我国LED舞台灯具现状及相关思考

中国演艺设备技术协会演出场馆设备专业委员会LED灯具调研组 陈国义

LED以其节能、绿色环保、寿命长等突出优点成为照明行业的新一代光源，目前，用于影视舞台灯光的LED灯具在研发生产方面存在技术水平参差不齐的现象。为了进一步促进LED舞台影视灯具研发生产的健康发展，中国演艺设备技术协会将立项制定相关技术标准提上日程，并考虑进行LED舞台影视灯具的评优工作。2010年2月～3月，协会演出场馆设备专业委员会组织近10位专家到北京、广州、深圳、杭州等地区的部分LED舞台影视灯具生产厂家进行调研。通过此次调研，专家组对我国LED影视舞台灯具生产技术水平进行了初步的了解，并对其目前的优势、不足及未来发展进行了思考。笔者将此次调研的所见所想稍加整理，仅供业内人士参考。

1 国际先进的LED舞台灯具

在这次调研中，专家组看到了一些国外企业在我国市场新近推出的LED舞台灯具，显现了LED舞台灯具发展值得我们关注和思考的一个趋势。

（1）ETC公司的Selador系列LED舞台灯具

粗看之下，Selador系列与国产灯具区别不大，也是单颗LED管加杯状全反射聚光透镜平面阵列的结构。但仔细观察后发现，该系列灯具最大的特点是采用红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色不同的LED管组合成阵列，能在很宽的可见光谱范围准确还原舞台上需要的各种彩色光线。七色LED可分别调光，几乎能调出人类能感觉到的自然界的所有色光。Selator系列灯具是以钨丝灯泡为目标进行研发的，力求更准确地还原人的皮肤色调。

色彩的增多，使可调节的参数增加，选色的过程也更为复杂。为便于使用，该系列灯具用软件改进了控制方式，配合ETC公司的调光控制台，将国际上常用的滤色纸的色光样品显示在控制台显示屏上，点击屏上色纸样品色标便可定位灯具光色，完全符合灯光设计师原来的使用习惯，可谓投其所好。另外，为更好地适应不同的色调需要，Selator系列还设计了不同特性的型号，如Lustr更适合用于调出各种色温的白光；Paletta更适合用于调出各种强烈饱和的色光；Vivid-R更适合用于调出生动的远距离的色光要求。开发人员的设计思路体现出对舞台灯具的深刻理解，给人留下深刻印象。

全色谱的灯具可适用于各种应用场合，但是当使用单一色光时，有一些LED管为关闭状态，虽然不耗电，但是总的出光量减少，为了提高灯具使用效率，Selador系列还推出了更适合用于暖色调的型号VIVID FIER和更适合用于冷色调的型号VIVID ICE。VIVID FIRE中增加了暖色系的LED管，替换了冷色系的青色和蓝色LED管。VIVID ICE中增加了冷色系的LED管，替换了暖色系的橙色和黄色LED管。该系列灯具虽然每种色光的外部控制都只用一个8位的DMX512通道，但是灯内变光还是用15位（2 Byte），既便于控制，现场操控调光过程也没有突跳或闪动，十分平滑顺畅。

Selador系列灯具精心的设计从模拟高显色性的钨丝光源出发，为绿色节能的LED光源全面取代低效耗能的钨丝灯泡迈开了扎实的一步。

（2）VARI LITE公司的VLX新型LED染色电脑灯

这是一款聚光灯具，采用RGBW四种色彩的大功率LED模块，四色LED在灯具内部通过光导管混光后射出单一色光。功率大，亮度高，彩色光斑均匀，变色、变焦、摇头等功能优秀。灯具的色彩选用、一致性调整等功能，都是通过控制软件来实施，并可达到良好的多灯一致性，是目前比较理想的柔光型LED舞台灯具。

之前的很多LED灯具都是采用单颗LED管加透镜组合成阵列，容易出现带花纹的光斑或彩色阴影。而VLX避免了这种情况，该灯研制了内部四色均匀混色系统，这是一项专利技术。它采用了更大功率的LED管，红、绿、蓝、白四颗并列的LED管功率高达120 W，体积只有10 mm3左右。长长的光导管将四色光在灯具内部均匀混合后射出。先进的热管散热技术，小巧的主动式风冷系统保证了LED芯片在工作中温升较小，严格的温度控制保证了光源在使用10 000小时后，还能达到新灯70%的亮度输出。为了满足舞台演出大光通量的要求，该灯内部采用模块式结构，用7个相同的光学模块组合成一个灯具。灯具最大输出时耗电约1 000 W左右，输出的光通量可达14 000 lm，接近1 200 W普通电脑灯的光通量。模块化的设计还可简化光学部件的更换。

