手电的灵魂——发光体(一.doc

手电的灵魂——发光体(一)
发表日期:2010-07-15 10:30:37 来源:《无线电》杂志 2009.02 作者:宋思源 【大 中 小】 浏览:5037次 评论:0条
提到手电首先要说的就是发光体。它可以说是手电的核心部件了， 现在的手电主要也是通过发光体来进行区分的。白炽灯发光效率太低， HID（氙气灯）要采用安定器，启动时需要预热时间，体积过于庞大。现 在受关注程度最高，也最能够被接受的，就是基于LED发光方式的手电， 这种发光方式也是未来照明领域的发展方向。本专题中，笔者主要讨论 的就是LED手电。 

LED全名为Light-Emiting Diode，中文 名为发光二极管。目前应用于手电 方面的白光LED发光原理为，核心发 光体发出蓝光，而后通过蓝光激发黄 色的荧光粉，最终混合成为白光，发 出光线。它与普通的白炽灯和三基色 节能灯的最大区别就是其光谱的不完 整，即它并不是由完整的光谱合成的 白光。在进一步了解LED之前，我们先 来看看全球发光体的生产厂商。 

流明（Philips Lumileds）：          

飞利浦的全资子公司，在CREE公 司出现前保持着量产发光体的最高效 率记录，一直是主要的大功率LED供应 厂商。虽然其产品在手电方面的应用 越来越少了，但是它在大规模应用领 域（如路灯照明等方面）还是占有非 常大的比重的。 

韩国汉城半导体（SSC）： 

韩国汉城半导体（SSC）： 该公司自己并没有生产 LED核心的能力，它 采用的技术核心为CREE公司的，只是 该公司改变了其荧光粉与封装工艺。 由于CREE的封装与传统的流明封装不 同，所以存在兼容的问题，SSC的封装 与流明的封装相同，较好地解决了兼 容的问题，它推出的P7型号多核心LED 也很有特点。 

CREE ：

CREE： 美国 CREE 公司 于 2 0 0 6 年 推 出 的P4级别LED，P4的发光效率全面超 过Lumileds的产品，打破一直以来由 Lumileds垄断的局面，成为备受欢迎 的LED产品。CREE公司的产品以其较 好的发光效率和较合理的产品价格定 位成为现今最受欢迎的LED生产厂商 之一，其Q5级别的LED被大量使用在 手电照明领域。

欧司朗（Osram）： 

欧司朗（Osram）： 老牌的照明解决方案公 司 ， 它 受 到 业 界 的 瞩 目是由于它于2008年发布的Golden Dragon  Plus  （亦称金龙）系列LED （以后简称为GDP）。此款LED核心体 积非常小，发光效率也很不错，非常 适合作为手电的发光体。不过它刚刚 发布不久，产量上依然是一个问题， 采用此款LED的手电厂家也比较少。当 然没有完美的事物，这款LED据使用 者称，色温较高，长时间高温度工作 后，会出现偏色的可能，毕竟是一新 产品，还需要时间的认可。 

手电的灵魂——发光体(二)
发表日期:2010-07-15 10:30:37 来源:《无线电》杂志 2009.02 作者:宋思源 【大 中 小】 浏览:5038次 评论:0条

发光效率 

讲到发光体，最重要的参数就是 发光效率。 发光效率 ， 顾名思义即当通过 固定电流时发光体能够发出光线的多 少。对我们来讲，发光效率当然是越 高越好，当然发光效率越高，价格上 也越昂贵。一般发光体的生产厂商都 会标注发光体的发光效率等级，我们 选择手电时，在考虑价格的因素后， 考虑手电的发光效率自然是越高越好 了。
 目前市场上普遍接受CREE公司 的LED发光效率分类方式，CREE公司 发光效率的等级区分是按照N3、N4、 P2、P3、P4、Q2、Q3、Q4、Q5、R2 编号依次升高（见表1）。 在手电论坛上常有人问P4和Q5到 底有什么区别，其实很简单，就是Q5 的发光效率要高。有的爱好者比较关 心如何区分P4与Q5级别的LED，这就  
要提及CREE在制作工艺上的问题了。 现在CREE  LED都是在同样的生产线进 行生产的，而生产出来的LED有着一定 的离散性，也就是说同样的生产线生 产出来的LED的发光效率也有着高低之 分。对生产出来的LED根据发光效率进 行分类，就引入了从N3一直到R2的各 种级别，这些级别本身也是有着一定 的区间的，比如同样都是Q5级别，也 有发光效率高低之分。同样的制作工 艺下，可以明确一点，在没有通电测 试发光多少的前提下根本无法凭借肉 眼通过外观来进行分辨。即使是在通 电的情况下，人眼对于几十流明变化 的识别也是不明显的，相近级别的LED 不凭借专业的器材很难区别出来。

