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JP3248006U - Laser phosphor integrated light source - Google Patents

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JP3248006U
JP3248006U JP2024002080U JP2024002080U JP3248006U JP 3248006 U JP3248006 U JP 3248006U JP 2024002080 U JP2024002080 U JP 2024002080U JP 2024002080 U JP2024002080 U JP 2024002080U JP 3248006 U JP3248006 U JP 3248006U
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Abstract

【課題】コンパクトで高輝度で高効率な、レーザ蛍光体一体型光源を提供する。【解決手段】レーザベース光源は、パッケージベース上にレーザダイオードチップ1に隣接して配置された素材2と、当該素材に結合された光学素子を含む。光学素子は、レーザダイオードチップからの電磁放射を受けるように位置合わせされている。光学素子は、波長変換素材4を含み、レーザダイオードチップから出射される電磁放射を少なくとも部分的に受けるように構成されている。光学素子の側面は反射材5で囲まれている。【選択図】図1A compact, bright and efficient laser phosphor integrated light source is provided. The laser-based light source includes a material (2) disposed adjacent to a laser diode chip (1) on a package base, and an optical element coupled to the material. The optical element is aligned to receive electromagnetic radiation from the laser diode chip. The optical element includes a wavelength conversion material (4) and is configured to at least partially receive electromagnetic radiation emitted from the laser diode chip. The optical element is surrounded on its sides by a reflective material (5). [Selected Figure]

Description

ソリッドステート照明技術の高効率で、長寿命、低コストで、無毒性から、発光ダイオード(LED)は照明技術として急速に普及している。LEDは、一般的にp-i-n接合ダイオードをベースとする二リード半導体光源で、作動すると電磁放射を発する。LEDからの発光は自発生的で、一般的にランバートパターンである。適切な電圧がリード線に印加されると、電子と正孔がデバイス内で再結合し、光子という形でエネルギを放出する。この効果は電子発光と呼ばれ、光の色は半導体のエネルギ帯の隙間によって決まる。 Light-emitting diodes (LEDs) are rapidly becoming a popular lighting technology due to the high efficiency, long life, low cost, and non-toxicity of this solid-state lighting technology. LEDs are two-lead semiconductor light sources, typically based on a p-i-n junction diode, that emit electromagnetic radiation when activated. Light emitted from an LED is spontaneous and typically follows a Lambertian pattern. When an appropriate voltage is applied to the leads, electrons and holes recombine within the device, releasing energy in the form of photons. This effect is called electroluminescence, and the color of the light emitted is determined by the gap in the energy bands of the semiconductor.

GaNベースLEDと蛍光体などの波長変換材料を組み合わせることで、ソリッドステート白色光源が実現された。GaNベースLEDと蛍光素材を用いて白色光を得るこの技術は、白熱光源に比べて低消費電力、長寿命、物理的堅牢性の向上、小型化、高速切替など多くの利点をもたらし、現在、私たちの身の回りを明るく照らしている。発光ダイオードは現在、航空照明、自動車両用ヘッドランプ、広告、一般照明、交通信号、カメラのフラッシュなど、様々な用途で使用されている。LEDによって、新しい文字や動画用ディスプレイ、センサの開発が可能になり、その高い切替レートは、高度な通信技術に非常に有用である。 By combining GaN-based LEDs with wavelength conversion materials such as phosphors, solid-state white light sources have been realized. This technology of using GaN-based LEDs and fluorescent materials to obtain white light offers many advantages over incandescent light sources, including lower power consumption, longer life, improved physical robustness, smaller size, and faster switching speeds, and currently illuminates the world around us. Light-emitting diodes are currently used in a variety of applications, including aviation lighting, automotive headlamps, advertising, general lighting, traffic signals, and camera flashes. LEDs enable the development of new text and video displays and sensors, and their high switching rates are extremely useful for advanced communication technologies.

有用とはいえ、LEDには、以下に開示される発明による克服が望まれる限界が依然として残っている。
Although useful, LEDs still suffer from limitations which the invention disclosed below hopes to overcome.

本発明は、ガリウム・窒素含有素材ベースのレーザダイオード励起源と蛍光素材ベースの発光源との組み合わせを用いた統合型白色電磁放射源のデバイスおよび方法を提供する。本発明において、ガリウムおよび窒素素材ベースの紫、青、またはその他の波長のレーザダイオードソースは、黄色蛍光体などの蛍光素材と緊密に統合され、コンパクトで高輝度で、高効率な白色光源を形成する。一例として、ソースは、一般的な応用においても特殊な用途などに供することができる。 The present invention provides an integrated white electromagnetic radiation source device and method using a combination of a gallium-nitrogen-containing material-based laser diode pump source and a phosphor-based emission source. In the present invention, a gallium- and nitrogen-based violet, blue, or other wavelength laser diode source is tightly integrated with a phosphor, such as a yellow phosphor, to form a compact, bright, and efficient white light source. By way of example, the source can be used for general or specialized applications.

一実施の形態において、レーザベース光源はパッケージベースと、パッケージベースに結合されたレーザダイオードチップであって、出力面から電磁放射のレーザ光を出力するように構成されたレーザダイオードチップと、第1の波長で電磁放射を出力するように構成された、レーザダイオードチップと、パッケージベースに結合され、パッケージベース上のレーザダイオードチップに隣接して配置された、反射面を有する素材と、前記素材の上面に直接結合された光学素子であって、前記素材と前記光学素子との間を溝が延在し、前記溝は、レーザダイオードチップと並んで、前記レーザダイオードチップからの電磁放射を受け、前記素材は前記溝内の前記電磁放射の少なくとも一部を前記光学素子に向けるように構成され、前記光学素子は、第1の波長を有する前記レーザ光における前記電磁放射の少なくとも一部を、前記第1の波長より長い第2の波長に変換するように構成された波長変換素材を含む、前記光学素子と、前記光学素子の側面を囲む反射材であって、前記第1の波長を有する第1の部分と第2の波長を有する第2の部分とを含む光を上面から発するように構成された前記光学素子の側面に入射する電磁放射の一部を反射するように構成された、前記反射材と、を備える。 In one embodiment, the laser-based light source includes a package base, a laser diode chip coupled to the package base, the laser diode chip configured to output a laser beam of electromagnetic radiation from an output surface, the laser diode chip configured to output electromagnetic radiation at a first wavelength, a material having a reflective surface coupled to the package base and positioned adjacent to the laser diode chip on the package base, and an optical element directly bonded to a top surface of the material, a groove extending between the material and the optical element, the groove extending between the material and the optical element and the laser diode chip, the laser diode chip being aligned with the laser diode chip. The optical element includes an optical element including a wavelength conversion material configured to convert at least a portion of the electromagnetic radiation in the laser light having a first wavelength to a second wavelength longer than the first wavelength, and a reflector surrounding a side surface of the optical element, the reflector being configured to reflect a portion of the electromagnetic radiation incident on the side surface of the optical element configured to emit light from a top surface including a first portion having the first wavelength and a second portion having a second wavelength.

一実施の形態では、前記レーザベース光源は、1つ以上の追加レーザダイオードチップおよび1つ以上の追加溝をさらに備え、前記1つ以上の追加レーザダイオードチップのそれぞれは、前記追加溝の1つと位置合わせされ、前記1つ以上の追加レーザダイオードチップは前記第1の波長で電磁放射を発するように構成されている。 In one embodiment, the laser-based light source further comprises one or more additional laser diode chips and one or more additional grooves, each of the one or more additional laser diode chips aligned with one of the additional grooves, and the one or more additional laser diode chips configured to emit electromagnetic radiation at the first wavelength.

別の実施の形態では、前記レーザベース光源は、1つ以上の追加レーザダイオードチップおよび1つ以上の追加溝をさらに備え、前記1つ以上の追加レーザダイオードチップのそれぞれは、前記追加溝の1つと位置合わせされ、前記1つ以上の追加レーザダイオードチップの少なくとも1つは、前記第1の波長とは異なる第2の波長で電磁放射を発するように構成されている。 In another embodiment, the laser-based light source further comprises one or more additional laser diode chips and one or more additional grooves, each of the one or more additional laser diode chips aligned with one of the additional grooves, and at least one of the one or more additional laser diode chips configured to emit electromagnetic radiation at a second wavelength different from the first wavelength.

別の実施の形態では、前記溝は、前記素材の上部に形成され、前記素材の側面から延在し、前記光学素子に向かって上方向に前記電磁放射線の少なくとも一部を反射する、 In another embodiment, the groove is formed in the top of the material and extends from a side of the material to reflect at least a portion of the electromagnetic radiation upwardly toward the optical element.

別の実施の形態では、前記素材は、熱伝導性を有し、ケイ素(S)と、炭化ケイ素(SiC)、ゲルマニウム(Ge)、ガリウムヒ素(GaAs)、サファイア、セラミック窒化アルミニウム(AlN)、セラミック酸化アルミニウム(Al2O3)、セラミック窒化ホウ素(BN)、アルミニウム(Al)、または銅(Cu)を含み、前記反射面は前記素材上に反射性被覆を有する。 In another embodiment, the material is thermally conductive and includes silicon (S), silicon carbide (SiC), germanium (Ge), gallium arsenide (GaAs), sapphire, ceramic aluminum nitride (AlN), ceramic aluminum oxide (Al2O3), ceramic boron nitride (BN), aluminum (Al), or copper (Cu), and the reflective surface has a reflective coating on the material.

別の実施の形態では、前記波長変換素材は、前記光学素子全体に拡散されている。 In another embodiment, the wavelength converting material is diffused throughout the optical element.

別の実施の形態では、前記光学素子の上部は、前記光学素子の前記上面から出射された光の色均一性を向上させる光学ホモジナイザを有する。 In another embodiment, the upper portion of the optical element has an optical homogenizer that improves the color uniformity of the light emitted from the top surface of the optical element.

別の実施の形態では、前記溝の側面、頂部、または底部の少なくとも1つは、反射性被覆で覆われている。 In another embodiment, at least one of the sides, top, or bottom of the groove is covered with a reflective coating.

別の実施の形態では、前記光学素子の少なくともいくつかの側面と前記反射材との間に隙間が延在する。 In another embodiment, a gap extends between at least some sides of the optical element and the reflector.

別の実施の形態では、前記レーザベース光源は、前記溝に、分散材を有し、前記溝における前記分散材は、前記レーザダイオードチップからの電磁放射を少なくとも部分的に前記光学素子へ分散させるように構成されている。 In another embodiment, the laser-based light source includes a dispersing material in the groove, the dispersing material in the groove configured to at least partially disperse electromagnetic radiation from the laser diode chip into the optical element.

別の実施の形態では、前記溝は、平面を有する側壁または湾曲部を有する側壁を有する。 In another embodiment, the groove has flat sidewalls or curved sidewalls.

別の実施の形態では、前記反射材は、前記反射材の内壁に反射性被覆を有する。 In another embodiment, the reflector has a reflective coating on the inner wall of the reflector.

さらに別の実施の形態では、前記光学素子は、分散特徴、回折特徴、または、前記光学素子の前記上面から出射された光の色均一性を提供する光結晶構造の少なくとも1つを含む。 In yet another embodiment, the optical element includes at least one of a dispersive feature, a diffractive feature, or a photonic crystal structure that provides color uniformity of light emitted from the top surface of the optical element.

別の実施の形態は、上述したレーザベース光源を含む表面実装型デバイス(SMD)である。 Another embodiment is a surface mounted device (SMD) that includes the laser-based light source described above.

別の実施の形態では、レーザベース光源はパッケージベースと、パッケージベースに結合されたレーザダイオードチップであって、出力面から電磁放射のレーザ光を出力するように構成されたレーザダイオードチップと、第1の波長で電磁放射を出力するように構成された、レーザダイオードチップと、パッケージベースに結合され、パッケージベース上のレーザダイオードチップに隣接して配置された、反射面を有する素材と、前記素材の上面に直接結合された光学素子と、一端が前記レーザダイオードチップの出力面と位置合わせされ、他端が前記光学素子と位置合わせされた導光体であって、前記レーザダイオードチップからの前記電磁放射を少なくとも部分的に前記光学素子へ導供養に構成され、前記光学素子は波長変換素材を含み前記光学素子に対して出射された前記電磁放射を少なくとも部分的に受けるように構成され、前記波長変換素材は第1の波長を有するレーザ光における前記電磁放射の少なくとも一部を、前記第1の波長より長い第2の波長に変換するように構成された、前記導光体と、前記光学素子の側面を囲む反射材であって、前記第1の波長を有する第1の部分と第2の波長を有する第2の部分とを含む光を上面から発するように構成された前記光学素子の側面に入射する電磁放射の一部を反射するように構成された、前記反射材と、を備える。 In another embodiment, a laser-based light source includes a package base, a laser diode chip coupled to the package base, the laser diode chip configured to output a laser beam of electromagnetic radiation from an output surface, the laser diode chip configured to output electromagnetic radiation at a first wavelength, a material having a reflective surface coupled to the package base and positioned adjacent the laser diode chip on the package base, an optical element coupled directly to a top surface of the material, and a light guide having one end aligned with the output surface of the laser diode chip and another end aligned with the optical element, the light guide being configured to guide the laser beam of electromagnetic radiation from the laser diode chip. The optical element includes a light guide configured to at least partially guide electromagnetic radiation to the optical element, the optical element including a wavelength conversion material configured to at least partially receive the electromagnetic radiation emitted to the optical element, the wavelength conversion material configured to convert at least a portion of the electromagnetic radiation in a laser beam having a first wavelength to a second wavelength longer than the first wavelength, and a reflector surrounding a side surface of the optical element, the reflector being configured to reflect a portion of the electromagnetic radiation incident on the side surface of the optical element configured to emit light from a top surface including a first portion having the first wavelength and a second portion having a second wavelength.

一実施の形態では、前記レーザベース光源は、前記素材2の一部と前記光学素子の一部との間に延在する溝と、第2のレーザダイオードチップと、第2の導光体とをさらに備え、前記導光体は前記溝の第1の端部と位置合わせされ、前記第2の導光体は前記溝の第2の端部と位置合わせされ、前記第2の導光体は第2のレーザダイオードチップからの第2の電磁放射を前記光学的に透明な素材2の溝に導くように構成され配置されている。 In one embodiment, the laser-based light source further comprises a groove extending between a portion of the material 2 and a portion of the optical element, a second laser diode chip, and a second light guide, the light guide aligned with a first end of the groove and the second light guide aligned with a second end of the groove, the second light guide configured and arranged to guide second electromagnetic radiation from the second laser diode chip into the groove in the optically transparent material 2.

別の実施の形態では、前記レーザベース光源は、前記素材の一部と前記光学素子の一部との間に延在する溝と、前記溝にもうけられた分散材とを有し、前記溝における前記分散材は、前記レーザダイオードチップからの電磁放射を前記光学素子へ分散させるように構成されている。 In another embodiment, the laser-based light source includes a groove extending between a portion of the material and a portion of the optical element, and a dispersing material disposed in the groove, the dispersing material in the groove configured to disperse electromagnetic radiation from the laser diode chip to the optical element.

本発明の性質および利点のさらなる理解は、本明細書の後半部分および添付図面を参照することによって実現されるであろう。
A further understanding of the nature and advantages of the present invention may be realized by reference to the latter portions of the specification and the accompanying drawings.

図1Aは、本発明のいくつかの実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源の簡略断面図である。FIG. 1A is a simplified cross-sectional view of a phosphor-integrated laser-based light source according to some embodiments of the present invention. 図1Bは、本発明のいくつかの実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源の簡略断面図である。FIG. 1B is a simplified cross-sectional view of a phosphor-integrated laser-based light source according to some embodiments of the present invention. 図1Cは、本発明のいくつかの実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源の簡略断面図である。FIG. 1C is a simplified cross-sectional view of a phosphor-integrated laser-based light source according to some embodiments of the present invention. 図1Dは、本発明のいくつかの実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源の簡略断面図である。FIG. 1D is a simplified cross-sectional view of a phosphor-integrated laser-based light source according to some embodiments of the present invention.

図2は、図1A~図1Dに示される本発明の一実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源の簡略上面図である。FIG. 2 is a simplified top view of a phosphor-integrated laser-based light source according to one embodiment of the present invention shown in FIGS. 1A-1D.

図3は、本発明の別の実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源の簡略斜視図である。FIG. 3 is a simplified perspective view of a phosphor-integrated laser-based light source according to another embodiment of the present invention.

図4は、図3に示される本発明の一実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源の簡略断面斜視図である。FIG. 4 is a simplified cross-sectional perspective view of the phosphor-integrated laser-based light source according to one embodiment of the present invention shown in FIG.

図5は、上面に溝が形成された、本発明の一実施の形態による素材の簡略斜視図である。FIG. 5 is a simplified perspective view of a blank having grooves formed on its upper surface in accordance with one embodiment of the present invention.

図6は、上面に溝が形成された、本発明の別の実施の形態による素材の簡略斜視図である。FIG. 6 is a simplified perspective view of a blank having grooves formed on its upper surface in accordance with another embodiment of the present invention.

図7Aは、本発明の一実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源のパーツを形成する工程を例示する簡略図である。FIG. 7A is a simplified diagram illustrating a process for forming parts of a phosphor-integrated laser-based light source according to one embodiment of the present invention. 図7Bは、本発明の一実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源のパーツを形成する工程を例示する簡略図である。FIG. 7B is a simplified diagram illustrating a process for forming parts of a phosphor-integrated laser-based light source according to one embodiment of the present invention. 図7Cは、本発明の一実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源のパーツを形成する工程を例示する簡略図である。FIG. 7C is a simplified diagram illustrating a process for forming parts of a phosphor-integrated laser-based light source according to one embodiment of the present invention. 図7Dは、本発明の一実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源のパーツを形成する工程を例示する簡略図である。FIG. 7D is a simplified diagram illustrating a process for forming parts of a phosphor-integrated laser-based light source according to one embodiment of the present invention. 図7Eは、本発明の一実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源のパーツを形成する工程を例示する簡略図である。FIG. 7E is a simplified diagram illustrating a process for forming parts of a phosphor-integrated laser-based light source according to one embodiment of the present invention. 図7Fは、本発明の一実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源のパーツを形成する工程を例示する簡略図である。FIG. 7F is a simplified diagram illustrating a process for forming parts of a phosphor-integrated laser-based light source according to one embodiment of the present invention.

図8Aは、本発明の一実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源のパーツを形成する工程を例示する簡略図である。FIG. 8A is a simplified diagram illustrating a process for forming parts of a phosphor-integrated laser-based light source according to one embodiment of the present invention. 図8Bは、本発明の一実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源のパーツを形成する工程を例示する簡略図である。FIG. 8B is a simplified diagram illustrating a process for forming parts of a phosphor-integrated laser-based light source according to one embodiment of the present invention.

図9Aは、本発明の別の実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源の簡略断面図である。FIG. 9A is a simplified cross-sectional view of a phosphor-integrated laser-based light source according to another embodiment of the present invention. 図9Bは、本発明の別の実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源の簡略断面図である。FIG. 9B is a simplified cross-sectional view of a phosphor-integrated laser-based light source according to another embodiment of the present invention. 図9Cは、本発明の別の実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源の簡略断面図である。FIG. 9C is a simplified cross-sectional view of a phosphor-integrated laser-based light source according to another embodiment of the present invention.

