KR20210057417A - 디스플레이 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

액티브 매트릭스(active matrix) 방식으로 저전류에서 구동하면서도 고휘도를 제공할 수 있는 백라이트유닛(back light unit)을 제공하는 디스플레이 장치 및 그 제어 방법을 제공한다.
일 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 액정 패널; 전원 공급부; 상기 액정 패널로 광을 조사하는 복수의 서브 블록을 포함하는 백라이트유닛(back light unit); 및 상기 복수의 서브 블록 각각으로 공급되는 피크 전압 및 소스 전압을 결정하는 제어부;를 포함하고, 상기 복수의 서브 블록 각각은, 상기 피크 전압을 게이트 전압으로 공급받는 제1 스위칭 소자; 상기 제1 스위칭 소자의 소스 단자와 연결되는 드레인 단자를 포함하고, 상기 소스 전압에 대응하는 전하량을 게이트 단자를 통해 공급받는 제2 스위칭 소자; 및 상기 제2 스위칭 소자의 소스 단자와 직렬로 연결되어 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자를 통하여 상기 전원 공급부로부터 전류를 공급받는 발광 소자;를 포함한다.

Description

디스플레이 장치 및 그 제어방법{DISPLAY APPARATUS AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 백라이트유닛(back light unit) 및 액정 패널을 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
일반적으로 디스플레이 장치는, 백라이트유닛(back light unit) 및 액정 패널을 포함하고, 백라이트유닛으로부터 조사되는 광이 액정 패널을 투과하는 양을 제어함으로써, 전기적 정보를 시각적 정보로 변환하여 표시한다.
백라이트유닛은, 패시브 매트릭스(passive matrix) 방식으로 제어될 수 있으며, 이 경우, 한 프레임 내에서 발광 소자 배열 별 점등 시간이 제한적이라는 점에서 고전류 인가로 인해 효율이 낮아질 수 있으며, 추가적인 드라이브 집적회로(integrated circuit, IC)를 필요로 할 수 있다.
또한, 백라이트유닛은, 커패시터를 포함하여 액티브 매트릭스(active matrix) 방식으로 제어될 수 있으며, 이 경우, 저전류 인가로 인한 효율을 높일 수 있으나, 고휘도 명암비를 제공하는데 한계가 있다.
액티브 매트릭스(active matrix) 방식으로 저전류에서 구동하면서도 고휘도를 제공할 수 있는 백라이트유닛(back light unit)을 제공하는 디스플레이 장치 및 그 제어 방법을 제공한다.
일 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 액정 패널; 전원 공급부; 상기 액정 패널로 광을 조사하는 복수의 서브 블록을 포함하는 백라이트유닛(back light unit); 및 상기 복수의 서브 블록 각각으로 공급되는 피크 전압 및 소스 전압을 결정하는 제어부;를 포함하고, 상기 복수의 서브 블록 각각은, 상기 피크 전압을 게이트 전압으로 공급받는 제1 스위칭 소자; 상기 제1 스위칭 소자의 소스 단자와 연결되는 드레인 단자를 포함하고, 상기 소스 전압에 대응하는 전하량을 게이트 단자를 통해 공급받는 제2 스위칭 소자; 및 상기 제2 스위칭 소자의 소스 단자와 직렬로 연결되어 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자를 통하여 상기 전원 공급부로부터 전류를 공급받는 발광 소자;를 포함한다.
상기 백라이트유닛은, 상기 복수의 서브 블록에 게이트 신호를 공급하는 게이트 구동부;를 더 포함하고, 상기 복수의 서브 블록 각각은, 상기 소스 전압에 따라 충전된 전하에 기초하여 상기 제2 스위칭 소자로 게이트 전압을 공급하는 커패시터; 및 상기 게이트 구동부로부터 게이트 신호를 공급받아 온이 되는 경우 드레인 전압으로 공급되는 상기 소스 전압에 기초하여 상기 커패시터로 전하를 전달하는 제3 스위칭 소자;를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 영상 데이터에 기초하여 상기 복수의 서브 블록 각각에 대응하는 휘도를 결정하고, 상기 제2 스위칭 소자의 게이트 전압의 크기가 조정되어 상기 발광 소자로 공급되는 전류가 상기 휘도에 대응하도록 상기 휘도에 대응하는 상기 소스 전압을 결정할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 게이트 신호를 공급하는 경우 시간에 따라 전압 레벨을 한 번 이상 변경하도록 상기 게이트 구동부를 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제3 스위칭 소자로 상기 게이트 신호가 공급되는 경우 상기 피크 전압의 상기 제1 스위칭 소자로의 공급을 개시하도록 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 영상 데이터에 기초하여 상기 복수의 서브 블록 중 미리 설정된 값 이상의 휘도가 요구되는 서브 블록을 결정하고, 상기 제1 스위칭 소자로부터 상기 제2 스위칭 소자를 통해 상기 발광 소자로 전달되는 전류량이 증가하도록 상기 결정된 서브 블록에 대응하는 피크 전압을 미리 설정된 값 이상으로 결정할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 스위칭 소자로부터 상기 제2 스위칭 소자를 통해 상기 발광 소자로 전달되는 전류량이 증가하도록 상기 결정된 서브 블록에 대응하는 피크 전압의 듀티비를 조정할 수 있다.
상기 제3 스위칭 소자는, 상기 제2 스위칭 소자의 게이트 단자 및 상기 커패시터의 일단과 연결되는 소스 단자를 포함할 수 있다.
상기 커패시터는, 상기 제2 스위칭 소자의 게이트 단자와 연결되는 일단 및 상기 제2 스위칭 소자의 소스 단자에 연결되는 타단을 포함할 수 있다.
상기 커패시터는, 상기 제3 스위칭 소자가 오프가 되는 경우 충전된 전하를 상기 제2 스위칭 소자로 전달할 수 있다.
액정 패널, 전원 공급부, 및 피크 전압을 게이트 전압으로 공급받는 제1 스위칭 소자 및 제1 스위칭 소자의 소스 단자와 연결되는 드레인 단자를 포함하여 소스 전압에 대응하는 전하량을 공급받는 제2 스위칭 소자가 마련되는 복수의 서브 블록을 포함하는 백라이트유닛(back light unit)을 포함하는 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 제어 방법은, 영상 데이터에 기초하여 복수의 서브 블록 각각에 대응하는 휘도를 결정하고; 상기 복수의 서브 블록 각각의 휘도에 대응하는 소스 전압을 결정하고; 상기 복수의 서브 블록 중 미리 설정된 값 이상의 휘도가 요구되는 서브 블록을 결정하고; 상기 결정된 서브 블록에 대응하는 피크 전압을 미리 설정된 값 이상으로 결정하는 것;을 포함한다.
상기 복수의 서브 블록 각각은, 상기 제2 스위칭 소자의 소스 단자와 직렬로 연결되어 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자를 통하여 상기 전원 공급부로부터 전류를 공급받는 발광 소자;를 더 포함할 수 있다.
상기 백라이트유닛은, 상기 복수의 서브 블록에 게이트 신호를 공급하는 게이트 구동부;를 더 포함하고, 상기 복수의 서브 블록 각각은, 상기 소스 전압에 따라 충전된 전하에 기초하여 상기 제2 스위칭 소자로 게이트 전압을 공급하는 커패시터; 및 상기 게이트 구동부로부터 게이트 신호를 공급받아 온이 되는 경우 드레인 전압으로 공급되는 상기 소스 전압에 기초하여 상기 커패시터로 전하를 전달하는 제3 스위칭 소자;를 더 포함할 수 있다.
상기 디스플레이 장치의 제어 방법은, 상기 게이트 신호를 공급하는 경우 시간에 따라 전압 레벨을 한 번 이상 변경하도록 상기 게이트 구동부를 제어하는 것;을 더 포함할 수 있다.
상기 디스플레이 장치의 제어 방법은, 상기 제3 스위칭 소자로 상기 게이트 신호가 공급되는 경우 상기 피크 전압의 상기 제1 스위칭 소자로의 공급을 개시하도록 제어하는 것;을 더 포함할 수 있다.
