KR20130104594A - 액정표시장치와 이의 구동방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는, 액정패널; 액정패널에 광을 제공하도록 제1전원단자에 직렬로 연결된 LED들을 포함하는 LED 스트링; LED 스트링의 캐소드전극과 제2전원단자에 연결된 모니터저항기 사이에 형성되며 LED 스트링을 구동하는 트랜지스터; 트랜지스터의 베이스전극을 통해 구동신호를 공급하되, 제1참조전압과 트랜지스터의 에미터전압을 이용하여 구동신호를 출력하는 정전류 공급부와, 트랜지스터의 베이스전압과 제2참조전압을 비교하여 LED들의 쇼트 여부를 판별하고 비교 결과에 따라 정전류 공급부의 출력을 정지시키는 쇼트 검출부를 포함하는 트랜지스터 구동부를 포함하는 액정표시장치를 제공한다.

Description

액정표시장치와 이의 구동방법{Liquid Crystal Display Device and Driving Method the same}
본 발명의 실시예는 액정표시장치와 이의 구동방법에 관한 것이다.
정보화 기술이 발달함에 따라 사용자와 정보간의 연결 매체인 표시장치의 시장이 커지고 있다. 이에 따라, 액정 표시장치(Liquid Crystal Display: LCD), 유기전계 발광소자(Organic Light Emitting Diodes: OLED) 및 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel: PDP) 등과 같은 평판 표시장치(Flat Panel Display: FPD)의 사용이 증가하고 있다. 그 중 고해상도를 구현할 수 있고 소형화뿐만 아니라 대형화가 가능한 액정 표시장치가 널리 사용되고 있다.
액정표시장치는 트랜지스터, 스토리지 커패시터 및 픽셀전극 등이 형성된 트랜지스터기판과 컬러필터 및 블랙매트릭스 등이 형성된 컬러필터기판 사이에 위치하는 액정층으로 구성된 액정패널을 포함한다.
액정표시장치는 게이트 구동부로부터 게이트신호가 공급되면, 데이터구동부로부터 공급된 데이터전압과 전원부로부터 공급된 공통전압 간의 차이에 의해 액정층이 구동을 하게 되고, 이를 통해 백라이트유닛으로부터 입사된 광을 조절하게 됨으로써 영상을 표시하게 된다.
최근 백라이트유닛에 포함된 광원으로는 발광다이오드(이하 LED)가 주로 사용된다. LED는 다수가 직렬로 연결된 스트링(또는 줄) 형태로 하나의 단위 광원을 이루게 되며 이들 LED 스트링은 다수를 병렬로 연결하여 사용하기도 한다.
한편, LED 스트링 내 또는 LED 스트링들 간에는 임피던스 차이로 전류의 편차가 발생한다. 또한, LED는 여러 요인들로 인해 쇼트가 발생하기도 하는데, 쇼트된 LED가 발생하게 되면 해당 LED 스트링에는 과전류가 흐르게 되고, LED는 물론 이를 구동하는 소자가 파괴되는 형상이 발생한다.
따라서, 종래에는 LED 스트링의 전류를 미세조절하는 제1단자, LED 스트링의 전류를 모니터링하는 제2단자 및 모니터링된 전류를 기반으로 직류전원부의 출력을 조절함과 더불어 LED 쇼트/오픈을 검출하는 제3단자와 같이 쇼트를 검출하고 소자를 보호하기 위해 채널당 3개의 단자를 갖는 구동부를 사용하였다.
그런데, 종래 구동부와 같이 3개의 단자(또는 핀)가 요구되는 구조는 장치 구성시 단자 수의 증가에 따른 비용 상승 문제를 일으키므로 비용을 절감할 수 있는 방안이 요구된다.
상술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 실시예는, 장치 구성시 비용을 절감할 수 있고, 부피가 큰 논리 소자 사용을 배제하고 분리된(discrete) 소자 위주로 구현하여 작은 부피로 집적회로(IC)화 할 수 있는 백라이트유닛 구동부를 갖는 액정표시장치와 이의 구동방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제 해결 수단으로 본 발명의 실시예는, 액정패널; 액정패널에 광을 제공하도록 제1전원단자에 직렬로 연결된 LED들을 포함하는 LED 스트링; LED 스트링의 캐소드전극과 제2전원단자에 연결된 모니터저항기 사이에 형성되며 LED 스트링을 구동하는 트랜지스터; 트랜지스터의 베이스전극을 통해 구동신호를 공급하되, 제1참조전압과 트랜지스터의 에미터전압을 이용하여 구동신호를 출력하는 정전류 공급부와, 트랜지스터의 베이스전압과 제2참조전압을 비교하여 LED들의 쇼트 여부를 판별하고 비교 결과에 따라 정전류 공급부의 출력을 정지시키는 쇼트 검출부를 포함하는 트랜지스터 구동부를 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
쇼트 검출부는 트랜지스터의 베이스전압보다 제2참조전압이 크면 정전류 공급부의 출력을 정지시킬 수 있다.
제2참조전압은 LED들이 쇼트 되기 전의 트랜지스터의 베이스전압값과 LED들이 쇼트 된 후의 트랜지스터의 베이스전압값 사이에 해당하는 전압값으로 설정될 수 있다.
