CN108139054A - 使用激光二极管的专用集成光源 - Google Patents

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Abstract

本文描述的实施方式提供了用于集成白色电磁辐射源的器件，其使用基于含镓和氮的材料的激光二极管激发源和基于磷光体材料的发光源的组合。可使基于镓和氮的材料的紫色、蓝色或者其他波长的激光二极管源与磷光体材料，例如黄色磷光体紧密地集成，以形成紧凑的、高亮度的和高效的白光源。

Description

使用激光二极管的专用集成光源
背景技术
由于固态照明技术提供了高效率、长寿命、低成本和无毒性的原因，发光二极管(LED)迅速成为照明技术的选择。由于缺少p型GaN，使用金属-绝缘体-半导体-结构制造最早的蓝色和紫色光氮化镓基LED。由Amano等人使用LEEBI处理在1989年获得p型GaN证实了第一个p-n结GaN LED。Nakamura等人在1991年使用低温GaN缓冲层和LEEBI处理证实了在20mA下42uW的输出功率的p-n结GaN LED。在1994年，Nakamura等人证实了且市场上可买到的有1.5mW的输出功率、2.7％的EQE和450nm的发射波长的蓝色LED。在2014年10月7日，将诺贝尔物理学奖由于“使明亮的且节能的白光源成为可能的高效蓝色发光二极管的发明”，或者不太正式地叫做LED灯，而授予Isamu Akasaki、Hiroshi Amano和Shuji Nakamura。
虽然很管用，但是LED仍具有数个限制希望根据在以下公开内容中描述的发明来克服。
发明内容
本发明提供一种用于集成白色电磁辐射源的装置和方法，该集成白色电磁辐射源使用基于含镓氮材料的激光二极管激发源和基于磷光体材料的发光源的组合。在本发明中，使紫色、蓝色或者其他波长的基于镓和氮材料的激光二极管源与磷光体材料，例如黄色磷光体紧密集成，以形成紧凑的、高亮度的且高效的白光源。在一个实例中，可对专门用途提供该白光源，可在一般用途中提供该白光源，等等。
在一个实施方式中，白光源由在基板上带有集成的磷光体的基板上芯片(CoS)构成，以形成基板上芯片和磷光体(CPoS)白光源。在一些实施方式中，在公共支撑构件上构造光源和磷光体，其中公共支撑构件可以是封装构件。
在各种实施方式中，将激光器器件和磷光体器件安装在带有中间基板或者没有中间基板的公共支撑构件上，并在透射模式、反射模式或者侧面泵浦模式中操作磷光体材料以产生基于激光器的白光发射光源。仅通过实例，本发明可应用于以下用途，例如，白色照明，白点照明，闪光灯，汽车前灯，全地形车辆照明，诸如照相机闪光灯的闪光源，在诸如骑自行车、冲浪、跑步、赛跑、划船的娱乐运动中使用的光源，用于无人驾驶飞机、飞机、机器人、其他移动应用或者机器人应用、安全、防御应用中的防范措施的光源，多色照明，用于平板、医疗、计量学、回光灯及其他显示器的照明，高强度灯，光谱学，娱乐，剧院，音乐及音乐会，分析欺诈检测和/或鉴定，工具，水处理，激光眩光器，目标锁定，通信，LiFi，可见光通信(VLC)，感测，检测，距离检测，光雷达(LIDAR)，变压，运输，矫平，固化及其他化学处理，加热，切割和/或融化，泵浦其他光学器件，其他光电器件及相关应用，以及光源照明，等等。
激光二极管作为磷光体激发源是理想的。对于比传统的LED高10000倍的空间亮度(每单位面积的光强)，极端的激光发射的方向性，且没有对LED造成麻烦的下垂现象(droopphenomenon)，激光二极管使得能够具有LED和其他光源无法实现的特征。此前所未有的光源亮度可以使在诸如聚光照明或者测距的应用中规则改变，其中抛物面反射器或者透镜光学器件可与点光源组合以产生高度准直的白光点，白光点可前进比使用LED或者灯泡技术之前曾经可能的高得多的距离。
在此CPoS集成白光源的又一优选变型中，可使用用于剥离含镓氮外延材料并将其转移到公共支撑构件的方法来将含镓氮的激光外延材料附接到基板构件。在此实施方式中，从其在其上外延生长的含镓氮基板释放镓和氮外延材料。作为一个实例，可使用光电化学(PEC)蚀刻技术。然后使用诸如晶圆键合的技术将其转移到基板材料，在晶圆键合中形成键合界面。在激光器制造完成之后，将磷光体材料引入到基板上以形成集成白光源。磷光体材料可具有位于基板和磷光体之间的中间材料。将此实施方式与剥离且转移的含镓氮材料一起使用的好处是，降低成本、改进激光性能，和使用此技术的更高的灵活度。
在本发明的一些实施方式中，将集成白光源与光学件组合以操作所产生的白光。在一个实例中，白光源可服务于点光系统中，例如闪光灯或者汽车头灯，或者其他必须将光引导或投射到具体位置或区域的光应用。在一个实施方式中，使反射器耦合到白光源。
在本发明的另选实施方式中，在透射模式中操作多个磷光体以发射白光。
在集成白光源的另一具体优选实施方式中，本发明配置为用于反射模式磷光体操作。在此构造中，将磷光体定位在输出激光束的激光面的前面，其中激光器和磷光体都构造在支撑构件上。
本发明的反射模式集成白光源实施方式配置有附接到公共支撑构件的磷光体构件，其中较大的主表面配置为接收激光激发光并发射有用的白光，并设置成与用来激发磷光体的激光二极管输出束的轴线垂直的角度(大约90度)或者非垂直的角度(大约0度到大约89度)。
在一些根据本发明的实施方式中，多个激光二极管源配置为激发相同的磷光体或者磷光体网络。根据本发明，组合多个激光源可提供多个可能的好处。首先，可通过光束组合来增加激发功率以提供更强的激发坑(spit)，并由此产生更亮的光源。在一些实施方式中，在激光器-磷光体光源内构造分开的独立的激光芯片。通过包括多个激光器，可增加激发功率，从而将增加光源亮度。
可通过参考说明书和附图的后面的部分，实现本发明的性质和优点的进一步理解。
附图说明
图1是示出了根据本发明的构造在半极性衬底上的激光二极管器件的简化图。
图2是示出了根据本发明的构造在极性c面衬底上的激光二极管器件的简化图。
图3是根据本发明的传统的脊形激光二极管平面衬底的简化示意性截面。
图4是示出了根据本发明的传统的激光二极管基板上芯片(CoS)的简化图。
图5是示出了根据本发明的一个实施方式的在转移含镓氮外延层之后经由晶圆级激光处理制造的基板上芯片(CoS)的简化图。
图6是示出了根据本发明的一个实施方式的带有集成在基板上的激光二极管和磷光体构件的基于激光器的集成白光源，其中磷光体配置为用于透射操作的简化图。
图7是示出了根据本发明的一个实施方式的基于激光器的集成白光源的简化图，其中，制备在含镓氮外延层中的激光二极管转移到基板构件，磷光体构件集成在基板构件上，其中磷光体配置为用于透射操作。
图8是示出了根据本发明的一个实施方式的图7的设备构造的简化图，但是该设备构造有磷光体的变形，其配置有涂层或者增加有用的白光输出的变形。
图9是示出了根据本发明的一个实施方式的来自传统的激光二极管的椭圆形投射激光束的实例的简化图。
图10是示出了根据本发明的一个实施方式的与磷光体构件垂直入射的激光束的侧视图的简化图。
图11是示出了根据本发明的一个实施方式的椭圆形光束直径和光束直径的比例与离磷光体的发射器距离的实例计算的图。
图12是示出了根据本发明的一个实施方式的图7的设备构造的简化图，但是该设备构造带有激光束的变形，在入射到磷光体上之前通过准直光学器件构造激光束。
图13是示出了根据本发明的一个实施方式的来自传统的激光二极管的强化椭圆形激光束轮廓的实例的简化图，该激光二极管有相对于激光二极管的快轴倾斜的投影表面。
图14是示出了根据本发明的一个实施方式的来自传统的激光二极管的更圆形的激光束轮廓的实例的简化图，该激光二极管有相对于激光二极管的慢轴倾斜的投影表面。
图15是示出了根据本发明的一个实施方式的在倾斜方向上投射在磷光体构件上的激光束的侧视图的简化图。
图16是示出了根据本发明的一个实施方式的椭圆形光束直径和光束直径的比例与离磷光体的发射器距离的实例计算的图，磷光体相对于慢轴以33度的角度倾斜。
图17是示出了根据本发明的一个实施方式的带有集成在基板上的激光二极管和磷光体构件的基于激光器的集成白光源的简化图，其中磷光体配置为相对于激光二极管成一定角度以使光束成形。
图18是示出了根据本发明的一个实施方式的基于激光器的集成白光源的简化图，其中，制备在含镓氮外延层中的激光二极管转移到基板构件，磷光体构件集成在基板构件上，其中磷光体配置为相对于激光二极管成一定角度以使光束成形。
图19a是示出了根据本发明的一个实施方式的基于激光器的集成白光源的简化图，其中，制备在含镓氮外延层中的激光二极管转移到基板构件，磷光体构件集成在基板构件上，其中将磷光体配置为点光源。
图19b是示出了根据本发明的一个实施方式的带有集成在基板构件上的激光二极管和磷光体构件的基于激光器的集成白光源的简化图，其中激光器主要从磷光体的侧面激发或者泵浦磷光体构件。
图20是示出了根据本发明的一个实施方式的带有激光二极管和磷光体构件的基于激光器的集成白光源的简化图，激光二极管和磷光体构件配置为集成在诸如封装构件的公共支撑构件上，其中磷光体配置为用于反射操作，激光束对磷光体非垂直入射。
图21是示出了根据本发明的一个实施方式的带有集成在公共支撑构件上的激光二极管和磷光体构件的基于激光器的集成白光源的简化图，其中磷光体配置为用于离轴反射操作，激光束配置有准直或者成形光学器件。
图22是示出了根据本发明的一个实施方式的椭圆形光束直径和光束直径与离磷光体的发射器距离的比例的实例计算的图，磷光体相对于快轴以45度的角度倾斜，并相对于慢轴以22度的角度倾斜以进行反射磷光体操作。
图23a是示出了根据本发明的一个实施方式的带有集成在公共支撑构件上的激光二极管和磷光体构件的基于激光器的集成白光源的简化图，其中磷光体配置为用于反射操作，激光束相对于磷光体具有双轴旋转，以相对于慢轴和快轴非垂直地入射到磷光体。
图23b是示出了带有两个激光二极管器件和磷光体构件的基于激光器的集成白光源的简化图，这两个激光二极管器件和磷光体构件配置为集成在诸如封装构件的公共支撑构件上，其中磷光体配置为用于反射操作，激光二极管的两个输出光束改变激发点几何形状和/或增加激光发射点中的总功率。
图23c是示出了带有激光二极管器件和磷光体构件的基于激光器的集成白光源的简化图，激光二极管器件和磷光体构件配置为集成在诸如封装构件的公共支撑构件上，其中磷光体配置为用于反射操作，激光二极管器件配置为带有多个相邻的发射光束的输出带的多带激光二极管，以增加慢轴方向上的点直径和/或增加激光发射点中的总功率。
图24是示出了根据本发明的一个实施方式的安装在罐式封装中的基于透射模式磷光体集成激光器的白光源的简化图。
图25是示出了根据本发明的一个实施方式的安装在罐式封装中并用盖件密封的基于透射模式磷光体集成激光器的白光源的简化图。
图26a是示出了根据本发明的一个实施方式的安装在表面安装封装中的基于反射模式磷光体集成激光器的白光源的简化图。
图26b是示出了根据本发明的一个实施方式的安装在表面安装封装中的基于反射模式磷光体集成激光器的白光源的简化图。
图26c是示出了根据本发明的一个实施方式的安装在表面安装封装中的基于反射模式磷光体集成激光器的白光源的简化图。
图26d是示出了根据本发明的一个实施方式的带有多个安装在表面安装封装中的激光二极管器件的基于反射模式磷光体集成激光器的白光源的简化图。
图26e是示出了根据本发明的一个实施方式的带有多个安装在表面安装封装中的激光二极管器件的基于反射模式磷光体集成激光器的白光源的简化图。
图26f是示出了根据本发明的一个实施方式的安装在表面安装封装中的基于侧面泵浦磷光体集成激光器的白光源的简化图。
图27a是示出了根据本发明的一个实施方式的安装在表面安装型封装中并用盖件密封的基于反射模式磷光体集成激光器的白光源的简化图。
图27b是示出了根据本发明的一个实施方式的安装在表面安装型封装中并用盖件密封的基于反射模式磷光体集成激光器的白光源的简化图。
图28a是示出了根据本发明的一个实施方式的安装在带有集成光束收集安全特征的表面安装封装中的基于反射模式磷光体集成激光器的白光源的简化图。
图28b是示出了根据本发明的一个实施方式的安装在带有集成光束收集安全特征的表面安装封装中的基于反射模式磷光体集成激光器的白光源的简化图。
图28c是示出了根据本发明的一个实施方式的安装在表面安装封装中的基于反射模式磷光体集成激光器的白光源的简化图，表面安装封装带有集成再成像光学器件以反射并重新聚焦从磷光体反射的入射激光束。
图28d是示出了安装在表面安装封装中的基于反射模式磷光体集成激光器的白光源的简化图，表面安装封装带有集成再成像光学器件以将直接激光束反射并聚焦到磷光体构件上。
图28e是示出了安装在表面安装封装中的基于反射模式磷光体集成激光器的白光源的简化图，表面安装封装带有屏蔽件或者孔件(aperture，光圈)。
图29a是示出了根据本发明的一个实施方式的安装在表面安装型封装中、用盖件密封并安装在热沉上的基于反射模式磷光体集成激光器的白光源的简化图。
图29b是示出了根据本发明的一个实施方式的安装在表面安装封装中的基于反射模式磷光体集成激光器的白光源的简化图，表面安装封装安装在星形板上。
图30是示出了根据本发明的一个实施方式的带有准直光学器件的安装在扁平封装中的基于反射模式磷光体集成激光器的白光源的简化图。
图31是示出了根据本发明的一个实施方式的带有准直光学器件的安装在扁平封装中的基于透射模式磷光体集成激光器的白光源的简化图。
图32是示出了根据本发明的一个实施方式的安装在扁平封装中并用盖件密封的基于激光器的集成白光源的简化图。
图33是示出了根据本发明的一个实施方式的在透射模式中操作的带有准直透镜的基于激光器的集成白光源的简化图。
图34是示出了根据本发明的一个实施方式的在反射模式中操作的带有准直反射器的基于激光器的集成白光源的简化图。
图35是示出了根据本发明的一个实施方式的在反射模式中操作的带有准直透镜的基于激光器的集成白光源的简化图。
图36是根据本发明的一个实施方式的带有准直反射器的安装在罐式封装中的基于激光器的集成白光源的简化图。
图37是示出了根据本发明的一个实施方式的带有准直透镜的安装在罐式封装中的基于激光器的集成白光源的简化图。
图38a是示出了根据本发明的一个实施方式的安装在表面安装型封装中的基于反射模式磷光体集成激光器的白光源的简化图，表面安装型封装安装在热沉上，带有准直反射器。
图38b是示出了根据本发明的一个实施方式的安装在表面安装型封装中的基于反射模式磷光体集成激光器的白光源的简化图，表面安装型封装安装在星形板上，带有准直反射器。
图39是示出了根据本发明的一个实施方式的安装在表面安装型封装中的基于反射模式磷光体集成激光器的白光源的简化图，表面安装型封装安装在热沉上，带有准直透镜。
图40是示出了根据本发明的一个实施方式的安装在表面安装型封装中的基于反射模式磷光体集成激光器的白光源的简化图，表面安装型封装安装在热沉上，带有准直透镜和反射器构件。
具体实施方式
本发明提供一种用于使用激光二极管激发源和发光源的组合发射白色电磁辐射的方法和装置，激光二极管激发源基于含镓和氮的材料，发光源基于磷光体材料。在本发明中，使基于镓和氮材料的紫色、蓝色或者其他波长的激光二极管光源与磷光体材料紧密结合(closely integrated)以形成紧凑的、高亮度的且高效的白光源。
令人激动的一类新的基于激光二极管的固态照明正在快速出现。像LED一样，激光二极管是发射电磁辐射的双引线半导体光源。然而，与来自主要是自发发射的LED的输出不同，激光二极管的输出主要由受激发射构成。通过GaN在诸如Si、SiC和蓝宝石的异质衬底上的异质外延生长，控制用与GaN相关的材料制造发光二极管。激光二极管器件在这种高电流密度下操作，使得与异质外延生长相关的结晶缺陷是不可接受的。由于这个原因，非常低缺陷密度的、自立式的GaN衬底已经变成用于GaN激光二极管制造的衬底的选择。不幸地，这种大块GaN衬底是昂贵的且无法广泛获得较大直径。例如，2”直径是目前最常用的激光质量良好的大块GaN c平面衬底大小，最新进展已经能够获得4”直径，它们与市场上可买到的对于成熟衬底技术的6”和更大直径相比仍相对较小。在本说明书中可发现本发明的进一步细节，更特别地是在下面可发现本发明的进一步细节。
使用本发明将相对现有已存在的技术实现额外好处。特别地，本发明使成本划算的白光源成为可能。在一个具体实施方式中，可以相对简单且划算的方式制造本光学装置。根据实施方式的不同，可使用根据本领域普通技术人员的传统的材料和/或方法，制造本设备和方法。在本发明的一些实施方式中，含镓和氮的激光二极管光源以c平面氮化镓材料为基础，在其他实施方式中，激光二极管以非极性或者半极性氮和镓材料为基础。在一个实施方式中，白光源由在基板上带有集成磷光体的基板上芯片(CoS)构成，以形成基板上芯片和磷光体(CPoS)白光源。在一些实施方式中，可包括中间基板构件。在一些实施方式中，激光二极管和磷光体构件由诸如封装基底的公共支撑构件支撑。在此实施方式中，可具有包含在激光二极管和公共支撑构件之间的基板构件或者附加支撑构件。类似地，可具有包含在磷光体构件和公共支撑构件之间的基板构件或者附加支撑构件。
在各种实施方式中，将激光器器件和磷光体器件安装在带有中间基板或者没有中间基板的公共支撑构件上，并在透射模式、反射模式或者侧面泵浦(侧面泵浦)模式中操作磷光体材料以产生基于白光发射激光器的光源。仅通过实例，本发明可应用于以下用途，例如，白色照明，白点照明，闪光灯，汽车前灯，全地形车辆照明，诸如照相机闪光灯的闪光源，在诸如骑自行车、冲浪、跑步、赛跑、划船的娱乐运动中使用的光源，用于无人驾驶飞机、飞机、机器人、其他移动应用或者机器人应用、安全、防御应用中的防范措施的光源，多色照明，用于平板、医疗、计量学、回光灯及其他显示器的照明，高强度灯，光谱学，娱乐，剧院，音乐及音乐会，分析欺诈检测和/或鉴定，工具，水处理，激光眩光器，目标锁定，通信，LiFi，可见光通信(VLC)，感测，检测，距离检测，光雷达(LIDAR)，变压，运输，矫平，固化及其他化学处理，加热，切割和/或融化，泵浦其他光学装置，其他光电装置及相关应用，以及光源照明，等等。
激光二极管作为磷光体激发源是理想的。对于比传统的LED高10000倍的空间亮度(每单位面积的光强)和极端的激光发射的方向性，激光二极管使得能够具有LED和其他光源无法实现的特征。具体地，由于激光二极管输出的携带超过1W、超过5W、超过10W，或者甚至超过100W的光束可聚焦到小于1mm直径、小于500微米直径、小于100微米直径，或者甚至小于50微米直径的非常小的光点尺寸，所以可实现超过1W/mm2、100W/mm2，或者甚至超过2500W/mm2的功率密度。当激光激发光的此非常小的且强大的光束入射到磷光体材料上时，可实现最终的白光点光源。假设激发光的磷光体转换比率为每光学瓦特200流明的所发射白光，5W激发功率可在100微米，或者50微米，或者更小的光束直径中产生1000流明。这种点光源是在诸如聚光照明或者测距的应用中不断变化的追求，其中抛物面反射器或者透镜光学器件可与点光源组合以产生高度准直的白光点，白光点可行进比之前使用LED或者灯泡技术曾经可能的距离远得多的距离。
在本发明的一些实施方式中，含镓和氮的发光器件可以不是激光器器件，而可以配置为超发光二极管或者超发光发光二极管(SLED)器件。为了本发明的目的，可互换地使用SLED器件和激光二极管器件。SLED与激光二极管类似，因为其以电驱动结为基础，电驱动结当注入电流时变得具有光学活性，并在较宽波长范围上产生放大自发发射(ASE)和增益。当光输出变得由ASE控制时，在光输出与电流(LI)特性中存在拐点(knee)，其中每个单位注入电流的单位光输出剧烈地变得更大。LI曲线中的此拐点像是激光二极管的阈值，但是软得多。SLED器件的优点是，SLED其可组合激光二极管的高光发射功率和非常高的空间亮度的独特特性，这使得其对于带有(＞5nm)的较宽的光谱宽度的高效长掷照明和高亮度磷光体激发应用都是理想的，该光谱宽度在一些情况中提供改进的眼安全和图像质量。较宽的光谱宽度导致与LED类似的低相干距离。低相干距离提供改进的安全性，例如具有改进的眼安全。而且，较宽的光谱宽度可大幅减小显示器或者照明应用中的光学畸变。作为一个实例，众所周知的叫做“光斑”的畸变图案是由表面上或者视平面中的一组波前的相互干涉产生的强度图案的结果。通常用来量化光斑程度的一般方程与光谱宽度成反比。
在本发明的一个实例应用中，根据本发明的激光二极管器件或者超发光二极管(SLED)器件可用作优选的用于可见光通信(VLC)系统的光源，例如Li-Fi通信系统。VLC系统是使用可见光、紫外光、红外线或者近红外线光源的调制以进行数据传输的那些系统。使用可见光源调制的VLC系统由于两个原因而将是本发明的有利应用。首先，由于载流子复合率的增加(其是由于在激光二极管和SLED中发现的大量受激发射的原因)，带宽将比当使用发光二极管时预期的高。在LED、二极管激光器和SLED中，复合率将随着载流子密度的增加而增加，然而与效率在相对高的载流子密度下达到峰值的SLED和二极管激光器不同，LED的效率在非常低的载流子密度下达到峰值。通常，LED峰值效率在比在典型的SLED或者激光二极管工作条件下发现的载流子密度低2-3个数量级的载流子密度下。调制及由此数据传输率应明显高于可用LED实现的那些。
而且，在基于白光的VLC光源中，使用由LED或者激光二极管或者SLED构成的紫色或者蓝色“泵浦”光源来光学激发或者“泵浦”磷光体元件，以产生覆盖对应于绿色和红色及有时蓝色的波长的宽光谱。将源于磷光体的光谱和未吸收泵浦光组合以产生白光光谱。激光器和SLED光源具有比蓝色LED明显窄的光谱；与对于蓝色LED来说的大约20nm相比分别为＜1.5nm和＜5nm。更窄的FWHM使得泵浦光信号与磷光体发射使用陷波(即带通)滤波器隔离更容易。这是重要的，因为虽然白光光谱的源于磷光体的分量包括由装置发射的总光功率的大部分，但是磷光体中的长复合寿命导致非常低的用于光谱的磷光体发射的分量的调制率。
在一个实施方式中，将多个以不同波长进行发射的激光器裸片彼此紧密接近地转移到相同载体晶圆；优选地在彼此的1毫米内，更优选地在彼此的大约200微米内，最优选地在彼此的大约50微米内。将激光器裸片波长选择为在波长上相隔其光谱的半峰全宽的至少两倍。例如，将三个分别以440nm、450nm和460nm发射的裸片转移到单载体芯片，其中裸片之间的间隔小于50微米，裸片宽度小于50微米，使得由裸片发射的激光的中心到中心的总横向间隔小于200微米。激光器裸片的紧密度允许其发射简单地耦合到相同的光学序列或者光纤波导中，或者在远场中投射到重叠的点中。在一定程度上，可将激光器作为单激光光源而有效地操作。
这种构造提供这样的优点：每个单独的激光光源可独立地操作，以使用例如叠加在DC偏移上的RF信号的频率和相位调制来传递信息。可通过调节每个信号的DC偏移来调节来自不同光源的光的时间平均比例。在接收器处，将通过在单独的光检测器上使用陷波滤波器，而使来自单独激光器光源的信号多路分配，光检测器过滤掉白光光谱的源自磷光体的分量以及来自除了一个以外所有的激光器光源的泵浦光。这种构造将提供超过基于LED的VLC光源的优点：带宽将随着激光发射器的数量而简单地按比例变化。当然，具有类似优点的类似实施方式可由SLED发射器构成。
在一个实施方式中，本发明提供一种基于激光器的白光源，其包括特征在于长度、宽度和高度的形状因数。在一个实例中，高度的特征在于小于25mm且大于0.5mm的尺寸，尽管可存在变化。在一个另选实例中，高度的特征在于小于12.5mm且大于0.5mm的尺寸，尽管可存在变化。在又一另选实例中，长度和宽度的特征在于小于30mm，小于15mm或者小于5mm的尺寸，尽管可存在变化。该设备具有支撑构件，及覆盖支撑构件的至少一个含镓氮的激光二极管器件与磷光体材料。激光器器件能够发射带有以下波长的激光束，该波长优选地在425nm到475nm的蓝色区域中，或者在380nm到425nm的紫外线或紫色区域中，但是可以是其他的，例如在475nm到510nm的青色区域中，或者510nm到560nm的绿色区域。
在一些根据本发明的实施方式中，多个激光二极管光源配置为激发相同的磷光体或者磷光体网络。根据本发明，组合多个激光光源可提供许多可能的好处。首先，可通过光束组合来增加激发功率以提供更强的激发坑，并由此产生更亮的光源。在一些实施方式中，在激光器-磷光体光源内构造分开的独立的激光芯片。通过包括多个各自发射1W、2W、3W、4W、5W或者更大功率的激光器，可增加激发功率，从而将增加光源亮度。例如，通过包括两个3W的激发相同磷光体面积的激光器，可将激发功率增加到6W以使白光亮度翻倍。在每1瓦特激光激发功率产生大约200流明的白光的实例中，白光输出将从600流明增加到1200流明。类似地，在更低的驱动条件下可通过使用多个光源来增加光源的可靠性，以实现与在更严格的条件下驱动的单光源相同的激发功率，例如更高的电流和电压。第二个优点是，通过将使椭圆形激光束分开的第一自由空间相对于使椭圆形激光束分开并与磷光体上的中心椭圆重叠的第二自由空间旋转90度，可能得到更圆的光斑。另选地，可通过将使椭圆形激光束分开的第一自由空间相对于使椭圆形激光束分开并与磷光体上的椭圆形偏心重叠的第二自由空间旋转180度，来实现更圆的光斑，以增加慢轴分开方向上的光斑直径。在另一构造中，包括多于2个激光器，并实现上述光束成形光斑几何形状成形的一些组合。第三个重要的优点是，发射器件中的多个颜色激光器可通过改进可见光谱的紫色/蓝色和青色区域中的光谱的填充，明显地改进颜色质量(CRI和CQS)。例如，可包括两个或更多个带有稍微失调的波长(例如，5nm、10nm、15nm，等等)的蓝色激发激光器，以激发黄色磷光体并产生更大的蓝色光谱。
