KR20240002569A - Led 구동 회로 및 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

일 실시예는, 복수의 LED(light-emitting diode)들이 직렬 연결된 LED 스트링(string) 및 상기 LED 스트링을 통해 흐르는 전류를 조정하여 상기 LED를 구동시키는 LED 구동 회로를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 복수의 LED 스트링들을 백라이트의 각 디밍 영역에 배치함으로써 디스플레이의 시인성을 개선할 수 있다.

Description

LED 구동 회로 및 디스플레이 장치{LIGHT EMITTING DIODE DRIVING CIRCUIT AND BACKLIGHT APPARATUS OF DISPLAY}
본 실시예는 LED 구동 회로 및 상기 LED 구동 회로를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
정보화가 진전되면서 정보를 시각화할 수 있는 다양한 디스플레이 장치들이 개발되고 있다. 액정디스플레이 장치(LCD; Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitting Diode) 디스플레이 장치, PDP(Plasma Display Panel) 디스플레이 장치 등이 최근까지 개발되었거나 개발되고 있는 디스플레이 장치들이다. 이러한 디스플레이 장치들은 고해상 이미지를 적절히 표시할 수 있도록 발전하고 있다.
한편, LED(Light Emitting Diode)가 배치되는 디스플레이 패널을 구동하는 방식은 여러 가지가 있을 수 있는데, 대표적인 것으로 PAM(Pulse Amplitude Modulation) 방식과 PWM(Pulse Width Modulation) 방식이 있다. PAM 방식은 화소의 계조값에 대응되는 아날로그전압을 화소로 공급하고, 아날로그전압에 따라 화소로 흐르는 전류의 크기를 다르게 제어하는 방식이며. PWM 방식은 화소의 계조값에 따라 화소로 공급되는 전류의 시간을 조절하는 방식이다.
일 예로서 디스플레이 패널은 다수의 화소들을 포함하며, 각 화소에 포함된 발광 다이오드(예: LED)에 흐르는 전류에 따라 상기 발광 다이오드가 발광함으로써 원하는 이미지가 디스플레이될 수 있다.
최근에는 소형 또는 초소형 LED를 이용하여 디스플레이하는 미니(mini) LED 또는 마이크로(micro) LED가 개발되고 있다. 상기 미니/마이크로 LED는 디스플레이 용으로 사용되거나, 백라이트(backlight)용으로 사용될 수 있다. 일 예로서, 상기 미니/마이크로 LED를 백라이트용으로 사용하는 경우 복수의 LED들을 직렬 연결한 LED 스트링(string)을 포함하여 백라이트를 구성할 수 있다. 이때, LED 스트링에 흐르는 전류를 제어함으로써 백라이트의 밝기를 조절할 수 있다. 상기 백라이트에 복수의 LED 스트링을 사용하는 경우, 각 LED 스트링에 대응하여 전체 백라이트 영역이 복수의 영역들로 구분될 수 있다. 각 LED 스트링을 제어하는 LED 구동 회로는 해당 LED 스트링의 밝기를 차등적으로 조정할 수 있다. 이에 따라, 백라이트는 복수의 디밍 영역들로 구분될 수 있다.
한편, 상기 LED 스트링이 복수의 LED들을 직렬 연결하여 구성함에 따라, 상기 LED 스트링을 제어하기 위해 연결된 스위칭 소자(예컨대, 전계 효과 트랜지스터(field-effect transistor; FET))에는 상대적으로 높은 전압이 인가될 수 있다. 상기 스위칭 소자에 높은 전압이 인가됨에 따라, 고전압에 견딜 수 있는 스위칭 소자가 필요하게 된다. 이에 따라, LED 구동 회로를 구성하는 스위칭 소자(예: FET)의 크기가 증가될 수 있으며, 고가의 공정이 필요한 단점이 있다.
따라서, LED 스트링을 제어하기 위한 스위칭 소자에 인가되는 전압을 줄임으로써 LED 구동 회로의 크기를 줄일 수 있는 기술의 개발이 필요하다.
이러한 배경에서, 본 실시예의 일 목적은, 직렬 연결된 복수의 LED들을 포함하는 LED 스트링의 구동 시, LED 스트링에 흐르는 전류를 제어하는 스위칭 소자(예: 전계 효과 트랜지스터(field-effect transistor; FET))에 인가되는 전압을 낮추기 위한 LED 구동 회로를 제공하는 것이다.
본 실시예의 또 다른 목적은, 복수의 디밍 영역들로 구분되는 백라이트 패널에서 하나의 디밍 영역에 대응하는 LED 스트링의 구동 시, LED 구동 회로에 포함된 스위칭 소자(예: FET)에 인가되는 전압을 낮추기 위한 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예는, LED 스트링(string)의 일 단에 연결되고, 상기 LED 스트링에 흐르는 전류를 조정하는 스위칭 소자; 및 상기 스위칭 소자와 병렬 연결되고, 상기 스위칭 소자와 병렬 연결된 지점에서의 전압이 설정된 전압을 초과할 때 누설 전류가 흐르는 내압 감소 회로를 포함하는, LED 구동 회로를 제공한다.