상기 결정된 서브 블록에 대응하는 피크 전압을 미리 설정된 값 이상으로 결정하는 것은, 상기 제1 스위칭 소자로부터 상기 제2 스위칭 소자를 통해 상기 발광 소자로 전달되는 전류량이 증가하도록 상기 결정된 서브 블록에 대응하는 피크 전압의 듀티비를 조정하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 제3 스위칭 소자는, 상기 제2 스위칭 소자의 게이트 단자 및 상기 커패시터의 일단과 연결되는 소스 단자를 포함할 수 있다.
상기 커패시터는, 상기 제2 스위칭 소자의 게이트 단자와 연결되는 일단 및 상기 제2 스위칭 소자의 소스 단자에 연결되는 타단을 포함할 수 있다.
상기 커패시터는, 상기 제3 스위칭 소자가 오프가 되는 경우 충전된 전하를 상기 제2 스위칭 소자로 전달할 수 있다.
일 실시예에 따른 디스플레이 장치 및 그 제어 방법에 의하면, 액티브 매트릭스(active matrix) 방식으로 저전류에서 구동하면서도 고휘도를 제공할 수 있는 백라이트유닛(back light unit)을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 외관도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 분해도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트유닛(back light unit)의 분해도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 제어 블륵도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트유닛에 관한 제어 블록도를 보다 구체적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트유닛의 서브 블록의 회로 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트유닛의 서브 블록에 게이트 신호가 인가되는 경우를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트유닛의 서브 블록이 발광 소자를 온하는 경우를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트유닛의 서브 블록이 HDR(high dynamic range) 기능을 지원하는 경우를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트유닛의 서브 블록에서의 스위칭 타이밍을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 제어 방법 중 발광 소자로 공급되는 전류 조정을 위해 스위칭 소자를 제어하는 경우의 순서도이다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 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 않는다.
또한, 본 명세서에서 사용한 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
또한, "~부", "~기", "~블록", "~부재", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 용어들은 FPGA(field-programmable gate array) / ASIC(application specific integrated circuit) 등 적어도 하나의 하드웨어, 메모리에 저장된 적어도 하나의 소프트웨어 또는 프로세서에 의하여 처리되는 적어도 하나의 프로세스를 의미할 수 있다.
각 단계들에 붙여지는 부호는 각 단계들을 식별하기 위해 사용되는 것으로 이들 부호는 각 단계들 상호 간의 순서를 나타내는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 외관도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 분해도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트유닛(back light unit)의 분해도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(1)는, 외부로부터 수신되는 영상 데이터를 처리하고, 영상을 시각적으로 표시할 수 있는 장치이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 디스플레이 장치(1)는 TV로 구현될 수 있으나, 디스플레이 장치(1)의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 디스플레이 장치(1)는 컴퓨터의 모니터를 구현하거나, 내비게이션 단말 장치 또는 각종 휴대용 단말 장치 등에 포함될 수 있다. 여기서 휴대용 단말 장치로는 노트북 컴퓨터, 스마트 폰, 태블릿 피씨, PDA(personal digital assistant) 등이 있을 수 있다.
디스플레이 장치(1)는, 외관을 형성하고, 디스플레이 장치(1)를 구성하는 각종 부품을 수용 또는 지지하는 본체(10) 및 영상을 표시하는 액정 패널(161)을 포함한다.
본체(10)에는 디스플레이 장치(1)의 전원 온/오프, 볼륨 조절, 채널 조절, 화면 모드의 전환 등에 관한 사용자의 명령을 입력 받기 위한 입력 버튼(111)이 마련될 수 있다. 또한, 본체(10)에 마련된 입력 버튼(111)과는 별개로 리모트 컨트롤러가 구비되어 디스플레이 장치(1)의 제어와 관련한 사용자의 명령을 입력받는 것도 가능하다.
또한, 본체(10) 내부에는 액정 패널(161)에 영상을 표시하기 위한 각종 구성 부품들이 마련될 수 있다.
예를 들어, 본체(10)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 면광(surface light)을 전방으로 방출하는 백라이트유닛(200)과, 백라이트유닛(200)으로부터 방출된 광을 차단하거나 통과하는 액정 패널(161)과, 액정 패널(161) 및 백라이트유닛(200)에 전력을 공급하는 전원 어셈블리(145)와, 액정 패널(161) 및 백라이트유닛(200)의 동작을 제어하는 제어 어셈블리(155)를 포함한다.
또한, 본체(10)는 베젤(102), 프레임 미들 몰드(103), 바텀 샤시(104) 및 후면 커버(105)를 포함한다. 베젤(102), 프레임 미들 몰드(103), 바텀 샤시(104) 및 후면 커버(105)는, 전원 어셈블리(145), 제어 어셈블리(155), 액정 패널(161), 및 백라이트유닛(200)을 지지하고 고정한다.
일반적으로, 액정 패널(161)은 두 기판 사이에 주입되어 있는 이방성 유전율을 갖는 액정 물질이 마련된 액정층에 계조 전압을 인가하여, 기판에 투과되는 빛의 양을 조절함으로써 영상 데이터를 표시한다.
한편, 액정 패널(161)은 화소로 구성될 수 있다. 여기서, 화소는 액정 패널(161)을 통해 표시되는 화면을 구성하는 최소 단위로써, 도트 또는 픽셀이라 하기도 하나, 이하에서는 설명의 편의상 화소로 통일하여 설명하기로 한다.
각각의 화소는 영상 데이터를 나타내는 전기적 신호를 수신하고, 수신된 전기적 신호에 대응하는 광학 신호를 출력할 수 있다. 이처럼, 액정 패널(161)에 포함된 복수의 화소가 출력하는 광학 신호가 조합되어 액정 패널(161)에 영상 데이터가 표시될 수 있다.
이 때, 각각의 화소에는 화소 전극이 마련되어 있으며, 게이트 라인과 소스 라인에 연결된다. 게이트 라인과 소스 라인은 당업자에게 기 공지된 방법에 의해 구성될 수 있으며, 이에 관한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
또한, 액정 패널(161)은 자체적으로 발광할 수 없기 때문에, 앞서 설명한 바와 같이, 디스플레이 장치(1)에는 액정 패널(161)로 백라이트를 투사하는 백라이트유닛(200)이 마련될 수 있다.
이에 따라, 디스플레이 장치(1)는 액정 패널(161)의 액정층에 인가되는 계조 전압의 세기를 조절하여 액정층을 통과하는 백라이트의 투과율을 조절함으로써, 원하는 영상 데이터를 표시할 수 있다.
백라이트유닛(200)은 직하형(direct type) 또는 에지형(edge type) 등으로 구현될 수 있으며, 이외에도 당업자에게 기 공지된 다양한 형태로 구현될 수 있다. 이하에서는, 백라이트유닛(200)이 직하형으로 마련되는 것을 예로 설명한다. 다만, 본원발명의 실시예가 상기 예에 한정되는 것은 아니며, 백라이트유닛(200)은, 기 공지된 다양한 형태로 구현될 수 있다.
백라이트유닛(200)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 광을 생성하는 발광 소자 어레이(230), 광을 반사시키는 반사 시트(201), 광을 분산시키는 확산판(diffuser plate, 202), 광 휘도를 향상시키는 광학 시트(203)를 포함할 수 있다.
발광 소자 어레이(230)는, 백라이트유닛(200)의 최후방에 마련되며, 복수의 서브 블록(232)을 포함할 수 있다. 서브 블록(232)은, 광을 생성하는 발광 소자를 적어도 하나 이상 포함할 수 있으며, 서브 블록(232) 별로 별도의 구동 회로를 포함할 수 있다. 복수의 서브 블록(232)은 액정 패널(161)에 대향하도록 서로 평행하게 배치될 수 있으며, 전방을 향하여 광을 방출할 수 있다.
또한, 발광 소자 어레이(230)는, 복수의 서브 블록(232)을 지지 및 고정하는 지지체(231)를 포함할 수 있다.
복수의 서브 블록(232)은 균일한 휘도를 갖도록 미리 정해진 배열로 실장될 수 있다. 예를 들면, 복수의 서브 블록(232)은 지지체(231)에 등간격으로 실장될 수 있다. 지지체(231)에 복수의 서브 블록(232)이 배치되는 형태는 다양할 수 있다.
