KR101252842B1 - 백 라이트의 구동 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로 특히, 다출력 트랜스포머를 통해 다수의 발광다이오드 스트링들의 구동을 제어할 수 있는 백 라이트 구동장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 백 라이트 구동장치는 다수의 발광다이오드들이 직렬로 배열되어 접속된 다수의 발광다이오드 스트링들과; 입력전압을 변압하여 상기 다수의 발광다이오드 스트링들에 다수의 구동전압들을 공급하기 위한 변압수단과; 상기 발생된 구동전압들을 상기 다수의 발광다이오드 스트링들로 공급하기 위한 발광다이오드 구동수단을 구비한다.

Description

백 라이트의 구동 장치{APPARATUS FOR DRIVING BACK LIGHT}
도 1은 발광다이오드 구동부를 포함하는 종래 백 라이트 구동장치에 대한 블럭도.
도 2는 R, G, B 별로 서로 다른 발광다이오드 구동기를 구비하는 발광다이오드 어레이들을 도시한 도면.
도 3은 발광다이오드 구동기를 포함하는 본 발명의 실시 예에 따른 액정표시장치의 분해 사시도.
도 4는 발광다이오드 구동기를 포함하는 본 발명의 실시 예에 따른 백 라이트 구동장치에 대한 블럭도.
도 5는 도 4에 도시된 발광다이오드 구동기의 회로도.
도 6은 도 5에 도시된 제1 내지 제n 발광다이오드 구동부 중 어느 하나의 발광다이오드 구동부에 대한 회로도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
136 : LED 스트링 160 : LED 구동기
310 : 광 커플러 320 : LED 구동제어부
330 : LED 구동부 360 : 전류조절부
361 : 전압센서 362 : 적분기
363 : 인버터 364 : 비교기
본 발명은 백 라이트의 구동 장치 및 방법에 관한 것으로 특히, 다출력 트랜스포머를 통해 다수의 발광다이오드 스트링들의 구동을 제어할 수 있는 백 라이트의 구동 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시장치(Liquid Crystal Display ; 이하 "LCD"라 함)는 경량, 박형, 저소비 전력구동 등의 특징으로 인해 그 응용범위가 점차 넓어지고 있는 추세에 있다. 이러한 추세에 따라, LCD는 사무자동화 기기, 오디오/비디오 기기 등에 이용되고 있다. 한편, LCD는 매트릭스 형태로 배열되어진 다수의 제어용 스위치들에 인가되는 영상신호에 따라 광빔의 투과량이 조절되어 화면에 원하는 화상을 표시하게 된다.
이와 같은 LCD는 자발광 표시장치가 아니기 때문에 백 라이트(Back Light)와 같은 광원을 필요로 하게 되며, 광원으로 주로 사용되는 것으로는 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp)나 EEFL(External Electrode Fluorescent)등과 같은 복 수의 형광램프나 발광 다이오드(Light Emitting Diode)등이 있다.
백 라이트로서 형광 램프를 사용할 경우에는, 형광 램프의 고전력 소모와 높은 발열로 인해 액정표시장치의 소자 특성이 나빠진다. 또한 형광 램프가 통상적으로 막대형이므로 충격에 약하여 파손의 위험이 크고, 램프 부위에 따라 온도가 일정하지 않아 부위별로 램프의 휘도가 달라져 액정표시장치의 화질을 떨어뜨린다. 반면에, 백 라이트로서 발광다이오드를 사용하는 경우에는 반도체소자인 발광다이오드의 특성상 액정표시장치의 수명이 길어지고 점등 속도가 빨라지며 소비 전력이 낮아지는 장점이 있다. 또한, 충격에 강하고 소형화, 박막화에도 유리하다.
따라서, 휴대 전화기 등과 같은 소형 액정표시장치뿐만 아니라 모니터나 텔레비젼과 같은 중대형 액정표시장치에도 백 라이트 장치의 광원으로서 발광다이오드를 이용하는 추세에 있다.
일반적으로, 형광 램프가 교류 전압(AC)으로 구동되는 데 비하여 발광다이오드는 직류 전압(DC)으로 구동된다. 따라서, 발광다이오드를 액정표시장치의 광원으로 사용하기 위해서는 교류 전압을 직류 전압으로 변환한 후, 직류 전압의 레벨을 조정하는 발광다이오드 구동기가 필요하다.
