DE102013223902A1 - Thermoformed phosphor wheel and lighting device with this phosphor wheel and excitation radiation source - Google Patents
Thermoformed phosphor wheel and lighting device with this phosphor wheel and excitation radiation source Download PDFInfo
- Publication number
- DE102013223902A1 DE102013223902A1 DE102013223902.5A DE102013223902A DE102013223902A1 DE 102013223902 A1 DE102013223902 A1 DE 102013223902A1 DE 102013223902 A DE102013223902 A DE 102013223902A DE 102013223902 A1 DE102013223902 A1 DE 102013223902A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- phosphor
- carrier substrate
- depression
- wheel
- excitation radiation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
- F21S10/00—Lighting devices or systems producing a varying lighting effect
- F21S10/007—Lighting devices or systems producing a varying lighting effect using rotating transparent or colored disks, e.g. gobo wheels
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
- F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
- F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
- F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
- F21S41/16—Laser light sources
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
- F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
- F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
- F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
- F21S41/176—Light sources where the light is generated by photoluminescent material spaced from a primary light generating element
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F21V13/00—Producing particular characteristics or distribution of the light emitted by means of a combination of elements specified in two or more of main groups F21V1/00 - F21V11/00
- F21V13/12—Combinations of only three kinds of elements
- F21V13/14—Combinations of only three kinds of elements the elements being filters or photoluminescent elements, reflectors and refractors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F21V9/00—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters
- F21V9/30—Elements containing photoluminescent material distinct from or spaced from the light source
- F21V9/38—Combination of two or more photoluminescent elements of different materials
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F21V9/00—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters
- F21V9/40—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters with provision for controlling spectral properties, e.g. colour, or intensity
- F21V9/45—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters with provision for controlling spectral properties, e.g. colour, or intensity by adjustment of photoluminescent elements
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
- G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
- G03B21/14—Details
- G03B21/20—Lamp housings
- G03B21/2006—Lamp housings characterised by the light source
- G03B21/2033—LED or laser light sources
- G03B21/204—LED or laser light sources using secondary light emission, e.g. luminescence or fluorescence
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N9/00—Details of colour television systems
- H04N9/12—Picture reproducers
- H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
- H04N9/3102—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators
- H04N9/3111—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators for displaying the colours sequentially, e.g. by using sequentially activated light sources
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N9/00—Details of colour television systems
- H04N9/12—Picture reproducers
- H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
- H04N9/3141—Constructional details thereof
- H04N9/315—Modulator illumination systems
- H04N9/3158—Modulator illumination systems for controlling the spectrum
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
- F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
- F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
- F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
- F21Y2115/30—Semiconductor lasers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Projection Apparatus (AREA)
Abstract
Die Erfindung schlägt eine Beleuchtungsvorrichtung mit einem tiefgezogenen Leuchtstoffrad (12) zur Umwandlung von Anregungsstrahlung in Konversionslicht vor. Dabei wird in ein zunächst planes Trägersubstrat (120) eine kreisring- oder kreisringsegmentförmige Vertiefung (140) für den Leuchtstoff (180) mittels Tiefziehen eingebracht. Dadurch lassen sich vorteilhafterweise handelsübliche Trägersubstrate aus Metall mit hochreflektierender Oberfläche verwenden, die lediglich umgeformt werden müssen. Durch die Einbettung des Leuchtstoffs in die tiefgezogene Vertiefung (140) wird eine verbesserte Wärmeabfuhr vom eingebetteten Leuchtstoff (180) in das Trägersubstrat (120) erzielt. Außerdem bewirkt die Einbettung des Leuchtstoffs (180) in die vorzugsweise verspiegelte, tiefgezogene Vertiefung (140) auch eine Steigerung der Konversionseffizienz.The invention proposes a lighting device with a deep-drawn phosphor wheel (12) for converting excitation radiation into conversion light. In this case, an annular or annular segment-shaped recess (140) for the phosphor (180) is introduced by deep drawing into an initially planar carrier substrate (120). As a result, it is advantageously possible to use commercially available metal carrier substrates with a highly reflective surface, which only have to be reshaped. The embedding of the phosphor in the deep-drawn depression (140) results in improved heat dissipation from the embedded phosphor (180) into the carrier substrate (120). In addition, the embedding of the phosphor (180) in the preferably mirrored, deep-drawn depression (140) also causes an increase in the conversion efficiency.
