1 LED 影视灯具的发展

　　1.1 发展影视灯具的意义

　　照明耗电在各个国家的总发电量中占有很大比例，我国照明耗电大体占全国总发电量10 ～ 12%。根据中华人民共和国2009 年国民经济和社会发展统计公报（2010 年2 月25 日公布），2009 年我国总发电量为37146.5 亿千瓦时（度），照明耗电按全国总发电量10% 计，达3714.7 亿度，为三峡水力发电工程年发电能力（847 亿度）的4.39 倍左右。由此可见，照明节电，具有重要意义。

　　2009 年9 月22 日，国家主席胡锦涛在联合国气候变化峰会上承诺，大幅度减少温室气体排放量，到2020年的排放量将远低于2005年的水平。

　　2009 年10 月12 日，国家发改委公布了《半导体照明节能产业发展意见》，提出了我国半导体照明节能产业的发展目标，到2015 年，半导体照明节能产业产值年均增长率在30% 左右；产品市场占有率逐年提高，功能性照明达到20% 左右，液晶背光源达到50% 以上，景观装饰等产品市场占有率达到70% 以上；初步建立半导体照明标准体系；实现年节电400 亿千瓦时，相当于年减排二氧化碳4000 万吨。

　　影视舞台照明（包括舞台、剧场、电视演播室、电影摄影棚、礼堂及其它文艺演出场所）耗电量很大，如一台90 分钟的舞台演出耗电量为 2250度，相当于一栋5 层办公楼一天的耗电总量，其中75% 为照明耗电。全国共有4000 多家电视台，每个电视台均有10 个以上的演播室，演播室因灯光照明产生的耗电量（包括灯具耗电和空调耗电）占70 ～ 80%；全国共有舞台、剧场、礼堂及其他文艺活动演出场所上万家，照明耗电十分巨大。

　　可见影视舞台照明的节电具有非常重要的意义。

　　目前舞台影视灯具所使用的光源主要为卤钨灯以及气体放电灯（低气压放电灯—荧光灯和高强度气体放电灯—金卤灯、氙灯）等。这些光源虽然在发光性能上能满足影视照明的需要，但存在如光效低、寿命短、耗电量大、工作不稳定等问题，由热光源灯具产生的红外辐射会造成环境温度过高，不得不用强力空调来降温。因此，需要寻找新型光源来代替上述光源。半导体灯具属于固态照明，采用发光二极管（LED）作为新的照明光源，它具备诸多传统照明光源不具备的优点，逐步取代部分传统光源，是发展的必然趋势。在世界范围内，LED 照明技术，已经被广泛的认为是21 世纪发展潜力和发展前景的一种高效照明节能产品，被称为“半导体绿色照明”。

　　目前国际上在将LED 产品应用于功能性照明上，已经取得了突破性的进展，随着大功率LED模组研制技术的不断深入，使得影视舞台照明光源呈现出了以LED 为主要照明光源的发展趋势。

　　但是，要将LED 光源应用于影视舞台照明灯具还有许多技术问题需要解决。

　　在国外，电视演播室、剧场、体育场馆等照明领域，已经出现了由大功率LED 模组为照明光源的天幕灯、地排灯、柔光灯等泛光照明系列。

　　在电视演播室的泛光照明，完全采用以LED 为照明光源的影视灯具，节能效果非常明显，同时为影视人员提供了良好舒适的工作环境。一方面由于LED 属于冷光源系列，由发光面传导的热能极低，极大的降低了演播室的环境温度。由于环境温度的降低，使得演播室的空调机组负荷大幅减少，出现了连带的节能效应。另一方面由于大功率白光LED 随着技术的进步，逐步能做到既有较高的光效，又有较高的显色性，能够满足影视舞台照明的要求。

　　在国内，电视演播室、剧场及其他文艺活动场所，也开始了LED 照明灯具的开发应用，如中央电视台新闻演播室、英语频道演播室、俄语频道演播室等，已全部或部分采用LED 灯具照明。

　　但是，我国在LED 影视照明灯具方面的研发力度还需要加大，灯具的技术水平还需要进一步提高，以满足影视照明事业日益发展的需要。

　　1.2 LED 影视灯具的发展现状

　　在影视照明行业，LED 灯具的应用正在吸引着大家的目光。作为一种新型的绿色光源产品，它正在快速走入这一领域。

　　2004 年，北京BIRTV 展会上LED 筒子灯（PAR灯） 首次亮相（如图1 所示），从此开始了LED 在影视舞台照明的新领域。那时虽然刚刚起步，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，发展到完全的照明设备的明显迹象。

　　此后，随着LED 筒子灯在电视演播室作为效果灯使用，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。从2008 北京奥运会开闭幕式，到2009 年中央电视台春节联欢晚会，再到在天安门广场举办的国庆60 周年庆道演播室等，已全部或部分采用LED 灯具照明。