図10Aは、本発明の別の実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源の簡略断面図である。FIG. 10A is a simplified cross-sectional view of a phosphor-integrated laser-based light source according to another embodiment of the present invention. 図10Bは、本発明の別の実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源の簡略断面図である。FIG. 10B is a simplified cross-sectional view of a phosphor-integrated laser-based light source according to another embodiment of the present invention. 図10Cは、本発明の別の実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源の簡略断面図である。FIG. 10C is a simplified cross-sectional view of a phosphor-integrated laser-based light source according to another embodiment of the present invention.

図11Aは、本発明の別の実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源の簡略断面図である。FIG. 11A is a simplified cross-sectional view of a phosphor-integrated laser-based light source according to another embodiment of the present invention. 図11Bは、本発明の別の実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源の簡略断面図である。FIG. 11B is a simplified cross-sectional view of a phosphor-integrated laser-based light source according to another embodiment of the present invention.

図12Aは、図11A~図11Bに示される、本発明の一実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源の導光体および溝の簡略底面図である。FIG. 12A is a simplified bottom view of the light guides and grooves of the phosphor-integrated laser-based light source according to one embodiment of the present invention shown in FIGS. 11A-11B. 図12Bは、図11A~図11Bに示される、本発明の一実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源の導光体および溝の簡略底面図である。FIG. 12B is a simplified bottom view of the light guides and grooves of the phosphor-integrated laser-based light source according to one embodiment of the present invention shown in FIGS. 11A-11B.

図13は、本発明の一実施の形態による導光構造体を示す簡略図である。FIG. 13 is a simplified diagram illustrating a light guiding structure according to one embodiment of the present invention.

図14Aは、本発明の一実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源のパーツを形成する工程を例示する簡略図である。FIG. 14A is a simplified diagram illustrating a process for forming parts of a phosphor-integrated laser-based light source according to one embodiment of the present invention. 図14Bは、本発明の一実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源のパーツを形成する工程を例示する簡略図である。FIG. 14B is a simplified diagram illustrating a process for forming parts of a phosphor-integrated laser-based light source according to one embodiment of the present invention. 図14Cは、本発明の一実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源のパーツを形成する工程を例示する簡略図である。FIG. 14C is a simplified diagram illustrating a process for forming parts of a phosphor-integrated laser-based light source according to one embodiment of the present invention. 図14Dは、本発明の一実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源のパーツを形成する工程を例示する簡略図である。FIG. 14D is a simplified diagram illustrating a process for forming parts of a phosphor-integrated laser-based light source according to one embodiment of the present invention. 図14Eは、本発明の一実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源のパーツを形成する工程を例示する簡略図である。FIG. 14E is a simplified diagram illustrating a process for forming parts of a phosphor-integrated laser-based light source according to one embodiment of the present invention.

図15Aは、本発明の一実施の形態による、光学的に透明な素材の底部に溝を形成する工程を例示する簡略図である。FIG. 15A is a simplified diagram illustrating a process for forming a groove at the bottom of an optically transparent material according to one embodiment of the present invention. 図15Bは、本発明の一実施の形態による、光学的に透明な素材の底部に溝を形成する工程を例示する簡略図である。FIG. 15B is a simplified diagram illustrating a process for forming a groove at the bottom of an optically transparent material according to one embodiment of the present invention.

図16は、本発明の一実施の形態による、光学的に透明な素材の底部のメタライズパターンを示す簡略図である。FIG. 16 is a simplified diagram showing a metallization pattern on the bottom of an optically transparent material according to one embodiment of the present invention.

図17Aは、本発明の別の実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源の簡略断面図である。FIG. 17A is a simplified cross-sectional view of a phosphor-integrated laser-based light source according to another embodiment of the present invention. 図17Bは、本発明の別の実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源の簡略断面図である。FIG. 17B is a simplified cross-sectional view of a phosphor-integrated laser-based light source according to another embodiment of the present invention.

図18Aは、図11A~図11Bに示される、本発明の一実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源の導光体および溝の簡略底面図である。FIG. 18A is a simplified bottom view of the light guides and grooves of a phosphor-integrated laser-based light source according to one embodiment of the present invention shown in FIGS. 11A-11B. 図18Bは、図11A~図11Bに示される、本発明の一実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源の導光体および溝の簡略底面図である。FIG. 18B is a simplified bottom view of the light guides and grooves of the phosphor-integrated laser-based light source according to one embodiment of the present invention shown in FIGS. 11A-11B.

図19は、本発明のいくつかの実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源パッケージの簡略断面図である。FIG. 19 is a simplified cross-sectional view of a phosphor-integrated laser-based light source package according to some embodiments of the present invention. 図20は、本発明のいくつかの実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源パッケージの簡略断面図である。FIG. 20 is a simplified cross-sectional view of a phosphor-integrated laser-based light source package according to some embodiments of the present invention. 図21は、本発明のいくつかの実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源パッケージの簡略断面図である。FIG. 21 is a simplified cross-sectional view of a phosphor-integrated laser-based light source package according to some embodiments of the present invention.

図22Aは、本発明の別の実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源パッケージの簡略斜視図である。FIG. 22A is a simplified perspective view of a phosphor-integrated laser-based light source package according to another embodiment of the present invention. 図22Bは、本発明の別の実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源パッケージの簡略斜視図である。FIG. 22B is a simplified perspective view of a phosphor-integrated laser-based light source package according to another embodiment of the present invention.

図23Aは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略断面図である。FIG. 23A is a simplified cross-sectional view of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention. 図23Bは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略平面図である。FIG. 23B is a simplified top view of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention.

図24Aは、本発明のいくつかの実施の形態による蛍光体統合レーザベース光源に使用可能な光学素子の簡略断面図である。FIG. 24A is a simplified cross-sectional view of optical elements that can be used in phosphor-integrated laser-based light sources according to some embodiments of the present invention. 図24Bは、本発明のいくつかの実施の形態による蛍光体統合レーザベース光源に使用可能な光学素子の簡略断面図である。FIG. 24B is a simplified cross-sectional view of optical elements that can be used in phosphor-integrated laser-based light sources according to some embodiments of the present invention. 図24Cは、本発明のいくつかの実施の形態による蛍光体統合レーザベース光源に使用可能な光学素子の簡略断面図である。FIG. 24C is a simplified cross-sectional view of optical elements that can be used in phosphor-integrated laser-based light sources according to some embodiments of the present invention. 図24Dは、本発明のいくつかの実施の形態による蛍光体統合レーザベース光源に使用可能な光学素子の簡略断面図である。FIG. 24D is a simplified cross-sectional view of optical elements that can be used in phosphor-integrated laser-based light sources according to some embodiments of the present invention.

図25Aは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略断面図である。FIG. 25A is a simplified cross-sectional view of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention. 図25Bは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略部分切断図である。FIG. 25B is a simplified partial cutaway view of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention.

図26Aは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略断面図である。FIG. 26A is a simplified cross-sectional view of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention. 図26Bは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略部分切断図である。FIG. 26B is a simplified partial cutaway view of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention.

図27Aは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略断面図である。FIG. 27A is a simplified cross-sectional view of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention. 図27Bは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略部分切断図である。FIG. 27B is a simplified partial cutaway view of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention.

図28Aは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略断面図である。FIG. 28A is a simplified cross-sectional view of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention. 図28Bは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略平面図である。FIG. 28B is a simplified top view of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention.

図29Aは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略断面図である。FIG. 29A is a simplified cross-sectional view of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention. 図29Bは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略部分切断図である。FIG. 29B is a simplified partial cutaway view of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention. 図29Cは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略部分切断図である。FIG. 29C is a simplified partial cutaway view of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention.

図30Aは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略断面図である。FIG. 30A is a simplified cross-sectional view of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention. 図30Bは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略平面図である。FIG. 30B is a simplified top view of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention.

図31Aは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略切断図である。FIG. 31A is a simplified cutaway view of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention. 図31Bは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略切断図である。FIG. 31B is a simplified cutaway view of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention.

図32Aは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略断面図である。FIG. 32A is a simplified cross-sectional view of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention. 図32Bは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略斜視図である。FIG. 32B is a simplified perspective view of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention. 図32Cは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略部分切断図である。FIG. 32C is a simplified partial cutaway view of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention.

図33Aは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略断面図である。FIG. 33A is a simplified cross-sectional view of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention. 図33Bは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略平面図である。FIG. 33B is a simplified plan view of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention.

図34Aは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源およびコンポーネントの簡略断面図である。FIG. 34A is a simplified cross-sectional view of a laser-based light source and components according to some embodiments of the present invention. 図34Bは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源およびコンポーネントの簡略部分切断図である。FIG. 34B is a simplified partial cutaway view of a laser-based light source and components according to some embodiments of the present invention. 図34Cは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源およびコンポーネントの簡略部分切断図である。FIG. 34C is a simplified partial cutaway view of a laser-based light source and components according to some embodiments of the present invention. 図34Dは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源およびコンポーネントの簡略部分切断図である。FIG. 34D is a simplified partial cutaway view of a laser-based light source and components according to some embodiments of the present invention.

図35Aは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略斜視図である。FIG. 35A is a simplified perspective view of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention. 図35Bは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略切断図である。FIG. 35B is a simplified cutaway view of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention.

図36Aは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略斜視図である。FIG. 36A is a simplified perspective view of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention. 図36Bは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略切断図である。FIG. 36B is a simplified cutaway view of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention.

図37Aは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源および種々のコンポーネント構造の簡略斜視図である。FIG. 37A is a simplified perspective view of a laser-based light source and various component structures according to some embodiments of the present invention. 図37は、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源および種々のコンポーネント構造の簡略斜視図である。FIG. 37 is a simplified perspective view of a laser-based light source and various component structures according to some embodiments of the present invention. 図37は、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源および種々のコンポーネント構造の簡略斜視図である。FIG. 37 is a simplified perspective view of a laser-based light source and various component structures according to some embodiments of the present invention.

図38Aは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源および種々のコンポーネント構造の簡略斜視図である。FIG. 38A is a simplified perspective view of a laser-based light source and various component structures according to some embodiments of the present invention. 図38は、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源および種々のコンポーネント構造の簡略斜視図である。FIG. 38 is a simplified perspective view of a laser-based light source and various component structures according to some embodiments of the present invention. 図38は、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源および種々のコンポーネント構造の簡略斜視図である。FIG. 38 is a simplified perspective view of a laser-based light source and various component structures according to some embodiments of the present invention.

図39Aは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源のコンポーネントの簡略斜視図である。FIG. 39A is a simplified perspective view of components of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention. 図39Bは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源のコンポーネントの簡略斜視図である。FIG. 39B is a simplified perspective view of components of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention. 図39Cは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源のコンポーネントの簡略斜視図である。FIG. 39C is a simplified perspective view of components of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention.

図40Aは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源のコンポーネントの簡略斜視図である。FIG. 40A is a simplified perspective view of components of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention. 図40Bは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源のコンポーネントの簡略斜視図である。FIG. 40B is a simplified perspective view of components of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention. 図40Cは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源のコンポーネントの簡略斜視図である。FIG. 40C is a simplified perspective view of components of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention.

図41は、本発明の一実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源のコンポーネントの簡略斜視図である。FIG. 41 is a simplified perspective view of components of a phosphor-integrated laser-based light source according to one embodiment of the present invention.

図42Aは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源のコンポーネントのパーツを示す簡略斜視図である。FIG. 42A is a simplified perspective view showing parts of the components of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention. 図42Bは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源のコンポーネントのパーツを示す簡略斜視図である。FIG. 42B is a simplified perspective view showing parts of components of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention.

図43Aは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源のコンポーネントのパーツを示す簡略斜視図である。FIG. 43A is a simplified perspective view showing parts of the components of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention. 図43Bは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源のコンポーネントのパーツを示す簡略斜視図である。FIG. 43B is a simplified perspective view showing parts of components of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention.

図44は、本発明の一実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源のコンポーネントの簡略斜視図である。FIG. 44 is a simplified perspective view of components of a phosphor-integrated laser-based light source according to one embodiment of the present invention.

図45Aは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源のコンポーネントのパーツを示す簡略斜視図である。FIG. 45A is a simplified perspective view showing parts of the components of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention. 図45Bは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源のコンポーネントのパーツを示す簡略斜視図である。FIG. 45B is a simplified perspective view showing parts of components of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention.

図46は、本発明の一実施の形態によるレーザベース光源のコンポーネントの簡略斜視図および分解図を含む。FIG. 46 includes simplified perspective and exploded views of components of a laser-based light source according to one embodiment of the present invention.

詳細な説明Detailed Description

本発明は、ガリウム・窒素含有素材ベースのレーザダイオード励起源と蛍光素材ベースの発光源との組み合わせを用いた統合型白色電磁放射源のデバイスおよび方法を提供する。本発明において、ガリウムおよび窒素素材ベースの紫、青、またはその他の波長のレーザダイオードソースは、蛍光素材と緊密に統合され、コンパクトで高輝度で、高効率な白色光源を形成する。 The present invention provides an integrated white electromagnetic radiation source device and method using a combination of a gallium-nitrogen-containing material-based laser diode pump source and a phosphor-based emission source. In the present invention, a gallium- and nitrogen-based violet, blue, or other wavelength laser diode source is tightly integrated with the phosphor to form a compact, high brightness, and highly efficient white light source.

本発明によれば、既存の技術よりもさらなる利点が得られる。特に、本発明によれば、費用対効果の高い白色光源が可能となる。具体的な実施の形態では、本発明の光学デバイスは、比較的簡単で費用効果の高い方法で製造することができる。実施の形態によっては、本装置および方法は、当業者による従来の材料および/または方法を用いて製造することができる。本発明のいくつかの実施の形態では、ガリウム・窒素含有レーザダイオード源は、c面窒化ガリウム材料ベースであり、他の実施の形態では、レーザダイオードは、非極性または半極性ガリウムと窒化物材料ベースである。一実施の形態では、白色光源は、サブマウント上に蛍光体を集積したチップオンサブマウント(CoS)から構成され、チップおよび蛍光体をサブマウント上に有する(CPoS)白色光源を形成する。 The present invention provides further advantages over existing technology. In particular, the present invention enables a cost-effective white light source. In specific embodiments, the optical devices of the present invention can be manufactured in a relatively simple and cost-effective manner. In some embodiments, the apparatus and methods can be manufactured using conventional materials and/or methods by those skilled in the art. In some embodiments of the present invention, the gallium-nitrogen containing laser diode source is based on c-plane gallium nitride material, while in other embodiments, the laser diode is based on non-polar or semi-polar gallium and nitride material. In one embodiment, the white light source is comprised of a chip-on-submount (CoS) with phosphor integrated on the submount to form a chip and phosphor on submount (CPoS) white light source.

様々な実施の形態において、レーザデバイスおよび蛍光デバイスは、中間サブマウント有りまたは無しの共通の支持部材に搭載され、蛍光素材は透過モードまたは反射モードで動作することによって、白色発光レーザベース光源として機能する。単なる例示として、本発明は、白色照明、白色スポットライト、フラッシュライト、自動車両のヘッドライト、全地形対応車両用照明、バイク、サーフィン、ランニング、レース、ボートなどのレクリエーションスポーツで使用される光源、ドローン、航空機、ロボット、その他モバイルやロボットの用途で使用される光源、安全、防衛対策における用途、多色照明、フラットパネルの照明、医療用、計測用、ビーム投影および他のディスプレイ、高強度ランプ、分光法、娯楽、演劇、音楽、コンサート、不正検出用分析および/または認証、ツール、水処理、レーザ式目眩まし、照準設定、変換、輸送、レベリング、硬化や他の化学的処理、加熱、切削および/または融除、他の光学デバイスに対するポンピング、他の光電子デバイスおよびこれに関する用途、および光源照明などの用途に応用することができる。 In various embodiments, the laser device and the phosphor device are mounted on a common support member with or without an intermediate submount, and the phosphor material operates in a transmission or reflection mode to function as a white light emitting laser based light source. By way of example only, the present invention may be applied to applications such as white light illumination, white spotlights, flashlights, motor vehicle headlights, lighting for all terrain vehicles, light sources used in recreational sports such as biking, surfing, running, racing, boating, light sources used in drones, aircraft, robots and other mobile and robotic applications, security and defense applications, multi-color lighting, flat panel lighting, medical, metrology, beam projection and other displays, high intensity lamps, spectroscopy, entertainment, theater, music, concerts, fraud detection analysis and/or authentication, tools, water treatment, laser blinding, targeting, conversion, transportation, leveling, curing and other chemical processes, heating, cutting and/or ablation, pumping for other optical devices, other optoelectronic devices and related applications, and light source illumination.

図1Aは、本発明の一実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源の簡略断面図である。光源は、パッケージベース配置されたレーザダイオードチップ1を含んでおり、面が、素材2の上面および/または光学的に透明な素材3の底面に形成されたキャビティまたは溝に対して光を出射するよう配置されている。あるいは、光は光学的に透明な素材3に直接照射されてもよい。レーザダイオードチップ1は、1つ以上のレーザダイオードを含んでもよく、光は、例えば、青色または他の色領域の波長を有するレーザ光であってもよい。光は、レーザダイオードチップ1から直接入射させてもよく、導光体を介して入射させてもよい。 FIG. 1A is a simplified cross-sectional view of a phosphor-integrated laser-based light source according to one embodiment of the present invention. The light source includes a laser diode chip 1 disposed in a package base with a face arranged to emit light into a cavity or groove formed in the top surface of material 2 and/or the bottom surface of optically transparent material 3. Alternatively, light may be directly directed into optically transparent material 3. Laser diode chip 1 may include one or more laser diodes, and the light may be laser light having a wavelength, for example, in the blue or other color region. Light may be directly incident from laser diode chip 1 or may be incident via a light guide.

いくつかの実施の形態では、パッケージベースはプリント回路基(PCB)であってもよい。別の実施の形態では、パッケージベースは、レーザダイオードチップ1および素材2からの熱を、はんだ、メタルコアPCB、ヒートシンクなどの下部の構造に伝導するように構成された半導体パッケージの底部であってもよい。パッケージベースはまた、金属スラグ(例えば、CuまたはAl)、メッキされた他の金属、またはセラミック材料(例えば、AlN、Al)と金属との複合体を含むことができる。さらに別の実施の形態では、パッケージベースは金属(例えば、CuまたはAl)のスラブであってもよく、チップオンボード(COB)などのメタルコアPCBの一部を形成する。 In some embodiments, the package base may be a printed circuit board (PCB). In other embodiments, the package base may be the bottom of a semiconductor package configured to conduct heat from the laser diode chip 1 and material 2 to an underlying structure such as solder, a metal core PCB, a heat sink, etc. The package base may also include a metal slug (e.g., Cu or Al), plated other metals, or a composite of metal and ceramic material (e.g., AlN , Al2O3 ). In yet another embodiment, the package base may be a slab of metal (e.g., Cu or Al) forming part of a metal core PCB such as a chip on board (COB).

