KR101067041B1 - 백라이트 구동방법 - Google Patents

Abstract

점등안정화와 오동작을 방지할 수 있는 백라이트 구동방법이 개시된다.

본 발명의 백라이트 구동방법은, 소정 펄스에 상응하는 제1 구동전압을 이용하여 램프에 소정 전압을 형성하는 단계; 및 구동 신호에 상응하는 제2 구동전압을 상기 소정 전압만큼 강하하여 상기 램프를 발광하는 단계를 포함한다.

액정표시장치, 백라이트, LCC 보호회로, 인에이블 신호

Description

백라이트 구동방법{Method for driving backlight}

도 1은 종래의 관외전극 형광램프를 구비한 백라이트 구동장치를 도시한 블록도.

도 2는 도1의 구동장치에 의한 전압파형을 도시한 도면.

도 3a는 정상 동작하는 경우의 램프의 전기적 특성을 도시한 도면.

도 3b는 비정상 동작하는 경우의 램프의 전기적 특성을 도시한 도면.

도 4는 본 발명에 따른 백라이트 구동장치의 인에이블 신호를 도시한 도면.

도 5a 및 도 5b는 도 4의 펄스가 인가된 경우에 램프에 전하가 충전되는 모습을 도시한 도면.

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 점등안정화와 오동작을 방지할 수 있는 백라이트 구동방법에 관한 것이다.

통상적으로, 평판표시장치(Flat Panel Display)는 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel), 전계발광소자(Field Emission Display), 발광다이오드(Light Emitting Diode), 액정표시장치(Liquid Crystal Display)를 포함한다. 이러한 평판표시장치는 크게 발광형과, 수광형으로 분류된다. 플라즈마 디스플레이 패널, 전계발광소자, 발광다이오드는 발광형이고, 액정표시장치는 수광형이다.

특히, 액정표시장치는 그 자체가 발광하지 못하기 때문에 외부에서 빛이 입사되어 화상을 형성하는 수광형 소자이므로, 어두운 곳에서는 화상을 표시할 수 없는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 액정표시장치는 배면에 백라이트 어셈블리가 구비되어 빛을 조사하므로 어두운 곳에서도 화상을 표시할 수 있다.

백라이트 어셈블리의 일반적인 요구사양은 고휘도, 고효율, 휘도의 균일성, 장수명, 박형, 경량화, 저가격 등이다. 통상적으로, 노트북의 모니터의 경우 소비전력을 낮게 하기 위하여 고효율의 장수명 백라이트 어셈블리가 요구되고, 범용 PC의 모니터나 TV의 경우에는 고휘도 백라이트 어셈블리가 요구된다.

백라이트 어셈블리에는 광을 제공하는 광원으로서 램프가 구비된다. 표시면에 대한 램프의 배치에 따라 에지형(edge type)과 직하형(direct type)으로 구분된다. 에지형 백라이트 어셈블리는 램프가 가장자리에 배치되어 광을 수평방향으로 조사하고, 조사된 광을 도광판에 의해 전방의 액정패널로 진행시킨다. 직하형 백라이트 어셈블리에는 램프는 일측 가장자리에 구비될 수도 있고, 양측 가장자리 또는 4측 가장자리에 구비될 수도 있다. 이에 반해, 직하형 백라이트 어셈블리는 다수개의 램프들이 일정간격으로 배치되어 각 램프들로부터 제공된 광이 직접 전방의 액 정패널로 진행되게 된다.

백라이트 어셈블리는 앞서 설명한 바와 같이, 고휘도가 요구되어야 하는데, 현재 이러한 조건을 만족시켜 주는 램프로는 냉음극 형광램프(CCFL: Cold Cathode Fluorescent Lamp)가 있다.

이러한 냉음극 형광램프는 LC 공진형 인버터에서 얻어지는 수십 kHz의 낮은 교류전압을 승압 트랜스를 이용하여 냉음극 형광램프의 방전 개시 광 유지에 필요한 고전압을 얻는 것이다. 이때 인버터 출력파형은 사인파의 형태이다. 이러한 LC 공진형 인버터는 비교적 장치가 간단하고 효율이 높다는 장점이 있으나 복수의 냉음극 형광램프를 병렬 연결하여 하나의 인버터로 구동할 수 없다는 문제점이 있다. 따라서, 냉음극 형광램프를 채용한 에지형 방식이나 직하형 방식의 백라이트에서는 냉음극 형광램프의 개수에 해당하는 인버터가 필요한 실정이다.

