LED手电的进化(2001-2007)

过年了,这里反而清净了,清净了好啊….整个世界都安宁了.哈哈.

短短几年以前,大多数人还不知道LED也可以做手电,而今,无论是在商店,还是Taobao的店铺,LED手电已经随处可见。便宜的几块钱就能买到,贵的有好几千一只的,品种之丰富是几年以前难以想象的。LED到底有什么优势?不同的LED之前有什么区别?各个品牌又有什么特点?本文尝试以LED手电的发展为主线做一个阐明。

LED手电的核心是LED,就好比计算机的核心是CPU一样,甚至更加重要,手电的别的部件几乎都是围绕着LED进行设计的。LED是英文发光二极管的缩写,顾名思义,从第一只LED诞生起,它就是会发光的。LED光源的应用非常早,比如在指示灯上。最初的LED只能发出红色和绿色,后来蓝色光的LED研制出来,这样三色光LED就可以组合成全色的大型户外显示器。单色光的的LED也可以用来做小型手电,但由于只有单色,使用受到极大限制。在白色光LED研制出来以前,曾经有些LED手电使用多只单色光的LED来组合,这些产品可以说是最早的“白光”LED手电。白光是一种混合光,蓝光LED的研制成功,使得用RGB合成白光,以及用蓝光和蓝光激发荧光粉产生的黄光混合产生白光成为可能,这样在1998年,Nichia(日亚)终于推出了第一只白光LED。这种小功率的白光LED大多采用5mm炮弹形封装,驱动电流25ma左右,可以发出2流明左右的光通量,在以后的几年里,其他厂商也开始大量生产类似的产品。Nichia的白光LED本身就已经集成了聚光部件,LED的炮弹前部实际是一个用于聚光的透镜,原理和以前的聚光灯珠是一样的,显然10mm的封装具有更大直径的聚光透镜,所以聚光强于5mm的,而5mm的又强于3mm的。虽然这种透镜使得LED本身有一定的定向照射能力,但却给二次光学(手电的聚光零件)设计带来麻烦,并且由于折射,会引起光斑偏色,色散,不均匀等一些问题。

Fig 1.Nichia 5mm LED

Nicha的5mm LED非常适合在小型手电中使用,因为小功率的灯泡发光效率很低,电池不足时发光效率会更低,甚至达到0(只耗电不发光)。但LED应用有一个麻烦,它的驱动电压是3-4伏特,而且在工作电压附近对电压变化非常敏感。最初的应用方式是用几个电池串连,以超过LED的驱动电压,再加上电阻分压/限流。这种方式现在仍然在低端产品中常见,比如用3个排成品字型的7号电池串连。小体积的手电可能会用纽扣电池,最著名的莫过于Pelican的1930,使用了4个LR44电池串连。很明显这不是一个理想的解决方案,因为纽扣电池的容量太小了,开上半个小时电池就损耗大半,一次更换4节也比较麻烦。

采用降压设计的产品也不乏精品,最有代表性的是Inova的X5。X5在功能,电路上并没有什么突出之处,它的成功在于外观设计,特别是第一版,外观是非常简洁的圆柱,5颗LED嵌在头部孔洞内受到了完美的保护,显得非常结实。这种直筒外观设计的成功,从其后面大量的仿制品就可见一斑(新版的X5现在还在生产销售,LED改用了更高光效的)。


Fig.2 Inova X5第一版

2001年,ARC公司带来LED手电历史上带有划时代意义的产品,ARC AAA(包括高级版的LE)。它首先把升压/整流电路引入手电设计,实现了用一颗普通的AAA驱动LED。ARC的电路是半整流设计,把一颗AAA的电压升高到3.xV,在超过6个小时的时间内可以平稳下降的输出,当电池不足以推动LED高亮时会转入低档继续工作几个小时。此外,ARC AAA的制作也很精良,外壳采用HA III超硬阳极电镀,LE版本使用精选LED,更白更亮,防水性能极好(经过340英尺水压测试)等。相对于以前的灯泡7号手电比如Maglite Solitare等,它在输出,效率,体积,表面处理上有明显优势。所以一经推出就受到了广泛的欢迎,唯一的遗憾是对于中国的消费者,它的价格显得高了些,毕竟当时很多人觉得Maglite已经是高档手电的代表了。

Fig.3 经典的ARC AAA

类似X5这种手电,使用多颗LED来提高光通量,从技术美学角度,这并不是一个理想的解决方案。正如一个亮的灯泡手电不会用很多个小灯泡一样,最理想的应该是应用大功率的发光体,Lumileds公司的产品使这种方案成为可能。

