KR101873497B1 - 발광 다이오드 구동 장치 - Google Patents

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Abstract

발광 다이오드 구동 장치는 입력 전압을 입력 받아 변환하는 컨버터(converter), 상기 컨버터에 연결되어 있는 발광 다이오드(light emitting diode), 상기 발광 다이오드에 연결되어 있는 전류 조정기(current regulator), 상기 전류 조정기에 연결되어 있는 제1 연산 증폭기(operational amplifier), 제2 연산 증폭기, 제1 저항, 제2 저항, 그리고 제3 저항을 포함하고, 상기 제1 저항의 일측 단자, 상기 제2 저항의 일측 단자, 그리고 상기 제3 저항의 일측 단자는 상기 제2 연산 증폭기의 비반전 단자에 연결되어 있고, 그리고 상기 제1 연산 증폭기에 연결되어 있는 아날로그 디밍 전압 발생부(analog dimming voltage generating unit), 그리고 상기 제3 저항의 타측 단자에 연결되어 있는 펄스폭 변조 디밍 펄스 발생부(pulse-width-modulation dimming pulse generating unit)를 포함한다.

Description

발광 다이오드 구동 장치{DEVICE OF DRIVING LIGHT EMITTING DIODE}
발광 다이오드 구동 장치가 제공된다.
발광 다이오드(light emitting diode)(이하 "LED"라 함)는 다양한 표시 장치의 광원으로 많이 사용되고 있다. 기존의 냉음극 형광램프(cold cathode fluorescent lamp)(이하 "CCFL"이라 함)가 고주파수의 AC 전류로 구동되는 인버터(inverter)가 필요한 것과는 달리, LED는 DC 전류로 구동되는 컨버터(converter)가 필요하다.
CCFL에 사용되는 인버터와는 달리, LED에 사용되는 DC/DC 컨버터는 DC 전류를 생성하기 위한 정류 회로부를 포함한다. 또한, LED 구동 장치는 LED의 휘도를 조절하기 위하여 펄스폭 변조(pulse width modulation)(이하 "PWM"이라 함) 디밍 제어(dimming control) 방법과 아날로그 디밍 제어 방법으로 작동될 수 있다. PWM 디밍은 LED의 온-오프 시간의 비율을 PWM 신호에 따라 조절하여 LED의 밝기를 조절하는 것을 의미한다. 예를 들어, 온-오프 시간의 비율이 4:1인 PWM 신호가 LED로 제공되면, LED의 밝기는 최대 밝기의 80%가 될 수 있다. 아날로그 디밍은 LED로 공급되는 전류량을 조절하여 LED의 밝기를 조절하는 것을 의미한다.
최근 LED 구동 장치는 바이폴라 접합 트랜지스터(bipolar junction transistor)(이하 "BJT"라 함) 또는 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)(이하 "MOSFET"이라 함)를 선형 영역(linear region)에서 구동함으로써 콜렉터-에미터(collector-emitter)의 임피던스(impedance)를 조절하고 LED의 전류를 일정하게 유지할 수 있다.
한편, LED의 전류를 일정하게 유지하는 전류 조정기(current regulator)로 사용되는 BJT 또는 MOSFET은 PWM 디밍이 오프(off)되었을 때 LED에 흐르는 전류를 0으로 만든다. PWM 디밍이 오프(off)되었을 때 광원에 흐르는 전류를 0으로 만든다는 것은 기존의 CCFL용 인버터에서부터 적용되었던 것이며, 이는 CCFL에 미세 전류가 흐를 경우 CCFL의 특성이 저하될 수 있기 때문이다. 하지만, PWM 디밍이 오프(off)되었을 때 광원에 흐르는 전류를 0으로 만드는 것은 전류 조정기에서의 전압 스트레스를 증가시킬 수 있다.
본 발명에 따른 한 실시예는 LED 구동 장치의 전류 조정기에서의 전압 스트레스를 저감시키기 위한 것이다.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 발광 다이오드 장치는 입력 전압을 입력 받아 변환하는 컨버터(converter), 상기 컨버터에 연결되어 있는 발광 다이오드(light emitting diode), 상기 발광 다이오드에 연결되어 있는 전류 조정기(current regulator), 상기 전류 조정기에 연결되어 있는 제1 연산 증폭기(operational amplifier), 제2 연산 증폭기, 제1 저항, 제2 저항, 그리고 제3 저항을 포함하고, 상기 제1 저항의 일측 단자, 상기 제2 저항의 일측 단자, 그리고 상기 제3 저항의 일측 단자는 상기 제2 연산 증폭기의 비반전 단자에 연결되어 있고, 그리고 상기 제1 연산 증폭기에 연결되어 있는 아날로그 디밍 전압 발생부(analog dimming voltage generating unit), 그리고 상기 제3 저항의 타측 단자에 연결되어 있는 펄스폭 변조 디밍 펄스 발생부(pulse-width-modulation dimming pulse generating unit)를 포함한다.
