OPTOELEKTRONISCHE LEUCHTVORRICHTUNG
BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft eine optoelektronische
Leuchtvorrichtung .
Zur Umsetzung eines hochintegrierten Lasermoduls können
Laserchips entweder planar direkt auf ein Trägersubstrat oder über einen Wärmespreizer montiert werden. Bei der klassischen planaren Montage von Laserdioden ist die Höhe der Facette über der Montageplatte innerhalb gewisser Toleranzen
unbestimmt (einige 10 ym wegen Substratdickenvariation oder auch Höhenvariation des Submount) . Möchte man ein optisches Element zur Kollimation der Laserstrahlung einsetzen, so ergibt sich insbesondere für den Einsatz in Mikrooptiken das Problem, dass die Abstrahlrichtung des Laserstrahls sowie die optische Achse der Kollimationslinse nicht ohne Weiteres zu überlagern sind. Die angestrebte Überlagerung macht eine genaue Justage der Kollimationslinse sehr aufwändig, da diese (neben weiteren Achse) auch in der Höhe justiert werden muss.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2015 105 807.3, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Das Problem wurde bisher gelöst durch Aktivjustage der Linse über mehrere Freiheitsgrade. Als Montagetechnologie kommt hier zum Beispiel Kleben, Widerstandslöten oder Solderjet- Löten infrage. Je nach Genauigkeitsanforderung handelt es sich um einen sehr aufwändigen Prozess. Im Zusammenhang mit ausgasungsempfindlichen Laserdioden (zum Beispiel blau, 450 nm) verbietet sich der Einsatz von Klebstoffen im gleichen Gehäuse, was die Umsetzung noch einmal deutlich erschwert.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann daher darin gesehen werden, ein effizientes Konzept bereitzustellen, welches eine einfache Justage von Kollimatoren ermöglicht, um mittels einer Laserdiode emittierte Laserstrahlung effizient zu kollimieren.
Diese Aufgabe wird mittels des Gegenstands des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
Gemäß einem Aspekt wird eine optoelektronische
Leuchtvorrichtung bereitgestellt, umfassend:
- einen Träger aufweisend eine ebene Montagefläche,
- zumindest eine Laserdiode zum Emittieren von
Laserstrahlung, wobei
- die Laserdiode eine schnelle und eine langsame Achse
aufweist,
- wobei die Laserdiode derart auf der Montagefläche
angeordnet ist, dass die schnelle Achse parallel zur Montagefläche verlaufend gebildet ist,
- wobei ein erster Kollimator zum Kollimieren von in
Richtung der schnellen Achse polarisierter
Laserstrahlung und
- ein zweiter Kollimator zum Kollimieren von in Richtung der langsamen Achse polarisierter Laserstrahlung
vorgesehen sind,
- wobei im Strahlengang der mittels der Laserdiode
emittierten Laserstrahlung der erste Kollimator proximal und der zweite Kollimator distal relativ zur Laserdiode angeordnet sind, so dass
- zunächst die in Richtung der schnellen Achse
polarisierte Laserstrahlung und erst dann die in
Richtung der langsamen Achse polarisierte Laserstrahlung kollimiert werden können.
Die Erfindung umfasst also insbesondere den Gedanken, die Laserdiode derart auf der Montagefläche anzuordnen, dass die schnelle Achse parallel zur Montagefläche verläuft. Ferner ist weiterhin erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine
Funktionalität einer Kollimation auf zwei Kollimatoren aufgeteilt wird. Diese beiden Kollimatoren werden also jeweils für eine sogenannte "Fast-Axis"-Kollimation (FAC, "Fast Axis Collimation" ) und für eine sogenannte "Slow-Axis"- Kollimation (SAC, "Slow Axis Collimation") genutzt. Hierbei steht "Fast Axis" für die schnelle Achse. "Slow Axis" steht
für die langsame Achse. Das heißt also insbesondere, dass zunächst die in Richtung der schnellen Achse polarisierte Laserstrahlung und erst dann die in Richtung der langsamen Achse polarisierte Laserstrahlung kollimiert werden mittels der entsprechenden Kollimatoren.
Dadurch, dass die Laserdiode derart auf der Montagefläche angeordnet oder montiert ist, dass die schnelle Achse
parallel zur Montagefläche verlaufend gebildet ist, wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass der erste Kollimator in einem einfach umzusetzenden planaren (bezogen auf die Montagefläche) Justageprozess ausgerichtet werden kann. Der erste Kollimator muss zwecks Kollimation somit lediglich parallel zur Montagefläche justiert werden. Dadurch kann der erste Kollimator besonders präzise ausgerichtet oder justiert werden. Dies im Vergleich zum bisher üblichen Fall, dass der erste Kollimator senkrecht zur Montagefläche in der Höhe justiert werden musste. Denn eine präzise Ausrichtung des Kollimators in Höhenrichtung ist aufwendig und schwierig, da die einzelnen Bauteile (zum Beispiel Laserdiode,
gegebenenfalls ein Subträger) Höhentoleranzen im Bereich von einigen ym bis 10 ym, insbesondere im Bereich von 10 ym, zum Beispiel bis 20 ym, aufweisen. Ferner war es im bekannten Stand der Technik aufgrund der hohen Laserstrahldivergenz kombiniert mit der schwierigen Höhenjustage bisher notwendig, den Kollimator sehr nah an der Laserfacette anzuordnen. Eine solch nahe Anordnung ist somit erfindungsgemäß nicht mehr notwendig. Dadurch werden eine Montage und eine Justage des ersten Kollimators erleichtert.
