KR20120095655A

KR20120095655A - Ｌｅｄ 구동장치

Info

Publication number: KR20120095655A
Application number: KR1020110015106A
Authority: KR
Inventors: 황보현; 권정선; 김정현; 공승곤; 이재신; 성준엽
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2011-02-21
Filing date: 2011-02-21
Publication date: 2012-08-29
Also published as: US20120212146A1; US8541953B2

Abstract

본 발명은 LED 구동장치에 관한 것으로, 멀티채널 LED 소자 또는 LED 어레이(array)를 채널별로 구동하기 위한 LED 구동장치에 있어서; 각 채널에 흐르는 전류를 구동하는 정전류 구동부; 각 채널의 전압레벨을 선택적으로 피드백하는 제1스위칭수단; 및 상기 제1스위칭수단의 온/오프를 제어하는 스위칭 제어부;를 포함하여 구성되며, 각 채널에 흐르는 전류의 매칭 특성이 향상되며, IC 칩 크기 또한 종래보다 감소될 수 있으므로, 채널간 전류의 매칭 저하에 따른 성능열화의 문제를 해결하는 동시에 제조비용 감소와 칩 크기의 소형화 추세에 부응한다는 유용한 효과를 제공한다.

Description

ＬＥＤ 구동장치{LED DRIVING DEVICE}

본 발명은 LED 구동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 멀티채널 구동방식으로 LED를 구동함에 있어서, 다수의 앰프를 사용함에 따른 전류 산포도 증가 문제를 해결하는 동시에, 장치의 소형화가 가능한 LED 구동장치에 관련된다.

발광다이오드(LED)는 조명이나 백라이트유닛(Backlight Unit : BLU) 등 다양한 분야에서 폭넓게 활용되고 있으며, 최근 들어 급속도로 시장이 확대되면서 관련기술이 비약적으로 발전하고 있다.

일반적으로 LED 전류의 설정 및 제어는 크게 변환디밍신호(ADIM)와 저항(RLED) 파라미터에 의하여 결정된다.

한편, LED BLU에서 부분적인 디밍(Dimming) 및 스캐닝(Scanning) 기능을 사용하기 위하여 멀티채널(Multi channel) 구동방식을 적용하고 있으며, 이와 동시에, 동일한 휘도를 유지하기 위하여 선형(Linear)방식을 사용하고 있다.

선형 방식은 비용 측면에서 유리하지만, LED 채널의 전류를 일정하게 유지하기 위하여 각 채널별로 각각 앰프를 사용하고 있는데, 앰프들은 각각 고유한 오프셋(Offset) 전압 특성이 발현되기 때문에, 결국 각 채널들 사이에 전류의 산포도가 커지게 되며, 따라서, 채널간 매칭(Matching) 특성이 감소되는 문제점이 있다.

도 1에서는 종래의 일반적인 멀티채널 LED의 선형 정전류 구동방식을 예시하고 있다.

도면에서 예시한 바와 같이, 각 앰프들은 각각 오프셋 전압(Vos)을 갖는다.

따라서, 각 채널별 전류는 아래 수식과 같이 결정되며 각 채널별 전류들이 모두 상이하게 되면서 매칭 특성이 감소하는 것을 확인할 수 있다.

이러한 채널별 전류의 매칭 특성을 개선하기 위해서 추가적인 보상회로를 구비하거나 앰프를 다단으로 설계하는 방법도 적용할 수 있겠지만, 이러한 방법은 전체적인 칩 크기의 증가를 유발하는 동시에 칩 제조비용 또한 증가되는 결과를 초래하게 된다는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여, 각 채널 전류의 매칭 특성을 개선하고, IC 칩을 종래보다 소형화 할 수 있는 LED 구동장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명의 일실시예에 의한 LED 구동장치는, 멀티채널 LED 소자 또는 LED 어레이(array)를 구동하기 위한 LED 구동장치에 있어서; 각 채널에 흐르는 전류를 구동하는 정전류 구동부; 각 채널의 전압레벨을 선택적으로 상기 정전류 구동부로 피드백하는 제1스위칭수단; 및 상기 제1스위칭수단의 온/오프를 제어하는 스위칭 제어부; 를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 정전류 구동부는, 비반전단자에 기준전압이 인가되고, 반전단자에는 제1스위칭수단에 의하여 피드백된 전압이 인가되는 구동앰프; 상기 앰프의 출력단이 연결되는 제어단자, 상기 LED 소자 또는 LED 어레이의 일단에 연결되는 제1단자를 포함하는 구동트랜지스터; 및 상기 트랜지스터의 제2단자에 연결되고, 상기 LED 소자 또는 LED 어레이에 흐르는 전류에 선형으로 대응하는 피드백 전압레벨을 제공하는 구동저항; 을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 구동앰프의 출력단과 구동트랜지스터의 제어단자 사이에 연결되는 제2스위칭수단이 추가로 구비되며, 상기 스위칭 제어부는 제1스위칭수단 및 제2스위칭수단의 온/오프를 제어하도록 구성되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 제2스위칭수단에는 PWM 제어신호 및/또는 AM 제어신호가 추가로 인가될 수 있다.

