KR20060055658A - 전원 공급 장치 및 백라이트 장치 - Google Patents

전원 공급 장치 및 백라이트 장치 Download PDF

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KR20060055658A
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윤주영
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Abstract

본 발명은 전원을 공급하는 장치에 관한 것으로 특히, 교류 전압을 해당 크기의 직류 전압으로 변화하여 광원의 구동 전압을 생성하는 전원 공급 장치에 관한 것이다. 이때, 광원은 발광 다이오드이다. 이러한 전원 공급 장치는 스위칭부 및 축전기를 포함한다. 또한 전원 공급 장치는 외부로부터 인가되는 기준 전압과 상기 직류 전압의 오차를 산출하고, 상기 오차를 보정하여 제1 제어 신호를 출력하는 전압 조정부, 상기 축전기의 전압에 포함되어 있는 저주파 리플 성분을 제거하여 제2 제어 신호를 출력하는 리플 제거부, 그리고 상기 제1 제어 신호와 상기 제2 제거 신호를 합산하여 상기 스위칭부를 제어하는 제3 제어 신호를 출력하는 가산기를 포함하고, 축전기는 저용량 축전기이다.
액정표시장치, LCD, 백라이트, LED, DC-DC 컨버터, 저주파리플, 역률, BIFRED, 전압스트레스

Description

전원 공급 장치 및 백라이트 장치 {POWER SUPPLYING APPARATUS AND BACKLIGHT APPARATUS}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 백라이트부의 블럭도이다.
도 5는 도 4의 리플 제거부의 각 부위에서 검출되는 신호의 파형도이다.
본 발명은 전원 공급 장치 및 백라이트 장치에 관한 것이다.
컴퓨터의 모니터나 TV 등에 사용되는 표시 장치(display device)에는 스스로 발광하는 발광 다이오드(light emitting diode, LED), EL(electroluminescence), 진공 형광 표시 장치(vacuum fluorescent display, VFD), 전계 발광 소자(field emission display, FED), 플라스마 표시 장치(plasma display panel, PDP) 등과 스스로 발광하지 못하고 광원을 필요로 하는 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD) 등이 있다.
일반적인 액정 표시 장치는 전계 생성 전극이 구비된 두 표시판과 그 사이에 들어 있는 유전율 이방성(dielectric anisotropy)을 갖는 액정층을 포함한다. 전계 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고, 전압을 변화시켜 이 전기장의 세기를 조절하고 이렇게 함으로써 액정층을 통과하는 빛의 투과율을 조절하여 원하는 화상을 얻는다.
이때의 빛은 별도로 구비된 인공 광원일 수도 있고 자연광일 수도 있다.
액정 표시 장치용 광원, 즉 백라이트(backlight) 장치는 광원으로서 CCFL(cold cathode fluorescent lamp)나 EEFL(external electrode fluorescent lamp) 등과 같은 복수의 형광 램프(fluorescent lamp)나 발광 다이오드(LED, light emitting diode)를 사용한다.
형광 램프를 이용할 경우, 전력 소모가 크고 발열로 인해 액정 표시 장치의 소자 특성이 나빠진다. 또한 형광 램프가 통상적으로 막대형이므로 충격에 약하여 파손의 위험이 크고, 램프 부위에 따라 온도가 일정하지 않아 부위별로 램프의 휘도가 달라지고, 그에 따라 액정 표시 장치의 화질이 떨어진다.
한편, 발광 다이오드의 경우 반도체 소자이므로 수명이 길고 점등 속도가 빠르며 소비 전력이 적다. 또한 충격에 강하며 소형화 및 박막화에 유리하다.
따라서 휴대 전화기 등과 같은 소형 액정 표시 장치뿐만 아니라 모니터나 텔레비전과 같은 중대형 액정 표시 장치에도 백라이트 장치의 광원으로서 발광 다이오드를 이용하는 추세이다.
일반적으로, 형광 램프가 교류 전압(AC)으로 구동되는데 비하여 발광 다이오드는 직류 전압(DC)으로 구동된다. 따라서 발광 다이오드를 액정 표시 장치의 광원으로 이용하기 위해서는 교류 전압을 직류 전압으로 변환한 후, 원하는 레벨의 직류 전압을 생성하는 전원 공급 장치가 필요하다.
