KR20040104894A

KR20040104894A - 외부전극램프용 인버터와 백라이트

Info

Publication number: KR20040104894A
Application number: KR1020040009665A
Authority: KR
Inventors: 이성주
Original assignee: 이성주
Priority date: 2003-06-04
Filing date: 2004-02-13
Publication date: 2004-12-13

Abstract

본 발명은 TFT-LCD 패널에 교류 전원을 공급해 주는 BACKLIGHT 인버터에 관한 것으로 EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp)전용 인버터와 이를 가능하게 하는 BACKLIGHT의 구조에 관한 발명이다. 기존 TFT-LCD 패널에 장착되는 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp)의 단점을 보완하여 전극을 외부로 노출시켜 만든 램프가 EEFL이다. 본 출원의 내용은 기존 TFT-LCD BACKLIGHT INVERTER로는 적용이 쉽지 않았던 EEFL용 인버터의 개발에 관계된 내용으로 EEFL의 구조상 FEEDBACK을 받지 못해 발생하는 제반 문제점을 보완할 수 있다. 이는 FEEDBACK을 받는 방식을 독자적으로 구현함에 기인한 것이고 이 방법을 사용할 경우 다양한 보호기능과 안정적인 동작을 확보할 수 있게 된다. 또한, 여러 개를 병렬로 연결하여 사용하는 EEFL 중 각각 램프의 이상유무를 판단하여 이상신호를 발생시켜 장시간 제품 사용 시 발생할 수 있는 문제를 해결하였다.

LCD PANEL 등 PANEL의 면적이 점차 대면적화 됨에 따라 기존의 CCFL로는 부적절한 부분이 생기게 되고 램프의 수명, 효율 개선 등 보다 나은 제품을 만들기 위해 EEFL의 필요성이 대두되었다. 문제는 EEFL의 구조상 FEEDBACK을 받을 수가 없다는 것인데 이는 여러 가지 문제를 야기 시키고 보호기능 또한 구성할 수가 없게 된다. 본 개발에 의하면 FEEDBACK을 쉽고 안정적으로 받아 위의 문제점을 해결할 수 있게 된다.

또한, LCD 인버터의 전원을 보통 12V, 24V 등으로 정류하여 사용하는데 이 전원이 점차 고압으로 가는 추세에 있다. 고압을 사용할수록 교류 전원을 직류 전원으로 직류 전원을 다시 고압의 교류전원으로 컨버팅하는데 낭비되는 에너지를 줄일 수 있다는 장점이 있다. 현재 12~24V 정도가 주로 사용되고 있으나 100V 이상의 직류 전원을 인버터의 입력 전원으로 사용하는 경우도 있다. 하지만, 고압으로 갈수록 효율을 높일 수 있다는 장점이 있으나 기존 인버터의 형태로는 기술적으로 구현이 힘들어 회로가 복잡해지고 소요 부품 또한 수가 많아지게 되어 단가 상승의 요인과 복잡한 회로에 따르는 문제점이 발생하게 된다.

본 인버터는 이러한 기술적 문제를 완전히 해결하여 간단하고 안정적인 전원공급을 가능하게 하였으며 직류 전원의 크기에 관계없이 쉬운 적용이 가능하여 향후 더 높아질 사용 전압에 대해서도 대비가 가능하다. 또한, 타제품에 비해 상대적으로 적은 수의 부품으로 제품 구성이 가능하다는 장점이 있으며 입력 전원의 크기에 따라 쉬운 적용이 가능하다.

