KR100840952B1 - 대형 디스플레이에 사용하는 픽셀 모듈 - Google Patents

대형 디스플레이에 사용하는 픽셀 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 대형 디스플레이에 사용하며 특히 중앙 제어기(116)에 의해 구동되고 순차적으로 상호 접속된 복수 개의 유사한 픽셀 모듈들(120)의 클러스터(118)의 부재(part)로 사용하는 픽셀 모듈로서, 하나 이상의 픽셀 소자들(122)과; 병렬 입력 및 출력을 가지며 데이터 클록 입력(DATA CLK)으로 클록되는 래치(210)의 입력들에 전기적으로 접속된 직렬 비디오 데이터 버스 입력(SERIAL IN) 및 하나 이상의 명령 입력 라인들(CMD IN)과; 상기 래치(210)의 출력 및 상기 데이터 클록 입력(DATA CLK)에 전기적으로 접속되는 상기 하나 이상의 픽셀들(122)을 구동시키고, 직렬 데이터를 다음 픽셀 모듈(120)로 순차적으로 전송하는 직렬 출력 포트(SERIAL OUT)를 포함하는 직류 구동 장치(212)와; 출력(
Figure 112004040249333-pat00001
)이 다음 픽셀 모듈(120)의 데이터 클록 입력(DATA CLK)을 순차적으로 구동시키기 위해 사용될 수 있는 제1 인버터(214)와; 전류 구동 장치(212) 및 출력(GS CLK)에 전기적으로 접속되어, 다음 픽셀 모듈(120)의 그레이 스케일 입력을 구동시키는 그레이스케일 클록(GS CLK) 입력과; 제2 인버터(216)에 전기적으로 접속되어, 그 출력(
Figure 112004040249333-pat00002
)이 다음 픽셀 모듈(120)의 어드레스 입력(ODD/EVEN)을 구동시킬 수 있는 어드레스 입력(ODD/EVEN)과; 상기 중앙 제어기(116)와 통신하기 위해 입력 포트(I2C BUS)에 전기적으로 접속되어, 다음 픽셀 모듈(120)과 접속하기 위해 상기 입력 포트가 출력 포트(I2C)에도 접속되는 EEPROM(218)과; 전원 장치(220)의 입력 및 출력을 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 디스플레이에 사용하는 픽셀 모듈을 제공한다.

Description

대형 디스플레이에 사용하는 픽셀 모듈 {A PIXEL MODULE FOR USE IN A LARGE-AREA DISPLAY}
도 1은 본 발명의 복수의 LED 픽셀 모듈들을 제어하는 LED 모듈 어레이의 기능 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 LED 픽셀 모듈의 기능 블록도.
도 3은 도 2의 F3으로 나타낸 부분의 상세도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
116 : 제어기
118 : 클러스터
120 : 픽셀 모듈
122 : 픽셀 소자
210 : 래치
212 : 직류 구동 장치
214 : 제1 인버터
216 : 제2 인버터
220 : 전원 장치
본 발명은 구성 가능한 대형 디스플레이 시스템, 바람직하게는 대형 발광 다이오드(LED; Light Emitting Diode) 디스플레이 시스템에 사용하는 픽셀 모듈(pixel module)에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 대형 디스플레이 시스템의 2차원(2D; two-dimensional) 또는 3차원(3D; three-dimensional) 디스플레이를 형성하는 픽셀 모듈에 관한 것이다.
종래의 백열 전구(Incandescent Lamp), 형광등(Fluorescent Lamp) 및 네온등(neon tube)은 많은 대규모의 상업용 및 공공 표지들을 조명하기 위해서 오랫동안 사용되어 오고 있었다. 그러나, 최근의 시장은 이들 오래된 기술(older technology)에 의해서는 불가능한 디스플레이 크기 및 색상에 대해서 주문 제작을 위한 유연성으로서 보다 큰 디스플레이를 요구하고 있다. 그 결과, LED가 종래의 광원 보다 전기 에너지의 소비가 작고 낮은 유지비용으로 보다 긴 수명을 갖기 때문에, 최근의 많은 디스플레이들은 그 디스플레이의 설계 시에 LED를 이용하고 있다.
LED 기술은 실외 또는 실내 운동장 디스플레이, 대형 백화점 광고 디스플레이 및 일반 공공 정보 디스플레이 등과 같은 대형 디스플레이 응용 분야에서 현재 적용되고 있다. 이들 대부분의 대형 응용 분야에서는 컴퓨터의 제어 하에서 다이내믹하게 재구성할 수 있다. 또한, 비디오 이미지를 디스플레이할 수 있는 일부 대규 모의 생기 있는(animated) 디스플레이들이 현재 연출되고 있다.
게다가, 2차원(2D) 디스플레이뿐만 아니라 3차원(3D) 디스플레이의 시장에서의 요구가 존재하고 있다. 이러한 기술적인 도전들은 각종 2D 또는 3D 형상을 구성하기 위한 유연성으로 디스플레이 시스템의 구성 시에 존재하고 있으며, 그 위에 상기한 시스템의 제어를 제공하는 경우에도 존재한다. 필요한 것은 2차원 또는 3차원 형상을 갖는 대형 LED 디스플레이들을 형성하기 위해서 구성할 수 있는 개개의 픽셀들(picture elements)의 시스템이다.
