KR101061847B1 - 전원 공급 장치 및 백라이트 장치 - Google Patents

전원 공급 장치 및 백라이트 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광원으로 전원을 공급하는 장치에 관한 것이다. 이때, 광원을 발광 다이오드를 포함한다. 전원 공급 장치는 외부로부터의 교류 전압(AC)을 직류 전압(DC)으로 변환하는 브리지 정류부, 브리지 정류부로부터의 전압을 평활하는 평활부, 평활부로부터의 전압을 승압하는 DC-DC 변압부, DC-DC 변압부로부터의 전압을 광원에 구동 전압으로 인가할 때, 노이즈 등으로 인해 과전류가 흐를 때 이를 감지하고, DC-DC 변환부에서 광원으로 공급되는 전압을 중단시키는 전압 안정화부를 포함한다. 이로 인해, 순간적인 과전류로 인한 발광 다이오드의 손상을 방지한다.
액정표시장치, LCD, 백라이트, LED, DC-DC 컨버터, 과전류, 전압감지

Description

전원 공급 장치 및 백라이트 장치 {POWER SUPPLYING APPARATUS AND BACKLIGHT APPARATUS}
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 백라이트부의 블록도이다.
도 5는 도 4의 전압 안정화 및 전아 과전류 감지부의 상세 회로도이다.
본 발명은 전원 공급 장치 및 백라이트 장치에 관한 것이다.
컴퓨터의 모니터나 TV 등에 사용되는 표시 장치(display device)에는 스스로 발광하는 발광 다이오드(light emitting diode, LED), EL(electroluminescence), 진공 형광 표시 장치(vacuum fluorescent display, VFD), 전계 발광 소자(field emission display, FED), 플라스마 표시 장치(plasma display panel, PDP) 등과 스스로 발광하지 못하고 광원을 필요로 하는 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD) 등이 있다.
일반적인 액정 표시 장치는 전계 생성 전극이 구비된 두 표시판과 그 사이에 들어 있는 유전율 이방성(dielectric anisotropy)을 갖는 액정층을 포함한다. 전계 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고, 전압을 변화시켜 이 전기장의 세기를 조절하고 이렇게 함으로써 액정층을 통과하는 빛의 투과율을 조절하여 원하는 화상을 얻는다.
이때의 빛은 별도로 구비된 인공 광원일 수도 있고 자연광일 수도 있다.
액정 표시 장치용 광원, 즉 백라이트(backlight) 장치는 광원으로서 CCFL(cold cathode fluorescent lamp)나 EEFL(external electrode fluorescent lamp) 등과 같은 복수의 형광 램프(fluorescent lamp)나 발광 다이오드(LED, light emitting diode)를 사용한다.
형광 램프를 이용할 경우, 전력 소모가 크고 발열로 인해 액정 표시 장치의 소자 특성이 나빠진다. 또한 형광 램프가 통상적으로 막대형이므로 충격에 약하여 파손의 위험이 크고, 램프 부위에 따라 온도가 일정하지 않아 부위별로 램프의 휘도가 달라지고, 그에 따라 액정 표시 장치의 화질이 떨어진다.
한편, 발광 다이오드의 경우 반도체 소자이므로 수명이 길고 점등 속도가 빠르며 소비 전력이 적다. 또한 충격에 강하며 소형화 및 박막화에 유리하다.
따라서 휴대 전화기 등과 같은 소형 액정 표시 장치뿐만 아니라 모니터나 텔레비전과 같은 중대형 액정 표시 장치에도 백라이트 장치의 광원으로서 발광 다이오드를 이용하는 추세이다.
일반적으로, 형광 램프가 교류 전압(AC)으로 구동되는데 비하여 발광 다이오드는 직류 전압(DC)으로 구동된다. 따라서 발광 다이오드를 액정 표시 장치의 광원으로 이용하기 위해서는 교류 전압을 직류 전압으로 변환한 후, 원하는 레벨의 직류 전압을 생성하는 전원 공급 장치가 필요하다.
전원 공급 장치로부터 인가되는 구동 전압은 발광 다이오드의 동작 상태에 맞게 구형파로 변환된다.. 하지만 전압의 레벨이 바뀔 때마다 순간적으로 노이즈 등으로 인한 순간 최고치가 발광 다이오드의 정격 사양을 벗어나는 과전류가 흘러 발광 다이오드가 파손되는 문제가 발생한다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 순간적인 과전류로부터 광원을 보호하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 한 특징에 따른 전원 공급 장치는, 광원, 외부로부터의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 신호 변환부, 상기 신호 변환부로부터의 직류 전압을 변환하여 출력하는 DC-DC 변환부, 그리고 외부로부터의 제어 신호에 기초하여 상기 DC-DC 변환부로부터의 전압을 변환하여 상기 광원에 공급하고, 상기 광원에 공급되는 전압이 설정 크기를 넘어서면 상기 광원에 인가되는 전압을 차단하는 안정화부를 포함한다.
상기 광원은 발광 다이오드인 것이 바람직하다.
상기 안정화부는 상기 외부로부터의 제어 신호에 따라 출력 신호가 변하는 신호 입력부, 상기 신호 입력부의 출력 신호에 따라 출력 전압을 생성하는 변압기, 상기 변압기로부터의 전압에 따라 상기 DC-DC 변환부로부터의 전압을 구형파 전압으로 변환하는 스위칭부, 상기 스위칭부로부터의 구형파 전압에 대한 평균 전압을 상기 광원에 전달하는 리액터, 그리고 상기 리액터로부터의 전압의 크기가 설정 크기 이상일 경우, 상기 신호 입력부의 동작을 중지시키는 제1 감지부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 안정화부는 상기 DC-DC 변환부로부터의 전압에 기초한 출력 전압을 생성하는 제2 감지부를 더 포함하고, 상기 DC-DC 변환부는 상기 제2 감지부로부터의 출력 전압에 따라 출력 전압을 바꾸는 것이 좋다.
