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論證下傾角LED器件制作顯示屏的節(jié)能性
編輯:清風(fēng) [ 2016-6-29 10:32:49 ] 文章來源:LED大屏網(wǎng)
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    帶下傾角的LED發(fā)光器件是專為戶外led顯示屏而設(shè)計的產(chǎn)品,對提高led顯示屏的均勻度與節(jié)能都有顯著的效果,并被人們逐漸了解。

    一、為什么戶外led顯示屏需要使用帶下傾角的SMD封裝LED?

    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。

    但是在實(shí)際使用中的戶外led顯示屏所選用的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°,即互相平行(見圖1)。

   

圖1

  圖1是目前主流的戶外SMD3535LED的剖面圖。

  圖1中的17是PCB的焊接面。

  目前大多數(shù)戶外led顯示屏都安裝在大樓的外墻面或大樓頂部(見圖2)。


圖2

  人們觀看安裝在高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人的自身身高的戶外led顯示屏時會有一仰視角 θ,由此可見當(dāng)戶外led顯示屏安裝部位的垂直高度越高,或者人離戶外led顯示屏的水平距離越近,則仰視角θ越大(見圖3 )。


圖3

  古老的上海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,其顯示屏的中心離地高度在15米—60米左右,大多平均約在20米左右高度。由此可得出觀眾的仰視角θ大約在30°—50°左右。

  圖4是目前常用的戶外SMD封裝LED3535的視角與相對光強(qiáng)關(guān)系圖。


圖4

  參見圖3,假設(shè)戶外led顯示屏安裝的高度≥20M時,街道的寬度也≥20M時,觀眾的仰視角θ約為45°,從圖4可以得出,當(dāng)θ=45°,相對光強(qiáng)只有62.1%,也就是說觀眾得到的感觀亮度只有62.1%,相對光強(qiáng)100%處的這部分光能投射到了街道對面的大樓變成為了光污染,這對設(shè)計師而言顯然不是最好的設(shè)計。

  二、帶下傾角SMD封裝的LED器件的設(shè)計

  1、對現(xiàn)有的SMD封裝的LED3535作下傾角改進(jìn)

  對現(xiàn)有的SMD封裝的LED 3535作如下改進(jìn):將原來的3535的發(fā)光端面向下傾一個α角度,見圖5。


圖5

  圖5中的17是PCB的焊接面。

  不難證明圖中α=β,若我們令β=α=15°時,那么它的視角與相對光強(qiáng)的關(guān)系曲線也因此旋轉(zhuǎn)15°,請參見圖6(注意:圖中坐標(biāo)系不旋轉(zhuǎn),因為在相同坐標(biāo)系中分析比較才有意義)。


圖6

  從圖6可以得出:當(dāng)觀眾的仰視角θ=45°時觀眾得到了相對光強(qiáng)提高到了81.3% 的亮度;而在圖4,當(dāng)觀眾的仰視角θ=45°時觀眾只得到相對亮度為62.1%的亮度。計算一下:(81.3-62.1)/62.1*%=30.9%。這意味著:制作戶外led顯示屏,采用帶下傾角SMD封裝的LED器件與采用傳統(tǒng)的SMD封裝LED3535器件比較,亮度提高了30.9%,能大幅度節(jié)能。

  2、帶下傾角SMD封裝的側(cè)發(fā)光LED器件的設(shè)計

  目前市場上的一種被稱為LED透明屏或者LED燈條屏的led顯示屏,它被安裝在大樓玻璃幕墻的內(nèi)側(cè),主要是針對戶外街道上或者廣場上的觀眾 。這種LED燈條屏為了保證玻璃幕墻內(nèi)的采光而偏重于通透率,因此采用了一種側(cè)發(fā)光的SMD封裝LED器件如圖7。


圖7

  這種側(cè)發(fā)光LED的相對光強(qiáng)與視角的關(guān)系仍然如圖4所示,同樣不帶下傾角。但是城市的街道與廣場都不會很寬很大,而大樓玻璃幕墻的高度一般都較高。因此設(shè)計帶下傾角的側(cè)發(fā)光LED器件是非常必要了。圖8是帶下傾角的側(cè)發(fā)光LED器件。


圖8

  圖8中17是PCB的焊接面,16是PCB板(即燈條)。顯然它的最大光強(qiáng)下傾了一個角度β,例如,可令β=15°,它的相對光強(qiáng)與視角關(guān)系如圖6。這樣,由于發(fā)光端面下傾而使觀眾在仰視角θ=45°時的感觀亮度同樣增加了30.9%。因此,采用帶下傾角SMD封裝的側(cè)發(fā)光LED器件制作燈條屏能大幅節(jié)能。見圖9


圖9

  三、采用帶下傾角的LED器件的戶外led顯示屏的有益之處

  綜上所述,不帶下傾角的LED元件用于戶外led顯示屏不但光能利用率很低,而且會造成嚴(yán)重的光污染。用圖4與圖6進(jìn)行比較可以得出:當(dāng)觀眾的仰視角分別為15°、30°、45°時,他們的感觀亮度分別提高了5.6%、16.5%、30.9%。由此可見當(dāng)戶外led顯示屏安裝在離地20M以上的高度,觀眾與led顯示屏的水平距離約20M時(這也是大多數(shù)的使用狀況),采用帶下傾角的LED元件的戶外顯示屏具有明顯的節(jié)能優(yōu)勢。

  采用帶下傾角的LED元件制作戶外顯示屏,觀眾的感觀亮度提高了,換句話說,若保持原感觀亮度不變,LED元件的驅(qū)動電流就可以減小,整個顯示屏的能耗至少可以降低20%左右(見圖10),由此會帶來發(fā)熱減少提高了LED器件的均勻度與壽命,開關(guān)電源的配置功率減少也降低開關(guān)電源的采購成本。


圖10

  圖10是FM-N3535的相對光強(qiáng)與正向電流的特性曲線,它們基本呈線性關(guān)系,即可以定性推測,其節(jié)能效應(yīng)也與亮度呈線性關(guān)系,因此采用帶下傾角的LED元件制作戶外顯示屏的節(jié)能效果是相當(dāng)可觀的。

(來源:每日LED)

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