外文資料翻譯

畢業(yè)設計（論文）外文資料翻譯學 院： 機械學院專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化姓名： 學號： 外文出處： 可視化顯示技術（用外文寫）HandbookofVisualDisplayTechnology附件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。注：請將該封面與附件裝訂成冊。附件1：外文資料翻譯譯文有關LED顯示屏設計時的參考摘要：本文將主要集中介紹全彩色LED顯示模塊在大面積顯示看板的應用，隨著顯示器的總體尺寸在畫面質量和均勻性方面的標準、要求。利用全彩色RGB模塊顯示系統(tǒng)的方法已經(jīng)比較成熟，在這將對使用單一顏色的點矩陣顯示器顯示字母、數(shù)字做一個相關的討論、介紹。關鍵詞：LED恒流驅動均勻性電源介紹50年前人們已經(jīng)了解半導體材料可產(chǎn)生光線的基本知識，第一個商用二極管產(chǎn)生于I960年。LED是英文lightemittingdiode（發(fā)光二極管）的縮寫，它的基本結構是一塊電致發(fā)光的半導體材料，置于一個有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，即固體封裝，所以能起到保護內部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。在上世紀90年代初藍色LED因為中村修二的開拓性工作得到了顯示性能的改進，全彩色LED顯示屏已經(jīng)使用了很多年，但這還沒達到顯示的極限。本文將詳細描述要考慮選擇什么樣的參數(shù)驅動LED,并獲得所需的性能，采用最先進的數(shù)字信號處理技術和校準程序。它也將顯示出市場的思考，保持平衡的最佳成本效益和產(chǎn)品生命周期的預期。LED光源由于具有使用壽命長、光效高、節(jié)能、無頻閃等優(yōu)點，正逐漸取代傳統(tǒng)照明光源而走進千家萬戶，因此針對LED照明系統(tǒng)驅動電源的研究成為電力電子行業(yè)的一個熱門課題。LED驅動電源的可靠性問題是影響LED照明系統(tǒng)照明品質和使用壽命的關鍵因素。提高LED驅動電源的效率和進行變換器的熱分析，對提高LED驅動電源的可靠性具有十分重要的意義。LED參數(shù)人類是對顏色都有不同的感知，這一點是非常重要的，要促進模塊整合成一個最終的顯示單元，需要客觀的、可量化以及顏色均勻性的測量方法。國際照明委員會（CIE）建立量化的顏色測量的XYZ三刺激系統(tǒng)，這個系統(tǒng)是根據(jù)三基色紅、綠、藍而建立的。XYZ三刺激值是通過集成的光譜功率輻射的分布曲線和三眼在380-780nm可見波長的響應曲線通過計算而得到的。發(fā)光二極管發(fā)射光輻射的光譜功率的分布在許多方面不同于其它輻射源的光譜功率分布。它既不是像激光那樣的單色，也沒有像鎢燈那樣的寬色帶，而是介于這兩個極端之間。通常是LED恒流驅動的水平在10或~20mA時。然而當驅動LED全彩色視頻應用時，由于不均勻性的存在通常這些規(guī)格標準是不能滿足使用時的標準的。這已經(jīng)表明，發(fā)光二極管的效率可以存在顯著的差異，在不同的驅動條件下，光輸出和色坐標也存在著變化。發(fā)光二極管對熱性能的影響是很敏感的。通常情況下，溫度從25攝氏度增加到60攝氏度時，發(fā)光二極管就會減少10%的發(fā)光強度。發(fā)光二極管在溫度升高的條件下有一個通用的行為：在較高的溫度下，它們的效率會變低。例如在60攝氏度時的發(fā)光強度減少10%，其發(fā)光價值主要體現(xiàn)在25攝氏度，因此解決這個問題就需要知道二極管的具體溫度降額曲線。LED驅動電流也是至關重要的，在這一點上。有一個非常嚴謹?shù)墓钜?guī)范，比如為了保證顯示性能，如果驅動沒有指定，由于電流對光輸出和色坐標的影響就需要恒流驅動程序供給正確的電流。事實上溫度對設計的穩(wěn)定性是很關鍵的，這意味著需要從根本上控制不同的輸出在同一設備上的耐受性與不同驅動的公差。恒流驅動隨著LED與使用這些組件的驅動，可以很容易地看到，選擇與這些特定的組件的設計是非常關鍵的。盡管你可以爭論這一組件是專門為高性能視頻市場的，但他們都各有優(yōu)點和缺點，下面對大多數(shù)重要的參數(shù)進行了總結。輸出電流的變化大多數(shù)的恒流驅動器都有不止一種的輸出。行業(yè)標準是8、16或24的輸出。這些輸出是要連接到發(fā)光二極管上的。如果你想顯示均勻的圖像，用一個芯片驅動多個LED使他們有相同的電流輸出就行了，這一點是很重要的。如果之間存在一個顯著的該引腳的變化輸出，就會增加其余的LED在另一個電流驅動。再次，這將意味著既使所有的發(fā)光二極管具有相同的規(guī)格也將得到不同的的強度和顏色。因此，很明顯這是導致了變化的非均勻性的來源，在1-3%范圍內變化是首選，0%的變化是明顯的成本禁止的。功率耗散功率耗散通常是一個設計后期才能發(fā)現(xiàn)的問題，但同時這個問題也是很關鍵的。這個問題可能導致恒流驅動在工作時輸出的為低電壓，低電壓會增加功率耗的散和熱量的產(chǎn)生。熱的產(chǎn)生不僅僅體現(xiàn)在設計上，同時也對LED的光輸出產(chǎn)生了一定的變化，具體可能造成不均勻性的問題，這個問題還聯(lián)系到電源設計的本身。芯片間的輸出電流的變化因為需要驅動一個屏幕，所以推理的是芯片間多個常數(shù)電流的變化。因此電流變化小于2.5%是最好的選擇，這也將會得到更高程度的補償需求?，F(xiàn)在不僅僅是LED需要補償，恒流驅動的變化也需要得到一定補償才能保證系統(tǒng)得到最好的運行。然而更高的補償就會意味著將產(chǎn)生更多的“高水平”，這就將意味著需要更快的常數(shù)，更加高效率的電流驅動。電源的設計R、G和B的發(fā)光二極管具有不同的電壓，所以為了不浪費任何的能量和過多的熱量，因此選擇適當?shù)腖ED驅動電壓優(yōu)化開關電源的輸出電壓是很重要的。通常情況下，綠色和藍色發(fā)光二極管的閾值電壓在3.5V,而紅色通常是約1.9V.