KR20200042809A - 디스플레이 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

디스플레이 장치가 개시된다. 디스플레이 장치는, LED 모듈, 스위칭 소자를 포함하며, LED 모듈에 제공되는 전류의 세기에 기초하여 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 가변하는 LED 드라이버 및, 입력 영상의 픽셀 정보에 기초하여 PWM(Pulse Width Modulation) 디밍 신호를 생성하여 LED 드라이버로 제공하는 프로세서를 포함하며, 프로세서는, 입력 영상의 픽셀 값 임계 값 미만인 경우, LED 모듈에 제공되는 전류의 세기를 감소시켜 스위칭 소자의 스위칭 주파수가 증가되도록 LED 드라이버를 제어할 수 있다.

Description

디스플레이 장치 및 그 제어 방법 { Display apparatus and control method thereof }
본 개시는 디스플레이 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LED 소자를 포함하는 디스플레이 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광소자이다. 최근 발광 다이오드는 휘도가 점차 증가하게 되어 디스플레이용 광원, 자동차용 광원 및 조명용 광원으로 사용이 증가하고 있으며, 형광 물질을 이용하거나 다양한 색의 발광 다이오드를 조합함으로써 효율이 우수한 백색 광을 발광하는 발광 다이오드도 구현이 가능하다.
이러한 발광 다이오드를 구동하는데 이용되는 LED 드라이버는 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 발광 다이오드에 전류를 제공한다. 하지만, 저계조 범위에서 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 휘도 변화가 선형적으로 표현되지 않는다는 문제점이 있었다.
본 개시는 상술한 필요성에 따른 것으로, 본 개시의 목적은, 저계조 범위에서 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 가변하여 휘도를 선형적으로 가변할 수 있는 디스플레이 장치 및 그 제어 방법을 제공함에 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 개시의 일 실시 예에 따른 복수의 LED 소자를 포함하는 LED 모듈, 스위칭 소자를 포함하며, 상기 LED 모듈에 제공되는 전류의 세기에 기초하여 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 가변하는 LED 드라이버; 및 입력 영상의 픽셀 정보에 기초하여 PWM(Pulse Width Modulation) 디밍 신호를 생성하여 상기 LED 드라이버로 제공하는 프로세서;를 포함하며, 상기 프로세서는, 상기 입력 영상의 픽셀 값이 임계 값 미만인 경우, 상기 LED 모듈에 제공되는 전류의 세기를 감소시켜 상기 PWM 디밍 신호의 디밍 듀티 내에서 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수가 증가되도록 상기 LED 드라이버를 제어할 수 있다.
여기서, 상기 프로세서는 메인 보드에 구비되고, 상기 LED 드라이버는 파워 보드에 구비되며, 상기 메인 보드는, 상기 프로세서에 의해 생성된 상기 PWM 디밍 신호를 상기 파워 보드로 제공할 수 있다.
또한, 상기 LED 드라이버는, 상기 LED 모듈에 제공되는 전류의 세기가 감소되면 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 증가시키고, 상기 LED 모듈에 제공되는 전류의 세기가 증가되면 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 감소시키도록 동작할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는, 상기 입력 영상의 픽셀 정보에 기초하여 상기 PWM 디밍 신호의 디밍 듀티를 획득하고, 상기 입력 영상의 픽셀 값이 상기 임계 값 미만인 경우 상기 감소되는 전류의 세기에 기초하여 상기 획득된 디밍 듀티를 보상하고, 상기 디밍 듀티가 보상된 PWM 디밍 신호를 상기 LED 드라이버로 제공할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는, 상기 PWM 디밍 신호와 관련된 픽셀 정보를 나타내는 신호를 상기 LED 드라이버로 제공하고, 상기 LED 드라이버는, 상기 픽셀 정보에 기초하여 상기 PWM 디밍 신호가 상기 임계 값 미만인 영상 신호에 대응되는 것으로 식별되면, 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수가 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 LED 드라이버는, 일 단이 상기 스위칭 소자의 일 단에 연결된 제1 저항; 일 단이 상기 제1 저항에 연결된 제2 저항; 및 상기 제1 저항의 타단 및 상기 제2 저항의 타 단 사이에 위치된 제1 스위치;를 포함하며, 상기 프로세서는, 상기 입력 영상의 픽셀 값이 상기 임계 값 이상인 경우, 상기 제1 스위치를 오프 시켜 상기 제1 저항 및 상기 제2 저항이 연결되지 않도록 하고, 상기 입력 영상의 픽셀 값이 상기 임계 값 미만인 경우, 상기 제1 스위치를 온 시켜 상기 제1 저항 및 상기 제2 저항이 병렬 연결되도록 상기 LED 드라이버를 제어할 수 있다.
이 경우, 상기 LED 드라이버는, 상기 제1 저항 및 상기 제2 저항이 연결되지 않음에 따라 상기 제1 저항에서 센싱되는 전류가 감소하면 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 증가시키고, 상기 제1 저항 및 상기 제2 저항이 병렬 연결됨에 따라 상기 제1 저항 및 상기 제2 저항에서 센싱되는 전류가 증가하면, 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 LED 드라이버는, 캐소드가 상기 LED 모듈의 일 단에 연결되고, 애노드가 상기 스위칭 소자의 타 단과 연결되는 제1 다이오드; 일 단이 상기 제1 다이오드의 애노드 및 상기 스위칭 소자의 타 단에 공통 연결되고, 타 단이 상기 LED 모듈의 타 단에 연결되는 인덕터; 일 단이 상기 제1 다이오드의 캐노드 및 상기 LED 모듈의 일 단에 공통 연결되고, 타 단이 상기 LED 모듈의 타 단 및 상기 인덕터의 타 단에 공통 연결되는 제1 커패시터;를 더 포함하며, 상기 제1 저항의 일 단은 입력 전원의 접지 단과 연결되고, 타 단은 상기 스위칭 소자의 일 단과 연결될 수 있다.
또한, 상기 LED 드라이버는, 애노드가 상기 입력 전원에 연결되고, 캐소드가 상기 LED 모듈의 일 단에 연결되는 제2 다이오드; 및 일 단이 상기 제2 다이오드의 캐소드에 연결되고, 타 단이 상기 입력 전원의 접지 단과 연결되는 제2 커패시터;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 LED 드라이버는, 일 단이 상기 제1 커패시터에 연결된 제3 커패시터; 및 상기 제1 커패시터 및 상기 제3 커패시터의 타 단 사이에 위치된 제2 스위치;를 더 포함하며, 상기 프로세서는, 상기 입력 영상의 픽셀 값이 상기 임계 값 미만인 경우 상기 제2 스위치가 오프 되고, 상기 입력 영상의 픽셀 값이 상기 임계 값 이상인 경우 상기 제2 스위치가 온 되도록 상기 LED 드라이버를 제어할 수 있다.
또한, 상기 LED 드라이버는, 피크 전류 모드 제어 방식에 따라 동작할 수 있다.
또한, 상기 LED 드라이버는, 상기 스위칭 소자를 포함하며, 상기 스위칭 소자의 스위칭 동작을 통해 상기 LED 모듈로 제공되는 전류를 제어하는 제1 드라이버; 및 상기 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 상기 제1 LED 드라이버로 제공하는 상기 제2 드라이버;를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른, 스위칭 소자를 포함하며, 상기 LED 모듈에 제공되는 전류의 세기에 기초하여 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 가변하는 LED 드라이버를 포함하는 디스플레이 장치의 제어 방법은, 입력 영상의 픽셀 정보에 기초하여 PWM(Pulse Width Modulation) 디밍 신호를 생성하여 상기 LED 드라이버로 제공하는 단계 및 상기 입력 영상의 픽셀 값이 임계 값 미만인 경우, 상기 LED 모듈에 제공되는 전류의 세기를 감소시켜 상기 PWM 디밍 신호의 디밍 듀티 내에서 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 증가시키는 단계를 포함한다.
