DE102016221354A1 - Beleuchtungsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Eine Beleuchtungsvorrichtung (1) weist mindestens eine erste Halbleiterlichtquelle (6) zum Abstrahlen eines ersten Lichtstrahls (L1) aus Licht einer ersten Wellenlänge (λ1), mindestens eine zweite Halbleiterlichtquelle (7) zum Abstrahlen eines zweiten Lichtstrahls (L2) aus Licht einer zweiten Wellenlänge (λ1) und ein durch den ersten Lichtstrahl (L1) und den zweiten Lichtstrahl (L2) bestrahlbares Leuchtstoffvolumen (2) zur Umwandlung zumindest des Lichts der ersten Wellenlänge (λ1) in gleiches Sekundärlicht (S), auf, wobei sich die ersten Wellenlänge (λ1) und die zweite Wellenlänge (λ2) unterscheiden und das Leuchtstoffvolumen (2) für die Umwandlung des Lichts der ersten Wellenlänge (λ1) in das Sekundärlicht (S) einen höheren Konversionsgrad (K) aufweist als für die Umwandlung des Lichts der zweiten Wellenlänge (λ2) in das gleiche Sekundärlicht (S). Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf Scheinwerfer (H), beispielsweise für Fahrzeuge, Effektbeleuchtungen, Außenbeleuchtungen oder Allgemeinbeleuchtungen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung, aufweisend ein Leuchtstoffvolumen, mindestens eine erste Halbleiterlichtquelle zum Abstrahlen eines ersten Lichtstrahls aus Licht einer ersten Wellenlänge auf das Leuchtstoffvolumen, und mindestens eine zweite Halbleiterlichtquelle zum Abstrahlen eines zweiten Lichtstrahls aus Licht einer zweiten Wellenlänge auf das Leuchtstoffvolumen. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf Scheinwerfer, beispielsweise für Fahrzeuge, Effektbeleuchtungen, Außenbeleuchtungen oder Allgemeinbeleuchtungen.
  • Bei sog. LARP („Laser Activated Remote Phosphor“)-Anwendungen wird meist von einem Laser erzeugtes blaues Primärlicht (Pumplicht) auf ein Leuchtstoffvolumen gestrahlt. Das Leuchtstoffvolumen wandelt das blaue Primärlicht teilweise in gelbes Sekundärlicht um. Das gelbe Sekundärlicht und der nicht umgewandelte, gestreute Anteil des blauen Primärlichts werden von dem Leuchtstoffvolumen gemischt als gelb-blaues bzw. weißes Nutzlicht abgestrahlt.
  • Bei LARP-Anwendungen kann es in einem Schadensfall, bei dem das Leuchtstoffvolumen beschädigt wird oder sich das Leuchtstoffvolumen sogar ganz löst, zu einem unerwünschten Austritt ungestreuten Laserlichts kommen. Auch ist eine örtliche Farbverteilung des Nutzlichts an der Oberfläche des Leuchtstoffvolumens bisweilen nicht homogen, sondern zeigt bläulich und/oder gelblich farbverschobene Bereiche.
  • Es sind zwei Wege zur Gewährleistung einer Augensicherheit bekannt, die auch in Kombination verwendet werden können.
  • Ein Weg besteht darin, sog. Lichtfallen zu verwenden. Für den Fall, dass das Leuchtstoffvolumen beschädigt wird und ungestreute, gerichtete Laserstrahlung austritt, wird diese Laserstrahlung in der Lichtfalle aufgefangen und tritt nicht aus der Beleuchtungsvorrichtung aus. Ein Problem dabei ist, dass die Lichtfalle auch im Regelbetrieb vorhanden ist und Licht auffängt. Das bedeutet, dass je nach Optikkonzept bereits im Regelbetrieb ein nicht zu vernachlässigender Teil des Nutzlichts von der Lichtfalle blockiert wird. Ein weiteres Problem der Lichtfallenlösung sind potentielle Reflektionen an einem beschädigten Leuchtstoffvolumen. Es ist denkbar, dass ein beschädigtes Leuchtstoffvolumen ungestreute Laserstrahlung austreten lässt und diese Strahlung von der optischen Achse ablenkt. Dadurch ist die Funktion der Lichtfalle nicht mehr gewährleistet.
  • Ein anderer Weg besteht darin eine Schutzeinrichtung auf Modullevel, z.B. an einem LARP-Modul, bereitzustellen. Dabei wird eine Zusammensetzung des an dem Leuchtstoffvolumen austretenden Lichts überwacht. Beschädigungen am dem Leuchtstoffvolumen sollten sich durch eine Änderung im Spektrum des emittierten Lichts bemerkbar machen. Derartige Systeme sind jedoch in der Regel schwierig zu beherrschen. Um die Kosten gering zu halten, sollten keine teuren Sensoren verwendet werden. Ein weiteres Problem besteht darin, das Licht zuverlässig zu messen, um Schäden des Leuchtstoffvolumens erkennen zu können. Gleichzeitig sollte die Schutzeinrichtung so robust sein, dass im Regelbetrieb keine Falschmeldungen abgegeben werden.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine Halbleiter-Beleuchtungsvorrichtung bereitzustellen, die einfach und preiswert umsetzbar ist, sich auch im Schadensfall des Leuchtstoffvolumens sicher verhält und/oder die ein farblich besonders homogenes Nutzlicht erzeugt.
  • Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Beleuchtungsvorrichtung, aufweisend mindestens eine erste Halbleiterlichtquelle zum Abstrahlen eines ersten Lichtstrahls aus Licht einer ersten Wellenlänge, mindestens eine zweite Halbleiterlichtquelle zum Abstrahlen eines zweiten Lichtstrahls aus Licht einer zweiten Wellenlänge und ein durch den ersten Lichtstrahl und den zweiten Lichtstrahl bestrahlbares Leuchtstoffvolumen zur Umwandlung zumindest des Lichts der ersten Wellenlänge in Sekundärlicht, wobei sich die ersten Wellenlänge und die zweite Wellenlänge unterscheiden und das Leuchtstoffvolumen für die Umwandlung des Lichts der ersten Wellenlänge in das Sekundärlicht einen höheren Konversionsgrad aufweist als für die Umwandlung des Lichts der zweiten Wellenlänge in das gleiche Sekundärlicht, das heißt in Sekundärlicht mit der gleichen Wellenlänge bzw. aus dem gleichen Wellenlängenbereich.
  • Diese Beleuchtungsvorrichtung weist den Vorteil auf, dass eine örtlich Farbinhomogenität des von dem Leuchtstoffvolumen abgestrahlten Nutzlichts erheblich verringerbar oder sogar praktisch ganz ausgleichbar ist. Dabei wird ausgenutzt, dass das Licht der zweiten Wellenlänge grundsätzlich unabhängig von dem Licht der ersten Wellenlänge auf das Leuchtstoffvolumen strahlbar ist und dadurch eine Lichtabstrahlung des Lichts der zweiten Wellenlänge von dem Leuchtstoffvolumen gezielt zur Verringerung der Farbinhomogenität einstellbar ist.
  • Das Leuchtstoffvolumen wandelt also das einfallende Licht der ersten Wellenlänge mit einem höheren Konversionsgrad in Sekundärlicht um als das einfallende Licht der zweiten Wellenlänge. Falls ein Konversionsgrad des Leuchtstoffvolumens für das Licht der zweiten Wellenlänge größer als Null ist, wird das Licht der zweiten Wellenlänge teilweise in das gleiche Sekundärlicht umgewandelt wie das Licht der ersten Wellenlänge, insbesondere durch den gleichen Leuchtstoff. Falls ein Konversionsgrad des Leuchtstoffvolumens für das Licht der zweiten Wellenlänge Null ist, wird das Licht der zweiten Wellenlänge durch das Leuchtstoffvolumen nicht umgewandelt. In anderen Worten wird das Licht der zweiten Wellenlänge mittels des Leuchtstoffvolumens mit einem geringeren Konversionsgrad in das gleiche Sekundärlicht umgewandelt wie das Licht der ersten Wellenlänge, oder das Licht der zweiten Wellenlänge wird durch das Leuchtstoffvolumen nicht umgewandelt.
  • Bei dieser Beleuchtungsvorrichtung ist von einer Seite des Leuchtstoffvolumens (im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit als „Vorderseite“ bezeichnet) sowohl das Sekundärlicht, das (von dem Leuchtstoffvolumen lediglich gestreute) Licht der zweiten Wellenlänge und ggf. ein (dann ebenfalls von dem Leuchtstoffvolumen gestreuter) nicht umgewandelter Anteil des Licht der ersten Wellenlänge gemischt als Nutzlicht abstrahlbar.
  • Es ist eine Weiterbildung, dass die erste Halbleiterlichtquelle und die zweite Halbleiterlichtquelle unabhängig voneinander ansteuerbar sind. Auch sind in einer Weiterbildung der erste Lichtstrahl und der zweite Lichtstrahl unabhängig voneinander einstellbar, z.B. durch eine entsprechende Einstellung jeweils zugehöriger Optiken. Alternativ kann den Halbleiterlichtquellen eine gemeinsame Optik nachgeschaltet sein.
  • Das Leuchtstoffvolumen weist mindestens einen Leuchtstoff auf, der dazu geeignet ist, das (Primär-)Licht der ersten Wellenlänge mit einem höheren Konversionsgrad in Sekundärlicht umzuwandeln als das Licht der zweiten Wellenlänge. Die Wellenlänge des Sekundärlichts ist typischerweise länger als die Wellenlänge des einfallenden Lichts der ersten und der zweiten Wellenlänge (sog. „Down Conversion“). Beispielsweise kann blaues Licht mittels des Leuchtstoffs in grünes, gelbes, orangefarbenes oder rotes Sekundärlicht umgewandelt werden. Ein Konversions- oder Umwandlungsgrad hängt beispielsweise von einer Dicke und/oder einer Leuchtstoffkonzentration des Leuchtstoffs ab. Es ist auch möglich, dass das Leuchtstoffvolumen mehrere unterschiedliche Leuchtstoffe aufweist, um das Licht der ersten Wellenlänge mit einem höheren Konversionsgrad in Sekundärlicht umzuwandeln oder zu konvertieren als für das Licht der zweiten Wellenlänge.
