我國LED舞臺燈具現狀及相關思考

中國演藝設備技術協會演出場館設備專業委員會LED燈具調研組 陳國義

LED以其節能、綠色環保、壽命長等突出優點成為照明行業的新一代光源，目前，用于影視舞臺燈光的LED燈具在研發生產方面存在技術水平參差不齊的現象。為了進一步促進LED舞臺影視燈具研發生產的健康發展，中國演藝設備技術協會將立項制定相關技術標準提上日程，并考慮進行LED舞臺影視燈具的評優工作。2010年2月～3月，協會演出場館設備專業委員會組織近10位專家到北京、廣州、深圳、杭州等地區的部分LED舞臺影視燈具生產廠家進行調研。通過此次調研，專家組對我國LED影視舞臺燈具生產技術水平進行了初步的了解，并對其目前的優勢、不足及未來發展進行了思考。筆者將此次調研的所見所想稍加整理，僅供業內人士參考。

1 國際先進的LED舞臺燈具

在這次調研中，專家組看到了一些國外企業在我國市場新近推出的LED舞臺燈具，顯現了LED舞臺燈具發展值得我們關注和思考的一個趨勢。

（1）ETC公司的Selador系列LED舞臺燈具

粗看之下，Selador系列與國產燈具區別不大，也是單顆LED管加杯狀全反射聚光透鏡平面陣列的結構。但仔細觀察后發現，該系列燈具最大的特點是采用紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七色不同的LED管組合成陣列，能在很寬的可見光譜范圍準確還原舞臺上需要的各種彩色光線。七色LED可分別調光，幾乎能調出人類能感覺到的自然界的所有色光。Selator系列燈具是以鎢絲燈泡為目標進行研發的，力求更準確地還原人的皮膚色調。

色彩的增多，使可調節的參數增加，選色的過程也更為復雜。為便于使用，該系列燈具用軟件改進了控制方式，配合ETC公司的調光控制臺，將國際上常用的濾色紙的色光樣品顯示在控制臺顯示屏上，點擊屏上色紙樣品色標便可定位燈具光色，完全符合燈光設計師原來的使用習慣，可謂投其所好。另外，為更好地適應不同的色調需要，Selator系列還設計了不同特性的型號，如Lustr更適合用于調出各種色溫的白光；Paletta更適合用于調出各種強烈飽和的色光；Vivid-R更適合用于調出生動的遠距離的色光要求。開發人員的設計思路體現出對舞臺燈具的深刻理解，給人留下深刻印象。

全色譜的燈具可適用于各種應用場合，但是當使用單一色光時，有一些LED管為關閉狀態，雖然不耗電，但是總的出光量減少，為了提高燈具使用效率，Selador系列還推出了更適合用于暖色調的型號VIVID FIER和更適合用于冷色調的型號VIVID ICE。VIVID FIRE中增加了暖色系的LED管，替換了冷色系的青色和藍色LED管。VIVID ICE中增加了冷色系的LED管，替換了暖色系的橙色和黃色LED管。該系列燈具雖然每種色光的外部控制都只用一個8位的DMX512通道，但是燈內變光還是用15位（2 Byte），既便于控制，現場操控調光過程也沒有突跳或閃動，十分平滑順暢。

Selador系列燈具精心的設計從模擬高顯色性的鎢絲光源出發，為綠色節能的LED光源全面取代低效耗能的鎢絲燈泡邁開了扎實的一步。

（2）VARI LITE公司的VLX新型LED染色電腦燈

這是一款聚光燈具，采用RGBW四種色彩的大功率LED模塊，四色LED在燈具內部通過光導管混光后射出單一色光。功率大，亮度高，彩色光斑均勻，變色、變焦、搖頭等功能優秀。燈具的色彩選用、一致性調整等功能，都是通過控制軟件來實施，并可達到良好的多燈一致性，是目前比較理想的柔光型LED舞臺燈具。

之前的很多LED燈具都是采用單顆LED管加透鏡組合成陣列，容易出現帶花紋的光斑或彩色陰影。而VLX避免了這種情況，該燈研制了內部四色均勻混色系統，這是一項專利技術。它采用了更大功率的LED管，紅、綠、藍、白四顆并列的LED管功率高達120 W，體積只有10 mm3左右。長長的光導管將四色光在燈具內部均勻混合后射出。先進的熱管散熱技術，小巧的主動式風冷系統保證了LED芯片在工作中溫升較小，嚴格的溫度控制保證了光源在使用10 000小時后，還能達到新燈70%的亮度輸出。為了滿足舞臺演出大光通量的要求，該燈內部采用模塊式結構，用7個相同的光學模塊組合成一個燈具。燈具最大輸出時耗電約1 000 W左右，輸出的光通量可達14 000 lm，接近1 200 W普通電腦燈的光通量。模塊化的設計還可簡化光學部件的更換。

