KR101003600B1 - 액정표시소자의 백라이트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광소자가 장착되는 백라이트의 휘도를 균일하게 하기 위한 것으로, m개의 그룹으로 분할되어 광을 발생시키는 n개의 발광소자와, 전압을 승압하여 각 그룹의 발광소자에 전압을 인가하는 복수의 승압수단과, 상기 승압수단에 전원을 공급하는 전원공급부로 구성된다.

백라이트, LED, 전압강하, 부스터, 전하펌프, 전원공급부

Description

액정표시소자의 백라이트{A BACK LIGHT OF A LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

도 1은 일반적인 액정표시소자의 구조를 나타내는 개략도.

도 2는 종래 액정표시소자의 구조를 나타내는 단면도.

도 3(a)는 종래 액정표시소자의 백라이트의 구조를 나타내는 개략도.

도 3(b)는 종래 백라이트의 구조를 나타내는 블록도.

도 4는 본 발명에 따른 백라이트를 나타내는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

165 : LED 172 : LED 전원공급부

174 : 부스터 176 : 제어부

181,182 : 전하펌프

본 발명은 액정표시소자의 백라이트에 관한 것으로, 특히 발광소자(Light Emitting Device)를 분할하여 직렬 구동시키므로써 각 LED에 인가되는 전압을 균일하게 하여 백라이트의 휘도를 균일하게 할 수 있는 백라이트의 발광소자 제어시스 템에 관한 것이다.

근래, 핸드폰(mobile phone), PDA, 노트북컴퓨터와 같은 각종 휴대용 전자기기가 발전함에 따라 이에 적용할 수 있는 경박단소용의 평판표시장치(Flat Panel Display device)에 대한 요구가 점차 증대되고 있다. 이러한 평판표시장치로는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), FED(Field Emission Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등이 활발히 연구되고 있지만, 양산화 기술, 구동수단의 용이성, 고화질의 구현이라는 이유로 인해 현재에는 액정표시소자(LCD)가 각광을 받고 있다.

이러한 액정표시소자는 투과형 표시소자로서, 액정분자의 굴절율 이방성에 의해 액정층을 투과하는 광의 양을 조절함으로써 원하는 화상을 화면상에 표시한다. 따라서, 액정표시소자에서는 화상의 표시를 위해 액정층을 투과하는 광원인 백라이트(back light)가 설치된다.

도 1 및 도 2에 이러한 액정표시소자의 구조가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 액정패널(10)에는 종횡으로 배열되어 복수의 화소(11)를 정의하는 복수의 게이트라인(12)과 데이터라인(14)이 형성되어 있으며, 각 화소 내에는 스위칭소자인 박막트랜지스터(Thin Film Transistor;16)가 배치되어 상기 게이트라인(12)을 통해 주사신호가 입력되는 경우 스위칭되어 데이터라인(14)을 통해 입력되는 신호를 액정층(18)에 인가한다. 도면에서, 도면부호 Cst는 축적캐패시터로서, 입력되는 데이터신호를 다음 주사신호의 인가시까지 유지하는 역할을 한다. 액정층(18)에 인가된 신호에 의해 액정분자가 동작되며, 액정분자가 동작됨에 따라 액정층(18)을 투과한 광이 컬러필터를 통과하면서 액정표시소자의 컬러가 구현된다.

이러한 액정표시소자의 화소구조를 도 2를 참조하여 설명한다. 도면에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명한 절연물질로 이루어진 제1기판(20)상에는 금속으로 이루어진 게이트전극(31)이 형성되어 있으며, 상기 게이트전극(31)이 형성된 기판(20) 전체에 걸쳐서 게이트절연층(22)이 적층되어 있다. 게이트절연층(22) 위에는 반도체층(33)이 형성되어 있으며, 그 위에 금속으로 이루어진 소스/드레인전극(35)이 형성되어 있다.

상기 소스/드레인전극(35) 위에는 기판(20) 전체에 걸쳐 보호층(passivation layer;24)이 형성되며, 상기 보호층(24) 위에 화소전극(37)이 형성되어 있다. 상기 화소전극은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명한 도전물질로 이루어진 것으로, 보호층(24)에 형성된 컨택홀(contact hole)을 통해 박막트랜지스터의 소스/드레인전극(35)과 전기적으로 접속된다.

