DE102012005660A1

DE102012005660A1 - Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung von Licht mit hoher Leuchtdichte

Info

Publication number: DE102012005660A1
Application number: DE201210005660
Authority: DE
Inventors: Bernd Wölfing; Volker Hagemann; Juergen Meinl
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2012-03-22
Publication date: 2013-09-26

Abstract

Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung von Weißlicht aus blauem oder violettem Anregungslicht und konvertiertem emittiertem gelbem Licht. Das Anregungslicht wird schräg auf einen Konverter gerichtet, der auf eine Trägervorrichtung angebracht ist, ohne dass das emittierte Beleuchtungslicht auf die Trägervorrichtung trifft.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung von Licht mit hoher Leuchtdichte, insbesondere Weißlicht, umfassend zumindest eine Strahlungsquelle, ein Konversionsmedium sowie eine Trägervorrichtung zur Positionierung und Fixierung der Strahlungsquelle in Relation zu dem Konversionsmedium. Dabei ist das Konversionsmedium im Strahlengang der Strahlungsquelle angeordnet und konvertiert das eingestrahlte Licht zumindest anteilig in einen anderen Spektralbereich, wobei eine Remission erfolgt.
Weißlichtquellen finden sich in zahlreichen Anwendungen, beispielsweise im Bereich der medizinischen Diagnostik oder der berührungslosen Meßverfahren. Weitere Anwendungen können in der Beleuchtung von Gebäuden liegen. Ein weiteres, wichtiges Anwendungsgebiet stellt der Automotivbereich dar, wobei derartige Beleuchtungseinrichtungen beispielsweise im Scheinwerfer bzw. als Scheinwerfer verwendet werden können.
Aktuelle Scheinwerfer im Automotivbereich umfassen häufig LED-Lichtquellen, wie beispielsweise in dem Dokument DE 10 2008 031 256 A1 beschrieben, die eine weiße Beleuchtung ermöglichen. Als aufwendig gestaltet sich dabei typischerweise die Realisierung einer ausreichenden Kühlung bzw. einer guten Abfuhr der Wärme der Leuchtdiodeneinrichtung.
Eine andere Entwicklung zielt darauf, eine Lichtquelle über einen Lichtleiter mit einer Beleuchtungseinrichtung zu verbinden. Auf diese Weise können Lichtquelle und Beleuchtungseinrichtung räumlich voneinander entkoppelt werden. Zur Erzeugung von Weißlicht wird dabei häufig ein Konversionsmedium verwendet, welches im Bereich der Beleuchtungseinrichtung angeordnet ist. Das Konversionsmedium, auch Konverter genannt, ermöglicht dabei eine Konvertierung der eintretenden Strahlung in Bezug auf die Wellenlänge, so dass auf diese Weise weißes Licht erzeugt werden kann.
Die Patentschrift US 7,356,054 B2 beschreibt eine derartige Beleuchtungseinrichtung. Hierbei ist das Konversionsmedium direkt mit dem Ende des Lichtleiters verbunden, um eine hohe Leuchtdichte zu erzielen. Die Anregung des Konversionsmediums erfolgt demnach in Transmission, d. h die Strahlung trifft das Konversionsmedium auf der einen Seite auf und wird über eine andere Seite abgegeben. Als nachteilig kann sich eine relativ hohe Verlustleistung im Konversionsmedium erweisen, die zu einer Erwärmung und zu einer hohen thermischen Belastung des Konversionsmediums führen kann. Die Wärmeabfuhr gestaltet sich häufig auch bei einer derartigen Anordnung von Strahlungseinrichtung und Konversionsmedium schwierig. Ungünstig für Transmission ist sowohl die Geometrie der Kühlung als auch die nur begrenzte Möglichkeit, die NA des Anregungslichts durch Streuung anzupassen, da dann Licht über Rückstreuung verloren geht.
Nach der Lehre der WO 2012 025141 ist das Problem gelöst, in dem der Faserdurchmesser klein ist im Verhältnis zum Abstand zwischen der Faser und dem Konverter. Dadurch wird durch die Faserendfläche nur ein kleiner Raumwinkelanteil abgeschattet. Die Halterung der Faser befindet sich außerhalb des Reflektors. Der Konverter wird im Abstrahlbereich des konvertierten Nutzlichts gehaltert. Der Konverter benötigt zudem noch ein Kühlelement. Eine Halterung des Konverters ist nicht dargestellt, aber für eine Ausführung erforderlich. Dieser Aufbau muss zum einen filigran sein, um nicht noch weiteres Licht abzuschatten und zum anderen möglichst stabil, um eine hohe Positionsgenauigkeit von Konverter und Reflektor zu gewährleisten. Außerdem muss der Konverter noch genau zum Lichtaustritt der Faserendfläche positioniert sein. In der dargestellten Lösung ist dies nur durch einen aufwändigen mechanischen Aufbau möglich.
Wünschenswert wäre demnach eine Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung von Licht mit hoher Leuchtdichte, insbesondere von Weißlicht, mit einer ausreichend hohen Effizienz, wobei die Wärmeabführung deutlich vereinfacht ist.
Zudem soll die Beleuchtungseinrichtung eine einfache und sichere Montage der erforderlichen Gegenstände, insbesondere einer Strahlungsquelle und eines Konversionsmediums erlauben.
Dabei soll insbesondere eine möglichst geringe Abschattung durch die Lichtzuführung stattfinden.
Zudem soll der Leuchtfleck möglichst klein sein, um eine hohe Leuchtdichte zu erzielen.
Dabei soll die Beleuchtungseinrichtung für unterschiedliche Anwendungen verwendet werden können, insbesondere sollen sie in Reflektoreinrichtungen oder Projektionseinrichtungen insbesondere auch in Scheinwerfern verwendet werden können.
Überraschend einfach wird diese Aufgabe durch eine Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung von Licht, insbesondere Weißlicht, umfassend zumindest eine Strahlungsquelle, ein Konversionsmedium sowie eine Trägervorrichtung, nach einem der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
Demnach ist Gegenstand der Erfindung eine Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung von Licht, insbesondere Weißlicht, umfassend
eine Anregungslichtquelle zur Abgabe von blauem oder ultraviolettem Anregungslicht,