  • Das Leuchtstoffvolumen kann in einem lichtdurchlässigen Matrixmaterial verteilt eingebettete Leuchtstoffpartikel aufweisen, z.B. Pulverteilchen. Das Matrixmaterial kann z.B. Silikon, Epoxidharz oder Glas aufweisen. Das Leuchtstoffvolumen kann auch aus einem einheitlichen wellenlängenumwandelnden Körper bestehen, beispielsweise aus wellenlängenumwandelnder Keramik wie YAG:Ce (z.B. dotiert mit Gallium), LuAG:Ce, mit Ga dotiertes LuAG:Ce, LiEuMo2O8 oder Li3Ba2Eu3(MoO4)8. Das Leuchtstoffvolumen kann ein plättchenförmiges Leuchtstoffvolumen oder ein plättchenförmiger Leuchtstoffkörper sein.
  • Unter einer Wellenlänge kann insbesondere eine Peak-Wellenlänge eines zugehörigen Spektrums verstanden werden. Das Spektrum ist insbesondere schmalbandig. Das Spektrum ist insbesondere spitzenförmig. Die erste Wellenlänge bzw. deren Spektrum kann von der zweiten Wellenlänge bzw. deren Spektrum praktisch disjunkt sein.
  • Es ist eine Weiterbildung, dass der Konversionsgrad für das Licht der ersten Wellenlänge mindestens 90%, insbesondere mindestens 95%, insbesondere mindestens 98%, insbesondere 100% (Vollkonversion), beträgt. Es ist eine Weiterbildung, dass der Konversionsgrad für das Licht der zweiten Wellenlänge nicht mehr als 70% beträgt, insbesondere nicht mehr als 50%, insbesondere nicht mehr als 30%, insbesondere nicht mehr als 20%, insbesondere nicht mehr als 10%, insbesondere ca. 0% (keine Konversion). Der Konversionsgrad kann für ein Spektrum auch unterschiedlich sein. So kann für eine spektrale Spitze mit einer bestimmten Breite der Konversionsgrad innerhalb dieser Breite mit steigender Wellenlänge oder mit fallender Wellenlänge ansteigen. Folglich kann z.B. für das Licht der zweiten Wellenlänge ein Konversionsgrad zwischen X% und Y% schwanken, z.B. zwischen 15% und 65%. Es ist noch eine Weiterbildung, dass das von dem Leuchtstoffvolumen durch Umwandlung oder Konversion des Lichts der ersten Wellenlänge erzeugte Sekundärlicht dem durch Umwandlung oder Konversion des Lichts der zweiten Wellenlänge erzeugte Sekundärlicht gleich ist, also z.B. die gleiche Wellenlänge aufweist.
  • Es ist eine Ausgestaltung, dass die Beleuchtungsvorrichtung einen für das Licht der ersten Wellenlänge und für das Licht der zweiten Wellenlänge lichtdurchlässigen Träger aufweist, an dessen Vorderseite ein Leuchtstoffvolumen vorhanden - insbesondere angebracht - ist und der erste Lichtstrahl und der zweite Lichtstrahl durch den Träger auf eine Rückseite des Leuchtstoffvolumens strahlbar sind. Dieser Aufbau kann auch als ein „transmittierender“ Aufbau bezeichnet werden. Der transmittierende Aufbau ergibt den Vorteil eines besonders einfach umsetzbaren und robusten Aufbaus bei besonders geringen Lichtverlusten.
  • Bei dem transmittierenden Aufbau wird also das Leuchtstoffvolumen an seiner Rückseite sowohl von dem Licht der ersten Wellenlänge als auch von dem Licht der zweiten Wellenlänge bestrahlt. An der Vorderseite des Leuchtstoffvolumens werden sowohl das Sekundärlicht, das - von dem Leuchtstoffvolumen lediglich gestreute - Licht der zweiten Wellenlänge und ggf. ein - dann ebenfalls von dem Leuchtstoffvolumen gestreuter - nicht-umgewandelter Anteil des Licht der ersten Wellenlänge gemischt abgestrahlt. Dieses Mischlicht kann als Nutzlicht aus der Beleuchtungsvorrichtung ausgekoppelt werden, z.B. über eine Auskopplungsoptik. Folglich ist an einer Rückseite des Leuchtstoffvolumens (die einer Vorderseite des Trägers gegenüberliegt) mittels des ersten Lichtstrahls ein erster Brennfleck erzeugbar und mittels des zweiten Lichtstrahls ein zweiter Brennfleck erzeugbar. Als ein Brennfleck kann insbesondere ein Bereich auf einer Oberfläche des Leuchtstoffvolumens verstanden werden, auf den Licht eines Lichtstrahls mit einer vorgegebenen Mindeststärke, Mindestintensität o.ä. einfällt. Der äußere Rand des Brennflecks entspricht einer Linie dieser Mindeststärke. Der Brennfleck kann zusammenhängend sein oder mehrere voneinander getrennte Teilbereiche aufweisen.
  • Alternativ zu dem transmittierenden Aufbau kann ein reflektierender Aufbau verwendet werden, bei dem der erste Lichtstrahl und der zweite Lichtstrahl auf die Vorderseite des Leuchtstoffvolumens, von der auch das Nutzlicht abgestrahlt wird, einstrahlbar sind. Der in Bezug auf das Leuchtstoffvolumen rückseitig angeordnete Träger kann dann für das Licht der ersten Wellenlänge und für das Licht der zweiten Wellenlänge reflektierend ausgebildet sein.
