KR100798110B1

KR100798110B1 - Ｐｗｍ 제어 회로, 그를 포함하는 백라이트 제어 장치 및그를 포함하는 백라이트 구동 장치

Info

Publication number: KR100798110B1
Application number: KR1020060115484A
Authority: KR
Inventors: 박기점; 유수엽
Original assignee: 주식회사 우영
Priority date: 2006-11-21
Filing date: 2006-11-21
Publication date: 2008-01-28
Also published as: WO2008063003A1; US20100052544A1

Abstract

본 발명은 클럭 주파수를 높이지 않으면서도 높은 분해능을 갖는 PWM 제어 신호를 생성할 수 있고 양자화 잡음을 분산하여 희석시킬 수 있는 PWM 제어 회로, 그를 포함하는 백라이트 제어 장치 및 그를 포함하는 백라이트 구동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에 따른 PWM제어 신호는 입력 신호 및 변환 신호를 합하여 가산 신호를 출력하는 가산기; 상기 가산기로부터의 가산 신호를 양자화하여 양자화 신호를 출력하는 양자화기; 상기 양자화 신호로부터 상기 가산 신호를 감산하여 감산 신호를 출력하는 감산기; 상기 감산 신호를 일정한 대역폭으로 필터링하여 주파수를 제한시키고, 상기 감산 신호를 변환하여 상기 가산기에 변환 신호를 출력하는 필터; 및 입력되는 게이트 신호에 의해 상기 양자화 신호를 제어하여 상기 양자화 신호와 듀티비가 동일하면서 일부가 오프되는 PWM 제어 신호를 출력하고, 상기 게이트 신호에 의해 상기 가산기, 양자화기, 감산기 및 필터의 작동을 일시 정지시키는 동기화 게이트를 포함한다.

Description

ＰＷＭ 제어 회로, 그를 포함하는 백라이트 제어 장치 및 그를 포함하는 백라이트 구동 장치{PWM controlling circuit, apparatus of controlling backlight comprising the same, and apparatus of driving backlight comprising the apparatus of controlling backlight}

도 1은 본 발명에 의해 구동되는 백라이트가 적용될 수 있는 TFT-LCD의 화소의 일 예를 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명에 의해 구동되는 백라이트가 적용될 수 있는 LCD의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 제어 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 PWM 제어 회로의 구성을 도시하는 블록도이다.

도 5는 종래의 PWM 발생 회로에서 발생하는 양자화 잡음을 예시하는 그래프이다.

도 6은 본 발명에 따른 PWM 제어 회로에서 발생하는 양자화 잡음을 예시하는 그래프이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 구동 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이트 구동 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

30: 직렬-병렬 변환 시프트 레지스터 311,312,..,31n: 레지스터

321,322,..,32n,42: PWM 제어 회로 420: 가산기

421: 양자화기 422: 감산기

423: 필터 424: 동기화 게이트

4241: 제1 D 플립 플롭 4242: 제1 앤드 게이트

4243: 제2 앤드 게이트 4244: 제2 D 플립 플롭

본 발명은 PWM 제어 회로, 그를 포함하는 백라이트 제어 장치 및 그를 포함하는 백라이트 구동 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 클럭 주파수를 높이지 않으면서도 높은 분해능을 갖는 PWM 제어 신호를 생성할 수 있고 양자화 잡음을 분산하여 희석시킬 수 있는 PWM 제어 회로, 그를 포함하는 백라이트 제어 장치 및 그를 포함하는 백라이트 구동 장치에 관한 것이다.

LCD용 백라이트로는 형광 램프, 예컨대 냉음극 형광 램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp; CCFL) 타입이 주류이지만, 환경적으로 수은 없는 제품이 요구되 어 오고 있다. 이 때문에, 근래 CCFL에 대신하는 광원으로서 LED(Light Emission Diodes)가 유망시되고 있다.

LED 백라이트는 환경적인 문제 이외에도 기존 광원에 비해 에너지 절감 효과가 뛰어나고 반영구적으로 사용할 수 있어 차세대 광원으로서 각광 받고 있으며, 휘도 및 가격의 문제점이 개선되면서 연구가 활발히 이루어지고 있다.

백라이트로 사용하기 위하여, 백색 LED를 사용하거나, 적색 LED, 녹색 LED 및 청색 LED를 사용하여 상기 3원색을 광학적으로 합성 가법 혼색하여 백색광을 얻는다. 특히, 3원색 LED를 사용하는 방법은 색의 밸런스를 취하기 쉽기 때문에 텔레비전 용도로 이용하는 것이 왕성하게 검토되고 있다.

