KR20130012670A - 백라이트 유닛 및 그것의 전류 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 백라이트 유닛은, 스트링 전류를 입력받는 애노드와 샤시 접지된 캐소드를 갖는 적어도 하나의 LED 스트링; 및 구동 전류를 입력받아 상기 적어도 하나의 LED 스트링으로 상기 스트링 전류를 출력하고, 상기 구동 전류를 감지하고, 상기 감지된 구동 전류와 기준 전압을 근거로 하여 상기 스트링 전류를 보상하는 전류 소스 제어 유닛을 포함한다.

Description

백라이트 유닛 및 그것의 전류 제어 방법{BACKLIGHT UNIT AND CURRENT CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 백라이트 유닛 및 그것의 전류 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 액정 표시 장치는 영상을 표시하는 액정 표시 패널 및 액정 표시 패널의 하부에 구비되어 액정 표시 패널로 광을 공급하는 백라이트 유닛으로 이루어진다. 발광 다이오드를 백라이트 유닛의 광원으로 채용하는 경우, 백라이트 유닛은 서로 병렬 연결된 다수의 광원 스트링, 다수의 광원 스트링에 구동전압을 공급하는 DC/DC 컨버터 및 다수의 채널을 통해 다수의 광원 스트링에 연결된 드라이버 IC를 포함한다. 일반적으로, 각 광원 스트링은 직렬 연결된 다수의 발광 다이오드로 이루어진다.
본 발명의 목적은 LED 스트링이 단락되더라도 발열 혹은 발화 문제를 차단하는 백라이트 유닛 및 그것의 전류 제어 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 백라이트 유닛은, 스트링 전류를 입력받는 애노드와 샤시 접지된 캐소드를 갖는 적어도 하나의 LED 스트링, 및 구동 전류를 입력받아 상기 적어도 하나의 LED 스트링으로 상기 스트링 전류를 출력하고, 상기 구동 전류를 감지하고, 상기 감지된 구동 전류와 기준 전압을 근거로 하여 상기 스트링 전류를 보상하는 전류 소스 제어 유닛을 포함한다.
실시 예에 있어서, 상기 기준 전압은 상기 적어도 하나의 LED 스트링에서 출력되는 빛의 휘도에 대응한다.
실시 예에 있어서, 상기 전류 소스 제어 유닛은, 제 1 노드와 제 2 노드 사이에 연결되고, 상기 제 1 노드에서 직류 전압을 입력받아 상기 제 2 노드로 구동 전압을 출력하고, 상기 입력된 구동 전류를 상기 제 2 노드로 출력하는 전류 피드백 유닛, 상기 전류 피드백 유닛에 흐르는 상기 구동 전류를 감지하고, 상기 감지된 구동 전압과 상기 기준 전압을 비교하여 전류 보상 정보를 출력하는 전류 보상기, 및 상기 제 2 노드와 상기 애노드 사이에 연결되고, 상기 구동 전압 및 상기 구동 전류를 입력받아 상기 스트링 전류를 출력하고, 상기 전류 보상 정보에 근거로 하여 상기 스트링 전류를 보상하는 전류 레귤레이터를 포함한다.
실시 예에 있어서, 상기 전류 피드백 유닛은, 상기 제 1 노드와 상기 제 2 노드 사이에 센싱 저항을 포함하고, 상기 센싱 저항에 흐르는 상기 구동 전류를 감지하기 위하여, 상기 제 1 노드의 전압과 상기 제 2 노드 사이의 전압 차이를 감지한다.
실시 예에 있어서, 상기 전류 피드백 유닛은, 상기 제 1 노드와 상기 제 2 노드 사이에 포토 다이오드, 및 상기 포토 다이오드의 출력되는 빛에 따라 턴온되는 트랜지스터를 갖는 포토 커플러를 포함하고, 상기 포토 다이오드의 출력되는 빛은 상기 구동 전류에 대응한다.
실시 예에 있어서, 상기 전류 소스 제어 유닛은, 상기 구동 전류에 대응하는 전압과 상기 기준 전압을 입력받아 상기 전류 보상 정보에 대응하는 전압을 출력하는 동작 증폭기, 상기 동작 증폭기의 출력 값에 따라 턴온되는 전류 보상 트랜지스터, 및 상기 전류 보상 트랜지스터에 흐르는 전류에 대응하여 상기 스트링 전류를 출력하기 위하여 커런트 미러 구조로 구현된 전류 레귤레이터를 포함한다.
실시 예에 있어서, 구동 전압과 상기 애노드의 스트링 전압을 검출하여 피드백 전압을 출력하는 전압 검출기를 더 포함하고, 상기 구동 전압과 상기 스트링 전압은 대응한다.
실시 예에 있어서, 상기 구동 전압과 상기 스트링 전압의 전압 차이가 소정의 값 미만으로 유지된다.
실시 예에 있어서, 상기 구동 전압과 상기 스트링 전압의 전압 차이가 소정의 값 이상일 때, 상기 적어도 하나의 LED 스트링으로 제공되는 상기 구동 전류가 차단된다.
실시 예에 있어서, 입력된 전원 전압을 승압하여 직류 전압을 출력하고, 상기 피드백 전압을 근거로 하여 상기 직류 전압을 제어하는 DC/DC 컨버터를 더 포함하고, 상기 직류 전압은 상기 구동 전압에 대응한다.
실시 예에 있어서, 상기 직류 전압과 상기 구동 전압의 전압 차이는 0.1~0.5 V이다.
실시 예에 있어서, 상기 DC/DC 컨버터는 상기 전원 전압을 상기 직류 전압으로 승압하는 인덕터 부스터를 포함한다.
실시 예에 있어서, 상기 적어도 하나의 LED 스트링으로부터 빛이 출력될 때, 상기 전류 소스 제어 유닛은 상기 스트링 전류의 보상 동작을 수행한다.
본 발명의 실시 예에 따른 또 다른 백라이트 유닛은, 스트링 전류를 입력받는 애노드 및 샤시 접지된 캐소드를 갖는 복수의 LED 스트링들, 전원 전압을 직류 전압으로 승압하는 DC/DC 컨버터, 상기 직류 전압을 입력받아 구동 전압들을 출력하고, 상기 복수의 LED 스트링들 각각에 대응하는 구동 전류들을 출력하는 전류 피드백 유닛, 상기 구동 전압들 및 상기 구동 전류들을 입력받고 전류 제어 정보에 근거로 하여 상기 복수의 LED 스트링들에 흐르는 스트링 전류들을 출력하는 전류 레귤레이터, 및 상기 전류 피드백 유닛에 흐르는 구동 전류들을 감지하여 상기 스트링 전류들을 보상하기 위한 전류 제어 정보를 출력하고, 상기 구동 전압들과 스트링 전압들 관계에 따라 상기 직류 전압을 제어하는 LED 구동 제어기를 포함하고, 상기 스트링 전압들은 상기 복수의 LED 스트링들의 애노드의 전압들이다.
실시 예에 있어서, 상기 LED 구동 제어기는 집적 회로로 구현된다.