  • Es sind auch Mischformen möglich, bei denen z.B. der erste Lichtstrahl durch einen dafür lichtdurchlässigen Träger auf die Rückseite des Leuchtstoffvolumens einstrahlbar ist und der zweite Lichtstrahl auf die Vorderseite des Leuchtstoffvolumens einstrahlbar ist. Dabei kann der Träger für das Licht der zweiten Wellenlänge reflektierend ausgebildet sein. Diese Mischform kann in Bezug auf das Licht der ersten und der zweiten Wellenlänge auch umgekehrt ausgebildet sein.
  • Es ist noch eine Ausgestaltung, dass an einer Rückseite des Leuchtstoffvolumens mittels des ersten Lichtstrahls ein erster Brennfleck und mittels des zweiten Lichtstrahls ein zweiter Brennfleck erzeugbar sind und einer der Brennflecke den jeweils anderen Brennfleck vollständig umgibt. Diese Ausgestaltung ergibt den Vorteil, dass Farbinhomogenitäten des an der Vorderseite des Leuchtstoffvolumens abgestrahlten Lichts besonders effektiv verringerbar sind. Dabei liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das an der Vorderseite des Leuchtstoffvolumens abgestrahlte Licht häufig einen zentralen Bereich mit einem erhöhten Anteil des Lichts der ersten Wellenlänge und/oder einen äußeren, ringförmigen Bereich mit einem erhöhten Anteil des Lichts der zweiten Wellenlänge aufweist. Beispielsweise kann bei einer blauen ersten Wellenlänge zentral ein erhöhter Blauanteil („Blaustich“) und bei gelbem Sekundärlicht ein äußerer Bereich mit einem erhöhten Gelbanteil („Gelbstich“) auftreten. Durch das zusätzliche Auftreffen nur des Lichts der zweiten Wellenlänge außerhalb der ersten Brennflecken kann diese Farbinhomogenität gezielt ausgeglichen werden.
  • Dass einer der Brennflecke den jeweils anderen Brennfleck an der Rückseite des Leuchtstoffvolumens vollständig umgibt, umfasst insbesondere, dass der Rand des einen, umgebenden (größeren, äußeren) Brennflecks zu dem Rand des anderen, umgebenen (kleineren, inneren) Brennflecks beabstandet ist. Die Ränder fallen also nicht aufeinander. Der umgebende Brennfleck kann auch einen umgebenen Brennfleck mit mehreren voneinander getrennten Teilbereichen umfassen. Der umgebende Brennfleck umgibt dann jeweils mehrere Teilbereiche des umgebenen Brennflecks.
  • Insbesondere liegt der umgebene Brennfleck innerhalb des umgebenden Brennflecks. Das Leuchtstoffvolumen ist also im Bereich des umgebenen Brennflecks sowohl durch den ersten Lichtstrahl als auch durch den zweiten Lichtstrahl bestrahlbar. In dem Bereich zwischen dem umgebenen Brennfleck und dem umgebenden Brennfleck ist das Leuchtstoffvolumen hingegen nur durch das Licht bestrahlbar, das den umgebenden Brennfleck erzeugt.
  • Der umgebende Brennfleck kann durch das Licht der zweiten Wellenlänge gebildet sein, während der davon umgebene Brennfleck durch das Licht der ersten Wellenlänge gebildet ist, oder umgekehrt.
  • Es ist eine Weiterbildung, dass die Brennflecke Bereichen auf dem Leuchtstoffvolumen mit einer Bestrahlungsstärke von mindestens einem Faktor 1/e oder 1/e2 einer maximalen Bestrahlungsstärke dieser Brennflecke entsprechen. Bereiche des Leuchtstoffvolumens, die schwächer als mit 1/e oder 1/e2 bestrahlt werden, gehören somit nicht zu einem Brennfleck und können diesbezüglich aufgrund ihrer geringen Bestrahlungsstärke vernachlässigt werden.
  • Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die mindestens eine erste Halbleiterlichtquelle mindestens eine Laserdiode aufweist oder ist und die mindestens eine zweite Halbleiterlichtquelle mindestens eine Leuchtdiode aufweist oder ist. Mittels der mindestens einen Laserdiode wird der Vorteil erreicht, dass Sekundärlicht mit einer hohen Intensität oder Helligkeit erzeugbar ist. Eine Leuchtdiode ist besonders preiswert. Insbesondere ein Feld oder Array aus mehreren Laserdioden und/oder ein Feld aus mehreren LEDs verwendet werden, z.B. in einer matrixartigen Anordnung.
  • Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass bei einer Schädigung oder sogar Ablösung des Leuchtstoffvolumens die mindestens eine Laserdiode abschaltbar ist und die mindestens eine Leuchtdiode weiterhin betreibbar ist. Dadurch lässt sich eine potenzielle Augenschädigung durch das kohärente, hochintensive Laserlicht der ersten Wellenlänge vermeiden, aber eine Notbeleuchtung durch das in der Regel merklich schwächere LED-Licht der zweiten Wellenlänge aufrechterhalten.
  • Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass die erste Wellenlänge und die zweite Wellenlänge blaue Wellenlängen sind. Dies ermöglicht eine Nutzung einer breiten Vielfalt von Leuchtstoffen zur Erzeugung von blau-gelbem bzw. von weißem Mischlicht als dem Nutzlicht, falls das Sekundärlicht gelbes Licht ist.
