TWI452670B - 光色調制方法、發光二極體光源模組及其封裝結構 - Google Patents

光色調制方法、發光二極體光源模組及其封裝結構 Download PDF

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Description

光色調制方法、發光二極體光源模組及其封裝結構
本發明是有關於一種發光二極體(light-emitting diode，LED)光源模組，且特別是有關於一種光色可變之LED光源模組及其光色調制方法與封裝結構。
LED是由半導體材料所製成之發光元件，其具有體積小、壽命長、低驅動電壓、耗電量低、耐震性佳等優點。目前LED已廣泛應用於指示燈、照明與背光源等領域。
一般照明用的光大都為白光，而由於單一LED晶片的發光頻譜窄，且本身無法發出白光，因而需要藉由一些技巧來達到產生白光的目的。目前常見產生白光的方法有二種。一種為利用藍光LED產生的藍光激發螢光粉而產生黃光，此產生的黃光與藍光混合後以形成白光；第二種是同時使用紅光LED、綠光LED及藍光LED來混合成白光。
不同光色的光，有不同的色溫度(color temperature，以下簡稱色溫)，例如當光源色溫在3000K以下時，光色開始有偏紅的現象，給人溫暖的感覺；色溫超過5000K時，顏色則偏向藍光，給人清冷的感覺。因此光源色溫的高低變化將影響室內的氣氛。為了能讓使用者可以調控室內照明的色溫，習知的LED光色可調模組多半使用由紅光LED、綠光LED及藍光LED來混光得到光色可變之LED模組。由於單色光LED的發光頻譜普遍不寬，屬於窄頻譜光源，因此混光出來的白光色頻譜大多連續性不佳，進而使得其演色性(color rendering index，CRI)不佳。對照明領域的應用而言，其所需白光的品質要求較高，需要較連續的光譜(例如：白光需要高演色性)。而使用習知的紅光LED、綠光LED及藍光LED來調變光色的方法，無法得到頻譜較連續的光譜(意即具高演色性的白光)。
本發明提供一種光色調制方法、光色可變之發光二極體光源模組及其封裝結構，以藉由該調制方法而產生光頻譜較為連續的光線，並得到高演色性的白光。
本發明提供一種光色調制方法，所述方法包括：調變一白光發光二極體光源，以產生一第一白光；調變至少一LED光源，以產生至少一寬頻譜單色光；以及混合第一白光與寬頻譜單色光，以產生一第二白光，其中第二白光之演色性大於第一白光之演色性，且第一白光之色座標異於第二白光之色座標。
在本發明一實施例中，上述之至少一LED光源包括多個單色LED光源，且調變LED光源之步驟包括：調變單色LED光源，以產生至少二單色光；以及混合至少二單色光，以產生寬頻譜單色光。
在本發明一實施例中，上述之至少二單色光包括一第一單色光及一第二單色光。第一單色光之中心波長1/10強度所對應的波長分別為λ1及λ2，第二單色光之中心波長1/10強度所對應的波長分別為λ3及λ4，其中λ2>λ1，λ4>λ3，λ4>λ1且λ2≧λ3。
在本發明一實施例中，上述之LED光源包括一LED晶片及一波長轉換層，且調變LED光源之步驟包括：激發LED晶片，以產生一光束；以及使光束通過波長轉換層，以產生寬頻譜單色光。
在本發明一實施例中，上述之寬頻譜單色光之半高全寬(full width half maximum，FWHM)大於光束之FWHM。
本發明提供一種光色調制方法，所述方法包括：調變一白光LED光源，以產生一第一白光；調變至少一LED光源，以產生一第二白光，其中第二白光包括至少一寬頻譜單色光；以及混合第一白光與第二白光，以產生一第三白光。
在本發明一實施例中，上述之第三白光之演色性大於第一白光之演色性及第二白光之演色性，且第一白光、第二白光及第三白光之色座標彼此相異。
在本發明一實施例中，上述之至少一LED光源包括多個單色LED光源，且調變LED光源之步驟包括：調變單色LED光源，以產生多個單色光；混合單色光，以產生寬頻譜單色光；以及混合單色光及寬頻譜單色光，以產生第二白光。
在本發明一實施例中，上述之單色光包括一第一單色光及一第二單色光。第一單色光之中心波長1/10強度所對應的波長分別為λ1及λ2，第二單色光之中心波長1/10強度所對應的波長分別為λ3及λ4，其中λ2>λ1，λ4>λ3，λ4>λ1且λ2≧λ3。
在本發明一實施例中，上述之LED光源包括一LED晶片及一波長轉換層，且調變LED光源之步驟包括：激發LED晶片，以產生一光束；以及使光束通過波長轉換層，以產生寬頻譜單色光。
在本發明一實施例中，上述之寬頻譜單色光之FWHM大於光束之FWHM。
在本發明一實施例中，上述之調變LED光源之步驟包括：調變LED光源之電流或脈衝寬度參數至少其中之一，以產生寬頻譜單色光。
在本發明一實施例中，上述之調變白光LED光源之步驟包括：調變白光LED光源之電流或脈衝寬度參數至少其中之一，以產生第一白光。
本發明提供一種光色可變之LED光源模組，其包括一白光發光二極體(light-emitting diode，LED)光源、至少一LED光源以及一控制單元。白光LED光源，產生一第一白光。至少一LED光源，產生至少一寬頻譜單色光。控制單元激發白光LED光源及LED光源，以發出第一白光與寬頻譜單色光。第一白光與寬頻譜單色光形成一第二白光，其中第二白光之演色性大於第一白光之演色性，且第一白光之色座標異於第二白光之色座標。
在本發明一實施例中，上述之至少一LED光源包括多個單色LED光源；控制單元激發單色LED光源產生至少二個單色光，以混合至少二單色光產生寬頻譜單色光。
在本發明一實施例中，上述之至少二單色光包括一第一單色光及一第二單色光。第一單色光之中心波長1/10強度所對應的波長分別為λ1及λ2，第二單色光之中心波長1/10強度所對應的波長分別為λ3及λ4，其中λ2>λ1，λ4>λ3，λ4>λ1且λ2≧λ3。
在本發明一實施例中，上述之LED光源包括一LED晶片及一波長轉換層。控制單元激發LED晶片產生一光束，以使光束通過波長轉換層產生寬頻譜單色光。
在本發明一實施例中，上述之寬頻譜單色光之FWHM大於光束之FWHM。
本發明提供一種光色可變之LED光源模組，其包括一白光LED光源、至少一LED光源以及一控制單元，白光LED光源產生一第一白光；至少一LED光源產生一第二白光，其中第二白光包括至少一寬頻譜單色光；及控制單元激發白光LED光源及LED光源，以發出第一白光與第二白光。第一白光與第二白光形成一第三白光。
在本發明一實施例中，上述之第三白光之演色性大於第一白光之演色性及第二白光之演色性，且第一白光、第二白光及第三白光之色座標彼此相異。
在本發明一實施例中，上述之至少一LED光源包括多個單色LED光源。控制單元激發單色LED光源產生多個單色光，以混合單色光產生一第一寬頻譜單色光，以及混合單色光及第一寬頻譜單色光產生第二白光。
在本發明一實施例中，上述之單色光包括一第一單色光及一第二單色光。第一單色光之中心波長1/10強度所對應的波長分別為λ1及λ2，第二單色光之中心波長1/10強度所對應的波長分別為λ3及λ4，其中λ2>λ1，λ4>λ3，λ4>λ1且λ2≧λ3。
在本發明一實施例中，上述之LED光源包括一LED晶片及一波長轉換層，控制單元激發LED晶片產生一光束，以使光束通過波長轉換層產生一第二寬頻譜單色光。
在本發明一實施例中，上述之第二寬頻譜單色光之FWHM大於光束之FWHM。
在本發明一實施例中，上述之第一白光之色溫及色座標可調。
本發明提供一種發光二極體封裝結構，其包括一基板以及多個發光二極體晶片，基板包括複數個凹陷部；複數個凹陷部包含複數個凹陷部深度，其中複數個凹陷部深度至少部份相異；發光二極體晶片配置於複數個凹陷部中，每一發光二極體晶片發出一對應的光束，其中光束通過複數個凹陷部後，產生至少一第一白光及至少一第二白光。其中，至少一第二白光與至少一第一白光的色坐標彼此相異。
在本發明一實施例中，上述之至少一第一白光或至少一第二白光包括至少一寬頻譜單色光。