또한, 상기 LED 드라이버는, 상기 LED 모듈에 제공되는 전류의 세기가 감소되면 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 증가시키고, 상기 LED 모듈에 제공되는 전류의 세기가 증가되면 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 감소시키도록 동작할 수 있다.
또한, 상기 입력 영상의 픽셀 정보에 기초하여 상기 PWM 디밍 신호의 디밍 듀티를 획득하고, 상기 입력 영상의 픽셀 값이 상기 임계 값 미만인 경우 상기 감소되는 전류의 세기에 기초하여 상기 획득된 디밍 듀티를 보상하는 단계; 및 상기 디밍 듀티가 보상된 PWM 디밍 신호를 상기 LED 드라이버로 제공하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 LED 드라이버가 상기 PWM 디밍 신호와 관련된 픽셀 정보를 나타내는 신호를 수신하는 단계;를 더 포함하며, 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 증가시키는 단계는, 상기 픽셀 정보에 기초하여 상기 PWM 디밍 신호가 상기 임계 계조 미만인 영상 신호에 대응되는 것으로 식별되면, 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 LED 드라이버는, 일 단이 상기 스위칭 소자의 일 단에 연결된 제1 저항; 일 단이 상기 제1 저항에 병렬 연결된 제2 저항; 및 상기 제1 저항의 타 단 및 상기 제2 저항의 타단 사이에 위치된 제1 스위치;를 포함하며, 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 증가시키는 단계는, 상기 입력 영상의 픽셀 값이 상기 임계 값 이상인 경우, 상기 제1 스위치를 오프 시켜 상기 제1 저항 및 상기 제2 저항이 연결되지 않도록 하고, 상기 입력 영상의 픽셀 값이 상기 임계 값 미만인 경우, 상기 제1 스위치를 온 시켜 상기 제1 저항 및 상기 제2 저항이 병렬 연결되도록 할 수 있다.
여기서, 상기 LED 드라이버는, 상기 제1 저항 및 상기 제2 저항이 연결되지 않음에 따라 상기 제1 저항에서 센싱되는 전류가 감소하면 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 증가시키고, 상기 제1 저항 및 상기 제2 저항이 병렬 연결됨에 따라 상기 제1 저항 및 상기 제2 저항에서 센싱되는 전류가 증가하면, 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 LED 드라이버는, 캐소드가 상기 LED 모듈의 일 단에 연결되고, 애노드가 상기 스위칭 소자의 타 단과 연결되는 제1 다이오드; 일 단이 상기 제1 다이오드의 애노드 및 상기 스위칭 소자의 타 단에 공통 연결되고, 타 단이 상기 LED 모듈의 타 단에 연결되는 인덕터; 및 일 단이 상기 제1 다이오드의 캐노드 및 상기 LED 모듈의 일 단에 공통 연결되고, 타 단이 상기 LED 모듈의 타 단 및 상기 인덕터의 타 단에 공통 연결되는 제1 커패시터;를 더 포함하며, 상기 제1 저항의 일 단은 입력 전원의 접지 단과 연결되고, 타 단은 상기 스위칭 소자의 일 단과 연결될 수 있다.
또한, 상기 LED 드라이버는, 애노드가 상기 입력 전원에 연결되고, 캐소드가 상기 LED 모듈의 일 단에 연결되는 제2 다이오드; 및 일 단이 상기 제2 다이오드의 캐소드에 연결되고, 타 단이 상기 입력 전원의 접지 단과 연결되는 제2 커패시터;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 LED 드라이버는, 일 단이 상기 제1 커패시터에 연결된 제3 커패시터; 및 상기 제1 커패시터 및 상기 제3 커패시터의 타 단 사이에 위치된 제2 스위치;를 더 포함하며, 상기 입력 영상의 픽셀 값이 상기 임계 값 미만인 경우 상기 제2 스위치가 오프 되고, 상기 입력 영상의 픽셀 값이 상기 임계 값 이상인 경우 상기 제2 스위치가 온 되도록 상기 LED 드라이버를 제어하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 LED 드라이버는, 피크 전류 모드 제어 방식에 따라 동작할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 저계조 범위에서 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 증가시켜, 휘도 변화의 선형성을 개선할 수 있게 된다. 또한, 그외 영역에서는 스위칭 주파수를 유지하여 부품 온도 상승, 가격 상승 등을 방지할 수 있게 된다.
도 1은 본 개시의 이해를 돕기 위한 PWM 디밍 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 구현 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는 도 2에 도시된 LED 드라이버의 일 실시 예에 따른 회로도를 나타내는 도면이다.
도 4b는 도 2에 도시된 LED 드라이버의 다른 실시 예에 따른 회로도를 나타내는 도면이다.
도 5a는 스위칭 소자가 온인 경우의 LED 드라이버의 등가 회로이다.
도 5b는 스위칭 소자가 오프인 경우의 LED 드라이버의 등가 회로이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 피크 전류 모드 제어 방식을 설명하기 위한 도면들이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 디밍 듀티의 변경 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 8a 및 도 8b는 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 계조 정보 제공 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 LED 드라이버의 회로도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 개시를 상세히 설명한다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 개시에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 개시의 실시 예에서 사용되는 용어는 본 개시에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 개시의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 개시에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
본 개시의 실시 예들은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 특정한 실시 형태에 대해 범위를 한정하려는 것이 아니며, 개시된 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 실시 예들을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
A 및/또는 B 중 적어도 하나라는 표현은 "A" 또는 "B" 또는 "A 및 B" 중 어느 하나를 나타내는 것으로 이해되어야 한다.
본 개시에서 "모듈" 혹은 "부"는 적어도 하나의 기능이나 동작을 수행하며, 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 복수의 "모듈" 혹은 복수의 "부"는 특정한 하드웨어로 구현될 필요가 있는 "모듈" 혹은 "부"를 제외하고는 적어도 하나의 모듈로 일체화되어 적어도 하나의 프로세서(미도시)로 구현될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 개시의 실시 예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 개시를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 개시의 일 실시 예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 개시의 이해를 돕기 위한 PWM 디밍 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치는 LED를 백라이트 광원으로 하는 LCD(Liquid Crystal Display), 또는 LED를 디스플레이 광원으로 이용하는 LED 디스플레이로 구현될 수 있다.
디스플레이 장치는 입력 영상의 픽셀 정보에 기초하여 LED를 구동하기 위한 디밍 신호를 생성할 수 있다. 여기서, 디밍 신호는 아날로그 디밍 신호 및 PWM(Pulse Width Modulation) 디밍 신호 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 아날로그 디밍은 LED에 흐르는 전류의 세기(또는 전류의 크기)를 조정하여 상이한 계조를 표현하며, PWM 디밍은 일정한 주기 내에서 LED가 온 되는 시간을 조정하여 상이한 계조를 표현한다. 본 개시에서는 PWM 디밍을 기본으로 영상의 계조를 표현할 수 있지만, 부가적으로 아날로그 디밍을 이용할 수 있음은 물론이다.
도 1에 도시된 바와 같이 PWM 디밍 신호는 주기, 진폭, 듀티비로 표현되며, 1 주기 내에서 듀티비 즉, LED가 턴 온 되는 시간을 조정하여 LED의 밝기를 조정할 수 있다. 다만, PWM 디밍에 아날로그 디밍이 부가되면, 진폭 즉, 전류의 세기 또한 싸이클 별로 조정될 수 있다.