정전류 공급부는 트랜지스터의 베이스전극에 출력단자가 연결되고 제1참조전압을 공급하는 제1참조전압단에 비반전단자가 연결된 제1비교부를 포함하고, 쇼트 검출부는 제1비교부의 반전단자에 출력단자가 연결되고 제2참조전압을 공급하는 제2참조전압단에 비반전단자가 연결되며 트랜지스터의 베이스전극에 반전단자가 연결된 제2비교부를 포함할 수 있다.
정전류 공급부는 제1참조전압단과 제1비교부의 비반전단자 사이에 연결된 제1다이오드와, 트랜지스터의 에미터전극과 제1비교부의 반전단자 사이에 연결된 제2다이오드를 포함하고, 쇼트 검출부는 제1비교부의 반전단자와 제2비교부의 출력단자 사이에 연결된 제3다이오드를 포함할 수 있다.
쇼트 검출부는 트랜지스터의 베이스전극과 제1비교부의 출력단자 사이에 연결된 저항기를 포함할 수 있다.
제2비교부의 반전단자는 제1비교부의 출력단자와 저항기 사이에 연결될 수 있다.
트랜지스터 구동부는 트랜지스터의 베이스전극과 트랜지스터의 에미터전극에 연결된 두 개의 단자를 갖는 집적회로로 구성될 수 있다.
다른 측면에서 본 발명의 실시예는, 액정패널에 광을 제공하는 LED들을 포함하는 LED 스트링을 구동하는 트랜지스터에 대해 제1참조전압과 트랜지스터의 에미터전압을 이용하여 구동신호를 출력하는 단계; 트랜지스터의 베이스전압과 제2참조전압을 비교하여 LED들의 쇼트 여부를 판별하는 단계; 및 트랜지스터의 베이스전압과 제2참조전압을 비교한 결과 트랜지스터의 베이스전압보다 제2참조전압이 크면 구동신호의 출력을 정지시키는 단계를 포함하는 액정표시장치의 구동방법을 제공한다.
제2참조전압은 LED들이 쇼트 되기 전의 트랜지스터의 베이스전압값과 LED들이 쇼트 된 후의 트랜지스터의 베이스전압값 사이에 해당하는 전압값으로 설정될 수 있다.
본 발명의 실시예는, LED 스트링당 1개의 단자를 줄여 2개의 단자로 트랜지스터를 제어할 수 있는 트랜지스터 구동부를 제공하므로 장치 구성시 비용을 절감할 수 있고, 부피가 큰 논리 소자 사용을 배제하고 분리된(discrete) 소자 위주로 구현하여 작은 부피로 집적회로(IC)화 할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 최소한의 소자 배치로 LED 스트링별로 쇼트 검출이 가능하며, 트랜지스터(또는 스위치)와 같이 발열이 높은 소자를 외부에 배치하고 발열이 낮은 소자를 내부에 배치하여 구동의 신뢰성 및 안정성을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 액정표시장치의 개략적인 블록도.
도 2는 게이트 구동부의 블록도.
도 3은 데이터 구동부의 블록도.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시장치의 백라이트유닛 구동부의 일부 구성도.
도 5는 정상 동작시 백라이트유닛 구동부의 구동 상태를 나타낸 도면.
도 6은 쇼트 발생시 백라이트유닛 구동부의 구동 상태를 나타낸 도면.
도 7은 집적회로 형태로 구성된 트랜지스터 구동부를 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시장치의 백라이트유닛 구동부의 일부 구성도.
도 9는 집적회로 형태로 구성된 트랜지스터 구동부를 설명하기 위한 도면.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 구동방법을 설명하기 위한 흐름도.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 액정표시장치의 개략적인 블록도 이고, 도 2는 게이트 구동부의 블록도 이며, 도 3은 데이터 구동부의 블록도 이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 액정표시장치에는 타이밍 구동부(TCN), 액정패널(PNL), 게이트 구동부(SDRV), 데이터 구동부(DDRV), 백라이트유닛(BLU) 및 백라이트유닛 구동부(BDRV)가 포함된다.
타이밍 구동부(TCN)는 외부로부터 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 클럭신호(CLK), 데이터신호(DATA)를 공급받는다. 타이밍 구동부(TCN)는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 클럭신호(CLK) 등의 타이밍신호를 이용하여 데이터 구동부(DDRV)와 게이트 구동부(SDRV)의 동작 타이밍을 제어한다.
타이밍 구동부(TCN)는 1 수평기간의 데이터 인에이블 신호(DE)를 카운트하여 프레임기간을 판단할 수 있으므로 외부로부터 공급되는 수직 동기신호(Vsync)와 수평 동기신호(Hsync)는 생략될 수 있다. 타이밍 구동부(TCN)는 게이트 구동부(SDRV) 및 데이터 구동부(DDRV)와 같이 액정패널(PNL)을 구동하는 패널구동부를 제어하는 제어신호(GDC, DDC)를 생성한다. 여기서, 제어신호들(GDC, DDC)에는 게이트 구동부(SDRV)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 타이밍 제어신호(GDC)와 데이터 구동부(DDRV)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 데이터 타이밍 제어신호(DDC)가 포함된다.
