DE102016210918A1

DE102016210918A1 - Lichtquelle mit Laser Activated Remote Phosphor-Technologie für ein Fahrzeug und Beleuchtungseinrichtung mit der Lichtquelle

Info

Publication number: DE102016210918A1
Application number: DE102016210918.9A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Hager; Oliver Hering
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2016-06-20
Filing date: 2016-06-20
Publication date: 2017-12-21
Also published as: WO2017220265A1

Abstract

Offenbart ist eine Lichtquelle für ein Fahrzeug, mit einer Strahlungsquelle (2) und einem Konversionselement (8), wobei eine Anregungsstrahlung (4) der Strahlungsquelle (2) auf das Konversionselement (8) abgestrahlt ist zum Erzeugen eines anregungsseitigen Leuchtflecks (10) auf dem Konversionselement (8). Mindestens eine Reflexionseinrichtung (14, 26) ist anregungsseitig zwischen der Strahlungsquelle (2) und dem Konversionselement (8) vorgesehen zur zumindest teilweisen Reflexion der Anregungsstrahlung (4) auf einen Teilbereich des Leuchtflecks (10). Weiter offenbart ist eine Beleuchtungseinrichtung für ein Fahrzeug, wobei die Beleuchtungseinrichtung eine Lichtquelle nach einem der vorherigen Aspekte der vorliegenden Erfindung aufweist.

Description

Die Erfindung geht aus von einer bekannten Lichtquelle mit Laser Activated Remote Phosphor(LARP)-Technologie. Bei dieser Technologie wird ein von einer Strahlungsquelle beabstandet angeordnetes Konversionselement, das einen Leuchtstoff aufweist oder daraus besteht, mit einer Anregungsstrahlung, insbesondere einem Anregungsstrahl (Pumpstrahl, Pumplaserstrahl) bestrahlt, insbesondere mit dem Anregungsstrahl einer Laserdiode oder einer Licht emittierenden Diode (LED). Die Anregungsstrahlung des Anregungsstrahls wird vom Leuchtstoff zumindest teilweise absorbiert und zumindest teilweise in eine Konversionsstrahlung (Emissionsstrahlung) umgewandelt, deren Wellenlängen und somit spektralen Eigenschaften und/oder Farbe durch die Konversionseigenschaften des Leuchtstoffs bestimmt wird. Beispielsweise kann so mit Hilfe des Konversionselements blaue Anregungsstrahlung (beispielsweise blaues Laserlicht) in rote oder grüne oder gelbe oder sonst spektral beliebig gemischte/gewichtete Konversionsstrahlung (Konversionslicht, Beleuchtungslicht) konvertiert werden. Insbesondere besteht das Konversionselement aus einem mit Cer dotierten Yttrium-Aluminiumgranat (YAG:Ce), welcher blaues Anregungslicht zumindest teilweise in gelbes Konversionslicht umwandelt. Aus der Mischung von blauem Anregungslicht und gelbem Konversionslicht entsteht weißes Nutzlicht, welches für automotive Anwendungen, beispielsweise Scheinwerfer, bevorzugt einen Farbort aufweist, der in einem CIE-Normfarbdiagramm (1931) in dem ECE-Weißfeld gemäß der UN-ECE Regelung 48 (z.B. aktuelle Revision: ECE/324/Rev.1/Add.47/Reg.No.48/Rev.12) liegt.
Der Anregungsstrahl erzeugt einen Leuchtfleck auf dem Konversionselement, insbesondere einen anregungsseitigen Leuchtfleck, auf dem Leuchtstoff oder Konversionsfarbstoff. Dabei gibt es für eine typische Halbleiterdiode, insbesondere mit einer zwischen der Strahlungsquelle und dem Konversionselement vorgesehenen primären Optik, einen Effekt eines auslaufenden Intensitätsprofils des anregungsseitigen Leuchtflecks, der somit keinen klar abgegrenzten Rand hat. Je nach Ausdehnung des Leuchtstoffs und/oder des Leuchtflecks hat eine Leuchtdichte eines konvertierungsseitigen Leuchtflecks wegen eines Intensitätsprofils der Strahlungsquelle und/oder wegen Streu- und Konvertierungseigenschaften des Konversionselements, insbesondere des Leuchtstoffs, eine innerhalb des konvertierungsseitigen Leuchtflecks nicht konstante Leuchtdichteverteilung. Zudem hat der konvertierungsseitige Leuchtfleck keinen klar abgegrenzten Rand, wie beispielsweise bei weißen LED-Lichtquellen mit Konversionselement, insbesondere mit Leuchtstoff oder Konversionsfarbstoff.
Insbesondere ist bei einer transmissiven Anordnung der anregungsseitige Leuchtfleck auf einer anregungsseitigen, insbesondere strahlungsquellenseitigen, Seite des Konversionselements erzeugt und der konvertierungsseitige Leuchtfleck auf einer der anregungsseitigen Seite gegenüberliegenden Seite des Konversionselements. Weiter insbesondere ist bei einer reflektiven Anordnung der anregungsseitige Leuchtfleck und der konvertierungsseitige Leuchtfleck auf derselben Seite, insbesondere der anregungsseitigen, insbesondere strahlungsquellenseitigen, Seite des Konversionselements erzeugt.
