KR101010555B1 - 조명 장치에서의 사용을 위한 광원 유닛 - Google Patents

조명 장치에서의 사용을 위한 광원 유닛 Download PDF

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Abstract

LCD 디바이스의 백라이트 광원은, 일정한 출력 전력을 갖는 광을 방출하는 정전력 적색, 녹색 및 청색 LED (21R, 21G, 21B), 및 상기 백라이트 광원 (12) 의 온도에 기초하여 제어되는 제어된 출력 전력을 갖는 광을 방출하는 톤-보정 적색 LED (22) 를 포함한다. 그 톤-보정 적색 LED (22) 는, 정전력 적색 LED (22R) 의 감소된 출력 전력을 보충하기 위해 온도 상승시 더 큰 출력 전력을 갖는다.
조명 장치, 정전력 LED, 톤-보정 LED

Description

조명 장치에서의 사용을 위한 광원 유닛{LIGHT SOURCE UNIT FOR USE IN A LIGHTING APPARATUS}
본 발명은 조명 장치에서의 사용을 위한 광원 유닛에 대한 것으로, 더 상세하게는, 발광 다이오드 (LED) 를 포함하는 광원 유닛에 관한 것이다.
일반적으로, LED 또는 냉-음극관은 액정 표시 (LCD) 디바이스의 백라이트 유닛과 같이 조명 장치에서의 광원으로서 사용된다. 일반적으로 전용 점등 회로를 포함하고 이에 따라 더 높은 전압의 사용을 필요로 하는 냉-음극관이 텔레비전 또는 모니터 세트에서와 같이 대형 LCD 디바이스에서 주로 사용되어 왔다. 한편, 비교적 더 낮은 휘도 및 더 작은 점유 영역을 갖는 LED가 셀룰러 전화기 또는 개인 휴대 정보 단말기 (PDA) 에서와 같이 소형 LCD 디바이스에서 주로 사용되어 왔다. 그러나, 더 큰 출력 전력 및 더 높은 발광 효율을 갖기 위한 LED의 개발은 그 LED가 대형 LCD 디바이스에서 백라이트 유닛으로서 사용될 수 있게 해 왔다.
긴 시간 간격에서 연속적으로 발광하는 LED는 더 높은 디바이스 온도이기 쉽고 그로 인해 그의 출력 전력을 감소시킨다는 것을 알 수 있다. 일반적으로, 더 높은 디바이스 온도와 관련된 출력 전력에서의 감소의 정도는 LED의 p-n 접합에 서 사용되는 재료에 의존하므로, 백라이트 유닛에서의 적색, 녹색, 청색 LED 사이에서 상이하다. 이것은, 백라이트 유닛에서 LED를 사용하는 컬러 LCD 디바이스에서의 색도 시프트를 야기할 수도 있다.
"표준 및 확장 컬러 공간에서 이미지의 재생성에 대한 RGB-LED 백라이팅 모니터/TV" 라는 제목의 문헌, IDW '04 p.683-686 에서, 여기에서 설명되는 조명 장치는 색도 및 휘도의 보정을 가능하게 한다. 도 5는 그 문헌에서 설명된 조명 장치의 구성을 도시한 것이다. 조명 장치 (40) 는 도광판 (41), 및 도광판 (41) 의 장변 (longer edge surface) 을 따라 배치된 광원 유닛 (42) 을 포함한다.
광원 유닛 (42) 은 도광판 (41) 의 장변 (41a) 에 대향한 주 표면을 갖는 기판 (45), 및 기판 (45) 의 주 표면상에서 형성되고 각각 적색, 녹색 또는 청색 광을 방출하는 LED (46) 를 포함한다. LED (46) 에 의해 방출된 광은 장변 (41a) 을 통해 도광판 (41) 의 내부로 도입되고, 도광판 (41) 내에서 균일하게 확산되어, 도면에 수직인 방향으로 도광판 (41) 의 전면을 통해 방출된다.
