KR20150062699A - 발광 다이오드를 포함하는 발광 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

발광 다이오드를 포함하는 발광 장치 및 그 구동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발광 다이오드를 포함하는 발광 장치 및 그 구동 방법에 관한 것으로, 특히 간단한 회로 및 높은 효율을 가지는 발광 다이오드를 포함하는 발광 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다. 본 발명의 한 실시예에 따른 발광 장치는 적어도 하나의 발광 다이오드 열을 포함하는 광원부, 그리고 상기 발광 다이오드 열의 캐소드 단에 연결되어 있으며 상기 발광 다이오드 열에 흐르는 구동 전류를 제어하는 정전류 제어부를 포함하고, 상기 정전류 제어부는 상기 발광 다이오드 열의 캐소드 단에 연결되어 있는 트랜지스터, 그리고 상기 트랜지스터에 연결되어 있는 스위칭부 및 감지 저항을 포함하고, 상기 스위칭부는 상기 감지 저항과 상기 트랜지스터 사이를 단속한다.

Description

발광 다이오드를 포함하는 발광 장치 및 그 구동 방법{LIGHT EMITTING DEVICE INCLUDING LIGHT EMITTING DIODE AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 발광 다이오드를 포함하는 발광 장치 및 그 구동 방법에 관한 것으로, 특히 간단한 회로 및 높은 효율을 가지는 발광 다이오드를 포함하는 발광 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
평판 표시 장치에는 발광 다이오드 표시 장치(light emitting diode display, LED), 전계 발광 표시 장치(field emission display, FED), 진공 형광 표시 장치(vacuum fluorescent display, VFD), 플라즈마 표시 장치(plasma display panel, PDP) 등과 같이 스스로 발광하는 자체 발광형 표시 장치와 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCE), 전기 영동 표시 장치(electrophoretic display) 등과 같이 스스로 발광하지 못하고 광원을 필요로 하는 수광형 표시 장치가 있다.
수광형 표시 장치는 영상을 표시하는 표시판과 표시판에 광을 공급하는 백라이트부를 포함하고, 백라이트부는 광원부를 포함한다. 광원부는 광을 발생시키는 광원을 포함한다. 광원의 예로는 냉음극 형광 램프(cold cathode fluorescent lamp, CCFL), 평판 형광 램프(flat fluorescent lamp, FFL, 발광 다이오드(light emitting diode, LED) 등이 있다. 최근에는 소비 전력이 적고 발열량도 적은 발광 다이오드를 광원으로 자주 사용된다.
발광 다이오드를 광원으로 사용하는 광원부는 복수의 발광 다이오드가 직렬로 연결되어 있는 발광 다이오드 열(LED string)을 적어도 한 개 포함한다. 광원부의 휘도를 조절하는 여러 디밍 방법(조광 방법이라고도 함)에 따라 발광 다이오드 열을 따라 흐르는 구동 전류를 조절하여 광원부의 휘도를 조절할 수 있다.
발광 다이오드 열마다 각 발광 다이오드에 걸리는 전압에 편차가 발생하기 때문에 모든 발광 다이오드 열에 동일한 전류를 흘리기 위해 각 발광 다이오드 열의 양단에 걸리는 전압은 다를 수 있다. 따라서 발광 다이오드 구동부는 각 발광 다이오드 열의 밝기를 일정하게 유지하기 위한 정전류 제어부를 포함한다. 정전류 제어부는 서로 연결되어 있는 트랜지스터 및 감지 저항(sensing resistor)을 포함하는데, 감지 저항에는 발광 다이오드에 흐르는 구동 전류가 그대로 흐르므로 발열이 많이 발생한다. 따라서 각 발광 다이오드 열마다 사이즈가 큰 감지 저항 여러 개를 병렬로 구성하여 발광 다이오드 구동부의 회로가 복잡해지고, 불필요한 전력 소비가 발생한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 발광 장치가 포함하는 발광 다이오드 열에 연결된 정전류 제어부의 소비 전력 및 발열을 줄이는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 발광 다이오드 구동부의 효율을 높이고 회로를 간단히 하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 발광 장치는 적어도 하나의 발광 다이오드 열을 포함하는 광원부, 그리고 상기 발광 다이오드 열의 캐소드 단에 연결되어 있으며 상기 발광 다이오드 열에 흐르는 구동 전류를 제어하는 정전류 제어부를 포함하고, 상기 정전류 제어부는 상기 발광 다이오드 열의 캐소드 단에 연결되어 있는 트랜지스터, 그리고 상기 트랜지스터에 연결되어 있는 스위칭부 및 감지 저항을 포함하고, 상기 스위칭부는 상기 감지 저항과 상기 트랜지스터 사이를 단속한다.
상기 정전류 제어부는 상기 트랜지스터의 베이스에 연결된 출력 단자를 포함하는 제1 연산 증폭기를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 연산 증폭기는 상기 트랜지스터의 에미터에 연결되어 있는 반전 단자 및 기준 전압 단자에 연결되어 있는 비반전 단자를 더 포함할 수 있다.
상기 스위칭부는 주기적으로 스위칭될 수 있다.
상기 스위칭부는 상기 트랜지스터의 에미터와 상기 접지 전압 단자 사이에 연결되어 있는 제1 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
상기 스위칭부는 상기 제1 스위칭 소자의 게이트에 주기적인 펄스 신호를 인가하는 펄스 생성부를 더 포함할 수 있다.