본 발명의 다른 특징에 따른 안정화 장치는, 외부로부터 제어 신호에 입력되는 신호 입력부, 전원 전압과 상기 신호 입력부에 연결된 변압기, 외부로부터 전압을 입력받는 스위칭부, 상기 변압기와 상기 스위칭부에 연결된 스위칭 제어부, 상기 스위칭부에 연결된 전압 평균화부, 상기 전압 평균화부에 연결된 제1 감지부, 그리고 상기 전압 평균화부에 연결된 제2 감지부를 포함한다.
상기 신호 입력부는 상기 제어 신호를 입력받는 스위칭 소자를 포함할 수 있고, 상기 변압기는 펄스 변압기인 것이 바람직하다.
또한 상기 스위칭부는 상기 외부로부터의 전압이 입력 단자에 인가되고, 상기 스위칭 제어부에 제어 단자가 연결되는 스위칭 소자를 포함하고, 또한 상기 스위칭 소자의 상기 입력 단자와 출력 단자 사이에 연결된 다이오드를 더 포함할 수 있다.
상기 스위칭 제어부는 상기 변압기에 연결된 제1 저항, 그리고 상기 제1 저항과 상기 변압기에 사이에 직렬로 연결된 다이오드 및 제너 다이오드를 포함할 수 있으며, 상기 제1 저항 양단에 연결된 축전기 및 상기 저항과 상기 제너 다이오드 사이에 연결된 제2 저항을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 감지부는 상기 스위칭부와 접지 사이에 연결된 분압기를 포함할 수 있고, 상기 분압기와 접지 사이에 연결된 축전기를 더 포함할 수 있다.
상기 전압 평균화부는 리액터를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제2 감지부는 상기 스위칭부에 연결된 축전기, 상기 축전기와 접지 사이에 연결된 저항, 그리고 상기 저항에 제어 단자가 연결되고 상기 신호 입력부에 입력 단자가 연결되고 출력 단자가 접지된 스위칭 소자를 포함할 수 있고, 상기 스위칭 소자의 입력 단자와 접지 사이에 연결된 축전기를 더 포함할 수 있다.
상기 안정화장치는 상기 전원 전압과 상기 변압기 사이에 연결된 다이오드를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 백라이트 장치는, 적어도 하나의 광원을 구비한 광원부, 외부로부터의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 AC-DC 변환부, 상기 AC-DC 변환부로부터의 직류 전압을 변환하여 출력하는 DC-DC 변환부, 그리고 외부로부터의 제어 신호에 기초하여 상기 DC-DC 변환부로부터의 전압을 변환하여 상기 광원부에 공급하고, 상기 광원부로부터의 전압이 설정 크기를 넘어서면 상기 광원부에 인가되는 전압을 차단하는 안정화부를 포함하고, 상기 광원은 적색 발광 다이오드, 녹색 발광 다이오드 또는 청색 발광 다이오드인 것이 좋다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 표시 장치는 복수의 화소, 점멸 제어 신호에 기초하여 상기 화소에 빛을 공급하는 광원부, 그리고 상기 광원부에 필요한 구동 전압을 인가하는 전원 공급부를 포함하는 표시 장치로서, 상기 전원 공급부는, 외부로부터의 직류 전압을 변환하여 출력하는 DC-DC 변환부, 그리고 외부로부터의 제어 신호에 기초하여 상기 DC-DC 변환부로부터의 전압을 변환하여 상기 광원부에 공급하고, 상기 광원부에 공급되는 전압이 설정 크기를 넘어서면 상기 광원에 인가되는 전압을 차단하는 안정화부를 포함한다.
이때, 상기 안정화부는 상기 외부로부터의 제어 신호에 따라 출력 신호가 변하는 신호 입력부, 상기 신호 입력부의 출력 신호에 따라 출력 전압을 생성하는 변압기, 상기 변압기로부터의 전압에 따라 상기 DC-DC 변환부로부터의 전압을 구형파 전압으로 변환하는 스위칭부, 상기 스위칭부로부터의 구형파 전압에 대한 평균 전압을 상기 광원에 전달하는 리액터, 그리고 상기 리액터로부터의 전압의 크기가 설정 크기 이상일 경우, 상기 신호 입력부의 동작을 중지시키는 감지부를 포함하는 것이 좋고, 상기 광원부는 적어도 하나의 발광 다이오드를 포함하는 것이 좋다.첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또다른 부분이 있는 경우도 포함 한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치 및 백라이트 장치에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 분해 사시도이며, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이다. 또한 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 백라이트부의 블록도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 표시부(330)와 백라이트부(900)를 포함하는 액정 모듈(350), 액정 모듈(350)을 수납하는 상부 및 하부 섀시(361, 362), 그리고 몰드 프레임(363)을 포함한다.
표시부(330)는 액정 표시판 조립체(300)와 이에 부착된 복수의 게이트 TCP(tape carrier package)(410) 및 데이터 TCP(510), 그리고 해당 TCP(410, 510)에 부착되어 있는 게이트 인쇄 회로 기판(PCB, printed circuit board)(450) 및 데이터 PCB(550)를 포함한다.
액정 표시판 조립체(300)는 하부 표시판(100) 및 상부 표시판(200)과 그 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함한다.
하부 표시판(100)은 복수의 표시 신호선(G1-Gn, D1-Dm)을 포함하고, 하부 및 상부 표시판(100, 200)은 표시 신호선(G1-Gn, D1-Dm)에 연결되어 있으며 대략 행렬의 형태로 배열된 복수의 화소(pixel)를 포함한다.
표시 신호선(G1-Gn, D1-Dm)은 게이트 신호("주사 신호"라고도 함)를 전달하는 복수의 게이트선(G1-Gn)과 데이터 신호를 전달하는 데이터선(D1-Dm )을 포함한다. 게이트선(G1-Gn)은 대략 행 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하고 데이터선(D 1-Dm)은 대략 열 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하다.
