KR20130015720A - 백라이트 유닛, 제어 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

백라이트 유닛이 개시된다. 본 백라이트 유닛은 LED, 트랜지스터의 스위칭 동작에 따라 LED를 구동하는 LED 구동부, LED로부터 출력되는 전류에 추가 신호를 부가하여 기준 전류와 비교하며, 비교 결과에 따라 트랜지스터의 스위칭 동작을 제어하는 제어부를 포함하며, 추가 신호는, 트랜지스터의 동작 주기에서, 시간에 따라 증대되다가 기 설정된 값으로 리셋되는 전류 신호이다.

Description

백라이트 유닛, 제어 장치 및 그 제어 방법 {Backlight unit, control apparatus and control method thereof}
본 발명은 백라이트 유닛, 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LED를 이용하는 백라이트 유닛, 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치(Liquid Crystal Display: LCD)는 다른 표시 장치에 비해 두께가 얇고 무게가 가벼우며, 구동 전압 및 소비 전력이 낮아서 널리 사용되고 있다. 그러나 액정 표시 장치는 자체적으로 발광을 하지 못하는 비발광 소자이므로 액정 표시 패널에 광을 공급하기 위한 별도의 백라이트를 필요로 한다.
액정 표시 장치의 백라이트 광원으로는 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp: CCFL) 및 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED) 등이 많이 사용된다. 냉음극 형광램프는 수은을 사용하기 때문에 환경 오염을 유발할 수 있고, 응답속도가 느리며, 색 재현성이 낮을 뿐만 아니라 LCD 패널의 경박단소화에도 적절하지 못한 단점을 가졌다.
반면에, 발광 다이오드는 환경 유해 물질을 사용하지 않아 친환경적이며, 임펄스 구동이 가능한 이점이 있다. 그리고 색 재현성이 우수하며, 적색, 녹색, 청색 발광 다이오드의 광량을 조정하여 휘도, 색 온도 등을 임의로 변경할 수 있을 뿐만 아니라, LCD 패널의 경박단소화에 적합한 장점들을 가지므로, 최근 LCD 패널 등의 백라이트용 광원으로 많이 채용되고 있는 실정이다.
한편, 종래 널리 사용되고 있는 boost 방식의 LED 구동회로는 스위칭 MOSFET Q1이 접지 기준으로 연결되어 구동이 용이하고, LED 부하단에 역시 접지 기준으로 구동되는 dimming MOSFET Q2를 추가하여 LED를 빠른 속도로 단속하여 고해상도의 dimming을 간단히 구현할 수 있다는 장점이 있다. 하지만, LED open이나 LED short에 대해 보호(protection) 동작이 필요하며 boost 방식의 특성상 입력 전류가 커서 전체적인 시스템 비용(cost)이 증가한다는 문제가 있다.
고해상도의 디밍(dimming)이 필요하지 않은 경우에는 dimming MOSFET을 사용하지 않는 low-side buck 회로를 출력전류 피드백(feedback)이 없는 peak current control 방식으로 적용하여 LED 구동회로의 비용을 절감할 수 있다. 여기서, peak current control이란 일정한 주파수로 스위칭 MOSFET Q1을 ON 시키고 센싱된 전류가 지정된 기준 값 Iref에 이르면 스위칭 MOSFET을 OFF하는 방식을 뜻한다.
하지만, 이러한 방식은 부하 변동이나 입출력 조건 변동에 대해 출력전류의 평균값이 크게 변동하는 단점이 있으며, 이러한 문제는 스위칭 주기 내에서 인덕터 전류가 0으로 떨어지지 않는 CCM(Continuous conduction mode)에 비해 스위칭 주기 내에서 인덕터 전류가 0까지 떨어지는 DCM(Discontinuous conduction mode)의 경우 더욱 심각하다.
또한, DCM 대비 CCM에서는 MOSFET의 스위칭 손실이 커지고 보다 큰 L 값의 인덕터를 사용해야 하는 등 설계적으로 바람직하지 않은 문제점이 존재하였다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 부품 특성 및 입출력 조건의 변동에 대한 평균 출력 전류의 변동을 줄일 수 있는 백라이트 유닛, 제어 장치 및 그 제어 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛은, LED, 트랜지스터의 스위칭 동작에 따라 상기 LED를 구동하는 LED 구동부, 및 상기 LED로부터 출력되는 전류에 추가 신호를 부가하여 기준 전류와 비교하며, 비교 결과에 따라 상기 트랜지스터의 스위칭 동작을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 추가 신호는, 상기 트랜지스터의 동작 주기에서, 시간에 따라 증대되다가 기 설정된 값으로 리셋되는 전류 신호가 될 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 트랜지스터를 주기적으로 구동시키기 위한 클럭 신호를 생성하는 오실레이터, 상기 오실레이터에서 생성된 클럭 신호에 따라 상기 추가 신호를 생성하는 추가 신호 생성부, 상기 추가 신호 및 상기 전류 신호를 입력받아, 상기 기준 전류와 비교하는 비교부 및 상기 비교부의 비교 결과에 따라 상기 트랜지스터에 대한 제어 신호를 출력하는 제어 신호 출력부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 LED 구동부는, 상기 제어부에 의해 제어되는 트랜지스터의 동작에 따라, 입력 전압을 LED 구동 전압으로 변환하여 상기 LED로 제공하는 DC-DC 컨버터부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 구동 회로를 제어하는 제어 장치는, 상기 LED 구동 회로 내의 트랜지스터를 주기적으로 구동시키기 위한 클럭 신호를 생성하는 오실레이터, 상기 오실레이터에서 생성된 클럭 신호에 따라 추가 신호를 생성하고, 생성된 추가 신호를 상기 LED 구동 회로에서 사용되는 전류 신호에 부가하는 추가 신호 생성부, 상기 추가 신호가 부가된 전류 신호를 기준 전류와 비교하는 비교부 및 상기 비교부의 비교 결과에 따라 상기 트랜지스터에 대한 제어 신호를 출력하는 제어 신호 출력부를 포함한다.