또한, 제2기판(40)에는 화소의 화상 비표시영역, 즉 화소와 화소 사이 및 TFT영역으로 광이 누설되어 화질이 저하되는 것을 방지하기 위한 광차단층인 블랙매트릭스(42)가 형성되어 있으며, 화상표시영역에는 실제 컬러를 구현하는 컬러필터층(44)이 형성되어 있다. 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 블랙매트릭스(42)와 컬러필터층(44) 위에는 ITO 또는 IZO와 같은 투명한 금속으로 이루어진 공통전극이 형성되어 있다.

박막트랜지스터가 형성된 제1기판(20)과 컬러필터층(44)이 형성된 제2기판(40)은 그 사이에 액정이 주입되어 액정층(50)이 형성된다. 또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 제1기판(20) 및 제2기판(40)에는 광을 편광시키는 편광판이 부착되어 있다.

상기 제1기판(20) 하부에는 백라이트(60)가 구비되어 상기 액정층(50)에 광을 공급한다. 도면에 자세히 도시하지 않았지만, 상기 백라이트(60)는 통상적으로 광을 발생시키는 형광램프와, 상기 형광램프로부터 발생한 광을 액정패널로 인도하는 도광판과, 상기 도광판에 의해 인도되는 광의 효율을 향상시키기 위한 광학시트 등으로 이루어진다.

일반적으로 액정표시소자의 가장 큰 단점인 낮은 휘도는 광이 편광판과 액정층을 통과하면서 흡수되기 때문에 발생한다. 액정층에 조치를 취하여 이러한 단점을 극복하는 것은 실질적으로 불가능하므로, 현실적인 방안은 편광판의 광흡수율을 감소시키거나 백라이트로부터 방출되어 액정층(또는 편광판)으로 입사되는 광의 휘도를 향상시켜야만 한다. 그런데, 편광판의 물질을 다르게 하여 광흡수율을 감소시키는 경우 편광효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있어 바람직하지 않다. 따라서, 휘도를 향상시키는 방법으로는 백라이트로부터 방출되는 광의 휘도를 향상시키는 것이 가장 현실적이고 효과적인 방법이다.

백라이트의 휘도를 향상시키는 방법중에서 현재 많이 사용되고 있는 방법이 형광램프 대신에 LED를 사용하는 것이다. LED는 형광램프에 비해 휘도가 높고 수명이 길 뿐만 아니라 열을 발산하지 않기 때문에, 상기 형광램프를 대치하는 광원(light source)으로서 각광받고 있다.

도 3(a) 및 도 3(b)는 백라이트를 나타내는 도면으로, 도 3(a)는 LED가 장착된 백라이트를 나타내는 도면이고 도 3(b)는 LED가 장착된 백라이트를 제어하는 시스템의 블록도이다.

도 3(a)에 도시된 바와 같이, 상기 LED(64)는 백라이트(60)의 일측 측면에 설치된다. 상기 백라이트(60)에는 FPC(Flexible Printed Circuit board;62)가 부착되며, 상기 LED(64)는 상기 FPC(62)에 실장된다. 상기 FPC(62)는 외부의 구동회로와 연결되어 상기 LED(64)에 전원을 공급된다.

도 3(b)에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 LED(62)는 직렬로 연결되어 부스터(booster;74)로부터 전압이 인가된다. 상기 부스터(74)는 LED 전원공급부(72)와 연결되어 상기 LED 전원공급부(72)로부터 공급되는 전압을 승압한 후 상기 LED(62)에 인가한다. 또한, 상기 LED 전원공급부(72)는 제어부(76)에 연결되어 상기 제어부(76)로부터 입력되는 제어신호에 따라 상기 LED 전원공급부(72)가 부스터(74)에 전원을 공급한다.