Description
Technisches Gebiet Technical area
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leuchtstoffrad zur Umwandlung von Anregungsstrahlung in Konversionslicht sowie ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Leuchtstoffrads. Außerdem betrifft die Erfindung auch eine Beleuchtungsvorrichtung, also eine Anordnung aus Leuchtstoffrad und Anregungsstrahlungsquelle, gegebenenfalls ergänzt durch weitere optische Komponenten.The present invention relates to a phosphor wheel for converting excitation radiation into conversion light and to a method for producing such a phosphor wheel. In addition, the invention also relates to a lighting device, ie an arrangement of phosphor wheel and excitation radiation source, optionally supplemented by further optical components.
Eine derartige Beleuchtungsvorrichtung mit Leuchtstoffrad ist insbesondere einsetzbar als Licht erzeugende Einheit in einem Projektor, z.B. für Videoprojektoren oder Datenprojektoren, aber auch für Scheinwerferanwendungen im Automobilbereich sowie für Beleuchtungseinrichtung im Entertainment-, Architektur- und Allgemeinbeleuchtungsbereich.Such a phosphor wheel lighting device is particularly applicable as a light generating unit in a projector, e.g. for video projectors or data projectors, but also for headlight applications in the automotive sector as well as for lighting equipment in the entertainment, architectural and general lighting sector.
Stand der Technik State of the art
Aus dem Stand der Technik, beispielsweise dem Dokument
Als Anregungsstrahlungsquelle werden vorzugsweise Laser, beispielsweise Laserdioden, eingesetzt. In diesem Fall ist die Technologie auch unter der Bezeichnung LARP ("Laser Activated Remote Phosphor") bekannt. The excitation radiation source used is preferably lasers, for example laser diodes. In this case, the technology is also known as LARP ("Laser Activated Remote Phosphor").
Die Beschichtung eines Leuchtstoffrades
Eine strukturierte Trägersubstratoberfläche hätte durch die vergrößerte Oberfläche zwar den Vorteil einer effizienteren Wärmeableitung vom Leuchtstoff in das Trägersubstrat. Hoch reflektierende Beschichtungen auf strukturierten Oberflächen sind aber schwierig herzustellen. A structured carrier substrate surface would have the advantage of a more efficient heat dissipation from the phosphor into the carrier substrate due to the increased surface area. Highly reflective coatings on structured surfaces are difficult to produce.
Das Dokument
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Leuchtstoffrad anzugeben. The object of the present invention is to provide an improved phosphor wheel.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Leuchtstoffrad für eine Beleuchtungsvorrichtung zur Umwandlung von Anregungsstrahlung in Konversionslicht, das für eine Rotation um eine Rotationsachse ausgelegt ist, mit einem scheibenförmigen Trägersubstrat mit einer Vorder- und einer Rückseite und mindestens einem auf einer Vorderseite des Trägersubstrats angeordneten und mit Anregungsstrahlung bestrahlbaren Leuchtstoffbereich, wobei der Leuchtstoffbereich durch eine Vertiefung in der Vorderseite des Trägersubstrats ausgebildet ist und wobei in der Vertiefung mindestens eine Leuchtstoffschicht eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung durch Tiefziehen ausgeformt ist. This object is achieved by a phosphor wheel for a lighting device for converting excitation radiation into conversion light, which is designed for rotation about an axis of rotation, with a disk-shaped carrier substrate having a front and a rear side and at least one arranged on a front side of the carrier substrate and with excitation radiation irradiated phosphor region, wherein the phosphor region is formed by a recess in the front side of the carrier substrate and wherein in the recess at least one phosphor layer is embedded, characterized in that the recess is formed by deep drawing.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen. Particularly advantageous embodiments can be found in the dependent claims.
Die verfahrensbezogene Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch den unabhängigen Verfahrensanspruch. Weitere vorteilhafte Verfahrensschritte und Ausgestaltungen finden sich in den davon abhängigen Ansprüchen. The method-related object of the invention is achieved by the independent method claim. Further advantageous method steps and embodiments can be found in the dependent claims.
Außerdem wird Schutz beansprucht auf eine Beleuchtungsvorrichtung mit dem erfindungsgemäßen Leuchtstoffrad. In addition, protection is claimed on a lighting device with the phosphor wheel according to the invention.
