KR20130015852A - 백라이트 유닛 - Google Patents

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KR20130015852A
KR20130015852A KR1020110078135A KR20110078135A KR20130015852A KR 20130015852 A KR20130015852 A KR 20130015852A KR 1020110078135 A KR1020110078135 A KR 1020110078135A KR 20110078135 A KR20110078135 A KR 20110078135A KR 20130015852 A KR20130015852 A KR 20130015852A
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황영호
강양구
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 피크성 전류에 기인한 인덕터의 소음을 줄여 제품의 품위를 높일 수 있는 백라이트 유닛에 관한 것으로, 다수의 LED를 포함하는 LED 어레이와; 스위칭 신호에 응답하여 상기 LED 어레이를 구동하기 위한 구동전압을 생성하는 부스트 컨버터와; 상기 LED 어레이로부터 피드백된 피드백 전압에 따라 상기 스위칭 신호를 가변하여 출력하는 피드백 회로와; 디밍 신호에 응답하여 상기 LED 어레이에 흐르는 LED 전류를 조절하되, 상기 LED 전류가 상승시점에서 기울기를 갖도록 제어하는 전류 조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

백라이트 유닛{BACKLIGHT UNIT}
본 발명은 피크성 전류에 기인한 인덕터의 소음을 줄여 제품의 품위를 높일 수 있는 백라이트 유닛에 관한 것이다.
최근, 액정 표시장치(Liquid Crystal Display)용 백라이트 유닛으로서 고휘도 및 저소비 전력의 장점을 갖는 발광 다이오드(Light Emitting Diode; 이하 LED)를 광원으로 이용한 LED 백라이트 유닛이 각광받고 있다.
도 1은 종래기술에 따른 LED 백라이트 유닛의 개략적인 구성도이다.
도 1에 도시된 LED 백라이트 유닛은 다수의 LED가 포함된 LED 어레이와, 다수의 LED에 흐르는 전류를 조절하기 위한 제 1 스위칭 소자(T1)와, 다수의 LED를 구동하기 위한 구동전압(Vled)을 생성하는 부스트 컨버터(4)와, 부스트 컨버터(4) 및 제 1 스위칭 소자(T1)를 제어하기 위한 제어회로(2)를 포함한다.
제 1 스위칭 소자(T1)는 타이밍 제어부(미도시)로부터 제공된 디밍 신호(dim)에 응답하여 LED에 흐르는 전류를 조절하게 된다.
부스트 컨버터(4)는 인덕터(L)와, 제 2 스위칭 소자(T2)와, 다이오드(D), 및 커패시터(C)를 포함한다. 이러한 부스트 컨버터(4)는 인덕터(L)의 공진과 제 2 스위칭 소자(T2)에 의해 입력전압(Vin)을 구동전압(Vled)으로 변환하고, 변환된 구동전압(Vled)을 LED 어레이에 공급한다. 이때, 제 2 스위칭 소자(T2)는 제어회로(2)로부터 제공된 스위칭 신호(PWM)에 따라 제어된다.
제어회로(2)는 LED 어레이에 제공된 전압을 피드백하여 스위칭 신호(PWM)를 생성한다. 여기서, 스위칭 신호(PWM)는 부스트 컨버터(4)의 제 2 스위칭 소자(T2)를 제어하는 신호이며, 제어회로(2)는 스위칭 신호(PWM)의 듀티비를 조절함으로써 부스트 컨버터(4)에서 생성되는 구동전압(Vled)을 조절하게 된다.
그런데, 종래기술에 따른 LED 백라이트 유닛은 다음과 같은 문제점이 있다.
종래기술에 따른 LED 백라이트 유닛은 LED가 온-오프를 반복하면서 밝기를 조절하는데, LED가 오프 되면 구동전압(Vled)은 저항 등의 요인으로 서서히 방전된다. 구동전압(Vled)이 방전된 후 LED가 온 되면 제어회로(2)는 방전된 구동전압(Vled)을 보상하기 위해 부스트 컨버터(4)를 제어한다. 이 과정에서 부스트 컨버터(4)의 인덕터(L)에는 순간적인 피크성 전류가 흐르게 되며, 피크성 전류는 소음을 발생시킨다.