因此電源輸出電壓為2V、4.2V（藍綠色）和2.6V（紅色），這些電壓將使總系統(tǒng)的功率耗散達到最優(yōu)值。要想顯示內容可以立即改變，電源必須能夠去從0%至100%的電力負荷一次。（通常，視頻在60或50赫茲運行和圖像的瞬間的改變電源的響應時間是16-20ms）。大多數(shù)電源需要一個（高）小甚至恒荷載以保證可靠性和操作。盡管大型設備房功率因數(shù)校正（PFC）校正器的成本過高，但加入PFC將擁有更完整的顯示均勻性校正。均勻性校正為了糾正不均勻性，需要一些高標準的測量手段。例如，一個高分辨率的相機和光譜儀，用于測量每個單獨的LED的x，y和y坐標，這樣的測量方法的誤差將小于可見閾值（這里所有的測量流程必須在相同的條件下如溫度、驅動電流等）。測量的結果可以被存儲在易失性存儲器里，可以使后續(xù)的硬件使用這些測量數(shù)據(jù)。再次，這些連續(xù)的適應參數(shù)意味著至少有一個不良的控制器能夠實時計算如何適應在一定的溫度下的函數(shù)的參數(shù)、使用壽命、要求的光輸出等。下圖顯示了電子如何建立，沒有現(xiàn)成的組件可以發(fā)現(xiàn)這樣一個高標準的性能要求。因此，最好用可編程邏輯實現(xiàn)計算，如此一來對客戶倒是一個優(yōu)勢。當顯示標準發(fā)生變化或有更好處理算法時，可以很容易地在現(xiàn)場進行升級，使顯示器將繼續(xù)執(zhí)行最新的創(chuàng)新和圖像顯示功能。圖1顯示了在處理路徑上的實現(xiàn)方案。每一個LED和快速的處理器接口的亮度控制沒有表現(xiàn)出復雜的細節(jié)上。頂部的路徑主要是紅色的處理部分，中間一個是主要的綠色通道和下面的藍色的核心處理。通常，LED顯示屏是內置的模塊化，這實際上意味著，這樣的一個獨立的模塊只有一小部分LED帳戶。因此，每個系統(tǒng)表現(xiàn)出來的復雜性很高。由于該模塊僅需要顯示整個畫面的一部分，因此分配給一個像素的處理時間數(shù)量級高于一個完整的顯示情況。這也意味著例如縮放算法可以在模塊級別上實現(xiàn)，這是不常見的，在工業(yè)上的需要花費高昂電子才能充分顯示所需的處理能力。很明顯的,顏色添加量必須在色彩校正范圍內，但通常是在100-1000倍小于主色的范圍內的，在這范圍內才能計算出位深度和規(guī)定的LED的光輸出。因此，在后面的數(shù)學計算中，將在12-16位范圍內產(chǎn)生處理路徑，與中間不累計的計算進入最總結本文對有關怎么處理和實現(xiàn)大面積模塊顯示做了一些參數(shù)方面的分析，雖然有的數(shù)據(jù)不是最準確的，但至少能作為一個參考。我們要考慮的不僅僅是一些視覺參數(shù)、電子方面的參數(shù)等，還要考慮是不是符合行業(yè)的標準，最重要的還是經(jīng)濟性、可制造性，以及一些專業(yè)方面的考慮，以上提出的僅僅是個參考，問題的重要部分還需要在實踐中探索，讓對這方面感興趣的人有一個最基本的了解和認知。參考文獻NakamuraS(1994)Nichia1cdblueLEDpaveswayforfullcolourdisplay.NikkeiElectronAsia6:65—69WyszeckiG,StilesWS(1967)Colorscience.Concept,methods,quantitativedataandformulae.Wiley,Oxford/features/4/8/1ChenK-Y,ChenS-M,HaoZ-D(1998)Opticalilluminationsystemhavingimprovedefficiencyanduniformityandprojectioninstrumentcomprisingsuchasystem.USPatent5,755,503,26May1998ReferencetomultipleLEDdatasheets./tools/fine-white-binningSchwedlerW,NguyenF(2010)Invitedpaper:LEDbacklightingforLCDTVs.SIDSymposiumDigestofTechnicalPapers41(1):1091—1096TheLEDdisplaydesignreferenceAbstract:ThisarticleepresentsabriefoverviewoftheissuesinvolvedintheproductionandimplementationoffullcolormodularLEDdisplaysforlarge-areadisplayandsignageapplications.Thetechnicalissuesrelatedtoachievinglarge-areauniformityandvisualqualityarediscussedintermsofthepracticaldeviceselection,drivingandsystemimplementationfactorsthatshouldbeconsidered.ListofAbbreviations:LEDconstantcurrentdriveuniformitypower1Introduction50yearsago,peoplehavetounderstandsemiconductormaterialscanproducelightofthebasicknowledge,thefirstcommercialdiodesin1960.EnglishistheLEDlightemittingdiode(LED)acronym,anditsbasicstructureisanelectroluminescentsemiconductormaterials,placedinawirerack,thensealedwithepoxyresinaround,thatis,solidpackage,Therefore,theprotectionoftheinternalbatteriescanplaytheroleofline,sotheseismicperformanceLEDgood.ThisarticlewillfocusprimarilyonfullcolormodularLEDdisplaysforlarge-areadisplayandsignageapplications,wherepicturequalityanduniformityareimportantcriteriaalongwiththeoverallsizeofthedisplay.DisplaysystemswhichutilizeaRGBmoduleapproachforfullcolorareconsideredindetail,withthediscussionalsorelevanttotheusesinglecolordotmatrixdisplaysoralphanumericaldisplays,whichareeffectivelyasubsetoftheoutlinepresented.Duetotheadvantagesoflonglife,highlight-efficiency,energysaving,noflicker,etc.,traditionallightsourcesaregraduallyreplacedbyLEDlightsourceinthefieldoffamilylighting.MoreandmoreattentionsarepayedontheresearchanddevelopmentofLEDdriversforresearchersofpowerelectronics.ReliabilityissueisakeyfactoraffectingthelightingqualityandlifeofLEDlightingsystem.ImprovementinefficiencyandthermalanalysisonLEDdriversareparticularlyimportant?? ? ? -??-g??inimprovingitsreliability.LEDparametersHumancolorperceptionvariessignificantlyacrossindividuals,henceitiscriticalthatanobjectiveandquantifiablemethodofmeasurementisemployedtofacilitatetheintegrationofmodulesintoafinaldisplayunitwiththerequiredcoloranduniformityproperties.TheCommissionInternationaledel'Eclairage(CIE)establishedtheXYZtristimulussystemforthemeasurementandquantificationofcolor,whichisbasedontheassumptionthateverycolorisacombinationofthreeprimarycolors:red,green,andblue.TheXYZtristimulusvaluesareobtainedbyintegratingthespectralpowerdistributionofradiationandthethreeeyeresponsecurvesoverthevisiblewavelengths380-780nm.ThespectralpowerdistributionoftheopticalradiationemittedbyLEDsdiffersinmanywaysfromotherradiationsources.Itisneithermonochromaticlikealaser,norbroadbandlikeatungstenlamp,butratherliessomewherebetweenthesetwoextremes.UsuallyLEDsarespecifiedatacertainconstantcurrentdrivelevel-usually10or20mA.However,whendrivingLEDsinafullcolorvideoapplication,thesespecificationsdonotsatisfythefullqualificationforusage,duetothepotentialfornonuniformitiesinoutputacrossadisplay.IthasbeenshownthattheefficienciesofLEDscandiffersignificantlyunderdifferentdriveconditions,bothinlightoutputandincolorcoordinatevariation.LEDsareverysusceptibletotheeffectsofheatonperformance.Typically,a10%reductioninluminousintensityresultsfromanincreaseintemperaturefrom25LEDshaveagenericbehavioratelevatedtemperatures:Athighertemperaturestheyarelessefficient.Theluminousintensityat60Cisreducedby10%,e.g.,ofitsvalueat25CTherefore,onenotonlyneedstoknowthespecifictemperaturederatingcurvesoftheLEDs,butonemustbeabletocopewiththisissue.LEDdriverelectronicsarealsocrucialatthispoint.HavingaverytightLEDspecificationdoesnotguaranteedisplayperformanceifthetoleranceson,forinstance,thedriversarenotaswellspecified.Theseconstantcurrentdriversneedtosupplythecorrectcurrentbecausecurrenthasaninfluenceonbothlightoutputandcolorcoordinates.Temperatureanddesignstabilityaredefactocrucial.Thismeansthatin-betweendifferentoutputsinthesamedevicesthetoleranceneedstobecontrolledradicallyincombinationwiththetolerancebetweendifferentdrivers.constantcurrentdriveAsLEDsareimmediatelydrivenusingthesecomponents,onecouldeasilyseethatthechoiceanddesignofthesespecificcomponentsareverycritical.Thisiscertainlytrueinavideoenvironment.Althoughonecandebateavailabilityofsuchacomponentspecificallyforthehighperformancevideomarket,allofthemhaveadvantagesandseveredrawbacks.Mostimportantparametersaresummarized.3.1ChangetheoutputcurrentMostconstantcurrentdrivershavemorethanoneoutput.Industrystandardsare8,16,or24outputs.TheseoutputsareimmediatelycoupledtotheLEDs.Ifonewantstodisplayauniformimage,itisofutmostimportancethattheoutputswithinonechipdrivin.amultitudeofLEDsallhavethesamecurrent.Ifthereisasignificantvariationin-betweenoutputsofthepins,thisofcoursewouldaddtocertainLEDsdrivenatanothercurrent.Again,thiswouldmeanthatthoseLEDshavedifferentresultantintensitiesandcolor,evenifalltheLEDshavethesamespecification.ItisthereforeveryobviousthatnotonlyLEDvariationisasourceofnouniformity,butalsotheconstantcurrentdrivers.Hence,variationsintherangeof13%arepreferred,as0%variationsareobviouslycostprohibitive.3.2PowerdissipationUsuallyanafterthought,butcertainlycritical,ishavingaconstantcurrentdriverwhichoperatesonitsoutputswithaslowavoltagedropaspossible,asthiswouldonlyincreasetheoveralldisplaypowerdissipation,andheatgeneration.Heatgenerationisnotonlynegativefordesignreasons,butalsoregardingLEDlightoutputvariations.Specific‘‘hotspots''couldbecomethereasonofnonuniformity.Thisissuenowalsolinksinintothepowersupplydesignitself.3.3.InterchipoutputcurrentvariationThesamereasoningasaboveisvalidforthecurrentvariationin-betweenmultipleconstantcurrentdriverchips,asamultitudeoftheseareusedtodriveascreen.Hence,trimmingtowardlessthan2.5%variationisalsopreferred.Ifboththevariationsofaandbarehigherthanindicated,thiswouldevendemandforahigherdegreeofcompensation.Now,notonlytheLEDsneedcompensation,butalsotheconstantcurrentdrivervariation.Ahigherdegreeofcompensationthenmeansevengeneratingmore‘‘graylevels''aswewillseelateron,whichinreturnwouldmeanfasterconstant,moreexpensive,currentdrivers.Thisimmediatelylinkstothenexttopic.PowerSupplyDesignR,G,andBLEDshavedifferentthresholdvoltages,soinordernottowasteanyenergy,andhaveexcessiveheatgeneration,itwouldbebesttooptimizetheSMPSoutputvoltagestotheadequateLEDdrivevoltages.Typically,thethresholdvoltagesforgreenandblueLEDsarearound3.5V,whileredistypicallyaround1.9V.Henceapowersupplywhichoutputs2V,4.2V(Green-Blue)and2.6V(Red),hasadvantageswithregardtototalsystempowerdissipationUniformitycorrectionInordertocorrectfornonuniformities,oneneedshighstandardmeasurementmeans,suchasforinstanceahighresolutioncameraorspectrometer,formeasuringeachindividualLEDforitsx,yandYcoordinates,withsuchanaccuracythatthemeasurementprocedureerrorisbelowthevisiblethreshold.