액정패널(PNL)은 트랜지스터기판(이하 TFT기판으로 약칭)과 컬러필터기판 사이에 위치하는 액정층을 포함하며 매트릭스형태로 배치된 서브 픽셀을 포함한다. TFT기판에는 데이터라인, 게이트라인, TFT, 스토리지 커패시터 등이 형성되고, 컬러필터기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등이 형성된다.
서브 픽셀(SP)은 상호 교차하는 데이터라인(DL1)과 게이트라인(SL1)에 의해 정의된다. 서브 픽셀(SP)에는 게이트라인(SL1)을 통해 공급된 게이트신호에 의해 구동하는 TFT, 데이터라인(DL1)을 통해 공급된 데이터신호를 데이터전압으로 저장하는 스토리지 커패시터(Cst), 스토리지 커패시터(Cst)에 저장된 데이터전압에 의해 구동하는 액정셀(Clc)이 포함된다.
액정셀(Clc)은 화소전극(1)에 공급된 데이터전압과 공통전극(2)에 공급된 공통전압(Vcom)에 의해 구동된다. 공통전극은 TN(Twisted Nematic) 모드와 VA(Vertical Alignment) 모드와 같은 수직전계 구동방식에서 컬러필터 기판 상에 형성되며, IPS(In Plane Switching) 모드와 FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같은 수평전계 구동방식에서 화소전극과 함께 TFT기판 상에 형성된다. 액정패널(PNL)의 TFT기판과 컬러필터 기판에는 편광판이 부착되고 액정의 프리틸트각(pre-tilt angle)을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 액정패널(PNL)의 액정모드는 전술한 TN 모드, VA 모드, IPS 모드, FFS 모드뿐 아니라 어떠한 액정모드로도 구현될 수 있다.
게이트 구동부(SDRV)는 타이밍 구동부(TCN)로부터 공급된 게이트 타이밍 제어신호(GDC)에 응답하여 액정패널(PNL)에 포함된 서브 픽셀들(SP)의 트랜지스터들이 동작시키는 게이트신호를 순차적으로 생성한다. 게이트 구동부(SDRV)에는 게이트라인들(SL1~SLm)을 통해 생성된 게이트신호를 액정패널(PNL)에 포함된 서브 픽셀들(SP)에 공급한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 게이트 구동부(SDRV)는 게이트 드라이브 IC들로 구성된다. 게이트 드라이브 IC들은 각각 쉬프트레지스터(61), 레벨쉬프터(63), 쉬프트레지스터(61)와 레벨쉬프터(63) 사이에 접속된 다수의 논리곱 앤드게이트(62) 및 게이트 출력 인에이블신호(GOE)를 반전시키기 위한 인버터(64) 등을 포함한다. 쉬프트레지스터(61)는 종속적으로 접속된 다수의 D-플립플롭을 이용하여 게이트 스타트 펄스(GSP)를 게이트 쉬프트 클럭(GSC)에 따라 순차적으로 쉬프트시킨다. 앤드게이트들(62)은 각각 쉬프트레지스터(61)의 출력신호와 게이트 출력 인에이블신호(GOE)의 반전신호를 논리곱하여 출력을 발생한다. 인버터(64)는 게이트 출력 인에이블신호(GOE)를 반전시켜 앤드게이트들(62)에 공급한다. 레벨쉬프터(63)는 앤드게이트(62)의 출력전압 스윙폭을 액정패널(PNL)에 포함된 트랜지스터들이 동작 가능한 게이트전압의 스윙폭으로 쉬프트시킨다. 레벨쉬프터(63)로부터 출력되는 게이트신호는 게이트라인들(SL1~SLm)에 순차적으로 공급된다. 도 2에 도시된 게이트 구동부(SDRV)는 집적회로 방식으로 구성된 것을 예로 하였으나, 이는 액정패널(PNL)상에 직접형성되는 게이트인패널(Gate In Panel) 방식으로 구성될 수도 있다.
데이터 구동부(DDRV)는 타이밍 구동부(TCN)로부터 공급된 데이터 타이밍 제어신호(DDC)에 응답하여 타이밍 구동부(TCN)로부터 공급되는 데이터신호(DATA)를 샘플링하고 래치하여 병렬 데이터 체계의 데이터로 변환한다. 데이터 구동부(DDRV)는 병렬 데이터 체계의 데이터로 변환할 때, 감마 기준전압에 대응하여 데이터신호(DATA)를 변환한다. 데이터 구동부(DDRV)는 데이터라인들(DL1~DLn)을 통해 변환된 데이터신호(DATA)를 액정패널(PNL)에 포함된 서브 픽셀들(SP)에 공급한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 데이터 구동부(DDRV)는 쉬프트 레지스터(51), 데이터 레지스터(52), 제1래치(53), 제2래치(54), 변환부(55), 출력회로(56) 등을 포함한다. 쉬프트레지스터(51)는 타이밍 구동부(TCN)로부터 공급된 소스 샘플링 클럭(SSC)을 쉬프트시킨다. 쉬프트레지스터(51)는 이웃하는 다음 단의 소스 드라이브 IC의 쉬프트레지스터에 캐리신호(CAR)를 전달한다. 데이터레지스터(52)는 타이밍 구동부(TCN)로부터 공급된 데이터신호(DATA)를 일시 저장하고 이를 제1래치(53)에 공급한다. 제1래치(53)는 쉬프트레지스터(51)로부터 순차적으로 공급되는 클럭에 따라 직렬로 입력되는 데이터신호(DATA)를 샘플링하여 래치한 다음 래치한 데이터들을 동시에 출력한다. 제2래치(54)는 제1래치(53)로부터 공급되는 데이터들을 래치한 다음 소스 출력 인에이블신호(SOE)에 응답하여 다른 소스 드라이브 IC들의 제2래치(54)와 동기 하여 래치한 데이터들을 동시에 출력한다. 변환부(55)는 제2래치(54)로부터 입력되는 데이터신호(DATA)를 감마 기준전압(GMA1~GMAn)으로 변환한다. 출력회로(56)로부터 출력되는 데이터신호(DATA)는 소스 출력 인에이블신호(SOE)에 응답하여 데이터라인들(DL1~DLn)에 공급된다. 도 3에 도시된 데이터 구동부(DDRV)는 예시일뿐 이에 한정되지 않는다.