ein Konversionsmedium zur Konvertierung des Anregungslichtes in langwelligeres Licht, bevorzugt in langwelligeres Licht derart, dass vom Konversionsmedium remittiertes Licht weiß erscheint, und
eine Trägervorrichtung zur Ausrichtung des Anregungslichtes schräg auf einen mittleren Bereich der Oberfläche des Konversionsmediums derart, dass der Großteil des Anregungslichtes in das Konversionsmedium eindringt, um nach Konversion im wesentlichen ohne Auftreffen auf die Trägervorrichtung in Beleuchtungsrichtung emittiert zu werden.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass eine Beleuchtungsvorrichtung, bei der eine Konversion eines Anteils der elektromagnetischen Strahlung einer Strahlungsquelle durch Remission erfolgt, besonders günstig in Bezug auf die Wärmeabführung des Konversionsmediums und der geometrischen Gestaltung der Beleuchtungseinrichtung sein kann.
Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst demnach zumindest eine Strahlungsquelle zur Emission elektromagnetischer Strahlung. Die von der Strahlungsquelle abgegebene elektromagnetische Strahlung wird nachfolgend auch als Anregungslicht und die Strahlungsquelle als Anregungslichtquelle bezeichnet.
Die Anregungslichtquelle kann eine Lichtquelle zur Erzeugung monochromatischen Lichtes umfassen, wobei die Lichtquelle bevorzugt im blauen und/oder ultravioletten Spektralbereich emittiert. Das Licht der monochromatischen Lichtquelle kann durch einen Laser erzeugt werden.
Gegenstand der Erfindung ist demnach eine Anregungslichtquelle, insbesondere eine monochromatische Lichtquelle, wobei das monochromatische Licht durch einen Laser erzeugt werden kann. Unter blauen und/oder ultravioletten Spektralbereich der von der Anregungslichtquelle emittierten Strahlung wird dabei derjenige Wellenlängenbereich verstanden, der überwiegend unter 500 nm, bevorzugt unter 480 nm und besonders bevorzugt unter 470 nm liegt.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Lichtquelle zumindest einen Halbleiterlaser oder eine Laserdiode, welche sehr hohe Leistungsdichten erreichen können.
Die Laserquelle kann auch direkt auf der Trägervorrichtung vorgesehen sein. Eine direkte Bestrahlung des Konversionsmediums aus der Laserdiode ist dabei nachteilig, da die NA der abgegebenen Strahlung üblicherweise sehr hoch ist. Würde der Abstand deshalb sehr klein gewählt werden, würde sich aufgrund der notwendigen Einhausung eine starke Abschattung ergeben.
Daher ist es in diesem Fall besonders günstig, die Strahlung der Laserdiode über eine Optik auf das Konversionsmedium zu fokussieren. Der Aufbau ist dabei so zu wählen, dass um die Optik herum möglichst wenig Fassung vorliegt. Wenn die Anisotropie der Laserdiode nicht über die Optik korrigiert wird, ist es von Vorteil, den sich ergebenden elliptischen Leuchtfleck so auf das Konversionsmedium zu projizieren, dass die Verkippung zu einer Aufweitung der kurzen Achse führt.
Die Anregungslichtquelle kann weiterhin einen optischen Lichtleiter umfassen mit einem Strahlung emittierenden Ende, welches mit der Trägervorrichtung verbunden werden kann. Auf dem entgegengesetzten bzw. gegenüberliegenden Ende des optischen Lichtleiters kann Anregungslicht einer Anregungslichtquelle eingekoppelt werden. Besonders bevorzugt kann in den optischen Lichtleiter elektromagnetische Strahlung im blauen und/oder ultravioletten Spektralbereich eingekoppelt werden.
Auf diese Weise kann die Anregungslichtquelle von der Beleuchtungseinrichtung räumlich separiert werden. Dies kann vorteilhaft sein, wenn die Anregungslichtquelle beispielsweise aufgrund der Platzverhältnisse nicht in oder im direkten Bereich der Beleuchtungseinrichtung platziert werden kann. Weiterhin kann auf diese Weise die Anregungslichtquelle auch thermisch von der Beleuchtungseinrichtung entkoppelt und somit besser gekühlt werden. Zudem ist es möglich, mit nur einer Anregungslichtquelle mehrere erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtungen mit Anregungslicht zu versorgen. Hierzu kann das Anregungslicht beispielsweise parallel in zumindest zwei oder mehrere optische Lichtleiter eingekoppelt werden. Der optische Lichtleiter kann hierzu auch einen Strahlteiler mit einem eingangsseitigen Ende und zumindest zwei oder mehreren ausgangsseitigen Enden umfassen.
Zur Erzielung einer besonders hohen Leuchtdichte, insbesondere zur Erzielung einer besonders hohen Leistung, ist es auch möglich, Anregungslicht von mehreren Anregungslichtquellen in einen optischen Lichtleiter einzukoppeln. Es ist aber auch möglich, Anregungslicht von mehreren Anregungslichtquellen über mehrere optische Lichtleiter zu der Beleuchtungseinrichtung zu transportieren und auf das Konversionsmedium zu emittieren.
Der optische Lichtleiter kann in einer besonders bevorzugten Ausführung einen faseroptischen Lichtleiter umfassen. Typischerweise umfassen derartige Lichtleiter einen Kern- und einen Mantelbereich mit unterschiedlichen Brechungsindizes und vermögen es, beispielsweise mittels Reflexion, elektromagnetische Strahlung zu leiten. Vorzugsweise ist der optische Lichtleiter zur Leitung von blauen und/oder ultravioletten elektromagnetischen Strahlen ausgebildet. Es können auch andere Arten von faseroptischen Lichtleitern verwendet werden, umfassend Gradientenindexfaser-Lichteiter oder photonische Kristallfaser-Lichtleiter.
Im Falle der Verwendung eines Faserbündels kann mittels Strahlformer oder diffraktiver optischer Elemente die Intensitätsverteilung der elektromagnetischen Strahlung der Anregungslichtquelle derart angepasst werden, dass bei Einkopplung in einen faseroptischen Lichtleiter jede Faser eines Faserbündels die gleiche Strahlungsenergie erhält.
Die Anregungslichtquelle ist vorzugsweise mit der Trägervorrichtung fest und lösbar verbunden. Die Trägervorrichtung kann daher mit Befestigungsmitteln für eine Positionierung und Fixierung der Anregungslichtquelle ausgebildet sein, wodurch eineinfaches und sicheres Austauschen der Anregungslichtquelle ermöglicht werden kann. Hierzu kann die Trägervorrichtung beispielsweise mit Positionierhilfen, etwa Anschlägen oder Stiften, zur Aufnahme der Anregungslichtquelle ausgebildet sein.
