包括集成于包封物中的光学结构的VCSEL照明器封装制造技术

本发明专利技术提供一种VCSEL照明器封装，所述VCSEL照明器封装在衬底中包括一个或多个VCSEL。所述一个或多个VCSEL可操作以产生VCSEL输出辐射束。包封物覆盖所述一个或多个VCSEL，并且光学结构集成于所述包封物中。所述光学结构设置于所述VCSEL输出辐射束的路径中并且可操作以改变离开所述包封物的所述VCSEL输出辐射束的传播特性或强度分布中的至少一个。

VCSEL illuminator package including optical structure integrated in the package

The invention provides a VCSEL illuminator package which comprises one or more VCSELs in a substrate. The one or more VCSELs can be operated to generate VCSEL output radiation beams. The encapsulation covers the one or more VCSELs, and the optical structure is integrated in the encapsulation. The optical structure is arranged in the path of the VCSEL output radiation beam and is operable to change at least one of the propagation characteristics or intensity distribution of the VCSEL output radiation beam leaving the enclosure.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括集成于包封物中的光学结构的VCSEL照明器封装
本公开涉及微型VCSEL照明器模块和封装，其中VCSEL装置结合有一个或多个光学功能元件的光学透明材料包封，所述光学功能元件形成于包封物中以用于修改VCSEL输出束的特性。
技术介绍
蜂窝电话和平板计算机正在增加包括记录三维图像、感测动作和手势等技术的新特征。给汽车和其他交通车辆装配许多激光雷达(LIDAR)类型的传感器和用于车辆自主操作的其他类型的传感器。数字记录方法使用各种类型的与相机交互以记录三维区域中的动态事件的微型照明器。这些照明器可呈各种形式并且提供不同类型的功能。一些照明器用极短脉冲照明广大面积以用于记录飞行时间信息的激光雷达类型测量。其他照明器是脉冲或CW并且将结构光图案投射到场景上。数码相机记录结构光图案的图像，且接着，使用软件算法从图案图像中的修改确定3维场景信息。照明器必须具有较小的大小，通常为3mm或更小的高度和数毫米侧向尺寸。对于车辆应用，所述照明器必须是稳固的以能承受恶劣的环境条件。这些照明器必须被设计成能高容量低成本制造并且还能低成本组装到将要用于的装置中。这意味着照明器应与高容量电子表面安装组件实践兼容。一种适用于微型照明器的技术是高功率VCSEL装置和阵列装置。这些装置可以适用于飞行时间应用的极快速上升时间呈脉冲式。其较小但在高效电光转换下产生高功率激束。输出束通常经充分准直，但可将各个光学部件置于束中以为专门应用而修改束性质。当前用于微型照明器的封装技术可能相当复杂并且使用例如间隔物等额外部件将光学部件安装于具体设计工作位置。本专利技术公开用于为这类应用生产基于高光功率VCSEL的微型照明器的较简单封装技术。这些微型照明器可低成本大批量制造。将模块包封以为VCSEL提供对抗恶劣环境的保护。
技术实现思路
本公开描述VCSEL照明器封装，所述VCSEL照明器封装包括集成于覆盖VCSEL装置的包封物中的光学结构。例如，一个方面描述一种VCSEL照明器封装，所述VCSEL照明器封装在衬底中包括一个或多个VCSEL。所述一个或多个VCSEL可操作以产生VCSEL输出辐射束。包封物覆盖所述一个或多个VCSEL，并且光学结构集成于所述包封物中。所述光学结构设置于所述VCSEL输出辐射束的路径中并且可操作以改变离开所述包封物的所述VCSEL输出辐射束的传播特性或强度分布中的至少一个。另一方面描述一种制造VCSEL照明器封装的方法。所述方法包括在衬底中提供一个或多个VCSEL，其中所述一个或多个VCSEL可操作以产生VCSEL输出辐射束。提供覆盖所述一个或多个VCSEL的包封物，并且使光学结构与所述包封物集成在一起。所述光学结构设置于所述VCSEL输出辐射束的路径中并且可操作以改变离开所述包封物的所述VCSEL输出辐射束的传播特性或强度分布中的至少一个。一些实施方式可使用包封物保护VCSEL装置或装置阵列来解决当前照明器模块的复杂性和缺少稳健性问题。代替使用单独光学元件形成用于专门应用的所要光学输出束，在包封材料中制造光学功能。例如，在包封物的表面上形成光学元件舱，VCSEL束在所述表面传播到包封物之外。然而，这不具限制性，且光学功能可形成于包封材料的表面内部。以此方式，可制造包括VCSEL和光学功能以形成所需照明束的单片模块。包括但不限于正或负透镜、非球面透镜、微透镜、镜和形状不规则的结构的各个光学元件功能可形成于包封物中。光学功能可为这些元件的组合，例如块体透镜与微透镜组合以形成分散束，从而减小斑点效应。所述结构可以不同组合具折射性或衍射性以达成所要照明图案。本专利技术的另一优点是避免从单独光学部件的后向反射，所述后向反射原本会使VCSEL操作不稳定或在VCSEL操作中产生噪声。单独光学部件通常需要抗反射涂层，这会增加成本。包封物可使用一系列透明材料，例如光级硅酮、UV固化环氧化物或其他光学聚合物。可单独使用这些材料或可并入和形成材料组合物。包封物可模制到VCSEL或VCSEL阵列的顶部上。在此实施方式中，表面安装VCSEL将为优选而非必须的，使得电触点都在VCSEL的底侧且包封物在顶侧。此配置产生小且简单的可表面安装的经包封照明封装。VCSEL也可安装于适用于组装成单片完整模块的基座或印刷电路板上。在此情境下，包封物将完全封围VCSEL但可能部分地或完全封围基座或PCB。VCSEL可为两个电触点都在非发射侧的表面安装VCSEL。在基座模块上的VCSEL中，基座或印刷电路板将为可表面安装的，其中触点在两侧上，一侧用于VCSEL且另一侧用于表面安装到封装中。本专利技术的各种实施方式使得能够制造低成本且更可靠的照明模块，这是由于所述模块是单片封装。所述模块制造成小的形状因数以用于具有简化设计的移动装置。所述模块为可表面安装的，这与低成本高容量电子制造工艺一致。包封物为VCSEL提供稳健保护，从而产生可在恶劣环境中使用的照明模块。因此，在一些实施中，稳健的经包封VCSEL照明封装包括用于修改输出辐射束的强度或其他光学特性的集成式元件。来源可为例如单个VCSEL装置或处于共同衬底中的VCSEL装置阵列。透明包封物形成于VCSEL上，且包封物的其中排出输出束的表面形成为光学漫射结构。光学漫射体的位置处的包封物的表面可为平坦或弯曲的以添加用于进一步控制束传播特性的光能。另一实施方式包括处于包封物表面上的用于改变照明束的方向的镜。VCSEL也可包括基座以使得包封物封围VCSEL和基座。一个实施方式涉及配置所有电触点在底部表面上的VCSEL或基座以提供稳健的单个组件表面安装照明模块。将从以下详细描述、附图和权利要求书显而易见其他方面、特征和优点。附图说明本说明书所附的图式是说明书的一部分并且示出本专利技术的一个或多个实施方式，但不被视为限制性的。当结合附图阅读以下详细描述时将更清楚地理解所述实施方式。图1(a)-1(d)示出现有技术VCSEL装置和VCSEL阵列的示例。现有技术VCSEL装置和VCSEL阵列包括简单VCSEL装置、外部镜VCSEL装置、多量子阱堆叠高增益VCSEL和整体式VCSEL阵列。图2示出VCSEL装置或VCSEL阵列的包封。包封物的顶部具有制造于其中以修改VCSEL输出束的性质的光学功能。图3(a)和3(b)示出经包封VCSEL阵列的两个实施方式。图3(a)的配置是顶部发射式且图3(b)的配置是底部发射式。在这两种情况下，VCSEL是可表面安装的，其中在非发射侧具有电触点且在发射侧是具有光学部件的包封物。图4示出安装于基座上的VCSEL模块，其中包封物完全覆盖VCSEL并且部分覆盖基座。光学结构形成于包封物中以用于修改VCSEL输出束。图5(a)和5(b)示出在包封物表面上使用镜以在包封物内的不同方向上重定向VCSEL输出束的实施方式。输出束穿过所述表面的不同区域离开包封物。图5(a)使用平镜表面维持VCSEL束发散度且图5(b)使用弯曲反射器改变束发散度。图6(a)和6(b)示出更复杂包封物配置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种VCSEL照明器封装，所述VCSEL照明器封装包括：/n一个或多个VCSEL，所述一个或多个VCSEL处于衬底中，所述一个或多个VCSEL可操作以产生VCSEL输出辐射束；/n包封物，所述包封物覆盖所述一个或多个VCSEL；/n光学结构，所述光学结构集成于所述包封物中，所述光学结构设置于所述VCSEL输出辐射束的路径中并且可操作以改变离开所述包封物的所述VCSEL输出辐射束的传播特性或强度分布中的至少一个。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170208 US 62/456,1401.一种VCSEL照明器封装，所述VCSEL照明器封装包括：
一个或多个VCSEL，所述一个或多个VCSEL处于衬底中，所述一个或多个VCSEL可操作以产生VCSEL输出辐射束；
包封物，所述包封物覆盖所述一个或多个VCSEL；
光学结构，所述光学结构集成于所述包封物中，所述光学结构设置于所述VCSEL输出辐射束的路径中并且可操作以改变离开所述包封物的所述VCSEL输出辐射束的传播特性或强度分布中的至少一个。


