光色调制方法、 发光二极管光源模块及其封装结构 技术领域 本发明涉及一种发光二极管 (light-emitting diode， LED) 光源模块， 特别是一种 光色可变的 LED 光源模块及其光色调制方法与封装结构。
背景技术 LED 是由半导体材料所制成的发光组件， 其具有体积小、 寿命长、 低驱动电压、 耗电 量低、 耐震性佳等优点。目前 LED 已广泛应用于指示灯、 照明与背光源等领域。
一般照明用的光大都为白光， 而由于单一 LED 芯片的发光频谱窄， 且本身无法发 出白光， 因而需要通过一些技巧来达到产生白光的目的。 目前常见产生白光的方法有二种。 一种为利用蓝光 LED 产生的蓝光激发荧光粉而产生黄光， 此产生的黄光与蓝光混合后以形 成白光 ； 第二种是同时使用红光 LED、 绿光 LED 及蓝光 LED 来混合成白光。
不同光色的光， 有不同的色温度 (color temperature， 以下简称色温 )， 例如当光 源色温在 3000K 以下时， 光色开始有偏红的现象， 给人温暖的感觉 ； 色温超过 5000K 时， 颜色 则偏向蓝光， 给人清冷的感觉。 因此光源色温的高低变化将影响室内的气氛。 为了能让使用 者可以调控室内照明的色温， 现有的 LED 光色可调模块多半使用由红光 LED、 绿光 LED 及蓝 光 LED 来混光得到光色可变的 LED 模块。 由于单色光 LED 的发光频谱普遍不宽， 属于窄频谱 光源， 因此混光出来的白光色频谱大多连续性不佳， 进而使得其演色性 (col orrendering index， CRI) 不佳。对照明领域的应用而言， 其所需白光的质量要求较高， 需要较连续的光 谱 ( 例如 ： 白光需要高演色性 )。而使用现有的红光 LED、 绿光 LED 及蓝光 LED 来调制光色 的方法， 无法得到频谱较连续的光谱 ( 意即具高演色性的白光 )。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可产生光频谱较为连续的光线， 并得到高 演色性白光的光色调制方法， 以及采用该光色调制方法的光色可变的发光二极管光源模块 及其封装结构通过。
为了实现上述目的， 本发明提供了一种光色调制方法， 所述方法包括 ： 调制一白光 发光二极管光源， 以产生一第一白光 ； 调制至少一 LED 光源， 以产生至少一宽带谱单色光 ； 以及混合第一白光与宽带谱单色光， 以产生一第二白光， 其中第二白光的演色性大于第一 白光的演色性， 且第一白光的色坐标异于第二白光的色坐标。
上述的至少一 LED 光源包括多个单色 LED 光源， 且调制 LED 光源的步骤包括 ： 调制 单色 LED 光源， 以产生至少二单色光 ； 以及混合至少二单色光， 以产生宽带谱单色光。
上述的至少二单色光包括一第一单色光及一第二单色光。 第一单色光的中心波长 1/10 强度所对应的波长分别为 λ1 及 λ2， 第二单色光的中心波长 1/10 强度所对应的波长 分别为 λ3 及 λ4， 其中 λ2 ＞ λ1， λ4 ＞ λ3， λ4 ＞ λ1 且 λ2 ≥ λ3。
上述的 LED 光源包括一 LED 芯片及一波长转换层， 且调制 LED 光源的步骤包括 ： 激 发 LED 芯片， 以产生一光束 ； 以及使光束通过波长转换层， 以产生宽带谱单色光。上述的宽带谱单色光的半高全宽 (full width half maximum， FWHM) 大于光束的FWHM。 为了更好地实现上述目的， 本发明还提供了一种光色调制方法， 所述方法包括 ： 调 制一白光 LED 光源， 以产生一第一白光 ； 调制至少一 LED 光源， 以产生一第二白光， 其中第二 白光包括至少一宽带谱单色光 ； 以及混合第一白光与第二白光， 以产生一第三白光。
上述的第三白光的演色性大于第一白光的演色性及第二白光的演色性， 且第一白 光、 第二白光及第三白光的色坐标彼此相异。
上述的至少一 LED 光源包括多个单色 LED 光源， 且调制 LED 光源的步骤包括 ： 调制 单色 LED 光源， 以产生多个单色光 ； 混合单色光， 以产生宽带谱单色光 ； 以及混合单色光及 宽带谱单色光， 以产生第二白光。
上述的单色光包括一第一单色光及一第二单色光。第一单色光的中心波长 1/10 强度所对应的波长分别为 λ1 及 λ2， 第二单色光的中心波长 1/10 强度所对应的波长分别 为 λ3 及 λ4， 其中 λ2 ＞ λ1， λ4 ＞ λ3， λ4 ＞ λ1 且 λ2 ≥ λ3。
上述的 LED 光源包括一 LED 芯片及一波长转换层， 且调制 LED 光源的步骤包括 ： 激 发 LED 芯片， 以产生一光束 ； 以及使光束通过波长转换层， 以产生宽带谱单色光。
上述的宽带谱单色光的 FWHM 大于光束的 FWHM。
上述的调制 LED 光源的步骤包括 ： 调制 LED 光源的电流或脉冲宽度参数至少其中 之一， 以产生宽带谱单色光。
上述的调制白光 LED 光源的步骤包括 ： 调制白光 LED 光源的电流或脉冲宽度参数 至少其中之一， 以产生第一白光。
为了更好地实现上述目的， 本发明还提供了一种光色可变的 LED 光源模块， 其包 括一白光发光二极管 (light-emitting diode， LED) 光源、 至少一 LED 光源以及一控制单 元。白光 LED 光源， 产生一第一白光。至少一 LED 光源， 产生至少一宽带谱单色光。控制单 元激发白光 LED 光源及 LED 光源， 以发出第一白光与宽带谱单色光。第一白光与宽带谱单 色光形成一第二白光， 其中第二白光的演色性大于第一白光的演色性， 且第一白光的色坐 标异于第二白光的色坐标。
上述的至少一 LED 光源包括多个单色 LED 光源。控制单元激发单色 LED 光源产生 至少二个单色光， 以混合至少二单色光产生宽带谱单色光。
上述的至少二单色光包括一第一单色光及一第二单色光。 第一单色光的中心波长 1/10 强度所对应的波长分别为 λ1 及 λ2， 第二单色光的中心波长 1/10 强度所对应的波长 分别为 λ3 及 λ4， 其中 λ2 ＞ λ1， λ4 ＞ λ3， λ4 ＞ λ1 且 λ2 ≥ λ3。
上述的 LED 光源包括一 LED 芯片及一波长转换层。控制单元激发 LED 芯片产生一 光束， 以使光束通过波长转换层产生宽带谱单色光。
上述的宽带谱单色光的 FWHM 大于光束的 FWHM。
为了更好地实现上述目的， 本发明还提供了一种光色可变的 LED 光源模块， 其包 括一白光 LED 光源、 至少一 LED 光源以及一控制单元。白光 LED 光源产生一第一白光。至 少一 LED 光源产生一第二白光， 其中第二白光包括至少一宽带谱单色光。控制单元激发白 光 LED 光源及 LED 光源， 以发出第一白光与第二白光。第一白光与第二白光形成一第三白 光。
上述的第三白光的演色性大于第一白光的演色性及第二白光的演色性， 且第一白 光、 第二白光及第三白光的色坐标彼此相异。
上述的至少一 LED 光源包括多个单色 LED 光源。控制单元激发单色 LED 光源产生 多个单色光， 以混合单色光产生一第一宽带谱单色光， 以及混合单色光及第一宽带谱单色 光产生第二白光。