在本發明一實施例中，上述之光束通過凹陷部後產生至少二單色光。至少二單色光形成至少一寬頻譜單色光。
在本發明一實施例中，上述之至少二單色光包括一第一單色光及一第二單色光。第一單色光之中心波長1/10強度所對應的波長分別為λ1及λ2，第二單色光之中心波長1/10強度所對應的波長分別為λ3及λ4，其中λ2>λ1，λ4>λ3，λ4>λ1且λ2≧λ3。
在本發明一實施例中，上述之複數個凹陷部中至少一凹陷部填充有波長轉換物質光束中至少一光束通過至少一凹陷部產生至少一寬頻譜單色光。
在本發明一實施例中，上述之至少一寬頻譜單色光之FWHM大於光束之FWHM。
在本發明一實施例中，上述之基板包括一上表面。每一凹陷部具有一底面。上表面與底面個別定義出複數個凹陷部。
在本發明一實施例中，上述之第一白光、第二白光以及至少一寬頻譜單色光之光學特性取決複數個凹陷部深度與發光二極體晶片至少其中之一。
在本發明一實施例中，上述之第一白光、第二白光以及至少一寬頻譜單色光之光學特性取決複數個凹陷部深度、發光二極體晶片以及波長轉換物質至少其中之一。
本發明提供一種發光二極體封裝結構，其包括一基板以及多個發光二極體晶片，基板包括複數個凹陷部，複數個凹陷部包含複數個凹陷部深度，其中複數個凹陷部深度至少部份相異；發光二極體晶片配置於複數個凹陷部中，每一發光二極體晶片發出一對應的光束。其中，光束通過複數個凹陷部後產生至少一第一白光及至少一寬頻譜單色光。
在本發明一實施例中，上述之光束通過凹陷部產生至少二單色光。至少二單色光形成至少一寬頻譜單色光。
在本發明一實施例中，上述之至少二單色光包括一第一單色光及一第二單色光。第一單色光之中心波長1/10強度所對應的波長分別為λ1及λ2，第二單色光之中心波長1/10強度所對應的波長分別為λ3及λ4，其中λ2>λ1，λ4>λ3，λ4>λ1且λ2≧λ3。
在本發明一實施例中，上述之複數個凹陷部中至少一凹陷部填充有波長轉換物質。光束中至少一光束通過至少一凹陷部產生至少一寬頻譜單色光。
在本發明一實施例中，上述之至少一寬頻譜單色光之FWHM大於光束之FWHM。
在本發明一實施例中，上述之基板包括一上表面。每一凹陷部具有一底面。上表面與底面個別定義出複數個凹陷部。
在本發明一實施例中，上述之第一白光及至少一寬頻譜單色光之光學特性取決複數個凹陷部深度與發光二極體晶片至少其中之一。
在本發明一實施例中，上述之第一白光及至少一寬頻譜單色光之光學特性取決複數個凹陷部深度、發光二極體晶片以及波長轉換物質至少其中之一。
本發明提供一種發光二極體封裝結構，其包括一基板以及多個發光二極體晶片，基板包括至少二個凹陷部，至少二個凹陷部深度彼此相異，發光二極體晶片分別配置於至少二個凹陷部之中，發光二極體晶片可發出至少一第一光束與至少一第二光束，其中至少一第一光束與至少一第二光束彼此中心波長相異。
在本發明一實施例中，上述之基板包括一上表面。每一凹陷部具有一底面。上表面與底面個別定義出至少二個凹陷部。
本發明提供一種發光二極體封裝結構，具有單一封裝體多晶片的封裝形式，發光二極體封裝結構包括一基板、至少二個發光二極體晶片以及至少一個波長轉換物質；其中，形成基板的材料為高導熱材料；發光二極體晶片配置於基板上，可發出一第一光束與一第二光束；波長轉換物質分別配置於發光二極體晶片上。其中，第一光束與第二光束通過波長轉換物質後，分別產生一第一白光及一第二白光，以調製出一第三白光。第一白光的色座標異於第二白光的色座標，且調製出的第三白光的演色性大於第一白光的演色性及第二白光的演色性。
基於上述，在本發明之範例實施例中，藉由光色調制方法與光色可變之LED光源模組，即可調制出預定色座標、色溫或演色性之光線，並得到光頻譜連續之白光。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
以下的敘述將伴隨著實施例的圖式，來詳細對本發明所提出之實施例進行說明。在各圖式中所使用相同或相似的參考標號，是用來敘述相同或相似的部份。
在本發明之範例實施例中，光色可變之LED光源模組係利用兩種白光共同混光，以調制出不同色溫輸出之白光光源，而參與混光的兩種白光其中之一包括至少一寬頻譜單色光。因此，本發明之範例實施例所提供的LED光源模組，其發出的白光至少具有光譜連續性較佳以及演色性較高之良好光學品質。此外，調制後所得之白光，其色座標則與用來混光的兩種白光不同。
圖1A為本發明一實施例之光色可變之LED光源模組的示意圖。請參考圖1A，在本實施例中，光色可變之LED光源模組100例如包括一基板160、一白光LED光源110、多個LED光源120、130、140及一控制單元150，其中白光LED光源110及LED光源120、130、140係配置於基板160上，而控制單元150可各別獨立地激發LED光源120、130、140。其中白光LED光源110及LED光源120、130、140係可為陣列式或行列式且相鄰地配置。當然本發明不限於一定相鄰配置，亦可為不相臨配置。
在本實施例中，白光LED光源110及LED光源120、130、140被控制單元150激發後，分別發出一第一白光W、一紅色光R、一藍色光B及一綠色光G，其中標示於圖1A中光源區塊的標號W、R、B、G即分別代表該LED光源被激發後所發出的色光顏色。值得注意的是，在本實施例中，紅色光R、藍色光B及綠色光G，三者至少其中之一為寬頻譜單色光。
詳細而言，以紅色光R為寬頻譜單色光為例，LED光源120包括多個頻譜較窄的紅色LED光源。在被控制單元150激發之後，該等紅色LED光源會產生多個頻譜較窄的紅色光，而在混合至少二頻譜較窄的紅色光後，即產生一寬頻譜的紅色光R，如圖1A所示。
類似地，在其他實施例中，LED光源模組100亦可包括寬頻譜的綠色光G或寬頻譜的藍色光B，相同或相似之處在此便不再贅述。
圖1B為本發明一實施例之寬頻譜單色光之頻譜圖。請參考圖1A及圖1B，在圖1A的實施例中，LED光源120例如包括兩個頻譜較窄的紅色LED光源，而在混合兩個頻譜較窄的紅色光後，即產生寬頻譜的紅色光R，如圖1B所示。
在圖1B中，寬頻譜的紅色光R包括一第一紅色光R1及一第二紅色光R2。在本實施例中，就第一紅色光R1而言，其中心波長1/10強度所對應的波長分別為λ1及λ2，對應的頻譜寬度為波長λ2減波長λ1；而就第二紅色光R2而言，其中心波長1/10強度所對應的波長分別為λ3及λ4，對應的頻譜寬度為波長λ4減波長λ3，其中λ2>λ1，λ4>λ3，λ4>λ1且λ2≧λ3。
因此，在本發明之範例實施例中，由兩頻譜較窄的單色光混合所產生的寬頻譜的單色光例如可定義如下：第一單色光之中心波長1/10強度所對應的波長分別為λ1及λ2，而第二單色光之中心波長1/10強度所對應的波長分別為λ3及λ4，其中λ2>λ1，λ4>λ3，λ4>λ1且λ2≧λ3。
此外，在圖1A的實施例中，寬頻譜單色光亦不限於以多個頻譜較窄的LED光源來形成，也可以是採用螢光粉轉換的方式來產生寬頻譜單色光。
圖1C為本發明一實施例之寬頻譜單色光之頻譜圖。在本實施例中，寬頻譜的紅色光R例如是採用螢光粉轉換模式來產生。例如，採用紅色螢光粉為波長轉換層時，LED光源120可包括一紫外光(UV) LED晶片(未繪示)。在被控制單元150激發後，UV LED晶片會產生一紫外光束，其經過波長轉換層轉換前的頻譜如圖中的虛線所繪示。在紫外光束經過波長轉換層轉換後所產生寬頻譜的紅色光R如圖中的實線所繪示。
因此，在本發明之範例實施例中，以螢光粉轉換模式所產生的寬頻譜的單色光，只要轉換後的單色光之半高全寬(FWHM)大於轉換前的單色光之FWHM，即可定義該單色光為一寬頻譜的單色光。
類似地，在本實施例中，LED光源130、140亦可分別包括藍色螢光粉、綠色螢光粉，並搭配UV LED晶片，以分別產生寬頻譜的藍色光B及寬頻譜的綠色光G。
此外，若有產生其他顏色的寬頻譜單色光之需求時，LED光源模組100的LED光源120、130、140也可用其它發出不同色光的LED光源置換。例如，LED光源可包括釔鋁石榴石(yttrium aluminium garnet，YAG)螢光粉及藍光LED晶片，而產生一寬頻譜的黃色光。
