KR102105798B1 - 전류 제어를 통해 화질의 저하를 방지하는 led 전광판 시스템 - Google Patents

전류 제어를 통해 화질의 저하를 방지하는 led 전광판 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 LED 전광판 시스템은 제1 내지 제N LED 모듈(1-1, 1-2, ... , 1-N)를 각각 구비하고 구비된 상기 제1 내지 제N LED 모듈(1-1, 1-2, ... , 1-N)을 제어하기 위한 제1 내지 제M 서브 컨트롤러(2-1, 2-2, ... , 2-M)(여기서 N, M은 자연수임); 및 상기 제1 내지 제M 서브 컨트롤러(2-1, 2-2, ... , 2-M)와 연결되고 상기 제1 내지 제M 서브 컨트롤러(2-1, 2-2, ... , 2-M)를 제어하기 위한 메인 컨트롤러(3);를 포함하여 이루어지고, 상기 제1 내지 제M 서브 컨트롤러(2-1, 2-2, ... , 2-M)는 각각 정전류 컨트롤러(20)와 가변저항 블록(21)을 더 포함하며, 상기 정전류 컨트롤러(20)는 메인 컨트롤러(3)의 신호에 따라 가변저항 블록(21)의 저항값을 조정함으로써 전류의 크기를 조정하는 것을 특징으로 한다.

Description

전류 제어를 통해 화질의 저하를 방지하는 LED 전광판 시스템{LED ELECTRONIC DISPLAY SYSTEM WITH CURRENT CONTROL FOR PREVENTING REDUCING DISPLAY QUILITY}
본 발명은 LED 전광판 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 LED 구동 드라이버에 외부 저항으로서 가변저항 블록을 연결하여 전류를 제어함으로써 LED 모듈에 표시되는 화면의 화질이 저하되는 것을 방지할 수 있는 LED 전광판 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 강당, 체육관, 교회 등의 공간에 설치되는 대형 전광판은 하나의 대형 패널로 제작하는 것이 불가능하거나 비용이 많이 들기 때문에 복수의 디스플레이 유닛을 마치 모자이크처럼 이어 붙여서 구현이 되고 있다. 이러한 대형 전광판은 메인 컨트롤러와 각각의 디스플레이 유닛을 제어하기 위한 서브 컨트롤러, 그리고 서브 컨트롤러에 의해 제어되며 영상을 화면에 표현하기 위한 LED 모듈을 포함한다.
종래의 LED 전광판 시스템에서 영상을 표출하기 위한 LED 모듈의 제어는 PWM(Pulse width modulation) 제어를 사용하고 있다. 이와 같은 PWM 제어는 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 각각의 8 비트 영상 데이터를 감마 변환을 이용하여 14 비트 또는 16 비트로 변환하여 사용한다. 이러한 기술을 적용한 대표적인 선행문헌으로 대한민국 등록특허 제10-0616439호를 들 수 있다. 16 비트로 변환된 데이터 값에서 밝기 정보에 따라 밝기를 다시 조정을 하게 되면 실제로 16 비트의 데이터를 가지고 있음에도 불구하고 밝기가 낮아졌을 때에는 10 비트 정도의 데이터만으로 영상을 표현하게 되어 화질이 저하가 발생한다.
대한민국 등록특허 제10-1893949호에서는 영상 데이터를 1차 감마보정을 한 다음 다시 8 비트 전환로직을 이용하여 데이터를 시프트하여 16 비트의 영상 데이터 중에서 8 비트 영상 데이터만을 개별 LED 모듈로 표출하게 한 기술에 대하여 개시하고 있다. 이 선행기술에서는 시스템의 메인 컨트롤러의 운영체제 내에서 데이터 변환을 통해 영상을 보정하여 화질을 개선할 수는 있으나 상술한 바와 같이 16 비트의 데이터를 온전히 사용하지 못하는 문제가 여전히 남아 있다.
