大屏幕显示屏光污染评价与防治

钟齐佳 罗 姣 刘 洁

(1.东华理工大学 土木与环境工程学院，江西 抚州 344000;2.环境保护部华南环境科学研究所，广东 广州 510655)

显示屏为重要的现代信息发布媒体之一，在广告、体育、证券交易、交通、娱乐等领域得到广泛的应用。进入新世纪，显示屏技术飞速的发展，尤其是LED显示屏。随着技术的进步，LED显示屏性能不断提高，价格逐渐下降，因此LED显示屏越来越广泛地应用于各行各业。［1］南方某市是一个旅游业非常发达的城市，作为一个旅游城市，大屏幕显示屏得到了广泛的使用。然而随着大屏幕显示屏的广泛使用，环境问题逐渐暴露出来，如亮度过高、画面刷新速率过快给行人和车辆驾驶者造成眩光，引发车祸等一系列事故。

1 评价标准

(1)平均亮度标准。显示屏广告是一种特殊的广告，对于显示屏广告的亮度评价是按一般广告招牌的亮度评价标准。目前关于广告亮度在国外已经有了一定的研究，并制定了相关的标准，CIE中关于广告招牌的亮度具体规定见表1。

表1 广告牌亮度标准

CIE的广告亮度标准是针对很多国家和地区的，同时，没有按照不同的位置给出进一步的详细规定，比较宽泛。同时值得注意的是，显示屏的照明面积基本上都大于10m2，要使其亮度控制在400cd/m2以下，实际操作中很难达到。

北京和南京等大城市都出台了 《户外电子显示屏设置规范》，规定在商业区及其周边设置的户外电子显示屏，夜间亮度值应小于等于1000cd/m2;在其他地区设置的户外电子显示屏，夜间亮度值应小于等于400cd/m2。

(2)最大亮度标准。为了更真实的反映实际情况，结合CIE标准以及国外和国内一些研究成果以及某些城市 (重庆、武汉、天津等)照明相关规定(见表2)，对数据进行深入的分析。

表2 商业街区的最大允许亮度 单位:cd/m2

同时，根据国内外研究，广告、标志的亮度与背景亮度的关系，广告、标志照明的亮度应是背景亮度的5～10倍，超过10倍则会产生眩光。［2］

2 评价对象的选择

市主干大道两侧有很多大型的商场、酒店、广场、加油站、店铺等等，两侧有四个大屏幕。另外还选择商业街前面大显示屏、MGM大显示屏和大三巴显示屏作为评价对象，具体的大屏幕显示屏指标见表3。

表3 澳门选取的大屏幕显示屏

3 测量方法与仪器

南方某市的显示屏均属于户外显示屏，所以按照 《LED显示屏测量方法》(SJ/T11281—2003)选择夜间测量显示屏的亮度值。目前使用的测量仪器的测量结果在一定范围内与测量距离无关。但测量仪器与屏体最近的距离，需保证测量仪器的测量范围不得少于16个相邻的完整像素。按照测量理论和测量仪器的原理，测量范围应包括测量区域1/2或3/4的面积，故一般建议尽量保证屏体与测量仪器之间有足够的距离。［3］根据 《照明测量方法》GB/T5700—2008，建筑夜景照明亮度测量按近视点亮度(2H)、中视点亮度 (3H)和远视点亮度 (5H)，本次测量是按中视点亮度 (3H)测量，其中H为显示屏几何中心的高度。

屏幕正确的布点是亮度测量评价的先决条件。一般矩形的显示屏布点个数为9～12个，圆形显示屏布点个数为6～11个。由于技术的进步，如今的户外显示屏发光管都是光斑向下倾斜，显示屏的光轴与机械轴线之间有一个下倾角。一般说来，显示屏的最大亮度应该在LED的光轴方向。

此次采用LS-100型亮度计对亮度进行测量，柯尼卡美能达LS-100型亮度计设计轻便小巧，用于光源亮度或物体表面反射亮度的测量。由于采用先进的光学和电子技术，该亮度计既能进行精确测量，又便于携带，易于操作。亮度计可以测量宽范围为0.001至299900cd/m2。绝对亮度可以以cd/m2和fL为单位进行测量;还可以测量亮度百分比用于对比两个物体的亮度。

4 测量结果与数据分析

4.1 背景亮度

背景亮度是主要测量数据之一。广告招牌和大屏幕显示屏的背景亮度测量可以选择建 (构)筑物、绿化、山体、街道、天空等作为背景。测量发现天空亮度值与建筑物、绿化、山体、街道的亮度相差很大，所以统一选取建 (构)筑物、绿化、街道作为大屏幕显示屏的背景亮度，其中构筑物亮度是指支撑屏幕的墙体亮度与显示屏全黑情况下的亮度的平均值。市主干大道四个大屏幕显示屏 (Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-3和Ⅰ-4)、商业街前面大屏幕显示屏 (Ⅱ和Ⅲ)和步行街显示屏背景亮度见表4。

从表4可以看出市主干大道的背景亮度很低，从建筑物、绿化和街道的亮度看出，市主干大道的背景亮度在1～3cd/m2，属于低背景亮度区域;从商业街 (Ⅱ、Ⅲ周围)的建筑物、绿化和街道的亮度看出，背景亮度在10～15cd/m2，属于中背景亮度区域;而步行街显示屏 (Ⅳ)附近建筑物和街道的亮度值较高，平均亮度为25.844cd/m2，属于高背景亮度区域。

