DE102017211767A1 - Beleuchtungsvorrichtung auf Basis einer Laserdioden-Treiber-Kombination - Google Patents

Beleuchtungsvorrichtung auf Basis einer Laserdioden-Treiber-Kombination Download PDF

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Abstract

Eine Beleuchtungsvorrichtung (1) weist auf:
- wenigstens eine im sichtbaren Spektrum emittierende Laserdiode (6),
- eine von der Laserdiode (6) durch einen Luftraum getrennte Farbkonversionsschicht (10), die einen Teil der Emission der Laserdiode (6) in einen langwelligeren Wellenlängenbereich umwandelt, wobei die Beleuchtungsvorrichtung (1) derart ausgebildet ist, dass sie Licht, aufweisend das Spektrum (7) der Laserdiode (6) und das Spektrum des umgewandelten Wellenlängenbereichs (17), aussendet, indem das Licht (7) der Laserdiode (6) auf die Farbkonversionsschicht (10) trifft.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung die - bei einer vergleichsweise kleinen Lichtaustrittsfläche - eine hohe Leuchtdichte aufweist.
  • Gemeint sind hiermit bspw. sog. Spotlight-Anwendungen wie z.B. Schmalwinkel-Spotlight-Anwendungen zur Illustration von Schaufenstern, Glasvitrinen oder offenen Ausstellungsstücken in Museen, architektonische Beleuchtungen sowie Ausleuchtung, aber auch in Zug-, Flugzeug- oder andere Fahrzeuginnenräumen, dies alles in Form von Decken- oder Wandbeleuchtungen („Downlights“) etc. kleinster Bauweise und mit sehr kleinen Deckenöffnungen im Sinne einer erhöhten Ästhetik bei gleichzeitiger effizienter ökonomischer Kühlung sowohl der Lichtquelle als auch der Farbkonversionsschicht, die voneinander getrennt sind, was ebenso ein einfacheres Austauschen bzw. ein zukünftiges Nachrüsten ermöglicht.
  • Derzeit werden für Schmalwinkel-Spotlight-Anwendungen hauptsächlich LED-Module mit hohen Lichtstromdichten unter Verwendung von Leuchtstoffen eingesetzt. Bei vorbekannten Beleuchtungsvorrichtungen sind Treiber und Beleuchtungskörper beide separate elektronische Baugruppen und müssen als solche auch einzeln, jede für sich, zertifiziert werden.
  • Um mit derzeitigen Mitteln sehr schmale Spotlight-Lichtkegel erhalten zu können (mit einem Abstrahlwinkel unter 10°) benötigt man einen sehr hohen Reflektor sowie überhaupt sehr große Bauteile, die die Einbaumöglichkeiten und die ästhetische Gestaltung deutlich einschränken.
  • Anwendungen, bei denen die Deckenöffnungen (im Folgenden Lichtaustrittsflächen genannt) sehr viel kleiner sein sollen als bisher (z.B. wie oben bereits erwähnt zur Akzentbeleuchtung in der Architektur oder in Museen), scheitern am Stand der Technik, bei dem die gesamte Wärmeentwicklung - hervorgerufen durch unvermeidbare Stromverluste in den LED-Chips sowie in den unmittelbar angrenzenden lichterzeugenden Farbkonversionsschichten - auf einer kleinen Fläche erfolgt, und bei dem Treiber und Lichtquelle zwei unabhängige elektronische Baugruppen darstellen, die technisch aufeinander abgestimmt werden müssen, was zu schwierigen Kompatibilitätsproblemen führen kann.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Beleuchtungsvorrichtung zu entwickeln, die auf kleiner Lichtaustrittsfläche eine hohe Leuchtdichte mit einem schmalen Abstrahlwinkel (bspw. kleiner als 10°) aufweist und zudem die oben genannten Probleme zumindest verringert.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den zugehörigen Unteransprüchen beschrieben.
