KR100895022B1 - 휘도 조절 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 형광 램프를 채용한 백라이트 및 조명 기구의 휘도 조절 장치에 관한 것으로서, 전원 공급 장치의 승압 트랜스를 통하여 고전압을 인가하여 구동되는 조명기구에서, 상기 조명기구에 인가되는 고전압을 직접 스위칭하여 조명기구에 흐르는 전류량을 제어하여 휘도를 조절하는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성의 본 발명에 의하면, 전력량이 큰 조명기구나 다수의 형광램프를 채용한 백라이트에서, 대 전류를 효과적으로 제어하여 휘도 조절 폭이 넓고, 전류량을 일정하게 유지하며, 점멸을 용이하게 한다.

조명기구, 백라이트, 전원장치, 휘도 조절, 정전류, 점멸

Description

휘도 조절 장치{THE DIMMING DEVICE}

도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다수의 형광램프가 배치된 백라이트의 휘도 조절 회로의 개념도.

도 1b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 백라이트의 형광램프 양단에서 양쪽 방향 스위칭으로 전류를 제어하여 휘도를 조절하는 회로의 개념도.

도 1c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 백라이트의 형광램프 양단에서 양쪽 방향 스위칭으로 전류를 제어하여 휘도를 조절하는 회로의 개념도.

도 2는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 전류 감지 회로와 스위칭 회로의 개념도이다.

도 3은 종래의 백라이트의 휘도 조절 회로의 개념도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 *

10 : 형광램프 11 : 백라이트

12 : 인버터(전원 장치) 13 : 승압 트랜스

14 : 입력단 21 : 전류 감지 회로

22 : 비교기 23 : 정전류 및 휘도 조절 단자

24 : 펄스폭 변조신호 발생기 25 : 스위칭 회로

Rt : 스위칭 소자 병렬 저항 Rb, R1, R2, R3 : 바이어스 저항

본 발명은 형광램프를 채용한 LCD용 백라이트 및 각종 방전관 등의 광원을 채용한 조명기구의 휘도 조절 장치에 관한 것이다. 본 발명의 상기 휘도 조절 장치는 주로 교류형 고전압을 인가하며, 수 kHz에서 수 MHz의 주파수로 구동되는 형광램프 및 각종 방전관을 채용하는 기구에 해당한다. 상기의 백라이트 및 조명기구는 사용자가 임의로 휘도를 조정할 수 있는 기능이 요구된다.

종래의 백라이트의 휘도 조절 기능은, 형광램프에 흐르는 전류량을 감지하고, 귀환회로(feedback circuit)를 통하여 전원 공급 장치의 입력을 조정하여 형광램프에 흐르는 전류량을 제어하는 방식을 채용하고 있다. 상기 전원 공급 장치의 입력의 조정은 주로 전압, 구동 주파수, 그리고 구동 전압파의 듀티(duty) 비의 변화에 의한다.

그러나, 상기의 전원 공급 장치의 입력을 조정하는 방식은 대전력으로 구동되는 대면적 백라이트 전원 장치에서는 효과적인 방법이 아니다. 즉, 종래의 소형 백라이트는 공급 전력이 작고, 상기의 작은 전력을 인버터의 입력단에서 용이하게 제어하였다.

도 3은 종래의 백라이트 구동 인버터의 휘도 조절 회로의 개념도이다.

인버터(12)를 통하여 고전압을 인가하여 형광램프(10)를 구동하고, 상기 램프에 흐르는 전류를 감지(21)하고, 감지된 신호가 귀환회로를 통하여 인버터의 입 력 조건(입력 전압, 입력 주파수, 입력 파형의 듀티비 등)을 변경하고, 새로운 입력 조건으로 램프가 구동된다. 상기 회로에서 사용자가 휘도 조절 단자(23)를 조정하면, 인버터의 구동 조건이 변화하여 백라이트(11)의 휘도가 변한다. 상기 회로에서 입력단(14)의 입력 조건은 인버터의 방식에 따라 정해진다. 상기 귀환 회로를 통한 입력 조건을 변화하여 휘도 조절과 동시에 일정한 전류량이 유지된다.

그러나, 다수의 형광램프를 병렬 연결하여 단일 인버터로 구동하는 고전류 및 고전력이 요구되는 백라이트는 상기와 같은 귀환 회로를 채용하면, 다음과 같은 문제점이 있다.

상기 입력 전압을 조정하는 경우는, 스위칭 전원 장치와 정전압 조정 장치 등이 사용되는데, 상기 전압 제어 회로 자체에 전력 소모가 발생하고, 상기 소모 전력은 인버터의 구동 전력량(램프의 수에 비례)에 비례하며, 상기 소모 전력은 회로의 열로 변환되어 안정적인 제어가 어렵다.

또한, 입력 전류의 초핑(chopping)에 의한 전류 제어 방식을 채용하는 경우는, 스위칭 소자에서의 전력 소모와 초핑 주파수에 의한 트랜스의 기계적인 잡음, 그리고 고전압 스위칭의 초기 고전압에 의한 코로나 방전 등이 유발된다.

