KR102521474B1 - 레이저 다이오드를 사용하는 특수목적 통합된 광 소스 - Google Patents
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Abstract
본원에서 설명된 실시예들은 갈륨 및 질소 함유 물질들에 기반하는 레이저 다이오드 여기 소스들 및 인광체 물질들에 기반하는 발광 소스들의 조합을 사용하는 통합된 백색 전자기 방사 소스들에 대한 디바이스를 제공한다. 갈륨 및 질소 물질들에 기반하는 보라색, 청색 또는 다른 파장 레이저 다이오드 소스는 콤팩트한 높은 밝기의 고효율 백색 광 소스를 형성하기 위하여 황색 인광체들과 같은 인광체 물질들과 밀접하게 통합될 수 있다.
Description
[0001] 고체 상태 라이팅 기술에 의해 제공된 고효율성, 긴 수명시간들, 저가 및 무독성으로 인해, LED(light emitting diode)들은 선정되는 조명 기술로서 빠르게 부상하였다. 가장 초창기의 청색 및 보라색 GaN(gallium nitride)-기반 LED들은 p-타입 GaN의 결핍으로 인해 금속-절연체-반도체 구조를 사용하여 제작되었다. 제1 p-n 접합 GaN LED는 1989년에 p-타입 GaN을 획득하기 위한 LEEBI 처리를 사용하여 Amano 등에 의해 입증되었다. Nakamura 등은 20 mA에서 42 ㎼의 출력 전력의 경우에서 1991년의 LEEBI 처리 및 저온 GaN 버퍼를 사용하여 p-n 접합 GaN LED를 입증하였다. 1994년에, Nakamura 등은 1.5 mW, 2.7%의 EQE 및 450 nm의 방사 파장의 출력 전력을 갖는 상업적으로 입수가능한 청색 LED들을 입증하였다. 2014년 10월 7일에, "밝고 에너지-절약형 백생광 소스들을 가능하게 한 효율적인 청색 발광 다이오드들, 또는 덜 공식적으로 LED 램프들의 발명"에 대해 Isamu Akasaki, Hiroshi Amano 및 Shuji Nakamura에게 노벨 물리학상이 수여되었다.
[0002] 비록 유용할지라도, LED들은 다음의 개시내용에 설명되는 본 발명들에 따라 극복하는 것이 바람직한 제한들을 여전히 갖고 있다.
[0003] 본 발명은 갈륨 및 질소 함유 물질들에 기반한 레이저 다이오드 여기 소스들 및 인광체 물질들에 기반한 발광 소스의 조합을 사용하는 통합된 백색 컬러 전자기 방사 소스를 위한 디바이스 및 방법을 제공한다. 본 발명에서, 갈륨 및 질소 물질들에 기반한 보라색, 청색 또는 다른 파장 레이저 다이오드 소스는, 간결하고, 높은 밝기 및 고효율적인 백색 광 소스를 형성하기 위해 인광체 물질들, 이를테면, 황색 인광체들과 밀접하게 통합된다. 예에서, 그 소스는 일반적인 애플리케이션들 등 중에서 특수목적 애플리케이션들에 제공될 수 있다.
[0004] 일 실시예에서, 백색 소스는, CPoS(chip and phosphor on submount) 백색 광 소스를 형성하기 위해 서브마운트 상의 통합된 인광체를 갖는 CoS(chip on submount)로부터 구성된다. 일부 실시예들에서, 광 소스 및 인광체는 공통 지지 부재 상에 구성되고, 공통 지지 부재는 패키지 부재일 수 있다.
[0005] 다양한 실시예들에서, 레이저 디바이스 및 인광체 디바이스는 중간 서브마운트들이 있거나 없든 간에 공통 지지 부재 상에 장착되고, 인광체 물질들은 백색 방사 레이저-기반 광 소스를 초래하기 위해 전달 모드, 반사 모드 또는 측-펌핑 모드에서 동작된다. 단지 예로서, 본 발명은 애플리케이션들, 이를테면, 백색 라이팅, 백색 스폿 라이팅, 플래시 라이트들, 자동차 헤드라이트들, 전지형 차량 라이팅, 플래시 소스들, 이를테면, 카메라 플래시들, 레크리에이션 스포츠, 이를테면, 바이킹, 서핑, 러닝, 레이싱, 보팅에서 사용되는 광 소스들, 드론들, 평면들, 로봇들, 다른 모바일 또는 로보틱 애플리케이션들, 방어 애플리케이션들에서 안전, 보호 조치들에 사용되는 광 소스들, 멀티-컬러 라이팅, 평판들, 의료, 도량학, 빔 투사기들 및 다른 디스플레이들을 위한 라이팅, 고강도 램프들, 분광학, 엔터테인먼트, 극장, 뮤직 및 콘서트들, 사기 분석 검출 및/또는 인증 툴들, 물 처리, 레이저 대즐러들, 타겟팅, 통신들, LiFi, VLC(visible light communications), 센싱, 검출, 거리 검출, LIDAR(Light Detection And Ranging), 변환들, 교통들, 레벨링, 경화 및 다른 화학 처리들, 가열, 절단 및/또는 흡열, 펌핑 다른 광학 디바이스들, 다른 광전자 디바이스들 및 관련된 애플리케이션들 및 소스 라이팅 등에 적용될 수 있다.
[0006] 레이저 다이오드들은 인광체 여기 소스들로서 이상적이다. 종래의 LED들보다 10,000 배보다 더 높은 공간 밝기(단위 영역 당 광학 강도), 레이저 방사의 극도의 방향성을 갖고, LED들을 저해하는 드룹 현상이 없는 경우에, 레이저 다이오드들은 LED들 및 다른 광 소스들에 의해 달성 가능하지 않은 특징들을 가능하게 한다. 이러한 전례가 없는 소스 밝기는 애플리케이션들, 이를테면, LED들 또는 전구 기술을 사용하기 전에 가능한 것보다 과감하게 더 먼 거리들을 이동할 수 있는 고도로 시준된 백색 광 스폿들을 생성하기 위해 포물면 반사기들 또는 렌징 옵틱스가 포인트 소스와 결합될 수 있는 스폿라이팅 또는 범위 파인딩에서 판도를 바꿀 수 있다.
[0007] 이러한 CPoS 통합된 백색 광 소스의 또 다른 바람직한 변형에서, 갈륨 및 질소 함유 에피텍셜 물질을 리프트-오프하고 이를 공통 지지 부재로 전달하기 위한 프로세스는 갈륨 및 질소 함유 레이저 에피텍셜 물질을 서브마운트 부재에 부착하는데 사용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 갈륨 및 질소 에피텍셜 물질은 자신이 에피택셜로 성장한 갈륨 및 질소 함유 기판으로부터 릴리즈된다. 예로서, 에피텍셜 물질은 PEC(photoelectrochemical) 에칭 기법을 사용하여 릴리즈될 수 있다. 이어서, 이는 기법들, 이를테면, 웨이퍼 본딩을 사용하여 서브마운트 물질로 전달되고, 여기서 본드 인터페이스가 형성된다. 레이저 제작이 완료된 후에, 인광체 물질은 통합된 백색 광 소스를 형성하기 위해 서브마운트에 도입된다. 인광체 물질은 서브마운트와 인광체 간에 포지셔닝된 중간 물질을 가질 수 있다. 갈륨 및 질소 함유 물질이 리프트-오프되어 전달된 이러한 실시예를 사용하는 것의 이익들은 이러한 기술을 사용하는 통합에 대해 감소된 비용, 개선된 레이저 성능 및 더 높은 유연성 정도이다.
[0008] 본 발명의 일부 실시예들에서, 통합된 백색 광 소스는 생성된 백색 광을 조작하기 위해 광학 부재들과 결합된다. 예에서, 백색 광 소스는 스폿 라이트 시스템, 이를테면, 플래시라이트 또는 자동차 헤드램프 또는 광이 특정 위치 또는 영역으로 지향 또는 투사되어야 하는 다른 라이트 애플리케이션들에서 서빙할 수 있다. 일 실시예에서, 반사기가 백색 광 소스에 커플링된다.
[0009] 본 발명의 대안적인 실시예들에서, 다수의 인광체들은 백색 방사를 위해 전달 모드에서 동작된다.
[0010] 통합된 백색 광 소스의 다른 특정 바람직한 실시예에서, 본 발명은 반사 모드 인광체 동작을 위해 구성된다. 이러한 구성에서, 인광체는 레이저 빔을 출력하는 레이저 패싯의 전면에 포지셔닝되고, 여기서 레이저 및 인광체 둘 모두는 지지 부재 상에 구성된다.
[0011] 본 발명의 반사 모드 통합된 백색 광 소스 실시예는, 레이저 여기 광을 수신하고 인광체를 여기시키도록 기능을 하는 레이저 다이오드 출력 빔의 축에 대해 수직 각도(대략 90 도) 또는 비-수직 각도(대략 0 도 내지 대략 89 도들)로 포지셔닝된 유용한 백색 광을 방사하도록 구성된 큰 주 표면을 갖는 공통 지지 부재에 부착된 인광체 부재로 구성된다.
[0012] 본 발명에 따른 일부 실시예들에서, 다수의 레이저 다이오드 소스들은 동일한 인광체 또는 인광체 네트워크를 여기시키도록 구성된다. 다수의 레이저 소스들을 결합하는 것은 본 발명에 따른 많은 잠재적인 이익들을 제안할 수 있다. 먼저, 여기 전력은 더 강력한 여기 스피트를 제공하고 따라서 더 밝은 광 소스를 생성하기 위한 빔 결합에 의해 증가될 수 있다. 일부 실시예들에서, 별개의 개별 레이저 칩들은 레이저-인광체 광 소스 내에 구성된다. 다수의 레이저들을 포함함으로써, 여기 전력이 증가될 수 있고, 따라서 소스 밝기가 증가될 것이다.
[0013] 본 발명의 성질 및 장점들의 추가의 이해는 본 명세서의 후반 부분들 및 첨부된 도면들을 참조로 하여 인식될 수 있다.
[0014] 도 1은 본 발명에 따른, 반극성 기판 상에 구성된 레이저 다이오드 디바이스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0015] 도 2는 본 발명에 따른, 극성 c-평면 기판 상에 구성된 레이저 다이오드 디바이스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0016] 도 3은 본 발명에 따른, 종래의 리지 레이저 다이오드-평면 기판의 간략화된 개략적 단면이다.
[0017] 도 4는 본 발명에 따른, 종래의 레이저 다이오드 CoS(chip on submount)를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0018] 도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 갈륨 및 질소 함유 에피텍셜 층들의 전달 후에 웨이퍼-레벨 레이저 프로세싱을 통해 제작된 CoS(chip on submount)를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0019] 도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 레이저 다이오드 및 인광체 부재가 서브마운트 상에 통합되는 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이고, 여기서 인광체는 전달 동작을 위해 구성된다.
[0020] 도 7은 본 발명의 실시예에 따른, 갈륨 및 질소 함유 에피텍셜 층들로 제작된 레이저 다이오드가 서브마운트 부재로 전달되고, 인광체 부재가 서브마운트 부재에 통합되는 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이고, 여기서 인광체는 전달 동작을 위해 구성된다.
[0021] 도 8은 본 발명의 실시예에 따른, 인광체가 코팅을 갖도록 구성되어 수정되거나 유용한 백색 광 출력을 증가시키기 위해 수정되지만, 도 7의 장치 구성을 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0022] 도 9는 본 발명의 실시예에 따른, 종래의 레이저 다이오드로부터 타원형 투사된 레이저 빔의 예를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0023] 도 10은 본 발명의 실시예에 따른, 인광체 부재에 수직 입사하는 레이저 빔의 측면 다이어그램을 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0024] 도 11은 본 발명의 실시예에 따른, 타원형 빔 직경들 및 인광체로부터 방사기 거리 대 빔 직경들의 비율의 예시적인 계산을 예시하는 플롯이다.
[0025] 도 12는 본 발명의 실시예에 따른, 인광체 상의 입사 이전에 레이저 빔이 시준 옵틱을 통하도록 구성되어 수정되지만, 도 7의 장치 구성을 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0026] 도 13은 본 발명의 실시예에 따른, 레이저 다이오드의 고속 축에 대해 경사진 투사 표면을 갖는 종래의 레이저 다이오드로부터 악화된 타원형 레이저 빔 프로파일의 예를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0027] 도 14는 본 발명의 실시예에 따른, 레이저 다이오드의 저속 축에 대해 경사진 투사 표면을 갖는 종래의 레이저 다이오드로부터 더 원형화된 레이저 빔 프로파일의 예를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0028] 도 15는 본 발명의 실시예에 따른, 경사진 배향으로 인광체 부재 상에 투사하는 레이저 빔의 측면 다이어그램을 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0029] 도 16은 본 발명의 실시예에 따른, 타원형 빔 직경들 및 저속 축에 대해 33 도의 각도로 경사진 인광체로부터의 방사기 거리 대 빔 직경들의 비율의 예시적인 계산을 예시하는 플롯이다.
[0030] 도 17은 본 발명의 실시예에 따른, 레이저 다이오드 및 인광체 부재가 서브마운트 상에 통합되는 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이고, 여기서 인광체는 빔 성형을 위해 레이저 다이오드에 대해 비스듬히 구성된다.
[0031] 도 18은 본 발명의 실시예에 따른, 갈륨 및 질소 함유 에피텍셜 층들로 제작된 레이저 다이오드가 서브마운트 부재로 전달되고, 인광체 부재가 서브마운트 부재에 통합되는 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이고, 여기서 인광체는 빔 성형을 위해 레이저 다이오드에 대해 비스듬히 구성된다.
[0032] 도 19a는 본 발명의 실시예에 따른, 갈륨 및 질소 함유 에피텍셜 층들로 제작된 레이저 다이오드가 서브마운트 부재로 전달되고, 인광체 부재가 서브마운트 부재에 통합되는 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이고, 여기서 인광체는 포인트 소스로서 구성된다.
[0033] 도 19b는 본 발명의 실시예에 따른, 레이저 다이오드 및 인광체 부재가 서브마운트에 통합되는 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이고, 여기서 레이저는 인광체의 측 표면으로부터 인광체 부재를 주로 여기시키거나 펌핑한다.
[0034] 도 20은 본 발명의 실시예에 따른, 레이저 다이오드 및 인광체 부재가 공통 지지 부재, 이를테면, 패키지 부재로 통합되도록 구성되는 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이고, 여기서 인광체는 반사 동작을 위해 구성되고, 레이저 빔은 인광체에 비-수직으로 입사된다.
[0035] 도 21은 본 발명의 실시예에 따른, 레이저 다이오드 및 인광체 부재가 공통 지지 부재에 통합되는 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이고, 여기서 인광체는 오프-축 반사 동작을 위해 구성되고, 레이저 빔은 시준 또는 성형 옵틱으로 구성된다.
[0036] 도 22는 본 발명의 실시예에 따른, 타원형 빔 직경들 및 빔 직경들 대 반사 인광체 동작을 위해 고속 축에 대해 45 도 각도로 그리고 저속 축에 대해 22 도의 각도로 경사진 인광체로부터의 방사기 거리의 비율의 예시적인 계산을 예시하는 플롯이다.
[0037] 도 23a는 본 발명의 실시예에 따른, 레이저 다이오드 및 인광체 부재가 공통 지지 부재에 통합되는 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이고, 여기서 인광체는 반사 동작을 위해 구성되고, 레이저 빔은 저속 및 고속 축 둘 모두에 대해 인광체에 비-수직으로 입사하도록 인광체에 대해 듀얼 축 회전을 갖는다.
[0038] 도 23b는 2 개의 레이저 다이오드 디바이스들 및 인광체 부재가 공통 지지 부재, 이를테면, 패키지 부재에 통합되도록 구성되는 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이고, 여기서 인광체는 반사 동작을 위해 구성되고, 레이저 다이오드들의 2 개의 출력 빔들은 여기 스폿 지오메트리를 수정하고 그리고/또는 레이저 방사 스폿에서 총 전력을 증가시킨다.
[0039] 도 23c는, 레이저 다이오드 디바이스 및 인광체 부재가 공통 지지 부재, 이를테면, 패키지 부재에 통합되도록 구성되는 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이고, 여기서 인광체는 반사 동작을 위해 구성되고, 레이저 다이오드 디바이스는, 저속 축 방향으로 스폿 직경을 증가시키고 그리고/또는 레이저 방사 스폿에서 총 전력을 증가시키기 위해, 빔들을 방사하는 다수의 인접 출력 스트라이프들을 갖는 다중-스트라이프 레이저 다이오드로서 구성된다.
[0040] 도 24는 본 발명의 실시예에 따른, 캔-타입 패키지에 장착된 전달 모드 인광체 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0041] 도 25는 본 발명의 실시예에 따른, 캔-타입 패키지에 장착되고 캡 부재로 시일링되는 전달 모드 인광체 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0042] 도 26a는 본 발명의 실시예에 따른, 표면 장착 패키지에 장착된 반사 모드 인광체 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0043] 도 26b는 본 발명의 실시예에 따른, 표면 장착 패키지에 장착된 반사 모드 인광체 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0044] 도 26c는 본 발명의 실시예에 따른, 표면 장착 패키지에 장착된 반사 모드 인광체 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0045] 도 26d는 본 발명의 실시예에 따른, 다수의 레이저 다이오드 디바이스들이 표면 장착 패키지에 장착된 반사 모드 인광체 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0046] 도 26e는 본 발명의 실시예에 따른, 다수의 레이저 다이오드 디바이스들이 표면 장착 패키지에 장착된 반사 모드 인광체 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0047] 도 26f는 본 발명의 실시예에 따른, 표면 장착 패키지에 장착된 측-펌프 인광체 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0048] 도 27a는 본 발명의 실시예에 따라, 표면 마운트-타입 패키지에 장착되고 캡 부재로 시일링되는 반사 모드 인광체 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0049] 도 27b는 본 발명의 실시예에 따라, 표면 마운트-타입 패키지에 장착되고 캡 부재로 시일링되는 반사 모드 인광체 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0050] 도 28a는 본 발명의 실시예에 따라, 통합된 빔 덤프 안전 특징을 갖는 표면 장착 패키지에 장착되는 반사 모드 인광체 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0051] 도 28b는 본 발명의 실시예에 따라, 통합된 빔 덤프 안전 특징을 갖는 표면 장착 패키지에 장착되는 반사 모드 인광체 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0052] 도 28c는 본 발명의 실시예에 따라, 인광체로부터 반사된 입사 레이저 빔을 반사시키고 포커싱하기 위한 통합된 재-이미징 옵틱을 갖는 표면 장착 패키지에 장착된 반사 모드 인광체 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0053] 도 28d는 직접적인 레이저 빔을 반사하여 인광체 부재 상에 포커싱하기 위한 통합된 재-이미징 옵틱을 갖는 표면 장착 패키지에 장착된 반사 모드 인광체 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0054] 도 28e는 실드 또는 애퍼처 부재를 갖는 표면 장착 패키지에 장착되는 반사 모드 인광체 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0055] 도 29a는 본 발명의 실시예에 따라, 표면 마운트-타입 패키지에 장착되고 캡 부재로 시일링되고 열-싱크 상에 장착되는 반사 모드 인광체 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0056] 도 29b는 본 발명의 실시예에 따라, 스타보드 상에 장착되는 표면 마운트 패키지에 장착되는 반사 모드 인광체 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0057] 도 30은 본 발명의 실시예에 따라, 시준 옵틱을 갖는 평탄-타입 패키지에 장착되는 반사 모드 인광체 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0058] 도 31은 본 발명의 실시예에 따라, 시준 옵틱을 갖는 평탄-타입 패키지에 장착되는 투과 모드 인광체 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0059] 도 32는 본 발명의 실시예에 따라, 평탄-타입 패키지에 장착되고 캡 부재로 시일링되는 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0060] 도 33은 본 발명의 실시예에 따라 시준 렌즈를 통해 투과 모드에서 동작하는 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0061] 도 34는 본 발명의 실시예에 따라 시준 반사기를 통해 반사 모드에서 동작하는 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0062] 도 35는 본 발명의 실시예에 따라 시준 렌즈를 통해 반사 모드에서 동작하는 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0063] 도 36은 본 발명의 실시예에 따라, 시준 반사기를 갖는 캔-타입 패키지에 장착되는 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0064] 도 37은 본 발명의 실시예에 따라, 시준 렌즈를 갖는 캔-타입 패키지에 장착되는 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0065] 도 38a는 본 발명의 실시예에 따라, 시준 반사기를 갖는 히트 싱크 상에 장착되는 표면 마운트 타입 패키지에 장착되는 반사 모드 인광체 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0066] 도 38b는 본 발명의 실시예에 따라, 시준 반사기를 갖는 스타보드 상에 장착되는 표면 마운트 타입 패키지에 장착되는 반사 모드 인광체 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0067] 도 39는 본 발명의 실시예에 따라, 시준 렌즈를 갖는 히트 싱크 상에 장착되는 표면 마운트 타입 패키지에 장착되는 반사 모드 인광체 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0068] 도 40은 본 발명의 실시예에 따라, 시준 렌즈 및 반사기 부재를 갖는 히트 싱크 상에 장착되는 표면 마운트 타입 패키지에 장착되는 반사 모드 인광체 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0015] 도 2는 본 발명에 따른, 극성 c-평면 기판 상에 구성된 레이저 다이오드 디바이스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0016] 도 3은 본 발명에 따른, 종래의 리지 레이저 다이오드-평면 기판의 간략화된 개략적 단면이다.
[0017] 도 4는 본 발명에 따른, 종래의 레이저 다이오드 CoS(chip on submount)를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0018] 도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 갈륨 및 질소 함유 에피텍셜 층들의 전달 후에 웨이퍼-레벨 레이저 프로세싱을 통해 제작된 CoS(chip on submount)를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0019] 도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 레이저 다이오드 및 인광체 부재가 서브마운트 상에 통합되는 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이고, 여기서 인광체는 전달 동작을 위해 구성된다.
[0020] 도 7은 본 발명의 실시예에 따른, 갈륨 및 질소 함유 에피텍셜 층들로 제작된 레이저 다이오드가 서브마운트 부재로 전달되고, 인광체 부재가 서브마운트 부재에 통합되는 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이고, 여기서 인광체는 전달 동작을 위해 구성된다.
[0021] 도 8은 본 발명의 실시예에 따른, 인광체가 코팅을 갖도록 구성되어 수정되거나 유용한 백색 광 출력을 증가시키기 위해 수정되지만, 도 7의 장치 구성을 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0022] 도 9는 본 발명의 실시예에 따른, 종래의 레이저 다이오드로부터 타원형 투사된 레이저 빔의 예를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0023] 도 10은 본 발명의 실시예에 따른, 인광체 부재에 수직 입사하는 레이저 빔의 측면 다이어그램을 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0024] 도 11은 본 발명의 실시예에 따른, 타원형 빔 직경들 및 인광체로부터 방사기 거리 대 빔 직경들의 비율의 예시적인 계산을 예시하는 플롯이다.
[0025] 도 12는 본 발명의 실시예에 따른, 인광체 상의 입사 이전에 레이저 빔이 시준 옵틱을 통하도록 구성되어 수정되지만, 도 7의 장치 구성을 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0026] 도 13은 본 발명의 실시예에 따른, 레이저 다이오드의 고속 축에 대해 경사진 투사 표면을 갖는 종래의 레이저 다이오드로부터 악화된 타원형 레이저 빔 프로파일의 예를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0027] 도 14는 본 발명의 실시예에 따른, 레이저 다이오드의 저속 축에 대해 경사진 투사 표면을 갖는 종래의 레이저 다이오드로부터 더 원형화된 레이저 빔 프로파일의 예를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0028] 도 15는 본 발명의 실시예에 따른, 경사진 배향으로 인광체 부재 상에 투사하는 레이저 빔의 측면 다이어그램을 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0029] 도 16은 본 발명의 실시예에 따른, 타원형 빔 직경들 및 저속 축에 대해 33 도의 각도로 경사진 인광체로부터의 방사기 거리 대 빔 직경들의 비율의 예시적인 계산을 예시하는 플롯이다.
[0030] 도 17은 본 발명의 실시예에 따른, 레이저 다이오드 및 인광체 부재가 서브마운트 상에 통합되는 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이고, 여기서 인광체는 빔 성형을 위해 레이저 다이오드에 대해 비스듬히 구성된다.
[0031] 도 18은 본 발명의 실시예에 따른, 갈륨 및 질소 함유 에피텍셜 층들로 제작된 레이저 다이오드가 서브마운트 부재로 전달되고, 인광체 부재가 서브마운트 부재에 통합되는 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이고, 여기서 인광체는 빔 성형을 위해 레이저 다이오드에 대해 비스듬히 구성된다.
[0032] 도 19a는 본 발명의 실시예에 따른, 갈륨 및 질소 함유 에피텍셜 층들로 제작된 레이저 다이오드가 서브마운트 부재로 전달되고, 인광체 부재가 서브마운트 부재에 통합되는 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이고, 여기서 인광체는 포인트 소스로서 구성된다.
[0033] 도 19b는 본 발명의 실시예에 따른, 레이저 다이오드 및 인광체 부재가 서브마운트에 통합되는 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이고, 여기서 레이저는 인광체의 측 표면으로부터 인광체 부재를 주로 여기시키거나 펌핑한다.
[0034] 도 20은 본 발명의 실시예에 따른, 레이저 다이오드 및 인광체 부재가 공통 지지 부재, 이를테면, 패키지 부재로 통합되도록 구성되는 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이고, 여기서 인광체는 반사 동작을 위해 구성되고, 레이저 빔은 인광체에 비-수직으로 입사된다.
[0035] 도 21은 본 발명의 실시예에 따른, 레이저 다이오드 및 인광체 부재가 공통 지지 부재에 통합되는 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이고, 여기서 인광체는 오프-축 반사 동작을 위해 구성되고, 레이저 빔은 시준 또는 성형 옵틱으로 구성된다.
[0036] 도 22는 본 발명의 실시예에 따른, 타원형 빔 직경들 및 빔 직경들 대 반사 인광체 동작을 위해 고속 축에 대해 45 도 각도로 그리고 저속 축에 대해 22 도의 각도로 경사진 인광체로부터의 방사기 거리의 비율의 예시적인 계산을 예시하는 플롯이다.
[0037] 도 23a는 본 발명의 실시예에 따른, 레이저 다이오드 및 인광체 부재가 공통 지지 부재에 통합되는 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이고, 여기서 인광체는 반사 동작을 위해 구성되고, 레이저 빔은 저속 및 고속 축 둘 모두에 대해 인광체에 비-수직으로 입사하도록 인광체에 대해 듀얼 축 회전을 갖는다.
[0038] 도 23b는 2 개의 레이저 다이오드 디바이스들 및 인광체 부재가 공통 지지 부재, 이를테면, 패키지 부재에 통합되도록 구성되는 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이고, 여기서 인광체는 반사 동작을 위해 구성되고, 레이저 다이오드들의 2 개의 출력 빔들은 여기 스폿 지오메트리를 수정하고 그리고/또는 레이저 방사 스폿에서 총 전력을 증가시킨다.
[0039] 도 23c는, 레이저 다이오드 디바이스 및 인광체 부재가 공통 지지 부재, 이를테면, 패키지 부재에 통합되도록 구성되는 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이고, 여기서 인광체는 반사 동작을 위해 구성되고, 레이저 다이오드 디바이스는, 저속 축 방향으로 스폿 직경을 증가시키고 그리고/또는 레이저 방사 스폿에서 총 전력을 증가시키기 위해, 빔들을 방사하는 다수의 인접 출력 스트라이프들을 갖는 다중-스트라이프 레이저 다이오드로서 구성된다.
[0040] 도 24는 본 발명의 실시예에 따른, 캔-타입 패키지에 장착된 전달 모드 인광체 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0041] 도 25는 본 발명의 실시예에 따른, 캔-타입 패키지에 장착되고 캡 부재로 시일링되는 전달 모드 인광체 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0042] 도 26a는 본 발명의 실시예에 따른, 표면 장착 패키지에 장착된 반사 모드 인광체 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0043] 도 26b는 본 발명의 실시예에 따른, 표면 장착 패키지에 장착된 반사 모드 인광체 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0044] 도 26c는 본 발명의 실시예에 따른, 표면 장착 패키지에 장착된 반사 모드 인광체 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0045] 도 26d는 본 발명의 실시예에 따른, 다수의 레이저 다이오드 디바이스들이 표면 장착 패키지에 장착된 반사 모드 인광체 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0046] 도 26e는 본 발명의 실시예에 따른, 다수의 레이저 다이오드 디바이스들이 표면 장착 패키지에 장착된 반사 모드 인광체 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0047] 도 26f는 본 발명의 실시예에 따른, 표면 장착 패키지에 장착된 측-펌프 인광체 통합된 레이저-기반 백색 광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0048] 도 27a는 본 발명의 실시예에 따라, 표면 마운트-타입 패키지에 장착되고 캡 부재로 시일링되는 반사 모드 인광체 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0049] 도 27b는 본 발명의 실시예에 따라, 표면 마운트-타입 패키지에 장착되고 캡 부재로 시일링되는 반사 모드 인광체 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0050] 도 28a는 본 발명의 실시예에 따라, 통합된 빔 덤프 안전 특징을 갖는 표면 장착 패키지에 장착되는 반사 모드 인광체 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0051] 도 28b는 본 발명의 실시예에 따라, 통합된 빔 덤프 안전 특징을 갖는 표면 장착 패키지에 장착되는 반사 모드 인광체 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0052] 도 28c는 본 발명의 실시예에 따라, 인광체로부터 반사된 입사 레이저 빔을 반사시키고 포커싱하기 위한 통합된 재-이미징 옵틱을 갖는 표면 장착 패키지에 장착된 반사 모드 인광체 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0053] 도 28d는 직접적인 레이저 빔을 반사하여 인광체 부재 상에 포커싱하기 위한 통합된 재-이미징 옵틱을 갖는 표면 장착 패키지에 장착된 반사 모드 인광체 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0054] 도 28e는 실드 또는 애퍼처 부재를 갖는 표면 장착 패키지에 장착되는 반사 모드 인광체 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0055] 도 29a는 본 발명의 실시예에 따라, 표면 마운트-타입 패키지에 장착되고 캡 부재로 시일링되고 열-싱크 상에 장착되는 반사 모드 인광체 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0056] 도 29b는 본 발명의 실시예에 따라, 스타보드 상에 장착되는 표면 마운트 패키지에 장착되는 반사 모드 인광체 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0057] 도 30은 본 발명의 실시예에 따라, 시준 옵틱을 갖는 평탄-타입 패키지에 장착되는 반사 모드 인광체 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0058] 도 31은 본 발명의 실시예에 따라, 시준 옵틱을 갖는 평탄-타입 패키지에 장착되는 투과 모드 인광체 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0059] 도 32는 본 발명의 실시예에 따라, 평탄-타입 패키지에 장착되고 캡 부재로 시일링되는 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0060] 도 33은 본 발명의 실시예에 따라 시준 렌즈를 통해 투과 모드에서 동작하는 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0061] 도 34는 본 발명의 실시예에 따라 시준 반사기를 통해 반사 모드에서 동작하는 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0062] 도 35는 본 발명의 실시예에 따라 시준 렌즈를 통해 반사 모드에서 동작하는 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0063] 도 36은 본 발명의 실시예에 따라, 시준 반사기를 갖는 캔-타입 패키지에 장착되는 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0064] 도 37은 본 발명의 실시예에 따라, 시준 렌즈를 갖는 캔-타입 패키지에 장착되는 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0065] 도 38a는 본 발명의 실시예에 따라, 시준 반사기를 갖는 히트 싱크 상에 장착되는 표면 마운트 타입 패키지에 장착되는 반사 모드 인광체 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0066] 도 38b는 본 발명의 실시예에 따라, 시준 반사기를 갖는 스타보드 상에 장착되는 표면 마운트 타입 패키지에 장착되는 반사 모드 인광체 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0067] 도 39는 본 발명의 실시예에 따라, 시준 렌즈를 갖는 히트 싱크 상에 장착되는 표면 마운트 타입 패키지에 장착되는 반사 모드 인광체 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0068] 도 40은 본 발명의 실시예에 따라, 시준 렌즈 및 반사기 부재를 갖는 히트 싱크 상에 장착되는 표면 마운트 타입 패키지에 장착되는 반사 모드 인광체 통합 레이저-기반 백색광 소스를 예시하는 간략화된 다이어그램이다.
[0069] 본 발명은 갈륨 및 질소 함유 물질들에 기반한 레이저 다이오드 여기 소스들 및 인광체 물질들에 기반한 발광 소스의 조합을 사용하여 백색 전자기 방사를 방사하기 위한 방법 및 디바이스를 제공한다. 본 발명에서, 갈륨 및 질소 물질들에 기반한 보라색, 청색 또는 다른 파장 레이저 다이오드 소스는 콤팩트하고, 고-밝기이며, 고-효율의 백색광 소스를 형성하기 위해 인광체 물질들과 근접하게 통합된다.
[0070] 레이저 다이오드들에 기반한 자극적인 새로운 부류의 고체-상태 라이팅이 급격히 출현하고 있다. LED와 마찬가지로, 레이저 다이오드는 전자기 방사를 방사하는 2-리드 반도체 광 소스이다. 그러나 주로 자연 방사인 LED로부터의 출력과 달리, 레이저 다이오드의 출력은 주로 자극 방사로 구성된다. GaN 관련된 물질들로부터의 발광 다이오드들의 제조는 Si, SiC 및 사파이어와 같은 외부 기판들 상의 GaN의 헤테로에피택셜 성장이 지배적이다. 레이저 다이오드 디바이스들은 헤테로에피텍셜 성장과 연관된 결정 결함들이 수용 가능하지 않은 그러한 높은 전류 밀도들에서 동작한다. 이로 인해, 매우 낮은 결함-밀도의 프리-스탠딩 GaN 기판들이 GaN 레이저 다이오드 제조를 위한 선정 기판이 된다. 불행하게도, 이러한 벌크 GaN 기판들은 값비싸고 큰 직경들에서 널리 이용 가능하지 않다. 예컨대, 2" 직경은, 4" 직경을 가능하게 하는 최근의 발달과 함께 오늘날 가장 일반적인 레이저-품질 벌크 GaN c-평면 기판 사이즈이며, 이는 성숙한 기판 기술들에 대해 상업적으로 입수 가능한 6" 및 그 초과의 직경들에 비해 여전히 비교적 작다. 본 발명의 추가의 세부사항들은 본 명세서를 통해, 그리고 보다 구체적으로 아래에서 발견될 수 있다.
[0071] 추가 이익들은 본 발명을 사용하는 기존의 기법들을 통해 달성된다. 특히, 본 발명은 비용-효과적인 백색광 소스를 가능하게 한다. 특정 실시예에서, 본 광학 디바이스는 비교적 간단하고 비용 효과적인 방식으로 제조될 수 있다. 실시예에 따라, 본 장치 및 방법은 당업자에 따른 종래의 물질들 및/또는 방법들을 사용하여 제조될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 갈륨 및 질소 함유 레이저 다이오드 소스는 c-평면 갈륨 질화물 물질에 기반하고, 다른 실시예들에서, 레이저 다이오드는 무극성 또는 반극성 갈륨 및 질화물 물질에 기반한다. 일 실시예에서, 백색 소스는 CPoS(chip and phosphor on submount) 백색광 소스를 형성하도록 서브마운트 상의 통합된 인광체로 CoS(chip on submount)로부터 구성된다. 일부 실시예들에서, 중간 서브마운트 부재들이 포함될 수 있다. 일부 실시예들에서, 레이저 다이오드 및 인광체 부재는 패키지 베이스와 같은 공통 지지 부재에 의해 지지된다. 이 실시예에서, 레이저 다이오드와 공통 지지 부재 사이에 포함된 서브마운트 부재들 또는 추가 지지 부재들이 존재할 수 있다. 유사하게, 인광체 부재와 공통 지지 부재 사이에 포함된 서브마운트 부재들 또는 추가 지지 부재들이 존재할 수 있다.
[0072] 다양한 실시예들에서, 레이저 디바이스 및 인광체 디바이스는 중간 서브마운트를 갖거나 갖지 않는 공통 지지 부재 상에 장착되고, 인광체 물질들은 투과 모드, 반사 모드, 또는 측-펌핑 모드로 동작되어 백색 방사 레이저-기반 광 소스를 발생시킨다. 단지 예시로서, 본 발명은 애플리케이션들, 이를테면, 백색 라이팅, 백색 스폿 라이팅, 플래시 광들, 자동차 헤드라이트들, 모든-지상 차량 라이팅, 플래시 소스들, 이를테면, 카메라 플래시들, 레크레이션 스포츠들, 이를테면, 바이킹, 서핑, 러닝, 레이싱, 보팅에서 사용되는 광 소스들, 드론들, 비행기들, 로봇들, 다른 모바일 또는 로봇 애플리케이션들, 안전, 방어 애플리케이션들의 대항 조치들에 대해 사용되는 광 소스들, 멀티-컬러 라이팅, 평면 패널들, 의료, 계측, 빔 프로젝터들 및 다른 디스플레이들, 고강도 램프들, 분광학, 엔터테인먼트, 극장, 뮤직 및 콘서트들, 분석 부정 검출 및/또는 인증, 툴들, 물 처리, 레이저 대즐러들(laser dazzlers), 타겟팅, 통신들, LiFi, VLC(visible light communications), 감지, 검출, 거리 검출, LIDAR(Light Detection And Ranging), 변형들, 수송들, 레벨링, 양생 및 다른 화학적 처리들, 가열, 절단 및/또는 흡열, 펌핑 다른 광학 디바이스들, 다른 광전자 디바이스들 및 관련된 애플리케이션들에 대한 라이팅 및 소스 라이팅 등에 적용될 수 있다.
[0073] 레이저 다이오드들은 인광체 여기 소스들로서 이상적이다. 종래의 LED들보다 10,000 배 더 높은 공간 밝기(유닛 영역 당 광학 강도) 및 레이저 방사의 극도의 지향성을 통해, 레이저 다이오드들은 LED들 및 다른 광 소스들에 의해 달성 불가능한 특징들을 가능하게 한다. 특히, 1W 초과, 5W 초과, 10W 초과 또는 심지어 100W 초과를 반송하는 레이저 다이오드 출력 빔들은 직경이 1mm 미만, 직경이 500 미크론 미만, 직경이 100 미크론 미만 또는 심지어 직경이 50 미크론 미만의 매우 작은 스폿 사이즈들에 포커싱될 수 있고, 1W/mm2 초과, 100W/mm2 초과, 또는 심지어 2,500W/mm2 초과의 전력 밀도들이 달성될 수 있다. 레이저 여기 광의 이러한 매우 작고 강력한 빔이 인광체 물질 상에 입사할 때, 백색 광의 궁극적인 포인트 소스가 달성될 수 있다. 여기 광의 광학 watt 당 200 루멘의 방사된 백색 광의 인광체 변환 비율을 가정하면, 5W 여기 전력은 100 미크론 또는 50 미크론 또는 그 미만의 빔 직경에서 1000 루멘을 생성할 수 있다. 이러한 포인트 소스는, LED 또는 전구 기술을 사용하기 전에 가능한 훨씬 더 먼 거리들을 과감하게 이동할 수 있는 고도로 시준된 백색 광을 생성하도록 포물면 반사기들 또는 렌즈 옵틱스가 포인트 소스와 결합되는, 스포트라이팅 또는 범위 찾기와 같은 애플리케이션들에서의 게임 체인징(game changing)이다.
[0074] 본 발명의 일부 실시예들에서, 갈륨 및 질소 함유 발광 디바이스는 레이저 디바이스가 아니라, 대신 초발광 다이오드 또는 SLED(superluminescent light emitting diode) 디바이스로서 구성될 수 있다. 본 발명의 목적들을 위해, SLED 디바이스 및 레이저 다이오드 디바이스는 상호 교환 가능하게 사용될 수 있다. SLED는, 그것이 전류가 주입될 때 광학적으로 활성이 되고 광범위한 파장들에 걸쳐 ASE(amplified spontaneous emission) 및 이득을 생성하는, 전기적으로 구동되는 접합을 기반으로 하기 때문에 레이저 다이오드와 유사하다. 광학 출력이 ASE에 의해 지배적이게 될 때, 광 출력 대 전류(LI) 특징에 니(knee)가 존재하며 여기서 광 출력의 유닛은 주입된 전류의 유닛 당 과감하게 커진다. LI 커브의 이러한 니는 레이저 다이오드의 임계치와 비슷하지만 훨씬 더 소프트하다. SLED 디바이스의 장점은, SLED가 높은 광학 방사 전력 및 레이저 다이오드들의 극도로 높은 공간 밝기의 고유 특성들을 결합할 수 있다는 것이며, 이는 일부 경우들에서, 개선된 눈 안전 및 이미지 품질을 제공하는(> 5nm)의 넓은 스펙트럼 폭을 갖는 고효율 롱 스로 조명 및 고 밝기 인광체 여기 애플리케이션들에 대해 이들을 이상적이게 한다. 넓은 스펙트럼 폭은 LED와 유사한 낮은 코히어런스 길이를 초래한다. 낮은 코히어린스 길이는 개선된 안전을 제공하여 개선된 눈 안전을 갖는다. 게다가, 광범위한 스펙트럼 폭은 디스플레이 또는 조명 애플리케이션에서 광학 왜곡들을 과감하게 감소시킬 수 있다. 일 예로서, "스펙클(speckle)"로서 지칭된 잘 알려진 왜곡 패턴은 표면 상의 또는 뷰잉 평면에서 파면들의 세트의 상호 간섭에 의해 생성되는 강도 패턴의 결과이다. 스펙클의 정도를 정량화하는 데 통상적으로 사용되는 일반적인 방정식들은 스펙트럼 폭에 반비례한다.
[0075] 본 발명의 예시적인 애플리케이션에서, 본 발명에 따른 레이저 다이오드 디바이스 또는 SLED(superluminescent diode) 디바이스는 Li-Fi 통신 시스템들과 같은 VLC(visible light communications) 시스템들에 대해 바람직한 광 소스로서 사용될 수 있다. VLC 시스템들은 데이터 송신을 위해 가시적, UV, 적외선 또는 근적외선 광 소스의 변조를 사용하는 시스템들이다. 가시적인 광 소스들의 변조를 이용하는 VLC 시스템들은 두 가지 이유들로 본 발명의 유리한 사용이 될 것이다. 첫째로, 레이저 다이오드들 및 SLED들에서 발견되는 상당한 양의 자극 방사로 인한 캐리어 재조합 레이트들의 증가로 인해 발광 다이오드들을 사용할 때 예상되는 것보다 대역폭이 더 높다. LED들, 다이오드 레이저들 및 SLED들에서, 재조합 레이트는 캐리어 밀도에 따라 증가하지만, 비교적 높은 캐리어 밀도들에서 효율성이 피크인 SLED들 및 다이오드 레이저들과 달리, LED들은 매우 낮은 캐리어 밀도들에서 효율성이 피크이다. 통상적으로, LED 피크 효율성은 통상적인 SLED 또는 레이저 다이오드 동작 조건들에서 발견되는 것보다 2-3 자릿수 더 낮은 캐리어 밀도에서 나타난다. 변조 및 이에 따른 데이터 전달 레이트는 LED들을 사용하여 달성 가능한 것들보다 상당히 높아야 한다.
[0076] 게다가, 백색-광 기반 VLC 소스들에서, LED 또는 레이저 다이오드 또는 SLED로 구성된 보라색 또는 청색 "펌프" 광 소스들은 녹색 및 적색 및 때로는 청색에 대응하는 파장들을 커버하는 광범위한 스펙트럼을 생성하기 위해 인광체 엘리먼트를 광학적으로 여기 또는 "펌핑"하는 데 사용된다. 인광체 유도 스펙트럼 및 흡수되지 않은 펌프 광이 결합되어 백색 광 스펙트럼을 생성한다. 레이저 및 SLED 광 소스들은 청색 LED들보다 상당히 좁은 스펙트럼들을 갖는데; 청색 LED의 경우 거의 20 nm와 비교하면, 각각 <1.5 nm 및 <5 nm를 갖는다. 더 좁은 FWHM은 노치(즉, 대역통과) 필터를 사용하여 인광체 방사로부터 펌프 광 신호의 분리를 더 쉽게 한다. 이는, 백색광 스펙트럼의 인광체 유도 컴포넌트는 디바이스에 의해 방사된 총 광 전력의 상당한 부분을 포함하지만, 인광체들의 긴 재조합 수명들은 스펙트럼들의 인광체 방사 컴포넌트에 대한 매우 낮은 변조 레이트를 초래하기 때문에 중요하다.
[0077] 일 실시예에서, 상이한 파장들로 방사되는 다중 레이저 다이는 서로에 대해 가까운 근접성으로, 바람직하게는, 서로 1 밀리미터 내에서, 보다 바람직하게는, 서로 약 200 마이크로미터 내에서, 가장 바람직하게는, 서로 약 50 미크론 내에서 동일한 캐리어 웨이퍼로 전달된다. 레이저 다이 파장들은 그들의 스펙트럼들의 반치전폭에서 최대 폭의 적어도 2 배만큼 파장이 분리되도록 선정된다. 예컨대, 각각 440 nm, 450 nm 및 460 nm에서 방사되는 3개의 다이는 50 미크론 미만의 다이와 50 미크론 미만의 다이 폭들 사이의 분리를 갖는 단일 캐리어 칩으로 각각 전달되어서, 다이에 의해 방사되는 레이저 광의 중심 간의 전체 측면 분리는 200 미크론 미만이다. 레이저 다이의 근접도는, 그의 방사가 동일한 광학 트레인 또는 광섬유 도파관으로 쉽게 커플링되거나 오버랩 스폿들로 원거리에서 투사되도록 허용한다. 이런 면에서, 레이저들은 단일 레이저 광 소스로서 효과적으로 동작될 수 있다.
[0078] 이러한 구성은 각각의 개별적인 레이저 광 소스가 예컨대, DC 오프셋 상에 중첩된 RF 신호의 주파수 및 위상 변조를 사용하여 정보를 전달하도록 독립적으로 동작될 수 있는 장점을 제공한다. 상이한 소스들로부터의 광의 시간-평균 비율은 각각의 신호의 DC 오프셋을 조정함으로써 조정될 수 있다. 수신기에서, 개별적인 레이저 소스들로부터의 신호들은, 백색광 스펙트럼들의 인광체 유도 컴포넌트들은 물론, 레이저 소스들 중 하나를 제외한 모두로부터의 펌프 광을 필터링 아웃하는 개별적인 포토검출기 상의 노치 필터들의 사용에 의해 디멀티플렉싱될 것이다. 이러한 구성은, 대역폭이 레이저 방사기들의 수로 쉽게 스케일링될 것이란 점에서, LED-기반 VLC 소스보다 나은 장점을 제공할 것이다. 물론, 유사한 장점들을 갖는 유사한 실시예가 SLED 방사기들로부터 구성될 수 있다.
[0079] 일 실시예에서, 본 발명은 길이, 폭 및 높이에 의해 특징지워지는 폼 팩터를 포함하는 레이저-기반 백색광 소스를 제공한다. 일 예에서, 높이는 25mm 미만 및 0.5mm 초과의 치수에 의해 특징지워지지만, 변동들이 있을 수 있다. 대안적인 예에서, 높이는 12.5 mm 미만 및 0.5mm 초과의 치수에 의해 특징지워지는지만, 변동들이 있을 수 있다. 다른 대안적인 예에서, 길이 및 폭은 30mm 미만, 15mm 미만 또는 5mm 미만의 치수에 의해 특징지워지지만, 변동들이 있을 수 있다. 장치는 지지 부재 및 지지 부재 위에 놓이는 적어도 하나의 갈륨 및 질소 함유 레이저 다이오드 디바이스들 및 인광체 물질을 갖는다. 레이저 디바이스는, 바람직하게는, 425nm 내지 475nm의 청색 지역 또는 380nm 내지 425nm의 자외선 또는 보라색 지역의 파장을 갖는 레이저 빔의 방사가 가능하지만, 다른 것이 가능한데, 이를테면, 475nm 내지 510nm의 시안 지역 또는 510nm 내지 560nm의 녹색 지역이 가능할 수 있다.