여기서, 상기 추가 신호는, 상기 트랜지스터의 동작 주기에 따라 시간에 따라 증대되다가 기 설정된 값으로 리셋되는 전류 신호가 될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 구동 회로를 제어하는 제어 방법은, 상기 LED 구동 회로 내의 트랜지스터를 주기적으로 구동시키기 위한 클럭 신호를 생성하는 단계, 상기 생성된 클럭 신호에 따라 추가 신호를 생성하는 단계, 상기 LED 구동 회로에서 사용되는 전류 신호 및 상기 추가 신호를 입력받아, 기준 전류와 비교하는 단계 및 상기 비교 결과에 따라 상기 트랜지스터에 대한 제어 신호를 출력하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 추가 신호는, 상기 트랜지스터의 동작 주기에 따라 시간에 따라 증대되다가 기 설정된 값으로 리셋되는 전류 신호가 될 수 있다.
이에 따라 출력 전류의 피드백이 없이도 부품 특성 및 입출력 조건의 변동에 대한 평균 출력 전류의 변동을 줄일 수 있는 백라이트 유닛, 제어 장치 및 그 제어 방법을 제공할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 구동 회로를 제어하는 제어 장치의 구성을 설명하기 위한 블럭도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛의 구성을 설명하기 위한 블럭도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛(200)의 세부 구성을 설명하기 위한 블럭도,
도 4a 내지 도 8b는 종래 백라이트 유닛과 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛의 LED 출력 전류를 도시한 도면 그리고,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 구동 회로를 제어하는 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 구동 회로를 제어하는 제어 장치(100)의 구성을 설명하기 위한 블럭도이다. 도 1을 참조하면, 제어 장치(100)는 오실레이터(110), 추가 신호 생성부(120), 비교부(130) 및 제어 신호 출력부(140)를 포함한다.
한편, 본 실시 예에 따른 제어 장치가 제어하는 LED 구동 회로로 벅 컨버터(buck converter)가 될 수 있으며, 제어 장치(100)는 벅 컨버터를 구동하기 위한 제어 신호로서 PWM 신호를 생성할 수 있다.
벅 컨버터는 입력단과 출력단이 같은 접지를 공유하는 회로로서, 트랜지스터, 인덕터, 커패시터 및 다이오드 등의 소자로 구현될 수 있다. 이러한, 벅 컨버터는 외부로부터 입력받은 PWM 신호에 따라 트랜지스터가 일정한 주기로 스위칭 되어 LED를 구동한다.
구체적으로, 벅 컨버터는 PWM 신호에 따라 트랜지스터가 온(ON)되면, 입력 전원을 LED 구동 전압으로 변환하여 LED로 제공한다. 그리고, 벅 컨버터는 PWM 신호에 따라 트랜지스터가 오프(OFF)되면, 트랜지스터 온 타임 동안 인덕터 및 커패시터에 저장된 입력 전원을 LED로 제공할 수 있다.
즉, 벅 컨버터는 PWM 신호의 듀티 비에 따라 LED의 밝기를 조절할 수 있다. 이러한, 벅 컨버터에 대해서는 이미 알려진 기술이므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
오실레이터(110)는 LED 구동 회로 내의 트랜지스터를 주기적으로 구동시키기 위한 클럭 신호를 생성할 수 있다. 구체적으로, 오실레이터(110)는 LED 구동 회로 내의 트랜지스터를 주기적으로 온 시키기 위한 기설정된 주파수를 갖는 클럭 신호를 생성할 수 있다.
추가 신호 생성부(120)는 오실레이터(110)에서 생성된 클럭 신호에 따라 추가 신호를 생성할 수 있다.
여기서, 추가 신호는 LED 구동 회로 내의 트랜지스터의 동작 주기에서, 시간에 따라 증대되다가 기 설정된 값으로 리셋되는 전류 신호일 수 있다.
구체적으로, 추가 신호는 오실레이터(110)에서 생성되는 클럭 신호와 동일한 주기를 가지며, 한 주기 내에서 시간에 따라 선형적 또는 비선형적으로 증대되는 전류 신호일 수 있다. 일 예로, 추가 신호는 클럭 신호와 동일한 주기를 가지는 램프 신호(lamp signal)가 될 수 있다.
그리고, 추가 신호 생성부(120)는 생성된 추가 신호를 LED 구동 회로에서 사용되는 전류 신호에 부가할 수 있다.
여기서, LED 구동 회로에서 사용되는 전류 신호란, LED 구동 회로의 트랜지스터의 온 타임 동안, LED로부터 출력되는 전류일 수 있다.