  • Es ist auch eine Ausgestaltung, dass ein Abstand zwischen der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge nicht mehr als 30 Nanometer, insbesondere nicht mehr als 25 Nanometer, insbesondere nicht mehr als 20 Nanometer, insbesondere nicht mehr als 15 Nanometer, beträgt. Dadurch wird eine hohe farbliche Nähe der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge erreicht, die einen sehr ähnlichen farblichen Eindruck für das menschliche Auge erzeugen. So wird eine ein Eindruck einer farblichen Ortshomogenität des Nutzlichts noch weiter unterstützt.
  • Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass die erste Wellenlänge ca. 435 nm beträgt und die zweite Wellenlänge ca. 460 nm beträgt. Dies ergibt den Vorteil, dass diese beiden Wellenlängen durch bereits erhältliche Laserdioden bzw. LEDs erzeugbar sind und zudem durch Leuchtstoffe merklich unterschiedliche Konversionsgrade bereitstellbar sind. Die zweite Wellenlänge kann insbesondere zwischen 460 nm und 470 nm (Peak-Wellenlänge) betragen.
  • Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass der zweite Lichtstrahl mit einem größeren Öffnungswinkel auf das Leuchtstoffvolumen einstrahlbar ist als der erste Lichtstrahl. Dies ermöglicht einen besonders effektiven Farbausgleich in dem Abstrahlmuster des Leuchtstoffvolumens in seitlichen Raumbereichen, d.h., in Raumbereichen, die einen hohen Winkel zu der Hauptabstrahlrichtung des von dem Leuchtstoffvolumen abgestrahlten Mischlichts aufweisen.
  • Es ist auch noch eine Ausgestaltung, dass an einer Vorderseite des Leuchtstoffvolumens ein Lichtfilter vorhanden ist, das für das Licht der ersten Wellenlänge zumindest teilreflektierend ist und für das Licht der zweiten Wellenlänge sowie für das Sekundärlicht durchlässig ist. Dies ergibt den Vorteil, dass ein Konversionsgrad des Lichts der ersten Wellenlänge durch seine zumindest teilweise Rückreflexion in das Leuchtstoffvolumen weiter erhöhbar ist. Dadurch wiederum lässt sich auch eine Dicke des Leuchtstoffvolumens verringern.
  • Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass nun eine zuverlässige Sicherheitsfunktion zur Vermeidung einer Augenschädigung durch das Licht der ersten Wellenlänge bereitgestellt wird, da das Licht der ersten Wellenlänge durch das Lichtfilter zumindest teilweise blockiert wird. Selbst wenn das Leuchtstoffvolumen beschädigt oder sogar gar nicht mehr an der vorgesehenen Stelle vorhanden ist, kann also das Licht der ersten Wellenlänge - insbesondere kohärentes Laserlicht - durch das Lichtfilter abgeschwächt oder sogar ganz blockiert werden. Dies wiederum ermöglicht eine Einstufung der Beleuchtungsvorrichtung in eine wesentlich geringere Schutzklasse als z.B. Klasse 4 und ist somit vergleichsweise unbedenklich einsetzbar.
  • Es ist eine Weiterbildung, dass das Lichtfilter für das Licht der ersten Wellenlänge einen Transmissionsgrad von 10% oder weniger, insbesondere von 5% oder weniger, insbesondere von 2% oder weniger, insbesondere von 0%, aufweist. Falls der Transmissionsgrad 2% oder 0% beträgt, kann das Lichtfilter als praktisch vollreflektierend bezeichnet werden. So lässt sich ein Austreten hochintensiver kohärenter Lichtstrahlung besonders zuverlässig verhindern. Auf weitere Schutzmaßnahmen kann ggf. verzichtet werden, was wiederum eine besonders preiswerte Beleuchtungsvorrichtung ermöglicht.
  • Jedoch können zusätzlich auch noch andere Schutzmaßnahmen vorgesehen sein. So kann dem Lichtfilter ein vorzugsweise schmalbandiger Lichtsensor optisch nachgeschaltet sein, der nur das Licht der ersten Wellenlänge (und nicht auch das Sekundärlicht oder das Licht der zweiten Wellenlänge) detektiert. Dieser Lichtsensor kann mit einer Sicherheitsschaltung verbunden sein, die dazu eingerichtet ist, zumindest die mindestens eine erste Halbleiterlichtquelle auszuschalten, sollte der Lichtsensor ein Lichtsignal (d.h., Licht der ersten Wellenlänge) oberhalb eines vorgegebenen Schwellwerts detektieren.
  • Bei einer vollreflektierenden Ausgestaltung wird das von der Beleuchtungsvorrichtung ausgekoppelte Nutzlicht also nur durch das Sekundärlicht und durch das Licht der zweiten Wellenlänge gebildet. Da das Sekundärlicht und das Licht der zweiten Wellenlänge unabhängig voneinander erzeugbar sind, sind insbesondere mittels einer individuellen Ansteuerung der Halbleiterlichtquellen ein gewünschter (Summen-)Farbort des Nutzlichts sowie eine örtlich hohe Farbhomogenität präzise einstellbar.
