牛日晖
摘要：户外SMD LED显示屏已经颠覆了传统静态显示媒体的传播方式，其灵活多变的演绎方式已经成为广告传媒、市政宣传的一个主力军;户外LED显示屏提倡节能显示愈演愈烈，然而每家都是以自己产品为中心高呼节能的效果，并没有形成一整套机制和体系以供参考，用户通过什么方法判断屏幕节能了、依据的是什么，接踵而至的问题就会逐一浮上来。本文就目前户外SMD LED显示屏能耗的主要因素，通过市场调研和显示屏用户反馈，设计简单实效的测试方法及清晰明了的等级划分，期望通过对户外SMD LED显示产品能效等级的划分和实施能效标准、推广能效标识制度来提高用能产品的能源效率，促进节能技术进步，进而减少有害物的排放，保护环境。
关键词：户外SMD显示屏能效等级 能效测算方法 能效等级划分标准 节能减排
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
户外SMD LED显示屏的普及浪潮开始席卷整个户外广告宣传、信息发布等领域，其优越的大视角和高质感显示效果已远超越DIP LED显示屏，伴随着市场需求，显示屏在信息更新速度、多元化便携式发布平台上让用户充分体验到了科技的进步。然而，在全国乃至全球高呼“节能减排，绿色地球”的今天，随着户外显示屏面积和密度的不斷增加，提升显示效果、亮度的同时，设立规范化能效等级，可以有效引导业内各界同仁理性规划产品设计，同时也有助于引导户外LED显示走入下一片蓝海。
1行业现状及能效等级划分的重要性
1.1户外SMD LED显示屏现状
早在20世纪80年代，我国就已经开始了对LED显示屏的研究工作，从室内显示到户外显示，从DIP到SMD，时至今日，作为一种新兴的显示媒体，户外SMD LED显示屏已经颠覆了传统静态显示媒体的传播方式，通过优化设计产品外观，并加入符合城市气息的元素后，无疑为一座城增加了一道靓丽的风景线。
在LED显示技术高速发展的今天，市场对“LED人”提出了更为严苛的要求：系统设计简约，实现“傻瓜式”操作;产品性能稳定性有待提升;减轻产品重量，降低结构设计复杂度;高清晰4K屏幕显示效果，提升广告效益;节能环保，节约客户运营成本。
1.2户外SMD LED能效等级划分的重要性
户外LED显示屏提倡节能显示愈演愈烈，然而每家都是以自己产品为中心高呼节能的效果，并没有形成一整套机制和体系以供参考，那么用户通过什么方法判断屏幕节能了、依据的是什么，接踵而至的问题就会逐一浮上来。
因此，明确户外显示等级[1]，等于是有了一个基本的准入门槛，在此基础上，对于用显示屏的人来说，知道了自己该做哪些;对于屏幕的设计者，准确定位产品处于哪个层级，双方即可明确知道项目需求和产品是否符合使用要求。
2影响户外SMD LED显示屏能耗的主要因素
2.1 SMD灯珠的出光效率
作为显示核心体，灯珠在设计之初基本决定了其混色和出光效率的高低，选择大尺寸晶片可以得到好的显示效果，但其成本和灯珠在灯杯内排放空间随着显示密度的提升已经成为一个瓶颈，那么，如何才能真正做到低功耗高出光效率成为业内研究的一个焦点。
通过研究发现，灯杯底部和内壁四周的反射面积大小及晶片位置的合理与否会在一定程度上影响出光效率，仅需在调整晶片摆放顺序的同时加高灯杯高度即可，此时只需解决封装过程中封装设备精度及配套辅料的外形，即可得到优越的出光效率，同时也达到了一个优越的混色效果。
灯珠封装过程中，封装胶水是必不可少的一部分组成[2]，其主要作用是保护发光晶片，但因其是直接灌注在晶体表面，对晶片发出的光线起到了阻挡的作用，所以在胶水选择上采用高透光率胶水和扩散剂的加入[3]，控制胶水烘干时间也可以得到好的出光效果。
综上所述，无论是晶片选择、灯杯设计，还是胶水和扩散剂的配置[4]，通过调整最佳配比及设计，均可以实现灯珠高出光效率。
2.2 PCB板材设计和驱动IC的配置
PCB板材设计中，覆铜厚度及宽度的设定直接会影响板材自身电能损耗的多少，不难理解，在电压一致的情况下，流经覆铜的电流会因其厚度不够或者线宽不够而出现严重的压降问题，PCB覆铜自身消耗掉了大量的电能，从而导致灯珠和IC无法进入正常工作曲线范围[5];反之，真正的有用功才能作用到灯珠和IC上，因此，设计电路前期就需要根据产品最终要达到的定标数值，反推出覆铜的厚度和线宽，从而保证电能最低程度的损耗和流失。
2.3 开关电源自身损耗的问题
