CN212085431U - 一种激光整形封装 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种激光整形封装，包括激光芯片，激光芯片包括发光区，发光区平行结平面方向为慢轴，垂直结平面方向为快轴，还包括线路板底座和封装壳体，封装壳体上设置有透光窗口，透光窗口还包括波长转换装置，封装壳体内还设置有玻璃圆柱，发光区朝向玻璃圆柱的侧面发射入射激光，发光区快轴所在的平面与玻璃圆柱的轴向垂直，入射激光从侧面穿过玻璃圆柱形成出射激光，所述出射激光激发波长转换装置发出受激光。本技术方案利用玻璃圆柱对发光区的快轴进行压缩整形，然后将激光芯片、玻璃圆柱按照尺寸、距离等要求封装在封装壳体内部，提高了装配精度，缩短了装配时间，节约了人力，波长转换装置设置在封装壳体上，节约了空间。

Description

一种激光整形封装

技术领域

本实用新型涉及照明技术领域，具体地说，涉及激光芯片发射的激光依靠光纤整形的发光装置。

背景技术

随着激光照明技术的发展，激光装置的需求及应用越来越广泛。激光芯片发射的激光在水平方向平行于发光区长条方向是慢轴方向，竖直方向垂直于发光区长条方向是快轴方向，激光芯片所发出的激光在快轴方向的发光角度与慢轴方向的发光角度不同，通常是快轴方向的发光角度大于慢轴方向的发光角度。快轴和慢轴发光角度的不同，导致激光芯片发出的激光光束为发散的长条形光束，这使得激光芯片应用率不高，尤其是在照明领域中激光装置作为光源的时候，必须对快轴和慢轴的角分布进行调整。

现有的激光装置调整上述角分布所采用的技术普遍结构复杂、体积大、成品率低、推广应用困难。如专利公开号CN104991347A公开了一种基于微透镜阵列的激光整形照明器，其包括了准直系统、微透镜阵列组及扩束系统，该专利需要准直系统、微透镜阵列组及扩束系统相配合，该专利的结构复杂、装配过程中校准困难、而且体积大、推广应用难度高。

上述得到的激光还需要经过波长转换装置后才可以得到照明用的白光，因此波长转换装置的选择决定了整个照明装置的结构设计。如何根据不同激光的入射角度来选用合适的波长转换装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述传统技术的不足之处，针对现有技术的不足，实用新型一种调整激光芯片所发出的激光角分布功能的发光装置，该发光装置根据激光入射到波长转换装置角度选择不同波长转换装置得到照明用的白光。

为解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种激光整形封装，包括激光芯片，激光芯片包括发光区，发光区平行结平面方向为慢轴，垂直结平面方向为快轴，快轴的发光角度大于慢轴的发光角度，其特征在于：还包括线路板底座和封装壳体，封装壳体上设置有透光窗口，透光窗口还包括波长转换装置，所述波长转换装置包括透明的高导热基材层和涂覆在基材层上的荧光材料层，封装壳体内还设置有玻璃圆柱，发光区朝向玻璃圆柱的侧面发射入射激光，发光区快轴所在的平面与玻璃圆柱的轴向垂直，入射激光从侧面穿过玻璃圆柱形成出射激光，所述出射激光激发波长转换装置发出受激光。

作为上述技术方案的一种改进：所述封装壳体设置有透光窗口的面均为波长转换装置。

作为上述技术方案的一种改进：所述透光窗口所在的平面与线路板底座平面平行。

作为上述技术方案的一种改进：所述封装壳体内还包括反射镜，所述反射镜包括反射面，玻璃圆柱和透光窗口在反射镜设置反射面的一侧，玻璃圆柱发出出射激光的一侧朝向反射面，透光窗口设置在经过反射面反射的出射激光光路上。

作为上述技术方案的一种改进：所述入射激光的光轴穿过玻璃圆柱的轴线，所述反射面反射后的出射激光与线路板底座平面之间的夹角为锐角，并且向靠近激光芯片一侧倾斜。

作为上述技术方案的一种改进：所述入射激光的光轴在玻璃圆柱轴线的下方，出射激光的光路向远离线路板底座的方向延伸。

作为上述技术方案的一种改进：所述还包括激光芯片底座，所述激光芯片底座包括上表面和下表面，所述下表面固定设置在线路板底座平面上，激光芯片固定设置在上表面，所述上表面倾斜设置，所述发光区朝向波长转换装置。

