KR101137387B1 - 기준 전압 설정 장치를 포함한 조도 측정 장치와 디스플레이 장치 - Google Patents

기준 전압 설정 장치를 포함한 조도 측정 장치와 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제1암전류를 공급하는 제1소자 및 제2암전류를 공급하는 제2소자를 포함하는 전류 발생부; 상기 전류 발생부와 연결되는 제1연산 증폭기; 및 상기 제1연산 증폭기와 연결되어 상기 제1연산 증폭기의 오프셋 전압이 보상된 기준 전압을 설정하는 전압 설정부; 를 포함하는 기준 전압 설정 장치 및 이를 포함한 조도 측정 장치와 디스플레이 장치를 개시한다.
조도 측정

Description

기준 전압 설정 장치를 포함한 조도 측정 장치와 디스플레이 장치 {Apparatus of Light sensing device comprising reference voltage setting, and display device}
본 발명은 기준 전압 설정 장치, 이를 포함한 조도 측정 장치와 디스플레이 장치에 관한 것으로 자동 휘도 조절에 사용되는 것이다.
PDP(plasma display panel), LCD(liquid crystal display), OLED (organic light emitting diode) 등과 같은 디스플레이 장치는 TV, 컴퓨터 모니터, 휴대폰의 화면 등 다양한 제품에서 사용되고 있다.
그러나 디스플레이 장치를 포함하는 제품은 사용되는 장소의 밝기에 따라서 화면이 잘 보이지 않는 경우가 있다. 예를 들어, 주변이 어두운 경우에는 평소와 같은 밝기로 데이터를 표시하면 사용자는 화면이 너무 밝아서 눈이 부시다고 생각하게 되며, 반대로 주변이 밝은 경우에는 평소와 같은 밝기로 데이터를 표시하면 사용자는 화면이 너무 어둡다고 생각하게 된다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 디스플레이 장치에 자동 휘도 제어(Auto Brightness Controll) 기술을 적용시키고 있다. 자동 휘도 제어 기술 이란 디스플레이 장치가 사용되는 주변 환경의 밝기를 감지하고, 상기 감지한 주변 환경의 밝기에 따라서 디스플레이 장치에서 표시하는 데이터의 휘도를 조절하는 기술이다. 따라서 자동 휘도 제어 기술에서는 얼마나 주변 광의 밝기를 정확히 측정할 수 있는가가 중요한 조건이 된다.
본 발명은 기준 전압 설정 장치, 이를 포함한 조도 측정 장치와 디스플레이 장치에 관한 것으로 암전류 및 연산 증폭기의 오프셋 전압을 보정한 기준 전압이 사용되는 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 제1암전류를 공급하는 제1소자 및 제2암전류를 공급하는 제2소자를 포함하는 전류 발생부; 상기 전류 발생부와 연결되는 제1연산 증폭기; 및 상기 제1연산 증폭기와 연결되어 상기 제1연산 증폭기의 오프셋 전압이 보상된 기준 전압을 설정하는 전압 설정부; 를 포함하는 기준 전압 설정 장치를 제공한다.
여기서 상기 전류 발생부는 제1전원과 기준 노드 사이에 연결되어 주변 온도에 의하여 제1암전류를 공급하는 제1소자; 및 상기 기준 노드와 제2전원 사이에 연결되어 주변 온도에 의하여 제2암전류를 공급하는 제2소자; 를 포함한다.
여기서 상기 제1소자는 다크 다이오드이며 상기 제2소자는 차광막으로 포함한 포토 다이오드일 수 있다.
여기서 상기 제1연산 증폭기는 제1입력 단자; 제1스위치를 통하여 상기 기준 노드에 연결되거나, 제2스위치를 통하여 조절 전압이 인가되는 제2입력 단자; 및 상기 전압 설정부에 연결되는 출력 단자; 를 포함한다,
여기서 상기 제1연산 증폭기는 상기 제1입력 단자와 상기 출력 단자 사이에 연결되는 제3스위치; 를 더 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면,다크 다이오드; 상기 다크 다이오드와 전기적으로 연결되는 포토 다이오드; 상기 다크 다이오드 및 포토 다이오드에 연결되는 제1연산 증폭기; 상기 제1연산 증폭기와 연결되는 조도 계산부; 및 상기 제1연산 증폭기와 연결되며 상기 제1연산 증폭기로 인가되는 기준 전압을 결정하는 기준 전압 설정부; 를 포함하는 조도 측정 장치를 제공한다.
여기서 상기 제1연산 증폭기는 상기 포토 다이오드의 캐소드 단자와 연결되는 반전 입력 단자; 상기 기준 전압 설정부에서 결정된 상기 기준 전압이 인가되는 비반전 입력 단자; 및 상기 조도 계산부에 연결되는 출력단자; 를 구비하며, 상기 제1연산 증폭기의 반전 단자와 출력단자 사이에 연결되는 커패시터; 를 포함한다.
여기서 상기 제1연산 증폭기는 상기 반전입력 단자와 상기 출력 단자 사이에 연결되는 제1스위치; 를 더 포함한다.
여기서 상기 기준 전압 설정부는 제1암전류를 공급하는 제1소자 및 제2암전류를 공급하는 제2소자를 포함하는 전류 발생부; 상기 전류 발생부와 연결되는 제2연산 증폭기; 및 상기 제2연산 증폭기와 연결되어 상기 제2연산 증폭기의 오프셋 전압이 보상된 기준 전압을 설정하여 상기 제1연산 증폭기로 인가하는 전압 설정부;를 포함한다.
여기서 상기 전류 발생부는 제1전원과 기준 노드 사이에 연결되어 주변 온도에 의하여 제1암전류를 공급하는 제1소자; 및 상기 기준 노드와 제2전원 사이에 연결되어 주변 온도에 의하여 제2암전류를 공급하는 제2소자;를 포함한다.
여기서 상기 제1소자는 다크 다이오드이며 상기 제2소자는 차광막으로 포함한 포토 다이오드이다.