또한, 조명 장치 (40) 는 조명 장치 (40) 에 대향하는 도광판 (41) 의 다른 장변상에 배치된 광 센서 유닛 (43), 광원 유닛 (42) 을 구동하는 LED 드라이버 (44), 및 기판 온도를 검출하기 위해 기판 (45) 상에 배치된 온도 센서 유닛 (47) 을 포함한다. 광 센서 유닛 (43) 은 적색, 녹색 및 청색 광의 강도를 개별적으로 검출하는 기능을 갖는다.
LED 드라이버 (44) 는, 광 센서 유닛 (43) 에 의해 검출된 각각의 적색, 녹색 및 청색 광의 강도를 모니터링하고, 조명 장치 (40) 가 특정된 색도 및 휘도를 출력하도록 LED (46) 의 출력 전력을 제어한다. 또한, LED 드라이버 (44) 는, 기판 (45) 의 온도 변화에 의해 야기되는 LED (46) 의 출력 전력의 변화를 보정하기 위해, 온도 센서 (47) 에 의해 측정된 조명 장치 (40) 의 기판 온도를 모니터링한다.
그 문헌에서 설명된 조명 장치 (40) 는, 광 센서 (43) 및 온도 센서 (47) 로부터 공급된 신호에 기초하여 LED (46) 의 출력 전력의 계산을 이용한다. 보정에 대한 계산은 전원으로부터 LED (46) 까지 공급될 전력의 제어를 복잡하게 하고, 따라서, LED 드라이버 (44) 를 위한 전용 IC 칩의 사용을 필요로 한다. 또한, 광 센서 유닛 (43) 의 비용은 조명 장치 (40) 의 비용을 상승시킨다. 또한, 광 센서 유닛 (43) 은 조명 장치 (40) 의 용적을 증가시키기 위한 큰 점유 영역을 갖는다. 따라서, 원하는 색도 및 휘도를 갖는 광을 방출하는 조명 장치를 간략하게 하는 것이 바람직하다.
상기의 관점에서, 간략화된 구조를 갖고 원하는 컬러 및 휘도를 갖는 광을 방출할 수 있는 백라이트 광원에 적합한 조명 장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
조명 장치에서의 사용을 위한 광원, 및 그 조명 장치를 포함하는 LCD 디바이스를 제공하는 것이 본 발명의 또 다른 목적이다.
본 발명은, 적어도 하나의 정전력 LED 및 적어도 하나의 톤-보정 LED를 포함하는 복수의 발광-다이오드 (LED); 및 조명 장치의 온도에 기초하여 톤-보정 LED의 출력 전력을 제어하고, 조명 장치의 온도에 관해 정전력 LED의 출력 전력을 유지하는 전력 제어 유닛을 포함한다.
또한, 본 발명은, 광원에 의해 방출된 광을 수신하고 그 수신 광을 방출하는 광원 유닛 및 도광판을 포함하는 조명 장치를 제공하며, 그 광원 유닛은; 적어도 하나의 정전력 LED 및 적어도 하나의 톤-보정 LED를 포함하는 복수의 발광 다이오드 (LED); 및 광원 유닛의 온도에 기초하여 톤-보정 LED의 출력 전력을 제어하고, 정전력 LED의 출력 전력이 광원 유닛의 온도에 관해 고정될 수 있도록 하는 전력 제어 유닛을 포함한다.
또한, 본 발명은, 광을 방출하는 조명 장치; 및 백라이트로서 그 조명 장치에 의해 방출된 광을 수신하는 액정 표시 패널을 포함하는 액정 표시 디바이스를 제공하며, 그 조명 장치는, 그 광원 유닛에 의해 방출된 광을 수신하고 그 수신 광을 방출하는 광원 유닛 및 도광판을 포함하며, 그 광원 유닛은, 적어도 하나의 정전력 LED 및 적어도 하나의 톤-보정 LED를 포함하는 복수의 발광-다이오드 (LED); 및 조명 장치의 온도에 기초하여 톤-보정 LED의 출력 전력을 제어하고, 조명 장치의 그 온도에 관해 정전력 LED의 출력 전력을 유지하는 전력 제어 유닛을 포함한다.