전원 공급 장치는 역률(power factor)을 개선하기 위해 BIFRED(boost integrated flyback rectifier energy storage dc-dc converter)를 이용하는 경우가 있고, 이 BIFRED는 역률을 개선하는 부스트(boost) 컨버터와 직류의 출력 전압을 조정하기 위한 플라이백(flybak) 컨버터로 이루어져 있다. 이 BIFRED에서 역률 개선과 출력전압 제어 기법은 펄스폭 변조 방식에 의해 이루어진다. 하지만 이때 출력되는 출력 전압은 입력 전원에 따른 리플 전류가 발생하여, 출력단에 연결된 직류 출력용 축전기를 통해 흐른다. 따라서 리플 전류에 의해 직류 출력용 축전기의 동작 온도가 상승하여 직류 출력용 축전기의 수명을 단축시키고 입력단으로도 피드백되어 입력 전류의 파형을 왜곡시키는 문제가 발생한다.
이러한 문제를 줄이기 위해 직류 출력용 축전기의 용량을 증가시켜 입력단의 저주파 리플 성분을 흡수하므로, 일정한 전압이 출력단에 공급되어 출력 전압은 일정하게 유지된다. 하지만 이런 대용량의 직류 출력용 축전기를 이용할 경우 직류 출력용 축전기의 전압 스트레스가 증가하게 되고, 이런 전압 스트레스를 줄이기 위해 부스트 컨버터와 플라이백 컨버터는 불연속적으로 동작해야 한다. 그러나 이런 불연속 동작은 출력 전압에 저주파 리플 성분을 발생시키고 도통 손실을 증가시키 는 새로운 문제를 야기한다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 직류 성분의 전압을 출력하는 전원 공급 장치에서 출력되는 저주파 리플 성분을 제거하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 한 특징에 따른 전원 공급 장치는, 스위칭부 및 축전기를 포함하고, 외부로부터의 교류 전압을 원하는 크기의 직류 전압으로 변환하여 출력하는 전원 공급부, 외부로부터 인가되는 기준 전압과 상기 전원 공급부로부터의 직류 전압의 오차를 산출하고, 상기 오차를 보정하여 제1 제어 신호를 출력하는 전압 조정부, 상기 축전기의 전압에 포함되어 있는 저주파 리플 성분을 제거하여 제2 제어 신호를 출력하는 리플 제거부, 그리고 상기 제1 제어 신호와 상기 제2 제거 신호를 합산하여 상기 스위칭부를 제어하는 제3 제어 신호를 출력하는 가산기를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 백라이트 장치는, 복수의 광원, 스위칭부 및 축전기를 포함하고, 외부로부터의 교류 전압을 원하는 크기의 직류 전압으로 변환하여 상기 복수의 광원에 출력하는 전원 공급부, 외부로부터 인가되는 기준 전압과 상기 전원 공급부로부터의 직류 전압의 오차를 산출하고, 상기 오차를 보정하여 제1 제어 신호를 출력하는 전압 조정부, 상기 축전기의 전압에 포함되어 있는 저주파 리플 성분을 제거하여 제2 제어 신호를 출력하는 리플 제거부, 그리고 상기 제1 제어 신호와 상기 제2 제거 신호를 합산하여 상기 스위칭부를 제어하는 제3 제어 신호를 출력하는 가산기를 포함한다.
상기 전압 조정부는 비례 적분 제어기를 포함하는 바람직하다.
상기 리플 제거부는 상기 제2 제어 신호가 입력되는 고역 필터부 및 상기 고역 필터부에 연결된 비례 제어기를 포함하는 것이 좋다. 이때, 상기 비례 제어기의 비례 이득 상수는 음의 값일 수 있다.
상기 축전기는 저용량 축전기인 것이 좋고, 상기 전원 공급부는 역률 보정부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 한 특징에서, 상기 복수의 광원은 발광 다이오드인 것이 좋다. 이때, 상기 발광 다이오드는 적색 다이오드, 녹색 다이오드 및 청색 다이오드 중 하나일 수 있다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치 및 백라이트 장치에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 분해 사시도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이다. 또한 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 백라이트부의 블록도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 표시부(330)와 백라이트부(900)를 포함하는 액정 모듈(350), 액정 모듈(350)을 수납하는 상부 및 하부 섀시(361, 362), 그리고 몰드 프레임(363)을 포함한다.
표시부(330)는 액정 표시판 조립체(300)와 이에 부착된 복수의 게이트 TCP(tape carrier package)(410) 및 데이터 TCP(510), 그리고 해당 TCP(410, 510)에 부착되어 있는 게이트 인쇄 회로 기판(PCB, printed circuit board)(450) 및 데이터 PCB(550)를 포함한다.
