KR20170064887A - 백라이트유닛, 이의 동작방법 및 이를 포함하는 표시장치 - Google Patents

Abstract

현저히 작은 듀티비를 갖는 PWM신호에 의해 광원의 동작불량이 발생되는 것을 방지할 수 있는 백라이트유닛이 제공된다. 백라이트유닛은, PWM신호의 듀티비 크기에 따라 구동전압이 증가되도록 조절할 수 있는 전압제어부를 포함한다.

Description

백라이트유닛, 이의 동작방법 및 이를 포함하는 표시장치{Backlight unit, driving method thereof and display device including the same}

본 발명은 백라이트유닛에 관한 것으로, 특히 현저히 작은 듀티비를 갖는 펄스 폭 변조(PWM)신호에 의해 광원의 동작불량이 발생되는 것을 방지할 수 있는 백라이트유닛, 이의 동작방법 및 이를 포함하는 표시장치에 관한 것이다.

백라이트유닛(Back Light Unit)은 표시장치의 표시패널을 조명하는 장치로서, 기존에는 광원으로서 냉음극선관 램프(CCFL)를 사용하였으나, 냉음극선관 램프를 사용할 경우, 수은 사용으로 인하여 환경 유해 문제가 발생할 수 있으며, 응답속도가 15ms 정도로 느리고, 색재현성이 NTSC 대비 75% 정도가 낮다. 또한 사전에 설정된 백색광을 생성하는 등 여러 문제점이 발생하기 때문에, 최근 들어 발광다이오드(Light Emitting Diode; LED) 소자가 광원으로서 더욱 각광받고 있다.

발광다이오드는 냉음극선관 램프와 비교할 때, 친환경적이며, 응답 속도가 수 나노(Nano) 초로서 고속 응답이 가능하며, 임펄스(Impulse) 구동이 가능하며, 색재현성이 80%에서 100% 이상이다. 또한, 발광다이오드는 광량을 조절하여 백라이트 유닛의 휘도 및 색 온도를 임의로 조정할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 종래의 백라이트유닛의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 백라이트유닛(10)은 광원(16), 직류-직류 컨버터(11), 스위칭제어부(13), 구동부(14) 및 센싱부(15)를 포함하여 구성된다.

광원(16)은 직렬 접속된 다수의 발광다이오드(LED)로 구성된다. 광원(16)은 직류-직류 컨버터(11)로부터 공급되는 구동전압(Vd)에 의한 구동전류에 따라 다수의 발광다이오드가 발광되어 광을 방출한다.

직류-직류 컨버터(11)는 외부에서 공급된 입력전압에 따라 구동전압(Vd)을 생성하여 출력한다. 구동전압(Vd)은 광원(16)으로 공급된다. 직류-직류 컨버터(11)의 출력단에는 피드백회로(12)가 구성된다. 피드백회로(12)는 구동전압(Vd)을 전압 분배하여 피드백전압(Vfb)을 생성하고, 이를 출력한다.

스위칭제어부(13)는 피드백전압(Vfb)에 따라 스위칭제어신호(SCS)를 생성한다. 스위칭제어신호(SCS)는 직류-직류 컨버터(11)에 구비된 스위칭소자의 스위칭 동작을 제어한다. 직류-직류 컨버터(11)는 스위칭제어신호(SCS)에 따라 입력전압으로부터 구동전압(Vd)을 생성하여 출력한다. 스위칭제어부(13)는 외부에서 공급되는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation; 이하, PWM)신호의 온(on) 구간에서 직류-직류 컨버터(11)의 스위칭소자를 턴-온시킨다.

구동부(14)는 PWM신호에 따라 피드백회로(12)에서 출력되는 피드백전압(Vfb)의 크기를 조절하여 직류-직류 컨버터(11)에서 출력되는 구동전압(Vd)이 일정한 레벨을 갖도록 제어한다. 구동부(14)는 센싱부(15)에서 출력된 센싱신호(SS)에 따라 PWM신호의 온 구간에서 피드백회로(12)로부터 구동부(14)로 흐르는 전류, 즉 싱킹(sinking)전류의 크기를 증가 또는 감소시킴으로써, 제1노드(N1)에 인가되는 구동전압(Vd)의 크기를 제어한다.

센싱부(15)는 광원(16)의 다수의 발광다이오드에 흐르는 전류, 즉 구동전류의 크기에 따른 센싱신호(SS)를 출력한다.

상술한 바와 같이, 백라이트유닛(10)은 PWM신호의 온 구간에서 스위칭제어부(13) 및 구동부(14)의 제어에 따라 직류-직류 컨버터(11)로부터 출력된 구동전압(Vd)이 구동전류로서 광원(16)에 공급된다. 이때, 광원(16)은 PWM신호의 듀티비(duty ratio)에 따른 디밍(dimming) 동작을 수행하게 된다.

그러나, 종래의 백라이트유닛(10)은 특정한 디밍 조건, 예컨대 PWM신호의 듀티비가 현저하게 작은 디밍 조건에서 정상적인 크기를 갖는 구동전압(Vd)을 생성하는 것이 어렵다.

예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, PWM신호(PWM)의 듀티비가 50%인 경우(a)에, 직류-직류 컨버터(11)가 스위칭제어신호(SCS)에 따라 출력하는 구동전압(Vd)은 구동부(14)의 제어에 의해 타겟전압(T_V)과 대응되는 크기를 가지게 된다. 따라서, 구동전압(Vd)에 의한 구동전류(Id) 역시 타겟전류(T_I)와 대응되는 크기를 가지며, 광원(16)의 다수의 발광다이오드는 정상적으로 발광되어 광을 방출한다.

반면, PWM신호(PWM)의 듀티비가 현저히 작은 경우(b), 예컨대 듀티비가 3%인 경우에, PWM신호(PWM)의 온 구간이 짧기 때문에 구동부(14)는 직류-직류 컨버터(11)에서 출력되는 구동전압(Vd)의 크기를 제어하기가 어렵다. 따라서, 구동전압(Vd)은 타겟전압(T_V)보다 작은 크기로 생성되어 출력되므로, 구동전류(Id) 역시 타겟전류(T_I)보다 작은 크기를 가지게 된다. 이로 인해, 광원(16)의 다수의 발광다이오드는 정상적으로 발광되지 못하는 문제가 발생된다.

