KR101433658B1

KR101433658B1 - 광원 구동 장치, 광원 구동 방법 및 이들을 이용한 표시장치

Info

Publication number: KR101433658B1
Application number: KR1020070024452A
Authority: KR
Inventors: 판카즈 아그르왈; 양준현
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-03-13
Filing date: 2007-03-13
Publication date: 2014-08-26
Anticipated expiration: 2027-03-13
Also published as: US8049431B2; KR20080083799A; US20080224628A1

Abstract

최적 구동 효율로 구동하기 위한 교류 전원의 펄스 파형에 대한 스펙이 서로 상이한 광원들에 용이하게 적용할 수 있고, 광원의 구동 효율을 향상시킴과 동시에 제품의 소형화 및 저 비용화를 도모할 수 있는 광원 구동 장치, 광원 구동 방법 및 이를 이용한 표시 장치가 개시된다. 광원 구동 장치는 외부로부터 입력되는 직류 전원을 광원을 구동하기 위한 교류 전원으로 변환하는 전원 변환부 및 광원을 최적 구동 효율로 구동하기 위해 기 설정된 펄스 파형에 따라 교류 전원이 변환되도록 전원 변환부를 제어하는 제어부를 포함한다.

플라즈마, 방전, 양극(bipolar) 전원, DBD, 액정

Description

광원 구동 장치, 광원 구동 방법 및 이들을 이용한 표시 장치{APPARATUS FOR DRIVING A LIGHT SOURCE AND METHOD OF DRIVING THE LIGHT SOURCE AND DISPLAY DEVICE USING THEREOF}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 광원 구동 장치를 설명하기 위해 도시한 블록도이다.

도 2는 도 1에 도시된 광원 구동 장치의 일례를 구체적으로 도시한 회로도이다.

도 3은 도 2에 도시된 광원 구동 장치의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.

도 4는 도 2에 도시된 광원 구동 장치의 동작을 설명하기 위한 다른 파형도이다.

도 5는 도 1에 도시된 광원 구동 장치의 다른 예를 구체적으로 도시한 회로도이다.

도 6은 도 5에 도시된 광원 구동 장치의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 광원 구동 장치를 설명하기 위해 도시한 블록도이다.

도 8은 도 7에 도시된 광원 구동 장치를 설명하기 위해 구체적으로 도시한 회로도이다.

도 9는 도 8에 도시된 광원 구동 장치의 동작을 설명하기 위해 도시한 도면이다.

도 10은 도 8에 도시된 광원 구동 장치의 동작을 설명하기 위해 도시한 파형도이다.

도 11은 본 발명에 의한 광원 구동 방법을 설명하기 위해 도시한 순서도이다.

도 12는 본 발명에 의한 광원 구동 장치를 구비한 표시 장치의 일 실시예를 도시한 분해 사시도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100, 300 : 광원 구동 장치 110, 310 : 전원 공급부

120, 320 : 전원 변환부 130, 330 : 제어부

200 : 광원 400 : 광학 부재

500 : 디스플레이 유닛 600 : 고정 부재

700 : 수납 용기

본 발명은 광원 구동 장치, 광원 구동 방법 및 이들을 이용한 표시 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 최적 구동 효율로 구동하기 위한 교류 전원의 펄스 파형에 대한 스펙이 서로 상이한 광원들에 용이하게 적용할 수 있고, 광원의 구 동 효율을 향상시킴과 동시에 제품의 소형화 및 저 비용화를 도모할 수 있는 광원 구동 장치, 광원 구동 방법 및 이를 이용한 표시 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 액정표시장치(Liquid Cristal Display)는 액정을 이용하여 영상을 표시하는 평판표시장치의 하나로써, 다른 디스플레이 장치에 비해 얇고 가벼우며, 낮은 소비전력 및 낮은 구동 전압을 갖는 장점이 있어, 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 사용되고 있다.

이러한 액정표시장치는 영상을 표시하기 위한 액정표시패널에 비발광성 소자인 액정을 사용하기 때문에 영상을 표시하기 위해서는 소정 휘도의 광을 출사하는 별도의 광원을 필요로 한다.

종래의 광원으로는 세관 형상을 갖는 냉음극 형광램프(Cold Cathod Fluorescent Lamp; CCFL)가 주로 이용되어 왔다. 냉음극 형광램프를 사용하는 광원은 광원의 위치에 따라 크게 에지형(edgy type)과 직하형(direct type)으로 분류된다.

에지형은 투명 도광판의 측면에 광원을 위치시키고 도광판의 한 면을 이용하여 광을 다중 반사시킴으로써 얻은 광을 액정표시패널로 출사하는 방식이다. 직하형은 다수의 광원을 액정표시패널의 직하부에 위치시키고, 광원의 전면에는 확산판을, 광원의 배면에는 반사판을 배치하여 광원으로부터 출사된 광을 반사, 확산시켜 액정표시패널로 출사하는 방식이다.

이러한 종래의 광원을 사용하는 액정표시장치는 도광판 또는 확산판 등의 광학 부재에 의한 광 손실이 발생하여 광 이용 효율이 낮아지며, 구조의 복잡성으로 인하여 생산비가 증가하고, 휘도의 균일성이 저하되는 문제점이 있다.

최근에는 이러한 문제점을 해결하기 위해, 면 형태로 광을 직접 출사하는 면광원 장치에 대한 개발이 진행되고 있다. 면광원 장치는 방전 영역을 갖는 광원과 광원에 방전 전압을 인가하기 위한 전극들을 포함한다. 이러한 면광원 장치는 인가되는 방전 전압에 의해 방전 영역에서 플라즈마 방전을 발생시켜 소정 휘도의 광을 출사한다.

이와 같은 면광원 장치는 방전 영역에 충진되는 방전 가스와, 방전 영역을 형성하면서 플라즈마 방전을 일으키기 위한 방전 전압을 제공받는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하게 된다. 이로 인하여 면광원 장치는 소정 커패시턴스를 갖게 되므로, 그 구동을 위해서는 정현파 등의 교류 전원이 방전 전압으로 제공되어야 한다.

이러한 면광원 장치에 면광원 장치에 교류 전원을 제공하는 방법 및 그 회로 장치는 예를 들어, 미국공개특허공보 US20070018590호, 한국등록특허공보 10-0467875호 및 일본공개특허공보 2006-338897호 등 다양한 문헌을 통해 공지되어 있다.

일반적으로, 상술한 바와 같은 면광원 장치의 구동 효율을 결정하는 중요한 요소는 휴지(pause) 기간동안 분리되는 교류 전원의 펄스 형태 및 펄스 폭을 들 수 있다. 전형적인 펄스의 시비율(duty ratio)은 1:5 내지 1:10 사이의 범위이다.

그러나, 상술한 바와 같이 기 공지된 문헌들에는 면광원 장치의 커패시터의 충방전 시간의 고려없이 휴지 기간동안 분리되는 단극(monopole) 펄스를 제공하거나, 휴지 기간의 고려없이 양극(bipolar) 펄스를 제공하는 장치 및 방법에 관하여 만 개시되어 있어, 구동 효율을 결정하는 요소 중 하나만을 고려할 수 있다.

따라서, 공지된 문헌에 개시된 장치 및 방법을 사용 시, 단극 펄스를 이용함에 따른 바이어스 스트레스(bias stress)에 의한 광원의 사용 수명이 단축되는 등의 문제점이 있고, 설계자가 원하는 광원의 구동 효율을 달성하기 위하여 충분한 휴지 기간을 보장하기 어려운 문제점이 있다.

또한, 광원의 구동 효율, 충분한 전위의 교류 전원을 제공하는 부스트 컨버터(boost converter)등의 구성으로 인한 제품 크기의 증가 및 이로 인한 제조 비용이 증가하는 문제점이 있다.

또한, 방전 가스의 종류에 따라 구동 효율을 최대화하기 위한 최적의 펄스 폭 및 휴지 기간이 상이하나, 기 설정된 펄스 폭 또는 휴지 기간을 갖는 교류 전원을 광원에 제공함에 따라, 각 방전 가스의 종류를 고려하여 적절한 펄스 폭과 휴지 기간을 갖는 교류 전원을 광원에 제공하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 최적 구동 효율로 구동하기 위한 교류 전원의 펄스 파형에 대한 스펙이 서로 상이한 광원들에 용이하게 적용할 수 있고, 광원의 구동 효율을 향상시킴과 동시에 제품의 소형화 및 저 비용화를 도모할 수 있는 광원 구동 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 광원 구동 장치의 구동 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 광원 구동 장치를 이용한 표시 장치를 제공 하는데 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 광원 구동 장치는 외부로부터 입력되는 직류 전원을 상기 광원을 구동하기 위한 교류 전원으로 변환하는 전원 변환부 및 상기 광원을 최적 구동 효율로 구동하기 위해 기 설정된 펄스 파형에 따라 상기 교류 전원이 변환되도록 상기 전원 변환부를 제어하는 제어부를 포함한다.

