KR102635923B1 - 백라이트 유닛의 led 구동 모듈 및 방법 - Google Patents

백라이트 유닛의 led 구동 모듈 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 백라이트 유닛의 LED 구동 모듈 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LED 어레이에 흐르는 전류의 크기를 감소시킴으로써 LED 구동 모듈의 발열을 저감하기 위한 백라이트 유닛의 LED 구동 모듈 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 모듈은 부스트 회로, 전압 모니터링 회로 및 전류 제어 회로를 포함할 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 LED 구동 모듈 및 방법에 따르면 부스트 회로의 발열을 저감할 수 있는 장점이 있다.

Description

백라이트 유닛의 LED 구동 모듈 및 방법{Module and method for driving LED of back light unit}
본 발명은 백라이트 유닛의 LED 구동 모듈 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LED 어레이에 흐르는 전류의 크기를 감소시킴으로써 LED 구동 모듈의 발열을 저감하기 위한 백라이트 유닛의 LED 구동 모듈 및 방법에 관한 것이다.
본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라, 전기적 정보신호를 시각적으로 표시하는 평판 표시 장치(Flat Display Device)와 관련한 기술이 급속도로 발전하고 있다. 특히, 평판 표시 장치의 박형화, 경량화 및 저소비 전력화 등을 위한 연구가 계속되고 있다.
평판 표시 장치에는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display device; LCD), 플라즈마 표시 장치(Plasma Display Panel device; PDP), 전계 방출 표시 장치(Field Emission Display device; FED), 전기 발광 표 시 장치(Electro Luminescence Display device; ELD), 전기 습윤 표시 장치(Electro-Wetting Display device; EWD) 및 유기 발광 표시 장치(Organic Light Emitting Display device; OLED) 등이 있다.
이 중 액정 표시 장치는 패널에 인가된 전압에 따른 액정의 투과도 변화를 이용하여, 후면의 광원에서 생성된 빛을 전면의 패널에 전달함으로써 사용자에게 영상을 제공하게 된다. 따라서, 액정 표시 장치를 구동하기 위해서는 백라이트용 LED 구동 모듈을 필수적으로 설치해야 한다.
한편, LED 구동 모듈은 크게 부스트 타입(boost type)과 벅 타입(buck type)으로 나눌 수 있다. 도 1은 종래의 부스트 타입 LED 구동 모듈을 도시한 도면이고, 도 2는 종래의 부스트 타입 LED 구동 모듈의 입력 전압에 따른 온도 변화를 도시한 그래프이다. 이하 도 1 및 도 2를 참조하여 종래의 부스트 타입 LED 구동 모듈을 설명하도록 한다.
도 1을 참조하면, 종래의 부스트 타입 LED 구동 모듈(10)에 입력 전압(VLED)이 인가되면 부스트 회로(11)는 입력 전압(VLED)을 증폭하여 LED 어레이(12)에 전달한다. 증폭된 입력 전압은 LED 어레이(12)에 전류를 흐르게 하고, LED 어레이(12)에 전류가 흐르면 LED 어레이(12)가 턴 온 된다. 다만, 종래의 부스트 타입 LED 구동 모듈(10)에 따르면 LED 어레이(12)에 항상 일정한 전류가 흘러야 하고, 일정한 전류를 흐르게 하기 위하여 부스트 회로는 입력 전압(VLED)을 계속 증폭하여 전달한다. 이 과정에서 입력 전압(VLED)이 줄어들면 부스트 회로(11)가 증폭해야 하는 전압이 커지게 되므로 부스트 회로(11)에 발열이 생기는 문제점이 있다. 또한, 부스트 회로(11)에 발열이 생기면 이는 LED 구동 모듈(10)의 전체 온도를 증가시키는 문제점이 있다.
도 2를 참조하면, LED 어레이에 흐르는 전류(ILED)는 입력 전압(VLED)에 관계없이 일정하고, LED 구동 모듈(10)의 온도는 입력 전압이 줄어들수록 증가함을 확인할 수 있다. 특히 구간(231)에서는 LED 구동 모듈(100)의 온도(230)가 기준 온도(220)보다 증가하게 되고 이는 LED 구동 모듈(10) 및 패널 전체의 온도 상승을 일으킬 수 있다.