한편, 상기 구동앰프의 출력단과 구동트랜지스터의 제어단자 사이에 연결되며, 스위치를 포함하는 버퍼가 구비되며, 상기 버퍼의 스위치는 스위칭 제어부에 의하여 온/오프가 제어되고, 상기 버퍼에는 PWM 제어신호 및/또는 AM 제어신호가 인가되도록 구성할 수도 있다.

또한, 상기 스위칭 제어부는 클럭(CLOCK ; CLK)신호에 의하여 제1스위칭수단 및 제2스위칭수단 또는 버퍼의 스위치를 제어하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 구동장치는, 하나 이상의 LED 소자로 이루어진 N개의 LED 어레이가 병렬로 연결되어 구성되는 N개의 LED 채널을 포함하는 LED 장치를 각 채널별로 구동하기 위한 LED 구동장치에 있어서; 비반전단자에 기준전압이 인가되는 구동앰프; 구동앰프의 출력단과 연결되는 제어단자, 상기 각 채널의 LED 어레이 일단에 연결되는 제1단자를 포함하는 N개의 구동트랜지스터; 상기 N개의 구동트랜지스터 각각의 제2단자에 연결되어 상기 각 채널의 LED 어레이에 흐르는 전류에 선형으로 대응하는 피드백 전압레벨을 제공하는 N개의 구동저항; 상기 각각의 구동트랜지스터의 제2단자와 각각의 구동저항 사이에 일단이 연결되고, 타단이 상기 구동앰프의 반전단자에 연결되는 N개의 제1스위치; 및 상기 N개의 제1스위치가 순차적으로 온/오프 되도록 제어하는 스위칭 제어부;를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 구동앰프의 출력단과 각각의 구동트랜지스터 제어단자 사이에 연결되는 N개의 제2스위치가 추가로 구비되며, 상기 스위칭 제어부는 N개의 제1스위치 및 N개의 제2스위치가 순차적으로 온/오프 되도록 제어하도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 구동앰프의 출력단과 각각의 구동트랜지스터 제어단자 사이에 연결되며, 스위치를 포함하는 N개의 버퍼가 추가로 구비되며, 상기 버퍼의 스위치는 스위칭 제어부에 의하여 온/오프가 제어되고, 상기 버퍼에는 PWM 제어신호 및/또는 AM 제어신호가 추가로 인가되는 것을 특징으로 하여 구성될 수도 있다.

한편, 상기 제2스위치에는 PWM 제어신호 및/또는 AM 제어신호가 추가로 인가되도록 할 수도 있다.

또한, 상기 스위칭 제어부는 클럭(CLOCK ; CLK)신호에 의하여 제1스위치 및 제2스위치 또는 버퍼의 스위치를 제어하도록 할 수도 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 다수의 채널이 하나의 앰프에 의하여 정전류 구동되므로, 종래의 다채널 LED 구동장치에서 채널 별 오프셋의 차이를 보상하기 위한 별도의 보상회로가 구비되어야 했던 문제점을 해결할 수 있다.

또한, 각 채널의 정전류 구동을 위한 앰프의 수가 감소되므로, 각 채널에 흐르는 전류의 매칭 특성이 향상되어 채널간 전류의 매칭 저하에 따른 성능 열화의 문제를 해결할 수 있다.

또한, 앰프의 수가 감소되고, 별도의 보상회로가 불필요하게 되므로, IC 칩 크기 또한 종래보다 감소되어 칩의 소형화 추세에 부응한다는 유용한 효과를 제공한다.