이에 따라, 추가 신호 생성부(120)는 LED 구동 회로 내의 트랜지스터의 온 타임 동안 LED로부터 출력되는 전류에 추가 신호를 부가할 수 있으며, 추가 신호는 한 주기 내에서 시간에 따라 증대되는 전류 신호이므로, 추가 신호 생성부(120)는 LED 구동 회로의 트랜지스터의 온 타임 길수록 더 큰 값의 전류 신호를 LED 출력 전류에 부가할 수 있다.
비교부(130)는 추가 신호가 부가된 전류 신호(Ia)를 기준 전류(Iref)와 비교한다. 구체적으로, 비교부(130)는 추가 신호 생성부(120)로부터 전달받은 추가 신호가 부가된 전류 신호(Ia)를 기준 전류(Iref)와 비교하고, 그 결과를 제어 신호 출력부(140)로 전달할 수 있다.
한편, 이러한 비교부(130)는 비교기(comparator)로 구현될 수 있다.
제어 신호 출력부(140)는 비교부(130)의 비교 결과에 따라 LED 구동 회로의 트랜지스터에 대한 제어 신호를 출력한다.
구체적으로, 제어 신호 출력부(140)는 오실레이터(110)로부터 클럭 신호와 비교부(130)의 비교 결과를 각각 전달받아, LED 구동 회로를 구동하기 위한 PWM 신호를 생성할 수 있다.
즉, 제어 신호 출력부(140)는 오실레이터(110)로부터 전달받은 클럭 신호에 따라 일정한 시간 주기로 LED 구동 회로의 트랜지스터를 온 시키며, 비교부(130)의 비교 결과, 추가 신호가 부가된 전류 신호(Ia)가 기준 전류(Iref)보다 크거나 같으면 LED 구동 회로의 트랜지스터를 오프시키는 PWM 신호를 생성할 수 있다.
한편, 이러한 제어 신호 출력부(140)는 오실레이터(110)로부터의 클럭 신호를 세트 입력으로 입력받고 비교부(130)의 출력을 리셋 입력으로 입력받는 RS 플리플롭(RS flip flop)으로 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛의 구성을 설명하기 위한 블럭도이다. 도 2를 참조하면, 백라이트 유닛(200)는 LED(210), LED 구동부(220) 및 제어부(230)를 포함한다.
LED(210)는 LED 구동부(220)로부터 인가된 구동 전압에 따라 발광한다.
여기서, LED(210)는 LED 구동부(220)로부터 입력되는 전류의 평균값에 따라 그 밝기가 결정될 수 있다.
LED 구동부(220)는 제어부(230)의 제어에 따라, LED(210)에 구동 전압을 인가한다.
구체적으로, LED 구동부(220)는 제어부(230)에 의해 제어되는 트랜지스터의 동작에 따라, 입력 전압을 컨버팅하고 컨버팅된 DC 전압을 병렬 연결된 LED(210)로 제공할 수 있다.
한편, 이러한 동작을 수행하는 LED 구동부(220)는 벅 컨버터(buck converter)가 될 수 있다. 하지만, 이에 제한되는 것은 아니며 입력 전압을 LED 구동 전압으로 변환하여 LED(210)로 전달할 수 있는 다른 종류의 DC-DC 컨버터(예를 들면, 벅 부스트 컨버터 등)로 구현 가능될 수 있음은 물론이다.
제어부(230)는 LED(210)로부터 출력되는 전류 신호에 추가 신호를 부가하여 기준 전류와 비교하며, 비교 결과에 따라 LED 구동부(220)에 마련된 트랜지스터의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.
이러한 동작을 수행하는 제어부(230)는 오실레이터(미도시), 추가 신호 생성부(미도시), 비교부(미도시) 및 제어 신호 출력부(미도시)를 포함할 수 있다.
오실레이터는 LED 구동부(220)에 마련된 트랜지스터를 주기적으로 구동시키기 위한 클럭 신호를 생성한다. 구체적으로, 오실레이터는 LED 구동부(220)에 마련된 트랜지스터를 주기적으로 온 시키기 위해, 기설정된 주파수를 갖는 클럭 신호를 생성할 수 있다.
추가 신호 생성부는 오실레이터에서 생성된 클럭 신호에 따라 추가 신호를 생성할 수 있다.
여기서, 추가 신호는 LED 구동부(220)의 트랜지스터의 동작 주기에서, 시간에 따라 증대되다가 기 설정된 값으로 리셋되는 전류 신호일 수 있다. 즉, 추가 신호는 클럭 신호의 주기와 동일한 주기를 가지며, 한 주기 내에서 시간에 따라 선형적 또는 비선형적으로 증대되는 전류 신호일 수 있다.
일 예로, 추가 신호는 한 주기 내에서 선형적으로 증가하다가 기설정된 값으로 리셋되는 램프 신호(lamp signal)일 수 있다.
그리고, 추가 신호 생성부는 생성된 추가 신호를 LED 구동부(220)에서 사용되는 전류 신호에 부가할 수 있다.
여기서, LED 구동부(220)에서 사용되는 전류 신호란, LED 구동부(220)의 트랜지스터의 온 타임 동안 LED(210)로부터 출력되는 전류 신호일 수 있다.