Lumileds成立于1999年,现在已经是Philip的完全子公司,它所生产的Luxeon Star(LS)是最早的大功率LED产品。2001年,又是富于创新的Arc 公司,首先应用了LS LED,推出了ARC LS。ARC LS(第一版,以下同)应用了一颗Lux I大功率LED,驱动电流350ma左右,对应功率略超过1W。由于使用了大功率LED,相比两节锂电驱动的X5,ARC LS用一半的体积做到了高一倍的输出。作为第一款大功率LED手电,ARC LS可以说是革命性的,它向人们证明了,一只小巧的,只有不到7CM长(用一节CR123A锂电)的LED手电,输出可以达到普通两节1号大手电的水平,而且灯泡寿命长几个数量级。作为ARC公司的顶级产品,ARC LS在别的方面自然也不会马虎,防水密封不在话下,HA III nat的涂层,虽然看起来没有X5那么精美,但是硬度高很多,更耐磨损。ARC在电池段方面也很有创新,电池段可以选择一节CR123A,两节AA或者一节AA。现在我们提到最早的大功率单节AA手电,一般会想到Fenix的L1系列,但实际上ARC LS早在很多年前就已经把大功率LED和单AA结合在了一起。只是由于这时候单节AA驱动LS I的输出实在太低,所以没有引起广泛的影响。

Fig.4 Lumileds Lux I LD封装加星形基板



Fig.5 ARC LS原型(带有三种电池段),第一版,第二版

在现在看来,ARC LS的不足仍然非常明显。这时候的Lux I采用的是LD(Low Dome)封装,有些类似炮弹形LED,发光核心上面覆盖的透明体相当于一个直径很小的透镜,对光线有一定汇聚作用,这种封装在后来看来是不成熟的。LS公司建议配合NX05透镜或者类似产品(当时大部分LS LED手电都是如此)作为二次光学对LED发出的光进行汇聚,但由于LD的透镜,使得发光体等效面积(像面积)增大,光斑发散并且由于折射作用有偏色(主要是偏蓝)和不均匀等现象。另外,这时候的LS I,只能发出15流明左右的光,发光效率比同功率的灯泡并没有占到明显优势,花一百多美元去买一只ARC LS,一方面是由于寿命,更多则是出于对新技术的一种追逐吧。

LED光源上的巨大进步,也引起了Surefire的注意.Surefire可以说是高端手电的代表,长期以来为军方和执法部门生产高质量的照明工具,包括手电,战术灯,激光瞄准装置等。大部分产品使用一次性锂电驱动,小巧高亮。Surefire的产品线很庞大齐全,各种配件更是让人眼花缭乱,所以当Surefire打算涉足LED电筒领域的时候,它是以生产LED灯头(作为灯泡灯头的一种可选替代)起步的。2002年,SF推出了KL1,KL2,KL3三款灯头,分别用于配合Surefire E系列,M系列和Classic系列(包括M2,C系,G系,P系)筒身。KL1,KL3使用了一颗LS 1W LED,配合NX05透镜,光通量标称17和19流明(实际没有什么区别),KL2则使用了19颗5mm白光LED,光通量标称27流明,电池寿命则取决于使用的筒身。稍晚一些,Surefire又推出了两档调光的L1(电筒而非灯头)以及混合使用LED和白帜灯泡的A2。Surefire虽然相对ARC,Inova等公司进入LED手电领域较晚,但还是体现出了自己的鲜明特色。由于Surefire的电筒全部使用锂电,不用考虑兼容负载能力较低的碱性电池等,所以Surefire采用了全整流设计(之前ARC等采用半整流设计),只要电池还能输出额定的电流,灯头的输出没有变化,放电曲线完全平直。又由于Surefire每个系列有多种不同电压的筒身,Surefire普遍采用了健壮性较强的电路,输入电压范围很宽,以KL1为例,输入2-9V电压都能正常工作,输出几乎不变,但是代价是电路效率相对专用电路较低。另外,SF这几款灯头也保持了Surefire的一贯优势,制造质量上乘。外观造型炫目美观(或者说够噱头),尤其是第一版的KL3,好似一个CPU散热器,这也在某种程度上体现了当时对大功率LED散热的过分担心。

Fig.6 Surefire KL1(第一版),KL2,KL3(第一版)

Surefire的这几款灯头仍然体现了当时LED技术和应用水平的局限:LD封装+透镜的散而蓝的光斑,KL3比KL1大得多的体积,却使用一样的LED,一样的透镜,一样的输出,KL2还在使用多颗小功率LED的方式等等。但是,LED在灯头寿命上的优势,Surefire在市场的信誉和庞大占有量,手电发烧友对新技术的追捧,这些因素加在一起,还是使得这几款灯头(尤其是KL1)获得了巨大的成功。KL1和KL3的改版目前仍在生产,当然结构已经大变,性能已经不可同日而语了。