여기서 상기 제2연산 증폭기는 제1입력 단자; 제2스위치를 통하여 상기 기준 노드에 연결되거나, 제3스위치를 통하여 조절 전압이 인가되는 제2입력 단자; 및 상기 전압 설정부에 연결되는 출력 단자; 를 포함한다.
여기서 상기 제2연산 증폭기는 상기 제1입력 단자와 상기 출력 단자 사이에 연결되는 제4스위치; 를 더 포함한다.
여기서 상기 전압 설정부는 상기 제2연산 증폭기를 통해 출력된 기준 노드의 전압값과 상기 제2연산 증폭기를 통해 출력된 조절 전압값을 비교하고, 두 전압값이 동일하도록 조정한 조절 전압을 상기 제1연산 증폭기의 기준 전압으로 설정한다.
본 발명의 일측면에 따르면, 복수의 화소들; 외부로부터 입사되는 빛의 조도를 감지하는 조도 측정 장치; 상기 복수의 화소들을 구동하는 복수의 구동부들; 및 상기 구동부들을 제어하며, 상기 조도 측정 장치에서 감지한 빛의 조도에 따라서 상기 복수의 화소들에서 의하여 표시되는 데이터의 휘도를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 조도 측정 장치는 다크 다이오드; 상기 다크 다이오드와 전기적으로 연결되는 포토 다이오드; 상기 다크 다이오드 및 포토 다이오드에 연결되는 제1연산 증폭기; 상기 제1연산 증폭기와 연결되는 조도 계산부; 및 상기 제1연산 증폭기와 연결되며 상기 제1연산 증폭기로 인가되는 기준 전압을 설정하는 기준 전압 설정부; 를 포함하는 디스플레이 장치를 개시한다.
여기서 상기 기준 전압 설정부는 제1암전류를 공급하는 제1소자 및 제2암전류를 공급하는 제2소자를 포함하는 전류 발생부; 상기 전류 발생부와 연결되는 제2연산 증폭기; 및 상기 제2연산 증폭기와 연결되어 상기 제2연산 증폭기의 오프셋 전압이 보상된 기준 전압을 설정하여 상기 제1연산 증폭기로 인가하는 전압 설정부; 를 포함한다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면 포토 다이오드에 흐르는 암전류와 다크 다이오드에 흐르는 암전류의 크기가 동일하지 않아 암전류의 보상이 정확하게 이루어지지 않는 문제점을 해결하여, 조도 측정시 주변 온도에 영향을 받지 않고 밝기를 감지할 수 있는 특징이 있다.
또한 조도 측정 장치의 기준 전압을 결정할 때, 연산 증폭기의 오차를 고려한 기준 전압을 얻을 수 있어 조도 측정에 정확성을 더하는 장점이 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
주변 광의 밝기를 측정하는 종래의 조도 측정 장치에는 포토 다이오드와 연산 증폭기가 사용될 수 있다.
그러나 이러한 조도 측정 장치는 포토 다이오드가 주변의 휘도에 따라 생성하는 광전류 외에도, 주변 온도에 따라 암전류를 생성한다. 따라서 암전류의 영향이 조도 측정에 고려되므로 주변 휘도를 정확히 파악하지 못하는 문제점이 있다.
또한 상기 조도 측정 장치의 연산 증폭이의 출력 전압에는 연산 증폭기의 오프셋 전압이 포함되어 있다. 이상적인 연산 증폭기의 경우 비반전 단자와 반전 단자사이의 전압 차가 항상 0이므로 오프셋 전압도 0 이다. 그러나 실제로 사용하는 연산 증폭기는 비반전 단자와 반전 단자 사이의 전압 차가 0이 아니므로 오프셋 전압이 존재하게 된다. 이와 같은 오프셋 전압은 정확한 조도 측정을 방해하므로 정확한 조도 측정을 위해서는 오프셋 전압을 배제한 출력 전압을 얻어야 한다.
도 1는 본 발명에 의한 기준 전압 설정 장치(100)를 나타낸 블록도이다.
도 1를 참조하면, 본 발명에 의한 기준 전압 설정 장치(100)는 전류 발생부(110), 제1연산 증폭기(120), 전압 설정부(130)를 포함할 수 있다.
전류 발생부(110)는 외부로부터 입사되는 빛에 영향을 받지 않고, 주변 온도에 따라 전류를 발생시킨다. 전류 발생부는 제1암전류를 공급하는 제1소자 및 제2암전류를 공급하는 제2소자를 포함한다. 제1소자는 다크 다이오드일 수 있으며, 제2소자는 차광막을 포함하는 포토 다이오드일 수 있다.
제1연산 증폭기(120)는 연산 증폭기(operational amplifier)와 스위치들로 구성되며, 전압 설정부(130)와 함께 전류 발생부(110)에서 인가된 전압 및 조절 전압을 이용하여, 오프셋 전압을 보상한 기준 전압 설정을 위한 연산을 수행한다.
전압 설정부(130)는 제1연산 증폭기(120)와 함께 기준 전압 설정을 위한 연 산을 수행하며, 설정된 기준 전압 값을 조도 측정 장치(미도시)로 인가한다.
본 발명에 의한 기준 전압 설정 장치(100)에 의하여 종래 다크 다이오드와포토 다이오드를 동시에 사용할 때 발생하는 암전류의 오차가 보상 및 연산 증폭기의 오프셋 전압이 보상된 기준 전압을 얻을 수 있다. 이렇게 얻은 기준 전압은 조도 측정 장치(미도시) 또는 조도 츨정부(미도시)로 인가되어 정확한 조도 측정이 이루어질 수 있게 된다.
도 2은 본 발명에 의한 기준 전압 설정부(100)를 구비한 조도 측정 장치(1000)를 나타낸 블록도이다.
도 2을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 의한 조도 측정 장치(1000)는 조도 측정부(200)와 기준 전압 설정부(100)를 구비한다. 조도 측정부(200)는 광전 변환부(210), 제2연산 증폭기(220), 조도 계산부(230)를 구비한다.