액정 표시판 조립체(300)는 하부 표시판(100) 및 상부 표시판(200)과 그 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함한다.
하부 표시판(100)은 복수의 표시 신호선(G1-Gn, D1-Dm)을 포함하고, 하부 및 상부 표시판(100, 200)은 표시 신호선(G1-Gn, D1-Dm)에 연결되어 있으며 대략 행렬의 형태로 배열된 복수의 화소(pixel)를 포함한다.
표시 신호선(G1-Gn, D1-Dm)은 게이트 신호("주사 신호"라고도 함)를 전달하는 복수의 게이트선(G1-Gn)과 데이터 신호를 전달하는 데이터선(D1-Dm )을 포함한다. 게 이트선(G1-Gn)은 대략 행 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하고 데이터선(D 1-Dm)은 대략 열 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하다.
각 화소는 표시 신호선(G1-Gn, D1-Dm)에 연결된 스위칭 소자(Q)와 이에 연결된 액정 축전기(liquid crystal capacitor)(CLC) 및 유지 축전기(storage capacitor)(CST)를 포함한다. 유지 축전기(CST)는 필요에 따라 생략할 수 있다.
박막 트랜지스터 등 스위칭 소자(Q)는 하부 표시판(100)에 구비되어 있으며, 삼단자 소자로서 그 제어 단자 및 입력 단자는 각각 게이트선(G1-Gn) 및 데이터선(D1-Dm)에 연결되어 있으며, 출력 단자는 액정 축전기(CLC) 및 유지 축전기(C ST)에 연결되어 있다.
액정 축전기(CLC)는 하부 표시판(100)의 화소 전극(190)과 상부 표시판(200)의 공통 전극(270)을 두 단자로 하며 두 전극(190, 270) 사이의 액정층(3)은 유전체로서 기능한다. 화소 전극(190)은 스위칭 소자(Q)에 연결되며 공통 전극(270)은 상부 표시판(200)의 전면에 형성되어 있고 공통 전압(Vcom)을 인가받는다. 도 3에서와는 달리 공통 전극(270)이 하부 표시판(100)에 구비되는 경우도 있으며 이때에는 두 전극(190, 270)중 적어도 하나가 선형 또는 막대형으로 만들어질 수 있다.
액정 축전기(CLC)의 보조적인 역할을 하는 유지 축전기(CST)는 하부 표시판(100)에 구비된 별개의 신호선(도시하지 않음)과 화소 전극(190)이 절연체를 사이 에 두고 중첩되어 이루어지며 이 별개의 신호선에는 공통 전압(Vcom) 따위의 정해진 전압이 인가된다. 그러나 유지 축전기(CST)는 화소 전극(190)이 절연체를 매개로 바로 위의 전단 게이트선과 중첩되어 이루어질 수 있다.
액정 표시판 조립체(300)의 두 표시판(100, 200) 중 적어도 하나의 바깥 면에는 빛을 편광시키는 편광자(도시하지 않음)가 부착되어 있다.
도 1에 도시한 것처럼, 게이트 TCP(410)는 액정 표시판 조립체(300)의 하부 표시판(100)의 한 가장자리에 부착되어 있고, 그 위에는 게이트 구동부(400)를 이루는 게이트 구동 집적 회로가 칩의 형태로 장착되어 있다. 데이터 TCP(510)는 액정 표시판 조립체(300)의 하부 표시판(100)의 다른 가장자리에 부착되어 있고, 그 위에는 데이터 구동부(500)를 이루는 데이터 구동 집적 회로가 칩의 형태로 장착되어 있다. 게이트 구동부(400) 및 데이터 구동부(500)는 TCP(410, 510)에 형성되어 있는 신호선(도시하지 않음)을 통하여 액정 표시판 조립체(300)의 게이트선(G1-Gn) 및 데이터선(D1-Dm)에 각각 전기적으로 연결되어 있다.
게이트 구동부(400)는 게이트 온 전압(Von)과 게이트 오프 전압(Voff)의 조합으로 이루어진 게이트 신호를 게이트선(G1-Gn)에 인가하며, 데이터 구동부(500)는 데이터 전압을 데이터선(D1-Dm)에 인가한다.
