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申请/专利权人：佛山市国星光电股份有限公司

摘要：本发明公开了一种VCSEL装置，包括：带空腔的支架及封装于所述空腔内的VCSEL芯片；所述支架包括基座及用于密封基座的扩散片，所述VCSEL芯片封装于基座上，所述扩散片设置于VCSEL芯片的出光面的上方以使VCSEL芯片发出的光经扩散片发射到外部；所述扩散片上设有截止膜，所述截止膜上设置有通孔，所述通孔设于VCSEL芯片的出光面的上方以使VCSEL芯片发出的光穿过通孔后经扩散片发射到外部。本发明通过将VCSEL芯片与扩散片相结合，实现了发光角度的灵活调节；另外，本发明通过在扩散片上设置红外截止膜，把散射至红外截止膜上的光反射回VCSEL装置外部，进而提高出光效果。

主权项：1.一种VCSEL装置，其特征在于，包括带空腔的支架及封装于所述空腔内的VCSEL芯片；所述支架包括基座及用于密封基座的扩散片，所述VCSEL芯片封装于基座上，所述扩散片设置于VCSEL芯片的出光面的上方以使VCSEL芯片发出的光经扩散片发射到外部；所述扩散片上设有截止膜，所述截止膜上设置有通孔，所述通孔设于VCSEL芯片的出光面的上方以使VCSEL芯片发出的光穿过通孔后经扩散片发射到外部；所述截止膜为红外截止膜，所述红外截止膜用于反射所有红外光，当所述VCSEL芯片发出的红外光穿过通孔并经扩散片扩散后，会有部分光通过散射回到支架底部，所述红外截止膜再把红外光反射回去；所述VCSEL芯片上表面与扩散片下表面之间的距离至少为0.5mm。

全文数据：—种VCSEL装置技术领域[0001]本发明涉及照明技术领域，尤其涉及一种VCSEL装置。背景技术[0002]目前，红外Lm作为常规的光源技术已被广泛应用于光通讯、安防等领域。但是，由于新技术的形成，使得人们对光源的使用要求不断提高，尤其在一些特殊的应用领域如车载雷达、人脸识别及虹膜识别），往往需要采用响应速度快、纯度高、指向性强、照射距离远的光源，因此，现有的红外LED的效果明显匹配不了。而通过更改照明器件的结构或者增加光学透镜也只能增加出光强度和改变光形，却无法改善红外LED纯度低、发射距离近等缺点。[0003]近几年，随着智能手机的发展，3D成像、自动对焦、虹膜识别、人脸识别等突破性功能正在被整合进手机中，从而拉动“小型且复杂的红外光源”市场的增长，该趋势还为红外激光器创造了巨大的市场机遇。[0004]VCSELVerticalCavitySurfaceEmittingLaser垂直腔面发射激光器），以砷化镓半导体材料为基础研制，有别于LED发光二极管和LDLaserDiode，激光二极管等其他光源，其具有高指向性、体积小、圆形输出光斑、单纵模输出、阈值电流小、价格低廉、低功耗、易集成为大面积阵列等优点，其具有出光角度窄、光纯度高、光反应速度快、对后端感测精准等特点，其中光反应速度是LED的10倍;并且，它跟LED芯片的固晶焊线工艺均一致，不需要特殊设计，使用方便。但是，VCSEL芯片发光角度比较窄，局限性强，因此，需要设计一种新型支架以及封装形式，以使VCSEL芯片的发光角度可调，从而应用于多种用途。发明内容[0005]本发明所要解决的技术问题在于，提供一种结构简单的VCSEL装置，使VCSEL芯片的发光角度可调，灵活性、适应性强。[0006]本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种VCSEL装置，可有效提高出光效果。[0007]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种VCSEL装置，包括带空腔的支架及封装于所述空腔内的VCSEL芯片;所述支架包括基座及用于密封基座的扩散片，所述VCSEL芯片封装于基座上，所述扩散片设置于VCSEL芯片的出光面的上方以使VCSEL芯片发出的光经扩散片发射到外部；所述扩散片上设有截止膜，所述截止膜上设置有通孔，所述通孔设于VCSEL芯片的出光面的上方以使VCSEL芯片发出的光穿过通孔后经扩散片发射到外部。