Description

외부전극램프용 인버터와 백라이트{INVERTER FOR EEFL AND BACKLIGHT}

기존의 TFT-LCD BACKLIGHT INVERTER의 경우 사용방식에 따라 BUCK-LOYER 방식과 전용칩 방식으로 나눌 수 있다. 보통 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp)를 동작시키는 INVERTER가 보편화되어 있다. 두 가지 방법 중 생산 단가나 상황에 따라 필요한 방식을 선택하여 사용한다. 여기에서는 EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp)과 이와 유사한 형태의 구조를 갖는 램프에 적용시키는 INVERTER에 대해 설명하고자 한다. EEFL은 전극이 외부로 나와 있어 CCFL의 성능, 수명 등의 단점을 보완할 수 있게 제작된 램프이고 대면적 LCD PANEL 혹은 대면적이 필요한 곳에 적합한 램프이다. 따라서, 대면적화 되어 가는 PANEL에 맞추어 EEFL의 사용 빈도와 용도가 늘어가는 추세이다. 하지만 EEFL을 사용함에 있어 EEFL의 구조상 FEED BACK을 받지 못하는 단점이 있어 기존의 CCFL용 인버터를 사용해서는 안정적인 동작과 보호기능을 구현할 수가 없었다. 본 내용은 이러한 단점을 보완하여 안정적이고 보호기능이 가능한 인버터의 개발에 관한 것이다. 부연설명하면 CCFL은 한쪽은 HIGH VOLTAGE이고 다른 한쪽은 LOW VOLTAGE로 램프를 통과한 전류를 다시 검출하여 이를 FEEDBACK 신호로 사용한다. 하지만, EEFL은 양쪽 모두 HIGH VOLTAGE로 트랜스포머의 양단에 연결되므로 달리 FEEDBACK을 받을 수 있는 구조가 아니다. FEEDBACK을 받지 못함으로써 보호기능의 첨가가 불가능하고 안정적인 인버터의 동작도 힘들어지게 된다. EEFL이 CCFL보다 효율적이고 이용가치가 높음에도 불구하고 상용화되지 못한 이유가 여기에 있다.

또한, LCD 인버터의 전원을 보통 12V, 24V 등으로 정류하여 사용하는데 이 전원이 점차 고압으로 가는 추세에 있다. 고압으로 갈수록 회로가 복잡해지고 현재 상용화되어 있는 제품의 구성으로는 제작하는데 많은 어려움이 있다. 본 인버터는 이러한 기술적 문제를 완전히 해결하여 간단하고 안정적인 전원공급을 가능하게 하였으며 직류 전원의 크기에 관계없이 쉬운 적용이 가능하여 향후 더 높아질 사용 전압에 대해서도 대비가 가능하다. 본 인버터는 인버터 전용 IC, N-채널 FET 2개 및 주변 회로만으로 구성되어 타제품에 비해 상대적으로 적은 수의 부품으로 제품 구성이 가능하다는 장점이 있어 가격 및 생산에 있어 충분히 경쟁이 가능하다.

본 발명은 EEFL에서도 FEEDBACK을 가능하게 하여 안정적으로 EEFL을 사용하도록 함에 그 목적이 있으며 점차 복잡해지고 다양해지는 사용자의 요구에 부응하며 입력 전원의 크기가 변함에 따라 적절한 제품을 생산하여 시장을 선도하는데 목적이 있다.

상기의 단점을 보완하기 위해 안정적으로 FEEDBACK을 받을 수 있는 인버터의 구조가 필요하다. 안정적인 FEEDBACK을 받는 것이 가장 중요하고 핵심적인 부분이다. 안정적인 FEEDBACK을 받기 위해 구조적으로 용이하고 안정적으로 동작시키는 제품을 만드는 것이 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제이다.

도1은 EEFL용 인버터의 블록 다이어그램,

도2는 기존 인버터의 부분적인 개략 구성도,

도3,도4,도5는 EEFL용 인버터의 FEEDBACK을 가능하게 하는 부분의 구성도,

도6는 개별 램프의 동작유무, 이상유무를 판단할 수 있는 백라이트의 구성도이다.