作为上述技术方案的一种改进：所述入射激光的光轴穿过玻璃圆柱的轴线。

作为上述技术方案的一种改进：还包括用于定位玻璃圆柱的定位块，所述定位块上设置有定位槽，所述玻璃圆柱固定设置在定位槽中。

作为上述技术方案的一种改进：所述定位块上还设置有发光区发出的入射激光和玻璃圆柱发出的出射激光的通道的通光槽，所述通光槽与定位槽交叉设置。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本技术方案利用玻璃圆柱对发光区的快轴进行压缩整形，然后将激光芯片、玻璃圆柱按照尺寸、距离等要求封装在封装壳体内部，提高了装配精度，缩短了装配时间，节约了人力。其次，波长转换装置设置在封装壳体上，节约了空间。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1是一种激光整形封装的剖视图。

图2是图1的俯视图。

图3是一种激光整形封装另一种实施例的剖视图。

图4是一种激光整形封装另一种实施例的剖视图。

图5是定位块的立体图。

图6是一种激光整形封装另一种实施例的剖视图。

具体实施方式

实施例1：

如图1和图2所示，一种激光整形封装，包括激光芯片101，激光芯片101 包括发光区，发光区发射出入射激光121a，由于发光区所发出的入射激光121a 在平行于激光芯片101长条方向是慢轴方向，垂直于激光芯片101长条方向是快轴方向。发光区所发出的入射激光121a在快轴方向的发光角度与慢轴方向的发光角度不同，通常是快轴方向的发光角度大于慢轴方向的发光角度。快轴方向和慢轴方向发光角度的不同，导致激光芯片101发出的入射激光121a远场为发散的长条形光斑。上述原因使得激光芯片101不适合作为光源应用在照明或显示领域。在照明或显示领域应用通常需要对激光芯片101快轴方向或慢轴方向的角分布进行调整。

还包括线路板底座104和封装壳体107，封装壳体107上设置有透光窗口 110，透光窗口110包括波长转换装置108，所述波长转换装置108包括透明的高导热基材和涂覆在基材上的荧光材料，本实施方式中透明的高导热基材使用蓝宝石，高导热基材涂覆有荧光材料的一面朝向封装壳体107外，高导热基材朝向出射激光121b的一面包括粗糙面。

封装壳体107内还包括玻璃圆柱102，玻璃圆柱102设置在激光芯片101设置发光区的一侧，发光区朝向玻璃圆柱102的侧面，发光区快轴所在的平面与玻璃圆柱102的轴向垂直，发光区发出的激光121由玻璃圆柱102的一侧进入，玻璃圆柱102的另一侧出射。本技术方案利用玻璃圆柱102对快轴方向和慢轴方向的发光角度进行调整。如图1所示，玻璃圆柱102在竖直方向上的两个曲面相当于是一个透镜，将发光区所发出的入射激光121a在快轴方向进行弯折并减小激光121的发光角度，玻璃圆柱102在水平方向上对入射激光121a不会弯折，即入射激光121a在慢轴方向的发光角度不会改变。发光区所发出的入射激光121a由玻璃圆柱102出射为出射激光121b，入射激光121a相当于穿过了一个凸透镜。

本实施例中，玻璃圆柱102不会改变发光区所发出激光121在慢轴方向上的发光角度；玻璃圆柱102对发光区所发出入射激光121a在快轴方向上进行准直。上述技术方案是单独将快轴方向的角度压缩，慢轴方向的角度不变。

作为一个优选的实施方式，透光窗口110设置在封装壳体107与线路板底座104平行的一面上。因此出射激光121b的光路上设置有反射镜111，反射镜 111包括一个反射面，本实施方式中反射面与线路板底座104之间的夹角为 135°，透光窗口110设置在经过反射面反射的出射激光121b的光路上，经过反射面反射的出射激光121b激发波长转换装置108发出受激光122，此时受激光122穿过透光窗口110出射到封装壳体107外。

在本技术方案中，为了使出射激光121b形成圆形理想光斑，需要严格控制玻璃圆柱102的半径与玻璃圆柱102到激光芯片101的间距。玻璃圆柱102的半径与玻璃圆柱102到激光芯片101的间距关系到由玻璃圆柱102出射的出射激光121b是准直出射还是聚焦的，影响到出射激光121b在快轴方向的角度与慢轴方向的角度比值。该技术方案中理想的情况下是入射激光121a穿过玻璃圆柱102后准直出射，由玻璃圆柱102侧面出射的出射激光121b在快轴方向的角度与慢轴方向的角度比值近似等于1。