이와 같이, 종래기술에 따른 LED 백라이트 유닛은 LED가 오프 된 후 온 될 때마다 피크성 전류에 기인한 인덕터(L)의 소음이 문제가 되었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 피크성 전류에 기인한 인덕터의 소음을 줄여 제품의 품위를 높일 수 있는 백라이트 유닛을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따른 백라이트 유닛은 다수의 LED를 포함하는 LED 어레이와; 스위칭 신호에 응답하여 상기 LED 어레이를 구동하기 위한 구동전압을 생성하는 부스트 컨버터와; 상기 LED 어레이로부터 피드백된 피드백 전압에 따라 상기 스위칭 신호를 가변하여 출력하는 피드백 회로와; 디밍 신호에 응답하여 상기 LED 어레이에 흐르는 LED 전류를 조절하되, 상기 LED 전류가 상승시점에서 기울기를 갖도록 제어하는 전류 조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전류 조절부는 상기 LED 어레이의 출력단과 접지단 사이에 접속된 제 1 스위칭 소자 및 제 3 저항과; 상기 디밍 신호에 응답하여 상기 제 1 스위칭 소자를 제어함으로써 상기 LED 전류를 조절하는 전류제어회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전류제어회로는 제 1 노드의 전위에 따라 접지전압을 제 2 노드에 공급하는 제 3 스위칭 소자와; 상기 제 1 노드와 상기 디밍 신호의 입력단 사이에 구비된 제 3 커패시터와; 상기 제 3 커패시터와 병렬로 연결된 제 2 다이오드와; 제 2 기준전압을 분배하여 상기 제 2 노드에 공급하는 분배저항들과; 상기 제 2 노드의 전압과 상기 제 3 저항으로부터 센싱된 전압을 비교하여 상기 제 1 스위칭 소자를 제어하는 신호를 출력하는 제 2 비교기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전류제어회로는 상기 제 1 노드와 상기 접지단 사이에 구비된 제 6 저항과; 상기 제 2 노드와 상기 제 2 비교기 사이에 구비된 버퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 피드백 회로는 상기 LED 어레이의 출력단 전압을 센싱해서 피드백 전압을 출력하는 전압 센싱부와; 상기 피드백 전압과 제 1 기준전압을 비교해서 비교신호를 출력하는 에러 앰프와; 상기 비교신호와 기준파형을 비교하여 상기 스위칭 신호를 출력하는 제 1 비교기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전압 센싱부는 상기 LED 어레이의 각 채널의 출력단의 전압을 센싱하고, 센싱된 전압들을 비교하여 가장 큰 전압을 상기 피드백 전압으로서 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 LED 전류가 상승시점에서 기울기를 갖도록 제어한다. 이에 따라, 부스트 컨버터의 소음을 줄일 수 있어 제품의 품위를 높일 수 있다. 또한, 소음을 줄이기 위한 고가의 인덕터, 와이어 본딩, 인덕터 코어 등을 삭제할 수 있어 비용을 절감할 수 있다. 그리고 디밍 신호의 듀티비와 LED 어레이의 휘도 간의 선형성을 높일 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 LED 백라이트 유닛의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 백라이트 유닛의 구성도이다.
도 3a 및 도 3b는 종래기술과 본 발명을 비교한 파형도이다.
도 4는 도 2에 도시된 전류제어회로(32)의 구성도이다.
도 5a 및 도 5b는 종래기술과 본 발명에서 디밍 신호의 듀티비와 LED 휘도 간의 선형성을 비교한 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 백라이트 유닛 및 그 구동방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
한편, 실시 예에 따른 백라이트 유닛은 LED를 광원으로 하며, 액정 표시장치의 액정패널에 광을 조사한다. 이러한, 백라이트 유닛은 광원의 위치에 따라 직하 방식과 에지 방식으로 구분되나, 본 발명은 이에 국한되지 않는다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 백라이트 유닛의 구성도이다. 그리고 도 3a 및 도 3b는 종래기술과 본 발명을 비교한 파형도이다.
도 2에 도시된 백라이트 유닛은 다수의 LED를 포함하는 LED 어레이와, 스위칭 신호(PWM)에 응답하여 LED 어레이를 구동하기 위한 구동전압(Vled)을 생성하는 부스트 컨버터(10)와, LED 어레이로부터 피드백된 피드백 전압(Vfb)에 따라 스위칭 신호(PWM)를 가변하여 출력하는 피드백 회로(20)와, 디밍 신호(dim)에 응답하여 LED 어레이에 흐르는 LED 전류를 조절하되, LED 전류가 상승시점에서 기울기를 갖도록 제어하는 전류 조절부(30)를 포함한다.