이러한 냉음극 형광램프의 단점을 극복화고, 대형화 추세의 액정표시장치의 고휘도와 고효율을 보장하면서, 장수명과 경량화를 보장할 수 있는 백라이트 어셈블리의 개발 요구에 부응하여 무전극 유리관에 관외전극을 형성한 관외전극 형광램프(EEFL: External Electrode Fluorescent Lamp)가 개발되었다.

최근에 다수의 관외전극 형광램프를 반사판 위에 직하형으로 배치하는 방식으로 백라이트를 구성하고, 이를 수 MHz의 고주파 구동에 의하여 관외전극 형광램프가 수만 cd/m²의 고휘도를 달성하였다.

이러한 관외전극 형광램프는 다수개를 병렬 연결하여 하나의 인버터를 이용 하여 구동할 수 있다.

이와 같이 다수의 관외전극 형광램프를 구동하게 되는 경우, 인버터의 출력단, 즉 트랜스의 출력단에서 상당한 량의 고전류가 흐를 수 있다. 이러한 고전류는 인체에 접촉되는 경우 치명적일 수 있기 때문에 인체가 접촉되는 경우 관외전극 형광램프의 구동을 차단시키는 LCC(Limit Current Circuit) 보호회로가 구비된 백라이트 구동장치가 사용되고 있다.

도 1은 종래의 관외전극 형광램프를 구비한 백라이트 구동장치를 도시한 블록도이다. 도 2는 도1의 구동장치에 의한 전압파형을 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 램프(17)를 구동하기 위한 인에이블 신호가 제어부(11)로 입력된다. 인에이블 신호는 자체적으로 발생될 수도 있고 또는 외부에서 공급하여 줄 수도 있다. 상기 제어부(11)는 상기 인에이블 신호를 바탕으로 PWM(Pulse Width Modulation) 변조하여 PWM 신호를 FET(13)로 출력한다. 상기 FET(13)에는 외부에서 직류전압이 공급되고 있다. FET(13)에는 4개의 트랜지스터가 하나의 캐패시터를 사이에 두고 병렬연결되어 있다. 상기 PWM 신호의 첫 번째 펄스에 의해 정극성의 직류 구형 전압이 출력되고, 두 번째 펄스에 의해 부극성의 직류 구형 전압이 출력된다. 따라서, 상기 FET(13)에서는 연속적으로 입력되는 PWM 신호의 각 펄스에 응답하여 정극성 및 부극성의 직류 구형 전압이 번갈아 출력되게 된다.

트랜스(15)는 각 직류 구형 전압을 일정 정도 승압시켜 램프(17)로 출력시킨다. 여기서, 램프(17)는 관외전극 형광램프를 나타내는 것으로서, 상기 트랜스(15) 에 대해 다수의 관외전극 형광램프가 병렬로 연결되게 된다. 이와 같이 다수의 병렬연결된 관외전극 형광램프를 하나의 트랜스(15)로 구동이 가능한 것이 관외전극 형광램프를 채용한 백라이트의 장점이다.

이와 같이 트랜스(15)로부터 일정 구간 일정한 전압으로 유지되는 직류 구형 전압에 의해 관외전극 형광램프가 구동되기 때문에 균일한 휘도를 갖는 광이 발광될 수 있다.

한편, 상기 트랜스(15)와 램프 사이에서 트랜스(15)나 램프(17)의 전기적 특성(Vo, Io)을 검출하여 LCC 보호회로(19)로 제공된다. 이때, 상기 트랜스(15)나 램프(17)의 전기적 특성(Vo, Io)은 교류 특성을 갖지만, 이를 정류화시켜 직류로 변환하여 LCC 보호회로(19)로 제공되게 된다. 이와 같은 과정은 이미 널리 공지된바 더 이상의 설명은 생략한다.

이와 같이 구성된 백라이트 구동장치에서는 정상 동작하는 경우에는 도 3a에 도시된 바와 같이, 전압(Vo) 및 전류(Io)가 일정하게 검출되게 된다.