이와 달리 TCP를 사용하지 않고 게이트 구동부(400) 및 데이터 구동부(500)를 이루는 구동 집적 회로 칩을 표시판 위에 집적 부착할 수도 있으며(chip on glass, COG 실장 방식), 게이트 구동부(400) 또는 데이터 구동부(500)를 스위칭 소자(Q) 및 표시 신호선(G1-Gn, D1-Dm)과 함께 액정 표시판 조립체(300)에 직접 형성할 수도 있다.
게이트 PCB(450)는 하부 표시판(100)과 나란하게 길이 방향으로 TCP(410)에 부착되어 있고, 그 위에는 신호를 전달하는 복수의 신호선(도시하지 않음)과 전자 부품 등이 형성되어 있다.
데이터 PCB(550)는 하부 표시판(100)과 나란하게 길이 방향으로 TCP(510)에 부착되어 있고, 그 위에는 신호를 전달하는 복수의 신호선(도시하지 않음)과 전자 부품 등이 형성되어 있다.
계조 전압 생성부(800)는 화소의 투과율과 관련된 두 벌의 복수 계조 전압을 생성하여 데이터 전압으로서 데이터 구동부(500)에 제공한다. 두 벌 중 한 벌은 공통 전압(Vcom)에 대하여 양의 값을 가지고 다른 한 벌은 음의 값을 가진다.
도 1, 도 2 및 도 4에 도시한 것처럼, 백라이트부(900)는 상부 섀시(361)에 고정되는 하부 섀시(362)에 수납되며, 액정 표시판 조립체(300)의 하부에 장착되어 있는 광원부(960), 조립체(300)와 광원부(960) 사이에 위치하며 광원부(960)로부터의 빛을 처리하는 복수의 광학 기구(908), 그리고 광원부(960)에 필요한 전원 전압을 공급하는 전원 공급부(910), 외부로부터의 기준 전압(Vref)이 인가되고 전원 공급부(910)에서 출력되는 전압을 피드백 제어하는 전압 조정부(920), 전원 공급부(910)에서 출력되는 전압에서 저주파 리플 성분을 제거하는 리플 제거부(930), 그 리고 전압 조정부(920)와 리플 제거부(930) 및 전원 공급부(910)에 연결된 가산기(940)를 포함한다.
또한 백라이트부(900)는 하부 섀시(362) 내에 수납되어 광원부(960)를 고정하고 광학 기구(908)를 지지하는 지지 프레임(905)을 포함한다. 이 지지 프레임(905)은 몰드 프레임(363)과 고정된다.
광원부(960)는 복수의 발광 다이오드(961)가 각각 장착되어 있는 복수의 PCB(962)와 PCB(962)에 부착되어 열을 방출하는 방열 부재(963)를 포함한다. 방열 부재(963)는 열전도성 재료로 이루어지는 것이 좋다. 각 PCB(962)는 액정 표시판 조립체(300)의 장축 방향에 수평하게 배열되어 있고, 각각 일렬로 장착되어 있는 복수의 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드(961)가 한 열씩 번갈아 장착되어 있다. 하지만 이들 발광 다이오드(961) 열의 장착 순서는 필요에 따라 변경될 수 있다.
이때, 각 PCB에 장착되는 녹색 발광 다이오드의 개수는 적색 또는 청색 발광 다이오드의 개수보다 많을 수 있고, 예를 들어 약 2배정도 많을 수 있다. 즉, 녹색 발광 다이오드열의 개수가 적색 또는 청색 발광 다이오드열의 개수의 2배일 수 있다.
하지만, 이들 발광 다이오드의 개수는 필요에 따라 달라질 수 있다.
한편, 색 표시를 구현하기 위해서는 각 화소가 삼원색 중 하나를 고유하게 표시하거나(공간 분할) 각 화소가 시간에 따라 번갈아 삼원색을 표시하게(시간 분할) 하여 이들 삼원색의 공간적, 시간적 합으로 원하는 색상이 인식되도록 한다. 도 3은 공간 분할의 한 예로서 각 화소가 화소 전극(190)에 대응하는 상부 표시판 (200)의 영역에 적색, 녹색, 또는 청색의 색 필터(230)를 구비함을 보여주고 있다. 도 3과는 달리 색 필터(230)는 하부 표시판(100)의 화소 전극(190) 위 또는 아래에 형성할 수도 있다.