如本文使用的，术语GaN衬底与基于III族氮化物的材料相关，包括GaN、InGaN、AlGaN，或者其他包含III族的合金或用作起始物料的成分。这种起始物料包括极性GaN衬底(即，最大面积表面名义上是(h k l)平面的衬底，其中h＝k＝0，l是非零的)、非极性GaN衬底(即，使最大面积表面以从大约80-100度的范围的角度从上述极性方向朝向(h k l)平面来定向的衬底材料，其中l＝0，h和k中的至少一个是非零的)或者半极性GaN衬底(即，使最大面积表面以从大约+0.1到80度或者110-179.9度的范围的角度从上述极性方向朝向(hkl)平面定向的衬底材料，其中l＝0，h和k中的至少一个是非零的)。
可在诸如极性c平面的含镓氮膜或者衬底(例如GaN)的传统方向上，在诸如m平面的非极性方向上，或者在诸如{30-31}、{20-21}、{30-32}、{11-22}、{10-11}、{30-3-1}、{20-2-1}、{30-3-2}的半极性方向上，或者朝向c平面+/-10度内的，和/或朝向a平面+/-10度内的，和/或朝向m平面+/-10度内的任意这些极性的、非极性的和半极性的平面的边角料上，制造激光二极管器件。
图1a是在含镓氮衬底上形成的极性c平面激光二极管的一个实例的简化示意图，该衬底带有解理镜(cleavedmirror)或蚀刻镜在m方向上成一直线的腔体。激光条带区域的特征在于基本上在m方向上的腔体定向，m方向与a方向基本上正交，但是可以是其他的，例如腔体基本上在a方向上成直线。激光条带区域具有第一端107和第二端109，并在m方向上在{0001}含镓氮衬底上形成，该衬底具有一对面向彼此的解理镜或蚀刻镜结构。例如，氮化镓衬底构件是块状GaN衬底，其特征在于具有非极性或者半极性的晶面区域，但是可以是其他的。块状GaN衬底可具有低于105cm-2或者105到107cm-2的表面位错密度。氮化物晶体或者晶圆可包括AlxInyGa1-x-yN，其中0≤x，y，x+y≤1。在一个具体实施方式中，氮化物晶体包括GaN。在一个实施方式中，GaN衬底在相对于表面基本上正交或者倾斜的方向上具有大约105cm-2和大约108cm-2之间的浓度的穿透位错。
图1b是在含镓氮衬底上形成的半极性平面激光二极管的一个实例的简化示意图，该衬底带有在解理镜或蚀刻镜在c方向的投影上对准(成一直线)的腔体。激光条带区域的特征在于基本上在c方向的投影上的腔体定向，c方向与a方向基本上正交，但是可以是其他的，例如腔体基本上在a方向上的成直线。激光条带区域具有第一端107和第二端109，并在诸如{40-41}、{30-31}、{20-21}、{40-4-1}、{30-3-1}、{20-2-1}、{20-21}的半极性衬底上形成，或者在从c平面和a平面含镓氮衬底起形成角度在+/-5度内的这些平面的边角料上形成。例如，含镓氮衬底构件是块状GaN衬底，其特征在于具有非极性或者半极性晶面区域，但是可以是其他的。块状GaN衬底可具有低于105cm-2或者105到107cm-2的表面位错密度。氮化物晶体或者晶圆可包括AlxInyGa1-x-yN，其中0≤x，y，x+y≤1。在一个具体实施方式中，氮化物晶体包括GaN。在一个实施方式中，GaN衬底在相对于表面基本上正交或者倾斜的方向上具有大约105cm-2和大约108cm-2之间的浓度(concentration)的穿透位错。
激光条带的特征在于长度和宽度。长度的范围从大约50微米到大约3000微米，但是优选地在大约10微米和大约400微米之间，在大约400微米和大约800微米之间，或者在大约800微米和大约1600微米之间，但是可以是其他的。条带还具有范围从大约0.5微米到大约50微米的宽度，但是优选地，对于单横向模式操作是在大约0.8微米和大约2.5微米之间，或者对于多横向模式操作是在大约2.5μm和大约50μm之间，但是可以是其他尺寸。在一个具体实施方式中，本装置具有范围从大约0.5微米到大约1.5微米的宽度，范围从大约1.5微米到大约3.0微米的宽度，范围从大约3.0微米到大约50微米的宽度，等等。在一个具体实施方式中，宽度的大小是基本上恒定的，尽管可存在微小变化。通常使用本领域中常用的掩模和蚀刻处理来形成宽度和长度。
假设较高的含镓氮衬底的成本、按比例增加含镓氮衬底大小的困难、小晶圆处理中固有的低效，以及可能的供应限制，变得非常希望最大化可用的含镓氮衬底和覆盖外延材料的利用。在横向腔体激光二极管的制造中，情况通常是，最小裸片大小由诸如线键合焊盘的装置部件或者机械处理考虑因素决定，而不是由激光器腔体宽度决定。最小化裸片大小对于降低制造成本来说是关键的，因为更小的裸片大小允许在一次处理过程中在单个晶圆上制造更大数量的器件。本发明是一种通过经由裸片膨胀处理将外延材料在载体晶圆上展开，而最大化可由设定含镓氮衬底和覆盖外延材料制造的器件的数量的方法。
与边缘发射激光二极管类似，SLED通常配置为边缘发射器件，其中高亮度、高方向性的光学发射从半导体芯片的侧面指向外侧的波导出射。将SLED设计为对于沿着波导产生的自发发射具有高单程增益或者放大率。然而，与激光二极管不同，将其设计为对腔体中提供不足的反馈以获得增益等于波导腔中的总损耗的激光条件。在一个典型实例中，将波导端或面中的至少一个设计为提供非常低的回到波导中的反射率。可使用若干种方法在波导端或面上实现减小的反射率。在一种方法中，对至少一个面应用光学涂层，其中将光学涂层设计为用于低反射率，例如小于1％，小于0.1％，小于0.001％，或者小于0.0001％的反射率。在另一种用于减小反射率的方法中，将波导端设计为相对于光传播的方向倾斜或者成角度，使得反射回到芯片中的光不会在结构上干涉腔体中的光以提供反馈。必须仔细地设计倾斜角，避开反射率和角度的关系中的空值，以获得最佳性能。可以许多方式实现倾斜面或者角度面方法，包括提供相对于光传播的方向具有最佳横向角度地设计的蚀刻面。由光刻定义的蚀刻面图案预先确定倾斜角。另选地，可通过使波导相对于解理面弯曲和/或成角度来实现角度输出，解理面在半导体芯片中的预先确定的晶体学平面上形成。另一种减小反射率的方法是，在面上提供粗糙的或者有图案的表面以减小对腔体的反馈。可使用化学蚀刻和/或干法蚀刻来实现粗糙，或者用替代技术实现粗糙。当然，可存在其他用于减小对腔体的反馈以形成SLED器件的方法。在许多实施方式中，可组合使用许多技术以减小面反射率，包括使用低反射率涂层，结合相对于光传播方向成角度或者倾斜的输出面。
图3是激光器器件200的剖视图。如图所示，激光器器件包括氮化镓衬底203，其具有下层n型金属后触点区域201。例如，衬底203的特征可在于半极性或者非极性定向。该器件还具有上层n型氮化镓层205、活性区域207以及配置为激光条带区域209的上层p型氮化镓层。外延层是覆盖n型氮化镓层的高质量外延层。在一些实施方式中，高质量层例如掺有Si或者O以形成n型材料，其中大约1016cm-3和1020cm-3之间的掺杂浓度。
在衬底上沉积n型AluInvGa1-u-vN层，其中0≤u，v，u+v≤1。载流子浓度可处于大约1016cm-3和1020cm-3之间的范围内。
在一个实施方式中，激光条带区域是p型氮化镓层209。该器件也具有上层介电区域，其暴露213接触区域。介电区域是氧化物，例如二氧化硅，或者氮化硅，接触区域耦合到上层金属层215。上层金属层优选地是包含金和铂(Pt/Au)、钯和金(Pd/Au)，或者镍金(Ni/Au)，或者其组合的多层结构。
活性区域207优选地包括一个到十个量子阱区域或者双异质结构区域以用于光发射。在n型AluInvGa1-u-vN层的沉积以实现预期厚度之后，沉积活性层。量子阱优选地是InGaN，带有隔离其的GaN势垒层、AlGaN势垒层、InAlGaN势垒层，或者InGaN势垒层。在其他实施方式中，阱层和势垒层分别包括AlwInxGa1-w-xN和AlyInzGa1-y-zN，其中0≤w，x，y，z，w+x，y+z≤1，其中w＜u，y和/或x＞v，z，使得阱层的带隙小于势垒层和n型层的带隙。阱层和势垒层各自具有大约1nm和大约20nm之间的厚度。将活性层的组成和结构选择为提供预先选择的波长的光发射。活性层可以不掺杂(或者无意掺杂的)，或者可以是n型或p型掺杂的。
活性区域还可包括电子阻挡区域，以及分别限制异质结构。电子阻挡层可包括AlsIntGa1-s-tN，其中0≤s，t，s+t≤1，有比活性层高的带隙，并且可以是p型掺杂的。在一个具体实施方式中，电子阻挡层包括AlGaN。在另一实施方式中，电子阻挡层包括AlGaN/GaN超晶格结构，包括交替的AlGaN层和GaN层，各自带有大约0.2nm和大约5nm之间的厚度。
如所指出的，在电子阻挡层和活性层上方沉积p型氮化镓或者氮化镓铝结构。P型层可掺有Mg到大约1016cm-3和1022cm-3之间的水平，有大约5nm和大约1000nm之间的厚度。p型层的最外面的1-50nm的掺杂程度可比该层的剩余部分大，以使得能够改进电接触。该器件也具有上层介电区域，例如，二氧化硅，其暴露213接触区域。
金属触点由合适的材料制成，例如银、金、铝、镍、铂、铑、钯、铬，等等。可通过热蒸发、电子束蒸发、电镀、溅射，或者其他合适的技术来沉积该触点。在一个优选实施方式中，电触点用作用于光学器件的p型电极。在另一实施方式中，电触点用作用于光学器件的n型电极。在图1和图2中举例说明并在以上描述的激光器器件通常适合于相对低的功率应用。
在各种实施方式中，本发明通过使激光器腔体构件的部分从单横向模式范围的1.0-3.0μm变宽到多横向模式范围的5.0-20μm，从二极管激光器实现高输出功率。在一些情况中，使用具有50μm或者更大的宽度的腔体的激光二极管。
在多个根据本发明的多个实施方式中，器件层包括超发光发光二极管或者SLED。在所有适用的实施方式中，可使SLED器件与根据本发明中描述的方法和结构的激光二极管器件互换或者组合。SLED在许多方式上与边缘发射激光二极管类似；但是将该器件的发射表面设计为具有非常低的反射率。SLED与激光二极管类似，因为其以电驱动结为基础，电驱动结当注入电流时变得具有光学活性，并在较宽范围的波长上产生放大自发发射(ASE)和增益。当光输出变得由ASE控制时，在光输出与电流(LI)特征中存在拐点，其中每个单位注入电流的单位光输出剧烈地变得更大。LI曲线中的此拐点像是激光二极管的阈值，但是软得多。SLED将具有设计为具有发光层或者包在上方和下方的层(其具有低光学指数(optical index)的材料)的层结构，使得可形成横向引导光学模式。SLED还将制造为具有提供横向光学约束的特征。这些横向约束特征可由蚀刻脊构成，带有包围脊并提供低光学指数覆层的空气、真空、金属或者介电材料。还可通过使电触点成形使得将注入电流限制于该器件中的有限区域，来提供横向约束特征。在这种“增益引导”结构中，发光层的光学指数与注入载流子密度的离散度提供为提供光学模式的横向约束所需的光学指数对比度。
将SLED设计为对于沿着波导产生的自发发射具有高单程增益或者放大率。SLED器件还将设计为具有低内部损耗，优选地低于1cm-1，然而SLED可以高于此的内部损耗操作。在理想情况中，发射表面反射率将是零，然而在实际应用中，零的反射率难以实现，并将发射表面反射率设计为小于1％，小于0.1％，小于0.001％，或者小于0.0001％反射率。减小发射表面反射率可减小到器件腔体中的反馈，从而增加该器件将开始发激光的注入电流密度。可通过抗反射涂层的添加和通过使发射表面相对于SLED腔体成角度的组合使得与面正交的表面和引导模式的传播方向基本上不平行，实现非常低反射率的发射表面。通常，这将意味着大于1-2度的偏离。在实践中，理想的角度部分地取决于所使用的抗反射涂层，必须仔细地设计倾斜角，避开反射率和角度的关系中的空值，以获得最佳性能。可在任何相对于引导模式的传播方向的方向上使面相对于引导模式的传播方向倾斜，尽管根据面形成的方法，一些方向可能更易于制造。蚀刻面对面角度确定提供最大的灵活性。另选地，非常普遍的实现角度输出以减小腔体中的结构干涉的方法将使波导相对于解理面弯曲和/或成角度，解理面在半导体芯片中的预先确定的晶体学平面上形成。在此构造中，光传播的角度以对低反射率设计的具体角度与解理面不正交。
由SLED发射的光谱在很多方面与激光不同。在SLED器件在横向引导模式中产生光学增益的同时，发射表面处的减小的光学反馈导致更宽的且更连续的发射光谱。例如，在法布里-珀罗(FP)激光器中，光在波导的端部处的反射将可经历增益的光的波长限制到导致取决于腔体的长度的结构干涉的那些波长。因此FP激光器的光谱为梳状的，带有对应于纵向模式的波峰和波谷，并带有由增益介质定义的包络和由腔体支持的横向模式。而且，在激光器中，来自发射表面的反馈确保横向模式将在有限电流密度下达到阈值。当这发生时，纵向模式的子集将控制光谱。在SLED中，抑制光学反馈，这将增益光谱中的梳状的波峰减小到波谷高度，还将阈值推出到更高的电流密度。于是SLED的特征将在于相对宽的(＞5nm)且不相干的光谱，其对于光谱学、眼安全和减小的光斑具有优点。作为一个实例，众所周知的叫做“光斑”的畸变图案是由表面上或者视平面中的一组波前的相互干涉产生的强度图案的结果。通常用来量化光斑程度的一般方程与光谱宽度成反比。
在本发明的一个实例应用中，根据本发明的激光二极管器件或者超发光二极管(SLED)器件可用作优选的用于可见光通信(VLC)系统的光源，例如Li-Fi通信系统。VLC系统是使用可见光、紫外光、红外线或者近红外线光源的调制以进行数据传输的那些系统。使用可见光源调制的VLC系统由于两个原因而将是本发明的有利应用。首先，由于载流子复合率的增加(其是由于在激光二极管和SLED中发现的大量受激发射的原因)，带宽将比当使用发光二极管时预期的高。在LED、二极管激光器和SLED中，复合率将随着载流子密度的增加而增加，然而与效率在相对高的载流子密度下达到峰值的SLED和二极管激光器不同，LED的效率在非常低的载流子密度下达到峰值。通常，LED峰值效率在比在典型的SLED或者激光二极管工作条件下发现的载流子密度低2-3个数量级的载流子密度下。调制及由此数据传输率应明显高于可用LED实现的那些。
而且，在基于白光的VLC光源中，使用由LED或者激光二极管或者SLED构成的紫色或者蓝色“泵浦”光源来光学激发或者“泵浦”磷光体元件，以产生覆盖对应于绿色和红色及有时蓝色的波长的广谱。将源于磷光体的光谱和未吸收泵浦光组合以产生白光光谱。激光器和SLED光源具有明显比蓝色LED窄的光谱；与对于蓝色LED来说的大约20nm相比分别＜1.5nm和＜5nm。更窄的FWHM使得使用陷波(即带通)滤波器将泵浦光信号与磷光体发射隔离更容易。这是重要的，因为虽然白光光谱的源于磷光体的分量包括由器件发射的总光功率的大部分，但是磷光体中的长复合寿命导致非常低的用于光谱的磷光体发射的分量的调制率。
在一个实施方式中，将多个以不同波长发射的激光器裸片彼此紧密接近地转移到相同载体晶圆；优选地在彼此的1毫米内，更优选地在彼此的大约200微米内，最优选地在彼此的大约50微米内。将激光器裸片波长选择为在波长上相隔其光谱的半峰全宽的至少两倍。例如，将三个分别以440nm、450nm和460nm发射的裸片转移到单载体芯片，其中裸片之间的间隔小于50微米，裸片宽度小于50微米，使得由裸片发射的激光的中心到中心的总横向间隔小于200微米。激光器裸片的紧密度允许其发射简单地耦合到相同的光学序列或者光纤波导中，或者在远场中投射到重叠的点中。在一定程度上，可将激光器作为单激光光源而有效地操作。
这种构造提供这样的优点：每个单独的激光光源可独立地操作，以使用例如叠加在DC偏移上的RF信号的频率和相位调制来传递信息。可通过调节每个信号的DC偏移来调节来自不同光源的光的时间平均比例。在接收器处，将通过在单独的光检测器上使用陷波滤波器，而使来自单独激光器光源的信号多路分配，光检测器过滤掉白光光谱的源自磷光体的分量以及来自除了一个以外所有的激光器光源的泵浦光。这种构造将提供超过基于LED的VLC光源的优点：带宽将随着激光发射器的数量而简单地按比例变化。当然，具有类似优点的类似实施方式可由SLED发射器构成。
在如上所述制造激光二极管芯片之后，可将激光二极管安装到基板。在一些实例中，基板由AlN、SiC、BeO、钻石，或者其他材料(例如金属、陶瓷，或者复合物)组成。基板可以是公共支撑构件，CPoS的磷光体构件也将附接于其中。另选地，基板可以是旨在安装到公共支撑构件的中间基板，磷光体材料附接于其中。基板构件的特征可在于宽度、长度和厚度。在基板是用于磷光体和激光二极管芯片的公共支撑构件的实例中，基板将具有尺寸的范围从大约0.5mm到大约5mm或者到大约15mm的宽度和长度，及范围从大约150μm到大约2mm的厚度。在基板是激光二极管芯片和公共支撑构件之间的中间基板的实例中，其特征可在于，宽度和长度的尺寸的范围从大约0.5mm到大约5mm且厚度的范围可从大约50μm到大约500μm。使用键合处理、焊接处理、胶粘处理，或者其组合而将激光二极管附接到基板。在一个实施方式中，基板是电隔离的并具有沉积于顶部上的金属焊盘。将激光芯片安装到那些金属焊盘中的至少一个。可在p侧向下或者p侧向上的构造中安装激光芯片。在焊接激光芯片之后，形成从芯片到基板的焊线，使得最终的基板上芯片(CoS)完成并准备好集成。
在图4中示出了举例说明了根据本发明的基于在含镓氮衬底技术上形成的传统激光二极管的CoS的示意图。CoS由基板材料201组成，其配置为用作激光二极管芯片202和最终安装表面之间的中间材料。基板配置有电极203和205，其可形成有沉积的金属层，例如Au。在一个实例中，Ti/Pt/Au用于电极。焊线204配置为使来自基板上的电极203和205的电功率耦合到激光二极管芯片，以产生从激光二极管输出的激光束206。电极203和205配置为电连接到外部电源，例如激光驱动器、电流源，或者电压源。可在电极上形成焊线以使电功率耦合到激光二极管器件并激活激光器。
在另一实施方式中，含镓氮激光二极管制造包括外延释放步骤，以剥离外延生长的镓层和氮层，并使其制备好以在激光器制造之后转移到可包括基板的载体晶圆。转移步骤需要将外延层精确地放在载体晶圆上，以使得能够执行后续的将外延层放在激光二极管器件中的处理。附接到载体晶圆的过程可包括晶圆键合步骤，其中键合界面包括金属-金属、半导体-半导体、玻璃-玻璃、介电材料-介电材料，或者其组合。
在此CPoS白光源的又一优选变型中，可使用用于剥离含镓氮外延材料并将其转移到公共支撑构件的方法来将含镓氮的激光外延材料附接到基板构件。在此实施方式中，从其在其上外延生长的含镓氮基板中释放镓和氮外延材料。作为一个实例，可使用光电化学(PEC)蚀刻技术释放外延材料。然后使用诸如晶圆键合的技术将其转移到基板材料，在晶圆键合中形成键合界面。基板材料优选地具有高热导率，例如SiC，其中，随后处理外延材料以形成带有腔体构件、前面和后面，以及用于注入电流的电触点的激光二极管。在激光器制造完成之后，将磷光体材料引入到基板上以形成集成白光源。磷光体材料可具有位于基板和磷光体之间的中间材料。中间材料可由导热材料组成，例如铜。磷光体材料可使用传统的裸片附接技术附接到基板，例如AuSn焊料，但是可以是其他技术，例如诸如SAC305的SAC焊料、含铅焊料，或者铟，但是可以是其他的。优化用于最低热阻抗的焊接(bond)是用于从磷光体的散热的参数，以防止磷光体劣化和磷光体材料的热淬火。将此实施方式与剥离且转移的含镓氮材料一起使用的好处是，降低成本、改进激光性能，和使用此技术集成的更高的灵活度。
在此实施方式中，在块状含镓氮衬底上生长含镓氮外延层。外延层堆包括至少一个牺牲释放层和覆盖释放层的激光二极管器件层。在外延层在块状含镓氮衬底上生长之后，通过选择性湿法蚀刻方法使半导体器件层与衬底隔开，例如PEC蚀刻，其配置为选择性地移除牺牲层并使得能够将器件层释放到载体晶圆。在一个实施方式中，在覆盖半导体器件层的表面上沉积键合材料。键合材料也作为毯状涂层而沉积在载体晶圆上或者在载体晶圆上形成图案。使用标准光刻处理来选择性地掩盖半导体器件层。然后对晶圆进行蚀刻处理，例如干法蚀刻或者湿法蚀刻处理，以经由暴露牺牲层的结构限定在台式结构的侧壁上。如本文中使用的，术语台式区域或者台面用来描述含镓氮衬底上的准备好转移到载体晶圆的具有图案的外延材料。台式区域可以是任何形状或形式的，包括长方形形状、正方形形状、三角形形状、圆形形状、椭圆形形状、多面体形状，或者其他形状。
在定义台面之后，执行选择性蚀刻处理以在保持半导体器件层完整的同时完全地或者部分地移除牺牲层。产生的结构包括由外延器件层构成的下切台面。下切台面对应于半导体器件将形成于其上的切块。在一些实施方式中，可在台式区域的侧壁上使用保护性钝化层，以当蚀刻选择性不完美时防止器件层暴露于选择性蚀刻。在其他实施方式中不需要保护性钝化，因为器件层对选择性蚀刻不敏感，或者采取了防止敏感层的蚀刻的措施，例如使阳极和阴极短路。然后使用键合技术将对应于装置切块的下切台面转移到载体晶圆，其中，使覆盖半导体器件层的键合材料与载体晶圆上的键合材料连接。产生的结构是包括覆盖键合区域的含镓氮外延器件层的载体晶圆。
在一个优选实施方式中，将PEC蚀刻配置为选择性蚀刻以移除牺牲层。PEC是可用来蚀刻GaN及其合金的光辅助湿法蚀刻技术。该过程包括上带隙激发源和由半导体及电解质溶液形成的电化学电池。在此情况中，暴露的(Al,In,Ga)N材料表面用作阳极，同时沉积于半导体上的金属焊盘用作阴极。上带隙光源在半导体中产生电子-空穴对。从半导体经由阴极提取电子，同时空穴扩散到材料的表面以形成氧化物。由于空穴扩散到表面要求在表面弯曲的能带有利于空穴的收集，所以PEC蚀刻通常仅用于n型材料，不过已经发展了一些方法来蚀刻p型材料。然后电解质使氧化物溶解，导致半导体的湿法蚀刻。不同类型的电解质(包括HCl、KOH和HNO3)已经表现出在GaN及其合金的PEC蚀刻中是有效的。可通过选择有利的电解质来优化蚀刻选择性和蚀刻速率。还可能在半导体和阴极之间产生外部偏压以帮助PEC蚀刻处理。
在一个优选实施方式中，在键合步骤之前，使用锚固区域对含镓氮衬底机械地支撑台面，在键合步骤中，将其从含镓氮衬底释放并转移到载体晶圆。锚固区域是可设计在光掩模中的特殊特征，光掩模使下切器件层附接到含镓氮衬底，但是其本身过大以至于无法下切，或者是由于掩模包含牺牲层不被移除的区域的设计而无法下切，或者这些特征可由金属或耐蚀刻的介电材料组成。这些特征用作锚固物，防止下切器件层与衬底脱离，并防止器件层在空间上移动。还可通过不完全地移除牺牲层来实现此对衬底的附接，使得在下切器件层和衬底之间具有在键合过程中可破坏的脆弱的连接。然后使载体晶圆和器件晶圆上的键合材料的表面接触，并形成比下切器件层对锚固物或者牺牲层的剩余材料的附接强的键合。在键合之后，载体晶圆和器件晶圆的隔离将器件层转移到载体晶圆。
在一个实施方式中，锚固区域由比器件层台面宽的特征形成，使得在器件层的下切过程中不完全移除这些锚固区域中的牺牲区域。在一个实例中，通过耐蚀刻材料的沉积而将台面保持在衬底上，耐蚀刻材料通过使台面连接到衬底而用作锚固物。在此实例中，缓冲层、可选择性蚀刻的牺牲层和一组器件层覆盖衬底晶圆。与阴极金属一起沉积键合层，阴极金属将用来促进光电化学蚀刻处理以选择性地移除牺牲层。这样沉积一层可由金属、陶瓷、聚合物或者玻璃组成的耐蚀刻材料，使得其连接到台面和衬底两者。这样执行选择性蚀刻处理，使得完全移除牺牲层且仅耐蚀刻层将台面连接到衬底。
在锚固技术的另一实例中，通过使用由外延材料组成的锚固物，将台面保持在衬底上。在此实例中，缓冲层、可选择性蚀刻的牺牲层和一组器件层覆盖衬底晶圆。与阴极金属一起沉积键合层，阴极金属将用来促进光电化学蚀刻处理以选择性地移除牺牲层。使锚固物这样成形，使得在蚀刻过程中，小部分的牺牲层保持不蚀刻并在下切台面和衬底晶圆之间产生连接。
在一个实施方式中，将锚固物定位在下切裸片的端部或者侧面，使得其通过较窄的材料下切区域连接它们。在另一实施方式中，锚固物具有足够小的横向伸展，使得可对其下切，然而使用保护性涂层来防止蚀刻液接触锚固物中的牺牲层。在另一实施方式中，锚固物位于裸片的端部，并且锚固物形成连续的材料带，其连接到全部裸片或者多个裸片。
在一个优选实施方式中，通过沉积耐蚀刻材料的区域来形成锚固物，耐蚀刻材料将很好粘结到外延材料和衬底材料。这些区域覆盖半导体器件层台面的一部分和在蚀刻过程中将不下切的结构的一些部分，例如衬底。这些区域形成连续连接，使得在完全下切半导体器件层台面之后，其提供防止半导体器件层台面与衬底脱离的机械支撑。然后使金属层沉积在半导体器件层台面的顶部上，沉积在半导体器件层台面的侧壁上，以及沉积在台面周围的蚀刻区域的底部上，使得形成连续连接。
在一个优选实施方式中，将带有下层牺牲区域的半导体器件外延材料制造成带有覆盖半导体器件层的含镓氮块状衬底上的台面的密集阵列。使用图案形成和湿法蚀刻或者干法蚀刻处理来形成台面，其中图案形成包括限定台面区域的大小和间距的光刻步骤。干法蚀刻技术是候选方法，例如反应离子蚀刻、感应耦合等离子体蚀刻，或者化学辅助离子束蚀刻。另选地，可使用湿法蚀刻。蚀刻配置为终止于器件层下方的牺牲区域处或其下方。这之后是选择性蚀刻处理，例如PEC，以完全地或者部分地蚀刻暴露的牺牲区域，使得对台面下切。此下切台面图案间距将叫做“第一间距”。第一间距通常是适合于制造衬底上的每个外延区域的设计宽度，同时对于预期的完整半导体器件设计来说不够大，其通常希望更大的非活性区域或者用于触点的区域，等等。例如，这些台面将具有范围从大约5微米到大约500微米或者到大约5000微米的第一间距。这些台面中的每个都是“裸片”。