在手电厂商忙着研制和改进手电的时候,Lumileds也在着手研发新的LED。LD封装之后,SE(Side emitter)和HD(High Dome)封装被应用。 SE的透镜类似一个漏斗,可以把LED向前发出的光线折返回来,这样可以让较浅的反光碗也能收集到足够光线。HD则拥有一个半球型透镜,发光体位于球心,这样球壳对发光核心折射作用被减小到最低,光线可以自由辐射出去,发光形态被认为是最接近灯泡手电的,HD封装在应用上获得了巨大的成功,LD的封装则逐渐被淘汰了。更大功率的LED也被开发出来,典型的就是Lux V,功率达到5W左右。在电气结构上,采用两只1W管脚串连,所以驱动电压是普通LED的两倍,达到接近7V,物理结构上则是把四个1W核心田字型排列,通过增大发光体面积来获得更高的光通量。

Fig.7 HD,LD,SE三种封装外观区别

HD封装的Lux I和原有的LD封装产品是兼容的,所以ARC很快就推出了 ARC LSHP (H表示HD封装,P表示高级版),光束比原来更加集中,而且也不再那么蓝了,只是由于发光体是方形,在透镜的成像作用下,光斑也呈现出方形。第一只应用Lux V的手电则是ARC的LS III,灯头类似原有的ARC LS,仍然使用同样的透镜,但驱动电路改变,电池段改为两节Cr123A串连。ARC LS 3只生产了几十只,产品生涯非常短暂,虽然号称是第一只5W LED手电,但实际只工作在2W 功率上,它的不成熟从其昙花一现的生命就可见一斑(以至于很多手电发烧友都不知道有这款产品)。


Fig.8 ARC LSHP


Fig.9 Lux V特写

Fig.10 ARC LS 3

Surefire的L4,L5,L6,L7在2003年推向市场,其中KL4,KL5,KL6也作为LED灯头组件单独销售。Surefire的Lux V产品推出比ARC 3晚了一些,但要成熟许多,也获得了巨大的成功,是影响力最大的Lux V产品。这几款手电身体都基于原有的Surefire灯泡产品,L4是E2e的身体,L5是M2的身子,L6是M3的,L7是9AN(充电型)的身子,尾盖都换成了Clicke(按下可锁定)型。这几只电筒都使用了HD封装的Lux V,运行功率在5W左右,真正达到了满功率运行,光通量比起原来的1W LED有巨大飞跃。初期产品标注为65流明,实测一般都可以达到80流明以上,后期则更高。由于HD封装的LED发光形态接近灯泡,Surefire使用了比灯泡手电焦距更短(同样口径更深)的橘皮反光碗来配合他们,光斑过渡平滑,中心光斑外有范围很大的泛光区,很适合日常照明使用,比起原有的透镜元件,在光斑质量上也有了巨大提高。另外说明一下,这几只产品的反光碗焦距是一样的,只是口径不同(当然深度也不同),口径最大的L6聚光最佳,但泛光区也较小,L4的泛光很大,光斑也比较大,比较适合近距离使用。





Fig. 11-14 surefire L4,L5,L6,L7

Fig. 15 L4,L5,L6外观对比

如果说Surefire的L4-L7这个系列有什么缺点的话,这个缺点主要来自LED本身。5W LED带来巨大光通量的同时,也带来的巨大的发热,特别对于体积娇小的L4来说问题比较严重。田字型排列的LED由于发光面积大,所以光斑面积也较大,不利远射,而且由于发光体核心之间的缝隙,造成光斑中心会有一个微弱的暗斑。LUX V的寿命也大大低于LUX I,官方数据分别是50000小时和500小时,另外,LUX V一直产量不足,价格居高不下,一颗好Bin的更是难求,这也造成量产LUX V手电的公司相对较少。现在,在Lumileds推出新产品之后,Lux V已经逐渐淡出了市场。

在2004年,Surefire在LUX V手电产品上独领风骚(SF还推出了两档调光的L2,并在05年推出6档磁控开关的U2),而采用HD LUX I的手电则如雨后春笋大量涌现。这里面不乏精品,比如新加坡的Longbow,拥有和Surefire同级别的制造质量,Inova则以其独具特点的TIROS透镜吸引了很多眼球(可惜Inova现在又回到和大家一样用反光碗了)。在这里面,最具特色的则当数ARC 4。