Zur Aufnahme eines oder mehrerer optischen Lichtleiter kann die Trägervorrichtung vorteilhaft mit Rillen oder Nuten ausgebildet sein, in die der optische Lichtleiter eingelegt und mit einem Niederhalter befestigt werden kann. Als besonders geeignet haben sich hierzu auch V-Grooves herausgestellt, welche besonders geeignet sind für eine hochgenaue Positionierung optischer Lichtleiter. Auf diese Weise kann besonders günstig eine stabile Führung auch von mechanisch instabilen optischen Lichtleitern ermöglicht werden. Mittels eines Niederhalters kann der optische Lichtleiter fixiert werden.
Eine exakte, hochgenaue räumliche Positionierung und Orientierung der Anregungslichtquelle in Bezug auf das Konversionsmedium ist sehr wichtig, um einen genau bestimmten Bereich des Konversionsmediums zu bestrahlen.
Die Positionierung und Orientierung der Anregungslichtquelle erfolgt vorzugsweise derart, dass das Anregungslicht in Richtung auf das Konversionsmedium emittiert wird. Hierzu wird die Anregungslichtquelle besonders bevorzugt derart angeordnet, dass das Anregungslicht schräg auf einen mittleren Bereich der Oberfläche des Konversionsmediums auftrifft.
Das Konversionsmedium kann ein geometrisch bestimmter Körper mit unterschiedlicher geometrischer Form sein, beispielsweise in Form eines Quaders mit sechs Flächen oder eines Plättchens. Die zumindest eine Fläche des Konversionsmediums ist dazu bevorzugt derart angeordnet, dass das Anregungslicht auf einen mittleren Bereich auftrifft. Im Fall eines Quaders kann dies das Zentrum einer Fläche sein. Das mittlere Auftreffen ist besonders günstig in Bezug auf die Wärmeverteilung im Konversionsmedium. Zudem kann auch die Effizienz verbessert werden. So sollte im Falle eines Konversionsmediums mit einem Körper, der Kanten aufweist, darauf geachtet werden, dass das Anregungslicht nicht auf eine Kante auftrifft, da dies zu einer inhomogenen Wärmeverteilung und zu einer geringeren Effizienz der Remission führen kann.
Für eine hohe Leuchtdichte ist es günstig, wenn ein möglichst großer Anteil des Anregungslichtes einen möglichst kleinen Bereich des Konversionsmediums bestrahlt. Dieser Bereich der Oberfläche des Konversionsmediums, der direkt im Strahlengang des Anregungslichtes liegt, wird nachfolgend auch als Leuchtfleck bezeichnet. Für eine hoch effiziente Beleuchtungseinrichtung ist eine exakte Positionierung des Leuchtflecks notwendig, daher ist die exakte Lage des Leuchtflecks in Bezug zu Positionierhilfen der Beleuchtungseinrichtung von sehr hoher Bedeutung.
Das Konversionsmedium ist derart im Strahlengang der Anregungslichtquelle angeordnet, also entlang des optischen Pfades des Anregungslichtes, dass ein möglichst großer Anteil des Anregungslichtes auf das Konversionsmedium auftrifft. Die von dem Konversionsmedium emittierte elektromagnetische Strahlung wird nachfolgend auch als Sekundärstrahlung bezeichnet. Die Sekundärstrahlung umfasst demnach die vom Konversionsmedium emittierte Strahlung, somit konvertierte, gestreute und/oder reflektierte Strahlung.
Zur Erzielung einer hohen Leuchtdichte und einer hohen Effizienz ist die Ausbildung eines möglichst kleinen Leuchtfleckes und eine möglichst geringe Abschattung durch die Lichtzuführung von hoher Bedeutung, wobei eine geringe Größe der Beleuchtungseinrichtung und ein geringer mechanischer Aufwand zur exakten Positionierung von großen Vorteil sind.
Die Leuchtdichte und die Effizienz können durch den Abstand zwischen Anregungslichtquelle und Konversionsmedium, der Größe der Anregungslichtquelle und die NA des Anregungslichtes beeinflusst werden.
Durch die geometrische Anordnung von Anregungslichtquelle und Konversionsmedium kann sich der Nachteil ergeben, dass die Anregungslichtquelle im Bereich des Strahlengangs, also entlang des optischen Pfades, der Sekundärstrahlung liegt, da das Anregungslicht nicht transmittiert, sondern remittiert wird. Dies kann zu unerwünschten Abschattungseffekten führen, da die Anregungslichtquelle und/oder die Trägervorrichtung im Strahlengang der Sekundärstrahlung liegen.
Um diese unerwünschten Abschattungseffekte zu minimieren, kann der Abstand zwischen Anregungslichtquelle und Konversionsmedium vergrößert werden. Eine Vergrößerung des Abstandes kann aber zu einem deutlichen Verlust an Leuchtdichte führen, da mit größer werdenden Abstand typischerweise der Leuchtfleck vergrößert wird und die Leuchtdichte dementsprechend abnimmt.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass ein geringer Abstand und eine geringe Abschattung erreicht werden können, wenn das Konversionsmedium um einen bestimmten Winkel in Relation zu dem optischen Pfad des Anregungslichtes gedreht wird, so dass das Anregungslicht schräg auf die Oberfläche des Konversionsmediums auftrifft.
Auf diese Weise kann erreicht werden, dass der optische Pfad des Anregungslichtes und der optische Pfad der Sekundärstrahlung nicht parallel zueinander liegen. In anderen Worten, der überwiegende Anteil der Sekundärstrahlung ist nicht auf die Anregungslichtquelle und/oder die Trägervorrichtung gerichtet. Zur Erreichung einer besonders kompakten und mechanisch einfachen Bauform, die eine besonders hohe Genauigkeit der Lage des Leuchtflecks ermöglicht, können in einer besonders bevorzugten Ausführungsform Anregungslichtquelle und Konversionsmedium auf einer gemeinsamen Trägervorrichtung angeordnet sein, so dass Anregungslicht in einem bestimmten Winkel auf das Konversionsmedium auftrifft.
Auf diese Weise konnten besonders günstige Abstände zwischen dem Emissionsort des Anregungslichtes und einem mittleren Punkt des Leuchtflecks auf der Oberfläche des Konversionsmediums in einem Bereich von 0,3 mm bis 5 mm realisiert werden bei Verwendung eines optischen Lichtleiters.
