KR102035003B1 - 백라이트 드라이버 및 그를 포함하는 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 백라이트 드라이버 및 그를 포함하는 액정표시장치에 관한 것으로, DC/DC 컨버터에 서브 트랜지스터 및 턴온 저항 및 턴온 커패시터를 더 추가함에 따라 메인 트랜지스터에서의 전압과 인덕터 전류를 줄이고 결과적으로 액정표시장치의 소비전력 손실 및 비용을 절감하는 것을 특징으로 한다.

Description

백라이트 드라이버 및 그를 포함하는 액정표시장치{BACKLIGHT DRIVER AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 백라이트 드라이버 및 그를 포함하는 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 DC/DC 컨버터의 메인 트랜지스터에서의 전압과 인덕터 전류를 줄여 액정표시장치의 소비전력 손실 및 비용을 절감할 수 있는 백라이트 드라이버 및 그를 포함하는 액정표시장치에 관한 것이다.
최근 정보화 사회가 발전함에 따라 디스플레이 분야에 대한 요구도 다양한 형태로 증가하고 있으며, 이에 부응하여 박형화, 경량화, 저소비 전력화 등의 특징을 지닌 여러 평판 표시 장치(Flat Panel Display device), 예를 들어, 액정표시장치(Liquid Crystal Display device), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel device), 전기발광표시장치(Electro Luminescent Display device) 등이 연구되고 있다.
이 중에서 액정표시장치는 현재 가장 널리 사용되는 평판 표시 장치 중 하나이며, 화소전극과 공통전극 등이 형성되는 두 기판과, 두 기판 사이의 액정층을 포함한다.
이러한 액정표시장치는, 전극에 인가된 전압에 의해 생성된 전기장에 따라 액정층의 액정분자들의 배향을 결정하고, 입사광의 편광을 제어하여 영상을 표시한다.
그리고, 액정표시장치는 동화상 표시에 유리하고 높은 콘트라스트비(contrast ratio)로 인하여 기존의 음극선관(Cathode Ray Tube)을 대체하면서 이동 단말기의 표시장치(노트북 모니터 등)뿐만 아니라 컴퓨터의 모니터, 텔레비전 등으로 다양하게 이용되고 있다.
도1은 종래의 백라이트 유닛을 개략적으로 도시한 도면이고, 도2는 종래의 백라이트 유닛의 DC-DC 컨버터를 개략적으로 도시한 도면이다.
도1에 도시한 바와 같이, 종래의 백라이트 드라이버(50)는 백라이트부(60)의 다수의 LED 스트링(S1~S3)에 흐르는 전류에 따라 백라이트 구동전압 및 구동전류를 제어하는 구동집적회로(미도시) 및 DC-DC 컨버터(52) 등을 포함한다.
이러한 백라이트 드라이버(50)는 백라이트부(60)를 구동하기 위한 백라이트 구동전압을 생성하여 백라이트부(60)에 전달하고, 백라이트부(60)의 구동을 제어하는 역할을 한다.
그리고, 백라이트 드라이버(50)는 타이밍 제어부(미도시)로부터의 다수의 PWM 디밍 신호에 따라 0~100% 사이의 듀티비를 갖는 PWM 신호를 생성하며, 생성된 PWM 신호를 이용하여 다수의 LED 스트링(S1~S3)을 스트링 별로 구동할 수 있다.
또한, 백라이트 드라이버(50)는 각 PWM 신호의 듀티비에 따라 다수의 LED 스트링(S1~S3)을 제어하기 위한 다수의 PWM 신호의 지연시간(Delay Time)을 다양하게 변경할 수 있다.
한편, 백라이트 드라이버(50)는 복수 개의 PWM 단자 및 복수 개의 OUT 단자 등의 다수의 단자로 구성될 수 있다.
여기서, 복수 개의 PWM 단자는 백라이트 유닛의 휘도를 조절하기 위한 다수의 PWM 디밍 신호를 입력 받는 단자이며, 이러한 다수의 PWM 디밍 신호는 일반적으로 타이밍 제어부(미도시)로부터 전달 받을 수 있다.
그리고, 복수 개의 OUT 단자는 각각 다수의 LED 스트링(S1~S3)의 일단과 연결되는 단자이며, 내부적으로 정전류 회로와 각각 연결될 수 있다.
이때, 정전류 회로(미도시)는 다수의 LED 스트링(S1~S3)을 통해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로이며, 트랜지스터(미도시)와 비교기(미도시)와 샘플링 저항(미도시) 등으로 이루어질 수 있다.
여기서, 비교기(미도시)는 각각 백라이트부(60)의 제 1 내지 제 3 LED 스트링(S1~S3)의 전류(I)에 따른 샘플링 저항에 걸리는 샘플링 전압과 기준전압의 비교에 따라 출력을 제어하고, 트랜지스터는 비교기의 출력에 따라 백라이트 드라이버(50)의 제 1 내지 제 3 LED 스트링(S1~S3) 각각에 흐르는 전류(I)를 조절하는 역할을 한다.
예를 들어, 제 1 LED 스트링(S1)의 전류가 기준전류보다 낮을 경우에는, 샘플링 저항에서의 전압강하가 작아지고, 이에 따라 샘플링 저항일단의 샘플링 전압이 낮아진다.
이때, 비교기는 기준전압과 샘플링 전압을 비교하여, 제 1 LED 스트링(S1)으로 흐르는 전류가 증가하도록 트랜지스터를 제어할 수 있다.
따라서, 정전류 회로는 백라이트부(60)의 각 LED 스트링에 균일한 전류가 흐르도록 하는 정전류원(constant current source) 역할을 수행한다.
