KR20090050067A - 디스플레이 장치 - Google Patents

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KR20090050067A
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Abstract

디스플레이에서 조명 수단을 제어하기 위한 회로는, 본질적으로 일정한 전류가 공급되는 직렬 연결로 배치된 조명 수단을 포함한다. 조명 수단을 개별적으로 제어하기 위해, 개별 조명 수단을 바이패스하여 직렬 연결에서 본질적으로 일정한 전류를 유지하기 위한 스위치가 제공된다. 이 스위치들은 접지 전위를 위해 부동 상태이다. 그러므로 스위치들의 적절한 제어를 위한 결합 수단이 제공된다. 본 발명의 개선예에서는 각 조명 수단과 스위치를 동작시키기 위한 스위치를 지닌 부동 국부 전원장치가 제공된다. 국부 전원장치는, 일 실시예에서 바이패스 스위치를 제어하기 위해 사용되는 제어 신호에 의해 전력이 공급된다. 또 다른 실시예에서는 부동 국부 전원장치에 전력을 공급하기 위한 설비가 제공된다. 회로의 실시예들에 따른 구동 방법이 또한 설명된다.

Description

디스플레이 장치{DISPLAY APPARATUS}
본 발명은 이미지를 형성하기 위해 백라이트에 의해 방출된 광을 변조하는 투과성 광 밸브들을 사용하는 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 광이 각각의 광 밸브에 의해 변조되는 프로젝션 디스플레이와 같은 디스플레이 장치에 관한 것이다. 이 광 밸브는 스크린 상에 보일 수 있는 광량을 제어하는 것이다. 이후 디스플레이라는 용어는 반사성 또는 투과성 광 밸브를 사용하는 디스플레이를 구별하지 않고 사용된다. 통상적으로 각 광 밸브는 이미지의 한 픽셀을 나타낸다. 컬러 이미지 재생의 경우, 원색인 적색, 녹색, 및 청색을 위한 광 밸브들의 트리플릿(triplet)이 한 픽셀을 위해 사용될 수 있어, 그에 따라 원색을 혼합함으로써 다양한 컬러를 구성하는 것이 허용된다. 이 경우, 백라이트는 통상적으로 균일한 흰색 광이다. 원색의 단색성 이미지를 순차적으로 만들어냄으로써 컬러 이미지들을 만들어내는 것도 가능하다. 이 경우, 컬러의 혼합은 시간이 흐름에 따라 단색성 이미지들을 통합함으로써 관찰자의 눈에서 수행된다. 오늘날의 디스플레이 장치는 종종 투과성 광 밸브로서 액정을 사용하는데, 이는 백라이트로부터 장치의 전면 쪽으로 바라는 양의 광을 투과시키기 위해 제어된다. 장치의 전면은 스크린이라고도 참조된다. 프로젝션 디스플레이 장치는 또한 DMD나 LCOS(liquid crystals on silicon)라고도 알려진 마이크로 미러(micro mirror)들에 의해 형성된 반사성 광 밸브를 사용할 수 있다.
오늘날의 액정 디스플레이, 즉 LCD는 1:1000의 범위를 가지는 콘트라스트 비를 제공한다. 이는 완전히 닫힌 광 밸브를 통한 광 누설로 인한 것이다. 하지만, 사람의 눈은 1:100,000의 범위에 있는 콘트라스트 비를 분별할 수 있다. 이는 일반적으로 디스플레이의 콘트라스트 비를 향상시키기 위해, LCD 백라이트의 강도를 제어하는 종래 기술로부터 알려져 있다. 이 경우, 디스플레이 장치의 백라이트는 재생될 이미지에서의 픽셀을 위해 요구된 가장 높은 밝기를 제공하도록 조정된다. 광 밸브들을 사용하는 일반적인 디스플레이 장치는, 백라이트로서 CCFL(cold cathode fluorescent lamp)나 일반적으로 기체 방전 램프와 같은 기체 방전 램프를 구비한다. 더 나아가 특히 프로젝션 디바이스에서는 아크(arc) 램프나 할로겐 램프가 사용될 수 있다. 이들 흔하게 사용된 백라이트들의 밝기는, 예컨대 램프를 통과하는 공급 전압 및/또는 전류를 변화시킴으로써 제어된다.
최근에 이르러서만 본 명세서에서 참조되는 것과 같은 디스플레이 장치를 위한 프로젝션 광원이나 백라이트로서 유용할 광의 요구된 양을 제공하는 발광 다이오드, 즉 LED가 이용 가능하게 되었다. 이 LED는 흰색 광을 방출하는 LED이거나 원색으로 광을 각각 방출하는 LED들의 트리플릿에 의해 형성될 수 있고, 이 경우 흰색 광은 그에 따라 원색들을 동시에 또는 시간에 따라 순차적으로 혼합함으로써 얻 어진다. 하지만, 그에 따라 LED들을 통과하는 전류를 제어함으로써, LED들을 어둑하게 하는 것은 또한 지각된 컬러에서의 변화를 초래하고, 이는 일반적으로 바람직하지 않다.
지각된 컬러에서의 변화를 극복하기 위해, LED들을 구동하기 위한 일정한 크기를 가지는 전류를 사용하고, 바라는 지각된 광 강도를 달성하기 위해 펄스 형태의(pulsed) 방식으로 일정한 크기를 가지는 이들 전류를 스위칭하는 것이 알려져 있다. 지각된 광 컬러 강도는 펄스들의 개수 및/또는 지속 기간에 의존한다. 이를 위해, 일반적으로 비디오 신호의 수직 동기화 펄스에 동기가 맞춰지는(locked) PLL 단(stage)을 포함하는, 듀티 사이클을 설정하기 위한 회로가 알려져 있다. 알려진 회로에서는 수직 동기화 펄스에 따라 듀티 사이클을 설정하기 위한 카운터/비교기가 사용된다. 듀티 사이클을 조정하기 위한 회로는 다음에 나오는 상세한 설명부에 레퍼런스로 통합되어 있는 유럽 특허 출원 EP06290910호에 개시되어 있다.
LED들을 사용하는 백라이트에서, 각각의 LED는 짧은 시간 기간 동안, 최대 허용 가능한 펄스 전류와 같은 일정한 미리 결정된 값에서 켜진다. 가변 광 강도를 달성하기 위해, 펄스-밀도-유사 변조에서 짧은 시간 기간들이 반복된다. 또 다른 변형예에서는, 가변 광 강도가 펄스-폭 변조에 의해 달성된다. 펄스들은 바람직하게는 프레임 속도, 필드 속도 또는 라인 속도와 동기화된다. 즉, 개별 LED들이 선과 열로 배치되고, 하나의 선의 LED들은 그 선을 위한 비디오 데이터가 그 선의 대응하는 광 변조기들에 적용될 때 켜질 수 있다. 이를 위해, LED들은 개별적으로 또는 대응하는 그룹들로 어드레스 지정될 필요가 있다. 어느 경우든, 전류를 일정한 정밀도로 제어하는 것이 필수적이다.
일반적으로 제어 가능한 개별 조명 또는 영역의 조명을 달성하기 위해, 매트릭스와 같은 배치로 LED들을 연결하기 위한 알려진 4개의 연결 개념들이 존재한다.
제 1 개념에서는 저항기와 스위치를 거쳐 각 LED에 공급 전압이 공급된다. 이 스위치는 바람직하게는 제어 신호가 레퍼런스 전위로서 접지에 참조되는 것을 허용하기 위한 배치의 접지 연결에 위치한다. 도 1은 이러한 개념의 예시적인 개략도를 보여준다. 공급 전압(VDD)은 전체 매트릭스에서의 모든 요소들에 관해 동일하다. LED(111,121,131,141)를 통과하는 전류는 직렬 저항기(112,122,132,142)에 의해 조정된다. 온도에 따라 변할 수 있는 LED(111,121,131,141)의 순방향 전압은 LED(111,121,131,141)를 통과하는 전류에 영향을 미친다. LED(111,121,131,141)를 통과하는 전류의 양호한 제어를 달성하기 위해서는, 공급 전압(VDD)이 LED(111,121,131,141)의 순방향 전압보다 높아야, 즉 LED(111,121,131,141)의 순방향 전압보다 적어도 2배이어야 한다. 이 경우 저항기(112,122,132,142)는 LED(111,121,131,141)와 동일한 양의 에너지를 소비한다.