Bei Verwendung einer Laserlichtquelle als Anregungslichtquelle mit einer fokussierenden Optik liegt ein besonders günstiger Abstand zwischen dem Emissionsort des Anregungslichtes und einem mittleren Punkt des Leuchtflecks auf der Oberfläche des Konversionsmediums in einem Bereich von mm bis 30 mm.
Eine günstige NA kann in einem Bereich von 0,02 bis 0,3 liegen.
Die Größe der Anregungslichtquelle bei Verwendung eines optischen Lichtleiters ergibt sich aus der NA und dem Strahlparameterprodukt der Laserlichtquelle, dass sich bei der Einkopplung der elektromagnetischen Strahlung in den Lichtleiter ergibt.
Multimodelaser mit Leistungen im Bereich von 1 W optisch und einer Strahlung im Bereich von ca. 400 nm bis 450 nm können ein Strahlparameterprodukt von ca. 0,5 mm·mrad bis 1 mm·mrad aufweisen.
Da Laserdioden normalerweise anisotrop sind, wird die Strahlung unter verschiedenen Winkeln abgegeben. In der Richtung, in der die Laserzone schmal ist, ist der Öffnungswinkel der Strahlung groß, und umgekehrt. Diese Anisotropie beträgt typischerweise einen Faktor von ca. 5 bis 10. Wenn das Licht der Laserdiode über eine rotationssymmetrische Linse in einen faseroptischen Lichtleiter eingekoppelt wird, erhöht sich das Strahlparameterprodukt am ausgangsseitigen Ende des Lichtleiters dadurch um den Faktor der Anisotropie, da die Winkelinformation im Azimuth verloren geht. Diese Erhöhung des Strahlparameterproduktes lässt sich vermeiden, wenn die beiden unterschiedlichen Winkelverteilungen durch beispielsweise eine Zylinderlinse oder eine anamorphotische Linse aneinander angepasst werden.
Um eine möglichst effiziente Einkoppelung in den faseroptischen Lichtleiter zu gewährleisten, kann die Abbildung des Lasers etwas kleiner sein als der Kern des faseroptischen Lichtleiters. Dies kann ebenfalls eine Erhöhung des Strahlparameterprotokolls bewirken. Am ausgangsseitigen Ende des faseroptischen Lichtleiters kann sich dann ein Strahlparameterprodukt von etwa 10 mm·mrad einstellen.
Die Größe der Anregungslichtquelle bei direkter Anordnung einer Laserlichtquelle als Anregungslichtquelle ergibt sich aus der Höhe des Aufbaus und des Gehäuses der Lichtquelle.
Besonders gute Erfahrungen wurden gemacht bei einem Winkel zwischen dem optischen Pfad des Anregungslichtes und einer Normalen zu der Oberfläche des Konversionsmediums in einem Bereich von 30° bis 75°.
Das Konversionsmedium kann durch die auftreffende Strahlung in einem bestimmten Bereich angeregt werden. Zur Erzielung einer hohen Effizienz und/oder einer hohen Leuchtdichte ist der Leuchtfleck möglichst klein zu halten. Ein derartiger Leuchtfleck kann beispielsweise eine Fläche umfassen, die bevorzugt kleiner als etwa 1 mm × 1,5 mm, besonders bevorzugt kleiner als etwa 0,6 mm × 0,9 mm in ihrer Ausdehnung ist. Typischerweise ist der Leuchtfleck von ovaler Form aufgrund der Verkippung des Konversionsmediums. Das Konversionsmedium dient der Konvertierung des Anregungslichtes in langwelligeres Licht derart, dass vom Konversionsmedium remittiertes Licht weiß erscheint.
Die Remission des Anregungslichtes durch das Konversionsmedium kann im Sinne der Erfindung dazu genutzt werden, dass ein Anteil des Anregungslichtes in langwelliges, gelbes Licht konvertiert wird und ein weiterer Anteil als blaues Licht gestreut und/oder reflektiert wird. Ein erster Anteil des Anregungslichtes wird demnach in einen gelben Spektralbereich konvertiert.
Weiterhin kann ein Anteil im grünen Spektralbereich des konvertierten gelben Lichtes herausgefiltert werden, um auf diese. Weise einen weißen Farbort des remittierten Lichtes zu erhalten, wenn die Farbgerade zwischen dem Farbort des Anregungslicht und Farbort des konvertierten Lichts nicht den gewünschten Weiss-Farbort schneidet, sondern in CIE-y nach oben abweicht.
Falls die Farbgerade unterhalb dieses Bereiches liegt, somit also der CIE-y zu gering ist, kann auch ein Rotanteil ausgefiltert werden.
Bei einer Konvertierung entsteht typischerweise Wärme im Konversionsmedium, die ohne eine geeignete Abführung zu einer Beeinträchtigung der Strahlungskonvertierung, etwa zu einer Reduzierung der Effizienz der Konvertierung, oder sogar zu einer Zerstörung des Konversionsmediums führen kann.
Bei der Remission ergibt sich der Vorteil, dass das Konversionsmedium rückseitig gehalten werden kann, da das Anregungslicht nicht transmittiert wird.
Hierdurch kann eine Wärmeabfuhr des Konversionsmediums sehr einfach und kostengünstig über eine rückseitige Befestigung des Konversionsmediums erfolgen. Besonders vorteilhaft kann diese rückseitige Halterung über eine Wärmeableitung verfügen und/oder thermisch an einen Kühlkörper angebunden sein, um eine einfache und effiziente Wärmeabfuhr zu ermöglichen.
Auf diese Weise kann eine Ausgangslichtquelle mit sehr hoher Leuchtdichte verwendet werden, die bei hohen Temperaturen betrieben werden kann und dennoch Licht in der Nähe des Weißpunktes erzeugen kann.
Unter einem Konversionsmedium wird also im Sinne der Erfindung ein Material zur optischen Konversion verstanden. Derartige Materialien enthalten typischerweise Leuchtstoffe, welche als optisch aktive Medien die Konversion bewirken.
Gegenstand der Erfindung kann demnach weiterhin ein Konversionsmedium sein, dass zu einer Konvertierung des Anregungslichtes in langwelligeres Licht derart geeignet ist, dass von Konversionsmedium remittiertes Licht weiß erscheint.
Das Konversionsmedium kann dabei zur Erzeugung von Weißlicht vorteilhaft derart ausgebildet sein, dass es besonders gut für eine Remission elektromagnetischer Strahlung im blauen und/oder ultravioletten Spektralbereich geeignet ist.
Ein geeignetes Material für das Konversionsmedium hat sich weiterhin ein optokeramisches Material für eine Verwendung von Anregungslicht im blauen Spektralbereich mit eingelagerter Kornstruktur erwiesen.