    • - 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung vorzugsweise weißen emittierenden Lichtes hoher Intensität bei kleiner Austrittsfläche und schmalem Abstrahlwinkel (bspw. <10°) durch direkte Bestrahlung der Farbkonversionsschicht mit dem Laserlicht der Laserdiode.
    • - 2 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der das Laserlicht der Laserdiode mittels Lichtwellenleiter auf die Farbkonversionsschicht projiziert wird.
  • Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Licht wenigstens einer im sichtbaren Spektrum emittierende Laserdiode (vorzugsweise blau) - im Folgenden Primärlicht genannt - auf eine von der Laserdiode räumlich, bspw. durch einen Luftraum getrennte Farbkonversionsschicht zu projizieren bzw. fokussieren, sodass dies in bekannter Weise eine starke Lichtemission, vorwiegend in dem Spektralbereich der Farbkonversionsschicht - im Folgenden Sekundärlicht oder Sekundärstrahlung genannt - ergibt. Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung soll so ausgebildet sein, dass sie sowohl das Spektrum der Laserdiode (Primärlicht) als auch das Spektrum des umgewandelten Wellenlängenbereichs (Sekundärlicht) überlagert aussendet. Diese Überlagerung ergibt vorzugsweise weißes Licht.
  • Dies ermöglicht einen gerichteten Lichtstrahl geringen Durchmessers, hoher Leuchtdichte und schmalen Abstrahlwinkels (bspw. <10°).
  • Licht dieser Beschaffenheit kann aus einer sehr kleinen Öffnung (z.B. aus der Unterseite der Decke eines Raumes) ausgekoppelt und zur punktuellen spot-artigen Beleuchtung, insbesondere von ästhetisch zu illuminierenden Gegenständen, verwendet werden. Die Farbkonversionsschicht und damit die Entstehung des Sekundärlichtes befindet sich bzw. erfolgt vorteilhafterweise im Inneren einer massiven Linse, eines Reflektors oder eines Gehäuses. Vorzugsweise sind diese Bauteile gekühlt.
  • In 1 ist eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung mit Reflektor dargestellt. Die Beleuchtungsvorrichtung 1 gliedert sich grob in einen optischen Teil 3 und in einen elektronischen Teil 2; beide Teile sind im Ausführungsbeispiel von 1 miteinander verbunden bzw. grenzen aneinander an.
  • Der elektronische Teil 2 enthält den in der LED-Technik sogenannten Treiber 5 sowie eine Laserdiode 6 mit Kühlelement 14 (auch die Verwendung mehrerer Laserdioden ist denkbar). Der Treiber 5 (in der Regel ein AC/DC Wandler) ist ein wichtiges Bauteil in der LED-Technik, der für eine optimale Ansteuerung im Arbeitsbereich der Dioden sorgt und zwar unter Anpassung der elektrischen Versorgung an den jeweiligen Diodentyp. Der Diodentyp ist in der vorliegenden Erfindung wie gesagt eine Laserdiode 6, die üblicherweise Licht höherer Intensität emittiert als das einer LED - also Laserlicht. Zumindest die Laserdiode 6 sollte mit einem (passiven oder aktiven) Kühlkörper 14 flächig gut kontaktiert sein, so dass die entstehende Wärme der Laserdiode 6 gut, vor allem aber auch gleichmäßig, abgeführt werden kann. Temperaturschwankungen einer Laserdiode führen zu unerwünschten Intensitätsschwankungen des emittierten Lichtes.
  • Der optische Teil 3 enthält optional entweder eine beispielsweise asphärische Linse 9 aus massivem Glas oder Kunststoff oder ebenfalls optional einen ebenso gearteten parabolischen Reflektor 9 (asphärische Linsen sind Linsen, deren Begrenzungsflächen nicht sphärisch sind, sondern stattdessen elliptische oder hyperbolische Grenzflächen aufweisen). Im Falle der Verwendung einer Linse 9 oder eines Reflektors 9 kann die Farbkonversionsschicht 10 im Inneren der Linse 9 / des Reflektors 9 angebracht sein. Denkbar ist aber auch eine Platzierung außerhalb bei entsprechender Wiedereinkopplung. Die Farbkonversionsschicht 10 kann einen bestimmten Farbkonversionsstoff (anorganischer oder organischer Natur) oder eine Mischung von Farbkonversionsstoffen enthalten. Üblicherweise werden bei blauen LEDs anorganische Leuchtstoffe eingesetzt (z.B. Granate, Oxide, Oxynitride, Nitride, Orthosilikate, Fluoride), die ebenso bei blauen Laserdioden verwendet werden. Optional können auch Q-dots (z.B. CdS, CdSe, ZnS, ZnSe) eingebracht werden.