기준 전압 설정부(100)의 구성 요소는 앞서 도 1를 통하여 제시된 기준 전압 설정 장치(100)에 대응되는 구성 요소와 그 기능이 동일 또는 유사하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
광전 변환부(210)는 주변의 온도에 의하여 암전류를 생성하는 다크 다이오드와 주변의 휘도 및 온도에 의하여 광전류와 암전류를 생성하는 포토 다이오드를 포함한다.
제2연산 증폭기(220)는 광전 변환부(210)와 연결되며, 상기 광전 변환부(210)에서 인가되는 광전류의 적분 시간 후의 출력 전압이 출력된다. 이 때 출력 전압은 상기 기준 전압 설정부(100)에 의하여 설정되어 인가된 기준 전압을 통하여 결정된다. 구체적으로 출력 전압은 상기 기준 전압에 대하여 광전류의 적분 시간 후 전압의 차에 해당한다.
제2연산 증폭기(220)는 기준 전압 설정부(100)에서 설정된 기준 전압이 인가되는데, 상기 기준 전압은 연산 증폭기의 오프셋 전압이 보상된 것이므로 조도 측정시 오프셋 전압에 의한 오차를 없앨 수 있다.
또한 상기 기준 전압은 암전류가 상쇄하기 위하여 기준 전압 설정부(100)에서 다크 다이오드의 역바이어스 전압 조절을 반영한 것이므로 암 전류에 의한 조도 측정의 오차를 없앨 수 있다.
조도 계산부(230)는 상기 제2연산 증폭기(220)를 통하여 출력된 출력 전압을 이용하여 주변 광의 조도를 계산한다. 조도 계산부(230)는 출력 전압을 디지털 값으로 변환하는 ADC(analog digital convertor)(미도시)를 구비할 수 있다. 조도 계산부(230)의 조도 계산 동작은 다양하게 구현될 수 있다. 예를 들어 출력 전압 값에 대응하는 조도 값이 테이블 형태로 구현되어 출력 전압에 따른 조도를 확인할 수 있다. 또는 상기 출력 전압 값이 미리 설정된 특정 값까지 상승 또는 하강하는데 걸리는 시간을 측정하고, 상기 측정된 시간을 테이블에 의하여 휘도 정보로 변환하는 것도 가능할 것이다. 이러한 주변 환경의 밝기를 계산하는 방법은 예시적인 것으로 이에 한정되지 않으며, 다양한 방법에 의하여 구현하는 것이 가능할 것이다.
도 3은 도 2의 기준 전압 설정부(100)를 포함하는 조도 측정 장치(1000a)의 다른 실시예를 나타낸 블록도이다.
도 3을 통하여 제시되는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조도 측정 장치(1000a)는, 도 2을 통하여 제시된 조도 측정 장치(1000)에 비해, 기준 전압 설정부(100a)와 조도 측정부(200a)의 구성 요소 일부를 공통으로 구현한 것에 그 특징이 있으며, 그 밖의 구성요소는 앞서 설명한 실시예의 대응되는 구성요소와 그 기능이 동일 또는 유사하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
도 3을 참조하면, 조도 측정부(200a)의 광전 변환부(210a)와 제2연산 증폭기(220a)는 기준 전압 설정부(100a)의 구성 요소와 공통적으로 사용할 수 있다. 구체적인 내용은 도 6을 참조하여 다시 설명한다.
도 3와 같은 조도 측정 장치(1000a)는 두 가지 모드로 나누어서 동작해야 한다. 첫번째 모드에서는 기준 전압을 설정하기 위하여 광전 변환부(210a), 제2연산 증폭기(220a) 및 전압 설정부(130a)가 활성화 된다. 두번째 모드에서는 설정된 기준 전압을 이용하여 조도를 측정하며, 이 때는 광전 변환부(210a), 제2연산 증폭기(220a) 및 조도 계산부(230a)가 활성화 된다.
도 3에 도시된 것 외에도 기준 전압 설정부(100, 100a)와 조도 측정부(200, 200a)의 결합 형태는 다양하게 있을 수 있으며, 그 구성 및 동작은 동일 또는 유사하므로 더 이상의 변형 실시 예는 자세히 기재하지 않도록 한다.
도 4, 도 5A 및 도 5B는 도 1에 나타낸 본 발명에 의한 기준 전압 설정 장치(100)에 포함된 구성 요소의 회로도를 나타낸 것이다.
도 4는 도 1의 기준 전압 설정 장치(100)의 전류 발생부(110)를 도시한 것이다.
도 4를 참고하면, 전류 발생부(110)는 제1소자 및 제2소자를 포함한다. 제1소자는 제1전원(VPH)과 기준 노드(N) 사이에 연결되어 주변 온도에 의하여 제1암전류(dark current)를 공급하는 제1소자(111) 및 상기 기준 노드(N)와 제2전원(VPL) 사이에 연결되어 주변 온도에 의하여 제2암전류를 공급하는 제2소자(112)를 구비한다. 성가 제1소자(111) 및 제2소자(112)의 연결 위치는 바뀔 수 있다.
여기서 제1소자(111)는 주변의 온도에 의하여 암전류를 생성하는 다크 다이오드일 수 있다. 제2소자(112)는 주변의 빛 및 온도에 의하여 광전류와 암전류를 생성하는 포토 다이오드(112a) 및 상기 포토 다이오드가 주변의 빛에 의하여 광전류를 생성할 수 없도록 하는 차광막(112b)을 포함한다. 따라서 제2소자(112)는 주변의 온도에 의해서만 암전류를 발생하게 된다.
다크 다이오드(111)의 캐소드 전극은 제1전원(VPH)에 연결되며, 애노드 전극은 기준 노드(N)에 연결된다. 또한 차광막을 포함한 포토 다이오드(112)의 캐소드 전극은 기준 노드(N)에 연결되며, 애노드 전극은 제2전원(VPL)에 연결된다. 제1전원(VPH)는 제2전원(VPL)보다 크다. 따라서 다크 다이오드(111)와 차광막을 포함한 포토 다이오드(112)에는 역바이어스가 걸리게 된다. 여기서 제2전원(VPL)은 그라운드 전압(GND)일 수 있다.
