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KR20090054581A - Ｌｅｄ 구동회로와 이를 이용한 백 라이트 유닛 및 액정표시장치 - Google Patents

Ｌｅｄ 구동회로와 이를 이용한 백 라이트 유닛 및 액정표시장치 Download PDF

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KR20090054581A
KR20090054581A KR1020070121315A KR20070121315A KR20090054581A KR 20090054581 A KR20090054581 A KR 20090054581A KR 1020070121315 A KR1020070121315 A KR 1020070121315A KR 20070121315 A KR20070121315 A KR 20070121315A KR 20090054581 A KR20090054581 A KR 20090054581A
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KR
South Korea
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led
red
green
signal
led driving
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KR1020070121315A
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Inventor
이대흥
정규봉
김승현
김기성
홍진우
Original Assignee
엘지디스플레이 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 LED 구동회로를 단순화하여 제조비용을 감소시킴과 아울러 각 LED로부터의 표시 휘도를 보정할 수 있도록 한 LED 구동회로와 이를 이용한 백 라이트 유닛 및 액정 표시장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명의 LED 구동회로는 외부로부터의 전원을 직류전원으로 변환하여 입력되는 PWM 신호에 따라 LED 구동신호 생성하는 DC/DC 컨버터; 상기 LED 구동신호와 외부로부터 입력되는 적색 휘도 보정신호에 따라 적어도 하나의 적색 LED를 발광시키는 적색 LED 구동회로; 상기 적색 LED 구동회로와 직렬 연결되어 상기 적색 LED 구동회로를 통해 입력되는 LED 구동신호와 외부로부터 입력되는 녹색 휘도 보정신호에 따라 적어도 하나의 녹색 LED를 발광시키는 녹색 LED 구동회로; 및 상기 녹색 LED 구동회로와 직렬 연결되어 상기 녹색 LED 구동회로를 통해 입력되는 LED 구동신호와 외부로부터 입력되는 청색 휘도 보정신호에 따라 적어도 하나의 청색 LED를 발광시키는 청색 LED 구동회로를 구비한 것을 특징으로 한다.
Figure P1020070121315
적색, 녹색, 및 청색 LED 모듈, 휘도 보정신호, 디밍 제어신호

Description

ＬＥＤ 구동회로와 이를 이용한 백 라이트 유닛 및 액정 표시장치{LED DRIVING CIRCUIT, BACK LIGHT AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 LED 구동회로와 이를 이용한 백 라이트 유닛 및 액정 표시장치에 관한 것으로 특히, LED 구동회로를 단순화하여 제조비용을 감소시킴과 아울러, 각 LED로부터의 표시 휘도를 보정할 수 있도록 한 LED 구동회로와 이를 이용한 백 라이트 유닛 및 액정 표시장치에 관한 것이다.
통상적으로, 액정 표시장치는 매트릭스 형태로 배열된 복수의 액정셀을 구비한 액정패널에 의해 백 라이트 유닛(Back Light Unit)으로부터 공급된 광의 투과량이 조절되어 원하는 화상을 표시하게 된다.
최근에는 백 라이트 유닛의 소형화, 박형화, 경량화의 추세에 따라 형광 램프 대신에 소비전력, 무게, 휘도 등에서 유리한 발광 다이오드(LED; Light Emitting Diode)를 이용한 백 라이트 유닛이 제안되었다. LED는 고속 응답이 가능하여 비디오 신호 스트림에 효과적이고, 임펄시브(Impulsive) 구동이 가능하다. 또한, 적색, 녹색, 청색 LED의 광량을 조정하여 휘도, 색온도 등을 임의로 변경할 수 있기 때문에 백 라이트 유닛용 광원으로 적극 채용되고 있다.
이와 같은 LED 백 라이트 유닛은 현재까지 백색광을 발광하는 LED가 개발되지 않았기 때문에 적색 LED, 녹색 LED, 및 청색 LED를 함께 발광하여 백색광을 생성하고 있다. 하지만, 적색, 녹색, 및 청색의 LED들은 구동전력 편차가 각각 다르기 때문에 적색, 녹색, 및 청색의 LED 각각이 구비된 LED 구동회로나 LED 구동 칩(chip)들을 개별적으로 구동해야 하는 단점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 백 라이트 유닛을 나타낸 구성도이다.
도 1에 도시된 종래의 백 라이트 유닛은 복수의 적색, 녹색 및 청색 LED 모듈(9,11,13) 각각을 구동하기 위한 복수의 LED 구동부(3,5,8) 및 각 LED 구동부(3,5,8)의 구동 타이밍을 제어하기 위한 백 라이트 제어부(1)를 구비한다.
적색, 녹색 및 청색 LED 모듈(9,11,13) 또는 구동 칩(chip)들은 적어도 하나의 적색, 녹색, 및 청색의 LED를 각각 구비하고 복수의 어레이 기판상에 각각 배열된다. 이러한, 적색, 녹색 및 청색 LED 모듈(9,11,13)들은 구동전력 편차가 각각 다르기 때문에 적색, 녹색 및 청색 LED 모듈(9,11,13) 각각에 대응하도록 복수의 LED 구동부(3,5,8)가 구성된다.
각각의 LED 구동부(3,5,8)는 백 라이트 제어부(1)로부터의 타이밍 제어신호 예를 들어, 온/오프(On/Off) 제어신호에 따라 각 LED 모듈(9,11,13)의 구동 타이밍을 제어한다. 구체적으로, 각 LED 구동부(3,5,8)의 각 LED 제어부(31,51,81)는 백 라이트 제어부(1)로부터의 온/오프(On/Off) 제어신호에 따라 각 DC/DC 컨버터(33,53,83)의 구동전력 출력 타이밍을 제어한다. 이에 따라, 각 DC/DC 컨버터(33,53,83)는 각 DC/DC 컨버터(33,53,83)의 출력 타이밍에 따라 구동전력을 각 각 LED 모듈(9,11,13)에 공급하게 된다.