이때, 상기 제어부는 상기 교류 전원이 상기 기 설정된 펄스 파형에 따라 변환되도록 상기 교류 전원의 위상, 펄스 폭 및 휴지 기간 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.

바람직하게는, 상기 직류 전원을 제공하는 전원 공급부를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 전원 변환부는, 상기 직류 전원을 제1 교류 전원으로 변환하는 제1 전원 변환부 및 상기 직류 전원을 제2 교류 전원으로 변환하는 제2 전원 변환부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 직류 전원이 상기 제1 및 제2 교류 전원으로 순차적으로 변환되도록 제어하고, 상기 각 교류 전원이 상기 기 설정된 펄스 파형에 따른 휴지 기간과 상호 반전된 위상을 가지면서 순차적으로 상기 광원에 입력되도록 제어할 수 있다.

이때, 상기 제어부는 상기 광원에 형성되어 상기 교류 전원들을 입력받는 전극들 중 일 전극의 전위가 타 전극의 전위보다 교번적으로 높은 값을 갖도록 제어 하여 상기 각 교류 전원을 순차적으로 변환할 수 있다.

이 경우, 상기 제어부는 상기 일 전극의 전위를 상기 교류 전원들에 의해 형성하고, 상기 타 전극의 전위를 접지 전원에 의해 형성할 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 전원 변환부는 각각 적어도 하나의 인덕터 소자 및 커패시터 소자를 구비한 공진 회로를 포함할 수 있고, 여기서 상기 커패시터 소자는 상기 광원에 형성된 전극들과, 상기 전극들 사이에 배치되는 유전체로 구성될 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 제1 전원 변환부의 공진 회로와 상기 제2 전원 변환부의 공진 회로가 순차적으로 공진하도록 하는 스위칭부 및 상기 스위칭부의 절환 동작을 제어하는 스위칭 신호를 제공하는 컨트롤러부를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 및 제2 교류 전원을 승압하여 상기 광원으로 제공하는 승압 회로부를 더 포함할 수 있다.

상기 전원 변환부는 적어도 하나의 인덕터 소자 및 커패시터 소자를 구비한 공진 회로를 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 커패시터 소자는 상기 광원에 형성된 전극들과, 상기 전극들 사이에 배치되는 유전체로 구성될 수 있다.

이때, 상기 제어부는, 상기 광원에 전류를 선택적으로 제공하도록 절환 동작을 수행하는 제1 스위칭부, 상기 제1 스위칭부의 동작에 기초하여 상기 공진 회로에 의해 상기 직류 전원이 상기 교류 전원으로 변환되도록 하고, 상기 커패시터 소자의 충전 전위를 단속하여 상기 교류 전원이 상기 기 설정된 펄스 파형에 따른 일 정 전위로 유지된 펄스 폭을 갖도록 절환 동작을 수행하는 제2 스위칭부 및 상기 각 스위칭부의 절환 동작을 제어하는 스위칭 신호를 제공하는 컨트롤러부를 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 제어부는, 상기 제1 및 제2 스위칭부의 절환 동작에 따라 상기 교류 전윈이 상기 기 설정된 펄스 파형에 따른 휴지 기간을 갖도록 제어할 수 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 제1 전극, 제2 전극 및 상기 양 전극들 사이에 배치되는 유전체를 구비하여 상기 양 전극들에 제공되는 교류 전원에 의해 광원을 구동하는 장치는 직류 전원을 출력하는 전원 공급부, 상기 전원 공급부와 상기 제1 전극 사이에 형성되는 제1 인덕터부, 상기 전원 공급부와 상기 제2 전극 사이에 형성되는 제2 인덕터부, 상기 제1 인덕터부와 상기 제1 전극 사이의 제1 노드에 연결되는 제1 스위칭부, 상기 제2 인덕터부와 상기 제2 전극 사이의 제2 노드에 연결되는 제2 스위칭부 및 상기 제1 인덕터부와 상기 광원 및 상기 제2 인덕터부와 상기 광원에 의해 순차적으로 상기 직류 전원이 제1 및 제2 교류 전원으로 변환되도록 제어하고, 상기 교류 전원들이 상기 광원을 최적 구동 효율로 구동하기 위해 기 설정된 펄스 파형에 따라 순차적으로 상기 광원에 입력되도록 제어하는 컨트롤러부를 포함한다.

여기서, 상기 컨트롤러부는, 상기 교류 전원들이 상기 기 설정된 펄스 파형에 따른 휴지 기간과 상호 반전된 위상을 가지면서 순차적으로 상기 광원에 입력되도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 제1 인덕터부와 상기 광원은 상기 제1 스위칭부가 턴-오프 시 공진되어 상기 제1 교류 전원으로 변환할 수 있다.

또한, 상기 제2 인덕터부와 상기 광원은 상기 제2 스위칭부가 턴-오프 시 공진되어 상기 제2 교류 전원으로 변환할 수 있다.

또한, 상기 컨트롤러부는 상기 전극들 중 일 전극의 전위가 타 전극의 전위보다 교번적으로 높은 값을 갖도록 제어하여 상기 각 교류 전원을 순차적으로 변환할 수 있다.

이때, 상기 일 전극의 전위는 상기 교류 전원들에 의해 형성하고, 상기 타 전극의 전위는 상기 전원 공급부의 접지 전원에 의해 형성할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 노드와 제2 노드 사이에 연결되는 1차측 코일과, 상기 1차측 코일과 대향 배치되며 상기 제1 및 제2 전극 양단에 연결되는 2차측 코일을 구비하는 승압 회로부를 더 포함할 수 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 제1 전극, 제2 전극 및 상기 양 전극들 사이에 배치되는 유전체를 구비하여 상기 양 전극들에 제공되는 교류 전원에 의해 광원을 구동하는 장치는 직류 전원을 출력하는 전원 공급부, 상기 전원 공급부와 상기 제1 전극 사이에 형성되는 인덕터부, 상기 인덕터부와 상기 제1 전극 사이의 노드에서 상기 광원과 병렬 연결되는 제1 스위칭부, 상기 노드에서 상기 광원과 직렬 연결되는 제2 스위칭부 및 상기 인덕터부와 상기 광원에 의해 상기 직류 전원이 상기 교류 전원으로 변환되도록 제어하고, 상기 교류 전원이 상기 광원을 최적 구동 효율로 구동하기 위해 기 설정된 펄스 파형에 따라 상 기 광원에 입력되도록 제어하는 컨트롤러부를 포함한다.

이 경우, 상기 컨트롤러부는, 상기 교류 전원이 상기 기 설정된 펄스 파형에 따른 일정 전위로 유지된 펄스 폭과 휴지 기간을 갖도록 상기 스위칭부들의 절환 동작을 제어하는 스위칭 신호를 제공할 수 있다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 광원 구동 방법은 (a) 외부로부터 입력되는 직류 전원을 상기 광원을 구동하기 위한 교류 전원으로 변환하는 단계 및 (b) 상기 직류 전원을 상기 교류 전원으로 변환할 때, 상기 광원을 최적 구동 효율로 구동하기 위해 기 설정된 펄스 파형에 따라 상기 교류 전원이 변환되도록 제어하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 (b) 단계는, 상기 교류 전원이 상기 기 설정된 펄스 파형에 따라 변환되도록 상기 교류 전원의 위상, 펄스 폭 및 휴지 기간 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.

또한, 상기 (a) 단계는, (c) 상기 직류 전원을 제1 교류 전원으로 변환하는 단계 및 (d) 상기 직류 전원을 제2 교류 전원으로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.

이때, 상기 (b) 단계는, 상기 직류 전원이 상기 제1 및 제2 교류 전원으로 순차적으로 변환되도록 제어하고, 상기 각 교류 전원이 상기 기 설정된 펄스 파형에 따른 휴지 기간과 상호 반전된 위상을 가지면서 순차적으로 상기 광원에 입력되도록 제어할 수 있다.