從另一觀點來看，在本實施例中，LED光源模組100可視為利用一第一白光及一第二白光來進行光色調制(color tunable)，且調制後所獲得的一第三白光，其演色性大於第一白光及第二白光之演色性，且第一白光、第二白光及第三白光之色座標彼此相異。
詳細而言，在被控制單元150激發後，LED光源120、130、140所發出的色光混合可視為另一白光LED光源170所發出的第二白光。在本實施例中，由於紅色光R、藍色光B及綠色光G，三者至少其中之一為寬頻譜單色光，因此白光LED光源170所發出的第二白光包括至少一寬頻譜單色光；並且，亦可以使用二頻譜相異單色光形成一寬頻譜單色光，例如形成寬頻譜單色藍光B，以及使用螢光粉轉換方式(UV)LED搭配紅色螢光粉形成寬頻譜單色紅光R，再加上綠光G(可為寬頻譜單色光或是窄頻譜單色光，而寬頻譜單色光的形成方式已如上所述，在此便不再贅述)後形成該第二白光。換言之，第二白光的形成方式雖包含至少一寬頻譜單色光，然而，使用越多個寬頻譜單色光，由於已先利用頻譜疊加方式形成較連續的頻譜，是故混合出來後的白光因為頻譜較為接續因而展現較佳的演色性。
在本實施例中，控制單元150可調變白光LED光源110以及LED光源120、130、140之電流或脈衝寬度參數至少其中之一，以產生對應的色光。
在此，調變LED光源的電流指的是調整供給LED光源的電流強度來控制該LED光源的發光亮度。調變LED光源的脈衝寬度指的是以脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation，PWM)方式‧驅動LED光源發光，藉由調整單位時間內脈衝為高準位的總時間，以控制其發光強度。
值得注意的是，控制單元150調變參數可選擇其一或結合運用，並且在調變LED光源或白光LED光源時，提供電流或脈衝寬度可以分別獨立控制。上述調變參數僅為例示，非用來限定本發明之調變方式。
圖2分別繪示圖1A中LED光源被激發後所發出的色光頻譜圖，其中每一色光頻譜圖的橫軸表示波長，單位為奈米(nm)，而縱軸表示光強度，單位為相對強度(A.U.)。
請參考圖1A及圖2，在本實施例中，白光LED光源110及LED光源120、130、140被控制單元150激發後，分別發出第一白光W、紅色光R、藍色光B及綠色光G，其被激發後所發出的色光頻譜分別如圖2(e)、圖2(c)、2(a)及圖2(b)所示。在本實施例中，紅色光R例如為一由兩頻譜較窄的單色光混合所產生的寬頻譜的單色光，如圖1B所定義者。其他實施例中，寬頻譜的紅色光R例如是由螢光粉轉換而得到的寬頻譜紅色光。
圖2(d)所繪示者，係圖2(a)至圖2(c)中各色光共同疊合而成的色光頻譜，其色溫(CCT)為5276K，而演色性(CRI)為69.84。從另一觀點來看，圖2(d)所繪示的色光頻譜可視為具有色溫5276K、演色性69.84的第二白光之色光頻譜。
另一方面，本實施例之白光LED光源110例如是一螢光粉轉換白光LED、一白光LED晶片，或經由藍色、綠色、紅色混光形成的白光。在本實施例中，白光LED光源110被激發後所發出第一白光W，其色光頻譜如圖2(e)所示。在本實施例中，第一白光W的色溫為5270K，演色性為69.7，而其頻譜範圍係介於400奈米至850奈米之間。
值得注意的是，本實施例之白光LED光源110，其所發出的第一白光W之演色性係小於或等於85，但本發明不限於此。在其他實施例中，白光LED光源110也可以是一高演色性白光LED光源，而此時所發出的第一白光W之演色性例如是大於或等於80。
在白光LED光源110及LED光源120、130、140分別被激發之後，控制單元混合第一白光W及第二白光(紅色光R、藍色光B及綠色光G混成)，以產生第三白光W’。在此，「混合」第一白光與第二白光，例如係可將第一白光與第二白光的照光路徑直接重疊，亦可利用導光介質將兩者混合。此導光介質可以是但不限於透鏡與光導管。此外，亦可利用反射面將之反射而疊合。
因此，混合後的第三白光W’，其色光頻譜如圖2(f)所示。由圖2(f)可知，第三白光W’的色溫為5273K，而其演色性為93.3。換句話說，在本實施例中，混合後第三白光之演色性大於第一白光W及第二白光之演色性。
是以，本實施例之LED光源模組100利用固定的第一白光W與由紅色光R、藍色光B及綠色光G混成的第二白光進行光色調制(color tunable)，以調制出具高演色性的第三白光W’。進而，對照明領域的應用而言，當所需白光的品質要求較高時，LED光源模組100可藉由本實施例之光色調制方法提供頻譜較連續的光譜(意即具高演色性的白光)。
須特別說明的是，在圖1A的實施例中，光色可變之LED光源模組100係包括白光LED光源110及多個不同顏色的LED光源120、130、140，但本發明並不限於此。在其他實施例中，LED光源也可以是相同顏色的寬頻譜單色LED光源。
也就是說，圖1A的LED光源120、130、140例如可分別配置具有不同的中心波長的寬頻譜藍色LED光源，而該等寬頻譜藍色LED光源例如是以螢光粉轉換模式來產生寬頻譜的藍色光。此時，經控制單元調制後的第三白光亦同樣可具有高演色性的光學特性，且因第三白光的藍光比例較高，一般稱為冷白光(Cool White)。
換句話說，LED光源可依設計需求，配置為具有不同的中心波長的寬頻譜同色LED光源，使調制後的第三白光不僅具有高演色性，也可具有對應的色溫。
此外，圖1A的LED光源120、130、140也可僅配置兩種不同顏色的寬頻譜單色LED光源，而該等寬頻譜單色LED光源例如是以螢光粉轉換模式來產生寬頻譜的單色光。
另外，在圖1A的實施例中，LED光源120、130、140亦可配置為具有較窄頻譜的同色LED光源，而較窄頻譜的同色LED光源被激發後所發出窄頻譜同色光，於混合後亦可成為一寬頻譜單色光，以與第一白光共同調制出具高演色性的第三白光。
例如，LED光源120、130、140可配置為具有相同色光、中心波長不同而頻譜較窄的藍色LED光源，而該等較窄頻譜的藍色LED光源所發出窄頻譜藍色光，則可共同混合而成一寬頻譜藍色光，進而與第一白光共同調制出具高演色性的第三白光。
此外，在LED光源120、130、140為不同顏色的情況下，每一LED光源也可包括多個較窄頻譜的同色LED光源。
例如，LED光源130可包括多個較窄頻譜的藍色LED光源，而較窄頻譜的藍色LED光源被激發後所發出窄頻譜藍色光，則可共同混合而使LED光源130發出一寬頻譜藍色光。
圖3為本發明另一實施例之色光頻譜圖，其分別繪示圖1A中LED光源被激發後所發出的色光頻譜。
請參考圖1A及圖3，在LED光源120、130、140為不同顏色的情況下，控制單元150可調變單色LED光源120、130、140之電流或脈衝寬度參數至少其中之一，以改變各色光之間的比例關係。進而，不同的色光比例可調制出不同的第二白光。之後，第二白光再與第一白光W混合後，可調制出具有不同色溫的高演色性第三白光W’。
以圖3(a)至圖3(c)為例，在LED光源120、130、140被激發後，三者所發出寬頻譜單色光頻譜如圖3(a)所示。由圖3(a)可知，經控制單元150調變後，紅色光R所佔之比例，遠較藍色光B、綠色光G為高，而此時對應的第二白光，其色溫為2892K、演色性為10.17。另外，圖3(b)為白光LED光源110所發出之第一白光的色光頻譜。
因此，控制單元150混合具有上述頻譜特性的第一白光W及第二白光，可得調制後的第三白光W’，而其色光頻譜如圖3(c)所示，色溫為3005K、演色性為92.2。
另外，再以圖3(d)至圖3(f)為例，在LED光源120、130、140被激發後，三者所發出寬頻譜單色光頻譜如圖3(d)所示。由圖3(d)可知，經控制單元150調變後，紅色光R與藍色光B所佔之比例相當，但較寬頻譜綠色光G為高，而此時對應的第二白光，其色溫為3436.6K、演色性為23.17。此外，圖3(e)為白光LED光源110所發出之第一白光的色光頻譜，與圖3(b)相同。
