KR20070090448A - 엘시디 휘도 균일화 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LCD 휘도 균일화 장치에 관한 것이다.
본 발명은 LCD 백라이트 유닛용 RGB LED 제어장치에 있어서, 상기 RGB LED에서 발광된 각각의 광신호를 센싱하는 칼라센서; 기저장된 휘도 목표신호값을 상기 칼라센서를 통해서 센싱된 값과 비교하여 발생된 차이값을 보상하는 보상신호(PWM duty)를 R, G, B LED별로 각각 산출하는 메인제어부; 및 상기 메인제어부를 통해서 R, G, B LED 각각의 보상신호를 입력받아 상기 RGB LED로 각각 출력하여 LCD의 휘도를 개별보상하는 레드신호 제어부, 그린신호 제어부, 및 블루신호 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, LED 칼라별 휘도의 편차를 보상하여 LCD의 화질을 선명하게 하는 효과가 있다.
LED 드라이브, 메인제어부, LED 어레이, 휘도편차, 보상

Description

엘시디 휘도 균일화 장치 {Apparatus for Uniformalizing Luminance of LCD}
도 1은 본 발명에 의한 LED 드라이버의 회로 블록도.
도 2는 본 발명의 RGB LED 제어 및 휘도 편차 보상을 설명하기 위한 블록도.
도 3은 본 발명의 LED 어레이 제어 및 휘도 편차 보상을 설명하기 위한 블록도.
도 4는 본 발명에 의한 LED 드라이버에서 100% 화이트 색상을 구현하도록 RGB LED 휘도 편차 보상을 설명하기 위한 도면.
< 도면의 주요 부호에 대한 설명 >
2 : 메인제어부 4 : 레드신호 제어부
5 : 그린신호 제어부 6 : 블루신호 제어부
10 : LED 백라이트 11 : RGB LED
12 : 칼라센서 20 : LED어레이
본 발명은 LCD 휘도 균일화 장치에 관한 것이다.
LCD 패널의 백라이트용 광원으로 사용되는 LED의 배치 방법은 RGB LED를 하나로 묶은 경우 이를 클러스터(cluster)라하고, 다수개의 클러스터를 기판에 일정하게 나열하여 실장시킨 것을 BAR라하며, 하나의 Bar에서 클러스터 내의 RED, GREEN 또는 BLUE LED를 각 1줄로 연결한 것을 스트링(String)"이라 한다. LCD 사이즈가 커지는 경우 LED수가 많아지므로 LED를 다수개의 Bar로 배열한다. 최근 TFT LCD용 LED는 친환경적이고 색 재현율이 높은 방향으로 기술이 더욱 발전되고 있으며, 시장에서는 이러한 LED을 요구하고 있다.
그러나, RGB LED 또는 Bar에 배치되는 RGB LED의 색도(Chromaticity)와 휘도(brightness)가 균일하지 못하고 편차가 발생하는 문제점이 있다. 일반적으로 120와트 입력전력을 필요로 하는 LED 어레이 구성의 경우 100% 화이트를 구현하기 위한 LED 어레이간의 휘도 편차는 평균 76%의 PWM Duty를 갖는다.
따라서, RGB LED의 편차 조정(calibration)으로 LED 휘도와 색재현율을 높이는 기술이 요구되고 있다. RGB LED의 색 파장은 각각 달라 동일한 동작전류를 인가하면 색 편차가 발생한다. 종래 LED 드라이버의 기술은 LCD 백라이트 광원으로써 화이트 색을 구현하기 위해 RGB LED별로 동작전류와 PWM Duty를 다르게 인가하는 제어기술을 사용하고 있다. 그러나, 이와 같은 경우 LCD의 균일한 휘도를 갖는 LED Bar를 확보하기 위해 각각의 RGB LED를 동일하거나 유사한 전기적 특성별로 선별하여 배열해야 한다. 이와 같은 방법은 LED Bar별로 휘도 편차 조정이 정확하게 이루어지지 않기 때문에 색재현율이 높은 시스템을 구현하는데 있어 많은 문제점이 있 다.