실시 예에 있어서, 상기 집적 회로는, 상기 스트링 전류들을 제어하기 위하여 상기 구동 전류들을 감지하여 전류 보상 정보를 출력하는 복수의 전류 소스 제어 유닛들, 상기 스트링 전압들과 상기 구동 전압 사이의 최대값을 검출하는 최대값 회로, 및 상기 최대값 회로의 출력을 입력받아 피드백 전압을 출력하는 출력 전압 제어 유닛을 포함한다.
실시 예에 있어서, 상기 복수의 전류 소스 제어 유닛들 각각은, 상기 직류 전압과 구동 전압 사이의 전압 차이에 대응하는 전압을 출력하는 제 1 동작 증폭기, 상기 제 1 동작 증폭기의 출력 값과 기준 전압의 전압 차이에 대응하는 전압을 출력하는 제 2 동작 증폭기, 상기 직류 전압에 대응하는 분배 전압과 스트링 전압 사이의 전압 차이에 대응하는 전압을 출력하는 제 3 동작 증폭기, 및 펄스 폭 변조 신호에 응답하여 상기 기준 전압을 출력하는 전류 균형 제어 유닛을 포함한다.
실시 예에 있어서, 상기 전류 피드백 유닛은, 상기 구동 전류들이 흐르는 복수의 센싱 저항들을 포함한다.
실시 예에 있어서, 상기 전류 레귤레이터는, 상기 전류 제어 정보를 입력받는 게이트를 갖고, 상기 구동 전류들을 입력받아 상기 스트링 전류들을 출력하는 복수의 모스 트랜지스터들을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 백라이트 유닛의 전류 제어 방법은, LED 스트링들의 핫 사이드에 흐르는 구동 전류를 감지하는 단계, 상기 감지된 구동 전류 및 기준 전압에 근거로 하여 상기 구동 전류를 보상하는 단계, 및 상기 보상된 구동 전류에 근거로 하여 상기 LED 스트링들 각각에 흐르는 스트링 전류들을 레귤레이팅하는 단계를 포함하고, 상기 LED 스트링들의 캐소드들은 샤시 접지된다.
본 발명의 실시 예에 따른 백라이트 유닛 및 그것의 전류 제어 방법은, 캐소드를 샤시 접지시키고 애노드에 흐르는 구동 전류를 감지 및 보상함으로써, LED 스트링이 단락되더라도 정전류를 제공할 수 있다. 이로써, 본 발명의 실시 예에 따른 백라이트 유닛 및 그것의 전류 제어 방법은, LED 스트링이 단락되더라도 발열 혹은 발화 문제를 원천적으로 차단시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 백라이트 유닛에 대한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전류 소스 제어 유닛에 대한 제 1 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 전류 소스 제어 유닛에 대한 제 2 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 전류 소스 제어 유닛에 대한 제 3 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 LED 바에 대한 제 1 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 LED 바에 대한 제 2 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 7은 도 1에 도시된 백라이트 유닛이 구체적으로 구현된 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 백라이트 유닛에 대한 다른 실시 예를 보여주는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 LED 구동 집적회로를 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 10은 도 9에 도시된 LED 구동 집적회로를 이용한 LED 구동 회로를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 액정 표시 장치를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 LED 구동 회로의 전류 제어 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 백라이트 유닛(10)에 대한 블록도이다. 도 1을 참조하면, 백라이트 유닛(10)은, LED 구동 회로(100) 및 적어도 하나의 LED 스트링(200, 다른 말로, 'LED 어레이')을 포함한다.
LED 구동 회로(100)는 전압(VIN)을 입력받아 적어도 하나의 LED 스트링(200)을 구동한다. LED 구동 회로(100)는 DC/DC 컨버터(110), 전류 피드백 유닛(120), 전류 레귤레이터(130), 및 LED 구동 제어기(140)를 포함한다.
DC/DC 컨버터(110)는 전원 전압(VIN)을 승압시켜 직류 전압(VDC)을 발생하고, 피드백 전압(VFB)에 따라 직류 전압(VDC)을 조정한다. 여기서 피드백 전압(VFB)은 구동 전압(VLEDOUT)과 스트링 전압들(VLED1~VLED4) 사이의 관계에 대응하는 전압이다.
전류 피드백 유닛(120)은 직류 전압(VDC)에 대응하는 구동 전압(VLEDOUT) 및 구동 전류(ILED)를 출력한다. 여기서 구동 전류(ILED)는 적어도 하나의 LED 스트링(200)의 구동에 필요한 총(total) 전류일 수 있다. 여기서 구동 전압(VLEDOUT)과 직류 전압(VDC)의 전압 차이는 전류 피드백 유닛(120)의 구동 전류(ILED)를 검출하기 위한 센싱 저항의 양단에 걸리는 전압 정도이다. 예를 들어, 직류 전압(VDC)은 구동 전압(VLEDOUT)보다 대략 0.1~ 0.5 V 높을 수 있다.
전류 레귤레이터(130)는 전류 피드백 유닛(120)으로부터 구동 전류(ILED)를 입력받아 적어도 하나의 LED 스트링(200)의 구동에 필요한 스트링 전류들(ILED1~ILED4)을 출력하고, 전류(ILED)의 보상 정보(compensation information, 이하 '전류 보상 정보')에 따라 스트링 전류들(ILED1~ILED4)을 일정하게 유지시킨다. 여기서 구동 전류(ILED)의 전류 보상 정보는 기준 전압(VREF)에 대응하도록 구현될 것이다. 여기서 기준 전압(VREF)은 적어도 하나의 LED 스트링(200)에서 출력되는 빛의 휘도(luminance)에 대응하는 전압이다.
LED 구동 제어기(140)는 구동 전압(VLEDOUT) 및 스트링 전압들(VLED1~VLED4)을 검출하여 구동 전압(VLEDOUT)을 제어하고, 구동 전류(ILED)를 감지하여 구동 전류(ILED)를 보상하도록 구현된다. LED 구동 제어기(140)는 전압 검출기(142) 및 전류 보상기(144)를 포함한다.
전압 검출기(142)는 전류 레귤레이터(130)의 입력단으로부터 구동 전압(VLEDOUT) 및 적어도 하나의 LED 스트링(200)의 입력단으로부터 스트링 전압들(VLED1~VLED4)을 검출하고, 구동 전압(VLEDOUT)과 스트링 전압(VLED1~VLED4) 사이의 관계에 대응하는 피드백 전압(VFB)을 출력한다. 실시 예에 있어서, 피드백 전압(VFB)은 구동 전압(VLEDOUT)과 스트링 전압들(VLED1~VLED4) 중 최대값과의 차이일 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 피드백 전압(VFB)은 구동 전압(VLEDOUT)과 스트링 전압들(VLED1~VLED4) 중 최소 값과의 차이일 수 있다.
전류 보상기(144)는 전류 피드백 유닛(120)에 흐르는 구동 전류(ILED)를 감지하고, 감지된 구동 전류(ILED) 및 기준 전압(VREF)에 근거로 하여 구동 전류(ILED)를 보상하기 위한 전류 보상 정보를 출력한다. 다른 말로, 전류 보상기(144)는 기준 전압(VREF)에 따라 구동 전류(ILED)를 보상한다. 여기서 전류 보상 정보는 아날로그적인 전류이거나, 디지털적인 제어신호일 수 있다.
