DE102013206338A1

DE102013206338A1 - lighting device

Info

Publication number: DE102013206338A1
Application number: DE201310206338
Authority: DE
Inventors: Jürgen Hager; Jasmin Muster; Stephan SCHWAIGER; Oliver Hering
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2013-04-10
Publication date: 2014-10-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung mit einem Lichtwellenlängenkonversionselement (1), das mindestens eine erste Oberfläche (10) zur Einkopplung von Licht und mindestens eine zweite, der Lichtemission dienende Oberfläche (11) besitzt, und mit mindestens einem Lichtleiter (3), der Licht zu der mindestens einen ersten Oberfläche (10) des Lichtwellenlängenkonversionselements lenkt, wobei die Beleuchtungseinrichtung einen Kühlkörper (2) aufweist, der eine an der mindestens einen ersten Oberfläche (10) des Lichtwellenlängenkonversionselements (1) anliegende Auflagefläche (20) besitzt und der mit mindestens einer, sich bis zur Auflagefläche erstreckenden Durchführung (21) für den mindestens einen Lichtleiter (3) ausgestattet ist.The invention relates to a lighting device having a light wavelength conversion element (1) which has at least one first surface (10) for coupling in light and at least one second surface (11) serving for light emission, and with at least one light guide (3) for directing the light the at least one first surface (10) of the light wavelength conversion element, wherein the illumination device has a heat sink (2) having a bearing surface (20) abutting the at least one first surface (10) of the light wavelength conversion element (1) and having at least one, is provided to the support surface extending passage (21) for the at least one light guide (3).

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a lighting device according to the preamble of claim 1.

I. Stand der TechnikI. State of the art

Eine derartige Beleuchtungseinrichtung ist beispielsweise in der DE 20 2012 005 157 U1 offenbart. Diese Schrift beschreibt eine Beleuchtungseinrichtung mit mehreren, blaues Licht emittierenden Laserdioden, deren Licht mittels einer TIR-Optik und nachgeschaltetem Lichtleiter auf ein Lichtwellenlängenkonversionselement gelenkt wird. Such a lighting device is for example in the DE 20 2012 005 157 U1 disclosed. This document describes a lighting device with a plurality of blue light emitting laser diodes whose light is directed by means of a TIR optics and downstream optical fiber to a light wavelength conversion element.

II. Darstellung der ErfindungII. Presentation of the invention

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Beleuchtungseinrichtung bereitzustellen, die einerseits eine gute Kühlung des Lichtwellenlängenkonversionselement ermöglicht und die andererseits die Zugänglichkeit des Lichtwellenlängenkonversionselement für Lichtleiter nicht beeinträchtigt und die keine Lichtabschattung verursacht. It is an object of the invention to provide a lighting device, on the one hand enables good cooling of the light wavelength conversion element and on the other hand, the accessibility of the light wavelength conversion element for optical fibers not impaired and does not cause Lichtabschattung.

Diese Aufgabe wird durch eine Beleuchtungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. This object is achieved by a lighting device having the features of claim 1. Particularly advantageous embodiments of the invention are described in the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung besitzt mindestens ein Lichtwellenlängenkonversionselement, das mindestens eine erste Oberfläche zur Einkopplung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Licht, zur Anregung des Lichtwellenlängenkonversionselements und mindestens eine zweite, der Lichtemission dienende Oberfläche besitzt, und mit mindestens einem Lichtleiter, der elektromagnetische Strahlung, insbesondere Licht, von mindestens einer Anregungsquelle, beispielsweise von einer im blauen Spektralbereich emittierenden Laserdiode, zu der mindestens einen ersten Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements lenkt. Erfindungsgemäß weist die Beleuchtungseinrichtung einen Kühlkörper auf, der eine an der mindestens einen ersten Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements anliegende Auflagefläche besitzt und der mit mindestens einer, sich bis zur Auflagefläche erstreckenden Durchführung für den mindestens einen Lichtleiter ausgestattet ist. The illumination device according to the invention has at least one light wavelength conversion element which has at least one first surface for coupling electromagnetic radiation, in particular light, for exciting the light wavelength conversion element and at least one second surface serving the light emission, and at least one light guide, the electromagnetic radiation, in particular light, of at least one excitation source, for example of a laser diode emitting in the blue spectral range, to which at least one first surface of the light wavelength conversion element is directed. According to the invention, the illumination device has a cooling body, which has a contact surface bearing against the at least one first surface of the light wavelength conversion element and which is equipped with at least one passage extending up to the contact surface for the at least one light guide.

Aufgrund der vorgenannten Merkmale der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung erfolgt keine Abschattung der lichtemittierenden Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements durch die Lichtleiter und den Kühlkörper.Due to the aforementioned features of the illumination device according to the invention, there is no shading of the light-emitting surface of the light wavelength conversion element by the light guides and the heat sink.

Die der Lichteinkopplung und der Lichtemission dienenden Oberflächen des Lichtwellenlängenkonversionselements sind vorzugsweise an unterschiedlichen Seiten des Lichtwellenlängenkonversionselements angeordnet. The surfaces of the light wavelength conversion element serving for the light injection and the light emission are preferably arranged on different sides of the light wavelength conversion element.