즉, 종래의 백라이트유닛(10)에서는, PWM신호(PWM)의 듀티비가 현저하게 작은 특정한 디밍 조건에서 광원(16)이 정상적으로 발광되지 않으므로, 광원(16)으로부터 방출되는 광의 휘도가 저하된다. 또한, 광원(16)으로부터 광을 제공받는 표시패널(미도시)에서는 플리커(flicker) 현상이나 화면 꺼짐 등의 불량이 발생된다.

본 발명은 작은 듀티비를 갖는 PWM신호에 의해 광원에서 동작불량이 발생되는 것을 방지할 수 있는 백라이트유닛, 이의 동작방법 및 백라이트유닛을 포함하는 표시장치를 제공하고자 하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 백라이트유닛은, 직류-직류 컨버터, 피드백회로, 구동부 및 전압제어부를 포함한다.

직류-직류 컨버터는 입력전압에 따라 구동전압을 생성하여 제1노드를 통해 광원으로 출력한다.

피드백회로는 제1노드와 접지 사이에 연결되며, 구동전압으로부터 전압분배 된 피드백전압을 생성하여 제2노드를 통해 출력한다.

구동부는 제2노드와 광원 사이에 연결되어 구동전압에 의해 광원으로 흐르는 구동전류를 일정하게 제어한다.

전압제어부는 외부에서 공급된 PWM신호의 듀티비 크기에 따라 제2노드를 통해 제1노드에 인가되는 구동전압의 크기를 조절한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 백라이트유닛의 동작방법은, 입력전압으로부터 생성된 구동전압을 제1노드로 출력하고, 제1노드의 구동전압으로부터 전압분배에 의한 피드백전압을 생성하여 제2노드로 출력하며, 외부에서 공급되는 PWM신호의 듀티비 크기에 따라 제2노드를 통해 제1노드에 인가되는 구동전압의 크기가 타겟전압까지 증가되도록 조절하는 단계를 포함한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 표시장치는, 표시패널과 상기 표시패널에 광을 제공하는 백라이트유닛을 포함한다.

본 발명의 백라이트유닛은, 외부에서 공급되는 PWM신호의 듀티비가 현저하게 작은 특정한 디밍 조건에서, 광원에 공급되는 구동전압 및 구동전류가 타겟전압 및 타겟전압과 동일한 크기를 가지도록 조절함으로써, 광원의 다수의 발광다이오드를 안정적으로 동작시킬 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 백라이트유닛은 특정한 디밍 조건에서 PWM신호의 작은 듀티비에 의해 구동전압 및 구동전류의 레벨이 감소되는 것을 방지할 수 있으며, 이로 인해 광원으로부터 휘도가 저하된 광이 방출되거나 또는 광원으로부터 광을 제공받는 표시패널에서 플리커나 화면 꺼짐 등의 불량이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 백라이트유닛의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 백라이트유닛에서 PWM신호의 듀티비에 따른 동작을 나타내는 파형도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트유닛의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이트유닛의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 백라이트유닛의 동작에 따른 파형도를 나타내는 도면들이다.
도 6은 본 발명의 백라이트유닛을 포함하는 표시장치의 구성을 나타내는 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 백라이트유닛 및 이를 포함하는 표시장치와 백라이트유닛의 동작방법에 대해 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트유닛의 구성을 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 실시예의 백라이트유닛(100)은 광원(102) 및 이를 동작시키는 구동회로(101)를 포함할 수 있다.

광원(102)은 다수의 발광다이오드(LED)를 포함할 수 있다. 다수의 발광다이오드는 소정 개수로 직렬로 연결되어 어레이를 구성할 수 있다. 광원(102)은 구동회로(101)로부터 공급되는 구동전압(Vd)에 따른 구동전류(Id)에 의해 동작될 수 있다. 광원(102)의 다수의 발광다이오드는 구동전류(Id)에 따라 발광되어 해당 휘도를 갖는 광을 방출할 수 있다.

구동회로(101)는 직류-직류 컨버터(110), 스위칭제어부(130), 피드백회로(140), 구동부(150), 센싱회로(170) 및 전압제어부(160)를 포함할 수 있다.

직류-직류 컨버터(110)는 외부에서 공급된 입력전압(Vin)에 따라 구동전압(Vd)을 생성할 수 있다. 직류-직류 컨버터(110)은 구동전압(Vd)을 출력단, 즉 제1노드(N1)로 출력할 수 있다.

직류-직류 컨버터(110)는 인덕터(L1), 다이오드(D1), 커패시터(C1) 및 스위칭소자(Q1)를 포함할 수 있다. 직류-직류 컨버터(110)는 스위칭소자(Q1)의 스위칭 동작에 따라 인덕터(L1)에 저장된 에너지를 다이오드(D1)를 통해 출력하고, 커패시터(C1)를 통해 승압하여 구동전압(Vd)을 생성할 수 있다.

직류-직류 컨버터(110)의 인덕터(L1)는 입력전압(Vin)에 의한 전류 변화량에 대응되는 전압을 저장한다. 다이오드(D1)는 인덕터(L1)로부터 공급되는 전압을 정류하여 출력한다. 커패시터(C1)는 스위칭소자(Q1)의 스위칭 동작에 따라 인덕터(L1)로부터 다이오드(D1)를 통해 공급되는 전압을 충전하거나 또는 충전된 전압을 구동전압(Vd)으로 제1노드(N1)에 출력할 수 있다. 스위칭소자(Q1)는 스위칭제어부(130)로부터 출력된 스위칭제어신호(SCS)에 따라 스위칭 동작될 수 있다. 스위칭소자(Q1)는 스위칭제어신호(SCS)에 따라 PWM신호(PWM)의 온 구간에서 스위칭 동작될 수 있다. 이에 따라, 직류-직류 컨버터(110)는 PWM신호(PWM)의 온 구간에서 입력전압(Vin)으로부터 소정 크기의 구동전압(Vd)을 출력할 수 있다.