為演出需要，VLX還配有一個可拆卸的變焦系統（見圖1），燈具前部有兩塊薄薄的聚光鏡片，設計十分獨特，一塊動片在信號控制下移動很小一段距離，光束變焦范圍在23°～60°之間。光斑均勻，邊緣柔和，色彩鮮艷明亮。該燈各個色光通道都是16 bit（2個DMX512通道），調光過程平滑細膩，無閃爍或跳變現象。內部軟件可將色光控制模式變為其他更易使用的方式，如在控制臺顯示器上的一個圓形色輪上移動鼠標位置，燈光可隨之變到所需要的色彩。當調到白色光時，還可控制色溫在3 000 K ～ 9 000 K之間進行無級變化。燈具軟件的設計相當先進，如果一個燈具換了一個光學模塊，可以調整7個模塊發光的一致性。10 000小時的燈具壽命對絕大多數用戶來說足夠長了。

2 國內LED舞臺燈具現狀

2.1 可喜的進步

在調研中，專家組看到國內LED燈具生產經過幾年的發展，不光在企業數量、生產規模上有很大發展，在研究開發上也有可喜的進展。

（1）變焦類燈具

LED燈具不像傳統的燈具那樣，用一塊聚光透鏡可方便地調節焦距，改變光束角度。由于LED管功率很小，一個舞臺燈具需要使用幾十個LED管，每個LED配一個聚光杯，幾十個LED加聚光杯的組合固定在一個平面，相對位置要求嚴格配合。因此，以前的LED舞臺燈具大多是固定焦距的燈型，在舞臺上使用不太靈活。在這次調研中，專家組看到有幾家公司開發出了帶變焦功能的燈型，可變的光束角更加貼近舞臺演出的需求。工藝上也很精致，調節過程遙控操作，推動控制臺上的滑桿，光束角度變化十分順滑。在2009年時，一些企業曾在專業展會上展示過LED變焦燈具的模型，沒想到只過了幾個月就看到了成品，而且相當成熟，可見一些企業在研發、生產實力方面進步很快。

（2）大功率模塊燈具的進展

由于LED燈具需要使用許多LED管，以大量LED光源產生的光束組合成一個集中的光束，因而產生的光斑邊緣模糊柔和，散光范圍很大，調整和控制都比較困難。除了上述變焦困難外，無法實現光斑邊緣明晰的舞臺聚光燈或成像聚光燈效果。因此，如果LED光源能增大功率，一個燈具只用一個光源，即可類似原先用燈泡的燈具，用一塊透鏡調節光斑，達到舞臺聚光燈光束控制的要求。在這次調研中，專家組高興地看到，大功率LED集成模塊燈具開發也有進展，除了此前有公司開發出的100 W柔光燈具，還有公司已經研發出幾款圖案聚光類燈型，單燈功率在100 W左右。雖然在舞臺上使用時，光束亮度還是比較小，但是能出現邊緣硬朗的光斑，還可像舞臺成像燈那樣出現清晰的圖案，這些都是LED舞臺燈具方面的一個突破，我們期待著更大功率的LED成像聚光類燈具的產生。

（3）管理水平和產品質量的提高

在調研中專家組看到，經過幾年的改進，企業都十分重視產品質量，有各自的企業標準和質量管理制度，產品質量比較前幾年有較大進步。

比如，與LED性能和壽命密切相關的燈具內部發熱量管理和溫度控制得到重視，傳導散熱系統設計得相當到位，LED管芯溫度能維持在較低水平。部分產品應用熱管傳導加散熱器的方式用以降低LED管芯工作溫度，提高燈具壽命的技術在大功率LED燈具中的使用與國外技術基本同步。與燈具壽命相關的流明維持率指標也得到重視，某企業內部指標為：燈具點亮5 000小時流明維持率達到97%以上，據推算，這個水平已經高于國際上較高的35 000小時壽命的先進標準?？吹竭@些先進的管理和技術，增強了我們對推廣使用國產LED舞臺燈具的信心。

