개가 출력된다. 즉 여러 개의 LED 블록으로부터 서로 다른 여러 개의 빛의 광량이 감지되더라도 감지된 여러 개의 빛의 광량 사이에서 예정된 연산을 수행한 값이 감지 광량(SENS_LIGHT)의 값으로서 출력된다.
예컨대 다수의 LED 블록(100<0:N-1>) 중 5개의 예정된 LED 블록에서 발생하는 빛의 광량이 각각 (R0, G0, B0), (R1, G1, B1), (R2, G2, B2), (R3, G3, B3), (R4, G4, B4)라고 하고, 예정된 연산이 평균값을 구하는 연산이면, 감지 광량(SENS_LIGHT)으로서 출력하는 동작(230, 250)을 통해 출력되는 감지 광량(SENS_LIGHT)의 값은 <수학식 2>과 같이 정의할 수 있다.
Figure 112008015985235-pat00001
따라서 감지 광량(SENS_LIGHT)의 값은 예정된 연산이 어떠한 연산인가에 따라 완전히 다른 값이 될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 LED 백 라이트 시스템에서 수행되는 동작들을 참조하여 도 2에 도시된 플로차트를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 2에 도시된 플로차트에는 외부에서 목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>)의 변화 유무에 따라 그 동작이 2개로 나누어지는 것을 알 수 있다.
만일 목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>)의 값에 변화가 있다면 분기 동작에서 “예”가 선택되며 목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>)의 값에 변화가 없다면 분기 동작에서 “아니오”가 선택된다. 또한 백라이트의 초기 동작 - 백라이트 시스템에 전원이 처음 인가 되었을 때의 동작 - 에는 “예”가 선택된다.
전술한 분기동작 중 '예'를 선택한 플로차트를 살펴보면 순차적인 동작이긴 하지만 크게 두 부분의 동작으로 나누어지는 것을 알 수 있다.
첫 번째 부분의 동작에는 보간하는 동작(210)과 구동하는 동작(220)이 포함된다.
두 번째 부분의 동작에는 감지 광량(SENS_LIGHT)으로서 출력하는 동작(230)과 목적 광량(PURPOSE_LIGHT)으로서 출력하는 동작(240)이 포함된다.
구체적으로 첫 번째 부분은 목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>)를 갖는 빛을 각각의 LED 블록(100<0:N-1>)에서 발생시켜야 하므로 각 LED 블록(100<0:N-1>)에서 다수의 예정된 휘도를 갖는 빛을 발생시키기 위해 필요한 각 LED 구동펄 스(DRIVE_PUL<0:N-1>)의 듀티비에 대한 펄스듀티비 데이터(DUTY_RATIO_DATA)를 사용하여 목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>)에 대응하는 각 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)의 듀티비를 보간한다.
이때 펄스듀티비 데이터(DUTY_RATIO_DATA)는 <표 1>과 같이 구성되어 있다.
색좌표 및휘도 제0블록(100<0>)의 듀티비 제1블록(100<1>)의 듀티비 … 제N-1블록(100<N-1>)의 듀티비
(50) (R0.0, G0.0, B0.0) (R1.0, G1.0, B1.0) … (RN-1.0, GN-1.0, BN-1.0)
(100) (R0.1, G0.1, B0.1) (R1.1, G1.1, B1.1) … (RN-1.1, GN-1.1, BN-1.1)
… … … … …
(400) (R0.9, G0.9, B0.9) (R1.9, G1.9, B1.9) (RN-1.9, GN-1.9, BN-1.9)
<표 1>을 참조하면 펄스듀티비 데이터(DUTY_RATIO_DATA)에는 기본 색좌표 (REF_COLOR)와 다수의 예정된 휘도(50, 100, …, 400)를 갖는 빛을 각각의 LED 블록(100<0:N-1>) 발생시키기 위한 각각의 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)의 듀티비가 제시되어 있다.
예컨대 제0 LED 블록(100<0>)에서 50의 휘도와 기본 색좌표(REF_COLOR)가 나타나는 빛을 발생시키고 싶으면 제0 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0>)의 듀티비를 '(R0.0, G0.0, B0.0)'으로 설정하면 된다.