구성 가능한 대형 디스플레이의 일 예로는 "타일 전자 디스플레이 구조(Tiled electronic display structure)"라는 발명의 명칭의 유럽 특허 번호 제1.057.220호를 참조할 수 있을 것이다. 이 유럽 특허 번호 제1.057.220호에는 타일의 가장자리에 이르기까지 한정된 픽셀(pixel) 위치를 갖는 디스플레이 타일로 형성되는 타일 디스플레이 장치를 개시하고 있다. 각각의 픽셀 위치는 상기 픽셀 영역의 대략 25 %를 점유하는 유기 발광 다이오드(OLED; Organic Light Emitting Diode)의 동작 영역을 갖는다. 각 타일은 디스플레이 데이터를 저장하는 메모리와, 타일 상의 픽셀의 스캐닝 및 조명을 제어하는 픽셀 구동 회로를 포함한다. 상기 픽셀 구동 회로는 타일의 이면측 위에 배치되며, 타일의 전면측 상의 픽셀 전극으로의 접속은 능동 픽셀 재료에 의해 점유되지 않는 픽셀 영역의 선택된 부분을 통과하는 비어(vias)에 의해 구성된다. 상기 타일은 전자 섹션과 디스플레이 섹션의 2개의 부재로 구성된다. 각 타일은 타일의 전면에 유리 기판을 가지고 있다. 유리 기판의 전면에는 블랙 매트릭스 라인(black matrix line)이 형성되어 있다. 상기 타일들은 상기 블랙 매트릭스 라인과 동일한 외관을 갖는 창틀(mullions)에 의해 결합된다.
유럽 특허 번호 제1.057.220호가 타일 어레이로 형성된 구성 가능한 대형 디스플레이를 개시하는 동안, 개별 구성 소자들, 즉 타일들의 치수는 불가능한 3차원(3D) 형상을 포함하는 형상에 따라 충분히 크게 된다. 더욱이, 상기 유럽 특허 번호 제1.057.220호의 타일 디스플레이의 제어 시스템은 개별 픽셀의 제어 및 재구성하는 데는 적합하지 않다.
따라서, 본 발명의 제1 목적은 구성 가능한 대형 LED 디스플레이 시스템에서 주문형 2차원 또는 3차원 형상을 형성하는 개별 픽셀 모듈들을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 구성 가능한 대형 LED 디스플레이 시스템에서 주문형 2차원 또는 3차원 형상을 형성하는 개별 픽셀 모듈들 내에 능동 소자들을 집적하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 구성 가능한 대형 LED 디스플레이 시스템 내에 순차적으로 배열된 복수 개의 개별 픽셀 모듈들을 제어하는 방법을 제공하는 데 있다.
이를 위해서, 본 발명은, 대형 디스플레이에 사용하며 특히 중앙 제어기(central controller)에 의해 구동되고 순차적으로 상호 접속된 복수 개의 유사한 픽셀 모듈들의 클러스터의 부재(part)로 사용하는 픽셀 모듈로서, 하나 이상의 픽셀 소자들과; 병렬 입력 및 출력을 가지며 데이터 클록 입력으로 클록되는 래치의 입력들에 전기적으로 접속된 직렬 비디오 데이터 버스 입력과 하나 이상의 명령 입력 라인들과; 상기 래치의 출력 및 상기 데이터 클록 입력에 전기적으로 접속되는 상기 하나 이상의 픽셀들을 구동시키고, 직렬 데이터를 다음 픽셀 모듈로 순차적으로 전송하는 직렬 출력 포트를 포함하는 직류 구동 장치와; 그 출력이 다음 픽셀 모듈의 데이터 클록 입력을 순차적으로 구동시키기 위해 사용될 수 있는 제1 인버터와; 전류 구동 장치 및 출력에 전기적으로 접속되어, 다음 픽셀 모듈의 그레이 스케일 입력을 구동시키는 그레이스케일 클록 입력과; 제2 인버터에 전기적으로 접속되어, 그 출력이 다음 픽셀 모듈의 어드레스 입력을 구동시킬 수 있는 어드레스 입력과; 상기 중앙 제어기와 통신하기 위해 입력 포트에 전기적으로 접속되고, 다음 픽셀 모듈과 접속하기 위해 상기 입력 포트가 출력 포트에도 접속되는 EEPROM과; 전원 장치의 입력 및 출력을 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 디스플레이에 사용하는 픽셀 모듈을 제공한다.
본 발명은 구성 가능한 대형 LED 디스플레이 응용 분야에 사용하는 LED 픽셀 모듈에 관한 것이다. 본 발명의 LED 픽셀 모듈은 외부 제어기에 의해 그 제어를 제공하기 위해서 내부에 능동 소자들을 집적한다. 본 발명의 복수의 LED 픽셀 모듈은 하나의 외부 제어기의 제어 하에서 임의의 주문 제작된 2차원 형상 및 3차원 형상으로 순차적으로 배열될 수 있다.
이하, 임의의 제한적인 특성이 없는 일 실시예로서 본 발명의 특성을 보다 양호하게 나타내는 본 발명과 함께 바람직한 실시예의 형태는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 픽셀 모듈과 상기 픽셀 모듈을 갖는 디스플레이를 개시하고 있다.
양호한 실시예의 상세한 설명
도 1은 본 발명에 따른 LED 모듈 어레이(100)의 기능 블록도이다. 이 LED 모듈 어레이(100)는 예를 들어 LED 모듈 어레이(100)의 순차적 스트링을 형성하는 대형 LED 디스플레이 시스템(도시 생략됨)의 일 부분이다. LED 디스플레이 시스템의 상세한 설명은 동일 출원인에 의한 다른 특허 출원을 참조하여 나타낼 수 있다.
