户外LED显示屏光污染问题研究

通过实地对户外LED显示屏的调研分析，发现其高亮度已经产生了光污染，不仅造成人眼的不适，还存在着交通安全隐患和资源浪费等问题。为了研究这一问题，建立了照度动态调节实验室，确定了实验方案，分析不同环境照度下适合大多数人舒适观察的显示屏亮度，同时该结果可以为制定标准提供参考依据。在此基础上建议，要解决户外LED显示屏带来的光污染问题，不仅要求户外LED显示屏必须具备根据环境进行亮度调节的功能，还要制定相应的规范标准，从源头上使户外LED显示屏的生产、设置和使用更加合理。

一、LED显示屏的应用及现状

近年来，户外LED显示屏以动态连续、图形多变、色彩丰富、内容生动等优点，已经成为商业圈、写字楼不可或缺的一部分。但是，由于部分使用者和管理者对于照明的认识简单，没有考虑负面影响，加上环保意识淡薄，造成户外LED显示屏光污染的问题越来越严重。

在LED照明及显示发展迅速、调光技术已经很完善的今天，户外LED显示屏的亮度调节功能并没有同步发展并与之匹配。很多显示屏不管白天晚上、阴天晴天、商业区还是住宅区，都是一个亮度，没有考虑到亮度过大造成的眩光、对人视力的影响、交通隐患和能源浪费等问题。

将对某市各个区域的显示屏的亮度进行监测，将结果进行统计与分析，判断是否造成了光污染。

首先依据城市区位的功能性质划分，一般公共区、城郊居住区、城郊工业区、城市中心区与商业区相较于自然保护区或乡村等区域环境亮度较高，建筑立面装饰照明及广告标识显示屏过亮，会影响人的视觉和整个环境的照明效果，甚至在城市道路周边的过亮LED显示大屏幕会严重影响交通安全。

通过对各区域进行的采点调查显示，在中心商业区19个采样点的测量数据，亮度超过1000cd/m2的采样点有5个，占总数的27%；一般公共区或城郊区域33个采样点测量数据，亮度超过800cd/m2的采样点有15个，约占总量的45%，总体亮度超过区域限值的大屏幕有20个，接近总量的40%。

如此大亮度、高比例的LED显示屏形成的光污染在整个夜间环境中是非常突出的，会对视觉造成剧烈的刺激，极易产生眩光，对司机和行人造成很大的危险；同时，对周边生活区居民夜间睡眠质量，对周边栖息生物的生长发育也会造成严重影响。

二、改善研究

通过对户外LED显示屏的实地调研和分析评价，发现在实地测量的结果中，52个采样点中有40%的LED显示屏已经造成了光污染，是由于户外LED显示屏表面亮度不能根据周边环境照度的变化进行调节，即使少量显示屏有调节功能，目前也没有标准指导如何对显示屏亮度进行控制。为了解决这一问题，必须确定不同环境照度下适合大多数人舒适观察的显示屏亮度，为制定标准提供参考。

（一）均匀照度动态调节实验室

为了模拟户外光照环境，建立了一个具有调节功能的照度均匀的实验室。实验室房间尺寸为6米×6米，采用双路照明光源控制系统，使用美国GE公司的均匀光照明LED平板灯，嵌入天花板，实现观察者工位和LED显示器周围（2.2米×1米空间）高照度均匀性和线性调节。为了实现显示屏亮度可调节，笔者使用如下方式实现亮度5%～100%（动态范围20倍）线性调节。

（二）实验方案

征集151名具有正常颜色视觉者，进行环境照度和亮度对应关系测量，。在不同照度环境下观看不同亮度显示屏的舒适性，记录每个观察者在相应环境照度下可以舒适观看显示屏时，屏幕亮度的调节范围，同时记录此照度下，最大允许亮度值。通过大量数据采集、科学统计不同照度值下舒适亮度分布情况，进而提出随环境照度变化时的两种对应关系，即照度-舒适亮度和照度-最大亮度。

在均匀照度动态调节暗室中,进行环境照度和亮度对应关系测量，每个人进行4轮测试。测量方案为：

（1）观察者进入暗室后,登记个人基本信息。

（2）将暗室照度调节为0～5lx，观察者先看视力表，记下能看清楚的视标行数，然后观看LED显示屏视频画面，记录下感官舒适亮度值，最后逐渐增加屏幕亮度，记录观察者感觉不舒适时的亮度值，保持此亮度观看视频30s后，关闭屏幕迅速看视力表，是否比初测视力时有所下降。若下降，记录影响视力亮度值，若没有变化，需增加屏幕亮度重新测量。

（3）将暗室照度分别调节为（5～20）lx、（20～70）lx，（70～120）lx，重复（2）步骤进行测量。

（三）实验结果分析

对151名具有正常颜色视觉者在四种环境照度下，测量舒适亮度值、不舒适亮度值和影响视力亮度值，并进行数据分析，环境照度和亮度对应关系如下：

1.在（0～5）lx环境照度下，大部分观察者感觉比较舒适的亮度值区间为（200～500）cd/m2，感觉不舒适亮度值区间为（500～2000）cd/m2，感觉影响视力亮度值区间为（500～2000）cd/m2。

2.在（5～20）lx环境照度下，大部分观察者感觉比较舒适的亮度值区间为（300～1000）cd/m2，感觉不舒适亮度值区间为（1000～2500）cd/m2，感觉影响视力亮度值区间为（1000～2500）cd/m2。

3.在（20～70）lx环境照度下，大部分观察者感觉比较舒适的亮度值区间为（400～1300）cd/m2，感觉不舒适亮度值区间为（1300～3500）cd/m2

，感觉影响视力亮度值区间为（1300～3500）cd/m2。

4.在（70～120）lx环境照度下，大部分观察者感觉比较舒适的亮度值区间为（500～1700）cd/m2，感觉不舒适亮度值区间为（1700～4500）cd/m2，感觉影响视力亮度值区间为（1700～4500）cd/m2。

总之，环境照度越低，观察者视力所能接受的舒适亮度值越低；反之，环境照度越高，观察者能接受的舒适亮度值就越高。

三、结论

户外LED显示屏作为一种具备高亮度显示能力的显示器件，在日常运行过程中如果不加限制地使用，将不可避免带来光污染，乃至出现影响交通安全的问题。

户外LED显示屏的高亮度特性是产生光污染的根本原因，不具备显示亮度随环境照度调节的功能，是此类产品设计的缺失。目前，显示行业相关标准尚未涉及亮度高低与环境照度对应关系的控制标准和技术要求，而且户外LED显示屏设置尚不规范，缺乏统筹规划。为了有效解决户外LED显示屏造成的光污染问题，可以采取以下几种方法：

（1）户外LED显示屏应具备环境照度监测功能，根据显示屏所处光环境的强弱程度，对LED显示屏的整体亮度进行调节，不仅可以显著提高LED显示屏的可观赏性，而且还可以降低显示屏的耗电，实现了户外LED显示屏对环境变化的自适应性，避免产生眼部的不适感受。

（2）应当制定并发布实施更多相应的LED显示屏国家、行业和地方标准，从源头上进行控制管理。针对生产企业，可以根据生产户外LED显示屏时应满足亮度调整等标准，必须根据环境照度主动调整亮度输出，严禁输出高亮度强光，加强对光污染的防治；针对城市发展和民众诉求，可以根据户外LED显示屏设置及限值等规范标准，更好地控制和管理城市的户外LED显示屏。

本文搜索关键词：户外LED显示屏；光污染；亮度调整

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