KR100758987B1

KR100758987B1 - Ｌｅｄ 발광 장치 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR100758987B1
Application number: KR1020060093320A
Authority: KR
Inventors: 강정일; 이상훈; 이경근; 성준호
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-09-26
Filing date: 2006-09-26
Publication date: 2007-09-17
Also published as: US7812553B2; CN101155450A; CN101155450B; US20080079371A1

Abstract

온도 변화에 따른 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED) 소자의 출력광의 파장 변화를 보정할 수 있는 LED 발광 장치 및 그 제어 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치는 광원의 온도를 나타내는 온도 정보에 기초하여 상기 광원의 온도 변화에 따른 출력광의 파장 변화를 보정하기 위한 전류 명령값을 생성하는 온도-전류 변환부; 및 상기 전류 명령값을 입력받아 PWM 신호의 진폭을 조정하여 조정된 PWM 신호에 따라서 상기 광원의 구동 전류를 제어하는 광원 구동부;를 포함한다. 본 발명에 의하면, PWM 디밍 방식과 아날로그 디밍 방식을 조합하여 이용함으로써 온도 변화에 의해 야기되는 발광 장치의 광원의 파장 변화를 보정하여 화질의 변화나 컬러 제어의 오류를 방지할 수 있다.

LED 백라이트, PWM 생성부, 온도 검출부, 온도 전류 변환부

Description

ＬＥＤ 발광 장치 및 그 제어 방법 {A LED lighting device and a method for controlling the same}

도 1 (a)는 종래의 LED 백라이트 장치의 구성을 나타내는 블록도,

도 1 (b)는 아날로그 디밍 방식과 PWM 디밍 방식을 설명하기 위한 도면,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 발광 장치의 구성을 나타내는 블록도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 발광 장치의 구성을 상세하게 도시한 블록도, 그리고

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 발광 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

* 도면 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

110, 210, 310 : PWM 생성부 120, 220, 320 : LED 구동부

130, 230, 330 : LED 광원 240, 340 : 온도 검출부

250, 350 : 온도-전류 변환부 321 : 보상기

본 발명은 발광 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 온도변화에 따른 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED) 소자의 출력광의 파장 변화를 보정할 수 있는 LED 발광 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

LED나 LD(Laser Diode)와 같은 고체 반도체 광원을 영상 표시 장치의 광원으로 이용하는 기술에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 특히, 색 재현 범위가 넓은 3 색(R, G, B)의 LED를 사용한 LED 백라이트 장치가 LCD 영상 표시 장치를 위한 백라이트 장치로 주목받고 있다.

도 1은 일반적인 LED 백라이트 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, LED 백라이트 장치는 PWM 생성부(110), LED 구동부(120) 및 LED 광원(130)을 포함한다.

PWM 생성부(110)는 LED 광원(130)을 구성하는 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) LED 어레이 각각에 적합한 듀티 비(duty ratio)로 펄스 폭 변조(PWM)신호를 생성하고 생성된 PWM 신호를 LED 구동부(120)의 R, G, B 구동기 각각에 입력한다. 여기서, 듀티 비는 PWM 신호의 주기에 대한 온(ON) 시간의 비율을 의미한다. LED 구동부(120)는 입력되는 PWM 신호에 따라서 LED 광원(120)에 전류를 공급하여 LED 광원을 발광시킨다.

LED 백라이트 장치의 구동에 있어서 화질 개선이나 소비 전력을 줄이기 위해서는 LED 백라이트 장치의 휘도 조정(dimming)이 요구된다. 도 1 (b)는 LED의 휘도 조정 방법의 대표적인 방식인 아날로그 디밍 방식(A_dim)과 PWM 디밍 방식(P_dim)을 설명하기 위한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 아날로그 디밍 방식은 LED 소자에 공급되는 PWM 펄스의 전류의 크기(진폭)를 변경하여 LED 소자의 휘도를 조정하는 방식이고, PWM 디밍 방식은 PWM 펄스의 온/오프 비를 변경하여 LED 소자에 공급되는 평균 전력을 조정하는 방식이다.

아날로그 디밍 방식을 이용하여 PWM 펄스의 진폭을 변경하면 LED 소자에 공급되는 전류의 절대량이 변화하여 LED 소자에서 출력되는 광의 파장이 변한다. 이러한 출력광의 파장 변화는 원색(primary color)의 색도를 변화시키고, LCD 패널의 투과율 변화를 초래하여 영상의 밝기가 달라지는 문제점이 있다. 또한, 원색의 색도가 변화하면 컬러 센서의 이득이 달라져 LED 소자의 컬러 제어가 정확하게 이루어지지 않는다. 이러한 이유로 LED 백라이트 장치의 휘도 조정에는 아날로그 디밍 방식보다는 PWM 디밍 방식이 일반적으로 이용되고 있다.