상기 스위칭부는 상기 펄스 생성부의 펄스 신호와 외부 펄스폭 변조기로부터 디밍 신호에 동기한 신호를 입력받는 논리곱 게이트를 더 포함하고, 상기 논리곱 게이트의 출력은 상기 제1 스위칭 소자의 상기 게이트에 입력될 수 있다.
상기 스위칭부는 상기 펄스 생성부에 전원 전압을 인가하는 전원 입력부를 더 포함하고, 상기 전원 입력부는 상기 펄스 생성부에 연결된 제2 스위칭 소자를 포함하고, 상기 제2 스위칭 소자의 게이트에는 디밍 신호에 동기된 제어 신호가 입력될 수 있다.
상기 스위칭부는 상기 트랜지스터의 에미터의 전압이 일정 전압 범위를 벗어나거나 일정 전압과 달라질 때 상기 감지 저항에 전류가 흐르도록 제어할 수 있다.
상기 스위칭부는 상기 트랜지스터의 에미터와 상기 제1 연산 증폭기의 상기 반전 단자 사이에 연결되어 있는 제3 스위칭 소자, 상기 트랜지스터의 에미터와 상기 접지 전압 단자 사이에 연결되어 있는 제4 스위칭 소자, 그리고 상기 제4 스위칭 소자의 게이트에 연결되어 있는 출력 단자를 가지는 제2 연산 증폭기를 포함할 수 있다.
상기 제3 스위칭 소자 및 상기 제4 스위칭 소자의 채널형은 서로 반대일 수 있다.
상기 제2 연산 증폭기의 비반전 단자는 상기 기준 전압 단자와 연결되어 있고, 상기 제2 연산 증폭기의 반전 단자는 상기 트랜지스터의 에미터와 연결되어 있을 수 있다.
상기 제3 스위칭 소자는 NMOSFET이고, 상기 제4 스위칭 소자는 PMOSFET일 수 있다.
상기 발광 다이오드 열의 애노드 단에 구동 전압을 인가하는 DC_DC 변환부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시에에 따른 발광 장치의 구동 방법은 적어도 하나의 발광 다이오드 열을 포함하는 광원부, 그리고 상기 발광 다이오드 열의 캐소드 단에 연결되어 있는 정전류 제어부를 포함하는 발광 장치에서, 상기 발광 다이오드 열의 애노드 단에 구동 전압을 인가하여 상기 발광 다이오드 열에 구동 전류를 흘리는 단계, 상기 구동 전류에 대해 제1 구간 동안 정전류 제어하는 단계, 그리고 상기 구동 전류에 대해 제2 구간 동안 정전류 제어를 중단하는 단계를 포함하고, 상기 제1 구간 및 상기 제2 구간은 교대로 반복된다.
상기 제1 구간과 상기 제2 구간은 주기적으로 반복될 수 있다.
상기 정전류 제어부는 상기 발광 다이오드 열의 캐소드 단에 연결되어 있는 트랜지스터, 그리고 상기 트랜지스터에 연결되어 있는 스위칭부 및 감지 저항을 포함하고, 상기 제1 구간에서 상기 감지 저항에 전류가 흐르고, 상기 제2 구간에서 상기 감지 저항에 전류가 흐르지 않을 수 있다.
상기 제1 구간과 상기 제2 구간은 비주기적으로 반복될 수 있다.
상기 정전류 제어부는 상기 발광 다이오드 열의 캐소드 단에 연결되어 있는 트랜지스터, 그리고 상기 트랜지스터에 연결되어 있는 스위칭부 및 감지 저항을 포함하고, 상기 제1 구간에서 상기 감지 저항에 전류가 흐르고, 상기 제2 구간에서 상기 감지 저항에 전류가 흐르지 않을 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면 발광 장치가 포함하는 발광 다이오드 열에 연결된 정전류 제어부의 소비 전력 및 발열을 줄일 수 있고, 발광 다이오드 구동부의 효율을 높이고 회로를 간단히 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 발광 장치의 블록도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 발광 다이오드 구동부의 회로도이고,
도 3은 도 2에 도시한 발광 다이오드 구동부의 다른 상태에 대한 회로도이고,
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 발광 다이오드 구동부의 디밍 신호 및 각 발광 디이오드 열의 구동 전류의 타이밍도이고,
도 5A, 도 5B 및 도 6은 각각 본 발명의 한 실시예에 따른 발광 다이오드 구동부의 회로도이고,
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 발광 장치를 포함하는 표시 장치의 블록도이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 한 실시예에 따른 발광 장치에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 발광 장치의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 발광 장치는 발광 다이오드 구동부(light emitting diode driver)(800) 및 광원부(light emitting unit)(900)를 포함한다.
광원부(900)는 병렬로 연결된 적어도 한 개의 발광 다이오드 열(light emitting diode string, LED string)(910)을 포함한다. 각 발광 다이오드 열(910)은 직렬로 연결된 복수의 발광 다이오드(901)를 포함한다.
각 발광 다이오드 열(910)은 애노드 단(anode terminal)과 캐소드 단(cathode terminal) 사이의 전압차에 따른 구동 전류(ILED)에 따른 휘도로 발광한다. 발광 다이오드 열(910)의 양단 사이의 전압차는 서로 같을 수도 있고 다를 수도 있다.
발광 다이오드 구동부(800)는 광원부(900)를 구동한다. 발광 다이오드 구동부(800)는 발광 다이오드 구동 전압(VLED)을 생성하고, 각 발광 다이오드 열(910)의 애노드 단에 발광 다이오드 구동 전압(VLED)을 인가한다.