Die Anregungslichtquelle kann eine LED oder Leuchtdiode seinin Form mindestens einer einzeln gehäusten LED oder in Form mindestens eines LED-Chips, der eine oder mehrere Leuchtdioden aufweist, vorliegen. Es können mehrere LED-Chips auf einem gemeinsamen Substrat ("Submount") montiert sein und eine LED bilden oder einzeln oder gemeinsam beispielsweise auf einer Platine (z.B. FR4, Metallkernplatine, etc.) befestigt sein ("CoB" = Chip on Board). Die mindestens eine LED kann mit mindestens einer eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, beispielsweise mit mindestens einer Fresnel-Linse und/oder einem Kollimator und/oder einer klassischen refraktiven Linse oder eine Kombination der genannten optischen Elemente. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen LEDs, beispielsweise auf Basis von InGaN oder AlInGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z.B. Polymer-OLEDs) einsetzbar. Die LED-Chips können direkt emittierend sein oder einen vorgelagerten Leuchtstoff aufweisen. Insbesondere kann die LED eine Laserdiode oder eine Laserdiodenanordnung sein. Denkbar ist auch eine OLED-Leuchtschicht oder mehrere OLED-Leuchtschichten oder einen OLED-Leuchtbereich vorzusehen. Die Emissionswellenlängen der LED können im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich liegen.
Bei dem oben genannten, insbesondere anregungsseitigen, Leuchtfleck ohne klar abgegrenzten Rand nimmt die Leuchtdichte in einem Diagramm für die Leuchtdichteverteilung vom Zentrum des Leuchtflecks ausgehend zu einem äußeren Rand des Leuchtflecks hin kontinuierlich ab. Der Leuchtfleck ist im Wesentlichen symmetrisch ausgebildet, kann aber im allgemeinen Fall auch unsymmetrisch ausgestaltet sein.
Dies führt zusammen mit den Konversionseigenschaften des Konversionselementes auch bei der Konversionsstrahlung zu einem Lichtfleck mit ähnlich unscharf abgegrenztem Rand, der eine Verwendung der LARP-Technologie als Lichtquelle für ein Fahrzeug für eine Erzeugung von Lichtfunktionen, die eine Lichtverteilung mit einer Hell-/Dunkelgrenze erfordern oder für eine andere Funktion die eine derartige Kontrasteigenschaft erfordert, wegen der dabei fehlenden oder unscharfen Hell-/Dunkelgrenze bisher erschwert oder gar verhindert.
Zur Erzeugung der geforderten Hell-/Dunkelgrenze ist es bisher erforderlich, insbesondere mechanische, Bauelemente zur Erzeugung eines hohen Gradienten der Leuchtdichte, der zur einer Hell-/Dunkelgrenze führt, zu verwenden, die aber zu Lichtverlust und Ineffizienz führen würden.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lichtquelle beziehungsweise eine Beleuchtungseinrichtung mit der Lichtquelle zu schaffen, die von sich aus für eine Erzeugung einer Lichtfunktion mit einer deutlicheren bzw. schärfer ausgeprägten, also mit einem höheren Gradienten versehene, Hell-/Dunkelgrenze geeignet ist.
Diese Aufgabe wird bezüglich der Lichtquelle gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 beziehungsweise bezüglich der Beleuchtungseinrichtung durch die Merkmale des nebengeordneten unabhängigen Patentanspruchs.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Eine erfindungsgemäße Lichtquelle für ein Fahrzeug hat eine Strahlungsquelle und ein Konversionselement, wobei zum Erzeugen eines anregungsseitigen Leuchtflecks auf dem Konversionselement eine Anregungsstrahlung der Strahlungsquelle zumindest teilweise auf das Konversionselement abgestrahlt ist. Mindestens eine Reflexionseinrichtung ist anregungsseitig des Konversionselements, insbesondere strahlungsquellenseitig zwischen der Strahlungsquelle und dem Konversionselement, vorgesehen zur zumindest teilweisen Reflexion der Anregungsstrahlung auf einen Teilbereich des Leuchtflecks.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass wegen der zumindest teilweisen Reflexion der Anregungsstrahlung auf den Teilbereich des anregungsseitigen Leuchtflecks an dem Leuchtfleck ein im Wesentlichen scharf abgegrenzter Rand entsteht, der zu einem hohen Gradienten der Leuchtdichte führt, wodurch z.B. eine Lichtfunktion mit einer Lichtverteilung mit einer schärfer ausgeprägten Hell-/Dunkelgrenze erzeugbar ist. Da der Leuchtfleck mit dem im Wesentlichen scharf abgegrenzten Rand als Lichtquelle für eine Lichtverteilung mit Hell-/Dunkelgrenze nutzbar ist, ist die erfindungsgemäße Lichtquelle von sich aus für ein Fahrzeug geeignet, bei dem typischerweise Lichtfunktionen mit einer Hell-/Dunkelgrenze erzeugt werden sollen.