다른 실시예는, LED 스트링(string); 및 상기 LED 스트링을 통해 흐르는 전류를 조정하여 상기 LED를 구동시키는 LED 구동 회로;를 포함하며, 상기 LED 구동 회로는, 상기 LED 스트링의 일 단에 연결되고, 상기 LED 스트링에 흐르는 전류를 조정하는 스위칭 소자 및 상기 스위칭 소자와 병렬 연결되고, 상기 스위칭 소자와 병렬 연결된 지점에서의 전압이 설정된 전압을 초과할 때 누설 전류가 흐르는 내압 감소 회로를 포함하는, 디스플레이 장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, LED 스트링과 연결되어 상기 LED 스트링의 전류를 제어하기 위한 스위칭 소자(예컨대, FET)에 인가되는 전압을 낮춤으로써 LED 구동 회로의 크기를 줄일 수 있다. 이에 따라, LED 구동 회로 제조를 위한 공정 비용을 줄일 수 있으며, 가격 경쟁력이 향상될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 전개 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 LED 구동 회로를 포함하는 디스플레이 장치의 회로도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 LED 구동 회로를 포함하는 디스플레이 장치의 회로도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 LED 구동 회로를 포함하는 디스플레이 장치의 회로도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 채널 단의 전압과 누설 전류의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 일 실시예에 따른 LED 구동 회로를 포함하는 디스플레이 장치의 회로도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 각 지점에서의 전압 및 전류를 나타내는 그래프이다.
도 8은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 각 지점에서의 전압 및 전류를 나타내는 그래프이다.
도 9는 일 실시예에 따른 LED 스트링의 입력 전압과 채널 단의 전압 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 전개 사시도이다.
도 1의 디스플레이 장치(100)는 LED 백라이트를 포함하는 LCD 디스플레이 장치일 수 있다. 후술하는 다양한 실시예는 도 1에 도시된 형태의 디스플레이 장치(100)로 제한되지 않으며, LED 스트링(string)을 광원으로 사용하는 어떠한 디스플레이 장치에도 적용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 디스플레이 장치(100)는 백라이트(backlight)(110), 산광층(diffusions layer)(120), 제1 편광 필름(polarizing film)(130), TFT(thin film transistor)(140), LC(liquid crystals)(150), 색상 필터(color filter)(160), 제2 편광 필름(170), 전면층(front layer)(180)을 포함할 수 있다. 상기 도 1의 디스플레이 장치(100)에 포함된 구성들은 일 예로서 도시된 것으로서, 적어도 하나의 구성이 생략되거나 다른 구성이 더 추가될 수도 있다.
일 실시예에 따라, 백라이트(110)는 LC(150)의 후면에서 발광하며, 디스플레이 장치(100)의 광원으로 사용될 수 있다. 상기 백라이트(110)는 도시된 바와 같이 복수의 영역들(110a, 110b,...)로 구분될 수 있다. 상기 백라이트(110)의 구분된 각 영역마다 휘도(또는 밝기)가 상이하도록 제어될 수 있으며, 이를 로컬 디밍(local dimming)이라 지칭할 수 있다. 예컨대, 상기 백라이트(110)의 복수의 영역들(110a, 110b,...)의 각 영역마다 복수의 LED들이 배치될 수 있다. 상기 각 영역에 배치된 복수의 LED들은 직렬 연결되어 하나의 스트링 형태로 구성될 수 있으며, 이를 LED 스트링(string)(111a)으로 지칭할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 백라이트(110)의 구분된 각 영역(110a, 110b)에 대응하는 각 LED 스트링(111a)을 제어하기 위해 LED 구동 회로(LED driving circuit)가 상기 LED 스트링(111a)에 연결될 수 있다. 상기 LED 구동 회로는 연결된 해당 LED 스트링(111a)에 흐르는 전류를 제어함으로써 상기 LED 스트링(111a)에 대응하는 영역의 휘도(또는 밝기)를 조절할 수 있다. 일 실시예에 따라, 상기 백라이트(110)가 디스플레이 장치로 지칭될 수도 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 LED 구동 회로를 포함하는 디스플레이 장치의 회로도이다.
도 2를 참조하면, 디스플레이 장치는 전력 제어 회로(210), 복수의 LED 스트링들(220a, 220b,..., 220n), 및 LED 구동 IC(integrated circuit)(230)(또는, LED 구동 칩(chip))를 포함할 수 있다. 상기 LED 구동 IC(230)는 복수 개(예컨대, n개)의 채널들에 대응하는 복수 개의 LED 구동 회로(LED driving circuit)들을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 LED 구동 IC(230)는 제1 LED 구동 회로(230-1), 제2 LED 구동 회로(230-2),..., 및 제n LED 구동 회로(230-n)를 포함할 수 있다. 상기 복수 개의 LED 구동 회로(LED driving circuit)들은 하나의 집적 회로(예컨대, LED 구동 IC(230)) 또는 칩(chip)에 포함되어 구성될 수 있다.
