엘이디 구동 회로{LED DRIVING CIRCUIT}

도 1 은 종래기술에 의한 LED 전압, 전류 특성 곡선을 나타낸 도면

도 2 는 종래기술에 의한 LED 접합 온도, 광량 특성 곡선을 나타낸 도면

도 3 은 본 발명에 의한 LED 구동 장치를 나타낸 도면

본 발명은 평판 표시 장치에 관한 것으로, 특히 프로젝션(Projection) 시스템에서 램프를 대체하여 LED 를 광원으로 사용하는 프로젝션(Projection) 시스템의 LED 구동 장치에 관한 것이다.

최근 디스플레이(Display) 장치는 경량화, 경박화뿐만 아니라 대화면으로 사용자의 기호가 변해가는 추세에 있다. 특히 대화면 디스플레이(Display) 장치는 디스플레이(Display) 분야에 있어서 중요한 분야로 떠오르고 있으며, 현재까지 개발된 이러한 대화면 디스플레이(Display)장치로는 프로젝션(Projection) TV가 있다.

프로젝션(Projection) TV 라 함은 TV 내부에 고화질, 고성능의 LCD 혹은 삼 관식 프로젝터가 내장된 형태의 TV를 말한다. 일반적인 프로젝터의 경우 화면의 반대쪽에서 화면쪽을 향해 쏴주는데 반해, 프로젝션 TV는 화면의 뒤쪽에서 화면을 향해 쏴준다는 특징 때문에, 후면 투사 방식 TV라고도 한다.

브라운관 TV에 비해서 화면은 비약적으로 크지만 프로젝션이라는 특성상 화질 자체는 브라운관 TV와는 특성상의 차이를 보인다. 최근 들어 프로젝션(Projection)는 TV프로젝터를 이용한 것과 같은 거대한 화면을 밝은 낮에도 감상할 수 있다는 장점과 상대적으로 낮은 가격 때문에 많이 이용 되고 있다.

통상적으로 대화면 프로젝션(Projection) TV는 광원으로서 할로겐 램프를 사용한다. 하지만, 할로겐램프는 수명이 짧고, 전력소모가 크고, 점등을 할 때 30초 정도의 시간이 걸리며 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue) 필터를 사용해야 한다.

이를 해결하기 위하여 새로운 프로젝션(Projection)시스템 광원으로 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue) LED를 사용하는 방법이 제시되고 있다. LED는 수명이 길고, 점등속도가 빠르며 소비전력이 적게 든다는 장점이 있다.

도 1 은 종래기술에 의한 LED 전압, 전류 특성 곡선을 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, LED 의 순방향 전압 변화에 따라 LED 의 순방향 전류는 매우 급격하게 변하는 것을 알 수 있다. LED 는 전압제어형이 아닌 전류제어형이기 때문에 LED에 걸어주는 전압을 바꾸어주는 것으로는 원만한 밝기 조절이 힘들다. 따라서 대부분 PWM방식을 사용하게 된다. 이때 수많은 LED 를 사용하게 되면 전류가 상당히 많기 때문에 전압제어방식은 효율이 떨어져 열이 많이 나게 된다.

도 2 는 종래기술에 의한 LED 접합 온도, 광량 특성 곡선을 나타낸 도면이 다.

도시된 바와 같이, LED 의 온도가 상승할수록 LED 의 광량은 감소함을 알 수 있다. LED 사용에 따른 열 문제 해결을 위해서는 펠티어가 이용된다. 펠티어는 열전소자(thermoelectric module)라고 하며, 열전소자는 n, p type의 열전반도체를 전기적으로는 직렬로, 열적으로는 병렬로 되도록 π형으로 연결한 모듈의 형태로 사용된다. DC전류를 흘렸을 때는 열전효과에 의해서 모듈의 양면에 온도차가 발생하고 또, 동시에 발전현상이 일어나게 된다.

서로 다른 2개의반도체를 접속하여 전류를 인가하면 주울열 이외의 열이 접합부에서 열의 흡수가 일어나는 현상을 펠티어 효과라 한다.

일반적으로 펠티어는 Peltier 현상에 의해 나타나는 냉각효과를 이용하는 고체식 열 펌프(solid state heat pump)를 말한다. 펠티어는 냉매를 순환시키기 위해 압축기를 가동시키는 기존의 냉각방식을 탈피한 차세대 냉각방식으로서 극전환(+,-)을 통해 어디든지 간편하게 냉각과 가열이 동시에 가능하여 상온에서 대상물을 -30℃~180℃까지 냉각과 가열을 통해 일정온도로 유지되게 할 수 있다.