도2에 도시한 바와 같이, 종래의 DC-DC컨버터(52)는 제 1 및 제 2 인덕터(L1, L2)와, 제 1 및 제 2 커패시터(C1, C2)와, 제 1 및 제 2 다이오드(D1, D2)와, 트랜지스터(T)를 포함할 수 있다.
제 1 인덕터(L1)의 일단은 입력전압(Vin)의 입력단과 연결되고, 그 타단은 트랜지스터(T)의 드레인 단자인 제 1 노드(N1)와 연결된다.
그리고, 제 1 커패시터(C1)의 일단은 제 1 노드(N1)와 연결되고, 그 타단은 제 2 인덕터(L2)의 일단인 제 2 노드(N2)와 연결된다.
또한, 제 2 노드(N2)와 출력전압(Vout)의 출력단 사이에 제 1 및 제 2 다이오드(D1, D2)가 서로 병렬적으로 연결된다.
다시 말해서, 제 1 및 제 2 다이오드(D1, D2)의 애노드(anode) 전극은 제 2 노드(N2)와 연결되고, 캐소드(cathode) 전극은 출력전압(Vout)의 출력단과 연결된다.
그리고, 제 2 커패시터(C2)는 출력전압(Vout)의 출력단과 그라운드 사이에 연결된다.
도시하지는 않았지만, 입력전압(Vin)의 입력단과 제 1 인덕터(L1)사이에는 임의의 커패시터가 더욱 포함될 수 있다.
이와 같은 커패시터는 입력전압(Vin)의 리플(ripple)성분을 제거하고 입력전압(Vin)을 안정화시키는 역할을 한다.
DC-DC 컨버터(52)는 직류 입력전압(Vin)을 전달받아 백라이트부(60)를 구동하기 위한 출력전압(Vout)을 생성하여 백라이트부(60)로 공급할 수 있다.
이때, DC-DC 컨버터(52)는 직류전압을 감압(Step Down)하거나 승압(Step Up)하여 백라이트부(60)를 구동하기 위한 출력전압(Vout)을 생성할 수 있으며, 예를 들어, BOOST 컨버터, BUCK 컨버터, SEPIC 컨버터 등 다양한 DC/DC 컨버터일 수 있다.
여기서, BOOST 컨버터는 입력전압 대비 출력전압의 전압 레벨이 높을 경우에 사용되는 승압형 컨버터이고, BUCK 컨버터는 입력전압 대비 출력전압의 전압 레벨이 낮을 경우에 사용되는 감압형 컨버터이다.
그리고, SEPIC 컨버터는 입력전압 대비 출력전압의 전압 레벨이 높거나 낮을 경우에 모두 사용 가능한 승압 및 감압형 컨버터이다.
백라이트부(60)는 다수의 LED가 묶여서 다수의 LED 스트링(S1~S3)으로 구성될 수 있는데, 이와 같은 다수의 LED 스트링(S1~S3)은 백라이트 드라이버(50)에서 생성된 PWM 신호에 의해 스트링 별로 구동될 수 있다.
여기서, PWM신호는, LED 스트링(S1~S3)을 구성하는 다수의 LED의 온/오프 시간을 조절하기 위한 신호인데, PWM신호의 듀티비(Duty Ratio)에 의해 다수의 LED의 발광시간 및 다수의 LED로 흐르는 전류량을 제어할 수 있다.
그런데, 종래의 DC-DC 컨버터 중에서 승압 및 감압형 컨버터인 SEPIC 컨버터는 트랜지스터(T)의 드레인 단자(제 1 노드(N1))에 걸리는 전압이 입력전압(Vin)+출력전압(Vout)이 된다.
좀 더 자세히 설명하면, 종래의 승압 및 감압형 컨버터인 SEPIC 컨버터의 경우, DC-DC 컨버터(52)에 입력전압(Vin)이 인가되면 제 1 커패시터(C1)는 입력전압(Vin)만큼 충전되게 된다.
그리고 나서, 트랜지스터(T)가 스위칭을 시작하여 정상 상태에 도달한 후, 트랜지스터(T)가 오프(Off)되면 출력단 측의 제 1 및 제 2 다이오드(D1, D2)가 온(On)되어 제 1 및 제 2 다이오드(D1, D2)의 애노드(Anode) 전극(제 2 노드(N2))에는 출력전압(Vout)과 동일한 전압이 걸리게 된다.
이때, 제 1 커패시터(C1)는 입력전압(Vin)만큼 충전되어 있었으므로, 트랜지스터(T)의 드레인 단자(제 1 노드(N1)) 걸리는 전압은 제 2 노드(N2)에서의 출력전압(Vout)에서 입력전압(Vin)만큼 전위차가 높아져 입력전압(Vin)+출력전압(Vout)이 된다.
따라서, 출력전압(Vout)에 비해 트랜지스터(T)의 드레인 단자의 전압 크기가 입력전압(Vin)+출력전압(Vout)으로 상당히 높아서 전력(Power) 손실이 커질 수 있고, 트랜지스터(T)의 내압 사양이 높아져 비용이 상승하는 문제점이 있다.
도3a 및 도3b는 종래의 DC-DC 컨버터에서 스텝 업 동작시 트랜지스터의 드레인 전압 및 인덕터 전류 파형을 도시한 도면이다. 도2를 더욱 참조하여 설명한다.
도3a에 도시한 바와 같이, 트랜지스터(T)의 게이트 단자 전압(Vg)의 전압 레벨이 로우(Low)가 되어 트랜지스터(T)가 오프(Off)되면, 트랜지스터(T)의 드레인 단자(제 1 노드(N1)) 걸리는 전압(VN1)은 입력전압(Vin)+출력전압(Vout)가 된다.
