全彩LED顯示屏下視角增大后，在同等條件下，非對稱器件與常規器件相比，下視角可視范圍內亮度提升了 30%。同時，配光的一致性也獲得了明顯提升，降低了色偏差。由于上視角減小，也減少了上視角范圍內的亮度造成的光污染。

　　關 鍵 詞：光強分布曲線，透鏡，非對稱，下傾角，光污染

　　Abstract: The LED Display is usually used in the situation of head-up watching. The luminous intensity distribution in the upward 50% power angle is wasted. This paper presents a new asymmetric LAMP design concept that part of the luminous intensity in the upward 50% power angle can be transformed to the downward. After implementing the new design, the upward 50% power angle is reduced to 20°and the downward 50% power angle is increased to 40°.

　　The luminous intensity of asymmetric LAMP in the downward 50% power angle increase 30% than the common LAMP. At the same time, the consistency of the light-matching also improved significantly, and the color bias of the display can be decreased.

　　Key words：RELative Luminous Intensity Distribution, Lens, Asymmetric, Declivitous Angle, Light pollution

　　1 引 言

LED顯示屏常規的LAMP器件的水平/垂直角度都是相對于法平面對稱，水平/垂直角度通常為105°/50°，垂直角度相對于法平面對稱，即±25°，垂直角度的上視角與下視角相等。LED顯示屏一般是垂直于水平面安裝，因此LED顯示屏的zui高亮度點是在法平面的0°視角。

　　顯示屏通常會安裝在一定的高度上，人們的觀看視角為仰視。因此在法平面以下的亮度為有效可視亮度，法平面以上的亮度為無效亮度，造成上視角范圍內的亮度浪費。為了提高下傾角范圍內的顯示屏亮度，部分顯示屏廠商在LED插件安裝的過程中，通過工裝治具，使得LED法線向下偏7°—10°，以增大LED的下半功率視角，將更多的能量從法平面以上轉移到法平面以下。這種方法是需要重新定制LED顯示屏的模具，制造成本較高，并且通用性較差。

　　本論文提出了一種減小上半功率視角，增加下半功率視角的方法。采用TracePro光學軟件，進行LAMP器件透鏡的非對稱光學設計，將上視角范圍內的能量減少，可以減少上視角的光污染；增大下視角范圍內的能量，可以增加可視范圍內的亮度，達到節能的目的；同時由于下視角的增大，配光更優，不會出現偏色。

　　2 非對稱LAMP器件光學透鏡的模擬設計

　　2.1 非對稱LED的設計概念

　　如圖1所示，常規的346 LAMP器件，上視角 θ1與下視角θ2相等，顯示屏通常安裝于一定的高度，且垂直于水平面安裝，人們通常是仰視觀看顯示屏， 下視角θ2通常為可視范圍，θ2角度內的亮度有用。上視角θ1通常為不可視范圍，θ1角度內的亮度無用，而且會對周圍的高層建筑造成嚴重的光污染。

　　為了更好的達到節能降耗的目的，依照LED顯示屏通常仰視的應用環境和觀看習慣，提出了非對稱LAMP器件的設想，如圖1所示。

　　通過對LAMP器件透鏡進行合理的光學設計，上視角 θ1與下視角θ2不相等，并且θ2 >θ1 。將上視角的部分能量，轉移到下視角的可視范圍內，從而到達增加下視角范圍內亮度的目的，同時減少上視角的光污染。由于下視角的增大，顯示屏的配光會更加優異。‖

　　2.2 非對稱透鏡光學設計

　　為了實現將上視角的能量轉移到下視角的概念，需要對透鏡進行特殊的光學設計。本論文中采用TracePro光學模擬軟件，對透鏡型面進行光學設計。采用透鏡上下兩側不對稱結構，使得芯片發出的光在透鏡曲面發生全反射和折射，形成非對稱的光強分布曲線，增加了下視角度。通過對透鏡做光學模擬，得到非對稱LAMP器件透鏡曲面的模擬數據。

