KR102126534B1 - 광원 구동장치 및 이를 이용한 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 광원 구동장치는 구동 전류를 생성하여 LED 채널들에 공급하는 구동전압 생성부; 및 외부로부터 인가되는 휘도 제어정보들을 기반으로 일정 주기마다 상기 LED 채널들의 PWM(Pulse Width Modulation) 신호들을 생성하고, 동일 주기에 포함된 상기 LED 채널들의 PWM 신호들 중에서 최대 온 듀티의 PWM 신호를 추출하고, 상기 최대 온 듀티의 PWM 신호를 기반으로 LED 채널별로 CPWAM(Conditional Pulse Width & Amplitude Modulation) 신호를 생성하여 상기 LED 채널들 각각에 인가하는 LED 구동부를 구비하고; 상기 LED 채널들 각각에 인가되는 상기 CPWAM 신호의 펄스진폭 및 펄스폭은 상기 일정 주기에 속하는 제1 주기와 제2 주기에서 서로 다른 것을 특징으로 한다.

Description

광원 구동장치 및 이를 이용한 액정표시장치{Light Source Driving Device And Liquid Crystal Display Using It}
본 발명은 광원 구동장치 및 이를 이용한 액정표시장치에 관한 것이다.
최근 평판 표시장치는 폭발적인 성장을 보이고 있다. 액정표시장치는 소형화, 저전력화가 필수적인 모바일 장치뿐만 아니라 두께를 줄여야 하는 대형 디지털 TV에 이르기까지 폭넓게 사용되고 있다.
액정표시장치에서는 액정표시패널에 형성되는 액정셀들이 스스로 발광하지 못하기 때문에 액정 패널의 배면에 위치하여 액정표시패널에 빛을 조사하는 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 필요로 한다. 백라이트 유닛은 액정표시장치의 성능에 상당한 영향을 미친다. 예를 들어, 액정표시장치의 색 재현성, 최대 밝기, 명암비, 백색 균일성, 색 온도 등의 화상 품질뿐 아니라 무게, 디자인, 수명, 소비 전력 등이 백라이트 유닛에 의해 상당한 영향을 받을 수 있다.
기존의 백라이트 유닛은 광원으로 냉음극 형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp, CCFL), 외부전극 형광램프(External Electrode Fluorescent Lamp, EEFL) 등이 널리 사용되었다. 그러나 이들 형광램프들은 차지하는 부피가 크고 소비전력이 크며, 최대 밝기가 낮다. 이에, 최근 백라이트 유닛은 발광다이오드(Light Emitting Diode, 이하 'LED'라 함)를 광원으로 채용하고 있다.
LED는 형광램프들에 비해 친환경적이고 응답속가 빠르며, 색재현성도 80~100%로 상당히 높다. LED를 광원으로 채용하는 백라이트 유닛(이하, 'LED 백라이트 유닛'이라 함)은, 광량을 조절하여 백라이트 유닛의 휘도 및 색 온도를 임의로 조절할 수 있는 장점이 있다.
LED 백라이트 유닛은 다수의 LED 어레이와 광원 구동장치를 포함한다. LED 어레이는 다수의 LED 채널들을 포함하며, 각 LED 채널은 직렬로 접속된 다수의 LED들로 구성되어 있다. 이러한 LED들은 광원 구동장치에 의해 구동된다. 광원 구동장치에서 LED들의 휘도를 제어하기 위한 제어방법으로, PWM(Pulse Width Modulation) 제어방식과, PAM(Pulse Amplitude Modulation) 제어방식이 알려져 있다.
PWM 제어방식은 도 1과 같이 펄스의 진폭(그래프에서 전류로 표기됨)을 일정하게 고정하고 일정 주기(T)마다 펄스폭을 변화시켜 LED들의 휘도를 제어한다. PWM 제어방식은 LED들의 휘도를 제어하여 원하는 위치에서 백라이트의 밝기를 조절할 수 있는 소위, 백라이트 스캐닝 구동과 로컬 디밍 구동이 가능하다. 여기서, 백라이트 스캐닝 구동이란 액정표시패널의 데이터 스캔방향을 따라 백라이트 유닛의 광원들을 순차적으로 점멸시키는 구동 방법을 의미한다. 로컬 디밍 구동이란 한 프레임기간 내에서 표시면의 휘도를 국부적으로 제어하기 위한 것으로 LED들을 다수의 블록으로 분할하고 블록별로 디밍값을 조절하는 백라이트 디밍 방법을 의미한다. PWM 제어방식은 펄스폭으로 휘도를 제어하기 때문에 저 휘도 구현이 비교적 용이하다.
반면, PAM 제어방식은 도 2와 같이 펄스의 폭을 일정하게 고정하고 일정 주기(T)마다 그 진폭만을 변화시켜 LED들의 휘도를 제어한다. PAM 제어방식에 의하는 경우 스캐닝 구동과 로컬 디밍 구동이 불가능하고, 펄스 진폭으로 휘도를 제어하기 때문에 저 휘도 구현이 어렵다.
종래 광원 구동장치는 백라이트 스캐닝 구동과 로컬 디밍 구동을 위해 PWM 제어방식에 따라 LED들의 휘도를 제어하였다. 하지만, PWM 제어방식에 의하는 경우 다음과 같은 문제가 있다.
