LED光源灯具的发展与应用

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பைடு நூலகம்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
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
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/w 2005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200 lm/w以上。
100W聚光灯光衰（照度）曲线 175 170
照度（lx)
165 160 155 150 1 3 5 7 9 11 13 15 17 测量次序 19 21 23 25 27
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）。

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。

到2000年， 在红、橙区（λp=615nm）的光效达到 100 lm/w， 在绿色区域（λp=530nm）的光效可以达 到50 lm/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。
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。
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。
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。
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10 lm/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


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
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

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。
调光对色温的影响
3400 3300 1-1 平 1-2 平
3200 3100
3000 2900 2800 2700
2-1 平 2-2 平
3-1 平 3-2 平 0-1 聚
2600 2500
2400 调光值 10% 30% 50% 60% 70% 80% 90%
0-2 聚 0-1 散
0-2 散
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


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1 lm/w。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
一． LED照明光源的产生与发 展




LED是英文light emitting diode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
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。

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。
节电效果统计
6 5 4 3 2 1 0 场景0 场景1 场景2 场景3 0.8 0.7 0.45 5.6
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。