KR20170105803A - 디스플레이장치 및 디스플레이장치의 구동방법 - Google Patents

디스플레이장치 및 디스플레이장치의 구동방법 Download PDF

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Abstract

본 개시는 디스플레이장치 및 디스플레이장치의 구동방법에 관한 것으로서, 본 개시의 실시예에 따른 디스플레이장치는, 복수의 발광소자가 병렬 연결되어 구성되는 발광부, 및 복수의 발광소자에 각각 연결되는 스위칭소자의 온도 검출에 근거하여 복수의 발광소자 중 일부의 동작 상태를 변경하는 구동 회로부를 포함할 수 있다.

Description

디스플레이장치 및 디스플레이장치의 구동방법{Display Apparatus and Driving Method Thereof}
본 개시는 디스플레이장치 및 디스플레이장치의 구동방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 가령 LED 백라이트를 갖는 영상표시장치에서 각 LED 스트링마다 검출되는 온도에 따라 LED 발광소자의 구동 전류를 개별 제어하는 디스플레이장치 및 디스플레이 장치의 구동방법에 관한 것이다.
일반적으로 영상표시장치는 비디오카드 등으로부터 입력되는 비디오 신호를 표시하는 데에 사용된다. 이러한 영상표시장치는 (자)발광형과 수광형으로 분리될 수 있다. 예를 들어, OLED나 PDP 등의 영상표시장치는 발광형으로서 자체적으로 빛을 발산해 영상을 표시한다. 반면, LCD는 2개의 얇은 유리기판 사이에 고체와 액체의 중간 성질을 가진 액정(Liquid Crystal)을 주입해 전원공급시 액정분자의 배열을 변화시켜 명암을 발생시킴으로써 영상을 표시하는 장치로서 그 자체가 수광형이다. 이 때문에 수광형은 배면 광원이 없으면 동작이 불가능하며, 이에 따라 화면 전체를 균일한 밝기로 유지할 수 있는 면광원 형태의 백라이트 광원이 필요하다.
이와 같은 백라이트 광원은 예컨대 LED가 사용될 수 있는데, 복수의 LED들은 면광원 형태로 빛을 제공하기 위하여 패널의 가장자리에 배치되거나 패널의 배면 전체에 배치될 수 있다. 통상, 가장자리에 배치되는 형태를 에지형(edge type)이라 하고, 배면 전체에 배치되는 형태를 직하형(direct type)이라 명명하고 있다. 또한, 영상표시장치는 백라이트 광원을 구동하기 위한 구동부를 포함하게 되는데, 이러한 구동부는 백라이트 광원을 온/오프 구동하는 스위칭 방식의 파워 회로를 포함할 수 있다.
그런데, 최근 들어 영상표시장치의 크기가 점점 더 증가하면서 백라이트 장치의 발열이 특히 문제되고 있다. 다시 말해, 디스플레이 제품의 제조 비용을 절약하면서 동시에 발열 문제를 효과적으로 줄이기 위한 필요성이 대두되고 있다.
본 개시의 실시예는 가령 LED 백라이트를 갖는 영상표시장치에서 각 LED 스트링마다 검출되는 온도에 따라 LED 발광소자의 구동 전류를 개별 제어하는 디스플레이장치 및 디스플레이 장치의 구동방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 개시의 실시예에 따른 디스플레이장치는, 복수의 발광소자가 병렬 연결되어 구성되는 발광부, 및 상기 복수의 발광소자에 각각 연결되는 스위칭소자의 온도 검출에 근거하여 상기 복수의 발광소자 중 일부의 동작 상태를 변경하는 구동 회로부를 포함한다.
상기 디스플레이장치는, 상기 스위칭소자의 온도를 검출하는 온도 검출부를 더 포함하며, 상기 구동 회로부는, 상기 온도 검출부에 의해 검출된 온도에 근거하여 상기 일부의 발광소자에 대한 구동 전류를 조절할 수 있다.
상기 구동 회로부는, 상기 스위칭소자의 온도가 변경될 때 지정된 복수의 온도 설정값에 근거하여 상기 일부의 발광소자에 대한 구동 전류를 단계적으로 증감시킬 수 있다.
상기 구동 회로부는, 상기 검출된 온도에 근거하여 기준 전류값을 조정하는 이득 조정기, 및 상기 조정한 전류값과 상기 스위칭소자에서 피드백되는 전류값의 차이에 기초하여 상기 스위칭소자의 턴온되는 정도를 조절하는 보상기를 포함할 수 있다.
상기 구동 회로부, 상기 온도 센서 및 상기 스위칭소자는 원 칩(One chip)에 형성될 수 있다.
상기 구동 회로부는, 상기 스위칭소자의 검출 온도가 기설정된 임계값을 초과하면, 상기 스위칭소자를 턴오프시킬 수 있다.
상기 발광부는, 상기 복수의 발광소자로서 적(R), 녹(G), 청(B) 및 백(W) 중 적어도 하나의 발광소자를 구동하여 백색광을 생성할 수 있다.
상기 구동 회로부는 상기 스위칭소자의 턴온되는 정도를 조절하여 상기 복수의 발광소자에 대한 동작 상태를 개별적으로 변경할 수 있다.
또한, 본 개시의 실시예에 따른 디스플레이장치의 구동방법은 병렬 연결되는 복수의 발광소자를 동작시키는 단계, 및 상기 복수의 발광소자에 각각 연결되는 스위칭소자의 온도 검출에 근거하여 상기 복수의 발광소자 중 일부의 동작 상태를 변경하는 단계를 포함한다.