도 2에 도시된 제 2 개념에서는, 저항기(212,222,232)가 제어 가능한 전류원(210,220,230), 즉 선형 조절기(regulator)로 통합되어 있다. 이 개념에서, 저항기는 LED(211,221,231)를 통과하는 전류를 측정하기 위해 사용된다. 이 개념은 전류의 더 엄격한 제어를 허용한다. 전력은 주로 능동 조절 소자에서 소비된다. 저항기가 온도 변화에 덜 민감하기 때문에, 공급 전압은 동일하거나 더 나은 조절을 여전히 달성하면서 제 1 개념을 위한 것보다 작게 선택될 수 있다. LED를 통과하는 전류를 스위칭 온 또는 스위칭 오프하는 것은 직렬 스위치(213,223,233)에 의해 또는 그에 따라 조절기를 제어함으로써 달성될 수 있다. 두 가지 변형예 모두 도면에 도시되어 있고, 신호(S1,S2,S3)는 전류를 스위칭 온 또는 스위칭 오프하기 위한 제어 신호들을 표시한다. 전류의 크기는 내부 레퍼런스(internal reference)(214,224,234)에 의해 제어된다. 도 1에 도시된 제 1 개념에서는 가능하지 않은 전류 크기의 추가 조정이, 대응하는 제어 신호(A1,A2,A3)를 인가함으로써 가능하다.
도 3에 도시된 제 3 개념에서는, 도 2의 선형 조절기가 LED(311,321,331)와 직렬 연결되는 인덕턴스를 포함하는 스위치 모드 전원장치(310,320,330)로 대체된다. 이러한 식으로, 제어 회로에서 소비되는 전력을 스위치, 전류 감지 저항기(312,322,332), 및 인덕턴스에서의 내부 저항에서의 손실로 사실상 감소시키는 것이 가능하다. 도 2에 도시된 제 2 개념에서와 같이, 전류의 크기는 내부 레퍼런스(314,324,334)에 의해 제어된다. 전류의 크기의 추가 조정이 마찬가지로 대응하는 제어 신호(A1,A2,A3)를 인가함으로써 가능하다.
제 4 개념에서는, 다수의 LED(411,421,431)가 직렬로 연결되고 이 LED에 일정한 전류가 공급된다. 양호한 전력 효율을 보장하는, 도 4에 도시된 바와 같은 스위치 모드 전원장치(410)에 의해 일정한 전류가 공급될 수 있다. 각각의 LED(411,421,431)는 그에 따라 제어된 스위치(413,423,433)에 의해 바이패스될 수 있다. 전류(ILED)가 일정하게 유지되므로, 직렬 연결에서의 하나 이상의 LED(411,421,431)를 바이패스하는 것은 바이패스되지 않는 LED들에 의해 제공된 조명 강도에서의 변화를 초래하지 않는다. 이 개념은 본질적으로 동일한 직렬 연결로 배치된 LED(411,421,431)를 통과하는 전류의 양호한 결합을 제공한다. 개별 LED(411,421,431)들을 스위칭 온 및 스위칭 오프하는 것은 LED(411,421,431)에 연관된 바이패스 스위치(413,423,433)를 그에 따라 제어함으로써 수행된다. 스위치(413,423,433)는 그에 따른 제어 신호(S1,S2,S3)에 의해 제어된다. 스위치가 닫힐 때, 전류는 스위치를 통해 라우팅되고, 스위치에 걸리는 전압은 본질적으로 0이 되어 LED가 켜지지 않게 된다. 스위치가 열리면, 전류는 LED를 통해 라우팅되고, LED는 광을 방출한다. 바라는 전류를 위해 요구되는 공급 전압(VDD)은 바이패스되는 LED들의 개수에 따라 변하고, 이는 본질적으로 바이패스되지 않은 LED들의 개수에 비례한다. LED를 통과하는 전류는 내부 레퍼런스(414)와 전류 감지 저항기(412)에 걸리는 전압 강하를 비교함으로써 제어된다. 대응하는 제어 신호(A1)를 인가함으로써 전류 크기의 추가 조정이 가능하다. 비교 결과는 펄스 폭 변조기(415)에 공급되고, 이 펄스 폭 변조기(415)는 그에 따라 스위치 모드 전원장치의 전력 스위치(416)를 제어한다. 전압(VDD)은 바라는 레벨로 전류를 유지하기 위해 요구된 값을 취한다. 다이오드(417)와 인덕터(418) 또한 스위치 모드 전원장치에 포함된다. 제어 신호(M1)가 스위치 모드 전원장치를 인에이블하거나 디스에이블하기 위해 사용될 수 있다. 전류 제어 회로에서 소비되는 전력은 가능한 작게 유지되고 본질적으로 일정하다. 이 개념을 위해서는 공진(resonant) 스위칭 타입 설계를 포함하는 임의의 타입의 스위치 모드 전원장치가 사용될 수 있다.
디스플레이에서 소비된 전력이 가능한 작아야 하고, 회로의 복잡도가 또한 가능한 적어야 하므로, 제 4 개념이 바람직한 것으로서 고려될 수 있다. 이 개념에서 최대 전압은 바람직하게 약 200V로 유지되어, 직렬 연결된 LED들의 개수를 약 60 내지 100으로 제한한다. 만약, 예컨대 1000개의 LED가 매트릭스로 배치된다면, LED들을 통과하는 일정한 전류를 제어하기 위한 10 내지 15개의 제어 회로가 요구된다. 이러한 제어 회로들은 디스플레이 주변에 배치될 수 있다. 이는 LCD 스크린의 경우 제어 회로들에서 발생된 열이 LCD 패널의 기능에 영향을 미치지 않는다는 추가 장점을 가지게 된다.
제 4 개념에서의 도전은 LED들과 연관된 개별 스위치들을 제어하는 것에 관련된다. 이 스위치들은 보통 스위치의 온 또는 오프 상태를 제어하기 위해 전기 제어 신호가 사용되는 트랜지스터 스위치들이다. 제어 신호는 보통 트랜지스터의 한 전극에서의 전위를 가리킨다. 제어 신호는 트랜지스터의 스위칭 상태를 안전하게 제어하기에 충분히 커야 하고, 동시에 각 스위치의 최대 허용 가능한 제어 신호보다 작아야 한다. LED들의 직렬 연결에서 어느 스위치가 LED를 바이패스하기 위해 닫히는지에 따라, 레퍼런스 전위가 빠르게 변할 수 있는데, 이는 제어 신호가 참조되는 트랜지스터의 전극이 LED의 한 전극에 묶이기 때문이다. 직렬 연결에서의 LED가 바이패스될 때마다, 개별 스위치들의 레퍼런스 전위들의 접지에 참조된 절대 전위가 변한다. 그러므로 임의의 스위치를 제어하기 위한 제어 신호는, 참조되는 각각의 레퍼런스 전위가 높을 때에는 스위칭을 실행하기에 충분히 커야 하고, 참조되는 레퍼런스 전위가 낮을 때 최대 이용 가능한 신호 레벨을 초과하지 않도록 충분 히 작아야 한다.
그러므로, 높은 스위칭 속도, 높은 정밀도, 및 높은 효율로 조명의 강도를 전역적으로 또는 국부적으로 변조하는 것을 허용하는 디스플레이에서의 조명 장치를 위한 제어 회로를 제공하는 것이 바람직하다.
청구항 1과 종속항들에 한정된 바와 같은 장치는 백라이트를 전역적으로 또는 국부적으로 제어하기 위한 해결책을 제시한다.
본 발명에 따르면 조명 장치를 위한 회로는 직렬 연결로 결합된 2개 이상의 조명 수단을 포함한다. 조명 수단의 직렬 연결을 위한 일반적인 전원장치는 제 1 전원 전위와 제 2 전원 전위 사이의 전압을 만들어낸다. 일반적인 전원장치는 조명 수단의 직렬 연결에 본질적으로 일정한 전류를 제공한다. 각 조명 수단을 선택적으로 인에이블하거나 디스에이블하기 위해, 각각의 조명 수단에 제 1 스위치가 연관된다. 각각의 제 1 스위치는 그것과 연관된 조명 수단의 주 전류 전도 전극들 중 하나에서의 전위에 대응하는 레퍼런스 전위를 가진다. 각각의 제 1 스위치는 대응하는 제어 신호가 레퍼런스 전위에 참조되는 제어 전극을 더 가진다. 이 회로는 개별 제 1 스위치를 제어하기 위한 각각의 제 1 제어 신호들의 소스를 가진다. 제 1 제어 신호들의 소스는 일반적인 전원장치의 전원 전위들 중 하나에 대응하는 레퍼런스 전위를 가진다. 결합 수단은 대응하는 제 1 스위치에 각각의 제 1 제어 신호를 결합하기 위해, 각각의 제 1 스위치와 연관된다. 제 1 스위치의 제어 전극에서의 제어 신호는 각각의 제 1 스위치의 레퍼런스 전위에 참조된다. 결합 수단, 스위치, 및 LED는 접지 연결에 관해 부동 상태에 있다. 부동(floating)이라는 용어는 시간에 걸쳐 고정된 절대 전위를 가지지 않는다는 의미로 사용된다. 결합 수단은, 커패시터나 변압기와 같은 용량성 또는 유도성 결합뿐만 아니라, 광 결합기(optocoupler)나 광학적으로 결합된 고체 상태 릴레이(relay)와 같은 광학적 결합 수단을 포함한다. 제 1 스위치는 바이폴라(bi-polar) 또는 MOS-FET 타입 중 어느 한 타입의 트랜지스터를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 제 1 스위치들은 각각의 연관된 조명 수단에 병렬로 연결된다.