Die Strahlungsquelle kann als eine Laserlichtquelle, insbesondere als eine Laserdiode, oder als eine LED ausgebildet sein.
Eine primäre Optik kann optisch zwischen der Strahlungsquelle und dem Konversionselement vorgesehen sein zum zumindest teilweisen Fokussieren und/oder Richten der Anregungsstrahlung auf das Konversionselement. Die primäre Optik kann ein oder mehrere Elemente enthalten.
Bei der erfindungsgemäßen Lichtquelle kann eine sekundäre Optik zum Verwenden der Konversionsstrahlung für eine Lichtfunktion mit einer Lichtverteilung mit einer Hell-/Dunkelgrenze vorgesehen sein.
Die sekundäre Optik kann sich in einer transmittiven Anordnung oder in einer reflektiven Anordnung mit dem Konversionselement befinden. Insbesondere bietet die transmittive Anordnung Vorteile bei geometrische Bedingungen und/oder eine Toleranz betreffende Bedingungen. Die reflektive Anordnung bietet insbesondere Vorteile bei einer thermischen Anbindung des Leuchtstoffs.
Vorteilhafterweise ist die Anregungsstrahlung zumindest teilweise derart von der mindestens einen Reflexionseinrichtung auf das Konversionselement reflektiert, dass der anregungsseitige Leuchtfleck mindestens einen im Wesentlichen scharf abgegrenzten Rand mit einem hohen Gradienten in seiner Leuchtdichte aufweist. Somit ist eine Lichtfunktion mit einer Lichtverteilung mit einer Hell-/Dunkelgrenze realisierbar und/oder eine Leuchtdichteverteilung entlang dem mindestens einen im Wesentlichen scharf abgegrenzten Rand homogener ausgebildet ist, mit anderen Worten ist eine Bestrahlungsstärke entlang des Gradienten weiter homogenisiert.
Insbesondere ist die mindestens eine Reflexionseinrichtung derart angeordnet und/oder ausgerichtet, dass etwa eine Hälfte des anregungsseitigen Leuchtflecks mit einem Teil der Anregungsstrahlung überlagert ist.
Vorteilhafterweise ist die mindestens eine Reflexionseinrichtung angrenzend an das Konversionselement angeordnet. Dadurch, dass die mindestens eine Reflexionseinrichtung so nah wie möglich an dem Konversionselement angeordnet ist, ist ein Verlust von Anregungsstrahlung durch einen etwaigen Spalt zwischen der mindestens einen Reflexionseinrichtung und dem Konversionselement minimiert und ist der oben beschriebene vorteilhafte Effekt der vorliegenden Erfindung maximiert, dass wegen der zumindest teilweisen Reflexion der Anregungsstrahlung auf den Teilbereich des anregungsseitigen Leuchtflecks an dem Leuchtfleck ein im Wesentlichen scharf abgegrenzter Rand entsteht, der zu einem hohen Gradienten der Leuchtdichte führt, wodurch eine Lichtverteilung mit einer Hell-/Dunkelgrenze erzeugt ist.
Vorteilhafterweise schließt die mindestens eine Reflexionseinrichtung mit einer Strahlungsrichtung der Anregungsstrahlung einen Reflexionswinkel zum zumindest teilweisen Reflektieren der Anregungsstrahlung auf das Konversionselement von kleiner als etwa 90° ein, insbesondere bezogen auf eine optische Achse der Strahlungsrichtung der Anregungsstrahlung.
Insbesondere beträgt der Reflexionswinkel etwa 30° oder etwa 40°.
Der Reflexionswinkel kann einen festen Wert aufweisen, oder der Reflexionswinkel kann digital oder kontinuierlich zwischen zwei oder mehreren Werten verstellbar sein.
Vorteilhafterweise ist eine Länge und/oder eine Breite und/oder der Reflexionswinkel der mindestens einen Reflexionseinrichtung an einen auf das Konversionselement und die mindestens eine Reflexionseinrichtung abgestrahlten Strahlengang der Anregungsstrahlung, insbesondere an eine Breite und/oder Apertur des Strahlengangs, angepasst. Mittels einer Anpassung und/oder einer Variation des Reflexionswinkels ist eine in einem Diagramm für die Leuchtdichteverteilung vertikal ausgerichtete Breite der Leuchtdichteverteilung des anregungsseitigen Leuchtflecks ("vertikale Breite") beeinflussbar und/oder steuerbar. Beispielsweise kann einerseits mittels eines Umschaltens zwischen zwei Reflexionswinkeln, insbesondere mittels eines graduellen Übergangs zwischen zwei Reflexionswinkeln, eine Lichtfunktion mit einem hohen Hotspot in ihrer Lichtverteilung, insbesondere mit einer geringen vertikalen Breite wegen einer geringer erforderlichen Vorfeldbeleuchtung für eine höhere Fahrzeuggeschwindigkeit, unterstützt sein. Oder es kann andererseits damit eine Lichtfunktion mit einem geringen Hotspot in ihrer Lichtverteilung, insbesondere mit einer größeren vertikalen Breite wegen einer mehr erforderlichen Vorfeldbeleuchtung für eine geringere Fahrzeuggeschwindigkeit, unterstützt sein. Je nach Applikation, insbesondere je nach Zuständigkeit der sekundären Optik für eine bestimmte Lichtverteilung und/oder Teile der Lichtverteilung, ist der Reflexionswinkel somit jeweils ideal anpassbar und/oder änderbar.
