本文將結合筆者所在公司的研發工作介紹一種LED 4π出光的高光子提取率、高效率、無金屬散熱器的LED通用照明燈(可以直接替換白熾燈和相當光通量的熒光節能燈的LED照明燈)技術。

　　LED照明具有光效更高、壽命更長;不含有害物質汞;使用壽命與燈的開關次數幾乎無關、可提倡“隨手關燈”;可以瞬間起亮等突出優點，被認為終將替代白熾燈和節能燈，成為節能照明的主流。實際上，只有在LED燈的性價比全面超過白熾燈、特別是超過目前廣泛使用的節能燈后才能成為通用照明燈的主流。

　　而LED照明的課題看起來十分明確，即在保證光質量的前提下光效需要大幅提高，例如比節能燈高一倍以上;價格需要大幅下降，最好接近節能燈;使其性價比明顯優于節能燈。

　　目前的LED通用照明燈大多由功率型LED加金屬散熱器和恒流驅動電路構成。笨重的金屬散熱器不僅增加了燈的成本和重量，同時要消耗大量鋁資源，有悖環保。一個LED燈就像一個金屬球，不利于安全，特別是大功率LED燈。因此，目前不少消費者購買時還是選擇節能燈。

　　本文將結合筆者所在公司的研發工作介紹一種LED 4π出光的高光子提取率、高效率、無金屬散熱器的LED通用照明燈(可以直接替換白熾燈和相當光通量的熒光節能燈的LED照明燈)技術。

　　該LED通用照明燈的整燈發光效率比熒光節能燈高一倍以上;顯色指數可高達96;可制造光通量為幾十至1600 lm和更高光通量的LED通用照明燈，L70壽命可達30000小時。可直接替換10～100W和更大功率的白熾燈和相當光通量的熒光節能燈。

　　一、 LED芯片4π出光、提高PN結光提取率和實際光效

　　白光LED發光過程的能效η為：

　　η =ηI ×ηO × ηC ×K

　　其中，ηI ：內量子效率;ηO：外量子效率;ηC：光子下轉換損失;K：發光粉吸收。

　　有人分析，在理想情況下[1]，ηI = 0.95;ηO = 0.5;ηC = 0.875;K =0.95，因此，最高理想的能效η=39.5%。這里的外量子效率ηO 指的是光子在出射過程中被芯片、窗口材料，熒光粉及透鏡等沿途吸收或在不同折射率介質界面反射回芯片內部再被吸收等的結果，即LED元件的光提取率。若按3500K暖白色光的光功當量為320 lm/W計算，則最高光效為320×0.395=126 lm/W。這顯然是被低估了。但由此我們可以看到提高LED光效的一個重要并有巨大潛力的因數是提高光提取率。

　　LED的光來自LED芯片的PN結，其發光原本是4π立體角全方位均勻出射的自然光，但目前幾乎所有的LED元件都是≤2π出光的。

　　LED的應用從初期的指示燈到數碼顯示和目前的彩色大屏幕顯示、液晶顯示的背照明等，在這些應用中，需要把原本是4π出射的光用反射碗和透鏡等聚集向前方、即轉變為≤2π出射的光，包括直插式、草帽式、表面貼(SMD)和COB等;這樣的變換對于這些應用是需要的，也是正確的。

　　不過，這樣的變換讓芯片原本向后發射的光聚集向前方，將明顯降低PN結發射的光的提取率，即降低了LED的實際有效光效，這對于并不一定要求≤2π出光的LED照明，并不是必需的。如果讓LED芯片4π出光，將可明顯提高LED PN結產生的光子的提取率、即提高LED的實際光效。

　　圖1是目前大量使用的SMD式LED的光出射示意圖。LED芯片被安裝在光反射碗的底部，反射碗內有光出射面為平面或曲面的透明介質(圖1中為平面的例子)。