上述的单色光包括一第一单色光及一第二单色光。第一单色光的中心波长 1/10 强度所对应的波长分别为 λ1 及 λ2， 第二单色光的中心波长 1/10 强度所对应的波长分别 为 λ3 及 λ4， 其中 λ2 ＞ λ1， λ4 ＞ λ3， λ4 ＞ λ1 且 λ2 ≥ λ3。
上述的 LED 光源包括一 LED 芯片及一波长转换层。控制单元激发 LED 芯片产生一 光束， 以使光束通过波长转换层产生一第二宽带谱单色光。
上述的第二宽带谱单色光的 FWHM 大于光束的 FWHM。
上述的第一白光的色温及色坐标可调。
为了更好地实现上述目的， 本发明还提供了一种发光二极管封装结构， 其包括一 基板以及多个发光二极管芯片。基板包括多个凹陷部。多个凹陷部包含多个凹陷部深度， 其中多个凹陷部深度至少部分相异。发光二极管芯片配置于多个凹陷部中。每一发光二极 管芯片发出一对应的光束， 其中光束通过多个凹陷部后， 产生至少一第一白光及至少一第 二白光。其中， 至少一第二白光与至少一第一白光的色坐标彼此相异。
上述的至少一第一白光或至少一第二白光包括至少一宽带谱单色光。 上述的光束通过凹陷部后产生至少二单色光。 至少二单色光形成至少一宽带谱单色光。 上述的至少二单色光包括一第一单色光及一第二单色光。 第一单色光的中心波长 1/10 强度所对应的波长分别为 λ1 及 λ2， 第二单色光的中心波长 1/10 强度所对应的波长 分别为 λ3 及 λ4， 其中 λ2 ＞ λ1， λ4 ＞ λ3， λ4 ＞ λ1 且 λ2 ≥ λ3。
上述的多个凹陷部中至少一凹陷部填充有波长转换物质光束中至少一光束通过 至少一凹陷部产生至少一宽带谱单色光。
上述的至少一宽带谱单色光的 FWHM 大于光束的 FWHM。
上述的基板包括一上表面。每一凹陷部具有一底面。上表面与底面分别定义出多 个凹陷部。
上述的第一白光、 第二白光以及至少一宽带谱单色光的光学特性取决多个凹陷部 深度与发光二极管芯片至少其中之一。
上述的第一白光、 第二白光以及至少一宽带谱单色光的光学特性取决多个凹陷部 深度、 发光二极管芯片以及波长转换物质至少其中之一。
为了更好地实现上述目的， 本发明还提供了一种发光二极管封装结构， 其包括一 基板以及多个发光二极管芯片。基板包括多个凹陷部。多个凹陷部包含多个凹陷部深度， 其中多个凹陷部深度至少部分相异。发光二极管芯片配置于多个凹陷部中， 每一发光二极 管芯片发出一对应的光束。其中， 光束通过多个凹陷部后产生至少一第一白光及至少一宽 带谱单色光。
上述的光束通过凹陷部产生至少二单色光。 至少二单色光形成至少一宽带谱单色 光。
上述的至少二单色光包括一第一单色光及一第二单色光。 第一单色光的中心波长 1/10 强度所对应的波长分别为 λ1 及 λ2， 第二单色光的中心波长 1/10 强度所对应的波长 分别为 λ3 及 λ4， 其中 λ2 ＞ λ1， λ4 ＞ λ3， λ4 ＞ λ1 且 λ2 ≥ λ3。
上述的多个凹陷部中至少一凹陷部填充有波长转换物质。 光束中至少一光束通过 至少一凹陷部产生至少一宽带谱单色光。
上述的至少一宽带谱单色光的 FWHM 大于光束的 FWHM。
上述的基板包括一上表面。每一凹陷部具有一底面。上表面与底面分别定义出多 个凹陷部。
上述的第一白光及至少一宽带谱单色光的光学特性取决多个凹陷部深度与发光 二极管芯片至少其中之一。
上述的第一白光及至少一宽带谱单色光的光学特性取决多个凹陷部深度、 发光二 极管芯片以及波长转换物质至少其中之一。
为了更好地实现上述目的， 本发明还提供了一种发光二极管封装结构， 其包括一 基板以及多个发光二极管芯片。 基板包括至少二个凹陷部。 至少二个凹陷部深度彼此相异。 发光二极管芯片分别配置于至少二个凹陷部之中。 发光二极管芯片可发出至少一第一光束 与至少一第二光束， 其中至少一第一光束与至少一第二光束彼此中心波长相异。 上述的基板包括一上表面。每一凹陷部具有一底面。上表面与底面分别定义出至 少二个凹陷部。
本发明的技术效果在于 ： 本发明通过光色调制方法与光色可变的 LED 光源模块， 即可调制出预定色坐标、 色温或演色性的光线， 并得到光频谱连续的白光。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述， 但不作为对本发明的限定。
附图说明
图 1A 为本发明一实施例的光色可变的 LED 光源模块的示意图 ； 图 1B 为本发明一实施例的宽带谱单色光的频谱图 ； 图 1C 为本发明一实施例的宽带谱单色光的频谱图 ； 图 2A ～图 2F 分别为图 1A 中 LED 光源被激发后所发出的色光频谱图 ； 图 3A ～图 3I 为本发明另一实施例的色光频谱图 ； 图 4A ～图 4D 为本发明另一实施例的色光频谱图 ； 图 5 为本发明另一实施例的光色可变的 LED 光源模块的示意图 ； 图 6 为第一白光的色坐标在普朗克曲线上变化的示意图 ； 图 7 为图 1A 的光色可变的 LED 光源模块的发光二极管封装结构的示意图 ； 图 8 为本发明另一实施例的光色可变的 LED 光源模块的示意图 ； 图 9A 为图 8 的实施例的发光二极管封装结构的俯视图 ； 图 9B 为沿图 9A 的剖面线 a-a’ 的侧视图 ； 图 9C 为沿图 9A 的剖面线 b-b’ 的侧视图 ； 图 10A 为本发明另一实施例的发光二极管封装结构的俯视图 ； 图 10B 为沿图 10A 的剖面线 c-c’ 的侧视图 ； 图 10C 为图 10A 的发光二极管封装结构的另一实施例 ；图 11A 为本发明另一实施例的发光二极管封装结构的俯视图 ；
图 11B 为沿图 11A 的剖面线 d-d’ 的侧视图 ；
图 11C 为本发明另一实施例的发光二极管封装结构的俯视图 ；
图 12 为本发明另一实施例的发光二极管封装结构的示意图 ；
图 13 为本发明一实施例的光色调制方法的步骤流程图。
其中， 附图标记
100、 500、 800 光色可变的 LED 光源模块
110、 170 白光 LED 光源
120、 130、 140LED 光源
150、 550、 850 控制单元
160、 560、 660、 760、 860、 960、 1060 基板
570 光源区块
700、 1000LED 封装结构
610、 620、 630、 640、 710、 720、 730、 740、 810、 820、 830、 840、 910、 920、 930、 940、 1010、 1020LED 芯片
W 第一白光
W’ 、 W” 第三白光
W1、 W2、 W3、 W4 白光
λ1、 λ2、 λ3、 λ4 波长
R、 R1、 R2 红色光
B 蓝色光
G 绿色光
P 普朗克曲线
C1、 C2、 C3、 C4、 C5 凹陷部
S1 基板上表面
B1、 B2、 B3 凹陷部底面
H1、 H2、 H3、 H4、 H5 凹陷部底面与基板上表面的距离
a-a’ 、 b-b’ 、 c-c’ 、 d-d’ 剖面线
S800、 S802、 S804 光色调制方法的步骤 具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述 ：