在一个优选实施方式中，使用选择性键合处理将这些裸片以第二间距转移到载体晶圆，使得载体晶圆上的第二间距大于含镓氮衬底上的第一间距。在此实施方式中，裸片为了所谓的“裸片膨胀”而具有扩展间距。在一个实例中，裸片具有第二间距以允许每个裸片与载体晶圆的一部分成为半导体器件，包括触点和其他部件。例如，第二间距将是大约50微米到大约1000微米或者到大约5000微米，但是在对该应用需要较大的半导体器件芯片的情况中，可以大到大约3-10mm或者更大。更大的第二间距可使得能够更简单地机械处理，不用花费昂贵的含镓氮衬底和外延材料，允许对半导体器件芯片增加用于附加特征的不动产，例如不需要昂贵的含镓氮衬底和外延材料的键合焊盘，和/或允许更小的包含含镓氮外延晶圆的外延层在大得多的载体晶圆上组装以进行后续加工，从而降低加工成本。特别地，本发明通过选择性区域键合处理来增加衬底晶圆和外延材料的使用，以将单独的外延材料裸片以使得相对于原始外延晶圆增加载体晶圆上的裸片间距的这样方式转移到载体晶圆。
通过选择载体晶圆材料，例如AlN、BeO、钻石，或者适合于作为激光芯片和安装表面之间的基板的SiC，载体晶圆上的切块激光芯片本身是基板上芯片(CoS)。此晶圆级封装特征是本发明的剥离且转移的含镓氮外延层实施方式的很大的好处。基板可以是公共支撑构件，其中CPoS的磷光体构件也将附接到其中。
在图5中示出了举例说明根据本发明的基于剥离且转移的外延含镓氮层的CoS的示意图。CoS由基板材料201组成，基板材料201由带有转移外延材料的载体晶圆与构造在外延层202内的激光二极管构成。电极203和204电耦接到激光二极管器件的n侧和p侧，并配置为将功率从外部源传输到激光二极管，以产生从激光二极管输出的激光束205。电极配置为电连接到外部电源，例如激光驱动器、电流源，或者电压源。可在电极上形成焊线以使功率耦合到激光二极管器件。带有转移外延材料的集成CoS装置由于低热阻抗的原因而提供超过图4中举例说明的传统构造的优点，例如大小、成本和性能。
在此实施方式中，可将载体晶圆选择为对集成CPoS白光源提供理想的基板材料。也就是说，用作激光二极管基板的载体晶圆也将用作用于激光二极管和磷光体的公共支撑构件，以使能有超紧凑的CPoS集成白光源。在一个实例中，载体晶圆由碳化硅(SiC)形成。SiC由于其高热导率、低电导率、高硬度和坚固性，以及宽可用性而是理想的候选对象。在其他实例中，可将AlN、钻石、GaN、InP、GaAs或者其他材料用作载体晶圆和产生的用于CPoS的基板。在一个实例中，将激光芯片切成小块，使得在前激光器面的前部具有旨在用于磷光体的区域。根据本实施方式，然后磷光体材料将键合到载体晶圆并配置为用于激光激发。
在基板构件上制造激光二极管之后，在本发明的一个实施方式中，集成白光源的构造将进入磷光体与激光二极管和公共支撑构件的集成。磷光体选择是基于激光器的集成白光源内的关键考虑因素。磷光体必须能够承受极端的光强及由激光激发点引起的相关的加热而不会劣化。磷光体选择所考虑的重要特征包括：
·光激发功率到白光流明的高转换效率。在激发黄色磷光体的蓝色激光二极管的实例中，期望超过每光学瓦特150流明的转换效率，或者超过每光学瓦特200流明的转换效率，或者超过每光学瓦特300流明的转换效率。
·在包括1mm、500μm、200μm、100μm或者甚至50μm的直径的点中能够承受1-20W的激光功率的高光学损伤阈值。
·能够承受超过150℃、超过200℃或者超过300℃的温度而不分解的高热损伤阈值。
·低热淬火特征，使得磷光体当其达到超过150℃、200℃或者250℃的温度时保持有效。
·高热导率以散热并调节温度。大于3W/mK、大于5W/mK、大于10W/mK及甚至大于15W/mK的热导率是希望的。
·适当的用于该应用的磷光体发射颜色。
·合适的多孔性特征，其导致相干激发的预期散射，热导率或者光学效率没有不可接受的减小。
·适当的用于该应用的形状因数。这种形状因数包括，但不限于块、板、盘、球、筒、杆，或者类似的几何形状元件。适当的选择将取决于是在透射模式还是反射模式中操作磷光体，并取决于磷光体中的激发光的吸收长度。
·对该应用优化的表面条件。在一个实例中，磷光体表面可以是有意变粗糙的以改进光提取。
在一个优选实施方式中，在420nm到480nm波长范围内操作的蓝色激光二极管将与提供560nm到580nm范围内的微黄光发射的磷光体材料组合，使得当与激光二极管的蓝光发射混合时，产生白光。例如，为了满足黑体线上的白色点，组合光谱的能量可由大约30％的来自蓝色激光发射和大约70％的来自黄色磷光体发射组成。在其他实施方式中，可将带有红光、绿光、黄光及甚至蓝光发射的磷光体与紫色、紫外线或者蓝色波长范围内的激光二极管激发源组合使用，以通过颜色混合而产生白光。虽然这种白光系统可能由于不止一个磷光体构件的使用而更复杂，但是可实现诸如改进的色彩再现的优点。
在一个实例中，由磷光体元件部分地转换从激光二极管发射的光。在一个实例中，在磷光体元件中产生的部分转换的发射的光导致外观上是白色的色点。在一个实例中，白光的色点位于普朗克黑体点轨迹上。在一个实例中，白光的色点位于小于普朗克黑体点轨迹的0.010的du’v’内。在一个实例中，白光的色点优选地位于小于普朗克黑体点轨迹的0.03的du’v’内。
可在透射模式、反射模式，或者透射模式和反射模式的组合，或者其他模式中操作磷光体材料。磷光体材料的特征在于转换效率、对热损伤的耐性、对光学损伤的耐性、热淬火特性、使激发光散射的多孔性以及热导率。在一个优选实施方式中，磷光体材料由掺有Ce的发射黄光的YAG材料组成，其有大于每光学瓦特100流明的转换效率，大于每光学瓦特200流明的转换效率，或者大于每光学瓦特300流明的转换效率，并且可以是多晶陶瓷材料或者单晶材料。
在本发明的一些实施方式中，可独立地调整磷光体的环境以通过很少的成本或者不增加成本地导致高效率。用于激光二极管激发的磷光体优化可包括高透明度、散射或者非散射特性以及陶瓷磷光体板的使用。减小的温度灵敏度可由掺杂水平决定。可对陶瓷磷光体的背面增加反射器，减小损耗。可使磷光体的形状配置为增加内耦合，增加外耦合，和/或减小背面反射。表面粗糙是一种众所周知的增加从固体材料提取光的方式。可对磷光体增加涂层、反射镜或者滤光片，以减小离开非主发射表面的光的量，促进光更有效地通过主发射表面离开，并促进激光器激发光的更有效的内耦合。
在一些实施方式中，某些类型的磷光体在此期望应用中将最佳地与激光激发源协调。作为一个实例，掺有Ce3+离子的陶瓷钇铝石榴石(YAG)，或者基于YAG的磷光体，可以是理想的候选对象。其掺有诸如Ce的物质，以实现适当的发射颜色，并通常包括多孔性特征以使激发源光散射，并恰当地打破激光激发中的相干性。其立方晶体结构的结果是，可将YAG:Ce制备为高度透明的单晶及多晶块状材料。透明度和亮度取决于化学当量组成、掺杂剂的含量，以及整个处理和烧结路线。可对蓝光和黄光的同质混合物优化透明度和散射中心度。YAG:Ce可配置为发出绿光发射。在一些实施方式中，YAG可掺有Eu以发出红光发射。
在一个根据本发明的优选实施方式中，用陶瓷多晶YAG:Ce磷光体构造白光源，该磷光体包括大于每光学激发瓦特100流明的光学转换效率，大于每光学激发瓦特200流明的光学转换效率，或者甚至大于每光学激发瓦特300流明的光学转换效率。另外，陶瓷YAG:Ce磷光体的特征在于高于150℃，高于200℃或者高于250℃的温度淬火特征，及5-10W/mK的高热导率，以有效地将热量驱散到热沉构件并将磷光体保持在可操作温度。
在另一根据本发明的优选实施方式中，用诸如YAG:Ce的单晶磷光体(SCP)构造白光源。在一个实例中，可通过丘克拉斯基技术生长Ce:Y3Al5O12SCP。在根据本发明的此实施方式中，基于YAG:Ce的SCP的特征在于大于每光学激发瓦特100流明的光学转换效率，大于每光学激发瓦特200流明的光学转换效率，或者甚至大于每光学激发瓦特300流明的光学转换效率。另外，单晶YAG:Ce磷光体的特征在于高于150℃，高于200℃或者高于300℃的温度淬火特征，及8-20W/mK的高热导率，以有效地将热量驱散到热沉构件并将磷光体保持在可操作温度。除了高热导率、高热淬火阈值和高转换效率以外，使磷光体成形为当用激光器激发时可用作理想的“点”光源的微小形状的能力是引人注目的特征。
在一些实施方式中，YAG:Ce可配置为发出黄光发射。在另选的或者相同的实施方式中，YAG:Ce可配置为发出绿光发射。在又一另选的或者相同的实施方式中，YAG可掺有Eu以发出红光发射。在一些实施方式中，LuAG配置为用于发射。在另选实施方式中，氮化硅或者氮氧化铝可用作用于红光、绿光、黄光或者蓝光发射的晶体基质材料。
在一个另选实施方式中，包括粉末状单晶或者陶瓷磷光体，例如黄色磷光体或者绿色磷光体。可在透明件上分配粉末状磷光体以进行透射模式操作，或者在固体构件(在磷光体的背面上具有反射层)上，或者在磷光体和固体构件之间分配粉末状磷光体以在反射模式中操作。可使用粘合剂材料将磷光体粉末一起保持在固体结构中，其中粘合剂材料优选地是带有高光学损伤阈值和有利的热导率的无机材料。磷光体粉末可包括彩色磷光体，并配置为当由蓝色激光束激发并与其组合或者由紫色激光束激发时发射白光。粉末状磷光体可包括YAG、LuAG，或者其他类型的磷光体。
在一个本发明的实施方式中，磷光体材料包含钇铝石榴石基质材料和稀土掺杂元素，等等。在一个实例中，波长转换元件是包含选自Ce、Nd、Er、Yb、Ho、Tm、Dy和Sm及其组合等的稀土掺杂元素的磷光体。在一个实例中，磷光体材料是高密度磷光体元素。在一个实例中，高密度磷光体元素具有大于纯基质晶体的90％的密度。可使用掺有铈(III)的YAG(YAG:Ce3+，或者Y3Al5O12:Ce3+)，其中磷光体吸收来自蓝色激光二极管的光，并在从微绿色到微红色的宽范围中发射光，大部分输出是黄色。与剩余蓝光发射组合的此黄光发射得到“白色的”光，可将其调节为暖白(微黄色)或冷白(微蓝色)的色温。可通过用其他稀土元素(例如铽和钆)代替铈来调节Ce3+:YAG的黄光发射，甚至可通过用镓代替YAG中的铝的一部分或者全部来进一步调节该黄光发射。
在另选实例中，可对本发明应用各种磷光体，其包括，但不限于有机染料，共轭聚合物，半导体，例如AlInGaP或者InGaN，掺有Ce3+离子的钇铝石榴石(YAG)(Y1-aGda)3(Al1- bGab)5O12:Ce3+，SrGa2S4:Eu2+，SrS:Eu2+，基于铽铝的石榴石(TAG)(Tb3Al5O5)，包含CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdSe或者CdTe的胶体量子点膜。
在其他另选实例中，一些掺有稀土元素的硅铝氧氮聚合材料(塞隆)可用作磷光体。掺有铕(III)的β-SiAlON吸收紫外光和可见光光谱，并发射强烈的宽带可见光发射。其亮度和颜色由于温度稳定的晶体结构而不会随着温度明显变化。在一个另选实例中，可使用绿色和黄色SiAlON磷光体和红色的CaAlSiN3基(CASN)磷光体。
在又一实例中，可通过将发射近紫外光的激光二极管与基于高效铕的发红光和蓝光的磷光体加上发绿光的掺有铜和铝的硫化锌(ZnS:Cu,Al)的混合物进行组合，来制造白光源。
在一个实例中，磷光体或者磷光体混合物可选自(Y,Gd,Tb,Sc,Lu,La)3(Al,Ga,In)5O12:Ce3+，SrGa2S4:Eu2+，SrS:Eu2+，以及包含CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdSe或者CdTe的胶体量子点膜。在一个实例中，磷光体能够发射基本上红色的光，其中磷光体选自由以下物质组成的组：(Gd,Y,Lu,La)2O3:Eu3+，Bi3+；(Gd,Y,Lu,La)2O2S:Eu3+，Bi3+；(Gd,Y,Lu,La)VO4:Eu3+，Bi3+；Y2(O,S)3:Eu3+；Ca1-xMo1-ySiyO4：其中0.05≤x≤0.5，0≤y≤0.1；(Li,Na,K)5Eu(W,Mo)O4；(Ca,Sr)S:Eu2+；SrY2S4:Eu2+；CaLa2S4:Ce3+；(Ca,Sr)S:Eu2+；3.5MgO*0.5MgF2*GeO2:Mn4+(MFG)；(Ba,Sr,Ca)MgxP2O7:Eu2+，Mn2+；(Y,Lu)2WO6:Eu3+，Mo6+；(Ba,Sr,Ca)3MgxSi2O8:Eu2+，Mn2 +，其中，1＜x≤2；(RE1-yCey)Mg2-xLixSi3-xPxO12，其中，RE是Sc、Lu、Gd、Y和Tb中的至少一个，0.0001＜x＜0.1且0.001＜y＜0.1；(Y,Gd,Lu,La)2-xEuxW1-yMoyO6，其中，0.5≤x≤1.0，0.01≤y≤1.0；(SrCa)1-xEuxSi5N8，其中，0.01≤x≤0.3；SrZnO2:Sm3+；MmOnX，其中，M选自Sc、Y、镧系元素、碱土金属及其混合物的组；X是卤素；1≤m≤3；且1≤n≤4，并且其中，镧系元素掺杂水平的范围可从0.1到40％光谱权重；以及Eu3+激活磷酸盐或者硼酸磷；及其混合物。可在2015年2月17日授予Raring等人的名为“使用非极性或者半极性含镓材料和磷光体的白光装置”的美国专利No.8,956,894中发现其他磷光体物质和相关技术的进一步细节，该专利是共同拥有的，因此通过引用的方式结合于此。
在本发明的一些实施方式中，陶瓷磷光体材料嵌在粘合剂材料中，例如硅胶。此构造通常是不太希望的，因为粘合剂材料通常具有较差的热导率，因此会非常热，其中快速劣化甚至燃烧。这种“嵌入的”磷光体通常在动态磷光体应用中使用，例如旋转轮使磷光体冷却并使激发点以径向图案在磷光体周围展开的颜色轮。
对于基于激光二极管激发的集成白光源来说，足够的从磷光体的散热是关键的设计考虑因素。具体地，光学泵浦磷光体系统具有磷光体损耗源，其导致热能并由此必须消散到热沉以得到最佳性能。这两个主要损耗源是斯托克斯损耗，其是将更高能量的光子转换成更低能量的光子的结果，使得能量差是产生的系统损耗并以热量的形式消散的能量。另外，测量成功重新发射的所吸收的光子的部分的量子效率或者量子产额不是统一体，使得具有来自其他与非转换光子相关的内部吸收过程的发热。根据激发波长和转换波长的不同，斯托克斯损耗可导致大于10％的入射光学功率损耗、大于20％的入射光学功率损耗和大于30％的及更大的入射光学功率损耗，以导致必须消散的热功率。量子损耗可导致额外的10％的入射光学功率，大于20％的入射光学功率和大于30％的及更大的入射光学功率，以导致必须消散的热功率。对于聚焦到小于1mm直径、小于500微米直径，或者甚至小于100微米直径的光斑大小的1W到100W范围内的激光束功率，可产生超过1W/mm2、100W/mm2或者甚至超过2500W/mm2的功率密度。作为一个实例，假设光谱由30％的蓝色泵浦光和70％的所转换的黄光组成，并假设斯托克斯和量子损耗的最佳情况，我们可对0.1W/mm2、10W/mm2、或者甚至超过250W/mm2的磷光体中的10％的总损耗计算热量形式的耗散功率密度。因此，甚至对于此最佳情况实例，有极大的量的热量要消散。在高强度激光激发下在磷光体内产生的此热量可限制磷光体转换性能、颜色质量和寿命。
对于最佳的磷光体性能和寿命，不仅磷光体材料本身应具有高热导率，而且其也将附接到带有高热导率接头的基板或者公共支撑构件，以使热量远离磷光体并将其传输到热沉。在本发明中，磷光体或者和CPoS中的激光二极管一样附接到公共支撑构件，或者附接到随后附接到公共支撑构件的中间基板构件。用于公共支撑构件或者中间基板构件的候选材料是SiC、AlN、BeO、钻石、铜、铜钨、蓝宝石、铝，等等。必须仔细考虑将磷光体连接到基板构件或者公共支撑构件的界面。连接材料应由高热导率材料组成，例如焊料(等等)，并且基本上没有空洞或者其他会阻止热流的缺陷。在一些实施方式中，可使用胶料紧固磷光体。理想地，磷光体键合界面将具有相当大的面积，在界面的磷光体侧和支撑构件侧上都具有平面。
在本发明中，激光二极管输出束必须配置为入射到磷光体材料上以激发磷光体。在一些实施方式中，激光束可直接入射到磷光体上，在其他实施方式中，激光束可与光学器件、反射器或者其他物体相互作用，以在入射到磷光体上之前操作激光束。这种光学器件的实例包括，但不限于球透镜、非球面准直器、非球面透镜、快轴或慢轴准直器、分色镜、转镜、光学隔离器，但是可以是其他的。
该设备通常具有带有非引导激光束特征的自由空间，非引导激光束特征将激光束的发射从激光器器件传输到磷光体材料。激光束光谱宽度、波长、大小、形状、强度和偏振被配置为激发磷光体材料。可通过将其定位在离磷光体精确距离处来构造激光束，以利用激光二极管的光束发散特性并实现预期的光斑大小。在一个实施方式中，优化从激光器到磷光体的入射角度以在磷光体上实现预期光束形状。例如，由于激光器孔径的不对称性和光束的快轴与慢轴上的不同的发散角，配置为与磷光体正交的从激光器产生的磷光体上的光斑的形状将是椭圆形的，快轴直径通常大于慢轴直径。为了补偿这一点，可优化磷光体上的激光束入射角以在慢轴方向上拉伸激光束，使得激光束在磷光体更圆。在其他实施方式中，可使用诸如准直透镜的自由空间光学器件使光束在入射到磷光体上之前成形。光束的特征可在于大于50％且小于100％的偏振纯度。如本文中使用的，术语“偏振纯度”表示，大于50％的所发射的电磁辐射处于基本上类似的偏振状态中，例如横向电场(TE)或者横向磁场(TM)偏振状态，但是可具有其他与普通含义一致的含义。
白光设备还具有电输入接口，其配置为使电输入功率耦合到激光二极管器件以产生激光束并激发磷光体材料。在一个实例中，入射到磷光体上的激光束具有小于0.1W、大于0.1W、大于0.5W、大于1W、大于5W、大于10W，或者大于20W的功率。白光源配置为产生大于1流明、10流明、100流明、1000流明、10000流明或者更大的白光输出。
支撑构件配置为将热能从激光二极管器件和磷光体材料中的至少一个传输到热沉。支撑构件配置为提供小于每瓦特耗散功率10℃、小于每瓦特耗散功率5℃，或者小于每瓦特耗散功率3℃的热阻抗来表征从激光器器件到热沉的热路径。支撑构件由导热材料组成，例如带有大约400W/(mK)的热导率的铜，带有大约200W/(mK)的热导率的铝，带有大约370W/(mK)的热导率的4H-SiC，带有大约490W/(mK)的热导率的6H-SiC，带有大约230W/(mK)的热导率的AlN，带有大约＞1000W/(mK)的热导率的人造钻石，蓝宝石，或者其他金属，陶瓷，或者半导体。支撑构件可由诸如SiC、AlN或者人造钻石的生长处理形成，然后通过机加工、切割、修剪或者模塑而机械地成形。另选地，支撑构件可通过机加工、切割、修剪或者模塑，由诸如铜、铜钨、铝等的金属形成。
在此CPoS白光源的一个优选构造中，公共支撑构件包括相同的基板，含镓氮激光二极管芯片直接键合到该基板。也就是说，将激光二极管芯片向下安装到或者附接到基板，基板由诸如SiC、AlN或者钻石的材料构成，和磷光体材料也安装到此基板，使得基板是公共支撑构件。磷光体材料可具有位于基板和磷光体之间的中间材料。中间材料可由诸如铜的导热材料组成。激光二极管可使用传统的裸片附接技术(其使用诸如AuSn焊料的焊料)附接到基板的第一表面，但是可以是其他技术，例如诸如SAC305的SAC焊料、含铅焊料，或者铟，但是可以是其他的。在一个另选实施方式中，烧结的银膏或者膜可用于界面处的附接处理。可使用标准处理设备和循环温度分配或者沉积烧结银附接材料，带有更高的热导率和改进的电导率的附加好处。例如，AuSn具有大约50W/mK的热导率和大约16微姆*cm的电导率，而无压烧结银可具有大约125W/mK的热导率和大约4微姆*cm的电导率，或者加压烧结银可具有大约250W/mK的热导率和大约2.5微姆*cm的电导率。由于从膏状到烧结状的熔化温度的极端变化(260℃-900℃)，处理可避免下游处理的热负载限制，允许整个装置自始至终具有非常好的且一致的键合。类似地，磷光体材料可使用焊接技术键合到基板，例如AuSn焊料、SAC焊料、含铅磷光体，或者带有铟，但是其可以是其他技术，例如烧结银界面材料。接头还可由导热胶、热环氧树脂(例如银环氧树脂)、热粘合剂和其他材料形成。另选地，接头可由金属-金属键合形成，例如Au-Au键合。为了最低热阻抗而优化键合是从磷光体散热的关键参数，这对防止磷光体劣化和磷光体材料的热淬火是关键的。
在此CPoS白光源的一个另选构造中，使激光二极管键合到构造在含镓氮激光芯片和公共支撑构件之间的中间基板。在此构造中，中间基板可由SiC、AlN、钻石等组成，并且激光器可使用传统的裸片附接技术附接到基板的第一表面，该技术使用诸如AuSn焊料的焊料，但是可以是其他技术。在一个另选实施方式中，烧结的银膏或者膜可用于界面处的附接处理。可使用标准处理设备和循环温度分配或者沉积烧结银附接材料，有更高的热导率和改进的电导率的附加好处。例如，AuSn具有大约50W/mK的热导率和大约16微姆*cm的电导率，而无压烧结银可具有大约125W/mK的热导率和大约4微姆*cm的电导率，或者加压烧结银可具有大约250W/mK的热导率和大约2.5微姆*cm的电导率。由于从膏状到烧结状的熔化温度的极端变化(260℃-900℃)，处理可避免下游处理的热负载限制，允许整个装置自始至终具有非常好的且一致的键合。基板的第二表面可使用类似的技术附接到公共支撑构件，但是可以是其他的技术。类似地，磷光体材料可具有中间材料或者位于公共支撑构件和磷光体之间的基板。中间材料可由诸如铜的导热材料组成。磷光体材料可使用焊接技术键合。在此构造中，公共支撑构件应由诸如铜的导热材料构成。为了最低热阻抗而优化粘结是从磷光体散热的关键参数，这对防止磷光体劣化和磷光体材料的热淬火是关键的。
在本发明的一个具体实施方式中，CPoS白光源配置为用于在透射模式中操作的侧面泵浦磷光体。在此构造中，将磷光体定位在输出激光束的激光器面的前部，使得在激活时所产生的激光束入射到磷光体的背面上，其中激光器和磷光体都构造在支撑构件上。含镓氮激光二极管配置有腔体，腔体具有大于100μm、大于500μm、大于1000μm，或者大于1500μm长的长度，和大于1μm、大于10μm、大于20μm、大于30μm，或者大于45μm的宽度。腔体配置有在端部上的前面或者前镜及背面或者背镜，其中，前面包括输出面并配置为发射入射到磷光体上的激光束。前面可配置有抗反射涂层以减小反射率，或者完全没有涂层，从而允许辐射通过没有过大反射率的镜子。在一些情况中，涂层可配置为稍微增加反射率。由于从腔体构件的后端将不发射激光束，所以背面或者背镜配置为将辐射反射回到腔体中。例如，背面包括高度反射的涂层，其有大于85％或者95％的反射率。在一个实例中，磷光体由掺有Ce3+离子的陶瓷钇铝石榴石(YAG)构成并发射黄光发射。将磷光体的形状配置为块、板、球、筒，或者其他几何形状。具体地，磷光体几何主尺寸可小于50μm，小于100μm，小于200μm，小于500μm，小于1mm，或者小于10mm。在透射模式中操作，磷光体具有用于接收入射激光束的第一主侧面(后侧)，和至少一个第二主侧面(前侧)，在第二主侧面，大多数有用的白光将离开磷光体以耦合到该应用。使磷光体附接到位于激光二极管输出面前部的公共支撑构件或者基板，使得配置为接收激发光的磷光体的第一主侧面将位于激光输出束的光学路径上。激光束几何形状、大小、光谱宽度、波长、强度和偏振，配置为激发磷光体材料。透射模式磷光体操作的一个优点是，减轻激发源阻止或者阻碍从主发射表面发射任何有用的白光。另外，通过从磷光体的背面激发，将没有与激发源或者光束相关的可能使光学器件难以集成以使白光准直或者投射的阻碍。在另选实施方式中，YAG:Ce可配置为发射绿光发射。在又一另选的或者相同的实施方式中，YAG可掺有Eu以发射红光发射。在另选实施方式中，氮化硅或者氮氧化铝可用作用于红光、绿光、黄光或者蓝光发射的晶体基质材料。
图6展示了举例说明根据本发明的基于在含镓氮衬底技术形成的传统激光二极管的CPoS集成白光源的透射实施方式的示意图。基于激光器的CPoS白光源由基板材料301组成，其用作配置为用作激光二极管芯片302和最终安装面之间的中间材料并用作磷光体材料306和最终安装面之间的中间材料的公共支撑构件。基板配置有电极303和304，其可形成为具有沉积金属层，例如Au。在一个实例中，Ti/Pt/Au用于电极。焊线305配置为使来自基板上的电极303和304的电功率耦合到激光二极管芯片，以产生从激光二极管输出的激光束。激光束输出激发位于激光器输出面前部的磷光体板306。磷光体板附接到台阶307或凹入区域上的基板。电极303和304配置为用于电连接到外部电源，例如激光驱动器、电流源，或者电压源。焊线可在电极上形成以使功率耦合到激光二极管器件。当然，这仅是构造的一个实例，可存在许多此实施方式的变型，包括但不限于不同形状的磷光体，不同的基板或者公共支撑构件的几何形状设计，不同的激光输出束相对于磷光体的方向，不同的电极和电气设计，等等。
图7展示了举例说明根据本发明的CPoS集成白光源的另选的透射实施方式的示意图。在此实施方式中，利用含镓氮剥离和转移技术来制造非常小的且紧凑的基板构件，其中激光二极管芯片由转移外延层形成。基于激光器的CPoS白光装置由基板材料301组成，其用作配置为用作激光二极管302(其在转移的含镓氮外延层中形成)和最终安装面之间的中间材料并用作磷光体板材料305和最终安装面之间的中间材料的公共支撑构件。激光二极管或者CoS基板配置有电极303和304，其可形成为具有沉积金属层和金属层的组合，包括但不限于Au、Pd、Pt、Ni、Al、Ti，等等。激光束输出激发位于输出面前部的磷光体板305。磷光体板在台阶306或凹入区域上附接到基板。电极303和304配置为用于电连接到外部电源，例如激光驱动器、电流源，或者电压源。焊线可在电极上形成以使电功率耦合到激光二极管器件，以产生从激光二极管输出的激光束。
