KR100958357B1 - 엘이디 백라이트 시스템 및 그 구동 방법 - Google Patents

엘이디 백라이트 시스템 및 그 구동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LED 백라이트 시스템 및 그 구동 방법에 관한 것으로서, 영상 분석을 통해 복수의 LED 블록이 출력해야 하는 적색, 녹색, 청색의 빛의 디밍 휘도를 결정하고, 피드백 제어 시점을 제공하는 영상 제어부와, 상기 복수의 LED 블록 중에서 적어도 하나 이상의 예정된 LED 블록에서 발생하는 적색, 녹색, 청색의 빛의 세기를 감지하는 감지부와, 상기 감지부에서 감지된 빛이 예정된 색과 휘도가 되도록 상기 피드백 제어 시점에 상기 복수의 LED 블록의 각 듀티(Duty)를 조절하는 피드백 제어부를 포함한다.
따라서, 본 발명은 디밍 제어를 수행하는 도중에 안정적으로 컬러 피드백 제어를 수행할 수 있고, 온도와 같은 외적인 변화나 LED 소자의 열화에 따른 변화를 피드백 제어를 통해 보상할 수 있어 장기적인 신뢰성을 확보할 수 있으며, 복수 개의 LED 블록으로 구성되는 LED 백라이트의 모든 영역에서 원하는 컬러와 휘도로 빛을 만들 수 있다.
Figure R1020080056763
LED 백라이트, 영상 제어부, 피드백 제어부, 목적휘도 연산부, 감지부, 룩업테이블

Description

엘이디 백라이트 시스템 및 그 구동 방법{LED BACKLIGHT SYSTEM AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 LED 백라이트 시스템 및 그 구동 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 로컬 디밍 제어 도중에 안정적으로 컬러 피드백 제어를 수행할 수 있도록 하는 LED 백라이트 시스템 및 그 구동 방에 관한 것이다.
일반적인 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display: LCD, 이하 LCD라 함) 백라이트의 광원으로 사용된 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp: CCFL, 이하 CCFL이라 함)는 수은 가스를 사용하므로 환경 오염을 유발할 수 있고, 응답속도가 느리며, 색재현성이 낮을 뿐만 아니라 LCD 패널의 경박단소화에 적절하지 못한 단점을 가졌다.
이에 비해 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED, 이하 LED라 함)는 친환경적이며, 응답속도가 수 나노 초로 고속 응답이 가능하여 비디오 신호 스트림에 효과적이고, 임펄시브(Impulsive) 구동이 가능하며, 색재현성이 100% 이상이고 적 색, 녹색, 청색 LED의 광량을 조정하여 휘도, 색온도 등을 임의로 변경할 수 있을 뿐만 아니라, LCD 패널의 경박단소화에 적합한 장점들을 가지므로, 최근 LCD 패널 등의 백라이트용 광원으로 적극적으로 채용되고 있는 실정이다.
로컬디밍(Local Dimming)은 백라이트를 다수의 영역으로 구분해 필요한 부분에 필요한 만큼의 빛을 공급하는 기술로서, 상기 로컬 디밍을 이용하면 영상의 밝은 부분은 백라이트의 조명을 밝게 하고, 어두운 부분은 조명을 어둡게 백라이트를 구동하여 영상의 명암비를 높일 수 있다.
블랙 컬러의 경우에 백라이트를 꺼 줌으로서 이론적으로 무한대의 명암비를 구현할 수 있다. 또한 백라이트의 밝기가 낮은 부분은 그만큼 전력을 적게 사용하므로 소비전력도 절감할 수 있다.
이와 같은 로컬디밍을 위해서는 정해진 백색광을 각 부분에서 필요로 하는 만큼 빠르게 만들 수 있는 백라이트를 필요로 한다.
적, 녹, 청색 LED를 구비한 복수의 LED 어레이로 구성된 LED 백라이트는 다른 광원들에 비해 반응 속도가 매우 빠르며 각 LED의 적, 녹, 청색 광을 적절히 혼합하여 원하는 백색 광을 만들어 낼 수 있다는 장점을 가지므로 로컬디밍 기능을 가지는 시스템에 LED 백라이트를 적용시키기 위한 연구가 활발하게 진행 중이다.
그러나, LED 소자는 외부적인 요인이나 공정상의 문제로 인해 광학적인 특성이 서로 다를 수 있고, 상기 LED 소자로 이루어진 LED 어레이에서 생성되는 빛의 밝기는 크게 15% ~ 20% 정도의 차이를 발생할 수 있다.
따라서 LED 백라이트를 구성하는 각 블록을 동일한 조건으로 구동했을 때 각 블록의 LED 어레이에서 발하는 광량이 서로 달라 일정한 백색의 원하는 밝기의 빛을 얻을 수 없는 문제점이 있다. 그러므로 LED 백라이트를 사용하기 위해서는 백라이트의 모든 영역에서 원하는 컬러의 원하는 밝기의 빛을 만들어 낼 수 있어야 하며, 또한 영상의 재생 속도에 맞춰 그 영상에 적합한 빛을 백라이트에서 빠르게 만들어 낼 수 있어야 한다.
