KR101904717B1

KR101904717B1 - 발광다이오드 보호장치 및 이를 이용한 액정표시장치

Info

Publication number: KR101904717B1
Application number: KR1020180017031A
Authority: KR
Inventors: 장훈
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2018-02-12
Filing date: 2018-02-12
Publication date: 2018-10-05
Also published as: KR20180018643A

Abstract

본 발명은 발광다이오드 보호장치에 관한 것으로서, 소프트 스타트 기간 중 검출기간을 설정하여 해당 검출기간 동안에는 최종전압보다 낮게 설정된 검출전압이 발광다이오드 스트링에 인가되도록 하며, 상기 검출기간 동안 발광다이오드 스트링을 통해 전류가 흐르는지의 여부를 이용하여 발광다이오드 스트링에서의 발광다이오드 쇼트 여부를 판단할 수 있는, 발광다이오드 보호장치 및 이를 이용한 액정표시장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다. 이를 위해 본 발명에 따른 발광다이오드 보호장치는, LED 어레이에 구비된 복수의 LED 스트링들 각각과 검출저항 사이에 각각 연결되어 있는 복수의 정전류 트랜지스터, 상기 정전류 트랜지스터와 상기 검출저항 사이의 노드에 연결되어 정전류 트랜지스터를 흐르는 전류를 검출하기 위한 복수의 검출라인, 상기 LED 스트링에 최종전압을 공급하기 위한 소프트 스타트 기간 중, 상기 검출라인을 통해 흐르는 전류의 양을 이용해 상기 검출라인이 연결되어 있는 LED 스트링에 쇼트된 발광다이오드가 있는지의 여부를 판단하여, 쇼트된 발광다이오드가 있는 LED 스트링이 발광되는 것을 차단시키기 위한 회로부, 및 상기 회로부에 연결되어 있는 하나의 전압검출라인과 상기 LED 스트링 각각에 연결되어 있는 복수의 전압검출용 다이오드를 포함한다.

Description

발광다이오드 보호장치 및 이를 이용한 액정표시장치{APPARATUS FOR PROTECTING A LIGHT EMITTING DIODE AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY USING THE SAME}

본 발명은 발광다이오드 보호장치에 관한 것으로서, 특히, 액정표시장치의 백라이트 유닛에 이용되고 있는 발광다이오드를 보호하는 장치에 관한 것이다.

최근, 평판표시장치는 폭발적인 성장을 보이고 있다. 평판표시장치는 소형화, 저전력화가 필수적인 모바일 장치뿐 아니라 무게와 두께를 줄여야 하는 대형 디지털 TV에 이르기까지 폭넓게 사용되고 있다.

그 중에서도, 액정표시장치(LCD : Liquid Crystal Display)는 소형 기기부터 대형 기기에까지 적용 가능하다는 장점으로 인해, 평판표시장치 중에서 가장 널리 사용되고 있다.

한편, 액정표시장치는 액정패널이 자체적으로 발광하지 못하기 때문에 액정 패널 후면에 백라이트 유닛(Backlight Unit, BLU)으로 불리는 광원을 필요로 한다. 즉, 백라이트 유닛에서 발생한 광이 액정패널의 액정 층과 컬러 필터 등을 거치면서 외부에 화면을 보여준다. 따라서, 백라이트 유닛은 LCD 디스플레이 장치의 성능에 상당한 영향을 미친다.

예를 들어, 액정표시장치의 색재현성, 최대 밝기, 명암비, 백색 균일성, 색온도 등의 화면 품질뿐 아니라 무게, 디자인, 수명, 소비 전력 등이 백라이트 유닛에 의해 상당한 영향을 받을 수 있다.

종래에 백라이트 유닛의 광원으로는 냉음극 형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp, CCFL), 외부전극 형광램프(External Electrode Fluorescent Lamp, EEFL) 등이 널리 사용되고 있다.

그러나, 최근에는 휘도가 충분히 높고, 소비 전력 및 제조 비용이 낮은 발광다이오드(LED)가 개발되어 상기한 바와 같은 백라이트들을 대체하고 있다. 즉, 발광다이오드(LED) 어레이를 이용한 백라이트 유닛은 값비싼 확산필름 등을 이용하지 않아도 되고, 형광램프와 달리 인버터가 불필요하기 때문에, 제조 비용을 줄일 수 있고, 대형화에도 유리하고, 두께와 무게도 줄일 수 있으며, 또한, 소비 전력 및 환경문제도 줄일 수 있기 때문에 널리 이용되고 있다.

발광다이오드를 이용한 백라이트 유닛은, 수많은 발광다이오드들이 발광다이오드 스트링(String) 형태로 구성되며, 이러한 발광다이오드 스트링이 복수 개 모여진 발광다이오드 어레이로 이뤄진다. 이러한 발광다이오드 어레이는 발광이 발광다이오드에 의해 이뤄지므로, 각각의 발광다이오드를 구동하는 방법에 따라 그 성능이 결정되게 된다.

발광다이오드의 발광량은 대략적으로 발광다이오드의 활성층을 통과하는 구동 전류의 크기에 비례한다고 할 수 있으며, 발광다이오드 구동이란 이러한 구동 전류를 공급하고 제어하는 방법을 말한다.

일반적으로 발광다이오드 구동 방법은 크게 정전압 구동 방식과 정전류 구동 방식으로 나뉠 수 있다.

우선, 정전압 구동 방식은 회로의 구성이 간단한 장점이 있으나, 발광다이오드가 발광하면 열이 발생하며, 발광다이오드 활성층을 통과하는 구동 전류는 일반적으로 온도가 높아지면 발광다이오드의 포워드전압(Forward Voltage Drop)이 증가하는 특성이 있으므로, 발광 시간이 증가함에 따라 휘도의 변화가 심하게 일어날 수 있다.