일반적으로 LED 전원공급부(72)에서 부스터(74)로 공급된 전압은 상기 부스터(74)에서 승압된다. 예를 들어, 백라이트(60)에 9개의 LED(64)가 장착되고 각각의 구동전압이 3V인 경우 상기 부스터(74)에서 전압이 27V까지 승압된 후 각각의 LED(64)에 전압이 인가된다.

그러나, 상기와 같이, 부스터(74)에 의해 전압을 승압한 후 LED(64)에 전압을 인가하는 종래 백라이트는 다음과 같은 문제가 발생한다. 즉, 9개의 LED(64)가 장착되는 경우 상기 부스터(74)는 27V의 전압까지 승압시켜야만 하는데, 이와 같은 높은 전압으로의 승압은 부스터(74)의 내부 회로가 복잡하게 될 뿐만 아니라 효율이 저하되는 문제가 있었다. 또한, 부스터(74)로부터 복수의 LED(64)에 전압이 인가되는 경우 각 LED(64)에서는 구동전압에 대응하는 전압강하가 일어나는데, 많은 수의 LED(64)를 거치는 경우 LED(64)의 전압강하 오차가 커지게 되므로 LED(64)에 인가되는 전압이 불균일하게 되어 백라이트로부터 액정패널로 인가되는 광의 휘도가 불균일하게 된다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 백라이트에 장착되는 LED를 복수개의 그룹으로 분할하여 전압을 인가함으로써 전압강하오차에 의한 휘도불균일을 최소화할 수 있는 백라이트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 백라이트는 m개의 그룹으로 분할되어 광을 발생시키는 n개의 발광소자와, 전압을 승압하여 각 그룹의 발광소자에 전압을 인가하는 복수의 승압수단과, 상기 승압수단에 전원을 공급하는 전원공급부로 구성된다.

상기 승압수단은 전원공급부에서 공급되는 전압을 승압하는 부스터 및 상기 부스터에서 입력되는 전압을 펌핑하는 적어도 하나의 전하펌프로 이루어지면, 각 그룹의 발광소자에는 최대 {(n/m)-1}×V_drop의 전압강하오차가 발생한다.

본 발명에서는 백라이트에 장착되는 복수의 LED에 인가되는 전압을 균일하게 하여 복수의 LED에서 발생하는 광이 균일한 휘도를 갖게 함으로써 액정표시소자 전체에 균일한 휘도의 광을 공급하는 것이다.

일반적으로 직렬로 연결된 복수의 LED에 전압이 인가되면, LED가 동작할 때마다 해당 LED의 구동전압 만큼 강하된 전압이 다음의 LED에 인가된다. 한편, LED에서의 전압강하는 정확하게 LED 구동전압 만큼 이루어지지 않는다. 즉, 전압강하에 오차가 발생하는 것이다. 이러한 오차는 복수의 LED에 전압이 인가되는 경우 n개의 LED가 장착된 경우 n번째 LED에는 (n-1)×V_drop 만큼의 전압강하 오차가 발생한 전압이 인가되므로, 전체적으로 LED에서 발생하는 광의 휘도가 불균일하게 된다.

본 발명에서는 n개의 LED를 복수개의 그룹으로 나누어, 해당 그룹의 LED에 전압을 인가한다. 예를 들어, n개의 LED를 m개의 그룹으로 균일하게 분할하여 전압을 인가하는 경우 각 그룹에는 약 {(n/m)-1}×V_drop의 최대 전압강하 오차가 발생하므로(여기서, V_drop는 각 LED의 전압강하 오차), 종래에 비해 전압강하의 오차가 대폭 감소하게 된다. 따라서, 본 발명의 백라이트에서는 전압강하에 의한 백라이트의 휘도 불균일을 방지할 수 있게 되는 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 백라이트의 제어시스템을 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 백라이트의 제어시스템의 구조를 나타내는 도면이다. 도면에 도시된 바와 같이, 백라이트에 장착되는 복수의 LED(164)는 복수의 그룹(165a,165b,165c)으로 나누어져 있다. 이때, 도면에서는 9개의 LED(164)가 3개 의 그룹으로 나누어져 있지만, LED(164)는 특정 갯수에 한정될 필요는 없다. 예를 들어, 액정표시소자의 화면크기 등의 조건에 따라 상기 LED(164)의 갯수가 정해지므로, 도면에 도시된 9개의 LED(164)는 단지 설명의 편의를 위한 일례에 불과할 뿐이다. 또한, LED(164)가 분할되는 그룹의 숫자는 특정 숫자에 한정될 필요없을 것이다.