피드백회로(140)는 직류-직류 컨버터(110)의 출력단, 즉 제1노드(N1)에 연결되며, 구동전압(Vd)으로부터 피드백전압(Vfb)을 생성하여 출력할 수 있다. 피드백회로(140)는 제1노드(N1)와 접지(GND) 사이에 직렬로 연결된 제1저항(R1) 및 제2저항(R2)을 포함할 수 있다.

피드백회로(140)는 제1노드(N1)에 인가되는 구동전압(Vd)으로부터 제1저항(R1)과 제2저항(R2)의 전압분배에 따라 피드백전압(Vfb)을 생성할 수 있다. 피드백전압(Vfb)은 제2노드(N2)를 통해 출력될 수 있다. 제1저항(R1)과 제2저항(R2)은 각각 인덕터 또는 커패시터 등과 같은 임피던스 소자로 구성될 수도 있다.

스위칭제어부(130)는 피드백회로(140)로부터 제2노드(N2)를 통해 공급된 피드백전압(Vfb)에 따라 스위칭제어신호(SCS)를 생성할 수 있다. 스위칭제어신호(SCS)는 직류-직류 컨버터(110)의 스위칭소자(Q1)로 공급되어 스위칭소자(Q2)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 스위칭제어부(130)는 비교기(OP1) 및 저항(R5)을 포함할 수 있다.

스위칭제어부(130)의 비교기(OP1)는 제2노드(N2)와 직류-직류 컨버터(110)의 스위칭소자(Q1) 사이에 연결될 수 있다. 비교기(OP1)는 두 개의 입력단자 및 하나의 출력단자를 포함한다. 비교기(OP1)의 하나의 입력단자에는 제2노드(N2)로부터 피드백전압(Vfb)이 인가된다. 비교기(OP1)의 다른 하나의 입력단자에는 저항(R5)을 통해 기준전압(Ref1)이 인가된다. 비교기(OP1)는 피드백전압(Vfb)과 기준전압(Ref1)의 비교 결과에 따라 출력단자를 통해 스위칭제어신호(SCS)를 출력할 수 있다. 여기서, 기준전압(Ref1)은 소정의 크기를 갖는 전압일 수 있으며, 비교기(OP1)는 피드백전압(Vfb)이 기준전압(Ref1)과 동일한 크기일 때 하이레벨의 스위칭제어신호(SCS)를 출력할 수 있다.

구동부(150)는 외부에서 공급되는 PWM신호(PWM)에 따라 제1노드(N1)에 인가되는 구동전압(Vd)의 크기를 조절할 수 있다. 구동부(150)는 센싱회로(170)로부터 출력된 센싱신호(SS)에 따라 제2노드(N2)로부터 구동부(150)로 흐르는 전류, 예컨대 싱킹(sinking)전류(Is)의 크기를 조절할 수 있다. 이로 인해, 제1노드(N1)에 인가된 구동전압(Vd)의 크기가 증가되거나 또는 감소될 수 있다.

예컨대, 구동부(150)는 후술될 전압제어부(160)의 동작에 따라 제2노드(N2)로부터 구동부(150)로 흐르는 싱킹전류(Is)의 크기를 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 제1노드(N1)에 인가되는 구동전압(Vd)의 크기가 증가될 수 있다. 또한, 구동부(150)는 전압제어부(160)의 동작에 따라 제2노드(N2)로부터 구동부(150)로 흐르는 싱킹전류(Is)의 크기를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 제1노드(N1)에 인가되는 구동전압(Vd)의 크기가 감소될 수 있다.

구동부(150)는 센싱신호(SS)에 따라 센싱회로(170)로 출력되는 제어전압(Vc)의 크기를 조절함으로써, 다수의 발광다이오드로 흐르는 구동전류(Id)의 크기가 일정한 값을 가지도록 제어할 수 있다.

센싱회로(170)는 광원(102)와 구동부(150) 사이에 연결될 수 있다. 센싱회로(170)는 광원(102)의 다수의 발광다이오드에 흐르는 구동전류(Id)의 크기를 센싱하고, 이에 따른 센싱신호(SS)를 구동부(150)로 출력할 수 있다. 또한, 센싱회로(170)는 구동부(150)에서 출력된 제어전압(Vc)에 따라 광원(102)에 흐르는 구동전류(Id)의 크기가 일정하도록 제어할 수 있다. 센싱회로(170)는 광원(102)과 구동부(150) 사이에 연결된 스위칭소자(Q3) 및 상기 스위칭소자(Q3)와 접지(GND) 사이에 연결된 저항(R6)을 포함할 수 있다.

센싱회로(170)의 스위칭소자(Q3)는 광원(102)의 다수의 발광다이오드를 통해 공급된 구동전류(Id)를 센싱신호(SS)로 구동부(150)에 출력할 수 있다. 또한, 스위칭소자(Q3)는 구동부(150)에서 공급되는 제어전압(Vc)의 크기에 따라 광원(102)에 흐르는 구동전류(Id)가 일정한 레벨이 되도록 제어할 수 있다.

전압제어부(160)는 제2노드(N2)에 연결될 수 있다. 전압제어부(160)는 PWM신호(PWM)의 특정 듀티비, 예컨대 PWM신호(PWM)가 5% 이하의 듀티비를 갖는 경우에 동작될 수 있다. 전압제어부(160)는 특정 듀티비의 PWM신호(PWM)에 따라 피드백회로(140)의 전압분배 비율, 즉 피드백회로(140)의 저항비를 조절함으로써, 제1노드(N1)에 인가되는 구동전압(Vd)의 크기를 제어할 수 있다. 전압제어부(160)는 다이오드(D2), 커패시터(C2), 비교기(OP2), 제3저항(R3), 제4저항(R4) 및 스위칭소자(Q2)를 포함할 수 있다.