한편, 정전류 구동 방식은 온도가 변화하더라도 구동 전류가 일정하도록 제어되므로, 발광량도 일정하게 유지되어 휘도 변화를 크게 줄일 수 있다. 이때, 구동 전류가 일정하다는 표현은 실제로는 구동 전류가 시간에 따라 계속 가변하지만 평균적으로 일정하게 유지된다는 의미이다.

따라서, 최근에는 정전류 구동 방식이 더 널리 이용되고 있다. 즉, 발광다이오드의 발광량이 일정하지 않으면 화면이 얼룩덜룩하게 보이는 등 화질이 떨어지기 때문에, 발광다이오드의 발광량을 일정하게 유지하는 것, 더 나아가 설정한 조건대로 발광시키는 것은 액정표시장치의 성능에 매우 중요하기 때문에, 구동 전류가 일정하게 제어되는 정전류 구동 방식이 널리 이용되고 있다.

도 1은 종래의 발광다이오드 보호장치의 구성을 나타낸 예시도이다.

상기한 바와 같은 정전류 구동 방식에서는, 발광다이오드를 정전류로 제어하기 위하여, 발광다이오드 드라이빙 IC(LED D-IC)(이하, 간단히 'LED D-IC'라 함)(10)가 사용되며, LED D-IC 내에는 정전류 제어를 위한 V-I 컨버터(Converter) 등이 구성되어 있으며, V-I 컨버터는 OP-AMP와 정전류 트랜지스터로 구성된다.

그러나, 정전류 트랜지스터가 LED D-IC의 내에 구성되는 경우에는, LED D-IC의 단가 등이 상승되기 때문에, 최근에는 도 1에 도시된 바와 같이, 발광다이오드 어레이(40)의 각 발광다이오드 스트링과 연결되어 있는 정전류 트랜지스터(20)가 LED D-IC 외부에 형성되어 있다.

즉, 종래의 발광다이오드 보호장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 발광다이오드 어레이(40)의 각 발광다이오드 스트링들의 끝단에 연결되어 있는 정전류 트랜지스터(20), LED D-IC(10) 및 각 발광다이오드 스트링과 정전류 트랜지스터사이의 노드와 LED D-IC에 연결되는 다이오드(30)를 포함하여 구성되어 있다.

한편, 상기한 바와 같은 종래의 발광다이오드 보호장치는, 각 발광다이오드 스트링(string)의 쇼트 검출(short detection)을 위해, 다이오드(30)를 이용하여 정전류 트랜지스터(20)의 컬렉터(collector)(또는 드레인) 단의 센싱이 필요하고, LED D-IC의 센싱부(11)에서 발광다이오 쇼트 검출 레벨(LED Short detect level)에 해당하는 내압 공정이 필요하다(보통 18V이상의 공정).

이때, 내압이 높은 LED D-IC를 사용하면, LED D-IC 제작공정 단가가 상승하여 LED D-IC 가격이 올라가게 되며, 각 발광다이오드 스트링의 정전류 트랜지스터를 센싱하기 위한 다이오드(30) 수의 증가로 인해, LED D-IC의 핀(pin) 수가 증가하게 되며, 이로 인해 LED D-IC 가격이 올라가게 된다는 문제점이 발생하고 있다.

즉, 종래의 발광다이오드 보호장치는 LED D-IC와 각 발광다이오드 스트링에 연결되어 있는 다이오드(30)를 이용하여 정전류 트랜지스터(Tr)의 컬렉터(collector) 단을 직접 센싱함으로 상기와 같은 문제점이 발생하고 있다.

또한, 종래의 발광다이오드 보호장치는 발광다이오드 어레이에 필요한 최종전압을 서서히 올려주는 소프트 스타트 기간 이후, 즉, 최종전압에 의해 발광다이오드가 동작되는 정상동작 기간 동안, 정전류 공급을 위한 제어를 수행하면서, 각 발광다이오드 스트링에서의 발광다이오드의 쇼트여부를 검출하고 있다.

따라서, 최종전압에 의해 발광다이오드 어레이(40)가 구동되고 있는 상태에서, 발광다이오드의 쇼트여부가 검출되더라도, 이미, 해당 발광다이오드 스트링과 연결되어 있는 정전류 트랜지스터(20)가 파손 또는 손상을 입은 상태이기 때문에, 정전류 트랜지스터까지 교체되어야 하는 문제점이 발생하고 있다.