한편, LED 백라이트 장치는 온도 변화에 따라서 LED 소자의 휘도와 파장 등 방출 특성이 변한다. 이러한 온도 변화에 의한 LED 소자의 방출 특성을 보정하기 위해 PWM 디밍 방식을 이용할 수 있다. 그러나, PWM 디밍 방식은 LED 소자의 출력광의 파장 변동을 보정하고 있지 않으므로 여전히 전술한 출력광의 파장 변화에 따른 문제를 가지고 있다.

따라서, 발광 장치의 온도 변화에 따른 파장 변화를 보정하여 원하는 색도를 유지할 수 있는 발광 장치가 요구된다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치 는, 광원의 온도를 나타내는 온도 정보에 기초하여 상기 광원의 온도 변화에 따른 출력광의 파장 변동을 보정하기 위한 전류 명령값을 생성하는 온도-전류 변환부; 및 상기 전류 명령값을 입력 받아 PWM 신호의 진폭을 조정하여 조정된 PWM 신호에 따라서 상기 광원의 구동 전류를 제어하는 광원 구동부;를 포함한다.

또한, 상기 광원 구동부는, 상기 전류 명령값과, 상기 광원에 공급되고 있는 전류값을 입력 받아서 상기 PWM 신호의 진폭을 조정하여 조정된 PWM 신호를 출력하는 보상부; 및 상기 보상부의 출력에 따라서 상기 광원에 공급되는 전류를 제어하는 스위칭부;를 포함하는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 상기 온도-전류 변환부는 상기 광원의 온도에 대응하는 전류 명령값을 저장하고 있는 룩업 테이블을 포함한다.

바람직하게는, 상기 온도-전류 변환부는 상기 광원의 온도와 전류 명령값의 관계를 나타내는 소정의 함수을 이용하여 상기 전류 명령값을 생성한다.

또한, 본 발명의 발광 장치는 상기 광원의 온도를 검출하여 상기 온도 정보를 상기 온도-전류 변환부로 입력하는 온도 검출부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 광원은 LED 소자들을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 광원은 LD 소자들을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 발광 장치는 LCD 백라이트 장치이다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치의 제어 방법은 광원의 온도를 나타내는 온도 정보에 기초하여 상기 광원의 출력광의 파장 변동을 보정하는 전류 명령값을 생성하는 단계; 상기 전류 명령값에 따라서 상기 광원에 전류를 공급하기 위한 PWM 신호의 진폭을 조정하는 단계; 및 상기 진폭이 조정된 PWM 신호에 따라서 상기 광원에 전류를 공급하는 단계;를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 첨부 도면은 LED 발광 장치를 구성하는 여러 기능 요소들 중 본 발명과 관련된 구성요소들을 도시한 것이다. 이하의 실시예에는 LED 발광 장치가 설명되어 있으나 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 본 발명은 LED 소자 이외에도 LD 등의 고체 반도체 광원을 이용한 발광 장치를 포함한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 발광 장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 2의 LED 발광 장치는 PWM 생성부(210), LED 구동부(220), LED 광원(230), 온도 검출부(240) 및 온도-전류 변환부(250)를 포함한다.

PWM 생성부(210)는 LED 광원의 3색(R,G,B) LED 어레이(미도시)를 구동하기 위해 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 생성하고 생성된 PWM 신호를 LED 구동부(220)에 입력한다. PWM 생성부(210)에 의해 생성되는 PWM 신호는 R,G,B LED 어레이 각각이 최적의 휘도와 색도를 유지할 수 있게 하는 펄스 폭 변조 신호이다.

LED 구동부(220)는 PWM 생성부(210)에서 출력되는 PWM 신호에 따라서 LED 광원(230)의 RGB LED 어레이 각각에 구동 전류를 공급하여 LED 광원을 발광시킨다. 또한, LED 구동부(220)는 후술하는 온도-전류 변환부(250)로부터 입력되는 전류 명령값에 따라서 PWM 펄스의 진폭을 변경하고 진폭이 변경된 PWM 신호를 이용하여 LED 광원(230)에 전류를 공급한다.