본 발명의 광원 유닛, 및 본 발명의 조명 장치 및 LCD 디바이스에서 사용되는 광원 유닛에 의하면, 광원 유닛의 온도 변화에 의해 야기되는 정전력 LED의 색도 시프트 및/또는 휘도 변화는 그 온도에 기초하여 톤-보정 LED의 출력 전력의 제어에 의해 소거될 수 있다. 이것은 조명 장치에서 광 센서를 사용하는 것 없이 달성되며, 그에 의해 조명 장치의 용적을 감소시킨다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특성 및 이점은 첨부한 도면을 참조하여 다음 의 설명으로부터 더 명백할 것이다.
본 발명에 의하면, 간략화된 구조를 갖고 원하는 컬러 및 휘도를 갖는 광을 방출할 수 있는 백라이트 광원에 적합한 조명 장치를 제공할 수 있고, 조명 장치에서의 사용을 위한 광원, 및 그 조명 장치를 포함하는 LCD 디바이스를 제공할 수 있으며, 조명 장치에서 광 센서를 사용하는 것 없이, 광원 유닛의 온도 변화에 의해 야기되는 정전력 LED의 색도 시프트 및/또는 휘도 변화가 그 온도에 기초하여 톤-보정 LED의 출력 전력의 제어에 의해 소거될 수 있으므로, 조명 장치의 용적을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태
다음으로, 본 발명은 첨부 도면에 참조하여 더 상세하게 설명되며, 여기서, 유사한 구성 엘리먼트는 유사한 참조 부호에 의해 지정된다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 도면 부호 (10) 에 의해 지정된 조명 장치는, 도광판 (11), 및 그 도광판 (11) 의 장변 (11a) 을 따라 배치된 광원 유닛 (12) 을 포함한다. 광원 유닛 (12) 은 LCD 디바이스에서의 사용을 위한 백라이트 유닛으로서 구성된다. 도 1에서, LCD 디바이스의 LCD 패널 (19) 은 점선에 의해 도시된다. 그 LCD 패널 (19) 은 조명 장치 (10) 에 의해 방출된 광을 수신하기 위해 조명 장치 (10) 의 전방에 배치된다.
광원 유닛 (12) 은 LED 어레이 (13), 및 그 LED 어레이 (13) 에 접속된 LED 드라이버 (14) 를 포함한다. LED 어레이는, 기판 (15), 도광판 (11) 의 장변 (11a) 에 대향한 기판 (15) 의 표면 상의 행으로 배열된 복수의 LED (16), 및 광원 유닛 (12) 의 기판 온도를 검출하기 위해 기판 (15) 상에 배치된 온도 센서 (17) 를 포함한다. LED 드라이버 (14) 는 LED (16) 및 온도 센서 (17) 에 접속된다.
도 2는 도 1에 도시된 광원 유닛 (12) 의 블록도이다. 도 1에 도시된 LED (16) 는 일정한 전력에서 구동되는 복수의 정전력 LED (21), 및 기판 (15) 의 온도에 기초하여 제어되는 제어 전력에서 구동되는 복수의 톤-보정 LED (22) 를 포함한다. 정전력 LED (21) 는 적색 LED (21R), 녹색 LED (21G) 및 청색 LED (21B) 를 포함하며, 이들 모두는 각각의 컬러화된 광을 방출한다. 톤-보정 LED (22) 는 적색 광을 방출하는 적색 LED를 포함한다. 이들 LED (21, 22) 들은 기판 (15) 상에서 일정한 피치 (pitch) 로 배열되고, 톤-보정 LED (22) 는 정전력 적색 LED (21R) 에 인접하여 배치된다. 그 톤-보정 LED (22) 는 또 다른 기판상에 배치될 수도 있다는 것을 알 수 있다.