상기 디스플레이장치의 구동방법은, 상기 스위칭소자의 온도를 검출하는 단계를 더 포함하며, 상기 동작 상태를 변경하는 단계는, 상기 검출한 온도에 근거하여 상기 일부의 발광소자에 대한 구동 전류를 조절할 수 있다.
상기 동작 상태를 변경하는 단계는, 상기 스위칭소자의 온도가 변경될 때, 지정된 복수의 온도 설정값에 근거하여 상기 일부의 발광소자에 대한 구동 전류를 단계적으로 증감시킬 수 있다.
상기 동작 상태를 변경하는 단계는, 상기 검출된 온도에 근거하여 기준 전류값을 조정하는 단계, 및 상기 조정한 전류값과 상기 스위칭소자에서 피드백되는 전류값의 차이에 기초하여 상기 스위칭소자의 턴온되는 정도를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 동작 상태를 변경하는 단계는, 상기 스위칭소자의 검출 온도가 기설정된 임계값을 초과하면, 상기 스위칭소자를 턴오프시킬 수 있다.
상기 복수의 발광소자를 동작시키는 단계는, 상기 복수의 발광소자로서 적(R), 녹(G), 청(B) 및 백(W) 중 적어도 하나의 발광소자를 구동하여 백색광을 생성할 수 있다.
상기 동작 상태를 변경하는 단계는, 상기 스위칭소자의 턴온되는 정도를 조절하여 상기 복수의 발광소자에 대한 동작 상태를 개별적으로 변경할 수 있다.
도 1은 본 개시의 제1 실시예에 따른 디스플레이장치의 구조를 나타내는 블록다이어그램,
도 2는 본 개시의 제2 실시예에 따른 디스플레이장치의 구조를 나타내는 블록다이어그램,
도 3은 본 개시의 제3 실시예에 따른 디스플레이장치를 나타내는 회로도,
도 4는 도 3에 도시된 구동 회로부를 예시하여 나타낸 도면,
도 5 내지 도 7은 도 3에 도시된 구동 회로부의 동작을 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 개시의 제4 실시예에 따른 디스플레이장치를 나타내는 회로도,
도 9는 도 8의 구동회로 IC를 예시하여 나타낸 도면, 그리고
도 10은 본 개시의 실시예에 따른 디스플레이장치의 구동 과정을 나타내는 흐름도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 개시의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 개시의 제1 실시예에 따른 디스플레이장치의 구조를 나타내는 블록다이어그램이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 개시의 제1 실시예에 따른 디스플레이장치(90)는 단출력 선형 구동부(혹은 구동 회로부)(100), 표시패널(110) 및 백라이트부(120)의 일부 또는 전부를 포함한다.
여기서, "일부 또는 전부를 포함한다"는 것은 단출력 선형 구동부(100)와 같은 일부 구성요소가 표시패널(110)과 같은 다른 구성요소에 통합되어 구성될 수 있는 것 등을 의미하는 것으로서, 발명의 충분한 이해를 돕기 위하여 전부 포함하는 것으로 설명한다.
먼저, 단출력 선형 구동부(100)는 디스플레이장치(90)의 전반적인 동작을 제어한다. 다시 말해, 디스플레이장치(90)가 턴온되면 백라이트부(120)를 제어하여 표시패널(110)로 광이 제공되도록 하고, 표시패널(110)에서는 입력된 영상 신호가 출력되도록 한다. 여기서, 영상 신호는 비디오 신호, 오디오 신호 및 자막 정보와 같은 부가 정보를 포함하는 의미이다.
좀 더 구체적으로, 단출력 선형 구동부(100)는 백라이트부(120)를 구성하는 발광소자, 예컨대 복수 개의 (O)LED가 직렬 연결되어 있는 스트링(string)(혹은 어레이)마다 구동 전류의 제어가 가능한 구동 회로들을 포함한다. 이를 위하여 단출력 선형 구동부(100)는 서로 직렬 연결된 복수의 LED들이 다시 서로 병렬 연결되어 있는 스트링에 공통 전압으로서 전원전압(Vcc)을 제공하고, 개별 스트링마다 온도를 검출하여 검출된 온도에 따라 개별 스트링의 구동 전류를 단계적으로 조정한다. 물론 복수의 스트링에 대한 온도를 검출하여 그룹으로 구동 전류를 조정하는 것도 얼마든지 가능할 수 있다. 여기서, "단계적으로 조정한다"는 것은 복수의 온도 구간을 설정하고, 각 구간에 해당되는 구동 전류가 제공되도록 LED들의 구동 전류를 제어하는 것이다. 이러한 구동 전류는 가령 각 스트링마다 구비되는 TFT와 같은 스위칭소자의 턴온 듀티비를 조절하는 것으로 가능할 수 있지만, 본 개시의 실시예에서는 스위칭소자를 턴온시키는 전압을 조절하여 턴온되는 정도를 변경하는 것을 의미할 수 있다. 본 개시의 실시예에서는 온도 변화에 따라 구동 전류를 단계적으로 서서히 증감하므로, "선형적(linear)"으로 변경되는 것이라 표현할 수 있다.
또한, 단출력 선형 구동부(100)는 각 구동 회로로부터 각 스트링의 구동 전류에 대한 상태값을 수신하여 취합할 수 있다. 이러한 상태값은 전류값의 형태이거나 전압값의 형태를 갖는 등 다양한 형태를 가질 수 있다. 단출력 선형 구동부(100)는 취합한 상태값을 근거로 각 스트링으로 제공되는 전원전압의 크기를 조정할 수 있다. 예컨대, 각 스트링마다 공통 전압으로 대략 14V의 DC 전압이 제공되었다면 12V로 낮추는 등의 동작을 수행할 수 있는 것이다.
