LED演艺灯具的色彩特性

陈国义

【摘 要】 阐述LED光源的光谱、色彩混合、显色性等特性，LED光源灯具与传统光源灯具在彩色光形成等方面的差异， 白光LED和彩色光LED灯具的不同特点。

【关键词】 LED；演艺灯具；色彩特性；光谱；彩色效率；色度图；显色性

文章编号： 10.3969/j.issn.1674-8239.2014.05.003

【Abstract】The spectrum， color mixing， color rendering of LED light source were introduced， along with the differences between the LED lamps and traditional lamps in the formation of colored lighting as well as the characteristics of White lighting LED lamps and colored lighting LED lamps.

【Key Words】LED； performing lamps； color characteristics； spectrum； color efficiency； chromaticity diagram； color rendering

LED是21世纪最新一代的光源，以节能降耗、色彩艳丽而广受好评。但同时，一些质疑声音也随之出现：为何RGB灯具漂亮的白光射到舞台上，演员的脸色却灰暗没有生气？彩色光LED灯具调出的黄光为什么不能照亮黄色的景物？多种色彩LED光源的灯具如何更方便地调出所需要的色光……一系列问题之出现，是由于LED光源与传统光源不同的发光原理和光谱特点而导致。本文试图解释两者的一些不同之处，希望能引起LED演艺灯具使用者的重视，为更好发挥LED这一新光源的作用提供一些帮助。

1 LED光谱简介

“光”是一种电磁波，人们见到的光只是电磁波中波长为380 nm（纳米）到780 nm之间一段范围的电磁波，其随着波长的不同而呈现不同的颜色，如460 nm波长的呈现为蓝光，660 nm波长的呈现为红光。

人们日常用到最普通的光源，如太阳光，它的光谱包含有可见光的全部光谱，从波长最长的红色光，到波长最短的紫色光；它们的光谱是连续的，光谱分布曲线也比较平坦。白炽灯，人们使用的最普通的电光源，它的光谱也是连续的，齐全的；只是，白炽灯发出功率最强的波长在波长较长的红色光谱外面的红外线部分，另一端波长较短的蓝色和紫色光谱成分比较弱。激光的特点是光谱特别窄，基本上只有一个波长。LED光源的光谱比激光的光谱宽一些，有一个主波长（不同色光的LED光源的主波长不同），和两侧相临近的一些波长的光。白光LED光源是蓝光LED加黄色荧光粉的方案，由蓝光LED的窄光谱，加上黄色荧光粉转换蓝光后发出很宽的黄色光谱组成。从颜色上看，用于演艺照明的光源中，白炽灯和太阳光两种最好：它们的光谱很全，一般用光也是以它们为标准的；如果使用的光源跟它们的光谱分布一样，那是最好的（图1为几种光源的光谱）。

2 彩色效率

影视和舞台演出中常常会用到彩色光。传统光源灯具要产生彩色光的方案是在光源前面加滤色片。如果要得到红光，就用红色的滤色片，它的特点是将光源发出的大部分蓝光和绿光挡掉或吸收，然后将红光的部分透过（如图2）。蓝色的滤色片，透过白光中蓝光的部分，其他部分如绿光、黄光、红光的大部分被阻挡，但是红外线也要透过，因为红外线被滤色片阻挡或吸收会转化为热量，使滤色片温度升高褪色或烤坏（如图3）。而要透过红外线，有少量的红光也透出来了。所以，人们看到舞台上的蓝光不仅很暗，而且偏一点紫色，就是这个原因。

传统灯具通过加装滤色片产生彩色光。滤色片的光透过率较低：一般蓝色滤色片透过大概只有4%～5%，90%以上都被滤色片挡掉或者吸收掉了；绿色到黄色滤色片透过多一点，因为黄色的滤色片可以把红光、绿光都透过来（红光和绿光混合最后也形成黄光），单独波长的黄光经滤色后也是黄光，所以黄色滤色片透过的光波长范围最宽，透过率最高；深颜色滤色片的光透过率就更低了，像深蓝色滤色片的透过率还不到1%；红色滤色片也是这样，透过率不到10%，效率非常低。但是彩色光LED灯具就不一样了，需要什么颜色，它内部的光源就能发出什么颜色的光：若需要蓝光，可把绿色和红色的LED光源关闭，只开启蓝光LED光源，没有浪费掉的光。