Vorteilhafter Weise ist der Kühlkörper der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung mit einer Vielzahl von sich bis zur Auflagefläche erstreckenden Durchführungen ausgestattet, deren Austrittsöffnungen im Bereich der Auflagefläche matrixartig oder entlang konzentrischer Ringe angeordnet sind und in denen jeweils mindestens ein Lichtleiter angeordnet ist. Dadurch werden sowohl eine gute Ausleuchtung als auch eine gute Kühlung des Lichtwellenlängenkonversionselements ermöglicht. Insbesondere kann durch Variieren der Anzahl der Durchführungen für die darin angeordneten Lichtleiter und durch Variieren der Größe der Auflagefläche des Kühlkörpers die Kühlleistung und die Homogenität der Leuchtdichte des Lichtwellenlängenkonversionselements an die benötigten Werte angepasst werden. Beispielsweise wird durch eine Erhöhung der Anzahl der Lichtleiter und eine entsprechend größere Dichte der Austrittsöffnungen der Durchführungen für die Lichtleiter in der Auflagefläche des Kühlkörpers die Homogenität der Leuchtdichte des Lichtwellenlängenkonversionselements verbessert. Umgekehrt wird durch eine Reduktion der Anzahl der Lichtleiter und eine entsprechend geringere Dichte der Austrittsöffnungen der Durchführungen für die Lichtleiter in der Auflagefläche des Kühlkörpers die Kühlung des Lichtwellenlängenkonversionselements verbessert.Advantageously, the heat sink of the illumination device according to the invention is equipped with a plurality of extending to the support surface bushings, the outlet openings are arranged in the region of the support surface in a matrix or concentric rings and in each of which at least one light guide is arranged. This allows both a good illumination and a good cooling of the light wavelength conversion element. In particular, by varying the number of bushings for the optical fibers arranged therein and by varying the size of the bearing surface of the heat sink, the cooling power and the homogeneity of the luminance of the light wavelength conversion element can be adapted to the required values. For example, the homogeneity of the luminance of the light wavelength conversion element is improved by increasing the number of optical fibers and a correspondingly greater density of the outlet openings of the bushings for the light guides in the support surface of the heat sink. Conversely, the cooling of the light wavelength conversion element is improved by reducing the number of optical fibers and a correspondingly lower density of the outlet openings of the passages for the optical fibers in the support surface of the heat sink.

Vorzugsweise ist der mindestens eine Lichtleiter der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung als Glasfaser oder Glasfaserbündel ausgebildet und die Abmessungen der Durchführungen sind auf den Außendurchmesser der jeweiligen Glasfaser bzw. des jeweiligen Glasfaserbündels abgestimmt. Glasfasern und Glasfaserbündel haben den Vorteil, dass sie biegsam und flexibel sind und daher vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten für die Anordnung einer oder mehrerer Lichtquellen bieten. Durch Abstimmung der Abmessungen der Durchführungen auf den Außendurchmesser der Glasfaser bzw. des Glasfaserbündels werden unnötige Hohlräume im Kühlkörper vermieden und damit die Kühlwirkung verbessert. Vorteilhafter Weise liegt der mindestens eine Preferably, the at least one light guide of the illumination device according to the invention is designed as a glass fiber or glass fiber bundle and the dimensions of the bushings are matched to the outer diameter of the respective glass fiber or the respective glass fiber bundle. Glass fibers and glass fiber bundles have the advantage that they are flexible and flexible and therefore offer a variety of design options for the arrangement of one or more light sources. By matching the dimensions of the bushings on the outer diameter of the glass fiber or the glass fiber bundle unnecessary voids in the heat sink are avoided and thus improves the cooling effect. Advantageously, the at least one

Lichtleiter in der Durchführung am Kühlkörper an, um eine spielfreie Anordnung des mindestens einen Lichtleiters in der Durchführung sowie eine Kühlung des mindestens einen Lichtleiters zu ermöglichen. Light guide in the implementation of the heat sink to allow a backlash-free arrangement of the at least one light guide in the implementation and cooling of the at least one light guide.

Der Kühlkörper der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ist vorzugsweise mit einer Halterung für die Beleuchtungseinrichtung versehen, um die Beleuchtungseinrichtung in einem Fahrzeugscheinwerfer oder einer Leuchte fixieren zu können. The heat sink of the illumination device according to the invention is preferably provided with a holder for the illumination device in order to fix the illumination device in a vehicle headlight or a lamp.

Die Auflagefläche des Kühlkörpers liegt vorteilhafter Weise formschlüssig an der mindestens einen ersten Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements an. Dadurch wird ein guter thermischer Kontakt zwischen dem Lichtwellenlängenkonversionselement und dem Kühlkörper hergestellt und eine gute Wärmeableitung vom Lichtwellenlängenkonversionselement zum Kühlkörper ermöglicht. The support surface of the heat sink is advantageously in a form-fitting manner on the at least one first surface of the light wavelength conversion element. As a result, a good thermal contact between the light wavelength conversion element and the heat sink is produced and a good heat dissipation from the light wavelength conversion element to the heat sink is made possible.

Der Kühlkörper der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung besteht vorzugsweise aus Metall, um eine gute Wärmeableitung von dem Lichtwellenlängenkonversionselement zu gewährleisten. Besonders bevorzugt sind Metalle mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise Kupfer, Kupferlegierungen oder Aluminium. The heat sink of the illumination device according to the invention is preferably made of metal in order to ensure good heat dissipation from the light wavelength conversion element. Particularly preferred are metals with high thermal conductivity, such as copper, copper alloys or aluminum.