발광 다이오드 구동부(800)는 각 발광 다이오드 열(910)의 캐소드 단에 연결되어 각 발광 다이오드 열(910)의 구동 전류(ILED)를 제어한다. 발광 다이오드 구동부(800)는 발광 다이오드 열(910)의 캐소드 단 쪽의 적어도 한 노드의 전압(VA, VB), 그리고 내부 또는 외부에서 조절 가능한 목표 발광 다이오드 구동 전류의 정보 등에 기초하여 발광 다이오드 열(910)의 구동 전류(ILED)를 제어할 수 있다.
그러면, 앞에서 설명한 도 1과 함께 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 한 실시예에 따른 발광 장치의 구체적인 구조에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 발광 다이오드 구동부의 회로도이고, 도 3은 도 2에 도시한 발광 다이오드 구동부의 다른 상태에 대한 회로도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 발광 다이오드 구동부(800)는 DC-DC 변환부(810) 및 정전류 제어부(constant current controlling unit)(820)를 포함한다. 도 2 및 도 3에 도시한 실시예에서는 네 개의 발광 다이오드 열(910)이 도시되어 있으나 발광 다이오드 열(910)의 개수는 이에 한정되는 것은 아니다.
DC-DC 변환부(810)는 각 발광 다이오드 열(910)의 애노드 단과 연결되어 있다. DC-DC 변환부(810)는 입력 전압(Vin)을 받아 발광 다이오드 구동 전압(VLED)을 생성하여 각 발광 다이오드 열(910)의 애노드 단에 입력한다.
DC-DC 변환부(810)는 각 발광 다이오드 열(910)의 캐소드 단의 전압(VA)을 피드백받아 이를 바탕으로 발광 다이오드 구동 전압(VLED)을 생성할 수 있다. 각 발광 다이오드 열(910)에서 소비되는 전력은 서로 미세하게 다를 수 있는데, 이러한 차이로 인해 각 발광 다이오드 열(910)의 캐소드 단의 전압("헤드룸 전압(head-room voltage)"이라 함)(VA)이 서로 다를 수 있다. DC-DC 변환부(810)는 예를 들어 헤드룸 전압 중 가장 낮은 전압을 피드백한 전압을 바탕으로 발광 다이오드 구동 전압(VLED)을 제어할 수 있다. 이를 헤드룸 컨트롤(head-room control)이라고도 한다.
DC-DC 변환부(810)의 출력 단자는 축전기(C1)에 연결되어 있을 수 있다.
정전류 제어부(820)는 각 발광 다이오드 열(910)의 캐소드 단에 연결되어 있는 트랜지스터(Q1), 연산 증폭기(OA1), 스위칭부(SW), 그리고 감지 저항(RF)을 포함할 수 있다.
트랜지스터(Q1)는 연산 증폭기(OA1)의 출력 단자에 연결된 베이스(base), 발광 다이오드 열(910)의 캐소드 단과 연결된 콜렉터(collector), 그리고 연산 증폭기(OA1)의 반전 단자 및 감지 저항(RF)과 연결되어 있는 에미터(emitter)를 포함하는 삼단자 트랜지스터이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 트랜지스터(Q1)는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 바이폴라 접합 트랜지스터(bipolar junction transistor)(이하 "BJT"라 함)일 수도 있고, 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)(이하 "MOSFET"이라 함)일 수도 있다. 트랜지스터(Q1)는 선형 영역에서 구동되어 콜렉터-에미터(collector-emitter)의 임피던스(impedance)를 조절하여 발광 다이오드 열(910)의 구동 전류(ILED1, ILED2, …)를 일정하게 유지할 수 있다. 본 발명의 한 실시예에 따른 트랜지스터(Q1)는 NPN형으로 베이스는 P형, 에미터와 콜렉터는 각각 N형일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
연산 증폭기(OA1)는 차동 증폭기일 수 있으며, 기준 전압(Vref)과 트랜지스터(Q1)의 에미터의 전압(VB) 사이의 차이를 증폭할 수 있다. 연산 증폭기(OA1)는 비반전 단자(+), 반전 단자(-), 그리고 출력 단자를 포함한다. 기준 전압(Vref)은 연산 증폭기(OA1)의 비반전 단자(+)에 입력될 수 있고, 트랜지스터(Q1)의 에미터의 전압(VB)은 연산 증폭기(OA1)의 반전 단자(-)에 입력될 수 있다. 연산 증폭기(OA1)의 출력 단자는 트랜지스터(Q1)의 베이스에 연결되어 있다.
연산 증폭기(OA1)는 기준 전압(Vref)과 트랜지스터(Q1)의 에미터의 전압(VB)을 바탕으로 트랜지스터(Q1)의 베이스에 인가되는 전류(IB)를 조절함으로써 트랜지스터(Q1)의 콜렉터-에미터의 임피던스, 즉 트랜지스터(Q1)의 콜렉터-에미터 전압(VCE)을 조절하여 발광 다이오드 열(910)의 구동 전류(ILED1, ILED2, …)를 일정하게 제어할 수 있다.
연산 증폭기(OA1)와 트랜지스터(Q1) 사이에는 병렬로 연결된 저항 및 축전기가 연결되어 있을 수 있으며, 이들은 기생 축전기 및 기생 저항일 수 있다. 연산 증폭기(OA1)와 트랜지스터(Q1) 사이에 연결된 저항 및 축전기는 생략될 수도 있다.