以下的叙述将伴随着实施例的图式， 来详细对本发明所提出的实施例进行说明。 在各图式中所使用相同或相似的参考标号， 是用来叙述相同或相似的部分。
在本发明的范例实施例中， 光色可变的 LED 光源模块利用两种白光共同混光， 以 调制出不同色温输出的白光光源， 而参与混光的两种白光其中之一包括至少一宽带谱单色 光。因此， 本发明的实施例所提供的 LED 光源模块， 其发出的白光至少具有光谱连续性较佳 以及演色性较高的良好光学质量。 此外， 调制后所得的白光， 其色坐标则与用来混光的两种 白光不同。图 1A 为本发明一实施例的光色可变的 LED 光源模块的示意图。请参考图 1A， 在 本实施例中， 光色可变的 LED 光源模块 100 例如包括一基板 160、 一白光 LED 光源 110、 多个 LED 光源 120、 130、 140 及一控制单元 150， 其中白光 LED 光源 110 及 LED 光源 120、 130、 140 配置于基板 160 上， 而控制单元 150 可分别独立地激发 LED 光源 120、 130、 140。其中白光 LED 光源 110 及 LED 光源 120、 130、 140 可为数组式或行列式且相邻地配置。当然本发明不 限于一定相邻配置， 也可为不相临配置。
在本实施例中， 白光 LED 光源 110 及 LED 光源 120、 130、 140 被控制单元 150 激发 后， 分别发出一第一白光 W、 一红色光 R、 一蓝色光 B 及一绿色光 G， 其中标示于图 1A 中光源 区块的标号 W、 R、 B、 G 即分别代表该 LED 光源被激发后所发出的色光颜色。值得注意的是， 在本实施例中， 红色光 R、 蓝色光 B 及绿色光 G， 三者至少其中之一为宽带谱单色光。
详细而言， 以红色光 R 为宽带谱单色光为例， LED 光源 120 包括多个频谱较窄的红 色 LED 光源。在被控制单元 150 激发之后， 该等红色 LED 光源会产生多个频谱较窄的红色 光， 而在混合至少二频谱较窄的红色光后， 即产生一宽带谱的红色光 R， 如图 1A 所示。
类似地， 在其它实施例中， LED 光源模块 100 也可包括宽带谱的绿色光 G 或宽带谱 的蓝色光 B， 相同或相似之处在此便不再赘述。 图 1B 为本发明一实施例的宽带谱单色光的频谱图。其中色光频谱图的横轴表示 波长， 单位为奈米 (nm)， 而纵轴表示光强度， 单位为相对强度 (A.U.)。 请参考图 1A 及图 1B， 在图 1A 的实施例中， LED 光源 120 例如包括两个频谱较窄的红色 LED 光源， 而在混合两个 频谱较窄的红色光后， 即产生宽带谱的红色光 R， 如图 1B 所示。
在图 1B 中， 宽带谱的红色光 R 包括一第一红色光 R1 及一第二红色光 R2。在本实 施例中， 就第一红色光 R1 而言， 其中心波长 1/10 强度所对应的波长分别为 λ1 及 λ2， 对应 的频谱宽度为波长 λ2 减波长 λ1 ； 而就第二红色光 R2 而言， 其中心波长 1/10 强度所对应 的波长分别为 λ3 及 λ4， 对应的频谱宽度为波长 λ4 减波长 λ3， 其中 λ2 ＞ λ1， λ4 ＞ λ3， λ4 ＞ λ1 且 λ2 ≥ λ3。
因此， 在本发明的范例实施例中， 由两频谱较窄的单色光混合所产生的宽带谱的 单色光例如可定义如下 ： 第一单色光的中心波长 1/10 强度所对应的波长分别为 λ1 及 λ2， 而第二单色光的中心波长 1/10 强度所对应的波长分别为 λ3 及 λ4， 其中 λ2 ＞ λ1， λ4 ＞ λ3， λ4 ＞ λ1 且 λ2 ≥ λ3。
此外， 在图 1A 的实施例中， 宽带谱单色光也不限于以多个频谱较窄的 LED 光源来 形成， 也可以是采用荧光粉转换的方式来产生宽带谱单色光。
图 1C 为本发明一实施例的宽带谱单色光的频谱图。在本实施例中， 宽带谱的红色 光 R 例如是采用荧光粉转换模式来产生。例如， 采用红色荧光粉为波长转换层时， LED 光源 120 可包括一紫外光 (UV)LED 芯片 ( 图未示 )。在被控制单元 150 激发后， UV LED 芯片会 产生一紫外光束， 其经过波长转换层转换前的频谱如图中的虚线所示。在紫外光束经过波 长转换层转换后所产生宽带谱的红色光 R 如图中的实线所示。
因此， 在本发明的实施例中， 以荧光粉转换模式所产生的宽带谱的单色光， 只要转 换后的单色光的半高全宽 (FWHM) 大于转换前的单色光的 FWHM， 即可定义该单色光为一宽 带谱的单色光。
类似地， 在本实施例中， LED 光源 130、 140 也可分别包括蓝色荧光粉、 绿色荧光粉，
并搭配 UV LED 芯片， 以分别产生宽带谱的蓝色光 B 及宽带谱的绿色光 G。
此外， 若有产生其它颜色的宽带谱单色光的需求时， LED 光源模块 100 的 LED 光源 120、 130、 140 也可用其它发出不同色光的 LED 光源置换。例如， LED 光源可包括钇铝石榴石 (yttrium aluminium garnet， YAG) 荧光粉及蓝光 LED 芯片， 而产生一宽带谱的黄色光。
从另一观点来看， 在本实施例中， LED 光源模块 100 可视为利用一第一白光及一第 二白光来进行光色调制 (color tunable)， 且调制后所获得的一第三白光， 其演色性大于第 一白光及第二白光的演色性， 且第一白光、 第二白光及第三白光的色坐标彼此相异。
详细而言， 在被控制单元 150 激发后， LED 光源 120、 130、 140 所发出的色光混合可 视为另一白光 LED 光源 170 所发出的第二白光。在本实施例中， 由于红色光 R、 蓝色光 B 及 绿色光 G， 三者至少其中之一为宽带谱单色光， 因此白光 LED 光源 170 所发出的第二白光包 括至少一宽带谱单色光 ； 并且， 也可以使用二频谱相异单色光形成一宽带谱单色光， 例如形 成宽带谱单色蓝光 B， 以及使用荧光粉转换方式 (UV)LED 搭配红色荧光粉形成宽带谱单色 红光 R， 再加上绿光 G( 可为宽带谱单色光或是窄频谱单色光， 而宽带谱单色光的形成方式 已如上所述， 在此便不再赘述 ) 后形成该第二白光。换言之， 第二白光的形成方式虽包含至 少一宽带谱单色光， 然而， 使用越多个宽带谱单色光， 由于已先利用频谱叠加方式形成较连 续的频谱， 故混合出来后的白光因为频谱较为接续因而展现较佳的演色性。 在本实施例中， 控制单元 150 可调制白光 LED 光源 110 以及 LED 光源 120、 130、 140 的电流或脉冲宽度参数至少其中之一， 以产生对应的色光。
在 此， 调 制 LED 光 源 的 电 流 指 的 是 调 整 供 给 LED 光 源 的 电 流 强 度 来 控 制 该 LED 光源的发光亮度。调制 LED 光源的脉冲宽度指的是以脉冲宽度调制 (PulseWidth Modulation， PWM) 方式 . 驱动 LED 光源发光， 通过调整单位时间内脉冲为高准位的总时间， 以控制其发光强度。
值得注意的是， 控制单元 150 调制参数可选择其一或结合运用， 并且在调制 LED 光 源或白光 LED 光源时， 提供电流或脉冲宽度可以分别独立控制。上述调制参数仅为例示， 非 用来限定本发明的调制方式。
