KR20080110379A

KR20080110379A - 액정표시장치의 백라이트 구동 장치

Info

Publication number: KR20080110379A
Application number: KR1020070059052A
Authority: KR
Inventors: 정현기
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2007-06-15
Filing date: 2007-06-15
Publication date: 2008-12-18
Also published as: KR101473838B1

Abstract

발명은 액정표시장치의 백라이트에 대해 아주 낮거나 높은 디밍 제어를 수행할 때 다이나믹 콘트라스트 비(DCR)를 향상시키는 기술에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 타이밍 콘트롤러의 제어를 받아 액정패널상의 게이트라인에 스캔신호를 공급하는 게이트 구동부 및, 데이터라인에 데이터를 공급하는 데이터 구동부와; 상기 액정패널에 백라이트를 조사하는 백라이트 유닛과; 인버터에 밝기제어신호를 출력하여 상기 백라이트 유닛상의 램프에 공급되는 관전류의 진폭 또는 펄스폭변조신호의 듀티비가 한계치까지 상승 또는 하강된 후 신뢰성 문제가 야기되지 않는 정도로 하강 또는 상승되도록 하는 디밍제어부와; 상기 밝기제어신호에 따라 상기 백라이트 유닛상의 램프에 공급되는 관전류의 진폭 또는 펄스폭변조신호의 듀티비를 한계치까지 상승 또는 하강시킨 후 신뢰성 문제가 야기되지 않는 정도로 하강 또는 상승시키는 인버터에 의해 달성된다.

Description

액정표시장치의 백라이트 구동 장치{DEVICE FOR DRIVING BACKLIGHT OF LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

도 1은 종래의 듀티비조절 방식에 따른 디밍 제어를 나타낸 파형도.

도 2는 종래의 진폭조절 방식에 따른 디밍 제어를 나타낸 파형도.

도 3은 종래의 듀티비 및 진폭조절 방식을 이용한 휘도 조절의 예시도.

도 4는 종래의 듀티비 및 진폭조절 방식에 의한 디씨알 레벨 설정 예시도.

도 5는 본 발명에 의한 액정표시장치의 백라이트 구동 장치의 블록도.

도 6은 어두운 화면에서 밝은 화면으로 변경될 때 진폭조절 방식의 밝기제어신호에 대한 조정 예시도.

도 7은 밝은 화면에서 어두운 화면에서 화면으로 변경될 때 듀티비조절 방식의 밝기제어신호에 대한 조정 예시도.

도 8은 밝기제어신호에 의한 휘도 제어범위 가변 예시도.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

51 : 시스템 52 : 타이밍 콘트롤러

52A : 디밍 제어부 53 : 게이트 구동부

54 : 데이터 구동부 55 : 액정패널

56 : 직류/직류 변환기 57 : 인버터

58 : 백라이트 유닛

본 발명은 액정표시장치에서 백라이트의 구동을 제어하는 기술에 관한 것으로, 특히 아주 낮거나 높은 디밍 제어를 수행할 때에도 다이나믹 콘트라스트 비(DCR)를 향상시킬 수 있도록 한 액정표시장치의 백라이트 구동 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 액정표시장치는 스스로 발광하지 못하기 때문에 광을 공급하는 백라이트 유닛(Back Light Unit)을 구비하게 된다. 상기 백라이트 유닛은 광원으로서 주로 냉음극형광램프(CCFL: Cold Cathode Fluorescent Lamp)를 이용하며, 이 냉음극형광램프에서 발생된 빛을 도광판을 통해 전달하여 액정표시장치의 직하에서 액정화면에 투사된다.

도 1 및 도 2는 백라이트 유닛에서의 디밍에 의해 램프에 공급되는 관전류를 조절하여 자승평균표면조도(RMS)를 변경하는 방식을 나타낸 것이다.

다시 말해서, 상기 도 1은 펄스폭변조신호(PWM)의 듀티비를 조절하여 램프의 휘도를 조절하는 방식을 나타낸 것으로, 이 방식에 의한 휘도 조정범위(램프에 관전류가 인가되는 시간)는 80% 수준이고 액정패널에 조사되는 휘도는 500nit 수준이다.