상기 LED 백라이트가 로컬디밍을 위한 기본 조건을 만족하고 있지만 빛의 정확성과 반응속도에 문제가 있으므로, 각 블록이 정해진 밝기를 만들기 위한 조건을 미리 찾아 룩업테이블(look-up-table)로 만들어 놓고 디밍 제어시 상기 룩업테이블을 참조하여 휘도를 빠르게 변화시킴으로써 해결할 수 있다.
그러나 LED 백라이트가 만들어 내는 빛은 온도와 같은 외적 요인에 의해 동작 중에도 변할 수 있고, LED소자는 수명(life time)이 다른 광원에 비해 길고 열화 되는 정도가 적다고 하더라도 사용 시간에 따른 열화가 생기므로 상기 룩업테이블만을 이용하는 개방 루프(open loop) 제어로는 만들어내는 빛에 대한 신뢰성을 확보할 수 없는 문제점이 있다.
상기 LED 백라이트의 빛을 변화시키는 외적 요인과 시간에 따른 열화는 컬러센서를 이용한 피드백 제어 즉, 폐쇄 루프(closed loop) 제어를 통해 극복할 수 있다.
상기 컬러 센서를 사용한 피드백 제어는 컬러 센서를 사용하여 현재 LED 백라이트에서 생성되는 백색광에 포함된 적, 녹, 청색 광의 비율이 어느 정도인지를 파악하고 그에 따라 각 LED 어레이의 구동을 적절이 조절하는 방법을 의미한다.
그러나 여러 LED 블록이 서로 다른 밝기의 빛을 만들어 내는 디밍제어 중에는 각 블록의 빛들이 서로 다른 블록에 영향을 끼치므로 컬러 센서로 측정한 광량으로 특정 블록에서 만들어내는 적, 청, 녹색 광의 그 비율과 세기가 어느 정도인지 판단하기 어렵고, 결과적으로 컬러 피드백 제어가 불가능하다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 디밍 제어를 수행하는 도중에 안정적으로 컬러 피드백 제어를 수행할 수 있도록 하는 LED 백라이트 시스템 및 그 구동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 온도와 같은 외적인 요인의 변화나 LED 소자의 열화에 따른 변화를 피드백 제어를 통해 보상할 수 있는 LED 백라이트 시스템 및 그 구동 방법을 제공하는 것이다.
그로 인해, 본 발명의 목적은 복수개의 LED 블록으로 구성되는 LED 백라이트의 모든 영역에서 원하는 컬러와 휘도로 빛을 만들 수 있고, 장기적인 신뢰성을 확보하도록 하는 LED 백라이트 시스템 및 그 구동 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 LED 백라이트 시스템은, 서로 전기적으로 연결된 복수의 적색, 녹색, 청색 LED를 포함하는 복수의 LED 블록과, 상기 복수의 LED 블록에 포함된 복수의 적색, 녹색, 청색 LED를 구동하는 LED 구동부를 포함하는 LED 백라이트 시스템에 있어서, 영상 분석을 통해 상기 복수의 LED 블록이 출력해야 하는 적색, 녹색, 청색의 빛의 디밍 휘도를 결정하고, 이득(gain)을 획득하기 위한 피드백 제어 시점을 제공하는 영상 제어부와, 상기 복수의 LED 블록 중에서 적어도 하나 이상의 예정된 LED 블록에서 발생하는 적색, 녹색, 청색의 빛의 세기를 감지하는 감지부와, 상기 감지부에서 감지된 빛이 예정된 색과 휘도가 되도록 상기 피드백 제어 시점에 상기 복수의 LED 블록의 각 듀티(Duty)를 조절하는 피드백 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 피드백 제어부의 피드백 제어 구간(T) 전후의 일정 구간 동안에는 상기 복수의 LED 블록이 만들어내는 빛을 점진적으로 변화하도록 상기 복수의 LED 블록이 만들어 내야 하는 빛의 휘도를 조절하는 목적휘도 연산부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 LED 백라이트 시스템은, 상기 복수의 LED 블록 중 적어도 하나 이상의 예정된 색좌표의 빛을 발생시키도록 각 LED 블록의 듀티 조건을 기록한 룩업테이블(Look-UP Table)을 저장하는 저장부와, 상기 룩업테이블을 참조하여 각 LED 블록에서 목적 휘도의 적색, 녹색, 청색 광을 만들도록 듀티를 보간하는 듀티 보간부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 듀티 보간부 및 피드백 제어부에서 출력되는 각 LED 블록별 듀티를 시리얼 버스(Serial Bus)를 통해 상기 LED 구동부에 전달하는 듀티 전달부를 포함하고, 상기 LED 구동부는 상기 듀티 전달부에서 전달되는 각 LED 블록에 대응되 는 듀티에 따라 각각의 LED 블록을 구동하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 저장부는 기본 휘도, 기준 블록, 및 기본 듀티에 관한 정보를 더 저장하는 것을 특징으로 하고, 상기 피드백 제어부는 상기 기준 블록의 