나아가, 본 개시의 실시예에 따른 단출력 선형 구동부(100)는 각 LED 스트링마다 구비되는 구동 회로를 IC 형태로 구성할 수 있다. 다시 말해, 각 스트링마다 구비되는 스위칭소자, 또 스위칭소자의 발열 즉 온도를 검출하는 온도센서 및 온도센서에 의해 검출된 온도에 따라 스위칭소자의 동작 상태를 조정하는 제어회로를 포함할 수 있다. 이에 따라, 온도센서는 스위칭소자의 발열이 IC를 통해 전달된 온도를 측정하여, 즉 비접촉 방식으로 온도를 측정하여 제어회로에 제공한다. 이와 같은 구성에 따라 단출력 선형 구동부(100)는 각 LED 스트링마다 온도 검출에 따라 제어가 가능하게 된다. 또한, IC 형태로 구성할 때, 복수의 스트링을 관할하는 스위칭소자 및 제어회로를 하나의 IC로 구성하고, 온도센서도 하나를 사용함으로써 복수의 스트링을 그룹으로 제어하는 것도 얼마든지 가능할 수 있을 것이다. 이와 같이 온도센서의 사용을 줄임으로써 제조비용을 절약할 수 있다.
표시패널(110)은 단출력 선형 구동부(100)의 제어에 의해 화면에 영상을 표시한다. 본 개시의 실시예에 따라 표시패널(110)은 액정 층을 포함하지만, 컬러필터의 존재 유무는 고려되지 않을 수 있다. 즉 본 개시의 실시예에서는 컬러필터 없는 액정패널에도 적용 가능하다. 다만, 컬러필터 없는 액정패널의 경우에는 백라이트부(120)를 구성하는 발광소자 가령 LED가 적(R), 녹(G), 청(B)의 발광소자를 포함하는 것이 바람직하다. 컬러필터가 없는 경우, R 프레임의 영상이 표시패널(110)에 구현될 때, R의 발광소자들만 턴온시키고, G 프레임의 영상이 표시패널(110)에 구현될 때, 턴온된 R의 발광소자를 턴오프하고, 다시 G의 발광소자들을 턴온시키는 방식으로 영상을 화면에 표시하게 된다.
백라이트부(120)는 위에서 언급한 대로 R, G, B 및 W 중 적어도 하나의 발광소자를 포함하여 백색광을 제공하거나 R, G, B의 광을 순차적으로 제공할 수 있다. 물론 표시패널(110)이 컬러필터를 포함하지 않는 경우에는 R, G, B의 광을 순차적으로 제공하도록 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 본 개시의 실시예에 따른 백라이트부(120)는 복수의 영역으로 구분되어 분할 구동이 얼마든지 가능할 수 있다. 다시 말해, 각 영역에 대한 국부적인 제어 즉 발광소자들의 로컬 디밍 제어가 가능할 수 있다.
기타, 도 1에 도시된 단출력 선형 구동부(100), 표시패널(110) 및 백라이트부(120)와 관련해서는 이후에 좀 더 자세히 다루기로 한다.
도 2는 본 개시의 제2 실시예에 따른 디스플레이장치의 구조를 나타내는 블록다이어그램이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 개시의 제2 실시예에 따른 디스플레이장치(190)는 인터페이스부(200), 타이밍 컨트롤러(210), 게이트 및 소스 드라이버(220-1, 220-2), 표시패널(230), 전원전압 생성부(240), 램프 구동부(250), 백라이트부(260) 및 기준전압 생성부(270)의 일부 또는 전부를 포함한다.
여기서, 일부 또는 전부를 포함한다는 것은 램프 구동부(250)와 백라이트부(260)가 통합되어 백라이트 유닛을 구성하는 것과 같이 일부의 구성요소가 서로 통합되어 구성될 수 있음을 의미하는 것으로서, 발명의 충분한 이해를 돕기 위하여 전부 포함하는 것으로 설명한다.
인터페이스부(200)는 가령 그래픽 카드와 같은 영상 보드(board)로서 외부에서 입력된 비디오 데이터를 영상표시장치의 해상도에 적합하게 변환하여 출력하는 역할을 수행한다. 여기서 비디오 데이터는 가령 8비트의 R, G, B의 비디오 데이터로 구성될 수 있으며, 인터페이스부(200)는 영상표시장치의 해상도에 적합한 클럭신호(DCLK)와 수직 및 수평동기신호(Vsync, Hsync) 등의 제어신호들을 발생한다. 그리고 인터페이스부(200)는 비디오 데이터를 타이밍 컨트롤러(210)로 제공하며, 수직/수평 동기신호 등은 램프 구동부(250)로 제공하여 표시패널(230)에 영상이 구현될 때 이에 동기되어 백라이트부(260)가 턴온 및 턴오프되도록 동작시킬 수 있다.
또한, 인터페이스부(200)는 외부의 방송국에서 제공되는 특정 방송 프로그램을 수신하기 위한 튜너, 튜너를 통해 입력된 영상 신호를 복조하는 복조기, 복조된 영상 신호를 비디오/오디오 데이터 및 부가 정보로 분리하는 디멀티플렉서, 분리된 비디오/오디오 데이터를 각각 디코딩하는 디코딩부, 그리고 디코딩된 오디오 데이터를 스피커에 적합한 포맷으로 변환하는 오디오 처리부 등을 포함할 수 있다.