백라이트유닛(BLU)은 액정패널(PNL)에 광을 제공한다. 백라이트유닛(BLU)은 엣지형(edge type), 듀얼형(dual type), 직하형(direct type) 등으로 다양하게 구성될 수 있다. 여기서, 엣지형은 액정패널(PNL)의 일측면에 발광다이오드들(이하 LED 또는 LED들로 표기함)이 스트링(또는 줄) 형태로 배치된 것이다. 듀얼형은 액정패널(PNL)의 양측면에 LED들이 스트링(또는 줄) 형태로 배치된 것이다. 직하형은 액정패널(PNL)의 하부에 발광다이오드들이 블록 또는 매트릭스 형태로 배치된 것이다.
백라이트유닛 구동부(BDRV)는 백라이트유닛(BLU)을 구동한다. 백라이트유닛 구동부(BDRV)에는 LED 스트링들에 직류전원을 공급하는 직류전원부, LED 스트링들을 구동하는 트랜지스터들, 트랜지스터들을 구동하는 트랜지스터 구동부 등이 포함된다. 한편, 백라이트유닛 구동부(BDRV)는 LED 스트링들에 쇼트가 발생하면 쇼트를 검출하여 쇼트로부터 소자들을 보호할 수 있는데, 이에 대해서는 이하에서 더욱 자세히 설명한다.
<제1실시예>
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시장치의 백라이트유닛 구동부의 일부 구성도이고, 도 5는 정상 동작시 백라이트유닛 구동부의 구동 상태를 나타낸 도면이며, 도 6은 쇼트 발생시 백라이트유닛 구동부의 구동 상태를 나타낸 도면이고, 도 7은 집적회로 형태로 구성된 트랜지스터 구동부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시장치의 백라이트유닛 구동부에는 트랜지스터(TR) 및 트랜지스터 구동부(TDRV)가 포함된다. 백라이트유닛 구동부는 트랜지스터(TR) 및 트랜지스터 구동부(TDRV)를 이용하여 백라이트유닛에 포함된 제1LED 스트링(LS1)을 구동한다.
제1LED 스트링(LS1)은 제1전원단자(VLED)에 직렬로 연결된 발광다이오드들(이하 LED들로 약기 함)(LED1 ~ LEDn)을 포함한다.
트랜지스터(TR)는 제1LED 스트링(LS1)에 포함된 제nLED(LEDn)의 캐소드전극과 제2전원단자(VGND)에 연결된 모니터 저항기(RE) 사이에 형성되며 제1LED 스트링(LS1)을 구동한다. 트랜지스터(TR)는 BJT(Bipolar Junction Transistor) 나 FET(Field Effect Transistor) 등으로 형성될 수 있다. 실시예에서는 트랜지스터(TR)가 NPN형 BJT로 형성된 것을 일례로 설명한다.
트랜지스터 구동부(TDRV)에는 트랜지스터(TR)에 구동신호를 공급하는 정전류 공급부(DRP1)와 LED들(D1 ~ Dn)의 쇼트 여부에 따라 정전류 공급부(DRP1)의 출력을 정지시키는 쇼트 검출부(SDP1)가 포함된다.
정전류 공급부(DRP1)는 트랜지스터(TR)의 베이스전극을 통해 구동신호를 공급하되, 제1참조전압과 트랜지스터(TR)의 에미터전압(VE)을 이용하여 구동신호를 출력한다.
쇼트 검출부(SDP1)는 트랜지스터(TR)의 베이스전압(VB)과 제2참조전압을 비교하여 LED들(LED1 ~ LEDn)의 쇼트 여부를 판별하고 비교 결과에 따라 정전류 공급부(DRP1)의 출력을 정지시킨다.
정전류 공급부(DRP1)는 트랜지스터(TR)의 베이스전극에 출력단자가 연결되고 제1참조전압을 공급하는 제1참조전압단(Vref1)에 비반전단자(+)가 연결된 제1비교부(OP1)를 포함한다. 또한, 정전류 공급부(DRP1)는 제1참조전압단(Vref1)과 제1비교부(OP1)의 비반전단자(+) 사이에 연결된 제1다이오드(D1)와, 트랜지스터(TR)의 에미터전극과 제1비교부(OP1)의 반전단자(-) 사이에 연결된 제2다이오드(D2)를 포함한다.
