KR20090050439A

KR20090050439A - 액정표시장치의 인버터회로

Info

Publication number: KR20090050439A
Application number: KR1020070116863A
Authority: KR
Inventors: 장훈
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2007-11-15
Filing date: 2007-11-15
Publication date: 2009-05-20
Also published as: KR101441955B1

Abstract

본 발명은 액정표시장치에서 백라이트 구동장치인 인버터의 구동주파수를 랜덤하게 하여 잔물결 노이즈의 시인성을 줄이는 기술에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 일련의 난수를 발생시키는 난수 발생기와; 상기 난수발생기에서 발생되는 난수를 근거로 랜덤한 형태의 램프구동주파수를 결정하는 램프구동주파수 결정부와; 버스트 디밍 주파수에 동기하여, 상기 램프구동주파수 결정부에서 결정된 주파수의 펄스폭변조신호를 생성하는 펄스폭변조신호 발생부와; 상기 펄스폭변조신호를 디밍 방식에 맞춰 출력하는 펄스폭변조신호 제어부를 포함하여 구성된 인버터회로에 의해 달성된다.

잔물결노이즈, 시인성, 램프구동주파수

Description

액정표시장치의 인버터회로{INVERTER CIRCUIT FOR LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

본 발명은 액정표시장치에서 백라이트의 점등을 제어하는 기술에 관한 것으로, 특히 인버터회로의 구동주파수를 적절히 제어하여 백라이트 구동에 의해 나타나는 잔물결 노이즈의 시인성을 줄이는데 적당하도록 한 액정표시장치의 인버터회로에 관한 것이다.

일반적으로, 액정표시장치(LCD)는 경량, 박형, 낮은 소비전력 등의 특징으로 인하여 그 응용범위가 점차 확대되고 있는 실정에 있다. 이러한 추세에 따라, LCD는 사무자동화기기, 오디오/비디오 기기 등에 널리 이용되고 있다. 이와 같은 LCD는 매트릭스 형태로 배열된 제어용 스위치들에 인가되는 영상신호에 따라 광빔의 투과량이 조절되어 화면에 원하는 화상을 표시하게 된다.

그런데, 이와 같은 LCD는 자체적으로 발광하는 표시장치가 아니므로 백라이트 유닛(Back Light Unit)과 같은 광원을 필요로 한다. 상기 백라이트 유닛으로 사용되는 광원의 한 예로써 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescent tube)을 들 수 있다. 백라이트용 램프는 냉음극방출 현상을 이용한 광원관으로서 저발열, 고휘도, 장수명, 풀 컬러화(full color)등이 용이하다. 이러한 램프를 이용한 액정표시장치는 대형화 추세에 따라 다수의 램프를 이용한 직하형 백라이트 유닛을 사용하게 된다.

직하형 백라이트 유닛은 하나의 트랜스를 이용하여 다수의 CCFL을 병렬구동할 경우 방전특성에 의해 그들 중 일부만 구동되는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 다수의 CCFL의 양전극에 동일한 용량의 커패시터(Ballast Capacitor)를 부착함으로써 관외전극 형광램프(EEFL: External Electrode Fluorescent)와 동일한 등가회로를 구성하여 하나의 트랜스를 이용하여 다수의 CCFL을 병렬구동할 수 있는 액정표시장치의 램프 구동장치가 제안되었다.

여기서, 관외전극 형광램프는 외부전극에 교류파형이 인가됨으로써 점등된다. 즉, 상기 관외전극 형광램프는 한 쌍의 외부전극에 인가되는 고주파에 의한 전계에 의해 유리관 내부의 방전공간에서 방전이 일어나고, 이 방전으로 인해 발생된 자외선에 의해 유리관의 내벽에 도포된 형광체가 발광되어 가시광선이 발생된다.