본 발명의 모듈 개념의 특정 실시예가 LED 모듈 어레이(100)의 사용에 의해 나타내고 있지만, 인광(Phosphorescent), 전계 발광(Electroluminescent, EL), 유기/무기 발광, 반사형 또는 기타 다른 공지된 디스플레이 기술들이 될 수 있는 임의의 종류의 지정 가능한 디스플레이 기술이 사용될 수 있다. LED 모듈 어레이(100)는 교류 직류 컨버터(AC/DC converter)(110), 재동기화(resyncer) 장치(114) 및 복수 개의 LED 픽셀 모듈(120)을 추가로 구비한 복수의 픽셀 클러스터(118)를 구동하는 제어기(116)를 포함한다. 예를 들어, 픽셀 클러스터(118a)는 32개의 LED 픽셀 모듈(120), 즉 LED 픽셀 모듈(120-00 내지 120-31)을 포함하고, 각각의 LED 픽셀 모듈은 4개의 픽셀(122)을 포함하며; 픽셀 클러스터(118b)는 32개의 LED 픽셀 모듈(120), 즉 LED 픽셀 모듈(120-00 내지 120-31)을 포함하고, 각각의 LED 픽셀 모듈은 4개의 픽셀(122)을 포함하며; 픽셀 클러스터(118c)는 32개의 LED 픽셀 모듈(120), 즉 LED 픽셀 모듈(120-00 내지 120-31)을 포함하고, 각각의 LED 픽셀 모듈은 4개의 픽셀(122)을 포함하며; 픽셀 클러스터(118d)는 32개의 LED 픽셀 모듈(120), 즉 LED 픽셀 모듈(120-00 내지 120-31)을 포함하고, 각각의 LED 픽셀 모듈 은 4개의 픽셀(122)을 포함한다. 마지막으로, LED 모듈 어레이(100)는 EEPROM(124)을 포함한다.
AC/DC 24V 전원(110)은 범용 AC 입력 범위와, 예를 들어 재동기화 장치(114), 제어기(116) 및 LED 픽셀 모듈(120)로 전원을 공급하기 위해 4 암페아의 최대 출력 전류를 갖는 24 V의 DC 출력을 갖는 임의의 표준 AC/DC 전원이다. AC/DC 24V 전원(110)은 입력 전압이 규정된 허용 편차 내에 있는 한 입력 전압 변동과 무관한 일정한 레벨로 그 출력 전압을 유지시킨다. AC/DC 24V 전원(110)의 일례는 Hitron 모델 HVP103-240042와 같은 역률 보상(PFC; Power Factor Correction)을 갖는 스위치 모드 전원이다. 임의의 제공된 LED 모듈 어레이(100)와 관련된 하나 이상의 AC/DC 24V 전원(110)이 존재한다. AC/DC 24V 전원(110)의 수는 내부에 포함된 픽셀 클러스터(118)의 수에 따라 LED 모듈 어레이(100)와 관련된다. AC/DC 24V 전원(110)은 LED 픽셀 모듈(120)에 대해 전원을 공급하고, 직류 직류(DC/DC) 다운 변환을 발생시킨다. LED 픽셀 모듈(120)의 전기적 기능과 관련해서 더욱 상세한 설명은 도 2 및 도 3을 참조하여 설명할 것이다. 또한, LED 픽셀 모듈(120)의 물리적인 하드웨어 실시 형태의 더욱 상세한 설명은 동일 출원인에 의한 또 다른 특허 출원을 참조하여 설명한다.
재동기화 장치(114)는 직렬 비디오 및 직렬 제어 데이터를 하나의 LED 모듈 어레이(100)로부터 다음 LED 모듈 어레이(100)(도시 생략됨)에 LED 모듈 어레이(100)의 순차적 스트링으로 직접 수신 및 재송신하는 장치이다. 보다 구체적으로, 재동기화 장치(114)는 직렬 비디오 및 직렬 제어 데이터를 나타내는 데이터버스 입 력(DATABUS IN) 신호를 수신하여, 이 데이터를 데이터버스 출력(DATABUS OUT) 신호를 통해 다음 장치로 순서대로 송신한다. 이 직렬 비디오 데이터는 LED 모듈 어레이(100) 상에 디스플레이될 현재의 비디오 프레임 정보를 포함하는 적색, 녹색 및 청색 데이터이다.
제어기(116)는 Philips 8051 8비트 마이크로컨트롤러 또는 Motorola 6816 16비트 마이크로컨트롤러, 또는 선택적으로 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(FPGA; Field-Programmable Gate Array) 장치 내의 주문형 제어기와 같은 표준 마이크로프로세서 장치이다. 이 제어기(116)는 보다 큰 LED 디스플레이 시스템의 주어진 LED 모듈 어레이(100)의 주어진 LED 픽셀 모듈(120)의 위치와 관련된 특정 패킷으로 데이터 입력(DATA IN) 신호를 수신 및 파싱함으로써 상기 비디오 데이터를 관리 및 분배한다. 제어기(116)에 의해 실행하는 알고리즘은 보다 큰 LED 디스플레이 시스템의 물리적인 부분에 속하는 직렬 데이터 입력(DATA IN) 신호의 부분을 식별하는 처리를 용이하게 한다. 또한, 제어기(116)는 각 LED 픽셀 모듈(120)의 구동 픽셀(122)과 관련된 펄스폭 변조(PWM)를 관리한다.
LED 픽셀 모듈(120)의 각각은 임의의 사용자 정의 피치에 위치 설정된 (k ×n) 픽셀(122)의 어레이를 포함한다. 예컨대, 도 1에는 2 ×2 픽셀(122)의 어레이를 도시하고 있다. 픽셀(122)은 표준 LED 또는 유기 발광 다이오드(OLED) 소자와 같은 임의의 어드레스 지정 가능한 디스플레이 기술의 소자들을 나타낸다. 더욱이, 각 픽셀(122)은 잘 알려진 바와 같이 적색, 녹색 및 청색 서브 픽셀(sub-pixel)로 형성된다. 각 LED 픽셀 모듈(120)은 각각의 관련된 픽셀들(122)을 구동하기 위해 일 정한 전류 드라이버(도시 생략됨) 세트를 포함한다. 더욱이, 각 LED 픽셀 모듈(120)은 제품 데이터 및 공장의 광 출력 측정 데이터 뿐만 아니라 LED 픽셀 모듈(120) 내의 각 픽셀(122)에 대해 (x, y, Y) 형태의 색 좌표들을 저장하기 위한 EEPROM과 같은 논리 기억 소자(도시 생략됨)를 포함하는데, 여기서, x 및 y는 기본 에미터의 좌표이고, Y는 휘도로서 정의된다. 교정 중에, 모든 값들은 각 LED 픽셀 모듈(120) 내의 EEPROM에서 판독된 후, 보정 값들을 계산하기 위해 사용된다. 다음에, 이 계산된 값들은 LED 모듈 어레이(100) 상의 EEPROM(124) 내에 저장된다. EEPROM(124)은 전반적으로 저장 정보에 대해 전기적으로 소거 가능한 저장 매체 중 임의의 타입이다. 예컨대, EEPROM(124)은 Xicor 또는 Atmel 모델 24C16 또는 24C164일 수 있다. LED 모듈 어레이(100)의 전기 기능들의 더욱 상세한 설명은 동일 출원인의 다른 특허 출원을 참조할 수 있을 것이다.