为演出需要，VLX还配有一个可拆卸的变焦系统（见图1），灯具前部有两块薄薄的聚光镜片，设计十分独特，一块动片在信号控制下移动很小一段距离，光束变焦范围在23°～60°之间。光斑均匀，边缘柔和，色彩鲜艳明亮。该灯各个色光通道都是16 bit（2个DMX512通道），调光过程平滑细腻，无闪烁或跳变现象。内部软件可将色光控制模式变为其他更易使用的方式，如在控制台显示器上的一个圆形色轮上移动鼠标位置，灯光可随之变到所需要的色彩。当调到白色光时，还可控制色温在3 000 K ～ 9 000 K之间进行无级变化。灯具软件的设计相当先进，如果一个灯具换了一个光学模块，可以调整7个模块发光的一致性。10 000小时的灯具寿命对绝大多数用户来说足够长了。

2 国内LED舞台灯具现状

2.1 可喜的进步

在调研中，专家组看到国内LED灯具生产经过几年的发展，不光在企业数量、生产规模上有很大发展，在研究开发上也有可喜的进展。

（1）变焦类灯具

LED灯具不像传统的灯具那样，用一块聚光透镜可方便地调节焦距，改变光束角度。由于LED管功率很小，一个舞台灯具需要使用几十个LED管，每个LED配一个聚光杯，几十个LED加聚光杯的组合固定在一个平面，相对位置要求严格配合。因此，以前的LED舞台灯具大多是固定焦距的灯型，在舞台上使用不太灵活。在这次调研中，专家组看到有几家公司开发出了带变焦功能的灯型，可变的光束角更加贴近舞台演出的需求。工艺上也很精致，调节过程遥控操作，推动控制台上的滑杆，光束角度变化十分顺滑。在2009年时，一些企业曾在专业展会上展示过LED变焦灯具的模型，没想到只过了几个月就看到了成品，而且相当成熟，可见一些企业在研发、生产实力方面进步很快。

（2）大功率模块灯具的进展

由于LED灯具需要使用许多LED管，以大量LED光源产生的光束组合成一个集中的光束，因而产生的光斑边缘模糊柔和，散光范围很大，调整和控制都比较困难。除了上述变焦困难外，无法实现光斑边缘明晰的舞台聚光灯或成像聚光灯效果。因此，如果LED光源能增大功率，一个灯具只用一个光源，即可类似原先用灯泡的灯具，用一块透镜调节光斑，达到舞台聚光灯光束控制的要求。在这次调研中，专家组高兴地看到，大功率LED集成模块灯具开发也有进展，除了此前有公司开发出的100 W柔光灯具，还有公司已经研发出几款图案聚光类灯型，单灯功率在100 W左右。虽然在舞台上使用时，光束亮度还是比较小，但是能出现边缘硬朗的光斑，还可像舞台成像灯那样出现清晰的图案，这些都是LED舞台灯具方面的一个突破，我们期待着更大功率的LED成像聚光类灯具的产生。

（3）管理水平和产品质量的提高

在调研中专家组看到，经过几年的改进，企业都十分重视产品质量，有各自的企业标准和质量管理制度，产品质量比较前几年有较大进步。

比如，与LED性能和寿命密切相关的灯具内部发热量管理和温度控制得到重视，传导散热系统设计得相当到位，LED管芯温度能维持在较低水平。部分产品应用热管传导加散热器的方式用以降低LED管芯工作温度，提高灯具寿命的技术在大功率LED灯具中的使用与国外技术基本同步。与灯具寿命相关的流明维持率指标也得到重视，某企业内部指标为：灯具点亮5 000小时流明维持率达到97%以上，据推算，这个水平已经高于国际上较高的35 000小时寿命的先进标准。看到这些先进的管理和技术，增强了我们对推广使用国产LED舞台灯具的信心。