4.2 大屏幕亮度

对大屏幕显示屏亮度数据进行统计，得到了各个大屏幕显示屏的亮度最大值、最小指和平均值，见表5。

表5 大屏幕显示屏的亮度最大值、最小指和平均值

4.3 评价结果

(1)显示屏亮度评价。考虑到该市是一个旅游城市且经济比较发达，其大屏幕显示屏亮度标准取CIE规定的最大值，见表1。从表3可以知道各个大屏幕显示器的尺寸，除了Ⅰ-3小于10 m2外 (平均亮度允许值为600cd/m2)，其余屏幕都大于10 m2(平均亮度允许值为400cd/m2)。按照表1的要求进行评价，其评价结果见表6。

表6 按显示屏面积的评价结果 (cd/m2)

由此可见，Ⅰ-2、Ⅰ-3和Ⅱ的亮度都超过标准值，而且Ⅰ-2和Ⅱ分别是标准值4倍和1.5倍。

(2)显示屏最大亮度评价。最大亮度值是评价显示屏的一个重要指标，从表2可以看出不同区域的最大亮度允许值是不同的。根据背景亮度和区域特点，可以把显示屏所在区域划分成不同的商业街区。市主干大道区域 (Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-3和Ⅰ-4)背景亮度低，而且靠近公园属于低亮度背景地段;商业街 (Ⅱ、Ⅲ)所在区域属于商业集中区，出于市区交通要道，步行街 (Ⅳ)所在区域是繁华的商业步行街，背景亮度很高，可以划分为闹市区。显示屏的最大亮度值和区域划分见表7。

表7 显示屏最大亮度值评价 (cd/m2) (cd/m2)

评价结果显示只有两个显示屏的最大亮度值没有超标，其余5个显示屏都超过最大亮度允许值，极易形成眩光。

(3)屏幕画面切换次数。显示屏幕画面的切换次数也是评价显示屏的一个重要指标，显示画面切换次数是在5分钟内画面切换的次数，其平均值为画面切换频率。通过统计发现Ⅰ-1与Ⅰ-2画面切换频率为17次/min，Ⅰ-3与Ⅰ-4画面切换频率为11次/min和11.5次/min，Ⅳ画面切换频率为20.5次/min。但商业街显示屏Ⅱ和Ⅲ的画面闪烁太快，并且是动态画面，无法统计画面闪烁频率。

(4)结论。通过评价认为Ⅰ-2、Ⅰ-3、Ⅱ和Ⅲ平均亮度都超过允许值，而显示屏Ⅰ-2、Ⅰ-3、Ⅰ-4、Ⅱ和Ⅲ最大亮度超过了允许值，所以需要对Ⅰ-2、Ⅰ-3、Ⅰ-4、Ⅱ和Ⅲ进行整治，降低显示屏亮度，减少画面切换次数。

5 大屏幕显示屏光污染防治措施

大屏幕显示屏造成的光污染问题是近年来比较热门的话题，显示屏的管理尚未出台统一的管理规定。目前，北京、南京和贵阳等城市已经出台了户外电子显示屏管理规定，但在显示屏亮度的具体控制上没有明确提出。显示屏的光污染问题需要多方面的去控制。

(1)降低屏幕亮度。有两种方法可以控制亮度，一种是改变流过LED的电流，一般LED管允许连续工作电流在20毫安左右，除了红色LED有饱和现象外，其他LED亮度基本上与流过的电流成比例;另一种方法是利用人眼的视觉惰性，用脉宽调制方法来实现灰度控制，也就是周期性改变光脉冲宽度 (即占空比)，只要这个重复点亮的周期足够短 (即刷新频率足够高)，人眼是感觉不到发光象素在抖动。

(2)分区域控制。对于不同的功能区，亮度控制标准可以不同。根据城市功能区划和用地设定，可以划分成6类城市照明分区。交通部分属必须照明区，亮度和照度要严格控制以保证通行功能和交通安全;景点休闲区亮度可适当提高，以满足人们观赏、娱乐和展示环境景观;商业区为了加强商业气氛，可以适当加强动态广告;工业及办公区和文化、医疗区域要限制照明，对显示屏的亮度、开放时间要做强制性规定;居住区及生态区属于禁止照明区，避免外溢光对居民和生态环境造成干扰。

(3)政府部门加强管理。大屏幕显示屏的管理涉及到城管局、环保部门、宣传部和规划局、工商等部门，需要这些部门协调管理。对显示屏要加强管理，广告的内容要定期的监督和审查;显示屏的开放及关闭时间和特殊时期播放内容需要政府部门相关部门制定规范。

(4)推动绿色照明，提高显示屏广告效果。开发新技术，开展节能措施，推动绿色照明。［4］

［1］柴万东.LED在照明领域的应用研究 ［J］.赤峰学院学报 (自然科学版)，2010，26(1):20～21.

［2］刘鸣.城市照明中主要光污染的测量.实验与评价研究 ［D］.天津:天津大学.2007，6.

［3］陆荣庆.LED显示屏亮度测量方法及测量仪器 ［J］.现代显示，2004(4):27～29.

［4］陈绪诚.高校LED电子显示屏的选型.安装与管理［J］.实验技术与管理，2007，24(7):170～173.