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論證下傾角LED器件製作顯示屏的節能性

發布日期:2019-12-25 點擊次數:117

帶下傾角的LED發光器件是專為戶外LED顯示屏而設計的產品,對提高LED顯示屏的均勻度與節能都有顯著的效果,並被人們逐漸了解。

    一、為什麽戶外LED顯示屏需要使用帶下傾角的SMD封裝LED?


    SMD封裝LED由於其視角大,耗材少,貼裝方便,目前已逐漸取代DIP封裝LED成為戶外LED顯示屏首選的發光器件。


    但是在實際使用中的戶外LED顯示屏所選用的SMD封裝LED的發光端麵與水平麵是垂直的,也就是該發光端麵的法線與水平麵的夾角為0°,即互相平行(見圖1)。


QQ截圖20160628143943.jpg

圖1

  圖1是目前主流的戶外SMD3535LED的剖麵圖。


  圖1中的17是PCB的焊接麵。


  目前大多數戶外LED顯示屏都安裝在大樓的外牆麵或大樓頂部

  人們觀看安裝在高度遠遠大於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 )。


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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《城市道路工程設計規範》(CJJ37-2012)規定,主幹道的寬度應為30—40米,次幹道的寬度為25—40米。從已經安裝的許多戶外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的視角與相對光強關係圖。


QQ截圖20160628144202.jpg

圖4

  參見圖3,假設戶外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θ=45°,相對光強隻有62.1%,也就是說觀眾得到的感觀亮度隻有62.1%,相對光強100%處的這部分光能投射到了街道對麵的大樓變成為了光汙染,這對設計師而言顯然不是最好的設計。


  二、帶下傾角SMD封裝的LED器件的設計


  1、對現有的SMD封裝的LED3535作下傾角改進


  對現有的SMD封裝的LED 3535作如下改進:將原來的3535的發光端麵向下傾一個α角度,見圖5。


QQ截圖20160628144241.jpg

圖5

  圖5中的17是PCB的焊接麵。


  不難證明圖中α=β,若AG真人下載令β=α=15°時,那麽它的視角與相對光強的關係曲線也因此旋轉15°,請參見圖6(注意:圖中坐標係不旋轉,因為在相同坐標係中分析比較才有意義)。


QQ截圖20160628144319.jpg

圖6

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


  2、帶下傾角SMD封裝的側發光LED器件的設計


  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牆的內側,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牆內的采光而偏重於通透率,因此采用了一種側發光的SMD封裝LED器件如圖7。


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圖7

  這種側發光LED的相對光強與視角的關係仍然如圖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,而大樓玻璃幕牆的高度一般都較高。因此設計帶下傾角的側發光LED器件是非常必要了。圖8是帶下傾角的側發光LED器件。


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圖8

  圖8中17是PCB的焊接麵,16是PCB板(即燈條)。顯然它的最大光強下傾了一個角度β,例如,可令β=15°,它的相對光強與視角關係如圖6。這樣,由於發光端麵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封裝的側發光LED器件製作燈條屏能大幅節能。見圖9


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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元件用於戶外LED顯示屏不但光能利用率很低,而且會造成嚴重的光汙染。用圖4與圖6進行比較可以得出:當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能優勢。


  采用帶下傾角的LED元件製作戶外顯示屏,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),由此會帶來發熱減少提高了LED器件的均勻度與壽命,開關電源的配置功率減少也降低開關電源的采購成本。


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圖10

  圖10是FM-N3535的相對光強與正向電流的特性曲線,它們基本呈線性關係,即可以定性推測,其節能效應也與亮度呈線性關係,因此采用帶下傾角的LED元件製作戶外顯示屏的節能效果是相當可觀的。

來源:每日LED

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