CN218295367U - 磷光体集成的基于激光的光源及表面安装器件 - Google Patents

Abstract

提供了磷光体集成的基于激光的光源及表面安装器件，该磷光体集成的基于激光的光源，包括布置在封装基底上紧邻激光二极管芯片的导热材料和耦接到该导热材料的光学透明材料。一凹槽在导热材料和光学透明材料之间延伸并且对准，以接收来自激光二极管芯片的电磁辐射。波长转换材料耦接到光学透明材料，并且被配置为接收发射到凹槽中并透射通过光学透明材料的电磁辐射的至少一部分。反射材料围绕光学透明材料和波长转换材料的侧部。提供了紧凑、高亮度和高效的白色光源。

Description

磷光体集成的基于激光的光源及表面安装器件

技术领域

本公开涉及磷光体集成的基于激光的光源及表面安装器件。

背景技术

由于固态照明技术的高效率、长寿命、低成本和无毒性，发光二极管(LED)已迅速成为首选照明技术。LED是一种双引线半导体光源，通常基于p-i-n结二极管，其激活时发出电磁辐射。LED的发射是自发的，并且通常是朗伯模式。当向引线施加适当的电压时，电子和空穴在器件内重新结合，以光子的形式释放能量。这种效应称为电致发光，光的颜色由半导体的能带隙决定。

通过将GaN基LED与诸如磷光体等的波长转换材料相结合，实现了固态白色光源。这种利用GaN基LED和磷光体材料来产生白光的技术现在照亮了我们周围的世界，因为其相比白炽光源具有许多优点，包括更低的能耗、更长的寿命、更好的物理稳定性、更小的尺寸和更快的切换。发光二极管现在应用于航空照明、汽车前照灯、广告、一般照明、交通信号和照相机闪光灯等多种应用。LED允许开发新的文本、视频显示器和传感器，同时其高切换率在先进的通信技术中也很有用。

尽管LED是有用的，但根据以下公开中描述的实用新型，LED仍有需要克服的限制。

实用新型内容

本实用新型提供了一种集成白色电磁辐射源的装置和方法，该装置和方法使用基于镓和含氮材料的激光二极管激励源和基于磷光体材料的发光源的组合。在本实用新型中，基于镓和氮的材料的紫色、蓝色或其他波长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、高亮度和高效的白色光源。在一个示例中，可以为专用应用、通用应用等提供源。

根据实施例，一种磷光体集成的基于激光的光源包括：封装基底；激光二极管芯片，耦接到封装基底，该激光二极管芯片包括含镓和氮的材料，并且被配置为从输出刻面输出电磁辐射的激光束；该激光二极管芯片被配置为发射处于第一波长的电磁辐射；导热材料，耦接到封装基底并且布置在封装基底上紧邻激光二极管芯片，导热材料具有反射顶表面；光学透明材料，耦接到导热材料的反射顶表面，其中，一凹槽在导热材料的一部分和光学透明材料的一部分之间延伸，凹槽与激光二极管芯片对准以从激光二级管芯片接收电磁辐射；波长转换材料，耦接到光学透明材料并且被配置为接收发射到凹槽中并透射通过光学透明材料的电磁辐射的至少一部分，波长转换材料被配置为将激光束中的电磁辐射的至少一部分的第一波长转换为长于第一波长的第二波长；以及反射材料，围绕光学透明材料和波长转换材料的侧部，该反射材料被配置为反射入射在光学透明材料和波长转换材料的侧部上的电磁辐射的部分，其中，波长转换材料被配置为从顶表面发射光，该光包括具有第一波长的第一部分和具有第二波长的第二部分。

在实施例中，凹槽包括具有多边形形状的部分。

在其他实施例中，凹槽形成在导热材料的顶部，并且从导热材料的侧表面延伸，凹槽在向上方向上朝向光学透明材料反射电磁辐射的至少一部分。

在其他实施例中，导热材料包括硅(Si)、碳化硅(SiC)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、蓝宝石、陶瓷氮化铝(AlN)、陶瓷氧化铝(Al₂O₃)、陶瓷氮化硼(BN)、铝(Al)或铜(Cu)。