LED 광원(230)은 3색(R, G, B) LED 소자로 구성될 수 있으나 필요에 따라서 다른 색의 LED 소자가 이용될 수 있다. 또한, LED 광원은 LED 소자와 다른 광원을 혼합하여 구성할 수 있다.

온도 검출부(240)는 LED 광원(230)의 온도를 검출하여 검출 온도에 대응하는 온도 정보를 생성한다. 온도 검출부(240)는 NTC(Negative Temperature Coefficient) 서미스터, PTC(Positive Temperature Coefficient) 서미스터, 열전쌍 등이 이용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

온도-전류 변환부(250)는 온도 검출부(240)에서 검출한 LED 광원(230)의 온도를 나타내는 온도 정보를 입력받아, 해당 온도 정보를 LED 광원의 온도 변화에 의해 야기된 LED 소자의 출력광의 파장 변동을 상쇄할 수 있는 전류 명령값으로 변환하고 그 전류 명령값을 LED 구동부(220)에 입력한다.

온도-전류 변환부(250)는 광원의 온도와 파장 변화를 보정하는 전류 명령값 사이의 관계 데이터를 룩업 테이블 형태로 메모리에 저장하여 두고 발광 장치의 작동시에 온도 검출부(240)에서 검출한 온도에 대응하는 전류 명령값을 읽어내어 LED 광원 구동부(220)로 출력할 수 있다. 또는, 광원의 전류-파장의 관계식 및 온도-파장의 관계식이 알려진 경우라면 광원의 출력광의 파장을 일정하게 유지시키는 온도 대 전류 명령값의 관계식을 도출하고 그 관계식을 이용하여 전류 명령값을 생성할 수 있다. 온도-전류 변환부(250)로부터 입력되는 전류 명령값에 따라서 LED 구동부(220)는 PWM 펄스의 진폭을 변경하고 진폭이 변경된 PWM 신호를 이용하여 LED 광원에 전류를 공급한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 변화에 의한 발광 소자의 출력광의 파장 변화를 보정하는 LED 발광 장치의 구체적인 예를 도시한다. 도 3의 LED 발광 장치는 PWM 생성부(310), LED 구동부(320), LED 광원(330), 온도 검출부(340) 및 온도-전류 변환부(350)를 포함한다. 설명의 편의를 위해 도 3에서 LED 구동부와 LED 광원에는 하나의 LED 소자와 이를 구동을 위한 하나의 구동기만을 도시하였으나 다른 LED 소자와 구동기에도 동일한 원리가 적용된다. 도 3의 구성 중 PWM 생성부(310), 온도 전류 변환부(350) 및 LED 광원(330)은 도 2의 대응하는 구성과 동일하므로 그 상세한 설명은 생략한다.

온도 검출부(340)는 온도가 상승할수록 저항이 감소하는 특성을 가진 NTC 서미스터가 이용된다. LED 광원(330)의 온도 변화에 따라서 NTC 서미스터의 저항이 변화하므로 NTC 서미스터(340)와 저항 R2의 접점의 전압값이 변화하고 그 전압값이 온도 정보로서 온도-전류 변환부(350)에 입력된다.

LED 구동부(320)는 보상기(321), MOSFET(321) 및 저항(R1)을 포함한다. 보상기(321)는 R1을 통해 검출된 전류값과 온도-전류 변환부(350)에서 출력된 전류 명령값을 입력받아 LED 광원(330)에 공급되는 전류값이 전류 명령값과 동일하게 되도록 PWM 신호의 진폭을 제어하는 아날로그 디밍을 수행한다. 예컨대, LED 광원의 온도 변화에 기인한 파장의 변화를 보정하기 위하여 LED 광원에 필요한 전류량이 1mA이지만 저항(R1)과 MOSFET(322)의 연결점에서 검출되어 보상기(321)에 피드백되는 전류량이 0.8mA인 경우에, 보상기(321)는 MOSFET(322)에 흐르는 전류가 1mA가 되도록 PWM 펄스의 진폭을 증가시킨다. 보상기(321)에서 출력되는 PWM 신호는 스위칭 소자인 MOSFET의 게이트에 공급되어 PWM 펄스 신호의 온/오프 주기에 따라서 LED 광원에 공급되는 구동 전류량이 조정된다. 본 실시예에는 리니어(linear) 방식의 LED 구동기가 이용되고 있으나 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 본 발명의 LED 구동기로 스위칭(switching) 방식의 구동기가 이용될 수 있다.