첫째, 도 3a와 같이 LED의 양단에 걸리는 포워드 전압(VF)은 LED에 흐르는 포워드 전류(IF)에 비례하여 증가하는 특성이 있다. PWM 제어방식에서 포워드 전류(IF)는 미리 설정된 최대값으로 고정되므로, PWM 제어방식의 포워드 전압(VF)은 PAM 제어방식의 그것에 비해 높다. 따라서, PWM 제어방식은 도 3b에서와 같이 PAM 제어방식에 비해 소비전력, 전자파 간섭(EMI) 및 발열이 높다.
둘째, PWM 제어방식의 경우 입출력 전류의 진폭이 PAM 제어방식에 비해 상대적으로 커서 회로 부품에 흐르는 전류에 의한 압축 팽창의 순환적 반복으로 소음이 크게 발생 된다.
셋째, PWM 제어방식의 경우 휘도 제어를 위해 LED들을 점등 및 소등시키기 때문에, 그로 의한 광 에너지의 온/오프 영향으로 표시 화상에 웨이비 노이즈(wavy noise)가 발생 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 백라이트 스캐닝 구동과 로컬 디밍 구동이 모두 가능하면서도 소비 전력, 전자파 간섭, 발열, 소음, 웨이비 노이즈를 줄일 수 있도록 한 광원 구동장치 및 이를 이용한 액정표시장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 광원 구동장치는 구동 전류를 생성하여 LED 채널들에 공급하는 구동전압 생성부; 및 외부로부터 인가되는 휘도 제어정보들을 기반으로 일정 주기마다 상기 LED 채널들의 PWM(Pulse Width Modulation) 신호들을 생성하고, 동일 주기에 포함된 상기 LED 채널들의 PWM 신호들 중에서 최대 온 듀티의 PWM 신호를 추출하고, 상기 최대 온 듀티의 PWM 신호를 기반으로 LED 채널별로 CPWAM(Conditional Pulse Width & Amplitude Modulation) 신호를 생성하여 상기 LED 채널들 각각에 인가하는 LED 구동부를 구비하고; 상기 LED 채널들 각각에 인가되는 상기 CPWAM 신호의 펄스진폭 및 펄스폭은 상기 일정 주기에 속하는 제1 주기와 제2 주기에서 서로 다른 것을 특징으로 한다.
상기 일정 주기마다 해당 LED 채널에서 구현되는 디밍값이 달라지는 경우, 상기 CPWAM 신호는 상기 일정 주기마다 펄스폭뿐만 아니라 펄스진폭까지 가변되는 것을 특징으로 한다.
동일 주기에서, 상기 LED 채널들 각각에 인가되는 상기 CPWAM 신호의 펄스진폭은 주기별 기준진폭으로 서로 동일하고, 상기 LED 채널들 각각에 인가되는 상기 CPWAM 신호의 펄스폭은 디밍값에 따라 달라지며; 상기 주기별 기준진폭은 상기 PWM 신호들의 고정된 펄스폭보다 작은 것을 특징으로 한다.
상기 LED 구동부는, 각 주기마다 추출된 상기 최대 온 듀티의 PWM 신호를 기반으로 상기 LED 채널들에 공통되는 상기 주기별 기준진폭을 일정 주기마다 계산하고, 상기 주기별 기준진폭을 기반으로 각 주기에서 상기 LED 채널들에 인가될 CPWAM 신호의 펄스폭을 계산하는 것을 특징으로 한다.
상기 LED 구동부는, 상기 LED 채널들과 기저 전압의 입력단 사이에 접속된 다수의 정전류 구동부들; 및 CPWAM 신호들을 생성하여 상기 정전류 구동부들의 동작을 제어하는 CPWAM 제어부를 포함하고; 상기 CPWAM 제어부는, 상기 CPWAM 신호들에 따라 스위칭되어 기준전압을 상기 정전류 구동부들에 공급하는 다수의 스위치들; 상기 LED 채널들의 PWM 신호들을 생성하는 PWM 생성부; 및 상기 PWM 신호들을 기반으로 상기 CPWAM 신호들의 주기별 기준진폭을 계산하고 그에 따라 기준전압의 레벨을 주기별로 설정하며, 상기 주기별 기준진폭을 기반으로 상기 CPWAM 신호들의 펄스폭을 계산하고 그에 따라 상기 스위치들을 턴 온 시킬 수 있는 CPWAM 신호들의 온 듀티를 설정하는 CPWAM 생성부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 상기와 같은 광원 구동장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 CPWAM 신호는 원하는 휘도를 구현하기 위해 1 주기 내에서 펄스폭 뿐만 아니라 펄스 진폭까지 변조되는 특징이 있다. 본 발명에 따른 CPWAM 신호는 1 주기 내에서 펄스폭 변조가 용이하여 백라이트 스캐닝 구동과 로컬 디밍 구동이 모두 가능한 잇점이 있다. 더욱이, 본 발명에 따른 CPWAM 신호는 1 주기 내에서 펄스 진폭 변조까지 용이하여 소비 전력, 전자파 간섭, 발열, 소음, 웨이비 노이즈 등을 저감하는데 효과가 탁월하다.
도 1은 종래 PWM 제어방식에 사용되는 PWM 신호의 파형을 보여주는 도면.
도 2는 종래 PAM 제어방식에 사용되는 PAM 신호의 파형을 보여주는 도면.
도 3a는 LED 포워드 전류에 따른 LED 포워드 전압의 변화를 보여주는 도면.
도 3b는 PWM 제어방식에서의 디밍에 따른 소비전력과 PAM 제어방식에서의 디밍에 따른 소비전력을 비교하여 보여주는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 광원 구동장치가 적용되는 백라이트 유닛의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 CPWAM 신호의 일 예를 보여주는 도면.