또한, 구동 주파수나 듀티비를 변화하여 입력 전류량을 제어하는 경우는, 주파수에 따른 인버터의 효율 변화로 저효율에 따른 회로 소자에 발열의 문제와 휘도의 조정 폭도 작으므로 대전력이 요구되는 백라이트 구동에서 바람직하지 않다.

형광램프를 채용한 대전력의 대면적 백라이트 또는 대전력용 조명기구일수록 입력 전원을 조정하는 방식의 채용이 어렵고, 가능하더라도 휘도 조정의 폭도 극히 작다는 점을 감안할 때, 귀환회로에 의한 입력조건 변화에 따른 휘도 조절 방식은 소형 백라이트나 혹은 형광램프를 개별 인버터로 구동하는 경우에만 적용이 가능함을 알 수 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 형광램프를 채용한 백라이트의 휘도 조절 기능과 정전류 구동 기능을 위한 자동 회로 장치로서, 상기 회로에 의한 전력 손실이 적고 트랜스의 진동이나 잡음이 발생하지 않는 휘도 조절과 정전류 구동방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 다수 개의 형광램프를 병렬 연결하여 구동하는 백라이트에서, 형광램프에 흐르는 전류를 직접 제어하는 방식을 채용한다.

일반적으로 승압 트랜스를 채용한 전원 공급 장치에서, 트랜스 2차측 코일양단에 형광램프를 연결하면, 램프에 흐르는 전류량에 비례하여 1차측 코일에 흐르는 전류량이 증가한다. 즉, 2차측의 형광램프에 연결되는 전원선을 차단하면, 1차측의 입력 전류량과 입력 전력도 크게 줄어들며, 트랜스의 진동 및 잡음 등의 문제가 없다는 점을 본 발명이 착안한 것이다.

본 발명의 또 다른 착안점은, 승압 트랜스의 1차측 코일과 2차측 코일에 흐르는 전류량의 비는 각 코일의 감은 수에 반비례한다. 즉, 2차측 코일에 흐르는 전류량은 1차측 코일에 흐르는 전류량 보다 작기 때문에, 1차측의 고전류를 제어하는 것보다 2차측의 저전류를 직접 스위칭하여 전류의 흐름을 쉽게 제어할 수 있다는 것이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1a는 다수의 형광램프가 배치된 백라이트의 휘도 조절 및 정전류 기능을 갖는 회로의 개념도로서, 형광램프(10)의 한쪽 전원선은 승압 트랜스(13)의 2차측 코일에 연결하고, 형광램프의 다른 한쪽 전원선은 스위칭 방식으로 전류량을 제어하는 회로이다.

형광램프의 어느 한쪽에서 전류 감지 회로(21)가 형광램프의 전류량을 감지하여 전압 신호로 교환되고, 상기 전압 신호는 비교기(22)에 입력되고, 비교기에서 휘도 조절 단자(23)로부터 입력되는 휘도 조절 전압과 비교하여 펄스폭 제어 신호를 PWM(Pulse Width Modulation) 신호 발생회로(24)에 입력되며, 상기 회로에서 듀티비의 변화 신호를 통하여 스위칭 회로(25)에서 스위칭 시간을 조정하여 램프에 흐르는 전류량을 조절한다. 상기 휘도 조절 단자에 의하여 휘도가 조절되면, 상기 조절된 휘도에서 전류량은 일정하게 유지된다.

도 1b와 도 1c는 형광램프에 흐르는 양 방향의 전류를 스위칭하여 휘도 조절과 정전류 기능을 갖는 양 방향성 스위칭 회로(25)의 개념도이다.

도 1b는 하나의 승압 트랜스를 사용하며, 형광램프에 흐르는 양 방향의 전류를 제어하기 위하여, 승압트랜스의 2차측 코일 중단으로부터 전기적으로 분리된 2 개의 전원선이 설치되는 것을 특징으로 한다. 상기 승압 트랜스의 2차측 코일 양단 은 각각 형광램프 양단에 연결하고, 상기 2차측 코일 중단의 2 개의 분리된 전원선은 각각 스위칭 방식으로 양 방향 전류를 제어하여 휘도를 조절한다.

도 1c는 형광램프에 흐르는 양 방향의 전류를 제어하기 위하여, 두 개의 동일한 승압용 트랜스를 사용하는 것을 특징으로 한다. 상기 두 개의 트랜스의 각각의 2차측 코일 한쪽은 각각 형광램프에 연결하고, 2차측 코일 다른 한 쪽은 각각 스위칭 소자를 부착하여 양 방향의 전류를 제어한다.

상기 도 1b와 도 1c의 양방향 스위칭 방식은, 상기 도 1a의 단방향 스위칭에 의한 전류 제어 방식보다, 대전류를 제어하여 휘도의 조절폭을 넓게 할 수 있다.

도 2는 전류 감지 회로(21)와 스위칭 회로(25)의 개념도이다. 도 2a-2c와 같이 여러 가지의 스위칭 방식이 가능하다.