이와 같은 적색 LED, 녹색 LED, 청색 LED를 광원으로서 이용한 백라이트에서는, 이들 각 색의 광선을 일정한 비율로 광학적으로 합성하여, 항상 소정의 색도의 백색광을 생성하여야 한다. 그 때문에, 적, 녹, 청색의 광센서(photosensor)에 의해 각 색의 광량 검출을 하고 피드백 제어에 의해 적, 녹, 청색을 일정한 비율로 합성하여, 소정의 색도의 백색광으로 조정하고 있다.

한편, LED를 PWM 신호를 이용하여 구동하는 방법이 많이 제시 되어 있다. 이러한 PWM 구동 방법은 PWM의 분해능을 높이는데 한계를 가진다. 즉 PWM의 신호는 지수함수적인 시스템의 클럭의 주파수가 필요하다. 예컨대, 출력 PWM의 주파수가 56 KHZ로 12 비트의 분해능을 가지려면 카운터에 입력되는 클럭 주파수는 229 MHz 이상이 되어야 한다. 이보다 높은 분해능을 기대하여 16 비트의 분해능을 가지려면 클럭은 3.67 GHz가 된다. 이러한 클럭 주파수는 반도체 회로의 구현에 부 적합하다. 또한 229 MHz의 주파수도 보통 IC에서 다루기에 높은 주파수이다.

본 발명의 목적은 클럭 주파수를 높이지 않으면서도 높은 분해능을 갖는 PWM 제어 신호를 생성할 수 있고 양자화 잡음을 분산하여 희석시킬 수 있는 PWM 제어 회로를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 백라이트 전체 화면의 밝기를 균일하게 제어할 수 있고, 필요에 따라 전체 화면 중 각 부분의 휘도 및 색의 특성을 정밀하게 제어할 수 있는 LED 백라이트용 제어 장치 및 그를 포함하는 백라이트 구동 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 입력 신호 및 변환 신호를 합하여 가산 신호를 출력하는 가산기; 상기 가산기로부터의 가산 신호를 양자화하여 양자화 신호를 출력하는 양자화기; 상기 양자화 신호로부터 상기 가산 신호를 감산하여 감산 신호를 출력하는 감산기; 상기 감산 신호를 일정한 대역폭으로 필터링하여 주파수를 제한시키고, 상기 감산 신호를 변환하여 상기 가산기에 변환 신호를 출력하는 필터; 및 입력되는 게이트 신호에 의해 상기 양자화 신호를 제어하여 상기 양자화 신호와 듀티비가 동일하면서 일부가 오프되는 PWM 제어 신호를 출력하고, 상기 게이트 신호에 의해 상기 가산기, 양자화기, 감산기 및 필터의 작동을 일시 정지시키는 동기화 게이트를 포함하는 PWM 제어 회로를 제공하는 것이다.

상기 양자화 신호는 PWM 신호일 수 있다.

상기 필터는 상기 감산 신호의 양자화 잡음을 감소시키는 저역 통과 필터일 수 있다.

상기 동기화 게이트는, 상기 게이트 신호가 인가되는 데이터 입력단, 클럭 신호가 인가되는 클럭 입력단, 및 상기 클럭 신호에 동기화된 게이트 신호를 출력하는 출력단을 구비하는 제1 D 플립 플롭; 상기 동기화된 게이트 신호 및 상기 클럭 신호의 논리곱을 취하여 상기 필터에 정지 신호를 출력하는 제1 앤드 게이트; 상기 양자화 신호 및 상기 게이트 신호의 논리곱을 취하여 출력하는 제2 앤드 게이트; 및 상기 제2 앤드 게이트의 출력 신호가 인가되는 데이터 입력단, 클럭 신호가 인가되는 클럭 입력단, 및 PWM 제어 신호를 출력하는 출력단을 구비하는 제2 D 플립 플롭을 포함할 수 있다.

상기 제2 앤드 게이트는 상기 양자화 신호, 상기 게이트 신호 및 외부 제어 신호의 논리곱을 취하여 출력하고, 상기 외부 제어 신호는 상기 양자화 신호와 듀티비가 동일하면서 일부가 오프되는 PWM 제어 신호가 출력되는 경우 휘도가 동일하도록 보정할 수 있다.

본 발명은 클럭 신호에 따라 직렬 데이터를 시프트 시키면서 병렬 데이터로 변환하여 출력하는 직렬-병렬 변환 시프트 레지스터; 상기 직렬-병렬 변환 시프트 레지스터에서 출력되는 병렬 데이터를 저장하는 복수의 레지스터들; 및 상기 각 레지스터에 연결되는 상기 본 발명에 따른 PWM 제어 회로들을 포함하는 백라이트 제어 장치를 제공한다.

