DE102016203844A1 - Leuchtvorrichtung mit Leuchtstoffvolumen und Halbleiterlichtquelle - Google Patents

Leuchtvorrichtung mit Leuchtstoffvolumen und Halbleiterlichtquelle Download PDF

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Abstract

Die Leuchtvorrichtung (1) weist ein Leuchtstoffvolumen (5), das von mindestens einer davon beabstandeten Halbleiterlichtquelle (2) mit Primärlicht (P) bestrahlbar ist, und ein zwischen dem Leuchtstoffvolumen (5) und der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (2) vorhandenes Lichtumlenkelement (3) zum Umlenken des Primärlichts (P) auf das Leuchtstoffvolumen (5), wobei das Lichtumlenkelement (3) einen Hohlraum (15) mit mindestens einer Lichteintrittsöffnung (17) zum Einstrahlen des Primärlichts (P) und einer Lichtaustrittsöffnung (16) aufweist, die sich nicht gegenüberliegen, eine den Hohlraum (15) begrenzende Wand (11) zumindest bereichsweise diffus reflektierend (12) ausgebildet ist und das Leuchtstoffvolumen (5) dem Hohlraum (15) optisch nachgeschaltet ist. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf Fahrzeug-Leuchtvorrichtungen, insbesondere Scheinwerfer, insbesondere Module davon.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Leuchtvorrichtung, aufweisend ein Leuchtstoffvolumen, das von mindestens einer davon beabstandeten Halbleiterlichtquelle mit Primärlicht bestrahlbar ist, und ein zwischen dem Leuchtstoffvolumen und der mindestens einen Halbleiterlichtquelle vorhandenes Lichtumlenkelement zum Umlenken des Primärlichts auf das Leuchtstoffvolumen. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf Fahrzeug-Leuchtvorrichtungen, insbesondere Scheinwerfer, insbesondere Module davon.
  • Beispielsweise aus WO 2015/121123 A1 sind Leuchtvorrichtungen der betreffenden Art bekannt, bei denen ein von einem Laser ausgesandter Primärlichtstrahl direkt oder nach Umlenkung durch optische Elemente (z.B. Linsen, Blenden, Reflektor usw.) auf das Leuchtvolumen trifft. Der Primärlichtstrahl kann mittels optischer Elemente vergleichmäßigt worden sein, z.B. mittels mikrostrukturierter Spiegel oder Integratorstäben. Hierbei ist nachteilig, dass die zur Vergleichmäßigung oder Homogenisierung benötigten optischen Elemente teuer sind und zudem Lichtverluste bedingen. Auch ist ein Aufwand zum Aufbau und zur Justage einer solchen Leuchtvorrichtung regelmäßig hoch.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine verbesserte Möglichkeit zum gleichmäßigen Bestrahlen eines Leuchtstoffvolumens mittels Primärlichts, das von mindestens einer Halbleiterlichtquelle emittiert worden ist, bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Leuchtvorrichtung, aufweisend ein Leuchtstoffvolumen, das von mindestens einer davon beabstandeten Halbleiterlichtquelle mit Primärlicht bestrahlbar ist, und mindestens ein zwischen dem Leuchtstoffvolumen und der mindestens einen Halbleiterlichtquelle vorhandenes Lichtumlenkelement zum Umlenken des Primärlichts auf das Leuchtstoffvolumen, wobei das Lichtumlenkelement einen ("Streu-")Hohlraum mit mindestens einer Lichteintrittsöffnung zum Einstrahlen des Primärlichts und mit mindestens einer Lichtaustrittsöffnung aufweist, die sich nicht gegenüberliegen, wobei eine den Hohlraum begrenzende Wand zumindest bereichsweise diffus reflektierend ausgebildet ist und wobei das Leuchtstoffvolumen dem Hohlraum optisch nachgeschaltet ist.
  • Diese Leuchtvorrichtung weist den Vorteil auf, dass mittels einer in der Regel mehrfachen diffusen Reflexion des durch die Lichteintrittsöffnung eingestrahlten Primärlichts das durch die Lichtaustrittsöffnung austretende Primärlicht eine hochgradig vergleichmäßigte Leuchtdichte aufweist. Dadurch wiederum kann das Leuchtstoffvolumen hochgradig gleichmäßig und großflächig mittels des Primärlichts bestrahlt werden, wodurch sich eine flächenmäßig besonders gleichmäßige Umwandlung von Sekundärlicht erreichen lässt. Auch kann so eine Gefahr einer lokalen Überhitzung und/oder Beschädigung des Leuchtstoffvolumens an sog. "Hot Spots" verringert werden. Die Leuchtvorrichtung kann preiswert umgesetzt werden, da keine teuren optischen Komponenten wie mikrostrukturierte Spiegel oder Integratorstäbe benötigt werden. Allgemein werden nur wenige Bauteile benötigt, was einen hohen Wirkungsgrad der Leuchtvorrichtung ermöglicht. Dies ergibt den weiteren Vorteil, dass eine solche Leuchtvorrichtung besonders robust ist und zudem nicht oder mit einem nur geringen Aufwand justiert zu werden braucht. Darüber hinaus bewirkt das Lichtumlenkelement, dass das von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle abgestrahlte Primärlicht nicht direkt auf das Leuchtstoffvolumen auftreffen kann, sondern es bei einem Versagen des Leuchtstoffvolumens nur gestreut aus der Leuchtvorrichtung austreten kann. Dies ermöglicht – auch bei einem Versagen des Leuchtstoffvolumens – eine wirksame Einhaltung einer Augensicherheit. Die Einhaltung der Augensicherheit ist insbesondere vorteilhaft bei einer Verwendung von Laserlicht als dem Primärlicht. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass von dem Leuchtstoffvolumen in den Hohlraum abgestrahltes Licht mit hoher Systemeffizienz aus dem Hohlraum wieder zurück auf das Leuchtstoffvolumen zurückgestrahlt wird. So werden eine Lichtausbeute und/oder ein Wirkungsgrad (Effizienz) besonders hoch gehalten; auf einen dichroitischen Filter zwischen der Lichtaustrittsöffnung und dem Leuchtstoffvolumen kann verzichtet werden. Noch ein weiterer Vorteil besteht darin, dass in dem optischen Pfad der Leuchtvorrichtung keine Filter, Antireflexbeschichtungen oder Klebstoffe benötigt werden. Damit kann eine Entstehung von dunklen Bereichen ("Dark Spots") vermieden werden.
  • Dass das Leuchtstoffvolumen dem Hohlraum optisch nachgeschaltet ist, bedeutet insbesondere, dass das Primärlicht den Hohlraum durchquert und insbesondere zumindest einmal an der Wand des Hohlraums reflektiert wird, bevor es auf das Leuchtstoffvolumen trifft. Das Leuchtstoffvolumen kann dabei ganz außerhalb des Hohlraums vorhanden sein, so dass für diesen Fall das Leuchtstoffvolumen der Lichtaustrittsöffnung optisch nachgeschaltet ist. Alternativ kann ein Teil des Leuchtstoffvolumens in den Hohlraum ragen.
