KR20120019309A - Ｌｅｄ 구동 장치 - Google Patents

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KR20120019309A
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김정재
양준혁
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

LED 및 LED 구동 회로를 보호할 수 있는 LED 단락 검출 기능을 갖는 LED 구동 장치가 제공된다. LED 구동 장치는, 직렬로 배치되어 있는 적어도 하나의 LED 스트링(string)을 포함하는 광원 유니트, 외부로부터 입력전압을 제공받아 상기 LED 스트링을 구동시키기 위한 LED 구동전압을 생성하는 전원부 및 상기 LED 스트링의 마지막 LED의 캐소드 단자의 LED 전압을 제공받으며, 상기 LED 전압과 미리 설정된 기준전압과 비교하여 비교 결과에 따라 상기 LED 구동전압을 조절하거나 또는 상기 적어도 하나의 LED 스트링의 전류를 차단시키는 LED 구동부를 포함한다.

Description

ＬＥＤ 구동 장치{LED driving apparatus}
본 발명은 LED 구동 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LED 및 LED 구동 회로를 보호할 수 있는 LED 단락 검출 기능을 갖는 LED 구동 장치에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 액티브 매트릭스(Active Matrix) 형태로 배열된 화소들에 화상정보에 따른 데이터신호를 개별적으로 공급하여 화소들의 광투과율을 조절함으로써 원하는 화상을 표시할 수 있는 표시장치이다.
이러한 액정표시장치는 자체적으로 빛을 발하지 못하는 수광형 표시장치이므로, 화상을 표시하는 액정패널의 배면에 설치되어 화면 전체의 밝기를 균일하게 유지하는 백라이트 유니트를 사용하는 것이 일반적이다. 이때, 백라이트 유니트는 광원의 위치에 따라 광원을 도광판에 의하여 면광원으로 변환하는 에지형과 광원을 배면에 배치하는 직하형으로 구분된다.
최근에는 광원으로 색재현성이 우수하고, 광량을 조절하여 휘도 및 색온도 등을 임의로 변경할 수 있으며, LCD 패널의 경박단소화에 적합한 장점을 가지는 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)를 적극적으로 채용하고 있다.
이와 같이, LED를 광원으로 사용하는 백라이트 유니트는 다수 개의 LED를 직렬로 연결하여 사용하게 되는데, 이때 LED에 일정한 전류를 제공할 수 있는 LED 구동회로가 필요하다.
이러한 LED 구동회로는 정전압 구동 방식과 정전류 구동방식으로 사용하고 있는데, 정전압 구동방식은 회로의 구성이 간단하지만 LED의 온도가 올라가면 LED의 포워드 전압이 증가하여 발광시간이 증가하면 휘도의 변화가 심해지는 문제점이 있다.
정전류 구동방식은 회로는 복잡하지만 온도가 변하더라도 구동전류가 일정하도록 제어되므로 LED의 발광량이 일정하게 유지되어 휘도 변화의 크기를 줄일 수 있다는 장점이 있으므로, 최근 정전류 구동방식을 널리 사용하고 있다.
상기와 같이 정전류 구동방식을 사용하여 LED를 구동시키는 경우, 부하(load)인 LED에 단락(short) 불량이 발생하여 정전류 제어 회로에 손상을 줄 수 있다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, LED 및 LED 구동 회로를 보호할 수 있는 LED 구동 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.
상기한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 LED 단락 검출 기능을 갖는 LED 구동 장치는, 직렬로 배치되어 있는 적어도 하나의 LED 스트링(string)을 포함하는 광원 유니트, 외부로부터 입력전압을 제공받아 상기 LED 스트링을 구동시키기 위한 LED 구동전압을 생성하는 전원부 및 상기 LED 스트링의 마지막 LED의 캐소드 단자의 LED 전압을 제공받으며, 상기 LED 전압과 미리 설정된 기준전압과 비교하여 비교 결과에 따라 상기 LED 구동전압을 조절하거나 또는 상기 적어도 하나의 LED 스트링의 전류를 차단시키는 LED 구동부를 포함한다.
상기 전원부는 상기 LED 구동부로부터 제공되는 상기 제어신호에 의해 상기 LED 구동전압을 조절한다.
상기 제어신호에 의해 조절된 LED 구동전압은 상기 광원 유니트로 제공된다.