도면에 도시된 바와 같이, 상기 LED(164)가 분할된 제1그룹(165a)은 부스터(174)에 접속되어 있으며, 제2그룹(165b)은 제1전하펌프(181)에 접속되어 있다. 또한, 제3그룹(165c)은 제2전하펌프(182)에 접속되어 있다. 상기 부스터(174)와 제1전하펌프(181) 및 제2전하펌프(182)는 LED 전원공급부(172)에 접속되어 있으며, 상기 LED 전원공급부(172)는 제어부(176)와 접속되어 있다.

상기 제어부(176)는 백라이트에 제어신호를 인가하여 백라이트를 구동할 뿐만 아니라 도면표시하지 않은 구동회로(예를 들면, 게이트구동회로나 데이터구동회로 등)에 제어신호를 입력시켜 액정표시소자를 동작시킨다.

상기 부스터(174)와 제1 및 제2전하펌프(182)는 각 그룹(165a,165b,165c)의 LED(164)에 전압을 인가한다. 부스터(174)는 상기 LED 전원공급부(172)와 연결되어, 상기 LED 전원공급부(172)로부터 전압이 공급된다. 부스터(173)에서는 공급되는 전압을 약 9V로 승압한 후 이를 제1그룹(165a)의 LED(164)에 인가한다. 상기 제1그룹(165a)에는 3개의 LED(164)가 구비되어 있으므로, 각각의 LED(164)에는 약 3V의 전압이 인가된다(LED의 구동전압이 3V인 경우).

한편, 제1전하펌프(181)에는 상기 부스터(174)에서 승압된 9V의 전압이 공급 된다. 제1전하펌프(181)에서는 9V의 전압을 18V의 전압으로 펌핑(pumping)한다. 이때, 상기 제2그룹(165b)의 양단은 각각 제1전하펌프(181)와 부스터(174)에 연결되어 있으므로, 상기 제2그룹(165b)의 양단에는 각각 18V와 9V의 전압이 걸린다. 상기 제2그룹(165b)에 구비되는 LED(164)도 3개 이므로, 상기 제2그룹(165b)의 각 LED(164)에는 각각 3V의 전압이 인가된다.

제2전하펌프(182)는 제1전하펌프(182)에서 입력되는 18V의 전압을 27V로 펌핑하여 제3그룹(165c)의 LED(164)에 인가한다. 즉, 상기 제3그룹(165c)에 배치된 3개의 LED(164)에는 각각 3V의 전압이 인가된다.

이와 같이, 본 발명에서는 9개의 LED(164)가 3개의 그룹으로 분류되어 각각 부스터(174)와, 제1 및 제2전하펌프(181,182)에 의해 전압이 공급된다. 따라서, 각각의 승압수단, 즉 부스터(174)와 제1 및 제2전하펌프(181,182)는 전체 LED(164)에 대응하는 만큼의 전압 승압이 필요없이 단지 해당 그룹(165a,165b,165c)에 대응하는 만큼의 전압 승압만 별도로 이루어지면 되므로, 승압수단의 효율이 향상된다.

또한, 백라이트에 실장되는 전체 LED(164)가 복수의 그룹(165a,165b,165c)으로 분할되고 이 그룹에 별도로 승압된 전압이 인가되므로, 각 LED(164)는 전체 LED(164)의 전압강하 오차(V_drop)에 영향을 받는 것이 아니라 단지 해당 그룹(165a,165b,165c)의 LED(164)의 전압강하 오차만이 영향을 미치게 된다. 따라서, 종래의 백라이트에 비해 LED(164)에 영향을 미치는 전압강하의 오차가 감소하게 되므로 LED(164)에 불균일한 전압이 인가되는 것을 방지할 수 있게 되므로, 백 라이트의 휘도를 균일하게 할 수 있게 된다.