즉, 발광다이오드 스트링에 장착되어 있는 발광다이오드가 쇼트되면, 해당 발광다이오드에 인가될 전압이, 해당 발광다이오드 스트링과 연결되어 있는 정전류 트랜지스터에 인가되며, 이때 인가되는 전압이 정전류 트랜지스터의 정격전압을 벗어날 가능성이 높기 때문에, 정전류 트랜지스터(20)가 파손 또는 훼손될 수 있다. 따라서, 종래의 발광다이오드 보호장치는, 발광다이오드의 쇼트와 함께 정전류 트랜지스터의 파손이 수반되므로, 발광다이오드만의 교체에 의한 정상구동이 가능한 경우라도, 정전류 트랜지스터의 교체가 수반되므로, 이를 위한 교체 작업 및 비용이 추가된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 소프트 스타트 기간 중 검출기간을 설정하여 해당 검출기간 동안에는 최종전압보다 낮게 설정된 검출전압이 발광다이오드 스트링에 인가되도록 하며, 상기 검출기간 동안 발광다이오드 스트링을 통해 전류가 흐르는지의 여부를 이용하여 발광다이오드 스트링에서의 발광다이오드 쇼트 여부를 판단할 수 있는, 발광다이오드 보호장치 및 이를 이용한 액정표시장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 발광다이오드 보호장치는, LED 어레이에 구비된 복수의 LED 스트링들 각각과 검출저항 사이에 각각 연결되어 있는 복수의 정전류 트랜지스터, 상기 정전류 트랜지스터와 상기 검출저항 사이의 노드에 연결되어 정전류 트랜지스터를 흐르는 전류를 검출하기 위한 복수의 검출라인, 상기 LED 스트링에 최종전압을 공급하기 위한 소프트 스타트 기간 중, 상기 검출라인을 통해 흐르는 전류의 양을 이용해 상기 검출라인이 연결되어 있는 LED 스트링에 쇼트된 발광다이오드가 있는지의 여부를 판단하여, 쇼트된 발광다이오드가 있는 LED 스트링이 발광되는 것을 차단시키기 위한 회로부, 및 상기 회로부에 연결되어 있는 하나의 전압검출라인과 상기 LED 스트링 각각에 연결되어 있는 복수의 전압검출용 다이오드를 포함한다. 상기 정전류 트랜지스터는, 게이트 전극이 상기 회로부와 연결되어 있고, 제1 전극이 상기 복수의 LED 스트링들 각각에 연결되어 있고, 제2 전극이 상기 검출저항과 상기 검출라인이 연결된 노드에 연결되어 있다. 상기 회로부는, 상기 LED 어레이를 구동할 때 정상동작기간 동안 상기 LED 스트링에 공급되는 최종전압에 이르기까지 전압을 서서히 증가시키는 구간인 소프트 스타트 기간 중 검출기간 동안 LED 쇼트 검출을 위한 검출전압이 일정하게 상기 LED 어레이로 인가되도록 전원공급부를 제어하는 제어부를 포함한다. 상기 전원공급부는 상기 LED 스트링에 공급하는 전압을 상기 소프트 스타트 기간 중 상기 검출기간 이전의 기간인 제1기간 동안 상기 검출전압까지 증가시킨다. 상기 검출전압은 상기 최종전압보다 작은 값이다. 상기 전압검출용 다이오드의 애노드가 상기 전압검출라인과 연결되고, 상기 전압검출용 다이오드의 캐소드가 상기 LED 스트링 각각에 연결되어 있다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 발광다이오드 보호장치를 이용하는 액정표시장치는, 상기 발광다이오드 보호장치; 액정패널; 상기 액정패널에 형성된 데이터 라인을 제어하기 위한 데이터 드라이버; 상기 액정패널에 형성된 게이트 라인을 제어하기 위한 게이트 드라이버; 상기 액정패널에 광을 조사하기 위해 LED 어레이로 구성되며, 상기 발광다이오드 보호장치에 의해 제어되는 백라이트 유닛; 및 상기 LED 어레이에 전원을 공급하기 위한 전원공급부를 포함한다.

상술한 해결 수단에 따라 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

즉, 본 발명은 소프트 스타트 기간 중 검출기간을 설정하여 해당 검출기간 동안에는 최종전압보다 낮게 설정된 검출전압이 발광다이오드 스트링에 인가되도록 하며, 상기 검출기간 동안 발광다이오드 스트링을 통해 전류가 흐르는지의 여부를 이용하여 발광다이오드 스트링에서의 발광다이오드 쇼트 여부를 판단함으로써, 발광다이오드 어레이를 안정적으로 구동시킬 수 있다는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명은 종래의 정전류 구동장치의 일부 수정을 통해 구현 가능한 것으로서, 별도의 회로 추가없이 발광다이오드의 쇼트를 검출할 수 있다는 효과를 제공한다.

즉, 본 발명은 구동 트랜지스터의 컬렉터(Collector)단을 검출용 다이오드를 이용하여 센싱하지 않고서도, 각 발광다이오드 스트링의 발광다이오드의 쇼트 여부를 검출할 수 있어, 정전류 구동부(LED D-IC)의 핀(PIN) 수를 줄일 수 있으며, 정전류 구동부의 내압공정을 3.3V로 할 수 있어 정전류 구동부(LED D-IC)의 단가를 낮출 수 있다는 효과를 제공한다.

도 1은 종래의 발광다이오드 보호장치의 구성을 나타낸 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 발광다이오드 보호장치가 적용된 액정표시장치의 일실시예 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 발광다이오드 보호장치의 일실시예 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 발광다이오드 보호장치에 적용되는 소프트 스타트 기간동안의 전압 변경을 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 발광다이오드 보호장치의 또 다른 일실시예 구성도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 발광다이오드 보호장치가 적용된 액정표시장치의 일실시예 구성도이다.

본 발명에 따른 발광다이오드 보호장치(900)가 적용된 액정표시장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 액정패널(102), 타이밍 콘트롤러(108), 데이터 드라이버(106), 전원공급부(400), 게이트 드라이버(104), 백라이트 유닛(800) 및 발광다이오드 보호장치(900)를 포함하고 있다.

액정패널(102)은 두 장의 유리기판 사이에 적하된 액정분자들을 구비한다. 이 액정패널에는 데이터 라인들(DL1 내지 DLm)과 게이트라인들(GL1 내지 GLn)의 교차 구조에 의해 매트릭스 형태로 m×n 개의 액정셀들(Clc)이 배치된다.

액정패널의 하부 유리기판에는 m 개의 데이터라인들(D1 내지 Dm), n개의 게이트라인들(G1 내지 Gn), TFT들, TFT에 접속된 액정셀(Clc)의 화소전극들 및 스토리지 커패시터(Cst) 등이 형성된다.

액정패널의 상부 유리기판 상에는 블랙매트릭스, 컬러필터 및 공통전극이 형성된다. 공통전극은 TN(Twisted Nematic) 모드와 VA(Vertical Alignment) 모드와 같은 수직전계 구동방식에서 상부 유리기판 상에 형성되며, IPS(In Plane Switching) 모드와 FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같은 수평전계 구동방식에서 화소전극과 함께 하부 유리기판 상에 형성된다. 액정패널의 상부 유리기판과 하부 유리기판 각각에는 광축이 직교하는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다.

타이밍 콘트롤러(108)는 수직/수평 동기신호(Vsync, Hsync), 데이터 인에이블(Data Enable), 클럭신호(CLK) 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 드라이버(106)와 게이트 드라이버(104)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 제어신호들을 발생한다. 이러한 제어신호들은 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse : GSP), 게이트 쉬프트 클럭신호(Gate Shift Clock : GSC), 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable : GOE), 소스 스타트 펄스(Source Start Pulse : SSP), 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock : SSC), 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable : SOE), 극성제어신호(Polarity : POL) 등을 포함한다. 또한, 타이밍 콘트롤러는 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 액정패널(102)에 맞게 재정렬하여 데이터 드라이버(106)에 공급한다.