본 발명은 부스트 회로의 발열을 저감하기 위한 백라이트 유닛의 LED 구동 모듈 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 부스트 회로의 발열을 저감시킴으로써 LED 구동 모듈의 발열을 저감하기 위한 백라이트 유닛의 LED 구동 모듈 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 LED 구동 모듈의 발열을 저감시킴으로써 패널 전체의 발열을 저감하기 위한 백라이트 유닛의 LED 구동 모듈 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기준 전압을 이용하여 LED 어레이에 흐르는 전류를 제어하기 위한 백라이트 유닛의 LED 구동 모듈 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기준 전압을 이용하여 LED 어레이에 흐르는 전류를 제어함으로써 LED 어레이에 흐르는 전류를 감소시키기 위한 백라이트 유닛의 LED 구동 모듈 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 LED 어레이에 흐르는 전류를 감소시킴으로써 부스트 회로의 출력 전압을 감소시키기 위한 백라이트 유닛의 LED 구동 모듈 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 부스트 회로의 출력 전압을 감소 시킴으로써 부스트 회로에 과부하가 발생하는 것을 방지하기 위한 백라이트 유닛의 LED 구동 모듈 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 LED 어레이에 흐르는 전류의 크기를 감소시킴으로써 LED 구동 모듈의 발열을 저감하기 위한 백라이트 유닛의 LED 구동 모듈 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동 전류의 크기에 따라서 입력 전압을 증폭시켜 LED 어레이를 구동하기 위한 구동 전압을 생성하는 부스트 회로, 상기 입력 전압을 제1 기준 전압과 비교하고, 상기 비교 결과에 따라서 제2 기준 전압을 출력하는 전압 모니터링 회로 및 상기 제2 기준 전압을 이용하여 상기 LED 어레이에 흐르는 상기 구동 전류의 크기를 결정하는 전류 제어 회로를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에서는 입력 전압을 제1 저항 및 제2 저항을 이용하여 분압한다. 그 다음, 분압 전압과 제1 기준 전압을 비교하여 분압 전압이 크면 온 신호를 출력하고, 분압 전압이 제1 기준 전압보다 작거나 같으면 오프 신호를 출력한다. 온 신호는 제1 트랜지스터를 턴 온 시키고 제1 트랜지스터가 턴 온 되면, 하이 레벨 기준 전압이 출력 전압 단자로 출력된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 제1 기준 전압과 분압 전압을 비교하여 오프 신호가 출력되면 인버터는 오프 신호를 온 신호로 변환한다. 인버터가 오프 신호를 온 신호로 변환하여 출력하면 제2 트랜지스터가 턴 온 되고, 제2 트랜지스터가 턴 온 되면, 로우 레벨 기준 전압이 출력 전압 단자로 출력된다.
하이 레벨 기준 전압이 출력되면 그에 대응하여 구동 전류의 크기는 커지게 되고, 로우 레벨 기준 전압이 출력되면 그에 대응하여 구동 전류의 크기는 감소하게 된다. 결국 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 LED 구동 모듈 및 방법은 입력 전압에 대응하여 LED 어레이에 흐르는 구동 전류의 크기를 결정할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 부스트 회로의 발열을 저감할 수 있는 장점이 있다. 예컨대 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 LED 구동 모듈 및 방법은 부스트 회로의 발열을 저감시킴으로써 LED 구동 모듈의 발열을 저감시키고자 할 경우 유용하게 활용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 LED 구동 모듈 및 방법은 LED 구동 모듈의 발열을 저감시킴으로써 패널 전체의 발열을 저감시키고자 할 경우 유용하게 활용될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 기준 전압을 이용하여 LED 어레이에 흐르는 전류를 제어할 수 있는 장점이 있다. 예컨대 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 LED 구동 모듈 및 방법은 기준 전압을 이용하여 LED 어레이에 흐르는 전류를 제어함으로써 LED 어레이에 흐르는 전류를 감소시키고자 할 경우 유용하게 활용될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 LED 어레이에 흐르는 전류를 감소시킴으로써 부스트 회로의 출력 전압을 감소시킬 수 있는 장점이 있다. 예컨대 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 LED 구동 모듈 및 방법은 부스트 회로의 출력 전압을 감소 시킴으로써 부스트 회로에 과부하가 발생하는 것을 방지하고자 할 경우 유용하게 활용될 수 있다.
도 1은 종래의 부스트 타입 LED 구동 모듈을 도시한 도면.
도 2는 종래의 부스트 타입 LED 구동 모듈의 입력 전압에 따른 온도 변화를 도시한 그래프.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 모듈을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 모듈의 입력 전압에 따른 온도 변화를 도시한 그래프.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 구동 방법을 도시한 순서도.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 모듈(100)을 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 모듈(100)은 부스트 회로(110), 전압 모니터링 회로(120) 및 전류 제어 회로(130)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 3에 도시된 LED 구동 모듈(100)은 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 3에 도시된 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다. 이하 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 모듈(100)을 설명하도록 한다.