  • Es ist eine Weiterbildung, dass mindestens eine Halbleiterlichtquelle eine Laserdiode ist. Das abgestrahlte Primärlicht ist dann Laserlicht. Alternativ oder zusätzlich kann mindestens eine Halbleiterlichtquelle eine Leuchtdiode sein. Bei Vorliegen mehrerer Halbleiterlichtquellen können diese Primärlicht der gleichen Farbe oder unterschiedlicher Farben abstrahlen. Das Primärlicht kann sichtbares Licht, infrarotes Licht oder ultraviolettes Licht sein. Das Primärlicht kann insbesondere blaues Licht im Wellenlängenbereich von 405 bis 470 nm sein.
  • Das Leuchtstoffvolumen kann einen oder mehrere wellenlängenkonvertierende Leuchtstoffe aufweisen. Ein Leuchtstoff ist dazu geeignet, einfallendes Primärlicht zumindest teilweise in Sekundärlicht unterschiedlicher Wellenlänge umzuwandeln oder zu konvertieren. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtstoffe mögen diese Sekundärlicht von zueinander unterschiedlicher Wellenlänge erzeugen. Die Wellenlänge des Sekundärlichts mag länger sein (sog. "Down Conversion") oder kürzer sein (sog. "Up Conversion") als die Wellenlänge des Primärlichts. Beispielsweise mag blaues Primärlicht mittels eines Leuchtstoffs in grünes, gelbes, orangefarbenes oder rotes Sekundärlicht umgewandelt werden. Bei einer nur teilweisen Wellenlängenumwandlung oder Wellenlängenkonversion wird von dem Leuchtstoffvolumen eine Mischung aus Sekundärlicht und nicht umgewandelten Primärlicht abgestrahlt, die als Nutzlicht dienen kann. Beispielsweise mag weißes Nutzlicht aus einer Mischung aus blauem, nicht umgewandeltem Primärlicht und gelbem Sekundärlicht erzeugt werden. Jedoch ist auch eine Vollkonversion möglich, bei der das Nutzlicht entweder nicht mehr oder zu einem nur vernachlässigbaren Anteil in dem Nutzlicht vorhanden ist. Ein Umwandlungsgrad hängt beispielsweise von einer Dicke und/oder einer Leuchtstoffkonzentration des Leuchtstoffs ab. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtstoffe können aus dem Primärlicht Sekundärlichtanteile unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung erzeugt werden, z.B. gelbes und rotes Sekundärlicht. Das rote Sekundärlicht mag beispielsweise dazu verwendet werden, dem Nutzlicht einen wärmeren Farbton zu geben, z.B. sog. "warm-weiß". Bei Vorliegen mehrerer Leuchtstoffe mag mindestens ein Leuchtstoff dazu ausgebildet sein, Sekundärlicht nochmals wellenlängenumzuwandeln, z.B. grünes Sekundärlicht in rotes Sekundärlicht. Ein solches aus einem Sekundärlicht nochmals wellenlängenumgewandeltes Licht mag auch als "Tertiärlicht" bezeichnet werden.
  • Die mindestens eine Halbleiterlichtquelle ist so ausgerichtet, dass ein von ihr emittierter Primärlichtstrahl das Leuchtstoffvolumen nicht direkt – d.h., nicht ohne Reflexion in dem Lichtumlenkelement – treffen kann. Die mindestens eine Halbleiterlichtquelle ist also neben das Leuchtstoffvolumen gerichtet bzw. nicht auf das Leuchtstoffvolumen ausgerichtet.
  • Dass sich eine Lichteintrittsöffnung und die Lichtaustrittsöffnung nicht gegenüberliegen, kann insbesondere bedeuten, dass ein durch die Lichteintrittsöffnung (z.B. senkrecht) eindringender Primärlichtstrahl nicht direkt (d.h., nicht ohne eine vorhergehende Reflexion an der Wand oder Innenoberfläche des Hohlraums) auf die Lichtaustrittsöffnung treffen kann. Es ist eine Weiterbildung, dass sich die Lichtaustrittsöffnung in einem rechten Winkel zu der Lichteintrittsöffnung angeordnet ist.
  • Es ist noch eine Weiterbildung, dass die den Hohlraum begrenzende Wand vollständig diffus reflektierend ausgebildet ist, was eine besonders vergleichmäßigte Lichtabstrahlung durch die Lichtaustrittsöffnung sowie einen besonders hohen Wirkungsgrad ergibt.
  • Die Wand des Hohlraums kann beispielsweise mit Bariumsulfat, mit optischem PTFE (Polytetrafluorethylen) oder mit Gold beschichtet sein.
  • Grundsätzlich kann die Leuchtvorrichtung einen oder mehrere Hohlräume aufweisen, die gleich oder unterschiedlich ausgestaltet sein können. Die Anordnung der Hohlräume ist grundsätzlich beliebig und kann regelmäßig oder unregelmäßig sein, z.B. zeilenartig, spaltenartig, matrixartig kurvenförmig, ringförmig, sternförmig, freiförmig usw. Auch können die Hohlräume auf unterschiedlichen Höhen in Bezug auf eine Substratgrundfläche angeordnet sein, beispielsweise bei einem treppenstufenartig ausgeformten Substratkörper. So kann beispielsweise ein Lichtumlenkelement bereitgestellt werden, dessen Hohlräume Licht mit gleichen oder räumlich und/oder zeitlich unterschiedlichen Strahlungsintensitäten abstrahlen können. Dadurch kann eine Leuchtvorrichtung bereitgestellt werden, dessen Gesamtleuchtprofil einstellbar ist. Es ist eine Weiterbildung, dass der Hohlraum rotationssymmetrisch ausgebildet ist, insbesondere in Bezug auf eine durch die Lichtaustrittsöffnung senkrecht stehende Drehachse. So kann eine besonders gleichmäßige Lichtverteilung in dem Hohlraum und damit auch durch die Lichtaustrittsöffnung hinaus erreicht werden.
  • Der Hohlraum kann gasgefüllt sein, z.B. mit Luft, Stickstoff oder Edelgas. Die Verwendung von Edelgas weist den Vorteil auf, dass keine chemische Verbindung der Innenwand des Hohlraums mit einem Gasbestandteil auftritt, insbesondere keine Oxidation. Der Hohlraum kann auch mit einer lichtdurchlässigen Flüssigkeit gefüllt sein, beispielsweise mit einer Immersionsflüssigkeit. Dies kann eine Wärmeabfuhr von der Wand des Hohlraums weiter verbessern. Der Hohlraum kann auch mit lichtdurchlässigem Feststoff gefüllt sein, z.B. mit lichtdurchlässigem Kunststoff verfüllt sein.
  • Es ist eine Ausgestaltung, dass der Hohlraum zumindest bereichsweise ellipsoid ausgebildet ist. Dadurch kann eine besonders gleichmäßige Lichtverteilung in dem Hohlraum und damit auch durch die Lichtaustrittsöffnung hinaus erreicht werden. Die Lichtaustrittsöffnung kann sich insbesondere an einem Scheitelpunkt des Ellipsoids befinden.
