KR20110026749A - 백라이트 장치 및 이를 포함한 디스플레이 장치 - Google Patents

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최성진
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양준현
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Abstract

백라이트 장치 및 디스플레이 장치가 제공된다. 본 백라이트 장치는, 입력된 밝기 제어 신호에 따라, 상기 N개의 발광소자 어레이에 흐르는 전류를 각각 스위칭하는 N개의 제1 스위치부, 상기 입력된 밝기 제어 신호에 따라, 상기 N개의 캐패시터에 흐르는 전류를 각각 스위칭하는 N개의 제2 스위치부, 및 상기 입력된 밝기 제어 신호에 기초하여, 참고 전류를 생성하여 출력하는 참고전류 생성부를 포함한다. 이에 따라, 사용자는 광원의 산포에 따른 휘도 불균형 및 LCD 패널의 경박화가 해결되고 로컬 디밍 기능도 제공되는 디스플레이 장치를 이용할 수 있게 된다.
백라이트, LCD, 스위치

Description

백라이트 장치 및 이를 포함한 디스플레이 장치{Backlight apparatus and display apparatus including the same}
본 발명은 백라이트 장치 및 이를 포함한 디스플레이 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 로컬 디밍을 구현할 수 있는 백라이트 장치 및 이를 포함한 디스플레이 장치에 관한 것이다.
정보처리기술의 발전에 따라, 정보를 표시하기 위한 디스플레이 기술도 급속도로 발전하고 있다. 이러한 디스플레이 기술의 발전으로 인해, 기존의 CRT(Cathode-Ray Tube)에 대한 수요가 급격히 줄고, LCD(Liquid Crystal Display) 와 같은 평판 디스플레이에 대한 수요가 급격히 늘게 되었다.
일반적으로 LCD는 패널에 인가된 전압에 따른 액정의 투과도 변화를 이용하여, 후면의 광원에서 생성된 빛을 전면의 패널에 전달함으로써 사용자에게 영상을 제공하게 된다. 즉, LCD는 자기발광이 불가능하여 광원인 백라이트를 별도로 필요로 하게 된다.
특히, 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED, 이하 'LED'라 함)는 친환경적이고, 응답속도가 수 나노 초에 불과하여 고속 응답이 가능하며, 수명시간이 길다는 점에서, 최근의 LCD 패널 등의 백라이트용 광원으로 적극적으로 채용되고 있는 실정이다.
그러나, 백라이트용 광원들은, LCD 패널에 분포되어 존재하기 때문에, 이러한 광원들의 산포에 따른 휘도 불균형을 방지하기 위한 구동회로 기술의 필요가 필요하다. 또한, 휘도 불균형을 방지하기 위한 일부 제안들의 경우, 다수의 Linear Regulator를 사용하거나 다수의 Boost 컨버터를 사용하는 등 부품이 많이 소모되어 시스템 구성이 비효율적이며, 회로 구현을 위한 공간이 증가함으로써 LCD 백라이트의 경박화에 적합하지 못한 문제점이 있다. 또한, 이와 같은 문제를 해결하기 위한 백라이트 장치에서 로컬 디밍을 구현하기도 어렵다는 문제가 있다.
이에 따라, 광원의 산포에 따른 휘도 불균형 및 LCD 패널의 경박화를 해결함과 동시에 로컬 디밍도 함께 구현하기 위한 기술의 모색이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 입력된 밝기 제어 신호에 따라, 상기 N개의 발광소자 어레이에 흐르는 전류를 각각 스위칭하는 N개의 제1 스위치부, 상기 입력된 밝기 제어 신호에 따라, 상기 N개의 캐패시터에 흐르는 전류를 각각 스위칭하는 N개의 제2 스위치부, 및 상기 입력된 밝기 제어 신호에 기초하여, 참고 전류를 생성하여 출력하는 참고전류 생성부를 포함하는 백라이트 장치 및 디스플레이 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 각각에 소정개수의 발광소자가 포함된 N개(N은 1 이상의 자연수)의 발광소자 어레이(array); 상기 N개의 발광소자 어레이에 각각 병렬로 연결된 N개의 캐패시터; 상기 N개의 발광소자 어레이의 밝기를 조절하기 위한 밝기 제어 신호가 입력되는 밝기 제어 신호 입력부; 입력된 밝기 제어 신호에 따라, 상기 N개의 발광소자 어레이에 흐르는 전류를 각각 스위칭하는 N개의 제1 스위치부; 상기 입력된 밝기 제어 신호에 따라, 상기 N개의 캐패시터에 흐르는 전류를 각각 스위칭하는 N개의 제2 스위치부; 상기 입력된 밝기 제어 신호에 기초하여, 참고 전류를 생성하여 출력하는 참고전류 생성부; 및 공급되는 전원의 전류가 상기 참고 전류와 다른 경우, 공급되는 전류가 참고 전류와 동일해지도록 공급되는 전류를 조절하는 인버터부;를 포함한다.