LED灯具的“彩色效率”高。“彩色效率”是一个新词，在综艺节目或者舞台演出中，大量用到彩色光的时候，不管是溴钨灯泡还是电脑灯，光的利用效率都极低，如上述传统光源灯泡原始发光，100%供电，加上滤色片以后只能用到可见光里面百分之几的彩色光，效率更低。LED不仅本身发光效率高，而且是用到什么颜色的光，它发出什么颜色的光，需要多少光通量发出多少光通量（包括不同颜色光的混合），用不到的颜色光不发出（不耗电），彩色光效率特别高。“彩色效率”是两种灯具同样的彩色光的发光效能相比较，将LED与传统光源相比不只是相差几倍，会相差到十多倍。特别是蓝光、红光，效率会相差几十倍，就是因为LED灯具没有被滤色片挡掉或吸收而在灯具内部变成热量的这部分能量。

3 色度图

自然界的颜色太多，怎样把每种颜色定位是一个问题。比如玫瑰红、桃红，这些颜色的讲法，每个人的理解都不一样，难以准确。为此，国际照明委员会（ CIE ）提出了一个色度图：用一个坐标系，横坐标是X轴，纵坐标是Y轴，人眼能看到的颜色都在这个色度图上定位，每一种颜色对应上面一个点，这个点称为这种颜色的色坐标。自然界中所有的颜色在这个色坐标系上反映，每一种颜色用一个坐标点来表示，X、Y是多少，就可以准确表达出来了。自然界人眼可见的颜色在色坐标系上组成一个舌型的区域（如图4）。endprint

舌型区域周边形成的一条马蹄形的曲线是光谱轨迹，从马蹄形一端的700 nm的红色沿曲线到380 nm的紫色，分别是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫各种最纯（饱和度最高）的颜色。越往舌型区域中部，饱和度越低（颜色越浅），直到中间白色区域饱和度为零。

我们所看到的自然界的白光是在色度图中部一条弯曲的线上，叫黑体辐射轨迹。高温的发光体如太阳、白炽灯等可近似看作理想“黑体”。例如，灯泡中的钨丝（近似理想黑体）随电流加大温度升高，颜色会变化，它发出的光对应的点就到曲线上某一位置。比如说温度2 000 K是一个点，3 000 K就到另一点了，都在这条线上。物体高温发光虽然都称为白光，但是有一点颜色倾向：如果是温度低一点，它发光是偏红色的，温度升高变为偏橙色的，到了3 000 K的时候有点偏黄，如果有发光体的温度到了6 000 K时就有点偏蓝色了；温度越高光的颜色越往蓝色的方向变化。不同温度的黑体发出的白光有不同的颜色偏向，对应的黑体的温度称为这种白光的色温（用绝对温度单位“K”表示）。图4中还有几条跟黑体辐射轨迹相垂直的直线段，称为等色温线，表示这条线上各点的色温相同。因为气体放电光源不是热发光，所以，它发出的“白光”色坐标不在黑体辐射轨迹上，而在曲线附近，看起来与黑体白光差不多，我们就称其色温是相同的，比如4 000 K这样一条直线上的点，其色温都称为4 000 K，但是可能偏绿色一点（在色度图黑体线上方），也可能偏红色一点（在色度图黑体线下方）。荧光灯、金卤灯发出的白光都是这样，这叫相关色温，跟黑体色温有点差距，会在色坐标上下偏一点，所以同一个色温、不同光源的颜色会有点差别。色温表测出来，相关色温如果是4 000 K，有的灯就偏绿色，有的灯就偏红色。白光LED会出现这种情况，LED红绿蓝三种色光混合出来的白光，也会出现这种情况。

4 色彩混合

RGB LED发出的红光、绿光、蓝光在色度图上分别对应三个点，三点形成一个三角形（如图5）。如果把三种光按各种不同比例混合起来，就能混出三角形范围内所有的颜色光。红光和绿光两种光以不同比例可以混出从偏绿色到黄色、橙色，一直到偏红的颜色。红、绿、蓝三种色光加在一起可以混出白光，也可以混出三角形中间各种各样的色光。

彩色电视机，包括现在我们看到的LED大屏，只用三基色，RGB颜色三角形中每一个点的颜色可由红、绿、蓝三种色光混合组成。三种颜色的光以不同亮度混合，带给人的就是完美的彩色感觉。电视画面的彩色颜色非常丰满，人们不会感觉它缺少什么颜色，有时甚至感觉比实物的颜色还要漂亮。

