有关LED显示屏设计时的参考-外文资料翻译.docx
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外文资料翻译译文
有关LED显示屏设计时的参考
摘要：
本文将主要集中介绍全彩色LED显示模块在大面积显示看板的应用，随着显示器的总体尺寸在画面质量和均匀性方面的标准、要求。
利用全彩色RGB模块显示系统的方法已经比较成熟，在这将对使用单一颜色的点矩阵显示器显示字母、数字做一个相关的讨论、介绍。
关键词：
LED恒流驱动均匀性电源
1介绍
50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。
LED是英文lightemittingdiode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，即固体封装，所以能起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。
在上世纪90年代初蓝色LED因为中村修二的开拓性工作得到了显示性能的改进，全彩色LED显示屏已经使用了很多年，但这还没达到显示的极限。
本文将详细描述要考虑选择什么样的参数驱动LED,并获得所需的性能，采用最先进的数字信号处理技术和校准程序。
它也将显示出市场的思考，保持平衡的最佳成本效益和产品生命周期的预期。
LED光源由于具有使用寿命长、光效高、节能、无频闪等优点，正逐渐取代传统照明光源而走进千家万户，因此针对LED照明系统驱动电源的研究成为电力电子行业的一个热门课题。
LED驱动电源的可靠性问题是影响LED照明系统照明品质和使用寿命的关键因素。
提高LED驱动电源的效率和进行变换器的热分析，对提高LED驱动电源的可靠性具有十分重要的意义。
2LED参数
人类是对颜色都有不同的感知，这一点是非常重要的，要促进模块整合成一个最终的显示单元，需要客观的、可量化以及颜色均匀性的测量方法。
国际照明委员会（CIE）建立量化的颜色测量的XYZ三刺激系统，这个系统是根据三基色红、绿、蓝而建立的。
XYZ三刺激值是通过集成的光谱功率辐射的分布曲线和三眼在380-780nm可见波长的响应曲线通过计算而得到的。
发光二极管发射光辐射的光谱功率的分布在许多方面不同于其它辐射源的光谱功率分布。
它既不是像激光那样的单色，也没有像鸨灯那样的宽色带，而是介于这两个极端之间。
通常是LED恒流驱动的水平在10或~20mA时。
然而当驱动LED全彩色视频应用时，由于不均匀性的存在通常这些规格标准是不能满足使用时的标准的。
这已经表明，发光二极管的效率可以存在显着的差异，在不同的驱动条件下，光输出和色坐标也存在着变化。
发光二极管对热性能的影响是很敏感的。
通常情况下，温度从25摄氏度增加到60摄氏度时，发光二极管就会减少10%的发光强度。
发光二极管在温度升高的条件下有一个通用的行为：
在较高的温度下，它们的效率会变低。
例如在60摄氏度时的发光强度减少10%,其发光价值主要体现在25摄氏度，因此解决这个问题就需要知道二极管的具体温度降额曲线。
LED驱动电流也是至关重要的，在这一点上。
有一个非常严谨的公差规范，比如为了保证显示性能，如果驱动没有指定，由于电流对光输出和色坐标的影响就需要恒流驱动程序供给正确的电流。
事实上温度对设计的稳定性是很关键的，这意味着需要从根本上控制不同的输出在同一设备上的耐受性与不同驱动的公差。
3恒流驱动
随着LED与使用这些组件的驱动，可以很容易地看到，选择与这些特定的组件的设计是非常关键的。
尽管你可以争论这一组件是专门为高性能视频市场的，但他们都各有优点和缺点，下面对大多数重要的参数进行了总结。
3.1输出电流的变化
大多数的恒流驱动器都有不止一种的输出。
行业标准是8、16或24的输出。
这些输出是要连接到发光二极管上的。
如果你想显示均匀的图像，用一个芯片驱动多个LED使他们有相同的电流输出就行了，这一点是很重要的。
如果之间存在一个显着的该引脚的变化输出，就会增加其余的LED在另一个电流驱动。
再次，这将意味着既使所有的发光二极管具有相同的规格也将得到不同的的强度和颜色。
因此，很明显这是导致了变化的非均匀性的来源，在1-3%范围内变化是首选，0%的变化是明显的成本禁止的。
3.2功率耗散
功率耗散通常是一个设计后期才能发现的问题，但同时这个问题也是很关键的。
这个问题可能导致恒流驱动在工作时输出的为低电压，低电压会增加功率耗的散和热量的产生。
热的产生不仅仅体现在设计上，同时也对LED的光输出产生了一定的变化，具体可能造成不均匀性的问题，这个问题还联系到电源设计的本身。
3.3芯片间的输出电流的变化
因为需要驱动一个屏幕，所以推理的是芯片间多个常数电流的变化。
因此电流变化小于2.5%是最好的选择，这也将会得到更高程度的补偿需求。
现在不仅仅是LED需要补偿，恒流驱动的变化也需要得到一定补偿才能保证系统得到最好的运行。
然而更高的补偿就会意味着将产生更多的“高水平”，这就将意味着需要更快的常数，更加高效率的电流驱动。
4电源的设计
R、G和B的发光二极管具有不同的电压，所以为了不浪费任何的能量和过多的热量，因此选择适当的LED驱动电压优化开关电源的输出电压是很重要的。
通常情况下，绿色和蓝色发光二极管的阈值电压在3.5V,而红色通常是约1.9V.因此电源输出电压为2V、4.2V（蓝绿色）和2.6V（红色），这些电压将使总系统的功率耗散达到最优值。
要想显示内容可以立即改变，电源必须能够去从0%至100%的电力负荷一次。
（通常，视频在60或50赫兹运行和图像的瞬间的改变电源的响应时间是16-20ms）o大多数电源需要一个（高）小甚至恒荷载以保证可靠性和操作。
尽管大型设备房功率因数校正（PFC）校正器的成本过高，但加入PFC将拥有更完整的显示均匀性校正。
5均匀性校正
为了纠正不均匀性，需要一些高标准的测量手段。
例如，一个高分辨率的相机和光谱仪，用于测量每个单独的LED的x,y和y坐标，这样的测量方法的误差将小于可见阈值（这里所有的测量流程必须在相同的条件下如温度、驱动电流等）。
测量的结果可以被存储在易失性存储器里，可以使后续的硬件使用这些测量数据。
再次，这些连续的适应参数意味着至少有一个不良的控制器能够实时计算如何适应在一定的温度下的函数的参数、使用寿命、要求的光输出等。
下图显示了电子如何建立，没有现成的组件可以发现这样一个高标准的性能要求。
因此，最好用可编程逻辑实现计算，如此一来对客户倒是一个优势。
当显示标准发生变化或有更好处理算法时，可以很容易地在现场进行升级，使显示器将继续执行最新的创新和图像显示功能。
图1显示了在处理路径上的实现方案。
每一个LED和快速的处理器接口的亮度控制没有表现出复杂的细节上。