图 2A ～图 2F 分别为图 1A 中 LED 光源被激发后所发出的色光频谱图， 其中每一色 光频谱图的横轴表示波长， 单位为奈米 (nm)， 而纵轴表示光强度， 单位为相对强度 (A.U.)。
请参考图 1A 及图 2A ～图 2F， 在本实施例中， 白光 LED 光源 110 及 LED 光源 120、 130、 140 被控制单元 150 激发后， 分别发出第一白光 W、 红色光 R、 蓝色光 B 及绿色光 G， 其被 激发后所发出的色光频谱分别如图 2E、 图 2C、 2A 及图 2B 所示。在本实施例中， 红色光 R 例 如为一由两频谱较窄的单色光混合所产生的宽带谱的单色光， 如图 1B 所定义的。其它实施 例中， 宽带谱的红色光 R 例如是由荧光粉转换而得到的宽带谱红色光。
图 2D 所示为图 2A 至图 2C 中各色光共同叠合而成的色光频谱， 其色温 (CCT) 为 5276K， 而演色性 (CRI) 为 69.84。从另一观点来看， 图 2D 所示的色光频谱可视为具有色温 5276K、 演色性 69.84 的第二白光的色光频谱。
另一方面， 本实施例的白光 LED 光源 110 例如是一荧光粉转换白光 LED、 一白光 LED 芯片， 或经由蓝色、 绿色、 红色混光形成的白光。 在本实施例中， 白光 LED 光源 110 被激发 后所发出第一白光 W， 其色光频谱如图 2E 所示。 在本实施例中， 第一白光 W 的色温为 5270K， 演色性为 69.7， 而其频谱范围介于 400 奈米至 850 奈米之间。
值得注意的是， 本实施例的白光 LED 光源 110， 其所发出的第一白光 W 的演色性小 于或等于 85， 但本发明不限于此。 在其它实施例中， 白光 LED 光源 110 也可以是一高演色性 白光 LED 光源， 而此时所发出的第一白光 W 的演色性例如是大于或等于 80。
在白光 LED 光源 110 及 LED 光源 120、 130、 140 分别被激发之后， 控制单元混合第一 白光 W 及第二白光 ( 红色光 R、 蓝色光 B 及绿色光 G 混成 )， 以产生第三白光 W’ 。在此， “混 合” 第一白光与第二白光， 例如可将第一白光与第二白光的照光路径直接重叠， 也可利用导 光介质将两者混合。此导光介质可以是但不限于透镜与光导管。此外， 也可利用反射面将 其反射而叠合。
因此， 混合后的第三白光 W’ ， 其色光频谱如图 2F 所示。由图 2F 可知， 第三白光 W’ 的色温为 5273K， 而其演色性为 93.3。换句话说， 在本实施例中， 混合后第三白光的演色性 大于第一白光 W 及第二白光的演色性。
是以， 本实施例的 LED 光源模块 100 利用固定的第一白光 W 与由红色光 R、 蓝色光 B 及绿色光 G 混成的第二白光进行光色调制 (color tunable)， 以调制出具高演色性的第三 白光 W’ 。进而， 对照明领域的应用而言， 当所需白光的质量要求较高时， LED 光源模块 100 可通过本实施例的光色调制方法提供频谱较连续的光谱 ( 意即具高演色性的白光 )。 须特别说明的是， 在图 1A 的实施例中， 光色可变的 LED 光源模块 100 包括白光 LED 光源 110 及多个不同颜色的 LED 光源 120、 130、 140， 但本发明并不限于此。在其它实施例 中， LED 光源也可以是相同颜色的宽带谱单色 LED 光源。
也就是说， 图 1A 的 LED 光源 120、 130、 140 例如可分别配置具有不同的中心波长的 宽带谱蓝色 LED 光源， 而该等宽带谱蓝色 LED 光源例如是以荧光粉转换模式来产生宽带谱 的蓝色光。 此时， 经控制单元调制后的第三白光也同样可具有高演色性的光学特性， 且因第 三白光的蓝光比例较高， 一般称为冷白光 (Cool White)。
换句话说， LED 光源可依设计需求， 配置为具有不同的中心波长的宽带谱同色 LED 光源， 使调制后的第三白光不仅具有高演色性， 也可具有对应的色温。
此外， 图 1A 的 LED 光源 120、 130、 140 也可仅配置两种不同颜色的宽带谱单色 LED 光源， 而该等宽带谱单色 LED 光源例如是以荧光粉转换模式来产生宽带谱的单色光。
另外， 在图 1A 的实施例中， LED 光源 120、 130、 140 也可配置为具有较窄频谱的同 色 LED 光源， 而较窄频谱的同色 LED 光源被激发后所发出窄频谱同色光， 于混合后也可成为 一宽带谱单色光， 以与第一白光共同调制出具高演色性的第三白光。
例如， LED 光源 120、 130、 140 可配置为具有相同色光、 中心波长不同而频谱较窄的 蓝色 LED 光源， 而该等较窄频谱的蓝色 LED 光源所发出窄频谱蓝色光， 则可共同混合而成一 宽带谱蓝色光， 进而与第一白光共同调制出具高演色性的第三白光。
此外， 在 LED 光源 120、 130、 140 为不同颜色的情况下， 每一 LED 光源也可包括多个 较窄频谱的同色 LED 光源。
例如， LED 光源 130 可包括多个较窄频谱的蓝色 LED 光源， 而较窄频谱的蓝色 LED 光源被激发后所发出窄频谱蓝色光， 则可共同混合而使 LED 光源 130 发出一宽带谱蓝色光。
图 3A ～图 3I 为本发明另一实施例的色光频谱图， 其分别为图 1A 中 LED 光源被激 发后所发出的色光频谱。 其中色光频谱图的横轴表示波长， 单位为奈米 (nm)， 而纵轴表示光 强度， 单位为相对强度 (A.U.)。
请参考图 1A 及图 3A ～图 3I， 在 LED 光源 120、 130、 140 为不同颜色的情况下， 控制 单元 150 可调制单色 LED 光源 120、 130、 140 的电流或脉冲宽度参数至少其中之一， 以改变 各色光之间的比例关系。进而， 不同的色光比例可调制出不同的第二白光。之后， 第二白光 再与第一白光 W 混合后， 可调制出具有不同色温的高演色性第三白光 W’ 。
以图 3A 至图 3C 为例， 在 LED 光源 120、 130、 140 被激发后， 三者所发出宽带谱单色 光频谱如图 3A 所示。由图 3A 可知， 经控制单元 150 调制后， 红色光 R 所占的比例， 远较蓝 色光 B、 绿色光 G 为高， 而此时对应的第二白光， 其色温为 2892K、 演色性为 10.17。另外， 图 3B 为白光 LED 光源 110 所发出的第一白光的色光频谱。
因此， 控制单元 150 混合具有上述频谱特性的第一白光 W 及第二白光， 可得调制后 的第三白光 W’ ， 而其色光频谱如图 3C 所示， 色温为 3005K、 演色性为 92.2。
另外， 再以图 3D 至图 3F 为例， 在 LED 光源 120、 130、 140 被激发后， 三者所发出宽 带谱单色光频谱如图 3D 所示。由图 3D 可知， 经控制单元 150 调制后， 红色光 R 与蓝色光 B 所占的比例相当， 但较宽带谱绿色光 G 为高， 而此时对应的第二白光， 其色温为 3436.6K、 演 色性为 23.17。此外， 图 3E 为白光 LED 光源 110 所发出的第一白光的色光频谱， 与图 3B 相 同。
