KR20100005023A - Ｌｅｄ 디스플레이 패널을 구동하기 위한 장치 - Google Patents

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Abstract

비디오 벽들 또는 대형 스크린 디스플레이들은 실제로 수천개의 LED로 이루어진 영상 고정물이다. 이것들은 한 패널안에 조합되어 이루어져 있다. 패널들은 한 모듈의 형태로 연결되어 있다. 모듈들은 ‘대형 스크린’으로 연결 및 제작된다. LED들은 전류에 의해 구동되는 장치이다. 각각의 LED와 함께 연속적으로 연결된 전류레귤레이터를 이용하여 개별적으로 몇 개의 LED들을 작동하는 것은 상대적으로 간단하다.
전류레귤레이터는 LED와 연속적으로 연결되고, 시간, 온도 및 공급전원의 변화에서 LED에 일정한 전류로 공급한다.
그러나 LED의 수가 증가함에 따라 이러한 LED들을 작동시키기 위해 필요한 전류레귤레이터의 양은 제어하기 힘든 수준의 어떤 경우에 있어서 증가할 수 있다. 게다가 대형 스크린에서 기존의 각각 LED 디스플레이 총 펄스 전류 소비량 (조절 회로를 가진 LED 배열의 종류)은 병렬로 연결된 많은 양의 동일 LED 구동 회로로 인해 높은 값에 도달한다. 각 LED 디스플레이 모듈의 소비 전류는 매우 높다. 이러한 모듈들은 패널, 컨트롤러, 전원 공급장치로 구성된다. 이러한 새로운 LED 구동장치는 전력손실, 전자기 방해(EMI), 필요한 전력의 양을 감소시킨다. 이러한 새로운 발명에서 모든 LED들은 빨강, 초록, 파랑의 세 그룹으로 나뉘는데, 각각의 그룹내에서 LED들은 연속적으로 연결된다. 각각의 그룹은 두 개의 전류레귤레이터(전류 제어장치와 동적인 전류레귤레이터)로 된 특별한 세트에 의해 구동된다. 모든 그룹 들은 고전압 DC 전원장치에 의해 공급받는데, 그것은 그룹들과 앞에서 언급한 연속적으로 연결된 개개의 전류레귤레이터 세트를 이용한다. 따라서 전류는 작동 중에 따로따로 독립적으로 R, G, B 그룹으로 세트된다. 이로 인해 광도, 색온도, 감마 곡선을 조절하기 용이하다. 턴오프 동안ㅇ에 LED에서 나온 전류는 n 채널 스위치와 병렬 연결된 MOSFET에 의해 분로된다. 이것은 전류레귤레이터를 이용하여 각 그룹의 총 전류가 일정하게 유지되도록 한다. 또한 이 새롭게 발명된 LED 디스플레이 패널에 대한 총 소비전류는 기존 디자인의 LED 각각에 대한 세 배의 전류를 초과하지 않는다.
LED, 디스플레이, 전류 레귤레이터

Description

디스플레이 패널의 ＬＥＤ 구동장치{LED'S DRIVING APPARATUS IN DISPLAY PANEL}
본 발명은 LED 구동장치에 관한 것이다. 상기 LED 구동장치는 두개의 전류 레귤레이터의 특별 세트와 각 그룹에서의 스위치를 분로하는 플라잉(Flying) MOSFET를 이용하여 R, G 혹은 B 그룹 각 내부에 직렬로 접속되어 있다. 상기 두개의 전류 레귤레이터는 High Side에서의 전류 리미터(그룹의 양극 끝에 접속됨)와 Low Side에서의 동적으로 조정 가능한 전류 레귤레이터(그룹의 음극 끝에 접속됨)로 이루어진다.
본 발명은 높은 전류(그리고 그로 인한 비싼 비용) 전력 공급을 요하는 종래의 설계에서의 LED 디스플레이 패널의 높은 전류 소비의 문제를 해결하고 있다.
LED 디스플레이 패널은 선택적으로 빛을 방사하는 RGB픽셀의 배열에 복수로 정렬된 LED의 전기 신호로서 영상데이터를 출력하는 디스플레이 장치이다. 각각의 RGB 픽셀은 별도 혹은 공동 패키지로 되어 있는 R,G,B LED들을 갖고 있다.
종래의 LED 디스플레이 패널은 크게 디스플레이 패널 내부의 LED방식에 따라 어레이(Array) LED 디스플레이 패널 타입과 매트릭스(Matrix) LED 디스플레이 패널 타입으로 분류된다.
정렬 방식은 LED의 일부 양극(Anode) 또는 음극(Cathode)이 서로 Matrix(행렬) 형태로 연결되어 있는지 아닌지에 달려있다.
매트릭스(Matrix) LED들의 기본 원리는 각각 LED가 그것의 위치인 행과 열을 조건으로 지정함으로서 어드레싱이 되는 반면, 어레이(Array) 타입의 LED 디스플레이 패널의 모든 LED는 각각의 LED에 연결된 개별적 공급선을 사용함으로서 별도 그리고 독립적으로 구동된다.