나아가, 인터페이스부(200)는 영상분석부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 여기서 영상분석부는 입력된 영상을 분석하여 밝기를 판단할 수 있다. 또한, 연속적인 단위 프레임에 대하여 밝기, 가령 어두운 정도에 대한 디밍신호를 생성하여 제어신호로서 램프 구동부(250)에 제공할 수 있다. 이를 통해 램프 구동부(250)는 백라이트부(260)의 디밍 제어를 수행할 수 있을 것이다. 이와 같은 영상분석부는 인터페이스부(200)에 포함되어 구성되는 것이 바람직하나, 서로 분리되어 형성될 수도 있으므로 본 개시의 실시예에서는 위의 내용에 특별히 한정하지는 않을 것이다.
타이밍 컨트롤러(210)는 인터페이스부(200)에서 제공되는 비디오 데이터를 소스 드라이버(220-2)에 제공하고, 소스 드라이버(220-2)에서의 비디오 데이터 출력을 타이밍 신호를 이용해 제어함으로써 표시패널(230)에 단위 프레임 영상이 순차적으로 구현될 수 있도록 한다. 또한, 타이밍 컨트롤러(210)는 게이트 드라이버(220-1)를 제어하여 전원전압 생성부(240)에서 제공된 게이트 온/오프 전압이 표시패널(230)에 수평 라인별로 제공될 수 있도록 한다. 예를 들어 타이밍 컨트롤러(210)는 게이트 라인 1(GL1)에 게이트 전압을 인가한 경우, 소스 드라이버(220-2)를 제어하여 제1 수평 라인 분에 해당하는 비디오 데이터를 인가하게 된다. 그리고 게이트 라인 2(GL2)를 턴-온 시킴과 동시에 제1 게이트 라인을 턴-오프시켜 제2 수평 라인 분에 해당하는 영상데이터가 소스 드라이버(220-2)에서 표시패널(230)로 인가되도록 한다. 이러한 방식으로 하여 표시패널(230)의 화면 전체에 단위 프레임 영상이 표시되게 된다.
게이트 드라이버(220-1)는 전원전압 생성부(240)에서 제공되는 게이트 온/오프 전압(Vgh/Vgl)을 제공받아 타이밍 컨트롤러(210)의 제어에 따라 표시패널(230)로 해당 전압을 인가하게 된다. 이와 같은 게이트 온 전압(Vgh)은 표시패널(230)에 영상 구현시 게이트 라인 1(GL1)에서 게이트 라인 N(GLn)까지 차례로 제공된다.
소스 드라이버(220-2)는 타이밍 컨트롤러(210)에서 직렬(serial)로 제공되는 비디오 데이터를 병렬(parallel)로 변환하고, 디지털 데이터를 아날로그 전압으로 변환하여 하나의 수평 라인분에 해당되는 비디오 데이터를 표시패널(230)에 동시에, 그리고 순차적으로 제공한다. 또한, 소스 드라이버(220-2)는 전원전압 생성부(240)에서 생성된 공통전압(Vcom), 기준전압 생성부(270)에서 제공하는 기준전압(Vref)(혹은 감마전압)을 제공받을 수 있다. 여기서, 공통전압(Vcom)은 표시패널(230)의 공통전극으로 제공하기 위한 것이며, 기준전압(Vref)은 소스 드라이버(220-2) 내의 D/A 컨버터로 제공되어 컬러 영상의 계조를 표현할 때 이용된다. 다시 말해, 타이밍 컨트롤러(210)에서 제공되는 비디오 데이터는 D/A 컨버터로 제공될 수 있는데, D/A 컨버터로 제공된 비디오 데이터의 디지털 정보는 컬러의 계조를 표현할 수 있는 아날로그 전압으로 변환되어 표시패널(230)에 제공된다.
표시패널(230)은 예컨대 제1 기판 및 제2 기판, 그리고 그 사이에 게재된 액정층으로 이루어질 수 있다. 제1 기판은 서로 교차하여 화소 영역을 정의하기 위한 다수의 게이트 라인(GL1~GLn)과 데이터 라인(DL1~DLn)이 형성되고, 그 교차하는 화소 영역에는 화소 전극이 형성된다. 그리고 화소 영역의 일 영역, 더 정확하게는 모서리에는 TFT(Thin Film Transistor)가 형성된다. 이러한 TFT의 턴-온 동작시 제1 기판의 화소 전극과 가령 제2 기판의 공통 전극에 인가된 전압의 차만큼 액정이 트위스트(twist)되어 백라이트부(260)에서 제공하는 광을 투과시킬 수 있게 된다.
또한, 표시패널(230)은 화상이 구현되는 표시부의 외곽에 형성된 게이트 드라이버(220-1) 및 소스 드라이버(220-2)를 포함할 수 있다. 이의 경우 표시패널(230)은 타이밍 컨트롤러(210)에서 제공하는 타이밍 제어신호에 의해 게이트 드라이버(220-1) 및 소스 드라이버(220-2)를 동작시키고, 이에 따라 소스 드라이버(220-2)를 통해 제공되는 R, G, B의 데이터를 표시부에 나타내어 화상을 구현할 수 있다.
전원전압 생성부(240)는 외부로부터의 상용전압, 즉 110V 또는 220V의 교류전압을 제공받아 다양한 크기의 DC 전압을 생성하여 출력한다. 예를 들어, 게이트 드라이버(220-1)를 위해서는 게이트 온 전압(Vgh)으로서 가령 DC 15V 전압을 생성하여 제공할 수 있고, 램프 구동부(250)를 위해서는 전원전압(Vcc)으로서 DC 14V 또는 DC 24V의 전압을 생성하여 제공할 수 있으며, 타이밍 컨트롤러(210)를 위해서는 DC 12V의 전압을 생성하여 제공하는 등 다양한 크기의 전압을 생성하여 제공할 수 있다.