도 1은 이러한 발광다이오드 구동기를 포함하는 종래 백 라이트 구동장치에 대한 블럭도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 백라이트 구동 장치는, 상용 전원(예를 들어, 교류전압(AC) 220V )을 직류전압(DC)으로 변환하기 위한 정류부(21)와, 정류부(21)에 의해 변화된 직류전압에 실린 리플을 제거하기 위한 평활부(22)와, 평활부 (22)로부터 출력된 직류전압의 역률을 교정하여 직류전압(DC) 400V를 출력하기 위한 역률 교정부(23)와, 역률 교정부(23)로부터 출력된 직류전압(DC) 400V를 직류전압(DC) 24V로 변환시켜 발광다이오드 구동기(16)로 출력하는 DC/DC 컨버터(24)와, DC/DC 컨버터(24)로부터 입력된 직류전압(DC) 24V를 승/강압하여 백라이트 어셈블리(15)로 공급하기 위한 발광다이오드 구동기(16)를 구비한다.
발광다이오드 구동기(16)는 주 스위치, 환류다이오드, 에너지 축적소자, 및 필터소자 등으로 구성된다. 이러한 발광다이오드 구동기(16)는 전력의 변환을 담당하는 주요 부분으로서 입출력 변환비의 크기 및 회로구성에 따라 많은 종류가 있다.
도 2는 R, G, B 별로 서로 다른 발광다이오드 구동기를 구비하는 발광다이오드 어레이들을 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 발광다이오드 스트링(String)들은 R, G, B 별로 각각 직렬로 접속되는 다수의 발광다이오드들로 구성되며, R, G, B 별로 서로 다른 구동전압에 의해 구동된다. 하나의 발광다이오드 어레이(Array)는 R 발광다이오드 스트링, G 발광다이오드 스트링, B 발광다이오드 스트링을 포함하며, 각각의 스트링들은 서로 다른 발광다이오드 구동기에 접속되어 서로 다른 발광다이오드 구동제어기(CL)의 제어를 받는다. 백 라이트 어셈블리내에는 이러한 어레이가 다수 개 포함되어 있다.
그런데, 종래 백 라이트 구동장치는 액정패널이 대형화되는 추세에 맞물려 더 많은 발광다이오드 어레이를 필요로 하고 있으며, 이에 따라 증가 된 발광다이 오드 어레이에 비례(어레이갯수 ×3)하여 발광다이오드 구동기 및 발광다이오드 구동제어기를 더 필요로 하게 된다. 이로 인해, 종래 백 라이트 구동장치는 제조비용이 증가하게 되어 경제적인 면에서 불리하고, 박형화 면에서도 문제점을 드러낸다.
덧붙여, 종래 백 라이트 구동장치는 R, G, B 스트링에 공급되는 전류량을 보다 정밀하게 제어할 수 있는 수단을 구비하지 못함으로써 발광다이오드 구동기 내의 부하변화에 유연하게 대처하지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 입력전압을 변압하여 다수의 발광다이오드 스트링들에 다수의 구동전압들을 공급할 수 있는 백 라이트의 구동 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 목적은 입력전압을 변압하여 다수의 발광다이오드 스트링들에 다수의 구동전압들을 공급함으로써 백 라이트 구동장치의 제조비용을 저감할 수 있는 백 라이트의 구동 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 발광다이오드 스트링에 공급되는 전류량을 보다 정밀하게 제어할 수 있는 백 라이트의 구동 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 백라이트 구동장치는 다수의 발광다이오드들이 직렬로 배열되어 접속된 다수의 발광다이오드 스트링 들과; 입력전압을 변압하여 상기 다수의 발광다이오드 스트링들에 다수의 구동전압들을 공급하기 위한 변압수단과; 상기 발생된 구동전압들을 상기 다수의 발광다이오드 스트링들로 공급하기 위한 발광다이오드 구동수단을 구비한다.
상기 변압수단은, 일차측 코일과 적어도 두개 이상의 이차측 코일들을 포함하는 다출력 트랜스포머인것을 특징으로 한다.
상기 발광다이오드 구동수단은, 상기 다출력 트랜스포머의 이차측 코일들에 일대일로 대응되게 접속됨과 아울러 상기 발광다이오드 스트링들에 일대일로 대응되게 접속되어 상기 발생된 구동전압들을 상기 다수의 발광다이오드 스트링들로 공급하기 위한 다수의 발광다이오드 구동부들을 구비한다.