데이터 드라이버(106)는 입력라인과 데이터라인 사이에 종속적으로 접속된 쉬프트 레지스터, 제1 및 제2 래치, 디지털-아날로그 변환기 및 출력 버퍼를 포함하는 다수의 게이트 드라이브 IC(미도시)들로 구성된다. 이 데이터 구동부는 타이밍 콘트롤러(108)의 제어 하에 데이터(RGB)를 래치하고 그 데이터를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 정극성/부극성 데이터전압을 발생하고 그 데이터전압을 데이터라인들(D1 내지 Dm)에 공급한다.

게이트 드라이버(104)는 쉬프트 레지스터, 쉬프트 레지스터의 출력신호를 액정셀의 TFT 구동에 적합한 스윙폭으로 변환하기 위한 레벨 쉬프터 및 레벨 쉬프터와 게이트라인(GL1 내지 GLn) 사이에 접속되는 출력 버퍼를 각각 포함하는 다수의 게이트 드라이브 집적회로들로 구성되어 대략 1 수평기간의 펄스폭을 가지는 스캔펄스들을 게이트 라인들에 순차적으로 출력한다.

백라이트 유닛(800)은 액정패널이 자체적으로 발광하지 못하기 때문에, 액정패널의 후면에 배치되어 액정패널 방향으로 광을 출력하기 위한 것으로서, 광원의 배열 방법에 따라 측광형(Edge Type)과 직하형(Direct Type)으로 구분될 수 있다. 한편, 본 발명은 광원으로 발광다이오드(LIGHT EMITTING DIODE)(이하, 간단히 'LED'라 함)를 이용하는 것으로서, LED를 이용한 광원은, 복수의 LED가 나란하게 배치되어 있는 LED 스트링이 복수 개 모여진 LED 어레이로 구성된다. 따라서, 이하에서는 직하형 백라이트 유닛을 이용하는 액정표시장치를 일예로 설명하겠으나, 적어도 두 개 이상의 스트링을 갖는 측광형 백라이트 유닛을 이용하는 액정표시장치에도 적용될 수 있다.

발광다이오드 보호장치(900)는 각 LED 스트링별로 정전류가 흐르도록 하는 기능을 수행하는 한편, 각 LED 스트링별로 LED들의 쇼트(Short) 여부를 판단하여, 쇼트가 발생된 LED가 장착되어 있는 LED 스트링으로의 전원공급을 차단시키거나 또는 해당 LED 스트링으로 전류가 흐르는 것을 차단하는 기능을 수행한다.

전원공급부(400)는 백라이트 유닛 중 특히 LED 어레이에 필요한 전원을 공급하는 기능을 수행하기 위한 것으로서, 상기한 바와 같이 발광다이오드 보호장치로부터 쇼트가 발생된 LED 스트링으로 공급되는 전원을 차단시키도록 하는 요구가 수신되면, 해당 LED 스트링으로의 전원공급을 차단시키는 기능을 수행할 수도 있다.

도 3은 본 발명에 따른 발광다이오드 보호장치의 일실시예 구성도이다. 또한, 도 4는 본 발명에 따른 발광다이오드 보호장치에 적용되는 소프트 스타트 기간동안의 전압 변경을 나타낸 그래프이다.

본 발명에 따른 발광다이오드 보호장치(900)는 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 LED(811)가 직렬로 배치되어 있는 LED 스트링(812)들 각각에서의 발광다이오드의 쇼트 여부를 판단하여, 쇼트된 발광다이오드가 배치되어 있는 LED 스트링으로의 전원공급을 차단시키거나 또는 해당 LED 스트링을 통해 전류가 흐르는 것을 차단시키는 기능을 수행하기 위한 회로부(930), 복수의 LED 스트링(812)들 각각과 검출저항(950) 사이에 연결되어 있으며 게이트 또는 베이스 단자가 회로부에 연결되어 있는 정전류 트랜지스터(910) 및 정전류 트랜지스터와 검출저항 사이의 노드와 회로부에 연결되어 정전류 트랜지스터를 흐르는 전류를 회로부로 인가시키기 위한 검출라인(940)을 포함하여 구성되어 있다.

백라이트 유닛(800)은 상기한 바와 같이 복수의 LED 스트링(812)이 병렬로 연결되어 있는 LED 어레이(810)를 포함하여 구성되며, 복수의 LED 스트링 각각에는 복수의 LED(811)들이 직렬로 연결되어 있다. 복수의 LED들은 예를 들어, 적색, 녹색, 청색 중 한 가지 원색광, 삼원색을 조합하여 표현하는 색 또는 백색광을 방출할 수 있다.

정전류 트랜지스터(910)는 도 3에서 N형 BJT 트랜지스터를 예로 들어 도시되어 있지만, LED 어레이(810) 앞에 배치되는 P형 BJT 트랜지스터로 구현될 수도 있고, 그 외에도 N형 또는 P형 MOS 트랜지스터 등으로도 구현할 수 있다. 즉, 정전류 트랜지스터는, 이와 연결되어 있는 LED 스트링(812)에 정전류가 흐르도록 하는 기능을 수행한다. 이러한 기능은 정전류 트랜지스터와 연결되어 있는 회로부 중 특히 정전류 구동부에서 수행될 수 있다.