상기 제1 저항의 타측 단자는 기준 전압에 연결되어 있을 수 있고, 상기 제2 저항의 타측 단자는 접지되어 있을 수 있다.
상기 제2 연산 증폭기의 반전 단자는 상기 제2 연산 증폭기의 출력 단자에 연결되어 있을 수 있다.
상기 제2 연산 증폭기의 출력 단자는 상기 제1 연산 증폭기의 비반전 단자에 연결되어 있을 수 있다.
제4 저항이 상기 제2 연산 증폭기의 출력 단자와 상기 제1 연산 증폭기의 비반전 단자의 사이에 연결되어 있을 수 있다.
상기 전류 조정기는 바이폴라 접합 트랜지스터(bipolar junction transistor)를 포함할 수 있다.
상기 바이폴라 접합 트랜지스터의 베이스(base)는 상기 제1 연산 증폭기의 출력 단자에 연결되어 있을 수 있고, 상기 바이폴라 접합 트랜지스터의 에미터(emitter)는 상기 제1 연산 증폭기의 반전 단자에 연결되어 있을 수 있고, 그리고 상기 바이폴라 접합 트랜지스터의 콜렉터(collector)는 상기 발광 다이오드에 연결되어 있을 수 있다.
상기 발광 다이오드 구동 장치는 상기 전류 조정기에 연결되어 있는 감지 저항을 더 포함할 수 있다.
상기 감지 저항의 일측 단자는 상기 제1 연산 증폭기의 반전 단자 및 상기 전류 조정기에 연결되어 있을 수 있고, 상기 감지 저항의 타측 단자는 접지되어 있을 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 발광 다이오드 장치는 입력 전압을 입력받아 변환하는 컨버터, 상기 컨버터에 연결되어 있는 발광 다이오드, 상기 발광 다이오드에 연결되어 있는 제1 전류 조정기, 상기 전류 조정기에 연결되어 있는 제1 연산 증폭기, 상기 제1 전류 조정기와 상기 제1 연사 증폭기에 연결되어 있는 제2 전류 조정기, 제2 연산 증폭기, 제1 저항, 그리고 제2 저항을 포함하고, 상기 제1 저항의 일측 단자와 상기 제2 저항의 일측 단자는 상기 제2 연산 증폭기의 비반전 단자에 연결되어 있고, 그리고 상기 제1 연산 증폭기에 연결되어 있는 아날로그 디밍 전압 발생부, 그리고 상기 제2 전류 조정기에 연결되어 있는 펄스폭 변조 디밍 펄스 발생부를 포함한다.
상기 제1 전류 조정기는 제1 바이폴라 접합 트랜지스터를 포함할 수 있고, 상기 제2 전류 조정기는 제2 바이폴라 접합 트랜지스터를 포함할 수 있다.
상기 제1 바이폴라 접합 트랜지스터의 에미터와 상기 제2 바이폴라 접합 트랜지스터의 콜렉터는 상기 제1 연산 증폭기의 반전 단자에 연결되어 있을 수 있다.
상기 제2 바이폴라 접합 트랜지스터의 베이스는 상기 펄스폭 변조 디밍 펄스 발생부에 연결되어 있을 수 있고, 상기 제2 바이폴라 접합 트랜지스터의 에미터는 접지되어 있을 수 있다.
제3 저항이 상기 제1 바이폴라 접합 트랜지스터의 콜렉터와 상기 제2 연산 증폭기의 반전 단자의 사이에 연결되어 있을 수 있다.
상기 발광 다이오드 구동 장치는 상기 제1 전류 조정기와 상기 제2 전류 조정기에 연결되어 있는 감지 저항을 더 포함할 수 있다.
상기 감지 저항의 일측 단자는 상기 제1 연산 증폭기의 반전 단자, 상기 제1 전류 조정기, 그리고 상기 제2 전류 조정기에 연결되어 있을 수 있고, 상기 감지 저항의 타측 단자는 접지되어 있을 수 있다.
본 발명에 따른 한 실시예는 LED 구동 장치의 전류 조정기에서의 전압 스트레스를 저감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 LED 구동 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 LED에서의 전류 및 전압 특성 그래프이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 LED 구동 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참고하면, 액정 표시판 조립체(300)는 대략 행렬의 형태로 배열된 복수의 화소(pixel)(PX)를 포함한다. 복수의 화소(PX)는 복수의 신호선에 연결되어 있다. 신호선은 게이트 신호("주사 신호"라고도 함)를 전달하는 복수의 게이트선과 데이터 신호를 전달하는 데이터선을 포함한다.
백라이트 유닛(backlight unit)(920)은 액정 표시 장치의 광원이다. 여기서 백라이트 유닛(920)은 LED를 포함한다. 또한, LED는 직하형(direct type) 또는 엣지형(edge type)으로 위치할 수 있다.
