KR20230166801A - 고효율 led 명도비 개선을 위한 led 스위칭 누설 최소화 회로 - Google Patents

고효율 led 명도비 개선을 위한 led 스위칭 누설 최소화 회로 Download PDF

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Abstract

고효율 LED 명도비 개선을 위한 LED 스위칭 누설 최소화 회로가 개시된다. 고효율 LED 명도비 개선을 위한 LED 스위칭 누설 최소화 회로는, 일단이 전원과 연결된 LED(Light Emitting Diode), 일단이 그라운드(GND)와 연결되는 저항, (+) 입력단 및 LED 구동을 제어하기 위한 입력 데이터에 따른 입력전압이 인가되는 (-) 입력단을 포함하는 앰프(amplifier), 앰프의 출력단과 게이트(Gate)가 연결되고, 드레인(Drain) 및 소스(Source)가 LED의 타단 및 저항의 타단과 연결되는 트랜지스터 및 게이트와 저항의 타단 사이에 연결되는 스위치를 포함하되, (+) 입력단과 저항의 타단이 연결된다.

Description

고효율 LED 명도비 개선을 위한 LED 스위칭 누설 최소화 회로{LED switching leakage minimization circuit to improve high-efficiency LED brightness ratio}
본 발명은 고효율 LED 명도비 개선을 위한 LED 스위칭 누설 최소화 회로에 관한 것이다.
일반적으로, RGB LED(Light Emitting Diode)의 구동을 휘도 제어 데이터의 입력에 따라 고속으로 제어하는 LED 디스플레이에서, 블랙(Black) 화면을 구현하기 위하여 LED를 오프(off)시키는 경우에, LED를 구동시키는 트랜지스터가 완전히 오프되지 않아서, 누설 전류에 의한 소량의 전류가 흐름으로 인하여 완전한 블랙을 구현하는데 어려움이 있다. 이러한 현상은 특히, LED 구동전류가 큰 어플리케이션에서 나타난다. LED 구동전류가 큰 어플리케이션은 구동용 트랜지스터의 크기가 크기 때문에, 구동용 트랜지스터의 게이트(Gate)에 충전(Charge)된 전류를 완전히 오프시키지 못한다.
그리고, LED 디스플레이는 특성상 고속으로 컬러를 구현해야 하므로, 구동용 트랜지스터의 스위칭 속도 및 오프 속도가 매우 빠른 시간 내에 이루어져야 한다.
도 1은 기존의 LED 구동 회로의 출력단을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, LED 드라이버 IC는 입력받는 휘도 제어 데이터에 따라 LED(10)에 적합한 최대 및 최소의 전류가 흐르게 할 수 있는 전압을 생성하여 LED 구동 회로의 출력단의 입력전압(Vin)으로 인가한다. 입력전압(Vin)이 인가되면, A 지점(100)의 전압은 회로동작에 의하여 입력전압(Vin)과 동일해지고, LED 구동전류는 B 지점(200)의 전압 / 저항(30)의 저항값으로 결정된다. 여기서, B 지점(200)에는, NMOS(N-channel metal oxide semiconductor)(20)가 동작하여 LED(10)에 전류가 흐르도록, A 지점(100)의 전압 + NMOS(20)의 문턱전압(Vthreshold)의 전압이 걸리게 된다.
LED(10)에 흐르는 전류를 작게 하면 할수록 즉, LED가 완전히 오프되도록 하면, 블랙 화면을 완벽하게 구현할 수 있으므로, 블랙 화면 구현 시 LED(10)에 전류가 최소로 흐를 수 있도록 하는 노력이 필요하다.
예를 들어, LED 드라이버 IC는 휘도 제어 데이터로서 블랙 데이터를 입력받으면, 도 1의 LED 구동 회로의 출력단의 입력전압(Vin)으로 0V를 인가할 수 있다. 입력전압(Vin)으로 0V가 인가되면, A 지점(100)의 전압도 0V가 되고, B 지점(200)에는 NMOS(20)의 문턱전압이 걸리게 된다. 이 상황에서, 비록 전류는 최소화되지만 NMOS(20)는 여전히 동작상태가 된다.
대한민국등록특허공보 제10-2390515호(2022.04.21)
본 발명은 RGB LED(Light Emitting Diode)의 구동을 휘도 제어 데이터의 입력에 따라 고속으로 제어하는 LED 디스플레이에서, 블랙(Black) 화면을 구현하기 위하여 LED를 오프(off)시키는 경우에, LED를 구동시키는 트랜지스터를 완전히 오프시키는 고효율 LED 명도비 개선을 위한 LED 스위칭 누설 최소화 회로를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 고효율 LED 명도비 개선을 위한 LED 스위칭 누설 최소화 회로가 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 고효율 LED 명도비 개선을 위한 LED 스위칭 누설 최소화 회로는, 일단이 전원과 연결된 LED(Light Emitting Diode), 일단이 그라운드(GND)와 연결되는 저항, (+) 입력단 및 LED 구동을 제어하기 위한 입력 데이터에 따른 입력전압이 인가되는 (-) 입력단을 포함하는 앰프(amplifier), 상기 앰프의 출력단과 게이트(Gate)가 연결되고, 드레인(Drain) 및 소스(Source)가 상기 LED의 타단 및 상기 저항의 타단과 연결되는 트랜지스터 및 상기 게이트와 상기 저항의 타단 사이에 연결되는 스위치를 포함하되, 상기 (+) 입력단과 상기 저항의 타단이 연결된다.
상기 LED 스위칭 누설 최소화 회로는, 상기 입력 데이터에 따라 상기 스위치를 온(ON) 또는 오프(OFF)시키는 온오프 제어부를 더 포함한다.
상기 온오프 제어부는, 상기 입력 데이터가 블랙 화면을 구현하기 위한 데이터인 경우에만, 상기 게이트와 상기 저항의 타단이 쇼트(short)되도록 상기 스위치를 온(ON)시킨다.
상기 온오프 제어부는, 상기 입력 데이터가 블랙 화면을 구현하기 위한 데이터인 경우, 상기 스위치의 온을 통해 상기 게이트의 전압이 0V가 되도록 하여 상기 트랜지스터를 오프시킴으로써, 상기 LED에 흐르는 전류를 최소화한다.
본 발명의 실시예에 따른 고효율 LED 명도비 개선을 위한 LED 스위칭 누설 최소화 회로는, RGB LED(Light Emitting Diode)의 구동을 휘도 제어 데이터의 입력에 따라 고속으로 제어하는 LED 디스플레이에서, 블랙(Black) 화면을 구현하기 위하여 LED를 오프(off)시키는 경우에, LED를 구동시키는 트랜지스터를 완전히 오프시킴으로써, RGB LED를 완전히 오프시켜 RGB LED의 색 재현성을 높일 수 있고, 응답속도가 매우 빠르며 아주 간단한 회로로 구성이 가능하다.