또 다른 실시예에서는, 신호 홀딩 수단이 각각의 제 1 스위치와 연관되고, 이 신호 홀딩 수단은 커패시턴스나, 커패시턴스 및 저항을 포함한다. 신호 홀딩 수단은 저역(low-pass) 필터를 형성할 수 있다.
또 다른 실시예에서는, 국부 전원장치가 조명 수단과 연관된 제 1 스위치를 동작시키기 위한 각각의 조명 수단과 연관된다. 국부 전원장치는 스위칭된 커패시터 배치에서 다이오드와 커패시턴스를 포함할 수 있다.
스위치를 위해 광학적으로 결합된 제어 신호의 경우, 스위치를 동작시키기 위한 전력은 바람직하게 제어 신호 자체에 의해 송신된다. 이 경우, 광 결합기는 그 스위치를 완전히 동작시키기에 충분히 높은, 즉 그 스위치를 완전히 열거나 닫기에 충분히 높은 출력 신호 대 입력 신호의 결합비를 가질 필요가 있다. 송신 비가 현재 이용 가능한 광 결합기에 관해서는 다소 낮을 수 있으므로, 달링턴(Darlington) 트랜지스터 출력단을 가지는 광 결합기가 특히 바람직한 선택이다. 이러한 식으로, 스위칭된 전류를 위한 높은 신호 송신비가 달성될 수 있다.
격리된 부동 스위치를 구동하기 위한 또 다른 광학적으로 제어된 해결책은, 광학 릴레이, 또는 OptoMOS
Figure 112009013374977-PCT00001
스위치라고도 알려진 고체 상태 릴레이를 포함한다. OptoMOS
Figure 112009013374977-PCT00002
는 미국 Clare 주식회사의 등록된 상표이다. 고체 상태 릴레이는 광 결합기를 거쳐 송신된 제어 전류에 의해 스위칭 온 또는 스위칭 오프되는 MOS-FET 트랜지스터를 그 특징으로 한다. 이 고체 상태 릴레이는 온-상태에서의 전류 전도 전극들 사이의 낮은 임피던스 전류 전도 경로뿐만 아니라, 오프-상태에서의 전류 전도 전극들 사이의 높은 임피던스를 제공한다. 또한, 제어 단자와 전류 전도 전극들 사이의 격리가 제공된다.
또 다른 실시예에서는, 제 2 제어 신호들의 소스가 제공된다. 제 2 제어 신호들은 제 1 제어 신호들에 의해 변조된다. 제 2 제어 신호들은 제 1 제어 신호들 대신 결합 수단에 공급된다. 복조 수단은 제 2 제어 신호들을 복조하기 위해, 제 1 스위치들과 연관된다. 복조된 제 2 제어 신호들은 제 1 제어 신호들에 대응하는 신호들을 초래하고, 이들은 제 1 스위치들을 제어하기 위해 인가되고 사용된다.
일 실시예에서, 제 2 제어 신호들은 또한 각각의 국부 전원장치에 전력을 공급하기 위해 사용된다.
본 발명의 또 다른 개선예에서는 복조 수단이 제 2 스위치를 포함한다. 이 제 2 스위치는 국부 전원장치로부터 제 1 스위치들과 연관된 신호 홀딩 수단을 충전하도록 제 2 제어 신호들에 의해 제어된다.
제 2 제어 신호들의 소스는 발진기를 포함할 수 있고, 이 발진기의 출력은 제 1 제어 신호들에 의해 변조된다. 변조는 출력을 스위칭 온하거나 스위칭 오프하는 것을 포함한다.
또 다른 실시예에서는, 단일 발진기가 다수의 조명 수단을 위한 제 2 제어 신호들의 소스로서 제공된다. 발진기의 출력 신호는 멀티플렉서의 입력에 인가된다. 멀티플렉서는 선택적으로 발진기 신호를 제 2 제어 신호들로서 연관된 조명 수단의 하나 이상의 결합 수단에 인가한다.
본 발명의 일 실시예에서, 발진기는 하프-브리지(half-bridge) 배치로 된 2개의 트랜지스터가 연결된 인덕턴스와 커패시턴스를 포함한다. 이 실시예는 또한 유리하게 에너지 회복을 허용할 수 있다. 인덕턴스와 커패시턴스를 포함하는 하프-브리지 배치의 상세한 설명은, 본 명세서에서 레퍼런스로 통합되어 있는 EP1646143A호에서 발견될 수 있다.
본 발명의 또 다른 개선예에서는, 제 1 스위치들의 레퍼런스 전위와 동일한 전위를 가지는 회로 노드들이 리셋 전위에 스위칭 가능하게 연결된다.
또 다른 실시예에서, 제 1 스위치들의 제어 전극들은 리셋 전위와 스위칭 가능하게 연결된다.
리셋 전위로의 회로 노드들의 스위칭 가능한 연결은, 리셋 전위 쪽으로의 순 방향으로 연결되는 다이오드들을 포함할 수 있다.
본 발명의 개선예에서, 스위칭 가능한 연결이 공통 연결선을 거쳐 제공된다. 공통 연결선은 리셋 스위치를 거쳐 리셋 전위에 스위칭 가능하게 연결된다.
본 발명의 정밀한 예에서는, 과전압 보호 수단이 각각의 제 1 스위치에 제공된다. 과전압 보호 수단은 각각의 제 1 스위치의 각각의 레퍼런스 전위에 참조된다.
광 결합기가 결합 수단으로서 사용되는 본 발명의 또 다른 개선예에서는, 다수의 광 결합기의 LED들이 매트릭스와 같은 배치로 연결된다. 개별 LED들은 다중화된 방식으로 어드레스 지정된다. 개별 광 결합기는 그에 따라 광 결합기의 LED의 애노드 전극을 그 LED의 캐소드 전극보다 높은 전위로 설정함으로써 전도 모드로 설정된다. 따라서, 개별 광 결합기는 LED를 역 바이어스하거나 LED의 애노드와 캐소드를 동일한 전위로 설정함으로써, 비-전도(non-conduction) 모드로 설정된다. 이 실시예는 광 결합기들의 다수의 애노드와 캐소드 LED들이 동일한 제어선에 연결되는 것을 허용한다. 그에 따라 연결선들의 레벨을 제어함으로써, 개별 LED가 독립적으로 어드레스 지정될 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예는 제어선들의 요구된 개수를 감소시킨다.
직렬 연결로 배치된 2개 이상의 조명 소자들과, 조명 수단을 선택적으로 활성화하거나 활성화 해제시키기 위해 각 조명 소자들과 연관된 제 1 스위치들을 가지는 조명 장치를 제어하기 위한 본 발명에 따른 방법에서는, 본질적으로 일정한 전류가 직렬 연결에 공급된다. 개별 조명 수단과 연관된 제 1 스위치들은 대응하는 조명 수단을 활성화 해제하거나 활성화시키기 위해 닫히거나 열리도록 제어된다. 닫힌 제 1 스위치는 조명 수단이 본질적으로 임의의 전류를 흐르게 하지 않도록 본질적으로 일정한 전류를 위한 바이패스를 제공한다. 그렇지만 조명 수단의 직렬 연결에서의 본질적으로 일정한 전류가 유지된다. 제 1 스위치가 닫히는가 열리는가에 따라, 인지되는 조명 레벨이 설정될 수 있다. 인지되는 조명 레벨은 미리 결정된 간격 동안 조명 수단의 온-시간(on-time)과 오프-시간(off-time)의 비에 의해 결정된다. 제 1 스위치들은, 예컨대 펄스 밀도 변조 또는 펄스 폭 변조 방식으로 제어될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 일 개선예에서는, 인지되는 조명 레벨을 더 조정하기 위해 본질적으로 일정한 전류가 변화할 수 있다. 조명 수단이 전류와 방사된 스펙트럼 범위 사이의 관계를 보여주는 경우, 본질적으로 일정한 전류를 변화시키는 것이 또한 조명의 색조를 조정하기 위해 이용될 수 있다.