그리고, 상기 참고 전류 생성부는, 상기 입력된 밝기 제어 신호를 참고하여, 상기 N개의 발광소자 어레이 중 온 상태인 발광소자 어레이의 개수에 따라 결정된 크기의 참고전류를 생성할 수도 있다.
또한, 임피던스 밸런싱을 통해 입력된 AC 전류를 밸런싱하는 N개의 밸런싱부; 상기 N개의 밸런싱부에서 각각 밸런싱된 전류를 정류하여 DC 전류를 생성하고, 상기 N개의 발광소자 어레이 각각에 생성된 DC 전류를 공급하는 N개의 정류부;를 더 포함할 수도 있다.
그리고, 상기 N개의 밸런싱부는 서로 병렬로 연결될 수도 있다.
또한, 상기 제1 스위치부는, 상기 발광소자 어레이에 직렬로 연결되고, 상기 제2 스위치부는, 상기 캐패시터에 직렬로 연결될 수도 있다.
그리고, 상기 N개의 밸런싱부는 서로 직렬로 연결될 수도 있다.
또한, 상기 제1 스위치부는, 상기 발광소자 어레이에 직렬로 연결되고, 상기 제2 스위치부는, 상기 캐패시터에 병렬로 연결될 수도 있다.
그리고, 상기 인버터부에서 공급되는 전류와 상기 참고전류 생성부에서 생성된 전류의 차에 해당되는 차전류를 출력하는 감산부;를 더 포함하고, 상기 인버터부는, 상기 차전류만큼 공급되는 전류를 조절될 수도 있다.
또한, 상기 인버터부는, 전류의 듀티(duty)를 조절하거나 또는 전류의 주파수를 조절함으로써, 공급되는 전류를 조절할 수도 있다.
그리고, 상기 밝기 제어 신호는, 디밍/스캐닝(dimming/scanning) 신호일 수도 있다.
또한, 상기 발광소자는 LED(light emitting diode)일 수도 있다.
한편, 본 실시예에 따른, 디스플레이 장치는 상술한 백라이트 장치를 포함한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 입력된 밝기 제어 신호에 따라, 상기 N개의 발광소자 어레이에 흐르는 전류를 각각 스위칭하는 N개의 제1 스위치부, 상기 입력된 밝기 제어 신호에 따라, 상기 N개의 캐패시터에 흐르는 전류를 각각 스위칭하는 N개의 제2 스위치부, 및 상기 입력된 밝기 제어 신호에 기초하여, 참고 전류를 생성하여 출력하는 참고전류 생성부를 포함하는 백라이트 장치 및 디스플레이 장치를 제공할 수 있게 되어, 사용자는 광원의 산포에 따른 휘도 불균형 및 LCD 패 널의 경박화가 해결되고 로컬 디밍 기능도 제공되는 디스플레이 장치를 이용할 수 있게 된다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 백라이트 장치(100)의 구조를 도시한 블록도이다. 본 실시예에 따른, 백라이트 장치(100)는 사용자에게 균일한 휘도의 화면을 제공할 뿐만 아니라 로컬 디밍(local dimming)의 구현이 가능하다. 여기에서, 로컬 디밍은 백라이트 장치(100)에 포함된 발광소자들이 현재 표시되는 영상의 밝기에 맞게 영역별로 백라이트의 밝기를 조절하는 기술이다. 로컬 디밍을 지원하게 되면 디스플레이되는 영상의 명암비가 높아지기 때문에, 디스플레이 장치는 높은 화질의 영상을 제공할 수 있게 된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 백라이트 장치(100)는, AC 전원 입력부(110), PFC(Power Factor Correction)부(130), SMPS(Switching Mode Power Supply)부(150) 및 LED(Light Emitting Diode)부(170)를 포함한다.
AC 전원 입력부(110)는, 외부로부터 입력되는 AC 전원을 PFC부(130)로 전달한다.
PFC부(130)는, 정류 및 역률 개선을 위한 유닛이다. 특히, PFC부(130)는 AC 전원 입력부(110)로부터 입력된 AC 전원의 역률 개선을 통해, 백라이트 장치(100) 또는 백라이트 장치(100)를 포함하는 디스플레이 장치의 각 부품에 안정된 전류가 공급되도록 한다. 이를 통해, PFC부(130)는 불필요하게 낭비되는 전류가 열로 전환 되어 온도가 상승되거나 전력 소비량이 증가되는 문제를 방지하게 된다. 또한, PFC부(130)는 입력된 AC 전원을 DC 전원으로 변환하여 SMPS부(150)로 전달한다.
SMPS부(150)는, PFC부(130)로부터 입력받은 DC 전원을 이용하여 원하는 형태(크기)의 DC 전원을 생성하기 위한 유닛이다. SMPS부(150)는, 인버터부의 스위칭을 통해, 입력된 DC 전원을 AC 전원으로 만들고 이를 원하는 전압(전류)로 변환한 뒤 다시 정류를 하여 DC 전원을 생성한다.
