LED下倾角技术在LED玻璃幕墙屏的应用

　　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。

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　　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。

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　　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

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　　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。

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　　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。

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　　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。