隨著城市化建設的不斷推進，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，以期引起人們對此的重視，供有關部門和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顯示屏而設計的產(chǎn)品，最早由豐田合成公司利用光學方法設計的帶下傾角的DIP封裝LED器件。2012年雷曼公司也推出了利用光學方法設計的帶下傾角DIP封裝LED器件，2016年深圳新光臺公司又推出了側發(fā)光帶下傾角的SMD封裝LED器件，它們都對提高 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器件主流型號是FM3535，其相對光強與視角關系曲線如下圖2所示。

現(xiàn)以FM3535為例說明關于LED下傾角技術。

圖1

圖2

圖2中的F點是當相對光強為50%時，（半視角為55 o )的坐標位置，也就是說，當觀眾的仰視角為55 o時的相對光強為50%，從圖2得知：當觀眾的仰視角為45 o時，相對光強為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遠大于人的自身身高的LED玻璃幕墻燈條時會有一仰視角 θ ，由此可見當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光強度就越低。

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)《城市道路工程設計規(guī)范》（CJJ37-2012）規(guī)定，主干道的寬度應為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。假設戶外LED顯示屏中心安裝的高度≥25M時，街道的寬度為≥23M時，觀眾的仰視角θ約為45 o左右，從圖2可以得出，當仰視角θ=45 o時，相對光強只有62.1%，再假定當仰視角θ=60 o時，相對光強只剰下37.5%左右了，（見圖2與圖3）

圖4

再看圖4， 圖4是美國時代廣場的一塊狹長的LED顯示屏照片，據(jù)拍攝者稱，該照片是在屏的馬路對面拍攝的，由于該狹長屏的高度大約40米左右，從照片上可以看出該狹長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所示視角與相對光強的關系。

根據(jù)圖2所示相對光強100%處的這部分光能投射到了街道對面的大樓正面變成為了光污染源，這對屏顯設計師而言顯然不是最好的設計。因此也就引起了設計師們對SMD封裝的關注，并且設計了能將相對光強100%處的這部分光能下傾一個角度的SMD封裝LED器件，它不僅能減少光污染的強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發(fā)光帶下傾角LED器件的設計

最近市場上出現(xiàn)了一種被稱為LED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，針對戶外街道上或者廣場上的觀眾?？蛻魹榱俗畲笙薅鹊乇ＷC玻璃幕墻內(nèi)的采光，對LED玻璃幕墻燈條屏的通透率推出了更高的要求。于是深圳新光臺公司專為LED玻璃幕墻燈條屏研發(fā)了能提高通透率的側發(fā)光帶下傾角的LED器件，如圖5。

圖5

圖5的左邊所示的是側發(fā)光帶下傾角LED燈條剖面圖，側發(fā)光帶下傾角LED器件的發(fā)光端面下傾了一個角度β，設β=15o，那么它的相對光強與視角關系曲線也下傾了一個角度15o如圖6，（需要說明的是極坐標不能隨之下傾或旋轉，因為只有在相同的坐標系中比較才有意義）。對照圖2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時的感觀亮度從62.1%上升到了81.3%，計算一下相對亮度提升率：(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)的側發(fā)光帶下傾角LED器件尺寸：下傾角15o，長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)成功應用于玻璃幕墻燈條屏上，。

圖7

圖8是一種采用側發(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平方米項目現(xiàn)場照片）。

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封裝設計使LED器件帶下傾角之外，還有更簡單的辦法被工程師們采用：在設計結構時直接將燈條下傾一個角度，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)，設計者已經(jīng)從結構設計入手將燈條下傾了一個角度。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是廈門信達光電提供的XDL-305-XXXX直插346 LED的相對光強與視角關系圖，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 的相對光強與視角關系圖（極坐標不下傾）。圖14是對比圖10與圖11后制作對比表。

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，采用下傾角技術的LED器件都會獲得很大節(jié)能效果。

4、關于燈條屏通透率的定義與計算

（1）.通透率的定義

通透率的定義應該是光線垂直通過燈條屏平面的面積與LED燈條屏計價面積之比，見圖 15

圖15

圖中:

h：單燈條厚度；

P：垂直點間距；

T:單元箱體的寬度；

H：單元箱體的高度，

t1、t2：單元箱體左右邊框寬度；

h1、h2：單元箱體上下邊框寬度；

我們現(xiàn)在設計的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。值得指出的是設計者在設計帶下傾角側發(fā)光LED外形結構時就已經(jīng)考慮到了LED燈條應該有防護殼體包覆而不能將IC、焊盤裸露在外.

（2）.通透率的量化表達

上面關于通透率計算實在太復雜，下面要介紹的方法既簡單又方便。

在燈條屏的設計中有3個影響通透的因素：

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寬度之比：T/(t1+t2)我們簡稱為箱寬框占比，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。綜上所述的三個指標不僅比較全面地綜合地表達了燈條屏的通透率，還清楚地表達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)就不僅清楚地表達了該燈條屏的通透率，還表達了該燈條屏單元箱的主要物理尺寸。

5、結語

LED顯示屏經(jīng)過近20年的高速增長階段，對研發(fā)人員而言 LED顯示屏已經(jīng)進入了精細化設計階段，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是永遠不會變的。各種帶下傾角LED器件的設計剛好迎合以上幾點，可以預見帶下傾角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。