이와 같이, 종래의 백 라이트 유닛은 적색, 녹색, 및 청색의 LED 모듈(9,11,13) 각각에 대응하도록 복수의 LED 구동부(3,5,8)를 구비해야 하기 때문에 그 구성이 복잡해지고 제품의 소형화에 불리하다는 단점이 있다. 또한, 액정 표시장치 및 백라이트 유닛의 대형화 추세에 따라 사용되는 DC/CD 컨버터(33,53,83)의 수 또한 증가하기 때문에 제품의 단가가 상승하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, LED 구동회로를 단순화하여 제조비용을 감소시킴과 아울러, 각 LED로부터의 발광 휘도를 보정할 수 있도록 한 LED 구동회로와 이를 이용한 백라이트 유닛 및 액정 표시장치에 관한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 LED 구동회로는 외부로부터의 전원을 직류전원으로 변환하여 입력되는 PWM 신호에 따라 LED 구동신호 생성하는 DC/DC 컨버터; 상기 LED 구동신호와 외부로부터 입력되는 적색 휘도 보정신호에 따라 적어도 하나의 적색 LED를 발광시키는 적색 LED 구동회로; 상기 적색 LED 구동회로와 직렬 연결되어 상기 적색 LED 구동회로를 통해 입력되는 LED 구동신호와 외부로부터 입력되는 녹색 휘도 보정신호에 따라 적어도 하나의 녹색 LED를 발광시키는 녹색 LED 구동회로; 및 상기 녹색 LED 구동회로와 직렬 연결되어 상기 녹색 LED 구동회로를 통해 입력되는 LED 구동신호와 외부로부터 입력되는 청색 휘도 보정신호에 따라 적어도 하나의 청색 LED를 발광시키는 청색 LED 구동회로를 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 적색 LED 구동회로는 제 1 저항과 적어도 하나의 적색 LED가 직렬 연결되고, 상기의 제 1 저항 및 적색 LED들과는 병렬구조로 제 2 저항과 제 1 스위칭 소자가 직렬로 연결되며, 상기 녹색 LED 구동회로는 제 3 저항과 적어도 하나의 녹 색 LED가 직렬 연결되고, 상기의 제 3 저항 및 녹색 LED들과는 병렬구조로 제 4 저항과 제 2 스위칭 소자가 직렬로 연결되며, 상기 청색 LED 구동회로는 제 5 저항과 적어도 하나의 청색 LED가 직렬 연결되고, 상기의 제 5 저항 및 청색 LED들과는 병렬구조로 제 6 저항과 제 3 스위칭 소자가 직렬로 연결된 것을 특징으로 한다.
상기 적색 LED는 상기 DC/DC 컨버터로부터의 LED 구동신호와 상기 제 1 스위치 소자의 게이트 단자를 통해 입력되는 상기 적색 휘도 보정신호에 의해 내부에 흐르는 전류량이 가변하여 발광 휘도가 조절되며, 상기 녹색 LED는 상기 적색 LED 구동회로를 통해 입력되는 LED 구동신호와 상기 제 2 스위치 소자의 게이트 단자를 통해 입력되는 상기 녹색 휘도 보정신호에 의해 내부에 흐르는 전류량이 가변하여 발광 휘도가 조절되며, 상기 청색 LED는 상기 녹색 LED 구동회로를 통해 입력되는 LED 구동신호와 상기 제 3 스위치 소자의 게이트 단자를 통해 입력되는 상기 적색 휘도 보정신호에 의해 내부에 흐르는 전류량이 가변하여 발광 휘도가 조절된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 백 라이트 유닛은 적색, 녹색, 청색 및 백색 광을 발생하도록 외부로부터의 디밍 제어신호에 따라 백 라이트 구동신호를 생성함과 아울러, 외부로부터의 휘도 제어신호와 적색, 녹색, 청색 LED 각각의 구동전력 편차에 따라 휘도 보정신호를 생성하는 백 라이트 제어부; 및 상기에서 상술한 바와 같은 특징을 갖는 LED 구동회로를 구비하여 상기 휘도 보정신호에 따라 휘도가 보정된 적색, 녹색, 청색 및 백색 광을 발광시키는 하는 백 라이트를 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 백 라이트 제어부는 외부로부터의 디밍 제어신호에 따라 디밍 값(Dimming Value)이 변화된 상기 백 라이트 구동신호를 생성하여 상기 LED 구동회로의 구동 타이밍을 제어하는 디밍 제어부, 및 외부로부터의 휘도 제어신호 및 적색, 녹색, 청색 LED들의 구동전력 편차에 따라 상기 각 LED로부터 발생되는 광의 휘도를 보정하기 위한 적색, 녹색, 및 청색 휘도 보정신호를 생성하여 상기 각 LED 구동회로에 공급하는 휘도 보정 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 백 라이트는 상기 직렬로 연결된 적어도 하나의 적색, 녹색, 및 청색 LED 구동회로, 및 상기 백 라이트 구동신호에 응답하여 상기 각 적색, 녹색, 및 청색 LED 구동회로에 상기 LED 구동신호를 공급하는 광원 구동부를 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 광원 구동부는 상기 백 라이트 구동신호에 따라 듀티비(Duty ratio)를 가변시켜서 PWM 신호를 출력하는 LED 제어부, 및 외부로부터의 전원을 직류전원으로 변환하여 상기 PWM 신호에 따라 상기의 LED 구동신호 생성하기 위해 상기 제 1 항의 DC/DC 컨버터를 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 LED 제어부는 상기 백 라이트 구동신호의 진폭 및 펄스 폭에 대응되도록 상기 PWM 신호의 진폭 및 펄스 폭을 가변시켜서 상기 각 LED 구동회로의 구동 타이밍과 발광 휘도를 제어한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발 명의 실시 예에 따른 액정 표시장치는 복수의 화소영역을 구비하여 영상을 표시하는 액정패널; 외부로부터 입력되는 영상 데이터의 휘도 특성을 적어도 한 프레임 단위로 분석하고 분석된 영상 의 휘도 특성에 따라 휘도 제어신호 생성함과 아울러, 상기 분석된 영상의 휘도 특성에 따라 디밍 제어신호를 생성하는 타이밍 컨트롤러; 및 상기 휘도 제어신호와 상기 디밍 제어신호에 따라 적색, 녹색, 청색 및 백색 광을 발생하여 상기 액정패널에 조사하기 위해 상기에서 상술한 바와 같은 특징을 갖는 백 라이트 유닛을 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 휘도 제어신호와 디밍 제어신호는 적어도 한 프레임 단위로 분석된 영상 데이터의 휘도 특성에 따라 상기 백 라이트 유닛으로부터 발생되는 광의 휘도를 낮추거나 또는 높이기 위해 구동신호의 크기와 구동 타이밍을 각각 제어하기 위한 신호인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 실시 예에 따른 LED 구동회로와 이를 이용한 백 라이트 유닛 및 액정 표시장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명의 LED 구동회로는 각각의 LED 및 LED 구동회로들의 구동전력 편차가 서로 다르더라도 하나의 DC/DC 컨버터에 직렬 연결되어 구동될 수 있으므로 제품을 단순화하여 제조비용을 감소시킬 수 있다.