각 화소는 표시 신호선(G1-Gn, D1-Dm)에 연결된 스위칭 소자(Q)와 이에 연결된 액정 축전기(liquid crystal capacitor)(CLC) 및 유지 축전기(storage capacitor)(CST)를 포함한다. 유지 축전기(CST)는 필요에 따라 생략할 수 있다.
박막 트랜지스터 등 스위칭 소자(Q)는 하부 표시판(100)에 구비되어 있으며, 삼단자 소자로서 그 제어 단자 및 입력 단자는 각각 게이트선(G1-Gn) 및 데이터선(D1-Dm)에 연결되어 있으며, 출력 단자는 액정 축전기(CLC) 및 유지 축전기(C ST)에 연결되어 있다.
액정 축전기(CLC)는 하부 표시판(100)의 화소 전극(190)과 상부 표시판(200)의 공통 전극(270)을 두 단자로 하며 두 전극(190, 270) 사이의 액정층(3)은 유전체로서 기능한다. 화소 전극(190)은 스위칭 소자(Q)에 연결되며 공통 전극(270)은 상부 표시판(200)의 전면에 형성되어 있고 공통 전압(Vcom)을 인가받는다. 도 3에서와는 달리 공통 전극(270)이 하부 표시판(100)에 구비되는 경우도 있으며 이때에 는 두 전극(190, 270)중 적어도 하나가 선형 또는 막대형으로 만들어질 수 있다.
액정 축전기(CLC)의 보조적인 역할을 하는 유지 축전기(CST)는 하부 표시판(100)에 구비된 별개의 신호선(도시하지 않음)과 화소 전극(190)이 절연체를 사이에 두고 중첩되어 이루어지며 이 별개의 신호선에는 공통 전압(Vcom) 따위의 정해진 전압이 인가된다. 그러나 유지 축전기(CST)는 화소 전극(190)이 절연체를 매개로 바로 위의 전단 게이트선과 중첩되어 이루어질 수 있다.
액정 표시판 조립체(300)의 두 표시판(100, 200) 중 적어도 하나의 바깥 면에는 빛을 편광시키는 편광자(도시하지 않음)가 부착되어 있다.
도 1에 도시한 것처럼, 게이트 TCP(410)는 액정 표시판 조립체(300)의 하부 표시판(100)의 한 가장자리에 부착되어 있고, 그 위에는 게이트 구동부(400)를 이루는 게이트 구동 집적 회로가 칩의 형태로 장착되어 있다. 데이터 TCP(510)는 액정 표시판 조립체(300)의 하부 표시판(100)의 다른 가장자리에 부착되어 있고, 그 위에는 데이터 구동부(500)를 이루는 데이터 구동 집적 회로가 칩의 형태로 장착되어 있다. 게이트 구동부(400) 및 데이터 구동부(500)는 TCP(410, 510)에 형성되어 있는 신호선(도시하지 않음)을 통하여 액정 표시판 조립체(300)의 게이트선(G1-Gn) 및 데이터선(D1-Dm)에 각각 전기적으로 연결되어 있다.
게이트 구동부(400)는 게이트 온 전압(Von)과 게이트 오프 전압(Voff)의 조합으로 이루어진 게이트 신호를 게이트선(G1-Gn)에 인가하며, 데이터 구동부(500)는 데이터 전압을 데이터선(D1-Dm)에 인가한다.
이와 달리 TCP를 사용하지 않고 게이트 구동부(400) 및 데이터 구동부(500)를 이루는 구동 집적 회로 칩을 표시판 위에 집적 부착할 수도 있으며(chip on glass, COG 실장 방식), 게이트 구동부(400) 또는 데이터 구동부(500)를 스위칭 소자(Q) 및 표시 신호선(G1-Gn, D1-Dm)과 함께 액정 표시판 조립체(300)에 직접 형성할 수도 있다.
게이트 PCB(450)는 하부 표시판(100)과 나란하게 길이 방향으로 TCP(410)에 부착되어 있고, 그 위에는 신호를 전달하는 복수의 신호선(도시하지 않음)과 전자 부품 등이 형성되어 있다.
데이터 PCB(550)는 하부 표시판(100)과 나란하게 길이 방향으로 TCP(510)에 부착되어 있고, 그 위에는 신호를 전달하는 복수의 신호선(도시하지 않음)과 전자 부품 등이 형성되어 있다.
계조 전압 생성부(800)는 화소의 투과율과 관련된 두 벌의 복수 계조 전압을 생성하여 데이터 전압으로서 데이터 구동부(500)에 제공한다. 두 벌 중 한 벌은 공통 전압(Vcom)에 대하여 양의 값을 가지고 다른 한 벌은 음의 값을 가진다.
도 1, 도 2 및 도 4에 도시한 것처럼, 백라이트부(900)는 상부 섀시(361)에 고정되는하부 섀시(362)에 수납되며, 액정 표시판 조립체(300)의 하부에 장착되어 있는 광원부(960), 조립체(300)와 광원부(960) 사이에 위치하며 광원부(960)로부터의 빛을 처리하는 복수의 광학 기구(908), 그리고 광원부(960)에 필요한 전원 전압 을 공급하는 전원 공급부(970)를 포함한다. 또한 백라이트부(900)는 하부 섀시(362) 내에 수납되어 광원부(960)를 고정하고 광학 기구(908)를 지지하는 지지 프레임(905)을 포함한다. 이 지지 프레임(905)는 몰드 프레임(363)과 고정된다.
광원부(960)는 복수의 발광 다이오드(961)가 각각 장착되어 있는 복수의 PCB(962)와 PCB(962)에 부착되어 열을 방출하는 방열부재(963)를 포함한다. 방열 부재(963)는 열전도성 재료로 이루어지는 것이 좋다. 각 PCB(962)는 액정 표시판 조립체(300)의 장축 방향에 수평하게 배열되어 있고, 복수의 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드(961)가 번갈아 장착되어 있다. 이때, 각 PCB에 장착되는 녹색 발광 다이오드의 개수는 적색 또는 청색 발광 다이오드의 개수보다 많을 수 있고, 예를 들어 약 2배정도 많을 수 있다. 하지만, 이들 발광 다이오드의 개수는 필요에 따라 달라질 수 있다.