전압제어부(160)의 다이오드(D2) 및 커패시터(C2)는 비교기(OP2)의 하나의 입력단자에 병렬로 연결될 수 있다. 다이오드(D2) 및 커패시터(C2)는 PWM신호(PWM)를 정류하여 비교기(OP2)로 출력할 수 있다.

비교기(OP2)는 하나의 입력단자로 입력된 PWM신호(PWM)와 제4저항(R4)을 통해 다른 하나의 입력단자로 입력된 기준전압(Ref2)을 비교하고, 비교 결과에 따른 비교신호를 출력할 수 있다. 여기서, 기준전압(Ref2)은 5%의 듀티비를 갖는 PWM신호(PWM)에 대응되는 전압일 수 있다. 따라서, 비교기(OP2)는 다이오드(D2) 및 커패시터(C2)를 통해 입력되는 PWM신호(PWM)가 기준전압(Ref2)과 동일하거나 작을 때, 하이레벨의 비교신호를 출력할 수 있다.

스위칭소자(Q2)는 비교기(OP2)에서 출력되는 비교신호에 따라 스위칭 동작되어 피드백회로(140)의 저항비를 조절할 수 있다. 스위칭소자(Q2)는 게이트전극이 비교기(OP2)와 연결되고, 소스전극이 제2노드(N2)와 연결되며, 드레인전극이 제3저항(R3)과 연결될 수 있다. 스위칭소자(Q2)는 하이레벨의 비교신호에 의해 턴-온됨으로써, 제3저항(R3)을 제2노드(N2)에 연결시킬 수 있다. 이에 따라, 피드백회로(140)의 저항비가 달라지게 되며, 제1노드(N1)에 인가된 구동전압(Vd)의 크기가 증가된다. 여기서, 제3저항(R3)은 스위칭소자(Q2)에 의해 제2노드(N2)에서 피드백회로(140)의 제2저항(R2)과 병렬로 연결될 수 있다.

상술한 본 발명의 백라이트유닛(100)의 동작을 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 설명하기로 한다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 백라이트유닛의 동작에 따른 파형도를 나타내는 도면들이다.

여기서, 도 5a는 외부에서 공급되는 PWM신호(PWM)가 5% 초과의 듀티비, 예컨대 50%의 듀티비를 갖는 경우의 파형도를 나타내고, 도 5b는 PWM신호(PWM)가 5% 이하의 듀티비, 예컨대 3%의 듀티비를 갖는 경우의 파형도를 나타낸다.

먼저, 도 3 및 도 5a를 참조하면, 외부로부터 비교적 큰 듀티비, 예컨대 50%의 듀티비를 갖는 PWM신호(PWM)가 입력되면, 직류-직류 컨버터(110)는 입력전압(Vin)에 따라 구동전압(Vd)을 생성하고, 이를 제1노드(N1)로 출력한다.

이때, PWM신호(PWM)의 듀티비가 50%이므로, 전압제어부(160)는 동작되지 않는다. 다시 말해, 전압제어부(160)의 비교기(OP2)는 다이오드(D2)를 통해 입력되는 PWM신호(PWM)의 레벨이 기준전압(Ref2)보다 크기 때문에 로우레벨의 비교신호를 출력한다. 이에, 스위칭소자(Q2)는 로우레벨의 비교신호에 따라 턴-오프된다. 따라서, 피드백회로(140)는 구동전압(Vd)으로부터 제1저항(R1)과 제2저항(R2)에 의한 전압분배에 따라 피드백전압(Vfb)을 생성할 수 있다.

한편, 구동부(150)는 PWM신호(PWM)에 따라 피드백회로(140)의 출력단, 즉 제2노드(N2)에서 구동부(150)에 흐르는 싱킹전류(Is)의 크기를 조절할 수 있다. 구동부(150)는 PWM신호(PWM)의 온 구간(ON)에서 싱킹전류(Is)를 증가시킬 수 있다. 여기서, PWM신호(PWM)의 온 구간(ON)이 비교적 길기 때문에, 구동부(150)가 싱킹전류(Is)를 증가시킬 수 있는 시간이 충분하다. 이에 따라, 제1노드(N1)에는 타겟전압(T_V)과 동일한 구동전압(Vd)이 인가될 수 있으며, 구동전압(Vd)에 의한 구동전류(Id) 역시 타겟전류(T_I)와 동일한 크기로 광원(102)에 공급될 수 있다.

다음으로, 도 3 및 도 5b를 참조하면, 외부로부터 작은 듀티비, 예컨대 3%의 듀티비를 갖는 PWM신호(PWM)가 입력되면, 직류-직류 컨버터(110)는 입력전압(Vin)에 따라 구동전압(Vd)을 생성하고, 이를 제1노드(N1)로 출력한다.

이때, PWM신호(PWM)의 듀티비가 3%이므로, 전압제어부(160)는 동작되어 피드백회로(140)의 저항비를 조절하게 된다. 다시 말해, 전압제어부(160)의 비교기(OP2)는 다이오드(D2)를 통해 입력되는 PWM신호(PWM)의 레벨이 기준전압(Ref2)보다 작기 때문에 하이레벨의 비교신호를 출력한다. 이에, 스위칭소자(Q2)는 하이레벨의 비교신호에 따라 턴-온된다. 따라서, 피드백회로(140)는 구동전압(Vd)으로부터 제1저항(R1) 내지 제3저항(R3)에 의해 전압분배 비율이 조절되며, 이에 따라 피드백전압(Vfb)을 생성할 수 있다.

여기서, 전압제어부(160)의 제3저항(R3)은 스위칭소자(Q2)의 동작에 따라 제2노드(N2)에서 피드백회로(140)의 제2저항(R2)과 병렬로 연결된다. 따라서, 제1노드(N1)에 인가되는 구동전압(Vd)은 피드백회로(140)의 저항비에 따라 타겟전압(T_V)과 동일하거나 또는 더 큰 레벨을 가지게 된다. 그리고, 구동전압(Vd)에 의한 구동전류(Id) 역시 타겟전류(T_I)와 동일한 크기로 광원(102)에 공급될 수 있다. 이때, 구동부(150)는 싱킹전류(Is)의 크기를 조절하지 않는다.