램프 구동부(250)는 전원전압 생성부(240)로부터 제공된 전압을 변환하여 백라이트부(260)로 할 수 있다. 여기서 "변환"한다는 것은 아날로그 형태의 DC 전압의 레벨을 변환하는 것 또는 PWM 구동하는 것을 모두 포함하는 의미이다. 또한, 램프 구동부(250)는 백라이트부(260)를 구성하는 R, G, B의 LED들을 동시에 구동하거나 분할 구동할 수 있다. 나아가 램프 구동부(250)는 백라이트부(260)의 RGB LED로부터 균일한 빛이 제공될 수 있도록 LED의 구동 전류를 피드백 제어하는 피드백 회로를 포함할 수 있는데, 이러한 피드백 회로는 스위칭 파워 회로라 명명될 수도 있다. 피드백 회로에 대하여는 앞서 도 1의 단출력 선형 구동부(100)를 설명하면서 충분히 다루었으므로 그 내용들로 대신하고자 한다.
백라이트부(260)는 가령 RGB의 LED들로 구성된다. 예를 들어 표시패널(230)의 하단 전체에 RGB의 LED들이 배치되는 직하형으로 구성되거나, 표시패널(230)의 가장자리에 RGB의 LED들이 배치되는 에지형으로 구성되는 등 어떠한 형태로 구성되어도 무관하다. 다만, 본 개시의 실시예에 따라 백라이트부(260)는 램프 구동부(250)의 제어에 따라 발광소자들이 동시에 턴온 및 턴오프되거나 블록별로 구분되어 분할 구동할 수 있다. 이때 각 스트링을 구성하는 LED들, 또는 병렬 연결된 각 LED는 스트링별로 검출된 온도에 따라 개별 제어되는 것이 바람직하다. 또한, 복수의 LED들이 서로 직렬 연결되거나, 병렬 연결되는 등 다양한 형태를 가질 수 있을 것이다.
기준전압 생성부(270)는 감마전압 생성부라 지칭될 수 있으며, 전원전압 생성부(240)로부터 가령 DC 10V의 전압을 제공받는 경우, 이를 다시 분할 저항 등을 통해 복수의 전압으로 분할하여 소스 드라이버(220-2)에 제공할 수 있다. 이를 통해 소스 드라이버(220-2)는 제공받은 복수의 전압을 세부 분할하여 가령 R, G, B 데이터의 256 계조 등을 표현할 수 있게 된다.
상기의 구성 결과, 대면적의 표시패널(230)에서 문제되는 발열을 효과적으로 제어함으로써 디스플레이장치의 기능성 즉 성능을 극대화할 수 있을 것이다.
도 3은 본 개시의 제3 실시예에 따른 디스플레이장치를 나타내는 회로도이고, 도 4는 도 3에 도시된 구동 회로부를 예시하여 나타낸 도면이며, 도 5 내지 도 7은 도 3에 도시된 구동 회로부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 개시의 제3 실시예에 따른 디스플레이장치(290)는 발광부(300) 및 구동 회로부(310)의 일부 또는 전부를 포함하며, 여기서 "일부 또는 전부를 포함"한다는 것은 앞서의 의미와 동일하다.
발광부(300)는 전원전압(Vcc)과 접지 사이에서 (전기적으로) 서로 병렬 연결되어 있는 발광소자(301)들 포함한다. 발광소자(301)들의 애노드(anode) 단자는 공통 연결되어 있고, 전원전압을 공통으로 제공받는다.
또한, 구동 회로부(310)는 서로 병렬 연결된 발광소자(301)들로 전원전압을 제공하는 전원전압 생성부(310-1)와, 각 발광소자(301)의 구동 상태를 개별 제어하기 위한 제어 회로부(310-2)를 포함할 수 있다. 여기서, 본 개시의 실시예에 따라 제어 회로부(310-2)만 구동 회로부(310)라 명명될 수 있다. 제어 회로부(310-2)의 세부 구성은 예를 들어, 도 4에서와 같이 발광소자(301)의 일측 캐소드(cathod) 단자와 접지에 전기적으로 연결된 스위칭소자(Q2)와, 스위칭소자(Q2)의 동작을 제어하는 제어 회로(311)를 포함한다.
여기서, 제어 회로(311)는 이득 조정기(400), 온도 검출부(410) 및 보상기(420)의 일부 또는 전부를 포함한다. 이득 조정기(400)는 검출된 온도에 따라 (입력된) 기준 전류의 이득 즉 전류값을 조정하여 보상기(420)로 출력한다. 예컨대 온도가 높으면 전류값은 감소되어 보상기(420)로 제공되겠지만, 온도 낮으면 전류값은 증가되어 보상기(420)로 제공된다. 이때, 증감되는 정도는 이득(gain)에 해당된다. 따라서, 본 개시의 실시예에 따른 이득 조정기(400)는 OP 앰프(Amp) 등의 증폭기로 구성될 수 있고, 보상기(420)는 비교기를 포함할 수 있다.
온도 검출부(410)는 온도 센서와 그 주변 회로들을 포함할 수 있다. 온도 센서는 본 개시의 실시예에 따라 접촉식으로 온도를 검출하느냐 비접촉식으로 온도를 검출하느냐에 따라 달라질 수 있다. 접촉식으로는 측온 저항체, 서미스터, 열팽창식, IC 온도 센서, 열전대, 수정 온도계 등 다양한 센서가 사용되고, 비접촉식으로는 초전형 온도센서, 양자형 온도센서 등 다양한 센서가 사용될 수 있다. 본 개시의 실시예에서는 IC를 통해 열이 전도되므로, 이를 검출하는 접촉식이 바람직하다.