在本发明的许多实施方式中，必须仔细地设计并处理磷光体和公共支撑构件之间的附接界面。应使用合适的附接材料、界面几何形状，以及附接处理实践，将此附接接头的热阻抗减到最小，以使热阻抗足够低到允许散热。而且，附接界面可设计为增加反射率以将离开磷光体的发射表面的有用的白光增到最大。这些实例包括AuSn焊料、诸如SAC305的SAC焊料，含铅焊料，或者铟，但是可以是其他的。在一个另选实施方式中，烧结的银膏或者膜可用于界面处的附接处理。接头还可由导热胶、热环氧树脂及其他材料形成。带有激光器和磷光体材料的公共支撑构件配置为提供小于每瓦特耗散功率10℃或者小于每瓦特耗散功率5℃的热阻抗，以表征从激光器器件到热沉的热路径。支撑构件由导热材料组成，例如铜、铜钨、铝、SiC、蓝宝石、AlN，或者其他金属，陶瓷，或者半导体。侧面泵浦透射设备具有其特征在于长度、宽度和高度的形状因数。在一个实例中，高度的特征在于小于25mm且大于0.5mm的尺寸，尽管可存在变型。
为了改进集成白光源的效率，可采取措施将从第一表面出射的光的量减到最小，其中，激光器激发光入射到磷光体上，并将离开磷光体的第二主白光发射侧的光增到最大，有用的白光在该第二主白光发射侧离开。这些措施可包括，使用滤光片、光谱选择性反射器、传统的镜子、空间镜、基于偏振的滤光片、全息元件，或者涂层，但是可以是其他的。
在一个用于透射模式磷光体的实例中，将滤光片定位在磷光体的背面上以朝向磷光体的前部反射向后传播的黄光发射，在磷光体的前部，其具有另一离开主发射表面进入有用的白光的机会。在此构造中，反射器将必须设计为不阻止来自激光器的蓝色激发光。反射器可由光谱选择性分布式布喇格反射器(DBR)镜构成，其由2个或更多个交替的有不同折射率的设计为在较宽范围的角度上反射黄光的层组成。DBR可使用诸如电子束沉积、溅射沉积，或者热蒸发的技术直接沉积在磷光体上。另选地，DBR可以是应用于磷光体的板状元件的形式。由于在由黄光发射和蓝光发射的混合构成的典型的白光源中，黄光发射包括大约70％的能量，所以反射黄光的此方法在许多应用中可以是足够的措施。
在另一个用于透射模式磷光体的实例中，将滤光片系统定位在磷光体的背面上以朝向磷光体的前部反射向后传播的黄光发射和向后散射的蓝色激发光，在磷光体的前部，其具有另一离开主发射表面进入有用的白光的机会。此构造的挑战是，允许向前传播的蓝色泵浦激发光通过滤光片，不允许向后散射传播的蓝光通过。一种克服此挑战的方法是，利用对入射角反射率依赖性设计的滤光片并以入射角构造激光器，其中反射率是最小值，例如正入射。而且，在此构造中，反射器可由DBR镜构成，使得一个DBR镜对将反射黄光，第二DBR对将用来反射具有确定角关系的蓝光。DBR可使用诸如电子束沉积、溅射沉积，或者热蒸发的技术直接沉积在磷光体上。另选地，DBR可以是应用于磷光体的板状元件的形式。
图8展示了举例说明根据本发明的CPoS集成白光源的另选的透射实施方式的示意图。在此实施方式中，利用含镓氮剥离和转移技术来制造非常小的且紧凑的基板构件，其中由转移外延层形成激光二极管芯片。当然，诸如图4和图6所示的基板上芯片的传统的基板上芯片实施方式可用于包括用于改进效率的光学元件的此实施方式。基于激光器的CPoS白光装置由基板材料301组成，其用作配置为用作激光二极管302(其在转移的含镓氮外延层中形成)和最终安装面之间的中间材料并用作磷光体板材料305和最终安装面之间的中间材料的公共支撑构件。激光二极管或者CoS基板配置有电极303和304，其可形成为具有沉积金属层和金属层的组合，包括但不限于Au、Pd、Pt、Ni、Al、Ti，等等。激光束输出激发位于激光器输出面前部的磷光体板305。在此实施方式中，磷光体涂有材料307，其配置为增加白光源的效率，使得更多有用的白光从磷光体的主发射表面离开。在此实施方式中，涂层307配置为增加黄光发射及可能蓝光发射的反射率，以使光反射回前发射表面。磷光体板附接到台阶306或凹入区域上的基板。电极303和304配置为用于电连接到外部电源，例如激光驱动器、电流源，或者电压源。焊线可在电极上形成以使电功率耦合到激光二极管器件，以产生从激光二极管输出的激光束。
第二种克服在允许向前蓝光发射穿过的同时反射向后传播的蓝光发射和黄光发射的挑战的方法是，利用组合黄色光谱选择性反射器的滤光片系统，例如DBR和用于蓝光的基于偏振的反射器。由于来自激光激发源的蓝光发射可以大于90％或者大于95％的偏振比高度偏振，并且向后传播的散射的蓝光将具有混合偏振，所以基于偏振的反射器可配置为允许激光二极管输出束(例如TE)的偏振状态自由地通过同时用作其他偏振状态的反射器的滤光片。此构造将可能需要两个可组合到单个物片中的元件。第一个元件将是黄光反射器，例如DBR镜对或者另一设计为反射黄光的单层膜或者多层膜。第二个元件将是偏振敏感材料，例如塑料，陶瓷，金属，或者玻璃。DBR或者其他黄色反射材料可使用诸如电子束沉积、溅射沉积，或者热蒸发的技术直接沉积在磷光体上或者偏振滤光片元件上。另选地，DBR可以是应用于磷光体的板状元件的形式。偏振敏感元件可沉积在磷光体上或者定位、胶粘或附接到磷光体的背面上。
第三种克服在允许向前蓝光发射通过的同时反射向后传播的蓝光发射和黄光发射的挑战的方法是，利用组合黄色光谱选择性反射器的滤光片系统，例如DBR和用于蓝光的基于空间的反射器。此构造将可能需要两个可组合到单个物片中的元件。第一个元件将是黄光反射器，例如DBR镜对或者另一设计为反射黄光的单层膜或者多层膜。第二个元件将由反射蓝光的元件组成，并将以选择性方式应用于磷光体的背面，使得其在激光束入射到磷光体上的地方不存在，但是在激光束不入射的区域上存在。第二个元件可以是另一DBR涂层堆或者宽带反射器材料，例如Ag或者Al。诸如DBR和其他黄色反射材料的第一个元件和在空间上反射蓝光的第二个元件都可使用诸如电子束沉积、溅射沉积，或者热蒸发的技术直接沉积在磷光体上或者偏振滤光片元件上。另选地，DBR可以是应用于磷光体的板状元件的形式。偏振敏感元件可沉积在磷光体上或者定位、胶粘或附接到磷光体的背面上。
在其他实施方式中，可使用涂层或者其他材料减小磷光体的前发射表面的反射率。在又一实施方式中，可应用涂层或者附加元件以减小磷光体表面上的入射光束的反射率。在使用离轴激光束入射角的构造中，这种减小磷光体上的激光束的反射率的措施可能是关键的。
在本发明中，激光二极管输出束必须配置为入射到磷光体材料上以激发磷光体。该设备通常具有带有非引导激光束特征的自由空间，非引导激光束特征将激光束的发射从激光器器件传输到磷光体材料。激光束光谱宽度、波长、大小、形状、强度和偏振配置为激发磷光体材料。具体地，在许多应用中，希望具有圆形激光激发束，使得磷光体上的所照亮的光斑也是圆形的，并且产生的白光发射从圆形区域辐射。这种圆形区域对于使用传统的光学器件和常用于圆形发射的反射器形成准直光源或者点光源是有利的。另外，圆形光束在磷光体中产生一些对称性，使得没有会导致磷光体转换效率变化或者甚至启动磷光体中的故障机构的热点。
此相同的概念也可用来产生其他形状，例如椭圆形，圆锥形，长方形，或者其他用于需要非圆形光束的应用的形状。例如在汽车前灯中，希望定制化空间图案在预期区域中产生照明，并在光束图案中产生更深的光斑，以避免对其他迎面而来的驾驶员产生强光。
当光束在自由/非引导空间中传播时，来自典型边缘发光二极管激光器的输出束的固有发散特性导致在x方向(慢发散轴)上和y方向(快发散轴)上展开的光束。复杂的问题是，从激光二极管中的波导约束特征产生的快轴和慢轴上的光束的不同的发散率。例如，典型的半峰全宽(FWHM)光束发散角的范围从慢轴中的大约5-20度到快轴中的10至40度，但是可以是其他的。激光束的发散的另一措施是，在功率已经下降到1/e2水平的输出束中的点采用的发散角。对于此1/e2措施，典型的光束发散角的范围从慢轴中的10-30度到快轴中的20至80度，但是可以是其他的。因此，快轴与慢轴发散角的比例的范围从大约2:1到大约4:1。产生的从自由空间/非引导激光束投射的光斑是椭圆形形状，通常带有比慢轴直径大的快轴直径。图9展示了举例说明来自激光二极管的椭圆形输出束的一个实例的示意图，激光二极管有θ1的快轴发散角、D1的快轴光斑直径、θ2的慢轴发散角，以及D2的慢轴光斑直径。
图10示意性地举例说明了可用来计算快轴或者慢轴中的光束直径的几何形状的简化实例，激光二极管远离平面距离为L。为了计算光斑直径D1和D2的数量值，必须知道激光二极管孔径尺寸，以及平投影表面离激光器孔径的距离。图11展示了快轴光斑直径D1、慢轴光斑直径D2，以及对于变化的离激光器孔径的距离L的快轴与慢轴直径的比例的图。图11的实例计算假设40度的1/e2快轴发散角、20度的1/e2慢轴发散角、25μm的孔径宽度，以及1μm的孔径高度。如在用于此实例的图中看到的，对于远离激光器孔径大于100μm的投影表面(即，磷光体)，光束快速地变成椭圆形，快轴直径比慢轴直径大大约2倍。在远离孔径大约70μm的距离处，快轴直径和慢轴直径几乎相等，大约是50μm。因此，为了通过此激光二极管构造实现最圆的光斑，磷光体应放在激光二极管前面大约70μm处，其中光斑的直径将是50μm。虽然不使用附加光学器件来准直并成形而具有圆形光束将是有利的，但是这种设计可能不是最实际实施的，因为磷光体位于激光器附近，这可能产生装配和制造的挑战。而且，如果磷光体质量和/或散热无法承受高功率密度，那么带有非常高的大于1W或者大于4W的功率的非常小的光束直径会在磷光体中产生问题。然而，当使磷光体进一步从孔径移动时，光束快速地变成椭圆形，这在许多应用中将不是和圆形光斑一样是理想的。
在本发明的一个实施方式中，将准直光学器件定位在激光二极管和磷光体之间以使输出激光束准直并成形。通过将自由空间光学器件放在输出激光束前面，可使光束形状成形以提供圆形光束轮廓，并使光束形状准直使得磷光体可位于带有较大公差的面的前面一定距离处，并保持相对恒定的光斑大小。在一个实例中，使用非球面透镜来使激光束准直和/或成形。在一个另选实施方式中，使用快轴准直(FAC)和/或慢轴准直(SAC)透镜来使激光束准直。在另选实施方式中，可包括各种组合的其他光学器件，以使光束成形、准直、指向、过滤或者操作。这种光学器件的实例包括，但不限于再成像反射器、球透镜、非球面准直器、分色镜、转镜、光学隔离器，但是可以是其他的。
图12展示了举例说明根据本发明的CPoS集成白光源的透射磷光体实施方式的示意图，CPoS集成白光源包括自由空间光学器件以使激光束准直并成形从而入射到磷光体上。在此实施方式中，利用含镓氮剥离和转移技术来制造非常小的且紧凑的基板构件，其后由转移外延层形成激光二极管芯片。
在一个另选的优选实施方式中，可通过使磷光体激发表面相对于激光二极管孔径倾斜并将激光二极管定位在离磷光体设计距离处以利用激光二极管的光束发散特性且实现预期光斑大小，来实现光束成形。此“无光学器件”光束成形实施方式比引入光学元件来进行光束成形和准直的实施方式有利。用于白光源设备的此实施方式的这些优点包括简化设计、更低成本的材料清单、更低成本的装配过程，以及可能更紧凑的白光源。在一个实施方式中，优化从激光器到磷光体的入射角以在磷光体上实现预期光束形状。如对图11的实例讨论的，通过将磷光体定位在远离激光器孔径大约70μm的地方，可实现相对均匀的带有大约50μm直径的光束。除了控制激光器离磷光体的距离以外，激光束的入射角还可用来控制入射到磷光体上的光束的形状。作为一个实例，图13示出了当使磷光体或者投影表面相对于快轴倾斜时对光斑大小的影响。通过沿着此轴倾斜，在磷光体上产生更大的快轴直径D1，使得光束光斑变得更椭圆形。按照相同的原理，如图14中举例说明的，当使磷光体或者投影表面围绕慢轴旋转时，可增加慢轴直径D2，使得光斑直径比变得更接近1，并且光束变得更圆。
图15示意性地举例说明了可用来计算快轴或者慢轴中的光束直径(r1+r2)的几何形状的简化实例，激光二极管远离倾斜的磷光体或者投影表面距离为L，磷光体或者投影表面以角度ω从快轴或者慢轴倾斜。通过实现该几何形状，可对相对圆形的光束形状确定最佳顺序和最佳磷光体倾斜角。例如，图16展示了快轴光斑直径D1、慢轴光斑直径D2，以及对于变化的离激光器孔径的距离L的快轴光斑直径与慢轴光斑直径的比例的图，假设相对于慢轴是33度的磷光体倾斜角。图16的实例计算假设40度的1/e2快轴发散角、20度的1/e2慢轴发散角、25μm的孔径宽度，以及1μm的孔径高度。如在用于此实例的图中看到的，对于诸如磷光体的投影表面，1的光束比出现在隔离激光器孔径和磷光体的大约600μm的距离L处，其中光束直径D1和D2是大约500μm。优化此构造以甚至在L的大范围上保持1的光束比和对应的光斑大小。
图17展示了举例说明根据本发明的CPoS集成白光源的透射磷光体实施方式的示意图，CPoS集成白光源包括倾斜磷光体设计以在激光器上实现更圆的激发光斑。在此实施方式中，在基板上安装传统的包含完整激光二极管芯片的基板。基于激光器的CPoS白光装置由基板材料301组成，其用作配置为用作激光二极管芯片302和最终安装面之间的中间材料并用作磷光体板材料306和最终安装面之间的中间材料的公共支撑构件。激光二极管或者CoS配置有电极303和304，其可形成为具有沉积金属层和金属层的组合，包括但不限于Au、Pd、Pt、Ni、Al、Ti，等等。焊线305配置为耦合来自电极303和304的电功率。使磷光体板306围绕激光二极管输出的慢轴倾斜，以在磷光体上导致更圆的激发光斑。例如，根据图15中的计算，磷光体可位于大约33度的角度。磷光体板附接到台阶307或凹入区域上的基板。电极303和304配置为用于电连接到外部电源，例如激光驱动器、电流源，或者电压源。焊线可在电极上形成以使电功率耦合到激光二极管器件，以产生从激光二极管输出的激光束。
图18展示了举例说明根据本发明的CPoS集成白光源的透射磷光体实施方式的示意图，CPoS集成白光源包括倾斜磷光体设计以在激光器上实现更圆的激发光斑。在此实施方式中，利用含镓氮剥离和转移技术来制造非常小的且紧凑的基板构件，带有由转移外延层形成的激光二极管芯片。
在本发明的另选实施方式中，在透射模式中操作多个磷光体以发射白光。在一个实例中，紫色激光二极管配置为发射395nm到425nm的波长，并激发第一蓝色磷光体和第二黄色磷光体。在此构造中，可使第一蓝色磷光体板熔化到或者粘结到第二黄色磷光体板。在一个实际构造中，激光束将直接入射到第一蓝色磷光体上，其中蓝光发射的一部分将激发第二黄色磷光体以发射黄光发射，从而与蓝光发射组合并产生白光。另外，基本上将全部吸收紫色泵浦光，因为可能未在蓝色磷光体中吸收的光然后将在黄色磷光体中被吸收。在一个另选的实际构造中，激光束将直接入射到第二黄色磷光体上，其中紫色电磁发射的一部分将在黄色磷光体中被吸收以激发黄光发射，剩下的紫光发射将通向蓝色磷光体并产生蓝光发射，以使黄光发射与蓝光发射组合并产生白光。
在根据本发明的多磷光体透射实例的一个另选实施方式中，以425nm到480nm的波长操作的蓝色激光二极管配置为激发第一绿色磷光体和第二红色磷光体。在此构造中，可使第一绿色磷光体板熔化到或者粘结到第二红色磷光体板。在一个实际构造中，激光束将直接入射到第一绿色磷光体上，其中绿光发射的一部分将激发第二红色磷光体以发射红光发射，从而与绿色磷光体发射和蓝色激光二极管发射组合以产生白光。在一个另选的实际构造中，激光束将直接入射到第二红色磷光体上，其中蓝色电磁发射的一部分将在红色磷光体中被吸收以激发红光发射，剩下的蓝色激光发射的一部分将通向绿色磷光体并产生绿光发射，以与红色磷光体发射和蓝色激光二极管发射组合从而产生白光。此实施方式的好处或者特征是更高的颜色质量，其可从由红光、绿光和蓝光发射组成的白光实现。当然，可存在本发明的其他变型，包括集成不止两个磷光体，并且可包括红色、绿色、蓝色和黄色磷光体中的一个或者其组合。
在侧面泵浦磷光体构造的又一变型中，实现“点光源”或者“点光源状”CPoS白光发射装置。在此构造中，磷光体将具有三维几何形状，例如立方体几何形状或者球体几何形状，使得可从多个主发射表面发射白光，理想地从三维磷光体几何形状的整个表面积发射白光。例如，在立方体几何形状中，立方体的多达所有六个面发射白光，或者在球体构造中，整个表面可发光以产生完美的点光源。在本发明的一些实际实现方式中，三维磷光体几何形状的某些表面由于障碍或者阻碍的原因而可以不自由地发光。例如，在此实施方式的一些构造中，磷光体附接到公共支撑构件，其中公共支撑构件可以不是完全透明的。在此构造中，安装面或者支撑构件将阻止来自面向安装面或者支撑构件的磷光体的侧面或者部分的磷光体发射。此阻止将减小点光源白光发射器的整体效率或者质量。然而，可使用各种技术将此发射阻止最小化或者减轻，以提供非常有效的点光源。在一个构造中，磷光体由光学透明件支撑，使得光在所有方向上从磷光体点光源自由地发射。在一个变型中，磷光体由光学透明材料完全包围或者封装，例如固体材料，例如SiC、蓝宝石、钻石、GaN，等等，或者液体材料，例如水或者更导热的液体。
图19a展示了举例说明根据本发明的CPoS集成白光源的点光源激光泵浦磷光体实施方式的示意图，CPoS集成白光源包括带有三维几何设计以提供点光源的磷光体。在此实施方式中，利用含镓氮剥离和转移技术来制造非常小的且紧凑的基板构件，带有由转移外延层形成的激光二极管芯片。多达磷光体的所有侧面可发光，但是在一些实施方式中，例如图19a所示的实施方式，可从磷光体附接到台阶307或凹入区域上的基板的安装面阻止发射。电极303和304配置为用于电连接到外部电源，例如激光驱动器、电流源，或者电压源。焊线可在电极上形成以使电功率耦合到激光二极管器件，以从激光二极管产生激光束306输出。
在一些根据本发明的实施方式中，可对单晶或者多晶磷光体材料结构应用周期性2D光子晶体结构。该结构将用来抑制设定方向上的发射，并重新引导光在适合于且被选择为用于装置设计的方向上离开晶体。磷光体结构今天主要是朗伯发射器，但除了波导和临界角起作用的地方。许多磷光体今天满足产生光子晶体结构所需的基本材料需求—(带有低光学吸收的介电材料或者金属-介电材料)。对磷光体板材料增加光子晶体结构将允许在这些材料中的一个方向上相对于另一方向增强光提取。这可使激发和发射特征分开，从而允许更大的设计灵活度。
在侧面泵浦磷光体实施方式的又一变型中，从侧面激发磷光体，并且磷光体配置为从顶面发射大部分白光。在此构造中，磷光体将最可能具有立方体几何形状、圆柱体几何形状、有小面的几何形状、六角形几何形状、三角形几何形状、金字塔形几何形状，或者其他多边几何形状，其中白光配置为主要从磷光体的顶面发射。在此构造中，激光束将从磷光体的第一侧进入磷光体，在该第一侧，带有第一波长的激光器激发光的一部分将转换成第二波长。磷光体的此第一侧可配置为用于改变反射率，例如涂层或者处理以减小蓝色或者紫色波长范围内的反射率，并用于对磷光体发射波长范围(例如黄色)增加反射率。在侧面泵浦实施方式的一个实例中，激光器激发光束以布鲁斯德角入射到磷光体的第一侧上。可对磷光体的附加侧涂覆、处理或者成形，以增加对激光器激发波长和磷光体转换波长的反射率，使得将在磷光体内反射磷光体内的光，直到其从顶部离开为止。可使用特殊的磷光体成形或者涂覆技术来增加离开顶面的光的部分。此构造的第一个很强的优点是，白光光斑大小由磷光体大小控制，这可通过避免由于散射、反射和缺少磷光体中的有效吸收而出现在磷光体内的光斑大小生长，使能比另选的透射模式或者反射模式更小的光斑大小。超小的光斑大小对于定向应用中的大多数有效准直来说是理想的。此构造的第二个优点是理想的散热构造，其中对于磷光体构件，其与磷光体的整个底面可热附接到和机械附接到热沉的反射模式构造相同。进一步，由于激光二极管器件不需要厚的或者成角度的中间支撑构件来和反射模式构造中一样提高光束并控制角度入射，所以可将激光器安装在更靠近基底构件的地方，以得到更短的到热沉的导热路径。第三个优点是用于安全性的固有设计，因为主发射可来自与激光束方向正交的磷光体的顶面，使得在磷光体破坏或者损坏的事件中，激光束将不指向白光捕获的方向。在此构造中，如果将移除或者损坏磷光体，那么激光束将入射到封装的侧面上。而且，此构造将避免反射构造中的可能的问题，在反射构造中，离开的光束可产生入射光束在表面的顶部上的反射。在此侧面泵浦构造中，反射的光束将基本上包含在封装中。第四个优点是，由于激光二极管或者SLED器件可平装在基底构件上，所以可简化装配过程和部件。在此侧面泵浦构造中，促进从磷光体的顶面的主发射可能是有利的。这可通过促进光从顶面离开的处理来实现，例如应用抗反射涂层或者粗加工，以及通过减少光从侧面和底面离开的处理来实现，例如应用高反射层，例如金属层或者介电层。
图19b展示了举例说明根据本发明的集成激光器-磷光体白光源的另选实施方式中的侧面泵浦磷光体的示意图，集成激光器-磷光体白光源包括带有三维几何设计以提供点光源的磷光体。基于激光器的白光源装置由基板材料301组成，其用作配置为用作激光二极管芯片302和最终安装面(例如封装构件的表面)之间的中间材料的支撑构件。基板配置有电极303和304，其可形成为具有沉积金属层，例如Au。在一个实例中，Ti/Pt/Au用于电极。在此实例中，激光二极管芯片的p侧向下安装，从芯片的n侧向基板构造焊线305。提供给基板上的电极303和304的电功率对激光二极管芯片供应电流，以产生从激光二极管输出的激光束306。激光束输出激发位于激光器输出面前部并安装在基板或者支撑构件308上的磷光体板307。基板构件308用作激光二极管芯片307和最终安装面(例如封装构件的表面)之间的中间材料。电极303和304配置为用于电连接到外部电源，例如激光驱动器、电流源，或者电压源。焊线可在电极上形成以使功率耦合到激光二极管器件，以从激光二极管306产生发射光束。发射光束306配置为激发侧面上的磷光体307，其中，至少从顶面发射白光或者波长转换的光309。在一个优选实施方式中，顶面配置为减小反射率以促进光发射，这可通过光学涂覆、粗加工，或者另一处理来构造。
在其他变型中，支撑构件可用来操纵集成白光源中的光。在一个实例中，光学透明支撑构件可用作用于使激光到达磷光体的波导。在另一实例中，光学透明支撑构件可配置为将激光传输到磷光体构件。在此变型的支撑构件操纵光的其他实例中，可使支撑构件的形状或者结构配置为形成反射器、镜子、扩散器、透镜、吸收器，或者其他操纵光的构件。在另一变型中，支撑构件也可用作保护性安全措施，以确保当直接发射的激光前进到到达磷光体时不暴露该直接发射的激光。当点光源变得越来越小时，这种产生真正全向发射的点光源越来越有用，这是由于当增加后续光学器件和反射器时发射孔径和发射角度的产品被节省或者丢失(lost)的事实的原因。具体地，例如，可通过较小的光学器件或者反射器使较小的点光源准直。然而，如果对较大的点光源应用相同的较小的光学器件或者反射器组件，那么会减小光学控制和准直。
在CPoS白光源的另一具体优选实施方式中，本发明配置为用于反射模式磷光体操作。在一个实例中，当有用的白光从相同的主表面发射时，激发激光束通过该相同的主表面进入磷光体。也就是说，在反射模式中操作，磷光体可具有配置为用于接收入射激发激光束并发射有用的白光的第一主表面。在此构造中，将磷光体定位在输出激光束的激光器面的前部，其中激光器和磷光体都构造在支撑构件上。在一个实例中，磷光体可由掺有Ce的YAG组成并发射黄光发射。磷光体可以是陶瓷磷光体，并且可以是单晶磷光体。优选地将磷光体的形状配置为是基本上平的构件，例如带有诸如正方形、长方形、多边形、圆形或者椭圆形的形状的板或者片，并且特征在于厚度。在一个优选实施方式中，磷光体的大表面积的长度、宽度和/或直径尺寸比磷光体的厚度大。例如，直径、长度和/或宽度尺寸可比厚度大2倍，比厚度大5倍，比厚度大10倍，或者比厚度大50倍。具体地，磷光体板可配置为具有一定直径和厚度的圆，该直径大于50μm、大于100μm、大于200μm、大于500μm、大于1mm，或者大于10mm，该厚度小于500μm、小于200μm、小于100μm，或者小于50μm。反射模式磷光体的关键好处是将其配置为得到非常好的散热的能力，因为磷光体的表面的背面可直接热沉到公共支撑构件或者中间基板构件。由于磷光体优选地是薄的，所以热路径短且可快速地行进到支撑构件。在另选的或者相同的实施方式中，YAG:Ce可配置为发射绿光发射。在又一另选的或者相同的实施方式中，YAG可掺有Eu以发射红光发射。在另选的实施方式中，氮化硅或者氮氧化铝可用作用于红光、绿光、黄光或者蓝光发射的晶体基质材料。
在本发明的反射模式CPoS白光源实施方式的一个实例中，采用光学涂覆、材料选择或者特殊设计考虑因素，以通过将离开磷光体的主表面的光的量增到最大来改进效率。在一个实例中，磷光体的背面可涂有反射层或者具有反射材料位于磷光体的与主发射表面相邻的背面上。反射层、涂层或者材料帮助反射撞击磷光体的背面的光，使得该光将反弹并通过捕获有用的光的主表面而离开。在一个实例中，在使磷光体附接到公共支撑构件之前，将配置为增加对黄光和蓝光的反射率的涂层应用于磷光体。这种涂层可由金属层组成，例如银或者铝，或者其他的，例如金，其将提供良好的热导率和良好的反射率，或者可由配置为单层、多层，或者DBR组的介电层组成，但是可以是其他的。在另一实例中，反射材料用作使磷光体附接到支撑构件或者附接到中间基板构件的键合介质。反射材料的实例包括反射焊料，例如AuSn、SnAgC(SAC)，或者含铅磷光体，或者反射胶，但是可以是其他的。关于使磷光体附接到公共支撑构件，热阻抗是关键的考虑因素。应使用用于足够反射率和最低热阻抗的最佳的附接材料、界面几何形状以及附接过程实践，将此附接接头的热阻抗减到最小。这些实例包括AuSn焊料、SAC焊料、含铅焊料、铟以及其他焊料。在一个另选方法中，烧结的银膏或者膜可用于界面处的附接处理。接头还可由导热胶、热环氧树脂(例如银环氧树脂)、热粘合剂及其他材料形成。另选地，该接头可由金属-金属键合形成，例如Au-Au键合。带有激光器和磷光体材料的公共支撑构件配置为提供小于每瓦特耗散功率10℃或者小于每瓦特耗散功率5℃的热阻抗，以表征从激光器器件到热沉的热路径。支撑构件由导热材料组成，例如铜、铝、SiC、蓝宝石、AlN，或者其他金属，陶瓷，或者半导体。反射模式白光源设备具有其特征在于长度、宽度和高度的形状因数。在一个实例中，高度的特征在于小于25mm且大于0.5mm的尺寸，尽管可存在变型。在一个另选实例中，高度的特征在于小于12.5mm且大于0.5mm的尺寸，尽管可存在变型。在又一另选实例中，长度和宽度的特征在于小于30mm、小于15mm，或者小于5mm的尺寸，尽管可存在变型。