하지만, 도 3b에 도시된 바와 같이, 트랜스(15)나 램프(17) 등에 대한 인체의 접촉 등과 같은 외부 요인이 발생되는 경우에는 전압(Vo) 또는 전류(Io)가 일정하게 검출되지 않고 상승될 가능성이 있다. 이와 같이 전압(Vo) 또는 전류(Io)에 갑작스런 변동이 발생되는 경우, 상기 LCC 보호회로(19)는 이러한 상황을 오동작으로 인식하여 이를 제어부(11)에 알려준다. 이에 따라, 상기 제어부(11)는 입력되는 인에이블 신호를 차단하여 트랜스(15) 및 램프(17)가 구동되는 것을 차단시킨다.

통상, 이러한 관외전극 형광램프가 병렬연결되는 경우에는 각 램프에 흐르는 관전류는 그 합이 되기 때문에 그 양이 상당하다. 이러한 경우에 인체가 램프(17)와 트랜스(15) 등에 접촉되는 경우에는 치명적일 수 있다. 이러한 인체의 접촉시 백라이트 구동장치를 차단시키기 위해 앞서 설명한 바와 같은 LCC 보호회로(19)가 널리 사용되고 있다.

한편, 구동초기에는 도 2에 도시된 바와 같이, 오버슈팅에 의한 과전압 또는 과전류가 발생한다. 이러한 과전압 또는 과전류는 트랜스(15)나 램프(17)에 내재하는 임피던스(저항이나 캐패시터 포함)가 초기에 이러한 과전압이나 과전류를 막아내지 못해 발생된다. 즉, 초기에 캐패시터에 충전된 벽전하가 없기 때문에 어떠한 전압강하도 발생시키지 못하므로, 순간적으로 과전압이나 과전류가 흐르게 된다. 하지만, 구동이 진행되면서 캐패시터에 전하가 충전되게 되어 전압강하를 발생시키게 되므로 더 이상 과전압 과전류가 발생하지 않고 정상적인 전압이나 전류로 강하되게 된다.

이와 같이, 구동 초기에 발생되는 순간적인 과전류나 과전압이 검출되어 상기 LCC 보호회로(19)로 제공되는 경우, 상기 LCC 보호회로(19)는 이를 인체 접촉에 의한 오동작으로 판단하여 이에 대한 신호를 제어부(11)로 보내주어 백라이트 구동장치의 구동을 차단시키는 오류가 발생될 수 있다. 구동초기에 발생되는 과전압이나 과전류는 오동작이 아니고 자연적인 현상이다, 또한, 관외전극 형광램프의 경우에는 이러한 과전압이나 과전류에 의해 자기방전이 발생되어 보다 높은 고휘도와 고효율을 얻을 수 있다.

하지만, 종래의 백라이트 구동장치에서는 이러한 초기 구동시의 과전압이나 과전류를 오동작으로 판단하게 되어 램프의 점등을 차단시키는 오류를 발생시키는 문제점이 있다.

또한, 종래의 백라이트 구동장치에서는 한번 램프가 차단되게 되면, 인위적으로 인에이블 신호를 주지 않는 이상 램프를 다시 점등시킬 수 없는 문제점도 있다.

이에 따라, 램프의 점등이 불안정해지고 초기 구동시마다 다시 강제적으로 인에이블 신호를 주어 구동을 시켜야 하는 번거로움이 발생된다.

본 발명은 일정한 펄스를 제공한 다음, 구동 신호를 제공하여 줌으로써, 초기 구동시의 오동작을 방지하고 점등 안정화를 도모할 수 있는 백라이트 구동방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 백라이트 구동방법은, 소정 펄스에 상응하는 제1 구동전압을 이용하여 램프에 소정 전압을 형성하는 단계; 및 구동 신호에 상응하는 제2 구동전압을 상기 소정 전압만큼 강하하여 상기 램프를 발광하는 단계를 포함한다.

상기 소정 펄스와 구동신호는 인에이블 신호이다.

상기 소정 펄스는 적어도 하나 이상 생성될 수 있다.

상기 소정 펄스의 개수는 펄스폭에 따라 가변될 수 있다.