상기 발광다이오드 구동부는, 발광다이오드 스트링에 공급되는 전류가 상기 다출력 트랜스포머 쪽으로 역류 되는 것을 방지하기 위한 역전류방지용 다이오드와; 상기 발광다이오드 스트링에 공급되는 전류의 리플 성분을 제거하기 위한 리플감쇄용 커패시터와; 상기 발광다이오드 스트링에 공급되는 전류의 량을 제어하기 위한 전류량 조절부와; 상기 전류량 조절부로 기준전압이 공급되도록 하기 위한 전압센싱용 저항과; 상기 전류량 조절부로 발광다이오드 스트링에 흐르는 전류가 공급되도록 하기 위한 전류센싱용 저항과; 상기 전류량 조절부의 제어에 따라 상기 다출력 트랜스포머로부터 상기 발광다이오드 스트링으로의 전류 공급을 절환하기 위한 스위칭소자와; 상기 스위칭소자가 턴온 되는 동안 상기 다출력 트랜스포머로부터 상기 발광다이오드 스트링으로 공급되는 전류를 축적하기 위한 인덕터와; 상기 스위칭소자가 턴오프 되는 동안 상기 인덕터에 축적되어 있는 전류가 프리휠링 되어 상기 발광다이오드 스트링으로 공급되게 하는 프리휠링 다이오드를 구비한다.상기 전류량 조절부는, 기준전압인 상기 전압센싱용 저항의 양단 전압을 센싱하기 위한 전압센서와; 상기 전류센싱용 저항에 의해 공급되는 상기 발광다이오드 스트링에 흐르는 전류를 변환하여 테스트전압을 발생하기 위한 적분기와; 상기 적분기로부터 공급되는 상기 테스트전압의 극성을 반전시키기 위한 인버터와; 상기 센싱된 기준전압과 상기 극성 반전된 테스트전압을 비교하여 전류량 제어신호를 발생하고 이를 상기 스위칭소자로 공급하기 위한 비교기를 구비한다.
상기 비교기는 상기 스위칭소자의 게이트에 접속되어 상기 스위칭소자의 스위칭 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 백 라이트의 구동방법은 전압을 입력하는 단계와; 상기 입력 전압을 변압하여 다수의 구동전압들을 발생하는 단계와; 상기 다수의 구동전압들을 다수의 발광다이오드 스트링들로 공급하는 단계를 포함한다.
상기 백 라이트 구동방법은 다수의 발광다이오드 스트링들에 공급되는 전류량을 조절하기 위한 전류량 조절단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하기로 한다.
도 3은 발광다이오드 구동기를 포함하는 본 발명의 실시 예에 따른 액정표시장치의 분해 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 액정표시장치는 화상을 구현하는 액정패널(102)과, 액정패널(102)에 광을 조사하기 위한 백 라이트 어셈블리를 포함한다.
액정패널(102)은 상부 및 하부기판의 사이에는 액정셀들이 액티브 매트릭스(Active Matrix) 형태로 배열되고, 이 액정셀들 각각에 전계를 인가하기 위한 화소전극들과 공통전극이 마련되게 된다. 통상, 화소전극은 하부기판, 즉 박막트랜지스터 기판 상에 액정셀별로 형성되는 반면, 공통전극은 상부기판의 전면에 일체화되어 형성되게 된다. 화소전극들은 스위치 소자로 사용되는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor)들에 각각 접속되게 된다. 화소전극은 박막 트랜지스터를 통해 공급되는 데이터신호에 따라 공통전극과 함께 액정셀을 구동하여 비디오신호에 해당하는 화상을 표시하게 된다.
백 라이트 어셈블리는 발광다이오드 구동전압을 인가받아 구동되는 다수의 발광다이오드들이 직렬로 배열되어 접속된 다수의 발광다이오드 스트링(136)과, 다수의 발광다이오드 스트링(136)을 구동시키기 위한 발광다이오드 구동기(160)와, 다수의 발광다이오드 스트링(136)을 수납하는 램프 하우징(134)과, 램프 하우징(134)으로부터 발생된 광을 확산시키는 확산판(112) 및 확산판(112)으로부터 출사된 광의 효율을 증가시키는 광학 시이트들(110)과, 다수의 발광다이오드 스트링(136)의 배면에 배치되어 광의 효율을 개선하고 빛샘을 방지하는 반사 시이트(114)를 포함한다.
다수의 발광다이오드 스트링(136)내에 포함되어 있는 발광다이오드 각각은 반도체의 p-n 접합구조를 이용하여 주입된 소수캐리어(전자 또는 양공)를 만들어내고, 이들의 재결합에 의하여 발광시키는 것으로서 발광다이오드에 적합한 재료로는 발광파장이 가시 또는 근적외영역에 존재하고, 발광효율이 높으며, p-n접합으로 제작이 가능한 비소화갈륨 (GaAs), 인화갈륨 (GaP), 갈륨-비소-인 (GaAs1-x Px), 갈륨-알루미늄-비소 (Ga1-xAlxAs), 인화인듐 (InP), 인듐-갈륨-인 (ln1-xGaxP) 등 의 화합물 반도체가 사용된다.