本发明的反射模式CPoS白光源实施方式配置有附接到公共支撑构件的磷光体构件，磷光体构件带有较大的主表面，其配置为接收激光激发光并发射有用的白光，白光位于与用来激发磷光体的激光二极管输出束的轴线成正交的角度(大约90度)或者非垂直的角度(大约0度到大约89度)的地方。也就是说，输出激光束以0度和90度之间的角度指向磷光体的发射表面，其中90度(正交的)被认为是正入射。此构造的固有几何形状(其中，在有用的白光将朝向外部世界离开磷光体的方向或者在与其相反的方向上引导激光束远离)对于安全性是理想的。此几何形状的结果是，如果磷光体在操作过程中或在被干预时受损或者移除，那么激光束将不会指向外部世界，其在那里会是有害的。相反，激光束将入射到磷光体所附接的背面上。通过适当地设计此背面，可使激光束分散、吸收，或者远离外部世界，而不是离开白光源并进入周围环境。
在此反射模式CPoS白光源的一个实施方式中，激光束配置为与磷光体主发射表面正交。在此构造中，激光二极管将位于磷光体的主发射表面前部，其在那里会阻止从磷光体发射的有用的白光。这会产生白光装置的损耗或者低效，并将导致难以有效地捕获所有从磷光体发射的白光。这种光学器件和反射器包括，但不限于非球面透镜或者抛物线反射器。为了克服正交入射反射模式磷光体激发的挑战，在一个优选实施方式中，激光束可配置有与磷光体离轴的入射角，使得其以0度和89度之间的角度或者“掠射”角度撞击磷光体表面。在此优选实施方式中，激光二极管器件位于磷光体附近或者其侧面相邻，而不是位于磷光体前面，其在那里将基本上不阻止或者阻碍所发射的白光，并且重要地，允许诸如准直透镜或者反射器的光学器件接入有用的光并将其投射到应用中。另外，在此构造中，构造在安全特征中比构造在正交入射构造中更佳，因为在磷光体损坏或者移除的情况中当以一定角度入射时，入射激光束将不直接从磷光体所附接的支撑构件的背面反射走。通过以离散角或者掠射角撞击表面，可引导光束的任何可能反射的分量留在设备内，并且不离开其会对人、动物和环境造成危险的外部环境。
在一些构造中，激光器激发束入射于其中的磷光体的主顶面配置为减小对蓝色或者紫色激发束波长和/或诸如黄色波长的磷光体发射波长的反射率。可通过使用介电层的磷光体的光学涂覆、磷光体表面的成形，和/或磷光体表面的粗加工，或者其他技术，来实现该减小的反射率。在一些实例中，激光束入射角配置为布儒斯特角或者接近布儒斯特角，其中，优选地通过磷光体的主表面透射带有特殊偏振的光。由于导致用于光束内的平面波的入射角的变化的激光的发散的原因，非常好的透射可能是具有挑战性的，但是理想地，入射到磷光体上的光的大部分会处于布儒斯特角或者接近布儒斯特角。例如，YAG或者LuAG磷光体在紫色和蓝色波长范围内可具有大约1.8的折射率。关于布儒斯特角，作为arctan(n2/n1)而给出的θB(其中，n1是空气的折射率，n2是磷光体的折射率)，将是大约61度(或者大约55到65度)，与正入射的轴线偏离。或者另选地，从与磷光体表面平行的轴线旋转大约29度(或者大约25到35度)。
图20展示了举例说明根据本发明的集成激光器-磷光体白光源的离轴反射模式实施方式的示意图。在此实施方式中，利用含镓氮剥离和转移技术来制造非常小的且紧凑的基板构件，带有由转移外延层形成的激光二极管芯片。进一步，在此实例中，使磷光体相对于激光束的快轴以角度ω1倾斜。基于激光器的白光源装置由支撑构件401组成，支撑构件401用作用于形成于转移含镓氮外延层403中的激光二极管CoS 402的支撑构件。磷光体材料406安装在支撑构件408上，其中支撑构件401和408将附接到公共支撑构件，例如封装构件中的表面，例如表面安装封装。激光二极管或者CoS配置有电极404和405，其可形成为具有沉积金属层和金属层的组合，包括但不限于Au、Pd、Pt、Ni、Al、Ti，等等，例如透明导电氧化物，例如氧化铟锡。激光束输出激发位于激光器输出面前部的磷光体材料406。电极404和405配置为用于电连接到外部电源，例如激光驱动器、电流源，或者电压源。焊线可在电极上形成以使电功率耦合到激光二极管器件，以产生从激光二极管输出并入射到磷光体406上的激光束407。
当光束在自由/非引导空间中传播时，来自典型边缘发光二极管激光器的输出束的固有发散特性导致在x方向(慢发散轴)上和y方向(快发散轴)上展开的光束。复杂的问题是，从激光二极管中的波导约束特征产生的快轴和慢轴上的光束的不同的发散率。例如，典型的半峰全宽(FWHM)光束发散角的范围从慢轴中的大约5-20度到快轴中的10至40度，但是可以是其他的。激光束的发散的另一措施是，在功率已经下降到1/e2水平的输出束中的点采用的发散角。对于此1/e2措施，典型的光束发散角的范围从慢轴中的10-30度到快轴中的20至80度，但是可以是其他的。因此，快轴与慢轴发散角的比例的范围从大约2:1到大约4:1。产生的从自由空间/非引导激光束投射的光斑是椭圆形形状，通常带有比慢轴直径大的快轴直径。对于配置为在快轴方向上离轴入射的激光束，将加剧光束的椭圆形性质，因为角度将增加快轴直径D1，如图13所示。
在本发明的一个实施方式中，来自光束发散和离轴激光束激发入射的光束的椭圆形性质将使用光束成形光学器件(例如准直光学器件)减轻。此光学器件将位于激光二极管和磷光体之间，以在入射磷光体之前使输出激光束成形和/或准直。通过将自由空间光学器件放在输出激光束前面，可使光束形状成形以提供圆形光束轮廓，并使光束准直使得磷光体可位于带有较大公差的面的前面一定距离处，并保持相对恒定的光斑大小。在一个实例中，使用非球面透镜来使激光束准直和/或成形。在一个另选实施方式中，使用快轴准直(FAC)和/或慢轴准直(SAC)透镜来使激光束准直。在另选实施方式中，可包括各种组合的其他光学器件，以使光束成形、准直、指向、过滤或者操作。这种光学器件的实例包括，但不限于球透镜、非球面准直器、分色镜、转镜、光学隔离器，但是可以是其他的。
图21展示了根据本发明的举例说明CPoS集成白光源的离轴反射模式实施方式的示意图。在此实施方式中，利用含镓氮剥离和转移技术来制造非常小的且紧凑的基板构件，带有由转移外延层形成的激光二极管芯片。进一步，在此实例中，使磷光体相对于激光束的快轴以角度ω1倾斜。基于激光器的CPoS白光源由公共支撑构件401组成，公共支撑构件401用作配置为用作激光二极管或者激光二极管CoS 402(其形成于转移含镓氮外延层403中)和最终安装面之间的中间材料并用作磷光体板材料406和最终安装面之间的中间材料的公共支撑构件。激光二极管或者CoS配置有电极404和405，其可形成为具有沉积金属层和金属层的组合，包括但不限于Au、Pd、Pt、Ni、Al、Ti，等等。使激光束通过非球面透镜407以使光束在入射到磷光体板406之前成形和/或准直。使磷光体板附接到表面408上的公共支撑构件。电极404和405配置为用于电连接到外部电源，例如激光驱动器、电流源，或者电压源。焊线可在电极上形成以使电功率耦合到激光二极管器件，以产生从激光二极管输出并入射到磷光体406上的激光束407。
在一个另选的优选离轴反射模式实施方式中，可通过使激光束相对于倾斜的磷光体激发表面旋转来实现光束成形。通过使激光器围绕光束发射轴线旋转，磷光体倾斜将从增加快轴光束直径移动到增加慢轴光束直径，因此，补偿使慢轴光束轴线直径更慢地发散，并得到更圆的光束。“无光学器件”光束成形的此双轴倾斜或者旋转实施方式比引入光学元件来进行光束成形和准直的实施方式有利。用于白光源设备的此实施方式的这些优点包括简化设计、更低成本的材料清单、更低成本的装配过程，以及可能更紧凑的白光源。在一个实施方式中，优化从激光器到磷光体的入射角以在磷光体上实现预期光束形状。
在一些构造中，激光器激发束入射于其中的磷光体的主顶面配置为减小对蓝色或者紫色激发束波长和/或诸如黄色波长的磷光体发射波长的反射率。可通过使用介电层的磷光体的光学涂覆、磷光体表面的成形，和/或磷光体表面的粗加工，或者其他技术，来实现该减小的反射率。在一些实例中，激光束入射角配置为布儒斯特角或者接近布儒斯特角，其中，优选地通过磷光体的主表面传输带有特殊偏振的光。由于导致用于光束内的平面波的入射角的变化的激光的发散的原因，非常好的传输可能是具有挑战性的，但是理想地，入射到磷光体上的光的大部分会处于布儒斯特角或者接近布儒斯特角。例如，YAG或者LuAG磷光体在紫色和蓝色波长范围内可具有大约1.8的折射率。关于布儒斯特角，作为arctan(n2/n1)的θB(其中，n1是空气的折射率，n2是磷光体的折射率)，将是大约61度(或者大约55到65度)，与正入射的轴线偏离。或者另选地，从与磷光体表面平行的轴线旋转大约29度(或者大约25到35度)。
如对图11的实例讨论的，通过将磷光体定位在远离激光器孔径大约70μm的地方，可实现带有大约50μm直径的相对均匀的光束。除了控制激光器离磷光体的距离以外，激光束的入射角还可用来控制入射到磷光体上的光束的形状。作为一个实例，图13示出了当使磷光体或者投影表面相对于快轴倾斜时对光斑大小的影响。通过沿着此轴倾斜，在磷光体上产生更大的快轴直径D1，使得光束光斑变得更椭圆形。按照相同的原理，如图14中举例说明的，当使磷光体或者投影表面围绕慢轴旋转时，可增加慢轴直径D2，使得光斑直径比变得更接近1，并且光束变得更圆。
对于相对于快轴的给定的磷光体倾斜(ω1)，可优化激光束光斑的旋转(ω2)以在磷光体上实现更圆的光束形状。作为一个实例，图22展示了快轴光斑直径D1、慢轴光斑直径D2，以及对于离激光器孔径不同的距离L的快轴光斑直径与慢轴光斑直径的比的图，假设磷光体相对于快轴的倾斜角(ω1)是45度，并且激光器旋转22度(ω2)以使光束相对于慢轴倾斜。图22的实例计算假设40度的1/e2快轴发散角、20度的1/e2慢轴发散角、25μm的孔径宽度以及1μm的孔径高度。如在用于此实例的图中看到的，对于诸如磷光体的投影表面，光束比例在大约200μm的距离L处快速地接近1并在大约800μm的距离L处饱和。因此，在此实例中，对于200μm和更大的距离L(在那里可实现带有200μm和更大的直径的预期光斑大小)，可实现带有大约1的直径比的光束。
图23a展示了举例说明根据本发明的带有激光器旋转的CPoS集成白光源的离轴反射模式实施方式的示意图。在此实施方式中，利用含镓氮剥离和转移技术来制造非常小的且紧凑的基板构件，带有由转移外延层形成的激光二极管芯片。在此实例中，使磷光体相对于激光束的快轴以角度ω1倾斜，并使激光器相对于慢轴以角度ω2旋转。基于激光器的CPoS白光源由公共支撑构件401组成，公共支撑构件401用作配置为用作形成于转移含镓氮外延层403中的激光二极管或者激光二极管CoS 402和最终安装面之间的中间材料并用作磷光体板材料和最终安装面之间的中间材料的公共支撑构件。激光二极管或者CoS配置有电极404和405，其可形成为具有沉积金属层和金属层的组合，包括但不限于Au、Pd、Pt、Ni、Al、Ti，等等。激光束输出激发位于激光器输出面前部的磷光体板406。磷光体板附接到表面408上的公共支撑构件。电极404和405配置为用于电连接到外部电源，例如激光驱动器、电流源，或者电压源。焊线可在电极上形成以使电功率耦合到激光二极管器件，以产生从激光二极管输出并入射到磷光体406上的激光束407。
在一些根据本发明的实施方式中，多个激光二极管光源配置为激发相同的磷光体或者磷光体网络。根据本发明，组合多个激光光源可提供许多可能的好处。首先，可通过光束组合来增加激发功率以提供更强的激发坑，并由此产生更亮的光源。在一些实施方式中，在激光器-磷光体光源内构造各个的独立的激光芯片。通过包括多个各自发射1W、2W、3W、4W、5W或者更大功率的激光器，可增加激发功率，从而将增加光源亮度。例如，通过包括两个3W的激发相同磷光体面积的激光器，可将激发功率增加到6W以使白光亮度翻倍。在每1瓦特激光激发功率产生大约200流明的白光的实例中，白光输出将从600流明增加到1200流明。例如，在一些实施方式中，单个以3-4W输出功率操作的激光二极管可使能至少500流明的白光源。通过增加第二个3-4W激光二极管，光输出可增加到至少1000流明白光源，或者通过增加第二个、第三个和第四个3-4W激光二极管，白光源的光输出可增加到至少2000流明。类似地，在更低的驱动条件下可通过使用多个光源来增加光源的可靠性，以实现与在更严格的条件下驱动的单光源相同的激发功率，例如更高的电流和电压。
具有两个或更多个入射到磷光体上的激光二极管激发束以形成光斑的第二个优点是，得到更预期的光斑几何形状，例如更圆的光斑。在一个实例中，在光源内构造分开的单独激光芯片或者CoS装置，使得使光束相对于彼此旋转，并使第一光束的快轴旋转到第二光束的快轴，例如旋转大约90度。也就是说，通过将多个激光芯片定位在预定构造中，可使多个激发束在磷光体光斑上重叠以产生更理想的光斑几何形状。
第三个重要的优点是，发射装置中的多个彩色激光器可通过改进可见光谱的紫色/蓝色和青色区域中的光谱的填充，明显地改进颜色质量(CRI和CQS)。例如，可包括两个或更多个带有稍微失调的波长(例如，5nm、10nm、15nm，等等)的蓝色激发激光器，以激发黄色磷光体并产生更大的蓝色光谱。如与基于LED的具有大约20-30nm FWHM的蓝光发射的白光源相比的，蓝色激光源可能仅具有1或2nm FWHM。基于类似颜色目标的激光器的白光由于单个激光器的此较窄的发射而缺少大约5-10pts的CRI。通过增加第二个、第三个、第n个与第一个激光器不同的发射波长的激光器，可填充功率谱的这些空区域，并可获得改进的颜色质量。
对发射器的波长的选择由预期的最终光谱和将实现的颜色质量决定。紫色光，尽管无助于可见光颜色质量，但是具有使我们周围的世界中的材料发荧光的能力，从而使其相对于其在近紫外刺激下的环境稍微发光。此附加的颜色好处可通过增加近紫外(400-430nm)激光器而简单地包含在激光器加上磷光体的装置中，以在由该装置发射的最终光谱中提供足够的紫色光。
除了改进颜色质量以外，用更窄光谱的部件替换光谱部件可提供改进的功率谱的整体发光效率和更高的用于该装置的功率效率。这个的实例将是用合适的带有较低的FWHM(LED～20nm，激光器～1nm)的LED或者激光器器件代替具有较大的FWHM(80-100nm)的绿色或者黄色磷光体。今天可在AlInGaP红色LED(20nm FWHM)代替红色磷光体(90nm FWHM)的使用中看到此改进的真实世界实例。由于发光效率改进的原因，对于基于红色LED的光谱来说，整体器件性能比可比较的红色磷光体光谱高得多。
在若干根据本发明的实施方式中，基于激光器的集成白光源配置为带有超过70、超过80或者超过90的CRI的高CRI白光源。在这些实施方式中，使用多个混合粉末磷光体组成或者多个磷光体板构造等的形式的磷光体。这种磷光体的实例包括，但不限于YAG、LuAG、红色氮化物、铝酸盐、氮氧化物、CaMgSi2O6:Eu2+、BAM:Eu2+、AlN:Eu2+、(Sr,Ca)3MgSi2O8:Eu2+，以及JEM。
在基于集成激光器的白光源的高CRI实施方式的一些构造中，使用在430nm到470nm的波长范围内操作的蓝色激光二极管激发源来激发：
·黄色磷光体+红色磷光体，或者
·绿色磷光体+红色磷光体，或者
·青色磷光体+橙色磷光体，或者
·青色磷光体+橙色磷光体+红色磷光体，或者
·青色磷光体+黄色磷光体+红色磷光体，或者
·青色磷光体+绿色磷光体+红色磷光体。
在基于集成激光器的白光源的高CRI实施方式的一些替代构造中，使用在390nm到430nm的波长范围内操作的紫色激光二极管激发源来激发：
·蓝色磷光体+黄色磷光体+红色磷光体，或者
·蓝色磷光体+绿色磷光体+红色磷光体，或者
·蓝色磷光体+青色磷光体+橙色磷光体，或者
·蓝色磷光体+青色磷光体+橙色磷光体+红色磷光体，或者
·蓝色磷光体+青色磷光体+黄色磷光体+红色磷光体，或者
·蓝色磷光体+青色磷光体+绿色磷光体+红色磷光体。
图23b展示了举例说明根据本发明的集成激光器-磷光体白光源的离轴反射模式磷光体与两个激光二极管器件的实施方式的示意图。在此实施方式中，利用含镓氮剥离和转移技术来制造非常小的且紧凑的基板构件，带有由转移外延层形成的激光二极管芯片。进一步，在此实例中，使磷光体相对于激光束的快轴以角度ω1倾斜。基于激光器的白光源由两个或更多个包括支撑构件401的激光二极管组成，支撑构件401用作用于形成于转移的含镓氮外延层403中的两个激光二极管402的支撑构件。磷光体材料406安装在支撑构件408上，其中支撑构件401和408将附接到公共支撑构件，例如封装构件中的表面，例如表面安装封装。激光二极管CoS配置有电极404和405，其可形成为具有沉积金属层和金属层的组合，包括但不限于Au、Pd、Pt、Ni、Al、Ti，等等，例如透明导电氧化物，例如氧化铟锡。多个激光束输出407激发位于激光器输出面前部的磷光体材料406。在根据图23b的优选实施方式中，使激光二极管激发束407相对于彼此旋转，使得第一光束的快轴与第二光束的慢轴对准(aligned)以形成更圆的激发光斑。电极404和405配置为用于电连接到外部电源，例如激光驱动器、电流源，或者电压源。焊线可在电极上形成以使电功率耦合到激光二极管器件，以产生多个入射到磷光体406上的激光束407。
在根据本发明的多激光器实施方式的另一实例中，在单个激光芯片或者基板上形成两个或更多个激光条带，以形成多条带或者多激光器构造。此实例可提供之前对多个单独的激光器描述的所有相同的好处，但是可以稍微不同的方式改进光斑几何形状。通过将多个激光条带在水平方向或者慢轴方向上以预定尺寸隔开地设置成彼此相邻，从由多个激光条带发射的激光束在磷光体上产生的激发光斑可基本上比从单个发射器产生的椭圆形激发光斑更圆。也就是说，来自相邻激光条带的激光束将根据设计在水平方向上重叠，使得慢轴方向上的激发光斑宽度将增加。由于在典型的构造中，激光器激发束在垂直或者快轴发散方向上将大得多，所以通过放大水平方向上的光斑，光束将变得更圆。在此构造的一个实施方式中，带有多个相邻激光条带的激光二极管，多条带激光器包括在集成白光源中。该多个条带可使得激发功率能够增加以得到更亮的光源，和/或使得能够在磷光体上具有改进的或者修改的光斑图案。
图23c展示了举例说明根据本发明的集成激光器-磷光体白光源的带有双条带激光二极管的离轴反射模式磷光体实施方式的示意图。在此实施方式中，利用含镓氮剥离和转移技术来制造非常小的且紧凑的基板构件，带有由转移外延层形成的激光二极管芯片。当然，可存在其他实施方式，例如传统的激光二极管器件或者基板上激光器。进一步，在此实例中，使磷光体相对于激光束的快轴以角度ω1倾斜。基于激光器的白光源由支撑构件401组成，支撑构件401用作用于形成于转移含镓氮外延层中的激光二极管CoS 402的支撑构件，激光二极管CoS 402形成多条带或者双条带403激光二极管构造。磷光体材料406安装在支撑构件408上，其中支撑构件401和408将附接到公共支撑构件，例如封装构件中的表面，例如表面安装封装。多条带激光二极管或者CoS配置有电极404和405，其可形成为具有沉积金属层和金属层的组合，包括但不限于Au、Pd、Pt、Ni、Al、Ti，等等，例如透明导电氧化物，例如氧化铟锡。双条带激光二极管发射至少两个在横向或者慢轴方向上隔开预定距离的激光束，其用来增加激发光斑的宽度并使其更圆。双光束输出发射407激发位于激光器输出面前部的磷光体材料406。电极404和405配置为用于电连接到外部电源，例如激光驱动器、电流源，或者电压源。焊线可在从激光二极管输出并入射到磷光体406上的多个相邻激光束407上形成。当然，这仅是构造的一个实例，可存在此实施方式的许多变型，包括但不限于多于两个发射光束，例如用于3个或更多个发射光束的3个或更多个激光条带，等等。
当然，图21和图23a所示的反射模式实施方式构造仅是实例，存在较宽范围的其他布置、几何形状和设计。在一个具体实例中，在此双旋转离轴激光束入射构造的一个另选实施方式中，可使磷光体相对于激光二极管的慢轴倾斜，而不是如图23a所示地使激光二极管旋转。此另选实施方式的一个好处将是公共支撑构件几何形状的简化，其可更容易制造。然而，此另选实施方式的缺点是磷光体将不再与水平基底平行，这会在收集并准直有用的白光中产生困难。在图25、图26和图28的实例中，磷光体将保持在水平方向，使激光器旋转/倾斜以实现预期的激光入射构造。然而，这只是一个实例，在其他布置中可使磷光体相对于水平轴线倾斜。
对于使激光二极管围绕其发射轴线旋转的本发明的图23a中的实例，考虑的是所发射的激光束的偏振。因为使磷光体和激光器共同封装在一起，消除对磷光体上的环境保护窗的需求。这导致设计的高效率特征，因为消除了窗的反射损耗。具体地，通过使用带有所述偏振的高度偏振的激光二极管，消除大部分损耗(即，＞30％)，因为这是入射到磷光体上的s偏振入射光。通过共同封装，我们避免此窗且避免该＞30％的损耗。在激光器和磷光体不共同封装的设计中，在磷光体上需要窗，并且到达窗上的激光将经历大约30％或者更大的大量反射。可能在此窗上应用抗反射涂层，但是这需要是昂贵成本的且复杂的反射涂层设计，这是因为激光由于激光可能不准直而以多种发射角入射到窗上。
在其他变型中，支撑构件可用来操纵集成白光源中的光。在一个实例中，光学透明支撑构件可用作用于使激光到达磷光体的波导。在另一实例中，光学透明支撑构件可配置为使激光传输到磷光体构件。在此变型的支撑构件操纵光的其他实例中，可使支撑构件的形状或结构配置为形成反射器、镜子、扩散器、透镜、吸收器或者其他操纵光的构件。在另一变型中，支撑构件也可用作保护性安全措施，以确保当直接发射的激光前进到到达磷光体时不暴露该直接发射的激光。当点光源变得越来越小时，这种产生真正全向发射的点光源越来越有用，这是由于当增加后续光学器件和反射器时节省或者丢失发射孔径和发射角度的产品(product)的事实的原因。具体地，例如，可通过较小的光学器件或者反射器使较小的点光源准直。然而，如果对较大的点光源应用相同的较小的光学器件或者反射器组件，那么会减小光学控制和准直。
在CPoS白光源的所有实施方式中，将需要考虑最终封装。存在许多应考虑的封装的方面，例如形状因数、成本、功能、热阻抗、密封特性以及与应用的基本兼容性。形状因数将取决于应用，但是通常将希望制造最小尺寸的封装白光源。在所有应用中都应将成本减到最小，但是在一些应用中成本将是最重要的考虑因素。在这种情况中，使用大量生产的现成封装可能是希望的。功能选择包括现有用于该应用的光发射的引导和特性以及诸如光检测器、热敏电阻或者其他电子器件或光电元件的特征的集成。为了最佳性能和使用寿命，应将封装的热阻抗减到最小，特别是在高功率应用中。
封装的特征在于密封构造。密封构造的一个实例包括使白光源受到周围条件的开放环境。在一些带有旨在用于开放环境操作的鲁棒性的激光二极管和磷光体设计的实施方式中，此实施方式中是有利的。作为一个实例，激光二极管芯片可封装在保护层中以防止激光二极管的氧化、化学反应，或者污染。在一些实施方式中，从基本上无铝的非极性或者半极性设计形成激光器，其中激光二极管面区域不容易氧化和劣化。类似地，磷光体也可封装在保护层中以防止磷光体的氧化、化学反应，或者污染。
在另一实施方式中，“Flash(闪光)”封装可用于集成白光源。例如，此封装可用来使基于激光器的白光源适应于闪光灯应用。一种用于今天的LED的标准封装格式使用扁平陶瓷封装，有时叫做“闪光”封装，因为在这些平台上构造的器件已经主要在闪光灯和手机应用中使用。典型的闪光封装由扁平陶瓷衬底(氧化铝或者AlN)和引线构成，扁平陶瓷衬底带有用于LED和ESD器件的附着焊盘，引线提供用于接线(clipping)或者焊接外部电连接以对器件供电的位置。经由模塑或者其他含硅胶喷涂(despensing application)使磷光体包含在LED裸片附近。然后此层通常与透明硅胶透镜超模压以改进光提取。此格式的封装的主要好处是非常小的整体封装尺寸(～3mm×～5mm)，合理的光输出性能(几百流明)、较小的光源尺寸和整体较低成本的LED器件。还可通过使用激光器加上磷光体设计样式(其将可能会消除封装和透镜化步骤，提供带有较好的光斑大小和亮度的LED替换)，来实现此封装样式。如果需要保护盖来容纳激光器和磷光体子部件，那么可使用空心玻璃顶来提供保护。
图24展示了根据本发明的封装CPoS白光源的一个实例的示意图。在此实例中，在TO罐类型的封装中构造透射模式白光源。TO罐具有带有伸出的支座构件502的基底构件501，其中支座构件配置为将热量从支座传送到基底，在基底然后使热量通向热沉。基底构件可由金属组成，例如铜、铜钨、铝，或者钢，等等。将根据本发明的透射白光源503安装在支座502上。可使用焊接或者胶粘技术来实现安装到支座，例如使用AuSn焊料、诸如SAC305的SAC焊料，含铅焊料，或者铟，但是可以是其他的。在一个另选实施方式中，烧结的银膏或者膜可用于界面处的附接处理。使用焊线504和505来形成从激光二极管的p电极和n电极的电连接。焊线使电极连接到电馈通506和507，电馈通506和507电连接到TO罐基底的背面上的外部管脚508和509。然后管脚电耦接到电源以使白光源通电并产生白光发射。在此构造中，不覆盖或者密封白光源使得其暴露于开放环境。当然，图24中的实例仅是一个实例，且目的是举例说明封装CPoS白光源的一个可能的简单构造。具体地，由于罐类型的封装广受激光二极管的欢迎且可以是现成的，所以其可以是低成本且高度适应的解决方案的一个选择。
