随着我国城市化建设步伐的加快以及信息、广告宣传形式的多样化，发光二极管（Light-emitting diode,LED）显示屏具有画面色彩鲜艳、立体感强、信息量大等优点，使得这一新兴户外广告和信息载体应用的越来越多，已经成为一个城市关键地标和商业中心的标配。但是户外LED显示屏在美化、亮化城市的同时，由于其超高的亮度、快速变化的画面，产生的光污染和光干扰也在一定程度上影响了市民的工作生活。如何处理好城市户外LED显示屏亮度限值设置，既能减少光污染，又能繁荣城市经济、美化城市形象，成为LED显示屏行业健康发展亟待解决的问题。

 近几年，LED显示屏干扰光和测量方法受到了广泛关注。刘秀娟等[1,2]对LED显示屏光安全及评价进行了研究，给出了干扰光的表征参数如亮度、照度等限值，研究了LED显示屏对人眼的视觉舒适性影响。马晔等[3]研究了广告标识、LED显示屏和媒体立面干扰光测量方法，提出了适用于工程现场的检测参数和方法。虽然全国各城市已开始户外LED显示屏管理的规范化研究，但是针对LED显示屏亮度限值的标准仍相对单薄，亮度限值参差不齐，忽略了户外场地昼夜环境照明条件变化对显示屏产生的影响。因此，研究户外LED显示屏亮度限值标准，规范显示屏亮度指标，以减少光污染和能源浪费，保障人们的正常作息生活都具有现实的社会意义。

 1 户外LED显示屏引起的光污染和干扰光

 户外LED显示屏一般分为全彩屏和单色屏。根据应用场合将多个LED显示模组拼接，显示面积从几平方厘米到上百平方米不等。LED显示屏通常设置在城市繁华商业街区、重要的交通枢纽区域，在居住区和公共景观区域设置较少。

 光污染是由外溢光、杂散光的不利影响造成的不良照明环境，其数量或方向足以引起人们烦躁、不舒适、注意力不集中或降低对于一些重要信息的感知能力[4]。干扰光是LED显示屏的亮度、色度、画面切换速度等引起人的不舒适感觉或视觉功能下降的光。户外LED显示屏引起光污染和干扰光问题的主要原因：

 1)LED显示屏的基色亮度过高。目前户外LED屏最大亮度已经高达8000cd/m2以上。显示屏画面快速变化（闪烁），受众只能被动接受，容易引起视觉的不适。

 2)LED显示屏的亮度与环境照度强烈的对比。白天的环境照度非常高，显示屏的干扰光不明显；傍晚以后环境照度开始下降，特别是在夜间，过高的LED显示屏亮度与周围较暗的环境照度形成鲜明对比，对视觉的刺激远比白天强烈，严重影响了市民的视觉舒适性[5]。

 3) LED显示屏设置位置不当。设置在道路交叉口附近的显示屏，过高的亮度及动态闪烁都容易对行人和驾驶人员正常行车造成影响，容易存在交通安全隐患[6]。

 2 LED显示屏亮度限值相关标准研究

 我国现行的LED显示屏国家标准仅有3个：《LED显示屏干扰光评价要求》（GB/T 36101—2018）、《LED显示屏干扰光现场测量方法》（GB/T 34973—2017）、《体育场馆LED显示屏使用要求及检验方法》（GB/T 29458—2012）．上海在2013年发布了全国首个LED显示屏亮度限值标准《公共场所发光二极管（LED）显示屏最大可视亮度限值和测量方法》（DB31/708—2013)[7]。本文详细分析了近年来发布实施的LED显示屏相关的国际、国家、行业和地方标准、地方管理性文件共9个，亮度限值要求见表1（按照发布时间排序）。各类标准按照国际照明委员会建议，把不同地区划分为4类环境亮度区域：E1区为天然暗环境区，如自然保护区等；E2区为低亮度环境区，如乡村工业或居住区等；E3区为中等亮度环境区，如城郊工业或居住区等；E4区为高亮度环境区，如城市中心和商业区等[7,8]。

表1户外LED显示屏相关标准亮度限值要求

表1 （续） 

由表1可知，不同标准中都规定了亮度最大限值，主要分类方法有：按照环境区域、显示屏面积、显示屏类型、自然环境照度分类。但是不同标准规定的户外LED显示屏或广告与标识的亮度限值差异较大。以E4区面积大于10m2的全彩色LED显示屏在夜间正常播放时为例，主要有4个不同限值：400、500、600、1000cd/m2．各类标准最大亮度限值的不一致，对在实际测量中判定LED显示屏是否造成光污染带来了困扰，因此亮度限值标准体系仍需要进行深入研究和完善。

 3 户外LED显示屏表面亮度测量

3.1 测量数据

为了研究户外LED显示屏的亮度情况，挑选非重度污染和无雨雪天气的夜晚，在容易产生光污染的E4和E3环境区域，对西安市碑林区等主城区内46块户外LED显示屏夜间正常播放时的亮度现场测量，其中E4区18块、E3区28块。从设置空间布局上看，这些显示屏主要布局在商业广场、步行街、道路两侧、道路交会区，多安装在多层或高层裙楼的楼身、楼顶部和高层底部。部分户外LED显示屏现场测量如图1所示。

图1大雁塔银泰城LED显示屏现场测量图

使用光谱辐射亮度计对每个显示屏进行测试，得出每块户外LED显示屏的亮度值统计数据见表2。

表2西安户外LED显示屏表面亮度测量值统计表

 3.2 测量结果分析

现场测量数据实证了部分户外LED显示屏亮度超高，且屏幕瞬时亮度变化大．同一块户外LED显示屏，亮度最大值与最小值的比值可高达6.4倍（如鼓楼广场），这对观察者的视觉冲击力极大。同一环境区域内不同显示屏的亮度差异更大，如E4区LED显示屏亮度最小值112cd/m2，最大值3624cd/m2，最大值是最小值的32.4倍。被测屏面积均大于10m2，依据表1中规定的4个典型亮度限值，对实测户外LED显示屏亮度评价结果见表3。

