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LED影視照明技術(shù)的發(fā)展與前景（下）

發(fā)布日期：2015-07-06

LED影視照明的技術(shù)發(fā)展

最早應(yīng)用半導(dǎo)體發(fā)光原理制成的LED光源問(wèn)世于20世紀(jì)60年代初。當(dāng)時(shí)所用的材料是磷砷鎵，用20毫安驅(qū)動(dòng)電流發(fā)紅光時(shí)，光通量只有千分之幾個(gè)流明，相應(yīng)的發(fā)光效率約0.1lm/w。70年代中期，引入了新的元素，使LED產(chǎn)生綠光、黃光和橙光，光效也提高到1 lm/w。到了80年代初，出現(xiàn)了砷鎵鋁的LED光源，使得紅色LED的光效達(dá)到10 lm/w。90年代初，發(fā)紅光、黃光的鎵鋁銦磷和發(fā)綠、藍(lán)光的氮化銦鎵兩種新材料的開(kāi)發(fā)成功，使LED的光效得到大幅度的提高，在紅、橙區(qū)的光效達(dá)到100 lm/w，綠色區(qū)域的光效可以達(dá)到50 lm/w?，F(xiàn)在各單色LED的光效又得到了進(jìn)一步的提升。

1998年發(fā)白光的LED開(kāi)發(fā)成功，標(biāo)志著LED技術(shù)的重要進(jìn)步。然而光效只有5流明/瓦，到了1999年已達(dá)到15流明/瓦，相當(dāng)于一般家用白熾燈的光效，僅僅過(guò)了一年，白光LED的光效已達(dá)25流明/瓦，這一指標(biāo)與鹵鎢燈相近。隨著新材料和新工藝的采用到今天白光LED光效已經(jīng)達(dá)到300流明/瓦。如美國(guó)科銳公司(CREE)2014年初宣布白光功率型LED實(shí)驗(yàn)室光效達(dá)到303lm/W，這是科銳繼去年發(fā)布276lm/W后，又一標(biāo)志性研發(fā)成果，再度讓業(yè)界眼前一亮。
早期的LED光源光通量偏小是阻礙影視舞臺(tái)燈具發(fā)展和應(yīng)用的主要瓶頸。直到2003年以后，LED的光效可達(dá)50流明/瓦，由此才開(kāi)始了LED作為影視照明的光源。
在單顆功率提升有限的情況下，為了獲得比較高的光通量以滿足照明的需要，都采用了多顆小功率LED拼接的方式。這樣一來(lái)燈具的發(fā)光面就會(huì)比較大，而且LED出光角度基本為呈朗伯分布，約120度到180度左右，因此要滿足燈具使用的配光曲線要求，進(jìn)行二次光學(xué)設(shè)計(jì)是非常重要也是必不可少的工作。二次光學(xué)設(shè)計(jì)的目的不僅在于得到所需的出光角度和盡可能高的光效，而且需要減少雜散光的影響。
前期LED燈具均采用多顆1W至5W單芯片LED配合全反射聚光透鏡（TIR）來(lái)實(shí)現(xiàn)，因其混色在燈具外部空間完成，所以這類燈具的雜散光較多，光束控制存在較大的難度，而且在近距離使用時(shí)，會(huì)存在彩色條紋狀陰影。但是這種光路的發(fā)光效率是最高的。
為了解決彩色條紋狀陰影，開(kāi)始采用內(nèi)部混色的方法，比如單封裝RGBW四色LED的出現(xiàn)，四種顏色在TIR透鏡內(nèi)部完成混色過(guò)程，同時(shí)采用蜂巢狀格柵和微套筒裝置來(lái)減少雜散光的影響。對(duì)于白光LED也同樣可以采用這種方法。

同時(shí)，LED封裝技術(shù)逐步從引腳式封裝技術(shù)發(fā)展到目前的表面貼裝技術(shù)（SMT）、板上芯片直裝（COB）以及系統(tǒng)式封裝（SIP），尤其是COB技術(shù)在大功率LED上的大量應(yīng)用，不僅降低了封裝熱阻，而且使得大功率多芯片陣列式LED模組成為影視舞臺(tái)燈具光源的主流。現(xiàn)在各種形式的大功率COB光源在市面上不斷出現(xiàn)，這給影視照明帶來(lái)了很大的發(fā)展機(jī)遇，也保證了LED影視照明燈具能夠提供足夠的亮度。
作為影視舞臺(tái)照明的燈具，在色溫和顯色性方面都有比較高的要求，為了保證白光LED的色溫和顯色性能夠滿足影視舞臺(tái)照明，目前白光LED通常采用以下幾種方法實(shí)現(xiàn)：