본 실시형태에서, 온도 센서 (17) 는 서미스터 (thermistor) 에 의해 구성되며, 그 서미스터는 기판 (15) 의 온도에 의존하는 저항이라고 가정한다. 소형이고 용이한 배열 때문에, 서미스터의 사용은 특히 바람직하며, 그에 의해 광원 유닛 (12) 의 용적 및 형상에 거의 영향을 주지 않는다.
LED 드라이버 (14) 는 전원 회로 (31), 보정 회로 (32), 및 전력 제어 유닛 (33) 를 포함한다. 전원 회로 (31) 는 정전력 LED (21R, 21G, 21B) 에 접속하고 각각의 정전력 LED (21R, 21G, 21B) 에 일정한 전력을 공급한다.
보정 회로 (32) 는 온도 센서 (17) 및 전력 제어 유닛 (33) 에 접속하고, 온도 센서 (17) 의 저항과 전력 제어 유닛 (33) 에 공급될 제어의 양 사이의 관계를 도시하는 룩업 (look-up) 테이블을 그 내에 포함한다. 그 룩업 테이블에서, 온도 센서 (17) 의 저항은 저항으로부터 변환된 온도 센서 (17) 의 단자 전압에 의해 대체될 수도 있다. 보정 회로 (32) 는, 룩업 테이블을 참조함으로써, 온도 센서 (17) 가 조명 장치의 온도 정보로서 전달하는 온도에 기초하여 제어 신호를 발생시킨다.
전력 제어 유닛 (33) 는 보정 회로 (32) 및 톤-보정 LED (22) 에 접속한다. 전력 제어 유닛 (33) 는 보정 회로 (32) 로부터 제어 신호를 수신하고, 그 수신 제어 신호에 기초하여 톤-보정 LED (22) 에 공급될 전력을 제어한다. 톤-보정 LED (22) 에 공급된 전력의 제어는 정전류 제어 기술, 펄스 폭 변조 (PWM) 신호에 기초한 듀티 (duty) 비율 제어 기술, 등을 사용할 수도 있다.
도 1을 다시 참조하면, 도광판 (11) 은 광원 유닛 (12) 에 의해 방출된 광을 장변 (11a) 을 통해 수신하고, 도광판 (11) 내에서 그 수신 광을 확산하며, 도면에 수직인 방향으로 LCD 패널 (19) 을 향하여 그의 전면을 통해 그 확산된 광을 방출한다.
도 3은 컬러 LED의 출력 전력과 그 컬러 LED의 p-n 접합의 온도 사이의 일반적인 관계의 일 예를 도시한 것이다. 세로 좌표상에서 나타낸 출력 전력은 특정 온도 (약 25도) 에서 출력 전력에 의해 정규화되며, 퍼센트의 관점에서 도시된다. 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 출력 전력에서의 감소의 정도는, 적 색 LED에서 더 크고, 녹색 LED에서 중간이며, 청색 LED에서 더 작다. 보정 회로 (32) 에 저장된 룩업 테이블은 도 3에 도시된 바와 같은 관계에 기초하여 생성되고, 온도 상승시 정전력 적색 LED (21R) 의 출력 전력에서의 감소를 벌충하거나 보충하도록 예정된다.
도 3에서, 녹색 LED 및 청색 LED 는 적색 LED와 비교하여 온도 상승시 출력 전력에서의 감소의 더 작은 정도를 경험한다. 따라서, 본 실시형태에서, 톤-보정 적색 LED (22) 는 온도 상승에 따라 그의 출력 전력을 증가시키며, 그에 의해, 톤 또는 색도 시프트뿐만 아니라 온도 상승에 의해 야기되는 광의 휘도 감소를 보정한다. 이것은 조명 장치 (10) 에 의해 방출되는 광에 대해 안정된 색도 및 휘도를 제공한다.