在其他实施例中，凹槽形成在光学透明材料的底表面中，并且从光学透明材料的侧表面延伸。

在其他实施例中，光学透明材料是包括单晶碳化硅、蓝宝石、金刚石、或者来自石榴石或尖晶石组的透明晶体。

在其他实施例中，电磁辐射处于范围从400nm到485nm的第一波长。

在其他实施例中，用反射涂层覆盖凹槽的侧部。

在其他实施例中，反射材料完全覆盖光学透明材料和波长转换材料的侧部。

在其他实施例中，从波长转换材料的顶表面发射的光是白光。

在其他实施例中，激光二极管芯片包括多个激光二极管芯片，每个激光二极管芯片耦接到封装基底并且与凹槽的一部分对准。

在其他实施例中，一表面安装器件(SMD)，包括磷光体集成的基于激光的光源。

根据其他实施例，一种磷光体集成的基于激光的光源，包括：封装基底；激光二极管芯片，耦接到封装基底，激光二极管芯片包括含镓和氮的材料，并且被配置为从输出刻面输出电磁辐射的激光束；该激光二极管芯片被配置为发射处于第一波长的电磁辐射；导热材料，耦接到封装基底并且布置在封装基底上紧邻该激光二极管芯片，导热材料具有反射顶表面；光学透明材料，耦接到导热材料的顶表面，其中，凹槽沿着光学透明材料的底部延伸；光导，该光导的一端与激光二极管芯片的输出刻面对准，并且该光导的另一端与凹槽对准；该光导被配置并布置为将电磁辐射从激光二极管芯片引导到光学透明材料中的凹槽；波长转换材料，耦接到光学透明材料并且被配置为接收发射到凹槽中并透射通过光学透明材料的电磁辐射的至少一部分，波长转换材料被配置为将激光束中的电磁辐射的至少一部分的第一波长转换为长于第一波长的第二波长；以及反射材料，围绕所述光学透明材料和所述波长转换材料的侧部，该反射材料被配置为反射入射在光学透明材料和波长转换材料的侧部上的电磁辐射的部分，其中，波长转换材料被配置为从顶表面发射光，该光包括具有第一波长的第一部分和具有第二波长的第二部分。

在实施例中，磷光体集成的基于激光的光源还包括另一激光二极管芯片和另一光导，其中，光导与凹槽的第一端对准，并且另一光导与凹槽的第二端对准，另一光导被配置并布置为将另一电磁辐射从另一激光二极管芯片引导到光学透明材料中的凹槽。

在其他实施例中，从波长转换材料顶表面发射的光是白光。

与使用本实用新型的现有技术相比，可以获得更多的好处。特别地，本实用新型实现了成本有效的白色光源。在特定实施例中，可以以相对简单和成本有效的方式制造本光学器件。根据实施例，本装置和方法可以使用常规材料和/或根据本领域普通技术人员的方法制造。在本实用新型的一些实施例中，含镓和氮的激光二极管源基于c面氮化镓材料，而在其他实施例中，激光二极管基于非极性或半极性镓和氮化物材料。在一个实施例中，白光源由在子底座上具有集成磷光体的子底座上芯片(CoS)配置以形成芯片和子底座上磷光体(CPoS)白光源。

在各种实施例中，激光装置和磷光体装置安装在具有或不具有中间子底座的公共支撑构件上，磷光体材料以透射模式或反射模式运行，以产生白色发射激光基的光源。仅作为示例，本实用新型可应用于：诸如白光照明，白点照明，闪光灯，汽车前灯，全地形车辆照明，在休闲运动中使用的光源(例如自行车、冲浪、跑步、赛车、划船)应用；用于无人机、飞机、机器人、其他移动的或机器人的应用、国防应用中的安全、对策的光源；多色照明；用于平板医疗、计量、光束投影仪和其他显示器的照明；高强度灯；光谱学；娱乐、剧院、音乐和音乐会；分析测谎和/或认证、工具、水处理；激光眩光器；制定目标、通信、转换、运输、校平、固化和其他化学处理；加热、切割和/或消融、泵送其他光学器件，其他光电子器件和相关应用以及源照明等。