전류 발생부(110)에 포함된 다크 다이오드(111) 및 차광막으로 포함한 포토 다이오드(112)는 조도 측정 장치(도 2의 1000)의 광전 변환부(도 2의 210)에서 사용하는 것과 동일한 소자를 사용하는 것이 바람직하다. 그래야만 해당 조도 측정 장치(도 2의 1000)에 대하여 암전류가 보상된 기준 전압을 결정할 수 있기 때문이 다.
도 4에 도시된 전류 발생부(110)를 통하여 조도 측정 장치에 입력되는 기준 전압을 결정하는 이유는 다음과 같다. 우리는 주변 광에 의한 조도를 측정하고자 하므로, 주변 온도가 조도 측정에 영향을 미치는 요인은 배제되어야 한다. 이를 위하여 조도 측정 장치(도 2의 1000)에서 다크 다이오드와 포토 다이오드를 동시에 사용한다. 이 경우 주변 온도에 의하여 포토 다이오드에서 생성되는 암전류를 다크 다이오드에서 생성되는 암전류로 상쇄시키고, 포토 다이오드에서 주변 광에 의한 광전류만을 고려하고자 한다. 이와 같은 결과를 얻기 위해서는 포토 다이오드에서 발생하는 암전류와 다크 다이오드에서 발생하는 암전류의 크기가 동일해야 한다. 이러한 조건이 만족되는 경우, 암전류의 영향을 제외하고 광전류만을 고려할 수 있게 된다.
그러나 실제로 동일 크기의 다크 다이오드에서 생성되는 암전류와 포토 다이오드에서 생성되는 암전류는 완전히 동일하지 않다. 이상적으로 동일크기에 인접한 다크 다이오드와 포토 다이오드가 동일한 특성을 가질 경우, 동일 역바이어스 전압시 동일한 암전류가 생성되나, 실제는 공정 조건 및 오차로 인해 다른 특성을 나타내게 된다. 또한 다크 다이오드에서 생성되는 암전류는 주변 온도 외에도 다크 다이오드에 걸린 역바이어스의 영향을 받는다. 예를 들어, 역 바이어스가 증가하는 경우 다크 다이오드에 흐르는 암전류의 크기가 증가하게 된다. 이러한 증가 추세는 역 바이어스가 커질수록 익스포넨셜하게 암전류의 크기가 증가하게 된다.
따라서 조도 측정 장치에 사용되는 다크 다이오드에 적절한 크기의 역 바이 어스를 걸어 줌으로서 다크 다이오드와 포토 다이오드 사이의 암전류의 차이를 보상할 수 있다. 즉, 조도 측정 장치에 사용되는 다크 다이오드의 암전류가 포토 다이오드의 암전류보다 크다면 다크 다이오드에 작은 크기의 역바이어스 전압을 걸어줌으로써 다크 다이오드에서 생성되는 암전류 크기와 포토 다이오드에서 생성되는 암전류 크기를 동일하게 유지시켜줄 필요가 있다.
결국 암전류를 정확히 상쇄할 수 있는 역 바이어스 전압을 찾아서 이를 조도 측정 장치의 기준 전압으로 걸어주게 되면, 조도 측정 장치에 사용되는 다크 다이오드와 포토 다이오드 사이 노드의 전압이 기준 전압으로 결정되게 될 것이다. 따라서 기준 전압 설정 장치에서 설정된 기준 전압으로 조도 측정 장치에서는 정확히 주변 광에 의한 조도 측정이 가능하게 된다.
이렇듯 기준 전압 설정 장치(100)에서는 포토 다이오드에서 발생하는 암전류가 주요 관심 대상이므로 차광막을 통하여 포토 다이오드에서 암전류만 발생하게 한다.
도 5A 및 도 5B는 본 발명에 의한 기준 전압 설정 장치(100)에 포함된 제1연산 증폭기(120) 및 전압 설정부(130)의 구체적인 실시예를 나타낸다.
제1연산 증폭기(120)는 조도 측정 장치(도 2의 1000)의 제2연산 증폭기(220)와 동일한 소자를 사용하는 것이 바람직하다. 그래야만 해당 조도 측정 장치(도 2의 1000)에 대하여 연산 증폭기의 오프셋 전압이 보상된 기준 전압을 결정할 수 있기 때문이다.
도 5A를 참고하면, 기준 전압 설정 장치(100)에 포함된 제1연산 증폭 기(120)는 반전 단자, 비반전 단자, 출력단자로 구성되어 있다. 반전 단자는 상기 전류 발생부(110)의 기준 노드(N)가 SW1-0 스위치를 통하여 연결될 수 있다. 그러나 반전 단자에는 기준 노드(N)가 연결되지 않아도 무방하다. 비반전 단자는 SW1-1 스위치를 통하여 상기 기준 노드(N)에 연결되거나, SW1-2 스위치를 통하여 조절 전압(Vctl)이 인가된다. 출력 단자에는 전압 설정부(130)가 연결된다. 또한 반전 단자와 출력 단자 사이에는 SW1-3 스위치가 연결된다. 도시되지 않았지만 도 3과 같이 조도 측정부(200)와 공유하여 연산 증폭기를 사용할 경우 반전 단자와 출력 단자 사이에는 커패시터가 연결될 수도 있다.
도 5A 및 도 5B를 참고하여 기준 전압 설정 장치(100)에 포함된 전류 발생부(110), 제1연산 증폭기(120) 및 전압 설정부(130)의 동작을 살펴본다.
주변 온도에 의하여 제1소자(다크 다이오드)(110)에 제1암전류가 생성되고, 제2소자(차광막이 포함된 포토 다이오드)(112)에도 제2암전류가 생성된다. 이 때 생성된 제1, 2 암전류는 서로 다른 값을 가지게 되더라도, 전류 발생부(110)에서는 두 다이오드에 동일한 암전류가 흐를 수 있는 기준 전압 노드(N)의 전위(PSI)가 결정된다.