본 발명은 EEFL이나 이와 유사한 구조를 갖는 램프에 안정적인 전원공급을 할 수 있는 INVERTER의 구조에 관한 것이다. 먼저 본 고안의 구성을 첨부한 도면에 의하여 설명하면 다음과 같다. 도1에서 INVERTER는 역할에 따라 입력부(1), 제어부(2), 구동부(3), 전원부(4), 출력부(5)로 구성된다. 입력부(1)는 입력 컨넥터로 구성되며 직류 전원과 제어신호가 외부로부터 들어오게 된다. 제어부(2)는 인버터 전용칩 혹은 BUCK-ROYER회로 등으로 구성되며 입력부로부터 직류 신호를 인가 받아 교류 신호를 발생시켜 구동부로 전달하며 제어신호와 피드백신호를 검출하여 변경된 신호를 전송하는 역할을 한다. 구동부(3)는 파워 FET로 구성되며 입력부에서 직류전원을 인가 받고 제어부에서 교류신호를 입력받아 전원부로 전원을 전달하는 역할을 한다. 전원부(4)은 고압트랜스포머로 구성되며 계산치와 실험치로 얻어진 권선비로서 저압의 교류 전원을 고압의 교류전원으로 증폭시키며 각 램프에 적합한 출력을 낼 수 있도록 제작되어진다. 출력부(5)는 출력 컨넥터로 구성되고 이를 통해 각 램프(6)로 고압의 교류전원을 공급하고 피드백을 받아 이를 제어부로 전달하는 역할을 한다.

도 2에서 기존의 인버터 방식으로 외부전극램프를 동작시킬 경우 인버터 보드(8)의 내부에 장착된 트랜스포머(9)의 양단 고압에 연결된 와이어(10)가 외부전극 램프(7)의 양단에 연결된다. 이 경우 트랜스포머의 양단 고압이 EEFL의 양단에 연결되어 FEEDBACK을 받을 수 없다. 외부전극램프(EEFL)의 경우 도2에서처럼 여러 개의 램프를 병렬로 연결하여 사용이 가능하다. 병렬로 연결하는 램프의 개수는 임의로 조절이 가능하고 도2에서는 개략적으로 표시하였다.

따라서, FEEDBACK을 안정적으로 받기 위하여 본 발명은 첫 번째 방법으로 도3에서처럼 BACKLIGHT INVERTER의 OUTPUT과 EEFL과 연결되는 트랜스포머(9)의 2차측 고압 와이어(10)에 회귀 와이어(11)을 연결하고 이를 다시 보드(8)로 받아들여 PCB CAPACITOR(11)나 저항으로 분압하고, 캐패시터 등을 사용하거나 이와 유사한 구조로 전압을 다운시켜 이를 FEEDBACK으로 제어부(2)로 연결하여 사용하게 된다. PCB CAPACITOR는 PCB 보드 상에 캐패시터의 효과를 나타내 줄 수 있는 구조로 PCB의 재질을 유전체로 사용하고 PCB의 앞, 뒷면에 동판을 위치하게 하여 캐패시터의 효과를 낼 수 있는 구조로 되어 있다. 위에 설명한 신호를 FEEDBACK 신호로 사용하게 되면 안정적인 신호를 입력받을 수 있으며 이로 인해 램프의 작동유무를 감지할 수 있어 보호기능의 첨가가 가능하고 입력 측 전원의 불안정에도 안정적인 동작이 가능하게 된다.

두 번째 방법으로 도4에서와 같이 트랜스포머의 2차측 고압부를 저항으로 분압하여 이를 피드백 신호로 사용하게 된다. 이 방법은 첫 번째 방법과 달리 회귀 와이어를 통하지 않고 인버터 보드 내에서 안정적인 피드백 신호를 제어부로 전달할 수 있으나 램프의 동작유무를 검출할 수 없다는 단점이 있다. 하지만, 보호기능이 첨가되지 않았을 뿐으로 안정적인 동작을 위한 방법으로는 무리가 없다.

세 번째 방법으로 도5에서처럼 BACKLIGHT INVERTER의 OUTPUT과 EEFL과 연결되는 트랜스포머(9)의 2차측 고압 와이어(10)에 회귀 와이어(11)를 감고 여기에 유기 되는 신호를 다시 출력부(5)를 통해 보드(8)로 받아들여 저항-캐패시터회로부(12)를 통과하거나 이와 유사한 구조로 전압을 조절하여 이를 제어부(2)로 연결하여 FEEDBACK으로 사용하게 된다. 회귀 와이어(11)를 고압와이어(10)에 접착제나 테이프 등으로 접착시키거나 고정핀을 사용하여 고정시키며 반대쪽은 출력부(5)를 통해 제어부(2)로 유기된 신호를 전달하게 된다. 감는 회수는 램프의 크기, 형상 등과 요구되는 전압의 크기 등에 따라 적당히 감게 된다. 위에 설명한 신호를 FEEDBACK 신호로 사용하게 되면 안정적인 신호를 입력받을 수 있으며 이로 인해 보호기능의 첨가가 가능하고 입력 측 전원의 불안정에도 안정적인 동작이 가능하게 된다.