듀티와 기본 듀티의 비를 이득(Gain)으로 획득하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적휘도 연산부는 상기 영상 제어부에서 출력되는 디밍 휘도와, 상기 저장부에 저장된 기본 휘도, 및 디밍의 정도를 결정하는 디밍률에 의하여 목적 휘도를 결정하는 것을 특징으로 한다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 LED 백라이트 시스템의 구동 방법은, 서로 전기적으로 연결된 복수의 적색, 녹색, 청색 LED를 포함하는 복수의 LED 블록과, 상기 복수의 LED 블록에 포함된 복수의 적색, 녹색, 청색 LED를 구동하는 LED 구동부를 포함하는 LED 백라이트 시스템의 구동 방법에 있어서, 영상 분석을 통해 상기 복수의 LED 블록에 대한 디밍 휘도를 출력하고, 이득(Gain)을 획득하기 위한 피드백 제어 시점을 제공하는 단계; 상기 LED 블록별로 상기 디밍 휘도를 발생하도록 상기 LED 블록의 구동 듀티를 보간하고, 상기 보간된 각각의 LED 블록의 듀티와 이득을 토대로 상기 LED 블록을 구동하도록 디밍 제어하는 단계; 및 상기 피드백 제어 시점에 상기 복수 개의 LED 블록이 예정된 색좌표 및 휘도를 발생하도록 상기 복수의 LED 블록의 각 듀티(Duty)를 조절하여 피드백 제어하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 디밍 제어하는 단계는, 상기 복수 개의 LED 블록의 듀티 조건을 기록한 룩업테이블(Look-UP Table)을 참조하여 듀티 보간이 이루어지도록 하는 것을 특징 으로 한다.
또한, 상기 디밍 제어하는 단계는, 상기 피드백 제어 시점 이전의 일정 시간 동안에 상기 LED 블록의 디밍 정도가 페이드-아웃 되도록 목적 휘도를 출력하고, 상기 피드백 제어 시점 이후의 일정 시간 동안에 상기 LED 블록의 디밍 정도가 페이드-인 되도록 목적 휘도를 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 피드백 제어하는 단계는, 기본 블록에 대한 듀티를 빛의 세기를 감지하는 감지부를 이용하여 조절한 후 상기 기본 블록의 듀티에 대한 나머지 LED 블록의 듀티를 보간하는 것을 특징으로 한다.
상기 디밍 제어하는 단계는, 상기 보간한 듀티에 이득을 곱하여 상기 LED 구동부에 전달하고, 상기 LED 구동부는 각 LED 블록에 대응되는 듀티에 따라 각각의 LED 블록을 구동하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 LED 백라이트 시스템 및 그 구동 방법에 따르면, 디밍 제어를 수행하는 도중에 안정적으로 컬러 피드백 제어를 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 온도와 같은 외적인 요인의 변화나 LED 소자의 열화에 따른 변화를 피드백 제어를 통해 보상할 수 있어 장기적인 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
따라서, 본 발명은 복수 개의 LED 블록으로 구성되는 LED 백라이트의 모든 영역에서 원하는 컬러와 휘도로 빛을 만들 수 있는 효과도 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않 는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LED 백라이트 시스템의 내부 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디밍 제어 도중에 피드백 제어를 수행하는 과정이 도시된 그래프로서, (a)는 디밍제어 중 피드백 제어가 정상적으로 수행됐을 때의 디밍률 그래프이고, (b)는 조기 피드백 제어 종료시 디밍률 그래프이며, (c)는 조기 페이드아웃(Fade out) 종료시 디밍률 그래프이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 LED 백라이트 시스템은 복수 개의 LED 블록(10)과, LED 구동부(20), 영상 제어부(30), 감지부(40), 피드백 제어부(50), 목적휘도 연산부(60), 저장부(70), 듀티 보간부(80), 듀티 전달부(90)를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
상기 복수 개의 LED 블록(10)은 LED 백라이트 내에서 위치에 따라 구분되는데, 서로 전기적으로 연결된 적색 LED 어레이(11), 녹색 LED 어레이(12), 청색 LED 어레이(13)를 각각 포함하고 있다.
상기 각 적색, 녹색, 청색 LED 어레이(11, 12, 13)는 하나 이상의 LED 소자로 구성되고, 독립적으로 제어 가능하다.