LED燈具的調光控制也有進步，各公司普遍從開始的8位（1個DMX512通道）改進為16位（2個DMX512通道）控制，調光過程閃爍現象大大減少。由于較優的性價比，許多產品大量出口到世界各地，甚至歐美發達國家，在國際市場廣受歡迎。

（4）國際先進元器件的使用

在LED先進技術的應用方面，我國與國際先進水平已經十分接近。我國已經成為國際上LED演藝燈具生產數量最多的國家，國際上LED光源研發最先進的大公司如歐司朗、科瑞、飛利浦等公司十分看重中國市場，也愿意將最新的先進產品樣品主動送上門來，提供試驗應用。在本次調研中，專家組親歷了這樣的場景，看到了國際著名光源公司的最先進樣品。這些改變了以前國內企業采用國際最新技術總是滯后的狀況，對我國LED舞臺燈具加快發展步伐，盡快趕超國際先進水平，促進LED在舞臺燈具的應用，創建了一個極為有利的環境。

2.2 存在問題

盡管進步明顯，但是由于國內LED舞臺燈具生產廠家面大量多，生產和研發水平參差不齊，尚存多方面的問題。

（1）產品外形類同，缺乏個性

調研中，專家組看到目前國內大多數LED舞臺燈具生產企業的產品類似者居多。最明顯的是外形類同，或為圓形，或為長方形，一個個圓形的聚光透鏡組成的發光平面，如同一個模具成型。仔細研究才可分辨LED管數量及內部LED管功率。若不細看，幾乎分不清是哪個企業的產品。

（2）光路類同，燈具品種單一

由于絕大多數LED燈具使用1 W～5 W的LED管加全反射透鏡聚光杯的光路結構，仔細測量，可測出光效、壽命等參數的不同，但是用于舞臺演出，光束效果基本相當于一個PAR燈，圓形、邊緣柔和的光斑，無法切割或遮擋，被舞臺人物或景片擋住后，還會產生彩色條紋狀的陰影，影響舞臺效果。這將難以應用于話劇、戲曲和某些安靜優雅的舞蹈場景上。另外，這類燈具在有效光束外存在大量的雜散光，由于是多點光源，難以像原先的舞臺燈具那樣使用燈具前的遮扉擋住，達到控制雜散光效果。

3)政務外網:政務外網由當地政府統一建設,非涉密網,與互聯網邏輯隔離。在政務外網邊界部署防火墻用于訪問控制,并通過入侵防御模塊主動防御外部攻擊;配置一臺上網行為管理設備,提供網頁訪問過濾、用戶行為分析、訪問記錄等功能。

舞臺演出中需要的燈具品種多樣，各有不同用途，如目前舞臺上大量使用的聚光燈、成像聚光燈，還沒有對應的可以替代的LED燈具。

（3）重生產、輕研發，開發投入普遍較少

從行業整體發展的程度來看，我國除了幾個大型企業已經投入力量進行研發，絕大多數生產廠家僅僅是大量地組織生產，很少考慮新產品的研究和開發，上述兩點也反映出國內生產企業在研發方面還十分薄弱，許多廠家還只是從市場上采購零件裝配燈具，難以保證燈具質量和壽命。

（4）無行業標準，質量參差不齊

生產過程中，制成的一個圓形晶片可切割成幾萬顆LED芯片，晶片中心和邊緣割下的LED芯片質量性能會有很大差別，需要進行分類、篩選、分級，不同質量的LED芯片，價格也會有很大區別。優質的燈具必然需要較高的成本，其中包括選用優質的LED，包括光源外圍的電源、控制電路等的零配件壽命等，高質量的產品必然以高成本為基礎，這是目前LED燈具發展的必然代價。

雖然經過幾年發展，我國LED舞臺燈具已經成規模地生產和應用，但是由于沒有統一的行業標準，市場上的LED燈具質量和價格相差很大，令非專業的用戶難以選擇和決策。有時花高價買到的是低質燈具，燈具發光效率與預期有較大差距，使用壽命更是難以保證，短期內發光衰減嚴重。既不節能，也不長壽，對LED舞臺燈具的發展和推廣起了負面的作用。