同樣地，控制單元150混合具有上述頻譜特性的第一白光W及第二白光，可得調制後的第三白光W’，而其色光頻譜如圖3(f)所示，色溫為5025K、演色性為95.7。
此外，又以圖3(g)至圖3(i)為例，在LED光源120、130、140被激發後，三者所發出寬頻譜單色光頻譜如圖3(g)所示。由圖3(g)可知，經控制單元150調變後，紅色光R與綠色光G所佔之比例相當，但較藍色光B為低，而此時對應的第二白光，其色溫為3436.7K、演色性為29.26。另外，圖3(h)為白光LED光源110所發出之第一白光的色光頻譜，與圖3(b)、圖3(e)相同。
類似地，控制單元150混合具有上述頻譜特性的第一白光W及第二白光，可得調制後的第三白光W’，而其色光頻譜如圖3(i)所示，色溫為6993K、演色性為95.5。
由上述例示的多個色光頻譜圖可知，在本實施例中，第一白光的色光頻譜並未改變，而控制單元150可依設計需求調變LED光源120、130、140之電流或脈衝寬度參數至少其中之一，以改變混成第二白光之各色光之間的比例關係。進而，不同的色光比例的第二白光與相同的第一白光混合後，可依實際需求調制出具有不同色溫的高演色性第三白光。
圖4為本發明另一實施例之色光頻譜圖，其分別繪示圖1A中LED光源被激發後所發出的色光頻譜。
請參考圖1A及圖4，在本實施例中，多個不同顏色的LED光源120、130、140及白光LED光源110被激發後，第二白光及第一白光的色光頻譜分別如圖4(a)及圖4(b)所示，其中圖4(a)為第二白光的色光頻譜，其演色性為35，而圖4(b)為第一白光W的色光頻譜，其演色性為70。
在本實施例中，控制單元150可依實際需求調變LED光源120、130、140之電流或脈衝寬度參數至少其中之一，以改變各色光之間的比例關係。
以圖4(b)為例，第一白光W的色光頻譜演色性較低是由於色光組成中紅色光R的比例較低，因此，在將第二白光的色溫調整與第一白光的色溫相同的前提下，控制單元150可調變寬頻譜紅色的LED光源120之電流或脈衝寬度參數至少其中之一，以增加紅色光R的強度。因此，經調制後的第三白光W’，其演色性在紅色光頻譜範圍內可被補強，因而具有高演色性(CRI=84)的光學性質，如圖4(c)所示。另外，第三白光W’的流明(lumen)為3715 lm。
此外，若依據實際需求，在將第二白光的色溫調整與第一白光的色溫相同的前提下，需要獲得較高流明的第三白光W’時，則控制單元150可調變綠色的LED光源140之電流或脈衝寬度參數至少其中之一，以提高綠色光G的強度，進而增加其所佔的比例。因此，經調制後的第三白光W”之演色性為CRI=77，而流明可大幅度的提升為5473 lm，如圖4(d)所示。
換句話說，在本實施例中，若欲提高第三白光的演色性，例如可以提高第二白光中紅色光R所佔之比例；若欲提高第三白光的流明，例如可以提高第二白光中綠色光G所佔之比例。因此，在本發明之實施例中，藉由一可調制的第二白光與一固定的第一白光混合，可達到光色調制(color tunable)的目的。
圖5為本發明另一實施例之光色可變之LED光源模組的示意圖。請參照圖5，在本實施例中，LED光源模組500之基板560上例如配置有四組圖1A之LED光源模組100的光源區塊，其中標示於圖5中光源區塊的標號R、B、G即分別代表該光源被激發後所發出的色光顏色。
應注意的是，標示為相同標號的光源區塊僅代表該光源被激發後所發出的色光顏色相同，而其中心波長仍有可能不同。
在本實施例中，LED光源模組500例如包括多個白光LED光源，而該等白光LED光源所發出的白光可共同調制出第一白光。例如，在本實施例中，光源區塊570中的白光W1、W2、W3、W4可發出不同色座標的四種白光，其在CIE色度圖上具有四的座標點，(X1 ,Y1 )、(X2 ,Y2 )、(X3 ,Y3 )、(X4 ,Y4 )，利用W1、W2、W3、W4即可共同調制出第一白光。藉此，本實施例之第一白光的色座標可在四種白光的座標點所圍成的區域範圍內依設計需求移動，或在CIE座標圖中的普朗克曲線(Planck curve)上移動，使調制後的第一白光為一全普朗克曲線可變白光。其中白光W1、W2、W3、W4係可為陣列式且相鄰地配置。而白光W1、W2、W3、W4之外圍依序排列有紅色光R、綠色光G、藍色光B等多個LED光源。
舉例而言，圖6繪示第一白光的色座標在普朗克曲線上變化之示意圖。請參照圖5及圖6，在本實施例中，白光W1、W2、W3、W4所共同調制出第一白光，可依實際需求調整第一白光色座標在四白光座標點所圍成的區域範圍變化，或是改變該色座標在普朗克曲線上的位置，且不同位置則對應不同的白光色溫。圖6即例示了藉由調整白光W1、W2、W3、W4，而可得到第一白光之不同色溫，例如分別為6500K、5300K、4500K或3600K。換句話說，在本實施例中，第一白光W之色溫為可變。
另一方面，在本實施例中，LED光源模組500例如包括多個LED光源，其可以藍色光B為例，每一LED光源所發出之藍色光B，其中心波長可相同或不相同，且其FWHM也可相同或不相同。在其他實施例中，每一LED光源所發出藍色光也可為較窄頻譜的藍色光。
惟無論該等藍色光、綠色光、紅色光的光學性質如何，在本實施例中，由LED光源所調制出的光色包含至少一寬頻譜單色光，以與第一白光調制出具有高演色性的第三白光。而寬頻譜單色光形成方式已如前述，相同或相似之處在此便不再贅述。
因此，在本實施例中，LED光源模組500的第一白光之色溫為可調，其搭配至少一種寬頻譜單色光，可調制出具高演色性的第三白光。從另一觀點來看，本實施例之所有紅色光R、綠色光G、藍色光B之混合可視為第二白光，以與第一白光搭配，進行光色調制(color tunable)。
另外，在本實施例中，光源區塊570之白光W1、W2、W3、W4亦可均為同一色溫固定不變的白光光源，以提高照明所需要的亮度，再藉由寬頻譜的紅色光R、綠色光G或藍色光B，來達成光色調制之目的。
圖7為圖1A之光色可變之LED光源模組的發光二極體封裝結構的示意圖。請參考圖1A及圖7，在本實施例中，發光二極體封裝結構700例如包括一基板760以及多個LED晶片710、720、730、740。
在本實施例中，基板760包括多個凹陷部C1、C2、C3。在此，基板760的上表面S1與每一凹陷部的底面共同定義出對應凹陷部。例如，凹陷部C1係由上表面S1與其底面B1共同定義；凹陷部C2係由上表面S1與其底面B2共同定義；而凹陷部C3係由上表面S1與其底面B3共同定義。在本實施例中，每一凹陷部底面與基板760上表面S1之間的距離，或稱為凹陷部高度，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與基板760的上表面S1距離(凹陷部深度)皆為H1，兩者相同；而凹陷部C3的底面B3與基板760的上表面S1距離(凹陷部深度)為H2，其與H1兩者不同
值得注意的是，在本發明之範例實施例中，每一凹陷部可以包括多個容置空間，以填充波長轉換物質(例如螢光粉)、環氧樹脂(epoxy)或矽膠(silicone)等封裝材料。又填充封裝材料的容置空間可以理解為特定凹陷部底面與高於該底面的相鄰凹陷部底面最小深度差所定義的空間範圍；而在欠缺高於該底面的相鄰凹陷部時，容置空間可以理解為凹陷部深度所定義的空間範圍。因此，在容置空間內填充入特定的封裝材料後，該等材料所佔據的容置空間例如形成一垂直堆疊的態樣。此外，本實施例之不同的凹陷部，其容置空間可部分連通或全部連通。在其他實施例中，底面B3的高度也可與基板760的上表面S1高度相同，此時基板760例如僅包括凹陷部C1、C2而使得兩者不連通。凹陷部深度不同，可以使晶片所發出的光束與螢光粉的作用路徑不一，作用後所發出的光色也有所差異。