마찬가지로 제1 LED 블록(100<1>)에서 400의 휘도와 기본 색좌표(REF_COLOR)가 나타나는 빛을 발생시키고 싶으면 제1 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<1>)의 듀티비를 '(R1.9, G1.9, B1.9)'으로 설정하면 된다.
참고로 <표 1>에 도시된 펄스듀티비 데이터(DUTY_RATIO_DATA)는 발명의 이해를 돕기 위한 예로, 50, 100, 400의 3가지 휘도에 대한 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>의 듀티비가 나타나 있지만 실제로는 더 많은 휘도에 대한 혹은 더 적은 휘도들에 대한 듀티비가 나타나 있을 수 있다.
이렇게 펄스듀티비 데이터(DUTY_RATIO_DATA)에는 다수의 예정된 휘도(50, 100, …, 400)에 대응하는 각각의 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)의 듀티비가 제시되어 있으므로 목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>)가 펄스듀티비 데이터(DUTY_RATIO_DATA)에 제시된 다수의 예정된 휘도(50, 100, …, 400)에 있다면 그 휘도에 대응하는 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)의 듀티비가 LED 블록(100<0:N-1>)에서 목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>)를 발생시키기 위한 듀티비이다.
만일 목적휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>)이 펄스듀티비 데이터 (DUTY_RATIO_DATA)의 예정된 휘도와 일치하지 않는다면, 펄스듀티비 데이터(DUTY_RATIO_DATA)에 제시된 다수의 예정된 휘도(50, 100, …, 400) 중에서 목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>)와 인접한 휘도 값을 여러개 선택하고, 선택된 휘도들의 값을 기준으로 예정된 보간법을 사용하여 목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>)에 대응하는 듀티비를 예측함으로써 목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>)를 각각의 LED 블록(100<0:N-1>)이 발생시키기 위한 각각의 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)의 듀티비를 알아낸다
이와 같은 과정을 통해 찾아낸 목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>)에 대응하는 각각의 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)를 사용하여 구동하는 동작(220)을 수행하게 되면 각각의 LED 블록(100<0:N-1>)에서 목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>)를 갖는 빛이 발생하게 된다.
구체적으로 두 번째 부분의 동작은 첫 번째 부분이 동작하여 목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>)를 갖는 빛이 각각의 LED 블록(100<0:N-1>)에서 발생한 후에 일어나며, 두 가지 목적을 갖는다.
첫 번째 목적은, LED 백 라이트에 포함된 LED 블록의 개수는 다수이지만, 각각의 LED 블록에서 발생하는 빛을 감지하기 위한 센서는 그만큼을 사용할 수 없고 혹 LED 블록 개수만큼의 센서를 사용한다 해도 인접한 LED 블록에서 발생하는 빛이 다른 부분에 영향을 미치므로 LED 백 라이트에서 발생하는 빛을 정확히 감지하기가 불가능하다.
하지만, 피드백 제어를 하기 위해서는 LED 백 라이트에서 발생하는 빛을 감지한 광량 값이 필요하므로 각 센서에서 측정되어야 할 목적 광량을 결정하기 위해 두 번째 부분의 동작이 수행된다.
두 번째 목적은, 보통 LED 소자의 수명(life time)은 보통 다른 광원에 비해 긴 편이고 열화되는 정도도 적은 편에 속하지만 분명히 사용시간에 따른 열화로 인해 색과 광량이 변화한다.
따라서 첫 번째 부분의 동작을 수행하여 각 블록에서 발생한 빛의 색좌표 및 휘도는 LED가 열회되기 전에는 목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>) 및 목적 색좌표(PURPOSE_COLOR)를 갖는다고 할수 있지만 오랜 사용시간으로 LED가 열화 된 이후에는 목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>) 및 목적 색좌표(PURPOSE_COLOR)와는 다소 큰 차이가 있을 것이다..
즉 펄스듀티비 데이터(DUTY_RATIO_DATA)가 만들어질 때에는 제시된 각각의 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)의 듀티비로 목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>) 및 목적 색좌표(PURPOSE_COLOR)를 갖는 빛을 각각의 LED 블록(100<0:N-1>)에서 발생시킬 수 있지만, 다수의 LED 블록(100<0:N-1>)이 열화 된 이후에는 열화되기 이전과 동일한 다수의 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)의 듀티비로 구동하였을 때 발생하는 빛은 목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>) 및 목적 색좌표(PURPOSE_COLOR)와는 큰 차이가 있을 것이다.