바람직하게는, (e) 상기 제1 및 제2 교류 전원을 승압하여 상기 광원으로 제 공하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 (b) 단계는, 상기 교류 전원이 상기 기 설정된 펄스 파형에 따른 일정 전위로 유지된 펄스 폭과 휴지 기간을 갖도록 제어할 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 표시 장치는 제1 전극, 제2 전극 및 상기 양 전극들 사이에 배치되는 유전체를 구비한 광원부, 상기 광원부에 교류 전원들을 입력하는 광원 구동부 및 상기 광원 구동부에 의해 구동된 상기 광원부로부터 출사되는 광을 이용하여 영상을 표시하는 표시 패널을 포함하고, 상기 광원 구동부는, 외부로부터 입력되는 직류 전원을 상기 교류 전원으로 변환하는 전원 변환부 및 상기 광원을 최적 구동 효율로 구동하기 위해 기 설정된 펄스 파형에 따라 상기 교류 전원이 변환되도록 상기 전원 변환부를 제어하는 제어부를 포함한다.

여기서, 상기 광원부는 상기 유전체가 방전 가스로 구성되어, 상기 제1 및 제2 전극에 입력되는 상기 제1 및 제2 교류 전원에 의해 플라즈마 방전을 이용하여 상기 광을 출사하는 면광원 장치일 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 교류 전원이 상기 기 설정된 펄스 파형에 따라 변환되도록 상기 교류 전원의 위상, 펄스 폭 및 휴지 기간 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.

이러한 본 발명에 따른 광원 구동 장치, 광원 구동 방법 및 이들을 이용한 표시 장치에 의하면, 휴지 기간과 펄스 폭을 설계자가 임의로 형성할 수 있는 양극을 갖는 교류 전원을 사용하여 광원의 구동 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 휴지 기간과 펄스 폭을 설계자가 임의로 형성할 수 있는 단극을 갖는 교류 전원을 사용하여 광원의 충방전 시간을 고려할 수 있음으로 광원의 구동 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 방전 가스의 종류를 고려하여 광원의 구동 효율을 최대화하기 위한 교류 전원의 최적의 펄스 폭 및 휴지 기간을 설계자가 임의로 형성할 수 있다. 따라서, 광원을 최적 구동 효율로 구동하기 위한 교류 전압의 펄스 파형에 대한 스펙이 서로 상이한 광원들에 용이하게 적용할 수 있다. 또한, 광원 구동 장치의 구조를 단순화할 수 있어 제품 크기 및 제조 비용의 증가를 방지할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 광원 구동 장치(100)는 광원(200)에 교류 전원(V_AC1, V_AC2)을 제공하기 위해 전원 공급부(110), 전원 변환부(120) 및 제어부(130)를 포함한다. 이때, 광원(200)은 유전체 배리어 방전 램프(Dielectric Barrier Discharge Lamp, DBD 램프)와 같은 면광원 장치로 구성될 수 있다.

구체적으로, 전원 공급부(110)는 소정 전위 레벨을 갖는 직류 전원(V_D)을 출력한다. 또한, 전원 공급부(110)는 예를 들어, 일정한 전위 레벨의 직류 전원을 출력하는 배터리 또는 외부로부터 입력되는 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 정류기 회로 등으로 구성할 수 있다.

이때, 전원 공급부(110)에서 출력되는 직류 전원(V_D)은 예를 들어, 24V 또는 120V의 전위 레벨을 가질 수 있다. 또한, 전원 공급부(110)는 상술한 전위 레벨 이외에도 다양한 전위 레벨을 출력하도록 구성할 수 있음은 자명한 사항이다.

전원 변환부(120)는 제1 전원 변환부(122) 및 제2 전원 변환부(124)를 포함한다.

제1 전원 변환부(122)는 전원 공급부(110)에서 출력되는 직류 전원(V_D)을 입력받아, 광원(200)의 구동에 적합한 전위 레벨의 제1 교류 전원(V_AC1)을 생성하여 출력한다.

제2 전원 변환부(124)는 제1 전원 변환부(122)와 동일하게 전원 공급부(110)에서 출력되는 직류 전원(V_D)을 입력받아, 광원(200)의 구동에 적합한 전위 레벨의 제2 교류 전원(V_AC2)을 생성하여 출력한다.

이때, 제1 교류 전원(V_AC1)과 제2 교류 전원(V_AC2)은 그 위상과 주기가 동일한 정현파 신호로 출력될 수 있다.

제어부(130)는 제1 및 제2 전원 변환부(122, 124)에서 직류 전원(V_D)이 교류 전원(V_AC1, V_AC2)으로 변화되는 것을 선택적으로 제어하고, 이에 따라 형성된 제1 및 제2 교류 전원(V_AC1, V_AC2)을 교번적으로 광원(200)에 입력하도록 제어한다.

예를 들어, 광원(200)이 DBD 램프와 같은 면광원 장치로 구성되면, 광 원(200)은 플라즈마 방전을 일으키기 위해 교류 전압(V_AC1, V_AC2)이 인가되는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 및 제2 기판 사이에 방전 기체와 같은 유전체가 배치되는 방전 영역을 구비할 수 있으며, 제1 기판에는 제1 교류 전원(V_AC1)을 입력하고, 제2 기판에는 제2 교류 전원(V_AC2)을 입력하도록 구성할 수 있다. 여기서, 제1 기판은 제1 교류 전원(AC1)이 입력되는 제1 전극으로 볼 수 있고, 제2 기판은 제2 교류 전원(AC2)이 입력되는 제2 전극으로 볼 수 있다.

이때, 제어부(130)는 스위칭부(132)를 포함하여 스위칭부(132)의 절환 동작을 통해 제1 교류 전원(V_AC1)을 광원(200)에 인가하고자 하는 경우 제2 전극을 전원 공급부(110)의 접지 전극과 연결하고, 제2 교류 전원(V_AC2)을 광원(200)에 인가하고자 하는 경우 제1 전극을 전원 공급부(110)의 접지 전극과 연결할 수 있다.

또한, 제어부(130)는 스위칭부(132)의 절환 동작을 제어하기 위한 스위칭 신호를 출력하는 컨트롤러부(134)를 포함할 수 있다.

이 경우, 제어부(130)는 제1 교류 전원(V_AC1)이 광원(200)에 인가되어 플라즈마 방전이 발생하는 경우와, 제2 교류 전원(V_AC2)이 광원(200)에 인가되어 플라즈마 방전이 발생하는 경우에 상술한 제1 및 제2 교류 전원(V_AC1, V_AC2)은 상기 광원(200)의 최적 구동 효율에 적합한 교류 전원(V_AC)의 펄스 폭과 휴지 기간을 가지면서, 상호 반전된 위상을 갖도록 순차적으로 광원(200)에 제공될 수 있다.

이러한 본 발명에 의한 광원 구동 장치(100)에 대해 그 구체적인 예들을 통해 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 도 1에 도시된 광원 구동 장치의 일례를 구체적으로 도시한 회로도이고, 도 3은 도 2에 도시된 광원 구동 장치의 동작을 설명하기 위한 파형도이며, 도 4는 도 2에 도시된 광원 구동 장치의 동작을 설명하기 위한 다른 파형도이다.

먼저 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 광원 구동 장치(100)는 전원 공급부(110), 전원 변환부(120) 및 제어부(130)를 포함한다.

구체적으로, 전원 공급부(110)는 배터리 또는 정류기 회로등으로 구성되어, 소정 전위 레벨의 직류 전원(V_D)을 출력한다.

제1 전원 변환부(122)는 제1 인덕터(L_R1)와 커패시터(C)로 형성된 공진 회로를 포함하여, 전원 공급부(110)에 출력되는 직류 전원(V_D)을 소정 주기 및 펄스 폭을 갖는 정현파 등의 제1 교류 전원(V_AC1)으로 변환한다.

제2 전원 변환부(124)는 제2 인덕터(L_R2)와 커패시터(C)로 형성된 공진 회로를 포함하여, 전원 공급부(110)에 출력되는 직류 전원(V_D)을 소정 주기 및 펄스 폭을 갖는 정현파 등의 제2 교류 전원(V_AC2)으로 변환한다.

이때, 제1 및 제2 전원 변환부(122, 124)에 포함된 커패시터(C)는 광원(200) 을 의미하며, 광원(200)은 제1 전극, 제2 전극 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 유전체로 의해 소정 커패시턴스를 갖는 커패시터(C)의 역할을 수행할 수 있기에 이를 LC 공진을 위한 커패시터로 사용할 수 있다.

제어부(130)는 스위칭부(132)와 컨트롤러부(134)를 포함한다.

스위칭부(132)는 제1 인덕터(L_R1)와 광원(200)의 제1 전극 사이의 제1 노드(N1)에 연결되어 절환 동작에 의해 제1 노드 즉, 광원(200)의 제1 전극의 전위를 전원 공급부(110)의 접지 전극의 전위(GND)로 형성하는 제1 스위칭부(SW1), 제2 인덕터(L_R2)와 광원(200)의 제2 전극 사이의 제2 노드(N2)에 연결되어 절환 동작에 의해 제2 노드 즉, 제2 전극의 전위를 전원 공급부(110)의 접지 전극의 전위(GND)로 형성하는 제2 스위칭부(SW2)를 포함한다.