둘째, 적색, 녹색 및 청색 각각의 LED에 대응하는 스위칭 소자를 이용하여 휘도 보정신호에 따라 각 LED의 발광 휘도를 보정할 수 있다.
셋째, 직렬로 연결된 적색, 녹색, 및 청색 LED 구동회로를 과전류로부터 보호할 수 있기 때문에 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 실시 예에 따른 LED 구동회로와 이를 이용한 백 라이트 유닛 및 액정 표시장치를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 LED 구동회로를 나타낸 회로도이다.
도 2에 도시된 LED 구동회로는 외부로부터의 전원신호(Vin)를 직류전원(DC)으로 변환하고 입력되는 펄스 폭 변조(PWM; Pulse Width Modulation) 신호(PWMS)에 따라 LED 구동신호 생성하는 DC/DC 컨버터(18), DC/DC 컨버터(18)로부터의 LED 구동신호와 외부로부터 입력되는 적색 휘도 보정신호(Rs)에 따라 적어도 하나의 적색 LED(R_LED)를 발광시키는 적색 LED 구동회로(20), 적색 LED 구동회로(20)와 직렬 연결되어 적색 LED 구동회로(20)를 통해 입력되는 LED 구동신호와 외부로부터 입력되는 녹색 휘도 보정신호(Gs)에 따라 적어도 하나의 녹색 LED(G_LED)를 발광시키는 녹색 LED 구동회로(22), 및 녹색 LED 구동회로(22)와 직렬 연결되어 녹색 LED 구동회로(22)를 통해 입력되는 LED 구동신호와 외부로부터 입력되는 청색 휘도 보정신호(Bs)에 따라 적어도 하나의 청색 LED(B_LED)를 발광시키는 청색 LED 구동회로(24)를 구비한다.
DC/DC 컨버터(18)는 외부로부터 입력되는 전원신호(Vin)를 직렬 연결된 적색, 녹색, 및 청색 LED 구동회로(20,22,24)를 동시 구동하기 위한 레벨의 직류전원(DC)으로 변환한다. 다시 말하여, 레벨이 변환된 직류전원(DC)은 직렬 연결된 각 LED 구동회로(20,22,24)를 동시에 구동시키기 위한 신호로써, 직렬 연결된 LED 구동회로(20,22,24)들의 구동 특성에 알맞게 전원신호(Vin)의 전압 및 전류 레벨이 변환된 신호이다. DC/DC 컨버터(18)는 이러한 직류전원(DC)의 출력 기간들을 외부로부터 입력되는 PWM 신호(PWMS)에 따라 조절함으로써 LED 구동신호를 생성하여 적색 LED 구동회로(20)에 공급하게 된다.
적색 LED 구동회로(20)는 DC/DC 컨버터(18)로부터 입력되는 LED 구동신호에 따라 적어도 하나의 적색 LED(R_LED)를 발광시키게 되는데 이때, 외부로부터 입력되는 적색 휘도 보정신호(Rs)에 따라 적색 LED(R_LED)의 발광 휘도를 조절하게 된다. 이를 위해, 적색 LED 구동회로(20)는 제 1 저항(R1)과 적어도 하나의 적색 LED(R_LED)가 직렬 연결되고, 상기의 제 1 저항(R1) 및 적색 LED(R_LED)들과는 병렬구조로 제 2 저항(R2)과 제 1 스위칭 소자(T1)가 직렬로 연결된다. 여기서, 제 1 스위칭 소자(T1)는 전계효과트랜지스터(FET; Field Effect Transistor)가 될 수도 있는데, 제 1 스위칭 소자(T1)를 통해 입력되는 적색 휘도 보정신호(Rs)에 따라 적색 LED(R_LED)의 발광 휘도가 조절된다. 여기서, 적색 휘도 보정신호(Rs)는 적색 LED(R_LED)에 흐르는 전류량을 조절하기 위한 신호로써, 적색 LED(R_LED) 각각의 구동전력 편차 및 발광 휘도 정도에 따라 소정 레벨의 전류 및 전류레벨에 대응하는 전압레벨로 미리 설정될 수 있다. 이러한, 적색 휘도 보정신호(Rs)는 상기 적색 LED(R_LED)의 온 또는 오프 기간에 제 1 스위칭 소자(T1)의 게이트 단자에 공급됨으로써 적색 LED(R_LED)의 발광 휘도를 조절하게 된다.