상기 LED 구동부는 상기 광원 유니트로부터 상기 LED 전압을 제공받으며, 상기 LED 전압과 미리 설정된 기준전압과 비교하여 비교 결과에 따라 상기 적어도 하나의 LED 스트링에 일정한 전류를 제공하는 제1 전압을 제공하거나 또는 상기 적어도 하나의 LED 스트링에 전류를 차단시키는 제2 전압을 제공하는 전압 모니터링부 및 상기 전압 모니터링부로부터 상기 제1 전압 또는 제2 전압을 제공받아 상기 광원 유니트의 LED 스트링에 일정한 전류를 제공하거나 또는 차단시키는 정전류 제어부를 포함한다.
상기 전압 모니터링부는 상기 기준전압과 LED 전압을 비교하여 상기 LED 전압이 기준전압보다 낮은 전압이면, 상기 LED 구동전압을 조절하는 제어신호를 상기 전원부로 제공하고, 상기 제1 전압을 정전류 제어부로 제공한다.
상기 전압 모니터링부는 상기 기준전압과 LED 전압을 비교하여 상기 LED 전압이 기준전압보다 높은 전압이면, 상기 적어도 하나의 LED 스트링의 전류를 차단하는 제2 전압을 정전류 제어부로 제공한다.
상기 정전류 제어부는, (+) 입력 단자에는 상기 제1 전압 또는 제2 전압이 제공되는 연산 증폭기, 일단은 상기 LED 스트링의 마지막 LED의 캐소드 단자에 연결되어 있는 바이폴라 트랜지스터, 일단은 상기 연산 증폭기의 출력 단자와 연결되어 있으며, 타단은 상기 바이폴라 트랜지스터의 베이스에 연결되어 있는 제1 저항 및 일단은 상기 바이폴라 트랜지스터의 에미터에 연결되어 있으며, 타단은 접지전압에 연결되어 있는 제2 저항을 포함한다.
상기 연산 증폭기의 (-) 입력 단자는 상기 바이폴라 트랜지스터의 에미터와 연결되어 있다.
상기 정전류 제어부는, (+) 입력 단자에는 상기 제1 전압 또는 제2 전압이 제공되는 연산 증폭기, 일단은 상기 LED 스트링의 마지막 LED의 캐소드 단자에 연결되어 있는 바이폴라 트랜지스터, 일단은 상기 연산 증폭기의 출력 단자와 연결되어 있으며, 타단은 상기 바이폴라 트랜지스터의 베이스에 연결되어 있는 PCT 소자 및 일단은 상기 바이폴라 트랜지스터의 에미터에 연결되어 있으며, 타단은 접지전압에 연결되어 있는 제1 저항을 포함한다.
상기 PCT 소자는 온도가 높아짐에 따라 저항 값이 커지는 소자이다.
상기 PCT 소자의 저항 값에 따라 상기 바이폴라 트랜지스터가 턴 온 또는 턴 오프된다.
본 발명의 일실시예에 따른 액정표시장치는 화상이 표시되는 액정패널 및 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항의 상기 LED 구동장치를 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 구동 장치는 LED 및 LED 구동 회로를 보호할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 LED 구동 장치를 나타내는 도면.
도 2는 도 1의 LED 구동부을 나타내는 내부 블록도.
도 3은 도 2의 정전류 제어부의 내부 회로도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 주변 환경 온도에 따라 동작하는 정전류 제어부의 내부 회로도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 LED 구동 장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 LED 구동 장치를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 LED 구동부을 나타내는 내부 블록도이고, 도 3은 도 2의 정전류 제어부의 내부 회로도이다.
도 1를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 LED 구동 장치(100)는 전원부(30) 및 LED 구동부(50)를 포함한다.
전원부(30)는 초기에 외부로부터 입력전압(Vin)을 제공받아 광원 유니트(70)에 배치되어 있는 다수의 LED(LED1, LED2, LED3, ... ,LEDn)를 구동시키기 위한 LED 구동전압(Vcc)을 생성한다.
여기서, 광원 유니트(200)는 다수의 LED(LED1, LED2, LED3, ... ,LEDn)가 직렬로 배치되어 있는 LED 스트링(string)을 포함하며, 도면에 도시하지 않았으나, 다수의 LED 스트링(string)을 포함할 수 있다.
이때, LED 스트링의 마지막 LED(LEDn)의 캐소드(cathode) 단자는 LED 구동부(50)에 연결되어 있으며, 마지막 LED(LEDn)의 캐소드(cathode) 단자의 LED 전압(VLED)은 LED 구동부(50)로 제공된다.
또한, 전원부(30)는 LED 구동부(50)로부터 LED 전압(VLED)을 제공받으며, LED 전압(VLED) 값에 따라 LED 구동전압(Vcc)을 조절한다. 이렇게 조절된 LED 구동전압(Vcc)은 광원 유니트(70)로 제공된다.