아래에서는 도 1에 도시된 바와 같이, 전류 피드백 유닛(120), 전류 레귤레이터(130) 및 전류 보상기(144)를 통칭하여 전류 소스 제어 유닛(101)이라고 부르겠다. 전류 소스 제어 유닛(101)은, 구동 전류(ILED)를 감지하고, 감지된 구동 전류(ILED) 및 기준 전압(VREF)에 근거로 하여 적어도 하나의 LED 스트링(200) 각각에 흐르는 스트링 전류들(ILED1~ILED4)을 제어/조절/가변하도록 구현된다. 전류 소스 제어 유닛(101)은 적어도 하나의 LED 스트링(200)에 흐르는 전류량이 일정하도록 구현될 것이다.
실시 예에 있어서, 전류 소스 제어 유닛(101)은 적어도 하나의 LED 스트링으로부터 빛이 출력될 때, 스트링 전류의 보상 동작을 수행하도록 구현될 것이다.
적어도 하나의 LED 스트링(200)은 직렬 연결된 복수의 LED들을 포함한다. 여기서, 적어도 하나의 LED 스트링(200)의 애노드(Anode)는 전류 레귤레이터(130)에 연결되고, 캐소드(Cathode)는 샤시(Chassis) 접지될 것이다. 예를 들어, 제 1 LED 스트링(220)는 전류 레귤레이터(130)로부터 제 1 스트링 전압(VLED1) 및 제 1 스트링 전류(ILED1)를 입력받는 애노드 및 샤시 접지된 캐소드를 포함한다.
도 1에서 도시된 적어도 하나의 LED 스트링(200)의 개수는 4개이지만, 본 발명이 여기에 한정되지 않는다는 것은 알려질 것이다. 본 발명은 적어도 하나의 LED 스트링을 포함할 수 있다.
종래의 백라이트 유닛은 LED 스트링의 캐소드에서 정전류 제어를 수행한다. LED 스트링의 캐소드에서 정전류 제어를 수행하는 기술에 대한 자세한 것은, 삼성전자에서 출원하고 이 출원의 참고문헌으로 결합된 미국 공개특허 US 2011-0027459에서 설명될 것이다.
반면에, 본 발명의 실시 예에 따른 백라이트 유닛(10)은 적어도 하나의 LED 스트링(200)의 애노드에서 전류 제어를 수행하고 적어도 하나의 LED 스트링(200)의 캐소드를 샤시 접지시킴으로써, 적어도 하나의 LED 스트링(200)의 어느 하나가 단락(short)되더라도 LED 스트링(200)에 대하여 정전류 제어를 가능케 한다. 이로써, 본 발명의 실시 예에 따른 백라이트 유닛(10)은 종래의 그것과 비교하여 LED 스트링이 단락 되더라도 발열 발화 문제를 원천적으로 차단시킬 수 있다.
아래의 도 2 내지 도 4에서는 도 1에 도시된 전류 소스 제어 유닛(101)이 아날로그 회로로 구현된 실시 예들을 설명하도록 하겠다. 아래에서는 설명의 편의를 위하여 적어도 하나의 LED 스트링(200)이 하나의 LED 스트링(220)만 연결되었다고 가정하겠다.
도 2는 본 발명에 따른 전류 소스 제어 유닛(101)에 대한 제 1 실시 예를 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 전류 소스 제어 유닛(101)은 전류 피드백 유닛(120), 전류 레귤레이터(130), 전류 보상기(144)를 포함한다.
전류 피드백 유닛(120)은 제 1 노드(N1)와 제 2 노드(N2) 사이에 연결된 센싱 저항(RS), 제 1 노드(N1)에 일단이 연결된 에미터 저항(RE), 제 3 노드(N3)의 일단이 연결된 제 1 콜렉터 저항(RC1), 제 3 노드(N3) 및 접지단에 연결된 제 2 콜렉터 저항(RC2) 및 전류 센싱 트랜지스터(TCS)를 포함한다. 여기서 전류 센싱 트랜지스터(TCS)는 에미터 저항(RE)의 타단이 연결된 에미터, 제 1 콜렉터 저항(RC1)의 타단이 연결된 콜렉터, 및 제 2 노드(N2)에 연결된 베이스를 포함한다. 여기서 에미터 저항(RE)은 0 내지 100 Ω 사이의 낮은 저항 값을 가질 수 있다. 에미터 저항(RE)은 전류 튜닝이 덜 민감하도록 기능을 수행한다.
실시 예에 있어서, 전류 센싱 트랜지스터(TCS)는 P 채널(다른 말로, P-N-P형) 바이폴라(bipolar) 트랜지스터로 구현될 수 있다.
전류 피드백 유닛(120)은 센싱 저항(RS)에 흐르는 전류를 감지하고 대응하는 감지 전압은 제 3 노드(N3)에 출력한다.
전류 레귤레이터(130)는 제 2 노드(N2)와 제 4 노드(N4) 사이 연결된 전압 안정 저항(RR), 일단이 제 4 노드(N4)에 연결된 보상 전류 콜렉터 저항(RNC), 일단이 접지단에 연결된 보상 전류 에미터 저항(RNE), 전류 레귤레이팅 트랜지스터(TCR), 및 전류 보상 트랜지스터(TCC)를 포함한다.
전류 레귤레이팅 트랜지스터(TCR)는 제 4 노드(N4)와 제 5 노드(N5)의 전압 차이에 대응하는 스트링 전류(ILED1)를 출력한다. 여기서 제 4 노드(N4)의 전압은 보상 전류(ILEDC)에 따라 가변될 것이다. 따라서, 전류 레귤레이팅 트랜지스터(TCR)은 보상 전류(ILEDC)에 따라 스트링 전류(ILED1)을 출력할 것이다.
전류 레귤레이팅 트랜지스터(TCR)는 제 2 노드(N2)에 연결된 에미터, 제 5 노드(N5)에 연결된 콜렉터, 및 제 4 노드(N4)에 연결된 베이스를 포함한다. 여기서 제 5 노드(N5)는 LED 스트링(200)의 애노드이고, 스트링 전압(VLED1)이 출력되는 곳이다. 실시 예에 있어서, 전류 레귤레이팅 트랜지스터(TCR)는 P 채널 바이폴라(bipolar) 트랜지스터로 구현될 수 있다.
전류 보상 트랜지스터(TCC)는 전류 보상 정보에 근거로 하여 보상 전류(ILEDC)를 출력한다.
전류 보상 트랜지스터(TCC)는 보상 전류 콜렉터 저항(RNE)의 타단이 연결된 콜렉터, 보상 전류 에미터 저항(RNE)의 타단이 연결된 에미터, 전류 보상 정보를 입력받는 베이스를 포함한다.
전류 보상기(144)는 전류 피드백 유닛(120)의 감지 전압(즉, 제 3 노드(N3)의 전압)과 기준 전압(VREF)을 비교함으로써 전류 보상 정보를 출력한다. 전류 보상기(144)는 동작 증폭기(OP)를 포함한다. 동작 증폭기(OP)는 기준 전압(VREF)를 입력받는 정입력단(+), 제 3 노드(N3)의 전압을 입력받는 부입력단(-) 및 전류 보상 트랜지스터(TCC)의 베이스에 연결된 출력단을 포함한다. 동작 증폭기(OP)는 기준 전압(VREF)과 감지 전압의 차이에 대응하는 전압을 출력할 것이다.
