KR20130027854A - 백라이트 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구동초기에 LED 전류의 디핑 현상과 이로 인한 플리커를 방지할 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; 온-오프 신호에 응답하여 상기 LED 어레이에 흐르는 LED 전류를 조절하되, 상기 LED의 목표 전류가 구동초기에 기울기를 갖도록 제어하는 전류 조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

백라이트 유닛{BACKLIGHT UNIT}
본 발명은 구동초기에 LED 전류의 디핑 현상과 이로 인한 플리커를 방지할 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.
종래기술에 따른 LED 백라이트 유닛은 입력전압을 설정된 출력전압으로 승압시켜주는 부스트 컨버터를 구비한다. 부스트 컨버터의 승압 비는 전압 제어신호의 듀티비(duty ratio)에 따라 결정된다. 이러한 부스트 컨버터는 구동 초기에 0V인 출력전압을 기설정된 목표전압으로 승압하게 되는데, 부품의 손상과 과전류를 방지하기 위해 서서히 승압하게 된다.
이상과 같은 백라이트 유닛은 구동초기에 LED 전류의 디핑 현상이 문제점이 있는데, LED 전류의 디핑 현상은 플리커를 발생시킨다. LED 전류의 디핑 현상은 전압 제어신호의 듀티비를 제어하는 피드백 전압이 상승되는 구동초기에 발생되며, 특히 디밍 신호의 듀티비가 낮은 영역에서 주로 발생된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 구동초기에 LED 전류의 디핑 현상과 이로 인한 플리커를 방지할 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; 온-오프 신호에 응답하여 상기 LED 어레이에 흐르는 LED 전류를 조절하되, 상기 LED의 목표 전류가 구동초기에 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 온-오프 신호에 응답하여 상기 제 1 스위칭 소자를 제어함으로써 상기 LED의 목표 전류 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 온-오프 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.
제 1 노드의 전위에 따라 접지전압을 제 2 노드에 공급하는 제 3 스위칭 소자와, 상기 제 1 노드와 상기 접지단 사이에 구비된 제 5 커패시터와, 상기 제 3 스위칭 소자의 출력단과 상기 제 2 노드 사이에 구비된 제 8 저항과, 상기 제 2 노드와 상기 접지단 사이에 구비되어 상기 제 8 저항과 병렬 배치되는 제 7 저항과, 상기 제 2 노드에 공급되는 정전류원과, 상기 제 2 노드의 전위와 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 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 LED의 목표 전류가 구동초기에 기울기를 갖도록 제어하여 구동초기에 디밍 신호의 듀티비와 무관하게 LED 전류의 디핑 현상을 방지하고 이로 인한 플리커를 방지할 수 있다. 또한, 실시 예는 LED 구동시 순간적으로 발생되는 과전류인 인러쉬 전류(inrush current)를 종래대비 저감하여 부품손상과 소비전력을 절감할 수 있다.
도 1은 종래기술과 본 발명의 구동 파형을 비교한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 백라이트 유닛의 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 전류제어회로(32)의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전류제어회로(32)의 구성도이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 백라이트 유닛을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
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 1은 종래기술과 본 발명의 구동 파형을 비교한 도면이다.
참고로, 부스트 컨버터(10)는 도 1에 도시한 바와 같이 구동 초기에 OV인 구동전압(Vout)을 서서히 승압시킨다. 이 과정에서 부스트 컨버터(10)는 LED 어레이로부터 피드백된 피드백 전압(Vfb)을 제공받는데, 피드백 전압(Vfb)은 구동전압(Vout)의 승압됨에 따라 점차 높아진다. 이어서, 구동전압(Vout)이 일정값 이상으로 승압되면 LED 어레이가 구동되기 시작하며, 이때의 부하로 인해 피드백 전압(Vfb)과 구동전압(Vout)은 순간적으로 하강한다. 종래기술은 이러한 구동전압(Vout)의 하강 시점에 LED 전류의 디핑 현상이 발생되었다. 이는 백라이트 유닛의 구동 시작시점부터 LED의 목표 전류를 최대로 설정하였기 때문에 발생되며, 특히 디밍 신호의 듀티비가 낮은 구간에서 발생되었다.
이를 방지하기 위해, 실시 예는 LED 전류를 조절하되, LED의 목표 전류가 구동초기에 기울기를 갖도록 제어하는 전류 조절부(30)를 구비한다. 이와 같이, LED의 목표 전류가 구동초기에 기울기를 가지면, 디밍 신호의 듀티비와 무관하게 LED 전류의 디핑 현상을 방지하고, 이로 인한 플리커를 방지할 수 있다. 또한, 실시 예는 LED 구동시 순간적으로 발생되는 과전류인 인러쉬 전류(inrush current)를 종래대비 저감하여 부품손상과 소비전력을 절감할 수 있다. 이러한 실시 예를 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 백라이트 유닛의 구성도이다.
도 2에 도시된 백라이트 유닛은 다수의 LED를 포함하는 LED 어레이와, 스위칭 신호(PWM)에 응답하여 LED 어레이를 구동하기 위한 구동전압(Vout)을 생성하는 부스트 컨버터(10)와, LED 어레이로부터 피드백된 피드백 전압(Vfb)에 따라 스위칭 신호(PWM)를 가변하여 출력하는 피드백 회로(20)와, 온-오프신호(On/Off)에 응답하여 LED 어레이에 흐르는 LED 전류를 조절하되, LED의 목표 전류가 구동초기에 기울기를 갖도록 제어하는 전류 조절부(30)를 포함한다.