녹색 LED 구동회로(22)는 적색 LED 구동회로(20)의 출력단으로부터 입력되는 LED 구동신호에 따라 적어도 하나의 녹색 LED(G_LED)를 발광시키게 되는데 이때, 외부로부터 입력되는 녹색 휘도 보정신호(Gs)에 따라 녹색 LED(G_LED)의 발광 휘도 를 조절하게 된다. 이를 위해, 녹색 LED 구동회로(22)는 제 3 저항(R3)과 적어도 하나의 녹색 LED(G_LED)가 직렬 연결되고, 상기의 제 3 저항(R3) 및 녹색 LED(G_LED)들과는 병렬구조로 제 4 저항(R4)과 제 2 스위칭 소자(T2)가 직렬로 연결된다. 여기서, 제 2 스위칭 소자(T2)는 제 1 스위칭 소자(T1)와 마찬가지로 FET가 될 수 있는데, 제 2 스위칭 소자(T2)를 통해 입력되는 녹색 휘도 보정신호(Gs)에 따라 녹색 LED(G_LED)의 발광 휘도가 조절된다. 여기서, 녹색 휘도 보정신호(Gs)는 녹색 LED(G_LED)에 흐르는 전류량을 조절하기 위한 신호로써, 녹색 LED(G_LED) 각각의 구동전력 편차 및 발광 휘도 정도에 따라 소정 레벨의 전류 및 전류레벨에 대응하는 전압레벨로 미리 설정될 수 있다. 이러한, 녹색 휘도 보정신호(Gs)는 녹색 LED(G_LED)의 온 또는 오프 기간에 제 2 스위칭 소자(T2)의 게이트 단자에 공급됨으로써 녹색 LED(G_LED)의 발광 휘도를 조절하게 된다.
청색 LED 구동회로(24)는 녹색 LED 구동회로(22)의 출력단으로부터 입력되는 LED 구동신호에 따라 적어도 하나의 청색 LED(B_LED)를 발광시키게 되는데 이때, 외부로부터 입력되는 청색 휘도 보정신호(Bs)에 따라 청색 LED(B_LED)의 발광 휘도를 조절하게 된다. 이를 위해, 청색 LED 구동회로(24)는 제 5 저항(R5)과 적어도 하나의 청색 LED(B_LED)가 직렬 연결되고, 상기의 제 5 저항(R5) 및 청색 LED(B_LED)들과는 병렬구조로 제 6 저항(R6)과 제 3 스위칭 소자(T3)가 직렬로 연결된다. 그리고, 병렬 구조로 이루어진 청색 LED 구동회로(24)의 출력단은 접지전압 또는 그라운드 전압에 연결된다. 여기서, 제 3 스위칭 소자(T3)는 제 1 및 제 2 스위칭 소자(T1,T2)와 마찬가지로 FET가 될 수 있는데, 제 3 스위칭 소자(T3)를 통해 입력되는 청색 휘도 보정신호(Bs)에 따라 청색 LED(B_LED)의 발광 휘도가 조절된다. 여기서, 청색 휘도 보정신호(Bs)는 청색 LED(B_LED)에 흐르는 전류량을 조절하기 위한 신호로써, 청색 LED(B_LED) 각각의 구동전력 편차 및 발광 휘도 정도에 따라 소정 레벨의 전류 및 전류레벨에 대응하는 전압레벨로 미리 설정될 수 있다. 이러한, 청색 휘도 보정신호(Bs)는 청색 LED(B_LED)의 온 또는 오프 기간에 제 3 스위칭 소자(T3)의 게이트 단자에 공급됨으로써 청색 LED(B_LED)의 발광 휘도를 조절하게 된다.
도면으로 도시되지는 않았지만, 적색, 녹색 및 청색 LED 구동회로(20,22,24) 각각에는 적색, 녹색, 및 청색 LED(R,G,B_LED)들이 복수개씩 직렬 또는 병렬로 연결될 수도 있다. 이하에서는 각각의 LED 구동회로(20,22,24)에 하나씩의 적색, 녹색, 및 청색 LED(R,G,B_LED)가 구비된 경우만을 설명하기로 한다.
상술한 적색, 녹색 및 청색 LED 구동회로(20,22,24)는 각각 하나의 모듈(module)이나 구동 칩(chip) 등으로 구성될 수도 있고, 하나의 모듈이나 구동 칩에 적색, 녹색 및 청색 LED 구동회로(20,22,24)가 같이 내장될 수도 있다. 아울러, 본 발명에서는 적색, 녹색, 및 청색의 순으로 각 구동회로(20,22,24)가 직렬 배치된 경우만을 설명하였지만, 적색, 녹색, 및 청색 LED(R,G,B_LED) 각각의 구동전력 편차나 저항(R) 등의 소자 값에 따라 각 구동회로(20,22,24)의 직렬 배치 순서는 바뀔 수도 있다.