도 5 A를 참고하면, 제1모드 동안 제1연산 증폭기(120)의 SW1-0스위치, SW1-2 스위치가 오프 상태이며, SW1-1스위치 및 SW1-3 스위치는 온 상태가 된다.
이 경우 기준 노드(N)의 전위(PSI)가 제1연산 증폭기(120)의 비반전 단자로 인가되며, 상기 제1연산 증폭기(120)는 볼티지 팔로워(voltage follower)로서 동작하고 있으므로 출력 단자에 기준 노드(N)의 전위(PSI)에 대응하는 전압이 출력 된다. 다만, 제1연산 증폭기(120)의 오프셋이 존재하므로, 출력 전압은 수학식 1와 같이 기준 노드(N)의 전위(PSI)와 제1연산 증폭기(120)의 오프셋 전압의 합이 된다. 여기서 PSI는 기준 노드(N)의 전압이며, Voffset은 연산 증폭기의 오프셋 전압을 의미한다. Vin-는 반전 단자의 입력 전압이며, Vin+는 비반전 단자의 입력 전압이라고 할 때 Voffset = Vin- - Vin+ 로 표현될 수 있음은 물론이다.
Vout = PSI + Voffset
제1연산 증폭기(120)의 출력 단자와 연결된 전압 설정부(130)는 상기 수학식 1에 의한 출력 전압을 저장한다.
도 5 B를 참고하면, 제2모드 동안 제1연산 증폭기(120)의 SW1-1스위치가 오프 상태이며, SW1-0스위치, SW1-2 스위치, SW1-3 스위치는 온 상태가 된다. 이 때 SW1-0 스위치는 온 상태여도 상관없다.
이 경우 조절 전압(Vctl)이 제1연산 증폭기(120)의 비반전 단자로 인가되며, 제1연산 증폭기(120)가 볼티지 팔로워로서 동작하고 있으므로 출력 단자에 수학식 2와 같이 조절 전압과 오프셋 전압의 합이 출력된다.
Vout = Vctl + Voffset
제1연산 증폭기(120)의 출력 단자와 연결된 전압 설정부(130)는 수학식 1의 출력 전압과 수학식 2의 출력 전압을 비교한다.
전압 설정부(130)는 양 출력 값이 동일하거나 특정 오차 범위내인지 확인한 다. 그 결과 양 출력 전압 값이 동일하거나, 특정 오차 범위 이내라면 이 때의 Vctl값을 조도 측정 장치(도 2의 1000)의 제2연산 증폭기(220)에 인가될 기준 전압(Vref)으로 설정한다. 그러나 양 출력 값이 동일하지 않고 특정 오차 범위 이내가 아니라면 Vctl값을 조절한다.
최초로 입력되는 조절 전압(Vctl)값은 임의로 설정될 수 있는 값이다. 기준 전압을 설정하기 위하여 Vctl을 조절하는 과정은 목표값을 검출하는 알고리즘이나 시행착오법(trial error)을 이용할 수 있다. 예를 들어 최초로 입력되는 조절 전압(Vctl)은 제1전원(VPH)과 제2전원(VPL)의 중간값을 입력한 후, 목표값과 비교 후 출력 값이 높아져야 한다면, 그 중간값과 제1전원(VPH)의 중간값을 재입력한 후, 목표 값과 다시 비교하는 방법을 반복할 수 있다. 또는 최초로 입력되는 조절 전압(Vctl)은 제1전원(VPH)과 제2전원(VPL)의 중간값을 입력한 후, 목표값과 비교 후 조절전압의 최초 전압 범위 만큼을 이동해가며 비교하는 방법을 사용할 수 있다. 즉, 일정 범위 내에서 특정 값을 찾기 위한 여러 알고리즘의 사용이 가능하다.
본 발명에 의한 기준 전압 설정 장치(100)는, 전압 설정부를 통해 연산 증폭기의 오프셋 전압을 보상하고, 전류 발생부를 통해 암전류를 보상한 기준 전압을 설정할 수 있다. 이렇게 설정된 기준 전압을 조도 측정에 이용함으로써 암전류의 영향과 오프셋 전압의 영향이 제거된 정확한 조도 측정을 할 수 있다.
도 6은 도 2의 조도 측정 장치(1000)를 나타낸 회로도이다.
도 2 및 도 6을 참고하면 본 발명에 의한 조도 측정 장치(1000)는 크게 조도 측정부(200)와 기준 전압 설정부(100)로 나뉜다. 조도 측정부(200)는 다크 다이 오드, 포토 다이오드로 구성된 광전 변환부(210), 제2연산 증폭기(220), 스위치, 캐패시터 및 조도 계산부(230)로 구성된다.
기준 전압 설정부(100)는 전류 발생부(110), 제1연산 증폭기(120), 전압 설정부(130)를 포함할 수 있다. 기준 전압 설정부(100)의 구성 요소에 대한 회로도는 도 4, 도 5A 및 도 5B에 도시된 기준 전압 설정 장치(100)의 구성요소와 그 기능이 동일 또는 유사하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
또한 기준 전압 설정부(100)의 동작은 도 4, 도 5A 및 도 5B에서 이미 설명한 기준 전압 설정 장치의 동작과 동일하므로 이에 대한 구체적인 설명도 생략하기로 한다.
이하에서는 조도 측정부(200)에 대하여 상세하게 알아본다.
다크 다이오드(211)는 주변 온도에 따라 전류를 발생한다. 다크 다이오드(211)의 캐소드 전극은 제1전원(VPH) 단자에 연결되며, 애노드 전극은 제2연산 증폭기(220)의 반전 단자에 연결된다. 제1전원의 전위는 기준 전압(Vref)보다 큰 전압이다 따라서 다크 다이오드(211)에는 역 바이어스 전압이 걸리게 된다.