LED 구동 장치(LED driver)(910)는 제어 신호(CONT4)를 이용하여 백라이트 유닛(920)의 온/오프 시간, 밝기 등을 제어한다.
계조 전압 생성부(800)는 화소의 투과율과 관련된 두 개의 계조 전압 집합(또는 기준 계조 전압 집합)을 생성한다. 두 벌 중 한 벌은 공통 전압(Vcom)에 대하여 양의 값을 가지고 다른 한 벌은 음의 값을 가진다.
게이트 구동부(400)는 액정 표시판 조립체(300)의 게이트선에 연결되어 게이트 온 전압(Von)과 게이트 오프 전압(Voff)의 조합으로 이루어진 게이트 신호를 게이트선에 인가한다.
데이터 구동부(500)는 액정 표시판 조립체(300)의 데이터선에 연결되어 계조 전압 생성부(800)로부터의 계조 전압을 선택하여 데이터 전압으로서 화소에 인가한다. 그러나 계조 전압 생성부(800)가 모든 계조에 대한 전압을 모두 제공하는 것이 아니라 정해진 수의 기준 계조 전압만을 제공하는 경우에, 데이터 구동부(500)는 기준 계조 전압을 분압하여 전체 계조에 대한 계조 전압을 생성하고 이 중에서 데이터 신호를 선택한다.
신호 제어부(600)는 게이트 구동부(400), 데이터 구동부(500), LED 구동 장치(910)를 제어한다.
이러한 구동 장치(400, 500, 600, 800, 910) 각각은 적어도 하나의 집적 회로 칩의 형태로 액정 표시판 조립체(300) 위에 직접 장착되거나, 가요성 인쇄 회로막(flexible printed circuit film)(도시하지 않음) 위에 장착되어 TCP(tape carrier package)의 형태로 액정 표시판 조립체(300)에 부착될 수도 있다. 이와는 달리, 이들 구동 장치(400, 500, 600, 800)가 신호선과 박막 트랜지스터 스위칭 소자(Q) 따위와 함께 액정 표시판 조립체(300)에 집적될 수도 있다. 또한, 이들 구동 장치(400, 500, 600, 800) 모두가 단일 칩으로 집적될 수 있으며, 이 경우 이들 중 적어도 하나 또는 이들을 이루는 적어도 하나의 회로 소자가 단일 칩 바깥에 있을 수 있다.
신호 제어부(600)는 외부의 그래픽 제어기(도시하지 않음)로부터 입력 영상 신호(R, G, B) 및 이의 표시를 제어하는 입력 제어 신호를 수신한다. 입력 영상 신호(R, G, B)는 각 화소(PX)의 휘도(luminance) 정보를 담고 있으며 휘도는 정해진 수효, 예를 들면 1024(=210), 256(=28) 또는 64(=26) 개의 계조(gray)를 가지고 있다. 입력 제어 신호의 예로는 수직 동기 신호(Vsync), 수평 동기 신호(Hsync), 메인 클록(MCLK), 데이터 인에이블 신호(DE) 등이 있다.
신호 제어부(600)는 입력 영상 신호(R, G, B)와 입력 제어 신호를 기초로 입력 영상 신호(R, G, B)를 액정 표시판 조립체(300) 및 데이터 구동부(500)의 동작 조건에 맞게 적절히 처리한다. 신호 제어부(600)는 게이트 제어 신호(CONT1) 및 데이터 제어 신호(CONT2), 백라이트 제어 신호(CONT3) 등을 생성한 후, 게이트 제어 신호(CONT1)를 게이트 구동부(400)로 내보내고 데이터 제어 신호(CONT2)와 처리한 영상 신호(DAT)를 데이터 구동부(500)로 출력하고, 백라이트 제어 신호(CONT3)을 LED 구동 장치(910)으로 전송한다. 출력 영상 신호(DAT)는 디지털 신호로서 정해진 수효의 값(또는 계조)을 가진다.
게이트 제어 신호(CONT1)는 주사 시작을 지시하는 주사 시작 신호(STV)와 게이트 온 전압(Von)의 출력 주기를 제어하는 적어도 하나의 클록 신호를 포함한다. 게이트 제어 신호(CONT1)는 또한 게이트 온 전압(Von)의 지속 시간을 한정하는 출력 인에이블 신호(OE)를 더 포함할 수 있다.
데이터 제어 신호(CONT2)는 한 행의 화소(PX)에 대한 영상 데이터의 전송 시작을 알리는 수평 동기 시작 신호(STH)와 데이터선(D1-Dm)에 데이터 신호를 인가하라는 로드 신호(LOAD) 및 데이터 클록 신호(HCLK)를 포함한다. 데이터 제어 신호(CONT2)는 또한 공통 전압(Vcom)에 대한 데이터 신호의 전압 극성(이하 "공통 전압에 대한 데이터 신호의 전압 극성"을 줄여 "데이터 신호의 극성"이라 함)을 반전시키는 반전 신호(RVS)를 더 포함할 수 있다.