自然界的颜色有那么多种：红橙黄绿青蓝紫，摄像机怎么来处理呢？摄像机就是摄取画面上各点不同的颜色，取这点颜色去对照色度坐标是那一点，然后按照电视显像管的特性（因为最后要到电视显像管里面把它重放出来），这个色度坐标需要用红光、绿光、蓝光各多少，把这个颜色分解成三种基色的数据，然后把这三个数据变成编码保存起来，一个点就保存这三个编码。把各个点的颜色分别分解成三种基色的编码，组成电视信号播放。电视机收到这个信号以后再还原，每个点红光多少、绿光多少、蓝光多少，在电视机显示屏上显示出来，就是原来的彩色图像，这个过程是摄像（编码）、传播、再到电视（解码）的过程。电视荧光屏和LED显示屏的彩色光只有红绿蓝三种颜色就够了，能还原出自然界各种颜色。LED灯具有红、绿、蓝三种颜色的LED光源，也可以混出各种色光，是不是就够了呢，行不行？答案是“否”！因为LED灯具派什么用场呢？是照明用的，不是直接显示的，直接显示用三种基色就够了，但用于照明三种基色明显不够。

5 物体颜色

人眼看到的物体颜色是怎么产生的呢？太阳光的白光照到彩色物体的表面上，或者电灯光照到彩色物体的表面上，物体表面吸收一部分波长（颜色）的光谱，然后把其余波长的光谱反射出来。颜色不一样的物体，吸收各种波长光谱的性能是不一样的，它反射出来不同波长的光谱，混合起来就是人们看到的颜色。反射光进入人的眼睛，人的眼睛再把这些反射的不同波长的色光混合，就产生了彩色的感觉。比如，红颜色的物体放在白炽灯下，白炽灯发出的各种波长混合而成的白光照到这红色表面，物体表面把蓝色吸收了，把绿色吸收了，只把红色一段波长的光反射出来，人们看到的就是红颜色。人们看到的颜色，实际上是物体表面反射出来的光波混合的颜色。

这里要强调两个概念：第一，一个物体的颜色就是物体表面的反射光混合而成的颜色；第二，“同色异谱”现象。什么是“同色异谱”呢？人眼看到的颜色是由物体反射出来的光谱决定的，但是，同一种颜色，组成它的光谱可以是不一样的，即可以由不同波长的光谱组成。比如白光，R（红）G（绿）B（蓝）三种颜色混合出来的白光，照在白墙上是白色的；包含红橙黄绿青蓝紫七种色光的太阳光，照在这面白墙上也是白色的；调到色度图上相同的一点时，就看不出这两种白色的区别了。到底白光是由三种颜色组成的，还是由七种颜色组成的，人眼是看不出来的。又如黄色光，可能是红光和绿光混合出来的黄光，也可能是单独的一种波长的黄光，人眼只看到了混合的结果，却不可能辨别出是红光和绿光混合的黄色还是单独波长的黄光。

红绿蓝三基色可以混合出人眼能辨别的绝大部分颜色，但是最终的颜色必须是各基色光符合一定的比例，比例变了，颜色就偏了，不同了。比如，按照不同的比例混合出白光，一部分绿光、一部分蓝光、一部分红光混出一种白光，这个比例确定了就混合出这种白光；如果蓝光偏少了一点，混合光的色坐标点就顺着它的对面偏过去了；如果蓝光完全没有了，就偏到红、绿这条线上面变成黄颜色了，红光加绿光就变成黄色光了。七种颜色混出的白光，任何一种光占的比例改变一点，最终的色坐标点就会偏掉，就不是原先的白色了，偏红、偏绿或偏黄都有可能。也就是说，七种色光混合，可以混出各种各样的颜色，如果缺了一种色光就偏到色度图中的对面去了。

6 光源的显色性endprint

前面介绍，有七种颜色组成的白光和三种颜色组成的白光，同样颜色的白光照在物体上，反射的光谱情况是不一样的：白色表面的特点是它对各种波长的光都均匀地反射，什么波长的光照上去都能反射出来，白光照射反射还是白光，彩色光照射到白色表面，反射的还是相同的彩色。但是照在彩色的表面上，相差就巨大了。不同光谱组成的白光如果照在颜色的上面，如照在人的皮肤上面，那反射出来就可能是不同的颜色，是太阳光的白光还是红绿蓝三色光组成的白光，反射光差别非常大。这个区别就叫光源的“显色性”。光源的显色性就是这个光源的光照在彩色表面上，产生的颜色呈现效果跟太阳光照在上面的效果有什么差别，如果完全一样说明显色性好，如果差别大说明显色性差。

要区别“光色”和“物体色”。LED灯具发出来的光，如果照在彩色的表面上，颜色效果要参考物体表面对光谱的吸收和反射的特性，能够反射出什么光谱来，人们就看到什么颜色。所以，物体的颜色由两个因素决定，一个是物体对各种色光的不同反射特性，另外光源由哪些光谱组成。这两者决定物体反射出来的颜色。物体表面的反射（或透射）特性和光源的光谱特性两者结合，决定了物体的颜色。