참고로, 다수의 LED는 디밍 신호(dim)의 제 1 논리 기간(이하, 하이 기간)에서 온 되고, 디밍 신호(dim)의 제 2 논리 기간(이하, 로우 기간)에 오프 된다. 다수의 LED는 부스트 컨버터(10)로부터 구동전압(Vled)을 제공받는데, 일정한 전압을 유지하던 구동전압(Vled)은 다수의 LED가 오프 되면 서서히 방전된다. 즉, 구동전압(Vled)는 디밍 신호(dim)의 하이 기간에는 일정한 전압을 유지하다가 디밍 신호(dim)의 로우 기간에는 서서히 방전된다.
이때, 도 3a에 도시된 바와 같이 종래기술에 따른 피드백 회로는 디밍 신호(dim)가 로우 기간에서 하이 기간으로 바뀌는 시점에서 방전된 구동전압(Vled)을 보상하기 위해 부스트 컨버터(10)의 인덕터(L)에 흐르는 인덕터 전류를 순간적으로 상승시킨다. 이때, 순간적으로 상승된 인덕터 전류는 소음을 발생시키는 문제점이 있다.
실시 예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 LED 전류가 상승시점에서 기울기를 갖도록 제어한다. 구체적으로, 실시 예는 도 3b에 도시된 바와 같이 디밍 신호(dim)가 로우 기간에서 하이 기간으로 바뀌는 시점에서 LED 전류를 급격히 상승시키지 않고 서서히 상승시킨다. 그러면, 피드백 회로(20)는 피드백 전압(Vfb)이 서서히 상승됨에 따라, 부스트 컨버터(10)의 구동전압(Vled) 보상 속도를 낮추게 된다. 결과적으로, 부스트 컨버터(10)는 순간적으로 상승되는 인덕터 전류가 저감됨으로써 소음을 줄일 수 있게 된다.
이러한 실시 예를 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
LED 어레이는 적어도 2개의 LED가 직렬 연결되어 배치된 다수의 채널(ch)을 포함한다. LED들은 액정패널에 출사되는 광이 백색 광을 띄도록 구성된다. 하지만, 경우에 따라서, R, G, B 중 어느 하나의 색을 갖는 광을 띄도록 구성될 수도 있다.
부스트 컨버터(10)는 인덕터(L)와, 제 2 스위칭 소자(T2)와, 다이오드(D), 및 제 1 커패시터(C1)를 포함한다. 이러한, 부스트 컨버터는 인덕터(L)의 공진과 피드백 회로(20)로부터 제공된 스위칭 신호(PWM)에 따라 제어되는 제 2 스위칭 소자(T2)에 의해 입력전압(Vin)을 구동전압(Vled)으로 변환하고, 변환된 구동전압(Vled)을 LED 어레이의 입력단에 공급한다. 한편, 다이오드(D)는 LED 어레이에 공급되는 전류의 역류를 방지하며, 제 1 커패시터(C1)는 구동전압(Vled)을 안정화시킨다.
피드백 회로(20)는 LED 어레이의 출력단 전압을 센싱해서 피드백 전압(Vfb)을 출력하는 전압 센싱부(26)와, 피드백 전압(Vfb)과 제 1 기준전압(Vref1)을 비교해서 비교신호를 출력하는 에러 앰프(24)와, 비교신호와 기준파형(Ramp)을 비교하여 스위칭 신호(PWM)를 출력하는 제 1 비교기(22)를 포함한다.
전압 센싱부(26)는 각 채널(ch)의 출력단의 전압을 센싱한다. 그리고 센싱된 전압들을 비교하여 가장 큰 전압을 피드백 전압(Vfb)으로서 출력한다.
에러 앰프(24)는 피드백 전압(Vfb)과 제 1 기준전압(Vref1)을 비교해서 비교신호를 출력한다. 이를 위해, 에러 앰프(24)의 반전 입력단에는 피드백 전압(Vfb)이 입력되고, 비반전 입력단에는 제 1 기준전압(Vref1)이 입력된다.
제 1 비교기(22)는 에러 앰프(24)로부터 제공된 비교신호와 기준파형(Ramp)을 비교하여 스위칭 신호(PWM)를 출력한다. 이를 위해, 제 1 비교기(22)의 반전 입력단에는 기준파형(Ramp)이 입력되고, 비반전 입력단에는 비교신호가 입력된다. 실시 예 기준파형(Ramp)은 삼각파형인데, 이에 국한되지 않는다. 한편, 스위칭 신호(PWM)는 소정의 듀티값을 갖는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation) 신호다. 제 1 비교기(22)는 스위칭 신호(PWM)의 듀티비를 가변함으로써 부스트 컨버터(10)에서 생성되는 구동전압(Vled)을 제어한다.