이와 같이 본 발명의 LED 발광 장치에 의하면, 파장 보정을 위한 전류 명령값을 이용하여 PWM 신호의 진폭을 변경함으로써 온도 변화에 의해 야기되는 발광 장치의 출력광의 파장 변화를 보정하여 파장을 일정하게 유지할 수 있다.

도 2와 4를 참조하면, 본 발명에서 온도 검출부(240)가 LED 광원의 온도를 검출하여 검출 온도에 해당하는 온도 정보를 출력한다(S410).

온도-전류 변환부(250)가 온도 정보와 광원의 출력광의 파장의 상관 관계를 이용하여 광원의 파장 변화를 보정하기 위한 전류 명령값을 생성하고 생성된 전류 명령값을 LED 구동부에 입력한다(S420).

LED 구동부(220)는 입력된 전류 명령값에 따라서 PWM 신호의 진폭을 조정하여 LED 광원(230)에 구동 전류를 공급한다(S430).

LED 광원(230)은 LED 구동부에서 공급되는 전류량에 따라서 발광한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 발광 장치는 PWM 디밍 방식과 아날로그 디밍 방식을 조합하여 이용함으로써 온도 변화에 의해 야기 되는 발광 장치의 광원의 파장 변화를 보정하여 색좌표 및 화질의 변화나 컬러 제어의 오류를 방지할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능하다.

Claims

광원의 온도를 나타내는 온도 정보에 기초하여 상기 광원의 온도 변화에 따른 출력광의 파장 변화를 보정하기 위한 전류 명령값을 생성하는 온도-전류 변환부; 및

상기 전류 명령값을 입력받아 PWM 신호의 진폭을 조정하여 조정된 PWM 신호에 따라서 상기 광원의 구동 전류를 제어하는 광원 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
제 1항에 있어서,

상기 광원 구동부는,

상기 전류 명령값과 상기 광원에 공급되고 있는 전류값을 입력받아 상기 PWM 신호의 진폭을 조정하여 조정된 PWM 신호를 출력하는 보상부; 및

상기 보상부의 출력에 따라서 상기 광원에 공급되는 전류를 제어하는 스위칭부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
제 1항에 있어서,

상기 온도-전류 변환부는 상기 광원의 온도에 대응하는 전류 명령값을 저장하고 있는 룩업 테이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
제 1항에 있어서,

상기 온도-전류 변환부는 상기 광원의 온도와 전류 명령값의 관계를 나타내는 소정의 함수를 이용하여 상기 전류 명령값을 생성하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
제 1항에 있어서,

상기 광원의 온도를 검출하고 상기 온도 정보를 상기 온도-전류 변환부에 입력하는 온도 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
제 1항에 있어서,

상기 광원은 LED 소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
제 1항에 있어서,

상기 광원은 LD 소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
제 1항에 있어서,

상기 발광 장치는 LCD 백라이트 장치인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
광원의 온도를 나타내는 온도 정보에 기초하여 상기 광원의 출력광의 파장 변화를 보정하는 전류 명령값을 생성하는 단계;

상기 전류 명령값에 따라서 상기 광원에 전류를 공급하기 위한 PWM 신호의 진폭을 조정하는 단계; 및

상기 진폭이 조정된 PWM 신호에 따라서 상기 광원에 전류를 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치의 제어 방법.
제 9항에 있어서,

상기 PWM 신호의 진폭을 조정하는 단계는,

상기 전류 명령값과, 상기 광원에 공급되고 있는 전류값에 기초하여 상기 PWM 신호의 진폭을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치의 제어 방법.
제 9항에 있어서,

상기 전류 명령값을 생성하는 단계는 상기 광원의 온도에 대응하는 전류 명령값을 저장하고 있는 룩업 테이블을 이용하여 상기 전류 명령값을 생성하는 것을 특징으로 하는 발광 장치의 제어 방법.
제 9항에 있어서,

상기 전류 명령값을 생성하는 단계는 상기 광원의 온도와 전류 명령값의 관계를 나타내는 소정의 함수를 이용하여 상기 전류 명령값을 생성하는 것을 특징으 로 하는 발광 장치의 제어 방법.
제 9항에 있어서,

상기 광원의 온도를 검출하여 상기 온도 정보를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치의 제어 방법.
제 9항에 있어서,

상기 광원은 LED 소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치의 제어 방법.
제 9항에 있어서,

상기 광원은 LD 소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치의 제어 방법.
제 9항에 있어서,

상기 발광 장치는 LCD 백라이트 장치인 것을 특징으로 하는 발광 장치의 제어 방법.