이 때, 지지체(231)는 복수의 서브 블록(232)에 전력을 공급할 수 있다. 즉, 지지체(231)를 통하여 복수의 서브 블록(232) 각각에 포함되는 발광 소자로 전류가 인가되고 전력이 공급될 수 있다. 지지체(412)는 복수의 서브 블록(232)에 전력을 공급하기 위한 전도성 전력 공급 라인을 포함하는 합성 수지로 구성되거나 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)으로 구성될 수 있다.
복수의 서브 블록(232) 각각에 포함된 발광 소자는, 공급되는 전류에 기초하여 자체 발광할 수 있는 발광 다이오드(light emitting diode, LED), 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode, OLED), 또는 양자점 유기 발광 다이오드(quantum dot-organic light emitting diode, QD-OLED) 중 어느 하나일 수 있다. 다만, 발광 소자의 유형은, 이에 한정되는 것은 아니며, 전류에 따라 광을 방출하는 소자이면 제한없이 포함될 수 있다.
반사 시트(201)는 발광 소자 어레이(230)의 전방에 마련되고, 백라이트유닛(200)의 후방으로 진행하는 광을 전방으로 반사시킬 수 있다.
반사 시트(201)에는 서브 블록(232)에 대응하는 위치에 관통홀(201a)이 형성된다. 또한, 서브 블록(232)의 발광 소자는 관통 홀(201a)을 통과하여, 반사 시트(201) 전방으로 돌출될 수 있다. 서브 블록(232)의 발광 소자는 반사 시트(201)의 전방에서 다양한 방향으로 광을 방출하므로, 발광 소자로부터 방출된 광의 일부는 후방으로 진행할 수 있다. 반사 시트(201)에 포함되는 반사 필름은 발광 소자로부터 후방으로 방출된 광을 전방으로 반사시킬 수 있다.
확산판(204)은 발광 소자 어레이(230) 및 반사 시트(201)의 전방에 마련될 수 있고, 발광 소자 어레이(230)의 발광 소자로부터 방출된 광을 고르게 분산시킬 수 있다.
발광 소자는 백라이트유닛(200) 후면의 곳곳에 위치한다. 복수의 발광 소자가 백라이트유닛(200)의 후면에 등간격으로 배치되더라도, 발광 소자의 위치에 따라 휘도의 불균일이 발생할 수 있다. 확산판(204)은 발광 소자로 인한 휘도의 불균일을 제거하기 위하여 발광 소자로부터 방출된 광을 확산판(204) 내에서 확산시킬 수 있다. 이와 같이, 확산판(204)은 발광 소자 어레이(230)로부터 입사된 광을 전면으로 균일하게 방출할 수 있다.
이러한 확산판(204)은 광 확산을 위한 확산제가 첨가된 폴리 메틸 메타아크릴레이트(poly methyl methacrylate, PMMA) 또는 폴리 카보네이트(polycarbonate, PC)로 구성될 수 있다.
광학 시트(203)는 휘도 및 휘도의 균일성을 향상시키기 위한 다양한 시트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 시트(203)는 확산 시트, 제1 프리즘 시트, 제2 프리즘 시트 및 반사형 편광 시트를 포함할 수 있다.
또한, 백라이트유닛(200)은, 실시예에 따라, 발광 소자에서 방출된 광의 색을 변환할 수 있는 양자점(quantum dot) 필름(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 양자점 필름은 확산판(202)과 광학 시트(203) 사이에 마련될 수 있다. 이외에도 백라이트 유닛(400)은, 실시예에 따라, 다양한 시트를 포함할 수 있다.
이상에서는, 디스플레이 장치(1)의 물리적 구조에 대하여 자세히 설명하였다. 이하에서는 디스플레이 장치(1)의 구성요소 각각에 대해 구체적으로 설명하고, 고휘도를 지원하도록 백라이트유닛(200)을 제어하는 것에 대해 간략하게 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(1)의 제어 블륵도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트유닛(200)에 관한 제어 블록도를 보다 구체적으로 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트유닛(200)의 서브 블록의 회로 구성을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(1)는, 사용자로부터 각종 제어 명령을 입력 받는 입력부(110)와, 외부 장치로부터 영상 및 음향을 포함하는 컨텐츠를 수신하는 컨텐츠 수신부(120)와, 통신망을 통하여 컨텐츠 등과 같은 각종 데이터를 송수신하는 통신부(130)와, 디스플레이 장치(1)의 각 구성에 전원을 공급하는 전원 공급부(140)와, 외부로부터 수신된 컨텐츠를 처리하고, 컨텐츠에 대응하는 영상 및 음향을 출력하도록 각 구성을 제어하는 제어부(150)와, 액정 패널(161)을 포함하여 컨텐츠에 대응하는 영상을 표시하는 표시부(160)와, 컨텐츠에 대응하는 음향을 출력하는 음향 출력부(170)와, 백라이트를 공급하는 백라이트유닛(200)을 포함한다. 다만, 실시예에 따라, 디스플레이 장치(1)는, 상기 설명된 구성 중 일부를 생략할 수 있다.
일 실시예에 따른 입력부(110)는, 사용자로부터 각종 제어 명령을 입력받을 수 있다.
예를 들어, 입력부(110)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 입력 버튼(111)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 입력 버튼(111)은, 디스플레이 장치(1)의 전원을 온/오프하는 전원 버튼, 컨텐츠 수신부(120)에 의해 수신되는 채널을 변경하는 채널 버튼 및 음향 출력부(170)로부터 출력되는 음향의 크기를 조절하는 볼륨 버튼 등을 포함할 수 있다.
한편, 입력 버튼(111)에 포함된 각종 버튼은, 사용자의 가압을 감지하는 푸쉬 스위치(push switch)와 멤브레인 스위치(membrane) 또는 사용자의 신체 일부의 접촉을 감지하는 터치 스위치(touch switch) 등을 채용할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 입력 버튼(111)은 사용자의 특정한 동작에 대응하여 전기적 신호를 제어부(150)로 출력할 수 있는 다양한 입력 수단을 채용할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 입력부(110)는, 리모트 컨트롤러의 원격 제어 신호를 수신하는 신호 수신기(112)를 포함할 수 있다.
이 때, 사용자 입력을 획득하는 리모트 컨트롤러는, 디스플레이 장치(1)와 분리되어 마련될 수 있으며, 사용자 입력을 획득하고, 사용자 입력에 대응하는 무선 신호를 디스플레이 장치(1)로 전송할 수 있다.
신호 수신기(112)는, 리모트 컨트롤러로부터 무선 신호를 수신하고, 사용자 입력에 대응하는 전기적 신호를 제어부(150)로 출력할 수 있다.
이외에도, 입력부(110)는 사용자로부터 제어 명령을 입력 받을 수 있는 기 공지된 다양한 구성 요소를 포함할 수 있으며, 제한은 없다. 또한, 액정 패널(161)이 터치 스크린 타입으로 구현된 경우, 액정 패널(161)이 입력부(110)의 기능을 수행할 수도 있다.
일 실시예에 따른 컨텐츠 수신부(120)는, 컨텐츠 소스들로부터 영상 데이터 및/또는 음향 신호를 포함하는 컨텐츠를 수신하는 수신 단자(121) 및 튜너(122)를 포함할 수 있다.
수신 단자(121)는, 안테나로부터 컨텐츠가 포함된 방송 신호를 수신하는 동축 케이블 커넥터(RF coaxial cable connector), 셋톱 박스 또는 멀티 미디어 재생 장치로부터 컨텐츠를 수신하는 고선명 멀티미디어 인터페이스(high definition multimedia interface, HDMI) 커넥터, 컴포넌트 비디오 커넥터(component video connector), 컴포지트 비디오 커넥터(composite video connector), 디-서브(D-sub) 커넥터 등을 포함할 수 있다.
튜너(122)는, 방송 수신 안테나 또는 유선 케이블로부터 방송 신호를 수신하고, 방송 신호 중에 사용자에 의하여 선택된 채널의 방송 신호를 추출할 수 있다. 예를 들어, 튜너(122)는 방송 수신 안테나 또는 유선 케이블을 통하여 수신된 복수의 방송 신호 중에 사용자에 의하여 선택된 채널에 해당하는 주파수를 가지는 방송 신호를 통과시키고, 다른 주파수를 가지는 방송 신호를 차단할 수 있다.