  • Die Farbkonversionsschicht 10 kann eine Dicke von 5µm bis 500µm, vorzugsweise 60 µm bis 150 µm, noch mehr bevorzugt von 80 µm bis 120 µm aufweisen. Konversions- und Absorptionsverluste der Beleuchtungseinheit können durch einen Hintergrundspiegel 11 unter der Farbkonversionsschicht 10 reduziert werden. Ein solcher kann durch Aufdampfen von Metall (z.B. Silber), durch Dip-Coating, Spin-Coating oder durch ein Dispensverfahren erzeugt werden. Auch eine hochreflektierende „weiße“ Schicht (z.B. eine reflektierende Teilchen enthaltende Polymermatrixschicht) kann optional als Hintergrundspiegel 11 verwendet werden. Auch ein solcher Hintergrundspiegel 11 kann auf der Rückseite der Farbkonversionsschicht 10 erzeugt werden. Vorzugsweise hat der Spiegel auch eine hohe Wärmeleitfähigkeit, die das Thermalmanagement zwischen Farbkonversionsschicht 10 und Kühlkörper 13 verbessert.
  • Der Spiegel 11 kann im Inneren der Linse 9/des Reflektors 9 so platziert sein, dass der seitlich eingekoppelte und auf die Farbkonversionsschicht 10 gerichtete Laserstrahl 7 konvertiertes Licht hoher Intensität erzeugt, welches durch Form und Oberflächenbeschaffenheit der Linse 9/des Reflektors 9 in deren/dessen Inneren mehrmalige Reflexion erfährt, bevor es aus der Öffnung 16 der Linse/des Reflektors 9 in Form gerichteten, hochintensiven Lichtes 18 mit schmalem Abstrahlwinkel (kleiner als ca. 10°) austritt. Dazu muss allerdings die Außenoberfläche der Linse 9/die Innenoberfläche des Reflektors 9 eine geeignete Beschichtung oder Strukturierung aufweisen.
  • Im Falle dass keine Linse oder Reflektor verwendet wird, erfolgt die Auskopplung des reflektierten sowie umgewandelten Lichtes 18 (Primär- und Sekundärlicht) allein durch die entsprechende Position der Farbkonversionsschicht relativ zu der Öffnung in der Lichtaustrittsfläche.