图25是构造在如图24所示的罐类型的封装中的CPoS白光源的示意图，但是带有附加的盖构件以在白光源周围形成密封。如在图25中看到的，TO罐类型的封装501具有安装到基底的盖502。可将盖焊接、铜焊、接合或者胶粘到基底。盖构件具有透明窗区域503，其配置为允许所发射的白光通向其而到在应用中可利用的外部环境。密封类型可以是环境密封或者气密密封，在一个实例中，用氮气或者氮气和氧气的组合回填该密封封装。在一些实施方式中，在盖构件中直接包含透镜或者其他类型的光学元件以使白光成形、引导或者准直。当然，图25中的实例仅是一个实例，旨在举例说明一个可能的密封白光源的构造。具体地，由于简单地气密地密封TO罐类型的封装，所以此实施方式可能适合于需要气密密封的应用。在集成白光源设备的此实施方式的一些实例中，包括静电放电(ESD)保护元件，例如浪涌电压抑制(TVS)元件。
在图26a的示意图中提供了根据本发明的封装CPoS白光源的一个另选实例。在此实例中，在表面安装器件(SMD)类型的封装中构造反射模式白光源。该实例SMD封装具有基底构件501，有安装在基底构件上的反射模式白光源502，其中基底构件配置为引导热量远离白光源并到达热沉。基底构件由导热材料组成，例如铜、铜钨、铝、SiC、钢、钻石、复合钻石、AlN、蓝宝石，或者其他金属、陶瓷，或者半导体。可使用焊接或者胶粘技术来实现安装到基底构件，例如使用AuSn焊料、诸如SAC305的SAC焊料，含铅焊料，或者铟，但是可以是其他的。在一个另选实施方式中，烧结的银膏或者膜可用于界面处的附接处理。安装接头也可由导热胶、热环氧树脂(例如银环氧树脂)及其他材料形成。使用焊线503和504来形成从激光二极管的p电极和n电极到内部电馈通505和506的电连接。馈通电耦接到外部引线，例如507。外部引线可电耦接到电源以使白光源通电并产生白光发射。表面安装封装的顶面508可由反射层组成或者涂有反射层，以防止或者减轻任何与向下引导或者反射的光相关的损耗。而且，可增强包括激光二极管器件和基板构件的封装内的所有表面以增加反射率，从而帮助改进有用的白光的输出。在此构造中，不覆盖或者密封白光源使得其暴露于开放环境。在集成白光源设备的此实施方式的一些实例中，包括静电放电(ESD)保护元件，例如浪涌电压抑制(TVS)元件。当然，图26a中的实例仅是一个实例，旨在举例说明一个可能的表面安装封装CPoS白光源的简单构造。具体地，由于表面安装类型的封装广受LED及其他器件的欢迎且可以是现成的，所以其可以是低成本且高度适应的解决方案的一个选择。
在图26b的示意图中提供了根据本发明的封装白光源的一个另选实例。在此实例中，在表面安装器件(SMD)类型的封装中构造反射模式白光源。该实例SMD封装具有基底构件501，有安装在支撑构件上或者基底构件上的反射模式磷光体构件502。激光二极管器件503可安装在支撑构件504或者基底构件上。支撑构件和基底构件配置为引导热量远离磷光体构件和激光二极管器件。基底构件由导热材料组成，例如铜、铜钨、铝、SiC、钢、钻石、复合钻石、AlN、蓝宝石，或者其他金属、陶瓷，或者半导体。可使用焊接或者胶粘技术来实现安装到基底构件，例如使用AuSn焊料、诸如SAC305的SAC焊料，含铅焊料，或者铟，但是可以是其他的。在一个另选实施方式中，烧结的银膏或者膜可用于界面处的附接处理。安装接头也可由导热胶、热环氧树脂(例如银环氧树脂)及其他材料形成。使用焊线505和506来形成从激光二极管的p电极和n电极到内部电馈通507和508的电连接。馈通电耦接到外部引线。外部引线可电耦接到电源以使白光源通电并产生白光发射。基底构件501的顶面可由反射层组成，涂有反射层，或者用反射层填充，以防止或者减轻任何与向下引导或者反射的光相关的损耗。而且，可增强包括激光二极管器件和基板构件的封装内的所有表面以增加反射率，从而帮助改进有用的白光的输出。在此构造中，不覆盖或者密封白光源使得其暴露于开放环境。在集成白光源设备的此实施方式的一些实例中，包括静电放电(ESD)保护元件，例如浪涌电压抑制(TVS)元件。当然，图26b中的实例仅是一个实例，旨在举例说明一个可能的表面安装封装白光源的简单构造。具体地，由于表面安装类型的封装广受LED及其他器件的欢迎且可以是现成的，所以其可以是低成本且高度适应的解决方案的一个选择。
在图26c的示意图中提供了根据本发明的封装白光源的一个另选实例。在此实例中，在表面安装器件(SMD)类型的封装中构造反射模式白光源。该实例SMD封装具有公共支撑基底构件501。反射模式磷光体构件502附接到基底构件，其还可在磷光体构件和基底构件之间包括中间基板构件。激光二极管器件503安装在成角度的支撑构件504上，其中，成角度的支撑构件附接到基底构件。基底构件配置为引导热量远离白光源并到达热沉。基底构件由导热材料组成，例如铜、铜钨、铝、SiC、钢、钻石、复合钻石、AlN、蓝宝石，或者其他金属、陶瓷，或者半导体。可使用焊接或者胶粘技术来实现安装到基底构件，例如使用AuSn焊料、诸如SAC305的SAC焊料，含铅焊料，或者铟，但是可以是其他的。在一个另选实施方式中，烧结的银膏或者膜可用于界面处的附接处理。安装接头也可由导热胶、热环氧树脂(例如银环氧树脂)及其他材料形成。使用焊线505来形成从激光二极管的电极到构件506的电连接。焊线507和508形成为内部馈通509和510。馈通电耦接到外部引线。外部引线可电耦接到电源以使白光源通电并产生白光发射。基底构件501的顶面可由反射层组成，涂有反射层，或者用反射层填充，以防止或者减轻任何与向下引导或者反射的光相关的损耗。而且，可增强包括激光二极管器件和基板构件的封装内的所有表面以增加反射率，从而帮助改进有用的白光的输出。在此构造中，不覆盖或者密封白光源使得其暴露于开放环境。在集成白光源设备的此实施方式的一些实例中，包括静电放电(ESD)保护元件，例如浪涌电压抑制(TVS)元件。当然，图26c中的实例仅是一个实例，旨在举例说明一个可能的表面安装封装白光源的简单构造。具体地，由于表面安装类型的封装广受LED及其他器件的欢迎且可以是现成的，所以其可以是低成本且高度适应的解决方案的一个选择。
在图26d的示意图中提供了根据本发明的包括2个激光二极管芯片的封装白光源的一个另选实例。在此实例中，在表面安装器件(SMD)类型的封装中构造反射模式白光源。该实例SMD封装具有基底构件501，有安装在支撑构件上或者基底构件上的反射模式磷光体构件502。第一激光二极管器件503可安装在第一支撑构件504或者基底构件上。第二激光二极管器件505可安装在第二支撑构件506或者基底构件上。支撑构件和基底构件配置为引导热量远离磷光体构件和激光二极管器件。基底构件由导热材料组成，例如铜、铜钨、铝、SiC、钢、钻石、复合钻石、AlN、蓝宝石，或者其他金属、陶瓷，或者半导体。可使用焊接或者胶粘技术来实现安装到基底构件，例如使用AuSn焊料、诸如SAC305的SAC焊料，含铅焊料，或者铟，但是可以是其他的。在一个另选实施方式中，烧结的银膏或者膜可用于界面处的附接处理。安装接头也可由导热胶、热环氧树脂(例如银环氧树脂)及其他材料形成。使用焊线来形成从激光二极管的p电极和n电极到内部馈通的电连接。馈通电耦接到外部引线。外部引线可电耦接到电源以使激光二极管源通电，从而从第一激光二极管器件发射第一激光束508并从第二激光二极管器件发射第二激光束。激光束入射到磷光体构件502上以产生激发光斑和白光发射。激光束优选地在磷光体上重叠以产生优化的几何形状和/或大小的激发光斑。例如，在根据图26d的实例中，使来自第一激光二极管和第二激光二极管的激光束相对于彼此旋转90度，使得第一激光束的慢轴与第二激光束的快轴对准(成一直线)。基底构件501的顶面可由反射层组成，涂有反射层，或者用反射层填充，以防止或者减轻任何与向下引导或者反射的光相关的损耗。而且，可增强包括激光二极管器件和基板构件的封装内的所有表面以增加反射率，从而帮助改进有用的白光的输出。在此构造中，不覆盖或者密封白光源使得其暴露于开放环境。在集成白光源设备的此实施方式的一些实例中，包括静电放电(ESD)保护元件，例如浪涌电压抑制(TVS)元件。当然，图26d中的实例仅是一个实例，旨在举例说明一个可能的表面安装封装白光源的简单构造。具体地，由于表面安装类型的封装广受LED及其他器件的欢迎且可以是现成的，所以其可以是低成本且高度适应的解决方案的一个选择。
在图26e的示意图中提供了根据本发明的包括3个激光二极管芯片的封装白光源的一个另选实例。在此实例中，在表面安装器件(SMD)类型的封装中构造反射模式白光源。该实例SMD封装具有基底构件501，有安装在支撑构件上或者基底构件上的反射模式磷光体构件502。第一激光二极管器件503可安装在第一支撑构件504或者基底构件上。第二激光二极管器件505可安装在第二支撑构件506或者基底构件上。第三激光二极管器件507可安装在第三支撑构件508或者基底构件上。支撑构件和基底构件配置为引导热量远离磷光体构件和激光二极管器件。基底构件由导热材料组成，例如铜、铜钨、铝、SiC、钢、钻石、复合钻石、AlN、蓝宝石，或者其他金属、陶瓷，或者半导体。可使用焊接或者胶粘技术来实现安装到基底构件，例如使用AuSn焊料、诸如SAC305的SAC焊料，含铅焊料，或者铟，但是可以是其他的。在一个另选实施方式中，烧结的银膏或者膜可用于界面处的附接处理。安装接头也可由导热胶、热环氧树脂(例如银环氧树脂)及其他材料形成。可使用焊线来形成从激光二极管的p电极和n电极到内部馈通的电连接。馈通电耦接到外部引线。外部引线可电耦接到电源以使激光二极管源通电，从而从第一激光二极管器件发射第一激光束508，从第二激光二极管器件发射第二激光束，并从第三激光二极管器件发射第三激光束。激光束入射到磷光体构件502上以产生激发光斑和白光发射。激光束优选地在磷光体上重叠以产生优化的几何形状和/或大小的激发光斑。基底构件501的顶面可由反射层组成，涂有反射层，或者用反射层填充，以防止或者减轻任何与向下引导或者反射的光相关的损耗。而且，可增强包括激光二极管器件和基板构件的封装内的所有表面以增加反射率，从而帮助改进有用的白光的输出。在此构造中，不覆盖或者密封白光源使得其暴露于开放环境。在集成白光源设备的此实施方式的一些实例中，包括静电放电(ESD)保护元件，例如浪涌电压抑制(TVS)元件。当然，图26e中的实例仅是一个实例，旨在举例说明一个可能的表面安装封装白光源的简单构造。具体地，由于表面安装类型的封装广受LED及其他器件的欢迎且可以是现成的，所以其可以是低成本且高度适应的解决方案的一个选择。
在图26f的示意图中提供了根据本发明的封装白光源的一个另选实例。在此实例中，在表面安装器件(SMD)类型的封装中构造反射模式白光源。该实例SMD封装具有基底构件501，其用作用于安装在基板或者支撑构件503上的侧面泵浦磷光体构件502和安装在基板或者支撑构件505上的激光二极管器件504的公共支撑构件。在本发明的一些实施方式中，激光二极管或者磷光体构件可直接安装到封装的基底构件[501]上。支撑构件和基底构件配置为引导热量远离磷光体构件和激光二极管器件。基底构件由导热材料组成，例如铜、铜钨、铝、SiC、钢、钻石、复合钻石、AlN、蓝宝石，或者其他金属、陶瓷，或者半导体。可使用焊接或者胶粘技术来实现将基板或者支撑构件安装到基底构件，例如使用AuSn焊料、诸如SAC305的SAC焊料，含铅焊料，或者铟，但是可以是其他的。在一个另选实施方式中，烧结的银膏或者膜可用于界面处的附接处理。安装接头也可由导热胶、热环氧树脂(例如银环氧树脂)及其他材料形成。从p电极和n电极的电连接可电耦接到基板构件上的电极506和507，然后电极506和507将耦合到封装构件中的内部馈通。馈通电耦接到外部引线。外部引线可电耦接到电源以使激光二极管源通电，并产生入射到磷光体构件的侧面上的激光束。磷光体构件可优选地配置为用于来自磷光体构件502的顶面的主白光发射508。基底构件501的顶面可由反射层组成，涂有反射层，或者用反射层填充，以防止或者减轻任何与向下引导或者反射的光相关的损耗。而且，可增强包括激光二极管器件和基板构件的封装内的所有表面以增加反射率，从而帮助改进有用的白光的输出。在此构造中，不覆盖或者密封白光源使得其暴露于开放环境。在集成白光源设备的此实施方式的一些实例中，包括静电放电(ESD)保护元件，例如浪涌电压抑制(TVS)元件。当然，图26f中的实例仅是一个实例，旨在举例说明一个可能的表面安装封装白光源的简单构造。具体地，由于表面安装类型的封装广受LED及其他器件的欢迎且可以是现成的，所以其可以是低成本且高度适应的解决方案的一个选择。
图27a是在如图26a所示的SMD类型的封装中构造的CPoS白光源的示意图，但是有附加的盖构件以在白光源周围形成密封。如在图27a中看到的，SMD类型的封装具有基底构件501，有安装到基底的白光源502。可使用焊接或者胶粘技术来实现安装到基底构件，例如使用AuSn焊料、诸如SAC305的SAC焊料，含铅焊料，或者铟，但是可以是其他的。在一个另选实施方式中，烧结的银膏或者膜可用于界面处的附接处理。与白光源重叠的是盖构件503，其在侧面周围附接到基底构件。在一个实例中，该附接可以是焊接附接、铜焊附接、接合附接，或者胶粘附接到基底构件。盖构件具有至少一个透明窗区域，在优选实施方式中将主要由透明窗区域组成，例如图27a中举例说明的透明圆顶盖。透明材料可以是玻璃、石英、蓝宝石、碳化硅、钻石、塑料，或者任何合适的透明材料。密封类型可以是环境密封或者气密密封，在一个实例中，用氮气或者氮气和氧气的组合回填该密封封装。使用焊线504和505来形成从激光二极管的p电极和n电极的电连接。焊线使电极连接到电馈通506和507，电馈通506和507电连接到密封的SMD封装的外侧上的外部引线，例如508。然后引线电耦接到电源以使白光源通电并产生白光发射。在一些实施方式中，在盖构件中直接包括透镜或者其他类型的光学元件以使白光成形、引导或者准直。当然，图27a中的实例仅是一个实例，旨在举例说明一个可能的密封白光源的构造。具体地，由于SMD类型的封装容易气密地密封，所以此实施方式可能适合于需要气密密封的应用。
图27b是在如图26c所示的SMD类型的封装中构造的白光源的示意图，但是带有附加的盖构件以在白光源周围形成密封。如在图27b中看到的，SMD类型的封装具有基底构件501，有由安装到基板构件或者基底构件的反射模式磷光体构件502和激光二极管器件503组成的白光源。可使用焊接或者胶粘技术来实现安装到基板和/或基底，例如使用AuSn焊料、诸如SAC305的SAC焊料，含铅焊料，或者铟，但是可以是其他的。在一个另选实施方式中，烧结的银膏或者膜可用于界面处的附接处理。与白光源重叠的是盖构件504，其在侧面周围附接到基底构件。在一个实例中，该附接可以是焊接附接、铜焊附接、接合附接，或者胶粘附接到基底构件。盖构件具有至少一个透明窗区域，在优选实施方式中将主要由透明窗区域组成，例如图27b中举例说明的透明平顶盖帽或者平顶盖504。透明材料可以是玻璃、石英、蓝宝石、碳化硅、钻石、塑料，或者任何合适的透明材料。密封类型可以是环境密封或者气密密封，在一个实例中，用氮气或者氮气和氧气的组合回填该密封封装。使用焊线505和506来形成从激光二极管的p电极和n电极的电连接。焊线使电极连接到电馈通，电馈通电连接到密封的SMD封装的外侧上的外部引线。引线电耦接到电源以使白光源通电并产生白光发射。在一些实施方式中，在盖构件中直接包括透镜或者其他类型的光学元件以使白光成形、引导或者准直。当然，图27b中的实例仅是一个实例，旨在举例说明一个可能的密封白光源的构造。具体地，由于SMD类型的封装容易气密地密封，所以此实施方式可能适合于需要气密密封的应用。
当然，需要合适的装配过程来制造如图27b所示的及根据本发明的其他实施方式的基于集成激光器的白光源。在许多实施方式中，适合于这种器件的装配过程将遵循标准的半导体和LED装配过程。
在所有实施方式中，可包括根据本发明安全特征和设计考虑的集成CPoS白光源的透射模式和反射模式。在任何基于激光器的光源中，安全性都是关键方面。关键的是，不能以产生对人、动物或者环境有害的激光二极管光束的方式来损害或者改变光源。因此，整体设计应包括安全考虑因素和特征，在一些情况中甚至包括用于监测的主动部件。用于安全性的设计考虑因素和特征的实例包括，以使得如果移除或者损坏磷光体，暴露的激光束将不会使其以有害的形式(例如准直的相干光束)到达外部环境的这样方式相对于磷光体定位激光束。更具体地，这样设计白光源，使得激光束指向远离外部环境，并朝向将防止激光束反射到外部世界的表面或者特征。在用于安全性的被动设计特征的一个实例中，包括束流收集器和/或可将吸收材料具体地定位在激光束将在移除或者损坏的磷光体的事件中撞击的位置。
在一个实施方式中，光学束流收集器用作吸收可以其他方式对外部环境有危险的激光束的光学元件。束流收集器中的设计关心因素将包括激光束背射和散射的管理和减小以及由吸收产生的热量的耗散。在光功率不是太高的简单的解决方案中，吸收材料可以简单地是一块黑色天鹅绒或者毛面纸，其通过胶水、焊料或者其他材料附接到衬底材料。在高功率应用中，例如将包含在高功率激光系统中的那些，束流收集器通常必须包含更多的精细特征以避免背射、过热或者过多噪音。即使减轻直接反射，通过简单的平面收集激光束也会导致不可接受的大量的溢出到外部世界的光，其在那里会对环境产生危险。一种将散射减到最小的方法是，使用多孔的或者深暗色的衬满吸收材料的空腔材料以收集光束。
一种常用的类型的适合于大多数中型功率激光器的束流收集器是带有比光束大的直径的铝锥体(cone)，阳极化处理成黑色并封闭在内部带有黑色的、有棱纹的罐中。仅锥点暴露于正面的光束；通常，进入的光以一定的角度擦过锥体，这减轻了性能需求。然后来自此黑色表面的任何反射由罐吸收。棱纹帮助使光不容易离开，并改进对周围空气的热传递。(https://en.wikipedia.org/wiki/Beam_dump)。
在图28a的示意图中提供了根据本发明的包括束流收集器安全特征的封装CPoS白光源的一个实例。在此实例中，在表面安装器件(SMD)类型的封装中构造反射模式白光源。该实例SMD封装具有基底构件501，其有安装在基底构件上的反射模式白光源502，其中，基底构件配置为引导热量远离白光源并到达热沉。基底构件由导热材料组成，例如铜、铜钨、铝、SiC、钢、钻石、复合钻石、AlN、蓝宝石，或者其他金属、陶瓷，或者半导体。可使用焊接或者胶粘技术来实现安装到基底构件，例如使用AuSn焊料、诸如SAC305的SAC焊料，含铅焊料，或者铟，但是可以是其他的。在一个另选实施方式中，烧结的银膏或者膜可用于界面处的附接处理。接头还可由导热胶、热环氧树脂(例如银环氧树脂)、热粘合剂，及其他材料形成。另选地，该接头可由金属-金属键合形成，例如Au-Au键合。使用焊线503和504来形成从激光二极管的p电极和n电极到内部馈通505和506的电连接。馈通电耦接到外部引线，例如507。外部引线可电耦接到电源以使白光源通电并产生白光发射。在磷光体损坏或者移除和激光束正从磷光体的支撑构件反射的事件中，在激光二极管的光路中构造实例光束508。在此实例中，束流收集器的形状像是立方体，但这只是一个实例，将在不会不可接受地包括白光源的功效的同时基于提供安全功能来优化束流收集器的形状、大小和位置。在此实例中，束流收集器的配置为处于反射光束的光路中的面，可由带有通过立方体束流收集器的深腔体并由多孔材料构成。另外，束流收集器可包括：吸收激光束并且使光束很好的热沉到封装构件的吸收器和使在激光束的吸收过程中产生的热能耗散的热沉。不位于激光束路径中的束流收集器构件508的侧面可由反射材料组成，以增加有用的输出白光。而且，可增强包括激光二极管器件和基板构件的封装内的所有表面以增加反射率，从而帮助改进有用的白光的输出。在此构造中，不覆盖或者密封白光源使得其暴露于开放环境。当然，图28a中的实例仅是一个实例，旨在举例说明一个可能的带有内置安全特征的封装CPoS白光源的简单构造。在其他实施方式中，可包括不止一个安全特征，可包括由多个安全元件组成的安全系统，并且这种安全系统可由主动和被动安全元件组成。而且，在包括其他封装的扁平封装、定制封装，或者罐式封装中可包括安全元件或者安全系统。
在图28b的示意图中提供了根据本发明的封装白光源的一个另选实例。在此实例中，在包括作为安全特征的束流收集器构件的表面安装器件(SMD)类型的封装中构造反射模式白光源。该实例SMD封装具有公共支撑基底构件501。反射模式磷光体构件502附接到基底构件，其还可在磷光体构件和基底构件之间包括中间基板构件。激光二极管503安装在成角度的支撑构件504上，其中，成角度的支撑构件附接到基底构件。基底构件配置为引导热量远离白光源并到达热沉。基底构件由导热材料组成，例如铜、铜钨、铝、SiC、钢、钻石、复合钻石、AlN、蓝宝石，或者其他金属、陶瓷，或者半导体。可使用焊接或者胶粘技术来实现安装到基底构件，例如使用AuSn焊料、诸如SAC305的SAC焊料，含铅焊料，或者铟，但是可以是其他的。在一个另选实施方式中，烧结的银膏或者膜可用于界面处的附接处理。安装接头也可由导热胶、热环氧树脂(例如银环氧树脂)及其他材料形成。使用焊线505来形成从激光二极管的电极到构件506的电连接。焊线507和508形成为内部馈通509和510。馈通电耦接到外部引线。外部引线可电耦接到电源以使白光源通电并产生激光束511，激光束511入射到磷光体构件502上以产生白光发射。束流收集器512位于磷光体构件的相对于激光激发源的相反侧上。束流收集器提供重要的安全特征，其用来吸收从磷光体的顶部反射的杂散的紫色或者蓝色激光。进一步，在移除或者损害磷光体构件以产生可能危险的情况(其中，从基底构件或者其他反射件反射走全功率或者近全功率的激光束)的极端情况中，束流收集器将用来吸收大部分光并防止危险的激光束暴露于外部世界。束流收集器构件还可由功能元件组成，例如静电放电(ESD)保护元件，例如浪涌电压抑制(TVS)元件。在一些实施方式中，束流收集器是热熔断器，其用来加热并产生断路以在直接暴露于激光束时关闭激光二极管。基底构件501的顶面可由反射层组成，涂有反射层，或者用反射层填充，以防止或者减轻任何与向下引导或者反射的光相关的损耗。而且，可增强包括激光二极管器件和基板构件的封装内的所有表面以增加反射率，从而帮助改进有用的白光的输出。在此构造中，不覆盖或者密封白光源使得其暴露于开放环境。当然，图28b中的实例仅是一个实例，旨在举例说明一个可能的表面安装封装白光源的简单构造。具体地，由于表面安装类型的封装广受LED及其他器件的欢迎且可以是现成的，所以其可以是低成本且高度适应的解决方案的一个选择。
当然，光束收集器只是激光安全特征的一个实例，但是可存在许多其他的。通常，激光二极管不应配置为指向外部环境，使得如果存在损坏或者破坏事件则直接的激光将不会溢出到外部世界。
在本发明的一些实施方式中，将热熔断器集成到带有磷光体构件的封装中。热熔断器是简单的配置为在正常操作下导电的器件，通常由低熔点合金组成。在一个实例中，热熔断器由带有低熔点的金属材料组成，并配置为当用紫色或者蓝色激光束的光直接或者间接辐射时快速加热。热熔断器材料中的快速发热导致材料熔化，在熔融金属中产生断开，这使导电路径断开并防止电流通过熔融器。
在本发明的此实施方式中，热熔断器包含在提供从外部电源输入到激光二极管的增益元件的电流的电路内。在包括、破坏或者移除磷光体构件的情况中，热熔断器物理地定位在紫色或者蓝色激光束的输出将入射的位置。也就是说，将热熔断器放在光束预期不处于的位置，除非已经在光束线中出现上游故障的封装中。在这种事件的情况中，紫色或者蓝色激光将辐射熔断器材料，在熔点或者高于熔点下引起温度上升，从而导致热熔断器元件的熔化。然后此熔化将使电路断开，并破坏从外部电源到激光二极管增益元件的电路，从而关闭激光器器件。在此优选实例中，热熔断器可切断对激光器的功率，不需要外部控制机构。
对于根据本发明的易熔合金热熔断器结构存在许多变型。在另一实例中，可利用焊接在易熔合金球内的适当位置的张紧弹簧。弹簧和合金提供电路。当合金变得足够软时，弹簧自由拉伸，从而破坏电路连接。在一些实施方式中，可适当地选择熔点以当已经满足或者超过足够的温度时仅破坏操作装置中的连接。
在本发明的一些实施方式中，安全特征和系统使用主动部件。实例主动部件包括光检测器/光电二极管和热敏电阻。可将光电二极管与诸如滤光片的部件组合，以提供入射到检测器、内置透镜上的光的波长或者偏振选择，从而聚焦光或者操纵入射到检测器上的光，并可具有较大的或者较小的表面积以选择某一响应率和/或噪声级。最流行的光电二极管类型以作为光吸收材料的Si为基础，在其中形成耗尽区域。当此区域中吸收光子时，形成电子-空穴对，这导致光电流。定义光电二极管的灵敏度的主要参数是其量子效率，(QE)，将其定义为入射光子产生随后有助于输出信号的电子-空穴对的百分比。对于在800-900nm区域内的波长下操作的硅检测器来说，大约80％的量子效率是常见的。光电二极管的灵敏度还可表达为每瓦特入射照明的光电二极管电流(单位是安培)。当波长变得更短时，此关系导致响应度减小的趋势。
随着这种波长更短而减小响应度，使得在紫色或者蓝色波长范围内难以实现基于高性能硅的光电二极管。为了克服此困难，可使用蓝色增强和/或滤光片技术来改进此波长范围的响应度。在一个实施方式中，将包含InGaN和/或GaN的光电二极管与集成白光源组合。在本发明的另一实施方式中，为了克服实现可在蓝色波长区域内以高响应度操作的基于低成本硅的光电二极管的困难，可根据本发明的实施方式所需的标准，使用波长转换材料(例如磷光体)将紫外光、紫色激光或者蓝色激光向下转换成更适合于高响应度光检测的波长。