일 실시예에 따라, 각 LED 스트링(220a, 220b,..., 220n)은 복수의 LED들을 포함할 수 있으며, 상기 복수의 LED들은 서로 직렬 연결될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 상기 각 LED 스트링(220a, 220b,..., 220n)은 도 1에서 전술한 바와 같이 백라이트(110)의 구분된 각 영역(110a, 110b)(예컨대, 디밍 영역)에 대응할 수 있으며, 해당 영역에 배치되어 로컬 디밍을 구현할 수 있다. 상기 각 LED 스트링(220a, 220b,..., 220n)의 일 단(예컨대, 애노드(anode) 단자)에는 전력 제어 회로(210)의 출력 전압(예컨대, VLED)이 인가될 수 있다. 상기 전력 제어 회로(210)는 입력 전압(Vin)을 상기 각 LED 스트링(220a, 220b,..., 220n)을 발광시키기 위한 전압(VLED)으로 변환하여 상기 각 LED 스트링의 일 단(예컨대, 애노드(anode) 단자)에 인가할 수 있다. 상기 전력 제어 회로(210)의 출력 전압(VLED)은 각 LED 스트링((220a, 220b,..., 220n)을 발광시키기에 충분한 전압일 수 있다. 예컨대, 상기 각 LED 스트링이 40개의 LED들을 포함하며, 각 LED의 순방향 전압(forward voltage(Vf))이 3V라고 가정하면, 상기 각 LED 스트링(220a, 220b,..., 220n)을 발광시키기 위한 전압(VLED)은 120V(40×3V)일 수 있다.
일 실시예에 따라, 각 LED 구동 회로(예컨대, 제1 LED 구동 회로(230-1), 제2 LED 구동 회로(230-2),..., 제n LED 구동 회로(230-n))는 복수의 LED 스트링들(220a, 220b,..., 220n)의 각 LED 스트링과 연결될 수 있다. 예컨대, 제1 LED 구동 회로(230-1)는 제1 LED 스트링(220a)과 연결될 수 있고, 제2 LED 구동 회로(230-2)는 제2 LED 스트링(220b)과 연결될 수 있고, 제n LED 구동 회로(230-n)는 제n LED 스트링(220n)과 연결될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해 복수의 LED 구동 회로들(230-1, 230-2,..., 230-n) 중 제1 LED 구동 회로(230-1)에 대해 설명하기로 하며, 나머지 다른 LED 구동 회로들은 상기 제1 LED 구동 회로(230-1)와 동일 또는 유사하게 구성되거나 동일 또는 유사하게 동작할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 LED 구동 회로(230-1)는 연산 증폭기(231-1), 스위치(232-1), 스위칭 소자(예: FET(field effect transistor)(233-1)), 저항(234-1)을 포함할 수 있다. 상기 도 2에 도시된 제1 LED 구동 회로(230-1)를 구성하는 소자들은 예시적인 것으로서 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들면, 상기 도 12에서는 스위칭 소자의 일 예로서 FET(233-1)를 예를 들어 도시하고 있으나, 다양한 실시예들에 따라, 상기 스위칭 소자는 FET 뿐만 아니라, BJT(bipolar junction transistor) 등 다양한 트랜지스터를 포함할 수 있다. 후술하는 실시예들에서는 상기 스위칭 소자의 예로서 FET를 예를 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 상기 제1 LED 구동 회로(230-1)는 상기 제1 LED 스트링(220a)으로부터 제1 LED 구동 회로(230-1)로 흐르는 전류(I_CH1)를 제어함으로써 제1 LED 스트링(220a)의 휘도(또는 밝기)를 제어할 수 있는 구성이면 어떠한 소자들로도 구성될 수 있다.
일 실시예에 따라, 제1 LED 구동 회로(230-1)에 포함된 FET(233-1)의 드레인 단자는 제1 채널 출력단(CH1)(240-1)에서 제1 LED 스트링(220a)의 일 단(예컨대, 캐소드(cathode) 단)과 연결될 수 있다. 마찬가지로, 제2 LED 구동 회로(230-2)에 포함된 FET(233-2)의 드레인 단자는 제2 채널 출력단(CH2)(240-2)에서 제2 LED 스트링(220b)의 일 단(예컨대, 캐소드(cathode) 단)과 연결될 수 있다. 제n LED 구동 회로(230-n)에 포함된 FET(233-n)의 드레인 단자는 제n 채널 출력단(CHn)(240-n)에서 제n LED 스트링(220n)의 일 단(예컨대, 캐소드(cathode) 단)과 연결될 수 있다.
일 실시예에 따라, FET(233-1)의 소스 단자는 저항(RS1)(234-1)을 거쳐 접지(ground)와 연결될 수 있다. FET(233-1)의 게이트 단자는 연산 증폭기(231-1)의 출력 단자와 연결될 수 있다. 연산 증폭기(231-1)의 입력 단자들 중 비반전 단자(+)에는 기준 전압(VREF)이 입력될 수 있다. 연산 증폭기(231-1)의 입력 단자들 중 반전 단자(-)는 FET(233-1)의 소스 단자와 연결될 수 있다. 예컨대, 상기 연산 증폭기(231-1)는 기준 전압(VREF)과 소스 전압 간의 차를 출력하여 FET(233-1)의 게이트 단자로 입력시킬 수 있다. 상기 연산 증폭기(231-1)의 출력단과 상기 FET(233-1)의 게이트 단자 사이에는 스위치(232-1)가 병렬 연결될 수 있다. 상기 스위치(232-1)는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호에 의해 온/오프 제어될 수 있다. 상기 스위치(232-1)가 PWM 신호에 의해 온/오프 제어됨에 따라 상기 FET(233-1)의 드레인 단자에서 소스 단자로 흐르는 전류가 제어될 수 있다. 예컨대, 상기 PWM 신호의 듀티(duty) 사이클에 따라 상기 드레인 단자에서 소스 단자로 흐르는 전류의 양을 조절할 수 있다. 상기 드레인 단자에서 소스 단자로 흐르는 전류의 양은 상기 제1 LED 구동 회로(230-1)에 연결된 상기 제1 LED 스트링(220a)을 통해 흐르는 전류의 양에 대응할 수 있으며, 상기 제1 LED 스트링(220a)을 통해 흐르는 전류의 양에 따라 상기 제1 LED 스트링(220a)의 휘도(또는 밝기)가 조정될 수 있다. 이에 따라, 상기 LED 구동 IC(230)에 포함된 각 LED 구동 회로(230-1, 230-2,..., 230-n)는 각 PWM 신호(PWM1, PWM2,..., PWMn)의 듀티 사이클을 조절함으로써 각 LED 스트링(220a, 220b,..., 220n)의 휘도(또는 밝기)를 조절할 수 있다. 예컨대, 각 LED 구동 회로(230-1, 230-2,..., 230-n)는 PWM 신호의 듀티 사이클을 서로 상이하게 조절하여 디밍 영역들간의 휘도를 상이하게 설정함으로써 백라이트의 로컬 디밍을 구현할 수 있다.
