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原文來自
http://forum.xitek.com/showthread.php?threadid=451329
短短幾年以前，大多數人還不知道LED也可以做手電筒，而今，無論是在商店，還是Taobao的店鋪，LED手電筒已經隨處可見。便宜的幾塊錢就能買到，貴的有好幾千一隻的，品種之豐富是幾年以前難以想像的。LED到底有什麼優勢？不同的LED之前有什麼區別？各個品牌又有什麼特點？本文嘗試以LED手電筒的發展為主線做一個闡明。
LED手電筒的核心是LED，就好比電腦的核心是CPU一樣，甚至更加重要，手電筒的別的部件幾乎都是圍繞著LED進行設計的。LED是英文發光二極體的縮寫，顧名思義，從第一隻LED誕生起，它就是會發光的。LED光源的應用非常早，比如在指示燈上。最初的LED只能發出紅色和綠色，後來藍色光的LED研製出來，這樣三色光LED就可以組合成全色的大型戶外顯示器。單色光的的LED也可以用來做小型手電筒，但由於只有單色，使用受到極大限制。在白色光LED研製出來以前，曾經有些LED手電筒使用多隻單色光的LED來組合，這些產品可以說是最早的“白光”LED手電筒。白光是一種混合光，藍光LED的研製成功，使得用RGB合成白光，以及用藍光和藍光激發螢光粉產生的黃光混合產生白光成為可能，這樣在1998年，Nichia（日亞）終於推出了第一隻白光LED。這種小功率的白光LED大多採用5mm炮彈形封裝，驅動電流25ma左右，可以發出2流明左右的光通量，在以後的幾年裏，其他廠商也開始大量生產類似的產品。Nichia的白光LED本身就已經集成了聚光部件，LED的炮彈前部實際是一個用於聚光的透鏡，原理和以前的聚光燈珠是一樣的，顯然10mm的封裝具有更大直徑的聚光透鏡，所以聚光強於5mm的，而5mm的又強於3mm的。雖然這種透鏡使得LED本身有一定的定向照射能力，但卻給二次光學（手電筒的聚光零件）設計帶來麻煩，並且由於折射，會引起光斑偏色，色散，不均勻等一些問題。
Fig 1.Nichia 5mm LED
Nicha的5mm
LED非常適合在小型手電筒中使用，因為小功率的燈泡發光效率很低，電池不足時發光效率會更低，甚至達到0（只耗電不發光）。但LED應用有一個麻煩，它的驅動電壓是3－4伏特，而且在工作電壓附近對電壓變化非常敏感。最初的應用方式是用幾個電池串連，以超過LED的驅動電壓，再加上電阻分壓/限流。這種方式現在仍然在低端產品中常見，比如用3個排成品字型的7號電池串連。小體積的手電筒可能會用紐扣電池，最著名的莫過於Pelican的1930，使用了4個LR44電池串連。很明顯這不是一個理想的解決方案，因為紐扣電池的容量太小了，開上半個小時電池就損耗大半，一次更換4節也比較麻煩。
採用降壓設計的產品也不乏精品,最有代表性的是Inova的X5。X5在功能，電路上並沒有什麼突出之處，它的成功在於外觀設計，特別是第一版，外觀是非常簡潔的圓柱，5顆LED嵌在頭部孔洞內受到了完美的保護，顯得非常結實。這種直筒外觀設計的成功，從其後面大量的仿製品就可見一斑（新版的X5現在還在生產銷售，LED改用了更高光效的）。
Nicha的5mm
LED非常適合在小型手電筒中使用，因為小功率的燈泡發光效率很低，電池不足時發光效率會更低，甚至達到0（只耗電不發光）。但LED應用有一個麻煩，它的驅動電壓是3－4伏特，而且在工作電壓附近對電壓變化非常敏感。最初的應用方式是用幾個電池串連，以超過LED的驅動電壓，再加上電阻分壓/限流。這種方式現在仍然在低端產品中常見，比如用3個排成品字型的7號電池串連。小體積的手電筒可能會用紐扣電池，最著名的莫過於Pelican的1930，使用了4個LR44電池串連。很明顯這不是一個理想的解決方案，因為紐扣電池的容量太小了，開上半個小時電池就損耗大半，一次更換4節也比較麻煩。
採用降壓設計的產品也不乏精品,最有代表性的是Inova的X5。X5在功能，電路上並沒有什麼突出之處，它的成功在於外觀設計，特別是第一版，外觀是非常簡潔的圓柱，5顆LED嵌在頭部孔洞內受到了完美的保護，顯得非常結實。這種直筒外觀設計的成功，從其後面大量的仿製品就可見一斑（新版的X5現在還在生產銷售，LED改用了更高光效的）。
  Fig.2
Inova X5第一版