  • Es ist noch eine Weiterbildung, dass das Lichtfilter nur in einem zentralen Bereich eines vorderseitig von dem Leuchtstoffvolumen abstrahlbaren Mischlichts vorhanden ist. Dieser zentrale Bereich entspricht auch einem Bereich, durch den der erste Lichtstrahl hindurchläuft, wenn das Leuchtstoffvolumen nicht vorhanden ist. Diese Weiterbildung ermöglicht es, seitlich bzw. mit einem hohen Winkel zu einer Hauptabstrahlachse des Nutzlichts abgestrahltes, vergleichsweise schwaches Licht der ersten Wellenlänge als Nutzlichtanteil zu nutzen. Unter einem zentralen Bereich kann insbesondere ein um eine Hauptabstrahlachse des Nutzlichts herum zentrierter Bereich verstanden werden.
  • Es ist außerdem noch eine Ausgestaltung, dass das Lichtfilter ein dichroitisches Filter ist, insbesondere ein Interferenzfilter oder dielektrischer Spiegel (Bragg-Spiegel). Das dichroitische Filter ermöglicht eine scharfe Trennung des Lichts der ersten und der zweiten Wellenlänge und einen hohen Reflexionsgrad mit einfachen Mitteln. Dabei ist es in einer Weiterbildung ausreichend, unter einem Winkel von nicht mehr als +/- 10% auf das Lichtfilter einfallendes Licht der ersten Wellenlänge effektiv zurückzureflektieren.
  • Es ist darüber hinaus noch eine Ausgestaltung, dass die Beleuchtungsvorrichtung ein Scheinwerfer oder ein Teil eines Scheinwerfers ist. Der Scheinwerfer kann ein Fahrzeugscheinwerfer, ein Scheinwerfer für eine Bühnenbeleuchtung, ein Scheinwerfer für eine Effektbeleuchtung, ein Scheinwerfer für eine Außenbeleuchtung, ein Scheinwerfer für eine Allgemeinbeleuchtung usw. sein. Das den Fahrzeugscheinwerfer aufweisende 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 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, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
    • 1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht Komponenten einer Beleuchtungsvorrichtung; und
    • 2 zeigt eine Auftragung wellenlängenabhängiger Eigenschaften von in 1 gezeigten Komponenten.
  • 1 zeigt eine Beleuchtungsvorrichtung 1, z.B. in Form eines Scheinwerfers H oder eines Moduls dafür. Die Beleuchtungsvorrichtung 1 weist ein Leuchtstoffvolumen in Form eines keramischen Leuchtstoffplättchens 2 mit genau einem Leuchtstoffmaterial auf. Das Leuchtstoffplättchen 2 liegt mit seiner Rückseite 3 an einer Vorderseite 4 eines lichtdurchlässigen Saphir-Trägers 5 auf.
  • Die Rückseite 3 des Leuchtstoffplättchens 2 wird durch den Saphir-Träger 5 hindurch mittels eines ersten Lichtstrahls L1 aus Licht einer ersten Wellenlänge λ1 und eines zweiten Lichtstrahls L2 aus Licht einer zweiten Wellenlänge λ2 bestrahlt. Der erste Lichtstrahl L1 wird mittels einer ersten Halbleiterlichtquelle in Form mindestens einer Laserdiode 6 erzeugt und weist eine erste (Peak-)Wellenlänge λ1 von z.B. ca. 435 nm auf. Der zweite Lichtstrahl L2 wird mittels einer zweiten Halbleiterlichtquelle in Form mindestens einer LED 7 erzeugt und weist eine zweite (Peak-)Wellenlänge λ2 von z.B. ca. 460 nm auf.
  • 2 zeigt das Lichtspektrum des ersten Lichtstrahls L1 und des zweiten Lichtstrahls L2 in Abhängigkeit von der zugehörigen Wellenlänge λ in nm. Der erste Lichtstrahl L1 ist erheblich schmalbandiger als der zweite Lichtstrahl L2. Die beiden Lichtstrahlen L1 und L2 sind disjunkt, überlappen sich also nicht.
  • Wieder zurückkehrend zu 1 kann der mindestens einen Laserdiode 6 und/oder der mindestens einen LED 7 eine strahlformende, z.B. fokussierende, Optik 8 bzw. 9 optisch nachgeschaltet sein. Durch die Optiken 8 und 9 wird bewirkt, dass der erste Lichtstrahl L1 und der zweite Lichtstrahl L2 mit einem jeweils vorgegebenen Öffnungswinkel auf das Leuchtstoffplättchen 2 einstrahlen. Hier ist der Öffnungswinkel des ersten Lichtstrahls L1 kleiner als der Öffnungswinkel des zweiten Lichtstrahls L2. Zudem ist ein durch den ersten Lichtstrahl L1 an der Rückseite 3 des Leuchtstoffplättchens 2 erzeugter erster Brennfleck B1 kleiner als ein durch den zweiten Lichtstrahl L2 an der Rückseite 3 des Leuchtstoffplättchens 2 erzeugter zweiter Brennfleck B2. Der erste Brennfleck B1 liegt innerhalb des zweiten Brennflecks B2, so dass der zweite Brennfleck B2 den ersten Brennfleck B1 vollständig umgibt.
  • Die Laserdiode 6 und die LED 7 können individuell betreibbar sein. Die Laserdiode 6 und die LED 7 können z.B. kontinuierlich (im sog. CW-Betrieb) und/oder getaktet, insbesondere pulsbreitenmoduliert, betreibbar. Taktraten für die Laserdiode 6 und die LED 7 können gleich oder unterschiedlich sein. Dadurch sind weitere Farbeinstellungen, insbesondere durch eine Änderung eines Summenfarborts des Nutzlichts, möglich. Auch die Optiken 8 bzw. 9 können individuell verstellbar sein.