开关电源的损耗主要由4个方面组成：器件的开关损耗;导通损耗;附加损耗;电阻损耗[6]。
其中，开关损耗主要是功率型器件在打开的过程出现的损耗和完成开关打开带来的损耗;导通损耗，指器件进入工作过程中自身的损耗，如开光管和整流管内阻大小直接造成的损耗，该损耗通过优选器件可以改善，但无法杜绝;附件损耗主要是器件进入工作状态时，启动过程中需要的启动电源，当器件启动后如果可以及时切断电流可以有效降低损耗，且该损耗和器件所加电压大小有直接关系;电阻损耗主要源自变压器和电感器件漏感导致的损耗，通过器件的优选和设计优化可以降低到一定值以内。
综上所述，LED显示在正常工作过程中，能效的损耗是一个不可以避免的问题，而对于多数产品而言，损耗控制得越低，效率越高越好。然而，当琳琅满目的产品投入到市场后，用户选择无疑成为一个难点，对产品做出能效等级划分，作为用户选择产品的指导，已迫在眉睫。
3能效等级的测算方法与级别划分
户外SMD显示屏凭借其優越的显示效果和观看角度，已逐步取代户外DIP。经市场调研和显示屏用户反馈，设计简单实效的测试方法及等级划分，在产品的选择上都将起到重要的影响。通过对现有市面产品的分析，针对户外SMD产品设计出能效等级和测算方法。
3.1能效的测算
在环境温度为15～35℃，相对湿度为45%～75%，大气压力为86kPa～106kPa，电压为交流为 220V（ 5%），频率为 50Hz（ 1%），总谐波失真度应不超过 2%或110V（ 5%），频率为60Hz（ 1%）的条件下：选用经校准的功率计，功率计在不大于10W 的有功功率测量时，分辨力为0.01W;在大于10W小于100W的有功功率测量时，分辨力为0.1W;在大于或等于100W 的有功功率测量时，分辨力为1W;测量波长范围在380nm～780nm;视场角1度;亮度0.1～10000cd/ m2;A光源下色度进度为±0.003x，y;亮度重复性0.3%;色度重复性0.0006;积分时间0.1ms～10000ms 。
通过设定信号发生器，将被测显示单元调整在最高亮度级、最高灰度级状态下;输入全白场信号（不进入睡眠模式）状态下 30 min后，达到热平衡后再进行亮度测试;在法向方向用亮度计测量显示单元的亮度 L1;将显示单元调节到全黑情况下，用亮度计测量显示单元的背景亮度 L2;测量显示单元的最大功率P，测量周期应不小于 10min;测量显示单元的高度和宽度，计算出显示单元的显示面积S，得出：
Pf=P/S （1）
LED显示单元能效Eff按下述公式计算：
Eff=（L1-L2）/ Pf （2）
其中，Eff为能效，单位为坎德拉每瓦（cd/W） ;
Pf为户外SMD显示屏白平衡状态下每平方米功率值，单位为瓦每平方米（W/m2） ;
L1为户外SMD显示屏最大亮度，单位为坎德拉每平方米（cd/m2） ;
L2为户外SMD显示屏黑屏状态下的基础亮度，单位为坎德拉每平方米（cd/m2） 。
3.2能效的划分
能效指数Eff划分为1级、2级、3级、4级、5级，分别对应数值为9、8、7、6、5。
4结语
能效等级划分不仅能促进户外SMD LED显示产品能效的提高和节能技术的进步，推动户外SMD显示产品市场向高效市场的转换，在户外SMD LED显示产品市场、节能降耗、保护环境方面也发挥着重要的作用。基于严峻的能源形势和显著的实施成效，能效标识制度的深入推广势在必行。
中国是全球最大的LED显示屏生产和使用国，通过对户外SMD LED显示产品能效等级的划分和实施能效标准、推广能效标识制度来提高用能产品的能源效率，促进节能技术进步，进而减少有害物的排放，保护环境。
参考文献
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[2]刘珠，林子谦，向洪平，等.LED封装用UV光固化硅树脂的制备及性能研究[J].中国塑料，2020，34（5）：68-76.
[3]王丽娟，张伟，杨振英，等.LED灯珠用有机硅封装胶变软失效分析[J].有机硅材料，2021，35（4）：60-64.
[4]盛立军.梯度封装胶结构设计提升白光LED光色性能[J].光学技术，2021，47（5）：556-560.
[5]李文嘉，权磊.显示驱动芯片上电控制电路设计[J].电脑知识与技术，2017，13（16）：213-215.
[6]沈嘉钰.高功率因数LED驱动电源的研究与设计[D].西安：西安科技大学，2020.
