LED户外显示屏为什么要采用带下倾角的LED器件？

随着城市化建设的不断推进，LED楼宇亮化得到极大的发展，但LED玻璃幕墙灯条屏的光污染问题受人们的广泛关注和重视。本文从降低光的污染、提高光的使用效率出发，提出利用LED下倾角技术来提高玻璃幕墙灯条屏的光使用效率和降低光污染的方法，以期引起人们对此的重视，供有关部门和LED屏显企业参考。

带下倾角的LED发光器件是专为户外LED显示屏而设计的产品，最早由丰田合成公司利用光学方法设计的带下倾角的DIP封装LED器件。2012年雷曼公司也推出了利用光学方法设计的带下倾角DIP封装LED器件，2016年深圳新光台公司又推出了侧发光带下倾角的SMD封装LED器件，它们都对提高 LED显示屏的光使用效率、均匀度、降低光污染、节能都有显著的效果并被人们所接受。

1、LED户外显示屏为什么要采用带下倾角的LED器件

SMD封装LED由于其视角大，耗材少，贴装方便，目前已逐渐取代DIP封装LED成为户外LED显示屏首选的发光器件。但是在使用中特别是户外LED玻璃幕墙灯条屏所选用的SMD封装LED的发光端面与水平面是垂直的，也就是该发光端面的法线与水平面的夹角为0 o即互相平行的，见图1。

图1所示是SMD封装的显示屏用LED器件主流型号是FM3535，其相对光强与视角关系曲线如下图2所示。

现以FM3535为例说明关于LED下倾角技术。

图1

图2

图2中的F点是当相对光强为50%时，（半视角为55 o )的坐标位置，也就是说，当观众的仰视角为55 o时的相对光强为50%，从图2得知：当观众的仰视角为45 o时，相对光强为62.1%。目前大多数LED玻璃幕墙灯条屏都安装在大楼的外墙面或大楼顶部，人们观看安装在高度远远大于人的自身身高的LED玻璃幕墙灯条时会有一仰视角 θ ，由此可见当LED玻璃幕墙灯条屏安装部位的垂直高度越高，或者人离LED玻璃幕墙灯条屏的水平距离越近，则仰视角θ越大（图3），那么观众的感知相对光强度就越低。

图3

户外的广告LED显示屏特别是LED玻璃幕墙灯条屏一定是安装在繁华的城市中心，我们以上海为例，南京路街道宽度最宽处为30米，最窄处为18米。而根据《城市道路工程设计规范》（CJJ37-2012）规定，主干道的宽度应为30—40米，次干道的宽度为25—40米。从已经安装的许多户外LED显示屏来看，大多数LED显示屏的中心离地高度在30米—50米左右，平均约在40米左右高度。由此可得出观众的仰视角θ大约在30 o—50 o之间。假设户外LED显示屏中心安装的高度≥25M时，街道的宽度为≥23M时，观众的仰视角θ约为45 o左右，从图2可以得出，当仰视角θ=45 o时，相对光强只有62.1%，再假定当仰视角θ=60 o时，相对光强只剰下37.5%左右了，（见图2与图3）

图4

再看图4， 图4是美国时代广场的一块狭长的LED显示屏照片，据拍摄者称，该照片是在屏的马路对面拍摄的，由于该狭长屏的高度大约40米左右，从照片上可以看出该狭长屏的亮度是随着它高度增加而减弱的，屏的底部最亮，顶部最弱甚至几乎观看不到了，这完全符合图2所示视角与相对光强的关系。

根据图2所示相对光强100%处的这部分光能投射到了街道对面的大楼正面变成为了光污染源，这对屏显设计师而言显然不是最好的设计。因此也就引起了设计师们对SMD封装的关注，并且设计了能将相对光强100%处的这部分光能下倾一个角度的SMD封装LED器件，它不仅能减少光污染的强度又能提高观众的观感亮度，我们将它命名为“下倾角的LED器件”。

综上所述不论是普通的户外LED显示屏还是LED玻璃幕墙灯条屏采用带下倾角的LED器件是非常好的选择。

2、LED玻璃幕墙灯条屏专用侧发光带下倾角LED器件的设计

最近市场上出现了一种被称为LED玻璃幕墙灯条屏的显示屏，又称LED透明屏或者LED灯条屏，它由数根灯条与至少一根安装了开关电源的立柱组成，有较高的通透率。近年来用户为了规避广告审批许可，将LED玻璃幕墙灯条屏安装在大楼玻璃幕墙的内侧，针对户外街道上或者广场上的观众。客户为了最大限度地保证玻璃幕墙内的采光，对LED玻璃幕墙灯条屏的通透率推出了更高的要求。于是深圳新光台公司专为LED玻璃幕墙灯条屏研发了能提高通透率的侧发光带下倾角的LED器件，如图5。