이러한 발광다이오드는 자유 캐리어의 재결합에 의한 발광다이오드와, 불순물 발광중심에서의 재결합에 의한 발광다이오드가 있다. 자유 캐리어의 재결합에 의한 발광다이오드의 발광파장은 대략 ch/Eg(c 는 광속, h 는 플랑크 상수, Eg 는 금지띠의 에너지 폭)와 같으며, 비소화갈륨의 경우에는 약 900nm인 근적외광이 된다. 갈륨-비소-인에서는 인의 함유량 증가에 따라 Eg가 증가하므로 가시발광 다이오드가 된다. 또한, 불순물 발광중심에서의 재결합에 의한 발광다이오드의 발광파장은 반도체에 첨가되는 불순물의 종류에 따라 다르다. 인화갈륨인 경우, 아연 및 산소 원자가 관여하는 발광은 적색(파장 700nm)이고, 질소 원자가 관여하는 발광은 녹색(파장 550nm)이다. 발광 다이오드는 종래의 광원에 비해 소형이고, 수명은 길며, 전기에너지가 빛에너지로 직접 변환하기 때문에 전력이 적게 들고 효율이 좋은 특성을 가진다.
램프 하우징(134)은 다수의 발광다이오드 스트링(136) 각각에서 방출되는 빛샘을 방지함과 아울러 다수의 발광다이오드 스트링(136)의 측면 및 배면으로 진행하는 빛을 전면, 즉 확산판(112) 쪽으로 반사시킴으로써 발광다이오드 스트링(136) 에서 발생되는 광의 효율을 향상시킨다.
확산판(112)은 다수의 발광다이오드 스트링(136)에서 발생된 광이 액정패널(102) 쪽으로 진행되도록 함과 아울러, 넓은 범위의 각도에서 액정패널(102) 쪽으로 입사될 수 있게 한다.
광학 시이트들(110)은 확산판(112)으로부터 출사된 광의 시야각을 좁게 함으로써 액정표시장치의 정면 휘도를 향상시키고 소비전력을 줄일 수 있다.
반사 시이트(114)는 램프 하우징(134)의 상면과 다수개의 발광다이오드 스트링(136)사이에 배치되어 발광다이오드 스트링(136)으로부터 발생 된 광을 반사시켜 액정표시패널(102) 방향으로 조사되게 함으로써 광의 효율을 향상시킨다.
발광다이오드 구동기(160)는 각 비디오 신호에 대응되는 제어신호에 따라 스위치 소자를 제어하여 발광다이오드 스트링(136)으로 공급되는 출력전압을 조절하기 위한 것으로서, 이에 대해서는 도 4 및 도 5를 통하여 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 발광다이오드 구동기를 포함하는 본 발명의 실시 예에 따른 백 라이트 구동장치에 대한 블럭도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 백 라이트 구동장치는 상용 전원(예를 들어, 교류전압(AC) 220V )을 직류전압(DC)으로 변환하기 위한 정류부(210)와, 정류부(210)에 의해 변화된 직류전압에 실린 리플을 제거하기 위한 평활부(220)와, 평활부(220)로부터 출력된 직류전압의 역률을 교정하여 직류전압(DC) 400V를 출력하기 위한 역률 교정부(230)와, 역률 교정부(230)로부터 출력된 직류전압(DC) 400V를 직류전압(DC) 24V로 변환시켜 발광다이오드 구동기(160)로 출력하는 DC/DC 컨버터(240)와, DC/DC 컨버터(240)로부터 입력된 직류전압(DC) 24V를 승압하여 백라이트 어셈블리 내의 다수의 발광다이오드 스트링(136)으로 공급하기 위한 발광다이오드 구동기(160)를 구비한다. 여기서, 발광다이오드 스트링(136)은 직렬 연결된 다수의 발광다이오드들로 이루어진다. 또한, 정류부(210), 평활부(220), 역률고정부(230) 및 DC/DC 컨버터(240)는 액정표시소자에 구비되는 것이 아니고 액정표시소자가 적용되는 모니터나 텔레비젼 수상기 등의 시스템의 파워보드(미도시)에 구비된다.
정류부(210)는 상용 전원(예를 들어, 교류전압(AC) 220V)을 직류전압(DC)으로 변환하여 평활부(220)로 공급하며, 이 정류 과정에서 승압이 이루어지기 때문에 상용 전원이 AC 220V인 경우 대략 DC 331V가 평활부(220)에 공급된다.
평활부(220)는 정류부(210)에 의해 정류된 직류전압(DC 331V)에 실린 리플을 제거하여 직류 성분만으로 이루어진 DC 331V를 역률 교정부(230)에 인가하는 것으로, 이 평활 과정에서 직류 성분만을 통과시키고 교류 성분을 흡수하여 제거한다.
역률 교정부(230)는 평활부(220)로부터 인가되는 직류전압(DC 331V)의 역률 교정하여 전압과 전류의 위상차를 제거함과 아울러 DC 400V를 DC-DC 컨버터(240)에 공급한다. 이러한 역률 교정부(230)는 각 나라 별로 사용되는 상용 전원이 다르기 때문에 상용 전원의 크기에 관계없이 항상 일정한 직류전압(DC 400V)을 DC-DC 컨버터(240)에 공급하기 위한 것이다.