  • Es ist eine Weiterbildung, dass der Hohlraum zumindest bereichsweise kugelförmig ausgebildet ist. Er kann z.B. in einem Bereich halbkugelförmig ausgebildet sein, einen weniger als halbkugelförmigen sphärischen Anteil (mit einem Raumwinkel von weniger als 2·π) oder einen mehr als halbkugelförmigen sphärischen Anteil (mit einem Raumwinkel von mehr als 2·π) aufweisen. Insbesondere in dieser bereichsweise kugelförmigen Weiterbildung kann der Hohlraum ähnlich einer Ulbricht-Kugel wirken und wird dazu eingesetzt, um hochgradig diffuse Strahlung aus gerichteter Strahlung zu erzeugen.
  • Jedoch ist die Form des Hohlraums grundsätzlich nicht beschränkt, so dass er z.B. auch freiförmig ausgebildet sein kann.
  • Es ist noch eine Ausgestaltung, dass das Lichtumlenkelement mehrteilig mit einem ersten Teil (im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit als "Basis" bezeichnet) und einem zweiten Teil (im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit auch als Abdeckung oder Abdeckelement bezeichnet), das auf dem ersten Teil aufliegt, ausgebildet ist, wobei die Basis an ihrer der Abdeckung zugewandten Seite (die auch als Kontakt- oder Auflageseite bezeichnet werden kann) eine erste Vertiefung aufweist und die Abdeckung oberhalb der ersten Vertiefung einen die Lichtaustrittsöffnung bildenden Durchbruch aufweist. So kann das Lichtumlenkelement besonders einfach und mit hoher Präzision auch für kleine Hohlräume hergestellt werden. Der Hohlraum wird also zumindest teilweise mittels der Basis und ggf. teilweise mittels der Abdeckung begrenzt. Die Lichteintrittsöffnungen können insbesondere in der Basis vorhanden sein.
  • Die Basis kann blockförmig ausgebildet sein. Die Abdeckung kann plattenförmig ausgebildet sein. Eine gemeinsame Kontakt- oder Auflagefläche der Basis und der Abdeckung kann eben sein, was eine Herstellung und einen Zusammenbau erleichtert.
  • Es ist eine Weiterbildung, dass die erste Vertiefung schalenförmig oder konkav ausgebildet ist. Dies kann insbesondere bedeuten, dass sich die erste Vertiefung bzw. deren Wand in Tiefenrichtung verjüngt. Insbesondere kann die Wand in Tiefenrichtung gekrümmt sein.
  • Es ist eine für eine gleichmäßige Lichtverteilung und einfache Herstellung besonders vorteilhafte Weiterbildung, dass die erste Vertiefung halbschalenförmig, z.B. halbkugelförmig, ist, da sie so mittels einfacher Werkzeuge herstellbar ist und z.B. keinen Hinterschnitt aufweist. Solche Werkzeuge können Stanzwerkzeuge, Bohrer usw. sein.
  • Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass der Durchbruch in der Abdeckung ein sich von der ersten Vertiefung in Richtung der Lichtaustrittsöffnung kegelstumpfförmig verjüngender Durchbruch ist. Ein solcher Durchbruch lässt sich auch für kleine Abmessungen einfach und präzise in die Abdeckung einbringen. Zudem ist die Kegelstumpfform noch ausreichend nahe an der Form eines Kugelschnitts, dass dadurch eine Wirksamkeit der Lichtmischung in dem Hohlraum nicht wesentlich verringert wird. Allgemein ist die Form des Durchbruchs jedoch nicht darauf beschränkt und kann z.B. kegelschnittförmig (was eine besonders hohe Effizienz ermöglicht), zylinderförmig (was eine besonders einfache Einbringung ermöglicht) usw. sein.
  • Es ist eine zum Erlangen einer besonders hohen Effizient und eines besonders hohen Homogenisierungsgrads bevorzugte Weiterbildung, dass die Basis am Hohlraum stufenlos in die Abdeckung übergeht, oder umgekehrt.
  • Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die Basis mindestens eine zweite durchgehende Vertiefung aufweist, welche in die erste Vertiefung übergeht oder darin mündet. Auch die mindestens eine zweite Vertiefung ist abgedeckt. So kann mit einfachen Mitteln eine Möglichkeit zur Einstrahlung des Primärlichts in den Hohlraum durch eine schmale Lichtaustrittsöffnung bereitgestellt werden. Die zweite Vertiefung kann folglich als ein "Primärlichtkanal" dienen, durch den ein Primärlichtstrahl in den Hohlraum eingestrahlt werden kann. Der Primärlichtkanal wird durch die zweite Vertiefung und die Abdeckung seitlich begrenzt. Die Mündung des Primärlichtkanals entspricht der Lichteintrittsöffnung.
  • Vorzugweise wird die mindestens eine zweite Vertiefung von derjenigen Abdeckung, welche auch die Lichtaustrittsöffnung aufweist, abgedeckt, was eine besonders einfache Herstellung ermöglicht. Die Abdeckung kann also bis auf den mindestens einen Primärlichtkanal um die Vertiefung herum flächig auf der Basis aufliegen. Die mindestens eine zweite Vertiefung ist vorzugsweise in der Kontakt- oder Auflageseite der Basis eingebracht.
  • Das Vorsehen der mindestens einen zweiten Vertiefung ist insbesondere vorteilhaft, falls die Halbleiterquelle ein Laser ist, da sich so mit besonders einfachen Mitteln eine schmale längliche ("spaltartige") Lichteintrittsöffnung bereitstellen lässt, durch die der Laser-Primärstrahl praktisch verlustfrei in den Hohlraum einkoppeln kann. Insbesondere kann eine sog. "Fast Axis" des Laser-Primärstrahls – z.B. in Bezug auf seine Ausrichtung und Ausdehnung – an die gestreckte Form des Spalts angepasst werden.
  • Der Primärlichtkanal kann zumindest bereichsweise reflektierend ausgebildet sein, um Lichtverluste zu verringern.
  • Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass die zweite Vertiefung eine in Richtung der ersten Vertiefung (also auch in Richtung der die Mündung bildenden Lichteintrittsöffnung) zulaufende Form aufweist. So kann der Primärlichtkanal eine in Bezug auf seine Breite und/oder seine Höhe (zwischen der Basis und der Abdeckung) in Richtung der Mündung verjüngende Form aufweisen, was Lichtverluste verringern kann. Ein solcher Primärlichtkanal kann auch als ein "Einkopplungstrichter" bezeichnet werden.
  • Es ist für eine einfache Herstellung vorteilhaft, wenn die Wandung oder Wand der zweiten Vertiefung glatt ausgebildet ist. Es kann aber auch eine zur Verringerung von Reflexionen gegen die Einstrahlrichtung oder zum Zurückstrahlen von aus der Lichteintrittsöffnung in den Primärlichtkanal ausgetretenem Primärlicht vorteilhafte Ausgestaltung sein, dass eine Wand der zweiten Vertiefung strukturiert ist, z.B. mit in Lichteinstrahlrichtung hintereinander angeordneten Stufen. Insbesondere in diesem Fall kann es vorteilhaft sein, wenn zumindest der strukturierte Bereich reflektierend, insbesondere spiegelnd, ausgebildet ist.