도 1에서 광학 기구(908)는 조립체(300)와 광원부(960) 사이에 위치하며 소정 크기의 출광부가 일정 간격으로 형성되어 있고, 이 출광부를 벗어나 발광되는 빛을 아래 방향으로 반사하는 반사판(904), 반사판(904) 위에 장착되어 있고 각 발광 다이오드(961)와 대면하는 부분에 빛 차단막이 형성되어 있으며 각 발광 다이오드(961)를 통해 발광되는 빛의 세기를 균일하게 하는 도광판(903), 도광판(903)으로부터의 빛을 조립체(300)로 유도 및 확산하는 확산판(902) 및 복수의 광학 시트(901)를 포함한다.
도 1에서는, 반사판(904)에 형성된 출광부는 소정 개수의 발광 다이오드(961)가 동시에 돌출될 수 있는 크기의 슬릿 형태를 갖지만, 하나의 발광 다이오드(961)만이 돌출될 수 있는 형태와 같이 다양한 크기와 형태를 가질 수 있다.
지지 프레임(905)의 내측 측면은 소정 각도로 경사져 빛을 위쪽으로 반사시킨다.
전원 공급부(910)는 도 4에 도시한 바와 같이, 교류 전압(AC)이 인가되는 라인 필터부(911), 라인 필터부(911)에 연결된 브리지 정류부(912), 브리지 정류부(912)에 연결된 평활부(913), 평활부(913)와 광원부(960)에 연결된 DC-DC 변환부(914)를 포함한다. DC-DC 변환부(914)는 평활부(913)에 연결된 역률 조정기(PFC, power factor correction)(915), PFC(915)와 가산기(940)에 연결된 스위칭부(916), 스위칭부(916)에 연결된 DC-DC 변환기(917), DC-DC 변환기(917)과 광원부(960) 사이에 연결된 에너지 저장을 위한 축전기(918)를 포함한다. 여기서 에너지 저장을 위한 축전기(918)는 작은 에너지를 저장할 수 있는 저용량 축전기일 수 있다.
도 1에는 도시하지는 않았지만, 상부 섀시(361)의 상부와 하부 섀시(362)의 하부에는 각각 상부 케이스 및 하부 케이스가 위치하여 이들의 결합으로 액정 표시 장치가 완성된다.
신호 제어부(600)는 게이트 구동부(400) 및 데이터 구동부(500) 등의 동작을 제어한다.
그러면 이러한 액정 표시 장치의 표시 동작에 대하여 상세하게 설명한다.
신호 제어부(600)는 외부의 그래픽 제어기(도시하지 않음)로부터 입력 영상 신호(R, G, B) 및 이의 표시를 제어하는 입력 제어 신호, 예를 들면 수직 동기 신호(Vsync)와 수평 동기 신호(Hsync), 메인 클록(MCLK), 데이터 인에이블 신호(DE) 등을 제공받는다. 신호 제어부(600)는 입력 영상 신호(R, G, B)와 입력 제어 신호를 기초로 영상 신호(R, G, B)를 액정 표시판 조립체(300)의 동작 조건에 맞게 적절히 처리하고 게이트 제어 신호(CONT1), 데이터 제어 신호(CONT2) 및 백라이트 제어 신호(CONT3) 등을 생성한 후, 신호 제어부(600)는 이어 게이트 제어 신호(CONT1)를 게이트 구동부(400)로 내보내고 데이터 제어 신호(CONT2)와 처리한 영상 신호(DAT)는 데이터 구동부(500)로 내보내며, 백라이트 제어 신호(CONT3)를 백라이트부(900)로 내보낸다.
게이트 제어 신호(CONT1)는 게이트 온 전압(Von)의 출력 시작을 지시하는 주사 시작 신호(STV), 게이트 온 전압(Von)의 출력 시기 및 출력 전압을 제어하는 적어도 하나의 클록 신호 등을 포함한다.
데이터 제어 신호(CONT2)는 영상 데이터(DAT)의 전송 시작을 알리는 수평 동기 시작 신호(STH)와 데이터선(D1-Dm)에 데이터 전압을 인가하라는 로드 신호(LOAD), 공통 전압(Vcom)에 대한 데이터 전압의 극성(이하, 공통 전압에 대한 데이터 전압의 극성을 줄여 데이터 전압의 극성이라 함)을 반전시키는 반전 신호(RVS) 및 데이터 클록 신호(HCLK) 등을 포함한다.
백라이트 제어 신호(CONT3)는 광원부(960)의 발광 다이오드의 점멸을 제어하는 펄스폭 제어(pulse width modulation, PWM) 신호인 광원 제어 신호, 전원 공급부(970)의 DC-DC 변환부(940)의 초기 동작을 제어하는 PWM 신호인 전압 제어 신호 등과 같은 복수의 제어 신호를 포함한다.