2.如权利要求1所述的VCSEL照明器封装，包括处于所述包封物的表面处的光学反射器，所述光学反射器可操作以在所述包封物内朝向所述光学结构的不同方向上重定向所述一个或多个VCSEL产生的所述VCSEL输出辐射束。


3.如权利要求1和2中任一项所述的VCSEL照明器封装，其中所述一个或多个VCSEL中的每一个在非发射侧具有触点，且其中所述照明器封装是可表面安装的。


4.如权利要求3所述的VCSEL照明器封装，包括在所述衬底的发光侧表面上的电触点，其中所述电触点的至少部分不被所述包封物覆盖。


5.如权利要求1和2中任一项所述的VCSEL照明器封装，其中所述衬底安装于基座上，所述基座在与安装有所述衬底的表面相对的表面上具有电触点，且其中所述照明器封装是可表面安装的。


6.如权利要求5所述的VCSEL照明器封装，包括在所述基座的安装有所述衬底的所述表面上的电触点，其中所述基座的所述表面上的所述电触点的至少部分不被所述包封物覆盖。


7.如权利要求2所述的VCSEL照明器封装，其中所述光学反射器是所述包封物的倾斜面，所述倾斜面倾斜某一角度以提供入射于所述倾斜面上的所述VCSEL输出辐射束的全内反射。


8.如权利要求2所述的VCSEL照明器封装，其中所述光学反射器设置于所述包封物的倾斜面上并且包括所述倾斜面上的反射层。


9.如权利要求2所述的VCSEL照明器封装...

【专利技术属性】
技术研发人员：柏明·郭，青·王，劳伦斯·沃特金斯，吉恩弗朗索瓦·瑟林，
申请(专利权)人：普林斯顿光电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US