在本實施例中，每一LED晶片配置於對應的凹陷部。每一容置空間分別被填充對應的波長轉換物質、環氧樹脂或矽膠等封裝材料。每一LED晶片被激發後，發出一對應的光束。在此，光束通過對應的封裝材料後，可以產生例如第一白光W及寬頻譜的紅色光R，以及綠色光G、藍色光B(即第二白光)，如圖1A的光源區塊所示。因此，第一白光W與第二白光混合後，可產生具高演色性的第三白光W’。在本實施例中，第三白光之演色性大於第一白光及第二白光之演色性，且第三白光之色座標異於第一白光及第二白光之色座標。
在本實施例中，LED晶片710、720、730、740通過對應的封裝材料後，例如分別產生第一白光W及寬頻譜的紅色光R，以及綠色光G、藍色光B。在此，寬頻譜的紅色光R可以是頻譜較窄的紅色光混合所產生的寬頻譜紅色光，或者可以是由螢光粉轉換而得到的寬頻譜紅色光。換句話說，在本實施例中，雖然有三個凹陷部C1、C2、C3，但是並非每一凹陷部都是利用波長轉換的方式來產生寬頻譜的單色光。
因此，LED晶片710例如是一藍光LED晶片，而白光LED光源110例如包括藍光LED晶片及一波長轉換層。在此，凹陷部C1的容置空間例如被填充波長轉換物質後，當藍光LED晶片被激發時，產生一藍光，藍光通過該層狀結構後以發出第一白光W。舉例來說，上述之藍光通過波長轉換層時分別產生一綠光與一紅光，而綠光、紅光與藍光混合產生第一白光。或者，上述之藍光通過波長轉換層時分別產生一黃光、綠光及一紅光，而黃光、綠光、紅光與藍光混合產生第一白光。或者，上述之藍光通過波長轉換層時分別產生一黃光與一紅光，而黃光、紅光與藍光混合產生第一白光。或者，上述之藍光通過波長轉換層時產生一黃光，而黃光與藍光混合產生第一白光。以上僅為例示，本發明不以此為限。在另一實施例中，LED晶片710例如是一UV LED晶片，而第一白光LED光源110例如包括UV LED晶片及一波長轉換層，而紫外光通過波長轉換層以發出第一白光W。換句話說，本發明之範例實施例並不對白光LED光源110所包括的LED晶片型式、種類加以限制，只要該LED晶片通過波長轉換層可發出第一白光W，即為本發明所欲保護之範疇。
另一方面，在本實施例中，LED晶片720例如為一UV LED晶片。換句話說，本實施例之LED光源120例如包括一UV LED晶片及一對應的波長轉換層。UV LED晶片被激發時產生一紫外光，而紫外光通過對應的波長轉換層並發出對應的寬頻譜單色光。以寬頻譜紅色光為例，LED光源120例如包括一UV LED晶片及一對應的波長轉換層，其中該波長轉換層例如是填充於凹陷部C3的容置空間的多種螢光粉所形成的層狀結構，在此，螢光粉的材質只要是可以使紫外光通過後，產生寬頻譜紅色光即可，本發明並不加以限制。
值得注意的是，在本實施例中，第一白光與寬頻譜單色光之光學特性，諸如中心波長、半高全寬、亮度、色溫等特性，至少取決於晶片種類、凹陷部深度或波長轉換物質的濃度、密度、數量、種類等特性其中之一。因此，在本發明之範例實施例中，LED光源模組100的封裝結構例如可以是如圖7所繪示者，其混合第一白光與至少一種寬頻譜單色光，可調制出具高演色性的第二白光。
圖8為本發明另一實施例之光色可變之LED光源模組的示意圖。請參照圖8，在本實施例中，LED光源810、820、830、840例如分別包括一UV LED晶片及不同濃度的紅色螢光粉、綠色螢光粉、藍色螢光粉，以形成四種白光W1~W4。在本實施例中，LED光源810、820、830、840在基板860上是以「陣列」(array)方式且相鄰地排設。
圖9A為圖8之實施例的發光二極體封裝結構的俯視圖。圖9B為沿圖9A之剖面線aa’之側視圖，而圖9C為沿圖9A之剖面線bb’之側視圖。本實施例與前述實施例不同特點在於複數個凹陷部彼此相鄰成矩陣式排列，且凹陷部深度皆不相同。
請參考圖8及圖9A~圖9C，在本實施例中，基板860例如包括四個凹陷部C1~C4，凹陷部C1~C4之底面分別配置對應的UV LED晶片810、820、830、840，且凹陷部C1~C4之深度分別為H1~H4，其彼此皆不相同。
在本實施例中，配合UV LED晶片810、820、830、840，每一凹陷部之容置空間可填充濃度相同或不相同的混合式(blended)螢光粉，例如包括紅色螢光粉、綠色螢光粉或藍色螢光粉。由於各UV LED晶片所發出的紫外光束經由不同長短的路徑穿透對應的凹陷部之容置空間，因此會形成不同的四種白光W1~W4，如圖9B及圖9C所示。
或者，在其他實施例中，LED光源810、820、830、840例如分別是一藍光LED晶片，而此時對應的凹陷部之容置空間所填充者，例如是相同濃度的YAG螢光粉，以形成四種白光W1~W4。值的注意的是，本實施例中也可選擇藍光LED晶片搭配UV LED晶片一起使用，例如LED光源810、830皆為藍光晶片，LED光源820、840皆為UV LED晶片，此時針對凹陷部C1、C3可填充YAG螢光粉，C1及C3因H1及H3深度不同所造成晶片發出光線經過螢光粉作用路徑不同，因此形成不同色座標的白光W1及W3；又針對凹陷部C2、C4可填充藍色、綠色、紅色混合螢光粉，使得UV LED發出光線得以激發形成不同色座標的白光W2及W4。
此外，在本實施例中，也可不需藉由圖7、圖9B或圖9C的容置空間，而透過晶片種類、螢光層內螢光粉的選擇來選擇性地搭配螢光層來形成不同光線。以圖8舉例說明，基板860可以是不具備容置空間的高導熱材料，例如氮化鋁基板、鋁基板、銅基板、矽基板、或是PCB基板等，基板上可以配置複數個晶片(Light Emitting Dies)彼此緊密相臨，形成單一封裝體多晶片的封裝形式(Multi-chip in One Package)。在晶片個數的配置上，可以使用至少二以上晶片即可以達成單一封裝體多晶片之色溫可調變的封裝形式(未繪示)，而圖式所繪示四顆晶片810、820、830、840僅為實施態樣其中之一。就色溫調變之方法，可以使各晶片所發出的中心波長相同，例如，晶片810以及820皆為相同的藍光波段，而在晶片表面上塗布濃度、成份配比不同的螢光粉，例如為YAG螢光粉，此時晶片發出的光線激發螢光粉後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溫(以及色度座標)相異，而各該白光所發出的比例可以透過控制單元850來調整，而調整的參數可以是電流、頻譜或脈衝寬度任意其一，在此情形下，單一封裝體內即可達成色溫可調變的功能。而參與調光的晶片個數亦可以具體為四，再利用前述相類似步驟使各晶粒發出第一白光、第二白光、第三白光、第四白光，該些白光色溫、色度座標彼此相異，再運用前述方法調變各該白光的比例，以達到單一封裝體色溫可調變之功能。值得注意的是，參與調變的晶片個數越多，能產生不同色溫的白光種類越多，對於色溫調變的範圍越廣。另外，晶片也可以一部或全部是發出UV波段的晶片，搭配對應的螢光粉被激發後形成參與色溫調製的白光。
圖10A為本發明另一實施例之發光二極體封裝結構的俯視圖。請參照圖10A，與前述實施不同的是：在本實施例中，LED光源910、920、930、940在基板960上是以「列」(row)方式排設，且凹陷部深度皆不相同。圖10B為沿圖10A之剖面線cc’之側視圖。
請參照圖10A及圖10B，在本實施例中，LED光源910、920、930、940可以全部是UV LED晶片搭配混合式螢光粉之組合，或者可以全部是藍光LED晶片搭配YAG螢光粉之組合。由於每一凹陷部深度H1~H4並不相同，因此各UV LED晶片所發出的紫外光束經由不同長短的路徑穿透容置空間中的波長轉換物質，因此會形成不同的四種白光W1~W4。
另外，在本實施例中，LED光源910、920、930、940可以部份是UV LED晶片搭配混合式螢光粉之組合，或者可以部份是藍光LED晶片搭配YAG螢光粉之組合。例如，LED光源920、940是UV LED晶片搭配混合式螢光粉之組合，而LED光源910、930是藍光LED晶片搭配YAG螢光粉之組合。
或者，在LED光源910、920、930、940中，至少其中兩個LED光源分別為UV LED晶片搭配混合式螢光粉之組合，以及藍光LED晶片搭配YAG螢光粉之組合，而另外兩個LED光源可為兩個UV LED晶片搭配混合式螢光粉之組合，或者兩個藍光LED晶片搭配YAG螢光粉之組合，或者一個UV LED晶片搭配混合式螢光粉之組合及一個藍光LED晶片搭配YAG螢光粉之組合。