DC-DC 컨버터(240)는 역률 교정부(230)로부터 공급되는 직류 고전압(DC 400V)을 직류 저전압(DC 24V)으로 변환시켜 발광다이오드 구동기(160)로 공급하며, 발광다이오드 구동기(160)는 공급받은 직류 저전압(DC 24V)을 승압하여 백 라이트 어셈블리에 포함되어 있는 다수의 발광다이오드 스트링(136)에 공급한다.
도 5는 도 4에 도시된 발광다이오드 구동기의 회로도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 구동기(160)는 일차측 코일과 다수의 이차측 코일로 이루어져 입력 전압(DC 24V)을 승압시키기 위한 다출력 트랜스포머(TRN1)와, 다출력 트랜스포머(TRN1)의 다수의 이차측 코일과 일대일로 대응되게 접속되어 각각의 승압된 구동 전압에 따라 발광하는 제1 내지 제n 발광다이오드 스트링(136-1 내지 136-n)과, 다출력 트랜스포머(TRN1)의 다수의 이차측 코일과 일대일로 대응되게 접속되어 제1 내지 제n 발광다이오드 스트링(136-1 내지 136-n)에 구동전압을 인가하는 제1 내지 제n 발광다이오드 구동부(330-1 내지 330-n)와, 다출력 트랜스포머의 이차측 코일들 중 어느 하나의 이차측 코일 전압을 읽어들여 이를 광전변환하여 발광다이오드 구동제어부(320)로 공급하기 위한 광커플러(Photo-Coupler : 310)와, 광커플러(310)로부터 인가받은 전기적신호에 따라 N타입 MOS-FET(Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor :Q1)의 스위칭 주기를 제어하기 위한 발광다이오드 구동제어부(320)와, 발광다이오드 구동제어부(320)의 제어에 따라 스위칭되어 단속적으로 입력전압(DC 24V)이 다출력 트랜스포머(TRN1)로 공급되도록 하는 N타입 MOS-FET(Q1)을 구비한다.
다출력 트랜스포머(TRN1)는 하나의 일차측 코일과 다수개의 이차측 코일들로 구성된다. 여기서, 다수개의 이차측 코일들은 동일한 턴수 또는 턴비로 구성될 수도 있고, 각각 다른 턴수 또는 턴비로 구성될 수도 있다. R 스트링, G 스트링 및 B 스트링은 각각 서로 다른 구동전압에 의해 구동되므로, R 스트링, G 스트링 및 B 스트링 중 어느 한 종류의 스트링들만 구동시키는 경우에는 각각의 스트링에 일대일로 대응되어 접속되는 이차측 코일들의 턴수 또는 턴비는 모두 동일하게 구성된다. 또한, R 스트링, G 스트링 및 B 스트링을 모두 구동시키는 경우에는 각각의 스트링에 일대일로 대응되어 접속되는 이차측 코일들의 턴수 또는 턴비는 R 스트링군, G 스트링군 및 B 스트링군 별로 서로 다르게 구성된다. 이러한 다출력 트랜스포머(TRN1)는 입력전압(DC 24V)을 이차측 코일들의 각각의 턴비에 따라 승압시켜 복수의 구동전압을 발생시키는 역할을 한다.
제1 내지 제n 발광다이오드 구동부(330-1 내지 330-n)는 다출력 트랜스포머(TRN1)의 다수의 이차측 코일과 일대일로 대응되게 접속되어 제1 내지 제n 발광다이오드 스트링(136-1 내지 136-n)에 구동전압을 인가한다. 이러한 발광다이오드 구동부의 회로구성과 동작에 대해서는 도 5를 이용하여 상세하게 설명하기로 한다.
제1 내지 제n 발광다이오드 스트링(136-1 내지 136-n)는 제1 내지 제n 발광다이오드 구동부(330-1 내지 330-n)에 일대일로 대응되게 접속되고, 각각의 구동전압에 따라 동작하는 제1 내지 제n 발광다이오드 구동부(330-1 내지 330-n)에 의해 구동되어 발광하게 된다.
광커플러(360)는 다출력 트랜스포머(TRN1)의 이차측 코일들 중에서 어느 하나의 기준 코일의 전압을 읽어들여 이를 광전 변환하고, 변환된 전기적 신호를 발광다이오드 구동제어부(320)로 공급한다.
발광다이오드 구동제어부(320)는 광커플러(310)로부터 공급받은 전기적 신호 에 따라 입력되는 발광다이오용 버스트 디밍 신호의 듀티비를 제어하여 N타입 MOS-FET(Q1)의 스위칭 주기를 제어하게 된다. 이에 따라 원하는 전압이 다출력 트랜스포머(TRN1)의 이차측 코일에 유기되게 된다.