때문에 두 번째 부분의 동작은 첫 번째 부분의 동작으로 인해 각각의 LED 블록(100<0:N-1>)에서 발생한 빛의 색좌표 및 휘도가 목적 휘도(PURPOSE_BRIGHT<0:N-1>) 및 목적 색좌표(PURPOSE_COLOR)와 같지 않다고 가정한 상태에서 LED 백 라이트 시스템의 구동동작을 안정화 시키기 위해 두 번째 부분의 동작이 수행된다.
좀 더 구체적으로 살펴보면 두 번째 부분의 동작 중 감지 광량(SENS_LIGHT)으로서 출력하는 동작(230)은 첫 번째 부분의 동작으로 인해 각각의 LED 블록(100<0:N-1>)에서 발생한 빛을 감지부를 이용하여 감지 광량(SENS_LIGHT)을 출력하는 동작이다.
그리고 두 번째 부분의 동작 중 목적 광량(PURPOSE_LIGHT)으로서 출력하는 동작(240)에서는 첫 번째 부분의 동작으로 만들어지는 빛에 대한 정보를 가지는 감지 광량(SENS_LIGHT)을 켈리브레이션 데이터(CARIBRATION_DATA)를 기준으로 감지 색좌표(SENS_COLOR)와 감지 휘도(SENS_BRIGHT)로 나누어 주는 연산을 수행한다.
그 후 연산된 감지 휘도(SENS_BRIGHT)와 목적 색좌표(PURPOSE_COLOR)로 이루어진 빛에 대응하는 목적 광량(PURPOSE_LIGHT)을 켈리브레이션 데이터(CARIBRATION_DATA)를 기준으로 연산한다.
이렇게 목적 광량(PURPOSE_LIGHT)을 생성되면서 '예'를 선택한 플로차트의 동작은 모두 종료되어 다시 분기동작으로 넘어가게 되며, 생성된 목적 광량(PURPOSE_LIGHT)은 다시 시작된 분기동작에서 '아니오'가 선택한 플로차트를 통해 LED 백 라이트 시스템의 구동동작에 적용 된다.
여기서, 켈리브레이션 데이터(CARIBRATION_DATA)는 <표 2>와 같다.
듀티비(%) CIE 표준 색 좌표계 감지 광량(SENS_LIGHT)
X Y Z R G B
(DR,0,0) XR YR ZR RR GR BR
(0,DG,0) XG YG ZG RG GG BG
(0,0,DB) XB YB ZB RB GB BB
<표 2>를 참조하면, 적색(Red) LED 소자에서 발생하는 예정된 빛의 CIE 표준 색 좌표계의 좌표값 'XR, YR, ZR'와 예정된 빛을 감지부가 감지한 감지광량(SENS_LIGHT) 'RR, GR, BR'가 제시되어 있다.
그리고 녹색(Green) LED 소자에서 발생하는 예정된 빛의 CIE 표준 색 좌표계의 좌표값 'XG, YG, ZG'와 예정된 빛을 감지부가 감지한 감지광량(SENS_LIGHT) 'RG, GG, BG'가 제시되어 있다.
또한 청색(Blue) LED 소자에서 발생하는 예정된 빛의 CIE 표준 색 좌표계의 좌표값 'XB, YB, ZB'와 예정된 빛을 감지부가 감지한 감지광량(SENS_LIGHT) 'RB, GB, BB'가 제시되어 있다.
참고로, <표 2>에 도시된 켈리브레이션 데이터(CALIBRATION_DATA)는 발명의 이해를 돕기 위해 숫자로 표시 되어야 하는 듀티비를 변수 'DR, DG, DB'로 표시하였다. 이때 듀티비(DR, DG, DB) 값이 백분율이라면 'DR, DG, DB'는 각각 '1' 에서 '100' 까지의 값을 갖는다.
전술한 분기동작 중 '아니오'를 선택한 플로차트를 살펴보면 감지 광량(SENS_LIGHT)으로서 출력하는 동작(250)과 듀티비를 조절하는 동작(260) 및 구동하는 동작(270)이 포함되어 있다.