[0080] 본 발명에 따른 일부 실시예들에서, 다수의 레이저 다이오드 소스들은 동일한 인광체 또는 인광체 네트워크를 여기시키도록 구성된다. 다수의 레이저 소스들을 결합하는 것은 본 발명에 따른 많은 잠재적 이익들을 제공할 수 있다. 첫째, 여기 전력은, 빔 결합에 의해, 더 강력한 여기 스피트를 제공하고 이에 따라 더 밝은 광 소스를 생성하도록 증가될 수 있다. 일부 실시예들에서, 별개의 개별 레이저 칩들은 레이저-인광체 광 소스 내에 구성된다. 각각 1W, 2W, 3W, 4W, 5W 또는 그 초과의 전력을 방사하는 다수의 레이저들을 포함함으로써, 여기 전력이 증가될 수 있고 이에 따라 소스 밝기가 증가될 수 있다. 예컨대, 동일한 인광체 영역을 여기시키는 2개의 3W 레이저들을 포함함으로써, 여기 전력은 백색 광 밝기가 2배가 되도록 6W까지 증가될 수 있다. 1 watt의 레이저 여기 전력 당 대략 200 루멘의 백색이 생성되는 예에서, 백색 광 출력은 600 루멘에서 1200 루멘까지 증가될 것이다. 유사하게, 더욱 가혹한(harsh) 조건들, 이를테면 더 높은 전류 및 전압에서 구동되는 단일 소스와 동일한 여기 전력을 달성하기 위해, 하위 구동 조건들에서 다수의 소스들을 사용함으로써 소스의 신뢰성이 증가될 수 있다. 두번째 장점은, 제1 자유 공간 발산 타원형 레이저 빔을 제2 자유 공간 발산 타원형 레이저 빔에 대해 90도 만큼 회전시키고 인광체 상에 센터링된 타원들을 오버랩핑함으로써 보다 원형의 스폿들에 대한 가능성이다. 대안적으로, 보다 원형의 스폿은 제1 자유 공간 발산 타원형 레이저 빔을 제2 자유 공간 발산 타원형 레이저 빔에 대해 180도만큼 회전시키고, 저속 축 발산 방향으로 스폿 직경을 증가시키기 위해 인광체 상의 타원들을 오프-센터링되게 오버랩핑함으로써 달성될 수 있다. 다른 구성에서, 2개 초과의 레이저 빔들이 포함되고, 위에서 설명된 빔 성형과 스폿 지오메트리 성형의 일부 조합이 달성된다. 제3의 그리고 중요한 장점은, 가시 스펙트럼의 보라색/청색 및 청록색 지역에서 스펙트럼들의 충전을 개선시킴으로써, 방사 디바이스의 다수의 컬러 레이저들이 컬러 품질(CRI 및 CQS)을 상당히 개선시킬 수 있다는 점이다. 예컨대, 황색 인광체를 여기시고 더 큰 청색 스펙트럼을 산출하기 위해, 약간 디튜닝된 파장들(예컨대, 5nm, 10nm, 15nm 등)을 갖는 2개 또는 그 초과의 청색 여기 레이저들이 포함될 수 있다.
[0081] 본원에서 사용되는 바와 같이, GaN 기판이라는 용어는 시작 물질들로서 사용되는, GaN, InGaN, AlGaN 또는 다른 III 족 함유 합금들 또는 조성물들을 포함하는 III 족-질화물 기반 물질들과 연관된다. 이러한 시작 물질들은 극성 GaN 기판들(즉, 가장 큰 영역 표면이 공칭적으로 (h k l) 평면이며, 여기서 h=k=0이고 l은 비-제로(non-zero)인 기판), 무극성 GaN 기판들(즉, 가장 큰 영역 표면이, (h k l) 평면을 향해, 위에서 설명된 극성 배향으로부터 대략 80-100 도 범위의 각도로 배향되며, 여기서 l=0이고, h 및 k 중 적어도 하나는 비-제로인 기판 물질), 또는 반-극성 GaN 기판들(즉, 가장 큰 영역 표면이, (h k l) 평면을 향해, 위에서 설명된 극성 배향으로부터 대략 +0.1 내지 80도 또는 110-179.9 도 범위의 각도로 배향되며, 여기서 l=0이고 h 및 k 중 적어도 하나는 비-제로인 기판 물질)을 포함한다.
[0082] 레이저 다이오드 디바이스는 갈륨 및 질소 함유 필름들 또는 기판(예컨대, GaN)의 종래의 배향 이를테면 극성 c-평면으로, 무극성 배향 이를테면 m-평면으로, 또는 반극성 배향 이를테면 {30-31}, {20-21}, {30-32}, {11-22}, {10-11}, {30-3-1}, {20-2-1}, {30-3-2}, 또는 c-평면을 향해 +/- 10 도, 및/또는 a-평면을 향해 +/- 10도, 및/또는 m-평면을 향해 +/- 10도 내에서 이들 극성, 무극성 및 반극성 평면들 중 임의의 것의 오프컷들로 제조될 수 있다.
[0083] 도 1a는 클리빙된(cleaved) 또는 에칭된 미러들과 m-방향으로 정렬되는 캐비티를 갖는 갈륨 및 질소 함유 기판상에 형성되는 극성 c-평면 레이저 다이오드의 예의 간략화된 개략적 다이어그램이다. 레이저 스트라이프 지역은 a-방향에 실질적으로 수직인 실질적으로 m-방향으로의 캐비티 배향에 의해 특징지워지지만, 실질적으로 a-방향으로의 캐비티 정렬과 같은 다른 것들에 의해 특징지워질 수 있다. 레이저 스트라이프 지역은 제1 단부(107) 및 제2 단부(109)를 가지며, 서로를 향하는 한쌍의 클리빙된 또는 에칭된 미러 구조들을 갖는 {0001} 갈륨 및 질소 함유 기판상에 m-방향으로 형성된다. 예컨대, 갈륨 질화물 기판 부재는 무극성 또는 반극성 결정질 표면 지역을 가짐으로써 특징지워지는 벌크 GaN 기판이나, 다른 것들일 수 있다. 벌크 GaN 기판은 105 cm-2 또는 105 내지 107 cm-2 미만의 표면 전위 밀도(surface dislocation density)를 가질 수 있다. 질화물 결정 또는 웨이퍼는 
(여기서, 
)를 포함할 수 있다. 하나의 특정 실시예에서, 질화물 결정은 GaN을 포함한다. 일 실시예에서, GaN 기판은, 표면에 대해 실질적으로 직교이거나 비스듬한(oblique) 방향으로, 대략 105 cm-2 내지 대략 108 cm-2의 농도에서, 스레딩 전위(threading dislocation)들을 갖는다.
[0084] 도 1b는 클리빙된 또는 에칭된 미러들을 갖는 c-방향의 투사에 정렬되는 캐비티를 갖는 갈륨 및 질소 함유 기판 상에 형성된 반극성 평면 레이저 다이오드의 예의 간략화된 개략적 다이어그램이다. 레이저 스트라이프 지역은 a-방향에 실질적으로 수직인 실질적으로 c-방향의 투사의 캐비티 배향에 의해 특징지워지나, 실질적으로 a-방향의 캐비티 정렬과 같은 다른 것들에 의해 특징지워질 수 있다. 레이저 스트라이프 지역은 제1 단부(107) 및 제2 단부(109)를 가지며, 반도체 기판 이를테면 {40-41}, {30-31}, {20-21}, {40-4-1}, {30-3-1}, {20-2-1}, {20-21}, 또는 c-평면 및 a-평면 갈륨 및 질소 힘유 기판으로부터 +/- 5 도 내에서 이들 평면들의 오프컷 상에 형성된다. 예컨대, 갈륨 및 질소 함유 기판 부재는 무극성 또는 반극성 결정질 표면 지역을 가짐으로써 특징지워지는 벌크 GaN 기판이나, 다른것들일 수 있다. 벌크 GaN 기판은 105 cm-2 또는 105 내지 107 cm-2 미만의 표면 전위 밀도를 가질 수 있다. 질화물 결정 또는 웨이퍼는 
(여기서, 
)를 포함할 수 있다. 하나의 특정 실시예에서, 질화물 결정은 GaN을 포함한다. 일 실시예에서, GaN 기판은, 표면에 대해 실질적으로 직교이거나 비스듬한 방향으로, 대략 105 cm-2 내지 대략 108 cm-2의 농도에서, 스레딩 전위들을 갖는다.
[0085] 레이저 스트라이프는 길이 및 폭에 의해 특징지워진다. 길이는 대략 50 미크론 내지 대략 3000 미크론 범위, 그러나 바람직하게는 대략 10 미크론 내지 대략 400 미크론, 대략 400 미크론 내지 대략 800 미크론 또는 대략 800 미크론 내지 대략 1600 미크론의 범위이나, 다른 것들일 수 있다. 스트라이프는 또한 대략 0.5 미크론 내지 대략 50 미크론 범위, 그러나 바람직하게는 단일 측면 모드 동작에 대해 대략 0.8 미크론 내지 대략 2.5 미크론, 또는 멀티-측면 모드 동작에 대해 대략 2.5 ㎛ 내지 대략 50 ㎛ 범위의 폭을 갖지만, 다른 크기들일 수 있다. 특정 실시예에서, 본 발명의 디바이스는 대략 0.5 미크론 내지 대략 1.5 미크론 범위의 폭, 대략 1.5 미크론 내지 대략 3.0 미크론 범위의 폭, 대략 3.0 미크론 내지 대략 50 미크론 범위의 폭 등을 갖는다. 특정 실시예에서, 비록 약간의 변형들이 있을 수 있지만, 폭은 크기가 실질적으로 일정하다. 폭 및 길이는 종종, 기술분야에서 통상적으로 사용되는 마스킹 및 에칭 프로세스를 이용하여 형성된다.
[0086] 높은 갈륨 및 질소 함유 기판 비용들, 갈륨 및 질소 함유 기판 사이즈의 스케일링 업에서의 곤란성, 작은 웨이퍼들의 프로세싱에서 내재하는 비효율성들, 및 점재적 공급 제한들을 고려해볼 때, 이용가능한 갈륨 및 질 소 함유 기판 및 위에 놓인 에피텍셜 물질의 활용을 최대화하는 것이 상당히 바람직하게 된다. 측면 캐비티 레이저 다이오드들의 제작에서, 최소 다이 사이즈는, 레이저 캐비티 폭들에 의해서라기 보다는, 디바이스 컴포넌트들, 이를테면 와이어 본딩 패드들 또는 기계적 핸들링 고려사항들에 의해 결정되는 것이 통상적인 경우이다. 다이 사이즈를 최소화하는 것은 제조 비용들을 줄이는데 중요한데, 이는 다이 사이즈들이 작을수록 보다 많은 수의 디바이스들이 단일 프로세싱 런(processing run)에서 단일 웨이퍼 상에 제작되게 할 수 있기 때문이다. 본 발명은, 다이 확장 프로세스를 통해 캐리어 웨이퍼 상에 에피텍셜 물질을 확산시킴으로써, 주어진 갈륨 및 질소 함유 기판 및 위에 놓인 에피텍셜 물질로 제작될 수 있는 디바이스들의 수를 최대화시키는 방법이다.
[0087] 에지 발광 레이저 다이오드(edge emitting laser diode)와 유사하게, SLED는 통상적으로 에지-발광 디바이스(edge-emitting device)로서 구성되며, 여기서 높은 밝기의 고지향성 광학 방사는 반도체 칩의 측(side)으로부터 바깥쪽으로 지향되는 도파관을 빠져 나간다. SLED들은 도파관을 따라 생성된 자연 방사에 대해 높은 단일 패스 이득 또는 증폭을 갖도록 설계된다. 그러나, 레이저 다이오드들과 달리, SLED들은 이득이 도파관 캐비티에서의 총 손실들과 동일한 레이징(lasing) 조건을 달성하기 위해, 캐비티에 불충분한 피드백을 제공하도록 설계된다. 통상적인 예에서, 도파관 단부들 또는 패싯들 중 적어도 하나는 다시 도파관으로 매우 낮은 반사율을 제공하도록 설계된다. 도파관 단부 또는 패싯상에서 감소된 반사율을 달성하기 위해 몇몇 방법들이 사용될 수 있다. 한 접근법에서, 패싯들 중 적어도 하나에 광학 코팅이 적용되며, 여기서 광학 코팅은 낮은 반사율, 이를테면 1% 미만, 0.1% 미만, 0.001% 미만, 또는 0.0001% 미만 반사율을 위해 설계된다. 감소된 반사율을 위한 다른 접근법에서, 칩으로 다시 반사되는 광이 피드백을 제공하기 위해 캐비티의 광과 보강 간섭하지 않도록, 도파관 단부들은 광 전파 방향에 대해 경사지게 또는 각지게 설계된다. 경사 각도는 최적의 성능을 위한 반사율 대 각도 관계로 널 주위에 주의 깊게 설계되어야 한다. 경사진 또는 각진 패싯 접근법은 광 전파 방향에 대해 최적화된 각도의 측면 각도로 설계되는 에칭된 패싯을 제공하는 것을 포함하는 다수의 방식들로 달성될 수 있다. 경사의 각도는 리소그래피방식으로 정의된 에칭된 패싯 패턴에 의해 미리 결정된다. 대안적으로, 각진 출력은 반도체 칩의 미리 결정된 결정학적 평면(crystallographic plane) 상에 형성되는 클리빙된 패싯에 대해 도파관을 만곡시키거나 그리고/또는 각지게 함으로써 달성될 수 있다. 반사율을 감소시키기 위한 다른 접근법은 캐비티에 대한 피드백을 감소시키기 위해, 패싯 상에 러프닝된(roughened) 또는 패터닝된 표면을 제공하는 것이다. 러프닝은 화학적 에칭 및/또는 건식 에칭을 사용하여, 또는 대안적 기법으로 달성될 수 있다. 물론, SLED 디바이스를 형성하기 위해 캐비티에 대한 감소된 피드백을 위한 다른 방법들이 존재할 수 있다. 다수의 실시예들에서, 광 전파에 대해 각진 또는 경사진 출력 패싯들과 조합하여 낮은 반사율 코팅들을 사용하는 것을 포함하여, 패싯 반사율을 감소시키기 위해 다수의 기법들이 조합하여 사용될 수 있다.
[0088] 도 3은 레이저 디바이스(200)의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 레이저 디바이스는 아래 놓인 n-타입 금속 후면 접촉부 지역(201)을 갖는 갈륨 질화물 기판(203)을 포함한다. 예컨대, 기판(203)은 반극성 또는 무극성 배향에 의해 특징지워질 수 잇다. 디바이스는 또한, 위에 놓인 n-타입 갈륨 질화물 층(205), 활성 지역(207), 및 레이저 스트라이프 지역으로서 구조화된 위에 놓인 p-타입 갈륨 질화물 층(209)을 갖는다. 에피택셜 층은 n-타입 갈륨 질화물 층 위에 놓인 고품질 에피택셜 층이다. 일부 실시예들에서, 고품질 층은 예컨대 n-타입 물질을 형성하기 위해 Si 또는 O로, 대략 1016 cm-3 내지 1020 cm-3 도펀트 농도로 도핑된다.
[0089] n-타입 
층(여기서,
)이 기판 상에 증착된다. 캐리어 농도는 대략 1016 cm-3 내지 1020 cm-3 범위에 있을 수 있다.
[0090] 일 실시예에서, 레이저 스트라이프 지역은 p-타입 갈륨 질화물 층(209)이다. 디바이스는 또한, 접촉부 지역을 노출시키는(213) 위에 놓인 유전체 지역을 갖는다. 유전체 지역은 산화물, 이를테면 실리콘 이산화물 또는 실리콘 질화물이며, 접촉부 지역은 위에 놓인 금속 층(215)에 커플링된다. 위에 놓인 금속 층은 바람직하게는, 금 및 백금(Pt/Au), 팔라듐 및 금(Pd/Au) 또는 니켈 금(Ni/Au) 또는 이들의 조합을 포함하는 다층 구조이다.
[0091] 활성 지역(207)은 바람직하게, 광 방사를 위한 이중 헤테로구조 지역 또는 1개 내지 10개의 양자 우물(quantum well) 지역들을 포함한다. 원하는 두께를 달성하기 위한 n-타입 
층의 증착에 이어, 활성 층이 증착된다. 양자 우물들은 바람직하게 GaN, AlGaN, InAlGaN을 갖는 InGaN 또는 이들을 분리하는 InGaN 배리어 층들이다. 다른 실시예들에서, 우물 층들 및 배리어 층들은 각각, 
및 
를 포함하며(여기서, 
이고, 
이며 그리고/또는 
), 이에 따라 우물 층(들)의 밴드갭은 배리어 층(들) 및 n-타입 층의 밴드갭 미만이다. 우물 층들 및 배리어 층들 각각은 대략 1nm 내지 대략 20nm의 두께를 갖는다. 활성 층의 조성물 및 구조는 미리 선택된 파장에서 광 방사를 제공하도록 선정된다. 활성 층은 도핑되지 않은 채로(또는 의도치 않게 도핑된 채로) 유지될 수 있거나 또는 n-타입 또는 p-타입으로 도핑될 수 있다.
[0092] 활성 지역은 또한 전자 차단 지역, 및 별개의 구속 헤테로구조를 포함할 수 있다. 전자-차단 층은 활성 층보다 더 높은 밴드갭을 갖는 
(여기서 
)을 포함할 수 있으며, p-타입으로 도핑될 수 있다. 하나의 특정 실시예에서, 전자 차단 층은 AlGaN를 포함한다. 다른 실시예에서, 전자 차단 층은 AlGaN/GaN 수퍼-격자 구조를 포함하며, 이는 AlGaN 및 GaN의 교번적인 층들을 포함하며, 이 각각은 대략 0.2 nm 내지 대략 5 nm의 두께를 갖는다.
[0093] 주목되는 바와 같이, p-타입 갈륨 질화물 또는 알루미늄 갈륨 질화물 구조는 전자 차단 층과 활성 층(들) 위에 증착된다. p-타입 층은 대략 5nm 내지 대략 1000nm의 두께로, 대략 1016 cm-3 내지 1022 cm- 3 레벨로, Mg로 도핑될 수 있다. p-타입 층의 가장 바깥쪽 1-50 nm는, 개선된 전기 접촉부를 가능하게 하기 위해, 층의 나머지 부분 보다 더 고농도로 도핑될 수 있다. 디바이스는 또한, 접촉부 지역을 노출시키는(213) 위에 놓인 유전체 지역, 예컨대 실리콘 이산화물을 갖는다.
[0094] 금속 접촉부는 적절한 물질, 이를테면, 은, 금, 알루미늄, 니켈, 백금, 로듐, 팔라듐, 크로뮴 등으로 만들어진다. 접촉부는 열 증발, 전자 빔 증발, 전기도금, 스퍼터링 또는 다른 적절한 기법에 의해 증착될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 전기 접촉부는 광학 디바이스에 대한 p-타입 전극으로서의 역할을 한다. 다른 실시예에서, 전기 접촉부는 광학 디바이스에 대한 n-타입 전극으로서의 역할을 한다. 도 1 및 도 2에 예시되며 위에서 설명된 레이저 디바이스들은 통상적으로 상대적인 저-전력 애플리케이션들에 적절하다.
[0095] 다양한 실시예들에서, 본 발명은, 1.0-3.0 ㎛의 단일 측면 모드 레짐(regime)으로부터 5.0-20 ㎛ 멀티-측면 모드 범위로 레이저 캐비티 부재의 부분들을 확장시킴으로써, 다이오드 레이저로부터의 높은 출력 전력을 실현한다. 일부 경우들에서, 50 ㎛ 또는 그 초과의 폭의 캐비티들을 갖는 레이저 다이오드들이 활용된다.
[0096] 본 발명에 따른 다수의 실시예들에서, 디바이스 층들은 수퍼-루미넌스 발광 다이오드(super-luminescent light emitting diode) 또는 SLED를 포함한다. 모든 적용가능한 실시예들에서, SLED 디바이스는 본 발명에 설명되는 방법들 및 아키텍처들에 따라, 레이저 다이오드 디바이스들과 상호교환되거나 또는 이들과 결합될 수 있다. SLED는 여러 방식들에서 에지 발광 레이저 다이오드와 유사하지만, 디바이스의 방사 패싯은 매우 낮은 반사율을 갖도록 설계된다. SLED는, 전류가 주입될 때 광학적으로 활성이 되고 광범위한 파장들에 걸쳐 증발된 ASE(amplified spontaneous emission) 및 이득을 생성하는 전기적으로 구동되는 접합에 기반하기 때문에, 레이저 다이오드와 유사하다. 광학 출력이 ASE에 의해 지배되게 될때, 광 출력 대 전류(LI) 특징에서는 심한 굴곡부(knee)가 있으며, 여기서 광 출력의 유닛은 주입된 전류의 유닛 당 과감하게 커지게 된다. LI 곡선에서의 이 심한 굴곡부는 레이저 다이오드의 임계치와 비슷하지만 훨씬 더 완만하다(softer). SLED는, 측면으로 안내되는 광학 모드가 형성될 수 있도록, 낮은 광학 인덱스의 물질들로 발광 층 또는 층들 위 및 아래를 클래딩하게 엔지니어링된 층 구조를 가질 수 있다. SLED는 또한 측면 광학 구속을 제공하는 피처들을 갖게 제작될 수 있다. 이 측면 제한 피처들은 에칭된 리지로 구성될 수 있는데, 공기, 진공, 금속 또는 유전체 물질이 이 에칭된 리지를 둘러싸며 낮은 광학 인덱스 클래딩을 제공한다. 측면 구속 피처는 또한, 주입된 전류가 디바이스의 유한적인 지역에 구속되도록, 전기 접촉부들을 성형함으로써 제공될 수 있다. 이러한 "이득 안내(gain guided)" 구조에서, 주입된 캐리어 밀도를 갖는 발광 층의 광학 인덱스에서의 분산은 광학 모드의 측면 구속을 제공하는데 필요한 광학-인덱스 대비를 제공한다.
[0097] SLED들은 도파관을 따라 생성된 자연 방사에 대한 높은 단일 패스 이득 또는 증폭을 갖도록 설계된다. SLED 디바이스는 또한, 낮은 내부 손실, 바람직하게는 1 cm-1 미만의 내부 손실을 갖도록 엔지니어링될 수 있지만, SLED들은 이보다 더 높은 내부 손실들로 동작할 수 있다. 이상적인 경우에서, 방사 패싯 반사율은 제로일 것이지만, 실제 애플리케이션들에서, 제로의 반사율은 달성하기 어렵고 방사 패싯 반사율은 1% 미만, 0.1% 미만, 0.001% 미만, 또는 0.0001% 미만 반사율로 설계된다. 방사 패싯 반사율을 감소시키는 것은, 디바이스 캐비티로의 피드백을 감소시키며, 이로써 주입된 전류 밀도가 증가하며, 이 때 디바이스는 레이징을 시작할 것이다. 매우 낮은 반사율의 방사 패싯들은, 안내 모드들의 전파 방향 및 패싯에 수직인 표면이 실질적으로 비평행하도록, 추가의 무반사 코팅들의 조합에 의해 그리고 SLED에 대해 방사 패싯을 각지게 함으로써 달성될 수 있다. 일반적으로, 이는 1-2도 초과의 편차를 의미할 수 있다. 실제로, 이상적인 각도는 사용되는 무반사 코팅에 부분적으로 의존하며, 경사 각도는 최적의 성능에 대한 반사율 대 각도 관계로 널 주위에 주의 깊게 설계되어야 한다. 비록 일부 방향들이 패킷 형성의 방법에 의존하여 보다 쉽게 제작될 수 있을지라도, 안내 모드들의 전파 방향에 대한 패싯의 기울어짐은 안내 모드들의 전파 방향에 대해 임의의 방향으로 수행될 수 있다. 에칭된 패싯들은 패싯 각도 결정에 대한 최고의(most) 유연성을 제공한다. 대안적으로, 캐비티에서의 감소된 보강 간섭을 위한 각진 출력을 달성하기 위한 가장 공통적인 방법은 반도체 칩에서 미리 결정된 결정학적 평면 상에 형성되는 클리빙된 패싯에 대해 도파관을 만곡시키고 그리고/또는 각지게 하는 것일 수 있다. 이 구성에서, 광 전파의 각도는 클리빙된 패싯에 대한 낮은 반사율을 위해 설계되는 특정 각도에서 비-수직이다.
[0098] SLED들에 의해 방사된 스펙트럼들은 몇몇 방식들로 레이저들과 상이하다. SLED 디바이스가 측면 안내 모드들에서 광학 이득을 생성하는 동안, 방사 패싯에서의 감소된 광학 피드백은 더 광범위하고 더 연속하는 방사 스펙트럼들을 초래한다. 예컨대, FP(Fabry-Perot) 레이저에서, 도파관의 단부들에서의 광의 반사는, 이득을 경험할 수 있는 광의 파장들을, 캐비티의 길이에 의존하는 보강 간섭을 초래하는 파장들로 제한한다. 따라서, FP 레이저의 스펙트럼들은 빗 모양(comb)이며, 피크들 및 밸리(valley)들은 종단 모드들에 대응하고, 엔벨로프는 캐비티에 의해 지지되는 횡단 모드들 및 이득 미디어에 의해 정의된다. 게다가, 레이저에서, 방사 패싯으로부터의 피드백은, 횡단 모드들이 유한적인 전류 밀도에서 임계치에 도달할 것임을 보장한다. 이것이 일어날 때, 종단 모드들의 서브세트는 스펙트럼들을 지배할 것이다. SLED에서는, 이득 스펙트럼들에서 빗 모양의 피크 대 밸리 높이를 감소시키며, 또한 임계치들을 더 높은 전류 밀도들로 밀어내는 광학 피드백은 억제된다. 그런다음, SLED는 분광학, 눈 안전 및 감소된 스페클에 대한 장점들을 갖는, 비교적 광범위한(>5 ㎚) 그리고 인코히어런트한 스펙트럼에 의해 특징지워질 것이다. 예로서, "스페클"로 지칭되는 잘 알려진 왜곡 패턴은 표면 상에서 또는 뷰잉 평면에서 파면들의 세트의 상호 간섭에 의해 생성되는 강도 패턴의 결과이다. 스페클 정도를 정량화하기 위해 통상적으로 사용되는 일반적인 수학식들은 스펙트럼 폭에 반비례한다.
[0099] 본 발명의 예시적인 애플리케이션에서, 본 발명에 따른 SLED(superluminescent diode) 디바이스 또는 레이저 다이오드 디바이스는 VLC(visible light communications) 시스템들, 이를테면 Li-Fi 통신 시스템들에 대한 바람직한 광 소스로서 사용될 수 있다. VLC 시스템들은, 데이터 송신을 위해 가시, UV, 적외선 또는 근적외선 광 소스의 변조를 사용하는 시스템들이다. 가시 광 소스들의 변조를 사용하는 VLC 시스템들은 2 가지의 이유들로 본 발명의 유리한 사용일 것이다. 먼저, 대역폭은 레이저 다이오드들 및 SLED들에서 발견되는 상당한 양의 유도 방사에 기인하는 캐리어 재조합 레이트들의 증가에 기인하여 발광 다이오드들을 사용할 때 예상되는 것보다 더 높을 것이다. LED들, 다이오드 레이저들 및 SLED들에서, 재조합 레이트는 캐리어 밀도에 따라 증가할 것이지만, 비교적 높은 캐리어 밀도들에서 효율성이 피크인 SLED들 및 다이오드 레이저들과 달리, LED들은 매우 낮은 캐리어 밀도들에서 효율성이 피크이다. 통상적으로 LED 피크 효율성은 통상적인 SLED 또는 레이저 다이오드 동작 조건들에서 발견되는 피크 효율성들보다 수백-수천 배(2-3 orders of magnitude) 더 낮은 캐리어 밀도들에 있다. 변조 및 그에 따른 데이터 전달 레이트들은 LED들을 사용하여 달성가능한 것들보다 상당히 더 높아야 한다.
[0100] 게다가, 백색-광 기반 VLC 소스들에서, 인광체 엘리먼트를 광학적으로 여기시키거나 또는 "펌프"하여, 녹색 및 적색 그리고 때때로 청색에 대응하는 파장들을 커버하는 광범위한 스펙트럼을 생성하기 위해, LED 또는 레이저 다이오드 또는 SLED로 구성된 보라색 또는 청색 "펌프" 광 소스가 사용된다. 인광체 유도 스펙트럼 및 흡수되지 않은 펌프 라이트가 결합하여, 백색 광 스펙트럼이 생성된다. 레이저 및 SLED 광 소스들은, 청색 LED들보다 상당히 더 좁은 스펙트럼들을 가지며; 청색 LED의 경우 거의 20 ㎚와 비교할 때, 각각 <1.5 ㎚ 그리고 <5 ㎚이다. 더 좁은 FWHM들은 노치(즉, 대역통과) 필터들을 사용하는, 인광체 방사로부터 펌프 라이트 신호의 분리를 더 쉽게 한다. 이것은 중요한데, 그 이유는 비록 백색 광 스펙트럼들의 인광체 유도 컴포넌트가 디바이스에 의해 방사된 총 광 전력의 상당한 부분을 포함할지라도, 인광체들의 긴 재조합 라이프타임들이 스펙트럼들의 인광체 방사 컴포넌트에 대한 매우 낮은 변조 레이트들을 초래하기 때문이다.
[0101] 실시예에서, 상이한 파장들로 방사하는 다중 레이저 다이는 서로 매우 근접하게; 바람직하게는 서로 1 밀리미터 내에서, 더 바람직하게는 서로 대략 200 마이크로미터 내에서, 그리고 가장 바람직하게는 서로 대략 50 미크론 내에서 동일한 캐리어 웨이퍼에 전달된다. 레이저 다이 파장들은, 그들의 스펙트럼들의 반치전폭의 적어도 2 배만큼 파장이 분리되도록 선정된다. 예컨대, 각각 440 ㎚, 450 ㎚ 및 460 ㎚에서 방사하는 3 개의 다이가, 50 미크론 미만의 다이 간의 분리 그리고 50 미크론 미만의 다이 폭들을 갖는 단일 캐리어 칩에 전달되어서, 다이에 의해 방사된 레이저 광의 총 측면 분리(중심 대 중심)는 200 미크론 미만이 된다. 레이저 다이의 근접성은 그들의 방사가, 동일한 광학 트레인 또는 광섬유 도파관에 쉽게 커플링되거나 또는 오버랩 스폿들에 원거리로 투사될 수 있게 한다. 어떤 의미에서, 레이저들은 단일 레이저 광 소스로서 효과적으로 동작될 수 있다.
[0102] 그러한 구성은, 예컨대 DC 오프셋에 중첩된 RF 신호의 주파수 및 위상 변조를 사용하여 정보를 전달하기 위해 각각의 개별적인 레이저 광 소스가 독립적으로 동작될 수 있다는 점에서 장점을 제공한다. 각각의 신호의 DC 오프셋을 조정함으로써, 상이한 소스들로부터의 광의 시간-평균 비율이 조정될 수 있다. 수신기에서, 개별적인 레이저 소스들로부터의 신호들은 레이저 소스들 중 한 개 빼고 전부로부터의 펌프 라이트 뿐만 아니라 백색 광 스펙트럼들의 인광체 유도 컴포넌트 둘 모두를 필터링하는, 개별적인 광검출기들에 대한 노치 필터들의 사용에 의해 디멀티플렉싱될 것이다. 그러한 구성은, 대역폭이 레이저 방사기들의 수에 따라 쉽게 스케일링될 것이란 점에서, LED 기반 VLC 소스보다 장점을 제공할 것이다. 물론, 유사한 장점들을 갖는 유사한 실시예는 SLED 방사기들로부터 구성될 수 있다.
[0103] 위에서 설명된 바와 같이, 레이저 다이오드 칩 제작 이후에, 레이저 다이오드는 서브마운트에 장착될 수 있다. 일부 예들에서, 서브마운트는 AlN, SiC, BeO, 다이아몬드, 또는 다른 물질들, 이를테면 금속들, 세라믹들, 또는 합성물들로 구성된다. 서브마운트는 공통 지지 부재일 수 있으며, CPoS의 인광체 부재가 또한 부착될 것이다. 대안적으로, 서브마운트는 공통 지지 부재에 장착되도록 의도된 중간 서브마운트일 수 있으며, 인광체 물질이 부착된다. 서브마운트 부재는 폭, 길이, 및 두께에 의해 특징지워질 수 있다. 서브마운트가 인광체 및 레이저 다이오드 칩에 대한 공통 지지 부재인 예에서, 서브마운트는 대략 0.5 ㎜로부터 대략 5 ㎜까지 또는 대략 15 ㎜까지의 크기 범위의 폭 및 길이, 그리고 대략 150 um 내지 대략 2 ㎜ 범위의 두께를 가질 것이다. 서브마운트가 레이저 다이오드 칩과 공통 지지 부재 간의 중간 서브마운트인 예에서, 그것은 대략 0.5 ㎜ 내지 대략 5 ㎜ 크기 범위의 폭 및 길이에 의해 특징지워질 수 있으며, 두께는 대략 50 um 내지 대략 500 um의 범위에 있을 수 있다. 레이저 다이오드는, 본딩 프로세스, 납땜 프로세스, 아교 접착 프로세스, 또는 이들의 조합을 사용하여 서브마운트에 부착된다. 일 실시예에서, 서브마운트는 전기적으로 격리시키고 있으며, 최상부 상에 증착된 금속 본드 패드들을 갖는다. 레이저 칩은, 그러한 금속 패드들 중 적어도 하나에 장착된다. 레이저 칩은 p-측 다운 또는 p-측 업 구성으로 장착될 수 있다. 레이저 칩을 본딩한 이후에, 와이어 본드들이 칩부터 서브마운트까지 형성되어서, CoS(chip on submount) 상의 마지막 칩은 완료되며, 통합을 위해 준비된다.
[0104] 이러한 본 발명에 따른, 갈륨 및 질소 함유 기판 기술 상에 형성된 종래의 레이저 다이오드에 기반하는 CoS를 예시하는 개략적 다이어그램이 도 4에서 도시된다. CoS는, 레이저 다이오드 칩(202)과 마지막 장착 표면 간의 중간 물질로서 동작하도록 구성된 서브마운트 물질(201)로 구성된다. 서브마운트는, 증착 금속 층들, 이를테면 Au을 갖게 형성될 수 있는 전극들(203 및 205)을 갖게 구성된다. 일 예에서, Ti/Pt/Au가 전극들에 사용된다. 와이어본드들(204)은, 레이저 다이오드로부터 레이저 빔 출력(206)을 생성하기 위해 서브마운트 상의 전극들(203 및 205)로부터의 전력을 레이저 다이오드 칩으로 커플링하도록 구성된다. 전극들(203 및 205)은, 외부 전력 소스, 이를테면 레이저 드라이버, 전류 소스, 또는 전압 소스에 대한 전기 연결을 위해 구성된다. 와이어본드들은, 전력을 레이저 다이오드 디바이스에 커플링하고 레이저를 활성화하기 위해 전극들 상에 형성될 수 있다.
[0105] 다른 실시예에서, 갈륨 및 질소 함유 레이저 다이오드 제작은, 에피택셜하게 성장된 갈륨 및 질소 층들을 리프트 오프하며, 레이저 제작 이후에 서브마운트를 포함할 수 있는 캐리어 웨이퍼로의 전달을 위해 그들을 준비하기 위한 에피택셜 릴리즈 단계를 포함한다. 전달 단계는, 레이저 다이오드 디바이스들로의 에피택셜 층들의 후속적인 프로세싱을 가능하게 하기 위해, 캐리어 웨이퍼 상으로의 에피택셜 층들의 정확한 배치를 요구한다. 캐리어 웨이퍼에 대한 부착 프로세스는, 금속-금속, 반도체-반도체, 유리-유리, 유전체-유전체, 또는 이들의 조합으로 구성된 본드 인터페이스를 이용하는 웨이퍼 본딩 단계를 포함할 수 있다.
[0106] 이 CPoS 백색광 소스의 또 다른 바람직한 변형에서, 갈륨 및 질소 함유 에피텍셜 물질을 리프트-오프하고 그것을 공통 지지 부재에 전달하기 위한 프로세스가, 갈륨 및 질소 함유 레이저 에피텍셜 물질을 서브마운트 부재에 부착하기 위해 사용될 수 있다. 이 실시예에서, 갈륨 및 질소 에피텍셜 물질은, 그것이 에피택셜하게 성장되었던 갈륨 및 질소 함유 기판으로부터 릴리즈된다. 예로서, 에피텍셜 물질은 PEC(photoelectrochemical) 에칭 기법을 사용하여 릴리즈될 수 있다. 그런다음, 그것은 본드 인터페이스가 형성되는 기법들, 이를테면 웨이퍼 본딩을 사용하여 서브마운트 물질에 전달된다. 서브마운트 물질은 바람직하게는, 높은 열 전도율, 이를테면 SiC를 가지며, 캐비티 부재, 전면 및 후면 패싯들, 및 전류를 주입하기 위한 전기 콘택들을 갖는 레이저 다이오드를 형성하기 위해 에피텍셜 물질이 후속하여 프로세싱된다. 레이저 제작이 완료된 이후에, 통합 백색 광 소스를 형성하기 위해 인광체 물질이 서브마운트 상에 도입된다. 인광체 물질은 서브마운트와 인광체 간에 포지셔닝된 중간 물질을 가질 수 있다. 중간 물질은 열 전도성 물질, 이를테면 구리로 구성될 수 있다. 인광체 물질은 땜납들, 이를테면 AuSn 땝납을 사용하는 종래의 다이 부착 기법들을 사용하여 서브마운트에 부착될 수 있지만, 다른 기법들, 이를테면 SAC 땜납들, 이를테면 SAC305, 납 함유 땝납, 또는 인듐이나 다른 것들에 의해서도 달성될 수 있다. 인광체 열화 및 인광체 물질의 열적 퀸칭을 방지하기 위해, 가장 낮은 열적 임피던스에 대해 본드를 최적화시키는 것은 인광체로부터의 열 방산에 대한 파라미터이다. 리프트-오프된 그리고 전달된 갈륨 및 질소 함유 물질과 함께 이 실시예를 사용하는 것의 이익들은 감소된 비용, 개선된 레이저 성능, 그리고 이 기술을 사용하는 통합에 대한 더 높은 정도의 유연성이다.
[0107] 이 실시예에서, 갈륨 및 질소 함유 에피택셜 층들은 벌크 갈륨 및 질소 함유 기판 상에서 성장된다. 에피택셜 층 스택은 적어도 희생 릴리즈 층, 그리고 릴리즈 층들 위에 놓인 레이저 다이오드 디바이스 층들을 포함한다. 벌크 갈륨 및 질소 함유 기판 상에서의 에피택셜 층들의 성장 이후에, 반도체 디바이스 층들은 선택적 습식 에칭 프로세스, 이를테면 희생 층들을 선택적으로 제거하며, 캐리어 웨이퍼들로의 디바이스 층들의 릴리즈를 가능하게 하도록 구성된 PEC 에칭에 의해 기판으로부터 분리된다. 일 실시예에서, 본딩 물질은 반도체 디바이스 층들 위에 놓인 표면 상에 증착된다. 본딩 물질은 또한, 블랭킷 코팅으로서 증착되거나 또는 캐리어 웨이퍼 상에 패터닝된다. 반도체 디바이스 층들을 선택적으로 마스킹하기 위해 표준 리소그래픽 프로세스들이 사용된다. 그런다음, 웨이퍼는 메사 구조의 측벽 상의 희생 층들을 노출시키는 비아 구조들을 정의하기 위한 에칭 프로세스, 이를테면 건식 에칭 또는 습식 에칭 프로세스들을 겪는다. 본원에서 사용된 바와 같이, 메사 지역 또는 메사란 용어는, 갈륨 및 질소 함유 기판 상의 패터닝된 에피텍셜 물질을 설명하기 위해 사용되며, 캐리어 웨이퍼로의 전달을 위해 준비된다. 메사 지역은, 직사각형 형상, 정사각형 형상, 삼각형 형상, 원형 형상, 타원형 형상, 다면체 형상, 또는 다른 형상을 포함하는 임의의 형상 또는 형태일 수 있다.
[0108] 메사의 정의 이후에, 반도체 디바이스 층들을 온전한 상태로 남겨 두면서 희생 층들을 완전히 또는 부분적으로 제거하기 위해 선택적 에칭 프로세스가 수행된다. 결과적인 구조는 에피택셜 디바이스 층들로 구성된 언더컷 메사들을 포함한다. 언더컷 메사들은 다이스(dice)에 대응하며, 이 다이스로부터 반도체 디바이스들이 형성될 것이다. 일부 실시예들에서, 에칭 선택성이 완벽하지 않을 때 디바이스 층들이 선택적 에칭에 노출되는 것을 방지하기 위해 보호성 패시베이션 층이 메사 지역들의 측벽 상에 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 보호성 패시베이션이 요구되지 않는데, 그 이유는 디바이스 층들이 선택적 에칭에 민감하지 않거나, 또는 민감한 층들의 에칭을 방지하기 위한 조치들, 이를테면 애노드 및 캐소드를 쇼트시키는 것이 취해지기 때문이다. 그런다음, 디바이스 다이스에 대응하는 언더컷 메사들은 본딩 기법을 사용하여 캐리어 웨이퍼에 전달되며, 반도체 디바이스 층들 위에 놓인 본딩 물질은 캐리어 웨이퍼 상의 본딩 물질과 조인된다. 결과적인 구조는 본딩 지역 위에 놓인 갈륨 및 질소 함유 에피택셜 디바이스 층들을 포함하는 캐리어 웨이퍼이다.
[0109] 바람직한 실시예에서, PEC 에칭이 희생 층들을 제거하기 위한 선택적 에칭으로서 배치된다. PEC는 GaN 및 그 합금들을 에칭하기 위해 사용될 수 있는 포토-보조 습식 에칭 기법이다. 프로세스는 반도체 및 전해질 솔루션에 의해 형성되는 전기화학 셀 그리고 위의-대역-갭 여기 소스를 수반한다. 이 경우, 노출된 (Al,In,Ga)N 물질 표면이 애노드로서 동작하는 반면에, 반도체 상에 증착된 금속 패드는 캐소드로서 동작한다. 위의-대역-갭 광 소스는 반도체에서 전자-홀 쌍들을 생성한다. 전자들이 반도체로부터 캐소드를 통해 추출되는 반면에 홀들은 물질의 표면으로 확산되어, 산화물이 형성된다. 홀들의 수집을 돕기 위해, 표면으로의 홀들의 확산이 표면에서의 대역 벤딩을 요구하기 때문에, 비록 일부 방법들이 p-타입 물질을 에칭하기 위해 개발되었을지라도, PEC 에칭은 통상적으로 n-타입 물질에 대해서만 작용한다. 그런다음, 산화물이 전해질에 의해 용해되어, 반도체의 습식 에칭이 초래된다. HCl, KOH, 및 HNO3을 포함하는 상이한 타입들의 전해질이 GaN 및 그 합금들의 PEC 에칭에 유효한 것으로 나타났다. 바람직한 전해질을 선택함으로써, 에칭 선택성 및 에칭 레이트가 최적화될 수 있다. 또한, PEC 에칭 프로세스를 보조하기 위해, 반도체와 캐소드 간의 외부 바이어스를 생성하는 것이 가능하다.
[0110] 바람직한 실시예에서, 본딩 단계 이전에 갈륨 및 질소 함유 기판에 대해 메사들을 기계적으로 지지하기 위해 앵커 지역들이 사용되며, 그들은 갈륨 및 질소 함유 기판으로부터 릴리즈되어 캐리어 웨이퍼에 전달된다. 앵커 지역들은 포토 마스크들로 설계될 수 있는 특수 피처들이며, 이 포토 마스크들은, 언더컷 디바이스 층들을 갈륨 및 질소 함유 기판에 부착시키지만, 그 자체가 언더컷되기에는 너무 크거나, 또는 마스크의 설계에 기인하여, 희생 층들이 제거되지 않거나 또는 에칭에 저항하는 금속들 또는 유전체들로 이들 피처들이 구성될 수 있는 지역들을 포함한다. 이들 피처들이 앵커들로서 동작하여서, 언더컷 디바이스 층들이 기판으로부터 분리되는 것이 방지되며, 디바이스 층들이 공간적으로 시프트하는 것을 방지한다. 기판에 대한 이 부착은 또한, 희생 층을 불완전하게 제거함으로써 달성되어서, 본딩 동안에 깨질 수 있는 기판과 언더컷 디바이스 층들 간의 빈약한 연결이 있을 수 있다. 그런다음, 디바이스 웨이퍼 및 캐리어 웨이퍼 상의 본딩 물질의 표면들은 접촉하게 되며, 앵커들 또는 희생 층들의 남은 물질에 대한 언더컷 디바이스 층들의 부착보다 더 강한 본드가 형성된다. 본딩 이후에, 캐리어 및 디바이스 웨이퍼들의 분리는 디바이스 층들을 캐리어 웨이퍼에 전달한다.
[0111] 일 실시예에서, 앵커 지역이 디바이스 층 메사들보다 더 넓은 피처들에 의해 형성되어서, 이들 앵커 지역들의 희생 지역은 디바이스 층들의 언더컷 동안에 완전히 제거되지 않는다. 일 예에서, 메사들은, 메사들을 기판에 연결함으로써 앵커로서 동작하는 에칭 저항 물질의 증착에 의해 기판 상에서 유지된다. 이 예에서, 기판 웨이퍼는 버퍼 층, 선택적으로 에칭가능한 희생 층, 및 디바이스 층들의 수집에 의해 오버레이된다. 본드 층은, 희생 층을 선택적으로 제거하기 위한 포토전기화학 에칭 프로세스를 가능하게 하기 위해 사용될 캐소드 금속을 따라 증착된다. 금속, 세라믹, 폴리머 또는 유리로 구성될 수 있는 에칭 저항 물질의 층이 증착되어서, 그것은 메사 및 기판 둘 모두를 연결한다. 선택적 에칭 프로세스가 수행되어서, 희생 층은 완전히 제거되며, 에칭-저항 층만이 메사를 기판에 연결한다.
[0112] 앵커 기법들의 다른 예에서, 메사들은 에피텍셜 물질로 구성된 앵커의 사용에 의해 기판 상에서 유지된다. 이 예에서, 기판 웨이퍼는 버퍼 층, 선택적으로 에칭가능한 희생 층, 및 디바이스 층들의 수집에 의해 오버레이된다. 본드 층은, 희생 층을 선택적으로 제거하기 위한 포토전기화학 에칭 프로세스를 가능하게 하기 위해 사용될 캐소드 금속을 따라 증착된다. 앵커는, 에칭 동안에, 희생 층의 작은 부분이 에칭되지 않은 상태로 유지되고, 언더컷 메사와 기판 웨이퍼 간의 연결을 생성하도록 형상화된다.
[0113] 일 실시예에서, 앵커들이 언더컷 다이의 단부들 또는 측들에 포지셔닝되어서, 그들은 물질의 좁은 언더컷 지역에 의해 연결된다. 다른 실시예에서, 앵커들은, 그들이 언더컷될 수 있는 충분히 작은 측면 범위를 갖지만, 에칭 솔루션이 앵커들의 희생 층들에 액세스하는 것을 방지하기 위해 보호성 코팅이 사용된다. 다른 실시예에서, 앵커들은 다이의 단부들에 위치되며, 앵커들은 모든 또는 복수의 다이를 연결하는 물질의 연속하는 스트립을 형성한다.
[0114] 바람직한 실시예에서, 앵커들은, 웰(well)을 에피택셜 및 기판 물질에 부착시키는 에칭-저항 물질의 지역들을 증착시킴으로써 형성된다. 이들 지역들은 반도체 디바이스 층 메사의 부분, 그리고 에칭 동안에 언더컷되지 않을 구조, 이를테면 기판의 어떤 부분을 오버레이한다. 이들 지역들이 연속하는 연결을 형성하여서, 반도체 디바이스 층 메사가 완전히 언더컷된 이후에, 그들이 기계적 지지를 제공하여, 반도체 디바이스 층 메사가 기판으로부터 분리되는 것이 방지된다. 그런다음, 금속 층들이 반도체 디바이스 층 메사의 최상부, 반도체 디바이스 층 메사의 측벽, 그리고 메사를 둘러싸는 에칭된 지역의 최하부에 증착되어서, 연속하는 연결이 형성된다.