본 발명의 실시예와는 달리, 백라이트 제어 신호(CONT3)는 별도의 제어 장치에서 생성될 수 있다.
데이터 구동부(500)는 신호 제어부(600)로부터의 데이터 제어 신호(CONT2)에 따라 한 행의 화소에 대한 영상 데이터(DAT)를 차례로 입력받아 시프트시키고, 계조 전압 생성부(800)로부터의 계조 전압 중 각 영상 데이터(DAT)에 대응하는 계조 전압을 선택함으로써 영상 데이터(DAT)를 해당 데이터 전압으로 변환한 후, 이를 해당 데이터선(D1-Dm)에 인가한다.
게이트 구동부(400)는 신호 제어부(600)로부터의 게이트 제어 신호(CONT1)에 따라 게이트 온 전압(Von)을 게이트선(G1-Gn)에 인가하여 이 게이트선(G 1-Gn)에 연결된 스위칭 소자(Q)를 턴온시키며, 이에 따라 데이터선(D1-Dm)에 인가된 데이터 전압이 턴온된 스위칭 소자(Q)를 통하여 해당 화소에 인가된다.
화소에 인가된 데이터 전압과 공통 전압(Vcom)의 차이는 액정 축전기(CLC)의 충전 전압, 즉 화소 전압으로서 나타난다. 액정 분자들은 화소 전압의 크기에 따라 그 배열을 달리한다.
광원부(960)에 필요한 전압을 공급하는 전원 공급부(910)는 먼저, 라인 필터부(911)를 통해 외부로부터 인가되는 교류 전압(AC)에서 불필요한 노이즈 성분을 제거하여 브리지 정류부(912)에 인가한다. 이때, 라인 필터부(911)를 구성하는 1차측 코일(도시하지 않음)과 2차측 코일(도시하지 않음)의 권선비는 1이기 때문에 입력 전압에 대한 출력 전압의 손실은 발생하지 않는다.
브리지 정류부(912)는 라인 필터부(911)로부터의 교류 전압을 전파 정류하여 평활부(913)에 인가한다.
평활부(913)는 전파 정류되어 직류로 변환된 맥류의 전압을 평활화하여 일정한 전압을 갖는 직류 성분을 DC-DC 변환부(914)에 인가한다.
DC-DC 변환부(914)는 백라이트 제어 신호(CONT3)의 전압 제어 신호에 기초하여 광원부(960)의 동작에 필요한 크기까지 직류 전압을 승압한 후 광원부 구동 전 압(VDC)으로서 광원부(960)에 인가한다.
DC-DC 변환부(914)의 PFC(915)는 평활부(913)로부터 인가되는 직류 전압의 역률을 조정한 후, 스위칭부(916)에 인가한다. 스위칭부(916)는 가산기(940)로부터의 듀티 신호(Sd)에 기초하여 턴 온 또는 턴 오프되고, 이 스위칭부(916)의 동작에 따라 DC-DC 변환기(917)가 동작하여 해당하는 크기로 변환된 직류 전압을 축전기(918)를 통해 광원부 구동 전압(VDC)으로서 광원부(960)에 인가한다.
전압 조정부(920)는 DC-DC 변환부(914)로부터의 광원부 구동 전압(VDC)과 외부로부터 인가되는 기준 전압(Vref)을 이용하여 광원부 구동 전압(VDC)을 피드백 제어하여 가산기(940)에 인가한다.
리플 제거부(930)는 DC-DC 변환부(914)의 축전기(918)의 전압(Vcap)을 입력받아, 이 전압(Vcap)에 포함되어 있는 리플 성분을 제거한 후 가산기(940)에 인가한다.
가산기(940)는 전압 조정부(920)와 리플 제거부(930)로부터의 전압을 합산한 후 DC-DC 변환부(914)의 스위칭부(916)에 인가하여, DC-DC 변환기(917)의 동작을 제어한다.
이러한 전압 조정부(920)와 리플 제거부(930)의 동작은 다음에 상세하게 설명한다.
광원부(960)는 백라이트 제어 신호(CONT3)와 전원 공급부(970)로부터의 전압에 따라 동작하여 적색, 녹색 및 청색의 발광 다이오드열의 점멸 동작이 이루어진다.