컨트롤러부(134)는 각 스위칭부(SW1, SW2)가 모스 트랜지스터와 같은 스위칭 소자로 구성되는 경우, 모스 트랜지스터의 게이트 단자에 스위칭 신호를 선택적으로 입력하기 위한 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU) 등으로 형성할 수 있다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 광원 구동 장치(100)는 6개의 구동 모드(mode1,..., mode6)에 따라 구동할 수 있다.

구체적으로, 제1 구동 모드(mode1)에서 컨트롤러부(144)의 제어하에 제2 스위칭부(SW2)는 온(on) 상태에 있고, 제1 스위칭부(SW1)는 모스 트랜지스터와 같은 스위치 소자의 바디 다이오드(body diode)와 기생 커패시터(parastic capacitor)에 의해 제로 전압 스위칭(zero-voltage switching)에 따라 턴-온(turn-on)된다. 제로 전압 스위칭에 의해 스위칭 동작에 의한 손실, 스위칭 동작에 따른 EMI 노이즈 등을 방지하게 된다. 이러한 제로전압 스위칭에 대해서는 다양한 문헌들을 통해 기 공지된 바 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

제2 구동 모드(mode2)에서 제1 스위칭부(SW1)는 온 상태에 있고, 제2 스위칭부(SW2)는 턴-오프(turn-off)된다. 이때, 광원(200)을 하나의 커패시터로 볼 때, 제2 인덕터(L_R2)와 광원(200)은 하나의 LC 공진 회로를 형성하게 되고, 제2 노드(N2)와 연결된 광원(200)의 제2 전극은 양(positive) 극성을 갖게 되며, 제1 노드(N1)와 연결된 광원(200)의 제1 전극은 음(negative) 극성을 갖게 된다.

따라서, 제2 구동 모드(mode2)에서 제2 인덕터(L_R2), 광원(200) 및 제1 스위칭부(SW1)을 경유하는 전류의 이동 경로가 형성되어, 제2 스위칭부(SW2)가 턴-오프되는 시점까지 선형적으로 상승하여 피크(peak)값에 도달한 제2 인덕터(L_R2)에 흐르는 전류(I_L2)는 급격하게 감소하고, 직류 전원(V_D)은 LC 공진에 의해 소정 주기 및 펄스 폭을 갖는 정현파 등의 제2 교류 전원(V_AC2)으로 변환된다. 이때, 제1 인덕터(L_R1)에는 제1 스위칭부(SW1)가 턴-온시부터 선형적으로 상승하는 전류(I_L1)가 흐르게된다.

제3 구동 모드(mode3)에서 광원(200)에 충전된 전하의 방전이 완료되면, 광원(200)의 양단 전위차는 0V로 귀환된다. 이때, 제2 스위칭부(SW2)에 포함된 모스 트랜지스터와 같은 스위치 소자의 바디 다이오드에 의해 제3 구동 모드(mode3)에서 광원(200)의 양단 전위는 0V로 클램핑(clamping) 된다.

제4 구동 모드(mode4)에서 제2 스위칭부(SW2)는 제로 전압 스위칭에 의해 턴-온된다.

제5 구동 모드(mode5)에서 제2 스위칭부(SW2)는 온 상태에 있고, 제1 스위칭부(SW1)는 턴-오프(turn-off)된다. 이때, 광원(200)을 하나의 커패시터로 볼 때, 제1 인덕터(L_R1)와 광원(200)은 하나의 LC 공진 회로를 형성하게 되고, 제1 노드(N1)와 연결된 광원(200)의 제1 전극은 양 극성을 갖게 되고, 제2 노드(N2)와 연결된 광원(200)의 제2 전극은 음 극성을 갖게 된다.

따라서, 제5 구동 모드(mode5)에서 제1 인덕터(L_R1), 광원(200) 및 제2 스위칭부(SW2)을 경유하는 전류의 이동 경로가 형성되어, 제1 스위칭부(SW1)가 턴-오프되는 시점까지 선형적으로 상승하여 피크값에 도달한 제1 인덕터(L_R1)에 흐르는 전류(I_L1)는 급격하게 감소하고, 직류 전원(V_D)은 LC 공진에 의해 소정 주기 및 펄스 폭을 갖는 정현파 등의 제1 교류 전원(V_AC1)으로 변환된다. 이때, 제2 인덕터(L_R2)에는 제2 스위칭부(SW2)가 턴-온시부터 선형적으로 상승하는 전류(I_L2)가 흐르게된다.

제6 구동 모드(mode6)에서 광원(200)에 충전된 전하가 방전이 완료되면, 광원(200)의 양단 전위차는 0V로 귀환된다. 이때, 제1 스위칭부(SW1)에 포함된 모스 트랜지스터와 같은 스위치 소자의 바디 다이오드에 의해 제6 구동 모드(mode6)에서 양단 전위는 0V로 클램핑된다.

이후, 제1 구동 모드(mode1) 내지 제6 구동 모드(mode6)를 반복적으로 수행하여 광원(200)에는 교번적으로 양극(bipolar) 전원이 인가되고, 제3 구동 모드(mode3)와 제4 구동 모드(mode4)에서와 같이 양극 전원이 교번적으로 인가될 때, 휴지(pause) 기간을 보장할 수 있게 된다. 또한, 양극 전원을 광원(200)에 인가함으로써, 바이어스 스트레스를 감소시키게 되어 광원(200)의 사용 수명을 연장시키게 된다.

이때, 광원(200)에 인가되는 제1 및 제2 교류 전원(V_AC1, V_AC2)의 피크 전압은 다음의 수학식 1을 통해 도출할 수 있다.

여기서, Ts는 1 사이클의 주기를 의미한다.

상술한 수학식 1을 참조하면, 광원 구동 장치(100)의 설계자는 서로 상이한 방전 가스가 충진되어 광원(200)의 구동 효율을 최대화하기 위한 최적의 펄스 폭, 휴지 기간 및 펄스의 주기에 대한 정보가 광원(200)의 제조사로부터 제조 스펙으로 제공되면, 제1 및 제2 인덕터(L_R1, L_R2)의 값을 설정하여 최적의 펄스 폭(

)을 갖도록 구성하고, 동시에 휴지 기간 또한 보장할 수 있다.

도 5는 도 1에 도시된 광원 구동 장치의 다른 예를 구체적으로 도시한 회로 도이고, 도 6은 도 5에 도시된 광원 구동 장치의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 광원 구동 장치(100)는 전원 공급부(110), 제1 전원 변환부(120), 제2 전원 변환부(130) 및 제어부(140)를 포함한다.

여기서, 본 발명의 다른 실시예에 의한 광원 구동 장치(100)는 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 의한 광원 구동 장치(100)와 제1 전원 변환부(120)와 제2 전원 변환부(130)의 구성이 상이하고 나머지 부분은 실질적으로 동일하게 구성되는 바, 그 동일한 구성 요소는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명하기로 하고, 그 중복되는 상세한 설명은 생략하기로 한다.

제1 전원 변환부(120)는 제1 인덕터(L_R1)와 커패시터(C)로 형성된 공진 회로를 포함하여, 전원 공급부(110)에 출력되는 직류 전원(V_D)을 소정 주기를 갖는 정현파 등의 제1 교류 전원(V_AC1)으로 변환한다. 이때, 제1 전원 변환부(120)에는 광원(200)에 입력되는 제1 교류 전원(V_AC1)의 전위가 소정 레벨 승압되어 제공할 수 있도록 하는 승압 회로부(TF)를 포함한다.

제2 전원 변환부(130)는 제2 인덕터(L_R2)와 커패시터(C)로 형성된 공진 회로를 포함하여, 전원 공급부(110)에 출력되는 직류 전원(V_D)을 소정 주기를 갖는 정현파 등의 제2 교류 전원(V_AC2)으로 변환한다. 이때, 제2 전원 변환부(130) 또한 제1 전원 변환부(120)와 마찬가지로, 광원(200)에 입력되는 제2 교류 전원(V_AC2)의 전위 가 소정 레벨 승압되어 제공할 수 있도록 하는 승압 회로부(TF)를 포함한다.

이때, 제1 및 제2 전원 변환부(120, 130)는 하나의 승압 회로부(TF)를 공통으로 사용할 수 있다.