신호 제어부(600)로부터의 데이터 제어 신호(CONT2)에 따라, 데이터 구동부(500)는 한 행의 화소(PX)에 대한 디지털 영상 신호(DAT)를 수신하고, 각 디지털 영상 신호(DAT)에 대응하는 계조 전압을 선택함으로써 디지털 영상 신호(DAT)를 아날로그 데이터 신호로 변환한 다음, 이를 해당 데이터선(D1-Dm)에 인가한다. 계조 전압 생성부(800)가 만들어내는 계조 전압의 수효는 디지털 영상 신호(DAT)가 나타내는 계조의 수효와 동일하다.
게이트 구동부(400)는 신호 제어부(600)로부터의 게이트 제어 신호(CONT1)에 따라 게이트 온 전압(Von)을 게이트선(G1-Gn)에 인가하여 이 게이트선(G1-Gn)에 연결된 스위칭 소자(Q)를 턴온시킨다. 그러면, 데이터선(D1-Dm)에 인가된 데이터 신호가 턴온된 스위칭 소자(Q)를 통하여 해당 화소(PX)에 인가된다.
화소(PX)에 인가된 데이터 신호의 전압과 공통 전압(Vcom)의 차이는 액정 축전기(CLC)의 충전 전압, 즉 화소 전압으로서 나타난다. 액정 분자들은 화소 전압의 크기에 따라 그 배열을 달리하며 이에 따라 액정층(3)을 통과하는 빛의 편광이 변화한다. 이러한 편광의 변화는 표시판 조립체(300)에 부착된 편광자에 의하여 빛의 투과율 변화로 나타나며, 이를 통해 화소(PX)는 영상 신호(DAT)의 계조가 나타내는 휘도를 표시한다.
1 수평 주기["1H"라고도 쓰며, 수평 동기 신호(Hsync) 및 데이터 인에이블 신호(DE)의 한 주기와 동일함]를 단위로 하여 이러한 과정을 되풀이함으로써, 복수의 게이트선에 대하여 차례로 게이트 온 전압(Von)을 인가하여 복수의 화소(PX)에 데이터 신호를 인가하여 한 프레임(frame)의 영상을 표시한다.
한 프레임이 끝나면 다음 프레임이 시작되고 각 화소(PX)에 인가되는 데이터 신호의 극성이 이전 프레임에서의 극성과 반대가 되도록 데이터 구동부(500)에 인가되는 반전 신호(RVS)의 상태가 제어된다("프레임 반전"). 이때, 한 프레임 내에서도 반전 신호(RVS)의 특성에 따라 한 데이터선을 통하여 흐르는 데이터 신호의 극성이 바뀌거나(보기: 행 반전, 점 반전), 한 화소행에 인가되는 데이터 신호의 극성도 서로 다를 수 있다(보기: 열 반전, 점 반전).
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 LED 구동 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2를 참고하면, DC/DC 컨버터는 LED를 구동하기 위한 기본 전원을 발생시킨다. DC/DC 컨버터는 입력 전압(Vin)을 포함하고, 코일(L), MOSFET(M), 다이오드(D), 그리고 커패시터(capacitor)(Cout) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
LED(LD11-LD46)는 6 개가 직렬 연결되어 있는 LED 그룹이 4 그룹으로 배열되어 있다. 이외에도, 직렬 연결된 LED의 개수와 LED 그룹의 개수는 다양하게 변형될 수 있다.
전류 조정기는 LED의 구동 전류를 일정하게 유지하는 것이다. 도 2를 참고하면, 전류 조정기는 BJT(Q1-Q4)를 포함하며, BJT(Q1-Q4)는 선형 영역에서 작동될 수 있다.
BJT(Q1-Q4)는 NPN 형으로 2 개의 PN 접합으로 이루어진 트랜지스터이며, 베이스(base), 에미터(emitter), 그리고 콜렉터(collector)의 3 개의 단자를 포함한다. 즉, 베이스는 P형, 에미터와 콜렉터는 N형이다. 콜렉터는 LED(LD11-LD46)의 캐소드(cathode)에 연결되어 있으며, 베이스는 연산증폭기(operational amplifier)의 출력 단자에 연결되어 있으며, 에미터는 감지 저항(sensing resistor)(Rsen1-Rsen4)에 연결되어 있다.