일반적으로, 상기 형광램프를 점등시키기 위하여 백라이트 구동장치로서 인버터가 많이 사용되고 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 인버터회로의 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 쉬미트 트리거나 저항 및 콘덴서(R,C) 등의 수동소자를 이용하여 고정된 주파수의 펄스폭변조신호를 발생하는 펄스폭변조신호 발생부(11)와; 펄스폭변조신호 발생부(11)로부터 공급되는 펄스폭변조신호의 듀티비를 커런트 피드백회로부(17)로부터 공급되는 피드백신호(FB)에 따라 조절하여 출력하는 펄스폭변조신호 제어부(12)와; 상기 펄스폭변조신호 제어부(12)로부터 공급되는 펄스폭변조신호에 의해 스위칭되는 스위칭 소자를 이용하여 전원단자(Vcc)로부터 공급되는 직류전압을 교류전압으로 변환하는 스위칭 회로부(13)와; 상기 스위칭 회로부(13)로부터 공급되는 교류전압을 승압하여 백라이트용 램프(15)에 공급하는 트랜스포머(14)와; 상기 트랜스포머(14)로부터 공급되는 교류전압에 의해 점등되어 액정패널(16)의 후면에 광을 조사하는 백라이트용 램프(15)와; 상기 백라이트용 램프(15)의 관전류를 검출하여 그에 따른 상기 피드백신호(FB)를 출력하는 커런트 피드백회로부(17)로 구성된 것으로, 이의 작용을 설명하면 다음과 같다.

펄스폭변조신호 발생부(11)는 쉬미트 트리거, 저항 및 콘덴서(RC) 등의 수동소자를 이용하여 주파수가 고정된 펄스폭변조신호를 생성한다.

펄스폭변조신호 제어부(12)는 상기 펄스폭변조신호 발생부(11)로부터 펄스폭변조신호를 공급받고, 이의 듀티비를 후술 할 커런트 피드백회로부(17)로부터 공급되는 피드백신호(FB)에 따라 조절하여 출력한다.

스위칭 회로부(13)는 상기 펄스폭변조신호 제어부(12)로부터 공급되는 펄스폭변조신호에 의해 스위칭되는 스위칭 소자를 이용하여 전원단자(Vcc)로부터 공급되는 직류전압을 교류전압으로 변환하게 된다. 상기 스위칭 회로부(13)로부터 출력되는 교류전압은 트랜스포머(14)에 공급된다.

트랜스포머(14)는 상기 스위칭 회로부(13)로부터 공급되는 교류전압을 권선비에 따라 고압의 교류전압으로 승압하여 출력하게 되고, 이렇게 승압되어 출력되는 교류전압에 의해 백라이트용 램프(15)가 점등된다.

백라이트용 램프(15)는 상기 승압된 교류전압에 의해 구동되어 빛을 발하게 되고, 이 광이 액정패널(16)의 후면에 조사되어 그 액정패널(16)의 전면에 디스플레이되는 영상이 사람의 눈에 보이게 된다.

커런트 피드백회로부(17)는 상기와 같은 과정을 통해 점등된 백라이트용 램프(15)에 흐르는 관전류량을 검출하여 그에 따른 피드백신호(FB)를 출력한다.

그런데, 이와 같은 종래의 인버터회로에 있어서는 램프구동주파수 발생부(11)에서 구동주파수를 생성할 때 도 2에서와 같은 잔물결 노이즈를 유발하는 주파수를 회피하여 고정된 구동주파수가 발생되도록 하였다.

그러나, 실질적으로 각 모델마다 잔물결 노이즈의 주파수 대역이 달라 잔물결 노이즈를 유발하는 주파수를 회피하는데 어려움이 있고, 대형 패널일수록 잔물결 노이즈 회피 마진이 줄어들어 잔물결 노이즈 회피 마진이 줄어들었다.

이로 인하여 종래의 액정표시장치에 있어서는 모델에 따라 램프구동주파수를 다시 튜닝해야 하는 경우가 발생되고, 이를 게을리하는 경우 액정패널의 화면상에 잔물결 노이즈가 발생되어 제품의 신뢰도가 저하되는 문제점이 있었다.

더욱이, 수평주파수, 액정구동 주파수 및 램프구동주파수와의 상관관계로 인하여 특정 주파수 대역에서 물결 노이즈 현상이 주기적으로 발생되어 시인성이 큰 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 백라이트용 램프의 구동주파수를 허용된 마진 범위 내에서 랜덤하게 발생하여 잔물결 노이즈의 시인성을 줄이는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 일련의 난수를 발생시키는 난수 발생기와; 상기 난수발생기에서 발생되는 난수를 근거로 랜덤한 형태의 램프구동주파수를 결정하는 램프구동주파수 결정부와; 버스트 디밍 주파수에 동기하여, 상기 램프구동주파수 결정부에서 결정된 주파수의 펄스폭변조신호를 생성하는 펄스폭변조신호 발생부와; 상기 펄스폭변조신호 발생부로부터 공급되는 펄스폭변조신호를 디밍 방식에 맞춰 출력하는 펄스폭변조신호 제어부와; 상기 펄스폭변조신호 제어부로부터 공급되는 펄스폭변조신호에 의해 스위칭되는 스위칭 소자를 이용하여 직류전압을 교류전압으로 변환하여 출력하는 스위칭 회로부와; 상기 스위칭 회로부로부터 공급되는 교류전압을 승압하여 백라이트용 램프에 공급하는 트랜스포머를 포함하여 구성함을 특징으로 한다.