[0115] 바람직한 실시예에서, 아래 놓인 희생 지역을 갖는 반도체 디바이스 에피택셜 물질은 위에 놓인 반도체 디바이스 층들을 갖는 갈륨 및 질소 함유 벌크 기판 상의 메사들의 고밀도 어레이로 제작된다. 메사들은 패터닝 및 습식 또는 건식 에칭 프로세스를 사용하여 형성되며, 여기서, 패터닝은 메사 지역들의 사이즈 및 피치를 정의하는 리소그래피 단계를 포함한다. 건식 에칭 기법들, 이를테면, 반응성 이온 에칭, 유도 커플링 플라즈마 에칭, 또는 화학적 보조 이온 빔 에칭이 후보 방법들이다. 대안적으로, 습식 에칭이 사용될 수 있다. 에칭은 디바이스 층들 아래의 희생 영역에서 또는 그 아래에서 종결하도록 구성된다. 이것 다음에, 선택적 에칭 프로세스, 이를테면, PEC가 노출된 희생 지역을 완전히 또는 부분적으로 에칭하여 메사들이 언더컷되도록 한다. 이 언더컷 메사 패턴 피치는 '제1 피치'로 지칭될 것이다. 제1 피치는 종종 기판 상에 에피택셜 지역들 각각을 제조하기에 적절한 설계 폭이지만, 원하는 완료된 반도체 디바이스 설계에는 충분히 크지 않으며, 이는 종종 더 큰 비-활성 지역들 또는 콘택들에 대한 지역들 등을 요구한다. 예컨대, 이 메사들은, 대략 5 미크론으로부터, 대략 500 미크론까지 또는 대략 5000 미크론 까지의 범위의 제1 피치를 가질 것이다. 이 메사들 각각은 '다이'이다.
[0116] 바람직한 실시예에서, 이러한 다이는 선택적 본딩 프로세스를 사용하여 제2 피치에서 캐리어 웨이퍼에 전달되어, 캐리어 웨이퍼 상의 제2 피치는 갈륨 및 질소 함유 기판 상의 제1 피치보다 크다. 이 실시예에서, 다이는 "다이 확장"으로 불리는 확장된 피치 상에 있다. 일 예에서, 제2 피치는 캐리어 웨이퍼의 일부분을 갖는 각각의 다이가 콘택들 및 컴포넌트들을 포함하는 반도체 디바이스가 되게 할 수 있도록 다이와 함께 구성된다. 예컨대, 제2 피치는, 대략 50 미크론으로부터, 대략 1000 미크론까지 또는 대략 5000 미크론까지일 수 있지만, 큰 반도체 디바이스 칩이 애플리케이션에 요구되는 경우 대략 3-10 mm 또는 그 초과만큼 클 수 있다. 더 큰 제2 피치는, 비싼 갈륨 및 질소 함유 기판 및 에피택셜 물질의 비용 없이 더 용이한 기계적 핸들링을 가능하게 하고, 추가적인 피처들에 대한 리얼 에스테이트(real estate)가 비싼 갈륨 및 질소 함유 기판 및 에피택셜 물질을 요구하지 않는 반도체 디바이스 칩, 이를테면, 본드 패드들에 추가되게 할 수 있고, 그리고/또는 더 작은 갈륨 및 질소 함유 에피택셜 웨이퍼 함유 에피택셜 층들이 감소된 프로세싱 비용을 위해 후속적인 프로세싱에 대한 훨씬 큰 캐리어 웨이퍼를 파퓰레이트하게 할 수 있다. 특히, 본 발명은, 다이 피치가 오리지널 에피택시 웨이퍼에 대한 캐리어 웨이퍼에 대해 증가되는 것과 같은 방식으로, 에피택시 물질의 개별적인 다이를 캐리어 웨이퍼에 전달하기 위한 선택적 영역 본딩 프로세스를 통해 기판 웨이퍼들 및 에피택시 물질의 활용을 증가시킨다.
[0117] 레이저 칩과 장착 표면 간의 서브마운트로서 적절한 캐리어 웨이퍼 물질, 이를테면, AlN, BeO, 다이아몬드, 또는 SiC를 선택함으로써, 캐리어 웨이퍼 상에 다이싱된 레이저 칩은 자체가 서브마운트 상의 칩(CoS)이다. 이 웨이퍼 레벨 패키징 피처들은 본 발명의 리프트-오프된 및 전달된 갈륨 및 질소 함유 에피택셜 층의 실시예의 강점이다. 서브마운트는 공통 지지 부재일 수 있으며, 여기서, CPoS의 인광 부재가 또한 부착될 것이다.
[0118] 본 발명에 따라 리프팅 오프 및 전달된 에피택셜 갈륨 및 질소 함유 층들에 기반하는 CoS를 예시하는 개략적 다이어그램이 도 5에 도시된다. CoS는 에피택시(202) 내에 구성된 레이저 다이오드를 갖는 전달된 에피택셜 물질을 갖는 캐리어 웨이퍼로부터 구성된 서브마운트 물질(201)로 구성된다. 전극들(203 및 204)은 레이저 다이오드 디바이스의 n-측 및 p-측에 전기적으로 커플링되며, 레이저 다이오드로부터 레이저 빔 출력(205)을 생성하기 위해 외부 소스로부터의 전력을 송신하도록 구성된다. 전극들은 레이저 드라이버, 전류 소스 또는 전압 소스와 같은 외부 전력 소스로의 전기적 연결을 위해 구성된다. 와이어 본드들은 레이저 다이오드 디바이스에 전력을 커플링시키기 위해 전극들 상에 형성될 수 있다. 전달된 에피택셜 물질을 갖는 이 통합된 CoS 디바이스는 도 4에서 예시된 종래의 구성보다 장점들, 이를테면, 사이즈, 비용 및 낮은 열적 임피던스로 인한 성능을 제공한다.
[0119] 이 실시예에서, 캐리어 웨이퍼는 통합된 CPoS 백색광 소스에 대한 이상적인 서브마운트 물질을 제공하도록 선택될 수 있다. 즉, 레이저 다이오드 서브마운트로서의 역할을 하는 캐리어 웨이퍼는 또한, 울트라-콤팩트한 CPoS 통합 백색 광 소스를 가능하게 하기 위해 레이저 다이오드 및 인광체에 대한 공통 지지 부재로서의 역할을 할 것이다. 일 예에서, 캐리어 웨이퍼는 실리콘 카바이드(SiC)로 형성된다. SiC는 높은 열 전도율, 낮은 전기 전도율, 높은 경도 및 견고성, 및 넓은 가용성으로 인해 이상적인 후보이다. 다른 예들에서, AlN, 다이아몬드, GaN, InP, GaAs 또는 다른 물질들이 캐리어 웨이퍼 및 CPoS에 대한 결과적인 서브마운트로서 사용될 수 있다. 일 예에서, 레이저 칩은 인광체에 대해 의도된 전면 레이저 패싯의 전면에 영역이 존재하도록 다이싱된다. 이어서, 인광 물질은 캐리어 웨이퍼에 본딩되고, 본 실시예에 따른 레이저 여기를 위해 구성될 것이다.
[0120] 서브마운트 부재 상에 레이저 다이오드를 제조한 이후에, 본 발명의 일 실시예에서, 통합된 백색 소스의 구성은 레이저 다이오드 및 공통 지지 부재와 인광체의 통합으로 진행될 것이다. 인광체 선택은 레이저 기반의 통합 백색 광 소스 내에서의 주요 고려사항이다. 인광체는 심한 열화 없이 레이저 여기 스폿에 의해 유도된 극한의 광학 강도 및 연관된 가열을 견딜 수 있어야 한다. 인광체 선택을 위해 고려해야 할 중요한 특징들은 다음을 포함한다;
[0121] 바람직한 실시예에서, 420 nm 내지 480 nm 파장 범위에서 동작하는 청색 레이저 다이오드는 560 nm 내지 580 nm 범위에서 황색 계열 방사를 제공하는 인광 물질과 결합될 것이어서, 레이저 다이오드의 청색 방사와 혼합될 때, 백색 광이 생성된다. 예컨대, 블랙 바디 라인 상의 백색 컬러 포인트를 충족시키기 위해, 결합된 스펙트럼의 에너지는 청색 레이저 방사로부터 대략 30% 및 황색 인광체 방사로부터 대략 70%로 구성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 적색, 녹색, 황색 및 심지어 청색 방사를 가지는 인광체들은 컬러 혼합을 갖는 백색 광을 생성하기 위해 보라색, 울트라-보라색, 또는 청색 파장 범위의 레이저 다이오드 여기 소스들과 조합하여 사용될 수 있다. 비록 그러한 백색 광 시스템들이 하나 초과의 인광 부재의 사용으로 인해 더욱 복잡해질 수 있을지라도, 개선된 컬러 렌더링과 같은 장점들이 달성될 수 있다.
[0122] 일 예에서, 레이저 다이오드들로부터 방사된 광은 인광체 엘리먼트에 의해 부분적으로 변환된다. 일 예에서, 인광체 엘리먼트에서 생성된 방사된 부분적으로 변환된 광은 외관상 백색인 컬러 포인트를 초래한다. 일 예에서, 백색 광의 컬러 포인트는 포인트들의 Planckian 블랙바디 위치에 로케이팅된다. 일 예에서, 백색 광의 컬러 포인트는 포인트들의 Planckian 블랙바디 위치의 0.010 미만의 du'v' 내에 로케이팅된다. 일 예에서, 백색 광의 컬러 포인트는 바람직하게, 포인트들의 Planckian 블랙바디 위치의 0.03 미만의 du'v' 내에 로케이팅된다.
[0123] 인광 물질은 전달 모드, 반사 모드, 또는 전달 모드와 반사 모드의 조합, 또는 다른 모드들에서 동작될 수 있다. 인광 물질은 변환 효율성, 열 손상에 대한 저항, 광학 손상에 대한 저항, 열적 퀸칭 특징, 여기 광을 산란시키는 다공성 및 열 전도율에 의해 특징지워진다. 바람직한 실시예에서, 인광 물질은 광학 watt 당 100 루멘보다 큰, 광학 watt 당 200 루멘보다 큰, 또는 광학 watt 당 300 루멘보다 큰 변환 효율성을 갖는 Ce로 도핑된 황색 방사 YAG 물질로 구성되며, 다결정 세라믹 물질 또는 단결정 물질일 수 있다.
[0124] 본 발명의 일부 실시예들에서, 인광체의 환경들은 추가 비용이 거의 또는 전혀 없이 고효율성을 초래하도록 독립적으로 조정될 수 있다. 레이저 다이오드 여기를 위한 인광체 최적화는 높은 투명도, 산란 또는 비-산란 특징들 및 세라믹 인광 플레이트들의 사용을 포함할 수 있다. 감소된 온도 민감도는 도핑 레벨들에 의해 결정될 수 있다. 반사기는 세라믹 인광체의 배면에 추가될 수 있어서, 손실을 감소시킬 수 있다. 인광체는 인-커플링을 증가시키고, 아웃-커플링을 증가시키고, 그리고/또는 역 반사들을 감소시키도록 성형될 수 있다. 표면 러프닝은 고체 물질로부터 광의 추출을 증가시키기 위한 잘-알려진 수단이다. 코팅들, 미러들 또는 필터들은, 비-1차 방사 표면을 나가는 광의 양을 감소시키고, 1차 방사 표면을 통해 더 효율적 광 방출을 촉진하고, 그리고 레이저 여기 광의 더 효율적 인-커플링을 촉진하기 위해 인광체들에 추가될 수 있다.
[0125] 일부 실시예들에서, 소정의 타입들의 인광체들은 레이저 여기 소스를 갖는 이러한 수요 애플리케이션에 최상으로 적합할 것이다. 예로서, Ce3+ 이온들로 도핑된 세라믹 이트륨 알루미늄 가닛들(YAG), 또는 YAG 기반 인광체들이 이상적인 후보들일 수 있다. 그들은 적절한 방사 컬러를 획득하기 위해, Ce와 같은 종들로 도핑되고, 종종 여기 소스 광을 산란시키기 위한 다공성 특징으로 구성되며, 레이저 여기에서 코히런스를 정확히 분해한다. 그것의 입방 결정 구조의 결과로서 YAG:Ce는 매우 투명한 단결정뿐만 아니라 다결정 벌크 물질로 준비될 수 있다. 투명도 및 발광의 정도는 화학양론적 조성물, 도펀트의 함량 및 전체 프로세싱 및 소결 루트에 의존한다. 투명도 및 산란 중심들의 정도는 청색 및 황색 광의 균질 혼합물에 최적화될 수 있다. YAG:CE는 녹색 방사를 방사하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, YAG는 적색 방사를 방사하기 위해 Eu로 도핑될 수 있다.
[0126] 본 발명에 따른 바람직한 실시예에서, 백색광 소스는, 광학 여기 watt 당 100 루멘보다 큰, 광학 여기 watt 당 200 루멘보다 큰, 또는 심지어 광학 여기 watt 당 300 루멘보다 큰 광학 변환 효율성을 포함하는 세라믹 다결정 YAG:Ce 인광체들로 구성된다. 부가적으로, 세라믹 YAG:Ce 인광체들은, 열을 히트 싱크 부재로 효과적으로 발산하고 인광체를 동작가능한 온도로 유지하기 위해 150℃ 초과의, 200℃ 초과의, 또는 250℃ 초과의 온도 퀸칭 특징들 및 5-10 W/mK의 높은 열 전도율에 의해 특징지워진다.
[0127] 본 발명에 따른 바람직한 실시예에서, 백색광 소스는 단결정 인광체(SCP), 이를테면, YAG:Ce로 구성된다. 일 예에서, Ce:Y3Al5O12 SCP는 Czochralski 기법에 의해 성장될 수 있다. 본 발명에 따른 이 실시예에서, YAG:Ce에 기반하는 SCP는 광학 여기 watt 당 100 루멘보다 큰, 광학 여기 watt 당 200 루멘보다 큰, 또는 심지어 광학 여기 watt 당 300 루멘보다 큰 광학 변환 효율성에 의해 특징지워진다. 부가적으로, 단결정 YAG:Ce 인광체들은, 열을 히트 싱크 부재로 효과적으로 발산하고 인광체를 동작가능한 온도로 유지하기 위해 150℃ 초과의, 200℃ 초과의, 또는 300℃ 초과의 온도 퀸칭 특징들 및 8-20 W/mK의 높은 열 전도율에 의해 특징지워진다. 높은 열 전도율, 높은 열적 퀸칭 임계치 및 높은 변환 효율성 외에도, 레이저로 여기될 때, 이상적인 "포인트" 소스들로서 작용할 수 있는 작은 형성들로 인광체들을 성형하기 위한 능력은 매력적인 특징이다.
[0128] 일부 실시예들에서, YAG:CE는 황색 방사를 방사하도록 구성될 수 있다. 대안적인 또는 동일한 실시예들에서, YAG:CE는 녹색 방사를 방사하도록 구성될 수 있다. 다른 대안적인 또는 동일한 실시예들에서, YAG는 적색 방사를 방사하기 위해 Eu로 도핑될 수 있다. 일부 실시예들에서, LuAG는 방사를 위해 구성된다. 대안적인 실시예들에서, 실리콘 질화물들 또는 알루미늄-옥시-질화물들은 적색, 녹색, 황색, 또는 청색 방사를 위한 결정 호스트 물질들로서 사용될 수 있다.
[0129] 대안적인 실시예에서, 파우더형 단결정 또는 세라믹 인광체, 이를테면, 황색 인광체 또는 녹색 인광체가 포함된다. 파우더형 인광체는 전달 모드 동작을 위한 투명한 부재 상에, 또는 반사 모드에서 동작하기 위해 인광체와 고체 부재 간의 또는 인광체의 후면 표면 상의 반사 층을 가지는 고체 부재 상에 분배될 수 있다. 인광체 파우더는 접합 물질을 사용하여 고체 구조로 함께 홀딩될 수 있으며, 여기서, 접합 물질은 높은 광학 손상 임계치 및 양호한 열 전도율을 가지는 무기 물질 내에 있는 것이 바람직하다. 인광체 전력은 컬러 형광체로 구성되고, 청색 레이저 빔에 의해 여기되고 청색 레이저 빔과 결합되거나, 또는 보라색 레이저 빔에 의해 여기될 때, 백색 광을 방사하도록 구성될 수 있다. 파우더형 인광체들은 YAG, LuAG, 또는 다른 타입들의 인광체들로 구성될 수 있다.
[0130] 본 발명의 일 실시예에서, 인광 물질은 이트륨 알루미늄 가닛 호스트 물질 및 희토류 도핑 엘리먼트 및 그 외의 것들을 함유한다. 일 예에서, 파장 변환 엘리먼트는 Ce, Nd, Er, Yb, Ho, Tm, Dy 및 Sm, 이들의 조합들 등으로부터 선택된 희토류 도핑 엘리먼트를 함유하는 인광체이다. 일 예에서, 인광 물질은 고-밀도 인광체 엘리먼트이다. 일 예에서, 고-밀도 인광체 엘리먼트는 순수 호스트 결정의 90%보다 큰 밀도를 갖는다. 세륨(III)-도핑된 YAG(YAG:Ce3+, 또는 Y3Al5O12:Ce3+)가 사용될 수 있고, 여기서, 인광체는 청색 레이저 다이오드로부터 광을 흡수하고, 녹색 계열로부터 적색 계열까지의 광범위한 범위에서 방사하며, 출력의 대부분은 황색이다. 나머지 청색 방사와 결합된 이 황색 방사는 "백색" 광을 제공하며, 이는 따뜻한(황색 계열) 또는 차가운(청색 계열) 백색으로서 컬러 온도에 대해 조절될 수 있다. Ce3+:YAG의 황색 방사는 세륨을 다른 희토류 엘리먼트들, 이를테면, 테르븀 및 가돌리늄으로 대체함으로써 튜닝될 수 있으며, 심지어 갈륨으로 YAG의 알루미늄 전부 또는 그 일부를 대체함으로써 추가로 조절될 수 있다.
[0131] 대안적인 예들에서, 다양한 인광체들은 본 발명에 적용될 수 있으며, 이들은 유기 염료들, 공액 폴리머들, AlInGaP 또는 InGaN과 같은 반도체들, Ce3+ 이온들로 도핑된 이트륨 알루미늄 가닛(YAG)들 (Y1-aGda)3(Al1-bGab)5O12:Ce3+, SrGa2S4:Eu2+, SrS:Eu2+, 테르븀 알루미늄 기반 가닛(TAG)들(Tb3Al5O5), CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdSe 또는 CdTe를 함유하는 콜로이달 양자 도트 씬 필름들을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다.
[0132] 추가적인 대안적 예들에서, 일부 희토류 도핑된 시알론은 인광체들로서의 역할을 할 수 있다. 유로퓸(II)-도핑된 β-SiAlON은 자외선 및 가시 광 스펙트럼을 흡수하며, 강렬한 광대역 가시 방사를 방사한다. 그것의 휘도 및 컬러는 온도-안정적 결정 구조로 인해 온도에 따라 크게 변화하지 않는다. 대안적인 예에서, 녹색 및 황색 SiAlON 인광체 및 적색 CaAlSiN3-기반(CASN) 인광체가 사용될 수 있다.
[0133] 추가적인 예에서, 백색광 소스들은, 근자외선 방사 레이저 다이오드들을 고효율성 유로퓸 기반의 적색 및 청색 방사 인광체들 및 녹색 방사 구리 및 알루미늄 도핑된 아연 황화물(ZnS:Cu,Al)의 혼합물과 결합시킴으로써 이루어질 수 있다.
[0134] 예에서, 인광체 또는 인광체 블렌드는 (Y, Gd, Tb, Sc, Lu, La).sub.3(Al, Ga, In).sub.5O.sub.12:Ce.sup.3+, SrGa.sub.2S.sub.4:Eu.sup.2+, SrS:Eu.sup.2+, 및 CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdSe, or CdTe를 포함하는 콜로이달 양자 도트 씬 필름들로부터 선택될 수 있다. 예에서, 인광체는 실질적으로 적색 광을 방사할 수 있고, 인광체는 (Gd,Y,Lu,La).sub.2O.sub.3:Eu.sup.3+, Bi.sup.3+; (Gd,Y,Lu,La).sub.2O.sub.2S:Eu.sup.3+, Bi.sup.3+; (Gd,Y,Lu,La)VO.sub.4:Eu.sup.3+, Bi.sup.3+; Y.sub.2(O,S).sub.3: Eu.sup.3+; Ca.sub.1-xMo.sub.1-ySi.sub.yO.sub.4: 여기서 0.05.ltoreq.x.ltoreq.0.5, 0.ltoreq.y.ltoreq.0.1; (Li,Na,K).sub.5Eu(W,Mo)O.sub.4; (Ca,Sr)S:Eu.sup.2+; SrY.sub.2S.sub.4:Eu.sup.2+; CaLa.sub.2S.sub.4:Ce.sup.3+; (Ca,Sr)S:Eu.sup.2+; 3.5MgO*0.5MgF.sub.2*GeO.sub.2:Mn.sup.4+ (MFG); (Ba,Sr,Ca)Mg.sub.xP.sub.2O.sub.7:Eu.sup.2+, Mn.sup.2+; (Y,Lu).sub.2WO.sub.6:Eu.sup.3+, Mo.sup.6+; (Ba,Sr,Ca).sub.3Mg.sub.xSi.sub.2O.sub.8:Eu.sup.2+, Mn.sup.2+, 여기서 1<x.ltoreq.2; (RE.sub.1-yCe.sub.y)Mg.sub.2-xLi.sub.xSi.sub.3-xPxO.sub.12, 여기서 RE는 Sc, Lu, Gd, Y 및 Tb 중 적어도 하나이고, 0.0001<x<0.1 및 0.001<y<0.1; (Y, Gd, Lu, La).sub.2-xEu.sub.xW.sub.1-yMo.sub.yO.sub.6, 여기서 0.5.ltoreq.x..ltoreq.1.0, 0.01.ltoreq.y.ltoreq.1.0; (SrCa).sub.1-xEu.sub.xSi.sub.5N.sub.8, 여기서 0.01.ltoreq.x.ltoreq.0.3; SrZnO.sub.2:Sm.sup.+3; M.sub.mO.sub.nX, 여기서 M은 Sc, Y, 란타나이드, 알칼리 토금속 및 이들의 혼합물들로부터 선택되고; X는 할로겐이고; 1.ltoreq.m.ltoreq.3; 및 1.ltoreq.n.ltoreq.4 및 란타나이드 도핑 레벨은 0.1 내지 40% 스펙트럼 가중치의 범위일 수 있고; 및 Eu.sup.3+ 활성화된 인산염 또는 붕산염 인광체들; 및 이들의 혼합물들로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 다른 인광체 종 및 관련된 기법들의 추가의 세부사항들은, 발명의 명칭이 무극성 또는 반극성 갈륨 함유 물질들 및 인광체들을 사용하는 백색 광 디바이스들이고 2015년 2월 17일에 Raring 등의 이름으로 발행된 미국 특허 제8,956,894호에서 발견될 수 있고, 이는 본원과 소유자가 동일하고, 이로써 인용에 의해 본원에 통합된다.
[0135] 본 발명의 일부 실시예들에서, 세라믹 인광체 물질들은 접합 물질 이를테면 실리콘에 임베딩된다. 이 구성은 통상적으로 덜 바람직한데, 이는, 접합 물질들이 종종 열악한 열 전도율을 갖고, 따라서 매우 뜨겁고 신속하게 악화되고 심지어 타버리기 때문이다. 이러한 "임베딩된" 인광체들은 종종 동적 인광체 애플리케이션들, 이를테면 컬러 휠들에서 사용되고, 여기서 스피닝 휠은 인광체를 냉각시키고 방사상 패턴으로 인광체 주위의 여기 스폿을 확산시킨다.
[0136] 인광체로부터 충분한 열 방산은 레이저 다이오드 여기에 기반한 통합 백색 광 소스에 대한 중요한 설계 고려사항이다. 구체적으로, 광학적으로 펌핑 인광체 시스템은 인광체에서 손실의 소스들을 가져서, 결과는 열 에너지이고, 따라서 최적의 성능을 위해 열-싱크에 방산되어야 한다. 손실의 2개의 1차 소스들은 더 높은 에너지의 광자들을 하위 에너지의 광자들로 변환한 결과인 Stokes 손실이어서, 에너지에서의 차이는 시스템의 결과적 손실이고 열의 형태로 방산된다. 부가적으로, 성공적으로 재방사되는 흡수된 광자들의 부분을 측정하는 양자 효율 또는 양자 수율은 유니티가 아니어서, 비변환된 광자들과 관련된 다른 내부 흡수 프로세스들로부터 열 생성이 존재한다. 여기 파장 및 변환된 파장에 의존하여, Stokes 손실은 10% 초과, 20% 초과 및 30% 초과 및 더 큰 입사 광 전력의 손실을 리드하여, 방산되어야 하는 열 전력을 초래할 수 있다. 양자 손실들은 입사 광 전력의 추가적인 10%, 20% 초과 및 30% 초과 및 그 초과를 리드하여, 방산되어야 하는 열 전력을 초래할 수 있다. 직경에서 1mm 미만, 직경에서 500 미크론 미만 또는 직경에서 심지어 100 미크론 미만의 스폿 사이즈들에 포커싱된 1W 내지 100W 범위의 레이저 빔 전력들로, 1W/mm2, 100W/mm2 초과 또는 심지어 2,500 W/mm2 초과의 전력 밀도들이 생성될 수 있다. 예로서, 스펙트럼이 청색 펌프 라이트의 30% 및 변환된 황색 광의 70%로 이루어지는 것 및 Stokes 및 양자 손실들에 대한 최상의 경우의 시나리오를 가정하면, 우리는 0.1W/mm2, 10W/mm2 또는 심지어 250W/mm2 초과에서 인광체의 10% 총 손실에 대한 열의 형태로 방산된 전력 밀도를 컴퓨팅할 수 있다. 따라서, 이러한 최상의 경우의 시나리오 예에 대해서도, 이는, 방산할 엄청난 양의 열이다. 높은 강도의 레이저 여기 하에서 인광체 내에서 생성되는 이러한 열은 인광체 변환 성능, 컬러 품질 및 수명을 제한할 수 있다.
[0137] 최적의 인광체 성능 및 수명의 경우, 인광체 물질 자체가 높은 열 전도율을 가져야 할 뿐만 아니라, 열을 인광체로부터 멀리 그리고 열-싱크에 송신하기 위해 높은 열 전도율 조인트를 갖는 서브마운트 또는 공통 지지 부재에 부착되어야 한다. 본 발명에서, 인광체는 CPoS에서와 같이 레이저 다이오드로서 공통 지지 부재에 부착되거나, 또는 공통 지지 부재에 후속적으로 부착되는 중간 서브마운트 부재에 부착된다. 공통 지지 부재 또는 중간 서브마운트 부재에 대한 후보 물질들은 SiC, AlN, BeO, 다이아몬드, 구리, 구리 텅스텐, 사파이어, 알루미늄 또는 다른 것들이다. 인광체를 서브마운트 부재 또는 공통 지지 부재에 조인시키는 인터페이스는 주의깊게 고려되어야 한다. 조이닝 물질은 높은 열 전도율 물질 이를테면 땜납(또는 다른 것)으로 이루어져야 하고, 열 유동을 방해할 수 있는 보이드들 또는 다른 결함들이 실질적으로 없어야 한다. 일부 실시예들에서, 아교 물질들은 인광체를 고정시키기 위해 사용될 수 있다. 이상적으로 인광체 본드 인터페이스는, 인터페이스의 인광체 측 및 지지 부재 측들 둘 모두 상에 평탄 표면을 갖는 실질적으로 큰 영역을 가질 것이다.
[0138] 본 발명에서, 레이저 다이오드 출력 빔은 인광체를 여기시키는 인광체 물질 상에 입사하도록 구성되어야 한다. 일부 실시예들에서, 레이저 빔은 인광체 상에 직접 입사할 수 있고, 다른 실시예들에서 레이저 빔은 인광체 상으로의 입사 이전에 빔을 조작하기 위해 옵틱, 반사기 또는 다른 오브젝트와 상호작용할 수 있다. 이러한 옵틱스의 예들은 볼 렌즈들, 비구면 시준기, 비구면 렌즈, 고속 또는 저속 축 시준기들, 이색성 미러들, 터닝 미러들, 광학 아이솔레이터들을 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니며, 다른 것들에 의해서도 달성될 수 있다.
[0139] 장치는 통상적으로 레이저 디바이스로부터 인광체 물질에 레이저 빔의 방사를 송신하는 비-안내된 레이저 빔 특징으로 자유 공간을 갖는다. 레이저 빔 스펙트럼 폭, 파장, 사이즈, 형상, 강도 및 편파는 인광체 물질을 여기시키도록 구성된다. 빔은 레이저 다이오드의 빔 발산 특성들을 이용하고 원하는 스폿 사이즈를 달성하기 위해, 인광체로부터 정확한 거리에 이를 포지셔닝함으로써 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 레이저로부터 인광체로의 입사각은 인광체 상에 원하는 빔 형상을 달성하기 위해 최적화된다. 예컨대, 레이저 애퍼처의 비대칭 및 빔의 고속 및 저속 축 상의 상이한 발산각들로 인해, 인광체에 수직으로 구성되는 레이저로부터 생성되는 인광체 상의 스폿은 통상적으로 저속 축 직경보다 큰 고속 축 직경을 갖는 타원형 형상일 것이다. 이를 보상하기 위해, 인광체 상의 레이저 빔 입사각은, 빔이 인광체 상에서 더 원형이도록 저속 축 방향에서 빔을 신장시키도록 최적화될 수 있다. 다른 실시예들에서, 자유 공간 옵틱스들 이를테면 시준 렌즈들은 인광체 상으로의 입사 이전에 빔을 성형하기 위해 사용될 수 있다. 빔은 50% 초과 및 100% 미만의 편파 순도에 의해 특징지워질 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "편파 순도"라는 용어는 방사된 전자기 방사의 50% 초과가 실질적으로 유사한 편파 상태, 이를테면 TE(transverse electric) 또는 TM(transverse magnetic) 편파 상태들인 것을 의미하지만, 보통의 의미와 일치하는 다른 의미들을 가질 수 있다.
[0140] 백색 광 장치는 또한 레이저 빔을 생성하고 인광체 물질을 여기시키기 위해 레이저 다이오드 디바이스에 전기 입력 전력을 커플링시키도록 구성되는 전기 입력 인터페이스를 갖는다. 예에서, 인광체 상에 입사하는 레이저 빔은 0.1W 미만, 0.1W 초과, 0.5W 초과, 1W 초과, 5W 초과, 10W 초과 또는 20W 초과의 전력을 갖는다. 백색 광 소스는 백색 광 출력의 1 루멘, 10 루멘, 100 루멘, 1000 루멘, 10,000 루멘 초과 또는 그 초과를 생성하도록 구성된다.
[0141] 지지 부재는 적어도 하나의 레이저 다이오드 디바이스 및 인광체 물질로부터의 열 에너지를 히트 싱크에 이송하도록 구성된다. 지지 부재는 레이저 디바이스로부터 히트 싱크로의 열적 경로를 특징으로 하는 방산 전력의 10 도 Celsius per watt 미만, 5 도 Celsius per watt 미만 또는 3 도 Celsius per watt 미만의 열적 임피던스를 제공하도록 구성된다. 지지 부재는 열 전도성 물질, 이를테면 대략 400 W/(mK)의 열 전도성을 갖는 구리, 대략 200 W/(mK)의 열 전도성을 갖는 알루미늄, 대략 370 W/(mK)의 열 전도성을 갖는 4H-SiC, 대략 490 W/(mK)의 열 전도성을 갖는 6H-SiC, 대략 230 W/(mK)의 열 전도성을 갖는 AlN, 대략 >1000 W/(mK)의 열 전도성을 갖는 합성 다이아몬드, 사파이어, 또는 다른 금속들, 세라믹들 또는 반도체들로 구성된다. 지지 부재는 성장 프로세스, 이를테면 SiC, AlN 또는 합성 다이아몬드로 형성될 수 있고, 그런다음 머시닝, 절단, 트리밍 또는 몰딩에 의해 기계적으로 성형될 수 있다. 대안적으로, 지지 부재는 머시닝, 절단, 트리밍 또는 몰딩에 의해 금속, 이를테면 구리, 구리 텅스텐, 알루미늄 또는 다른 것으로 형성될 수 있다.
[0142] 이러한 CPoS 백색 광 소스의 바람직한 구성에서, 공통 지지 부재는 갈륨 및 질소 함유 레이저 다이오드 칩이 직접 본딩된 것과 동일한 서브마운트를 포함한다. 즉, 레이저 다이오드 칩은 물질, 이를테면 SiC, AlN 또는 다이아몬드로부터 구성되는 서브마운트 아래에 장착되거나 그에 부착되고, 인광체 물질은 또한 서브마운트가 공통 지지 부재가 되도록 이러한 서브마운트에 장착된다. 인광체 물질은 서브마운트와 인광체간에 포지셔닝된 중간 물질을 가질 수 있다. 중간 물질은 열 전도성 물질, 이를테면 구리로 구성될 수 있다. 레이저 다이오드는 땜납들, 이를테면 AuSn 땜납을 사용하는 종래의 다이 부착 기법들을 사용하여 서브마운트의 제 1 표면에 부착될 수 있지만, 다른 기술들, 이를테면 SAC 땜납, 이를테면 SAC305, 납 함유 땜납 또는 인듐일 수 있지만 다른 것들에 의해서도 달성될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 소결된 Ag 페이스트들 또는 필름들이 인터페이스에서 부착 프로세스에 대해 사용될 수 있다. 소결된 Ag 부착 물질은 더 높은 열 전도율 및 개선된 전기 전도율의 부가된 이점으로 표준 프로세싱 장비 및 사이클 온도들을 사용하여 분배 또는 증착될 수 있다. 예컨대, AuSn은 대략 50 W/mK의 열 전도율 및 대략 16 micro-ohm*cm의 전기 전도율을 갖는 한편, 무압력 소결된 Ag는 대략 125 W/mK 의 열 전도율 및 대략 4 micro-ohm*cm의 전기 전도율을 가질 수 있거나, 또는 가압 소결된 Ag는 대략 250 W/mK 의 열 전도율 및 대략 2.5 micro-ohm*cm의 전기 전도율을 가질 수 있다. 페이스트로부터 소결된 형태(260C-900C)까지 용융 온도에서의 극단적인 변화로 인해, 프로세스들은 다운스트림 프로세스들에 대한 열적 로드 제약들을 회피하여, 완성된 디바이스들이 매우 양호하고 일관적인 본드 스루풋을 갖도록 허용할 수 있다. 유사하게, 인광체 물질은 납땜 기법, 이를테면 AuSn 땜납, SAC 땜납, 납 함유 인광체를 사용하여 또는 인듐으로 서브마운트에 본딩될 수 있지만, 다른 기법들, 이를테면 소결된 Ag 인터페이스 물질들일 수 있다. 조인트는 또한 열 전도성 아교들, 열적 에폭시들, 이를테면 은 에폭시, 열적 접착제들 및 다른 물질들로 형성될 수 있다. 대안적으로, 조인트는 금속-금속 본드, 이를테면 Au-Au 본드로 형성될 수 있다. 가장 낮은 열적 임피던스에 대해 본드를 최적화하는 것은 인광체로부터의 열 방산에 대한 핵심 파라미터이고, 이는 인광체 열화 및 인광체 물질의 열적 퀸칭을 방지하기 위해 중요하다.
[0143] 이러한 CPoS 백색 광 소스의 대안적인 구성에서, 레이저 다이오드는 갈륨 및 질소 함유 레이저 칩과 공통 지지 부재간에 구성되는 중간 서브마운트에 본딩된다. 이러한 구성에서, 중간 서브마운트는 SiC, AlN, 다이아몬드 또는 다른 것으로 구성될 수 있고, 레이저는 땜납들, 이를테면 AuSn 땜납을 사용하는 종래의 다이 부착 기법들을 사용하여 서브마운트의 제 1 표면에 부착될 수 있지만 다른 기법들일 수 있다. 대안적인 실시예에서, 소결된 Ag 페이스트들 또는 필름들이 인터페이스에서 부착 프로세스에 대해 사용될 수 있다. 소결된 Ag 부착 물질은 더 높은 열 전도율 및 개선된 전기 전도율의 부가된 이점으로 표준 프로세싱 장비 및 사이클 온도들을 사용하여 분배 또는 증착될 수 있다. 예컨대, AuSn은 대략 50 W/mK의 열 전도율 및 대략 16 micro-ohm*cm의 전기 전도율을 갖는 한편, 무압력 소결된 Ag는 대략 125 W/mK 의 열 전도율 및 대략 4 micro-ohm*cm의 전기 전도율을 가질 수 있거나, 또는 가압 소결된 Ag는 대략 250 W/mK 의 열 전도율 및 대략 2.5 micro-ohm*cm의 전기 전도율을 가질 수 있다. 페이스트로부터 소결된 형태(260C-900C)까지 용융 온도에서의 극단적인 변화로 인해, 프로세스들은 다운스트림 프로세스들에 대한 열적 로드 제약들을 회피하여, 완성된 디바이스들이 매우 양호하고 일관적인 본드 스루풋을 갖도록 허용할 수 있다. 서브마운트의 제 2 표면은 유사한 기법들을 사용하여 공통 지지 부재에 부착될 수 있지만, 다른 것들에 의해서도 달성될 수 있다. 유사하게, 인광체 물질은 공통 지지 부재와 인광체간에 포지셔닝된 중간 물질 또는 서브마운트를 가질 수 있다. 중간 물질은 열 전도성 물질, 이를테면 구리로 구성될 수 있다. 인광체 물질은 납땜 기법을 사용하여 본딩될 수 있다. 이러한 구성에서, 공통 지지 부재는 열 전도성 물질, 이를테면 구리로 구성되어야 한다. 가장 낮은 열적 임피던스에 대해 본드를 최적화하는 것은 인광체로부터의 열 방산에 대한 핵심 파라미터이고, 이는 인광체 열화 및 인광체 물질의 열적 퀸칭을 방지하기 위해 중요하다.
[0144] 본 발명의 특정 실시예에서, CPoS 백색 광 소스는 전달 모드에서 동작되는 측-펌핑 인광체에 대해 구성된다. 이러한 구성에서, 인광체는, 활성화 시에 생성된 레이저 빔이 인광체의 배면 상에 입사하도록 레이저 빔을 출력하는 레이저 패싯의 전면에 포지셔닝되고, 레이저 및 인광체 둘 모두는 지지 부재 상에 구성된다. 갈륨 및 질소 함유 레이저 다이오드는, 길이에서 100um 초과, 500um 초과, 1000um 초과 또는 1500um 초과의 길이를 갖고 1um 초과, 10um 초과, 20um 초과, 30um 초과 또는 45um 초과의 폭을 갖는 캐비티로 구성된다. 캐비티는 전면 패싯 또는 미러 및 단부 상에 후면 패싯 또는 미러로 구성되고, 전면 패싯은 출력 패싯을 포함하고 인광체 상에 입사하는 레이저 빔을 방사하도록 구성된다. 전면 패싯은 반사율을 감소시키기 위한 반사-방지 코팅으로 구성되거나 코팅을 전혀 갖지 않아서, 방사가 과도한 반사율 없이 미러를 통과하도록 허용할 수 있다. 일부 경우들에서, 코팅은 반사율을 약간 증가시키도록 구성될 수 있다. 캐비티 부재의 후면 단부로부터 어떠한 레이저 빔도 방사되지 않을 것이기 때문에, 후면 패싯 또는 미러는 방사를 캐비티로 다시 반사하도록 구성된다. 예컨대, 후면 패싯은 85% 또는 95% 초과의 반사율을 갖는 높은 반사 코팅을 포함한다. 일 예에서, 인광체는 Ce3+ 이온들로 도핑된 세라믹 YAG(yttrium aluminum garnet)로 구성되고, 황색 방사를 방사한다. 인광체는 블록, 플레이트, 구, 실린더 또는 다른 기하학적 형태로서 성형된다. 구체적으로, 인광체 지오메트리 1차 치수들은 50um 미만, 100um 미만, 200um 미만, 500um 미만, 1mm 미만 또는 10mm 미만일 수 있다. 전달 모드에서 동작되는 인광체는 입사 레이저 빔을 수용하기 위한 제 1 1차 측(후면 측) 및 적어도 제 2 1차 측(전면 측)을 갖고, 여기서 유용한 백색 광 대부분은 애플리케이션에 커플링되기 위해 인광체에서 나갈 것이다. 인광체는 레이저 다이오드 출력 패싯의 전면에 포지셔닝된 공통 지지 부재 또는 서브마운트에 부착되어, 여기 광을 수용하도록 구성된 인광체의 제 1 1차 측은 레이저 출력 빔의 광학 경로 내에 있을 것이다. 레이저 빔 기하학적 형상, 사이즈, 스펙트럼 폭, 파장, 강도 및 편파는 인광체 물질을 여기시키도록 구성된다. 전달 모드 인광체 동작에 대한 장점은, 1차 방사 표면으로부터 방사되는 임의의 유용한 백색 광을 블로킹 또는 방해하는 여기 소스의 완화이다. 부가적으로, 인광체의 배면으로부터 여기시킴으로써, 백색 광을 시준 또는 투사하기 위한 옵틱스의 통합을 어렵게 할 수 있는 여기 소스 또는 빔에 관한 장애물이 존재하지 않을 것이다. 대안적인 실시예들에서, YAG:CE는 녹색 방사를 방사하도록 구성될 수 있다. 다른 대안적인 또는 동일한 실시예들에서, YAG는 적색 방사를 방사하기 위해 Eu로 도핑될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 실리콘 질화물들 또는 알루미늄-옥시-질화물들이 적색, 녹색, 황색 또는 청색 방사들을 위한 결정 호스트 물질들로서 사용될 수 있다.
[0145] 도 6은 이러한 본 발명에 따른 갈륨 및 질소 함유 기판 기술에 대해 형성되는 종래의 레이저 다이오드에 기반한 CPoS 통합 백색 광 소스의 전달 실시예를 예시하는 개략적 다이어그램을 제시한다. 레이저 기반 CPoS 백색 광 디바이스는, 레이저 다이오드 칩(302)과 최종 장착 표면간의 중간 물질로서 및 인광체 물질(306)과 최종 장착 표면간의 중간 물질로서 작용하도록 구성되는 공통 지지 부재로서의 역할을 하는 서브마운트 물질(301)로 구성된다. 서브마운트는 증착된 금속 층들, 이를테면 Au로 형성될 수 있는 전극들(303 및 304)로 구성된다. 일 예에서, Ti/Pt/Au가 전극들에 대해 사용된다. 와이어본드들(305)은 레이저 다이오드로부터 출력되는 레이저 빔을 생성하기 위해 서브마운트 상의 전극들(303 및 304)로부터의 전력을 레이저 다이오드에 커플링하도록 구성된다. 레이저 빔 출력은 출력 레이저 패싯의 전면에 포지셔닝되는 인광체 플레이트(306)를 여기시킨다. 인광체 플레이트는 레지(307) 또는 리세스된 지역 상에서 서브마운트에 부착된다. 전극들(303 및 304)은 외부 전력 소스, 이를테면 레이저 드라이버, 전류 소스 또는 전압 소스로의 전기 연결을 위해 구성된다. 와이어본드들은 레이저 다이오드 디바이스에 전력을 커플링시키기 위해 전극들 상에 형성될 수 있다. 물론, 이는 단지 구성의 예이고, 상이한 형상의 인광체들, 상이한 기하학적 설계들의 서브마운트 또는 공통 지지 부재, 인광체에 대해 상이한 배향들의 레이저 출력 빔, 상이한 전극 및 전기 설계들 및 다른 것들을 포함하지만 이에 제한되는 것은 아닌 이러한 실시예에 대한 많은 변형들이 존재할 수 있다.
[0146] 도 7은 본 발명에 따른 CPoS 통합 백색 광 소스 기반의 대안적인 전달 실시예를 예시한 개략적 다이어그램이다. 이러한 실시예에서, 갈륨 및 질소 함유 리프트-오프 및 전달 기법은 전달된 에피텍셜 층들로부터 형성된 레이저 다이오드 칩을 갖는 매우 작고 콤팩트한 서브마운트 부재를 제조하도록 배치된다. 레이저 기반 CPoS 백색 광 디바이스는, 전달된 갈륨 및 질소 함유 에피택셜 층들에 형성된 레이저 다이오드(302)와 최종 장착 표면 간의 중간 물질로서 그리고 인광체 플레이트 물질(305)과 최종 장착 표면 간의 중간 물질로서 동작하도록 구성된 공통 지지 부재의 역할을 하는 서브마운트 물질(301)로 구성된다. 레이저 다이오드 또는 CoS 서브마운트는 증착된 금속층들 및 Au, Pd, Pt, Ni, Al, 티타늄 등을 포함하는 (하지만 이에 제한되지는 않음) 금속층들의 조합으로 형성될 수 있는 전극들(303 및 304)로 구성된다. 레이저 빔 출력은 출력 레이저 패싯의 전면에 포지셔닝된 인광체 플레이트(305)를 여기시킨다. 인광체 플레이트는 레지(306) 또는 리세스된 지역 상의 서브마운트에 부착된다. 전극들(303 및 304)은 외부 전력 소스, 이를테면 레이저 드라이버, 전류 소스, 또는 전압 소스에 대한 전기적 연결을 위해 구성된다. 와이어본드는, 레이저 다이오드로부터 출력된 레이저 빔을 생성하기 위해 전기 전력을 레이저 다이오드 디바이스에 커플링하기 위해 전극 상에서 형성될 수 있다.
[0147] 본 발명의 많은 실시예들에서, 인광체와 공통지지 부재 간의 부착 인터페이스는 주의깊게 설계되고 프로세싱되어야 한다. 이러한 부착 조인트의 열적 임피던스는 열 방산을 허용하기에 충분히 낮은 열적 임피던스에 대해 적절한 부착 물질, 인터페이스 지오메트리, 및 부착 프로세스 실시법들을 사용하여 최소화되어야 한다. 게다가, 부착 인터페이스는 인광체의 방사 표면에서 나가는 유용한 백색 광을 최대화하도록, 증가된 반사율을 위해 설계될 수 있다. 예들은, AuSn 땜납들, SAC 땝납들, 이를테면 SAC305, 리드 함유 땜납, 또는 인듐을 포함하나, 다른 것들에 의해서도 달성될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 소결된 Ag 페이스트들 또는 필름들은 인터페이스에서의 부착 프로세스에 대해 사용될 수 있다. 조인트는 또한, 열전도성 아교들, 열적 에폭시들, 및 다른 물질들로부터 형성될 수 있다. 레이저 및 인광체 물질을 갖는 공통 지지 부재는, 레이저 디바이스로부터 히트 싱크로의 열 경로를 특성화하는 방산된 전력의 10도 미만의 Celsius per watt 또는 5도 미만의 Celsius per watt의 열적 임피던스를 제공하도록 구성된다. 지지 부재는 열 전도성 물질, 이를테면 구리, 구리 텅스텐, 알루미늄, SiC, 사파이어, AlN, 또는 다른 금속들, 세라믹들, 또는 반도체들로 구성된다. 측-펌핑 전달 장치는 길이, 폭, 및 높이에 의해 특징지워지는 폼 팩터를 갖는다. 일 예에서, 높이는 25mm 미만 그리고 0.5mm보다 큰 크기에 의해 특징지워지지만, 변형들이 존재할 수 있다.
[0148] 통합 백색 광 소스의 효율성을 개선시키기 위해, 레이저 여기 광이 인광체 상에 입사하는 제1 표면으로부터 나가는 광량을 최소화하고, 유용한 백색 광이 존재하는 인광체의 제2의 1차 백색 광 방사 측에서 나가는 광을 최대화하도록 측정들이 취해질 수 있다. 그러한 측정들은 필터들, 스펙트럼 선택적 반사기들, 종래의 미러들, 공간 미러들, 편파 기반 필터들, 홀로그래픽 엘리먼트들, 또는 코팅 층들의 사용을 포함할 수 있으나, 다른 것들에 의해서도 달성될 수 있다.