도 2a는 NPN 스위칭 트랜지스터를 사용한 예이다. 상기 회로에서 Rt는 스위칭 소자에 인가되는 내압을 낮추기 위한 저항이다.

도 2b는 PNP 스위칭 트랜지스터를 사용한 예이다. 상기 회로에서 R1과 R2는 바이어스 저항이고, Rt는 스위칭 소자에 인가되는 내압을 낮추기 위한 저항이다. 스위칭 소자의 내압이 충분하면 Rt는 생략하여도 무방하다.

도 2c는 NPN 및 PNP 트랜지스터를 함께 사용한 예이다. R1, R2, R3는 바이어스 저항이고, Rt는 스위칭 소자에 인가되는 전압을 낮추기 위한 저항이다.

상기 도 2에서 트랜지스터 소자이외에 FET, SCR, GTO 등의 반도체 스위칭 소자도 사용 가능하다.

상기의 휘도 조절 기능을 채용한 본 발명인의 실험에 의하면, 12개의 형광램 프를 병렬 연결하여 제작된 대각 길이 17인치의 백라이트에서, 백라이트의 최고 면 휘도 12,000 nit에서 최저 휘도 3,000 nit의 넓은 휘도 조정 기능을 얻었으며, 상기의 경우에 인버터의 입력 전압 14V에서 입력 전류량은 3A에서 2A 이하의 전류량의 변화를 제어하였다.

이상에서 본 발명에 대하여 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음은 자명하며, 따라서 본 발명의 실시예에 따른 단순한 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.

상기한 구성의 본 발명에 의하면, 대전류 백라이트의 휘도 조절과 정전류 유지를 용이하게 하며, 상기 휘도 조절 및 전류 제어에 의한 전력 손실이 적고, 잡음 등의 문제점이 없다. 본 발명은 종래의 귀환 회로에 의한 입력 조건을 변화하여 전류량을 제어하는 방식과는 달리, 입력 조건의 변화없이 최적 효율을 갖는 입력 조건으로 구동되는 고효율의 전원장치가 보장된다.

본 발명은 상기 입력단과 무관하게 형광램프에 흐르는 전류를 직접 제어하므로, 인버터의 종류나 형식에 무관하게 적용된다. 특히, 일반 전원(예를 들어, 110V 및 220V 교류 전원)을 직접 사용하는 백라이트의 구동 장치에도 편리하게 적용할 수 있다.

본 발명은 휘도의 조절폭이 매우 넓고, 점멸 기능을 갖는 조명 장치에 유용 하게 사용될 수 있다.

Claims (7)

1. 승압용 트랜스의 2차측 코일에 광원을 연결하여 교류형 고전압을 인가하는데, 상기 2차측 코일과 광원 사이에 스위칭 소자를 부착하고, 상기 스위칭 소자의 ON-OFF 방식으로 광원에 흐르는 전류량을 제어하여 휘도를 조절하며,

   상기 승압용 트랜스는 트랜스 2차측 코일의 중단으로부터 전기적으로 분리된 두 개의 전원선이 설치되고, 상기 트랜스 2차측 코일 양단은 형광램프 양단 전극에 연결되며, 상기 트랜스 2차측 코일 중단의 2 개의 전원선에 각각 스위칭 회로를 설치하여 형광램프 양단의 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 휘도 조절 장치.
2. 제1 항에 있어서, 상기 스위칭 소자는 트랜지스터, FET, SCR 또는 GTO중 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 휘도 조절 장치.
3. 제1 항에 있어서, 휘도 조절 단자, 광원에 흐르는 전류 감지기, 비교기, 펄스폭 변조 발생기를 더 구비하고, 상기 휘도 조절 단자로부터 특정한 전압이 출력되고, 형광램프에 흐르는 전류 감지기로부터 특정 전압이 출력되고, 상기 휘도 조절 단자의 출력 전압과 전류 감지기의 출력 전압은 비교기에 입력되고, 상기 비교기로부터 출력 신호가 펄스폭 변조 발생기에 입력되고, 상기 펄스폭 변조 발생기로부터 출력되는 신호가 스위칭 소자에 입력되고, 상기 스위칭 소자의 스위칭 시간이 조정되어 형광램프에 흐르는 전류량이 제어되고, 상기 전류량의 제어에 의하여 휘도가 조절되며, 상기 정해진 휘도에서 일정한 전류가 흐르는 것을 특징으로 하는 휘도 조절 장치.
4. 삭제
5. 제1 항에 있어서, 상기 승압용 트랜스는 한 쌍의 트랜스를 사용하고, 상기 한 쌍의 트랜스 각각의 2차측 코일 한 쪽은 형광램프 양단 전극에 연결되며, 상기 한 쌍의 트랜스 2차측 코일 다른 쪽은 각각 스위칭 회로를 설치하여 형광램프 양단의 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 휘도 조절 장치.
6. 제1 항에 있어서, 상기 광원은 다수의 형광램프를 병렬 연결하여 구성되는 것을 특징으로 하는 휘도 조절 장치.
7. 삭제

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