연산 증폭기(OA1)의 비반전 단자(+)에 인가되는 기준 전압(Vref)은 일정할 수도 있고 변할 수도 있다.
스위칭부(SW)는 트랜지스터(Q1)의 에미터 및 감지 저항(RF)에 연결되어 있다. 스위칭부(SW)는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 스위치 제어 신호에 따라 트랜지스터(Q1)의 에미터와 감지 저항(RF) 사이를 단속(connecting and disconnecting)할 수 있다. 즉, 스위칭부(SW)는 트랜지스터(Q1)의 에미터와 감지 저항(RF)에 연결되어 감지 저항(RF)에 전류가 흐르게 하거나 흐르지 않게 제어할 수 있다.
감지 저항(RF)은 스위칭부(SW)와 접지 전압 등의 기준 전압 사이에 연결되어 있다. 감지 저항(RF)은 트랜지스터(Q1)에 흐르는 전류, 즉 발광 다이오드 열(910)의 구동 전류(ILED1, ILED2, …)의 크기를 결정할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이 스위칭부(SW)가 트랜지스터(Q1)의 에미터와 감지 저항(RF)를 연결하는 동안(이후 "정전류 제어 구간(constant current controlling period"이라 함)에는 감지 저항(RF)에도 트랜지스터(Q1)에 흐르는 구동 전류(ILED1, ILED2, …)가 그대로 흐르므로 발열되어 전력이 소비될 수 있다.
반면, 도 3에 도시한 바와 같이 스위칭부(SW)가 트랜지스터(Q1)의 에미터와 감지 저항(RF)을 연결하지 않고 트랜지스터(Q1)의 에미터를 접지 전압 단자와 연결하는 동안(이후 "정전류 미제어 구간((constant current not-controlling period)"이라 함)에는 감지 저항(RF)에 전류가 흐르지 않고 접지 전압 단자 쪽으로 구동 전류(ILED1, ILED2, …)가 흐르므로 감지 저항(RF)에 발열이 생기지 않고 전력이 소비되지 않는다. 정전류 미제어 구간에서는 이전 정전류 제어 구간에서 제어된 발광 다이오드 열(910)의 캐소드 단의 전압(VA)이 유지되고 이에 따른 구동 전류(ILED1, ILED2, …)가 발광 다이오드 열(910)에 일정하게 흐를 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 DC-DC 변환부(810) 및 정전류 제어부(820)는 함께 하나의 집적 회로 칩에 포함될 수 있다.
그러면, 이러한 발광 다이오드 구동부의 구동 방법에 대해 앞에서 설명한 도면들과 함께 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 발광 다이오드 구동부의 디밍 신호 및 각 발광 디이오드 열의 구동 전류의 타이밍도이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 발광 다이오드 구동부는 따라 발광 다이오드(901)의 휘도를 조절하기 위해 디밍 신호(DIMMING)에 따라 동작할 수 있다. 디밍 신호(DIMMING)는 주기적으로 반복되는 온(ON) 구간 및 오프(OFF) 구간을 포함하며, 목표하는 휘도에 따라 ON/OFF 듀티비(duty ratio)가 조절될 수 있다. 디밍 신호(DIMMING)가 온(ON)일 때 발광 다이오드(901)에 구동 전류(ILED1, ILED2, …)가 흘러 발광할 수 있다.
발광 다이오드(901)에 구동 전류(ILED1, ILED2, …)가 흘러 발광하는 발광 구간은 적어도 하나의 정전류 제어 구간(P1)과 그 나머지 구간인 정전류 미제어 구간(P2)을 포함한다. 도 4는 각 발광 구간의 초기에 정전류 제어 구간(P1)이 위치하고 그 나머지에 정전류 미제어 구간(P2)이 위치하는 예를 도시하나 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예를 들어, 정전류 제어 구간(P1)은 발광 구간의 중간에 위치할 수도 있다. 또 다른 예를 들어, 하나의 발광 구간 동안 복수의 정전류 제어 구간(P1)이 시간적으로 이격되어 위치할 수 있고, 그 사이에 복수의 정전류 미제어 구간(P2)이 위치할 수도 있다.
정전류 제어 구간(P1)에는 연산 증폭기(OA1)가 정전류 제어 동작을 하므로 발광 다이오드 열(910)에 흐르는 구동 전류(ILED1, ILED2, …)를 일정하게 제어할 수 있고, 정전류 미제어 구간(P2)에서는 이전 정전류 제어 구간(P1)에서 제어된 발광 다이오드 열(910)의 캐소드 단의 전압(VA)이 실질적으로 유지될 수 있고, 이에 따른 구동 전류(ILED1, ILED2, …)가 발광 다이오드 열(910)에 실질적으로 일정하게 흐를 수 있다.
더 구체적으로, 정전류 미제어 구간(P2)에서의 구동 전류(ILED1, ILED2, …)는 정전류 제어 구간(P1)에서의 구동 전류(ILED1, ILED2, …)와 실질적으로 동일하거나 미세하게 변화될 수 있다. 그러나 정전류 제어 구간(P1) 및 정전류 미제어 구간(P2)의 시간 및 비(ratio)를 적절히 조절하면 정전류 미제어 구간(P2)에서의 구동 전류(ILED1, ILED2, …)에 변화가 생기더라도 관찰자에게 시인되지 않을 정도로 제어 가능하다.
또한 발광 다이오드(901)의 경우 그 전압 변동이 CCFL 등의 다른 광원과 달리 매우 작기 때문에 본 발명의 한 실시예와 같이 정전류 제어 구간(P1)을 간헐적으로 두더라도 발광 다이오드(901)의 휘도 변화는 관찰자에게 실제 시인되지 않을 수 있다.