부스트 회로(110)는 구동 전류(ILED)의 크기에 따라서 입력 전압(VLED)을 증폭시켜 LED 어레이(140)를 구동하기 위한 구동 전압을 생성할 수 있다. LED 어레이(140)는 하나 이상의 LED를 결합한 LED 집합체를 의미하고, LED 어레이(140)에 포함된 LED의 수는 한정하지 않는다. 한편, 구동 전류(ILED)는 LED를 턴 온 시킬 수 있는 전류를 의미하고, 입력 전압(VLED)은 부스트 회로(110)와 연결된 입력 전압(VLED) 단에 인가되는 전압으로서 배터리의 용량에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 배터리의 용량이 줄어들수록 입력 전압(VLED) 값은 낮아질 수 있고, 배터리의 용량이 많을수록 입력 전압(VLED) 값은 높아질 수 있다.
구동 전압은 LED 어레이(140)에 구동 전류(ILED)를 흐르게 할 수 있는 전압을 의미한다. 예를 들어, 하나의 LED를 구동 시키는데 필요한 전압은 3V이므로, LED 어레이(140)에 포함된 LED의 수가 1개이면 구동 전압은 3V가 된다. 이와 달리, LED 어레이(140)에 포함된 LED의 수가 3개이면 구동 전압은 9V가 되고, 도 3에 도시된 바와 같이 LED의 수가 6개이면 구동 전압은 18V가 된다.
전압 모니터링 회로(120)는 입력 전압(VLED)을 제1 기준 전압(Vref_1)과 비교하고, 비교 결과에 따라서 제2 기준 전압(Vref_2)을 출력할 수 있다. 제1 기준 전압(Vref_1)은 전압 비교기(Comp)의 일단에 인가되는 전압으로서 일 실시예로 제1 기준 전압(Vref_1)은 5V일 수 있다. 제1 기준 전압(Vref_1)은 사용자에 의해 설정될 수도 있으며 전압 모니터링 회로(120)에서 자동으로 설정될 수도 있다. 또한, 제1 기준 전압(Vref_1)은 도 2에서 LED 구동 모듈(100)의 온도(230)가 기준 온도(220) 이상이 되는 시점의 입력 전압(VLED)일 수 있다.
제2 기준 전압(Vref_2)은 전압 모니터링 회로(120)에서 출력되어 전류 제어 회로(130)에 인가되는 전압으로서, 일 실시예로 제2 기준 전압(Vref_2)은 하이 레벨 기준 전압(High_Vref) 및 로우 레벨 기준 전압(Low_Vref)을 포함할 수 있다. 제2 기준 전압(Vref_2)은 2가지 이상의 전압을 포함할 수도 있으며, 상술한 하이 레벨 기준 전압(High_Vref) 및 로우 레벨 기준 전압(Low_Vref)에 한정하지 않는다.
한편, 전압 모니터링 회로(120)는 비교 결과 입력 전압(VLED)이 제1 기준 전압(Vref_1)을 초과하면, 하이 레벨 기준 전압(High_Vref)을 출력하고, 비교 결과 입력 전압(VLED)이 제1 기준 전압(Vref_1) 이하이면, 로우 레벨 기준 전압(Low_Vref)을 출력할 수 있다. 예를 들어, 하이 레벨 기준 전압(High_Vref)은 5V를 초과하는 임의의 전압일 수 있고, 로우 레벨 기준 전압(Low_Vref)은 5V 이하의 임의의 전압일 수 있다. 한편, 구동 전류(ILED)의 크기는 제2 기준 전압(Vref_2)에 비례하므로, 하이 레벨 기준 전압(High_Vref)이 출력되면 구동 전류(ILED)의 크기는 클 수 있고, 로우 레벨 기준 전압(Low_Vref)이 출력되면 구동 전류(ILED)의 크기는 작을 수 있다.
일 실시예로, 전압 모니터링 회로(120)는 전압 비교기(Comp), 제1 트랜지스터(T1), 인버터(Inv) 및 제2 트랜지스터(T2)를 포함할 수 있다. 다시 도 3을 참조하여 전압 모니터링 회로(120)를 설명하면, 먼저 입력전압을 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)을 이용하여 분압한다. 입력 전압(VLED)을 분압하는 방법은 3개 이상의 저항을 이용할 수도 있고, 다른 수동 소자를 이용할 수도 있으며, 입력 전압(VLED)을 분압하는 방법은 상술한 실시예에 한정하지 않는다.
입력 전압(VLED)을 분압한 다음, 전압 비교기(Comp)는 분압된 전압을 제1 기준 전압(Vref_1)과 비교할 수 있다. 전압 비교기(Comp)는 분압된 전압과 제1 기준 전압(Vref_1)과 비교할 수도 있고 입력 전압(VLED)과 제1 기준 전압(Vref_1)과 비교할 수도 있다. 전압 비교기(Comp)는 분압된 전압이 제1 기준 전압(Vref_1)보다 크면 온 신호를 제1 노드(N1)로 출력할 수 있고, 온 신호는 디지털 값으로 1일 수 있다. 반대로, 전압 비교기(Comp)는 분압된 전압이 제1 기준 전압(Vref_1)보다 작으면 오프 신호를 제1 노드(N1)로 출력할 수 있고, 오프 신호는 디지털 값으로 0일 수 있다.