LED 구동부(50)는 LED 스트링의 마지막 LED(LEDn)의 캐소드(cathode) 단자로부터 LED 전압(VLED)을 제공받으며, 광원 유니트(70)에 배치되어 있는 다수의 LED 스트링(string)에 일정한 전류가 흐르도록 제어한다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동회로의 LED 구동부에 대해 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 LED 구동부(140)는 전압 모니터링부(52)와 정전류 제어부(54)를 포함한다.
전압 모니터링부(52)는 광원 유니트(200)의 LED 스트링의 마지막 LED(LEDn)의 캐소드(cathode) 단자의 LED 전압(VLED)을 제공받는다. 그리고, 전압 모니터링부(52)는 미리 설정된 기준전압과 LED 전압(VLED)을 비교한다. 이때, LED 전압(VLED)이 기준전압보다 낮은 전압이면, 전원부(30)에 제어신호(CON)를 제공하고, LED 전압(VLED)에 따른 소정의 전압(Vm)을 정전류 제어부(54)로 제공한다. 그러면, 전원부(30)는 제어신호(CON)에 의해 LED 구동전압(Vcc)을 조절하여 광원 유니트(70)로 제공한다.
예를 들면, 미리 설정된 기준전압이 0.5V 내지 1V이고, LED 스트링의 마지막 LED(LEDn)의 캐소드(cathode) 단자의 LED 전압(VLED)이 0.4V라고 가정하면, LED 전압(VLED)이 기준전압보다 낮은 전압이므로, 전압 모니터링부(52)는 LED 전압(VLED)이 0.5V가 되도록 LED 구동전압(Vcc)을 조절하여 광원 유니트(70)로 제공한다. 이때에 정전류 제어부(54)는 동작하지 않게 된다. 이에 대한 자세한 설명은 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
또한, 전압 모니터링부(52)는 미리 설정된 기준전압과 LED 전압(VLED)을 비교하여 LED 전압(VLED)이 기준전압보다 높은 전압, 예를 들어 LED 전압(VLED)이 3V이면, LED 전압(VLED)에 따른 소정의 전압(Vm)을 정전류 제어부(54)로 제공한다. 여기서, LED 전압(VLED)이 기준전압보다 높은 전압인 경우에는 LED 스트링의 중 적어도 어느 하나의 LED에 단락(short)이 발생한 것으로 판단하여 전압 모니터링부(52)는 0V의 전압을 정전류 제어부(54)로 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서는 전압 모니터링부(52)가 하나의 LED 스트링의 마지막 LED(LEDn)의 캐소드(cathode) 단자의 LED 전압(VLED)을 제공 받는 것에 대해 설명하였으나, 다수의 LED 스트링의 LED 전압(VLED)을 제공 받을 수 있다. 또한, 전압 모니터링부(52)는 다수의 LED 전압(VLED) 중에서 제일 낮은 LED 전압(VLED)과 미리 설정된 기준전압과 비교하여 비교 결과에 따라 LED 구동전압(Vcc)을 조절할 수도 있고, 정전류 제어부(54)의 동작을 멈추게 할 수 도 있다.
정전류 제어부(54)는 광원 유니트(70)에 배치되어 있는 LED 스트링(string)에 일정한 전류가 흐르도록 제어하는 역할을 한다.
도 3을 참조하면, 정전류 제어부(54)는 (+) 입력 단자와 (-) 입력 단자를 갖는 연산 증폭기(OP1), 연산 증폭기의 출력 단자(Vop)에 연결되어 있는 저항(R1), 베이스는 저항(R1)의 일단과 연결되어 있으며, 콜렉터는 LED 스트링의 마지막 LED(LEDn)의 캐소드(cathode) 단자와 연결되어 있고, 에미터는 저항(R2)의 일단과 연결되어 있는 바이폴라 트랜지스터(T1) 및 일단은 바이폴라 트랜지스터(T1)의 에미터와 연결되어 있으며, 타단은 접지전압(GND)에 연결되어 있는 저항(R2)을 포함한다.
또한, 정전류 제어부(54)의 연산 증폭기(OP1)는 전압 모니터링부(52)로부터 LED 전압(VLED)에 따른 소정의 전압(Vm)을 제공받는다. 예를 들면, 광원 유니트(70)에 배치되어 있는 LED 스트링에 100mA의 전류를 흐르게 하기 위해서는 저항(R1)이 10Ω이라고 가정한다면, 전압 모니터링부(52)로부터 제공되는 소정의 전압(Vm)은 1V가 된다.