이와 같이, 도 5에 도시된 바와 같은 구성에 의하면, 도 6에 도시된 바와 같이 광원(200)에 플라즈마 방전을 일으키기 위하여 예를 들어, 2kV의 교류 전원이 필요한 경우, 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2)에는 제2 구동 모드(mode2)와 제5 구동 모드(mode5)에서 각각 약 2kV의 전압이 인가되게 된다.

만일, 동일한 조건 하에서 도 2에 도시된 바와 같은 구성에 의하면, 도 2에 도시된 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2)에 연결된 제1 스위칭부(SW1)와 제2 스위칭부(SW2)에 포함된 스위치 소자는 약 2kV의 내압을 견딜 수 있는 스위치 소자로 구성되어야 한다.

그러나, 도 5에 도시된 바와 같이 승압 회로부(TF)를 포함하는 구성에 의하면, 도 6에 도시된 바와 같이 동일한 조건 하에서 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2)에 약 400V의 전위만 인가되더라도, 권선비가 1:5인 변압기를 사용하면, 광원(200)에 2kV의 전원이 입력될 수 있기 때문에 제1 및 제2 스위칭부(SW1, SW2)에 포함된 스위치 소자는 약 400V의 내압만을 견딜 수 있는 스위치 소자로 구성할 수 있다. 이는 스위치 소자를 구성하기 위한 제조 비용을 감소시킬 수 있음을 의미한다. 또한, 양극 전원을 광원(200)에 인가함으로써, 바이어스 스트레스를 감소시키게 되어 광원(200)의 사용 수명을 연장시키게 된다.

이때, 광원(200)에 인가되는 제1 및 제2 교류 전원(V_AC1, V_AC2)의 피크 전압은 다음의 수학식 2를 통해 도출할 수 있다.

여기서, n은 승합 회로부(TF)를 구성하는 1차측 코일과 2차측 코일의 권선비를 의미한다.

상술한 수학식 2를 참조하면, 광원 구동 장치(100)의 설계자는 서로 상이한 방전 가스가 충진되어 광원(200)의 구동 효율을 최대화하기 위한 최적의 펄스 폭, 휴지 기간 및 펄스의 주기에 대한 정보가 광원(200)의 제조사로부터 제조 스펙으로 제공되면, 제1 및 제2 인덕터(L_R1, L_R2)의 값을 설정하여 최적의 펄스 폭(

)을 갖도록 구성함으로써, 휴지 기간을 동시에 보장할 수 있다. 또한, 사용하고자 하는 스위치 소자의 내압에 따라 권선비를 선택적으로 구성하여 제조 비용의 절감을 도모할 수도 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 광원 구동 장치를 설명하기 위해 도시한 블록도이고, 도 8은 도 7에 도시된 광원 구동 장치를 설명하기 위해 구체적으로 도시한 회로도이다. 또한, 도 9는 도 8에 도시된 광원 구동 장치의 동작을 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 10은 도 8에 도시된 광원 구동 장치의 동작을 설명하 기 위해 도시한 파형도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명에 의한 광원 구동 장치(300)는 광원(200)에 교류 전원(V_AC)을 제공하기 위해 전원 공급부(310), 전원 변환부(320) 및 제어부(330)를 포함한다. 이때, 광원(200)은 유전체 배리어 방전 램프(Dielectric Barrier Discharge Lamp, DBD 램프)와 같은 면광원 장치로 구성될 수 있다.

구체적으로, 전원 공급부(310)는 소정 전위 레벨을 갖는 직류 전원(V_D)을 출력한다. 전원 공급부(310)는 도 2에서 설명한 전원 공급부(110)와 실질적으로 동일하게 형성되는 바 그 중복되는 상세한 설명은 생략하기로 한다.

전원 변환부(320)는 전원 공급부(310)에서 출력되는 직류 전원(V_D)을 입력받아, 광원(200)의 구동에 적합한 전위 레벨의 교류 전원(V_AC)을 생성하여 출력한다.

제어부(330)는 스위칭부(332) 및 컨트롤러부(334)를 포함한다.

스위칭부(332)는 절환 동작에 의해 광원(200)에 입력되는 전류를 제어하여 전원 변환부(320)에 의해 직류 전원(V_D)이 교류 전원(V_AC)으로 변환되도록 제어하다. 또한, 스위칭부(332)는 컨트롤러부(334)의 제어하에 직류 전원(V_D)이 교류 전원(V_AC)으로 전원 변환부(320)를 통해 변환될 때, 광원(200)의 최적 구동 효율에 적합한 교류 전원(V_AC)의 펄스 폭과 휴지 기간을 가지면서, 소정 시간동안 교류 전원(V_AC)의 피크값이 일정 전위로 유지되도록 절환 동작을 수행한다.

컨트롤러부(334)는 각 스위칭부(SW1, SW2)가 모스 트랜지스터와 같은 스위칭 소자로 구성되는 경우, 모스 트랜지스터의 게이트 단자에 스위칭 신호를 선택적으로 입력하기 위한 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU) 등으로 형성할 수 있다.

이러한 본 발명에 의한 광원 구동 장치(300)에 대해 그 구체적인 예를 통해 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 광원 구동 장치(300)는 전원 공급부(310), 전원 변환부(320) 및 제어부(330)을 포함한다.

구체적으로, 전원 공급부(310)는 배터리 또는 정류기 회로등으로 구성되어, 소정 전위 레벨의 직류 전원(V_D)을 출력한다.

전원 변환부(320)는 인덕터(L_R)와 커패시터(C)로 형성된 공진 회로를 포함하여, 전원 공급부(310)에 출력되는 직류 전원(V_D)을 소정 주기 및 펄스 폭을 갖는 정현파 등의 교류 전원(V_AC)으로 변환한다.

이때, 전원 변환부(320)에 포함된 커패시터(C)는 광원(200)을 의미하며, 광원(200)은 제1 전극, 제2 전극 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 유전체로 의해 소정 커패시턴스를 갖는 커패시터(C)의 역할을 수행할 수 있기에 이를 LC 공진을 위한 커패시터로 사용한다.

제어부(330)는 스위칭부(332)와 컨트롤러부(334)를 포함한다.

스위칭부(332)는 인덕터(L_R1)와 광원(200)의 제1 전극 사이의 제3 노드(N3) 에 연결되어 절환 동작에 의해 제3 노드 즉, 광원(200)의 제1 전극의 전위를 전원 공급부(110)의 접지 전극의 전위(GND)로 형성하는 제1 스위칭부(SW1), 제2 인덕터(L_R2)와 광원(200)의 제2 전극 사이의 제2 노드(N2)에 연결되어 절환 동작에 의해 제2 노드 즉, 제2 전극의 전위를 전원 공급부(110)의 접지 전극의 전위(GND)로 형성하는 제2 스위칭부(SW2)를 포함한다.

이때, 컨트롤러부(334)는 스위칭부(332)가 절환 동작에 의해 광원(200)에 입력되는 전류를 제어하여 전원 변환부(320)에 의해 직류 전원(V_D)이 교류 전원(V_AC)으로 변환되도록 제어하고, 직류 전원(V_D)이 교류 전원(V_AC)으로 변환될 때, 광원(200)의 최적 구동 효율에 적합한 교류 전원(V_AC)의 펄스 폭과 휴지 기간을 가지면서, 소정 시간동안 교류 전원(V_AC)의 피크값이 일정 전위로 유지되도록 스위칭 신호를 제1 및 제2 스위칭부(SW1, SW2)에 선택적으로 제공한다.

도 8 내지 도 10을 참조하면, 광원 구동 장치(300)는 7개의 구동 모드(mode1,..., mode7)에 따라 구동할 수 있다.

구체적으로, 제1 구동 모드(mode1)에서 컨트롤러부(334)의 제어하에 제1 스위칭부(SW1)는 온 상태로 형성되면, 전원 공급부(310)에서 공급되는 전류는 인덕 터(L_R)와 제1 스위칭부(SW1)를 경유하는 전류 경로를 통해 흐르게 되고, 인덕터(L_R)에 흐르는 전류는 선형적으로 증가하게 된다.

제2 구동 모드(mode2)에서 제1 스위칭부(SW1)가 턴-오프되고, 제2 스위칭부(SW2)가 턴-온되면, 제1 스위칭부(SW1)의 기생 커패시터(parastic capaciter, PC1)는 충전되고, 광원(200)의 커패시터(C) 또한, 인덕터(L_R)와 제2 스위칭부(SW2)를 경유하는 전류 경로를 통해 충전된다.