　　2.2.1非對稱橢圓橫截面的模擬結果

　　從圖2可以看到，常規LAMP器件的透鏡截面是對稱的橢圓，經過設計的非對稱LAMP器件的透鏡截面是非對稱的橢圓，可以實現上視角與下視角能量的非對稱分布。

　　2.2.2模擬的光斑

　　用TracePro模擬亮度的分布如圖3所示。從圖中可以看到，常規橢圓的亮度分布，相對于法平面上下對稱。特殊設計的非對稱橢圓透鏡的亮度分布，已經將部分能量從上視角轉移到下視角。

　　2.2.3模擬的光強分布曲線

　　從圖4可見，常規橢圓的光強分布曲線，水平曲線、垂直曲線均對稱。而非對稱橢圓的光強分布曲線，水平曲線保持不變，還是左右對稱。但是垂直曲線，從圖中可以看到相對于法平面已經不對稱了，更多的光強分布在下視角。

　　3  非對稱LAMP器件‖與模組實際測試

　　3.1 非對稱LAMP器件的實測數據

　　通過上述的模擬設計后，得到相關的透鏡尺寸數據，經過系列的機械加工，完成透鏡的（模條）成型，封裝成非對稱LAMP 346成品燈珠，測試光型，如圖5所示。采用R/G/B*相同的芯片，封裝出正常LAMP 346器件，在正常法平面測試的非對稱LAMP 346器件，與正常LAMP 346器件的光電參數見表1、表2。

　　從非對稱LAMP器件的實測光型數據來看，與設計結果*一致。水平曲線左右對稱，垂直曲線非對稱，上視角光強分布減少，下視角光強分布增大。封裝出的非對稱器件參數見表1，相同芯片封裝的常規器件參數見表2。非對稱器件的上視角為+20°，下視角為-40°，實現了2.1中所述的設計概念。

　　3.2  非對稱LAMP器件箱體實測數據

　　為了測試非對稱LAMP器件與常規LAMP器件相比，節能效果與配光效果的差異， 將正常LAMP 346器件與非對稱LAMP 346器件選取同一個亮度等級（1：1.1），做成兩個P12.5的箱體進行對比。

　　將兩個箱體調試白平衡，在法平面上亮度調整到相同時，非對稱箱體的電流與正常箱體的電流略有差異，也就是法平面亮度調整到相同時候，兩個箱體的功耗略有差異。

　　為了更真實的對比兩個箱體的節電效果，對兩個箱體進行重新調節，讓兩個箱體的電流*相同，也就是兩個箱體功耗*相同。測試在不同的仰視角度下兩個箱體的亮度對比數據，如下表所示：

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　　從上述數據對比可以看出，非對稱箱體與正常箱體相比，在不同仰視角度觀看時，在不同水平角度的亮度都有不同程度提升，上半視角向下半視角的亮度轉移平均達30%，節能效果明顯。同時由于上視角的亮度降低，減少了顯示屏對周圍高層建筑的光污染。

　　在配光方面，當在不同的仰視角下，亮度隨水平角度的逐漸變大而減小，在相同的角度變化范圍內，非對稱箱體的亮度變化要小于常規箱體的亮度變化，因此非對稱器件的配光一致性，優于同等條件下常規器件的配光一致性，非對稱與正常器件相比，降低了色偏差，非對稱箱體的觀看效果更好。

　　4結 論

　　本文提出了一種將LAMP器件的上視角亮度向下視角轉移的設計概念，通過TracePro光學軟件，對LAMP器件透鏡曲面進行非對稱光學設計，將非對稱LAMP器件的垂直方向上視角減少，下視角增大。

　　通過采用本論文提出的非對稱透鏡型面設計數據，得到非對稱LAMP器件。經過對成品的實際測試，水平角度為110°，還是左右對稱。垂直角度相對于法平面非對稱，為+20°/ —40°。采用R/G/B*相同的芯片，封裝為非對稱LAMP器件與常規LAMP器件，制作P12.5兩個箱體進行亮度對比，發現非對稱LAMP器件在下視角可視范圍內，亮度比常規器件增加30%以上，節電效果明顯。上視角范圍亮度降低，減少了對附近高層建筑的光污染。同時，在水平大角度時未出現偏色現象，配光明顯優于常規LAMP器件！