도 1에 도시된 예에 있어서, 픽셀 클러스터(118a)의 LED 픽셀 모듈들(120-00 내지 120-31) 및 픽셀 클러스터(118b)의 LED 픽셀 모듈들(120-00 내지 120-31)은 64개의 픽셀들의 제1 인접 스트링을 형성하기 위해서 좌측에서 우측으로 물리적으로 배열된다. 이 제1 스트링의 하단에는, 픽셀 클러스터(118c)의 LED 픽셀 모듈들(120-00 내지 120-31) 및 픽셀 클러스터(118d)의 LED 픽셀 모듈들(120-00 내지 120-31)이 64개의 픽셀들의 제2 인접 스트링을 형성하기 위해서 좌측에서 우측으로 물리적으로 배열된다. 이에 따라, 64 ×2 어레이의 LED 픽셀 모듈(120)이 형성된다. 더욱이, 각 LED 픽셀 모듈(120)이 2 ×2 어레이의 픽셀(122)을 포함하기 때문에, 그 결과 LED 모듈 어레이(100)는 128 ×4 어레이의 픽셀(122)을 포함하는 것이 다. LED 픽셀 모듈(120)의 추가의 상세한 설명은 도 2 및 도 3을 참조하여 설명할 것이다.
도 1을 참조하여, LED 모듈 어레이(100)의 동작은 이하에서 설명한다. LED 모듈 어레이(100)에 전원이 인가된다. 보다 큰 LED 디스플레이 시스템의 중앙 제어기(도시 생략됨)는 각각의 재동기화 장치(114)의 데이터버스 입력(DATABUS IN) 신호 및 데이터버스 출력(DATABUS OUT) 신호를 통해 하나의 LED 모듈 어레이(100)로부터 다음 LED 모듈 어레이(100)로 진행되는 직렬 비디오 및 제어 데이터를 제공한다. LED 모듈 어레이(100)의 제어기(116)는 보다 큰 LED 디스플레이 시스템 내의 주어진 LED 모듈 어레이(100)의 위치와 관련된 특정 패킷으로 비디오 데이터 스트림을 수신하여 이 정보를 순차적으로 파싱한다. 제어기(116)에 의해 실행하는 알고리즘은 보다 큰 LED 디스플레이 시스템의 물리적인 부분에 속하는 직렬 데이터버스 입력(DATABUS IN) 신호의 부분을 식별하는 처리를 용이하게 한다. 다음에, 제어기(116)는 하나의 LED 픽셀 모듈(120)로부터 다음 LED 픽셀 모듈(120)에 각각 x 및 y의 색 좌표에 따라서 각 픽셀 클러스터(118)의 각각의 관련 픽셀(122)로 적당한 직렬 비디오 데이터 스트림을 분배한다. 이 비디오 데이터 전달 동작은 보다 큰 LED 디스플레이 시스템의 중앙 제어기의 제어 하에서 각 비디오 프레임에 대해서 발생하고, 그에 따라 시청 가능한 이미지를 생성한다. 픽셀 클러스터(118) 및 관련된 LED 픽셀 모듈(120)의 배치 및 최대수는 도 1에 도시된 것으로 한정되지 않는다. LED 픽셀 모듈(120) 및 그 동작은 도 2 및 도 3에서 추가로 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 LED 픽셀 모듈(120)의 기능 블록도이다. LED 픽셀 모 듈(120)은 병렬 입력 및 출력을 갖는 종래의 다중 비트 레지스터로서, 데이터 클록 입력(DATA CLK)으로 클록되는 래치(210)의 입력에 전기적으로 접속되는 직렬 데이터 버스 입력(SERIAL IN) 및 복수 개의 명령 입력 라인(CMD IN)을 포함한다. 래치(210)의 직렬 데이터 및 명령 라인 출력들은 도 3에 추가로 개시된 바와 같이 픽셀(122) 세트를 구동시키는 복수 개의 일정한 전류 드라이버(도 2에서는 도시 생략됨)를 포함한 전류 구동 장치(212)의 입력에 전기적으로 접속된다. 더욱이, 전류 구동 장치(212)는 예를 들어 도 3에 추가로 설명하는 바와 같이 내부에 포함된 각각 일정한 전류 드라이버로의 10 비트의 병렬 입력을 구성하는 복수 개의 시프트 레지스터(도 2에서는 도시 생략됨)를 포함한다. 최종 시프트 레지스터 단은 직렬 데이터를 다음 LED 픽셀 모듈(120)로 순차적으로 송신하는 직렬 출력 포트(SERIAL OUT)를 제공한다. 또한, DATA CLK는 전류 구동 장치(212)의 입력 및 종래의 인버터(214)의 입력을 공급하고, 그 출력(
Figure 112004040249333-pat00003
)은 다음 LED 픽셀 모듈(120)의 DATA CLK 입력을 순차적으로 구동시킨다. 이것에 의해, DATA CLK의 극성은 체인을 따라 각 LED 픽셀 모듈(120)을 통과하는 것과 같이 반전시킨다. 각 LED 픽셀 모듈(120)을 통과하는 것과 같이 DATA CLK의 극성을 반전시킴으로써, DATA CLK 신호의 상승 시간, 하강 시간, 펄스 폭 및 듀티 사이클 등의 신호 보전성이 유지된다.