도 6은 LED 구동부에서 생성되는 PWM 신호와 CPWAM 신호 간의 상관 관계를 보여주는 도면.
도 7은 LED 구동부에서 CPWAM 신호를 생성하는 방법을 보여주는 도면.
도 8a는 LED 채널별로 생성되는 PWM 신호들을 보여주는 도면.
도 8b는 각 주기에서 LED 채널들의 PWM 신호들을 기반으로 생성되는 LED 채널별 CPWAM 신호들의 일 예를 보여주는 도면.
도 9는 본 발명에 따른 LED 구동부 구체적인 일 구성을 보여주는 도면.
도 10은 기준전압의 레벨이 일정 주기마다 변하는 일 예를 보여주는 도면.
도 11은 본 발명의 광원 구동장치를 포함한 액정표시장치를 보여주는 도면.
이하, 도 4 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 광원 구동장치가 적용되는 백라이트 유닛의 구성을 개략적으로 보여준다. 그리고, 도 5는 본 발명에 따른 CPWAM 신호의 일 예를 보여준다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 백라이트 유닛(40)은, 다수의 LED 채널들(CH1~CHn)로 구성되는 LED 어레이(30)와, LED 채널들(CH1~CHn)을 구동하기 위한 광원 구동장치(20)를 포함한다. 광원 구동장치(20)는 구동전압 생성부(100)와 LED 구동부(200)를 포함한다.
LED 어레이(30)는 다수의 LED 채널들(CH1~CHn)을 구비하며, 각 LED 채널은 직렬로 접속된 다수의 LED들을 포함한 LED 스트링으로 구성된다. LED 채널들(CH1~CHn)의 일단(최상단 LED의 애노드 전극)들은 구동전압 생성부(100)에 공통 접속되고, LED 채널들(CH1~CHn)의 타단(최하단 LED의 캐소드 전극)들은 LED 구동부(200)에 개별적으로 접속된다. 각 LED 채널들(CH1~CHn)의 LED들은 구동전압 생성부(100)로부터 발생되는 구동전류(IF)에 따라 발광한다. LED 채널들(CH1~CHn) 각각의 타단에는 도 9에서와 같이 하나의 정전류 구동부(210-1 내지 210-n)가 접속되어 해당 LED 채널에 흐르는 구동전류(IF)의 레벨을 결정한다.
구동전압 생성부(100)는 직류 입력전압(Vi)을 부스팅하여 구동전압(VF)과 구동전류(IF)를 생성한다. 구동전압 생성부(100)로부터 출력되는 구동전압(VF)은 LED 채널들(CH1~CHn)의 일단에 공통으로 인가된다.
LED 구동부(200)는 LED 채널들(CH1~CHn)의 휘도를 제어하기 위해 외부(시스템)로부터 휘도 제어정보들(GD,LD,CV,Vsync)을 입력받는다. 이 휘도 제어정보들(GD,LD,CV,Vsync)에는, 일정 주기(T)마다 가변 가능한 글로벌 디밍값(GD), 일정 주기(T)마다 가변 가능한 로컬 디밍값(LD), 고정 전류값(CV), 및 일정 주기(T)를 정의하는 수직 동기신호(Vsync)가 포함된다. 여기서, 로컬 디밍값(LD)은 수직 동기신호(Vsync)에 동기되는 각 주기(T)에서 LED 채널들(CH1~CHn)에 적용되는 개별 디밍값을 지시한다. 글로벌 디밍값(GD)은 각 주기(T)별로 다르게 설정될 수 있으며, 각 주기(T)마다 LED 채널들(CH1~CHn)의 로컬 디밍값들 중 최대 로컬 디밍값이 그 주기에서의 글로벌 디밍값(GD)으로 설정된다. 고정 전류값(CV)은 상기 PWM 신호들의 고정 진폭에 대응되는 전류값으로 정의된다. 각 주기(T)는 수직 동기신호(Vsync)에 동기되므로, 1 주기는 1 프레임기간으로 설정될 수 있다.
LED 구동부(200)는 이러한 휘도 제어정보들(GD,LD,CV,Vsync)을 기반으로 일정 주기(T)마다 LED 채널별로 PWM 신호를 생성한다. 그리고, LED 구동부(200)는 동일 주기에 포함된 LED 채널들의 PWM 신호들 중에서 최대 온 듀티의 PWM 신호를 추출하고, 추출된 신호를 기반으로 LED 채널별로 CPWAM(Conditional Pulse Width & Amplitude Modulation) 신호를 생성하여 LED 채널들(CH1~CHn) 각각에 인가한다. 여기서, 각 LED 채널에 인가되는 CPWAM 신호의 펄스진폭 및 펄스폭(온 듀티)은 일정 주기(T)에 속하는 제1 주기와 제2 주기에서 서로 다른 특징이 있다.