[0008]作为上述方案的改进，所述截止膜的波长范围为2〇〇nm〜2500nm。[0009]作为上述方案的改进，所述扩散片朝向VCSEL芯片的一面和侧面设置有截止膜，或者所述扩散片朝向VCSEL芯片的一面设置有截止膜。[0010]作为上述方案的改进，所述截止膜为红外截止膜，所述红外截止膜的波长范围为730nm〜2500nm。[0011]作为上述方案的改进，所述红外截止膜采用胶体粘结的多层结构的高分子材料制成，厚度30um〜lOOum;或者所述红外截止膜采用镀膜方式镀上金属，厚度〇•5〜3um。[0012]作为上述方案的改进，所述通孔的截面与VCSEL芯片的出光面的形状及大小相一致。[0013]作为上述方案的改进，所述扩散片局部位置或全部位置设置扩散粉。[0014]作为上述方案的改进，所述扩散片局部位置设置扩散粉时，所述扩散片包括扩散区及非扩散区，所述非扩散区位于所述扩散区的侧面和或上表面，所述扩散区设于VCSEL芯片的出光面的上方且所述扩散区内分布有扩散粉。[0015]作为上述方案的改进，所述扩散区的截面与空腔的截面的形状及大小相一致。[0016]作为上述方案的改进，所述非扩散区位于所述扩散区的侧面或侧面和上表面时，所述扩散区与非扩散区的侧面连接处设有反射层，所述反射层的反射面朝扩散区设置。[0017]作为上述方案的改进，所述反射层由金属或有机材料制成。[0018]作为上述方案的改进，所述VCSEL芯片上表面与扩散片下表面之间的距离至少为0.5mm〇[0019]作为上述方案的改进，所述VCSEL芯片发出的光经扩散片扩散后，发光角度为10°〜120。。[0020]作为上述方案的改进，所述VCSEL芯片为倒装VCSEL芯片或垂直VCSEL芯片。[0021]作为上述方案的改进，所述扩散片由混有扩散粉的透明片材制成。[0022]作为上述方案的改进，所述空腔内部为空气。[0023]实施本发明，具有如下有益效果：[0024]本发明VCSEL装置通过将VCSEL芯片与扩散片相结合，使VCSEL芯片发出的光经扩散片发射到外部，实现了发光角度的灵活调节，适应性强。[0025]同时，本发明VCSEL装置通过在扩散片上设置红外截止膜，使VCSEL芯片发出的光穿过红外截止膜的通孔后经扩散片发射到外部，同时把散射至红外截止膜上的光反射至VCSEL装置外部，进而提高出光效果，形成角度可调、纯度高、反应速度快、指向性强的光线，可灵活地应用与特殊领域。附图说明[0026]图1是本发明VCSEL装置的第一实施例结构示意图；[0027]图2是本发明VCSEL装置的第二实施例结构示意图；[0028]图3是本发明VCSEL装置的第三实施例结构示意图；[0029]图4是本发明VCSEL装置的第三实施例另一结构示意图；[0030]图5是本发明VCSEL装置的第四实施例结构示意图；[0031]图6是本发明VCSEL装置的第四实施例另一结构示意图。具体实施方式[0032]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。[0033]第一实施例[0034]参见图1，图1显示了本发明VCSEL装置的第一实施例，其包括带空腔2的支架及封装于所述空腔2内的VCSEL芯片1;所述支架包括基座3及用于密封基座3的扩散片4,所述VCSEL芯片1封装于基座3上，所述扩散片4设置于VCSEL芯片1的出光面的上方以使VCSEL芯片1发出的光经扩散片4发射到外部。所述VCSEL芯片1为倒装VCSEL芯片或垂直VCSEL芯片，但不以此为限制，只要保证VCSEL芯片1的出光面与扩散片4的入光面相向设置即可。[0035]需要说明的是，VCSEL芯片1发送的光经扩散片4扩散处理后，发光角度产生变化，可有效地适应多种应用，灵活性强。具体地，扩散片4由混有扩散粉的透明片材如玻璃片材、透明陶瓷片材、硅胶片材、环氧树脂片材等，但不以此为限制）制成，通过调节扩散粉的比例，可有效地实现VCSEL装置发光角度的调节，其中，随着扩散粉量的增加，VCSEL装置发光角度也随之增大，实现VCSEL装置发光角度从10度到120度可调变化，S卩，所述VCSEL芯片1发出的光经扩散片4扩散后，发光角度为10°〜120°。[0036]进一步，所述VCSEL芯片1上表面与扩散片4下表面之间的距离D至少为0.5mm。若所述VCSEL芯片1下表面与扩散片4下表面之间的距离过小（小于〇.5mm，会导致VCSEL芯片1的中心光强得不到良好的扩散，导致中心光线过强；因此，保证VCSEL芯片1下表面与扩散片4下表面之间的距离至少为〇.5mm，可使光线在扩散片4的作用下均匀地扩散。[0037]同时，所述扩散片4上设有截止膜5，所述截止膜5上设置有通孔6，所述通孔6设于VCSEL芯片1的出光面的上方以使VCSEL芯片1发出的光穿过通孔6后经扩散片4发射到外部。所述截止膜的波长范围为2〇〇nm〜2500nm，可在紫外到红外的范围内选择截止膜的波长范围，适用于不同的应用场合，灵活性强。[0038]需要说明的是，所述扩散片4包括上表面、下表面和侧面。本实施例中，所述扩散片4朝向VCSEL芯片1的一面（即下表面设置有截止膜5。同时，所述截止膜5为红外截止膜，所述红外截止膜的波长范围为730nm〜2500nm。红外截止膜5用于反射所有红外光，当VCSEL芯片1发出的红外光穿过通孔6并经扩散片4扩散后，会与部分光通过散射回到支架底部，而红外截止膜5能很好的把红外光给反射回去，进而提高出光效果；相应地，由于VCSEL芯片1的发射角度窄，且光线不会反射回空腔2内，所以空腔2内壁不需要加工反射层，可有效降低成本;另外，空腔2内部为空气，无需填充封装胶体，进一步节约了成本。[0039]红外截止膜5可以采用胶体粘结的多层结构的高分子材料制成，厚度30um-100um，优选30um;也可以采用镀膜方式镀上金属，金属优选镇、银或金，厚度〇.5-3um，优选0•5um。[0040]进一步，所述通孔6的截面与VCSEL芯片1的出光面的形状及大小相一致。由于VCSEL芯片1的发射角度窄，因此使通孔6的大小与VCSEL芯片1的出光面的大小一致，可有效地保证红外光的有效发射，提高出光效果。[0041]第二实施例[0042]参见图2,图2显示了本发明VCSEL装置的第二实施例，与图1所述的第一实施例不同的是，本实施例中，所述扩散片4朝向VCSEL芯片1的一面（即下表面和侧面即侧壁设置有截止膜5,可进一步实现光线的有效反射，进一步提尚出光效果。[0043]第三实施例[0044]参见图3及图4,图3及图4显示了本发明VCSEL装置的第三实施例，需要说明的是，所述扩散片4局部位置或全部位置设置扩散粉，与图1所述的第一实施例不同的是，本实施例中，当所述扩散片局部位置设置扩散粉时，所述扩散片4包括扩散区41及非扩散区42,所述扩散区41设于VCSEL芯片1的出光面的上方且所述扩散区41内分布有扩散粉。[0045]所述非扩散区42位于所述扩散区4的侧面和或上表面，进一步的，如图4所示，本发明可以通过在扩散片4的扩散区局部位置设置扩散粉，即朝向芯片的出光面的位置局部设置扩散粉，实现了扩散片4的局部扩散，可有效地节省扩散粉的量，进而节约材料成本。其中，扩散区41及非扩散区似均为扩散片的一部分，扩散区41及非扩散区42—体成型，只是采用局部填充技术实现扩散粉的定点填充，灵活性强。[0046]进一步，所述扩散区4的截面与空腔2的截面的形状及大小相一致。将扩散区4的截面大小设置成与空腔2的截面大小一致可保证VCSEL芯片1发出的光线能够在扩散区41内充分扩散的同时，避免材料的浪费，实现资源的合理利用。[0047]第四实施例[0048]参见图5及图6,图5及图6显示了本发明VCSEL装置的第四实施例，与图3及图4所述的第三实施例不同的是，本实施例中，所述非扩散区位于所述扩散区的侧面或侧面和上表面时，所述扩散区41与非扩散区42的侧面连接处设有反射层7,所述反射层7的反射面朝扩散区设置。