특히, SMPS부(150)는, 정류된 DC 전원으로서, 후술할 LED부(170)에 마련된 N개(N은 1 이상의 자연수)의 LED 어레이들에 입력되는 전류가 동일하도록 밸런싱되어 정류된 DC 전원을 생성한다. SMPS부(150)의 구체적인 내부 구조과 동작에 대해서는 이하에서 제공되는 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
SMPS부(150)는, 밸런싱되어 정류된 DC 전류를 LED부(170)로 전달한다.
LED부(170)는, SMPS부(150)로부터 입력된 DC 전류에 따라 구동되어 백라이트를 발광하는 유닛이다. LED부(170)는 N개(N은 1 이상의 자연수)의 LED 어레이(240)를 포함한다. 즉, LED부(170)는 N개의 LED 어레이(240) 채널을 포함하게 된다. 여기에서, LED 어레이는, 연속적으로 나열된 복수의 LED를 의미한다. 이러한 LED 어레이는, 적색 LED 어레이, 녹색 LED 어레이, 그리고, 청색 LED 어레이를 포함하는 개념이며, 적색 LED 어레이, 녹색 LED 어레이, 그리고, 청색 LED 어레이에서 방출되는 광은, 상호 혼합되어 백색광을 방출할 수 있는 구조로 배치된다.
또한, LED부(170)는 입력되는 밝기 제어 신호에 따라 N개의 LED 어레이(240) 각각의 온/오프를 조절하여 로컬 디밍을 수행할 수 있다. 이와 같이, LED부(170)가 로컬 디밍을 구현하는 방법 및 구조에 대해 도 2 내지 도 6을 참고하여 추후 설명한다.
이에 의해, 백라이트 장치(100)는, 균일한 휘도의 백라이트를 제공함과 동시에 로컬 디밍 기능을 제공할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, SMPS부(150) 및 LED부(170)의 상세한 구조를 도시한 블록도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, SMPS부(150)는 인버터부(210), 밸런싱부(220), 및 정류부(230)를 포함한다.
인버터부(210)는, 고주파 초핑(chopping)을 수행하여, DC 전류를 AC 전류로 변환한다. 인버터부(210)는, 변환된 AC 전류를 트랜스포머(230)로 전달한다.
밸런싱부(220)는, 입력되어 LED 어레이(240)로 출력되는 각각의 AC 전류가 동일하도록 AC 전류 밸런싱을 수행한다. 밸런싱부(220)는 LED 어레이(240)와 동일하게 N개가 배치된다. 그리고, 밸런싱부(220)는 밸런싱된 각각의 AC 전류를 N개의 정류부(270)로 각각 인가한다.
또한, 밸런싱부(220)는 트랜스포머를 앞단에 포함할 수도 있다. 트랜스포머는, 1차측 AC 전류를 2차측 AC 전류로 변환한다. 구체적으로, 트랜스포머는, 1차측 코일 및 2차측 코일의 권선비에 따라 1차측 AC 전류가 2차측 AC 전류로 유도되도록 한다. 트랜스포머는 2차측 AC 전류를 밸런싱부(220)로 각각 전달하게 된다.
정류부(230)는, 밸런싱된 AC 전류를 입력받아 이를 정류하며, 동일한 크기의 DC 전류를 생성한다. 정류부(230)는 LED 어레이(240)와 동일하게 N개가 배치된다.그리고, 정류부(230)는 생성된 DC 전류를 N개의 LED 어레이(240)로 전달하게 된다.
이에 의해, SMPS부(150)는 밸런싱되어 정류된 DC 전류를 LED 어레이(240)에 제공하여, 산포에 의한 휘도 불균형을 해결할 수 있게 된다.
또한, 이와 같은 구조의 SMPS부(150)를 포함하는 백라이트 장치(100)에 대해 로컬 디밍을 구현하기 위해, LED부(170)는 스위치를 이용하여 각각의 LED 어레이(240)를 스위칭하게 된다.
이를 위해, LED부(170)는 LED 어레이(240), 캐패시터(250), 제1 스위치부(260), 및 제2 스위치부(270)를 포함한다.
N개의 LED 어레이(240)는 N개의 채널을 포함한다. 여기에서, LED 어레이는, 연속적으로 나열된 소정 개수의 LED를 포함하는 LED의 배열을 의미한다. 이러한 LED 어레이는, 적색 LED 어레이, 녹색 LED 어레이, 그리고, 청색 LED 어레이를 포함하는 개념이며, 적색 LED 어레이, 녹색 LED 어레이, 그리고, 청색 LED 어레이에서 방출되는 광은, 상호 혼합되어 백색광을 방출할 수 있는 구조로 배치된다.
N개의 LED 어레이(240)는 정류부(230)에서 인가되는 DC 전류에 의해 구동된다. 또한, N개의 LED 어레이(240)는 각각 N개의 제1 스위치부(260)에 의해 스위칭된다. 즉, 제1 스위치부(260)가 온 상태가 되면, 대응되는 LED 어레이(240)도 온 상태가 된다. 반면, 제1 스위치부(260)가 오프상태가 되면, 대응되는 LED 어레이(240)도 오프상태가 된다.
캐패시터(250)는 N개의 LED 어레이(240)에 각각 병렬로 연결된다. 캐패시터(250)는 정류된 전원을 DC로 저장하는 기능을 한다.