한편, 색 표시를 구현하기 위해서는 각 화소가 삼원색 중 하나를 고유하게 표시하거나(공간 분할) 각 화소가 시간에 따라 번갈아 삼원색을 표시하게(시간 분할) 하여 이들 삼원색의 공간적, 시간적 합으로 원하는 색상이 인식되도록 한다. 도 3은 공간 분할의 한 예로서 각 화소가 화소 전극(190)에 대응하는 상부 표시판(200)의 영역에 적색, 녹색, 또는 청색의 색 필터(230)를 구비함을 보여주고 있다. 도 3과는 달리 색 필터(230)는 하부 표시판(100)의 화소 전극(190) 위 또는 아래에 형성할 수도 있다.
도 1에서 광학 기구(908)는 조립체(300)와 광원부(960) 사이에 위치하며 소정 크기의 출광부가 일정 간격으로 형성되어 있고, 이 출광부를 벗어나 발광되는 빛을 아래 방향으로 반사하는 반사판(904), 반사판(904) 위에 장착되어 있고 각 발광 다이오드(961)와 대면하는 부분에 빛 차단막이 형성되어 있으며 각 발광 다이오드(961)를 통해 발광되는 빛의 세기를 균일하게 하는 도광판(903), 도광판(903)으로부터의 빛을 조립체(300)로 유도 및 확산하는 확산판(902) 및 복수의 광학 시트(901)를 포함한다.
도 1에서는, 반시판(904)에 형성된 출광부는 소정 개수의 발광 다이오드(961)가 동시에 돌출될 수 있는 크기의 슬릿 형태를 갖지만, 하나의 발광 다이오드(961)만이 돌출될 수 있는 형태와 같이 다양한 크기와 형태를 가질 수 있다.
지지 프레임(905)의 내측 측면은 소정 각도로 경사져 빛을 위쪽으로 반사시킨다.
전원 공급부(970)는 도 4에 도시한 바와 같이, 교류 전압(AC)이 인가되는 라인 필터부(910), 라인 필터부(910)에 연결된 브리지 정류부(920), 브리지 정류부(920)에 연결된 평활부(930), 평활부(930)에 연결된 DC-DC 변환부(940) 및 전압 안정화 및 전류 감지부(950)를 포함한다. 이때, 입력되는 교류 전압의 크기는 한 예로, 약 90V 내지 220V이다.
도 1에는 도시하지는 않았지만, 상부 섀시(361)의 상부와 하부 섀시(362)의 하부에는 각각 상부 케이스 및 하부 케이스가 위치하여 이들의 결합으로 액정 표시 장치가 완성된다.
신호 제어부(600)는 게이트 구동부(400) 및 데이터 구동부(500) 등의 동작을 제어한다.
그러면 이러한 액정 표시 장치의 표시 동작에 대하여 상세하게 설명한다.
신호 제어부(600)는 외부의 그래픽 제어기(도시하지 않음)로부터 입력 영상 신호(R, G, B) 및 이의 표시를 제어하는 입력 제어 신호, 예를 들면 수직 동기 신호(Vsync)와 수평 동기 신호(Hsync), 메인 클록(MCLK), 데이터 인에이블 신호(DE) 등을 제공받는다. 신호 제어부(600)는 입력 영상 신호(R, G, B)와 입력 제어 신호를 기초로 영상 신호(R, G, B)를 액정 표시판 조립체(300)의 동작 조건에 맞게 적절히 처리하고 게이트 제어 신호(CONT1), 데이터 제어 신호(CONT2) 및 백라이트 제어 신호(CONT3) 등을 생성한 후, 신호 제어부(600)는 이어 게이트 제어 신호(CONT1)를 게이트 구동부(400)로 내보내고 데이터 제어 신호(CONT2)와 처리한 영상 신호(DAT)는 데이터 구동부(500)로 내보내며, 백라이트 제어 신호(CONT3)를 백라이트부(900)로 내보낸다.
게이트 제어 신호(CONT1)는 게이트 온 전압(Von)의 출력 시작을 지시하는 주사 시작 신호(STV), 게이트 온 전압(Von)의 출력 시기 및 출력 전압을 제어하는 적어도 하나의 클록 신호 등을 포함한다.
데이터 제어 신호(CONT2)는 영상 데이터(DAT)의 전송 시작을 알리는 수평 동기 시작 신호(STH)와 데이터선(D1-Dm)에 데이터 전압을 인가하라는 로드 신호(LOAD), 공통 전압(Vcom)에 대한 데이터 전압의 극성(이하, 공통 전압에 대한 데이터 전압의 극성을 줄여 데이터 전압의 극성이라 함)을 반전시키는 반전 신호(RVS) 및 데이터 클록 신호(HCLK) 등을 포함한다.
백라이트 제어 신호(CONT3)는 광원부(960)의 발광 다이오드의 점멸을 제어하는 펄스폭 제어(pulse width modulation, PWM) 신호인 광원 제어 신호, 전원 공급부(970)의 DC-DC 변환부(940)의 동작을 제어하는 PWM 신호인 전압 제어 신호 및 전압 안정화 및 과전류 감지부(950)의 동작을 제어하는 스위칭 제어 신호 등과 같은 복수의 제어 신호를 포함한다.
본 발명의 실시예와는 달리, 백라이트 제어 신호(CONT3)는 별도의 제어 장치에서 생성될 수 있다.
데이터 구동부(500)는 신호 제어부(600)로부터의 데이터 제어 신호(CONT2)에 따라 한 행의 화소에 대한 영상 데이터(DAT)를 차례로 입력받아 시프트시키고, 계조 전압 생성부(800)로부터의 계조 전압 중 각 영상 데이터(DAT)에 대응하는 계조 전압을 선택함으로써 영상 데이터(DAT)를 해당 데이터 전압으로 변환한 후, 이를 해당 데이터선(D1-Dm)에 인가한다.