レーザダイオードチップ1が溝に向かって光を出射する実施の形態では、溝は素材2と光学的に透明な素材3との間の空隙を構成してもよい。素材2の上面および/または溝の内側は、光を上方に向けるおよび/または反射させるための反射性被覆で覆われていてもよい。反射性被覆は、例えば、銀(Ag)またはアルミニウム(Al)であってよく、反射性被覆は、表面が平滑である場合には平坦な鏡面反射性の膜として、表面に凹凸がある場合には拡散反射性の粗い膜として堆積させてもよい。 In embodiments where the laser diode chip 1 emits light towards the groove, the groove may form an air gap between the material 2 and the optically transparent material 3. The top surface of the material 2 and/or the inside of the groove may be covered with a reflective coating to direct and/or reflect the light upwards. The reflective coating may be, for example, silver (Ag) or aluminium (Al), and the reflective coating may be deposited as a flat specular film if the surface is smooth, or as a diffusely reflective rough film if the surface is uneven.

素材2は、レーザダイオードチップ1からの光を少なくとも部分的に、光学的に透明な素材3に向けて上向きにする、および/または反射する。素材2は、光学的に透明な素材3および/または波長変換素材4からパッケージベースに熱を伝導するために、高い熱伝導率を有してもよい。いくつかの実施の形態では、素材2は、ケイ素(S)と、炭化ケイ素(SiC)、ゲルマニウム(Ge)、ガリウムヒ素(GaAs)、サファイア、セラミック窒化アルミニウム(AlN)、セラミック酸化アルミニウム(Al2O3)、セラミック窒化ホウ素(BN)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、または他の熱伝導性素材を含んでもよい。 Material 2 at least partially directs and/or reflects light from the laser diode chip 1 upwards towards the optically transparent material 3. Material 2 may have high thermal conductivity to conduct heat from the optically transparent material 3 and/or the wavelength conversion material 4 to the package base. In some embodiments, material 2 may include silicon (S), silicon carbide (SiC), germanium (Ge), gallium arsenide (GaAs), sapphire, ceramic aluminum nitride (AlN), ceramic aluminum oxide (Al2O3), ceramic boron nitride (BN), aluminum (Al), copper (Cu), or other thermally conductive materials.

素材2がSiの場合、KOHエッチングで溝を形成し、角度のついた側壁を作成できる。溝の形状としては多種多様な形状が可能である。図6には、多角形状に開口する細幅ネック部を有する溝が例示されている。いくつかの実施の形態では、光学的に透明な素材3は、溝と同様の形状を有してもよい。例えば、図6には、溝と同様の多角形状を有する光学的に透明な素材3の外形が示されている。いくつかの実施の形態では、溝は、拡散体積散乱体(例えば、ガラス、エポキシ、またはシリコーンなどの低屈折率の基質におけるTiOまたはAl粒子)で部分的または完全に充填されてもよい。 If material 2 is Si, the grooves can be formed by KOH etching to create angled sidewalls. A wide variety of groove shapes are possible. FIG. 6 illustrates a groove with a narrow neck that opens into a polygonal shape. In some embodiments, optically transparent material 3 may have a similar shape to the groove. For example, FIG. 6 illustrates the outline of optically transparent material 3 with a polygonal shape similar to the groove. In some embodiments, the grooves may be partially or completely filled with diffuse volume scatterers (e.g., TiO2 or Al2O3 particles in a low refractive index matrix such as glass, epoxy, or silicone ).

光学的に透明な素材3は、光学的に透明で熱伝導性であってもよい。素材の例としては、単結晶SiC、サファイア、ダイヤモンド、ガーネットやスピネルグループの透明結晶などが挙げられる。光学的に透明な素材3は、レーザダイオードチップ1から波長変換素材4へ光を通過させ、波長変換素材4から素材2へ熱を伝導する。光学的に透明な素材3は、他の素子から入射した光を分散させてもよい。光学的に透明な素材3の上面および底面は、平滑面であっても凹凸のある面であってもよい。凹凸面は、光を分散させることができ、波長変換素材4の上面から出射される光の色均一性を良好にするのに有用である。一実施の形態では、光学的に透明な素材3の厚さは、約100~250μmであり、または約300~1000μmの横方向の寸法の約20~50%であってよい。光学的に透明な素材3の上面視の形状は、特に限定されず、正方形、長方形、六角形、八角形、円形、またはその他任意の形状であってもよい。 The optically transparent material 3 may be optically transparent and thermally conductive. Examples of materials include single crystal SiC, sapphire, diamond, transparent crystals of the garnet and spinel groups. The optically transparent material 3 passes light from the laser diode chip 1 to the wavelength conversion material 4 and conducts heat from the wavelength conversion material 4 to the material 2. The optically transparent material 3 may disperse light incident from other elements. The top and bottom surfaces of the optically transparent material 3 may be smooth or textured. The textured surface can disperse light and is useful for improving the color uniformity of the light emitted from the top surface of the wavelength conversion material 4. In one embodiment, the thickness of the optically transparent material 3 may be about 100-250 μm, or about 20-50% of a lateral dimension of about 300-1000 μm. The shape of the optically transparent material 3 in a top view is not particularly limited and may be square, rectangular, hexagonal, octagonal, circular, or any other shape.

波長変換素材4は、レーザダイオードチップ1からの光全体または一部をダウンコンバートする。波長変換素材4は、本明細書に記載される実施の形態のいずれかによって形成および/または構成されてもよい。波長変換素材4の一例として、CeでドープされたYAGが挙げられる。いくつかの実施の形態では、波長変換素材4は、光を分散させるように異なる屈折率のボイドまたは他の素材を包含するものを含んでいてもよい。波長変換素材4は、単結晶であってもよいし、焼結した小粒子であってもよい。いくつかの実施の形態では、波長変換素材4は、CeでドープされたYAG/サファイア共晶であってもよい。一実施の形態では、波長変換素材4の厚さは約50~800μmであり、横方向の寸法は約300~1000μmである。波長変換素材4の上面視の形状は、特に限定されず、正方形、長方形、六角形、八角形、円形、またはその他任意の形状であってもよい。 The wavelength conversion material 4 downconverts all or a portion of the light from the laser diode chip 1. The wavelength conversion material 4 may be formed and/or configured according to any of the embodiments described herein. An example of the wavelength conversion material 4 is YAG doped with Ce. In some embodiments, the wavelength conversion material 4 may include voids or other materials with different refractive indices to disperse the light. The wavelength conversion material 4 may be single crystal or sintered small particles. In some embodiments, the wavelength conversion material 4 may be a YAG/sapphire eutectic doped with Ce. In one embodiment, the thickness of the wavelength conversion material 4 is about 50-800 μm and the lateral dimensions are about 300-1000 μm. The shape of the wavelength conversion material 4 in a top view is not particularly limited and may be square, rectangular, hexagonal, octagonal, circular, or any other shape.

反射材5は、光学的に透明な素材3および波長変換素材4の側面から入射した光を反射する。反射材5は、光学的に透明な素材3および波長変換素材4の光の出射可能な側面の全体または一部を覆ってもよい。反射材5の形状例を図1B~1Cに示す。レーザダイオードチップ1からの光が光学的に透明な素材3に直接入射する場合、光学的に透明な素材3の領域、つまりレーザダイオードチップ1が光学的に透明な素材3に対して光を入射させる領域から、反射材5を省略してもよい。反射材5は、拡散体積散乱体(例えば、ガラス、エポキシ、またはシリコーンなどの低屈折率の基質におけるTiOまたはAl粒子)であってもよい。反射材5は、光学的に透明な素材3および波長変換素材4の側壁上の薄膜被覆(例えば、SiO/AgまたはAg)であってもよい。反射材5の横方向の厚さは、拡散体積散乱体の場合約50~500μmとすることができ、薄膜被覆であれば約50nm~10μmとすることができる。反射材5の高さは、光学的に透明な素材3の厚さに波長変換素材4の厚さを加えたものとほぼ同等であってもよい。 The reflector 5 reflects light incident from the side of the optically transparent material 3 and the wavelength converting material 4. The reflector 5 may cover all or part of the side of the optically transparent material 3 and the wavelength converting material 4 through which light can be emitted. Examples of shapes of the reflector 5 are shown in Figures 1B to 1C. If the light from the laser diode chip 1 is directly incident on the optically transparent material 3, the reflector 5 may be omitted from the area of the optically transparent material 3, i.e., the area where the laser diode chip 1 directs light to the optically transparent material 3. The reflector 5 may be a diffuse volume scatterer (e.g., TiO2 or Al2O3 particles in a matrix with a low refractive index such as glass, epoxy, or silicone). The reflector 5 may be a thin film coating (e.g., SiO2 /Ag or Ag) on the sidewalls of the optically transparent material 3 and the wavelength converting material 4. The lateral thickness of the reflector 5 may be about 50 to 500 μm for a diffuse volume scatterer, and about 50 nm to 10 μm for a thin film coating. The height of the reflector 5 may be approximately equal to the thickness of the optically transparent material 3 plus the thickness of the wavelength converting material 4 .

図2は、図1A~図1Dに示される本発明の一実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源の簡略上面図である。本実施例では、反射材5が波長変換素材4の側面を取り囲んでいる。 Figure 2 is a simplified top view of a phosphor-integrated laser-based light source according to one embodiment of the present invention shown in Figures 1A-1D. In this example, a reflector 5 surrounds the sides of the wavelength converting material 4.

図3は、本発明の別の実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源の簡略斜視図である。本実施例では、反射材5は素材2と比較してオフセットされており、レーザダイオードチップ1の一部にわたって延在する。また、波長変換素材4は素材2とは異なる形状をしている。これは、素材2の頂部に形成された溝であって、光学的に透明な素材3および波長変換素材4が当該溝の上に配置された図4の断面図からより明確になるであろう。図5は、上面に溝が形成された、一実施の形態による素材2の簡略斜視図である。 Figure 3 is a simplified perspective view of a phosphor-integrated laser-based light source according to another embodiment of the present invention. In this example, the reflector 5 is offset compared to the material 2 and extends over a portion of the laser diode chip 1. Also, the wavelength converting material 4 has a different shape than the material 2. This may be made clearer from the cross-sectional view of Figure 4, which shows a groove formed on the top of the material 2, with the optically transparent material 3 and the wavelength converting material 4 disposed above the groove. Figure 5 is a simplified perspective view of the material 2 according to one embodiment, with a groove formed on its top surface.

図7A~図7Fは、本発明の一実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源のパーツを形成する工程を例示する簡略図である。図7Aは、パッケージベースに組み立てられたレーザダイオードチップ1と素材2を示している。レーザダイオードチップ1と素材2は、例えば、はんだ付け工程によってパッケージベースに結合することができる。素材2は、上面に溝が形成されており、レーザダイオードチップ1の発光開口部は、レーザダイオードチップ1から発光された光が溝に入るように、溝に合わせて配置されている。 Figures 7A-7F are simplified diagrams illustrating a process for forming parts of a phosphor-integrated laser-based light source according to one embodiment of the present invention. Figure 7A shows a laser diode chip 1 and a blank 2 assembled to a package base. The laser diode chip 1 and blank 2 can be bonded to the package base by, for example, a soldering process. Blank 2 has a groove formed on its top surface, and the light emitting opening of laser diode chip 1 is aligned with the groove so that light emitted from laser diode chip 1 enters the groove.

図7B~図7Cは、光学的に透明な素材の層と波長変換素材の層とを含む、部分的にダイシングされたシートを示す。図7Bは部分的にダイシングされたシートの平面図であり、図7Cは斜視図である。光学的に透明な素材と波長変換素材の層は、接着剤を使用して接着してもよい。一実施の形態では、接着剤は光学的に透明であってよく、光学的に透明な素材と波長変換素材との間に、効率的な熱伝導を可能にできるだけの十分な薄さの結合線を形成してもよい。接着剤の例としては、エポキシ、シリコーン、ガラス、スピンオンガラス、またはゾルーゲル法で形成された材料などが挙げられる。接着剤の好ましい特性には、高い熱伝導性、光学的透明性、良好な接着性、高温および光束に長期間さらされた場合の安定性が含まれる。 7B-7C show a partially diced sheet including a layer of optically transparent material and a layer of wavelength converting material. FIG. 7B shows a top view of the partially diced sheet, and FIG. 7C shows a perspective view. The optically transparent material and the layer of wavelength converting material may be bonded using an adhesive. In one embodiment, the adhesive may be optically transparent and may form a bond line between the optically transparent material and the wavelength converting material that is thin enough to allow efficient thermal transfer. Examples of adhesives include epoxy, silicone, glass, spin-on glass, or sol-gel formed materials. Preferred properties of the adhesive include high thermal conductivity, optical transparency, good adhesion, and stability under long term exposure to high temperatures and light flux.

図7B~図7Cに示すように、シート状に接合された素材は所望の形状にダイシングされてもよい。本実施例では、シートは八角形状にダイシングされている。これには、角度を変えて何度もカットする必要がある。八角形状は、正方形の形状ほどシート面積を効率的に利用できないが、八角形状は円形に近く、用途によっては望ましことがある。 As shown in Figures 7B-7C, the bonded material in a sheet may be diced into the desired shape. In this example, the sheet is diced into an octagonal shape. This requires multiple cuts at different angles. An octagonal shape does not utilize the sheet area as efficiently as a square shape, but the octagonal shape is closer to a circle and may be desirable in some applications.

図7D~図7Eは、八角形状の光学的に透明な素材3と波長変換素材4(「八角形状素材」)の側面周囲に形成された反射材5を示す。反射材5は拡散体積散乱体であってもよい。反射材5は、八角形状素材がダイシングされ、八角形状素材ダイシングキャリア上に搭載された状態で、または八角形状素材を取り外し、新規のキャリア上に所望の間隔で組み付けた後に、八角形状素材の周囲に塗布してもよい。一実施の形態では、反射材5は、八角形状素材の配列の隙間に塗布または堆積させてもよい。必要に応じて、熱処理を行い、反射材5を硬化させて確実に八角形状へ接着させてもよい。あるいは、反射材5を八角形状の配列上に堆積させ、その後、研削、研磨、または反射材5が液状またはペースト状である場合にはスキージなどの平坦化処理によって除去してもよい。反射材5で囲まれた八角形状素材は、ダイシング加工で単一化することができる。 7D-7E show reflective material 5 formed around the sides of an octagonal shaped optically transparent material 3 and wavelength converting material 4 ("octagonal shaped material"). Reflective material 5 may be a diffuse volume scatterer. Reflective material 5 may be applied around the octagonal shaped material after it has been diced and mounted on an octagonal shaped material dicing carrier, or after it has been removed and assembled on a new carrier at the desired spacing. In one embodiment, reflective material 5 may be applied or deposited in the gaps between the array of octagonal shaped materials. If necessary, a heat treatment may be used to harden and securely bond the reflective material 5 to the octagons. Alternatively, reflective material 5 may be deposited on the array of octagons and then removed by a planarization process such as grinding, polishing, or a squeegee if reflective material 5 is in a liquid or paste form. The octagonal shaped material surrounded by reflective material 5 may be singulated by a dicing process.

図7Fは、反射材5で囲まれた八角形状素材をレーザダイオードチップ1と素材2に組み付ける様子を示している。取り付けに使用される材料は、エポキシ、シリコーン、ガラス、スピンオンガラス、ゾルーゲル法で形成された材料など、光学的に透明な素材であってもよい。あるいは、取り付けに使用される材料は、はんだ、または嵌合面が金属化された同様の材料であってもよい。この場合、反射材5および/または光学的に透明な素材3の底面に、相対する素材2上と対応するパターンで金属化をおこなってもよい。金属化は反射部として機能させてもよい。一実施の形態において、金属化は、SiO/Ag/TiW/Auを含んでもよい。はんだは金属化に含まれていてもよく、その場合、スタックがSiO/Ag/TiW/AuSnを含んでもよい。 FIG. 7F shows the assembly of the octagonal shaped material surrounded by the reflector 5 to the laser diode chip 1 and material 2. The material used for attachment may be an optically transparent material such as epoxy, silicone, glass, spin-on glass, sol-gel formed material, etc. Alternatively, the material used for attachment may be solder or a similar material with metallized mating surfaces. In this case, the reflector 5 and/or the bottom surface of the optically transparent material 3 may be metallized in a pattern corresponding to that on the mating material 2. The metallization may function as a reflector. In one embodiment, the metallization may include SiO2 /Ag/TiW/Au. Solder may be included in the metallization, in which case the stack may include SiO2 /Ag/TiW/AuSn.

図8Aおよび図8Bは、本発明の一実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源のパーツを形成する工程を例示する簡略図である。これらの図は、素材2の溝が異なる形状を有し、光学的に透明な素材3が異なるパターンで金属化されることを除いて、図7Aおよび図7Fと同様である。他のステップは図7B~図7Eに対応することもあり、別途図示しない。 Figures 8A and 8B are simplified diagrams illustrating a process for forming parts of a phosphor-integrated laser-based light source according to one embodiment of the present invention. These figures are similar to Figures 7A and 7F, except that the grooves in material 2 have different shapes and the optically transparent material 3 is metallized in a different pattern. Other steps may correspond to Figures 7B-7E and are not separately shown.

図9A~図9Cは、本発明の別の実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源の簡略断面図である。本実施の形態の構造は、図7A~図7Fに示される実施の形態と同様であるが、第1のレーザダイオードチップ1aおよび第2のレーザダイオードチップ1bを備え、素材2がそれぞれのレーザダイオードチップに対して別々の溝部分を有する点において異なっている。溝の形状によっては、各レーザダイオードチップに対して別々の溝を設ける実施の形態もある。 Figures 9A-9C are simplified cross-sectional views of a phosphor-integrated laser-based light source according to another embodiment of the present invention. The structure of this embodiment is similar to the embodiment shown in Figures 7A-7F, except that it includes a first laser diode chip 1a and a second laser diode chip 1b, and the material 2 has separate groove portions for each laser diode chip. Depending on the shape of the grooves, some embodiments provide separate grooves for each laser diode chip.

図9A~図9Cに示す例では、レーザダイオードチップ1a、1bの両方が溝に光を入射させる。いくつかの実施の形態では、レーザダイオードチップ1a、1bの各々からの光は、実質的に同様の波長(例えば、440~460nm)であってもよく、またはレーザダイオードチップ1a、1bの各々からの光は、異なる波長(例えば、450nmと590~650nm、450nmと850nm、450nmと905nm、450nmと940nm、450nmと980nm、450nmと405nm、または任意の他の波長)であってもよい。いくつかの実施の形態では、レーザダイオードチップ1a、1bの一方は、ダウンコンバートされない発光波長(例えば、赤色または赤外波長)を有してもよい。 In the example shown in Figures 9A-9C, both laser diode chips 1a, 1b couple light into the groove. In some embodiments, the light from each of the laser diode chips 1a, 1b may be of substantially similar wavelengths (e.g., 440-460 nm), or the light from each of the laser diode chips 1a, 1b may be of different wavelengths (e.g., 450 nm and 590-650 nm, 450 nm and 850 nm, 450 nm and 905 nm, 450 nm and 940 nm, 450 nm and 980 nm, 450 nm and 405 nm, or any other wavelength). In some embodiments, one of the laser diode chips 1a, 1b may have an emission wavelength that is not downconverted (e.g., a red or infrared wavelength).