在本技术方案中玻璃圆柱102用石英材质的光纤为例，其中石英光纤的折射率为1.46。本实施例中玻璃圆柱102的半径为R，所述发光区到线路板底座 104的距离为K，所述发光区到线路板底座104的距离K＝R的时候，玻璃圆柱102 直接固定在线路板底座104上，玻璃圆柱102的竖直方向上自然定位，即发光区所发出入射激光121a的光轴经过玻璃圆柱102轴线。发光区在高度方向上与玻璃圆柱102轴线位置有轻微偏差并不会影响出射激光121b的发散角度，仅影响出射激光121b的发射方向。例如，入射激光121a的光轴低于玻璃圆柱102 的轴线，则出射激光121b出射方向会向上偏。所以说，本实施例是一个优选实施方式，玻璃圆柱102半径等于发光区中心到线路板底座104的距离。

综上所述，玻璃圆柱102的半径与玻璃圆柱102的材质，以及发光区到线路板底座104的距离有关，本实施方式中，玻璃圆柱102使用石英光纤，玻璃圆柱102的半径小于发光区到线路板底座104距离的1.5倍即满足上述限制条件。

玻璃圆柱102到发光区所在平面的距离是L。这个距离与玻璃圆柱102截面半径和玻璃圆柱102所选用材料的折射率有关。玻璃圆柱102半径越大，对激光121的弯折能力越小，L的取值越大；玻璃圆柱102材料折射率越大，对激光 121的弯折能力越强，L的取值越小。L实际对应于玻璃圆柱102等效为透镜的焦距。发光区在焦点上时，由玻璃圆柱102出射的出射激光121b是准直的；发光区偏离在焦点之外时，由玻璃圆柱102出射的出射激光121b是汇聚的；发光区偏离在焦点之内时，由玻璃圆柱102出射的出射激光121b是发散的。

综上所述，玻璃圆柱102到发光区所在平面的距离L决定了入射激光121a 穿过玻璃圆柱102后的光斑尺寸。玻璃圆柱102与发光区的距离L是敏感因素，影响了出射激光121b的光斑尺寸。由玻璃圆柱102出射的出射激光121b的光斑太小，造成出射激光121b能量汇聚，单位面积内的能量高，利用过程中容易烧毁元器件或造成安全事故；出射激光121b的光斑太大则光强不足，不能满足需求。

玻璃圆柱102截面直径理论上可以很小，只要大于发光区在快轴方向的宽度就可以，发光区在快轴方向的宽度仅为1微米左右。然而，通过实验我们发现，玻璃圆柱102的截面直径不能太小，存在尺寸下限。玻璃圆柱102有很多种生产方式，例如光学冷加工等。一种最方便的方式是直接使用玻璃光纤段作为玻璃圆柱102，玻璃光纤段成本低，且容易获得。通过反复实验得到这样的结论：玻璃圆柱102的直径2R是玻璃圆柱102到发光区所在平面距离L的4.4倍，即R＝2.2L。由于玻璃圆柱102的直径2R影响到玻璃圆柱102到激光芯片101发光区所在平面的距离L，所以玻璃圆柱102的直径2R不能太小，否则玻璃圆柱 102到发光区所在平面的间距L不好控制，装配难度较高。设激光芯片101发光区到玻璃圆柱102轴心的距离的定位公差为M，经过反复实验验证证实，玻璃圆柱102到发光区所在平面的距离L不小于定位公差为M的3倍，即，L＞3M，又因为R＝2.2L，所以，R＞6.6M。玻璃圆柱102使用石英光纤的半径R上限是发光区到线路板底座104距离K的1.5倍。这样，玻璃圆柱102就具有了半径R范围。玻璃圆柱102的半径R取值范围：6.6M＜R＜1.5K。

上述取值范围数据为玻璃圆柱102采用石英光纤的时候玻璃圆柱102的半径R取值范围。如果玻璃圆柱102使用其他材料，则玻璃圆柱102的半径R取值范围随着折射率不同而改变。

综上可知，玻璃圆柱102的半径R、玻璃圆柱102到发光区所在平面的距离 L都需要严格的精度要求。由于精度提高，生产制造过程中的难度增加。为了满足精度的要求，同时降低生产制造的成本，提高生产和装配效率，在本技术方案中增加了一个定位和固定激光芯片101的激光芯片底座103以及定位玻璃圆柱102的定位块105。定位块105固定玻璃圆柱102，该定位块105控制玻璃圆柱102与激光芯片101之间的距离L。定位块105在提高精度的同时，降低装配难度，降低生产成本，避免使用过程中玻璃圆柱102或激光芯片101固定不牢固，无法达到预期的目的。