본 발명은 서로 전기적으로 분리된 복수개의 발광구역들로 구성되는 백라이 트부; 전원 및 전압 제어 신호를 입력 받아 상기 각 발광구역으로 제어된 전압을 개별적으로 출력하는 가변 전압 전원부; PWM 제어 신호를 입력 받아 상기 각 발광구역으로 출력되는 전류의 진폭 및 듀티를 개별적으로 조절하는 복수개의 정전류 회로들을 구비하는 정전류 구동부; 상기 정전류 회로들의 단자 전압을 측정하는 단자 전압 측정부; 및 제 5항의 백라이트 제어 장치를 포함하고, 상기 단자 전압 측정부에서 측정된 단자 전압을 기초로 전압 제어 신호를 상기 가변 전압 전원부로 출력하며, PWM 제어 신호를 상기 정전류 구동부로 출력하는 제어부를 포함하는 백라이트 구동 장치를 제공한다.

상기 백라이트 구동 장치는 상기 정전류 회로들 중 도통 상태의 정전류 회로를 선택하는 측정 채널 선택부를 더 포함할 수 있다.

상기 백라이트 구동 장치는 상기 각 발광구역의 밝기, 온도 또는 색도를 감지하여 그 정보를 상기 제어부로 제공하는 센서를 더 포함할 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 액정 표시 장치의 각 화소는 데이터선(Dm)에 소스 전극이 접속되고, 주사선(Sn)에 게이트 전극이 접속된 TFT(10)와 TFT(10)의 드레인 전극과 공통전극(Vcom) 사이에 연결되는 액정 커패시터(Cl)와 TFT(10)의 드레인 전극에 연결되는 스토리지(storage) 커패시터(Cst)를 포함한다.

TFT(10)는 주사선(Sn)으로부터의 주사신호에 응답하여 데이터선(Dm)으로부터 공급되는 데이터전압(Vd)을 화소전극(도시하지 않음)에 제공한다. 화소전극에 제공되는 데이터전압(즉, 화소전압(Vp)과 공통전극(도시하지 않음)에 인가되는 공통전압(Vcom)의 차이에 해당하는 전계가 액정(도 1에서는 등가적으로 액정 커패시터(Cl)로 나타내었음)에 인가되며, 액정은 인가되는 전계의 세기에 대응하여 빛의 투과율을 조절한다. 스토리지 커패시터(Cst)는 액정 커패시터(Cl)에 제공되는 화소전압을 다음 데이터전압(Vd)이 공급될 때까지 유지시킴으로써 소정시간 동안 빛이 투과하도록 한다.

도 2를 참조하면, 액정표시장치는 다수의 게이트라인, 다수의 데이터라인 및 다수의 공통라인에 스위칭용 박막 트랜지스터가 연결된 TFT 어레이(도시되지 않음)가 배열된 하부기판(101)과, 상기 공통라인으로 공통전압을 제공하기 위한 공통전극(도시되지 않음)이 형성된 상부기판(103)과, 상기 상부기판(103) 및 하부기판(101) 사이에 주입된 액정(도시되지 않음)을 구비하는 액정패널(100)을 구비한다.

또한, 액정표시장치는 상기 액정패널(100)의 다수의 게이트라인으로 주사신호를 제공하기 위한 게이트라인 구동회로(110)와, 상기 데이터라인으로 데이터신호를 제공하기 위한 데이터라인 구동회로(120)와, 상기 액정패널(100)로 광을 제공하기 위한 백라이트(130)를 구비한다.

상기 백라이트(130)는 백색광을 제공하기 위하여 백색 LED 또는, 적색 LED, 녹색 LED 및 청색 LED를 구비하고 상기 LED로부터 발광된 빛을 액정패널(100)의 액정으로 제공하기 위한 도광판을 구비한다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 백라이트 제어 장치는 직렬-병렬 변환 시프트 레지스터(30), 레지스터들(311,312,..,31n), 및 PWM 제어 회로들(321,322,..,32n)을 포함한다.

직렬-병렬 변환 시프트 레지스터(30)는 클럭 신호(CLK)에 따라 직렬 데이터(DATA)를 시프트 시키면서 병렬 데이터로 변환하여 출력한다. 상기 직렬 데이터(DATA)는 마이컴에서 생성될 수 있으며, 각 PWM 신호의 듀티비에 대한 데이터이다.

복수의 레지스터들(311,312,..,31n)은 상기 직렬-병렬 변환 시프트 레지스터(30)에서 출력되는 병렬 데이터를 저장한다. 상기 저장된 데이터는 새로운 데이터가 입력될 때까지 계속 유지된다.

PWM 제어 회로들(321,322,..,32n)은 클럭 주파수를 높이지 않으면서도 높은 분해능을 갖는 PWM 제어 신호를 생성하고, 상기 PWM 제어 신호의 양자화 잡음을 분산하여 희석시킨다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 PWM 제어 회로(42)는 가산기(420), 양자화기(421), 감산기(422), 필터(423) 및 동기화 게이트(424)를 포함한다.