図10A~図10Cは、本発明の別の実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源の簡略断面図である。本実施の形態は、図9A~図9Cのものと類似しているが、それぞれが溝の別々の部分に光を入射するレーザダイオードチップ1a、1b、1c、1dを含む点で異なっている。別の実施の形態では、各々が別々の溝または溝の別々の部分に光を入射する、1つ以上のレーザダイオードチップを含んでもよい。追加レーザダイオードチップを設けるために、溝周辺により多くのスペースを確保して素材2のサイズを拡大してもよい。 FIGS. 10A-10C are simplified cross-sectional views of a phosphor-integrated laser-based light source according to another embodiment of the present invention. This embodiment is similar to that of FIGS. 9A-9C, except that it includes laser diode chips 1a, 1b, 1c, 1d, each of which injects light into a separate portion of the groove. Alternate embodiments may include more than one laser diode chip, each of which injects light into a separate groove or separate portions of the groove. The size of the blank 2 may be increased to provide more space around the groove to accommodate the additional laser diode chips.

図11A~図11Bは、本発明の別の実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源の簡略断面図である。図11Bは、反射材5が取外され、光学的に透明な素材3の溝に位置合わせされた導光体1Lが示されている点を除いて図11Aと同様である。図12A~図12Bは、導光体1Lの底面図と光学的に透明な素材3の溝を示す簡略図である。導光体1Lは、レーザダイオードチップ1からの光を光学的に透明な素材3の溝に導く。その他の点においてレーザダイオードチップ1、素材2、光学的に透明な素材3、波長変換素材4、反射材5は図1A~図1Dに関して説明された対応する特徴と同様である。 FIGS. 11A-11B are simplified cross-sectional views of a phosphor-integrated laser-based light source according to another embodiment of the present invention. FIG. 11B is similar to FIG. 11A, except that the reflector 5 has been removed and the light guide 1L is shown aligned with the groove in the optically transparent material 3. FIGS. 12A-12B are simplified diagrams showing a bottom view of the light guide 1L and the groove in the optically transparent material 3. The light guide 1L guides light from the laser diode chip 1 into the groove in the optically transparent material 3. The laser diode chip 1, material 2, optically transparent material 3, wavelength conversion material 4, and reflector 5 are otherwise similar to the corresponding features described with respect to FIGS. 1A-1D.

本実施形態では、導光体1Lは、レーザダイオードチップ1からの光を光学的に透明な素材3の溝に導く。光は溝に入射し、波長変換素材4に伝達される。素材2の上面は、光学的に透明な素材3を通過した光を上方に反射する反射材で覆われてもよい。 In this embodiment, the light guide 1L guides light from the laser diode chip 1 to a groove in the optically transparent material 3. The light enters the groove and is transmitted to the wavelength conversion material 4. The top surface of the material 2 may be covered with a reflective material that reflects the light that passes through the optically transparent material 3 upward.

溝は、光学的に透明な素材3の底面に形成してもよい。溝の形状は、U字型、V字型、溝型、その他の形状であってよい。溝は、光学的に透明な素材3を部分的に貫通して延在してよい。溝は、導光体1Lと位置合わせされてもよく、導光体1Lの光軸に対して角度を有していてもよい。溝の表面は平滑でも凹凸を有してもよい。 The groove may be formed in the bottom surface of the optically transparent material 3. The groove may be U-shaped, V-shaped, grooved, or other shape. The groove may extend partially through the optically transparent material 3. The groove may be aligned with the light guide 1L or may be at an angle to the optical axis of the light guide 1L. The surface of the groove may be smooth or rough.

図13は、本発明の一実施の形態による導光構造体を示す簡略図である。導光構造体には、導光体1L(または導波路)とフレームが含まれる。いくつかの実施の形態において、導光体1Lは、長方形の断面を有するテーパ状となっていてもよく、別の実施形態では、導光体1Lは円形などの他の形状の断面を有していてもよい。いくつかの実施の形態では、導光体1Lは、テーパのない場合も含む異なるテーパ角度を有してもよい。導光体1Lは光ファイバを含んでもよい。導光体1Lを提供する構造は、機械的支持を提供し、および/または蛍光体統合型レーザベース光源の組み立てを補助してもよい。導光体1Lは、コア素材を取り囲む低屈折率材料(クラッド)を含んでもよい。クラッドは、例えばガラスコア上にMgFを蒸着することで形成することができる。 FIG. 13 is a simplified diagram showing a light guide structure according to one embodiment of the present invention. The light guide structure includes a light guide 1L (or waveguide) and a frame. In some embodiments, the light guide 1L may be tapered with a rectangular cross section, while in other embodiments, the light guide 1L may have other cross sections such as a circular shape. In some embodiments, the light guide 1L may have different taper angles, including no taper. The light guide 1L may include optical fiber. The structure providing the light guide 1L may provide mechanical support and/or aid in the assembly of the phosphor-integrated laser-based light source. The light guide 1L may include a low index material (cladding) surrounding the core material. The cladding may be formed, for example, by evaporating MgF2 onto a glass core.

図14A~図14Eは、本発明の一実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源のパーツを形成する工程を例示する簡略図である。図14Aでは、パッケージベース上に素材2が配置されている。素材2は、接着剤を使用してパッケージベースにはんだ付けまたは接着されてもよい。図14Bでは、導光体1Lを有する導光構造体が素材2上に配置されている。導光体構造体は、エポキシやシリコーンなどの接着剤を使用して、素材2にはんだ付けまたは接着されてもよい。あるいは、導光構造体は、シート状の素材(シート状の素材2)に接着されたシート状の同様の構造の配列の一部であってもよい。本実施の形態では、単体化工程によって導光構造体および素材2が形成されてもよく、その後パッケージベース上に組み付けられてもよい。いずれの実施の形態においても、導光構造体は、ガラス基板から例えば、蒸着、パターニング、エッチング、および単体化を含む既知の工程を経て形成してもよい。 14A-14E are simplified diagrams illustrating a process for forming parts of a phosphor-integrated laser-based light source according to one embodiment of the present invention. In FIG. 14A, a blank 2 is placed on a package base. Blank 2 may be soldered or glued to the package base using an adhesive. In FIG. 14B, a light guide structure having light guides 1L is placed on blank 2. The light guide structure may be soldered or glued to blank 2 using an adhesive such as epoxy or silicone. Alternatively, the light guide structure may be part of an array of similar structures in a sheet that is glued to a sheet of blank (blank 2). In this embodiment, the light guide structure and blank 2 may be formed by a singulation process and then assembled on the package base. In either embodiment, the light guide structure may be formed from a glass substrate via known processes including, for example, deposition, patterning, etching, and singulation.

図14Cでは、光学的に透明な素材3と波長変換素材4が素材2上に組み付けられている。光学的に透明な素材3および波長変換素材4は、本実施の形態では、図15A~15Bに図示されるように、光学的に透明な素材の底部に溝が形成され得ることを除いて、上述した図7B~7Cに図示されるような方法で形成され得る。光学的に透明な素材3の底にある溝は、導光体1Lの一端に位置合わせされている。接着に使用される接着剤は、エポキシ、シリコーン、ガラス、スピンオンガラス、ゾルーゲル法で形成された材料などの光学的に透明なものが挙げられる。あるいは、取り付けに使用される材料は、はんだ、または嵌合面が金属化された同様の材料であってもよい。この場合、図16に示されるように、光学的に透明な素材3の底面に対して金属化をおこなってもよい。金属化は反射部として機能させてもよい。一実施の形態において、金属化は、SiO/Ag/TiW/Auを含んでもよい。はんだは金属化に含まれていてもよく、その場合、スタックがSiO/Ag/TiW/AuSnを含んでもよい。 In FIG. 14C, the optically transparent material 3 and the wavelength converting material 4 are assembled on the material 2. The optically transparent material 3 and the wavelength converting material 4 may be formed in the manner as illustrated in FIG. 7B-7C described above, except that in this embodiment, a groove may be formed in the bottom of the optically transparent material as illustrated in FIG. 15A-15B. The groove in the bottom of the optically transparent material 3 is aligned with one end of the light guide 1L. The adhesive used for bonding may be optically transparent, such as epoxy, silicone, glass, spin-on glass, sol-gel formed material, etc. Alternatively, the material used for attachment may be solder or a similar material with metallized mating surfaces. In this case, the bottom surface of the optically transparent material 3 may be metallized as shown in FIG. 16. The metallization may function as a reflector. In one embodiment, the metallization may include SiO 2 /Ag/TiW/Au. Solder may be included in the metallization, in which case the stack may include SiO2 /Ag/TiW/AuSn.

図14Dでは、光学的に透明な素材3と波長変換素材4の側面周囲に、拡散体積散乱体などの反射材5が形成されている。図14Eでは、レーザダイオードチップ1がパッケージベースに組み付けられている。レーザダイオードチップ1は、例えば、はんだ付け工程によってパッケージベースに結合することができる。レーザダイオードチップ1の発光開口部は、レーザダイオードチップ1から発光された光が溝に導かれるように、導光体1Lに合わせて配置されている。 In FIG. 14D, a reflector 5 such as a diffuse volume scatterer is formed around the sides of the optically transparent material 3 and the wavelength converting material 4. In FIG. 14E, the laser diode chip 1 is assembled to a package base. The laser diode chip 1 can be bonded to the package base by, for example, a soldering process. The light emitting opening of the laser diode chip 1 is aligned with the light guide 1L so that light emitted from the laser diode chip 1 is guided to the groove.

図17Aおよび図17Bは、本発明の別の実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源の簡略断面図である。本実施の形態の構造は、図14A~図14Fに示される実施の形態と同様であるが、第1のレーザダイオードチップ1aおよび第2のレーザダイオードチップ1bを備え、導光構造体がそれぞれのレーザダイオードチップに対して別々の導光体1Lを有する点において異なっている。導光体1Lは、図17Bに示すように、単一の溝の対向する端部に位置合わせされている。同図において、明瞭化のために反射材5は取り除かれている。別の実施の形態では、各導光体は別々の溝に位置合わせされてよい。 Figures 17A and 17B are simplified cross-sectional views of a phosphor-integrated laser-based light source according to another embodiment of the present invention. The structure of this embodiment is similar to the embodiment shown in Figures 14A-14F, except that it includes a first laser diode chip 1a and a second laser diode chip 1b, and the light guide structure has a separate light guide 1L for each laser diode chip. The light guides 1L are aligned to opposite ends of a single groove, as shown in Figure 17B, where the reflector 5 has been removed for clarity. In another embodiment, each light guide may be aligned to a separate groove.

図17A~図17Bに示す例では、レーザダイオードチップ1a、1bの両方が同一の溝に光を入射させる。いくつかの実施の形態では、レーザダイオードチップ1a、1bの各々からの光は、実質的に同様の波長(例えば、440~460nm)であってもよく、またはレーザダイオードチップ1a、1bの各々からの光は、異なる波長(例えば、450nmと590~650nm、450nmと850nm、450nmと905nm、450nmと940nm、450nmと980nm、450nmと405nm、または任意の他の波長)であってもよい。図18A~図18Bは、一実施の形態による光学的に透明な素材3内の溝の両端における導光体1Lの底面図を示す簡略図である。 In the example shown in Figures 17A-17B, both laser diode chips 1a, 1b couple light into the same groove. In some embodiments, the light from each of the laser diode chips 1a, 1b may be of substantially similar wavelengths (e.g., 440-460 nm), or the light from each of the laser diode chips 1a, 1b may be of different wavelengths (e.g., 450 nm and 590-650 nm, 450 nm and 850 nm, 450 nm and 905 nm, 450 nm and 940 nm, 450 nm and 980 nm, 450 nm and 405 nm, or any other wavelength). Figures 18A-18B are simplified diagrams showing bottom views of a light guide 1L at both ends of a groove in an optically transparent material 3 according to one embodiment.

図19~図21は、本発明のいくつかの実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源パッケージの簡略断面図である。図19では、エポキシやはんだなどの接着剤を用いて、窓部または蓋とパッケージの側壁との間にシーリングが形成されている。窓部はガラスでも、光を透過する他の光学的に透明な素材でもよい。窓部、パッケージの側壁、パッケージベースは、レーザダイオードチップ1、素材2、光学的に透明な素材3、波長変換素材4、反射材5を気密封止することができる。 Figures 19-21 are simplified cross-sectional views of phosphor-integrated laser-based light source packages according to some embodiments of the present invention. In Figure 19, an adhesive such as epoxy or solder is used to form a seal between the window or lid and the package sidewalls. The window can be glass or other optically transparent material that transmits light. The window, package sidewalls, and package base can hermetically seal the laser diode chip 1, material 2, optically transparent material 3, wavelength converting material 4, and reflector 5.

図20では、ガラスはんだ、ろう材、金属はんだなどの接着剤を用いて、窓部や蓋、および金属缶の壁との間にシールを形成している。金属缶とパッケージベースとの間のシールは、プロジェクション溶接で形成してもよい。金属缶の壁部は、レーザダイオード1からの迷光を遮断してもよい。窓部、壁部、パッケージベースは、レーザダイオードチップ1、素材2、光学的に透明な素材3、波長変換素材4、反射材5を気密封止することができる。 In FIG. 20, an adhesive such as glass solder, brazing material, or metal solder is used to form a seal between the window, lid, and the wall of the metal can. The seal between the metal can and the package base may be formed by projection welding. The wall of the metal can may block stray light from the laser diode 1. The window, walls, and package base may hermetically seal the laser diode chip 1, material 2, optically transparent material 3, wavelength converting material 4, and reflective material 5.

図21では、エポキシやはんだなどの接着剤を用いて、金属フランジと反射材5との間にシーリングが形成されている。反射材5および波長変換素材4は、レーザダイオードチップ1、素材2、光学的に透明な素材3の気密封止を可能にするように非多孔質であってもよい。 In FIG. 21, an adhesive such as epoxy or solder is used to form a seal between the metal flange and the reflector 5. The reflector 5 and wavelength converting material 4 may be non-porous to allow for a hermetic seal of the laser diode chip 1, material 2, and optically transparent material 3.

図22Aおよび図22Bは、本発明の別の実施の形態による蛍光体統合型レーザベース光源パッケージの簡略斜視図である。本実施例では、例えば図11A~11Bに関して上述したような導光構造体がパッケージ筐体の一部を構成する。金属フランジと導光構造体の間には、エポキシやはんだなどの接着剤を用いてシールが形成される。金属フランジと側壁との間には、エポキシ、はんだなどの接着剤を用いて、またはプロジェクション溶接によってシールが形成される。 Figures 22A and 22B are simplified perspective views of a phosphor-integrated laser-based light source package according to another embodiment of the present invention. In this example, a light guiding structure, such as that described above with respect to Figures 11A-11B, forms part of the package housing. A seal is formed between the metal flange and the light guiding structure using an adhesive such as epoxy or solder. A seal is formed between the metal flange and the sidewall using an adhesive such as epoxy, solder, or by projection welding.

図23Aは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略断面図である。光源は、パッケージベースに配置されたレーザダイオード1(またはレーザダイオードチップ)を含んでおり、レーザダイオードチップ1の出力面が、素材2(例えば、熱伝導性素材)の上面および/または光学素子4の底面に形成されたキャビティまたは溝、および/または素材2と光学素子4との間のキャビティに対して光を出射するよう配置されている。あるいは、光は光学素子4に直接照射されてもよい。レーザダイオード1は、本明細書に記載する実施の形態のいずれかに従って形成してもよい。光源1は、1つ以上のレーザダイオードを含んでもよく、光は、例えば、青色または他の色領域の波長を有するレーザ光であってもよい。光は、レーザダイオード1から直接入射させてもよく、導光体を介して入射させてもよい。 23A is a simplified cross-sectional view of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention. The light source includes a laser diode 1 (or laser diode chip) disposed in a package base, with an output surface of the laser diode chip 1 arranged to emit light into a cavity or groove formed in a top surface of a material 2 (e.g., a thermally conductive material) and/or a bottom surface of an optical element 4, and/or a cavity between the material 2 and the optical element 4. Alternatively, light may be directly directed at the optical element 4. The laser diode 1 may be formed according to any of the embodiments described herein. The light source 1 may include one or more laser diodes, and the light may be laser light having a wavelength, for example, in the blue or other color region. The light may be directly incident from the laser diode 1 or may be incident via a light guide.

いくつかの実施の形態では、パッケージベースはプリント回路基(PCB)であってもよい。別の実施の形態では、パッケージベースは、レーザダイオード1および素材2からの熱を、はんだ、メタルコアPCB、ヒートシンクなどの下部の構造に伝導するように構成された半導体パッケージの底部であってもよい。パッケージベースはまた、金属スラグ(例えば、CuまたはAl)、メッキされた他の金属、またはセラミック材料(例えば、AlN、Al)と金属との複合体を含むことができる。さらに別の実施の形態では、パッケージベースは金属(例えば、CuまたはAl)のスラブであってもよく、チップオンボード(COB)などのメタルコアPCBの一部を形成する。 In some embodiments, the package base may be a printed circuit board (PCB). In other embodiments, the package base may be the bottom of a semiconductor package configured to conduct heat from the laser diode 1 and substrate 2 to an underlying structure such as solder, a metal core PCB, a heat sink, etc. The package base may also include a metal slug (e.g., Cu or Al), plated other metals, or a composite of metal and ceramic material (e.g., AlN , Al2O3 ). In yet another embodiment, the package base may be a slab of metal (e.g., Cu or Al) forming part of a metal core PCB such as a chip on board (COB).

レーザダイオードチップ1が溝に向かって光を出射する実施の形態では、溝は素材2と光学素子4との間の空隙を構成してもよい。素材2の上面および/または溝の少なくとも一部の内側は、光を上方に向けるおよび/または反射させるための反射性被覆で覆われていてもよい。反射性被覆は、例えば銀(Ag)またはアルミニウム(Al)を含んでもよい。あるいは、またはこれに加えて、反射性被覆は、上層に環境保護を目的とした誘電体層、および/または、反射率を高める目的で、例えば、SiOおよび/またはTaの1つ以上の層からなる誘電体スタックを含んでもよい。反射性被覆は、表面が平滑である場合には平坦な鏡面反射性の膜として、表面に凹凸がある場合には拡散反射性の粗い膜として堆積させてもよい。 In embodiments where the laser diode chip 1 emits light towards the groove, the groove may constitute an air gap between the blank 2 and the optical element 4. The top surface of the blank 2 and/or at least part of the inside of the groove may be covered with a reflective coating for directing and/or reflecting light upwards. The reflective coating may comprise, for example, silver (Ag) or aluminium (Al). Alternatively or additionally, the reflective coating may comprise an upper dielectric layer for environmental protection purposes and/or a dielectric stack, for example consisting of one or more layers of SiO2 and/or Ta2O5 , for increased reflectivity. The reflective coating may be deposited as a flat specularly reflective film in case of a smooth surface or as a diffusely reflective rough film in case of uneven surfaces.

素材2は、レーザダイオード1からの光を少なくとも部分的に、光学素子4に向けて上向きにする、および/または反射する。素材2は、光学素子4からパッケージベースに熱を伝導するために、高い熱伝導率を有してもよい。いくつかの実施の形態では、素材2は、ケイ素(S)と、炭化ケイ素(SiC)、ゲルマニウム(Ge)、ガリウムヒ素(GaAs)、サファイア、セラミック窒化アルミニウム(AlN)、セラミック酸化アルミニウム(Al2O3)、セラミック窒化ホウ素(BN)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、または他の熱伝導性素材を含んでもよい。 Material 2 at least partially directs and/or reflects light from laser diode 1 upwards towards optical element 4. Material 2 may have high thermal conductivity to conduct heat from optical element 4 to the package base. In some embodiments, material 2 may include silicon (S), silicon carbide (SiC), germanium (Ge), gallium arsenide (GaAs), sapphire, ceramic aluminum nitride (AlN), ceramic aluminum oxide (Al2O3), ceramic boron nitride (BN), aluminum (Al), copper (Cu), or other thermally conductive materials.