상기 PWM 신호의 제어에 따라 상기 FET(233-1)가 온 상태가 되어 상기 FET(233-1)의 드레인 단자에서 소스 단자로 전류가 흐르게 되는 경우, 상기 제1 LED 스트링(220a)을 통해 전류(예컨대, I_CH1)가 흘러 상기 제1 LED 스트링(220a)에 포함된 복수의 LED들은 발광할 수 있다. 반면, 상기 PWM 신호의 제어에 따라 상기 FET(233-1)가 오프 상태가 되어 상기 FET(233-1)의 드레인 단자에서 소스 단자로 전류가 흐르지 않게 되는 경우, 상기 제1 LED 스트링(220a)을 통해 전류가 흐르지 않게 되어, 상기 제1 LED 스트링(220a)에 포함된 복수의 LED들은 발광하지 못하게 될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 FET(233-1)가 오프 상태가 되어 상기 FET(233-1)의 드레인 단자에서 소스 단자로 전류가 흐르지 않게 되는 경우, 제1 LED 스트링(220a)에서도 전류가 흐르지 않음에 따라 제1 LED 스트링(220a)에서는 전압 강하가 발생하지 않는다. 이에 따라, 상기 제1 LED 구동 회로(230-1)와 제1 LED 스트링(220a) 사이의 위치하는 제1 채널 출력단(CH1)(240-1)에 인가되는 전압(V_CH1)은 이론적으로 상기 제1 LED 스트링(220a)에 인가되는 전압과 동일한 전압인 VLED(예컨대, 120V)가 될 수 있다. 실질적으로는 상기 제1 LED 스트링(220a)의 기생 커패시터에 의한 전압 강하가 반영될 수 있으므로, 제1 채널 출력단(CH1)(240-1)에 인가되는 전압(V_CH1)은 상기 VLED(예컨대, 120V)보다 작은 값(예컨대, 55V)일 수도 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 LED 스트링(220a)에 포함되는 LED의 개수가 증가할수록 상기 제1 LED 스트링(220a)에 포함된 LED를 발광시키기 위한 전압인 VLED의 크기는 증가되며, 상기 VLED의 크기가 커질 수록 상기 제1 LED 스트링(220a)에 전류가 흐르지 않는 상태에서 상기 FET(233-1)에 인가되는 전압(V_CH1)의 크기는 커질 수 있다. 예컨대, 상기 FET(233-1)에 인가되는 전압(V_CH1)의 크기가 커질수록 해당 전압을 견딜 수 있는 FET 소자가 필요할 수 있다. 즉, 상대적으로 높은 VLED의 전압에 대한 내압을 갖는 FET 소자가 사용될 수 있다. 상기 VLED의 크기가 커짐에 따라 높은 내압을 갖는 FET를 사용할 경우, FET 소자의 크기가 증가될 수 있으며, 각 채널별로 상기 FET를 하나의 LED 구동 IC(230) 내에 구성할 경우, LED 구동 IC(230)를 제조하기 위해 고가의 공정이 요구될 수 있다.
후술하는 실시예에서는, 다수의 LED를 포함하는 각 LED 스트링(220a, 220b,..., 220n)의 구동을 위해 VLED의 크기가 커지더라도 FET 소자에 인가되는 전압이 감소되도록 제어함으로써 상대적으로 낮은 내압을 갖는 FET의 사용이 가능하게 하는 LED 구동 회로를 설명한다.
도 3은 일 실시예에 따른 LED 구동 회로를 포함하는 디스플레이 장치의 회로도이다.
