【摘要】 LED發光二極管有發光效率高、可調光，但是單體功率小、價格高的特點。隨著技術的進步，LED舞臺燈具在演出中的應用日漸增多。本文分析LED燈具的優點和存在的問題，展望其良好的應用前景。

1 LED舞臺燈具的現狀

1.1 技術發展概況

自20世紀90年代藍光、白光及高亮度LED出現以來，LED的發光效率不斷提高，商品化的LED 管目前已經達到50 lm/W~100 lm/W的發光效率，并且它的光效仍在不斷提高，估計最終能夠達到200 lm/W左右，不僅大大高于10 lm/W~30 lm/W的白熾燈(包括鹵鎢燈)，也大大高于目前的所有光源。但是單個LED功率很小，只有1 W~5 W,光效再高也才幾百流明，而舞臺燈具動輒上千瓦功率、上萬流明的光通量，所以，以前許多人從未想到將LED用到舞臺燈具上。

本世紀初，藍光LED得到普及，白光LED技術逐漸成熟，LED的光效比白熾燈成倍提高，大功率(瓦級)LED的壽命可達到幾萬小時，同時，它還具備開關快速、調光方便的優點，將多個LED組合以提高總光通量的新型L E D 舞臺燈具開始出現。起初，由于技術的原因和昂貴的價格，這種燈具少人問津，近年來由于LED燈具光效的提高，聚光杯、管芯、外殼等零配件的普及，許多廠商開始組裝生產。LED燈具以其鮮艷的色光、節能環保等優點吸引了人們去嘗試。

一些演出中使用了LED燈具，取得了較好的效果。

目前，LED用于白光照明的模式有兩種：一種是用發藍光的管芯中加上熒光粉，使發出的部分藍光通過熒光粉轉換為黃光，部分藍光和黃光混合成為白光;另一種是將分別發紅、綠、藍光的三個LED管組合使用，混合后形成白光。用于電視照明的以前一種方式居多，用于舞臺照明的以后一種方式為主。

1.2 LED用于舞臺照明的優勢

LED燈具能夠用于舞臺照明，得益于它的幾個主要特點：

(1)節能高效。

與白熾光源(包括鹵鎢光源)燈具相比，LED燈具節能高效的特點十分突出，我們可以通過兩種燈具結構的比較來觀察這一點。

a.白熾燈具的光效。目前常用的白熾燈聚光燈具中，作為光源的白熾燈泡體積較大，常采用反光鏡和聚光透鏡結構。其中一種為球面反光鏡，燈絲位于球面反光鏡球心，球面將射向燈具后方的光線反射回燈絲一起向前，由于燈絲位于前部聚光透鏡焦點附近，燈絲發出的光線將由聚光透鏡會聚成一束接近平行的光束，如圖1所示。該光路只能利用燈泡發出的一部分光線，加上反光鏡和透鏡的損耗，整個燈具的光效只有百分之十幾。

b.鹵鎢燈具的光效。目前效率較高的橢球反光鏡成像聚光燈，得益于鹵素燈泡的小型化，如圖2所示，燈絲位于橢球形反光鏡內部的一個焦點上。

由于橢球的特點，它有兩個焦點，從一個焦點發出的光線經過橢球面的反射后，將會聚于另一個焦點。將燈具前方的聚光透鏡的焦點與橢球反光鏡的第二焦點接近，可將光源發出經過反射通過第二焦點的光線匯聚成一束平行光線。由于燈泡中充填鹵素，燈絲、泡殼的工藝和材料得到改進，燈泡尺寸縮小，燈泡被深深包裹在橢球反光鏡內，橢球反光鏡對燈泡的包容角很大，因此，燈泡發出的光大部分被利用，該燈的光效比上一種燈具高，可達40%~50%.

c.LED燈具的光效。目前常見的L E D 光束燈， 使用專用的聚光杯，LED發光二極管安裝于全透明的聚光杯中。聚光杯中部為一個凸透鏡，將位于凸透鏡焦點的LED管向前發射的光束聚集成平行光束，而LED管側面發射的光束進入聚光杯的內側面后進過折射到達聚光杯外側面，由于聚光杯外側面與內側面經過設計有一定的夾角，光線到達外側面時，該光線在外側面的入射角將大于制作聚光杯材質的臨界入射角，因而不可能再發生折射，只能產生全反射由前方射出，經過合理的設計，出射光將成為平行于燈具光軸的平行光線，如圖3所示。

大功率LED管內部有一個效率很高的反光鏡，是一個單向發光的光源。

一個小小的聚光杯，可將LED管發出的光線幾乎全部利用并形成平行光束，光源的利用率非常高。由于 LED管發出的光線不包含紅外線，LED工作時溫度也不太高，雖然聚光杯緊貼LED,仍然可以用高透光的聚酯塑料制作，也不會因高溫變形。精心設計、模壓成型的聚光杯，成批生產，一致性很好。

LED 管與聚光杯組合成一個模組，但是光通量還不夠，一般是將一個個相同的模組再一次組合，成為一個平面的LED陣列，如圖4所示，這樣一來，一個一百多瓦的LED燈具發出的光，相當于幾百瓦的鎢絲白熾燈燈具的亮度，已經能滿足舞臺應用的需要，符合節能的要求。

有人將LED內部的光學設計稱為一次設計，聚光杯設計為二次設計，聚光杯模組的組合為第三次設計。平面型的聚光杯模組組合工藝相對簡單。由于在同一個平面上，每個模組發出的平行光束是重疊的，因此，整個燈具射出的是一束略微發散的平行光，通過大量的 LED發光，產生符合舞臺需要的強光。

將LED 燈具與白熾燈的燈具比較，一方面，目前LED管的發光效率比白熾燈高出兩倍以上;其次，發光二極管利用它體積小和溫度低的特點，采用了更為高效的光路設計，對光源光通量的利用率比白熾燈舞臺燈具要高好幾倍。兩個因素相疊加，同樣的光通量，白熾燈燈具要比LED燈具的功率大好幾倍。所以，較小功率的LED 燈具可以達到舞臺所需要的光線強度的要求。

(2)色光亮艷。

在舞臺演出中， 燈光要用于為舞臺布景、道具、服裝染色，或創造特定的舞臺氣氛，舞臺演出大量使用彩色光。與目前舞臺燈具常用的彩色光比較，LED燈具在色彩方面的性能要優于傳統光源。以前，舞臺照明所用的色光，是采用在發白光的燈具前加上彩色的濾色紙或其他濾色片的方法，即擋住不需要的色光，只通過需要的色光光譜。由于大量不需要的色光被阻擋，射出的色光就相當弱了，尤其是常用的藍色光，它的光譜位于可見光譜的高端，由于人眼的特點，對可見光譜兩端的紅色和藍紫色特別不敏感，大量人眼敏感的光線被擋掉，燈具的發光效率就更低了。