光色 

除了发光效率还有一个重要的参 数就是光色。由于白光LED的发光原 理是混合为白光的，从光谱上来看， 白光LED的光谱比自然光的光谱要少很 多，而这样的问题在实际的应用当中 就是显色性（显色性是指对物体色彩 的还原能力）方面的问题了。而就现 在LED科技发展的程度来讲，还没有能 够完整形成自然光、白光的完整光谱 的LED发光体。由于LED核心发出的是 蓝色光，波长较短，色温较高，所以 穿透能力较差。LED在照明应用方面的 穿透能力几乎是一个永远的弊端，也几乎是其永远无法完全代替白炽灯的 原因所在。CREE公司为了解决这样的 问题，推出了暖白、自然白等光色的 LED，这种LED的加工工艺有所改变， 荧光粉有所改变，最终的结果就是这 种LED所发出来的光比较"黄"，有些 类似白炽灯泡的效果。
手电的灵魂——发光体(三)
发表日期:2010-07-15 10:30:37 来源:《无线电》杂志 2009.02 作者:宋思源 【大 中 小】 浏览:5039次 评论:0条

下面是在光色上有较大选择的 CREE公司的各种光色图，显示的颜色 即为实际发出光的颜色。 

发光体封装技术 

发光体的核心是非常脆弱的，暴 露在表面将会直接影响其使用寿命， 因而LED加工厂商普遍会对LED核心进 行封装。封装也同样决定了LED的一 次光学结构，即LED所发射出来的光 线通过了封装的一次光学光路已经发 生了改变。从某种角度上来讲，现在 使用最多的CREE厂的7090XR-E系列 LED的一次光学并不是很好，诟病就 是那个金属环。曾有人分析这个金属 环，CREE使用金属环的目的是将多余 的被激发的荧光粉所发出来的黄色光 屏蔽掉。这个金属环同样也将一次光 学后的发光角度缩小了，其发光角度 较小，半功率辐射角只有75°，小于 Lumileds公司生产的LED的120°。发光 角度的缩小对于二次光学效果的影响 是非常大的。现在CREE之所以能够被 普遍接受，就是其发光效率要高，可 以说是大家在发光效率和光斑的完美 度的选择上最终屈服于发光效率。
在封装上，除了所提及的发光体 的一次光学外，还有一个比较重要的 参数，就是发光核心的体积。发光核 心的体积越小，其发出的光线就接近 点光源的效果，相对来说二次光学元 件就更加容易做，光斑就更加完美。 如Lumileds发布的名为Rebel的LED，其 发光体的体积就非常小，但是此款LED 的产量一直是个问题。同样还有最近 Osram发布的GDP系列LED，发光效率 可以超过CREE Q5，但是封装体积要小 很多。值得说明的是，并不是LED的封 装越小就越好，对于大功率LED，散热 的好坏是影响LED可靠性的一个重要 因素，体积大些的封装在散热上有优势。 

手电的灵魂——发光体(四)
发表日期:2010-07-15 10:30:37 来源:《无线电》杂志 2009.02 作者:宋思源 【大 中 小】 浏览:5040次 评论:0条

LED未来发展方向 

作为LED未来的发展，人们最关心 的就是亮度了，而作为亮度衡量的参 数就是光通量，要想进一步提高光通 量有几种方式。 
提高光通量最理想的方式莫过于提高发光效率，发光效率的提高极限  
是100%，而越接近极限，提高就越困 难。虽然会有缓慢的提高，但毕竟这 种发展总是有限度的。 第 二 种 方 式 是 增 加 LED 的 强 壮 性，从而提高核心的最大功率，正如 Lumileds的型号为新K2的那款LED一样， 能够耐受 2A 电流，为双引脚的结构。第三种方式是多核LED，把多个 核心集合在一个封装里面，从而提高 单个封装的功率和光通量，但是这样 就会增加封装的面积，具体的产品 如SSC公司的P7  LED和CREE的MC-E LED等。 多核心LED如下图所示，我们可以 看到都是由4个核心组成"田"字的封 装的。 