하지만 어레이(Array) 타입의 LED 디스플레이 패널과 매트릭스(Matrix) 타입의 LED 디스플레이 패널 양쪽의 기초 LED 구동 원리는 전력 공급의 구조, 즉 주(주로 하나밖에 없음) 저전압 전력 공급 장치의 지능제어기능과 LED 구동회로를 공급한다는 의미에서 볼 때 일반적으로 동일하다.
또한 종래의 LED 디스플레이 패널은 각각의 LED의 전류 리미터의 타입, 즉 저항기나 반도체에 기반을 둔 전류 소스 싱크(Source/Sink)에 따라서 주로 저항타입의 LED 디스플레이 패널과 전류 소스 싱크 타입의 LED 디스플레이 패널로 분류된다.
도 1은 종래의 LED 매트릭스(Matrix) 디스플레이 패널모듈의 내부 구조의 있을 수 있는 전형적인 변형중 하나를 보여주고 있다.
공통선(Common-line)의 드라이브와 접속선(Access-line)의 드라이브 그리고 또한 쉬프트 레지스터(Shift Register)가 LED 매트릭스(Matrix) 디스플레이 패널 내부에 주로 직접됨에 따라 함께 LED 배열에 정렬되어 있는 반면 모든 다른 회로는 모듈 제어기에 직접되어 있다.
도 1과 관련하여 모듈 제어기는 모듈을 위해 영상데이터를 관리하고 처리하며 다음과 같은 몇 가지의 주요 기능을 갖고 있다..
1. 공통선(Common-line) 구동 제어 - 모듈의 Multiplexing(다중)작용을 관장한다. 그것은 접속선(Access-line) 구동기(Drive Control)에 정확한 횡데이터가 공급되도록 하는 접속선 구동 제어 어떤 공통선(Common-line)이 활성화 그리고 동기화 되는지 제어한다.
2. 접속선(Access-line) 구동 제어 - 현재 활성화된 공통선(Common-line) 행 내의 어떤 LED에 불이 들어오게 될 것인지를 결정한다. 접속선(Access-line) 구동 IC의 출력은 LED를 On-Off 한다. 즉, "1"은 LED을 키게 하거나 꺼지게 한다.
3. 그레이스케일(Gray Scale/색조) 제어 - Pixel 내의 각 LED 밝기단계의 제어를 그레이스케일(Gray Scale)이라 한다. 일반적인 풀칼라(Full-Color) 시스템은 256 그레이스케일(Gray Scale)까지 가질 수 있다. 이것은 각각의 LED 휘도가 256단 계로 최저치에서부터 최고치의 휘도까지 조절이 가능함을 의미한다. 만약 각각의 픽셀(Pixel)이 3개의 LED(빨간 색, 녹색과 파란색)를 가지고 있다고 한다면 색 조합의 수는 256 x 256 x 256을 하면 즉 1670만이 된다. 그레이 스케일(Gray Scale)은 각각의 스캔(Scan) 주기가 256번의 슬롯(색조의 크기를 늘리기 위해서는 더 많은 슬롯들이 필요)으로 나누어 짐으로서 이루어진다. 따라서 접속선(Access) 구동기는 단일 스캔(Scan) 주기로 256번에 걸쳐 자료가 저장(Latch)되어 있다.
4. 휘도 제어 - 휘도 제어는 그레이 스케일(Gray Scale)에서와는 다르다. 휘도 제어는 개별적인 LED가 아닌 디스플레이의 전체적인 휘도 값의 제어를 의미한다. 스캔(Scan) 주기의 길이를 조작함으로서 전반적인 휘도를 제어할 수 있다.
5. 종속제어(Cascade control) - 다른 모듈로 인터패이스(Interface) 하는데 사용될 제어 신호를 발생시킨다.
6. RAM - 입력되는 영상데이터를 저장한다. 받아들여지는 영상 데이터가 아직까지 처리되어야 할 필요가 있기 때문에 주로 이중 버퍼링(Double-buffering) 방법을 이용한다. 그래서 하나의 버퍼(Buffer)가 디스플레이를 구동하는 동안 두번째의 버퍼는 다음에 동작할 새로운 데이터를 받아 가지고 있다. 그리고 이러한 두 가지의 과정들은 동시에 일어난다.
7. 감마보정 - LED 디스플레이 스크린의 비선형 전달 함수를 보정한다. 달리 설명하자면, 디스플레이 시스템의 전기적, 광학적 구성품 간의 신호 전달은 비선형이다. 이것은 어두운 구간의 압축과 밝은 구간의 확장을 유도한다. NTSC와 PAL 영상 신호는 디스플레이의 비선형 효과를 제거하기 위하여 전송 전에 감마보정된다. 그러므로 디스플레이는 선형 신호 전달 함수를 얻기 위해 이점을 고려해야만 한다.