同样地， 控制单元 150 混合具有上述频谱特性的第一白光 W 及第二白光， 可得调制 后的第三白光 W’ ， 而其色光频谱如图 3F 所示， 色温为 5025K、 演色性为 95.7。
此外， 又以图 3G 至图 3I 为例， 在 LED 光源 120、 130、 140 被激发后， 三者所发出宽 带谱单色光频谱如图 3G 所示。由图 3G 可知， 经控制单元 150 调制后， 红色光 R 与绿色光 G 所占的比例相当， 但较蓝色光 B 为低， 而此时对应的第二白光， 其色温为 3436.7K、 演色性为 29.26。另外， 图 3H 为白光 LED 光源 110 所发出的第一白光的色光频谱， 与图 3B、 图 3E 相 同。
类似地， 控制单元 150 混合具有上述频谱特性的第一白光 W 及第二白光， 可得调制 后的第三白光 W’ ， 而其色光频谱如图 3I 所示， 色温为 6993K、 演色性为 95.5。
由上述例示的多个色光频谱图可知， 在本实施例中， 第一白光的色光频谱并未改 变， 而控制单元 150 可依设计需求调制 LED 光源 120、 130、 140 的电流或脉冲宽度参数至少 其中之一， 以改变混成第二白光的各色光之间的比例关系。 进而， 不同的色光比例的第二白 光与相同的第一白光混合后， 可依实际需求调制出具有不同色温的高演色性第三白光。
图 4A ～图 4D 为本发明另一实施例的色光频谱图， 其分别为图 1A 中 LED 光源被激 发后所发出的色光频谱。 其中色光频谱图的横轴表示波长， 单位为奈米 (nm)， 而纵轴表示光 强度， 单位为相对强度 (A.U.)。
请参考图 1A 及图 4A ～图 4D， 在本实施例中， 多个不同颜色的 LED 光源 120、 130、 140 及白光 LED 光源 110 被激发后， 第二白光及第一白光的色光频谱分别如图 4A 及图 4B 所 示， 其中图 4A 为第二白光的色光频谱， 其演色性为 35， 而图 4B 为第一白光 W 的色光频谱， 其 演色性为 70。
在本实施例中， 控制单元 150 可依实际需求调制 LED 光源 120、 130、 140 的电流或 脉冲宽度参数至少其中之一， 以改变各色光之间的比例关系。
以图 4B 为例， 第一白光 W 的色光频谱演色性较低是由于色光组成中红色光 R 的比 例较低， 因此， 在将第二白光的色温调整与第一白光的色温相同的前提下， 控制单元 150 可调制宽带谱红色的 LED 光源 120 的电流或脉冲宽度参数至少其中之一， 以增加红色光 R 的 强度。因此， 经调制后的第三白光 W’ ， 其演色性在红色光频谱范围内可被补强， 因而具有高 演色性 (CRI ＝ 84) 的光学性质， 如图 4C 所示。 另外， 第三白光 W’ 的流明 (lumen) 为 3715lm。
此外， 若依据实际需求， 在将第二白光的色温调整与第一白光的色温相同的前提 下， 需要获得较高流明的第三白光 W’ 时， 则控制单元 150 可调制绿色的 LED 光源 140 的电 流或脉冲宽度参数至少其中之一， 以提高绿色光 G 的强度， 进而增加其所占的比例。因此， 经调制后的第三白光 W” 的演色性为 CRI ＝ 77， 而流明可大幅度的提升为 5473lm， 如图 4D 所示。
换句话说， 在本实施例中， 若欲提高第三白光的演色性， 例如可以提高第二白光中 红色光 R 所占的比例 ； 若欲提高第三白光的流明， 例如可以提高第二白光中绿色光 G 所占的 比例。因此， 在本发明的实施例中， 通过一可调制的第二白光与一固定的第一白光混合， 可 达到光色调制 (color tunable) 的目的。
图 5 为本发明另一实施例的光色可变的 LED 光源模块的示意图。 请参照图 5， 在本 实施例中， LED 光源模块 500 的基板 560 上例如配置有四组图 1A 的 LED 光源模块 100 的光 源区块， 其中标示于图 5 中光源区块的标号 R、 B、 G 即分别代表该光源被激发后所发出的色 光颜色。
应注意的是， 标示为相同标号的光源区块仅代表该光源被激发后所发出的色光颜 色相同， 而其中心波长仍有可能不同。
在本实施例中， LED 光源模块 500 例如包括多个白光 LED 光源， 而该等白光 LED 光 源所发出的白光可共同调制出第一白光。例如， 在本实施例中， 光源区块 570 中的白光 W1、 W2、 W3、 W4 可发出不同色坐标的四种白光， 其在 CIE 色度图上具有四的坐标点， (X1， Y1)、 (X2， Y2)、 (X3， Y3)、 (X4， Y4)， 利用 W1、 W2、 W3、 W4 即可共同调制出第一白光。藉此， 本实施 例的第一白光的色坐标可在四种白光的坐标点所围成的区域范围内依设计需求移动， 或在 CIE 坐标图中的普朗克曲线 (Planck curve) 上移动， 使调制后的第一白光为一全普朗克曲 线可变白光。其中白光 W1、 W2、 W3、 W4 可为数组式且相邻地配置。而白光 W1、 W2、 W3、 W4 之 外围依序排列有红色光 R、 绿色光 G、 蓝色光 B 等多个 LED 光源。
举例而言， 图 6 为第一白光的色坐标在普朗克曲线上变化的示意图。请参照图 5 及图 6， 在本实施例中， 白光 W1、 W2、 W3、 W4 所共同调制出第一白光， 可依实际需求调整第一 白光色坐标在四白光坐标点所围成的区域范围变化， 或是改变该色坐标在普朗克曲线上的 位置， 且不同位置则对应不同的白光色温。图 6 即例示了通过调整白光 W1、 W2、 W3、 W4， 而可 得到第一白光的不同色温， 例如分别为 6500K、 5300K、 4500K 或 3600K。换句话说， 在本实施 例中， 第一白光 W 的色温为可变。
另一方面， 在本实施例中， LED 光源模块 500 例如包括多个 LED 光源， 其可以蓝色 光 B 为例， 每一 LED 光源所发出的蓝色光 B， 其中心波长可相同或不相同， 且其 FWHM 也可相 同或不相同。在其它实施例中， 每一 LED 光源所发出蓝色光也可为较窄频谱的蓝色光。
但无论该等蓝色光、 绿色光、 红色光的光学性质如何， 在本实施例中， 由 LED 光源 所调制出的光色包含至少一宽带谱单色光， 以与第一白光调制出具有高演色性的第三白 光。而宽带谱单色光形成方式已如前述， 相同或相似之处在此不再赘述。
因此， 在本实施例中， LED 光源模块 500 的第一白光的色温为可调， 其搭配至少一种宽带谱单色光， 可调制出具高演色性的第三白光。 从另一观点来看， 本实施例的所有红色 光 R、 绿色光 G、 蓝色光 B 的混合可视为第二白光， 以与第一白光搭配， 进行光色调制 (color tunable)。
另外， 在本实施例中， 光源区块 570 的白光 W1、 W2、 W3、 W4 也可均为同一色温固定不 变的白光光源， 以提高照明所需要的亮度， 再通过宽带谱的红色光 R、 绿色光 G 或蓝色光 B， 来达成光色调制的目的。
图 7 为图 1A 的光色可变的 LED 光源模块的发光二极管封装结构的示意图。请参 考图 1A 及图 7， 在本实施例中， 发光二极管封装结构 700 例如包括一基板 760 以及多个 LED 芯片 710、 720、 730、 740。