(Theprocedurehereisthatallthemeasurementsmustbedoneunderthesameconditionsthroughouttimetemperature,drivecurrent,andsoon.)ThesemeasurementscanthenbesubsequentlystoredinanonvolatilememorypreferablyclosetotheLEDs,sothatthesubsequenthardwarecanmakeuseofthesemeasurementsandcanadaptthemthroughtimeandusagecircumstances.Again,continuousadaptationoftheseparametersmeansthatatleastaperformingcontrollercancalculateinrealtimehowtoadapttheparametersinfunctionoftemperature,lifetimeusage,requestedlightoutput,andsoon.Thenextdiagramshowsindetailhowtheelectronicscanbebuilt,keepinginmindthatnooff-the-shelfcomponentscanbefoundforsuchahighstandardperformancerequirement.Therefore,thepreferencegoestoimplementingthecalculationsinprogrammablelogic,whichinitsturnhasanadvantagetothecustomer.Wheneverdisplaystandardschangeorbetterprocessingalgorithmsaredeveloped,thesecaneasilybeupgradedinthefield,sothatthedisplaywillcontinuetoperformtothelatestinnovationandimagedisplaycapabilities.Figure1showsanimplementationproposalontheprocessingpath.WithoutshowingthedetailofcomplexityontheindividualbrightnesscontrolofeveryLEDandthefastprocessorinterfaceforupdatingtheparametersinrealtime.Thetoppathisthemainredprocessingpart,themiddleoneisthemaingreenpath,andthebottomoneisthebluecoreprocessing.Asonecansee,eachpathhasitsscalerincorporated.UsuallyLEDdisplaysarebuiltmodularly,whichinfactmeansthatsuchaself-containedmodulehasonlyafractionofLEDstoaccountfor.Thus,thecomplexitygoesdownpersystem,butperformancegoesup.Sincesuchamoduleonlyneedstodisplayafractionofthetotalpicture,theprocessingtimeallocatedforonepixelismagnitudeshigherthaninthecaseofafulldisplay.Thisalsomeansthatforinstancescalingalgorithmscanbeimplementedonamodulelevel,whicharenotcommonlyusedintheindustrybecausetheprocessingpowerneededonafulldisplaylevelwouldrequirecostprohibitiveelectronics.Now,duetothemodularsystem,sinceamoduleonlyhasa‘‘few''pixelstotakecareof,theprocessingtimeperpixelismuchhigher,sothetimespentonoptimizingandusingextremeperformingalgorithmsispossible.Obviously,theamountofcoloradditionmustbeintherangeofthecolorcorrectionneeded,butisusuallya100-1,000timeslessthanthemaincolor.TheconsequenceisinthiscasethatthebitdepthcalculationandLEDlightoutputregulations,mustbeeven10-100timesmore,toalsoaccommodatea

colorcorrectionscale.Thus,calculatingbackthenumbers,thiswouldyieldaprocessingpathintherangeof12-6bits,withintermediatecalculationsevenatahigherlevelinorde