　　但是，我国在LED 影视照明灯具方面的研发力度还需要加大，灯具的技术水平还需要进一步提高，以满足影视照明事业日益发展的需要。

　　中央电视台启动LED 照明灯具在电视演播室应用研究，对推动我国LED 电视照明灯具的发展，推动LED 灯具普及和应用，具有十分重要的现实意义和划时代的历史意义。

　　LED 在影视舞台照明的新领域。那时虽然刚刚起步，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，发展到完全的照明设备的明显迹象。

　　典晚会，LED 效果灯的应用达到了一个新的高峰。

　　图2 中所示的就是其中使用的几款LED 效果灯具。

　　与此同时，随着LED 技术的进一步成熟，LED 效果灯具在设计开发应用中也取得了很大的进展，到今天，已经制作出了较大功率的LED 电脑灯。

　　2008 年下半年，随着LED 光源发光效率的大幅提升，以及灯具制作工艺水平的提高，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（如图3 左图所示）。这种灯具已经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。随后，国内一些企业也开发出了性能更好的LED 平板柔光灯（如图3 右图所示）。

　　2009 年，在北京BIRTV 展会上和第十八届中国国际音响、灯光、乐器及技术展览会上，一些LED 聚光灯（如图4 所示）吸引了广大人士的眼球。这种灯具具有10 ～ 60 度的光束角变化，聚光效果良好，其功能完够替代传统图所示）。这种灯具已经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。随后，国内一些企业也开发出了性能更好的LED 平板柔光灯（如图3 右图所示）。

　　可以说，LED 影视灯具已经从单纯的效果照明，进入到人物景物照明领域，成为真正意义上的LED 影视照明灯具。

　　2 LED 的优势和特点

　   2.1 LED 主要优点

　　LED 的优点具有节能环保、寿命长、光效高、光色纯正、响应速度快、耐震动等特点，而这些正是大部分传统光源的缺点。

　　2.1.1 节能环保

　　LED 的发光原理决定了它的能量转化效率非常高，理论上与演播室使用的卤钨灯比较能达到90％的节能，相比三基色柔光灯也可以达到50％的节能效果。节能效果显着，这对能源十分紧张的中国来说，无疑具有十分重要的意义。

　　LED 还可以与太阳能电池结合起来应用，节能又环保。其本身不含有毒有害物质（如：汞），避免了荧光灯管破裂溢出汞的二次污染。

　　2.1.2 寿命长免维护

　　LED 利用固态半导体芯片将电能转化为光能，外加环氧树脂封装，可承受高强度机械冲击。

　　正常情况下使用LED，其光衰可以减到70％的标称寿命10 万小时，减少了更换频率和其他维护工作。

　　2.1.3 光效高

　　光谱窄，单色性好，几乎所有发出的光都可利用，且无需过滤直接发出色光。从理论上讲LED 的光效能达到300lm/W 以上。如果按光效达150lm/W 计算，与其他光源进行比较，LED 的光效达到了提高显色性后的荧光灯（同上条件下光效为90lm/W）的约1.7 倍，为白炽灯（同上条件下光效为13lm/W）的11.5 倍，甚至超过了普遍认为光效的高压钠灯（光效为132lm/W）。

　　2.1.4 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，所以能够早在电视舞台上作染色效果使用。

　　光色是构成视觉美学的基本要素，LED 在光色上显示了无与伦比的优势；目前彩色LED 产品已覆盖了整个可见光谱范围，且单色性好，色彩纯度高，红、绿、黄LED 的组合使色彩及灰度的选择具有较大的灵活性。

　　2.1.5 响应速度快能瞬时启动和再启动

　　LED 发光管响应时间很短，能瞬时启动和再启动，能按要求保证多个光源之间或一个光源不同区域之间的迅速切换。采用专用电源给LED 光源供电时，达到照度的时间只有几个微秒（ 微秒=1/1000000 秒），而白炽灯的响应时间为毫秒级。

　　2.1.6 固态光源防潮抗震动

　　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，还可以应用于水下照明。

　　2.1.7 无有害光辐射

　　根据发光材料的不同，LED 产生不同颜色的单色光，根据发光原理，它不产生对人体有害的紫外线和红外辐射。

　　2.1.8 光源点性好，便于设计时的光学控制

　　LED 发光体小（如功率5W 单体，芯片仅为1.2㎜ ×1.2 ㎜ ），有利于进行二次光学设计时，有效控制光输出，提高光的利用率，并可根据需要将单体组合成不同形状和尺寸。

　　2.1.9 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。

　　2.1.10 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。

　　2.2 LED 影视灯具的特点

　　2.2.1 绿色节能

　　由于LED 是冷光源，半导体材料对环境没有任何污染，由于LED 光源的节能特点，由其作为光源的灯具节能效益十分可观。完全符合“节能减排”实现“低碳经济”的要求。根据我们的实验结果，对传统灯具与LED 灯具布光场景的用电量比较，节电率达到80% 以上（见图5）。图中所示为单人布光场景用电量统计图，场景0 为传统灯具用电量，场景1、2、3 为不同LED 灯具用电量。

　　2.2.2 灯具输出效率高

　　LED 的光效能够达到每瓦数百流明，比传统光源高出很多，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表1 不同光源照明灯具的参数比较。