在本实施例中， 基板 760 包括多个凹陷部 C1、 C2、 C3。在此， 基板 760 的上表面 S1 与每一凹陷部的底面共同定义出对应凹陷部。例如， 凹陷部 C1 由上表面 S1 与其底面 B1 共 同定义 ； 凹陷部 C2 由上表面 S1 与其底面 B2 共同定义 ； 而凹陷部 C3 由上表面 S1 与其底面 B3 共同定义。在本实施例中， 每一凹陷部底面与基板 760 上表面 S1 之间的距离， 或称为凹 陷部高度， 可以相同或不同。例如， 凹陷部 C1 的底面 B1 及凹陷部 C2 的底面 B2 与基板 760 的上表面 S1 距离 ( 凹陷部深度 ) 均为 H2， 两者相同 ； 而凹陷部 C3 的底面 B3 与基板 760 的 上表面 S1 距离 ( 凹陷部深度 ) 为 H1， 其与 H2 两者不同 值得注意的是， 在本发明的范例实施例中， 每一凹陷部可以包括多个容置空间， 以 填充波长转换物质 ( 例如荧光粉 )、 环氧树脂 (epoxy) 或硅胶 (silicone) 等封装材料。又 填充封装材料的容置空间可以理解为特定凹陷部底面与高于该底面的相邻凹陷部底面最 小深度差所定义的空间范围 ； 而在欠缺高于该底面的相邻凹陷部时， 容置空间可以理解为 凹陷部深度所定义的空间范围。 因此， 在容置空间内填充入特定的封装材料后， 该等材料所 占据的容置空间例如形成一垂直堆栈的态样。 此外， 本实施例的不同的凹陷部， 其容置空间 可部分连通或全部连通。在其它实施例中， 底面 B3 的高度也可与基板 760 的上表面 S1 高 度相同， 此时基板 760 例如仅包括凹陷部 C1、 C2 而使得两者不连通。凹陷部深度不同， 可以 使芯片所发出的光束与荧光粉的作用路径不一， 作用后所发出的光色也有所差异。
在本实施例中， 每一 LED 芯片配置于对应的凹陷部。每一容置空间分别被填充对 应的波长转换物质、 环氧树脂或硅胶等封装材料。每一 LED 芯片被激发后， 发出一对应的光 束。 在此， 光束通过对应的封装材料后， 可以产生例如第一白光 W 及宽带谱的红色光 R， 以及 绿色光 G、 蓝色光 B( 即第二白光 )， 如图 1A 的光源区块所示。因此， 第一白光 W 与第二白光 混合后， 可产生具高演色性的第三白光 W’ 。 在本实施例中， 第三白光的演色性大于第一白光 及第二白光的演色性， 且第三白光的色坐标异于第一白光及第二白光的色坐标。
在本实施例中， LED 芯片 710、 720、 730、 740 通过对应的封装材料后， 例如分别产生 第一白光 W 及宽带谱的红色光 R， 以及绿色光 G、 蓝色光 B。在此， 宽带谱的红色光 R 可以是 频谱较窄的红色光混合所产生的宽带谱红色光， 或者可以是由荧光粉转换而得到的宽带谱 红色光。换句话说， 在本实施例中， 虽然有三个凹陷部 C1、 C2、 C3， 但是并非每一凹陷部都是 利用波长转换的方式来产生宽带谱的单色光。
因此， LED 芯片 710 例如是一蓝光 LED 芯片， 而白光 LED 光源 110 例如包括蓝光 LED 芯片及一波长转换层。 在此， 凹陷部 C1 的容置空间例如被填充波长转换物质后， 当蓝光 LED 芯片被激发时， 产生一蓝光， 蓝光通过该层状结构后以发出第一白光 W。 举例来说， 上述的蓝
光通过波长转换层时分别产生一绿光与一红光， 而绿光、 红光与蓝光混合产生第一白光。 或 者， 上述的蓝光通过波长转换层时分别产生一黄光、 绿光及一红光， 而黄光、 绿光、 红光与蓝 光混合产生第一白光。 或者， 上述的蓝光通过波长转换层时分别产生一黄光与一红光， 而黄 光、 红光与蓝光混合产生第一白光。或者， 上述的蓝光通过波长转换层时产生一黄光， 而黄 光与蓝光混合产生第一白光。以上仅为例示， 本发明不以此为限。在另一实施例中， LED 芯 片 710 例如是一 UV LED 芯片， 而第一白光 LED 光源 110 例如包括 UV LED 芯片及一波长转 换层， 而紫外光通过波长转换层以发出第一白光 W。换句话说， 本发明的范例实施例并不对 白光 LED 光源 110 所包括的 LED 芯片型式、 种类加以限制， 只要该 LED 芯片通过波长转换层 可发出第一白光 W， 即为本发明所欲保护的范畴。
另一方面， 在本实施例中， LED 芯片 720 例如为一 UV LED 芯片。换句话说， 本实施 例的 LED 光源 120 例如包括一 UV LED 芯片及一对应的波长转换层。UV LED 芯片被激发时 产生一紫外光， 而紫外光通过对应的波长转换层并发出对应的宽带谱单色光。以宽带谱红 色光为例， LED 光源 120 例如包括一 UV LED 芯片及一对应的波长转换层， 其中该波长转换 层例如是填充于凹陷部 C3 的容置空间的多种荧光粉所形成的层状结构， 在此， 荧光粉的材 质只要是可以使紫外光通过后， 产生宽带谱红色光即可， 本发明并不加以限制。 值得注意的是， 在本实施例中， 第一白光与宽带谱单色光的光学特性， 诸如中心波 长、 半高全宽、 亮度、 色温等特性， 至少取决于芯片种类、 凹陷部深度或波长转换物质的浓 度、 密度、 数量、 种类等特性其中之一。 因此， 在本发明的范例实施例中， LED 光源模块 100 的 封装结构例如可以是如图 7 所示， 其混合第一白光与至少一种宽带谱单色光， 可调制出具 高演色性的第二白光。
图 8 为本发明另一实施例的光色可变的 LED 光源模块的示意图。请参照图 8， 在 本实施例中， 光源模块 800 的 LED 光源 810、 820、 830、 840 例如分别包括一 UV LED 芯片及不 同浓度的红色荧光粉、 绿色荧光粉、 蓝色荧光粉， 以形成四种白光 W1 ～ W4。在本实施例中， LED 光源 810、 820、 830、 840 在基板 860 上是以 “数组” (array) 方式且相邻地排设。
图 9A 为图 8 的实施例的发光二极管封装结构的俯视图。图 9B 为沿图 9A 的剖面 线 a-a’ 的侧视图， 而图 9C 为沿图 9A 的剖面线 b-b’ 的侧视图。本实施例与前述实施例不 同特点在于多个凹陷部彼此相邻成矩阵式排列， 且凹陷部深度均不相同。
请参考图 8 及图 9A ～图 9C， 在本实施例中， 基板 860 例如包括四个凹陷部 C1 ～ C4， 凹陷部 C1 ～ C4 的底面分别配置对应的 UV LED 芯片 810、 820、 830、 840， 且凹陷部 C1 ～ C4 的深度分别为 H1 ～ H4， 其彼此均不相同。
在本实施例中， 配合 UV LED 芯片 810、 820、 830、 840， 每一凹陷部的容置空间可填 充浓度相同或不相同的混合式 (blended) 荧光粉， 例如包括红色荧光粉、 绿色荧光粉或蓝 色荧光粉。由于各 UV LED 芯片所发出的紫外光束经由不同长短的路径穿透对应的凹陷部 的容置空间， 因此会形成不同的四种白光 W1 ～ W4， 如图 9B 及图 9C 所示。