일반적으로 RGB LED의 전기적 특성별 순위를 구분하고 LED Bar로 구성할 경우 생산 수율이 50%이하로 낮아지고 다수개의 LED Bar를 어레이할 경우 수율은 20% 수준으로 더욱 낮아지고 있어 생산성 하락과 가격 상승의 요인이 되고 있다. LED는 전기에너지를 빛에너지로 변환하는 과정에서 많은 양의 열을 발생하게 되고 발열 온도에 반비례하여 내부저항이 낮아지게 되는데, LED 전원공급이 정전압 출력형의 경우 순방향 전류가 상승하고 더욱 발열량이 많아져 휘도 변화와 LED 성능이 열화되고 계속 방치하면 손상된다. 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 많은 연구가 진행되고 있으나, 현재까지 적절한 방법이 공개되지 않고 있는 실정이다.
본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 LCD 패널 백라이트 유닛용 광원으로 사용되는 RGB LED별 제어 및 보상 을 통하여 LCD 휘도 균일화 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 LED 어레이별 제어 및 보상을 통하여 휘도 편차를 보상하는 LCD 휘도를 균일화하는 장치를 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 구현하기 위한 본 발명은 LCD 백라이트 유닛용 RGB LED 제어장치에 있어서, 상기 RGB LED에서 발광된 각각의 광신호를 센싱하는 칼라센서; 기저 장된 휘도 목표신호값을 상기 칼라센서를 통해서 센싱된 값과 비교하여 발생된 차이값을 보상하는 보상신호(PWM duty)를 R, G, B LED별로 각각 산출하는 메인제어부; 및 상기 메인제어부를 통해서 R, G, B LED 각각의 보상신호를 입력받아 상기 RGB LED로 각각 출력하여 LCD의 휘도를 개별보상하는 레드신호 제어부, 그린신호 제어부, 및 블루신호 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 RGB LED의 온도를 감지하는 온도센서를 더 포함하고, 상기 메인제어부는 온도별 PWM duty 보상값들이 지정되어 있는 기준온도표에서 상기 온도센서를 통해서 감지된 온도에 해당하는 보상값을 추출하여 상기 RGB LED의 휘도편차를 보상하는 것을 특징으로 한다.
상기 메인제어부는 상기 감지된 온도가 보호온도 이상이면 상기 RGB LED의 전원을 차단하는 것을 특징으로 한다.
LCD 백라이트 유닛용 RGB LED 어레이 제어장치에 있어서, 상기 RGB LED 어레이에서 발광된 각각의 광신호를 센싱하는 칼라센서; 기저장된 휘도 목표신호값과 상기 RGB LED 어레이의 휘도 편차를 보정한 값을 통해서 기준신호값(PWM duty)을 바(bar)별로 생성하는 메인제어부; 및 상기 메인제어부를 통해서 상기 바(bar)별 기준신호값을 입력받아 해당 바(bar)들로 각각 전송하여 LCD의 휘도를 개별보상하는 레드신호 제어부, 그린신호 제어부, 및 블루신호 제어부를 포함하고, 상기 메인제어부는 상기 칼라센서를 통해서 센싱된 값을 상기 기준신호값과 비교하여 발생된 차이값에 따라 계속적으로 신호보상을 수행함을 특징으로 한다.
상기 RGB LED 어레이의 온도를 감지하는 온도센서를 더 포함하고, 상기 메인 제어부는 온도별 PWM duty 보상값들이 지정되어 있는 기준온도표에서 상기 온도센서를 통해서 감지된 온도에 해당하는 보상값을 추출하여 상기 RGB LED 어레이의 휘도편차를 보상하는 것을 특징으로 한다.
상기 메인제어부는 상기 감지된 온도가 보호온도 이상이면 상기 RGB LED 어레의 전원을 차단하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면에 근거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 LED 드라이버의 회로 블록도이고, 도 2는 본 발명의 RGB LED 제어 및 휘도 편차 보상을 설명하기 위한 블록도이며, 도 3은 본 발명의 LED 어레이 제어 및 휘도 편차 보상을 설명하기 위한 블록도이고, 도 4는 본 발명에 의한 LED 드라이버에서 100% 화이트 색상을 구현하도록 RGB LED 휘도 편차 보상을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, LED 드라이버(1)는 메인제어부(2)와; Red LED를 제어하기 위한 레드신호 제어부(4), Green LED를 제어하기 위한 그린신호 제어부(5), Blue LED를 제어하기 위한 블루신호 제어부(6)로 구성된다. 상기 메인제어부(2)는 외부 시스템과 정보를 교환하는 통신 기능과 상기 LED 드라이버(1)를 제어하는 기능을 수행한다. 상기 레드신호 제어부(4), 그린신호 제어부(5), 및 블루신호 제어부(6)는 RGB LED 휘도편차를 보상하기 위하여 조정된 PWM duty에 의해 개별적으로 보상하는 기능을 수행한다.