Durch diese spezielle Anordnung der Laserdiode auf der
Montagefläche wird insbesondere bewirkt, dass ein Problem der Höhenjustage auf den zweiten Kollimator verlagert wird. Doch hier sind Toleranzanforderungen deutlich leichter zu erfüllen als bei dem ersten Kollimator. Denn in der Regel ist ein Divergenzwinkel einer Laserdiode bezogen auf die langsame Achse deutlich kleiner oder geringer als ein Divergenzwinkel der Laserdiode bezogen auf die schnelle Achse (in der Regel um einen Faktor von 2 bis 5) . Wird von einem Ziel eines
kreisrunden Spots nach der Kollimation mittels der zwei Kollimatoren ausgegangen, so ergibt sich ein entsprechend höherer Abstand des zweiten Kollimators zu einer Facette der Laserdiode, wodurch Toleranzanforderungen um den gleichen Faktor sinken. Die Facette bezeichnet die Austrittsfläche der Laserdiode, durch welche Laserstrahlung emittiert wird. Eine Laserdiode im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst insbesondere eine Laserfacette. Die schnelle Achse der Laserdiode bezeichnet insbesondere eine Achse parallel zu einer Kristallwachstumsrichtung eines Laserkristalls (oder einer Laserkristallschicht) der
Laserdiode . Die langsame Achse der Laserdiode bezeichnet insbesondere eine Achse senkrecht zu der Kristallwachstumsrichtung des Laserkristalls (oder einer Laserkristallschicht) der
Laserdiode, also insbesondere parallel zu einer Ebene von Epitaxieschichten der Laserdiode.
Die Laserdiode umfasst zum Beispiel mehrere Schichten
(Epitaxieschichten) , die mittels eines Epitaxieverfahrens aufgewachsen sind. Zumindest eine dieser Schichten bildet eine Laserkristallschicht mit entsprechender
Wachstumsrichtung.
Ein beispielhafter Abstrahlwinkel der Laserstrahlung bei FWHM („Füll Width at Half Maximum", Halbwertsbreite, also Breite bei halber Höhe) der Laserintensität beträgt relativ zur schnellen Achse zum Beispiel zwischen 10° Grad und 30° Grad.
Ein beispielhafter Abstrahlwinkel der Laserstrahlung bei FWHM der Laserintensität beträgt relativ zur langsamen Achse zum Beispiel zwischen 5° Grad und 15° Grad.
Die schnelle Achse wird auf Englisch als „fast axis"
bezeichnet .
Die langsame Achse wird auf Englisch als „slow axis"
bezeichnet.
Die Begriffe „fast axis" und „slow axis" sind feststehende Begriffe und dem Fachmann als solche bekannt. Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der erste und/oder der zweite Kollimator als Kollimatorlinse,
insbesondere als Zylinderlinse, gebildet sind respektive ist.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine effiziente Kollimation der Laserstrahlung bewirkt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Laserdiode auf einem Subträger angeordnet ist, der auf der Montagefläche angeordnet ist, so dass die Laserdiode mittels des Subträgers mittelbar auf der Montagefläche angeordnet ist .
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass hier eine noch bessere Einstellbarkeit einer Höhe einer
Laserfacette der Laserdiode über der Montagefläche ermöglicht ist. Denn hier ist man nicht mehr auf eine gegebene
Materialdicke eines Lasersubstrats der Laserdiode angewiesen.
Vielmehr kann die Laserdiode vor einer Montage oder einer Anordnung des Subträgers auf die Montagefläche mit einer deutlich höheren Präzision auf den Subträger montiert oder angeordnet werden.
Nach einer Ausführungsform ist der Subträger als ein Submount gebildet.
Der Subträger, insbesondere der Submount, ist nach einer Ausführungsform als Wärmesenke ausgebildet. Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass Wärme, die mittels der Laserdiode in ihrem Betrieb erzeugt wird,
effizient abgeführt werden kann.
Der Subträger ist nach einer Ausführungsform als Leiterplatte oder als Platine gebildet. Dadurch wird insbesondere der
technische Vorteil bewirkt, dass eine effiziente elektrische Kontaktierung der Laserdiode ermöglicht ist.
Der Träger ist nach einer Ausführungsform als Leiterplatte oder als Platine gebildet. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine effiziente elektrische Kontaktierung der Laserdiode ermöglicht ist.
Nach einer Ausführungsform ist die Laserdiode als ein
Laserchip gebildet.
Die Laserdiode weist insbesondere eine Laserfacette auf.
Durch die Laserfacette wird der Laserstrahl emittiert. In einer Ausführungsform beträgt ein Abstand des ersten
Kollimators zur Laserdiode (also insbesondere zur
Laserfacette) zwischen 0,7 mm und 1,3 mm. Dies insbesondere bei einer roten oder blauen oder grünen Laserdiode. In einer Ausführungsform beträgt ein Abstand des zweiten Kollimators zur Laserdiode (also insbesondere zur
Laserfacette) zwischen 5,0 mm und 5,5 mm. Dies insbesondere bei einer grünen oder blauen Laserdiode. In einer Ausführungsform beträgt ein Abstand des zweiten Kollimators zur Laserdiode (also insbesondere zur
Laserfacette) zwischen 3,0 mm und 3,5 mm. Dies insbesondere bei roten Laserdiode. Die Abstände der Kollimatoren zur Laserdiode (also
insbesondere zur Laserfacette) hängen insbesondere von eine gewünschten Elliptizität des kollimierten Laserstrahls ab.