게이트 구동부(400)는 신호 제어부(600)로부터의 게이트 제어 신호(CONT1)에 따라 게이트 온 전압(Von)을 게이트선(G1-Gn)에 인가하여 이 게이트선(G 1-Gn)에 연결된 스위칭 소자(Q)를 턴온시키며, 이에 따라 데이터선(D1-Dm)에 인가된 데이터 전압이 턴온된 스위칭 소자(Q)를 통하여 해당 화소에 인가된다.
화소에 인가된 데이터 전압과 공통 전압(Vcom)의 차이는 액정 축전기(CLC)의 충전 전압, 즉 화소 전압으로서 나타난다. 액정 분자들은 화소 전압의 크기에 따라 그 배열을 달리한다.
광원부(960)에 필요한 전압을 공급하는 전원 공급부(970)는 먼저, 라인 필터부(910)를 통해 외부로부터 인가되는 교류 전압(AC)에서 불필요한 노이즈 성분을 제거하여 브리지 정류부(920)에 인가한다. 이때, 라인 필터부(910)를 구성하는 1차측 코일(도시하지 않음)과 2차측 코일(도시하지 않음)의 권선비는 1이기 때문에 입력 전압에 대한 출력 전압의 손실은 발생하지 않는다.
브리지 정류부(920)는 라인 필터부(910)로부터의 교류 전압을 전파 정류하여 평활부(930)에 인가한다.
평활부(930)는 전파 정류되어 직류로 변환된 맥류의 전압을 평활화하여 일정한 전압을 갖는 직류 성분을 DC-DC 변환부(940)에 인가한다.
DC-DC 변환부(940)는 백라이트 제어 신호(CONT3)의 전압 제어 신호에 기초하여 광원부(960)의 동작에 필요한 크기까지 직류 전압을 승압한 후 광원부(960)에 인가한다.
전압 안정화 및 과전류 감지부(950)는 DC-DC 변환부(940)로부터의 승압 전압과 백라이트 제어 신호(CONT3)인 스위칭 제어 신호를 인가 받고, 스위칭 제어 신호에 따라 동작 상태가 변하여 DC-DC 변환부(940)로부터의 승압 전압에 과전류가 포함될 경우 광원부(960)로 공급되는 전압을 차단한다. 이러한 전압 안정화 및 과전류 감지부(950)의 동작에 대해서는 다음에 상세하게 설명한다.
광원부(960)는 백라이트 제어 신호(CONT3)와 전원 공급부(970)로부터의 전압에 따라 동작하여 적색, 녹색 및 청색의 발광 다이오드열의 점멸 동작이 이루어진다.
이러한 백라이트부(900)의 동작에 따라서, 각 발광 다이오드열에서 나온 빛은 액정층(3)을 통과하면서 액정 분자의 배열에 따라 그 편광이 변화한다. 이러한 편광의 변화는 편광자에 의하여 빛의 투과율 변화로 나타난다.
1 수평 주기(또는 1H)[수평 동기 신호(Hsync)의 한 주기]가 지나면 데이터 구동부(500)와 게이트 구동부(400)는 다음 행의 화소에 대하여 동일한 동작을 반복한다. 이러한 방식으로, 한 프레임(frame) 동안 모든 게이트선(G1-Gn)에 대하여 차례로 게이트 온 전압(Von)을 인가하여 모든 화소에 데이터 전압을 인가한다. 한 프레임이 끝나면 다음 프레임이 시작되고 각 화소에 인가되는 데이터 전압의 극성이 이전 프레임에서의 극성과 반대가 되도록 데이터 구동부(500)에 인가되는 반전 신호(RVS)의 상태가 제어된다(프레임 반전). 이때, 한 프레임 내에서도 반전 신호(RVS)의 특성에 따라 한 데이터선을 통하여 흐르는 데이터 전압의 극성이 바뀌거나(행 반전, 도트 반전), 한 화소행에 인가되는 데이터 전압의 극성도 서로 다를 수 있다(열 반전, 도트 반전).
그러면, 본 발명의 한 실시예에 따른 전압 안정화 및 과전류 감지부(950)에 대해 도 5를 참고로 하여 상세히 설명한다.
도 5는 도 4의 전압 안정화 및 과전류 감지부(950)의 상세 회로도이다.
도 5에 도시한 것처럼, 전압 안정화 및 과전류 감지부(950)는 신호 입력부(951), 전원 전압(Vcc)과 신호 입력부(951)에 연결된 펄스 변압기(952), DC-DC 변압부(940)로부터의 전압(Vin)이 인가되고 펄스 변압기(952)에 제어 단자가 연결된 스위칭부(953), 스위칭부(953)와 펄스 변압기(952) 사이에 연결되어 있는 스위칭 제어부(954), 스위칭부(953)의 출력 단자와 광원부(960) 사이에 연결된 리액터(L1), 리액터(L1)와 접지 사이에 연결된 출력 전압 감지부(955), 리액터(L1)와 광원부(960) 사이에 연결된 과전류 감지부(956), 스위칭부(953)와 접지에 스위칭부(953)로부터 역방향으로 연결된 다이오드(D1), 전원 전압(Vcc)과 펄스 변압기(952)에 전원(Vcc)으로부터 역방향으로 연결된 다이오드(D2)를 포함한다.
신호 입력부(951)는 스위칭 제어 신호(Sin1)가 인가되는 저항(R11), 저항(R11)과 접지 사이에 연결된 저항(R12), 저항(R11, R12)에 베이스 단자가 공통으로 연결된 스위칭 소자(Q11)를 포함한다. 스위칭 소자(Q11)의 에미터 단자는 접지되어 있고 컬렉터 단자는 다이오드(D2)에 연결되어 있다.