한편, 전압제어부(160)는 입력되는 PWM신호(PWM)의 듀티비에 따라 스위칭소자(Q2)의 턴-온 기간을 유지할 수 있다. 따라서, 도 5b에 도시된 바와 같이, PWM신호(PWM)의 오프 구간(OFF)에서도 전압제어부(160)는 스위칭소자(Q2)를 계속 턴-온시키므로, 제1노드(N1)에 인가되는 구동전압(Vd)은 일정한 레벨을 유지하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 실시예의 백라이트유닛(100)은 입력되는 PWM신호(PWM)의 듀티비에 따라 출력전압, 즉 구동전압(Vd)이 타겟전압(T_V)과 동일한 레벨이 되도록 할 수 있다. 다시 말해, 백라이트유닛(100)은 PWM신호(PWM)의 듀티비가 비교적 큰 경우에 구동부(150)에서 싱킹전류(Is)를 조절함으로써, 제1노드(N1)에 인가되는 구동전압(Vd)이 타겟전압(T_V)과 동일한 레벨이 되도록 제어할 수 있다. 반면에, 백라이트유닛(100)은 PWM신호(PWM)의 듀티비가 비교적 작은 경우에 전압제어부(160)에서 피드백회로(140)의 저항비를 조절함으로써, 제1노드(N1)에 인가되는 구동전압(Vd)이 타겟전압(T_V)과 동일한 레벨이 되도록 제어할 수 있다.

즉, 본 발명의 백라이트유닛(100)은 특정한 디밍 조건, 예컨대 PWM신호의 듀티비가 현저하게 작은 디밍 조건에서 광원(102)에 타겟전압(T_V)과 동일한 크기의 구동전압(Vd) 및 타겟전류(T_I)와 동일한 크기의 구동전류(Id)를 공급할 수 있어 광원(102)의 다수의 발광다이오드를 안정적으로 동작시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 백라이트유닛(100)은 종래의 백라이트유닛과 대비하여 특정한 듀티비의 PWM신호(PWM)에 의해 구동전압(Vd) 및 구동전류(Id)의 레벨이 저하됨으로써, 광원(102)으로부터 휘도가 저하된 광이 방출되거나 또는 광원(102)으로부터 광을 제공받는 표시패널(미도시)에서 플리커나 화면 꺼짐 등이 나타나는 것을 방지할 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이트유닛의 구성을 나타내는 도면이다.

도 4에 도시된 백라이트유닛(100')은 앞서 도 3을 참조하여 설명된 백라이트유닛(100)과 전압제어부(180)의 구성을 제외하고 실질적으로 동일한 구조를 갖는다. 이에 따라, 본 실시예에서는 도 3과 동일 부재에 대해서는 동일 부호로 나타내고 그에 따른 상세한 설명은 생략한다.

도 4를 참조하면, 본 실시예의 백라이트유닛(100')은 광원(102) 및 구동회로(101')를 포함할 수 있다.

광원(102)은 소정 개수로 직렬 연결되어 어레이를 구성하는 다수의 발광다이오드를 포함할 수 있다. 광원(102)은 구동회로(101')에서 공급되는 구동전압(Vd)에 따른 구동전류(Id)에 의해 동작되어 광을 방출할 수 있다.

구동회로(101')는 직류-직류 컨버터(110), 스위칭제어부(130), 피드백회로(140), 구동부(150), 센싱회로(170) 및 전압제어부(180)를 포함할 수 있다.

직류-직류 컨버터(110)는 입력전압(Vin)에 따라 구동전압(Vd)을 생성하고, 구동전압(Vd)을 출력단, 즉 제1노드(N1)로 출력할 수 있다. 직류-직류 컨버터(110)는 인덕터(L1), 다이오드(D1), 커패시터(C1) 및 스위칭소자(Q1)를 포함할 수 있다. 직류-직류 컨버터(110)는 스위칭소자(Q1)의 스위칭 동작에 따라 인덕터(L1)에 저장된 에너지를 다이오드(D1)를 통해 출력하고, 커패시터(C1)를 통해 승압하여 구동전압(Vd)을 생성할 수 있다.

피드백회로(140)는 제1노드(N1)에 연결되어 구동전압(Vd)으로부터 피드백전압(Vfb)을 출력할 수 있다. 피드백회로(140)는 제1노드(N1)에 인가되는 구동전압(Vd)으로부터 제1저항(R1)과 제2저항(R2)의 전압분배에 따라 피드백전압(Vfb)을 생성할 수 있다. 피드백전압(Vfb)은 제2노드(N2)를 통해 출력될 수 있다. 제1저항(R1)과 제2저항(R2)은 각각 인덕터 또는 커패시터 등과 같은 임피던스 소자로 구성될 수도 있다.

스위칭제어부(130)는 피드백회로(140)로부터 제2노드(N2)를 통해 공급된 피드백전압(Vfb)에 따라 스위칭제어신호(SCS)를 생성할 수 있다. 스위칭제어신호(SCS)는 직류-직류 컨버터(110)의 스위칭소자(Q1)로 공급되어 스위칭소자(Q1)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 스위칭제어부(130)는 비교기(OP1) 및 저항(R5)을 포함할 수 있다.

구동부(150)는 전압제어부(180)에서 공급된 제어신호(CS)에 따라 제2노드(N2)로부터 구동부(150)로 흐르는 싱킹전류(IS)의 크기를 조절함으로써, 제1노드(N1)의 구동전압(Vd)의 크기를 조절할 수 있다. 예컨대, 구동부(150)는 제어신호(CS)에 따라 싱킹전류(IS)가 일정한 크기를 가지도록 증가시킴으로써, 제1노드(N1)에 인가되는 의 구동전압(Vd)의 크기를 증가시킬 수 있다.