BJT(Q1-Q4)는 스위치의 온(on)에 해당되는 포화 상태(saturation mode), 스위치의 오프(off)에 해당되는 차단 상태(cut-off mode), 그리고 증폭 작용을 하는 능동 상태(active mode)를 갖는다. 포화 상태는 에미터-베이스 접합과 콜렉터-베이스 접합이 모두 순방향 바이어스(forward biased)되어 있는 상태이며, 차단 상태는 에미터-베이스 접합과 콜렉터-베이스 접합이 모두 역방향 바이어스(reverse biased)되어 있는 상태이다. 능동 상태는 에미터-베이스 접합은 순방향 바이어스되어 있고, 콜렉터-베이스 접합은 역방향 바이어스되어 있는 상태이다. 여기서 순방향 바이어스되어 있다는 것은 PN 접합에서 P 단자에 인가되는 전압이 N 단자에 인가되는 전압보다 높은 경우를 의미하며, 역방향 바이어스되어 있다는 것은 PN 접합에서 P 단자에 인가되는 전압이 N 단자에 인가되는 전압보다 낮은 경우를 의미한다.
감지 저항(Rsen1-Rsen4)은 각각의 LED 그룹별로 전류를 피드백(feedback)하기 위한 저항이다. 감지 저항(Rsen1-Rsen4)의 일측 단자는 접지되어 있으며, 타측 단자는 BJT(Q1-Q4)의 에미터 및 연산증폭기(IC4-IC7)의 반전 단자에 연결되어 있다.
연산증폭기(IC4-IC7)는 비반전 단자(+), 반전 단자(-), 그리고 출력 단자를 포함하며, 반전 단자는 BJT(Q1-Q4)의 에미터에 연결되어 있으며, 출력 단자는 BJT(Q1-Q4)의 베이스에 연결되어 있다. 연산증폭기(IC4-IC7)는 감지 저항(Rsen1-Rsen4) 및 기준 전압(reference voltage)(Vref)에 기초하여 BJT(Q1-Q4)를 작동시킬 수 있다.
아날로그 디밍 전압 발생부(analog dimming voltage generating unit)는 아날로그 디밍 전압을 발생하며, 1 개의 연산증폭기(IC3)와 4 개의 저항(R4, R5, R10, R11)을 포함하고, PWM 디밍 펄스 발생부(PWM dimming pulse generating unit)에 연결되어 있다. 연산증폭기(IC3)의 반전 단자와 출력 단자는 서로 연결되어 있으며, 이러한 연산증폭기(IC3)는 비반전 단자에 인가되는 전압을 출력 단자로 그대로 전달하는 전압 폴로워(voltage follower)에 해당한다.
PWM 디밍 펄스 발생부는 PWM 디밍 펄스를 발생하며, 2 개의 연산증폭기(IC1, IC2)와 3 개의 저항(R1, R2, R3)을 포함하고, 아날로그 디밍 전압 발생부에 연결되어 있다. 아날로그 디밍 전압 발생부의 연산증폭기(IC3)는 PWM 디밍 펄스 발생부의 연산증폭기(IC1, IC2)에 의해 발생한 PWM 디밍 펄스에 의해 주기적으로 온/오프될 수 있다.
각각의 LED(LD11-LD46)는 실제 소비되는 전력이 미세하게 다르며, 이러한 차이로 인하여 각 LED(LD16, LD26, LD36, LD46)와 BJT(Q1-Q4)의 연결 지점에서의 헤드룸 전압(head-room voltage)(Vhead)들은 서로 다르다. 예를 들어, 헤드룸 전압(Vhead) 중 가장 낮은 전압을 피드백시킴으로써 LED의 구동 전압을 제어할 수 있으며, 이를 헤드룸 컨트롤(head-room control)이라고도 한다.
한편, PWM 디밍이 온(on)이 되었을 때, LED(LD11-LD46)에 전류가 흐른다면 BJT(Q1-Q4)의 콜렉터 단자 및 에미터 단자 사이에 약 0.8-1.5 V의 전압이 인가될 수 있으며, 이러한 크기의 전압은 BJT(Q1-Q4)가 선형 영역에서 동작하기 위한 적정 전압일 수 있다.
도 2를 참고하면, PWM 디밍이 오프(off)로 되었을 때, PWM 디밍 펄스 발생부에 연결되어 있는 저항(R10), 기준 전압(Vref)에 연결되어 있는 저항(R4), 그리고 접지되어 있는 저항(R5)에 의해 아날로그 디밍 전압이 감소될 수 있다. 구체적으로, LED(LD11-LD46)에 미세한 전류가 흐르도록, 아날로그 디밍 전압 발생부로부터 발생되는 아날로그 디밍 전압의 크기가 적절하게 조절될 수 있다. 예를 들어, LED 1개를 기준으로 하여 BJT(Q1-Q4)의 콜렉터 단자 및 에미터 단자 사이에 인가되는 전압의 크기가 대략 2.5 V이며, LED(LD11-LD46)에 대략 0.1-2 mA의 전류가 흐를 수 있다.
반면, 종래 기술에 의하면, PWM 디밍이 오프(off)로 되었을 때, 아날로그 디밍 전압 발생부의 연산 증폭기의 출력은 0이 되며, BJT(Q1-Q4)는 오프(off)된다. 이에 따라, DC/DC 컨버터로 입력되는 전압이 모두 BJT(Q1-Q4)의 콜렉터 단자 및 에미터 단자 사이에 인가되므로, LED 1 개를 기준으로 하여 BJT의 콜렉터 단자 및 에미터 단자 사이에 인가되는 전압의 크기는 대략 3.3 V일 수 있으며, LED에 흐르는 전류는 0 mA일 수 있다.