N타입 MOS-FET(Q1)은 발광다이오드 구동제어부(320)에 접속되는 게이트, 입력전원(DC 24V)에 연결되어 있는 다출력 트랜스포머(TRN1)의 일차측 코일 하단에 접속되는 드레인 및 접지에 접속되는 소스로 구성된다. 이러한 N타입 MOS-FET(Q1)은 발광다이오드 구동제어부(320)의 제어에 따라 스위칭되어 입력전압(DC 24V)이 단속적으로 다출력 트랜스포머(TRN1)의 일차측 코일에 공급되게 한다.
상기한 바와 같은 구성 및 기능을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 구동기의 동작에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
버스트 디밍 신호가 발광다이오드 구동제어부(320)에 입력되면, 발광다이오드 구동제어부(320)는 발광다이오드용 버스트 디밍 신호에 따라 N타입 MOS-FET(Q1)의 스위칭을 제어한다. 즉, N타입 MOS-FET(Q1)은 발광다이오드용 버스트 디밍 신호의 하이 구간에서는 발광다이오드 구동제어부(320)의 제어에 따라 턴 온(Turn ON) 되고, 발광다이오드용 버스트 디밍 신호의 로우 구간에서는 발광다이오드 구동제어부(320)의 제어에 따라 턴 오프(Turn Off) 된다.
게이트가 발광다이오드 구동제어부(320)에 접속되고 드레인이 입력전원(DC 24V)에 연결된 다출력 트랜스포머(TRN1)의 일차측 코일 하단에 접속되며 소스가 접지에 접속되므로, N타입 MOS-FET(Q1)이 턴 온 되면 다출력 트랜스포머(TRN1)의 일차측 코일에 입력전압(DC 24V)이 인가될 수 있게 된다. 다출력 트랜스포머(TRN1) 의 일차측 코일에 인가된 입력전압(DC 24V)은 다수의 이차측 코일들에 각각 유도되어 승압된다. 이때, 다수의 이차측 코일들은 동일한 턴수 또는 턴비를 가질수도 있고 다른 턴수 또는 턴비를 가질수도 있다.
발광다이오드는 R, G, B 별로 구동전압이 다르므로, 제1 내지 제n 발광다이오드 구동부(330-1 내지 330-n)를 통해 다수의 이차측 코일들에 각각 일대일로 대응되어 접속되는 제1 내지 제n 발광다이오드 스트링들(136-1 내지 136-n)이 한 종류의 스트링(예를 들어, R 발광다이오드 스트링)으로만 구성되는 경우에는 다수의 이차측 코일들은 동일한 턴수 또는 턴비를 가진다. 반면에, 제1 내지 제n 발광다이오드 스트링들(136-1 내지 136-n)이 둘 또는 세 종류의 스트링들로 구성되는 경우에는 다수의 이차측 코일들은 R, G, B 별로 서로 다른 턴수 또는 턴비를 가진다.
이러한 다수의 이차측 코일들에는 각각 일대일로 대응되게 제1 내지 제n 발광다이오드 구동부(330-1 내지 330-n)가 접속된다. 상술했지만 다수의 이차측 코일들은 R, G, B 별로 서로 다른 턴수 또는 턴비를 가지므로 제1 내지 제n 발광다이오드 구동부(330-1 내지 330-n)에는 이에 접속되는 발광다이오드 스트링(136)의 종류에 따라 다른 구동전압이 인가된다. 제1 내지 제n 발광다이오드 구동부(330-1 내지 330-n)에 인가된 구동전압들은 대응되는 각각의 발광다이오드 스트링들(136-1 내지 136-n)로 공급되어 발광다이오드들을 발광시키게 된다.
한편, 구동전압이 미리 정해진 기준전압을 만족하도록 하기 위하여 광커플러(360)는 다출력 트랜스포머(TRN1)의 이차측 코일들 중에서 어느 하나의 기준 코일의 전압을 읽어들여 이를 광전 변환하고, 변환된 전기적 신호를 발광다이오드 구동 제어부(320)로 공급한다. 이러한 광 커플러(320)는 입력부와 출력부를 전기적으로 완벽히 격리시킴으로써 신호잡음의 전달과 이상신호를 차단하고 격리할 수 있다. 발광다이오드 구동제어부(320)는 광커플러(310)로부터 공급받은 전기적 신호에 따라 입력되는 발광다이오용 버스트 디밍 신호의 듀티비를 제어하여 N타입 MOS-FET(Q1)의 스위칭 주기를 제어하게 된다. 이에 따라 미리 정해진 기준전압이 다출력 트랜스포머(TRN1)의 이차측 코일에 유기되게 된다.