제1 스위치부(260)는 밝기 제어 신호 입력부(285)에서 입력된 밝기 제어 신 호에 따라, 상기 N개의 LED 어레이(240)에 흐르는 전류를 각각 스위칭한다. 따라서, 제1 스위치부(260)는 N개가 배치되며, LED 어레이(240) 각각에 직렬로 연결된다. 여기에서, 밝기 제어 신호는 로컬 디밍을 구현하기 위해 영상신호의 밝기 정보에 대응되어 생성된 백라이트 제어 신호이다. 밝기 제어 신호는 N개의 LED 어레이(240) 각각에 대한 온/오프 정보가 포함되어 있다. 구체적으로, 밝기 제어 신호는 디밍/스캐닝(Dimming/Scanning) 신호가 될 수 있다.
그리고, 제1 스위치부(260)는 밝기 제어 신호의 N개의 LED 어레이(240) 각각에 대한 온/오프 정보에 따라 스위칭된다. 예를 들어, 특정 LED 어레이(240)에 대한 밝기 제어 신호가 온인 경우, 특정 LED 어레이(240)는 온 상태가 된다. 반면, 특정 LED 어레이(240)에 대한 밝기 제어 신호가 오프인 경우, 특정 LED 어레이(240)는 오프 상태가 된다.
제1 스위치부(260)는 다양한 종류의 스위치가 사용될 수 있으며, 예를 들어, 트랜지스터를 이용한 스위치가 사용될 수도 있다.
이와 같이, N개의 제1 스위치부(260)는 N개의 LED 어레이(240)를 각각 스위칭함으로써, 로컬 디밍을 구현할 수 있게 한다.
제2 스위치부(270)는 밝기 제어 신호 입력부(285)에서 입력된 밝기 제어 신호에 따라, N개의 캐패시터(250)에 흐르는 전류를 각각 스위칭한다. 따라서, 제1 스위치부(260)는 N개가 배치되며, LED 어레이(240) 각각에 직렬 또는 병렬로 연결된다. 구체적으로, N개의 밸런싱부(220)가 서로 병렬로 연결된 경우, 제2 스위치부(260)는 캐패시터(250)에 직렬로 연결된다(도 3 및 도 5 참고). 반면, N개의 밸 런싱부(220)가 서로 병렬로 연결된 경우, 제2 스위치부(260)는 캐패시터(250)에 직렬로 연결된다(도 4 및 도 6 참고).
캐패시터(250)는 DC 전원을 저장하기 위해 사용된다. 하지만, LED 어레이(240)를 턴 오프 할 때에도 캐패시터(250)에 남아있는 전력의 유입으로 LED 어레이(240)에 잔여 전류(tailing current)가 흐르는 문제가 발생할 수도 있다. 또한, LED 어레이(240)가 턴 온 하기 위해 SMPS부(150)가 동작을 시작할 때도, 캐패시터에 전압을 차징(charging)하는 동안 LED 어레이(240)에 전류가 흐르지 않게 되어, LED 어레이(240)의 턴온 딜레이(turn on delay)가 발생할 수도 있다. 이를 방지하기 위해, 제2 스위치부(270)는 캐패시터(250)에 흐르는 전류를 스위칭하게 된다.
밝기 제어 신호 입력부(285)는 N개의 LED 어레이(240)의 밝기를 조절하기 위한 밝기 제어 신호를 입력받는다. 그리고, 밝기 제어 신호 입력부(285)는 제1 스위치부(260), 제2 스위치부(270) 및 참고전류 생성부(280)로 밝기 제어 신호를 전송한다.
참고전류 생성부(280)는 입력된 밝기 제어 신호에 기초하여, 참고 전류를 생성한다. 인버터부(210)는 LED 어레이(240)의 개수에 적합한 양의 전류를 공급한다. 예를 들어, 인버터부(210)는 N개의 LED 어레이(240)에 N*I의 전류를 제공할 수도 있다(여기에서, I는 하나의 LED 어레이에 필요한 전류값). 따라서, LED부(170)의 회로에는 N*I의 전류가 흐르게 된다. 하지만, N개의 LED 어레이(240) 중 2개의 LED 어레이(240)가 턴 오프 상태인 경우, 총 N-2개의 LED 어레이(240)에 N*I의 전류가 제공되기 때문에, 하나의 LED 어레이(240)에 제공되는 전류가 변경되어 밝기가 왜 곡된다. 따라서, 하나의 LED 어레이(240)에 일정한 전류값 I가 흐르도록 총 전류를 (N-2)*I로 보정해줄 필요가 발생한다.
따라서, 참고전류 생성부(280)는 입력된 밝기 제어 신호를 참고하여, N개의 LED 어레이(240) 중 온 상태인 LED 어레이(240)의 개수에 따라 결정된 크기의 참고전류를 생성하게 된다. 즉, 참고 전류 생성부(280)는 온 상태인 LED 어레이(240)의 개수에 비례하는 크기의 전류값을 가진 참고 전류를 생성하게 된다. 그리고, 참고전류 생성부(280)는 생성된 참고 전류를 감산부(290)로 출력한다.