본 발명의 방법은 또한 제 1 스위치들을 위한 레퍼런스 전위를 나타내는 회로 노드들을 리셋 전위에 선택적으로 연결하는 단계를 포함한다. 일단 제 1 스위치들을 위한 레퍼런스 전위들을 나타내는 회로 노드들이 리셋 전위에 연결되면, 각각의 제 1 스위치들과 연관된 국부 전원장치들이 초기 전압으로 설정될 수 있다. 이후 레퍼런스 전위들을 나타내는 회로 노드들이 리셋 전위로부터 분리된다. 본 발명의 방법의 이러한 실시예는 각각의 제 1 스위치와 연관된 모든 국부 전원장치에 초기 전압을 동시에 공급하는 것을 허용하는데, 이는 제 1 스위치들을 위한 레퍼런스 전위들을 나타내는 각각의 회로 노드가 리셋 전위에 연결될 때 모든 국부 전원장치가 병렬로 연결되기 때문이다. 이 경우 초기 전압은 모든 국부 전원장치에 관해 동일하여, 회로 복잡도와 그 방법을 실행하기 위한 단계들의 개수를 감소시킨다.
이 방법의 일 실시예에서, 레퍼런스 전위들을 나타내는 회로 노드들은 하나의 직렬 연결의 조명 수단과 연관된 모든 제 1 스위치를 닫음으로써 리셋 전위에 연결된다. 스위치들의 저항이 본질적으로 0이기 때문에, 레퍼런스 전위들을 나타내는 회로 노드들은 병렬로 리셋 전위에 연결된다. 각각의 제 1 스위치와 연관된 국부 전원장치에 초기 전압이 공급된 후, 직렬 연결의 조명 수단과 연관된 제 1 스위치들 중 적어도 하나가 열린다.
제 1 스위치들의 레퍼런스 전위를 나타내는 회로 노드들을 리셋 전위에 선택적으로 결합하기 위해 제 3 스위치가 제공되는 경우, 본 발명의 방법은 리셋 전위로의 바람직한 연결을 확립하기 위해, 제 3 스위치를 닫는 단계를 포함할 수 있다. 초기 전압이 각각의 제 1 스위치와 연관된 국부 전원장치에 공급된 후, 제 3 스위치가 열린다.
리셋 전위에 제 1 스위치의 제어 전극들을 연결하기 위한 제 4 스위치가 제공되는 경우, 본 발명의 방법은 제 1 스위치들의 레퍼런스 전위를 나타내는 회로 노드들이 리셋 전위에 연결될 때 제 4 스위치를 닫는 것을 또한 포함할 수 있다. 각각의 제 1 스위치에 연관된 국부 전원장치에 초기 전압이 공급되고, 제 3 스위치가 열릴 때, 제 4 스위치 또한 열린다. 본 발명의 이러한 실시예는 제 1 스위치들의 제어 신호를 리셋하는 것을 허용한다. 이는 제 1 스위치들에 제공된 신호 홀딩 수단이 여전히 이전에 그것에 인가된 제어 신호나 그러한 제어 신호의 단편들을 보유할 수 있기 때문에 필수적일 수 있다.
제 3 또는 제 4 스위치가 각각의 회로 노드를 공통 연결선에 연결하는 경우, 그 선에는 공통 연결선을 리셋 전위에 연결하기 위한 제 4 스위치가 제공될 수 있다. 이 경우, 본 발명의 방법은 각각의 회로 노드를 공통 연결선에 연결하고 그 선을 리셋 전위에 연결하는 것을 포함할 수 있다. 회로 노드들이 바라는 전위들에 설정된 후, 이전에 확립된 연결들이 열린다.
이제, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 조명 수단에 전류를 선택적으로 공급하기 위한 제 1의 알려진 개념을 도시하는 도면.
도 2는 조명 수단에 전류를 선택적으로 공급하기 위한 제 2의 알려진 개념을 도시하는 도면.
도 3은 조명 수단에 전류를 선택적으로 공급하기 위한 제 3의 알려진 개념을 예시하는 도면.
도 4는 조명 수단에 전류를 선택적으로 공급하기 위한 본 발명에 따른 기본 개념을 도시하는 도면.
도 5는 조명 수단에 전류를 선택적으로 공급하기 위한 본 발명에 따른 제 1 실시예의 세부 사항을 예시하는 도면.
도 6은 조명 수단에 전류를 선택적으로 공급하기 위한 본 발명에 따른 제 2 실시예의 세부 사항을 예시하는 도면.
도 7은 조명 수단에 전류를 선택적으로 공급하기 위한 본 발명에 따른 제 3 실시예의 세부 사항을 예시하는 도면.
도 8은 조명 수단에 전류를 선택적으로 공급하기 위한 본 발명에 따른 정밀 화된 개념을 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에서 사용된 발진기의 기본 개념을 도시하는 도면.
도 10은 도 9의 발진기를 포함하는 도 8의 정밀화된 개념을 도시하는 도면.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예의 기본 개념을 예시하는 도면.
도 12는 도 11에 도시된 또 다른 개념으로 사용된 제어 신호를 위한 부동 레퍼런스 전위를 가지는 스위치를 제어하기 위한 결합 회로의 일 실시예를 도시하는 도면.
도 13은 도 12에 도시된 결합 회로를 포함하는 도 11의 개념을 도시하는 도면.
도 14는 결합 수단이 다중화된 방식으로 제어되는, 본 발명에 따른 회로의 또 다른 실시예를 예시하는 도면.
도면에서, 동일하거나 유사한 요소는 동일한 레퍼런스 심벌에 의해 참조된다.
도 1 내지 도 4는 위에서 설명되었고, 다시 상세히 참조되지 않는다.
도 5는 조명 수단에 전류를 선택적으로 공급하기 위한 본 발명에 따른 제 1 실시예의 세부 사항을 예시한다. 공급 전압(VDD)이 조명 수단(511,521,531)의 직렬 연결에 공급된다. 전류 감지 저항기(512)가 직렬 연결된 조명 수단(511,521,531)과 접지 전위(GND) 사이에 직렬 연결된다. 공급 전압(VDD)과 접지 전위(GND)는 전원장치(미도시)의 제 1 전위와 제 2 전위를 형성한다. 제 1 스위치들(513,523,533)이 각각의 조명 수단(511,521,531)과 병렬로 결합된다. 제 1 스위치(513,523,533)는 제어 신호들(S1',S2',S3')에 의해 제어된다. 전류 감지 저항(512)에 걸리는 전압은 전원장치(미도시)에 피드백되어 그에 따라 공급 전압(VDD)을 조절한다. 각각의 조명 수단(511,521,531)과 연관된 국부 전원장치(503)에 전력을 공급하기 위해, 저전압 전원장치(501)가 제공된다. 국부 전원장치(503)는 도면에서 커패시터로 나타나 있다. 다이오드(502)를 거쳐 저전압 전원장치(501)로부터 커패시터(503)로 전압이 공급된다. 다이오드(502)를 거쳐 저전압 전원장치(501)로부터 커패시터(503)로 전압이 공급되는 방식은 전하 펌프 회로로 해석될 수 있다. 전하 펌프 회로들은 당업자에게 알려져 있고 따라서 본 명세서에서는 상세히 논의되지 않는다. 결합 수단(504)이 국부 전원장치(503)에 연결된다. 결합 수단(504)은 제어 신호(S2)를 수신하고, 스위치(523)를 제어하기 위한 제어 신호(S2')를 제공한다. 제어 신호(S2)는 접지 전위(GND)로 참조될 수 있다. 제어 신호(S2')는 스위치(523)의 레퍼런스 전위(VREF2)로 참조될 수 있다. 그러므로 결합 수단(504)은 신호들(S2,S2')의 상이한 레퍼런스 전위들의 자동 중계(translation)를 제공한다. 명확하게 하기 위해, 하나의 결합 수단(504)과 하나의 국부 전원장치(503)만이 도면에 도시되어 있다. 이전에 상세히 논의된 회로는 직렬 연결에서 조명 수단의 개수에 따라 여러 번 제공된다는 점은 말할 나위도 없다.
