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绿色照明低炭经济LED照明灯具及演播室应用主讲:王京池LED电视照明灯具LED电视照明灯具，是指由白光LED作为光源，在电视节目制作过程中主要用于人物或景物照明的灯具。节能环保、体积小，重量轻、寿命长、光效高、光色纯正、不使用传统的调光器等理论上LED与卤钨灯比较能达到90％的节能，相比三基色柔光灯也可以达到50％的节能效果。一．LED照明光源的产生与发展LED是英文lightemittingdiode的缩写，俗称发光二极管一种能直接将电能转变成光能的发光器材LED发明以来，被广泛应用在指示灯、显示屏、信号灯、景观照明等领域作为普通的照明光源相比白炽灯和荧光灯，具有更多的优势1.LED的发展历程20世纪60年代初。磷砷镓（GaAsP）红光（λp=650nm）驱动电流为20毫安时，光通量只有千分之几个流明，发光效率约0.1lm/w。1.LED的发展历程70年代中期，引入元素铟(In)和氮(N)，产生绿光（λp=555nm），黄光（λp=590nm）和橙光（λp=610nm），光效提高到1lm/w。1.LED的发展历程80年代初,砷镓铝（GaAlAs）的LED光源，使得红色LED的光效达到10lm/w。90年代初，发红光、黄光的镓铝铟磷（GaAlInP）和发绿、蓝光的氮化铟镓（GaInN）两种新材料的开发成功，使LED的光效得到大幅度的提高。1.LED的发展历程到2000年，在红、橙区（λp=615nm）的光效达到100lm/w，在绿色区域（λp=530nm）的光效可以达到50lm/w。1.LED的发展历程1998年发白光的LED开发成功将氮化镓（GaN）芯片和钇铝石榴石（YAG）封装在一起做成。氮化镓(GaN)芯片发蓝光（λp=465nm，Wd=30nm），高温烧结制成的含铈元素(Ce3+)的YAG荧光粉,受此蓝光激发后发出黄色光发射，峰值550nm。蓝光LED基片安装在碗形反射腔中，覆盖以混有YAG的树脂薄层。LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，可以得到得白光。1.LED的发展历程铟镓氮（InGaN）和钇铝石榴石YAG也可制成白光LED，是通过改变YAG荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温3500-10000K的各色白光。1.LED的发展历程98年白光LED光效5lm/w2005的时候光效已经可以达到50lm/w目前用于商业照明的光效达到110lm/w，预计到2015年LED的光效有可能达到200lm/w以上。2.LED发光原理由数层很薄的搀杂半导体材料制成，一层带过量的电子，另一层因缺乏电子而形成带正电的“空穴”，当有电流通过时，电子和空穴相互结合并释放出能量，从而辐射出光芒LED通过电子与空穴复合产生发光2.LED发光原理在PN结的两端加上正向偏置电压（P型的一边加正电压）后，空穴和自由电子就会相互移动，形成一个内电场。随后新注入的空穴和自由电子再重新复合，复合的同时有时会以光子的形式释放多余能量，这就是我们所见到的LED发出的光。LED发光的能带示意图2.LED发光原理光谱范围是比较窄的。由于每种材料的禁带宽度不相同，释放出的光子波长也不同(颜色不同)。LED发光的颜色由所使用的基本材料决定。大功率LED结构示意图3.产生白光LED的两种方法第一种是利用“蓝光技术”与荧光粉配合形成白光；将GaN芯片发蓝光（λp=465nm），和YAG（钇铝石榴石）荧光粉封装在一起，当荧光粉受蓝光激发后发出黄色光，结果，蓝光和黄光混合形成白光。第二种是多种单色光混合方法。采用不同色光（一般是RGB三色）的芯片封装在一起，通过各色光混合而产生白光。白光LED产生原理示意图4.LED主要优点节能环保LED的发光原理决定了它的能量转化效率非常高，理论上与白炽灯比较能达到90％的节能，相比荧光灯也可以达到50％的节能效果。