한편, 본 개시의 일 실시 예에 따른 LED 드라이버는 PWM 디밍 신호에 기초하여 LED에 정전류를 제공하도록 구현될 수 있다. 특히, LED 드라이버는 스위칭 소자를 포함하며, 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 LED에 정전류를 제공할 수 있다. 예를 들어, LED 드라이버는 DC/DC 컨버터를 포함할 수 있다. DC/DC 컨버터는 AC/DC 컨버터에 의해 변환된 직류 전압을 LED에 적합한 전압으로 변환하는 기능을 한다. 예를 들어, DC/DC 컨버터는 강압 컨버터(Step-down 컨버터)의 일 종인 벅 컨버터로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 승압 컨버터(Boost 컨버터), 승강압 컨버터(Buck-Boost 컨버터) 등으로 구현되는 것도 가능하다.
LED 드라이버에 포함된 스위칭 소자는 PWM 디밍 듀티내에서 스위칭 주파수에 따라 스위칭을 하게 되는데, 저계조 범위에서는 PWM 듀티가 짧기 때문에 PWM 디밍 듀티내에서 스위칭 횟수가 작고 이에 따라 계조에 따른 밝기 차이가 커서 휘도 변화를 선형적으로 표현할 수 없게 된다.
이에 따라, 이하에서는 스위칭 주파수의 조정을 통해 저계조 영상에서도 휘도 변화를 선형적으로 표현할 수 있는 다양한 실시 예에 대해 설명하도록 한다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 2에 따르면 디스플레이 장치(100)는 LED 모듈(110), LED 드라이버(120) 및 프로세서(130)를 포함한다.
LED 모듈(110)은 복수의 LED 소자를 포함할 수 있다. 일 예에 따라 LED 모듈(110)은 복수의 LED가 직렬, 병렬 또는 직/병렬로 연결된 적어도 하나의 LED 어레이를 포함할 수 있다.
LED 모듈(110)은 디스플레이 장치(100)의 구현 예에 따라 상이한 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 장치(100)가 LCD 장치로 구현되면, LED 모듈(110)은 백라이트 기능을 수행하고, 디스플레이 장치(100)가 LED 디스플레이 장치로 구현되면, 디스플레이 소자로서의 기능을 수행할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 디스플레이 장치(100)는 복수의 LED 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 LED 모듈이 연결 조립되어 백라이트 또는 디스플레이 패널을 형성할 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 LED 모듈(110)을 하나로 가정하여 설명하도록 한다.
LED 드라이버(120)는 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의하여 LED 모듈(110)에 정전류를 제공한다. 여기서, 스위칭 소자는 MOSFET 트랜지스터로 구현될 수 있다. 예를 들어, LED 드라이버(120)는 강압형 DC-DC 컨버터를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 승압형, 승강압형 등으로 구현되는 것도 가능하다. 여기서, 또한, LED 드라이버(120)는 각 LED 모듈(110) 당 구비될 수 있으나, 구현 예에 따라서는 복수의 LED 모듈(110) 당 구비되는 것도 가능하다. 또는 하나의 LED 모듈(110) 당 복수의 LED 드라이버(120)가 구비되는 것도 가능하다.
LED 드라이버(120)는 LED 모듈(110)에 흐르는 전류와 기준 전류를 상호 비교하여, 디밍 신호에 대응되는 정전류가 LED 모듈(110)에 흐르도록 스위치 소자를 스위칭을 제어할 수 있다. 구체적으로, LED 드라이버(120)는 제공되는 전류의 세기(또는 전류의 크기)가 감소되면 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 증가시키고, LED 모듈(120)에 제공되는 전류의 세기가 증가되면, 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 감소시키도록 동작할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 드라이버(120)는 스위칭 소자의 일 단에 연결된 제1 저항, 제1 저항에 병렬 연결된 제2 저항 및, 제1 저항 및 제2 저항 사이에 위치된 제1 스위치를 포함할 수 있다. 즉, 제1 스위치가 온 되면 제1 및 제2 저항은 병렬 연결 되고, 제1 스위치가 오프되면 제1 저항 만이 스위칭 소자에 연결될 수 있다. 스위칭 소자에 연결된 제1 저항 또는 제1 및 제2 저항의 병렬 연결은 LED 모듈(110)에 제공되는 전류(또는 전압)를 감지하기 위한 센싱 저항으로서의 기능을 하게 되는데 이에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.
프로세서(130)는 디스플레이 장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 여기서, 프로세서(130)는 중앙처리장치(central processing unit(CPU)), 디지털 시그널 프로세서(digital signal processor(DSP), 마이크로 프로세서(microprocessor), TCON(Time controller), MPU(micro processing unit), 컨트롤러(controller), 어플리케이션 프로세서(application processor(AP)), 또는 커뮤니케이션 프로세서(communication processor(CP)), ARM 프로세서 중 하나 또는 그 이상을 포함하거나, 해당 용어로 정의될 수 있다. 또한, 프로세서(130)는 프로세싱 알고리즘이 내장된 SoC(System on Chip), LSI(large scale integration)로 구현될 수도 있고, FPGA(Field Programmable gate array) 형태로 구현될 수도 있다.
프로세서(130)는 입력 영상의 픽셀 정보에 기초하여 PWM 디밍 신호를 생성한다. 여기서, 픽셀 정보는 계조 정보(또는 휘도 정보)가 될 수 있다. PWM 디밍 신호는 디밍 듀티 즉, 듀티비(duty ratio %)에 기초하여 LED의 점등 및 소등의 비율을 제어하기 위한 신호이다. 예를 들어, 기설정된 디밍 구간 동안 고 계조 픽셀에 대한 전류 인가 시간(디밍 듀티)을 상대적으로 길게 조정하고, 저 계조 픽셀에 대한 전류 인가 시간(디밍 듀티)을 짧게 조정할 수 있다. 여기서, 입력 영상은 입출력 인터페이스(미도시) 또는 통신 인터페이스(미도시)를 통해 수신될 수 있다. 여기서, 입출력 인터페이스(미도시)는 HDMI(High Definition Multimedia Interface), MHL(Mobile High-Definition Link), USB(Universal Serial Bus), DP(Display Port), 썬더볼트(Thunderbolt), VGA(Video Graphics Array) 포트, RGB 포트, D-SUB(D-subminiature), DVI(Digital Visual Interface) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 또한, 통신 인터페이스(미도시)는 WiFi, 블루투스, 지그비(zigbee), 3G(3rd Generation), 3GPP(3rd Generation Partnership Project), LTE(Long Term Evolution), LTE-A(LTE Advanced), 4G(4th Generation), 5G(5th Generation) 중 어느 하나의 통신 방식에 따라 동작할 수 있다.
또한, 프로세서(130)는 입력 영상의 픽셀 정보에 기초하여 LED 드라이버(120)에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 가변되도록 LED 드라이버(120)를 제어할 수 있다. 즉, PWM 디밍 신호의 디밍 듀티 내에서 스위칭 소자는 스위칭 주파수에 따라 온 또는 오프되는데, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 픽셀 정보에 기초하여 PWM 디밍 신호의 디밍 듀티 내 스위칭 주파수의 온/오프 횟수를 조정할 수 있다.
구체적으로, 프로세서(130)는 입력 영상의 픽셀 값 임계 값 미만의 저계조인 경우, LED 모듈(110)로 제공되는 전류의 크기를 감소시켜 스위칭 소자의 스위칭 주파수가 증가되도록 제어할 수 있다. 즉, 저계조 영상에 대해 스위칭 주파수의 온/오프 횟수를 증가시킬 수 있다. 이 경우, LED 모듈(110)로 제공되는 전류의 크기가 감소된다는 점에서 아날로그 디밍이 이루어진다고 볼 수 있다. 여기서, 임계 값은 통상적으로 저계조(또는 저휘도)라고 볼 수 있는 계조 값(또는 휘도 값)에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어 10 비트 계조 표현(0 ~ 1023 계조)의 경우 임계 계조를 31 계조로 결정할 수 있으나, 이는 디스플레이 장치(100)의 구현 성능, 제조사의 설계 방법 등에 따라 변경될 수 있음은 물론이다.