도 5에는 LED 채널들(CH1~CHn) 중 어느 하나에 인가되는 CPWAM 신호의 일 예가 도시되어 있다. CPWAM 신호는 해당 LED 채널에서 구현되는 디밍값에 따라 일정 주기(T)마다 펄스진폭(A1,A2,A3) 및 펄스폭(D1,D2,D3)이 달라질 수 있다. 예를 들어, 도 5와 같이 해당 LED 채널에서 구현되어야 할 디밍값이 일정 기간(T)을 주기로 20%, 80%, 35%로 변한다 가정할 때, CPWAM 신호는 제1 주기(T)에서 20% 디밍값 구현을 위해 제1 펄스진폭(A1) 및 제1 펄스폭(D1)을 갖도록 생성되고, 제2 주기(T)에서 80% 디밍값 구현을 위해 제2 펄스진폭(A2, A2>A1) 및 제2 펄스폭(D2, D2>D1)을 갖도록 생성되며, 제3 주기(T)에서 35% 디밍값 구현을 위해 제3 펄스진폭(A3, A1<A3<A2) 및 제3 펄스폭(D3, D1<D3<D2)을 갖도록 생성될 수 있다.
도 5는 CPWAM 신호에 대한 일 예에 불과하므로, 본 발명의 기술적 사상은 도 5에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술적 사상은 휘도 제어정보들(GD,LD,CV,Vsync)을 기반으로 내부에서 생성된 PWM 신호를 참조하여 그와 동일 휘도를 구현하도록 CPWAM 신호를 생성하는 데, 이 CPWAM 신호는 PWM 신호와 달리 일정 주기(T)마다 디밍값이 달라지면 그에 대응하여 펄스폭뿐만 아니라 펄스진폭까지 가변되는 특징을 갖는다. 그 결과, 본 발명은 1 주기 내에서 펄스폭 변조가 용이하여 백라이트 스캐닝 구동과 로컬 디밍 구동이 모두 가능한 잇점이 있다. 더욱이, 본 발명은 1 주기 내에서 펄스 진폭 변조까지 용이하여 소비 전력, 전자파 간섭, 발열, 소음, 웨이비 노이즈 등을 저감하는데 효과가 탁월하다.
도 6은 LED 구동부(200)에서 생성되는 PWM 신호와 CPWAM 신호 간의 상관 관계를 보여준다. 그리고, 도 7은 LED 구동부(200)에서 CPWAM 신호를 생성하는 방법을 보여준다.
도 6 및 도 7을 참조하면, LED 구동부(200)는 휘도 제어정보들(GD,LD,CV,Vsync)을 기반으로 일정 주기(T)마다 LED 채널별로 PWM 신호를 생성한다.(S10) 특정 주기(T)에 대응되는 일 LED 채널의 PWM 신호가 도 6에 도시되어 있다. PWM 신호의 진폭(X)은 종래와 마찬가지로 일정한 값 즉, 고정 전류값(CV)에 대응되도록 설정된다. 도 6에서, Y'는 PWM 신호의 펄스폭을 지시하며, J/2a(a는 데이터 비트수, J는 0~2a중 어느 하나)는 특정 주기(T)에서 일 채널의 로컬 디밍값을 지시한다.
LED 구동부(200)는 특정 주기(T)에 대응되는 모든 LED 채널들의 PWM 신호들을 기반으로, 상기 일 LED 채널에 대응되는 PWM 신호의 진폭(X)보다 작은 기준진폭(X')을 갖는 CPWAM 신호를 생성하여 상기 PWM 신호와 동일 휘도를 구현하면서도 종래와 같은 문제점을 해결한다. 특정 주기(T)에서 LED 채널들의 PWM 신호들을 기반으로 생성되는 상기 일 LED 채널의 CPWAM 신호가 도 6에 도시되어 있다. 특정 주기(T)에서, 상기 일 LED 채널의 CPWAM 신호를 통해 구현되는 휘도는 상기 일 LED 채널의 PWM 신호를 통해 구현되는 그것과 동일하게 되어야 한다. 이를 위해, LED 구동부(200)는 모든 LED 채널들에 공통되는 CPWAM 신호의 기준진폭(X')을 일정 주기(T) 마다 계산하고, 그 주기별 기준진폭(X')을 기반으로 각 주기(T)에서 LED 채널들에 인가될 CPWAM 신호들 각각의 펄스폭(Y"')을 계산한다.
구체적으로, LED 구동부(200)는 특정 주기(T)에 포함된 LED 채널들의 PWM 신호들 중에서 최대 온 듀티의 PWM 신호를 추출하고, 추출된 신호를 기반으로 그 특정 주기(T)에서 CPWAM 신호의 기준진폭(X')을 수학식 1과 같이 계산한다.(S20)
Figure 112013099356156-pat00001
수학식 1에서, Y"는 CPWAM 신호의 미리 설정된 최대 펄스폭으로서, 스캐닝 구동과 로컬 디밍 구동이 가능하도록 1 주기 기간보다 작게 설정된다. (L/Dmax)/2a는 최대 로컬 디밍값을 지시하며, a는 디밍 데이터의 비트수를 지시한다. 예컨대, a가 8인 경우 L/Dmax는 0~255 중 어느 하나가 된다. Y"는 미리 설정되어 알 수 있는 값이고, X*Y'*(L/Dmax)/2a는 최대 온 듀티의 PWM 신호를 통해 알 수 있는 값이므로, 특정 주기(T)에서 CPWAM 신호의 기준진폭(X')은 쉽게 계산될 수 있다. 계산된 기준진폭(X')은 특정 주기(T)에서 LED 채널들에 인가될 모든 CPWAM 신호들의 진폭으로 사용된다.