쇼트 검출부(SDP1)는 제1비교부(OP1)의 반전단자(-)에 출력단자가 연결되고 제2참조전압을 공급하는 제2참조전압단(Vref2)에 비반전단자(+)가 연결되며 트랜지스터(TR)의 베이스전극에 반전단자(-)가 연결된 제2비교부(OP2)를 포함한다. 또한, 쇼트 검출부(SDP1)는 제1비교부(OP1)의 반전단자(-)와 제2비교부(OP2)의 출력단자 사이에 연결된 제3다이오드(D3)를 포함한다.
위와 같은 구성에 따라, 정전류 공급부(DRP1)는 LED들(LED1 ~ LEDn)의 전압 편차(Vf)에 따른 전류 편차(스트링 간의 전류 편차)를 보상하는 정전류 기능을 수행하며 트랜지스터(TR)를 구동한다. 또한, 쇼트 검출부(SDP1)는 LED들(LED1 ~ LEDn)에 쇼트가 발생할 경우 과전류로부터 제1LED 스트링(LS1)을 보호하는 보호 기능을 수행한다.
정전류 공급부(DRP1) 및 쇼트 검출부(SDP1)의 동작 설명을 하면 다음과 같다.
도 5에 도시된 바와 같이, 정전류 공급부(DRP1)는 제1참조전압(Vref1)과 트랜지스터(TR)의 에미터전압(VE)을 이용하여 다음과 같이 정전류 구동을 하게 된다.
트랜지스터(TR)의 에미터전압(VE)은 제1비교부(OP1)의 동작에 의해 제1참조전압(Vref1)과 같아지게 된다. 그런데, 외부환경 또는 장치적 특성 등에 따라 전류가 높아지면 제1비교부(OP1)의 반전단자(-)의 전압은 높아지게 된다.
제1비교부(OP1)는 항시 트랜지스터(TR)의 에미터전압(VE)을 모니터링하며 제1참조전압(Vref1)과 비교를 수행한다. 그러므로, 제1비교부(OP1)의 반전단자(-)의 전압이 높아지면 제1비교부(OP1)는 전류를 줄이도록 트랜지스터(TR)의 베이스전압(VB)을 낮추는 구동신호를 출력하게 된다.
이와 달리, 외부환경 또는 장치적 특성 등에 따라 전류가 낮아지게 되면 제1비교부(OP1)의 반전단자(-)의 전압은 낮아지게 된다. 제1비교부(OP1)는 트랜지스터(TR)의 에미터전압(VE)을 모니터링하며 제1참조전압(Vref1)과 비교를 수행한다. 그러므로, 제1비교부(OP1)의 반전단자(-)의 전압이 낮아지면 제1비교부(OP1)는 전류를 높이도록 트랜지스터(TR)의 베이스전압(VB)을 높이는 구동신호를 출력하게 된다.
한편, 제1LED 스트링(LS1)에 흐르는 전류는 제1참조전압과 모니터 저항기(RE)로 설정할 수 있다. 따라서, 이를 수식으로 표현하면 다음과 같다.
ILED = Vref1 / RE
위와 같이 제1LED 스트링(LS1)의 LED들(LED1 ~ LEDn)에 쇼트가 발생하지 않고 정상적인 동작을 수행할 때에는 트랜지스터(TR)의 베이스전압(VB)이 제2비교부(OP2)로부터 출력되는 전압(Vop2_out)보다 높다. 따라서, 제1비교부(OP1)의 반전단자(-)에 연결된 제2다이오드(D2)를 통해서만 입력을 받게 되고, 쇼트 검출부(SDP1)는 비동작 상태를 유지하게 된다. 한편, 제1비교부(OP1)의 비반전단자(+)에 연결된 제1다이오드(D1)는 동작 온도에 따라 변하는 전압 편차(Vf)를 같게 하는 역할을 한다. 즉, 제1 및 제2다이오드(D1, D2)는 제1비교부(OP1)의 양단(+, -)에 동일하게 연결되어 제1비교부(OP1)의 입력이 온도와 무관하게 유지되도록 양단의 전압 편차(Vf)를 없애는 역할을 한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 쇼트 검출부(SDP1)는 LED들(LED1 ~ LEDn)에 쇼트가 발생할 경우 낮아지는 트랜지스터(TR)의 베이스전압(VE)을 제2참조전압과 비교를 통해 정전류 공급부(DRP1)가 트랜지스터(TR)를 정지(OFF)시키는 동작을 수행하게 하여 LED들(LED1 ~ LEDn)을 보호한다.
제2비교부(OP2)는 비교기로서 동작한다. 트랜지스터 구동부(TDRV)가 정상동작을 하는 경우 쇼트 검출부(SDP1)는 동작하지 않는다. 즉, 정상동작인 경우에는 트랜지스터(TR)의 베이스전압(VB)이 제2참조전압보다 크므로 제2비교부(OP2)의 출력 전압은 로직로우(Low)가 된다.