또한, 상기 도 2는 램프에 인가되는 관전류의 진폭을 제어하여 램프의 휘도를 조절하는 방식을 나타낸 것으로, 이 방식에 의한 휘도 조정범위는 20% 수준이고 액 정패널에 조사되는 휘도는 100nit 수준이다. 램프의 휘도는 소비전력과 상관관계를 가지는데, 이 소비전력은 관전류의 진폭에 의해 변화된다. 따라서, 램프의 휘도는 공급되는 관전류의 진폭 변화에 의해 조절된다.

도 3은 상기 듀티비 조절 및 진폭 조절에 의한 백라이트의 휘도 조절예를 나타낸 것이다. 여기서, "Vbr-B"는 펄스폭변조신호(PWM)의 듀티비 조절에 의한 휘도 조절 구간을 나타낸 것이고, "Vbr-A"는 램프에 공급되는 관전류의 진폭조절에 위한 휘도 조절 구간을 나타낸 것이다.

상기 듀티비 조절에 의한 램프의 휘도 조절과 관전류의 진폭 조절에 의한 램프의 휘도 조절은 독립적으로 수행된다. 램프의 휘도에 대한 주 조절은 상기 밝기제어신호(Vbr-B)에 의해 이루어지고, 추가적인 고휘도와 저휘도의 조절은 상기 밝기제어신호(Vbr-A)에 의해 이루어진다.

도 3은 상기 듀티비 조절, 진폭 조절 방식을 적용하여 휘도를 조절하는 예를 나타낸 것으로, 상기 밝기제어신호(Vbr-A),(Vbr-B)의 레벨을 동시에 0V로 할 경우와, 3.3V로 할 경우 휘도 비율이 최대가 되어 최대의 다이나믹 콘트라스트 비(DCR: Dynamic Contrast Ratio)가 구현된다. 예를 들어, 엘씨디 모듈(LCM)의 베어(Bare) CR이 1000:1 수준인 경우, 도 3에서와 같이 5배의 백라이트 휘도 변화가 가능하다면 최대 DCR을 5000:1로 구현할 수 있다.

도 4는 상기 밝기제어신호(Vbr-B),(Vbr-A)의 레벨 설정에 따른 DCR 레벨의 설정예를 나타낸 것이다.

그러나, 이와 같은 종래의 백라이트 구동 장치에 있어서는 램프의 휘도조절을 위한 펄스폭변조신호의 듀티비가 낮을 수록 다이나믹 콘트라스트 비는 상승하게 되지만, 20% 이하의 듀티비에서는 램프의 부분적인 어두움, 점등불량 등의 결함이 발생되어 램프를 정상적으로 동작시킬 수 없는 문제점이 발생되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 액정표시장치의 백라이트에 대해 아주 낮거나 높은 디밍 제어를 수행할 때에도 램프의 정상적인 동작이 가능케 하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 타이밍 콘트롤러의 제어를 받아 액정패널상의 게이트라인에 스캔신호를 공급하는 게이트 구동부 및, 데이터라인에 데이터를 공급하는 데이터 구동부와; 상기 액정패널에 백라이트를 조사하는 백라이트 유닛과; 인버터에 밝기제어신호를 출력하여 상기 백라이트 유닛상의 램프에 공급되는 관전류의 진폭 또는 펄스폭변조신호의 듀티비를 조절함에 있어서, 요구된 한계치까지 상승 또는 하강된 후 신뢰성 문제가 야기되지 않는 정도로 하강 또는 상승되도록 하는 디밍 제어부와; 상기 밝기제어신호에 따라 상기 백라이트 유닛상의 램프에 공급되는 관전류의 진폭 또는 펄스폭변조신호의 듀티비를 조절할 때, 요구된 한계치까지 상승 또는 하강시킨 후 신뢰성 문제가 야기되지 않는 정도로 조금 하강 또는 상승시키는 인버터를 포함하여 구성함을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명에 의한 액정표시장치의 백라이트 구동장치의 일실시 구현예를 보인 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 비디오 데이터와 수직/수평 동기신호 및 클럭신호를 공급하는 시스템(51)과; 후술할 게이트 구동부(53) 및 데이터 구동부(54)의 구동을 제어하기 위한 제어신호를 출력하고, 인버터(57)에 밝기제어신호를 출력하여 백라이트 유닛(58)상의 램프에 공급되는 관전류의 진폭 또는 펄스폭변조신호의 듀티비를 조절함에 있어서 요구된 한계치까지 상승 또는 하강된 후 신뢰성 문제가 야기되지 않는 정도로 하강 또는 상승되도록 하는 디밍 제어부(52A)를 구비한 타이밍 콘트롤러(52)와; 상기 타이밍 콘트롤러(52)의 제어를 받아 액정패널(55)상의 게이트라인(G1∼Gn)에 스캔신호를 공급하기 위한 게이트 구동부(53)와; 상기 타이밍 콘트롤러(52)의 제어를 받아 상기 액정패널(55)의 데이터라인(D1∼Dm)에 데이터를 공급하기 위한 데이터 구동부(54)와; m×n 개의 액정셀(Clc)들이 매트릭스 타입으로 배열되고 m개의 데이터라인(D1∼Dm)과 n 개의 게이트라인(G1∼Gn)이 교차되며 그 교차부에 박막트랜지스터를 구비하여 화상을 표시하는 액정패널(55)과; 상기 액정패널(55)에서 필요로 하는 각종 구동전압을 발생하기 위한 직류/직류 변환기(56)와; 상기 타이밍 콘트롤러(52)로 부터 공급되는 밝기제어신호에 의하여, 상기 백라이트 유닛(58)상의 램프에 공급되는 관전류의 진폭 또는 펄스폭변조신호의 듀티비를 조절할 때, 요구된 한계치까지 상승 또는 하강시킨 후 신뢰성 문제가 야기되지 않는 정도로 조금 하강 또는 상승시키는 인버터(57)와; 상기 인버터(57)에 의해 구동되어 상기 액정패널(55)에 백라이트를 조사하는 백라이트 유닛(58)으로 구성한 것으로, 이와 같이 구성한 본 발명의 작용을 첨부한 도 6 내지 도 8을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