구체적으로, 추가 신호 생성부는 추가 신호를 LED 구동 회로의 트랜지스터의 온 타임 동안 LED 출력 전류에 부가할 수 있으며, 추가 신호는 한 주기 내에서 시간에 따라 증대되는 전류 신호이므로, 추가 신호 생성부는 LED 구동부(220)의 트랜지스터의 온 타임 길수록 더 큰 추가 신호를 LED 출력 전류에 부가할 수 있다.
비교부는 추가 신호가 부가된 전류 신호를 기준 전류와 비교하고, 비교 결과를 제어 신호 출력부로 전달할 수 있다.
제어 신호 출력부는 비교부의 비교 결과에 따라 LED 구동부(220)의 트랜지스터에 대한 제어 신호를 생성한다.
즉, 제어 신호 출력부는 LED 구동부(220)의 트랜지스터의 온/오프 타이밍을 제어하는 PWM 신호를 생성하여 LED 구동부(220)에서 LED(210)로 인가되는 구동 전류를 제어할 수 있다.
구체적으로, 제어 신호 출력부는 오실레이터로부터 전달받은 클럭 신호에 따라 일정한 시간 주기로 LED 구동부(210)의 트랜지스터를 온 시켜 LED(210)를 구동하며, 비교부의 비교 결과, 추가 신호가 부가된 전류 신호가 기준 전류보다 크거나 같으면 LED 구동부(210)의 트랜지스터를 오프시키는 PWM 신호를 생성할 수 있다.
한편, 본 실시 예에서의 백라이트 유닛을 제어하는 제어부(230)는 도 1에서 설명한 제어 장치(100)에 의해 구현될 수 있으며, 이러한 제어부(230)의 구체적인 동작을 설명하기 위해 도 3을 참조한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛(200)의 세부 구성을 설명하기 위한 블럭도이다.
도 3를 참조하면, 도 2에서 설명한 바와 같이 본 실시 예에 따른 백라이트 유닛(200)은 LED(210), LED 구동부(220) 및 제어부(230)를 포함하며, 외부로부터 기준 전류(240)를 입력받을 수 있다. 한편, 도 3을 설명함에 있어, 도 2와 중복된 부분에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
본 실시 예에 따른 LED 구동부(220)는 벅 컨버터(특히, 로우 사이드(low-side) 벅 컨버터)로 구현될 수 있다. 로우 사이트 벅 컨버터는 트랜지스터가 하단에 위치하는 벅 컨버터로서, 그 동작은 다음과 같다.
먼저, 제어부(230)로부터 입력된 PWM 신호에 따라 트랜지스터(Q1, 215)가 온 되면, 다이오드(227)의 일 단과 인덕터(225)의 일 단이 연결된 노드에 입력 전압(Vi, 211)이 인가된다.
이 경우, 인덕터(225)의 타 단에 인가된 전압은 LED(210)의 출력 전압(Vo)과 같기 때문에, 인덕터(225)에는 입력 전압과 출력 전압의 전압차(Vi-Vo) 만큼의 전압이 인가되며, 이에 따라, LED(210)로 전류가 흐르게 된다.
여기서, LED(210)로 흐르는 전류, 즉 인덕터(225)에 흐르는 전류의 시간에 따른 변화량(즉, 기울기)은 (Vi-Vo)/L이 된다(L은 인덕터(225)의 인덕턴스).
한편, 제어부(230)로부터 입력된 PWM 신호에 따라 트랜지스터(Q1, 215)가 오프되면, 인덕터(225)의 타 단에 인가되는 출력 전압(Vo)에 따라 LED(210)로 전류가 흐르게 된다.
여기서, 다이오드(227)의 순방향 전압(즉, 턴 온 전압)을 무시하면 다이오드(227)의 일 단의 전압은 그라운드 전압(GND)이 되므로, LED(210)로 흐르는 전류 즉 인덕터(225)에 흐르는 전류의 시간에 따른 변화량은 -(Vo)/L이 된다.
한편, 이와 같은 LED 구동부(220)의 동작을 제어하기 위한 PWM 신호는 제어부(230)에 의해 생성되며, 이를 위해, 제어부(230)는 오실레이터(231), 추가 신호 생성부(233), 비교부(235), 제어 신호 출력부(237) 및 증폭부(239)를 포함한다.
오실레이터(231)는 트랜지스터(Q1, 215)를 주기적으로 온 시키기 위해 기설정된 주파수를 갖는 클럭 신호를 생성하고, 이를 추가 신호 생성부(233) 및 제어 신호 출력부(237)로 전달한다.
추가 신호 생성부(233)는 오실레이터(231)로부터 전달받은 클럭 신호에 따라 추가 신호를 생성하고, 생성된 추가 신호를 LED(210)로부터 출력되는 전류 신호에 부가할 수 있다. 한편, 이러한 동작을 수행하는 추가 신호 생성부(233)는 램프 신호 생성부(233-1) 및 가산기(233-2)를 포함할 수 있다.
램프 신호 생성부(233-1)는 오실레이터(231)로부터 전달받은 클럭 신호와 동일한 주기를 가지며, 한 주기 내에서 선형적으로 증가하는 램프 신호를 추가 신호로서 생성하며, 생성된 램프 신호를 가산기(233-2)로 전달할 수 있다.