Insbesondere ist der Reflexionswinkel mittels eines Schrittmotors, und/oder einem sonstigen Antrieb, und/oder mittels Piezotechnik, und/oder magnetisch, insbesondere elektromagnetisch, verstellbar.
Mittels einer Verstellbarkeit des Reflexionswinkels ist beispielsweise ein Adaptive Front Lighting System (AFS) und/oder ein Adaptive Driving Beam (ADB) zumindest teilweise schon auf Lichtquellenbasis realisierbar. Dabei meint ADB ein, insbesondere dauerndes, Fahren mit Fernlicht (Driving Beam), wobei beispielsweise ein Bereich mit einem entgegenkommenden Fahrzeug und/oder dergleichen ausgeblendet wird, um eine Blendung auszuschließen, aber eine optimale Ausleuchtung zu erzielen. AFS meint eine Anpassung einer Lichtverteilung und/oder Lichtfarbe an unterschiedliche Fahrzustände und/oder Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise Fahren auf der Autobahn oder in der Stadt, Fahren bei Nacht und/oder Nebel/Regen.
Insbesondere weist die mindestens eine Reflexionseinrichtung eine im Wesentlichen plan ausgebildete Reflexionsfläche auf.
Die Reflexionsfläche der mindestens einen Reflexionseinrichtung kann gebogen ausgebildet sein.
Insbesondere weist die gebogene Reflexionsfläche der mindestens einen Reflexionseinrichtung einen Radius in einer Ausbreitungsrichtung auf, mit der eine in einem Diagramm für die Leuchtdichteverteilung horizontal ausgerichtete Breite der Leuchtdichteverteilung des anregungsseitigen Leuchtflecks ("horizontale Breite") ausgebildet ist. Analog zu der oben beschriebenen Anpassung und/oder Variation des Reflexionswinkels für die Beeinflussung und/oder Steuerung der vertikalen Breite ist somit die horizontale Breite der Leuchtdichteverteilung beeinflussbar und/oder steuerbar, insbesondere in Bezug auf die oben beschriebene AFS- und/oder ADB-Funktionalität. Beispielsweise eine Abblendlichtverteilung für Rechtsverkehr oder für Linksverkehr erzeugbar.
Beispielsweise kann die Reflexionsfläche symmetrisch oder asymmetrisch, insbesondere zu einer Mittelachse der Reflexionsfläche, gebogen sein.
Insbesondere weist die Reflexionsfläche unterschiedliche Biegeradien auf.
Insbesondere kann die Reflexionsfläche als eine Freiformfläche ausgebildet sein. Somit ist die Lichtverteilung in dem anregungsseitigen Leuchtfleck und damit auch eine Leuchtdichteverteilung im konvertierungsseitigen Leuchtfleck für die sekundäre Optik noch flexibler steuerbar.
Insbesondere weist die mindestens eine Reflexionseinrichtung eine im Wesentlichen spekular reflektive Reflexionsfläche, insbesondere eine spekular reflektive Schicht, auf.
Vorteilhafterweise beträgt ein auf die Anregungsstrahlung bezogener Reflexionsgrad der mindestens einen Reflexionseinrichtung mindestens etwa 70%, oder mindestens etwa 80%, oder mindestens etwa 90%. Somit ist ein anregungsseitiger Leuchtfleck mit einem höheren Gradienten in der Leuchtdichte erhältlich.
Von einer Einstrahlfläche des Konversionselements, auf der der anregungsseitige Leuchtfleck erzeugt ist, und von einer Strahlungsrichtung der Anregungsstrahlung kann ein Neigungswinkel der Einstrahlfläche von etwa 90° eingeschlossen sein. Mit anderen Worten ist eine Oberflächennormale der Einstrahlfläche des Konversionselements im Wesentlichen parallel zu der Strahlungsrichtung der Anregungsstrahlung ausgerichtet.
Insbesondere ist der Neigungswinkel kleiner als etwa 90°. Vorteilhafterweise ist die Einstrahlfläche des Konversionselements in einem von 90° verschiedenen Neigungswinkel zu der Strahlungsrichtung der Anregungsstrahlung ausgerichtet. Mit anderen Worten ist eine Oberflächennormale der Einstrahlfläche des Konversionselements nicht parallel zu der Strahlungsrichtung der Anregungsstrahlung ausgerichtet.
Der Neigungswinkel der Einstrahlfläche des Konversionselements zu der Strahlungsrichtung der Anregungsstrahlung kann frei wählbar sein. Somit ist der Neigungswinkel je nach bauraumtechnischen Verhältnissen und/oder einer Eigenschaft einer dem Konversionselement nachfolgenden Optik wählbar.