2001年，ARC公司帶來LED手電筒歷史上帶有劃時代意義的產品，ARC
AAA(包括高級版的LE）。它首先把升壓/整流電路引入手電筒設計，實現了用一顆普通的AAA驅動LED。ARC的電路是半整流設計，把一顆AAA的電壓升高到3.xV，在超過6個小時的時間內可以平穩下降的輸出，當電池不足以推動LED高亮時會轉入低檔繼續工作幾個小時。此外，ARC
AAA的製作也很精良，外殼採用HA
III超硬陽極電鍍，LE版本使用精選LED，更白更亮，防水性能極好（經過340英尺水壓測試）等。相對於以前的燈泡7號手電比如Maglite
Solitare等，它在輸出，效率，體積，表面處理上有明顯優勢。所以一經推出就受到了廣泛的歡迎，唯一的遺憾是對於中國的消費者，它的價格顯得高了些，畢竟當時很多人覺得Maglite已經是高檔手電筒的代表了。
Fig.3 經典的ARC AAA
類似X5這種手電筒，使用多顆LED來提高光通量，從技術美學角度，這並不是一個理想的解決方案。正如一個亮的燈泡手電筒不會用很多個小燈泡一樣，最理想的應該是應用大功率的發光體，Lumileds公司的產品使這種方案成為可能。
Lumileds成立於1999年，現在已經是Philip的完全子公司，它所生產的Luxeon Star（LS）是最早的大功率LED產品。2001年，又是富於創新的Arc
公司，首先應用了LS LED，推出了ARC LS。ARC LS（第一版，以下同）應用了一顆Lux
I大功率LED，驅動電流350ma左右，對應功率略超過1W。由於使用了大功率LED，相比兩節鋰電驅動的X5，ARC
LS用一半的體積做到了高一倍的輸出。作為第一款大功率LED手電筒，ARC
LS可以說是革命性的，它向人們證明瞭，一隻小巧的，只有不到7CM長（用一節CR123A鋰電）的LED手電筒，輸出可以達到普通兩節1號大手電筒的水準，而且燈泡壽命長幾個數量級。作為ARC公司的頂級產品，ARC
LS在別的方面自然也不會馬虎，防水密封不在話下，HA III nat的塗層，雖然看起來沒有X5那麼精美，但是硬度高很多，更耐磨損。ARC在電池段方面也很有創新，電池段可以選擇一節CR123A，兩節AA或者一節AA。現在我們提到最早的大功率單節AA手電筒，一般會想到Fenix的L1系列，但實際上ARC
LS早在很多年前就已經把大功率LED和單AA結合在了一起。只是由於這時候單節AA驅動LS I的輸出實在太低，所以沒有引起廣泛的影響。
 Fig.4
Lumileds Lux I LD封裝加星形基板
   Fig.5
ARC LS原型（帶有三種電池段），第一版，第二版
在現在看來，ARC LS的不足仍然非常明顯。這時候的Lux I採用的是LD（Low
Dome）封裝，有些類似炮彈形LED，發光核心上面覆蓋的透明體相當於一個直徑很小的透鏡，對光線有一定彙聚作用，這種封裝在後來看來是不成熟的。LS公司建議配合NX05透鏡或者類似產品（當時大部分LS
LED手電筒都是如此）作為二次光學對LED發出的光進行彙聚，但由於LD的透鏡，使得發光體等效面積（像面積）增大，光斑發散並且由於折射作用有偏色(主要是偏藍）和不均勻等現象。另外，這時候的LS
I，只能發出15流明左右的光，發光效率比同功率的燈泡並沒有占到明顯優勢，花一百多美元去買一隻ARC
LS，一方面是由於壽命，更多則是出於對新技術的一種追逐吧。
LED光源上的巨大進步，也引起了Surefire的注意.Surefire可以說是高端手電筒的代表，長期以來為軍方和執法部門生產高品質的照明工具，包括手電筒，戰術燈，鐳射瞄準裝置等。大部分產品使用一次性鋰電驅動，小巧高亮。Surefire的產品線很龐大齊全，各種配件更是讓人眼花繚亂，所以當Surefire打算涉足LED電筒領域的時候，它是以生產LED燈頭（作為燈泡燈頭的一種可選替代）起步的。2002年，SF推出了KL1，KL2，KL3三款燈頭，分別用於配合Surefire
E系列，M系列和Classic系列（包括M2，C系，G系，P系）筒身。KL1,KL3使用了一顆LS 1W