通过参考说明书的后部分和附图，可以进一步理解本实用新型的性质和优点。

附图说明

图1A至图1D是根据本实用新型一些实施例的磷光体集成的基于激光的光源的简化截面图。

图2是根据本实用新型实施例的图1A至图1D之一的磷光体集成的基于激光的光源的简化俯视图。

图3是根据本实用新型其他实施例的磷光体集成的基于激光的光源的简化透视图。

图4是根据本实用新型实施例的图3的磷光体集成的基于激光的光源的简化截面透视图。

图5是根据本实用新型实施例的顶表面上形成有凹槽的材料的简化透视图。

图6是根据本实用新型其他实施例的顶表面上形成有凹槽的材料的简化透视图。

图7A至图7F是示出根据本实用新型实施例的用于形成磷光体集成的基于激光的光源的部件的工艺的简化图。

图8A至图8B是示出根据本实用新型实施例的用于形成磷光体集成的基于激光的光源的部件的工艺的简化图。

图9A至图9C是根据本实用新型其他实施例的磷光体集成的基于激光的光源的简化图。

图10A至图10C是根据本实用新型其他实施例的磷光体集成的基于激光的光源的简化图。

图11A至图11B是根据本实用新型其他实施例的磷光体集成的基于激光的光源的简化图。

图12A至图12B是示出根据本实用新型实施例的图11A至图11B的磷光体集成的基于激光的光源的光导和凹槽的底视图的简化图。

图13是根据本实用新型实施例的光导结构的简化图。

图14A至图14E是示出根据本实用新型实施例的用于形成磷光体集成的基于激光的光源的部件的工艺的简化图。

图15A至图15B是说明根据本实用新型实施例在光学透明材料底部形成凹槽的工艺的简化图。

图16是根据本实用新型实施例的光学透明材料底部金属镀层图案的简化图。

图17A至图17B是根据本实用新型其他实施例的磷光体集成的基于激光的光源的简化图。

图18A至图18B是显示根据本实用新型实施例的图11A至图11B的磷光体集成的基于激光的光源的光导和凹槽的底视图的简化图。

图19至图21是根据本实用新型一些实施例的磷光体集成的基于激光的光源封装的简化截面图。

图22A至图22B是根据本实用新型其他实施例的磷光体集成的基于激光的光源封装的简化透视图。

具体实施方式

本实用新型提供了一种使用基于含镓和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来发射白色电磁辐射的方法和装置。在本实用新型中，基于镓和氮的材料的紫色、蓝色或其他波长激光二极管源与磷光体材料紧密集成，以形成紧凑、高亮度和高效的白色光源。

与使用本实用新型的现有技术相比，实现了额外的好处。特别地，本实用新型实现了成本有效的白色光源。在特定实施例中，可以以相对简单和成本有效的方式制造本光学器件。根据实施例，本装置和方法可以使用常规材料和/或根据本领域的普通技的方法制造。在本实用新型的一些实施例中，含镓和氮的激光二极管源基于c面氮化镓材料，而在其他实施例中，激光二极管基于非极性或半极性镓和氮化物材料。在一个实施例中，白光源由在子底座上具有集成磷光体的子底座上芯片(CoS)配置以形成芯片和子底座上磷光体(CPoS)白光源。

在各种实施例中，激光装置和磷光体装置安装在具有或不具有中间子底座的公共支撑构件上，磷光体材料以透射模式或反射模式运行，以产生白色发射激光基的光源。仅作为示例，本实用新型可应用于：诸如白光照明，白点照明，闪光灯，汽车前灯，全地形车辆照明，在休闲运动中使用的光源(例如自行车、冲浪、跑步、赛车、划船)应用；用于无人机、飞机、机器人、其他移动的或机器人的应用、国防应用中的安全、对策的光源；多色照明；用于平板医疗、计量、光束投影仪和其他显示器的照明；高强度灯；光谱学；娱乐、剧院、音乐和音乐会；分析测谎和/或认证、工具、水处理；激光眩光器；制定目标、通信、转换、运输、校平、固化和其他化学处理；加热、切割和/或消融、泵送其他光学器件，其他光电子器件和相关应用以及源照明等。

图1A是根据本实用新型实施例的磷光体集成的基于激光的光源的简化截面图。光源包括布置在封装基底上的激光二极管芯片1，使得刻面被定位成将光发射到形成在材料2的顶表面和/或形成在光学透明材料3的底表面中的腔或凹槽中。可替代地，光可以直接发射到光学透明材料中。激光二极管芯片1可以包括一个或多个激光二极管，并且光可以是例如具有蓝色或其他颜色区域的波长的激光束。光可以直接从激光二极管芯片1或经由光导注入。

在一些实施例中，封装基底可以是印刷电路板(PCB)。在其他实施例中，封装基底可以是半导体封装的底部，其被配置为将热量从激光二极管芯片1和材料2传导到下面的结构，例如焊料、金属芯PCB、散热器等。封装基底还可以包括金属块(例如，Cu或Al)、镀覆的其他金属或陶瓷材料(例如，AlN、Al₂O₃)与金属的复合物。在其他实施例中，封装基底可以是金属板(例如，Cu或Al)，并形成金属芯PCB的一部分，例如板上芯片(COB)。