Fig.16 Inova的TIROS透镜

Fig.17 短命的长弓手电

ARC 4其实是由HDS公司设计的,它是第一只推向市场的“智能型”电筒。它使用一颗LUX I HD,单节123A锂电驱动,光面反光杯(实际带有加工留下的环状纹理),最高输出30流明左右,尾部有一个按钮开关。ARC 4最大的特点是采用单片机控制,通过尾部按钮的单击,双击,三击可以完成亮度选择,亮度设定,锁定等多种功能,多档的亮度,令人眼花缭乱的功能都是前所未有的,从此,电筒也有了“驱动软件”一说。

Fig.18 U2和ARC 4

2004年电筒界有一件大事不能不提,这就是ARC的倒闭。ARC倒闭的原因是多方面的,它最赚钱的ARC AAA,由于外观结构侵犯了镁光的多项专利,树大招风惹来了官司(镁光:这头猪终于养肥了,该是吃肉的时候啦);投入大量资金开发的ARC LS一直没有达到预期收益,ARC 4则陷入和设计者HDS的纠纷。不过在2005年底,ARC又卷土重来,这是后话。

Lumileds方面则在致力于提高产品的健壮性,LUX III,也就是俗称的3W LED被推向市场。LUX III可以看作是LUX I的耐流版,开始两者的外观有所区别,不过后来Lumileds整合了生产线,两者就完全一致了(这和Intel的CPU,同一生产线生产不同频率的CPU有些相似)。和LUX I(标准电流350ma)相比,LUX III的最大允许电流提高到1000ma(实际可以更高一点),在这个电流下,最初的S Bin产品可以有60流明左右光通量, 后来的U Bin则可以达到100流明左右(要注意,由于发热引起效率下降和反光碗和玻璃的损失,实际在手电里面要有一个不小折扣)。和LUX V相比,虽然光通量要低不少(V Bin的LUX V有120流明左右,X Bin则可以超过200流明),但是寿命长得多,驱动电压低一半(能耗更低),核心面积只有四分之一(同样反光碗光束更集中,利于远射)。LUX III同样使用成熟的HD封装,手电爱好者们发现,一颗LUX III,加上合适的反光碗,照明效果非常好,光斑集中,射程远,LUX III优良的性能很快在手电玩家中引发了一场“山娃(三瓦)旋风”。

2005年初,Lumileds还发布了名为K2的新产品,它可以看作是基于LUX III,改变封装的产品,产品的健壮性进一步提高,但是,由于光效并没有提高,甚至比U bin的LUX III还略差,并没有引发市场的太大反应,大部分产品仍然使用LUX III。Lumileds在K2上的努力的效果直到两年以后才体现出来。

Fig.19 Lumileds K2

到2005年,Surefire已经把所有的LUX I产品变成LUX III HD产品,包括L1,KL1,KL3以及搭配KL1的E1L,E2L,枪灯X200。但是Surefire的LUX III产品仍然保守地使用低电流驱动,没有达到满功率运行。虽然新版KL1,KL3的透镜系统投射不错,但缺乏泛光,光斑也不好看,出于种种考虑,Surefire一直缺乏一款优秀的LUX III产品。LUX V方面,Surefire在05年推出了U2,和以前Surefire高端产品不同的是,全部产品为黑色HA III电镀。U2的尺寸和L5相仿,尾部带有Clicke开关,筒身配有夹子,最大的特点是在灯头前部配有一个塑料制的亮度调节环,内部带有磁控开关,可以在2流明至100流明之间做6档调光。

LUX III仍然是05年市场的主流。HDS,也就是ARC 4的设计者继承了ARC 4的基本结构,改用LUX III推出了新的智能电筒EDC42和EDC60,最大亮度42和60流明,和ARC 4一样带有多亮度档位,多功能,带过热保护,HDS后来甚至还推出了少量的EDC85。Blackhawk旗下的NightOps则推出了基于LUX III的战术电筒Gladius,同样具有多档位,多功能,并且首先把暴闪功能(最高亮度10Hz左右的闪烁,用于干扰敌方神经)引入电筒。Pelican推出了M6LED的LUX III版本2390,同时把电镀升级为HA III nat。