상기 LED 구동부(20)는 상기 LED 블록(10)에 포함된 적색 LED를 공통으로 구동하는 R_LED 구동부(21), 상기 LED 블록(10)에 포함된 녹색 LED를 공통으로 구동 하는 G_LED 구동부(22), 상기 LED 블록(10)에 포함된 청색 LED를 공통으로 구동하는 B_LED 구동부(23)를 포함한다.
상기 영상 제어부(30)는 패널에 디스플레이 되는 영상을 보다 풍부한 색으로 표현하고, 또한 흑백의 대비가 명확할 수 있도록 영상 정보를 위치에 따라 분석함으로써 각 LED 블록(10)이 만들어 내야 할 적색, 녹색, 청색 광의 밝기를 결정하여 디밍 휘도(DIM_Li)를 출력한다.
그리고, 상기 영상 제어부(30)는 디스플레이 되는 영상을 분석하여 특정 조건 혹은 일정 시간마다 이득(Gain)을 얻기 위한 피드백 제어부(50)에 피드백 제어 시점을 제공한다.
상기 감지부(40)는 컬러 센서로서 상기 LED 블록(10) 중 하나 이상의 예정된 LED 블록(10)에서 발생하는 적색, 녹색, 청색의 빛의 세기를 감지한다.
상기 피드백 제어부(50)는 상기 감지부(40)에서 감지된 빛이 예정된 컬러 및 기본 휘도(REF_L)와 동일한 빛이 되도록 각 LED 블록(10)에 적용되는 듀티를 조절한다. 또한, 상기 피드백 제어부(50)는 피드백 제어를 통해 생성된 빛의 컬러와 휘도가 미리 정해둔 마진을 만족하면, 이때 적용되는 기준 블록의 듀티와 기본 듀티(REF_DUTY)의 비를 이득(Gain)으로 획득한다.
즉, 이득(Gain)은 수학식 1과 같이 기준 블록에 적용되는 듀티들을 이용하여 산출 될 수 있다.
GainR = dutyR / REF_DUTYR
GainG = dutyG / REF_DUTYG
GainB = dutyB / REF_DUTYB
상기 수학식 1에서 REF_DUTYR는 기본 듀티(REF_DUTY)중 적색 LED 어레이에 적용되는 듀티이고, REF_DUTYG는 기본 듀티(REF_DUTY)중 녹색 LED 어레이에 적용되는 듀티이며, REF_DUTYB 는 기본 듀티(REF_DUTY)중 청색 LED 어레이에 적용되는 듀티이고, dutyR은 피드백 제어시 기준 블록의 적색 LED 어레이에 적용되는 듀티이며, dutyG는 피드백 제어시 기준 블록의 녹색 LED 어레이에 적용되는 듀티이고, dutyB 는 피드백 제어시 기준 블록의 청색 LED 어레이에 적용되는 듀티이다.
여기서, 상기 기준 블록은 백라이트를 구성하는 복수 개의 LED 블록(10) 중 미리 정한 하나의 블록이며, 저장부(70)의 룩업테이블에 저장되어 있는 기준 블록이 기본 휘도(REF_L)의 빛을 만들기 위해 필요한 듀티가 기본 듀티(REF_DUTY)가 된다.
상기 피드백 제어부(50)는 정해둔 시간 안에 예정된 컬러의 기본 휘도(REF_L)의 빛을 만들지 못하거나 피드백 제어가 정지될 경우에 이득(gain)을 이전의 이득(gain) 값으로 유지하고, 이득(gian)의 초기 값은 1이다.
개별 LED 블록(10)마다 서로 다른 휘도의 빛을 발생시키는 디밍 제어 시에는 여러 LED 블록(10)이 만들어내는 빛들이 혼합되어 개별 LED 블록(10)이 만드는 빛 의 성분을 파악할 수 없기 때문에 피드백 제어가 매우 힘들다.
따라서, 상기 목적휘도 연산부(60)는 디밍 제어 시에도 피드백 제어가 가능하도록 디밍 제어 중 디밍의 정도를 점진적으로 약화시켜 모든 LED 블록(10)에서 동일한 빛을 만들어 내도록 각 LED 블록(10)의 목적 휘도(L_TGi)를 변화시키는 역할을 한다.
상기 목적 휘도 연산부(60)가 각 LED 블록(10)이 만들어 내야 하는 목적휘도를 디밍률 조절을 통해 동일하게 변화시키고, 상기 목적 휘도가 변화되면 그에 따라 듀티 보간부(80)에서 듀티를 출력하며, 상기 LED 구동부(20)는 상기 듀티 보간부(80)에서 출력된 듀티로 각각의 LED 블록(10)을 구동함으로써 모든 LED 블록(10)에서 동일한 빛이 발생된다.
이렇게 하여, 모든 LED 블록(10)에서 동일한 빛이 발생되면 인접한 LED 블록(10)이 만드는 빛과의 간섭이 최소화되므로 피드백 제어가 가능하게 된다. 또한 상기 목적휘도 연산부(60)는 피드백 제어가 완료된 이후에는 다시 디밍의 정도를 점진적으로 커지도록 각 LED 블록(10)의 목적 휘도(L_TGi)를 변화시켜 자연스럽게 디밍 제어가 이루어지도록 한다.