Vorteilhafterweise ist der Kühlkörper der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung mit Kühlrippen versehen, um die Kühlwirkung zu verbessern. Alternativ oder zusätzlich zu den Kühlrippen kann der Kühlkörper zwecks Verbesserung seiner Kühlwirkung Kühlkanäle für die Zufuhr eines gasförmigen oder flüssigen Kühlmittels aufweisen. Advantageously, the heat sink of the illumination device according to the invention is provided with cooling ribs in order to improve the cooling effect. As an alternative or in addition to the cooling ribs, the cooling body may have cooling channels for the supply of a gaseous or liquid coolant in order to improve its cooling effect.

Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung besitzt vorteilhafter Weise mindestens eine Halbleiterlichtquelle und das Lichtwellenlängenkonversionselement ist vorteilhafter Weise derart ausgebildet ist, dass es mindestens einen Teil des von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle emittierten Lichts in Licht anderer Wellenlänge konvertiert, so dass das Lichtwellenlängenkonversionselement an seiner mindestens einen zweiten Oberfläche Licht emittiert, das eine Mischung aus nicht konvertiertem und konvertiertem Licht ist. Dadurch wird eine Beleuchtungseinrichtung mit einer nahezu punktförmigen Lichtquelle mit sehr hoher Leuchtdichte und Intensität ermöglicht, die gut für den Einsatz als Lichtquelle in Projektionssystemen, wie beispielsweise in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer, geeignet ist. Aber auch in Freiform-Reflektorsystemen kann eine solche Lichtquelle verwendet werden, um bedingt durch die hohe Leuchtdichte auch hohe Reichweiten des Scheinwerfers in wichtigen Bereichen der Straßenausleuchtung zu erreichen. Vorzugsweise werden für den vorgenannten Zweck blaues Licht emittierende Laserdioden verwendet, deren Licht mittels des Lichtwellenlängenkonversionselements in weißes Licht konvertiert wird. The illumination device according to the invention advantageously has at least one semiconductor light source and the light wavelength conversion element is advantageously designed such that it converts at least part of the light emitted by the at least one semiconductor light source into light of a different wavelength, so that the light wavelength conversion element emits light on its at least one second surface which is a mixture of unconverted and converted light. This allows a lighting device with a nearly punctiform light source with very high luminance and intensity, which is well suited for use as a light source in projection systems, such as in a motor vehicle headlight. But even in free-form reflector systems such a light source can be used to achieve due to the high luminance and high ranges of the headlamp in important areas of street lighting. Preferably, blue light emitting laser diodes are used for the aforementioned purpose, the light of which is converted into white light by means of the light wavelength conversion element.

III. Beschreibung des bevorzugten AusführungsbeispielsIII. Description of the Preferred Embodiment

Nachstehend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail below with reference to preferred exemplary embodiments. Show it:

1 eine perspektivische Ansicht der lichtemittierenden Oberfläche des Lichtwellenlängenkonversionselements und des Kühlkörpers der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung, entsprechend einer Vorderansicht der Beleuchtungseinrichtung 1 a perspective view of the light emitting surface of the light wavelength conversion element and the heat sink of the illumination device according to the first embodiment of the invention in a schematic representation, corresponding to a front view of the illumination device

2 eine perspektivische Ansicht des Lichtleiters und des Kühlkörpers der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung, entsprechend einer Rückansicht der in 1 abgebildeten Beleuchtungseinrichtung 2 a perspective view of the light guide and the heat sink of the illumination device according to the first embodiment of the invention in a schematic representation, corresponding to a rear view of in 1 pictured illumination device

3 eine Draufsicht auf die Auflagefläche des Kühlkörpers der in den 1 und 2 abgebildeten Beleuchtungseinrichtung in schematischer Darstellung 3 a plan view of the support surface of the heat sink in the 1 and 2 illustrated illumination device in a schematic representation

4 eine perspektivische Ansicht des Lichtleiters und des Kühlkörpers der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung 4 a perspective view of the light guide and the heat sink of the illumination device according to the second embodiment of the invention in a schematic representation

In den 1 bis 3 ist schematisch die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Diese Beleuchtungseinrichtung besitzt ein Lichtwellenlängenkonversionselement 1, das von einem rechteckigen, mit Leuchtstoff beschichteten Plättchen 12 gebildet wird, und einen quaderförmigen Kühlkörper 2 aus Kupfer sowie mit einer Vielzahl von Lichtleitern 3, die jeweils in einer Durchführung des Kühlkörpers 2 angeordnet sind. Das mit Leuchtstoff beschichtete Plättchen 12 besteht aus transparentem, gut wärmeleitfähigem Material, vorzugsweise aus Saphir. Alternativ kann auch ein in eine Keramikmatrix gesinterter Leuchtstoff verwendet werden, der beispielsweise direkt auf dem Kühlkörper 2 geklebt ist. In the 1 to 3 schematically the illumination device according to the first embodiment of the invention is shown. This illumination device has a light wavelength conversion element 1 that of a rectangular, phosphor-coated plate 12 is formed, and a cuboid heat sink 2 made of copper and a variety of light guides 3 , each in a bushing of the heat sink 2 are arranged. The phosphor-coated plate 12 consists of transparent, good thermally conductive material, preferably sapphire. Alternatively, it is also possible to use a phosphor sintered in a ceramic matrix, for example directly on the heat sink 2 is glued.