포토 다이오드(212)는 주변 휘도 및 주변 온도에 따라 전류를 발생한다. 포토 다이오드(212)의 캐소드 전극은 제2연산 증폭기(220)의 반전 단자에 연결되며, 애노드 전극은 제2전원(VPL) 단자에 연결된다. 기준 전압(Vref)은 상기 제2전원의 전위보다 큰 전압이다. 따라서 포토 다이오드(212)에는 역 바이어스 전압이 걸리게 된다.
제2연산 증폭기(220)는 반전 단자, 비반전 단자, 출력단자로 구성되어 있으 며, 전원 단자는 생략되어 있다. 반전 단자에는 포토 다이오드(212)의 캐소드 전극과 캐패시터(C2) 및 SW2-1 스위치 일단이 연결되어 있다. 비반전 단자에는 기준 전압 설정부(100)에서 공급되는 기준 전압(Vref)이 연결되어 있다. 출력 단자는 조도 계산부(230)에 접속되어 있다.
커패시터(C2)는 제2연산 증폭기(220)의 반전 단자와 출력 단자 사이에 접속되어 있다.
SW2-1 스위치는 제2연산 증폭기(220)의 반전 단자와 출력 단자 사이에 접속되어 있다.
도 6 에 도시된 조도 측정부(200)의 동작은 다음과 같다.
먼저 SW2-1스위치가 온되는 경우를 살펴본다.
이 때 제2연산 증폭기(220)의 반전 단자와 출력 단자가 연결된다. 따라서 반전 단자와 출력 단자의 전위는 비반전 단자에 인가되는 기준 전압(Vref)의 전위와 동일하다. 이 때 캐패시터(C2)는 방전된다. 기준 전압(Vref)은 전술한 기준 전압 설정 장치(100)에 의해서 설정된 전압이다.
도 6 에 도시된 조도 측정부(200)의 동작은 다음과 같다.
다음으로 SW2-1스위치가 오프되는 경우를 살펴본다.
포토 다이오드(212)에 외부로부터 빛이 입사되면 상기 포토 다이오드(212)에는 상기 입사된 빛의 휘도 및 주변 온도에 따른 제1전류가 발생한다. 상기 제1전류는 상기 포토 다이오드(212)의 캐소드 전극으로부터 애노드 전극으로 흐른다.
이와 동시에 다크 다이오드(211)에는 주변 온도에만 의존하는 제2전류가 발 생한다. 상기 제2전류는 다크 다이오드(211)의 캐소드 전극으로부터 애노드 전극으로 흐른다. 상기 제1전류는 입사되는 빛도 고려된 전류이므로 상기 제1전류의 크기가 상기 제2전류의 크기보다 크게 된다. 즉, 포토 다이오드(212)에서 발생하는 제1전류의 암전류 및 광전류의 합이고, 다크 다이오드(211)에서 발생하는 제2전류는 암전류만을 포함한다. 따라서 상기 제1전류에서 제2전류만큼의 크기를 제외한 전류를 고려하게 된다.
이 때 포토 다이오드(212)에서 발생하는 광전류가 캐패시터(C2)에 충전되며, 적분기의 동작에 의하여 출력 전압은 시간에 따라 전압이 낮아진다.
따라서 적분 시간 후의 출력 전압을 측정하는 것에 의하여 주변에 휘도를 측정할 수 있다. 여기서 출력 전압은 기준 전압(Vref)보다 작은 값이 된다. 상기 기준 전압을 결정하는 회로 및 이에 대한 동작은 도 4, 도 5A, 도 5B에서 자세히 설명하였으므로 생략하기로 한다.
출력 전압과 시간 및 광전류의 관계는 아래 수학식 3과 같다. 여기서 Vout은 제2연산 증폭기(220) 출력 단자의 전압이고, Vref는 기준 전압 설정부(100)에서 설정되어 제2연산 중폭기(220)의 비반전 단자에 인자된 기준 전압이며, i는 포토 다이오드 및 다크 다이오드에서 생성된 광전류, C는 커패시터(C2)의 용량, t는 스위치가 오프될 때 부터 최종 전압을 측정하기까지의 시간을 나타낸다.
Figure 112009068183931-pat00001
Figure 112009068183931-pat00002
이와 같은 출력 전압은 조도 계산부(230)로 인가되어 주어진 알고리즘에 따라 조도를 측정하게 된다.
이와 같이 본 발명에 의한 조도 측정 장치(1000)는 다크 다이오드로 인하여 포토 다이오드가 주변 온도에 따라 생성하는 암전류를 상쇄하여 정확한 조도 측정이 가능하다.
또한 본 발명에 의한 조도 측정 장치는 기준 전압 설정 장치(100)에 의하여 기준 전압을 설정하여, 실 제품에서 발생하는 암전류의 오차를 보상하고 연산 증폭기의 오프셋 전압을 보정한 결과를 통하여 조도를 정확히 측정할 수 있다.
도 7은 도 3의 조도 측정 장치(1000a)를 나타낸 회로도이다.
도 7을 통하여 제시되는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조도 측정 장치(1000a)는, 도 6을 통하여 제시된 조도 측정 장치(1000)에 비해, 기준 전압 설정부(100a)와 조도 측정부(200a)의 구성 요소 일부를 공통으로 구현한 것에 그 특징이 있으며, 그 밖의 구성요소는 앞서 도 6에 설명한 실시예의 대응되는 구성요소와 그 기능이 동일 또는 유사하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
이해의 편의를 위하여 도 6의 조도 측정 장치(1000a)를 도 5의 조도 측정 장치(1000)와 비교하여 설명하겠다. 도 5의 전류 발생부(110)에 대응하는 구성은, 도 6의 광전 변환부(210a)이다. 전류 발생부의 동작을 수행하기 위하여 상기 도 6의 광전 변환부(210a)에 물리적으로 차광막(미도시)을 씌운 형태로 실시될 수도 있 다. 또한 도 5의 제1연산 증폭기(120)에 대응하는 구성은 도 6의 제2연산 증폭기(220a)가 될 수 있다. 도 6의 제2연산 증폭기(220a)는 제1연산 증폭기의 동작을 수행하기 위하여 커패시터(C2)의 동작을 배제하고, 복수개의 스위치(SW1-0, SW1-1, SW1-2)를 추가한 형태로 실시될 수 있다.