이와 같이, 컨텐츠 수신부(120)는, 수신 단자(121) 및/또는 튜너(122)를 통하여 컨텐츠 소스들로부터 영상 데이터와 음향 신호를 수신할 수 있으며, 영상 데이터 및/또는 음향 신호를 제어부(150)로 출력할 수 있다.
일 실시예에 따른 통신부(130)는, 무선 통신 또는 유선 통신을 통하여 각종 컨텐츠를 수신할 수 있다. 이를 위해, 통신부(130)는, 무선 통신방식을 지원하는 무선 통신모듈 및 유선 통신방식을 지원하는 유선 통신모듈을 포함할 수 있다.
무선 통신은, 예를 들면, 5G(5th generation), LTE, LTE-A(LTE Advance), CDMA(code division multiple access), WCDMA(wideband CDMA), UMTS(universal mobile telecommunications system), Wibro(wireless broadband), 또는 GSM(global system for mobile communications) 등 중 적어도 하나를 사용하는 셀룰러 통신을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 무선 통신은, 예를 들면, WiFi(wireless fidelity), 블루투스, 블루투스 저전력(BLE), 지그비(zigbee), NFC(near field communication), 자력 시큐어 트랜스미션(magnetic secure transmission), 라디오 프리퀀시(RF), 또는 보디 에어리어 네트워크(BAN) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 무선 통신은 GNSS를 포함할 수 있다.
또한, 유선 통신방식은, PCI(peripheral component interconnect), PCI-express, USB(universe serial bus) 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에 따른 전원 공급부(140)는, 디스플레이 장치(1)의 각 구성에 전원을 공급할 수 있다.
예를 들어, 전원 공급부(140)는, 표시부(160)로 전원을 공급할 수 있다. 구체적으로, 전원 공급부(140)는, 표시부(160)의 소스 구동부(미도시) 및 게이트 구동부(미도시) 각각의 구동 전압을 공급할 수 있으며, 액정 패널(161)의 액정층에 필요한 공통 전압(Vcom)을 각각의 화소 전극을 통하여 공급할 수 있다.
또한, 전원 공급부(140)는, 백라이트유닛(200)으로 전원을 공급할 수 있다. 구체적으로, 전원 공급부(140)는, 백라이트유닛(200)의 소스 구동부(210), 게이트 구동부(220) 및 피크 구동부(240) 각각의 구동 전압을 공급할 수 있으며, 발광 소자 어레이(230)로 전압을 전달할 수도 있다. 백라이트유닛(200)으로의 전원 공급에 대한 설명은 뒤에서 다시 자세히 설명하도록 한다.
이를 위해, 전원 공급부(140)는, DC/DC 컨버터 및 PWM 구동부를 포함할 수 있으며, 실시예에 따라, 별도의 집적회로(integrated circuit, IC) 형태로 마련될 수 있으며, 전원 어셈블리(145)에 대응할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(150)는, 전술하는 동작 및 후술하는 동작을 수행하는 프로그램을 저장하는 적어도 하나의 메모리(152) 및 저장된 프로그램을 실행하는 적어도 하나의 프로세서(151)를 포함할 수 있으며, 제어 어셈블리(155)에 대응할 수 있다.
일 실시예에 따른 프로세서(151)는, 컨텐츠 수신부(120) 또는 통신부(130)를 통하여 수신된 컨텐츠를 처리하여 컨텐츠에 대응하는 영상 데이터를 획득할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 프로세서(151)는, 영상 데이터에 기초하여 표시부(160) 및 백라이트유닛(200)을 제어하여 대응하는 영상이 표시될 수 있도록 한다.
일 실시예에 따른 프로세서(151)는, 영상 데이터에 기초하여 백라이트유닛(200)에 포함된 복수의 서브 블록(232) 각각에 대응하는 휘도를 결정할 수 있다. 즉, 프로세서(151)는, 영상 데이터에 기초하여 각 서브 블록(232)에서 요구되는 휘도를 결정할 수 있다.
구체적으로, 프로세서(151)는, 영상 데이터에 기초하여 액정 패널(161)의 화소 각각에 대응하는 계조를 결정할 수 있으며, 결정된 계조에 기초하여 액정 패널(161)의 화소 각각에 대응하는 서브 블록(232)에 대한 휘도를 결정할 수 있다.
다시 말해, 저계조를 요구하는 화소에 광을 조사하는 백라이트유닛(200)의 서브 블록(232)은, 낮은 휘도가 요구되는 것으로 결정되며, 고계조를 요구하는 화소에 광을 조사하는 백라이트유닛(200)의 서브 블록(232)은, 높은 휘도가 요구되는 것으로 결정될 수 있다.
백라이트유닛(200)의 복수의 서브 블록(232) 각각에 대한 휘도 결정은, 프레임 단위로 수행될 수 있다.
일 실시예에 따른 프로세서(151)는, 각 서브 블록(232)이 요구되는 휘도로 광을 조사할 수 있도록, 해당 서브 블록(232)에 대응하는 소스 전압을 결정할 수 있다.
이 때, 프로세서(151)는, 소스 전압 이외에 HDR(high dynamic range) 기능을 위한 순간적인 고휘도를 지원하기 위하여 별도의 피크 전압을 결정할 수도 있다.
구체적으로, 각 서브 블록(232)은, 소스 전압에 기초하여 발광 소자에 전달되는 전류를 조정하는 스위칭 소자 이외에 HDR 기능을 지원하기 위한 별도의 스위칭 소자를 더 포함할 수 있다. 이 때, 피크 전압은, 별도의 스위칭 소자의 게이트 전압으로 인가되어, HDR 기능 지원 시 서브 블록(232)의 발광 소자로 순간적인 고전류를 지원할 수 있다.
이 경우, 프로세서(151)는, 영상 데이터에 기초하여 복수의 서브 블록(232) 중 미리 설정된 값 이상의 휘도가 요구되는 서브 블록(232)을 결정하고, 결정된 서브 블록(232)의 발광 소자로 전달되는 전류량이 증가하도록 결정된 서브 블록(232)에 대응하는 피크 전압을 미리 설정된 값 이상으로 결정할 수 있다.
프로세서(151)가 소스 전압 및 피크 전압을 결정하는 구성에 대하여는 뒤에서 다시 자세히 설명하기로 한다.
일 실시예에 따른 메모리(152)는, 휘도 및 소스 전압 사이의 상관 관계에 대한 정보, 휘도 및 피크 전압 사이의 상관 관계에 대한 정보 등을 저장할 수 있다.
이와 같이, 메모리(152)는, 각종 정보를 저장하기 위하여, 캐쉬, ROM(read only memory), PROM(programmable ROM), EPROM(erasable programmable ROM), EEPROM(electrically erasable programmable ROM) 및 플래쉬 메모리(flash memory)와 같은 비휘발성 메모리 소자 또는 RAM(random access memory)과 같은 휘발성 메모리 소자 중 적어도 하나로 구현될 수 있다. 다만, 이에 한정되지는 않으며, 각종 정보를 저장할 수 있는 유형이면, 메모리(152)의 유형으로 사용될 수 있다.
일 실시예에 따른 표시부(160)는, 제어부(150)로부터 영상 데이터를 입력 받고, 입력 받은 영상 데이터에 기초하여 액정 패널(161)을 구동함으로써, 영상을 표시할 수 있다.
이를 위해, 표시부(160)는, 소스 구동부(미도시)와, 게이트 구동부(미도시)와, 게이트 제어 신호 및 소스 제어 신호를 전달하여 소스 구동부 및 게이트 구동부의 전반적인 동작을 제어하는 타이밍 제어부(미도시)를 포함한다.
또한, 표시부(160)는, 게이트 신호를 전달하는 다수의 게이트 라인, 게이트 라인에 교차하도록 형성되며, 계조 전압을 전달하는 다수의 소스 라인을 포함하며, 게이트 라인과 소스 라인에 의해 둘러싸인 영역에 형성되며 게이트 라인과 소스 라인 간의 스위치 역할을 하는 스위칭 소자를 통해 연결되는 행렬 형태의 다수의 화소 전극을 포함하는 액정 패널(161)을 포함한다.
