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1、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
2、的优势,1. LED的发展历程,20世纪60年代初。 磷砷镓（GaAsP）红光（p=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（p=555nm），黄光（p=590nm）和橙光（p=610nm）， 光效提高到1 lm/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
3、的提高。,1. LED的发展历程,到2000年， 在红、橙区（p=615nm）的光效达到100 lm/w， 在绿色区域（p=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（p=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
4、。,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。,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
5、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（p=465nm），和YAG（钇铝石榴石）荧光粉
6、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。,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，
7、 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。,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
8、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10100%的任意调光，且
9、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,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,1LED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。,2LED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
10、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。,2LED电视效果照明灯具的形成,20042007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。,2LED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。,3LED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
11、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。,3LED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。,3LED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1060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。,3LED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4
12、00W大功率聚光灯出现。,4LED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。,4LED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
13、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,4LED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,4LED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
14、，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。,4LED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29006000K。传统灯具只能进行调光功能，LED照明灯具可调节白光色温。,4LED电视普通照明灯具的特
15、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,4LED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、
16、蓝(或者用蓝芯片)，组成的白光，显色指数有较大提高。,4LED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1W LED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。,4LED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； 固体发光器件，寿命长达50000h，是新一代绿色环保光源； 高功率密度的LED模组