회로부(930)는 LED 어레이에 대한 소프트 스타트(Soft Start) 기간 중 검출기간 동안에는 각 검출라인(940)을 통해 입력된 전류를 이용하여 각 LED 스트링의 쇼트 여부를 판단하고, 이에 따라 해당 LED 스트링으로 인가되는 전원 또는 전류를 차단시키는 기능을 수행하며, 소프트 스타트 기간 이후의 정상동작 기간 동안에는 각 검출라인을 통해 입력된 전류를 이용하여 각 정전류 트랜지스터(910)에 인가되는 전압 또는 전류의 크기를 제어함으로써, 각 LED 스트링으로 정전류가 흐르도록 하는 기능을 수행한다. 이를 위해 회로부(930)는 도 3에 도시된 바와 같이, 정전류 구동부(933), 스위칭부(932) 및 제어부(931)를 포함하고 있다.

정전류 구동부(933)는 상기한 바와 같이 정전류 트랜지스터(910)를 통과하여 검출라인(940)을 통해 입력되는 전류의 양을 이용하여, 기 설정된 전류보다 많은 경우, 즉, 검출저항에 기 설정된 전압 이상이 인가되는 경우에는, 정전류 트랜지스터를 제어하여 전류가 적게 흐르도록 하며, 기 설정된 전류보다 적은 경우, 즉, 검출저항에 기 설정된 전압 이하가 인가되는 경우에는, 정전류 트랜지스터를 제어하여 전류가 많이 흐르도록 하는 기능을 수행한다.

제어부(931)는 소프트 스타트 기간 중 검출기간 동안에는 기 설정되어 있는 검출전압(Vd)이 일정하게 LED 어레이로 인가되도록 전원공급부(400)를 제어하는 한편, 검출기간 동안 정전류 구동부로부터 정전류가 흐르는 것이 감지되면 해당 LED 스트링에 쇼트된 발광다이오드가 있는 것으로 판단하여 그에 따른 조치를 수행하는 기능을 수행한다.

스위칭부(932)는 제어부의 제어에 따라, 쇼트된 발광다이오드가 배치되어 있는 LED 스트링과 연결되어 있는 정전류 트랜지스터(910)를 통해 전류가 흐르지 않도록 해당 정전류 트랜지스터를 오프시키는 기능을 수행한다. 한편, 본 발명은 쇼트된 발광다이오드가 배치된 LED 스트링으로 공급되는 전원을 차단시킴으로써, LED 스트링으로 전류가 흐르는 것을 원천적으로 차단시킬 수도 있으며, 이 경우, 제어부는 해당 LED 스트링으로의 전원공급을 차단하라는 제어신호를 전원공급부로 직접 전송할 수 있으며, 이 경우에는 스위칭부(932)가 생략될 수도 있다.

즉, 본 발명에 적용되는 회로부(930)는, LED로 구성된 LED 어레이(810)를 구동하기 위해 필요한 전압을 서서히 증가시키는 소프트 스타트(Soft Start) 기간 동안, 보다 정확히 표현하면 소프트 스타트 기간 중 특히 LED 어레이로 공급되는 최종전압(Vf)보다 작은 값으로 설정되어 있는 검출전압(Vd)이 일정하게 LED 어레이로 공급되는 검출기간(B) 동안에는, 각 LED 스트링의 쇼트여부를 판단하는 한편, 소프트 스타트 구간 이후의 정상동작 구간 동안에는, 각 LED 스트링으로 정전류가 흐르도록 정전류 트랜지스터를 제어하는 기능을 수행한다.

여기서, 소프트 스타트(Soft Start) 기간이란, LED로 구성된 LED 어레이(810)를 구동할 때, 돌입전류(Inrush Current)의 방지를 위해 최종전압(Vf)에 이르기까지 전압을 서서히 증가시키는 구간을 말하며, 돌입전류란, 전원스위치를 처음 켰을때 순간적으로 많은 전류가 흐르는 현상을 말한다.

부연하여 설명하면, 본 발명은 소프트 스타트 기간 중 검출기간(B) 동안, 정전류 트랜지스터(910)를 통해 흐르는 전류를 검출하여, LED 스트링(812)을 구동하기에 충분하지 못한 전압(Vd)이 인가된 상태에서도 LED가 구동되고 있는지의 여부를 확인함으로써, LED 스트링(string) 내부의 LED의 쇼트(Short) 고장 여부를 주변회로 추가 없이 검출할 수 있으며, 쇼트된 LED의 검출레벨(LED detect Level), 즉, 검출전압(Vd)을 자유롭게 설정할 수 있다는 특징을 가지고 있다.

이하에서는, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 발광다이오드 보호장치를 이용한 발광다이오드 보호 방법이 설명된다. 또한, 이하에서는 하나의 LED 스트링에 대하여 쇼트 여부를 검출하여 발광다이오드를 보호하는 방법이 설명되겠으나, 본 발명은 이하에서 설명되는 방법을 이용하여 검출기간(B) 동안 모든 LED 스트링에 대하여 동시에 쇼트여부를 검출하여 LED 스트링의 발광다이오드 및 정전류 트랜지스터를 보호할 수 있다.

우선, 액정표시장치에 전원이 인가되면, 전원공급부(400)는 상기한 바와 같은 돌입전류의 방지를 위해 도 4에 도시된 바와 같은 제1기간(A) 동안 전압을 서서히 증가시킨다.

전압이 서서히 증가되어, LED 쇼트 검출을 위한 전압(이하, 간단히 '검출전압(Vd)'이라 함)에 도달되면, 전원공급부는 상기 검출전압(Vd)을 검출기간(B) 동안 유지시킨다. 이때, 검출전압(Vd)을 검출하여 검출기간(B) 동안 검출전압을 유지하는 기능은 전원공급부 자체에서 수행될 수도 있으며, 또는, 제어부(931)의 제어에 따라 전원공급부에서 수행될 수도 있다.

여기서, 검출전압(Vd)은 정상동작기간 동안 LED 스트링에 공급되는 최종전압(Vf)보다 작은 값으로서, 검출전압(Vd)은 LED 스트링에 인가되는 최종전압과 LED 어레이에서의 발광다이오드의 쇼트를 판단하기 위한 전압을 고려하여 다양하게 설정될 수 있다.