LED，配合NX05透鏡，光通量標稱17和19流明（實際沒有什麼區別），KL2則使用了19顆5mm白光LED，光通量標稱27流明，電池壽命則取決於使用的筒身。稍晚一些，Surefire又推出了兩檔調光的L1（電筒而非燈頭）以及混合使用LED和白幟燈泡的A2。Surefire雖然相對ARC，Inova等公司進入LED手電筒領域較晚，但還是體現出了自己的鮮明特色。由於Surefire的電筒全部使用鋰電，不用考慮相容負載能力較低的鹼性電池等，所以Surefire採用了全整流設計（之前ARC等採用半整流設計），只要電池還能輸出額定的電流，燈頭的輸出沒有變化，放電曲線完全平直。又由於Surefire每個系列有多種不同電壓的筒身，Surefire普遍採用了健壯性較強的電路，輸入電壓範圍很寬，以KL1為例，輸入2－9V電壓都能正常工作，輸出幾乎不變，但是代價是電路效率相對專用電路較低。另外，SF這幾款燈頭也保持了Surefire的一貫優勢，製造品質上乘。外觀造型炫目美觀（或者說夠噱頭），尤其是第一版的KL3，好似一個CPU散熱器，這也在某種程度上體現了當時對大功率LED散熱的過分擔心。
Fig.6 Surefire KL1(第一版），KL2，KL3（第一版）
Surefire的這幾款燈頭仍然體現了當時LED技術和應用水準的局限：LD封裝＋透鏡的散而藍的光斑，KL3比KL1大得多的體積，卻使用一樣的LED，一樣的透鏡，一樣的輸出，KL2還在使用多顆小功率LED的方式等等。但是，LED在燈頭壽命上的優勢，Surefire在市場的信譽和龐大佔有量，手電筒發燒友對新技術的追捧，這些因素加在一起，還是使得這幾款燈頭（尤其是KL1）獲得了巨大的成功。KL1和KL3的改版目前仍在生產，當然結構已經大變，性能已經不可同日而語了。
在手電筒廠商忙著研製和改進手電筒的時候，Lumileds也在著手研發新的LED。LD封裝之後，SE（Side emitter)和HD（High
Dome）封裝被應用。
SE的透鏡類似一個漏斗，可以把LED向前發出的光線折返回來，這樣可以讓較淺的反光碗也能收集到足夠光線。HD則擁有一個半球型透鏡，發光體位於球心，這樣球殼對發光核心折射作用被減小到最低，光線可以自由輻射出去，發光形態被認為是最接近燈泡手電筒的，HD封裝在應用上獲得了巨大的成功，LD的封裝則逐漸被淘汰了。更大功率的LED也被開發出來，典型的就是Lux
V，功率達到5W左右。在電氣結構上，採用兩隻1W管腳串連，所以驅動電壓是普通LED的兩倍，達到接近7V，物理結構上則是把四個1W核心田字型排列，通過增大發光體面積來獲得更高的光通量。
 Fig.7
HD，LD，SE三種封裝外觀區別
HD封裝的Lux I和原有的LD封裝產品是相容的，所以ARC很快就推出了 ARC LSHP
（H表示HD封裝，P表示高級版），光束比原來更加集中，而且也不再那麼藍了，只是由於發光體是方形，在透鏡的成像作用下，光斑也呈現出方形。第一隻應用Lux
V的手電筒則是ARC的LS III，燈頭類似原有的ARC LS，仍然使用同樣的透鏡，但驅動電路改變，電池段改為兩節Cr123A串連。ARC LS
3只生產了幾十隻，產品生涯非常短暫，雖然號稱是第一隻5W LED手電筒，但實際只工作在2W
功率上，它的不成熟從其曇花一現的生命就可見一斑（以至於很多手電筒發燒友都不知道有這款產品）。
 Fig.8 ARC
LSHP
  Fig.9
Lux V特寫
 Fig.10
ARC LS 3
Surefire的L4，L5，L6，L7在2003年推向市場，其中KL4，KL5，KL6也作為LED燈頭元件單獨銷售。Surefire的Lux
V產品推出比ARC 3晚了一些，但要成熟許多，也獲得了巨大的成功，是影響力最大的Lux
V產品。這幾款手電筒身體都基於原有的Surefire燈泡產品，L4是E2e的身體，L5是M2的身子，L6是M3的，L7是9AN（充電型）的身子，尾蓋都換成了Clicke（按下可鎖定）型。這幾隻電筒都使用了HD封裝的Lux
V，運行功率在5W左右，真正達到了滿功率運行，光通量比起原來的1W
LED有巨大飛躍。初期產品標注為65流明，實測一般都可以達到80流明以上，後期則更高。由於HD封裝的LED發光形態接近燈泡，Surefire使用了比燈泡手電筒焦距更短（同樣口徑更深）的橘皮反光碗來配合他們，光斑過渡平滑，中心光斑外有範圍很大的泛光區，很適合日常照明使用，比起原有的透鏡元件，在光斑品質上也有了巨大提高。另外說明一下，這幾隻產品的反光碗焦距是一樣的，只是口徑不同（當然深度也不同），口徑最大的L6聚光最佳，但泛光區也較小，L4的泛光很大，光斑也比較大，比較適合近距離使用。
 
  Fig.