적색, 녹색, 및 청색 LED(R,G,B_LED)들은 서로 다른 구동전력 편차를 가지고있다. 일반적으로, 각 LED(R,G,B_LED)들의 구동전력은 적색, 녹색, 청색 순으로 크기 때문에 적색, 녹색, 및 청색의 순으로 각 LED 구동회로(20,22,24)가 배치되고, 각 LED 구동회로(20,22,24)의 저항값들의 크기 또한 적색, 녹색, 청색 순으로 크게 형성될 수도 있다. 만일, 각 LED(R,G,B_LED)들의 구동전력이 청색, 녹색, 적색의 순으로 크게 구동되면서도 적색, 녹색, 청색 순으로 각 LED 구동회로(20,22,24)를 배치해야 한다면, 제 1 내지 제 6 저항(1R 내지 6R)의 값들을 각 LED(R,G,B_LED)들의 구동전력 편차에 맞게 배치함으로써 LED 구동회로가 이루어질 수 있다. 예를 들어, 적색 LED(R_LED)의 구동전압이 2.6V이고, 녹색 LED(G_LED)의 구동전압은 3.2V, 그리고 청색 LED(B_LED)의 구동전압이 3.2V 인 경우, DC/DC 컨버터(18)는 약 13.5V의 크기로 LED 구동신호를 출력할 수 있다. 이때, 제 1 저항(R1)의 저항값은 1.3㏀, 제 2 저항(R2)의 저항값은 52Ω으로 각각 설정될 수 있으며, 제 3 저항(R3)의 저항값은 1.6㏀, 제 4 저항(R4)의 저항값은 64Ω으로 각각 설정될 수 있다. 또한, 제 5 저항(R5)의 저항값은 1.65㏀, 제 6 저항(R6)의 저항값은 66Ω으로 각각 설정될 수 있다. 이와 같이, 각 LED 구동회로(20,22,24)에 구비되는 제 1 내지 제 6 저항(R1 내지 R6)들의 값은 각 LED(R,G,B_LED)들의 구동 편차 및 LED 구동신호의 전류 크기에 따라 각각 다르게 설정될 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 LED 구동회로는 각 LED(R,G,B_LED) 및 각 LED 구동회로(20,22,24)들의 구동전력 편차가 서로 다르더라도 하나의 DC/DC 컨버터(18)로부터의 LED 구동신호에 따라 직렬 배치되어 구동될 수 있다. 또한, 외부로부터 각각 입력되는 적색, 녹색, 및 청색의 휘도 보정신호(Rs,Gs,Bs)에 따라 각 LED(R,G,B_LED)의 발광 휘도를 조절할 수 있다.
한편, 각각의 LED(R,G,B_LED)와는 병렬로 연결되고 각각의 스위칭 소자(T1,T2,T3)와는 직렬로 연결된 제 2, 제 4, 및 제 6 저항(R2,R4,R6)은 각각의 LED(R,G,B_LED)를 과전류로부터 보호하게 된다. 따라서, 상술한 LED 구동회로의 신뢰성이 향상될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 LED 구동회로를 이용한 백 라이트 유닛 및 액정 표시장치를 나타낸 구성도이다.
도 3에 도시된 액정 표시장치는 복수의 화소영역을 구비하여 영상을 표시하는 액정패널(2); 복수의 데이터 라인(DL1 내지 DLm)을 구동하는 데이터 드라이버(4); 복수의 게이트 라인(GL1 내지 GLn)을 구동하는 게이트 드라이버(6); 외부로부터의 영상 데이터(RGB)를 액정패널(2)의 구동에 알맞게 정렬하여 데이터 드라이버(4)에 공급함과 아울러 데이터 드라이버(4)와 게이트 드라이버(6)를 제어하는 타이밍 컨트롤러(8); 직렬로 연결된 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B) LED 모듈 (20,22,24)을 구비하여 휘도가 보정된 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 광을 액정패널(2)에 조사하는 백라이트(14); 및 적색, 녹색, 청색 및 백색 광을 발생하도록 백 라이트 구동신호(BCS(R,G,B))를 생성함과 아울러 영상 데이터(RGB)의 특성과 적색, 녹색, 청색 LED 각각의 구동전력 편차에 따른 휘도 보정신호(Rs,Gs,Bs)을 생성하여 백 라이트(14)를 구동하는 백 라이트 제어부(12)를 구비한다.
액정패널(2)은 복수의 게이트 라인(GL1 내지 GLn)과 복수의 데이터 라인(DL1 내지 DLm)에 의해 정의되는 각 화소영역에 형성된 박막 트랜지스터(TFT; Thin Film Transistor) 및 TFT와 접속된 액정 커패시터(Clc)를 구비한다. 액정 커패시 터(Clc)는 TFT와 접속된 화소전극, 화소전극과 액정을 사이에 두고 대면하는 공통전극으로 구성된다. TFT는 각각의 게이트 라인(GL1 내지 GLn)으로부터의 스캔펄스에 응답하여 각각의 데이터 라인(DL1 내지 DLm)으로부터의 데이터 신호를 화소전극에 공급한다. 액정 커패시터(Clc)는 화소전극에 공급된 데이터 신호와 공통전극에 공급된 공통전압의 차전압을 충전하고, 그 차전압에 따라 액정 분자들의 배열을 가변시켜 광투과율을 조절함으로써 계조를 구현한다. 그리고 액정 커패시터(Clc)에는 스토리지 커패시터(Cst)가 병렬로 접속되어 액정 커패시터(Clc)에 충전된 전압이 다음 데이터 신호가 공급될 때까지 유지되게 한다. 스토리지 커패시터(Cst)는 화소전극이 이전 게이트 라인과 절연막을 사이에 두고 중첩되어 형성된다. 이와 달리 스토리지 커패시터(Cst)는 화소전극이 스토리지 라인과 절연막을 사이에 두고 중첩되어 형성되기도 한다.
데이터 드라이버(4)는 타이밍 컨트롤러(8)로부터의 데이터 제어신호(DCS)에 따라 디지털 영상 데이터(Data)를 아날로그 영상신호로 변환하고, 각 게이트 라인(GL1 내지 GLn)에 스캔펄스가 공급되는 1수평 주기마다 1수평 라인분의 아날로그 영상신호를 각 데이터 라인(DL1 내지 DLm)으로 공급한다. 즉, 데이터 드라이버(4)는 아날로그 영상신호의 계조값에 따라 소정 레벨을 가지는 감마전압을 선택하고 선택된 감마전압을 각 데이터 라인(DL1 내지 DLm)으로 공급한다.