제3 구동 모드(mode3)에서 광원(200)은 충전 전위가 기 설정된 방전 전압의 전위로 형성되면, 광원(200)은 플라즈마 방전을 통해 소정 휘도의 광을 출사한다. 또한, 제3 구동 모드(mode3)에서 광원(200)의 커패시터(C)가 최대 충전 전위로 충전되고, 제1 및 제2 스위칭부(SW2)는 턴-오프된다. 이때, 인덕터(L_R)에 흐르는 전류는 커패시터(C)의 충전 전위가 전원 전압(V_D)의 전위에 비해 상대적으로 고 전위로 형성되어 인덕터(L_R)는 역 바이어스가 인가된다. 따라서, 인덕터(L_R)에 흐르는 전류의 방향은 역으로 형성된다. 이에 의해, 제3 구동 모드(mode3)에서 제1 스위칭부(SW1)의 기생 커패시터(PC1)는 방전된다.

제4 구동 모드(mode4)에서 제1 스위칭부(SW1)는 턴-온되고, 제2 스위칭부(SW2)는 오프 상태를 유지하여, 인덕터에 흐르는 전류는 선형적으로 증가하게 된다. 이때, 제3 구동 모드(mode3)와 제4 구동 모드(mode4) 사이에서 제1 스위칭부(SW1)의 기생 커패시터(PC1)가 완전히 방전될 때, 제1 스위칭부(SW1)의 바디 다 이오드(BD1)가 턴-온되기 때문에 제4 구동 모드에서 제1 스위칭부(SW1)는 제로 전압 스위칭된다.

이후, 제5 구동 모드(mode5)에서 제1 스위칭부(SW1)가 턴-오프되면, 제1 스위칭부(SW1)의 기생 커패시터(PC1)는 다시 충전을 시작한다.

제6 구동 모드(mode6)에서 제1 스위칭부(SW1)는 오프 상태를 유지하고, 제2 스위칭부(SW2)가 턴-온되면, 광원(200)의 커패시터(C)는 방전을 개시한다. 이때, 커패시터(C)는 인덕터에 흐르는 전류의 방향이 역으로 형성될 때까지 방전을 수행한다. 이때, 제5 구동 모드(mode5)와 제6 구동 모드(mode6) 사이에서 제1 스위칭부(SW1)의 전압이 광원(200)에 인가된 전압의 전위 레벨을 초과하는 경우, 제2 스위칭부(SW2)의 바디 다이오드(BD2)가 턴-온되기 때문에 제6 구동 모드(mode6)에서 제2 스위칭부(SW2)는 제로 전압 스위칭된다.

또한, 제6 구동 모드(mode6)에서 제1 스위칭부(SW2)의 바디 다이오드(BD1)에 의해 광원(200)의 양단 전위는 0V로 클램핑(clamping) 된다.

제7 구동 모드(mode7)에서 제1 스위칭부(SW1)가 오프 상태를 유지하고, 제2 스위칭부(SW2)가 온 상태를 유지하면, 제1 스위칭부(SW1)의 바디 다이오드(BD1)를 통해 전류는 계속적으로 흐르게된다.

이후, 제1 구동 모드(mode1) 내지 제7 구동 모드(mode7)를 반복적으로 수행하여 광원(200)에는 단극(unipolar) 전원이 인가된다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에 의한 전원 구동 장치(300)에 의하면, 광원(200)에 인가되는 교류 전원의 피크 전위 레벨을 소정 시간동안 일정하게 유지함에 따라 광원(200)에 포함된 커패시 터(C)의 방전 시간을 충분히 고려할 수 있게 되어, 광원(200)의 구동 효율이 향상된다. 또한, 광원(200)에 단극 전원이 인가될 때 충분한 휴지 기간을 보장할 수 있게 된다.

도 11을 참조하면, 본 발명에 의한 광원 구동 방법은 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 단계(S100) 및 직류 전원을 교류 전원으로 변환할 때, 광원을 최적 구동 효율로 구동하기 위해 기 설정된 펄스 파형에 따라 교류 전원이 변환되도록 제어하는 단계(S200)를 포함한다.

이하에서는 도 2 내지 도 6에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 의한 광원 구동 장치(100)를 사용하는 경우와, 도 7 내지 도 10에서 설명한 본 발명의 다른 실시예에 의한 광원 구동 장치(300)를 사용하는 경우로 구분하여 본 발명에 의한 광원 구동 방법에 대해 설명하기로 한다.

먼저, 도 2 내지 도 6 및 도 11을 참조하면, 단계 S100에서, 제1 전원 변환부(122)는 제어부(130)의 제2 스위칭부(SW2)가 도 4에 도시된 바와 같이 제4 구동 모드(mode4)에 따라 턴-온되고, 제5 구동 모드(mode5)에서 제1 스위칭부(SW1)가 턴-오프되면, 제1 인덕터(L_R1)와 커패시터(C)로 형성된 공진 회로를 이용하여, 직류 전원(V_D)을 소정 주기 및 펄스 폭을 갖는 정현파 등의 제1 교류 전원(V_AC1)으로 변환한다.

또한, 단계 S100에서 제2 전원 변환부(124)는 제어부(130)의 제1 스위칭부(SW1)가 도 4에 도시된 바와 같이 제2 구동 모드(mode2)에 따라 온 상태에 있고, 제3 구동 모드(mode3)에서 제2 스위칭부(SW2)가 턴-오프되면, 제2 인덕터(L_R2)와 커패시터(C)로 형성된 공진 회로를 이용하여, 직류 전원(V_D)을 소정 주기 및 펄스 폭을 갖는 정현파 등의 제2 교류 전원(V_AC2)으로 변환한다.

단계 S200에서, 제어부(130)는 스위칭부(132)의 절환 동작에 의해 제1 노드(N1) 또는 제2 노드(N2)의 전위를 선택적으로 접지 전원의 전위(GND)로 형성하여, 제1 전원 변환부(122)와 제2 전원 변환부(124)의 전원 변환 동작을 제어하고, 도 2 내지 도 4에서 설명한 바와 같은 6개의 구동 모드(mode1,..., mode6)에 따라 광원(200)에 구동한다.

이러한 각각의 구동 모드(mode1,..., mode6)에 관하여는 상술한 바 있음으로, 그 중복되는 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

또한, 단계 S100과 단계 S200에서 도 5에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 교류 전원(V_AC1, V_AC2)은 승압 회로부(TF)를 구비하는 경우, 직류 전원(V_D)을 교류 전원으로 변환 시 소정 전위 레벨로 승압한 제1 및 제2 교류 전원을 생성할 수 있다.

이러한 단계들을 수행하는 본 발명의 일 실시예에 의한 광원 구동 방법에 의하면, 정현파 형상의 양극 전원을 교번적으로 광원(200)에 인가할 수 있고, 광원(200)의 스펙에 적합하도록 펄스 폭을 가변적으로 형성할 수 있으며, 양극 전원이 인가될 때 휴지 기간을 보장할 수 있게 된다. 또한, 양극 전원을 광원(200)에 인가함으로써, 바이어스 스트레스를 감소시키게 되어 광원(200)의 사용 수명을 연장시키게 된다.

또 다른 예로, 도 7 내지 도 11을 참조하면, 단계 S100에서, 전원 변환부(320)는 제어부(330)의 제2 스위칭부(SW2)가 도 10에 도시된 바와 같이 제2 구동 모드(mode2)와 제6 구동 모드에 따라 온 상태로 형성되고 제1 스위칭부(SW1)가 오프 상태로 형성되면, 인덕터(L_R)와 커패시터(C)로 형성된 공진 회로를 이용하여, 직류 전원(V_D)을 교류 전원(V_AC)으로 변환한다.

단계 S200에서, 제어부(330)의 제2 스위칭부(SW2)가 제3 내지 제5 구동 모드(mode3 ~ mode5)에 따라 오프 상태로 형성됨에 따라 교류 전원의 피크 전위 레벨을 소정 시간동안 일정하게 유지한 교류 전원(V_AC)이 광원(200)에 인가된다. 또한, 각 스위칭부(SW1, SW2)의 바디 다이오드와 기생 커패시터에 의해 각 스위칭부는 제로 전압 스위칭을 한다. 또한, 제1 스위칭부(SW1)의 바디 다이오드에 의해 광원(200)에 인가되는 교류 전압(V_AC)은 제7 구동 모드(mode7)에서 0V로 클램핑되어 단극 전원이 광원(200)에 인가된다.

이러한 단계들을 수행하는 본 발명의 다른 실시예에 의한 광원 구동 방법에 의하면, 단극 전원이 광원(200)에 인가되지만, 교류 전원(V_AC)의 피크 전위 레벨을 소정 시간동안 일정하게 유지함에 따라 광원(200)에 포함된 커패시터(C)의 방전 시간을 충분히 고려할 수 있게 되어, 광원(200)의 구동 효율이 향상된다. 또한, 광 원(200)에 단극 전원이 인가될 때 충분한 휴지 기간을 보장할 수 있게 된다. 또한, 교류 전원(V_AC)의 피크 전위 레벨이 유지되는 시간 및 펄스 폭을 광원(200)의 스펙에 적합하도록 가변적으로 형성할 수 있게 된다.