도 3을 참조하면, 디스플레이 장치는 전력 제어 회로(210), 복수의 LED 스트링들(220a, 220b,..., 220n), 및 LED 구동 IC(integrated circuit)(230)(또는, LED 구동 칩(chip))를 포함할 수 있다. 상기 LED 구동 IC(230)는 복수 개(예컨대, n개)의 채널들에 대응하는 복수 개의 LED 구동 회로(LED driving circuit)들을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 LED 구동 IC(230)는 제1 LED 구동 회로(230-1), 제2 LED 구동 회로(230-2),..., 및 제n LED 구동 회로(230-n)를 포함할 수 있다. 상기 복수 개의 LED 구동 회로(LED driving circuit)들은 하나의 집적 회로(예컨대, LED 구동 IC(230)) 또는 칩(chip)에 포함되어 구성될 수 있다. 이하, 상기 도 2에서 상술한 설명 중 도 3과 동일 또는 유사한 설명은 생략하기로 한다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 LED 구동 회로(230-1)는 연산 증폭기(231-1), 스위치(232-1), 스위칭 소자(예컨대, FET(field effect transistor)(233-1)), 저항(234-1), 및 내압 감소 회로(250-1)를 포함할 수 있다. 상기 도 3에 도시된 제1 LED 구동 회로(230-1)를 구성하는 소자들은 예시적인 것으로서 다양하게 변형될 수 있다. 예컨대, 상기 제1 LED 구동 회로(230-1)는 상기 제1 LED 스트링(220a)으로부터 제1 LED 구동 회로(230-1)로 흐르는 전류(I_CH1)를 제어함으로써 제1 LED 스트링(220a)의 휘도(또는 밝기)를 제어할 수 있는 구성이면 어떠한 소자들로도 구성될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 내압 감소 회로(250-1)는 상기 제1 LED 스트링(220a)과 상기 FET(233-1)(예컨대, FET(233-1)의 드레인 단자) 사이에서 상기 FET(233-1)와 병렬 연결될 수 있다. 상기 내압 감소 회로(250-1)는 상기 FET(233-1))와 병렬 연결된 지점(예컨대, 제1 채널 출력단(CH1)(240-1))에서의 전압(예컨대, V_CH1)이 설정된 전압(예컨대, 40V)을 초과할 때 누설 전류가 흐르도록 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 FET(233-1)로 전류가 흐르지 않는 상태에서 상기 제1 채널 출력단(CH1)(240-1))에서의 전압(예컨대, V_CH1)이 설정된 전압을 초과할 때, 상기 제1 LED 스트링(220a)으로부터 상기 내압 감소 회로(251-1)로 누설 전류(I_LEAK_CH1)가 흐르도록 함으로써 상기 제1 채널 출력단(CH1)(240-1))에서의 전압(예컨대, V_CH1)이 감소되도록 할 수 있다. 상기 제1 채널 출력단(CH1)(240-1))에서의 전압(예컨대, V_CH1)이 감소됨에 따라, 상기 FET(233-1)는 VLED 보다도 낮은 전압의 내압을 갖는 소자로 구성할 수 있다.
일 실시예에 따라, PWM 신호의 제어에 따라 상기 FET(233-1)가 온 상태가 되어 상기 FET(233-1)의 드레인 단자에서 소스 단자로 전류가 흐르게 되는 경우, 상기 제1 LED 스트링(220a)으로 전류(예컨대, I_CH1)가 흘러 상기 제1 LED 스트링(220a)에 포함된 복수의 LED들은 발광할 수 있다. 이때, 상기 FET(233-1))와 병렬 연결된 지점(예컨대, 제1 채널 출력단(CH1)(240-1))에서의 전압(예컨대, V_CH1)은 제1 LED 스트링(220a)에서의 전압 강하에 따라 상대적으로 낮은 전압(예컨대, 0.5V)가 인가될 수 있다. 반면, 상기 PWM 신호의 제어에 따라 상기 FET(233-1)가 오프 상태가 되어 상기 FET(233-1)의 드레인 단자에서 소스 단자로 전류가 흐르지 않게 되는 경우, 상기 제1 LED 스트링(220a)을 통해서도 전류가 흐르지 않게 되어, 상기 제1 LED 스트링(220a)에 포함된 복수의 LED들은 발광할 수 없다.
일 실시예에 따라, 상기 FET(233-1)가 오프 상태가 되어 상기 FET(233-1)의 드레인 단자에서 소스 단자로 전류가 흐르지 않게 되는 경우, 제1 LED 스트링(220a)에서도 전류가 흐르지 않음에 따라 제1 LED 스트링(220a)에서는 전압 강하가 발생하지 않는다. 이에 따라, 상기 제1 LED 구동 회로(230-1)와 제1 LED 스트링(220a) 사이의 제1 채널 출력단(CH1)(240-1)에 인가되는 전압(V_CH1)은 이론적으로 상기 제1 LED 스트링(220a)에 인가되는 전압과 동일한 전압인 VLED(예컨대, 120V)가 될 수 있다. 이때, 도 3을 참조하면, 전술한 바와 같이 상기 제1 채널 출력단(CH1)(240-1))에서의 전압(예컨대, V_CH1)이 설정된 전압(예컨대, 40V)을 초과할 때, 상기 제1 LED 스트링(220a)으로부터 상기 내압 감소 회로(251-1)로 누설 전류(I_LEAK_CH1)가 흐르도록 함으로써 상기 제1 채널 출력단(CH1)(240-1))에서의 전압(예컨대, V_CH1)이 감소되도록 할 수 있다. 상기 제1 채널 출력단(CH1)(240-1))에서의 전압(예컨대, V_CH1)이 감소됨에 따라, 상기 FET(233-1)는 VLED 보다도 낮은 전압의 내압을 갖는 소자로 구성할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 LED 구동 회로를 포함하는 디스플레이 장치의 회로도이다.