在激光二极管芯片1向凹槽中发射光的实施例中，凹槽可构成材料2和光学透明材料3之间的气隙。材料2的顶表面和/或凹槽内部可覆盖反射涂层，以向上引导和/或反射光。反射涂层可以是例如银(Ag)或铝(Al)，并且如果表面是光滑的，则反射涂层可以沉积为平滑的镜面膜，或者如果表面是粗糙的，则可以沉积为产生漫反射的粗糙膜。

材料2将来自激光二极管芯片1的至少一部分光沿向上的方向引导和/或反射至光学透明材料3。材料2可具有高导热性，以将来自光学透明材料2和/或波长转换材料4的热量传导至封装基底。在一些实施例中，材料2可以包括硅(Si)、碳化硅(SiC)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、蓝宝石、陶瓷氮化铝(AlN)、陶瓷氧化铝(Al₂O₃)、陶瓷氮化硼(BN)、铝(Al)、铜(Cu)或其他导热材料。

如果材料2是Si，则可以使用KOH蚀刻形成凹槽，以产生倾斜的侧壁。凹槽的形状可能有许多变化。图6提供了一个凹槽的示例，该凹槽具有一个开口为多边形的窄颈。在一些实施例中，光学透明材料3可以具有类似于凹槽的形状。例如，图6包括具有类似于凹槽的多边形形状的光学透明材料3的轮廓。在一些实施例中，可以以扩散体积散射体(例如，低折射率矩阵中的TiO₂或Al₂O₃颗粒，如玻璃、环氧树脂或硅酮)部分或完全填充凹槽。

光学透明材料3可以是光学透明和导热的。示例材料包括单晶SiC、蓝宝石、金刚石和来自石榴石或尖晶石组的透明晶体。光学透明材料3允许光从激光二极管芯片1传输到波长转换材料4，并将热从波长转换材料3传导到材料2。光学透明材料3可以散射从其他元件入射的光。光学透明材料3的顶表面和底表面可以是平滑的或粗糙的。粗糙表面用于散射光，并有助于形成波长转换材料4顶表面发出的光的良好颜色均匀性。在实施例中，光学透明材料3的厚度可在约100至250μm之间，或约300至1000μm横向尺寸的20至50％。光学透明材料3的俯视形状不受限制，可以是正方形、矩形、六边形、八边形、圆形或任何其他形状。

波长转换材料4对来自激光二极管芯片1的全部或部分光进行下变频。波长转换材料可以根据本文所述的任何实施例形成和/或配置。在示例中，波长转换材料4可以是掺杂Ce的YAG。在一些实施例中，波长转换材料4可以包含空隙或具有不同折射率的其他材料，从而导致光散射。波长转换材料4可以是单晶或烧结的较小颗粒。在实施例中，波长转换材料4的厚度可在约50至300μm之间，横向尺寸可在约300至1000μm之间。从俯视图观察的波长转换材料4的形状不受限制，可以是正方形、矩形、六边形、八边形、圆形或任何其他形状。

反射材料5反射从光学透明材料3和波长转换材料4的侧部入射的光。反射材料5可以覆盖光学透明材料4和波长转换材料3的侧部中可以发射光的部分或全部侧部。反射材料5的示例形状如图1B至图1C所示。如果来自激光二极管芯片1的光直接注入到光学透明材料3中，则反射材料5可以从光学透明材料的区域中省略，在该区域中激光二极管芯片将光注入到光学透明材料3中。反射材料5可以是扩散体积散射体(例如，低折射率矩阵中的Ti0₂或Al₂O₃颗粒，例如玻璃、环氧树脂或硅酮)。反射材料5还可以是光学透明材料3和波长转换材料4的侧壁上的薄膜涂层(例如SiO₂/Ag或Ag)。如果反射材料5是漫体积散射体，则其横向厚度可以在大约50至500μm之间，如果其是薄膜涂层，则可以在大约50nm至10μm之间。反射材料5的高度可以近似等于光学透明材料3的厚度加上波长转换材料4的厚度。

图2是根据本实用新型实施例的图1A至图1D之一的磷光体集成的基于激光的光源的简化俯视图。在该示例中，反射材料5包围波长转换材料4的侧部。

图3是根据本实用新型其他实施例的磷光体集成的基于激光的光源的简化透视图。在本示例中，反射材料5与材料2相比偏移，并在激光二极管芯片1的一部分上延伸。此外，波长转换材料4的形状与材料2不同。这可以在图4的截面图中更清楚地看到，图4显示了材料2顶部形成的凹槽，其中光学透明材料3和波长转换材料4布置在凹槽上方。图5是根据实施例的具有形成在顶表面上的凹槽的材料2的简化透视图。