Das Lichtwellenlängenkonversionselement 1 ist teilweise lichtdurchlässig und besitzt eine erste Oberfläche 10, die der Einkopplung von Licht dient und die an dem Kühlkörper 2 zugewandten Seite des Lichtwellenlängenkonversionselements 1 angeordnet ist und an einer Auflagefläche 20 des Kühlkörpers 2 formschlüssig anliegt, um eine gute Wärmeableitung vom Lichtwellenlängenkonversionselement 1 zum Kühlkörper 2 zu gewährleisten. Außerdem besitzt das Lichtwellenlängenkonversionselement 1 eine zweite Oberfläche 11, die der Lichtemission dient und die an einer vom Kühlkörper 2 abgewandten Seite des Lichtwellenlängenkonversionselements 1 angeordnet ist. Die Oberfläche der vom Kühlkörper 2 abgewandten Seite des Saphirplättchens 12, die identisch zu der zweiten Oberfläche 11 des Lichtwellenlängenkonversionselement 1 ist, ist mit Zer dotiertem Yttrium-Aluminiumgranat-Leuchtstoff (YAG:Ce) beschichtet, der einen Teil des von den Lichtleitern 3 herangeführten blauen Lichts in gelbes Licht konvertiert, so dass an der Oberfläche 11 weißes Licht das Lichtwellenlängenkonversionselement 1 verlässt, das eine Mischung aus nicht-konvertiertem blauem und konvertiertem gelbem Licht ist. Die Seitenlängen des rechteckigen Saphirplättchens des Lichtwellenlängenkonversionselements 1 betragen 2 mm und 1 mm und seine, senkrecht zu den Oberflächen 10 und 11 gemessene Dicke beträgt 0,05 mm. Die Größe der ersten Oberfläche 10 und der zweiten Oberfläche 11 des Lichtwellenlängenkonversionselements 1 beträgt somit 2 mm². Die Schichtdicke der Leuchtstoffbeschichtung und die Konzentration der Leuchtstoffpartikel in der Leuchtstoffbeschichtung bestimmen die relativen Anteile von nicht konvertiertem blauem und konvertiertem gelbem Licht und somit die Farbtemperatur und den Farbort des weißen Mischlichts, das vom Lichtwellenlängenkonversionselement 1 an seiner zweiten Oberfläche 11 emittiert wird. Beispielsweise führen eine Erhöhung der Konzentration von Leuchtstoffpartikeln oder eine der Schichtdicke der Leuchtstoffbeschichtung zu einem höheren relativen Gelblichtanteil und somit zu einer Reduktion der Farbtemperatur des vom Lichtwellenlängenkonversionselement 1 emittierten weißen Mischlichts. Die Oberfläche der dem Kühlkörper 2 zugewandten Seite des Saphirplättchens 12, die identisch zu der ersten Oberfläche 10 des Lichtwellenlängenkonversionselements 1 ist, liegt formschlüssig an der Auflagefläche 20 des Kühlkörpers 2 an. The light wavelength conversion element 1 is partially translucent and has a first surface 10 , which serves to couple light in and to the heat sink 2 facing side of the light wavelength conversion element 1 is arranged and on a support surface 20 of the heat sink 2 positively abuts, to a good heat dissipation from the light wavelength conversion element 1 to the heat sink 2 to ensure. In addition, the light wavelength conversion element has 1 a second surface 11 , which serves the light emission and the one at the heat sink 2 opposite side of the light wavelength conversion element 1 is arranged. The surface of the heat sink 2 opposite side of the sapphire plate 12 that are identical to the second surface 11 the light wavelength conversion element 1 is coated with zer doped yttrium aluminum garnet phosphor (YAG: Ce), which is part of the of the light guides 3 converted blue light into yellow light, so that on the surface 11 white light, the light wavelength conversion element 1 leaves, which is a mixture of unconverted blue and converted yellow light. The side lengths of the rectangular sapphire plate of the light wavelength conversion element 1 be 2 mm and 1 mm and its perpendicular to the surfaces 10 and 11 measured thickness is 0.05 mm. The size of the first surface 10 and the second surface 11 the light wavelength conversion element 1 is thus 2 mm ² . The layer thickness of the phosphor coating and the concentration of the phosphor particles in the phosphor coating determine the relative proportions of unconverted blue and converted yellow light and thus the color temperature and color locus of the white mixed light from the light wavelength conversion element 1 on its second surface 11 is emitted. For example, increasing the concentration of phosphor particles or one of the layer thicknesses of the phosphor coating leads to a higher relative yellow light fraction and thus to a reduction in the color temperature of the light wavelength conversion element 1 emitted white mixed light. The surface of the heat sink 2 facing side of the sapphire plate 12 that are identical to the first surface 10 the light wavelength conversion element 1 is, lies form-fitting on the support surface 20 of the heat sink 2 at.