또한, 구동부(150)는 센싱신호(SS)에 따라 센싱회로(170)로 출력되는 제어전압(Vc)의 크기를 조절함으로써, 다수의 발광다이오드로 흐르는 구동전류(Id)의 크기가 일정한 값을 가지도록 제어할 수 있다.

센싱회로(170)는 광원(102)와 구동부(150) 사이에 연결될 수 있다. 센싱회로(170)는 광원(102)의 다수의 발광다이오드에 흐르는 구동전류(Id)의 크기를 센싱하고, 이에 따른 센싱신호(SS)를 구동부(150)로 출력할 수 있다. 또한, 센싱회로(170)는 구동부(150)에서 출력된 제어전압(Vc)에 따라 광원(102)에 흐르는 구동전류(Id)의 크기가 일정하도록 제어할 수 있다. 센싱회로(170)는 광원(102)과 구동부(150) 사이에 연결된 스위칭소자(Q3) 및 상기 스위칭소자(Q3)와 접지(GND) 사이에 연결된 저항(R6)을 포함할 수 있다.

전압제어부(180)는 외부로부터 공급된 PWM신호(PWM)가 특정 듀티비, 예컨대 PWM신호(PWM)가 5% 이하의 듀티비를 갖는 경우에 동작되어 제어신호(CS)를 생성할 수 있다. 제어신호(CS)는 구동부(150)로 출력되어 구동부(150)의 동작을 제어할 수 있다.

예컨대, PWM신호(PWM)가 5% 이하의 듀티비를 갖는 경우에 전압제어부(180)는 제어신호(CS)를 생성하여 출력한다. 구동부(150)는 전압제어부(180)에서 출력된 제어신호(CS)에 따라 제2노드(N2)로부터 구동부(150)로 흐르는 싱킹전류(Is)를 일정한 레벨이 될 때까지 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 제1노드(N1)에 인가된 구동전압(Vd)은 레벨이 증가되는 싱킹전류(Is)에 따라 크기가 증가될 수 있다. 이러한 전압제어부(180)는 PWM신호(PWM)의 특정 듀티비에서 동작되도록 프로그래밍 된 MCU 등으로 구성될 수 있다.

상술한 본 발명의 백라이트유닛(100')의 동작을 도 5a 및 도 5b를 참조하여 좀 더 구체적으로 설명하기로 한다.

도 4 및 도 5a를 참조하면, 외부로부터 비교적 큰 듀티비, 예컨대 50%의 듀티비를 갖는 PWM신호(PWM)가 입력되면, 직류-직류 컨버터(110)는 입력전압(Vin)에 따라 구동전압(Vd)을 생성하고, 이를 제1노드(N1)로 출력한다. 그리고, 피드백회로(140)는 구동전압(Vd)으로부터 제1저항(R1)과 제2저항(R2)에 의한 전압분배에 따라 피드백전압(Vfb)을 생성할 수 있다.

이때, PWM신호(PWM)의 듀티비가 50%이므로, 전압제어부(180)는 제어신호(CS)를 출력하지 않는다. 이에 따라, 구동부(150)는 PWM신호(PWM)의 온 구간(ON)에서 싱킹전류(Is)의 크기를 증가시킴으로써 구동전압(Vd)의 크기를 증가시킬 수 있다. 여기서, PWM신호(PWM)의 온 구간(ON)이 비교적 길기 때문에, 구동부(150)가 싱킹전류(Is)를 증가시킬 수 있는 시간이 충분하다. 이에 따라, 제1노드(N1)에는 타겟전압(T_V)과 동일한 구동전압(Vd)이 인가될 수 있으며, 구동전압(Vd)에 의한 구동전류(Id) 역시 타겟전류(T_I)와 동일한 크기로 광원(102)에 공급될 수 있다.

다음으로, 도 4 및 도 5b를 참조하면, 외부로부터 작은 듀티비, 예컨대 3%의 듀티비를 갖는 PWM신호(PWM)가 입력되면, 직류-직류 컨버터(110)는 입력전압(Vin)에 따라 구동전압(Vd)을 생성하고, 이를 제1노드(N1)로 출력한다. 그리고, 피드백회로(140)는 구동전압(Vd)으로부터 제1저항(R1)과 제2저항(R2)에 의한 전압분배에 따라 피드백전압(Vfb)을 생성할 수 있다.

이때, PWM신호(PWM)의 듀티비가 3%이므로, 전압제어부(180)는 제어신호(CS)를 생성하여 구동부(150)로 출력할 수 있다. 구동부(150)는 제어신호(CS)에 따라 싱킹전류(IS)가 일정한 레벨이 될 때까지 그 크기를 증가시킬 수 있다.

한편, 전압제어부(180)는 제1노드(N1)에 인가되는 구동전압(Vd)이 일정한 레벨이 될 때까지 제어신호(CS)의 출력을 유지할 수 있다. 따라서, 도 5b에 도시된 바와 같이, PWM신호(PWM)의 오프 구간(OFF)에서도 전압제어부(180)는 제어신호(CS)의 출력을 유지하므로, 제1노드(N1)에 인가되는 구동전압(Vd)은 일정한 레벨을 유지하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 실시예의 백라이트유닛(100')은 입력되는 PWM신호(PWM)의 듀티비에 따라 출력전압, 즉 구동전압(Vd)이 타겟전압(T_V)과 동일한 레벨이 되도록 할 수 있다. 다시 말해, 백라이트유닛(100)은 PWM신호(PWM)의 듀티비가 비교적 큰 경우에 구동부(150)에서 싱킹전류(Is)를 조절함으로써, 제1노드(N1)에 인가되는 구동전압(Vd)이 타겟전압(T_V)과 동일한 레벨이 되도록 제어할 수 있다. 반면에, PWM신호(PWM)의 듀티비가 비교적 작은 경우에 전압제어부(180)에서 출력된 제어신호(CS)에 따라 구동부(150)가 싱킹전류(IS)의 크기를 일정 레벨까지 증가시킴으로써, 구동전압(Vd)이 타겟전압(T_V)과 동일한 레벨이 되도록 제어할 수 있다.