도 4를 참조하면, 도 3에 도시된 내압 감소 회로(250-1)는 적어도 하나의 제너 다이오드(250-2)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 상기 FET(233-1)가 오프 상태가 되어 상기 FET(233-1)의 드레인 단자에서 소스 단자로 전류가 흐르지 않게 되는 경우, 상기 제1 LED 구동 회로(230-1)와 제1 LED 스트링(220a) 사이의 제1 채널 출력단(CH1)(240-1)에 인가되는 전압(V_CH1)이 증가할 수 있다. 상기 제1 LED 구동 회로(230-1)와 제1 LED 스트링(220a) 사이의 제1 채널 출력단(CH1)(240-1)에 인가되는 전압(V_CH1)이 증가하여 설정된 전압을 초과할 때 상기 내압 감소 회로(250-1)로 누설 전류가 흐르도록 함으로써 상기 FET(233-1)에 인가되는 전압의 크기를 감소시킬 수 있다. 이때, 상기 내압 감소 회로(250-1)로 누설 전류가 흐르는 상기 설정된 전압은 상기 내압 감소 회로(250-1)에 포함된 상기 제너 다이오드(252-1)의 개수에 기반하여 결정될 수 있다. 예컨대, 제너 다이오드(252-1)의 항복 전압(breakdown voltage)이 5V로 가정하고, 상기 내압 감소 회로(250-1) 내에 8개의 제너 다이오드를 직렬 연결할 경우, 상기 설정된 전압은 40V(8×5V)가 될 수 있다. 예컨대, 상기 제1 LED 구동 회로(230-1)와 제1 LED 스트링(220a) 사이의 제1 채널 출력단(CH1)(240-1)에 인가되는 전압(V_CH1)이 증가하여 40V 이상이 될 경우, 상기 내압 감소 회로(250-1)로 누설 전류가 흐를 수 있다. 상기 내압 감소 회로(250-1)로 누설 전류가 흐름에 따라, 상기 제1 LED 구동 회로(230-1)와 제1 LED 스트링(220a) 사이의 제1 채널 출력단(CH1)(240-1)에 인가되는 전압(V_CH1)은 40V 이하로 조절될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 내압 감소 회로(250-1)는 적어도 하나의 저항(251-1)을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 내압 감소 회로(250-1)를 통해 흐르는 누설 전류의 양은 상기 적어도 하나의 저항(251-1)의 저항값에 대응할 수 있다. 저항값이 상대적으로 큰 저항(251-1)을 배치할 경우, 상기 내압 감소 회로(250-1)를 통해 흐르는 누설 전류의 양은 상대적으로 작아질 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 채널 단의 전압과 누설 전류의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 도 4의 설명에서 전술한 바와 같이 각 LED 구동 회로(230)와 연결된 LED 스트링(220) 사이의 채널 출력단(CHx)(240-x)에 인가되는 전압(V_CHx)이 증가하여 40V 이상이 될 경우, 상기 내압 감소 회로(250)로 누설 전류(I_LEAK_CHx)가 흐를 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 상기 채널 출력단(CHx)(240-x)에 인가되는 전압(V_CHx)이 증가함에 따라 상기 내압 감소 회로(250)를 통해 흐르는 누설 전류(I_LEAK_CHx)의 양이 증가할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 내압 감소 회로(250)에 포함된 제너 다이오드(252)의 항복 전압 및 제너 다이오드(252)의 개수에 따라 도 5의 A와 같이 누설 전류(I_LEAK_CHx)가 흐르기 시작하는 전압이 조정될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 내압 감소 회로(250)에 포함된 저항(251)의 저항 값의 크기에 따라 도 5의 B 또는 C와 같이 누설 전류(I_LEAK_CHx)의 양이 조정될 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 LED 구동 회로를 포함하는 디스플레이 장치의 회로도이다.
도 6을 참조하면, 복수의 LED 스트링들(220a, 220b,..., 220n) 중 어느 하나의 LED 스트링(예컨대, 제n LED 스트링(220n))이 단락(short) 상태가 될 수 있다. 이때, 상기 LED 스트링(예컨대, 제n LED 스트링(220n))에 포함된 LED가 정상적으로발광할 수 없으며, 상기 LED 구동 IC(230)에 손상이 발생할 수 있다. 도 7 및 도 8을 참조하면 상기 LED 구동 IC(230)에 내압 감소 회로(250)가 추가됨으로써 상기 LED 구동 IC(230)의 손상을 보호할 수 있다.
도 7 및 도 8은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 각 지점에서의 전압 및 전류를 나타내는 그래프이다. 도 7은 각 LED 구동 회로(예컨대, 제1 LED 구동 회로(230-1), 제2 LED 구동 회로(230-2),..., 및 제n LED 구동 회로(230-n))에 내압 감소 회로(250-1, 250-2,..., 250n)가 포함되지 않는 경우의 그래프이고, 도 8은 내압 감소 회로(250-1, 250-2,..., 250n)가 포함된 경우의 그래프이다.
도 7을 참조하면, 전력 제어 회로(210)의 출력 전압인 VLED가 120V라 가정하고, 시간에 따라 PWM 신호가 온/오프 제어된다고 가정할 때, 내압 감소 회로(250)가 추가되지 않는 경우, 각 채널 출력단(CHx)(240-x)에 인가되는 전압(V_CHx)과 전류(I_CHx)는 도시된 바와 같이 확인될 수 있다. 예컨대, PWM 신호(PWM1 내지 PWMn)는 t1 내지 t2, t3 내지 t4, t5 내지 t6의 구간에서 온 상태로 제어되고, 나머지 구간에서는 오프 상태로 제어될 수 있다.