人们日常说的物体的颜色，就是在日光下看到的颜色。对于LED灯具，如果红绿蓝合成了白光，照在白色物体表面，人们看到的颜色是白色的；如果照在彩色的物体表面，颜色效果要参考这个物体表面的特性而不同。最明显的就是，照在黄色的物体表面上，是不是能看到黄颜色，就要根据此表面的特点，会出现几种不同情况。如果本来此表面黄色是直接反射红光和绿光的，那RGB LED灯具照上去还是会看到黄光，因为物体表面的红光和绿光都反射了。如果物体表面的黄颜色本来只反射黄光的，即红光、绿光、蓝光都吸收，只反射黄光的那种情况，那LED灯具红绿蓝光照在上面全部被吸收掉了，没有黄光反射出来，人们能看到什么颜色呢？极端的情况下它没有反射光，人们看到是黑色的。红绿蓝的光源能混合出黄光，而照在黄色的表面就变成黑的了，这个结论有点奇怪，这是极端情况；实际情况是看到暗一点的黄色，不会是全黑的。为什么呢？就是说物体一般没有绝对只反射黄光的表面特性，可能有的黄色表面，主要反射黄光，红光和绿光反射少一点，由于光源没有纯粹的黄光，而反射的红光和绿光又很少，结果就显示稍微暗一点的黄色。或者，如人们看到红光LED的光谱有一个尾巴拖出去，可能带点黄光的成分，绿光LED的光谱也带点黄色的，说明还会有一点点黄色的反射光，但是看到这个颜色很暗。而当太阳光或白炽灯照射时，七种颜色中有黄光，反射后产生的黄色亮度就高多了。

显色性问题最明显的是人的肤色，几万年来，人类对肤色的认识是源于太阳光。太阳光照在人的皮肤上面，会反射出各种波长的光。黄种人的皮肤不只是反射黄光，红光、黄光、绿光、蓝光都会反射。皮肤反射的各种波长（颜色）的光按各自不同的比例，最后混合出来就是人的皮肤的颜色，它包含很丰富的光谱成分。不管甲的皮肤跟乙的皮肤颜色有何区别，人们都有一个长期形成的习惯记忆，有一个记忆认可的肤色范围。人工光源里的白炽灯光中红橙黄绿青蓝紫光都有，但是RGB LED光源的光谱不连续，颜色不全，照在皮肤上反射出来的光谱也会有缺失，如黄色光、橙色光、蓝绿色（青色）光和紫色光都没有。本来，人们看到肤色在色坐标的上面就这一点，但是现在反射色光的成分少了以后，混合后的色光与阳光照射后的组成变了，色坐标就偏了，就与原来的颜色不同了。人眼对皮肤颜色最敏感，稍微偏一点色马上就能感觉到不对。所以，RGB LED灯在舞台上作为基本照明时，演员的肤色会与白炽灯照射看到的习惯的颜色有很大的差别，观众会明显感觉到很别扭，因此它显色性太差了。

用于演播室时，因为反射光缺少某些色光成分，光色偏了，那摄像机接收到的就是另外一个色坐标点的颜色，不是原来皮肤的颜色了。一个电视画面，其他部分颜色偏一点问题不是太大，因为观众没有看到现场的场景，但是皮肤的颜色是习惯记忆的，是最敏感的，很容易觉察出来。所以，RGB LED灯具，只有红绿蓝三种颜色的光谱，大量光谱的缺失就会产生不可容忍的显色偏差。

7 显色指数

关于光源的显色指数问题，国际照明委员会规定了15种样板色。前面的8种都是中间色（包含很多波长光谱的颜色），作为测试用的，后面7种是特殊的。用人工光源照射这些样板，照射的结果跟标准光源的照射结果比较，相似度分别为R1、R2……R15，对前8种常见颜色的指数（R1 ～ R8）取平均数称为一般显色指数Ra，表示这个光源的显色性。一般地，Ra最好的就是接近100的日光，或者钨丝灯，这两者可作为标准光源，所有其他的灯具都要跟它们去比较。根据人眼辨色的实际要求，电视演播厅光源的显色指数Ra要求达到85以上；一般民用白光LED灯具的标准，显色指数达到80就够了。

LED出现后，国际上有些人感到原来的显色指数标准与LED特点有点不太合适，已提出了很多表示光源显色性的新方案，但是都还未获得一致权威的认可，现行的方案还是相对通用的。