제1 노드(N1)로 온 신호가 출력되면 제1 트랜지스터(T1)가 턴 온 되고, 제1 트랜지스터(T1)가 턴 온 되면 하이 레벨 기준 전압(High_Vref)이 제1 트랜지스터(T1)를 통해 출력 전압 단자(N3)로 출력된다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 노드(N1)로 오프 신호가 출력되면 인버터(Inv)는 오프 신호를 온 신호로 변환하여 제2 노드(N2)로 출력한다. 제2 노드(N2)로 온 신호가 출력되면 제2 트랜지스터(T2)가 턴 온 되고, 제2 트랜지스터(T2)가 턴 온 되면 로우 레벨 기준 전압(Low_Vref)이 제2 트랜지스터(T2)를 통해 출력 전압 단자(N3)로 출력된다. 하이 레벨 기준 전압(High_Vref)과 로우 레벨 기준 전압(Low_Vref)은 구동 전류(ILED)의 크기를 조절할 수 있는데, 이에 대해서는 전류 제어 회로(130)와 함께 후술하도록 한다.
다시 도 3을 참조하여, 전압 모니터링 회로(120)의 구조에 대하여 설명하면, 제1 트랜지스터(T1)는 하이 레벨 기준 전압(High_Vref) 단자, 제1 노드(N1) 및 출력 전압 단자(N3)와 연결될 수 있다. 제1 노드(N1)는 전압 비교기(Comp)의 출력단, 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 단 및 인버터(Inv)의 입력단과 연결되는 노드를 의미한다. 한편, 출력 전압 단자(N3)는 전압 모니터링 회로(120)와 전류 제어 회로(130)가 연결되는 단자로서, 하이 레벨 기준 전압(High_Vref) 또는 로우 레벨 기준 전압(Low_Vref)이 출력되는 단자를 의미한다.
인버터(Inv)는 일단은 제1 노드(N1)와 연결되고 타단은 제2 노드(N2)와 연결될 수 있다. 제2 노드(N2)는 인버터(Inv)의 타단과 제2 트랜지스터(T2)의 게이트 단과 연결되는 노드를 의미한다. 한편, 제2 트랜지스터(T2)는 로우 레벨 기준 전압(Low_Vref) 단자, 제2 노드(N2) 및 출력 전압 단자(N3)와 연결될 수 있다.
전압 모니터링 회로(120)가 제1 트랜지스터(T1), 제2 트랜지스터(T2) 및 인버터(Inv)를 이용하여 제2 기준 전압(Vref_2)을 출력하면, 전류 제어 회로(130)는 이를 이용하여 LED 어레이(140)에 흐르는 구동 전류(ILED)의 크기를 결정할 수 있다. 먼저, 제2 기준 전압(Vref_2)이 전압 모니터링 회로(120)를 통해 출력 전압 단자(N3)로 출력되면 제4 노드(N4)의 전압 또한 제2 기준 전압(Vref_2)과 동일하게 된다. 제4 노드(N4)의 전압이 제2 기준 전압(Vref_2)과 동일하면 제4 노드(N4)를 통해 흐르는 전류(Iset)는 하기의 <수학식 1>에 따라 산출할 수 있다.
<수학식 1>
제4 노드(N4)를 통해 전류가 흐르면 도 3에 도시된 전류 거울(131)을 통해 제5 노드(N5)에도 전류가 흐른다. 전류 거울(131)은 전류 거울(131) 양단에 흐르는 전류의 크기를 동일하게 하는 소자로서 도 3에서는 제4 노드(N4)에 흐르는 전류(Iset)와 제5 노드(N5)에 흐르는 전류(Isink)의 크기가 동일할 수 있다.
제5 노드(N5)에 전류가 흐르면 제5 노드(N5)의 전압이 변하게 되고, 제5 노드(N5)의 전압이 변하게 되면 제6 노드(N6)의 전압 또한 변하게 된다. 제6 노드(N6)의 전압은 구동 전류(ILED)와 제5 저항(R5)의 곱과 동일하므로 구동 전류(ILED)는 제6 노드(N6)의 전압에 따라 달라질 수 있다. 상술한 과정을 정리하여 표현하면 하기의 <수학식 2>와 같다.