액정패널(55)은 두 장의 유리기판 사이에 액정이 주입된 구조로 되어 있으며, 이의 하부 유리기판 상에 형성된 데이터라인(D1∼Dm)과 게이트라인(G1∼Gn)은 상호 직교된다.

시스템(51)의 그래픽 처리회로는 아날로그 데이터를 디지털 비디오 데이터(RGB)로 변환함과 아울러 그 디지털 비디오 데이터(RGB)의 해상도와 색온도를 조정한다. 그리고, 이 시스템(51)으로부터 출력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)와 수직/수평 동기신호 및 클럭신호는 인터페이스회로를 통해 타이밍 콘트롤러(53)에 공급된다.

상기 타이밍 콘트롤러(52)는 상기 시스템(51)으로부터 공급되는 수직/수평 동기신호(Vsync/Hsync)와 클럭신호를 이용하여 게이트 구동부(53)를 제어하기 위한 게이트 제어신호(GDC)와 데이터 구동부(54)를 제어하기 위한 데이터 제어신호(DDC)를 발생한다. 또한, 상기 타이밍 콘트롤러(52)는 상기 시스템(51)으로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 샘플링한 후에 재정렬하여 데이터 구동부(54)에 공급한다.

상기 게이트 구동부(53)는 상기 타이밍 콘트롤러(52)로부터의 게이트 제어신호(GDC)에 응답하여 스캔펄스를 게이트라인(G1∼Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터가 공급되는 액정패널(55)의 수평라인들을 선택한다.

상기 데이터 구동부(54)는 상기 타이밍 콘트롤러(52)로부터의 데이터 제어신호(DDC)에 응답하여 디지털 비디오 데이터(RGB)를 계조값에 대응하는 아날로그 감마보상전압으로 변환하고, 그 변환된 아날로그 감마보상전압을 데이터라인(D1∼Dm)에 공급한다.

직류/직류 변환기(56)는 상기 시스템(51)으로부터의 VCC 전압을 이용하여 고전위 공통전압인 VDD 전압, VCOM 전압, VGH 전압, VGL 전압을 발생한다.

인버터(57)는 상기 시스템(51)으로부터의 인버터 직류입력전압(Vinv)을 교류전압으로 변환하고, 그 변환된 교류전압을 승압하여 관전류를 백라이트 유닛(58)의 램프들에 공급한다.

백라이트 유닛(58)은 램프, 도광판, 프리즘시트 및 확상시트 등의 광학시트를 이용하여 상기 액정패널(55)에 면광원으로 빛을 조사한다.

한편, 상기 타이밍 콘트롤러(52)의 디밍 제어부(52A)에서는 상기 인버터(57)에 밝기제어신호(Vbr-A)를 출력하여 백라이트 유닛(58)상의 램프에 공급되는 관전류의 진폭을 조절하거나, 밝기제어신호(Vbr-B)를 출력하여 펄스폭변조신호(PWM)의 듀티비를 조절하는 방식으로 백라이트의 디밍을 제어한다.