구체적으로 '아니오'를 선택한 플로차트 중 감지 광량(SENS_LIGHT)으로서 출력하는 동작(250)은 각각의 LED 블록(100<0:N-1>)에서 발생하는 구성하는 적, 녹, 청 성분이 어느 정도인지 알기 위한 동작이다.
그리고, '아니오'를 선택한 플로차트 중 듀티비를 조절하는 동작(260)은 먼저 감지 광량(SENS_LIGHT)으로서 출력하는 동작(250)의 결과로 인해 알 수 있는 감지 광량(SENS_LIGHT)과 전술한 분기동작 중 '예'를 선택한 플로차트의 동작으로 인해 생성된 목적 광량(PURPOSE_LIGHT)을 비교하여 목적 광량(PURPOSE_LIGHT)과 감지 광량(SENS_LIGHT)의 오차를 줄이기 위해 듀티비를 조절하는 동작이다.
즉, 감지 광량(SENS_LIGHT)의 적, 녹, 청 성분과 목적 광량(PURPOSE_LIGHT)의 적,녹,청 성분의 차이(△R, △G, △B)를 성분별로 각각 연산하고 그 차이(△R, △G, △B)에 대응하여 각각의 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)의 듀티비를 조절한다. 즉, 각각의 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)의 듀티비 중에서 적색(Red)에 대응하는 듀티비를 감지 광량(SENS_LIGHT)과 목적 광량(PURPOSE_LIGHT)의 적색 성분 차이(△R)만큼을 보상하기 위해 적색에 대응하는 듀티비를 모두 가감하고, 각 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)의 듀티비 중에서 녹색(Green)에 대응하는 듀티비를 감지 광량(SENS_LIGHT)과 목적 광량(PURPOSE_LIGHT)의 녹색 성분 차이(△G)만큼을 보상하기 위해 녹색에 대응하는 듀티비를 모두 가감하며, 각 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)의 듀티비 중에서 청색(Blue)에 대응하는 듀티비를 감지 광량(SENS_LIGHT)과 목적 광량(PURPOSE_LIGHT)의 청색 성분 차이(△B)만큼을 보상하기 위해 청색에 대응하는 듀티비를 모두 가감한다.
그리고, '아니오'를 선택한 플로차트 중 구동하는 동작(270)은 감지 광량(SENS_LIGHT)과 목적 광량(PURPOSE_LIGHT)의 차이(△R, △G, △B)를 줄이기 위한 보상된 각각의 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)의 듀티비에 응답하여 각각의 LED 블록(100<0:N-1>)을 구동하는 동작이다.
이렇게 보상된 각각의 LED 구동펄스(DRIVE_PUL<0:N-1>)로 각각의 LED 블록(100<0:N-1>)을 구동하면서 '아니오'를 선택한 플로차트의 동작은 모두 종료되고 다시 분기동작으로 넘어가게 된다.
도 3과 도 4 및 도 5는 LED의 열화가 룩업 테이블을 사용하는 제어에 미치는 영향을 설명하기 위한 타이밍 다이어그램이다. 이해를 돕기 위해 백라이트는 하나의 블록으로 구성되며 블록은 한가지 컬러의 LED만을 사용할 경우를 예로 한다. 시간 t1에 전원이 인가되어 기본 휘도의 100%의 휘도의 빛을 출력하고 시간 t2에 기본 휘도의 50%의 휘도로 그리고 시간 t3에 기본 휘도의 75%의 휘도를 출력하도록 목적 휘도가 변경된다.
도 3, 도4 모두 t1, t2, t3 에서 목적 휘도의 변화에 빠르게 대응하여 광량이 변화하는데 이는 센서를 이용한 피드백 제어가 아닌 각 예정된 휘도의 빛을 발생시키기 위해 필요한 구동펄스의 듀티비에 대한 데이터를 미리 가지고 있어 가능하다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열화되지 않은 백 라이트의 구동동작을 도시한 타이밍도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열화되지 않은 LED 백 라이트 시스템의 구동동작은 목적 휘도가 변동하는 것에 대응하여 휘도가 빠르게 변화하는 것을 알 수 있다.
구체적으로, LED 백 라이트 시스템에 전원이 공급(t1)되어 '초기동작'이 수행될 때에는 목적 휘도가 기본 휘도의 100%로 인식되고, 분기동작에서 '예'가 선택되어 보간하는 동작(210) 및 구동하는 동작(220) 그리고 목적 감지광량으로서 출력하는 동작(230)이 수행되어 발생하는 빛의 휘도가 목적 휘도와 유사한 위치까지 빠르게 변동하는 것을 알 수 있다.