검출기간(B) 동안, 정전류 구동부(933)는 정상동작기간에서와 마찬가지로, 정전류 트랜지스터(910)를 통과하여 검출라인(940)을 통해 입력되는 전류의 양을 이용하여, 기 설정된 전류보다 많은 경우, 즉, 검출저항(950)에 기 설정된 전압이상이 인가되는 경우에는, 정전류 트랜지스터를 제어하여 전류가 적게 흐르도록하며, 기 설정된 전류보다 적은 경우, 즉, 검출저항에 기 설정된 전압이하가 인가되는 경우에는, 정전류 트랜지스터를 제어하여 전류가 많이 흐르도록 하는 기능을 수행한다.

한편, 최종전압(Vf)에 이르지 못한 검출전압(Vd)이 LED 어레이에 인가된 상태에서 검출저항을 통해 전류가 흘러 정전류 제어가 이루어진다는 것은 LED 어레이에 쇼트된 발광다이오드가 있다는 것을 의미하므로, 제어부는 검출저항으로부터 전류가 흐르는 경우에는 해당 LED 스트링의 발광다이오드가 쇼트된 것으로 판단할 수 있다.

이에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

설명의 편의를 위하여 이하에서는, 각 LED 스트링에서 요구되는 스트링 정상전압이 96.7V이고, 구동 트랜지스터에서 요구되는 구동 정상전압이 3.3V이며, 따라서, 전압공급부가 정상동작 기간 동안, 100V의 최종전압(Vf)을 각 LED 스트링과 접지사이에 인가시키는 경우를 일예로 하여 본 발명이 설명된다. 즉, 100V의 전압이 LED 스트링과 접지 사이에 인가되면, 복수의 LED에 의해 LED 스트링에는 96.7V가 인가되고, 나머지 3.3V가 검출저항을 통해 검출되는 것으로 가정하여 본 발명이 설명된다.

또한, LED 스트링의 적어도 어느 하나의 LED가 쇼트되어, 스트링 정상전압이 96.7V보다 1.1V 정도 낮아지고, 대신 쇼트된 LED에 인가될 1.1V 전압이 정전류 트랜지스터에 인가되면, 정전류 트랜지스터가 파손 또는 정상동작 되지 않는다고 가정한다. 따라서, 도 4에서 최종전압(Vf)은 100V이고, 검출전압(Vd)은 98.9V가 된다.

따라서, 소프트 스타트 기간 동안 전압이 서서히 증가되어, 검출전압(Vd)인 98.9V에 도달되면, 이후, 검출기간(B) 동안에는 각 LED 스트링과 접지사이에 인가되는 전압은 98.9V로 고정된다.

이때, 제어부(931)는 검출라인(940)을 통해 인가되는 전류가 정상동작 상태의 전류보다 적게 흐르는지의 여부를 판단한다.

우선, 검출라인(940)을 통해 인가되는 전류가 정상동작 상태의 전류보다 적게 흐른다는 것은 LED 스트링(810)을 통해 흐르는 전류가 정상동작 상태의 전류보다 작다는 것을 의미하며, 이것은 LED 스트링에 쇼트된 발광다이오드가 없다는 것을 의미한다. 이 경우 검출라인을 통해 흐르는 전류는 정상상태의 전류와 비교해 볼 때 아주 작은 값에 해당된다.

즉, LED 스트링에 쇼트된 발광다이오드가 없다면, 스트링과 접지사이에 98.9V가 인가되므로, 정전류 트랜지스터에 구동 정상전압인 3.3V가 인가되며, 나머지 95.6V가 LED 스트링에 인가된다.

그러나, 상기에서 LED 스트링을 구동시키기 위한 스트링 정상전압이 96.7V로 설정되어 있기 때문에, 96.7V보다 작은 95.6V가 LED 스트링에 인가된 경우에는 LED 스트링을 통해 전류가 적게 흐르게 된다. 즉, 95.6V 만으로는 LED 스트링의 모든 LED를 정상상태로 구동시킬 수 없기 때문에, LED 스트링으로는 전류의 양이 줄어들게 된다.

따라서, LED 스트링과 연결되어 있는 검출라인(940)을 통해서도 전류가 적게 흐르게 되며, 이 경우, 제어부는 LED 스트링이 정상상태인 것으로 판단할 수 있다.

다음으로, 검출라인(940)을 통해 인가되는 전류가 있어서, 정전류 구동부(933)에 의해 정전류 제어가 이루어지고 있다면, 이것은 LED 스트링에 쇼트된 발광다이오드가 있다는 것을 의미한다.

즉, LED 스트링에 쇼트된 발광다이오드가 있는 경우, 스트링과 접지사이에 98.9V가 인가되므로, 정전류 트랜지스터에 구동 정상전압인 3.3V가 인가되며, 나머지 95.6V가 인가된다.

이때, 상기에서 LED 스트링을 구동시키기 위한 스트링 정상전압이 96.7V로 설정되어 있기 때문에, 96.7V보다 작은 95.6V가 LED 스트링에 인가된 경우에는 LED 스트링에 전류가 적게 흘러야 한다. 그러나, 이 경우 전류가 정상적으로 흐른다는 것은 LED 스트링에 쇼트된 발광다이오드가 있어서, 쇼트된 발광다이오드에 걸리는 전압만큼의 전압이 필요 없어졌기 때문에, 스트링 정상전압보다 작은 95.6V에서도 LED 스트링을 통해 전류가 흐른다는 것을 의미한다.

즉, 검출기간(B) 동안 최종전압(Vf) 보다 낮은 검출전압(Vd)이 LED 스트링과 접지 사이에 인가된 경우, 쇼트된 발광다이오드가 없다면, 스트링 정상전압이 LED 스트링에 인가될 수 없기 때문에, 정전류 구동부(933)가 정전류 제어를 수행하지 않게 된다.

그러나, 쇼트된 발광다이오드가 있어서, 스트링 정상전압보다 낮은 전압이 인가된 상태에서도 LED 스트링의 모든 발광다이오드들이 구동된다면, LED 스트링을 통해 흐르는 전류가 검출라인을 통해 정전류 구동부로 인가되므로, 정전류 구동부가 정전류 제어를 수행하게 된다.