Im Folgenden werden Merkmale, die mehr die gegenständlichen Aspekte der Erfindung betreffen, auch zusammen mit Merkmalen, die eher die verfahrenstechnischen Aspekte charakterisieren gemeinsam erläutert, um das Verständnis der technischen Zusammenhänge der Erfindung zu erleichtern.In the following, features that relate more to the subject aspects of the invention will also be described, along with features that characterize the procedural aspects together to facilitate the understanding of the technical context of the invention.
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, auf der für die Bestrahlung mit Anregungsstrahlung vorgesehenen Vorderseite eines an sich zumindest im wesentlichen planen Trägersubstrats mindestens eine, vorzugsweise kreisring- oder kreisringsegmentförmige Vertiefung durch Tiefziehen vorzusehen und diese tiefgezogene Vertiefung für den mindestens einen Leuchtstoffbereich zu nutzen, d.h. mindestens einen Leuchtstoff in zumindest einen Teil der tiefgezogene Vertiefung einzubetten. Die Leuchtstoffbahn ist dadurch nicht mehr erhaben auf einem komplett planen Trägersubstrat aufgebracht, sondern eingebettet in die Vertiefung. Die Tiefe und Breite der Vertiefung wird auf die gewünschte Schichtdicke und Breite der Leuchtstoffbahn angepasst.The basic idea of the present invention is to provide, on the front side of an at least substantially planar carrier substrate, at least one, preferably annular or circular segment, recess by deep drawing and to use this deep-drawn depression for the at least one phosphor region. embed at least one phosphor in at least part of the deep-drawn well. As a result, the phosphor web is no longer raised on a completely planar carrier substrate but embedded in the depression. The depth and width of the recess is adjusted to the desired layer thickness and width of the phosphor web.
Vorzugsweise ist als Trägersubstrat für das Tiefziehen der mindestens einen Vertiefung eine plane spiegelnde Scheibe, insbesondere Metallscheibe, vorgesehen. Dadurch lassen sich vorteilhafterweise handelsübliche Trägersubstrate aus Metall mit hochreflektierender Oberfläche verwenden, die lediglich umgeformt werden müssen. Prinzipiell ist für das Trägersubstrat aber jedes Material geeignet, das für das Tiefziehen ausreichend duktil ist und sich vorzugsweise gut verspiegeln lässt. Durch den Tiefziehprozess resultiert bei einer Vertiefung auf einer Seite zwangsweise eine Erhöhung auf der anderen Seite. Preferably, as a carrier substrate for the deep drawing of the at least one recess, a plane reflecting disk, in particular metal disk, is provided. As a result, it is advantageously possible to use commercially available metal carrier substrates with a highly reflective surface, which only have to be reshaped. In principle, however, any material is suitable for the carrier substrate which is sufficiently ductile for thermoforming and preferably can be mirrored well. Due to the deep-drawing process, a depression on one side inevitably results in an increase on the other side.
Durch die tiefgezogene Vertiefung wird eine Vergrößerung der Oberfläche des Trägersubstrats und damit eine verbesserte Wärmeabfuhr vom eingebetteten Leuchtstoff in das Trägersubstrat erzielt. Außerdem bewirkt die Einbettung des Leuchtstoffs in die vorzugsweise verspiegelte Vertiefung auch eine erhöhte seitliche Rückstreuung des konvertierten Lichtes sowie des unkonvertierten Anteils der Anregungsstrahlung und folglich eine effizientere Nutzung des Konversionslichts bzw. Verbesserung der Konversionseffizienz. Schließlich bewirkt die in Folge der Vertiefung bzw. des Tiefziehens erhöhte Formstabilität (Versteifung) des so strukturierten Trägersubstrats eine geringere Axialbewegung des Leuchtstoffrades an dessen umlaufenden Rand (vermindertes Flattern am Rand durch Verminderung der Krümmung bzw. Durchbiegung des Trägersubstrats), wo der Leuchtstoff eingebettet ist. Ebenfalls wird durch die Reduzierung der Axialbewegung am Rand eine höhere Laufruhe des in einem Projektor schnell rotierenden Rades bewirkt. Die Leuchtstoffbahn bewegt sich deshalb mit höherer Präzision durch den engen Spalt zwischen der Anregungsstrahlungs- und Konvertierungsoptik. Um die Formstabilität des Trägersubstrats weiter zu erhöhen, können weitere Versteifungsstrukturen vorgesehen sein.The deep-drawn depression achieves an enlargement of the surface of the carrier substrate and thus improved heat dissipation from the embedded phosphor into the carrier substrate. In addition, the embedding of the phosphor in the preferably mirrored depression also causes an increased lateral backscatter of the converted light and the unconverted portion of the excitation radiation and consequently a more efficient use of the conversion light or improvement of the conversion efficiency. Finally, the dimensional stability (stiffening) of the carrier substrate structured in this way as a result of the deepening or deep-drawing causes a smaller axial movement of the phosphor wheel at its peripheral edge (reduced fluttering at the edge by reducing the curvature or deflection of the carrier substrate) where the phosphor is embedded , Also, by reducing the axial movement at the edge, a smoother running of a wheel rotating rapidly in a projector is effected. The phosphor web therefore moves with greater precision through the narrow gap between the excitation radiation and conversion optics. In order to further increase the dimensional stability of the carrier substrate, further stiffening structures may be provided.