图7A至图7F是示出根据本实用新型实施例的用于磷光体集成的基于激光的光源的部件的工艺的简化图。图7A显示了组装在封装基底上的激光二极管芯片1和材料2。激光二极管芯片1和材料2可以使用例如焊接工艺耦接到封装基底。材料2具有形成在顶表面中的凹槽，并且激光二极管芯片1的发光孔径与凹槽对准，使得从激光二极管芯片2发射的光进入凹槽。

图7B至图7C显示了部分切割的片材，包括光学透明材料层和波长转换材料层。图7B是部分切割片材的平面图，图7C是透视图。光学透明材料层和波长转换材料层可以使用粘合剂结合。在实施例中，粘合剂可以是光学透明的，并且可以产生足够薄的结合线，以有效地在光学透明材料和波长转换材料之间传导热量。示例粘合剂包括环氧树脂、硅树脂、玻璃、旋涂玻璃或通过溶胶凝胶工艺形成的材料。粘合剂的优选性能包括高导热性、光学透明度、良好的粘附性以及在长期暴露于高温和光通量下的稳定性。

如图7B至图7C所示，可将粘合材料片切割成所需形状。在本例中，将板材切割成八边形。这需要在不同角度进行多次切割。八边形形状不像正方形形状那样有效地利用板材面积，但八边形接近圆形，在某些应用中可能是理想的。

图7D至图7E显示了在八边形的光学透明材料3和波长转换材料4(“八边形材料”)的侧部周围形成的反射材料5。反射材料5可以是漫射体散射体。反射材料5可以在切割之后并且当八边形材料仍然安装在切割载体或胶带上时，或者在去除八边形的材料并以期望的间隔将其重新组装在新载体上之后，围绕八边形材料分配。在实施例中，反射材料5可以被分配或以其他方式沉积在八边形材料阵列之间的间隙中。热处理可用于固化反射材料5，并根据需要确保与八边形的粘合。可替代地，反射材料5可以沉积在八边形阵列上，然后通过平滑化工艺(如碾碎、研磨)去除，或者如果反射材料5仍为液体或糊状，则使用刮刀去除。被反射材料5包围的八边形材料可以使用切割工艺进行分割。

图7F显示了由反射材料5包围的八边形材料组装到激光二极管芯片1和材料2上。用于连接的材料可以是光学透明材料，如环氧树脂、硅树脂、玻璃、旋涂玻璃或通过溶胶凝胶工艺形成的材料。可替代地，用于连接的材料可以是焊料或类似材料，其中配合表面被金属化(metalization)。在这种情况下，金属镀层可以以对应于材料2上的配合表面的图案添加到反射材料5和/或光学透明材料3的底表面。金属镀层可以用作反射器。在实施例中，金属镀层可以包括SiO₂/Ag/TiW/Au。焊料可以包括在金属镀层中，在这种情况下，堆叠可以包括SiO₂/Ag/TiW/AuSn。

图8A至图8B是示出根据本实用新型实施例的用于形成磷光体集成的基于激光的光源的部件的工艺的简化图。这些图类似于图7A和图7F，不同之处在于材料2中的凹槽具有不同的形状，并且金属镀层以不同的图案添加到光学透明材料3上。其他步骤可能对应于图7B至图7E，未单独显示。

图9A至图9C是根据本实用新型其他实施例的磷光体集成的基于激光的光源的简化图。本实施例的结构类似于图7A至图7F所示的实施例，除了本实施例包括第一激光二极管芯片1a和第二激光二极管芯片1b，并且材料2包括用于每个激光二极管芯片的凹槽的单独部分。根据凹槽的形状，在一些实施例中，可以为每个激光二极管芯片设置单独的凹槽。

在图9A至图9C所示的示例中，两个激光二极管芯片1a、1b都将光注入凹槽。在一些实施例中，来自激光二极管芯片1a、1b中的每一个的光可以具有基本相似的波长(例如，440至460nm)，或者来自激光二极管二极管芯片1a和1b中的每一个的光可以是不同的波长(如，450nm和590至650nm、450nm和850nm、450nm和905nm、450nm和940nm、450nm和980nm、4500nm和405nm，或者任何其他波长)。在一些实施例中，激光二极管芯片1a、1b中的一个可以具有未下变频的发射波长(例如，红色或红外波长)。

图10A至图10C是根据本实用新型其他实施例的磷光体集成的基于激光的光源的简化图。该实施例类似于图9A至图9C，但该示例包括激光二极管芯片1a、1b、1c、1d，每个芯片将光注入凹槽的单独部分。其他实施例可以包括更多或更少的激光二极管芯片，每个激光二极管芯片将光注入单独的凹槽或凹槽的单独部分。可以增大材料2的尺寸，以在凹槽周围提供更多空间用于额外的激光二极管芯片。