따라서, 제어부는 검출기간 동안 정전류 구동부로 전류가 인가되어 정전류 구동부가 정전류 제어를 실시하고 있다면, 해당 LED 스트링에 쇼트된 발광다이오드가 있다고 판단하며, 검출기간 동안 정전류 구동부로 전류가 적게 흘러 정전류 구동부가 정전류 제어를 실시하고 있지 않거나 또는 정전류 제어가 미약한 경우, 해당 LED 스트링에 쇼트된 발광다이오드가 없다고 판단할 수 있다.

한편, 액정표시장치의 제작자는 검출전압(Vd)을 조정함으로써, 쇼트검출레벨을 설정할 수 있다. 즉, 검출전압(Vd)의 크기를 조정함에 따라, 정전류 제어가 이루어지는 LED 어레이의 전압이 변경될 수 있음으로, 제작자는 하나의 LED의 정격전압 및 몇 개의 LED가 쇼트된 경우를 쇼트로 처리하여 회로를 보호할지의 여부를 판단한 후, 그에 따라 검출전압(Vd)을 다양하게 설정할 수 있다.

한편, 상기와 같이 쇼트된 발광다이오드가 있다고 판단되면, 제어부는 스위칭부(932)를 제어하여. 해당 스트링과 연결되어 있는 정전류 트랜지스터를 오프시킴으로써, 해당 LED 스트링으로 전류가 흐르지 않도록 하여 해당 LED 스트링에 배치되어 있는 LED들을 보호하는 한편, 정전류 트랜지스터를 보호할 수 있게 된다.

이때, 제어부는 상기한 바와 같이, 직접 전원공급부를 제어하여 해당 LED 스트링으로 공급되는 전원을 차단시킬 수도 있으며, 전체 LED 어레이로 인가되는 전원을 차단시킬 수도 있다. 즉, 본 발명은 어느 하나의 LED 스트링에서 쇼트가 발생된 경우, 해당 LED 스트링만을 차단시킬 수도 있으나, 전체 LED 어레이를 차단시켜 백라이트 유닛이 발광하지 않도록 할 수도 있다.

한편, 상기와 같은 기능은 검출기간(B) 동안 모든 LED 스트링에 대하여 이루어지며, 그 이후, 즉, 소프트 스타트 기간 중, 검출기간 이후의 제2기간(C) 및 그 이후의 최종전압으로 구동되는 정상동작 기간 동안, 본 발명은 정전류 구동부(933)에 의해 각 LED 스트링으로 정전류가 흐르도록 제어할 수 있다. 이러한 정전류 구동 제어는 현재 이루어지고 있는 일반적인 방법이 적용될 수 있는바, 그에 대한 상세한 설명은 생략된다.

한편, 상기 구성들 중, 회로부(930)를 구성하는 각 구성요소들은 하나의 집적회로(LED D-IC)로 구성될 수도 있으며, 개별적으로 구성될 수도 있다.

도 5는 본 발명에 따른 발광다이오드 보호장치의 또 다른 일실시예 구성도이다.

여기서, 도 5에 도시된 본 발명에 따른 발광다이오드 보호장치는, 복수의 전압검출용 다이오드(960)가, 회로부에 연결되어 있는 하나의 전압검출라인(970)에 공통적으로 연결되어 있는 상태에서 각 LED 스트링에 연결되어 있다는 점을 제외하고는 도 4에 도시된 본 발명의 구성과 동일하다. 따라서, 이하에서는 도 4에서 설명된 내용과 동일한 내용은 생략 또는 간단히 설명된다.

즉, 본 발명은 도 5에 도시된 바와 전압검출용 다이오드(960)들이 하나의 전압검출라인(970)에 연결되어 있기 때문에, 상기 전압검출용 다이오드들로부터 측정되는 전압은 각 정전류 트랜지스터들에 걸리는 전압들 중 최소의 전압을 갖는 하나의 전압이 된다.

따라서, 제어부는 전압검출용 다이오드들로부터 측정된 전압이 정전류 트랜지스터의 구동 정상전압 이상이 되면, 전원공급부를 제어하여, 최종전압(Vf)을 일정 레벨로 낮출 수 있다.

즉, 상기한 바와 같은 예에서, 소프트 스타트 기간 이후의 정상동작 기간에는 최종전압(Vf)인 100V가 인가되어, LED 스트링에는 96.7V가 인가되고, 정전류 트랜지스터에는 3.3V가 인가된다.

그러나, LED는 발열이 지속되는 동안 구동전압이 떨어지게 되어 LED 스트링은 96.7V 이하에서도 정상동작할 수 있는 상태가 된다.

따라서, LED 스트링에서 남는 전압이 정전류 트랜지스터에 인가된다.

예를 들어, 정상동작 기간에는 100V가 LED 어레이와 접지사이에 인가되어, 96.7V가 LED 스트링에 인가되고, 3.3V가 정전류 트랜지스터에 인가된다.

그러나, 정상동작 기간이 지속되는 동안, LED의 구동전압이 떨어지게 되므로, 일정 기간이 경과되면 LED 스트링은 96.7V 보다 작은 값, 예를 들어, 96V 만이 인가되어도 정상동작할 수 있다. 이때, 0.7V는 정전류 트랜지스터에 인가되므로, 정전류 트랜지스터에 인가되는 전압은 총 4V가 된다.

따라서, 모든 정전류 트랜지스터 전압 중 최소전압이 4V이고, 이 전압이 전압검출용 다이오드를 통해 검출된다면, 모든 LED 스트링은 96.7V보다 최소한 0.7V작은 전압 상태에서 구동되고 있음을 알 수 있다.