LED还可以与太阳能电池结合起来应用，节能又环保。不含有毒有害物质（如：汞），避免了荧光灯管破裂溢出汞的二次污染，同时又没有干扰辐射。5.60.80.70.450123456场景0场景1场景2场景3节电效果统计4.LED主要优点寿命长(免维护)LED光衰可以减到70％的标称寿命10万小时，减少了更换频率和其他维护工作。LED与普通荧光灯的光衰对照曲线，A曲线为普通荧光灯，B曲线为LED光源。100W聚光灯光衰（照度）曲线15015516016517017513579111315171921232527测量次序照度（lx)4.LED主要优点发光效率高从理论上讲LED的发光效率能达到300lm/w以上。如果按发光效率达150lm/w计算，与其他光源进行比较:荧光灯（发光效率为90lm/W）的1.7倍白炽灯（发光效率为13lm/W）的11.5倍高压钠灯（发光效率为132lm/W）。4.LED主要优点光色纯正颜色丰富单色LED的光谱范围都比较窄，不像白炽灯那样拥有全光谱。LED的光色非常纯正，饱和度很高，特别适合电视舞台的染色效果。4.LED主要优点四N无紫外和红外无频闪无重金属无有害化合物4.LED主要优点响应速度快能瞬时启动和再启动LED的响应时间为纳秒级而白炽灯的响应时间为毫秒级4.LED主要优点防潮、抗震动由于LED的外部多采用环氧树脂来保护，所以密封性能和抗冲击的性能都很好，不容易损坏。应用于水下照明体积小、重量轻与传统光源比较而言4.LED主要优点冷光源光线易受控自由曲面光学系统二、三次光学系统的设计4.LED主要优点低压安全LED光源使用低电压驱动,发光稳定，无污染，没有频闪4.LED主要优点驱动控制灵活多变驱动控制器件可做成标准化、模块化，工作稳定。并且，能做到10～100%的任意调光，且色温变化极小，而卤钨灯调光时，色温变化很大。24002500260027002800290030003100320033003400调光值10%30%50%60%70%80%90%1-1平1-2平2-1平2-2平3-1平3-2平0-1聚0-2聚0-1散0-2散调光对色温的影响二．LED电视照明灯具的形成与特点LED照明灯具经过几年的快速发展，作为一种新型的绿色光源产品，已经走入电视照明行业显示屏→装饰灯→效果灯具→照明灯具1．LED普通电视照明灯具的概念LED普通电视照明灯具，是指由白光LED作为光源，在电视节目制作过程中主要用于人物或景物照明的灯具。其主要作用是替代传统的影视聚光灯和三基色柔光灯。2．LED电视效果照明灯具的形成2004年，北京BIRTV展会上LED筒子灯(PAR灯)首次亮相，从此开始了LED在电视舞台照明的新领域，虽然当时的LED电视照明刚刚起步，但已经彰显出LED将从单纯的显示设备，到舞美装饰装潢，到舞台效果灯，最后发展到完全的照明设备的明显迹象。2．LED电视效果照明灯具的形成2004—2007年各种各样的用于电视节目制作的LED效果灯如雨后春笋般发展起来。到2008北京奥运会开闭幕式及2009年中央电视台春节联欢晚会LED效果灯的应用达到了一个高峰。2．LED电视效果照明灯具的形成随着LED技术的进一步成熟，LED照明灯具在设计开发应用中也取得了很大的进展。到今天，甚至已经制作出了1000w的LED电脑灯。3．LED普通电视照明灯具的形成2007--2008年奥运会前，出现了许多照明“概念”灯具在北京奥运会的国外电视转播中和在北京BIRTV展会上，出现了专门用于电视照明的灯具。可以替代传统的专门用于新闻类节目照明的三基色冷光灯。3．LED普通电视照明灯具的形成从此，可以说LED电视照明灯具已经从单纯的效果照明，进入到人物照明领域。3．LED普通电视照明灯具的形成2009年北京第十八届中国国际专业音响、灯光、乐器及技术展览会上，一款LED聚光灯吸引了广大专业人士的眼球。