한편, 에러 앰프(24)의 출력단과 제 1 비교기(22)의 비반전 입력단 사이에는 제 2 저항(R2) 및 제 2 커패시터(C2)가 병렬로 연결된다. 이들(R2, C2)은 시정수에 따라 피드백 회로(20)의 응답속도를 조절하는 역할을 한다.
전류 조절부(30)는 LED 어레이에 흐르는 LED 전류를 조절한다. 이를 위해, 전류 조절부(30)는 LED 어레이의 출력단과 접지단(GND) 사이에 접속된 제 1 스위칭 소자(T1) 및 제 3 저항(R3)과, 디밍 신호(dim)에 응답하여 제 1 스위칭 소자(T1)를 제어하는 전류제어회로(32)를 포함한다.
제 1 스위칭 소자(T1)는 전류제어회로(32)로부터 제공된 제어신호에 응답하여 LED 어레이에 흐르는 전류를 조절한다. 그리고 제 3 저항(R3)은 각 채널(ch)에 인가되는 LED 전류를 센싱하기 위해 제 1 스위칭 소자(T1)와 접지단(GND) 사이에 구비된다.
전류제어회로(32)는 디밍 신호(dim)에 응답하여 제 1 스위칭 소자(T1)를 제어함으로써 LED 어레이에 흐르는 LED 전류를 조절한다. 이때, 전류제어회로(32)는 LED 전류가 상승시점에서 기울기를 갖도록 제어하는데, 이는 부스트 컨버터(10)의 인덕터 전류가 순간적으로 상승하는 것을 방지하기 위함이다. 이러한, 전류제어회로(32)에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 4는 도 2에 도시된 전류제어회로(32)의 구성도이다.
도 4에 도시된 전류제어회로(32)는 제 1 노드(N1)의 전위에 따라 턴-온 또는 턴-오프 되며 턴-온 시 접지전압(GND)을 제 2 노드(N2)에 공급하는 제 3 스위칭 소자(T3)와, 제 1 노드(N1)와 디밍 신호(dim) 입력단 사이에 구비된 제 3 커패시터(C3)와, 제 3 커패시터(C3)와 병렬로 연결된 제 2 다이오드(D2)와, 제 2 기준전압(Vref2)을 분배하여 제 2 노드(N2)에 공급하는 제 4 및 제 5 저항(R4, R5)과, 제 2 노드(N2)의 전압과 제 3 저항(R3)으로부터 센싱된 전압을 비교하여 제 1 스위칭 소자(T1)를 제어하는 신호를 출력하는 제 2 비교기(34)를 포함한다.
그리고 전류제어회로(32)는 제 1 노드(N1)와 접지전압(GND) 사이에 구비된 제 6 저항(R6)과, 제 2 노드(N2)와 제 2 비교기(34) 사이에 구비된 버퍼(36)를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 전류제어회로(32)의 동작을 도 2b 및 도 4를 결부시켜 설명하면 다음과 같다.
먼저, 디밍 신호(dim)가 로우 상태에서 하이 상태로 상승하는 시점에 제 1 노드(N1)의 전위는 일시적으로 상승한다. 이에 따라, 제 3 스위칭 소자(T3)는 일시적으로 턴-온 되어 제 2 노드(N2)에 접지전압(GND)을 공급한다.
이후, 제 1 노드(N1)의 전위는 점차 방전되어 제 3 스위칭 소자(T3)는 턴-오프된다. 그러면, 제 2 노드(N2)의 전위는 제 2 기준전압(Vref)에 의해 접지전압(GND)으로부터 높아진다. 특히, 제 2 노드(N2)의 전위는 제 4 커패시터(C4)의 영향으로 서서히 증가하게 된다.
이에 따라, 제 2 비교기(34)는 제 1 스위칭 소자(T1)를 서서히 턴-온 시켜 LED 전류가 상승시점에서 기울기를 갖도록 제어한다.
이와 같이, LED 전류가 상승시점에서 기울기를 갖고 서서히 상승되면, 피드백 회로(20)에 제공되는 피드백 전압(Vfb)도 기울기를 갖고 서서히 상승된다. 그러면, 부스트 컨버터(10)의 구동전압(Vled) 보상 속도를 낮추게 되며, 결과적으로 순간적으로 상승되는 인덕터 전류가 저감됨으로써 소음을 줄일 수 있게 된다.