도 3에서 설명한 바와 같이 기준 전압 설정 모드와 조도 측정 모드를 구별하여 실시할 수 있다. 여기서 모드를 구별하기 위하여 기준 전압 설정 모드에서는 SW2-2 스위치가 오프되고, 조도 측정 모드에서 설정된 기준 전압을 인가하기 위하여 SW2-2 스위치가 온 될 수 있다.
도 7에 도시된 회로의 동작 방법은 도 6의 조도 측정 장치(1000)와 동일하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
도 8는 디스플레이 장치에 본 발명에 따른 조도 측정 장치(1000, 1000a)를 내장한 블록도이다.
도 8를 참고하면, 디스플레이 장치(300)는 복수의 화소(P)들, 조도 측정 장치(1000 또는 1000a), 구동부(320, 330), 제어부(310)를 포함할 수 있다.
제어부(310)는 구동부들을 제어하여 데이터들이 표시되도록 한다. 또한 상기 제어부(310)는 조도 측정 장치(1000)에서 감지한 외부의 조도에 따라서 상기 복수의 화소들(P)에서 의하여 표시되는 데이터들의 휘도를 제어한다.
구동부(320, 330)는 상기 제어부(310)로부터 제어 신호 및 데이터 신호를 인가받아 복수의 주사 라인들(S1, S2,...Sn)과 복수의 데이터 라인들(D1, D2,...Dm)에 상응하는 신호를 인가한다. 상기 신호의 인가에 의하여 복수의 화소들 에서 데이터가 표시되도록 한다. 도 8에는 상기 구동부의 실시예로서 주사 구동부(320)와 데이터 구동부(330)를 도시하였으나 이에 한정되지 않는다. 즉, 도 8에 의한 디스플레이 장치는 유기 발광 표시 장치를 나타내는 블록도이나 이는 예시적인 것으로 PDP나 LCD 등이 될 수 있으며, 이처럼 도 8의 구성을 PDP나 LCD에 필요한 구동부로 수정 및 변경하는 것은 당업자에게 용이할 것이다.
복수의 화소들(P)은 복수의 주사 라인들(S1, S2,...Sn)과 복수의 데이터 라인들(D1, D2,...Dm)이 교차하는 영역에 형성된다. 각 화소는 주사 신호, 데이터 신호 등에 따라서 데이터를 표시한다. 상기 표시되는 데이터는 제어부에 의하여 휘도가 조절된 데이터일 수 있다. 상기 복수의 화소(P)들의 집합은 화소부로 명칭할 수 있다.
조도 측정 장치(1000 또는 1000a)는 상기 복수의 화소(P)들이 형성된 패널(Panel)의 일 측면에 내장되어 형성될 수 있다. 그러나 조도 측정 장치는 디스플레이 장치에 내장되는 것으로 족하며 도 8에 도시된 위치 및 형태에 한정되지 않는다. 여기서 상기 조도 측정 장치(1000 또는 1000a)는 도 1 내지 도 2, 도 3, 도 6 또는 도 7에서 도시한 조도 측정 장치(1000 또는 1000a)들 중 어느 하나일 수 있다.
상기 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 조도 측정 장치를 내장한 디스플레이 장치는 주변 환경의 밝기를 정확하게 감지하여 자동 휘도 조절을 더욱 적절하게 수행할 수 있게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기 술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 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.
전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.
도 1는 본 발명에 의한 기준 전압 설정 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2은 본 발명에 의한 기준 전압 설정부를 구비한 조도 측정 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3는 도 2의 기준 전압 설정부를 포함하는 조도 측정 장치의 다른 실시예를 나타낸 블록도이다.
도 4는 도 1의 기준 전압 설정 장치의 전류 발생부를 나타낸 회로도이다.
도 5A 및 도 5B는 도 1의 기준 전압 설정 장치의 제1연산 증폭기 및 전압 설정부를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 2의 기준 전압 설정부가 구비된 조도 측정 장치를 상세하게 나타낸 도면이다.
도 7은 도 3의 조도 측정 장치를 상세하게 나타낸 도면이다.
도 8는 본 발명에 따른 조도 측정 장치 내장한 디스플레이 장치를 나타낸 블록도이다.

Claims (20)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1노드와 고전위 사이에 연결되며 주변 온도에 의해 전류를 생성하는 다크 다이오드;
    캐소드 단자가 상기 제1노드에 연결되고 애노드 단자가 저전위에 연결되며 주변 온도 및 주변 빛에 의해 전류를 생성하는 포토 다이오드;
    출력 단자 및 다수의 입력 단자를 포함하며, 상기 입력 단자가 상기 제1노드에 연결되는 제1연산 증폭기;
    상기 제1연산 증폭기의 상기 입력 단자와 연결되며 상기 제1연산 증폭기로 인가되는 기준 전압을 설정하는 기준 전압 설정부; 및
    상기 제1연산 증폭기의 상기 출력 단자와 연결되며 상기 기준 전압과 상기 포토 다이오드에 의해 생성되는 상기 주변 빛에 의한 전류를 통해 조도를 계산하는 조도 계산부;
    를 포함하는 조도 측정 장치.
  7. 제6항에 있어서
    상기 제1연산 증폭기는
    상기 포토 다이오드의 상기 캐소드 단자와 연결되는 반전입력 단자;
    상기 기준 전압 설정부에서 설정된 상기 기준 전압이 인가되는 비반전 입력 단자; 및
    상기 조도 계산부에 연결되는 출력단자;
    를 구비하며,
    상기 제1연산 증폭기의 반전입력 단자와 출력단자 사이에 연결되는 커패시터;
    를 포함하는 조도 측정 장치.
