氮化镓LED (GaN LED)，圆形圆芯LED、激光LED灯是什么？强光手电筒如何聚光远射？（二）

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书接上文。

七、结合理论，实物对照

阅读提示：下面拆解的是一颗圆形芯片的LED，它是聚光LED新品的一个典型。其它大功率LED结构上大体是相同的，在细节材料与工艺方面各有各的特点。

通电测试，此时电流给的非常小，便于您观察它的外观。快看最后一眼吧！

去掉玻璃保护罩。有些筒友玩家为了提高亮度(光通量)，手动剥离了这个玻璃保护罩，毕竟再纯洁的玻璃也会发生光的折射，再通透的玻璃也会有光损，这个是物理特性。失去机械保护的LED操作起来要格外小心。

剥离玻璃后，再次通电能亮，还好我“八级钳工”的手艺还过得去。
4根金线很分明，它们统统都是正极，可证明LED芯片的最上层是p-GaN氮化镓。

压低光圈，再来一张。

4根金线还是很分明，不过它的“腿”被我打残了，4根金线刮断3根。看来骄兵必败呀，什么八级钳工，以后再也不敢吹牛了。

又拿来一颗。经历过前面的失败，这回变得谦虚轻柔了，小心翼翼的刮去上面的黄色荧光粉层，通电测试一下，哇喔！还是活的，继续……

刮去了更多的荧光粉，恕我手残做不到100%清除，将就看吧，就这么个意思。

调高电流，蓝光四射。没有荧光粉覆盖的LED芯片，它是蓝色妖姬。

由LED芯片发出波长为450nm左右的蓝光 和 黄色荧光粉混合成白光，我棒打鸳鸯分离了它们后，就只剩下孤零零的蓝光了。

得寸进尺的我，继续挥动无情的小刀。这回彻底把LED芯片从基板上面剥离下来了。底部是它的负极，是通过锡焊把LED芯片焊上去的吗？(个人推测，未得到厂家证实)。

既然来都来了，那就给大家秀一下吧！

正面 果照

背面 果照

床照

旁边是火柴棒，您可以对比一下它的大小，有没有一点点佩服我的眼力。

小结：这颗LED已被我折腾的支离破碎，就像我的爱情，我亲手埋葬了它。

八、对于指向性照明的手电筒，它有何优势

更小的发光核心，更容易做到聚光。

为什么强调聚光而不是泛光？一般用于手电筒的大功率LED发射角是110°~120°左右，泛光只要去掉反光杯就行，是不是很容易，也很省成本。

手电筒是指向性照明工具，通常都配有反光杯或者聚光透镜，目的是让光更集中的投射到您想要照射的地方，反光杯的体积与聚光程度成正比，意味着追求聚光必须采用更大体积的反光杯，那么手电筒的体积也随之巨大起来。

隔壁小朋友初学写字的时候，字写的都超出了“田”字格，我指着练字本说“这田字格小了，装不下你的字，让你妈妈重新买个大本子去”，也不知道为什么他老娘追着我骂。

一颗天生丽质的小核心LED，只需要配一个中等体积的反光杯，就可以做到与超大口径反光杯一样的聚光效果，无疑极大的缩小了手电的体积。

【在路上】一直致力于提供便携、可靠的户外照明产品，陪伴您在路上的每个夜晚。嘿嘿！“便携” 体积小，足够mini，才称得上便携。对于出门只愿意带个手机的人们，带个钥匙都觉得累赘，更别提去户外露营爬山大包小包的装备，能满足需求的情况下尽量体积小，重量轻。还要，还要，还要好看“记得相逢对花酌，那妖娆，殢人一笑千金少。羞花闭月，沉鱼落雁，不恁也魂消。”

与传统LED对比

独秀，户外实景展示

九、光电测试

以不同功率段，步进值500mA，分别对这款氮化镓LED进行积分球测试。

提醒你：基于裸灯并非随机抽样测试，有意挑选了BIN为最高等级，且数据为瞬态光效，并非稳态光效，随着结温上升稳态光效会下降。

先看结论，我劝您不要越陷越深，下面还有很长。

光通量随着电流的爬升，涨势喜人

光通量随着电流的爬升，涨势喜人

亮度(光通量)是个增函数，人们常以为增大功率，亮度就会随之递增，实则不然。功率与亮度并不是线性关系，从下图可知后期电流还是一样每步增加500mA，光通量的增加已经很小了，曲线的斜率变小了，光效下降的厉害。丹尼尔.伯努利说这个叫“边际效用递减”。

就这颗LED而言个人认为 边际成本=边际收益的交汇点在5000mA，即18W左右，光通量能到1771流明，在一般18650或21700锂电池的外壳上发热量尚可接受(必须搭载温控)。超流驱动会获得更高的亮度，但同时会使更多的电能转化为热能，热损失更大。而这，得看您的取舍了。

光效随着电流爬升，坐了“过山车”