가산기(420)는 도 3의 레지스터들(311,312,..,31n)에 저장되어 있는 입력 신호 및 필터(423)로부터의 변환 신호를 합하여 가산 신호를 출력한다. 상기 입력 신호는 PWM 신호의 원하는 듀티비일 수 있다.

양자화기(421)는 상기 가산기(420)로부터의 가산 신호를 양자화하여 양자화 신호를 출력한다. 상기 양자화 신호는 PWM 신호일 수 있다.

감산기(422)는 상기 양자화기(421)로부터의 양자화 신호로부터 상기 가산기(420)로부터의 가산 신호를 감산하여 감산 신호를 출력한다.

필터(423)는 상기 감산 신호를 일정한 대역폭으로 필터링하여 주파수를 제한시키고, 상기 감산 신호를 변환하여 상기 가산기(420)에 변환 신호를 출력한다. 상기 필터(423)는 상기 감산 신호의 양자화 잡음을 감소시키는 저역 통과 필터일 수 있다.

필터(423)는 다양한 전달 함수로 표현될 수 있으며, 이는 당업자에 의해 적절히 선택될 수 있다. 예컨대, 4차나 5차의 전달 함수로 구현하고자 하는 주파수의 관점에서 설계할 수 있다. 본 발명은 직류 전류값을 LED에 정확하게 도통시키는 PWM 신호를 발생시키는 것이 목적이고, 빠른 시간 내에 원하는 전류값에 도달해야 하므로 LCD의 동작 시정수에 적합한 시정수를 갖는 시스템으로 저역 통과 필터를 구현할 수 있다.

동기화 게이트(424)는 입력되는 게이트 신호에 의해 상기 양자화 신호를 제 어하여 상기 양자화 신호와 듀티비가 동일하면서 일부가 오프되는 PWM 제어 신호를 출력하고, 상기 게이트 신호에 의해 상기 가산기(420), 양자화기(421), 감산기(422) 및 필터(423)의 작동을 일시 정지시킨다.

동기화 게이트들에서 출력되는 복수의 PWM 제어 신호들은 도 3의 발광구역들에 각각 인가되거나, 각 발광구역에 구비되는 적색 LED, 녹색 LED 및 청색 LED에 각각 인가되거나, 한 픽셀에 구비되는 적색 LED, 녹색 LED 및 청색 LED에 각각 인가될 수 있다.

상기 동기화 게이트(424)는 제1 D 플립 플롭(4241), 제2 D 플립 플롭(4244), 제1 앤드 게이트(4242) 및 제2 앤드 게이트(4243)를 포함한다.

제1 D 플립 플롭(4241)은 상기 게이트 신호가 인가되는 데이터 입력단(D), 클럭 신호가 인가되는 클럭 입력단, 및 상기 클럭 신호에 동기화된 게이트 신호를 출력하는 출력단(Q)을 구비한다.

제1 앤드 게이트(4242)는 상기 동기화된 게이트 신호 및 상기 클럭 신호의 논리곱을 취하여 상기 필터(423)에 정지 신호를 출력한다.

제2 앤드 게이트(4243)는 상기 양자화 신호 및 상기 게이트 신호의 논리곱을 취하여 출력한다. 다르게는, 제2 앤드 게이트(4243)는 상기 양자화 신호, 상기 게이트 신호 및 외부 제어 신호의 논리곱을 취하여 출력할 수 있다.

상기 외부 제어 신호는 상기 양자화 신호와 듀티비가 동일하면서 일부가 오프되는 PWM 제어 신호가 출력되는 경우 휘도가 동일하도록 보정할 수 있다.

제2 D 플립 플롭(4244)은 상기 제2 앤드 게이트(4243)의 출력 신호가 인가 되는 데이터 입력단(D), 클럭 신호가 인가되는 클럭 입력단, 및 PWM 제어 신호를 출력하는 출력단(Q)을 구비한다.

이하 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 PWM 제어 회로의 동작을 설명한다.

8 비트의 분해능을 갖는 시스템에 있어서, 레지스터들(311,312,..,31n)를 경유하여 16 비트의 신호, 예컨대 51%의 듀티비에 관한 입력 신호를 가산기(420)에 입력한다. 양자화기(421)는 클럭 펄스에 따라, PWM 신호를 생성하지만 8 비트의 분해능으로 정확한 51%의 듀티비를 생성할 수 없고, 예컨대 50.8%의 듀티비를 생성한다. 이후 감산기(422)는 양자화 신호로부터 가산 신호를 감산하여 0.2%의 감산 신호를 필터(424)로 출력하고, 소정의 전달 함수로 표현될 수 있는 필터(424)는 상기 감산 신호를 변환하여 0.2%의 변환 신호를 출력한다. 다시 가산기(420)는 51%의 입력 신호 및 0.2%의 변환 신호를 가산하여 51.2%의 가산 신호를 출력하고, 양자화기(421)는 51.2%의 양자화 신호를 출력한다.