도 6은 전류를 조명 수단에 선택적으로 공급하기 위한 본 발명에 따른 제 2 실시예의 세부 내용을 예시한다. 공급 전압(VDD)과 접지 전위(GND)를 공급하는 전원장치, 조명 수단(611,621,631)과 전류 감지 저항기(612)의 직렬 연결, 및 스위치(613,623,633)구성(setup)은, 도 5에 따라 논의된 구성과 유사하다. 명확하게 하기 위해, 오직 하나의 결합 회로(604)가 도면에 도시되어 있다. 제어 신호(S2)를 발생시키기 위한 수단(606)이 제공된다. 제어 신호(S2)는 접지 전위(GND)로 참조된다. 결합 수단(604)은 펄스 형태의 제어 신호(S2)를 수신하고, 그러한 제어 신호(S2)를 제어 신호(S2')로서 스위치(623)의 제어 단자에 넘기는 커패시터이다. 제어 신호(S2')는 스위치(623)의 레퍼런스 전위(VREF2)로 참조되고 바라는 스위칭 상태를 스위치(623)가 취하게 한다. 레퍼런스 전위(VREF2)와 스위치(623)의 제어 단자 사이에는 과전압 보호 수단(607)이 제공된다. 과전압 보호 수단(607)은 제너 다이오드나, 전압을 제한하기 위한 임의의 다른 적합한 수단을 포함할 수 있다.
도 7은 전류를 조명 수단에 선택적으로 공급하기 위한, 본 발명에 따른 제 3 실시예의 세부 내용을 보여준다. 도 7에서는 간단하게 하기 위해 오직 하나의 조명 수단과 연관된 회로가 도시되어 있다. 실제 응용예에서는 도 5 또는 도 6에 따라 설명된 것과 유사한 방식으로, 직렬 연결에 다수의 조명 수단이 연결된다. 전원장치(미도시)는 조명 수단(711)에 공급 전압(VDD)과 접지 전위(GND)를 공급한다. 전원장치(미도시)는 전류 감지 저항기(712)를 사용하여 결정되는 일정한 전류를 제공한다. 스위치(713)는 조명 수단(711)에 병렬로 연결된다. 신호 발생기(706)는 제어 신호(S1)를 결합 커패시터(704)에 제공한다. 제어 신호(S1)는 미리 결정된 주파수를 가지는 변조된 신호이다. 제어 신호(S1)의 모양은 특히 사인파형, 삼각파형, 톱니파형 또는 정사각형 파형을 포함할 수 있다. 변조는 전술한 파형들을 가지는 신호의 간단한 스위칭 온 또는 스위칭 오프를 포함할 수 있다. 변조는 바람직하게는 제어 신호(S1)의 미리 결정된 주파수보다 사실상 낮은 주파수에서 이루어진다. 제어 신호(S1)는, 예컨대 더 높은 주파수 신호의 버스트(burst)로서 드러난다. 다이오드(751,752,753)는 커패시터(704) 신호(S1)가 다운스트림(downstream)에서 오직 -Vd로부터 각각의 경우 레퍼런스 전위(VREF1)로 참조되는 제너 다이오드(753)에 의해 결정된 전압으로 스윙(swing)할 수 있도록, 커패시터(704)의 다운스트림에서 신호(S1)가 레퍼런스 전위(VREF1)로 클램핑(clamping)하는 것을 제공한다. 전압(Vd)은 다이오드(751)의 순방향 전압 강하를 나타낸다. 레퍼런스 전위(VREF1)는 스위치(713)를 제어하는데 사용되는 제어 신호(S1')가 참조되는 전위이다. 커패시터(704)의 다운스트림에서 제어 신호(S1)는 다이오드(752)를 통해 제어 다이오드(753)에 의해 결정된 최대 레벨까지 커패시터(754)를 충전시킨다. 커패시터(754)는 조명 수단(711)과 연관된 국부 전원장치를 나타낸다. 커패시터(754)에 걸리는 전압이 본질적으로 일정하게 유지될 수 있는 데 반해, 커패시터의 양 단에서의 전위는 동일한 직렬 연결에서 다른 조명 수단의 바이패스 스위치들(713)의 스위칭 상태에 따라, 접지 전위(GND)를 위해 변할 수 있다. 그러므로 국부 전원장치는 접지 전위(GND)를 위해 부동 상태에 있게 된다. 저항기(755)는 방전 커패시터(754)를 위해 제공된다. 트랜지스터 스위치(756)는 커패시터(704)에 의해 제공된 국부 전원장치와 스위치(713)의 제어 단자 사이에 연결된다. 커패시터(704)의 다운스트림에서 신호(S1)는 커패시터(754)를 충전할 뿐만 아니라, 트랜지스터 스위치(756)의 제어 단자에 인가된다. 제어 신호(S1)가 회로에 인가될 때, 트랜지스터 스위치(756)는 제어 신호(S1)의 미리 결정된 주파수에 따라 열리거나 닫힌다. 트랜지스터 스위치(756)가 열릴 때, 그것은 국부 전원장치로부터 커패시터(758)를 충전하여, 커패시터(758)에 걸리는 전압을 발생시킨다. 그렇게 발생된 전압은 제어 신호(S1')를 형성하고, 스위치(713)의 제어 단자에 인가되어, 스위치(713)가 닫힌다. 저항기(759)는 커패시터(758)에 병렬로 연결된다. 저항기(759)와 커패시터(758)는 제어 신호(S1)를 위한 저역 필터를 형성한다. 그 결과, 신호(S1)의 미리 결정된 주파수는 신호(S1')에서 나타나지 않는다. 하지만, 신호(S1)가 신호(S1)의 미리 결정된 주파수보다 낮은 주파수에서 스위칭 온 또는 스위칭 오프된다고 가정하면, 신호(S1')는 신호(S1)의 스위칭 온과 스위칭 오프를 나타낸다. 회로는 제어 신호(S1)를 변조하기 위해 사용되는 신호를 복조 또는 재구성하는 복조 수단으로서 여겨질 수 있다. 고주파 제어 신호(S1)가 스위치(713)와 연관된 전하 펌프와 같은 국부 전원장치를 동작시키는데 사용되고, 제어 신호(S1)의 스위칭 온 및 스위칭 오프의 시퀀스는 스위치(713)를 스위칭 온 및 스위칭 오프의 제어를 위해 사용된다. 제어 신호(S1)의 미리 결정된 주파수와 제어 신호(S1)가 스위칭 온되고 스위칭 오프되는 주파수를 적절히 선택함으로써, 양 주파수 사이의 적당한 구별이 저항기(759)와 커패시터(758)를 포함하는 저역 필터에 의해 결합 수단에서 달성될 수 있다. 커패시터(704)의 다운스트림에서 제어 신호(S1)는 스위칭 오프되자마자, 트랜지스터 스위치(756)는 더 이상 커패시터(758)를 충전시키지 않는다. 커패시터(758)에서의 나머지 전하는 커패시터(759)를 통해 신속히 방전되고, 따라서 스위치(713)는 열린다. 하지만, 방전이 즉시 실행되지 않기 때문에 저역 필터 장치는 또한 신호 홀딩 수단으로서 여겨질 수 있다. 저역 필터는 제어 신호(S1)를 변조하기 위해 사용된 재구성된 신호가 변조된 제어 신호(S1)가 더 이상 인가되지 않는 후 미리 결정된 시간 내에서 리셋되도록 충분히 짧은 보유 시간을 지니도록 설계된다. 직렬 연결에서의 다른 조명 수단이 바이패스되거나 바이패스에서 열리는 경우, 하나 이상의 조명 수단의 레퍼런스 전위(VREF1)의 전위는 접지 전위(GND)를 위해 변할 수 있다. 레퍼런스 전위(VREF1)에서의 이러한 변화는 커패시터(704)를 통과한 단일 펄스나 공통 모드 간섭으로서 해석될 수 있다. 하지만 단일 펄스는 스위치(713)가 전도 상태가 되게 할 수 있는 전압 레벨로 커패시터(758)를 충전시키기에는 충분하지 않게 된다.
전술한 실시예는 공통 모드 간섭에 대한 내성(immunity)을 유리하게 제공하고, 이는 LED와 스위치의 직렬 연결에서 일부 스위치의 스위칭으로 인해 도입될 수 있다. 앞에서 언급된 것처럼, LED와 연관된 스위치의 스위칭은 LED에 걸리는 전압이 변하게 하고, 이는 동일한 직렬 연결로 배치된 스위치들의 개별 레퍼런스 전위(VREFn)에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 내성은 또한 결합 커패시터를 더 작게 만드는 것을 허용하는 더 낮은 주파수의 유용한 신호로 더 높은 주파수 신호를 변조하는 것에 기인한다. 또한, 공통 모드의 간섭이 부동 국부 공급 전압에만 영향을 미치고, 이러한 부동 국부 공급 전압은 대응하는 보호 수단에 의해 과전압에 대해 보호된다. 공통 모드 신호의 에지(edge) 또는 전이만 짧은 펄스 동안 활성화되는 LED를 바이패스하는 스위치 외에 추가된 스위치를 통과할 수 있다. 하지만 변조된 제어 신호의 에지들보다 훨씬 낮은 반복 속도로 일어나는 단일 에지 펄스는 그 LED와 연관된 스위치를 활성화시키기에 충분히 큰 신호 홀딩 수단에서 신호를 생성하기에는 충분하지 않다. 예시적인 일 실시예에서, 제어 신호를 위한 변조 주파수는 500㎑의 범위에 있는데, 즉 2㎲의 간격들로 되어 있는데 반해, 스위칭으로 인한 공통 모드 간섭은 LED와 연관된 스위치가 한 프레임 기간 내에서 10번 동작한다는 가정에 따라 13.3㎲의 최소 간격을 가진다. 이 경우, 13.3㎲ 보다 작은 간격들로 되풀이되는 에지들을 가지는 결합 커패시터의 다운스트림에서의 신호만이 제어 신호로서 해석되어야 한다. 변조된 제어 신호의 500㎑ 버스트의 지속 기간은 LED와 연관된 바이패스 스위치가 닫혀 있는 동안의 시간을 결정한다.