가산기(233-2)는 트랜지스터(Q1, 215)의 소스 단자 및 저항(213)의 일 단이 연결된 노드로부터 LED(210)에서 출력되는 전류를 입력받으며 램프 신호 생성부(233-1)로부터 추가 신호를 입력받아, 이들을 합산할 수 있다.
여기서, 가산기(233-2)는 트랜지스터(Q1, 215)의 소스 단자로부터 LED(210)에서 출력되는 전류를 입력받으므로, 트랜지스터(Q1, 215)가 온 일 때 LED(210)에서 출력되는 전류를 입력받을 수 있다.
한편, 램프 신호 생성부(233-1)로부터 전달되는 추가 신호는 램프 신호이므로, 한 주기 내에서 시간에 따라 증대되는 전류 신호이다. 따라서, 트랜지스터(Q1, 215)의 온 타임이 클수록, 가산기(233-2)는 LED(210)에서 출력되는 전류에 더 큰 전류 신호를 부가할 수 있다.
비교부(235)는 추가 신호가 부가된 전류 신호를 외부로부터 전달받은 기준 전류(Iref, 240)와 비교하고, 그 결과를 제어 신호 출력부(140)로 전달할 수 있다. 구체적으로, 비교부(235)는 추가 신호가 부가된 전류 신호가 외부로부터 전달받은 기준 전류(Iref, 240)보다 크거나 같으면, 하이 신호를 출력할 수 있다.
제어 신호 출력부(237)는 RS 플리플롭(RS flip flop)으로 구현되어, 오실레이터(231)로부터 전달받은 클럭 신호를 세트 입력(S)으로 입력받고 비교부(130)의 출력을 리셋 입력(R)으로 입력받을 수 있다.
구체적으로, 제어 신호 출력부(237)는 기설정된 주파수를 갖는 클럭 신호를 세트 입력으로 받으므로 일정한 시간 간격으로 트랜지스터(Q1, 215)를 온 시키고, 비교부(235)의 출력을 리셋 입력으로 입력받으므로 비교부(235)로부터 하이 신호가 입력되면(즉, 추가 신호가 부가된 전류 신호가 외부로부터 전달받은 기준 전류(Iref, 240)보다 크거나 같은 경우) 트랜지스터(Q1, 215)를 오프시키는 PWM 신호를 생성할 수 있다.
이에 따라, 제어 신호 출력부(237)는 트랜지스터(Q1, 215)의 온/오프 동작을 제어하는 PWM 신호를 생성하게 된다.
증폭부(239)는 제어 신호 출력부(237)로부터 출력되는 PWM 신호를 증폭하여 트랜지스터(Q1, 215)로 전달한다.
이상과 같은, 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛은 트랜지스터(Q1, 215)의 온 타임 동안 LED(210)로부터 출력되는 전류 신호에 추가 신호를 부가하고, 추가 신호가 부가된 전류 신호가 기준 전류(Iref)에 도달하면 트랜지스터(Q1, 215)를 오프시킬 수 있다. 여기서, 추가 신호는 트랜지스터의 온 타임 동안 시간에 따라 증대되는 전류 신호이므로, 트랜지스터의 온 타임이 클수록 더 큰 전류 신호가 LED 출력 전류에 부가된다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛은 입력/출력 전압 및 부품 특성의 변동(예를 들면, 인덕터)에 따라 변동되는 LED 출력 전류의 평균값 의 변동을 줄일 수 있다.
이하에서는, 첨부된 도 4a 내지 도 8b를 참조하여 이러한 본 발명의 특징으로 보다 상세히 설명한다.
한편, 도 4a 내지 도 8b에서 LED 구동부에 포함된 트랜지스터의 온 주기(즉, 오실레이터에서 생성되는 클럭 신호의 주기)는 T로 동일하고, 백라이트 유닛을 구성하는 LED 구동부에 포함된 인덕터의 인덕턴스는 L로 동일하다고 가정한다. 또한, LED 구동부의 입력/출력 전압도 Vi,Vo로 각각 동일하다고 가정한다.
그리고, 일반적인 백라이트 유닛 및 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛에서, LED 구동부의 트랜지스터가 온 상태인 경우 LED 구동부의 인덕터에 흐르는 전류의 시간에 따른 변화량은 (Vi-Vo)/L이 될 수 있으며, 트랜지스터가 오프 상태인 경우 인덕터에 흐르는 전류의 시간에 따른 변화량은 -(Vo)/L이 될 수 있다. 이에 대해서는 도 3에서 설명한 바 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다.
도 4a 및 도 4b는 입력/출력 전압 및 부품 특성이 변동되지 않은 경우, 일반적인 백라이트 유닛에서 LED 출력 전류 및 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛에서 LED 출력 전류를 각각 도시한다.
도 4a에서와 같이, 일반적인 백라이트 유닛에서 LED 출력 전류는 310과 같이 나타내며, LED 출력 전류의 평균값은 Iav(310)와 같이 나타낼 수 있다. 즉, LED 출력 전류는 트랜지스터가 온 상태에서 (Vi-Vo)/L의 기울기로 상승하다가 기준 전류에 도달하면 트랜지스터가 오프되어 -(Vo)/L의 기울기로 하강하게 된다.
하지만, 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛에서는, LED 출력 전류가 기준 전류에 도달하면 트랜지스터를 오프시키는 것이 아니라, LED 출력 전류에 추가 신호를 부가하고 추가 신호가 부가된 전류가 기준 전류에 도달하면 트랜지스터를 오프시킨다. 여기에서, 추가 신호는 시간에 따라 증대되는 램프 신호일 수 있다.