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(Vout)으로 변환하고, 변환된 구동전압(Vout)을 LED 어레이의 입력단에 공급한다. 한편, 다이오드(D)는 LED 어레이에 공급되는 전류의 역류를 방지하며, 제 1 커패시터(C1)는 구동전압(Vout)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(Vout)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 구동초기에 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, 온-오프신호(On/Off)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 온-오프신호(On/Off)에 응답하여 제 1 스위칭 소자(T1)를 제어함으로써 LED 어레이에 흐르는 LED 전류를 조절한다. 이때, 전류제어회로(32)는 LED의 목표 전류가 구동초기에 기울기를 갖도록 제어하는데, 이는 구동초기에 LED 전류의 디핑 현상과 이로 인한 플리커를 방지하기 위함이다. 이러한, 전류제어회로(32)에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 3은 도 2에 도시된 전류제어회로(32)의 구성도이다.
도 3에 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 온-오프신호(On/Off) 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 설명하면 다음과 같다.
먼저, 온-오프신호(On/Off)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 LED의 목표전류가 구동초기에 기울기를 갖도록 제어한다.
이와 같이, LED의 목표전류가 구동초기에 기울기를 갖고 서서히 상승되면, 피드백 회로(20)에 제공되는 피드백 전압(Vfb)도 기울기를 갖고 서서히 상승된다. 그러면, 부스트 컨버터(10)의 구동전압(Vout) 보상 속도를 낮추게 되며, 결과적으로 LED 전류의 디핑 현상과 플리커를 방지할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에서는 전류제어회로(32)가 다음과 같이 구성될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 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 접지전압(GND) 공급단 사이에 구비된 제 5 커패시터(C5)와, 제 3 스위칭 소자(T3)의 출력단과 제 2 노드(N2) 사이에 구비된 제 8 저항(R8)과, 제 2 노드(N2)와 접지전압(GND) 공급단 사이에 구비되어 제 8 저항(R8)과 병렬 배치되는 제 7 저항(R7)과, 제 2 노드(N2)에 공급되는 정전류원(Iref)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 포함할 수 있다.
그리고 전류제어회로(32)는 제 2 노드(N2)와 제 2 비교기(34) 사이에 버퍼(36)를 더 구비할 수 있다.
이상과 같은 전류제어회로(32)의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 온-오프신호(On/Off)가 로우 상태에서 하이 상태로 상승하는 시점에 제 1 노드(N1)의 전위는 제 5 커패시터(C5)로 인해 서서히 상승된다. 따라서, 제 3 스위칭 소자(T3)는 서서히 턴-온 되고, 제 3 스위칭 소자(T3)의 턴-오프 상태로 인해 제 2 노드(N2)의 전위는 제 7 저항(R7)의 영향만 받고서 제 1 전압레벨을 갖게 된다.
이후, 제 3 스위칭 소자(T3)가 턴-온 되면, 제 2 노드(N2)는 제 7 및 제 8 저항(R7, R8)의 합성 저항의 영향을 받게 되고, 제 1 전압레벨보다 높은 제 2 전압레벨을 갖게 된다.
이에 따라, 제 2 비교기(34)는 서서히 증가하는 제 2 노드(N2)의 전압레벨로 인해 제 1 스위칭 소자(T1)를 서서히 턴-온 시키고, 결과적으로는 LED의 목표의 목표전류가 구동초기에 기울기를 갖도록 제어한다.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예는 LED의 목표전류가 구동초기에 기울기를 갖고 서서히 상승시켜 LED 전류의 디핑 현상과 플리커를 방지할 수 있게 된다.
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 (8)

  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;
    온-오프 신호에 응답하여 상기 LED 어레이에 흐르는 LED 전류를 조절하되, 상기 LED의 목표 전류가 구동초기에 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 온-오프 신호에 응답하여 상기 제 1 스위칭 소자를 제어함으로써 상기 LED의 목표 전류 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 온-오프 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 2 항에 있어서,
    제 1 노드의 전위에 따라 접지전압을 제 2 노드에 공급하는 제 3 스위칭 소자와,
    상기 제 1 노드와 상기 접지단 사이에 구비된 제 5 커패시터와,
    상기 제 3 스위칭 소자의 출력단과 상기 제 2 노드 사이에 구비된 제 8 저항과,
    상기 제 2 노드와 상기 접지단 사이에 구비되어 상기 제 8 저항과 병렬 배치되는 제 7 저항과,
    상기 제 2 노드에 공급되는 정전류원과,
    상기 제 2 노드의 전위와 상기 제 3 저항으로부터 센싱된 전압을 비교하여 상기 제 1 스위칭 소자를 제어하는 신호를 출력하는 제 2 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전류제어회로는
    상기 제 1 노드와 상기 접지단 사이에 구비된 제 6 저항과;
    상기 제 2 노드와 상기 제 2 비교기 사이에 버퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  7. 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.
  8. 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.
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