素材2がSiの場合、KOHエッチングで溝を形成し、角度のついた側壁を作成できる。溝の形状としては多種多様な形状が可能である。図6には、多角形状に開口する細幅ネック部を有する溝が例示されている。いくつかの実施の形態では、光学素子4は、溝と同様の形状を有してもよい。例えば、図6には、溝と同様の多角形状を有する光学的に透明な素材3の外形が示されている。いくつかの実施の形態では、溝は、拡散体積散乱体(例えば、ガラス、エポキシ、またはシリコーンなどの低屈折率の基質におけるTiOまたはAl粒子)で部分的または完全に充填されてもよい。 If material 2 is Si, the grooves can be formed by KOH etching to create angled sidewalls. A wide variety of groove shapes are possible. FIG. 6 illustrates a groove with a narrow neck that opens into a polygonal shape. In some embodiments, optical element 4 may have a similar shape to the groove. For example, FIG. 6 illustrates the profile of optically transparent material 3 with a polygonal shape similar to the groove. In some embodiments, the grooves may be partially or completely filled with diffuse volume scatterers (e.g., TiO2 or Al2O3 particles in a low refractive index matrix such as glass, epoxy, or silicone ).

光学素子4は、レーザダイオード1からの光全体または一部をダウンコンバートする波長変換素材を含んでもよい。波長変換素材は、光学素子4全体に拡散されてもよい。光学素子4は、本明細書に記載する実施の形態のいずれかによって形成および/または構成されてもよい。光学素子4の一例として、CeでドープされたYAGが挙げられる。光学素子4の別の一例では、共晶のサファイアとともにCeでドープされたYAGを含んでもよい。いくつかの実施の形態では、光学素子4は、光を分散させるように異なる屈折率のボイドまたは他の素材を包含するものを含んでいてもよい。光学素子4は、単結晶であってもよいし、焼結した小粒子であってもよい。一実施の形態では、光学素子4の厚さは約50~800μm以上であり、横方向の寸法は約300~1000μmである。光学素子4の上面視の形状は、特に限定されず、正方形、長方形、六角形、八角形、円形、またはその他任意の形状であってもよい。 The optical element 4 may include a wavelength conversion material that downconverts all or a portion of the light from the laser diode 1. The wavelength conversion material may be diffused throughout the optical element 4. The optical element 4 may be formed and/or configured according to any of the embodiments described herein. One example of the optical element 4 is YAG doped with Ce. Another example of the optical element 4 may include YAG doped with Ce with eutectic sapphire. In some embodiments, the optical element 4 may include voids or other materials with different refractive indices to disperse the light. The optical element 4 may be single crystal or sintered small particles. In one embodiment, the optical element 4 has a thickness of about 50-800 μm or more and a lateral dimension of about 300-1000 μm. The shape of the optical element 4 in a top view is not particularly limited and may be square, rectangular, hexagonal, octagonal, circular, or any other shape.

反射材5は、光学素子4の側面から入射した光を反射する。反射材5は、光学素子4の光の出射可能な側面の全体または一部を覆ってもよい。反射材5の形状例を図1B~1Cに示す。レーザダイオード1からの光が光学素子4に直接入射する場合、つまりレーザダイオード1が光学素子4に対して光を入射させる領域から、反射材5を省略してもよい。反射材5は、拡散体積散乱体(例えば、ガラス、エポキシ、またはシリコーンなどの低屈折率の基質におけるTi0またはAl粒子)であってもよい。反射材5は、光学素子4の側壁上の薄膜被覆(例えば、SiO/AgまたはAg)であってもよい。反射材5の横方向の厚さは、拡散体積散乱体の場合約20~500μmとすることができ、薄膜被覆であれば約50nm~10μmとすることができる。反射材5の高さは、光学素子4の厚さほぼ同等であってもよい。 The reflector 5 reflects light incident from the side of the optical element 4. The reflector 5 may cover all or part of the side of the optical element 4 from which light can be emitted. Examples of shapes of the reflector 5 are shown in Figures 1B to 1C. In cases where the light from the laser diode 1 is directly incident on the optical element 4, the reflector 5 may be omitted from the area where the laser diode 1 makes the light incident on the optical element 4. The reflector 5 may be a diffuse volume scatterer (e.g., TiO2 or Al2O3 particles in a matrix with a low refractive index such as glass, epoxy, or silicone). The reflector 5 may be a thin film coating (e.g., SiO2 /Ag or Ag) on the sidewall of the optical element 4. The lateral thickness of the reflector 5 may be about 20 to 500 μm for a diffuse volume scatterer and about 50 nm to 10 μm for a thin film coating. The height of the reflector 5 may be approximately equal to the thickness of the optical element 4.

図23Bは、図23Aに示される本発明の一実施の形態によるレーザベース光源の簡略平面図である。本実施例では、反射材5が光学素子4の側面を取り囲んでいる。 Figure 23B is a simplified plan view of a laser-based light source according to one embodiment of the present invention shown in Figure 23A. In this example, a reflector 5 surrounds the sides of the optical element 4.

図24A~図24Dは、本明細書に記載する、本発明のいくつかの実施の形態による蛍光体統合レーザベース光源のいずれかに使用可能な光学素子の簡略断面図である。図24Aに示す例では、光学素子4は波長変換素材を含む。波長変換素材の熱伝導率は、光学素子4から下層の素材2に熱を伝導させるのに十分であればよい。光学素子4と素材2との間にキャビティを含むいくつかの実施の形態では、波長変換素材の熱伝導率は、光学素子4およびキャビティ周辺から下層の素材2に熱を伝導させるのに十分であればよい。 24A-24D are simplified cross-sectional views of optical elements that can be used in any of the phosphor-integrated laser-based light sources according to some embodiments of the invention described herein. In the example shown in FIG. 24A, the optical element 4 includes a wavelength converting material. The thermal conductivity of the wavelength converting material need only be sufficient to conduct heat from the optical element 4 to the underlying material 2. In some embodiments that include a cavity between the optical element 4 and material 2, the thermal conductivity of the wavelength converting material need only be sufficient to conduct heat from the optical element 4 and around the cavity to the underlying material 2.

図24Bに示す例では、光学素子4は、光学的に透明な熱伝導体4bの上層に波長変換素材4aを含む。光学的に透明な熱伝導体4bは、波長変換素材4aと素材2との間に配置されてもよい。光学的に透明な熱伝導体4bは、レーザダイオード1および素材2から波長変換素材4aへ光を通過させ、波長変換素材4aから素材2およびパッケージベースへ熱を伝導する。光学的に透明な熱伝導体4bは、光学素子4の上面から出射される光の色均一性を向上するために、他の素子から入射する光を分散させるように構成してもよい。光の分散は、光学的に透明な熱伝導体4bの1つ以上の界面および/または光学的に透明な熱伝導体4bのバルク内で発生し得る。 In the example shown in FIG. 24B, the optical element 4 includes a wavelength converting material 4a on top of an optically transparent thermal conductor 4b. The optically transparent thermal conductor 4b may be disposed between the wavelength converting material 4a and the material 2. The optically transparent thermal conductor 4b passes light from the laser diode 1 and the material 2 to the wavelength converting material 4a and conducts heat from the wavelength converting material 4a to the material 2 and the package base. The optically transparent thermal conductor 4b may be configured to disperse light incident from other elements to improve the color uniformity of the light emitted from the top surface of the optical element 4. Dispersion of light may occur at one or more interfaces of the optically transparent thermal conductor 4b and/or within the bulk of the optically transparent thermal conductor 4b.

図24Cに示す例では、光学素子4は波長変換素材4aおよび少なくとも1つの光学ホモジナイザ4cを含む。少なくとも1つの光学ホモジナイザ4cは、光学素子4の上面から出射される光の色均一性を向上するように構成されている。光学ホモジナイザ4cは、光学的に透明(例えば、ガラスまたはサファイア)であってもよく、または少なくとも部分的に半透明(例えば、Al2O3セラミック)であってもよい。いくつかの実施の形態において、光学ホモジナイザ4cの上面は、凹凸形状であってもよく、および/または光学分散特徴を含んでもよい。 In the example shown in FIG. 24C, the optical element 4 includes a wavelength converting material 4a and at least one optical homogenizer 4c. The at least one optical homogenizer 4c is configured to improve the color uniformity of the light emitted from the top surface of the optical element 4. The optical homogenizer 4c may be optically transparent (e.g., glass or sapphire) or at least partially translucent (e.g., Al2O3 ceramic). In some embodiments, the top surface of the optical homogenizer 4c may be textured and/or include optical dispersive features.

図24Dに示す例では、光学素子4は、光学的に透明な熱伝導体4bと少なくとも1つの光学ホモジナイザ4cとの間に配置された波長変換素材4aを含む。光学的に透明な熱伝導体4bは、図24Bに関して記載したものと同様の特徴を含んでもよく、少なくとも1つの光学ホモジナイザ4cは、図24Cに関して記載したものと同様の特徴を含んでもよい。 In the example shown in FIG. 24D, the optical element 4 includes a wavelength converting material 4a disposed between an optically transparent thermal conductor 4b and at least one optical homogenizer 4c. The optically transparent thermal conductor 4b may include features similar to those described with respect to FIG. 24B, and the at least one optical homogenizer 4c may include features similar to those described with respect to FIG. 24C.

図25Aおよび図25Bは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略断面図である。光学素子4は、光学的に透明な熱伝導体4b上に配置された波長変換素材4aを含む。あるいは、光学素子は、図24A~24Dに示す他の構成のいずれかを含んでもよい。具体的な本実施例において、波長変換素材4aは図24Aに関して記載したものと同様の特徴を含んでいてもよく、光学的に透明な熱伝導体4bは、図24Bに関して記載したものと同様の特徴を含んでもよい。図25Aおよび図25Bの実施の形態もまた、導光体1Lを含む。導光体1Lは、図11~14を参照して説明した導光体と同様の特徴を有してもよい。導光体1Lは、レーザダイオード1からの光を光学素子4へ、若しくは素材2と光学素子4との間の空間または溝へ導くように構成されている。空間または溝を含む実施の形態では、導光体1Lの少なくとも一部が空間または溝内に配置されてもよい。いくつかの実施の形態では、導光体1Lは、その長さの少なくとも一部、例えば空間または溝内の部分、に沿って光抽出機能を有してもよい。 25A and 25B are simplified cross-sectional views of laser-based light sources according to some embodiments of the present invention. The optical element 4 includes a wavelength converting material 4a disposed on an optically transparent thermal conductor 4b. Alternatively, the optical element may include any of the other configurations shown in FIGS. 24A-24D. In this particular embodiment, the wavelength converting material 4a may include features similar to those described with respect to FIG. 24A, and the optically transparent thermal conductor 4b may include features similar to those described with respect to FIG. 24B. The embodiment of FIGS. 25A and 25B also includes a light guide 1L. The light guide 1L may have features similar to those of the light guides described with reference to FIGS. 11-14. The light guide 1L is configured to guide light from the laser diode 1 to the optical element 4 or to a space or groove between the material 2 and the optical element 4. In embodiments including a space or groove, at least a portion of the light guide 1L may be disposed within the space or groove. In some embodiments, the light guide 1L may have light extraction features along at least a portion of its length, such as within a space or groove.

図25Aの例では、本実施の形態の様々な要素の相対的な空間配置を示す断面図が示されている。レーザダイオード1から発せられた光は、導光体1Lによって透明な熱伝導体に伝達される。 In the example of FIG. 25A, a cross-sectional view is shown showing the relative spatial arrangement of the various elements of this embodiment. Light emitted from the laser diode 1 is transmitted by the light guide 1L to the transparent thermal conductor.

図25Bの例では、本実施の形態の様々な要素の相対的な空間配置を示す切断図が示されている。図からわかるように、波長変換素材4aおよび光学的に透明な熱伝導体4bは、反射材5によって囲まれた多角形状を有してもよい。 In the example of FIG. 25B, a cutaway view is shown illustrating the relative spatial arrangement of the various elements of this embodiment. As can be seen, the wavelength converting material 4a and the optically transparent thermal conductor 4b may have a polygonal shape surrounded by the reflector 5.

図26Aおよび図26Bは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略断面図である。本実施の形態は、導光体1Lがレーザダイオード1および光学素子4(本実施例では光学的に透明な熱伝導体4b)に対してある角度をもって配置されていることを除いて、図25A~25Bのものと同様である。別の実施の形態では他の角度であってもよく、角度は特定の角度に限定されない。 Figures 26A and 26B are simplified cross-sectional views of laser-based light sources according to some embodiments of the present invention. This embodiment is similar to that of Figures 25A-25B, except that the light guide 1L is disposed at an angle relative to the laser diode 1 and the optical element 4 (in this embodiment, the optically transparent thermal conductor 4b). Other angles are possible in other embodiments, and the angle is not limited to any particular angle.

図26Aの例では、レーザダイオード1と光学素子4との間に延在する導光体1Lの角度を含む本実施の形態の様々な要素の相対的な空間配置を示す断面図が示されている。 In the example of FIG. 26A, a cross-sectional view is shown showing the relative spatial arrangement of the various elements of this embodiment, including the angle of the light guide 1L that extends between the laser diode 1 and the optical element 4.

図26Bの例では、本実施の形態の様々な要素の相対的な空間配置を示す切断図が示されている。前述したように、導光体1Lは、レーザダイオード1からの光を光学素子4へ、若しくは素材2と光学素子4との間の空間または溝へ導くように構成されてもよい。 In the example of FIG. 26B, a cutaway view is shown showing the relative spatial arrangement of the various elements of this embodiment. As previously mentioned, the light guide 1L may be configured to guide light from the laser diode 1 to the optical element 4 or to a space or groove between the material 2 and the optical element 4.

図27Aおよび図27Bは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略断面図である。光学素子4は、光学的に透明な熱伝導体4b上に配置された波長変換素材4aを含む。波長変換素材4aは図25Aに関して記載したものと同様の特徴を含んでいてもよく、光学的に透明な熱伝導体4bは、図25Bに関して記載したものと同様の特徴を含んでもよい。図27Aおよび図27Bの実施の形態もまた、導光体1Lを含む。導光体1Lは、図11~14を参照して説明した導光体と同様の特徴を有してもよい。図示される実施の形態では、素材2と光学的に透明な熱伝導体4bとの間には、光学的に透明な熱伝導体4bの底面に空間または溝として形成されたキャビティがある。この溝に導光体1Lの一部が配置される。導光体1Lは、その長さの一部、例えば溝内の部分、に沿って光抽出機能を有してもよい。 27A and 27B are simplified cross-sectional views of laser-based light sources according to some embodiments of the present invention. The optical element 4 includes a wavelength converting material 4a disposed on an optically transparent thermal conductor 4b. The wavelength converting material 4a may include features similar to those described with respect to FIG. 25A, and the optically transparent thermal conductor 4b may include features similar to those described with respect to FIG. 25B. The embodiments of FIGS. 27A and 27B also include a light guide 1L. The light guide 1L may have features similar to those of the light guides described with reference to FIGS. 11-14. In the illustrated embodiment, between the material 2 and the optically transparent thermal conductor 4b there is a cavity formed as a space or groove in the bottom surface of the optically transparent thermal conductor 4b. A portion of the light guide 1L is disposed in the groove. The light guide 1L may have light extraction features along a portion of its length, for example within the groove.

図27Aの例では、素材2と光学素子4との間のキャビティに延在する導光体1Lを含む本実施の形態の様々な要素の相対的な空間配置を示す断面図が示されている。 In the example of FIG. 27A, a cross-sectional view is shown showing the relative spatial arrangement of various elements of this embodiment, including a light guide 1L that extends into the cavity between the material 2 and the optical element 4.

図27Bの例では、本実施の形態の様々な要素の相対的な空間配置を示す切断図が示されている。同図には、導光体1Lがキャビティ内に延在している様子も示されている。 The example in Figure 27B shows a cutaway view illustrating the relative spatial arrangement of the various elements of this embodiment. It also shows how the light guide 1L extends into the cavity.

図28Aおよび図28Bは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略断面図および平面図である。図示される実施の形態では、光学素子4と反射材5との間に隙間が延在する。反射材5は、光学素子4の側面に入射する光を反射し、光学素子4の光を出射可能な側面領域全体または一部を覆う。いくつかの実施の形態では、レーザダイオード1からの光が入射する光学素子4の一部が反射材5によって覆われてなくてもよい。 28A and 28B are simplified cross-sectional and plan views of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention. In the illustrated embodiment, a gap extends between the optical element 4 and the reflector 5. The reflector 5 reflects light incident on the side of the optical element 4 and covers all or part of the side area of the optical element 4 from which light can exit. In some embodiments, the portion of the optical element 4 on which light from the laser diode 1 is incident may not be covered by the reflector 5.

図28Aの例では、光学素子4と反射材5との間の隙間を含む本実施の形態の様々な要素の相対的な空間配置を示す断面図が示されている。 In the example of Figure 28A, a cross-sectional view is shown showing the relative spatial arrangement of the various elements of this embodiment, including the gap between the optical element 4 and the reflector 5.

図28Bの例では、図28Aに示される方向の本実施の形態の様々な要素の相対的な空間配置を上から見た図が示されている。 The example in Figure 28B shows a top view of the relative spatial arrangement of the various elements of this embodiment in the orientation shown in Figure 28A.

図29A~図29Cは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略された側面図、斜視図、および切断図である。図示される実施の形態では、光学素子4と反射材5との間に隙間が延在する。いくつかの実施の形態では、例えば、公差のために、光学素子4と反射材5との間に名目上の小さな隙間が存在してもよい。光学的見地から、隙間は例えば約40umまで、約50umまで、約60umまで、またはそれ以上であることが望ましいことがある。隙間は、例えば、様々な素材、形状、製造工程、および/または組立技術に応じて、他のサイズを有してもよい。 29A-29C are simplified side, perspective, and cutaway views of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention. In the illustrated embodiment, a gap extends between the optical element 4 and the reflector 5. In some embodiments, for example, due to tolerances, a nominally small gap may exist between the optical element 4 and the reflector 5. From an optical standpoint, it may be desirable for the gap to be, for example, up to about 40 um, up to about 50 um, up to about 60 um, or more. The gap may have other sizes depending, for example, on different materials, shapes, manufacturing processes, and/or assembly techniques.