  • Da die Lichtumwandlung bzw. die Lichterzeugung durch unvermeidbare Lichtabsorption an der Farbkonversionsschicht 10 Wärme produziert, die im Sinne einer gleichmäßigen Abstrahlung auch gleichmäßig abgeführt werden muss, ist an der Rückseite der Farbkonversionsschicht 10 bzw. des Spiegels 11 ein (aktiver vorzugsweise aber passiver) Kühlkörper 13 angebracht, der die gleiche Funktionalität aufweist wie der Kühlkörper 14 des elektronischen Teils 2. Bei einem passiven Kühlkörper 13 benötigt der optische Teil 3 keinerlei elektrische Versorgung und ist als solches - vorteilhafterweise - ein rein passives optisches Teil 3. Da die Farbkonversionsschicht 10 sehr klein ausgebildet sein darf - entsprechend des Durchmessers des Laserstrahls der Laserdiode - kann auch der Kühlkörper 13 vorteilhaft entsprechend klein dimensioniert werden. Die Anordnung beider Teile (optischer Teil 3 und elektronischer Teil 2) zueinander, sowie zu dem Raumelement 15, in das die Beleuchtungsvorrichtung 1 integriert ist und aus dem heraus das emittierte Licht 17 Beleuchten oder Anleuchten soll, kann unterschiedlich sein. Die vorliegende Erfindung schlägt vor:
    • ◯ optischer Teil 3 und elektronischer Teil 2 sind miteinander verbunden und beide zusammen sind vorteilhafterweise in einem leicht zugänglichen und herausnehmbaren Gehäuse integriert (1), oder
    • ◯ optischer Teil 3 und elektronischer Teil 2 sind entfernt voneinander in getrennten Gehäusen untergebracht, beispielsweise der optische Teil 3 Vorort, der elektronische Teil 2 aber in einem Wandkasten oder sogar in einem eigens dafür bereitgestellten Raum, in dem die elektronischen Teile sämtlicher Beleuchtungsvorrichtungen dieser Art möglicherweise des gesamten Gebäudes zentral zusammengeführt sind. Die ausschließlich optische Verbindung zwischen beiden erfolgt vorteilhaft über vorgekoppelter (engl. pigtailed) Lichtwellenleiter, da Ein- und Auskopplung am meisten Verluste verursachen. Die mögliche Länge der Lichtwellenleiter richtet sich nach deren Verlustleistung sowie nach der Leistung der Laserdiode beides in Abhängigkeit zu der entsprechend gewählten Laserfrequenz (2).
  • Beide Varianten haben unterschiedliche Vorteile:
  • Bei der ersten Variante ist es möglich, die Laserdiode 6 in dem elektronischen Teil 2 gegenüber dem optischen Teil 3 so zu platzieren, dass deren Laserstrahl 7 direkt - gemäß obigen Vorgaben - in die Linse 9 / in den Reflektor 9 eingestrahlt und die Farbkonversionsschicht 10 entsprechend getroffen wird. Hier ist nicht unbedingt eine Glasfasertechnologie erforderlich. Das System ist - bis auf die Stromzuführung im Falle aktiver Kühlung - kompakt Vorort und als modulares Ganzes schnell und einfach auswechselbar.
  • Bei der zweiten Variante muss der Laserstrahl 7 der Laserdiode 6 mittels Lichtwellenleiter 8 (z.B. Glasfaser) über eine gewisse Strecke (Unterputz, in Kabelkanälen, Kabelschächten in Decke, Wand oder Boden) vom elektronischen Teil 2 zum optischen Teil 3 transportiert und gegebenenfalls in Linse 9 / oder Reflektor 9 eingekoppelt werden. Im Falle einer passiven Kühlung des optischen Teiles kann so die gesamte Elektronik dieser Beleuchtungsart für ein ganzes Gebäude, für Gebäudeteile oder aber für einen ganzen Zug, ein Flugzeug, Schiff oder anderes Fahrzeug an einem Ort oder an mehreren Orten überwacht und betreut werden.
  • Erweiterungen, Nachrüsten oder Reparaturen durch Austausch von Teilen der leicht zugänglichen Elektronik können auf einfache Weise vorgenommen werden.
  • Optional kann der elektronische Teil 2 in das Innere des Raumelementes 15 integriert werden, während der optische Teil 3 auf die Oberfläche des Raumelementes 15 montiert wird.
  • Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung hat zusammengefasst insgesamt folgende Vorteile:
  • Durch die Integration des Licht-erzeugenden Elementes 6 in den Treiber 5 ergibt sich nur noch ein einziges elektronisches Bauteil, welches sämtliche elektronischen Untergruppen enthält. Der Beleuchtungskörper ist dann (bei passiver Kühlung) ein ausschließlich passives optisches Teil 3. Auf diese Weise können Erweiterungen oder Reparaturen durch Austausch von Teilen einfacher vorgenommen werden. Der Lichtstrahl 18 kann einfacher und exakter geändert werden, sogar nach Einbau der jeweiligen Komponenten.
  • Die Farbkonversionsschicht 10 kann auf einem weitaus kleineren Kühlkörper 13 platziert werden als bisher, was eine kleinere Licht-emittierende Fläche 16 zur Folge hat und damit eine insgesamt kleinere Dimensionierung des gesamten Beleuchtungskörpers erlaubt.
