KR200422233Y1

KR200422233Y1 - 엘이디 백라이트 유닛의 구동 제어 장치

Info

Publication number: KR200422233Y1
Application number: KR2020060012373U
Authority: KR
Inventors: 홍대운; 오인환; 김진환; 조재현; 박지호; 최철호; 신정훈; 안창준
Original assignee: 주식회사 엘티아이
Priority date: 2006-05-09
Filing date: 2006-05-09
Publication date: 2006-07-24

Abstract

본 고안은 엘이디 백라이트 유닛의 구동 제어 장치를 제공하기 위한 것으로, TFT LCD의 광원으로 사용되는 LED 어레이와; 상기 LED 어레이의 상태를 감지하는 센서부와; 상기 센서부에서 감지된 상기 LED 어레이의 상태를 입력받고, 상기 LED 어레이의 급격한 전력 변화를 방지하여 상기 LED 어레이에 전원을 공급하는 전원제어부와; 상기 센서부에서 감지된 상기 LED 어레이의 상태를 측정하여 상기 전원제어부로 알리고, 상기 LED 어레이에 대한 정전류 및 펄스폭 제어를 수행하는 정전류 및 펄스폭 제어부와; 상기 LED 어레이의 전류를 검출하여 상기 정전류 및 펄스폭 제어부로 알리고, 상기 정전류 및 펄스폭 제어부로부터 입력받은 전기 신호를 기준으로 상기 LED 어레이의 전력소자를 제어하는 전력제어부;를 포함하여 구성함으로서, TFT LCD의 광원으로 사용되는 LED의 열을 온, 오프 제어를 이용해 최소화하고 출력 광의 파장 변화를 최소화하며 LED 소자에서 출력되는 광의 파장과 광량을 분석하여 LED를 제어할 수 있게 되는 것이다.

LED, 백라이트 유닛, TFT LCD, 구동 제어, 정전류, 펄스폭

Description

엘이디 백라이트 유닛의 구동 제어 장치{Apparatus for drive control of LED in back light unit}

도 1은 본 고안의 일실시예에 의한 엘이디 백라이트 유닛의 구동 제어 장치의 블록구성도이다.

도 2는 도 1의 상세구성예를 보인 블록구성도이다.

도 3은 도 1에서 전원제어부와 그 주변블록의 블록구성도이다.

도 4는 도 1에서 정전류 및 펄스폭 제어부와 그 주변블록의 블록구성도이다.

도 5는 도 1에서 전력제어부와 그 주변블록의 블록구성도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : LED 어레이 200 : 센서부

210 : 컬러센서부 220 : 온도센서부

300 : 전원제어부 310 : 상용전원

320 : 전원보호부 330 : 정류부

340 : 감시부 350 : 보정부

360 : 승압/감압부 361 : 제 1 승압/감압부

362 : 제 2 승압/감압부 400 : 정전류 및 펄스폭 제어부

410 : 측정보정부 411 : 컬러센서보정부

412 : 온도센서보정부 420 : 컬러센서

430 : 펄스발생부 440 : 펄스가변제어부

450 : 펄스폭제어부 460 : 전류검출보정부

470 : 전류제어부 500 : 전력제어부

510 : 전력소자제어부 520 : 전류검출부

530 : 전원안정화부

본 고안은 엘이디(LED, Light Emitting Diode) 백라이트 유닛(Back Light Unit, BLU)의 구동 제어 장치에 관한 것으로, 특히 TFT LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display)의 광원으로 사용되는 LED의 열을 온, 오프 제어를 이용해 최소화하고 출력 광의 파장 변화를 최소화하며 LED 소자에서 출력되는 광의 파장과 광량을 분석하여 LED를 제어하기에 적당하도록 한 엘이디 백라이트 유닛의 구동 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로 LED(Light Emitting Diode) 소자는 1907년 세상에 처음 알려진 후 다른 전자 소자에 비해 기술 진화의 속도가 늦게 발전되어 왔다. 하지만 20세기 후반에 들어 LED는 획기적인 기술 개발과 다양한 응용제품 적용으로 산업 전반을 넘어 인류에 있어 필수적인 반도체 발광소자로 자리 잡고 있다. 관련 전문가들은 LED의 이러한 기술 발전의 속도는 더욱 빨라질 것으로 예상하고 있다. 그러나 LED 기술 발전과 더불어 응용 분야 확대, LED 주변 기술 개발 등이 동시에 이루어져야만 LED 기술은 성공적으로 성숙 할 것이라고 이야기하고 있다.

