戶外SMD LED顯示屏能效等級(jí)劃分的研究

牛日暉

摘要：戶外SMD LED顯示屏已經(jīng)顛覆了傳統(tǒng)靜態(tài)顯示媒體的傳播方式，其靈活多變的演繹方式已經(jīng)成為廣告?zhèn)髅?、市政宣傳的一個(gè)主力軍;戶外LED顯示屏提倡節(jié)能顯示愈演愈烈，然而每家都是以自己產(chǎn)品為中心高呼節(jié)能的效果，并沒有形成一整套機(jī)制和體系以供參考，用戶通過什么方法判斷屏幕節(jié)能了、依據(jù)的是什么，接踵而至的問題就會(huì)逐一浮上來。本文就目前戶外SMD LED顯示屏能耗的主要因素，通過市場(chǎng)調(diào)研和顯示屏用戶反饋，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)效的測(cè)試方法及清晰明了的等級(jí)劃分，期望通過對(duì)戶外SMD LED顯示產(chǎn)品能效等級(jí)的劃分和實(shí)施能效標(biāo)準(zhǔn)、推廣能效標(biāo)識(shí)制度來提高用能產(chǎn)品的能源效率，促進(jìn)節(jié)能技術(shù)進(jìn)步，進(jìn)而減少有害物的排放，保護(hù)環(huán)境。

關(guān)鍵詞：戶外SMD顯示屏能效等級(jí)? 能效測(cè)算方法? 能效等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)? 節(jié)能減排

Research on the Energy Efficiency Rating of Outdoor SMD LED Display

NIU Rihui

（Dongfang Yongde Software （Beijing） Co.， Ltd.， Shenzhen Branch， Shenzhen， Guangdong Province， 518000 China）

Abstract： The outdoor SMD LED display has subverted the traditional static display media transmission method， and its flexible interpretation has become a main force in the advertising media and municipal publicity; the outdoor LED display promotes energy-saving display intensified， but every It is based on its own products that scream the effect of energy saving， and has not formed a complete set of mechanisms and systems for reference. What method do users use to judge the screen energy saving， What is the basis， the ensuing questions will rise up one by one. This article focuses on the main factors of the current outdoor SMD LED display energy consumption， through market research and display user feedback， design simple and effective test methods， clear and clear grade division， expect to pass the division of outdoor SMD LED display product energy efficiency grades and the implementation of energy efficiency standards， promotion of energy efficiency labeling systems to improve the energy efficiency of energy-using products， promote energy-saving technological progress， and thereby reduce harmful emissions and protect the environment.

Key Words： Outdoor SMD display energy efficiency grade; Energy efficiency measurement method; Energy efficiency grade division standard; Energy saving and emission reduction

戶外SMD LED顯示屏的普及浪潮開始席卷整個(gè)戶外廣告宣傳、信息發(fā)布等領(lǐng)域，其優(yōu)越的大視角和高質(zhì)感顯示效果已遠(yuǎn)超越DIP LED顯示屏，伴隨著市場(chǎng)需求，顯示屏在信息更新速度、多元化便攜式發(fā)布平臺(tái)上讓用戶充分體驗(yàn)到了科技的進(jìn)步。然而，在全國(guó)乃至全球高呼“節(jié)能減排，綠色地球”的今天，隨著戶外顯示屏面積和密度的不斷增加，提升顯示效果、亮度的同時(shí)，設(shè)立規(guī)范化能效等級(jí)，可以有效引導(dǎo)業(yè)內(nèi)各界同仁理性規(guī)劃產(chǎn)品設(shè)計(jì)，同時(shí)也有助于引導(dǎo)戶外LED顯示走入下一片藍(lán)海。

1行業(yè)現(xiàn)狀及能效等級(jí)劃分的重要性

1.1戶外SMD LED顯示屏現(xiàn)狀

早在20世紀(jì)80年代，我國(guó)就已經(jīng)開始了對(duì)LED顯示屏的研究工作，從室內(nèi)顯示到戶外顯示，從DIP到SMD，時(shí)至今日，作為一種新興的顯示媒體，戶外SMD LED顯示屏已經(jīng)顛覆了傳統(tǒng)靜態(tài)顯示媒體的傳播方式，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)產(chǎn)品外觀，并加入符合城市氣息的元素后，無疑為一座城增加了一道靚麗的風(fēng)景線。

在LED顯示技術(shù)高速發(fā)展的今天，市場(chǎng)對(duì)“LED人”提出了更為嚴(yán)苛的要求：系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)約，實(shí)現(xiàn)“傻瓜式”操作;產(chǎn)品性能穩(wěn)定性有待提升;減輕產(chǎn)品重量，降低結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜度;高清晰4K屏幕顯示效果，提升廣告效益;節(jié)能環(huán)保，節(jié)約客戶運(yùn)營(yíng)成本。

1.2戶外SMD LED能效等級(jí)劃分的重要性

戶外LED顯示屏提倡節(jié)能顯示愈演愈烈，然而每家都是以自己產(chǎn)品為中心高呼節(jié)能的效果，并沒有形成一整套機(jī)制和體系以供參考，那么用戶通過什么方法判斷屏幕節(jié)能了、依據(jù)的是什么，接踵而至的問題就會(huì)逐一浮上來。