결국, 도 2를 참고하면, BJT의 추가와 배선의 확장 없이도, 아날로그 디밍 전압 발생부의 연산 증폭기의 출력을 조절함으로써, BJT(Q1-Q4)의 전압 스트레스는 약 3.3 V에서 약 2.5 V로 대략 24 % 정도 저감될 수 있다. 나아가, 전체 LED로의 입력 전압이 대략 100-200 V인 경우에도, 전류 조정기로 이용되는 BJT(Q1-Q4)의 정격 전압과 소비 전력이 낮아질 수 있으므로, BJT(Q1-Q4)의 원가가 절감될 수 있다. 또한, 헤드룸 전압(Vhead)도 감소될 수 있으므로, LED 구동 장치(910)의 전압 스트레스도 저감될 수 있다.
도 3을 참고하면, X 축은 1 개의 LED에서 순 방향으로 흐르는 전류의 크기를 나타낸 것이고, Y 축은 1 개의 LED에서 강하되는 전압의 크기를 나타낸 것이다. 예를 들어, Ia는 약 2 mA, Va는 약 2.5 V일 수 있으며, Ib는 약 130 mA, Vb는 약 3.3 V일 수 있다. PWM 디밍이 오프(off)로 되었을 때 CCFL에 미세 전류가 흐르는 경우, 미세 전류로 인하여 CCFL의 특성이 저하될 수 있지만, LED는 PWM 디밍이 오프(off)로 되었을 때 미세 전류가 흘러도 LED의 특성이 저하되지 않을 수 있다. 따라서, 백라이트의 휘도를 고려하여, PWM 디밍이 오프(off)로 되었을 때 LED에 흐르는 전류의 크기가 대략 A 지점의 부근에 해당하는 0.1-2 mA에서 조절된다면, 백라이트로 이용되는 LED의 특성이 저하되지 않으면서도, 전류 조정기의 전압 스트레스가 저감될 수 있다.
도 2는 아날로그 디밍 전압을 직접 제어함으로써 LED의 저전류 특성을 이용하는 회로의 일례를 도시한 것이며, 도 4는 LED 그룹 별로 전류의 피드백 레벨을 변경함으로써 LED의 저전류 특성을 이용하는 회로의 일례를 도시한 것이다.
도 4를 참고하면, 추가적인 BJT(Q9-Q12)의 이용에 의해, PWM 디밍이 오프(off)로 되었을 때, 전류의 피드백 레벨을 증가시킴으로써 LED에 미세 전류가 흐를 수 있다. 이때, 추가적인 BJT(Q9-Q12)는 LED 구동 장치(910)에 내장될 수 있으며, 내장 BJT를 이용하는 것은 외장 BJT를 이용하는 것보다 원가가 절감될 수 있다.
도 4를 참고하면, DC/DC 컨버터는 LED를 구동하기 위한 기본 전원을 발생시킨다. DC/DC 컨버터는 입력 전압(Vin)을 포함하고, 코일(L), MOSFET(M), 다이오드(D), 그리고 커패시터(Cout) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
LED(LD11-LD46)는 6 개가 직렬 연결되어 있는 LED 그룹이 4 그룹으로 배열되어 있다. 이외에도, 직렬 연결된 LED의 개수와 LED 그룹의 개수는 다양하게 변형될 수 있다.
전류 조정기는 BJT(Q1-Q4)를 포함하며, BJT(Q1-Q4)는 선형 영역에서 작동될 수 있다.
BJT(Q1-Q4)는 NPN 형으로 2 개의 PN 접합으로 이루어진 트랜지스터이며, 베이스, 에미터, 그리고 콜렉터의 3 개의 단자를 포함한다. 즉, 베이스는 P형, 에미터와 콜렉터는 N형이다. 콜렉터는 LED(LD11-LD46)의 캐소드에 연결되어 있으며, 베이스는 연산증폭기의 출력 단자에 연결되어 있으며, 에미터는 감지 저항(Rsen1-Rsen4)에 연결되어 있다.
BJT(Q1-Q4)는 스위치의 온(on)에 해당되는 포화 상태, 스위치의 오프(off)에 해당되는 차단 상태, 그리고 증폭 작용을 하는 능동 상태를 갖는다.
감지 저항(Rsen1-Rsen4)은 각각의 LED 그룹별로 전류를 피드백하기 위한 저항이다. 감지 저항(Rsen1-Rsen4)의 일측 단자는 접지되어 있으며, 타측 단자는 BJT(Q1-Q4)의 에미터, 연산증폭기(IC4-IC7)의 반전 단자, 그리고 저항(R12-R15)에 연결되어 있다.