11-14 surefire L4,L5,L6,L7
Fig. 15 L4,L5,L6外觀對比
如果說Surefire的L4－L7這個系列有什麼缺點的話，這個缺點主要來自LED本身。5W
LED帶來巨大光通量的同時，也帶來的巨大的發熱，特別對於體積嬌小的L4來說問題比較嚴重。田字型排列的LED由於發光面積大，所以光斑面積也較大，不利遠射，而且由於發光體核心之間的縫隙，造成光斑中心會有一個微弱的暗斑。LUX
V的壽命也大大低於LUX
I，官方資料分別是50000小時和500小時，另外，LUX
V一直產量不足，價格居高不下，一顆好Bin的更是難求，這也造成量產LUX
V手電筒的公司相對較少。現在，在Lumileds推出新產品之後，Lux
V已經逐漸淡出了市場。
在2004年，Surefire在LUX
V手電筒產品上獨領風騷（SF還推出了兩檔調光的L2，並在05年推出6檔磁控開關的U2），而採用HD
LUX I的手電筒則如雨後春筍大量湧現。這裏面不乏精品，比如新加坡的Longbow，擁有和Surefire同級別的製造品質，Inova則以其獨具特點的TIROS透鏡吸引了很多眼球（可惜Inova現在又回到和大家一樣用反光碗了）。在這裏面，最具特色的則當數ARC
4。
Fig.16 Inova的TIROS透鏡
 Fig.17 短命的長弓手電筒
ARC 4其實是由HDS公司設計的，它是第一隻推向市場的“智慧型”電筒。它使用一顆LUX
I HD，單節123A鋰電驅動，光面反光杯（實際帶有加工留下的環狀紋理），最高輸出30流明左右，尾部有一個按鈕開關。ARC
4最大的特點是採用單片機控制，通過尾部按鈕的單擊，雙擊，三擊可以完成亮度選擇，亮度設定，鎖定等多種功能，多檔的亮度，令人眼花繚亂的功能都是前所未有的，從此，電筒也有了“驅動軟體”一說。
 Fig.18 U2和ARC
4
2004年電筒界有一件大事不能不提，這就是ARC的倒閉。ARC倒閉的原因是多方面的，它最賺錢的ARC
AAA，由於外觀結構侵犯了鎂光的多項專利，樹大招風惹來了官司（鎂光：這頭豬終於養肥了，該是吃肉的時候啦）；投入大量資金開發的ARC
LS一直沒有達到預期收益，ARC
4則陷入和設計者HDS的糾紛。不過在2005年底，ARC又捲土重來，這是後話。
Lumileds方面則在致力於提高產品的健壯性，LUX
III，也就是俗稱的3W
LED被推向市場。LUX
III可以看作是LUX
I的耐流版，開始兩者的外觀有所區別，不過後來Lumileds整合了生產線，兩者就完全一致了（這和Intel的CPU，同一生產線生產不同頻率的CPU有些相似）。和LUX
I（標準電流350ma)相比，LUX
III的最大允許電流提高到1000ma(實際可以更高一點），在這個電流下，最初的S
Bin產品可以有60流明左右光通量,
後來的U
Bin則可以達到100流明左右（要注意，由於發熱引起效率下降和反光碗和玻璃的損失，實際在手電筒裏面要有一個不小折扣）。和LUX
V相比，雖然光通量要低不少（V
Bin的LUX
V有120流明左右，X
Bin則可以超過200流明），但是壽命長得多，驅動電壓低一半（能耗更低），核心面積只有四分之一（同樣反光碗光束更集中，利於遠射）。LUX
III同樣使用成熟的HD封裝，手電筒愛好者們發現，一顆LUX
III，加上合適的反光碗，照明效果非常好，光斑集中，射程遠，LUX
III優良的性能很快在手電筒玩家中引發了一場“山娃（三瓦）旋風”。
2005年初，Lumileds還發佈了名為K2的新產品，它可以看作是基於LUX
III，改變封裝的產品，產品的健壯性進一步提高，但是，由於光效並沒有提高，甚至比U
bin的LUX
III還略差，並沒有引發市場的太大反應，大部分產品仍然使用LUX
III。Lumileds在K2上的努力的效果直到兩年以後才體現出來。
 Fig.19 Lumileds K2
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