그리고 분기동작 중 '예'를 선택한 플로차트에 포함된 동작이 모두 종료된 이후에는 분기동작 중 '아니오'가 선택되어 감지 광량(SENS_LIGHT)으로서 출력하는 동작(250)과 듀티비를 조절하는 동작(260) 및 구동하는 동작(270)이 순차적으로 목적 휘도가 변화 할 때까지 반복적으로 수행된다. 이후 t2혹은 t3에서 목적 휘도가 변화하면 다시 분기동작에서 “예”가 선택되어 일련의 과정을 거처 목적휘도가 다시 변화 할 때까지 “아니오”쪽의 플로우를 순차적으로 반복하게 된다. 이때 목적 휘도가 변화하여 “예”가 선택되어 플로우를 수행하면 목적휘도와 유사한 휘도를 짧은 시간내에 만들 수 있어, 이후 “아니오”쪽의 플로우가 무의미하게 보일지 모르나 목적 휘도가 변화하기 전까지 “아니오”쪽의 플로우를 반복하는 이유는 센서를 이용한 피드백 제어를 통해 보다 더 목적 휘도에 가까운 휘도를 백라이트에서 만들어 내기 위함이다.
도 4는 발명의 실시예에 따른 백 라이트가 열화되었을 때의 구동동작을 도시한 타이밍도이다.
도 4을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열화된 LED 백 라이트 시스템의 구동동작은 도 3에 도시된 열화되지 않은 LED 백 라이트 시스템의 구동동작과 마찬가지로 목적 휘도가 변화하는 것에 대응하여 빠르게 휘도가 변화하는 것을 알 수 있다. 그러나 열화되지 않은 LED 백 라이트에서는 도 3에 도시된 것 과같이 백라이트에서 발생하는 빛과 목적휘도의 오차가 거의 없지만 열화 된 상태에서는 도 4와 같이 백라이트에서 발생하는 빛의 휘도가 낮아져 있음을 알 수 있다. 이때 목적 하는 휘도와 실제 백라이트에서 만들어지는 빛의 휘도의 차이가 발생하는 원인은 목적휘도가 변경되어 선택된 “예”쪽의 플로우 중 감지광량으로 출력하는 단계(230)에서 목적 휘도에 대응하는 감지광량을 재 조정하기 때문이다. 이와 같은 목적 휘도와 실제 백라이트가 발생하는 빛의 오차는 열화의 정도에 따라 달라지며 이는 기본 휘도의 값을 높게 재 조정함으로서 보완할 수 있다.
도 5는 본 발명의 감지광량으로 출력하는 단계(230)가 없는 백라이트가 열화 되었을 때의 동작을 도시한 타이밍도이다.
고 5를 참조하면, t1 혹은 t2, t3에서 목적 휘도가 변화하면 플로우의 “예”가 선택되어 대응하여 특정 휘도의 빛을 발생시키기 위해 필요한 구동펄스의 듀티비에 대한 데이터를 참조하여 보간하는 동작(210)을 통해 구동하는 동작(220)을 거치면 발생하는 빛의 휘도가 목적 휘도와 큰 차이가 보인다. 이후 목적휘도가 변경되기 전까지 “아니오”쪽의 플로우에서 수행하면서 피드백 제어가 이루어 지는데, 이때 피드백의 기준이 되는 목적 감지광량이 감지광량으로 출력하는 단계(230)가 없기 때문에 목적 휘도를 백라이트에서 만들기 위하여 제어를 계속하게 되어 도 5에서 보이는 것과 t1, t2, t3에서 3번의 휘도 변화가 있음에도 불구하고 큰 휘도의 변화가 더 많고 휘도가 안정화 되기까지 걸리는 시간도 더 긴 것을 알 수 있다.
이상에서 살펴 본 바와 같이 본 발명의 실시예를 적용하게 되면, LED 백 라이트에 포함된 다수의 LED 어레이를 예정된 개수씩 그룹화 - 적색 LED 어레이와 청색 LED 어레이 및 녹색 LED 어레이가 균일하게 포함됨 - 하여 다수의 LED 블록으로 구분하고, 각각의 LED 블록을 제어하기 위한 각각의 LED 구동펄스의 듀티비를 독립적으로 제어함으로써 각각의 LED 블록별로 목적하는 휘도를 독립적으로 발생시킬 수 있도록 한다.