일 실시 예에 따르면, LED 드라이버(120)는 일 단이 스위칭 소자의 일 단에 연결된 제1 저항, 일 단이 제1 저항에 연결된 제2 저항 및, 제1 저항의 타 단 및 제2 저항의 타 단 사이에 위치된 제1 스위치를 포함할 수 있다. 이 경우, 프로세서(130)는 입력 영상의 픽셀 값이 임계 값 이상이면, 제1 스위치를 온 시키고, 입력 영상의 픽셀 값이 임계 값 미만이면, 제1 스위치를 오프 시켜 LED 모듈(110)에 제공되는 전류의 세기가 감소되도록 LED 드라이버(120)를 제어할 수 있다.
제1 스위치가 오프되어 저항이 증가하면, 즉, 제1 저항 만이 연결되면, 센싱되는 전류의 세기가 감소하므로, LED 드라이버(120)의 동작 특성에 따라 스위칭 주파수는 증가하게 된다. 제1 스위치가 온 되면, 제1 및 제2 저항이 병렬 연결되어 저항이 감소하게 되고, 이에 따라 센싱되는 전류의 세기가 증가하므로 LED 드라이버(120)의 동작 특성에 따라 스위칭 주파수는 증가하게 된다. 또한 제1 스위치가 오프되면 제 1 저항 만이 연결되어 앞에서 언급한 제1 및 제2 저항이 병렬 연결된 것 대비 저항이 증가한다. 따라서 센싱되는 전류의 세기가 감소하므로, LED 드라이버(120)의 동작 특성에 따라 스위칭 주파수는 증가하게 된다. 한편, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제1 스위치가 온 되는 경우가 일반 동작 모드라고 볼 수 있으므로, 제1 및 제2 저항은 이에 기초하여 적절한 저항 값으로 결정될 수 있다.
또한, 프로세서(130)는 입력 영상의 픽셀 정보에 기초하여 디밍 듀티를 획득하고, 입력 영상의 픽셀 값 임계 값 미만인 경우 감소되는 전류의 세기 즉, 제1 및 제2 저항이 병렬 연결됨에 따라 감소되는 전류의 세기에 기초하여 획득된 디밍 듀티를 보상하고, 디밍 듀티가 보상된 PWM 디밍 신호를 LED 드라이버(120)로 제공할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 임계 값 미만의 저계조 영상에 대해서는 LED 모듈(110)로 제공되는 전류의 세기가 감소되거나 스위칭 주파수가 증가되고, 그에 따른 휘도 저하가 발생되므로 이를 보상하기 위함이다.
또한, 프로세서(130)는 PWM 디밍 신호와 관련된 픽셀 정보를 나타내는 신호를 LED 드라이버(120)로 제공할 수 있다. 이 경우, LED 드라이버(120)는 픽셀 정보에 기초하여 PWN 디밍 신호가 임계 값 미만인 영상 신호에 대응되는 것으로 식별되면, 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 증가시킬 수 있다. LED 드라이버(120)는 PWM 신호의 듀티에 따라 동작하며, 저계조 영상에 따른 PWM 디밍 신호인지 여부를 식별할 수 없으므로, 프로세서(130)는 PWM 디밍 신호와 별개로 계조 정보를 나타내는 신호를 LED 드라이버(120)로 제공할 수 있다.
한편, LED 드라이버(120)는, 캐소드가 LED 모듈(110)의 일 단에 연결되고, 애노드가 스위칭 소자의 타 단과 연결되는 제1 다이오드, 일 단이 제1 다이오드의 애노드 및 스위칭 소자의 타 단에 공통 연결되고, 타 단이 LED 모듈(110)의 타 단에 연결되는 인덕터, 일 단이 제1 다이오드의 캐노드 및 LED 모듈(110)의 일 단에 공통 연결되고, 타 단이 LED 모듈(110)의 타 단 및 인덕터의 타 단에 공통 연결되는 제1 커패시터를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 저항의 일 단은 입력 전원의 접지 단과 연결되고, 타 단은 스위칭 소자의 일 단과 연결될 수 있다.
또한, LED 드라이버(120)는, 애노드가 입력 전원에 연결되고, 캐소드가 LED 모듈(110)의 일 단에 연결되는 제2 다이오드 및, 일 단이 제2 다이오드의 캐소드에 연결되고, 타 단이 입력 전원의 접지 단과 연결되는 제2 커패시터를 더 포함할 수 있다.
또한, LED 드라이버(120)는, 일 단이 제1 커패시터에 연결된 제3 커패시터 및, 제1 커패시터 및 제3 커패시터의 타 단 사이에 위치된 제2 스위치를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 프로세서(130)는, 입력 영상의 픽셀 값이 임계 값 미만인 경우 제2 스위치가 오프 되고, 입력 영상의 픽셀 값이 임계 값 이상인 경우, 제2 스위치가 온 되도록 LED 드라이버(120)를 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 구현 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 따르면, 디스플레이 장치(100)는 메인 보드(100-1) 및 파워 보드(또는 서브 보드)(100-2)를 포함할 수 있다. 여기서, 메인 보드(100-1)는, 프로세서(130)에 의해 생성된 PWM 디밍 신호를 파워 보드(100-2)로 제공할 수 있다.
도시된 바와 같이 메인 보드(100-1)는 프로세서(130)를 포함하고, 파워 보드(100-2)는 LED 드라이버(120) 및 LED 모듈(110)을 포함할 수 있다. 다만, 실시 예에 따라 LED 모듈(110)는 파워 보드(100-2) 외부에 구비되는 것도 가능하다.
일 실시 예에 따르면, 파워 보드(100-2)는 파워 서플라이(power supply)(예를 들어, SMPS(Switching Mode Power Supply)를 포함하고, LED 드라이버(120)는 파워 서플라이 후단에 배치되어 파워 서플라이로부터 전압을 인가받을 수 있다. 다만, 다른 실시 예에 따르면, 별도의 전원 장치로부터 전압을 인가받을 수도 있다. 또는, SMPS 및 LED 드라이버(120)가 하나로 통합된 모듈 형태로 구현되는 것도 가능하다.
다만, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 프로세서(130)는 DSP로 구현되고, 디지털 드라이버 IC로 구현되는 LED 드라이버(120)와 one chip으로 구현될 수 있다.
경우에 따라서는 메인 보드(100-1) 및 파워 보드(100-2)가 별개의 장치에 구현되는 것도 가능하다. 예를 들어, 영상 처리 장치 및 디스플레이 장치가 별도로 구비되는 경우, 해당 동작은 별도의 영상 처리 장치(미도시)에 의해 수행되는 것도 가능하다. 예를 들어, 영상 처리 장치는 셋탑 박스, 센딩 박스 등 영상 처리가 가능한 다양한 장치로 구현될 수 있다.
한편, 본 개시의 일 실시 예에 따르면, LED 드라이버(120)는 제1 LED 드라이버(121) 및 제2 LED 드라이버(122)를 포함할 수 있다.
제1 LED 드라이버(121)는 스위칭 소자를 포함하며, LED 모듈(110)로 제공되는 전류를 제어한다. 일 실시 예에 따라 제1 LED 드라이버(121)는 벅 컨버터 타입의 LED 구동 회로로 구현될 수 있다.