LED 응용분야 확대에 있어서 최근 고 휘도, 고 신뢰성 LED를 응용하여 자동차, 조명, 디스플레이, 장신구, 완구, 인테리어 등 다양한 분야의 제품에 LED를 적용되어 제품이 출시되고 있다. 반면 LED관련 주변기술을 살펴보면 응용 제품 개발에 비해 기술 발전이 미진한 사실을 알 수 있다.

예를 들어 일반적인 LED는 DC(Direct Current, 직류) 2.5 ~ 3.5V 전압을 LED 소자의 애노드, 캐소드 단자에 인가해 주면 발광하는 소자로 알려져 있다. 그러나 LED 발광 현상은 전원에서 공급되는 전류의 양, 즉 전자와 정공의 개수에 의해 소자에서 뿜어져 나오는 광량이 결정된다.

이런 이유로 일정한 양의 광을 출력하는 LED 소자를 구동하기 위해서는 일정한 양의 전류를 소자에 공급해 줄 수 있는 추가적인 회로가 필요하게 된다. 추가적인 회로를 사용하지 않고 LED 소자를 구동할 경우 LED 소자의 Vf(Forward voltage, 정바이어스 전압)의 변화로 인해 시간이 지날수록 출력 광량이 낮아지는 현상을 확인할 수 있다. 더욱이 단일 LED 소자를 구동할 경우보다 특성이 다양한 다수개의 LED 소자를 결합하여 구동할 경우 더욱 심각한 광량 차이와 소자간의 내구성 차이를 나타내게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위해서는 외부의 전원이나 내부의 부하에 의해 흐르는 전류 값이 변경되지 않는 CCC(Constant Current Control, 정전류제어) 회로 적용이 필수적이라 할 수 있다. 이러한 구동회로는 제품 적용에 있어 추가적인 비용 부담과 컴팩트(Compact)한 제품 개발에 어려움을 줄 수 있는 부분으로 많은 기술 개발이 요구되고 있다.

관련 기술 문제에 있어 또 다른 하나로 LED 소자의 광량 제어 부분을 들 수 있다. 최근 대체 광원으로 주로 사용되고 있는 LED의 자유로운 광량 변경을 위해 기존에는 단일 소자의 LED에 공급되는 전류의 량을 조절하여 광량을 조절하였으나, 응용 제품의 사양에 따라 단일 소자에서 출력되는 광량이 부족한 경우 다수개의 LED 소자를 직, 병렬 결합하여 구동하게 된다. 이런 경우 LED 소자들의 광량을 조절하기 위해 공급되는 전체 전류량을 줄이면 소자간의 턴-온(Turn-on, 발광동작점) 전압 차이가 발생하게 되고 결국 발광하지 않는 소자가 생겨나고 소자간의 광량 차이가 심해지는 결과를 얻게 된다.

이런 문제를 해결하기 위해 LED의 고속 동작의 특성을 토대로 PWM(Pulse Width Modulation, 펄스폭변조) 구동 방식을 적용하여 해결하고자 노력하고 있다. PWM 방식의 광량 제어 회로를 적용하기 위해서는 펄스생성, 펄스폭 비교, 변조부 등 복잡한 회로와 고가의 소자가 필요하게 되며 이전에 언급한 정전류 구동회로와 결합하여 제작되어야 하는 작업이 병행되어야 한다.

이밖에도 상기와 같은 기술적 해결과제와 함께 LED 소자의 시간에 따른 발광 파장 변화 문제를 제기할 수 있다. 정전류 제어와 펄스폭 변조를 이용한 광량 제어가 이루어진다 해도 반도체 특성을 갖는 LED 소자는 자체 발열에 따라 스펙트럼(Spectrum, 출력파장)의 특성을 결정하는 에너지 밴드갭의 변화가 발생하게 된다. 밴드갭의 변화는 출력파장변화(Phase Shift, 색상변경)를 일으키며 구동시간과 주변온도에 따라 악화 되게 된다.

LED의 이런 특성은 LED 광원 응용시장의 큰 축의 하나로 손꼽히고 있는 LCD 디스플레이 장치의 광원(LCD Back Light Unit)으로의 적용에 있어 커다란 단점으로 지적되고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로는 LED에서 발생하는 열을 온, 오프 제어를 이용해 최소화하고 출력 광의 파장 변화를 최소화하는 방법과 컬러센서(Color Sensor)를 이용하여 LED 소자에서 출력되어지는 광의 파장과 광량을 분석하여 LED 제어에 반영함으로서 발생하는 문제점을 최소화하는 방법이 활발하게 연구 개발되어지고 있다.