또한, LED 픽셀 모듈(120)에는 그레이스케일 클록(GS CLK) 및 어드레스 라인(ODD/EVEN)이 입력된다. GS CLK는 전류 구동 장치(212)의 입력에 전기적으로 접속된 후, 다음 LED 픽셀 모듈(120)의 GS CLK 입력을 구동시키기 위해 LED 픽셀 모듈 (120)을 순차적으로 빠져 나온다. ODD/EVEN은 종래의 인버터(216)의 입력단으로 공급하고, 그 출력(
Figure 112004040249333-pat00004
)은 다음 LED 픽셀 모듈(120)의 ODD/EVEN 입력을 순차적으로 구동시킨다. 이에 따라, ODD/EVEN 라인의 극성은 체인을 따라 각 LED 픽셀 모듈(120)을 통과하는 것과 같이 반전시킨다. ODD/EVEN 라인은 게이트 EEPROM(124)에 대해 사용된다.
LED 픽셀 모듈(120)은 전반적으로 저장 정보에 대해 전기적으로 소거 가능한 저장 매체 중 임의의 타입인 EEPROM(218)을 추가로 포함한다. 예컨대, EEPROM(218)은 Xicor 또는 Atmel 모델 24C16 또는 24C164일 수 있다. LED 픽셀 모듈(120) 내의 각 픽셀(122)에 대한 색 좌표는 (x, y, Y)의 형태의 EEPROM(218)에 저장되는 데, 여기서, x 및 y는 기본 에미터의 좌표이고, Y는 휘도로서 정의된다. 더욱이, 모든 제품 데이터 및 공장의 광 출력 측정값은 LED 픽셀 모듈(120)의 제조 시에 EEPROM(218)에 저장된다. 또한, LED 픽셀 모듈(120)의 ID(패스포트), 실행시간, LED 픽셀 모듈(120)의 일련 번호(serial number)도 EEPROM(218)에 저장된다. EEPROM(218)과의 통신은 표준 2선식 직렬 데이터 버스 프로토콜, 즉 직렬 클록 라인(SCL) 및 직렬 데이터 라인(SDL)을 갖는 표준 I2C 버스를 사용하여 제어기(116)를 통해 달성된다. 게다가, 상기 I2C 버스는 각 LED 픽셀 모듈(120)에서 다음 LED 픽셀 모듈(120)로 구동된다.
일반적으로, EEPROM(218)은 측정 데이터를 판독하기 위한 교정 중에만 액세 스된다. 그러나, LED 픽셀 모듈(120)의 일반 동작 중에 LED 픽셀 모듈(120)의 실행시간은 EEPROM(218) 내에 저장된다.
마지막으로, LED 픽셀 모듈(120)은 DC/DC 컨버터(220)를 포함한다. DC/DC 컨버터(220)는 종래의 DC/DC 컨버터 장치로서, 이 DC/DC 컨버터 장치는 전압 하향변환(voltage down-conversion)의 DC 전압을 수용하여 전압 하향 변환을 수행한다. DC/DC 컨버터(220)는 입력 전압이 규정된 허용 편차 내에 있는 한 입력 전압 변동과 무관한 일정한 레벨로 그 출력 전압을 유지시킨다. 이 경우, DC/DC 컨버터(220)의 입력 값은 도 1에 도시된 바와 같이 24V 이고, 그 출력은 래치(210), 전류 구동 장치(212), 인버터(214), 인버터(216), EEPROM(218) 및 픽셀(122)로 전원을 공급하기 위해 250 ㎃에 이르기까지 5.0 V의 DC 출력 전압이다. 예컨대, DC/DC 컨버터(220)는 집적된 스위처, 코일, 커패시터 및 피드백 회로와의 제어기 소자로서 존재하는 분리 설계된 DC/DC 컨버터이다. 저항을 갖는 분압기로 이루어진 상기 피드백 회로(도시 생략됨)는 DC/DC 컨버터(220)를 원하는 전압으로 조정한다.
도 3은 도 2에 도시된 바와 같이 LED 픽셀 모듈(120)의 F3에 대한 상세도이다. 특히, 도 3은 본 발명에 따른 전류 구동 장치(212) 및 픽셀(122)을 보다 상세히 도시한다. 도 3은 4개의 픽셀(122), 즉 픽셀(122a), 픽셀(122b), 픽셀(122c) 및 픽셀(122d)이 전류 구동 장치(212)에 의해 구동되는 것을 예시하고 있고, 각 픽셀(122)은 적색, 녹색 및 청색 서브 픽셀을 각각 포함한다. 특히, 픽셀(122a)은 적색 서브 픽셀(R)(310a), 녹색 서브 픽셀(G)(312a) 및 청색 서브 픽셀(B)(314a)를 포함하고; 픽셀(122b)(도시 생략됨)은 R(310b), G(312b) 및 B(314b)를 포함하며; 픽셀 (122c)(도시 생략됨)은 R(310c), G(312c) 및 B(314c)를 포함하고; 픽셀(122d)(도시 생략됨)은 R(310d), G(312d) 및 B(314d)를 포함한다.
더욱이, 전류 구동 장치(212)는 복수의 시프트 레지스터(SR)(316)를 포함하는 데, 상기 시프트 레지스터는 각각 관련된 전류원(Isource)(318)으로 10 비트의 워드를 제공한다. 특히, 이 예에서, 전류 구동 장치(212)는 16개의 전류원(Isource)(318), 즉 Isource(318-01 내지 318-16)에 각각 전기적으로 접속된 16개의 SR(316), 즉 SR(316-01 내지 316-16)을 포함한다. 직렬 데이터는 도 3에 도시된 바와 같이 하나에서 다른 하나로 순차적으로 SR(316-01)로부터 SR(316-16)로 이동되는 데, 즉 SERIAL IN이 전류 구동 장치(212)로 입력되어, SR(316-01)의 입력단으로 공급되고, 직렬 데이터 버스는 SR(316-01)에서 SR(316-16)로 순차적으로 이동되며, 최종적으로 LED 픽셀 모듈(120)의 SERIAL OUT을 구동하는 SR(316-16)의 출력을 통하여 전류 구동 장치(212)를 빠져 나온다. 이 예에서, 각각의 SR(316)이 직렬 데이터 입력으로부터 10 비트의 병렬 출력을 생성하기 때문에, 이것에 의해 각 SR(316)에 대하여 10개의 DATA CLK 사이클을 취하게 된다. 따라서, Isource(318-01 내지 318-16)를 공급하는 최대 160 비트를 형성하는 데에 총 160개의 DATA CLK 사이클이 요구된다. DATA CLK의 주파수는 통상적으로 1 내지 20 ㎒ 사이에서 설정되는 데, 이것은 픽셀(122) 수(즉, 링크 길이) 및 프레임 주파수에 의해 결정된다. GS CLK의 주파수는 프레임 주파수, 비트율 및 뱅크 수에 의해 통상 설정된다.