  • Die dadurch möglich gewordenen sehr kleinen Austrittsöffnungen 16 (in Decke, Wand, Boden, Möbel) ermöglichen Licht-Spots mit hoher Intensität und schmalem Abstrahlwinkel bei einem insgesamt ästhetischeren Beleuchtungsbild: z.B. im Durchmesser kleine aber intensive Licht-Strahlen von kleinen Deckenöffnungen 16, fokussiert auf z.B. bedeutsame Teile eines Objektes in einer Glasvitrine eines Museums.
  • Die Wärmeerzeugung verlagert sich erfindungsgemäß auf zwei unterschiedliche Teile der Vorrichtung (Lichtquelle 6 und Farbkonversionsschicht 10) die deshalb getrennt gekühlt werden können. Dies reduziert - wie bereits erwähnt - die Größe der jeweiligen Kühlkörper 13, 14 und damit auch die Dimension des Beleuchtungskörpers. Lichtquelle (Laserdiode 6) und Farbkonversionsschicht 10 können darüber hinaus unabhängig voneinander ausgetauscht werden.
  • Da Lichtquelle 6 und Treiber 5 in einer einzigen elektronischen Baugruppe integriert sind, ist auch nur eine, für diese Baugruppe erforderliche Zertifizierung notwendig. Die Zertifizierung bezüglich beispielsweise Berührungssicherheit nur dieser Komponente allein ist weniger aufwendig und kostengünstiger. Bei separater Ausgestaltung beider Teile, müsste die Zertifizierung auch separat erfolgen.
  • Im Gegensatz zu derzeit bekannten Vorrichtungen wird die Farbkonversionsschicht 10 direkt auf den Kühlkörper 13 aufgebracht, der aktiv - vorteilhafterweise aber passiv - gekühlt werden kann, was der Stand der Technik nicht offenbart. Die Konversions- und Absorptionsverluste der Farbkonversionsschicht 10 werden - wie bereits erwähnt - durch den Spiegel vermindert. Die oben beschriebene Vorgehensweise verbessert also die Effektivität der Farbkonversion. Die Intensität des emittierten Lichtes erhöht sich insbesondere durch den Einsatz einer Laserdiode statt dem eines herkömmlichen LED-Chips.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann durch weitere Maßnahmen optimiert werden:
  • Es ist vorteilhaft, die die Farbkonversionsschicht 10 umgebende Fläche reflektierend so auszugestalten, dass vorzugsweise eine diffuse Reflexion erzeugt wird. Diese Reflexion kann durch eine weiße Beschichtung 12, z.B. in Form eines entsprechenden Keramikmaterials erfolgen. Möglich ist dies auch durch eine solche Beschichtung des Kühlkörpers 13, oder aber durch eine entsprechende Ausgestaltung des Kühlkörpers 13 selbst (wenn dieser beispielsweise ebenso aus Keramik oder aus Kunststoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit ausgebildet ist).
  • Es sei angemerkt, dass die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung auch dann verwendet werden kann, wenn kein gerichtetes Licht 18 erwünscht ist (z.B. im Boden). In diesem Fall kann optional in der Lichtaustrittsebene 16 beispielsweise eine Streuscheibe angeordnet werden. Eine optionale Streuscheibe kann natürlich auch bei den Spotlight und Downlight Anwendungen eingesetzt werden.
  • Wie bereits erwähnt, ist es vorteilhaft, die Farbkonversionsschicht 10 mit einer Laserdiode 6 zu bestrahlen die blaues Licht 7 liefert. Bei den meisten Anwendungen der vorliegenden Erfindung ist das Sekundärlicht 17 allerdings grün, gelb, orange oder rot oder eine Mischung derselben. Die Mischung von Primär- und Sekundärlicht ergibt so eine Emission von vorzugsweise weißen Licht.
