您现在的位置:中国智能建筑信息网>> 技术文章>>文章内容
分享到:    

中国影视照明LED的光明之路

 

摘 要:半导体照明材料成为中国新材料领域战略性新兴产业之一。伴随着LED市场拓展和技术进步以及政策的助力,LED照明灯具高举“高光效、低碳耗、长寿命、多功能”大旗,在照明行业掀起了革命性浪潮,成为“第四代新光源”。如果说LED照明灯具在公共照明领域的广泛运用是“第一次飞跃”,同样,大功率 LED照明灯具在影视照明领域必将掀起“二次飞跃”。了解 LED照明灯具及其在影视照明领域的应用规律,探索影视照明 LED面临的机遇与挑战,对于我们做好影视生产中的照明工作有着积极意义。中国影视照明 LED必将走出一条大发展大繁荣的“光明之路”。

关键词:影视照明;LED;机遇与挑战;光明之路

 

    LEDLightEmittingDiode)中文意思为发光二极管,是一种能够将电能转化为光能的固态半导体器件。随着半导体技术的迅猛发展,LED灯具高举“高光效、低碳耗、长寿命、多功能”大旗,在照明行业掀起了革命性浪潮,昂首阔步迈入“第四代新光源”之列。2003年,我国正式启动“国家半导体照明工程”计划。2009年,科技部在全国部分城市启动“十城万盏”半导体照明应用工程试点工作。2010年,国务院常务会议审议并原则通过《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》,半导体照明材料成为新材料领域战略性新兴产业之一。随着市场拓展和技术进步以及政策的助力,中国 LED产业浪潮更加势不可挡。2011年,国内一年中有7家 LED行业企业在 A股市场实现IPO,累计融资金额近40亿元。2012年我国 LED产业产值预计将超过4000亿元。如果说 LED在公共照明领域的广泛运用是“第一次飞跃”,同样,大功率 LED在影视照明领域必将掀起“二次飞跃”。了解 LED照明灯具及其在影视照明领域的应用规律,探索影视照明 LED面临的机遇与挑战,对于我们做好影视生产中的照明工作有着积极意义。

1 从传统白炽灯到影视照明 LED专业灯具,LED在照明领域实现了两次飞跃

1.1 由传统白炽灯到 LED灯,LED实现了照明领域的第一次飞跃

    LED的心脏是一个半导体的晶片,晶片的一端附在一个支架上,一端是负极,另一端连接电源的正极,使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成,一部分是P型半导体,在它里面空穴占主导地位,另一端是N型半导体,在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候,它们之间就形成一个“PN结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候,电子就会被推向P区,在P区里电子跟空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量,这就是LED发光的原理。LED发光的颜色由所使用的基本材料决定。最初,LED并没有应用于影视照明,主要是因为最初的LED只能发出红色光或黄色光,没有发出蓝光的LED。红黄蓝三色光混合后,才能产生白光,或者有直接发出白光的LED。白光 LED一般采用两种方法形成。第一种是利用“蓝光技术”与荧光粉配合形成白光;第二种是多种单色光混合方法。这两种方法都已能成功产生白光器件。目前 LED还处于半导体照明应用初期,国际上LED技术的前沿课题始终是高亮度化、全色化、更大应用范围和更低成本。虽然未来几年内LED应用市场发展最快的领域并非影视照明市场,而是显示器用背光源,不过厂商对于推动 LED普通照明市场的态度仍然非常积极,并开始推出与传统照明极为相似的 LED照明产品,包括用来取代E26/E27、GU10、MR16以及 PAR系列等不同规格的LED灯,或是应用在户外场所的景观照明、投射灯、泛光灯、地底灯、矮柱灯等,都是未来几年较常见的 LED照明应用。相较于传统光源在技术进展方面已趋成熟,LED发光效率仍有很大进步空间。据资料显示,在1998年白光LED光源刚推出的时候光效只有5lm/w,到2005年的时候光效已经达到50lm/w,目前用于商业照明的光效达到100lm/w,预计到2015年 LED的光效有可能达到200lm/w以上。2012年,随着各国正式开始禁用白炽灯,加上中国政府对 LED照明的大力扶持,LED照明应用市场迎来了巨大的发展机遇。科锐公司白光功率型 LED光效再度刷新行业最高纪录,达到 254lm/w。美国能源部及马里兰大学则采用 GE航空发动机的高速空气喷射技术研发出1500lm原型LED灯;德国研究人员研发出了新型超高亮度 LED食品均匀照明技术。此外,硅衬底大功率 LED、高压 LED、COB、LED光引擎发展等,依然是业内关注的焦点。与此同时,LED企业间对于市场的争夺将更激烈。今年五一黄金周前后,中国 LED业者们从日本东京“LEDNextStage2012”,到布局 LED广交会和中山古镇灯饰“LED照明配件与生产设备展览会”,再到德国法兰克福国际建筑与照明展,LED会展如“走马灯”,LED产品琳琅满目。中国的 LED业者机遇与挑战共存。