Der Querschnitt der Vertiefung und damit der Tiefziehquerschnitt sind vorzugweise als zumindest angenähertes Trapez mit Übergangsradien ausgebildet. Das hat den entscheidenden Vorteil, dass die üblicherweise spröde Oberflächenvergütung im Bereich der planen, tief gezogenen Ebene des ringförmige umlaufenden Trapezes, so zu sagen an dem planen „Boden“ der Vertiefung nicht aufreißt. Zu diesem Zweck ist das Tiefziehwerkzeug geeignet geformt derart, dass diese kritische Fläche beim Tiefziehvorgang zwischen zwei planparallelen Flächen des Werkzeugs eingeklemmt wird. Dadurch unterliegt diese Fläche, die letztlich den planen Boden der Vertiefung bildet, beim Tiefziehen keiner Biegung, Scherung, Streckung oder Stauchung. Sie behält ihre Originalstruktur bei, ohne dass die Oberflächenvergütungsschicht beschädigt wird. Der plane Boden bleibt frei von Rissen, Verwerfungen, Aufrauungen, so dass die hohe Reflektivität der vergüteten Oberfläche nicht vermindert wird. Das ist aus Effizienzgründen wichtig, weil die auf der Vorderseite des Leuchtstoffrads in den eingebetteten Leuchtstoff eintretende Anregungsstrahlung und das zum Teil konvertierte Licht möglichst ohne optische Verluste wieder zurück reflektiert werden soll. Auch die einfassenden Flanken der Vertiefung reflektieren, trotz eventueller kleiner Oberflächenrisse, einen Teil des zur Seite gestreuten Lichtes wieder zurück in die Konvertierungsschicht, so dass im Vergleich zur konventionellen erhabenen Schicht insgesamt weniger Licht verloren geht. Außerdem verhindern die Flanken der Vertiefung, dass die Leuchtstoffbahn beim Herstellungsprozess unkontrolliert in die Breite fließt. Vielmehr ist aufgrund der Einbettung zwischen den Flanken auch der beidseitige Rand der Leuchtstoffbahn schärfer definiert.The cross-section of the recess and thus the thermoforming cross-section are preferably formed as at least approximately trapezoid with transition radii. This has the decisive advantage that the usually brittle surface coating in the region of the plane, deep-drawn plane of the annular circumferential trapezium, so to speak on the planned "bottom" of the depression does not rupture. For this purpose, the thermoforming tool is suitably shaped such that this critical surface is clamped during deep drawing between two plane-parallel surfaces of the tool. As a result, this area, which ultimately forms the flat bottom of the depression, is not subject to bending, shearing, stretching or compression during deep drawing. It retains its original structure without damaging the surface finish layer. The flat floor remains free of cracks, warping, roughening, so that the high reflectivity of the coated surface is not reduced. This is important for reasons of efficiency, because the excitation radiation entering the embedded phosphor on the front side of the phosphor wheel and the partly converted light should be reflected back as far as possible without optical losses. The enclosing flanks of the depression also reflect, despite possible small surface cracks, part of the light scattered to the side back into the conversion layer, so that less light is lost in comparison to the conventional raised layer. In addition, prevent the flanks of the recess that the phosphor web flows uncontrollably in the width during the manufacturing process. Rather, due to the embedding between the flanks and the two-sided edge of the phosphor web is defined sharper.