펄스 변압기(952)는 전원 전압(Vcc)과 신호 입력부(951)의 스위칭 소자(Q11)의 컬렉터 단자에 양단자가 연결된 1차측 코일(L11), 스위칭 제어부(954)에 한 단이 연결되고 스위칭부(953)에 나머지 한 단이 연결된 2차측 코일(L12)을 포함한다.
스위칭부(953)는 드레인 단자로 전압(Vin)을 인가받고, 게이트 단자가 스위칭 제어부(954)에 연결되고 소스 단자가 펄스 변압기(952)의 2차측 코일(L12)의 나머지 한단이 연결된 스위칭 소자(Q21), 스위칭 소자(Q21)의 드레인 단자와 소스 단자 사이에 소스 단자로부터 순방향으로 연결된 다이오드(D21)를 포함한다.
스위칭 제어부(954)는 펄스 변압기(952)의 2차측 코일(L21) 한쪽과 스위칭부(953)의 스위칭 소자(Q21)의 게이트 단자 사이에 연결된 저항(R31), 스위칭부(953)의 스위칭 소자(Q21)의 게이트 단자와 소스 단자 사이에 연결된 저항(R32), 스위칭 부(953)의 스위칭 소자(Q21)의 게이트 단자에 순방향으로 연결된 다이오드(D31), 다이오드(D31)와 스위칭 소자(Q21)의 소스 단자 사이에 다이오드(D31)로부터 역방향으로 연결된 제어 다이오드(ZD31), 저항(R31) 양단에 연결되어 있는 축전기(C31)를 포함한다.
출력 전압 감지부(955)는 리액터(L1)와 접지 사이에 직렬로 연결된 저항(R41, R42), 저항(R41, R42)에 공통으로 연결되고 전압 감지 신호(Sin2)를 신호 제어부(600)에 전달하는 저항(R43), 저항(R43)과 접지 사이에 연결된 축전기(C41)를 포함한다.
과전류 감지부(956)는 리액터(L1)에 연결된 축전기(C51), 축전기(C51)와 접지 사이에 연결된 저항(R51), 저항(R51)에 연결된 저항(R52), 저항(R52)에 베이스 단자가 연결되어 있고 신호 입력부(951)의 스위칭 소자(Q11)의 베이스 단자에 연결된 스위칭 소자(Q51), 스위칭 소자(Q51)의 베이스 단자와 접지 단자 사이에 연결된 축전기(C52)를 포함한다. 스위칭 소자(Q51)의 에미터 단자는 접지되어 있다.
스위칭 소자(Q11, Q21, Q51)는 모두 트랜지스터로서, 스위칭 소자(Q11, Q51)는 BJT(bipolar junction transistor)이고, 스위칭 소자(Q21)는 MOSFET(metal oxide silicon field effect transistor)이다. 이러한 스위칭 소자(Q11, Q21, Q51)의 타입을 변경될 수 있다.
이러한 구조를 갖는 전압 안정화 및 과전류 감지부(950)의 동작을 다음에 상세하게 설명한다.
신호 제어부(600)로부터 스위칭 제어 신호(Sin1)가 신호 입력부(951)에 입력 되면, 저항(R11, R12)에 의해 분압된 후 스위칭 소자(Q11)의 베이스 단자에 인가된다.
스위칭 제어 신호(Sin1)는 정해진 펄스 주기를 갖는 PWM 신호이므로, 스위칭 소자(Q11)는 스위칭 제어 신호(Sin1)의 상태가 고레벨을 유지하는 동안에는 턴 온되고 그렇지 않고 저레벨을 유지하는 동안에는 턴 오프된다.
이러한 스위칭 제어 신호(Sin1)의 상태에 기초한 스위칭 소자(Q11)의 동작에 의해 펄스 변압기(952)의 1차측 코일(L11)에 전원 전압(Vcc)이 인가된다.
이때, 다이오드(D2)는 신호 입력부(951)의 스위칭 소자(Q11)가 턴 오프될 때 펄스 변압기(952)의 1차측 코일(L11)에 남아있는 전류를 전원 전압(Vcc)쪽으로 흐르게 한다. 이로 인해, 잔존하는 코일(L11)의 에너지로 인한 오동작이 방지된다.
펄스 변압기(952)는 1차측 코일(L11)에 인가되는 전압과 권선비에 기초하여 해당 크기의 전압을 생성하여 스위칭 제어부(954)에 인가한다. 본 발명의 실시예에서, 펄스 변압기(952)의 1차측 코일(L11)과 2차측 코일(L12)의 권선비는 약 1:1이므로, 2차측 코일(L12)에서 유기되는 전압의 크기는 입력 전압과 거의 유사하지만 안정적인 전압이 유기되어 동작의 정확성을 향상시킨다.
스위칭 제어부(954)는 펄스 변압기(952)의 2차측 코일(L12)의 일 단으로부터의 전압을 저항(R31)을 통해 스위칭부(953)의 스위칭 소자(Q21)의 게이트 단자에 인가하고 2차측 코일(L12)의 다른 한 단으로부터의 전압을 소스 단자에 인가한다. 이로 인해, 스위칭 소자(Q21)의 게이트 단자와 소스 단자 사이의 전압 차이에 기초하여 스위칭 소자(Q21)는 턴 온 또는 턴 오프된다.
이때, 스위칭 소자(Q21)의 게이트 단자에 인가되는 전압의 크기가 설정 크기, 예를 들어 약 15V 이상이면 제어 다이오드(ZD31)가 도통된다. 따라서 다이오드(D31, ZD31)로 인해, 설정 크기 이상의 전압이 인가되어 스위칭 소자(Q21)가 파손되는 것이 방지된다.
저항(R32)은 스위칭부(953)의 스위칭 소자(Q21)가 턴 오프될 때 기생 축전기(도시하지 않음)에 축적되어 있는 전하를 방전하기 위한 경로를 제공하고, 축전기(C31)는 스위칭부(953)의 스위칭 소자(Q21)에 인가되는 전압에 포함된 노이즈 성분을 제거하는 필터 역할을 한다.
