近年来，板上芯片(COB)封装结构的LED应用快速增长，这是由于COB封装结构将多个发光二极管(LED)封装在一个小面积的平面内，使装配的灯具外壳更轻便简洁，易于实现二次配光，实现特定的光学分布，且具有尺寸小、成本低、利于散热、出光率高且易实现自动化生产等优点。
目前市场上COB的结构种类众多，主要结构如图1所示，在固定完芯片和焊接金线之后，在基板上灌封荧光胶(有的还在荧光胶上点涂硅胶)，以保护芯片不受外界环境影响和提高导热散热能力。普通的COB封装结构表面的硅胶呈平面状或略微凸起状，但该结构下，光线在胶体和空气界面存在严重的全反射问题。事实上，COB封装结构表面的硅胶更重要的作用是提高出光效率，实现特定的光学分布。相对于常用的平面结构，自由曲面结构可以明显提高模块的光萃取，提高出光效率。
实验
本实验在传统COB封装结构的基础上计量增加硅胶量，其结构如图2，随着硅胶量的增加，硅胶自然凸起，形成自由曲面结构。实验采用边加热边点胶的方式，提高硅胶固化速度，让硅胶在重力作用下自然形成自由曲面，硅胶无溢出现象。为提高实验重复性及数据可靠性，采用同种工艺及材料制作了3个相同样品，分别为样品 1、样品2和样品3。
实验采用的基板，其发光面为圆形，直径为2 cm。采用12颗大功率蓝光LED芯片和2颗大功率红光LED芯片，其电气连接如图3所示。样品制作时，先采用银浆将芯片固定在基板上，然后焊接金线，点涂黄色荧光粉胶，最后涂覆硅胶。
结果与讨论
图4为700 mA驱动电流下，3个样品的光通量随硅胶量改变时的变化情况。从图4可以看出，随着硅胶量的增加，3个LED样品的平均光通量呈增长趋势，硅胶从0g增加至1.2g时，样品1光通量增加了8.68%，样品2光通量增加了15.28%，样品3光通量增加了15.65%，这是由于随着硅胶量的增加，提高了 COB出光面的曲度，减少了全反射，从而提高了出光效率。从图中我们还可以看到，当硅胶量从1.2g继续增加时，样品的光通量增速变缓，平均光通量出现减少的现象。这是因为随着COB出光曲面的提高，已基本将原全反射的光线提取出来，当硅胶量继续增大时，光提取效率降低，且硅胶对光线的吸收越来越大，因此光通量增速减缓甚至下降。
图5为样品1改变硅胶量时的光谱情况，可以看到样品的光谱含有蓝光、黄光及红光三部分，随着硅胶量的增加，红光和黄光部分光谱有一定的增加，但增加不明显，而蓝光部分的光谱增加非常明显。同样，从图6也可以看出，随着硅胶量的增加，3个样品光谱中的蓝色比值持续增加。
这是因为所封装的COB白光LED 是由蓝色LED激发黄色荧光后产生的黄光和混合部分没激发的蓝光而得。由于荧光胶的折射率比空气大，因此，光线在两者界面处会发生全反射，当没激发荧光粉的蓝光经全反射后回到荧光粉层后，可能激发荧光粉而变成黄光，如图7中的a光程所示。随着硅胶量的增加，LED出光面的曲度增加，全反射减少，更多蓝光被直接提取出来，如图7中的b光程所示。因此，随着硅胶量的增加，样品光谱中的蓝光部分增加最多。从图7还可以看出，随着硅胶量的增加，光萃取时的平均光程减少了，降低了硅胶对光线的吸收，有利于提高样品的光效率。
图8为700 mA的驱动电流下，3个样品改变硅胶量时的色温变化情况。从图中可以看出，随着硅胶量增加，3个样品的平均色温持续增加，表明其越趋于冷光源，图5和图6也证实了这一点。
图9为700 mA的驱动电流下，3个样品改变硅胶量时的显色指数变化情况。从图8可以看出，随着硅胶量增加，3个样品的平均显色指数持续上升。当硅胶量增加到1.4g时，样品1显色指数增加了6.1，样品2增加了4.6，样品3增加了5.8。
显色指数(CRI)是一个光源与标准光源(例如日光)相比较在颜色辨认方面的一种测量方式。CRI值是通过将测得的LED光谱与指定色样的光谱相比较，然后通过数学分析的方法推导计算出来的。通过对显色指数的计算表明，调整白光LED的发光光谱，使之在可见光连续、均衡，可以改善LED光源的显色性。如图7 所示的光谱，随着硅胶量增加，一定范围内增加蓝光组分的比例，使得光谱较为均衡，有利于提高白光LED的显色性，因此COB白光LED的显色指数提高了。
结论
实验表明，通过在COB封装结构的白光LED表面适当增加硅胶，使其形成自然曲面结构，可以提高COB白光LED的出光效率和显色指数，但同时也增加了色温。本文通过在补加了红光LED芯片的COB白光LED 表面增加硅胶量，最终实现了14W COB封装结构下的白光LED，在电流密度为30 A/cm²下，色温、显色指数及光效分别为4900K、82和125 lm/W。