제2 LED 드라이버(122)는 프로세서(130)로부터 수신된 PWM 디밍 신호에 기초하여 제1 스위치의 온/오프 동작을 제어하기 위한 제어 신호 및 제1 LED 드라이버(121)에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 제1 LED 드라이버(121)로 제공할 수 있다.
도 4a는 도 2에 도시된 LED 드라이버의 일 실시 예에 따른 회로도를 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 LED 드라이버는 도 3에 도시된 제1 LED 드라이버(121)로 구현 가능하므로, 해당 경우를 상정하여 설명하도록 한다.
스위칭 소자(411)는 제2 LED 드라이버(122)의 제어 신호에 기초하여 스위칭 동작을 수행한다. 스위칭 소자(411)는 일 단이 제1 저항(412)과 연결되고, 타 단이 인덕터(415)의 일 단과 제1 다이오드(417)의 애노드에 공통 연결될 수 있다. 스위칭 소자(411)는 고속 스위칭을 위한 MOSFET으로 구현될 수 있다.
제1 저항(412)의 일 단은 스위칭 소자(411)의 일 단에 연결되고, 제2 저항(413)의 일 단은 제1 저항(412)에 병렬 연결되며, 제1 저항의 타 단 및 제2 저항의 타 단 사이에는 제1 스위치(414)가 위치될 수 있다. 여기서 제1 저항(412)은 스위칭 소자(411)가 온일 때, 인덕터(415)에 흐르는 전류를 감지하기 위한 센싱 저항이다. 한편, 센싱 저항에 흐르는 전류 또는 센싱 저항에 흐르는 전류에 의해 센싱된 전압은 제2 LED 드라이버(122)로 제공되고, 제2 LED 드라이버(122)는 해당 전류 또는 전압에 기초하여 스위칭 소자(411)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.
인덕터(415)은 스위칭 소자(411)가 턴 온되면 에너지를 충전하고, 스위칭 소자(411)가 턴 오프되면 전류 관성을 유지한 채 에너지를 출력 쪽으로 전달한다. 인덕터(415)의 일 단은 제1 다이오드(417)의 애노드 및 스위칭 소자(411)의 타 단에 공통 연결되고, 타 단이 LED 모듈(110)의 타 단에 연결될 수 있다.
제1 커패시터(416)의 일 단은 제1 다이오드(417)의 캐노드 및 LED 모듈(110)의 일 단에 공통 연결되고, 타 단이 LED 모듈(110)의 타 단 및 인덕터(415)의 타 단에 공통 연결될 수 있다. 제1 커패시터(416)는 출력 전압(Vo)에 병렬로 연결되는 정류 커패시터이다. 스위칭 소자(411)가 기설정된 듀티(예를 들어, 50%)로 스위칭을 하게 되면, VD1 전압은 구형파가 되는데, 이러한 구형파를 평평하게 만드는 정류 역할을 수행하여, 출력에 직류 전압이 공급되도록 한다.
제1 다이오드(417)는 턴 온 시점에 역방향 바이어스가 되게 연결하고, 턴 오프 시점에 인덕터 전류가 출력 쪽으로 흐르도록 패스를 형성한다. 제1 다이오드(417)의 캐소드는 LED 모듈(110)의 일 단에 연결되고, 애노드는 스위칭 소자(411)의 타 단과 연결될 수 있다.
도 4b는 도 2에 도시된 LED 드라이버의 다른 실시 예에 따른 회로도를 나타내는 도면이다.
도 4b에 도시된 제1 LED 드라이버는 도 4a에 도시된 실시 예와 비교하여 제2 커패시터(417) 및 제2 다이오드(418)를 더 포함할 수 있다.
제2 커패시터(417)은 입력 전압(Vi)에 병렬로 연결되는 디커플링 커패시터이다. 디커플링 커패시터란 입력 전압에 노이즈가 끼거나, 전압이 흔들릴 때 안정된 직류 전압을 출력단에 공급할 수 있게 해 주는 역할을 한다. 제2 커패시터(417)의 일 단은 제2 다이오드의 캐소드(418)에 연결되고, 타 단이 입력 전압(Vi)의 접지 단과 연결될 수 있다. 또한, 제2 커패시터(417)의 일 단은 제2 다이오드의 캐소드(418) 및 LED 모듈(110)의 일 단에 공통 연결되고, 타 단이 입력 전압(Vi)의 접지 단 및 제1 저항(412)에 공통 연결될 수 있다.
제2 다이오드(418)는 입력 전압(Vi)에 연결되고, 캐소드가 LED 모듈(110)의 일 단에 연결될 수 있다.
도 5a는 스위칭 소자가 온인 경우의 제1 LED 드라이버의 등가 회로이다.
도 5a를 참고하면, 스위칭 소자(411)가 온되면, 인덕터(415)가 충전되면서 전류 패스 내의 전류가 상승하게 된다. 이때, 제1 다이오드(417)는 단락되며, LED 모듈(110)에는 제1 커패시터(416)에 충전된 전하에 의한 전원이 LED 모듈(110)에 공급된다.
도 5b는 스위칭 소자가 오프인 경우의 제1 LED 드라이버의 등가 회로이다.
도 5b를 참조하면, 스위칭 소자(411)가 오프되면, 인덕터(415)에 충전된 전류가 부하 즉, LED 모듈(110) 측으로 방전된다.
한편, 도 4a 및 도 4b에 도시된 회로는 인덕터(415)의 전류를 센싱받아 출력 전압을 제어하는 전류 모드 제어 중 인덕터(415)가 충전되고 있는 동안 전류를 측정하는 피크 전류 모드 제어 방식을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 인덕터(415)에 흐르는 전류의 파형에 따라 구분되는 discontinuous conduction mode(DCM), critical conduction mode(CRM) 방식으로 LED 모듈(110)에 정전류를 제공할 수 있다. 이 경우, 인덕터와 정격전력 및 부하 설계에 따라서 CCM 또는 DCM으로 동작시킬 수 있다. DCM 또는 CRM으로 동작하는 경우 다음 스위칭이 발생하는 순간에 인덕터 전류가 0 에서 시작하므로 스위칭 동작에 따라 높은 효율을 얻을 수 있다. 다만, 본 개시에 따른 실시 예가 적용 가능하다면, condinuous conduction mode(CCM) 방식으로 LED 모듈(110)에 정전류를 공급하는 것도 가능하다.
피크 전류 모드 제어 방식에 따르면, 도 6a에 도시된 바와 같이 LED 모듈(110)의 출력 전류, 즉 LED 전류(아날로그 디밍 레벨)의 크기에 따라 스위칭 주파수가 변경된다. 즉, 도시된 바와 같이 LED 전류의 세기가 증가하면 스위칭 주파수는 감소하고, LED 전류의 세기가 감소하면 스위칭 주파수는 증가하게 된다. 구체적으로는, LED 전류의 세기(Rcs)를 통해 흐르는 전류에 의해 발생된 전압(Vcs)가 원하는 기준 전류(또는 기준 전압)에 미달하면 스위칭 소자(411)의 듀티가 증가하면서 인덕터(415)에 충전되는 전류가 증가하고, 그에 따라 출력 전류도 점차 높아지게 된다. 반대로, LED 전류의 세기(Rcs를 통해 흐르는 전류에 의해 발생된 전압 Vcs)가 기준 전류(또는 기준 전압) 대비 높을 경우, 스위칭 소자(411)의 듀티가 감소하면서 인덕터(415)에 충전되는 전류가 감소하여 그에 따른 출력 전류도 점차 감소하게 된다. 이와 같은 동작을 위하여 제1 LED 드라이버(121)는 도 6b에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 저항(412, 413)의 전압값(Vcs)을 이용하여 LED 모듈(110)의 출력 전류를 식별할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 개시의 일 실시 예에 따른 회로 동작에 의하면 Rcs가 증가하면 LED 전류의 세기는 감소하고, Rcs가 감소하면 LED 전류의 세기는 증가하게 한다.즉 Rcs 값 변화에 따라 LED 전류의 세기를 변경할 수 있게 된다.