연산증폭기(IC4-IC7)는 비반전 단자(+), 반전 단자(-), 그리고 출력 단자를 포함하며, 반전 단자는 BJT(Q1-Q4)의 에미터 및 저항(R12-R15)에 연결되어 있으며, 출력 단자는 BJT(Q1-Q4)의 베이스에 연결되어 있다. 연산증폭기(IC4-IC7)는 감지 저항(Rsen1-Rsen4) 및 기준 전압(reference voltage)(Vref)에 기초하여 BJT(Q1-Q4)를 작동시킬 수 있다.
아날로그 디밍 전압 발생부는 아날로그 디밍 전압을 발생하며, 1 개의 연산증폭기(IC3)와 2 개의 저항(R4, R5)을 포함한다. 연산증폭기(IC3)의 반전 단자와 출력 단자는 서로 연결되어 있으며, 이러한 연산증폭기(IC3)는 비반전 단자에 인가되는 전압을 출력 단자로 그대로 전달하는 전압 폴로워에 해당한다.
PWM 디밍 펄스 발생부는 PWM 디밍 펄스를 발생하며, 2 개의 연산증폭기(IC1, IC2)와 3 개의 저항(R1, R2, R3)을 포함하고, BJT(Q9-Q10)와 저항(R12-R15)를 통하여 연산증폭기(IC4-IC7)의 반전 단자에 연결되어 있다.
각각의 LED(LD11-LD46)는 실제 소비되는 전력이 미세하게 다르며, 이러한 차이로 인하여 각 LED(LD16, LD26, LD36, LD46)와 BJT(Q1-Q4)의 연결 지점에서의 헤드룸 전압(Vhead)들은 서로 다르다. 예를 들어, 헤드룸 전압(Vhead) 중 가장 낮은 전압을 피드백시킴으로써 LED의 구동 전압을 제어할 수 있다.
도 4를 참고하면, PWM 디밍이 오프(off)로 되었을 때, BJT(Q9-Q12)에 의해 전류의 피드백 레벨이 증가함으로써 LED에 미세 전류가 흐를 수 있다. 예를 들어, LED 1개를 기준으로 하여 BJT(Q1-Q4)의 콜렉터 단자 및 에미터 단자 사이에 인가되는 전압의 크기가 대략 2.5 V이며, LED(LD11-LD46)에 대략 0.1-2 mA의 전류가 흐를 수 있다.
결국, 도 4를 참고하면, 배선의 확장 없이도, 전류의 피드백 레벨이 증가함으로써, BJT(Q1-Q4)의 전압 스트레스는 약 3.3 V에서 약 2.5 V로 대략 24 % 정도 저감될 수 있다. 나아가, 전체 LED로의 입력 전압이 대략 100-200 V인 경우에도, 전류 조정기로 이용되는 BJT(Q1-Q4)의 정격 전압과 소비 전력이 낮아질 수 있으므로, BJT(Q1-Q4)의 원가가 절감될 수 있다. 또한, 헤드룸 전압(Vhead)도 감소될 수 있으므로, LED 구동 장치(910)의 전압 스트레스도 저감될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
300: 액정 표시판 조립체 400: 게이트 구동부
500: 데이터 구동부 600: 신호 제어부
800: 계조 전압 생성부 910: LED 구동 장치
920: 백라이트 유닛

Claims (19)

  1. 입력 전압을 입력받아 변환하는 컨버터(converter),
    상기 컨버터에 연결되어 있는 발광 다이오드(light emitting diode),
    상기 발광 다이오드에 연결되어 있는 전류 조정기(current regulator),
    상기 전류 조정기에 연결되어 있는 제1 연산 증폭기(operational amplifier),
    제2 연산 증폭기, 제1 저항, 제2 저항, 그리고 제3 저항을 포함하고, 상기 제1 저항의 일측 단자, 상기 제2 저항의 일측 단자, 그리고 상기 제3 저항의 일측 단자는 상기 제2 연산 증폭기의 비반전 단자에 연결되어 있고, 그리고 상기 제1 연산 증폭기에 연결되어 있는 아날로그 디밍 전압 발생부(analog dimming voltage generating unit), 그리고
    상기 제3 저항의 타측 단자에 연결되어 있는 펄스폭 변조 디밍 펄스 발생부(pulse-width-modulation dimming pulse generating unit)
    를 포함하고,
    상기 펄스폭 변조 디밍 펄스 발생부가 오프될 때, 상기 제2 연산 증폭기는 0 보다 큰 아날로그 디밍 전압을 상기 제1 연산 증폭기에 출력함으로써 상기 발광 다이오드에 전류가 흐르도록 하는 발광 다이오드 구동 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 저항의 타측 단자는 기준 전압에 연결되어 있고, 상기 제2 저항의 타측 단자는 접지되어 있는 발광 다이오드 구동 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 제2 연산 증폭기의 반전 단자는 상기 제2 연산 증폭기의 출력 단자에 연결되어 있는 발광 다이오드 구동 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 제2 연산 증폭기의 출력 단자는 상기 제1 연산 증폭기의 비반전 단자에 연결되어 있는 발광 다이오드 구동 장치.