이와 달리, LED들(LED1 ~ LEDn)에 쇼트가 발생하면 트랜지스터(TR)의 콜렉터전압(VC)이 높아지는 반면 트랜지스터(TR)의 베이스전압(VB)이 낮아진다. 이와 달리, 트랜지스터(TR)의 에미터전류(IE)는 제1비교부(OP1)의 정전류 기능에 의해 일정하게 유지된다.
NPN형 BJT의 전류식에 따르면 IE = IB + IC 에 의해, IE 는 일정하고 IC 는 상승하기 때문에 그 상승분만큼 IB 가 작아지게 된다. 즉, LED들(LED1 ~ LEDn)에 쇼트가 발생하면 트랜지스터(TR)의 베이스전류(IB)와 베이스전압(VB)이 작아지게 된다.
트랜지스터(TR)의 베이스전압(VB)이 작아지면, 제2참조전압과 트랜지스터(TR)의 베이스전압(VB) 조건 Vref2 > VB 이 성립되고 제2비교부(OP2)의 출력은 로직하이(High)가 된다. 따라서, 쇼트 검출부(SDP1)는 트랜지스터(TR)의 베이스전압(VB)보다 제2참조전압이 크면 정전류 공급부(DRP1)의 출력을 정지시키게 된다.
위의 조건이 성립되면, 제2다이오드(D2)를 통해 공급되는 전압보다 제3다이오드(D3)를 통해 공급되는 전압 즉, 제2비교부(OP2)의 출력 전압(Vop2_out)이 높게 된다. 따라서, 제2비교부(OP2)로부터 출력된 로직하이(High) 신호는 제1비교부(OP1)의 반전단자(-)로 공급된다.
이와 같이, 제1비교부(OP1)의 반전단자(-)에 로직하이(High) 신호가 공급되면 제1비교부(OP1)는 트랜지스터(TR)를 정지(OFF) 시키는 구동신호를 출력(또는 구동신호를 미출력)하여 LED들(LED1 ~ LEDn)을 보호하게 된다.
위의 설명에서, 제1참조전압단(Vref1)을 통해 공급되는 제1참조전압은 LED들(LED1 ~ LEDn)에 흐르는 전류값을 결정하는 역할을 한다. 즉, 트랜지스터(TR)의 에미터전압(VE)과 제1참조전압은 동일하게(또는 유사하게) 설정되고 이때 전류는 트랜지스터(TR)의 에미터전압(VE)과 모니터 저항기(RE) 간의 관계식 VE/RE에 의해 결정된다.
반면, 제2참조전압단(Vref2)을 통해 공급되는 제2참조전압은 LED들(LED1 ~ LEDn)에 쇼트가 발생하면 제2비교부(OP2)의 출력을 로직하이(High) 신호로 만들 수 있어야 한다. 즉, 제2참조전압은 LED들(D1 ~ Dn)이 쇼트 되기 전의 트랜지스터의 베이스전압값과 LED들이 쇼트 된 후의 트랜지스터의 베이스전압값 사이에 해당하는 전압값으로 설정된다. 따라서, 이를 수식으로 표현하면 다음과 같다.
VB_before_short > Vref2 > VB_before_short
앞서 설명된 트랜지스터 구동부(TDRV)는 하나의 제1LED 스트링(LS1)을 구동하는 구성을 나타낸 것이다. 그러나 액정패널은 크기 및 구조에 따라 다양하게 구성된 백라이트유닛과 백라이트유닛 구동부를 요구하므로 트랜지스터 구동부(TDRV)는 다음과 같이 구성될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1실시예에 따른 백라이트유닛과 백라이트유닛 구동부는 다수의 LED 스트링들(LS1 ~ LSn), 이들에 연결된 다수의 트랜지스터들(TR) 및 다수의 트랜지스터들(TR)에 연결된 다수의 트랜지스터 구동부들(TDRV1 ~ TDRVn)로 구성된다.
더욱 자세히 설명하면, 하나의 트랜지스터 구동부(TDRV1)는 트랜지스터(TR)의 베이스전극과 트랜지스터(TR)의 에미터전극에 연결된 두 개의 단자(P1, P2)를 갖는 집적회로(IC)로 구성된다.
제1실시예에 따른 다수의 트랜지스터 구동부들(TDRV1 ~ TDRVn)은 다수의 LED 스트링들(LS1 ~ LSn) 간에 공유하는 단자가 없기 때문에 각기 구분된 쇼트 검출이 가능하다.
한편, 도 7에서는 다수의 트랜지스터 구동부들(TDRV1 ~ TDRVn)이 각기 구분된 집적회로(IC)로 구성된 것을 일례로 하였지만 이들은 N개(N은 2 이상 정수)씩 묶이는 형태로 통합될 수도 있다.
<제2실시예>
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시장치의 백라이트유닛 구동부의 일부 구성도이고, 도 9는 집적회로 형태로 구성된 트랜지스터 구동부를 설명하기 위한 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시장치의 백라이트유닛 구동부에는 트랜지스터(TR) 및 트랜지스터 구동부(TDRV)가 포함된다. 백라이트유닛 구동부는 트랜지스터(TR) 및 트랜지스터 구동부(TDRV)를 이용하여 백라이트유닛에 포함된 제1LED 스트링(LS1)을 구동한다.