상기 양자화기(421)에서 출력되는 PWM 신호를 살펴보면, 각각은 8 비트의 분해능을 가져 51%의 듀티비를 달성할 수 없지만, 예컨대 상기와 같이 하나의 PWM 펄스의 듀티비는 50.8%이고 다른 하나의 PWM 펄스의 듀티비는 51.2%로 조정함으로써, 궁극적으로 2개 이상의 PWM 펄스를 조합하면 51%의 듀티비를 달성할 수 있으며, 이는 16 비트의 분해능을 가능하게 한다.

한편, 이러한 성능의 향상은 과표본화를 적용함으로서 더욱 증대될 수 있다. 상기 동기화 게이트(424)는 입력되는 게이트 신호에 의해 상기 양자화 신호를 제어 하여 상기 양자화 신호와 듀티비가 동일하면서 일부가 오프되는 PWM 제어 신호를 출력한다. 또한, 동기화 게이트(424)는 게이트 신호에 의해 가산기(420), 양자화기(421), 감산기(422) 및 필터(423)의 작동을 일시 정지한다. 상기 PWM 제어 신호는 상기 PWM 신호와 듀티비가 동일하면서 주기 단위로 일부 주기가 오프되는 특징을 갖는다. 상기와 같이 듀티비가 일정하게 유지됨으로써 상기 PWM 펄스의 온/오프를 제어하는 게이트 신호를 용이하게 설계할 수 있다.

다른 입력 단자는 본 기기의 출력을 강제로 0으로 만드는 입력이다. 이 입력은 시스템의 출력을 오프하여 LED의 신호를 동기화할 수 있는 기능을 갖는다. 한편, 이때 시스템의 내부 필터에서는 이 신호가 0으로 출력되는 것을 인식하여 출력을 증가시키는 PWM 양이 되도록 시스템이 동작한다. 즉, 강제로 LED가 오프되는 양도 보상된다. 이는 외부 동기 신호에 의하여 전체 시스템의 출력이 펄스 형태가 되어도 출력되는 빛의 양이 변하지 않게 하는 기능을 의미한다. 즉, 펄스 형태로 운용하여도 빛의 양을 유지하는 기능을 의미한다.

한편, 필터(423)는 양자화기(421)에서 양자화된 PWM 신호인 출력값과 입력된 디지털값과의 차이를 다음 신호에 추가하여 궁극적으로 양자화에 의한 잡음을 저감하는 디지털 필터이다. 이러한 양자화 잡음 저감을 구비하지 않는 PWM 회로는 매우 높은 고 분해능의 PWM을 통해서만 저감할 수 있다.

보통 분해능이 8~10 비트 정도의 시스템에서는 양자화 잡음으로 인해 PWM의 출력에서 잡음이 도 5와 같이 나타나게 된다. 이러한 양자화 잡음은 주기적 광출력으로 나타나고 이 광신호가 LCD의 주사 주기와 겹쳐지게 되면 여러 부작용이 나타나게 된다. 더욱이 전기 신호에서는 불요복사의 주요 원인이 된다.

도 6에서는 PWM이 단순히 직류뿐만 아니라 10KHZ의 PWM 신호를 구현하고 있는 신호의 그래프이다. 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 PWM 제어 회로를 이용하면 잡음이 제거된 양질의 PWM 신호를 구현할 수 있음은 물론이고 고분해능의 성격을 가진 신호를 생성할 수 있다.

양자화 잡음이란 입력과 출력의 차이를 뜻하는 말이므로 도 6에서는 출력이 입력의 16비트 이상의 디지털 값이 출력 되고 있음을 의미한다. 즉 도 6의 경우에는 -100 dB로 신호와 잡음을 비교하면 거의 16 비트 이상의 정도를 구현하는 회로가 됨을 알 수 있다.

이러한 양자화 잡음의 희석은 엄밀히 말하자면 잡음의 제거가 아닌 다른 주파수대로 잡음을 희석시키는 것이다. 도 5를 참조하면, 잡음의 노이즈 레벨이 거의 -200 dB까지 내려가는 것을 볼 수 있다. 이러한 노이즈 레벨은 의미가 없고, 오히려 -80 dB 정도의 노이즈가 시스템에 끼치는 영향이 크다.