定位块105靠近激光芯片底座103的一面以激光芯片底座103为基准，紧靠激光芯片底座103设置。定位块105固定设置在线路板底座104上，根据所选用玻璃圆柱102的材料和玻璃圆柱102的半径R来确定玻璃圆柱102到发光区所在平面的距离L,在定位块105上选择定位槽106的位置。根据玻璃圆柱102 的半径R与发光区到线路板底座104的距离K选择定位槽106的深度。当定位槽106的位置和深度确定后，本实施例中玻璃圆柱102通过使用胶粘的方式固定设置在定位槽106内，避免玻璃圆柱106在定位槽106内滑动。

一种优选的实施方式，发光区所发出的入射激光121a的光轴穿过玻璃圆柱 102的轴心。发光区发出入射激光121a的光轴与玻璃圆柱102垂直设置的时候入射激光121a在玻璃圆柱102内部不会发生折射，激光121穿过玻璃圆柱102 的时候损失最小。

通过使用定位块105，根据玻璃圆柱102的材料、半径等因素，定位槽106 在定位块105上的位置唯一确定，装配过程中无需反复校准或测量，装配速度得到极大的提升。定位块105的作用是提高玻璃圆柱102的安装精度，缩短安装时间，满足批量生产的要求。

激光芯片101贴合在激光芯片底座103上，激光芯片底座103固定设置在线路板底座104上。定位块105侧面紧贴激光芯片底座103，定位块105底部固定设置在线路板底座104上。

激光芯片101贴合在激光芯片底座103上，激光芯片底座103贴合线路板底座104。激光芯片101与线路板底座104之间通过焊盘和/或金线电连接，线路板底座104通过焊盘和/或金线为激光芯片101供电。激光芯片101工作过程中产生热量，激光芯片101工作过程中产生的热量传递到激光芯片底座103，激光芯片底座103散发一部分热量，激光芯片底座103与线路板底座104贴合在一起，另一部分热量传递到线路板底座104上，通过线路板底座104将该部分热量散发掉。

激光芯片101的形状是长方体，发光区设置在激光芯片101长度方向的一个端面上，激光芯片101的发光区是长条形的，激光芯片101的长边平行于激光芯片底座103上的一个平面和线路板底座104的平面，激光芯片101的散热面紧贴在激光芯片底座103的平面上。上述设计的优点在于激光芯片101的热量传递到线路板底座104的路程最短，散热效果更好。

上述设计既可以对激光芯片101进行固定和定位，还可以将激光芯片101 工作过程中产生的热量通过与其固定的部件传递并散发，节省了散热装置，降低了产品的成本，缩小了产品的体积，减少了制造成本，提高了安装效率。

线路板底座104优选铜基材或铝基材或氮化铝基材等导热性能较好的材料，激光芯片底座103优选氮化铝或氧化铝或碳化硅等导热性能较好的材料。

本实施方式中的定位装置的缺点是，透光窗口110设置在封装壳体107的一侧，该设计在使用过程中有诸多不便的地方，由于出射激光121b需要反射镜 111反射后由透光窗口110出射到封装壳体107外，由于反射镜111的反射面倾斜角度设置存在误差，导致出射激光121b的光路难以经过透光窗口110，需要反复校对和调试才能保证出射激光121b由透光窗口110出射。

实施例2：

如图3所示，一种激光整形封装，该实施方式与实施例1的区别：

1.封装壳体207与线路板底座204平行的整个面均为透光窗口210，透光窗口210内部全部是波长转换装置208。

上述设计的优点：a.简化了封装结构，其次增大了透光窗口210的尺寸，操作更加简便。

b.经过反射镜211反射的出射激光221b在波长转换装置208的光斑更加完整，并且无需调整反射镜211就可以保证出射激光221b完全激发波长转换装置 208，避免了光的浪费。

2.定位块205远离激光芯片底座203的一侧设置有反射镜211，反射镜211 的反射面与线路板底座204之间的夹角在90°-135°之间。该技术方案使反射面反射激光芯片201所发出的出射激光221b，并且在入射激光221a的光轴与线路板底座204平行的情况下，使出射激光221b的出射光路因为反射面角度的变化，向透光窗口210的中心位置移动，受激光222的出射位置在封装壳体207 的中心位置发光，该发光位置更适合照明领域使用习惯，增大了该玻璃圆柱202 应用在激光整形封装的使用范围。