게이트 드라이버(6)는 타이밍 컨트롤러(8)로부터의 게이트 제어신호(GCS) 중 게이트 스타트 펄스(GSP)에 응답하여 순차적으로 게이트 신호 즉, 스캔펄스를 발생하는 쉬프트 레지스터와 게이트 신호의 전압을 각 화소의 구동에 적합한 레벨로 쉬 프트 시키기 위한 레벨 쉬프터 등으로 구성된다. 이러한, 게이트 드라이버(6)는 타이밍 컨트롤러(8)로부터 공급되는 게이트 스타트 펄스(GSP)를 게이트 쉬프트 클럭(GSC)에 따라 순차적으로 쉬프트시켜 매 프레임마다 스캔펄스를 게이트 라인들(GL1 내지 GLn)에 공급한다.
타이밍 컨트롤러(8)는 외부로부터의 영상 데이터(RGB)를 액정패널(2)의 구동에 알맞도록 정렬하여 데이터 드라이버(4)에 공급한다. 또한, 외부로부터의 동기신호들(DCLK,DE,Hsync,Vsync)을 이용하여 게이트 제어신호(GCS)와 데이터 제어신호(DCS)를 생성하여 데이터 드라이버(4)와 게이트 드라이버(6)를 제어한다. 이때, 타이밍 컨트롤러(8)는 적어도 한 프레임 단위로 영상 데이터(RGB)의 휘도 특성을 분석하고 분석된 영상의 휘도 특성에 따라 휘도 제어신호 생성하여 백 라이트 제어부(12)에 공급한다. 또한, 타이밍 컨트롤러(8)는 분석된 영상의 휘도 특성에 따라 백 라이트(14)의 구동 타이밍을 제어하기 위한 디밍 제어신호를 생성하여 백 라이트 제어부(12)에 공급하기도 한다. 여기서, 휘도 제어신호는 적어도 한 프레임 단위로 영상 데이터(RGB)의 휘도 특성을 분석하여 백 라이트(14)로부터 발생되는 광의 전체적인 휘도의 정도를 제어하기 위한 신호이다. 다시 말하여, 영상 데이터(RGB)의 휘도 특성에 따라 백 라이트(14)로부터 발생되는 광의 전체적인 휘도를 낮추거나 또는 높이기 위한 신호이다.
백 라이트 제어부(12)는 타이밍 컨트롤러(8)로부터의 휘도 제어신호 및 적색, 녹색, 및 청색 LED(R,G,B_LED)의 구동전력 편차에 따라 각각의 LED(R,G,B_LED)들로부터 발생되는 광의 휘도를 보정하기 위한 휘도 보정신호(Rs,Gs,Bs)를 생성한 다. 그리고, 타이밍 컨트롤러(8)로부터의 디밍 제어신호에 따라 백 라이트 구동신호(BCS(R,G,B))를 발생하여 적색, 녹색 및 청색 LED 모듈(20,22,24)의 구동 타이밍을 제어한다. 다시 말하여, 백 라이트 제어부(12)에는 적어도 하나의 메모리가 구비되어 입력되는 디밍 제어신호에 대응하는 백 라이트 구동신호(BCS)를 생성할 수 있다. 이때, 백라이트 제어부(12)는 입력되는 디밍 제어신호에 따라 백 라이트(14)에 구비된 각각의 LED 구동모듈(20,22,24)의 온/오프 시간을 가변시키는 버스트 모드(Burst Mode)로 구동할 수도 있다. 이러한, 백라이트 제어부(12)는 각 LED 모듈(20,22,24)의 온/오프 시간을 가변하거나 백 라이트 구동신호(BCS(R,G,B))의 전압레벨을 가변시키는 방법으로 백 라이트(14)의 밝기를 조절한다.
백 라이트(14)는 도 2에 도시된 적색 LED 구동회로로 이루어진 적색 LED 모듈(20), 녹색 LED 구동회로로 이루어진 녹색 LED 모듈(22), 청색 LED 구동회로로 이루어진 청색 LED 모듈(24), 및 백 라이트 구동신호(BCS(R,G,B))에 응답하여 상기 적색, 녹색, 및 청색 LED 모듈(20,22,24)에 LED 구동신호를 공급하는 광원 구동부(16)를 구비한다.
상술한 바와 같이, 적색, 녹색, 및 청색 LED 모듈(20,22,24) 각각은 도 2에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 적색, 녹색, 및 청색의 LED 구동회로로 이루어져 있으며, 적색, 녹색, 및 청색 LED 모듈(20,22,24)은 적어도 하나의 구동 칩(chip)으로 형성될 수도 있다. 즉, 적색, 녹색, 및 청색 LED 모듈(20,22,24)은 광원 구동부(16)에 직렬 연결되도록 구성된다.
광원 구동부(16)는 백 라이트 구동신호(BCS(R,G,B))에 응답하여 PWM 신 호(PWMS) 생성함과 아울러 외부로부터의 전원신호(Vin)를 직류전원(DC)으로 변환한다. 그리고, PWM 신호(PWMS)에 따라 직류전원(DC)의 출력 타이밍을 제어함으로써 LED 구동신호를 생성하여 적색, 녹색, 및 청색 LED 모듈(20,22,24)에 공급한다.
도 4는 도 3에 도시된 백 라이트 제어부와 백 라이트를 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 4에 도시된 백 라이트 제어부(12)는 타이밍 컨트롤러(8)로부터의 디밍 제어신호에 따라 디밍 값(Dimming Value)이 변화된 백 라이트 구동신호(BCS(R,G,B))를 생성하여 적색, 녹색 및 청색 LED 모듈(20,22,24)의 구동 타이밍을 제어하는 디밍 제어부(32), 및 타이밍 컨트롤러(8)로부터의 휘도 제어신호 및 적색, 녹색, 청색 LED(R,G,B_LED)들의 구동전력 편차에 따라 각 LED(R,G,B_LED)들로부터 발생되는 광의 휘도를 보정하기 위한 휘도 보정신호(Rs,Gs,Bs)를 생성하는 휘도 보정 제어부(34)를 구비한다.