8. 색공간(Color-space) 변형 - 이것은 풀 칼라 타일(Full-color Tile)과 칼라 티비(Color TV)에 비교했을 때 색공간이 제한되어 있기 때문에 리치 칼러 타일(rich-color tiles) 구현할 경우에 필요하다. 이러한 이유로 리치칼라 타일(rich-color tile)은 풀 칼라(Full-color) 영상의 디스플레이용으로는 사용될 수 없고 만화와 같은 제한된 색의 영상에 사용될 수 있다.
종래의 LED 구동 장치에 따르면, 주 저전압 전원 공급기(통상 하나밖에 없음)는 모듈 제어기와 LED 디스플레이 패널 양쪽에 공급된다. 동시에 각각의 LED는 위에 언급된 조작 값을 안전하게 하기 위해 LED로 흐르는 전류를 제한하는 개별적으로 직렬 접속된 전류 소스 싱크(Source/Sink, 또는 가장 간단한 경우인 바로 저항기)를 사용한 전원 공급기로부터 구동된다.
그러나 내부에 모든 LED 구동 회로가 오직 전원 공급기에만 병렬로 접속되어 있는 종래의 LED 구동 장치에 따르면 종래의 각 LED 디스플레이 패널의 총 펄 스(Pulse) 전류 소비는 모든 LED가 켜져있을 때에 높은 값에 도달하게 된다. 더욱이 그러한 패널을 몇 개 가지고 있는 모듈의 총 펄스(Pulse) 전류 소비는 모듈에 있는 패널의 수량만큼 각각 곱해진다. 반면 모듈의 총 펄스(Pulse) 전류 소비는 모든 LED가 꺼져있을 때에는 무시할만하다. 그렇기 때문에 소비되는 전류 변화폭(Swing)은 아주 가파르다. 그러한 환경에서는 전류의 모든 소비 범위를 감당하는 성능이 우수한 전압안정성을 가진 고가의 고전류 저전압 전원 공급기가 요구된다. 그러한 전원 공급기는 효율이 낮음에도 불구하고 매우 고가인 것으로 알려져 있다. 더욱이 고 전류는 전력공급선의 제한된 전도와 그리고 그 큰 Inductance로 인해 매우 두꺼운 전력 도체의 사용과 강한 접지응력의 유발이 요구된다.
이러한 접지 응력은 설계 엔지니어들의 작업을 매우 복잡하게 만든다. 또한, 그 엄청난 수량 때문에 전류 소스싱크(Source/Sink)에 통전하는 전류를 일정하게 조절하는 것은 쉬운 일이 아니다. 그러나 이러한 조절은 지나치게 높은 휘도, 칼라 그리고 감마곡선 등을 제어하는데는 매우 도움이 많이 된다.
위에서 언급한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 첫번째 목적은 오직 외부의 공통 고전압 저전류 직류 전원공급기로부터의 전원공급을 이용한 패널의 LED에 직렬접속된 LED 디스플레이 패널 구동 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 둘째 목적은 LED그룹 내에 LED들이 직렬로 접속되어 있을 때 3가지의 분리된 그룹들(각각 R, G, B칼라를 갖고 있음)을 이용하여 LED 디스플레이 패널을 구동하기 위한 장치를 제공하는 것이고, 각각의 그룹은 레귤레이터가 휘도 명암비, 색 그리고 감마 곡선들을 쉽게 제어하기 위해 각각 언급된 세트로부터 하나의 레귤레이터가 LED들로 흐르는 펄스(Pulse) 전류를 지속적으로 정확히 설정함으로서 동적인 조절이 가능할 때 전류 레귤레이터의 개별적인 세트로서 전류에 의해 구동되어 진다.
본 발명의 셋째 목적은 LED들로부터 전류를 분로시키기 위해 플라잉(Flying) MOSFET스위치를 사용하여 LED 디스플레이 패널을 구동하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 넷째 목적은 모듈 제어기 공급에도 사용하는 저전압 저전류전원 공급기를 이용한 게이트(Gate)를 구동이 실행 될 때 플라잉(Flying) MOSFET 분로의 게이트(Gate)들을 구동하기 위해 차지 펌핑(Charge Pumping)방법을 이용하여 LED 디스플레이 패널을 구동하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
위의 목적을 달성하기 위한 장치는 모듈 제어기와 MOSFET 게이트들의 구동회로는 저전압 저전류 전력 공급기로부터 공급되어지는 반면 오직 외부의 통상 고전압 저전류 직류 전원 공급기로부터 공급되는 모든 그룹과 두 전류 레귤레이터의 개별적 세트에 의해(그룹의 높은 곳에 있는 전류리미터와 그룹의 낮은 곳에서 동적으로 제어가능한 전류 레귤레이터) 전류가 지속적으로 일정하게 흘러들어가는 각각의 그룹에 RGB 그룹을 포함한 패널 안쪽으로 LED 들의 직렬 접속으로 되어있다. 그레이 스케일(Gray Scale)을 얻기 위해 발명된 디스플레이 패널의 LED들을 구동하기 위해서 병렬로 연결된 각각의 LED는 각 상응하는 분로의 MOSFET 스위치를 갖고 있다. 또한, LED들을 각각 켜고 끄기 위해 분로된 MOSFET 스위치의 게이트 소스 캐페시티 (Gate-source Capacitiy) 성분의 충방전의 가능성을 제공하기 위해서, 분로된 MOSFET 드레인(Drain)들에서 접지(GND)로의 연결을 위한 다이오드와 MOSFET 한 개를 이용한 특별한 회로가 있다. 게이트 소스 캐퍼시티(Gate-source Capacitiy) 성분들의 방전이 고전압 개방 드레인(Drain) 출력의 저전압 직렬-병렬 변압기(Converter) IC들에 의해 제공 되어지는 반면, 그것들의 충전은 낮은 양전압 전원 공급기로 연결된 해당되는 다이오드(Diode)와 저항들의 체인에 의해 제공되어진다.