  • Das Leuchtstoffplättchen 2 weist für das Licht der ersten Wellenlänge λ1 einen höheren Konversionsgrad K auf als für das Licht der zweiten Wellenlänge λ2. Dazu zeigt 2 den Konversionsgrad K in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ. Der Konversionsgrad K kann z.B. auf eine bestimmte Dicke des Leuchtstoffplättchens 2 abgestellt sein. Für die erste Wellenlänge λ1 wird ein maximaler Konversionsgrad K erreicht, z.B. von mindestens 90%, insbesondere von mindestens 95%, insbesondere von mindestens 98%, insbesondere von 100%. Für die zweite Wellenlänge λ2 wird hingegen nur ein Konversionsgrad K zwischen ca. 15% und ca. 65% im Verhältnis zu dem maximalen Konversionsgrad K erreicht, wobei bei der Peak-Wellenlänge ein Konversionsgrad K von ca. 40% des maximalen Konversionsgrads K erreicht wird.
  • Wieder zurückkehrend zu 1 wird das Licht der ersten Wellenlänge λ1 und der zweiten Wellenlänge λ2 von dem Leuchtstoffplättchen 2 mit dem jeweiligen Konversionsgrad K in das gleiche gelbe Sekundärlicht S umgewandelt und überwiegend von seiner Vorderseite 10 abgestrahlt. Die Lichtausbeute für das Sekundärlicht S kann erhöht werden, wenn der Saphir-Träger 5 für das Sekundärlicht S reflektierend ausgebildet ist, z.B. durch Vorsehen einer entsprechenden dichroitischen Beschichtung. Auch wird ein nicht-konvertierter, aber durch das Leuchtstoffplättchen 2 gestreuter Anteil des Lichts der zweiten Wellenlänge λ2 von der Vorderseite 10 abgestrahlt. Eventuell kann auch ein nicht-konvertierter, aber durch das Leuchtstoffplättchen 2 gestreuter Anteil des Lichts der ersten Wellenlänge λ1 von der Vorderseite 10 abgestrahlt werden.
  • An der Vorderseite 10 des Leuchtstoffplättchens 2 - und damit optisch hinter dem Leuchtstoffplättchen 2 - ist ein dichroitisches Lichtfilter 11 vorhanden, z.B. wie gezeigt von dem Leuchtstoffplättchen 2 beabstandet oder alternativ darauf aufliegend. Das Lichtfilter 11 ist für das Licht der ersten Wellenlänge λ1 praktisch vollreflektierend (z.B. mit einem Transmissionsgrad von weniger als 2%) und für das Licht der zweiten Wellenlänge λ2 sowie für das Sekundärlicht S durchlässig, wie in 2 anhand eines wellenlängenabhängigen Transmissionsgrads T gezeigt. Das Lichtfilter 11 kann z.B. ein Glassubstrat mit einer dichroitischen Beschichtung sein.
  • Folglich wird eventuell noch von der Vorderseite 10 des Leuchtstoffplättchens 2 abgestrahltes Licht der ersten Wellenlänge λ1 zurück in das Leuchtstoffplättchen 2 reflektiert, wo es wieder konvertierbar ist. Das hinter dem Lichtfilter 11 verbleibende gelb-blaue bzw. weiße Mischlicht aus dem Sekundärlicht S und dem Licht der zweiten Wellenlänge λ2 ist als Nutzlicht weiterverwendbar. Das Nutzlicht A2, S weist hier eine Hauptabstrahlrichtung senkrecht zu der Vorderseite 3 des Leuchtstoffplättchens 2 auf.
  • Wird das Leuchtstoffplättchen 2 beschädigt oder fällt es von dem Saphir-Träger 5 ab, wird der erste Lichtstrahl L1 von dem Lichtfilter 11 zurückreflektiert, so dass ein Austritt des ersten Lichtstrahl L1 aus der Beleuchtungsvorrichtung 1 verhindert wird.
  • Die Laserdiode(n) 6 und die LED(s) 7 können auf einem gemeinsamen Substrat, z.B. einer gemeinsamen Leiterplatte, angeordnet sein. Insbesondere falls die eng beieinander stehen, können sie ein gemeinsame Optik anstelle jeweiliger Optiken 8, 9 nutzen. Die Optik kann eine Kollimationsoptik sein.
  • Das Leuchtstoffvolumen 2 kann zur Umwandlung des Lichts der ersten Wellenlänge λ1 zusätzlich einen Leuchtstoff zur Umwandlung in rotes Sekundärlicht aufweisen, z.B. Eudotierten oder Eu-aktivierten Leuchtstoff, der mit LuAg vermischt ist. Ein solcher Leuchtstoff weist einen merklich höheren Konversionsgrad bei 435 nm auf als bei 460 nm.
  • Zur weiteren Erhöhung einer Augensicherheit kann die Beleuchtungsvorrichtung 1 ferner aufweisend einen dem Lichtfilter 11 optisch nachgeschalteten Lichtsensor 12 aufweisen, der nur das Licht L1 der ersten Wellenlänge λ1 detektiert. Der Lichtsensor 12 ist mit einer Sicherheitsschaltung 13 verbunden, die dazu eingerichtet ist, zumindest die Laserdiode(n) 6 und ggf. auch die LEDs 7 auszuschalten oder zu dimmen, falls der Lichtsensor 12 ein Lichtsignal oberhalb eines vorgegebenen Schwellwerts detektiert.