감산부(290)는 인버터부(210)에서 공급되는 전류와 참고전류 생성부(280)에서 생성된 참고 전류의 차에 해당되는 차전류를 출력한다. 즉, 감산부(290)는 LED부(170)에 흐르는 전류와 참고전류의 차에 해당되는 차전류를 생성한다. 그리고, 감산부(290)는 생성된 차전류를 인버터부(210)로 출력한다.
그러면, 인버터부(210)는 차전류만큼 공급되는 전류를 조절하게 된다. 구체적으로, 인버터부(210)는 전류의 듀티(duty)를 조절하거나 또는 전류의 주파수를 조절함으로써, 공급되는 전류를 조절하게 된다. 이에 대해서는 도 11을 참고하여 추후 설명한다.
이와 같이, 참고전류 생성부(280) 및 감산부(290)를 통해 차전류를 인버터로 인가함으로써, 인버터(210)는 현재 온 상태인 LED 어레이(240)의 개수에 맞는 크기의 전류를 공급할 수 있게 된다.
이와 같이, 백라이트 장치(100)는 N개의 제1 스위치(260), N개의 제2 스위치(270), 참고 전류 생성부(280), 및 감산부(290)를 이용하여 로컬 디밍 기능을 제 공할 수 있게 된다.
이하에서는, 도 3 내지 도 6을 참고하여, SMPS부(150) 및 LED부(170)의 간단한 회로 및 상세한 회로에 대해 설명한다. 도 3 내지 도 6의 회로도는 도 2의 블럭도와 기능적인 면에서 거의 유사하므로, 중복된 부분의 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 병렬 연결 방식의 SMPS부(150) 및 LED부(170)의 회로도를 간략하게 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, SMPS부(150) 및 LED부(170)는 총 N개의 채널(Ch-1, Ch-2, ..., Ch-N)로 구성된 것을 확인할 수 있다. 또한, 하나의 채널에는 각각 밸런싱부(220), 정류부(230), LED 어레이(240), 캐패시터(250), 제1 스위치(270), 및 제2 스위치(280)를 하나씩 포함하는 것을 확인할 수 있다. 그리고, 각 채널의 밸런싱부(220)는 병렬로 연결된 것을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 병렬 연결 방식의 SMPS부(150) 및 LED부(170)의 일 예에 대한 상세한 회로도를 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 인버터부(210)는 2개의 트랜지스터 스위치(S1, S2)를 포함하고, 컨트롤러(510)를 포함하는 것을 확인할 수 있다.
인버터부(210)는 두 개의 트랜지스터 스위치(S1, S2)의 개폐에 기초한 고주파 초핑(chopping)에 따라, 입력된 DC 전류를 AC 전류로 변환한다. 구체적으로, 상측 스위치(S1)가 닫히고 하측 스위치(S2)가 열리면, 인버터부(210)의 양단으로 입력된 DC 전류는 하이-레벨이 되고, 반대로, 하측 스위치(S2)가 닫히고 상측 스위치(S1)가 열리면, 인버터부(210)의 양단으로 입력된 DC 전류는 로우-레벨이 된다. 인버터부(210)는, 이러한 동작을 빠르게 반복하여, DC 전류를 고주파 AC 전류로 변환한다.
또한, 컨트롤러(510)는 트랜지스터 스위치(S1, S2)의 스위칭 동작을 제어함으로써, 출력되는 전류의 듀티 및 주파수를 제어하게 된다. 따라서, 컨트롤러(510)는 감산부(290)로부터 차전류를 수신하면, 차전류 크기만큼 출력 전류의 크기를 조절한다. 따라서, 인버터부(210)는 2개의 트랜지스터 스위치(S1, S2) 및 컨트롤러(510)를 통해 전류의 크기를 조절할 수 있게 된다.
그리고, 밸런싱부(220)는 캐패시터(Cb1, ... , CbN)로 구성되고, 정류부(230)는 각각 2개의 다이오드로 구현된 것으로 도시되어 있다.
이와 같이, 도 3 및 도 5에 도시된 백라이트 장치(100)는 각 채널이 병렬로 연결되어 있는 것을 확인할 수 있다. 그리고, 이와 같이, 각 채널이 병렬로 연결된 경우, 제1 스위치(260)는 LED 어레이(240)에 직렬로 연결되고, 제2 스위치(270)도 캐패시터(250)에 직렬로 연결된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 직렬 연결 방식의 SMPS부 및 LED부의 회로도를 간략하게 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, SMPS부(150) 및 LED부(170)는 총 N개의 채널(Ch-1, Ch-2, ..., Ch-N)로 구성된 것을 확인할 수 있다. 또한, 하나의 채널에는 각각 밸런싱부(220), 정류부(230), LED 어레이(240), 캐패시터(250), 제1 스위치(270), 및 제2 스위치(280)를 하나씩 포함하는 것을 확인할 수 있다. 그리고, 각 채널의 밸런싱부(220)는 병렬로 연결된 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 각 밸런싱부(220)는 하나의 트랜스포머로 구현된 것을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 직렬 연결 방식의 SMPS부(150) 및 LED부(170)의 일 예에 대한 상세한 회로도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 인버터부(210)는 2개의 트랜지스터 스위치(S1, S2)를 포함하고, 컨트롤러(510)를 포함하는 것을 확인할 수 있다.