이러한 백라이트부(900)의 동작에 따라서, 각 발광 다이오드열에서 나온 빛은 액정층(3)을 통과하면서 액정 분자의 배열에 따라 그 편광이 변화한다. 이러한 편광의 변화는 편광자에 의하여 빛의 투과율 변화로 나타난다.
1 수평 주기(또는 1H)[수평 동기 신호(Hsync)의 한 주기]가 지나면 데이터 구동부(500)와 게이트 구동부(400)는 다음 행의 화소에 대하여 동일한 동작을 반복한다. 이러한 방식으로, 한 프레임(frame) 동안 모든 게이트선(G1-Gn)에 대하여 차례로 게이트 온 전압(Von)을 인가하여 모든 화소에 데이터 전압을 인가한다. 한 프레임이 끝나면 다음 프레임이 시작되고 각 화소에 인가되는 데이터 전압의 극성이 이전 프레임에서의 극성과 반대가 되도록 데이터 구동부(500)에 인가되는 반전 신호(RVS)의 상태가 제어된다(프레임 반전). 이때, 한 프레임 내에서도 반전 신호(RVS)의 특성에 따라 한 데이터선을 통하여 흐르는 데이터 전압의 극성이 바뀌거나(행 반전, 도트 반전), 한 화소행에 인가되는 데이터 전압의 극성도 서로 다를 수 있다(열 반전, 도트 반전).
그러면, 본 발명의 한 실시예에 따른 DC-DC 변환부(914), 전압 조정부(920) 및 리플 제거부(930)에 대해 도 4와 도 5를 참고로 하여 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 리플 제거부의 각 부위에서 검출되는 신호의 파형도이다.
도 4에 도시한 것처럼, 전압 조정부(920)는 기준 전압(Vref)과 광원부 구동 전압(VDC)을 입력받는 가산기(921), 가산기(921)와 가산기(940)에 연결된 비례 적 분 제어기(922)를 포함한다.
리플 제거부(930)는 DC-DC 변환부(914)의 축전기(918)에 연결된 고역 필터부(931), 고역 필터부(931)와 가산기(940)에 연결된 비례 제어기(932)를 포함한다.
이러한 구조를 갖는 전압 조정부(920)와 리플 제거부(930)의 동작을 다음에 상세하게 설명한다.
DC-DC 변환부(914)의 DC-DC 변환기(917)에서 출력되는 광원부 구동 전압(VDC)은 전압 조정부(920)의 가산기(921)에 인가된다. 가산기(921)는 외부로부터 인가되는 기준 전압(Vref)과 광원부 구동 전압(VDC)의 오차를 산출하여 오차 신호로서 비례 적분 제어기(922)에 입력한다.
비례 적분 제어부(922)는 가산기(921)로부터의 오차 신호에 해당하는 비례 상수 이득을 곱하여 산출된 제어 신호와 가산기(921)로부터의 오차 신호를 적분하여 생성된 제어 신호를 합산함으로써 새로운 제어 신호를 생성한 후, 가산기(940)에 입력한다. 이로 인해, 가산기(940)에 인가되는 제어 신호는 기준 전압(Vref)과의 오차가 보정된 광원부 구동 전압(VDC)이다.
리플 제거부(930)는 DC-DC 변환부(914)의 축전기(918)에 충전된 전압(Vcap)을 고역 필터부(931)를 통해 인가받는다. 이때, 축전기(918)로부터 인가되는 전압(Vcap)의 파형은 도 5의 (a)에 도시한 것과 같다.
고역 필터부(931)는 도 5의 (a)에 도시한 전압(Vcap)에 포함되어 있는 고주파 성분만을 통과시켜 도 5의 (b)에 도시한 것과 같은 전압(Vripple)을 생성하여 비례 제어기(932)에 인가한다. 이때, 고역 필터부(931)의 차단 주파수는 약 120Hz 의 저주파 리플 전압의 교류 성분을 고려하여 정해진다.
비례 제어기(932)는 입력된 전압(Vripple)에 (-)값의 비례 상수 이득(-K)을 곱하여 비례 제어하여 해당하는 제어 신호(Vomp)를 출력한다. 이때, 비례 상수 이득(K)의 값이 "1"이 되므로, 비례 제어기(932)에서 출력되는 신호의 형태는 도 5의 (c)에 도시한 것과 같이, 전압(Vripple)의 반전된 형태와 동일하다.