图11A至图11B是根据本实用新型其他实施例的磷光体集成的基于激光的光源的简化图。图11B与图11A类似，只是去除了反射材料5，以显示光导1L与光学透明材料3中的凹槽对准。图12A至图12B是显示光导1L和光学透明材料中的凹槽的底视图的简化图。光导1L将来自激光二极管芯片1的光引导到光学透明材料3中的凹槽。激光二极管芯片2、光学透明材料2、波长转换材料4和反射材料5可以与上面关于图1A至图1D描述的相应特征类似。

在本实施例中，光导1L将来自激光二极管芯片1的光引导到光学透明材料3中的凹槽中。光被注入到凹槽中，并在凹槽中传输到波长转换材料4。材料2的顶表面可以覆盖有反射材料，该反射材料通过光学透明材料向上反射光。

凹槽可以形成在光学透明材料3的底表面中。凹槽可以具有U形、V形、沟凹槽形或任何其他形状。凹槽可以部分地延伸穿过光学透明材料3。凹槽可以与光导1L对准，或者可以相对于光导1L的光轴成一角度。凹槽的表面可以是平滑的或粗糙的。

图13是根据本实用新型实施例的光导结构的简化图。光导结构包括光导1L(或波导)和框架。在一些实施例中，光导1L可以是具有矩形截面的锥形，或者在其他实施例中光导1L可以具有包括圆形的不同截面。在一些实施例中，光导1L可以具有不同的锥角，包括没有锥角。光导1L可以包括光纤。提供光导1L的结构可以提供机械支撑和/或帮助组装磷光体集成的基于激光的光源。光导1L可以包括围绕芯材料的低折射率材料(包层)。包层可以通过在玻璃芯上沉积例如MgF₂来形成。

图14A至图14E是示出根据本实用新型的实施例的用于形成磷光体集成的基于激光的光源的部件的工艺的简化图。在图14A中，材料2布置在封装基底上。材料2可以使用粘合剂焊接或粘合到封装基底。在图14B中，具有光导1L的光导结构布置在材料2上。光导结构可以使用粘合剂(如环氧树脂或硅树脂)焊接或粘合到材料2上。可替代地，光导结构可以是与材料片(材料片2)结合的片状类似结构阵列的一部分。在该实施例中，可以使用分割工艺来形成光导结构和材料2，然后将其组装到封装基底上。在任一实施例中，光导结构可以例如使用已知工艺从玻璃衬底形成，所述已知工艺可以包括沉积、图案化、蚀刻和分割。

在图14C中，将光学透明材料3和波长转换材料4组装到材料2上。光学透明材料3和波长转换材料4可以按照上述图7B至图7C所示的方式形成，除本实施例外，可在光学透明材料的底部形成凹槽，如图15A至图15B所示。光学透明材料3底部的凹槽与光导1L的一端对准。用于附着的粘合剂可以是光学透明的，例如环氧树脂、硅树脂、玻璃、旋涂玻璃或通过溶胶凝胶工艺形成的材料。可替代地，用于连接的材料可以是焊料或类似材料，其中配合表面被金属化。在这种情况下，金属镀层可以添加到光学透明材料3的底表面，如图16所示。金属镀层可以用作反射器。在实施例中，金属镀层可以包括SiO₂/Ag/TiW/Au。焊料可以包括在金属镀层中，在这种情况下，堆叠可以包括SiO₂/Ag/TiW/AuSn。

在图14D中，在光学透明材料3和波长转换材料4的侧部周围形成了反射材料5，诸如漫射体散射体。在图14E中，将激光二极管芯片1组装到封装基底上。激光二极管芯片1可以使用例如焊接工艺耦接到封装基底。激光二极管芯片1的发光孔径与光导1L对准，使得从激光二极管芯片2发射的光可以被引导到凹槽中。

图17A至图17B是根据本实用新型其他实施例的磷光体集成的基于激光的光源的简化图。本实施例的结构类似于图14A至图14E所示的实施例，不同之处在于本实施例包括第一激光二极管芯片1a和第二激光二极管芯片1b，并且光导结构包括每个激光二极管芯片的单独光导1L。如图17B所示，光导1L可以与单独的凹槽的两端对准，为了清晰起见，在该凹槽中去除了反射材料5。在另其他实施例中，每个光导可以与单独的凹槽对准。