이렇게 반도체 발광소자인 LED는 장점만큼이나 소자를 이용해 응용제품을 개발하고 제작하는데 있어 고려해야할 문제점과 해결해야 할 기술적 과제가 많은 것을 알 수 있다.

이에 본 고안은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 고안의 목적은 TFT LCD의 광원으로 사용되는 LED의 열을 온, 오프 제어를 이용해 최소화하고 출력 광의 파장 변화를 최소화하며 LED 소자에서 출력되는 광의 파장과 광량을 분석하여 LED를 제어할 수 있는 엘이디 백라이트 유닛의 구동 제어 장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안의 일실시예에 의한 엘이디 백라이트 유닛의 구동 제어 장치는,

TFT LCD의 광원으로 사용되는 LED 어레이와; 상기 LED 어레이의 상태를 감지하는 센서부와; 상기 센서부에서 감지된 상기 LED 어레이의 상태를 입력받고, 상기 LED 어레이의 급격한 전력 변화를 방지하여 상기 LED 어레이에 전원을 공급하는 전원제어부와; 상기 센서부에서 감지된 상기 LED 어레이의 상태를 측정하여 상기 전원제어부로 알리고, 상기 LED 어레이에 대한 정전류 및 펄스폭 제어를 수행하는 정전류 및 펄스폭 제어부와; 상기 LED 어레이의 전류를 검출하여 상기 정전류 및 펄스폭 제어부로 알리고, 상기 정전류 및 펄스폭 제어부로부터 입력받은 전기 신호를 기준으로 상기 LED 어레이의 전력소자를 제어하는 전력제어부;를 포함하여 이루어짐을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

이하, 상기와 같은 본 고안, 엘이디 백라이트 유닛의 구동 제어 장치의 기술적 사상에 따른 일실시예를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

이에 도시된 바와 같이, TFT LCD의 광원으로 사용되는 LED 어레이(LED Array)(100)와; 상기 LED 어레이(100)의 상태를 감지하는 센서부(200)와; 상기 센서부(200)에서 감지된 상기 LED 어레이(100)의 상태를 입력받고, 상기 LED 어레이(100)의 급격한 전력 변화를 방지하여 상기 LED 어레이(100)에 전원을 공급하는 전원제어부(300)와; 상기 센서부(200)에서 감지된 상기 LED 어레이(100)의 상태를 측정하여 상기 전원제어부(300)로 알리고, 상기 LED 어레이(100)에 대한 정전류 및 펄스폭 제어를 수행하는 정전류 및 펄스폭 제어부(400)와; 상기 LED 어레이(100)의 전류를 검출하여 상기 정전류 및 펄스폭 제어부(400)로 알리고, 상기 정전류 및 펄스폭 제어부(400)로부터 입력받은 전기 신호를 기준으로 상기 LED 어레이(100)의 전력소자를 제어하는 전력제어부(500);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 LED 어레이(100)는, 다수개의 LED를 직렬 또는 병렬 또는 직병렬 혼합으로 구성한 것을 특징으로 한다.

도 2는 도 1의 상세구성예를 보인 블록구성도이다.