도 1은 종래의 LED 구동장치 구성을 보인 회로도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 구성을 보인 회로도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 구성을 보인 회로도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 중요부분을 보인 요부확대도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 기술 등은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 더불어, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공될 수 있다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 명세서에서 사용된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세하게 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 구성을 보인 회로도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 LED 구동장치는, 정전류 구동부, 제1스위칭수단(30), 스위칭 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.

하나 이상의 발광다이오드(LED) 소자가 직렬로 연결되어 LED 어레이(array)(100)가 구성될 수 있다. 또한, 상기 LED 어레이(100)들이 병렬로 다수개 연결되면 각각 채널을 구성할 수 있게 된다. 물론, 도시하지는 않았지만, LED 어레이(100)는 LED 소자 하나로 구성되고 하나의 LED 소자가 하나의 채널을 형성할 수도 있다.

상기 정전류 구동부는 종래의 정전류 구동부의 구성 및 작동원리와 유사하다.

LED 어레이(100)를 구성하는 스트링에 흐르는 채널별 LED 전류는 구동트랜지스터(M)의 제1단자로 유입되며, 구동트랜지스터(M)의 제어단자에 인가되는 신호에 따라 유지되거나 증폭되거나 구동트랜지스터(M)의 제2단자로 흐르게 된다.

상기 구동트랜지스터(M)의 제2단자에서 흘러나온 전류는 구동저항(R)에 의하여 피드백 전압레벨을 형성하는데, 상기 피드백 전압레벨은 구동앰프(10)에 연결되어 기준전압과 비교된다.

상기 구동앰프(10)에서는 인가된 기준전압과 피드백 전압레벨을 비교하여 그 차이를 미리 설정된 전압이득만큼 증폭하여 출력단자로 신호 형태로 출력되는데, 상기 구동앰프(10)의 출력단자는 상기 구동트랜지스터(M)의 제어단자와 연결되어 채널별 LED 전류를 유지하거나 증가시킬 수 있다.

이때, 상기 구동트랜지스터(M)는 접합 트랜지스터(junction transistor) 또는 모스트랜지스터(MOS transistor) 등으로 구현될 수 있다.

그러나, 다수개의 채널이 구비된 경우, 종래에는 도 1에서 예시한 바와 같이 채널의 개수만큼 앰프를 구비하여야 했기 때문에 전술한 바와 같은 앰프별 오프셋 편차 등의 문제점들이 있었던 것인데, 본 발명에서는 도 2에서 예시한 바와 같이 채널별로 구동트랜지스터(M)와 구동저항(R)을 구비하되 구동트랜지스터(M)의 제어단자를 한 개의 구동앰프(10)의 출력단에 모두 연결하는 한편, 모든 채널의 피드백 전압레벨이 하나씩 선택되어 구동앰프(10)의 반전단자에 입력될 수 있도록 하는 제1스위칭수단(30)을 구비하여 구성함으로써, 종래기술의 문제점으로 지적되고 있던 앰프의 오프셋으로 인한 채널별 전류의 매칭 특성을 추가적인 보상회로 없이도 해결할 수 있게 된다.

상기 제1스위칭수단(30)은 일반적인 클럭 스위치(Clock Switch)로 구현될 수 있으며, 상기 제1스위칭수단(30)의 스위칭을 제어하기 위한 스위칭 제어부는 통상적인 클럭신호 발생기(50)(Clock Signal Generator)와 페이즈 쉬프터(40)(Phase Shifter)를 이용하여 구현할 수 있다.

즉, 페이즈 쉬프터(40)에서 클럭1(CLK1)신호가 제1스위칭수단(30)에 인가되면 1 채널의 피드백 전압레벨이 구동앰프(10)의 반전단자에 인가되고, 페이즈 쉬프터(40)에서 클럭2(CLK2)신호가 제1스위칭수단(30)에 인가되면 2 채널의 피드백 전압레벨이 구동앰프(10)의 반전단자에 인가되며, 클럭N(CLKn)신호가 제1스위칭수단(30)에 인가되면 N 채널의 피드백 전압레벨이 구동앰프(10)의 반전단자에 인가되는 것이다.

상기와 같이 구성됨으로써 모든 채널의 LED 전류가 하나의 구동앰프(10)에 의하여 일정 수준으로 구동될 수 있게 되는 것이다.

한편, 상기 구동앰프(10)의 출력단과 각각의 채널별 구동트랜지스터(M1, M2, M3, ... Mn)의 제어단자들 사이에는 제2스위칭수단(20)이 추가로 구비될 수 있다.