表3户外LED显示屏亮度评价表

从表3数据可看出大部分户外LED显示屏亮度超过现行的4个标准或地方管理性文件，有的甚至远远高于限值要求，尤其是E3区比E4区的LED显示屏超过亮度限值占比更高。在实际应用时，LED显示屏在夜间不应采用白天的播放模式和亮度，因此应具备根据周边环境照度的变化调节显示屏亮度的功能，且严格按照需熄灯时间段管控播放，减少光污染。

 4 不同环境照度下LED显示屏亮度与人眼舒适性试验

为了进一步研究不同环境照度下，户外LED显示屏亮度对人眼舒适性的影响，确定不同环境照度下让大多数人感觉舒适和不舒适的亮度值．搭建了均匀照度动态环境调节实验室，模拟户外环境照度，征集151名具有正常颜色视觉者（男85人，女66人）进行试验．

4.1 实验原理

搭建的均匀照度动态环境调节实验室主要由光学暗室、户外P4规格LED显示屏、光通量可线性调节的LED灯具、视力表、照度计和亮度计等组成。暗室尺寸6m×6m，墙面用双层天鹅绒窗帘遮挡，地面铺黑色毡垫，天花板用反射率较低、光谱均匀性好的涂料喷涂，模拟户外天空暗环境．如图2所示。

图2均匀照度动态环境调节实验室

由于傍晚到夜间环境照度较低，低照度环境高亮度LED显示屏对视觉影响大。参考我国采光标准Ⅰ～Ⅴ级视觉工作要求的天然光照度最低值为250、150、100、50、25lx。重点研究自然环境照度≤100lx的情况。将环境照度调节分为照度较低的4档：0.1～5lx、5～25lx、25～50lx、50～100lx，测量在不同环境照度下观察者观看LED显示屏的舒适性，记录照度范围、照度值、视力舒适亮度值、不舒适亮度值。通过大量数据采集、科学统计，得出随环境照度变化的舒适亮度—照度对应关系，以及不舒适亮度—照度对应关系。通过舒适性评价研究，确定城市户外LED显示屏的亮度值设置与环境照度的匹配问题。 

4.2 测量步骤

每个受测观察者进行4轮测试，测量步骤为： 

1）将暗室照度调节为第1档（0.1～5lx），实测照度为3.4lx，观察者先看视力表，记录能看清楚的视力行数，然后观看LED显示屏视频播放画面，记录舒适亮度值。通过电脑软件控制逐渐增加屏幕亮度，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，观察者立即看视力表并读数。若比初测视力时有所下降，记录影响视力的不舒适亮度值，若没有变化，继续增加屏幕亮度重新测量，直至找到对观察者视力有影响的不舒适亮度值；

2）通过控制室内LED灯具，依次再将暗室照度分别调节为其他3档范围，实测照度分别为15.2、49.7、98.5lx，重复1）步骤，测量并记录观察者不同环境照度下的舒适亮度值、不舒适亮度值。

4.3 实验数据分析

对151名受测观察者的在4档环境照度下舒适亮度值和不舒适亮度值进行分析。如图3所示，横坐标表示受测观察者人数，纵坐标表示LED显示屏幕的亮度值。

图3 不同环境照度下观察者感觉分布图

通过上述数据分析，为减小个体样本误差影响，在151个观察者数据中，每组数据去掉10%的最低亮度值，去掉10%最高亮度值，以中间80%的亮度平均值作测量结果，并统计出舒适亮度和不舒适亮度区间，计算亮度与环境照度之间的关系见表4。

表4 不同环境照度下观察者感觉舒适亮度、不舒适亮度之间的关系

由表4统计数据可知，1）观察者感觉不舒适的亮度与感觉舒适的亮度比值介于3.0～3.7之间。LED显示屏的亮度应设置在人眼感觉舒适的亮度范围内，根据实测数据，建议户外LED显示屏表面平均亮度限值按照《室外照明干扰光限制规范》（GB/T 35626—2017）执行，即：E4区L≤600cd/m2,E3区L≤400cd/m2,E2区L≤200cd/m2,E1区不宜设置．2）舒适亮度与环境照度比值在4档环境照度0.1～5lx、5～25lx、25～50lx、50～100lx时分别为92、36、16、10．户外LED显示屏应当配备亮度随环境照度变化调整系统，可参考亮度限值要求和表4中舒适亮度与环境照度比值数据，根据所处的城市亮度区域，监测自然环境照度并换算出合适的LED显示屏亮度来播放画面。 

5 结语

标准和规范的制定在指导户外LED显示屏合理设置有着举足轻重的作用。户外LED显示屏的合理设置，除了可采取根据环境区域控制LED显示屏工作的时段、合理规划显示屏的面积和安装位置外，最重要的是应当配备随自然环境照度自动调节屏幕亮度的调整系统。本文分析借鉴了国内外已经颁布的相关标准与管理性文件，通过大量实验，重点研究LED显示屏亮度限值，以及亮度随环境照度变化调整的比例关系，给出了在低照度环境下人眼感觉舒适时亮度与环境照度的比例关系，为LED显示屏亮度控制在视觉舒适范围内提供一定的参考。有利于提升LED显示屏质量，规范和引导LED显示屏的生产、使用和管理，减少户外LED显示屏产生的干扰光，以保障人居环境。