일 실시예에 따라, 각 채널 출력단(CHx)(240-x)에 인가되는 전류(I_CHx)는 상기 PWM 신호가 온 상태로 제어되는 구간에서 50mA이고, 오프 상태로 제어되는 구간에서 0mA일 수 있다. 일 실시예에 따라, 제1 LED 구동 회로(230-1)와 제1 LED 스트링(220a) 사이의 제1 채널 출력단(CH1)(240-1)에 인가되는 전압(V_CH1)은 상기 PWM 신호가 온 상태로 제어되는 구간에서 0.5V이고, 오프 상태로 제어되는 구간에서 55V일 수 있다. 제n LED 구동 회로(230-n)와 단락 상태인 제n LED 스트링(220n) 사이의 제n 채널 출력단(CH1)(240-n)에 인가되는 전압(V_CHn)은 상기 PWM 신호가 온 상태로 제어되는 구간에서 0.5V이고, 오프 상태로 제어되는 구간에서 100V일 수 있다.
따라서, 각 LED 구동 회로(예컨대, 제1 LED 구동 회로(230-1), 제2 LED 구동 회로(230-2),..., 및 제n LED 구동 회로(230-n))에 내압 감소 회로(250-1, 250-2,..., 250n)가 포함되지 않는 경우 도 7에 도시된 바와 같이 PWM 신호가 오프 상태로 제어되는 구간에서 각 채널 출력단(CHx)에 상대적으로 높은 전압(예컨대, 55V 또는 100V)이 인가될 수 있다.
도 8을 참조하면, 전력 제어 회로(210)의 출력 전압인 VLED가 120V라 가정하고, 시간에 따라 PWM 신호가 온/오프 제어된다고 가정할 때, 내압 감소 회로(250)가 추가된 경우, 각 채널 출력단(CHx)(240-x)에 인가되는 전압(V_CHx)과 전류(I_CHx)는 도시된 바와 같이 확인될 수 있다. 예컨대, PWM 신호(PWM1 내지 PWMn)는 t1 내지 t2, t3 내지 t4, t5 내지 t6의 구간에서 온 상태로 제어되고, 나머지 구간에서는 오프 상태로 제어될 수 있다.
일 실시예에 따라, 각 채널 출력단(CHx)(240-x)에 인가되는 전류(I_CHx)는 상기 PWM 신호가 온 상태로 제어되는 구간에서 50mA이고, 오프 상태로 제어되는 구간에서 0mA일 수 있다. 일 실시예에 따라, 제1 LED 구동 회로(230-1)와 제1 LED 스트링(220a) 사이의 제1 채널 출력단(CH1)(240-1)에 인가되는 전압(V_CH1)은 상기 PWM 신호가 온 상태로 제어되는 구간에서 0.5V이고, 오프 상태로 제어되는 구간에서 40V일 수 있다. 제n LED 구동 회로(230-n)와 단락 상태인 제n LED 스트링(220n) 사이의 제n 채널 출력단(CH1)(240-n)에 인가되는 전압(V_CHn)은 상기 PWM 신호가 온 상태로 제어되는 구간에서 0.5V이고, 오프 상태로 제어되는 구간에서 40V일 수 있다.
따라서, 각 LED 구동 회로(예컨대, 제1 LED 구동 회로(230-1), 제2 LED 구동 회로(230-2),..., 및 제n LED 구동 회로(230-n))에 내압 감소 회로(250-1, 250-2,..., 250n)가 포함된 경우 도 8에 도시된 바와 같이 PWM 신호가 오프 상태로 제어되는 구간에서 내압 감소 회로(250-1, 250-2,..., 250n)로 누설 전류를 흐르게 함으로써, 각 채널 출력단(CHx)에 인가되는 전압이 설정된 전압(예컨대, 40V) 이하가 되도록 제어할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 LED 스트링의 입력 전압과 채널 단의 전압 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9를 참조하면, 전술한 바와 같이 내압 감소 회로가 적용되지 않은 LED 구동 회로(예컨대, 제1 LED 구동 회로(230-1), 제2 LED 구동 회로(230-2),..., 및 제n LED 구동 회로(230-n))의 각 채널 출력단(CHx)(240-x)에 인가되는 전압(V_CHx)은 전력 제어 회로(210)의 출력 전압인 VLED가 증가함에 따라 증가될 수 있다. 이에 따라, 상기 LED 구동 회로(230)의 각 LED 구동 회로(예컨대, 제1 LED 구동 회로(230-1), 제2 LED 구동 회로(230-2),..., 및 제n LED 구동 회로(230-n))에 포함된 FET(233)를 고전압에 견딜 수 있는 트랜지스터 소자로 배치하여야 한다.
반면, 내압 감소 회로가 적용된 LED 구동 회로(예컨대, 제1 LED 구동 회로(230-1), 제2 LED 구동 회로(230-2),..., 및 제n LED 구동 회로(230-n))의 각 채널 출력단(CHx)(240-x)에 인가되는 전압(V_CHx)은 전력 제어 회로(210)의 출력 전압인 VLED가 증가하더라도 설정된 전압(예컨대, 40V) 이하로 조절될 수 있다. 이에 따라, 상기 LED 구동 회로(230)의 각 LED 구동 회로(예컨대, 제1 LED 구동 회로(230-1), 제2 LED 구동 회로(230-2),..., 및 제n LED 구동 회로(230-n))에 포함된 스위칭 소자(예: FET(233))를 상대적으로 낮은 내압을 갖는 트랜지스터로 배치할 수 있다.