도 6은 도 5에 도시된 제1 내지 제n 발광다이오드 구동부 중 어느 하나의 발광다이오드 구동부에 대한 회로도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 발광다이오드 구동부(136)는 발광다이오드 스트링(136)에 공급되는 전류가 트랜스포머(TRN1) 쪽으로 역류 되는 것을 방지하기 위한 역전류방지용 다이오드(D1)와, 발광다이오드 스트링(136)에 공급되는 전류의 리플 성분을 제거하기 위한 리플감쇄용 커패시터(C1,C2)와, 발광다이오드 스트링(136)에 공급되는 전류량을 제어하기 위한 전류량 조절부(360)와, 기준전압을 전류량 조절부(360)로 공급하기 위한 제1 저항(R1)과, 발광다이오드 스트링(136)에 흐르는 전류(테스트전류)를 전류량 조절부(360)로 공급하기 위한 제2 저항(R2)과, 전류량 조절부(360)의 제어에 따라 트랜스포머(TRN1)로부터 발광다이오드 스트링(136)으로의 전류 공급을 절환하기 위한 N타입 MOS-FET(Q2)과, N타입 MOS-FET(Q2)이 턴 온 되는 동안 트랜스포머(TRN1)로부터 발광다이오드 스트링(136)으로 공급되는 전류를 축적하기 위한 인덕터(L)와, N타입 MOS-FET(Q2)이 턴 오프 되는 동안 인덕터에 축적되어 있는 전류가 프리휠링(Freewheeling)되어 발광다이오드 스트링(136)으로 공급되 게 하는 프리휠링 다이오드(D2)를 구비한다.
역전류방지용 다이오드(D1)의 애노드는 트랜스포머(TRN1)의 이차측 코일에 접속되고, 캐소드는 리플감쇄용 커패시터(C1)와 N타입 MOS-FET(Q2)의 드레인에 공통접속된다. 이러한 역전류방지용 다이오드(D1)는 일이차측의 턴비(N1/N2)에 따라 달라지는 트랜스포머(TRN1)의 이차측전류(I2=I1N1/N2))가 트랜스포머(TRN1)로 역류되는 것을 방지하는 역할을 한다.
리플감쇄용 커패시터(C1)는 일측이 역전류방지용 다이오드(D1)의 캐소드와 N타입 MOS-FET(Q2)의 드레인에 공통접속되고 타측이 접지에 접속되어, 이차측전류에 포함되어 있는 리플 성분을 접지로 바이패스 시킨다.
N타입 MOS-FET(Q2)은 역전류방지 다이오드(D1)의 캐소드와 리플감쇄용 커패시터(C1)에 공통접속되는 드레인, 전류량 조절부(360)에 접속되는 게이트 및 제1 저항(R1)에 접속되는 소스로 구성된다. 이러한 N타입 MOS-FET(Q2)은 게이트에 접속되어 있는 전류량 조절기(360)의 스위칭 제어에 따라 제어되어 발광다이오드 스트링(136)으로 공급되는 전류를 절환한다.
제1 저항(R1)은 일측이 N타입 MOS-FET(Q2)의 소스에 접속되고 타측이 프리휠링다이오드(D2)의 캐소드와 인덕터(L)에 공통접속되어, 제1 저항(R1)의 양단전압(기준전압)이 전류량 조절부(360)로 공급되도록 한다.
인덕터(L)는 일측이 제1 저항(R1)과 프리휠링 다이오드(D2)에 공통접속되고 타측이 리플감쇄용 커패시터(C2)와 발광다이오드 스트링(136)에 공통접속된다. 이러한 인덕터(L)는 N타입 MOS-FET(Q2)이 턴 온 되는 동안 트랜스포머(TRN1)로부터 발광다이오드 스트링(136)으로 공급되는 전류를 축적한다.
프리휠링 다이오드(D2)의 캐소드는 제1 저항(R1)과 인덕터(L)에 공통접속되고, 애노드는 접지에 접속된다. 이러한 프리휠링 다이오드(D2)는 N타입 MOS-FET(Q2)이 턴 오프 되는 동안 인덕터(L)에 축적되어 있는 전류가 프리휠링 되어 발광다이오드 스트링(136)으로 공급되게 한다.
리플감쇄용 커패시터(C2)는 일측이 인덕터(L)와 발광다이오드 스트링(136)에 공통접속되고 타측이 접지에 접속되어 발광다이오드 스트링(136)으로 공급되는 전류에 포함된 리플 성분을 접지로 바이패스 시킨다.
제2 저항(R2)는 일측이 발광다이오드 스트링(136)과 전류량 조절부(360)에 공통접속되고 타측이 접지에 접속되어 발광다이오드 스트링(136)을 통과한 전류가 전류량 조절부(360)로 바로 공급되도록 한다.
전류량 조절부(360)는 제1 저항(R1)의 양단 전압(기준전압)을 센싱하기 위한 전압센서(361)와, 제2 저항(R2)에 의해 공급되는 테스트전류를 적분하고 전류-전압 변환하여 테스트전압을 발생하기 위한 적분기(362)와, 적분기(362)로부터 공급되는 테스트전압의 극성을 반전시키기 위한 인버터(363)와, 기준전압과 테스트전압을 비교하여 전류량 제어신호를 발생하고 이를 N타입 MOS-FET(Q2)으로 공급하기 위한 비교기(364)를 구비한다.
