LED戶外顯示屏為什么要采用帶下傾角的LED器件？

隨著城市化建設(shè)的不斷推進(jìn)，LED樓宇亮化得到極大的發(fā)展，但LED玻璃幕墻燈條屏的光污染問題受人們的廣泛關(guān)注和重視。本文從降低光的污染、提高光的使用效率出發(fā)，提出利用LED下傾角技術(shù)來提高玻璃幕墻燈條屏的光使用效率和降低光污染的方法，以期引起人們對(duì)此的重視，供有關(guān)部門和LED屏顯企業(yè)參考。

帶下傾角的LED發(fā)光器件是專為戶外LED顯示屏而設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，最早由豐田合成公司利用光學(xué)方法設(shè)計(jì)的帶下傾角的DIP封裝LED器件。2012年雷曼公司也推出了利用光學(xué)方法設(shè)計(jì)的帶下傾角DIP封裝LED器件，2016年深圳新光臺(tái)公司又推出了側(cè)發(fā)光帶下傾角的SMD封裝LED器件，它們都對(duì)提高 LED顯示屏的光使用效率、均勻度、降低光污染、節(jié)能都有顯著的效果并被人們所接受。

1、LED戶外顯示屏為什么要采用帶下傾角的LED器件

SMD封裝LED由于其視角大，耗材少，貼裝方便，目前已逐漸取代DIP封裝LED成為戶外LED顯示屏首選的發(fā)光器件。但是在使用中特別是戶外LED玻璃幕墻燈條屏所選用的SMD封裝LED的發(fā)光端面與水平面是垂直的，也就是該發(fā)光端面的法線與水平面的夾角為0 o即互相平行的，見圖1。

圖1所示是SMD封裝的顯示屏用LED器件主流型號(hào)是FM3535，其相對(duì)光強(qiáng)與視角關(guān)系曲線如下圖2所示。

現(xiàn)以FM3535為例說明關(guān)于LED下傾角技術(shù)。

圖1

圖2

圖2中的F點(diǎn)是當(dāng)相對(duì)光強(qiáng)為50%時(shí)，（半視角為55 o )的坐標(biāo)位置，也就是說，當(dāng)觀眾的仰視角為55 o時(shí)的相對(duì)光強(qiáng)為50%，從圖2得知：當(dāng)觀眾的仰視角為45 o時(shí)，相對(duì)光強(qiáng)為62.1%。目前大多數(shù)LED玻璃幕墻燈條屏都安裝在大樓的外墻面或大樓頂部，人們觀看安裝在高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人的自身身高的LED玻璃幕墻燈條時(shí)會(huì)有一仰視角 θ ，由此可見當(dāng)LED玻璃幕墻燈條屏安裝部位的垂直高度越高，或者人離LED玻璃幕墻燈條屏的水平距離越近，則仰視角θ越大（圖3），那么觀眾的感知相對(duì)光強(qiáng)度就越低。

圖3

戶外的廣告LED顯示屏特別是LED玻璃幕墻燈條屏一定是安裝在繁華的城市中心，我們以上海為例，南京路街道寬度最寬處為30米，最窄處為18米。而根據(jù)《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ37-2012）規(guī)定，主干道的寬度應(yīng)為30—40米，次干道的寬度為25—40米。從已經(jīng)安裝的許多戶外LED顯示屏來看，大多數(shù)LED顯示屏的中心離地高度在30米—50米左右，平均約在40米左右高度。由此可得出觀眾的仰視角θ大約在30 o—50 o之間。假設(shè)戶外LED顯示屏中心安裝的高度≥25M時(shí)，街道的寬度為≥23M時(shí)，觀眾的仰視角θ約為45 o左右，從圖2可以得出，當(dāng)仰視角θ=45 o時(shí)，相對(duì)光強(qiáng)只有62.1%，再假定當(dāng)仰視角θ=60 o時(shí)，相對(duì)光強(qiáng)只剰下37.5%左右了，（見圖2與圖3）

圖4

再看圖4， 圖4是美國(guó)時(shí)代廣場(chǎng)的一塊狹長(zhǎng)的LED顯示屏照片，據(jù)拍攝者稱，該照片是在屏的馬路對(duì)面拍攝的，由于該狹長(zhǎng)屏的高度大約40米左右，從照片上可以看出該狹長(zhǎng)屏的亮度是隨著它高度增加而減弱的，屏的底部最亮，頂部最弱甚至幾乎觀看不到了，這完全符合圖2所示視角與相對(duì)光強(qiáng)的關(guān)系。