R(310a), G(312a), B(314a), R(310b), G(312b), B(314b), R(310c), G(312c), B(314c), R(310d), G(312d), 및 B(314d)의 애노드들은 DC/DC 컨버터(220)에 의해 공급된 +5 V로 공통으로 전기 접속되어 있다. 각각의 R(310)의 캐소드들은 2개의 Isource(318)에 의해 각각 구동된다. 반대로, 각각의 G(312)의 캐소드들은 하나의 Isource(318)에 의해 구동되고, 각각의 B(314)의 캐소드들은 하나의 Isource(318)에 의해 구동된다. 이것은 적색 서브 픽셀의 효율이 녹색 및 청색 서브 픽셀의 효율과 상이하기 때문이며, 이것에 의해 적색 서브 픽셀은 녹색 및 청색 서브 픽셀 보다 많은 전류를 필요로 한다. 특히 도 3을 참조하여, R(310), G(312), 및 B(314)의 캐소드들은 이하에 설명하는 바와 같이 Isource(318)에 전기적으로 접속된다. R(310a)은 Isource(318-01, 318-02)에 접속되고, G(312a)는 Isource(318-03)에 접속되며, B(314a)는 Isource(318-04)에 접속됨으로써, 픽셀(122a)을 형성한다. R(310b)은 Isource(318-05, 318-06)에 접속되고, G(312b)는 Isource(318-07)에 접속되며, B(314b)는 Isource(318-08)에 접속됨으로써, 픽셀(122b)을 형성한다. R(310c)은 Isource(318-09, 318-10)에 접속되고, G(312c)는 Isource(318-11)에 접속되며, B(314c)는 Isource(318-12)에 접속됨으로써, 픽셀(122c)을 형성한다. R(310d)은 Isource(318-13, 318-14)에 접속되고, G(312d)는 Isource(318-15)에 접속되며, B(314d)는 Isource(318-16)에 접속됨으로써, 픽셀(122d)을 형성한다.
Isource(318)는 일반적으로 5∼50 ㎃ 범위 내의 일정한 전류를 공급할 수 있는 종래의 전류원이다. 상업적으로 이용 가능한 일정한 전류 장치의 예로는 Toshiba TB62705 및 Silicon Touch ST2226A를 포함한다. 선택적으로, Isource(318)는 주문형 ASIC 소자를 통해 형성된다. 만약 사용자가 완전 화이트 모드(white mode)에 대해 6500 K의 색 온도(color temperature)를 실현하기를 원하는 경우, Isource(318)의 전류 용량은 다음과 같이 설정된다. 이 경우, 원하는 광 출력을 실현하기 위해서, 각각의 R(310)은 22 ㎃의 전류를 필요로 하고, 각각의 G(312)는 14 ㎃의 전류를 필요로 하며, 각각의 B(314)는 11 ㎃의 전류를 필요로 한다. 모든 Isource(318)가 동일하기 때문에, R(310), G(312) 및 B(314)를 수용하기 위해 22 ㎃의 출력에 대해서 만일 모든 Isource(318)가 설정되는 경우에는 초과 구동되고, 그에 따라서 수명이 단축될 수 있다. 모든 Isource(318)는 녹색 서브 픽셀, 즉 G(312a), G(312b), G(312c) 및 G(312d)를 수용하기 위해 14 ㎃까지 제공하는 대신에 이용될 수 있다. 이어서, 2개의 Isource(318)는 각각 적색 서브 픽셀, 즉 R(310a), R(310b), R(310c) 및 R(310d)를 구동시키기 위해 병렬로 접속됨으로써, 28 ㎃의 총전류 용량을 제공한다. 그러나, 2 개의 병렬 접속된 Isource(318)의 전류 출력은 적색 서브 픽셀에 대해 22 ㎃를 제공하기 위해 프로그래밍을 통해 디지털적으로 보정된다. 마지막으로, 청색 서브 픽셀, 즉 B(314a), B(314b), B(314c) 및 B(314d)를 수용하기 위해서, 이들 관련된 Isource(318)의 전류 출력은 11 ㎃를 제공하기 위해 프로그래밍을 통해 디지털적으로 보정된다. 요약하면, 이 예의 경우, 각 픽셀(122)의 3 개의 서브 픽셀를 구동시키기 위해서는 14 ㎃까지의 출력 전류 용량을 갖는 4 개의 Isource(318)가 필요하게 되는 데, 도 3에 도시된 바와 같이 적색 서브 픽셀의 경우 2 개의 Isource(318), 녹색 서브 픽셀의 경우 1 개의 Isource(318), 청색 서브 픽셀의 경우 1 개의 Isource(318)가 사용된다.
또한, 전류 구동 장치(212)에는 래치된 CMD IN 라인 및 GS CLK가 공급된다. 통상적으로, 이들 CMD IN 라인은 SERIAL IN 데이터가 펄스폭 변조 데이터(즉, 디스 플레이된 정보)를 나타내거나, 또는 소정의 Isource(318)의 출력을 공백으로 할지의 여부 또는 소정의 Isource(318)의 출력을 생성하도록 개시할지 여부를 결정하는 것과 같이 전류 구동 장치(212)의 기능을 제어한다. GS CLK는 Isource(318)의 펄스폭 변조(PWM)를 위해 필요하게 되는데, 이 GS CLK는 출력 클록이다.