<수학식 2>
<수학식 2>에 따르면 구동 전류(ILED)는 결국 제2 기준 전압(Vref_2)에 따라 달라질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 모듈(100)은 제2 기준 전압(Vref_2)을 이용하여 구동 전류(ILED)를 제어함으로써 부스트 회로(110)의 발열을 저감시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 모듈(100)의 입력 전압(VLED)에 따른 온도 변화를 도시한 그래프이다. 도 4를 참조하여 본 발명의 효과에 대하여 설명하면, 입력 전압(VLED)이 감소하면 구동 전류(ILED)도 감소하고 입력 전압(VLED)이 증가하면 구동 전류(ILED)도 증가한다. 따라서, 입력 전압(VLED)이 감소하더라도 부스트 회로(110)는 입력 전압(VLED)을 과도하게 증폭할 필요가 없고 이에 따라 부스트 회로(110)에서 발생하는 열을 저감 시킬 수 있다. 또한, 부스트 회로(110)에서 발생하는 열이 감소하면 LED 구동 모듈(100) 전체에서 발생하는 열을 저감 시킬 수도 있다. 도 4에서 그래프(430)는 LED 구동 모듈(100)에서 발생하는 열을 도시한 그래프이며 이를 참조하면 기준 온도(420) 보다 낮은 구간에서 형성됨을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛을 도시한 도면이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 백라이트 유닛은 LED 어레이, 부스트 회로, 전압 모니터링 회로 및 전류 제어 회로를 포함하여 구성될 수 있다. 도 5에 도시된 백라이트 유닛은 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 5에 도시된 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다. 이하 도 5을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛을 설명하도록 한다.
LED 어레이는 회로 인쇄회로기판 상에 배치될 수 있다. 인쇄회로기판은 LED 스트링과 LED 구동 모듈을 연결하기 위한 신호배선들이 적층된 다수의 층에 분리되어 위치하는 다수의 배선층 구조일 수 있다. 또한, 인쇄회로기판에는 외부로부터 신호를 전달받기 위한 입력 커넥터가 더 형성될 수 있으며, 인쇄회로기판 상에는 다수의 LED 어레이가 배치될 수 있다.
부스트 회로(110)는 구동 전류(ILED)의 크기에 따라서 입력 전압(VLED)을 증폭시켜 LED 어레이(140)를 구동하기 위한 구동 전압을 생성할 수 있다. LED 어레이(140)는 하나 이상의 LED를 결합한 LED 집합체를 의미하고, LED 어레이(140)에 포함된 LED의 수는 한정하지 않는다. 한편, 구동 전류(ILED)는 LED를 턴 온 시킬 수 있는 전류를 의미하고, 입력 전압(VLED)은 부스트 회로(110)와 연결된 입력 전압(VLED) 단에 인가되는 전압으로서 배터리의 용량에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 배터리의 용량이 줄어들수록 입력 전압(VLED) 값은 낮아질 수 있고, 배터리의 용량이 많을수록 입력 전압(VLED) 값은 높아질 수 있다.
구동 전압은 LED 어레이(140)에 구동 전류(ILED)를 흐르게 할 수 있는 전압을 의미한다. 예를 들어, 하나의 LED를 구동 시키는데 필요한 전압은 3V이므로, LED 어레이(140)에 포함된 LED의 수가 1개이면 구동 전압은 3V가 된다. 이와 달리, LED 어레이(140)에 포함된 LED의 수가 3개이면 구동 전압은 9V가 되고, 도 3에 도시된 바와 같이 LED의 수가 6개이면 구동 전압은 18V가 된다.
전압 모니터링 회로(120)는 입력 전압(VLED)을 제1 기준 전압(Vref_1)과 비교하고, 비교 결과에 따라서 제2 기준 전압(Vref_2)을 출력할 수 있다. 제1 기준 전압(Vref_1)은 전압 비교기(Comp)의 일단에 인가되는 전압으로서 일 실시예로 제1 기준 전압(Vref_1)은 5V일 수 있다. 제1 기준 전압(Vref_1)은 사용자에 의해 설정될 수도 있으며 전압 모니터링 회로(120)에서 자동으로 설정될 수도 있다. 또한, 제1 기준 전압(Vref_1)은 도 2에서 LED 구동 모듈(100)의 온도(230)가 기준 온도(220) 이상이 되는 시점의 입력 전압(VLED)일 수 있다.
제2 기준 전압(Vref_2)은 전압 모니터링 회로(120)에서 출력되어 전류 제어 회로(130)에 인가되는 전압으로서, 일 실시예로 제2 기준 전압(Vref_2)은 하이 레벨 기준 전압(High_Vref) 및 로우 레벨 기준 전압(Low_Vref)을 포함할 수 있다. 제2 기준 전압(Vref_2)은 2가지 이상의 전압을 포함할 수도 있으며, 상술한 하이 레벨 기준 전압(High_Vref) 및 로우 레벨 기준 전압(Low_Vref)에 한정하지 않는다.