여기서, 단계 S100 및 S200의 단계가 순차적으로 진행하는 것으로 설명하여 직류 전원이 교류 전원으로 변환된 후, 변환된 교류 전원이 광원을 최적 구동 효율로 구동하기 위해 기 설정된 펄스 파형에 따라 교류 전원이 변환되는 것으로 설명하였다. 그러나 실제로는 단계 S100와 단계 S200은 제어부(130, 330)의 제어하에 스위칭부(SW1, SW2)가 절환동작을 수행하면, 각 교류 전원이 생성된 후 광원(200)에 인가되어, 제1 교류 전원(V_AC1)의 기 정의된 전위 레벨에서 플라즈마 방전이 일어나 광이 출사되므로, 상호 연동하여 구동하는 단계들이다.

도 12를 참조하면, 본 발명에 의한 표시 장치(1000)는 광원 구동부(100), 광원(200), 디스플레이 유닛(400) 및 수납 용기(600)를 포함한다.

여기서, 광원 구동부(100)는 도 1 내지 도 10에서 설명한 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예에 의한 광원 구동 장치(100, 300)와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 여기서는 일례로 도 1에 도시된 광원 구동부(100)만을 표시하였으며, 광원 구동 장치(100, 300)에 대해서는 기 설명한 바, 그 중복되는 상세한 설명은 생략하기로 한다.

광원(200)은 제1 기판(210) 및 제1 기판(210)과 결합하여 내부 공간을 형성하는 제2 기판(220)으로 이루어진 면광원으로 구성된다.

제1 기판(210)과 제2 기판(220)은 사각형의 평판 형상을 가지며, 가시 광선은 투과시키고 자외선은 차단하는 투명한 기판으로 이루어진다. 이때, 제1 기판(210)과 제2 기판(220)은 일례로 융해된 납유리 등의 접착 수단을 통해 상호 결합될 수 있으며, 양 기판(210, 220) 사이의 내부 공간은 방전 영역으로 사용하여 플라즈마 방전을 위한 방전 가스가 충진된다.

디스플레이 유닛(500)은 영상을 표시하는 액정표시패널(510), 액정표시패널(510)을 구동하기 위한 구동 신호를 제공하는 데이터 및 게이트 인쇄회로기판(520, 530)을 포함한다. 데이터 및 게이트 인쇄회로기판(520, 530)으로부터 제공되는 구동 신호는 데이터 테이프 캐리어 패키지(Tape Carrier package, TCP)(540) 및 게이트 TCP(550)를 통해 액정표시패널(510)로 인가된다.

액정표시패널(510)은 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, 이하 TFT) 기판(512), TFT 기판(512)와 대향하여 결합되는 컬러필터 기판(514) 및 상기 양 기판(512, 514) 사이에 개재된 액정(516)을 포함한다.

TFT 기판(512)은 스위칭 소자인 TFT(미도시)가 매트릭스(matrix) 형태로 형성된 투명한 유리기판이다. TFT들의 소오스 및 게이트 단자에는 각각 데이터 및 게이트 라인이 연결되고, 드레인 단자에는 투명한 도전성 재질로 이루어진 화소전극(미도시)이 연결된다.

컬러필터 기판(514)은 색화소인 RGB 화소(미도시)가 박막공정에 의해 형성된 기판이다. 컬러필터 기판(514)에는 투명한 도전성 재질로 이루어진 공통전극(미도시)이 형성된다.

이러한 구성을 갖는 액정표시패널(510)은 상기 TFT의 게이트 단자에 전원이 인가되어 TFT가 턴-온(turn on)되면, 화소 전극과 공통 전극 사이에는 전계가 형성된다. 이러한 전계에 의해 TFT 기판(512)과 컬러필터 기판(514)과의 사이에 개재된 액정(516)의 배열이 변화되고, 액정(516)의 배열 변화에 따라서 광원(200)으로부터 공급되는 광의 투과도가 변경되어 원하는 계조의 영상을 얻게 된다.

수납 용기(700)는 광원(200)을 수납하기 위해 바닥부(710) 및 바닥부(710)의 가장자리로부터 수납 공간을 형성하기 위해 연장된 복수의 측벽(720)으로 이루어진다. 복수의 측벽(720)은 바닥부(710)의 가장자리로부터 수직하게 연장되고, 수납된 광원(200)의 네 측면과 접하게 되어 광원(200)의 유동을 방지한다.

한편, 표시 장치(1000)는 광원(200)으로부터 출사되는 광의 특성을 향상시키기 위한 광학 부재(400) 및 액정표시패널(510)을 고정하기 위한 고정 부재(600)를 더 포함한다.

광학 부재(400)는 광원(200)과 액정표시패널(510) 사이에 배치된다. 광학 부재(400)는 광원(200)으로부터 출사되는 광의 경로를 변경시켜, 휘도 균일도를 향상시키거나, 정면 휘도를 향상시키는 역할을 수행한다. 이를 위해, 광학 부재(400)는 광원(200)으로부터 출사되는 광을 확산시키기 위한 확산판(도시하지 않음), 확산판의 상부에 배치되어 확산판으로부터 출사되는 광을 액정표시패널(510) 방향으로 집광하여 광의 정면 휘도를 향상시키기 위한 집광 시트(도시하지 않음) 및 집광 시트 의 하부 또는 상부에 배치되어 광을 확산시키기 위한 확산 시트(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.

고정 부재(600)는 액정표시패널(510)의 가장자리를 감싸면서 수납용기(600)에 결합되어 액정표시패널(510)을 광학 부재(400)의 상부에 고정한다. 이러한 고정 부재(600)는 외부 충격에 의한 액정표시패널(510)의 파손을 방지하고, 액정표시패널(510)이 수납 용기(700)로부터 이탈되는 것을 방지한다.

한편, 도시되지는 않았으나, 액정표시장치(1000)는 광원(200) 및 광학 부재(400)를 수납용기(700)에 고정하며, 액정표시패널(510)의 수납 위치를 가이드하기 위한 별도의 고정 수단을 더 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 휴지 기간과 펄스 폭을 설계자가 임의로 형성할 수 있는 양극을 갖는 교류 전원을 사용하여 광원의 구동 효율을 향상시킬 수 있고, 사용 수명을 연장시킬 수 있다.

또한, 휴지 기간과 펄스 폭을 설계자가 임의로 형성할 수 있는 단극을 갖는 교류 전원을 사용하여 광원의 충방전 시간을 고려할 수 있음으로 광원의 구동 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 방전 가스의 종류를 고려하여 광원의 구동 효율을 최대화하기 위한 교류 전원의 최적의 펄스 폭 및 휴지 기간을 설계자가 임의로 형성할 수 있다. 따라서, 광원을 최적 구동 효율로 구동하기 위한 교류 전압의 펄스 파형에 대한 스펙이 서로 상이한 광원들에 용이하게 적용할 수 있다.

또한, 광원 구동 장치의 구조를 단순화할 수 있어 제품 크기 및 제조 비용의 증가를 방지할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

광원을 구동하는 장치에 있어서,

외부로부터 입력되는 직류 전원을 상기 광원을 구동하기 위한 교류 전원으로 변환하는 전원 변환부; 및

상기 광원을 최적 구동 효율로 구동하기 위해 기 설정된 펄스 파형에 따라 상기 교류 전원이 변환되도록 상기 전원 변환부를 제어하는 제어부;를 포함하고,

상기 전원 변환부는,

상기 직류 전원을 제1 교류 전원으로 변환하는 제1 전원 변환부; 및

상기 직류 전원을 제2 교류 전원으로 변환하는 제2 전원 변환부;를 포함하며

상기 제어부는 상기 교류 전원이 상기 기 설정된 펄스 파형에 따라 변환되도록 상기 교류 전원의 휴지 기간을 제어하고, 상기 직류 전원이 상기 제1 및 제2 교류 전원으로 순차적으로 변환되도록 제어하고, 상기 각 교류 전원이 상기 기 설정된 펄스 파형에 따른 휴지 기간과 상호 반전된 위상을 가지면서 순차적으로 상기 광원에 입력되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 광원 구동 장치.
삭제
제1항에 있어서,

상기 직류 전원을 제공하는 전원 공급부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 구동 장치.
삭제
제1항에 있어서,