가산기(940)는 전압 조정부(920)의 비례 적분 제어기(922)로부터 출력되는 제어 신호와 리플 제거부(930)로부터의 제어 신호(Vcomp)를 합산하여 듀티 신호(Sd)를 생성한 후 DC-DC 변환부(940)의 스위칭부(916)의 제어 단자에 인가한다.
이 듀티 신호(Sd)에 의해 DC-DC 변환부(940)의 스위칭부(916)가 동작하고, 스위칭부(916)의 동작 상태에 맞게 DC-DC 변환기(917)가 동작하여 광원부 구동 전압(VDC)을 광원부(960)에 출력한다.
이와 같이, 전압 조정부(920)를 이용하여 DC-DC 변환부(940)에서 출력되는 광원부 구동 전압(VDC)의 오차를 보정하고, 리플 제거부(930)를 이용하여 저주파 리플 성분을 제거한다. 이로 인해, 저주파 리플 성분을 줄이기 위해 축전기의 용량을 증가시킬 필요가 없고, 축전기의 전압 스트레스를 고려하지 않아도 되므로 역률 개선과 출력 전압의 오차 보정이 연속으로 이루어진다.
본 발명에 따르면, DC 전압을 출력하는 전원 공급부의 출력 전압에 포함된 저주파 리플 성분을 제거하기 위해 전원 공급부의 출력단에 연결된 축전기의 용량을 증가시킬 필요가 없다. 이로 인해, 역률 개선과 출력 전압의 오차 보정을 연속 으로 행하여 전원 공급부의 동작 효율이 향상된다. 또한 전압 스트레스에 대한 우려가 없으므로, 추가의 보호 소자를 장착할 필요가 없어진다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (14)

  1. 스위칭부 및 축전기를 포함하고, 외부로부터의 교류 전압을 원하는 크기의 직류 전압으로 변환하여 출력하는 전원 공급부,
    외부로부터 인가되는 기준 전압과 상기 전원 공급부로부터의 직류 전압의 오차를 산출하고, 상기 오차를 보정하여 제1 제어 신호를 출력하는 전압 조정부,
    상기 축전기의 전압에 포함되어 있는 저주파 리플 성분을 제거하여 제2 제어 신호를 출력하는 리플 제거부, 그리고
    상기 제1 제어 신호와 상기 제2 제거 신호를 합산하여 상기 스위칭부를 제어하는 제3 제어 신호를 출력하는 가산기
    를 포함하는
    전원 공급 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 전압 조정부는 비례 적분 제어기를 포함하는 전원 공급 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 리플 제거부는 상기 제2 제어 신호가 입력되는 고역 필터부 및 상기 고역 필터부에 연결된 비례 제어기를 포함하는 전원 공급 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 비례 제어기의 비례 이득 상수는 음의 값인 전원 공급 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 축전기는 저용량 축전기인 전원 공급 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 전원 공급부는 역률 보정부를 더 포함하는 전원 공급장치.
  7. 복수의 광원,
    스위칭부 및 축전기를 포함하고, 외부로부터의 교류 전압을 원하는 크기의 직류 전압으로 변환하여 상기 복수의 광원에 출력하는 전원 공급부,
    외부로부터 인가되는 기준 전압과 상기 전원 공급부로부터의 직류 전압의 오차를 산출하고, 상기 오차를 보정하여 제1 제어 신호를 출력하는 전압 조정부,
    상기 축전기의 전압에 포함되어 있는 저주파 리플 성분을 제거하여 제2 제어 신호를 출력하는 리플 제거부, 그리고
    상기 제1 제어 신호와 상기 제2 제거 신호를 합산하여 상기 스위칭부를 제어하는 제3 제어 신호를 출력하는 가산기
    를 포함하는
    백라이트 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 전압 조정부는 비례 적분 제어기를 포함하는 백라이트 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 리플 제거부는 상기 제2 제어 신호가 입력되는 고역 필터부 및 상기 고역 필터부에 연결된 비례 제어기를 포함하는 백라이트 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 비례 제어기의 비례 이득 상수는 음의 값인 백라이트 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 축전기는 저용량 축전기인 백라이트 장치.
  12. 제7항에서,
    상기 전원 공급부는 역률 보정부를 더 포함하는 백라이트 장치.
  13. 제7항에서,
    상기 복수의 광원은 발광 다이오드인 백라이트 장치.
  14. 제13항에서,
    상기 발광 다이오드는 적색 다이오드, 녹색 다이오드 및 청색 다이오드 중 하나인 백라이트 장치.
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