이에 도시된 바와 같이, 상기 센서부(200)는, 상기 LED 어레이(100)의 빨강, 초록, 파랑 3가지의 광을 포토다이오드 또는 포토트랜지스터를 포함한 소자로 측정하여 전기적 신호로 출력하는 컬러센서부(210)와; 상기 LED 어레이(100)의 외부 또는 내부의 발열에 의한 온도를 감시하는 온도센서부(220);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이에 도시된 바와 같이, 전원을 공급하는 상용전원(310)과; 상기 상용전원(310)으로부터 공급받는 전원에서 과전류를 방지하는 전원보호부(320)와; 상기 전원보호부(320)로부터 공급받은 전원을 정류시키는 정류부(330)와; 상기 센서부(200)로부터 상기 LED 어레이(100)의 감지 신호를 입력받아 상기 LED 어레이(100)의 상태를 감시하는 감시부(340)와; 상기 전력제어부(500)로부터 전류검출 신호를 입력받아 상기 LED 어레이(100)의 급격한 전력 변화를 보정하는 보정부(350)와; 상기 정류부(330)로부터 정류된 전원을 입력받고, 상기 감시부(340)로 부터 상기 LED 어레이(100)의 상태감시 신호를 입력받으며, 상기 보정부(350)로부터 상기 LED 어레이(100)의 전력변화 보정신호를 입력받아 승압 또는 감압하여 상기 LED 어레이(100)로 전원을 공급하는 승압/감압부(360);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 승압/감압부(360)는, 상기 정류부(330)로부터 정류된 전원을 입력받고, 상기 감시부(340)로부터 상기 LED 어레이(100)의 상태감시 신호를 입력받아 승압 또는 감압하여 상기 LED 어레이(100)로 전원을 공급하는 제 1 승압/감압부(361)와; 상기 정류부(330)로부터 정류된 전원을 입력받고, 보정부(350)로부터 상기 LED 어레이(100)의 전력변화 보정신호를 입력받아 승압 또는 감압하여 상기 LED 어레이(100)로 전원을 공급하는 제 2 승압/감압부(362);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 정전류 및 펄스폭 제어부(400)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 센서부(200)에서 감지된 상기 LED 어레이(100)의 상태 정보를 측정하고 보정값을 출력하는 측정보정부(410)와; 상기 측정보정부(410)에서 보정된 값에 의해 펄스폭 제어를 수행하는 펄스폭제어부(450)와; 상기 전력제어부(500)에서 검출된 상기 LED 어레이(100)의 전류에 대한 보정값을 출력하는 전류검출보정부(460)와; 상기 펄스폭제어부(450)에서 제어된 펄스를 입력받고, 상기 전류검출보정부(460)에서 보정된 값을 입력받아 상기 LED 어레이(100)의 전력소자에 대한 전류제어를 수행하는 전류제어부(470);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 정전류 및 펄스폭 제어부(400)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 센서부(200)에서 감지된 상기 LED 어레이(100)의 상태 정보를 측정하고 보정값을 출력하는 측정보정부(410)와; 기준주파수를 제어하여 출력하는 기준주파수 제어부(420)와; 상기 기준주파수 제어부(420)에서 출력된 기준주파수에 따라 펄스를 발생시키는 펄스발생부(430)와; 펄스에 대한 가변제어를 수행하는 펄스가변제어부(440)와; 상기 펄스발생부(430)에서 발생된 펄스를 입력받고, 상기 펄스가변제어부(440)의 펄스가변 제어를 받으며, 상기 측정보정부(410)에서 보정된 값에 의해 펄스폭 제어를 수행하는 펄스폭제어부(450)와; 상기 전력제어부(500)에서 검출된 상기 LED 어레이(100)의 전류에 대한 보정값을 출력하는 전류검출보정부(460)와; 상기 펄스폭제어부(450)에서 제어된 펄스를 입력받고, 상기 전류검출보정부(460)에서 보정된 값을 입력받으며, 상기 측정보정부(410)에서 보정된 값에 의해 상기 LED 어레이(100)의 전력소자에 대한 전류제어를 수행하는 전류제어부(470);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 측정보정부(410)는, 상기 센서부(200) 내의 컬러센서부(210)로부터 상기 LED 어레이(100)의 광원 제어 값을 보정하여 상기 펄스폭제어부(450)로 전달하는 컬러센서보정부(411)와; 상기 센서부(200) 내의 온도센서부(220)로부터 상기 LED 어레이(100)의 온도 감지 값을 입력받고 감시하여 상기 전류제어부(470)로 온도 보정 신호를 전달하는 온도센서보정부(412);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이에 도시된 바와 같이, 상기 LED 어레이(100)의 전력소자의 상태를 파악하고 상기 정전류 및 펄스폭 제어부(400)에서 입력받은 전기 신호를 기준으로 상기 전력소자에 대한 제어를 수행하는 전력소자제어부(510)와; 상기 전력소자제어부(510)를 통해 상기 LED 어레이(100)의 전류를 검출하여 상기 정전류 및 펄스폭 제어부(400)로 전달하는 전류검출부(520)와; 상기 전원제어부(300)로부터 제어신호를 받고, 상기 LED 어레이(100)에 대한 고 전력의 광원을 제어할 때 발생하는 불안정한 전원의 영향을 최소화하도록 상기 LED 어레이(100)를 제어하는 전원안정화부(530);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 고안에 의한 엘이디 백라이트 유닛의 구동 제어 장치의 동작을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 본 고안은 TFT LCD의 광원으로 사용되는 LED의 열을 온, 오프 제어를 이용해 최소화하고 출력 광의 파장 변화를 최소화하며 LED 소자에서 출력되는 광의 파장과 광량을 분석하여 LED를 제어하고자 한 것이다.