예를 들어, 입력전압(Vin) 및 출력전압(Vout)은 24V 및 25.8V일 수 있으며, 그 결과 트랜지스터(T)의 드레인 단자(제 1 노드(N1)) 걸리는 전압(VN1)은 49.8V일 수 있다.
도3b에 도시한 바와 같이, 제 1 인덕터(L1)를 흐르는 전류(I)의 파형은, 트랜지스터(T)의 게이트 단자 전압(Vg)의 전압 레벨이 하이(High)가 되어 트랜지스터(T)가 온(On)되면 선형적으로 증가하다가, 트랜지스터(T)의 게이트 단자 전압(Vg)의 전압 레벨이 로우(Low)가 되어 트랜지스터(T)가 오프(Off)되면 선형적으로 감소하는 삼각파 형상을 하게 된다.
예를 들어, 제 1 인덕터(L1)를 흐르는 전류(I)의 Mean 평균값이 1.64A일 수 있다.
이렇게 트랜지스터(T)의 드레인 단자(제 1 노드(N1)) 걸리는 전압(VN1)이 49.8V가 되어 출력전압(Vout)인 25.8V보다 상당히 높아지게 되면 트랜지스터(T)의 전력(Power) 손실이 커지는 원인이 될 수 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, DC/DC 컨버터의 메인 트랜지스터에서의 전압과 인덕터 전류를 줄여 액정표시장치의 소비전력 손실 및 비용을 절감할 수 있는 백라이트 드라이버 및 그를 포함하는 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 백라이트 드라이버는, 다수의 LED 스트링을 포함하는 백라이트부의 구동을 제어하는 구동집적회로와; 상기 백라이트부를 구동하기 위한 백라이트 구동전압을 생성하여 전달하는 DC-DC 컨버터를 포함하며, 상기 DC-DC 컨버터는 메인 인덕터 및 메인 트랜지스터와 서브 인덕터, 서브 트랜지스터, 출력 다이오드, 출력 커패시터와 턴-온 저항, 턴-온 커패시터, 턴-온 다이오드를 포함하고, 상기 DC-DC 컨버터의 스텝 업 동작 시 상기 서브 트랜지스터는 턴-온 상태를 유지하며, 상기 메인 트랜지스터의 드레인 단자 전압은 상기 DC-DC 컨버터의 입력전압과 출력전압의 합 보다 작은 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 메인 인덕터의 일단 및 타단은 입력전압의 입력단 및 상기 메인 트랜지스터의 드레인 단자와 연결되고, 상기 서브 인덕터의 일단 및 타단은 상기 메인 트랜지스터의 드레인 단자 및 상기 출력 다이오드의 애노드 전극과 연결되며, 상기 출력 다이오드(D2)의 캐소드 전극은 상기 서브 트랜지스터의 드레인 단자와 연결되고, 상기 출력 커패시터는 상기 서브 트랜지스터의 소스 단자 및 그라운드 사이에 연결되며, 상기 턴-온 저항의 일단 및 타단은 상기 메인 트랜지스터의 드레인 단자 및 상기 턴-온 다이오드의 애노드 전극과 연결되고, 상기 턴-온 다이오드의 캐소드 전극은 상기 서브 트랜지스터의 게이트 단자와 연결되며, 상기 턴-온 커패시터는 상기 서브 트랜지스터의 게이트 단자 및 그라운드 사이에 연결될 수 있다.
그리고, 상기 각 LED 스트링을 통해 흐르는 전류를 제어하기 위한 정전류 회로를 더 포함하며, 상기 정전류 회로는 트랜지스터와 비교기와 샘플링 저항을 포함하며, 상기 트랜지스터의 드레인 단자 및 게이트 단자는 각각 상기 다수의 LED 스트링의 일단 및 상기 비교기의 출력단과 연결되고, 상기 트랜지스터의 소스 단자는 상기 샘플링 저항의 일단과 연결되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 DC-DC 컨버터의 스텝다운 동작 시 상기 구동집적회로는 상기 DC-DC 컨버터의 출력전압을 센싱하고 센싱된 출력전압과 기준 전압을 비교한 결과에 따라 상기 메인 트랜지스터의 온 및 오프를 제어할 수 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 액정표시장치는, 영상을 표시하는 액정패널과; 다수의 LED 스트링을 포함하는 백라이트부와; 상기 백라이트부를 구동하는 백라이트 드라이버를 포함하며, 상기 백라이트 드라이버는, 다수의 LED 스트링을 포함하는 백라이트부의 구동을 제어하는 구동집적회로와, 상기 백라이트부를 구동하기 위한 백라이트 구동전압을 생성하여 전달하는 DC-DC 컨버터를 포함하며, 상기 DC-DC 컨버터는 메인 인덕터 및 메인 트랜지스터와 서브 인덕터, 서브 트랜지스터, 출력 다이오드, 출력 커패시터와 턴-온 저항, 턴-온 커패시터, 턴-온 다이오드를 포함하고, 상기 DC-DC 컨버터의 스텝 업 동작 시 상기 서브 트랜지스터는 턴-온 상태를 유지하며, 상기 메인 트랜지스터의 드레인 단자 전압은 상기 DC-DC 컨버터의 입력전압과 출력전압의 합 보다 작은 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 메인 인덕터의 일단 및 타단은 입력전압의 입력단 및 상기 메인 트랜지스터의 드레인 단자와 연결되고, 상기 서브 인덕터의 일단 및 타단은 상기 메인 트랜지스터의 드레인 단자 및 상기 출력 다이오드의 애노드 전극과 연결되며, 상기 출력 다이오드(D2)의 캐소드 전극은 상기 서브 트랜지스터의 드레인 단자와 연결되고, 상기 출력 커패시터는 상기 서브 트랜지스터의 소스 단자 및 그라운드 사이에 연결되며, 상기 턴-온 저항의 일단 및 타단은 상기 메인 트랜지스터의 드레인 단자 및 상기 턴-온 다이오드의 애노드 전극과 연결되고, 상기 턴-온 다이오드의 캐소드 전극은 상기 서브 트랜지스터의 게이트 단자와 연결되며, 상기 턴-온 커패시터는 상기 서브 트랜지스터의 게이트 단자 및 그라운드 사이에 연결될 수 있다.