일반적으로 디밍 제어와 피드백 제어 사이에 빛의 변화가 커서 디스플레이 되는 영상에서 깜박임을 만들어 내는데, 상기 목적휘도 연산부(60)는 디밍 제어 도중에 피드백 제어 수행시 영상의 깜빡임을 사용자가 인식하지 못하도록 디밍의 정도를 점진적으로 변화시킨다.
상기 목적 휘도(L_TGi)는 실제 각 LED 블록(10)이 만드는 빛의 휘도로서, 상기 영상 제어부(30)에서 출력되는 디밍 휘도(DIM_Li)와, 상기 저장부(70)에 저장되어 있는 기본 휘도(REF_L)와, 디밍의 정도를 결정하는 디밍률(dimming factor ratio, DFRT)에 의하여 결정된다.
예를 들어, i 번째 LED 블록(10)의 목적 휘도(TG_Li)는 아래 수학식 2와 같다.
TG_Li = (DIM_Li - REF_L)*DFRT + REF_L
상기 수학식 2에서 TG_Li는 목적 휘도, 실제로 백라이트의 i 번째 LED 블록(10)이 만드는 빛의 휘도이고, DIM_Li는 디밍 휘도, 상기 영상 제어부(30)에서 영상 분석을 통하여 산출된 백라이트의 i 번째 LED 블록에 대응되는 휘도이며, DFRT 은 0과 1 사이의 수로 디밍의 정도를 결정하는 변수이다.
상기 DFRT이 1인 경우에 실제로 백라이트의 i 번째 LED 블록(10)이 만들어 내야 하는 빛의 휘도는 상기 영상 제어부(30)에서 구해지는 디밍 휘도(DIM_Li)과 같다. 그리고 DFRT이 0인 경우 실제로 백라이트가 만들어야 하는 빛은 기본 휘도(REF_L)가 된다.
상기 DFRT를 시간이 흐름에 따라 1에서 0으로 서서히 감소시키면 디밍제어에서 모든 블록의 빛이 기본 휘도(REF_L)를 내도록 서서히 변화시킬 수 있다.
즉, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 상기 목적 휘도 연산부(60)는 피드백 제어가 이루어지기 이전의 α구간에서는 시간이 흐름에 따라 디밍률을 1에서 0으로 서서히 감소시켜 디밍의 정도를 서서히 페이드 아웃(fade out)시킨다.
그 후, 피드백 제어부(50)가 백라이트를 전체적으로 동일한 휘도를 갖도록 피드백 제어를 T 시간 동안 수행한 후, 상기 목적 휘도 연산부(60)는 β 시간 동안 디밍의 정도가 페이드 인(Fade in)되도록 디밍률을 0에서 1로 서서히 증가 시킨다.
이때, 상기 피드백 제어부(50)는 피드백 제어가 종료되는 시점에서 적용되는 기준 블록의 듀티와 기본 듀티의 비를 이득으로 획득한다.
한편, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 피드백 제어부(50)는 이득을 획득하기 이전에 피드백 제어가 종료되면 이전의 이득을 유지하고, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이 페이드아웃(Fade out)이 조기에 종료될 경우에도 이전의 이득을 그대로 유지한다.
그리고, 상기 듀티 보간부(80)는 각 LED 블록(10)에 대응하는 목적 휘도(TG_Li)를 발생시키기 위해 필요한 각 LED 블록(10)의 듀티를 상기 저장부(70)에 저장된 룩업테이블(LUT)를 참조하여 보간하고, 상기 보간된 듀티에 이득(Gain)을 곱하여 각 LED 블록(10)에 적용될 듀티를 구한다. 여기서 상기 이득(Gain)은 피드백 제어부(50)에서 값이 결정된다.
한편, 상기 저장부(70)는 플래시 메모리와 같은 비 휘발성 메모리로서, 표 1과 같이 다양한 빛을 만들기 위한 각 LED 블록(10)의 적색, 녹색, 청색 어레이(11, 12, 13)를 구동하는 구동 펄스의 듀티에 대한 룩업테이블(LUT)를 저장하고 있다.
또한 상기 저장부(70)는 디밍이 이루어지지 않을 경우에 백라이트가 만들어 내야 하는 빛의 휘도 혹은 피드백 제어 시 제어의 기준이 되는 기본 휘도(REF_L)와 백라이트를 구성하는 여러 개의 LED 블록(10) 중 특정한 하나의 기준블록에 관한 정보를 더 저장하고 있다.