或者， 在其它实施例中， LED 光源 810、 820、 830、 840 例如分别是一蓝光 LED 芯片， 而此时对应的凹陷部的容置空间所填充的， 例如是相同浓度的 YAG 荧光粉， 以形成四种白 光 W1 ～ W4。值的注意的是， 本实施例中也可选择蓝光 LED 芯片搭配 UV LED 芯片一起使用， 例如 LED 光源 810、 830 均为蓝光芯片， LED 光源 820、 840 均为 UV LED 芯片， 此时针对凹陷 部 C1、 C3 可填充 YAG 荧光粉， C1 及 C3 因 H1 及 H3 深度不同所造成芯片发出光线经过荧光
粉作用路径不同， 因此形成不同色坐标的白光 W1 及 W3 ； 又针对凹陷部 C2、 C4 可填充蓝色、 绿色、 红色混合荧光粉， 使得 UV LED 发出光线得以激发形成不同色坐标的白光 W2 及 W4。
此外， 在本实施例中， 也可不需通过图 7、 图 9B 或图 9C 的容置空间， 而透过芯片种 类、 荧光层内荧光粉的选择， 来选择性地搭配荧光层来形成不同光线， 以图 8 举例说明， 基 板 860 可以是不具备容置空间的高导热材料， 例如氮化铝基板、 铝基板、 铜基板、 硅基板、 或 是 PCB 基板等， 基板上可以配置多个芯片 (Light Emitting Dies) 彼此紧密相临， 形成单一 封装体多芯片的封装形式 (Multi-chip in One Package)。 在芯片个数的配置上， 可以使用 至少二以上芯片即可以达成单一封装体多芯片的色温可调变的封装形式 ( 图未示 )， 而图 示四颗芯片 810， 820， 830， 840 仅为实施例其中之一。就色温调变的方法， 可以使各芯片所 发出的中心波长相同， 例如， 芯片 810 以及 820 均为相同的蓝光波段， 而在芯片表面上涂布 浓度、 成份配比不同的荧光粉， 例如为 YAG 荧光粉， 此时芯片发出的光线激发荧光粉后混合 形成第一白光以及第二白光， 就第一白光以及第二白光而言彼此色温 ( 以及色度坐标 ) 相 异， 而各该白光所发出的比例可以透过控制单元 850 来调整， 而调整的参数可以是电流、 频 谱或脉冲宽度任意其一， 在此情形下， 单一封装体内即可达成色温可调变的功能。 而参与调 光的芯片个数亦可以具体为四， 再利用前述相类似步骤使各晶粒发出第一白光、 第二白光、 第三白光、 第四白光， 该些白光色温、 色度坐标彼此相异， 再运用前述方法调变各该白光的 比例， 以达到单一封装体色温可调变的功能。值得注意的是 ： 参与调变的芯片个数越多， 能 产生不同色温的白光种类越多， 对于色温调变的范围越广 ； 另外， 芯片也可以一部或全部是 发出 UV 波段的芯片， 搭配对应的荧光粉被激发后形成参与色温调制的白光。图 10A 为本发 明另一实施例的发光二极管封装结构的俯视图。请参照图 10A， 与前述实施不同的是 ： 在本 实施例中， LED 光源 910、 920、 930、 940 在基板 960 上是以 “列” (row) 方式排设， 且凹陷部深 度均不相同。图 10B 为沿图 10A 的剖面线 c-c’ 的侧视图。
请参照图 10A 及图 10B， 在本实施例中， LED 光源 910、 920、 930、 940 可以全部是 UV LED 芯片搭配混合式荧光粉的组合， 或者可以全部是蓝光 LED 芯片搭配 YAG 荧光粉的组合。 由于每一凹陷部深度 H1 ～ H4 并不相同， 因此各 UV LED 芯片所发出的紫外光束经由不同长 短的路径穿透容置空间中的波长转换物质， 因此会形成不同的四种白光 W1 ～ W4。
另外， 在本实施例中， LED 光源 910、 920、 930、 940 可以部分是 UV LED 芯片搭配混 合式荧光粉的组合， 或者可以部分是蓝光 LED 芯片搭配 YAG 荧光粉的组合。例如， LED 光源 920、 940 是 UV LED 芯片搭配混合式荧光粉的组合， 而 LED 光源 910、 930 是蓝光 LED 芯片搭 配 YAG 荧光粉的组合。
或者， 在 LED 光源 910、 920、 930、 940 中， 至少其中两个 LED 光源分别为 UV LED 芯 片搭配混合式荧光粉的组合， 以及蓝光 LED 芯片搭配 YAG 荧光粉的组合， 而另外两个 LED 光 源可为两个 UV LED 芯片搭配混合式荧光粉的组合， 或者两个蓝光 LED 芯片搭配 YAG 荧光粉 的组合， 或者一个 UV LED 芯片搭配混合式荧光粉的组合及一个蓝光 LED 芯片搭配 YAG 荧光 粉的组合。
图 10C 为图 10A 的发光二极管封装结构的另一实施例， 其绘示沿图 10A 的剖面线 cc’ 的侧视图。请参照图 10C， 在本实施例中， 凹陷部 C1、 C3 的深度 H1、 H3 相同 ； 而凹陷部 C2、 C4 的深度 H2、 H4 相同。本实施例特点在于凹陷部深度部分相同。
在本实施例中， LED 光源 920、 930 例如是 UV LED 芯片搭配混合式荧光粉的组合， 而LED 光源 910、 940 例如是蓝光 LED 芯片搭配 YAG 荧光粉的组合。虽然 LED 光源 920、 930 均 是 UV LED 芯片搭配混合式荧光粉的组合， 但其对应的 UV LED 芯片所发出的紫外光束通过 荧光粉层的浓度、 种类配比相异， 因此可产生不同的两种白光 W2、 W3。类似地， 虽然 LED 光 源 910、 940 均是蓝光 LED 芯片搭配 YAG 荧光粉的组合， 但其对应的蓝光 LED 芯片所发出的 蓝色光束通过荧光粉层的浓度、 种类配比不同， 因此可产生不同的两种白光 W1、 W4。或者， 可令两相同种类芯片的中心波长相异， 当激发相同浓度、 种类配比的荧光粉组合时， 也换产 生相异的两色光。
因此， 在本实施例中， 依据设计需求， 透过凹陷部深度的控制， 以及芯片种类、 荧光 粉的调整， 可以形成不同的四种白光 W1 ～ W4。
另外， 在本实施例中， 凹陷部 C5 可视实际需求设计为一保护层。例如， 凹陷部 C5 可为一玻璃层 (glass sheet)， 以防止紫外光束外漏。 此外， 在本实施例中， 为使 LED 光源模 块具有良好光学特性， 可以在面芯片处镀上一层光学镀膜， 以将紫外光束及特定波段的蓝 色光束反射回封装体， 而允许可见光穿透。
图 11A 为本发明另一实施例的发光二极管封装结构的俯视图。 请参照图 11A， 在本 实施例中， LED 光源 610、 620、 630 在基板 660 上是以 “列” (row) 方式排设。图 11B 为沿图 11A 的剖面线 d-d’ 的侧视图。本实施例与前述差别主要在于 ： 单一凹陷部可配置多个 LED 芯片， 芯片与凹陷部的个数并非对应。
请参照图 11A 及图 11B， 在本实施例中， LED 光源 610、 630 例如配置于凹陷部 C1 中， 而 LED 光源 620 例如配置于凹陷部 C2 中。图 11C 为本发明另一实施例的发光二极管封装 结构的俯视图。请参照图 11C， 在本实施例中， 凹陷部 C2 还配置一 LED 光源 640。