LED 디스플레이패널의 구동장치는 각 R,G,B 그룹에 직렬연결되는 LED들과, 각 그룹에 대한 개별적인 전류레귤레이터를 포함하고,
동일한 색으로 이루어진 모든 LED들은 해당 그룹에 속하고,
각 LED는 병렬연결의 n-채널 스위치 QR1…QRn, QG1…QGn, QB1…QBn인 해당 저전압 MOSFET에 의해서 장착되고, 상기 스위치의 전류를 다른 곳으로 분로시켜 해당 LED를 꺼지게 할 수 있으며,
모든 R,G,B그룹은 통상의 양극의 고전압 DC PS(+Vdd)로부터 공급받고,
QR1…QRn, QG1…QGn, QB1…QBn 게이트의 충전전류는 논리레벨전압을 사용하는 통상의 양극의 저전압 DC PS(+Vcc)에 의해 공급받고,
QR1…QRn, QG1…QGn, QB1…QBn의 게이트 소스 캐페시턴스의 충전은 순방향 극성(forward polarity)인 고전압 다이오드 VDR1…VDRn, VDG1…VDG, VDB1…VDBn의 직렬연결과 전류제한 저항 RR1…RRn, RG1…RGn, RB1…RBn에 의해 제공되고, 상기 연결은 +Vcc에서 게이트로 향하며,
QR1…QRn, QG1…QGn, QB1…QBn 의 게이트 소스 캐페시턴스의 방전은 저전압 직렬에서 개방 드레인 출력을 구비한 고전압 병렬변환기 ICs DR, DG, DB 로 제공되고,
DR, DG, DB의 저전압 입력은 외부 제어회로에 의해 구동된다.
상기 장치는 R,G,B 그룹에 공급하는 전원+Vdd로서 AC-DC 변환기가 포함된다.
상기 장치는 논리레벨 전압에 의해 QR1…QRn, QG1…QGn, QB1…QBn 스위치들의 게이트를 구동하기 위한 전원 +Vcc로서 제어회로에 제공하는 AC-DC 강압형 펄스모드 변환기를 포함한다.
상기 장치는 QR1…QRn, QG1…QGn, QB1…QBn 스위치의 게이트들을 어드레싱할 때 QR1…QRn, QG1…QGn, QB1…QBn 스위치들에서 GND로의 드레인 전위를 감소하기 위한 고압 다이오드회로 VDdR1…VDdRn +1, VDdG1…VDdGn +1, VDdB1…VDdBn +1과 고압 MOSFET n-채널 스위치 QdR, QdG, QdB를 포함한다.
상기 장치는 QdR, QdG, QdB이 켜져있을 때 QdR, QdG, QdB 스위치의 과전류와 +VDD 전원의 과부하을 방지하기 위해 값을 미리 세팅한 QdR, QdG,QdB 스위치로 흐르는 전류를 제한하고, 하단부는 R, G, B 그룹의 LED체인인 양극의 상단부에 직접 연결되는 전류 리미터 CLR, CLG, CLB 를 포함하고, QdR, QdG, QdB 게이트는 외부 제어회로에 구동된다.
상기 장치는 QR1…QRn, QG1…QGn, QB1…QBn 스위치 게이트를 어드레스할 때 QR1…QRn, QG1…QGn, QB1…QBn스위치의 GND 아래로의 드레인 전위의 변화를 방지하기 위한 고압 다이오드회로VDgR1…VDgRn, VDgG1…VDgGn, VDgB1…VDgBn 를 포함하고, VDgR1…VDgRn, VDgG1…VDgGn, VDgB1…VDgBn의 양극은 GND에 접속되어 있는 반면 음극은 상응하는 QR1…QRn, QG1…QGn, QB1…QBn 스위치에 접속된다.
상기 장치는 각 R,G,B LED 그룹의 상측에 위치한 VDhR, VDhG, VDhB 제너다이오드를 포함하고, VDhR, VDhG, VDhB 의 음극이 +VDD 에 접속되어있는 반면 양극은 CCLR, CCLG, CCLB 전류 리미터의 상단부에 접속되고, 제너다이오드VDhR, VDhG, VDhB는 선택사항이고, QdR, QdG, QdB이 개방될 때 QdR, QdG, QdB 스위치의 과전압을 방지하고, 상기 과전압은 오직 QdR, QdG, QdB 스위치가 +Vdd ≥+Vdsmax 일 경우에만 발생하며 그렇지 않으면 제너다이오드 VDhR, VDhG, VDhB 는 크로스오버되도록 대체된다.