いくつかの実施の形態では、反射材5は、例えば、焼結工程、高温セラミック工程、またはガラス内に粒子を含める(Particle-in-glass)工程を経て別に形成され、その後光学素子4とく見つけられて隙間を含んでもよい。いくつかの実施の形態では、反射材5は拡散特性を有する。いくつかの実施の形態では、反射材5は、透明な低屈折率の素材(例えば、ガラス、SiO2、またはAl2O3)と共焼結されたTiO2またはBaTiO3粒子などの素材で形成される。いくつかの実施の形態では、反射材5は別に(例えば、焼結工程によって)形成され、その後光学素子4に組み付けられてもよい。別の実施の形態では、反射材5は、光学素子4に対向する内壁(または壁部)に反射膜または反射被覆を有する素子を含んでもよい。一例として、反射材5は、エッチング工程(例えば、反応性イオンエッチング)によって作成された孔を有するシリコン素子であってもよく、シリコン素子は光学素子4に対向する内壁(または壁部)に反射性被覆(例えば、Ag被覆)を含んでもよい。 In some embodiments, the reflector 5 may be formed separately, for example, via a sintering process, a high temperature ceramic process, or a particle-in-glass process, and then interspersed with the optical element 4. In some embodiments, the reflector 5 has diffusive properties. In some embodiments, the reflector 5 is formed of a material such as TiO2 or BaTiO3 particles co-sintered with a transparent low refractive index material (e.g., glass, SiO2, or Al2O3). In some embodiments, the reflector 5 may be formed separately (e.g., by a sintering process) and then assembled to the optical element 4. In another embodiment, the reflector 5 may include an element having a reflective film or coating on the inner wall (or wall portion) facing the optical element 4. As an example, the reflector 5 may be a silicon element with holes created by an etching process (e.g., reactive ion etching), and the silicon element may include a reflective coating (e.g., Ag coating) on the inner wall (or wall portion) facing the optical element 4.

図29Aおよび図29Bの例では、本実施の形態の様々な要素の相対的な空間配置を示す側面図、斜視図がそれぞれ示されている。図29Cの例では、切断図が示され、本実施の形態による素材2の上面のキャビティに向けて直接または導光体1Lを介して光が入射する様子が示されている。別の実施の形態では、光は光学素子4に対して、光学素子4底面のキャビティに対して、または素材2と光学素子4との間のキャビティに対して出射されてもよい。 The examples of Figures 29A and 29B show side and perspective views, respectively, illustrating the relative spatial arrangement of various elements of this embodiment. The example of Figure 29C shows a cutaway view, illustrating how light is incident directly or through light guide 1L into a cavity on the top surface of material 2 according to this embodiment. In alternative embodiments, light may be emitted to optical element 4, to a cavity on the bottom surface of optical element 4, or to a cavity between material 2 and optical element 4.

図30Aおよび図30Bは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略断面図および平面図である。図示される実施の形態では、素子2bが含まれる。素子2bは反射素子であってもよい。レーザダイオード1は、素材2と、素子2bと、光学素子4との間のキャビティに光を照射する。異なる位置から光を入射させるデバイスとしては複数のデバイスが可能である。光は、レーザダイオード1から直接または導光体1L(図示せず)を介して照射可能であり、例えば、少なくとも部分的にキャビティに延在させてもよい。キャビティは、例えば、素材2の上面の溝と反射素子2bの貫通孔によって形成してもよい。 30A and 30B are simplified cross-sectional and plan views of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention. In the illustrated embodiment, element 2b is included. Element 2b may be a reflective element. Laser diode 1 irradiates light into a cavity between material 2, element 2b, and optical element 4. There may be multiple devices with light incident from different locations. Light may be emitted from laser diode 1 directly or through a light guide 1L (not shown), which may extend at least partially into the cavity, for example. The cavity may be formed, for example, by a groove in the top surface of material 2 and a through hole in reflective element 2b.

いくつかの実施の形態では、素材2は、入射光を部分的に上方向に向ける。さらに、反射素子2bもまた入射光を部分的に上方向にむけてもよい。反射素子2bはまた、光学素子4および/または反射材5にたいする機械的支持部としても機能してもよい。反射素子2bは、光学素子4から素材2を介してパッケージベースに熱を伝導するように構成してもよい。 In some embodiments, material 2 redirects incident light partially upwards. Additionally, reflective element 2b may also redirect incident light partially upwards. Reflective element 2b may also serve as a mechanical support for optical element 4 and/or reflector 5. Reflective element 2b may be configured to conduct heat from optical element 4 through material 2 to the package base.

図31Aおよび図31Bは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略切断図である。図示される実施の形態では、異なる形状の素子2bが示されている。いくつかの実施の形態では、素子2bは、例えば、フォトリソグラフィ、エッチング、および堆積を含むウェハ製造技術、上部と下部に異なるマスクを使用することを含む光化学エッチング(「ハーフエッチング」)、またはプレス、板金の形状加工によって形成されてもよい。反射素子2bの素材としては、例えば、Si、Ge、サファイア、SiC、ガラス、各種金属などが挙げられる。いくつかの実施の形態では、素材は反射性被覆を有する。 31A and 31B are simplified cutaway views of laser-based light sources according to some embodiments of the present invention. In the illustrated embodiments, different shapes of element 2b are shown. In some embodiments, element 2b may be formed by, for example, wafer fabrication techniques including photolithography, etching, and deposition, photochemical etching including using different masks for the top and bottom ("half etching"), or pressing and shaping sheet metal. Materials for reflective element 2b include, for example, Si, Ge, sapphire, SiC, glass, various metals, etc. In some embodiments, the material has a reflective coating.

図31Aおよび図31Bの例では、素子2を含む本実施の形態の様々な要素の相対的な空間配置を示す切断断面図が示されている。図31Aの例では、素子2bは、光が通過する貫通孔を有する比較的平坦な形状を有する。図31Bの例では、素子2bは反射材5の側面周囲にも延在する。 31A and 31B are cutaway cross-sectional views showing the relative spatial arrangement of various elements of this embodiment, including element 2b. In the example of FIG. 31A, element 2b has a relatively flat shape with a through hole through which light passes. In the example of FIG. 31B, element 2b also extends around the side of reflector 5.

図32A~図32Cは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略断面図、斜視図、および切断断面図である。図示される実施の形態では、別の素子2bが示されている。図32Cに示されるように、素子2bは、素子2bとレーザダイオード1の上面との間にクリアランスを提供する段差特徴を有する。いくつかの実施の形態では、クリアランスは、例えば、レーザダイオード1の上面のワイヤボンドに使用することができる。 FIGS. 32A-32C are simplified cross-sectional, perspective, and cut-away cross-sectional views of laser-based light sources according to some embodiments of the present invention. In the illustrated embodiment, another element 2b is shown. As shown in FIG. 32C, element 2b has a step feature that provides clearance between element 2b and the top surface of laser diode 1. In some embodiments, the clearance can be used, for example, for wire bonds on the top surface of laser diode 1.

図33Aおよび図33Bは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略断面図および平面図である。図示される実施の形態では、素子24bが含まれる。レーザダイオード1は、素材2と、素子24と、光学素子4との間のキャビティに光を照射する。異なる位置から光を入射させるデバイスとしては複数のデバイスが可能である。光は、レーザダイオード1から直接または導光体1L(図示せず)を介して照射可能であり、例えば、少なくとも部分的にキャビティに配置させてもよい。素材2と、素子24と、光学素子4との間のキャビティは、例えば、素材2上面の溝によって形成されてもよい。素子24は、入射光の一部を上方向に向ける素子または素材であってよく、素材2のトポロジ的特徴として形成されてよい。いくつかの実施の形態では、素子24は素材2とは異なる。 33A and 33B are simplified cross-sectional and plan views of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention. In the illustrated embodiment, element 24b is included. Laser diode 1 irradiates light into a cavity between material 2, element 24, and optical element 4. There are multiple possible devices for injecting light from different locations. Light can be emitted from laser diode 1 directly or through a light guide 1L (not shown), which may, for example, be at least partially disposed in the cavity. The cavity between material 2, element 24, and optical element 4 may, for example, be formed by a groove on the top surface of material 2. Element 24 may be an element or material that directs a portion of the incident light upwards, and may be formed as a topological feature of material 2. In some embodiments, element 24 is distinct from material 2.

いくつかの実施の形態では、素材2は、入射光を部分的に上方向に向ける段差特徴を含んでおり、素子24もまた入射光を部分的に上方向に向けるように機能してもよい。 In some embodiments, material 2 includes step features that redirect incident light partially in an upward direction, and element 24 may also function to redirect incident light partially in an upward direction.

図34A~図34Dは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源およびコンポーネントの簡略斜視図および切断図である。図示された実施の形態では、素材2は、溝またはキャビティと貫通孔を有することが示されている。また、素材2の上部には素子24が含まれてもよい。素子24は、素材2を光学素子4に結合させてもよい。いくつかの実施の形態では、溝は素材2内に形成される。溝には、レーザダイオード1からの光が入射する。上下を含む溝の内壁は、吸収損失を最小限に抑えるために高反射被覆を有してもよい。いくつかの実施の形態では、素材2は、溝を有する底部片と、溝を形成するために接合される素子24とから構成されてもよい。 Figures 34A-34D are simplified perspective and cutaway views of laser-based light sources and components according to some embodiments of the present invention. In the illustrated embodiment, material 2 is shown having a groove or cavity and a through hole. Additionally, the top of material 2 may include element 24. Element 24 may bond material 2 to optical element 4. In some embodiments, a groove is formed in material 2. Light from laser diode 1 is incident on the groove. The inner walls of the groove, including the top and bottom, may have a highly reflective coating to minimize absorption losses. In some embodiments, material 2 may be comprised of a bottom piece having a groove and element 24 that is bonded to form the groove.

図34Aおよび図34Bは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略斜視図および切断図である。図示される実施の形態では、素子24と素材2の上に光学素子4と反射材5とが配置されている。レーザダイオード1は、溝の両端に光が入射するように両側に配置されている。素材2は、溝内に、入射光を部分的に上方向に向けるための段差特徴を含む。これら図には、レーザダイオード1から出射された光が、素子24の穴を通って光学素子4へと上向きに導かれる様子を示している。 Figures 34A and 34B are simplified perspective and cutaway views of laser-based light sources according to some embodiments of the present invention. In the illustrated embodiment, an optical element 4 and a reflector 5 are disposed on top of an element 24 and a material 2. Laser diodes 1 are disposed on either side of the groove with light incident on both ends. Material 2 includes step features within the groove to partially direct the incident light upwards. These figures show that light emitted from laser diode 1 is directed upwards through a hole in element 24 to optical element 4.

図34Bの例では、本実施の形態の様々な要素の相対的な空間配置を示す切断図が示されている。本実施例では、孔を通して光学素子4へ上向きに導光しやすくするために、溝に段差または傾斜路(Ramp)形状が含まれている。 In the example of FIG. 34B, a cutaway view is shown showing the relative spatial arrangement of the various elements of this embodiment. In this example, the groove includes a step or ramp feature to facilitate directing light upward through the hole to the optical element 4.

図34Dの例では、素子24の上面がどのようにして光学素子4(図示せず)のベースまたは支持部を形成するかを含めて、本実施の形態の様々な要素の相対的な空間配置を示す斜視図が示されている。 In the example of FIG. 34D, a perspective view is shown showing the relative spatial arrangement of the various elements of this embodiment, including how the top surface of element 24 forms the base or support for optical element 4 (not shown).

図35Aおよび図35Bは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略斜視図および切断図である。図示された実施の形態では、パッケージ化構成が例示されている。パッケージ構造は、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源を収容するものであり、パッケージ構造には、蓋と窓とが含まれる。蓋は金属、セラミック、プラスチック、またはその他の素材であってもよく、窓は透明な素材であってもよい。本実施例では、蓋は四角形状(四角形状は長方形を含む)で、角が丸く、底の周りに隆起がある。本明細書に記載の実施の形態に従って、他の形状を採用してもよい。いくつかの実施の形態では、窓と蓋の間のシールは、例えば、ガラスフリット、ろう材、はんだ、エポキシ、または他のシール材で形成される。蓋とパッケージベースとの間のシールは、例えば、プロジェクション溶接、ガラスフリット、ろう材、はんだ、エポキシ、または他の方法で形成することができる。 35A and 35B are simplified perspective and cutaway views of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention. In the illustrated embodiment, a packaging configuration is illustrated. The packaging structure is adapted to house a laser-based light source according to some embodiments of the present invention, and includes a lid and a window. The lid may be metal, ceramic, plastic, or other material, and the window may be transparent. In this example, the lid is square-shaped (including rectangular) with rounded corners and a ridge around the base. Other shapes may be employed in accordance with embodiments described herein. In some embodiments, a seal between the window and the lid is formed, for example, with glass frit, brazing material, solder, epoxy, or other sealant. A seal between the lid and the package base may be formed, for example, with projection welding, glass frit, brazing material, solder, epoxy, or other methods.

いくつかの実施の形態では、窓はガラスまたは他の透明材料からなる。窓の形状は、平坦であっても、湾曲部などのトポロジ的特徴を含んでもよい。窓は、例えば、平坦であるか、横方向に厚さが変化するトポロジを有するレンズを含んでもよい。窓には、片面または両面に、例えば、反射防止被覆や波長フィルタなど光学被覆が施されてもよい。さらに、いくつかの実施の形態では、窓は、片面または両面、あるいはバルクに形成された回折または分散特徴を有してもよい。 In some embodiments, the window is made of glass or other transparent material. The shape of the window may be flat or may include topological features such as curvature. The window may include, for example, a lens that is flat or has a topology that varies in thickness laterally. The window may include optical coatings, such as anti-reflective coatings or wavelength filters, on one or both sides. Additionally, in some embodiments, the window may have diffractive or dispersive features formed on one or both sides, or in the bulk.

図35Aの例では、本実施の形態の様々な要素の相対的な空間配置を示す斜視図が示され、図35Bの例では、本明細書に記載される例示的なレーザベース光源を含む本実施の形態の様々な要素の相対的な空間配置を示す切断図が示されている。他のレーザベース光源をパッケージに使用してもよい。 In the example of FIG. 35A, a perspective view is shown illustrating the relative spatial arrangement of various elements of the present embodiment, and in the example of FIG. 35B, a cutaway view is shown illustrating the relative spatial arrangement of various elements of the present embodiment, including an exemplary laser-based light source described herein. Other laser-based light sources may be used in the package.

図36Aおよび図36Bは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源の簡略斜視図および切断図である。図示された実施の形態では、パッケージ化構成が例示されている。パッケージ構造は、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源を収容するものであり、パッケージ構造には、蓋と開口部とが含まれる。従って、本実施の形態では、光学素子4の上面が開口部から露出していてもよい。反射材5の一部が開口部から露出してもよい。蓋は金属、セラミック、プラスチック、またはその他の素材であってもよい。蓋と素子24との間のシール、素子24と光学素子4との間のシール、蓋とフレームとの間のシール、フレームとパッケージベースとの間のシールは、例えばガラスフリット、ろう材、はんだ、エポキシ、またはその他の素材で形成されてもよい。いくつかの実施の形態では、蓋はフレームを一体的に含んでもよい。 36A and 36B are simplified perspective and cutaway views of a laser-based light source according to some embodiments of the present invention. In the illustrated embodiment, a packaging configuration is illustrated. The packaging structure is adapted to house a laser-based light source according to some embodiments of the present invention, and includes a lid and an opening. Thus, in this embodiment, a top surface of the optical element 4 may be exposed through the opening. A portion of the reflector 5 may be exposed through the opening. The lid may be metal, ceramic, plastic, or other material. The seal between the lid and the element 24, the seal between the element 24 and the optical element 4, the seal between the lid and the frame, and the seal between the frame and the package base may be formed, for example, of glass frit, brazing material, solder, epoxy, or other material. In some embodiments, the lid may integrally include the frame.

図36Aの例では、本実施の形態の様々な要素の相対的な空間配置を示す斜視図が示され、図36Bの例では、本明細書に記載される例示的なレーザベース光源を含む本実施の形態の様々な要素の相対的な空間配置を示す切断図が示されている。素材2、素子24、光学素子4、反射材5を示すレーザベース光源の部分拡大図が含まれる。他のレーザベース光源をパッケージに使用してもよい。 In the example of FIG. 36A, a perspective view showing the relative spatial arrangement of various elements of the present embodiment is shown, and in the example of FIG. 36B, a cutaway view showing the relative spatial arrangement of various elements of the present embodiment including an exemplary laser-based light source described herein is shown. Included is a close-up of a portion of the laser-based light source showing material 2, element 24, optical element 4, and reflector 5. Other laser-based light sources may be used in the package.

図37A~図37Cは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源および種々のコンポーネント構造の簡略斜視図である。図示される実施の形態では、導光体は基板またはパッケージベース内または基板上またはパッケージベース上に形成される。光源1は、例えば基板上または基板近傍に発光開口を設けて基板上に取り付けられ、光が光源1から導光体に入射する。導光体は、光学素子4と反射材5の下に配置されており、導光体は光を抽出して光学素子4の底面から上方向に入射させる特徴を有していてもよい。いくつかの実施の形態では、導光体は、例えば、薄膜堆積技術またはゾルゲル法によって形成してもよい。 Figures 37A-37C are simplified perspective views of a laser-based light source and various component structures according to some embodiments of the present invention. In the illustrated embodiments, the light guide is formed in or on a substrate or package base. A light source 1 is mounted on the substrate, for example with an emitting aperture on or near the substrate, and light enters the light guide from the light source 1. The light guide is disposed below the optical element 4 and the reflector 5, and may have features that extract light and direct it upward from the bottom surface of the optical element 4. In some embodiments, the light guide may be formed by, for example, thin film deposition techniques or sol-gel processes.

図37Aの例では、本実施の形態の様々な要素の相対的な空間配置を示す斜視図が示されている。図37A~図37Cの例では、基板の、およびレーザダイオード1と、光学素子4と、反射材5とがない状態の導光体の様々な要素の相対的な空間配置を示す斜視図が示されている。図37Cの例では、光学素子4の取り付け用に基板上に含まれ得るパッドを示す近接斜視図が示されている。導光体は、光学素子4への光の抽出の均一性を高め、および/または向上させるために、複数の部分に分割してもよい。 In the example of FIG. 37A, a perspective view is shown showing the relative spatial arrangement of the various elements of the present embodiment. In the examples of FIGS. 37A-37C, perspective views are shown showing the relative spatial arrangement of the various elements of the light guide without the substrate, laser diode 1, optical element 4, and reflector 5. In the example of FIG. 37C, a close-up perspective view is shown showing pads that may be included on the substrate for attachment of the optical element 4. The light guide may be divided into multiple sections to enhance and/or improve the uniformity of light extraction to the optical element 4.

図38A~図38Cは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源および種々のコンポーネント構造の簡略斜視図である。図示される実施の形態では、光学素子4は、図示される配置で光源の上方に配置されている。光源は、例えば、2つのレーザダイオードまたはレーザダイオードチップ1aおよび1bを1つのサブマウントに搭載してもよい。光学素子4または光学的に透明な熱伝導体4bと反射材5の底側の溝は、組立時にクリアランスを提供するレーザダイオードチップ1aおよび1bと反射素子とを位置合わせさせる。光学的に透明な熱伝導体4bの底面に対応するサブマウントの上面には、光学素子4に向かって光を上方に向けるための反射性被覆が施されてもよい。いくつかの実施の形態では、1つのみのレーザチップまたは2つより多くのレーザチップがサブマウント上に搭載され、反射素子は、全てのチップから出射される光を光学素子4に向けてリダイレクトする。 38A-38C are simplified perspective views of a laser-based light source and various component structures according to some embodiments of the present invention. In the illustrated embodiment, the optical element 4 is positioned above the light source in the arrangement shown. The light source may, for example, have two laser diodes or laser diode chips 1a and 1b mounted on a single submount. Grooves on the bottom side of the optical element 4 or optically transparent thermal conductor 4b and reflector 5 align the laser diode chips 1a and 1b with the reflector providing clearance during assembly. The top surface of the submount corresponding to the bottom surface of the optically transparent thermal conductor 4b may have a reflective coating to direct light upwards towards the optical element 4. In some embodiments, only one laser chip or more than two laser chips are mounted on the submount and the reflector redirects the light emitted from all the chips towards the optical element 4.