이에 따라 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 프로세서(130)는 입력 영상의 픽셀 값이 임계 값 미만인 경우, 제1 스위치(Qcs, 414)를 오프시켜 Rcs를 증가시킴으로써, LED 모듈(110)에 제공되는 전류의 세기가 감소되도록 할 수 있다. 이에 따라 스위칭 소자(411)의 스위칭 주파수는 증가하게 된다. 즉, 저계조 영상에서는 밝기의 단계 변화가 쉽게 시인되므로 스위칭 주파수를 증가시켜 선형성을 증가시킬 수 있다.
예를 들어, 10bit 영상의 경우, 디밍 주파수가 120Hz 라면 (1/120)/1023 = 8.14uS 이므로, 계조가 1 step 증가하게 되면, 1/8.14uS = 123kHz 이 되고, 스위칭 주파수가 120Hz 라면 (1/240)/1023 = 4.07uS 이므로, 계조가 1 step 증가하게 되면,1/4.07uS = 246kHz 이 된다. 하지만, LED 드라이버에서 일반적으로 60~110kHz의 스위칭 주파수를 이용하므로, 1 step 당 1 번의 스위칭이 이루어지지 않게 된다. 하지만, 전 동작 구간에서 스위칭 주파수를 증가시키면, 발열 증가, 가격 상승이 발생하게 된다. 이에 따라 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 저계조 영상에서만 스위칭 주파수를 증가시킬 수 있다.
또한, 프로세서(130)는 입력 영상의 픽셀 값이 임계 값 이상인 경우, 제1 스위치(Qcs, 414)를 온시켜 Rcs를 감소시킴으로써, LED 모듈(110)에 제공되는 전류의 세기가 증가되도록 할 수 있다. 이에 따라 스위칭 소자(411)의 스위칭 주파수는 감소하게 된다. 고계조 영상에서는 밝기의 단계 변화가 크게 문제되지 않기 때문에 스위칭 주파수가 감소되더라도 별 문제가 발생하지 않게 되기 때문이다.
다만, 프로세서(130)는 저항 증가 또는 스위칭 주파수 증가에 따라 감소되는 전류의 세기에 기초하여 PWM 디밍 신호의 디밍 듀티를 보상할 수 있다. 즉, 저항 증가에 따라 전류의 세기가 감소되거나, 동일한 듀티 내에서 스위칭 주파수가 증가하게 되면 LED 전류의 평균 크기가 감소하기 때문에 프로세서(130)는 이로 인한 휘도 저하를 PWM 디밍 신호의 디밍 듀티로서 미리 보상하고, 보상된 PWM 디밍 신호를 LED 드라이버(120)로 제공할 수 있다. 예를 들어, 도 7a에 도시된 바와 같이, 기존 디밍 신호(도 7a(a))의 듀티를 증가시켜(도 7a(b)), 제공되는 전류의 세기 감소 도는 스위칭 주파수의 증가로 인한 휘도 저하를 보상할 수 있다. 구체적으로, 도 7b에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따르면, LED에 제공되는 전류의 세기(도 7b(b))가 기존 디밍 신호(도 7b(a))의 경우와 비교하여 감소될 수 있는데, 이로 인한 휘도 저하를 디밍 듀티를 증가시킴으로써 보상할 수 있다.
한편, LED 드라이버(120) 입장에서는 단순히 PWM 디밍 신호에 따라 동작하게 되므로, 저계조 영상인지 여부를 식별할 수 없게 된다. 이에 따라 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 프로세서(130)는 현재 제공되는 PWM 디밍 신호가 저계조 영상에 대응되는 저계조 신호임을 나타내는 별도의 신호를 LED 드라이버(120)로 제공할 수 있다. 일 예로, 프로세서(130)는 도 8a에 도시된 바와 같이 계조 정보를 나타내는 신호를 기존 영상의 PWM 디밍 신호와 별개로 PWM 신호 형태로 LED 드라이버(120)로 제공할 수 있다. 이 경우 LED 드라이버(120)는 해당 PWM 신호에 기초하여 현재 제공된 PWM 디밍 신호가 저계조 영상에 대응되는 신호임을 식별하고, 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 증가시킬 수 있다. 다른 예로, 프로세서(130)는 도 8b에 도시된 바와 같이 계조 정보를 나타내는 신호를 디지털 신호 형태로 LED 드라이버(120)로 제공할 수 있다. 이 경우 LED 드라이버(120)는 해당 디지털 신호에 기초하여 현재 제공된 PWM 디밍 신호가 저계조 영상에 대응되는 신호 임을 식별하고, 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 증가시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예를 적용한 실험 데이터를 나타내는 도면으로, 예를 들어, 240Hz 디밍 주파수에서 스위칭 주파수를 500kHz로 증가시켜 구동하였다. 여기서, 10bit 영상 즉, 1024 계조 표현시, 1step 을 PWM 듀티로 환산(1/1023 * 100(%) = 0.098%)하여 약 0.1%씩 PWM 듀티씩 증가시키면서 실험하였다. 도면을 참조하면, 계조 1 step당 스위칭 수가 2회씩 증가하며 이에 따라 저계조 범위에서 선형성이 증가될 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 LED 드라이버의 회로도이다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 도 10에 도시된 바와 같이 LED 드라이버(120)는, 일 단이 제1 커패시터(416)에 연결되는 제3 커패시터(420) 및, 제1 커패시터(416) 및 제3 커패시터(420)의 타 단 사이에 위치된 제2 스위치(421)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 프로세서(130)는, 입력 영상의 픽셀 값이 임계 값 미만인 경우 제2 스위치(421)가 오프 되고, 입력 영상의 픽셀 값이 임계 값 이상인 경우, 제2 스위치(421)가 온 되도록 LED 드라이버(120)를 제어할 수 있다. 제2 스위치(421)가 오프되면, LED 드라이버(120)에는 제1 커패시터(416) 만이 연결되지만, 제2 스위치(421)가 온 되되면, 제1 커패시터(416) 및 제3 커패시터(420)가 병렬 연결된다.
예를 들어, LED 드라이버(120)는 프로세서(130)로부터 수신된 픽셀 정보에 기초하여 PWM 디밍 신호가 임계 값 미만의 영상 신호인 경우 제2 스위치(421)를 오프 시키고, PWM 디밍 신호가 임계 값 이상의 영상 신호인 경우, 제2 스위치(421)를 온 시킬 수 있다. 즉, 입력 영상의 픽셀 값이 임계 값 미만의 저계조 영상인 경우, 제2 스위치(421)를 오프 시켜 제1 커패시터(416) 만이 LED 드라이버(120)에 연결되도록 하여 출력 커패시터 용량을 감소시켜 Rising Time 및 Falling Time을 개선할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 11은 스위칭 소자를 포함하며, LED 모듈에 제공되는 전류의 세기에 기초하여 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 가변하는 LED 드라이버를 포함하는 디스플레이 장치의 제어 방법을 도시한다.
도 11에 따르면, 입력 영상의 픽셀 정보에 기초하여 PWM(Pulse Width Modulation) 디밍 신호를 생성하여 LED 드라이버로 제공한다(S1110).
이어서, 입력 영상의 값이 임계 값 미만인 경우, LED 모듈에 제공되는 전류의 세기를 감소시켜 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 증가시킬 수 있다(S1120).
이 경우, LED 드라이버는, LED 모듈에 제공되는 전류의 세기가 감소되면 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 증가시키고, LED 모듈에 제공되는 전류의 세기가 증가되면, 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 감소시키도록 동작할 수 있다.