第一種就是日亞公司最先采用的藍(lán)光LED芯片加釔鋁石榴石(YAG)熒光粉的方法制成白光LED。這種方法因其工藝比較簡(jiǎn)單，技術(shù)成本較低，是目前白光LED最常用的實(shí)現(xiàn)方式，但其顯色指數(shù)也相對(duì)較低。為了提高LED的顯色性，通常會(huì)添加一定的紅光熒光粉和綠光熒光粉，由于紅光熒光粉的轉(zhuǎn)化率相對(duì)較低，所以會(huì)引起總體光通量的減少，即光效的下降。通過(guò)調(diào)配熒光粉的不同比例配方可以制成不同色溫和顯色指數(shù)的白光LED。
第二種方法就是采用R、G、B三色LED芯片混光，通過(guò)調(diào)節(jié)R、G、B各種顏色上的電流達(dá)到各自的出光比例，可以獲得不同色溫和高顯色性的白光LED，但由于多芯片LED的正向電壓和光輸出不同，另外它們的溫度特性和光維持特性也不相同，因而對(duì)電路設(shè)計(jì)的要求較高，制作工藝也比較復(fù)雜，模塊間色溫差異較大。
另外一種方法就是采用近紫外芯片(NUV LED)激發(fā)R、G、B三基色熒光粉混光制成了白光LED。它利用實(shí)際上不參與配出白光的UV LED激發(fā)紅、綠、藍(lán)三基色熒光粉，由三基色熒光粉發(fā)出的三色光配成白光。這樣的方法因?yàn)閁V LED不實(shí)際參與白光的配色，因此UV LED波長(zhǎng)與強(qiáng)度的波動(dòng)對(duì)于配出的白光而言不會(huì)特別的敏感。并可根據(jù)各色熒光粉的選擇及配比，理論上可以獲得任意色溫及較高顯色指數(shù)的白光LED。只是這種熒光粉的制作工藝比較復(fù)雜。
在目前用得最多的第一種方法里面，也就是單芯片涂熒光粉獲得白光LED的方法，根據(jù)熒光粉的涂敷技術(shù)的不同，通常會(huì)有一定的色溫差異，由于熒光粉附著在LED表面，LED發(fā)光的同時(shí)產(chǎn)生的熱量會(huì)導(dǎo)致熒光粉的衰減。為了解決這個(gè)問(wèn)題，人們又采用了一種遠(yuǎn)程熒光粉技術(shù)，就是將發(fā)藍(lán)光的LED遠(yuǎn)離熒光粉層一定的距離，讓藍(lán)光遠(yuǎn)距離去激發(fā)熒光粉板從而發(fā)出白光。它不同于將藍(lán)色芯片直接覆蓋熒光粉的傳統(tǒng)白光LED設(shè)計(jì)方法，它有效避免了熒光粉材料與藍(lán)光LED芯片能量源的直接接觸。眾所周知，LED熒光粉材料受激發(fā)光后不可避免的有一部分光線向芯片的方向輻射而被吸收，不僅不能輻射出來(lái)而且還增加了芯片的熱負(fù)擔(dān)。而配合遠(yuǎn)程熒光粉技術(shù)的混光腔設(shè)計(jì)保證了大部分反方向的光線能夠被取出成為有效的輻射，從而提高LED燈具的整體效率，整燈效率可以提高15~30%。混光腔的另一個(gè)好處是使LED燈具出光非常均勻，無(wú)需使用散光板即可得到均勻、舒適的光線。
熒光粉遠(yuǎn)離LED芯片的設(shè)計(jì)，使LED芯片和熒光粉兩個(gè)熱源有效分離，避免了熱疊加，改善了LED晶元和熒光粉的散熱環(huán)境，從而降低LED燈具各部件（主要是LED芯片和熒光粉）的工作溫度，切實(shí)消除了膠體在高溫工作狀態(tài)下不穩(wěn)定的問(wèn)題?？傊?，應(yīng)用遠(yuǎn)程熒光粉技術(shù)的大功率LED燈具具有高光效、低光衰、發(fā)光均勻的特點(diǎn)，是一種理想的LED大功率燈具的技術(shù)方案，珠江燈光新近推出了一款遠(yuǎn)程熒光粉技術(shù)燈具。
另外，影視照明LED燈具都采用恒流驅(qū)動(dòng)方式，調(diào)光采用PWM方式，在調(diào)光過(guò)程中半導(dǎo)體電子能級(jí)并沒(méi)有發(fā)生躍遷，光的頻率基本沒(méi)有變化，所以LED的燈具和鹵鎢燈相比，調(diào)光時(shí)的色溫是比較穩(wěn)定的?；谕瑯拥脑?，顯色性也不會(huì)發(fā)生明顯的變化。這樣的技術(shù)使得影視照明的LED燈具在色溫和顯色性上得到了很好保證。

LED影視照明的前景

LED影視照明技術(shù)代表著節(jié)能環(huán)保、綠色低碳的發(fā)展趨勢(shì)。雖然影視照明領(lǐng)域的LED燈具目前還處在發(fā)展完善階段，但憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，必將逐步取代傳統(tǒng)鎢絲燈具。那是因?yàn)長(zhǎng)ED的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)突出。
隨著LED技術(shù)的不斷發(fā)展和生產(chǎn)工藝的不斷改進(jìn)，將會(huì)使得LED的光效更高、色溫更加純正和穩(wěn)定一致、顯色指數(shù)也會(huì)進(jìn)一步提高。與之配套的散熱技術(shù)也越來(lái)越先進(jìn)。以上種種都會(huì)使LED作為影視照明光源在未來(lái)的市場(chǎng)中占據(jù)重要的位置。
全世界的國(guó)家都在倡導(dǎo)節(jié)約能源，都制定了相關(guān)的政策法規(guī)鼓勵(lì)節(jié)能。我們國(guó)家也制定了相關(guān)政策大力支持LED照明的發(fā)展。
21世紀(jì)是 LED照明時(shí)代，LED影視照明的實(shí)現(xiàn)和發(fā)展，將為影視照明帶來(lái)一次翻天覆地的變化，借助于LED的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，LED影視照明的未來(lái)將會(huì)是一片光明。

文章來(lái)源：珠江燈光
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