LED灯具包括白光LED灯具和彩色光LED灯具。白光LED是由蓝光LED加黄色荧光粉组成，由于荧光粉的化学成分和用量的不同，转换的蓝光数量和转换后黄光的光谱（如图6）组成会不同，合成的白光色温、显色性也不同。目前，市场上的白光LED不仅色温各不相同，显色性差别更大，显色指数区间从五十多到九十多。

彩色光的LED灯具目前有很多种，有红绿蓝（RGB）三色的灯具显色指数差了一些，于是有的灯具中加了一个白（W - white）光LED，前面提到白光LED的光谱里有黄色光，弥补了原RGB光谱的部分欠缺。这个方案中，灯具的黄色光还嫌不够，对黄色光的控制也不够方便，又有的灯具专门增加了一种发黄色光的LED成为RGBWA，增加的一个A（A - amber）是琥珀色（黄色），显色指数就又提高了一点。灯具最好是红橙黄绿青蓝紫七种颜色的LED光源都有，这样，显色指数就能达到很高，白光显色指数可以达到90以上，同一台灯具还能调出各种不同颜色的彩色光，使用的范围也大大增加，成为色彩上的全能灯具。endprint

8 LED灯具彩色光的可调性

解决LED灯具显色性的办法，是补全灯具中各种颜色LED光源的光谱组成。这个问题解决后，还要用到LED灯具的彩色光表现，因为舞台演出需要高效率地产生各种细腻的彩色光，这是LED舞台灯具最重要的特点。与演播室不同的是，舞台除了基本照明光以外更多用到彩色的气氛光和效果光，需要灯具能发出各种不同的、可变的彩色光。由于彩色光LED灯具不用滤色片，一台灯具即可自由地产生各种色光，为舞台灯具的特色功能。某些电视演播室专用的高显色性LED灯具，由少数几种色彩的LED光源组成，虽然其显色指数很高，但是其中的LED光源以白光为主，色彩可调范围很小，与本文所指的用于舞台的彩色光LED灯具的概念是不同的。

彩色光LED灯具中基色种类不断增加，显色性也不断提高，但也加大了色彩调控和管理的难度：七种颜色怎么调出所需要的色彩？目前，国内彩色光LED灯具基本使用的模式是：每种基色LED用一个DMX通道调节亮度，灯具用几种基色，就有几个DMX 通道。如果有七种基色，就用七个通道。每台灯都要调七种颜色混合出一种颜色来，这里产生一个技术难题，如果对混合的比例掌握不好，要调出所要求的色光确实很难。另外，如果有几批相同或者不同的彩色光LED灯具，要将几台灯具调出相同的彩色光，就更难了。参照上述色度图，对各种不同的彩色用另一种彩色表达模式——HSI模式就比较方便了（如图7）。

HSI模式中的H（Hue）为色调，在色度图上就是表示舌型图外围一周的轨迹，这条曲线上每一点代表一种不同波长的纯色；S（Saturation）为饱和度，表示一种彩色的纯度，饱和度为0表示纯度为0，即白色，在色度图上表示为中部白色的一点。而由中部这个白色点到舌型图边缘纯色的一条直线表示一种颜色的饱和度变化，到边上为饱和度最高，即这种彩色达到最纯；I（Intensity）为亮度，表示一种色光的明暗，在上述图中表示不出来。有了这种调节模式，各种色光只要3个参数即可确定。不管灯具中有几种彩色LED光源，只要内部软件将各种彩色LED光源的发光都按照上述原则编码为3个DMX通道，使用就方便多了。当然，由于彩色LED光源色坐标包围的彩色区域范围不同，S参数值的变化不能到舌型区域的边缘，但是，各种LED灯具的相同H值色光的色调应该是相同的。要做到这一点，灯具厂家应当在软件上下工夫，对每一批LED光源的进货都要测试标定，编制不同的算法将各色LED控制参数编码到H、S、I等3个DMX通道。为了保证每台灯具色彩特性的一致性，每台灯具都要进行专门的色度调试后才能合格出厂，彩色光LED灯具的技术含量会大大增加。

使用这种模式，对LED灯具调色与传统灯具选滤色片很相似，先调色调（H）选颜色，如同选滤色片红色为1XX系列，蓝色为8XX系列；然后调饱和度，如同选滤色片的深浅，红色的101、102、103……蓝色的801、802、803……都逐步变浅；再调亮度（I），如同传统灯具用可控硅调光器调节出光的明暗。

值得注意的是，由于各色光LED的热特性不同，调出的颜色会随着光源温度改变而变化，红光、黄光、蓝光、绿光LED，随着温度升高发光效率都会降低，而降低的比例不一样，调整好颜色以后，灯具运行过程内部温度改变，各色LED发光比例变化，此颜色又会偏色，这必须要有灯具内部软件来测试温度，调整工作电流，保证色彩的稳定，因此，彩色光LED灯具要保持色光的稳定，控制要求比白光LED灯具要复杂。