Darüber hinaus kann der Querschnitt der Vertiefung aber auch anders gewählt werden, beispielsweise als rinnenförmiger Kreisabschnitt. In addition, however, the cross section of the recess can also be chosen differently, for example as a trough-shaped circular section.
Als nächster Schritt zur Herstellung des erfindungsgemäßen Leuchtstoffrads wird eine üblicherweise zunächst homogene viskose Mischung aus einem Leuchtstoff, beispielsweise CaAlSiN3:Eu als Rotleuchtstoff, und einer Trägermatrix, beispielsweise optische Silikone, Natriumsilikate, etc., angefertigt und in die Vertiefung des Trägersubstrats eingefüllt. Außerdem ist es vorteilhaft, anschließend den Leuchtstoff auf dem Trägersubstrat zu verdichten. Dies kann mit Vibration oder aber noch intensiver mittels Zentrifugalkraft erreicht werden, in dem das Trägersubstrat in einer entsprechenden Halterung in einer Zentrifuge so gehalten wird, dass eine Zentrifugalkraft in senkrechter Richtung zur Trägersubstratoberfläche wirksam wird (Fliehkraftverdichtung). Weil die seitlichen Flanken der Vertiefung ein seitliches Wegfließen der viskosen Mischung verhindert, kommt es durch die Zentrifugalkraft zu einer vertikalen Separation zwischen den Leuchtstoffkörnern und dem aufschwimmenden, überschüssigen, schlecht wärmeleitenden Matrixmaterial. Mit anderen Worten führt diese Leuchtstoffverdichtung in Richtung Boden zu einer Erhöhung der Leuchtstoffkonzentration auf der Trägersubstratoberfläche. Der Leuchtstoff wird so unmittelbar und mit minimalstem Matrixmaterialanteil auf der Oberfläche der Vertiefung auf dem Trägersubstrat konzentriert, was eine optimale thermische Anbindung und Abfuhr der im Leuchtstoff durch die Konversion entstehenden Verlustwärme in das Trägersubstrat ermöglicht. Hinzu kommt, dass auch die Wärmeleitfähigkeit der dichtest gepackten bodennahen Leuchtstoffschicht einen Maximalwert erreicht, so dass die Wärmeleitung innerhalb des Leuchtstoff/Matrixgemisches maximiert wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass auf Grund der maximalen Verdichtung eine dünnere Leuchtstoffschicht bei gleicher Konvertierungseffizienz ausreichend ist. Eine dünnere Leuchtstoffschicht wiederum begünstigt zusätzlich eine effiziente Wärmeabfuhr. Nach der Separation und Verdichtung wird die Leuchtstoffschicht, je nach Typ des Matrixmaterials, getrocknet, ausgehärtet, eingebrannt, etc. und ist anschließend einsatzbereit. As the next step for producing the phosphor wheel according to the invention, a usually initially homogeneous viscous mixture of a phosphor, for example CaAlSiN 3 : Eu as red phosphor, and a carrier matrix, for example optical silicones, sodium silicates, etc., is prepared and introduced into the recess of the carrier substrate. In addition, it is advantageous to subsequently densify the phosphor on the carrier substrate. This can be achieved with vibration or even more intensively by centrifugal force, in which the carrier substrate is held in a corresponding holder in a centrifuge so that a centrifugal force in the direction perpendicular to the carrier substrate surface is effective (centrifugal compression). Because the side flanks of the depression prevent lateral flow of the viscous mixture, the centrifugal force causes a vertical separation between the phosphor grains and the floating, excess, poorly heat-conductive matrix material. In other words, this phosphor compaction towards the bottom leads to an increase in the phosphor concentration on the carrier substrate surface. The phosphor is thus concentrated directly and with a minimal amount of matrix material on the surface of the depression on the carrier substrate, which enables optimum thermal bonding and dissipation of the heat loss in the carrier substrate resulting from the conversion. In addition, the thermal conductivity of the densest packed near-surface phosphor layer reaches a maximum value, so that the heat conduction within the phosphor / matrix mixture is maximized. Another advantage is that due to the maximum densification, a thinner phosphor layer is sufficient with the same conversion efficiency. In turn, a thinner phosphor layer favors efficient heat removal. After separation and densification, the phosphor layer, depending on the type of matrix material, dried, cured, baked, etc. and is then ready for use.