대한민국 등록특허 제10-0975025호 및 제10-1191150호에서는 LED 모듈의 구동 IC에서 전류를 제어하여 밝기를 조절하는 기술에 대해서 개시하고 있으나, 설정된 기준전류에 따라 개별 구동 IC 수준에서 기준 저항값이 설정되기 때문에 개개의 구동 IC 마다 기준 저항값이 설정되어야 하므로 제어가 복잡하게 되는 문제가 있다.
이에 본 발명자들은 상술한 문제점을 개선하기 위하여 새로운 가변저항 블록을 서브 컨트롤러 수준에 적용한 새로운 구성의 LED 전광판 시스템을 제안하고자 한다.
본 발명의 목적은 PWM 제어와 LED 드라이버의 정전류 제어를 동시에 적용하여 16 비트로 변환된 영상 데이터를 이용하여 16 비트 이상의 화질을 표시할 수 있도록 한 LED 전광판 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 다수의 LED 드라이버가 적용되더라도 서브 컨트롤러 수준에서 가변저항을 제어할 수 있기 때문에 구성이 보다 간단하고 제어가 용이한 LED 전광판 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적 및 기타 내재되어 있는 목적은 아래 설명하는 본 발명에 의하여 모두 용이하게 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 LED 전광판 시스템은
제1 내지 제N LED 모듈(1-1, 1-2, ... , 1-N)를 각각 구비하고 구비된 상기 제1 내지 제N LED 모듈(1-1, 1-2, ... , 1-N)을 제어하기 위한 제1 내지 제M 서브 컨트롤러(2-1, 2-2, ... , 2-M)(여기서 N, M은 자연수임); 및
상기 제1 내지 제M 서브 컨트롤러(2-1, 2-2, ... , 2-M)와 연결되고 상기 제1 내지 제M 서브 컨트롤러(2-1, 2-2, ... , 2-M)를 제어하기 위한 메인 컨트롤러(3);
를 포함하여 이루어지고,
상기 제1 내지 제M 서브 컨트롤러(2-1, 2-2, ... , 2-M)는 각각 정전류 컨트롤러(20)와 가변저항 블록(21)을 더 포함하며,
상기 정전류 컨트롤러(20)는 메인 컨트롤러(3)의 신호에 따라 가변저항 블록(21)의 저항값을 조정함으로써 전류의 크기를 조정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 가변저항 블록(21)은 상기 제1 내지 제M 서브 컨트롤러(2-1, 2-2, ... , 2-M)의 각각에 연결되어 있는 제1 LED 모듈(1-1) 내지 제N LED 모듈(1-N)과 병렬로 연결되어도 좋다.
본 발명에서, 상기 제1 LED 모듈(1-1) 내지 제N LED 모듈(1-N) 중 하나인 제N LED 모듈(1-N)은 제1 내지 제n LED 드라이버(10-1, 10-2, ... , 10-n)를 가지며(여기서 n은 자연수임), 상기 제1 내지 제n LED 드라이버(10-1, 10-2, ... , 10-n)는 노드 X로 연결되는 제N 회선(L-N)에 병렬로 연결되며, 상기 노드 X와 상기 가변저항 블록(21)의 일단인 노드 Y를 전기적으로 연결하여도 좋다.
본 발명에서, 상기 가변저항 블록(21)은 저항-릴레이 회로(210)로 구성되되, 상기 저항-릴레이 회로(210)는 병렬로 연결되는 제1 저항(211-1), 제2 저항(211-2), 제3 저항(211-3), 제4 저항(211-4) 및 제5 저항(211-5)를 포함하고,
상기 제1 저항(211-1)에는 제1 릴레이(212-1)가, 상기 제2 저항(211-2)에는 제2 릴레이(212-2), 상기 제3 저항(211-3)에는 제3 릴레이(212-3), 상기 제4 저항(211-4)에는 제4 릴레이(212-4), 상기 제5 저항(211-5)에는 제5 릴레이(212-5)가 연결되며,
상기 제1 릴레이(212-1) 내지 제5 릴레이(212-5)는 정전류 컨트롤러(20)와 연결되는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 가변저항 블록(21)은 디지털 포텐션미터(220)인 것이 바람직하다.