전류 소스 제어 유닛(101)에서 기준 전압(VREF)을 근거로한 스트링 전류(ILED1)의 제어는 아래에서 설명된다. 아래에서는 설명의 편의를 위하여, 에미터 저항(RE)의 저항 값이 0이고, 전압 안정 저항(RR)의 저항 값이 무한대라고 가정하겠다. 따라서, 센싱 저항(RS)에 흐르는 전류(ILED)는 스트링 전류(ILED1)과 동일하다. 스트링 전류(ILED1)는 아래의 수학식을 만족한다.
Figure pat00001
여기서, VBE는 전류 센싱 트랜지스터(TCS)의 베이스와 에미터 사이의 전압이고, IC는 전류 센싱 트랜지스터(TCS)의 콜렉터에 흐르는 전류이고, IS는 전류 센싱 트랜지스터(TCS)의 역방향 포화전류이고, VT는 전류 센싱 트랜지스터(TCS)의 상온(300 °K)에서 일정한 전압을 갖는 열전압이고, RC는 RC1과 RC2의 합이다. 수학식 1로부터 알 수 있듯이, 스트링 전류(ILED1)는 기준 전압(VREF)에 비례한다.
따라서, 본 발명의 전류 소스 제어 유닛(101)에서는 기준 전압(VREF)에 의하여 스트링 전류(ILED1)가 조절/제어/가변될 수 있다.
도 2에서 전류 소스 제어 유닛(101)의 전류 피드백 유닛(120)은 센싱 저항(RS)에 흐르는 구동 전류(ILED)를 감지함으로써 스트링 전류(ILED1)를 보상한다. 본 발명의 전류 피드백 유닛은 포토 커플러(photo coupler)를 이용하여 구동 전류(ILED)을 감지할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 전류 소스 제어 유닛(101)에 대한 제 2 실시 예를 보여주는 도면이다. 도 3을 참조하면, 전류 소스 제어 유닛(101_1)은 전류 피드백 유닛(121), 전류 레귤레이터(130), 및 전류 보상기(144)를 포함한다. 전류 소스 제어 유닛(101_1)은, 제 2에 도시된 전류 소스 제어 유닛(100)과 비교하여 전류 피드백 유닛(121)의 구성이 다르다.
전류 피드백 유닛(121)은 포토 커플러(122) 및 접지단에 일단이 연결된 에미터 저항(RE)을 포함한다. 포토 커플러(122)는 구동 전류(ILED)에 대응하는 빛을 출력하고, 출력된 빛에 대응하는 전류를 흐르게 함으로써 제 3 노드(N3_1)의 감지 전압을 출력한다. 포토 커플러(122)는 제 1 노드(N1)로부터 구동 전압(VDC)을 입력받고 제 2 노드(N2)로 구동 전류(ILED)를 출력하고, 구동 전류(ILED)에 대응하는 빛을 출력하는 다이오드와 다이오드로부터 출력되는 빛에 응답하여 전류를 흐르게 하는 전류 센싱 트랜지스터(TCS)를 포함한다. 여기서 전류 센싱 트랜지스터(TCS)는 전류 보상 전압(VCC)에 연결된 콜렉터 에미터 저항(RE)의 타단에 연결된 에미터, 및 다이오드로부터 출력되는 빛을 입력받는 베이스를 포함한다. 전류 센싱 트랜지스터(TCS)에 흐르는 전류는 다이오드로부터 출력되는 내부 광량에 비례한다. 다이오드에 출력되는 내부 광량은 구동 전류(ILED)에 비례한다.
따라서, 본 발명의 전류 소스 제어 유닛(101_1)에서는 기준 전압(VREF)에 의하여 스트링 전류(ILED1)가 조절/제어/가변될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전류 피드백 유닛은 커런트 미러(current mirror)의 구조로 구현될 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 전류 소스 제어 유닛(101)에 대한 제 3 실시 예를 보여주는 도면이다. 전류 소스 제어 유닛(101_2)는 커런트 미러 구조의 전류 피드백 유닛(122), 전류 레귤레이터(131), 및 전류 보상기(144)를 포함한다.
전류 피드백 유닛(122)은 제 1 노드(N1)에 연결된 일단을 갖는 전압 안정 저항(RR), 제 4 노드(N4)에 연결된 일단을 갖는 전류 보상 콜렉터 저항(RNC), 제 3 노드(N3_2)와 접지단 사이에 연결된 센싱 저항(RS), 제 1 및 제 2 커런트 미러 트랜지스터들(TMR1, TMR2), 및 전류 보상 트랜지스터(TCC)를 포함한다.
여기서, 제 1 커런트 미러 트랜지스터(TMR1)는 전압 안정 저항(RR)의 타단에 연결된 에미터, 제 4 노드(N4)에 공통 연결된 콜렉터 및 베이스를 포함한다. 제 2 커런트 미러 트랜지스터(TRM1)는 제 1 노드(N1)에 연결된 에미터, 제 5 노드(N5)에 연결된 콜렉터, 및 제 4 노드(N4)에 연결된 베이스를 포함한다. 실시 예에 있어서, 제 1 및 제 2 커런트 미러 트랜지스터들(TRM1, TRM2) 각각은 P 채널 바이폴라 트랜지스터일 수 있다.
또한, 전류 보상 트랜지스터(TCC)는 전류 보상 콜렉터 저항(RNC)의 타단에 연결된 콜렉터, 제 3 노드(N3_2)에 연결된 에미터, 전류 보상 정보를 입력받는 베이스를 포함한다.
전류 레귤레이터(131)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 전류 피드백 유닛(123)의 일부로써, 전류 보상 정보에 근거로 하여 보상 전류(ILEDC)를 출력한다.
도 4에 도시된 전류 소스 제어 유닛(101_2)는 커런트 미러 구조로써, 보상 전류(ILEDC)와 스트링 전류(ILED1)가 동일할 것이다. 따라서, 스트링 전류(ILED1)은 아래의 수학식을 만족한다.
Figure pat00002
여기서, α는 전압 안정 저항(RR)에 의존하는 상수로써, 1보다 크다. 따라서, 본 발명의 전류 소스 제어 유닛(101_2)에서는 기준 전압(VREF)에 의하여 스트링 전류(ILED1)가 조절/제어/가변될 수 있다.
도 1에 도시된 적어도 하나의 LED 스트링(200)는 바(bar) 형태로 구현될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 LED 바에 대한 제 1 실시 예를 보여주는 도면이다. 도 5를 참조하면, LED 바(201)는 LED 스트링(202) 및 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board; PCB, 204)을 포함한다. LED 스트링(202)의 캐소드는 인쇄 회로 기판(204)에 연결되고, 인쇄 회로 기판(204)는 샤시(Chassis)에 연결된다. 실시 예에 있어서, 인쇄 회로 기판(203)은 샤시에 직접 연결될 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 인쇄 회로 기판(203)은 나사못을 이용하여 샤시에 연결될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 LED 바에 대한 제 2 실시 예를 보여주는 도면이다. 도 6을 참조하면, LED 바(211)는 제 1 및 제 2 LED 스트링들(212, 213) 및 인쇄 회로 기판(214)을 포함한다. LED 스트링들(212, 213) 각각의 캐소드는 인쇄 회로 기판(214)에 연결되고, 인쇄 회로 기판(214)는 샤시(Chassis)에 연결된다.