위의 방법은 각 개별의 램프의 동작, 이상유무는 감지할 수 없다. 현재의 시장상황으로 볼 때 위의 제품으로도 충분히 사용이 가능하나 여기에서는 장시간 사용 시 발생할 수 있는 개별 램프의 편차, 불량 램프 등을 검출할 수 있는 제품에 관해 언급한다. 이를 가능하게 하기 위해 램프의 바로 밑에 빛을 검출할 수 있는 빛 센서, CDS, PHOTO TR, 등을 달고 여기에서 검출되는 신호를 INVERTER 보드로 받아들여 각 개별 램프의 이상유무를 검출할 수 있고 이를 다른 제어보드로 전송도 가능하게 된다. 그림6에서 백라이트 패널(13)에 고정되어 있는 램프 홀더(16)에 램프(7)가 고정되고 램프 근처에 빛 센서(15)를 달게 되는데 인접하는 램프의 영향을 받지 않기 위해 빛 센서의 수광부에는 옆으로 들어오는 빛을 차단하기 위한 원통 모양의 관을 씌워 원하는 램프에 거의 밀착시키게 된다. 빛 센서에서 검출된 신호는 신호선(17)을 통해 INVERTER 보드로 연결되며 이 신호를 INVERTER 내에서 비교기나 게이트를 사용하여 계산함으로써 각 램프의 동작유무, 이상유무를 판단할 수 있게 된다. 이렇게 함으로써 불량 램프의 검출과 제품을 장시간 사용 시 발생할 수 있는 문제점에 대처할 수 있게 된다.

현재 인버터의 전원을 보통 12V, 24V 등으로 정류하여 사용하는데 이 전원이 점차 고압으로 가는 추세에 있다. 여기에서는 고압으로 갈수록 회로가 복잡해지고 현재 상용화되어 있는 제품의 구성으로는 제작하는데 많은 어려움이 있어 이러한 기술적 문제를 완전히 해결하여 간단하고 안정적인 전원공급을 가능하게 한 제품에 대해 설명한다. 도7에서 주요 회로도를 개략적으로 표시하였다. 5V 내외의 PWM(Pulse Width Modulation)신호를 사용하여 고용량의 FET를 구동할 수 있게 하여 상용화되어 있는 IC와 FET를 조합하여 쉬운 제작이 가능하고 HALF-BRIDGE 방식으로 FET가 2개만이 사용되어 4개가 소요되는 FULL-BRIDGE 방식 등 다른 회로에 비해 장점을 가진다. 또한, DC 입력 전압이 점차 높아져도 쉽게 적용이 가능하다. 5V 레벨의 PWM 신호를 내어 줄 수 있는 IC가 상용화되어 있는 현 상황에서 5V 레벨의 PWM 신호로는 고용량의 FET를 구동시키기에는 무리가 있다. 따라서, 고압의 입력전원을 사용한 인버터를 제작하기 위해서는 고용량의 FET를 구동할 수 있는 PWM 신호를 내어 줄 수 있는 회로를 사용하거나 5V 레벨의 신호로도 구동이 가능한 고용량의 FET를 사용하면 된다. 하지만, 현재 제품들로는 이러한 구성이 쉽지 않아 제작에 많은 어려움이 따른다. 여기에서는 위의 문제를 해결하고 이를 EEFL에 적용하여 시장 선도의 역할을 할 수 있게 될 것이다. 도7에서 고압전원(~310V)을 입력 전원 및 트랜스포머의 전원으로 사용하게 되는데 IC와 FET, 주변 소자등을 구동하기 위해 외부에서 10~20V의 전원을 별도로 공급받거나 고압전원(~310V)을 제너 다이오드 등을 사용하여 적당한 레벨로 다운시켜 사용하게 된다. 도7에 나타나 있는 형태로 회로를 구성하면 5V PWM IC로 고용량의 FET를 구동시킬 수 있게 되며 트랜스포머의 전원으로 고압을 사용하기 때문에 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