본 발명은 PWM 제어에 더하여 LED 드라이버의 정전류 제어를 적용할 수 있으므로 16 비트로 변환된 영상 데이터를 이용하여 16 비트 이상의 화질을 표시할 수 있으며, 다수의 LED 드라이버가 적용되더라도 서브 컨트롤러 수준에서 가변저항을 제어할 수 있기 때문에 구성이 보다 간단하고 제어가 용이한 LED 전광판 시스템을 제공하는 발명의 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 LED 전광판 시스템을 나타낸 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 LED 전광판 시스템의 정전류 제어 회로의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 LED 전광판 시스템의 가변저항 블록의 실시예를 나타낸 회로도이다.
도 4는 본 발명의 가변저항 블록의 실시예에서 전류에 따른 가변저항 블록의 저항값을 나타낸 표이다.
도 5는 본 발명에 따른 LED 전광판 시스템의 가변저항 블록의 다른 실시예를 나타낸 회로도이다.
도 6은 본 발명의 가변저항 블록의 실시예에서 전류에 따른 가변저항 블록의 저항값을 나타낸 표이다.
도 7은 PWM 제어만을 사용한 경우의 화질의 저하를 나타낸 사진이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 PWM 제어와 가변저항 블록에 의해 정전류 제어를 적용한 경우의 화질 저하가 개선된 사진이다.
이하에서 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 LED 전광판 시스템을 나타낸 개략적인 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 본 발명에 따른 LED 전광판 시스템은 LED 모듈(1-1, 1-2, ... , 1-N)과, 서브 컨트롤러(2-1, 2-2, ... , 2-M), 메인 컨트롤러(3)를 포함하여 이루어진다.
LED 모듈은 제1 내지 제N LED 모듈(1-1, 1-2, ... ,1-N)으로 이루어지는데, 여기서 N은 자연수이므로 하나의 서브 컨트롤러에 구비되는 LED 모듈은 최소한 하나 이상이 된다. 서브 컨트롤러는 제1 내지 제M 서브 컨트롤러(2-1, 2-2, ... , 2-M)로 이루어지는데, 여기서 M은 자연수이므로 본 발명에 따른 LED 전광판 시스템에서 서브 컨트롤러의 갯수는 최소한 하나 이상이 된다. 메인 컨트롤러(3)는 각각의 서브 컨트롤러와 직렬 또는 병렬로 연결되는데, 도 1에서는 직렬로 연결된 경우를 도시하고 있다. 각각의 서브 컨트롤러(1-N)에는 제1 내지 제N LED 모듈(1-1, 1-2, ... , 1-N)이 연결되어 있어 서로 전기적 신호를 주고받을 수 있도록 구성된다.
각각의 LED 모듈(1-N)은 LED 소자, LED 소자를 구동하기 위한 구동칩으로 이루어지는 LED 드라이버 등을 포함한다. 각각의 서브 컨트롤러(1-M)는 메인 컨트롤러(3)와 데이터 통신을 위한 포트, 메인 컨트롤러(3)로부터 신호를 받아 각각의 LED 모듈(1-N)을 제어하기 위한 프로세서, 메모리, 입출력 포트 등을 포함하며 본 발명에서는 특히 정전류 컨트롤러(20)와 가변저항 블록(21)을 더 포함한다. 메인 컨트롤러(3)는 각각의 서브 컨트롤러(2-M)와 데이터 통신을 위한 포트, 이들을 제어하기 위한 중앙처리장치, 저장장치, 각종 입출력 장치 등을 포함한다.