상기 장치는 각 R,G,B LED그룹 하측에 각각 직렬로 연결되는 동적으로 조절 가능한 전류 레규레이터 CRR, CRG, CRB와 제너다이오드 VDlR, VDlG, VDlB를 포함하고, VDlR, VDlG, VDlB 의 음극은 R,G,B 그룹의 LED체인의 하단부에 직접 연결되어 있는 반면 양극은 상응하는 전류레귤레이터 CRR, CRG, CRB VDlR, VDlG, VDlB 의 상단부에 연결되고, 전류 레귤레이터 CRR, CRG, CRB는 외부제어회로에 의해 구동된다.
도 1은 종래의 LED 매트릭스 디스플레이 패널모듈의 내부 구조를 나타내는 블럭도이고,
도 2는 LED가 각 그룹내에서 직렬접속되어 3 개의 별도 그룹( R, G, B 칼라를 갖고 있는)을 가지는 본 발명의 LED 디스플레이 패널을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명을 실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같고, 본 발명의 권리범위는 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 LED 디스플레이 패널의 구동장치를 첨부된 도 2와 참조하여 상세하게 설명될 것이다. 상기 LED 디스플레이패널은 3개의 개별그룹의 LED들을 가진다. LED들은 각 그룹내에서 직렬 접속된다.
본 발명의 도 1과 도 2에서 나타낸 도면부호는 다음과 같다.
GND - 접지 접속 (0 Volts)
~Vas - 입력 교류전압(보통 ~380 Volts)
+Vdd - R,G,B LED 그룹들에 공급되는 출력 고전압
+Vcc - 디지털 회로 및 드라이버들에 공급되는 출력 저전압(보통 +5 Volts)
HLR1 - HLRn-Red LED들(n개)
CLR - 어드레싱단계시 R 그룹 채널의 고정된 전류 리미터
CRR - 활동단계시 R 그룹 채널의 조절가능한 전류 레귤레이터
VDHR - Qdr 스위치의 과전압을 방지하기 위한 선택적인 젠더다이오드
VD1R - 활동단계시 +Vcc 아래의 LED들의 전위 강하를 방지하기 위한 젠더다이오드
QR1…QRn - Red LED들을 구동하기 위한 MOSFET 스위치들(n 개)
CR1…CRn - QR1…QRn 스위치들에 대응되는 게이트 커플링 커페시터들(n 개)
RR1…RRa - QR1…QRn 스위치들의 게이트를 충전하기 위한 풀업(pull-up) 저항들(n 개)
VDR1…VDRn - 활동기간동안 RR1…RRm 통하여 전류의 역류를 방지하기 위한 다이오드들(n개)
QdR - 접속기간동안 GND에서 LED의 전위차를 스위칭하는 MOSFET
RdR - QdR 스위치를 위한 게이트 구동 저항
VDdR1…VDdRn +1 - QdR 스위치를 위한 집적 다이오드들(n+1 개)
VDgR1…VDgRn +1 - 접속기간동안 GND의 LED 전위차의 강하를 방지하기 위한 다이오드들
n - R 그룹채널 내의 Red LED들의 수량
일반적으로는 LED 디스플레이 패널은 많은 량의 전력을 소모한다. 따라서 저전압 주 전원 공급기를 가진 종래의 설계의 경우에 있어서는 스크린의 밝은 상태가 당분간 지속될 때에는 LED 모듈의 전체 소비 전류가 수십 그리고 수백 암페어(Ampere)에 까지 도달한다. 반대로, 스크린의 어두운 상태가 지속될 경우에는 LED 디스플레이 모듈의 전체 소비 전류는 아주 적다.
위에 언급된 이유로 인해, 종래의 LED 디스플레이 모듈의 주 전력 공급기는 이 모든 범위 내에서 저전압이 정밀한 안정성과 동시에 넓은 전류 범위를 가져야 한다는 것과 또한, 높은 전유에 의한 도체와 반도체에서의 피할 수 없는 전력 손실과 동시에 높은 효율성을 가지기 위해 모든 상호 모순된 조건들을 만족시켜야 한다. 그림 1에 나타나 있는 종래의 LED 디스플레이 패널 설계는 상기 언급한 모든 종류의 약점들을 갖고 있다. 그러한 나쁜 요소들의 간섭들을 극적으로 줄일 수 있는 유일한 방법은 직렬로 연결된 LED들를 갖고 있는 LED 디스플레이 패널의 설계를 사용하는 것뿐이다.
이러한 목적을 위해 도 2에 나타낸 LED 디스플레이 패널의 장치에 따라, 동일한 색을 가진 모든 LED들은 패널 내에서 직렬로 연결되어 있다.