본 발명은, 난수 발생기 및 램프구동주파수 결정부를 이용하여 랜덤하게 변화되는 일련의 펄스폭변조신호를 발생하고, 이렇게 발생되는 펄스폭변조신호를 이용하여 백라이트용 램프를 구동함으로써, 액정패널의 화면상에 잔물결 노이즈가 나타나더라도 지속적으로 나타나지 않고 간헐적으로 나타나게 되므로 그 잔물결 노이 즈에 대한 시인성이 크게 줄어드는 효과가 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 의한 액정표시장치의 인버터회로의 일실시 구현예를 보인 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 특정한 제한 조건에 따라 일련의 난수를 발생시키는 난수 발생기(31)와; 상기 난수발생기(31)에서 발생되는 난수를 근거로 허용된 주파수 범위 내에서 랜덤한 형태의 램프구동주파수를 결정하는 램프구동주파수 결정부(32)와; 버스트 디밍 주파수에 동기하여, 상기 램프구동주파수 결정부(32)에서 결정된 주파수의 펄스폭변조신호를 생성하는 펄스폭변조신호 발생부(33)와; 상기 펄스폭변조신호 발생부(33)로부터 공급되는 펄스폭변조신호의 듀티비를 후술 할 커런트 피드백회로부(39)로부터 공급되는 피드백신호(FB)에 따라 조절하여 출력하는 펄스폭변조신호 제어부(34)와; 상기 펄스폭변조신호 제어부(34)로부터 공급되는 펄스폭변조신호에 의해 스위칭되는 스위칭 소자를 이용하여 전원단자(Vcc)로부터 공급되는 직류전압을 교류전압으로 변환하는 스위칭 회로부(35)와; 상기 스위칭 회로부(35)로부터 공급되는 교류전압을 승압하여 백라이트용 램프(37)에 공급하는 트랜스포머(36)와; 상기 트랜스포머(36)로부터 공급되는 교류전압에 의해 점등되어 액정패널(38)의 후면에 광을 조사하는 백라이트용 램프(37)와; 상기 백라이트용 램프(37)의 관전류를 검출하여 그에 따른 상기 피드백신호(FB)를 출력하는 커런트 피드백회로부(39)로 구성한 것으로, 이와 같이 구성한 본 발명의 작용을 첨부한 도 4 를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

난수 발생기(31)는 특정한 제한 조건에 따라 설계된 프로그램이나 하드웨어를 이용하여 '0'보다 크고 '1'보다 작은 일련의 난수(0≤r≤1)를 발생한다.

램프구동주파수 결정부(32)는 상기 난수발생기(31)에서 발생되는 난수(r)를 이용하여 허용된 주파수 범위 내에서 랜덤한 형태의 램프구동주파수(fo)를 결정한다. 상기 허용된 주파수 범위는 백라이트용 램프(37) 구동시 최적의 광효율을 내는 주파수를 범위를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 난수(r)가 '1'에 가까울수록 램프구동주파수(fo)가 최대구동주파수(f_max)에 가깝게 설정되고,'0'에 가까울수록 그 램프구동주파수(fo)가 최소구동주파수(f_min)에 가깝게 설정된다.

상기 램프구동주파수 결정부(32)에서의 램프구동주파수(fo)는 다음의 [수학식1]에서와 같이 결정진다.

fo = f_min + r × (f_max -f_min)

예를 들어, 상기 최대구동주파수(f_max)가 65KHz이고, 최소구동주파수(f_min)가 55KHz이며, 난수가 0.5인 경우 램프구동주파수(fo) = 55KHz + 0.5(65KHz-55KHz) = 60KHz가 된다.

결과적으로, 상기 [수학식1]에서 난수(r)가 특정 범위 내에서 랜덤하게 변화되므로 상기 램프구동주파수(fo)도 이에 따라 랜덤하게 변화된다.

펄스폭변조신호 발생부(33)는 쉬미트 트리거, 저항 및 콘덴서(RC) 등의 수동 소자를 이용하여 상기 램프구동주파수 결정부(32)에서 결정된 주파수의 펄스폭변조신호를 생성한다.