상기 소정 펄스의 개수는 상기 램프가 안정적으로 발광되는 정도에 따라 가변될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

본 발명의 백라이트 구동장치는 종래의 백라이트 구동장치(도 1)와 동일하므로, 도 1을 참조하여 본 발명의 백라이트 구동장치를 설명한다.

본 발명은 초기 구동시 발생되는 과전압이나 과전류를 억제하여, 이러한 과전압이나 과전류에 의한 LCC 보호회로의 잘못된 판단으로 인한 백라이트 구동장치의 오동작을 방지하여 정상적으로 구동되도록 한다.

이와 같이 과전압 또는 과전류를 억제하기 위해 제어부(11)에 일정구간 펄스를 인가한 다음, 구동신호를 인가시킨다. 여기서, 구동신호는 실질적으로 또는 정상적으로 램프(17)를 구동시키기 위한 신호를 의미한다. 여기서, 램프는 병렬로 연결된 다수개의 관외전극 형광램프들을 총칭한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 인에이블 신호는 적어도 하나 이상의 펄스(여기서는, 제1 펄스와 제2 펄스)와 구동 신호로 이루어질 수 있다.

제1 펄스가 제어부(11)로 인가되면, 제1 펄스 구간에 대응되는 PWM 신호가 출력된다. 이러한 PWM 신호에 따라 FET(13)에서 직류 구형 전압이 출력되고, 트랜스(15)에서 승압된 전압이 램프(17)로 출력된다. 이때, 상기 승압 전압은 상기 제1 펄스를 기초로 하여 만들어지기 때문에 매우 짧은 구간을 갖는 단일 구형 전압이 될 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 램프(17)에는 캐패시터가 내재된다. 이에 따라, 도 5a에 도시된 바와 같이, 내재된 캐패시터에 전하가 충전되기 시작한다. 하지만, 상기 승압전압의 구간이 매우 짧기 때문에 캐패시터에 전하가 충분히 충전되지 못하여 상기 캐패시터에는 낮은 캐패시터 전압(Vc1)이 형성된다.

이러한 경우, 다시 제2 펄스가 제어부(11)로 인가되면, 앞에 설명한 과정을 동일하게 거쳐 승압 전압이 만들어진 다음 다시 램프(17)에 공급된다.

이에 따라, 도 5b에 도시된 바와 같이, 내재된 캐패시터에 전하가 이전에 충전된 전하에 추가되어 더 많은 전하가 충전되게 되어, 결국 높은 캐패시터 전압(Vc2)이 형성된다.

이어서, 구동 신호가 상기 제어부(11)로 인가된다. 상기 제어부(11)는 상기 구동 신호를 바탕으로 PWM 변조하여 PWM 신호를 FET(13)로 출력한다. 상기 FET(13)에는 외부에서 직류전압이 공급되고 있다. FET(13)에는 4개의 트랜지스터가 하나의 캐패시터를 사이에 두고 병렬연결되어 있다. 상기 PWM 신호의 첫 번째 펄스에 의해 정극성의 직류 구형 전압이 출력되고, 두 번째 펄스에 의해 부극성의 직류 구형 전압이 출력된다. 따라서, 상기 FET(13)에서는 연속적으로 입력되는 PWM 신호의 각 펄스에 응답하여 정극성 및 부극성의 직류 구형 전압이 번갈아 출력되게 된다.

트랜스(15)는 각 직류 구형 전압을 일정 정도 승압시켜 램프(17)로 출력시킨다.

이러한 경우, 상기 램프(17)에 공급된 초기 승압 전압은 앞서 설명한 대로, 오버슈팅에 의해 과전압이 발생될 수 있다. 하지만, 이러한 과전압은 이미 제1 및 제2 펄스에 따른 승압전압에 의해 램프(17)에 내재된 캐패시터에 비교적 높은 캐패시터 전압(Vc2)이 형성되어 있으므로, 이러한 높은 캐패시터 전압(Vc2)에 의해 상쇄되어 정상적인 전압으로 감소될 수 있다. 이에 따라, 램프(17)에 흐르는 관전류에 의한 초기 과전류가 보상되어 정상 전류로 감소될 수 있다.

