LED下傾角技術(shù)在LED玻璃幕墻屏的應用

　　帶下傾角的LED發(fā)光器件是專(zhuān)為戶(hù)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(xué)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(xué)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、節能都有顯著(zhù)的效果并被人們所接受。

　　1

　　LED戶(hù)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(hù)外LED顯示屏首選的發(fā)光器件。但是在使用中特別是戶(hù)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(xiàn)與水平面的夾角為0 o即互相平行的，見(jiàn)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(guān)系曲線(xiàn)如下圖2所示。

　　現以FM3535為例說(shuō)明關(guān)于LED下傾角技術(shù)。

圖1

圖2

　　圖2中的F點(diǎn)是當相對光強為50%時(shí)，(半視角為55 o )的坐標位置，也就是說(shuō)，當觀(guān)眾的仰視角為55 o時(shí)的相對光強為50%，從圖2得知：當觀(guān)眾的仰視角為45 o時(shí)，相對光強為62.1%。目前大多數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(guān)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(shí)會(huì )有一仰視角 θ ，由此可見(jiàn)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(guān)眾的感知相對光強度就越低。

圖3

　　戶(hù)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《城市道路工程設計規范》(CJJ37-2012)規定，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(hù)外LED顯示屏來(lái)看，大多數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(guān)眾的仰視角θ大約在30 o—50 o之間。假設戶(hù)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(guān)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(shí)，相對光強只有62.1%，再假定當仰視角θ=60 o時(shí)，相對光強只剰下37.5%左右了，(見(jiàn)圖2與圖3)

圖4

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

　　根據圖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(guān)注，并且設計了能將相對光強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度又能提高觀(guān)眾的觀(guān)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(hù)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(zhuān)用側發(fā)光帶下傾角LED器件的設計

　　最近市場(chǎng)上出現了一種被稱(chēng)為L(cháng)ED玻璃幕墻燈條屏的顯示屏，又稱(chēng)LED透明屏或者LED燈條屏，它由數根燈條與至少一根安裝了開(kāi)關(guān)電源的立柱組成，有較高的通透率。近年來(lái)用戶(hù)為了規避廣告審批許可，將LED玻璃幕墻燈條屏安裝在大樓玻璃幕墻的內側，針對戶(hù)外街道上或者廣場(chǎng)上的觀(guān)眾?？蛻?hù)為了最大限度地保證玻璃幕墻內的采光，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(zhuān)為L(cháng)ED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(gè)角度β，設β=15o，那么它的相對光強與視角關(guān)系曲線(xiàn)也下傾了一個(gè)角度15o如圖6，(需要說(shuō)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(guān)眾在仰視角θ=45o時(shí)的感觀(guān)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(jiàn)節能效果非常明顯。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(cháng)5mm，寬2.2mm，高2.0mm，它能很方便貼裝在燈條PCB上，經(jīng)過(guò)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側見(jiàn)圖9，在戶(hù)外觀(guān)看的效果如圖10所示(正在施工的紹興1600平方米項目現場(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封裝設計使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：在設計結構時(shí)直接將燈條下傾一個(gè)角度，如圖11所示?，F以某戶(hù)外懸掛式下傾角LED幕墻屏為例說(shuō)明。

圖11

　　從圖11可以發(fā)現，設計者已經(jīng)從結構設計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(mén)信達光電提供的XDL-305-XXXX直插346 LED的相對光強與視角關(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 的相對光強與視角關(guān)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(jiàn)不論戶(hù)外LED玻璃幕墻燈條屏還是普通的戶(hù)外LED顯示屏，不論是SMD封裝還是DIP封裝的戶(hù)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 )獲得很大節能效果。

　　4

　　關(guān)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(xiàn)垂直通過(guò)燈條屏平面的面積與LED燈條屏計價(jià)面積之比，見(jiàn)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左右邊框寬度;

　　h1、h2：?jiǎn)卧潴w上下邊框寬度;

　　我們現在設計的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(mǎn)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(shí)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(pán)裸露在外.

　　（2）.通透率的量化表達

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

　　在燈條屏的設計中有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(chēng)為燈條間距條占比，舉例說(shuō)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(jiǎn)稱(chēng)為箱寬框占比，舉例說(shuō)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(xiàn)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(xiàn)的撐檔高度之比：H/(h1+h2)我們簡(jiǎn)稱(chēng)為箱高框占比，舉例說(shuō)明，如果該值為1280:40的話(huà)，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(xiàn)的撐檔的寬度尺寸之和為40mm。綜上所述的三個(gè)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)內有了上述的約定，那么 20/5,1000/50,1280/40這組數據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(yǔ)

　　LED顯示屏經(jīng)過(guò)近20年的高速增長(cháng)階段，對研發(fā)人員而言 LED顯示屏已經(jīng)進(jìn)入了精細化設計階段，但是降低屏體能耗、提高均勻度、滿(mǎn)足客戶(hù)差異化的需求的目標是永遠不會(huì )變的。各種帶下傾角LED器件的設計剛好迎合以上幾點(diǎn)，可以預見(jiàn)帶下傾角LED器件的出現將是LED顯示屏行業(yè)發(fā)展路上的大事件之一。