본 명세서에서 동일한 도면 부호로 표시된 구성요소들은 서로 같은 구성요소를 지칭하는 것이 아니고 서로 별개의 구성요소이며, 그 구성요소의 상위 구성요소에 의해 구별된다. 예를 들어, 제1 LED 모듈(1-1)과 관련하여 '제1 서브 컨트롤러(2-1)의 제1 LED 모듈(1-1)'과 '제2 서브 컨트롤러(2-2)의 제1 LED 모듈(1-1)'과 같이 표현하여 구별한다. 또한, 자연수인 N 값과 관련하여 상위 구성요소에 따라 서로 다른 값을 가질 수도 있다. 예를 들어, 제1 서브 컨트롤러(2-1)는 4 개(N=4)의 LED 모듈을 가질 수 있고, 제2 서브 컨트롤러(2-2)는 6개(N=6)의 LED 모듈을 가질 수 있다. 이러한 규칙은 자연수인 n 값과 다른 도면부호, 예를 들어 도면부호 20, 21에도 동일하게 적용된다.
본 발명에 따른 전광판 시스템에서, 제M 서브 컨트롤러(2-M)는 메인 컨트롤러(3)의 신호를 받아 그에 연결된 제1 LED 모듈(1-1) 내지 제N LED 모듈(1-N)을 구동하기 위한 전류를 조정할 수 있다. 이를 위한 구성을 아래 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 LED 전광판 시스템의 정전류 제어 회로의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제M 서브 컨트롤러(2-M)은 정전류 컨트롤러(20)와 가변저항 블록(21)을 더 포함한다. 정전류 컨트롤러(20)는 메인 컨트롤러(3)의 신호에 따라 가변저항 블록(21)의 저항값을 조정함으로써 전류의 크기를 조정한다. 가변저항 블록(21)은 제M 서브 컨트롤러(2-M)와 연결되어 있는 제1 LED 모듈(1-1) 내지 제N LED 모듈(1-N)과 병렬로 연결되어 외부 저항의 역할을 한다. 즉, 제1 LED 모듈(1-1) 내지 제N LED 모듈(1-N)을 병렬로 연결하는 노드 X와 가변저항 블록(21)의 일단인 노드 Y를 전기적으로 연결함으로써 정전류 회로를 구성할 수 있다. 노드 X와 노드 Y는 별도의 커넥터로 연결하여도 좋다.
제N LED 모듈(1-N)은 n 개의 LED 드라이버(10-1, 10-2, ... , 10-n)를 가지며 여기서 n은 자연수이다. 제1 LED 드라이버(10-1) 내지 제n LED 드라이버(10-n)는 하나의 LED 모듈(1-N)에 구비되며, 이들 LED 드라이버(10-1, 10-2, ... , 10-n)는 노드 X로 연결되는 제N 회선(L-N)에 병렬로 연결된다. 예를 들어, 제1 LED 모듈(1-1)에 10 개의 LED 드라이버가 구비된다면, n=10 이며, 제1 내지 제10 LED 드라이버(10-1, 10-2, ... , 10-10)는 제1 회선(L-1)에 병렬로 연결되며, 제1 회선(L-1)은 노드 X로 연결된다. 이와 같이, 제N LED 모듈(1-N)에 구비된 제n LED 드라이버(10-n)는 병렬로 제N 회선에 연결되고, 제1 내지 제N 회선은 노드 X를 공유하도록 병렬로 연결된다. 그러므로, 다수의 LED를 구동하기 위해 하나의 서브 컨트롤러(2-M)의 정전류 컨트롤러(20)를 이용하여 다수의 LED 드라이버를 제어할 수 있다. 가변저항 블록(21, 22)은 도 2와 같이 제M 서브 컨트롤러(2-M)의 내부에 구비할 수도 있고, 그 외부에 노드 X 측으로 구비하여도 좋다.
도 3은 본 발명에 따른 LED 전광판 시스템의 가변저항 블록(21)의 실시예를 나타낸 회로도이고, 도 4는 본 발명의 가변저항 블록(21)의 실시예에서 전류에 따른 가변저항 블록의 저항값을 나타낸 표이다.