따라서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 추가 신호가 부가된 전류(Iadded)의 시간에 따른 변화량은 (Vi-Vo)/L 보다 커지게 되므로, 추가 신호가 부가된 전류(Iadded)가 기준 전류에 도달하는 시점은 도 4a에서의 LED 출력 전류가 기준 전류에 도달하는 시점보다 앞서게 된다.
이에 따라, 추가 신호가 부가된 전류(Iadded)가 기준 전류에 도달하는 시점에서의 LED 출력 전류는 기준 전류보다 작게 된다.
결론적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛의 LED 출력 전류는 410과 같이 나타나며, LED 출력 전류의 평균값 Iav(410)는 도 4a에서의 Iav(310)보다 작아지게 된다.
도 5a 및 도 5b는 출력 전압(Vo)이 증가된 경우, 일반적인 백라이트 유닛에서 LED 출력 전류 및 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛에서 LED 출력 전류를 각각 도시한다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 일반적인 백라이트 유닛에서 출력 전압(Vo)이 증가하면, 트랜지스터의 온 상태에서 전류의 시간에 따른 변화량((Vi-Vo)/L)은 감소하며, 트랜지스터의 오프 상태에서 전류의 시간에 따른 변화량(-(Vo)/L)은 증가한다.
이에 따라, LED 출력 전류는 320과 같이 나타나며, LED 출력 전류의 평균값은 Iav(320)와 같이 나타낼 수 있다.
즉, 도 5a에 도시된 바와 같이, 출력 전압(Vo)이 증가하면 트랜지스터가 온 상태에서 전류의 기울기가 도 4a에 비해 감소하고, 이에 따라, 트랜지스터의 온 타임이 증가하게 된다.
따라서, 도 5a에서의 LED 출력 전류의 평균값 Iav(320)은 도 4a에서의 LED 출력 전류의 평균값 Iav(310)보다 증가하게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛에서는 LED 출력 전류에 추가 신호를 부가하고 추가 신호가 부가된 전류가 기준 전류에 도달하면 트랜지스터를 오프시킨다. 여기에서, 추가 신호는 시간에 따라 증대되는 램프 신호일 수 있다.
따라서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 추가 신호가 부가된 전류(Iadded)의 시간에 따른 변화량은 도 5a에서의 전류의 시간에 따른 변화량((Vi-Vo)/L)보다 커지므로, 추가 신호가 부가된 전류(Iadded)가 기준 전류에 도달하는 시점은 도 5a에서 LED 출력 전류가 기준 전류에 도달하는 시점보다 앞서게 된다.
이에 따라, 추가 신호가 부가된 전류(Iadded)가 기준 전류에 도달하는 시점에서의 LED 출력 전류는 기준 전류보다 작게 된다.
결론적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛의 LED 출력 전류는 420과 같이 나타나며, LED 출력 전류의 평균값 Iav(420)는 도 4b에서의 Iav(410)보다 증가하게 된다.
다만, 이 경우, 도 5b의 LED 출력 전류의 평균값 Iav(420)과 도 4b의 LED 출력 전류의 평균값 Iav(410)의 차이가 도 5a의 LED 출력 전류의 평균값 Iav(320)과 도 4a의 LED 출력 전류의 평균값 Iav(310)의 차이보다 작아지게 된다. 즉, 본 발명에 따르면, 출력 전압이 변동되지 않은 경우와 그렇지 않은 경우에 있어서의 LED 출력 전류의 평균값 차이는, 종래 기술보다 작아지게 된다.
도 6a 및 도 6b는 인덕터의 인덕턴스(L)가 감소된 경우, 일반적인 백라이트 유닛에서 LED 출력 전류 및 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛에서 LED 출력 전류를 각각 도시한다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 일반적인 백라이트 유닛에서는 인덕턴스(L)가 감소하면, 트랜지스터의 온 상태에서 전류의 시간에 따른 변화량((Vi-Vo)/L)은 증가하고, 트랜지스터의 오프 상태에서 전류의 시간에 따른 변화량(-(Vo)/L)은 증가한다.
이에 따라, LED 출력 전류는 330과 같이 나타나며, LED 출력 전류의 평균값은 Iav(330)와 같이 나타낼 수 있다.
즉, 도 6a에 도시된 바와 같이, 인덕턴스(L)가 감소하면 트랜지스터가 온 상태에서 전류의 기울기가 도 4a에 비해 증가하고, 이에 따라, 트랜지스터의 온 타임이 감소하게 된다.
따라서, 도 6a에서의 LED 출력 전류의 평균값 Iav(330)은 도 4a에서의 LED 출력 전류의 평균값 Iav(310)보다 감소하게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛에서는 LED 출력 전류에 추가 신호를 부가하고 추가 신호가 부가된 전류가 기준 전류에 도달하면 트랜지스터를 오프시킨다. 여기에서, 추가 신호는 시간에 따라 증대되는 램프 신호일 수 있다.