Nach einer Ausführungsform bilden der erste Kollimator und der zweite Kollimator ein gemeinsames Kollimatorbauteil, insbesondere ein gemeinsames einteiliges Kollimatorbauteil, sind also als ein gemeinsames Kollimatorbauteil, insbesondere als ein gemeinsames einteiliges Kollimatorbauteil, gebildet. Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt,
dass eine effiziente Justage erzielt werden kann. Denn es muss nur noch ein Bauteil montiert und justiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform sind gegenüberliegende Endflächen (Vorderseite und Rückseite) des Kollimatorbauteils jeweils als eine Zylinderlinse gebildet, die zueinander um etwa 90° Grad verdreht sind. Das heißt, dass eine Kollimation mittels der Zylinderlinsen bewirkt ist. Jede der Zylinderlinsen kollimiert also den Laserstrahl. Aufgrund der 90 ° -Verdrehung bewirkt die eine Zylinderlinse eine Kollimation der in
Richtung der schnellen Achse polarisierten Laserstrahlung und die andere Zylinderlinse bewirkt eine Kollimation der in Richtung der langsamen Achse polarisierten Laserstrahlung. Die Formulierung „etwa 90° Grad" umfasst auch solche
Ausführungsformen, in denen eine Abweichung von 90° Grad aufgrund von Fertigungstoleranzen auftritt. So umfasst diese Formulierung zum Beispiel auch eine Abweichung von ± 5°Grad. Das Vorsehen des Kollimatorbauteils weist insbesondere den Vorteil auf, dass nur ein einziges Bauteil platziert oder montiert werden muss mit einem genau definierten Abstand des ersten und des zweiten Kollimators zur Laserdiode. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn Anforderungen an eine Definition der Elliptizität des kollimierten Laserstrahls nicht zu hoch oder eng sind und/oder wenn die Laserdioden ein bestimmtes Divergenzverhältnis bezogen auf den emittierten Laserstrahl aufweisen, beispielsweise weil die Laserdioden vorsortiert wurden, bevor sie auf dem Träger montiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Subträger eine erste der Montagefläche zugewandte Oberfläche aufweist, wobei die Laserdiode auf einer zweiten Oberfläche des Subträgers angeordnet ist, die senkrecht zur ersten
Oberfläche gebildet ist.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine effiziente und einfache Anordnung der Laserdiode derart bewirkt werden kann, dass die schnelle Achse parallel zur Montagefläche verlaufend gebildet ist.
Nach einer Ausführungsform ist der Subträger als ein Quader gebildet. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass der Subträger einfach hergestellt werden kann. Der Subträger ist also nach einer Ausführungsform
quaderförmig ausgebildet. Dadurch kann der Subträger zum Beispiel in vorteilhafter Weise effizient hergestellt werden.
Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Subträger und/oder der Träger aus Silizium gebildet sind respektive ist oder Silizium umfassen respektive umfasst. Die Verwendung von Silizium weist insbesondere den technischen Vorteil auf, dass der Träger respektive Subträger mittels bekannter
fotolithografischer Prozesse effizient bearbeitet werden können, um zum Beispiel elektrische Kontaktierungen und/oder elektrische Leiterbahnen zu bilden.
Die Formulierung "respektive" umfasst insbesondere die
Formulierung "und/oder".
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine erste elektrische Kontaktfläche und eine zweite
elektrische Kontaktfläche senkrecht zur zweiten Oberfläche auf dem Träger, insbesondere auf der Montagefläche, gebildet sind, die respektive mit einer Anode und einer Kathode der Laserdiode elektrisch verbunden sind.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine effiziente elektrische Kontaktierung der Anode und der Kathode der Laserdiode ermöglicht ist. So können also zum Beispiel mittels elektrischer Kontaktierung der ersten und der zweiten elektrischen Kontaktfläche die Anode und die Kathode der Laserdiode elektrisch kontaktiert werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass auf der zweiten Oberfläche eine dritte elektrische Kontaktfläche angeordnet ist, die mit einer Anode oder einer Kathode elektrisch verbunden ist, wobei die dritte elektrische
Kontaktfläche elektrisch mit der ersten oder zweiten
elektrischen Kontaktfläche verbunden ist, beispielsweise
mittels einer Lötkugel. Das heißt also insbesondere, dass die dritte elektrische Kontaktfläche elektrisch mit der ersten oder der zweiten elektrischen Kontaktfläche mittels einer Lötkugel elektrisch leitfähig verbunden ist.