그래서 본 고안에서는 TFT LCD의 광원으로 사용되고 있는 LED BLU (Back Light Unit, 후면발광장치) 구동 제어에 있어 이러한 모든 문제점을 최소화 하기 위해 정전류 제어(Constant Current Control), PWM(Pulse Width Modulation, 펄스 폭 변조) 광량제어, 컬러센서(Color Sensor), 온도보정기능과 함께 LED BLU 구동회로에 적합한 전원회로를 포함한 LED BLU 구동 제어 시스템을 제안한다.

이 시스템의 특징은 일정한 광량을 유지하기 위한 정전류 제어 기능과 PWM 변조 방식을 적용한 자유로운 광량제어, 컬러센서를 이용한 파장변화와 광량변화 보정기능과 함께 상용전압에 적합한 전원회로를 포함하고 있다.

또한 기본 아날로그(Analog) 회로를 바탕으로 마이크로프로세서 및 프로그래머블 IC(Integrated Circuit, 집적 회로)의 추가 적용이 편리한 구조를 특징으로 꼽을 수 있다.

이러한 본 고안의 각각의 구성에 대해 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 도 1은 본 고안에서 제안하는 대략적인 시스템 개요도를 보여주고 있다. 시스템은 크게 LED 어레이(100), 센서부(200), 전원제어부(300), 정전류 및 펄스폭 제어부(300), 전력제어부(500)로 구분이 가능하다. 이러한 구성은 다수개의 LED 광원을 조합하여 구현되는 LED BLU 구동 제어에 있어 발생되는 문제점들을 보완하며 최적의 동작을 제어하기 위한 시스템이다.

1. LED 어레이(100)

LED BLU의 경우 LED 소자를 광원으로 이용하게 된다. 그러나 LED 단품의 광량으로는 BLU 제품이 가져야 할 충분한 광량을 얻을 수 없기 때문에 다수개의 LED를 직렬 또는 병렬, 직병렬 혼합하여 LED BLU의 광원으로 사용하게 된다. 배열과 LED 간의 결선에 따라 점등을 하기 위한 전압, 전류의 값은 다양하게 변화하게 되며 제어 시스템의 상세 사양도 광원의 사양을 기초로 변경하여 주어야 한다.

2. 센서부(200)

센서부(200)는 컬러센서부(210)와 온도센서부(220)로 나눌 수 있다.

컬러센서부(210)는 각각 빨강, 초록, 파랑 3가지의 광을 포토다이오드 또는 포토트랜지스터 등으로 측정하여 전기적 신호로 출력하도록 제작된다. 이렇게 측정된 신호는 빨강, 초록, 파랑의 광원 제어에 반영되어 LED BLU가 일정한 색좌표의 광을 출력하도록 감시하는 역할을 한다.

또한 온도센서부(220)는 외부 또는 내부의 발열에 의한 색상의 변화 및 오동작을 미연에 방지할 수 있도록 다양한 포인트의 온도를 감시하여 전원제어부(300)와 정전류 및 펄스폭 제어부(400)에 신호를 전달해 주는 역할을 한다.

3. 전원부

LED BLU 시스템에 구동을 위한 전원을 공급하는 부분으로서 LED BLU 사양에 따라 감압(Voltage Down Conversion)하거나 승압(Voltage Up Conversion)하는 회로인 승압/감압부(360)를 포함하며, Red, Green, Blue Color 또는 전압사양이 다른 다수개의 채널을 구동하기 위해 독립된 전원을 공급하는 구조를 갖는다.

그리고 상용전원(310)의 입력을 받아 외부의 노이즈나 불량한 전원을 차단하기 위한 전원보호부(320)를 거치고, AC(Alternating Current, 교류) 전원을 DC(Direct Current, 직류) 전원으로 변환하기 위해 정류부(330)를 포함한다.

이렇게 정류부(330)에서 변환된 DC 전원은 LED BLU 사양에 적합한 전원으로 승압 또는 감압하는 승압/감압부(360)를 통해 시스템에 공급되게 된다. 이때 LED BLU의 제어에 의해 급격한 전력의 변화가 일어날 경우를 대비해 시스템에 흐르는 전력을 전원부에 반영하는 보정부(350)를 포함하여 문제를 해결한다.

또한 온도센서부(320)와 과전류센서의 감지 신호를 감지하는 감시부(340)를 추가하여 전원제어부(300)에서 발생할 수 있는 과전류, 급격한 온도상승의 문제를 사전에 막는 역할을 한다.