그리고, 상기 각 LED 스트링을 통해 흐르는 전류를 제어하기 위한 정전류 회로를 더 포함하며, 상기 정전류 회로는 트랜지스터와 비교기와 샘플링 저항을 포함하며, 상기 트랜지스터의 드레인 단자 및 게이트 단자는 각각 상기 다수의 LED 스트링의 일단 및 상기 비교기의 출력단과 연결되고, 상기 트랜지스터의 소스 단자는 상기 샘플링 저항의 일단과 연결되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 DC-DC 컨버터의 스텝다운 동작 시 상기 구동집적회로는 상기 DC-DC 컨버터의 출력전압을 센싱하고 센싱된 출력전압과 기준 전압을 비교한 결과에 따라 상기 메인 트랜지스터의 온 및 오프를 제어할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 백라이트 드라이버 및 그를 포함하는 액정표시장치에서는, DC/DC 컨버터에 서브 트랜지스터 및 턴온 저항 및 턴온 커패시터를 더 추가하여 메인 트랜지스터에서의 전압과 인덕터 전류를 줄일 수 있다.
그 결과 액정표시장치의 소비전력 손실 및 비용을 절감할 수 있다.
또한, 메인 트랜지스터의 Turn On 시간을 감소시켜 메인 트랜지스터의 컨덕션 손실(Conduction Loss)을 줄임에 따라 효율을 향상시킬 수 있다
도1은 종래의 백라이트 유닛을 개략적으로 도시한 도면이다.
도2는 종래의 백라이트 유닛의 DC-DC 컨버터를 개략적으로 도시한 도면이다.
도3a 및 도3b는 종래의 DC-DC 컨버터에서 스텝 업 동작시 트랜지스터의 드레인 전압 및 인덕터 전류 파형을 도시한 도면이다.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛을 개략적으로 도시한 도면이다.
도6은 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛의 DC-DC 컨버터를 개략적으로 도시한 도면이다.
도7a 및 도7b는 본 발명의 실시예에 따른 DC-DC 컨버터에서 스텝 업 동작시 트랜지스터의 드레인 전압 및 인덕터 전류 파형을 도시한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도5는 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛을 개략적으로 도시한 도면이며, 도6은 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛의 DC-DC 컨버터를 개략적으로 도시한 도면이다.
도4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치(100)는, 액정패널(110)과 데이터 드라이버(120), 게이트 드라이버(130), 데이터 드라이버(120) 및 게이트 드라이버(130) 등의 구동 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어부(140)와, 백라이트부(160)와 백라이트 드라이버(150)으로 이루어지는 백라이트 유닛 등을 포함할 수 있다.
액정패널(110)은, 다수의 게이트 배선(GL) 및 다수의 데이터 배선(DL)이 서로 교차하여 정의되는 다수의 부화소영역(SP)을 포함할 수 있으며, 다수의 부화소영역(SP)에는 게이트 배선(GL) 및 데이터 배선(DL)에 연결되는 박막트랜지스터(T), 박막트랜지스터(T)에 연결되는 스토리지 커패시터(Cst) 및 액정커패시터(Clc)가 형성된다.
여기서, 다수의 부화소영역(SP)은, 예를 들어, 적, 녹, 청 부화소영역(SP)일 수 있으며, 가로방향(수평방향) 또는 세로방향(수직방향)으로 순차적으로 배치될 수 있다.
그리고, 액정패널(110)에는 적, 녹, 청 부화소영역(SP)을 포함하는 화소영역이 M*N(M, N은 임의의 자연수)의 매트릭스형상으로 배열될 수 있다.
박막트랜지스터(T)는 게이트 배선(GL)을 통해 게이트 신호, 즉 게이트 하이 전압(VGH)을 공급 받으면, 턴-온(Turn-On)되어 데이터 배선(DL)을 통해 액정커패시터에 데이터 신호를 공급하며, 게이트 배선(GL)을 통해 게이트 로우 전압(VGL)을 공급 받는 경우 턴-오프(Turn-Off)된다.
액정커패시터(Clc)는 액정을 사이에 두고 대면하는 공통 전극(미도시)과 박막트랜지스터(T)에 접속된 화소전극(미도시)으로 구성된다.
이러한 액정커패시터(Clc)는 박막트랜지스터(T)를 통해 데이터 신호를 전달 받아 충전하고 충전되는 화소전압에 따라 액정의 배열 상태가 가변하여 광 투과율을 조절함으로써 계조를 구현하게 된다.
그리고, 스토리지 캐패시터(Cst)는, 액정커패시터(Clc)에 충전된 화소전압을 다음 프레임까지 유지시키는 역할을 한다.
데이터 드라이버(120)는 액정패널(110)로 데이터 신호를 공급하는 적어도 하나의 드라이버 IC(미도시)를 포함할 수 있다.