Die dritte elektrische Kontaktfläche ist nach einer
Ausführungsform mittels eines Bonddrahts mit einer Anode oder einer Kathode der Laserdiode elektrisch leitfähig verbunden. In einer Ausführungsform umfasst eine elektrische Verbindung zwischen der zweiten oder der ersten elektrischen
Kontaktfläche und einer Kathode oder einer Anode der
Laserdiode eine Lötkugel. Das Vorsehen einer Lötkugel bewirkt in vorteilhafter Weise eine effiziente elektrische Kontaktierung.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine effiziente und flexible elektrische Kontaktierung der Anode oder Kathode bewirkt werden kann. So kann zum
Beispiel eine genaue Position der Laserdiode auf der zweiten Oberfläche unabhängig von einer konkreten Position der ersten oder zweiten elektrischen Kontaktfläche auf dem Träger gewählt werden. Denn eine elektrische Kontaktierung wird über die dritte elektrische Kontaktfläche hergestellt, die mit der ersten oder zweiten elektrischen Kontaktfläche elektrisch verbunden ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Umlenkoptik zum Umlenken von mittels des zweiten
Kollimators kollimierter Laserstrahlung im Strahlengang angeordnet ist.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine flexible Laserstrahlführung erzielt werden kann. Insbesondere kann dadurch in vorteilhafter Weise ein
vorhandener Einbauraum oder Montageraum effizient genutzt werden .
Nach noch einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine rote, eine grüne und eine blaue Laserdiode mit jeweils zugeordneten ersten und zweiten Kollimatoren vorgesehen sind, so dass eine RGB-Laserquelle gebildet ist.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine RGB-Laserquelle geschaffen ist. Hierbei steht "RGB" für "Rot Grün Blau". Mittels dieser drei Grundfarben ist in vorteilhafter Weise mittels Farbmischung ermöglicht, eine Vielzahl von Farben zu erzeugen.
Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die rote, die grüne und die blaue Laserdiode auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass ein gemeinsam definierter Abstand der Laserdioden zur Montagefläche geschaffen werden kann.
Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die rote, die grüne und die blaue Laserdiode auf jeweils einem eigenen Subträger angeordnet sind. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine flexible und effiziente Justage der entsprechenden Kollimatoren für die einzelnen Laserdioden ermöglicht ist. Die im Zusammenhang mit der roten, grünen und blauen
Laserdiode gemachten Ausführungen gelten analog für den allgemeinen Fall, dass eine optoelektronische
Leuchtvorrichtung vorgesehen ist, die mehrere Laserdioden umfasst .
Nach einer Ausführungsform ist daher vorgesehen, dass die optoelektronische Leuchtvorrichtung mehrere Laserdioden umfasst . In einer Ausführungsform beträgt eine Laserwellenlänge der Laserstrahlung 450 nm (blau) oder liegt zwischen 440 nm und 480 nm (blau) , insbesondere 530 nm (grün) oder liegt zwischen 520 nm und 565 nm (grün) , beispielsweise 630 nm (rot) oder liegt oberhalb von 600 nm (rot) . Die Laserwellenlänge kann
zum Beispiel in einem Bereich von ±15 nm um die vorstehenden beispielhaften Werte für die Laserwellenlänge liegen.
Eine rote Laserdiode emittiert also eine rote Laserstrahlung. Eine grüne Laserdiode emittiert also eine grüne
Laserstrahlung. Eine blaue Laserdiode emittiert also eine blaue Laserstrahlung.
Nach einer Ausführungsform umfasst respektive umfassen der Träger und/oder der Subträger Silizium und/oder
Aluminiumnitrit. Silizium und Aluminiumnitrit weisen
insbesondere den technischen Vorteil auf, dass eine
Photolithographiebearbeitung des Trägers und des Subträgers möglich ist.
In einer Ausführungsform ist respektive sind der Träger und/oder der Subträger mittels eines photolithographischen Prozesses bearbeitet. Nach einer Ausführungsform umfasst respektive umfassen der Träger und/oder der Subträger elektrische Leitungen,
insbesondere elektrische Leiterbahnen, und/oder elektrische Kontakte, die zum Beispiel gemäß einer weiteren
Ausführungsform mittels eines photolithographischen
Verfahrens hergestellt sind.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im
Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der
Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei
Fig. 1 eine optoelektronische Leuchtvorrichtung in einer schrägen Draufsicht,
Fig. 2 eine Ansicht von unten auf die optoelektronische Leuchtvorrichtung der Fig. 1,
Fig. 3 eine Detailansicht der optoelektronischen Leuchtvorrichtung der Fig. 1 und
Fig. 4 eine elektrische Kontaktierungsmöglichkeit zwischen einem Subträger und einem Träger zeigen .
Im Folgenden können für gleiche Merkmale gleiche
Bezugszeichen verwendet werden.
Fig. 1 zeigt eine optoelektronische Leuchtvorrichtung 101.
Die optoelektronische Leuchtvorrichtung 101 umfasst einen Träger 103, der zum Beispiel aus Silizium oder aus
Aluminiumnitrit gebildet sein kann oder Silizium und/oder Aluminiumnitrit umfassen kann. Der Träger 103 kann zum
Beispiel allgemein als eine Montageplatte gebildet sein. Der Träger 103 weist eine ebene Montagefläche 105 auf. Auf der Montagefläche 105 sind drei Subträger 107, 109 und 111 angeordnet. Die Subträger 107, 109, 111 weisen eine
Quaderform auf. Die Subträger 107, 109, 111 umfassen zum Beispiel Silizium und/oder Aluminiumnitrit oder sind zum Beispiel aus Silizium oder aus Aluminiumnitrit gebildet. Die Subträger 107, 109, 111 sind vorzugsweise als ein Submount gebildet. Insbesondere sind die Subträger 107, 109, 111 jeweils als Leiterplatte gebildet. Auf den drei Subträgern 107, 109, 111 ist jeweils eine
Laserdiode 113, 115, 117 angeordnet. Das heißt also, dass die Laserdiode 113, die eine rote Laserdiode ist, auf dem
Subträger 107 angeordnet ist. Die Laserdiode 115, die eine grüne Laserdiode ist, ist auf dem Subträger 109 angeordnet. Die Laserdiode 117, die als eine blaue Laserdiode gebildet ist, ist auf dem Subträger 111 angeordnet. Somit ist eine RGB-Laserquelle geschaffen oder gebildet.