[0149] 전달 모드 인광체에 대한 일 예에서, 필터는, 인광체의 전면 쪽으로 백워드 전파 황색 방사를 반사하도록 인광체의 배면 상에 포지셔닝되며, 여기서, 그것은 1차 방사 표면에서 유용한 백색 광으로 나가기 위한 다른 기회를 갖는다. 이러한 구성에서, 반사기는 레이저로부터의 청색 여기 광을 블록하지 않도록 설계되어야 할 것이다. 반사기는 광범위한 각도들에 걸쳐 황색 광을 반사하도록 설계된 상이한 굴절률들을 갖는 2개 또는 그 초과의 교번적인 층들로 구성된 스펙트럼 선택적 분산 DBR(distributed Bragg reflector) 미러로 구성될 수 있다. DBR은 기법들, 이를테면 e-빔 증착, 스퍼터 증착, 또는 열 증발을 사용하여 인광체 상에 직접적으로 증착될 수 있다. 대안적으로, DBR은 인광체에 적용되는 플레이트-형 엘리먼트의 형태일 수 있다. 황색 및 청색 방사의 혼합으로부터 구성된 통상적인 백색 광 소스에서, 황색 방사가 에너지의 대략 70%로 구성되므로, 황색 광을 반사시키는 이러한 접근법은 많은 애플리케이션들에서 충분한 측정일 수 있다.
[0150] 전달 모드 인광체에 대한 다른 예에서, 필터는, 인광체의 전면 쪽으로 백워드 전파 황색 방사 및 산란된 청색 여기 광을 역으로 반사하도록 인광체의 배면 상에 포지셔닝되며, 여기서, 그것은 1차 방사 표면에서 유용한 백색 광으로 나가기 위한 다른 기회를 갖는다. 이러한 구성의 난제는, 산란된 백워드 전파 청색 광이 통과하게 할 수 있게 하지 않으면서, 순방향 전파 청색 펌프 여기 광이 필터를 통과할 수 있게 하는 것이다. 이러한 난제를 극복하기 위한 하나의 접근법은, 입사각 반사율 의존성을 위해 설계된 필터를 배치하고, 그리고 입사각으로 레이저를 구성하는 것이며, 여기서, 반사율은 최소, 이를테면 수직 입사이다. 다시, 이러한 구성에서, 반사기는, 하나의 DBR 미러 쌍이 황색을 반사하고 제2 DBR 쌍이 결정된 각도 의존성으로 청색 광을 반사시키는 역할을 하도록 DBR 미러들로부터 구성될 수 있다. DBR은 기법들, 이를테면 e-빔 증착, 스퍼터 증착, 또는 열 증발을 사용하여 인광체 상에 직접적으로 증착될 수 있다. 대안적으로, DBR은 인광체에 적용되는 플레이트-형 엘리먼트의 형태일 수 있다.
[0151] 도 8은 본 발명에 따른 CPoS 통합 백색 광 소스의 대안적인 전달 실시예를 예시한 개략적 다이어그램이다. 이러한 실시예에서, 갈륨 및 질소 함유 리프트-오프 및 전달 기법은 전달된 에피텍셜 층들로부터 형성된 레이저 다이오드 칩을 갖는 매우 작고 콤팩트한 서브마운트 부재를 제조하도록 배치된다. 물론, 서브마운트 실시예 상의 종래의 칩, 이를테면 도 4 및 도 6에 도시된 칩은 개선된 효율성을 위한 광학 엘리먼트들을 포함하는 이러한 실시예에 대해 사용될 수 있다. 레이저 기반 CPoS 백색 광 디바이스는, 전달된 갈륨 및 질소 함유 에피택셜 층들에 형성된 레이저 다이오드(302)와 최종 장착 표면 간의 중간 물질로서 그리고 인광체 플레이트 물질(305)과 최종 장착 표면 간의 중간 물질로서 동작하도록 구성된 공통 지지 부재의 역할을 하는 서브마운트 물질(301)로 구성된다. 레이저 다이오드 또는 CoS 서브마운트는 증착된 금속층들 및 Au, Pd, Pt, Ni, Al, 티타늄 등을 포함하는 (하지만 이에 제한되지는 않음) 금속층들의 조합으로 형성될 수 있는 전극들(303 및 304)로 구성된다. 레이저 빔 출력은 출력 레이저 패싯의 전면에 포지셔닝된 인광체 플레이트(305)를 여기시킨다. 이러한 실시예에서, 인광체는, 더 많은 유용한 백색 광이 인광체의 1차 방사 표면으로부터 탈출하도록 백색 소스의 효율성을 증가시키도록 구성된 물질(307)로 코팅된다. 이러한 실시예에서, 코팅(307)은, 전면 방사 표면 쪽으로 광을 역으로 반사시키기 위해 황색 및 가급적 청색 방사의 반사율을 증가시키도록 구성된다. 인광체 플레이트는 레지(306) 또는 리세스된 지역 상의 서브마운트에 부착된다. 전극들(303 및 304)은 외부 전력 소스, 이를테면 레이저 드라이버, 전류 소스, 또는 전압 소스에 대한 전기적 연결을 위해 구성된다. 와이어본드는, 레이저 다이오드로부터 출력된 레이저 빔을 생성하기 위해 전기 전력을 레이저 다이오드 디바이스에 커플링하기 위해 전극 상에서 형성될 수 있다.
[0152] 순방향 청색 방사가 통과할 수 있게 하면서 백워드 전파 청색 방사 및 황색 방사를 반사하는 난제를 극복하기 위한 제2 접근법은 황색 스펙트럼 선택적 반사기, 이를테면 DBR과 청색 광에 대한 편파 기반 반사기를 결합하는 필터 시스템을 배치하는 것이다. 레이저 여기 소스로부터의 청색 방사가 90% 보다 크거나 또는 95% 보다 큰 편파 비율들로 매우 편파될 수 있고, 백워드 전파 산란된 청색 광이 혼합된 편파를 가질 것이므로, 편파 기반 반사기는, 레이저 다이오드 출력 빔(예컨대, TE)의 편파 상태가 다른 편파 상태들에 대한 반사기로서 동작하면서 필터를 자유롭게 통과하게 할 수 있도록 구성될 수 있다. 이러한 구성은 단일 물건의 필름으로 결합될 수 있는 2개의 엘리먼트들을 요구할 가능성이 있을 것이다. 제1 엘리먼트는 황색을 반사하도록 설계된 황색 반사기, 이를테면 DBR 미러 쌍 또는 다른 단일 층 또는 멀티층 필름일 것이다. 제2 엘리먼트는 편파 감응성 물질, 이를테면 플라스틱, 세라믹, 금속, 또는 유리일 것이다. DBR 또는 다른 황색 반사 물질은 기법들, 이를테면 e-빔 증착, 스퍼터 증착, 또는 열 증발을 사용하여 인광체 상에 또는 편파 필터 엘리먼트 상에 직접적으로 증착될 수 있다. 대안적으로, DBR은 인광체에 적용되는 플레이트-형 엘리먼트의 형태일 수 있다. 편파 감응 엘리먼트는 인광체 상에 증착되거나, 또는 인광체의 배면 상에 포지셔닝, 아교 접착, 또는 부착될 수 있다.
[0153] 순방향 청색 방사가 통과할 수 있게 하면서 백워드 전파 청색 방사 및 황색 방사를 반사하는 난제를 극복하기 위한 제3 접근법은 황색 스펙트럼 선택적 반사기, 이를테면 DBR과 청색 광에 대한 공간 기반 반사기를 결합하는 필터 시스템을 배치하는 것이다. 이러한 구성은 단일 물건의 필름으로 결합될 수 있는 2개의 엘리먼트들을 요구할 가능성이 있을 것이다. 제1 엘리먼트는 황색을 반사하도록 설계된 황색 반사기, 이를테면 DBR 미러 쌍 또는 다른 단일 층 또는 멀티층 필름일 것이다. 제2 엘리먼트는 청색을 반사하기 위한 엘리먼트로 구성될 것이며, 레이저 빔이 인광체 상에 입사되지 않는 경우 그것이 존재하지 않았지만 레이저 빔이 입사되지 않는 영역 위에서는 존재하도록 선택적 방식으로 인광체의 후면에 적용될 것이다. 제2 엘리먼트는 다른 DBR 코팅 스택 또는 브로드밴드 반사기 물질, 이를테면 Ag 또는 Al일 수 있다. 제1 엘리먼트, 이를테면 DBR 또는 다른 황색 반사 물질 및 청색 광에 공간적으로 반사적인 제2 엘리먼트 둘 모두는 기법들, 이를테면 e-빔 증착, 스퍼터 증착, 또는 열 증발을 사용하여 인광체 상에 또는 편파 필터 엘리먼트 상에 직접적으로 증착될 수 있다. 대안적으로, DBR은 인광체에 적용되는 플레이트-형 엘리먼트의 형태일 수 있다. 편파 감응 엘리먼트는 인광체 상에 증착되거나, 또는 인광체의 배면 상에 포지셔닝, 아교 접착, 또는 부착될 수 있다.
[0154] 다른 실시예들에서, 코팅들 또는 다른 물질들은 인광체의 전면 방사 표면의 반사율을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 코팅들 또는 추가의 엘리먼트들은 인광체 표면 상의 입사 빔의 반사율을 감소시키기 위해 적용될 수 있다. 축에서 벗어난 레이저 빔 입사각들이 사용되는 구성들에서, 인광체 상의 레이저 빔의 반사율을 감소시키기 위한 그러한 측정이 중요할 수 있다.
[0155] 본 발명에서, 레이저 다이오드 출력 빔은 인광체를 여기시키기 위해 인광체 물질 상에 입사되도록 구성되어야 한다. 장치는 통상적으로, 레이저 빔의 방사를 레이저 디바이스로부터 인광체 물질로 송신하는 비-안내 레이저 빔 특징을 갖는 자유 공간을 갖는다. 레이저 빔 스펙트럼 폭, 파장, 사이즈, 형상, 강도, 및 편파는 인광체 물질을 여기시키도록 구성된다. 구체적으로, 많은 애플리케이션들에서, 인광체 상의 조사된 스폿이 또한 라운드이고 결과적인 백색 광 방사가 라운드 영역으로부터 방출되도록 라운드 레이저 여기 빔을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 라운드 영역은, 라운드 방사에 일반적으로 이용가능한 종래의 옵틱스 및 반사기들을 사용하여 시준된 또는 스폿 광 소스들을 형성하는데 유리하다. 부가적으로, 라운드 빔은, 인광체 변환 효율성의 변화를 리드하거나 또는 심지어 인광체에서 실패 메커니즘들을 개시할 수 있는 열 핫스폿들이 존재하지 않도록 인광체에서 일부 대칭을 생성한다.
[0156] 이러한 동일한 개념은 또한, 다른 형상들, 이를테면 비-원형 빔들을 요구하는 애플리케이션들에 대한 타원형, 원추형, 직사각형 등을 생성하기 위해 활용될 수 있다. 예컨대, 자동차 헤드라이트들에서, 다가오는 다른 운전자들에게 눈부심을 야기하는 것을 피하기 위해, 맞춤화된 공간 패턴들이 원하는 영역에서 조명을 생성하고 빔 패턴의 더 어두운 스폿들을 생성하도록 소망된다.
[0157] 통상적인 에지-방사 다이오드 레이저들로부터의 출력 빔들의 내재적인 발산 특성들은, 빔이 자유/비-안내 공간으로 전파됨에 따라 그 빔이 x-방향(저속 발산 축) 및 y-방향(고속 발산 축) 둘 모두로 확장하는 것을 리드한다. 복잡한 문제들은, 레이저 다이오드의 도파관 구속 특징들로부터 초래되는 고속 및 저속 축 상의 빔의 상이한 발산 레이트들이다. 예컨대, 통상적인 FWHM(full width at half maximum)은 저속 축에서는 대략 5-20도의 범위에 있고, 고속 축에서는 10 내지 40도의 범위에 있으나, 다른 것들에 의해서도 달성될 수 있다. 레이저 빔의 발산의 다른 측정은, 전력이 1/e2 레벨로 드롭된 출력 빔의 포인트에서 취해진 발산 각도들이다. 이러한 1/e2 측정에 대해, 통상적인 빔 발산들은 저속 축에서는 대략 10-30도의 범위에 있고, 고속 축에서는 20 내지 80도의 범위에 있으나, 다른 것들에 의해서도 달성될 수 있다. 따라서, 고속 축 대 저속 축 발산 각도들의 비율은 대략 2:1로부터 대략 4:1의 범위에 있다. 자유-공간/비안내 레이저 빔으로부터의 결과적인 투사된 스폿은 타원형 형상이며, 통상적으로, 고속 축 직경은 저속 축 직경보다 더 크다. 도 9는, 
의 고속 축 발산 각도, D1의 고속 축 스폿 직경, 
의 저속 축 발산 각도, 및 D2의 저속 축 스폿 직경 D2를 갖는 레이저 다이오드로부터의 타원형 출력 빔의 예를 예시한 개략적 다이어그램이다.
[0158] 도 10은 평탄 표면으로부터 거리 L만큼 떨어진 레이저 다이오드를 갖는 고속 또는 저속 축에서의 빔 직경을 컴퓨팅하기 위해 사용될 수 있는 지오메트리의 간략화된 예를 개략적으로 예시한다. 스폿 직경들 D1 및 D2의 정량적인 값들을 컴퓨팅하기 위해, 레이저 다이오드 애퍼처 크기들 뿐만 아니라 레이저 애퍼처로부터 평탄 투사 표면의 거리가 알려져야 한다. 도 11은 고속 축 스폿 직경 D1, 지속 축 스폿 직경 D2, 및 레이저 애퍼처로부터의 변경된 거리 L에 대한 고속 스폿 직경 대 저속 스폿 직경의 비율의 플롯을 제시한다. 도 11의 예시적인 계산은 40도의 1/e2 고속 축 발산, 20도의 1/e2 저속 축 발산, 25um의 애퍼처 폭, 및 1um의 애퍼처 높이를 가정한다. 이러한 예에 대해 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 레이저 애퍼처로부터 100um 보다 더 크게 떨어져 있는 투사 표면들[즉, 인광체]에 대해, 빔은 신속히 타원형이 되며, 고속 축 직경은 저속 축 직경보다 대략 2배 더 크게 포화된다. 애퍼처로부터 대략 70um 떨어진 거리에서, 고속 및 저속 축 직경들은 대략 50um에서 거의 등가이다. 따라서, 이러한 레이저 다이오드 구성을 갖는 가장 원형의 스폿을 달성하기 위해, 인광체는 레이저 다이오드의 전면에서 대략 70um에 배치되어야 하며, 여기서, 스폿은 직경이 50um일 것이다. 비록 시준 및 성형을 위한 추가의 옵틱스의 사용 없이 원형 빔을 갖는 것이 유리할지라도, 그러한 설계는, 어셈블리 및 제작 난제들을 생성할 수 있는 레이저에 대한 인광체의 근접성으로 인해 구현하기에 가장 현실적이지는 않을 수 있다. 게다가, 1W보다 크거나 4W보다 큰 매우 고전력들을 갖는 매우 작은 빔 직경은, 만약 인광체 품질 및/또는 히트 싱킹이 고전력 밀도를 견딜 수 없다면, 인광체에서 문제를 야기할 수 있다. 그러나, 애퍼처로부터 인광체를 더 멀리 이동시킬 때, 빔은 신속히 타원형이 되며, 이는 많은 애플리케이션들에서 라운드 스폿만큼 이상적이지는 않을 것이다.
[0159] 본 발명의 일 실시예에서, 시준 옵틱은 레이저 출력 빔을 시준하고 빔 형상하기 위해 레이저 다이오드와 인광체 간에 포지셔닝된다. 출력 레이저의 전면에 자유 공간 옵틱을 배치함으로써, 빔 형상은 원형 빔 프로파일을 제공하도록 성형될 수 있으며, 인광체가 큰 허용오차로 패싯의 전면에 일정 거리로 포지셔닝되고 상대적으로 일정한 스폿 사이즈를 유지할 수 있도록 시준될 수 있다. 일 예에서, 비구면 렌즈가 레이저 빔을 시준 및/또는 성형하기 위해 사용된다. 대안적인 실시예에서, 레이저 빔은, FAC(fast axis collimating) 및/또는 SAC(slow axis collimating) 렌즈들을 사용하여 시준된다. 대안적인 실시예들에서, 광학 빔의 성형, 시준, 지향, 필터링, 또는 조작을 위해 다른 옵틱스가 다양한 조합들로 포함될 수 있다. 그러한 옵틱스의 예들은, 재-이미징 반사기들, 볼 렌즈들, 비구면 시준기, 이색성 미러, 회전 미러들, 광학 아이솔레이터들을 포함하나(그러나 이에 제한되지 않음), 다른 것들에 의해서도 달성될 수 있다.
[0160] 도 12는 본 발명에 따른 인광체 상으로의 입사를 위해 레이저 빔을 시준 및 성형하기 위한 자유-공간 옵틱스를 포함하는 CPoS 통합 백색 광 소스의 전달 인광체 실시예를 예시하는 개략적 다이어그램이다. 이러한 실시예에서, 갈륨 및 질소 함유 리프트-오프 및 전달 기법은 전달된 에피텍셜 층들로부터 형성된 레이저 다이오드 칩을 갖는 매우 작고 콤팩트한 서브마운트 부재를 제조하도록 배치된다.
[0161] 대안적인 바람직한 실시예에서, 빔 성형은, 레이저 다이오드의 빔 발산 특성들을 활용하고 원하는 스폿 사이즈를 달성하기 위해, 레이저 다이오드 애퍼처에 대해 인광체 여기 표면을 기울이고, 인광체로부터 설계된 거리에 레이저 다이오드를 포지셔닝함으로써 달성될 수 있다. 이러한 "옵틱스-없는" 빔 성형 실시예는, 광학 엘리먼트들이 빔 성형 및 시준을 위해 도입되는 실시예들에 비해 유리하다. 백색 광 소스 장치에 대한 이러한 실시예의 이들 장점들은 간략화된 설계, 낮은 원가의 물질들, 낮은 비용의 어셈블리 프로세스, 및 잠재적으로는 더 콤팩트한 백색 광 소스를 포함한다. 일 실시예에서, 레이저로부터 인광체로의 입사각은 인광체 상에서 원하는 빔 형상을 달성하기 위해 최적화된다. 도 11의 예에 대해 논의된 바와 같이, 레이저 애퍼처로부터 대략 70um 떨어지게 인광체를 포지셔닝시킴으로서, 상대적으로 균일한 빔이 대략 50um 직경으로 실현될 수 있다. 인광체로부터의 레이저의 거리를 제어하는 것 이외에도, 레이저 빔의 입사각은 또한, 인광체에 입사하는 빔의 형상을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 예로서, 도 13은, 인광체 또는 투사 표면이 고속 축에 대해 경사질 때 스폿 사이즈에 대한 영향을 도시한다. 이러한 축을 따라 기울임으로써, 빔 스폿이 더 타원형이 되도록 더 큰 고속 축 직경 D1이 인광체 상에 생성된다. 동일한 원리에 의해, 도 14에 예시된 바와 같이, 저속 축에 대해 인광체 또는 투사 표면을 회전시킬 때, 스폿 직경 비율이 1에 더 가깝게 되고 빔이 더 원형이 되도록 저속 축 직경 D2가 증가될 수 있다.
[0162] 도 15는 고속 또는 저속 축으로부터 각도(ω)로 경사진, 경사진 인광체 또는 투사 표면으로부터 거리(L)만큼 떨어진 레이저 다이오드로 고속 또는 저속 축에서 빔 직경(r1 + r2)을 컴퓨팅하기 위해 사용될 수 있는 지오메트리의 간략화된 예를 개략적으로 예시한다. 지오메트리 및 최적화 시퀀스를 수행함으로써, 비교적 원형 빔 형상에 대해 최적의 인광체 경사 각도가 결정될 수 있다. 예컨대, 도 16은 저속 축에 대해 33 도의 인광체 경사 각도를 가정하여, 레이저 애퍼처로부터의 변화되는 거리(L)에 대해, 고속 축 스폿 직경(D1), 저속 축 스폿 직경(D2), 및 고속 대 저속 스폿 직경들의 비율의 플롯을 제시한다. 도 16의 예시적 계산은 40 도의 1/e2 고속 축 발산, 20 도의 1/e2 저속 축 발산, 25 um의 애퍼처 폭, 및 1 um의 애퍼처 높이를 가정한다. 이 예에 대해 도면에서 보이는 바와 같이, 인광체와 같은 투사 표면들에 대해, 레이저 애퍼처와 인광체를 분리시키는 대략 600 um의 거리(L)에서 1의 빔 비율이 발생하고, 여기서, 빔 직경들(D1 및 D2)은 대략 500 um이다. 이 구성은 L의 큰 범위들 및 대응하는 스폿 사이즈에 걸쳐 균등하게 1의 빔 비율을 유지하도록 최적화된다.
[0163] 도 17은 본 발명에 따른, 레이저에 대한 더 원형인 여기 스폿을 달성하기 위해 경사진 인광체 설계를 포함하는 CPoS 통합 백색 광 소스의 전달 인광체 실시예를 예시하는 개략적 다이어그램을 제시한다. 이 실시예에서, 기판을 포함하는 종래의 풀 레이저 다이오드 칩이 서브마운트 상에 장착된다. 레이저 기반 CPoS 백색광 디바이스는 레이저 다이오드 칩(302)과 최종 장착 표면 간의 중간 물질로서 그리고 인광 플레이트 물질(306)과 최종 장착 표면 간의 중간 물질로서 작용하도록 구성된 공통 지지 부재의 역할을 하는 서브마운트 물질(301)로 구성된다. 레이저 다이오드 또는 CoS는 증착된 금속 층들, 및 Au, Pd, Pt, Ni, Al, 티타늄, 또는 다른 것들을 포함하는 (그러나 이에 제한되지 않음) 금속 층들의 조합으로 형성될 수 있는 전극들(303 및 304)로 구성된다. 와이어본드들(305)은 전극들(303 및 304)로부터의 전력을 커플링하도록 구성된다. 인광 플레이트(306)는 인광체 상의 더 원형인 여기 스폿을 초래하기 위해 레이저 다이오드 출력의 저속 축에 대해 경사진다. 예컨대, 도 15에서의 계산에 따르면, 인광체는 대략 33 도의 각도로 있을 수 있다. 인광 플레이트는 레지(307) 또는 리세스된 지역 상에서 서브마운트에 부착된다. 전극들(303 및 304)은 외부 전력 소스, 이를테면 레이저 드라이버, 전류 소스, 또는 전압 소스에 대한 전기적 연결을 위해 구성된다. 와이어본드들은 레이저 다이오드로부터 레이저 빔 출력을 생성하기 위해 레이저 다이오드 디바이스에 전력을 커플링하도록 전극들 상에 형성될 수 있다.
[0164] 도 18은 본 발명에 따른, 레이저에 대한 더 원형인 여기 스폿을 달성하기 위해 경사진 인광체 설계를 포함하는 CPoS 통합 백색 광 소스의 전달 인광체 실시예를 예시하는 개략적 다이어그램을 제시한다. 이 실시예에서, 전달된 에피택셜 층들로 형성된 레이저 다이오드 칩으로 매우 작고 콤팩트한 서브마운트 부재를 제작하기 위해, 갈륨 및 질소 함유 리프트-오프 및 전달 기법이 이용된다.
[0165] 본 발명의 대안적인 실시예들에서, 다수의 인광체들이 백색 방사를 위한 전달 모드로 동작된다. 일 예에서, 395 nm 내지 425 nm의 파장을 방사하도록 구성된 보라색 레이저 다이오드가 제1 청색 인광체 및 제2 황색 인광체를 여기시킨다. 이 구성에서, 제1 청색 인광 플레이트는 제2 황색 인광 플레이트에 퓨징 또는 본딩될 수 있다. 실제 구성에서, 레이저 빔은 제1 청색 인광체 상에 직접적으로 입사할 것이고, 여기서, 청색 방사의 부분은 황색 방사를 방사하도록 제2 황색 인광체를 여기시켜서, 청색 방사와 결합하고 백색 광을 생성할 것이다. 부가적으로, 보라색 펌프가 본질적으로 전부 흡수될 것인 데, 이는 청색 인광체에 흡수되지 않을 수 있는 것이 이어서 황색 인광체에 흡수될 것이기 때문이다. 대안적인 실제 구성에서, 레이저 빔은 제2 황색 인광체 상에 직접적으로 입사할 것이고, 여기서, 보라색 전자기 방사의 부분은 황상 방사를 여기시키도록 황색 인광체에 흡수될 것이고, 나머지 보라색 방사는 청색 인광체로 패스할 것이고, 청색 방사를 생성하여 청색 방사와 황색 방사를 결합하고 백색 광을 생성할 것이다.
[0166] 본 발명에 따른 멀티-인광체 전달 예의 대안적인 실시예에서, 425 nm 내지 480 nm의 파장으로 동작하는 청색 레이저 다이오드는 제1 녹색 인광체 및 제2 적색 인광체를 여기시키도록 구성된다. 이 구성에서, 제1 녹색 인광 플레이트는 제2 적색 인광 플레이트에 퓨징 또는 본딩될 수 있다. 실제 구성에서, 레이저 빔은 제1 녹색 인광체 상에 직접적으로 입사할 것이고, 여기서, 녹색 방사의 부분은 적색 방사를 방사하도록 제2 적색 인광체를 여기시켜서, 녹색 인광체 방사 및 청색 레이저 다이오드 방사와 결합하여 백색 광을 생성할 것이다. 대안적인 실제 구성에서, 레이저 빔은 제2 적색 인광체 상에 직접적으로 입사할 것이고, 여기서, 청색 전자기 방사의 부분은 적색 방사를 여기시키도록 적색 인광체에 흡수될 것이고, 나머지 청색 레이저 방사의 부분은 녹색 인광체로 패스할 것이고, 녹색 방사를 생성하여 적색 인광체 방사 및 청색 레이저 다이오드 방사와 결합하여 백색 광을 생성할 것이다. 이 실시예의 이익 또는 특징은 적색, 녹색, 및 청색 방사로 구성된 백색 광으로부터 달성될 수 있는 더 높은 컬러 품질이다. 당연히, 적색, 녹색, 청색, 및 황색 인광체 중 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있는 2개 초과의 인광체를 통합하는 것을 포함하는 본 발명의 다른 변형들이 존재할 수 있다.
[0167] 측 펌핑 인광체 구성의 또 다른 변형에서, "포인트 소스" 또는 "포인트 소스 형" CPoS 백색 방사 디바이스가 달성된다. 이 구성에서, 인광체는 3-차원 지오메트리, 이를테면 큐브 지오메트리 또는 구형 지오메트리를 가질 것이고, 그에 따라, 백색 광은 다수의 1차 방사 표면들로부터, 그리고 이상적으로, 3-차원 인광체 지오메크리의 표면 영역 전체로부터 방사될 수 있다. 예컨대, 큐브 지오메트리에서, 큐브의 최대 모든 6개의 면들이 백색 광을 방사할 수 있거나, 또는 구형 구성에서, 전체 표면이 완벽한 포인트 소스를 생성하도록 방사할 수 있다. 본 발명의 일부 실제 구현들에서, 3-차원 인광체 지오메트리의 소정의 표면들은 장애물들 또는 방해물들로 인해 자유롭게 방사하지 않을 수 있다. 예컨대, 이 실시예의 일부 구성들에서, 인광체는 공통 지지 부재에 부착되고, 여기서, 공통 지지 부재는 완전히 투명하지 않을 수 있다. 이 구성에서, 장착 표면 또는 지지 부재는 장착 표면 또는 지지 부재를 향하는 인광체의 측 또는 부분으로부터의 인광체 방사를 방해할 것이다. 이 방해물은 포인트 소스 백색 광 방사기의 전체 효율성 또는 품질을 감소시킬 것이다. 그러나, 이 방사 방해물은 매우 효율적인 포인트 소스를 제공하기 위한 다양한 기법들을 사용하여 최소화 또는 완화될 수 있다. 일 구성에서, 인광체는 광학적으로 투명한 부재에 의해 지지되고, 그에 따라, 광이 인광체 포인트 소스로부터 모든 방향들로 자유롭게 방사된다. 일 변형에서, 인광체는 광학적으로 투명한 물질, 이를테면 SiC, 사파이어, 다이아몬드, GaN, 또는 다른 것과 같은 고체 물질, 또는 물 또는 더 열 전도성인 액체와 같은 액체 물질에 의해 완전히 둘러싸이거나 또는 캡슐화된다.
[0168] 도 19a는 본 발명에 따른, 광의 포인트 소스를 제공하기 위해 3-차원 기하학적 설계를 갖는 인광체를 포함하는 CPoS 통합 백색 광 소스의 포인트 소스 레이저-핌핑 인광체 실시예를 예시하는 개략적 다이어그램을 제시한다. 이 실시예에서, 전달된 에피텍셜 층들로 형성된 레이저 다이오드 칩으로 매우 작고 콤팩트한 서브마운트 부재를 제작하기 위해, 갈륨 및 질소 함유 리프트-오프 및 전달 기법이 이용된다. 인광체의 최대 모든 측들이 방사할 수 있지만, 도 19a에 도시된 실시예와 같은 일부 실시예들에서, 방사는 인광체가 레지(307) 또는 리세스된 지역 상에서 서브마운트에 부착된 장착 표면으로부터 방해될 수 있다. 전극들(303 및 304)은 외부 전력 소스, 이를테면 레이저 드라이버, 전류 소스, 또는 전압 소스에 대한 전기적 연결을 위해 구성된다. 와이어본드들은 레이저 다이오드로부터 레이저 빔(306) 출력을 생성하기 위해 레이저 다이오드 디바이스에 전력을 커플링하도록 전극들 상에 형성될 수 있다.
[0169] 본 발명에 따른 일부 실시예들에서, 주기적인 2D 포토닉 결정 구조가 단결정 또는 다결정 인광 물질 구조에 적용될 수 있다. 구조는 주어진 방향들의 방사를 억제시키고, 디바이스 설계에 대해 선택되고 적합한 방향으로 결정 밖으로 광을 재-지향시키기 위해 채용될 것이다. 오늘날의 인광체 구조들은, 웨이브가이딩 및 임계 각도가 중요한 경우를 제외하고, 대부분 램버시안 방사기들이다. 오늘날의 다수의 인광체들은 포토닉 결정 구조들(낮은 광 흡수를 갖는 유전체 또는 금속-유전체 물질들)을 생성하기 위해 요구되는 기본 물질 요건들을 만족시킨다. 인광 플레이트 물질들에 포토닉 결정 구조들을 부가하는 것은 이들 물질들의 다른 방향에 비해 1 방향에서 광 추출이 향상될 수 있게 할 것이다. 이는 여기 및 방사 특징들을 분리시킬 수 있고, 그에 의해, 설계 시에 더 큰 유연성을 가능하게 할 수 있다.
[0170] 측 펌핑 인광체 실시예의 또 다른 변형에서, 인광체가 측으로부터 여기되고, 최상부 표면으로부터 백색 광의 실질적인 부분을 방사하도록 구성된다. 이 구성에서, 인광체는 필시, 큐브 지오메트리, 원통형 지오메트리, 패싯 지오메트리, 육각형 지오메트리, 삼각형 지오메트리, 피라미드형 지오메트리, 또는 다른 다면 지오메트리들을 가질 가능성이 있을 것이고, 여기서, 백색 광은 인광체의 최상부 표면으로부터 주로 방사되도록 구성된다. 이 구성에서, 레이저 빔은 인광체의 제1 측으로부터 인광체에 진입할 것이고, 여기서, 제1 파장을 갖는 레이저 여기 광의 부분은 제2 파장으로 변환될 것이다. 인광체의 제1 측은 변형된 반사율, 이를테면, 청색 또는 보라색 파장 범위의 반사율을 감소시키고 황색과 같은 인광체 방사 파장 범위에 대한 반사율을 증가시키기 위한 코팅 또는 처리를 위해 구성될 수 있다. 측 펌핑 실시예의 일 예에서, 레이저 여기 빔은 브루스터 각도로 인광체의 제1 측 상에 입사한다. 인광체의 부가적인 측들은 레이저 여기 파장 및 인광체 변환 파장 둘 모두에 대해 증가된 반사율을 위해 코팅, 처리, 또는 성형될 수 있고, 그에 따라, 인광체 내의 광은 광이 최상부로부터 탈출할 때까지 인광체 내부에서 반사될 것이다. 최상부 표면에서 탈출하는 광의 부분을 강화하기 위해, 특수 인광체 성형 또는 코팅 기법들이 사용될 수 있다. 이 구성에 대한 제1 강력한 장점은 백색 광 스폿 사이즈가 인광체 사이즈에 의해 제어되는 것이고, 이는, 인광체 내의 산란, 반사, 및 효율적인 흡수의 결핍으로 인해 인광체 내에서 발생하는 스폿 사이즈 성장을 피함으로써, 대안적인 전달 또는 반사 모드 구성들보다 더 작은 스폿 사이즈들을 가능하게 할 수 있다. 초-소형 스폿 사이즈들은 지향성 애플리케이션들에서 더 효율적인 시준을 위해 이상적이다. 이 구성에 대한 제2 장점은 이상적인 히트 싱크 구성이고, 여기서, 인광 부재에 대해, 이는 반사 모드 구성과 동일하고, 인광체의 전체 최하부 표면은 히트-싱크에 열적 및 기계적으로 부착될 수 있다. 추가로, 레이저 다이오드 부재가 반사 모드 구성들에서와 같이 각진 입사를 나타내고 빔을 향상시키기 위해 두꺼운 또는 각진 중간 지지 부재들을 요구하지 않기 때문에, 레이저는 히트-싱크로의 더 짧은 열 전도 경로를 위해 베이스 부재에 더 가까이 장착될 수 있다. 제3 장점은 안전을 위한 내재적인 설계인 데, 이는, 인광체 파손 또는 손상의 경우에 레이저 빔이 백색 광 캡처의 방향을 포인팅하지 않게 되도록 레이저 빔 방향에 직교하여 인광체의 최상부 표면으로부터 1차 방사가 이루어질 수 있기 때문이다. 이 구성에서, 만약 인광체가 제거 또는 손상된다면, 레이저 빔이 패키지의 측 상에 입사할 것이다. 게다가, 이 구성은, 탈출된 빔이 표면의 최상부 상의 임사 빔의 반사로부터 초래될 수 있는 반사 구성의 잠재적인 문제를 피할 것이다. 이 측 펌핑 구성에서, 반사된 빔은 패키지에 실질적으로 포함될 것이다. 제4 장점은, 레이저 다이오드 또는 SLED 디바이스가 베이스 부재 상에 평탄하게 장착될 수 있기 때문에, 어셈블리 프로세스 및 컴포넌트들이 간략화될 수 있다는 것이다. 이 측 펌핑 구성에서, 인광체의 최상부 표면으로부터의 1차 방사를 촉진하는 것이 유리할 수 있다. 이는, 최상부 표면으로부터의 광 탈출을 촉진하기 위한 처리들, 이를테면 반사-방지 코팅 또는 러프닝의 적용, 및 측 및 최하부 표면들로부터의 광 탈출을 감소시키기 위한 처리들, 이를테면 금속 또는 유전체 층들과 같은 고도의 반사 층들의 적용으로 달성될 수 있다.
[0171] 도 19b는 본 발명에 따른, 광의 포인트 소스를 제공하기 위해 3-차원 기하학적 설계를 갖는 인광체를 포함하는 통합된 레이저-인광체 백색광 소스의 대안적인 실시예에서 측-펌핑 인광체를 예시하는 개략적 다이어그램을 제시한다. 레이저 기반 백색광 디바이스는 레이저 다이오드 칩(302)과 최종 장착 표면, 이를테면 패키지 부재의 표면 간의 중간 물질로서 작용하도록 구성된 지지 부재의 역할을 하는 서브마운트 물질(301)로 구성된다. 서브마운트는 증착된 금속 층들, 이를테면 Au로 형성될 수 있는 전극들(303 및 304)로 구성된다. 일 예에서, Ti/Pt/Au가 전극들을 위해 사용된다. 이 예에서, 레이저 다이오드 칩은 p-측을 아래로 하여 장착되고, 와이어본드들(305)은 칩의 n-측으로부터 서브마운트로 구성된다. 서브마운트 상의 전극들(303 및 304)에 제공되는 전력은 레이저 다이오드로부터 레이저 빔(306) 출력을 생성하기 위해 레이저 다이오드 칩에 전류를 공급한다. 레이저 빔 출력은, 출력 레이저 패싯의 전면에 포지셔닝되고 서브마운트 또는 지지 부재(308) 상에 장착된 인광 플레이트(307)를 여기시킨다. 서브마운트 부재(308)는 레이저 다이오드 칩(307)과 최종 장착 표면, 이를테면 패키지 부재의 표면 간의 중간 물질로서 작용한다. 전극들(303 및 304)은 외부 전력 소스, 이를테면 레이저 드라이버, 전류 소스, 또는 전압 소스에 대한 전기 연결을 위해 구성된다. 와이어본드들은 레이저 다이오드(306)로부터 방사 빔을 생성하기 위해 레이저 다이오드 디바이스에 전력을 커플링하도록 전극들 상에 형성될 수 있다. 방사 빔(306)은 측 표면 상의 인광체(307)를 여기시키도록 구성되고, 여기서, 백색 광 또는 파장 변환된 광이 적어도 최상부 표면으로부터 방사된다(309). 바람직한 실시예에서, 최상부 표면은 광 방사를 촉진하기 위한 감소된 반사율을 위해 구성되고, 이는 광학 코팅, 러프닝, 또는 다른 처리로 구성될 수 있다.
[0172] 다른 변형들에서, 통합 백색 광 소스에서 광을 조작하기 위해, 지지 부재가 사용될 수 있다. 일 예에서, 광학적으로 투명한 지지 부재가 인광체에 도달하기 위한 레이저 광을 위한 도파관의 역할을 할 수 있다. 다른 예에서, 광학적으로 투명한 지지 부재는 인광 부재에 레이저 광을 송신하도록 구성될 수 있다. 지지 부재가 광을 조작하는 이 변형의 다른 예들에서, 지지 부재는, 광을 조작하기 위해, 반사기들, 미러들, 확산기들, 렌즈들, 흡수기들, 또는 다른 부재들을 형성하도록 성형 또는 구성될 수 있다. 다른 변형에서, 지지 부재는 또한, 방사 레이저 광이 인광체에 도달하기 위해 이동할 때 직접적인 방사 레이저 광이 노출되지 않는 것을 보장하기 위한 보호 안전 대책의 역할을 할 수 있다. 진정한 전-지향성 방사를 생성하는 광의 그러한 포인트 소스들은, 후속적인 옵틱스 및 반사기들이 부가됨에 따라 방사 애퍼처 및 방사 각도의 생성이 보존 또는 손실되는 사실로 인해, 포인트 소스가 점점 더 작게되기 때문에, 점점 더 유용하게 된다. 구체적으로, 예컨대, 작은 포인트 소스는 작은 옵틱스 또는 반사기들로 시준될 수 있다. 그러나, 만약 동일한 작은 옵틱스 또는 반사기 어셈블리가 큰 포인트 소스에 적용된다면, 광학 제어 및 시준이 손상된다.
[0173] CPoS 백색광 소스의 다른 특정 바람직한 실시예에서, 본 발명은 반사 모드 인광체 동작을 위해 구성된다. 일 예에서, 여기 레이저 빔은, 유용한 백색 광이 방사되는 표면과 동일한 주 표면을 통해 인광체에 진입한다. 즉, 반사 모드에서 동작되면, 인광체는 입사 여기 레이저 빔을 수용하고 유용한 백색 광을 방사하는 것 둘 모두를 위해 구성된 제1 주 표면을 가질 수 있다. 이 구성에서, 인광체는 레이저 빔을 출력하는 레이저 패싯의 전면에 포지셔닝되고, 여기서, 레이저 및 인광체 둘 모두는 지지 부재 상에 구성된다. 일 예에서, 인광체는 Ce 도핑된 YAG로 구성될 수 있고, 황색 방사를 방사한다. 인광체는 세라믹 인광체일 수 있고, 단결정 인광체일 수 있다. 인광체는, 정사각형, 직사각형, 다각형, 원형, 또는 타원형과 같은 형상을 갖는 플레이트 또는 시트와 같은 실질적으로 평탄한 부재로서 바람직하게 성형되고, 두께에 의해 특징지워진다. 바람직한 실시예에서, 인광체의 큰 표면 영역의 길이, 폭, 및/또는 직경 치수들은 인광체의 두께보다 더 크다. 예컨대, 직경, 길이, 및/또는 폭 치수들은 두께보다 2배 더 클 수 있거나, 두께보다 5배 더 클 수 있거나, 두께보다 10배 더 클 수 있거나, 또는 두께보다 50 배 더 클 수 있다. 구체적으로, 인광 플레이트는 50 um 초과, 100 um 초과, 200 um 초과, 500 um 초과, 1 mm 초과, 또는 10 mm 초과의 직경, 및 500 um 미만, 200 um 미만, 100 um 미만, 또는 50 um 미만의 두께를 갖는 원으로서 구성될 수 있다. 반사 모드 인광체에 대한 핵심 이익은, 인광체의 표면의 배면이 공통 지지 부재 또는 중간 서브마운트 부재에 직접적으로 열-싱크될 수 있는 것으로 인한, 우수한 열 방산을 위해 반사 모드 인광체를 구성하는 능력이다. 인광체가 바람직하게 얇기 때문에, 열 경로가 짧고, 지지 부재로 신속하게 이동할 수 있다. 대안적인 또는 동일한 실시예들에서, YAG:CE는 녹색 방사를 방사하도록 구성될 수 있다. 더 대안적인 또는 동일한 실시예들에서, YAG는 적색 방사를 방사하도록 Eu로 도핑될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 실리콘 질화물들 또는 알루미늄-산질화물들이 적색, 녹색, 황색, 또는 청색 방사들을 위한 결정 호스트 물질들로서 사용될 수 있다.
[0174] 본 발명의 반사 모드 CPoS 백색광 소스 실시예의 일 예에서, 광학 코팅들, 물질 선택들, 또는 특수 설계 고려사항들은 주 인광체 표면을 떠나는 광량을 최대화함으로써 효율성을 개선하기 위해 취해진다. 일 예에서, 인광체 배면은 반사 층들로 코팅될 수 있거나 1차 방사 표면에 인접한 인광체 배면 표면 상에 포지셔닝된 반사 물질들을 가진다. 반사 층들, 코팅들 또는 물질들은 인광체 후면 표면을 히팅(hit)하는 광을 반사시키는 것을 도와서, 광은 유용한 광을 캡처하는 주 표면을 통해 바운싱(bounce)하고 떠난다. 일 예에서, 황색 광 및 청색 광에 대한 반사율을 증가시키도록 구성된 코팅은 인광체를 공통 지지 부재에 부착하기 전에 인광체에 적용된다. 그런 코팅들은 양호한 열 전도율 및 양호한 반사도를 제공할 금속 층들, 이를테면 은 또는 알루미늄, 또는 다른 것들, 이를테면 금으로 구성될 수 있거나 또는 단일 층들, 멀티 층들 또는 DBR 스택들로서 구성된 유전체 층들로 구성될 수 있으나, 다른 것들에 의해서도 달성될 수 있다. 다른 예에서, 반사 물질은 인광체를 지지 부재에 또는 중간 서브마운트 부재에 부착하는 본딩 매체로서 사용된다. 반사 물질들의 예들은 AuSn, SnAgC (SAC), 또는 Pb 함유 인광체들 같은 반사 땜납들, 또는 반사 아교들을 포함하지만, 다른 것들에 의해서도 달성될 수 있다. 인광체를 공통 지지 부재에 부착하는 것에 대해, 열적 임피던스는 핵심 고려사항이다. 이 부착 조인트의 열적 임피던스는 충분한 반사율을 가진 가장 낮은 열적 임피던스에 가장 우수한 부착 물질, 인터페이스 기하학적 구조, 및 부착 프로세스 입자들을 사용하여 최소화된다. 예들은 AuSn 땜납들, SAC 땜납들, Pb 함유 땜납들, 인듐, 및 다른 땜납들을 포함한다. 대안적인 접근법에서, 소결된 Ag 페이스트들 또는 필름들은 인터페이스에서 부착 프로세스를 위해 사용될 수 있다. 조인트는 또한 열 전도성 아교들, 열적 에폭시들, 이를테면 은 에폭시, 열적 접착제들, 및 다른 물질들로 형성될 수 있다. 대안적으로, 조인트는 금속-금속 본드, 이를테면 Au-Au 본드로 형성될 수 있다. 레이저 및 인광 물질을 가진 공통 지지 부재는 레이저 디바이스로부터 히트 싱크로의 열적 경로를 특징으로 하는 소산 전력당 섭씨 10도 미만 또는 섭씨 5도 미만의 열적 임피던스를 제공하도록 구성된다. 지지 부재는 열 전도성 물질, 이를테면 구리, 알루미늄, SiC, 사파이어, AlN 또는 다른 금속들, 세라믹들, 또는 반도체들로 구성된다. 반사 모드 백색광 소스 장치는 길이, 폭 및 높이에 의해 특징지워지는 폼 팩터를 가진다. 예에서, 높이는 25 mm 미만 및 0.5 mm 초과의 크기에 의해 특징지워지는데, 변형들이 있을 수 있다. 대안적인 예에서, 높이는 12.5 mm 미만 및 0.5 mm 초과의 크기에 의해 특징지워지는데, 변형들이 있을 수 있다. 또 다른 대안적인 예에서, 길이 및 폭은 30 mm 미만, 15mm mm 미만, 또는 5mm mm 미만의 크기에 의해 특징지워지는데, 변형들이 있을 수 있다.
[0175] 본 발명의 반사 모드 CPoS 백색광 소스 실시예는 레이저 여기 광을 수신하고 인광체를 여기시키는 기능을 하는 레이저 다이오드 출력 빔의 축에 대해 수직(대략 90도) 또는 비-수직(대략 0도 내지 대략 89도)으로 포지셔닝된 유용한 백색광을 방사하도록 구성된 큰 주 표면을 가진 공통 지지 부재에 부착된 인광 부재로 구성된다. 즉, 레이저 출력 빔은 0도 내지 90도의 각도로 인광체의 방사 표면쪽으로 지향되고, 90도(직교)는 수직 입사로 고려된다. 유용한 백색광이 외측 월드쪽으로 인광체에서 나가는 방향으로 또는 대향 방향으로 레이저 빔이 지향되는 이 구성의 내재 지오메트리는 안전을 위해 이상적이다. 이런 지오메트리의 결과로서, 인광체가 동작 동안 또는 탬퍼링으로부터 손상되거나 제거되면, 레이저 빔은 해로울 수 있는 외측 월드로 지향되지 않을 것이다. 대신, 레이저 빔은, 인광체가 부착된 후면 표면상에 입사될 것이다. 이런 후면 표면의 적절한 설계로, 레이저 빔은 백색광 소스에서 떠나서 주변 환경으로 나가는 대신 외측 월드에서 산란되거나, 흡수되거나, 멀리 지향될 수 있다.