데이터 드라이버(120)는 타이밍 제어부(140)로부터 전달 받은 변환된 영상 신호(R/G/B)와 소스 스타트 펄스(SSP), 소스 샘플링 클럭(SSC), 소스 출력 인에이블(SOE) 등과 같은 드라이버 IC 제어 신호를 이용하여 데이터 신호를 생성하고, 생성한 데이터 신호를 다수의 데이터 배선(DL)을 통해 액정패널(110)로 공급한다.
타이밍 제어부(140)는 LVDS(Low Voltage Differential Signal) 인터페이스를 통해 그래픽 카드와 같은 시스템(System)으로부터 다수의 영상 신호 및 수직동기신호(Vsync), 수평동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(DE) 등과 같은 다수의 제어신호를 전달 받을 수 있다.
그리고, 타이밍 제어부(140)는, 다수의 제어신호를 이용하여 게이트 드라이버(130)를 제어하기 위한 게이트 제어신호와 데이터 드라이버(120)를 제어하기 위한 데이터 제어신호를 생성할 수 있다.
여기서, 게이트 제어신호는, 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock), 게이트 출력 인에이블 신호(Gate Output Enable) 등을 포함할 수 있다.
이때, LVDS(Low Voltage Differential Signal) 인터페이스는, 시스템(System)으로부터 전달 받은 다수의 영상 신호 및 다수의 제어 신호를 LVDS 신호로 변환하여 전달하는 LVDS 송신부(미도시)와, LVDS 송신부로부터 LVDS 신호로 변환된 다수의 N 비트 영상 신호 및 다수의 제어 신호를 전달 받는 LVDS 수신부(미도시)를 포함할 수 있다.
여기서, LVDS 송신부는 시스템(System)에 내장되고, LVDS 수신부는 타이밍 제어부(140)에 내장될 수 있다.
한편, 타이밍 제어부(140)는, 백라이트 드라이버(150)를 제어하기 위한 백라이트 제어신호 또는 백라이트부(160)의 휘도를 제어하기 위한 PWM 디밍 신호를 생성할 수 있다.
예를 들어, 타이밍 제어부(140)는, 그래픽 카드와 같은 시스템(System)으로부터 글로벌 디밍값을 전달 받아 입력 영상을 백라이트 유닛의 LED 스트링 크기에 대응하는 영상의 블록 단위로 영상을 분석하여 그 분석 결과에 따라 로컬 디밍값을 생성할 수 있다.
게이트 드라이버(130)는 GIP(Gate In Panel)방식 등으로 형성될 수 있으며, 타이밍 제어부(140)로부터 전달 받은 다수의 게이트 제어신호를 이용하여 게이트 신호를 생성하고, 생성된 게이트 신호를 다수의 게이트 배선(GL)을 통해 액정패널(110)로 공급하도록 제어할 수 있다.
도시하지는 않았지만, 감마전압생성회로(미도시) 및 전원공급회로(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 감마전압생성회로는 고전위 전압과 저전위 전압을 분압하여 다수의 감마전압을 생성하고, 이를 데이터 드라이버(120)에 공급할 수 있다.
그리고, 전원공급회로는, 외부로부터 전달 받은 전원전압을 이용하여 액정표시장치(100)의 구성요소들을 구동하기 위한 구동전압을 생성하여 공급할 수 있다.
도5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 백라이트 드라이버(150)는 백라이트부(160)의 다수의 LED 스트링(S1~S3)에 흐르는 전류에 따라 백라이트 구동전압 및 구동전류를 제어하는 구동집적회로(미도시) 및 DC-DC 컨버터(152) 등을 포함한다.
이러한 백라이트 드라이버(150)는 백라이트부(160)를 구동하기 위한 백라이트 구동전압을 생성하여 백라이트부(160)에 전달하고, 백라이트부(160)의 구동을 제어하는 역할을 한다.
그리고, 백라이트 드라이버(150)는 타이밍 제어부(미도시)로부터의 다수의 PWM 디밍 신호에 따라 0~100% 사이의 듀티비를 갖는 PWM 신호를 생성하며, 생성된 PWM 신호를 이용하여 다수의 LED 스트링(S1~S3)을 스트링 별로 구동할 수 있다.
또한, 백라이트 드라이버(150)는 각 PWM 신호의 듀티비에 따라 다수의 LED 스트링(S1~S3)을 제어하기 위한 다수의 PWM 신호의 지연시간(Delay Time)을 다양하게 변경할 수 있다.
한편, 백라이트 드라이버(150)는 복수 개의 PWM 단자 및 복수 개의 OUT 단자 등의 다수의 단자로 구성될 수 있다.
여기서, 복수 개의 PWM 단자는 백라이트 유닛의 휘도를 조절하기 위한 다수의 PWM 디밍 신호를 입력 받는 단자이며, 이러한 다수의 PWM 디밍 신호는 일반적으로 타이밍 제어부(140)로부터 전달 받을 수 있다.
그리고, 복수 개의 OUT 단자는 각각 다수의 LED 스트링(S1~S3)의 일단과 연결되는 단자이며, 내부적으로 정전류 회로와 각각 연결될 수 있다.
이때, 정전류 회로(미도시)는 다수의 LED 스트링(S1~S3)을 통해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로이며, 트랜지스터(미도시)와 비교기(미도시)와 샘플링 저항(미도시) 등으로 이루어질 수 있다.