図38Aの例では、本実施の形態の様々な要素の相対的な空間配置を示す斜視図が示されている。図38Bの例では、光学的に透明な熱伝導体4bの底部および反射材5の斜視図が示され、溝を含む本実施の形態の様々な要素の相対的な空間配置が示されている。図38Cの例では、光学素子4および反射材5が取り除かれたサブマウントの斜視図が示されており、反射素子を含む本実施の形態の様々な要素の相対的な空間配置が示されている。 In the example of FIG. 38A, a perspective view is shown showing the relative spatial arrangement of the various elements of the present embodiment. In the example of FIG. 38B, a perspective view of the bottom of the optically transparent thermal conductor 4b and the reflector 5 is shown, showing the relative spatial arrangement of the various elements of the present embodiment, including the grooves. In the example of FIG. 38C, a perspective view of the submount with the optical element 4 and the reflector 5 removed is shown, showing the relative spatial arrangement of the various elements of the present embodiment, including the reflector.

本明細書の他の部分に記載するように、素材2は、光源1から光学素子4への入射光の一部をリダイレクトするように構成されてもよい。光の方向をリダイレクトする素子は他にもある。例えば、いくつかの実施の形態では、構造内に存在する導光体1Lは、レーザダイオード1からの光を少なくとも部分的に光学素子4へ導くことができる。いくつかの実施の形態では、素材2と光学素子4との間の構造内にキャビティが存在し、キャビティの形状およびキャビティと光学素子4との界面は、追加的または代替的に、光源1からの光を部分的に光学素子4へ上方向に向けることができる。いくつかの実施の形態では、光学素子4は、波長変換素材4aと光学的に透明な熱伝導体4bとの間に界面を有し、界面は、光学素子4内で光をリダイレクトするように構成することができる。 As described elsewhere herein, the material 2 may be configured to redirect a portion of the incident light from the light source 1 to the optical element 4. There are other elements that redirect the direction of light. For example, in some embodiments, a light guide 1L present in the structure can guide the light from the laser diode 1 at least partially to the optical element 4. In some embodiments, a cavity is present in the structure between the material 2 and the optical element 4, and the shape of the cavity and the interface between the cavity and the optical element 4 can additionally or alternatively direct the light from the light source 1 partially upwards to the optical element 4. In some embodiments, the optical element 4 has an interface between the wavelength conversion material 4a and the optically transparent thermal conductor 4b, and the interface can be configured to redirect the light within the optical element 4.

図39~図45は、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源用の素材2の一例を示す簡略斜視図である。図示される実施の形態は、光のリダイレクトを達成する例を示しており、光学素子4の底部に、より均一な照射を行うために使用することができる。いくつかの実施の形態では、光源1からの光を部分的に法線から高い角度で光学素子4に向けることにより、波長変換されていない光の照度は、光学素子4の横方向断面にわたってより均一になる。その結果、光学素子4の上面から出る光の空間的な色均一性を高めることができる。 Figures 39-45 are simplified perspective views of an example of a material 2 for a laser-based light source according to some embodiments of the present invention. The illustrated embodiments show examples of achieving light redirection that can be used to provide more uniform illumination at the bottom of the optical element 4. In some embodiments, by directing light from the light source 1 partially at a high angle from normal to the optical element 4, the illuminance of the unconverted light becomes more uniform across the lateral cross-section of the optical element 4. As a result, the spatial color uniformity of the light emerging from the top surface of the optical element 4 can be improved.

図39A~図39Cは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源用の素材2の一例を示す簡略斜視図である。図示される実施の形態は、光源1からの光を高い均一性で光学素子4に有利にリダイレクトさせる溝を有する。図示される実施の形態の溝は、例えばシリコン基板のエッチングに使用される標準的な結晶学的エッチング技術によって形成される長方形のパターンレイアウトを有する。図示された実施の形態は、非限定的な例が提供される。その他の溝の配置も企図される。いくつかの実施の形態では、溝の表面は平滑である。いくつかの実施の形態では、溝の表面は散乱および/または回折特徴を有する。いくつかの実施の形態では、溝の表面は光結晶構造を有するか、または光結晶構造が組み込まれている。いくつかの実施の形態では、散乱および/または回折特徴は、反射性薄膜被覆を上にして下層の素材に形成される。いくつかの実施の形態では、散乱および/または回折特徴は、反射性被覆で被覆された平滑な表面の上に形成され、さらに所望する特徴を有する被覆がその上に形成される。例えば、いくつかの実施の形態では、低屈折率バインダ中に高屈折率粒子を含む被覆が使用される。いくつかの実施の形態では、表面にエッチングされた特徴を持つ誘電体層が使用される。 39A-39C are simplified perspective views of an example of a material 2 for a laser-based light source according to some embodiments of the present invention. The illustrated embodiment has grooves that advantageously redirect light from the light source 1 to the optical element 4 with high uniformity. The grooves in the illustrated embodiment have a rectangular pattern layout formed by standard crystallographic etching techniques, for example, used to etch silicon substrates. The illustrated embodiment is provided as a non-limiting example. Other groove configurations are contemplated. In some embodiments, the groove surface is smooth. In some embodiments, the groove surface has scattering and/or diffractive features. In some embodiments, the groove surface has or incorporates photonic crystal structures. In some embodiments, the scattering and/or diffractive features are formed in an underlying material with a reflective thin film coating on top. In some embodiments, the scattering and/or diffractive features are formed on a smooth surface coated with a reflective coating, and a coating having the desired features is formed thereon. For example, in some embodiments, a coating containing high refractive index particles in a low refractive index binder is used. In some embodiments, a dielectric layer is used with features etched into its surface.

図39Aの例では、素材2には、光を光学素子4に導きやすくするための単一の溝が含まれる。図39Bの例においても、素材2がオフセットされた複数の溝を含む以外は同様である。それぞれの溝には、別々のレーザダイオード1が配置されている。図39Cの例においても、溝が整列している点を除けば同様である。これらの例における溝は、例えば、シリコンの結晶学的エッチングによる形成に適している長方形の形状を有してもよい。 In the example of FIG. 39A, material 2 includes a single groove to facilitate directing light to optical element 4. The example of FIG. 39B is similar, except material 2 includes multiple offset grooves. A separate laser diode 1 is disposed in each groove. The example of FIG. 39C is similar, except that the grooves are aligned. The grooves in these examples may have a rectangular shape that is suitable for formation by, for example, crystallographic etching of silicon.

図40A~図40Cは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源用の素材2の一例を示す簡略斜視図である。図示される実施の形態は、1つ以上の光源1からの光を高い均一性で光学素子4に有利にリダイレクトさせる溝を有する。図示された実施の形態の溝は、湾曲部を有するレイアウトを有する。湾曲部は、平らな面で構成された側壁に比べて、反射光をより広い角度範囲に広げることができる。図示された実施の形態は、非限定的な例が提供される。その他の溝の配置も企図される。いくつかの実施の形態では、溝の表面は平滑である。別の実施の形態では、溝の表面は散乱および/または回折特徴を有する。いくつかの実施の形態では、溝の表面は光結晶構造を有するか、または光結晶構造が組み込まれている。いくつかの実施の形態では、散乱および/または回折特徴は、反射性薄膜被覆を上にして下層の素材に形成される。いくつかの実施の形態では、散乱および/または回折特徴は、反射性被覆で被覆された平滑な表面の上に形成され、さらに反射性被覆および/または所望する特徴を有する他の被覆がその上に形成されてもよい。例えば、いくつかの実施の形態では、低屈折率バインダ中に高屈折率粒子を含む被覆が使用されてもよい。いくつかの実施の形態では、表面にエッチングされた特徴を持つ誘電体層が使用されてもよい。溝は、図40Aの例に示すように、キャビティを含んでもよい。 40A-40C are simplified perspective views of an example of a material 2 for a laser-based light source according to some embodiments of the present invention. The illustrated embodiment has grooves that advantageously redirect light from one or more light sources 1 to an optical element 4 with high uniformity. The grooves of the illustrated embodiment have a layout with curvatures. The curvatures can spread the reflected light over a wider range of angles compared to sidewalls that are comprised of flat surfaces. The illustrated embodiment is provided as a non-limiting example. Other groove configurations are contemplated. In some embodiments, the groove surface is smooth. In other embodiments, the groove surface has scattering and/or diffractive features. In some embodiments, the groove surface has or incorporates a photonic crystal structure. In some embodiments, the scattering and/or diffractive features are formed in an underlying material with a reflective thin film coating on top. In some embodiments, the scattering and/or diffractive features are formed on a smooth surface that is coated with a reflective coating, and further reflective coatings and/or other coatings having desired features may be formed thereon. For example, in some embodiments, a coating containing high refractive index particles in a low refractive index binder may be used. In some embodiments, a dielectric layer with features etched into the surface may be used. The groove may include a cavity, as shown in the example of FIG. 40A.

図41は、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源用の素材2の一例を示す簡略斜視図である。図示される実施の形態は、光源1からの光を高い均一性で光学素子4に有利にリダイレクトさせる溝を有する。図示される溝には段差がある。段差は、例えば、異なるマスクレイアウトで2回以上のエッチング処理を行うことにより形成することができる。図示される実施の形態では、非限定的な例が提供される。その他の溝の配置も企図される。例えば、いくつかの実施の形態では、1つ以上の溝が一より多い段差を有してもよい。複数の光源を有する実施の形態で使用するために、追加溝を含んでもよい。 Figure 41 is a simplified perspective view of an example of a material 2 for a laser-based light source according to some embodiments of the present invention. The illustrated embodiment has grooves that advantageously redirect light from the light source 1 to the optical element 4 with high uniformity. The illustrated grooves have steps. The steps can be formed, for example, by performing two or more etching processes with different mask layouts. The illustrated embodiment provides a non-limiting example. Other groove arrangements are contemplated. For example, in some embodiments, one or more of the grooves may have more than one step. Additional grooves may be included for use in embodiments having multiple light sources.

図42Aおよび図42Bは、本発明のいくつかの実施の形態による素材2の溝の側壁の外形を示す簡略斜視図である。図示されているように、いくつかの実施の形態では、溝の側壁の外形は傾斜のある直線状である。傾斜は、光学素子4に対する光の注入の均一性を向上する所望の任意の傾斜であってもよく、これにより光学素子4の上面から出射される光の色均一性を向上させることができる。 FIGS. 42A and 42B are simplified perspective views showing the profile of the sidewalls of the grooves of the material 2 according to some embodiments of the present invention. As shown, in some embodiments, the profile of the sidewalls of the grooves is linear with a slope. The slope may be any slope desired to improve the uniformity of the injection of light into the optical element 4, which may improve the color uniformity of the light emitted from the top surface of the optical element 4.

図43Aおよび図43Bは、本発明のいくつかの実施の形態による素材2の溝の側壁の外形を示す簡略斜視図である。図示されているように、いくつかの実施の形態では、溝の側壁の外形は湾曲している。湾曲は、平らな面で構成された側壁に比べて、反射光をより広い角度範囲に広げることができる種々の形状が可能である。したがって、湾曲部は、光学素子4に対する光の注入の均一性を向上する所望の任意の傾斜であってもよく、これにより光学素子4の上面から出射される光の色均一性の向上に寄与し得る。これらの例は、素材2の上面に形成された溝を示しているが、代替的な実施の形態では、同様の溝を光学素子4の底面に形成してもよい。 43A and 43B are simplified perspective views showing the profile of the sidewalls of the grooves of the material 2 according to some embodiments of the present invention. As shown, in some embodiments, the profile of the sidewalls of the grooves is curved. The curvature can be of various shapes that can spread the reflected light over a wider range of angles compared to sidewalls that are constructed with flat surfaces. Thus, the curvature can be of any desired slope that improves the uniformity of the injection of light into the optical element 4, which can contribute to improving the color uniformity of the light emitted from the top surface of the optical element 4. Although these examples show grooves formed on the top surface of the material 2, in alternative embodiments, similar grooves can be formed on the bottom surface of the optical element 4.

図44は、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源用の素材2の一例を示す簡略斜視図である。図示される実施の形態は、光源1からの光を高い均一性で光学素子4に有利にリダイレクトさせる溝を有する。図示された実施の形態の溝は、散乱体積素子を有する。散乱体積素子は、レーザダイオード1からの入射光を光学素子4に分散させるように構成されている。いくつかの実施の形態では、散乱体積素子は、低屈折率バインダ中に高屈折率粒子を含む。いくつかの実施の形態では、低屈折率バインダが高屈折率粒子を有していてもよい。散乱体積素子は、液状またはペースト状の素材を塗布(例えば、供給)し、その後個体へと硬化させることで形成されてもよい。いくつかの実施の形態では、散乱体積素子は、光学素子4の底面の溝に追加的または代替的に形成される。 Figure 44 is a simplified perspective view of an example of a material 2 for a laser-based light source according to some embodiments of the present invention. The illustrated embodiment has grooves that advantageously redirect light from the light source 1 to the optical element 4 with high uniformity. The grooves of the illustrated embodiment have scattering volume elements. The scattering volume elements are configured to disperse incident light from the laser diode 1 to the optical element 4. In some embodiments, the scattering volume elements include high refractive index particles in a low refractive index binder. In some embodiments, the low refractive index binder may include high refractive index particles. The scattering volume elements may be formed by applying (e.g., dispensing) a liquid or paste-like material and then curing it into a solid. In some embodiments, the scattering volume elements are additionally or alternatively formed in grooves in the bottom surface of the optical element 4.

図45A~図45Bは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源用の素材2の一例を示す簡略斜視図である。図示される実施の形態は、光源1からの光を高い均一性で光学素子4に有利にリダイレクトさせ得る溝を有する。図示された実施の形態の溝では、透明または半透明の光学素子が溝に設けられている。透明または半透明の光学素子の1つ以上の表面は、分散特徴、回折特徴、または光結晶構造を有してもよい。いくつかの実施の形態では、透明または半透明の光学素子は、図示されるように溝に取り付けられている。いくつかの実施の形態では、透明または半透明の光学素子が、追加的または代替的に、光学素子4の底面または光学素子4の底面に形成された溝の内側に取り付けられる。いくつかの実施の形態では、光学素子は、光源1から素材2と光学素子4との間のキャビティに注入される光の導光体1Lとしても作用することができる。 Figures 45A-45B are simplified perspective views of an example of a material 2 for a laser-based light source according to some embodiments of the present invention. The illustrated embodiment has a groove that can advantageously redirect light from the light source 1 to the optical element 4 with high uniformity. In the illustrated embodiment of the groove, a transparent or semi-transparent optical element is disposed in the groove. One or more surfaces of the transparent or semi-transparent optical element may have dispersive features, diffractive features, or photonic crystal structures. In some embodiments, the transparent or semi-transparent optical element is attached to the groove as shown. In some embodiments, the transparent or semi-transparent optical element is additionally or alternatively attached to the bottom surface of the optical element 4 or inside a groove formed in the bottom surface of the optical element 4. In some embodiments, the optical element can also act as a light guide 1L for light injected from the light source 1 into the cavity between the material 2 and the optical element 4.

図45Aの例では、光学素子は溝の外側まで延在しない。図45Bの例では、光学素子は溝の外側まで延在する。例えば、光学素子を導光体1Lとして使用する場合に、溝の外側まで延在するほうが有利なこともある。 In the example of FIG. 45A, the optical element does not extend to the outside of the groove. In the example of FIG. 45B, the optical element extends to the outside of the groove. For example, when using the optical element as a light guide 1L, it may be advantageous for the optical element to extend to the outside of the groove.

図46は、本発明の一実施の形態によるレーザベース光源のコンポーネントの簡略斜視図および分解図を含む。図示される実施の形態では、回折特徴または分散特徴が例示されている。これらの特徴は、光学素子4の上面から出射される光の色均一性を高めるために使用してもよい。いくつかの実施の形態では、光学的に透明な熱伝導体4bの上面は、例えば、図示されるように分散特徴、回折特徴、光結晶構造を含んでもよい。これら特徴は、気泡を含んでもよく、あるいは光学的に透明な熱伝導体4bおよび波長変換素材4aの1つ以上とは異なる屈折率を有する素材で全体的または部分的に満たされていてもよい。 Figure 46 includes simplified perspective and exploded views of components of a laser-based light source according to one embodiment of the present invention. In the illustrated embodiment, diffractive or dispersive features are illustrated. These features may be used to enhance the color uniformity of the light emitted from the top surface of the optical element 4. In some embodiments, the top surface of the optically transparent thermal conductor 4b may include dispersive features, diffractive features, photonic crystal structures, for example, as shown. These features may include air bubbles or may be filled in whole or in part with a material having a different refractive index than one or more of the optically transparent thermal conductor 4b and the wavelength converting material 4a.

いくつかの実施の形態では、分散特徴、回折特徴、または光結晶構造は、波長変換素材4aと光学的に透明な熱伝導体4bとの間の界面に形成されてもよい。いくつかの実施の形態では、分散特徴、回折特徴、または光結晶構造は、波長変換素材4aの底面および/または光学的に透明な熱伝導体4bの底面とに追加的にまたは代替的に形成されてもよい。いくつかの実施の形態では、分散特徴、回折特徴、または光結晶構造は、光学素子4の底面に追加的にまたは代替的に形成されてもよい。前述の素子の底面に形成された分散特徴、回折特徴、光結晶構造は、底面全体または底面の一部を覆ってもよい。例えば、これら特徴は1つ以上のレーザダイオード1空の光が光学素子4に入射する底面を部分的に覆ってもよい。いくつかの実施の形態では、分散特徴、回折特徴、または光結晶構造は、光学素子4の上面、波長変換素材4a、光学的に透明な熱伝導体4b、および/または、光学ホモジナイザ4cに追加的にまたは代替的に形成されてもよい。分散特徴は、また光学素子4内部(波長変換素材4a、光学的に透明な熱伝導体4b、および/または、光学ホモジナイザ4cが存在する場合にはこれらも含めて)にも形成されてよい。特徴は光学素子4全体に分散していてもよいし、光学素子4内の特定の層に集中していてもよい。例えば、分散特徴は、光学素子4の上部および/または底部に近い体積、または光学素子4の様々な領域の上部および/または底部に形成することができる。 In some embodiments, the dispersive features, diffractive features, or photonic crystal structures may be formed at the interface between the wavelength converting material 4a and the optically transparent thermal conductor 4b. In some embodiments, the dispersive features, diffractive features, or photonic crystal structures may be additionally or alternatively formed on the bottom surface of the wavelength converting material 4a and/or the bottom surface of the optically transparent thermal conductor 4b. In some embodiments, the dispersive features, diffractive features, or photonic crystal structures may be additionally or alternatively formed on the bottom surface of the optical element 4. The dispersive features, diffractive features, or photonic crystal structures formed on the bottom surface of the aforementioned elements may cover the entire bottom surface or a portion of the bottom surface. For example, the features may partially cover the bottom surface where light from one or more laser diodes 1 enters the optical element 4. In some embodiments, the dispersive features, diffractive features, or photonic crystal structures may be additionally or alternatively formed on the top surface of the optical element 4, the wavelength converting material 4a, the optically transparent thermal conductor 4b, and/or the optical homogenizer 4c. Dispersive features may also be formed within the optical element 4 (including the wavelength converting material 4a, the optically transparent thermal conductor 4b, and/or the optical homogenizer 4c, if present). The features may be distributed throughout the optical element 4 or may be concentrated in particular layers within the optical element 4. For example, dispersive features may be formed in volumes near the top and/or bottom of the optical element 4, or on the top and/or bottom of various regions of the optical element 4.