보상기(420)는 이득 조정기(400)의 출력 전류값과 스위칭소자 2((Q2)로부터 피드백되는 전류를 비교하여, 오차값에 따라 스위칭소자 2((Q2)의 구동 상태 즉 턴온되는 정도를 조절할 수 있다. 여기서, "턴온되는 정도"란 듀티 온 타임을 조정하는 것이 아니라, 스위칭소자 2(Q2)에 인가되는 가령 게이트 전압이 조정됨으로써 이에 따라 관문 즉 게이트 단자의 오픈(open) 정도가 조절되는 것을 의미한다. 이와 같이, 스위칭소자 2(Q2)는 온도 변화에 따라 게이트 단자의 오픈 정도를 서서히 올렸다 내렸다 하며 동작하게 되는 것이다. 이에 근거해 볼 때, 보상기(420)는 전류값의 차이를 전압값으로 변경하는 회로를 더 포함할 수도 있을 것이다.
좀 더 살펴보면, 전원전압 생성부(310-1)는 입력 전압을 스위칭소자 1(Q1)의 제어에 의해 부스팅시켜 커패시터(C)에 차징한다. 또는 전원전압생성부(310-1)는 스위칭소자 1(Q1)을 턴온시켜 저항 1(R1)의 양단 전압이, 더 정확하게는 다이오드의 전압을 뺀 나머지 전압이 커패시터(C)에 안정되게 차장되도록 한다. 여기서, 스위칭소자 1(Q1)과 관련한 부분은 도 4에서 좀 더 설명하기로 한다. 안정되게 커패시터(C)에 차징된 DC 전압은 각 발광소자(301)로 공통되게 제공된다.
그러면, 구동 회로부(310)의 제어 회로부(311)는 온도 센서에 의해 측정된 스위칭소자 2(Q2)의 발열 온도를 근거로, 스위칭소자 2(Q2)를 제어하여 해당 스위칭소자 2(Q2)에 각각 연결된 발광소자(301)의 구동 전류를 조정한다. 이와 과정에서 제어 회로부(311)는 온도 변화에 따라 구동 전류를 단계적으로 조정한다. 발광소자(301)의 동작 상태의 측면에서 볼 때, 구동 전류가 점차적으로(혹은 서서히) 낮아지거나 높아지는 것을 본 개시에서는 선형적이라 명명할 수 있다. 저항 1(R1) 및 저항 2(R2)는 전압을 안정화시키는 보호 저항에 해당된다.
본 개시의 실시예에 따른 제어 회로부(311)는 LED 구동 소자, 즉 스위칭소자 2(Q2)의 발열로 인한 온도를 검출하여 프로텍션(protection) 조건이 검출되면 LED로 출력되는 전류를 낮추어 LED를 완전히 소등하지 않고 프로텍션 조건을 빠져나갈 가능성을 열어두어 사용자의 프로텍션 상황 인지 가능성을 최소화한다. 즉, 검출된 온도가 특정 온도 T1 이상이 되면 1차적인 프로텍션으로 LED 전류를 낮추어 LED 구동 소자의 발열이 줄어들 수 있도록 하며, 검출된 온도가 충분히 낮아져 특정 온도(혹은 정상 온도)(Treset) 이하가 되면 다시 LED 전류를 원래의 초기 설정 전류로 회복시켜 프로텍션을 해제한다.
한편, 검출된 온도가 T1 이상이 되어 1차 프로텍션에 의해 LED 전류를 낮추었음에도 온도가 계속 상승하여 특정 온도 임계값(Toff)에 이르게 되는 경우에는 2차적인 프로텍션으로 LED를 완전히 소등하여 LED 구동 소자의 발열이 보다 확실히 줄어들 수 있도록 하며, LED를 소등한 후 검출된 온도가 충분히 낮아져 Treset 이하가 되면 다시 LED 전류를 원래의 초기 설정 전류로 회복시켜 프로텍션을 해제한다. 이때, Treset은 Toff보다도 낮고 T1보다도 낮다.
물론 위에서는 프로텍션 온도를 두 개의 단계로 나누어 1차 프로텍션과 2차 프로텍션으로 구성한 예를 설명하였으나, 필요에 따라 보다 많은 단계로 프로텍션 구간을 나누어 프로텍션 차수가 높아짐에 따라 전류를 점진적으로 낮출 수도 있다. 다만, 온도가 계속 상승 시 최종 단계에서는 반드시 LED를 소등하며, 프로텍션이 해제되는 온도는 최초의 1차 프로텍션 진입 온도보다 낮게 하는 것이 바람직하다.
도 5는 온도에 따라 LED 전류를 네 개의 단계로 감소시키는 4 단계 프로텍션의 예를 도시하였고, 도 6은 도 5에서와 같이 설계된 프로텍션에 대해 온도가 T3까지 올라간 이후 온도가 감소하여 프로텍션이 해제되는 경우의 히스테리시스 루프(hysteresis loop)를 나타내고 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, Treset을 T1보다 낮게 하고 최종 단계에서는 반드시 LED를 끄는 이유는 LED의 특성에 따라 LED 전류를 낮춤에 따라 LED 전압이 낮아지면서 LED 구동 소자 즉 스위칭소자 2((Q2) 양단 전압이 증가하여 오히려 LED 구동 소자의 발열이 더욱 증가하는 열폭주(thermal runaway)가 발생할 수 있는데, 일시적인 주변 온도의 상승이나 전기적 노이즈 등에 의해 일회성 프로텍션이 수행되는 경우 온도가 충분히 낮아진 뒤 정상 전류 구동 조건에서 프로텍션 해제를 하지 않으면 전술한 열폭주 현상에 의해 프로텍션 상태를 벗어나지 못하는 문제가 생길 수 있다.