스위칭 소자는, 실시예에 따라, 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)일 수 있으며, 이외에도 당업자에게 기 공지된 다양한 소자로 구현될 수 있다.
이 때, 화소들 각각은 박막 트랜지스터를 통해 계조 전압이 인가되는 화소 전극과 공통 전압(Vcom)이 인가되는 공통 전극 사이의 전계에 의해 액정층의 액정을 회동시켜 빛의 투과량을 조절함으로써 영상 데이터를 표시할 수 있다.
일 실시예에 따른 음향 출력부(170)는, 프로세서(151)의 제어에 따라 컨텐츠 수신부(120) 또는 통신부(130)를 통하여 수신된 컨텐츠의 음향 데이터를 전달 받아, 음향을 출력할 수 있다. 이 때, 음향 출력부(170)는 전기적 신호를 음향 신호로 변환하는 하나 또는 둘 이상의 스피커(171)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 백라이트유닛(200)은, 액정 패널(161)로 광을 조사하는 발광 소자 어레이(230)와, 발광 소자 어레이(230)로 소스 전압을 공급하는 소스 구동부(210)와, 발광 소자 어레이(230)로 게이트 신호를 공급하는 게이트 구동부(220)와, 발광 소자 어레이(230)로 피크 전압을 공급하는 피크 구동부(240)를 포함한다.
실시예에 따라, 피크 구동부(240)는, 소스 구동부(210)와 단일 IC로 구성될 수 있으며, 도면과 같이, 별도의 IC로 구성될 수도 있다.
또한, 백라이트유닛(200)은, 실시예에 따라, 소스 구동부(210), 게이트 구동부(220) 및 피크 구동부(240)의 타이밍을 제어하는 타이밍 제어부(미도시)를 포함할 수 있으며, 실시예에 따라, 타이밍 제어부는, 제어부(150)와 단일의 IC로 마련되거나, 별도의 IC로 마련될 수 있다. 이하에서는, 제어부(150)가 타이밍 제어부의 기능 역시 수행하는 것으로 설명하도록 한다.
백라이트유닛(200)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 게이트 신호를 전달하는 다수의 게이트 라인(GL1, GL2, GL3 … GLm), 게이트 라인(GL1, GL2, GL3 … GLm)에 교차하도록 형성되며, 소스 전압을 전달하는 다수의 소스 라인(DL1, DL2, DL3 … DLn)을 포함하며, 게이트 라인(GL1, GL2, GL3 … GLm)과 소스 라인(DL1, DL2, DL3 … DLn)에 의해 둘러싸인 영역에 형성되며 게이트 라인(GL1, GL2, GL3 … GLm)과 소스 라인(DL1, DL2, DL3 … DLn) 간의 스위치 역할을 하는 스위칭 소자를 통해 연결되는 행렬 형태의 다수의 서브 블록(232)을 포함하는 발광 소자 어레이(230)를 포함한다.
즉, 발광 소자 어레이(230)는, 각각 하나의 게이트 라인 및 하나의 소스 라인과 연결되는 복수의 서브 블록(232)을 포함할 수 있으며, 복수의 서브 블록(232) 각각은, 게이트 신호 및 소스 전압에 기초하여 발광 소자에 전류를 공급하는 구동 회로(234)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 소스 구동부(210)는, 제어부(150)로부터 입력 받은 소스 제어 신호 및 영상 데이터에 맞추어 소스 전압의 출력 타이밍, 소스 전압의 크기, 및 극성 등을 설정하고, 공급 타이밍에 맞추어 소스 라인(DL1, DL2, DL3 … DLn)을 통해 적절한 소스 전압을 출력할 수 있다.
즉, 소스 구동부(210)는, 제어부(150)의 제어에 따라, 각 서브 블록(232)이 요구하는 휘도에 대응하는 소스 전압을 대응하는 소스 라인을 통하여 해당 서브 블록(232)으로 공급할 수 있다.
다시 말해, 소스 구동부(210)는, 전원 공급부(140)로부터 공급된 구동 전압에 기초하여 제어부(150)로부터 수신된 영상 데이터에 대응하는 휘도 데이터를 아날로그 형태의 소스 전압으로 변환하여 발광 소자 어레이(230) 상에 배열된 소스 라인(DL1, DL2, DL3 … DLn)에 각각 인가할 수 있다.
소스 구동부(210)는, 적어도 하나의 소스 드라이브 IC를 포함할 수 있으며, 소스 드라이버 IC의 개수는 발광 소자 어레이(230)의 크기, 해상도 등과 같은 규격에 따라 결정될 수 있다.
일 실시예에 따른 게이트 구동부(220)는, 게이트 라인(GL1, GL2, GL3 … GLm)의 일 단부 또는 양 단부와 연결될 수 있으며, 제어부(150)로부터 제공되는 게이트 제어 신호 및 전압 공급부(140)로부터 공급되는 게이트 온/오프 전압들을 이용하여 복수의 게이트 신호들을 생성하고, 게이트 신호들을 발광 소자 어레이(230)상에 배열된 게이트 라인(GL1, GL2, GL3 … GLm)에 인가할 수 있다.
게이트 구동부(220)는, 적어도 하나의 게이트 드라이브 IC를 포함할 수 있으며, 게이트 드라이브 IC는, 발광 소자 어레이(230)의 크기, 해상도 등과 같은 규격에 따라 결정될 수 있다.
즉, 게이트 구동부(220)의 게이트 드라이버 IC는 게이트 제어 신호를 입력 받아, 게이트 라인을 통해 순차적으로 온/오프 전압, 즉 온/오프 신호를 인가할 수 있다. 이에 따라, 게이트 드라이버 IC는 게이트 라인에 연결된 스위칭 소자를 순차적으로 턴 온/오프 시킬 수 있다.
이에 따라, 게이트 라인에 연결된 서브 블록(232)에 표시할 휘도 데이터는 다수개의 전압으로 구분되는 소스 전압으로 전환되어 각각의 소스 라인에 인가된다. 이 때 한 프레임 주기동안 모든 게이트 라인들에 순차적으로 게이트 신호가 인가되어, 모든 서브 블록(232) 행에 휘도 데이터에 대응되는 소스 전압이 인가됨으로써, 발광 소자 어레이(230)는 하나의 프레임에 대응하는 백라이트를 액정 패널(161)로 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 피크 구동부(240)는, 발광 소자 어레이(230)로 피크 전압을 공급할 수 있다.
이 때, 피크 구동부(240)는, 발광 소자 어레이(230)의 복수의 서브 블록(232) 각각에 피크 전압을 공급할 수 있으며, 이를 위해, 피크 구동부(240)는, 피크 라인을 통하여 각 서브 블록(232)과 전기적으로 연결될 수 있다.
이와 같이, 피크 구동부(240)는, HDR 기능을 지원하기 위하여, 서브 블록(232)으로 피크 전압을 제공하여, 서브 블록(232)의 발광 소자로 순간적인 고전류를 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 발광 소자 어레이(230)는, 매트릭스 형태로 배열된 복수의 발광 소자를 포함할 수 있다.
발광 소자 어레이(230)는, 각각 적어도 하나의 발광 소자를 포함하여 제어하는 복수의 서브 블록(232)을 포함할 수 있다.
이 때, 서브 블록(232) 각각은, 구동 회로(234)를 포함할 수 있으며, 구동 회로(234)는, 하나의 게이트 라인, 하나의 소스 라인 및 하나의 피크 라인과 연결되어, 게이트 신호, 소스 전압 및 피크 전압을 공급받음으로써, 연결된 발광 소자를 제어할 수 있다. 이하에서는, 서브 블록(232)의 회로 구성에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
하나의 서브 블록(232)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 구동 회로(234)와 적어도 하나의 발광 소자(236)를 포함한다.
구동 회로(234)는, 피크 라인과 연결되어 피크 전압을 게이트 전압으로 공급받는 제1 스위칭 소자(T1)와, 제1 스위칭 소자(T1)의 소스 단자와 연결되는 드레인 단자를 포함하고, 소스 전압에 대응하는 전하량을 게이트 단자를 통해 공급받는 제2 스위칭 소자(T2)와, 소스 전압에 따라 충전된 전하에 기초하여 제2 스위칭 소자(T2)로 게이트 전압을 공급하는 커패시터(C)와, 게이트 구동부(220)로부터 게이트 신호를 공급받아 온이 되는 경우 드레인 전압으로 공급되는 소스 전압에 기초하여 커패시터(C)로 전하를 전달하는 제3 스위칭 소자(T3)를 포함한다.