分散特徴、回折特徴、光結晶構造には様々な形状、幾何学的特徴、間隔距離が採用されてもよく、形状、サイズ、幾何学的特徴は限定されない。いくつかの実施の形態では、分散特徴、回折特徴、または光結晶構造のサイズおよび間隔は、可視光波長付近、例えば50~1000nmである。 The dispersion features, diffractive features, and photonic crystal structures may have a variety of shapes, geometric features, and spacing distances, and the shapes, sizes, and geometric features are not limited. In some embodiments, the size and spacing of the dispersion features, diffractive features, or photonic crystal structures are near the wavelength of visible light, e.g., 50-1000 nm.

いくつかの実施の形態では、分散特徴、回折特徴、または光結晶構造のパターンは、図46の例に示されるように規則的である。いくつかの実施の形態では、分散特徴、回折特徴、または光結晶構造は、ホログラフィ、従来のフォトリソグラフィ、ナノプリントリソグラフィ、または同様の工程で画定される。いくつかの実施の形態では、分散特徴、回折特徴、または光結晶構造のパターンは、規則的であるか、ランダムである。いくつかの実施の形態では、これら特徴は、例えばナノスフィアリソグラフィによって定義される。いくつかの実施の形態では、分散特徴、回折特徴、または光結晶構造の分布パターンは、例えば機械的工程または化学エッチング工程によって引き起こされる粗さの結果である。いくつかの実施の形態では、リソグラフィで画定されたマスクは使用されない。 In some embodiments, the pattern of the dispersive features, diffractive features, or photonic crystal structures is regular, as shown in the example of FIG. 46. In some embodiments, the dispersive features, diffractive features, or photonic crystal structures are defined by holography, conventional photolithography, nanoprint lithography, or a similar process. In some embodiments, the pattern of the dispersive features, diffractive features, or photonic crystal structures is regular or random. In some embodiments, the features are defined, for example, by nanosphere lithography. In some embodiments, the distribution pattern of the dispersive features, diffractive features, or photonic crystal structures is the result of roughness caused, for example, by mechanical or chemical etching processes. In some embodiments, a lithographically defined mask is not used.

本明細書に記載する実施の形態それぞれに使用されるレーザダイオードまたはチップの数は限定されないことが理解できるであろう。例えば、いずれの実施の形態も、図10Aおよび図10Bまたは図34A~図35Dの例に示すように、単一または複数のレーザダイオード1の構成で使用することができる。さらに、いくつかの実施の形態では、1つ以上のレーザダイオード1は、青色波長範囲、紫色波長範囲、赤外(IR)波長範囲、または異なるIR波長を含むこれらの組み合わせの光を出射してもよい。例えば、実施の形態には、青色波長範囲の光を出射する1つ以上のレーザダイオード、第1のIR波長範囲(例えば、850nm)の光を出射する1つ以上のレーザダイオード、および第1のIR波長範囲(例えば、905nm)の光を出射する1つ以上のレーザダイオードを含むものがあってもよい。別の実施の形態では、青、紫、IR波長(例えば、IR波長は850nm、905nm、940nm、1300nm、1550nmなど)のレーザダイオードの他の様々な組み合わせを含むことができる。 It will be understood that the number of laser diodes or chips used in each of the embodiments described herein is not limited. For example, any of the embodiments may be used in a single or multiple laser diode 1 configuration, as shown in the examples of Figures 10A and 10B or Figures 34A-35D. Additionally, in some embodiments, one or more laser diodes 1 may emit light in a blue wavelength range, a violet wavelength range, an infrared (IR) wavelength range, or a combination thereof including different IR wavelengths. For example, some embodiments may include one or more laser diodes emitting light in a blue wavelength range, one or more laser diodes emitting light in a first IR wavelength range (e.g., 850 nm), and one or more laser diodes emitting light in a first IR wavelength range (e.g., 905 nm). Other embodiments may include various other combinations of laser diodes in blue, violet, and IR wavelengths (e.g., IR wavelengths of 850 nm, 905 nm, 940 nm, 1300 nm, 1550 nm, etc.).

上述した方法、システム、デバイスは一例である。様々な構成では、様々な手順や構成要素を適宜省略、代替、追加することができる。例えば、代替的な構成では、方法は記載された順序とは異なる順序で実行されてもよく、および/または様々な段階が追加、省略、および/または組み合わされてもよい。また、特定の構成に関して説明した特徴は、他の様々な構成で組み合わせることができる。構成の異なる態様や要素は、同様の方法で組み合わせることができる。素子また、技術は進化するものであり、したがって、多くの要素は例示であり、本開示や特許請求の範囲を限定するものではない。

The methods, systems, and devices described above are examples. In various configurations, various steps and components may be omitted, substituted, or added, as appropriate. For example, in alternative configurations, the methods may be performed in an order different from that described, and/or various steps may be added, omitted, and/or combined. Also, features described with respect to a particular configuration may be combined in various other configurations. Different aspects or elements of the configurations may be combined in a similar manner. Elements Also, technology evolves, and therefore many elements are exemplary and do not limit the scope of the disclosure or claims.

図37Aは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源および種々のコンポーネント構造の簡略斜視図である。FIG. 37A is a simplified perspective view of a laser-based light source and various component structures according to some embodiments of the present invention. 図37は、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源および種々のコンポーネント構造の簡略斜視図である。FIG. 37B is a simplified perspective view of a laser-based light source and various component structures according to some embodiments of the present invention. 図37は、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源および種々のコンポーネント構造の簡略斜視図である。FIG. 37C is a simplified perspective view of a laser-based light source and various component structures according to some embodiments of the present invention.

図38Aは、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源および種々のコンポーネント構造の簡略斜視図である。FIG. 38A is a simplified perspective view of a laser-based light source and various component structures according to some embodiments of the present invention. 図38は、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源および種々のコンポーネント構造の簡略斜視図である。FIG. 38B is a simplified perspective view of a laser-based light source and various component structures according to some embodiments of the present invention. 図38は、本発明のいくつかの実施の形態によるレーザベース光源および種々のコンポーネント構造の簡略斜視図である。FIG. 38C is a simplified perspective view of a laser-based light source and various component structures according to some embodiments of the present invention.

Claims (24)

パッケージベースと、
パッケージベースに結合されたレーザダイオードチップであって、出力面から第1の波長で電磁放射のレーザ光を出力するように構成された、レーザダイオードチップと、
パッケージベースに結合され、パッケージベース上のレーザダイオードチップに隣接して配置された、反射面を有する素材と、
前記素材の上面に直接結合された光学素子であって、前記素材と前記光学素子との間を溝が延在し、前記溝は、レーザダイオードチップと並んで、前記レーザダイオードチップからの電磁放射を受け、前記素材は前記溝内の前記電磁放射の少なくとも一部を前記光学素子に向けるように構成され、前記光学素子は、第1の波長を有する前記レーザ光における前記電磁放射の少なくとも一部を、前記第1の波長より長い第2の波長に変換するように構成された波長変換素材を含む、前記光学素子と、
前記光学素子の側面を囲む反射材であって、前記第1の波長を有する第1の部分と第2の波長を有する第2の部分とを含む光を上面から発するように構成された前記光学素子の側面に入射する電磁放射の一部を反射するように構成された、前記反射材と、
を含むレーザベース光源。
Package base,
a laser diode chip coupled to the package base, the laser diode chip configured to output a laser beam of electromagnetic radiation at a first wavelength from an output face;
a material having a reflective surface coupled to the package base and positioned adjacent to the laser diode chip on the package base;
an optical element directly bonded to a top surface of the material, a groove extending between the material and the optical element, the groove being aligned with a laser diode chip to receive electromagnetic radiation from the laser diode chip, the material being configured to direct at least a portion of the electromagnetic radiation in the groove towards the optical element, the optical element including a wavelength conversion material configured to convert at least a portion of the electromagnetic radiation in the laser light having a first wavelength to a second wavelength longer than the first wavelength;
a reflector surrounding a side surface of the optical element, the reflector configured to reflect a portion of electromagnetic radiation incident on the side surface of the optical element configured to emit light from a top surface thereof including a first portion having the first wavelength and a second portion having a second wavelength;
1. A laser-based light source comprising:
1つ以上の追加レーザダイオードチップおよび1つ以上の追加溝をさらに備え、前記1つ以上の追加レーザダイオードチップのそれぞれは、前記追加溝の1つと位置合わせされ、前記1つ以上の追加レーザダイオードチップは前記第1の波長で電磁放射を発するように構成されている、請求項1に記載のレーザベース光源。 The laser-based light source of claim 1, further comprising one or more additional laser diode chips and one or more additional grooves, each of the one or more additional laser diode chips aligned with one of the additional grooves, and the one or more additional laser diode chips configured to emit electromagnetic radiation at the first wavelength. 1つ以上の追加レーザダイオードチップおよび1つ以上の追加溝をさらに備え、前記1つ以上の追加レーザダイオードチップのそれぞれは、前記追加溝の1つと位置合わせされ、前記1つ以上の追加レーザダイオードチップの少なくとも1つは、前記第1の波長とは異なる第2の波長で電磁放射を発するように構成されている、請求項1に記載のレーザベース光源。 The laser-based light source of claim 1, further comprising one or more additional laser diode chips and one or more additional grooves, each of the one or more additional laser diode chips aligned with one of the additional grooves, and at least one of the one or more additional laser diode chips configured to emit electromagnetic radiation at a second wavelength different from the first wavelength. 前記溝は、前記素材の上部に形成され、前記素材の側面から延在し、前記光学素子に向かって上方向に前記電磁放射の少なくとも一部を反射する、請求項1に記載のレーザベース光源。 The laser-based light source of claim 1, wherein the groove is formed in an upper portion of the material and extends from a side of the material to reflect at least a portion of the electromagnetic radiation upwardly toward the optical element. 前記素材は、熱伝導性を有し、ケイ素(S)と、炭化ケイ素(SiC)、ゲルマニウム(Ge)、ガリウムヒ素(GaAs)、サファイア、セラミック窒化アルミニウム(AlN)、セラミック酸化アルミニウム(Al2O3)、セラミック窒化ホウ素(BN)、アルミニウム(Al)、または銅(Cu)を含み、前記反射面は前記素材上に反射性被覆を有する、請求項1に記載のレーザベース光源。 The laser-based light source of claim 1, wherein the material is thermally conductive and includes silicon (S), silicon carbide (SiC), germanium (Ge), gallium arsenide (GaAs), sapphire, ceramic aluminum nitride (AlN), ceramic aluminum oxide (Al2O3), ceramic boron nitride (BN), aluminum (Al), or copper (Cu), and the reflective surface has a reflective coating on the material. 前記波長変換素材は、前記光学素子全体に拡散されている、請求項1に記載のレーザベース光源。 The laser-based light source of claim 1, wherein the wavelength converting material is diffused throughout the optical element. 前記光学素子の上部は、前記光学素子の前記上面から出射された光の色均一性を向上させる光学ホモジナイザを有する、請求項1に記載のレーザベース光源。 The laser-based light source of claim 1, wherein the upper portion of the optical element has an optical homogenizer that improves the color uniformity of the light emitted from the upper surface of the optical element. 前記溝の側面、頂部、または底部の少なくとも1つは、反射性被覆で覆われている、請求項1に記載のレーザベース光源。 The laser-based light source of claim 1, wherein at least one of the sides, top, or bottom of the groove is covered with a reflective coating. 前記光学素子の少なくともいくつかの側面と前記反射材との間に隙間が延在する、請求項1に記載のレーザベース光源。 The laser-based light source of claim 1, wherein a gap extends between at least some sides of the optical element and the reflector. 前記溝に、分散材を有し、前記溝における前記分散材は、前記レーザダイオードチップからの電磁放射を少なくとも部分的に前記光学素子へ分散させるように構成されている、請求項1に記載のレーザベース光源。 The laser-based light source of claim 1, further comprising a dispersing material in the groove, the dispersing material in the groove configured to at least partially disperse electromagnetic radiation from the laser diode chip into the optical element. 前記溝は、平面を有する側壁または湾曲部を有する側壁を有する、請求項1に記載のレーザベース光源。 The laser-based light source of claim 1, wherein the groove has a sidewall with a flat surface or a sidewall with a curved portion. 前記反射材は、前記反射材の内壁に反射性被覆を有する、請求項1に記載のレーザベース光源。 The laser-based light source of claim 1, wherein the reflector has a reflective coating on an inner wall of the reflector. 前記光学素子は、分散特徴、回折特徴、または、前記光学素子の前記上面から出射された光の色均一性を提供する光結晶構造の少なくとも1つを含む、請求項1に記載のレーザベース光源。 The laser-based light source of claim 1, wherein the optical element includes at least one of a dispersive feature, a diffractive feature, or a photonic crystal structure that provides color uniformity for light emitted from the top surface of the optical element. 前記反射材は、前記反射材の内壁に反射性被覆を有する、請求項13に記載のレーザベース光源。 The laser-based light source of claim 13, wherein the reflector has a reflective coating on an inner wall of the reflector. 請求項1に記載の前記レーザベース光源を含む表面実装型デバイス(SMD)。 A surface mounted device (SMD) including the laser-based light source of claim 1. パッケージベースと、
パッケージベースに結合されたレーザダイオードチップであって、出力面から電磁放射のレーザ光を出力するように構成されたレーザダイオードチップと、第1の波長で電磁放射を出力するように構成された、レーザダイオードチップと、
パッケージベースに結合され、パッケージベース上のレーザダイオードチップに隣接して配置された、反射面を有する素材と、
前記素材の上面に直接結合された光学素子と、
一端が前記レーザダイオードチップの出力面と位置合わせされ、他端が前記光学素子と位置合わせされた導光体であって、前記レーザダイオードチップからの前記電磁放射を少なくとも部分的に前記光学素子へ導供養に構成され、前記光学素子は波長変換素材を含み前記光学素子に対して出射された前記電磁放射を少なくとも部分的に受けるように構成され、前記波長変換素材は第1の波長を有するレーザ光における前記電磁放射の少なくとも一部を、前記第1の波長より長い第2の波長に変換するように構成された、前記導光体と、
前記光学素子の側面を囲む反射材であって、前記第1の波長を有する第1の部分と第2の波長を有する第2の部分とを含む光を上面から発するように構成された前記光学素子の側面に入射する電磁放射の一部を反射するように構成された、前記反射材と、
を含むレーザベース光源。
Package base,
a laser diode chip coupled to a package base, the laser diode chip configured to output a laser beam of electromagnetic radiation from an output face, the laser diode chip configured to output electromagnetic radiation at a first wavelength;
a material having a reflective surface coupled to the package base and positioned adjacent to the laser diode chip on the package base;
an optical element bonded directly to a top surface of the material;
a light guide having one end aligned with an output face of the laser diode chip and another end aligned with the optical element, the light guide being configured to guide at least a portion of the electromagnetic radiation from the laser diode chip to the optical element, the optical element including a wavelength conversion material configured to at least partially receive the electromagnetic radiation emitted to the optical element, the wavelength conversion material configured to convert at least a portion of the electromagnetic radiation in a laser light having a first wavelength to a second wavelength longer than the first wavelength;
a reflector surrounding a side surface of the optical element, the reflector configured to reflect a portion of electromagnetic radiation incident on the side surface of the optical element configured to emit light from a top surface thereof including a first portion having the first wavelength and a second portion having a second wavelength;
1. A laser-based light source comprising:
前記素材の一部と前記光学素子の一部との間に延在する溝と、第2のレーザダイオードチップと、第2の導光体とをさらに備え、前記導光体は前記溝の第1の端部と位置合わせされ、前記第2の導光体は前記溝の第2の端部と位置合わせされ、前記第2の導光体は第2のレーザダイオードチップからの第2の電磁放射を前記溝に導くように構成され配置されている、請求項16に記載のレーザベース光源。 The laser-based light source of claim 16, further comprising a groove extending between a portion of the material and a portion of the optical element, a second laser diode chip, and a second light guide, the light guide aligned with a first end of the groove, the second light guide aligned with a second end of the groove, and the second light guide configured and arranged to guide second electromagnetic radiation from the second laser diode chip to the groove. 前記素材は、熱伝導性を有し、ケイ素(S)と、炭化ケイ素(SiC)、ゲルマニウム(Ge)、ガリウムヒ素(GaAs)、サファイア、セラミック窒化アルミニウム(AlN)、セラミック酸化アルミニウム(Al2O3)、セラミック窒化ホウ素(BN)、アルミニウム(Al)、または銅(Cu)を含み、前記反射面は前記素材上に反射性被覆を有する、請求項16に記載のレーザベース光源。 The laser-based light source of claim 16, wherein the material is thermally conductive and includes silicon (S), silicon carbide (SiC), germanium (Ge), gallium arsenide (GaAs), sapphire, ceramic aluminum nitride (AlN), ceramic aluminum oxide (Al2O3), ceramic boron nitride (BN), aluminum (Al), or copper (Cu), and the reflective surface has a reflective coating on the material. 前記波長変換素材は、前記光学素子全体に拡散されている、請求項16に記載のレーザベース光源。 The laser-based light source of claim 16, wherein the wavelength converting material is diffused throughout the optical element. 前記光学素子の上部は、前記光学素子の前記上面から出射された光の色均一性を向上させる光学ホモジナイザを有する、請求項16に記載のレーザベース光源。 The laser-based light source of claim 16, wherein the upper portion of the optical element has an optical homogenizer that improves color uniformity of the light emitted from the upper surface of the optical element. 前記光学素子の少なくともいくつかの側面と前記反射材との間に隙間が延在する、請求項16に記載のレーザベース光源。 The laser-based light source of claim 16, wherein a gap extends between at least some sides of the optical element and the reflector. 前記素材の一部と前記光学素子の一部との間に延在する溝と、前記溝にもうけられた分散材とを有し、前記溝における前記分散材は、前記レーザダイオードチップからの電磁放射を前記光学素子へ分散させるように構成されている、請求項16に記載のレーザベース光源。 The laser-based light source of claim 16, comprising a groove extending between a portion of the material and a portion of the optical element, and a dispersing material disposed in the groove, the dispersing material in the groove configured to disperse electromagnetic radiation from the laser diode chip to the optical element. 請求項16に記載の前記レーザベース光源を含む表面実装型デバイス(SMD)。 A surface mounted device (SMD) including the laser-based light source of claim 16. 前記光学素子は、分散特徴、回折特徴、または、前記光学素子の前記上面から出射された光の色均一性を提供する光結晶構造の少なくとも1つを含む、請求項16に記載のレーザベース光源。

17. The laser-based light source of claim 16, wherein the optical element includes at least one of dispersive features, diffractive features, or photonic crystal structures that provide color uniformity for light emitted from the top surface of the optical element.

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