光效随着电流爬升，坐了“过山车”

一个比较好的现象是，整体来说显色指数Ra始终维持在70左右。

这个时候的光效从初始值的173.9lm/W，下降到83.8lm/W，下降了52%，先别骂娘。

光通量从524.8流明，飙升到了2225流明，提升了324%，能到这个亮度，是非常喜人的，不过此时发热量不容小视，留意积分时间了吗，测试只用了10毫秒，再久一点它可能就原地消失了。

起始值1050mA、光通量524.8流明、此时光效173.9 lm/W

步进500mA、电流1500mA、光效159.73lm/W、亮度(光通量)707.4流明

这里啰嗦一句，至于什么是光通量？流明、光强、光色、显示指数等等光学名词的解释，请去看另外一篇“LED强光手电筒，为什么你的超亮聚光远射？SFT-40值得买吗？”。 再劝你一回，别打开，也是一样臭长臭长的。

保持队形，继续步进500mA，电流2000mA、光效147.94lm/W、光通量902.4流明。

一般的小直筒，或是不做特别的散热开槽处理的强光手电，也就只能维持这个水平。别看它们动不动标称上千流明，那是瞬时峰值亮度。筒友戏称“10秒真男人”。

没有特别的开散热槽设计，能维持在这个亮度，筒身温度通常在50℃左右徘徊。

随着结温升高光效随之降低，这是半导体随温度变化的固有物理特性，只要LED不超过温度极限而损伤，停止后温度降到原始值，其光强还会恢复如初。和我相反，LED从不记仇。

如果LED长时间处于高强度的工作，且散热条件不够好，一定会加快LED光衰，甚至没几次就坏了，业界称为“死灯”。“死灯”和LED的热阻、金线品质、金线焊接、胶体耐温、超流驱动及散热环境，密切相关。简而言之，和温度密切相关。它发烧了，你要多一点关怀，把去年屯的退烧药都给它，再不用就要过期啦。

来到了10W，电流3000mA，光通量1233流明，如果只做这个功率的手电就太浪费这颗LED了。

光效会随着功率增加而下滑，能量守恒，下降的部分转化为热能了，功率越大就越热，光效也就越低。正规的LED照明厂商通常会将寻找一个平衡，既不追求最高光效，也不最求最大功率带来的最大光通量(亮度)。灵活的做法是设置不同的挡位，例如：把【中亮】就设置为1050mA，以获得高光效，较低的发热量与较长的续航时间。把【超高亮】设置为7000mA甚至超流驱动到8000mA，以获得最大的光通量，应付临时的短时间照明。

相逢是首歌相知莫相忘，感谢您能看到这里。

致谢！

感谢亚熙科技汪总一行，亲自莅临指导工作并提供技术支持，与他们的合作可以追溯到2008年。

感谢筒友“Oasis”，第一时间向我们举荐了这么优秀的LED。

感谢筒友“平湖映雪”，提供搭载氮化镓LED的“在路上i5-Gen2”手电筒光谱图。

感谢筒友“洛亦思”，在漆黑的夜里，在荒芜的田野，在寒风萧萧的凌晨，使用固定场景固定参数为我们拍摄了X4产品的对比照片，使大家能够直观的感受相同的硬件环境，不同的LED的表现。

参考及引用文献：

图片均来自于网络，引用列表一定有疏漏。侵删。

[1]首尔伟傲(Seoul Viosys) “Epitaxial growth”“Vertical LED chip?”

[2] FiberLabs Inc. Light-Emitting Diode (LED)

[3]How LED works ⚡ What is a LED (Light Emitting Diode)

[4]Lumileds “What is a phosphor?”

[5]SK海力士(SKhynix) ，"轻薄短小"半导体封装的发展历程""可取代氮化镓(GaN)的蓝光半导体器件新技术"

[6]东芝电子(TOSHIBA ELECTRONIC)，“LED的发光原理”、“LED的波长范围”

[7]晶能光电，“新一代硅衬底GaN基LED大功率芯片”

[8]作者不详，“关于氮化镓材料的特性及其发展前景的探讨”

[9]作者不详，“北京大学采用化合积电高质量氮化铝薄膜破解GaN-on-Si制备难题”

[10]在路上(ON THE ROAD)，“LED强光手电筒，为什么你的超亮聚光远射？SFT-40值得买吗？”

[11]在路上(ON THE ROAD)，“手电筒LED排行榜，哪款手电筒值得买推荐？L2、T6、P50、P70、P90是什么？CREE等级？”

[12]图片引用，中科院半导体研究所

[13]图片引用，宸宇事業有限公司

[14]图片引用，松下(panasonic), 色偏差(DUV)によって同じ色温度でも光色がどのくらい異なりますか

[15]图片引用，奥林巴斯(OLYMPUS),Introduction to Light Emitting Diodes

作者声明本文存在利益相关性，请大家尊重作者及分享的内容，友善沟通，理性决策~