Die Verdichtung kann auch durch die Verwendung von Leuchtstoffpartikeln mit verschiedenen Partikelgrößen (Volumenfraktionen) unterstützt werden. Dadurch kann der Raum zwischen den dichtest gepackten großen Leuchtstoffpartikeln mit den nächst kleineren dichtest gepackt ausgefüllt werden, und diese wiederum durch die nächst kleineren, usw.. Allerdings sinkt die Konversionseffizienz des Leuchtstoffs mit dem Anteil kleiner werdenden Leuchtstoffpartikeln wieder. The densification can also be assisted by the use of phosphor particles with different particle sizes (volume fractions). Thus, the space between the densest packed large phosphor particles can be filled with the next closest packed, and this in turn by the next smaller, etc .. However, the conversion efficiency of the phosphor decreases with the proportion of diminishing phosphor particles again.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Leuchtstoffrades mit den erfindungsgemäßen Merkmalen umfasst insbesondere folgende Verfahrensschritte:
- A) Bereitstellen eines planen Trägersubstrats,
- B) Formen mindestens einer Vertiefung in das Trägersubstrat durch Tiefziehen,
- C) Einbetten mindestens einer Leuchtstoffschicht in die mindestens eine Vertiefung.
- A) providing a planar carrier substrate,
- B) forming at least one recess in the carrier substrate by deep drawing,
- C) embedding at least one phosphor layer in the at least one recess.
Vorzugsweise ist das im Verfahrensschritt A) bereitgestellte Trägersubstrat bereits verspiegelt oder wird in einem zusätzlichen Verfahrensschritt verspiegelt. Die Vertiefung ist vorzugsweise kreisring- oder kreisringsegmentförmig ausgebildet. Dabei können in der Vertiefung auch zwei oder mehr Leuchtstoffschichten aus unterschiedlichen Leuchtstoffen sequentiell eingebettet sein. Mit unterschiedlichen Leuchtstoffen sind insbesondere Leuchtstoffe gemeint, die verschieden farbiges Konversionslicht emittieren. Damit lässt sich eine zeitlich sequentielle Abfolge verschiedener Lichtfarben erzeugen.Preferably, the carrier substrate provided in process step A) is already mirrored or is mirrored in an additional process step. The recess is preferably formed annular or circular segment. In this case, two or more phosphor layers of different phosphors can also be sequentially embedded in the depression. By different phosphors are meant in particular phosphors which emit differently colored conversion light. This can be used to generate a sequential sequential sequence of different light colors.
Vorzugsweise wird während des Verfahrensschritts B) der für den planen Boden der Vertiefung vorgesehene Bereich des Trägersubstrats zwischen zwei planparallelen Flächen des Werkzeugs zum Tiefziehen eingeklemmt. Auf diese Weise behält dieser Bereich seine Originalstruktur weitgehend bei. Insbesondere wird so eine eventuell auf dem Trägersubstrat vorhandene Oberflächenvergütungsschicht nicht geschädigt.Preferably, during the process step B), the region of the carrier substrate provided for the flat bottom of the depression is clamped between two plane-parallel surfaces of the deep drawing tool. In this way, this area largely retains its original structure. In particular, any surface coating layer possibly present on the carrier substrate is thus not damaged.
Darüber hinaus kann der Verfahrensschritt C) folgende Teilschritte umfassen:
- C1) Bereitstellen einer Mischung aus Leuchtstoff und Trägermatrix,
- C2) Einfüllen der Mischung in die Vertiefung,
- C3) Verdichtung des Leuchtstoffs in Richtung des Bodens der Vertiefung, beispielsweise durch Vibrieren oder Fliehkraftverdichten, oder beides,
- C4) Trocknen der Leuchtstoffschicht in der Vertiefung.
- C1) providing a mixture of phosphor and carrier matrix,
- C2) filling the mixture into the depression,
- C3) densification of the phosphor in the direction of the bottom of the depression, for example by vibration or centrifugal compression, or both,
- C4) drying the phosphor layer in the recess.
Durch den Teilschritt C3 wird also ein von der Oberfläche der Leuchtstoffbahn zum Boden der Vertiefung hin zunehmender Gradient der Leuchtstoffdichte eingestellt. Sub-step C3 therefore sets a gradient of the phosphor density which increases from the surface of the phosphor web to the bottom of the depression.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen schematisch:In the following, the invention will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments. The figures show schematically:
Bevorzugte Ausführung der Erfindung Preferred embodiment of the invention
Gleiche oder gleichartige Merkmale können im Folgenden der Einfachheit halber auch mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sein. Identical or similar features may be referred to below for the sake of simplicity with the same reference numerals.