[0049]需要说明的是，所述非扩散区42位于所述扩散区41的侧面，或者所述非扩散区42位于所述扩散区41的侧面和上表面时，所述扩散区与非扩散区的侧面连接处设有反射层。相应地，通过设置于扩散区41与非扩散区42连接处的反射层7,可将沿扩散区41内部发射至连接处（即扩散区的侧壁的光线有效地反射回扩散区，以进一步提高VCSEL装置的出光效果，防止漏光。[0050]所述反射层7可以由金属制成，优选由镍、银、金制成，但不以此为限制，还可以是有反射效果的有机材料，只要能实现光线的反射即可。[0051]由上可知，本发明VCSEL装置通过将VCSEL芯片1与扩散片4相结合，使VCSEL芯片1发出的光经扩散片4发射到外部，实现了发光角度的灵活调节，适应性强；同时，本发明VCSEL装置通过在扩散片4上设置红外截止膜5，使VCSEL芯片1发出的光穿过红外截止膜5的通孔6后经扩散片4发射到外部，同时把散射至红外截止膜5上的光反射至VCSEL装置外部，进而提高出光效果，形成角度可调、纯度高、反应速度快、指向性强的光线，可灵活地应用与特殊领域。[0052]以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

权利要求：1.一种VCSEL装置，其特征在于，包括带空腔的支架及封装于所述空腔内的VCSEL芯片；所述支架包括基座及用于密封基座的扩散片，所述VCSEL芯片封装于基座上，所述扩散片设置于VCSEL芯片的出光面的上方以使VCSEL芯片发出的光经扩散片发射到外部；所述扩散片上设有截止膜，所述截止膜上设置有通孔，所述通孔设于VCSEL芯片的出光面的上方以使VCSEL芯片发出的光穿过通孔后经扩散片发射到外部。2.如权利要求1所述的VCSEL装置，其特征在于，所述截止膜的波长范围为2〇〇nm〜2500nm〇3.如权利要求1所述的VCSEL装置，其特征在于，所述扩散片朝向VCSEL芯片的一面和侧面设置有截止膜，或者所述扩散片朝向VCSEL芯片的一面设置有截止膜。4.如权利要求1所述的VCSEL装置，其特征在于，所述截止膜为红外截止膜，所述红外截止膜的波长范围为730nm〜2500nm。5.如权利要求4所述的VCSEL装置，其特征在于，所述红外截止膜采用胶体粘结的多层结构的高分子材料制成，厚度30um〜l〇0um;或者所述红外截止膜采用镀膜方式镀上金属，厚度0.5〜3um。6.如权利要求1所述的VCSEL装置，其特征在于，所述通孔的截面与VCSEL芯片的出光面的形状及大小相一致。7.如权利要求1所述的VCSEL装置，其特征在于，所述扩散片局部位置或全部位置设置扩散粉。8.如权利要求7所述的VCSEL装置，其特征在于，所述扩散片局部位置设置扩散粉时，所述扩散片包括扩散区及非扩散区，所述非扩散区位于所述扩散区的侧面和或上表面，所述扩散区设于VCSEL芯片的出光面的上方且所述扩散区内分布有扩散粉。9.如权利要求8所述的VCSEL装置，其特征在于，所述扩散区的截面与空腔的截面的形状及大小相一致。10.如权利要求8所述的VCSEL装置，其特征在于，所述非扩散区位于所述扩散区的侧面或侧面和上表面时，所述扩散区与非扩散区的侧面连接处设有反射层，所述反射层的反射面朝扩散区设置。11.如权利要求1〇所述的VCSEL装置，其特征在于，所述反射层由金属或有机材料制成。12.如权利要求1所述的VCSEL装置，其特征在于，所述VCSEL芯片上表面与扩散片下表面之间的距离至少为0•5mm。13.如权利要求1所述的VCSEL装置，其特征在于，所述VCSEL芯片发出的光经扩散片扩散后，发光角度为10°〜12〇°。14.如权利要求1所述的VCSEL装置，其特征在于，所述VCSEL芯片为倒装VCSEL芯片或垂直VCSEL芯片。15.如权利要求1所述的VCSEL装置，其特征在于，所述扩散片由混有扩散粉的透明片材制成。16.如权利要求1所述的VCSEL装置，其特征在于，所述空腔内部为空气。

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