상기 제어부는,

상기 광원에 형성되어 상기 교류 전원들을 입력받는 전극들 중 일 전극의 전위가 타 전극의 전위보다 교번적으로 높은 값을 갖도록 제어하여 상기 각 교류 전원을 순차적으로 변환하는 것을 특징으로 하는 광원 구동 장치.
제5항에 있어서,

상기 제어부는

상기 일 전극의 전위를 상기 교류 전원들에 의해 형성하고, 상기 타 전극의 전위를 접지 전원에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 광원 구동 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 및 제2 전원 변환부는

각각 적어도 하나의 인덕터 소자 및 커패시터 소자를 구비한 공진 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 구동 장치.
제7항에 있어서,

상기 커패시터 소자는

상기 광원에 형성된 전극들과, 상기 교류 전원들을 입력받는 전극들 사이에 배치되는 유전체로 구성되는 것을 특징으로 하는 광원 구동 장치.
제7항에 있어서,

상기 제어부는,

상기 제1 전원 변환부의 공진 회로와 상기 제2 전원 변환부의 공진 회로가 순차적으로 공진하도록 하는 스위칭부; 및

상기 스위칭부의 절환 동작을 제어하는 스위칭 신호를 제공하는 컨트롤러부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 구동 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 및 제2 교류 전원을 승압하여 상기 광원으로 제공하는 승압 회로부;를 더 포함한 것을 특징으로 하는 광원 구동 장치.
제1항에 있어서,

상기 전원 변환부는

적어도 하나의 인덕터 소자 및 커패시터 소자를 구비한 공진 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 구동 장치.
제11항에 있어서,

상기 커패시터 소자는

상기 광원에 형성된 전극들과, 상기 교류 전원들을 입력받는 전극들 사이에 배치되는 유전체로 구성되는 것을 특징으로 하는 광원 구동 장치.
제12항에 있어서,

상기 제어부는,

상기 광원에 전류를 선택적으로 제공하도록 절환 동작을 수행하는 제1 스위칭부;

상기 제1 스위칭부의 동작에 기초하여 상기 공진 회로에 의해 상기 직류 전원이 상기 교류 전원으로 변환되도록 하고, 상기 커패시터 소자의 충전 전위를 단속하여 상기 교류 전원이 상기 기 설정된 펄스 파형에 따른 일정 전위로 유지된 펄스 폭을 갖도록 절환 동작을 수행하는 제2 스위칭부; 및

상기 각 스위칭부의 절환 동작을 제어하는 스위칭 신호를 제공하는 컨트롤러부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 구동 장치.
제13항에 있어서,

상기 제어부는,

상기 제1 및 제2 스위칭부의 절환 동작에 따라 상기 교류 전원이 상기 기 설정된 펄스 파형에 따른 휴지 기간을 갖도록 제어하는 것을 특징으로 하는 광원 구동 장치.
제1 전극, 제2 전극 및 상기 양 전극들 사이에 배치되는 유전체를 구비하여

상기 양 전극들에 제공되는 교류 전원에 의해 광원을 구동하는 장치에 있어서,

직류 전원을 출력하는 전원 공급부;

상기 전원 공급부와 상기 제1 전극 사이에 형성되는 제1 인덕터부;

상기 전원 공급부와 상기 제2 전극 사이에 형성되는 제2 인덕터부;

상기 제1 인덕터부와 상기 제1 전극 사이의 제1 노드에 연결되는 제1 스위칭부;

상기 제2 인덕터부와 상기 제2 전극 사이의 제2 노드에 연결되는 제2 스위칭 부; 및

상기 제1 인덕터부와 상기 광원 및 상기 제2 인덕터부와 상기 광원에 의해 순차적으로 상기 직류 전원이 제1 및 제2 교류 전원으로 변환되도록 제어하고, 상기 제1 및 제2 교류 전원이 상기 광원을 최적 구동 효율로 구동하기 위해 기 설정된 펄스 파형에 따른 휴지 기간과 상호 반전된 위상을 가지면서 순차적으로 상기 광원에 입력되도록 제어하는 컨트롤러부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 구동 장치.
삭제
제15항에 있어서,

상기 제1 인덕터부와 상기 광원은

상기 제1 스위칭부가 턴-오프 시 공진되어 상기 제1 교류 전원으로 변환하는 것을 특징으로 하는 광원 구동 장치.
제15항에 있어서,

상기 제2 인덕터부와 상기 광원은

상기 제2 스위칭부가 턴-오프 시 공진되어 상기 제2 교류 전원으로 변환하는 것을 특징으로 하는 광원 구동 장치.
제15항에 있어서,

상기 컨트롤러부는

상기 전극들 중 일 전극의 전위가 타 전극의 전위보다 교번적으로 높은 값을 갖도록 제어하여 상기 각 교류 전원을 순차적으로 변환하는 것을 특징으로 하는 광원 구동 장치.
제19항에 있어서,

상기 일 전극의 전위는

상기 교류 전원들에 의해 형성하고, 상기 타 전극의 전위는 상기 전원 공급부의 접지 전원에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 광원 구동 장치.
제15항에 있어서,

상기 제1 노드와 제2 노드 사이에 연결되는 1차측 코일과, 상기 1차측 코일과 대향 배치되며 상기 제1 및 제2 전극 양단에 연결되는 2차측 코일을 구비하는 승압 회로부;를 더 포함한 것을 특징으로 하는 광원 구동 장치.
삭제
삭제
광원의 구동 방법에 있어서,

(a) 외부로부터 입력되는 직류 전원을 상기 광원을 구동하기 위한 교류 전원으로 변환하는 단계; 및

(b) 상기 직류 전원을 상기 교류 전원으로 변환할 때, 상기 광원을 최적 구동 효율로 구동하기 위해 기 설정된 펄스 파형에 따라 상기 교류 전원이 변환되도록 제어하는 단계;를 포함하고,

상기 (b)단계는,

상기 교류 전원이 상기 기 설정된 펄스 파형에 따라 변환되도록 상기 교류 전원의 휴지 기간을 제어하는 것을 특징으로 하며,

상기 (a)단계는,

(c) 상기 직류 전원을 제1 교류 전원으로 변환하는 단계; 및

(d) 상기 직류 전원을 제2 교류 전원으로 변환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하고,

상기 (b)단계는,

상기 직류 전원이 상기 제1 및 제2 교류 전원으로 순차적으로 변환되도록 제어하고, 상기 각 교류 전원이 상기 기 설정된 펄스 파형에 따른 휴지 기간과 상호 반전된 위상을 가지면서 순차적으로 상기 광원에 입력되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 광원 구동 방법.
삭제
삭제
삭제
제24항에 있어서,

(e) 상기 제1 및 제2 교류 전원을 승압하여 상기 광원으로 제공하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 구동 방법.
제24항에 있어서,

상기 (b) 단계는,

상기 교류 전원이 상기 기 설정된 펄스 파형에 따른 일정 전위로 유지된 펄스 폭과 휴지 기간을 갖도록 제어하는 것을 특징으로 하는 광원 구동 방법.
제1 전극, 제2 전극 및 상기 양 전극들 사이에 배치되는 유전체를 구비한 광원부;

상기 광원부에 교류 전원들을 입력하는 광원 구동부; 및

상기 광원 구동부에 의해 구동된 상기 광원부로부터 출사되는 광을 이용하여 영상을 표시하는 표시 패널;을 포함하고,

상기 광원 구동부는,

외부로부터 입력되는 직류 전원을 상기 교류 전원으로 변환하는 전원 변환부; 및

상기 광원을 최적 구동 효율로 구동하기 위해 기 설정된 펄스 파형에 따라 상기 교류 전원이 변환되도록 상기 전원 변환부를 제어하는 제어부;를 포함하고,

상기 전원 변환부는,

상기 직류 전원을 제1 교류 전원으로 변환하는 제1 전원 변환부; 및

상기 직류 전원을 제2 교류 전원으로 변환하는 제2 전원 변환부;를 포함하며,

상기 제어부는 상기 교류 전원이 상기 기 설정된 펄스 파형에 따라 변환되도록 상기 교류 전원의 휴지 기간을 제어하고, 상기 직류 전원이 상기 제1 및 제2 교류 전원으로 순차적으로 변환되도록 제어하고, 상기 각 교류 전원이 상기 기 설정된 펄스 파형에 따른 휴지 기간과 상호 반전된 위상을 가지면서 순차적으로 상기 광원에 입력되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제30항에 있어서,

상기 광원부는 상기 유전체가 방전 가스로 구성되어, 상기 제1 및 제2 전극에 입력되는 제1 및 제2 교류 전원에 의해 플라즈마 방전을 이용하여 상기 광을 출사하는 면광원 장치인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
삭제