이어서, LED 구동부(200)는 상기 계산된 주기별 기준진폭(X')을 기반으로 각 주기에서 LED 채널들에 인가될 CPWAM 신호들 각각의 펄스폭(Y"')(즉, 온 듀티)을 수학식 2와 같이 계산한다.(S30)
Figure 112013099356156-pat00002
수학식 2에서, (J)/2a는 최대 로컬 디밍값보다 작은 LED 채널들의 일 로컬 디밍값을 지시하며, a는 디밍 데이터의 비트수를 지시한다. 예컨대, a가 8인 경우 J는 0~255 중 어느 하나로서 L/Dmax보다 작게 선택된다. X'는 수학식 1을 통해 알 수 있는 값이고, X*Y'*(J)/2a는 각 LED 채널의 PWM 신호를 통해 알 수 있는 값이므로, 특정 주기(T)에서 각 LED 채널에 대응되는 CPWAM 신호의 펄스폭(Y"')은 쉽게 계산될 수 있다.
도 8a는 LED 채널별로 생성되는 PWM 신호들을 보여준다. 도 8b는 도 7과 같은 생성 방법에 따라 각 주기에서 LED 채널들의 PWM 신호들을 기반으로 생성되는 LED 채널별 CPWAM 신호들의 일 예를 보여준다. 도 8a 및 도 8b에서, PWM1 및 CPWAM1은 LED 채널1을 제어하기 위한 디밍값에 대응되는 신호들이고, PWM2 및 CPWAM2는 LED 채널2를 제어하기 위한 디밍값에 대응되는 신호들이며, PWM3 및 CPWAM3은 LED 채널3을 제어하기 위한 디밍값에 대응되는 신호들이다.
먼저, 제1 주기(T1)에서, LED 채널1~3에 각각 인가될 CPWAM1~3의 생성 과정을 설명하면 다음과 같다.
LED 구동부(200)는 제1 주기(T1)에서 생성된 PWM1~3 중에서 최대 온 듀티의 PWM3을 기준으로, 제1 주기(T1)에서 CPWAM1~3에 공통으로 적용되는 제1 기준진폭(A1)을 계산한다. LED 구동부(200)는 제1 주기(T1) 동안 미리 설정된 최대 펄스폭(Y")을 갖는 CPWAM3의 전류-시간 면적이 PWM3의 전류-시간 면적과 동일하다는 조건(상기 수학식 1 참조)을 이용하여, 제1 기준진폭(A1)을 계산한다.
LED 구동부(200)는 제1 주기(T1)에서 CPWAM1~3에 공통으로 적용되는 제1 기준진폭(A1)을 이용하여 CPWAM1 및 CPWAM2 각각의 펄스폭을 계산한다. LED 구동부(200)는 제1 기준진폭(A1)을 갖는 CPWAM1의 전류-시간 면적이 PWM1의 전류-시간 면적과 동일하다는 조건(상기 수학식 2 참조)을 이용하여, CPWAM1의 펄스폭(D11)을 계산한다. 그리고, LED 구동부(200)는 제1 기준진폭(A1)을 갖는 CPWAM2의 전류-시간 면적이 PWM2의 전류-시간 면적과 동일하다는 조건(상기 수학식 2 참조)을 이용하여, CPWAM2의 펄스폭(D12)을 계산한다.
다음으로, 제2 주기(T2)에서, LED 채널1~3에 각각 인가될 CPWAM1~3의 생성 과정을 설명하면 다음과 같다.
LED 구동부(200)는 제2 주기(T2)에서 생성된 PWM1~3 중에서 최대 온 듀티의 PWM1을 기준으로, 제2 주기(T2)에서 CPWAM1~3에 공통으로 적용되는 제2 기준진폭(A2)을 계산한다. LED 구동부(200)는 제2 주기(T2) 동안 미리 설정된 최대 펄스폭(Y")을 갖는 CPWAM1의 전류-시간 면적이 PWM1의 전류-시간 면적과 동일하다는 조건(상기 수학식 1 참조)을 이용하여, 제2 기준진폭(A2)을 계산한다.
LED 구동부(200)는 제2 주기(T2)에서 CPWAM1~3에 공통으로 적용되는 제2 기준진폭(A2)을 이용하여 CPWAM2 및 CPWAM3 각각의 펄스폭을 계산한다. LED 구동부(200)는 제2 기준진폭(A2)을 갖는 CPWAM2의 전류-시간 면적이 PWM2의 전류-시간 면적과 동일하다는 조건(상기 수학식 2 참조)을 이용하여, CPWAM2의 펄스폭(D22)을 계산한다. 그리고, LED 구동부(200)는 제2 기준진폭(A2)을 갖는 CPWAM3의 전류-시간 면적이 PWM3의 전류-시간 면적과 동일하다는 조건(상기 수학식 2 참조)을 이용하여, CPWAM3의 펄스폭(D23)을 계산한다.
다음으로, 제3 주기(T3)에서, LED 채널1~3에 각각 인가될 CPWAM1~3의 생성 과정을 설명하면 다음과 같다.
LED 구동부(200)는 제3 주기(T3)에서 생성된 PWM1~3 중에서 최대 온 듀티의 PWM3을 기준으로, 제3 주기(T2)에서 CPWAM1~3에 공통으로 적용되는 제3 기준진폭(A3)을 계산한다. LED 구동부(200)는 제3 주기(T3) 동안 미리 설정된 최대 펄스폭(Y")을 갖는 CPWAM3의 전류-시간 면적이 PWM3의 전류-시간 면적과 동일하다는 조건(상기 수학식 1 참조)을 이용하여, 제3 기준진폭(A3)을 계산한다.