4. 정전류 및 펄스폭 제어부(400)

LED 광원의 경우 전류에 의해 출력 광량이 결정되며 정확한 광량 제어를 위해서는 정전류 및 PWM 구동이 필수적이다. 이러한 동작구현은 다양한 전자회로의 조합으로서 이루어지며, 본 고안에서는 제안한 아날로그회로만을 이용하여 서술하도록 한다.

LED BLU의 광량제어에 이용되는 PWM 구동방식은 다양한 방법이 있지만, 본 고안에서 제안한 PWM 구동 제어 방식은 아날로그 펄스발생 회로와 소자를 이용하여 회로가 간단하고 가변 제어가 쉽다는 특징이 있다.

회로의 동작은 기준주파수제어부(420)에서 기준주파수를 제어하고, 펄스발생부(430)에서 기준 동작 주파수를 갖는 파형을 생성한다. 그리고 펄스가변제어부(440)에서 설정한 기준 레벨에 맞추어 0~100%의 펄스 듀티비(Pulse Duty Ratio) 갖는 펄스 파형을 얻어낼 수 있다. 이렇게 만들어진 가변형 펄스신호는 전력제어부(300)를 통해 LED BLU 광원인 LED 어레이(100)의 전력소자를 이용하여 온/오프(On/Off) 제어를 수행하게 된다.

또한 이렇게 제어된 전력의 량을 전력제어부(500) 내의 전류검출부(520)를 통해 피드백(Feed-back) 받아 전류 제어에 반영함으로서 설정된 일정한 전류가 펄스 형식으로 LED BLU 광원에 흐르게 하였다.

본 고안에서 제안한 제어 회로의 다른 특징으로, 외부 온도 및 자체 발열 온도에 색상이나 휘도가 변화하는 문제를 갖는 LED의 특성을 고려해 칼라센서와 온도 센서를 LED BLU에 장착하여 센서에서 출력된 신호들을 제어에 반영함으로서 LED BLU의 동작 신뢰성을 확보하게 하였다.

5. 전력제어부(500)

전력제어부(500)는 정전류 및 펄스폭 제어부(400)에서 입력받은 전기적 신호를 기준으로 LED BLU의 광원으로 사용되는 LED 또는 LED 어레이(100)의 구동을 위한 전력소자제어부(510) 및 전류검출부(520)를 포함한 회로를 말한다.

여기서 전력소자로는 일반적으로 FET(Field Effect Transistor, 전계 효과 트랜지스터), 트랜지스터(Transistor) 등이 주로 사용된다. 소자의 종류나 허용 용량은 회로에 흐르는 전력의 량에 의해 결정된다. 또한 광원에 흐르는 전류를 검출하기 위한 저항에 의한 전류검출부(520)를 전력제어부(500)에 포함하여 저항의 양단에 걸리는 전압 값을 이용하여 회로에 흐르는 전류의 량을 정전류 및 펄스폭 제어부(400)에 반영하게 된다. 이런 역할의 저항소자는 LED 또는 LED 어레이(100)의 용량에 따라 소자 값이 결정되며 대개 수 오옴(ohm) 내의 고전류 소자가 사용된다.

전력제어부(500)에 포함된 전원안정화부(530)는 펄스를 이용한 고 전력의 광원을 제어할 때 발생하는 불안정한 전원의 영향을 최소화하며 안정된 제어를 위해 적용된 회로이다. 이러한 전원안정화부(530)에 사용되는 소자로는 제너다이오드와 인덕턴스, 콘덴서 등이며, LED BLU 광원의 종류와 구조 및 사양에 따라 다양하게 조합하여 적용된다.

6. 시스템 특징

이러한 본 고안은 다음과 같은 특징을 갖는다.

6.1 안정성

본 고안에서 제안한 시스템은 전자회로 및 소자들이 아날로그 동작에 맞추어 설계되어 있어 디지털 제어회로에 비해 오동작의 확률이 매우 적다. 더욱이 대 전력의 LED BLU를 제어할 경우 PWM 제어에서 발생하는 회로의 노이즈 및 이로 인해 유기된 이상 신호는 디지털 제어회로에서 오동작의 확률을 높이고, 이러한 문제를 보완하기 위해서는 복잡한 회로와 비용 추가의 결과로 이어진다.

6.2 저가구현

디지털회로의 경우 기본적으로 회로를 구현하게 위한 소자의 가격이 고가이고 회로가 복잡한 특징을 갖는다. 반면 본 고안에서 적용한 아날로그회로의 경우 디지털 소자에 비해 가격이 저렴하고 수명이 길다.