상기 펄스폭변조신호 발생부(33)는 상기와 같이 펄스폭변조신호를 생성함에 있어서, 이의 리프레쉬 레이트(refresh rate)가 버스트 디밍 주파수(예: 150∼250Hz)내의 해당 주파수와 동기화 되도록 한다. 예를 들어, 버스트 디밍 주파수가 200Hz인 경우 상기 펄스폭변조신호 발생부(33)가 200Hz 주기로 상기와 같이 펄스폭변조신호를 생성한다. 따라서, 200Hz의 주기로 펄스폭변조신호의 주파수가 변동된다.

이와 같이 하는 이유는 상기 펄스폭변조신호 발생부(33)에서 출력되는 램프구동주파수(fo_latch)가 백라이트용 램프(37)의 효율을 떨어뜨리지 않는 대역에서 변동되도록 하기 위함이다.

펄스폭변조신호 제어부(34)는 상기 펄스폭변조신호 발생부(33)로부터 공급되는 펄스폭변조신호를 다음 단 스위칭 회로부의 스위칭 트랜지스터(예: 모스트랜지스터)의 게이트에 출력함에 있어서, 이의 듀티비를 후술 할 커런트 피드백회로부(39)로부터 공급되는 피드백신호(FB)에 따라 적절히 조절하여 출력한다.

상기 펄스폭변조신호 제어부(34)는 본 발명이 적용되는 액정표시장치의 백라이트 유닛에 해당 디밍 방식에 상응되는 펄스폭변조신호를 출력하게 되는데, 도 4의 (a)-(c)는 그 예를 나타낸 것이다.

즉, 도 4의 (a),(b)는 상기 펄스폭변조신호 제어부(34)가 아날로그 디밍 방식에 대응하여 출력하는 펄스폭변조신호를 나타낸 것이다. 여기서, 도 4의 (b)는 (a)에 비하여 듀티비가 낮은 것을 알 수 있는데, 이와 같은 경우 상대적으로 휘도가 낮게 된다.

도 4의 (c)는 상기 펄스폭변조신호 제어부(34)가 버스트 디밍 방식에 대응하여 출력하는 펄스폭변조신호를 나타낸 것으로, 램프 온 구간에는 펄스폭변조신호가 실려있지만 램프 오프 구간에서는 그 펄스폭변조신호가 실려있지 않은 것을 알 수 있다.

스위칭 회로부(35)는 상기 펄스폭변조신호 제어부(34)로부터 공급되는 펄스폭변조신호에 의해 스위칭되는 스위칭 소자를 이용하여 전원단자(Vcc)로부터 공급되는 직류전압을 교류전압으로 변환하게 된다. 상기 스위칭 회로부(35)로부터 출력되는 교류전압은 트랜스포머(36)에 공급된다.

트랜스포머(36)는 상기 스위칭 회로부(35)로부터 공급되는 교류전압을 권선비에 따라 고압의 교류전압으로 승압하여 출력하게 되고, 이 승압된 교류전압에 의해 백라이트용 램프(37)가 점등된다.

도 4의 (d)-(e)는 상기 트랜스포머(36)의 2차 권선측에서 상기 백라이트용 램프(37)에 공급되는 교류전압의 파형을 나타낸 것이다.

즉, 도 4의 (d),(e)는 아날로그 디밍방식에 따라 상기 펄스폭변조신호 제어부(34)에서 상기 스위칭 회로부(35)에 도 4의 (a),(b)와 같은 펄스폭변조신호를 출력할 때 상기 트랜스포머(36)의 2차 권선측에서 상기 백라이트용 램프(37)에 공급되는 교류전압의 파형을 나타낸 것이다.

도 4의 (a),(b)에 나타난 펄스폭변조신호의 듀티비를 살펴보면, (a)가 (b)보 다 큰 것을 알 수 있는데, 이에 대응하여 상기 트랜스포머(36)의 2차 권선측에서 상기 백라이트용 램프(37)에 공급되는 교류전압의 진폭 (d)가 (e)보다 큰 것을 알 수 있다.

그리고, 도 4의 (f)는 버스트 디밍방식에 따라 상기 펄스폭변조신호 제어부(34)에서 상기 스위칭 회로부(35)에 도 4의 (c)와 같은 펄스폭변조신호를 출력할 때 상기 트랜스포머(36)의 2차 권선측에서 상기 백라이트용 램프(37)에 공급되는 교류전압의 파형을 나타낸 것이다.