따라서 궁극적으로 클럭을 높여야만 되지만, 과표본율을 조절하여 양자화 잡음을 저감할 수 있다. 예를 들어 10 KHz의 PWM 신호를 재현하는 시스템에서 같은 클럭으로 비트를 줄이고 과표본율을 늘리는 경우, 상기 클럭과 과표본화 양자화 잡 음의 최대값의 관계를 알아보고 어느 정도의 과표본율이 적당한지 조사해보면 표 1과 같은 관계가 성립된다.

<표 1>

동작 주파수(MHz)	과표본화 비율(배)	PWM 해상도(bits)	양자화 잡음의 최대값(dB)
49.152	2	9	-64.98
	4	8	-96.3
	8	7	-79.27
	16	6	-63.33
98.304	2	10	-68.13
	4	9	-104.35
	8	8	-108.09
	16	7	-81.06
196.608	2	11	-70.96
	4	10	-110.87
	8	9	-120.07
	16	8	-116.7
393.216	2	12	-73.4
	4	11	-116.43
	8	10	-132.05
	16	9	-129.2

즉 과표본화와 PWM의 적당한 관계가 회로의 원활한 동작을 구현할 수 있다. 이러한 잡음제거기능은 출력을 과표본화(over sampling)하는 구조로 구현이 가능하고 개선이 가능하다. 가령 49.152 MHZ의 클럭으로 48 KHz의 PWM을 만드는 경우에 8 비트의 PWM 신호와 4배의 과표본화 주기를 구현하는 경우 양자화 잡음이 -96 dB가 되어 최적화 된다. 이러한 계산값은 고분해능의 예컨대, 16 비트의 데이터를 구현하기에 충분한 양이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 구동 장치는 백라 이트부(71), 가변 전압 전원부(72), 정전류 구동부(73), 단자 전압 측정부(74), 제어부(75), 측정 채널 선택부(76) 및 센서(77)를 포함한다.

백라이트부(71)는 서로 전기적으로 분리된 복수개의 발광구역들로 구성된다. 도 3에 있어서 백라이트부(71)는 4개의 발광구역들(1A,1B,2A,2B)로 구성되어 있다.

상기 발광구역들(1A,1B,2A,2B)은 각각 백라이트로서 백색 발광 다이오드들을 포함한다. 도시되지 않았지만, 상기 발광 다이오드들은 서로 직렬로 연결될 수 있다.

가변 전압 전원부(72)는 외부로부터 전원을 입력 받고 제어부(75)로부터 전압 제어 신호를 입력 받아 각 발광구역(1A,1B,2A,2B)으로 제어된 전압을 개별적으로 출력한다.

가변 전압 전원부(72)는 LED(1A,1B,2A,2B)에 전류를 공급하는 전원회로이다. LED의 전원은 LED를 직렬로 연결하고 점등하려면 그 전압이 높은 전압이 요할 수 있다. 이 가변 전압 전원부(72)는 그 필요한 전압을 정밀 제어하여 주는 전원 회로이다. LED는 온도의 변화에 그 전기적 특성이 민감하게 반응하는 반도체이므로 최적의 동작 상태를 유지하려면 가변 전원 전압부에서 전압을 LED의 특성의 변화분 만큼 계속 보상하여 주어야 한다.

전압의 크기는 제어부(75)에서 보내주는 값에 의하여 결정된다. 즉, LED는 온도에 따라 전압-전류특성이 달라지기 때문에 최적의 전력 소비를 위하여 전원 전압을 조절해 주어야 한다. 이러한 조절 역할을 가변 전압 전원부(72)가 수행한다. 이 출력 전압은 LED와 정전류 구동부(73)에서 사용되며 이 전압을 높이면 정전류 구동부(73)의 열손실이 많아지고, 그 부분의 온도가 상승하므로 정전류 구동부(73)의 전압을 검출하여 최소한의 전압이 유지되도록 제어부(73)에서 출력한다.

정전류 구동부(73)는 제어부(75)로부터 PWM 제어 신호를 입력 받아 상기 각 발광구역(1A,1B,2A,2B)으로 출력되는 전류의 진폭 및 듀티를 개별적으로 조절하는 복수개의 정전류 회로들(731,732,733,734)을 구비한다.

측정 채널 선택부(74)는 정전류 회로들(731,732,733,734) 중 도통 상태의 정전류 회로를 선택하고, 단자 전압 측정부(74)는 상기 정전류 회로들(731,732,733,734) 중 선택된 정전류 회로의 단자 전압을 측정한다. 상기 단자 전압 측정부(74)는 ADC(Anlog-digital converter)일 수 있다.