이에 따라 연산 증폭기(OP1)의 (+) 입력 단자에 1V의 전압이 인가되면, 소정의 전류가 저항(R1)에 흐르게 되고, 바이폴라 트랜지스터(T1)의 베이스 단자에 소정의 전압이 인가되어 바이폴라 트랜지스터(T1)가 턴 온된다. 이때, 바이폴라 트랜지스터(T1)의 에미터 단자에 연결되어 있는 저항(R2)에는 LED 스트링에 흐르는 100mA의 전류가 흐르게 된다. 따라서, 저항(R2)에 흐르는 전류를 일정하게 제어하게 됨으로써 정전류 회로로 동작하게 된다.
또한, 정전류 제어부(54)의 연산 증폭기(OP1)는 전압 모니터링부(52)로부터 LED 전압(VLED)에 따른 소정의 전압(Vm)을 제공받는데, LED 전압(VLED)이 기준전압보다 높은 전압인 경우, LED 스트링의 중 적어도 어느 하나의 LED에 단락(short)이 발생한 것으로 판단하여 전압 모니터링부(52)는 예를 들면, 0V의 전압을 연산 증폭기(OP1)의 (+) 입력 단자로 제공한다.
한편, LED 스트링의 첫 번째 LED의 애노드(anode)에 LED 구동전압(Vcc)이 인가되고 있지만, 정전류 제어부(54)는 동작하지 않게 되고, 이로 인해 LED 스트링을 이루고 있는 LED(LED1, LED2, LED3, ... ,LEDn)들도 동작하지 않게 된다. 따라서, 다수의 LED 스트링 중 단락이 발생한 LED 스트링을 검출할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서는 광원 유니트(70)의 주변 환경 온도에 따라 다수의 LED 스트링의 LED 전압(VLED)이 변동될 수 있으므로 주변 환경 온도에 따라 정전류 제어부의 동작을 멈추게 하여 정전류 제어부를 보호할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 주변 환경 온도에 따라 동작하는 정전류 제어부의 내부 회로도이다.
도 4를 참조하면, 정전류 제어부(74)의 바이폴라 트랜지스터(T1)의 온도가 높아질 때 바이폴라 트랜지스터(T1)의 콜렉터와 에미터 사이에 흐르는 전류를 차단하기 위해 베이스에 연결되어 있는 저항의 값을 크게 설정할 수 있는데 본 발명에서는 주변 환경 온도가 높아짐에 따라 저항 값이 커지는 PCT 소자(76)를 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 주변 환경 온도에 따라 동작하는 정전류 제어부(74)는 (+) 입력 단자와 (-) 입력 단자를 갖는 연산 증폭기(OP1), 일단은 연산 증폭기의 출력 단자(Vop)에 연결되어 있으며, 타단은 바이폴라 트랜지스터(T1)의 베이스에 연결되어 있는 PCT 소자(76), 베이스는 PCT 소자(76)의 일단과 연결되어 있으며, 콜렉터는 LED 스트링의 마지막 LED(LEDn)의 캐소드(cathode) 단자와 연결되어 있고, 에미터는 저항(R1)의 일단과 연결되어 있는 바이폴라 트랜지스터(T1) 및 일단은 바이폴라 트랜지스터(T1)의 에미터와 연결되어 있으며, 타단은 접지전압(GND)에 연결되어 있는 저항(R1)을 포함한다.
또한, 정전류 제어부(54)는 전압 모니터링부(52)에서 LED 전압(VLED)에 따른 소정의 전압(Vm)을 제공하여도 주변 환경 온도가 높아짐에 따라 저항 값이 커지게 되므로, 정전류 제어부(74)는 동작하지 않게 된다.
상기와 같이, 본 발명에서는 다수의 LED 스트링 중 단락이 발생한 LED 스트링을 검출할 수 있으며, 이로 인해 단락이 발생한 LED 스트링에 전류를 차단할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 주변 환경 온도에 따라 저항 값이 커지는 PCT 소자를 사용하여 주변 환경 온도에 따라 정전류 제어부의 동작을 멈추게 하여 주변 온도에 의해 정전류 회로가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 이로 인해 주변 환경 온도에 따라 정전류 회로를 보호할 수 있게 된다.