이 때, 발광 소자(236)는, 제2 스위칭 소자(T2)의 소스 단자와 직렬로 연결되어 제1 스위칭 소자(T1) 및 제2 스위칭 소자(T2)를 통하여 전원 공급부(140)로부터 전류를 공급받을 수 있다. 도 6은, 하나의 서브 블록(232)이 네 개의 발광 소자(236)를 포함하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 하나의 서브 블록(232)은, 하나 이상의 개수의 발광 소자(236)를 포함할 수 있다.
제1 스위칭 소자(T1)는, 전원 공급부(140)로부터 드레인 단자로 인가되는 구동 전압(VDD)를 입력받을 수 있으며, 피크 라인으로부터 공급되는 피크 전압을 게이트 단자로 입력받을 수 있다.
제2 스위칭 소자(T2)는, 요구되는 휘도로 발광 소자(236)가 광을 조사할 수 있도록, 요구되는 휘도에 대응하는 소스 전압에 기초하여 발광 소자(236)로 전달되는 전류량을 조절할 수 있다.
이 때, 제2 스위칭 소자(T2)는, 커패시터(C)로부터 소스 전압에 대응하는 전하량을 게이트 단자를 통하여 공급받을 수 있다.
이를 위해, 커패시터(C)는, 제2 스위칭 소자(T2)의 게이트 단자와 연결되는 일단 및 제2 스위칭 소자(T2)의 소스 단자와 연결되는 타단을 포함할 수 있으며, 제2 스위칭 소자(T2)의 게이트 단자와 연결되는 일단은, 제3 스위칭 소자(T3)와도 연결될 수 있다.
제 3 스위칭 소자(T3)는, 게이트 라인을 통하여 게이트 신호를 수신할 수 있으며, 게이트 신호 수신 시 소스 전압을 드레인 단자로 공급받아 커패시터(C)를 충전할 수 있다.
제1 스위칭 소자(T1), 제2 스위칭 소자(T2) 및 제3 스위칭 소자(T3)은, 실시예에 따라, 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)일 수 있으며, 이외에도 당업자에게 기 공지된 다양한 소자로 구현될 수 있다.
상기한 바와 같이, 제어부(150)는, 영상 데이터에 기초하여 복수의 서브 블록(232) 각각이 요구하는 휘도를 결정할 수 있으며, 결정된 휘도에 기초하여 각각의 서브 블록(232)에 필요한 피크 전압 및 소스 전압을 결정할 수 있다. 이후, 제어부(150)는, 소스 구동부(210), 게이트 구동부(220) 및 피크 구동부(240)를 제어하여, 각 서브 블록(232)에 대응하는 피크 전압 및 소스 전압을 공급할 수 있다. 이 때, 제어부(150)는, 전원 공급부(140)를 제어하여, 소스 구동부(210), 게이트 구동부(220), 피크 구동부(240) 및 발광 소자 어레이(230)에 필요한 전원을 공급할 수 있다.
이상에서는, 디스플레이 장치(1)의 각 구성에 대하여 설명하였다. 이하에서는, 디스플레이 장치(1)의 백라이트유닛(200)의 동작에 대하여 자세히 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트유닛(200)의 서브 블록(232)에 게이트 신호가 인가되는 경우를 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트유닛(200)의 서브 블록(232)이 발광 소자(236)를 온하는 경우를 나타내는 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트유닛(200)의 서브 블록(232)이 HDR(high dynamic range) 기능을 지원하는 경우를 나타내는 도면이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트유닛(200)의 서브 블록(232)에서의 스위칭 타이밍을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 백라이트유닛(200)은, 게이트 라인을 통해 순차적으로 게이트 신호를 수신할 수 있다.
하나의 서브 블록(232)은, 게이트 라인을 통하여 게이트 신호를 수신하는 경우, 제3 스위칭 소자(T3)가 온이 되어 소스 라인을 통한 소스 전압이 커패시터(C)를 충전할 수 있다.
구체적으로, 제3 스위칭 소자(T3)는, 게이트 구동부(220)로부터 게이트 단자를 통하여 게이트 신호를 수신하는 경우 온이 될 수 있다. 제3 스위칭 소자(T3)는, 온이 되는 경우, 소스 구동부(210)로부터 드레인 단자를 통하여 공급되는 소스 전압에 기초하여 커패시터(C)로 전하를 전달할 수 있다.
이를 통해, 커패시터(C)는, 소스 전압에 해당하는 전하량을 충전할 수 있다.
이 때, 소스 전압은, 제어부(150)에 의해 결정될 수 있다. 구체적으로, 제어부(150)는, 영상 데이터에 기초하여 복수의 서브 블록(232) 각각에 대응하는 휘도를 결정할 수 있으며, 제2 스위칭 소자(T2)의 게이트 전압의 크기가 조정되어 발광 소자(236)로 공급되는 전류량이 휘도에 대응하도록 휘도에 대응하는 소스 전압을 각 서브 블록(232) 별로 결정할 수 있다.
제어부(150)는, 게이트 구동부(220)가 하나의 게이트 라인으로 게이트 신호를 공급하는 경우, 시간에 따라 전압 레벨을 한 번 이상 변경하도록 게이트 구동부(220)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(150)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 게이트 라인에서의 게이트 신호가 V1으로 공급된 후 V1보다 낮은 V2로 공급되도록 게이트 구동부(220)를 제어할 수 있다.
이는, 초기에 보다 높은 전압을 인가하여 오버 드라이빙을 수행함으로써, 제3 스위칭 소자(T3)에서의 턴온 시의 과도 상태를 보상하기 위한 것이다. 이를 통해, 제3 스위칭 소자(T3)는, 보다 빠르게 과도 상태를 벗어날 수 있으며, 소스 전압에 따라 일정한 전류값을 커패시터(C)로 공급할 수 있어, 휘도의 단차를 개선할 수 있다.
이 때, 제어부(150)는, 제3 스위칭 소자(T3)가 과도 상태를 벗어난 이후에 소스 전압이 전달될 수 있도록, 게이트 신호가 공급되기 시작하는 시점으로부터 미리 설정된 시간 이후에 소스 전압이 공급될 수 있도록 소스 구동부(210)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 소스 전압은, 도 10에 도시된 바와 같이, 게이트 신호가 V1에서 V2로 바뀌는 시점에 제3 스위칭 소자(T3)로 공급될 수 있다.
또한, 제어부(150)는, 제3 스위칭 소자(T3)로 게이트 신호가 공급되는 경우 피크 전압의 제1 스위칭 소자(T1)로의 공급을 개시하도록 피크 구동부(240)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(150)는, 게이트 신호가 인가되는 도 10의 제1 시점(①)에서 피크 전압을 인가하도록 피크 구동부(240)를 제어할 수 있다.
이는, 제1 스위칭 소자(T1)의 전류 채널을 미리 형성시키기 위한 것이며, 제1 스위칭 소자(T1)의 턴온 시의 과도 상태를 보상하기 위한 것이다.
즉, 제어부(150)는, 소스 전압이 인가되기 전에 피크 전압을 제1 스위칭 소자(T1)의 게이트 단자로 인가하도록 피크 구동부(240)를 제어함으로써, 실제 전류가 발광 소자(236)에 공급되기 이전에 제1 스위칭 소자(T1)의 전류 채널이 과도 상태를 벗어날 수 있도록 한다.
도 8을 참조하면, 일 실시예에 따른 서브 블록(232)은, 서브 블록(232)의 게이트 신호의 공급이 종료되는 경우, 발광 소자(236)로 전류를 공급할 수 있다.
구체적으로, 소스 전압에 기초하여 전하가 충전된 커패시터(C)는, 게이트 신호의 공급이 종료되어, 제3 스위칭 소자(T3)가 오프되는 경우, 충전된 전하를 제2 스위칭 소자(T2)로 전달할 수 있다.
즉, 커패시터(C)는, 소스 전압에 따라 충전된 전하를 제2 스위칭 소자(T2)의 게이트 단자로 방전함으로써, 제2 스위칭 소자(T2)의 게이트 전압으로 공급할 수 있다.