정전류 제어 구간(P1)의 시간은 일정하게 설정될 수도 있고, 실시간으로 변화될 수도 있다. 정전류 제어 구간(P1)의 시간은 정전류 미제어 구간(P2)의 시간보다 짧을 수 있다.
이와 같이 본 발명이 한 실시예에 따르면 일정 시간 동안에만 정전류 제어를 하므로 감지 저항(RF)에 항상 전류가 흐르지 않아도 된다. 따라서 감지 저항(RF)에서의 발열량을 줄일 수 있고 불필요한 전력이 소비되는 것을 막을 수 있다. 이때 발광 다이오드 구동부의 효율 및 발열량을 줄이기 위해 정전류 제어 구간(P1)의 시간이 최대한 짧아질 수 있도록 제어할 수 있다.
또한 종래와 같이 감지 저항(RF)의 발열을 막기 위해 감지 저항(RF)을 사이즈가 큰 여러 개의 저항을 병렬로 연결하여 구성할 필요가 없고 작은 저항 하나로도 감지 저항(RF)을 구성할 수 있다. 따라서 발광 다이오드 구동부의 회로를 간단히 할 수 있고, 감지 저항(RF)을 집적 회로 칩 내부에 내장할 수도 있다.
또한 정전류 제어 구간(P1)이 최대한 짧아질 수 있으므로 발광 다이오드 구동부의 효율이 높아질 수 있다.
이제 앞에서 설명한 도면들과 함께 도 5A 및 도 5B를 참조하여 본 발명의 한 실시예에 따른 발광 장치에 대해 설명한다.
도 5A 및 도 5B는 각각 본 발명의 한 실시예에 따른 발광 다이오드 구동부의 회로도이다.
도 5A 또는 도 5B를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 발광 장치는 발광 다이오드 구동부 및 광원부를 포함한다. 광원부는 병렬로 연결된 적어도 한 개의 발광 다이오드 열(910)을 포함하고, 발광 다이오드 구동부는 DC-DC 변환부(810) 및 정전류 제어부(820)를 포함한다.
DC-DC 변환부(810)는 직류인 입력 전압(Vin)을 입력받아 높은 직류 전압인 발광 다이오드 구동 전압(VLED)을 출력하는 부스트 컨버터일 수 있다. DC-DC 변환부(810)는 인덕터(L1), 다이오드(D1), 스위칭 소자(Q2), 그리고 축전기(C1)를 포함할 수 있다.
스위칭 소자(Q2)는 MOSFET일 수 있다. 도 6은 NMOSTFET을 예시적으로 도시하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 스위칭 소자(Q2)는 게이트에 입력되는 제어 신호에 따라 온/오프되며 이에 따라 발생되는 인덕터(L1)의 자기 에너지 및 축전기(C1)의 충전 에너지에 따라 발광 다이오드 구동 전압(VLED)이 생성된다.
발광 다이오드 열(910)의 애노드 단은 DC-DC 변환부(810)로부터 발광 다이오드 구동 전압(VLED)을 입력받는다.
정전류 제어부(820)는 앞에서 설명한 바와 같이 각 발광 다이오드 열(910)의 캐소드 단에 연결되어 있는 트랜지스터(Q1), 연산 증폭기(OA1), 감지 저항(RF), 그리고 스위칭부(SW)를 포함할 수 있다.
트랜지스터(Q1), 연산 증폭기(OA1), 그리고 감지 저항(RF)에 대한 설명은 앞에서 설명한 바와 동일하므로 여기서 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 스위칭부(SW)는 다양한 방법으로 구성될 수 있으며, 도 5A 및 도 5B는 각각 본 발명의 한 실시예에 따른 스위칭부(SW)의 구성을 도시한다.
도 5A 또는 도 5B를 참조하면, 스위칭부(SW)는 트랜지스터(Q1)의 에미터와 접지 전압 단자 사이에서 감지 저항(RF)과 병렬 연결되어 있는 스위칭 소자(Q3)를 포함한다. 스위칭 소자(Q3)은 NMOSFET일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
정전류 제어부(820)는 스위칭 소자(Q3)의 온/오프에 따라 발광 다이오드 열(910)의 정전류 제어를 하거나 하지 않을 수 있다. 즉, 스위칭 소자(Q3)가 턴오프되면 구동 전류(ILED)가 감지 저항(RF)으로 흐르고 트랜지스터(Q1)의 에미터의 전압(VB)이 연산 증폭기(OA1)로 입력되어 정전류 제어 구간(P1)이 진행된다. 스위칭 소자(Q3)가 턴온되면 구동 전류(ILED)가 스위칭 소자(Q3)를 통해 접지 전압 단자로 흐르고 감지 저항(RF)에는 전류가 흐르지 않으므로 감지 저항(RF)의 전압의 피드백을 통한 정전류 제어가 중단되고 정전류 미제어 구간(P2)이 시작된다. 정전류 미제어 구간(P2)에서 직전 정전류 제어 구간(P1)에서 정해진 발광 다이오드 열(910)의 캐소드 단의 전압(VA)이 실질적으로 유지될 수 있다.
도 5A를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 스위칭부(SW)는 스위칭 소자(Q3)의 게이트에 제어 신호를 인가하는 펄스 생성부(pulse generator)(830), 그리고 외부 펄스폭 변조기(external pulse width modulator)(840)를 더 포함할 수 있다.