한편, LED 백라이트(10)는 RGB LED(11)와 칼라 센서(12)로 구성된다, 소형 LCD 패널인 경우에는 RGB LED(11)가 각각 배열된다. 그러나 대형 LCD패널인 경우에는 도 3과 같이 다수개 Bar에 의한 LED어레이(20)가 배열된다.
도 2의 구성을 가지는 LED 드라이버는 노트북과 같은 소형 LCD 패널의 칼라제어에 주로 사용된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 메인제어부(2)에 Red LED를 제어하기 위한 레드신호 제어부(4), Greed LED를 제어하기 위한 그린신호 제어부(5), Blue LED를 제어하기 위한 블루신호 제어부(6)가 연결되고, 각 제어부에 RGB LED(11)가 결합된다. 상기 RGB LED(11)에서 발광되는 칼라를(휘도를) 칼라센서(12)에서 센싱하여 상기 메인제어부(2)에 입력하면, 메인제어부(2)는 상기 입력된 값을 기저장된 휘도 목표신호값과 비교한다. 상기 메인제어부(2)는 상기 비교처리에 따라 발생되는 차이값을 보상하기 위한 수식에 의하여 R, G, B 각각의 PWM duty 값을 연산한다. 상기 메인제어부(2)가 계산된 R, G, B 각각의 PWM duty 값을 레드신호 제어부(4), 그린신호 제어부(5), 블루신호 제어부(6)에 각각 입력하면, 상기 레드신호 제어부(4), 그린신호 제어부(5) 또는 블루신호 제어부(6)에서 RGB LED를 상기 입력된 PWM duty 값으로 개별적으로 보상하게 된다.
도 3은 본 발명의 LED 어레이별 제어 및 휘도 편차 보상을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3의 구성을 가지는 LED 드라이버는 대형 LCD 패널에 적용된다. LCD크기가 커지면, 백라이트유닛(BLU)용 광원인 LED 개수가 많아지므로 LED를 Bar별로 다수개 (# 1 Bar ~ # n Bar)배열하게 된다. 도 3은 다수개 Bar 에 배치된 다수개의 LED(이 하 LED어레이 라 함)를 제어하고 휘도 편차를 보상하는 경우이다. 도 2와 기본 원리는 동일하나, LED어레이(20)를 제어하고 보상하는 것이 특징이다.
레드신호 제어부(4), 그린신호 제어부(5), 및 블루신호 제어부(6)는 각각 N개의 스트링과 연결된다. 즉, 상기 레드신호 제어부(4), 그린신호 제어부(5), 및 블루신호 제어부(6)는 상기 LED어레이(20)를 구성하는 # 1 Bar(21), # 2 Bar(22), # N Bar(23)에 배치된 스트링들과 연결된다. 또한, R.G.G.B. 신호 제어부(4개의 제어부)를 둔다고 가정하면 4개의 스트링이 하나의 Bar에 배치된다. 이때, Green은 하나의 신호 제어부로 동시에 제어하는 게 효과적이므로 3개의 제어부로 가능하다.
상기 칼라센서(12)는 LED 어레이(20)에서 발광하는 RGB LED 칼라를 각각 구분하여 칼라(휘도)값을 센싱하여 메인제어부(2)에 입력한다. 온도센서(13)는 상기 LED 어레이(20) 또는 LCD패널 내의 온도를 감지하고, 온도 값을 메인제어부(12)에 입력한다.