在图17A至图17B所示的示例中，两个激光二极管芯片1a、1b将光注入同一凹槽。在一些实施例中，来自激光二极管芯片1a、1b中的每一个的光可以具有基本相似的波长(例如，440至460nm)，或者来自激光二极管二极管芯片1a和1b中的每一个的光可以是不同的波长(如，450nm和590-650nm、450nm和850nm、450nm和905nm、450nm和940nm、450nm和980nm、4500nm和405nm，或者任何其他波长)。图18A至图18B是根据实施例的简化示出光导1L在凹槽中每一端的底视图光学透明材料3的示图。

图19至图21是根据本实用新型一些实施例的磷光体集成的基于激光的光源封装的简化截面图。在图19中，使用环氧树脂或焊料等粘合剂在窗口或盖与封装侧壁之间形成密封。窗口可以是玻璃或允许光通过的另一光学透明材料。窗口、封装侧壁和封装基底可以为激光二极管芯片1、材料2、光学透明材料3、波长转换材料4和反射材料5提供热密封。

在图20中，使用粘合剂(如玻璃焊料、钎焊材料或金属焊接)在窗口或盖子与金属罐的壁之间形成密封。金属罐和封装基底之间的密封可以通过凸焊形成。金属罐的壁可以阻挡来自激光二极管1的杂散光。窗口、壁和封装基底可以为激光二极管芯片1、材料2、光学透明材料3、波长转换材料4和反射材料5提供热密封。

在图21中，使用粘合剂(如环氧树脂或焊料)在金属凸缘和反射材料5之间形成密封。反射材料5和波长转换材料4可以是非多孔的，以实现激光二极管芯片1、材料2和光学透明材料3的气密密封。

图22A至图22B是根据本实用新型其他实施例的磷光体集成的基于激光的光源封装的简化透视图。在本示例中，光导结构(如上文关于图11A至图11B的描述)构成封装外壳的部件。使用诸如环氧树脂或焊料的粘合剂在金属凸缘和光导结构之间形成密封。使用诸如环氧树脂、焊料或凸焊的粘合剂在金属凸缘和侧壁之间形成密封。

以上讨论的方法、系统和装置是示例。各种配置可酌情省略、替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以不同于所述的顺序执行方法，和/或可以添加、省略和/或组合各个阶段。此外，关于某些配置描述的特征可以在各种其他配置中组合。配置的不同方面和元件可以以类似的方式组合。此外，随着技术的发展，因此，许多元件是示例，并不限制本公开或权利要求的范围。

Claims (20)

1.一种磷光体集成的基于激光的光源，包括：

封装基底；

激光二极管芯片，耦接到所述封装基底，所述激光二极管芯片包括含镓和氮的材料，并且被配置为从输出刻面输出电磁辐射的激光束；所述激光二极管芯片被配置为发射处于第一波长的电磁辐射；

导热材料，耦接到所述封装基底并且布置在所述封装基底上紧邻所述激光二极管芯片，所述导热材料具有反射顶表面；

光学透明材料，耦接到所述导热材料的所述反射顶表面，其中，一凹槽在所述导热材料的一部分和所述光学透明材料的一部分之间延伸，所述凹槽与所述激光二极管芯片对准以从所述激光二极管芯片接收所述电磁辐射；

波长转换材料，耦接到所述光学透明材料并且被配置为接收发射到所述凹槽中并透射通过所述光学透明材料的所述电磁辐射的至少一部分，所述波长转换材料被配置为将所述激光束中的所述电磁辐射的至少一部分的第一波长转换为长于所述第一波长的第二波长；以及

反射材料，围绕所述光学透明材料和所述波长转换材料的侧部，所述反射材料被配置为反射入射在所述光学透明材料和所述波长转换材料的所述侧部上的所述电磁辐射的部分，其中，所述波长转换材料被配置为从顶表面发射光，所述光包括具有所述第一波长的第一部分和具有所述第二波长的第二部分。

2.根据权利要求1所述的磷光体集成的基于激光的光源，其特征在于，所述凹槽包括具有多边形形状的部分。

3.根据权利要求1所述的磷光体集成的基于激光的光源，其特征在于，所述凹槽形成在所述导热材料的顶部中，并且从所述导热材料的侧表面延伸，所述凹槽在向上方向上朝向所述光学透明材料反射所述电磁辐射的至少一部分。

4.根据权利要求1所述的磷光体集成的基于激光的光源，其特征在于，所述导热材料包括硅(Si)、碳化硅(SiC)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、蓝宝石、陶瓷氮化铝(AlN)、陶瓷氧化铝(Al₂O₃)、陶瓷氮化硼(BN)、铝(Al)或铜(Cu)。