这种灯具具有10～60度的光束角变化，只要在灯口处再加装遮扉，就能够完全替代传统的影视聚光灯。3．LED普通电视照明灯具的形成2010年北京第十九届中国国际专业音响、灯光、乐器及技术展览会上，国外公司LED成像灯出现。2010年BIRTV展会上，国产LED成像灯和400W大功率聚光灯出现。4．LED电视普通照明灯具的特点绿色节能由于LED是冷光源，半导体照明自身对环境没有任何污染，与白炽灯、荧光灯相比，节电效率可以达到90％以上。在同样亮度下，耗电量仅为普通白炽灯的1/10，荧光灯管的1/2。如果用LED取代我们目前传统照明的50％，每年我国节省的电量就相当于一个三峡电站发电量的总和，其节能效益十分可观。4．LED电视普通照明灯具的特点灯具光效高由LED做光源制成的LED灯具的光效自然也会很高。由于LED光源的半空间发光的特点，使得LED灯具的光通量输出可以做到很高。又由于LED的冷光特性，使得灯体、灯具的光学系统，可使用非玻璃制品，做成特殊形状，以利于光线的充分利用。不同光源的照明灯具的参数比较4．LED电视普通照明灯具的特点辐射热量少LED灯具发出的光线是单一的颜色，几乎不含有红外热辐射，所以属于冷光源。目前LED芯片还不可能将电能全部转换为光能，因此它的发热量还很大，在做成大功率灯具时遇到了困难。目前正在努力解决的课题之一就是“散热”。如果不采取恰当的散热措施，LED芯片的温度就会过高、导致芯片本身及封装树脂性能的恶化，从而最终引起发光效率的降低和寿命的缩短。改善LED的发热问题是攻克大功率照明灯具的关键。LED的光谱图4．LED电视普通照明灯具的特点体积小由于LED的发光效率高和光线的可控性能好，灯具效率可以做到很高，达到同样的照度要求，其灯具相对于传统的电视灯具可以做得很小。另外，由于单个发光体的功率不能做大，还可以根据不同的要求，组合成不同的照度模块。灯具设计师可根据照明对象和光通量的需求，决定灯具光学系统的形状、LED的数目和功率的大小；也可以将若干个LED发光管组合设计成点光源、环形光源或面光源的二次光源，根据组合成的二次光源来设计灯具。4．LED电视普通照明灯具的特点色温可调LED照明灯具不仅能取代白光照明，而且还能实现调节色温的功能。色温数值范围在2900～6000K。传统灯具只能进行调光功能，LED照明灯具可调节白光色温。4．LED电视普通照明灯具的特点不需要传统的调光器根据LED的发光机理，不需要传统的可控硅调光器，并且它的调光性能好，调光变化时光源的色温保持不变。采用的是DMX512通讯协议方式，基于以太网的TCP/IP传输方式4．LED电视普通照明灯具的特点显色指数LED白光的显色指数已经有了很大的提高，目前已经达到90以上，但还需要进一步提高。显色指数与光谱成分有关。越接近自然光谱(或者说是标准光谱)，显色指数越高。要改善，那就要添加原来缺少的光谱成分。现在的LED多采用芯片发蓝光加发黄光的荧光粉，组成白光。这光谱与自然光谱(或者说是标准光谱)差异较大，所以显色性差，显色指数不高。如果是用芯片发紫外光，分别加红、绿、蓝(或者用蓝芯片)，组成的白光，显色指数有较大提高。4．LED电视普通照明灯具的特点价格目前LED的价格仍然很高，这是其进入电视照明的障碍之一，但成本近几年下降得非常快。以1WLED光源为例，2008年春的价格是2006年春的价格三分之一，2009年春已降至2006年的四分之一。在过去的一年里，个别白光LED的价格已经从8美元降至1.50美元。在2009年，用LED替换白炽灯泡的价位将可能为消费者所接受。专利的失效期已到，相信中国大陆和台湾将会很快冒出无数家LED制造商，并进一步快速拉低LED的售价。4．LED电视普通照明灯具的特点单灯功率由于大功率散热问题难以解决，目前LED白光照明的单灯功率相对较低，因此只适合在中小演播室使用，要真正用于大型综艺类节目的远距离基础照明，还有待于制作工艺水平和LED发光效率的进一步提高。5．现状聚光灯采用高显色指数LED作为发光元件；固体发光器