Besonders bevorzugt umfasst das Konversionsmedium ein niedrig dotiertes, insbesondere mit weniger als 0,2 Gew.-% dotiertes Ce:YAG Phosphor-Material. Eine geringe Dotierung ist vorteilhaft im Hinblick auf eine Vermeidung von Konzentrations-Quenching.
Zur Erreichung eines weißen Farbortes der Sekundärstrahlung kann dann besonders günstig ein Anteil aus dem kurzwelligen, grüne Spektralbereich aus dem gelb konvertierten Licht gefiltert werden. Vorteilhaft kann dies der Bereich < 530 nm sein. Eine derartige Filterung kann zu einer geringeren Effizienz der Konvertierung führen. Durch eine Verwendung einer Ausgangslichtquelle mit sehr hoher Leuchtdichte kann dieser Nachteil aber wieder vermindert werden.
Die genaue Farbanpassung kann vom Strahlungsspektrum des Anregungslichts, vom zu erreichenden Farbort oder von der Erwärmung des Konversionsmediums bzw. einer Kühlung desselben abhängen.
In einer besonders bevorzugen Ausführungsform ist das Konversionsmedium auf einem breitbandig reflektierenden Material, beispielsweise einem Spiegel, einem Metallspiegel oder auch einer spiegelnden Oberfläche, aufgebracht, wobei ein Bandstopfilter auf der der Anregungslichtquelle zugewandten Seite aufgebracht sein kann. Dieser Bandstopfilter kann vorzugsweise die Emission von konvertierter Strahlung im Wellenlängenbereich von etwa 480 nm bis 510 nm unterdrücken. Besonders günstig wird Strahlung dieser Wellenlänge wieder zu dem Konversionsmedium zurückreflektiert. Diese Strahlung kann dann erneut konvertiert werden, so dass besonders günstig der Effizienzverlust durch den Filter reduziert werden kann.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform kann ein AR-Coating auf die Oberfläche des Konversionsmediums aufgebracht sein, wobei besonders günstig ein W-förmiges Coating ausgewählt werden kann. Ein derartiges Coating kann reflexmindernd für das Anregungslicht und das konvertierte, langwelligere Licht wirken und damit die Konvertierung begünstigen. Für einen Einfall eines Anregungslichts mit einer Wellenlänge von 450 nm unter einem Winkel von 60° zur Oberflächennormale auf eine Ce:YAG-Keramik mit einer Brechzahl von 1,83 kann ein einschichtiges AR-Coating aus SiO2 mit einer Dicke von 94 nm besonders günstig sein.
Die Verwendung eines Gadolinium-freien optokeramischen Konversionsmediums kann zudem vorteilhaft aufgrund der vergleichsweise hohen Wärmebeständigkeit sein. Besonders bevorzugt kann ein optokeramisches Material aus Ce:YAG mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 5 W/(m·K) verwendet werden, um besonders hohe Leuchtdichten zu erreichen. So können derartige Konversionsmedien beispielsweise bei Temperaturen bis über 200°C ohne Beeinträchtigung der Konversionseigenschaften bzw. ohne Schädigung verwendet werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform zur Erzeugung von Weißlicht liegt ein erster Anteil der konvertierten Strahlung im gelben Spektralbereich mit einem Schwerpunkt im Bereich von etwa 550 nm bis 620 und ein zweiter Anteil der reflektierten Strahlung im blauen Spektralbereich, so dass durch die Mischung dieser Spektralbereiche ein Licht entsteht, welches für einen Betrachter weiß aussieht.
Dabei kann das Konversionsmedium vorteilhaft direkt mit der Trägervorrichtung der Beleuchtungseinrichtung fest und lösbar verbunden sein, d. h. die Trägervorrichtung kann mit Mitteln zum Befestigen des Konversionsmediums ausgebildet sein.
Das Konversionsmedium kann aber auch mit einer Halterung verbunden sein, welche mit der Trägervorrichtung fest und lösbar verbunden sein kann. Die Befestigung der Anregungslichtquelle und des Konversionsmediums auf einer gemeinsamen Trägervorrichtung kann aber von großem Vorteil sein im Hinblick auf eine hochgenaue Positionierung beider Bauteile zueinander und der Realisierung einer sehr kompakten Bauform.
Die Trägervorrichtung und/oder die Halterung zum Befestigen des Konversionsmediums ist bevorzugt für eine gute Wärmeableitung ausgebildet. Hierzu können die Trägervorrichtung und/oder die Halterung beispielsweise Kühlrippen aufweisen. Sie können aber auch thermisch an einen Kühlkörper angebunden sein.
Somit lässt sich eine sehr einfache und kompakte Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung von Licht, insbesondere von Weißlicht, mit sehr hoher Leuchtdichte realisieren, wobei der Grossteil des Anregungslichtes in das Konversionsmedium eindringt, um nach Konversion im wesentlichen ohne Auftreffen auf die Trägervorrichtung in Beleuchtungsrichtung emittiert zu werden.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform kann die Anregungslichtquelle einen optischen Lichtleiter mit einer räumlich separierten Anregungslichtquelle umfassen. So kann eine defekte Anregungslichtquelle einfach ausgetauscht werden, ohne dass die Beleuchtungseinrichtung demontiert werden muss. Aufgrund der kompakten Bauform kann die Beleuchtungseinrichtung auch drehbar oder beweglich in einem oder mehreren Freiheitsgraden eingebaut werden, um eine Veränderung der Beleuchtungsrichtung zu bewirken.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann ein optisches Element zur Fokussierung im Strahlengang zwischen der Anregungslichtquelle und dem Konversionsmedium angeordnet sein. Hierdurch kann das Anregungslicht auf das Konversionsmedium fokussiert werden, wodurch ein besonders kleiner Leuchtfleck erzeugt und die Leuchtdichte verbessert werden kann. Für eine optimale Konvertierung kann so der Fokus des Anregungslichtes innerhalb des Konversionsmediums liegen.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft weiter einen Scheinwerfer zur Beleuchtung, welcher eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung und einen Reflektor umfasst. Dabei ist die Beleuchtungsvorrichtung derart ausgebildet, dass der Leuchtfleck im Arbeitspunkt des Reflektors angeordnet ist.