Somit sind die drei Laserdioden 113, 115, 117 mittels der Subträger 107, 109, 111 mittelbar auf der Montagefläche 105
des Trägers 103 angeordnet. Hierbei sind die Laserdioden 113, 115, 117 derart auf den entsprechenden Subträgern 107, 109, 111 angeordnet, dass ihre jeweilige schnelle Achse parallel zur Montagefläche 105 verlaufend gebildet ist. Ihre jeweilige langsame Achse ist senkrecht zu der Montagefläche 105
verlaufend gebildet.
Für eine bessere Übersicht ist ein kartesisches
Koordinatensystem 119 umfassend eine x-, eine y- und eine z- Achse eingezeichnet. Die x-Achse und die y-Achse bilden also eine x,y-Ebene, die parallel zur Montagefläche verläuft. Das heißt also, dass die jeweiligen schnellen Achsen der
Laserdioden 113, 115, 117 parallel zur x-, y-Ebene verläuft. Eine jeweilige Laserstrahlung, die mittels der Laserdioden 113, 115, 117 emittiert wird, ist symbolisch mit den
Bezugszeichen 143, 145, 147 versehen. Das heißt also, dass die rote Laserstrahlung, die mittels der roten Laserdiode 113 emittiert wird, mittels des Bezugszeichens 143 gekennzeichnet ist. Die grüne Laserstrahlung, die mittels der grünen
Laserdiode 115 emittiert wird, ist symbolisch mittels des Bezugszeichens 145 gekennzeichnet. Die blaue Laserstrahlung, die mittels der blauen Laserdiode 117 emittiert wird, ist symbolisch mit dem Bezugszeichen 147 gekennzeichnet.
Die jeweilige Laserstrahlung 143, 145, 147 wird mittels
Kollimatoren kollimiert. Hierfür sind im Strahlengang der roten Laserstrahlung 143 ein erster Kollimator 121 und ein zweiter Kollimator 123 vorgesehen. Entsprechend sind im
Strahlengang der grünen Laserstrahlung 145 ein erster
Kollimator 125 und ein zweiter Kollimator 127 vorgesehen. Entsprechend sind im Strahlengang der blauen Laserstrahlung 147 ein erster Kollimator 129 und ein zweiter Kollimator 131 vorgesehen .
Eine Reihenfolge der ersten und der zweiten Kollimatoren ist derart, dass die entsprechende Laserstrahlung zuerst durch den ersten Kollimator strahlt und dann erst durch den zweiten Kollimator. Hierbei sind die ersten Kollimatoren 121, 125, 129 ausgebildet, eine entsprechende Laserstrahlung, welche in
Richtung der schnellen Achse polarisiert ist, zu kollimieren. Die zweiten Kollimatoren 123, 127, 131 sind ausgebildet, die entsprechende Laserstrahlung, die in Richtung der langsamen Achse polarisiert ist, zu kollimieren.
Das heißt also, dass zunächst die in Richtung der schnellen Achse polarisierte Laserstrahlung und erst dann die in
Richtung der langsamen Achse polarisierte Laserstrahlung kollimiert werden.
Die ersten Kollimatoren 121, 125, 129 und die zweiten
Kollimatoren 123, 127, 131 sind nach einer Ausführungsform Zylinderlinsen . Die optoelektronische Leuchtvorrichtung 101 umfasst ferner eine Umlenkoptik 133, zum Beispiel allgemein einen
Umlenkspiegel, die die Laserstrahlung, die jeweils durch die zweiten Kollimatoren 123, 127, 131 strahlt, umlenkt. Zum Beispiel ist die Umlenkoptik 133 ausgebildet, die
Laserstrahlung weg von der Montagefläche 105 umzulenken, zum Beispiel senkrecht weg von der Montagefläche 105.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 zeigt eine gemeinsame Umlenkoptik 133 für die drei kollimierten Laserstrahlungen der Laserdioden 113, 115, 117. In einem nicht gezeigten allgemeinen Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass für jede kollimierte Laserstrahlung eine eigene Umlenkoptik vorgesehen ist. Ferner umfasst die optoelektronische Leuchtvorrichtung 101 ein Gehäuse 135, welches die Laserdioden 113, 115, 117 sowie die Kollimatoren 121, 123, 125, 127, 129, 131 sowie die
Umlenkoptik 133 umschließt. Hierbei ist eine Form des
Gehäuses 135 zum Beispiel derart, dass es einer Kontur des Trägers 103, insbesondere der Montagefläche 105, zumindest teilweise entspricht.