한편, 실시 예는 디밍 신호(dim)의 듀티비와 LED 어레이의 휘도 간의 선형성을 높일 수 있는데 그 이유는 다음과 같다.
도 5a 및 도 5b는 종래기술과 본 발명에서 디밍 신호의 듀티비와 LED 휘도 간의 선형성을 비교한 그래프이다.
도 5a를 참조하면, 종래기술에 따른 백라이트 유닛은 디밍 신호(dim)의 듀티비와 LED 어레이의 휘도 간의 선형성이 떨어진다. 특히, 선형성은 디밍 신호(dim)의 듀티비가 낮은 영역에서 떨어지는데, 이는 다수의 LED가 오프되는 기간이 길수록 구동전압(Vled)이 방전되는 기간이 길어져 재충전되는데 시간이 많이 소요되기 때문이다.
하지만, 실시 예에 따른 백라이트 유닛은 도 5b에 도시된 바와 같이, 디밍 신호(dim)의 듀티비와 무관하게 전 영역에 대해서 LED 전류가 상승시점에서 기울기를 갖도록 제어하므로 디밍 신호(dim)의 듀티비와 LED 어레이의 휘도 간의 선형성을 높일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예는 LED 전류가 상승시점에서 기울기를 갖도록 제어한다. 이에 따라, 부스트 컨버터의 소음을 줄일 수 있어 제품의 품위를 높일 수 있다. 또한, 소음을 줄이기 위한 고가의 인덕터, 와이어 본딩, 인덕터 코어 등을 삭제할 수 있어 비용을 절감할 수 있다. 그리고 디밍 신호의 듀티비와 LED 어레이의 휘도 간의 선형성을 높일 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
20: 피드백 회로 30: 전류 조절부
24: 에러 앰프 26: 전압 센싱부
32: 전류제어회로

Claims (6)

  1. 다수의 LED를 포함하는 LED 어레이와;
    스위칭 신호에 응답하여 상기 LED 어레이를 구동하기 위한 구동전압을 생성하는 부스트 컨버터와;
    상기 LED 어레이로부터 피드백된 피드백 전압에 따라 상기 스위칭 신호를 가변하여 출력하는 피드백 회로와;
    디밍 신호에 응답하여 상기 LED 어레이에 흐르는 LED 전류를 조절하되, 상기 LED 전류가 상승시점에서 기울기를 갖도록 제어하는 전류 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 조절부는
    상기 LED 어레이의 출력단과 접지단 사이에 접속된 제 1 스위칭 소자 및 제 3 저항과;
    상기 디밍 신호에 응답하여 상기 제 1 스위칭 소자를 제어함으로써 상기 LED 전류를 조절하는 전류제어회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전류제어회로는
    제 1 노드의 전위에 따라 접지전압을 제 2 노드에 공급하는 제 3 스위칭 소자와;
    상기 제 1 노드와 상기 디밍 신호의 입력단 사이에 구비된 제 3 커패시터와;
    상기 제 3 커패시터와 병렬로 연결된 제 2 다이오드와;
    제 2 기준전압을 분배하여 상기 제 2 노드에 공급하는 분배저항들과;
    상기 제 2 노드의 전압과 상기 제 3 저항으로부터 센싱된 전압을 비교하여 상기 제 1 스위칭 소자를 제어하는 신호를 출력하는 제 2 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전류제어회로는
    상기 제 1 노드와 상기 접지단 사이에 구비된 제 6 저항과;
    상기 제 2 노드와 상기 제 2 비교기 사이에 구비된 버퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 피드백 회로는
    상기 LED 어레이의 출력단 전압을 센싱해서 피드백 전압을 출력하는 전압 센싱부와;
    상기 피드백 전압과 제 1 기준전압을 비교해서 비교신호를 출력하는 에러 앰프와;
    상기 비교신호와 기준파형을 비교하여 상기 스위칭 신호를 출력하는 제 1 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전압 센싱부는
    상기 LED 어레이의 각 채널의 출력단의 전압을 센싱하고, 센싱된 전압들을 비교하여 가장 큰 전압을 상기 피드백 전압으로서 출력하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
KR1020110078135A 2011-08-05 2011-08-05 백라이트 유닛 KR20130015852A (ko)

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