펄스 생성부(830)는 주파수 정보와 듀티비 정보를 바탕으로 주기적인 펄스를 생성할 수 있다. 펄스 생성부(830)는 외부로부터 설정된 주파수와 듀티비 정보를 입력받을 수 있으며, 주파수와 듀티비는 적절히 조절될 수 있다.
외부 펄스폭 변조기(840)는 디밍 제어부(도시하지 않음)로부터 디밍 신호에 동기한 신호를 출력할 수 있다.
펄스 생성부(830)의 출력과 외부 펄스폭 변조기(840)의 출력은 논리곱 게이트(850)에 입력되고 논리곱 게이트(850)의 출력이 스위칭 소자(Q3)의 게이트에 입력될 수 있다. 스위칭 소자(Q3)는 논리곱 게이트(850)의 출력에 따라 온/오프가 제어될 수 있다.
예를 들어 외부 펄스폭 변조기(840)는 앞에서 설명한 디밍 신호(DIMMING)를 출력할 수 있다. 이 경우 논리곱 게이트(850)를 통해 디밍 신호(DIMMING)가 온(ON)인 조건 하에서 펄스 생성부(830)의 주기적인 펄스가 스위칭 소자(Q3)의 게이트에 입력될 수 있다. 따라서 디밍 신호(DIMMING)가 온(ON)인 경우에만 펄스 생성부(830)에서 생성된 펄스가 고레벨일 때 스위칭 소자(Q3)가 턴온되어 구동 전류(ILED)가 감지 저항(RF)으로 흐르지 않고 접지 전압 단자 쪽으로 흐르고 펄스 생성부(830)에서 생성된 펄스가 저레벨일 때 스위칭 소자(Q3)가 턴오프되어 구동 전류(ILED)가 감지 저항(RF)으로 흐를 수 있다. 즉, 디밍 신호(DIMMING)가 온(ON)일 때 정전류 제어 구간(P1) 및 정전류 미제어 구간(P2)이 교대로 진행될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 외부 펄스폭 변조기(840)와 논리곱 게이트(850)는 생략될 수도 있다.
다음 도 5B를 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 다이오드 구동부는 도 5A에 도시한 실시예와 대부분 동일하나 스위칭부(SW)가 다를 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 스위칭부(SW)는 트랜지스터(Q1)의 에미터와 접지 전압 단자 사이에서 감지 저항(RF)과 병렬 연결되어 있는 스위칭 소자(Q3), 스위칭 소자(Q3)의 게이트에 제어 신호를 인가하는 펄스 생성부(830), 그리고 전원 입력부(power input unit)(860)를 포함할 수 있다.
펄스 생성부(830)는 주파수 정보와 듀티비 정보를 바탕으로 주기적인 펄스를 생성할 수 있다. 펄스 생성부(830)는 외부로부터 설정된 주파수와 듀티비 정보를 입력받을 수 있으며, 주파수와 듀티비는 적절히 조절될 수 있다.
전원 입력부(860)는 펄스 생성부(830)의 이네이블 단자(enable terminal)(ENA)에 전원을 입력할 수 있다. 본 발명의 한 실시예에 따른 전원 입력부(860)는 펄스 생성부(830)와 전원 전압(VCC)의 단자 사이에 연결되어 있는 스위칭 소자(Q4)를 포함할 수 있다. 스위칭 소자(Q4)는 NMOSFET일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 스위칭 소자(Q4)의 게이트에는 디밍 신호(DIMMING)에 동기된 제어 신호가 입력될 수 있다. 예를 들어 스위칭 소자(Q4)의 게이트에는 디밍 신호(DIMMING)와 동일한 위상의 제어 신호가 입력되어 디밍 신호(DIMMING)가 온(ON)일 때만 스위칭 소자(Q4)가 턴온되어 전원 전압(VCC)이 펄스 생성부(830)에 입력될 수 있다.
스위칭 소자(Q4)의 게이트에는 저항(R4) 및 축전기(C4)가 더 연결되어 있을 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따르면 디밍 신호(DIMMING)가 온(ON)일 때에 스위칭 소자(Q4)를 통해 펄스 생성부(830)에 전원 전압(VCC)이 공급되어 펄스 생성부(830)가 동작할 수 있으므로 즉, 디밍 신호(DIMMING)가 온(ON)일 때 정전류 제어 구간(P1) 및 정전류 미제어 구간(P2)이 교대로 진행될 수 있다
다음, 앞에서 설명한 도면들과 함께 도 6을 참조하여 본 발명의 한 실시예에 따른 발광 장치에 대해 설명한다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 발광 다이오드 구동부의 회로도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 발광 장치는 발광 다이오드 구동부 및 광원부를 포함한다. 광원부는 병렬로 연결된 적어도 한 개의 발광 다이오드 열(910)을 포함하고, 발광 다이오드 구동부는 DC-DC 변환부(810) 및 정전류 제어부(820)를 포함한다.
DC-DC 변환부(810)는 앞에서 설명한 실시예와 동일하므로 여기서 상세한 설명은 생략한다.
정전류 제어부(820)는 앞에서 설명한 바와 같이 각 발광 다이오드 열(910)의 캐소드 단에 연결되어 있는 트랜지스터(Q1), 연산 증폭기(OA1), 감지 저항(RF), 그리고 스위칭부(SW)를 포함할 수 있다.