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서, 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
30: 전원부 50: LED 구동부
52: 전압 모니터링부 54, 74: 정전류 제어부
70: 광원 유니트 76: PCT 소자
100: LED 구동회로

Claims (12)

  1. 직렬로 배치되어 있는 적어도 하나의 LED 스트링(string)을 포함하는 광원 유니트;
    외부로부터 입력전압을 제공받아 상기 LED 스트링을 구동시키기 위한 LED 구동전압을 생성하는 전원부; 및
    상기 LED 스트링의 마지막 LED의 캐소드 단자의 LED 전압을 제공받으며, 상기 LED 전압과 미리 설정된 기준전압과 비교하여 비교 결과에 따라 상기 LED 구동전압을 조절하거나 또는 상기 적어도 하나의 LED 스트링의 전류를 차단시키는 LED 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전원부는 상기 LED 구동부로부터 제공되는 상기 제어신호에 의해 상기 LED 구동전압을 조절하는 것을 특징으로 하는 LED 구동장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어신호에 의해 조절된 LED 구동전압은 상기 광원 유니트로 제공되는 것을 특징으로 하는 LED 구동장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 LED 구동부는 상기 광원 유니트로부터 상기 LED 전압을 제공받으며, 상기 LED 전압과 미리 설정된 기준전압과 비교하여 비교 결과에 따라 상기 적어도 하나의 LED 스트링에 일정한 전류를 제공하는 제1 전압을 제공하거나 또는 상기 적어도 하나의 LED 스트링에 전류를 차단시키는 제2 전압을 제공하는 전압 모니터링부; 및
    상기 전압 모니터링부로부터 상기 제1 전압 또는 제2 전압을 제공받아 상기 광원 유니트의 LED 스트링에 일정한 전류를 제공하거나 또는 차단시키는 정전류 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전압 모니터링부는 상기 기준전압과 LED 전압을 비교하여 상기 LED 전압이 기준전압보다 낮은 전압이면, 상기 LED 구동전압을 조절하는 제어신호를 상기 전원부로 제공하고, 상기 제1 전압을 정전류 제어부로 제공하는 것을 특징으로 하는 LED 구동장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 전압 모니터링부는 상기 기준전압과 LED 전압을 비교하여 상기 LED 전압이 기준전압보다 높은 전압이면, 상기 적어도 하나의 LED 스트링의 전류를 차단하는 제2 전압을 정전류 제어부로 제공하는 것을 특징으로 하는 LED 구동장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 정전류 제어부는,
    (+) 입력 단자에는 상기 제1 전압 또는 제2 전압이 제공되는 연산 증폭기;
    일단은 상기 LED 스트링의 마지막 LED의 캐소드 단자에 연결되어 있는 바이폴라 트랜지스터;
    일단은 상기 연산 증폭기의 출력 단자와 연결되어 있으며, 타단은 상기 바이폴라 트랜지스터의 베이스에 연결되어 있는 제1 저항; 및
    일단은 상기 바이폴라 트랜지스터의 에미터에 연결되어 있으며, 타단은 접지전압에 연결되어 있는 제2 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 연산 증폭기의 (-) 입력 단자는 상기 바이폴라 트랜지스터의 에미터와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 LED 구동장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 정전류 제어부는,
    (+) 입력 단자에는 상기 제1 전압 또는 제2 전압이 제공되는 연산 증폭기;
    일단은 상기 LED 스트링의 마지막 LED의 캐소드 단자에 연결되어 있는 바이폴라 트랜지스터;
    일단은 상기 연산 증폭기의 출력 단자와 연결되어 있으며, 타단은 상기 바이폴라 트랜지스터의 베이스에 연결되어 있는 PCT 소자; 및
    일단은 상기 바이폴라 트랜지스터의 에미터에 연결되어 있으며, 타단은 접지전압에 연결되어 있는 제1 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 PCT 소자는 온도가 높아짐에 따라 저항 값이 커지는 소자인 것을 특징으로 하는 LED 구동장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 PCT 소자의 저항 값에 따라 상기 바이폴라 트랜지스터가 턴 온 또는 턴 오프되는 것을 특징으로 하는 LED 구동장치.
  12. 화상이 표시되는 액정패널; 및
    제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항의 상기 LED 구동장치를 포함하는 액정표시장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20130104594A (ko) * 2012-03-14 2013-09-25 엘지디스플레이 주식회사 액정표시장치와 이의 구동방법
US9185769B2 (en) 2012-10-10 2015-11-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Light source apparatus and vehicle headlight using the same
KR20160011777A (ko) * 2014-07-22 2016-02-02 삼성디스플레이 주식회사 백라이트 유닛의 동작 방법 및 백라이트 유닛을 포함하는 표시장치

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