도 3 및 도 4를 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가변저항 블록(21)은 저항-릴레이 회로(210)이다. 저항-릴레이 회로(210)는 제1 저항(211-1), 제2 저항(211-2), 제3 저항(211-3), 제4 저항(211-4) 및 제5 저항(211-5)을 포함한다. 이들 제1 저항(211-1) 내지 제5 저항(211-5)은 서로 병렬로 연결되어 있으며, 노드 Y를 공유하도록 연결된다. 노드 Y는 앞서 설명한 바와 같이 노드 X와 연결되거나, 두 노드가 합쳐진 하나의 노드일 수도 있다. 제1 저항(211-1)의 값을 R이라 하면, 제2 저항(211-2)의 값은 2R, 제3 저항(211-3)은 4R, 제4 저항(211-4)은 8R, 제5 저항(211-5)은 16R로 한다. 제1 저항(211-1)에는 제1 릴레이(212-1)가, 제2 저항(211-2)에는 제2 릴레이(212-2), 제3 저항(211-3)에는 제3 릴레이(212-3), 제4 저항(211-4)에는 제4 릴레이(212-4), 제5 저항(211-5)에는 제5 릴레이(212-5)가 직렬로 연결된다. 제1 릴레이(212-1) 내지 제5 릴레이(212-5)는 정전류 컨트롤러(20)와 연결되어 밝기 조정을 위한 제어 신호에 따라 각각의 릴레이가 개방 또는 단락되면서 전체 저항값을 변화시킨다.
예를 들어, 전류(Iout)의 제어를 위한 저항값(Rext)의 관계는 LED 구동 칩의 특성에 의존하는데, 그 특성식은 아래 수학식 1과 같은 예를 들 수 있다.
[수학식 1]
Iout = (0.61 / Rext ) * 23
여기서, 제1 저항(211-1)의 값인 R 값을 875 Ω이라고 하면, 제2 저항(211-2)의 값 2R 은 1.75 kΩ, 제3 저항(211-3)의 값 4R 은 3.5 kΩ, 제4 저항(211-4)의 값 8R 은 7 kΩ, 제5 저항(211-5)의 값 16R 은 14 kΩ이다. 여기서, 정전류 컨트롤러(20)가 각 릴레이에 온오프 신호를 주어 저항값을 변화시킬 수 있다. 도 4의 (a), (b)에 나타낸 표에서와 같이 1 mA의 전류일 때 저항은 14030 Ω인데, 제1 릴레이(212-1) 내지 제4 릴레이(212-4)를 오프로 하고 제5 릴레이(212-5)를 온으로 하여 저항값을 조정한다. 이와 같은 회로 구성을 통해 본 발명의 실시예에 따른 가변저항 블록(21)을 구성할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 LED 전광판 시스템의 가변저항 블록(21)의 다른 실시예를 나타낸 회로도이고, 도 6은 본 발명의 가변저항 블록(21)의 다른 실시예에서 전류에 따른 저항값을 나타낸 표이다.
도 5 및 도 6을 함께 참조하면, 가변저항 블록(21)의 다른 실시예는 디지털 포텐션미터(digital potentiometer)(220)를 사용하는 것이다. 정전류 컨트롤러(20)에서 제어 신호를 디지털 포텐션미터(220)로 보내면 가변저항(221)이 Y 노드에 걸리는 저항값을 변화시킨다. 가변저항(221)은 디코더(222)에서 아날로그로 변환된 제어 신호에 의해 작동하며, 가변저항(221)의 출력값을 RWB라 하면, 다음의 수학식 2에 따라 저항값을 가변시킬 수 있다.
[수학식 2]
RWB = (D/256) * RAB + 2 * RW
여기서, RWB는 W와 B 사이의 저항, D는 디지털 8 비트 입력값, RAB는 A와 B 사이의 저항값, RW는 디지털 포텐션미터에 따른 상수값이다.
상수값 RW가 50 Ω이고 RAB = 10 kΩ인 디지털 포텐션미터의 경우, 표 6과 같은 전류와 저항값을 얻을 수 있으며 이를 통해 전류 제어가 가능하다.