인버터부(210)는 두 개의 트랜지스터 스위치(S1, S2)의 개폐에 기초한 고주파 초핑(chopping)에 따라, 입력된 DC 전류를 AC 전류로 변환한다. 구체적으로, 상측 스위치(S1)가 닫히고 하측 스위치(S2)가 열리면, 인버터부(210)의 양단으로 입력된 DC 전류는 하이-레벨이 되고, 반대로, 하측 스위치(S2)가 닫히고 상측 스위치(S1)가 열리면, 인버터부(210)의 양단으로 입력된 DC 전류는 로우-레벨이 된다. 인버터부(210)는, 이러한 동작을 빠르게 반복하여, DC 전류를 고주파 AC 전류로 변환한다.
또한, 컨트롤러(510)는 트랜지스터 스위치(S1, S2)의 스위칭 동작을 제어함으로써, 출력되는 전류의 듀티 및 주파수를 제어하게 된다. 따라서, 컨트롤러(510)는 감산부(290)로부터 차전류를 수신하면, 차전류 크기만큼 출력 전류의 크기를 조절한다. 따라서, 인버터부(210)는 2개의 트랜지스터 스위치(S1, S2) 및 컨트롤러(510)를 통해 전류의 크기를 조절할 수 있게 된다.
그리고, 밸런싱부(220)는 트랜스포머로 구성되고, 각 트랜스포머의 1차측은 서로 직렬로 연결된 것을 확인할 수 있다. 또한, 정류부(230)는 각각 한개의 캐패시터와 한개의 다이오드로 구현된 것으로 도시되어 있다.
이와 같이, 도 4 및 도 6에 도시된 백라이트 장치(100)는 각 채널의 밸런싱부(220)를 구성하는 트랜스포머의 1차측이 직렬로 연결되어 있는 것을 확인할 수 있다. 그리고, 이와 같이, 각 채널이 직렬로 연결된 경우, 제1 스위치(260)는 LED 어레이(240)에 직렬로 연결되고, 제2 스위치(270)는 캐패시터(250)에 병렬로 연결된다.
이와 같이, SMPS부(150) 및 LED부(170)는 병렬 연결 방식 또는 직렬 연결 방식으로 구현될 수 있으며, 백라이트 장치(100)는 어느 경우이더라도 제1 스위치(260), 제2 스위치(270), 참고전류 생성부(280), 및 감산부(290)를 이용하여 로컬 디밍을 구현할 수 있게 된다.
또한, 백라이트 장치(100)는 도 5 및 도 6 이외에 다른 회로 구조의 SMPS부(150) 및 LED부(170)에도 제1 스위치(260), 제2 스위치(270), 참고전류 생성부(280), 및 감산부(290)를 이용하여 로컬 디밍을 구현할 수 있음은 물론이다.
이하에서는, 도 7, 도 8a 및 도 8b를 참고하여, 참고전류(Iref)의 변화의 일 예에 대해 설명한다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 참고 전류의 타이밍도의 예를 도시한 그래프이다. 그리고, 도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 참고 전류의 타이밍의 일부를 상세히 도시한 그래프이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 참고전류는 시간에 따라 가변적으로 생성된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 참고전류 한개의 타이밍은 24.4 ㎲만큼 유지된다. 즉, 참고전류는 24.4 ㎲에 한번씩 생성된다.
도 8a는 도 7의 그래프 중 제1 영역(710)을 확대한 그래프이다. 도 8a에서 도면부호 800은 참고전류의 최소 변화량을 도시하고 있다. 참고전류의 최소 변화량(800)은 1개의 LED 어레이(240)의 상태가 변화되었을때 변화되는 전류값을 의미한다. 즉, 참고전류의 최소 변화량(800)은 하나의 LED 어레이에 필요한 전류값인 I와 동일하다.
도 8b는 참고전류가 최대값에서 최소값으로 변화한 후, 다시 최대값이 된 경우를 도시한 도면이다. 참고 전류가 최대값이 되는 경우는 모든 N개의 LED 어레이(240)가 온상태인 경우이다. 그리고, 참고 전류가 최소값이 되는 경우는 모든 N개의 LED 어레이(240)가 오프 상태인 경우이다. 이와 같이 전류의 변화가 심한 경우에도, 백라이트 장치(100)는 참고전류를 생성함으로써 N개의 LED 어레이(240)에 전류 공급을 조절할 수 있게 된다. 따라서, 백라이트 장치(100)는 로컬 디밍을 구현할 수 있게 된다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 참고 전류 생성부(280)의 구조를 도시한 회로도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 참고 전류 생성부(280)는 참고 저항(Rref), N개의 저항(Rch), 및 N개의 트랜지스터 스위치를 이용하여 구현될 수도 있다. 참고 전류 생성부(280)는 밝기 제어 신호에 따라 N개의 트랜지스터 스위치를 온 또는 오프함으로써, 밝기 제어 신호에 대응되는 참고 전류(Iref)를 생성할 수 있게 된다.