第四种方式就是采用多个LED，也 就是俗称的多头LED。有人还将六七十 个 CREE   LED 组合在一起组成 " 手 电"。当然这种多LED一般不受大家的 喜爱，主要是感觉比较"山寨"，其 光斑也不是很好。 
当然还有一种比较折中的方案， 是一个主要的大功率LED配合其他的 几个功率稍微小点的LED作辅助照明 用。这种方式最典型的代表就是美国 手电大师Mcgizmo所设计的Lunasol27 和Lunasol20手电。Lunasol的理念是双 实际上，在LED核心的选择上， 爱好者个人考虑的因素并不多，笔者 的观点是，LED作为手电关键的核心部 件，能够有好的选择尽量要选择好一 些的，因为它相比整个手电的价格来 说，并不是特别贵（跟以前的Lumileds 时代比可是要便宜得多了）。我们在 选择上主要比较的是光色，毕竟发光 效率方面没有什么好比较的，厂家都 已经给出非常具体的参数了，参数自 然是越高越好了。 光源，双输出，高挡位聚光设计，适 合远射，而低挡位提供散光，适合近 距离照明。据称其设计的灵感是来源 于太阳和月亮，这样的设计均衡了高 亮和低亮的需求。当然类似的设计在 Surefire手电上也早有推出，比如其A2 和KROMA等手电，只是Surefire的这种 设计对于光杯的要求实在是太高了。以下是其Lunasol理念手电的照 片，右侧的核心LED使用的是CREE 的，左侧中心的主LED采用的是Osram 的GDP，其外围的小LED是由日亚公司 提供的。 值得提及的是日亚公司（Nichia）， 世界上第一款白光 LED 就是由日亚公 司推出的，其在小功率 LED 应用上有 着很深的造诣。在小功率LED的应用上， 日亚基本可以代表着业界的最高水平。 不过由于功率限制，其 LED 整个通光 量并不乐观，在大功率照明 LED 手电 的应用上并不多。 

现在市场上的主流LED还是当属 CREE公司生产的7090XR-E系列LED， 价钱合理，供货量稳定，并且发光效 率也很好，这些都使其成为主流的选 择。其曾经的主要竞争对手Lumileds公 司的新K2迟迟没有大量供货；而Rebel 系列的LED也由于质量问题被召回过； Rebel  100系列的发光效率倒是不错， 不过供货量小，很难买到，它的封装 较小，在设计小尺寸的手电时倒是一 个好的选择。现在较新的LED是Osram 发布GDP，其封装体积较小，发光效率 据称可以超过CREE Q5，只是还有些不 成熟，健壮性还有提高的空间，不过 这可以作为未来的一个发展的方向， 毕竟新技术的使用才会促进科技的进 步嘛。 
另外比较好的LED选择就是CREE 的暖白、自然白系列，它现在能够大 量供货的最高端的代表是P4-7A  LED， 这种LED的光色差不多可以和白炽灯进 行比较，比其他LED的显色性要好。 还有个选择方案是CREE的MC-E系列 LED，这种的LED是将4个7090XR-E的 核心封装在一起，相比SSC公司的P7 封装体积要小很多，基本跟7090XR-E 系列的体积差不多。但是这样的小体 积的代价就是MC-E的整体健壮性要 差些，散热差，能承受的电流要小。 同样由于其采用7090XR-E的核心， MC-E系列也有各种光色可以选择。不 过MC-E系列LED由于发光体体积变大 了，在使用小口径、浅深度光杯的时 候会出现中间的黑斑，而且目前该系 列的供货量也算是一个问题吧。  

实际上，在LED核心的选择上，爱好者个人考虑的因素并不多，笔者的观点是，LED作为手电关键的核心部件，能够有好的选择尽量要选择好一些的，因为它相比整个手电的价格来说，并不是特别贵（跟以前的Lumileds时代比可是要便宜得多了）。我们在选择上主要比较的是光色，毕竟发光效率方面没有什么好比较的，厂家都已经给出非常具体的参数了，参数自然是越高越好了