기본 휘도(REF_L)는 백라이트를 설계할 때 그 값이 결정되어 상기 저장부(70)에 저장되며, 백라이트의 구동 동작과 상관없이 항상 그 값을 유지한다. 그러나 백라이트의 제작자나 백라이트를 구성하는 시스템의 사용자에 의해 그 값이 변경될 수도 있다.
표 1에 도시된 룩업테이블(LUT)는 발명의 이해를 돕기 위한 예로 10, 20, 80, 100의 4가지 휘도에 대한 데이터가 나타나 있지만 경우에 따라 더 많은 휘도, 또는 더 적은 휘도들에 대한 듀티가 나타나 있을 수 있다. 그리고 표 1의 예에서는 한 가지 컬러(0.313, 0.329)에 대한 룩업테이블이 나타나 있으나 다른 컬러에 대한 룩업테이블을 더 포함할 수 있다.
Figure 112008043175136-pat00001
도 1에서 상기 듀티 전달부(90)와 LED 구동부(20)는 2개의 체인을 통해 직렬 연결되어 있으나 이는 발명의 일례일 뿐 하나 이상의 체인을 통해 직렬로 연결될 수 있다.
따라서, 상기 듀티 전달부(90)는 상기 듀티 보간부(80) 및 피드백 제어부(50)에서 출력되는 각 LED 블록(10)별 듀티를 시리얼 버스(Serial Bus)를 통해 상기 LED 구동부(20)에 전달하고, 상기 LED 구동부(20)는 상기 듀티 전달부(90)에서 전달되는 각 LED 블록(10)에 대응되는 듀티에 따라 각각의 LED 블록(10)을 구동한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 LED 백라이트 시스템의 동작에 대해 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LED 백라이트 시스템의 구동 방법이 도시된 순서도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 LED 백라이트 시스템이 정상적으로 동작하기 위해서는 저장부(70)에 표 1과 같은 룩업테이블이 저장되고, 기본 휘도(REF_L), 기준 블록, 및 기본 듀티(REF_DUTY)가 결정되어 저장되어 있어야 한다. 여기서 예정된 컬러와 기본 휘도(REF_L)는 백라이트 시스템의 설계시 결정되며, 기본 휘도(REF_L)는 다양한 휘도 중 어느 하나의 휘도로 결정된다.
특히, 상기 룩업테이블(LUT)는 켈리브레이션 시 예정된 컬러의 다양한 휘도의 빛을 만들기 위한 각 LED 블록(10)의 적색, 녹색, 청색 어레이(11, 12, 13)의 듀티를 찾아 상기 저장부(70)에 저장하여 완성된다.
먼저, 로컬 디밍시 영상 제어부(30)는 백라이트가 조명하는 패널에 표현되는 영상을 분석하여 디밍 제어가 이루어질 수 있도록 백라이트의 개별 LED 블록(10)에 대응되는 디밍 휘도(DIM_Li)를 계산한다. 또한, 상기 영상 제어부(30)는 일정 시간마다 혹은 특정 조건에서 이득(gain)을 얻기 위한 컬러 피드백 제어 시점을 결정하여 피드백 제어부(50)에 전송한다.(S1 단계 참조)
목적 휘도 연산부(60)는 피드백 제어가 이루어지기 전에 DFRT을 1에서 0으로 서서히 변화시켜 디밍의 정도가 점점 약화되도록 목적 휘도(TG_Li)를 출력하고, 피드백 제어가 종료된 이후에는 DFRT을 0에서 1으로 서서히 변화시켜 디밍의 정도가 점점 세지도록 목적 휘도(TG_Li)를 출력한다.
듀티 보간부(80)는 LED 블록(10) 별로 상기 목적 휘도(TG_Li)에 따라 해당 LED 블록(10)이 목적 휘도(TG_Li)를 만들 수 있도록 적색, 녹색, 청색 어레이(11, 12, 13)의 구동 듀티를 저장부(70)의 룩업테이블(LUT)로부터 보간한다.(S3 단계 참조)
상기 저장부(70)의 룩업테이블(LUT)의 데이터를 바탕으로 휘도 L에 대한 i번째 블록의 적색 LED 어레이(11)에 적용되는 듀티의 함수 DR .i(L)와, i번째 블록의 녹색 LED 어레이(12)에 적용되는 듀티의 함수 DG .i(L), 및 i번째 블록의 청색 LED 어레이(13)에 적용되는 듀티의 함수 DB .i(L)를 여러 가지 알려진 보간 방법을 이용하여 정의할 수 있다.
예를 들어, i번째 블록의 목적 휘도(L_TGi)가 70이라면 i번째 블록이 예정된 컬러(0.313, 0.329)와 70의 휘도를 가지는 빛을 만들기 위한 적색, 녹색, 청색 LED 어레이(11, 12, 13)를 구동하는 펄스의 듀티는 각각 DR .i(70), DG .i(70), DB .i(70)이 된다.