따라서, 3 종류의 LED 그룹이 존재한다. 즉 R, G 와 B이며 각 그룹은 해당 그룹 채널의 근간이다.
그래서 각각의 그룹은 같은 극성과 같은 해당 색의 LED들로부터 만들어진 직렬 체인이다.
그것은 일부 전류에 대해서 휘도의 강도에 따라 미리 LED의 등급이 매겨졌을 때 상이한 순방향 전압과는 별도의 독립적인 그룹내의 모든 LED의 동일한 휘도를 보장하는 특정 칼라(Color)가 있는 모든 LED들로 통전되는 전류를 절대적으로 동일하게 세팅해야 할 필요에 의해서 만들어졌다. 동시에, 각 그룹으로 통전되는 전류을 다르게 세팅하는 것도 가능하다.
더욱이 전에 언급한 전류는 특별히 설계된 제어 회로를 사용하여 지속적으로 일정하게 조절될 수 있다.
예를 들어서 전압 가동 입력의 전류 레귤레이터는 디지털 아날로그 변압 기(Digital-analog Converter)를 이용하여 제어할 수 있다.
따라서 휘도의 최고치와 색온도 그리고 패널의 감마 곡선을 조절하는 것은 어렵지 않다.
도 2는 R 그룹 채널을 상세히 보여준다. G와 B그룹 채널은 동일한 구조를 가지고 있기 때문에 본 도면에서는 나타내지 않는다. 이러한 이유로 인해 R 그룹 채널의 조작과 구조는 따로 아래에서 설명되어진다.
그림으로 나타낸 패널의 조작은 시간이 지남에 따라 반복적으로 교번되는 2회의 주기를 가지고 있다. 첫번째 주기는 LED에 불이 들어오는 활성 주기이다. 두번째 주기는 LED가 껴져있을 때와 QR1…QRn이 수행하고 있는 저전압 MOSFET 스위치의 게이트(Gate)를 충방전할때의 어드레싱 주기이다.
R 그룹은 순방향 극성으로 직렬 연결된 HLR1…HLRn의 LED들로 구성되어 있다. 따라서 HLRn의 음극(Cathode)이 그룹의 하단부(Low-end)인 반면, HLR1의 양극(Anode)는 그룹의 상단부(High-end)이다.
HLR1의 음극(Cathode)은 동적 조절 가능 레귤레이터 CRR과 제너다이어드(Zener Diode) VDlR의 체인을 통해 GND로 연결되어 있다.
CRR은 LED들의 불이 들어올 수 있을 때 즉, QdR 의 스위치가 꺼져있을 때 동 적 제어가 가능하며 모든 활동주기 그룹으로 통전되는 전류를 결정한다.
VDlR은 어떠한 그룹의 전류들을 위해서 그리고 QdR의 스위치가 꺼져있는 활동 주기 전체에서 +Vcc보다 높은 HLRn 음극(Cathode) 그리고 관련된 QRn 소스(Source) 전위를 제공한다. 왜냐하면 그것은 활동 주기동안 QRn VDlR 게이트(Gate)의 원하지 않는 충전을 막기 위해 필요하다.
QdR 스위치는 어드레싱(addressimng) 주기동안은 켜진다. QdR 은 종래의 외부 논리레벨(logic level) 회로로부터 RdR 저항 (QdR 의 스위칭 타임(Switching Time)을 최종적으로 결정함)을 통해 구동된다.
QdR은 VDdR1…VDdRn + 1다이오드를 통해 HLR1에서 HLRn에 이르는 모든 음극(Cathode)과 관련 QR1…QRn소스와 LED 체인의 상단부(High-end)를 접지에 접속시킨다.
그러한 연결은 어드레싱(addressing) 기간동안 접지 +Vcc 범위 내의 논리레벨(logic level)의 전압을 사용하여 QR1…QRn 의 저전압 MOSFET스위치의 게이트(Gate)의 충전/방전을 가능하게 한다.
고정된 전류 리미터 CLR 는 QdR 의 스위치가 켜져있을 때 CRR 의 달성 가능한 최고치 보다 약간 높게 사전에 세팅해 둔 CLR의 제한 전류 값인 QdR 과 +Vdd 전류 과 부하를 방지해 준다. 이 경우에는 CLR 이 거의 영에 가까운 저항으로 작동할 때 활동기간 동안 CLR에 대한 전류 제한이 없다.(각각의 전압 강하도 없음)
선택 사항인 제너다이어드(Zener Diode) VDhR 는 QdR 이 개방되어 있을 때(스위치가 꺼져있을 때) QdR의 과전압을 방지해 준다. 그러한 과전압은 QdR 스위치가 if +Vdd ≥+Vdsmax 일때에만 일어날 수 있다. 그렇지 않으면 제너다이오드 (Zener Diode) VDhR 는 대체되어 교차(Crossover)될 수 있다.