상술된 바와 같이, 톤-보정 적색 LED (22) 의 출력 전력은, 정전력 LED (21R, 21G, 21B) 에 의해 방출된 광의 톤 및 휘도 시프트를 보정하기 위해 기판 (15) 의 온도에 기초하여 제어된다. 본 실시형태의 조명 장치 (10) 는, 온도 변화에 의해 야기되는 방출된 광의 색도 시프트를 보정하는 광 센서 및 전용 IC 칩의 제공을 불필요하게 한다. 따라서, 톤 및 휘도 보정이 더 낮은 비용으로 간단한 구조에 의해 달성된다.
또한, 톤-보정 LED (22) 는, 더 넓은 온도 범위내에서 및 더 높은 정확도로 톤 및 휘도 보정을 달성하기 위해, 하나 이상의 녹색 LED 및 하나 이상의 청색 LED를 포함할 수도 있다는 것을 알 수 있다. 그러한 경우, 조명 장치 (10) 는, 녹색 LED 및 청색 LED를 위한 또 다른 보정 회로 및 또 다른 전류 제어 회로를 포함 할 수도 있다.
톤-보정 LED가 적색, 녹색 및 청색 LED를 포함하면, 적색 LED는 더 높은 온도 범위에서 동작될 수도 있지만, 녹색 및/또는 청색 LED는 더 낮은 온도 범위에서 동작될 수도 있다. 톤-보정 LED는 청색 LED만을 포함할 수도 있으며, 그 청색 LED는 온도 상승시에, 또는 더 높은 온도 범위에서 그의 출력 전력을 감소시키도록 제어된다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시형태에 따라 조명 장치에서 사용되는 또 다른 광원 유닛 (18) 의 블록도를 도시한 것이다. 광원 유닛 (18) 은, 그 광원 유닛 (18) 이 입력 디바이스 (34) 를 포함한다는 것을 제외하고 도 2의 광원 유닛 (17) 과 유사하다. 입력 디바이스 (34) 는, 전력 제어 유닛 (33) 에 입력 신호를 전달하기 위해 사용자로부터 그 입력 신호를 수신한다.
전력 제어 유닛 (33) 는, 도 1에 도시된 온도 센서 (17) 로부터 공급된 온도 신호에 의한 제어에 따라, 톤-보정 LED의 출력 전력을 제어하도록 입력 신호에 의해 제어된다. 본 실시형태의 조명 장치의 다른 구성은, 제 1 실시형태의 조명 장치 (10) 의 구성과 유사하다.
조명 장치의 사용자는, 원하는 톤 및 휘도를 갖는 광을 방출하기 위해 전력 제어 유닛 (33) 를 제어하도록 입력 디바이스 (34) 를 통해 입력 신호를 입력한다. 입력 디바이스 (34) 는, 정전력 LED (21R, 21G, 21B) 의 출력 전력을 제어하기 위해 도 2의 도면 부호 (31) 와 같은 전원 회로를 제어하도록, 입력 신호를 전원 회로 (31) 에 전달할 수도 있다. 여기에서 사용된 바와 같은 "정전력" 이라는 용어는 조명 장치의 온도 변화에 관하여 일정한 전력을 의미한다.
상기 실시형태는 예를 위해서만 설명되므로, 본 발명은 상기 실시형태에 제한되지 않으며, 다양한 변형 또는 수정은 본 발명의 범위를 벗어나는 것 없이 당업자에 의해 본 발명으로부터 용이하게 행해질 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 조명 장치의 개략적인 정면도.
도 2는 도 1에서 도시된 광원 유닛의 블록도.
도 3은 p-n 접합의 온도와 LED의 정규화된 출력 전력 사이의 관계를 도시한 그래프.
도 4는 또 다른 광원 유닛의 블록도.