한편, 전압 모니터링 회로(120)는 비교 결과 입력 전압(VLED)이 제1 기준 전압(Vref_1)을 초과하면, 하이 레벨 기준 전압(High_Vref)을 출력하고, 비교 결과 입력 전압(VLED)이 제1 기준 전압(Vref_1) 이하이면, 로우 레벨 기준 전압(Low_Vref)을 출력할 수 있다. 예를 들어, 하이 레벨 기준 전압(High_Vref)은 5V를 초과하는 임의의 전압일 수 있고, 로우 레벨 기준 전압(Low_Vref)은 5V 이하의 임의의 전압일 수 있다. 한편, 구동 전류(ILED)의 크기는 제2 기준 전압(Vref_2)에 비례하므로, 하이 레벨 기준 전압(High_Vref)이 출력되면 구동 전류(ILED)의 크기는 클 수 있고, 로우 레벨 기준 전압(Low_Vref)이 출력되면 구동 전류(ILED)의 크기는 작을 수 있다.
일 실시예로, 전압 모니터링 회로(120)는 전압 비교기(Comp), 제1 트랜지스터(T1), 인버터(Inv) 및 제2 트랜지스터(T2)를 포함할 수 있다. 다시 도 3을 참조하여 전압 모니터링 회로(120)를 설명하면, 먼저 입력전압을 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)을 이용하여 분압한다. 입력 전압(VLED)을 분압하는 방법은 3개 이상의 저항을 이용할 수도 있고, 다른 수동 소자를 이용할 수도 있으며, 입력 전압(VLED)을 분압하는 방법은 상술한 실시예에 한정하지 않는다.
입력 전압(VLED)을 분압한 다음, 전압 비교기(Comp)는 분압된 전압을 제1 기준 전압(Vref_1)과 비교할 수 있다. 전압 비교기(Comp)는 분압된 전압과 제1 기준 전압(Vref_1)과 비교할 수도 있고 입력 전압(VLED)과 제1 기준 전압(Vref_1)과 비교할 수도 있다. 전압 비교기(Comp)는 분압된 전압이 제1 기준 전압(Vref_1)보다 크면 온 신호를 제1 노드(N1)로 출력할 수 있고, 온 신호는 디지털 값으로 1일 수 있다. 반대로, 전압 비교기(Comp)는 분압된 전압이 제1 기준 전압(Vref_1)보다 작으면 오프 신호를 제1 노드(N1)로 출력할 수 있고, 오프 신호는 디지털 값으로 0일 수 있다.
제1 노드(N1)로 온 신호가 출력되면 제1 트랜지스터(T1)가 턴 온 되고, 제1 트랜지스터(T1)가 턴 온 되면 하이 레벨 기준 전압(High_Vref)이 제1 트랜지스터(T1)를 통해 출력 전압 단자(N3)로 출력된다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 노드(N1)로 오프 신호가 출력되면 인버터(Inv)는 오프 신호를 온 신호로 변환하여 제2 노드(N2)로 출력한다. 제2 노드(N2)로 온 신호가 출력되면 제2 트랜지스터(T2)가 턴 온 되고, 제2 트랜지스터(T2)가 턴 온 되면 로우 레벨 기준 전압(Low_Vref)이 제2 트랜지스터(T2)를 통해 출력 전압 단자(N3)로 출력된다. 하이 레벨 기준 전압(High_Vref)과 로우 레벨 기준 전압(Low_Vref)은 구동 전류(ILED)의 크기를 조절할 수 있는데, 이에 대해서는 전류 제어 회로(130)와 함께 후술하도록 한다.
다시 도 3을 참조하여, 전압 모니터링 회로(120)의 구조에 대하여 설명하면, 제1 트랜지스터(T1)는 하이 레벨 기준 전압(High_Vref) 단자, 제1 노드(N1) 및 출력 전압 단자(N3)와 연결될 수 있다. 제1 노드(N1)는 전압 비교기(Comp)의 출력단, 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 단 및 인버터(Inv)의 입력단과 연결되는 노드를 의미한다. 한편, 출력 전압 단자(N3)는 전압 모니터링 회로(120)와 전류 제어 회로(130)가 연결되는 단자로서, 하이 레벨 기준 전압(High_Vref) 또는 로우 레벨 기준 전압(Low_Vref)이 출력되는 단자를 의미한다.
인버터(Inv)는 일단은 제1 노드(N1)와 연결되고 타단은 제2 노드(N2)와 연결될 수 있다. 제2 노드(N2)는 인버터(Inv)의 타단과 제2 트랜지스터(T2)의 게이트 단과 연결되는 노드를 의미한다. 한편, 제2 트랜지스터(T2)는 로우 레벨 기준 전압(Low_Vref) 단자, 제2 노드(N2) 및 출력 전압 단자(N3)와 연결될 수 있다.