도 8은 조명 수단에 전류를 선택적으로 공급하기 위한 본 발명의 제 3 실시예를 통합하는 정밀화된 개념을 보여준다. 도 8에는 조명 수단(811,821,831)과 그것들과 연관된 스위치(813,823,833), 및 전류 감지 저항기(812)가 직렬 연결된 것이 도시되어 있다. 명확하게 하기 위해, 레퍼런스 번호(813,823,833)는 스위치 및 연관된 결합 수단 둘 다를 함께 참조한다. 인덕터(818)와 다이오드(817)를 포함하는 스위치 모드 전원장치(810)는 직렬 연결을 통과하는 일정한 전류를 제공한다. 스위치 모드 전원장치 조사(survey)는 펄스 폭 변조기(815)와 내부 레퍼런스(814)를 포함한다. 스위치 모드 전원장치를 인에이블하고, 본질적으로 일정한 전류를 조 정하기 위한 제어 신호(M1,A1)가 제공된다. 직렬 연결에서 모든 조명 수단을 제어하기 위해 단일 신호 발생기(806)가 제공된다. 단일 신호 발생기(806)로부터 오는 출력 신호는 분배 수단(807)에 공급된다. 이 분배 수단(807)은 단일 신호 발생기(806)에 의해 제공된 신호를 각각의 연관된 결합 수단을 통해 하나 이상의 스위치(813,823,833)에 선택적으로 인가한다. 이를 위해, 분배 수단(807)은 다중화 수단과 증폭 수단을 포함할 수 있다. 분배 수단(807)은 또한 단일 신호 발생기(806)로부터 오는 신호를 변조, 즉 신호를 스위칭 온하고 스위칭 오프하는 것을 위해 사용된다. 분배 수단(807)은 바람직하게는 스위치들의 바라는 상태에 대한 정보를 수신하는 디지털 인터페이스를 통해 제어된다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에서 사용된 발진기의 기본 개념을 도시한다. 하프-브리지 배치로 연결된 2개의 트랜지스터(M1,M2)에 전원장치(VSupply)가 제공된다. 하프-브리지 배치의 중심점으로부터 인덕턴스(L)와 커패시턴스(C)의 직렬 연결이 접지로 분기된다(tapped off). 그에 따라 트랜지스터(M1,M2)가 제어될 때, 발진 신호 OSC가 하프-브리지 배치의 중심점에 존재한다. 발진 신호 OSC의 에너지는 추가 증폭의 필요성 없이 스위치들을 통해 직접적으로 분배되기에 충분하다. 회로에서의 손실은 본질적으로 구성 요소들에서의 저항성 손실, 특히 인덕턴스(L)에서의 저항성 손실과 트랜지스터(M1,M2)의 온-저항(on-resistance)에서의 저항성 손실로부터 생긴다. 트랜지스터(M1,M2)가 적절히 제어될 때 본질적으로 더 이상 에너지 소비가 일어나지 않는다.
도 10은 도 9의 발진기를 포함하는 도 8의 정밀화된 개념을 보여준다. 조명 수단(1011,1021,1031), 스위치(1013,1023,1033), 전류 감지 저항기(1012), 스위치 모드 전원장치(1010), 인덕턴스(1018), 및 다이오드(1017)를 포함하는 전체 회로는 도 8에 따라 설명된 것과 유사하다. 스위치 모드 전원장치(1010) 역시 제어 신호들(M1,A1)에 의해 제어될 수 있고, 마찬가지로 펄스 폭 변조기(1015)와 내부 레퍼런스(1014)를 포함한다. 제 1 공급 전압(VSupply1)이 스위치 모드 전원장치(1010)에 공급된다. 회로는 또한 도 9에 따라 설명된 타입의 발진기(1006)를 포함한다. 발진기(1006)는 제 2 공급 전압(VSupply2)을 제공하는 전원장치에 연결된다. 분배 수단(1007)은 발진기(1006)로부터 출력 신호를 수신하고, 그 출력 신호를 스위치(1013,1023,1033)에 배분한다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예의 기본 개념을 예시한다. 이 회로는 본질적으로, 도 5 하의 앞에서 설명한 것과 동일한 소자들을 보여준다. 공급 전압(VDD)은 조명 수단(1111,1121,1131)의 직렬 연결에 공급된다. 전류 감지 저항기(1112)는 조명 수단(1111,1121,1131)의 직렬 연결과 접지 전위(GND) 사이에 직렬 연결된다. 공급 전압(VDD)과 접지 전위(GND)는 전원장치(미도시)의 제 1 전위와 제 2 전위를 형성한다. 제 1 스위치(1113,1123,1133)는 각 조명 수단(1111,1121,1131)과 병렬로 결합된다. 제 1 스위치(1113,1123,1133)는 제어 신호(S1',S2',S3')에 의해 제어된다. 전류 감지 저항기(1112)에 걸리는 전압은 적절히 공급 전압(VDD)을 조절하기 위해 전원장치(미도시)에 피드백된다. 각각의 조명 수단(1111,1121,1131)과 연관된 국부 전원장치(1103)에 전력을 공급하기 위해 저전압 전원장치(1101)가 제공된다. 국부 전원장치(1103)가 도 11에서는 커패시터로 나타나 있다. 다이오드(1102)를 거쳐 저전압 전원장치(1101)로부터 커패시터(1103)로 전압이 공급된다. 전압이 다이오드(1102)를 거쳐 저전압 전원장치(1101)로부터 커패시터(1103)로 공급되는 방식은 전하 펌프 회로로 여겨질 수 있다. 전하 펌프 회로는 당업자에게 알려져 있는 것이고, 따라서 본 명세서에서는 상세히 논의되지 않는다. 결합 수단(1104)이 국부 전원장치(1103)에 연결된다. 결합 수단(1104)은 제어 신호(S2)를 수신하고, 스위치(1123)를 제어하기 위한 제어 신호(S2')를 제공한다. 제어 신호(S2)는 접지 전위(GND)로 참조될 수 있다. 제어 신호(S2')는 스위치(1123)의 레퍼런스 전위(VREF2)로 참조될 수 있다. 그러므로 결합 수단(1104)은 신호들(S2,S2')의 상이한 레퍼런스 전위들의 자동 중계를 제공한다. 명확하게 하기 위해, 오직 하나의 결합 수단(1104)과 하나의 국부 전원장치(1103)가 도 11에 도시되어 있다. 앞에서 상세히 논의된 회로는 직렬 연결로 된 조명 수단의 개수에 따라 여러 번 제공된다는 사실은 말할 나위도 없다. 도 5에 따라 설명된 회로와 본질적으로 동일한 위에서 설명된 회로 외에, 다이오드(1141,1151,1161)와 스위치(1171)가 제공된다. 다이오드(1141,1151,1161)는 그것들의 애노드 단자에서 각각의 조명 수단(1111,1121,1131)의 레퍼런스 전위의 회로 노드들과 연결된다. 다이오드(1141,1151,1161)는 공통 연결선을 거쳐 스위치(1171)에 연결된다. 다이오드(1141,1151,1161)는 레퍼런스 전위의 회로 노드들을 병렬로 선택적으로 연결하기 위한 스위치로서 여겨질 수 있다. 국부 전원장치가 연관된 조명 수단의 각각의 레퍼런스 전위로 참조되므로, 스위치들이 닫힐 때의 국부적인 전원이 레퍼런스 전위를 공급하고, 레퍼런스 전위의 회로 노드들은 병렬로 연결된다. 이제 저전압 전원장치(1101)가 모든 국부 전원장치를 동일한 전압으로 충전할 수 있다. 스위치들이 열릴 때, 연관된 조명 수단의 레퍼런스 전위의 회로 노드들이 직렬 연결로 된 스위치(1113,1123,1133)의 스위칭 상태에 따라 상이한 값을 취한다. 그에 따라 제어하기 위한 방법은 각각의 스위칭 수단(1113,1123,1133)과 연관된 국부 전원장치(1103)의 동시 충전을 위해, 스위치(1141,1151,1161,1171)를 닫는 단계를 제공한다. 스위치(1141,1151,1161,1171)가 열릴 때, 정상 동작이 다시 시작된다.