여기서, 비교기(미도시)는 각각 백라이트부(160)의 제 1 내지 제 3 LED 스트링(S1~S3)의 전류(I)에 따른 샘플링 저항에 걸리는 샘플링 전압과 기준전압의 비교에 따라 출력을 제어하고, 트랜지스터는 비교기의 출력에 따라 백라이트 드라이버(150)의 제 1 내지 제 3 LED 스트링(S1~S3) 각각에 흐르는 전류(I)를 조절하는 역할을 한다.
예를 들어, 제 1 LED 스트링(S1)의 전류가 기준전류보다 낮을 경우에는, 샘플링 저항에서의 전압강하가 작아지고, 이에 따라 샘플링 저항일단의 샘플링 전압이 낮아진다.
이때, 비교기는 기준전압과 샘플링 전압을 비교하여, 제 1 LED 스트링(S1)으로 흐르는 전류가 증가하도록 트랜지스터를 제어할 수 있다.
따라서, 정전류 회로는 백라이트부(160)의 각 LED 스트링에 균일한 전류가 흐르도록 하는 정전류원(constant current source) 역할을 수행한다.
도6에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 DC-DC컨버터(152)는 메인 인덕터(L1) 및 메인 트랜지스터(T1)와 서브 인덕터(L2), 서브 트랜지스터(T2), 출력 다이오드(D2), 출력 커패시터(C2)와 턴-온 저항(R), 턴-온 커패시터(C1), 턴-온 다이오드(D1)를 포함할 수 있다.
메인 인덕터(L1)의 일단은 입력전압(Vin)의 입력단과 연결되고, 그 타단은 메인 트랜지스터(T1)의 드레인 단자인 제 1 노드(N1)와 연결된다.
그리고, 서브 인덕터(L2)의 일단은 제 1 노드(N1)와 연결되고, 그 타단은 출력 다이오드(D2)의 애노드(anode) 전극과 연결되며, 출력 다이오드(D2)의 캐소드(cathode) 전극은 서브 트랜지스터(T2)의 드레인 단자와 연결된다.
여기서, 서브 인덕터(L2)는 DC-DC컨버터(152)의 출력단 측으로의 피크(Peak) 전압 및 전류 유입을 방지하는 역할을 하고, 서브 트랜지스터(T2)는 DC-DC컨버터(152)에서 입력전압(Vin)의 감압(Step Down)을 제어하는 역할을 한다.
그리고, 출력 다이오드(D2)는 DC-DC컨버터(152)의 출력단 측으로부터의 역 전류를 방지하는 역할을 한다.
또한, 출력 커패시터(C2)는 서브 트랜지스터(T2)의 소스 단자와 그라운드 사이에 연결된다.
한편, 턴-온 저항(R)의 일단은 메인 트랜지스터(T1)의 드레인 단자인 제 1 노드(N1)와 연결되며, 그 타단은 턴-온 다이오드(D1)의 애노드(anode) 전극과 연결되고, 턴-온 다이오드(D1)의 캐소드(cathode) 전극은 서브 트랜지스터(T2)의 게이트 단자인 제 3 노드(N3)와 연결된다.
그리고, 턴-온 커패시터(C1)는 서브 트랜지스터(T2)의 게이트 단자인 제 3 노드(N3)와 그라운드 사이에 연결된다.
여기서, 턴-온 커패시터(C1) 및 턴-온 저항(R)은 서브 트랜지스터(T2)의 턴-온 상태를 유지하고, 초기 동작 시, 메인 트랜지스터(T1)의 턴-오프 시점에서 서브 트랜지스터(T2)의 턴-온 시점까지의 시간 간격을 확보하는 역할을 한다.
그리고, 턴-온 다이오드(D1)는 서브 트랜지스터(T2)의 턴-온 상태를 유지하여 서브 트랜지스터(T2)의 스위칭 손실을 방지하는 역할을 한다.
도시하지는 않았지만, 입력전압(Vin)의 입력단과 제 1 인덕터(L1)사이에는 임의의 커패시터가 더욱 포함될 수 있다.
이와 같은 커패시터는 입력전압(Vin)의 리플(ripple)성분을 제거하고 입력전압(Vin)을 안정화시키는 역할을 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 DC-DC 컨버터(152)는 직류 입력전압(Vin)을 전달받아 백라이트부(160)를 구동하기 위한 출력전압(Vout)을 생성하여 백라이트부(160)로 공급할 수 있다.
예를 들어, DC-DC 컨버터(152)는 입력전압(Vin) 대비 출력전압(Vout)의 전압 레벨이 높거나 낮을 경우에 모두 사용 가능한 승압 및 감압형 컨버터인 SEPIC 컨버터일 수 있다.
백라이트부(160)는 다수의 LED가 묶여서 다수의 LED 스트링(S1~S3)으로 구성될 수 있는데, 이와 같은 다수의 LED 스트링(S1~S3)은 백라이트 드라이버(150)에서 생성된 PWM 신호에 의해 스트링 별로 구동될 수 있다.
여기서, PWM신호는, LED 스트링(S1~S3)을 구성하는 다수의 LED의 온/오프 시간을 조절하기 위한 신호인데, PWM신호의 듀티비(Duty Ratio)에 의해 다수의 LED의 발광시간 및 다수의 LED로 흐르는 전류량을 제어할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 DC-DC컨버터(152)의 동작에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 승압(Step Up) 동작 시, 서브 트랜지스터(T2)는 항상 턴-온되어 입력전압(Vin) 대비 출력전압(Vout)이 높아지게 된다.
이때, 메인 트랜지스터(T1)의 드레인 단자 전압은 입력전압(Vin)과 출력전압(Vout)의 합 보다 작다.