일 실시예에 따라, 전술한 실시예들에서는 스위칭 소자의 일 예로서 FET를 예를 들어 설명하였으나, FET 대신 BJT(bipolar junction transistor)로 대체될 경우에도 내압 감소 회로가 추가됨으로써 동일 또는 유사하게 동작할 수 있다. 이와 같이 LED 스트링과 연결되어 상기 LED 스트링의 전류를 제어하기 위한 스위칭 소자(예컨대, 트랜지스터)에 인가되는 전압을 낮춤으로써 LED 구동 회로의 크기를 줄일 수 있다.

Claims (20)

  1. LED 스트링(string)의 일 단에 연결되고, 상기 LED 스트링에 흐르는 전류를 조정하는 스위칭 소자; 및
    상기 스위칭 소자와 병렬 연결되고, 상기 스위칭 소자와 병렬 연결된 지점에서의 전압이 설정된 전압을 초과할 때 누설 전류가 흐르는 내압 감소 회로를 포함하는, LED 구동 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 소자는,
    전계 효과 트랜지스터(field-effect transistor; FET)를 포함하는, LED 구동 회로.
  3. 제2항에 있어서, 상기 FET는,
    게이트 단자의 입력 전압에 기반하여 상기 LED 스트링에 흐르는 전류를 조정하는, LED 구동 회로.
  4. 제3항에 있어서, 상기 내압 감소 회로는,
    상기 게이트 단자의 입력 전압에 기반하여 상기 FET를 통해 흐르는 전류가 차단되는 시간 구간 내에서 상기 누설 전류가 흐르는, LED 구동 회로.
  5. 제1항에 있어서, 상기 내압 감소 회로는,
    적어도 하나의 제너 다이오드를 포함하는, LED 구동 회로.
  6. 제5항에 있어서, 상기 내압 감소 회로는,
    복수의 제너 다이오드들을 포함하며,
    상기 설정된 전압은 상기 복수의 제너 다이오드들의 개수에 기반하여 결정되는, LED 구동 회로.
  7. 제5항에 있어서, 상기 내압 감소 회로는,
    적어도 하나의 저항을 더 포함하는, LED 구동 회로.
  8. 제7항에 있어서, 상기 내압 감소 회로를 통해 흐르는 누설 전류의 양은,
    상기 적어도 하나의 저항의 저항값에 대응하는, LED 구동 회로.
  9. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 소자 및 상기 내압 감소 회로는,
    하나의 LED 구동 집적 회로(integrated circuit; IC) 내에 포함되는, LED 구동 회로.
  10. 제3항에 있어서, 상기 내압 감소 회로는,
    상기 게이트 단자의 입력 전압에 기반하여 상기 FET를 통해 전류가 흐르는 시간 구간 내에서 상기 누설 전류가 흐르지 않는, LED 구동 회로.
  11. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 소자는,
    상기 스위칭 소자에 대응하는 채널의 출력단에서 상기 LED 스트링의 일 단에 연결되는, LED 구동 회로.
  12. LED 스트링(string); 및
    상기 LED 스트링을 통해 흐르는 전류를 조정하여 상기 LED를 구동시키는 LED 구동 회로;를 포함하며,
    상기 LED 구동 회로는,
    상기 LED 스트링의 일 단에 연결되고, 상기 LED 스트링에 흐르는 전류를 조정하는 스위칭 소자; 및
    상기 스위칭 소자와 병렬 연결되고, 상기 스위칭 소자와 병렬 연결된 지점에서의 전압이 설정된 전압을 초과할 때 누설 전류가 흐르는 내압 감소 회로를 포함하는, 디스플레이 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 스위칭 소자는,
    전계 효과 트랜지스터(field-effect transistor; FET)를 포함하는, 디스플레이 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 FET는,
    게이트 단자의 입력 전압에 기반하여 상기 LED 스트링에 흐르는 전류를 조정하는, 디스플레이 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 내압 감소 회로는,
    상기 게이트 단자의 입력 전압에 기반하여 상기 FET를 통해 흐르는 전류가 차단되는 시간 구간 내에서 상기 누설 전류가 흐르는, 디스플레이 장치.
  16. 제12항에 있어서, 상기 내압 감소 회로는,
    적어도 하나의 제너 다이오드를 포함하는, 디스플레이 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 내압 감소 회로는,
    복수의 제너 다이오드들을 포함하며,
    상기 설정된 전압은 상기 복수의 제너 다이오드들의 개수에 기반하여 결정되는, 디스플레이 장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 내압 감소 회로는,
    적어도 하나의 저항을 더 포함하는, 디스플레이 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 내압 감소 회로를 통해 흐르는 누설 전류의 양은,
    상기 적어도 하나의 저항의 저항값에 대응하는, 디스플레이 장치.
  20. 제14항에 있어서, 상기 내압 감소 회로는,
    상기 게이트 단자의 입력 전압에 기반하여 상기 FET를 통해 전류가 흐르는 시간 구간 내에서 상기 누설 전류가 흐르지 않는, 디스플레이 장치.
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