In Fig. 1 ist das Gehäuse 135 nach oben, also in z-Richtung, offen dargestellt. Es kann nach einer Ausführungsform
vorgesehen sein, dass das Gehäuse 135 an seiner offenen Seite
verschlossen wird oder abgedeckt, zum Beispiel hermetisch verschlossen oder hermetisch abgedeckt, wird. Hierbei ist dann insbesondere vorgesehen, dass diese Abdeckung zumindest teilweise transparent ist, um die kollimierte und umgelenkte Laserstrahlung durchzulassen. Zum Beispiel ist eine solche Abdeckung vollständig transparent.
Das Bezugszeichen 137 zeigt auf einen NTC-Temperatursensor, der eine Temperatur auf dem Träger 103 und/oder im Gehäuse 135 erfassen kann. NTC steht für „Negative Temperature
Coefficient" , also „Negativer Temperatur Koeffizient".
Auf der Montagefläche 105 sind ferner Leiterbahnen 139 sowie elektrische Kontakte 141 gebildet. Über die elektrischen Kontakte 141 und die Leiterbahnen 139 ist in vorteilhafter Weise eine elektrische Kontaktierung der Laserdioden 113, 115, 117 bewirkt.
Fig. 2 zeigt eine Ansicht von unten auf die optoelektronische Leuchtvorrichtung 101 der Fig. 1.
Obwohl real eine Oberfläche der Subträger 107, 109, 111, die der Montagefläche 105 zugewandt ist, bei einer Ansicht von unten nicht sichtbar ist aufgrund der mangelnden Transparenz oder der Intransparenz des Trägers 103, sind dennoch diese
Oberflächen mit einem jeweiligen Bezugszeichen versehen. Dies für eine bessere Verständlichkeit und Darstellung.
So zeigt das Bezugszeichen 201 auf eine erste Oberfläche des Subträgers 107, die der Montagefläche 135 zugewandt ist. Das Bezugszeichen 203 zeigt auf eine erste Oberfläche des
Subträgers 109, die der Montagefläche 105 zugewandt ist. Das Bezugszeichen 205 zeigt auf eine erste Oberfläche des
Subträgers 111, die der Montagefläche 105 zugewandt ist.
Das Bezugszeichen 207 zeigt auf eine zweite Oberfläche des Subträgers 107, die senkrecht zu der ersten Oberfläche 201 verläuft. Auf dieser ersten Oberfläche 201 ist die blaue Laserdiode 117 angeordnet.
Das Bezugszeichen 209 zeigt auf eine zweite Oberfläche des Subträgers 109, die senkrecht zur ersten Oberfläche 203 verläuft. Auf der zweiten Oberfläche 209 ist die grüne
Laserdiode 115 angeordnet.
Das Bezugszeichen 211 zeigt auf eine zweite Oberfläche des Subträgers 111, die senkrecht zur ersten Oberfläche 205 verläuft. Auf der zweiten Oberfläche 211 ist die rote
Laserdiode 113 angeordnet.
Fig. 3 zeigt eine Detailansicht der optoelektronischen
Leuchtvorrichtung 101 der Fig. 1.
Die Detailansicht zeigt die blaue Laserdiode 117, die auf der zweiten Oberfläche 207 des Subträgers 111 angeordnet ist. Für eine bessere Übersicht ist in Fig. 3 das Gehäuse 135 nicht eingezeichnet .
Die Detailansicht zeigt ferner eine dritte elektrische
Kontaktfläche 301, die auf der zweiten Oberfläche 207 angeordnet ist. Eine erste und eine zweite elektrische
Kontaktfläche sind in Fig. 4 dargestellt. Auf eine
entsprechende Darstellung in Fig. 3 wurde der Übersicht halber verzichtet.
Die dritte elektrische Kontaktfläche 301 ist elektrisch mit einer Anode 303 der blauen Laserdiode 117 verbunden. Diese elektrische Verbindung wird mittels eines Bonddrahts 305 gebildet. Somit kann mittels einer elektrischen Kontaktierung der dritten elektrischen Kontaktfläche 301 die Anode 303 elektrisch kontaktiert werden.
Die im Zusammenhang mit der blauen Laserdiode 117 unter
Bezugnahme auf die Fig. 3 gemachten Ausführungen gelten analog für die rote und die grüne Laserdiode 113, 115. Auch hier sind entsprechende erste und zweite und dritte
elektrische Kontaktflächen vorgesehen zwecks elektrischer Kontaktierung .
Fig. 4 zeigt eine Kontaktierungsmöglichkeit zwischen einem Subträger 401 und einer hier nicht gezeigten Montagefläche eines Trägers. Die im Zusammenhang mit der Fig. 4 gemachten Ausführungen gelten zum Beispiel für die optoelektronische Leuchtvorrichtung 101. Die in Fig. 4 dargestellte
Ausführungsform kann also zum Beispiel in der
optoelektronischen Leuchtvorrichtung 101 vorgesehen sein. Das heißt also, dass es sich bei dem Subträger 401 zum Beispiel um einen der Subträger 107, 109, 111 handeln kann. Somit können die Subträger 107, 109, 111 analog zum Subträger 401 gebildet sein.