[0176] 이런 반사 모드 CPoS 백색광 소스의 일 실시예에서, 레이저 빔은 1차 인광체 방사 표면에 수직으로 구성된다. 이 구성에서, 레이저 다이오드는, 인광체로부터 방사된 유용한 백색광을 방해할 수 있는 인광체의 1차 방사 표면의 전면에 포지셔닝될 것이다. 이것은 백색광 디바이스의 손실들 또는 비효율성들을 생성할 수 있고 인광체로부터 방사된 모든 백색광을 효율적으로 캡처링하는데 곤란성을 유도할 것이다. 그런 옵틱스 및 반사기들은 비구면 렌즈들 또는 포물면 반사기들(그러나 이에 제한되지 않음)을 포함한다. 수직 입사 반사 모드 인광체 여기의 어려움들을 극복하기 위해, 바람직한 실시예에서, 레이저 빔은 인광체에 대해 오프-축인 입사각으로 구성되어, 0 내지 89 도의 각도 또는 "지표(grazing)" 각도로 인광체 표면을 히팅한다. 이 바람직한 실시예에서, 레이저 다이오드 디바이스는 방사된 백색광을 실질적으로 블록킹하거나 방해하지 않고, 중요하게는 옵틱스 이를테면 시준 렌즈들 또는 반사기들이 유용한 광에 액세스하고 이를 애플리케이션에 투사하게 할, 인광체의 전면 대신 인광체에 인접하거나 인광체의 측에 포지셔닝된다. 부가적으로, 이 구성에서, 빌드 인 안전 피처는, 인광체가 손상되거나 제거되는 경우의 각도로 입사할 때, 입사 레이저 빔이, 인광체가 부착된 지지 부재의 후면 표면에서 직접적으로 반사되지 않을 것이기 때문에, 수직 입사 구성보다 더 최적이다. 오프-각도 또는 지표 각도로 표면을 히팅함으로써, 빔의 임의의 잠재적인 반사 컴포넌트들은 장치 내에 머무르고 그리고 인간들, 동물들, 및 환경들에 위험일 수 있는 외측 환경에서 떠나지 않도록 지향될 수 있다.
[0177] 일부 구성들에서, 레이저 여기 빔이 입사하는 인광체의 최상부 주 표면은 청색 또는 보라색 여기 빔 파장 및/또는 인광체 방사 파장, 이를테면 황색 파장에 대해 반사율이 감소되도록 구성된다. 감소된 반사율은 유전체 층들, 인광체 표면의 성형, 및/또는 인광체 표면의 러프닝, 또는 다른 기법들을 사용한 인광체의 광학 코팅으로 달성될 수 있다. 일부 예들에서, 레이저 빔 입사 각은 브루스터(Brewster)의 각도로 또는 그 가까이로 구성되고, 특정 편파를 가진 광은 인광체의 주 표면을 통해 완전히 송신된다. 빔 내의 평면 파들에 대한 입사각들의 변형을 초래하는 레이저의 발산으로 인해, 완전한 송신은 난제일 수 있지만, 이상적으로 인광체 상의 광 입사의 실질적인 부분은 브루스터의 각도에 있거나 그 가까이에 있을 수 있다. 예컨대, YAG 또는 LuAG 인광체는 보라색 및 청색 파장 범위에서 약 1.8의 굴절률을 가질 수 있다. 브루스터 각도와 함께, n1이 공기의 인덱스이고 n2가 인광체의 인덱스인 아크탄젠트(n2/n1)로 주어진 θB는 수직 입사 축에서 벗어난 대략 61 도[또는 대략 55 내지 65 도]일 것이다. 또는 인광체 표면에 평행한 축으로부터 대안적으로, 대략 29도[또는 대략 25 내지 35 도]가 회전된다.
[0178] 도 20은 본 발명에 따른 통합된 레이저-인광체 백색광 소스의 오프-축 반사 모드 실시예를 예시하는 개략적 다이어그램을 제시한다. 이 실시예에서, 갈륨 및 질소 함유 리프트-오프 및 전달 기법은 전달된 에피택셜 층들로부터 형성된 레이저 다이오드 칩을 갖는 매우 작고 콤팩트한 서브마운트 부재를 제작하기 위해 배치된다. 추가로, 이 예에서, 인광체는 각도(ω1)로 레이저 빔의 고속 축에 대해 경사진다. 레이저 기반 백색 광 디바이스는 전달된 갈륨 및 질소 함유 에피택셜 층들(403)에 형성된 레이저 다이오드 CoS(402)에 대한 지지 부재로서의 역할을 하는 지지 부재(401)로 구성된다. 인광 물질(406)은 지지 부재(408) 상에 장착되고 지지 부재들(401 및 408)은 표면 마운트 패키지 같은 패키지 부재의 표면같은 공통 지지 부재에 부착될 것이다. 레이저 다이오드 또는 CoS는 Au, Pd, Pt, Ni, Al, Ag 티타늄, 또는 다른 것들, 이를테면 투명 전도성 산화물들, 이를테면 인듐 주석 산화물(그러나 이에 제한되지 않음)을 포함하는 증착된 금속 층들 및 금속 층들의 조합으로 형성될 수 있는 전극들(404 및 405)로 구성된다. 레이저 빔 출력은 출력 레이저 패싯의 전면에 포지셔닝된 인광 물질(406)을 여기시킨다. 전극들(404 및 405)은 외부 전력 소스, 이를테면 레이저 드라이버, 전류 소스 또는 전압 소스에 전기 연결되도록 구성된다. 와이어본드들은 레이저 다이오드로부터 출력되고 인광체(406) 상에 입사하는 레이저 빔(407)을 생성하기 위해 전력을 레이저 다이오드 디바이스에 커플링하도록 전극들 상에 형성될 수 있다.
[0179] 에지-방사 다이오드 레이저 출력 빔들에서 통상적인 고유 발산 특성들은, 자유/비안내 공간으로 전파함에 따라 x-방향(저속 발산 축) 및 y-방향(고속 발산 축) 둘 모두로 빔이 확장하게 한다. 복잡한 문제는 레이저 다이오드의 도파관 구속 특징들로부터 초래되는 고속 및 저속 축 상에서의 빔의 상이한 발산 레이트들이다. 예컨대, 통상적인 FWHM(full width at half maximum) 빔 발산들은 저속 축에서 대략 5-20도 그리고 고속 축에서 10 내지 40 도이지만, 다른 것들에 의해서도 달성될 수 있다. 레이저 빔의 발산의 다른 측정은, 전력이 1/e2 레벨로 드롭된 출력 빔의 포인트에서 취해진 발산 각도들이다. 1/e2 측정에 대해, 통상적인 발산들은 저속 축에서 대략 10-30도 그리고 고속 축에서 20 내지 80 도이지만, 다른 것들에 의해서도 달성될 수 있다. 따라서, 고속 축 대 저속 축 발산 각도들의 비율은 대략 2:1 내지 대략 4:1이다. 자유-공간/비안내 레이저 빔으로부터의 결과적인 투사된 스폿은 타원형 형상이고, 통상적으로 고속 축 직경은 저속 축 직경보다 더 크다. 고속 방향으로 오프-축 입사를 위해 구성된 레이저 빔에 대해, 빔의 타원형 성질은 악화되는데, 그 이유는 도 13에 도시된 바와 같이 각도는 고속 축 직경(D1)을 증가시킬 것이기 때문이다.
[0180] 본 발명의 일 실시예에서, 빔 발산 및 오프-축 레이저 빔 여기 입사로부터의 빔의 타원형 성질은 빔 성형 옵틱, 이를테면 시준 옵틱을 사용하여 완화될 것이다. 이 옵틱은 인광체에 입사 이전에 레이저 출력 빔을 성형하고 그리고/또는 시준하기 위해 레이저 다이오드와 인광체 사이에 포지셔닝될 것이다. 출력 레이저 빔의 전면에 자유 공간 옵틱을 배치함으로써, 빔 형상은 원형 빔 프로파일을 제공하도록 성형되고 그리고 인광체가 큰 허용오차로 패싯의 전면에서 거리를 두고 포지셔닝되고 비교적 일정한 스폿 사이즈를 유지될 수 있도록 시준될 수 있다. 일 예에서 비구면 렌즈는 레이저 빔을 시준 및/또는 성형하기 위해 사용된다. 대안적인 실시예에서, 레이저 빔은 FAC(fast axis collimating) 및/또는 SAC(slow axis collimating) 렌즈들을 사용하여 시준된다. 대안적인 실시예들에서, 다른 옵틱스는 광학 빔의 성형, 시준, 지향, 필터링 또는 조작을 위해 다양한 조합들에 포함될 수 있다. 그런 옵틱스의 예들은 볼 렌즈들, 비구면 시준기, 이색성 미러, 터닝(turning) 미러들, 광학 격리기들(그러나 이에 제한되지 않음)을 포함하지만, 다른 것들에 의해서도 달성될 수 있다.
[0181] 도 21은 본 발명에 따른 CPoS 통합 백색광 소스의 오프-축 반사 모드 실시예를 예시하는 개략적 다이어그램을 제시한다. 이 실시예에서, 갈륨 및 질소 함유 리프트-오프 및 전달 기법은 전달된 에피택셜 층들로부터 형성된 레이저 다이오드 칩을 갖는 매우 작고 콤팩트한 서브마운트 부재를 제작하기 위해 배치된다. 추가로, 이 예에서, 인광체는 각도(ω1)로 레이저 빔의 고속 축에 대해 경사진다. 레이저 기반 CPoS 백색광 디바이스는 전달된 갈륨 및 질소 함유 에피택셜 층들(403)에 형성된 레이저 다이오드 또는 레이저 다이오드 CoS(402)와 최종 마운팅 표면 간의 중간 물질로서 그리고 인광 플레이트 물질(406)과 최종 마운팅 표면 간의 중간 물질로서 작용하도록 구성된 공통 지지 부재의 역할을 하는 공통 지지 부재(401)로 구성된다. 레이저 다이오드 또는 CoS는 Au, Pd, Pt, Ni, Al 티타늄(그러나 이에 제한되지 않음), 또는 다른 것들을 포함하는 증착된 금속 층들 및 금속 층들의 조합으로 형성될 수 있는 전극들(404 및 405)로 구성된다. 레이저 빔은 인광 플레이트(406) 상에 입사하기 전에 빔 성형 및/또는 시준을 위해 비구면 렌즈(407)를 통과한다. 인광 플레이트는 표면(408) 상의 공통 지지 부재에 부착된다. 전극들(404 및 405)은 외부 전력 소스, 이를테면 레이저 드라이버, 전류 소스 또는 전압 소스에 전기 연결되도록 구성된다. 와이어본드들은 레이저 다이오드로부터 출력되고 인광체(406) 상에 입사하는 레이저 빔(407)을 생성하기 위해 전력을 레이저 다이오드 디바이스에 커플링하도록 전극들 상에 형성될 수 있다.
[0182] 대안적인 바람직한 오프-축 반사 모드 실시예에서, 빔 성형은 경사진 인광체 여기 표면에 대해 레이저 빔을 회전시킴으로써 달성될 수 있다. 빔 방사 축을 중심으로 레이저를 회전시킴으로써, 인광체 경사는 증가하는 고속 축 빔 직경으로부터 증가하는 저속 축 빔 직경으로 시프트할 것이고, 따라서 더 느리게 발산하는 저속 축 빔 축 직경을 보상하고 더 원형의 빔을 만든다. "무옵틱스(optics-less)" 빔 성형의 이런 듀얼-축 경사짐 또는 회전 실시예는, 광학 엘리먼트들이 빔 성형 및 시준을 위해 도입되는 실시예들에 비해 유리하다. 백색광 소스 장치에 대한 이런 실시예의 장점들은 간략화된 설계, 물질들의 더 낮은 원가, 더 낮은 비용 어셈블리 프로세스, 및 잠재적으로 더 콤팩트한 백색광 소스를 포함한다. 일 실시예에서, 레이저로부터 인광체로의 입사각은 인광체 상에 원하는 빔 형상을 달성하기 위해 최적화된다.
[0183] 일부 구성들에서, 레이저 여기 빔이 입사하는 인광체의 최상부 주 표면은 청색 또는 보라색 여기 빔 파장 및/또는 인광체 방사 파장, 이를테면 황색 파장에 대해 반사율이 감소되도록 구성된다. 감소된 반사율은 유전체 층들, 인광체 표면의 성형, 및 인광체 표면의 러프닝, 또는 다른 기법들을 사용한 인광체의 광학 코팅으로 달성될 수 있다. 일부 예들에서, 레이저 빔 입사 각은 브루스터(Brewster)의 각도로 또는 그 가까이로 구성되고, 특정 편파를 가진 광은 인광체의 주 표면을 통해 완전히 송신된다. 빔 내의 평면 파들에 대한 입사각들의 변형을 초래하는 레이저의 발산으로 인해, 완전한 송신은 난제일 수 있지만, 이상적으로 인광체 상의 광 입사의 실질적인 부분은 브루스터의 각도에 있거나 그 가까이에 있을 수 있다. 예컨대, YAG 또는 LuAG 인광체는 보라색 및 청색 파장 범위에서 약 1.8의 굴절률을 가질 수 있다. 브루스터 각도와 함께, n1이 공기의 인덱스이고 n2가 인광체의 인덱스인 아크탄젠트(n2/n1)로 주어진 θB는 수직 입사 축에서 벗어난 대략 61 도[또는 대략 55 내지 65 도]일 것이다. 또는 대안적으로, 인광체 표면에 평행한 축으로부터 대략 29도[또는 대략 25 내지 35 도]가 회전된다.
[0184] 도 11의 예에 대해 논의된 바와 같이, 레이저 애퍼처로부터 대략 70um 떨어지게 인광체를 포지셔닝함으로써, 비교적 균일한 빔이 대략 50um 직경으로 실현될 수 있다. 인광체로부터 레이저의 거리를 제어하는 것 외에도, 레이저 빔의 입사각은 또한 인광체 상에 입사되는 빔의 형상을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 예로서, 도 13은, 인광체 또는 투사 표면이 고속 축에 대해 경사질 때 스폿 사이즈에 대한 영향을 도시한다. 이 축을 따라 경사짐으로써 더 큰 고속 축 직경(D1)이 인광체 상에 생성되어 빔 스폿은 더 타원형이된다. 동일한 원리에 의해, 도 14에 예시된 바와 같이, 저속 축을 중심으로 인광체 또는 투사 표면을 회전시킬 때, 저속 축 직경(D2)은 증가될 수 있어서, 스폿 직경 비율은 1에 더 가깝게 되고 빔은 더 원형이된다.
[0185] 고속 축에 대해 주어진 형광체 경사(ω1)에 대해, 레이저 빔 스폿의 회전(ω2)은 인광체 상에 더 원형의 빔 형상을 실현하기 위해 최적화될 수 있다. 예로서, 도 22는 고속 축에 대해 45 도의 인광체 경사 각도(ω1) 및 저속 축에 대해 빔을 경사지우기 위한 22도의 레이저 회전(ω2)을 가정하여, 고속 축 스폿 직경(D1), 저속 축 스폿 직경(D2) 및 레이저 애퍼처로부터의 가변 거리(L)에 대한 고속 대 저속 스폿 직경들의 비율을 제시한다. 도 22의 예시적 계산은 40 도의 1/e2 고속 축 발산, 20 도의 1/e2 저속 축 발산, 25um의 애퍼처 폭 및 1um의 애퍼처 높이를 가정한다. 이 예에 대한 도면에서 보여지는 바와 같이, 투사 표면들, 이를테면 인광체에 대해, 빔 비율은 대략 200um의 거리(L)에서 빠르게 1에 접근하고 대략 800um의 거리(L)에서 1로 포화한다. 따라서, 이 예에서, 200um 및 그 초과의 직경을 가진 원하는 스폿 사이즈가 달성될 수 있는 200um 및 그 초과의 거리(L)에 대해 대략 1의 직경 비율을 가진 빔이 달성될 수 있다.
[0186] 도 23a는 본 발명에 따른 레이저 회전을 가진 CPoS 통합 백색광 소스의 오프-축 반사 모드 실시예를 예시하는 개략적 다이어그램을 제시한다. 이 실시예에서, 갈륨 및 질소 함유 리프트-오프 및 전달 기법은 전달된 에피택셜 층들로부터 형성된 레이저 다이오드 칩을 갖는 매우 작고 콤팩트한 서브마운트 부재를 제작하기 위해 배치된다. 이 예에서, 인광체는 각도(ω1)로 레이저 빔의 고속 축에 대해 경사지고 레이저는 저속 축에 대해 각도(ω1)로 회전된다. 레이저 기반 CPoS 백색광 디바이스는 전달된 갈륨 및 질소 함유 에피택셜 층들(403)에 형성된 레이저 다이오드 또는 레이저 다이오드 CoS(402)와 최종 마운팅 표면 간의 중간 물질로서 그리고 인광 플레이트 물질(406)과 최종 마운팅 표면 간의 중간 물질로서 작용하도록 구성된 공통 지지 부재의 역할을 하는 공통 지지 부재(401)로 구성된다. 레이저 다이오드 또는 CoS는 Au, Pd, Pt, Ni, Al 티타늄(그러나 이에 제한되지 않음), 또는 다른 것들을 포함하는 증착된 금속 층들 및 금속 층들의 조합으로 형성될 수 있는 전극들(404 및 405)로 구성된다. 레이저 빔 출력은 출력 레이저 패싯의 전면에 포지셔닝된 인광 플레이트(406)를 여기시킨다. 인광 플레이트는 표면(408) 상의 공통 지지 부재에 부착된다. 전극들(404 및 405)은 외부 전력 소스, 이를테면 레이저 드라이버, 전류 소스 또는 전압 소스에 전기 연결되도록 구성된다. 와이어본드들은 레이저 다이오드로부터 출력되고 인광체(406) 상에 입사하는 레이저 빔(407)을 생성하기 위해 전력을 레이저 다이오드 디바이스에 커플링하도록 전극들 상에 형성될 수 있다.
[0187] 본 발명에 따른 일부 실시예들에서, 다수의 레이저 다이오드 소스들은 동일한 인광체 또는 인광체 네트워크를 여기시키도록 구성된다. 다수의 레이저 소스들을 결합하는 것은 본 발명에 따른 많은 잠재적이 이익들을 제공할 수 있다. 먼저, 더욱 강력한 여기 스피트를 제공하고 그에 따라 더 밝은 광 소스를 생성하기 위해 빔 결합을 함으로써 여기 전력이 증가될 수 있다. 일부 실시예들에서, 별개의 개별 레이저 칩들이 레이저-인광체 광 소스 내에 구성된다. 1W, 2W, 3W, 4W, 5W 또는 그 초과의 전력 각각을 방사하는 다수의 레이저들을 포함함으로써, 여기 전력이 증가될 수 있고 그에 따라 소스 밝기가 증가될 것이다. 예컨대, 동일한 인광체 영역을 여기시키는 2개의 3W 레이저들을 포함함으로써, 여기 전력은 백색 광 밝기를 배가시키기 위해서 6W까지 증가될 수 있다. 1watt의 레이저 여기 전력당 대략 200 루멘의 백색이 생성되는 예에서, 백색 광 출력은 600 루멘으로부터 1200 루멘으로 증가될 것이다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 3-4W 출력 전력으로 동작하는 단일 레이저 다이오드는 적어도 500 루멘 백색광 소스를 가능하게 할 수 있다. 제2 3-4W 레이저 다이오드를 추가함으로써, 광 출력이 적어도 1,000 루멘 백색광 소스까지 증가될 수 있거나, 또는 제2, 제3 및 제4 3-4W 레이저 다이오드를 추가함으로써, 백색광 소스의 광 출력이 적어도 2,000 루멘까지 증가될 수 있다. 유사하게, 더 높은 전류 및 전압과 같은 더욱 가혹한 조건들에서 구동되는 단일 소스와 동일한 여기 전력을 달성하기 위해 낮은 구동 조건들에서 다수의 소스들을 사용함으로써, 소스의 신뢰성이 증가될 수 있다.
[0188] 2개 또는 그 초과의 레이저 다이오드 여기 빔들이 인광체 상에 입사하게 하는 제2 장점은, 스폿 형상화가 더욱 바람직한 스폿 지오메트리, 이를테면 더 원형의 스폿을 갖게 한다는 점이다. 일 예에서, 별개의 개별 레이저 칩들 또는 CoS 디바이스들은, 빔들이 서로에 대해 회전되고 제1 빔의 고속-축이 대략 90도만큼 회전되는 것과 같이 제2 빔의 고속-축에 대해 회전되도록, 광 소스 내에 구성된다. 즉, 다수의 레이저 칩들을 미리 결정된 구성으로 포지셔닝함으로써, 다수의 여기 빔들이 더욱 이상적인 스폿 지오메트리를 생성하기 위해 인광체 스폿 상에 오버랩될 수 있다.
[0189] 제3 및 제4 장점은, 가시 스펙트럼의 보라색/청색 및 청록색 지역에서 스펙트럼들의 충전을 개선시킴으로써 방사 디바이스의 다수의 컬러 레이저들이 컬러 품질(CRI 및 CQS)을 상당히 개선시킬 수 있다는 점이다. 예컨대, 약간 디튜닝된 파장들(예컨대, 5 nm, 10 nm, 15 nm 등)을 갖는 2개 또는 그 초과의 청색 여기 레이저들이 황색 인광체를 여기시키고 더 큰 청색 스펙트럼을 생성하기 위해 포함될 수 있다. 약 20-30 nm FWHM의 청색 방사를 갖는 LED-기반 백색 소스와 비교해서, 청색 레이저 소스는 1 또는 2 nm FWHM을 단지 가질 수 있다. 유사하게 컬러 타겟팅된 레이저-기반 백색은 단일 레이저의 이러한 좁은 방사로 인해서 거의 5-10 pts만큼 CRI에서 부족하다. 제1 레이저와 상이한 방사 파장의 제2, 제3, 제n 레이저를 추가함으로써, 전력 스펙트럼의 이러한 빈 지역들은 충전될 수 있고, 개선된 컬러 품질이 획득될 수 있다.
[0190] 방사기들에 대한 파장의 선정은 달성될 원하는 최종 스펙트럼 및 컬러 품질에 의해서 좌우된다. 보라색 광은, 비록 가시 컬러 품질에 기여하지 않을지라도, 우리 주변 세계의 물질들의 형광을 내는 능력을 갖고, 그로 인해서 근처 UV 시뮬레이션 하에서 그 물질들을 그들의 환경들에 비해 약간 빛나게 만든다. 이런 추가적인 컬러 이익은 디바이스에 의해 방사된 최종 광 스펙트럼에서 충분한 보라색 광을 제공하기 위해 단순히 근처 UV(400-430 nm) 레이저의 추가에 의해 레이저 플러스 인광체 디바이스들에 통합될 수 있다.
[0191] 컬러 품질을 개선시키는 것 이외에, 더 좁은 스펙트럼 컴포넌트들로 스펙트럼 컴포넌트들을 대체하는 것은 디바이스의 더 높은 전력 효율성 및 전력 스펙트럼의 개선된 전체 발광 효율을 제공한다. 이것의 예는 큰 FWHM(80-100 nm)을 갖는 녹색 또는 황색 인광체를 낮은 FWHM(LED ~20 nm, 레이저, ~1nm)을 갖는 적절한 LED 또는 레이저 디바이스로 대체할 것이다. 이런 개선의 실세계 예는 적색 인광체들(90 nm FWHM)을 대체하기 위한 AlInGaP 청색 LED들(20 nm FWHM)의 사용에 있어 오늘날 확인될 수 있다. 발광 효율 개선으로 인해, 비교되는 적색 인광체 스펙트럼들보다 적색 LED-기반 스펙트럼들에 대해 전체 디바이스 성능이 훨씬 더 높다.
[0192] 본 발명에 따른 몇몇 실시예들에서, 레이저-기반 통합 백색광 소스들은 70 초과, 80 초과 또는 90 초과의 CRI를 갖는 높은 CRI 백색광 소스로 구성된다. 이들 실시예들에서, 혼합 전력 인광체 조성물 또는 다중 인광체 플레이트 구성 또는 다른 것들의 형태로 다수의 인광체들이 사용된다. 그러한 인광체들의 예들은 YAG, LuAG, 적색 질화물들, 알루민산염들, 산화질화물들, CaMgSi2O6:Eu2+, BAM:Eu2+, AlN:Eu2+, (Sr,Ca)3MgSi2O8:Eu2+, 및 JEM을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다.
[0193] 통합된 레이저-기반 백색광 소스의 높은 CRI 실시예들의 일부 구성들에서, 430 nm 내지 470 nm의 파장 범위에서 동작하는 청색 레이저 다이오드 여기 소스가 다음을 여기시키기 위해서 사용된다:
· 황색 인광체 + 적색 인광체, 또는
· 녹색 인광체 + 적색 인광체, 또는
· 청록색 인광체 + 주황색 인광체, 또는
· 청록색 인광체 + 주황색 인광체 + 적색 인광체, 또는
· 청록색 인광체 + 황색 인광체 + 적색 인광체, 또는
· 청록색 인광체 + 녹색 인광체 + 적색 인광체.
[0194] 통합된 레이저-기반 백색광 소스의 높은 CRI 실시예들의 일부 대안적인 구성들에서, 390 nm 내지 430 nm의 파장 범위에서 동작하는 보라색 레이저 다이오드 여기 소스가 다음을 여기시키기 위해서 사용된다:
· 청색 인광체 + 황색 인광체 + 적색 인광체, 또는
· 청색 인광체 + 녹색 인광체 + 적색 인광체, 또는
· 청색 인광체 + 청록색 인광체 + 주황색 인광체, 또는
· 청색 인광체 + 청록색 인광체 + 주황색 인광체 + 적색 인광체, 또는
· 청색 인광체 + 청록색 인광체 + 황색 인광체 + 적색 인광체, 또는
· 청색 인광체 + 청록색 인광체 + 녹색 인광체 + 적색 인광체.
[0195] 도 23b는 본 발명에 따른 통합된 레이저-인광체 백색광 소스의 2개의 레이저 다이오드 디바이스들 실시예를 통한 오프-축 반사 모드 인광체를 예시하는 개략적 다이어그램을 제시한다. 이런 실시예에서, 갈륨 및 질소 함유 리프트-오프 및 전달 기법이 전달 에피택셜 층들로부터 형성되는 레이저 다이오드 칩을 가진 매우 작은 콤팩트한 서브마운트 부재를 제작하기 위해 전개된다. 게다가, 이런 예에서, 인광체는 레이저 빔의 고속 축에 대해 각도 ω1로 경사진다. 레이저-기반 백색광 소스는 전달 갈륨 및 질소 함유 에피택셜 층(403)에 형성되는 2개의 레이저 다이오드들(402)에 대한 지지 부재로서 역할을 하는 지지 부재들(401)을 포함하는 2개 또는 그 초과의 레이저 다이오드들로 구성된다. 인광체 물질(406)이 지지 부재 상에 장착되고, 지지 부재들(401 및 408)은 공통 지지 부재, 이를테면 표면 장착 패키지와 같은 패키지 부재 내의 표면에 부착될 것이다. Au, Pd, Pt, Ni, Al, Ag 티타늄, 또는 투명 전도성 옥사이드들과 같은 다른 것들, 이를테면 인듐 주석 옥사이드를 포함하는(그러나 이것들로 제한되지는 않음) 증착된 금속 층들 및 금속 층들의 조합으로 형성될 수 있는 전극들(404 및 405)을 갖도록 레이저 다이오드들 또는 CoS 디바이스들이 구성된다. 다중 레이저 빔 출력(407)이 출력 레이저 패싯의 전면에 포지셔닝된 인광체 물질(406)을 여기시킨다. 도 23b에 따른 바람직한 실시예에서, 레이저 다이오드 여기 빔들(407)은, 제1 빔의 고속 축이 더욱 원형인 여기 스폿을 형성하기 위해 제2 빔의 저속 축과 정렬되도록, 서로에 대해 회전된다. 전극들(404 및 405)은 외부 전력 소스, 이를테면 레이저 드라이버, 전류 소스 또는 전압 소스로의 전기 연결을 위해 구성된다. 인광체(406)에 입사하는 다수의 레이저 빔들(407)을 생성하기 위해 전력을 레이저 다이오드 디바이스에 커플링하기 위해서 전극들 상에 와이어본드들이 형성될 수 있다.
[0196] 본 발명에 따른 다중 레이저 실시예의 다른 예에서, 멀티-스트라이프 또는 멀티 레이저 구성을 형성하기 위해서 단일 레이저 칩 또는 서브마운트 상에 2개 또는 그 초과의 레이저 스트라이프들이 형성된다. 이런 예는 다수의 개별적인 레이저들에 대해 사전에 설명된 것의 모든 동일한 이익들을 제공할 수 있지만, 스폿 지오메트리를 약간 상이한 방식으로 개선할 수 있다. 미리 결정된 크기만큼 이격된 수평 또는 저속-축 방향으로 서로 인접하게 다수의 레이저 스트라이프들을 포지셔닝함으로써, 다수의 레이저 스트라이프들로부터 방사된 레이저 빔들로부터의 인광체 상의 결과적인 여기 스폿은 단일 방사기로부터 발생하는 타원형 여기 스폿보다 실질적으로 더욱 원형일 수 있다. 즉, 인접한 레이저 스트라이프들로부터의 레이저 빔들은, 여기 스폿 폭이 저속 축 방향으로 증가되도록 하는 설계에 따라 수평 방향으로 오버랩될 것이다. 통상적인 구성들에서는 레이저 여기 빔이 수평 방향으로 스폿을 확대시킴으로써 수직 또는 고속 축 발산 방향으로 훨씬 더 커질 것이기 때문에, 빔은 더욱 원형이 될 것이다. 다수의 인접한 레이저 스트라이프들을 갖는 이런 구성 레이저 다이오드들의 일 실시예에서, 멀티-스트라이프 레이저들이 통합 백색광 소스에 포함된다. 다수의 스트라이프들은 더 밝은 광 소스에 대한 증가된 여기 전력 및/또는 인광체 상의 개선되거나 수정된 스폿 패턴을 가능하게 할 수 있다.
[0197] 도 23c는 본 발명에 따른 통합된 레이저-인광체 백색광 소스의 듀얼 스트라이프 레이저 다이오드 실시예를 통한 오프-축 반사 모드 인광체를 예시하는 개략적 다이어그램을 제시한다. 이런 실시예에서, 갈륨 및 질소 함유 리프트-오프 및 전달 기법이 전달 에피택셜 층들로부터 형성되는 레이저 다이오드 칩을 가진 매우 작은 콤팩트한 서브마운트 부재를 제작하기 위해 전개된다. 물론, 서브마운트들 상에서는 종래의 레이저 다이오드 디바이스들 또는 레이저와 같은 다른 실시예들이 있을 수 있다. 게다가, 이런 예에서, 인광체는 레이저 빔의 고속 축에 대해 각도 ω1로 경사진다. 레이저-기반 백색광 디바이스는 다수의 스트라이프 또는 듀얼 스트라이프(403) 레이저 다이오드 구성을 형성하는 전달 갈륨 및 질소 함유 에피택셜 층들에 형성되는 레이저 다이오드 CoS(402)에 대해 지지 부재로서 역할을 하는 지지 부재(401)로 구성된다. 인광체 물질(406)이 지지 부재 상에 장착되고, 지지 부재들(401 및 408)은 공통 지지 부재, 이를테면 표면 장착 패키지와 같은 패키지 부재 내의 표면에 부착될 것이다. Au, Pd, Pt, Ni, Al, Ag 티타늄, 또는 투명 전도성 옥사이드들과 같은 다른 것들, 이를테면 인듐 주석 옥사이드를 포함하는(그러나 이것들로 제한되지는 않음) 증착된 금속 층들 및 금속 층들의 조합으로 형성될 수 있는 전극들(404 및 405)을 갖도록 다수의 스트라이프 레이저 다이오드 또는 CoS가 구성된다. 듀얼 스트라이프 레이저 다이오드는 측면 또는 저속 축 방향으로 미리 결정된 거리만큼 이격된 적어도 2개의 레이저 빔들을 방사하고, 이는 여기 스폿의 폭을 증가시키고 스폿을 더욱 원형으로 만들도록 기능한다. 듀얼 빔 출력 방사(407)는 출력 레이저 패싯의 전면에 포지셔닝된 인광체 물질(406)을 여기시킨다. 전극들(404 및 405)은 외부 전력 소스, 이를테면 레이저 드라이버, 전류 소스 또는 전압 소스로의 전기 연결을 위해 구성된다. 와이어본드들이 레이저 다이오드로부터의 다수의 인접한 레이저 빔(407) 출력들 상에 형성되고, 인광체(406) 상에 입사될 수 있다. 물론, 이는 단순히 구성의 예이고, 2개 초과의 방사 빔들, 이를테면 3개 또는 그 초과의 방사 빔들에 대한 3개 또는 그 초과의 레이저 스트라이프들 등을 포함하는(그러나, 이것으로 제한되지는 않음) 많은 변형들이 이런 실시예에 대해 존재할 수 있다.
[0198] 물론, 도 21 및 도 23a에 도시된 반사 모드 실시예 구성들은 단순히 예들이고, 광범위한 다른 어레인지먼트들, 지오메트리들 및 설계들이 존재한다. 특정 예에서, 이런 듀얼 회전 오프-축 레이저 빔 입사 구성의 대안적인 실시예에 있어, 인광체는 도 23a에 도시된 바와 같이 레이저 다이오드를 회전시키는 대신에 레이저 다이오드의 저속 축에 대해 경사질 수 있다. 이런 대안적인 실시예에 대한 하나의 이익은 쉽게 제조할 수 있는 공통 지지 부재 지오메트리의 간략화일 것이다. 그러나, 이런 대안적인 실시예의 결점은, 인광체가 수평 베이스에 더 이상 평행하지 않을 것이고, 이는 유용한 백색 광을 수집하고 시준하는데 있어 어려움들을 발생시킬 수 있다는 점이다. 도 25, 26 및 28에 대한 예들에서, 인광체가 수평 배향으로 유지되고 레이저가 회전/경사지어서 원하는 레이저 입사 구성이 달성된다. 그러나, 이는 단지 예이고, 다른 어레인지먼트들에서 인광체는 수평 축에 대해 경사질 수 있다.
[0199] 레이저 다이오드가 자신의 방사 축을 중심으로 회전되는 본 발명의 도 23a의 예에 대한 고려사항은 방사된 레이저 빔의 편파이다. 인광체 및 레이저는 함께 코-패키징되기 때문에, 인광체 상에 환경 보호 윈도우에 대한 요구가 제거된다. 윈도우의 반사 손실들이 제거되기 때문에, 이는 설계의 고 효율성 특징을 초래한다. 특히, 설명된 바와 같이 편파를 갖는 상당히 편파된 레이저 다이오드를 활용함으로써, 실질적인 손실들(즉, > 30%)이 제거되는데, 그 이유는 이것이 인광체으로의 s-편파된 입사 광이기 때문이다. 코-패키징함으로써, 우리는 이러한 윈도우를 회피하고, 30%보다 큰 손실들을 회피한다. 레이저 및 인광체가 코-패키징되지 않는 설계들에서는, 인광체 상의 윈도우가 필요하고, 윈도우로 오는 레이저 광은 대략 30% 또는 그 초과의 실질적인 반사를 경험할 것이다. 이런 윈도우 상에 반사-방지 코팅들을 적용하는 것이 가능할 수 있지만, 고가의 복잡한 반사 코팅 설계가 존재할 필요가 있을 것인데, 그 이유는 레이저 광이 시준되지 않을 수 있어서 그 레이저 광은 다양한 방사 각도들로 윈도우 상에 착신되기 때문이다.
[0200] 다른 변형들에서, 지지 부재는 통합 백색광 소스의 광을 조작하기 위해 사용될 수 있다. 일 예에서, 광학적으로 투명한 지지 부재는 레이저 광이 인광체에 도달하기 위한 안내로서 역할을 할 수 있다. 다른 예에서, 광학적으로 투명한 지지 부재는 레이저 광을 인광체 부재에 송신하도록 구성될 수 있다. 지지 부재가 광을 조작하는 이러한 변형의 다른 예들에서, 지지 부재는 반사기들, 미러들, 디퓨저들, 렌즈들, 흡수재들, 또는 광을 조작하기 위한 다른 부재들을 형성하도록 형상화되거나 구성될 수 있다. 다른 변형에서, 지지 부재는 어떤 직접 방사 레이저 광도 인광체에 도달하기 위해 이동할 때 노출되지 않도록 보장하기 위한 보호 안전 조치로서 또한 역할을 할 수 있다. 올바른 전지향성 방사를 생성하는 광의 그러한 포인트 소스들은, 후속적인 옵틱스 및 방사기들이 추가될 때 방사 각도 및 방사 애퍼처의 제품이 보존되거나 손실된다는 사실로 인해, 포인트 소스가 점점 더 작게 되므로 점점 더 유용하다. 특히, 예컨대, 작은 포인트 소스는 작은 옵틱스 또는 반사기들로 시준될 수 있다. 그러나, 만약 동일한 작은 옵틱스 또는 반사기 어셈블리가 큰 포인트 소스에 적용된다면, 광학 제어 및 시준이 줄어든다.
[0201] CPoS 백색광 소스의 모든 실시예들에서, 최종 패키징이 고려될 필요가 있을 것이다. 고려되어야 하는 패키지의 많은 양상들, 이를테면 폼 팩터, 비용, 기능성, 열적 임피던스, 밀봉 특징들, 및 애플리케이션과의 기본 호환성이 존재한다. 폼 팩터는 애플리케이션에 의존적일 것이지만, 일반적으로 가장 작은 사이즈로 패키징된 백색 소스를 만드는 것이 바람직할 것이다. 비용은 모든 애플리케이션들에서 최소화되어야 하지만, 일부 애플리케이션들에서는 비용이 가장 중요한 고려사항일 것이다. 그러한 경우들에서는, 높은 볼륨으로 생성된 기성품 패키지들을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 기능성 옵션들은 애플리케이션에 대한 기존 광 방사의 방향 및 특성들뿐만 아니라 광검출기들, 서미스터들 또는 다른 전자 장치들 또는 광전자 장치들과 같은 특징들의 통합을 포함한다. 최상의 성능 및 수명을 위해, 패키지의 열적 임피던스는 특히 고전력 애플리케이션들에서 최소화되어야 한다.
[0202] 패키지는 밀봉 구성에 의해 특징지워진다. 밀봉 구성의 일 예는 개방 환경을 포함하고, 그 개방 환경에서는 백색광 소스가 주변 상태들의 영향을 받는다. 개방 환경 동작을 위해 의도된 견고한 레이저 다이오드 및 인광체 설계들을 갖는 일부 실시예에서, 이러한 실시예는 유리할 수 있다. 일 예로서, 산화, 화학 반응, 또는 레이저 다이오드의 오염을 방지하기 위해서 레이저 다이오드 칩이 보호 층 내에 캡슐화될 수 있다. 일부 실시예들에서는, 레이저가 실질적으로 알루미늄 부재 무극성 또는 반극성 설계로부터 형성되는데, 그 설계에서 레이저 다이오드 패싯 지역들은 산화 및 열화될 가능성이 적다. 유사하게, 산화, 화학 반응, 또는 인광체의 오염을 방지하기 위해서 인광체도 또한 보호 층 내에 캡슐화될 수 있다.
[0203] 다른 실시예에서, 통합 백색광 소스에 대해 "플래시" 패키지가 사용될 수 있다. 예컨대, 이런 패키지는 레이저-기반 백색광 소스를 카메라 플래시 애플리케이션들에 적응시키기 위해서 사용될 수 있다. 오늘날의 LED들에 대한 표준 패키징 포맷들 중 하나는, 이런 플랫폼들 상에 장착된 디바이스들이 주로 카메라 플래시 및 셀 폰 애플리케이션들에서 사용되었기 때문에, "플래시" 패키지들로 종종 불리는 플랫 세라믹 패키지의 사용을 이용한다. 통상적인 플래시 패키지는 LED 및 ESD 디바이스들을 위한 부착 패드들뿐만 아니라 디바이스에 전력을 공급하기 위해 외부 전기 연결들을 클리핑 또는 납땜하기 위한 위치를 제공하는 리드들을 가진 플랫 세라믹 기판(알루미나 또는 AIN)으로 구성된다. 인광체는 몰딩 또는 다른 실리콘 함유 디스펜싱 애플리케이션을 통해서 LED 다이 근처에 포함된다. 이어서, 이런 층은 통상적으로 광 추출을 개선하기 위해서 깨끗한 실리콘 렌즈와 오버몰딩된다. 이런 포맷의 패키지의 1차 이익들은 매우 작은 전체 패키지 크기(~3mm × ~5mm), 적절한 광 출력 성능(수백 루멘), 작은 소스 사이즈 및 전체적인 저비용 LED 디바이스이다. 이런 패키지 스타일은 또한, 캡슐화 및 렌징 단계들을 잠재적으로 제거하여서 우수한 스폿 사이즈 및 밝기를 갖는 LED 교체를 제공할 수 있는 레이저 플러스 인광체 설계를 이용함으로써 달성될 수 있다. 만약 레이저 및 인광체 서브컴포넌트들을 하우징하기 위해서 보호 커버가 필요하다면, 보호를 제공하기 위해서 공동 유리 돔(hollow glass dome)이 사용될 수 있다.
[0204] 도 24는, 본 발명에 따른 패키징된 CPoS 백색광 소스의 일 예의 개략적인 예시를 제공한다. 이러한 예에서, 투과 모드 백색광 소스는 TO-캔 타입 패키지로 구성된다. TO-캔은 돌출되는 페데스탈 부재(502)를 갖는 베이스 부재(501)를 가지며, 여기서, 페데스털 부재는 페데스탈로부터 베이스로 열을 전달하도록 구성되고, 후속하여, 베이스에서, 열은 히트 싱크로 전달된다. 베이스 부재는 금속, 이를테면, 구리, 구리 텅스텐, 알루미늄, 또는 강철, 또는 다른 것들로 구성될 수 있다. 본 발명에 따른 투과성 백색광 소스(503)는 페데스탈(502) 상에 장착된다. 페데스탈에 장착하는 것은, 땜납 또는 아교접착 기법을 사용하여, 이를테면, AuSn 땜납들, SAC 땜납들, 이를테면 SAC305, 납 함유 땜납, 또는 인듐을 사용하여 달성될 수 있지만 다른 것들에 의해서도 달성될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 소결된 Ag 페이스트들 또는 필름들이 인터페이스에서의 부착 프로세스에 사용될 수 있다. 레이저 다이오드의 p-전극 및 n-전극으로부터의 전기 연결들은 와이어 본드들(504 및 505)을 사용하여 이루어진다. 와이어본드들은 전극을 TO-캔 베이스의 배면 상의 외부 핀들(508 및 509)에 전기적으로 연결되는 전기 피드스루들(506 및 507)에 연결한다. 그런 다음, 핀들은, 백색광 소스를 대전시키고 백색광 방사를 생성하기 위해 전력 소스에 전기적으로 커플링된다. 이러한 구성에서, 백색광 소스는, 개방 환경에 노출되도록, 캡핑 또는 시일링되지 않는다. 물론, 도 24의 예는 단지 예일 뿐이며, 패키징된 CPoS 백색광 소스의 간단한 하나의 가능한 구성을 예시하도록 의도된다. 구체적으로, 캔-타입 패키지들은 레이저 다이오드들에 대해 광범위하게 대중적이고 규격품으로 입수가능하므로, 그러한 패키지들은 저비용이고 고도로 적응가능한 솔루션에 대한 하나의 옵션일 수 있다.
[0205] 도 25는, 도 24에 도시된 바와 같은 캔 타입 패키지에서 구성되는 CPoS 백색광 소스의 개략적인 예시이지만, 백색광 소스 주위에 시일을 형성하기 위해 부가적인 캡 부재를 갖는다. 도 25에 보이는 바와 같이, TO-캔 타입 패키지 (501)는 베이스에 장착된 캡(502)을 갖는다. 캡은, 베이스에 땜납, 브레이징, 용접, 또는 아교접착될 수 있다. 캡 부재는, 방사된 백색광이, 애플리케이션에서 활용될 수 있는 외측 환경으로 패스할 수 있게 하도록 구성된 투명한 윈도우 지역(503)을 갖는다. 시일링 타입은 환경 시일 또는 밀폐된 시일일 수 있으며, 일 예에서, 시일링된 패키지는 질소 가스 또는 질소 가스와 산소 가스의 조합으로 재충전(backfill)된다. 일부 실시예들에서, 백색광을 형상화, 지향, 또는 시준하기 위한 렌즈 또는 다른 타입의 광학 엘리먼트가 캡 부재에 직접 포함된다. 물론, 도 25의 예는 단지 예일 뿐이며, 백색광 소스를 시일링하는 하나의 가능한 구성을 예시하도록 의도된다. 구체적으로, TO-캔 타입 패키지들은 용이하게 밀폐 시일링되므로, 이러한 실시예는 밀폐된 시일들이 필요한 애플리케이션들에 적절할 수 있다. 통합 백색 광 소스 장치의 이러한 실시예의 일부 예들에서, TVS(transient voltage suppression) 엘리먼트와 같은 ESD(electrostatic discharge) 보호 엘리먼트가 포함된다.
[0206] 본 발명에 따른 패키징된 CPoS 백색광 소스의 대안적인 예가 도 26a의 개략적인 다이어그램에서 제공된다. 이러한 예에서, 반사 모드 백색광 소스는 SMD(surface mount device) 타입 패키지로 구성된다. 예시적인 SMD 패키지는, 베이스 부재 상에 장착된 반사 모드 백색광 소스(502)를 갖는 베이스 부재(501)를 가지며, 여기서, 베이스 부재는, 백색광 소스로부터 다른 곳으로 그리고 히트 싱크로 열을 전도하도록 구성된다. 베이스 부재는, 구리, 구리 텅스텐, 알루미늄, SiC, 강철, 다이아몬드, 합성 다이아몬드, AlN, 사파이어 또는 다른 금속들, 세라믹들, 또는 반도체들과 같은 열 전도성 물질로 구성된다. 베이스 부재에 장착하는 것은, 땜납 또는 아교접착 기법을 사용하여, 이를테면, AuSn 땜납들, SAC 땜납들, 이를테면 SAC305, 납 함유 땜납, 또는 인듐을 사용하여 달성될 수 있지만 다른 것들에 의해서도 달성될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 소결된 Ag 페이스트들 또는 필름들이 인터페이스에서의 부착 프로세스에 사용될 수 있다. 장착 조인트는 또한, 열 전도성 아교들, 열적 에폭시들, 이를테면 은 에폭시, 및 다른 물질들로 형성될 수 있다. 레이저 다이오드의 p-전극 및 n-전극으로부터의 전기 연결들은 내부 피드스루들(505 및 506)로의 와이어본드들(503 및 504)을 사용하도록 이루어진다. 피드스루들은 외부 리드들(이를테면, 507)에 전기적으로 커플링된다. 외부 리드들은, 백색광 소스를 대전시키고 백색광 방사를 생성하기 위해 전력 소스에 전기적으로 커플링된다. 표면 마운트 패키지의 최상부 표면(501)은, 하향 지향된 또는 반사된 광과 관련된 임의의 손실들을 방지하거나 완화시키기 위해 반사 층으로 구성되거나 코팅될 수 있다. 게다가, 레이저 다이오드 부재 및 서브마운트 부재를 포함하는 패키지 내의 모든 표면들은, 유용한 백색 광 출력을 개선하는 것을 돕기 위한 증가된 반사율을 위해 향상될 수 있다. 이러한 구성에서, 백색광 소스는, 개방 환경에 노출되도록, 캡핑 또는 시일링되지 않는다. 통합 백색 광 소스 장치의 이러한 실시예의 일부 예들에서, TVS(transient voltage suppression) 엘리먼트와 같은 ESD(electrostatic discharge) 보호 엘리먼트가 포함된다. 물론, 도 26a의 예는 단지 예일 뿐이며, 표면 마운트 패키징된 CPoS 백색광 소스의 간단한 하나의 가능한 구성을 예시하도록 의도된다. 구체적으로, 표면 마운트 타입 패키지들은 LED들 및 다른 디바이스들에 대해 광범위하게 대중적이고 규격품으로 입수가능하므로, 그러한 패키지들은 저비용이고 고도로 적응가능한 솔루션에 대한 하나의 옵션일 수 있다.