즉, 본 발명의 백라이트유닛(100')은 특정한 디밍 조건, 예컨대 PWM신호의 듀티비가 현저하게 작은 디밍 조건에서 광원(102)에 타겟전압(T_V)과 동일한 크기의 구동전압(Vd) 및 타겟전류(T_I)와 동일한 크기의 구동전류(Id)를 공급할 수 있어 광원(102)의 다수의 발광다이오드를 안정적으로 동작시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 백라이트유닛(100')은 종래의 백라이트유닛과 대비하여 특정한 듀티비의 PWM신호(PWM)에 의해 구동전압(Vd) 및 구동전류(Id)의 레벨이 저하됨으로써, 광원(102)으로부터 휘도가 저하된 광이 방출되거나 또는 광원(102)으로부터 광을 제공받는 표시패널(미도시)에서 플리커나 화면 꺼짐 등이 나타나는 것을 방지할 수 있다.

도 6은 본 발명의 백라이트유닛을 포함하는 표시장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 6을 참조하면, 표시장치(200)는 표시패널(210), 패널구동부 및 백라이트유닛(100)을 포함하는 액정표시장치일 수 있다.

표시패널(210)은 다수의 게이트라인(GL) 및 다수의 데이터라인(DL)에 의해 정의되는 영역마다 형성된 다수의 화소(P)를 포함할 수 있다. 다수의 화소(P) 각각은 게이트라인(GL) 및 데이터라인(DL)에 접속된 박막트랜지스터(T), 상기 박막트랜지스터(T)에 접속된 액정커패시터(Clc) 및 스토리지커패시터(Cst)를 포함할 수 있다. 표시패널(210)은 각 화소(P)에 공급되는 데이터전압에 따라 전계를 형성하여 백라이트유닛(100)에서 조사되는 광의 투과율을 조절함으로써 영상을 표시할 수 있다.

패널구동부는 외부로부터 입력된 영상신호(RGB)에 대응되는 영상을 표시패널(210)로 출력하여 표시패널(210)을 동작시킬 수 있다. 패널구동부는 게이트구동부(220), 데이터구동부(230) 및 타이밍제어부(240)를 포함할 수 있다.

게이트구동부(220)는 타이밍제어부(240)에서 공급되는 게이트제어신호(GCS)에 따라 게이트신호를 생성할 수 있다. 게이트신호는 표시패널(210)의 다수의 게이트라인(GL)에 순차적으로 출력될 수 있다. 게이트구동부(220)는 표시패널(210) 내에 형성될 수 있다.

데이터구동부(230)는 타이밍제어부(240)에서 공급되는 데이터제어신호(DCS)에 따라 영상데이터(DATA)를 래치하고, 다수의 감마전압을 이용하여 래치된 영상데이터로부터 소정의 극성을 갖는 데이터전압을 생성할 수 있다. 데이터전압은 표시패널(210)의 다수의 데이터라인(DL)에 출력될 수 있다.

타이밍제어부(240)는 외부에서 입력된 영상신호(RGB)를 표시패널(210)에 대응되도록 정렬하여 영상데이터(DATA)를 생성할 수 있다. 영상데이터(DATA)는 데이터구동부(230)로 출력될 수 있다.

또한, 타이밍제어부(240)는 외부에서 입력된 제어신호(CNT), 예컨대 타이밍신호를 이용하여 게이트제어신호(GCS) 및 데이터제어신호(DCS)를 생성하여 출력할 수 있다. 타이밍신호는 수직동기신호(Vsync), 수평동기신호(Hsync), 데이터인에이블신호(DE) 및 클럭신호(DCLK) 등을 포함할 수 있다. 게이트제어신호(GCS)는 게이트스타트펄스(Gate Start Pulse), 게이트쉬프트클럭(Gate Shift Clock) 및 게이트출력인에이블(Gate Output Enable) 등을 포함할 수 있다. 데이터제어신호(DCS)는 소스스타트펄스(Source Start Pulse), 소스샘플링클럭(Source Sampling Clock), 소스출력인에이블(Source Output Enable) 및 극성제어신호(POL) 등을 포함할 수 있다.

또한, 타이밍제어부(240)는 백라이트유닛(100)의 동작을 제어하기 위한 백라이트제어신호(BCS)를 생성하여 출력할 수 있다. 백라이트제어신호(BCS)는 광의 휘도를 제어하기 위한 디밍데이터 및 듀티신호 등을 포함할 수 있다.

백라이트유닛(100)은 앞서 도 3을 통해 설명한 바와 같이, 광원(102) 및 이를 동작시키는 구동회로(101)를 포함할 수 있다. 또한, 백라이트유닛(100')은 도 4에서 설명한 바와 같은 광원(102) 및 구동회로(101')를 포함할 수도 있다.

광원(102)은 소정 개수로 직렬 연결되어 어레이를 구성하는 다수의 발광다이오드를 포함할 수 있다. 광원(102)은 구동회로(101)에서 공급되는 구동전압(Vd)에 따른 구동전류(Id)에 의해 동작되어 광을 방출할 수 있다.

구동회로(101)는 직류-직류 컨버터(110), 스위칭제어부(130), 피드백회로(140), 구동부(150), 센싱회로(170) 및 전압제어부(160)를 포함할 수 있다.

이러한 백라이트유닛(100)은 특정한 디밍 조건, 예컨대 PWM신호의 듀티비가 현저하게 작은 디밍 조건에서 광원(102)에 타겟전압(T_V)과 동일한 크기의 구동전압(Vd) 및 타겟전류(T_I)와 동일한 크기의 구동전류(Id)를 안정적으로 공급할 수 있어 광원(102)의 다수의 발광다이오드를 안정적으로 동작시킬 수 있다. 백라이트유닛(100)의 구성 및 동작은 앞서 도 3 내지 도 5b를 참조하여 전술하였으므로, 이에 대한 중복 설명은 생략한다.