또한, 각각의 LED 블록에서 발생시켜야 하는 빛의 휘도가 급격하고 빠르게 변화하는 경우에 컬러 센서를 사용한 피드백 방법을 사용하는 대신 다수의 예정된 휘도에 대응하는 각 LED 구동펄스의 듀티비가 포함되어 있는 펄스듀티 데이터를 기준으로 각각의 LED블록별로 목적하는 휘도를 발생시키기 위한 각 LED 구동펄스를 보간하는 방법을 사용하여 각 LED 블록의 휘도변화를 제어함으로써 각 LED 블록을 독립적으로 디밍제어 - LED 블록에서 휘도변화가 초당 최소 60번에서 120번 이상 발샹하도록 제어함 - 하는 기술인 로컬디밍(Local Dimming) 기술을 구현하는 것을 가능하게 한다.
또한, LED 백 라이트 시스템의 사용시간이 길어져서 각각의 LED 블록에 포함된 다수의 LED 어레이가 열화되는 것과 같이 원하지 않을 뿐만 아니라 정확히 예상할 수 없는 이유로 인해 각각의 LED 블록에서 발생시킬 수 있는 빛의 휘도 범위가 변화하는 경우 - 주로 좁아지는 것을 의미 - 에도 각각의 LED 블록에서 발생시킬 수 있는 빛의 휘도 범위를 새롭게 정의함으로써 각각의 LED 블록에서 발생시켜야 하는 빛의 휘도가 새롭게 정의된 발생시킬 수 있는 빛의 휘도 범위를 벗어나지 않도록 한다.
이로 인해, 원하지 않을 뿐만 아니라 정확히 예상할 수 없는 이유로 각각의 LED 블록에서 발생시킬 수 있는 빛의 휘도 범위가 변화하더라도 각각의 LED 블록에서 발생하는 빛의 휘도가 큰 폭으로 변화하지 않도록 한다. 즉, LED 백 라이트 시스템을 오랫동안 사용하여 내부의 LED 어레이들이 열화되는 경우에도 LED 백 라이트 시스템의 안정적으로 동작할 수 있도록 한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LED 백 라이트 시스템을 도시한 블록 다이어그램.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 LED 백 라이트 시스템의 구동동작을 도시한 플로차트.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 열화되지 않은 LED 백 라이트 시스템의 구동동작을 도시한 타이밍 다이어그램.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 열화된 LED 백 라이트 시스템의 구동동작을 도시한 타이밍 다이어그램.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100<0:N-1> : N개의 LED 블록
120<0:N-1> : N개의 LED 구동펄스 140 : 감지부
150 : 저장부 160 : 듀티비 보간부
170 : 목적 광량 출력부 180 : 듀티비 조절부

Claims (22)

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  5. 다수의 LED 블록;
    각 LED 블록에 대응되는 LED 구동펄스에 응답하여 각각의 LED 블록을 구동하기 위한 LED 구동수단;
    다수의 LED 블록 중 적어도 어느 하나 이상의 예정된 LED 블록에서 발생하는 빛의 광량을 감지하여 감지 광량을 출력하기 위한 감지수단;
    각 LED 블록에서 다수의 예정된 휘도를 갖는 빛을 발생시키기 위해 필요한 각 LED 구동펄스의 듀티비에 대한 펄스듀티비 데이터를 저장하는 저장수단;
    각 LED 블록의 목적 휘도에 대응하여 각 LED 구동펄스의 듀티비를 상기 펄스듀티비 데이터를 기준으로 보간하기 위한 듀티비 보간수단;