따라서, 도 6b에 도시된 바와 같이, 추가 신호가 부가된 전류(Iadded)의 시간에 따른 변화량은 도 6a에서의 전류의 시간에 따른 변화량((Vi-Vo)/L)보다 커지므로, 추가 신호가 부가된 전류(Iadded)가 기준 전류에 도달하는 시점은 도 6a에서 LED 출력 전류가 기준 전류에 도달하는 시점보다 앞서게 된다.
이에 따라, 추가 신호가 부가된 전류(Iadded)가 기준 전류에 도달하는 시점에서의 LED 출력 전류는 기준 전류보다 작게 된다.
결론적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛의 LED 출력 전류는 430과 같이 나타나며, LED 출력 전류의 평균값 Iav(430)는 도 4b에서의 Iav(410)보다 감소하게 된다.
다만, 이 경우, 도 6b의 LED 출력 전류의 평균값 Iav(430)과 도 4b의 LED 출력 전류의 평균값 Iav(410)의 차이가 도 6a의 LED 출력 전류의 평균값 Iav(330)과 도 4a의 LED 출력 전류의 평균값 Iav(310)의 차이보다 작아지게 된다.
즉, 본 발명에 따르면, 부품 특성이 변동되지 않은 경우와 그렇지 않은 경우에 있어서의 LED 출력 전류의 평균값 차이는, 종래 기술보다 작아지게 된다.
도 7a 및 도 7b는 입력 전압(Vi)이 감소된 경우, 일반적인 백라이트 유닛에서 LED 출력 전류 및 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛에서 LED 출력 전류를 각각 도시한다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 일반적인 백라이트 유닛에서 입력 전압(Vi)이 증가하면, 트랜지스터의 온 상태에서 전류의 시간에 따른 변화량((Vi-Vo)/L)은 감소한다.
이에 따라, LED 출력 전류는 340과 같이 나타나며, LED 출력 전류의 평균값은 Iav(340)와 같이 나타낼 수 있다.
즉, 도 7a에 도시된 바와 같이, 입력 전압(Vi)이 증가하면 트랜지스터가 온 상태에서 전류의 기울기가 도 4a에 비해 감소하고, 이에 따라, 트랜지스터의 온 타임이 증가하게 된다.
따라서, 도 7a에서의 LED 출력 전류의 평균값 Iav(340)은 도 4a에서의 LED 출력 전류의 평균값 Iav(310)보다 증가하게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛에서는 LED 출력 전류에 추가 신호를 부가하고 추가 신호가 부가된 전류가 기준 전류에 도달하면 트랜지스터를 오프시킨다. 여기에서, 추가 신호는 시간에 따라 증대되는 램프 신호일 수 있다.
따라서, 도 7b에 도시된 바와 같이, 추가 신호가 부가된 전류(Iadded)의 시간에 따른 변화량은 도 7a에서의 전류의 시간에 따른 변화량((Vi-Vo)/L)보다 커지므로, 추가 신호가 부가된 전류(Iadded)가 기준 전류에 도달하는 시점은 도 7a에서 LED 출력 전류가 기준 전류에 도달하는 시점보다 앞서게 된다.
이에 따라, 추가 신호가 부가된 전류(Iadded)가 기준 전류에 도달하는 시점에서의 LED 출력 전류는 기준 전류보다 작게 된다.
결론적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛의 LED 출력 전류는 440과 같이 나타나며, LED 출력 전류의 평균값 Iav(440)는 도 4b에서의 Iav(410)보다 증가하게 된다.
다만, 이 경우, 도 7b의 LED 출력 전류의 평균값 Iav(440)과 도 4b의 LED 출력 전류의 평균값 Iav(410)의 차이가 도 7a의 LED 출력 전류의 평균값 Iav(340)과 도 4a의 LED 출력 전류의 평균값 Iav(310)의 차이보다 작아지게 된다.
즉, 본 발명에 따르면, 입력 전압이 변동되지 않은 경우와 그렇지 않은 경우에 있어서의 LED 출력 전류의 평균값 차이는, 종래 기술보다 작아지게 된다.
도 8a 및 도 8b는 도 4a 내지 도 7b에서 설명한 LED 출력 전류를 종합하여 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 8a는 입력/출력 전압 및 부품 특성이 변동된 경우와 그렇지 않은 경우 일반적인 백라이트 유닛에서 LED 출력 전류를 도시하며, 도 8b는 입력/출력 전압 및 부품 특성이 변동된 경우와 그렇지 않은 경우 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛에서 LED 출력 전류를 도시한다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 일반적인 백라이트 유닛에서 입력/출력 전압 및 부품 특성이 변동된 경우 LED 출력 전류의 평균값 Iav(310)과, 출력 전압이 증가된 경우 LED 출력 전류의 평균값 Iav(320), 인덕턴스가 감소된 경우 LED 출력 전류의 평균값 Iav(330), 입력 전압이 감소된 경우 LED 출력 전류의 평균값 Iav(340) 사이의 차이는 비교적 큰 것을 알 수 있다.
하지만, 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛에서 입력/출력 전압 및 부품 특성이 변동된 경우 LED 출력 전류의 평균값 Iav(410)과, 출력 전압이 증가된 경우 LED 출력 전류의 평균값 Iav(420), 인덕턴스가 감소된 경우 LED 출력 전류의 평균값 Iav(430), 입력 전압이 감소된 경우 LED 출력 전류의 평균값 Iav(440) 사이의 차이는 비교적 작아지는 것을 알 수 있다.