제2실시예의 트랜지스터 구동부(TDRV)는 제1실시예의 트랜지스터 구동부(TDRV)와 유사하다. 그러나 트랜지스터 구동부(TDRV)의 쇼트 검출부(SDP1)에는 트랜지스터(TR)의 베이스전극과 제1비교부(OP1)의 출력단자 사이에 연결된 저항기(Rb)가 포함된다. 그리고 제2비교부(OP2)의 반전단자(-)는 제1비교부(OP1)의 출력단자와 저항기(Rb) 사이에 연결된다.
제2실시예의 트랜지스터 구동부(TDRV)는 트랜지스터(TR)의 베이스전극과 제1비교부(OP1) 사이에 저항기(Rb)를 삽입하여 센싱(Sensing) 범위를 확대한 것이다.
제2실시예의 트랜지스터 구동부(TDRV)는 정상 동작을 할 경우 및 쇼트가 발생했을 경우 제1실시예의 트랜지스터 구동부(TDRV) 대비 다음과 같은 차이점이 있다.
제1비교부(OP1)의 출력전압(Vop1_out)의 변화가 트랜지스터(TR)의 베이스전압(VB)의 변화보다 크다. 따라서, 트랜지스터(TR)의 베이스전압(VB)이 아닌 제1비교부(OP1)의 출력전압(Vop1_out)을 센싱하므로 제2참조전압단자(Vref2)를 통해 공급되는 제2참조전압을 더 넓은 범위로 설정할 수 있게 된다.
그러므로, 제2실시예와 같이 저항기(Rb)를 삽입할 경우, 쇼트시 센싱 전압 범위를 확대할 수 있는 장점이 있다. 다만, 제2실시예와 같이 저항기(Rb)를 삽입하면 추가적인 전력 소모가 발생하므로 저항기(Rb)의 저항값을 적절히 설정할 필요가 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제2실시예에 따른 백라이트유닛과 백라이트유닛 구동부 또한 다수의 LED 스트링들(LS1 ~ LSn), 이들에 연결된 다수의 트랜지스터들(TR) 및 다수의 트랜지스터들(TR)에 연결된 다수의 트랜지스터 구동부들(TDRV1 ~ TDRVn)로 구성된다.
더욱 자세히 설명하면, 하나의 트랜지스터 구동부(TDRV1)는 트랜지스터(TR)의 베이스전극과 트랜지스터(TR)의 에미터전극에 연결된 두 개의 단자(P1, P2)를 갖는 집적회로(IC)로 구성된다.
제2실시예에 따른 다수의 트랜지스터 구동부들(TDRV1 ~ TDRVn) 또한 다수의 LED 스트링들(LS1 ~ LSn) 간에 공유하는 단자가 없기 때문에 각기 구분된 쇼트 검출이 가능하다.
한편, 도 9에서는 다수의 트랜지스터 구동부들(TDRV1 ~ TDRVn)이 각기 구분된 집적회로(IC)로 구성된 것을 일례로 하였지만 이들은 N개(N은 2 이상 정수)씩 묶이는 형태로 통합될 수도 있다.
이하, 앞서 설명된 본 발명의 실시예들에 대한 구동방법에 대해 설명한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 구동방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 구동방법은 도 1 및 도 4를 함께 참조하여 백라이트유닛 구동부에 포함된 트랜지스터 구동부(TDRV)를 위주로 설명한다.
먼저, LED를 구동한다(S110). LED를 구동하는 단계에서는 액정패널(PNL)에 광을 제공하는 LED들(LED1 ~ LEDn)을 포함하는 제1LED 스트링(LS1)을 구동하는 트랜지스터(TR)에 대해 제1참조전압(Vref1)과 트랜지스터(TR)의 에미터전압을 이용하여 구동신호를 출력한다.
다음, LED의 쇼트 여부를 판별한다(S120). LED의 쇼트 여부를 판별하는 단계에서는 트랜지스터(TR)의 베이스전압(VB)과 제2참조전압(Vref2)을 비교하여 LED들(LED1 ~ LEDn)의 쇼트 여부를 판별한다.
다음, 트랜지스터(TR)의 베이스전압(VB)과 제2참조전압(Vref2)의 비교 결과에 따라 LED의 구동을 계속 유지하거나(S110), LED의 구동을 정지시킨다(S130). LED의 구동을 계속 유지하는 단계에서는 트랜지스터(TR)의 베이스전압(VB)이 제2참조전압(Vref2)보다 작으면(N) 된다. 반면, LED의 구동을 정지시키는 단계에서는 트랜지스터(TR)의 베이스전압(VB)보다 제2참조전압(Vref2)이 크면(Y) 된다. 따라서, 트랜지스터(TR)의 베이스전압(VB)보다 제2참조전압(Vref2)이 크면(Y) 구동신호의 출력이 정지되므로, LED는 구동을 정지하게 된다.
한편 위와 같은 구동 조건을 만족시키기 위해, 제2참조전압(Vref2)은 LED들(LED1 ~ LEDn)이 쇼트 되기 전의 트랜지스터의 베이스전압값(VB_before_short)과 LED들(LED1 ~ LEDn)이 쇼트 된 후의 트랜지스터의 베이스전압값(VB_after_short) 사이에 해당하는 전압값으로 설정될 수 있다.