[0207] 본 발명에 따른 패키징된 백색광 소스의 대안적인 예가 도 26b의 개략적인 다이어그램에서 제공된다. 이러한 예에서, 반사 모드 백색광 소스는 SMD(surface mount device) 타입 패키지로 구성된다. 예시적인 SMD 패키지는 반사 모드 인광체 부재(502)가 지지 부재 상에 또는 베이스 부재 상에 장착된 베이스 부재(501)를 갖는다. 레이저 다이오드 디바이스(503)는 지지 부재(504) 또는 베이스 부재 상에 장착될 수 있다. 지지 부재 및 베이스 부재들은 인광체 부재 및 레이저 다이오드 부재로부터 다른 곳으로 열을 전도시키도록 구성된다. 베이스 부재는, 구리, 구리 텅스텐, 알루미늄, SiC, 강철, 다이아몬드, 합성 다이아몬드, AlN, 사파이어 또는 다른 금속들, 세라믹들, 또는 반도체들과 같은 열 전도성 물질로 구성된다. 베이스 부재에 장착하는 것은, 땜납 또는 아교접착 기법을 사용하여, 이를테면, AuSn 땜납들, SAC 땜납들, 이를테면 SAC305, 납 함유 땜납, 또는 인듐을 사용하여 달성될 수 있지만 다른 것들에 의해서도 달성될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 소결된 Ag 페이스트들 또는 필름들이 인터페이스에서의 부착 프로세스에 사용될 수 있다. 장착 조인트는 또한, 열 전도성 아교들, 열적 에폭시들, 이를테면 은 에폭시, 및 다른 물질들로 형성될 수 있다. 레이저 다이오드의 p-전극 및 n-전극으로부터의 전기 연결들은 내부 피드스루들(507 및 508)로의 와이어본드들(505 및 506)을 사용하여 이루어진다. 피드스루들은 외부 리드들에 전기적으로 커플링된다. 외부 리드들은, 백색광 소스를 대전시키고 백색광 방사를 생성하기 위해 전력 소스에 전기적으로 커플링된다. 베이스 부재의 최상부 표면(501)은, 하향 지향된 또는 반사된 광과 관련된 임의의 손실들을 방지하거나 완화시키기 위해 반사 층으로 구성되거나, 코팅되거나, 또는 충전될 수 있다. 게다가, 레이저 다이오드 부재 및 서브마운트 부재를 포함하는 패키지 내의 모든 표면들은, 유용한 백색 광 출력을 개선하는 것을 돕기 위한 증가된 반사율을 위해 향상될 수 있다. 이러한 구성에서, 백색광 소스는, 개방 환경에 노출되도록, 캡핑 또는 시일링되지 않는다. 통합 백색 광 소스 장치의 이러한 실시예의 일부 예들에서, TVS(transient voltage suppression) 엘리먼트와 같은 ESD(electrostatic discharge) 보호 엘리먼트가 포함된다. 물론, 도 26b의 예는 단지 예일 뿐이며, 표면 마운트 패키징된 백색광 소스의 간단한 하나의 가능한 구성을 예시하도록 의도된다. 구체적으로, 표면 마운트 타입 패키지들은 LED들 및 다른 디바이스들에 대해 광범위하게 대중적이고 규격품으로 입수가능하므로, 그러한 패키지들은 저비용이고 고도로 적응가능한 솔루션에 대한 하나의 옵션일 수 있다.
[0208] 본 발명에 따른 패키징된 백색광 소스의 대안적인 예가 도 26c의 개략적인 다이어그램에서 제공된다. 이러한 예에서, 반사 모드 백색광 소스는 SMD(surface mount device) 타입 패키지로 구성된다. 예시적인 SMD 패키지는 공통 지지 베이스 부재(501)를 갖는다. 반사 모드 인광체 부재(502)는 베이스 부재에 부착되며, 이는 또한 인광체 부재와 베이스 부재 간의 중간 서브마운트 부재를 포함할 수 있다. 레이저 다이오드(503)는 각진 지지 부재(504) 상에 장착되며, 여기서, 각진 지지 부재는 베이스 부재에 부착된다. 베이스 부재는, 백색광 소스로부터 다른 곳으로 그리고 히트 싱크로 열을 전도시키도록 구성된다. 베이스 부재는, 구리, 구리 텅스텐, 알루미늄, SiC, 강철, 다이아몬드, 합성 다이아몬드, AlN, 사파이어 또는 다른 금속들, 세라믹들, 또는 반도체들과 같은 열 전도성 물질로 구성된다. 베이스 부재에 장착하는 것은, 땜납 또는 아교접착 기법을 사용하여, 이를테면, AuSn 땜납들, SAC 땜납들, 이를테면 SAC305, 납 함유 땜납, 또는 인듐을 사용하여 달성될 수 있지만 다른 것들에 의해서도 달성될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 소결된 Ag 페이스트들 또는 필름들이 인터페이스에서의 부착 프로세스에 사용될 수 있다. 장착 조인트는 또한, 열 전도성 아교들, 열적 에폭시들, 이를테면 은 에폭시, 및 다른 물질들로 형성될 수 있다. 레이저 다이오드의 전극들로부터의 전기 연결들은 부재들(506)로의 와이어본드들(505)을 사용하도록 이루어진다. 와이어본드들(507 및 508)은 내부 피드스루들(509, 510)에 형성된다. 피드스루들은 외부 리드들에 전기적으로 커플링된다. 외부 리드들은, 백색광 소스를 대전시키고 백색광 방사를 생성하기 위해 전력 소스에 전기적으로 커플링된다. 베이스 부재의 최상부 표면(508)은, 하향 지향된 또는 반사된 광과 관련된 임의의 손실들을 방지하거나 완화시키기 위해 반사 층으로 구성되거나, 코팅되거나, 또는 충전될 수 있다. 게다가, 레이저 다이오드 부재 및 서브마운트 부재를 포함하는 패키지 내의 모든 표면들은, 유용한 백색 광 출력을 개선하는 것을 돕기 위한 증가된 반사율을 위해 향상될 수 있다. 이러한 구성에서, 백색광 소스는, 개방 환경에 노출되도록, 캡핑 또는 시일링되지 않는다. 통합 백색 광 소스 장치의 이러한 실시예의 일부 예들에서, TVS(transient voltage suppression) 엘리먼트와 같은 ESD(electrostatic discharge) 보호 엘리먼트가 포함된다. 물론, 도 26c의 예는 단지 예일 뿐이며, 표면 마운트 패키징된 백색광 소스의 간단한 하나의 가능한 구성을 예시하도록 의도된다. 구체적으로, 표면 마운트 타입 패키지들은 LED들 및 다른 디바이스들에 대해 광범위하게 대중적이고 규격품으로 입수가능하므로, 그러한 패키지들은 저비용이고 고도로 적응가능한 솔루션에 대한 하나의 옵션일 수 있다.
[0209] 본 발명에 따른, 2개의 레이저 다이오드 칩들을 포함하는 패키징된 백색광 소스의 대안적인 예가 도 26d의 개략적인 다이어그램에서 제공된다. 이러한 예에서, 반사 모드 백색광 소스는 SMD(surface mount device) 타입 패키지로 구성된다. 예시적인 SMD 패키지는 반사 모드 인광체 부재(502)가 지지 부재 상에 또는 베이스 부재 상에 장착된 베이스 부재(501)를 갖는다. 제1 레이저 다이오드 디바이스(503)는 제1 지지 부재(504) 또는 베이스 부재 상에 장착될 수 있다. 제2 레이저 다이오드 디바이스(505)는 제2 지지 부재(506) 또는 베이스 부재 상에 장착될 수 있다. 지지 부재 및 베이스 부재들은 인광체 부재 및 레이저 다이오드 부재로부터 다른 곳으로 열을 전도시키도록 구성된다. 베이스 부재는, 구리, 구리 텅스텐, 알루미늄, 알루미나, SiC, 강철, 다이아몬드, 합성 다이아몬드, AlN, 사파이어 또는 다른 금속들, 세라믹들, 또는 반도체들과 같은 열 전도성 물질로 구성된다. 베이스 부재에 장착하는 것은, 땜납 또는 아교접착 기법을 사용하여, 이를테면, AuSn 땜납들, SAC 땜납들, 이를테면 SAC305, 납 함유 땜납, 또는 인듐을 사용하여 달성될 수 있지만 다른 것들에 의해서도 달성될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 소결된 Ag 페이스트들 또는 필름들이 인터페이스에서의 부착 프로세스에 사용될 수 있다. 장착 조인트는 또한, 열 전도성 아교들, 열적 에폭시들, 이를테면 은 에폭시, 및 다른 물질들로 형성될 수 있다. 레이저 다이오드들의 p-전극 및 n-전극으로부터의 전기 연결들은 내부 피드스루들로의 와이어본드들을 사용하도록 이루어질 수 있다. 피드스루들은 외부 리드들에 전기적으로 커플링된다. 외부 리드들은, 제1 레이저 다이오드 디바이스로부터 제1 레이저 빔(508)을 그리고 제2 레이저 다이오드 디바이스로부터 제2 레이저 빔을 방사하도록 레이저 다이오드 소스들을 대전시키기 위해 전력 소스에 전기적으로 커플링될 수 있다. 레이저 빔들은, 여기 스폿 및 백색광 방사를 생성하기 위해 인광체 부재(502) 상에 입사된다. 레이저 빔들은 바람직하게는, 최적화된 지오메트리 및/또는 사이즈의 여기 스폿을 생성하기 위해 인광체 상에 오버랩된다. 예컨대, 도 26d에 따른 예에서, 제1 및 제2 레이저 다이오드들로부터의 레이저 빔들은, 제1 레이저 빔의 저속 축이 제2 레이저의 고속 축과 정렬되도록 서로에 대해 90도만큼 회전된다. 베이스 부재의 최상부 표면(508)은, 하향 지향된 또는 반사된 광과 관련된 임의의 손실들을 방지하거나 완화시키기 위해 반사 층으로 구성되거나, 코팅되거나, 또는 충전될 수 있다. 게다가, 레이저 다이오드 부재 및 서브마운트 부재를 포함하는 패키지 내의 모든 표면들은, 유용한 백색 광 출력을 개선하는 것을 돕기 위한 증가된 반사율을 위해 향상될 수 있다. 이러한 구성에서, 백색광 소스는, 개방 환경에 노출되도록, 캡핑 또는 시일링되지 않는다. 통합 백색 광 소스 장치의 이러한 실시예의 일부 예들에서, TVS(transient voltage suppression) 엘리먼트와 같은 ESD(electrostatic discharge) 보호 엘리먼트가 포함된다. 물론, 도 26d의 예는 단지 예일 뿐이며, 표면 마운트 패키징된 백색광 소스의 간단한 하나의 가능한 구성을 예시하도록 의도된다. 구체적으로, 표면 마운트 타입 패키지들은 LED들 및 다른 디바이스들에 대해 광범위하게 대중적이고 규격품으로 입수가능하므로, 그러한 패키지들은 저비용이고 고도로 적응가능한 솔루션에 대한 하나의 옵션일 수 있다.
[0210] 본 발명에 따른, 3개의 레이저 다이오드 칩들을 포함하는 패키징된 백색광 소스의 대안적인 예가 도 26e의 개략적인 다이어그램에서 제공된다. 이러한 예에서, 반사 모드 백색광 소스는 SMD(surface mount device) 타입 패키지로 구성된다. 예시적인 SMD 패키지는 반사 모드 인광체 부재(502)가 지지 부재 상에 또는 베이스 부재 상에 장착된 베이스 부재(501)를 갖는다. 제1 레이저 다이오드 디바이스(503)는 제1 지지 부재(504) 또는 베이스 부재 상에 장착될 수 있다. 제2 레이저 다이오드 디바이스(505)는 제2 지지 부재(506) 또는 베이스 부재 상에 장착될 수 있다. 제3 레이저 다이오드 디바이스(507)는 제3 지지 부재(508) 또는 베이스 부재 상에 장착될 수 있다. 지지 부재들 및 베이스 부재들은 인광체 부재 및 레이저 다이오드 부재로부터 다른 곳으로 열을 전도시키도록 구성된다. 베이스 부재는, 구리, 구리 텅스텐, 알루미늄, SiC, 강철, 다이아몬드, 합성 다이아몬드, AlN, 사파이어 또는 다른 금속들, 세라믹들, 또는 반도체들과 같은 열 전도성 물질로 구성된다. 베이스 부재에 장착하는 것은, 땜납 또는 아교접착 기법을 사용하여, 이를테면, AuSn 땜납들, SAC 땜납들, 이를테면 SAC305, 납 함유 땜납, 또는 인듐을 사용하여 달성될 수 있지만 다른 것들에 의해서도 달성될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 소결된 Ag 페이스트들 또는 필름들이 인터페이스에서의 부착 프로세스에 사용될 수 있다. 장착 조인트는 또한, 열 전도성 아교들, 열적 에폭시들, 이를테면 은 에폭시, 및 다른 물질들로 형성될 수 있다. 레이저 다이오드들의 p-전극 및 n-전극으로부터의 전기 연결들은 내부 피드스루들로의 와이어본드들을 사용하도록 이루어질 수 있다. 피드스루들은 외부 리드들에 전기적으로 커플링된다. 외부 리드들은, 제1 레이저 다이오드 디바이스로부터 제1 레이저 빔을, 제2 레이저 다이오드 디바이스로부터 제2 레이저 빔을, 그리고 제3 레이저 다이오드 디바이스로부터 제3 레이저 빔을 방출하도록 레이저 다이오드 소스들을 대전시키기 위해 전력 소스에 전기적으로 커플링될 수 있다. 레이저 빔들은, 여기 스폿 및 백색광 방사를 생성하기 위해 인광체 부재(502) 상에 입사된다. 레이저 빔들은 바람직하게는, 최적화된 지오메트리 및/또는 사이즈의 여기 스폿을 생성하기 위해 인광체 상에 오버랩된다. 베이스 부재의 최상부 표면(501)은, 하향 지향된 또는 반사된 광과 관련된 임의의 손실들을 방지하거나 완화시키기 위해 반사 층으로 구성되거나, 코팅되거나, 또는 충전될 수 있다. 게다가, 레이저 다이오드 부재 및 서브마운트 부재를 포함하는 패키지 내의 모든 표면들은, 유용한 백색 광 출력을 개선하는 것을 돕기 위한 증가된 반사율을 위해 향상될 수 있다. 이러한 구성에서, 백색광 소스는, 개방 환경에 노출되도록, 캡핑 또는 시일링되지 않는다. 통합 백색 광 소스 장치의 이러한 실시예의 일부 예들에서, TVS(transient voltage suppression) 엘리먼트와 같은 ESD(electrostatic discharge) 보호 엘리먼트가 포함된다. 물론, 도 26e의 예는 단지 예일 뿐이며, 표면 마운트 패키징된 백색광 소스의 간단한 하나의 가능한 구성을 예시하도록 의도된다. 구체적으로, 표면 마운트 타입 패키지들은 LED들 및 다른 디바이스들에 대해 광범위하게 대중적이고 규격품으로 입수가능하므로, 그러한 패키지들은 저비용이고 고도로 적응가능한 솔루션에 대한 하나의 옵션일 수 있다.
[0211] 본 발명에 따른 패키징된 백색광 소스의 대안적인 예가 도 26f의 개략적인 다이어그램에서 제공된다. 이러한 예에서, 반사 모드 백색광 소스는 SMD(surface mount device) 타입 패키지로 구성된다. 예시적인 SMD 패키지는, 서브마운트 또는 지지 부재(503) 상에 장착된 측-펌핑된 인광체 부재(502) 및 서브마운트 또는 지지 부재(505) 상에 장착된 레이저 다이오드 디바이스(504)에 대한 공통 지지 부재의 역할을 하는 베이스 부재(501)를 갖는다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 레이저 다이오드 및/또는 인광체 부재는 패키지의 베이스 부재(501)에 직접 장착될 수 있다. 지지 부재들 및 베이스 부재들은 인광체 부재 및 레이저 다이오드 부재로부터 다른 곳으로 열을 전도시키도록 구성된다. 베이스 부재는, 구리, 구리 텅스텐, 알루미늄, SiC, 강철, 다이아몬드, 합성 다이아몬드, AlN, 사파이어 또는 다른 금속들, 세라믹들, 또는 반도체들과 같은 열 전도성 물질로 구성된다. 서브마운트 또는 지지 부재들을 베이스 부재에 장착하는 것은, 땜납 또는 아교접착 기법을 사용하여, 이를테면, AuSn 땜납들, SAC 땜납들, 이를테면 SAC305, 납 함유 땜납, 또는 인듐을 사용하여 달성될 수 있지만 다른 것들에 의해서도 달성될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 소결된 Ag 페이스트들 또는 필름들이 인터페이스에서의 부착 프로세스에 사용될 수 있다. 장착 조인트는 또한, 열 전도성 아교들, 열적 에폭시들, 이를테면 은 에폭시, 및 다른 물질들로 형성될 수 있다. p-전극 및 n-전극으로부터의 전기 연결들은, 이후 패키지 부재의 내부 피드스루들에 커플링될 서브마운트 부재 상의 전극들(506 및 507)에 전기적으로 커플링될 수 있다. 피드스루들은 외부 리드들에 전기적으로 커플링된다. 외부 리드들은, 레이저 다이오드를 대전시키고 그리고 인광체 부재의 측 상에 입사되는 레이저 빔을 생성하기 위해, 전력 공급 소스에 전기적으로 커플링될 수 있다. 인광체 부재는 바람직하게는, 인광체 부재(502)의 최상부 표면으로부터의 1차 백색광 방사(508)를 위해 구성될 수 있다. 베이스 부재의 최상부 표면(501)은, 하향 지향된 또는 반사된 광과 관련된 임의의 손실들을 방지하거나 완화시키기 위해 반사 층으로 구성되거나, 코팅되거나, 또는 충전될 수 있다. 게다가, 레이저 다이오드 부재 및 서브마운트 부재를 포함하는 패키지 내의 모든 표면들은, 유용한 백색 광 출력을 개선하는 것을 돕기 위한 증가된 반사율을 위해 향상될 수 있다. 이러한 구성에서, 백색광 소스는, 개방 환경에 노출되도록, 캡핑 또는 시일링되지 않는다. 통합 백색 광 소스 장치의 이러한 실시예의 일부 예들에서, TVS(transient voltage suppression) 엘리먼트와 같은 ESD(electrostatic discharge) 보호 엘리먼트가 포함된다. 물론, 도 26f의 예는 단지 예일 뿐이며, 표면 마운트 패키징된 백색광 소스의 간단한 하나의 가능한 구성을 예시하도록 의도된다. 구체적으로, 표면 마운트 타입 패키지들은 LED들 및 다른 디바이스들에 대해 광범위하게 대중적이고 규격품으로 입수가능하므로, 그러한 패키지들은 저비용이고 고도로 적응가능한 솔루션에 대한 하나의 옵션일 수 있다.
[0212] 도 27a는 도 26a에 도시된 바와 같은 SMD 타입 패키지로 구성된 CPoS 백색 광 소스의 개략적 예시이지만, 백색 광 소스 둘레에 시일을 형성하기 위한 부가적인 캡 부재를 갖는다. 도 27a에 도시된 바와 같이, SMD 타입 패키지는 베이스 부재(501)를 가지며, 백색 광 소스(502)가 베이스에 장착된다. 베이스에 대한 장착은, 땜납 또는 아교 접착 기법을 사용하여, 이를테면 AuSn 땜납들, SAC 땜납들, 이를테면, SAC305, 리드 함유 땜납, 또는 인듐을 사용하여 달성될 수 있지만, 다른 것들에 의해서도 달성될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 소결된 Ag 페이스트들 또는 필름들이 인터페이스에서의 부착 프로세스에 대해 사용될 수 있다. 캡 부재(503)가 백색 광 소스 위에 놓이며, 이러한 캡 부재(503)는 측들 둘레에서 베이스 부재에 부착된다. 예에서, 부착은 베이스 부재에 대한 땜납 부착, 브레이징된 부착, 웰딩된(welded) 부착, 또는 아교 접착 부착일 수 있다. 캡 부재는 적어도 투명한 윈도우 지역을 가지며, 그리고 바람직한 실시예들에서는, 이를테면 도 27a에 예시된 투명한 돔 캡과 같은 투명한 윈도우 지역으로 주로 구성될 것이다. 투명 물질은 유리, 석영, 사파이어, 실리콘 카바이드, 다이아몬드, 플라스틱 또는 임의의 적절한 투명 물질일 수 있다. 시일링 타입은 환경 시일 또는 밀폐된 시일일 수 있으며, 예에서, 시일링된 패키지는 질소 가스 또는 질소 가스와 산소 가스의 조합으로 재충전된다. 레이저 다이오드의 p-전극 및 n-전극으로부터의 전기 연결들은 와이어 본드들(504 및 505)을 사용하여 이루어진다. 와이어본드들은 전극을 전기 피드스루들(506 및 507)에 연결하며, 전기 피드스루들(506 및 507)은, 이를테면, 시일링된 SMD 패키지의 외측 상의 508과 같은 외부 리드들에 전기적으로 연결된다. 그런다음, 리드들은, 백색 광 소스를 대전시키고 백색 광 방사를 생성하기 위해 전력 소스에 전기적으로 커플링된다. 일부 실시예들에서, 백색 광을 성형, 지향 또는 시준하기 위한, 렌즈 또는 다른 타입의 광학 엘리먼트가 캡 부재에 직접적으로 포함된다. 물론, 도 27a의 예는 단지 예일 뿐이며, 백색 광 소스를 시일링하는 하나의 가능한 구성을 예시하는 것으로 의도된다. 구체적으로, SMD 타입 패키지들은 용이하게 밀폐 시일링되기 때문에, 이러한 실시예는 밀폐된 시일들이 요구되는 애플리케이션들에 대해 적절할 수 있다.
[0213] 도 27b는 도 26c에 도시된 바와 같은 SMD 타입 패키지로 구성된 백색 광 소스의 개략적 예시이지만, 백색 광 소스 둘레에 시일을 형성하기 위한 부가적인 캡 부재를 갖는다. 도 27b에 도시된 바와 같이, SMD 타입 패키지는 베이스 부재(501)를 가지며, 반사 모드 인광체 부재(502) 및 레이저 다이오드 부재(503)로 구성된 백색 광 소스가 서브마운드 부재들 또는 베이스 부재에 장착된다. 서브마운트 및/또는 베이스에 대한 장착은, 땜납 또는 아교 접착 기법을 사용하여, 이를테면 AuSn 땜납들, SAC 땜납들, 이를테면, SAC305, 리드 함유 땜납, 또는 인듐을 사용하여 달성될 수 있지만, 다른 것들에 의해서도 달성될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 소결된 Ag 페이스트들 또는 필름들이 인터페이스에서의 부착 프로세스에 대해 사용될 수 있다. 캡 부재(504)가 백색 광 소스 위에 놓이며, 이러한 캡 부재(504)는 측들 둘레에서 베이스 부재에 부착된다. 예에서, 부착은 베이스 부재에 대한 땜납 부착, 브레이징된 부착, 웰딩된 부착, 또는 아교 접착 부착일 수 있다. 캡 부재는 적어도 투명한 윈도우 지역을 가지며, 그리고 바람직한 실시예들에서는, 이를테면 도 27b에 예시된 투명한 플랫 캡 또는 리드(lid)(504)와 같은 투명한 윈도우 지역으로 주로 구성될 것이다. 투명 물질은 유리, 석영, 사파이어, 실리콘 카바이드, 다이아몬드, 플라스틱 또는 임의의 적절한 투명 물질일 수 있다. 시일링 타입은 환경 시일 또는 밀폐된 시일일 수 있으며, 예에서, 시일링된 패키지는 질소 가스 또는 질소 가스와 산소 가스의 조합으로 재충전된다. 레이저 다이오드의 p-전극 및 n-전극으로부터의 전기 연결들은 와이어 본드들(505 및 506)을 사용하여 이루어진다. 와이어본드들은 전극을 전기 피드스루들에 연결하며, 전기 피드스루들은, 시일링된 SMD 패키지의 외측 상의 외부 리드들에 전기적으로 연결된다. 리드들은, 백색 광 소스를 대전시키고 백색 광 방사를 생성하기 위해 전력 소스에 전기적으로 커플링된다. 일부 실시예들에서, 백색 광을 성형, 지향 또는 시준하기 위한, 렌즈 또는 다른 타입의 광학 엘리먼트가 캡 부재에 직접적으로 포함된다. 물론, 도 27b의 예는 단지 예일 뿐이며, 백색 광 소스를 시일링하는 하나의 가능한 구성을 예시하는 것으로 의도된다. 구체적으로, SMD 타입 패키지들은 용이하게 밀폐 시일링되기 때문에, 이러한 실시예는 밀폐된 시일들이 요구되는 애플리케이션들에 대해 적절할 수 있다.
[0214] 물론, 도 27b 및 본 발명에 따른 다른 실시예들에 도시된 바와 같은 통합된 레이저 기반 백색 광 소스들을 제작하기 위해서는, 적절한 어셈블리 프로세스가 필요하다. 많은 실시예들에서, 그러한 디바이스에 대해 적절한 어셈블리 프로세스들은 표준 반도체 및 LED 어셈블리 프로세스들을 따를 것이다.
[0215] 모든 실시예들에서, 본 발명의 안전 피처들 및 설계 고려사항들에 따라, 통합된 CPoS 백색 광 소스의 전달 및 반사 모드가 포함될 수 있다. 임의의 레이저 기반 소스에서, 안전이 주요 양상이다. 인간들, 동물들 또는 환경들에 유해할 수 있는 레이저 다이오드 빔을 생성하는 방식으로 광 소스가 손상되거나 수정될 수 없도록 하는 것이 중요하다. 따라서, 전체 설계는 안전 고려사항들 및 피처들을, 그리고 일부 경우들에서는, 심지어 모니터링을 위한 능동 컴포넌트들을 포함해야 한다. 안전을 위한 설계 고려사항들 및 피처들의 예들은, 만약 인광체가 제거되거나 손상되는 경우, 노출된 레이저 빔이, 외측 환경에 대해 유해한 형태, 이를테면 시준된 코히어런트 빔이 되지 않도록 하는 방식으로, 인광체에 대해 레이저 빔을 포지셔닝하는 것을 포함한다. 보다 상세하게는, 백색 광 소스는, 레이저 빔이 외측 환경으로부터 멀리 그리고 표면 또는 피처 쪽으로 향하여, 빔이 외측 월드로 반사되는 것을 막게 되도록 설계된다. 수동 설계의 예에서, 안전을 위한 피처들은 빔 덤프들을 포함하며, 그리고/또는 흡수 물질은 구체적으로, 인광체가 제거되거나 손상되는 경우 레이저 빔이 치게(hit) 될 위치에 포지셔닝될 수 있다.
[0216] 일 실시예에서, 광학 빔 덤프는 레이저 빔을 흡수하기 위한 광학 엘리먼트의 역할을 하는 바, 만일 레이저 빔이 흡수되지 않는다면 외측 환경에 대해 위험할 수 있다. 빔 덤프의 설계 고려들은, 흡수에 의해 생성되는 열의 방산뿐만 아니라 레이저 빔 후면 반사들 및 스캐터링의 관리 및 감소를 포함할 것이다. 광 전력이 너무 높지 않은 간단한 솔루션들에서, 흡수 물질은 아교 접착, 땜납 또는 다른 물질에 의해 백킹 물질(backing material)에 부착된 블랙 벨벳 또는 플록 페이퍼의 피스만큼 간단할 수 있다. 고전력 애플리케이션들, 이를테면 고전력 레이저 시스템들 내로 통합되게 될 애플리케이션들에서, 빔 덤프들은 후면-반사, 과열, 또는 과도한 노이즈를 피하기 위해 더 많은 정교한 피처들을 종종 통합해야 한다. 간단한 평탄 표면에 대해 레이저 빔을 덤핑하는 것은, 허용할 수 없을 만큼 많은 양의 광이 외측 월드로 빠져 나가도록 초래할 수 있으며, 이는 직접적인 반사가 완화된다고 하더라도 환경에 대해 위험할 수 있다. 산란을 최소화하기 위한 하나의 접근법은, 빔을 덤핑하기 위해, 흡수 물질로 깊게 라이닝된(deep lined) 다공성 또는 깊은 암 캐비티(dark cavity) 물질을 사용하는 것이다.
[0217] 대부분의 중간(medium)-전력 레이저들에 대해 적절한 일반적으로 이용가능한 타입의 빔 덤프는, 빔보다 큰 직경을 갖는 알루미늄의 원뿔(cone)인데, 이는 블랙 컬러로 양극처리되고, 블랙의 골이 진(ribbed) 내부를 갖는 캐니스터에 넣어진다. 원뿔의 포인트만이 정면으로 부딪히는 빔에 노출되며; 대개, 유입 광은 원뿔을 비스듬히 그레이징하여, 성능 요건들을 완화시킨다. 그런다음, 이러한 블랙 표면으로부터의 임의의 반사들은 캐니스터에 의해 흡수된다. 리브(rib)들은, 광이 빠져나갈 가능성이 더 적게 되도록 돕고, 주변 공기로의 열 전달을 개선한다. (https://en.wikipedia.org/wiki/Beam_dump).
[0218] 본 발명에 따른 빔 덤프 안전 피처를 포함하는 패키징된 CPoS 백색 광 소스의 예가 도 28a의 개략적 다이어그램에 제공된다. 이러한 예에서, 반사 모드 백색 광 소스는 표면 마운트 디바이스(SMD) 타입 패키지로 구성된다. 예시적인 SMD 패키지는 베이스 부재(501)를 갖고, 반사 모드 백색 광 소스(502)가 그러한 베이스 부재 상에 장착되며, 여기서, 베이스 부재는 백색 광 소스로부터 멀리 히트 싱크로 열을 전도하도록 구성된다. 베이스 부재는 열 전도성 물질, 이를테면 구리, 구리 텅스텐, 알루미늄, 알루미나, SiC, 스틸, 다이아몬드, 합성 다이아몬드, AlN, 사파이어, 또는 다른 금속들, 세라믹들, 또는 반도체들로 구성된다. 베이스 부재에 대한 장착은, 땜납 또는 아교 접착 기법을 사용하여, 이를테면 AuSn 땜납들, SAC 땜납들, 이를테면, SAC305, 리드 함유 땜납, 또는 인듐을 사용하여 달성될 수 있지만, 다른 것들에 의해서도 달성될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 소결된 Ag 페이스트들 또는 필름들이 인터페이스에서의 부착 프로세스에 대해 사용될 수 있다. 조인트는 또한, 열 전도성 아교들, 열 에폭시들, 이를테면 은 에폭시, 열적 접착제들 및 다른 물질들로 형성될 수 있다. 대안적으로, 조인트는 금속-금속 본드, 이를테면 Au-Au 본드로 형성될 수 있다. 레이저 다이오드의 p-전극 및 n-전극으로부터의 전기 연결들은 내부 피드스루들(505 및 506)에 대한 와이어본드들(503 및 504)을 사용하여 이루어진다. 피드 스루들은 507과 같은 외부 리드들에 전기적으로 커플링된다. 외부 리드들은, 백색 광 소스를 대전시키고 백색 광 방사를 생성하기 위해 전력 소스에 전기적으로 커플링될 수 있다. 예시적인 빔(508)은, 인광체가 손상되거나 제거되고 그리고 레이저 빔이 인광체의 지지 부재로부터 반사되는 경우, 레이저 다이오드의 광학 경로에 구성된다. 이러한 예에서, 빔 덤프는 큐브처럼 성형되지만, 이는 단지 예일 뿐이며, 빔 덤프의 형상, 사이즈 및 위치는, 백색 광 소스의 효율성을 받아들이기 어려울 정도로 손상시키지 않으면서 안전 기능을 제공하는 것에 기반하여 최적화될 수 있다. 이러한 예에서, 반사된 빔의 광학 경로에 있도록 구성되는 빔 덤프의 면은, 큐브 빔 덤프를 통해 전파되는 깊은 캐비티들을 갖는 다공성 물질로 구성될 수 있다. 부가적으로, 빔 덤프는 레이저 빔을 흡수하기 위한 흡수체(absorbing)로 구성될 수 있으며, 그리고 빔은 레이저 빔의 흡수 동안 생성되는 열 에너지를 소산하기 위해 히트 싱크 및 패키지 부재에 대해 열이 잘 싱크된다. 레이저 빔 경로에 포지셔닝되지 않은, 빔 덤프 부재(508)의 측들은, 유용한 출력 백색 광을 증가시키기 위한 반사 물질로 구성될 수 있다. 게다가, 레이저 다이오드 부재 및 서브마운트 부재를 포함하는 패키지 내의 모든 표면들은 유용한 백색 광 출력을 개선하는 것을 돕기 위해 증가된 반사율을 위해 향상될 수 있다. 이러한 구성에서, 백색 광 소스는 캡핑 또는 시일링되지 않아서, 개방 환경에 노출된다. 물론, 도 28a의 예는 단지 예일 뿐이며, 빌트인(built in) 안전 피처를 갖는 패키징된 CPoS 백색 광 소스의 하나의 가능한 간단한 구성을 예시하는 것으로 의도된다. 하나 초과의 안전 피처가 포함될 수 있는 다른 실시예들에서, 다수의 안전 엘리먼트들로 구성된 안전 시스템이 포함될 수 있고, 그러한 안전 시스템들은 능동 및 수동 안전 엘리먼트들로 구성될 수 있다. 게다가, 안전 엘리먼트들 또는 안전 시스템들은, 평탄형 패키지들, 커스텀 패키지들 또는 캔-타입 패키지들에 포함된 다른 패키지들에 포함될 수 있다.
[0219] 본 발명에 따른 패키징된 백색 광 소스의 대안적인 예가 도 28b의 개략적 다이어그램에 제공된다. 이러한 예에서, 반사 모드 백색 광 소스는, 안전 피처로서 빔 덤프 부재를 포함하는 표면 마운트 디바이스(SMD) 타입 패키지로 구성된다. 예시적인 SMD 패키지는 공통 지지 베이스 부재(501)를 갖는다. 반사 모드 인광체 부재(502)는 베이스 부재에 부착되며, 베이스 부재는 또한, 베이스 부재와 인광체 부재 사이에 중간 서브마운트 부재를 포함할 수 있다. 레이저 다이오드(503)는 각진 지지 부재(504) 상에 장착되며, 각진 지지 부재는 베이스 부재에 부착된다. 베이스 부재는 백색 광 소스로부터 멀리 그리고 히트 싱크로 열을 전도하도록 구성된다. 베이스 부재는 열 전도성 물질, 이를테면 구리, 구리 텅스텐, 알루미늄, SiC, 스틸, 다이아몬드, 합성 다이아몬드, AlN, 사파이어, 또는 다른 금속들, 세라믹들, 또는 반도체들로 구성된다. 베이스 부재에 대한 장착은, 땜납 또는 아교 접착 기법을 사용하여, 이를테면 AuSn 땜납들, SAC 땜납들, 이를테면, SAC305, 리드 함유 땜납, 또는 인듐을 사용하여 달성될 수 있지만, 다른 것들에 의해서도 달성될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 소결된 Ag 페이스트들 또는 필름들이 인터페이스에서의 부착 프로세스에 대해 사용될 수 있다. 마운팅 조인트는 또한, 열 전도성 아교들, 열 에폭시들, 이를테면 은 에폭시 및 다른 물질들로 형성될 수 있다. 레이저 다이오드의 전극들로부터의 전기 연결들은 부재들(506)에 대한 와이어본드들(505)을 사용하여 이루어진다. 와이어본드들(507 및 508)은 내부 피드스루들(509 및 510)에 대해 형성된다. 피드 스루들은 외부 리드들에 전기적으로 커플링된다. 외부 리드들은, 백색 광 소스를 대전시키고 그리고 백색 광 방사를 산출하기 위해 인광체 부재(502) 상에 입사하는 레이저 빔(511)을 생성하기 위해 전력 소스에 전기적으로 커플링될 수 있다. 빔 덤프(512)는 레이저 여기 소스에 대해 인광체 부재의 대향 측에 포지셔닝된다. 빔 덤프는, 인광체의 최상부로부터 반사되는 벗어난 보라색 또는 청색 레이저 광을 흡수하는 중요한 안전 피처 기능을 제공한다. 또한, 인광체 부재가 제거 또는 손상되어 잠재적으로 위험한 상황을 생성하는 극단적인 경우(여기에서는, 완전(full)-전력 또는 거의 완전-전력 레이저 빔이 베이스 부재 또는 다른 반사 부재들로부터 반사됨), 빔 덤프는 대부분의 광을 흡수하여 외측 월드로의 위험한 레이저 빔 노출을 막는 역할을 할 것이다. 빔 덤프 부재는 또한, 기능적 엘리먼트들, 이를테면 ESD(electrostatic discharge) 보호 엘리먼트, 이를테면 TVS(transient voltage suppression) 엘리먼트로 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 빔 덤프는, 레이저 빔에 대한 직접적인 노출시 가열되어 레이저 다이오드를 턴오프시키기 위한 개방 회로를 생성하는 기능을 하는 온도 퓨즈이다. 베이스 부재(501)의 최상부 표면은, 아래쪽으로 지향되거나 반사되는 광으로부터 관련되는 임의의 손실들을 막거나 완화하기 위해, 반사 층으로 구성되거나, 반사층으로 코팅되거나, 또는 반사층으로 충전될 수 있다. 게다가, 레이저 다이오드 부재 및 서브마운트 부재를 포함하는 패키지 내의 모든 표면들은 유용한 백색 광 출력을 개선하는 것을 돕기 위해 증가된 반사율을 위해 향상될 수 있다. 이러한 구성에서, 백색 광 소스는 캡핑 또는 시일링되지 않아서, 개방 환경에 노출된다. 물론, 도 28b의 예는 단지 예일 뿐이며, 표면 장착 패키징된 백색 광 소스의 하나의 가능한 간단한 구성을 예시하는 것으로 의도된다. 구체적으로, 표면 마운트 타입 패키지들은 LED들 및 다른 디바이스들 용으로 널리 대중적이고 규격품으로 입수가능하기 때문에, 이들은 저 비용이고 매우 적응성있는 솔루션을 위한 하나의 옵션일 수 있다.
[0220] 물론, 광학 빔 덤프들은 레이저 안전 피처의 단지 하나의 예일 뿐이며, 다른 많은 것들이 있을 수 있다. 일반적으로, 손상을 주는 또는 탬퍼링(tampering) 이벤트가 존재하는 경우 직접적인 레이저가 외측 월드로 빠져나가지 않도록, 레이저 다이오드는 외측 환경 쪽으로 향하도록 구성되지 않아야 한다.
[0221] 본 발명의 일부 실시예들에서, 인광체 부재를 갖는 패키지 내로 온도 퓨즈가 통합된다. 온도 퓨즈들은 정상 동작하에서 전기를 전도하도록 구성된 간단한 디바이스들이며, 전형적으로, 낮은 녹는점 합금으로 이루어진다. 일 예에서, 온도 퓨즈는, 낮은 녹는점을 갖는 금속 물질로 구성되며, 그리고 보라색 또는 청색 레이저 빔 광에 의해 직접적으로 또는 간접적으로 조사될 때에 급속하게 가열되도록 구성된다. 온도 퓨즈 물질에서의 급속한 열 증가는 그러한 물질을 용해시켜서, 퓨즈 금속에 불연속성(discontinuity)을 생성하며, 이는 전기 전도 경로를 개방하고 퓨즈를 통한 전류 흐름을 막는다.
[0222] 본 발명의 이러한 실시예에서, 온도 퓨즈들은 외부 전력 소스로부터 레이저 다이오드의 이득 엘리먼트로 전류 입력을 제공하는 전기 경로 내에 포함된다. 온도 퓨즈들은, 인광체 부재가 손상되거나, 깨지거나, 또는 제거되는 경우, 보라색 또는 청색 레이저 빔의 출력이 입사될 위치들에 물리적으로 포지셔닝된다. 즉, 온도 퓨즈는, 빔 라인에서의 업스트림 실패가 발생하지 않는 한 빔이 존재할 것으로 예상되지 않는 패키지에 배치된다. 그러한 이벤트의 경우, 보라색 또는 청색 레이저 광은 퓨즈 물질을 조사하여, 녹는점에서의 또는 녹는점 위로의 온도 증가를 유도할 것이고, 그에 따라 온도 퓨즈 엘리먼트들의 용해를 야기할 것이다. 그런다음, 이러한 용해는 전기 경로를 개방하고 그리고 외부 전력 공급부로부터 레이저 다이오드 이득 엘리먼트로의 전기 회로를 깨뜨릴 것이며, 그에 의해 레이저 디바이스를 셧오프(shut off)시킬 것이다. 이러한 바람직한 예에서, 온도 퓨즈는 외부 제어 메커니즘들을 필요로 하지 않으면서 레이저에 대한 전력을 컷오프시킬 수 있다.
[0223] 본 발명에 따른 가용성 합금 온도 퓨즈 구조에 대한 다수의 변형들이 존재한다. 다른 예에서, 가용성 합금의 볼 내부에서 적소에 땜납되는 인장 스프링을 활용할 수 있다. 스프링 및 합금은 전기 회로를 제공한다. 합금이 충분히 연화(soft)될 때, 스프링이 풀어지고, 그에 의해 회로 연결을 깨뜨린다. 일부 실시예들에서, 충분한 온도가 충족되었거나 초과될 때, 녹는점은 동작 디바이스에서의 연결 만을 깨뜨리도록 적절하게 선택될 수 있다.
[0224] 본 발명의 일부 실시예들에서, 안전 피처들 및 시스템들은 능동 컴포넌트들을 사용한다. 예시적인 능동 컴포넌트들은 광검출기들/포토다이오드 및 서미스터들을 포함한다. 포토다이오드들은 컴포넌트들과 결합될 수 있는 바, 이를테면, 검출기 상에 입사하는 광의 파장 또는 편파 선택을 제공하기 위해 광학 필터들과 결합되거나 또는 검출기 상에 입사하는 광을 포커싱하거나 광을 조작하기 위해 빌트인 렌즈들과 결합될 수 있으며, 그리고 소정의 반응도 및/또는 노이즈 레벨을 선택하기 위해 큰 또는 작은 표면적들을 가질 수 있다. 가장 널리 퍼진 포토다이오드 타입은 광학 흡수 물질로서의 Si에 기반하며, 공핍 지역이 형성된다. 광자가 이러한 지역에서 흡수될 때, 전자-정공 쌍이 형성되어, 광 전류를 초래한다. 포토다이오드의 민감도를 정의하는 1차 파라미터는 그것의 양자 효율성(QE)이며, 이러한 양자 효율성은, 전자-정공 쌍들을 생성하고 이후 출력 신호에 기여하는 입사 광자들의 비율로서 정의된다. 800-900 nm 지역의 파장들에서 동작하는 실리콘 검출기들에 대해 대략 80%의 양자 효율성이 통상적이다. 포토다이오드의 민감도는 또한, 입사 조명의 watt 당 포토다이오드 전류의 amps의 단위로 표현될 수 있다. 이러한 관계는 파장이 더 짧아짐에 따라 반응도가 감소하는 경향으로 이어진다.
[0225] 이러한 더 짧은 파장들에 대한 반응도가 감소하는 것은, 보라색 또는 청색 파장 범위의 고성능 실리콘 기반 포토다이오드를 달성하는 데 곤란성을 제시한다. 이 곤란성을 극복하기 위해, 청색 향상 및/또는 필터 기법들이 사용되어 이 파장 범위의 반응도를 개선할 수 있다. 일 실시예에서, InGaN 및/또는 GaN-함유 포토다이오드는 통합 백색 광 소스와 결합된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 청색 파장 지역에서 높은 반응도로 동작가능한 저비용 실리콘 기반 포토다이오드를 달성하는 것의 곤란성을 극복하기 위해, 울트라바이올렛, 보라색, 또는 청색 레이저 광을, 본 발명의 실시예에서 요구되는 기준들에 따른 고-반응도 포토-검출에 더 적절한 파장으로 하향 변환하기 위해, 파장 변환기 물질, 이를테면, 인광체가 사용될 수 있다.
[0226] 레이저로부터의 직접적인 청색 방사, 산란된 청색 방사, 또는 인광체 방사, 이를테면, 황색 인광체 방사를 검출하도록 설계된 전략적으로 로케이팅된 검출기들은, 청색 빔이 노출될 수 있는 인광체의 실패들 또는 백색광 소스의 다른 오동작들을 검출하는 데 사용될 수 있다. 이러한 이벤트의 검출 시에, 폐쇄 회로 또는 피드백 루프는, 레이저 다이오드로의 전력 공급을 중단하여 레이저 다이오드를 효과적으로 턴 오프하도록 구성될 것이다.
[0227] 능동적인 안전 피처들의 또 다른 예에서, 손상된 또는 제거된 인광체를 표시하는, 청색 레이저 다이오드로부터의 증가된 직접적인 조사의 결과일 수 있는 급격한 온도 증가가 있는지를 결정하기 위해, 서미스터가 인광체 물질 근처에 또는 아래에 포지셔닝될 수 있다. 또한, 이 경우에, 서미스터 신호가 피드백 루프를 트립하여 레이저 다이오드로의 전력을 중단하고 레이저 다이오드를 셧 오프할 것이다.
[0228] 일부 실시예들에서, 추가의 광학 엘리먼트들은 반사된 또는 벗어난 여기 광을 리사이클하는 데 사용된다. 일 예에서, 재-이미징 옵틱은, 반사된 레이저 빔을 다시 인광체 상으로 재-이미징하고, 그에 따라, 반사된 광을 리사이클링하는 데 사용된다.
[0229] 재-이미징 옵틱을 포함하는, 본 발명에 따른 패키지된 백색광 소스의 대안적인 예가 도 28c의 개략적 다이어그램에서 제시된다. 이 예에서, 반사 모드 백색광 소스는 광자 리사이클링 피처 및 안전 피처로서의 재이미징 광학을 포함하는 SMD(surface mount device) 타입 패키지로 구성된다. 예시적 SMD 패키지는 공통 지지 베이스 부재(501)를 갖는다. 반사 모드 인광체 부재(502)는 베이스 부재에 부착되며, 이는 또한 인광체 부재와 베이스 부재 간에 중간 서브마운트 부재를 포함할 수 있다. 레이저 다이오드(503)는 각진 지지 부재(504) 상에 장착되고, 각진 지지 부재는 베이스 부재에 부착된다. 베이스 부재는 백색광 소스로부터 멀리 그리고 히트 싱크로 열을 전도하도록 구성된다. 베이스 부재는 열 전도성 물질, 이를테면, 구리, 구리 텅스텐, 알루미늄, SiC, 강철, 다이아몬드, 합성 다이아몬드, AlN, 사파이어, 또는 다른 금속들, 세라믹들, 또는 반도체들로 구성된다. 베이스 부재에 대한 장착은, 납땜 또는 아교 접착 기법을 사용하여, 이를테면, AuSn 땜납들, SAC 땜납들, 이를테면, SAC305, 리드 함유 땜납, 또는 인듐을 사용하여 달성될 수 있지만, 다른 것들에 의해서도 달성될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 소결된 Ag 페이스트들 또는 필름들이 인터페이스에서의 부착 프로세스를 위해 사용될 수 있다. 장착 조인트는 또한, 열 전도성 아교들, 열적 에폭시들, 이를테면, 은 에폭시 및 다른 물질들로 형성될 수 있다. 레이저 다이오드의 전극들로부터의 전기 연결들은 부재들(506)에 대해 와이어본드들(505)을 사용하여 이루어진다. 와이어본드들(507 및 508)은 내부 피드스루들(509 및 510)에 대해 형성된다. 피드스루들은 외부 리드들에 전기적으로 커플링된다. 외부 리드들은 전력 소스에 전기적으로 커플링되어, 백색광 소스를 대전시키고 그리고 인광체 부재(502) 상에 입사하는 레이저 빔(511)을 생성하여, 1차 여기 스폿을 생성하고 백색 광 방사를 산출할 수 있다. 재-이미징 옵틱(512)은 레이저 여기 소스에 대해 인광체 부재의 대향 측 상에 포지셔닝된다. 재-이미징 옵틱 기능들은 인광체의 최상부 표면으로부터 반사되는 여기 광의 프랙션을 재지향시키고 리포커싱하는 것이다. 밝기의 감소 또는 스폿 사이즈 증가를 회피하기 위해, 재-이미징 옵틱은, 사이즈 및 형상에 있어서 1차 여기 스폿의 것과 유사한 인광체 상에 반사된 여기 스폿을 생성할 수 있다. 대안적으로, 재이미징된 여기 스폿은 1차 여기 스폿보다 작을 수 있다. 이 재-이미징 옵틱 기능들은, 벗어난 반사된 레이저 광이 안전 피처로서의 패키지를 이탈하는 것을 방지하는 것이며, 낭비된 반사된 여기 광을 다시 인광체 상으로 리사이클링함으로써 백색광 디바이스의 효율성을 강화할 수 있다. 베이스 부재(501)의 최상부 표면은, 아래쪽으로 지향된 또는 반사된 광과 관련된 임의의 손실들을 방지하거나 완화시키기 위해, 반사 층으로 구성되거나, 반사 층으로 코팅되거나, 또는 반사 층으로 충전될 수 있다. 게다가, 레이저 다이오드 부재 및 서브마운트 부재를 포함하는 패키지 내의 모든 표면들은 증가된 반사율을 위해 향상되어, 유용한 백색 광 출력을 개선하는 데 도움이 될 수 있다. 이 구성에서, 백색광 소스는, 개방 환경에 노출되도록, 캡핑 또는 시일링되지 않는다. 물론, 도 28c의 예는 단지 예일뿐이며, 표면 마운트 패키지된 백색광 소스의 하나의 가능한 간단한 구성을 예시하도록 의도된다. 특히, 표면 마운트 타입 패키지들이 LED들 및 다른 디바이스들에 대해 광범위하게 대중적이며, 규격품으로 입수가능하기 때문에, 이들은 저렴한 비용 및 고도로 적응가능한 솔루션을 위한 하나의 옵션이 될 수 있다.