도 1은 기존의 LED 구동 회로의 출력단을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고효율 LED 명도비 개선을 위한 LED 스위칭 누설 최소화 회로의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고효율 LED 명도비 개선을 위한 LED 스위칭 누설 최소화 회로의 성능 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고효율 LED 명도비 개선을 위한 LED 스위칭 누설 최소화 회로의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고효율 LED 명도비 개선을 위한 LED 스위칭 누설 최소화 회로의 성능 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다. 이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 고효율 LED 명도비 개선을 위한 LED 스위칭 누설 최소화 회로에 대하여 설명하되, 도 4 및 도 5를 참조하기로 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 고효율 LED 명도비 개선을 위한 LED 스위칭 누설 최소화 회로는, LED(Light Emitting Diode)(10), NMOS(N-channel metal oxide semiconductor) 트랜지스터(20), 저항(30), 앰프(amplifier)(40), 스위치(50) 및 온오프 제어부(60)를 포함하여 구성될 수 있다.
앰프(40)의 출력단은 NMOS 트랜지스터(20)의 게이트(Gate)에 연결된다. 예를 들어, 앰프(40)는 단위 이득 앰프(unity gain amplifier)일 수 있다.
그리고, 게이트(Gate)를 제외한 NMOS(20)의 나머지 두 단자 즉, 드레인(Drain) 및 소스(Source) 중 어느 하나에 LED(10)의 일단이 연결된다. LED(10)의 타단은 전원(Power)과 연결된다.
그리고, NMOS 트랜지스터(20)의 드레인(Drain) 및 소스(Source) 중 LED(10)가 연결된 단자를 제외한 나머지 단자는 저항(30)을 통해 그라운드(GND)에 연결된다.
예를 들어, NMOS 트랜지스터(20)의 드레인(Drain)에 LED(10)의 일단이 연결되고, NMOS 트랜지스터(20)의 소스(Source)에 저항(30) 및 그라운드(GND)가 연결될 수 있다.
그리고, 앰프(40)의 (+) 입력단은 A 지점(100)에 연결되고, 앰프(40)의 (-) 입력단은 LED 구동을 제어하기 위한 입력 데이터에 따른 입력전압(Vin)이 인가된다.
예를 들어, 앰프(40)의 (-) 입력단은 LED 드라이버 IC의 출력단과 연결될 수 있으며, LED 드라이버 IC는 입력받는 휘도 제어 데이터에 따라 LED(10)에 적합한 최대 및 최소의 전류가 흐르게 할 수 있는 입력전압(Vin)을 생성하여 앰프(40)의 (-) 입력단에 인가할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따르면, A 지점(100)과 B 지점(200) 사이는 스위치(50)로 연결된다. 스위치(50)는 블랙(Black) 화면을 구현하기 위한 LED(10)에 대한 휘도 제어 데이터가 입력되면, 온(ON) 되도록 제어될 수 있다.
즉, 도 3을 참조하면, 온오프 제어부(60)는 LED(10)에 대한 휘도 제어 데이터를 입력받고, 입력된 휘도 제어 데이터가 블랙 화면을 구현하기 위한 데이터인 경우, A 지점(100)과 B 지점(200)이 쇼트(short)되도록 스위치(50)를 온 시킬 수 있다.
예를 들어, 온오프 제어부(60)는 블랙 화면을 구현하기 위한 8비트 휘도 제어 데이터인 블랙 데이터(00000000)가 입력되는 경우에만, 스위치(50)를 온 시킬 수 있다.
다시 말해, 화면의 블랙 컬러를 구현하기 위하여, LED(10)를 구동하는 NMOS 트랜지스터(20)를 완전히 오프시키고자 하는 경우, 즉 휘도 제어 데이터가 완전히 0일 경우, NMOS 트랜지스터(20)의 게이트(Gate)의 스위치(50)를 통해 바로 그라운드 쪽으로 바이패스(Bypass)시켜, NMOS 트랜지스터(20)의 게이트 전압이 바로 0V가 인가되도록 하여 NMOS 트랜지스터(20)를 바로 오프시킬 수 있다.
따라서, 온오프 제어부(60)는 블랙 화면을 구현하기 위한 LED(10)에 대한 휘도 제어 데이터가 입력되면 스위치(50)를 온 시킴으로써, A 지점(100)과 B 지점(200)이 쇼트(short)되어 동일하게 0V의 전압이 되도록 할 수 있다. 즉, 온오프 제어부(60)는 NMOS 트랜지스터(20)의 게이트(Gate)의 전압을 0V가 되도록 하여 NMOS 트랜지스터(20)를 바로 완전히 오프시킴으로써, LED(10)에 흐르는 전류를 더욱더 최소화할 수 있다.
도 4는 기존의 LED 구동 회로의 시뮬레이션 결과를 나타내고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 LED 스위칭 누설 최소화 회로의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 기존의 LED 구동 회로에서는, 블랙 데이터 구간에서 B 지점(200)의 전압이 약 0.34V가 되고, LED(10)에 흐르는 전류가 약 14nA가 되는 것을 알 수 있다.
이에 반해. 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 LED 스위칭 누설 최소화 회로에서는, 블랙 데이터 구간에서 B 지점(200)의 전압이 거의 0V가 되고, LED(10)에 흐르는 전류가 약 1nA가 되는 것을 알 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 LED 스위칭 누설 최소화 회로는 기존 대비하여 블랙 데이터 구간에서 LED(10)에 흐르는 전류가 약 1/14 수준으로 개선되는 것을 알 수 있다. 이를 통해, 기존 대비 고효율의 명도비가 구현될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 LED 스위칭 누설 최소화 회로는, RGB LED(10)를 완전히 오프시킬 수 있기 때문에, 높은 색 재현성의 확보가 가능하고, NMOS 트랜지스터(20)의 게이트에 스위치(50)를 연결하여 제어하므로, 응답속도가 매우 빠르며 아주 간단한 회로로 구성이 가능하다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10: LED(Light Emitting Diode)
20: NMOS(N-channel metal oxide semiconductor) 트랜지스터
30: 저항
40: 앰프(amplifier)
50: 스위치
60: 온오프 제어부