  5. 제1항에서,
    제4 저항이 상기 제2 연산 증폭기의 출력 단자와 상기 제1 연산 증폭기의 비반전 단자의 사이에 연결되어 있는 발광 다이오드 구동 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 전류 조정기는 바이폴라 접합 트랜지스터(bipolar junction transistor)를 포함하는 발광 다이오드 구동 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 바이폴라 접합 트랜지스터의 베이스(base)는 상기 제1 연산 증폭기의 출력 단자에 연결되어 있고, 상기 바이폴라 접합 트랜지스터의 에미터(emitter)는 상기 제1 연산 증폭기의 반전 단자에 연결되어 있고, 그리고 상기 바이폴라 접합 트랜지스터의 콜렉터(collector)는 상기 발광 다이오드에 연결되어 있는 발광 다이오드 구동 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 전류 조정기에 연결되어 있는 감지 저항을 더 포함하는 발광 다이오드 구동 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 감지 저항의 일측 단자는 상기 제1 연산 증폭기의 반전 단자 및 상기 전류 조정기에 연결되어 있고, 상기 감지 저항의 타측 단자는 접지되어 있는 발광 다이오드 구동 장치.
  10. 입력 전압을 입력받아 변환하는 컨버터,
    상기 컨버터에 연결되어 있는 발광 다이오드,
    상기 발광 다이오드에 연결되어 있는 제1 전류 조정기,
    상기 제1 전류 조정기에 연결되어 있는 제1 연산 증폭기,
    상기 제1 전류 조정기와 상기 제1 연산 증폭기에 연결되어 있는 제2 전류 조정기,
    제2 연산 증폭기, 제1 저항, 그리고 제2 저항을 포함하고, 상기 제1 저항의 일측 단자와 상기 제2 저항의 일측 단자는 상기 제2 연산 증폭기의 비반전 단자에 연결되어 있고, 그리고 상기 제1 연산 증폭기에 연결되어 있는 아날로그 디밍 전압 발생부, 그리고
    상기 제2 전류 조정기에 연결되어 있는 펄스폭 변조 디밍 펄스 발생부
    를 포함하고,
    상기 펄스폭 변조 디밍 펄스 발생부가 오프될 때, 상기 제1 연산 증폭기는 0 보다 큰 전압을 상기 제1 전류 조정기에 출력함으로써 상기 발광 다이오드에 전류가 흐르도록 하는 발광 다이오드 구동 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 제1 전류 조정기는 제1 바이폴라 접합 트랜지스터를 포함하고, 상기 제2 전류 조정기는 제2 바이폴라 접합 트랜지스터를 포함하는 발광 다이오드 구동 장치.
  12. 제11항에서,
    상기 제1 바이폴라 접합 트랜지스터의 에미터와 상기 제2 바이폴라 접합 트랜지스터의 콜렉터는 상기 제1 연산 증폭기의 반전 단자에 연결되어 있는 발광 다이오드 구동 장치.
  13. 제12항에서,
    상기 제2 바이폴라 접합 트랜지스터의 베이스는 상기 펄스폭 변조 디밍 펄스 발생부에 연결되어 있고, 상기 제2 바이폴라 접합 트랜지스터의 에미터는 접지되어 있는 발광 다이오드 구동 장치.
  14. 제11항에서,
    제3 저항이 상기 제1 바이폴라 접합 트랜지스터의 콜렉터와 상기 제2 연산 증폭기의 반전 단자의 사이에 연결되어 있는 발광 다이오드 구동 장치.
  15. 제10항에서,
    상기 제1 전류 조정기와 상기 제2 전류 조정기에 연결되어 있는 감지 저항을 더 포함하는 발광 다이오드 구동 장치.
  16. 제15항에서,
    상기 감지 저항의 일측 단자는 상기 제1 연산 증폭기의 반전 단자, 상기 제1 전류 조정기, 그리고 상기 제2 전류 조정기에 연결되어 있고, 상기 감지 저항의 타측 단자는 접지되어 있는 발광 다이오드 구동 장치.
  17. 제10항에서,
    상기 제1 저항의 타측 단자는 기준 전압에 연결되어 있고, 상기 제2 저항의 타측 단자는 접지되어 있는 발광 다이오드 구동 장치.
  18. 제17항에서,
    상기 제2 연산 증폭기의 반전 단자는 상기 제2 연산 증폭기의 출력 단자에 연결되어 있는 발광 다이오드 구동 장치.
  19. 제18항에서,
    상기 제2 연산 증폭기의 출력 단자는 상기 제1 연산 증폭기의 비반전 단자에 연결되어 있는 발광 다이오드 구동 장치.
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