[0230] 반사 옵틱을 포함하는, 본 발명에 따른 패키지된 백색광 소스의 대안적인 예가 도 28d의 개략적 다이어그램에서 제시된다. 이 예에서, 반사 모드 백색광 소스는 빔 성형 이익들, 제조용이성 이익들, 및 열적 임피던스의 가능한 감소를 제공하기 위해 재이미징 옵틱을 포함하는 SMD(surface mount device) 타입 패키지로 구성된다. 이 예에서, SMD 패키지는 공통 지지 베이스 부재(501)를 갖는다. 반사 모드 인광체 부재(502)는 베이스 부재에 부착되며, 이는 또한 인광체 부재와 베이스 부재 간에 중간 서브마운트 부재를 포함할 수 있다. 서브마운트(503) 상의 레이저 다이오드는 도 28c 및 다른 실시예들에서와 같이 각진 지지 부재에 대한 필요성 없이, 패키지의 베이스에 직접적으로 장착된다. 베이스 부재는 백색광 소스로부터 멀리 그리고 히트 싱크로 열을 전도하도록 구성된다. 베이스 부재는 열 전도성 물질, 이를테면, 구리, 구리 텅스텐, 알루미늄, SiC, 강철, 다이아몬드, 합성 다이아몬드, AlN, 사파이어, 또는 다른 금속들, 세라믹들, 또는 반도체들로 구성된다. 베이스 부재에 대한 장착은, 납땜 또는 아교 접착 기법을 사용하여, 이를테면, AuSn 땜납들, SAC 땜납들, 이를테면, SAC305, 리드 함유 땜납, 또는 인듐을 사용하여 달성될 수 있지만, 다른 것들에 의해서도 달성될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 소결된 Ag 페이스트들 또는 필름들은 인터페이스에서의 부착 프로세스를 위해 사용될 수 있다. 장착 조인트는 또한, 열 전도성 아교들, 열적 에폭시들, 이를테면, 은 에폭시 및 다른 물질들로 형성될 수 있다. 레이저 다이오드의 전극들로부터의 전기 연결들은, 외부 리드들에 연결되는 패키지의 피드스루들에 대한 전기 커플링에 의해 이루어진다. 외부 리드들은 전력 소스에 전기적으로 커플링되어, 백색광 소스를 대전시키고, 그리고 레이저 여기 소스에 대해 인광체 부재의 대향 측 상에 포지셔닝된 재-이미징 옵틱(505) 상에 입사하는 레이저 빔(504)을 생성할 수 있다. 재-이미징 옵틱 기능들은 레이저 다이오드로부터의 직접적인 레이저 빔을 인광체(502)의 최상부 표면 상의 입사 빔(506)으로 재지향 및 리포커싱하는 것이다. 대안적인 구성들에서, 재-이미징 옵틱은 레이저 및 인광체에 대해 대안적인 포지션들에 배치될 수 있다. 재-이미징 옵틱을 사용하는 이 일반적인 예는, 재-이미징 옵틱에 의해 지시된 바와 같이 더 이상적인 스폿 사이즈 및 지오메트리를 잠재적으로 제공하는 장점을 제공하며, 더 용이한 제조 및 더 낮은 열적 임피던스를 위해 각진 지지 부재와 같은 중간 부재들의 포함을 요구하지 않는다. 게다가, 이 예는 안전성 이익을 제공한다. 재-이미징 옵틱의 사용은 매우 둥근 여기 스폿 및/또는 매우 작은 여기 스폿, 이를테면, 1mm 미만, 500um 미만, 300um 미만, 100um 미만, 또는 50um 미만을 가능하게 할 수 있다. 이 재-이미징 옵틱 기능들은, 벗어난 반사된 레이저 광이 안전 피처로서의 패키지를 이탈하는 것을 방지하는 것이며, 낭비된 반사된 여기 광을 다시 인광체 상으로 리사이클링함으로써 백색광 디바이스의 효율성을 강화할 수 있다. 베이스 부재(501)의 최상부 표면은, 아래쪽으로 지향된 또는 반사된 광과 관련된 임의의 손실들을 방지하거나 완화시키기 위해, 반사 층으로 구성되거나, 반사 층으로 코팅되거나, 또는 반사 층으로 충전될 수 있다. 게다가, 레이저 다이오드 부재 및 서브마운트 부재를 포함하는 패키지 내의 모든 표면들은 증가된 반사율을 위해 향상되어, 유용한 백색 광 출력을 개선하는 데 도움이 될 수 있다. 이 구성에서, 백색광 소스는, 개방 환경에 노출되도록, 캡핑 또는 시일링되지 않는다. 물론, 도 28d의 예는 단지 예일뿐이며, 표면 마운트 패키지된 백색광 소스의 하나의 가능한 간단한 구성을 예시하도록 의도된다. 특히, 표면 마운트 타입 패키지들이 LED들 및 다른 디바이스들에 대해 광범위하게 대중적이며, 규격품으로 입수가능하기 때문에, 이들은 저렴한 비용 및 고도로 적응가능한 솔루션을 위한 하나의 옵션이 될 수 있다.
[0231] 본 발명의 일부 실시예들에서, 추가의 엘리먼트들은 패키지 부재 내에 포함되어, 레이저 다이오드 부재로부터의 벗어난 또는 반사된 광에 실드 또는 차단 기능을 제공할 수 있다. 자발적 광, 산란된 광, 또는 후면 패싯을 이탈하는 광과 같은 1차 방사 빔에 있지 않은 레이저 다이오드로부터 방사된 광, 인광체 블룸 패턴들, 또는 반사된 여기 광과 같은 광학 아티팩트들을 차단함으로써, 백색광 소스로부터의 광학 방사는 라이팅 시스템들로의 통합에 더 이상적일 수 있다. 게다가, 이러한 벗어난 광을 차단함으로써, 통합 백색 광 소스는 본질적으로 더 안전할 것이다. 마지막으로, 실드 부재는, 인광체 부재로부터의 백색 방사가 실드의 홀을 관통하는 애퍼처이도록, 애퍼처로서 역할을 할 수 있다. 이 애퍼처 피처는 백색 소스로부터 방사 패턴을 형성할 수 있다.
[0232] 반사 옵틱을 포함하는, 본 발명에 따른 패키지된 백색광 소스의 대안적인 예가 도 28e의 개략적 다이어그램에서 제시된다. 이 예에서, 반사 모드 백색광 소스는, 추가의 이익들, 이를테면, 개선된 백색 광 방사 공간 패턴, 원하지 않는 광학 아티팩트들, 이를테면, 반사된 여기 광 또는 원하지 않는 레이저 방사의 감소, 및/또는 벗어난 레이저 광이 패키지를 이탈하는 것의 방지에 따른 개선된 안전을 제공하기 위해 실드 부재를 포함하는 SMD(surface mount device) 타입 패키지로 구성된다. 이 예에서, SMD 패키지는 공통 지지 베이스 부재(501)를 갖는다. 반사 모드 인광체 부재(502)는 베이스 부재에 부착되고, 실드 부재 또는 애퍼처 부재에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인다. 실드 부재(505)는 적어도 레이저 다이오드 방사기 패싯 위로 연장되는 오버행(506)으로 구성된다. 서브마운트(503) 상의 레이저 다이오드는 각진 지지 부재(504)에 장착되고 패키지의 베이스에 부착된다. 베이스 부재는 백색광 소스로부터 멀리 그리고 히트 싱크로 열을 전도하도록 구성된다. 베이스 부재는 열 전도성 물질, 이를테면, 구리, 구리 텅스텐, 알루미늄, SiC, 강철, 다이아몬드, 합성 다이아몬드, AlN, 사파이어, 또는 다른 금속들, 세라믹들, 또는 반도체들로 구성된다. 베이스 부재에 대한 장착은, 납땜 또는 아교 접착 기법을 사용하여, 이를테면, AuSn 땜납들, SAC 땜납들, 이를테면, SAC305, 리드 함유 땜납, 또는 인듐을 사용하여 달성될 수 있지만, 다른 것들에 의해서도 달성될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 소결된 Ag 페이스트들 또는 필름들은 인터페이스에서의 부착 프로세스를 위해 사용될 수 있다. 장착 조인트는 또한, 열 전도성 아교들, 열적 에폭시들, 이를테면, 은 에폭시 및 다른 물질들로 형성될 수 있다. 레이저 다이오드의 전극들로부터의 전기 연결들은, 외부 리드들에 연결되는 패키지의 피드스루들에 대한 전기 커플링에 의해 이루어진다. 외부 리드들은 전력 소스에 전기적으로 커플링되어, 백색광 소스를 대전시키고 그리고 실드 부재(505) 내의 인광체(502) 상에 입사하는 레이저 빔을 생성할 수 있다. 실드 부재는 백색 광의 방사를 가능하게 하기 위해 애퍼처(507)로 구성된다. 대안적인 구성들에서, 실드 부재는 전체 레이저 다이오드를 둘러싸고 추가의 레벨의 안전을 제공할 수 있다. 애퍼처의 사용은 매우 이상적인 또는 둥근 여기 스폿 및/또는 매우 작은 여기 스폿, 이를테면, 1mm 미만, 500um 미만, 300um 미만, 100um 미만, 또는 50um 미만을 가능하게 할 수 있다. 베이스 부재(501)의 최상부 표면은, 아래쪽으로 지향된 또는 반사된 광과 관련된 임의의 손실들을 방지하거나 완화시키기 위해, 반사 층으로 구성되거나, 반사 층으로 코팅되거나, 또는 반사 층으로 충전될 수 있다. 게다가, 레이저 다이오드 부재 및 서브마운트 부재를 포함하는 패키지 내의 모든 표면들은 증가된 반사율을 위해 향상되어, 유용한 백색 광 출력을 개선하는 데 도움이 될 수 있다. 이 구성에서, 백색광 소스는, 개방 환경에 노출되도록, 캡핑 또는 시일링되지 않는다. 물론, 도 28e의 예는 단지 예일뿐이며, 표면 마운트 패키지된 백색광 소스의 하나의 가능한 간단한 구성을 예시하도록 의도된다. 특히, 표면 마운트 타입 패키지들이 LED들 및 다른 디바이스들에 대해 광범위하게 대중적이며, 규격품으로 입수가능하기 때문에, 이들은 저렴한 비용 및 고도로 적응가능한 솔루션을 위한 하나의 옵션이 될 수 있다.
[0233] 본 발명에 따른 많은 애플리케이션들에서, 패키지된 통합 백색 광 소스는 히트 싱크 부재에 부착될 것이다. 히트 싱크는 패키지된 백색광 소스로부터 냉각 매체로 열 에너지를 전달하도록 구성된다. 냉각 매체는, 능동적으로 냉각되는 매체, 이를테면, 열전기 냉각기 또는 마이크로채널 냉각기일 수 있거나, 또는 표면을 최대화하고 그리고 공기와의 상호작용을 증가시키기 위한 피처들, 이를테면, 핀들, 필라(pillar)들, 포스트들, 시트들, 튜브들, 또는 다른 형상들을 갖는 공냉식 설계(air-cooled design)와 같은 수동적으로 냉각되는 매체일 수 있다. 히트 싱크는 통상적으로, 금속 부재로 형성될 것이지만, 다른 것들, 이를테면, 열 전도성 세라믹들, 반도체들, 또는 복합물들로도 형성될 수 있다.
[0234] 히트 싱크 부재는 패키지된 레이저 다이오드 기반 백색광 소스로부터 냉각 매체로 열 에너지를 이송하도록 구성된다. 히트 싱크 부재는 금속, 세라믹, 복합물, 반도체, 플라스틱으로 구성될 수 있고, 바람직하게는 열 전도성 물질로 구성된다. 후보 물질들의 예들은, 대략 400 W/(mK)의 열 전도율을 가질 수 있는 구리, 대략 200 W/(mK)의 열 전도율을 가질 수 있는 알루미늄, 대략 370 W/(mK)의 열 전도율을 가질 수 있는 4H-SiC, 대략 490 W/(mK)의 열 전도율을 가질 수 있는 6H-SiC, 대략 230 W/(mK)의 열 전도율을 가질 수 있는 AlN, 대략 1000 W/(mK) 초과의 열 전도율을 가질 수 있는 합성 다이아몬드, 합성 다이아몬드, 사파이어, 또는 다른 금속들, 세라믹들, 복합물들, 또는 반도체들을 포함한다. 히트 싱크 부재는, 머시닝, 컷팅, 트리밍, 또는 몰딩에 의해, 금속, 이를테면, 구리, 구리 텅스텐, 알루미늄, 또는 다른 것으로 형성될 수 있다.
[0235] 본 발명에 따라 패키지된 백색광 소스를 히트 싱크 부재에 조인시키는 부착 조인트는, 열적 임피던스를 최소화하도록 신중하게 설계되고 프로세싱되어야 한다. 따라서, 충분한 부착 세기를 가진 적합한 열적 임피던스를 위해, 적절한 부착 물질, 인터페이스 지오메트리, 및 부착 프로세스 실시가 선택되어야 한다. 예들은, AuSn 땜납들, SAC 땜납들, 이를테면, SAC305, 리드 함유 땝납, 또는 인듐을 포함하지만, 다른 것들일 수 있다. 대안적인 실시예에서, 소결된 Ag 페이스트들 또는 필름들은 인터페이스에서의 부착 프로세스를 위해 사용될 수 있다. 조인트는 또한, 열 전도성 아교들, 열적 에폭시들, 이를테면, 은 에폭시, 열적 접착제들, 및 다른 물질들로 형성될 수 있다. 대안적으로, 조인트는 금속-금속 본드, 이를테면, Au-Au 본드로 형성될 수 있다. 레이저 및 인광체 물질을 갖는 공통 지지 부재는 소산 전력의 10 degrees Celsius per watt 미만 또는 5 degrees Celsius per watt 미만의 열적 임피던스를 제공하도록 구성되어서, 레이저 디바이스로부터 히트 싱크로의 열적 경로를 특징화한다.
[0236] 도 29a는 본 발명에 따른 히트 싱크 부재 상에 장착된 시일링된 SMD에 구성된 CPoS 백색광 소스의 개략적 예시이다. SMD 패키지에 시일링된 백색광 소스는 도 27a에 도시된 예와 유사하다. 도 27a에 도시된 바와 같이, SMD 타입 패키지는 베이스에 장착된 백색광 소스(602)를 갖는 베이스 부재(601) 및 광 소스를 위한 시일을 제공하는 캡 부재(603)를 갖는다. 베이스에 대한 장착은, 납땜 또는 아교 접착 기법을 사용하여, 이를테면, AuSn 땜납들, SAC 땜납들, 이를테면, SAC305, 리드 함유 땜납, 또는 인듐을 사용하여 달성될 수 있지만, 다른 것들에 의해서도 달성될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 소결된 Ag 페이스트들 또는 필름들은 인터페이스에서의 부착 프로세스를 위해 사용될 수 있다. 캡 부재는 적어도 투명한 윈도우 지역을 갖는다. 투명 물질은 유리, 석영, 사파이어, 실리콘 카바이드, 다이아몬드, 플라스틱, 또는 임의의 적절한 투명 물질일 수 있다. SMD 패키지의 베이스 부재는 히트 싱크 부재(604)에 부착된다. 히트 싱크 부재는 물질, 이를테면, 금속, 세라믹, 복합물, 반도체, 또는 플라스틱으로 구성될 수 있고, 바람직하게는 열 전도성 물질로 구성된다. 후보 물질들의 예들은 알루미늄, 구리, 구리 텅스텐, 강철, SiC, AlN, 다이아몬드, 합성 다이아몬드, 사파이어, 또는 다른 물질들을 포함한다. 물론, 도 29a의 예는 단지 예일뿐이며, 히트 싱크 상에 장착된, 본 발명에 따른 백색광 소스의 하나의 가능한 구성을 예시하도록 의도된다. 특히, 히트 싱크는 열을 전달하는 것을 돕는 피처들, 이를테면, 핀들을 포함할 수 있다.
[0237] SMD와 같은 패키지들에 장착된 통합된 레이저들 및 인광체들에 기반하는 광 소스들은 외부 보드에 부착되어, 패키지들의 전기적 및 기계적 장착을 가능하게 할 수 있다. SMD 패키지에 전기적 및 기계적 인터페이스들을 제공하는 것 외에도, 이들 보드들은 또한, 히트-싱크와 같은 외측 월드에 대한 열적 인터페이스를 공급한다. 이러한 보드들은 또한, 최종 어셈블리 동안 작은 패키지들, 이를테면, SMD(통상적으로 2 cm x 2 cm 미만)에 대한 개선된 핸들링을 제공할 수 있다. 커스텀 보드 설계들 외에도, Cu, Al 또는 Fe 합금들인 베이스를 갖는 MCPCB(metal core printed circuit board), 비평탄 표면 둘레에서 구부려질 필요가 있는 애플리케이션들에서 사용될 Cu 중간층들 및 유전체 격리가 있는, 통상적으로 폴리이미드 구조들인 FR4, 플렉스/하이브리드 플렉스 보드들과 같은, 섬유 충전된 에폭시 보드들, 또는 더 큰 시스템의 기존 금속 프레임에 직접적으로 장착될 수 있는 표준 히트 싱크 물질 보드들을 포함하는 다수의 산업 표준 보드 설계들이 존재한다.
[0238] 본 발명에 따른 많은 실시예들에서, 완성된 SMD는 산업 표준 부착 방법론들 및 물질들을 이용할 다음 레벨 보드들에 부착된다. 이들 물질 선택들 및 프로세스들은, Au-Au 상호연결, 분배 또는 스텐실 애플리케이션 또는 프리폼 부착의 사용을 통한 표준 Pb 프리 땝납 부착, 분배 또는 스텐실 애플리케이션 또는 프리폼 부착의 사용을 통한 표준 Pb 함유 땜납, 분배 및 스크리닝 애플리케이션을 사용한 다이 부착 에폭시들, 또는 분배, 스텐실 또는 프리폼을 사용한 소결된 은 땜납을 포함할 수 있다(그러나 이에 제한되지 않음).
[0239] 도 29b는 본 발명에 따라, 보드 부재, 이를테면 스타보드상에 장착된 시일링된 SMD에 구성되는 백색광 소스의 개략적 예시이다. SMD 패키지에 시일링된 백색광 소스는 도 27b에 도시된 예와 유사하다. 도 29b에 도시된 것처럼, SMD 타입 패키지는 베이스 부재(601)를 가지며, 이 베이스 부재(601)는 베이스에 장착된 백색광 소스(602) 및 광 소스에 대한 시일을 제공하는 캡 부재(603)를 갖는다. 베이스에 대한 장착은, 납땜 또는 아교 접착 기법을 사용하여, 이를테면 AuSn 땜납들, SAC 땜납들, 이를테면 SAC305, 리드 함유 땜납, 또는 인듐을 사용하여 달성될 수 있으나, 다른 것들에 의해 달성될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 소결된 Ag 페이스트들 또는 필름들이 인터페이스에서 부착 프로세스를 위해 사용될 수 있다. 캡 부재는 적어도 투명한 윈도우 지역을 갖는다. 투명 물질은 유리, 석영, 사파이어, 실리콘 카바이드, 다이아몬드, 플라스틱, 또는 임의의 적절한 투명 물질일 수 있다. SMD 패키지의 베이스 부재는, 통합 백색 광 소스의 전기적 및 기계적 장착을 가능하게 하고 SMD 패키지에 전기적 및 기계적 인터페이스들을 제공하고 그리고 외측 월드에 대한 열적 인터페이스, 이를테면 히트-싱크를 공급하도록 구성된 스타보드 부재(604)에 부착된다. 히트 싱크 부재는 물질, 이를테면 금속, 세라믹, 합성물, 반도체, 또는 플라스틱으로 구성될 수 있고, 바람직하게는 열 전도성 물질로 구성된다. 후보 물질들의 예들은 알루미늄, 알루미나, 구리, 구리 텅스텐, 스틸, SiC, AlN, 다이아몬드, 합성 다이아몬드, 사파이어 또는 다른 물질들을 포함한다. 물론, 도 29b의 예는 단지 일 예이며, 히트 싱크 상에 장착되는, 본 발명에 따른 백색광 소스의 하나의 가능한 구성을 예시하도록 의도된다. 특정하게, 히트 싱크는 열 전달을 돕는 피처들, 이를테면 핀들을 포함할 수 있다.
[0240] 본 발명의 일부 실시예들에서, CPoS 통합 백색 광 소스는 생성된 백색 광을 조작하기 위해 광학 부재와 결합된다. 일 예에서, 백색광 소스는, 광이 지정된 위치 또는 영역으로 지향되거나 또는 투사되어야 하는 스폿 라이트 시스템, 이를테면 플래시라이트 또는 자동차 전조등 또는 다른 라이트 애플리케이션들에 제공될 수 있다. 일 예로서, 광을 지향시키기 위해서는, 백색 광을 포함하는 포톤들이 원하는 전파 축을 따라 서로 평행하게 전파되도록 시준되어야 한다. 시준 각도는 광 소스를 시준하기 위해 사용되는 옵틱스 및 광 소스에 의존한다. 가장 높은 시준을 위해, 4-pi 방사 및 서브-미크론 또는 미크론-스케일 직경을 갖는 완벽한 광 포인트 소스가 바람직하다. 일 예에서, 포인트 소스는 포물면(parabolic) 반사기와 결합되며, 여기서 광 소스는 반사기의 초점에 배치되고, 반사기는 포인트 소스에 의해 발생된 구면 파를 축을 따르는 평면 파들의 시준된 빔으로 변환한다.
[0241] 일 실시예에서, 반사기는 백색광 소스에 커플링된다. 특정하게, 포물면(parabolic) (또는 포물면(paraboloid) 또는 포물면(paraboloidal)) 반사기가 백색 광을 투사하기 위해 배치된다. 포물면 반사기의 포커스에 백색광 소스를 포지셔닝시킴으로써, 평면 파들이 반사되고, 포물면 반사기의 축을 따라, 시준된 빔으로서 전파될 것이다.
[0242] 다른 예에서, 간단한 단일 렌즈 또는 렌즈들의 시스템이 백색 광을 투사된 빔으로 시준하기 위해 사용된다. 특정 예에서, 단일 비구면 렌즈는 백색 광을 방사하는 인광체 부재의 전면에 배치되며, 방사된 백색 광을 시준하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 렌즈는 통합 백색 광 소스를 포함하는 패키지의 캡에 구성된다. 일부 실시예들에서, 백색 광을 성형화하거나 지향시키거나 또는 시준하기 위해 렌즈 또는 다른 타입의 광학 엘리먼트가 캡 부재에 직접적으로 포함된다. 일 예에서, 렌즈는 투명 물질, 이를테면 유리, SiC, 사파이어, 석영, 세라믹, 합성물 또는 반도체로 구성된다.
[0243] 이러한 백색 광 시준 광학 부재들은 다양한 통합 레벨들에서 백색광 소스와 결합될 수 있다. 예컨대, 시준 옵틱스는 코-패키지 구성에서 통합 백색 광 소스로서 동일한 패키지 내에 상주할 수 있다. 추가의 통합 레벨에서, 시준 옵틱스는 백색광 소스로서 동일한 서브마운트 또는 지지 부재 상에 상주할 수 있다. 다른 실시예에서, 시준 옵틱스는 통합 백색 광 소스를 포함하는 패키지 외측에 상주할 수 있다.
[0244] 본 발명에 따른 일 실시예에서, 반사 모드 통합 백색광 소스는 도 31에 예시된 바와 같이 시준된 백색 빔을 생성하기 위해서 렌즈 부재를 갖는 평탄형 패키지에 구성된다. 도 30에서 확인되는 바와 같이, 평탄형 패키지는 시준된 백색광 소스(602)를 갖는 베이스 또는 하우징 부재(601)를 갖는데, 그 시준된 백색광 소스(602)는 베이스에 장착되고 그리고 베이스 또는 하우징 부재의 측에 구성된 윈도우(603)에서 나가도록 시준된 백색 빔을 생성하도록 구성된다. 베이스 또는 하우징에 장착하는 것은 이를테면 AuSn 땜납들, SAC305와 같은 SAC 땜납들, 납 함유 땜납, 또는 인듐을 사용하는 땜납 또는 아교 접착 기법을 사용하여 달성될 수 있지만, 다른 것들에 의해서도 달성될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 소결된 Ag 페이스트들 또는 필름들이 인터페이스에서의 부착 프로세스를 위해 사용될 수 있다. 백색광 소스로의 전기 연결들이 외부 핀들(605)에 전기 커플링되는 피드스루들(604)로의 와이어 본드들을 통해 이루어질 수 있다. 이런 예에서, 시준된 반사 모드 백색광 소스(602)는 레이저 다이오드(606), 레이저 빔을 수용하도록 구성된 인광체 파장 변환기(607), 및 방사된 백색 광을 수집하고 시준된 빔을 형성하기 위해 인광체의 전면에 구성되는 비구면 렌즈(608)와 같은 시준 렌즈를 포함한다. 시준된 빔은 윈도우(603) 쪽으로 지향되는데, 윈도우 지역은 투명한 물질로 형성된다. 그 투명한 물질은 유리, 석영, 사파이어, 실리콘 카바이드, 다이아몬드, 플라스틱, 또는 임의의 적절한 투명한 물질일 수 있다. 외부 핀들(605)은 백색광 소스를 전화시키고 백색광 방사를 생성하기 위해 전력 소스에 전기 커플링된다. 도면에서 확인되는 바와 같이, 임의의 수의 핀들이 평탄 팩 상에 포함될 수 있다. 이런 예에서는, 6개의 핀들이 존재하고, 통상적인 레이저 다이오드 드라이버는 단지 2개의 핀들만을 필요로 하는데, 즉, 애노드를 위한 하나의 핀 및 캐소드를 위한 하나의 핀만을 필요로 한다. 따라서, 온도를 모니터링하고 온도를 제어하는 것을 돕기 위해서 포토다이오드들 또는 서미스터들처럼 안전한 특징들과 같은 추가적인 엘리먼트들을 위해서 가외의 핀들이 사용될 수 있다. 물론, 도 30의 예는 단순히 예이고, 백색광 소스를 시일링하기 위한 하나의 가능한 구성을 예시하도록 의도된다.
[0245] 본 발명에 따른 일 실시예에서, 전달 모드 통합 백색광 소스는 도 31에 예시된 바와 같이 시준된 백색 빔을 생성하기 위해서 렌즈 부재를 갖는 평탄형 패키지에 구성된다. 도 31에서 확인되는 바와 같이, 평탄형 패키지는 시준된 백색광 소스(602)를 갖는 베이스 또는 하우징 부재(601)를 갖는데, 그 시준된 백색광 소스(602)는 베이스에 장착되고 그리고 베이스 또는 하우징 부재의 측에 구성된 윈도우(603)에서 나가도록 시준된 백색 빔을 생성하도록 구성된다. 베이스 또는 하우징에 장착하는 것은 이를테면 AuSn 땜납들, SAC305와 같은 SAC 땜납들, 납 함유 땜납, 또는 인듐을 사용하는 땜납 또는 아교 접착 기법을 사용하여 달성될 수 있지만, 다른 것들에 의해서도 달성될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 소결된 Ag 페이스트들 또는 필름들이 인터페이스에서의 부착 프로세스를 위해 사용될 수 있다. 백색광 소스로의 전기 연결들이 외부 핀들(605)에 전기 커플링되는 피드스루들(604)로의 와이어 본드들을 통해 이루어질 수 있다. 이런 예에서, 시준된 전달 모드 백색광 소스(602)는 레이저 다이오드(606), 레이저 빔을 수용하도록 구성된 인광체 파장 변환기(607), 및 방사된 백색 광을 수집하고 시준된 빔을 형성하기 위해 인광체의 전면에 구성되는 비구면 렌즈(608)와 같은 시준 렌즈를 포함한다. 시준된 빔은 윈도우(603) 쪽으로 지향되는데, 윈도우 지역은 투명한 물질로 형성된다. 그 투명한 물질은 유리, 석영, 사파이어, 실리콘 카바이드, 다이아몬드, 플라스틱, 또는 임의의 적절한 투명한 물질일 수 있다. 외부 핀들(605)은 백색광 소스를 전화시키고 백색광 방사를 생성하기 위해 전력 소스에 전기 커플링된다. 도면에서 확인되는 바와 같이, 임의의 수의 핀들이 평탄 팩 상에 포함될 수 있다. 이런 예에서는, 6개의 핀들이 존재하고, 통상적인 레이저 다이오드 드라이버는 단지 2개의 핀들만을 필요로 하는데, 즉, 애노드를 위한 하나의 핀 및 캐소드를 위한 하나의 핀만을 필요로 한다. 따라서, 온도를 모니터링하고 온도를 제어하는 것을 돕기 위해서 포토다이오드들 또는 서미스터들처럼 안전한 특징들과 같은 추가적인 엘리먼트들을 위해서 가외의 핀들이 사용될 수 있다. 물론, 도 31의 예는 단순히 예이고, 백색광 소스를 시일링하기 위한 하나의 가능한 구성을 예시하도록 의도된다.
[0246] 본 발명에 따른 도 35 및 36에 도시된 평탄형 패키지 예들은 내부 구성들의 예들을 도시하기 위해 뚜껑이 없는 시일링되지 않은 구성으로 예시된다. 그러나, 평탄형 패키지들은 뚜껑 또는 캡 부재로 쉽게 시일링된다. 도 32는 시준된 백색광 소스를 내부에 갖는 시일링된 평탄형 패키지의 예이다. 도 32에서 확인되는 바와 같이, 평탄형 패키지는 백색광 소스, 안전 특징들 및 서미스터들과 같은 내부 컴포넌트들로의 전기 커플링을 위해 구성된 내부 핀들(602)을 갖는 베이스 또는 하우징 부재(601)를 갖는다. 시일링된 평탄형 패키지는 나갈 시준된 백색 빔을 위한 윈도우(603) 및 외부 환경들과 내부 컴포넌트들 간의 시일을 형성하기 위한 뚜껑 또는 캡(604)을 갖도록 구성된다. 뚜껑 또는 캡은 땜납되거나, 브레이징되거나, 용접되거나, 베이스에 아교접착되는 식일 수 있다. 시일링 타입은 환경 시일 또는 밀폐된 시일일 수 있고, 일 예에서 시일링된 패키지는 질소 가스 또는 질소가스와 산소 가스의 조합으로 재충전된다.
[0247] 도 33은 본 발명에 따른 백색 광 시준 옵틱을 포함하는 통합 백색 광 소스의 전달 인광체 실시예를 예시하는 개략적인 다이어그램을 제시한다. 이 실시예에서, 갈륨 및 질소 함유 리프트-오프 및 전달 기법은, 전달된 에피택셜 층들로부터 형성된 레이저 다이오드 칩을 갖는 매우 작은 그리고 컴팩트한 서브마운트 부재를 제작하기 위해 전개된다. 물론, 도 4 및 도 6에 도시된 것과 같은 종래의 칩 온 서브마운트 실시예는, 이러한 통합된 시준된 백색광 실시예에 사용될 수 있다. 레이저 기반 CPoS 백색광 디바이스는, 인광 플레이트 물질(605)과 최종 장착 표면 간의 중간 물질로서 그리고 최종 장착 표면과 전달된 갈륨 및 질소 함유 에피택셜 층들에 형성된 레이저 다이오드(602) 간의 중간 물질로서 역할을 하도록 구성되는 공통 지지 부재의 역할을 하는 서브마운트 물질(601)로 구성된다. 레이저 다이오드 및/또는 서브마운트는 Au, Pd, Pt, Ni, Al, 티타늄 등(이에 제한되지 않음)을 포함하는 금속 층들의 조합 및 증착된 금속 층들로 형성될 수 있는 전극들(603 및 604)로 구성된다. 와이어본드들은 전력을 레이저 다이오드 상의 전극들(603 및 604)에 커플링하도록 구성될 수 있다. 레이저 빔(606)은 인광체를 여기시키는 백색 광을 형성하도록 인광체에 입사한다. 인광 부재를 여기시키는 백색광은 시준 및 빔 형성을 위한 렌즈, 이를테면 비구면 렌즈(607)로 커플링된다. 전극들(603 및 604)은 외부 전력 소스, 이를테면, 레이저 드라이버, 전류 소스, 또는 전압 소스로의 전기적 연결을 위해 구성된다. 와이어본드들은 레이저 다이오드로부터 출력된 레이저빔을 생성하기 위해 전력을 레이저 다이오드 디바이스에 커플링하도록 전극들에 형성될 수 있다. 물론 이는 통합된 시준 옵틱을 갖는 구성의 단지 예이며, 레이저 다이오드 및 인광체를 갖는 시준 옵틱의 통합을 위해 도 4에 도시된 종래의 칩 온 서브마운트 구성의 사용을 포함하는 이 실시예에 대한 많은 변형들이 존재할 수 있다. 다른 대안들에서, 상이한 사이즈들 및 형상들을 갖는 인광체들이 사용될 수 있고, 서브마운트 또는 공통 지지 부재의 상이한 기하학적 설계들이 사용될 수 있고, 인광체에 대해 레이저 출력 빔의 상이한 배향들이 전개될 수 있고, 상이한 전극 및 전기 설계들이 구현될 수 있는 식이다.
[0248] 도 34는 본 발명에 따른 백색 광을 시준하기 위해 반사기 옵틱, 이를테면, 포물면 반사기를 포함하는 통합 백색 광 소스의 반사 모드 인광체 실시예를 예시하는 개략적인 다이어그램을 제시한다. 이 실시예에서, 갈륨 및 질소 함유 레이저 다이오드(601) 또는 칩 온 서브마운트는, 레이저 다이오드에 대한 서브마운트 멤버일 수 있는 공통 지지 부재(602) 상에 장착된다. 공통 지지 부재는 또한, 레이저 다이오드 출력 빔(604)의 경로에 위치되도록 구성된 인광 부재(603)를 지지하고, 여기서 레이저 다이오드 빔은 인광체를 여기시키고 백색 광을 방사할 수 있다. 반사기 부재(605), 이를테면, 포물면 반사기가, 인광 부재가 반사기의 초점 부근에 있도록 인광 부재의 1차 방사 표면에 대해 포지셔닝된다. 반사기가 인광체로부터 백색 방사를 수집하고 이를 축(606)을 따라 투사된 백색 광의 빔으로 시준하도록 구성된다. 반사기 부재는, 반사기 내에 진입하여 인광체와 상호작용하도록 레이저 빔(604)에 대한 개구 또는 다른 엔트리와 함께 구성된다. 다른 대안들에서, 상이한 사이즈들 및 형상들을 갖는 인광체들이 사용될 수 있고, 서브마운트의 상이한 기하학적 설계들 또는 공통 지지 부재가 사용될 수 있고, 인광체에 대한 레이저 출력 빔의 상이한 배향들이 전개될 수 있고, 상이한 시준 옵틱들 또는 다른 옵틱들이 사용될 수 있고, 상이한 전극 및 전기 설계들이 구현될 수 있는 식이다.
[0249] 도 35는 도 23a에 따른 통합 백색 광 소스의 반사 모드 인광체 실시예를 예시하는 개략적인 다이어그램을 제시하지만, 또한 본 발명에 따른 백색 광을 시준하기 위한 렌즈, 이를테면, 비구면 렌즈를 포함한다. 이 실시예에서, 갈륨 및 질소 함유 레이저 다이오드(601) 또는 칩 온 서브마운트는, 레이저 다이오드에 대한 서브마운트 멤버일 수 있는 공통 지지 부재(602) 상에 장착된다. 공통 지지 부재는 또한, 레이저 다이오드 출력 빔(604)의 경로에 위치되도록 구성된 인광 부재(603)를 지지하고, 여기서 레이저 다이오드 빔은 인광체를 여기시키고 백색 광을 방사할 수 있다. 렌즈 부재(605), 이를테면, 비구면 렌즈가 인광 부재로부터 1차 방사 표면의 전면에 또는 그 위의 포지셔닝된다. 렌즈는 인광체로부터 백색 방사를 수집하고 이를 축(606)을 따라 투사된 백색 광의 빔으로 시준하도록 구성된다. 렌즈 부재는 기계적 지지 부재에 의해 지원되고, 이는 추가적인 부재(607)일 수 있거나 공통 지지 부재에 의해 직접적으로 지지될 수 있다. 다른 대안들에서, 상이한 사이즈들 및 형상들을 갖는 인광체들이 사용될 수 있고, 서브마운트의 상이한 기하학적 설계들 또는 공통 지지 부재가 사용될 수 있고, 인광체에 대한 레이저 출력 빔의 상이한 배향들이 전개될 수 있고, 상이한 시준 옵틱들 또는 다른 옵틱들이 사용될 수 있고, 상이한 전극 및 전기 설계들이 구현될 수 있는 식이다.
[0250] 도 36은 도 25에 도시된 바와같이 캔 타입 패키지로 구성되나 백색 광을 시준 및 투사하도록 구성된 반사기 부재가 추가된 CPoS 백색 광 소스의 개략적인 예시이다. 도 37에 따른, TO-캔 타입 패키지로부터의 시준된 백색 광에 대한 예시적인 구성은 TO-캔 베이스(601), 베이스에 장착된 투명 윈도우 지역(602)으로 구성된 캡을 포함한다. 캡은 베이스에 납땝되거나 브레이징되거나 용접되거나 또는 아교 접착될 수 있다. 반사기 부재(603)는 윈도우 지역 외측에 구성되며, 반사기는 윈도우를 통과하는 방사된 백색 광을 캡처하고, 광을 시준하며, 그후 이를 축(604)을 따라 투사하는 기능을 한다. 물론, 이는 단순히 예이며, 시준 옵틱과 본 발명에 따른 통합된 CPoS 백색 광 소스를 결합한 하나의 가능한 구성을 예시하는 것으로 의도된다. 다른 예에서, 반사기는 캡의 윈도우 부재내에 통합되거나 또는 TO 패키지 부재내에 포함될 수 있다.
[0251] 대안적인 실시예에서, 도 37은 도 25에 도시된 바와같이 캔 타입 패키지로 구성되나 백색 광을 시준 및 투사하도록 구성된 렌즈 부재가 추가된 CPoS 백색 광 소스의 개략적인 예시를 제공한다. 도 37에 따른, TO-캔 타입 패키지로부터의 시준된 백색 광에 대한 예시적인 구성은 TO-캔 베이스(601), 베이스에 장착된 투명 윈도우 지역(602)으로 구성된 캡을 포함한다. 캡은 베이스에 납땝되거나 브레이징되거나 용접되거나 또는 아교 접착될 수 있다. 비구면 렌즈 부재(603)는 윈도우 지역 외측에 구성되며, 렌즈는 윈도우를 통과하는 방사된 백색 광을 캡처하고, 광을 시준하며, 그후 이를 축(604)을 따라 투사하는 기능을 한다. 물론, 이는 단순히 예이며, 시준 옵틱과 본 발명에 따른 통합된 백색 광 소스를 결합한 하나의 가능한 구성을 예시하는 것으로 의도된다. 다른 예에서, 시준 렌즈는 캡상의 윈도우 부재내에 통합되거나 또는 패키지 부재에 포함될 수 있다.
[0252] 대안적인 실시예에서, 도 38a는 도 27a에 도시된 바와같은 SMD-타입 패키지로 구성되나 백색 광을 시준 및 투사하도록 구성된 포물면 부재가 추가된, 본 발명에 따른 백색 광 소스의 개략적인 예시를 제공한다. 도 38a에 따른, SMD-타입 패키지로부터의 시준된 백색 광에 대한 예시적인 구성은 통합된 백색 광 소스(602) 및 베이스 및 캡 또는 윈도우 지역을 포함하는 SMD 타입 패키지(601)를 포함한다. SMD 패키지는 레이저 및 인광체 부재로부터 SMD 패키지내에서 생성된 열을 이송 및/또는 저장하도록 구성된 히트-싱크 부재(603)에 장착된다. 포물면 반사기와 같은 반사기 부재(604)는 백색 광이 포물면 반사기의 초점에 그리고 이 초점 근처에서 백색 광 소스의 인광체 부재에서 방사되도록 구성된다. 포물면 반사기는 투사축(605)을 따라 백색광을 시준 및 투사하는 기능을 한다. 물론, 이는 단순히 예이며, 반사기 시준 옵틱과 본 발명에 따른 통합된 백색 광 소스를 결합한 하나의 가능한 구성을 예시하는 것으로 의도된다. 다른 예에서, 시준 반사기는 캡의 윈도우 부재내에 통합되거나 또는 패키지 부재에 포함될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 반사기는 서브마운트에 통합되거나 또는 서브마운트에 부착된다.
[0253] 대안적인 실시예에서, 도 38b는 도 29b에 도시된 바와 같은, 그러나 추가 포물면 반사기 부재 또는 대안적인 시준 옵틱 부재, 이를 테면 백색 광을 시준하고 투사하도록 구성된 렌즈 또는 TIR 옵틱을 갖는 SMD-타입 패키지로 구성된 본 발명에 따른 백색 광 소스의 개략적 예시를 제공한다. 도 38b에 따른 SMD-타입 패키지로부터의 시준된 백색 광에 대한 예시적인 구성은 기반 및 캡 또는 윈도우 지역을 포함하는 SMD-타입 패키지(601) 및 통합된 백색 레이저 기반 광 소스(602)를 포함한다. SMD 패키지는 통합 백색 광 소스의 전기적 및 기계적 장착을 가능하게 하고, SMD 패키지에 전기적 및 기계적 인터페이스들을 제공하고, 외측 월드, 이를테면 히트-싱크에 열 인터페이스를 제공하도록 구성된 스타보드 부재(603)에 장착된다. 반사기 부재(604), 이를테면 포물면 반사기는 포물면 반사기의 초점에서 또는 그 부근에서 백색광 소스의 백색 광 방사 인광 부재로 구성된다. 포물면 반사기는 투사 축(605)을 따라 백색 광을 시준하고 투사하는 기능을 한다. 물론, 이것은 단지 예일 뿐이며, 본 발명에 따른 통합 백색 광 소스를 반사기 시준 옵틱과 결합하는 하나의 가능한 구성을 예시하는 것으로 의도된다. 다른 예에서, 시준 반사기는 캡의 윈도우 부재에 통합될 수 있거나 패키지 부재 내에 포함될 수 있다. 시준 옵틱은 렌즈 부재, TIR 옵틱 부재, 포물면 반사기 부재, 또는 대안적인 시준 기술, 또는 조합일 수 있다. 대안적인 실시예에서, 반사기는 서브마운트와 통합되거나 서브마운트에 부착된다.
[0254] 대안적인 실시예에서, 도 39는 도 27a에 도시된 바와 같은, 그러나 백색 광을 시준하고 투사하도록 구성된 추가 렌즈 부재를 갖는 SMD-타입 패키지로 구성된 본 발명에 따른 백색 광 소스의 개략적 예시를 제공한다. 도 39에 따른 SMD-타입 패키지로부터의 시준된 백색 광에 대한 예시적인 구성은 기반 및 캡 또는 윈도우 지역을 포함하는 SMD-타입 패키지(601) 및 통합된 백색 광 소스(602)를 포함한다. SMD 패키지는 레이저 및 인광 부재로부터 SMD 패키지에서 발생된 열을 이송 및/또는 저장하도록 구성된 히트-싱크 부재(603)에 장착된다. 렌즈 부재(604), 이를테면 비구면 렌즈는 방사된 백색 광의 실질적인 부분을 수집하고 시준하도록 백색광 소스의 백색 광 방사 인광 부재로 구성된다. 렌즈 부재는 렌즈 부재를 백색광 소스에 대해 고정 포지션에 기계적으로 브레이싱하도록 지지 부재들(605)에 의해 지지된다. 지지 부재들은 금속들, 플라스틱들, 세라믹들, 합성물들, 반도체들 등으로 구성될 수 있다. 렌즈 부재는 투사 축(606)을 따라 백색 광을 시준하고 투사하는 기능을 한다. 물론, 이것은 단지 예일 뿐이며, 본 발명에 따른 통합 백색 광 소스를 반사기 시준 옵틱과 결합하는 하나의 가능한 구성을 예시하는 것으로 의도된다. 다른 예에서, 시준 반사기는 캡의 윈도우 부재에 통합될 수 있거나 패키지 부재 내에 포함될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 반사기는 서브마운트와 통합되거나 서브마운트에 부착된다.
[0255] 본 발명에 따른 실시예에서, 도 40은 도 27a에 도시된 바와 같은, 그러나 백색 광을 시준하고 투사하도록 구성된 추가 렌즈 부재 및 반사기 부재를 갖는 SMD-타입 패키지로 구성된 본 발명에 따른 백색 광 소스의 개략적 예시를 제공한다. 도 40에 따른 SMD-타입 패키지로부터의 시준된 백색 광에 대한 예시적인 구성은 기반 및 캡 또는 윈도우 지역을 포함하는 SMD-타입 패키지(601) 및 통합된 백색 광 소스(602)를 포함한다. SMD 패키지는 레이저 및 인광 부재로부터 SMD 패키지에서 발생된 열을 이송 및/또는 저장하도록 구성된 히트-싱크 부재(603)에 장착된다. 렌즈 부재(604), 이를테면 비구면 렌즈는 방사된 백색 광의 실질적인 부분을 수집하고 시준하도록 백색광 소스로 구성된다. 반사기 하우징(605) 또는 렌즈 부재는, 반사되지 않는다면 렌즈 부재에 도달하지 않을 광 또는 임의의 벗어난 광을, 시준된 빔에 대한 시준 및 기여를 위해 렌즈 부재로 반사시키도록 백색광 소스와 렌즈 부재 간에 구성된다. 일 실시예에서, 렌즈 부재는 렌즈 부재를 백색광 소스에 대해 고정 포지션에 기계적으로 브레이싱하도록 반사기 하우징 부재에 의해 지지된다. 렌즈 부재는 투사 축(606)을 따라 백색 광을 시준하고 투사하는 기능을 한다. 물론, 이것은 단지 예일 뿐이며, 본 발명에 따른 통합 백색 광 소스를 반사기 시준 옵틱과 결합하는 하나의 가능한 구성을 예시하는 것으로 의도된다. 다른 예에서, 시준 반사기는 캡의 윈도우 부재에 통합될 수 있거나 패키지 부재 내에 포함될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 반사기는 서브마운트와 통합되거나 서브마운트에 부착된다.
[0256] 패키지들, 이를테면 SMD에 통합된 레이저 + 인광체 광 소스들의 디바이스들이 외부 보드에 부착되어 패키지들의 전기적 및 기계적 장착을 가능하게 할 수 있다. SMD 패키지에 전기적 및 기계적 인터페이스들을 제공하는 것 외에도, 이러한 보드들은 또한 외측 월드, 이를테면 히트-싱크에 대한 열 인터페이스를 제공한다. 이러한 보드들은 또한 최종 어셈블리 중에 작은 패키지들, 이를테면 SMD(일반적으로 2 cm x 2 cm 미만)에 대한 개선된 핸들링을 제공할 수 있다. 커스텀 보드 설계들 외에도, 베이스가 Cu, Al 또는 Fe 합금들인 MCPCB(metal core printed circuit board), 섬유 충전 에폭시 보드들, 이를테면 FR4, 비평탄 표면 주위로 구부러질 필요가 있는 애플리케이션들에 사용될 Cu 중간층들 및 유전체 절연을 갖는 일반적으로 폴리이미드 구조들인 플렉스/하이브리드 플렉스 보드들, 또는 더 큰 시스템에서 기존 금속 프레임에 직접적으로 장착될 수 있는 표준 히트 싱크 물질 보드들을 포함하는 다수의 산업 표준 보드 설계들이 있다.