圖10C為圖10A的發光二極體封裝結構的另一實施例，其繪示沿圖10A之剖面線cc’之側視圖。請參照圖10C，在本實施例中，凹陷部C1、C3之深度H1、H3相同；而凹陷部C2、C4之深度H2、H4相同。本實施例特點在於凹陷部深度部份相同。
在本實施例中，LED光源920、930例如是UV LED晶片搭配混合式螢光粉之組合，而LED光源910、940例如是藍光LED晶片搭配YAG螢光粉之組合。雖然LED光源920、930皆是UV LED晶片搭配混合式螢光粉之組合，但其對應的UV LED晶片所發出的紫外光束通過螢光粉層之濃度、種類配比相異，因此可產生不同的兩種白光W2、W3。類似地，雖然LED光源910、940皆是藍光LED晶片搭配YAG螢光粉之組合，但其對應的藍光LED晶片所發出的藍色光束通過螢光粉層之濃度、種類配比不同，因此可產生不同的兩種白光W1、W4。或者，可令兩相同種類晶片的中心波長相異，當激發相同濃度、種類配比的螢光粉組合時，也換產生相異的兩色光。
因此，在本實施例中，依據設計需求，透過凹陷部深度的控制，以及晶片種類、螢光粉的調整，可以形成不同的四種白光W1~W4。
另外，在本實施例中，凹陷部C5可視實際需求設計為一保護層。例如，凹陷部C5可為一玻璃層(glass sheet)，以防止紫外光束外漏。此外，在本實施例中，為使LED光源模組具有良好光學特性，可以在面晶片處鍍上一層光學鍍膜，以將紫外光束及特定波段的藍色光束反射回封裝體，而允許可見光穿透。
圖11A為本發明另一實施例之發光二極體封裝結構的俯視圖。請參照圖11A，在本實施例中，LED光源610、620、630在基板660上是以「列」(row)方式排設。圖11B為沿圖11A之剖面線dd’之側視圖。本實施例與前述差別主要在於：單一凹陷部可配置多個LED晶片，晶片與凹陷部的個數並非對應。
請參照圖11A及圖11B，在本實施例中，LED光源610、630例如配置於凹陷部C1中，而LED光源620例如配置於凹陷部C2中。圖11C為本發明另一實施例之發光二極體封裝結構的俯視圖。請參照圖11C，在本實施例中，凹陷部C2更配置一LED光源640。
由圖11A~圖11C的範例實施例可知，基板660之凹陷部可配置一個或多個LED光源，而在圖11C中，若相同深度的凹陷部配置有多個LED光源時，該等LED光源其晶片所發出的中心波長(peak wavelength)可以為部份相異的波段。例如，凹陷部C2所配置的LED光源可以是多個藍光LED晶片搭配YAG螢光粉之組合，而該多個藍光LED晶片其所發出的中心波長可以為部份相異的波段，以產生不同色座標的白光。類似地，凹陷部C1所配置的LED光源之種類可以是UV LED晶片搭配混合式螢光粉之組合，或是藍光LED晶片搭配YAG螢光粉之組合。凹陷部C1所配置的LED光源為兩個(LED光源610、630)時，其個別晶片所發出的中心波長也可以為兩個相異的波段。
利用上述的發光二極體封裝結構的設計，至少可以得到至少兩種以上色座標的白光。
值得注意的是，在本實施例中，相同深度的凹陷部並不排斥使用相同中心波長的LED晶片，使用多個LED晶片可以因應照明環境的亮度需求來提高流明值；並且，在本實施例中，LED光源610及640可以例如是一白光光源，LED光源620及630可以是中心波長相異的兩單色光，例如為一第紅光及一第二紅光，此時屬於凹陷部C1的容置空間可以不用充填波長轉換物質，利用兩單色光頻譜疊加形成一寬頻譜單色光，來改變該白光光源的色溫或是演色性。
須特別說明的是，在圖7~圖11C的實施例中，凹陷部的數目及深度、螢光粉之種類以及寬頻譜單色光及白光的產生方式僅用以例示說明，本發明並不限於此。
圖12為本發明另一實施例之發光二極體封裝結構的示意圖。請參考圖12，在本實施例中，發光二極體封裝結構1000例如包括一基板1060以及多個LED晶片1010、1020。在此，基板1060包括至少兩個凹陷部C1、C2。
在本實施例中，LED晶片1010、1020所產生的光源態樣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與一寬頻譜單色光，或者例如是至少兩中心波長相異的單色光。在本實施例中，寬頻譜單色光及白光的產生方式例如是利用光束通過對應的波長轉換物質來產生，也可以是利用中心波長不同的單色光疊加的方式來形成。
舉例而言，LED晶片1020可以是一UV LED晶片以發出紫外光束，配置於凹陷部C2的容置空間內可以填充由紅色螢光粉、藍色螢光粉、綠色螢光所組成的混合式螢光粉(Blended phosphor)，以紫外光束激發該混合式螢光粉後可以產生第一白光；而LED晶片1010可以是一藍光晶片以發出藍光光束，配置於C1內可以填充YAG螢光粉，以藍光光束激發該YAG螢光粉後可以產生第二白光，利用第一白光與第二白光混合可以產生第三白光，其中第三白光與第一白光及第二白光色座標相異，並且第三白光的演色性相較於第一白光或第二白光的演色性為高。
值得注意的是，兩不同深度的凹陷部亦可以配置相同種類的晶片，例如LED晶片1010、1020可以皆為藍光晶片，而凹陷部C1及C2皆填充有YAG螢光粉，由於晶片發出的光束通過螢光粉作用路徑不一，因此會產生一第一白光與一第二白光，利用第一白光與第二白光混合可以產生第三白光，其中第三白光與第一白光及第二白光色座標相異，並且第三白光的演色性相較於第一白光或第二白光的演色性為高。又LED晶片1010、1020可以皆為UV LED晶片，而凹陷部C1及C2皆填充有混合式螢光粉，其它與前述相同或類似部份，在此不重複贅述。
由於第一白光與第二白光的色坐標相異，因此，可以透過控制單元(未繪示)改變分別提供於晶片1010、1020的電流或脈衝寬度，以調制第三白光。
另外，在另一種實施態樣中，也可以令晶片1020為一白光光源，產生白光的方式已如前述，茲此不贅述。並令1010晶片經調製後為一寬頻譜單色光，例如所產生的光束在通過凹陷部C1後產生一寬頻譜紅色光。寬頻譜紅色光之形成方式例如是LED晶片1010利用其所發出的光束通過凹陷部C1對應的波長轉換物質來產生，也可以是利用中心波長不同的單色光疊加的方式來形成。若寬頻譜紅色光之形成方式是利用中心波長不同的單色光疊加的方式來形成者，晶片1010可以是複數個晶粒(die)所組成(未繪示)，其對應的凹陷部C1之容置空間此時所填充的物質可以是環氧樹脂或矽膠，以加強封裝體的可靠度。
類似地，在另一實施態樣中，可以令晶片1020為一藍光晶片，為了加強藍光與螢光粉充份的作用，可以將填入凹陷部C2的容置空間中的螢光粉採用濃度較高的黃色或橘紅色螢光粉，使得藍光與濃度高的黃色或橘紅色螢光粉充份作用後產生一第一白光，以減少在中高色溫光源頻譜藍光峰值較高的問題；再令1010為一綠光LED晶片，以調整該第一白光所需要的色坐標及色溫達到一預定範圍，此時，凹陷部可以選擇性地填入矽或環氧樹脂，以保護晶片及膠材；或可填入掺雜散射粒子(例如二氧化鈦TiO2 )之具流動性高透光散熱液體(例如矽油或電解水)，以加強封裝體的散熱能力以及混合後光色均勻性。
在相類似的實施態樣中，LED晶片1010以及1020也可以僅是兩中心波長相異的單色光配置於不同深度的凹陷部當中，而凹陷部C1或C2的容置空間內可以選擇地 填充波長轉換物質、環氧樹脂(epoxy)或矽膠(silicone)等封裝材料，或者是具有散熱能力的高導熱透明液體，例如矽油或電解水，或是選擇性的掺雜散射粒子，與前述相同或類似之處，於此不再重述。
圖13為本發明一實施例之光色調制方法的步驟流程圖。請同時參照圖1A及圖13，本實施例之光色調制方法包括如下步驟。首先，在步驟S800中，調變一白光LED光源110，以產生一第一白光W。接著，在步驟S802中，調變LED光源120、130、140，以產生一第二白光，其中第二白光包括至少一寬頻譜單色光。之後，在步驟S804中，混合第一白光W與第二白光，以產生一第三白光W’。在此，第三白光之演色性大於第一白光及第二白光之演色性，且三者的色座標彼此相異。