상기 밝기제어신호(Vbr-A),(Vbr-B) 중에서 램프의 휘도에 대한 주 조절은 밝기제어신호(Vbr-B)에 의해 이루어지고, 추가적인 고휘도와 저휘도의 조절은 상기 밝기제어신호(Vbr-A)에 의해 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

상기 디밍 제어부(52A)는 아주 낮거나 높은 디밍 제어를 수행할 때 한계치의 디밍 레벨을 점진적으로 소정 레벨까지 상승 또는 하강시켜 램프의 정상적인 동작이 가능케 한다. 이에 의해 다이나믹 콘트라스트 비가 향상되도록 하는데 이의 처리과정을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 디밍 제어부(52A)는 입력영상을 분석한 후 그에 따라 소정 레벨(예: 0V∼3.3V)의 밝기제어신호(Vbr-A)를 상기 인버터(57)에 출력하여 백라이트 유 닛(58)상의 램프에 공급되는 관전류의 진폭을 조절하는 방식으로 백라이트의 디밍을 제어한다.

도 6은 화면이 어두운 화면(블랙 화면)에서 밝은 화면(화이트 화면)으로 바뀔 때 상기 밝기제어신호(Vbr-A)의 조정에 의한 관전류의 진폭조정예를 나타낸 것이다.

즉, 상기 디밍 제어부(52A)는 입력영상을 분석하여 어두운 화면에서 밝은 화면으로 변경된 것을 확인한 후, 상기 인버터(57)에 공급하는 밝기제어신호(Vbr-A)를 조정하여 램프에 공급되는 관전류의 진폭이 최대 수준으로 변경되도록 한다. 이로부터 소정의 시간이 경과될 때, 상기 디밍 제어부(52A)는 밝기제어신호(Vbr-A)를 조정하여 상기 램프에 공급되는 관전류의 진폭이 신뢰성 문제가 야기되지 않는 정도로 조금 낮아지도록 한 다음 그 수준이 계속 유지되도록 한다.

또한, 상기 디밍 제어부(52A)는 입력영상을 분석한 후 그에 따른 밝기제어신호(Vbr-B)를 상기 인버터(57)에 출력하게 되는데, 이 밝기제어신호(Vbr-B)의 형태는 직류전압이나 펄스폭변조신호(PWM)가 될 수 있다. 단, 상기 인버터(57)가 상기 디밍 제어부(52A)로부터 밝기제어신호(Vbr-B)를 직류전압 형태로 입력받는 경우 이를 펄스폭변조신호(PWM)로 변환하여 디밍을 제어하게 된다.

상기, 인버터(57)에서의 상기 펄스폭변조신호(PWM)의 듀티비는 특별히 제한되지 않으며, DCR의 목표 수준에 따라 결정된다. 통상의 경우와 같이 5:1 휘도제어를 수행하는 경우 상기 펄스폭변조신호(PWM)의 최소 듀티비는 20∼25% 수준이지만, 10:1 이상의 휘도제어가 필요한 경우에는 그 펄스폭변조신호(PWM)의 최소 듀티비를 10% 수준까지 줄여야 한다.

도 7은 화면이 어두운 화면에서 밝은 화면으로 바뀔 때 상기 펄스폭변조신호(PWM)의 듀티비를 조정하는 예를 나타낸 것이다.

즉, 상기 디밍 제어부(52A)는 입력영상을 분석하여 어두운 화면에서 밝은 화면으로 변경된 것을 확인한 후, 상기 인버터(57)에 공급하는 펄스폭변조신호(PWM)의 듀티비를 20% 수준에서 100% 수준으로 상승시켜 출력하기 시작한다. 이로부터 소정의 시간(예: 3분)이 경과될 때, 상기 디밍 제어부(52A)는 상기 펄스폭변조신호(PWM)의 듀티비를 신뢰성 문제가 야기되지 않는 20% 수준까지 서서히 상승시킨 다음 그 20% 수준을 계속 유지한다.

이와 같이 하는 경우, 실제 어두운 화면에 대해 사용자가 인지하는 휘도 수준은 0.1nit와 0.05nit로 사용자가 그 차를 느끼지 못한다.

이렇게 함으로써, 실제 사용자가 느끼는 DCR의 성능을 향상시키고, 신뢰성을 확보할 수 있게 된다.