Der Subträger 401 weist eine erste Oberfläche 403 auf, die im montierten Zustand der Montagefläche zugewandt ist. Der
Subträger 401 weist eine zweite Oberfläche 405 auf, die senkrecht zur ersten Oberfläche 403 verläuft. Auf der zweiten Oberfläche 405 ist eine Laserdiode 411 angeordnet. Hierbei ist die Laserdiode 411 derart auf der zweiten Oberfläche 405 angeordnet, dass ihre schnelle Achse parallel zur ersten Oberfläche 403 verläuft und somit im montierten Zustand parallel zur ebenen Montagefläche des Trägers.
Das Bezugszeichen 407 zeigt auf eine symbolisch dargestellte Schichtanordnung, die auf der ersten Oberfläche 403
aufgebracht ist. Diese Schichtanordnung 407 weist eine elektrische Kontaktierungsfunktion auf, ist also zumindest teilweise elektrisch leitend. Zum Beispiel umfasst die
Schichtanordnung 407 ein Lot. Insbesondere umfasst die
Schichtanordnung 407 eine Haftungs- oder
Befestigungsfunktion, sodass mittels der Schichtanordnung 407 der Subträger 401 auf der Montagefläche befestigt ist. Die Schichtanordnung 407 umfasst also insbesondere mehrere
Schichten, die entsprechend die vorstehend genannten
Funktionalitäten aufweisen.
Das Bezugszeichen 409 zeigt ebenfalls auf eine
Schichtanordnung, die auf der zweiten Oberfläche 405
aufgebracht ist. Auf dieser Schichtanordnung 409 ist die Laserdiode 411 angeordnet. Die Schichtanordnung 409 weist insbesondere eine isolierende Funktion auf, sodass die
Laserdiode 411 mittels der Schichtanordnung 409 vom Subträger 401 elektrisch isoliert ist. Insbesondere weist die
Schichtanordnung 409 eine Befestigungs- oder Haftungsfunktion auf, sodass mittels der Schichtanordnung 409 die Laserdiode 411 auf der zweiten Oberfläche 405 befestigt ist. Zum
Beispiel umfasst die Schichtanordnung 409 ein Lot. Die
Schichtanordnung 409 umfasst ferner eine elektrische
Kontaktierungsfunktion, sodass mittels der Schichtanordnung 409 eine elektrische Kontaktierung der Laserdiode 411, insbesondere der Kathode (nicht gezeigt) der Laserdiode 411, ermöglicht ist. Die Schichtanordnung 409 umfasst also
insbesondere mehrere Schichten, die entsprechend die
vorstehend genannten Funktionalitäten aufweisen. Fig. 4 zeigt ferner eine erste elektrische Kontaktfläche 413 und eine zweite elektrische Kontaktfläche 415. Diese beiden elektrischen Kontaktflächen 413, 415 sind auf dem Träger, insbesondere auf der Montagefläche angeordnet. Über diese elektrischen Kontaktflächen 413, 415 ist eine elektrische Kontaktierung der Laserdiode 411 ermöglicht. So ist eine Lötkugel 419 vorgesehen, die die zweite elektrische
Kontaktfläche 415 elektrisch mit der Schichtanordnung 409 elektrisch verbindet, sodass hierüber eine elektrische
Verbindung zu der Kathode der Laserdiode 411 gebildet ist.
Es ist eine Lötkugel 419 vorgesehen, die eine elektrische Verbindung zwischen der ersten elektrischen Kontaktfläche 413 und einer dritten elektrischen Kontaktfläche 417 bildet.
Diese dritte elektrische Kontaktfläche 417 ist auf der
Schichtanordnung 409 angeordnet, aber von dieser elektrisch isoliert, um einen elektrischen Kurzschluss zu vermeiden oder zu verhindern. Diese dritte elektrische Kontaktfläche 417 ist mittels eines Bonddrahts 423 mit der Anode 421 der Laserdiode 411 elektrisch verbunden. Somit ist also eine elektrische Kontaktierung der Anode 421 der Laserdiode 411 mittels der ersten elektrischen Kontaktfläche 413 ermöglicht.
Das Bezugszeichen 425 zeigt auf einen Doppelpfeil, der eine Höhe der Laserdiode 411 bezogen auf die erste Oberfläche 403 darstellen soll. Das Bezugszeichen 427 zeigt auf einen
Doppelpfeil, der symbolisch einen Kantenabstand zwischen der Laserdiode 411 und einer Kante 429 der zweiten Oberfläche 405 darstellen soll. Das Bezugszeichen 431 zeigt auf einen
Doppelpfeil, der symbolisch eine Breite des Subträgers 401 darstellen soll.
Die Erfindung umfasst also insbesondere den Gedanken, eine um 90° gedrehte Montage einer Laserdiode, insbesondere eines Laserchips, in Kombination mit zwei Zylinderlinsen
vorzusehen. Die um 90° gedrehte Montage bezieht sich auf die bisher übliche Montage von Laserdioden auf einer
Montagefläche oder auf einem Subträger, wobei gemäß dieser bisher üblichen Montageart die schnelle Achse senkrecht zu der Montagefläche verläuft, also in z-Richtung gemäß dem kartesischen Koordinatensystem 119. Die Laserdiode ist erfindungsgemäß also gegenüber dieser Montageart um 90° gedreht, sodass ihre schnelle Achse nun parallel zur x,y- Ebene liegt. Eine Funktionalität der Kollimation wird nach einer
Ausführungsform auf zwei Zylinderlinsen, allgemein auf einen ersten und einen zweiten Kollimator, aufgeteilt, welche also jeweils für eine Slow-Axis-Kollimation (SAC) und eine Fast- Axis-Kollimation (FAC) genutzt oder verwendet werden.