Claims (4)

  1. 고효율 LED 명도비 개선을 위한 LED 스위칭 누설 최소화 회로에 있어서,
    일단이 전원과 연결된 LED(Light Emitting Diode);
    일단이 그라운드(GND)와 연결되는 저항;
    (+) 입력단 및 LED 구동을 제어하기 위한 입력 데이터에 따른 입력전압이 인가되는 (-) 입력단을 포함하는 앰프(amplifier);
    상기 앰프의 출력단과 게이트(Gate)가 연결되고, 드레인(Drain) 및 소스(Source)가 상기 LED의 타단 및 상기 저항의 타단과 연결되는 트랜지스터; 및
    상기 게이트와 상기 저항의 타단 사이에 연결되는 스위치를 포함하되,
    상기 (+) 입력단과 상기 저항의 타단이 연결되는 것을 특징으로 하는 고효율 LED 명도비 개선을 위한 LED 스위칭 누설 최소화 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 LED 스위칭 누설 최소화 회로는,
    상기 입력 데이터에 따라 상기 스위치를 온(ON) 또는 오프(OFF)시키는 온오프 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 LED 명도비 개선을 위한 LED 스위칭 누설 최소화 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 온오프 제어부는, 상기 입력 데이터가 블랙 화면을 구현하기 위한 데이터인 경우에만, 상기 게이트와 상기 저항의 타단이 쇼트(short)되도록 상기 스위치를 온(ON)시키는 것을 특징으로 하는 고효율 LED 명도비 개선을 위한 LED 스위칭 누설 최소화 회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 온오프 제어부는, 상기 입력 데이터가 블랙 화면을 구현하기 위한 데이터인 경우, 상기 스위치의 온을 통해 상기 게이트의 전압이 0V가 되도록 하여 상기 트랜지스터를 오프시킴으로써, 상기 LED에 흐르는 전류를 최소화하는 것을 특징으로 하는 고효율 LED 명도비 개선을 위한 LED 스위칭 누설 최소화 회로.
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