实施例3：

如图4和5所示，一种激光整形封装，该实施方式与实施例1的区别：

1.激光芯片底座303固定激光芯片301的一面倾斜设置，其中发光区设置在倾斜面远离线路板底座304的一端，即发光区发出的入射激光321a向远离线路板底座304的方向发射。

激光芯片底座303靠近激光芯片301的侧面紧贴定位块305，定位块305与激光芯片底座303紧贴的一侧设置有通光槽309，激光芯片301的发光区伸入到通光槽309中，发光区发出入射激光321a经过通光槽309后，入射到玻璃圆柱 302，入射激光321a的光轴经过玻璃圆柱302的轴线。

如图5所示，定位块305顶部设置有固定玻璃圆柱302的定位槽306，侧面设置有通光槽309，通光槽309由定位块底部延伸到顶部，并且与定位槽306交叉设置。

实施例4：

如图6所示，一种激光整形封装，该实施方式与实施例1的区别：

1.激光芯片401的发光区所发出的入射激光421a的光轴在玻璃圆柱402的下方，根据实施例1中公开的技术效果。

入射激光421a的光轴低于玻璃圆柱402的轴线，则出射激光421b出射方向会向上偏。透光窗口410设置在出射激光421b的光路上，出射激光421b即可激发波长转换装置408发出受激光422。

以上对本实用新型的具体实施例进行了详细描述，所述内容为本实用新型的最佳实施方式，不能被用于限定本实用新型的保护范围。对于本领域技术人员而言，任何对该实用新型进行的等同修改和替代也都在本实用新型所要保护的范畴之中。

Claims (10)

1.一种激光整形封装，包括激光芯片，激光芯片包括发光区，发光区平行结平面方向为慢轴，垂直结平面方向为快轴，快轴的发光角度大于慢轴的发光角度，其特征在于：还包括线路板底座和封装壳体，封装壳体上设置有透光窗口，透光窗口还包括波长转换装置，所述波长转换装置包括透明的高导热基材层和设置在基材上的荧光材料，封装壳体内还设置有玻璃圆柱，发光区朝向玻璃圆柱的侧面发射入射激光，发光区快轴所在的平面与玻璃圆柱的轴向垂直，入射激光从侧面穿过玻璃圆柱形成出射激光，所述出射激光激发波长转换装置发出受激光。

2.根据权利要求1所述的一种激光整形封装，其特征在于：所述封装壳体设置有透光窗口的面均为波长转换装置。

3.根据权利要求1所述的一种激光整形封装，其特征在于：所述透光窗口所在的平面与线路板底座平面平行。

4.根据权利要求1所述的一种激光整形封装，其特征在于：所述封装壳体内还包括反射镜，所述反射镜包括反射面，玻璃圆柱和透光窗口在反射镜设置反射面的一侧，玻璃圆柱发出出射激光的一侧朝向反射面，透光窗口设置在经过反射面反射的出射激光光路上。

5.根据权利要求4所述的一种激光整形封装，其特征在于：所述入射激光的光轴穿过玻璃圆柱的轴线，所述反射面反射后的出射激光与线路板底座平面之间的夹角为锐角，并且向靠近激光芯片一侧倾斜。

6.根据权利要求1所述的一种激光整形封装，其特征在于：所述入射激光的光轴在玻璃圆柱轴线的下方，出射激光的光路向远离线路板底座的方向延伸。

7.根据权利要求1所述的一种激光整形封装，其特征在于：还包括激光芯片底座，所述激光芯片底座包括上表面和下表面，所述下表面固定设置在线路板底座平面上，激光芯片固定设置在上表面，所述上表面倾斜设置，所述发光区朝向波长转换装置。

8.根据权利要求7所述的一种激光整形封装，其特征在于：所述入射激光的光轴穿过玻璃圆柱的轴线。

9.根据权利要求1所述的一种激光整形封装，其特征在于：还包括用于定位玻璃圆柱的定位块，所述定位块上设置有定位槽，所述玻璃圆柱固定设置在定位槽中。

10.根据权利要求9所述的一种激光整形封装，其特征在于：所述定位块上还设置有发光区发出的入射激光和玻璃圆柱发出的出射激光的通道的通光槽，所述通光槽与定位槽交叉设置。

Images