      2.2.3 辐射热量少

　　LED 光源发出的光线是单一的颜色，几乎不含有红外热辐射，由蓝光激发黄色荧光粉产生的白光LED 的光谱成分中几乎不存在红外线（见图6）。与传统的卤钨灯相比，LED 属于冷光源。

　　LED 在小电流下，温升不明显。但是，若环境温到很高。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。表1 列出了电视照明常用的三种不同光源照明灯具的参数比较。

　　亮度较高，LED 的主波长就会发生小的偏移红移，亮度会下降，发光均匀性、一致性会变差。尤其是点阵的大功率模块温升对LED 的可靠性、稳定性影响更为显着。所以，LED 的散热设计也很关键。

　　这一指标，就需要设法将芯片上产生的热量散出去。改善LED 的发热问题是攻克大功率照明灯具的关键。

　　2.2.4 体积小

　　由于LED 的光效高和光线的可控性能好，灯具输出效率可以做到很高，在达到同样的照度要求下，其灯具相对于传统的电视灯具可以做得很小。另外，由于目前单个发光体的功率不能做大，可以根据不同的要求，将LED 组合成不同的发光模块，以提升灯具整体光输出的总光通量。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。

　　2.2.5 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。色温数值范围即能做到在2900K ～ 6000K 之间可调，也可以根据需要制成固定色温（如3200K 或5600K）的灯具。传统灯具只能进行调光功能，LED 照明灯具可调节白光色温，为电视灯光艺术效果的创作提供了一种新的手段。

　　2.2.6 不需要传统的调光器

　　LED 的亮度调光是通过改变LED 的导通时间来改变亮度的，单位时间内LED 的导通时间越长，亮度越高。实际应用中是通过改变占空比来控制的。LED 灯具都采用数字信号DMX512 协议控制亮度调光，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基本保持不变，这一点比传统灯具有很大优势。灯具的控制也和控制电脑效果灯一样方便，大大简化了灯光控制系统。

　　2.2.7 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0 ～ 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（ 如图7 所示）。图中1 ～ 3 号为LED 灯具，0号为传统卤钨聚光灯。

　　2.2.8 显色指数达到要求

　　近几年，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，已经接近卤钨灯的指数，完够满足电视节目制作对显色指数85 以上的要求，电视肤色还原效果已经比较理想。但LED 光源的显色指数还能够进一步提高。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。

　　3 LED 影视灯具的应用现状

　　3.1 LED 效果灯的应用

　　LED 效果灯的应用历史可以追溯到2004 年。

　　当时，LED 筒子灯的出现引起了大家的广泛关注，由于其光色纯正、颜色丰富等特点，很快得到了应用。但由于价格较高、功能单一等原因，普及受到了限制。近几年，随着价格的降低，光效的提高，控制功能的不断完善，已经得到了广泛普及。目前，在一些综艺节目中，LED 效果灯的使用比例，已经超过了传统灯具。例如，中央电视台2009 年春节联欢晚会，和近录制的新版栏目《文化生产力》就大量使用了LED 效果灯具，表2 为2009 年中央电视台春节联欢晚会灯具使用统计表，表3 为中央电视台《文化生产力》栏目灯具使用统计表。图8 为2009 年中央电视台春节联欢晚会节目灯光效果图。

　　3.2 照明灯具的应用情况

　　自2008 年出现白光LED 影视普通照明灯具以来，广大电视灯光工作者都在进行着不断的使用尝试。LED 普通照明灯具作为一种新光源，究竟能不能替代传统影视普通照明灯具，成为演播室用于人物普通照明的主打灯具呢？中央电视台作为国家电视台有推广试验的责任，为此，我们借中央电视台新台址建设的契机，积极开展了这项使用研究。下面列出中央电视台在LED 影视普通照明灯具的使用和推广方面所做的具体工作。

　　2008 年10 月，新台址邀请四家LED 影视灯具生产企业和灯光，在中央电视台现址第六演播室做应用测评。

　　2008 年10 月，中央电视台现址第19 演播室《综艺快报》栏目试用。

　　2009 年8 月， 在中央电视台现址第17 演播室，借俄语频道开播之际，部分采用LED 普通照明灯具作为人物面光。

　　2009 年9 月， 中央电视台确定新台址18 个250 平米（ 含） 以下全部采用LED 普通照明灯具。

　　2009 年10 月， 中央电视台《新闻联播》演播室播音员面光全部采用LED 普通照明灯具（逆光也能使用LED 灯具，因原有进口传统灯具还能使用，没有更换逆光灯具）。

　　2009 年12 月， 中央电视台立项聘请十余位国内学者，开始LED 照明灯具在电视演播室中应用研究。

　　2010 年初， 中央电视台现址250 平米新闻演播室（新闻频道正点新闻）改造，全部采用LED 普通照明灯具。

　　2010 年2 月， 加拿大冬奥会部分采用LED普通照明灯具。

　　2010 年4 月， 中央电视台现址第33 演播室（ 英语频道24 小时播出），全部采用LED 普通照明灯具。

　　2010 年6 月， 中央电视台现址第18 演播室（ 虚拟演播室） 采用部分LED 普通照明灯具。