한편, 상기 디밍 제어부(52A)는 시스템(51)으로부터 입력되는 제어신호의 레벨에 따라 상기 밝기제어신호(Vbr-A),(Vbr-B)에 의한 휘도 제어범위를 가변하게 되는데, 이 과정을 도 8을 참조하여 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

예를 들어, 상기 밝기제어신호(Vbr-A),(Vbr-B)에 의한 휘도 제어범위를 전체 휘도 범위인 1∼10.5K(1K=1000nit)에 대해 약 75% 정도로 설정하고, 상기 디밍 제어부(52A)로 하여금 시스템(51)으로부터 입력되는 제어신호의 레벨(예: 0V∼3.3V)에 따라 그 제어범위를 0∼7.5K, 1∼8.5K, 2∼9.5K, 3∼10.5K로 변경하도록 한다. 이 와 같은 경우, 상기 밝기제어신호(Vbr-A),(Vbr-B)에 의한 백라이트의 디밍 방법은 상기 설명에서와 같다.

이렇게 함으로써, 결과적으로 휘도 제어범위가 확대되어 다이나믹 콘트라스트 비(DCR)의 최대치를 통상의 경우에 비하여 월등히 증가시킬 수 있다. 즉, 10배 수준의 DCR(10000:1) 구현이 가능하다.

상기 설명에서는 디밍 제어부(52A)가 타이밍 콘트롤러(52)에 설치된 것을 예로 하여 설명하였으나, 설치 부위가 이에 한정되는 것이 아니라 상기 시스템(51)이나 메인 피씨비 등에 설치할 수도 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은, 액정표시장치의 백라이트에 대한 디밍 제어에 있어서 아주 낮거나 높은 디밍 제어를 수행할 때에도 램프의 정상적인 동작이 가능케 함으로써, 다이나믹 콘트라스트 비가 대폭적으로 향상되는 효과가 있다.

또한, 백라이트에 대한 제어범위를 적절히 변경하여 설정할 수 있도록 함으로써, 다이나믹 콘트라스트 비의 최대치를 통상의 경우에 비하여 월등히 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

타이밍 콘트롤러의 제어를 받아 액정패널상의 게이트라인에 스캔신호를 공급하는 게이트 구동부 및, 데이터라인에 데이터를 공급하는 데이터 구동부와;

상기 액정패널에 백라이트를 조사하는 백라이트 유닛과;

인버터에 밝기제어신호를 출력하여 상기 백라이트 유닛상의 램프에 공급되는 관전류의 진폭 또는 펄스폭변조신호의 듀티비가 한계치까지 상승 또는 하강된 후 신뢰성 문제가 야기되지 않는 정도로 하강 또는 상승되도록 하는 디밍 제어부와;

상기 밝기제어신호에 따라 상기 백라이트 유닛상의 램프에 공급되는 관전류의 진폭 또는 펄스폭변조신호의 듀티비를 한계치까지 상승 또는 하강시킨 후 신뢰성 문제가 야기되지 않는 정도로 하강 또는 상승시키는 인버터를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 구동 장치.
제1항에 있어서, 디밍 제어부는 시스템 또는 타이밍 콘트롤러에 설치된 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 구동 장치.
제1항에 있어서, 디밍 제어부는 어두운 화면에서 밝은 화면으로 또는 그 반대로 변경될 때 밝기제어신호를 조정하여 램프에 공급되는 관전류의 진폭이 최대 또는 최저 수준으로 변경되도록 한 다음, 그 관전류의 진폭이 신뢰성 문제가 야기되지 않는 정도로 점진적으로 높아지거나 낮아지도록 하는 것을 특징으로 하는 액정표시 장치의 백라이트 구동 장치.
제1항에 있어서, 디밍 제어부는 어두운 화면에서 밝은 화면으로 또는 그 반대로 변경될 때, 밝기제어신호를 조정하여 펄스폭변조신호의 듀티비가 최대 또는 최저 수준으로 변경되도록 한 다음, 그 듀티비가 신뢰성 문제가 야기되지 않는 정도로 점진적으로 높아지거나 낮아지도록 하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 구동 장치.
제1항에 있어서, 디밍 제어부는 시스템으로부터 입력되는 제어신호의 레벨에 따라 상기 밝기제어신호에 의한 백라이트의 휘도 제어범위를 가변하도록 구성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 구동 장치.