另外，本發明之實施例的光色調制方法可以由圖1A至圖12實施例之敘述中獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。
綜上所述，在本發明之範例實施例中，LED光源模組利用光色調制方法，混合固定的白光與可調制的白光，以調制出具高演色性的白光，達到光色調制(color tunable)之目的。進而，對照明領域的應用而言，當所需白光的品質要求較高時，LED光源模組可藉由本發明之光色調制方法提供具高演色性的白光。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、500、800．．．光色可變之LED光源模組
110、170．．．白光LED光源
120、130、140．．．LED光源
150、550、850．．．控制單元
160、560、660、760、860、960、1060．．．基板
570．．．光源區塊
700、1000．．．LED封裝結構
610、620、630、640、710、720、730、740、810、820、830、840、910、920、930、940、1010、1020．．．LED晶片
W．．．第一白光
W’、W”．．．第三白光
W1、W2、W3、W4．．．白光
λ1、λ2、λ3、λ4．．．波長
R、R1、R2．．．紅色光
B．．．藍色光
G．．．綠色光
P．．．普朗克曲線
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．．．凹陷部底面與基板上表面的距離
aa’、bb’、cc’、dd’．．．剖面線
S800、S802、S804．．．光色調制方法的步驟
圖1A為本發明一實施例之光色可變之LED光源模組的示意圖。
圖1B為本發明一實施例之寬頻譜單色光之頻譜圖。
圖1C為本發明一實施例之寬頻譜單色光之頻譜圖。
圖2分別繪示圖1A中LED光源被激發後所發出的色光頻譜圖。
圖3為本發明另一實施例之色光頻譜圖。
圖4為本發明另一實施例之色光頻譜圖。
圖5為本發明另一實施例之光色可變之LED光源模組的示意圖。
圖6繪示第一白光的色座標在普朗克曲線上變化之示意圖。
圖7為圖1A之光色可變之LED光源模組的發光二極體封裝結構的示意圖。
圖8為本發明另一實施例之光色可變之LED光源模組的示意圖。
圖9A為圖8之實施例的發光二極體封裝結構的俯視圖。
圖9B為沿圖9A之剖面線aa’之側視圖。
圖9C為沿圖9A之剖面線bb’之側視圖。
圖10A為本發明另一實施例之發光二極體封裝結構的俯視圖。
圖10B為沿圖10A之剖面線cc’之側視圖。
圖10C為圖10A的發光二極體封裝結構的另一實施例。
圖11A為本發明另一實施例之發光二極體封裝結構的俯視圖。
圖11B為沿圖11A之剖面線dd’之側視圖。
圖11C為本發明另一實施例之發光二極體封裝結構的俯視圖。
圖12為本發明另一實施例之發光二極體封裝結構的示意圖。
圖13為本發明一實施例之光色調制方法的步驟流程圖。
100．．．光色可變之LED光源模組
110、170．．．白光LED光源
120、130、140．．．LED光源
150．．．控制單元
160．．．基板
W．．．第一白光
R．．．紅色光
B．．．藍色光
G．．．綠色光

Claims (32)

  1. 一種光色調制方法，包括：調變一白光發光二極體(light-emitting diode，LED)光源，以產生一第一白光；調變至少一LED光源，以產生至少一寬頻譜單色光；以及混合該第一白光與該寬頻譜單色光，以產生一第二白光，其中該第二白光之演色性大於該第一白光之演色性，且該第一白光之色座標異於該第二白光之色座標，其中該至少一LED光源包括多個單色LED光源，且調變該LED光源之該步驟包括：調變該些單色LED光源，以產生至少二單色光；以及混合該至少二單色光，以產生該寬頻譜單色光，其中該至少二單色光包括一第一單色光及一第二單色光，該第一單色光之中心波長1/10強度所對應的波長分別為λ 1及λ 2，該第二單色光之中心波長1/10強度所對應的波長分別為λ 3及λ 4，其中λ 2>λ 1，λ 4>λ 3，λ 4>λ 1且λ 2≧λ 3。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光色調制方法，其中該LED光源包括一LED晶片及一波長轉換層，且調變該LED光源之該步驟包括：激發該LED晶片，以產生一光束；以及使該光束通過該波長轉換層，以產生該寬頻譜單色 光。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之光色調制方法，其中該寬頻譜單色光之半高全寬(full width half maximum，FWHM)大於該光束之FWHM。
  4. 一種光色調制方法，包括：調變一白光LED光源，以產生一第一白光；調變至少一LED光源，以產生一第二白光，其中該第二白光包括至少一寬頻譜單色光；以及混合該第一白光與該第二白光，以產生一第三白光，其中該至少一LED光源包括多個單色LED光源，且調變該LED光源之該步驟包括：調變該些單色LED光源，以產生多個單色光；混合該些單色光，以產生該寬頻譜單色光；以及混合該些單色光及該寬頻譜單色光，以產生該第二白光，其中該些單色光包括一第一單色光及一第二單色光，該第一單色光之中心波長1/10強度所對應的波長分別為λ 1及λ 2，該第二單色光之中心波長1/10強度所對應的波長分別為λ 3及λ 4，其中λ 2>λ 1，λ 4>λ 3，λ 4>λ 1且λ 2≧λ 3。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之光色調制方法，其中該第三白光之演色性大於該第一白光之演色性及該第二白光之演色性，且該第一白光、該第二白光及該第三白光之色座標彼此相異。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之光色調制方法，其中該LED光源包括一LED晶片及一波長轉換層，且調變該LED光源之該步驟包括：激發該LED晶片，以產生一光束；以及使該光束通過該波長轉換層，以產生該寬頻譜單色光。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之光色調制方法，其中該寬頻譜單色光之FWHM大於該光束之FWHM。
  8. 如申請專利範圍第4項所述之光色調制方法，其中調變該LED光源之該步驟包括：調變該LED光源之電流或脈衝寬度參數至少其中之一，以產生該寬頻譜單色光。
  9. 如申請專利範圍第4項所述之光色調制方法，其中調變該白光LED光源之該步驟包括：調變該白光LED光源之電流或脈衝寬度參數至少其中之一，以產生該第一白光。
  10. 一種光色可變之LED光源模組，包括：一白光發光二極體(light-emitting diode，LED)光源，產生一第一白光；至少一LED光源，產生至少一寬頻譜單色光；以及一控制單元，激發該白光LED光源及該LED光源，以發出該第一白光與該寬頻譜單色光，該第一白光與該寬頻譜單色光形成一第二白光，其中該第二白光之演色性大於該第一白光之演色性，且該第一白光之色座標異於該第 二白光之色座標，其中該至少一LED光源包括多個單色LED光源，該控制單元激發該些單色LED光源產生至少二個單色光，以混合該至少二單色光產生該寬頻譜單色光，其中該至少二單色光包括一第一單色光及一第二單色光，該第一單色光之中心波長1/10強度所對應的波長分別為λ 1及λ 2，該第二單色光之中心波長1/10強度所對應的波長分別為λ 3及λ 4，其中λ 2>λ 1，λ 4>λ 3，λ 4>λ 1且λ 2≧λ 3。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之LED光源模組，其中該LED光源包括一LED晶片及一波長轉換層，該控制單元激發該LED晶片產生一光束，以使該光束通過該波長轉換層產生該寬頻譜單色光。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之LED光源模組，其中該寬頻譜單色光之FWHM大於該光束之FWHM。