9 彩色光LED灯具和白光LED灯具的不同应用

白光LED灯具和彩色光LED灯具的结构和特性不同，各适用于不同的场合。例如，综艺娱乐节目需要彩色光营造空间彩色气氛，就用彩色光的LED灯具。它们的特点是：白光颜色纯；彩色光彩色效率高，一台灯具不用滤色片就可以不间断地调出各种色光，特别适合舞台演出。

白光LED灯具经过不断改进，光源发光效率提高了（超过100 lm/W），显色指数也提高了，甚至可以达到90以上。另外，它的白光LED光源以蓝光作为基础，对温度变化相对来说稳定性比较好，内部软件结构都相对简单一点，成本比较低。

白光LED灯具还有一个好处就是调光过程色温不变，发光效率也不变。调光过程调暗一点，耗电也会少一点，发光效率基本不变，所以效率保持很高。传统灯具用的溴钨泡，调暗一点不只色温低了，温度降低也使得钨丝发光效率也大大降低。对于电脑灯的气体放电光源，暗一点只不过把机械光闸片关小一点，里面的发光用电是不变的；相比之下，LED灯具效率高多了。高显色性的白光LED，用于新闻、访谈以人物为主的场合，人物的肤色认可度比较高。市场上白光的LED灯具显色性差异很大，差的显色指数达50以上，高的达90以上。电视台验收的时候，需要检测显色指数，要求达到85以上，但也不要要求太高。因为若LED灯具显色指数要求太高，光源成本会增加，发光效率会降低，达到85以上就够了。

总之，不同的LED灯具适应于不同用途：白光LED灯具适用于基本的人物照明，彩色光的LED灯具适用于彩色气氛和特殊照明需求。

参考文献：

[1]周太明等编著. 光源原理与设计（第二版）[M]. 上海：复旦大学出版社，2006.

[2]荆其诚等编著. 色度学[M]. 北京：科学出版社，1979.

[3][德]海因维希.朗格. 色度学与彩色电视[M]. 北京：中国电影出版社，1985.endprint

8 LED灯具彩色光的可调性

解决LED灯具显色性的办法，是补全灯具中各种颜色LED光源的光谱组成。这个问题解决后，还要用到LED灯具的彩色光表现，因为舞台演出需要高效率地产生各种细腻的彩色光，这是LED舞台灯具最重要的特点。与演播室不同的是，舞台除了基本照明光以外更多用到彩色的气氛光和效果光，需要灯具能发出各种不同的、可变的彩色光。由于彩色光LED灯具不用滤色片，一台灯具即可自由地产生各种色光，为舞台灯具的特色功能。某些电视演播室专用的高显色性LED灯具，由少数几种色彩的LED光源组成，虽然其显色指数很高，但是其中的LED光源以白光为主，色彩可调范围很小，与本文所指的用于舞台的彩色光LED灯具的概念是不同的。

彩色光LED灯具中基色种类不断增加，显色性也不断提高，但也加大了色彩调控和管理的难度：七种颜色怎么调出所需要的色彩？目前，国内彩色光LED灯具基本使用的模式是：每种基色LED用一个DMX通道调节亮度，灯具用几种基色，就有几个DMX 通道。如果有七种基色，就用七个通道。每台灯都要调七种颜色混合出一种颜色来，这里产生一个技术难题，如果对混合的比例掌握不好，要调出所要求的色光确实很难。另外，如果有几批相同或者不同的彩色光LED灯具，要将几台灯具调出相同的彩色光，就更难了。参照上述色度图，对各种不同的彩色用另一种彩色表达模式——HSI模式就比较方便了（如图7）。

HSI模式中的H（Hue）为色调，在色度图上就是表示舌型图外围一周的轨迹，这条曲线上每一点代表一种不同波长的纯色；S（Saturation）为饱和度，表示一种彩色的纯度，饱和度为0表示纯度为0，即白色，在色度图上表示为中部白色的一点。而由中部这个白色点到舌型图边缘纯色的一条直线表示一种颜色的饱和度变化，到边上为饱和度最高，即这种彩色达到最纯；I（Intensity）为亮度，表示一种色光的明暗，在上述图中表示不出来。有了这种调节模式，各种色光只要3个参数即可确定。不管灯具中有几种彩色LED光源，只要内部软件将各种彩色LED光源的发光都按照上述原则编码为3个DMX通道，使用就方便多了。当然，由于彩色LED光源色坐标包围的彩色区域范围不同，S参数值的变化不能到舌型区域的边缘，但是，各种LED灯具的相同H值色光的色调应该是相同的。要做到这一点，灯具厂家应当在软件上下工夫，对每一批LED光源的进货都要测试标定，编制不同的算法将各色LED控制参数编码到H、S、I等3个DMX通道。为了保证每台灯具色彩特性的一致性，每台灯具都要进行专门的色度调试后才能合格出厂，彩色光LED灯具的技术含量会大大增加。