스위칭부(953)의 스위칭 소자(Q21)의 스위칭 동작에 따라 리액터(L1)의 입력단에는 입력 전압(Vin)의 레벨인 고레벨과 0V와 같은 저레벨을 교대로 갖는 구형파 전압이 인가된다. 이때, 다이오드(D21)는 이미 설명한 다이오드(D2)처럼 스위칭 소자(Q21)가 턴 오프될 때 남아있는 전류를 전압(Vin)쪽으로 흐르게 한다.
리액터(L1)는 입력단측의 구형파 전압에 기초하여, 이 구형파 전압에 대한 평균 전압을 구동 전압으로 하여 광원부(960)에 인가한다.
이로 인해, 광원부(960)는 평균 전압과 신호 제어부(600)로부터의 광원 제어 신호(도시하지 않음)에 기초하여 점멸 동작이 이루어진다.
광원부(960)의 발광 다이오드는 리액터(L1)에 의한 구동 전압의 크기에 따라 흐르는 전류의 양이 가변되고, 그에 따라 휘도가 달라진다. 결국, 광원부(960)의 휘도는 스위칭 소자(Q21)의 턴 온 및 턴 오프 주기에 따라 변하므로, 스위칭 제어 신호(Sin1)에 기초하여 광원부(960)의 휘도가 제어된다고 할 수 있다.
리액터(L1)를 통해 광원부(960)에 인가되는 전압은 출력 전압 감지부(955)의 저항(R41, R42)에 의해 분압되어 전압 레벨이 조정된 후 저항(R43)을 통해 전압 감지 신호(Sin2)로서 신호 제어부(600)에 인가된다. 이때 축전기(C41)는 노이즈를 제거하기 위한 필터이다.
신호 제어부(600)는 전압 감지 신호(Sin2)에 기초하여 현재 광원부(960)에 인가되는 전압의 크기를 판정한다. 다음, 광원부(960)에 공급되는 전압의 크기가 설정 범위를 벗어날 경우, 신호 제어부(600)는 전원 공급부(970)로 인가되는 전원 제어 신호의 펄스폭을 조정하여 원하는 크기의 구동 전압을 생성한다. 이때 전압 제어 신호의 펄스폭을 조정하기 위하여, 신호 제어부(600)는 별도의 제어 장치를 구비할 수 있다.
또한 광원부(960)에 인가되는 전압(Vin)은 과전류 감지부(956)에 인가된다.
과전류 감지부(956)는 축전기(C51)에 충전된 전압이 저항(R51)에 인가되면, 이 전압은 저항(R52)을 거쳐 스위칭 소자(Q51)의 베이스 단자에 인가된다. 이때, 광원부(960)로 흐르는 전류에 노이즈 성분 등으로 인해 설정 크기 이상의 과전류가 흐르게 되면, 스위칭 소자(Q51)의 베이스 단자에 인가되는 전압은 정해진 설정 크기 이상의 값을 갖는다. 이때, 설정 크기는 스위칭 소자(Q51)가 턴 온 될 수 있는 크기이다. 따라서 과전류가 발생하면 스위칭 소자(Q51)는 턴 온된다.
스위칭 소자(Q51)가 턴 온되면 신호 입력부(951)의 스위칭 소자(Q11)의 베이스 단자에 인가되는 스위칭 제어 신호(Sin1)가 스위칭 소자(Q51)를 통해 흐른다. 결국, 신호 입력부(951)의 스위칭 소자(Q11)는 과전류 감지부(956)에 의해 과전류 가 감지되는 동안 턴 오프 상태를 유지한다.
이로 인해, 펄스 변압기(952)와 스위칭 제어부(954)의 동작이 차단되어, 과전류로부터 광원부(960)를 보호한다. 과전류 감지부(956)의 축전기(C51)는 노이즈 성분을 제거한다.
설명하지 않은 다이오드(D1)는 스위칭부(953)의 스위칭 소자(Q21)가 턴 오프될 때, 리액터(L1)에 축전된 에너지를 광원부(960)쪽으로 전달하기 위한 경로를 형성하는 역할을 한다.
본 실시예서와는 달리, 전압 안정화 및 과전류 감지부(950)는 광원부(960)의 각 적색, 녹색 및 청색 다이오드열의 구동 전압을 위해 복수 개 장착될 수 있고, 개수 또한 필요에 따라 조정 가능하다.
본 발명에 따르면, 발광 다이오드를 구비한 광원부에 과전류가 흐를 경우 이를 감지하여 광원부로의 구동 전압 공급을 차단하므로, 과전류로 인한 광원부의 파손을 방지한다.
또한 광원부에 인가되는 구동 전압을 감지하여, 항상 정상 상태의 구동 전압이 인가되도록 하므로, 불안정한 구동 전압으로 인한 광원부의 휘도 불량이 줄어들고, 표시 장치의 화질 또한 향상된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (22)

  1. 광원,
    외부로부터의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 신호 변환부,
    상기 신호 변환부로부터의 직류 전압을 변환하여 출력하는 DC-DC 변환부, 그리고
    외부로부터의 제어 신호에 기초하여 상기 DC-DC 변환부로부터의 전압을 변환하여 상기 광원에 공급하고, 상기 광원에 공급되는 전압이 설정 크기를 넘어서면 상기 광원에 인가되는 전압을 차단하는 안정화부
    를 포함하고,
    상기 안정화부는,
    상기 외부로부터의 제어 신호에 따라 출력 신호가 변하는 신호 입력부,
    상기 신호 입력부의 출력 신호에 따라 출력 전압을 생성하는 변압기,
    상기 변압기로부터의 전압에 따라 상기 DC-DC 변환부로부터의 전압을 구형파 전압으로 변환하는 스위칭부,
    상기 스위칭부로부터의 구형파 전압에 대한 평균 전압을 상기 광원에 전달하는 리액터, 그리고
    상기 리액터로부터의 전압의 크기가 설정 크기 이상일 경우, 상기 신호 입력부의 동작을 중지시키는 제1 감지부
    를 포함하는 전원 공급 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 광원은 발광 다이오드인 전원 공급 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 안정화부는 상기 DC-DC 변환부로부터의 전압에 기초한 출력 전압을 생성하는 제2 감지부를 더 포함하고,
    상기 DC-DC 변환부는 상기 제2 감지부로부터의 출력 전압에 따라 출력 전압을 바꾸는
    전원 공급 장치.