Aufgrund eines hohen Divergenzwinkels bezogen auf die Fast
Axis, also auf die schnelle Achse, muss der erste Kollimator, also zum Beispiel die FAC-Zylinderlinse, bei einer Verwendung von Mikrooptiken in der Regel bereits sehr nahe an der
Laserfacette der Laserdiode montiert werden. Durch die
Drehung der Laserdioden liegt die schnelle Achse nun parallel zur x,y-Ebene, also zur Montagefläche. Der erste Kollimator, zum Beispiel die FAC-Linse, insbesondere die FAC- Zylinderlinse, kann also in einem deutlich einfacher
umzusetzenden planaren (also in x,y-Ebene) Justageprozess ausgerichtet werden im Vergleich zur üblichen Montageart, in welcher die schnelle Achse senkrecht zur x, y-Montagefläche verläuft .
Erfindungsgemäß wird somit der Vorteil eines deutlich
einfacher umzusetzenden Justageprozesses der verwendeten
Optiken, also der Kollimatoren, relativ zum Laserstrahl, also zur Laserstrahlung, bewirkt. Das Problem der Höhenjustage wird somit durch die Drehung der Laserdiode um 90° verglichen zur bisher üblichen Montageart verlagert auf die SAC-Linse, allgemein auf den zweiten Kollimator, zum Beispiel auf die zweite Zylinderlinse. Hier jedoch sind Toleranzanforderungen deutlich leichter zu erfüllen als bei dem ersten Kollimator, also zum Beispiel bei der FAC-Linse. In der Regel ist der SA- (Slow Axis, langsamer Achse) -Divergenzwinkel einer Laserdiode deutlich geringer als der FA- (Fast Axis, schneller Achse) -
Divergenzwinkel (in der Regel um einen Faktor 2 bis 5) . Geht man von dem Ziel eines kreisrunden Spots nach der Kollimation durch die beiden Kollimatoren aus, ergibt sich ein
entsprechend höherer Abstand der SAC ( Slow-Axis-Collimation) zur Laserfacette (also ein höherer Abstand der Laserstrahlung bezogen auf die Laserfacette) , wodurch die
Toleranzanforderungen um den gleichen Faktor sinken.
Ein zweiter Faktor, der nach einer weiteren Ausführungsform hier dazukommt, ist eine bessere Einstellbarkeit einer Höhe der Laserfacette über der Montageplattform, also über der Montagefläche. Denn in dieser Ausführungsform ist ein
Subträger, zum Beispiel ein Submount, vorgesehen. Der
Laserchip, allgemein die Laserdiode, kann somit in
vorteilhafter Weise vor Montage des Subträgers auf die
Plattform, also auf die Montagefläche, mit einer deutlich höheren Präzision auf den Subträger montiert werden.
Zur Montage des Subträgers ist nach einer Ausführungsform vorgesehen, dass ein Lötprozess verwendet wird. Das heißt also, dass nach einer Ausführungsform der Subträger auf die Montagefläche gelötet wird respektive dass der Subträger auf der Montagefläche gelötet ist. Eine elektrische Kontaktierung zwischen Laserdiode und
Montagefläche oder Montageplattform kann zum Beispiel nach einer Ausführungsform mittels einer Verwendung von Solderjet- Technologie, also mittels Solderj et-Prozessen, bewirkt werden (vgl. Fig. 4 und die entsprechenden Ausführungen) .
Der erste Kollimator und der zweite Kollimator sind nach einer Ausführungsform Mikrooptiken . Nach einer
Ausführungsform sind der erste und der zweite Kollimator mittels Dünnschicht-Laserstrahllöten auf der Montagefläche montiert. Das heißt also, dass zum Beispiel die
mikrooptischen FAC- und SAC-Linsen, insbesondere die FAC- und SAC-Zylinderlinsen, mittels Dünnschicht-Laserstrahllöten sehr schnell montiert werden können. Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte
Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der
Erfindung zu verlassen.
BEZUGSZEICHENLISTE
101 optoelektronische Leuchtvorrichtung
103 Träger
105 Montagefläche
107 Subträger
109 Subträger
111 Subträger
113 rote Laserdiode
115 grüne Laserdiode
117 blaue Laserdiode
119 Koordinatensystem
121, 125, 129 erster Kollimator
123, 127, 131 zweiter Kollimator
133 Umlenkoptik
135 Gehäuse
137 NTC-Temperatursensor
139 Leiterbahnen
141 elektrische Kontakte
143, 145, 147 Laserstrahlung
201, 203, 205 erste Oberfläche
207, 209, 211 zweite Oberfläche
301 dritte elektrische Kontaktfläche
303 Anode
305 Bonddraht
401 Subträger
403 erste Oberfläche
405 zweite Oberfläche
407, 409 Schichtanordnung
411 Laserdiode
413 erste elektrische Kontaktfläche
415 zweite elektrische Kontaktfläche
417 dritte elektrische Kontaktfläche
419 Lötkugel
421 Anode
423 Bonddraht
425 Höhe
427 Kantenabstand
429 Kante
431 Breite