Ebenso kann die Beleuchtungseinrichtung auch für einen Projektor verwendet werden, wobei der Leuchtfleck im Arbeitspunkt eines Linsensystems des Projektors angeordnet sein kann.
Ferner betrifft die Erfindung einen Scheinwerfer für eine Verwendung in Fahrzeugen, welcher eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung umfasst. Hierzu kann der Reflektor als Scheinwerfer ausgebildet sein bzw. der Scheinwerfers eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung derart umfassen, dass der Leuchtfleck des Konversionsmediums im Arbeitspunkt des Scheinwerferreflektors liegt. Bei einer Verwendung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung für einen Scheinwerfer ist das Konversionsmedium entsprechend den Vorgaben und Richtlinien, betreffend Weißlicht für Fahrzeuge, auszuwählen. Für Fahrzeugscheinwerfer ist dies beispielsweise in entsprechenden ECE-Regelungen und CIE-Normen festgelegt. Um tagesähnliche Lichtfarben zu erreichen, kann ein Farbort im Bereich von 5500 K bis 6500 K günstig sein. Hierzu kann ein Konversionsmedium ausgewählt werden, welches in Abhängigkeit des Strahlungsspektrums das Anregungslicht in eine Sekundärstrahlung mit einer einem weißen Farbort entsprechende Strahlungscharakteristik konvertiert.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der dargestellten Ausführungsbeispiele und den angefügten Ansprüchen.
Die Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht der Beleuchtungseinrichtung,
2 eine schematische Draufsicht auf eine Trägervorrichtung,
3 eine schematische Seitenansicht einer Weiterbildung der Beleuchtungseinrichtung,
4 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Weiterbildung der Beleuchtungseinrichtung,
5 eine schematische Seitenansicht einer nochmals weiteren Weiterbildung der Bleuchtungseinrichtung, und
6 eine Sicht auf ein schräg angeordnetes Konversionsmedium mit einer Beschichtung.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen bezeichnen um der Klarheit willen gleiche Bezugszeichen im Wesentlichen gleiche Teile in oder an diesen Ausführungsformen.
1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung im Querschnitt. Die Anregungslichtquelle umfasst einen optischen Lichtleiter, der als faseroptischer Lichtleiter 14 ausgebildet ist und in den elektromagnetische Strahlung einer Anregungslichtquelle 18 eingekoppelt wird. Der Lichtleiter 14 emittiert eingekoppelte elektromagnetische Strahlung als Anregungslicht an seinem einen Ende 15 in Richtung auf ein Konversionsmedium 11.
Die Trägervorrichtung 10 ist im Bereich der Befestigung des Konversionsmediums 11 mit einer Verspiegelung 12 versehen. Dies kann beispielsweise eine Beschichtung der entsprechenden Kontaktfläche 17. Des weiteren kann die Halterung auch mit einem Spiegel oder einem metallischen Spiegel ausgebildet sein. Das Konversionsmedium kann fest und/oder lösbar mit der Trägervorrichtung 10 verbunden sein.
Ein Niederhalter 13 dient der Fixierung des zumindest einen optischen Lichtleiters 14. Eine Zugentlastung (nicht dargestellt) kann zur Sicherung des faseroptischen Lichtleiters vorgesehen sein. Besonders günstig ist der Niederhalter 13 sehr flach ausgebildet, um die Abschattung zu minimieren. Ein Niederhalter 13 ist nicht zwingend vorgeschrieben; beispielsweise kann der optische Lichtleiter auch in oder auf die Trägervorrichtung geklebt werden.
2 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Trägervorrichtung 10, umfassend ein Konversionsmedium 11. Insgesamt drei Nuten bzw. Rillen 20 sind vorgesehen, um faseroptische Lichtleiter (nicht dargestellt) als Anregungslichtquelle aufzunehmen. Besonders günstig sind, die Nuten bzw. Rillen 20 als sogenannte V-Grooves ausgebildet, welche eine sehr gute Aufnahme von faseroptischen Lichtleitern ermöglichen, ohne diese zu schädigen. Das Vorhandensein von drei Aufnahmemöglichkeiten für Lichtleiter 14 stellt eine mögliche Ausführungsform dar, ist aber nicht zwingend für eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung. Vielmehr richtet sich die Anzahl der optischen Lichtleiter 14 nach den Erfordernissen der bestimmten Verwendung, beispielsweise nach zu erreichenden Leuchtdichte oder der zu tolerierenden Temperatur der Anregungslichtquelle.
Die zumindest eine Aufnahmevorrichtung für Lichtleiter 14 ist derart ausgebildet, dass das eine Ende des Lichtleiters 14 in Richtung auf das Konversionsmedium 11 weist. Das Konversionsmedium 11 liegt demnach in der Richtung des optischen Pfades des Anregungslichtes. Das Anregungslicht trifft besonders vorteilhaft in einem bestimmten Punkt auf die Oberfläche des Konversionsmediums auf, der auch als Leuchtfleck 22 bezeichnet werden kann. Zur Erreichung einer hohen Effizienz und/oder einer hohen Leuchtdichte ist der Leuchtfleck 22 möglichst klein zu halten.
Die Trägervorrichtung 10 ist weiterhin mit Öffnungen und/oder Bohrungen 21 ausgebildet zur Befestigung mit weiteren Gegenständen wie beispielsweise einem Reflektor (nichtdargestellt). Für eine hochgenaue Positionierung und/oder Orientierung der Trägervorrichtung kann diese beispielsweise mit Langlöchern 25 und Bohrungen 24 für Paßstifte ausgebildet sein.
3 zeigt eine Weiterbildung der Erfindung. Die Weiterbildung umfasst zumindest einen Spiegel 30 oder eine verspiegelte Fläche, wodurch Teil der Sekundärstrahlung 31 zurück auf das Konversionsmedium 11 gelenkt werden kann. Besonders bevorzugt ist dieser Spiegel 30 derart angeordnet, dass ein Teil der reflektierten blauen Strahlung wieder zurück auf den Leuchtfleck des Konversionsmediums fallen kann, um dort in langwelligeres, gelbes Licht konvertiert zu werden. Auf diese Weise kann die Effizienz der Konvertierung des Anregungslichtes in langwelligeres Licht gesteigert werden.