Fig.20 HDS EDC系列电筒,同样具有多种电池段
Fig.21 多功能的Night Ops Gladius

Fig.22 Pelican M6 LED 2390

2005年电筒界的另外一场风暴则是中国品牌Fenix引爆的。原有的大功率LED产品多使用锂电或者多颗AA,AAA电池驱动,Fenix注意到了市场上单AA,大功率LED产品的空白;并且在电路效率,发光体效率已经获得了巨大的进步的情况下,推出实用化的1AA LUX I产品已经成为可能。在这种情况下,Fenix推出了L1系列单AA LUX I电筒,并很快改版完善,L1P使用一节廉价好找的AA(5号)电池,光通量25流明,远远超过了使用普通LED的Inova X1,Geber Infinity,Peak等同级别产品。优良的性能和可靠的质量使得Fenix一炮而红,并成功战胜了CPF上美国电筒迷乃至世界电筒迷对中国产品的偏见,为国产电筒赢得了巨大荣誉,并当选为当年最佳电筒。Fenix在推出新品的速度上也令人刮目相看,在L1系列之后又推出了L0系列,P1系列,L2系列等等。Fenix的成功鼓舞了很多国产厂家,越来越多的国产品牌开始在CPF上展露头角,比如Jetbeam,Lumapower等等。

Fig.23 Fenix L1+,早期不锈钢材质

Fig.24 Fenix L1P 2.5版,Fenix以后的外观风格都基于此

2005年重新组建的ARC公司推出了新版的ARC AAA,外观上做了一些改动以回避和镁光的专利麻烦,新ARC采用了升级版的Nichia CS LED,光效更高,P版的亮度比原来提高了80%,筒身也保持了美国货高超的制造质量。尽管性能上获得了巨大的提升,ARC AAA却很难在继续其辉煌的地位,这主要的原因就是对手的升级。单以Fenix为例,就有E0,E1,L0多款单AAA电筒和ARC竞争,尽管Arc AAA做了不少改进,也在玩家中有很好的口碑,但其前景仍然不容乐观,产品线单一,产品成本高,价格高都使其在以后的竞争中,特别是和国产手电的竞争中凶多吉少。ARC的老板甚至还念念不忘新版的ARC LS,也就是ARC 5,但是在产品研发的过程中,Fenix的产品已经进行了数次升级换代,ARC 5是否能够推出还有很大疑问。

Fig.25 ARC AAA新版,灯头形状改变(几乎每个人都觉得不如老版好看)

2006年的上半年相对有些沉闷,各大厂商不断完善着各自的产品。Surefire推出了多用途,多光色的Kroma。Inova逐渐抛弃了TIROS透镜返回了反光碗老路,HDS推出了几款新产品但一直没有正式销售,Fenix仍然在欧美热卖,老顽固的Maglite也终于推出了2AA,3AA LED产品以及给2C-4D这些大家伙用的LED替换灯泡。这里面最能引起我注意的是一些非量产品,比好似电池囚笼的Gatlight,McLuxIII-PD,这些电筒都用料考究,做工上乘,造型独特,当然价格也居高不下。


Fig.26 造型独特的Gatlight

Fig.27 使用活塞开关的PD(钛版)

而此时,革命性的突破正在到来……

在PC领域,如果没有AMD的强有力竞争,恐怕我们现在还得忍受Intel旧型号CPU的低效率,竞争是产品进步的强大推动力。然而在手电用大功率LED领域,从1999 Lumileds推出大功率LED,或者从2001年Lumileds的大功率LED装上手电开售开始,数年来一直没有公司能和Lumileds在这个领域正面竞争。 Nichia的光效不断破纪录,但仅限于小功率;以大粉团为代表的国产(包括台湾产)大功率LED光效低下,核心面积还大,只能作为低质低价的代用品。Osram的LED很早就突破了500流明,但是光效不高,多核心,面积大电压高耗电多,只能在较大的改装品手电用用。于是多年来,大家都已经习惯了Lumileds的产品,一提到大功率LED手电,首先就会问,是Lumileds的吗?Lumileds其实也在不断改进自己的产品,比如K2在健壮性方面有了很大提高,LED的Bin也在缓慢的提升中,高Bin的LED越来越常见。这时手电厂商所做的事情,似乎只是完善设计,并且等待更好的Bin出来。然而到了2006年下半年,突然一个另大家倍感陌生的名字出现了,这就是Cree。Cree公司其实不是这么晚才出LED的,比如很早以前的CR2 ION就用了Cree的一款LED,不过这些产品并没有引起大家的什么注意。到了2006年的7月,Cree开始发售基于EZ1000核心的7090XR-E系列LED,一些玩家的初步测试证明了其所标称的惊人数据不虚,Lumileds的产品在一夜之间落后了。和Lumileds的K2提高产品健壮性不同的是,Cree在另外一个方面有了巨大进步,这就是发光效率。Lumileds Lux III,K2在350ma下典型光通量是40-50流明,而Cree则有80-90流明,也就是说Cree的光效差不多比Lumileds产品高了一倍。在1000ma下,Cree的光通量最高可以达到210流明,而Lumileds的Lux III,K2不过100流明左右。Lumiled的另外一款产品,Lux V,最大光通量虽然勉强可以和Cree对抗,但是能耗高一倍,核心面积大三倍,同样完败。