Insbesondere ist anregungsseitig des Konversionselements, insbesondere strahlungsquellenseitig zwischen der Strahlungsquelle und dem Konversionselement, mindestens eine weitere Reflexionseinrichtung vorgesehen. Somit ist die Anregungsstrahlung weiter auf einen Teilbereich des anregungsseitigen Leuchtflecks reflektierbar, wodurch der Gradient der Leuchtdichte weiter erhöhbar und/oder eine Bestrahlungsstärke entlang des Gradienten weiter homogenisierbar ist.
Vorteilhafterweise weist die mindestens eine weitere Reflexionseinrichtung eine weitere spekular reflektive Reflexionsfläche, insbesondere eine weitere spekular reflektive Schicht, auf.
Insbesondere ist eine weitere Reflexionsfläche der mindestens einen weiteren Reflexionseinrichtung im Wesentlichen plan ausgebildet.
Alternativ oder zusätzlich dazu weist die gebogene weitere Reflexionsfläche der mindestens einen weiteren Reflexionseinrichtung einen Radius in einer Ausbreitungsrichtung auf, mit der eine horizontale Breite der Leuchtdichte des anregungsseitigen Leuchtflecks ausgerichtet ist.
Beispielsweise kann die weitere Reflexionsfläche symmetrisch oder asymmetrisch, insbesondere zu einer Mittelachse der weiteren Reflexionsfläche, gebogen sein.
Insbesondere weist die weitere Reflexionsfläche unterschiedliche Biegeradien auf.
Alternativ oder zusätzlich dazu ist die weitere Reflexionsfläche als eine Freiformfläche ausgebildet.
Da die mindestens eine weitere Reflexionseinrichtung vorteilhafterweise nach demselben Prinzip funktioniert und ausgebildet sein kann wie die mindestens eine Reflexionseinrichtung, ist die Anregungsstrahlung mittels der mindestens einen weiteren Reflexionseinrichtung analog zu der mindestens einen Reflexionseinrichtung zumindest teilweise auf einen Teilbereich des anregungsseitigen Leuchtflecks reflektiert, wie oben zu der mindestens einen Reflexionseinrichtung beschrieben. Somit ist der anregungsseitige Leuchtfleck auf dem Konversionselement in einer weiteren Richtung homogenisierbar und/oder in einer weiteren Richtung mit einem weiteren hohen Gradienten in der Leuchtdichte, insbesondere mit einem weiteren im Wesentlichen scharf abgegrenzten Rand, erzeugbar.
Vorteilhafterweise ist ein weiterer Reflexionswinkel der weiteren Reflexionseinrichtung zum zumindest teilweisen Reflektieren der Anregungsstrahlung auf das Konversionselement von kleiner oder gleich etwa 90° von der mindestens einen Reflexionseinrichtung und der mindestens einen weiteren Reflexionseinrichtung eingeschlossen.
Insbesondere ist die Anregungsstrahlung zumindest teilweise derart von der mindestens einen weiteren Reflexionseinrichtung auf das Konversionselement reflektiert, dass der anregungsseitige Leuchtfleck zwei im Wesentlichen scharf abgegrenzte Ränder mit jeweils einem hohen Gradienten in seiner Leuchtdichte aufweist. Bevorzugt schließen die beiden im Wesentlichen scharf abgegrenzten Ränder einen Winkel von etwa 90° ein. Somit ist der Gradient, insbesondere in weiteren Randbereichen, der Leuchtdichte weiter erhöhbar und/oder eine Bestrahlungsstärke entlang des Gradienten weiter homogenisierbar.
Eine Beleuchtungseinrichtung für ein Fahrzeug weist eine Lichtquelle nach einem oder mehreren der vorherigen Aspekte auf.
Die oben genannten Vorteile der erfindungsgemäßen Lichtquelle treffen auch für die Beleuchtungseinrichtung mit der erfindungsgemäße Lichtquelle zu.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
1 einen Aufbau der erfindungsgemäßen Lichtquelle gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
2 ein Diagramm einer Leuchtdichteverteilung, die von der erfindungsgemäßen Lichtquelle gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel erzeugt ist
3 ein Diagramm einer Leuchtdichteverteilung, das von der erfindungsgemäßen Lichtquelle gemäß dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels mit einem anderen Reflexionswinkel erzeugt ist
4 einen Aufbau der erfindungsgemäßen Lichtquelle gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
5 einen Aufbau der erfindungsgemäßen Lichtquelle gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
6 ein Diagramm einer Leuchtdichteverteilung, die von dem in 5 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lichtquelle erzeugt ist
Bei dem in 1 gezeigten Aufbau einer erfindungsgemäßen Lichtquelle 1 mit Laser Activated Remote Phosphor-Technologie ist eine als Laserlichtquelle 2 ausgebildete Strahlungsquelle, hier als eine einzelne Laserdiode dargestellt, vorgesehen, deren Anregungsstrahlung 4 von einer primären Optik 6 teilweise auf ein Konversionselement 8, insbesondere einen Leuchtstoff des Konversionselements 8, fokussiert ist. Die Laserlichtquelle 2 kann alternativ dazu aus einer beliebigen Anordnung von Laserdioden oder Laserstacks oder Laserbarren bestehen. Die primäre Optik 6 ist hier als eine einzelne Linse ausgebildet, kann aber auch mehrere optische Elemente enthalten.