논리레벨(logic level)의 저 전압 MOSFET스위치인 QR1…QRn 는 활동 주기에 LED가 무조건 꺼져있어야만 한다면 결정된 LED로부터 흘러나오는 전류의 분로를 위해 상응하는 HLR1…HLRn 다이오드에 병렬로 연결되어 있다. 활동기간동안 QR1…QRn 의 Drain 전위는 HLR1…HLRn LED의 음극(Cathode) 전위와 함께 플라잉(Flying)된다.
QR1…QRn 는 차지펌핑(Charge Pumping) 방식을 이용한 저전압 제어 회로에 의해 구동된다.
각각의 게이트 드레인 캐퍼시티(Gate-drain Capacity) CR1…CRn의 충전은 순방향 극성에서의 VDR1…VDRn 다이오드와 전류제한저항 RR1…RRn의 체인을 제공하며 마 지막 다이오드(Diode)의 양극(Anode)은 저전압 DC PS (+Vcc)와 게이트(Gate)에 접속된 위에서 언급한 저항기와 연결되어 있다.
다이오드(Diode)는 충전 전류를 파괴하며 게이트(Gate)의 전위가 +Vcc 보다 높을 때 저항으로 흐르는 전류의 역류를 방지한다.
각각의 게이트 드레인 캐퍼시티(Gate-drain Capacity) 방전은 QR1…QRn 게이트와 접지 사이에 연결된 개방 드레인(Drain) 고전압 출력을 가진 n-채널(Channel) 직렬 병렬 변환기 (Converter) IC를 제공한다.
IC는 외부 종래의 논리레벨(logic level)의 회로로부터 구동된다.
IC는 활동주기 동안 QR1…QRn 가 플라인(Flying)할 때 높은 전위가 존재하기 때문에 고압 개방 드레인(Drain) 출력을 필요로 한다.
저비용과 패널의 PCB의 보다 향상된 라우팅(Routability) 측면에서 합리적이라면 IC는 개별구성요소 (소형의 패키지에서 고압 MOSFET 으로 구동하는 저전압 래치(Latch) IC)로 대체될 수 있다.
본 발명의 패널의 작동순서는 다음과 같이 반복된다.
1. 활동주기(불이 들어오는 기간). IC의 출력과 QdR은 꺼져있다(개방). QR1…QRn의 상태(누적된 게이트 충전량과는 관계없이 단독으로 스위치가 켜졌다 꺼짐)는 어떤 HLR1…HLRn LED가 불이 들어오게 할 것인지를 결정하며 CRR 은 그것의 전류량 (즉 휘도)를 결정한다.
2. 활동주기의 종료 (불이 들어오지 않음). CRR 스위치가 꺼진다.
3. 어드레싱 주기의 시작. QdR 스위치가 켜진다. CRR이 전류를 제한하기 시작한다.
4. 어드레싱(addressimng)주기. IC의 출력 QR1…QRn 의 상태(스위치가 켜져 있거나 또는 개방 드레인일 때)는 어떤QR1…QRn 게이트( 즉 CR1…CRn ) 를 각각 방전 /충전할 것인지를 결정한다.
5. 어드레싱 주기의 종료. QdR 스위치가 꺼지고 CR1…CRn 로 흐르는 전류의 방전/충전의 종료가 일어나게 한다.
6. 위의 1 번으로 되돌아 감.
본 발명의 LED 구동장치는 전력손실, 전자기 방해(EMI), 필요한 전력의 양을 감소시킨다. 이러한 새로운 발명에서 모든 LED들은 빨강, 초록, 파랑의 세 그룹으로 나뉘는데, 각각의 그룹내에서 LED들은 연속적으로 연결된다. 각각의 그룹은 두 개의 전류레귤레이터(전류 제어장치와 동적인 전류레귤레이터)로 된 특별한 세트에 의해 구동된다. 모든 그룹들은 고전압 DC 전원장치에 의해 공급받는데, 그것은 그룹들과 앞에서 언급한 연속적으로 연결된 개개의 전류레귤레이터 세트를 이용한다. 따라서 전류는 작동 중에 따로따로 독립적으로 R, G, B 그룹으로 세트된다. 이로 인해 광도, 색온도, 감마 곡선을 조절하기 용이하다. 턴오프 동안ㅇ에 LED에서 나온 전류는 n 채널 스위치와 병렬 연결된 MOSFET에 의해 분로된다. 이것은 전류레귤레이터를 이용하여 각 그룹의 총 전류가 일정하게 유지되도록 한다. 또한 이 새롭게 발명된 LED 디스플레이 패널에 대한 총 소비전류는 기존 디자인의 LED 각각에 대한 세 배의 전류를 초과하지 않는다.