根據(jù)圖2所示相對(duì)光強(qiáng)100%處的這部分光能投射到了街道對(duì)面的大樓正面變成為了光污染源，這對(duì)屏顯設(shè)計(jì)師而言顯然不是最好的設(shè)計(jì)。因此也就引起了設(shè)計(jì)師們對(duì)SMD封裝的關(guān)注，并且設(shè)計(jì)了能將相對(duì)光強(qiáng)100%處的這部分光能下傾一個(gè)角度的SMD封裝LED器件，它不僅能減少光污染的強(qiáng)度又能提高觀眾的觀感亮度，我們將它命名為“下傾角的LED器件”。

綜上所述不論是普通的戶外LED顯示屏還是LED玻璃幕墻燈條屏采用帶下傾角的LED器件是非常好的選擇。

2、LED玻璃幕墻燈條屏專用側(cè)發(fā)光帶下傾角LED器件的設(shè)計(jì)

最近市場(chǎng)上出現(xiàn)了一種被稱為L(zhǎng)ED玻璃幕墻燈條屏的顯示屏，又稱LED透明屏或者LED燈條屏，它由數(shù)根燈條與至少一根安裝了開關(guān)電源的立柱組成，有較高的通透率。近年來用戶為了規(guī)避廣告審批許可，將LED玻璃幕墻燈條屏安裝在大樓玻璃幕墻的內(nèi)側(cè)，針對(duì)戶外街道上或者廣場(chǎng)上的觀眾?？蛻魹榱俗畲笙薅鹊乇ＷC玻璃幕墻內(nèi)的采光，對(duì)LED玻璃幕墻燈條屏的通透率推出了更高的要求。于是深圳新光臺(tái)公司專為L(zhǎng)ED玻璃幕墻燈條屏研發(fā)了能提高通透率的側(cè)發(fā)光帶下傾角的LED器件，如圖5。

圖5

圖5的左邊所示的是側(cè)發(fā)光帶下傾角LED燈條剖面圖，側(cè)發(fā)光帶下傾角LED器件的發(fā)光端面下傾了一個(gè)角度β，設(shè)β=15o，那么它的相對(duì)光強(qiáng)與視角關(guān)系曲線也下傾了一個(gè)角度15o如圖6，（需要說明的是極坐標(biāo)不能隨之下傾或旋轉(zhuǎn)，因?yàn)橹挥性谙嗤淖鴺?biāo)系中比較才有意義）。對(duì)照?qǐng)D2與圖6 由于LED器件發(fā)光端面下傾了15o而使觀眾在仰視角θ=45o時(shí)的感觀亮度從62.1%上升到了81.3%，計(jì)算一下相對(duì)亮度提升率：(81.3-62.1)/62.1=30.9%, 可見節(jié)能效果非常明顯。大大地提高了光的使用效率。

目前已量產(chǎn)的側(cè)發(fā)光帶下傾角LED器件尺寸：下傾角15o，長(zhǎng)5mm，寬2.2mm，高2.0mm，它能很方便貼裝在燈條PCB上，經(jīng)過鋁合金型材包覆后的燈條高度4.8mm如圖7。 并且已經(jīng)成功應(yīng)用于玻璃幕墻燈條屏上，。

圖7

圖8是一種采用側(cè)發(fā)光帶下傾角的LED器件的玻璃幕墻燈條屏，它適合安裝于玻璃幕墻內(nèi)側(cè)見圖9，在戶外觀看的效果如圖10所示（正在施工的紹興1600平方米項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)照片）。

圖8

圖9

圖10

3、另一種提高LED玻璃幕墻燈條屏光使用效率的方法

除了上述采用LED封裝設(shè)計(jì)使LED器件帶下傾角之外，還有更簡(jiǎn)單的辦法被工程師們采用：在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)直接將燈條下傾一個(gè)角度，如圖11所示?，F(xiàn)以某戶外懸掛式下傾角LED幕墻屏為例說明。

圖11

從圖11可以發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)者已經(jīng)從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)入手將燈條下傾了一個(gè)角度。我們也看到了該LED玻璃幕墻燈條屏采用的是直插LED器件。