즉, 각 그룹(165a,165b,165c)의 LED(164)에서 2개의 LED(164)를 거친 전압이 LED(164, 각 그룹의 마지막에 위치한 LED)에 인가되는 경우 첫번째 전압이 인가된 LED와 두번째 전압이 인가된 LED에 의한 전압강하오차의 합(2V_drop)만이 LED의 전압에 영향을 미친다. 이 전압강하오차는 종래 발생할 수 있는 최대 8V_drop의 오차에 비해 훨씬 감소한 값임을 알 수 있다.

한편, 상기한 설명에서는 9개의 LED가 장착된 백라이트가 설명되고 있지만, 본 발명이 이러한 특정한 갯수의 LED에 한정되는 것은 아니다. 백라이트에 크기는 액정표시소자의 화면 크기(즉, 패널크기)에 따라 달라지므로, 상기 백라이트에 장착되는 LED의 숫자 역시 상기 패널의 크기에 따라 달라질 것이다. 즉, 백라이트에 장착되는 LED의 숫자는 필요에 따라 달라지는 것이다. 또한, 상기 백라이트를 분할하는 그룹의 숫자 역시 특정하게 한정되는 것은 아니다.

상기와 같은 관점에 따르면, n개의 LED가 장착되고 상기 LED가 m개의 그룹으로 분류되는 경우, 전압을 승압하여 각 그룹에 전압을 인가하는 승압수단(즉, 부스터나 전하펌프) 역시 m개 설치되어야만 할 것이다.

이러한 오차는 복수의 LED에 전압이 인가되는 경우 n개의 LED가 장착된 경우 n번째 LED에는 (n-1)×V_drop 만큼의 최대전압강하 오차가 발생한 전압이 인가되므로, 전체적으로 LED에서 발생하는 광의 휘도가 불균일하게 된다. 그러나, 본 발명에서는 각 그룹에 약 {(n/m)-1}×V_drop의 최대 전압강하 오차가 발생하므로, 종래에 비해 전압강하의 오차가 대폭 감소하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 백라이트에 장착되는 LED를 복수개의 그룹으로 분할하여 전압을 인가하기 때문에, 전압강하오차에 의한 휘도불균일을 최소화할 수 있게 된다. 이러한 본 발명은 특히 백라이트에 장착되는 LED의 숫자가 많은 경우에 특히 효율적이며, 이것은 근래 액정표시소자가 대면적화됨에 따라 본 발명이 더욱 유효하게 적용될 수 있다는 것을 의미한다(액정표시소자가 대면적으로 되면 백라이트의 면적이 증가하게 되고, 결국 LED의 숫자가 증가하므로).

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 백라이트에 장착되는 LED를 복수개의 그룹으로 분할하여 전압을 인가하기 때문에 각 LED에 인가되는 전압에 영향을 미치는 전압강하오차가 상대적으로 감소하게 된다. 따라서, 각 LED에는 균일한 전압이 인가되며, 그 결과 백라이트의 휘도가 균일하게 된다.

Claims (5)

1. 서로 직렬로 연결되며, m개의 그룹으로 분할되어 광을 발생시키는 n개의 발광소자;

   입력되는 전압을 승압하여 첫번째 그룹의 발광소자에 승압된 전압을 인가하는 부스터;

   상기 부스터에서 입력되는 전압을 펌핑하여 적어도 하나의 그룹의 발광소자에 펌핑된 전압을 인가하는 적어도 하나의 전하펌프; 및

   상기 부스터에 전원을 공급하는 전원공급부로 구성된 백라이트.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 전하펌프는 m-1개 구비되는 것을 특징으로 하는 백라이트.
4. 제1항에 있어서, 각 그룹의 발광소자에 인가되는 최대 전압강하오차는 {(n/m)-1}×V_drop(여기서, V_drop은 발광소자에 의한 전압강하오차)인 것을 특징으로 하는 백라이트.
5. 제1항에 있어서, 상기 전원공급부를 제어하여 승압수단에 전원을 공급시키는 제어부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트.

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