LED 구동부(200)는 제3 주기(T3)에서 CPWAM1~3에 공통으로 적용되는 제3 기준진폭(A3)을 이용하여 CPWAM1 및 CPWAM2 각각의 펄스폭을 계산한다. LED 구동부(200)는 제3 기준진폭(A3)을 갖는 CPWAM1의 전류-시간 면적이 PWM1의 전류-시간 면적과 동일하다는 조건(상기 수학식 2 참조)을 이용하여, CPWAM1의 펄스폭(D31)을 계산한다. 그리고, LED 구동부(200)는 제3 기준진폭(A3)을 갖는 CPWAM2의 전류-시간 면적이 PWM2의 전류-시간 면적과 동일하다는 조건(상기 수학식 2 참조)을 이용하여, CPWAM2의 펄스폭(D32)을 계산한다.
여기서, 제1 내지 제3 기준진폭(A1,A2,A3)은 PWM1~3의 최대 온 듀티(디밍값)에 비례하여 증가한다. 상기 예에서, 제2 기준진폭(A2)이 가장 크고, 제3 기준진폭(A3)이 그 다음으로 크며, 제1 기준진폭(A1)이 가장 작다. 특히, 제1 내지 제3 기준진폭(A1,A2,A3)은 PWM1~3에 동일하게 적용되는 펄스진폭(즉, 고정 전류값(CV))보다 작게 선택되는 특징이 있다. 이렇게, 제1 내지 제3 기준진폭(A1,A2,A3) 각각을 PWM1~3의 고정 전류값(CV)보다 낮게 선택하는 이유는, 소비 전력, 전자파 간섭, 발열, 소음, 웨이비 노이즈 등을 줄이기 위함이다.
도 9는 본 발명에 따른 LED 구동부(200)의 구체적인 구성을 보여준다. 도 10은 기준전압의 레벨이 일정 주기마다 변하는 일 예를 보여준다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 LED 구동부(200)는 LED 채널들(CH1~CHn) 과 기저전압(GND)의 입력단 사이에 접속된 다수의 정전류 구동부들(210)과, CPWAM 신호들을 생성하여 정전류 구동부들(210)의 동작을 제어하는 CPWAM 제어부(220)를 포함한다.
정전류 구동부들(210)은 제1 내지 제n LED 채널(CH1 내지 CHn) 각각에 접속된 제1 내지 제n 정전류 구동부(210-1 내지 210-n)를 구비한다.
제1 정전류 구동부(210-1)는 이득이 A인 제1 증폭기(AMP1), 제1 구동 트랜지스터(Q1), 및 검출용 저항(Rs)를 포함한다. 제1 증폭기(AMP1)의 출력단은 제1 구동 트랜지스터(Q1)의 베이스에 접속되고, 제1 증폭기(AMP1)의 반전 단자(-)는 제1 구동 트랜지스터(Q1)의 에미터에 접속된다. 제1 증폭기(AMP1)의 비 반전 단자(+)는 변조 PWM 제어부(230)에 접속되어 CPWAM 제어부(220)로부터 기준전압(AVref)을 공급받는다. 이 기준전압(AVref)은 도 10과 같이 일정 주기(T1,T2,T3)마다 가변될 수 있으며, 그에 따라 일정 주기(T1,T2,T3)마다 변하는 주기별 기준진폭이 구현된다. 검출용 저항(Rs)의 양단에 걸리는 검출 전압(Vs)은 제1 증폭기(AMP1)의 반전 단자(-)에 피드백 된다. 기준전압(AVref)과 검출 전압(Vs)의 차이는 이득 A로 증폭되어 다시 제1 구동 트랜지스터(Q1)의 베이스에 인가된다. 이러한 제1 정전류 구동부(210-1)는 기준전압(AVref)의 레벨(CPWAM1의 주기별 기준진폭)과 기준전압(AVref)의 공급 기간(CPWAM1의 펄스폭)에 따라 결정되는 제1 LED 포워드 전류를 일정하게 유지시켜 제1 LED 채널(CH1)에 인가한다.
제2 정전류 구동부(210-2)는 전술한 제1 정전류 구동부(210-1)와 유사한 구성을 갖는다. 이러한 제2 정전류 구동부(210-2)는 기준전압(AVref)의 레벨(CPWAM2의 주기별 기준진폭)과 기준전압(AVref)의 공급 기간(CPWAM2의 펄스폭)에 따라 결정되는 제2 LED 포워드 전류를 일정하게 유지시켜 제2 LED 채널(CH2)에 인가한다.
마찬가지로, 제n 정전류 구동부(210-n)도 전술한 제1 정전류 구동부(210-1)와 유사한 구성을 갖는다. 이러한 제n 정전류 구동부(210-n)는 기준전압(AVref)의 레벨(CPWAMn의 주기별 기준진폭)과 기준전압(AVref)의 공급 기간(CPWAMn의 펄스폭)에 따라 결정되는 제n LED 포워드 전류를 일정하게 유지시켜 제n LED 채널(CHn)에 인가한다.
CPWAM 제어부(220)는 PWM 생성부(221), CPWAM 생성부(222), 제1 내지 제n 스위치(S1~Sn)를 포함한다.