图5

图5的左边所示的是侧发光带下倾角LED灯条剖面图，侧发光带下倾角LED器件的发光端面下倾了一个角度β，设β=15o，那么它的相对光强与视角关系曲线也下倾了一个角度15o如图6，（需要说明的是极坐标不能随之下倾或旋转，因为只有在相同的坐标系中比较才有意义）。对照图2与图6 由于LED器件发光端面下倾了15o而使观众在仰视角θ=45o时的感观亮度从62.1%上升到了81.3%，计算一下相对亮度提升率：(81.3-62.1)/62.1=30.9%, 可见节能效果非常明显。大大地提高了光的使用效率。

目前已量产的侧发光带下倾角LED器件尺寸：下倾角15o，长5mm，宽2.2mm，高2.0mm，它能很方便贴装在灯条PCB上，经过铝合金型材包覆后的灯条高度4.8mm如图7。 并且已经成功应用于玻璃幕墙灯条屏上，。

图7

图8是一种采用侧发光带下倾角的LED器件的玻璃幕墙灯条屏，它适合安装于玻璃幕墙内侧见图9，在户外观看的效果如图10所示（正在施工的绍兴1600平方米项目现场照片）。

图8

图9

图10

3、另一种提高LED玻璃幕墙灯条屏光使用效率的方法

除了上述采用LED封装设计使LED器件带下倾角之外，还有更简单的办法被工程师们采用：在设计结构时直接将灯条下倾一个角度，如图11所示。现以某户外悬挂式下倾角LED幕墙屏为例说明。

图11

从图11可以发现，设计者已经从结构设计入手将灯条下倾了一个角度。我们也看到了该LED玻璃幕墙灯条屏采用的是直插LED器件。

图12是厦门信达光电提供的XDL-305-XXXX直插346 LED的相对光强与视角关系图，从图12可以得出该LED产品的全垂直视角约是55o ，半角是27.5o  图13是灯条向下倾了15o 的相对光强与视角关系图（极坐标不下倾）。图14是对比图10与图11后制作对比表。

图14

由于通常的LED玻璃幕墙灯条屏都安装的比较高，仰视角一般都在45o 以上，由此可见不论户外LED玻璃幕墙灯条屏还是普通的户外LED显示屏，不论是SMD封装还是DIP封装的户外显示屏，只要LED显示屏的安装位置比较高或者仰视角比较大，采用下倾角技术的LED器件都会获得很大节能效果。

4、关于灯条屏通透率的定义与计算

（1）.通透率的定义

通透率的定义应该是光线垂直通过灯条屏平面的面积与LED灯条屏计价面积之比，见图 15

图15

图中:

h：单灯条厚度；    

P：垂直点间距；

T:单元箱体的宽度；

H：单元箱体的高度，

t1、t2：单元箱体左右边框宽度；

h1、h2：单元箱体上下边框宽度；

我们现在设计的t1=t2=h1=h2=25mm；h=4.8mm,以2m*1m的箱体为例，P=16的镂空率为65%。这样的镂空率可以满足大楼的需求。值得指出的是设计者在设计带下倾角侧发光LED外形结构时就已经考虑到了LED灯条应该有防护壳体包覆而不能将IC、焊盘裸露在外.

（2）.通透率的量化表达

上面关于通透率计算实在太复杂，下面要介绍的方法既简单又方便。

在灯条屏的设计中有3个影响通透的因素：

第一，灯条与灯条的间距P与灯条高度h之比：P/h，我们简称为灯条间距条占比，举例说明，如果该值为20:5，那么它就很清楚表达了：灯条垂直间距为20mm，灯条的高度物理尺寸为5mm。

第二，灯条屏的箱体宽度与左右边框宽度之比：T/(t1+t2)我们简称为箱宽框占比，举例说明，如果该值为1000:50，那么它就很清楚表达了：该灯条屏单元的宽度为1000mm，左右二根遮挡光线的边框的宽度尺寸之和为50mm。

第三 ，灯条屏的高度与上下二根遮挡光线的撑档高度之比：H/（h1+h2）我们简称为箱高框占比，举例说明，如果该值为1280:40的话，那么它就很清楚表达了：该灯条屏单元高度为1280mm，上下二根遮挡光线的撑档的宽度尺寸之和为40mm。综上所述的三个指标不仅比较全面地综合地表达了灯条屏的通透率，还清楚地表达了灯条屏的外形尺寸信息。

如果我们的业内有了上述的约定，那么 20/5,1000/50,1280/40这组数据就不仅清楚地表达了该灯条屏的通透率，还表达了该灯条屏单元箱的主要物理尺寸。

5、结语

LED显示屏经过近20年的高速增长阶段，对研发人员而言 LED显示屏已经进入了精细化设计阶段，但是降低屏体能耗、提高均匀度、满足客户差异化的需求的目标是永远不会变的。各种带下倾角LED器件的设计刚好迎合以上几点，可以预见带下倾角LED器件的出现将是LED显示屏行业发展路上的大事件之一。