이와 같이 모든 LED 블록(10)에 대하여 휘도를 변수로 하는 듀티의 함수를 정의하면, 듀티 보간부(80)에서는 각각의 LED 블록(10)이 목적 휘도(L_TGi)를 만들기 위해 필요한 적색, 녹색, 청색 LED 어레이(11, 12, 13)에 적용되는 듀티를 모두 보간할 수 있다.
듀티 전달부(90)는 상기 듀티 보간부(80)에서 연산한 이득(gian)이 적용된 듀티를 LED 구동부(20)로 전달함으로써 상기 LED 구동부(20)가 적색, 녹색, 청색 LED 어레이(11, 12, 13)를 구동할 수 있도록 한다.(S4 단계 참조)
다음, 피드백 제어(closed loop)시 감지부(40)를 이용하여 현재 백라이트가 만들어 내는 빛을 분석하고, 예정된 컬러를 가지는 기본 휘도(REF_L)의 빛을 만들기 위한 기준 블록의 듀티를 보상한다.(S2 및 S5 단계 참조)
피드백 제어부(50)에서는 기준 블록이 기본 휘도의 빛을 만들기 위해 필요한 듀티를 상기 룩업 테이블을 이용하여 보간법으로 찾아내고 이를 기본 듀티(REF_DUTY)라 할때, 기본 듀티(REF_DUTY)와 듀티를 보상하는 동작(S5 단계)에서 구한 듀티와의 비를 이득으로 획득한다.(S6 단계). 이때 이득(gain)은 RGB 별로 독립적이다.
상기 피드백 제어부(50)는 듀티 보상 동작(S5 단계), 듀티 보간 동작(S7 단계), LED 블록별 구동 동작(S8 단계)의 일련의 과정을 여러 번 반복하여 백라이트의 빛이 예정된 컬러의 기준 휘도와 동일해지면 이득을 구하게 되지만, 이득을 획득할 수 있을 만큼 백라이트의 빛이 변하지 않았을 경우에는 이전의 이득 값을 유지하게 된다.(도 2 참조)
상기 듀티 보간부(80)는 기준 블록이 만들어 내는 빛과 동일한 빛을 나머지 LED 블록(10)에서도 만들도록 각 LED 블록별로 듀티들을 보간한다.(S7 단계)
상기 저장부의 룩업테이블(LUT)로부터 듀티를 보상하는 동작에서 구한 기준 블록의 적색, 녹색, 청색 어레이(11, 12, 13)에 적용되는 듀티를 각각 dutyR , ref, dutyB,ref, dutyB , ref라 하면, 기준 블록에 적용되는 듀티에 대한 i번째 블록의 적색 LED 어레이에 적용되는 듀티의 함수 FR .i(dutyR , ref)와, i번째 블록의 녹색 LED 어레이에 적용되는 듀티의 함수 FG .i(dutyB , ref), 및 i번째 블록의 청색 LED 어레이에 적용되는 듀티의 함수 FB .i(dutyB , ref)를 여러 가지 알려진 보간 방법을 이용하여 정의할 수 있다.
예를 들어, 기준 블록의 적색, 녹색, 청색 어레이에 적용되는 듀티가 70, 80, 90이라면 i번째 블록이 기준 블록과 같은 빛을 만들기 위한 듀티는 각각 FR.i(70), FG .i(80) FB .i(90)이 된다.
이와 같이 기준 블록을 제외한 나머지 블록에 대하여 기준 블록의 듀티에 대한 나머지 LED 블록들의 듀티를 함수를 정의하면 각 블록이 기준 블록과 같은 빛을 만들기 위한 듀티를 보간 할 수 있다.