이처럼, 본 발명에 따르면, 입력/출력 전압 및 부품 특성이 변동된 백라이트 유닛에서의 LED 출력 전류의 평균값과 그렇지 않은 백라이트 유닛에서의 LED 출력 전류의 평균값의 차이가 작아지게 되므로, 입력/출력 전압 및 부품 특성의 변동에 강건한 백라이트 유닛을 구현할 수 있게 된다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 구동 회로를 제어하는 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9에 도시된 LED 구동 회로를 제어하는 제어 방법에 따르면, 우선, LED 구동 회로 내의 트랜지스터를 주기적으로 구동시키기 위한 클럭 신호를 생성한다(S910).
이어서, S910 단계에서 생성된 클럭 신호에 따라 추가 신호를 생성한다(S920). 여기서, 추가 신호는, 트랜지스터의 동작 주기에 따라 시간에 따라 증대되다가 기 설정된 값으로 리셋되는 전류 신호가 될 수 있다.
이어서, LED 구동 회로에서 사용되는 전류 신호 및 S920 단계에서 생성된 추가 신호를 입력받아, 기준 전류와 비교한다(S930).
이 후, S930 단계의 비교 결과에 따라 트랜지스터에 대한 제어 신호를 출력한다(S940).
구체적으로, S930 단계의 비교 결과, 추가 신호가 부가된 전류 신호가 기준 신호보다 크면 트랜지스터를 오프시키는 PWM 신호를 생성할 수 있다.
이에 따라 염가형 고효율 DCM buck 방식으로 출력전류 피드백 없이도 매우 강건한 LED 구동 회로를 구현할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면 전체 회로 구성이 간단하고 동작 특성이 강건하므로 MOSFET이 내장된 hybrid 방식의 제품을 제공할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에서는, 상술한 것과 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 구동 회로를 제어하는 제어 방법을 실행하기 위한 프로그램을 포함하는 저장매체, 즉, 컴퓨터 판독 기록매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터 판독 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플라피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 컴퓨터 판독 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 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 이해되어져서는 안 될 것이다.
100: 제어 장치 110: 오실레이터
120: 추가신호 생성부 130: 비교부
140: 제어신호 출력부 200: 백라이트 유닛
210: LED 220: LED 구동부
230: 제어부

Claims (7)

  1. 백라이트 유닛에 있어서,
    LED;
    트랜지스터의 스위칭 동작에 따라 상기 LED를 구동하는 LED 구동부;
    상기 LED로부터 출력되는 전류에 추가 신호를 부가하여 기준 전류와 비교하며, 비교 결과에 따라 상기 트랜지스터의 스위칭 동작을 제어하는 제어부;를 포함하며,
    상기 추가 신호는, 상기 트랜지스터의 동작 주기에서, 시간에 따라 증대되다가 기 설정된 값으로 리셋되는 전류 신호인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 트랜지스터를 주기적으로 구동시키기 위한 클럭 신호를 생성하는 오실레이터;
    상기 오실레이터에서 생성된 클럭 신호에 따라 상기 추가 신호를 생성하는 추가 신호 생성부;
    상기 추가 신호 및 상기 전류 신호를 입력받아, 상기 기준 전류와 비교하는 비교부; 및
    상기 비교부의 비교 결과에 따라 상기 트랜지스터에 대한 제어 신호를 출력하는 제어 신호 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 LED 구동부는,
    상기 제어부에 의해 제어되는 트랜지스터의 동작에 따라, 입력 전압을 LED 구동 전압으로 변환하여 상기 LED로 제공하는 DC-DC 컨버터부;를 포함하는 것을 특징으로 백라이트 유닛.
  4. LED 구동 회로를 제어하는 제어 장치에 있어서,
    상기 LED 구동 회로 내의 트랜지스터를 주기적으로 구동시키기 위한 클럭 신호를 생성하는 오실레이터;
    상기 오실레이터에서 생성된 클럭 신호에 따라 추가 신호를 생성하고, 생성된 추가 신호를 상기 LED 구동 회로에서 사용되는 전류 신호에 부가하는 추가 신호 생성부;
    상기 추가 신호가 부가된 전류 신호를 기준 전류와 비교하는 비교부; 및
    상기 비교부의 비교 결과에 따라 상기 트랜지스터에 대한 제어 신호를 출력하는 제어 신호 출력부;를 포함하는 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 추가 신호는, 상기 트랜지스터의 동작 주기에 따라 시간에 따라 증대되다가 기 설정된 값으로 리셋되는 전류 신호인 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  6. LED 구동 회로를 제어하는 제어 방법에 있어서,
    상기 LED 구동 회로 내의 트랜지스터를 주기적으로 구동시키기 위한 클럭 신호를 생성하는 단계;
    상기 생성된 클럭 신호에 따라 추가 신호를 생성하는 단계;
    상기 LED 구동 회로에서 사용되는 전류 신호 및 상기 추가 신호를 입력받아, 기준 전류와 비교하는 단계; 및
    상기 비교 결과에 따라 상기 트랜지스터에 대한 제어 신호를 출력하는 단계;를 포함하는 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 추가 신호는, 상기 트랜지스터의 동작 주기에 따라 시간에 따라 증대되다가 기 설정된 값으로 리셋되는 전류 신호인 것을 특징으로 하는 제어 방법.
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