이를 통해, 제2 스위칭 소자(T2)는, 전류 채널을 형성하여 발광 소자(236)로 전류를 공급할 수 있다. 이 때, 제2 스위칭 소자(T2)는, 공급되는 전하량에 따른 게이트 전압의 크기에 따라, 발광 소자(236)로 공급되는 전류의 크기를 조정할 수 있으며, 발광 소자(236)가 조사하는 광량을 조정함으로써, 요구되는 휘도를 제공할 수 있다.
이와 같이, 서브 블록(232)은, 커패시터(C)에 충전된 전하량에 기초하여 게이트 신호의 공급이 종료되는 경우에도, 발광 소자(236)로 전류를 공급할 수 있으며, 이에 따라, 프레임 단위 시간 내에서의 점등 시간을 길게 확보할 수 있어, 저전류에서 발광 소자(236)를 제어할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 제어부(150)는, 영상 데이터에 기초하여 복수의 서브 블록(232) 각각에서 요구되는 휘도를 결정할 수 있으며, 결정된 휘도에 기초하여 각 서브 블록(232)에서의 광량에 대응하는 소스 전압을 결정할 수 있다.
즉, 백라이트유닛(200)은, 요구 휘도에 대응하는 소스 전압을 서브 블록(232) 단위로 제공할 수 있으며, 서브 블록(232)은, 소스 전압에 따라 제2 스위칭 소자(T2)의 전류 채널 정도를 조정함으로써, 발광 소자(236)로 공급되는 전류량을 조정할 수 있다. 다시 말해, 제어부(150)는, 소스 전압의 크기를 조정함으로써, 발광 소자(236)가 조사하는 광량을 조정하여 대응하는 휘도를 제공할 수 있다.
이 때, 제1 스위칭 소자(T1)는, 제2 스위칭 소자(T2)에 전류를 공급할 수 있도록 미리 설정된 크기의 피크 전압을 게이트 전압으로 공급받을 수 있다. 이를 통해, 디스플레이 장치(1)는, 전원 공급부(140)로부터 공급된 구동 전압(VDD)에 기초하여, 제1 스위칭 소자(T1) 및 제2 스위칭 소자(T2)를 거쳐 발광 소자(236)로 전류를 공급할 수 있으며, 제2 스위칭 소자(T2)에 공급되는 전하량에 기초하여 발광 소자(236)로 공급되는 전류량이 결정될 수 있다.
즉, 제1 스위칭 소자(T1)는, 미리 설정된 휘도 범위 내에서는, 미리 설정된 크기의 피크 전압을 게이트 전압으로 공급받을 수 있다. 다만, 제1 스위칭 소자(T1)는, 미리 설정된 값 이상의 휘도가 요구되는 경우, 더 높은 피크 전압을 게이트 전압으로 공급받을 수 있다.
도 9를 참조하면, 일 실시예에 따른 제어부(150)는, 영상 데이터에 기초하여 복수의 서브 블록(232) 중 미리 설정된 값 이상의 휘도가 요구되는 서브 블록(232)을 결정할 수 있다.
제어부(150)는, HDR 기능을 지원하기 위하여, 고휘도에 대응하는 서브 블록(232)을 결정할 수 있으며, 결정된 서브 블록(232)에서의 발광 소자(236)에 더 많은 전류량을 공급하기 위하여, 제1 스위칭 소자(T1)의 게이트 전압에 인가되는 피크 전압을 높일 수 있다.
구체적으로, 제어부(150)는, 제1 스위칭 소자(T1)로부터 제2 스위칭 소자(T2)를 통해 발광 소자(236)로 전달되는 전류량이 증가하도록 결정된 서브 블록(232)에 대응하는 피크 전압을 미리 설정된 값 이상으로 결정할 수 있다.
제어부(150)는, 실시예에 따라, 피크 전압의 절대 크기를 높이는 것으로 피크 전압을 미리 설정된 값 이상으로 결정할 수 있다.
또한, 제어부(150)는, 실시예에 따라, 피크 전압의 듀티비(duty ratio)를 증가시킴으로써, 피크 전압을 미리 설정된 값 이상으로 결정할 수 있다.
이 때, 제어부(150)는, 고휘도 영역(예: 500 휘도 내지 4000 휘도)에서의 휘도가 증가함에 따라, 비례하여 피크 전압을 결정할 수 있다.
이를 통해, 휘도가 높아질수록 제1 스위칭 소자(T1)의 전류 채널이 증가하여 발광 소자(236)로 공급되는 전류량이 증가할 수 있다. 제어부(150)는, 제2 스위칭 소자(T2)에 공급되는 전하량을 결정하는 소스 전압을 최대 크기로 결정할 수 있다.
예를 들어, 제어부(150)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 시점(①) 이후의 프레임에서 요구되는 휘도가 고휘도 범위의 휘도인 경우, 다음 프레임이 시작되는 제2 시점(②)에서 피크 전압을 미리 설정된 값 이상으로 높이도록 피크 구동부(240)를 제어할 수 있다.
이를 통해, 디스플레이 장치(1)는, 별도의 스위칭 소자인 제3 스위칭 소자(T3)에 인가되는 피크 전압을 조정함으로써, 소스 전압만으로는 구현이 어려웠던 고휘도를 제공함으로써, 밝기 범위를 넓히는 HDR 기능을 제공할 수 있다.
이하, 일 측면에 따른 디스플레이 장치(1)의 제어 방법에 관한 실시예를 설명하기로 한다. 디스플레이 장치(1)의 제어 방법에는 전술한 실시예에 따른 디스플레이 장치(1)가 사용될 수 있다. 따라서, 앞서 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명한 내용은 디스플레이 장치(1)의 제어 방법에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(1)의 제어 방법 중 발광 소자(236)로 공급되는 전류 조정을 위해 스위칭 소자(T1, T2, T3)를 제어하는 경우의 순서도이다.
도 11을 참조하면, 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(1)는, 영상 데이터에 기초하여 복수의 서브 블록(232) 각각에 대응하는 휘도를 결정할 수 있다(1110).
즉, 디스플레이 장치(1)의 제어부(150)는, 컨텐츠 수신부(120) 또는 통신부(130)를 통하여 획득된 영상 데이터에 기초하여 복수의 서브 블록(232) 각각에 대응하는 휘도를 결정할 수 있다.
일 실시예에 따른 디스플레이 장치(1)는, 서브 블록(232) 별 휘도에 대응하는 소스 전압을 결정할 수 있다(1120).
다시 말해, 제어부(150)는, 영상 데이터에 기초하여 복수의 서브 블록(232) 각각에서 요구되는 휘도를 결정할 수 있으며, 결정된 휘도에 기초하여 각 서브 블록(232)에서의 광량에 대응하는 소스 전압을 결정할 수 있다.
즉, 백라이트유닛(200)은, 요구 휘도에 대응하는 소스 전압을 서브 블록(232) 단위로 제공할 수 있으며, 서브 블록(232)은, 소스 전압에 따라 제2 스위칭 소자(T2)의 전류 채널 정도를 조정함으로써, 발광 소자(236)로 공급되는 전류량을 조정할 수 있다. 다시 말해, 제어부(150)는, 소스 전압의 크기를 조정함으로써, 발광 소자(236)가 조사하는 광량을 조정하여 대응하는 휘도를 제공할 수 있다.
이 때, 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(1)는, 미리 설정된 값 이상의 휘도가 요구되는 서브 블록(232)이 존재하는 경우(1130의 예), 발광 소자(236)로 전달되는 전류량이 증가하도록 해당 서브 블록에 대응하는 피크 전압을 미리 설정된 값 이상으로 결정할 수 있다(1140).
제어부(150)는, HDR 기능을 지원하기 위하여, 고휘도에 대응하는 서브 블록(232)을 결정할 수 있으며, 결정된 서브 블록(232)에서의 발광 소자(236)에 더 많은 전류량을 공급하기 위하여, 제1 스위칭 소자(T1)의 게이트 전압에 인가되는 피크 전압을 높일 수 있다.