Der Kühlkörper 2 besteht aus Kupfer und ist quaderförmig ausgebildet. Er besitzt Durchführungen 21 für eine Vielzahl von Lichtleitern 3. Die Durchführungen 21 verlaufen parallel zueinander und enden jeweils an der Auflagefläche 20 des Kühlkörpers 2. In jeder Durchführung 21 ist ein Lichtleiter 3 angeordnet. Der Kühlkörper 2 weist in seinem Inneren eine gitterartige Struktur auf, wobei jede Gitterzelle eine Durchführung 21 für einen Lichtleiter 3 bildet. Die Durchführungen 21 besitzen jeweils einen quadratischen Querschnitt. Die Querabmessungen der Durchführungen 21 entsprechen dem Durchmesser der Lichtleiter 3. In 3 ist schematisch eine Draufsicht auf die Auflagefläche 20 des Kühlkörpers 2 dargestellt. An der Auflagefläche 20 des Kühlkörpers 2 liegt das Lichtwellenlängenkonversionselement 1 mit seiner ersten Oberfläche 10 an. Die Auflagefläche 20 ist daher in 1 nicht sichtbar. Die Austrittsöffnungen der Durchführungen 21 sind matrixartig, das heißt zeilenweise und spaltenweise, in der Auflagefläche 20 des Kühlkörpers 2 angeordnet. Dementsprechend sind daher auch die dem Lichtwellenlängenkonversionselement 1 zugewandten Enden 30 der Lichtleiter 3 matrixartig angeordnet. In den Figuren sind zweiunddreißig Durchführungen 21 und entsprechend viele Lichtleiter 3 abgebildet. Die Anzahl der Durchführungen 21 und Lichtleiter 3 kann aber tatsächlich von dieser Zahl abweichen. The heat sink 2 consists of copper and is cuboidal. He has accomplishments 21 for a variety of light guides 3 , The bushings 21 parallel to each other and each end at the support surface 20 of the heat sink 2 , In every implementation 21 is a light guide 3 arranged. The heat sink 2 has in its interior a grid-like structure, each grid cell a passage 21 for a light guide 3 forms. The bushings 21 each have a square cross-section. The transverse dimensions of the bushings 21 correspond to the diameter of the light guides 3 , In 3 is a schematic plan view of the support surface 20 of the heat sink 2 shown. At the support surface 20 of the heat sink 2 is the light wavelength conversion element 1 with its first surface 10 at. The bearing surface 20 is therefore in 1 not visible. The outlet openings of the bushings 21 are matrix-like, ie line by line and column by column, in the contact surface 20 of the heat sink 2 arranged. Accordingly, therefore, also the light wavelength conversion element 1 facing ends 30 the light guide 3 arranged in a matrix. In the figures are thirty-two ducts 21 and accordingly many optical fibers 3 displayed. The number of bushings 21 and light guides 3 but may actually differ from this number.

Die Lichtleiter 3 sind jeweils als Glasfaser mit kreiszylindrischer Geometrie ausgebildet, die in ihrem Inneren 31 einen höheren optischen Brechungsindex als an ihrer Mantelfläche 32 aufweist. Die Lichtleiter 3 besitzen jeweils einen Durchmesser von 0,1 mm und sind jeweils in einer passgerechten Durchführung 21 des Kühlkörpers 2 angeordnet. Ein erstes Ende 30 der Lichtleiter 3 schließt jeweils mit der Auflagefläche 20 des Kühlkörpers 2 ab und ist dem Lichtwellenlängenkonversionselement 1 zugewandt. Die ersten Enden 30 der Lichtleiter 3 und die Austrittsöffnungen der Durchführungen 21 in der Auflagefläche 20 des Kühlkörpers 2 sind matrixartig, das heißt zeilenweise und spaltenweise, in der Auflagefläche 20 des Kühlkörpers 2 angeordnet. Die Durchführungen 21 und die darin geführten zweiunddreißig Lichtleiter 3 sind in vier Zeilen und acht Spalten matrixartig angeordnet. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Lichtleitern 3 in derselben Zeile beträgt 0,13 mm und der Abstand zwischen zwei benachbarten Lichtleitern 3 in derselben Spalte beträgt 0,12 mm. Ein zweites Ende 33 der Lichtleiter 3 ragt an einer von der Auflagefläche 20 abgewandten Seite des Kühlkörpers 2 aus dem Kühlkörper 2 heraus. Mit Hilfe der Lichtleiter 3 wird Licht, das von einer oder mehreren, blaues Licht emittierenden Laserdioden (nicht abgebildet) erzeugt und mittels einer Optik (nicht abgebildet) in die zweiten Enden 33 der Lichtleiter 3 eingekoppelt wird, zum Lichtwellenlängenkonversionselement 1 geleitet. Die als Glasfasern ausgebildeten Lichtleiter 3 können zwecks besserer Lichteinkopplung an ihren zweiten Enden 33 zu einem Glasfaserbündel vereinigt sein. Eine geeignete Ausführungsform der vorgenannten Laserdioden und der vorgenannten Optik ist in der DE 20 2012 005 157 U1 offenbart. Das von den Laserdioden erzeugte blaue Licht tritt aus den ersten Enden 30 der Lichtleiter 3 aus und trifft auf die erste Oberfläche 10 des Lichtwellenlängenkonversionselements 1. Das blaue Laserlicht passiert das lichtdurchlässige Saphirplättchen 12 und die auf der ersten Oberfläche 11 des Lichtwellenlängenkonversionselements 1 angeordnete Leuchtstoffbeschichtung. Beim Passieren der Leuchtstoffbeschichtung wird das blaue Laserlicht anteilig in gelbes Licht konvertiert, so dass an der Oberfläche 11 des Lichtwellenlängenkonversionselements 1 weißes Licht austritt, das eine Mischung aus nicht-konvertiertem blauem und konvertiertem gelbem Licht ist. The light guides 3 are each formed as a glass fiber with circular cylindrical geometry, in its interior 31 a higher optical refractive index than on its lateral surface 32 having. The light guides 3 each have a diameter of 0.1 mm and are each in a fitting execution 21 of the heat sink 2 arranged. A first end 30 the light guide 3 closes with the support surface 20 of the heat sink 2 from and is the light wavelength conversion element 1 facing. The first ends 30 the light guide 3 and the outlet openings of the bushings 21 in the support surface 20 of the heat sink 2 are matrix-like, ie line by line and column by column, in the contact surface 20 of the heat sink 2 arranged. The bushings 21 and the thirty-two optical fibers guided therein 3 are arrayed in four rows and eight columns. The distance between two adjacent light guides 3 in the same row is 0.13 mm and the distance between two adjacent light guides 3 in the same column is 0.12 mm. A second end 33 the light guide 3 protrudes at one of the support surface 20 opposite side of the heat sink 2 from the heat sink 2 out. With the help of the light guide 3 For example, light generated by one or more blue light-emitting laser diodes (not shown) and by optics (not shown) in the second ends 33 the light guide 3 is coupled to the light wavelength conversion element 1 directed. The optical fibers designed as glass fibers 3 can for better light coupling at their second ends 33 be united to a glass fiber bundle. A suitable embodiment of the aforementioned laser diodes and the aforementioned optics is in the DE 20 2012 005 157 U1 disclosed. The blue light generated by the laser diodes emerges from the first ends 30 the light guide 3 and hits the first surface 10 the light wavelength conversion element 1 , The blue laser light passes through the translucent sapphire plate 12 and those on the first surface 11 the light wavelength conversion element 1 arranged phosphor coating. When passing the phosphor coating, the blue laser light is proportionately converted to yellow light, so that on the surface 11 the light wavelength conversion element 1 white light that is a mixture of unconverted blue and converted yellow light.