이러한 열폭주가 발생할 수 있는 경우에 대한 LED의 전류와 전압, LED 구동 소자의 전류와 전압을 도 7에 예시하였다. 전류가 증가할수록 LED 전압은 증가하고 LED 구동 소자의 전압은 감소하지만, LED 구동 소자의 발열은 도 7의 (c)에서 볼 수 있는 바와 같이 250mA 근처에서 최대점을 가지고 그로부터 전류가 줄거나 늘수록 발열이 감소한다. 만일, 정상 동작 전류가 450mA라고 가정하면 약 250mA 이상에서는 전류가 줄수록 발열이 증가하는 열폭주 현상을 보이게 된다.
이러한 점을 감안하여, 시스템 즉 디스플레이장치의 설계자는 도 7과 같은 특성의 데이터 시트(data sheet)를 사용하는 경우 열폭주 현상을 고려하여 본 개시의 실시예에 따른 도 3의 제어 회로부(311)를 설계하는 것이 바람직하다.
도 8은 본 개시의 제4 실시예에 따른 디스플레이장치를 나타내는 회로도이며, 도 9는 도 8의 구동회로 IC를 예시하여 나타낸 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 개시의 제4 실시예에 따른 디스플레이장치(790)는 발광부(800) 및 구동 회로부(810)의 일부 또는 전부를 포함하며, 여기서 "일부 또는 전부를 포함"한다는 것은 앞서의 의미와 동일하다.
도 3에 도시된 디스플레이장치(290)와 비교해 보면, 도 8에 도시된 디스플레이장치(790)는 복수의 발광소자(811)들이 서로 직렬 연결되어 하나의 스트링을 이루고, 전원전압 생성부(810-1)는 IC 형태의 구동 회로부(810)로부터 제공되는 데이터를 취합하여 발광부(800)로 제공되는 전원전압(800)을 조정할 수 있다는 점에서 차이가 있다.
이때, IC 형태의 구동 회로부(810)는 도 3에 도시한 바 있는 스위칭소자 2(Q2)를 단일 칩에 형성한 것을 나타내고 있다. 도 9에 도시한 구동 IC는 원 채널 구동부에 해당되며, 온도 프로텍션은 가능하지만 쇼트 회로 프로텍션(SCP)이 필요하지 않으며, DC/DC 컨버터 등과의 호환(compatibility)이 가능한 장점이 있다.
도 9에서, GMO는 저레벨 피드백 레귤레이션 출력(Low Level FB Regulation Out)을, GMI는 이전 피드백 레귤레이션 입력(Previous FB Regulation Input)을, PDIM은 PWM 디밍 입력(PWM Dimming Input)을 각각 나타낸다. 또한, Vcc는 전원공급 입력을, GND는 접지를 나타내며, ISET는 LED 전류 설정을, FB는 LED 피드백을, 그리고 ADIM은 외부 DC 전압을 통해 LED 전류 설정(Setting for LED current thru external DC voltage) 단자를 각각 나타낸다.
본 개시의 실시예에 따르면, LED 구동 IC 내부에 1개의 제어 블록과 1개의 LED 구동 소자(ex. TFT, TR 등)을 내장하여 LED 구동 소자 외장형 리니어 LED 구동 회로와 동등한 방열 성능을 확보할 수 있을 것이다.
또한, LED 구동 소자의 온도를 직접 검출함으로써 최적의 프로텍션 조건을 판별할 수 있으며, LED 구동 소자의 전압을 검출하지 않음으로써 제어 블록의 내압을 최소화하여 IC의 원가를 최소화할 수 있을 것이다.
나아가, 프로텍션 조건에서 LED를 끄지 않고 밝기를 단계적으로 낮추어 프로텍션을 벗어날 기회를 부여함으로 사용자가 프로텍션을 인지할 가능성을 최소화하여 품질 향상에 기여할 수 있을 것이다.
뿐만 아니라, 프로텍션 최종 단계에서는 LED를 소등하여 열폭주로 인한 고장을 예방하며, 프로텍션 해제 온도를 최초 프로텍션 진입 온도 대비 낮게 하여 프로텍션 해제 시 정상 전류 동작을 시킴으로써 LED 구동 소자의 열폭주에 의한 프로텍션 상태에 고착됨을 예방할 수 있을 것이다.
상기와 같은 효과를 통해 최종적으로 높은 기능성, 낮은 재료비, 최적의 프로텍션의 리니어 방식 LED 구동회로를 구현할 수 있다.
도 10은 본 개시의 실시예에 따른 디스플레이장치의 구동 과정을 나타내는 흐름도이다.
설명의 편의상 도 10을 도 3과 함께 참조하면, 본 개시의 실시예에 따른 디스플레이장치(290)는 병렬 연결되는 복수의 발광소자를 구동시킨다(S1000). 다시 말해, 병렬 연결되는 복수의 발광소자로 전원전압을 인가하여 턴온시킨다. 이에 따라, 복수의 발광소자는 가령 백색광을 제공할 수 있다. 물론 이러한 백색광은 앞서 언급한 대로, R, G, B 및 W 발광소자 중 어느 하나의 조합에 의해 가능할 수 있다.