  • Vorteilhaft ist es auch, in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, Leuchtstoffe mit unterschiedlichen Emissionsspektren und/oder Temperaturstabilität auf den Kühlkörper 13 und auf den Reflektor 9 aufzubringen. Leuchtstoffe mit schwächerer Temperaturstabilität sind z.B. Orthosilikate wie (Ba,Sr)2SiO4:Eu2+ oder Fluoride wie z.B. K2SiF6:Mn4+. Temperaturstabilere Leuchtstoffe wären beispielsweise gelb und grün emittierende Granate wie YAG: Ce3+, LuAG. Ce3+ oder rot emittierende Oxide wie Y2O3: Eu3+ oder Oxynitrid/Nitrid. Weitere rote Leuchtstoffe sind SrAlSi4N7:Eu2+, (Ca, Sr)AlSi4N7:Eu2+, CaSiAlON:Eu2+, CaAlSi(ON)3:Eu2+, CaAlSiN3:Eu oder (Ca, Sr)AlSiN3:Eu) welche wie gesagt direkt auf dem Kühlkörper 13 zu platzieren wären.
  • Der Primärstrahl 7 (blauer Lichtstrahl der Laserdiode 6) kann optional nach Auftreffen auf die verspiegelte hochreflektierende Rückseite der Farbkonversionsschicht 10 und nach der Reflexion auf den Reflektor gerichtet werden, durch die ein gewünschter Öffnungswinkel der Sekundärstrahlung erzeugt werden und auf eine von der Austrittsöffnung 16 entfernte gewünschte Stelle des Raumes gerichtet werden kann, z.B. auf ein ausgestelltes Kunstobjekt, ein Buch oder einen Sitzplatz.
  • Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist es, dass die Lichtaustrittsfläche 16 - mit oder ohne Linse 9 bzw. Reflektor 9 - und somit die Deckenöffnung 16 bei einem Spotlight mit gleichem Abstrahlwinkel kleiner und/oder flacher ausgestaltet werden kann, als im Stand der Technik.
  • Beispielsweise kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Lichtaustrittsfläche 16 um 50% gegenüber dem Stand der Technik (verwendet werden dort ausschließlich Leuchtdioden) reduziert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Beleuchtungsvorrichtung
    2
    Elektronischer Teil
    3
    Optischer Teil
    4
    Gehäuse
    5
    Treiber / AC/DC-Wandler mit Laserdiode auf Kühlkörper für den elektronischen Teil
    6
    Laserdiode
    7
    Spektrum der Laserdiode: Primärstrahlung/Primärlicht (z.B. blau)
    8
    Lichtwellenleiter*
    9
    Linse massiv oder Reflektor luftgefüllt
    10
    Farblicht erzeugende Farbkonversionsschicht (Emission von z.B. weißem Licht)
    11
    Spiegel (z.B. aufgedampfte Silberschicht)
    12
    Reflektierende Außenbeschichtung der Linse (z.B. Keramik)
    13
    Kühlkörper für den optischen Teil (aktiv oder vorteilhaft passiv)
    14
    Kühlkörper für den elektronischen Teil (aktiv oder passiv)
    15
    Raumelement (z.B. Deckenunterseite, Wand, Boden, Möbel)
    16
    Deckenöffnung / Lichtaustrittsfläche
    17
    reflektierter umgewandelter Wellenlängenbereich; durch Primärstrahlung/Primärlicht erzeugte Sekundärstrahlung/Sekundärlicht (z.B. weiß)
    18
    ausgekoppelter Lichtstrahl (z.B. weiß mit geringem Blauanteil): kleiner Durchmesser, hohe Leuchtdichte, geringer Abstrahlwinkel (<10°)
    *optional: bei elektronischem Teil 2 und optischem Teil 3 in unmittelbarer Nachbarschaft (z.B. in einem gemeinsamen Gehäuse 4), direkte Einkopplung des aus der Laserdiode austretenden Laserlichtes (mit oder ohne Linse/Reflektor) auf die Farblicht erzeugende Farbkonversionsschicht (in den optischen Teil 3): ohne Lichtwellenleiter 8 (1)
    bei elektronischem Teil 2 und optischem Teil 3 getrennt (z.B. zwei unterschiedliche Gehäuse 4) Lichtübertragung und Einkopplung der Primärstrahlung (in den optischen Teil 3): mit Lichtwellenleiter 8 (2)

Claims (19)

  1. Beleuchtungsvorrichtung (1), aufweisend: - wenigstens eine im sichtbaren Spektrum emittierende Laserdiode (6), - eine von der Laserdiode (6) durch einen Luftraum getrennte Farbkonversionsschicht (10), die einen Teil der Emission der Laserdiode (6) in einen langwelligeren Wellenlängenbereich umwandelt, wobei die Beleuchtungsvorrichtung (1) derart ausgebildet ist, dass sie Licht, aufweisend das Spektrum (7) der Laserdiode (6) und das Spektrum des umgewandelten Wellenlängenbereichs (17), aussendet, indem das Licht (7) der Laserdiode (6) auf die Farbkonversionsschicht (10) trifft.