본 실시예에서는 참고 전류 생성부(280)가 N개의 똑같은 저항값을 가지는 저항을 이용하는 것으로 도시되어 있으나, 서로 다른 저항값을 가지는 저항을 이용하여 구현될 수도 있음은 물론이다. 서로 다른 저항값을 가지는 저항을 이용할 경우, N개보다 적은 개수의 저항을 이용하여 참고 전류 생성부(280)가 구현될 수도 있다.
또한, 도 9에 도시된 참고 전류 생성부(280)는 일 예에 불과하며, 이외에도 참고 전류 생성부(280)는 밝기 제어 신호에 따라 대응되는 참고전류를 생성할 수 있는 회로라면 어떤 것이라도 적용될 수 있음은 물론이다.
이하에서는, 도 10을 참고하여 LED 어레이(240)가 턴 온 또는 턴 오프 되는 경우에 대해 설명한다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른, LED 어레이(240)의 턴 온 또는 턴 오프에 따른 제1 스위치(260) 및 제2 스위치(270)의 동작을 도시한 도면이다.
백라이트 장치(100)가 병렬 방식(Parallel Method Mode)인 경우(즉, 도 3 및 도 5), LED 어레이(240)가 턴온 될 때 제1 스위치(260)와 제2 스위치(270)는 모두 온 상태가 되고, LED 어레이(240)가 턴오프 될 때 제1 스위치(260)와 제2 스위치(270)는 모두 오프 상태가 된다.
백라이트 장치(100)가 직렬 방식(Series Method Mode)인 경우(즉, 도 3 및 도 5), LED 어레이(240)가 턴온 될 때 제1 스위치(260)는 온 상태가 되고 제2 스위치(270)는 오프 상태가 된다. 반면, LED 어레이(240)가 턴오프 될 때 제1 스위치(260)는 오프 상태가 되고 제2 스위치(270)는 온 상태가 된다.
이와 같은 과정을 통해, 백라이트 장치(100)는 로컬 디밍 기능을 제공하게 된다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른, 인버터부(210)의 전류 조절방식을 도시한 도면이다. 도 11은 인버터부(210)가 듀티(duty) 제어 또는 주파수 제어를 수 행한 상태의 전류 파형을 도시한 도면이다.
듀티이란, 펄스에서 온시간과 오프 시간의 비율을 의미하며, 듀티 제어란, 오리지날 파형의 온-오프 시간이 변경되도록 하는 제어를 의미한다. 따라서, 듀티가 제어될 경우, 상측 스위치(S1)의 온 및 하측 스위치(S2)의 오프에 대한 시간과 상측 스위치(S1)의 오프 및 하측 스위치(S2)의 온에 대한 시간이 서로 다르게 되어, 공급되는 전류의 파형이 변경되게 된다.
또한, 주파수가 제어될 경우, 상측 스위치(S1)의 온 및 하측 스위치(S2)의 오프, 또는 상측 스위치(S1)의 오프 및 하측 스위치(S2)의 온이 더 빠르거나 더 느리게 반복되어, 공급되는 전류의 주파수가 변경되게 된다.
이와 같은 방식으로, 인버터부(210)는 참고전류에 따라 공급되는 전류값을 조절할 수 있게 된다.
지금까지, 백라이트 장치(100)가 로컬 디밍 기능을 제공하기 위해 필요한 구성 및 기능에 대해 설명하였다.
이하에서는, 도 12를 참고하여 상술한 백라이트 장치(100)가 적용된 디스플레이 장치(1000)에 대해 설명한다. 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른, 디스플레이 장치(1000)의 구조를 도시한 블록도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, LCD 디스플레이 장치(1000)는 영상 입력부(1010), 영상처리부(1020), 광원부(1030) 및 패널부(1040)를 포함한다.
영상 입력부(1010)는 외부기기 또는 외부시스템과 연결되기 위한 인터페이스를 포함하며, 외부기기 또는 외부시스템으로부터 영상을 입력받는다. 영상 입력 부(1010)는 입력된 영상을 영상 처리부(1020)로 전달한다.
영상 처리부(1020)는, 입력된 영상을 후술할 LCD 패널(1040)에 적합한 형태로 변환한 영상신호를 생성하고, 광원부(1030)의 로컬 디밍을 위한 밝기 제어 신호를 생성한다. 또한, 이러한 영상 처리부(1020)는, 전술한 백라이트 장치(100)의 PFC부(130), SMPS부(150) 및 LED부(170)의 동작이 수행되도록 하기 위한 신호를 생성하여 광원부(1030)로 전달한다.
광원부(1030)는, 전술한 PFC부(130), SMPS부(150) 및 LED부(170)를 포함하는 백라이트 장치(100)에 의해 구현된다. 광원부(1030)는, 영상 처리부(1020)로부터 수신된 신호에 기초하여, 입력된 전원에 대한 정류 및 역률 개선, 그리고, LED 어레이들에 입력되는 전류가 동일하도록 하는 전류 밸런싱 등의 동작을 수행하여, N개의 LED 어레이에서 백라이트를 발광한다. 또한, 광원부(1030)는 상술한 백라이트 장치(100)에 의해 로컬 디밍 기능을 제공할 수도 있다. .