도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, LED 픽셀 모듈(120)의 동작을 이하에서 설명한다. 먼저, +24 V가 DC/DC 컨버터(220) 의 입력단에 공급되는 데, 상기 DC/DC 컨버터(220)는 LED 픽셀 모듈(120)의 모든 구성 요소에 대한 분포를 위해 +5 V를 순차적으로 생성한다. 다음에, 제어기(116)(도 1 참조)는 각각 x 및 y 색 좌표에 따라 SERIAL IN 라인을 통해 LED 픽셀 모듈(120)로 적당한 직렬 비디오 데이터 스트림을 분배한다. 또한, 제어기(116)는 모든 신호 입력들(즉, CMD IN, DATA CLK, GS CLK, ODD/EVEN, I2C 버스)을 LED 픽셀 모듈(120)로 공급한다. SERIAL IN 및 CMD IN 라인의 정보는 DATA CLK를 통해 래치(210) 내에 래치되고, 전류 구동 장치(212)의 입력단에 순차적으로 전달된다. 특히, 전류 구동 장치(212)는 CMD IN 입력을 해석하고, 그에 따라 그 기능을 수행한다. 더욱이, SR(316-01)은 래치(210)로부터 SERIAL IN의 정보를 수신하고, 그 직렬 데이터는 DATA CLK의 동작을 통해 SR(316-01)에서 SR(316-16)로 순차적으로 이동되며, 최종적으로 1 개만 존재하면 다음 LED 픽셀 모듈(120)로 전송하기 위해 SERIAL OUT을 통해 전류 구동 장치(212)를 빠져 나온다. 이와 같이 해서, 각 SR(316)은 직렬 데이터 입력으로부터 10 비트의 병렬 출력을 생성한다. 따라서, 160 비트의 공급 Isource(318-01 내지 318-16)를 로딩하 기 위해 160 개의 DATA CLK 사이클이 필요하게 된다. Isource(318-01 내지 318-16)의 출력과 CMD IN에 기초해서 각 Isource(318)의 기능 상태가 발생함에 따라 서브 픽셀들[즉, R(310a), G(312a), B(314a), R(310b), G(312b), B(314b), R(310c), G(312c), B(314c), R(310d), G(312d) 및 B(314d)]은 광을 방출한다. 동작 중 LED 픽셀 모듈(120)의 실행시간은 EEPROM(218) 내에 저장된다. GS CLK는 Isource(318)의 출력 클록으로서 기능을 수행함으로써, 펄스폭 변조(PWM)를 제공한다.
일반적으로, LED 모듈 어레이(100)의 제어기(116)가 임의의 소정의 픽셀 클러스터(118)를 따라 하나의 LED 픽셀 모듈(120)로부터 다음 LED 픽셀 모듈(120)로 직렬 데이터를 제공함에 따라 ODD/EVEN 라인의 극성은 토글된다. ODD/EVEN 라인은 I2C 버스를 용이하게 하기 위해 분배된다. I2C 판독 및 기록하는 동안 ODD/EVEN 라인이 논리 "0(제로)"인 경우, 16 개의 홀수의 LED 픽셀 모듈(120)은 액세스될 수 있다. 대조적으로, ODD/EVEN 라인이 논리 "1"인 경우, 16 개의 짝수의 LED 픽셀 모듈(120)은 액세스될 수 있다. 이것은 DATA CLK이 모든 다른 LED 픽셀 모듈(120)에 대해서 순차적인 스트링으로 반전되기 때문이다.
일반적으로, 전류 구동 장치(212)의 구성은 전술한 도 3에 도시된 것으로 한정되지는 않는다. SR(316)과 Isource(318)를 포함하는 전류 구동 장치(212)는 특정 응용 분야의 요구 조건에 따라 주문 제조될 수 있다. 도 3에 도시되어 전술한 구성은 일 실시 형태로 나타낸 것이다.
더욱이, 대체 실시예에 있어서, 4 개의 픽셀(122)을 처리하는 LED 픽셀 모듈 (120)의 전기적인 분할 작업은 도 2 및 도 3에 도시된 것으로 한정하는 것은 아니다. 예컨대, LED 픽셀 모듈(120)의 전기적인 설계는 단일 픽셀(122)을 구동하기 위한 전기 부품만이 포함될 수 있고, 상기 픽셀(122)은 하나의 적색 서브 픽셀, 하나의 녹색 서브 픽셀 및 하나의 청색 서브 픽셀을 포함한다.
요약하면, 본 발명의 LED 픽셀 모듈(120)은 구성 가능한 대형 LED 디스플레이 응용 분야에 사용하는 데에 적합하다. LED 픽셀 모듈(120)은 래치(210), 전류 구동 장치(212), EEPROM(218), DC/DC 컨버터(220) 및 픽셀(122)과 같은 능동 소자들이 내부에 집적되어 있다. LED 픽셀 모듈(120)의 순차적인 스트링은 대형 LED 디스플레이 시스템에 사용하는 주문형 2차원(2D) 또는 3차원(3D) 픽셀 클러스터(118)를 형성하기 위해 LED 모듈 어레이(100)의 제어 하에서 제어 및 통신 목적용으로 동시에 연속적으로 연결될(daisy-chained) 수 있다.
본 발명은 도면에 예로서 도시하여 설명된 실시 형태로 한정하는 것은 아니지만, 대형 디스플레이 용도의 본 발명에 따른 픽셀 모듈은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지의 변형 및 수정이 가능함을 당업자라면 이해할 수 있을 것이다.
이상 설명과 같이, 본 발명에 따르면, 구성 가능한 대형 LED 디스플레이 시스템에서 복수 개의 개별 픽셀 모듈들을 하나의 외부 제어기의 제어 하에서 임의의 주문 제작된 2차원 형상 및 3차원 형상으로 순차적으로 배열되도록 할 수 있다.