Licht eines ersten Strahlengangs 4a der Anregungsstrahlung 4 trifft direkt auf den Leuchtstoff auf und erzeugt einen anregungsseitigen Leuchtfleck 10 (siehe 2, 3, 6). Licht eines zweiten Strahlengangs 4b der Anregungsstrahlung 4 trifft zunächst auf eine Reflexionsfläche 12 einer Reflexionseinrichtung 14 und ist dann auf einen Teilbereich des erzeugten Leuchtflecks 10 reflektiert und dort mit der Anregungsstrahlung 4 des ersten Strahlengangs 4a überlagert.
Die Reflexionseinrichtung 14 ist derart angeordnet, dass sie mit einer Strahlungsrichtung 16 der Anregungsstrahlung 4 einen Reflexionswinkel 18 von hier etwa 30° einschließt. Die Reflexionsfläche 12 der Reflexionseinrichtung 14 ist spekular reflektiv und hier im Wesentlichen plan ausgebildet, beispielsweise ist die Reflexionseinrichtung 14 als ein planer Spiegel ausgebildet.
Die Strahlungsrichtung 16 verläuft hier etwa mittig durch einen Emissionsbereich der Anregungsstrahlung 4 der Laserdiode 2 und durch einen Randbereich einer Einstrahlfläche 20 des Konversionselements 8, wobei die Strahlungsrichtung 16 hier etwa senkrecht auf der Einstrahlfläche 20 steht.
Das in 2 dargestellte Diagramm zeigt die Leuchtdichteverteilung des anregungsseitigen Leuchtflecks 10, der mittels der in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Lichtquelle 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzeugt ist. Im Vergleich zu der eingangs beschriebenen bekannten Leuchtdichteverteilung aus dem Stand der Technik ist bei der in 2 dargestellten Leuchtdichteverteilung auf einer Seite ein im Wesentlichen scharf abgegrenzter Rand 22 mit einem hohen Gradienten in der Leuchtdichte zu sehen. Ein Maximum der Leuchtdichte ist hier im Vergleich zu der bekannten Leuchtdichteverteilung aus dem Stand der Technik etwa verdoppelt, wobei eine Gesamtmenge des Lichts hier etwa gleich ist wie bei der bekannten Leuchtdichteverteilung aus dem Stand der Technik, beziehungsweise leicht, insbesondere um (1 – Reflexionsgrad), vermindert.
Dieser im Wesentlichen scharf abgegrenzte Rand 22 ist eine Folge der zumindest teilweise mittels der Reflexionseinrichtung 14 auf einen Teilbereich des anregungsseitigen Leuchtflecks 10 reflektierten Anregungsstrahlung 4. Der Leuchtfleck 10 mit dem im Wesentlichen scharf abgegrenzten Rand 22 ist Grundlage eines mittels des Konversionselements 8 erzeugten (nicht dargestellten) konvertierungsseitigen Leuchtflecks mit im Wesentlichen scharf abgegrenzten Rand, der von einer (nicht dargestellten) sekundären Optik somit für eine Lichtverteilung mit einer Hell-/Dunkelgrenze verwendbar ist.
Ein Reflexionsgrad der Reflexionseinrichtung 14 ist in 2 der Einfachheit halber mit einem Wert 1 angenommen.
Das in 3 dargestellte Diagramm zeigt eine Leuchtdichteverteilung des anregungsseitigen Leuchtflecks 10, der von der erfindungsgemäßen Lichtquelle 1 gemäß dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel erzeugt ist. Im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel beträgt der Reflexionswinkel 18 bei der erfindungsgemäßen Lichtquelle 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel etwa 40°. Die Änderung des Reflexionswinkels 18 von etwa 30° bei dem ersten Ausführungsbeispiel auf etwa 40° bei dem zweiten Ausführungsbeispiel hat die Erzeugung eines hohen Gradienten in der Leuchtdichteverteilung des Leuchtflecks 10 zur Folge. Mittels einer Variation des Reflexionswinkels 18 ist eine vertikale Breite der Leuchtdichteverteilung beeinflussbar und/oder steuerbar. Je nach einer Applikation, insbesondere einer Zuständigkeit der sekundären Optik, ist für eine bestimmte Lichtverteilung und/oder für bestimmte Teile einer Lichtverteilung, der Reflexionswinkel 18 jeweils ideal wählbar.
Der in 4 gezeigte Aufbau der erfindungsgemäßen Lichtquelle 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass das Konversionselement, insbesondere die Einstrahlfläche 20 des Konversionselements 8, in einem von 90° verschiedenen Neigungswinkel 24 zu der Strahlungsrichtung 16 ausgerichtet ist. Der Neigungswinkel 24 ist je nach bauraumtechnischen Verhältnissen und/oder einer Eigenschaft einer nachfolgenden Optik geeignet wählbar.