顶部的路径主要是红色的处理部分，中间一个是主要的绿色通道和下面的蓝色的核心处理。
通常，LED显示屏是内置的模块化，这实际上意味着，这样的一个独立的模块只有一小部分LED帐户。
因此，每个系统表现出来的复杂性很高。
由于该模块仅需要显示整个画面的一部分，因此分配给一个像素的处理时间数量级高于一个完整的显示情况。
这也意味着例如缩放算法可以在模块级别上实现，这是不常见的，在工业上的需要花费高昂电子才能充分显示所需的处理能力o
很明显的,颜色添加量必须在色彩校正范围内，但通常唳在100-1000倍小于主色的范围内的，在这范围内才能计算出位深度和规定的LED的光输出。
因此，在后面的数学计算中，将在12-16位范围内产生处理路径，与中间不累计的计算进入最
后阶段，从而达到最高的水平。
图i大面积模块显示核心处理路径，显示不同的路径为红（顶部），绿色（中）和蓝色（下）
6总结
本文对有关怎么处理和实现大面积模块显示做了一些参数方面的分析，虽然有的数据不是最准确的，但至少能作为一个参考。
我们要考虑的不仅仅是一些视觉参数、电子方面的参数等，还要考虑是不是符合行业的标准，最重要的还是经济性、可制造性，以及一些专业方面的考虑，以上提出的仅仅是个参考，问题的重要部分还需要在实践中探索，让对这方面感兴趣的人有一个最基本的了解和认知。
参考文献
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LEDbacklightingforLCDTVs.
SIDSymposiumDigestofTechnicalPapers41
（1）:
1091-1096
TheLEDdisplaydesignreference
Abstract:
ThisarticleepresentsabriefoverviewoftheissuesinvolvedintheproductionandimplementationoffullcolormodularLEDdisplaysforlarge-areadisplayandsignageapplications.Thetechnicalissuesrelatedtoachievinglarge-areauniformityandvisualqualityarediscussedintermsofthepracticaldeviceselection,drivingandsystemimplementationfactorsthatshouldbeconsidered
.ListofAbbreviations:
LEDconstantcurrentdriveuniformitypower
1 Introduction
50yearsago,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.ImprovementinefficiencyandthermalanalysisonLEDdriversareparticularlyimportantinimprovingitsreliability.
2 LEDparameters
Humancolorperceptionvariessignificantlyacrossindividuals,henceitiscriticalthatanobjectiveandquantifiablemethodofmeasurementisemployedtofacilitatetheintegrationofmodulesintoafinaldisplayunitwiththerequiredcoloranduniformityproperties.TheCommissionInternationaledeFEclairage（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.
3 constantcurrentdriveAsLEDsareimmediatelydrivenusingthesecomponents,onecouldeasilyseethatthechoiceanddesignofthesespecificcomponentsareverycritical.Thisiscertainlytrueinavideoenvironment.Althoughonecandebateavailabilityofsuchacomponentspecificallyforthehighperformancevideomarket,allofthemhaveadvantagesandseveredrawbacks.Mostimportantparametersaresummarized.
3.1 Changetheoutputcurrent
Mostconstantcurrentdrivershavemorethanoneoutput.Industrystandardsare8,16,or24outputs.TheseoutputsareimmediatelycoupledtotheLEDs.Ifonewantstodisplayauniformimage,itisofutmostimportancethattheoutputswithinonechipdrivin.amultitudeofLEDsallhavethesamecurrent.Ifthereisasignificantvariationin-betweenoutputsofthepins,thisofcoursewouldaddtocertainLEDsdrivenatanothercurrent.Again,thiswouldmeanthatthoseLEDshavedifferentresultantintensitiesandcolor,evenifalltheLEDshavethesamespecification.ItisthereforeveryobviousthatnotonlyLEDvariationisasourceofnouniformity,butalsotheconstantcurrentdrivers.Hence,variationsintherangeof1-3%arepreferred,as0%variationsareobviouslycostprohibitive.
3.2 Powerdissipation
Usuallyanafterthought,butcertainlycritical,ishavingaconstantcurrentdriverwhichoperateso
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