도 12는 도 11에 도시된 추가 개념으로 사용된 제어 신호를 위한 부동 레퍼런스 전위를 가지는 스위치를 제어하기 위한 결합 회로의 일 실시예를 보여준다. 명확하게 하기 위해, 오직 하나의 조명 소자(1211)와 연관된 스위치(1213)가 도 12에 도시되어 있다. 다수의 같은 회로들이 본 발명에 따른 조명 장치에서 직렬로 연결되는 것은 분명하다. 국부 전원장치(1203)는 다이오드(1202)를 거쳐 저전압 전원장치(미도시)로부터 충전된다. 이 실시예에서는 결합 수단(1204)과 같은 광 결합기가 사용된다. 이 광 결합기는 제어될 때 국부 전원장치(1203)로부터 저항기(1259)와 커패시터(1258)를 포함하는 신호 홀딩 수단을 충전한다. 광 결합기의 LED는 그에 따른 제어 신호(S1)에 의해 제어된다. 이 신호 홀딩 수단은 제어 신호(S1')를 스위치(1213)의 제어 단자에 제공한다. 광 결합기(1204)의 LED의 적절한 구동을 위해서, 저항기(1255)와 커패시터(1256)의 직렬 연결이 저항기(1254)에 병렬로 연결 되고, 이 저항기(1254)는 안정된 상태(steady state)에 있는 광 결합기의 LED를 통과하는 전류를 결정한다. 이 광 결합기가 스위칭 온되면, 신호 홀딩 수단이 국부 전원장치로부터 충전된다. 스위치의 제어 단자에서의 전위가 임계값을 초과하면, 스위치는 닫히고 조명 수단을 통과하는 전류는 바이패스된다. 따라서 이 조명 수단은 더 이상 켜지지 않는다. 광 결합기가 스위칭 오프되면, 신호 홀딩 수단은 더 이상 충전되지 않는다. 이 신호 홀딩 수단의 커패시터는 그 커패시터에 병렬로 결합된 저항기에 의해 방전된다. 일단 스위치의 제어 단자에서의 전위가 그 스위치를 닫기 위해 요구된 임계값 아래에 있으면, 그 스위치가 열린다. 조명 수단을 통과하는 전류는 더 이상 바이패스되지 않고 따라서 그 조명 수단은 켜진다. 결합 회로의 이러한 실시예는 광 결합기가 온 또는 오프되게 제어하는 간단한 신호만을 필요로 한다. 그것은 조명 수단과 연관된 부동 국부 전원장치를 제공하기 위한 위에서 언급된 배치들 중 임의의 것과 결합될 수 있다. 국부 전원장치의 적절한 충전을 제공하기 위해, 다이오드와 같은 스위치(1251)가 제공된다. 도 12에 따라 설명된 것처럼, 국부 전원장치(1203)가 충전될 때 스위치가 닫힌다. 국부 전원장치가 충전될 때 제어된 방식으로 신호 홀딩 수단을 방전하기 위한 추가 스위치(1252)가 제공될 수 있다. 스위치(1251,1252)는 또한 국부 전원장치를 충전할 때 스위칭으로 인한 과도 전류들에 대한 내성을 제공한다. 이러한 경우 스위치(1251,1252)는 스위치(1213)의 임계값이 초과되지 않는 것을 보장한다.
도 13은 도 12에 도시된 결합 회로를 포함하는 도 11의 개념을 도시한다. 도 13에는 결합 수단과 스위치들이 명확하게 하기 위해 동일한 레퍼런스 심벌로 참조 되고 있다. 이 회로는 조명 수단(1311,1321,1331)의 직렬 연결과, 공급 전압(VDD)과 접지(GND) 사이에 연결된 전류 감지 저항기(1312)를 포함한다. 전류 감지 저항기(1312)는 스위치 모드 전원장치(1310)에 피드백을 공급하고, 이 스위치 모드 전원장치(1310)는 인덕턴스(1318)와 다이오드(1317)를 통해 공급 전압(VDD)을 조정하여 직렬 연결에 본질적으로 일정한 전류를 제공한다. 스위치 모드 전원장치(1310)는 제어 신호(M1,A1)를 통해 추가로 제어될 수 있다. 스위치 모드 전원장치(1310)에는 제 1 공급 전압(VSupply1)이 제공된다. 스위치들과 조명 수단과 연관된 국부 전원장치를 충전하기 위해, 저전압 전원장치(VSupply2)가 제공된다. 제어 회로(1306)는 결합 수단(1313,1323,1333)의 광 결합기들을 제어한다.
도 14는 결합 수단이 다중화된 방식으로 제어되는, 본 발명에 따른 회로의 또 다른 실시예를 예시한다. 이 실시예에서, 결합 수단의 광 결합기들의 LED는 매트릭스와 같은 배치(1408)로 제어 회로(1406)에 연결된다. 제어 회로(1406)의 개별 출력선들을 적절히 제어함으로써, 결합 수단의 광 결합기들의 개별 LED가 활성화될 수 있다. 조명 수단의 적절한 제어를 위해, 본 발명에 따른 조명 장치를 포함하는 디스플레이 상에 디스플레이될 비디오 신호가 제어 회로(1406)에 공급된다. 제어 회로(1406)는 또한 조명 수단의 직렬 연결에 공급되는, 그렇지 않으면 본질적으로 일정한 전류를 조정하여, 조명의 강도를 더 조정하는 것을 허용하기 위해 사용될 수 있다.
스크린을 형성하는 매트릭스로 배치되는 광원들을 구동하기 위해서뿐만 아니 라, 변조된 백라이트를 구동하기 위해 본 발명이 사용되고, 이 경우 하나의 광원 또는 광원들의 한 그룹이 스크린의 픽셀 소자를 나타낸다는 점이 주목되어야 한다. 광원들의 한 그룹이 스크린의 픽셀 소자를 나타내는 경우, 픽셀 소자들은 다양한 레벨의 조명 및/또는 다양한 컬러들이 만들어지도록 구동된다. 컬러들은, 예컨대 픽셀 소자를 형성하는 원색 광원들의 한 세트를 적절히 제어하는 것을 통한 추가 컬러 혼합에 의해 만들어질 수 있다. 이 경우 개별 광 방출 소자들 전체가 디스플레이를 형성한다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 이미지를 형성하기 위해 백라이트에 의해 방출된 광을 변조하는 투과성 광 밸브들을 사용하는 디스플레이 장치와, 광이 각각의 광 밸브에 의해 변조되는 프로젝션 디스플레이와 같은 디스플레이 장치에 이용 가능하다.

Claims (23)

  1. 디스플레이 디바이스의 조명 장치를 위한 회로로서,
    - 직렬로 결합된 2개 이상의 조명 수단(511,521,531),
    - 제 1 전원 전위와 제 2 전원 전위(VDD,GND) 사이의 전압(VDD)을 발생시키는 조명 수단(511,521,531)의 직렬 연결을 위한 일반적인 전원장치(410),
    - 각 조명 수단(511,521,531)을 선택적으로 인에이블하고 디스에이블하기 위해 각 조명 수단(511,521,531)과 연관된 제 1 스위치(513,523,533)로서, 각각의 제 1 스위치(513,523,533)는 그것과 연관된 조명 수단(511,521,531)의 주 전류 전도 전극 중 하나에서의 전위에 대응하는 레퍼런스 전위(VREF1,VREF2)를 가지고, 각 스위치는 제어 단자를 가지는, 제 1 스위치,
    - 각각의 제 1 스위치(513,523,533)를 제어하기 위한 각각의 제 1 제어 신호(S1,S2,S3)의 소스로서, 각각의 제 1 제어 신호(S1,S2,S3)의 소스는 일반적인 전원장치(VSupply)의 전원 전위들 중 하나(GND)에 대응하는 레퍼런스 전위를 가지는, 각각의 제 1 제어 신호(S1,S2,S3)의 소스,
    - 대응하는 제 1 스위치(513,523,533)에 각각의 제 1 제어 신호(S1,S2,S3)를 결합하기 위해 각각의 제 1 스위치(513,523,533)와 연관된 결합 수단(504)으로서, 제 1 스위치의 제어 단자에서의 제어 신호(S1',S2',S3')는 각각의 제 1 스위치의 레퍼런스 전위(VREF1,VREF2)로 참조되는, 결합 수단(504), 및
    - 각각의 연관된 제 1 스위치(513,523,533)를 동작시키기 위해 각각의 조명 수단(511,521,531)과 연관된 국부 전원장치(503)를
    포함하는, 디스플레이 디바이스의 조명 장치를 위한 회로.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 일반적인 전원장치(410)는 조명 수단(511,521,531)의 직렬 연결에 본질적으로 일정한 전류를 제공하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스의 조명 장치를 위한 회로.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 스위치(513,523,533)는 각각의 연관된 조명 수단(511,521,531)에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스의 조명 장치를 위한 회로.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합 수단(504)은 광학, 용량성 또는 유도성 결합을 제공하고, 상기 제 1 스위치들은 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스의 조명 장치를 위한 회로.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    신호 홀딩(holding) 수단(758,759)이 각각의 제 1 스위치와 연관되고, 상기 신호 홀딩 수단은 커패시턴스나 커패시턴스 및 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스의 조명 장치를 위한 회로.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항의 제어 회로로서,
    - 제 1 제어 신호에 의해 변조되는 제 2 제어 신호들의 소스(806),
    - 제 1 제어 신호(S1,S2,S3) 대신 결합 수단(504)에 공급되는 제 2 제어 신호,
    - 제 2 제어 신호를 복조하고, 제 1 제어 신호(S1,S2,S3)에 대응하는 신호를 발생시키기 위해, 제 1 스위치(513,523,533)와 연관된 복조 수단으로서, 상기 제 1 제어 신호(S1,S2,S3)에 대응하는 신호는 제 1 스위치(513,523,533)에 인가되고 이 스위치(513,523,533)를 제어하는, 제 1 스위치(513,523,533)와 연관된 복조 수단을
    더 포함하는, 디스플레이 디바이스의 조명 장치를 위한 회로.