Die obige Definition der Vorder- und Rückseite des Leuchtstoffrades dient der begrifflichen Vereinfachung und erscheint im Übrigen zweckmäßig. Sie ist aber selbstverständlich nicht einschränkend auszulegen. The above definition of the front and back of the phosphor wheel is used for conceptual simplification and appears otherwise appropriate. However, it is of course not restrictive to interpret.
Nach dem Tiefziehen B wird die Vertiefung
Darüber hinaus können weitere Leuchtstoffe in entsprechenden Segmenten der Vertiefung eingebettet sein, um bei Bedarf die Anregungsstrahlung in zeitlich sequentiell unterschiedlich farbiges Konversionslicht zu konvertieren. In addition, further phosphors can be embedded in corresponding segments of the depression in order to convert the excitation radiation into temporally sequentially differently colored conversion light if required.
Die Beleuchtungsvorrichtung
Die Erfindung schlägt eine Beleuchtungsvorrichtung mit einem tiefgezogenen Leuchtstoffrad zur Umwandlung von Anregungsstrahlung in Konversionslicht vor. Dabei wird in ein zunächst planes Trägersubstrat eine kreisring- oder kreisringsegmentförmige Vertiefung für den Leuchtstoff mittels Tiefziehen eingebracht. Dadurch lassen sich vorteilhafterweise handelsübliche Trägersubstrate aus Metall mit hochreflektierender Oberfläche verwenden, die lediglich umgeformt werden müssen. Durch die Einbettung des Leuchtstoffs in die tiefgezogene Vertiefung wird eine verbesserte Wärmeabfuhr vom eingebetteten Leuchtstoff in das Trägersubstrat erzielt. Außerdem bewirkt die Einbettung des Leuchtstoffs in die vorzugsweise verspiegelte, tiefgezogene Vertiefung auch eine Steigerung der Konversionseffizienz.The invention proposes a lighting device with a deep-drawn phosphor wheel for converting excitation radiation into conversion light. This is in a first plan Carrier substrate introduced an annular or annular segment-shaped recess for the phosphor by deep drawing. As a result, it is advantageously possible to use commercially available metal carrier substrates with a highly reflective surface, which only have to be reshaped. By embedding the phosphor in the deep-drawn depression improved heat dissipation from the embedded phosphor is achieved in the carrier substrate. In addition, the embedding of the phosphor in the preferably mirrored, deep-drawn depression also causes an increase in the conversion efficiency.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 2010/0245777 A1 [0003] US 2010/0245777 A1 [0003]
- US 2010/0328617 A1 [0007] US 2010/0328617 A1 [0007]
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102013223902.5A DE102013223902A1 (en) | 2013-11-22 | 2013-11-22 | Thermoformed phosphor wheel and lighting device with this phosphor wheel and excitation radiation source |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102013223902.5A DE102013223902A1 (en) | 2013-11-22 | 2013-11-22 | Thermoformed phosphor wheel and lighting device with this phosphor wheel and excitation radiation source |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102013223902A1 true DE102013223902A1 (en) | 2015-05-28 |
Family
ID=53045366
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102013223902.5A Withdrawn DE102013223902A1 (en) | 2013-11-22 | 2013-11-22 | Thermoformed phosphor wheel and lighting device with this phosphor wheel and excitation radiation source |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102013223902A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102015200092A1 (en) * | 2015-01-07 | 2016-07-07 | Osram Gmbh | Transmitted light element with conversion material, light module and manufacturing process |
DE102018133108A1 (en) * | 2018-12-20 | 2020-06-25 | Zumtobel Lighting Gmbh | Laser light lamp with remote phosphor |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100245777A1 (en) | 2009-03-31 | 2010-09-30 | Casio Computer Co., Ltd. | Light source unit utilizing laser for light source and projector |
US20100328617A1 (en) | 2009-06-30 | 2010-12-30 | Casio Computer Co., Ltd. | Fluorescent wheel, light source device and projector |
US20110096296A1 (en) * | 2009-10-28 | 2011-04-28 | Casio Computer Co., Ltd. | Light source unit and projector |
DE102010063756A1 (en) * | 2010-12-21 | 2012-06-21 | Osram Ag | Production of phosphor layers using alkali metal silicates |