使用这种模式，对LED灯具调色与传统灯具选滤色片很相似，先调色调（H）选颜色，如同选滤色片红色为1XX系列，蓝色为8XX系列；然后调饱和度，如同选滤色片的深浅，红色的101、102、103……蓝色的801、802、803……都逐步变浅；再调亮度（I），如同传统灯具用可控硅调光器调节出光的明暗。

值得注意的是，由于各色光LED的热特性不同，调出的颜色会随着光源温度改变而变化，红光、黄光、蓝光、绿光LED，随着温度升高发光效率都会降低，而降低的比例不一样，调整好颜色以后，灯具运行过程内部温度改变，各色LED发光比例变化，此颜色又会偏色，这必须要有灯具内部软件来测试温度，调整工作电流，保证色彩的稳定，因此，彩色光LED灯具要保持色光的稳定，控制要求比白光LED灯具要复杂。

9 彩色光LED灯具和白光LED灯具的不同应用

白光LED灯具和彩色光LED灯具的结构和特性不同，各适用于不同的场合。例如，综艺娱乐节目需要彩色光营造空间彩色气氛，就用彩色光的LED灯具。它们的特点是：白光颜色纯；彩色光彩色效率高，一台灯具不用滤色片就可以不间断地调出各种色光，特别适合舞台演出。

白光LED灯具经过不断改进，光源发光效率提高了（超过100 lm/W），显色指数也提高了，甚至可以达到90以上。另外，它的白光LED光源以蓝光作为基础，对温度变化相对来说稳定性比较好，内部软件结构都相对简单一点，成本比较低。

白光LED灯具还有一个好处就是调光过程色温不变，发光效率也不变。调光过程调暗一点，耗电也会少一点，发光效率基本不变，所以效率保持很高。传统灯具用的溴钨泡，调暗一点不只色温低了，温度降低也使得钨丝发光效率也大大降低。对于电脑灯的气体放电光源，暗一点只不过把机械光闸片关小一点，里面的发光用电是不变的；相比之下，LED灯具效率高多了。高显色性的白光LED，用于新闻、访谈以人物为主的场合，人物的肤色认可度比较高。市场上白光的LED灯具显色性差异很大，差的显色指数达50以上，高的达90以上。电视台验收的时候，需要检测显色指数，要求达到85以上，但也不要要求太高。因为若LED灯具显色指数要求太高，光源成本会增加，发光效率会降低，达到85以上就够了。

总之，不同的LED灯具适应于不同用途：白光LED灯具适用于基本的人物照明，彩色光的LED灯具适用于彩色气氛和特殊照明需求。

参考文献：

[1]周太明等编著. 光源原理与设计（第二版）[M]. 上海：复旦大学出版社，2006.

[2]荆其诚等编著. 色度学[M]. 北京：科学出版社，1979.

[3][德]海因维希.朗格. 色度学与彩色电视[M]. 北京：中国电影出版社，1985.endprint

8 LED灯具彩色光的可调性

解决LED灯具显色性的办法，是补全灯具中各种颜色LED光源的光谱组成。这个问题解决后，还要用到LED灯具的彩色光表现，因为舞台演出需要高效率地产生各种细腻的彩色光，这是LED舞台灯具最重要的特点。与演播室不同的是，舞台除了基本照明光以外更多用到彩色的气氛光和效果光，需要灯具能发出各种不同的、可变的彩色光。由于彩色光LED灯具不用滤色片，一台灯具即可自由地产生各种色光，为舞台灯具的特色功能。某些电视演播室专用的高显色性LED灯具，由少数几种色彩的LED光源组成，虽然其显色指数很高，但是其中的LED光源以白光为主，色彩可调范围很小，与本文所指的用于舞台的彩色光LED灯具的概念是不同的。