이하, 본 발명에 의한 LCD 패널의 백라이트 유닛의 RGB LED 또는 LED 어레이에 대한 제어 및 휘도 편차의 보상 동작을 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 4는 본 발명에 의한 LED 드라이버에서 100% 화이트 색상을 구현하도록 RGB LED 휘도 편차 보상을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 LCD 패널의 LED 드라이버에서 RGB LED 휘도 편차 보상을 설명하기 위한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, LED 칼라별 휘도의 편차를 보상하는 방법에 의하여 LCD 패널의 휘도 편차를 보상하는데 있어서, 그 기본적 인 원리는 우선 기준신호값의 세기와 측정 칼라 신호의 세기를 비교하고, 그 차이 값을 보상한다. 여기서 기준신호값의 세기는 PWM duty이다.
예를 들면, LCD 패널에서 100% 화이트 색상을 구현하기 위해 상기 메인제어부(2)에는 RGB LED의 휘도 목표신호값과, LED 어레이(20)의 휘도 편차를 보정한 값, 즉 Bar별로 휘도 편차를 보정한 값이 각각 저장된다. 상기 메인제어부(20)는 Bar별로 상기 두 개의 값을 연산식에 의해 신호의 크기가 PWM Duty인 기준신호값으로 변환하여 상기 레드신호 제어부(4), 그린신호 제어부(5) 및 블루신호 제어부(6)로 전송한다.
예를 들어, 도 3의 LED 어레이(20)에서 100% 화이트 색상을 위해 휘도 목표신호값을 편의상 각 50%라고 가정한다. #1 Bar의 칼라 측정값이 RGB LED별로 50%, 48%, 53%라면 상기 메인제어부(2)는 휘도 편차 보정값을 +0%, +2 %, -3%로 보상한다. 또한, #2 Bar의 칼라 측정값이 RGB LED별로 50%, 51%, 49%라면 상기 메인제어부(2)는 휘도 편차 보정값을 +0%, -1 %, +1%로 보상한다. 마찬가지로 #n Bar의 칼라 측정값이 RGB LED별로 47%, 53%, 50%라면 상기 메인제어부(2)는 휘도 편차 보정값을 +3%, -3 %, +0%로 보상한다. 상기 메인제어부(2)는 상기와 같은 과정을 통해서 휘도 편차 보정값을 보상하여 Bar별로 기준신호값을 계산한다.
상기 레드신호 제어부(4), 그린신호 제어부(5), 및 블루신호 제어부(6)는 상기 메인제어부(2)로부터 상기 Bar별 기준신호값을 입력받는 동시에 그 값을 해당 Bar들로 전송한다. 이와 같이 상기 메인제어부(2)에서 상기 기준신호값으로 상기 LED 어레이(20)를 제어하면, LCD 패널은 최적의 100% 화이트로 발광하게 된다. 그 리고 상기 Bar별 RGB LED 기준신호값을 기본으로 하여 상기 칼라센서(12)에서 계속적으로 센싱한 칼라신호에 따라 상기 메인제어부(2)는 계속적으로 신호보상을 한다. 기준신호값이 50%라고 가정한 #1 Bar를 예로 들면, Red LED경우 전송된 기준신호값이 50%이고 측정된 신호의 세기가 45% 인 경우는 + 5%의 보상이 이루어지고, 그리고 만약 측정 신호가 55%라고 하고 하면, 기준신호값의 세기가 50%인 관계로 -5%의 보상이 일어난다. 그리고, 측정된 신호가 60%라면, 기준신호값의 세기가 50%인 관계로 -10%의 신호 보상이 이루어진다. 상기와 같은 방법으로 Green LED경우 전송된 기준신호값이 48%이고, 측정된 신호의 세기가 55% 인 경우는 -7%의 보상이 이루어진다. Blue LED경우 신호 전송된 기준 신호값이 53%인 경우, 측정된 신호의 세기가 60% 인 경우는 -7%의 보상이 이루어진다. 이처럼 본 발명의 실시예에서 RGB LED의 휘도 편차는 각각 개별 보상을 할 수 있다. 또한 대형 LCD 인 경우 LED 어레이별 제어 및 휘도 편차 보상이 이루어짐에 따라 보다 정확한 색상 구현이 가능한 장점이 있다.