6.3 고속동작

디지털회로 및 디지털 소자의 경우 동작 주파수의 한계가 있고 주파수가 높아질 경우 오동작의 확률이 높고 소자의 가격도 상승하게 된다. 그에 반해 본 고안에서 적용한 아날로그 회로 및 소자의 경우 기본적으로 동작 주파수가 높고 사용 가능한 소자의 선택의 폭이 넓다.

6.4 확장성

정전류 및 펄스폭 제어부(400)의 경우, 추가적으로 다양한 제어가 요구되는 LED BLU에서 마이크로프로세서와 같은 디지털 제어소자를 적용한 제어는 필수적이다. 하지만 아날로그 입력을 받아 디지털 처리 후 다시 아날로그 출력을 해야 하는 제어 방식의 특성상 디지털 프로세서 소자와 디지털 제어를 위한 일부 소자를 제외 한 센서부(200), 전원제어부(300), 전력제어부(500) 등 많은 회로를 디지털 회로와 결합하여 제어하여야 한다. 이러한 설계조건에 비추어 글에서 제안한 회로는 다양한 제어 회로에 응용하기 용이한 특징을 보인다.

6.5 호환성

본 고안에서 사용한 정전류 제어 방식은 사용자의 요구에 맞춰 회로에 연결된 LED 어레이(100)의 용량에 관계없이 설정된 전류를 회로에 흐르게 하는 회로로서, 허용 용량 이하의 LED 어레이(100)의 경우 다시 말하면 허용 용량을 초과하지 않을 경우 다양한 LED BLU 제품에 공용으로 사용이 가능한 특징을 갖는다.

이처럼 본 고안은 TFT LCD의 광원으로 사용되는 LED의 열을 온, 오프 제어를 이용해 최소화하고 출력 광의 파장 변화를 최소화하며 LED 소자에서 출력되는 광의 파장과 광량을 분석하여 LED를 제어하게 되는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 고안에 의한 엘이디 백라이트 유닛의 구동 제어 장치는 TFT LCD의 광원으로 사용되는 LED의 열을 온, 오프 제어를 이용해 최소화하고 출력 광의 파장 변화를 최소화하며 LED 소자에서 출력되는 광의 파장과 광량을 분석하여 LED를 제어할 수 있는 효과가 있게 된다.

이상에서 본 고안의 바람직한 실시예에 한정하여 설명하였으나, 본 고안은 이에 한정되지 않고 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 따라서 본 고안은 상기 실시예를 적절히 변형하여 응용할 수 있고, 이러한 응용도 하기 실용신안등록청구범위에 기재된 기술적 사상을 바탕으로 하는 한 본 고안의 권리범위에 속하게 됨은 당연하다 할 것이다.

Claims

TFT LCD의 광원으로 사용되는 LED 어레이와;

상기 LED 어레이의 상태를 감지하는 센서부와;

상기 센서부에서 감지된 상기 LED 어레이의 상태를 입력받고, 상기 LED 어레이의 급격한 전력 변화를 방지하여 상기 LED 어레이에 전원을 공급하는 전원제어부와;

상기 센서부에서 감지된 상기 LED 어레이의 상태를 측정하여 상기 전원제어부로 알리고, 상기 LED 어레이에 대한 정전류 및 펄스폭 제어를 수행하는 정전류 및 펄스폭 제어부와;

상기 LED 어레이의 전류를 검출하여 상기 정전류 및 펄스폭 제어부로 알리고, 상기 정전류 및 펄스폭 제어부로부터 입력받은 전기 신호를 기준으로 상기 LED 어레이의 전력소자를 제어하는 전력제어부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 엘이디 백라이트 유닛의 구동 제어 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 LED 어레이는,

다수개의 LED를 직렬 또는 병렬 또는 직병렬 혼합으로 구성한 것을 특징으로 하는 엘이디 백라이트 유닛의 구동 제어 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 센서부는,

상기 LED 어레이의 빨강, 초록, 파랑 3가지의 광을 포토다이오드 또는 포토트랜지스터를 포함한 소자로 측정하여 전기적 신호로 출력하는 컬러센서부와;

상기 LED 어레이의 외부 또는 내부의 발열에 의한 온도를 감시하는 온도센서부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 엘이디 백라이트 유닛의 구동 제어 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 전원제어부는,

전원을 공급하는 상용전원과;

상기 상용전원으로부터 공급받는 전원에서 과전류를 방지하는 전원보호부와;

상기 전원보호부로부터 공급받은 전원을 정류시키는 정류부와;