디밍 제어부(12)는 적어도 하나의 메모리를 구비하여 입력되는 디밍 제어신호에 대응하도록 디밍 값(Dimming Value)이 변화된 백 라이트 구동신호(BCS(R,G,B))를 생성한다. 여기서, 디밍 제어부(12)는 각 LED 모듈(20,22,24)의 온/오프 시간을 가변하거나 백 라이트 구동신호(BCS(R,G,B))의 전압레벨을 가변시키는 방법으로 백 라이트(14)의 밝기를 조절할 수 있다.
휘도 보정 제어부(34)는 적어도 하나의 메모리를 구비하여 타이밍 컨트롤러(8)로부터의 휘도 제어신호와 미리 저장된 적색, 녹색, 청색 LED(R,G,B_LED)들의 구동전력 편차에 대응하도록 적색, 녹색, 및 청색 휘도 보정신호(Rs,Gs,Bs)를 출력 하게 된다. 이러한, 휘도 보정 제어부(34)에는 적어도 하나의 메모리 외에도 DC/DC 컨버터, 버퍼 및 증폭회로 등이 더 구비될 수 있다.
도 4에 도시된 광원 구동부(16)는 디밍 제어부(32)로부터의 백 라이트 구동신호(BCS(R,G,B))에 따라 듀티비(Duty ratio) 즉, 한 주기에서의 하이 구간 비율이 가변 되도록 PWM 신호(PWMS)를 출력하는 LED 제어부(19), 외부로부터의 전원신호(Vin)를 직류전원(DC)으로 변환하고 상기 PWM 신호(PWMS)에 따라 LED 구동신호 생성하는 DC/DC 컨버터(18)를 구비한다.
LED 제어부(19)는 백 라이트 구동신호(BCS(R,G,B))의 펄스 폭에 따라 PWM 신호(PWMS)의 듀티비(Duty ratio)를 가변시킴과 아울러, 백 라이트 구동신호(BCS(R,G,B))의 진폭에 따라 PWM 신호(PWMS)의 진폭 또한 가변시킬 수도 있다. 다시 말하여, LED 제어부(19)는 백 라이트 구동신호(BCS(R,G,B))의 진폭 및 펄스 폭에 따라 PWM 신호(PWMS)의 진폭 및 펄스 폭을 가변시켜서 각 LED 모듈(20,22,24)의 구동 타이밍을 제어할 수 있으며, 각 LED(R,G,B_LED)의 밝기 또한 제어할 수 있다. 이러한, LED 제어부(19)는 도시되지 않은 구동신호 생성부, 스위칭부 및 변압기(Transformer) 등을 더 구비하기도 한다.
도 4에서는 본 발명에 따른 광원 구동부(16)가 직렬로 연결된 적색, 녹색, 및 청색 LED 모듈(20,22,24)을 복수개씩 동시에 구동하는 경우를 나타내었다. 하지만, 백 라이트(14)의 크기와 각 LED 모듈(20,22,24)의 개수 및 연결구조에 따라 광원 구동부(16)는 복수개 구비되어 사용될 수 있다. 즉, 각 LED 모듈(20,22,24)의 개수의 개수에 대응하도록 광원 구동부(16)가 더 구비될 수도 있다.
한편, 본 발명의 백 라이트(14)에는 광원 구동부(16) 외에 복수의 LED 모듈(20,22,24) 상에 배치되어 LED 어레이로부터의 광의 휘도 및 효율을 향상시켜 액정패널(2)에 조사하는 복수의 광학시트(미도시)를 구비하기도 한다. 여기서, 복수의 LED 모듈(20,22,24) 각각은 액정패널(2) 배면 전체에 균일하게 광이 조사될 수 있도록 인쇄회로기판 상에 매트릭스 형태로 배치되기도 한다. 그리고, 다수의 광학시트는 복수의 LED 모듈(20,22,24)로부터 입사되는 광을 확산시키는 적어도 하나의 확산시트(또는 확산판), 및 확산시트에 의해 확산된 광이 액정패널(2) 쪽으로 진행하도록 광의 경로를 변환하여 광의 효율을 향상시키는 적어도 하나의 프리즘 시트를 포함한다.
한편, 본 발명의 백 라이트(14)는 가로로 배치된 복수의 LED 모듈(20,22,24)이 백 라이트(14)의 측면부에 위치하도록 하여 도광판을 통해 액정패널(2)의 전면으로 빛이 조사되도록 하는 에지형 백라이트 방식이 될 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 백 라이트 유닛을 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 LED 구동회로를 나타낸 회로도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 LED 구동회로를 이용한 백 라이트 유닛 및 액정 표시장치를 나타낸 구성도.
도 4는 도 3에 도시된 백 라이트 제어부와 백 라이트를 구체적으로 나타낸 구성도.