Claims (8)

  1. 각 R,G,B 그룹에 직렬연결되는 LED들과, 각 그룹에 대한 개별적인 전류레귤레이터를 포함하고,
    동일한 색으로 이루어진 모든 LED들은 해당 그룹에 속하고,
    각 LED는 병렬연결의 n-채널 스위치 QR1…QRn, QG1…QGn, QB1…QBn인 해당 저전압 MOSFET에 의해서 장착되고, 상기 스위치의 전류를 다른 곳으로 분로시켜 해당 LED를 꺼지게 할 수 있으며,
    모든 R,G,B그룹은 통상의 양극의 고전압 DC PS(+Vdd)로부터 공급받고,
    QR1…QRn, QG1…QGn, QB1…QBn 게이트의 충전전류는 논리레벨전압을 사용하는 통상의 양극의 저전압 DC PS(+Vcc)에 의해 공급받고,
    QR1…QRn, QG1…QGn, QB1…QBn의 게이트 소스 캐페시턴스의 충전은 순방향 극성(forward polarity)인 고전압 다이오드 VDR1…VDRn, VDG1…VDG, VDB1…VDBn의 직렬연결과 전류제한 저항 RR1…RRn, RG1…RGn, RB1…RBn에 의해 제공되고, 상기 연결은 +Vcc에서 게이트로 향하며,
    QR1…QRn, QG1…QGn, QB1…QBn 의 게이트 소스 캐페시턴스의 방전은 저전압 직렬에서 개방 드레인 출력을 구비한 고전압 병렬변환기 ICs DR, DG, DB 로 제공되고,
    DR, DG, DB의 저전압 입력은 외부 제어회로에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이패널의 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    R,G,B 그룹에 공급하는 전원+Vdd로서 AC-DC 변환기를 포함하는 LED 디스플레이 패널의 구동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    논리레벨 전압에 의해 QR1…QRn, QG1…QGn, QB1…QBn 스위치들의 게이트를 구동하기 위한 전원 +Vcc로서 제어회로에 제공하는 AC-DC 강압형 펄스모드 변환기를 포함하는 LED 디스플레이 패널의 구동장치.
  4. 제1항에 있어서,
    QR1…QRn, QG1…QGn, QB1…QBn 스위치의 게이트들을 어드레싱할 때 QR1…QRn, QG1…QGn, QB1…QBn 스위치들에서 GND로의 드레인 전위를 감소하기 위한 고압 다이오드회로 VDdR1…VDdRn +1, VDdG1…VDdGn +1, VDdB1…VDdBn +1과 고압 MOSFET n-채널 스위치 QdR, QdG, QdB를 포함하는 LED 디스플레이 패널의 구동장치.
  5. 제1항에 있어서,
    QdR, QdG, QdB이 켜져있을 때 QdR, QdG, QdB 스위치의 과전류와 +VDD 전원의 과부하을 방지하기 위해 값을 미리 세팅한 QdR, QdG,QdB 스위치로 흐르는 전류를 제한하고, 하단부는 R, G, B 그룹의 LED체인인 양극의 상단부에 직접 연결되는 전류 리미터 CLR, CLG, CLB 를 포함하고, QdR, QdG, QdB 게이트는 외부 제어회로에 구동되는 LED 디스플레이 패널의 구동장치.
  6. 제1항에 있어서,
    QR1…QRn, QG1…QGn, QB1…QBn 스위치 게이트를 어드레스할 때 QR1…QRn, QG1…QGn, QB1…QBn스위치의 GND 아래로의 드레인 전위의 변화를 방지하기 위한 고압 다이오드회로VDgR1…VDgRn, VDgG1…VDgGn, VDgB1…VDgBn 를 포함하고, VDgR1…VDgRn, VDgG1…VDgGn, VDgB1…VDgBn의 양극은 GND에 접속되어 있는 반면 음극은 상응하는 QR1…QRn, QG1…QGn, QB1…QBn 스위치에 접속되는 LED 디스플레이 패널의 구동장치.
  7. 제1항에 있어서,
    각 R,G,B LED 그룹의 상측에 위치한 VDhR, VDhG, VDhB 제너다이오드를 포함하고, VDhR, VDhG, VDhB 의 음극이 +VDD 에 접속되어있는 반면 양극은 CCLR, CCLG, CCLB 전류 리미터의 상단부에 접속되고, 제너다이오드VDhR, VDhG, VDhB는 선택사항이고, QdR, QdG, QdB이 개방될 때 QdR, QdG, QdB 스위치의 과전압을 방지하고, 상기 과전압은 오직 QdR, QdG, QdB 스위치가 +Vdd ≥+Vdsmax 일 경우에만 발생하며 그렇지 않으면 제너다이오드 VDhR, VDhG, VDhB 는 크로스오버되도록 대체되는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 패널의 구동장치.
  8. 제1항에 있어서,
    각 R,G,B LED그룹 하측에 각각 직렬로 연결되는 동적으로 조절 가능한 전류 레규레이터 CRR, CRG, CRB와 제너다이오드 VDlR, VDlG, VDlB를 포함하고, VDlR, VDlG, VDlB 의 음극은 R,G,B 그룹의 LED체인의 하단부에 직접 연결되어 있는 반면 양극은 상응하는 전류레귤레이터 CRR, CRG, CRB VDlR, VDlG, VDlB 의 상단부에 연결되고, 전류 레귤레이터 CRR, CRG, CRB는 외부제어회로에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 패널의 구동장치.
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