도 6에 도시된 LED 바(211)는 두 개의 LED 스트링들(211, 213)을 포함하지만, 본 발명의 LED 바가 여기에 한정되지 않는다는 것은 알려질 것이다. 본 발명의 실시 예에 따른 LED 바는 3개 이상의 LED 스트링들을 포함할 수 있다.
종래의 LED 바는 LED 구동 회로에 결합하기 위하여 애노드와 캐소드 모두 결합되는 구조였다.
반면에 본 발명의 LED 바(도 5의 201, 도 6의 211)는 LED 스트링의 캐소드가 샤시 접지됨으로써, 애노드만 LED 구동 회로(도 1의 100)에 결합되도록 구현될 수 있다. 만일, LED 바에 복수의 LED 스트링들을 포함할 경우, 종래의 그것과 비교하여 결합 핀의 개수를 줄이고, 또한 LED 구동 회로(100)과 결합을 용이하게 할 수 있다. 여기서 결합 핀의 개수는 LED 스트링들의 애노드 개수에 대응할 것이다.
실시 예에 있어서, LED 바와 LED 구동 회로(100)의 결합은 소켓 형태로 구현될 수 있다.
다른 실시 예에 있어서, LED 바는 소스 드라이버(도시되지 않음)의 기판에 실장된 LED 구동 회로(100)과 케이블 형태로 연결될 수 있다.
도 7은 도 1에 도시된 백라이트 유닛(20)가 구체적으로 구현된 실시 예를 보여주는 도면이다. 도 7을 참조하면, 백라이트 유닛(20)은 네 개의 LED 스트링들(200) 및 그것을 제어하는 LED 구동 회로(300)를 포함한다.
LED 구동 회로(300)는 DC/DC 컨버터(310), 전류 피드백 유닛(320), 전류 레귤레이터(330), 및 LED 구동 제어기(340)를 포함한다.
DC/DC 컨버터(310)는 입력된 전원전압(VIN)을 인덕터(L)를 이용하여 승압시킨다. 여기서 전원전압(VIN)은 22~26V 일 수 있다. 실시 예에 있어서, DC/DC 컨버터(310)는 커플된 인덕터 부스트 컨버터(coupled inductor boost converter)로 구현될 수 있다.
DC/DC 컨버터(310)는 입력 커패시터(CIN), 출력 커패시터(CDC), 인덕터(L), 부스팅 제어 트랜지스터(MT), 다이오드(D), 분배 저항들(RDC1, RDC2), 및 부스트 제어기(312)를 포함한다.
부스팅 제어 트랜지스터(MT)의 턴오프시 입력 전압(VIN)에 따라 제 1 인덕터(L1)에 전력이 저장된다. 또한, 부스팅 제어 트랜지스터(MT)의 턴온시 다이오드(D)가 역바이어스(reverse bias) 됨으로써, 제 1 인덕터(L1)에 저장된 전력이 제 2 인덕터(L2)로 전달된다.
부스트 제어기(312)는 부스팅 제어 트랜지스터(MT)의 게이트에 입력되는 부스팅 제어 신호를 출력하며, 제 1 및 제 2 피드백 전압들(FB, VFB)을 근거로 하여 부스팅 제어 신호의 듀티(duty) 사이클 제어한다. 여기서 제 1 피드백 전압(FB)은 제 1 노드(N1)의 직류 전압(VDC)에 대응하는 분배 전압(예를 들어, RDC1/(RDC1+RDC2))이고, 제 2 피드백 전압(VFB)은 구동 전압(VLEDOUT)과 스트링 전압들(LED1~LED4) 사이의 관계된 전압(예를 들어, VLEDOUT-VLEDMAX)이다.
실시 예에 있어서, 듀티 사이클의 제어는 펄스 폭 변조(pulse width modulation; PWM) 혹은 펄스 주파수 변조(pulse frequency modulation; PFM)를 이용할 수 있다. 아래에서는 설명의 편의를 위하여 듀티 사이클의 제어가 펄스 폭 변조를 이용한다고 가정하겠다.
전류 피드백 유닛(320)은 DC/DC 컨버터(310)로부터 출력된 직류 전압(VDC) 및 구동 전류(ILED)에 대응하는 전력을 출력한다. 여기서 출력되는 전력은 구동 전압(VLEDOUT)과 구동 전류(ILED)에 대응하고, 구동 전압(VLEDOUT)은 직류 전압(VDC)에서 센싱 저항(RS) 양단에 걸리는 전압만큼 뺀 값이다. 전류 피드백 유닛(320)은 제 1 노드(N1)와 제 2 노드(N2) 사이에 연결된 센싱 저항(RS)을 포함한다. 센싱 저항(RS)의 양단에는 구동 전류(ILED)가 흐른다.
전류 레귤레이터(330)는 구동 전압(VLEDOUT) 및 구동 전류(ILED)을 입력받아 전류 미러 방식을 이용하여 LED 스트링들(200) 각각에 스트링 전류들(ILED1~ILED4)을 출력하고, 전류 보상 정보에 근거로 하여 스트링 전류들(ILED1~ILED4)을 보상한다. 전류 레귤레이터(330)는 전압 안정 저항(RR), 전류 보상 콜렉터 저항(RNC), 전류 레귤레이팅 트랜지스터들(TCR1~TCR4), 및 전류 보상 트랜지스터(TCC)를 포함한다. 전류 레귤레이터(330)의 스트링 전류 공급 방법이나 스트링 전류 보상 방법은 도 2 내지 도 4에서 설명된 그것들과 유사한 바, 여기서는 생략하도록 하겠다.
LED 구동 제어기(330)는 구동 전압(VLEDOUT)과 스트링 전압들(VLED1~VLED4) 사이에 관계된 피드백 전압(VFB)을 출력하여 구동 전압(VLEDOUT) 및 구동 전류(ILED)를 제어하고 및 구동 전류(ILED)를 감지하여 전류 보상 정보를 출력하여 스트링 전류들(ILED1~ILED4)을 보상한다.
LED 구동 제어기(340)는 전압 검출기(342) 및 전류 보상기(344)를 포함한다.
전압 검출기(342)는 최대 전압 검출기(342_1) 및 피드백 전압 발생기(342_2)를 포함한다. 최대 전압 검출기(342_1)는 입력된 스트링 전압들(VLED1~VLED4) 중 가장 높은 전압을 갖는 스트링 전압을 최대 스트링 전압(VLEDMAX)로 출력한다.
실시 예에 있어서, 전압 검출기(342)의 전압 편차(최소 스트링 전압과 최대 스트링 전압 차이)가 소정의 값 이상일 때(예를 들어, 일부 LED 스트링이 단락될 때), LED 구동 제어기(340)는 LED 스트링들(200)을 보호하도록 구현될 것이다.
피드백 전압 발생기(342_2)는 입력된 구동 전압(VLEDOUT)과 최대 스트링 전압(VLEDMAX)의 차이에 대응하는 피드백 전압(VFB)을 출력한다.
실시 예에 있어서, 피드백 전압 발생기(342_2)의 전압 차이(구동 전압(VLEDOUT)과 최대 스트링 전압(VLEDMAX)의 차이)가 소정의 값(예를 들어, 대략 1V)을 유지하도록, LED 구동 제어기(340)는 구동 전압(VLEDOUT)을 제어할 것이다.