彩色光LED灯具中基色种类不断增加，显色性也不断提高，但也加大了色彩调控和管理的难度：七种颜色怎么调出所需要的色彩？目前，国内彩色光LED灯具基本使用的模式是：每种基色LED用一个DMX通道调节亮度，灯具用几种基色，就有几个DMX 通道。如果有七种基色，就用七个通道。每台灯都要调七种颜色混合出一种颜色来，这里产生一个技术难题，如果对混合的比例掌握不好，要调出所要求的色光确实很难。另外，如果有几批相同或者不同的彩色光LED灯具，要将几台灯具调出相同的彩色光，就更难了。参照上述色度图，对各种不同的彩色用另一种彩色表达模式——HSI模式就比较方便了（如图7）。

HSI模式中的H（Hue）为色调，在色度图上就是表示舌型图外围一周的轨迹，这条曲线上每一点代表一种不同波长的纯色；S（Saturation）为饱和度，表示一种彩色的纯度，饱和度为0表示纯度为0，即白色，在色度图上表示为中部白色的一点。而由中部这个白色点到舌型图边缘纯色的一条直线表示一种颜色的饱和度变化，到边上为饱和度最高，即这种彩色达到最纯；I（Intensity）为亮度，表示一种色光的明暗，在上述图中表示不出来。有了这种调节模式，各种色光只要3个参数即可确定。不管灯具中有几种彩色LED光源，只要内部软件将各种彩色LED光源的发光都按照上述原则编码为3个DMX通道，使用就方便多了。当然，由于彩色LED光源色坐标包围的彩色区域范围不同，S参数值的变化不能到舌型区域的边缘，但是，各种LED灯具的相同H值色光的色调应该是相同的。要做到这一点，灯具厂家应当在软件上下工夫，对每一批LED光源的进货都要测试标定，编制不同的算法将各色LED控制参数编码到H、S、I等3个DMX通道。为了保证每台灯具色彩特性的一致性，每台灯具都要进行专门的色度调试后才能合格出厂，彩色光LED灯具的技术含量会大大增加。

使用这种模式，对LED灯具调色与传统灯具选滤色片很相似，先调色调（H）选颜色，如同选滤色片红色为1XX系列，蓝色为8XX系列；然后调饱和度，如同选滤色片的深浅，红色的101、102、103……蓝色的801、802、803……都逐步变浅；再调亮度（I），如同传统灯具用可控硅调光器调节出光的明暗。

值得注意的是，由于各色光LED的热特性不同，调出的颜色会随着光源温度改变而变化，红光、黄光、蓝光、绿光LED，随着温度升高发光效率都会降低，而降低的比例不一样，调整好颜色以后，灯具运行过程内部温度改变，各色LED发光比例变化，此颜色又会偏色，这必须要有灯具内部软件来测试温度，调整工作电流，保证色彩的稳定，因此，彩色光LED灯具要保持色光的稳定，控制要求比白光LED灯具要复杂。

9 彩色光LED灯具和白光LED灯具的不同应用

白光LED灯具和彩色光LED灯具的结构和特性不同，各适用于不同的场合。例如，综艺娱乐节目需要彩色光营造空间彩色气氛，就用彩色光的LED灯具。它们的特点是：白光颜色纯；彩色光彩色效率高，一台灯具不用滤色片就可以不间断地调出各种色光，特别适合舞台演出。

白光LED灯具经过不断改进，光源发光效率提高了（超过100 lm/W），显色指数也提高了，甚至可以达到90以上。另外，它的白光LED光源以蓝光作为基础，对温度变化相对来说稳定性比较好，内部软件结构都相对简单一点，成本比较低。

白光LED灯具还有一个好处就是调光过程色温不变，发光效率也不变。调光过程调暗一点，耗电也会少一点，发光效率基本不变，所以效率保持很高。传统灯具用的溴钨泡，调暗一点不只色温低了，温度降低也使得钨丝发光效率也大大降低。对于电脑灯的气体放电光源，暗一点只不过把机械光闸片关小一点，里面的发光用电是不变的；相比之下，LED灯具效率高多了。高显色性的白光LED，用于新闻、访谈以人物为主的场合，人物的肤色认可度比较高。市场上白光的LED灯具显色性差异很大，差的显色指数达50以上，高的达90以上。电视台验收的时候，需要检测显色指数，要求达到85以上，但也不要要求太高。因为若LED灯具显色指数要求太高，光源成本会增加，发光效率会降低，达到85以上就够了。

总之，不同的LED灯具适应于不同用途：白光LED灯具适用于基本的人物照明，彩色光的LED灯具适用于彩色气氛和特殊照明需求。

参考文献：

[1]周太明等编著. 光源原理与设计（第二版）[M]. 上海：复旦大学出版社，2006.

[2]荆其诚等编著. 色度学[M]. 北京：科学出版社，1979.

[3][德]海因维希.朗格. 色度学与彩色电视[M]. 北京：中国电影出版社，1985.endprint