3 發展建議

國內LED舞臺燈具大部分采用LED單管加全反射透鏡組合排列的燈型，與ETC公司Selador 系列七色LED舞臺燈具相比，光路類似，但是Selador系列燈具豐富的色彩，精心設計的各色LED管不同數量的分配及其在燈內位置的安排，控制軟件的開發等優點，相比之下，我國的大多數產品顯得簡單而粗放。LED燈具替代白熾燈類舞臺燈具，省去了濾色紙和換色器，如果原先白熾燈加濾色紙能產生的色光用LED燈具產生不出來，燈光設計師就難以接受。ETC就是從燈光設計師的角度出發，增加燈內彩色LED管的品種，補全了燈具出射色光的色彩范圍，獲得燈光設計師的好評。我國的燈具設計師應對舞臺燈具的特性作深入理解，如何與燈光設計師更多、更深入地溝通和互動，將是我國企業研發要努力的方向。

（2）大功率芯片和模塊的應用

近兩年，國內的一些公司將LED管芯陣列通過串并聯集成封裝在一塊大的散熱基板上，制成大功率模塊；一些國外公司在LED芯片正面以網格狀的金絲均衡電流，背面用很厚的銅質基板散熱等技術制成功率幾十瓦（甚至上百瓦）的單一LED芯片。雖然這些大功率的模塊或芯片的光效比單一較小功率的芯片稍低，但是得益于LED技術發展，燈具整體光效快速、不斷地提高，這些大功率芯片的光效相比白熾燈或其他光源的效率有很大的優勢。國內已經有企業以此為基礎開發出燈具，基本采用白光LED，光路沿用傳統聚光燈具。對比VARILITE公司的VLX新型LED染色電腦燈，用紅、綠、藍、白四色功率模塊集成、光導管混色、雙層專用片狀聚光鏡變焦等技術，國內大功率模塊的彩色LED燈具還是空白。

（3）新聚光類LED燈具品種的開發

從本次調研的情況看，國內生產的LED舞臺燈具類型還不齊全。舞臺用彩色RGB LED燈具基本為柔光或光束燈（PAR燈）類燈具，光束的可控性較差。舞臺演出需要多種不同類型的燈具，其中光束可控性好的聚光燈或成像聚光燈，目前的LED燈具尚無類似燈型，比較接近的是圖案聚光燈，雖然最近有少量新品，但功率尚小， LED芯片技術有待發展。利用大功率芯片開發聚光類燈具必須等待上游芯片技術的進步，需要多少年，還不得而知。如何利用現有功率相對較小的LED芯片，通過多個芯片的組合，在燈具內部混合色光，用創新的光學設計，嘗試創建出一種新的光路系統，開發出更大功率的聚光類舞臺燈具，是目前舞臺燈光人員所盼望的。

（4）產品質量的大面積提高

由于缺乏統一的國家或行業標準，國內大量LED燈具公司的產品質量差異相當大。大部分公司沒有科學的測試手段，對燈具的舞臺功能定位更是不甚了解。比如，LED燈具的壽命要求在10 000小時以上，而這一點難以用幾年時間將燈具長時間點燃進行測試、檢驗。所以，很多企業并不對產品進行任何測試，只是盲目根據LED芯片廠家提供的數據，在燈具上標示幾萬小時的壽命。而實際使用中，短期內可能就會出現燈具光效衰減明顯、故障頻繁等現象。

另外，市場上LED燈具的零配件很多，全套的LED燈具零配件很容易采購齊全，企業一哄而上，難免魚龍混雜。LED燈具生產的門檻極低，但是要生產一個真正長壽命、合格的LED燈具則很不容易。對于反映LED燈具長壽命特色的流明維持率指標測試方法和指標數據，現在國際上已經有一些標準的測試方法，國內許多公司還缺乏認識和測試手段，有待進一步補充和規范。如果本行業能制定統一的測試標準，各生產廠家在產品定型及生產過程能夠有規范的檢驗和測試，對大面積提高LED舞臺燈具質量，促進節能高效的LED舞臺燈具的推廣將大有裨益。

LED燈具與傳統燈具不同，不僅是光源與燈具一體，也是光源與電源、控制電路一體的設備，不宜于用戶自己維修、更換光源。因此，LED燈具要想在影視舞臺領域得到廣泛應用，就要求燈具的生產者提供適用、好用的燈具。如果在生產、研發各環節沒有良好的控制，產品質量就無法得到提升和保證，繼而造成燈具在實際應用中難以推廣。要想充分發揮LED用于影視舞臺燈具的作用，需要全行業進一步規范生產，加大研發創新力度，需要廣大的企業、科技人員的共同努力。