실시 예에 있어서, 피드백 전압 발생기(342_2)의 전압 차이가 소정의 값(예를 들어, 0.5V) 이하일 때(예를 들어, 일부 LED 스트링이 단선될 때), LED 구동 제어기(340)는 LED 스트링들(200)을 보호하도록 구현될 것이다.
전류 보상기(344)는 전류 센싱 유닛(344_1) 및 홀더(344_2) 및 동작 증폭기(345)를 포함한다.
전류 센싱 유닛(344_1)은 센싱 저항(RS)의 양단에 걸리는 전압들을 감지함으로써 센싱 전류(ILED)를 감지한다.
홀더(344_2)는 전류 센싱 유닛(344_1)로부터 감지된 구동 전류(ILED)에 대응하는 전압을 펄스 폭 변조 신호(PWM)에 근거로 하여 유지한다.
동작 증폭기(345)는 홀더(344_2)로부터 출력된 전압과 기준 전압(VREF)을 비교하여 전류 보상 정보를 출력한다.
본 발명의 실시 예에 따른 백라이트 유닛(20)는 핫 사이드(hot-side, 애노드에 대응됨)에서 구동 전류(ILED)를 감지하고, 감지된 구동 전류(ILED)에 근거로 하여 스트링 전류들(ILED1~ILED4)을 보상한다.
도 1 내지 도 8에서 전류 피드백 유닛들(120, 320)은 하나의 구동 전류 및 하나의 구동 전압(VLEDOUT)을 출력한다. 하지만 본 발명의 실시 예에 따른 전류 피드백 유닛이 반드시 여기에 한정될 필요는 없다. 본 발명의 실시 예에 따른 전류 피드백 유닛은 LED 스트링들 각각에 대응하는 구동 전류들 및 구동 전압들을 출력할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 백라이트 유닛에 대한 다른 실시 예를 보여주는 블록도이다. 도 8을 참조하면, 백라이트 유닛(30)는 LED 구동 회로(400) 및 복수의 LED 스트링들(500)을 포함한다. LED 구동 회로(400)는, 도 1에 도시된 LED 구동 회로(100)과 비교하여 전류 피드백 유닛(420)이 LED 스트링들(500) 각각에 대응하는 구동 전류들(도시되지 않음) 및 구동 전압들(도시되지 않음)을 출력한다.
도 8에 도시된 전압들(FB1~FB4)은 전류 피드백 유닛(420)으로부터 출력된 구동 전압들이다. 또한, 도 8에 도시된 전압들(LED1~LED4)은 LED 스트링들(500) 각각의 애노드들의 스트링 전압들이 분배된 전압들이다. 아래에서는 전압들(LED1~LED4)을 분배 스트링 전압들이라고 부르겠다.
LED 구동 제어기(440)는 구동 전압들(FB1~FB4) 및 분배 스트링 전압들(LED1~LED4) 사이에 관계된 피드백 전압(VFB)을 발생하는 전압 검출기(442) 및 LED 스트링들(500) 각각에 대응하는 구동 전류들을 감지하고, 스트링 전류들(ILED1~ILED4)을 보상하기 위하여 감지된 구동 전류들과 기준 전압(VREF)에 근거로 하여 전류 보상 정보를 출력하는 전류 보상기(444)를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 백라이트 유닛(30)는 LED 스트링들(500) 각각에 흐르는 스트링 전류들(ILED1~ILED4)을 개별적으로 제어(레귤레이팅 혹은 보상)할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 LED 구동 회로는 집적회로(Integrated Circuit)로 구현될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 LED 구동 집적회로(630)를 예시적으로 보여주는 블록도이다. 아래에서는 설명의 편의를 위하여 네 개의 LED 스트링들을 제어하는 LED 구동 집적회로(630)라고 가정하겠다. 도 9를 참조하면, LED 구동 집적회로(630)는 제 1 내지 제 4 전류 소스 제어 유닛들(631~634), 최대값 회로(636) 및 LED 출력 전압 제어 유닛(637)을 포함한다.
제 1 내지 제 4 전류 소스 제어 유닛들(631~634) 각각은 LED 스트링들(도시되지 않음) 각각에 대응하는 구동 전류들에 대응하는 전압들(예를 들어, 직류 전압(VDC)와 구동 전압들(FB1~FB4)의 전압 차이들)과 기준 전압(VREF)에 근거로 하여 전류 제어 정보에 대응하는 전류 제어 신호들(CTR1~CTL4)을 출력하고, 직류 전압(VDC)와 스트링 전압들 사이에 대응하는 전압들(예를 들어, 분배 직류 전압(VOSENSE)와 분배 스트링 전압들(LED1~LED4) 사이의 전압 차이들)을 근거로 하여 구동 전압 제어 정보(driving voltage controlling information, 혹은 '피드백 전압')를 출력한다.
아래에서는 제 1 전류 소스 제어 유닛(631)의 구성을 설명하겠다. 제 1 전류 소스 제어 유닛(631)은, 도 9에 도시된 바와 같이, 제 1 내지 제 3 동작 증폭기들(OP1~OP3) 및 전류 균형 제어 유닛(635)을 포함한다.
제 1 동작 증폭기(OP1)는 직류 전압(VDC)과 제 1 구동 전압(FB1)의 전압 차이에 대응하는 전압을 출력한다. 제 1 동작 증폭기(OP1)는 직류 전압(VDC)을 입력받는 정입력단(+)과 제 1 구동 전압(FB1)을 입력받는 부입력단(-)을 포함한다.
제 2 동작 증폭기(OP2)는 제 1 동작 증폭기(OP1)의 출력 전압과 기준 전압(VREF)의 차이에 대응하는 전압을 제 1 전류 제어 신호(CTL1)로 출력한다. 제 2 동작 증폭기(OP1)는 기준 전압(VREF)을 입력받는 정입력단(+)과 제 1 동작 증폭기(OP1)의 출력 전압을 입력받는 부입력단(-)을 포함한다.
제 3 동작 증폭기(OP3)는 분배 직류 전압(VOSENSE)과 분배 스트링 전압(LED1) 차이에 대응하는 전압을 출력한다. 여기서 분배 직류 전압(VOSENSE)은 직류 전압(VDC)가 소정의 비율로 분배된 전압이다. 제 3 동작 증폭기(OP3)는 분배 직류 전압(VOSENSE)을 입력받는 정입력단(+)과 제 1 분배 스트링 전압(LED1)을 입력받는 부입력단(-)을 포함한다.
전류 균형 제어 유닛(635)은 펄스 폭 변조 신호(PWM)에 응답하여 기준 전압(VREF)을 발생한다. 여기서 기준 전압(VREF)은 LED 스트링들의 휘도에 대응하는 전압이다.
제 2 내지 제 4 전류 소스 제어 유닛들(632~634)도 제 1 전류 소스 유닛(631)과 동일하게 구현될 것이다.
최대값 회로(636)는 제 1 내지 제 4 전류 소스 제어 유닛들(631~634)의 출력 전압들 중에서 가장 큰 전압과 분배 직류 전압(VOSENSE) 차이에 대응하는 전압을 발생한다.
