LED舞臺(tái)照明燈具光色性能改進(jìn)的方法
針對(duì)白光LED光源照明技術(shù)的特點(diǎn)和不足，經(jīng)過研究提出了以RGBW混色光源為基礎(chǔ)，輔以基于PWM的混色算法控制系統(tǒng)、散熱設(shè)計(jì)和二次配光設(shè)計(jì)，使LED基本光照明燈具的性能達(dá)到舞美燈光人員的要求。
LED光源的選擇
對(duì)于多顆RGBW混色技術(shù)的光色均勻性來說，單純的光學(xué)組合無法滿足光色均勻。需要在光學(xué)技術(shù)上有所突破。
為了改進(jìn)燈具性能，從性能和成本方面對(duì)比了市場上的RGBW光源模組，最終確定使用一種特制的光源，如圖2所示。
圖2 定制的集成光源平面示意圖
光源中的W(白光)部分選擇色溫3000K一般顯色指數(shù)Ra≥85，將總功率接近300W的RGBW多種顏色LED光源均勻分布。
散熱和二次配光設(shè)計(jì)
“熱光衰”是LED器件的特點(diǎn)之一，當(dāng)溫度上升超過一定數(shù)值時(shí)，其光效急劇下降或嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致整個(gè)LED提前失效。因此良好的散熱設(shè)計(jì)是保證大功率LED燈具性能和壽命的必要條件。
在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)采用以熱管技術(shù)為基礎(chǔ)的散熱設(shè)計(jì)，熱管技術(shù)能使熱量迅速傳遞到鋁翅片散熱器上，配合靜音軸風(fēng)扇將LED工作中產(chǎn)生的熱能迅速的排出。
由于大功率LED芯片的光輸出多為朗伯分布，50%光強(qiáng)角度為120度，不能滿足舞臺(tái)專業(yè)燈具的配光要求。
舞臺(tái)功能燈具要求對(duì)配光進(jìn)行控制，不同的燈具對(duì)光束角有不同的要求，因此需要對(duì)LED進(jìn)行二次光學(xué)設(shè)計(jì)。主要需要利用光學(xué)元件高效地改變LED的光強(qiáng)分布，使之達(dá)到燈具的設(shè)計(jì)要求。
對(duì)于遠(yuǎn)距離使用的聚光燈，要求10%光強(qiáng)角度小至10度左右。
例如大中型劇場使用的面光燈，照射距離一般在30米以上，通常選用聚光性能非常好的長焦平凸透鏡聚光燈，這樣既可以很好的聚光，又能使雜散光得到有效控制。
基于PWM和RGBW混色算法的LED驅(qū)動(dòng)控制
在舞臺(tái)應(yīng)用中，對(duì)燈具色溫的穩(wěn)定性要求很高，因此根據(jù)LED光源的基本電氣特性，應(yīng)采用精確高效的恒流驅(qū)動(dòng)方式，使光輸出穩(wěn)定可靠。
調(diào)光方式應(yīng)采用PWM(脈寬調(diào)制)的方式，保證在LED調(diào)光時(shí)的色溫(白色)或波長(彩色)不致發(fā)生變化。
LED燈具與鹵鎢燈具調(diào)光過程色溫變化對(duì)比如圖3所示，可以看出LED燈具在調(diào)光過程中色溫是不變的。
鹵鎢燈及LED光源色溫隨溫度變化曲線
混色算法是控制光源調(diào)光混色，輸出符合要求的色光的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
根據(jù)PWM調(diào)光的基本原理，改變紅光、綠光、藍(lán)光和白光LED驅(qū)動(dòng)電流的占空比，可以改變各自色光的強(qiáng)度，通過不同占空比的組合，就可以得到不同混合比例的光色。
根據(jù)色度學(xué)計(jì)算，若采用確定的RGB三種LED光譜混出2300K~3200K范圍某個(gè)色溫的白光，只會(huì)有唯一的混色比例。
但只利用RGB三種顏色混色，混出的光譜是不連續(xù)的，有很多可見光波段光譜能量為0，顯色性會(huì)很差。而采用RGBW四種顏色混出某個(gè)色溫點(diǎn)的白光，混色比例會(huì)有無窮多種，每種比例對(duì)應(yīng)一種同色異譜光。