또한, 상기 제어 방법은, 입력 영상의 픽셀 정보에 기초하여 PWM 디밍 신호의 디밍 듀티를 획득하고, 입력 영상의 픽셀 값이 임계 값 미만인 경우 감소되는 전류의 세기에 기초하여 획득된 디밍 듀티를 보상하는 단계 및 디밍 듀티가 보상된 PWM 디밍 신호를 LED 드라이버로 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어 방법은, LED 드라이버가 PWM 디밍 신호와 관련된 픽셀 정보를 나타내는 신호를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 증가시키는 단계(S1120)는, 수신된 픽셀 정보에 기초하여 PWN 디밍 신호가 임계 값 미만인 영상 신호에 대응되는 것으로 식별되면, 스위칭 소자의 스위칭 주파수가 증가시킬 수 있다.
여기서, LED 드라이버는, 일 단이 스위칭 소자의 일 단에 연결된 제1 저항, 제1 저항에 연결된 제2 저항 및, 제1 저항의 타 단 및 제2 저항의 타 단 사이에 위치된 제1 스위치를 포함할 수 있다. 이 경우, 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 증가시키는 단계(S1120)는, 입력 영상의 픽셀 값이 임계 값 이상인 경우, 제1 스위치를 오프 시켜 제1 저항 및 제2 저항이 연결되지 않도록 하고, 입력 영상의 픽셀 값이 임계 값 미만인 경우, 제1 스위치를 온 시켜 제1 저항 및 상제2 저항이 병렬 연결되도록 할 수 있다.
또한, LED 드라이버는, 캐소드가 LED 모듈의 일 단에 연결되고, 애노드가 스위칭 소자의 타 단과 연결되는 제1 다이오드, 일 단이 제1 다이오드의 애노드 및 스위칭 소자의 타 단에 공통 연결되고, 타 단이 LED 모듈의 타 단에 연결되는 인덕터, 일 단이 제1 다이오드의 캐노드 및 LED 모듈의 일 단에 공통 연결되고, 타 단이 LED 모듈의 타 단 및 인덕터의 타 단에 공통 연결되는 제1 커패시터를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 저항의 일 단은 입력 전원의 접지 단과 연결되고, 타 단은 스위칭 소자의 일 단과 연결될 수 있다.
또한, LED 드라이버는, 애노드가 입력 전원에 연결되고, 캐소드가 LED 모듈의 일 단에 연결되는 제2 다이오드 및, 일 단이 제2 다이오드의 캐소드에 연결되고, 타 단이 입력 전원의 접지 단과 연결되는 제2 커패시터를 더 포함할 수 있다.
또한, LED 드라이버는, 일 단이 제1 커패시터에 연결되는 제3 커패시터 및, 제1 커패시터 및 제3 커패시터의 타 단 사이에 위치된 제2 스위치를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제어 방법은, 입력 영상의 픽셀 값이 임계 값 미만인 경우 제2 스위치가 오프 되고, 입력 영상의 픽셀 값이 임계 값 이상인 경우, 제2 스위치가 온 되도록 LED 드라이버를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 상술한 실시 예에서는 입력 영상에 기초하여 PWM 신호를 생성하는 동작이 디스플레이 장치(100)에 구비된 프로세서(130)에 의해 이루어지는 것으로 설명하였지만, 디스플레이가 별도로 구비되는 경우, 해당 동작은 별도의 영상 처리 장치(미도시)에 의해 수행되는 것도 가능하다. 예를 들어, 영상 처리 장치는 셋탑 박스, 센딩 박스 등 영상 처리가 가능한 다양한 장치로 구현될 수 있다.
한편, 상술한 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 방법들은, 기존 디스플레이 장치에 설치 가능한 어플리케이션 형태로 구현될 수 있다.
또한, 상술한 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 방법들은, 기존 디스플레이 장치에 대한 소프트웨어 업그레이드, 또는 하드웨어 업그레이드 만으로도 구현될 수 있다.
또한, 상술한 본 개시의 다양한 실시 예들은 디스플레이 장치(100)에 구비된 임베디드 서버, 또는 디스플레이 장치(100)의 외부 서버를 통해 수행되는 것도 가능하다.
한편, 이상에서 설명된 다양한 실시 예들은 소프트웨어(software), 하드웨어(hardware) 또는 이들의 조합을 이용하여 컴퓨터(computer) 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록 매체 내에서 구현될 수 있다. 일부 경우에 있어 본 명세서에서 설명되는 실시 예들이 프로세서(130) 자체로 구현될 수 있다. 소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능과 같은 실시 예들은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 동작을 수행할 수 있다.
한편, 상술한 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 디스플레이 장치(100)의 동작을 수행하기 위한 컴퓨터 명령어(computer instructions)는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(non-transitory computer-readable medium)에 저장될 수 있다. 이러한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 명령어는 특정 기기의 프로세서에 의해 실행되었을 때 상술한 다양한 실시 예에 따른 디스플레이 장치(100)에서의 처리 동작을 특정 기기가 수행하도록 한다.
비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체의 구체적인 예로는, CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등이 있을 수 있다.
이상에서는 본 개시의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 개시는 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 개시의 요지를 벗어남이 없이 당해 개시에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 개시의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
110: LED 모듈 120: LED 드라이버
130: 프로세서

Claims (20)

  1. 복수의 LED 소자를 포함하는 LED 모듈;
    스위칭 소자를 포함하며, 상기 LED 모듈에 제공되는 전류의 세기에 기초하여 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 가변하는 LED 드라이버; 및
    입력 영상의 픽셀 정보에 기초하여 PWM(Pulse Width Modulation) 디밍 신호를 생성하여 상기 LED 드라이버로 제공하는 프로세서;를 포함하며,
    상기 프로세서는,
    상기 입력 영상의 픽셀 값이 임계 값 미만인 경우, 상기 LED 모듈에 제공되는 전류의 세기를 감소시켜 상기 PWM 디밍 신호의 디밍 듀티 내에서 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수가 증가되도록 상기 LED 드라이버를 제어하는, 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는 메인 보드에 구비되고, 상기 LED 드라이버는 파워 보드에 구비되며,
    상기 메인 보드는, 상기 프로세서에 의해 생성된 상기 PWM 디밍 신호를 상기 파워 보드로 제공하는, 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 LED 드라이버는,
    상기 LED 모듈에 제공되는 전류의 세기가 감소되면 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 증가시키고, 상기 LED 모듈에 제공되는 전류의 세기가 증가되면 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 감소시키도록 동작하는, 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 입력 영상의 픽셀 정보에 기초하여 상기 PWM 디밍 신호의 디밍 듀티를 획득하고, 상기 입력 영상의 픽셀 값이 상기 임계 값 미만인 경우 상기 감소되는 전류의 세기에 기초하여 상기 획득된 디밍 듀티를 보상하고,
    상기 디밍 듀티가 보상된 PWM 디밍 신호를 상기 LED 드라이버로 제공하는, 디스플레이 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 PWM 디밍 신호와 관련된 픽셀 정보를 나타내는 신호를 상기 LED 드라이버로 제공하고,
    상기 LED 드라이버는,
    상기 픽셀 정보에 기초하여 상기 PWN 디밍 신호가 상기 임계 값 미만인 영상 신호에 대응되는 것으로 식별되면, 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수가 증가시키는, 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 LED 드라이버는,
    일 단이 상기 스위칭 소자의 일 단에 연결된 제1 저항;