PWM 생성부(221)는 휘도 제어정보들(GD,LD,CV,Vsync)을 기반으로 도 8a에서와 같은 LED 채널별 PWM 신호들을 생성한다. CPWAM 생성부(222)는 전술한 도 8b에서와 같은 방법으로 LED 채널별로 CPWAM 신호들을 생성한 후, CPWAM 신호들을 정전류 구동부들(210-1 내지 210-n)에 공급한다. CPWAM 생성부(222)는 CPWAM 신호들의 주기별 기준진폭을 계산하고 그에 따라 기준전압(AVref)의 레벨을 주기별로 설정한다. CPWAM 생성부(222)는 CPWAM 신호들의 펄스폭을 계산하고 그에 따라 제1 내지 제n 스위치(S1~Sn)를 턴 온 시킬 수 있는 CPWAM 신호들의 온 듀티(OD1 내지 ODn)를 설정한다. 도 8b에서 살펴봤듯이, CPWAM 신호들 각각은 각 주기마다 개별적으로 설정되는 펄스진폭 및 펄스폭을 갖게 된다. 이때, 펄스진폭은 기준전압(AVref)의 레벨에 따라 결정되고, 펄스폭은 온 듀티에 따라 결정된다.
도 11은 본 발명의 광원 구동장치를 포함한 액정표시장치를 보여준다.
본 발명의 액정표시장치는 도 11에 도시된 바와 같이, 액정표시패널(10), 타이밍 콘트롤러(11), 데이터 구동회로(12), 게이트 구동회로(13), 호스트 시스템(14), 및 백라이트 유닛(40)을 포함한다.
액정표시패널(10)은 두 장의 유리기판 사이에 액정층이 형성된다. 액정표시패널(10)은 데이터라인들(15)과 게이트라인들(16)의 교차 구조에 의해 매트릭스 형태로 배치된 액정셀들(Clc)을 포함한다. 액정표시패널(10)의 하부 유리기판에는 화소 어레이가 형성된다. 화소 어레이는 데이터라인들(15)과 게이트라인들(16)의 교차부에 형성된 액정셀(Clc, 화소), 화소들의 화소전극(1)에 접속된 TFT들, 화소전극(1)과 대향되는 공통전극(2) 및 스토리지 커패시터(Cst)를 포함한다. 액정셀들(Clc) 각각은 TFT(Thin Film Transistor)에 접속되어 화소전극(1)과 공통전극(2) 사이의 전계에 의해 구동된다. 액정표시패널(10)의 상부 유리기판 상에는 블랙매트릭스, 적색(R),녹색(G),청색(B) 컬러필터 등이 형성된다. 액정표시패널(10)의 상부 유리기판과 하부 유리기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정의 프리틸트각(pre-tilt angle)을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 공통전극(2)은 TN(Twisted Nematic) 모드와 VA(Vertical Alignment) 모드와 같은 수직전계 구동방식에서 상부 유리기판 상에 형성되며, IPS(In Plane Switching) 모드와 FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같은 수평전계 구동방식에서 화소전극(1)과 함께 하부 유리기판 상에 형성된다.
이러한 액정표시패널은 각 화소에 공급되는 화소 전압에 따라 액정셀에 전계를 형성하여 백라이트 유닛(40)으로부터 조사되는 광의 투과율을 조절함으로써 소정의 영상을 표시한다.
타이밍 콘트롤러(11)는 LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 인터페이스 방식을 통해 호스트 시스템(14)으로부터 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)를 입력받고, 이 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)를 mini-LVDS 인터페이스 방식을 통해 데이터 구동회로(12)에 공급한다. 타이밍 콘트롤러(11)는 호스트 시스템(14)으로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 화소 어레이의 배치 구성에 맞춰 정렬한 후 데이터 구동회로(12)에 공급한다.
타이밍 콘트롤러(11)는 호스트 시스템(14)로부터 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 도트 클럭(CLK) 등의 타이밍신호를 입력받아 소스 드라이버(12)와 게이트 드라이버(13)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 제어신호들을 발생한다.
게이트 타이밍 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock, GSC), 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등을 포함한다. 게이트 스타트 펄스(GSP)는 첫 번째 게이트펄스를 발생하는 게이트 드라이브 IC(Intergrated circuit)에 인가되어 첫 번째 게이트펄스가 발생되도록 그 게이트 드라이브 IC를 제어한다. 게이트 쉬프트 클럭(GSC)은 게이트 드라이브 IC들에 공통으로 입력되는 클럭신호로써 게이트 스타트 펄스(GSP)를 쉬프트시키기 위한 클럭신호이다. 게이트 출력 인에이블신호(GOE)는 게이트 드라이브 IC들의 출력을 제어한다.
소스 타이밍 제어신호는 소스 스타트 펄스(Source Start Pulse, SSP), 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호(Polarity : POL), 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함한다. 소스 스타트 펄스(SSP)는 소스 드라이버(12)의 데이터 샘플링 시작 타이밍을 제어한다. 소스 샘플링 클럭(SSC)은 라이징 또는 폴링 에지에 기준하여 소스 드라이버(12)에서 데이터의 샘플링 타이밍을 제어하는 클럭신호이다. 극성제어신호(POL)는 소스 드라이브 IC들 각각으로부터 순차적으로 출력되는 데이터전압들의 극성을 제어한다. 소스 출력 인에이블신호(SOE)는 소스 드라이버(12)의 출력 타이밍을 제어한다.
데이터 구동회로(12)는 쉬프트 레지스터, 래치 어레이, 디지털-아날로그 변환기, 출력회로 등을 포함한다. 데이터 구동회로(12)는 소스 타이밍 제어신호에 따라 디지털 비디오 데이터(RGB)를 래치한 후, 래치된 데이터를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 소정 주기로 극성이 반전되는 데이터전압들을 다수의 출력 채널들을 통해 데이터라인들(15)에 공급한다.