1.2 大功率 LED照明灯具的产生,LED实现了由传统领域到影视专业照明领域的第二次飞跃

    在影视照明领域,LED灯具的应用正在吸引着大家的目光,它作为一种新型的绿色光源产品,已经逐步走入影视照明领域。2004年,北京 BIRTV展会上 LED筒子灯(PAR灯)首次亮相,揭开了 LED在电视舞台照明的新领域的帷幕。2008北京奥运会开闭幕式及 2009年中央电视台春节联欢晚会使用广州雅江光电公司大功率YGLED603和YGLED321W灯具。2009年,星光公司使用 100WLED灯具装饰中央电视台新闻联播演播室,2010年 400WLED灯具装饰长安大剧院,真正实现了国产 LED的两个突破:一是大功率(400W以上)LED高性能投光灯在央视舞台中的首次运用;二是打破了国外产品一统中国舞台 LED的局面。伴随着1000w的 LED电脑灯及 LED的单体功率达到 400W 以上,LED灯具已经从单纯的效果照明,进入到人物照明领域,影视照明的 LED新时代已经到来。

    LED影视照明灯具的特点。一是发光效率高,低碳低耗,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,从理论上讲 LED的发光效率能达到300lm/w以上。LED还可以与太阳能电池结合起来应用,节能又环保。其本身不含有毒有害物质(如:Hg汞)。二是光色纯正,光控响应快。LED产品已覆盖了整个可见光谱范围,色彩纯度好,饱和度很高。三是防潮抗震,使用寿命长。正常情况下使用LED,其光衰可以减到70%的标准寿命10万小时,减少了更换频率和其他维护工作。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,甚至可以应用于特种照明,例如水下照明等。另外,LED还有其他很多优点如:低热量、光束角易控制、体积小等,这些都使 LED光源具有很大的优势,为应用于影视照明创造了有利条件。(参数比较如下图,参数来源参照2011年广州国际照明展及北京星光影视设备科技股份公司)

表1 LED柔光灯与传统柔光灯(三基色冷光灯)照度比较

表2 LED聚光灯与传统聚光灯照度比较

表3 LED变色灯与传统散光灯的色光照度比较

表4 LED聚光灯与传统聚光灯的色光照度比较

 

2 影视照明 LED的机遇与挑战

.1 变“追随者”为“引导者”,让“核心技术研发”成为影视照明 LED的“动力源”