由图 11A ～图 11C 的范例实施例可知， 基板 660 的凹陷部可配置一个或多个 LED 光 源， 而在图 11C 中， 若相同深度的凹陷部配置有多个 LED 光源时， 该等 LED 光源其芯片所发 出的中心波长 (peak wavelength) 可以为部分相异的波段。例如， 凹陷部 C2 所配置的 LED 光源可以是多个蓝光 LED 芯片搭配 YAG 荧光粉的组合， 而该多个蓝光 LED 芯片其所发出的 中心波长可以为部分相异的波段， 以产生不同色坐标的白光。类似地， 凹陷部 C1 所配置的 LED 光源的种类可以是 UV LED 芯片搭配混合式荧光粉的组合， 或是蓝光 LED 芯片搭配 YAG 荧光粉的组合。凹陷部 C1 所配置的 LED 光源为两个 (LED 光源 610、 630) 时， 其个别芯片所 发出的中心波长也可以为两个相异的波段。
利用上述的发光二极管封装结构的设计， 至少可以得到至少两种以上色坐标的白 光。
值得注意的是， 在本实施例中， 相同深度的凹陷部并不排斥使用相同中心波长的 LED 芯片， 使用多个 LED 芯片可以因应照明环境的亮度需求来提高流明值 ； 并且， 在本实施 例中， LED 光源 610 及 640 可以例如是一白光光源， LED 光源 620 及 630 可以是中心波长相 异的两单色光， 例如为一第一红光及一第二红光， 此时属于凹陷部 C1 的容置空间可以不用 充填波长转换物质， 利用两单色光频谱叠加形成一宽带谱单色光， 来改变该白光光源的色 温或是演色性。
须特别说明的是， 在图 7 ～图 11C 的实施例中， 凹陷部的数目及深度、 荧光粉的种 类以及宽带谱单色光及白光的产生方式仅用以例示说明， 本发明并不限于此。
图 12 为本发明另一实施例的发光二极管封装结构的示意图。请参考图 12， 在本实施例中， 发光二极管封装结构 1000 例如包括一基板 1060 以及多个 LED 芯片 1010、 1020。 在此， 基板 1060 包括至少两个凹陷部 C1、 C2。
在本实施例中， LED 芯片 1010、 1020 所产生的光源态样例如是一第一白光以及一 第二白光， 或者例如是一第一白光与一宽带谱单色光， 或者例如是至少两中心波长相异的 单色光。在本实施例中， 宽带谱单色光及白光的产生方式例如是利用光束通过对应的波长 转换物质来产生， 也可以是利用中心波长不同的单色光叠加的方式来形成。
举例而言， LED 芯片 1020 可以是一 UV LED 芯片以发出紫外光束， 配置于凹陷部 C2 的容置空间内可以填充由红色荧光粉、 蓝色荧光粉、 绿色荧光所组成的混合式荧光粉 (Blended phosphor)， 以紫外光束激发该混合式荧光粉后可以产生第一白光 ； 而 LED 芯片 1010 可以是一蓝光芯片以发出蓝光光束， 配置于 C1 内可以填充 YAG 荧光粉， 以蓝光光束激 发该 YAG 荧光粉后可以产生第二白光， 利用第一白光与第二白光混合可以产生第三白光， 其中第三白光与第一白光及第二白光色坐标相异， 并且第三白光的演色性相较于第一白光 或第二白光的演色性为高。
值得注意的是， 两不同深度的凹陷部也可以配置相同种类的芯片， 例如 LED 芯片 1010、 1020 可以均为蓝光芯片， 而凹陷部 C1 及 C2 均填充有 YAG 荧光粉， 由于芯片发出的光 束通过荧光粉作用路径不一， 因此会产生一第一白光与一第二白光， 利用第一白光与第二 白光混合可以产生第三白光， 其中第三白光与第一白光及第二白光色坐标相异， 并且第三 白光的演色性相较于第一白光或第二白光的演色性为高。又 LED 芯片 1010、 1020 可以均为 UV LED 芯片， 而凹陷部 C1 及 C2 均填充有混合式荧光粉， 其它与前述相同或类似部分， 在此 不重复赘述。
由于第一白光与第二白光的色坐标相异， 因此， 可以透过控制单元 ( 图未示 ) 改变 分别提供于芯片 1010、 1020 的电流或脉冲宽度， 以调制第三白光。
另外， 在另一种实施例中， 也可以令芯片 1020 为一白光光源， 产生白光的方式已 如前述， 在此不赘述。并令 1010 芯片经调制后为一宽带谱单色光， 例如所产生的光束在通 过凹陷部 C1 后产生一宽带谱红色光。宽带谱红色光的形成方式例如是 LED 芯片 1010 利用 其所发出的光束通过凹陷部 C1 对应的波长转换物质来产生， 也可以是利用中心波长不同 的单色光叠加的方式来形成。 若宽带谱红色光的形成方式是利用中心波长不同的单色光叠 加的方式来形成的， 芯片 1010 可以是多个晶粒 (die) 所组成 ( 图未示 )， 其对应的凹陷部 C1 的容置空间此时所填充的物质可以是环氧树脂或硅胶， 以加强封装体的可靠度。
类似地， 在另一实施例中， 可以令芯片 1020 为一蓝光芯片， 为了充分加强蓝光与 荧光粉的作用， 可以将填入凹陷部 C2 的容置空间中的荧光粉采用浓度较高的黄色或橘红 色荧光粉， 使得蓝光与浓度高的黄色或橘红色荧光粉充分作用后产生一第一白光， 以减少 在中高色温光源频谱蓝光峰值较高的问题 ； 再令 1010 为一绿光 LED 芯片， 以调整该第一白 光所需要的色坐标及色温达到一预定范围， 此时， 凹陷部可以选择性地填入硅或环氧树脂， 以保护芯片及胶材 ； 或可填入掺杂散射粒子 ( 例如二氧化钛 TiO2) 的具流动性高透光散热 液体 ( 例如硅油或电解水 )， 以加强封装体的散热能力以及混合后光色均匀性。
在相类似的实施例中， LED 芯片 1010 以及 1020 也可以仅是两中心波长相异的单 色光配置于不同深度的凹陷部当中， 而凹陷部 C1 或 C2 的容置空间内可以选择地填充波长 转换物质、 环氧树脂 (epoxy) 或硅胶 (silicone) 等封装材料， 或者是具有散热能力的高导热透明液体， 例如硅油或电解水， 或是选择性的掺杂散射粒子， 与前述相同或类似之处， 在 此不再重述。
图 13 为本发明一实施例的光色调制方法的步骤流程图。 请同时参照图 1A 及图 13， 本实施例的光色调制方法包括如下步骤。首先， 在步骤 S800 中， 调制一白光 LED 光源 110， 以产生一第一白光 W。接着， 在步骤 S802 中， 调制 LED 光源 120、 130、 140， 以产生一第二白 光， 其中第二白光包括至少一宽带谱单色光。之后， 在步骤 S804 中， 混合第一白光 W 与第二 白光， 以产生一第三白光 W’ 。在此， 第三白光的演色性大于第一白光及第二白光的演色性， 且三者的色坐标彼此相异。
另外， 本发明的实施例的光色调制方法可以由图 1A 至图 12 实施例的叙述中获致 足够的教示、 建议与实施说明， 因此不再赘述。
综上所述， 本发明的 LED 光源模块利用光色调制方法， 混合固定的白光与可调制 的白光， 以调制出具高演色性的白光， 达到光色调制 (color tunable) 的目的。进而， 对照 明领域的应用而言， 当所需白光的质量要求较高时， LED 光源模块可通过本发明的光色调制 方法提供具高演色性的白光。
当然， 本发明还可有其它多种实施例， 在不背离本发明精神及其实质的情况下， 熟 悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形， 但这些相应的改变和变 形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。