  • 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.
  • 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
  • Beleuchtungsvorrichtung 1
    Leuchtstoffplättchen 2
    Rückseite des Leuchtstoffplättchens 3
    Vorderseite des Saphir-Trägers 4
    Saphir-Träger 5
    Laserdiode 6
    LED 7
    Optik der Laserdiode 8
    Optik der LED 9
    Vorderseite des Leuchtstoffplättchens 10
    Dichroitisches Lichtfilter 11
    Lichtsensor 12
    Sicherheitsschaltung 13
    Erster Brennfleck B1
    Zweiter Brennfleck B2
    Scheinwerfer H
    Konversionsgrad K
    Erster Lichtstrahl L1
    Zweiter Lichtstrahl L2
    Wellenlänge λ
    Erste Wellenlänge λ1
    Zweite Wellenlänge λ2

Claims (14)

  1. Beleuchtungsvorrichtung (1), aufweisend - mindestens eine erste Halbleiterlichtquelle (6) zum Abstrahlen eines ersten Lichtstrahls (L1) aus Licht einer ersten Wellenlänge (λ1), - mindestens eine zweite Halbleiterlichtquelle (7) zum Abstrahlen eines zweiten Lichtstrahls (L2) aus Licht einer zweiten Wellenlänge (λ1) und - ein durch den ersten Lichtstrahl (L1) und den zweiten Lichtstrahl (L2) bestrahlbares Leuchtstoffvolumen (2) zur Umwandlung zumindest des Lichts der ersten Wellenlänge (λ1) in Sekundärlicht (S), wobei - sich die ersten Wellenlänge (λ1) und die zweite Wellenlänge (λ2) unterscheiden und - das Leuchtstoffvolumen (2) für die Umwandlung des Lichts der ersten Wellenlänge (λ1) in das Sekundärlicht (S) einen höheren Konversionsgrad (K) aufweist als für die Umwandlung des Lichts der zweiten Wellenlänge (λ2) in das gleiche Sekundärlicht (S) .
  2. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei - die Beleuchtungsvorrichtung (1) einen für das Licht der ersten Wellenlänge (λ1) und für das Licht der zweiten Wellenlänge (λ2) lichtdurchlässigen Träger (5) aufweist, an dessen Vorderseite (4) das Leuchtstoffvolumen (2) vorhanden ist, und - der erste Lichtstrahl (L1) und der zweite Lichtstrahl (L2) durch den Träger (5) auf eine Rückseite (3) des Leuchtstoffvolumens (2) strahlbar sind.
  3. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei - an einer Rückseite (3) des Leuchtstoffvolumens (2) mittels des ersten Lichtstrahls (L1) ein erster Brennfleck (B1) und mittels des zweiten Lichtstrahls (L2) ein zweiter Brennfleck (B2) erzeugbar sind und - einer der Brennflecke (B1, B2) den jeweils anderen Brennfleck (B2, B1) vollständig umgibt.
  4. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine erste Halbleiterlichtquelle (6) mindestens eine Laserdiode aufweist und die mindestens eine zweite Halbleiterlichtquelle (7) mindestens eine Leuchtdiode aufweist.
  5. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Wellenlänge (λ1) und die zweite Wellenlänge (λ2) blaue Wellenlängen sind.
  6. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Abstand zwischen der ersten Wellenlänge (λ1) und der zweiten Wellenlänge (λ2) nicht mehr als 30 Nanometer beträgt.
  7. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach den Ansprüchen 5 und 6, wobei die erste Wellenlänge (λ1) ca. 435 nm beträgt und die zweite Wellenlänge (λ2) ca. 460 nm beträgt.
  8. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Lichtstrahl mit einem größeren Öffnungswinkel auf das Leuchtstoffvolumen (2) einstrahlbar ist als der erste Lichtstrahl (L1).
  9. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an einer Vorderseite (10) des Leuchtstoffvolumens (2) ein Lichtfilter (11) vorhanden ist, das für das Licht der ersten Wellenlänge (λ1) zumindest teilreflektierend ist und für das Licht der zweiten Wellenlänge (λ2) sowie für Sekundärlicht (S) durchlässig ist.
  10. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 9, wobei das Lichtfilter (11) nur in einem zentralen Bereich eines vorderseitig von dem Leuchtstoffvolumen (2) abstrahlbaren Nutzlichts vorhanden ist.
  11. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei das Lichtfilter (11) ein dichroitisches Filter ist.
  12. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, ferner aufweisend einen dem Lichtfilter (11) optisch nachgeschalteten Lichtsensor (12), der nur das Licht der ersten Wellenlänge (λ1) detektiert.
  13. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 12, ferner aufweisend eine mit dem Lichtsensor (12) verbundene Sicherheitsschaltung (13), die dazu eingerichtet ist, zumindest die mindestens eine erste Halbleiterlichtquelle (6) auszuschalten, falls der Lichtsensor (12) ein Lichtsignal oberhalb eines vorgegebenen Schwellwerts detektiert.
  14. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beleuchtungsvorrichtung (1) ein Scheinwerfer (H) oder ein Teil eines Scheinwerfers (H) ist.
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