Fig.28 Cree 7090XR-E

Cree 7090XR-E的优良性能,使其一下子成为手电发光体的热选。但是Cree的LED并不和原有的Lumileds产品兼容,主要的原因是:1.Cree的发光体本身带有一个金属圈,发光角度较小,半功率辐射角只有75度,远远小于Lumileds的120度,这意味着光束向前集中较多,反光杯要足够深才能收集到足够多的光。2.Cree发光体的辐射点更深,这导致原有的为配合Lumileds设计的聚光装置直接装上Cree以后不合焦。这种不兼容意味着手电厂商必须重新设计聚光装置来配合Cree的LED。

最早出现的Cree手电是一些非量产手电。美国的手电改装大师McGizmo原来设计过一款配合Cree UV LED的MCR19XR反光杯,焦距极短,配合7090XR-E也合焦,于是他很快推出了基于Aleph19的XR-E。虽然只是一款非量产产品,还是让很多爱好者通过这只手电认识了Cree的威力。和原来使用Lux V的Surefire L6相比,两者光通量差不多,但XR-E只用一节电池就能驱动,L6则需要三节。XR-E的反光碗只有17mm口径,聚光却不输L6的34mm光碗配合Lux V,泛光还更强,一时间,Lux V从昔日的香饽饽变成了明日黄花。


Fig.29 A19 XR-E VS Surefire L6

Fig.30 McGizmo的钛PD XR(Cree)系列,后来的PD-S(SSC)系列外观类似。

量产手电方面,反应最快的当数国厂Fenix,2006的最后几天,P1D的Cree版P1D CE推出,此后没几个月,Fenix就把自己的全线产品换成了Cree LED,完成了换代。全线换装Cree LED的Fenix光通量比前代产品提高一倍,很多产品还带有多档调光,暴闪等功能。性能先进,功能繁多,质量中上,价格适中的Fenix进一步扩大了自己的市场份额。国产其他的品牌比如Lumapower,Jetbeam之类,也随后把自己的原有产品升级成为Cree版。



Fig.31 P1D CE

Surefire自然也不会坐视不理,在Shotshow 2007上SF展示了自己的Cree版手电,包括L5,E1L,E2L和L1。这几款手电最大的特点是使用了一种专门为Cree开发的20mm口径透镜,自从Inova放弃了TIROS透镜后,使用特殊透镜的厂商已经不多,Surefire的这种尝试非常难得。和以往的透镜比,SF的新型Cree透镜有效克服了缺乏泛光,光斑不圆,有明显色边等问题,进步很明显。但和优秀的反光碗产品相比,光斑的过渡,均匀性等还有一段路要走。从这几款手电的参数设定上,也体现出了Surefire作为一个大厂的一些保守和局限。比如E1L的功率设定只有0.5W左右,虽然电池寿命很长,亮度就不能让人满意(30流明)。 在上架时间上也是如此,虽然在07年初已经发布,真正的产品却迟迟不能开卖。直到7月才少量上架,而作为Surefire Cree手电的最强者L5却在6月被宣布暂不发布。这大概是因为Surefire作为一个主要面向政府采购的大厂,对新技术应用的要求并不那么迫切,而且出于产品的兼容性,生产成本考虑,不愿意轻易换代。另外一个原因可能是因为Surefire对于LED发展的估计,2007年目录上的Surefire LED电筒同时使用Cree,SSC,Lumileds三个厂家的LED,这显然只是一个权宜之计。


Fig.32 Cree版的Surefire新L1

Surefire Cree手电推出的缓慢和性能设定的保守给了别的厂商一些机会,比如市场上现在就有很多专门为6P,C2,Z2,M2,G2,G2Z(它们的灯头通用)开发的Cree灯头,价格合理,性能也不错,往往还带有多档调光,频闪,记忆等功能。带有类似功能的,结构类似6P的国产Cree电筒也大量出现。

Pelican在大功率LED电筒的产品不多,但设计都颇有特点。2007年初LAPD(洛衫机警察局)打算采购10000只小型LED电筒取代原有的大型金属电筒(比如4D Maglite),这样可以避免警察滥用电筒作为钝器攻击平民的事件发生。以此为契机,Pelican开发了7060LAPD,使用一节18650可充电电池,Cree配合深度很大的光面反光碗,使得这款手电具有很强的投射力(一米照度超过10000lux),足以在夜间让嫌犯头晕眼花一阵。由于体积比别的小型LED手电大不少,它使用了较为方便的侧面开关(尾部也有开关)。在完成了LAPD的订单以后,这款手电也开始向民间发售。