상기 듀티 전달부(90)는 각 LED 블록(10)의 RGB 듀티를 LED 구동부(20)로 전달하고, 상기 LED 구동부(20)는 전달된 듀티에 따라 구동 펄스를 조절하여 적색, 녹색, 청색 LED 어레이(11, 12, 13)를 구동한다.(S8 단계 참조)
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LED 백라이트 시스템의 내부 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디밍 제어 도중에 피드백 제어를 수행하는 과정이 도시된 그래프로서, (a)는 디밍제어 중 피드백 제어가 정상적으로 수행됐을 때의 디밍률 그래프이고, (b)는 조기 피드백 제어 종료시 디밍률 그래프이며, (c)는 조기 페이드아웃(Fade out) 종료시 디밍률 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LED 백라이트 시스템의 구동 방법이 도시된 순서도이다.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
10 : LED 블록 20: LED 구동부
30 : 영상 제어부 40 : 감지부
50 : 피드백 제어부 60 : 목적휘도 연산부
70 : 저장부 80 : 듀티 보간부
90 : 듀티 전달부

Claims (12)

  1. 서로 전기적으로 연결된 복수의 적색, 녹색, 청색 LED를 포함하는 복수의 LED 블록과, 상기 복수의 LED 블록에 포함된 복수의 적색, 녹색, 청색 LED를 구동하는 LED 구동부를 포함하는 LED 백라이트 시스템에 있어서,
    영상 분석을 통해 상기 복수의 LED 블록이 출력해야 하는 적색, 녹색, 청색의 빛의 디밍 휘도를 결정하고, 이득을 획득하기 위한 피드백 제어 시점을 제공하는 영상 제어부와,
    상기 복수의 LED 블록 중에서 적어도 하나 이상의 예정된 LED 블록에서 발생하는 적색, 녹색, 청색의 빛의 세기를 감지하는 감지부와,
    상기 감지부에서 감지된 빛이 예정된 색과 휘도가 되도록 상기 피드백 제어 시점에 상기 복수의 LED 블록의 각 듀티(Duty)를 조절하는 피드백 제어부와,
    상기 피드백 제어부의 피드백 제어 구간(T) 전후의 일정 구간 동안에 상기 복수의 LED 블록이 만들어내는 빛을 점진적으로 변화하도록 상기 복수의 LED 블록이 만들어 내야 하는 빛의 휘도를 조절하는 목적휘도 연산부와,
    상기 복수의 LED 블록 중 적어도 하나 이상의 예정된 색좌표의 빛을 발생시키도록 각 LED 블록의 듀티 조건을 기록한 룩업테이블(Look-UP Table)을 저장하는 저장부를 포함하여 구성되고,
    상기 목적휘도 연산부는 상기 영상 제어부에서 출력되는 디밍 휘도와, 상기 저장부에 저장된 기본 휘도, 및 디밍의 정도를 결정하는 디밍률에 의하여 목적 휘도를 결정하는 것을 특징으로 하는 LED 백라이트 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 룩업테이블을 참조하여 각 LED 블록에서 목적 휘도의 적색, 녹색, 청색 광을 만들도록 듀티를 보간하는 듀티 보간부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 백라이트 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 듀티 보간부 및 피드백 제어부에서 출력되는 각 LED 블록별 듀티를 시리얼 버스(Serial Bus)를 통해 상기 LED 구동부에 전달하는 듀티 전달부를 포함하고,
    상기 LED 구동부는 상기 듀티 전달부에서 전달되는 각 LED 블록에 대응되는 듀티에 따라 각각의 LED 블록을 구동하는 것을 특징으로 하는 LED 백라이트 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 저장부는 기준 블록, 및 기본 듀티에 관한 정보를 더 저장하는 것을 특징으로 하는 LED 백라이트 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 피드백 제어부는 상기 기준 블록의 듀티와 기본 듀티의 비를 이득(Gain)으로 획득하는 것을 특징으로 하는 LED 백라이트 시스템.
  7. 삭제
  8. 서로 전기적으로 연결된 복수의 적색, 녹색, 청색 LED를 포함하는 복수의 LED 블록과, 상기 복수의 LED 블록에 포함된 복수의 적색, 녹색, 청색 LED를 구동하는 LED 구동부를 포함하는 LED 백라이트 시스템의 구동 방법에 있어서,
    영상을 분석을 통해 상기 복수의 LED 블록에 대한 디밍 휘도를 출력하고, 이득(Gain)을 획득하기 위한 피드백 제어 시점을 제공하는 단계;
    상기 LED 블록별로 상기 디밍 휘도를 발생하도록 상기 LED 블록의 구동 듀티를 보간하고, 보간된 각각의 LED 블록의 듀티에 이득을 곱하여 상기 LED 구동부에 전달하며, 상기 LED 구동부는 각 LED 블록에 대응되는 듀티에 따라 각각의 LED 블록을 구동하도록 디밍 제어하는 단계; 및
    상기 피드백 제어 시점에 상기 복수 개의 LED 블록이 예정된 색좌표 및 휘도를 발생하도록 상기 복수의 LED 블록의 각 듀티(Duty)를 조절하여 피드백 제어하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 LED 백라이트 시스템의 구동 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 디밍 제어하는 단계는, 상기 복수 개의 LED 블록의 듀티 조건을 기록한 룩업테이블(Look-UP Table)을 참조하여 듀티 보간이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 LED 백라이트 시스템의 구동 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 디밍 제어하는 단계는,
    상기 피드백 제어 시점 이전의 일정 시간 동안에 상기 LED 블록의 디밍 정도가 페이드-아웃 되도록 목적 휘도를 출력하고, 상기 피드백 제어 시점 이후의 일정 시간 동안에 상기 LED 블록의 디밍 정도가 페이드-인 되도록 목적 휘도를 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 백라이트 시스템의 구동 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 피드백 제어하는 단계는, 기본 블록에 대한 듀티를 빛의 세기를 감지하는 감지부를 이용하여 조절한 후 상기 기본 블록의 듀티에 대한 나머지 LED 블록의 듀티를 보간하는 것을 특징으로 하는 LED 백라이트 시스템의 구동 방법.
  12. 삭제
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