  5. 외부로부터 제어 신호에 입력되는 신호 입력부,
    전원 전압과 상기 신호 입력부에 연결된 변압기,
    외부로부터 전압을 입력받는 스위칭부,
    상기 변압기와 상기 스위칭부에 연결된 스위칭 제어부,
    상기 스위칭부에 연결된 전압 평균화부,
    상기 전압 평균화부에 연결된 제1 감지부, 그리고
    상기 전압 평균화부에 연결된 제2 감지부
    를 포함하는 안정화 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 신호 입력부는 상기 제어 신호를 입력받는 스위칭 소자를 포함하는 안정화 장치.
  7. 제5항에서,
    상기 변압기는 펄스 변압기인 안정화 장치.
  8. 제5항에서,
    상기 스위칭부는 상기 외부로부터의 전압이 입력 단자에 인가되고, 상기 스위칭 제어부에 제어 단자가 연결되는 스위칭 소자를 포함하는 안정화 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 스위칭부는 상기 스위칭 소자의 상기 입력 단자와 출력 단자 사이에 연결된 다이오드를 더 포함하는 안정화 장치.
  10. 제5항에서,
    상기 스위칭 제어부는,
    상기 변압기에 연결된 제1 저항, 그리고
    상기 제1 저항과 상기 변압기에 사이에 직렬로 연결된 다이오드 및 제너 다이오드를 포함하는 안정화 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 제1 저항 양단에 연결된 축전기 및 상기 저항과 상기 제너 다이오드 사이에 연결된 제2 저항을 더 포함하는 안정화 장치.
  12. 제5항에서,
    상기 제1 감지부는 상기 스위칭부와 접지 사이에 연결된 분압기를 포함하는 안정화 장치.
  13. 제12항에서,
    상기 제1 감지부는 상기 분압기와 접지 사이에 연결된 축전기를 더 포함하는 안정화 장치.
  14. 제5항에서,
    상기 전압 평균화부는 리액터를 포함하는 안정화 장치.
  15. 제5항에서,
    상기 제2 감지부는
    상기 스위칭부에 연결된 축전기,
    상기 축전기와 접지 사이에 연결된 저항, 그리고
    상기 저항에 제어 단자가 연결되고 상기 신호 입력부에 입력 단자가 연결되고 출력 단자가 접지된 스위칭 소자를 포함하는 안정화 장치.
  16. 제15항에서,
    상기 제2 감지부는 상기 스위칭 소자의 입력 단자와 접지 사이에 연결된 축전기를 더 포함하는 안정화 장치.
  17. 제5항에서,
    상기 전원 전압과 상기 변압기 사이에 연결된 다이오드를 더 포함하는 안정화 장치.
  18. 적어도 하나의 광원을 구비한 광원부,
    외부로부터의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 AC-DC 변환부,
    상기 AC-DC 변환부로부터의 직류 전압을 변환하여 출력하는 DC-DC 변환부, 그리고
    외부로부터의 제어 신호에 기초하여 상기 DC-DC 변환부로부터의 전압을 변환하여 상기 광원부에 공급하고, 상기 광원부로부터의 전압이 설정 크기를 넘어서면 상기 광원부에 인가되는 전압을 차단하는 안정화부
    를 포함하고,
    상기 안정화부는,
    상기 외부로부터의 제어 신호에 따라 출력 신호가 변하는 신호 입력부,
    상기 신호 입력부의 출력 신호에 따라 출력 전압을 생성하는 변압기,
    상기 변압기로부터의 전압에 따라 상기 DC-DC 변환부로부터의 전압을 구형파 전압으로 변환하는 스위칭부,
    상기 스위칭부로부터의 구형파 전압에 대한 평균 전압을 상기 광원에 전달하는 리액터, 그리고
    상기 리액터로부터의 전압의 크기가 설정 크기 이상일 경우, 상기 신호 입력부의 동작을 중지시키는 감지부
    를 포함하는 백라이트 장치.
  19. 제18항에서,
    상기 광원은 적색 발광 다이오드, 녹색 발광 다이오드 또는 청색 발광 다이오드인 백라이트 장치.
  20. 복수의 화소, 점멸 제어 신호에 기초하여 상기 화소에 빛을 공급하는 광원부, 그리고 상기 광원부에 필요한 구동 전압을 인가하는 전원 공급부를 포함하는 표시 장치로서,
    상기 전원 공급부는,
    외부로부터의 직류 전압을 변환하여 출력하는 DC-DC 변환부, 그리고
    외부로부터의 제어 신호에 기초하여 상기 DC-DC 변환부로부터의 전압을 변환하여 상기 광원부에 공급하고, 상기 광원부에 공급되는 전압이 설정 크기를 넘어서면 상기 광원에 인가되는 전압을 차단하는 안정화부
    를 포함하고,
    상기 안정화부는,
    상기 외부로부터의 제어 신호에 따라 출력 신호가 변하는 신호 입력부,
    상기 신호 입력부의 출력 신호에 따라 출력 전압을 생성하는 변압기,
    상기 변압기로부터의 전압에 따라 상기 DC-DC 변환부로부터의 전압을 구형파 전압으로 변환하는 스위칭부,
    상기 스위칭부로부터의 구형파 전압에 대한 평균 전압을 상기 광원에 전달하는 리액터, 그리고
    상기 리액터로부터의 전압의 크기가 설정 크기 이상일 경우, 상기 신호 입력부의 동작을 중지시키는 감지부
    를 포함하는 표시 장치.
  21. 삭제
  22. 제20항에서,
    상기 광원부는 적어도 하나의 발광 다이오드를 포함하는 표시 장치.
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