가변 전압 전원부(72)로부터 출력되는 가변 전압 전원의 전압을 결정하는 요소는 LED의 소요 전압과 정전류 회로(731,732,733,734)의 단자 전압이다. 본 발명에서는 LED의 전압은 소자 자체적으로 결정되므로, 정전류 회로(731,732,733,734)의 단자 전압을 측정하여 그 값을 이용하여 가변 전압 전원(72)부에 필요한 값을 계산하는 방식을 채택하였다.

센서(77)는 각 발광구역(1A,1B,2A,2B) 또는 그 내에 포함되는 각 LED 또는 LED 어레이의 밝기, 온도 또는 색도를 감지하여 그 정보를 제어부(75)로 제공한다.

제어부(75)는 상기에서 설명한 본 발명에 따른 LED 백라이트용 제어 장치를 포함한다. 또한, 상기 단자 전압 측정부(74)에서 측정된 정전류 회로들(731,732,733,734)의 단자 전압 정보 및 상기 센서(77)에서 감지된 밝기, 온도 또는 색도 등의 정보를 이용하여 전압 제어 신호를 상기 가변 전압 전원부(72)로 출력하고 PWM 제어 신호를 상기 정전류 구동부(73)로 출력한다.

그에 의해 각 발광구역(1A,1B,2A,2B)의 휘도 및 색의 특성을 정밀하게 제어할 수 있고, 따라서 상기 백라이트부(71) 전체의 휘도 및 색의 특성을 균일하게 제어할 수 있다.

제어부(75)는 사용자가 설정한 백라이트의 각 부분의 밝기를 유지하기 위하여 모든 센서에서 전달되는 빛의 밝기와 각 부분의 온도의 정보를 이용하여 모든 구역별 LED 전류를 정밀 제어하는 피드백 제어를 수행한다.

이와 함께, 제어부(75)는 백라이트 구동 회로의 전체 전력 소비를 최소화하기 위하여, 백라이트 구동 회로의 정전류를 흐르게 제어 트랜지스터가 도통하는 동안 그 단자 전압을 측정하여 트랜지스터의 단자에 최적의 전압값이 유지되도록 전원 전압을 조절하는 값을 계산하여 이를 가변 전압 전원부(72)에 전압 제어 신호로서 제공하여 회로의 출력 전압을 조절한다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이트 구동 장치의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 8에서는 편의상 발광구역들(811,..,811N)을 겹쳐서 표현하였지만, 실제로는 도 7과 같이 구성된다.

도 8을 참조하면, 각 발광구역(811,..,811N)은 적색 발광 다이오드들, 녹색 발광 다이오드들 및 청색 발광 다이오드들을 포함할 수 있다.

가변 전압 전원부(82)는 적색 발광 다이오드용 가변 전압 전원부(821), 녹색 발광 다이오드용 가변 전압 전원부(822) 및 청색 발광 다이오드용 가변 전압 전 원부(823)로 구성되고, 상기 각 정전류 회로(831, 832, 833, 834, 835, 836)는 상기 각 발광 구역(811,..,811N)의 각 발광 다이오드들에 전기적으로 연결된다.

제어부(85)는 상기에서 설명한 본 발명에 따른 LED 백라이트용 제어 장치를 포함하고, 각 센서(87)에서 보내주는 빛의 밝기와 각 부분의 온도의 정보와 사용자의 입력의 신호를 받아 각 구획의 적, 청, 녹의 3색의 LED의 밝기를 결정한다.

상술한 구성을 갖는 본 발명은 다음과 같은 효과를 달성한다.

첫째, 본 발명의 PWM 제어 회로에 따르면 클럭 주파수를 높이지 않으면서도 높은 분해능을 갖는 PWM 제어 신호를 생성할 수 있어, 디지털 집적회로로서 저가의 칩을 적용할 수 있고, 전력 소비 및 칩의 발열을 감소시킬 수 있으며, 고주파 장애 등 여러 전자기적 요소도 저감할 수 있고, LED 백라이트의 휘도 및 색도를 극도로 정밀하게 제어할 수 있다. 또한, 양자화 잡음을 분산하여 희석시킬 수 있다.

둘째, 본 발명의 백라이트용 제어 장치 및 그를 포함하는 백라이트 구동 장치에 따르면 PWM 펄스의 듀티비 제어 및 온/오프 제어를 동시에 적용함으로써 LED 백라이트 전체 화면의 밝기를 균일하게 제어할 수 있고, 필요에 따라 전체 화면 중 각 부분의 휘도 및 색도를 정밀하게 제어할 수 있다.

셋째, 본 발명에 따른 백라이트용 제어 장치 및 그를 포함하는 백라이트 구동 장치는 컬러 필터를 사용하지 않는 대신에 백라이트의 적,녹,청의 LED를 각 픽셀마다 구비시켜 LCD 표시에 동기화시켜 이들을 순차적으로 온/오프 시키는 CFL-LCD(color filter-less LCD)에 적용이 가능하다.