LED灯具的调光控制也有进步，各公司普遍从开始的8位（1个DMX512通道）改进为16位（2个DMX512通道）控制，调光过程闪烁现象大大减少。由于较优的性价比，许多产品大量出口到世界各地，甚至欧美发达国家，在国际市场广受欢迎。

（4）国际先进元器件的使用

在LED先进技术的应用方面，我国与国际先进水平已经十分接近。我国已经成为国际上LED演艺灯具生产数量最多的国家，国际上LED光源研发最先进的大公司如欧司朗、科瑞、飞利浦等公司十分看重中国市场，也愿意将最新的先进产品样品主动送上门来，提供试验应用。在本次调研中，专家组亲历了这样的场景，看到了国际著名光源公司的最先进样品。这些改变了以前国内企业采用国际最新技术总是滞后的状况，对我国LED舞台灯具加快发展步伐，尽快赶超国际先进水平，促进LED在舞台灯具的应用，创建了一个极为有利的环境。

2.2 存在问题

尽管进步明显，但是由于国内LED舞台灯具生产厂家面大量多，生产和研发水平参差不齐，尚存多方面的问题。

（1）产品外形类同，缺乏个性

调研中，专家组看到目前国内大多数LED舞台灯具生产企业的产品类似者居多。最明显的是外形类同，或为圆形，或为长方形，一个个圆形的聚光透镜组成的发光平面，如同一个模具成型。仔细研究才可分辨LED管数量及内部LED管功率。若不细看，几乎分不清是哪个企业的产品。

（2）光路类同，灯具品种单一

由于绝大多数LED灯具使用1 W～5 W的LED管加全反射透镜聚光杯的光路结构，仔细测量，可测出光效、寿命等参数的不同，但是用于舞台演出，光束效果基本相当于一个PAR灯，圆形、边缘柔和的光斑，无法切割或遮挡，被舞台人物或景片挡住后，还会产生彩色条纹状的阴影，影响舞台效果。这将难以应用于话剧、戏曲和某些安静优雅的舞蹈场景上。另外，这类灯具在有效光束外存在大量的杂散光，由于是多点光源，难以像原先的舞台灯具那样使用灯具前的遮扉挡住，达到控制杂散光效果。

3)政务外网:政务外网由当地政府统一建设,非涉密网,与互联网逻辑隔离。在政务外网边界部署防火墙用于访问控制,并通过入侵防御模块主动防御外部攻击;配置一台上网行为管理设备,提供网页访问过滤、用户行为分析、访问记录等功能。

舞台演出中需要的灯具品种多样，各有不同用途，如目前舞台上大量使用的聚光灯、成像聚光灯，还没有对应的可以替代的LED灯具。

（3）重生产、轻研发，开发投入普遍较少

从行业整体发展的程度来看，我国除了几个大型企业已经投入力量进行研发，绝大多数生产厂家仅仅是大量地组织生产，很少考虑新产品的研究和开发，上述两点也反映出国内生产企业在研发方面还十分薄弱，许多厂家还只是从市场上采购零件装配灯具，难以保证灯具质量和寿命。

（4）无行业标准，质量参差不齐

生产过程中，制成的一个圆形晶片可切割成几万颗LED芯片，晶片中心和边缘割下的LED芯片质量性能会有很大差别，需要进行分类、筛选、分级，不同质量的LED芯片，价格也会有很大区别。优质的灯具必然需要较高的成本，其中包括选用优质的LED，包括光源外围的电源、控制电路等的零配件寿命等，高质量的产品必然以高成本为基础，这是目前LED灯具发展的必然代价。

虽然经过几年发展，我国LED舞台灯具已经成规模地生产和应用，但是由于没有统一的行业标准，市场上的LED灯具质量和价格相差很大，令非专业的用户难以选择和决策。有时花高价买到的是低质灯具，灯具发光效率与预期有较大差距，使用寿命更是难以保证，短期内发光衰减严重。既不节能，也不长寿，对LED舞台灯具的发展和推广起了负面的作用。