设计为检测来自激光器的直接蓝光发射、散射的蓝光发射，或者磷光体发射(例如黄色磷光体发射)的策略性定位的检测器，可用来检测磷光体的会暴露蓝色光束的故障，或者白光源的其他故障。在检测到这种事件时，闭路或者反馈回路将配置为停止对激光二极管供电并有效地将其关闭。
在主动安全特征的又一实例中，热敏电阻可位于磷光体材料附近或者其下方，以判断温度是否突然增加，这可能是从蓝色激光二极管的直接辐射增加的结果，表明损害的或者移除的磷光体。而且，在此情况中，热敏电阻信号将使反馈回路断开以停止对激光二极管供电并将其关闭。
在一些实施方式中，使用附加的光学元件来重复利用反射的或者偏离的激发光。在一个实例中，使用再成像光学器件使反射的激光束再成像回到磷光体上，从而重复利用反射的光。
在图28c的示意图中提供了根据本发明的包括再成像光学器件的封装白光源的一个另选实例。在此实例中，在包括作为安全特征和光子再循环特征的再成像光学器件的表面安装器件(SMD)类型的封装中构造反射模式白光源。该实例SMD封装具有公共支撑基底构件501。反射模式磷光体构件502附接到基底构件，其还可在磷光体构件和基底构件之间包括中间基板构件。激光二极管503安装在成角度的支撑构件504上，其中，成角度的支撑构件附接到基底构件。基底构件配置为引导热量远离白光源并到达热沉。基底构件由导热材料组成，例如铜、铜钨、铝、SiC、钢、钻石、复合钻石、AlN、蓝宝石，或者其他金属、陶瓷，或者半导体。可使用焊接或者胶粘技术来实现安装到基底构件，例如使用AuSn焊料、诸如SAC305的SAC焊料，含铅焊料，或者铟，但是可以是其他的。在一个另选实施方式中，烧结的银膏或者膜可用于界面处的附接处理。安装接头也可由导热胶、热环氧树脂(例如银环氧树脂)及其他材料形成。使用焊线505来形成从激光二极管的电极到构件506的电连接。焊线507和508形成为内部馈通509和510。馈通电耦接到外部引线。外部引线可电耦接到电源以使白光源通电并产生激光束511，激光束511入射到磷光体构件502上以产生主激发光斑并产生白光发射。再成像光学器件512相对于激光激发源位于磷光体构件的相反侧上。再成像光学器件用来再引导或者再聚焦从磷光体的顶面反射的激发光的一部分。为了避免亮度减小或者光斑大小增加，再成像光学器件可在磷光体上产生大小和形状与主激发光斑的大小和形状类似的反射激发光斑。另选地，再成像激发光斑可比主激发光斑小。此再成像光学器件作为安全特征用来防止杂散的反射激光溢出封装，并可通过使浪费的反射激发光再循环回到磷光体上来增强白光装置的效率。基底构件501的顶面可由反射层组成，涂有反射层，或者用反射层填充，以防止或者减轻任何与向下引导或者反射的光相关的损耗。而且，可增强包括激光二极管器件和基板构件的封装内的所有表面以增加反射率，从而帮助改进有用的白光的输出。在此构造中，不覆盖或者密封白光源使得其暴露于开放环境。当然，图28c中的实例仅是一个实例，旨在举例说明一个可能的表面安装封装白光源的简单构造。具体地，由于表面安装类型的封装广受LED及其他器件的欢迎且可以是现成的，所以其可以是低成本且高度适应的解决方案的一个选择。
在图28d的示意图中提供了根据本发明的包括反射光学器件的封装白光源的一个另选实例。在此实例中，在包括再成像光学器件以提供光束成形好处、可制造性好处以及热阻抗的可能减小的表面安装器件(SMD)类型的封装中构造反射模式白光源。在此实例中，SMD封装具有公共支撑基底构件501。反射模式磷光体构件502附接到基底构件，其还可在磷光体构件和基底构件之间包括中间基板构件。激光二极管503直接安装到封装的基底，不需要和图28c及其他实施方式中一样的成角度的支撑构件。基底构件配置为引导热量远离白光源并到达热沉。基底构件由导热材料组成，例如铜、铜钨、铝、SiC、钢、钻石、复合钻石、AlN、蓝宝石，或者其他金属、陶瓷，或者半导体。可使用焊接或者胶粘技术来实现安装到基底构件，例如使用AuSn焊料、诸如SAC305的SAC焊料，含铅焊料，或者铟，但是可以是其他的。在一个另选实施方式中，烧结的银膏或者膜可用于界面处的附接处理。安装接头也可由导热胶、热环氧树脂(例如银环氧树脂)及其他材料形成。通过电耦接到封装中的馈通(其连接到外部引线)来形成从激光二极管的电极的电连接。外部引线可电耦接到电源以使白光源通电并产生激光束504，激光束504入射到再成像光学器件505上，再成像光学器件505相对于激光器激发源位于磷光体构件的相反侧上。再成像光学器件用来将来自激光二极管的直接激光束再引导或者再聚焦到磷光体502的顶面上的入射光束506中。在另选构造中，可将再成像光学器件放在相对于激光器和磷光体的另选位置中。使用再成像光学器件的此一般实例提供以下优点：可能提供更理想的光斑大小和几何形状，如由再成像光学器件所控制的，并且不需要包含中间构件，例如成角度的支撑构件，从而更容易制造及获得更低的热阻抗。而且，此实例提供安全好处。再成像光学器件的使用可使得能够得到非常圆的激发光斑和/或非常小的激发光斑，例如小于1mm，小于500μm，小于300μm，小于100μm，或者小于50μm。此再成像光学器件作为安全特征用来防止杂散的反射激光离开封装，并可通过使浪费的反射激发光再循环回到磷光体上来增强白光装置的效率。基底构件501的顶面可由反射层组成，涂有反射层，或者用反射层填充，以防止或者减轻任何与向下引导或者反射的光相关的损耗。而且，可增强包括激光二极管器件和基板构件的封装内的所有表面以增加反射率，从而帮助改进有用的白光的输出。在此构造中，不覆盖或者密封白光源使得其暴露于开放环境。当然，图28d中的实例仅是一个实例，旨在举例说明一个可能的表面安装封装白光源的简单构造。具体地，由于表面安装类型的封装广受LED及其他器件的欢迎且可以是现成的，所以其可以是低成本且高度适应的解决方案的一个选择。
在本发明的一些实施方式中，在封装构件内可包括附加元件，以提供屏蔽或者阻挡来自激光二极管器件的杂散的或者反射的光的功能。通过阻挡光学伪影(例如反射的激发光，磷光体闪光图案，或者从激光二极管发射的不在主发射光束中的光，例如自发光，散射光，或者离开背面的光)，在集成到照明系统中时，来自白光源的光发射会更理想。而且，通过阻挡这种杂散的光，集成白光源本质上将更安全。最后，屏蔽件可用作光圈，使得来自磷光体构件的白光发射孔径通过屏蔽件中的孔。此光圈特征可形成来自白光源的发射图案。
在图28e的示意图中提供了根据本发明的包括反射光学器件的封装白光源的一个另选实例。在此实例中，在包括屏蔽件以提供附加好处(例如，改进的白光发射空间图案，不希望有的光学伪影的减小，例如反射的激发光或者不希望有的激光发射的减小，和/或通过防止杂散的激光离开封装来实现的改进的安全性)的表面安装器件(SMD)类型的封装中构造反射模式白光源。在此实例中，SMD封装具有公共支撑基底构件501。反射模式磷光体构件502附接到基底构件，并至少部分地由屏蔽件或者光圈构件封闭。屏蔽件505配置有至少一个在激光二极管发射表面上延伸的伸出部506。基板上激光二极管503安装到成角度的支撑构件504并附接到封装的基底。基底构件配置为引导热量远离白光源并到达热沉。基底构件由导热材料组成，例如铜、铜钨、铝、SiC、钢、钻石、复合钻石、AlN、蓝宝石，或者其他金属、陶瓷，或者半导体。可使用焊接或者胶粘技术来实现安装到基底构件，例如使用AuSn焊料、诸如SAC305的SAC焊料，含铅焊料，或者铟，但是可以是其他的。在一个另选实施方式中，烧结的银膏或者膜可用于界面处的附接处理。安装接头也可由导热胶、热环氧树脂(例如银环氧树脂)及其他材料形成。通过电耦接到封装中的馈通(其连接到外部引线)来形成从激光二极管的电极的电连接。外部引线可电耦接到电源以使白光源通电并产生激光束，激光束入射到屏蔽件505内的磷光体502上。屏蔽件配置有孔径507以允许白光的发射。在另选构造中，屏蔽件可包围整个激光二极管并提供进一步水平的安全性。孔径的使用可使得能够得到非常理想的或者非常圆的激发光斑和/或非常小的激发光斑，例如小于1mm，小于500μm，小于300μm，小于100μm，或者小于50μm。基底构件501的顶面可由反射层组成，涂有反射层，或者用反射层填充，以防止或者减轻任何与向下引导或者反射的光相关的损耗。而且，可增强包括激光二极管器件和基板构件的封装内的所有表面以增加反射率，从而帮助改进有用的白光的输出。在此构造中，不覆盖或者密封白光源使得其暴露于开放环境。当然，图28e中的实例仅是一个实例，旨在举例说明一个可能的表面安装封装白光源的简单构造。具体地，由于表面安装类型的封装广受LED及其他器件的欢迎且可以是现成的，所以其可以是低成本且高度适应的解决方案的一个选择。
在根据本发明的许多应用中，封装的集成白光源将附接到热沉构件。热沉配置为将来自封装白光源的热能传递到冷却介质。冷却介质可以是主动冷却介质，例如热电冷却器或者微通道冷却器，或者可以是被动冷却介质，例如带有最大化表面并增加与空气的相互作用的特征(例如散热片、柱、杆、片、管，或者其他形状)的空冷设计。热沉通常将由金属件形成，但是可以是其他的，例如导热陶瓷、半导体，或者复合材料。
热沉构件配置为将来自基于封装激光二极管的白光源的热能传递到冷却介质。热沉构件可包含金属、陶瓷、复合材料、半导体、塑料，优选地由导热材料组成。候选材料的实例包括：可具有大约400W/(mK)的热导率的铜，可具有大约200W/(mK)的热导率的铝，可具有大约370W/(mK)的热导率的4H-SiC，可具有大约490W/(mK)的热导率的6H-SiC，可具有大约230W/(mK)的热导率的AlN，可具有大约＞1000W/(mK)的热导率的人造钻石，复合钻石，蓝宝石，或者其他金属，陶瓷，复合材料，或者半导体。热沉构件可通过机加工、切割、修剪或者模塑，由诸如铜、铜钨、铝等的金属形成。
应仔细地设计并加工将根据本发明的封装白光源连接到热沉构件的附接接头，以将热阻抗减到最小。因此，必须为了具有足够附接强度的合适的热阻抗选择合适的附接材料、界面几何形状以及附接处理实践。这些实例包括AuSn焊料、诸如SAC305的SAC焊料，含铅焊料，或者铟，但是可以是其他的。在一个另选实施方式中，烧结的银膏或者膜可用于界面处的附接处理。接头还可由导热胶、热环氧树脂(例如银环氧树脂)、热粘合剂及其他材料形成。另选地，接头可由金属-金属键合形成，例如Au-Au键合。带有激光器和磷光体材料的公共支撑构件配置为提供小于每瓦特耗散功率10℃或者小于每瓦特耗散功率5℃的热阻抗，其特征在于从激光器器件到热沉的热路径。
图29a是根据本发明的在安装于热沉构件上的密封SMD中构造的CPoS白光源的示意图。SMD封装中的密封白光源与图27a所示的实例类似。如在图27a中看到的，SMD类型的封装具有基底构件601和盖构件603，基底构件601带有安装到基底的白光源602，盖构件603对光源提供密封。可使用焊接或者胶粘技术来实现安装到基板，例如使用AuSn焊料、诸如SAC305的SAC焊料，含铅焊料，或者铟，但是可以是其他的。在一个另选实施方式中，烧结的银膏或者膜可用于界面处的附接处理。盖构件具有至少一个透明窗区域。透明材料可以是玻璃、石英、蓝宝石、碳化硅、钻石、塑料，或者任何合适的透明材料。SMD封装的基底构件附接到热沉构件604。热沉构件可由诸如金属、陶瓷、复合材料、半导体或者塑料的材料组成，优选地由导热材料组成。候选材料的实例包括铝、铜、铜钨、钢、SiC、AlN、钻石、复合钻石、蓝宝石，或者其他材料。当然，图29a中的实例仅是一个实例，旨在举例说明一个可能的安装在热沉上的根据本发明的白光源的构造。具体地，热沉可包括帮助传递热量的特征，例如散热片。
安装在诸如SMD的封装中的基于集成激光器和磷光体的光源，可附接到外部板以允许封装的电安装和机械安装。除了对SMD封装提供电接口和机械接口以外，这些板还对外部世界提供热接口，例如热沉。这种板还可在最终装配过程中对诸如SMD(通常小于2cm×2cm)的小封装提供改进的处理。除了定制板设计以外，存在许多行业标准板设计，包括带有基底(其是Cu、Al或者Fe合金)的金属芯印刷电路板(MCPCB)，纤维填充的环氧树脂板，例如FR4，柔性板/混合柔性板(其通常是带有Cu夹层和介电隔离的聚酰亚胺结构，以将在需要在非平面表面周围弯曲的应用中使用)，或者可直接安装到更大系统中的现有金属框架的标准散热材料板。
在许多根据本发明的实施方式中，使完整的SMD附接到下一级的板将使用行业标准附接方法和材料。这些材料选择和处理可包括但不限于，Au-Au互连、经由分配或者模板应用或者使用预成型件附接的标准无铅焊料附接、经由分配或者模板应用或者使用预成型件附接的标准含铅焊料附接、使用分配和筛选应用的裸片附接环氧树脂、或者使用分配、裸片或预成型件的烧结银焊料。
图29b是根据本发明的在安装于诸如星形板的板构件上的密封SMD中构造的白光源的示意图。SMD封装中的密封白光源与图27b所示的实例类似。如在图29b中看到的，SMD类型的封装具有基底构件601和盖构件603，基底构件601带有安装到基底的白光源602，盖构件603对光源提供密封。可使用焊接或者胶粘技术来实现安装到基板，例如使用AuSn焊料、诸如SAC305的SAC焊料、含铅焊料或者铟，但是可以是其他的。在一个另选实施方式中，烧结的银膏或者膜可用于界面处的附接处理。盖构件具有至少一个透明窗区域。透明材料可以是玻璃、石英、蓝宝石、碳化硅、钻石、塑料，或者任何合适的透明材料。SMD封装的基底构件附接到星形板构件604，其配置为允许集成白光源的电安装和机械安装，对SMD封装提供电接口和机械接口，并对外部世界提供热接口，例如热沉。热沉构件可由诸如金属、陶瓷、复合材料、半导体或者塑料的材料组成，优选地由导热材料组成。候选材料的实例包括铝、氧化铝、铜、铜钨、钢、SiC、AlN、钻石、复合钻石、蓝宝石，或者其他材料。当然，图29b中的实例仅是一个实例，旨在举例说明一个可能的安装在热沉上的根据本发明的白光源的构造。具体地，热沉可包括帮助传递热量的特征，例如散热片。
在本发明的一些实施方式中，将CPoS集成白光源与光学件组合以操作所产生的白光。在一个实例中，白光源可服务于点光系统中，例如闪光灯或者汽车头灯，或者其他必须将光引导或投射到具体位置或区域的光应用。作为一个实例，为了引导光，应使其准直，使得包括白光的光子沿着预期传播轴线彼此平行地传播。准直度取决于光源和用来使光源准直的光学器件。对于最高的准直度，带有4-pi发射和亚微米级或者微米级直径的完美的点光源是期望的。在一个实例中，将点光源与抛物面反射器组合，其中将光源放在反射器的焦点，并且反射器将点光源产生的球面波转换成沿着轴线传播的平面波的准直光束。
在一个实施方式中，使反射器耦合到白光源。具体地，利用抛物线的(或者抛物面或抛物面的)反射器投射白光。通过将白光源定位在抛物面反射器的焦点，将反射平面波且平面波作为准直光束沿着抛物面反射器的轴线传播。
在另一实例中，使用简单的单透镜或者透镜系统将白光准直成投射光束。在一个具体实例中，将单个非球面透镜放在发射白光的磷光体构件前面，并且该非球面透镜配置为使发射的白光准直。在另一实施方式中，在包含集成白光源的封装的盖中构造透镜。在一些实施方式中，在盖构件中直接包括透镜或者其他类型的成形、引导或者准直白光的光学元件。在一个实例中，透镜由诸如玻璃、SiC、蓝宝石、石英、陶瓷、复合材料或者半导体的透明材料组成。
可将这种白光准直光学件与白光源以不同的集成级别组合。例如，准直光学器件在共同封装构造中可位于与集成白光源相同的封装内。在另一集成级别中，准直光学器件可位于与白光源相同的基板或者支撑构件上。在另一实施方式中，准直光学器件可位于包含集成白光源的封装之外。
在一个根据本发明的实施方式中，在带有透镜构件的扁平类型封装中构造反射模式集成白光源以产生如图31中举例说明的准直白光束。如在图30中看到的，扁平类型的封装具有基底构件或者壳体构件601，其带有安装到基底并配置为产生准直白光束的准直白光源602，准直白光束离开在基底构件或者壳体构件的侧面中构造的窗603。可使用焊接或者胶粘技术来实现安装到基板或者壳体，例如使用AuSn焊料、诸如SAC305的SAC焊料，含铅焊料，或者铟，但是可以是其他的。在一个另选实施方式中，烧结的银膏或者膜可用于界面处的附接处理。可通过到馈通604的焊线来形成到白光源的电连接，馈通604电耦接到外部管脚605。在此实例中，准直反射模式白光源602包括激光二极管606、配置为接受激光束的磷光体波长转换器607，以及准直透镜，例如构造在磷光体前面以收集发射的白光并形成准直光束的非球面透镜608。使准直光束引向窗603，其中窗区域由透明材料形成。透明材料可以是玻璃、石英、蓝宝石、碳化硅、钻石、塑料，或者任何合适的透明材料。外部管脚605电耦接到电源以使白光源通电并产生白光发射。如在图中看到的，在扁平封装上可包括任何数量的管脚。在此实例中有6个管脚，典型的激光二极管驱动器仅需要2个管脚，一个用于阳极，一个用于阴极。因此，额外的管脚可用于附加元件，例如像是监测并帮助控制温度的光电二极管或者热敏电阻的安全特征。当然，图30中的实例仅是一个实例，旨在举例说明一个可能的密封白光源的构造。
在一个根据本发明的实施方式中，在带有透镜构件的扁平类型封装中构造透射模式集成白光源以产生如图31中举例说明的准直白光束。如在图31中看到的，扁平类型的封装具有基底构件或者壳体构件601，其带有安装到基底并配置为产生准直白光束的准直白光源602，准直白光束离开在基底构件或者壳体构件的侧面中构造的窗603。可使用焊接或者胶粘技术来实现安装到基板或者壳体，例如使用AuSn焊料、诸如SAC305的SAC焊料，含铅焊料，或者铟，但是可以是其他的。在一个另选实施方式中，烧结的银膏或者膜可用于界面处的附接处理。可通过到馈通604的焊线来形成到白光源的电连接，馈通604电耦接到外部管脚605。在此实例中，准直透射模式白光源602包括激光二极管606、配置为接受激光束的磷光体波长转换器607，以及准直透镜，例如构造在磷光体前面以收集发射的白光并形成准直光束的非球面透镜608。使准直光束引向窗603，其中窗区域由透明材料形成。透明材料可以是玻璃、石英、蓝宝石、碳化硅、钻石、塑料，或者任何合适的透明材料。外部管脚605电耦接到电源以使白光源通电并产生白光发射。如在图中看到的，在扁平封装上可包括任何数量的管脚。在此实例中有6个管脚，典型的激光二极管驱动器仅需要2个管脚，一个用于阳极，一个用于阴极。因此，额外的管脚可用于附加元件，例如像是监测并帮助控制温度的光电二极管或者热敏电阻的安全特征。当然，图31中的实例仅是一个实例，旨在举例说明一个可能的密封白光源的构造。
在没有盖的未密封构造中举例说明了根据本发明的图35和图36所示的扁平类型的封装实例，以示出内部构造的实例。然而，用盖构件或者帽构件简单地密封扁平封装。图32是在内部带有准直白光源的密封扁平封装的一个实例。如在图32中看到的，扁平类型封装具有基底构件或者壳体构件601，其带有配置为电耦接到内部部件(例如白光源、安全特征，和热敏电阻)的外部管脚602。密封扁平封装配置有用于使准直白光束离开盖和帽604以在外部环境和内部部件之间形成密封的窗603。可将盖或者帽焊接、铜焊、焊接、胶粘到基底，等等。密封类型可以是环境密封或者气密密封，在一个实例中，用氮气或者氮气和氧气的组合回填该密封封装。
图33展示了举例说明根据本发明的包括白光准直光学器件的集成白光源的透射磷光体实施方式的示意图。在此实施方式中，利用含镓氮剥离和转移技术来制造非常小的且紧凑的基板构件，带有由转移外延层形成的激光二极管芯片。当然，例如图4和图6所示的传统的基板上芯片实施方式可用于此集成准直白光实施方式。基于激光器的CPoS白光装置由基板材料601组成，其用作配置为用作激光二极管602(其在转移的含镓氮外延层中形成)和最终安装面之间的中间材料并用作磷光体板材料605和最终安装面之间的中间材料的公共支撑构件。激光二极管或者基板配置有电极603和604，其可形成为具有沉积金属层和金属层的组合，包括但不限于Au、Pd、Pt、Ni、Al、Ti，等等。焊线可配置为使电功率耦合到激光二极管上的电极603和604。激光束606入射到磷光体上以形成出射磷光体的白光。使离开磷光体构件的白光耦合到透镜中，例如用于准直和光束成形的非球面透镜607。电极603和604配置为用于电连接到外部电源，例如激光驱动器、电流源，或者电压源。焊线可在电极上形成以使电功率耦合到激光二极管器件，以产生从激光二极管输出的激光束。当然，这仅是具有集成准直光学器件的构造的一个实例，可存在许多关于此实施方式的变型，包括使用如图4所示的传统的基板上芯片构造，用于使准直光学器件与激光二极管和磷光体集成。在其他另选方式中，可使用带有不同大小和形状的磷光体，可使用不同几何设计的基板或者公共支撑构件，可利用激光输出束相对于磷光体的不同定向，并且可执行不同的电极和电设计，等等。
图34展示了举例说明根据本发明的集成白光源的反射模式磷光体实施方式的示意图，包括反射器光学器件，例如使白光准直的抛物面反射器。在此实施方式中，将含镓氮激光二极管601或者基板上芯片安装在公共支撑构件602上，公共支撑构件602可以是用于激光二极管的基板构件。公共支撑构件还支撑配置为位于激光二极管输出束604的路径中的磷光体构件603，其中，激光二极管光束可离开磷光体并发射白光。使诸如抛物面反射器的反射器构件605相对于磷光体构件的主发射表面定位，使得磷光体构件接近反射器的焦点。反射器配置为收集来自磷光体的白光发射并使其准直到沿着轴线606投射的白光的光束中。反射器构件配置有开口或者其他入口用于激光束604进入反射器内部，从而与磷光体相互作用。在其他另选方式中，可使用带有不同大小和形状的磷光体，可使用不同几何设计的基板或者公共支撑构件，可利用激光输出束相对于磷光体的不同定向，可使用不同的准直光学器件或者其他光学器件，并且可执行不同的电极和电设计，等等。
图35展示了举例说明根据本发明的根据图23a的集成白光源的反射模式磷光体实施方式的示意图，但是还包括诸如非球面透镜的透镜以使白光准直。在此实施方式中，将含镓氮激光二极管601或者基板上芯片安装在公共支撑构件602上，公共支撑构件602可以是用于激光二极管的基板构件。公共支撑构件还支撑配置为位于激光二极管输出束604的路径中的磷光体构件603，其中，激光二极管光束可离开磷光体并发射白光。使诸如非球面透镜的透镜构件605位于磷光体构件的主发射表面的前面或者上方。透镜配置为收集来自磷光体的白光发射并使其准直到沿着轴线606投射的白光的光束中。透镜构件由机械支撑构件支撑，其可以是附加构件607或者可直接由公共支撑构件支撑。在其他另选方式中，可使用带有不同大小和形状的磷光体，可使用不同几何设计的基板或者公共支撑构件，可利用激光输出束相对于磷光体的不同定向，可使用不同的准直光学器件或者其他光学器件，并且可执行不同的电极和电设计，等等。
图36展示了如图25所示的在罐式封装中构造的CPoS白光源的示意图，但是带有附加的配置为准直并投射白光的反射器构件。根据图37的用于来自TO罐式封装的准直白光的实例构造包括TO罐基底601、配置为带有安装到基底的透明窗区域602的帽。可将帽焊接、铜焊、焊接或者胶粘到基底。反射器构件603构造在窗区域之外，其中反射器用来捕获通过窗的所发射的白光，使光准直，然后沿着轴线604投射该光。当然，这仅是一个实例，旨在举例说明一个可能的使根据本发明的集成CPoS白光源与准直光学器件组合的构造。在另一实例中，可将反射器集成到帽的窗构件中，或者包含在TO封装构件内。
在一个另选实施方式中，图37提供了如图25所示的在罐式封装中构造的CPoS白光源的示意图，但是带有附加的配置为准直并投射白光的透镜构件。根据图37的用于来自TO罐式封装的准直白光的实例构造包括TO罐基底601、配置为带有安装到基底的透明窗区域602的帽。可将帽焊接、铜焊、焊接或者胶粘到基底。非球面透镜构件603构造在窗区域之外，其中透镜用来捕获通过窗的所发射的白光，使光准直，然后沿着轴线604投射该光。当然，这仅是一个实例，旨在举例说明一个可能的使根据本发明的集成白光源与准直光学器件组合的构造。在另一实例中，可将准直透镜集成到帽上的窗构件中，或者可包含在封装构件内。
在一个另选实施方式中，图38a提供了如图27a所示的根据本发明的在SMD类型的封装中构造的白光源的示意图，但是带有附加的配置为准直并投射白光的抛物线构件。根据图38a的用于来自SMD类型的封装的准直白光的实例构造包括SMD类型的封装601，其包括基底和帽或者窗区域，和集成白光源602。将SMD封装安装到热沉构件603，其配置为从激光器和磷光体构件运送和/或储存在SMD封装中产生的热量。诸如抛物面反射器的反射器构件604配置为在抛物面反射器的焦点处或其附近具有白光源的发白光的磷光体构件。抛物面反射器用来沿着投射轴线605准直并投射白光。当然，这仅是一个实例，旨在举例说明一个可能的使根据本发明的集成白光源与反射器准直光学器件组合的构造。在另一实例中，可将准直反射器集成到帽的窗构件中，或者可包含在封装构件内。在一个优选实施方式中，使反射器与基板集成或者附接到基板。
在一个另选实施方式中，图38b提供了如图29b所示的根据本发明的在SMD类型的封装中构造的白光源的示意图，但是带有附加的抛物面反射器构件或者另选的准直光学器件，例如配置为准直并投射白光的透镜或者TIR光学器件。根据图38b的用于来自SMD类型的封装的准直白光的实例构造包括SMD类型的封装601，其包括基底和帽或者窗区域，和基于激光器的集成白光源602。将SMD封装安装到星形板构件603，其配置为允许集成白光源的电安装和机械安装，对SMD封装提供电接口和机械接口，并对外部世界提供热接口，例如热沉。诸如抛物面反射器的反射器构件604配置为在抛物面反射器的焦点处或其附近具有白光源的发白光的磷光体构件。抛物面反射器用来沿着投射轴线605准直并投射白光。当然，这仅是一个实例，旨在举例说明一个可能的使根据本发明的集成白光源与反射器准直光学器件组合的构造。在另一实例中，可将准直反射器集成到帽的窗构件中，或者可包含在封装构件内。准直光学器件可以是透镜构件，TIR光学器件，抛物面反射器构件，或者另选的准直技术，或者组合。在一个优选实施方式中，使反射器与基板集成或者附接到基板。