트랜지스터(Q1), 연산 증폭기(OA1), 그리고 감지 저항(RF)에 대한 설명은 앞에서 설명한 바와 동일하므로 여기서 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 스위칭부(SW)는 다양한 방법으로 구성될 수 있으며, 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 스위칭부(SW)의 구성을 도시한다.
도 6을 참조하면, 스위칭부(SW)는 트랜지스터(Q1)의 에미터의 전압(VB)이 특정 전압 범위 또는 특정 전압과 비교하여 특정 전압 범위를 벗어나거나 특정 전압과 달라지는 경우 감지 저항(RF)에 전류가 흐르도록 하여 정전류 제어를 스위칭할 수 있다.
도 6은 스위칭부(SW)가 트랜지스터(Q1)의 에미터의 전압(VB)이 특정 전압, 예를 들어 기준 전압(Vref)과 달라지는 경우에만 정전류 제어하는 예를 도시한다.
도 6을 참조하면, 스위칭부(SW)는 트랜지스터(Q1)의 에미터와 연산 증폭기(OA1) 사이에 연결되어 있는 스위칭 소자(Q5), 트랜지스터(Q1)의 에미터와 접지 전압 단자 사이에서 감지 저항(RF)과 병렬 연결되어 있는 스위칭 소자(Q6), 그리고 스위칭 소자(Q6)의 게이트에 연결되어 있는 출력 단자를 가지는 연산 증폭기(OA2)를 포함할 수 있다.
스위칭 소자(Q5, Q6)는 NMOSFET일 수 있으며, 스위칭 소자(Q5)와 스위칭 소자(Q6)의 채널형은 서로 반대일 수 있다. 예를 들어 본 실시예에서 스위칭 소자(Q5)는 NMOSFET이고, 스위칭 소자(Q6)은 PMOSFET일 수 있다.
연산 증폭기(OA2)의 비교기로서 기능하며, 비반전 단자(+)는 기준 전압(Vref)을 입력받고, 반전 단자(-)는 트랜지스터(Q1)의 에미터와 연결되어 있다.
트랜지스터(Q1)의 에미터의 전압(VB)이 기준 전압(Vref)과 동일하면 연산 증폭기(OA2)의 출력 전압이 저전압(-VCC)이 되어 PMOSTFET인 스위칭 소자(Q6)가 턴온되고 NMOSTFET인 스위칭 소자(Q5)는 턴오프된다. 따라서 스위칭 소자(Q6)에 온 전류(Ion)가 흐르고 감지 저항(RF)에는 전류가 흐르지 않는다. 이로써 정전류 미제어 구간(P2)이 시작된다.
스위칭 소자(Q6)에 온 전류(Ion)가 흐르는 동안에는 트랜지스터(Q1)의 베이스에 연결되어 있는 축전기(C)에 충전된 전압에 의해 구동 전류(ILED)는 어느 정도의 시간 동안 일정하게 유지될 수 있다.
트랜지스터(Q1)의 에미터의 전압(VB)이 낮아지거나 높아져 기준 전압(Vref)과 달라지면 연산 증폭기(OA2)의 출력이 고전압(+VCC)이 되어 PMOSTFET인 스위칭 소자(Q6)가 턴오프되고 NMOSTFET인 스위칭 소자(Q5)는 턴온된다. 따라서 감지 저항(RF)으로 오프 전류(Ioff), 즉 구동 전류(ILED)가 흐르게 되고 정전류 제어 구간(P1)이 시작된다.
이와 같이 본 실시예에 따르면 트랜지스터(Q1)의 에미터의 전압(VB)의 변화에 따라 주기적 또는 비주기적으로 스위칭 소자(Q5, Q6)을 온/오프하여 구동 전류(ILED)를 실시간으로 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 6에 도시한 연산 증폭기(OA2) 대신 스위칭 소자(Q6)의 게이트에 슈미트 트리거(도시하지 않음)가 연결되어 있을 수도 있다. 이 경우 슈미트 트리거에 의해 트랜지스터(Q1)의 에미터의 전압(VB)이 특정 전압 범위, 즉 두 개의 기준 전압 사이의 범위에 있는지 그 범위를 벗어나는지를 판단하여 스위칭 소자(Q5, Q6)의 온/오프를 제어할 수도 있다.
지금까지 설명한 여러 실시예에 따른 발광 다이오드 구동부(800) 및 광원부(900)는 다양한 표시 장치에 포함될 수 있다. 이에 대해 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 발광 장치를 포함하는 표시 장치의 블록도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치는 액정 표시 장치와 같은 수광형 표시 장치로서 영상을 표시하는 단위인 복수의 화소(PX)를 포함하는 표시판(300) 및 백라이트부(1000)를 포함한다. 백라이트부(1000)는 앞에서 설명한 실시예에 따른 광원부(900) 및 발광 다이오드 구동부(800)를 포함할 수 있다.
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.