한편, 상기 온도센서(13)를 통해서 센싱된 LED 어레이 또는 LCD 패널의 온도를 이용하여 PWM Duty를 보상할 수 있다. 이를 위해 상기 메인제어부(20)는 상기 온도센서(13)를 통해서 센싱된 LED 어레이 또는 LCD 패널의 온도를 입력받아서 기저장된 기준온도표와 비교한다. 상기 기준온도표는 온도별로 PWM duty 보상값이 지정되어 있는 표로써, 상기 메인제어부(2)는 상기 입력된 온도에 해당하는 PWM duty 보상값을 상기 기준온도표에서 추출하여 연산식을 통해서 PWM duty 신호로 산출한다. 그리고 상기 메인제어부(2)는 상기 산출된 PWM duty 신호를 상기 레드신호 제 어부(4), 그린신호 제어부(5) 및 블루신호 제어부(6)로 전송하여 RGB LED(11) 또는 LED 어레이(20)의 휘도 편차를 보상한다. 상기 메인제어부(20)는 상기 입력된 온도가 보호온도 이상이면 RGB LED(11) 또는 LED 어레이(20) 전원을 차단한다.
본 발명은 상술한 바람직한 실시예들에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 간주한다.
본 발명의 LCD 패널의 휘도 균일화 장치에 의하면, 최적의 휘도를 구현할 수 있다. 즉, 백라이트 유닛의 광원으로 사용되는 RGB LED 또는 LED 어레이의 칼라별 LED 휘도 편차를 보상하기 위하여 각 LED별로 휘도를 측정하여 차이 값만큼 LED 어레이별로 개별 보상할 수 있어서 LCD 패널의 휘도를 균일하게 하는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. LCD 백라이트 유닛용 RGB LED 제어장치에 있어서,
    상기 RGB LED에서 발광된 각각의 광신호를 센싱하는 칼라센서;
    기저장된 휘도 목표신호값을 상기 칼라센서를 통해서 센싱된 값과 비교하여 발생된 차이값을 보상하는 보상신호(PWM duty)를 R, G, B LED별로 각각 산출하는 메인제어부; 및
    상기 메인제어부를 통해서 R, G, B LED 각각의 보상신호를 입력받아 상기 RGB LED로 각각 출력하여 LCD의 휘도를 개별보상하는 레드신호 제어부, 그린신호 제어부, 및 블루신호 제어부를 포함하는 것을 특징으로 LCD 휘도 균일화 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 RGB LED의 온도를 감지하는 온도센서를 더 포함하고,
    상기 메인제어부는 온도별 PWM duty 보상값들이 지정되어 있는 기준온도표에서 상기 온도센서를 통해서 감지된 온도에 해당하는 보상값을 추출하여 상기 RGB LED의 휘도편차를 보상하는 것을 특징으로 하는 LCD 휘도 균일화 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 메인제어부는 상기 감지된 온도가 보호온도 이상이면 상기 RGB LED의 전원을 차단하는 것을 특징으로 하는 LCD 휘도 균일화 장치.
  4. LCD 백라이트 유닛용 RGB LED 어레이 제어장치에 있어서,
    상기 RGB LED 어레이에서 발광된 각각의 광신호를 센싱하는 칼라센서;
    기저장된 휘도 목표신호값과 상기 RGB LED 어레이의 휘도 편차를 보정한 값을 통해서 기준신호값(PWM duty)을 바(bar)별로 생성하는 메인제어부; 및
    상기 메인제어부를 통해서 상기 바(bar)별 기준신호값을 입력받아 해당 바(bar)들로 각각 전송하여 LCD의 휘도를 개별보상하는 레드신호 제어부, 그린신호 제어부, 및 블루신호 제어부를 포함하고,
    상기 메인제어부는 상기 칼라센서를 통해서 센싱된 값을 상기 기준신호값과 비교하여 발생된 차이값에 따라 계속적으로 신호보상을 수행함을 특징으로 하는 LCD 휘도 균일화 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 RGB LED 어레이의 온도를 감지하는 온도센서를 더 포함하고,
    상기 메인제어부는 온도별 PWM duty 보상값들이 지정되어 있는 기준온도표에서 상기 온도센서를 통해서 감지된 온도에 해당하는 보상값을 추출하여 상기 RGB LED 어레이의 휘도편차를 보상하는 것을 특징으로 하는 LCD 휘도 균일화 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 메인제어부는 상기 감지된 온도가 보호온도 이상이면 상기 RGB LED 어레의 전원을 차단하는 것을 특징으로 하는 LCD 휘도 균일화 장치.
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