게이트 구동회로(13)는 쉬프트 레지스터와 레벨 쉬프터를 이용하여 게이트 타이밍 제어신호들에 따라 게이트펄스를 생성한 후, 라인 순차 방식으로 게이트라인들(16)에 공급한다. 게이트 구동회로(13)의 쉬프트 레지스터는 GIP(Gate-driver In Panel) 방식에 따라 하부 유리기판상에 직접 형성될 수 있다.
백라이트 유닛(40)은, 다수의 LED 채널들(CH1~CHn)로 구성되는 LED 어레이(30)와, LED 채널들(CH1~CHn)을 구동하기 위한 광원 구동장치(20)를 포함한다. 광원 구동장치(20)는 구동전압 생성부(100)와 LED 구동부(200)를 포함한다. LED 구동부(200)는 호스트 시스템(14)으로부터 공급되는 휘도 제어정보들(GD,LD,CV,Vsync)을 기반으로 일정한 주기로 펄스진폭 및 펄스폭이 변하는 본 발명의 CPWAM 신호를 발생한 후 LED 채널들(CH1~CHn)에 인가한다. LED 구동부(200)의 구체적인 구성은 도 4 내지 도 10에서 설명한 바와 같다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10 : 액정표시패널 11 : 타이밍 콘트롤러
12 : 데이터 구동회로 13 : 게이트 구동회로
15 : 데이터라인들 16 : 게이트라인들
20 : 광원 구동장치 ` 30 : LED 어레이
40 : 백라이트 유닛 100 : 구동전압 생성부
200 : LED 구동부 210 : 정전류 구동부
220 : CPWAM 제어부 221: PWM 생성부
222 : CPWAM 생성부

Claims (6)

  1. 구동 전류를 생성하여 LED 채널들에 공급하는 구동전압 생성부; 및
    외부로부터 인가되는 휘도 제어정보들을 기반으로 일정 주기마다 상기 LED 채널들의 PWM(Pulse Width Modulation) 신호들을 생성하고, 동일 주기에 포함된 상기 LED 채널들의 PWM 신호들 중에서 최대 온 듀티의 PWM 신호를 추출하고, 상기 최대 온 듀티의 PWM 신호를 기반으로 LED 채널별로 CPWAM(Conditional Pulse Width & Amplitude Modulation) 신호를 생성하여 상기 LED 채널들 각각에 인가하는 LED 구동부를 구비하고;
    상기 LED 채널들 각각에 인가되는 상기 CPWAM 신호의 펄스진폭 및 펄스폭은 상기 일정 주기에 속하는 제1 주기와 제2 주기에서 서로 다르고,
    상기 휘도 제어정보들은,
    상기 일정 주기를 정의하는 수직 동기신호, 상기 일정 주기마다 가변 가능한 글로벌 디밍값과 로컬 디밍값, 및 상기 PWM 신호에 대응되는 고정 전류값을 포함하고,
    상기 로컬 디밍값은 상기 수직 동기신호에 동기되는 각 주기에서 상기 LED 채널들에 적용되는 개별 디밍값을 지시하고, 상기 글로벌 디밍값은 상기 각 주기마다 상기 LED 채널들의 로컬 디밍값들 중 최대 로컬 디밍값으로 선택되는 것을 특징으로 하는 광원 구동장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 일정 주기마다 해당 LED 채널에서 구현되는 디밍값이 달라지는 경우, 상기 CPWAM 신호는 상기 일정 주기마다 펄스폭뿐만 아니라 펄스진폭까지 가변되는 것을 특징으로 하는 광원 구동장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    동일 주기에서, 상기 LED 채널들 각각에 인가되는 상기 CPWAM 신호의 펄스진폭은 주기별 기준진폭으로 서로 동일하고, 상기 LED 채널들 각각에 인가되는 상기 CPWAM 신호의 펄스폭은 디밍값에 따라 달라지며;
    상기 주기별 기준진폭은 상기 PWM 신호들의 고정된 펄스폭보다 작은 것을 특징으로 하는 광원 구동장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 LED 구동부는, 각 주기마다 추출된 상기 최대 온 듀티의 PWM 신호를 기반으로 상기 LED 채널들에 공통되는 상기 주기별 기준진폭을 일정 주기마다 계산하고, 상기 주기별 기준진폭을 기반으로 각 주기에서 상기 LED 채널들에 인가될 CPWAM 신호의 펄스폭을 계산하는 것을 특징으로 하는 광원 구동장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 LED 구동부는,
    상기 LED 채널들과 기저 전압의 입력단 사이에 접속된 다수의 정전류 구동부들; 및
    CPWAM 신호들을 생성하여 상기 정전류 구동부들의 동작을 제어하는 CPWAM 제어부를 포함하고;
    상기 CPWAM 제어부는,
    상기 CPWAM 신호들에 따라 스위칭되어 기준전압을 상기 정전류 구동부들에 공급하는 다수의 스위치들;
    상기 LED 채널들의 PWM 신호들을 생성하는 PWM 생성부; 및
    상기 PWM 신호들을 기반으로 상기 CPWAM 신호들의 주기별 기준진폭을 계산하고 그에 따라 기준전압의 레벨을 주기별로 설정하며, 상기 주기별 기준진폭을 기반으로 상기 CPWAM 신호들의 펄스폭을 계산하고 그에 따라 상기 스위치들을 턴 온 시킬 수 있는 CPWAM 신호들의 온 듀티를 설정하는 CPWAM 생성부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광원 구동장치.
  6. 상기 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 광원 구동장치를 포함하는 액정표시장치.
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