상기 센서부로부터 상기 LED 어레이의 감지 신호를 입력받아 상기 LED 어레이의 상태를 감시하는 감시부와;

상기 전력제어부로부터 전류검출 신호를 입력받아 상기 LED 어레이의 급격한 전력 변화를 보정하는 보정부와;

상기 정류부로부터 정류된 전원을 입력받고, 상기 감시부로부터 상기 LED 어레이의 상태감시 신호를 입력받으며, 상기 보정부로부터 상기 LED 어레이의 전력변화 보정신호를 입력받아 승압 또는 감압하여 상기 LED 어레이로 전원을 공급하는 승압/감압부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 엘이디 백라이트 유닛의 구동 제어 장치.
청구항 4에 있어서, 상기 승압/감압부는,

상기 정류부로부터 정류된 전원을 입력받고, 상기 감시부로부터 상기 LED 어레이의 상태감시 신호를 입력받아 승압 또는 감압하여 상기 LED 어레이로 전원을 공급하는 제 1 승압/감압부와;

상기 정류부로부터 정류된 전원을 입력받고, 보정부로부터 상기 LED 어레이의 전력변화 보정신호를 입력받아 승압 또는 감압하여 상기 LED 어레이로 전원을 공급하는 제 2 승압/감압부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 엘이디 백라이트 유닛의 구동 제어 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 정전류 및 펄스폭 제어부는,

상기 센서부에서 감지된 상기 LED 어레이의 상태 정보를 측정하고 보정값을 출력하는 측정보정부와;

상기 측정보정부에서 보정된 값에 의해 펄스폭 제어를 수행하는 펄스폭제어부와;

상기 전력제어부에서 검출된 상기 LED 어레이의 전류에 대한 보정값을 출력하는 전류검출보정부와;

상기 펄스폭제어부에서 제어된 펄스를 입력받고, 상기 전류검출보정부에서 보정된 값을 입력받아 상기 LED 어레이의 전력소자에 대한 전류제어를 수행하는 전류제어부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 엘이디 백라이트 유닛의 구동 제어 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 정전류 및 펄스폭 제어부는,

상기 센서부에서 감지된 상기 LED 어레이의 상태 정보를 측정하고 보정값을 출력하는 측정보정부와;

기준주파수를 제어하여 출력하는 기준주파수 제어부와;

상기 기준주파수 제어부에서 출력된 기준주파수에 따라 펄스를 발생시키는 펄스발생부와;

펄스에 대한 가변제어를 수행하는 펄스가변제어부와;

상기 펄스발생부에서 발생된 펄스를 입력받고, 상기 펄스가변제어부의 펄스가변 제어를 받으며, 상기 측정보정부에서 보정된 값에 의해 펄스폭 제어를 수행하는 펄스폭제어부와;

상기 전력제어부에서 검출된 상기 LED 어레이의 전류에 대한 보정값을 출력하는 전류검출보정부와;

상기 펄스폭제어부에서 제어된 펄스를 입력받고, 상기 전류검출보정부에서 보정된 값을 입력받으며, 상기 측정보정부에서 보정된 값에 의해 상기 LED 어레이의 전력소자에 대한 전류제어를 수행하는 전류제어부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 엘이디 백라이트 유닛의 구동 제어 장치.
청구항 7에 있어서, 상기 측정보정부는,

상기 센서부 내의 컬러센서부로부터 상기 LED 어레이의 광원 제어 값을 보정 하여 상기 펄스폭제어부로 전달하는 컬러센서보정부와;

상기 센서부 내의 온도센서부로부터 상기 LED 어레이의 온도 감지 값을 입력받고 감시하여 상기 전류제어부로 온도 보정 신호를 전달하는 온도센서보정부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 엘이디 백라이트 유닛의 구동 제어 장치.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전력제어부는,

상기 LED 어레이의 전력소자의 상태를 파악하고 상기 정전류 및 펄스폭 제어부에서 입력받은 전기 신호를 기준으로 상기 전력소자에 대한 제어를 수행하는 전력소자제어부와;

상기 전력소자제어부를 통해 상기 LED 어레이의 전류를 검출하여 상기 정전류 및 펄스폭 제어부로 전달하는 전류검출부와;

상기 전원제어부로부터 제어신호를 받고, 상기 LED 어레이에 대한 고 전력의 광원을 제어할 때 발생하는 불안정한 전원의 영향을 최소화하도록 상기 LED 어레이를 제어하는 전원안정화부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 엘이디 백라이트 유닛의 구동 제어 장치.