이상 본 발명은 LED 스트링당 1개의 단자를 줄여 2개의 단자로 트랜지스터를 제어할 수 있는 트랜지스터 구동부를 제공하므로 장치 구성시 비용을 절감할 수 있고, 부피가 큰 논리 소자 사용을 배제하고 분리된(discrete) 소자 위주로 구현하여 작은 부피로 집적회로(IC)화 할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 최소한의 소자 배치로 LED 스트링별로 쇼트 검출이 가능하며, 트랜지스터(또는 스위치)와 같이 발열이 높은 소자를 외부에 배치하고 발열이 낮은 소자를 내부에 배치하여 구동의 신뢰성 및 안정성을 높일 수 있는 효과가 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
TCN: 타이밍 구동부 PNL: 액정패널
SDRV: 게이트 구동부 DDRV: 데이터 구동부
BLU: 백라이트유닛 BDRV: 백라이트유닛 구동부
TR: 트랜지스터 TDRV: 트랜지스터 구동부
LS1: 제1LED 스트링 DRP1: 정전류 공급부
SDP1: 쇼트 검출부 OP1: 제1비교부
OP2: 제2비교부 D1 ~ D3: 제1 내지 제3다이오드
Vref1: 제1참조전압단 Vref2: 제2참조전압단
Rb: 저항기

Claims (10)

  1. 액정패널;
    상기 액정패널에 광을 제공하도록 제1전원단자에 직렬로 연결된 LED들을 포함하는 LED 스트링;
    상기 LED 스트링의 캐소드전극과 제2전원단자에 연결된 모니터저항기 사이에 형성되며 상기 LED 스트링을 구동하는 트랜지스터;
    상기 트랜지스터의 베이스전극을 통해 구동신호를 공급하되, 제1참조전압과 상기 트랜지스터의 에미터전압을 이용하여 상기 구동신호를 출력하는 정전류 공급부와, 상기 트랜지스터의 베이스전압과 제2참조전압을 비교하여 상기 LED들의 쇼트 여부를 판별하고 비교 결과에 따라 상기 정전류 공급부의 출력을 정지시키는 쇼트 검출부를 포함하는 트랜지스터 구동부를 포함하는 액정표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 쇼트 검출부는
    상기 트랜지스터의 베이스전압보다 상기 제2참조전압이 크면 상기 정전류 공급부의 출력을 정지시키는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2참조전압은
    상기 LED들이 쇼트 되기 전의 트랜지스터의 베이스전압값과 상기 LED들이 쇼트 된 후의 트랜지스터의 베이스전압값 사이에 해당하는 전압값으로 설정된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 정전류 공급부는 상기 트랜지스터의 베이스전극에 출력단자가 연결되고 상기 제1참조전압을 공급하는 제1참조전압단에 비반전단자가 연결된 제1비교부를 포함하고,
    상기 쇼트 검출부는 상기 제1비교부의 반전단자에 출력단자가 연결되고 상기 제2참조전압을 공급하는 제2참조전압단에 비반전단자가 연결되며 상기 트랜지스터의 베이스전극에 반전단자가 연결된 제2비교부를 포함하는 액정표시장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 정전류 공급부는
    상기 제1참조전압단과 상기 제1비교부의 비반전단자 사이에 연결된 제1다이오드와, 상기 트랜지스터의 에미터전극과 상기 제1비교부의 반전단자 사이에 연결된 제2다이오드를 포함하고,
    상기 쇼트 검출부는 상기 제1비교부의 반전단자와 상기 제2비교부의 출력단자 사이에 연결된 제3다이오드를 포함하는 액정표시장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 쇼트 검출부는
    상기 트랜지스터의 베이스전극과 상기 제1비교부의 출력단자 사이에 연결된 저항기를 포함하는 액정표시장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2비교부의 반전단자는
    상기 제1비교부의 출력단자와 상기 저항기 사이에 연결된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 트랜지스터 구동부는
    상기 트랜지스터의 베이스전극과 상기 트랜지스터의 에미터전극에 연결된 두 개의 단자를 갖는 집적회로로 구성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  9. 액정패널에 광을 제공하는 LED들을 포함하는 LED 스트링을 구동하는 트랜지스터에 대해 제1참조전압과 상기 트랜지스터의 에미터전압을 이용하여 구동신호를 출력하는 단계;
    상기 트랜지스터의 베이스전압과 제2참조전압을 비교하여 상기 LED들의 쇼트 여부를 판별하는 단계; 및
    상기 트랜지스터의 베이스전압과 제2참조전압을 비교한 결과 상기 트랜지스터의 베이스전압보다 상기 제2참조전압이 크면 상기 구동신호의 출력을 정지시키는 단계를 포함하는 액정표시장치의 구동방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2참조전압은
    상기 LED들이 쇼트 되기 전의 트랜지스터의 베이스전압값과 상기 LED들이 쇼트 된 후의 트랜지스터의 베이스전압값 사이에 해당하는 전압값으로 설정된 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 구동방법.
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