전압 모니터링 회로(120)가 제1 트랜지스터(T1), 제2 트랜지스터(T2) 및 인버터(Inv)를 이용하여 제2 기준 전압(Vref_2)을 출력하면, 전류 제어 회로(130)는 이를 이용하여 LED 어레이(140)에 흐르는 구동 전류(ILED)의 크기를 결정할 수 있다. 먼저, 제2 기준 전압(Vref_2)이 전압 모니터링 회로(120)를 통해 출력 전압 단자(N3)로 출력되면 제4 노드(N4)의 전압 또한 제2 기준 전압(Vref_2)과 동일하게 된다. 제4 노드(N4)의 전압이 제2 기준 전압(Vref_2)과 동일하면 제4 노드(N4)를 통해 흐르는 전류(Iset)는 하기의 <수학식 3>에 따라 산출할 수 있다.
<수학식 3>
제4 노드(N4)를 통해 전류가 흐르면 도 3에 도시된 전류 거울(131)을 통해 제5 노드(N5)에도 전류가 흐른다. 전류 거울(131)은 전류 거울(131) 양단에 흐르는 전류의 크기를 동일하게 하는 소자로서 도 3에서는 제4 노드(N4)에 흐르는 전류(Iset)와 제5 노드(N5)에 흐르는 전류(Isink)의 크기가 동일할 수 있다.
제5 노드(N5)에 전류가 흐르면 제5 노드(N5)의 전압이 변하게 되고, 제5 노드(N5)의 전압이 변하게 되면 제6 노드(N6)의 전압 또한 변하게 된다. 제6 노드(N6)의 전압은 구동 전류(ILED)와 제5 저항(R5)의 곱과 동일하므로 구동 전류(ILED)는 제6 노드(N6)의 전압에 따라 달라질 수 있다. 상술한 과정을 정리하여 표현하면 하기의 <수학식 4>와 같다.
<수학식 4>
<수학식 4>에 따르면 구동 전류(ILED)는 결국 제2 기준 전압(Vref_2)에 따라 달라질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 모듈(100)은 제2 기준 전압(Vref_2)을 이용하여 구동 전류(ILED)를 제어함으로써 부스트 회로(110)의 발열을 저감시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 구동 방법을 도시한 순서도이다. 도 6을 참조하면, 먼저 입력 전압과 제1 기준 전압을 비교한다(S610). 그 다음, 비교 결과에 따라서 제2 기준 전압을 출력한다(S620). 제2 기준 전압을 출력하는 단계는 비교 결과 입력 전압이 제1 기준 전압을 초과하면 하이 레벨 기준 전압을 출력하고, 비교 결과 입력 전압이 제1 기준 전압 이하이면 로우 레벨 기준 전압을 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
마지막으로 제2 기준 전압을 이용하여 LED 어레이에 흐르는 구동 전류의 크기를 결정하고(S630), 구동 전류의 크기를 제2 기준 전압에 비례하도록 제어할 수 있다(S640).
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 부스트 회로의 발열을 저감할 수 있는 장점이 있다. 예컨대 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 LED 구동 모듈 및 방법은 부스트 회로의 발열을 저감시킴으로써 LED 구동 모듈의 발열을 저감시키고자 할 경우 유용하게 활용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 LED 구동 모듈 및 방법은 LED 구동 모듈의 발열을 저감시킴으로써 패널 전체의 발열을 저감시키고자 할 경우 유용하게 활용될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 기준 전압을 이용하여 LED 어레이에 흐르는 전류를 제어할 수 있는 장점이 있다. 예컨대 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 LED 구동 모듈 및 방법은 기준 전압을 이용하여 LED 어레이에 흐르는 전류를 제어함으로써 LED 어레이에 흐르는 전류를 감소시키고자 할 경우 유용하게 활용될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 LED 어레이에 흐르는 전류를 감소시킴으로써 부스트 회로의 출력 전압을 감소시킬 수 있는 장점이 있다. 예컨대 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 LED 구동 모듈 및 방법은 부스트 회로의 출력 전압을 감소 시킴으로써 부스트 회로에 과부하가 발생하는 것을 방지하고자 할 경우 유용하게 활용될 수 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
100 : LED 구동 모듈
110 : 부스트 회로
120 : 전압 모니터링 회로
130 : 전류 제어 회로
140 : LED 어레이
1000 : 백라이트 유닛
1100 : 인쇄회로기판

Claims (11)

  1. 구동 전류의 크기에 따라서 입력 전압을 증폭시켜 LED 어레이를 구동하기 위한 구동 전압을 생성하는 부스트 회로;
    상기 입력 전압을 제1 기준 전압과 비교하고, 상기 비교 결과에 따라서 제2 기준 전압을 출력하는 전압 모니터링 회로; 및
    상기 제2 기준 전압을 이용하여 상기 LED 어레이에 흐르는 상기 구동 전류의 크기를 결정하는 전류 제어 회로를 포함하고,
    상기 제1 기준 전압은 LED 구동 모듈의 온도가 기준 온도 이상이 되는 시점의 입력 전압이고, 상기 전압 모니터링 회로에서 자동으로 설정되거나 사용자에 의해 설정되는 LED 구동 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 기준 전압은 하이 레벨 기준 전압 및 로우 레벨 기준 전압을 포함하고,
    상기 전압 모니터링 회로는 상기 비교 결과 상기 입력 전압이 상기 제1 기준 전압을 초과하면, 하이 레벨 기준 전압을 출력하고, 상기 비교 결과 상기 입력 전압이 상기 제1 기준 전압 이하이면, 로우 레벨 기준 전압을 출력하는 LED 구동 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 구동 전류의 크기는 상기 제2 기준 전압에 비례하는 LED 구동 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전압 모니터링 회로는
    상기 입력 전압을 제1 기준 전압과 비교하는 전압 비교기;
    하이 레벨 기준 전압 단자, 제1 노드 및 출력 전압 단자와 연결되는 제1 트랜지스터;
    일단은 상기 제1 노드와 연결되고 타단은 제2 노드와 연결되는 인버터; 및
    로우 레벨 기준 전압 단자, 상기 제2 노드 및 상기 출력 전압 단자와 연결되는 제2 트랜지스터를
    포함하는 LED 구동 모듈.
  5. 인쇄회로기판 상에 배치되는 LED 어레이;
    구동 전류의 크기에 따라서 입력 전압을 증폭시켜 LED 어레이를 구동하기 위한 구동 전압을 생성하는 부스트 회로;
    상기 입력 전압을 제1 기준 전압과 비교하고, 상기 비교 결과에 따라서 제2 기준 전압을 출력하는 전압 모니터링 회로; 및
    상기 제2 기준 전압을 이용하여 상기 LED 어레이에 흐르는 상기 구동 전류의 크기를 결정하는 전류 제어 회로를 포함하고,
    상기 제1 기준 전압은 LED 구동 모듈의 온도가 기준 온도 이상이 되는 시점의 입력 전압이고, 상기 전압 모니터링 회로에서 자동으로 설정되거나 사용자에 의해 설정되는 백라이트 유닛.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 기준 전압은 하이 레벨 기준 전압 및 로우 레벨 기준 전압을 포함하고,
    상기 전압 모니터링 회로는 상기 비교 결과 상기 입력 전압이 상기 제1 기준 전압을 초과하면, 하이 레벨 기준 전압을 출력하고, 상기 비교 결과 상기 입력 전압이 상기 제1 기준 전압 이하이면, 로우 레벨 기준 전압을 출력하는 백라이트 유닛.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 구동 전류의 크기는 상기 제2 기준 전압에 비례하는 백라이트 유닛.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 입력 전압 모니터링 회로는
    상기 입력 전압을 제1 기준 전압과 비교하는 전압 비교기;
    하이 레벨 기준 전압 단자, 제1 노드 및 출력 전압 단자와 연결되는 제1 트랜지스터;
    일단은 상기 제1 노드와 연결되고 타단은 제2 노드와 연결되는 인버터; 및
    로우 레벨 기준 전압 단자, 상기 제2 노드 및 상기 출력 전압 단자와 연결되는 제2 트랜지스터를 포함하는,
    백라이트 유닛.
  9. 전압 모니터링 회로가 입력 전압과 제1 기준 전압을 비교하는 단계;
    상기 전압 모니터링 회로가 상기 비교 결과에 따라서 제2 기준 전압을 출력하는 단계; 및
    전류 제어 회로가 상기 제2 기준 전압을 이용하여 LED 어레이에 흐르는 구동 전류의 크기를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 기준 전압은 LED 구동 모듈의 온도가 기준 온도 이상이 되는 시점의 입력 전압이고, 상기 전압 모니터링 회로에서 자동으로 설정되거나 사용자에 의해 설정되는 LED 구동 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 기준 전압을 출력하는 단계는
    상기 비교 결과 상기 입력 전압이 상기 제1 기준 전압을 초과하면, 하이 레벨 기준 전압을 출력하고, 상기 비교 결과 상기 입력 전압이 상기 제1 기준 전압 이하이면, 로우 레벨 기준 전압을 출력하는 단계를
    포함하는 LED 구동 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 구동 전류의 크기를 상기 제2 기준 전압에 비례하도록 제어하는 단계를
    더 포함하는 LED 구동 방법.
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