    상기 듀티비 보간수단의 동작결과 보간된 각 LED 구동펄스에 응답하여 각 LED 블록에서 빛이 발생하였을 때, 상기 감지 광량의 색좌표를 목적 색좌표로 변경하여 목적 광량으로서 출력하기 위한 목적 광량 출력수단;
    상기 감지 광량이 상기 목적 광량과 일치하도록 각 LED 구동펄스의 듀티비를 조절하는 듀티비 조절수단; 및
    각 LED 블록별로 외부에서 인가되는 디밍데이터 및 기본 휘도 사이에 예정된 연산을 수행하여 상기 목적 휘도를 생성하기 위한 목적 휘도 연산부를 구비하되,
    상기 저장수단은, 다수의 LED 블록에서 동일한 색좌표 값을 갖는 상기 기본 휘도와 기본 색좌표를 더 저장하고,
    상기 목적 색좌표는, 상기 기본 색좌표 값을 갖되 외부에서 상기 기본 색좌표 값을 대체하기 위한 색좌표 값이 인가되는 경우 외부에서 인가된 색좌표 값을 갖는 것을 특징으로 하는 LED 백 라이트 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 듀티비 보간수단은,
    예정된 초기 동작에서 각각의 디밍데이터가 입력되지 않을 경우 상기 기본 휘도를 각 LED 블록에서 발생시키기 위해 필요한 각 LED 구동펄스의 듀티비를 상기 펄스듀티비 데이터를 기준으로 보간하고,
    상기 초기 동작 이후의 동작에서 입력된 각각의 디밍데이터가 이전 디밍데이터와 다른 값을 가짐으로써 상기 목적 휘도값이 변경되었을 경우,변경된 상기 목적 휘도를 각 LED 블록에서 발생시키기 위해 필요한 각 LED 구동펄스의 듀티비를 상기 펄스듀티비 데이터를 기준으로 보간하며,
    상기 초기 동작 이후의 동작에서 입력된 각각의 디밍데이터가 이전 디밍데이터와 같아 상기 목적 휘도값이 변경되지 않거나 각각의 디밍데이터가 입력되지 않을 경우, 동작하지 않는 것을 특징으로 하는 LED 백 라이트 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 목적 광량 출력수단은,
    상기 듀티비 보간수단이 동작하는 경우, 상기 보간된 각 LED 구동펄스에 응답하여 상기 LED 구동수단이 동작함으로써 각 LED 블록에서 발생한 빛의 상기 감지 광량의 색좌표를 상기 목적 색좌표로 변경하여 상기 목적 광량으로서 출력하고,
    상기 듀티비 보간수단이 동작하지 않는 경우, 동작하지 않는 것을 특징으로 하는 LED 백 라이트 시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 듀티비 조절수단은,
    상기 외부에서 인가되는 휘도와 상기 목적 휘도가 서로 같거나 외부에서 휘도가 입력되지 않는 경우, 상기 감지 광량이 상기 목적 광량과 일치하도록 각 LED 구동펄스의 듀티비를 조절하고,
    상기 외부에서 인가되는 휘도와 상기 목적 휘도가 서로 다른 경우, 동작하지 않는 것을 특징으로 하는 LED 백 라이트 시스템.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 저장수단은,
    각각의 LED 블록에서 발생할 수 있는 다수의 예정된 빛의 광량을 CIE 표준색좌표계를 기준으로 켈리브레이션하여 다수의 예정된 빛의 광량에 대응하는 색좌표 및 휘도에 대한 켈리브레이션 데이터를 더 저장하는 것을 특징으로 하는 LED 백 라이트 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 목적 광량 출력수단은,
    상기 켈리브레이션 데이터를 기준으로 상기 감지 광량에 대응하는 색좌표 및 휘도를 연산하거나, 다수의 예정된 색좌표 및 휘도에 대응하는 상기 목적 광량을 연산하는 것을 특징으로 하는 LED 백 라이트 시스템.