따라서, 이 경우, 제어부(931)는 전원공급부를 제어하여, 최소전압을 100V가 아닌 99.3V만 인가시킬 수 있으며, 이에 따라 불필요한 전력소모를 방지할 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.　 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

811 : LED 812 : LED 스트링
810 : LED 어레이 950 : 검출저항
910 : 정전류 트랜지스터

Claims

LED 어레이에 구비된 복수의 LED 스트링들 각각과 검출저항들 사이에 각각 연결되어 있는 복수의 정전류 트랜지스터들;
상기 정전류 트랜지스터들과 상기 검출저항들 사이의 노드들에 각각 연결되어 정전류 트랜지스터를 흐르는 전류를 검출하기 위한 복수의 검출라인들;
상기 LED 스트링에 최종전압을 공급하기 위한 소프트 스타트 기간 중, 상기 검출라인을 통해 흐르는 전류의 양을 이용해 상기 검출라인이 연결되어 있는 LED 스트링에 쇼트된 발광다이오드가 있는지의 여부를 판단하여, 쇼트된 발광다이오드가 있는 LED 스트링이 발광되는 것을 차단시키기 위한 회로부; 및
상기 회로부에 연결되어 있는 하나의 전압검출라인과 상기 LED 스트링들 사이에 각각 연결되어 있는 복수의 전압검출용 다이오드들을 포함하고,
상기 정전류 트랜지스터는, 게이트 전극이 상기 회로부와 연결되어 있고, 제1 전극이 상기 복수의 LED 스트링들 각각에 연결되어 있고, 제2 전극이 상기 검출저항과 상기 검출라인이 연결된 노드에 연결되어 있고,
상기 회로부는, 상기 LED 어레이를 구동할 때 정상동작기간 동안 상기 LED 스트링에 공급되는 최종전압에 이르기까지 전압을 서서히 증가시키는 구간인 소프트 스타트 기간 중 검출기간 동안 LED 쇼트 검출을 위한 검출전압이 일정하게 상기 LED 어레이로 인가되도록 전원공급부를 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 전원공급부는 상기 LED 스트링에 공급하는 전압을 상기 소프트 스타트 기간 중 상기 검출기간 이전의 기간인 제1기간 동안 상기 검출전압까지 증가시키고,
상기 검출전압은 상기 최종전압보다 작은 값이고,
상기 전압검출용 다이오드들 각각의 애노드가 상기 전압검출라인과 연결되고, 상기 전압검출용 다이오드들 각각의 캐소드가 상기 LED 스트링과 상기 정전류 트랜지스터 사이에 연결되어, 상기 전압검출용 다이오드가 상기 정전류 트랜지스터에 걸리는 전압을 검출하고,
상기 회로부는,
상기 정상동작기간 동안 상기 최종전압에 의해 상기 LED 스트링들이 구동될 때, 상기 복수의 전압검출용 다이오드를 통해 검출된 최소전압이 상기 정전류 트랜지스터의 구동 정상전압 이상이 되면, 상기 전원공급부를 제어하여, 상기 최종전압의 레벨을 낮추도록 하는 발광다이오드 보호장치.
제 1 항에 있어서,
상기 회로부는,
상기 검출기간 동안, 상기 쇼트된 발광다이오드의 유무를 판단하여 그에 따라 해당 LED 스트링의 발광을 차단시키는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 보호장치.
제 2 항에 있어서,
상기 회로부는,
상기 검출기간 및 상기 검출기간 이후의 정상동작 기간 중, 상기 검출라인을 통해 입력되는 전류의 양을 이용해 상기 정전류 트랜지스터로 흐르는 전류의 양을 일정하게 제어하기 위한 정전류 구동부를 더 포함하며,
상기 제어부는,
상기 검출기간 중 상기 정전류 구동부로 전류가 인가되어 정전류 제어가 이루어지면, 상기 검출라인이 연결되어 있는 LED 스트링에 쇼트된 발광다이오드가 있는 것으로 판단하여 상기 LED 스트링을 차단시키며, 정상동작 상태의 전류보다 작은 전류가 인가되어 정전류 구동이 이루어지지 않으면, 상기 LED 스트링에 쇼트된 발광다이오드가 없다고 판단하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 보호장치.
제 3 항에 있어서,
상기 회로부는,
상기 LED 스트링에 쇼트된 발광다이오드가 있는 것으로 판단되는 경우에, 상기 LED 스트링에 연결된 정전류 트랜지스터를 오프시킬 수 있는 스위칭부를 더 포함하는 발광다이오드 보호장치.
제 2 항에 있어서,
상기 회로부는,
상기 LED 스트링에 쇼트된 발광다이오드가 있는 것으로 판단되는 경우, 상기 전원공급부로 상기 LED 스트링으로의 전원공급을 차단하거나 또는 상기 LED 어레이로의 전원공급을 차단하라는 제어신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 보호장치.
제 1 항에 있어서,
상기 검출전압은,
상기 최종전압에서 상기 쇼트로 인식될 수 있는 전압을 뺀 값을 갖는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 보호장치.
제1항에 있어서,
상기 검출 저항은 상기 검출 라인과 별도로 배치된, 그라운드와 연결된 라인 상에 배치되며,
상기 검출기간 동안,
상기 회로부는 상기 검출저항에 기 설정된 전압 이상이 인가되는 경우, 상기 정전류 트랜지스터를 제어하여 흐르는 전류를 감소시키며, 상기 검출저항에 기 설정된 전압 이하가 인가되는 경우, 상기 정전류 트랜지스터를 제어하여 흐르는 전류를 증가시키는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 보호장치.
삭제
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재되어 있는 상기 발광다이오드 보호장치;
액정패널;
상기 액정패널에 형성된 데이터 라인을 제어하기 위한 데이터 드라이버;
상기 액정패널에 형성된 게이트 라인을 제어하기 위한 게이트 드라이버;
상기 액정패널에 광을 조사하기 위해 LED 어레이로 구성되며, 상기 발광다이오드 보호장치에 의해 제어되는 백라이트 유닛; 및
상기 LED 어레이에 전원을 공급하기 위한 전원공급부를 포함하는 발광다이오드 보호장치를 이용한 액정표시장치.