  7. 제 6항에 있어서,
    제 2 제어 신호들은 각각의 국부 전원장치(754)에 전력을 공급하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스의 조명 장치를 위한 회로.
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 복조 수단은 제 2 제어 신호들에 의해 제어되는 제 2 스위치(756)를 포 함하고, 상기 제 2 스위치(756)는 국부 전원장치(754)로부터 제 1 스위치(713)와 연관된 신호 홀딩 수단(758,759)을 충전하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스의 조명 장치를 위한 회로.
  9. 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 제어 신호(706)의 소스는 제 1 제어 신호에 의해 변조되는 출력을 갖는 발진기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스의 조명 장치를 위한 회로.
  10. 제 9항에 있어서,
    다수의 조명 수단(811,821,831)을 위한 제 2 제어 신호들의 소스로서 단일 발진기(806)가 제공되고, 상기 발진기의 출력 신호는 분배 수단(807)의 입력에 인가되며, 상기 분배 수단(807)은 발진기 신호를 제 2 제어 신호(S1,S2,S3)로서 연관된 조명 수단(811,821,831)의 하나 이상의 결합 수단(813,823,833)에 인가하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스의 조명 장치를 위한 회로.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 발진기는 하프-브리지(half-bridge) 배치로 된 2개의 트랜지스터와 연결된 인덕턴스와 커패시턴스를 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스의 조명 장치를 위한 회로.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 국부 전원장치(503)는 스위칭된 커패시터 배치로 된 다이오드(751,752)와 커패시턴스(754)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스의 조명 장치를 위한 회로.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 스위치(1311,1321,1331)의 레퍼런스 전위의 회로 노드들 및/또는 제 1 스위치(1313,1323,1333)의 제어 전극들은, 리셋 전위(GND)와 스위칭 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스의 조명 장치를 위한 회로.
  14. 제 13항에 있어서,
    제 1 스위치(1213)의 레퍼런스 전위의 회로 노드들 및/또는 제 1 스위치(1213)의 제어 전극들은, 리셋 전위(공통 리셋) 쪽으로의 순방향으로 바이어스된 다이오드(1251,1252)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스의 조명 장치를 위한 회로.
  15. 제 13항 또는 제 14항에 있어서,
    공통 연결선(공통 리셋)을 거쳐 스위칭 가능한 연결이 제공되고, 상기 공통 연결선(공통 리셋)은 리셋 스위치(RESET)를 거쳐 리셋 전위에 스위칭 가능하게 연 결되는, 디스플레이 디바이스의 조명 장치를 위한 회로.
  16. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 제 1 스위치(713)가 과전압 보호 수단(753)에 제공되고, 상기 과전압 보호 수단(753)은 각각의 제 1 스위치(753)의 각각의 레퍼런스 전위(VREF1)를 참조하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스의 조명 장치를 위한 회로.
  17. 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,
    결합 수단(1204)으로서 광 결합기(optocoupler)가 제공되고, 다수의 광 결합기의 LED들이 매트릭스와 같은 배치(1408)로 연결되며, 광 결합기의 개별 LED는 다중화된 방식으로 어드레스 지정되고, 개별 광 결합기는 광 결합기의 그 LED의 애노드 전극을 LED의 캐소드 전극보다 높은 전위로 적절히 설정하여 전도 모드로 설정되고, 개별 광 결합기는 LED를 적절히 역 바이어스하거나 그 LED의 애노드와 캐소드를 동일한 전위로 설정하여 비전도 모드로 설정되는, 디스플레이 디바이스의 조명 장치를 위한 회로.
  18. 디스플레이의 조명 장치를 제어하는 방법으로서,
    2개 이상의 조명 요소들이 직렬 연결로 배치되고, 제 1 스위치가 조명 수단을 선택적으로 활성화시키거나 비활성화하기 위해 각 조명 수단에 제공되며, 제 1 스위치를 제어하기 위한 제어 신호가 각각의 제 1 스위치와 연관된 레퍼런스 전위의 각각의 회로 노드에 참조되고 제 1 스위치의 제어 전극에 인가되며, 국부 전원장치에는 각각의 제 1 스위치가 제공되고, 상기 국부 전원장치는 제 1 스위치의 각각의 레퍼런스 전위에 참조되며, 상기 방법은,
    a) 상기 직렬 연결에 본질적으로 일정한 전류를 공급하는 단계,
    b) 제 1 스위치 각각이 국부적으로 제공된 상기 전원장치에 전력을 제공하는 단계,
    c) 개별 조명 수단과 연관된 제 1 스위치가 닫히거나 열리게 선택적으로 제어하는 단계로서, 닫힌 제 1 스위치는 조명 수단이 본질적으로 임의의 전류를 흐르지 않게 하도록 본질적으로 일정한 전류를 위한 바이패스(bypass)를 제공하고, 조명 수단의 직렬 연결에서의 본질적으로 일정한 전류가 유지되는, 제어 단계를 포함하고,
    인지되는 조명 레벨은 그에 따라 조명 수단의 온-시간(on-time)과 오프-시간(off-time)의 비를 제어함으로써 설정되는, 디스플레이의 조명 장치를 제어하는 방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    인지되는 조명 레벨을 더 조정하기 위해 및/또는 조명/수단이 전류와 방사 스펙트럼 범위 사이의 관계를 보여주는 경우에는 조명의 색조를 조정하기 위해, 본질적으로 일정한 전류를 변화시키는 단계를 더 포함하는, 디스플레이의 조명 장치 를 제어하는 방법.
  20. 제 18항 또는 제 19항에 있어서,
    d) 레퍼런스 전위의 회로 노드들을 리셋 전위에 선택적으로 연결하는 단계,
    e) 국부 전원장치는 초기 전압으로 설정하는 단계, 및
    f) 리셋 전위로부터 레퍼런스 전위의 회로 노드들을 분리하는 단계를
    더 포함하는, 디스플레이의 조명 장치를 제어하는 방법.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 d) 단계는 하나의 직렬 연결의 조명 수단과 연관된 모든 제 1 스위치를 닫는 단계를 포함하고, 상기 f) 단계는 상기 직렬 연결의 조명 수단과 연관된 제 1 스위치 중 적어도 하나를 여는 단계를 포함하는, 디스플레이의 조명 장치를 제어하는 방법.
  22. 제 20항에 있어서,
    리셋 전위에 레퍼런스 전위의 회로 노드들을 선택적으로 결합하기 위한 제 3 스위치가 제공되고, 상기 단계 d)는 상기 제 3 스위치를 닫는 단계를 포함하며, 상기 단계 f)는 상기 제 3 스위치를 여는 단계를 포함하는, 디스플레이의 조명 장치를 제어하는 방법.
  23. 제 20항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 스위치들의 제어 전극들을 리셋 전위에 선택적으로 결합하기 위한 제 4 스위치가 제공되고, 상기 단계 d)는 상기 제 4 스위치를 닫는 단계를 더 포함하며, 상기 단계 f)는 상기 제 4 스위치를 여는 단계를 더 포함하는, 디스플레이의 조명 장치를 제어하는 방법.
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