광원부(1030)에서 발광된 백라이트는 LCD 패널(1040)로 전달된다. LCD 패널(1040)은 광원부(1030)에서 발생한 빛의 투과율을 조절하여 영상신호를 가시화 시키고 화면에 디스플레이되도록 한다. 이러한 LCD 패널(1040)은 전극이 생성된 두 기판이 마주 보도록 배치되어 있으며, 두 기판 사이에 액정 물질이 주입되어 형성된다. 여기서, 두 전극에 전압을 인가하면, 전기장이 생성되어, 두 기판 사이에 주입된 액정 물질의 분자를 움직이게 하여 빛의 투과율을 조절한다.
한편, 본 발명은 발광소자가 LED인 것으로 설명하였으나, 이외에도 로컬 디밍의 구현이 가능한 발광소자라면 어떤 것이라도 적용될 수 있음은 물론이다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 백라이트 장치의 구조를 도시한 블록도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, SMPS부 및 LED부의 상세한 구조를 도시한 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 병렬 연결 방식의 SMPS부 및 LED부의 회로도를 간략하게 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 직렬 연결 방식의 SMPS부 및 LED부의 회로도를 간략하게 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 병렬 연결 방식의 SMPS부 및 LED부의 일 예에 대한 상세한 회로도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 직렬 연결 방식의 SMPS부 및 LED부의 일 예에 대한 상세한 회로도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 참고 전류의 타이밍의 예를 도시한 그래프,
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 참고 전류의 타이밍의 일부를 상세히 도시한 그래프,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 참고 전류 생성부의 구조를 도시한 회로도,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른, LED 어레이의 턴 온 또는 턴 오프에 따른 제1 스위치 및 제2 스위치의 동작을 도시한 도면,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른, 인버터부의 전류 조절방식을 도시한 도면,
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른, 디스플레이 장치의 구조를 도시한 블록도이다.

Claims (12)

  1. 각각에 소정개수의 발광소자가 포함된 N개(N은 1 이상의 자연수)의 발광소자 어레이(array);
    상기 N개의 발광소자 어레이에 각각 병렬로 연결된 N개의 캐패시터;
    상기 N개의 발광소자 어레이의 밝기를 조절하기 위한 밝기 제어 신호가 입력되는 밝기 제어 신호 입력부;
    입력된 밝기 제어 신호에 따라, 상기 N개의 발광소자 어레이에 흐르는 전류를 각각 스위칭하는 N개의 제1 스위치부;
    상기 입력된 밝기 제어 신호에 따라, 상기 N개의 캐패시터에 흐르는 전류를 각각 스위칭하는 N개의 제2 스위치부;
    상기 입력된 밝기 제어 신호에 기초하여, 참고 전류를 생성하여 출력하는 참고전류 생성부; 및
    공급되는 전원의 전류가 상기 참고 전류와 다른 경우, 공급되는 전류가 참고 전류와 동일해지도록 공급되는 전류를 조절하는 인버터부;를 포함하는 백라이트 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 참고 전류 생성부는,
    상기 입력된 밝기 제어 신호를 참고하여, 상기 N개의 발광소자 어레이 중 온 상태인 발광소자 어레이의 개수에 따라 결정된 크기의 참고전류를 생성하는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    임피던스 밸런싱을 통해 입력된 AC 전류를 밸런싱하는 N개의 밸런싱부;
    상기 N개의 밸런싱부에서 각각 밸런싱된 전류를 정류하여 DC 전류를 생성하고, 상기 N개의 발광소자 어레이 각각에 생성된 DC 전류를 공급하는 N개의 정류부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 N개의 밸런싱부는 서로 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 스위치부는,
    상기 발광소자 어레이에 직렬로 연결되고,
    상기 제2 스위치부는,
    상기 캐패시터에 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 N개의 밸런싱부는 서로 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 스위치부는,
    상기 발광소자 어레이에 직렬로 연결되고,
    상기 제2 스위치부는,
    상기 캐패시터에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 인버터부에서 공급되는 전류와 상기 참고전류 생성부에서 생성된 전류의 차에 해당되는 차전류를 출력하는 감산부;를 더 포함하고,
    상기 인버터부는,
    상기 차전류만큼 공급되는 전류를 조절하는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 인버터부는,
    전류의 듀티(duty)를 조절하거나 또는 전류의 주파수를 조절함으로써, 공급되는 전류를 조절하는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 밝기 제어 신호는,
    디밍/스캐닝(dimming/scanning) 신호인 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자는 LED(light emitting diode)인 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 백라이트 장치를 포함하는 디스플레이 장치.
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KR101477158B1 (ko) * 2013-06-19 2014-12-29 주식회사 케이비텍 2단 디밍 기능을 갖는 ｌｅｄ 디밍 컨버터

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