In 4 ist schematisch eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung nur dadurch, dass bei der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, der Kühlkörper 2 von einer Halterung 22 manschettenartig umgeben ist. Die Halterung 22 dient zur Fixierung der Beleuchtungseinrichtung in einer Leuchte oder einem Fahrzeugscheinwerfer mit Hilfe von Schrauben (nicht abgebildet). In allen anderen Details stimmt die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung überein. Daher werden in 4 für identische Teile dieselben Bezugszeichen wie in den 1 bis 3 verwendet und für die Beschreibung dieser Teile wird auf die Beschreibung der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwiesen. In 4 schematically a lighting device according to the second embodiment of the invention is shown. The illumination device according to the second embodiment of the invention differs from the illumination device according to the first embodiment of the invention only in that in the illumination device according to the second embodiment of the invention, the heat sink 2 from a bracket 22 surrounded like a cuff. The holder 22 serves to fix the lighting device in a lamp or a Vehicle headlight with the help of screws (not shown). In all other details, the illumination device according to the second exemplary embodiment of the invention coincides with the illumination device according to the first exemplary embodiment of the invention. Therefore, in 4 for identical parts the same reference numerals as in the 1 to 3 is used and for the description of these parts, reference is made to the description of the lighting device according to the first embodiment.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben näher erläuterten Ausführungsbeispiele der Erfindung. The invention is not limited to the above-described embodiments of the invention.

Beispielsweise kann als Lichtwellenlängenkonversionselement statt eines mit Leuchtstoff beschichteten Saphirplättchens ein anderer lichtdurchlässiger Leuchtstoffträger, insbesondere ein mit Leuchtstoff beschichtetes oder Leuchtstoff enthaltendes, lichtdurchlässiges Keramikplättchen verwendet werden. Außerdem können die Abmessungen des Leuchtstoffträgers an die gewünschte Applikation oder Lichtverteilung angepasst werden. Ferner kann die Art des Leuchtstoffs und die Wellenlänge des in die Lichtleiter eingekoppelten Lichts an die gewünschte Lichtfarbe angepasst werden. Das Lichtwellenlängenkonversionselement kann Licht streuende Mittel, beispielsweise lichtstreuende Partikel, aufweisen, um eine homogene Mischung von nicht konvertiertem Licht und konvertiertem Licht zu gewährleisten. Das Lichtwellenlängenkonversionselement kann unterschiedliche Leuchtstoffe enthalten, um Licht unterschiedlicher Farbe zu erzeugen. Der Leuchtstoff kann als Leuchtstoffgemisch oder als Leuchtstoffbeschichtung mit einer oder mehreren Schichten vorliegen. For example, another light-transmissive phosphor carrier, in particular a phosphor-coated or phosphor-containing, translucent ceramic plate, can be used as the light wavelength conversion element instead of a phosphor-coated sapphire plate. In addition, the dimensions of the phosphor carrier can be adapted to the desired application or light distribution. Furthermore, the type of phosphor and the wavelength of the light coupled into the optical fibers can be adapted to the desired light color. The light wavelength conversion element may comprise light scattering means, for example light scattering particles, to ensure a homogeneous mixture of unconverted light and converted light. The light wavelength conversion element may include different phosphors to produce light of different colors. The phosphor can be present as a phosphor mixture or as a phosphor coating with one or more layers.