  2. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge des Primärlichtes als Licht (7) der Laserdiode (6) im blauen Spektralbereich liegt.
  3. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbkonversionsschicht (10) derart ausgebildet ist, dass ihr Sekundärlicht (17) zusammen mit dem Spektrum der Laserdiode (6) weißes Licht ergibt.
  4. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (1) in ein Raumelement (15) integriert ist, welches eine Lichtaustrittsfläche (16) aufweist, aus der das an der Farbkonversionsschicht (10) umgewandelte Licht (7)(17) ausgekoppelt wird.
  5. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Raumelement (15) ausgekoppelte Licht (18) einen Abstrahlwinkel aufweist, der kleiner ist als 10°.
  6. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtaustrittsfläche (16) um 50% gegenüber dem derzeitigen Standard bei Schmalwinkel-Spotlight-Anwendungen reduziert ist.
  7. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Raumelement (15) die Decke, die Wand, der Boden oder ein Möbel eines Raumes oder eines Zug-, Flugzeug- oder Fahrzeug-Innenraumes ist.
  8. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Raumelement (15) ausgekoppelte Licht (18) im Bereich der Lichtaustrittsfläche (16) auf eine Linse gerichtet wird.
  9. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Lichtaustrittsfläche (16) eine Streuscheibe eingesetzt ist.
  10. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht (7) der Laserdiode (6) mit einem Lichtwellenleiter (8) auf die Farbkonversionsschicht (10) projiziert wird.
  11. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbkonversionsschicht (10) in einer Linse (9) oder in einem Reflektor (9) angeordnet ist.
  12. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (1) in einen elektronischen Teil (2) und in einen optischen Teil (3) gegliedert ist, wobei der elektronische Teil (2) einen Treiber (5), die Laserdiode (6) und einen die Laserdiode (6) kühlenden Kühlkörper (14) aufweist, und der optische Teil (3) die Farblicht erzeugende Farbkonversionsschicht (10), einen die Farbkonversionsschicht (10) kühlenden Kühlkörper (13) sowie optional eine Linse (9) oder einen Reflektor (9) aufweist.
  13. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass elektronischer Teil (2) und optischer Teil (3) entweder in einem gemeinsamen Gehäuse (4) oder jeweils in einem getrennten Gehäuse (4) untergebracht sind.
  14. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsweise des Kühlkörpers (14) für den elektronischen Teil (2) auf aktiver oder passiver Kühlung beruht und der Kühlkörper (13) für den optischen Teil (3) auf passiver Kühlung.
  15. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich der elektronische Teil (2) an einem gut zugänglichen Ort in ebenso gut zugänglicher Weise befindet.
  16. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der gut zugängliche Ort sich in dem Gebäudekomplex, Gebäude, Gebäudeteil, Raum oder Zug-, Flugzeug- oder Fahrzeugraum befindet, in dem sich das Raumelement (15) befindet.
  17. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der in dem Raumelement (15) integrierte optische Teil (3) ebenso gut zugänglich ist.