3 发展建议

国内LED舞台灯具大部分采用LED单管加全反射透镜组合排列的灯型，与ETC公司Selador 系列七色LED舞台灯具相比，光路类似，但是Selador系列灯具丰富的色彩，精心设计的各色LED管不同数量的分配及其在灯内位置的安排，控制软件的开发等优点，相比之下，我国的大多数产品显得简单而粗放。LED灯具替代白炽灯类舞台灯具，省去了滤色纸和换色器，如果原先白炽灯加滤色纸能产生的色光用LED灯具产生不出来，灯光设计师就难以接受。ETC就是从灯光设计师的角度出发，增加灯内彩色LED管的品种，补全了灯具出射色光的色彩范围，获得灯光设计师的好评。我国的灯具设计师应对舞台灯具的特性作深入理解，如何与灯光设计师更多、更深入地沟通和互动，将是我国企业研发要努力的方向。

（2）大功率芯片和模块的应用

近两年，国内的一些公司将LED管芯阵列通过串并联集成封装在一块大的散热基板上，制成大功率模块；一些国外公司在LED芯片正面以网格状的金丝均衡电流，背面用很厚的铜质基板散热等技术制成功率几十瓦（甚至上百瓦）的单一LED芯片。虽然这些大功率的模块或芯片的光效比单一较小功率的芯片稍低，但是得益于LED技术发展，灯具整体光效快速、不断地提高，这些大功率芯片的光效相比白炽灯或其他光源的效率有很大的优势。国内已经有企业以此为基础开发出灯具，基本采用白光LED，光路沿用传统聚光灯具。对比VARILITE公司的VLX新型LED染色电脑灯，用红、绿、蓝、白四色功率模块集成、光导管混色、双层专用片状聚光镜变焦等技术，国内大功率模块的彩色LED灯具还是空白。

（3）新聚光类LED灯具品种的开发

从本次调研的情况看，国内生产的LED舞台灯具类型还不齐全。舞台用彩色RGB LED灯具基本为柔光或光束灯（PAR灯）类灯具，光束的可控性较差。舞台演出需要多种不同类型的灯具，其中光束可控性好的聚光灯或成像聚光灯，目前的LED灯具尚无类似灯型，比较接近的是图案聚光灯，虽然最近有少量新品，但功率尚小， LED芯片技术有待发展。利用大功率芯片开发聚光类灯具必须等待上游芯片技术的进步，需要多少年，还不得而知。如何利用现有功率相对较小的LED芯片，通过多个芯片的组合，在灯具内部混合色光，用创新的光学设计，尝试创建出一种新的光路系统，开发出更大功率的聚光类舞台灯具，是目前舞台灯光人员所盼望的。

（4）产品质量的大面积提高

由于缺乏统一的国家或行业标准，国内大量LED灯具公司的产品质量差异相当大。大部分公司没有科学的测试手段，对灯具的舞台功能定位更是不甚了解。比如，LED灯具的寿命要求在10 000小时以上，而这一点难以用几年时间将灯具长时间点燃进行测试、检验。所以，很多企业并不对产品进行任何测试，只是盲目根据LED芯片厂家提供的数据，在灯具上标示几万小时的寿命。而实际使用中，短期内可能就会出现灯具光效衰减明显、故障频繁等现象。

另外，市场上LED灯具的零配件很多，全套的LED灯具零配件很容易采购齐全，企业一哄而上，难免鱼龙混杂。LED灯具生产的门槛极低，但是要生产一个真正长寿命、合格的LED灯具则很不容易。对于反映LED灯具长寿命特色的流明维持率指标测试方法和指标数据，现在国际上已经有一些标准的测试方法，国内许多公司还缺乏认识和测试手段，有待进一步补充和规范。如果本行业能制定统一的测试标准，各生产厂家在产品定型及生产过程能够有规范的检验和测试，对大面积提高LED舞台灯具质量，促进节能高效的LED舞台灯具的推广将大有裨益。

LED灯具与传统灯具不同，不仅是光源与灯具一体，也是光源与电源、控制电路一体的设备，不宜于用户自己维修、更换光源。因此，LED灯具要想在影视舞台领域得到广泛应用，就要求灯具的生产者提供适用、好用的灯具。如果在生产、研发各环节没有良好的控制，产品质量就无法得到提升和保证，继而造成灯具在实际应用中难以推广。要想充分发挥LED用于影视舞台灯具的作用，需要全行业进一步规范生产，加大研发创新力度，需要广大的企业、科技人员的共同努力。