이때, 제2스위칭수단(20)은 제2스위치(21)와 스위칭 제어신호 입력부(22)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제2스위칭수단(20)은 제1스위칭수단(30)과 함께 온/오프되도록 제어되어, 특정 채널에 대한 피드백 전압레벨에 의하여 구동앰프(10)에서 출력되는 신호값이 해당 채널에만 반영되도록 할 수 있게 된다.

상기 제2스위칭수단(20)은 제1스위칭수단(30)과 마찬가지로 스위칭 제어부(40, 50)에 의하여 온오프가 제어될 수 있다. 물론, 별도의 스위칭 제어부를 구비할 수도 있겠지만, 구성요소가 증가할수록 LED 구동장치의 전체 크기가 증가하며 비용이 상승하기 때문에 별도의 스위칭 제어부를 구비하는 것은 바람직하지 않다.

또한, 스위칭 제어부에서 제1스위칭수단(30)과 제2스위칭수단(20)을 함께 제어할 수 있도록 구성되면 제1스위칭수단(30)과 제2스위칭수단(20)의 온/오프 동작의 동기화가 용이하게 이루어질 수 있게 되므로 더욱 바람직하다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 구성을 보인 회로도인데, 도 3에 따르면, 도 2에서 예시한 제2스위칭수단(20) 대신 스위치를 포함하여 구성되는 버퍼(23)가 구비될 수 있음을 예시하고 있다.

도 3에서 예시한 바와 같이 구성된 경우, 상기 스위치를 포함하여 구성되는 버퍼(23)는 클럭n(CLKn)신호에 따라 각 구동트랜지스터(M)에 구동앰프(10)의 출력단을 연결하는 동시에 PWM 제어신호 또는 AM 제어신호 등의 추가적인 제어신호를 제어신호 입력부(24)를 통해 입력받아 해당 채널의 구동트랜지스터(M)에 인가함으로써, 채널별 디밍 또는 스캐닝 동작 등의 추가적인 세부동작을 구현할 수 있게 된다.

한편, 상기와 같이 PWM 제어신호 또는 AM 제어신호 등 추가적인 제어신호가 인가될 경우 순간적으로 과도한 신호가 인가되어 채널별 LED 전류가 급변하면서 소자의 파손을 유발할 우려가 있으므로 과도한 신호를 완화할 수 있는 버퍼(23)를 구비하는 것이 바람직하며, 상기 버퍼(23)는 이미 널리 사용되고 있는 다양한 구성의 버퍼(23)를 적용할 수 있으므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.

도 4에서는 제1스위칭수단(30)을 구성할 수 있는 일 예를 보여주고 있다.

도면에서 예시한 바와 같이 제1스위칭수단(30)은 채널의 개수에 대응되는 수 만큼 구비되며, 상기 스위치들(S1, S2, S3, ... Sn)은 각 채널별로 저항과 구동트랜지스터(M)의 제2단자 사이에 연결되어 있는데, 스위칭 제어부(40, 50)의 클럭신호에 따라 각각 순차적으로 온 되었다가 오프되면서 해당 채널의 전류가 일정 범위로 유지될 수 있도록 하는 것이다.

한편, 첨부된 도면들은 구동앰프(10)가 한 개인 경우를 예시하고 있지만, 채널의 수가 많아질 경우 둘 이상의 군으로 나누어 각각 앰프를 포함하는 정전류 구동부에 의하여 제어되도록 할 수도 있다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 구동앰프
20 : 제2스위칭수단
21 : 제2스위치
22 : 스위칭 제어신호 입력부
23 : 버퍼
24 : 제어신호 입력부
30 : 제1스위칭수단
40 : 페이즈 쉬프터
50 : 클럭신호 발생기
100 : LED 어레이
M1, M2, … Mn : 구동트랜지스터
R1, R2, … Rn : 구동저항
V1, V2, … Vn : 피드백 전압
Vos : 오프셋 전압