PWM은 Pulse Width Modulation의 약자로서 펄스신호의 듀티비를 조정하는 방법을 말한다. 여기서 듀티비라고 하는 것은 한 주기(T)에 대한 High 신호의 시간(T high)의 비를 말하며, PWM 제어란 듀티비를 조정함으로서 제어값을 조정하는 것을 말한다. 예를 들면, 펄스 신호의 듀티비가 변함으로써 이 신호의 평균값이 변하게 되며, 이러한 평균값을 제어신호값으로 사용할 수 있다.

한편, 종래기술에서 LED 는 점등 되었을 때 LED에 인가되는 전압과 전류가 선형관계에 있지 않고 점등 시 전압의 미세한 변화에 전류가 급격히 변하는 특성이 있다. 또한 LED의 접합온도에 따라 출력 광량이 변화하고 LED에 흐르는 전류가 변화한다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 프로젝션(Projection) TV 용 광원으로 LED를 사용했을 때 LED 광량에 영향을 미치는 LED 전류, 포워드(Forward)전압, LED 접합온도를 제어함으로서 LED광량을 일정하게 유지하여 안정하게 구동하는 것을 목적으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의내려진 용어들로서 이는 사용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명에 따른 실시예는 LED 의 전압, 전류 및 온도 데이터를 검출하는 LED 특성 검출부; 상기 LED 특성 검출부에서 검출한 데이터에 따라 LED 제어 신호를 생 성하는 제 1 제어부; 및 상기 제어부의 LED 제어 신호에 따라 상기 LED 의 전압, 전류 및 온도를 제어하는 제 2 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1 제어부는 상기 LED 특성 검출부에서 검출한 전압, 전류 및 온도 데이터와 미리 설정된 표준값을 비교하는 LED 특성 비교부; 및 상기 LED 특성 비교부의 LED 검출 데이터와 상기 표준값의 비교에 따라 LED 제어 신호를 생성하는 제 3 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 LED 특성 비교부는 미리 설정된 표준값을 저장하는 LED 특성 테이블을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 2 제어부는 상기 제 3 제어부의 전압 제어 신호에 따라 LED 인가 전압을 일정하게 유지하는 전압 제어부; 상기 제 3 제어부의 전류 제어 신호에 따라 LED 구동 전류를 생성하는 전류 제어부; 및 상기 제 3 제어부의 온도 제어 신호에 따라 LED 온도를 제어하는 온도 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 LED 특성 검출부는 전압 센서, 전류센서 및 온도 센서로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 온도 제어부는 펠티어 소자를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 전류 제어부는 구형파의 전류를 상기 LED에 제공하는 것을 특징으로 한다.

도 3 은 본 발명에 의한 LED 구동 장치를 나타낸 도면이다.

본 발명에 의한 LED 구동 장치는 LED(112) 의 전압, 전류 및 온도 데이터를 검출하는 전압 센서(106), 전류센서(112) 및 온도 센서(110), 미리 설정된 최적화 값인 표준값이 저장되어 있는 LED 특성 룩업 테이블(116)과 상기 전압 센서(106), 전류센서(112) 및 온도 센서(110)에서 검출한 전압, 전류 및 온도 데이터를 비교하는 LED 특성 비교부(118); 및 상기 LED 특성 비교부(118)의 LED 검출 데이터와 상기 표준값의 비교에 따라 제어 신호를 생성하는 제어부(120), 상기 제어부(120)의 제어 신호에 따라 일정한 LED 인가 전압을 생성하는 전압 제어부(100). 상기 제어부(120)의 제어 신호에 따라 구형파의 LED 구동 전류를 생성하는 전류 제어부(104) 및 상기 제어부(120)의 제어 신호에 따라 LED 온도를 제어하는 온도 제어부(114)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

LED(112)의 전압 센서(106)는 LED양단의 저항을 통하여 LED에 인가되는 포워드(Forward)전압을 센싱한다. LED 특성 비교부(118)는 전압 센서(106)에 의하여 측정된 전압을 LED 특성 룩업 테이블(116)과 비교한다.

LED 특성 룩업 테이블(116)은 LED 특성에 맞는 최적의 값인 표준값을 저장한 테이블로서, 최적의 전압, 전류 및 온도에 관한 데이터를 저장한다. 데이터 비교는 비교기를 이용하여 수행될 수도 있다.