    일 단이 상기 제1 저항에 연결된 제2 저항; 및
    상기 제1 저항의 타 단 및 상기 제2 저항의 타 단 사이에 위치된 제1 스위치;를 포함하며,
    상기 프로세서는,
    상기 입력 영상의 픽셀 값이 상기 임계 값 이상인 경우, 상기 제1 스위치를 오프 시켜 상기 제1 저항 및 상기 제2 저항이 연결되지 않도록 하고,
    상기 입력 영상의 픽셀 값이 상기 임계 값 미만인 경우, 상기 제1 스위치를 온 시켜 상기 제1 저항 및 상기 제2 저항이 병렬 연결되도록 상기 LED 드라이버를 제어하는, 디스플레이 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 LED 드라이버는,
    상기 제1 저항 및 상기 제2 저항이 연결되지 않음에 따라 상기 제1 저항에서 센싱되는 전류가 감소하면 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 증가시키고,
    상기 제1 저항 및 상기 제2 저항이 병렬 연결됨에 따라 상기 제1 저항 및 상기 제2 저항에서 센싱되는 전류가 증가하면, 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 감소시키는, 디스플레이 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 LED 드라이버는,
    캐소드가 상기 LED 모듈의 일 단에 연결되고, 애노드가 상기 스위칭 소자의 타 단과 연결되는 제1 다이오드;
    일 단이 상기 제1 다이오드의 애노드 및 상기 스위칭 소자의 타 단에 공통 연결되고, 타 단이 상기 LED 모듈의 타 단에 연결되는 인덕터; 및
    일 단이 상기 제1 다이오드의 캐노드 및 상기 LED 모듈의 일 단에 공통 연결되고, 타 단이 상기 LED 모듈의 타 단 및 상기 인덕터의 타 단에 공통 연결되는 제1 커패시터;를 더 포함하며,
    상기 제1 저항의 일 단은 입력 전원의 접지 단과 연결되고, 타 단은 상기 스위칭 소자의 일 단과 연결되는, 디스플레이 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 LED 드라이버는,
    애노드가 상기 입력 전원에 연결되고, 캐소드가 상기 LED 모듈의 일 단에 연결되는 제2 다이오드; 및
    일 단이 상기 제2 다이오드의 캐소드에 연결되고, 타 단이 상기 입력 전원의 접지 단과 연결되는 제2 커패시터;를 더 포함하는 디스플레이 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 LED 드라이버는,
    일 단이 상기 제1 커패시터에 연결된 제3 커패시터; 및
    상기 제1 커패시터 및 상기 제3 커패시터의 타 단 사이에 위치된 제2 스위치;를 더 포함하며,
    상기 프로세서는,
    상기 입력 영상의 픽셀 값이 상기 임계 값 미만인 경우 상기 제2 스위치가 오프 되고, 상기 입력 영상의 픽셀 값이 상기 임계 값 이상인 경우, 상기 제2 스위치가 온 되도록 상기 LED 드라이버를 제어하는, 디스플레이 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 LED 드라이버는,
    피크 전류 모드 제어 방식에 따라 동작하는, 디스플레이 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 LED 드라이버는,
    상기 스위칭 소자를 포함하며, 상기 스위칭 소자의 스위칭 동작을 통해 상기 LED 모듈로 제공되는 전류를 제어하는 제1 드라이버; 및
    상기 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 상기 제1 LED 드라이버로 제공하는 상기 제2 드라이버;를 포함하는, 디스플레이 장치.
  13. 스위칭 소자를 포함하며, LED 모듈에 제공되는 전류의 세기에 기초하여 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 가변하는 LED 드라이버를 포함하는 디스플레이 장치의 제어 방법에 있어서,
    입력 영상의 픽셀 정보에 기초하여 PWM(Pulse Width Modulation) 디밍 신호를 생성하여 상기 LED 드라이버로 제공하는 단계; 및
    상기 입력 영상의 픽셀 값이 임계 값 미만인 경우, 상기 LED 모듈에 제공되는 전류의 세기를 감소시켜 상기 PWM 디밍 신호의 디밍 듀티 내에서 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 증가시키는 단계;를 포함하는 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 LED 드라이버는,
    상기 LED 모듈에 제공되는 전류의 세기가 감소되면 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 증가시키고, 상기 LED 모듈에 제공되는 전류의 세기가 증가되면 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 감소시키도록 동작하는, 제어 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 입력 영상의 픽셀 정보에 기초하여 상기 PWM 디밍 신호의 디밍 듀티를 획득하고, 상기 입력 영상의 픽셀 값이 상기 임계 값 미만인 경우 상기 감소되는 전류의 세기에 기초하여 상기 획득된 디밍 듀티를 보상하는 단계; 및
    상기 디밍 듀티가 보상된 PWM 디밍 신호를 상기 LED 드라이버로 제공하는 단계;를 더 포함하는, 제어 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 LED 드라이버가 상기 PWM 디밍 신호와 관련된 픽셀 정보를 나타내는 신호를 수신하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수가 증가시키는 단계는,
    상기 픽셀 정보에 기초하여 상기 PWN 디밍 신호가 상기 임계 값 미만인 영상 신호에 대응되는 것으로 식별되면, 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수가 증가시키는, 제어 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 LED 드라이버는,
    일 단이 상기 스위칭 소자의 일 단에 연결된 제1 저항;
    일 단이 상기 제1 저항에 연결된 제2 저항; 및
    상기 제1 저항의 타 단 및 상기 제2 저항의 타 단 사이에 위치된 제1 스위치;를 포함하며,
    상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수가 증가시키는 단계는,
    상기 입력 영상의 픽셀 값이 상기 임계 값 미만인 경우, 상기 제1 스위치를 오프 시켜 상기 제1 저항 및 상기 제2 저항이 연결되지 않도록 하고,
    상기 입력 영상의 픽셀 값이 상기 임계 값 미만인 경우, 상기 제1 스위치를 온 시켜 상기 제1 저항 및 상기 제2 저항이 병렬 연결되도록 상기 LED 드라이버를 제어하는, 제어 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 LED 드라이버는,
    상기 제1 저항 및 상기 제2 저항이 연결되지 않음에 따라 상기 제1 저항에서 센싱되는 전류가 감소하면 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 증가시키고,
    상기 제1 저항 및 상기 제2 저항이 병렬 연결됨에 따라 상기 제1 저항 및 상기 제2 저항에서 센싱되는 전류가 증가하면, 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 감소시키는, 제어 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 LED 드라이버는,
    캐소드가 상기 LED 모듈의 일 단에 연결되고, 애노드가 상기 스위칭 소자의 타 단과 연결되는 제1 다이오드;
    일 단이 상기 제1 다이오드의 애노드 및 상기 스위칭 소자의 타 단에 공통 연결되고, 타 단이 상기 LED 모듈의 타 단에 연결되는 인덕터; 및
    일 단이 상기 제1 다이오드의 캐노드 및 상기 LED 모듈의 일 단에 공통 연결되고, 타 단이 상기 LED 모듈의 타 단 및 상기 인덕터의 타 단에 공통 연결되는 제1 커패시터;를 더 포함하며,
    상기 제1 저항의 일 단은 입력 전원의 접지 단과 연결되고, 타 단은 상기 스위칭 소자의 일 단과 연결되는, 제어 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 LED 드라이버는,
    일 단이 상기 제1 커패시터에 연결된 제3 커패시터; 및
    상기 제1 커패시터 및 상기 제3 커패시터의 타 단 사이에 위치된 제2 스위치;를 더 포함하며,
    상기 입력 영상의 픽셀 값이 상기 임계 값 미만인 경우 상기 제2 스위치가 오프 되고, 상기 입력 영상의 픽셀 값이 상기 임계 값 이상인 경우, 상기 제2 스위치가 온 되도록 상기 LED 드라이버를 제어하는 단계;를 더 포함하는, 제어 방법.
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