  • Es ist eine Weiterbildung, dass zumindest eine Stufe, insbesondere alle Stufen, unabhängig von den anderen Stufen, geneigt sein kann bzw. können, so dass ein Normalenvektor einer Stufenoberfläche in Richtung des Hohlraums verkippt ist, beispielsweise um einen Kippwinkel zwischen 0° und 60°. Dabei können unterschiedliche Stufen unterschiedliche Kippwinkel einnehmen, beispielsweise einen kleineren Kippwinkel, je näher sie an der Einstrahlöffnung des (Streu-)Hohlraums angeordnet sind.
  • Auch die den Primärlichtkanal begrenzende Fläche der Abdeckung kann zumindest bereichsweise (d.h., ganz oder nur bereichsweise) strukturiert und/oder reflektierend ausgebildet sein.
  • Es ist eine Weiterbildung, dass das Leuchtstoffvolumen auf einem lichtdurchlässigen Träger aufgebracht ist. Der Träger kann insbesondere auf der Abdeckung aufliegen. Das aus der Lichtaustrittsöffnung austretende Primärlicht kann dann zuerst durch den Träger laufen, bevor es auf das Leuchtstoffvolumen trifft. So wird der Vorteil erlangt, dass auch nicht selbsttragende Leuchtstoffvolumina bei kompakter Bauweise nutzbar sind. Zur Vermeidung von Lichtverlusten ist der Träger insbesondere transparent. Er kann mit einer Antireflexbeschichtung und/oder einer eingangsseitig aufgebrachten dichroitischen Beschichtung versehen sein. Die dichroitische Beschichtung bewirkt, dass in sie eintretendes Primärlicht durchgelassen wird und somit durch den Träger hindurchtreten und zu dem Leuchtstoffvolumen gelangen kann, aber dass vom Leuchtstoffvolumen zurückgestreutes Konversionslicht, z.B. gelbes Konversions- oder Sekundärlicht, an ihr reflektiert wird.
  • Der Träger kann ein plattenförmiger Träger sein. Der Träger kann z.B. aus Glas, aus Saphir oder aus transparenter Keramik bestehen, was eine besonders effektive Wärmeabfuhr ermöglicht. Ein mögliches Material einer transparenten Keramik ist polykristallines Aluminiumoxid (engl. Poly Crystalline Alumina; PCA).
  • Es ist noch eine Weiterbildung, dass das Leuchtstoffvolumen als ein wellenlängenkonvertierender Keramikkörper ausgebildet ist, z.B. in Form eines keramischen Leuchtstoffplättchen. Dies weist den Vorteil auf, dass das Leuchtvolumen selbsttragend sein kann und so auf einen Träger verzichtbar ist. Der Keramikkörper kann direkt auf die Abdeckung aufgelegt werden und die Lichtaustrittsöffnung überdecken.
  • Jedoch kann auch ein Keramikkörper auf einem lichtdurchlässigen Träger angebracht sein, beispielsweise um eine Handhabung bei der Montage zu verbessern und/oder um auch sehr dünne Keramikkörper verwenden zu können.
  • Es ist eine insbesondere für den Fall, dass der lichtdurchlässige Träger aus Saphir oder aus Keramik besteht, vorteilhaft, dass das Leuchtstoffvolumen ein wellenlängenkonvertierender Keramikköper ist und an dem Träger angesintert ist. Denn so ergibt sich eine besonders feste und praktisch nicht mehr lösbare Verbindung zwischen dem Träger und dem Leuchtstoffvolumen. Dabei kann der Träger (insbesondere falls dieser selbst aus einer Keramik besteht) zusammen mit dem Leuchtstoffkörper gesintert werden. Dies ist insbesondere dann einfach umsetzbar, wenn das keramische Grundmaterial das gleiche ist, z.B. PCA. Das keramische Grundmaterial kann für den Fall der Konversionskeramik beispielsweise mit seltenen Erden usw. dotiert sein. Alternativ können der keramische Träger und/oder die Konversionskeramik separat teilgesintert und dann zusammen durch Fertigsintern miteinander verbunden worden sein. Auch für den Fall eines Trägers aus Saphir kann die Konversionskeramik beispielsweise zunächst separat teilgesintert und dann durch folgendes Fertigsintern in Kontakt mit dem Saphirträger daran angebracht worden sein.
  • Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die mindestens eine Halbleiterlichtquelle als Laser ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Primärlicht mit einer hohen Strahlungsleistung bei einem geringen apparativen Aufwand durch eine kleine Lichteintrittsöffnung in den Hohlraum einstrahlbar ist. Das in den Hohlraum eingekoppelte Primärlicht ist also Laserlicht. Seine Kohärenz wird in dem Hohlraum durch die diffuse Mehrfachreflexion aufgehoben.
  • Falls der von dem Laser, insbesondere von einer Laserdiode, emittierte Laserstrahl eine längliche (z.B. elliptische) Querschnittsform mit einer sog. "Fast Axis" aufweist, ist es für eine einfache Herstellung des Lichtumlenkelements vorteilhafte Ausgestaltung, dass die Fast Axis parallel zu der der Basis zugewandten Unterseite der Abdeckung ausgerichtet ist. Die Lichteintrittsöffnung kann dann insbesondere als eine Lücke zwischen dem Abdeckelement und der Basis ausgebildet sein, deren Breite insbesondere einer Breite des Laserstrahls entlang der Fast Axis entspricht. Die Form der Lichteintrittsöffnung kann einer Querschnittsform des Laserstrahls angenähert sein, z.B. indem sie elliptisch oder zumindest bereichsweise elliptisch ausgebildet ist.
  • Falls der mindestens eine Laser nahe genug an der Lichteintrittsöffnung angeordnet ist, kann das Laserlicht direkt in den Halbraum eingestrahlt werden, d.h. ohne irgendein zwischengeschaltetes optisches Element.
  • Es kann aber eine z.B. zur Verringerung einer Breite der Fast Axis und damit auch einer Breite der Lichteintrittsöffnung vorteilhafte Ausgestaltung sein, dass zwischen dem Laser und der Lichteintrittsöffnung des Lichtumlenkelements genau eine Linse (oder ein anderes strahlformendes optisches Element) vorhanden ist. Insbesondere mittels der Linse kann eine Strahlformung des Laserstrahls auf einfache und kompakte Weise durchgeführt werden, z.B. um dessen Querschnittsform an die Form der Lichteintrittsöffnung und/oder an eine Querschnittsform des Primärlichtkanals anzupassen.
  • Die Linse kann dem Primärlichtkanal optisch vorgeschaltet oder in den Primärlichtkanal eingepasst sein. Allgemein kann die Linse an dem Lichtumlenkelement angebracht sein, was eine besonders robuste und kompakte Bauform ermöglicht.
  • Es ist eine Weiterbildung, dass die mindestens eine Halbleiterlichtquelle, insbesondere Laser, an dem Lichtumlenkelement angebracht ist, was ebenfalls eine robuste und kompakte Bauform unterstützt. Zu diesem Zweck und um eine besonders geringe Querschnittausdehnung des Primärlichtstrahls an der Lichteintrittsöffnung zu erlangen, kann es auch vorteilhaft sein, dass die mindestens eine Halbleiterlichtquelle zumindest teilweise in dem Primärlichtkanal untergebracht ist. Sie kann dazu in den Primärlichtkanal hineinragen oder ganz in dem Primärlichtkanal untergebracht sein. Die Basis kann dazu Halterungen für die mindestens eine Halbleiterlichtquelle oder eine zugehörige Platine o.ä. aufweisen.