제어부(150)는, 고휘도 영역(예: 500 휘도 내지 4000 휘도)에서의 휘도가 증가함에 따라, 비례하여 피크 전압을 결정할 수 있다. 따라서, 휘도가 높아질수록 제1 스위칭 소자(T1)의 전류 채널이 증가하여 발광 소자(236)로 공급되는 전류량이 증가할 수 있다.
이를 통해, 디스플레이 장치(1)는, 별도의 스위칭 소자인 제3 스위칭 소자(T3)에 인가되는 피크 전압을 조정함으로써, 소스 전압만으로는 구현이 어려웠던 고휘도를 제공함으로써, 밝기 범위를 넓히는 HDR 기능을 제공할 수 있다.
한편, 개시된 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 저장하는 기록매체의 형태로 구현될 수 있다. 명령어는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 프로그램 모듈을 생성하여 개시된 실시예들의 동작을 수행할 수 있다. 기록매체는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로 구현될 수 있다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 컴퓨터에 의하여 해독될 수 있는 명령어가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(read only memory), RAM(random access memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다.
이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
1: 디스플레이 장치 10: 본체
110: 입력부 120: 컨텐츠 수신부
130: 통신부 140: 전원 공급부
150: 제어부 160: 표시부
161: 액정 패널 170: 음향 출력부
200: 백라이트유닛 210: 소스 구동부
220: 게이트 구동부 230: 발광 소자 어레이
232: 서브 블록 234: 구동 회로
236: 발광 소자 240: 피크 구동부

Claims (19)

  1. 액정 패널;
    전원 공급부;
    상기 액정 패널로 광을 조사하는 복수의 서브 블록을 포함하는 백라이트유닛(back light unit); 및
    상기 복수의 서브 블록 각각으로 공급되는 피크 전압 및 소스 전압을 결정하는 제어부;를 포함하고,
    상기 복수의 서브 블록 각각은,
    상기 피크 전압을 게이트 전압으로 공급받는 제1 스위칭 소자;
    상기 제1 스위칭 소자의 소스 단자와 연결되는 드레인 단자를 포함하고, 상기 소스 전압에 대응하는 전하량을 게이트 단자를 통해 공급받는 제2 스위칭 소자; 및
    상기 제2 스위칭 소자의 소스 단자와 직렬로 연결되어 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자를 통하여 상기 전원 공급부로부터 전류를 공급받는 발광 소자;를 포함하는 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 백라이트유닛은,
    상기 복수의 서브 블록에 게이트 신호를 공급하는 게이트 구동부;를 더 포함하고,
    상기 복수의 서브 블록 각각은,
    상기 소스 전압에 따라 충전된 전하에 기초하여 상기 제2 스위칭 소자로 게이트 전압을 공급하는 커패시터; 및
    상기 게이트 구동부로부터 게이트 신호를 공급받아 온이 되는 경우 드레인 전압으로 공급되는 상기 소스 전압에 기초하여 상기 커패시터로 전하를 전달하는 제3 스위칭 소자;를 더 포함하는 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    영상 데이터에 기초하여 상기 복수의 서브 블록 각각에 대응하는 휘도를 결정하고, 상기 제2 스위칭 소자의 게이트 전압의 크기가 조정되어 상기 발광 소자로 공급되는 전류가 상기 휘도에 대응하도록 상기 휘도에 대응하는 상기 소스 전압을 결정하는 디스플레이 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 게이트 신호를 공급하는 경우 시간에 따라 전압 레벨을 한 번 이상 변경하도록 상기 게이트 구동부를 제어하는 디스플레이 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제3 스위칭 소자로 상기 게이트 신호가 공급되는 경우 상기 피크 전압의 상기 제1 스위칭 소자로의 공급을 개시하도록 제어하는 디스플레이 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    영상 데이터에 기초하여 상기 복수의 서브 블록 중 미리 설정된 값 이상의 휘도가 요구되는 서브 블록을 결정하고, 상기 제1 스위칭 소자로부터 상기 제2 스위칭 소자를 통해 상기 발광 소자로 전달되는 전류량이 증가하도록 상기 결정된 서브 블록에 대응하는 피크 전압을 미리 설정된 값 이상으로 결정하는 디스플레이 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 스위칭 소자로부터 상기 제2 스위칭 소자를 통해 상기 발광 소자로 전달되는 전류량이 증가하도록 상기 결정된 서브 블록에 대응하는 피크 전압의 듀티비를 조정하는 디스플레이 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제3 스위칭 소자는,
    상기 제2 스위칭 소자의 게이트 단자 및 상기 커패시터의 일단과 연결되는 소스 단자를 포함하는 디스플레이 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 커패시터는,
    상기 제2 스위칭 소자의 게이트 단자와 연결되는 일단 및 상기 제2 스위칭 소자의 소스 단자에 연결되는 타단을 포함하는 디스플레이 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 커패시터는,
    상기 제3 스위칭 소자가 오프가 되는 경우 충전된 전하를 상기 제2 스위칭 소자로 전달하는 디스플레이 장치.
  11. 액정 패널, 전원 공급부, 및 피크 전압을 게이트 전압으로 공급받는 제1 스위칭 소자 및 제1 스위칭 소자의 소스 단자와 연결되는 드레인 단자를 포함하여 소스 전압에 대응하는 전하량을 공급받는 제2 스위칭 소자가 마련되는 복수의 서브 블록을 포함하는 백라이트유닛(back light unit)을 포함하는 디스플레이 장치의 제어 방법에 있어서,
    영상 데이터에 기초하여 복수의 서브 블록 각각에 대응하는 휘도를 결정하고;
    상기 복수의 서브 블록 각각의 휘도에 대응하는 소스 전압을 결정하고;
    상기 복수의 서브 블록 중 미리 설정된 값 이상의 휘도가 요구되는 서브 블록을 결정하고;
    상기 결정된 서브 블록에 대응하는 피크 전압을 미리 설정된 값 이상으로 결정하는 것;을 포함하는 디스플레이 장치의 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 서브 블록 각각은,
    상기 제2 스위칭 소자의 소스 단자와 직렬로 연결되어 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자를 통하여 상기 전원 공급부로부터 전류를 공급받는 발광 소자;를 더 포함하는 디스플레이 장치의 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 백라이트유닛은,
    상기 복수의 서브 블록에 게이트 신호를 공급하는 게이트 구동부;를 더 포함하고,
    상기 복수의 서브 블록 각각은,
    상기 소스 전압에 따라 충전된 전하에 기초하여 상기 제2 스위칭 소자로 게이트 전압을 공급하는 커패시터; 및
    상기 게이트 구동부로부터 게이트 신호를 공급받아 온이 되는 경우 드레인 전압으로 공급되는 상기 소스 전압에 기초하여 상기 커패시터로 전하를 전달하는 제3 스위칭 소자;를 더 포함하는 디스플레이 장치의 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 게이트 신호를 공급하는 경우 시간에 따라 전압 레벨을 한 번 이상 변경하도록 상기 게이트 구동부를 제어하는 것;을 더 포함하는 디스플레이 장치의 제어 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제3 스위칭 소자로 상기 게이트 신호가 공급되는 경우 상기 피크 전압의 상기 제1 스위칭 소자로의 공급을 개시하도록 제어하는 것;을 더 포함하는 디스플레이 장치의 제어 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 결정된 서브 블록에 대응하는 피크 전압을 미리 설정된 값 이상으로 결정하는 것은,
    상기 제1 스위칭 소자로부터 상기 제2 스위칭 소자를 통해 상기 발광 소자로 전달되는 전류량이 증가하도록 상기 결정된 서브 블록에 대응하는 피크 전압의 듀티비를 조정하는 것;을 포함하는 디스플레이 장치의 제어 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제3 스위칭 소자는,
    상기 제2 스위칭 소자의 게이트 단자 및 상기 커패시터의 일단과 연결되는 소스 단자를 포함하는 디스플레이 장치의 제어 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 커패시터는,
    상기 제2 스위칭 소자의 게이트 단자와 연결되는 일단 및 상기 제2 스위칭 소자의 소스 단자에 연결되는 타단을 포함하는 디스플레이 장치의 제어 방법.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 커패시터는,
    상기 제3 스위칭 소자가 오프가 되는 경우 충전된 전하를 상기 제2 스위칭 소자로 전달하는 디스플레이 장치의 제어 방법.
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