Claims

멀티채널 LED 소자 또는 LED 어레이(array)를 구동하기 위한 LED 구동장치에 있어서;
각 채널에 흐르는 전류를 구동하는 정전류 구동부;
각 채널의 전압레벨을 선택적으로 상기 정전류 구동부로 피드백하는 제1스위칭수단; 및
상기 제1스위칭수단의 온/오프를 제어하는 스위칭 제어부;
를 포함하여 구성되는
LED 구동장치.
제 1 항에 있어서,
상기 정전류 구동부는,
비반전단자에 기준전압이 인가되고, 반전단자에는 제1스위칭수단에 의하여 피드백된 전압이 인가되는 구동앰프;
상기 앰프의 출력단이 연결되는 제어단자, 상기 LED 소자 또는 LED 어레이의 일단에 연결되는 제1단자를 포함하는 구동트랜지스터; 및
상기 트랜지스터의 제2단자에 연결되고, 상기 LED 소자 또는 LED 어레이에 흐르는 전류에 선형으로 대응하는 피드백 전압레벨을 제공하는 구동저항;
을 포함하여 구성되는
LED 구동장치.
제 2 항에 있어서,
상기 구동앰프의 출력단과 구동트랜지스터의 제어단자 사이에 연결되는 제2스위칭수단이 추가로 구비되며,
상기 스위칭 제어부는 제1스위칭수단 및 제2스위칭수단의 온/오프를 제어하는 것을 특징으로 하여 구성되는
LED 구동장치.
제 2 항에 있어서,
상기 구동앰프의 출력단과 구동트랜지스터의 제어단자 사이에 연결되며, 스위치를 포함하는 버퍼가 구비되며,
상기 버퍼의 스위치는 스위칭 제어부에 의하여 온/오프가 제어되고,
상기 버퍼에는 PWM 제어신호 및/또는 AM 제어신호가 인가되는 것을 특징으로 하여 구성되는
LED 구동장치
제 3 항에 있어서,
상기 제2스위칭수단에는 PWM 제어신호 및/또는 AM 제어신호가 추가로 인가되는 것을 특징으로 하여 구성되는
LED 구동장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스위칭 제어부는 클럭(CLOCK ; CLK)신호에 의하여 제1스위칭수단 및 제2스위칭수단 또는 버퍼의 스위치를 제어하는 것임을 특징으로 하여 구성되는
LED 구동장치.
하나 이상의 LED 소자로 이루어진 N개의 LED 어레이가 병렬로 연결되어 구성되는 N개의 LED 채널을 포함하는 LED 장치를 각 채널별로 구동하기 위한 LED 구동장치에 있어서;
비반전단자에 기준전압이 인가되는 구동앰프;
구동앰프의 출력단과 연결되는 제어단자, 상기 각 채널의 LED 어레이 일단에 연결되는 제1단자를 포함하는 N개의 구동트랜지스터;
상기 N개의 구동트랜지스터 각각의 제2단자에 연결되어 상기 각 채널의 LED 어레이에 흐르는 전류에 선형으로 대응하는 피드백 전압레벨을 제공하는 N개의 구동저항;
상기 각각의 구동트랜지스터의 제2단자와 각각의 구동저항 사이에 일단이 연결되고, 타단이 상기 구동앰프의 반전단자에 연결되는 N개의 제1스위치; 및
상기 N개의 제1스위치가 순차적으로 온/오프 되도록 제어하는 스위칭 제어부;
를 포함하여 구성되는
LED 구동장치.
제 7 항에 있어서,
상기 구동앰프의 출력단과 각각의 구동트랜지스터 제어단자 사이에 연결되는 N개의 제2스위치가 추가로 구비되며,
상기 스위칭 제어부는 N개의 제1스위치 및 N개의 제2스위치가 순차적으로 온/오프 되도록 제어하는 것을 특징으로 하여 구성되는
LED 구동장치.
제 7 항에 있어서,
상기 구동앰프의 출력단과 각각의 구동트랜지스터 제어단자 사이에 연결되며, 스위치를 포함하는 N개의 버퍼가 구비되며,
상기 버퍼의 스위치는 스위칭 제어부에 의하여 온/오프가 제어되고,
상기 버퍼에는 PWM 제어신호 및/또는 AM 제어신호가 인가되는 것을 특징으로 하여 구성되는
LED 구동장치
제 8 항에 있어서,
상기 제2스위치에는 PWM 제어신호 및/또는 AM 제어신호가 추가로 인가되는 것을 특징으로 하여 구성되는
LED 구동장치.
제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스위칭 제어부는 클럭(CLOCK ; CLK)신호에 의하여 제1스위치 및 제2스위치 또는 버퍼의 스위치를 제어하는 것임을 특징으로 하여 구성되는
LED 구동장치.