이어, 디스플레이장치(290)는 복수의 발광소자에 각각 연결되는 스위칭소자의 온도 검출에 근거하여 복수의 발광소자 중 일부의 동작 상태를 변경한다(S1010). 여기서, "일부의 동작 상태를 변경한다"는 것은 각 발광소자의 동작 상태를 개별적으로 변경하는 것은 물론 이거니와, 복수의 발광소자를 그룹으로 제어하여 변경하는 것도 포함한다. 이때, 제어는 스위칭소자의 턴온되는 정도를 조절하는 것으로, 발광소자의 구동 전류를 조절함으로써 발광소자의 동작 상태를 변경하는 것이다. 다시 말해, 스위칭소자 가령 TFT의 게이트와 소스 사이에 인가되는 전압(VGS)을 일정하게 하고, 턴온되는 구간 즉 듀티 온 타임을 조절하는 것뿐 아니라, 본 개시에서는 VGS 의 크기를 변경하는 것을 포함한다.
또한, 지금까지는 IC 형태의 구성을 통해 스위칭소자의 온도를 검출하는 것을 예시하였지만, 각 스트링마다 격벽을 구성하는 경우에도, 공기와의 접촉 방식에 따라 온도를 검출하는 것이 얼마든지 가능할 수 있다. 따라서, 본 개시에서는 IC로 형성되는 것에 특별히 한정하지는 않을 것이다.
뿐만 아니라, 각 스트링마다 IC를 구성하는 것이 아니라, 2개 또는 3개의 스트링을 관할하는 구동 회로부를 원칩화하여 형성하되, 온도 센서는 하나만 구성함으로써 그룹 제어가 가능할 수도 있을 것이다. 따라서, 본 개시에서는 어떠한 형태로 IC를 형성하느냐에 대해서도 특별히 한정하지는 않을 것이다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
100: 단출력 선형 구동부 110, 230: 표시패널
120, 260: 백라이트부 200: 인터페이스부
210: 타이밍 컨트롤러 220-1: 게이트 드라이버
220-2: 소스 드라이버 240, 810-1: 전원전압 생성부
250: 램프 구동부 270: 기준전압 생성부
300, 800: 발광부 310, 810: 구동 회로부

Claims (15)

  1. 복수의 발광소자가 병렬 연결되어 구성되는 발광부; 및
    상기 복수의 발광소자에 각각 연결되는 스위칭소자의 온도 검출에 근거하여 상기 복수의 발광소자 중 일부의 동작 상태를 변경하는 구동 회로부;를
    포함하는 디스플레이장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭소자의 온도를 검출하는 온도 검출부;를 포함하며,
    상기 구동 회로부는, 상기 온도 검출부에 의해 검출된 온도에 근거하여 상기 일부의 발광소자에 대한 구동 전류를 조절하는 디스플레이장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 구동 회로부는, 상기 스위칭소자의 온도가 변경될 때, 지정된 복수의 오도 설정값에 근거하여 상기 일부의 발광소자에 대한 구동 전류를 단계적으로 증감시키는 디스플레이장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 구동 회로부는,
    상기 검출된 온도에 근거하여 기준 전류값을 조정하는 이득 조정기; 및
    상기 조정한 기준 전류값과 상기 스위칭소자에서 피드백되는 전류값의 차이에 기초하여 상기 스위칭소자의 턴온되는 정도를 조절하는 보상기;를
    포함하는 디스플레이장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 구동 회로부, 상기 온도 센서 및 상기 스위칭소자는 원 칩(One chip)에 형성되는 디스플레이장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 구동 회로부는, 상기 스위칭소자의 검출 온도가 기설정된 임계값을 초과하면, 상기 스위칭소자를 턴오프시키는 디스플레이장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 발광부는, 상기 복수의 발광소자로서 적(R), 녹(G), 청(B) 및 백(W) 중 적어도 하나의 발광소자를 구동하여 백색광을 생성하는 디스플레이장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 구동 회로부는 상기 스위칭소자의 턴온되는 정도를 조절하여 상기 복수의 발광소자에 대한 동작 상태를 개별적으로 변경하는 디스플레이장치.
  9. 병렬 연결되는 복수의 발광소자를 동작시키는 단계; 및
    상기 복수의 발광소자에 각각 연결되는 스위칭소자의 온도 검출에 근거하여 상기 복수의 발광소자 중 일부의 동작 상태를 변경하는 단계;를
    포함하는 디스플레이장치의 구동방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 스위칭소자의 온도를 검출하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 동작 상태를 변경하는 단계는,
    상기 검출한 온도에 근거하여 상기 일부의 발광소자에 대한 구동 전류를 조절하는 디스플레이장치의 구동방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 동작 상태를 변경하는 단계는,
    상기 스위칭소자의 온도가 변경될 때, 지정된 복수의 온도 설정값에 근거하여 상기 일부의 발광소자에 대한 구동 전류를 단계적으로 증감시키는 디스플레이장치의 구동방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 동작 상태를 변경하는 단계는,
    상기 검출된 온도에 근거하여 기준 전류값을 조정하는 단계; 및
    상기 조정한 기준 전류값과 상기 스위칭소자에서 피드백되는 전류값의 차이에 기초하여 상기 스위칭소자의 턴온되는 정도를 조절하는 단계;를
    포함하는 디스플레이장치의 구동방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 동작 상태를 변경하는 단계는,
    상기 스위칭소자의 검출 온도가 기설정된 임계값을 초과하면, 상기 스위칭소자를 턴오프시키는 디스플레이장치의 구동방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 발광소자를 동작시키는 단계는,
    상기 복수의 발광소자로서 적(R), 녹(G), 청(B) 및 백(W) 중 적어도 하나의 발광소자를 구동하여 백색광을 생성하는 디스플레이장치의 구동방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 동작 상태를 변경하는 단계는,
    상기 스위칭소자의 턴온되는 정도를 조절하여 상기 복수의 발광소자에 대한 동작 상태를 개별적으로 변경하는 디스플레이장치의 구동방법.
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