LED 출력 제어 유닛(637)은 최대값 회로(636)로부터 출력되는 전압이 소정의 값으로 유지시키기 위하여 구동 전압 제어 정보를 출력한다. 실시 예에 있어서, LED 출력 제어 유닛(637)은 구동 전압과 최대 스트링 전압 사이의 전압 차이가 0.3~1.5V를 유지하도록 구동 전압 제어 정보를 출력할 수 있다.
도 10은 도 9에 도시된 LED 구동 집적회로(630)를 이용한 LED 구동 회로(600)를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 10을 참조하면, LED 구동 회로(600)는 DC/DC 컨버터(610), 전류 피드백 유닛(620), 전류 레귤레이터(630), LED 구동 집적회로(640), 및 저항들(RVDC1, RVDC2, RLED11~RLED41, RLED12~RLED42)을 포함한다.
DC/DC 컨버터(610)는 입력 전원전압(VIN)을 승압시켜 직류 전압(VDC) 및 구동 전류를 출력하고, 구동 전압 제어 정보에 근거로 하여 직류 전압(VDC)을 제어한다. 여기서 구동 전압 제어 정보는 LED 구동 집적회로(630)의 게이트핀(GATE)으로부터 입력된다.
전류 피드백 유닛(620)은 LED 스트링들(710~740) 각각에 흐르는 스트링 전류들(ILED1~ILED4)에 대응하는 구동 전류들을 감지하기 위한 센싱 저항들(RS1~RS4)을 포함한다. 구동 전류들을 감지하기 위하여, 센싱 저항들(RS1~RS4)의 일단들에 연결된 노드들(N21~N24)은 LED 구동 집적회로(630)의 구동 전압들(FB1~FB4)을 입력받는 핀들에 연결되고, 직류 전압(VDC)가 저항 분배된 전압(VOSENSE)은 LED 구동 집적회로(630)의 분배 직류 전압(VOSENSE)을 입력받는 핀에 연결된다. 분배 직류 전압(VOSENSE)는 직류 전압(VDC)을 소정의 값(RVDC1/(RVDC1+RVDC2))으로 분배한다.
전류 레귤레이터(630)는 전류 제어 신호들(CTL1~CTL4)에 응답하여 LED 스트링들(710~740) 각각에 스트링 전류들(ILED1~ILED4)을 출력하기 위한 모스 트랜지스터들(MCR1~MCR4)을 포함한다. 여기서 모스 트랜지스터들(MCR1~MCR4)의 게이트들은 LED 구동 집적회로(630)의 전류 제어 신호들(CTL1~CTL4)을 출력하기 핀들에 연결된다.
한편, LED 스트링들(710~740)의 스트링 전압을 분배한 전압들(LED1~LED4)은 LED 구동 집적회로(630)의 분배 스트링 전압들(LED1~LED4)을 입력받는 핀들에 연결된다.
본 발명의 실시 예에 따른 LED 구동 회로(600)는 디지털 회로로 구성되었으며, 각 LED 스트링들에 흐르는 구동 전류를 핫 사이드에서 디지털적으로 감지 및 보상한다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 액정 표시 장치(1000)를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 11을 참조하면, 액정 표시 장치(1000)는 픽셀 어레이(1100), 타이밍 제어기(1200), 감마 전압 발생기(1300), 데이터 구동 회로(1400), 게이트 구동 회로(1500), 전원 공급 회로(1600), 적어도 하나의 LED 바(1700) 및 LED 구동 회로(1800)를 포함한다.
픽셀 어레이(1100), 타이밍 제어기(1200), 감마 전압 발생기(1300), 데이터 구동 회로(1400), 게이트 구동 회로(1500), 전원 공급 회로(1600)에 대한 자세한 것은, 삼성전자에서 출원하였으며 이 출원의 참고 문헌으로 결합된 미국 공개특허 US 2010-0315325에서 설명될 것이다.
적어도 하나의 LED 바(1700)는 도 1에 도시된 적어도 하나의 LED 스트링(200)과 동일하다.
LED 구동 회로(1800)는 적어도 하나의 LED 바(1700)의 애노드에 구동 전류 출력하고, 애노드에 흐르는 구동 전류를 감지 및 보상하도록 구현된다. LED 구동 회로(1800)는 적어도 하나의 LED 바(1800)의 애노드에 출력되는 구동 전류를 감지 및 전류 보상 정보를 출력하기 위한 전류 보상기(1820) 및 전류 보상 정보에 근거로 하여 애노드에 구동 전류를 출력하는 전류 레귤레이터(1840)를 포함한다. LED 구동 회로(1800)는, 도 1 에 도시된 LED 구동 회로(100)와 동일하게 구현될 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 LED 구동 회로의 전류 제어 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도이다. 도 1 및 도 12를 참조하면, LED 구동 회로(100)의 전류 제어 방법은 다음과 같다.
전류 보상기(144)는 LED 스트링들(200)의 핫 사이드(혹은 '애노드')에서 구동 전류(ILED)를 감지한다(S110). 전류 보상기(144)는 센싱 저항(RS)의 전압 차이를 감지함으로써 구동 전류(ILED)을 감지한다. 여기서 LED 스트링들(200)의 콜드 사이드(혹은, '캐소드')는 샤시 접지된다.
전류 보상기(144)는 감지된 구동 전류(ILED)에 대응하는 전압과 기준 전압(VREF)을 근거로 하여 구동 전류(ILED)를 보상하기 위한 전류 보상 정보를 출력하고, 전류 레귤레이터(130)는 전류 보상 정보를 근거로 하여 구동 전류(ILED)를 보상한다(S120).
전류 레귤레이터(130)는 보상된 구동 전류(ILED)에 따라 LED 스트링들(200) 각각에 흐르는 스트링 전류들을 레귤레이팅한다(S130). 여기서 LED 스트링들(200) 각각의 콜드 사이드(혹은 캐소드)는 샤시 접지된다.