In einer nochmaligen Weiterbildung zeigt 4 einen Spiegel 41, der auch eine verspiegelte Fläche umfassen kann und der dazu ausgebildet ist, einen Teil der Sekundärstrahlung 41 auf einen genau bestimmten Bereich in Beleuchtungsrichtung oder in eine genau bestimmte Zone (nicht dargestellt) zu lenken. Dieser Bereich kann beispielsweise eine bestimmte Fläche in einem Reflektor (nicht dargestellt) betreffen. Besonders bevorzugt ist dieser Spiegel 41 derart angeordnet, dass ein Teil der reflektierten blauen Strahlung durch den Spiegel an einen bestimmten Ort in Beleuchtungsrichtung gelenkt werden kann.
Eine nochmals weitere Weiterbildung zeigt 5. Die Trägervorrichtung 10 umfasst einen Absorber 51 oder eine absorbierende Fläche, welche einen Teil der Sekundärstrahlung 51 absorbiert. Auf diese Weise kann am Konversionsmedium 11 reflektiertes Licht aus dem Strahlengang der Sekundärstrahlung 51 entfernt werden. Auf diese Weise kann auch besonders einfach Sekundärstrahlung bei einem Verlust des Konversionsmediums absorbiert werden, ohne unkontrolliert in die Umgebung zu gelangen. Sehr vorteilhaft kann dieser Effekt zur Erhöhung der Sicherheit gegen unkontrolliert emittierte Laserstrahlung genutzt werden, wenn die Lichtquelle eine Laserlichtquelle umfasst.
In 6 ist eine schematische Sicht auf ein schräg zum Anregungslicht angeordnetes Konversionsmedium im Querschnitt dargestellt. Das Anregungslicht verläuft entlang eines optischen Pfades 63 und trifft schräg auf die Oberfläche des Konversionsmediums 11 in einem Winkel α auf. Die Trägervorrichtung 16 ist im Bereich der Befestigung mit dem Konversionsmedium 11 mit einem breitbandig reflektierenden Spiegel 62 ausgebildet. Dies kann auch eine breitbandig reflektierende Beschichtung der Trägervorrichtung 16 sein. Das Konversionsmedium 11 weist geometrisch die Form eines Plättchens mit begrenzenden Flächen auf. Dabei ist zumindest die dem Anregungslicht zugewandte Fläche besonders günstig mit einer als Bandstopfilter wirkenden Schicht 61 ausgebildet, die den Grünanteil im konvertierten gelben Licht reflektiert und den gelb-roten Lichtanteil durchlässt, so dass die konvertierte Strahlung in einem Wellenlängenbereich von etwa 480 nm bis 510 nm gefiltert wird. Der reflektierte oder zurückgestreute blaue Spektralanteil und der konvertierte, gefilterte gelbe Spektralanteil können in ihrer Mischung weißes Beleuchtungslicht ergeben.
Die Schicht 61 kann zusätzlich auch mit einem AR-Coating ausgebildet sein, um eine Reflektion von Anregungslicht und/oder konvertierten Licht zu reduzieren und auf diese Weise die Effizienz der Konvertierung zu verbessern.
In 7 ist eine weitere Ausführungsform, umfassend eine Anregungslichtquelle mit mehreren, parallel angeordneten optischen Lichtleitern, dargestellt. Der auf dem Konversionsmedium 11 ausgebildete Leuchtfleck kann daher mehrere einzelne Leuchtflecke 71, 72, 73 umfassen, die jeweils einem optischen Lichtleiter 74, 75 und 76 zugeordnet werden können. Die einzelnen Leuchtflecke 71, 72, 73 können dabei überlappend oder räumlich separiert angeordnet sein.
Durch unabhängiges Schalten der den einzelnen Lichtleitern 74, 75 und 76 zugeordneten Anregungslichtquellen (nicht dargestellt) können die Leuchtflecke einzeln aktiv geschaltet werden, so dass die Leuchtdichtenverteilung auf dem Konversionsmedium 11 variiert werden kann.
8 zeigt eine nochmals weitere Ausführungsform, bei der mehrere optische Lichtleiter auf der Trägervorrichtung 10 angeordnet sind und wobei der Abstand des Emissionsortes eines jeden optischen Lichtleiters von dem auf dem Konversionsmedium erzeugten Leuchtfleck gleich groß ist. Dies wird erreicht durch eine kreisförmige Anordnung um das Zentrum des Leuchtflecks.
In 9 ist eine mögliche Anordnung einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 92 in einem Reflektor 91, der als parabolischer Halb-Hohlspiegel ausgebildet ist, In besonders bevorzugter Weise kann bei einer derartigen Anordnung ein optischer Lichtleiter 93 ohne Biegung aus dem Reflektor herausgeführt werden.
In 10 ist eine nochmals weitere Ausführungsform dargestellt, bei der eine Beleuchtungseinrichtung 101 schräg in einem Reflektor 91 angeordnet ist und bei der ein optischer Lichtleiter in Beleuchtungsrichtung liegt. In Bezug auf die Lasersicherheit kann eine derartige Anordnung sehr günstig sein bei einer Beschädigung des Konversionsmediums, da der Laserstrahl auf diese Weise in einen rückseitigen Raum des Reflektors geführt werden kann und auf diese Weise nicht unkontrolliert in die Umgebung austreten kann.
In 11 ist eine Anordnung einer Beleuchtungseinrichtung 112 in einer Projektionseinrichtung schematisch dargestellt. In der Anordnung ist eine optische Linse 111, die in der Beleuchtungsrichtung der Beleuchtungseinrichtung liegt, vorgesehen zur Lenkung des erzeugten Lichtes in eine gewünschte Richtung.
In 12 ist eine Anordnung dargestellt, bei der die Anregungslichtquelle eine monochromatische Laserlichtquelle 121 umfasst, welche direkt mit der Trägervorrichtung 10 verbunden ist. Zur Fokussierung des Anregungslichtes auf das Konversionsmedium 11 ist eine optische Linse 122 vorgesehen.
In 13 ist eine weitere Anordnung einer Beleuchtungseinrichtung dargestellt, wobei ein Winkel α den Winkel zwischen dem optischen Pfad des Anregungslichtes und der Oberflächennormalen 131 auf der der Anregungslichtquelle zugewandten Fläche des Konversionsmediums angibt, so dass das Anregungslicht schräg auf die Oberfläche des Konversionsmediums auftrifft.
Weiterhin ist ein minimaler Abschattungswinkel β dargestellt, der den minimalen Winkel zwischen der Oberflächennormalen 131 und demjenigen Strahl aus der Sekundärstrahlung entspricht, bei dem gerade noch eine Abschattung durch die Trägervorrichtung erfolgt.
Der maximale Einfallwinkel γ entspricht dem größten Winkel zwischen der Oberflächennormalen 131 und einem Strahl des Anregungslichtes, der auf die Oberfläche des Konversionsmediums emittiert wird.