[0257] 본 발명의 성질 및 장점들의 추가 이해는 명세서 및 첨부 도면들의 후반 부분들을 참조로 인식될 수 있다.
[0258] 본 발명의 측 펌핑 및 전달 및 반사 실시예들 모두에서, 추가 특징들 및 설계들이 포함될 수 있다. 예컨대, 인광체에 대한 빔 스폿 특징들을 최적화하기 위한 여기 레이저 빔의 성형은 인광체에 대한 레이저 빔 입사각의 주의 깊은 설계 고려사항들에 의해 또는 통합된 옵틱스, 이를테면 시준 렌즈와 같은 자유 공간 옵틱스의 사용으로 달성될 수 있다. 안전 특징들, 이를테면 물리적 설계 고려사항들 및 빔 덤프들과 같은 수동 특징들 및/또는 신호가 표시될 때 레이저를 끄기 위해 폐쇄 루프에서 사용될 수 있는 능동 특징들, 이를테면 광 검출기들 또는 서미스터들이 포함될 수 있다. 게다가, 생성된 백색 광을 조작하기 위해 광학 엘리먼트들이 포함될 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사기들, 이를테면 포물면 반사기들 또는 렌즈들, 이를테면 시준 렌즈들은 백색 광을 시준하거나 자동차 헤드라이트, 플래시라이트, 스포트라이트 또는 다른 광들에 적용 가능할 수 있는 스폿 광을 생성하는 데 사용된다.
[0259] 일 실시예에서, 본 발명은 길이, 폭 및 높이에 의해 특징지워지는 폼 팩터를 포함하는 레이저-기반 백색광 소스를 제공한다. 장치는 지지 부재 및 그 지지 부재 위에 놓인 적어도 하나의 갈륨 및 질소 함유 레이저 다이오드 디바이스들 및 인광 물질을 갖는다. 레이저 디바이스는 바람직하게는 425nm 내지 475nm의 청색 지역 또는 380nm 내지 425nm의 자외선 또는 보라색 지역의 파장을 갖는 레이저 빔의 방사가 가능하지만, 다른, 이를테면 475nm 내지 510nm의 청록색 지역 또는 510nm 내지 560nm의 녹색 지역에서 가능할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 인광 물질은 레이저 다이오드의 청색 방사와 혼합될 때 백색 광이 생성되도록 560nm 내지 580nm 범위에서 황색 방사를 제공할 수 있다. 다른 실시예들에서, 적색, 녹색, 황색 및 심지어 청색 방사를 갖는 인광체들이 레이저 다이오드 여기 소스와 조합하여 컬러 혼합에 의한 백색 광을 생성하는 데 사용될 수 있다. 장치는 일반적으로 레이저 디바이스로부터의 레이저 빔의 방사를 인광 물질로 송신하는 비-안내 레이저 빔 특징을 갖는 자유 공간을 갖는다. 레이저 빔 스펙트럼 폭, 파장, 사이즈, 형상, 강도 및 편파는 인광 물질을 여기시키도록 구성된다. 빔은 레이저 다이오드의 빔 발산 특성들을 활용하고 원하는 스폿 사이즈를 달성하도록 인광체로부터 정확한 거리에 빔을 포지셔닝함으로써 구성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 자유 공간 옵틱스, 이를테면 시준 렌즈들이 인광체 상으로의 입사 전에 빔을 성형하는 데 사용될 수 있다. 빔은 60%를 초과하고 100% 미만인 편파 순도에 의해 특징지워질 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "편파 순도"라는 용어는 방사된 전자기 방사의 50% 초과가 실질적으로 유사한 편파 상태, 이를테면 TE(transverse electric) 또는 TM(transverse magnetic) 편파 상태들임을 의미하지만, 보통의 의미와 일관적인 다른 의미들을 가질 수 있다. 예에서, 인광체에 입사하는 레이저 빔은 0.1W 미만, 0.1W 초과, 0.5W 초과, 1W 초과, 5W 초과, 10W 초과 또는 10W 초과의 전력을 갖는다. 인광 물질은 변환 효율성, 열 손상에 대한 저항, 광학 손상에 대한 저항, 열적 퀸칭 특징, 여기 광을 산란시키기 위한 다공성 및 열 전도율에 의해 특징지워진다. 바람직한 실시예에서, 인광 물질은 광학 watt 당 100 루멘 초과, 광학 watt 당 200 루멘 초과, 또는 광학 watt 당 300 루멘 초과의 변환 효율성을 갖는 Ce로 도핑된 황색 방사 YAG 물질로 구성되며, 다결정 세라믹 물질 또는 단결정 물질일 수 있다. 백색 광 장치는 또한 레이저 빔을 생성하고 인광 물질을 여기시키기 위해 레이저 다이오드 디바이스에 전기 입력 전력을 커플링하도록 구성된 전기 입력 인터페이스를 갖는다. 백색광 소스는 1 루멘 초과, 10 루멘, 100 루멘, 1000 루멘 또는 그 초과의 백색 광 출력을 생성하도록 구성된다. 지지 부재는 열 에너지를 적어도 하나의 레이저 다이오드 디바이스 및 인광 물질로부터 히트 싱크로 이송하도록 구성된다.
[0260] 일 실시예에 따르면, 본 발명은 방사된 광의 공간 패턴 및/또는 컬러를 동적으로 수정하도록 마이크로-디스플레이, 이를테면 MEMS(microelectromechanical system) 스캐닝 미러 또는 "플라잉 미러"또는 DLP(digital light processing) 칩을 포함하는 동적 레이저-기반 광 소스 또는 광 투사 장치를 제공한다. 일 실시예에서, 광은 백색 광의 공간 패턴 또는 이미지를 형성하기 위해 소정의 픽셀들을 활성화하고 다른 픽셀들을 활성화하지 않도록 픽셀화된다. 다른 예에서, 동적 광 소스는 광 빔을 조종하거나 포인팅하도록 구성된다. 조종 또는 포인팅은 다이얼, 스위치 또는 조이스틱 메커니즘으로 구성된 사용자 입력에 의해 달성될 수 있거나 센서들을 포함하는 피드백 루프에 의해 지향될 수 있다.
[0261] 일 실시예에 따르면, 본 발명은 애퍼처를 갖는 하우징을 포함하는 동적 레이저-기반 광 소스 또는 광 투사 장치를 제공한다. 장치는 광 소스의 동적 특성을 활성화하기 위한 신호를 수신하기 위한 입력 인터페이스를 포함할 수 있다. 장치는 비디오 또는 신호 프로세싱 모듈을 포함할 수 있다. 부가적으로, 장치는 레이저 소스에 기반한 광 소스를 포함한다. 레이저 소스는 보라색 레이저 다이오드 또는 청색 레이저 다이오드를 포함한다. 동적 광 특징 출력은 레이저 다이오드의 출력 빔에 의해 여기된 인광체 방사, 또는 레이저 다이오드와 인광 부재의 조합으로 구성된다. 보라색 또는 청색 레이저 다이오드는 극성, 무극성 또는 반극성 지향 Ga-함유 기판 상에 제작된다. 이 장치는 레이저 광 또는 레이저 펌핑 인광체 백색 광을 외측 월드에 대한 특정 위치에 투사하도록 구성된 MEMS(microelectromechanical system) 스캐닝 미러 또는 "플라잉 미러"를 포함할 수 있다. MEMS 미러를 사용하여 레이저 빔을 래스터링함으로써, 2차원의 픽셀이 형성되어 패턴 또는 이미지를 생성할 수 있다.
[0262] 일 실시예에 따르면, 본 발명은 신호들, 이를테면 이미지들의 프레임들을 수신하기 위한 애퍼처 및 입력 인터페이스를 갖는 하우징을 포함한다. 동적 광 시스템은 또한 프로세싱 모듈을 포함한다. 일 실시예에서, 프로세싱 모듈은 레이저 다이오드 및 MEMS 스캐닝 미러들을 구동하기 위해 ASIC에 전기적으로 커플링된다.
[0263] 일 실시예에서는, 레이저 드라이버 모듈이 제공된다. 무엇보다도, 레이저 드라이버 모듈은 레이저 다이오드에 제공될 전력의 양을 조정하도록 적응된다. 예컨대, 레이저 드라이버 모듈은 신호들, 이를테면 이미지들의 프레임들로부터 하나 또는 그 초과의 픽셀들에 기반한 구동 전류를 생성하며, 구동 전류들은 레이저 다이오드를 구동하도록 적응된다. 특정 실시예에서, 레이저 드라이버 모듈은 대략 50 내지 300 MHz의 주파수 범위에서 펄스-변조된 신호를 생성하도록 구성된다.
[0264] 일 실시예에 따르면, 본 발명은 애퍼처를 갖는 하우징을 포함하는 동적 레이저-기반 광 소스 또는 광 투사 장치를 제공한다. 장치는 광 소스의 동적 특성을 활성화하기 위한 신호를 수신하기 위한 입력 인터페이스를 포함할 수 있다. 장치는 비디오 또는 신호 프로세싱 모듈을 포함할 수 있다. 부가적으로, 장치는 레이저 소스에 기반한 광 소스를 포함한다. 레이저 소스는 보라색 레이저 다이오드 또는 청색 레이저 다이오드를 포함한다. 동적 광 특징 출력은 레이저 다이오드의 출력 빔에 의해 여기된 인광체 방사, 또는 레이저 다이오드와 인광 부재의 조합으로 구성된다. 보라색 또는 청색 레이저 다이오드는 극성, 무극성 또는 반극성 지향 Ga-함유 기판 상에 제작된다. 장치는 레이저 소스에 커플링된 레이저 드라이버 모듈을 포함할 수 있다. 장치는 디지털 미러 디바이스를 포함하는 DLP(digital light processing) 칩을 포함할 수 있다. 디지털 미러 디바이스는 복수의 미러들을 포함하고, 미러들 각각은 이미지들의 프레임들의 하나 또는 그 초과의 픽셀들에 대응한다. 장치는 레이저 소스 및 디지털 광 프로세싱 칩에 전기적으로 커플링된 전력 소스를 포함한다.
[0265] 장치는 레이저 소스에 커플링된 레이저 드라이버 모듈을 포함할 수 있다. 장치는 레이저 소스 근방 내에 제공된 광학 부재를 포함하고, 광학 부재는 레이저 빔을 디지털 광 프로세싱 칩에 지향시키도록 적응된다. 장치는 레이저 소스 및 디지털 광 프로세싱 칩에 전기적으로 커플링된 전력 소스를 포함한다. 일 실시예에서, 광 소스의 동적 특성들은 장치의 사용자에 의해 개시될 수 있다. 예컨대, 사용자는 스위치, 다이얼, 조이스틱 또는 트리거를 활성화하여 광 출력을 정적 모드에서 동적 모드로, 하나의 동적 모드에서 상이한 동적 모드로, 또는 하나의 정적 모드에서 상이한 정적 모드로 수정할 수 있다.
[0266] 동적 광 소스를 포함하는 본 발명의 특정 실시예에서, 동적 특성은 센서를 포함하는 피드백 루프에 의해 활성화된다. 이러한 센서들은 마이크로폰, 지오폰, 하이드로폰, 화학 센서, 이를테면 수소 센서, CO2 센서 또는 전자 노즈 센서, 유량 센서, 워터 미터, 가스 미터, 가이거 카운터, 고도계, 대기 속도 센서, 스피드 센서, 범위 파인더, 압전 센서, 자이로스코프, 관성 센서, 가속도계, MEMS 센서, 홀 효과 센서, 금속 검출기, 전압 검출기, 광전 센서, 광 검출기, 포토 레지스터, 압력 센서, 스트레인 게이지, 서미스터, 열전대, 고온계, 온도 게이지, 모션 검출기, 수동 적외선 센서, 도플러 센서, 바이오 센서, 커패시턴스 센서, 비디오 센서, 트랜스듀서, 이미지 센서, 적외선 센서, SONAR, LIDAR 등으로부터 선택될 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다.
[0267] 센서를 갖는 피드백 루프를 포함하는 동적 광 특징의 일 예에서는, 모션 센서가 포함된다. 동적 광 소스는 위치를 조명하도록 구성되는데, 여기서 모션의 포지션의 공간을 감지하고 그 위치로 출력 빔을 조종함으로써 모션이 검출된다. 센서를 갖는 피드백 루프를 포함하는 동적 광 특징의 다른 예에서는, 가속도계가 포함된다. 가속도계는 레이저 광 소스 장치가 어느 쪽으로 이동하고 있는지를 예상하여, 장치의 사용자가 원하는 위치로 가리키고 있도록 광 소스를 이동시킬 수 있기 전에도 출력 빔을 그 위치로 조종하도록 구성된다. 물론, 이들은 센서들을 포함하는 피드백 루프들을 갖는 동적 광 소스들의 구현들의 예들일 뿐이다. 동적 광 소스들과 센서들을 결합하는 것을 포함하는 본 발명의 개념의 많은 다른 구현들이 있을 수 있다.
[0268] 소정의 실시예들에서, 통합 백색 광 소스 장치는 ESD(electrostatic discharge) 보호 엘리먼트를 포함한다. 예컨대, ESD 보호 엘리먼트는 전하의 빌드-업으로 인한 전류의 갑작스러운 흐름으로 발생할 수 있는 손상으로부터 통합 백색광 소스를 보호하는 데 사용될 것이다. 일 예에서는, TVS(transient voltage suppression) 엘리먼트가 이용된다.
[0269] 통합 백색 광 소스 장치의 소정의 실시예들에서, 소스는 적어도 150,000 ppm 산소 가스를 포함하는 환경들에서 동작 가능하다.
[0270] 통합 백색 광 소스 장치의 소정의 실시예들에서, 지지 부재는 구리, 구리 텅스텐, 알루미늄, 실리콘 및 이들 중 임의의 물질의 조합으로부터 선택된 물질을 포함한다.
[0271] 소정의 실시예들에서, 통합 백색 광 소스 장치는 지지 부재에 열적으로 커플링된 마이크로-채널 냉각기를 포함한다.
[0272] 소정의 실시예들에서, 통합 백색 광 소스 장치는 공통 지지 부재에 열적으로 커플링된 열 히트-싱크를 포함한다. 일 예에서, 히트 싱크는 증가된 표면 영역에 대한 측정 또는 핀들을 갖는다.
[0273] 소정의 실시예들에서, 통합 백색 광 소스 장치는 공통 지지 부재와 히트 싱크 간에 커플링된 열 확산기를 포함한다.
[0274] 통합 백색 광 소스 장치의 소정의 실시예들에서, 광학 커플러는 광섬유를 포함한다.
[0275] 통합 백색 광 소스 장치의 소정의 실시예들에서, 출력 빔은 인광 물질과의 상호 작용을 최적화하도록 기하학적으로 구성된다.
[0276] 통합 백색 광 소스 장치의 소정의 실시예들에서, 백색광 소스는 패키지로 구성된다. 일 예에서, 패키지는 밀폐 시일링된다.
[0277] 통합 백색 광 소스 장치의 소정의 실시예들에서, 백색광 소스는 패키지, 이를테면 평탄형 패키지(들), 표면 장착 패키지들, 이를테면 SMD들, TO9 캔, TO56 캔, TO-5 캔, TO-46 캔, CS-마운트, G-마운트, C-마운트, 마이크로-채널 냉각 패키지(들) 등에 구성된다.
[0278] 통합 백색 광 소스 장치의 소정의 실시예들에서, 방사된 백색 광은 반사기 또는 렌즈를 사용하여 시준된다.
Claims (15)
- 패키징 통합된 백색광 소스로서,
베이스 부재로 구성된 패키지 부재;
갈륨 및 질소 함유 물질을 갖는 캐비티(cavity) 부재를 포함하고, 여기 소스(excitation source)로서 구성된 레이저 다이오드 디바이스 ― 상기 레이저 다이오드 디바이스는 p-전극 및 n-전극을 포함함 ―;
상기 베이스 부재에 대해 중앙에 위치하는 인광체 부재 ― 상기 인광체 부재는 파장 변환기 및 방사기로서 구성되고, 상기 인광체 부재는 상기 레이저 다이오드 디바이스에 커플링됨 ―;
상기 베이스 부재의 상부 표면 상에 배치된 적어도 하나의 공통 지지 부재 ― 상기 적어도 하나의 공통 지지 부재는 상기 레이저 다이오드 디바이스 및 상기 인광체 부재를 지지하도록 구성되며, 상기 적어도 하나의 공통 지지 부재는 상기 레이저 다이오드 디바이스를 지지하기 위한 상부 표면을 갖는 각진(angled) 부분 및 상기 인광체 부재를 지지하기 위한 상부 표면을 갖는 평면(planar) 부분을 포함하고, 상기 각진 부분의 상부 표면은 상기 평면 부분의 상부 표면에 대해 둔각(obtuse angle)이며, 상기 평면 부분의 상부 표면은 상기 베이스 부재의 상부 표면에 대해 융기되어 있음 ―;
상기 적어도 하나의 공통 지지 부재에 열적으로 커플링된 히트 싱크 ― 상기 적어도 하나의 공통 지지 부재는 상기 레이저 다이오드 디바이스 및 상기 인광체 부재로부터 상기 히트 싱크로 열 에너지를 이송하도록 구성됨 ―;
상기 레이저 다이오드 디바이스의 p-전극으로부터 상기 패키지 부재 상의 제1 내부 피드스루(feedthrough)까지 구성된 제1 전기 연결부;
상기 레이저 다이오드 디바이스의 n-전극으로부터 상기 패키지 부재 상의 제2 내부 피드스루까지 구성된 제2 전기 연결부;
서브마운트 구조물상에 칩을 형성하기 위하여 상기 레이저 다이오드 디바이스와 함께 구성된 서브마운트 부재 ― 상기 서브마운트 부재는 상기 레이저 다이오드 디바이스와 상기 적어도 하나의 공통 지지 부재 사이에서 연장하고, 그리고 상기 레이저 다이오드 디바이스와 상기 적어도 하나의 공통 지지 부재 사이에 전기적 절연을 제공함 ―;
상기 캐비티 부재 상에 구성된 출력 패싯(facet) ― 상기 출력 패싯은 상기 캐비티 부재와 실질적으로 평행한 축을 따라 상기 출력 패싯으로부터 전자기 방사의 레이저 빔을 출력하도록 구성되고, 상기 레이저 빔은 400 nm 내지 485 nm의 범위의 제1 파장을 가진 보라색 및/또는 청색 방사로부터 선택되며, 상기 레이저 빔은 파장 범위, 스펙트럼 폭, 전력, 및 공간 구성에 의해 특징지워짐 ―;
상기 캐비티 부재의 상기 출력 패싯과 상기 인광체 부재 사이에 있고, 상기 출력 패싯으로부터 상기 인광체 부재로 상기 레이저 빔을 송신할 수 있는 비-안내 특성을 가진 자유 공간 ― 상기 레이저 빔은 상기 인광체 부재의 여기 표면의 공간 영역 상에 여기 스폿을 형성하고, 상기 인광체 부재 상의 상기 여기 스폿은 기하학적 형상 및 직경 크기에 의해 특징지워지고, 상기 레이저 빔은 1W 초과의 광 전력을 상기 여기 스폿에 반송하며, 상기 여기 스폿은 직경 1 mm 미만의 스폿 사이즈에 의해 특징지워짐 ―;
상기 레이저 빔과 상기 인광체 부재의 상기 여기 표면 사이에 구성된 비-수직(off-normal) 입사각 ― 상기 인광체 부재는 상기 레이저 빔 내의 상기 전자기 방사의 적어도 일부분을 제1 파장으로부터 상기 제1 파장보다 더 긴 제2 파장으로 변환하도록 구성됨 ―;
상기 레이저 빔이 상기 인광체 부재의 여기 표면 상에 입사되고 상기 여기 표면이 상기 인광체 부재의 1차 방사 표면이 되도록 상기 인광체 부재를 특징짓는 반사 모드;
상기 인광체 부재의 상기 1차 방사 표면으로부터 방사된 백색광 ― 상기 백색광의 방사는 상기 인광체 부재로부터의 적어도 상기 제2 파장에 의해 특징지어지는 파장들의 혼합으로 구성됨 ―;
상기 패키지 부재 상에 제공된 제1 및 제2 외부 리드(lead)들 ― 상기 제1 내부 피드스루 및 상기 제2 내부 피드스루는 각각 제1 및 제2 외부 리드들에 대한 전기 커플링으로 구성됨―;
상기 패키지 부재 상에 구성된 투명 리드 부재 ― 상기 투명 리드 부재는 상기 백색광 소스 주위에 시일링된(sealed) 영역을 형성하고 그리고 상기 백색광 방사가 1차 백색광 방사 축을 따라 빠져나가게 하고, 상기 투명 리드 부재는 상기 인광체 부재로부터 이격되며, 상기 인광체 부재의 상기 1차 방사 표면은 상기 1차 백색광 방사 축에 수직으로 연장됨 ―;
상기 백색광 소스 주위에 제어된 환경을 형성하도록 상기 시일링된 영역을 충전하는 재충전(backfill) 가스 ― 상기 캐비티 부재의 상기 출력 패싯 및 상기 인광체 부재는 상기 제어된 환경 내에서 동일한 재충전 가스에 노출됨 ―;
상기 인광체 부재 상에 입사되는 상기 레이저 빔을 방사하기 위해 상기 레이저 다이오드 디바이스에 전력을 공급하는 전력 소스에 연결하도록 상기 제1 및 제2 외부 리드들로 구성된 전기 커플링; 및
통합된 백색광 소스를 특징으로 하며, 길이, 폭, 및 높이 크기를 가지는 폼 팩터(form factor)
를 포함하는,
패키징 통합된 백색광 소스. - 제1 항에 있어서,
상기 패키지 부재는 SMD(surface mount device) 패키지이며, 상기 베이스 부재는 상기 SMD 패키지의 베이스로부터 구성되는,
패키징 통합된 백색광 소스. - 제1 항에 있어서,
상기 레이저 다이오드 디바이스는 멀티-스트라이프 방사기로 구성되고, 상기 멀티-스트라이프 방사기는 2개 이상의 레이저 빔들을 생성하도록 구성된 2개 이상의 인접 레이저 다이오드 스트라이프들로 구성되고, 상기 2개 이상의 레이저 빔들은 상기 인광체 부재 상에 상기 여기 스폿을 제공하고, 그리고/또는 상기 레이저 다이오드 디바이스는 2개의 레이저 빔들, 3개의 레이저 빔들, 또는 4개의 레이저 빔들을 생성하기 위하여 각각 2개의 레이저 다이오드들, 3개의 레이저 다이오드들, 또는 4개의 레이저 다이오드들로 구성되며;
상기 다수의 레이저 빔들은, 상기 인광체 부재 상에 상기 여기 스폿을 생성하도록 오버랩하는 상기 인광체 부재 상의 여기 스폿들을 형성하는,
패키징 통합된 백색광 소스. - 제1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 공통 지지 부재와 상기 인광체 부재 사이, 상기 적어도 하나의 공통 지지 부재와 상기 레이저 다이오드 디바이스 사이, 상기 레이저 다이오드 디바이스를 지지하는 상기 서브마운트 부재와 상기 적어도 하나의 공통 지지 부재 사이, 상기 서브마운트 부재와 상기 인광체 부재 사이, 또는 상기 서브마운트 부재와 상기 레이저 다이오드 디바이스 사이의 인터페이스 영역들은, AuSn 땝납, SAC 땝납, 리드 함유 땝납, 또는 인듐 땝납의 땝납 물질로 구성되는,
패키징 통합된 백색광 소스. - 제1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 공통 지지 부재와 상기 인광체 부재 사이, 상기 적어도 하나의 공통 지지 부재와 상기 레이저 다이오드 디바이스 사이, 상기 인광체 부재를 지지하는 상기 서브마운트 부재와 상기 적어도 하나의 공통 지지 부재 사이, 상기 레이저 다이오드 디바이스를 지지하는 상기 서브마운트 부재와 상기 적어도 하나의 공통 지지 부재 사이, 상기 서브마운트 부재와 상기 인광체 부재 사이, 또는 상기 서브마운트 부재와 상기 레이저 다이오드 디바이스 사이의 인터페이스 영역들은, 소결된 Ag 페이스트들 또는 소결된 Ag 필름들로 구성되는,
패키징 통합된 백색광 소스. - 제1 항에 있어서,
상기 레이저 다이오드 디바이스는 425 내지 480nm의 범위의 제1 청색 파장에 의해 특징지어지며, 상기 인광체 부재로부터의 상기 제2 파장은 제2 황색 파장을 포함하며, 상기 백색광 방사는 상기 제1 청색 파장 및 제2 황색 파장으로 구성되며, 상기 인광체 부재는 Ce로 도핑된 세라믹 YAG(yttrium aluminum garnet) 또는 Ce로 도핑된 단결정 YAG 또는 접합 물질을 포함하는 파우더 YAG로 구성되며; 상기 인광체는 광학 watt 당 50 루멘 보다 크거나, 광학 watt 당 100 루멘 보다 크거나, 광학 watt 당 200 루멘 보다 크거나, 또는 광학 watt 당 300 루멘 보다 큰 광학 변환 효율성을 가지는,
패키징 통합된 백색광 소스. - 제1 항에 있어서,
상기 인광체 부재는 제2 파장을 방사하도록 구성된 제1 인광체 부재 컴포넌트 및 제3 파장을 방사하도록 구성된 제2 인광체 부재 컴포넌트를 포함하는,
패키징 통합된 백색광 소스. - 제1 항에 있어서,
상기 레이저 빔과 상기 인광체 부재의 상기 여기 표면 사이의 상기 비-수직 입사각은, 고속-축에 대한 입사각 및 저속-축에 대한 입사각으로 구성되며; 상기 고속-축에 대한 입사각 또는 상기 저속-축에 대한 입사각 중 적어도 하나는 상기 인광체 부재의 상기 여기 표면에 대해 0도 내지 89도이거나, 또는
상기 레이저 빔과 상기 인광체 부재 사이의 상기 비-수직 입사각은 상기 고속-축에 대한 입사각으로 구성되며, 25도 내지 40도 범위의 각도에 의해 특징지어지는,
패키징 통합된 백색광 소스. - 제1 항에 있어서,
상기 레이저 빔은 상기 인광체 부재 상에 입사할 때 소정의 기하학적 사이즈 및 형상을 가진 상기 여기 스폿을 생성하도록 구성되고; 상기 여기 스폿은 상기 레이저 다이오드 디바이스의 상기 출력 패싯과 상기 인광체 부재의 배면 여기 표면 사이의 설계된 거리의 선택, 상기 레이저 빔에 대한 상기 인광체 부재의 기울어짐, 상기 인광체 부재에 대한 상기 레이저 다이오드 디바이스의 기울어짐, 또는 레이저 다이오드 또는 스트라이프로부터의 하나 초과의 빔들의 결합 중 적어도 하나 또는 이들의 조합을 사용하여 구성되거나, 또는
상기 레이저 빔은 상기 인광체 부재 상에 입사할 때 소정의 기하학적 사이즈 및 형상을 가진 상기 여기 스폿을 생성하도록 구성되고; 상기 여기 스폿은 상기 레이저 다이오드 디바이스의 상기 출력 패싯과 상기 인광체 부재의 상기 배면 여기 표면 사이의 설계된 거리의 선택, 상기 레이저 빔에 대한 상기 인광체 부재의 기울어짐, 및 상기 인광체 부재에 대한 상기 레이저 다이오드 디바이스의 기울어짐 중 적어도 하나 또는 이들의 조합을 사용하고, 다수의 스폿들을 오버레이하기 위하여 2개 이상의 레이저 다이오드 부재들을 사용하고, 그리고/또는 멀티-스트라이프 레이저 다이오드를 사용하여 구성되는,
패키징 통합된 백색광 소스. - 제1 항에 있어서,
상기 여기 스폿은 1 mm 미만, 500um 미만, 300um 미만, 100um 미만, 또는 50um미만의 직경 크기에 의해 특징지워지는,
패키징 통합된 백색광 소스. - 패키징 통합된 백색광 소스로서,
베이스 부재로 구성된 패키지 부재;
갈륨 및 질소 함유 물질을 포함하고, 여기 소스로서 구성된 레이저 다이오드 디바이스 ― 상기 레이저 다이오드 디바이스는 p-전극 및 n-전극을 포함함―;
방사기로서 구성되고, 상기 레이저 다이오드 디바이스에 커플링된 인광체 부재 ― 상기 인광체 부재는 상기 베이스 부재에 대해 중앙에 위치함 ―;
상기 베이스 부재의 상부 표면 상에 배치된 적어도 하나의 공통 지지 부재 ― 상기 적어도 하나의 공통 지지 부재는 상기 레이저 다이오드 디바이스와 상기 인광체 부재를 지지하도록 구성되며, 상기 적어도 하나의 공통 지지 부재는 상기 레이저 다이오드 디바이스를 지지하기 위한 상부 표면을 갖는 각진 부분 및 상기 인광체 부재를 지지하기 위한 상부 표면을 갖는 평면 부분을 포함하고, 상기 각진 부분의 상부 표면은 상기 평면 부분의 상부 표면에 대해 둔각이며, 상기 평면 부분의 상부 표면은 상기 베이스 부재의 상부 표면에 대해 융기되어 있음 ―;
상기 적어도 하나의 공통 지지 부재에 열적으로 커플링된 히트 싱크 ― 상기 적어도 하나의 공통 지지 부재는 상기 적어도 하나의 공통 지지 부재 상의 상기 인광체 부재 및 상기 레이저 다이오드 디바이스로부터 상기 히트 싱크로 열 에너지를 이송하도록 구성됨 ―;
상기 레이저 다이오드 디바이스와 상기 적어도 하나의 공통 지지 부재 사이에서 연장하는 서브마운트 부재 ― 상기 서브마운트 부재는 상기 레이저 다이오드 디바이스와 상기 적어도 하나의 공통 지지 부재 사이에 전기적 절연을 제공함 ―;
상기 레이저 다이오드 디바이스 상에 구성된 출력 패싯 ― 상기 출력 패싯은 상기 출력 패싯으로부터 전자기 방사의 레이저 빔을 출력하도록 구성되고, 상기 레이저 빔은 400 nm 내지 485 nm의 범위의 제1 파장을 가진 보라색 및/또는 청색 방사로부터 선택되며, 상기 레이저 빔은 파장 범위, 스펙트럼 폭, 전력, 및 공간 구성에 의해 특징지워짐 ―;
상기 출력 패싯과 상기 인광체 부재 사이에서 연장하고, 상기 레이저 다이오드 디바이스로부터 상기 인광체 부재로 상기 레이저 빔을 송신할 수 있는 비-안내 특성을 가진 공간 영역을 포함하는 자유 공간 ― 상기 인광체 부재는 상기 레이저 빔들의 상기 전자기 방사의 적어도 일부분을 제 1 파장으로부터 상기 제1 파장보다 더 긴 제2 파장으로 변환하도록 구성됨 ―;
상기 레이저 빔과 상기 인광체 부재의 방사 표면 사이에 구성된 비-수직 입사각 ― 상기 인광체 부재는 1차 백색광 방사를 방사하도록 구성되고, 상기 1차 백색광 방사는 상기 인광체 부재로부터의 적어도 제2 파장에 의해 특징지어지는 파장들의 혼합으로 구성됨 ―; 및
통합된 백색광 소스를 특징으로 하며, 길이, 폭, 및 높이 크기를 가지는 폼 팩터
를 포함하는,
패키징 통합된 백색광 소스. - 패키징 통합된 백색광 소스로서,
베이스 부재로 구성된 패키지 부재;
갈륨 및 질소 함유 물질을 갖는 캐비티 부재를 포함하고, 여기 소스로서 구성된 레이저 다이오드 디바이스;
상기 베이스 부재에 대해 중앙에 위치하는 인광체 부재 ― 상기 인광체 부재는 파장 변환기 및 방사기로서 구성되고, 상기 인광체 부재는 Ce로 도핑된 세라믹 YAG(yttrium aluminum garnet) 또는 Ce로 도핑된 단결정 YAG 또는 접합 물질을 포함하는 파우더 YAG로 구성됨 ―;
상기 베이스 부재의 상부 표면 상에 배치된 적어도 하나의 공통 지지 부재 ― 상기 적어도 하나의 공통 지지 부재는 상기 레이저 다이오드 디바이스 및 상기 인광체 부재를 지지하도록 구성되며, 상기 적어도 하나의 공통 지지 부재는 상기 레이저 다이오드 디바이스를 지지하기 위한 상부 표면을 갖는 각진 부분 및 상기 인광체 부재를 지지하기 위한 상부 표면을 갖는 평면 부분을 포함하고, 상기 각진 부분의 상부 표면은 상기 평면 부분의 상부 표면에 대해 둔각이며, 상기 평면 부분의 상부 표면은 상기 베이스 부재의 상부 표면에 대해 융기되어 있음 ―;
상기 레이저 다이오드 디바이스와 상기 적어도 하나의 공통 지지 부재 사이에서 연장하는 서브마운트 부재 ― 상기 서브마운트 부재는 상기 레이저 다이오드 디바이스와 상기 적어도 하나의 공통 지지 부재 사이에 전기적 절연을 제공함 ―;
상기 캐비티 부재 상에 구성된 출력 패싯 ― 상기 출력 패싯은 상기 캐비티 부재와 실질적으로 평행한 축을 따라 상기 출력 패싯으로부터 전자기 방사의 레이저 빔을 출력하도록 구성되고, 상기 레이저 빔은 400 nm 내지 485 nm의 범위의 제1 파장을 가진 보라색 및/또는 청색 방사로부터 선택되며, 상기 레이저 빔은 파장 범위, 스펙트럼 폭, 전력, 및 공간 구성에 의해 특징지워짐 ―;
상기 캐비티 부재의 상기 출력 패싯과 상기 인광체 부재 사이에 있고, 상기 출력 패싯으로부터 상기 인광체 부재로 상기 레이저 빔을 송신할 수 있는 비-안내 특성을 가진 자유 공간 ― 상기 레이저 빔은 상기 인광체 부재의 여기 표면의 공간 영역 상에 여기 스폿을 형성하고, 상기 인광체 부재 상의 상기 여기 스폿은 기하학적 형상 및 직경 크기에 의해 특징지워지고, 상기 레이저 빔은 1W 초과의 광 전력을 상기 여기 스폿에 반송하며, 상기 여기 스폿은 직경 1 mm 미만의 스폿 사이즈에 의해 특징지워짐 ―;
상기 레이저 빔과 상기 인광체 부재의 상기 여기 표면 사이에 구성된 입사각 ― 상기 인광체 부재는 상기 레이저 빔 내의 상기 전자기 방사의 적어도 일부분을 제1 파장으로부터 상기 제1 파장보다 더 긴 제2 파장으로 변환하도록 구성됨 ―;
상기 레이저 빔이 상기 인광체 부재의 상기 여기 표면 상에 입사되고 상기 여기 표면이 상기 인광체 부재의 1차 방사 표면이 되도록 상기 인광체 부재를 특징짓는 반사 모드;
상기 패키지 부재 상에 구성된 리드 부재 ― 상기 리드 부재는 실질적으로 평면인 1차 부재를 갖는 투명 윈도우 영역으로 적어도 구성되고, 상기 리드 부재는 상기 레이저 다이오드 디바이스 및 상기 인광체 부재를 둘러싸고 그리고 SMD 패키지 내에서 상기 레이저 다이오드 디바이스 및 상기 인광체 부재를 에워싸는 시일(seal)을 형성하고, 상기 리드 부재는 상기 인광체 부재로부터 이격되며, 상기 인광체 부재의 상기 1차 방사 표면은 상기 투명 윈도우 영역의 상기 1차 부재에 평행하게 연장함 ―;
통합된 백색광 소스를 특징으로 하는 폼 팩터 ― 상기 폼 팩터는 길이, 폭 및 높이 크기를 가짐 ―; 및
상기 인광체 부재의 상기 여기 표면으로부터 방사되는 백색광 ― 상기 백색광의 방사는 상기 인광체 부재로부터의 적어도 상기 제2 파장에 의해 특징지워지는 파장들의 혼합으로 구성됨 ―
을 포함하고,
상기 패키지 부재는 SMD(surface mount device) 패키지이며, 상기 적어도 하나의 공통 지지 부재는 상기 베이스 부재로부터 구성되는,
패키징 통합된 백색광 소스. - 광 빔을 사용하는 차량용 또는 다른 애플리케이션용 패키징 통합된 백색광 소스로서,
베이스 부재로 구성된 패키지 부재;
갈륨 및 질소 함유 물질을 포함하며 여기 소스로서 구성된 레이저 다이오드 디바이스;
파장 변환기 및 방사기로서 구성되고, 상기 레이저 다이오드 디바이스에 커플링된 인광체 부재;
상기 베이스 부재의 상부 표면 상에 배치된 공통 지지 부재 ― 상기 공통 지지 부재는 상기 레이저 다이오드 디바이스 및 상기 인광체 부재를 지지하도록 구성되며, 상기 공통 지지 부재는 상기 레이저 다이오드 디바이스를 지지하기 위한 상부 표면을 갖는 각진 부분 및 상기 인광체 부재를 지지하기 위한 상부 표면을 갖는 평면 부분을 포함하고, 상기 각진 부분의 상부 표면은 상기 평면 부분의 상부 표면에 대해 둔각이며, 상기 평면 부분의 상부 표면은 상기 베이스 부재의 상부 표면에 대해 융기되어 있음 ―;
상기 공통 지지 부재에 커플링된 히트 싱크 ― 상기 공통 지지 부재는 상기 레이저 다이오드 디바이스 및 인광체 부재로부터 상기 히트 싱크로 열 에너지를 이송하도록 구성됨 ―;
서브마운트 구조물 상에 칩을 형성하기 위하여 상기 레이저 다이오드 디바이스와 함께 구성된 서브마운트 부재;
상기 레이저 다이오드 디바이스 상에 구성된 출력 패싯 ― 상기 출력 패싯은 상기 출력 패싯으로부터 전자기 방사의 레이저 빔을 출력하도록 구성되고, 상기 전자기 방사는 400 nm 내지 485 nm의 범위의 제1 파장을 가진 보라색 또는 청색 방사로부터 선택되며, 상기 레이저 빔은 파장 범위, 스펙트럼 폭, 전력, 및 공간 구성에 의해 특징지워짐 ―;
상기 공통 지지 부재 부근에 있고, 상기 레이저 다이오드 디바이스로부터 상기 인광체 부재의 여기 표면 상의 빔 스폿으로 상기 레이저 빔을 송신할 수 있는 비-안내 특성을 가진 자유 공간 ― 상기 레이저 다이오드 디바이스의 상기 레이저 빔은 상기 인광체 부재에 광학적으로 커플링됨 ―;
상기 레이저 빔이 상기 인광체 부재의 상기 여기 표면으로 비-수직 입사각을 갖도록, 상기 레이저 빔과 상기 인광체 부재의 상기 여기 표면 사이에 구성된 입사각 ― 상기 여기 표면 상의 상기 빔 스폿은, 입사각 및 상기 레이저 다이오드 디바이스의 상기 출력 패싯과 상기 인광체 부재의 상기 여기 표면 사이의 거리에 기초하여, 소정의 기하학적 사이즈 및 형상을 위해 구성되고, 상기 인광체 부재는 상기 레이저 빔 내의 상기 전자기 방사의 적어도 일부분을 제1 파장으로부터 상기 제1 파장보다 더 긴 제2 파장으로 변환하도록 구성됨 ―;
상기 레이저 빔이 상기 인광체 부재의 상기 여기 표면 상에 입사되고 상기 여기 표면이 상기 인광체 부재의 1차 방사 표면이 되도록 상기 인광체 부재를 특징짓는 반사 모드;
상기 인광체 부재의 상기 1차 방사 표면으로부터 방사된 백색광 ― 백색광 방사는 상기 인광체 부재로부터의 적어도 상기 제2 파장에 의해 특징지워지는 파장들의 혼합으로 구성됨 ―;
굽은 반구의 형상을 가지고, 백색광 소스 주위에 시일링된 영역을 형성하는 투명 리드 부재 ― 상기 투명 리드 부재는 상기 백색광 방사가 1차 백색광 방사 축을 따라 빠져나가게 하고, 상기 인광체 부재의 상기 1차 방사 표면은 상기 1차 백색광 방사 축에 수직으로 연장됨 ―; 및
통합된 백색광 소스를 특징으로 하며, 길이, 폭, 및 높이 크기를 가지는 폼 팩터
를 포함하는,
광 빔을 사용하는 차량용 또는 다른 애플리케이션용 패키징 통합된 백색광 소스. - 광 빔을 사용하는 차량용 또는 다른 애플리케이션용 패키징 통합된 백색광 소스로서,
베이스 부재로 구성된 패키지 부재;
갈륨 및 질소 함유 물질을 포함하고, 여기 소스로서 구성된 레이저 다이오드 디바이스;
YAG(yttrium aluminum garnet)로 구성되고, 파장 변환기 및 방사기로서 구성되며, 상기 레이저 다이오드 디바이스에 커플링된 인광체 부재;
상기 베이스 부재의 상부 표면 상에 배치된 공통 지지 부재 ― 상기 공통 지지 부재는 상기 레이저 다이오드 디바이스와 상기 인광체 부재를 지지하도록 구성되며, 상기 공통 지지 부재는 상기 레이저 다이오드 디바이스 및 상기 인광체 부재로부터 열 에너지를 이송하도록 구성되며, 상기 공통 지지 부재는 상기 레이저 다이오드 디바이스를 지지하기 위한 상부 표면을 갖는 각진 부분 및 상기 인광체 부재를 지지하기 위한 상부 표면을 갖는 평면 부분을 포함하고, 상기 각진 부분의 상부 표면은 상기 평면 부분의 상부 표면에 대해 둔각이며, 상기 평면 부분의 상부 표면은 상기 베이스 부재의 상부 표면에 대해 융기되어 있음 ―;
상기 공통 지지 부재에 커플링되며, 상기 레이저 다이오드 디바이스 및 상기 인광체 부재로부터 열 에너지를 수신하도록 구성되는 히트 싱크;
서브마운트상에 칩을 형성하기 위하여 상기 레이저 다이오드 디바이스 상에 구성된 서브마운트;
상기 레이저 다이오드 디바이스 상에 구성된 출력 패싯 ― 상기 출력 패싯은 상기 출력 패싯으로부터 전자기 방사의 레이저 빔을 출력하도록 구성되고, 상기 전자기 방사는 400 nm 내지 485 nm의 범위의 제1 파장을 가진 보라색 또는 청색 방사로부터 선택되며, 상기 레이저 빔은 파장 범위, 스펙트럼 폭, 전력, 및 공간 구성에 의해 특징지워짐 ―;
상기 공통 지지 부재 부근에 있으며, 상기 레이저 다이오드 디바이스로부터 상기 인광체 부재로 상기 레이저 빔을 송신할 수 있는 비-안내 특성을 가진 자유 공간 ― 상기 레이저 다이오드 디바이스의 상기 레이저 빔은 상기 인광체 부재에 광학적으로 커플링됨 ―;
상기 레이저 빔과 상기 인광체 부재의 여기 표면 사이에 구성된 입사각 ― 상기 인광체 부재는 상기 레이저 빔 내의 상기 전자기 방사의 적어도 일부분을 제1 파장으로부터 상기 제1 파장보다 더 긴 제2 파장으로 변환하도록 구성됨 ―;
상기 인광체 부재를 특징으로 하는 반사 모드 ― 상기 레이저 빔은 상기 인광체 부재의 제1 주표면 상에 입사하고, 상기 제1 주표면은 상기 인광체 부재의 제1 주방사 표면이고, 백색광은 적어도 상기 제1 주표면과 상기 전자기 방사의 상호작용으로부터 방사되며, 상기 백색광의 방사는 상기 인광체 부재로부터의 적어도 제2 파장에 의해 특징지워지는 파장들의 혼합으로 구성됨 ―;
굽은 반구의 형상을 가지고, 상기 레이저 다이오드 디바이스 및 상기 인광체 부재를 둘러싸는 시일을 형성하는 투명 윈도우 영역으로 적어도 구성되는 투명 리드 부재; 및
통합된 백색광 소스를 특징으로 하며, 길이, 폭, 및 높이 크기를 가지는 폼 팩터
를 포함하는,
광 빔을 사용하는 차량용 또는 다른 애플리케이션용 패키징 통합된 백색광 소스. - 광 빔을 사용하는 차량용 또는 다른 애플리케이션용 패키징 통합된 백색광 소스로서,
베이스 부재로 구성된 패키지 부재;
갈륨 및 질소 함유 물질을 포함하며 여기 소스로서 구성된 레이저 다이오드 디바이스;
파장 변환기 및 방사기로서 구성되고, 상기 레이저 다이오드 디바이스에 커플링된 인광체 부재;
상기 베이스 부재의 상부 표면 상에 배치된 공통 지지 부재 ― 상기 공통 지지 부재는 상기 레이저 다이오드 디바이스와 상기 인광체 부재를 지지하도록 구성되며, 상기 공통 지지 부재는 상기 레이저 다이오드 디바이스 및 상기 인광체 부재로부터 열 에너지를 이송하도록 구성되고, 상기 공통 지지 부재는 상기 레이저 다이오드 디바이스를 지지하기 위한 상부 표면을 갖는 각진 부분 및 상기 인광체 부재를 지지하기 위한 상부 표면을 갖는 평면 부분을 포함하고, 상기 각진 부분의 상부 표면은 상기 평면 부분의 상부 표면에 대해 둔각이며, 상기 평면 부분의 상부 표면은 상기 베이스 부재의 상부 표면에 대해 융기되어 있음 ―;
이송된 열 에너지를 수신하기 위하여 상기 공통 지지 부재에 커플링된 히트 싱크 ― 상기 레이저 다이오드 디바이스는 서브마운트 상에 칩을 형성하기 위하여 상기 서브마운트 상에 구성됨 ―;
상기 레이저 다이오드 디바이스 상에 구성된 출력 패싯 ― 상기 출력 패싯은 상기 출력 패싯으로부터 전자기 방사의 레이저 빔을 출력하도록 구성되고, 상기 전자기 방사는 390 nm 내지 485 nm의 범위의 제1 파장을 가진 보라색 또는 청색 방사로부터 선택되며, 상기 레이저 빔은 파장 범위, 스펙트럼 폭, 전력, 및 공간 구성에 의해 특징지워짐 ―;
상기 공통 지지 부재 부근에 있으며, 상기 레이저 다이오드 디바이스로부터 상기 인광체 부재로 상기 레이저 빔을 송신할 수 있는 비-안내 특성을 가진 자유 공간 ― 상기 레이저 다이오드 디바이스의 상기 레이저 빔은 상기 인광체 부재에 광학적으로 커플링됨 ―;
상기 레이저 빔과 상기 인광체 부재 사이에 구성된 입사각 ― 상기 인광체 부재는 상기 레이저 빔 내의 상기 전자기 방사의 적어도 일부분을 제1 파장으로부터 상기 제1 파장보다 더 긴 제2 파장으로 변환하도록 구성됨 ―;
상기 인광체 부재를 특징짓는 다결정 물질 또는 단결정 YAG:Ce 물질을 적어도 포함하는 인광체 물질 ― 상기 인광체 부재는 상기 레이저 빔이 상기 출력 패싯으로부터 직접 상기 인광체 부재의 여기 표면으로 지향되는 3차원 지오메트리를 포함함 ―;
상기 인광체 부재의 상기 3차원 지오메트리의 복수의 측면들로부터 유도된 백색광 방사 ― 상기 백색광 방사는 상기 인광체 부재로부터의 적어도 상기 제2 파장에 의해 특징지워지는 파장들의 혼합으로 구성됨 ―;
굽은 반구의 형상을 갖는 투명 리드 부재; 및
통합된 백색광 소스를 특징으로 하고, 길이, 폭, 및 높이 크기를 가지는 폼 팩터
를 포함하는,
광 빔을 사용하는 차량용 또는 다른 애플리케이션용 패키징 통합된 백색광 소스.
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