    资料显示,部分 LED企业重外观而不重功用,LED照明产品质量参差不齐,研发水平停滞于只是将光源、电源、驱动板、外壳及配件进行简单的组装。不在 LED产品的核心部分下功夫,反倒是在外观方面费劲心思。通过问卷调查,LED等工业发展重地的佛山近3000多家企业近3年来39%的企业没有研发投入,41%的企业研发投入占销售收入比例仅在 1%至 5%之间。作为中国灯饰之都的中山古镇,其已成为“山寨”灯具的集散地。即使是 7家封装 LED企业,所募集资金大都用在产能扩建项目和产业链延伸上,甚至用于金融产品理财,很少见到用于技术升级或开发核心技术。深圳长方半导体照明股份有限公司(股票代码 300301)募集资金近 2亿元,今年一季报显示用于新产品研发的投入几乎为空白。相反,美、日、德、荷等全球 5大 LED厂商结成了 LED专利联盟,正步步为营推进技术垄断战略,全球 LED领域的技术和专利,多被美、日、德等发达国家的大公司所占有。专利战一触即发,中国企业恐有“走麦城”之虞,缺乏核心的技术创新能力已成中国企业屡屡失分的致命伤。中国 LED企业要建立自身的江湖地位,充当市场的引导者,就要强化自身在技术领域的话语权,通过技术升级向中、高端产品延伸,应该走出“一流企业卖技术,二流企业卖产品,三流企业卖力气”之路,切莫本末倒置,成为市场的追随者,受制于市场,被人牵着鼻子走。我国于 2003年正式启动了“国家半导体照明工程”计划。2005年又启动了“半导体照明工程产业化技术开发”重大项目。在“十一五”计划中,国家继续把半导体照明工程作为一个重大工程来推动。2006年初,“高效节能、长寿命的半导体照明产品”的研发被列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020)》中的第一重点领域(能源)的第一优先主题(工业节能)。2009年,科技部在天津、石家庄等 21个城市启动“十城万盏”半导体照明应用工程试点工作。2009年 10月,国家发改委等 6部门出台《半导体节能产业发展意见》为我国半导体照明产业指明方向。2010年 10月,国务院常务会议审议并原则通过《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》,决定明确提出现阶段重点培育和发展包括节能环保、新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、新材料、新能源汽车等七大产业。在这七大产业中,半导体照明材料成为新材料领域努力实现快速健康发展的战略性新兴产业之一。

    近期,在广州国际照明展暨 LED展期间举办“2012亚洲 LED高峰论坛”上,国内相关 LED生产企业专门设立了“CTO技术交流大会”,来自罗姆、台达电子、晶元光电、新世纪光电、艾比森光电、茂硕电源、晶能光电、杭科光电、天电光电等 LED企业首席技术主管共享当前最先的 LED技术,共同探讨 LED技术发展难题。

 

.2 变“贴洋牌”为“树品牌”,亟待出台大中华地区 LED自主品牌的“民族国标”

    目前,我国 LED产业的产量为全球第一,产值位居全球第二。传统白炽灯将淡出市场,LED灯具将成为照明市场的主流。2011年 8月初,国家发改委颁布《中国逐步淘汰白炽灯路线图》,明确规定,从 2012年 10月 1日起,禁止销售 100瓦及以上普通照明用白炽灯;2014年 10月 1日起,禁止销售 60瓦及以上普通照明用白炽灯;2016年 10月 1日起,禁止销售和进口 15瓦及以上普通照明用白炽灯。LED照明灯具必将成为一个海量的产品。目前,中国照明市场虽然容量巨大、品牌众多,但是以飞利浦、欧司朗、GE等为代表的几大“洋品牌”一统中国照明市场。本土照明企业虽然数目众多,但是缺乏品牌影响力和核心技术优势,不乏是国外产品的“组装车间”。由于LED生产上游的外延片、芯片封装等关键领域存在很多专利问题,跨国巨头如美国 SemiLED&Corporation、荷兰 Lemnis公司等正在构建庞大的专利池,意图封杀我国 LED产业的长远发展。中国 LED企业亟待“冲出重围”。国家科技部官员透露,根据 2015年国家“十二五”LED节能规划目标,LED产业化光效流明要达到 150流明/瓦,研发水平达到 200流明/瓦,寿命达到 5万小时,市场规模达到 5000亿元以上。“不以规矩,不能成方圆”,国内 LED生产企业由于缺少规范统一的标准化光组件和灯具标准,加上各家企业自身现有的装备设施、各自的工作基础和技术水平发展不均衡,造成了市场上出现的LED照明应用产品种类繁多、性能各异、互换性差,给整个产业的发展提出了严峻挑战,同时也在一定程度上制约了 LED照明产业的健康发展。目前,国内很多机构如 CALI(China Association of Lighting Industry)中 国 照 明 电 器 协 会 和 CSA(China Solid- State Lighting Association)中国半导体照明产业与研发联盟、工信部标准化研究所等单位都在进行 LED行业特别是照明相关的标准制订工作。2008年 10月,全国照明电器标准化技术委员会与信息产业部半导体照明技术标准工作组相继召开会议通过 12项 LED国标送审稿和 7项LED电子行业标准送审稿(见附表),并于 2009年、2010年相继颁布实施。