＊도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명＊
2: 액정패널 4 : 데이터 드라이버
6 : 게이트 드라이버 8 : 타이밍 컨트롤러
12 : 백 라이트 제어부 14 : 백 라이트
16 : 광원 구동부 18 : DC/DC 컨버터
20 : 적색 LED 구동회로(모듈) 22 : 녹색 LED 구동회로(모듈)
24 : 청색 LED 구동회로(모듈) 32 : 디밍 제어부

Claims (10)

  1. 외부로부터의 전원을 직류전원으로 변환하여 입력되는 PWM 신호에 따라 LED 구동신호 생성하는 DC/DC 컨버터;
    상기 LED 구동신호와 외부로부터 입력되는 적색 휘도 보정신호에 따라 적어도 하나의 적색 LED를 발광시키는 적색 LED 구동회로;
    상기 적색 LED 구동회로와 직렬 연결되어 상기 적색 LED 구동회로를 통해 입력되는 LED 구동신호와 외부로부터 입력되는 녹색 휘도 보정신호에 따라 적어도 하나의 녹색 LED를 발광시키는 녹색 LED 구동회로; 및
    상기 녹색 LED 구동회로와 직렬 연결되어 상기 녹색 LED 구동회로를 통해 입력되는 LED 구동신호와 외부로부터 입력되는 청색 휘도 보정신호에 따라 적어도 하나의 청색 LED를 발광시키는 청색 LED 구동회로를 구비한 것을 특징으로 하는 LED 구동회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적색 LED 구동회로는 제 1 저항과 적어도 하나의 적색 LED가 직렬 연결되고, 상기의 제 1 저항 및 적색 LED들과는 병렬구조로 제 2 저항과 제 1 스위칭 소자가 직렬로 연결되며,
    상기 녹색 LED 구동회로는 제 3 저항과 적어도 하나의 녹색 LED가 직렬 연결되고, 상기의 제 3 저항 및 녹색 LED들과는 병렬구조로 제 4 저항과 제 2 스위칭 소자가 직렬로 연결되며,
    상기 청색 LED 구동회로는 제 5 저항과 적어도 하나의 청색 LED가 직렬 연결되고, 상기의 제 5 저항 및 청색 LED들과는 병렬구조로 제 6 저항과 제 3 스위칭 소자가 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 LED 구동회로.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 적색 LED는 상기 DC/DC 컨버터로부터의 LED 구동신호와 상기 제 1 스위치 소자의 게이트 단자를 통해 입력되는 상기 적색 휘도 보정신호에 의해 내부에 흐르는 전류량이 가변하여 발광 휘도가 조절되며,
    상기 녹색 LED는 상기 적색 LED 구동회로를 통해 입력되는 LED 구동신호와 상기 제 2 스위치 소자의 게이트 단자를 통해 입력되는 상기 녹색 휘도 보정신호에 의해 내부에 흐르는 전류량이 가변하여 발광 휘도가 조절되며,
    상기 청색 LED는 상기 녹색 LED 구동회로를 통해 입력되는 LED 구동신호와 상기 제 3 스위치 소자의 게이트 단자를 통해 입력되는 상기 적색 휘도 보정신호에 의해 내부에 흐르는 전류량이 가변하여 발광 휘도가 조절된 것을 특징으로 하는 LED 구동회로.
  4. 적색, 녹색, 청색 및 백색 광을 발생하도록 외부로부터의 디밍 제어신호에 따라 백 라이트 구동신호를 생성함과 아울러, 외부로부터의 휘도 제어신호와 적색, 녹색, 청색 LED 각각의 구동전력 편차에 따라 휘도 보정신호를 생성하는 백 라이트 제어부; 및
    상기 제 1 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 LED 구동회로를 구비하여 상기 휘도 보정신호에 따라 휘도가 보정된 적색, 녹색, 청색 및 백색 광을 발광시키는 하는 백 라이트를 구비한 것을 특징으로 하는 백 라이트 유닛.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 백 라이트 제어부는
    외부로부터의 디밍 제어신호에 따라 디밍 값(Dimming Value)이 변화된 상기 백 라이트 구동신호를 생성하여 상기 LED 구동회로의 구동 타이밍을 제어하는 디밍 제어부, 및
    외부로부터의 휘도 제어신호 및 적색, 녹색, 청색 LED들의 구동전력 편차에 따라 상기 각 LED로부터 발생되는 광의 휘도를 보정하기 위한 적색, 녹색, 및 청색 휘도 보정신호를 생성하여 상기 각 LED 구동회로에 공급하는 휘도 보정 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 백 라이트 유닛.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 백 라이트는
    상기 직렬로 연결된 적어도 하나의 적색, 녹색, 및 청색 LED 구동회로, 및
    상기 백 라이트 구동신호에 응답하여 상기 각 적색, 녹색, 및 청색 LED 구동회로에 상기 LED 구동신호를 공급하는 광원 구동부를 구비한 것을 특징으로 하는 백 라이트 유닛.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 광원 구동부는
    상기 백 라이트 구동신호에 따라 듀티비(Duty ratio)를 가변시켜서 PWM 신호를 출력하는 LED 제어부, 및
    외부로부터의 전원을 직류전원으로 변환하여 상기 PWM 신호에 따라 상기의 LED 구동신호 생성하기 위해 상기 제 1 항의 DC/DC 컨버터를 구비한 것을 특징으로 하는 백 라이트 유닛.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 LED 제어부는
    상기 백 라이트 구동신호의 진폭 및 펄스 폭에 대응되도록 상기 PWM 신호의 진폭 및 펄스 폭을 가변시켜서 상기 각 LED 구동회로의 구동 타이밍과 발광 휘도를 제어한 것을 특징으로 하는 백 라이트 유닛.
  9. 복수의 화소영역을 구비하여 영상을 표시하는 액정패널;
    외부로부터 입력되는 영상 데이터의 휘도 특성을 적어도 한 프레임 단위로 분석하고 분석된 영상의 휘도 특성에 따라 휘도 제어신호 생성함과 아울러, 상기 분석된 영상의 휘도 특성에 따라 디밍 제어신호를 생성하는 타이밍 컨트롤러; 및
    상기 휘도 제어신호와 상기 디밍 제어신호에 따라 적색, 녹색, 청색 및 백색 광을 발생하여 상기 액정패널에 조사하기 위해 상기 제 4 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 백 라이트 유닛을 구비한 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 휘도 제어신호와 디밍 제어신호는
    적어도 한 프레임 단위로 분석된 영상 데이터의 휘도 특성에 따라 상기 백 라이트 유닛으로부터 발생되는 광의 휘도를 낮추거나 또는 높이기 위해 구동신호의 크기와 구동 타이밍을 각각 제어하기 위한 신호인 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
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