비교기(364)는 기준전압과 테스트전압을 비교한 결과 테스트전압이 기준전압보다 큰 경우에는 하이신호를 출력하고, 테스트전압이 기준전압보다 작은 경우에는 로우신호를 출력한다. 출력된 하이신호는 N타입 MOS-FET(Q2)의 게이트로 인가되어 N타입 MOS-FET(Q2)을 턴 온 시키고, 출력된 로우신호는 N타입 MOS-FET(Q2)의 게이트로 인가되어 N타입 MOS-FET(Q2)을 턴 오프 시킨다. 이에 따라 발광다이오드 스트링(136)에 흐르는 전류량이 자동적으로 조절되게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 백 라이트의 구동 장치 및 방법은 다출력 트랜스포머를 이용하여 다수의 발광다이오드 스트링들을 한꺼번에 구동시킴으로써 발광다이오드 구동기 및 발광다이오드 구동제어기의 갯수를 대폭적으로 줄일 수 있다. 이에 따라 백 라이트 구동장치의 제조비용이 저감되어 경제적인 측면에서도 유리하고, 액정표시장치의 박형화에도 일조할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 백 라이트의 구동 장치 및 방법은 N타입 MOS-FET의 스위칭 동작 제어를 통해 발광다이오드 스트링에 공급되는 전류량을 조절함으로써 보다 정밀하게 출력전류를 제어할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (8)

  1. 다수의 발광다이오드들이 직렬로 배열되어 접속된 다수의 발광다이오드 스트링들과;
    입력전압을 변압하여 상기 다수의 발광다이오드 스트링들에 다수의 구동전압들을 공급하기 위한 변압수단과;
    상기 발생 된 구동전압들을 상기 다수의 발광다이오드 스트링들로 공급하기 위한 발광다이오드 구동수단을 구비하고,
    상기 변압수단은, 일차측 코일과 적어도 두개 이상의 이차측 코일들을 포함하는 다출력 트랜스포머이고,
    상기 발광다이오드 구동수단은, 상기 다출력 트랜스포머의 이차측 코일들에 일대일로 대응되게 접속됨과 아울러 상기 발광다이오드 스트링들에 일대일로 대응되게 접속되어 상기 발생된 구동전압들을 상기 다수의 발광다이오드 스트링들로 공급하기 위한 다수의 발광다이오드 구동부들을 구비하고,
    상기 발광다이오드 구동부는, 발광다이오드 스트링에 공급되는 전류가 상기 다출력 트랜스포머 쪽으로 역류 되는 것을 방지하기 위한 역전류방지용 다이오드와; 상기 발광다이오드 스트링에 공급되는 전류의 리플 성분을 제거하기 위한 리플감쇄용 커패시터와; 상기 발광다이오드 스트링에 공급되는 전류의 량을 제어하기 위한 전류량 조절부와; 상기 전류량 조절부로 기준전압이 공급되도록 하기 위한 전압센싱용 저항과; 상기 전류량 조절부로 발광다이오드 스트링에 흐르는 전류가 공급되도록 하기 위한 전류센싱용 저항과; 상기 전류량 조절부의 제어에 따라 상기 다출력 트랜스포머로부터 상기 발광다이오드 스트링으로의 전류 공급을 절환하기 위한 스위칭소자와; 상기 스위칭소자가 턴온 되는 동안 상기 다출력 트랜스포머로부터 상기 발광다이오드 스트링으로 공급되는 전류를 축적하기 위한 인덕터와; 상기 스위칭소자가 턴오프 되는 동안 상기 인덕터에 축적되어 있는 전류가 프리휠링되어 상기 발광다이오드 스트링으로 공급되게 하는 프리휠링 다이오드를 구비하는 것을 특징으로 하는 백 라이트의 구동장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류량 조절부는,
    기준전압인 상기 전압센싱용 저항의 양단 전압을 센싱하기 위한 전압센서와;
    상기 전류센싱용 저항에 의해 공급되는 상기 발광다이오드 스트링에 흐르는 전류를 변환하여 테스트전압을 발생하기 위한 적분기와;
    상기 적분기로부터 공급되는 상기 테스트전압의 극성을 반전시키기 위한 인버터와;
    상기 센싱된 기준전압과 상기 극성 반전된 테스트전압을 비교하여 전류량 제어신호를 발생하고 이를 상기 스위칭소자로 공급하기 위한 비교기를 구비하는 것을 특징으로 하는 백 라이트의 구동장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 비교기는 상기 스위칭소자의 게이트에 접속되어 상기 스위칭소자의 스위칭 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 백 라이트의 구동장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
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