 

2010年 7月,全国照明电器标准化技术委员会和中国质量认证中心(CQC)在广东省东莞市联合召开“照明用 LED系列国家标准宣贯会、产品 CCC认证和节能认证暨技术研讨会”。编写了有关照明用 LED系列国家标准,并由中国标准化出版社出版。有关专家建议,国家应多参照美国能源部、国际照明学(IES)等机构的专业规范,联手台湾、香港、澳门一起制定适用于大中华地区 LED行业标准,提高大中华地区的 LED生产企业的“核心竞争力”引导 LED照明产业朝着规格化、系列化、标准化方向发展,对提升大中华地区 LED照明产业整体竞争能力和产业发展水平,具有十分重要而深远的意义。2012年 5月 3日,全国首创光组件研究联盟在广东成立。标准光组件是指以 LED芯片为基本发光体,具备规定的光、色、电、热特性,以及规定的外形尺寸、机械匹配形式、应用接口端和使用规范等特征,用于照明产品及照明系统的发光单元。标准光组件项目的研究与实施对于国家培养民族品牌、突破国际专利封锁、应对国际市场竞争、研发核心技术都大有帮助,还将对整个国家 LED产业,乃至于整个世界的 LED产业的发展起到至关重要的推动作用。国家半导体照明联盟将和广东省科技厅一起,推动其成为国家标准乃至国际标准。

 

3 LED影视照明灯具的前景及展望

    影视舞台专业照明灯具是照明行业内的用电大户,所用专业灯光设备多为 1KW至 24KW的大功率卤钨光源灯具。卤钨光源光效较低,消耗电力的 95%以上转化为热能,造成能源的极大浪费。因此全面使用和替换 LED影视舞台照明灯具将会对我国节能减排做出重要的贡献。由于影视照明专业的特殊性,传统灯具在今后一段时期还将占据着主导地位,但借着科技发展的东风,LED浪潮势不可挡,对于影视照明专业的成本预算、系统构架、设备手段、制作流程以及人员技能都将带来很大的冲击和变化。

 

.1 高成本、高价格、更新换代快、单体灯具功率低是制约 LED迅速推广的原因之一

    由于 LED核心技术是一种电子产品,LED灯具的更新换代速度一定会比传统灯具快很多,往往会使用户难以把握合适的购买时机。相比于传统钨丝灯、三基色冷光灯几百、一千元左右的售价,LED灯动辄几千、上万的价格,的确难以大规模购买。LED灯具刚刚入市不久,理论上的长寿命、高效率还没有得到实际使用时间的真正验证,一次性过大的投入还是会让很多用户犹豫不决。再者,从 100W到 400W左右的大功率 LED刚刚走入电视台、演播厅、大型剧场等拍摄现场,400W以上大功率 LED在室外大型场景的拍摄还没有得到广泛应用。以星光公司为例,目前已研究开发影视舞台照明灯具系列产品有:聚光灯、天幕灯、柔光灯、新闻摄影灯 4个品种 16种规格的产品。星光对大功率 LED影视舞台系列灯具的研发,将达到批量生产,形成一条完整的产业链,代替传统的影视舞台照明,引领高效节能时代的来临。

 