본 발명의 실시 예에 따른 LED 구동 회로의 전류 제어 방법은, 핫 사이드에서 구동 전류를 감지 및 보상함으로써, LED 스트링들 중 적어도 하나가 단락 되더라도 정전류 제어를 할 수 있다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지로 변형할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허 청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10, 20, 30: 백라이트 유닛
100, 300, 400: LED 구동 회로
200, 500: LED 스트링
110, 310, 410: DC/DC 컨버터
120, 320, 420: 전류 피드백 유닛
130, 330, 430: 전류 레귤레이터
140, 340, 440: LED 구동 제어기
142, 342, 442: 전압 검출기
144, 344, 444: 전류 보상기
101: 전류 소스 제어 유닛
스트링 전압: VLED1~VLED4
스트링 전류: ILED1~ILED4
구동 전류: ILED
구동 전압: VLEDOUT
직류 전압: VDC
기준 전압: VREF
센싱 저항: RS
122: 포토 커플러
630: LED 구동 집적회로
631~634: 전류 소스 제어 유닛
600: LED 구동 회로
1000: 액정 표시 장치

Claims (20)

  1. 스트링 전류를 입력받는 애노드와 샤시 접지된 캐소드를 갖는 적어도 하나의 LED 스트링; 및
    구동 전류를 입력받아 상기 적어도 하나의 LED 스트링으로 상기 스트링 전류를 출력하고, 상기 구동 전류를 감지하고, 상기 감지된 구동 전류와 기준 전압을 근거로 하여 상기 스트링 전류를 보상하는 전류 소스 제어 유닛을 포함하는 백라이트 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준 전압은 상기 적어도 하나의 LED 스트링에서 출력되는 빛의 휘도에 대응하는 백라이트 유닛.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전류 소스 제어 유닛은,
    제 1 노드와 제 2 노드 사이에 연결되고, 상기 제 1 노드에서 직류 전압을 입력받아 상기 제 2 노드로 구동 전압을 출력하고, 상기 입력된 구동 전류를 상기 제 2 노드로 출력하는 전류 피드백 유닛;
    상기 전류 피드백 유닛에 흐르는 상기 구동 전류를 감지하고, 상기 감지된 구동 전압과 상기 기준 전압을 비교하여 전류 보상 정보를 출력하는 전류 보상기; 및
    상기 제 2 노드와 상기 애노드 사이에 연결되고, 상기 구동 전압 및 상기 구동 전류를 입력받아 상기 스트링 전류를 출력하고, 상기 전류 보상 정보에 근거로 하여 상기 스트링 전류를 보상하는 전류 레귤레이터를 포함하는 백라이트 유닛.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전류 피드백 유닛은,
    상기 제 1 노드와 상기 제 2 노드 사이에 센싱 저항을 포함하고,
    상기 센싱 저항에 흐르는 상기 구동 전류를 감지하기 위하여, 상기 제 1 노드의 전압과 상기 제 2 노드 사이의 전압 차이를 감지하는 백라이트 유닛.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 전류 피드백 유닛은,
    상기 제 1 노드와 상기 제 2 노드 사이에 포토 다이오드; 및
    상기 포토 다이오드의 출력되는 빛에 따라 턴온되는 트랜지스터를 갖는 포토 커플러를 포함하고,
    상기 포토 다이오드의 출력되는 빛은 상기 구동 전류에 대응하는 백라이트 유닛.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 전류 소스 제어 유닛은,
    상기 구동 전류에 대응하는 전압과 상기 기준 전압을 입력받아 상기 전류 보상 정보에 대응하는 전압을 출력하는 동작 증폭기;
    상기 동작 증폭기의 출력 값에 따라 턴온되는 전류 보상 트랜지스터; 및
    상기 전류 보상 트랜지스터에 흐르는 전류에 대응하여 상기 스트링 전류를 출력하기 위하여 커런트 미러 구조로 구현된 전류 레귤레이터를 포함하는 백라이트 유닛.
  7. 제 1 항에 있어서,
    구동 전압과 상기 애노드의 스트링 전압을 검출하여 피드백 전압을 출력하는 전압 검출기를 더 포함하고,
    상기 구동 전압과 상기 스트링 전압은 대응하는 백라이트 유닛.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 구동 전압과 상기 스트링 전압의 전압 차이가 소정의 값 미만으로 유지되는 백라이트 유닛.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 구동 전압과 상기 스트링 전압의 전압 차이가 소정의 값 이상일 때, 상기 적어도 하나의 LED 스트링으로 제공되는 상기 구동 전류가 차단되는 백라이트 유닛.
  10. 제 7 항에 있어서,
    입력된 전원 전압을 승압하여 직류 전압을 출력하고, 상기 피드백 전압을 근거로 하여 상기 직류 전압을 제어하는 DC/DC 컨버터를 더 포함하고,
    상기 직류 전압은 상기 구동 전압에 대응하는 백라이트 유닛.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 직류 전압과 상기 구동 전압의 전압 차이는 0.1~0.5 V인 백라이트 유닛.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 DC/DC 컨버터는 상기 전원 전압을 상기 직류 전압으로 승압하는 인덕터 부스터를 포함하는 백라이트 유닛.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 LED 스트링으로부터 빛이 출력될 때, 상기 전류 소스 제어 유닛은 상기 스트링 전류의 보상 동작을 수행하는 백라이트 유닛.
  14. 스트링 전류를 입력받는 애노드 및 샤시 접지된 캐소드를 갖는 복수의 LED 스트링들;
    전원 전압을 직류 전압으로 승압하는 DC/DC 컨버터;
    상기 직류 전압을 입력받아 구동 전압들을 출력하고, 상기 복수의 LED 스트링들 각각에 대응하는 구동 전류들을 출력하는 전류 피드백 유닛;
    상기 구동 전압들 및 상기 구동 전류들을 입력받고 전류 제어 정보에 근거로 하여 상기 복수의 LED 스트링들에 흐르는 스트링 전류들을 출력하는 전류 레귤레이터; 및
    상기 전류 피드백 유닛에 흐르는 구동 전류들을 감지하여 상기 스트링 전류들을 보상하기 위한 전류 제어 정보를 출력하고, 상기 구동 전압들과 스트링 전압들 관계에 따라 상기 직류 전압을 제어하는 LED 구동 제어기를 포함하고,
    상기 스트링 전압들은 상기 복수의 LED 스트링들의 애노드의 전압들인 백라이트 유닛.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 LED 구동 제어기는 집적 회로로 구현되는 백라이트 유닛.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 집적 회로는,
    상기 스트링 전류들을 제어하기 위하여 상기 구동 전류들을 감지하여 전류 보상 정보를 출력하는 복수의 전류 소스 제어 유닛들;
    상기 스트링 전압들과 상기 구동 전압 사이의 최대값을 검출하는 최대값 회로; 및
    상기 최대값 회로의 출력을 입력받아 피드백 전압을 출력하는 출력 전압 제어 유닛을 포함하는 백라이트 유닛.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 복수의 전류 소스 제어 유닛들 각각은,
    상기 직류 전압과 구동 전압 사이의 전압 차이에 대응하는 전압을 출력하는 제 1 동작 증폭기;
    상기 제 1 동작 증폭기의 출력 값과 기준 전압의 전압 차이에 대응하는 전압을 출력하는 제 2 동작 증폭기;
    상기 직류 전압에 대응하는 분배 전압과 스트링 전압 사이의 전압 차이에 대응하는 전압을 출력하는 제 3 동작 증폭기; 및
    펄스 폭 변조 신호에 응답하여 상기 기준 전압을 출력하는 전류 균형 제어 유닛을 포함하는 백라이트 유닛.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 전류 피드백 유닛은, 상기 구동 전류들이 흐르는 복수의 센싱 저항들을 포함하는 백라이트 유닛.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 전류 레귤레이터는,
    상기 전류 제어 정보를 입력받는 게이트를 갖고, 상기 구동 전류들을 입력받아 상기 스트링 전류들을 출력하는 복수의 모스 트랜지스터들을 포함하는 백라이트 유닛.
  20. 백라이트 유닛의 전류 제어 방법에 있어서:
    LED 스트링들의 핫 사이드에 흐르는 구동 전류를 감지하는 단계;
    상기 감지된 구동 전류 및 기준 전압에 근거로 하여 상기 구동 전류를 보상하는 단계; 및
    상기 보상된 구동 전류에 근거로 하여 상기 LED 스트링들 각각에 흐르는 스트링 전류들을 레귤레이팅하는 단계를 포함하고,
    상기 LED 스트링들의 캐소드들은 샤시 접지되는 전류 제어 방법.
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