넷째, 본 발명에 따른 백라이트용 제어 장치 및 그를 포함하는 백라이트 구동 장치는 모션 블러링 현상을 방지하기 위하여 전체 시스템의 LED를 LCD의 영상의 표시 시간에 따라 각 부분의 백라이트를 세밀하게 온/오프 제어하는 구동 방법에 적용이 가능하다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims

입력 신호 및 변환 신호를 합하여 가산 신호를 출력하는 가산기;

상기 가산기로부터의 가산 신호를 양자화하여 양자화 신호를 출력하는 양자화기;

상기 양자화 신호로부터 상기 가산 신호를 감산하여 감산 신호를 출력하는 감산기;

상기 감산 신호를 일정한 대역폭으로 필터링하여 주파수를 제한시키고, 상기 감산 신호를 변환하여 상기 가산기에 변환 신호를 출력하는 필터; 및

입력되는 게이트 신호에 의해 상기 양자화 신호를 제어하여 상기 양자화 신호와 듀티비가 동일하면서 일부가 오프되는 PWM 제어 신호를 출력하고, 상기 게이트 신호에 의해 상기 가산기, 양자화기, 감산기 및 필터의 작동을 일시 정지시키는 동기화 게이트를 포함하는 PWM 제어 회로.
제 1항에 있어서,

상기 양자화 신호는 PWM 신호인 것을 특징으로 하는 PWM 제어 회로.
제 1항에 있어서,

상기 필터는 상기 감산 신호의 양자화 잡음을 감소시키는 저역 통과 필터인 것을 특징으로 하는 PWM 제어 회로.
제 1항에 있어서,

상기 동기화 게이트는,

상기 게이트 신호가 인가되는 데이터 입력단, 클럭 신호가 인가되는 클럭 입력단, 및 상기 클럭 신호에 동기화된 게이트 신호를 출력하는 출력단을 구비하는 제1 D 플립 플롭;

상기 동기화된 게이트 신호 및 상기 클럭 신호의 논리곱을 취하여 상기 필터에 정지 신호를 출력하는 제1 앤드 게이트;

상기 양자화 신호 및 상기 게이트 신호의 논리곱을 취하여 출력하는 제2 앤드 게이트; 및

상기 제2 앤드 게이트의 출력 신호가 인가되는 데이터 입력단, 클럭 신호가 인가되는 클럭 입력단, 및 PWM 제어 신호를 출력하는 출력단을 구비하는 제2 D 플립 플롭을 포함하는 것을 특징으로 하는 PWM 제어 회로.
제 4항에 있어서,

상기 제2 앤드 게이트는 상기 양자화 신호, 상기 게이트 신호 및 외부 제어 신호의 논리곱을 취하여 출력하고, 상기 외부 제어 신호는 상기 양자화 신호와 듀티비가 동일하면서 일부가 오프되는 PWM 제어 신호가 출력되는 경우 휘도가 동일하도록 보정하는 것을 특징으로 하는 PWM 제어 회로.
클럭 신호에 따라 직렬 데이터를 시프트 시키면서 병렬 데이터로 변환하여 출력하는 직렬-병렬 변환 시프트 레지스터;

상기 직렬-병렬 변환 시프트 레지스터에서 출력되는 병렬 데이터를 저장하는 복수의 레지스터들; 및

상기 각 레지스터에 연결되는 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 PWM 제어 회로들을 포함하는 백라이트 제어 장치.
서로 전기적으로 분리된 복수개의 발광구역들로 구성되는 백라이트부;

전원 및 전압 제어 신호를 입력 받아 상기 각 발광구역으로 제어된 전압을 개별적으로 출력하는 가변 전압 전원부;

PWM 제어 신호를 입력 받아 상기 각 발광구역으로 출력되는 전류의 진폭 및 듀티를 개별적으로 조절하는 복수개의 정전류 회로들을 구비하는 정전류 구동부;

상기 정전류 회로들의 단자 전압을 측정하는 단자 전압 측정부; 및

제 6항의 백라이트 제어 장치를 포함하고, 상기 단자 전압 측정부에서 측정된 단자 전압을 기초로 전압 제어 신호를 상기 가변 전압 전원부로 출력하며, PWM 제어 신호를 상기 정전류 구동부로 출력하는 제어부를 포함하는 백라이트 구동 장치.
제 7항에 있어서,

상기 정전류 회로들 중 도통 상태의 정전류 회로를 선택하는 측정 채널 선 택부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 구동 장치.
제 7항에 있어서,

상기 각 발광구역의 밝기, 온도 또는 색도를 감지하여 그 정보를 상기 제어부로 제공하는 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 구동 장치.