Als Anregungsquellen für das Lichtwellenlängenkonversionselement bzw. für den Leuchtstoff des Lichtwellenlängenkonversionselements können gleiche oder verschiedenartige Strahlungsquellen verwendet werden, beispielsweise Laserdioden oder Superlumineszenzdioden. Diese können im gesamtem elektromagnetischen Bereich abstrahlen, das heißt, im ultravioletten, sichtbaren und im infraroten Spektralbereich oder nur in einem Teilbereich des elektromagnetischen Spektrums, der beispielsweise einen Teil oder mehrere Teile des ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereichs umfasst.As excitation sources for the light wavelength conversion element or for the phosphor of the light wavelength conversion element, the same or different radiation sources can be used, for example laser diodes or superluminescent diodes. These can radiate in the entire electromagnetic range, that is, in the ultraviolet, visible and in the infrared spectral range or only in a portion of the electromagnetic spectrum, which includes, for example, a part or more parts of the ultraviolet, visible or infrared spectral range.

Der Kühlkörper kann an seiner äußeren Oberfläche Kühlrippen aufweisen oder in seinem Inneren Kanäle für einen Kühlmittelfluss oder eine Heatpipe besitzen, um die Kühlwirkung zu verbessern. Außerdem können die Durchführungen für die Lichtleiter im Kühlkörper eine andere Geometrie aufweisen. Insbesondere können die Durchführungen als Bohrungen, insbesondere kreiszylindrisch ausgebildet sein und der Durchmesser der Bohrungen kann auf den Außendurchmesser der Lichtleiter abgestimmt sein. Der Kühlkörper kann nicht nur aus Kupfer, sondern auch aus anderem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit bestehen oder im Inneren damit ausgefüllt sein. Die Form des Kühlkörperquerschnitts senkrecht zur Strahlrichtung kann beliebig sein, beispielsweise rund, quadratisch, rechteckig, elliptisch oder polygonal. Somit können mehrere Kühlkörper flächendeckend aneinander angeordnet werden. Auch können die Kühlkörper so ausgestaltet sein, dass sich bei Aneinanderreihung der Beleuchtungseinrichtung die lichtemittierende Leuchtstoffflächen flächendeckend nebeneinander aneinander anordnen lassen. The cooling body can have cooling ribs on its outer surface or channels for a coolant flow or a heat pipe in its interior in order to improve the cooling effect. In addition, the feedthroughs for the light guides in the heat sink may have a different geometry. In particular, the bushings may be formed as bores, in particular circular-cylindrical and the diameter of the bores may be matched to the outer diameter of the light guide. The heat sink can not only be made of copper, but also of other material with high thermal conductivity or be filled inside it. The shape of the heat sink cross section perpendicular to the beam direction may be arbitrary, for example, round, square, rectangular, elliptical or polygonal. Thus, several heatsinks can be arranged across the board. The heat sinks may also be designed such that, when the lighting device is lined up, the light-emitting phosphor surfaces can be arranged next to one another in a comprehensive manner next to one another.

Die Lichtleiter können eine beliebige, der gewünschten Applikation angepasste Form besitzen, beispielsweise kann ihr Querschnitt elliptisch, quadratisch, rechteckig, hexagonal oder n-polygonal sein, mit n = 1, 2, 3 ... usw.. Sie können statt aus Glas auch aus transparentem Kunststoff bestehen. Die Lichtleiter können elektromagnetische Strahlung, insbesondere Licht, von einer oder mehreren Strahlungsquellen bzw. Lichtquellen zu einem oder zu mehreren Lichtwellenlängenkonversionselementen leiten, wobei sowohl die Strahlungsquellen bzw. Lichtquellen als auch die Lichtwellenlängenkonversionselemente untereinander gleichartig oder verschieden sein können, um beispielsweise unterschiedliche Lichtfarben oder unterschiedliche Lichtverteilungen verwirklichen zu können.The light guides can have any desired shape adapted to the desired application, for example, their cross section can be elliptical, square, rectangular, hexagonal or n-polygonal, with n = 1, 2, 3 ... etc .. You can instead of glass also Made of transparent plastic. The light guides can guide electromagnetic radiation, in particular light, from one or more radiation sources or light sources to one or more light wavelength conversion elements, whereby both the radiation sources or light sources and the light wavelength conversion elements can be identical or different, for example different light colors or different light distributions to be able to realize.

Nicht alle Lichtleiter müssen mit einer Strahlungsquelle bzw. Lichtquelle verbunden sein. Manche können auch die vom Lichtwellenlängenkonversionselements konvertierte elektromagnetische Strahlung oder die am Lichtwellenlängenkonversionselements zurück reflektierte Anregungsstrahlung zu einer Detektionseinrichtung zurück führen. Eine Anregungslichtquelle kann mit geeigneter Lichtleiterführung auch Pixel einer zweiten Beleuchtungseinrichtung bedienen. Not all optical fibers must be connected to a radiation source or light source. Some may also return the electromagnetic radiation converted by the light wavelength conversion element or the excitation radiation reflected back at the light wavelength conversion element to a detection device. An excitation light source can also operate pixels of a second illumination device with a suitable light guide.