5.根据权利要求1所述的磷光体集成的基于激光的光源，其特征在于，所述凹槽形成在所述光学透明材料的底表面中，并且从所述光学透明材料的侧表面延伸。

6.根据权利要求1所述的磷光体集成的基于激光的光源，其特征在于，所述光学透明材料包括单晶碳化硅、蓝宝石、金刚石、或者来自石榴石或尖晶石组的透明晶体。

7.根据权利要求1所述的磷光体集成的基于激光的光源，其特征在于，所述电磁辐射处于范围从400nm到485nm的第一波长。

8.根据权利要求1所述的磷光体集成的基于激光的光源，其特征在于，用反射涂层覆盖所述凹槽的侧部。

9.根据权利要求1所述的磷光体集成的基于激光的光源，其特征在于，所述反射材料完全覆盖所述光学透明材料和所述波长转换材料的所述侧部。

10.根据权利要求1所述的磷光体集成的基于激光的光源，其特征在于，从所述波长转换材料的所述顶表面发射的光是白光。

11.根据权利要求1所述的磷光体集成的基于激光的光源，其特征在于，所述激光二极管芯片包括多个激光二极管芯片，每个所述激光二极管芯片耦接到所述封装基底并且与所述凹槽的一部分对准。

12.一种表面安装器件(SMD)，包括根据权利要求1所述的磷光体集成的基于激光的光源。

13.一种磷光体集成的基于激光的光源，包括：

封装基底；

激光二极管芯片，耦接到所述封装基底，所述激光二极管芯片包括含镓和氮的材料，并且被配置为从输出刻面输出电磁辐射的激光束；所述激光二极管芯片被配置为发射处于第一波长的电磁辐射；

导热材料，耦接到所述封装基底并且布置在所述封装基底上紧邻所述激光二极管芯片，所述导热材料具有反射顶表面；

光学透明材料，耦接到所述导热材料的所述顶表面，其中，一凹槽沿着所述光学透明材料的底部延伸；

光导，所述光导的一端与所述激光二极管芯片的所述输出刻面对准，并且所述光导的另一端与所述凹槽对准；所述光导被配置并布置为将所述电磁辐射从所述激光二极管芯片引导到所述光学透明材料中的所述凹槽；

波长转换材料，耦接到所述光学透明材料并且被配置为接收发射到所述凹槽中并透射通过所述光学透明材料的所述电磁辐射的至少一部分，所述波长转换材料被配置为将所述激光束中的所述电磁辐射的至少一部分的第一波长转换为长于所述第一波长的第二波长；以及

反射材料，围绕所述光学透明材料和所述波长转换材料的侧部，所述反射材料被配置为反射入射在所述光学透明材料和所述波长转换材料的所述侧部上的所述电磁辐射的部分，其中，所述波长转换材料被配置为从顶表面发射光，所述光包括具有所述第一波长的第一部分和具有所述第二波长的第二部分。

14.根据权利要求13所述的磷光体集成的基于激光的光源，还包括另一激光二极管芯片和另一光导，其中，所述光导与所述凹槽的第一端对准，并且所述另一光导与所述凹槽的第二端对准，所述另一光导被配置并布置为将另一电磁辐射从所述另一激光二极管芯片引导到所述光学透明材料中的所述凹槽。

15.根据权利要求13所述的磷光体集成的基于激光的光源，其特征在于，所述导热材料包括硅(Si)、碳化硅(SiC)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、蓝宝石、陶瓷氮化铝(AlN)、陶瓷氧化铝(Al₂O₃)、陶瓷氮化硼(BN)、铝(Al)或铜(Cu)。

16.根据权利要求13所述的磷光体集成的基于激光的光源，其特征在于，所述光学透明材料包括单晶碳化硅、蓝宝石、金刚石、或者来自石榴石或尖晶石组的透明晶体。

17.根据权利要求13所述的磷光体集成的基于激光的光源，其特征在于，所述电磁辐射处于范围从400nm到485nm的第一波长。

18.根据权利要求13所述的磷光体集成的基于激光的光源，其特征在于，所述反射材料完全覆盖所述光学透明材料和所述波长转换材料的所述侧部。

19.根据权利要求13所述的磷光体集成的基于激光的光源，其特征在于，从所述波长转换材料的所述顶表面发射的光是白光。

20.一种表面安装器件(SMD)，包括根据权利要求13所述的磷光体集成的基于激光的光源。

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