300: 표시판
800: 발광 다이오드 구동부
810: DC-DC 변환부
820: 정전류 제어부
830: 펄스 생성부
840: 외부 펄스폭 변조기
850: 논리곱 게이트
860: 전원 입력부
900: 광원부
901: 발광 다이오드
910: 발광 다이오드 열
1000: 백라이트부
OA1, OA2: 연산 증폭기
RF: 감지 저항
Q1: 트랜지스터
SW: 스위칭부

Claims (20)

  1. 적어도 하나의 발광 다이오드 열을 포함하는 광원부, 그리고
    상기 발광 다이오드 열의 캐소드 단에 연결되어 있으며 상기 발광 다이오드 열에 흐르는 구동 전류를 제어하는 정전류 제어부
    를 포함하고,
    상기 정전류 제어부는 상기 발광 다이오드 열의 캐소드 단에 연결되어 있는 트랜지스터, 그리고 상기 트랜지스터에 연결되어 있는 스위칭부 및 감지 저항을 포함하고,
    상기 스위칭부는 상기 감지 저항과 상기 트랜지스터 사이를 단속하는
    발광 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 정전류 제어부는 상기 트랜지스터의 베이스에 연결된 출력 단자를 포함하는 제1 연산 증폭기를 더 포함하는 발광 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 연산 증폭기는 상기 트랜지스터의 에미터에 연결되어 있는 반전 단자 및 기준 전압 단자에 연결되어 있는 비반전 단자를 더 포함하는 발광 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 스위칭부는 주기적으로 스위칭되는 발광 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 스위칭부는 상기 트랜지스터의 에미터와 상기 접지 전압 단자 사이에 연결되어 있는 제1 스위칭 소자를 포함하는 발광 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 스위칭부는 상기 제1 스위칭 소자의 게이트에 주기적인 펄스 신호를 인가하는 펄스 생성부를 더 포함하는 발광 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 스위칭부는 상기 펄스 생성부의 펄스 신호와 외부 펄스폭 변조기로부터 디밍 신호에 동기한 신호를 입력받는 논리곱 게이트를 더 포함하고,
    상기 논리곱 게이트의 출력은 상기 제1 스위칭 소자의 상기 게이트에 입력되는
    발광 장치.
  8. 제6항에서,
    상기 스위칭부는 상기 펄스 생성부에 전원 전압을 인가하는 전원 입력부를 더 포함하고,
    상기 전원 입력부는 상기 펄스 생성부에 연결된 제2 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 제2 스위칭 소자의 게이트에는 디밍 신호에 동기된 제어 신호가 입력되는
    발광 장치.
  9. 제4항에서,
    상기 발광 다이오드 열의 애노드 단에 구동 전압을 인가하는 DC-DC 변환부를 더 포함하는 발광 장치.
  10. 제3항에서,
    상기 스위칭부는 상기 트랜지스터의 에미터의 전압이 일정 전압 범위를 벗어나거나 일정 전압과 달라질 때 상기 감지 저항에 전류가 흐르도록 제어하는 발광 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 스위칭부는
    상기 트랜지스터의 에미터와 상기 제1 연산 증폭기의 상기 반전 단자 사이에 연결되어 있는 제3 스위칭 소자,
    상기 트랜지스터의 에미터와 상기 접지 전압 단자 사이에 연결되어 있는 제4 스위칭 소자, 그리고
    상기 제4 스위칭 소자의 게이트에 연결되어 있는 출력 단자를 가지는 제2 연산 증폭기
    를 포함하는 발광 장치.
  12. 제11항에서,
    상기 제3 스위칭 소자 및 상기 제4 스위칭 소자의 채널형은 서로 반대인 발광 장치.
  13. 제12항에서,
    상기 제2 연산 증폭기의 비반전 단자는 상기 기준 전압 단자와 연결되어 있고,
    상기 제2 연산 증폭기의 반전 단자는 상기 트랜지스터의 에미터와 연결되어 있는
    발광 장치.
  14. 제13항에서,
    상기 제3 스위칭 소자는 NMOSFET이고, 상기 제4 스위칭 소자는 PMOSFET인 발광 장치.
  15. 제11항에서,
    상기 발광 다이오드 열의 애노드 단에 구동 전압을 인가하는 DC_DC 변환부를 더 포함하는 발광 장치.
  16. 적어도 하나의 발광 다이오드 열을 포함하는 광원부, 그리고 상기 발광 다이오드 열의 캐소드 단에 연결되어 있는 정전류 제어부를 포함하는 발광 장치에서,
    상기 발광 다이오드 열의 애노드 단에 구동 전압을 인가하여 상기 발광 다이오드 열에 구동 전류를 흘리는 단계,
    상기 구동 전류에 대해 제1 구간 동안 정전류 제어하는 단계, 그리고
    상기 구동 전류에 대해 제2 구간 동안 정전류 제어를 중단하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 구간 및 상기 제2 구간은 교대로 반복되는
    발광 장치의 구동 방법.
  17. 제16항에서,
    상기 제1 구간과 상기 제2 구간은 주기적으로 반복되는 발광 장치의 구동 방법.
  18. 제17항에서,
    상기 정전류 제어부는 상기 발광 다이오드 열의 캐소드 단에 연결되어 있는 트랜지스터, 그리고 상기 트랜지스터에 연결되어 있는 스위칭부 및 감지 저항을 포함하고,
    상기 제1 구간에서 상기 감지 저항에 전류가 흐르고,
    상기 제2 구간에서 상기 감지 저항에 전류가 흐르지 않는
    발광 장치의 구동 방법.
  19. 제16항에서,
    상기 제1 구간과 상기 제2 구간은 비주기적으로 반복되는 발광 장치의 구동 방법.
  20. 제19항에서,
    상기 정전류 제어부는 상기 발광 다이오드 열의 캐소드 단에 연결되어 있는 트랜지스터, 그리고 상기 트랜지스터에 연결되어 있는 스위칭부 및 감지 저항을 포함하고,
    상기 제1 구간에서 상기 감지 저항에 전류가 흐르고,
    상기 제2 구간에서 상기 감지 저항에 전류가 흐르지 않는
    발광 장치의 구동 방법.
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