因此，明確戶外顯示等級(jí)[1]，等于是有了一個(gè)基本的準(zhǔn)入門檻，在此基礎(chǔ)上，對(duì)于用顯示屏的人來說，知道了自己該做哪些;對(duì)于屏幕的設(shè)計(jì)者，準(zhǔn)確定位產(chǎn)品處于哪個(gè)層級(jí)，雙方即可明確知道項(xiàng)目需求和產(chǎn)品是否符合使用要求。

2影響戶外SMD LED顯示屏能耗的主要因素

2.1 SMD燈珠的出光效率

作為顯示核心體，燈珠在設(shè)計(jì)之初基本決定了其混色和出光效率的高低，選擇大尺寸晶片可以得到好的顯示效果，但其成本和燈珠在燈杯內(nèi)排放空間隨著顯示密度的提升已經(jīng)成為一個(gè)瓶頸，那么，如何才能真正做到低功耗高出光效率成為業(yè)內(nèi)研究的一個(gè)焦點(diǎn)。

通過研究發(fā)現(xiàn)，燈杯底部和內(nèi)壁四周的反射面積大小及晶片位置的合理與否會(huì)在一定程度上影響出光效率，僅需在調(diào)整晶片擺放順序的同時(shí)加高燈杯高度即可，此時(shí)只需解決封裝過程中封裝設(shè)備精度及配套輔料的外形，即可得到優(yōu)越的出光效率，同時(shí)也達(dá)到了一個(gè)優(yōu)越的混色效果。

燈珠封裝過程中，封裝膠水是必不可少的一部分組成[2]，其主要作用是保護(hù)發(fā)光晶片，但因其是直接灌注在晶體表面，對(duì)晶片發(fā)出的光線起到了阻擋的作用，所以在膠水選擇上采用高透光率膠水和擴(kuò)散劑的加入[3]，控制膠水烘干時(shí)間也可以得到好的出光效果。

綜上所述，無論是晶片選擇、燈杯設(shè)計(jì)，還是膠水和擴(kuò)散劑的配置[4]，通過調(diào)整最佳配比及設(shè)計(jì)，均可以實(shí)現(xiàn)燈珠高出光效率。

2.2 PCB板材設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)IC的配置

PCB板材設(shè)計(jì)中，覆銅厚度及寬度的設(shè)定直接會(huì)影響板材自身電能損耗的多少，不難理解，在電壓一致的情況下，流經(jīng)覆銅的電流會(huì)因其厚度不夠或者線寬不夠而出現(xiàn)嚴(yán)重的壓降問題，PCB覆銅自身消耗掉了大量的電能，從而導(dǎo)致燈珠和IC無法進(jìn)入正常工作曲線范圍[5];反之，真正的有用功才能作用到燈珠和IC上，因此，設(shè)計(jì)電路前期就需要根據(jù)產(chǎn)品最終要達(dá)到的定標(biāo)數(shù)值，反推出覆銅的厚度和線寬，從而保證電能最低程度的損耗和流失。

2.3 開關(guān)電源自身?yè)p耗的問題

開關(guān)電源的損耗主要由4個(gè)方面組成：器件的開關(guān)損耗;導(dǎo)通損耗;附加損耗;電阻損耗[6]。

其中，開關(guān)損耗主要是功率型器件在打開的過程出現(xiàn)的損耗和完成開關(guān)打開帶來的損耗;導(dǎo)通損耗，指器件進(jìn)入工作過程中自身的損耗，如開光管和整流管內(nèi)阻大小直接造成的損耗，該損耗通過優(yōu)選器件可以改善，但無法杜絕;附件損耗主要是器件進(jìn)入工作狀態(tài)時(shí)，啟動(dòng)過程中需要的啟動(dòng)電源，當(dāng)器件啟動(dòng)后如果可以及時(shí)切斷電流可以有效降低損耗，且該損耗和器件所加電壓大小有直接關(guān)系;電阻損耗主要源自變壓器和電感器件漏感導(dǎo)致的損耗，通過器件的優(yōu)選和設(shè)計(jì)優(yōu)化可以降低到一定值以內(nèi)。

綜上所述，LED顯示在正常工作過程中，能效的損耗是一個(gè)不可以避免的問題，而對(duì)于多數(shù)產(chǎn)品而言，損耗控制得越低，效率越高越好。然而，當(dāng)琳瑯滿目的產(chǎn)品投入到市場(chǎng)后，用戶選擇無疑成為一個(gè)難點(diǎn)，對(duì)產(chǎn)品做出能效等級(jí)劃分，作為用戶選擇產(chǎn)品的指導(dǎo)，已迫在眉睫。