圖12是廈門信達(dá)光電提供的XDL-305-XXXX直插346 LED的相對(duì)光強(qiáng)與視角關(guān)系圖，從圖12可以得出該LED產(chǎn)品的全垂直視角約是55o ，半角是27.5o 圖13是燈條向下傾了15o 的相對(duì)光強(qiáng)與視角關(guān)系圖（極坐標(biāo)不下傾）。圖14是對(duì)比圖10與圖11后制作對(duì)比表。

圖14

由于通常的LED玻璃幕墻燈條屏都安裝的比較高，仰視角一般都在45o 以上，由此可見不論戶外LED玻璃幕墻燈條屏還是普通的戶外LED顯示屏，不論是SMD封裝還是DIP封裝的戶外顯示屏，只要LED顯示屏的安裝位置比較高或者仰視角比較大，采用下傾角技術(shù)的LED器件都會(huì)獲得很大節(jié)能效果。

4、關(guān)于燈條屏通透率的定義與計(jì)算

（1）.通透率的定義

通透率的定義應(yīng)該是光線垂直通過燈條屏平面的面積與LED燈條屏計(jì)價(jià)面積之比，見圖 15

圖15

圖中:

h：?jiǎn)螣魲l厚度；

P：垂直點(diǎn)間距；

T:單元箱體的寬度；

H：?jiǎn)卧潴w的高度，

t1、t2：?jiǎn)卧潴w左右邊框?qū)挾龋?/p>

h1、h2：?jiǎn)卧潴w上下邊框?qū)挾龋?/p>

我們現(xiàn)在設(shè)計(jì)的t1=t2=h1=h2=25mm；h=4.8mm,以2m*1m的箱體為例，P=16的鏤空率為65%。這樣的鏤空率可以滿足大樓的需求。值得指出的是設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)帶下傾角側(cè)發(fā)光LED外形結(jié)構(gòu)時(shí)就已經(jīng)考慮到了LED燈條應(yīng)該有防護(hù)殼體包覆而不能將IC、焊盤裸露在外.

（2）.通透率的量化表達(dá)

上面關(guān)于通透率計(jì)算實(shí)在太復(fù)雜，下面要介紹的方法既簡(jiǎn)單又方便。

在燈條屏的設(shè)計(jì)中有3個(gè)影響通透的因素：

第一，燈條與燈條的間距P與燈條高度h之比：P/h，我們簡(jiǎn)稱為燈條間距條占比，舉例說明，如果該值為20:5，那么它就很清楚表達(dá)了：燈條垂直間距為20mm，燈條的高度物理尺寸為5mm。

第二，燈條屏的箱體寬度與左右邊框?qū)挾戎龋篢/(t1+t2)我們簡(jiǎn)稱為箱寬框占比，舉例說明，如果該值為1000:50，那么它就很清楚表達(dá)了：該燈條屏單元的寬度為1000mm，左右二根遮擋光線的邊框的寬度尺寸之和為50mm。

第三 ，燈條屏的高度與上下二根遮擋光線的撐檔高度之比：H/（h1+h2）我們簡(jiǎn)稱為箱高框占比，舉例說明，如果該值為1280:40的話，那么它就很清楚表達(dá)了：該燈條屏單元高度為1280mm，上下二根遮擋光線的撐檔的寬度尺寸之和為40mm。綜上所述的三個(gè)指標(biāo)不僅比較全面地綜合地表達(dá)了燈條屏的通透率，還清楚地表達(dá)了燈條屏的外形尺寸信息。

如果我們的業(yè)內(nèi)有了上述的約定，那么 20/5,1000/50,1280/40這組數(shù)據(jù)就不僅清楚地表達(dá)了該燈條屏的通透率，還表達(dá)了該燈條屏單元箱的主要物理尺寸。

5、結(jié)語

LED顯示屏經(jīng)過近20年的高速增長(zhǎng)階段，對(duì)研發(fā)人員而言 LED顯示屏已經(jīng)進(jìn)入了精細(xì)化設(shè)計(jì)階段，但是降低屏體能耗、提高均勻度、滿足客戶差異化的需求的目標(biāo)是永遠(yuǎn)不會(huì)變的。各種帶下傾角LED器件的設(shè)計(jì)剛好迎合以上幾點(diǎn)，可以預(yù)見帶下傾角LED器件的出現(xiàn)將是LED顯示屏行業(yè)發(fā)展路上的大事件之一。