Für eine Beleuchtungseinrichtung mit einem optischen Lichtleiter als Anregungslichtquelle ergeben sich folgende günstige Konfigurationen bezüglich einem Durchmesser des Lichtleiters D, der NA, dem Abstand d und dem Winkel α.

NA	D/mm	d/mm	bevorzugte Winkel α/°	besonders bevorzugte Winkel α/°
0,02	0,5	5	35 bis 70
0,05	0,2	3	40 bis 70
0,05	0,2	2	40 bis 70	50 bis 60
0,05	0,2	1	45 bis 70	50 bis 60
0,1	0,1	2	45 bis 65	50 bis 55
0,1	0,1	1	45 bis 65	50 bis 55
0,1	0,1	0,5	45 bis 65	nur 55
0,2	0,05	0,5	50 bis 60
0,2	0,05	0,3	55 bis 60
0,3	0,033	0,3	nur 55

Tabelle 1: Konfiguration für optischen Lichtleiter

Hiernach ist beispielsweise eine besonders günstige Konfiguration bei D = 0,1 mm, NA = 0,1, d = 1 mm und α = 5° bis 65°, wobei α besonders günstig zwischen 50° und 55° liegt. im bevorzugten Bereich für den Winkel α liegt der Anteil des abgeschatteten Lichts unter 20%, der maximale Einfallwinkel unter 75° und die Größe des ovalen Leuchtflecks ist kleiner als ca. 1 mm × 1,5 mm. Im besonders bevorzugten Bereich für den Winkel α liegt der Anteil des abgeschatteten Lichts unter 10%, der maximale Einfallwinkel unter 65° und die Größe des ovalen Leuchtflecks ist kleiner als ca. 0,6 mm × 0,9 mm.
Für eine Beleuchtungseinrichtung, bei der die Anregungslichtquelle eine monochromatische Laserlichtquelle umfasst, welche direkt mit der Trägervorrichtung verbunden ist, ergeben sich folgende günstige Konfigurationen:
Ein günstiger Abstand d ergibt sich aus dem Durchmesser der optischen Linse und der NA, so dass der Fokus im Bereich des Konversionsmediums liegt, wobei der Durchmesser der Linse vorzugsweise der Größe der Laserlichtquelle entspricht. Bei einer Größe der Laserlichtquelle von beispielsweise 2 mm kann vorzugsweise eine ebenso große Linse ausgewählt werden. In diesem Fall ergibt sich bei einer NA von 0,1 ein besonders günstiger Abstand d von etwa 10 mm.

NA bevorzugte Winkel α/° besonders bevorzugte Winkel α/°

0,05 35 bis 70 35 bis 65

0,1 40 bis 65 45 bis 60

0,2 45 bis 60 50 bis 55

0,3 50 bis 55 nur 55

Tabelle 2: Konfiguration für Laserlichtquelle mit Linsen
Bei einer NA von 0,1 liegt dabei beispielsweise ein Winkel α in einem bevorzugten Bereich von 40° bis 65° und ganz besonders bevorzugt in einem Bereich von 45° bis 60°.
Im bevorzugten Bereich für den Winkel α liegt der Anteil des abgeschatteten Lichts unter 20%, der maximale Einfallwinkel unter 75°. Im besonders bevorzugten Bereich für den Winkel α liegt der Anteil des abgeschatteten Lichts unter 10%, der maximale Einfallwinkel unter 65.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend anhand der Figuren beschriebenen lediglich beispielhaften Ausführungsformen beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise im Rahmen des Gegenstandes der Patentansprüche variiert werden kann. Insbesondere können auch die Merkmale einzelner Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008031256 A1 [0003]
US 7356054 B2 [0005]
WO 2012025141 [0006]

Claims

Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung von konvertiertem Licht mit hoher Leuchtdichte, insbesondere von Weißlicht, umfassend – eine Anregungslichtquelle zur Abgabe von blauem oder ultravioletten Anregungslicht, – ein Konversionsmedium zur Konvertierung des Anregungslichtes in langwelligeres Licht, wobei dass vom Konversionsmedium remittierte Licht vorzugsweise weiß erscheint, – eine Trägervorrichtung zur Ausrichtung des Anregungslichtes schräg auf einen mittleren Bereich der Oberfläche des Konversionsmediums derart, dass der Großteil des Anregungslichtes in das Konversionsmedium eindringt, um nach Konversion im wesentlichen ohne Auftreffen auf die Trägervorrichtung in Beleuchtungsrichtung emittiert zu werden
Beleuchtungseinrichtung gemäß dem vorstehenden Anspruch, wobei die Anregungslichtquelle eine monochromatische Lichtquelle umfasst.
Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Anregungslichtquelle einen optischen Lichtleiter umfasst.
Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Konversionsmedium einen ersten Anteil der Strahlung in einen gelben Spektralbereich konvertiert und einen zweiten Anteil der Strahlung in einen blauen Anteil zurückstreut oder reflektiert.
Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Konversionsmedium ein niedrig dotiertes Ce:YAG Phosphor-Material umfasst.
Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Konversionsmedium ein, niedrig dotiertes, optokeramisches Material aus Ce:YAG mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 5 W/(m·K) umfasst
Beleuchtungseinrichtung gemäß vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägervorrichtung zum Befestigen des Konversionsmediums und der Anregungslichtquelle ausgebildet ist.
Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägervorrichtung zumindest im Bereich des Konversionsmediums und/oder die Halterung zum Befestigen des Konversionsmediums zur Wärmeableitung und/oder als Wärmesenke ausgebildet ist.
Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Konversionsmedium schräg in einem Winkel α zum optischen Pfad des Anregungslichtes angeordnet ist.
Scheinwerfer, umfassend eine Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Konversionsmedium, insbesondere der Leuchtfleck des Konversionsmediums, im Arbeitspunkt des Scheinwerfers angeordnet ist.
Projektionseinrichtung, umfassend eine Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Konversionsmedium, insbesondere der Leuchtfleck des Konversionsmediums, im Arbeitspunkt der Projektionseinrichtung angeordnet ist.
Scheinwerfer für Fahrzeuge, umfassend eine Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Konversionsmedium, insbesondere der Leuchtfleck des Konversionsmediums, im Arbeitspunkt des Scheinwerfers angeordnet ist.