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  15. 삭제
  16. 다수의 LED 구동펄스에 응답하여 다수의 LED 블록을 각각 구동하는 단계;
    각 LED 블록에서 다수의 예정된 휘도를 갖는 빛을 발생시키기 위해 필요한 각 LED 구동펄스의 듀티비에 대한 펄스듀티비 데이터를 저장하는 단계;
    각 LED 블록의 목적 휘도에 대응하여 각 LED 구동펄스의 듀티비를 상기 펄스듀티비 데이터를 기준으로 보간하는 단계;
    다수의 LED 블록 중 적어도 어느 하나 이상의 LED 블록에서 발생하는 빛의 광량을 감지하여 감지 광량으로서 출력하는 단계;
    상기 보간하는 단계를 통해 생성되는 보간된 각 LED 구동펄스에 응답하여 각 LED 블록에서 빛이 발생하였을 때, 상기 감지 광량의 색좌표를 목적 색좌표로 변경하여 목적 광량으로서 출력하는 단계;
    상기 감지 광량이 상기 목적 광량과 일치하도록 각 LED 구동펄스의 듀티비를 조절하는 단계;
    다수의 LED 블록에서 동일한 색좌표 값을 갖는 기본 휘도 와 기본 색좌표를 저장하는 단계;
    각 LED 블록별로 외부에서 인가되는 디밍데이터 및 상기 기본 휘도 사이에 예정된 연산을 수행하여 상기 목적 휘도를 생성하는 단계;
    상기 목적 색좌표가 상기 기본 색좌표 값을 갖도록 하는 단계; 및
    외부에서 상기 기본 색좌표 값을 대체하기 위한 색좌표 값이 인가되는 경우 상기 목적 색좌표가 외부에서 인가된 색좌표 값을 갖도록 하는 단계
    를 포함하는 LED 백 라이트 시스템의 구동방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 보간하는 단계는,
    예정된 초기 동작에서 각각의 디밍데이터가 입력되지 않을 경우 상기 기본 휘도를 각 LED 블록에서 발생시키기 위해 필요한 각 LED 구동펄스의 듀티비를 상기 펄스듀티비 데이터를 기준으로 보간하는 단계;
    상기 초기 동작 이후의 동작에서 입력된 각각의 디밍데이터가 이전 디밍데이터와 다른 값을 가짐으로써 상기 목적 휘도값이 변경되었을 경우, 변경된 상기 목적 휘도를 각 LED 블록에서 발생시키기 위해 필요한 각 LED 구동펄스의 듀티비를 상기 펄스듀티비 데이터를 기준으로 보간하는 연산을 수행하는 단계; 및
    상기 초기 동작 이후의 동작에서 입력된 각각의 디밍데이터가 이전 디밍데이터와 같은 값을 가짐으로써 상기 목적 휘도값이 변경되지 않거나 외부에서 각각의 디밍데이터가가 인가되지 않을 경우, 상기 보간하는 연산을 수행하지 않는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 백 라이트 시스템의 구동방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 목적 광량으로서 출력하는 단계는,
    상기 보간하는 연산이 수행된 경우, 상기 보간된 각 LED 구동펄스에 응답하여 상기 구동하는 단계가 수행되어 각 LED 블록에서 발생한 빛의 상기 감지 광량의 색좌표를 상기 목적 색좌표로 변경하여 상기 목적 광량의 값을 변경하는 연산을 수행하는 단계 및
    상기 보간하는 연산이 수행되지 않는 경우, 상기 목적 광량의 값을 변경하는 연산을 수행하지 않는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 백 라이트 시스템의 구동방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 듀티비를 조절하는 단계는,
    상기 목적 휘도에 변화가 없을 경우, 상기 감지 광량이 상기 목적 광량과 일치하도록 각 LED 구동펄스의 듀티비를 조절하는 연산을 수행하는 단계; 및
    상기 목적 휘도에 변화가 있는 경우, 상기 각 LED 구동펄스의 듀티비를 조절하는 연산을 수행하지 않는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 백 라이트 시스템의 구동방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 듀티비를 조절하는 연산을 수행하는 단계는,
    상기 감지 광량과 상기 목적 광량을 비교하여 광량 차이에 대응하는 듀티비를 연산하는 단계; 및
    각 LED 구동펄스의 듀티비에서 상기 광량 차이에 대응하는 듀티비 만큼을 가감하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 백 라이트 시스템의 구동방법.
  21. 제16항에 있어서,
    다수의 LED 블록에서 발생할 수 있는 다수의 예정된 빛의 광량을 CIE 표준색좌표계를 기준으로 켈리브레이션하여 다수의 예정된 빛의 광량에 대응하는 색좌표 및 휘도에 대한 켈리브레이션 데이터를 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 백 라이트 시스템의 구동방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 목적 광량으로서 출력하는 단계는,
    상기 켈리브레이션 데이터를 기준으로 상기 감지 광량에 대응하는 색좌표 및 휘도를 연산하는 단계; 및
    다수의 예정된 색좌표 및 휘도에 대응하는 상기 목적 광량을 연산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 백 라이트 시스템의 구동방법.
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