.2 LED灯具的显色性还没有统一的行业标准

    虽然目前主流品牌的 LED灯具基本上达到了 80以上的显色指数,但大量廉价 LED灯具生产商为追求利益,常常会忽视显色性这个不易迅速验证的隐形指标。不同厂家 LED灯具在颜色、亮度等光线品质上难以达到统一的数值。不同于传统灯具,灯具可以由不同厂家生产,但光源是用户二次购买加装的,只要认准统一品质的光源,不同厂家的灯具是可以产生相同品质的光效的。而 LED灯具光源和灯具是一体的,灯具的光效完全由出厂时的状况决定,同样的红光,可能因为红色LED管芯批次的不同、电路设计的不同、灯具工艺水平的不同,最后打出的红光会存在色别上的差异。标注功率值相同的灯具,也会因为驱动电路设计的不同,亮度上出现差别。所以,分批购买的不同厂商、甚至同一厂商的 LED灯具,在亮度、色度上都难免存在细微的差别。

 

.3 “变色龙”的光效需要灯光师具有色调设计的“多面手”

    LED变色灯以红绿蓝三基色或更多色的无级混色,既能合成白光,又能产生各种细腻的色光,使得以往让设计师头痛的色光产生变得轻而易举。而且卓越的电子控制能力使白光与各色光间实现瞬时切换,避免了传统灯具色纸卷筒、色片滚轮难免的过渡间隙。LED灯具的换色功能打破了传统灯光设计事先区分白光用灯、色光用灯的局限性,一灯多用,丰富了设计师创作手段,增强了灯光的艺术表现力。舞美置景就可以不必对很多景片做事先定色,可以以各种造型的灰色景片构架舞美,让灯光师根据节目的需要随时在灰色景片上打出各种色光,增加画面色彩上的表现力。

 

.4 维修维护难度高,售后服务依赖性大

    相比于传统灯具,LED灯具与其说是一台灯具,更确切地应该是一个电子产品。从控制台到灯具,中间经过了复杂的信号链路,可以说,想要开启一台灯具都非一件易事,需经过多道逻辑性很强的关联工序。当传统灯具逐渐被光学、电子、机械等高度集成化的电脑灯、LED灯取代后,系统维护、设备检修方面的难度和复杂性越来越高。只知晓简单的电路、机械原理已经很难应付在计算机控制、网络传输构架下的灯光系统。现有灯光人员技术技能的学习提高,新的计算机、电子技术人员的引进都将是灯光专业队伍培养充实的重要方向。再者,高集成化的灯体使用户很难进行一些灯具故障的预判和常规维修。故障的突发性难以预见,什么时候会出现问题你不知道,出现了故障一般你也修不了。使灯具在稳定性和故障检修上对产品本身的质量和厂家的售后服务的依赖性很高,这也是 LED灯具用户普遍担心的问题。

    LED影视照明技术代表着节能环保、绿色低碳的发展趋势。在影视照明领域,LED灯具目前虽然还处在发展完善阶段,但凭借其独特的原理性优势,必将逐步取代传统钨丝灯具。作为影视灯光专业工作者,及时了解 LED灯具工作特性,对我们影视生产具有十分重要的现实意义。借助于 LED灯具的技术优势,充分发挥灯光艺术创作积极性,为全国广大影视观众奉献画质一流、制作精湛、富有思想性和艺术感染力的影视片是我们每一位照明人的神圣使命。

 

参考文献:

[1]晏仲方.浅谈电影照明技术[M].中国电影出版社,1982.

[2]古拉德·米勒森(英),吕忠甫,赵铭,译.电影照明方法[M].华中工学院出版社,1984.

[3]照明设计手册(第二版)[M].中国电力出版社,2006.

[4]陈国义.发光二极管(LED)灯具在舞台照明中起步[J].演艺设备与科技,2008(4).

[5]中国照明工程年鉴(2009)[M].机械工业出版社,2009.

[6]舞台灯光设计常用术语 WH/T31—2008.

[7]舞台灯具光度测试与标注 WH/T26—2007.

[8]王京池.电视灯光技术与应用[M].中国广播电视出版社,2010.

[9]王京池.LED照明灯具在电视演播室应用研究[J].演艺科技,2011(10).

作者:刘运新,杨鹏 来源:《艺术科技》2012年05期 点击数: 发布时间:2013年12月24日
【字体: 收藏 打印文章
回到中国智能建筑信息网首页