  18. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Kühlkörper (13) und/oder auf den Reflektor (9) direkt Leuchtstoffe mit schwächerer Temperaturstabilität aufgebracht werden, wie bspw. Orthosilikate (Ba,Sr)2SiO4:Eu2+ oder Fluoride K2SiF6:Mn4+ und/oder temperaturstabilere Leuchtstoffe wie gelb und grün emittierende Granate YAG: Ce3+, LuAG. Ce3+ oder rot emittierende Oxide Y2O3: Eu3+ oder Oxynitrid/Nitrid basierte rot emittierende Leuchtstoffe SrAlSi4N7:Eu2+, (Ca, Sr)AlSi4N7:Eu2+, CaSiAlON:Eu2+, CaAlSi(ON)3:Eu2+, CaAlSiN3:Eu oder (Ca, Sr)AlSiN3:Eu).
  19. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Farbkonversionsschicht (10) eine Dicke von 5µm bis 500µm, vorzugsweise 60 µm bis 150 µm, noch mehr bevorzugt von 80 µm bis 120 µm aufweist.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008012316A1 (de) * 2007-09-28 2009-04-02 Osram Opto Semiconductors Gmbh Halbleiterlichtquelle mit einer Primärstrahlungsquelle und einem Lumineszenzkonversionselement
DE102012206644A1 (de) * 2012-04-23 2013-10-24 Osram Gmbh Beleuchtungssystem mit mindestens einer Beleuchtungseinheit
US20130335989A1 (en) * 2011-03-08 2013-12-19 Sharp Kabushiki Kaisha Light-emitting apparatus, illumination system, vehicle headlamp, projector, and method for manufacturing light-emitting apparatus
DE202015001682U1 (de) * 2015-03-04 2015-03-24 Osram Gmbh Beleuchtungseinrichtung
DE102017114948A1 (de) * 2016-07-12 2018-01-18 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Lichtemissionseinrichtung

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4991001B2 (ja) * 2009-12-28 2012-08-01 シャープ株式会社 照明装置
JP5285038B2 (ja) * 2010-08-31 2013-09-11 シャープ株式会社 投光構造体および照明装置
JP5336564B2 (ja) * 2010-10-29 2013-11-06 シャープ株式会社 発光装置、照明装置、車両用前照灯および車両
JP2012109400A (ja) * 2010-11-17 2012-06-07 Sharp Corp 発光素子、発光装置および発光素子の製造方法
JP5286393B2 (ja) * 2011-07-29 2013-09-11 シャープ株式会社 発光素子、発光装置および発光素子の製造方法
US20130208496A1 (en) * 2012-01-31 2013-08-15 Sharp Kabushiki Kaisha Illuminating device
EP2828124B1 (de) * 2012-03-22 2021-02-24 Schott AG Beleuchtungseinrichtung zur erzeugung von licht mit hoher leuchtdichte
US9863595B2 (en) * 2013-08-28 2018-01-09 Sharp Kabushiki Kaisha Light-emitting unit with optical plate reflecting excitation light and transmitting fluorescent light, and light-emitting device, illumination device, and vehicle headlight including the unit
JP6246622B2 (ja) * 2014-03-05 2017-12-13 シャープ株式会社 光源装置および照明装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008012316A1 (de) * 2007-09-28 2009-04-02 Osram Opto Semiconductors Gmbh Halbleiterlichtquelle mit einer Primärstrahlungsquelle und einem Lumineszenzkonversionselement
US20130335989A1 (en) * 2011-03-08 2013-12-19 Sharp Kabushiki Kaisha Light-emitting apparatus, illumination system, vehicle headlamp, projector, and method for manufacturing light-emitting apparatus
DE102012206644A1 (de) * 2012-04-23 2013-10-24 Osram Gmbh Beleuchtungssystem mit mindestens einer Beleuchtungseinheit
DE202015001682U1 (de) * 2015-03-04 2015-03-24 Osram Gmbh Beleuchtungseinrichtung
DE102017114948A1 (de) * 2016-07-12 2018-01-18 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Lichtemissionseinrichtung

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