그리고, 감압(Step Down) 동작 시, 입력전압(Vin)이 인가되고 나서, 출력전압(Vout)은 입력전압(Vin)과 서브 트랜지스터(T2)의 문턱전압(Vth)의 차가 된다. (Vout=Vin-Vth)
좀 더 자세히 설명하면, 입력전압(Vin)이 인가되고 메인 트랜지스터(T1)가 턴-온되면, 출력전압(Vout)은 상승하게 된다.
이때, 출력전압(Vout)이 기준 전압 보다 커지면, 백라이트 드라이버(150)의 구동집적회로는 메인 트랜지스터(T1)가 턴-오프되도록 제어할 수 있다.
그리고, 메인 트랜지스터(T1)가 턴-오프되면 출력전압(Vout)은 다시 하강하게 되고, 출력전압(Vout)이 기준 전압 보다 작아지면 백라이트 드라이버(150)의 구동집적회로는 다시 메인 트랜지스터(T1)가 턴-온되도록 제어할 수 있다.
이때, 기준 전압은 예를 들어, 입력전압(Vin)과 서브 트랜지스터(T2)의 문턱전압(Vth)의 차인 'Vin-Vth'일 수 있다.
다시 말해서, DC-DC컨버터(152)는 감압(Step Down) 동작 시 출력전압(Vout)은 입력전압(Vin)에서 서브 트랜지스터(T2)의 문턱전압(Vth)만큼만 감압될 수 있다.
이때, 백라이트 드라이버(150)의 구동집적회로는 DC-DC컨버터(152)의 출력단에서의 출력전압(Vout)을 센싱하고, 센싱된 출력전압(Vout)과 기준 전압을 비교하여 그 결과에 따라 메인 트랜지스터(T1)의 턴-온/턴-오프를 제어할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 백라이트 드라이버(150)는 Negative Feedback 특성을 가지게 되어 DC-DC컨버터(152)의 출력전압(Vout)이 'Vin-Vth'으로 레귤레이션(Regulation) 되도록 제어할 수 있다.
도7a 및 도7b는 본 발명의 실시예에 따른 DC-DC 컨버터에서 스텝 업 동작시 트랜지스터의 드레인 전압 및 인덕터 전류 파형을 도시한 도면이다. 도6을 더욱 참조하여 설명한다.
도7a에 도시한 바와 같이, 메인 트랜지스터(T1)의 게이트 단자 전압(Vg)의 전압 레벨이 로우(Low)가 되어 메인 트랜지스터(T1)가 오프(Off)되면, 메인 트랜지스터(T1)의 드레인 단자(제 1 노드(N1)) 걸리는 전압(VN1)은 입력전압(Vin)+출력전압(Vout) 보다 감소하게 된다.
예를 들어, 입력전압(Vin) 및 출력전압(Vout)은 24V 및 25.8V일 수 있으며, 그 결과 메인 트랜지스터(T1)의 드레인 단자(제 1 노드(N1)) 걸리는 전압(VN1)은 38.8V일 수 있다.
도7b에 도시한 바와 같이, 메인 인덕터(L1)를 흐르는 전류(I)는, 메인 트랜지스터(T1)의 게이트 단자 전압(Vg)이 하이(High) 레벨인 경우 메인 트랜지스터(T1)가 온(On)되면 선형적으로 증가하다가, 메인 트랜지스터(T1)의 게이트 단자 전압(Vg)이 로우(Low) 레벨인 경우 메인 트랜지스터(T1)가 오프(Off)되면 선형적으로 감소한다.
이때, 메인 인덕터(L1)를 흐르는 전류(I)의 파형은 종래의 삼각파 형상이 아니라 톱니파 형상이 되며, 메인 인덕터(L1)를 흐르는 전류(I)의 Mean 평균값은 1.56A으로 감소할 수 있다.
그리고, 본 발명에서는 종래와 달리 메인 트랜지스터(T1)의 턴-온 시간을 감소시켜 메인 트랜지스터(T1)의 컨덕션 손실(Conduction Loss)을 줄임에 따라 효율을 향상시킬 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 자유로운 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위 및 이와 균등한 범위 내에서의 본 발명의 변형을 포함한다.