  8. 제7항에 있어서
    상기 제1연산 증폭기는
    상기 반전입력 단자와 상기 출력 단자 사이에 연결되는 제1스위치;
    를 포함하는 조도 측정 장치.
  9. 제6항에 있어서
    상기 기준 전압 설정부는
    일단이 제1전원에 연결되고 타단이 기준 노드에 연결되며, 주변 온도에 의해 제1암전류를 공급하는 제1소자 및, 일단이 상기 제1소자의 상기 타단에 연결되며 타단이 제2전원에 연결되어 주변 온도에 의해 제2암전류를 공급하는 제2소자를 포함하는 전류 발생부;
    상기 전류 발생부와 연결되어 볼티지 팔로워로 기능하며, 제1입력 단자, 제2스위치가 온 될 때 상기 기준 노드의 전압이 인가되고 제3스위치가 온 될 때 조절 전압이 인가되는 제2입력 단자, 및 상기 제2입력 단자로 인가된 전압과 오프셋 전압의 합을 출력하는 출력 단자를 포함하는 제2연산 증폭기; 및
    상기 제2연산 증폭기의 상기 출력 단자와 연결되어 상기 제2스위치가 온 될 때 출력되는 상기 기준 노드 전압과 상기 오프셋 전압의 합과, 상기 제3스위치가 온 될 때 출력되는 상기 조절 전압과 상기 오프셋 전압의 합을 비교하고, 비교한 결과값이 동일하거나 또는 오차 범위 이내인 경우의 상기 조절 전압을 기준 전압으로 설정하여 상기 제1연산 증폭기로 인가하는 전압 설정부;
    를 포함하는 조도 측정 장치.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서
    상기 제1소자는 다크 다이오드이며
    상기 제2소자는 차광막으로 포함한 포토 다이오드인 조도 측정 장치.
  12. 삭제
  13. 제9항에 있어서
    상기 제2연산 증폭기는
    상기 제1입력 단자와 상기 출력 단자 사이에 연결되는 제4스위치;
    를 포함하는 조도 측정 장치.
  14. 삭제
  15. 복수의 화소들을 포함하는 화소부;
    외부로부터 입사되는 빛의 조도를 감지하는 조도 측정 장치;
    상기 화소부를 구동하는 복수의 구동부들; 및
    상기 구동부들을 제어하며, 상기 조도 측정 장치에서 감지한 빛의 조도에 따라서 상기 화소부에 표시되는 데이터의 휘도를 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 조도 측정 장치는
    제1노드와 고전위 사이에 연결되며 주변 온도에 의해 전류를 생성하는 다크 다이오드;
    캐소드 단자가 상기 제1노드에 연결되고 애노드 단자가 저전위에 연결되며 주변 온도 및 주변 빛에 의해 전류를 생성하는 포토 다이오드;
    출력 단자 및 다수의 입력 단자를 포함하며, 상기 입력 단자가 상기 제1노드에 연결되는 제1연산 증폭기;
    상기 제1연산 증폭기의 상기 입력 단자와 연결되며 상기 제1연산 증폭기로 인가되는 기준 전압을 설정하는 기준 전압 설정부; 및
    상기 제1연산 증폭기의 상기 출력 단자와 연결되며 상기 기준 전압과 상기 포토 다이오드에 의해 생성되는 상기 주변 빛에 의한 전류를 통해 조도를 계산하는 조도 계산부;
    를 포함하는 디스플레이 장치.
  16. 제15항에 있어서
    상기 기준 전압 설정부는
    일단이 제1전원에 연결되고 타단이 기준 노드에 연결되며, 주변 온도에 의해 제1암전류를 공급하는 제1소자 및, 일단이 상기 제1소자의 상기 타단에 연결되며 타단이 제2전원에 연결되어 주변 온도에 의해 제2암전류를 공급하는 제2소자를 포함하는 전류 발생부;
    상기 전류 발생부와 연결되어 볼티지 팔로워로 기능하며, 제1입력 단자, 제2스위치가 온 될 때 상기 기준 노드의 전압이 인가되고 제3스위치가 온 될 때 조절 전압이 인가되는 제2입력 단자, 및 상기 제2입력 단자로 인가된 전압과 오프셋 전압의 합을 출력하는 출력 단자를 포함하는 제2연산 증폭기; 및
    상기 제2연산 증폭기의 상기 출력 단자와 연결되어 상기 제2스위치가 온 될 때 출력되는 상기 기준 노드 전압과 상기 오프셋 전압의 합과, 상기 제3스위치가 온 될 때 출력되는 상기 조절 전압과 상기 오프셋 전압의 합을 비교하고, 비교한 결과값이 동일하거나 또는 오차 범위 이내인 경우의 상기 조절 전압을 기준 전압으로 설정하여 상기 제1연산 증폭기로 인가하는 전압 설정부;
    를 포함하는 디스플레이 장치.
  17. 제16항에 있어서
    상기 제1소자는 다크 다이오드이며
    상기 제2소자는 차광막으로 포함한 포토 다이오드인 디스플레이 장치.
  18. 제16항에 있어서
    상기 제2연산 증폭기는
    상기 제1입력 단자와 상기 출력 단자 사이에 연결되는 제4스위치;
    를 포함하는 디스플레이 장치.
  19. 제15항에 있어서
    상기 제1연산 증폭기는
    상기 포토 다이오드의 상기 캐소드 단자와 연결되는 반전입력 단자;
    상기 기준 전압 설정부에서 설정된 상기 기준 전압이 인가되는 비반전 입력 단자; 및
    상기 조도 계산부에 연결되는 출력단자;
    를 구비하며,
    상기 제1연산 증폭기의 반전입력 단자와 출력단자 사이에 연결되는 커패시터;
    를 포함하는 디스플레이 장치.
  20. 제19항에 있어서
    상기 제1연산 증폭기는
    상기 반전입력 단자와 상기 출력 단자 사이에 연결되는 제1스위치;
    를 포함하는 디스플레이 장치.
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