在一个另选实施方式中，图39提供了如图27a所示的根据本发明的在SMD类型的封装中构造的白光源的示意图，但是带有附加的配置为准直并投射白光的透镜构件。根据图39的用于来自SMD类型的封装的准直白光的实例构造包括SMD类型的封装601，其包括基底和帽或者窗区域，和集成白光源602。将SMD封装安装到热沉构件603，其配置为从激光器和磷光体构件运送和/或储存在SMD封装中产生的热量。诸如非球面透镜的透镜构件604配置有白光源的发白光的磷光体构件以收集并准直大部分所发射的白光。透镜构件由支撑构件605支撑，以将透镜构件相对于白光源机械地支撑在固定位置。支撑构件可由金属、塑料、陶瓷、复合材料、半导体等组成。透镜构件用来沿着投射轴线606准直并投射白光。当然，这仅是一个实例，旨在举例说明一个可能的使根据本发明的集成白光源与反射器准直光学器件组合的构造。在另一实例中，可将准直反射器集成到帽的窗构件中，或者可包含在封装构件内。在一个优选实施方式中，使反射器与基板集成或者附接到基板。
在一个根据本发明的实施方式中，图40提供了如图27a所示的根据本发明的在SMD类型的封装中构造的白光源的示意图，但是带有附加的配置为准直并投射白光的透镜构件和反射器构件。根据图40的用于来自SMD类型的封装的准直白光的实例构造包括SMD类型的封装601，其包括基底和帽或者窗区域，和集成白光源602。将SMD封装安装到热沉构件603，其配置为从激光器和磷光体构件运送和/或储存在SMD封装中产生的热量。诸如非球面透镜的透镜构件604配置有白光源以收集并准直大部分所发射的白光。反射器壳体605或者透镜构件构造在白光源和透镜构件之间，以使任何偏离的光或者将以其他方式无法到达透镜构件的光反射到透镜构件中，从而准直并有助于形成准直光束。在一个实施方式中，透镜构件由反射器壳体构件支撑，以将透镜构件相对于白光源机械地支撑在固定位置。透镜构件用来沿着投射轴线606准直并投射白光。当然，这仅是一个实例，旨在举例说明一个可能的使根据本发明的集成白光源与反射器准直光学器件组合的构造。在另一实例中，可将准直反射器集成到帽的窗构件中，或者可包含在封装构件内。在一个优选实施方式中，使反射器与基板集成或者附接到基板。
可使诸如SMD的封装中的集成激光器加上磷光体光源的装置附接到外部板，以允许封装的电安装和机械安装。除了对SMD封装提供电接口和机械接口以外，这些板可对外部世界提供热接口，例如热沉。这种板还可在最终装配过程中对诸如SMD(通常小于2cm×2cm)的小封装提供改进的处理。除了定制板设计以外，存在许多行业标准板设计，包括带有基底(其是Cu、Al或者Fe合金)的金属芯印刷电路板(MCPCB)，纤维填充的环氧树脂板，例如FR4，柔性板/混合柔性板(其通常是带有Cu夹层和介电隔离的聚酰亚胺结构，以将在需要在非平面表面周围弯曲的应用中使用)，或者可直接安装到更大系统中的现有金属框架的标准散热材料板。
通过参考说明书和附图的后面的部分，可实现本发明的性质和优点的进一步理解。
在本发明的所有侧面泵浦和透射及反射实施方式中，可包括附加的特征和设计。例如，可通过仔细地设计考虑激光束对磷光体的入射角，或者通过使用诸如自由空间光学器件状准直透镜的集成光学器件，来实现用于优化磷光体上的光束光斑特征的激发激光束的成形。可包括安全特征，例如被动特征，像是物理设计考虑因素和束流收集器，和/或主动特征，例如可在闭环中使用以当指示信号时关闭激光器的光检测器或者热敏电阻。而且，可包括操纵所产生的白光的光学元件。在一些实施方式中，使用诸如抛物面反射器的反射器或者诸如准直透镜的透镜，使白光准直或者产生可应用于汽车前灯、闪光灯、聚光灯或者其他灯的聚光。
在一些实施方式中，本发明提供一种基于激光器的白光源，其包括特征在于长度、宽度和高度的形状因数。该设备具有支撑构件和覆盖支撑构件的含镓氮激光二极管器件和磷光体材料中的至少一个。激光器器件能够发射带有以下波长的激光束，该波长优选地在425nm到475nm的蓝色区域中，或者在380nm到425nm的紫外线或紫色区域中，但是可以是其他的，例如在475nm到510nm的青色区域中，或者510nm到560nm的绿色区域。在一个优选实施方式中，磷光体材料可提供560nm到580nm范围内的微黄光发射，使得当与激光二极管的蓝光发射混合时产生白光。在其他实施方式中，可将带有红光、绿光、黄光及甚至蓝光发射的磷光体与激光二极管激发源组合使用，以通过颜色混合而产生白光。该设备通常具有带有非引导激光束特征的自由空间，该特征将激光束的发射从激光器器件传递到磷光体材料。激光束光谱宽度、波长、大小、形状、强度和偏振配置为激发磷光体材料。可通过将光束定位在离磷光体精确的距离处来构造光束，以利用激光二极管的光束发散特性并实现预期的光斑大小。在其他实施方式中，可使用诸如准直透镜的自由空间光学器件来使光束在入射到磷光体上之前成形。光束的特征可在于大于60％且小于100％的偏振纯度。如本文中使用的，术语“偏振纯度”表示，大于50％的所发射的电磁辐射处于基本上类似的偏振状态，例如横向电场(TE)或者横向磁场(TM)偏振状态，但是可具有其他与普通含义一致的含义。在一个实例中，入射到磷光体上的激光束具有小于0.1W、大于0.1W、大于0.5W、大于1W、大于5W、大于10W，或者大于20W的功率。磷光体材料的特征在于转换效率、对热损伤的抵抗、对光学损伤的抵抗、热淬火特征、使激发光散射的多孔性，以及热导率。在一个优选实施方式中，磷光体材料由掺有Ce的发射黄光的YAG材料组成，其带有大于每光学瓦特100流明的转换效率，大于每光学瓦特200流明的转换效率，或者大于每光学瓦特300流明的转换效率，并且可以是多晶陶瓷材料或者单晶材料。白光设备还具有电输入接口，其配置为使电输入功率耦合到激光二极管器件以产生激光束并激发磷光体材料。白光源配置为产生大于1流明、10流明、100流明、1000流明或者更大的白光输出。支撑构件配置为将热能从激光二极管器件和磷光体材料中的至少一个运送到热沉。
根据一个实施方式，本发明提供一种基于动态激光器的光源或者光投射设备，包括微型显示器，例如微机电(MEMS)扫描镜，或者“飞镜”或数字光处理(DLP)芯片以动态地修改所发射的光的空间图案和/或颜色。在一个实施方式中，使光像素化以激活某些像素且不激活其他像素，以形成白光的空间图案或者图像。在另一实例中，动态光源配置为控制或者指向光束。可通过由表盘、开关或者操纵杆机构构成的用户输入来实现该控制或者指向，或者可由包括传感器的反馈回路指导。
根据一个实施方式，本发明提供一种基于动态激光器的光源或者光投射设备，包括具有孔径的壳体。该设备可包括用于接收信号以激活光源的动态特征的输入接口。该设备可包括视频或者信号处理模块。另外，该设备包括基于激光源的光源。激光源包括紫色激光二极管或者蓝色激光二极管。动态光特征输出由通过激光二极管(或者激光二极管和磷光体构件的组合)的输出束激发的磷光体发射构成。在极性定向的、非极性定向的，或者半极性定向的含镓衬底上制造紫色激光二极管或者蓝色激光二极管。该设备可包括微机电系统(MEMS)扫描镜，或者“飞镜”，其配置为使激光或者激光泵浦的磷光体白光投射到外部世界的具体位置。通过使用MEMS镜使激光束光栅化，可在两个维度上形成像素以产生图案或者图像。
根据一个实施方式，本发明包括具有孔径和输入接口的壳体，输入接口用于接收诸如像帧的信号。动态光系统还包括处理模块。在一个实施方式中，使处理模块电耦接到ASIC以驱动激光二极管和MEMS扫描镜。
在一个实施方式中，提供一种激光驱动器模块。除了别的之外，使激光驱动器模块适于调节将提供给激光二极管的功率的量。例如，激光驱动器模块产生基于一个或多个来自诸如像帧的信号的像素的驱动电流，驱动电流适于驱动激光二极管。在一个具体实施方式中，激光驱动器模块配置为在大约50到300MHz的频率范围产生脉冲调制信号。
根据一个实施方式，本发明提供一种基于动态激光器的光源或者光投射设备，包括具有孔径的壳体。该设备可包括用于接收信号以激活光源的动态特征的输入接口。该设备可包括视频或者信号处理模块。另外，该设备包括基于激光源的光源。激光源包括紫色激光二极管或者蓝色激光二极管。动态光特征输出由通过激光二极管(或者激光二极管和磷光体构件的组合)的输出束激发的磷光体发射构成。在极性定向的、非极性定向的，或者半极性定向的含镓衬底上制造紫色激光二极管或者蓝色激光二极管。该设备可包括耦合到激光源的激光驱动器模块。该设备可包括数字光处理(DLP)芯片，其包括数字镜器件。数字镜器件包括多个镜，每个镜对应于像帧的一个或多个像素。该设备包括电耦接到激光源和数字光处理芯片的电源。
该设备可包括耦合到激光源的激光驱动器模块。该设备包括设置于激光源附近的光学件，光学件适于将激光束引导到数字光处理芯片。该设备包括电耦接到激光源和数字光处理芯片的电源。在一个实施方式中，设备的用户可启动光源的动态特性。例如，用户可激活开关、表盘、操作感或者触发器，以将光输出从静态模式改变到动态模式，从一个动态模式改变到不同的动态模式，或者从一个静态模式改变到不同的静态模式。
在包括动态光源的本发明的一个具体实施方式中，由包括传感器的反馈回路激活动态特征。这种传感器可选自，但不限于麦克风、地震检波器、水中听音器、化学传感器、例如氢传感器、CO2传感器、或者电子噪声传感器、流量传感器、水表、气表、盖氏计量器、高度计、空速传感器、速度传感器、测距仪、压电传感器、陀螺仪、惯性传感器、加速计、MEMS传感器、霍尔效应传感器、金属检测器、电压检测器、光电传感器、光检测器、光敏电阻、压力传感器、应变仪、热敏电阻、热电偶、高温计、温度计、运动检测器、无源红外传感器、多普勒传感器、生物传感器、电容传感器、视频传感器、换能器、图像传感器、红外传感器、SONAR、LIDAR、等等。
在包括带有传感器的反馈回路的动态光特征的一个实例中，包括运动传感器。动态光源配置为照亮检测到运动的位置，通过感测运动的位置空间并控制对该位置的输出光束来检测运动。在包括带有传感器的反馈回路的动态光特征的另一实例中，包括加速计。加速计配置为预测激光源设备朝向什么地方运动，并控制输出束到该位置，甚至在设备的用户可移动光源以使其指向预期位置之前。当然，这些仅是带有包括传感器的反馈回路的动态光源的实现方式的实例。可存在许多包括使动态光源与传感器组合的本发明概念的其他实现方式。
在某些实施方式中，集成白光源设备包括静电放电(ESD)保护元件。例如，将使用ESD保护元件来防止集成白光源受到通过从电荷累积而产生的突然电流流过而出现的损坏。在一个实例中，使用浪涌电压抑制(TVS)元件。
在集成白光源设备的某些实施方式中，该光源可在包括至少150000ppm氧气的环境中操作。
在集成白光源设备的某些实施方式中，支撑构件包括选自铜、铜钨、铝、硅以及任何以上材料的组合中的材料。
在某些实施方式中，集成白光源设备包括热耦合到支撑构件的微通道冷却器。
在某些实施方式中，集成白光源设备包括热耦合到公共支撑构件的热沉。在一个实例中，热沉具有散热片或者用于增加表面积的措施。
在某些实施方式中，集成白光源设备包括在公共支撑构件和热沉之间耦合的散热器。
在集成白光源设备的某些实施方式中，光耦合器包括滤光片。
在集成白光源设备的某些实施方式中，输出光束在几何上配置为优化与磷光体材料的相互作用。
在集成白光源设备的某些实施方式中，白光源构造在封装中。在一个实例中，封装是气密密封的。
在集成白光源设备的某些实施方式中，白光源构造在封装中，例如扁平封装(flatpackage)，表面安装封装，例如SMD、TO9罐、TO56罐、TO-5罐、TO-46罐、CS-安装、G-安装、C-安装、微通道冷却封装等等。
在集成白光源设备的某些实施方式中，使用反射器或者透镜使所发射的白光准直。

Claims (15)

1.一种封装的使用光束的集成白光源，包括：
封装构件，被配置有基底构件；
激光二极管器件，包括含有镓和氮的材料并且被配置作为激发源，所述激光二极管器件包括p电极和n电极；
磷光体波长转换器构件，被配置作为发射器并且与所述激光二极管器件耦合；
至少一个公共支撑构件，被配置为支撑所述激光二极管器件和所述磷光体构件；
热沉，热耦合到所述公共支撑构件，所述公共支撑构件被配置为将热能从所述公共支撑构件上的所述激光二极管器件和所述磷光体构件输送到所述热沉；
第一电连接，被配置成从所述激光二极管器件的所述p电极到所述封装构件上的第一内部馈通；
第二电连接，被配置成从所述激光二极管器件的所述n电极到所述封装构件上的第二内部馈通；
基板构件，被配置有所述激光二极管器件以形成基板上芯片结构；
输出面，被配置在所述激光二极管器件上以从所述输出面输出电磁辐射束；所述电磁辐射束选自于具有范围从400nm到485nm的第一波长的紫光和/或蓝光发射，输出的辐射束通过波长范围、光谱宽度、功率以及空间结构来表征：
自由空间，介于所述输出面与所述磷光体构件之间，具有能够将激光束从所述激光二极管器件发送到所述磷光体构件的非引导特性；其中，所述激光束在所述磷光体构件的空间区域上形成激发光斑；几何形状和直径尺寸表征所述磷光体构件上的激发光斑；
入射角，配置在所述激光束与所述磷光体构件之间，所述磷光体构件被配置为将具有第一波长的所述激光束中的至少一部分电磁辐射转换成具有比所述第一波长更长的第二波长；
反射模式，表征所述磷光体构件使得所述激光束入射到所述磷光体构件的激发表面上；
白光，从所述磷光体构件的至少一个发射表面发射出，白光发射包括至少由来自所述磷光体构件的所述第二波长表征的波长的混合；
第一引线和第二引线，设置在封装上，所述第一内部馈通和所述第二内部馈通分别被配置有到外部的所述第一引线和外部的所述第二引线的电耦接；
帽构件，被配置在所述封装构件上使得所述帽构件在白光源周围形成密封；
电耦接，被配置有与电源连接的外部的所述第一引线和外部的所述第二引线，以将电力供应给激光二极管，从而发射被入射到所述磷光体构件上的所述电磁辐射束；以及
表征所述集成白光源的形状因数，所述形状因数具有长度、宽度和高度的尺寸。
2.根据权利要求1所述的集成白光源，其中，所述封装是表面安装器件(SMD)封装，并且其中，公共支撑构件通过所述表面安装器件封装的基底配置；其中，中间基板或者支撑构件位于所述激光二极管器件与所述公共支撑构件之间。
3.根据权利要求1所述的集成白光源，其中，所述激光二极管器件被配置有多条带发射器，其中，所述多条带发射器包括2个以上相邻的激光二极管条带，所述2个以上相邻的激光二极管条带被配置为产生2个以上激光束，并且其中，多条带激光束发射图案在所述磷光体构件上提供激发光斑，和/或其中，所述激光二极管器件包括多个激光二极管，例如2个激光二极管、3个激光二极管或者4个激光二极管，以分别产生2个激光束、3个激光束或者4个激光束；并且其中，多个激光束在所述磷光体构件上形成激发光斑。
4.根据权利要求1所述的集成白光源，其中，所述公共支撑构件与所述磷光体构件之间的界面区域、所述公共支撑构件与所述激光二极管器件之间的界面区域、所述公共支撑构件与支撑一个或多个所述磷光体构件的所述基板构件之间的界面区域、所述公共支撑构件与支撑所述激光二极管器件的所述基板构件之间的界面区域、所述基板构件与所述磷光体构件之间的界面区域或者所述基板构件与所述激光二极管器件之间的界面区域包含焊接材料，诸如AuSn焊料、诸如SAC305的SAC焊料、含铅焊料或者铟焊料。
5.根据权利要求1所述的集成白光源，其中，所述公共支撑构件与所述磷光体构件之间的界面区域、所述公共支撑构件与激光二极管器件之间的界面区域、所述公共支撑构件与支撑所述磷光体构件的所述基板构件之间的界面区域、所述公共支撑构件与支撑所述激光二极管器件的所述基板构件之间的界面区域、所述基板构件与所述磷光体构件之间的界面区域或者所述基板构件与所述激光二极管器件之间的界面区域包括烧结的银膏或者烧结的银膜。
6.根据权利要求1所述的集成白光源，其中，激光二极管的特征在于425nm到480nm范围内的第一蓝光波长，来自所述磷光体构件的所述第二波长包括黄光波长范围，并且其中，所述白光发射包括所述第一蓝光波长和第二黄光波长，并且其中，所述磷光体构件包括掺杂有Ce的陶瓷钇铝石榴石(YAG)、掺杂有Ce的单晶钇铝石榴石或者包含粘合剂材料的粉末状钇铝石榴石；并且其中，磷光体具有的光学转换效率大于每光学瓦特50流明、大于每光学瓦特100流明、大于每光学瓦特200流明或者大于每光学瓦特300流明。
7.根据权利要求1所述的集成白光源，其中，所述磷光体构件包括被配置为发射第二波长的第一磷光体构件和被配置为发射第三波长的第二磷光体构件。
8.根据权利要求1所述的集成白光源，其中，所述激光束与所述磷光体构件之间的入射角包括：由相对于快轴的入射角和相对于慢轴的入射角；其中，相对于所述快轴的入射角和相对于所述慢轴的入射角中的至少一个是范围介于0度与89度之间的非垂直角度，并且其中，所述激光束与所述磷光体构件之间的入射角包括相对于所述快轴的入射角并且特征在于角度的范围介于25度与40度之间。
9.根据权利要求1所述的集成白光源，其中，激光二极管输出光束被配置为在入射到磷光体上时产生具有一定几何大小和形状的激发光斑；并且其中，通过以下各项中的至少一项或者组合来配置所述激光二极管输出光束：选择激光二极管输出面与磷光体背面激发表面之间的设计距离、选择磷光体相对于所述激光束的倾斜、选择激光二极管相对于磷光体的倾斜或者选择来自激光二极管或者条带的一个以上光束的组合，或者其中，所述激光二极管输出光束被配置为在入射到所述磷光体上时产生具有一定几何大小和形状的激发光斑；并且其中，通过以下各项中的至少一项或者组合来配置所述激光二极管输出光束：选择所述激光二极管输出面与所述磷光体背面激发表面之间的设计距离、磷光体相对于所述激光束的倾斜以及激光二极管相对于磷光体的倾斜，使用两个或更多个激光二极管器件来使多个光斑重叠，和/或使用多条带激光二极管。
10.根据权利要求1所述的集成白光源，其中，所述激发光斑的特征在于直径尺寸小于1mm，小于500μm，小于300μm，小于100μm或者小于50μm。
11.一种封装的使用光束的集成白光源，包括：
封装构件，配置有基底构件；
激光二极管器件，包括含有镓和氮的材料并且配置作为激发源，所述激光二极管器件包括p电极和n电极；
磷光体波长转换器构件，被配置作为发射器并且与所述激光二极管器件耦合；
至少一个公共支撑构件，诸如封装基底构件，被配置为支撑所述激光二极管器件和所述磷光体构件；
热沉，热耦合到所述公共支撑构件，所述公共支撑构件被配置为将热能从所述公共支撑构件上的所述激光二极管器件和所述磷光体构件输送到所述热沉；
输出面，被配置在所述激光二极管器件上以从所述输出面输出电磁辐射束；所述电磁辐射束选自于具有范围从400nm到485nm的第一波长的紫光和/或蓝光发射，输出辐射束的特征在于波长范围、光谱宽度、功率以及空间结构：
自由空间，介于所述输出面与所述磷光体构件之间、包括空间区域、具有能够将激光束从所述激光二极管器件传输到所述磷光体构件的非引导特性，所述磷光体构件被配置为将具有第一波长的激光束中的至少一部分电磁辐射转换成具有比所述第一波长更长的第二波长；
表征所述磷光体构件的侧面泵浦构造：所述激光束入射到所述磷光体构件的至少一个侧面激发表面；并且主白光发射表面设置在磷光体的与所述激发表面基本正交的关于所述侧面激发表面而言的顶面上，主白光发射包括至少由来自所述磷光体构件的所述第二波长表征的波长的混合；以及
表征所述集成白光源的形状因数，所述形状因数具有长度、宽度和高度的尺寸。
12.一种封装的使用光束的集成白光源，包括：
封装构件，配置有基底构件；
SLED器件，包括含有镓和氮的材料并且配置作为激发源，所述SLED器件包括p电极和n电极；
磷光体波长转换器构件，被配置作为发射器并且与所述SLED器件耦合；
至少一个公共支撑构件，诸如封装基底构件，被配置为支撑所述SLED器件和所述磷光体构件；
热沉，热耦合到所述公共支撑构件，所述公共支撑构件被配置为将热能从所述公共支撑构件上的所述SLED器件和所述磷光体构件输送到所述热沉；
输出面，被配置在所述SLED器件上以从所述输出面输出电磁辐射束；所述电磁辐射束选自于具有范围从400nm到485nm的第一波长的紫光和/或蓝光发射，输出辐射束的特征在于波长范围、光谱宽度、功率以及空间结构：
自由空间，介于所述输出面与所述磷光体构件之间、具有能够将光束从所述SLED器件传输到所述磷光体构件的非引导特性，所述磷光体构件被配置为将具有第一波长的SLED光束中的至少一部分电磁辐射转换成具有比所述第一波长更长的第二波长；
表征所述集成白光源的形状因数，所述形状因数具有长度、宽度和高度的尺寸，并且
于是，白光发射包括至少由来自所述磷光体构件的所述第二波长表征的波长的混合。
13.一种用于车辆或者其他应用的使用光束的集成白光源，包括：
激光二极管器件，包括含有镓和氮的材料并且被配置作为激发源；
磷光体波长转换器构件，被配置作为发射器并且与所述激光二极管器件耦合；
公共支撑构件，被配置为支撑所述激光二极管器件和所述磷光体构件；
热沉，耦合到所述公共支撑构件，所述公共支撑构件被配置为将热能从所述公共支撑构件上的所述激光二极管器件和所述磷光体构件输送到所述热沉；
基板构件，被配置有所述激光二极管器件以形成基板上芯片结构；
输出面，被配置在所述激光二极管器件上以从所述输出面输出电磁辐射的激光束；所述电磁辐射选自于具有范围从400nm到485nm的第一波长的紫光或蓝光发射，输出的激光束通过波长范围、光谱宽度、功率以及空间结构来表征：
自由空间，在所述公共支撑构件的附近，具有能够将激光束从所述激光二极管器件发送到所述磷光体构件的非引导特性；并且激光器件的输出激光束光学耦合至至少一个磷光体构件；
入射角，配置在所述激光束与所述磷光体构件之间，所述磷光体构件被配置为将具有第一波长的所述激光束中的至少一部分电磁辐射转换成具有比所述第一波长更长的第二波长；
透射模式，表征所述磷光体构件使得所述激光束入射到所述磷光体构件的激发表面上；
白光，从所述磷光体构件的至少一个发射表面发射出，白光发射包括至少由来自所述磷光体构件的所述第二波长表征的波长的混合；以及
表征所述集成白光源的形状因数，所述形状因数具有长度、宽度和高度的尺寸。
14.一种用于车辆或者其他应用的使用光束的集成白光源，包括：
激光二极管器件，包括含有镓和氮的材料并且配置作为激发源；
磷光体波长转换器构件，被配置作为发射器并且耦合到所述激光二极管器件；
公共支撑构件，被配置为支撑所述激光二极管器件和所述磷光体构件，所述公共支撑构件被配置为输送来自所述激光二极管器件和所述磷光体构件的热能；
热沉，耦合到所述公共支撑构件并且被配置为接收来自所述激光二极管器件和所述磷光体构件的热能；
基板，被配置有所述激光二极管器件以在所述基板上形成芯片；
输出面，被配置在所述激光二极管器件上以从所述输出面输出电磁辐射的激光束；输出的电磁辐射的激光束选自于具有范围从400nm到485nm的第一波长的紫光或蓝光发射，所述激光二极管器件的输出激光束的特征在于波长范围、光谱宽度、功率以及空间结构：
自由空间，在所述公共支撑构件的附近，具有能够将激光束从所述激光二极管器件发送到所述磷光体构件的非引导特性，激光器件的输出激光束光学耦合至至少一个磷光体构件；
入射角，配置在所述激光束与所述磷光体构件之间，所述磷光体构件被配置为将具有第一波长的所述激光束中的至少一部分电磁辐射转换成具有比所述第一波长更长的第二波长；
表征所述磷光体构件的反射模式，所述激光束入射到所述磷光体构件的第一主表面上，并且至少从所述电磁辐射与所述第一主表面的相互作用发射出白光，白光发射包括至少由来自所述磷光体构件的所述第二波长表征的波长的混合；以及
形状因数，表征所述集成白光源并且具有长度、宽度和高度的尺寸。
15.一种用于车辆或者其他应用的使用光束的集成白光源，包括：
激光二极管器件，包括含有镓和氮的材料并且配置作为激发源；
磷光体波长转换器构件，被配置作为发射器并且耦合到所述激光二极管器件；
公共支撑构件，被配置为支撑所述激光二极管器件和所述磷光体构件，所述公共支撑构件被配置为输送来自所述激光二极管器件和磷光体构件的热能；
热沉，耦合到所述公共支撑构件以接收所输送的热能，所述激光二极管器件被配置在基板上以形成基板上芯片；
输出面，被配置在所述激光二极管器件上以从所述输出面输出电磁辐射的激光束；输出的电磁辐射的激光束选自于具有范围从400nm到485nm的第一波长的紫光或蓝光发射，所述激光二极管器件的输出激光束的特征在于波长范围、光谱宽度、功率以及空间结构：
自由空间，在所述公共支撑构件的附近，具有能够将激光束从所述激光二极管器件发送到所述磷光体构件的非引导特性，激光器件的输出激光束光学耦合至至少一个磷光体构件；
入射角，配置在所述激光束与所述磷光体构件之间，所述磷光体构件被配置为将具有第一波长的所述激光束中的至少一部分电磁辐射转换成具有比所述第一波长更长的第二波长；
至少多晶材料或者单晶YAG:Ce材料，表征所述磷光体构件，所述磷光体构件包括三维几何形状，其中，所述激光束指向所述磷光体构件的激发表面；
点光源，由为了形成所述点光源而从源于所述三维几何形状的多个侧面的白光发射获得，所述白光发射包括至少由来自所述磷光体构件的所述第二波长表征的波长的混合；以及
形状因数，表征所述集成白光源，并且具有长度、宽度和高度的尺寸。
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