전술한 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.

100: 백라이트유닛 101, 101': 구동회로
102: 광원 110: 직류-직류 컨버터
130: 스위칭제어부 140: 피드백회로
150: 구동부 160, 180: 전압제어부
170: 센싱회로 200: 표시장치
210: 표시패널 220: 게이트구동부
230: 데이터구동부 240: 타이밍제어부

Claims (15)

1. 입력전압에 따라 구동전압을 생성하여 제1노드를 통해 광원으로 출력하는 직류-직류 컨버터;
   상기 제1노드와 접지 사이에 연결되며, 상기 구동전압으로부터 전압분배 된 피드백전압을 생성하여 제2노드를 통해 출력하는 피드백회로;
   상기 제2노드와 상기 광원 사이에 연결되며, 상기 구동전압에 의해 상기 광원으로 흐르는 구동전류를 일정하게 제어하는 구동부; 및
   외부에서 공급된 PWM신호의 듀티비 크기에 따라 상기 제2노드를 통해 상기 제1노드에 인가되는 상기 구동전압의 크기를 조절하는 전압제어부를 포함하는 백라이트유닛.
2. 제1항에 있어서,
   상기 피드백회로는 상기 제1노드와 제2노드 사이의 제1저항 및 상기 제2노드와 상기 접지 사이에서 상기 제1저항과 직렬로 연결된 제2저항으로 포함하고,
   상기 전압제어부는 상기 제2노드에서 상기 피드백회로의 저항비를 조절하여 상기 구동전압의 크기를 증가시키는 백라이트유닛.
3. 제2항에 있어서, 상기 전압제어부는,
   상기 PWM신호와 기준전압을 비교하고, 상기 PWM신호가 상기 기준전압과 동일하거나 작은 크기이면 비교신호를 출력하는 비교기; 및
   상기 비교신호에 따라 스위칭 동작되어 일 전극에 연결된 제3저항을 상기 제2노드에서 상기 제2저항과 병렬로 연결시키는 스위칭소자를 포함하는 백라이트유닛.
4. 제3항에 있어서,
   상기 기준전압은 5% 이하의 듀티비를 갖는 PWM신호와 대응되는 크기인 백라이트유닛.
5. 제1항에 있어서,
   상기 전압제어부는 상기 구동부의 동작을 제어하는 제어신호를 출력하여 상기 구동전압의 크기를 증가시키는 백라이트유닛.
6. 제5항에 있어서,
   상기 구동부는 상기 제어신호에 따라 상기 제2노드에서 상기 구동부로 흐르는 전류의 크기를 증가시키는 백라이트유닛.
7. 제5항에 있어서,
   상기 전압제어부는 상기 PWM신호의 듀티비가 5% 이하일 때 상기 제어신호를 출력하는 백라이트유닛.
8. 제1항에 있어서,
   상기 전압제어부는 상기 구동전압이 타겟전압까지 증가되도록 크기를 조절하는 백라이트유닛.
9. 제1항에 있어서,
   상기 광원과 상기 구동부 사이에 연결되며, 상기 광원에 흐르는 상기 구동전류의 크기에 따른 센싱신호를 상기 구동부로 출력하는 센싱회로;
   상기 제2노드에 연결되며, 상기 피드백전압에 따라 상기 직류-직류 컨버터의 동작을 제어하는 스위칭제어신호를 출력하는 스위칭제어부를 더 포함하는 백라이트유닛.
10. 입력전압으로부터 구동전압을 생성하여 제1노드로 출력하는 단계;
    상기 제1노드의 상기 구동전압으로부터 전압분배에 의한 피드백전압을 생성하여 제2노드로 출력하는 단계; 및
    외부에서 공급되는 PWM신호의 듀티비 크기에 따라 상기 제2노드를 통해 상기 제1노드에 인가되는 상기 구동전압의 크기가 타겟전압까지 증가되도록 조절하는 단계를 포함하는 백라이트유닛의 동작방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 구동전압의 크기를 조절하는 단계는,
    상기 PWM신호가 기준전압과 동일하거나 작은 크기일 때 비교신호를 출력하는 단계; 및
    상기 비교신호에 따라 상기 제2노드에서 전압분배 비율을 조절하여 상기 구동전압의 크기를 증가시키는 단계를 포함하는 백라이트유닛의 동작방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 기준전압은 5% 이하의 듀티비를 갖는 PWM신호와 대응되는 크기인 백라이트유닛의 동작방법.
13. 제10항에 있어서,
    상기 구동전압의 크기를 조절하는 단계는,
    상기 PWM신호의 듀티비 크기에 따라 상기 제2노드를 통해 흐르는 전류의 크기를 조절하여 상기 구동전압의 크기를 증가시키는 단계인 백라이트유닛의 동작방법.
14. 제10항에 있어서,
    상기 제1노드로부터 광원으로 흐르는 구동전류의 크기에 따른 센싱신호를 출력하는 단계; 및
    상기 센싱신호에 따라 상기 구동전류의 크기가 일정하도록 제어하는 단계를 더 포함하는 백라이트유닛의 동작방법.
15. 표시패널; 및
    상기 표시패널의 하부에 배치되어 상기 표시패널로 광을 제공하는 백라이트유닛을 포함하고,
    상기 백라이트유닛은,
    입력전압에 따라 구동전압을 생성하여 제1노드를 통해 광원으로 출력하는 직류-직류 컨버터;
    상기 제1노드와 접지 사이에 연결되며, 상기 구동전압으로부터 전압분배 된 피드백전압을 생성하여 제2노드를 통해 출력하는 피드백회로;
    상기 제2노드와 상기 광원 사이에 연결되며, 상기 구동전압에 의해 상기 광원으로 흐르는 구동전류를 일정하게 제어하는 구동부; 및
    외부에서 공급된 PWM신호의 듀티비 크기에 따라 상기 제2노드를 통해 상기 제1노드에 인가되는 상기 구동전압의 크기를 조절하는 전압제어부를 포함하는 표시장치.
    

Images