Im Kühlkörper können weitere Optiken, beispielsweise Linsen oder Spiegel, eingebettet sein, welche das Licht aus den Lichtleitern formen oder umlenken bevor es das Lichtwellenlängenkonversionselement trifft, um beispielsweise dort die Intensität oder Homogenität zu erhöhen. Zusätzlich können optische Elemente wie Wellenlängen abhängige Filter, dichroitische Spiegel, etc. verwendet werden, um die Lichtausbeute zu erhöhen. Diese wäre dann in der Nähe, z.B. auf der dem Kühlkörper 2 zugewandten Seite des Plättchens 2, des Leuchtstoffes angebracht. Die Lichtleiter und deren Durchführungen müssen nicht unbedingt parallel zueinander verlaufen, sondern können auch einen anderen Verlauf aufweisen, um beispielsweise am Kühlkörpereingang, das heißt, am vom Lichtwellenlängenkonversionselement abgewandten Ende des Kühlkörpers, mehr Materialstärke des Kühlkörpermaterials zwischen den Lichtleitern zu erzielen oder um durch Überlagerung von Licht aus mehreren Lichtleitern auf dem Lichtwellenlängenkonversionselements höhere Leistungsdichten zu erreichen. Die am Kühlkörpereingang angeordneten Lichtleiterenden können als Faserstecker oder Faseradapter ausgebildet sein um das Modul auswechselbar zu gestalten. Ebenso kann eine zusätzliche Optik angebracht werden um effizient Licht in die Fasern einkoppeln zu können. In the heat sink further optics, such as lenses or mirrors, be embedded, which form the light from the light guides or deflect before it meets the light wavelength conversion element, for example, there to increase the intensity or homogeneity. In addition, optical elements such as wavelength dependent filters, dichroic mirrors, etc. may be used to increase the luminous efficacy. This would then be in the vicinity, eg on the heat sink 2 facing side of the plate 2 , the fluorescent is installed. The light guides and their feedthroughs do not necessarily have to run parallel to one another, but may also have a different course, for example at the heat sink input, that is, at the Lichtwellenlängenkonversionselement opposite end of the heat sink to achieve more material thickness of the heat sink material between the optical fibers or to achieve higher power densities by superposition of light from a plurality of optical fibers on the light wavelength conversion element. The optical fiber ends arranged on the heat sink input can be designed as a fiber plug or fiber adapter in order to make the module replaceable. Likewise, an additional optics can be attached to efficiently couple light into the fibers.

Die lichtemittierende Fläche des Lichtwellenlängenkonversionselements muss nicht notwendigerweise planar sein. Sie kann auch gekrümmt sein, beispielsweise konvex oder konkav oder als Freiformfläche ausgebildet sein. Die lichtemittierende Fläche kann mit Leuchtstoff beschichtete Vertiefungen oder Erhebungen besitzen. The light emitting surface of the light wavelength conversion element does not necessarily have to be planar. It can also be curved, for example convex or concave, or designed as a free-form surface. The light emitting surface may have phosphor coated depressions or protrusions.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 202012005157 U1 [0002, 0024]

Claims

Lighting device with a light wavelength conversion element ( 1 ), which has at least one first surface ( 10 ) for the coupling of light and at least one second, the light emitting surface ( 11 ), and with at least one optical fiber ( 3 ), the light to the at least one first surface ( 10 ) of the light wavelength conversion element, characterized in that the illumination device is a heat sink ( 2 ), one at the at least one first surface ( 10 ) of the light wavelength conversion element ( 1 ) adjacent contact surface ( 20 ) and having at least one, extending to the support surface implementation ( 21 ) for the at least one light guide ( 3 ) Is provided.

Lighting device according to claim 1, wherein the heat sink ( 2 ) with a plurality of up to the contact surface ( 20 ) extending bushings ( 21 ) whose outlet openings in the region of the support surface ( 20 ) are arranged in the manner of a matrix or along concentric rings and in which in each case at least one light guide ( 3 ) is arranged.

Lighting device according to claim 1 or 2, wherein the at least one light guide ( 3 ) is formed as a glass fiber or glass fiber bundle and the dimensions of the bushings ( 21 ) on the outer diameter of the respective glass fiber ( 3 ) or the respective glass fiber bundle are tuned.

Lighting device according to one of claims 1 to 3, wherein the at least one optical fiber ( 3 ) in the implementation ( 21 ) on the heat sink ( 2 ) is present.

Lighting device according to one of claims 1 to 4, wherein the heat sink ( 2 ) with a holder ( 22 ) is provided for the lighting device.

Lighting device according to one of claims 1 to 5, wherein the support surface ( 20 ) of the heat sink ( 2 ) in a form-fitting manner on the at least one first surface ( 10 ) of the light wavelength conversion element ( 1 ) is present.

Lighting device according to one of claims 1 to 6, wherein the heat sink ( 2 ) consists of metal.

Lighting device according to one of claims 1 to 7, wherein the heat sink is provided with cooling fins.

Lighting device according to one of claims 1 to 8, wherein cooling channels are provided for the supply of a gaseous or liquid coolant in the heat sink.

Lighting device according to one of claims 1 to 9, wherein the illumination device comprises at least one semiconductor light source and the light wavelength conversion element ( 1 ) is configured such that it converts a part of the light emitted by the at least one semiconductor light source into light of a different wavelength, so that the light wavelength conversion element ( 1 ) on its at least one second surface ( 11 ) Emits light that is a mixture of unconverted and converted light.