백라이트용 램프(37)는 상기 트랜스포머(36)에서 출력되는 승압된 교류전압에 의해 구동되어 빛을 발하게 되고, 이 광이 액정패널(38)의 후면에 조사되어 그 액정패널(38)의 전면에 디스플레이되는 영상이 사람의 눈에 보이게 된다.

커런트 피드백회로부(39)는 상기와 같은 과정을 통해 점등된 백라이트용 램프(37)에 흐르는 관전류량을 검출하여 그에 따른 피드백신호(FB)를 출력하게 된다.

결국, 상기 난수 발생기(31), 램프구동주파수 결정부(32) 및 펄스폭변조신호 발생부(33)를 통해 펄스폭변조신호를 발생함에 있어서, 그 펄스폭변조신호의 주파수를 버스트 디밍 주파수(주기)에 동기하여 랜덤하게 변화시킨다. 이에 따라, 상기 펄스폭변조신호 제어부(34)가 상기 펄스폭변조신호를 스위칭 회로부(35)에 출력할 때 아날로그 디밍방식에 따라 듀티비를 조절하여 출력하거나 버스트 디밍방식에 따라 튜티 온 구간을 조절하여 출력하는 것에 관계없이 그 펄스폭변조신호의 주파수가 랜덤하게 변화된다.

따라서, 화면상에 잔물결 노이즈가 나타나더라도 지속적으로 나타나지 않고 순간적으로 나타나므로 그 잔물결 노이즈에 대한 시인성이 크게 저하된다.

도 1은 종래 기술에 의한 액정표시장치의 인버터 블록도.

도 2는 액정패널상에 나타나는 잔물결 노이즈의 예시도.

도 3은 본 발명에 의한 액정표시장치의 인버터회로의 블록도.

도 4의 (a)-(c)는 본 발명에서 디밍방식에 따른 펄스폭변조신호의 파형도.

도 4의 (d)-(f)는 본 발명에서 디밍방식에 따른 램프구동신호의 파형도.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

31 : 난수발생기 32 : 램프구동주파수 결정부

33 : 펄스폭변조신호 발생부 34 : 펄스폭변조신호 제어부

35 : 스위칭 회로부 36 : 트랜스포머

37 : 백라이트용 램프 38 : 액정패널

39 : 커런트 피드백회로부

Claims

일련의 난수를 발생시키는 난수 발생기와;

상기 난수발생기에서 발생되는 난수를 근거로 랜덤한 형태의 램프구동주파수를 결정하는 램프구동주파수 결정부와;

소정 주파수에 동기하여, 상기 램프구동주파수 결정부에서 결정된 주파수의 펄스폭변조신호를 생성하는 펄스폭변조신호 발생부와;

상기 펄스폭변조신호를 디밍 방식에 맞춰 출력하는 펄스폭변조신호 제어부와;

상기 펄스폭변조신호 제어부로부터 공급되는 펄스폭변조신호에 의해 스위칭되는 스위칭 소자를 이용하여 직류전압을 교류전압으로 변환하여 출력하는 스위칭 회로부 및, 그 변환된 교류전압을 승압하여 백라이트용 램프에 공급하는 트랜스포머를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 인버터회로.
제1항에 있어서, 난수발생기는 '0'보다 크고 '1'보다 작은 일련의 난수를 발생하도록 구성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 인버터회로.
제1항에 있어서, 램프구동주파수 결정부는 상기 난수발생기에서 발생되는 난수가 '1'에 가까울수록 램프구동주파수를 최대구동주파수에 가깝게 설정하고,'0'에 가까울수록 그 램프구동주파수를 최소구동주파수에 가깝게 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 인버터회로.
제1항에 있어서, 램프구동주파수 결정부는 아래의 [수학식]을 이용하여 램프구동주파수를 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 인버터회로.

[수학식 1]

fo = f_min + r × (f_max -f_min)

여기서, fo : 램프구동주파수, f_min : 최소구동주파수, f_max : 최대구동주파수, r : 난수
제1항에 있어서, 소정 주파수는 버스트 디밍 주파수인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 인버터회로.
제1항에 있어서, 펄스폭변조신호 제어부는 상기 펄스폭변조신호 발생부로부터 공급되는 펄스폭변조신호를 아날로그의 디밍방식이나 버스트 디밍방식에 맞춰 다음 단의 스위칭 회로부에 출력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 인버터회로.