Der Reflexionswinkel 18, den die Reflexionseinrichtung 14 bei diesem Ausführungsbeispiel mit der Strahlungsrichtung 16 einschließt, ist an den Neigungswinkel 24 und/oder an bauraumtechnische Verhältnisse und/oder an eine Eigenschaft einer nachfolgend angeordneten Optik angepasst wählbar.
Der in 5 dargestellte Aufbau der erfindungsgemäßen Lichtquelle 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lichtquelle 1 dadurch, dass eine weitere Reflexionseinrichtung 26 vorgesehen ist. Die weitere Reflexionseinrichtung 26 steht hier etwa senkrecht auf der Reflexionseinrichtung 14, kann alternativ dazu in einem von 90° verschiedenen Winkel zu der Reflexionseinrichtung 14 angeordnet sein. Da die weitere Reflexionseinrichtung 26 nach demselben Prinzip funktioniert und ausgebildet ist wie die Reflexionseinrichtung 14, reflektiert die weitere Reflexionseinrichtung 26 analog zu der Reflexionseinrichtung 14 die Anregungsstrahlung 4 zumindest teilweise auf einen Teilbereich des anregungsseitigen Leuchtflecks 10, wie oben zu der Reflexionseinrichtung 14 beschrieben.
Somit ist der anregungsseitige Leuchtfleck 10 auf dem Konversionselement 8 in einer weiteren Richtung homogenisierbar und/oder in einer weiteren Richtung mit einem weiteren hohen Gradienten in der Leuchtdichte, insbesondere mit einem im Wesentlichen scharf abgegrenzten weiteren Rand 28 (siehe 6), erzeugbar. Die weitere Reflexionseinrichtung 26 weist eine hier im Wesentlichen plan ausgebildete weitere Reflexionsfläche 30 auf, insbesondere ist die weitere Reflexionseinrichtung 26 hier als planer Spiegel ausgebildet.
Das in 6 dargestellte Diagramm zeigt die Leuchtdichteverteilung des anregungsseitigen Leuchtflecks 10, der von der erfindungsgemäßen Lichtquelle 1 gemäß dem in 5 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel erzeugt ist.
Wie aus dem Diagramm zu ersehen ist, weist der Leuchtfleck 10 im Vergleich zu dem in 2 dargestellten Leuchtfleck 10 den im Wesentlichen scharf abgegrenzten weiteren Rand 28 mit einem hohen Gradienten in der Leuchtdichte auf. Die beiden im Wesentlichen scharf abgegrenzten Ränder 22, 28 schließen hier einen Winkel von etwa 90° ein.
Offenbart ist eine Lichtquelle mit Laser Activated Remote Phosphor-Technologie für ein Fahrzeug, bei der eine von einer Strahlungsquelle emittierte Anregungsstrahlung mittels einer Reflexionseinrichtung zumindest teilweise auf einen Teilbereich des von der Anregungsstrahlung auf einem Konversionselement erzeugten anregungsseitigen Leuchtfleck reflektiert ist. Dadurch ist eine Lichtquelle geschaffen, die – im Vergleich zu bekannten derartigen Lichtquellen mit relativ "breit" auslaufenden Leuchtflecken – intrinsisch über eine oder mehrere im Wesentlichen scharf abgegrenzte Ränder mit jeweils einem hohen Gradienten der Leuchtdichte des Leuchtflecks verfügt. Je nach Ausbildung einer Reflexionsfläche der Reflexionseinrichtung ist auch eine homogenere Leuchtdichteverteilung nahe und/oder entlang des Randes / der Ränder des Leuchtflecks erreichbar. Somit ist auf einfache Art und Weise, insbesondere mittels einer sekundären Optik, eine Lichtverteilung, insbesondere bei einer Beleuchtungseinrichtung mit der erfindungsgemäßen Lichtquelle, mit einer Hell-/Dunkelgrenze erzeugbar, ohne zusätzliche, insbesondere mechanische, Bauelemente zur Erzeugung der Gradienten zu verwenden, wobei die, insbesondere mechanischen, Bauelement grundsätzlich zu einem Lichtstärkeverlust und zu Ineffizienz führen würden.
Bezugszeichenliste

1: Lichtquelle
2: Strahlungsquelle
4: Anregungsstrahlung
6: primäre Optik
8: Konversionselement
10: Leuchtfleck
12: Reflexionsfläche
14: Reflexionseinrichtung
16: Strahlungsrichtung der Anregungsstrahlung
18: Reflexionswinkel
20: Einstrahlfläche des Konversionselements
22: Rand des Leuchtflecks
24: Neigungswinkel
26: weitere Reflexionseinrichtung
28: weiterer Rand des Leuchtflecks
30: weitere Reflexionsfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

ECE/324/Rev.1/Add.47/Reg.No.48/Rev.12 [0001]

Claims

Lichtquelle für ein Fahrzeug, mit einer Strahlungsquelle (2) und einem Konversionselement (8), wobei eine Anregungsstrahlung (4) der Strahlungsquelle (2) zum Erzeugen eines anregungsseitigen Leuchtflecks (10) auf dem Konversionselement (8) zumindest teilweise auf das Konversionselement (8) abgestrahlt ist, und wobei mindestens eine Reflexionseinrichtung (14, 26) anregungsseitig des Konversionselements (8) vorgesehen ist zur zumindest teilweisen Reflexion der Anregungsstrahlung (4) auf einen Teilbereich des Leuchtflecks (10).