비교기는 특정전압보다 높으냐 낮으냐를 특정전압으로 나타내는 것으로, 어떤 신호가 0V~3V사이에 있을 때, 가령 1.3V 보다 높으면 3V로, 낮으면 0V로 표현할 수 있다. 기준을 3V 로 할 것인지 여부는 필요에 따라 결정할 수 있다.

제어부(120)는 표준값과의 편차를 줄이기 위하여 LED 특성 비교부(118)의 출력 신호에 따라 전압 제어부(100)를 제어하기 위한 전압 제어신호를 생성한다. 전 압 제어부(100)는 제어부(120)의 전압 제어신호에 따라 LED 의 특성에 맞는 일정한 Forward 전압을 LED(112)에 제공한다. 필터(102)는 전압 제어부(100)에 의하여 제공되는 전압값을 평활하여 일정한 전압이 LED 에 제공될 수 있도록 한다.

LED(112)의 전류 센서(108)는 저항을 통하여 LED에 흐르는 전류를 센싱한다. LED 특성 비교부(118)는 전류 센서(108)에 의하여 측정된 전류를 LED 특성 룩업 테이블(116)과 비교한다.

제어부(120)는 표준값과의 편차를 줄이기 위하여 LED 특성 비교부(118)의 출력 신호에 따라 전류 제어부(104)를 제어하기 위한 전류 제어신호를 생성한다. 전류 제어부(104)는 제어부(120)의 전류 제어신호에 따라 LED 의 특성에 맞는 구형파의 전류 PWM 신호를 일정하게 LED(112)에 제공한다. 전류 제어부(104)는 실질적으로 LED(112)의 구동을 담당하는 LED 구동부에 해당하며, 구형파 PWM 신호에 의하여 LED(112)를 구동하는 것을 특징으로 한다.

LED(112)에 부착된 온도 센서(110)는 LED 온도를 감지한다. LED 특성 비교부(118)는 온도 센서(110)에 의하여 측정된 온도를 LED 특성 룩업 테이블(116)과 비교한다.

제어부(120)는 표준값과의 편차를 줄이기 위하여 LED 특성 비교부(118)의 출력 신호에 따라 온도 제어부(114)를 제어하기 위한 온도 제어신호를 생성한다. 온도 제어부(114)는 펠티어 소자로 구성될 수 있으며, 제어부(120)의 온도 제어신호에 따라 LED 의 온도를 제어한다. 펠티어는 전술한 바와 같이 Peltier 현상에 의해 나타나는 냉각효과를 이용하는 고체식 열 펌프(solid state heat pump)를 말한다.

다시 말하면, 본 발명은 전압 센서(106), 전류 센서(108) 및 온도 센서(110)로 이루어진 LED 특성 검출부, LED 특성 룩업 테이블(116)을 포함하는 LED 특성 비교부(118)와 제어부(120)로 이루어진 제 1 제어부, 그리고 전압제어부(100), 전류제어부(104) 및 온도제어부(114)로 이루어진 제 2 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, LED(112)의 특성값, 가령 전압, 전류, 온도 중 어느 하나의 값이라도 미리 설정된 표준값과 차이가 발생하는 경우에는 제 1 제어부에 의하여 제 2 제어부를 제어함으로써 LED(112)가 최적의 값을 유지하도록 하고 있다. 이를 위하여 제 1 제어부는 LED 특성 테이블(116)과 전압 센서(106), 전류 센서(108) 및 온도 센서(110)에서 검출한 값을 비교 판단함으로써 제 2 제어부에 대한 제어 수행 여부를 결정하게 된다.

결국, 본 발명에 의한 LED PWM 구동회로는 LED소자에서 문제가 되는 LED Forward 전압, 전류, 접합온도를 동시에 제어함으로써 LED가 주변환경에 영향을 받지않고 일정한 광량을 유지할 수 있도록 하였다. 이러한 LED 는 프로젝션(Projection) 시스템에 있어서 수명이 길고, 고속 점등과 저 전력을 실현할 수 있도록 하는 LED광원으로 이용될 수 있다.

이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이 다.

본 발명은 전술한 바와 같이 프로젝션(Projection) TV 용 광원으로 LED를 사용했을 때 LED 광량에 영향을 미치는 LED 전류, 포워드(Forward)전압, LED 접합온도를 제어함으로서 LED광량을 일정하게 유지하여 안정된 구동이 가능하도록 하였다.