본 발명에 따라 화면 조정을 위해 PWM 제어를 적용하는 것에 추가하여 가변저항블록에 의한 정전류 제어를 통해 화면의 밝기를 조정하는 경우에, 화질의 변화를 확인하기 위해 도 7과 도 8을 참조한다. 도 7은 PWM 제어만을 사용한 경우의 화질의 저하를 나타낸 사진이다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따라 PWM 제어와 가변저항 블록(21)에 의해 정전류 제어를 적용한 경우의 화질 저하가 개선된 사진이다. 도 7과 도 8의 두 사진을 비교하면 본 발명에 따라 정전류 제어를 하는 경우 화질의 개선이 뚜렷해지는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 발명의 설명은 본 발명의 이해를 위하여 예를 들어 설명한 것에 불과할 뿐, 본 발명의 보호범위를 정하고자 하는 것이 아님을 유의하여야 한다. 본 발명의 보호범위는 아래 첨부된 청구범위에 의하여 정하여지며, 이 범위 내에서 본 발명의 단순한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
1-N : 제N LED 모듈 2-M : 제M 서브 컨트롤러
3 : 메인 컨트롤러 20 : 정전류 컨트롤러
21 : 가변저항 블록

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 제1 내지 제N LED 모듈(1-1, 1-2, ... , 1-N)를 각각 구비하고 구비된 상기 제1 내지 제N LED 모듈(1-1, 1-2, ... , 1-N)을 제어하기 위한 제1 내지 제M 서브 컨트롤러(2-1, 2-2, ... , 2-M)(여기서 N, M은 자연수임); 및
    상기 제1 내지 제M 서브 컨트롤러(2-1, 2-2, ... , 2-M)와 연결되고 상기 제1 내지 제M 서브 컨트롤러(2-1, 2-2, ... , 2-M)를 제어하기 위한 메인 컨트롤러(3);
    를 포함하여 이루어지고,
    상기 제1 내지 제M 서브 컨트롤러(2-1, 2-2, ... , 2-M)는 각각 정전류 컨트롤러(20)와 가변저항 블록(21)을 더 포함하며,
    상기 정전류 컨트롤러(20)는 메인 컨트롤러(3)의 신호에 따라 가변저항 블록(21)의 저항값을 조정함으로써 전류의 크기를 조정하되,
    상기 가변저항 블록(21)은 상기 제1 내지 제M 서브 컨트롤러(2-1, 2-2, ... , 2-M)의 각각에 연결되어 있는 제1 LED 모듈(1-1) 내지 제N LED 모듈(1-N)과 병렬로 연결되고,
    상기 제1 LED 모듈(1-1) 내지 제N LED 모듈(1-N) 중 하나인 제N LED 모듈(1-N)은 제1 내지 제n LED 드라이버(10-1, 10-2, ... , 10-n)를 가지며(여기서 n은 자연수임), 상기 제1 내지 제n LED 드라이버(10-1, 10-2, ... , 10-n)는 노드 X로 연결되는 제N 회선(L-N)에 병렬로 연결되며, 상기 노드 X와 상기 가변저항 블록(21)의 일단인 노드 Y를 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 LED 전광판 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 가변저항 블록(21)은 저항-릴레이 회로(210)로 구성되되, 상기 저항-릴레이 회로(210)는 병렬로 연결되는 제1 저항(211-1), 제2 저항(211-2), 제3 저항(211-3), 제4 저항(211-4) 및 제5 저항(211-5)을 포함하고,
    상기 제1 저항(211-1)에는 제1 릴레이(212-1)가, 상기 제2 저항(211-2)에는 제2 릴레이(212-2), 상기 제3 저항(211-3)에는 제3 릴레이(212-3), 상기 제4 저항(211-4)에는 제4 릴레이(212-4), 상기 제5 저항(211-5)에는 제5 릴레이(212-5)가 연결되며,
    상기 제1 릴레이(212-1) 내지 제5 릴레이(212-5)는 정전류 컨트롤러(20)와 연결되는 것을 특징으로 하는 LED 전광판 시스템.
  5. 제3항에 있어서, 상기 가변저항 블록(21)은 디지털 포텐션미터(220)인 것을 특징으로 하는 LED 전광판 시스템.
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