3能效等級(jí)的測(cè)算方法與級(jí)別劃分

戶外SMD顯示屏憑借其優(yōu)越的顯示效果和觀看角度，已逐步取代戶外DIP。經(jīng)市場(chǎng)調(diào)研和顯示屏用戶反饋，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)效的測(cè)試方法及等級(jí)劃分，在產(chǎn)品的選擇上都將起到重要的影響。通過對(duì)現(xiàn)有市面產(chǎn)品的分析，針對(duì)戶外SMD產(chǎn)品設(shè)計(jì)出能效等級(jí)和測(cè)算方法。

3.1能效的測(cè)算

在環(huán)境溫度為15～35℃，相對(duì)濕度為45%～75%，大氣壓力為86kPa～106kPa，電壓為交流為 220V（ 5%），頻率為 50Hz（ 1%），總諧波失真度應(yīng)不超過 2%或110V（ 5%），頻率為60Hz（ 1%）的條件下：選用經(jīng)校準(zhǔn)的功率計(jì)，功率計(jì)在不大于10W 的有功功率測(cè)量時(shí)，分辨力為0.01W;在大于10W小于100W的有功功率測(cè)量時(shí)，分辨力為0.1W;在大于或等于100W 的有功功率測(cè)量時(shí)，分辨力為1W;測(cè)量波長(zhǎng)范圍在380nm～780nm;視場(chǎng)角1度;亮度0.1～10000cd/ m2;A光源下色度進(jìn)度為±0.003x，y;亮度重復(fù)性0.3%;色度重復(fù)性0.0006;積分時(shí)間0.1ms～10000ms 。

通過設(shè)定信號(hào)發(fā)生器，將被測(cè)顯示單元調(diào)整在最高亮度級(jí)、最高灰度級(jí)狀態(tài)下;輸入全白場(chǎng)信號(hào)（不進(jìn)入睡眠模式）狀態(tài)下 30 min后，達(dá)到熱平衡后再進(jìn)行亮度測(cè)試;在法向方向用亮度計(jì)測(cè)量顯示單元的亮度 L1;將顯示單元調(diào)節(jié)到全黑情況下，用亮度計(jì)測(cè)量顯示單元的背景亮度 L2;測(cè)量顯示單元的最大功率P，測(cè)量周期應(yīng)不小于 10min;測(cè)量顯示單元的高度和寬度，計(jì)算出顯示單元的顯示面積S，得出：

Pf=P/S （1）

LED顯示單元能效Eff按下述公式計(jì)算：

Eff=（L1-L2）/ Pf （2）

其中，Eff為能效，單位為坎德拉每瓦（cd/W） ;

Pf為戶外SMD顯示屏白平衡狀態(tài)下每平方米功率值，單位為瓦每平方米（W/m2） ;

L1為戶外SMD顯示屏最大亮度，單位為坎德拉每平方米（cd/m2） ;

L2為戶外SMD顯示屏黑屏狀態(tài)下的基礎(chǔ)亮度，單位為坎德拉每平方米（cd/m2） 。

3.2能效的劃分

能效指數(shù)Eff劃分為1級(jí)、2級(jí)、3級(jí)、4級(jí)、5級(jí)，分別對(duì)應(yīng)數(shù)值為9、8、7、6、5。

4結(jié)語

能效等級(jí)劃分不僅能促進(jìn)戶外SMD LED顯示產(chǎn)品能效的提高和節(jié)能技術(shù)的進(jìn)步，推動(dòng)戶外SMD顯示產(chǎn)品市場(chǎng)向高效市場(chǎng)的轉(zhuǎn)換，在戶外SMD LED顯示產(chǎn)品市場(chǎng)、節(jié)能降耗、保護(hù)環(huán)境方面也發(fā)揮著重要的作用?；趪?yán)峻的能源形勢(shì)和顯著的實(shí)施成效，能效標(biāo)識(shí)制度的深入推廣勢(shì)在必行。

中國(guó)是全球最大的LED顯示屏生產(chǎn)和使用國(guó)，通過對(duì)戶外SMD LED顯示產(chǎn)品能效等級(jí)的劃分和實(shí)施能效標(biāo)準(zhǔn)、推廣能效標(biāo)識(shí)制度來提高用能產(chǎn)品的能源效率，促進(jìn)節(jié)能技術(shù)進(jìn)步，進(jìn)而減少有害物的排放，保護(hù)環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

[1]常世昌.關(guān)于LED顯示屏產(chǎn)品規(guī)范中一些指標(biāo)的探討[J].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化，2021（16）：125-130.

[2]劉珠，林子謙，向洪平，等.LED封裝用UV光固化硅樹脂的制備及性能研究[J].中國(guó)塑料，2020，34（5）：68-76.

[3]王麗娟，張偉，楊振英，等.LED燈珠用有機(jī)硅封裝膠變軟失效分析[J].有機(jī)硅材料，2021，35（4）：60-64.

[4]盛立軍.梯度封裝膠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提升白光LED光色性能[J].光學(xué)技術(shù)，2021，47（5）：556-560.

[5]李文嘉，權(quán)磊.顯示驅(qū)動(dòng)芯片上電控制電路設(shè)計(jì)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2017，13（16）：213-215.

[6]沈嘉鈺.高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源的研究與設(shè)計(jì)[D].西安：西安科技大學(xué)，2020.