상기 제1 펄스에 상응하는 승압전압에 의해서도 오버슈팅이 발생되어 LCC 보호회로(19)가 오동작될 수 있다. 하지만, 상기 제1 펄스에 상응하는 승압전압 및 제2 펄스에 상응하는 승압전압에 의해 램프(17)에 내재된 캐패시터에 충분한 전하에 의해 높은 전압(Vc2)이 존재하므로, 구동 신호가 인가될 경우 과전압 또는 과전류에 의한 LCC 보호회로(19)의 오동작은 발생하지 않게 된다. 초기 구동시 충분한 램프의 점등 안정화를 위해 제1 및 제2 펄스의 펄스폭이나 개수는 램프 특성에 따라 조정될 수 있다. 이러한 인에이블 신호(제1 및 제2 펄스 그리고 구동신호)는 제어부(11)에서 FET(13)으로 인가될 때, 소프트웨어적으로 펄스들이 발생되도록 프로그래밍될 수 있다.

앞에서는 펄스가 2개만이 생성되는 것으로 설명되고 있지만, 펄스는 하나, 두개 혹은 그 이상이 생성될 수 있다. 즉, 펄스폭을 길게 하는 경우에는 하나의 펄스만을 이용하더라도 이러한 펄스에 따른 승압 전압에 의해 램프(17)에 내재된 캐패시터에 초기 구동시의 과전압을 억제할 만큼의 충분한 전하를 충전할 수 있다. 만일 펄스폭이 작은 경우에는 하나의 펄스만을 이용하여서는 램프(17)의 캐패시터에 충분한 전하를 충전할 수 없기 때문에, 적어도 하나 이상의 펄스가 이용될 수 있다.

한편, 램프(17)의 캐패시터에 축전된 캐패시터 전압(Vc2)에 의해 초기 구동시의 과전압이나 과전류가 정상 전압이나 정상 전류로 보상됨으로써, 트랜스(15)나 램프(17)로부터 검출된 전기적 특성(Vo, Io)이 정상이므로 LCC 보호회로(19)에 의해 정상으로 판단된다. 이에 따라, 종래와 같이 초기 구동시 램프(17)의 과전압이나 과전류에 의해 LCC 보호회로(19)가 잘못 판단하여 트랜스(15)나 램프(17)의 구동 동작을 차단시키는 것을 방지할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면, 초기 구동 전에 소정 펄스를 인가하여 과전압이나 과전류를 억제함으로써, LCC 보호회로가 오동작되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 종래에는 과전압이나 과전류에 의해 LCC 보호회로의 오동작에 의해 구동이 차단되면, 인위적으로 다시 인에이블 신호를 주기 전에는 다시는 구동되지 않게 된다. 하지만, 본 발명에서는 미리 과전압이나 과전류를 억제하여 항상 정상 구동이 되게 하므로, LCC 보호회로에 의한 오동작이 사전에 방지되어 구동동작이 차단될 가능성이 없게 되어 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (10)

1. 적어도 하나 이상의 펄스를 갖는 제1 구간과 일정한 레벨을 갖는 구동 신호를 갖는 제2 구간을 포함하는 인에이블 신호를 생성하는 단계;

   상기 제1 구간에 상기 각 펄스에 상응하는 단일 구형 전압을 램프에 인가하여 상기 램프의 캐패시터에 전하를 누적시키는 단계; 및

   상기 제2 구간에 상기 구동 신호를 바탕으로 생성된 다수의 정극성 및 부극성의 직류 구형 전압을 번갈아 상기 램프에 인가하는 단계

   를 포함하고,

   상기 직류 구형 전압의 오버슈트에 의한 과전압이 상기 캐패시터에 누적된 전하에 의해 상쇄되는 것을 특징으로 하는 백라이트 구동방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 펄스의 개수는 펄스폭에 따라 가변되는 것을 특징으로 하는 백라이트 구동방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 펄스의 개수는 상기 램프가 안정적으로 발광되는 정도에 따라 가변되는 것을 특징으로 하는 백라이트 구동방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 램프가 안정적으로 발광되는 정도는 상기 램프의 구동 초기에 발생된 과전압이 정상 전압으로 감소되는 정도인 것을 특징으로 하는 백라이트 구동방법.
10. 제8항에 있어서, 상기 램프가 안정적으로 발광되는 정도는 상기 램프의 구동 초기에 발생된 과전류가 정상 전류로 감소되는 정도인 것을 특징으로 하는 백라이트 구동방법.

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