  13. 一種光色可變之LED光源模組，包括：一白光LED光源，產生一第一白光；至少一LED光源，產生一第二白光，其中該第二白光包括至少一寬頻譜單色光；以及一控制單元，激發該白光LED光源及該LED光源，以發出該第一白光與該第二白光，該第一白光與該第二白光形成一第三白光，其中該至少一LED光源包括多個單色LED光源，該控制單元激發該些單色LED光源產生多個單色光，以混合 該些單色光產生一第一寬頻譜單色光，以及混合該些單色光及該第一寬頻譜單色光產生該第二白光，其中該些單色光包括一第一單色光及一第二單色光，該第一單色光之中心波長1/10強度所對應的波長分別為λ 1及λ 2，該第二單色光之中心波長1/10強度所對應的波長分別為λ 3及λ 4，其中λ 2>λ 1，λ 4>λ 3，λ 4>λ 1且λ 2≧λ 3。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之LED光源模組，其中該第三白光之演色性大於該第一白光之演色性及該第二白光之演色性，且該第一白光、該第二白光及該第三白光之色座標彼此相異。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之LED光源模組，其中該LED光源包括一LED晶片及一波長轉換層，該控制單元激發該LED晶片產生一光束，以使該光束通過該波長轉換層產生一第二寬頻譜單色光。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之LED光源模組，其中該第二寬頻譜單色光之FWHM大於該光束之FWHM。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之LED光源模組，其中該第一白光之色溫及色座標可調。
  18. 一種發光二極體封裝結構，包括：一基板，包括複數個凹陷部，該複數個凹陷部包含複數個凹陷部深度，其中該複數個凹陷部深度至少部份相異；以及多個發光二極體晶片，配置於該複數個凹陷部中，每 一發光二極體晶片發出一對應的光束，其中該些光束通過該複數個凹陷部後，產生至少一第一白光及至少一第二白光；其中該至少一第二白光與該至少一第一白光的色坐標彼此相異，其中該至少一第一白光或該至少一第二白光包括至少一寬頻譜單色光，其中該些光束通過該些凹陷部後產生至少二單色光，該至少二單色光形成該至少一寬頻譜單色光，其中該至少二單色光包括一第一單色光及一第二單色光，該第一單色光之中心波長1/10強度所對應的波長分別為λ 1及λ 2，該第二單色光之中心波長1/10強度所對應的波長分別為λ 3及λ 4，其中λ 2>λ 1，λ 4>λ 3，λ 4>λ 1且λ 2≧λ 3。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之發光二極體封裝結構，其中該複數個凹陷部中至少一凹陷部填充有波長轉換物質，該些光束中至少一光束通過該至少一凹陷部產生該至少一寬頻譜單色光。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之發光二極體封裝結構，其中該至少一寬頻譜單色光之FWHM大於該光束之FWHM。
  21. 如申請專利範圍第18項所述之封裝結構，其中該基板包括一上表面，每一凹陷部具有一底面，該上表面與該些底面個別定義出該複數個凹陷部。
  22. 如申請專利範圍第18項所述之封裝結構，其中該第一白光、該第二白光以及該至少一寬頻譜單色光之光學特性取決該複數個凹陷部深度與該多個發光二極體晶片至少其中之一。
  23. 如申請專利範圍第19項所述之封裝結構，其中該第一白光、該第二白光以及該至少一寬頻譜單色光之光學特性取決該複數個凹陷部深度、該多個發光二極體晶片以及該波長轉換物質至少其中之一。
  24. 一種發光二極體封裝結構，包括：一基板，包括複數個凹陷部，該複數個凹陷部包含複數個凹陷部深度，其中該複數個凹陷部深度至少部份相異；以及多個發光二極體晶片，配置於該複數個凹陷部中，每一發光二極體晶片發出一對應的光束，其中該些光束通過該複數個凹陷部後，產生至少一第一白光及至少一寬頻譜單色光，其中該些光束通過該些凹陷部產生至少二單色光，該至少二單色光形成該至少一寬頻譜單色光，其中該至少二單色光包括一第一單色光及一第二單色光，該第一單色光之中心波長1/10強度所對應的波長分別為λ 1及λ 2，該第二單色光之中心波長1/10強度所對應的波長分別為λ 3及λ 4，其中λ 2>λ 1，λ 4>λ 3，λ 4>λ 1且λ 2≧λ 3。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之發光二極體封裝 結構，其中該複數個凹陷部中至少一凹陷部填充有波長轉換物質，該些光束中至少一光束通過該至少一凹陷部產生該至少一寬頻譜單色光。
  26. 如申請專利範圍第25項所述之發光二極體封裝結構，其中該至少一寬頻譜單色光之FWHM大於該光束之FWHM。
  27. 如申請專利範圍第24項所述之封裝結構，其中該基板包括一上表面，每一凹陷部具有一底面，該上表面與該些底面個別定義出該複數個凹陷部。
  28. 如申請專利範圍第24項所述之封裝結構，其中該第一白光及該至少一寬頻譜單色光之光學特性取決該複數個凹陷部深度與該多個發光二極體晶片至少其中之一。
  29. 如申請專利範圍第25項所述之封裝結構，其中該第一白光及該至少一寬頻譜單色光之光學特性取決該複數個凹陷部深度、該多個發光二極體晶片以及該波長轉換物質至少其中之一。
  30. 一種發光二極體封裝結構，包括：一基板，包括至少二個凹陷部，該至少二個凹陷部深度彼此相異；以及多個發光二極體晶片，分別配置於該至少二個凹陷部之中，該些發光二極體晶片可發出至少一第一光束與至少一第二光束，其中該至少一第一光束與該至少一第二光束彼此中心波長相異， 其中該至少一第一光束與該至少一第二光束通過該些凹陷部後產生至少二單色光，該至少二單色光形成至少一寬頻譜單色光，其中該至少二單色光包括一第一單色光及一第二單色光，該第一單色光之中心波長1/10強度所對應的波長分別為λ 1及λ 2，該第二單色光之中心波長1/10強度所對應的波長分別為λ 3及λ 4，其中λ 2>λ 1，λ 4>λ 3，λ 4>λ 1且λ 2≧λ 3。
  31. 如申請專利範圍第30項所述之封裝結構，其中該基板包括一上表面，每一凹陷部具有一底面，該上表面與該些底面個別定義出該至少二個凹陷部。
  32. 一種發光二極體封裝結構，具有單一封裝體多晶片的封裝形式，該發光二極體封裝結構包括：一基板，其中形成該基板的材料為高導熱材料；至少二個發光二極體晶片，配置於該基板上，可發出一第一光束與一第二光束；以及至少一個波長轉換物質，分別配置於該至少二個發光二極體晶片上，其中該第一光束與該第二光束通過該波長轉換物質後，分別產生一第一白光及一第二白光，以調製出一第三白光，該第一白光的色座標異於該第二白光的色座標，且調製出的該第三白光的演色性大於該第一白光的演色性及該第二白光的演色性其中該第一白光或該第二白光包括至少一寬頻譜單 色光，其中該第一光束與該第二光束通過該波長轉換物質後產生至少二單色光，該至少二單色光形成該至少一寬頻譜單色光，其中該至少二單色光包括一第一單色光及一第二單色光，該第一單色光之中心波長1/10強度所對應的波長分別為λ 1及λ 2，該第二單色光之中心波長1/10強度所對應的波長分別為λ 3及λ 4，其中λ 2>λ 1，λ 4>λ 3，λ 4>λ 1且λ 2≧λ 3。
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