Fig.33 Pelican的LAPD 7060

Cree的LED本身也有一些局限,比如它的封装结构导致发光角度小,用反光碗必须足够深才能收集到足够光线(这也是SF为其开发透镜的原因之一)。焦点位置和Lumileds的不一致,所以很多原来使用Lumileds LED的手电无法更换升级。另外,由于一次透镜外面有个金属圈,会在泛光中形成一些圈圈,有点碍眼。还有用户抱怨那个透镜非常容易脱落,哪怕擦拭稍微用力都会造成脱落损坏。这些都给Cree LED的应用带来一些麻烦。

另外一家公司,相对较新的韩国首尔半导体(SSC)也推出了自己的高光效LED Z Power P4系列。这个系列的LED的核心其实还是Cree的EZ1000,不过使用了不同的荧光粉技术,外观封装也不同。SSC宣称P4白光系列LED在350ma下有100流明的典型光通量(U Bin),在1A下则最高可以达到240流明。由于封装结构的不同,SSC P4的半功率发光角度达到125度,和Lumileds HD封装的产品非常类似,两者的焦点位置也非常接近,以至于原有配合Lumileds的反光碗不用改装或者稍加改装就可以配合SSC P4使用,这给很多原有的Lumileds LED电筒用户升级带来了很大便利,也给手电厂商的应用带来不少方便。

Fig.34 SSC P4 LED

同样,McGizmo很快基于SSC推出了基于原来27L,和PD,更换Lux III为SSC P4的27L-S和PD-S。相对于用深径比很大的MCR19XR配合Cree,PD-S的泛光范围更大,中心照度也不输,更加实用一些,使用MCR27-S的27L-S和S27-PD则具有更好的投射力。

2007 Surefire目录里面,最独特的一款莫过于Titan,它和以往的Surefire手电可以说是截然不同,一改强悍的战术风格,而融入了更多的精致的东方元素。它是Surefire第一款使用CR2电池的手电,体积娇小。正如其名称,Titan的外壳由钛合金制成,使用反光碗+SSC LED,最高输出80流明,可以近乎无级(1000级)调光。首批Titan生产1000支,以后的将改为价格比较平民化的铝合金版本,据说这1000支配额已经被订空。


Fig.35 Surefire Titan

相对于Cree,量产手电使用SSC的相对较少,这里面最值得一提的是Novatac的EDC系列。 EDC系列本属于HDS,2006年,Novatac和HDS进行了整合,EDC系列也被纳入了Novatac门下,基于以前的HDS EDC 60,85,Novatac推出使用SSC+20mm轻橘皮反光碗的EDC 85,EDC120两个系列。每个系列又分为标准,T(战术),P(可编程型),这样一共就有6种产品。EDC85 ,120分别代表其最大光通量为85,120流明。标准,T,P的区别则主要是软件,比如标准型默认的第一档亮度是10流明,而T型为最大亮度,P型可以自己编辑获得,此外标准型和T型的尾按钮突出而P型是平的,关于它们的具体的区别可以在官方主页查询。这里再八卦一下,据说最近HDS和Novatac又有了法律纠纷,最直接的后果是CPF上的HDS版被取消了,现在对民间市场发售的Novatac的EDC 85,120处于预订状态,预期发货时间是7月底,不知道他们的纠纷会不会影响到产品的出货。


Fig.36 Novatac EDC系列,值得期待的智能电筒

至于说到SSC的缺点,从一些使用的个例来看,SSC的荧光粉稳定性相对欠佳,有时候在电流较大,散热不好时会出现变色,衰减快等现象。SSC的产能相对Cree,Lumileds较低,这些都是量产手电较少采用SSC的原因。另外,使用同样口径的反光碗时,SSC的光斑会比Cree和Lux III大一些,不大利于远射,SSC一次透镜为较软较粘,沾上灰尘不易清理(个人经验是用棉签蘸水后轻轻擦拭)。

高光效大功率LED,Cree仅仅是个开始。Lumileds当然不会坐视不理,显然,Lumileds也找到了提高光效的方法,在结合了K2核心健壮性的优势以后,这样的产品更具有竞争力。2007年1月23日,Philips Lumileds宣布其基于K2的大功率白光LED,也就是新K2,光效首次突破100lm/W大关:在350 mA下, 光效 115lm/W(光通量为136lm)、相关色温(CCT) 4685K;新K2不仅提高了光效,健壮性也进一步增强,可以耐受2000mA的电流,此时光通量达502 lm,光效为61 lm/W。不过,Lumileds对新K2的发布,更多是处于宣传考虑,新K2真正量产发货,恐怕要到2007年底。尽管如此,这还是一款非常值得期待的产品,新K2的应用,使得量产手持单LED手电有可能达到250流明以上的光通量。