도 5는 종래의 조명 장치의 블록도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10, 40: 조명 장치 11, 41: 도광판
11a, 41a: 장변 12, 42: 광원 유닛
13: LED 어레이 14, 44: LED 드라이버
15, 45: 기판 16, 46: LED
17, 47: 온도 센서 19: LCD 패널
21G: 녹색 정전력 LED 21B: 청색 정전력 LED
21R: 적색 정전력 LED 22: 톤-보정 LED
31: 전원 회로 32: 보정 회로
33: 전력 제어 유닛 34: 입력 디바이스

Claims (6)

  1. 광원 유닛으로서,
    상기 광원 유닛은,
    하나 이상의 정전력 LED (21) 및 하나 이상의 톤-보정 LED (22) 를 포함하는 복수의 발광-다이오드 (LED; 16); 및
    광원 유닛 (12) 의 온도에 기초하여 상기 톤-보정 LED (22) 의 출력 전력을 제어하여, 상기 정전력 LED (21) 의 출력 전력이 상기 광원 유닛 (12) 의 상기 온도에 관하여 고정될 수 있도록 하는 전력 제어 유닛 (33) 을 포함하고,
    상기 하나 이상의 톤-보정 LED (22) 는 톤-보정 적색 LED 를 포함하고,
    상기 전력 제어 유닛 (33) 은 온도 상승시 톤-보정 적색 LED 의 상기 출력 전력을 증가시키는, 광원 유닛.
  2. 광원 유닛으로서,
    상기 광원 유닛은,
    하나 이상의 정전력 LED (21) 및 하나 이상의 톤-보정 LED (22) 를 포함하는 복수의 발광-다이오드 (LED; 16); 및
    광원 유닛 (12) 의 온도에 기초하여 상기 톤-보정 LED (22) 의 출력 전력을 제어하여, 상기 정전력 LED (21) 의 출력 전력이 상기 광원 유닛 (12) 의 상기 온도에 관하여 고정될 수 있도록 하는 전력 제어 유닛 (33) 을 포함하고,
    상기 하나 이상의 톤-보정 LED (22) 는 톤-보정 적색 및 녹색 LED 를 포함하고,
    상기 전력 제어 유닛 (33) 은 온도 상승시 상기 톤-보정 적색 및 녹색 LED 의 출력 전력을 증가시키는, 광원 유닛.
  3. 광원 유닛으로서,
    상기 광원 유닛은,
    하나 이상의 정전력 LED (21) 및 하나 이상의 톤-보정 LED (22) 를 포함하는 복수의 발광-다이오드 (LED; 16); 및
    광원 유닛 (12) 의 온도에 기초하여 상기 톤-보정 LED (22) 의 출력 전력을 제어하여, 상기 정전력 LED (21) 의 출력 전력이 상기 광원 유닛 (12) 의 상기 온도에 관하여 고정될 수 있도록 하는 전력 제어 유닛 (33) 을 포함하고,
    상기 하나 이상의 톤-보정 LED (22) 는 톤-보정 청색 LED 를 포함하고,
    상기 전력 제어 유닛 (33) 은 온도 상승시 상기 톤-보정 청색 LED 의 출력 전력을 감소시키는, 광원 유닛.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원 유닛은,
    상기 정전력 LED (21), 상기 톤-보정 LED (22), 또는 상기 정전력 LED (21) 와 상기 톤-보정 LED (22) 모두의 출력 전력을 제어하는 제어 신호를 수신하는 입 력 디바이스 (34) 를 더 포함하는, 광원 유닛.
  5. 제 4 항에 기재된 광원 유닛; 및
    상기 광원 유닛에 의해 방출되는 광을 수신하고 상기 수신 광을 방출하는 도광판 (11) 을 구비하는 조명 장치 (10).
  6. 제 5 항에 기재된 조명 장치 (10); 및
    백라이트로서 상기 조명 장치 (10) 에 의해 방출된 광을 수신하는 액정 표시 패널 (18) 을 구비하는 액정 표시 디바이스.
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