100: 액정표시장치 110: 액정패널
120: 데이터 드라이버 130: 게이트 드라이버
140: 타이밍 제어부 150: 백라이트 드라이버
160: 백라이트부

Claims (8)

  1. 다수의 LED 스트링을 포함하는 백라이트부의 구동을 제어하는 구동집적회로와;
    상기 백라이트부를 구동하기 위한 백라이트 구동전압을 생성하여 전달하는 DC-DC 컨버터를 포함하며,
    상기 DC-DC 컨버터는 메인 인덕터 및 메인 트랜지스터와 서브 인덕터, 서브 트랜지스터, 출력 다이오드, 출력 커패시터와 턴-온 저항, 턴-온 커패시터, 턴-온 다이오드를 포함하고,
    상기 DC-DC 컨버터의 스텝 업 동작 시 상기 서브 트랜지스터는 턴-온 상태를 유지하며, 상기 DC-DC 컨버터의 스텝 업 동작 시 상기 메인 트랜지스터의 턴-온 시간이 턴-오프 시간 보다 작고, 상기 메인 트랜지스터의 드레인 단자 전압은 상기 DC-DC 컨버터의 입력전압과 출력전압의 합 보다 작으며,
    상기 턴-온 저항 및 턴-온 커패시터는 상기 서브 트랜지스터의 턴-온 상태를 유지하고, 초기 동작 시 상기 메인 트랜지스터의 턴-오프 시점에서 상기 서브 트랜지스터의 턴-온 시점까지의 시간 간격을 확보하며,
    상기 턴-온 다이오드는 상기 서브 트랜지스터의 턴-온 상태를 유지하고, 상기 서브 트랜지스터의 스위칭 손실을 방지하는 백라이트 드라이버.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메인 인덕터의 일단 및 타단은 입력전압의 입력단 및 상기 메인 트랜지스터의 드레인 단자와 연결되고,
    상기 서브 인덕터의 일단 및 타단은 상기 메인 트랜지스터의 드레인 단자 및 상기 출력 다이오드의 애노드 전극과 연결되며, 상기 출력 다이오드의 캐소드 전극은 상기 서브 트랜지스터의 드레인 단자와 연결되고,
    상기 출력 커패시터는 상기 서브 트랜지스터의 소스 단자 및 그라운드 사이에 연결되며,
    상기 턴-온 저항의 일단 및 타단은 상기 메인 트랜지스터의 드레인 단자 및 상기 턴-온 다이오드의 애노드 전극과 연결되고, 상기 턴-온 다이오드의 캐소드 전극은 상기 서브 트랜지스터의 게이트 단자와 연결되며,
    상기 턴-온 커패시터는 상기 서브 트랜지스터의 게이트 단자 및 그라운드 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 백라이트 드라이버.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 각 LED 스트링을 통해 흐르는 전류를 제어하기 위한 정전류 회로를 더 포함하며,
    상기 정전류 회로는 트랜지스터와 비교기와 샘플링 저항을 포함하며, 상기 트랜지스터의 드레인 단자 및 게이트 단자는 각각 상기 다수의 LED 스트링의 일단 및 상기 비교기의 출력단과 연결되고, 상기 트랜지스터의 소스 단자는 상기 샘플링 저항의 일단과 연결되는 것을 특징으로 하는 백라이트 드라이버.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 DC-DC 컨버터의 스텝다운 동작 시 상기 구동집적회로는 상기 DC-DC 컨버터의 출력전압을 센싱하고 센싱된 출력전압과 기준 전압을 비교한 결과에 따라 상기 메인 트랜지스터의 온 및 오프를 제어하는 것을 특징으로 하는 백라이트 드라이버.
  5. 영상을 표시하는 액정패널과;
    다수의 LED 스트링을 포함하는 백라이트부와;
    상기 백라이트부를 구동하는 백라이트 드라이버를 포함하며,
    상기 백라이트 드라이버는,
    다수의 LED 스트링을 포함하는 백라이트부의 구동을 제어하는 구동집적회로와, 상기 백라이트부를 구동하기 위한 백라이트 구동전압을 생성하여 전달하는 DC-DC 컨버터를 포함하며,
    상기 DC-DC 컨버터는 메인 인덕터 및 메인 트랜지스터와 서브 인덕터, 서브 트랜지스터, 출력 다이오드, 출력 커패시터와 턴-온 저항, 턴-온 커패시터, 턴-온 다이오드를 포함하고,
    상기 DC-DC 컨버터의 스텝 업 동작 시 상기 서브 트랜지스터는 턴-온 상태를 유지하며, 상기 DC-DC 컨버터의 스텝 업 동작 시 상기 메인 트랜지스터의 턴-온 시간이 턴-오프 시간 보다 작고, 상기 메인 트랜지스터의 드레인 단자 전압은 상기 DC-DC 컨버터의 입력전압과 출력전압의 합 보다 작으며,
    상기 턴-온 저항 및 턴-온 커패시터는 상기 서브 트랜지스터의 턴-온 상태를 유지하고, 초기 동작 시 상기 메인 트랜지스터의 턴-오프 시점에서 상기 서브 트랜지스터의 턴-온 시점까지의 시간 간격을 확보하며,
    상기 턴-온 다이오드는 상기 서브 트랜지스터의 턴-온 상태를 유지하고, 상기 서브 트랜지스터의 스위칭 손실을 방지하는 액정표시장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 메인 인덕터의 일단 및 타단은 입력전압의 입력단 및 상기 메인 트랜지스터의 드레인 단자와 연결되고,
    상기 서브 인덕터의 일단 및 타단은 상기 메인 트랜지스터의 드레인 단자 및 상기 출력 다이오드의 애노드 전극과 연결되며, 상기 출력 다이오드의 캐소드 전극은 상기 서브 트랜지스터의 드레인 단자와 연결되고,
    상기 출력 커패시터는 상기 서브 트랜지스터의 소스 단자 및 그라운드 사이에 연결되며,
    상기 턴-온 저항의 일단 및 타단은 상기 메인 트랜지스터의 드레인 단자 및 상기 턴-온 다이오드의 애노드 전극과 연결되고, 상기 턴-온 다이오드의 캐소드 전극은 상기 서브 트랜지스터의 게이트 단자와 연결되며,
    상기 턴-온 커패시터는 상기 서브 트랜지스터의 게이트 단자 및 그라운드 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 각 LED 스트링을 통해 흐르는 전류를 제어하기 위한 정전류 회로를 더 포함하며,
    상기 정전류 회로는 트랜지스터와 비교기와 샘플링 저항을 포함하며, 상기 트랜지스터의 드레인 단자 및 게이트 단자는 각각 상기 다수의 LED 스트링의 일단 및 상기 비교기의 출력단과 연결되고, 상기 트랜지스터의 소스 단자는 상기 샘플링 저항의 일단과 연결되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 DC-DC 컨버터의 스텝다운 동작 시 상기 구동집적회로는 상기 DC-DC 컨버터의 출력전압을 센싱하고 센싱된 출력전압과 기준 전압을 비교한 결과에 따라 상기 메인 트랜지스터의 온 및 오프를 제어하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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