在发布新K2两个月后,Lumileds又发布了名为Rebel的新产品,这款产品除了同样具有高光效(但是比新K2略低),还大大减小的一次光学的透镜体积和整个封装体积(核心面积不变),大小只有以往大功率LED的四分之一左右。按照Lumileds的说法,这样小的透镜使得LED更加接近点光源,另外一个显而易见的优势是,这么小的封装体积非常适合在袖珍型号的手电上应用,反光碗也可以更加充分地利用反射面积。Rebel的发布虽然晚一些,但是出货时间更早,现在已经可以在零售市场买到,大概在7月,Fenix和Ultrafire的Rebel LED手电就会全面上市了。



Fig.37 Lumileds Rebel以及和其他LED体形比较

Cree的LED是否会进一步升级呢?回答大概是肯定的,现在已经有经销商预售在产品目录里面还没有标出的Q4 Bin甚至Q5 Bin 7090XE-E,350ma下光通量分别是100.4-107 lm和107-113.6 lm,可以预见,Cree和Lumileds的竞争将会十分精彩,类似过去数年Lumileds一家独大的局面是一去不复返了。


Fig.38 Cree光效升级时间表

得益于LED技术的进步,在短短的几年间LED手电有了巨大的进步:第一代1W LED只有不到15流明的光通量,现在最亮的量产单LED手电在3-4W功率下可以达到150流明左右。LED手电的种类,花样也更加丰富,多档调光,频闪,编程这些功能都出现在手电上,大量国产厂商的介入也使得我们有了很多廉价的选择(虽然质量和可靠性不是太令人满意)。在未来的几年里,Lumileds,Cree甚至Osram还会有什么新进展?手电的结构,功能,人机界面还会有什么突破?大家一起拭目以待吧。

E1L,E2L,L1三只Cree的Surefire手电开卖了,和前几个月看到的原型机比,最大的区别是透镜前部加了一个雾状透镜,作用类似反光碗的橘皮纹理,可以使得光斑更加均匀平滑,从评测来看输出令人满意。驱动电流不是很高,但寿命,输出比较平衡,新的透镜光斑很类似反光碗。此外,Surefire开公布了G2L,6PL两款使用SSC LED的手电,其实就是原有的G2和6P加上了LED的兼容灯头,和现在市面上常见的Lux III或者Cree的6P兼容灯头原理类似。



Fig.39 L1 Cree版灯头透镜特写以及和老款的对比

Peter终于解决了ARC LS new电路方面的一点小Bug,进入生产阶段,照片公布。ARC LS new(ARC 5)的机械外观部分由电筒改造大师McGizmo负责,Peter本人主要负责电路部分。从公布的照片看,外观非常类似McGizmo的PD,活塞结构开关,两个档位。但是这两个档位似乎是可以编程设定的,LED方面可能使用SSC和K2。ARC LS new的头部为钛合金制造,从初步的消息来看价格恐怕不便宜,可能会大大超过Novatac。


Fig.40 ARC LS new带有夹子的版本(原型机)


Fig.41 ARC LS new不带夹子的版本(原型机)

Fig.42 和几个亲戚的比较

Rebel的手电终于面世了,其实最早上市的是MTE品牌的,但没有引起什么反向。Fenix在美国的经销商首先推出了采用0100 Rebel的P3D限量版,0100Rebel是现在Rebel中光效最好的,350ma下光通量最低100流明。开放几个小时以后几十只已经被预定一空,P3D Rebel还有使用0080的普通版本,价格和原有的P3D持平。另外,ultrafire也推出了使用rebel LED的手电。



Fig.43 P3D Rebel Premium 100

LED的发展在上了一个台阶以后,又进入缓慢提高Bin的过程中,比较好的产品往往会选择Cree 的Q4,Q5;或者Lumileds的Rebel。新K2仍然没有动静,SSC的U Bin倒是已见端倪。

Arc终于推出了Arc AAA P的升级版,采用了最高光效的Nichia DS LED,最低光通量为9流明左右,而原有用CS LED的版本为5.5流明。ARC AAA DS版典型的光通量则一般会超过10流明,按照Peter的说法,大约提升30%左右,颜色也没有原来那么蓝了。原来的用CS的P版,现在降级成普通版,降价出售。外观都没有变化,故无需贴图。

另外一个版本是少量的ARC AAA Snow white,用了更白的LED,但光通量和原有的CS版持平。

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LED手电的进化(2001-2007)》有1个想法

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