Claims (17)

  1. 대형 디스플레이에 사용하며, 중앙 제어기(116)에 의해 구동되고 순차적으로 상호 접속된 복수 개의 픽셀 모듈들(120)의 클러스터(118)의 일부로 사용하는 픽셀 모듈로서,
    하나 이상의 픽셀 소자들(122)과;
    병렬 입력 및 출력을 가지며 데이터 클록 입력(DATA CLK)으로 클록되는 래치(210)의 입력들에 전기적으로 접속된 직렬 비디오 데이터 버스 입력(SERIAL IN) 및 하나 이상의 명령 입력 라인들(CMD IN)과;
    상기 래치(210)의 출력 및 상기 데이터 클록 입력(DATA CLK)에 전기적으로 접속되는 상기 하나 이상의 픽셀 소자들(122)을 구동시키고, 직렬 데이터를 다음 픽셀 모듈(120)로 순차적으로 전송하는 직렬 출력 포트(SERIAL OUT)를 포함하는 전류 구동 장치(212)와;
    출력(
    Figure 112007067063834-pat00005
    )이 다음 픽셀 모듈(120)의 데이터 클록 입력(DATA CLK)을 순차적으로 구동시키기 위해 사용될 수 있는 제1 인버터(214)와;
    상기 전류 구동 장치(212) 및 출력(GS CLK)에 전기적으로 접속되어, 상기 다음 픽셀 모듈(120)의 그레이 스케일 입력을 구동시키는 그레이스케일 클록(GS CLK) 입력과;
    제2 인버터(216)에 전기적으로 접속되어, 출력(
    Figure 112007067063834-pat00006
    )이 상기 다음 픽셀 모듈(120)의 어드레스 입력(ODD/EVEN)을 구동시킬 수 있는 어드레스 입력(ODD/EVEN)과;
    상기 중앙 제어기(116)와 통신하기 위해 입력 포트(I2C BUS)에 전기적으로 접속되고, 상기 다음 픽셀 모듈(120)과 접속하기 위해 상기 입력 포트가 출력 포트(I2C)에도 접속되는 EEPROM(218)과;
    전원 장치(220)의 입력 및 출력
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 픽셀 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 래치(210)는 다중 비트 레지스터인 것을 특징으로 하는 픽셀 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 EEPROM(218)은 각 픽셀(122)에 대한 색 좌표를 상기 픽셀 모듈(120) 내에 저장하는 것을 특징으로 하는 픽셀 모듈.
  4. 제3항에 있어서, 상기 색 좌표는 (x, y, Y)의 형태로 저장되며, 상기 x 및 y는 기본 에미터의 좌표이고, Y는 휘도인 것을 특징으로 하는 픽셀 모듈.
  5. 제1항에 있어서, 상기 EEPROM(218)은 상기 픽셀 모듈(120)의 제조 시에 제품 데이터 및 공장의 광 출력 측정 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽셀 모듈.
  6. 제1항에 있어서, 상기 EEPROM(218)은 상기 픽셀 모듈(120)의 식별 데이터, 실행시간 및 일련 번호를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽셀 모듈.
  7. 제1항에 있어서, 상기 EEPROM(218)과 상기 중앙 제어기(116) 사이의 통신은 I2C 버스를 사용하여 달성되는 것을 특징으로 하는 픽셀 모듈.
  8. 제7항에 있어서, 상기 I2C 버스는 표준 2선식 직렬 데이터 버스 프로토콜을 갖는 것을 특징으로 하는 픽셀 모듈.
  9. 제7항에 있어서, 상기 I2C 버스는 직렬 클록 라인과 직렬 데이터 라인을 갖는 것을 특징으로 하는 픽셀 모듈.
  10. 제1항에 있어서, 상기 전원 장치(220)는 상기 래치(210), 상기 전류 구동 장치(212), 상기 제1 및 제2 인버터(214, 216), 상기 EEPROM(218) 및 상기 픽셀(122)에 전원을 공급하기 위해 DC 전압 출력을 공급하는 DC/DC 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽셀 모듈.
  11. 제1항에 있어서, 상기 복수의 픽셀들(122) 각각은 상기 전류 구동 장치(212)에 의해 독립적으로 구동되는 적색 서브 픽셀(310), 녹색 서브 픽셀(312) 및 청색 서브 픽셀(314)을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 픽셀 모듈.
  12. 제11항에 있어서, 상기 각각의 서브 픽셀(310, 312, 314)은 하나 이상의 전류원(318)에 의해 구동되며, 상기 전류원(318)의 입력은 관련된 시프트 레지스터(316)에 연결되는 것을 특징으로 하는 픽셀 모듈.
  13. 제12항에 있어서, 상기 각각의 적색 서브 픽셀(310)은 상기 관련된 시프트 레지스터(316)에 각각 연결되는 적어도 2 개의 상기 전류원(318)에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 픽셀 모듈.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 전류 구동 장치(212)의 상기 시프트 레지스터(316)는 순차적으로 상호 접속되어서, 제1 시프트 레지스터(316-01)는 래치된 상기 직렬 비디오 데이터 버스 입력(SERIAL IN)에 순차적으로 접속되고, 최종 시프트 레지스터(316-16)는 상기 픽셀 모듈(120)의 상기 직렬 출력 포트(SERIAL OUT)에 순차적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 픽셀 모듈.
  15. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 전류원(318)은 출력 전류가 디지털적으로 보정될 수 있는 일정한 전류 장치인 것을 특징으로 하는 픽셀 모듈.
  16. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 전류원(318)은 주문형 ASIC 장치를 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 픽셀 모듈.
  17. 제1항에 있어서, 상기 데이터 클록 입력(DATA CLK)의 주파수는 1∼20 ㎒ 사이에서 설정되는 것을 특징으로 하는 픽셀 모듈.
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