Lichtquelle nach Anspruch 1, wobei die Anregungsstrahlung (4) zumindest teilweise derart von der mindestens einen Reflexionseinrichtung (14, 26) auf das Konversionselement (8) reflektiert ist, dass der Leuchtfleck (10) mindestens einen im Wesentlichen scharf abgegrenzten Rand (22, 28) mit einem hohen Gradienten in seiner Leuchtdichte aufweist.
Lichtquelle nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens eine Reflexionseinrichtung (14, 26) angrenzend an das Konversionselement (8) angeordnet ist.
Lichtquelle nach einem der vorigen Ansprüche, wobei ein Reflexionswinkel (18) der mindestens einen Reflexionseinrichtung (14, 26) zum zumindest teilweisen Reflektieren der Anregungsstrahlung (4) auf das Konversionselement (8) von kleiner als etwa 90°, oder von etwa 40°, oder von etwa 30°, von der mindestens einen Reflexionseinrichtung (14, 26) und einer Strahlungsrichtung (16) der Anregungsstrahlung (4) eingeschlossen ist.
Lichtquelle nach Anspruch 4, wobei eine Länge und/oder eine Breite und/oder der Reflexionswinkel (18) der mindestens einen Reflexionseinrichtung (14, 26) an einen auf das Konversionselement (8) und die mindestens eine Reflexionseinrichtung (14, 26) abgestrahlten Strahlengang (4a, 4b) der Anregungsstrahlung (4) angepasst ist.
Lichtquelle nach einem der vorigen Ansprüche, wobei eine Reflexionsfläche (12) der mindestens einen Reflexionseinrichtung (14) im Wesentlichen plan ausgebildet ist, oder gebogen ausgebildet ist mit einem Radius in einer Ausbreitungsrichtung, mit der eine in einem Diagramm für eine Leuchtdichteverteilung des Leuchtflecks (10) horizontal ausgerichtete Breite der Leuchtdichteverteilung des Leuchtflecks (10) ausgebildet ist, oder als eine Freiformfläche ausgebildet ist.
Lichtquelle nach einem der vorigen Ansprüche 4 bis 6, wobei von einer Einstrahlfläche (20) des Konversionselements (8), auf der der Leuchtfleck (10) erzeugt ist, und von der Strahlungsrichtung (16) der Anregungsstrahlung (4) ein Neigungswinkel (24) der Einstrahlfläche (20) von kleiner oder gleich etwa 90° eingeschlossen ist.
Lichtquelle nach einem der vorigen Ansprüche, wobei mindestens eine weitere Reflexionseinrichtung (26) anregungsseitig des Konversionselements (8) vorgesehen ist.
Lichtquelle nach Anspruch 8, wobei ein weiterer Reflexionswinkel zum zumindest teilweisen Reflektieren der Anregungsstrahlung (4) auf das Konversionselement (8) von kleiner oder gleich etwa 90° von der mindestens einen Reflexionseinrichtung (14) und der mindestens einen weiteren Reflexionseinrichtung (26) eingeschlossen ist.
Lichtquelle nach Anspruch 9, wobei der jeweilige Reflexionswinkel (18) einen festen Wert aufweist, oder digital oder kontinuierlich zwischen zwei oder mehreren Werten verstellbar ist.
Lichtquelle nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei eine weitere Reflexionsfläche (30) der mindestens einen weiteren Reflexionseinrichtung (26) im Wesentlichen plan ausgebildet ist, oder gebogen ausgebildet ist mit einem Radius in einer Ausbreitungsrichtung, mit der eine in einem Diagramm für eine Leuchtdichteverteilung des Leuchtflecks (10) horizontal ausgerichtete Breite der Leuchtdichteverteilung des Leuchtflecks (10) ausgebildet ist, oder als eine Freiformfläche ausgebildet ist.
Lichtquelle nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei die Reflexionsflächen (12, 30) jeweils symmetrisch oder asymmetrisch gebogen sind.
Lichtquelle nach einem der Ansprüche 6 bis 12, wobei ein auf die Anregungsstrahlung (4) bezogener Reflexionsgrad der jeweiligen Reflexionsfläche (12, 30) mindestens etwa 70%, oder mindestens etwa 80%, oder mindestens etwa 90% beträgt.
Lichtquelle nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei die Anregungsstrahlung (4) zumindest teilweise derart von der mindestens einen weiteren Reflexionseinrichtung (26) auf das Konversionselement (8) reflektiert ist, dass der Leuchtfleck (10) zwei im Wesentlichen scharf abgegrenzte Ränder (26, 28) mit jeweils einem hohen Gradienten in seiner Leuchtdichte aufweist, und wobei die beiden im Wesentlichen scharf abgegrenzten Ränder (26, 28) einen Winkel von etwa 90° einschließen.
Beleuchtungseinrichtung für ein Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung eine Lichtquelle nach einem der vorherigen Ansprüche aufweist.