  • Allgemein kann die Leuchtvorrichtung eine oder mehrere Halbleiterlichtquellen, insbesondere Laser, aufweisen, insbesondere pro Hohlraum. Folglich können in einer Weiterbildung mehrere Halbleiterlichtquellen in denselben Hohlraum einstrahlen. Insbesondere kann ein Hohlraum mehr als eine Eintrittsöffnung aufweisen, wobei insbesondere jeder Eintrittsöffnung mindestens eine Halbleiterlichtquelle zugeordnet ist. So kann ein Hohlraum zwei oder mehr (z.B. 3, 4, 5, 6, usw.) Eintrittsöffnungen aufweisen. Insbesondere können auch mehrere Halbleiterlichtquellen ihr Licht durch eine gemeinsame Einstrahlöffnung in den Hohlraum hineinstrahlen.
  • Bei Vorliegen mehrerer Halbleiterlichtquellen kann jeder Halbleiterlichtquelle ein jeweiliger Primärlichtkanal zugeordnet sein. Alternativ kann zumindest zwei Halbleiterlichtquellen ein gemeinsamer Primärlichtkanal zugeordnet sein.
  • Es können also mehrere Primärlichtkanäle an jeweiligen Lichteintrittsöffnungen in den Hohlraum münden. Es ist für eine besonders gleichmäßige Lichtverteilung in dem Hohlraum vorteilhaft, wenn die Lichteintrittsöffnungen drehsymmetrisch in den Hohlraum mündend angeordnet sind. Insbesondere können die Lichteintrittsöffnungen um eine durch den Hohlraum – insbesondere durch dessen Mitte – verlaufende Achse winkelversetzt angeordnet sein. Für einen besonders gleichverteilten Lichteintritt können die Lichteintrittsöffnungen in einer die Achse senkrecht umlaufenden Umfangsrichtung gleichmäßig winkelversetzt sein. Die Eintrittsöffnungen liegen dann in einer durch den Hohlraum verlaufenden Ebene, die senkrecht zu der Achse steht. Benachbarte Lichteintrittsöffnungen sind um den gleichen Winkel in Umfangsrichtung um diese Achse versetzt. Die Achse kann insbesondere eine senkrecht durch die Lichtaustrittsöffnung des Hohlraums laufende Achse sein. Die obigen Ausführungen zu den Lichteintrittsöffnungen können analog auf mehrere Primärlichtkanäle angewandt werden.
  • Diese Ebene der Lichteintrittsöffnungen kann insbesondere eine Ebene sein, die sich durch die Basis im Bereich zu deren Kontaktfläche mit dem Abdeckelement erstreckt, insbesondere parallel zu einer Unterseite des Deckelements bzw. parallel zu dessen unterer Deckfläche.
  • Jedoch ist die Lage und Ausrichtung der Primärlichtkanäle und/oder Lichteintrittsöffnungen grundsätzlich nicht beschränkt. So können diese in Bezug auf den Hohlraum auch dreidimensional verteilt sein, und zwar regelmäßig oder unregelmäßig. Beispielsweise können die Lichteintrittsöffnungen nach Art eines Felds oder Arrays über die Wand des Hohlraums – oder zumindest über den der Basis zugehörigen Anteil der Wand des Hohlraums – angeordnet sein.
  • Ein der mindestens einen Lichteintrittsöffnung gegenüberliegender Bereich der Wand des Hohlraums, an dem durch den zugehörigen eintretenden Primärlichtstrahl ein Leuchtfleck gebildet wird ("Auftreffbereich"), kann eine im Vergleich zu dem ihn umgebenden Wandbereich gleiche oder unterschiedliche Form aufweisen. Ist der umgebende Bereich z.B. konkav (insbesondere sphärisch) ausgebildet, kann der Auftreffbereich ebenfalls konkav (insbesondere sphärisch), in den Hohlraum vorspringend konvex, plan-schräg, gekrümmt-schräg usw. ausgebildet sein. Zur Vermeidung von Lichtverlusten ist es dabei vorteilhaft, wenn der Auftreffbereich so gestaltet und ausgerichtet ist, dass der durch die Lichteintrittsöffnung auf ihn auftreffende Primärlichtstrahl nicht oder in einem nur unwesentlichen Maße direkt wieder durch die Lichteintrittsöffnung zurückreflektiert wird.
  • Der Auftreffbereich kann insbesondere als ein Loch ausgebildet sein, das hohlraumseitig mit einer diffus reflektierenden Beschichtung belegt ist. Das Loch kann mit absorbierendem oder lichtdurchlässigem (aber vorteilhafterweise nicht-reflektierendem) Material gefüllt sein, z.B. hinterspritzt sein. Dies ist vorteilhaft für den Fall, dass bei einem Durchbruch durch die diffus reflektierende Beschichtung oder bei ihrem Abfallen von der darunterliegenden Basis der einfallende Primärlichtstrahl durch dieses Loch abgeführt wird. So kann auch für diesen Fall eine Augensicherheit erreicht werden.
  • Ferner kann mindestens ein Loch, insbesondere Mikroloch, in der Wand des Hohlraums vorhanden sein, so dass dadurch austretendes Primärlicht auf einen Lichtsensor (insbesondere Helligkeitssensor) treffen kann. Der Lichtsensor kann zur Steuerung oder Regelung der Leuchtvorrichtung verwendet werden. Alternativ ist die Wand des Hohlraums (d.h., die Basis und/oder eine darauf aufliegende Schicht) bis auf die mindestens eine Lichteintrittsöffnung ununterbrochen ausgebildet, was Lichtverluste besonders gering hält.
  • Es ist für eine kompakte Bauweise bei Erlangung eines immer noch hochgradig diffusen austretenden Primärlichts vorteilhafte Ausgestaltung, dass die Lichtaustrittsöffnung eine Querschnittsfläche zwischen 0,06 und 0,12 Quadratmillimetern aufweist, die Lichteintrittsöffnung eine Querschnittsfläche zwischen 0,002 und 0,006 Quadratmillimetern aufweist und/oder der (insbesondere zumindest annähernd kugelartige) Hohlraum eine maximale Querschnittsausdehnung (insbesondere einen Durchmesser) zwischen 400 und 800 Mikrometern aufweist. Falls der Hohlraum durch eine erste Vertiefung in der Basis und durch einen Durchbruch in der Abdeckung gebildet oder begrenzt wird, kann die letzte Bedingung so lauten, dass die erste Vertiefung eine maximale Querschnittsausdehnung (insbesondere einen Durchmesser) zwischen 400 und 800 Mikrometern aufweist.
  • Insbesondere kann die Lichtaustrittsöffnung dazu eine Querschnittsfläche von ca. 0,09 Quadratmillimetern aufweisen, die Lichteintrittsöffnung eine Querschnittsfläche von ca. 0,004 Quadratmillimetern aufweisen und/oder der Hohlraum eine maximale Querschnittsausdehnung von 600 Mikrometern aufweisen. Die Lichtaustrittsöffnung kann eine kreisrunde Öffnung sein. Sie kann z.B. einen Durchmesser von ca. 300 Mikrometern aufweisen. Die Durchmesser der Öffnungen sind folglich deutlich kleiner als die Querschnittsausdehnung des Hohlraums, so dass nur solches Licht durch die Lichtaustrittsöffnung austreten kann, das zuvor vielfach an der Wand bzw. inneren Oberfläche des Hohlraums reflektiert worden ist. Die Summe der Eintrittsfläche(n) und der Austrittsfläche entspricht für die angegebenen Werte einem Vollkugelflächenanteil von ungefähr 8 %. Es ist eine für eine besonders effektive Lichtverteilung in dem ("Streu-")Hohlraum vorteilhafte Weiterbildung, dass die Summe der Flächen der Lichteintrittsöffnung(en) und der Lichtaustrittsöffnung einen Vollkugelflächenanteil und/oder einen Summen-Raumwinkelbereich von nicht mehr als 15 % aufweist, insbesondere von nicht mehr als 10 %, aufweist.
  • Das Lichtumlenkelement, insbesondere dessen Basis, kann aus Kunststoff oder Metall bestehen. Die Verwendung von Kunststoff ist besonders preiswert, besonders falls die Basis ein Spitzgussteil ist. Folgend kann die Basis beschichtet werden (z.B. der den Hohlraum begrenzende Wandbereich mit einer diffus reflektierenden Beschichtung). Zumindest die diffus reflektierende Beschichtung kann durch eine weitere Beschichtung versiegelt werden, beispielsweise gegen Oxidation. Jedoch kann das Lichtumlenkelement, zumindest jedoch dessen Basis und/oder dessen Abdeckung bei mehrteiliger Ausführung, auch aus anderem Material bestehen, z.B. aus Keramik, aus spiegelnd reflektierend beschichtetem Glas usw. Insbesondere ist das Lichtumlenkelement als solches für das Primärlicht undurchlässig ausgebildet.
  • Die Verwendung von Metall – z.B. Aluminium oder Kupfer – ermöglicht eine besonders effektive Wärmeableitung von der Wand des Hohlraums und/oder von dem Leuchtstoffvolumen. Zumindest die Basis kann ein Stanzteil sein, wobei die Wand des Hohlraums poliert und/oder zumindest bereichsweise aufgerauht sein kann. Die Wand kann dann mit der diffus reflektierenden Beschichtung versehen sein bzw. kann die Beschichtung dann selbst der Wand des Hohlraums entsprechen.
  • Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Leuchtvorrichtung eine Fahrzeugleuchte oder einen Teil davon darstellt. Diese Ausgestaltung ergibt den Vorteil, dass ein in Bezug auf seine Intensitätsverteilung hochgradig gleichmäßiges Lichtabstrahlmuster bereitgestellt werden kann.
  • Die Aufgabe kann also auch durch eine Fahrzeugleuchte oder einen Teil davon (z.B. ein Lichterzeugungs- oder Leucht-Modul) gelöst werden, welche(r) die oben beschriebene Leuchtvorrichtung enthält oder einer solchen Leuchtvorrichtung entspricht. Das Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug (z.B. ein Kraftwagen wie ein Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Bus usw. oder ein Motorrad), eine Eisenbahn, ein Wasserfahrzeug (z.B. ein Boot oder ein Schiff) oder ein Luftfahrzeug (z.B. ein Flugzeug oder ein Hubschrauber) sein.
  • Die Fahrzeugleuchte kann z.B. ein Scheinwerfer, ein Rücklicht usw. sein. Die Aufgabe wird folglich insbesondere auch gelöst durch einen Fahrzeugscheinwerfer, aufweisend mindestens eine Leuchtvorrichtung wie oben beschreiben, wobei die mindestens eine Leuchtvorrichtung mehrere Hohlräume bereitstellt.
  • Der Fahrzeugscheinwerfer kann analog zu der Leuchtvorrichtung ausgebildet sein und ergibt die gleichen Vorteile.
  • Insbesondere können die Lichtaustrittsöffnungen in einem regelmäßigen Muster, z.B. matrixförmig, angeordnet sein.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
  • 1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Leuchtvorrichtung;
  • 2 zeigt in Draufsicht eine weitere Leuchtvorrichtung; und
  • 3 zeigt in Draufsicht noch eine weitere Leuchtvorrichtung.
  • 1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Leuchtvorrichtung 1 mit mindestens einer blaues Primärlicht P ausstrahlenden Laserdiode 2, einem Lichtumlenkelement 3, einem transparenten Träger 4 und einem Leuchtstoffvolumen 5. Die Leuchtvorrichtung 1 kann einen Teil eines Scheinwerfers H eines Fahrzeugs F darstellen. Das Leuchtstoffvolumen 5 ist von der davon beabstandeten Laserdiode 2 nur durch Umlenkung mittels des Lichtumlenkelements 3 und durch den Träger 4 hindurch mit dem Primärlicht P bestrahlbar. Die Leuchtvorrichtung 1 kann ein Lichterzeugungsmodul für einen Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs K sein.
  • Das Lichtumlenkelement 3 weist eine Basis 6 aus Kunststoff oder Metall (z.B. aus Aluminium oder Kupfer) mit einer ebenen Oberseite 7 auf. Auf der Oberseite 7 liegt eine plattenförmige, lichtundurchlässige Abdeckung 8 mit ihrer Unterseite 9 auf, so dass die Oberseite 7 der Basis 6 und die Unterseite 9 der Abdeckung 8 auch als Kontakt- oder Auflageflächen bezeichnet werden können. Auch die Abdeckung 8 kann aus Kunststoff oder Metall (z.B. aus Aluminium oder Kupfer) bestehen.
  • Die Oberseite 7 der Basis 6 weist eine halbkugelförmige erste Vertiefung 10 auf, deren Durchmesser z.B. 600 Mikrometer betragen kann. Eine die erste Vertiefung 10 begrenzende Wand 11 der Basis 6 ist mit einer diffus reflektierenden Schicht 12, z.B. aus Bariumsulfat, belegt. Somit bildet die reflektierende Schicht 12 die Innenseite oder Wand der ersten Vertiefung 10. In der Abdeckung 8 oberhalb der ersten Vertiefung 10 ist ein kegelstumpfförmiger Durchbruch 13 vorhanden, der sich stufenlos an die Vertiefung 10 anschließt und sich in Richtung einer Oberseite 14 der Abdeckung 8 hin verjüngt. Auch die Wand der Abdeckung 8 im Bereich des Durchbruchs 13 kann mit einer diffus reflektierenden Schicht, z.B. aus Bariumsulfat, belegt sein.
  • Durch die erste Vertiefung 10 und den Durchbruch 13 wird ein Hohlraum 15 in dem Lichtumlenkelement 3 gebildet, dessen Mündung in der Oberseite 14 der Abdeckung 8 einer Lichtaustrittsöffnung 16 entspricht. Die Lichtaustrittsöffnung 16 ist hier kreisförmig mit einem Durchmesser von 300 Mikrometern ausgebildet.
  • Der Hohlraum 15 weist ferner eine Lichteintrittsöffnung 17 auf, die zu der Lichtaustrittsöffnung 16 senkrecht angeordnet ist und durch die der von der Laserdiode 2 emittierte Strahl des Primärlichts P in den Hohlraum 15 einstrahlbar oder einkoppelbar ist. Dazu weist die Basis 6 an ihrer Oberseite 7 eine zweite Vertiefung 18 auf, deren Wand 19 also durch die Basis 6 bereitgestellt wird.
  • Die zweite Vertiefung 18 erstreckt sich von einer Außenseite 20 der Basis 6 bis zu dem Hohlraum 15 und mündet folglich an der Lichteintrittsöffnung 17 darin. Die diffus reflektierende Schicht 12 weist dort eine entsprechende Öffnung auf. Die zweite Vertiefung 18 ist durch die Abdeckung 8 abgedeckt und bildet einen Primärlichtkanal 21 zur Einstrahlung des Primärlichts P in den Hohlraum 15.
  • Der Primärlichtkanal 21 weist eine in Richtung der Lichteintrittsöffnung 17 trichterförmig zulaufende Form auf. Die Lichteintrittsöffnung 17 ist in Form eines parallel zu der Unterseite 9 der Abdeckung 8 länglich ausgedehnten Schlitzes ausgebildet. Insbesondere kann der Strahl des Primärlichts P so durch den Primärlichtkanal 21 gerichtet sein, dass seine Fast Axis der Längsausdehnung (welche in der gezeigten Ansicht einer horizontalen Ausdehnung entspricht) der Lichteintrittsöffnung 17 entspricht. Dadurch kann der Strahl des Primärlichts P mit sehr geringen Lichtverlusten durch die Lichteintrittsöffnung 17 hindurchtreten. Um die Querschnittsform des Strahls des Primärlichts P noch besser an die Form der Lichteintrittsöffnung 17 anzupassen, kann zwischen die Laserdiode 2 und die Lichteintrittsöffnung 17 beispielsweise eine einzige Linse 22 optisch zwischengeschaltet sein. Jedoch kann alternativ oder zusätzlich auch die Form der Lichteintrittsöffnung 17 der Querschnittsform des Strahls des Primärlichts P angepasst sein, z.B. durch eine zumindest abschnittsweise elliptische Formgebung. Um bei kompakter Bauweise eine besonders effektive Einstrahlung des Primärlichts P in den Hohlraum 15 zu erlangen, kann es vorteilhaft sein, das die Lichteintrittsöffnung 17 eine Querschnittsfläche von ca. 0,004 Quadratmillimetern aufweist.
  • Die Laserdiode 2 und die Linse 22 können, wie gezeigt, außerhalb des Primärlichtkanals 21 angeordnet sein. Alternativ kann die Linse 22 in dem Primärlichtkanal 21 angeordnet sein. Auch kann die Laserdiode 2 zumindest teilweise in dem Primärlichtkanal 21 angeordnet sein.
  • Die die zweite Vertiefung 18 begrenzende Wand 19 der Basis 6 und/oder der die zweite Vertiefung 18 überdeckende Bereich der Unterseite 9 der Abdeckung 8 können strukturiert sein (z.B. mit Stufen versehen sein) und/oder reflektierend (insbesondere spiegelnd) ausgebildet sein, um Lichtverluste weiter zu verringern. Jede der einzelnen Stufen kann auch, unabhängig von der anderen Stufen, geneigt sein, so dass der Normalenvektor einer Stufenoberfläche in Richtung des Hohlraums 15 verkippt ist, beispielsweise um einen Winkel zwischen 0° und 10°.
  • Von der Laserdiode 2 emittiertes Primärlicht P kann also durch die Linse 22 formverändert, z.B. in Bezug auf seine Fast Axis gestaucht, werden und dass durch den Primärlichtkanal 21 und durch die Lichteintrittsöffnung 17 in den Hohlraum 15 eingestrahlt werden. Dort trifft das Primärlicht P auf die diffus reflektierende Beschichtung 12 und wird entsprechend räumlich verteilt in den Hohlraum 15 reflektiert. Nur ein geringer Anteil des einfallenden Primärlichts P wird direkt aus der Lichtaustrittsöffnung 16 herausgestrahlt. Folglich wird das Primärlicht P zum größten Teil mehrfach in dem Hohlraum 15 reflektiert, so dass an der Lichtaustrittsöffnung 16 das Primärlicht P hochgradig homogen bzw. vergleichmäßigt auftritt.
  • Das an der Lichtaustrittsöffnung 16 austretende Primärlicht P trifft auf den transparenten Träger 4. Dabei wird ein geringer Anteil des Primärlichts P in den Hohlraum 15 zurückgeworfen, aber aufgrund der hohen Effizienz des Hohlraums 15 fast vollständig wieder zurück auf den Träger 4 geworfen, ggf. nach mehrfachen Reflexionen. Der Träger 4 kann insbesondere an seiner der Lichtaustrittsöffnung 16 zugewandten Seite mit einer Antireflexbeschichtung versehen sein.
  • Nach Durchlaufen des Trägers 4 fällt das Primärlicht P von unten auf das Leuchtstoffvolumen 5 ein und wird dort teilweise wellenlängenumgewandelt, und zwar zumindest teilweise in gelbes Sekundärlicht S. Das nicht umgewandelte Primärlicht P und das umgewandelte Sekundärlicht S werden von einer Oberseite des Leuchtstoffvolumens 5 als weißes Mischlicht P, S abgestrahlt. Sekundärlicht S, das nach der Wellenlängenumwandlung nach unten, d.h., in Richtung des Lichtumwandlungselements 3 abgestrahlt wird, tritt durch die Lichtaustrittsöffnung 16 in den Hohlraum 15 ein und wird von dort wieder durch den Träger 4 auf das Leuchtstoffvolumen 5 zurückreflektiert. Das Leuchtstoffvolumen 5 wirkt auf das Sekundärlicht S als Streuelement.
  • Eine solche Anordnung, bei der das Primärlicht P auf eine Seite (hier: die Unterseite) des Leuchtstoffvolumens 5 eingestrahlt wird und eine von der davon abgewandten Seite (hier: der Oberseite) abgestrahlte Mischung aus Primärlicht P und Sekundärlicht S als Nutzlicht verwendet wird, kann als transmittierende oder transmittive Anordnung bezeichnet werden. Grundsätzlich ist jedoch auch eine reflektierende Anordnung einsetzbar, bei der das einfallende Primärlicht P auf die gleiche Seite des Leuchtstoffvolumens einfällt, von der auch das Nutzlicht abgestrahlt wird. Das Leuchtstoffvolumen kann dabei auf einem reflektierenden Träger aufgebracht sein. In beiden Fällen ist das Leuchtstoffvolumen 5 der Lichtaustrittsöffnung 16 optisch nachgeschaltet.
  • Das Leuchtstoffvolumen 5 ist hier als ein Plättchen aus wellenlängenumwandelnder Keramik ausgebildet, das an dem Träger 4 angesintert ist. Dazu kann auch der Träger 4 aus Keramik bestehen, z.B. aus PCA. Der Träger 4 kann an der Abdeckung 8 z.B. angeklebt oder damit laserverschweißt sein.
  • 2 zeigt in Draufsicht eine weitere Leuchtvorrichtung 23, die auch einen Teil eines Scheinwerfers H eines Fahrzeugs F darstellen kann. Die Leuchtvorrichtung 23 ist grundsätzlich ähnlich zu der Leuchtvorrichtung 1 aufgebaut, weist aber mehrere Hohlräume 15 mit jeweiligen Lichtaustrittsöffnungen 16 auf. Die Lichtaustrittsöffnungen 16 sind in einem Matrixförmigen 2×6-Muster angeordnet. Primärlicht P kann wie durch die Pfeile angedeutet seitlich symmetrisch in die Hohlräume 15 eingestrahlt werden.
  • 3 zeigt in Draufsicht noch eine weitere Leuchtvorrichtung 24 mit mehreren Hohlräumen 15 und Lichtaustrittsöffnungen 16, die ebenfalls einen Teil eines Scheinwerfers H eines Fahrzeugs F darstellen kann. Die Lichtaustrittsöffnungen 16 sind hier nicht in einem rechteckigen Matrixmuster angeordnet, sondern – wie durch die obere Teilgruppe der Lichtaustrittsöffnungen 16 angedeutet – als längsversetzte Reihen und/oder – wie durch die untere Teilgruppe der Lichtaustrittsöffnungen 16 angedeutet – in einer gekrümmten Reihe.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das gezeigte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
  • So können auch mehrere Laser, insbesondere Laserdioden, ihr Primärlicht in den gleichen Hohlraum einstrahlen, beispielsweise durch in einer Umfangsrichtung winkelversetzte Lichteintrittsöffnungen.
  • Allgemein kann unter "ein", "eine" usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von "mindestens ein" oder "ein oder mehrere" usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck "genau ein" usw.
  • Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Leuchtvorrichtung
    2
    Laserdiode
    3
    Lichtumlenkelement
    4
    Träger
    5
    Leuchtstoffvolumen
    6
    Basis
    7
    Oberseite
    8
    Abdeckung
    9
    Unterseite
    10
    Erste Vertiefung
    11
    Wand der ersten Vertiefung
    12
    Diffus reflektierende Schicht
    13
    Durchbruch
    14
    Oberseite der Abdeckung
    15
    Hohlraum
    16
    Lichtaustrittsöffnung
    17
    Lichteintrittsöffnung
    18
    Zweite Vertiefung
    19
    Wand der zweiten Vertiefung
    20
    Außenseite der Basis
    21
    Primärlichtkanal
    22
    Linse
    23
    Leuchtvorrichtung
    24
    Leuchtvorrichtung
    F
    Fahrzeug
    H
    Scheinwerfer
    K
    Kraftfahrzeug
    P
    Primärlicht
    S
    Sekundärlicht
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • 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.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2015/121123 A1 [0002]

Claims (15)

  1. Leuchtvorrichtung (1; 23; 24), aufweisend – ein Leuchtstoffvolumen (5), das von mindestens einer davon beabstandeten Halbleiterlichtquelle (2) mit Primärlicht (P) bestrahlbar ist, und – mindestens ein zwischen dem Leuchtstoffvolumen (5) und der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (2) vorhandenes Lichtumlenkelement (3) zum Umlenken des Primärlichts (P) auf das Leuchtstoffvolumen (5), wobei – das Lichtumlenkelement (3) einen Hohlraum (15) mit mindestens einer Lichteintrittsöffnung (17) zum Einstrahlen des Primärlichts (P) und einer Lichtaustrittsöffnung (16) aufweist, die sich nicht gegenüberliegen, – eine den Hohlraum (15) begrenzende Wand (11) zumindest bereichsweise diffus reflektierend (12) ausgebildet ist und – das Leuchtstoffvolumen (5) dem Hohlraum (15) optisch nachgeschaltet ist.
  2. Leuchtvorrichtung (1; 23; 24) nach Anspruch 1, wobei der Hohlraum (15) zumindest bereichsweise ellipsoid ausgebildet ist.
  3. Leuchtvorrichtung (1; 23; 24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – das Lichtumlenkelement (3) mehrteilig mit einer Basis (6) und einer Abdeckung (8), die auf der Basis (6) aufliegt, ausgebildet ist, – die Basis (6) an ihrer der Abdeckung (8) zugewandten Seite (7) eine erste Vertiefung (10) aufweist und – die Abdeckung (8) oberhalb der ersten Vertiefung (10) einen die Lichtaustrittsöffnung (16) bildenden Durchbruch (13) aufweist.
  4. Leuchtvorrichtung (1; 23; 24) nach Anspruch 3, wobei der Durchbruch (13) ein sich von der ersten Vertiefung (10) in Richtung der Lichtaustrittsöffnung (16) kegelstumpfförmig verjüngender Durchbruch ist.
  5. Leuchtvorrichtung (1; 23; 24) nach einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei die Basis (6) mindestens eine zweite abgedeckte Vertiefung (18) aufweist, welche in die erste Vertiefung (10) übergeht.
  6. Leuchtvorrichtung (1; 23; 24) nach Anspruch 5, wobei die zweite Vertiefung (18) eine in Richtung der ersten Vertiefung (10) zulaufende Form aufweist.
  7. Leuchtvorrichtung (1; 23; 24) nach Anspruch 6, wobei eine Wand (19) der zweiten Vertiefung (18) strukturiert ist.
  8. Leuchtvorrichtung (1; 23; 24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Leuchtstoffvolumen (5) ein wellenlängenkonvertierender Keramikköper ist und an dem Träger (4) angesintert ist.
  9. Leuchtvorrichtung (1; 23; 24) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei die mindestens eine Halbleiterlichtquelle (2) als Laser ausgebildet ist, dessen Fast Axis parallel zu einer der Basis (6) zugewandten Unterseite (9) des Abdeckelements (8) ausgerichtet ist.
  10. Leuchtvorrichtung (1; 23; 24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Laser (2) und der Lichteintrittsöffnung (17) des Lichtumlenkelements (3) genau eine Linse (22) vorhanden ist.
  11. Leuchtvorrichtung (1; 23; 24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – die Lichtaustrittsöffnung (16) eine Querschnittsfläche zwischen 0,06 und 0,12 Quadratmillimetern aufweist, – die Lichteintrittsöffnung (17) eine Querschnittsfläche zwischen 0,002 und 0,006 Quadratmillimetern aufweist und/oder – der Hohlraum (15) eine maximale Querschnittsausdehnung zwischen 400 und 800 Mikrometern aufweist.
  12. Leuchtvorrichtung (1; 23; 24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Summe der Flächen der mindestens einen Lichteintrittsöffnung (17) und der Fläche der Lichtaustrittsöffnung (16) einen Vollkugelflächenanteil und/oder einen Summen-Raumwinkelbereich von nicht mehr als 15 % aufweist, insbesondere von nicht mehr als 10 %, aufweist.
  13. Leuchtvorrichtung (23; 24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leuchtvorrichtung (1) mehrere Hohlräume (15) aufweist.
  14. Leuchtvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leuchtvorrichtung (1) eine Fahrzeugleuchte (H) oder einen Teil davon darstellt.
  15. Fahrzeugscheinwerfer (H), aufweisend mindestens eine Leuchtvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit mehreren Hohlräumen (15), deren Lichtaustrittsöffnungen (16) insbesondere matrixförmig angeordnet sind.
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