점점 대면적화 되어 가는 PANEL의 추세에 맞춰 EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp)의 필요성이 대두되고 있다. 문제는 EEFL을 안정적으로 동작시킬 수 있는 BACKLIGHT INVERTER의 개발에 있다. PANEL에 전원을 공급하여주는 INVERTER가 문제점을 내재하고 있을 경우 EEFL의 이용가치가 높음에도 불구하고 이를 다양한 용도로 사용하기가 힘들어진다. 이러한 문제점이 발생하는 이유는 EEFL의 특성상 FEEDBACK을 받을 수 없기 때문이다. 상기와 같이 구성된 본 EEFL용 BACKLIGHT INVERTER에 의하면 위에 나열한 문제점을 개선할 수 있고 안정적인 전원공급이 가능하여 EEFL의 사용범위를 높일 수 있게 된다. PANEL의 대면적화 되고 수요가 늘어나는 추세에 맞춰 EEFL의 수요와 용도도 함께 늘어날 것이며 위의 EEFL용 BACKLIGHT INVERTER를 사용할 경우 EEFL도 CCFL처럼 사용의 제한 없이 다양한 용도로 사용이 가능할 것이다. 이는 새로운 조명시장을 안정적으로 성장시켜 줄 것이다.

Claims

램프에 교류전류를 공급해 주는 인버터로서 기존의 인버터 방식으로는 FEEDBACK을 받을 수 없는 구조인 EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp)을 사용함에 있어 안정적인 FEEDBACK을 받기 위해 EEFL의 한쪽 혹은 양쪽에 연결된 고압 와이어를 다시 제어보드로 회귀시키는 BACKLIGHT 구조와 이를 PCB CAPACITOR나 저항, 캐패시터 등 이와 유사한 구조를 사용하여 FEEDBACK이 가능한 전압으로 변경하여 이를 사용하여 안정적이고 보호기능이 가능하게 한 BACKLIGHT INVERTER.
램프에 교류전류를 공급해 주는 인버터로서 기존의 인버터 방식으로는 FEEDBACK을 받을 수 없는 구조인 EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp)을 사용함에 있어 안정적인 FEEDBACK을 받기 위해 트랜스포머의 2차측 고압을 저항 등을 사용, 분압하여 FEEDBACK이 가능한 전압으로 변경하고 이를 FEEDBACK으로 사용하여 안정적이고 보호기능이 가능하게 한 BACKLIGHT INVERTER와 이러한 구조를 사용한 BACKLIGHT.
램프에 교류전류를 공급해 주는 인버터로서 기존의 인버터 방식으로는 FEEDBACK을 받을 수 없는 구조인 EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp)을 사용함에 있어 안정적인 FEEDBACK을 받기 위해 EEFL의 한쪽 혹은 양쪽에 연결된 고압 와이어에 전압을 유기할 수 있는 와이어나 코일 등을 감고 접착제나 테이프, 고정핀 등으로 고정시켜 이를 다시 제어보드로 회귀시키는 BACKLIGHT 구조와 이 신호를 저항, 캐패시터 등 이와 유사한 구조를 사용하여 FEEDBACK이 가능한 전압으로 변경하여 안정적이고 보호기능을 가능하게 한 BACKLIGHT INVERTER와 이러한 구조를 갖는 백라이트.
여러개의 램프를 직하형으로 설치하는 구조를 가진 백라이트에서 각 램프의 동작유무를 검출하기 위해 각 램프 근처에 빛 센서 등 빛을 검출할 수 있는 센서를 설치한 구조를 갖는 백라이트와 여기에서 검출된 신호를 제어할 수 있는 백라이트 인버터.
램프에 교류전류를 공급해 주는 인버터로서 고압의 입력 전원을 사용하여 구성되며 이를 쉽고 용이하게 하기 위해 도7에 나타나 있는 형태 등으로

회로를 구성하여 저압의 PWM 신호로 고용량의 FET를 동작시킬 수 있게 한 백라이트 인버터와 이를 사용한 백라이트.