DE102010063760A1 (en) * | 2010-12-21 | 2012-06-21 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Method for producing an optoelectronic component and optoelectronic component |
DE102011086359A1 (en) * | 2011-11-15 | 2013-05-16 | Tridonic Gmbh & Co. Kg | LED module |
-
2013
- 2013-11-22 DE DE102013223902.5A patent/DE102013223902A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100245777A1 (en) | 2009-03-31 | 2010-09-30 | Casio Computer Co., Ltd. | Light source unit utilizing laser for light source and projector |
US20100328617A1 (en) | 2009-06-30 | 2010-12-30 | Casio Computer Co., Ltd. | Fluorescent wheel, light source device and projector |
US20110096296A1 (en) * | 2009-10-28 | 2011-04-28 | Casio Computer Co., Ltd. | Light source unit and projector |
DE102010063756A1 (en) * | 2010-12-21 | 2012-06-21 | Osram Ag | Production of phosphor layers using alkali metal silicates |
DE102010063760A1 (en) * | 2010-12-21 | 2012-06-21 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Method for producing an optoelectronic component and optoelectronic component |
DE102011086359A1 (en) * | 2011-11-15 | 2013-05-16 | Tridonic Gmbh & Co. Kg | LED module |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102015200092A1 (en) * | 2015-01-07 | 2016-07-07 | Osram Gmbh | Transmitted light element with conversion material, light module and manufacturing process |
DE102018133108A1 (en) * | 2018-12-20 | 2020-06-25 | Zumtobel Lighting Gmbh | Laser light lamp with remote phosphor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1608532B1 (en) | Headlight and headlight element | |
DE102011002961A1 (en) | Fluorescent device with internal cooling and reflector lamp assembly with this phosphor device | |
DE102010001942A1 (en) | Light source unit and projector with such a light source unit | |
DE102012203442A1 (en) | LIGHTING DEVICE COMPRISING A PUMP WATER SERIES AND METHOD FOR OPERATING THIS LIGHTING DEVICE | |
EP3300192B1 (en) | Illumination device | |
DE102013208549A1 (en) | Fluorescent wheel and lighting device with this phosphor wheel and a pump light source | |
DE102011079907A1 (en) | Luminescent device for use in illumination device for e.g. projection device, has scattering body for scattering pump light in main propagation direction such that converted light passes outlet surface in main radiation direction | |
DE102012112994A1 (en) | headlamp device | |
EP1965244A2 (en) | Optical device and optical method | |
DE102015224692A1 (en) | LIGHT GENERATION WITH LIGHTING DIODE AND LASER | |
DE102013107227A1 (en) | Conversion element with separation structure | |
DE102010001945A1 (en) | Light source unit for use in projector, has cooling device representing cooling body whose surface area is applied with phosphor, aluminum and silver, and mirror coupled between excitation beam sources and optical collimation device | |
DE102016201309A1 (en) | conversion means | |
DE102015101573A1 (en) | Conversion element and optoelectronic component | |
DE112017002755T5 (en) | WAVE LENGTH CONVERSION ELEMENT, LIGHT SOURCE DEVICE AND IMAGE PROJECTION DEVICE | |
DE102013200989A1 (en) | Color wheel for a lighting device | |
DE102013223902A1 (en) | Thermoformed phosphor wheel and lighting device with this phosphor wheel and excitation radiation source | |
DE102012206970A1 (en) | Optical device for illumination device used in e.g. motor vehicle headlamp, has light scattering medium is constructed and arranged, such that it acts on light scattering from the first wavelength region light | |
EP3315852B1 (en) | Laser activated remote phosphor system and vehicle headlamp | |
DE102016212070A1 (en) | LIGHTING DEVICE AND VEHICLE HEADLIGHTS WITH LIGHTING DEVICE | |
DE102018127831A1 (en) | Illumination device, preferably with an adjustable or set color location, and their use and method for setting the color location of an illumination device | |
DE102015202961A1 (en) | lighting device | |
WO2015185296A1 (en) | Light conversion device and method for the production thereof | |
DE102013102205A1 (en) | Lighting device for a motor vehicle | |
DE102018206706A1 (en) | RADIATION UNIT |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified | ||
R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: F21V0009100000 Ipc: F21V0009400000 |
|
R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |