DE102018124327A1

DE102018124327A1 - Leuchtmittel zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, Kraftfahrzeugscheinwerfer und Innenraumbeleuchtungseinrichtung mit einem solchen Leuchtmittel

Info

Publication number: DE102018124327A1
Application number: DE102018124327.8A
Authority: DE
Inventors: Joachim Knittel; Martin Licht; Christian Buchberger
Original assignee: Automotive Lighting Reutlingen GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2018-10-02
Filing date: 2018-10-02
Publication date: 2020-04-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Leuchtmittel (1) zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug. Das Leuchtmittel (1) umfasst mehrere matrixartig in mindestens einer Reihe und/oder mindesten einer Spalte angeordnete separat ansteuerbare Halbleiter-Lichtquellen, die jeweils ein ansteuerbares Leuchtelement (2) zum Aussenden von Licht (6) eines ersten Wellenlängenbereichs und ein Konverterelement (3) aufweisen, auf das zumindest ein Teil des von dem Leuchtelement (2) ausgesandten Lichts (6) trifft und das zumindest einen Teil des auftreffenden Lichts (6) des ersten Wellenlängenbereichs in Licht (7) eines anderen Wellenlängenbereichs konvertiert. In einer Lichtaustrittsrichtung (9) des Leuchtmittels (1) nach den Konverterelementen (3) der Halbleiter-Lichtquellen ergibt sich eine additive Farbmischung des nicht konvertieren Lichts (8) des ersten Wellenlängenbereichs und des konvertierten Lichts (7) des anderen Wellenlängenbereichs. Um eine Farbe des Lichts einer resultierenden Lichtverteilung des Leuchtmittels (1) einstellen zu können, wird vorgeschlagen, dass das Leuchtmittel (1) ein ansteuerbares optisches Element (4) aufweist, dessen Transmissions- bzw. Reflexionseigenschaften durch die Ansteuerung veränderbar sind und das in der Lichtaustrittsrichtung (9) den Konverterelementen (3) der Halbleiter-Lichtquellen nachgeordnet ist. Das optische Element (4) ist ausgebildet, in Abhängigkeit von der Ansteuerung einen Teil des additiv farbgemischten Lichts (7, 8) zurück auf mindestens eines der Konverterelemente (3) zu reflektieren (7b, 8b).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leuchtmittel zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug. Das Leuchtmittel umfasst mehrere matrixartig in mindestens einer Reihe und/oder mindesten einer Spalte angeordnete separat ansteuerbare Halbleiter-Lichtquellen. Jede der Halbleier-Lichtquellen weist ein ansteuerbares Leuchtelement zum Aussenden von Licht eines ersten Wellenlängenbereichs und ein Konverterelement auf, auf das zumindest ein Teil des von dem Leuchtelement ausgesandten Lichts trifft und das zumindest einen Teil des auftreffenden Lichts des ersten Wellenlängenbereichs in Licht eines anderen Wellenlängenbereichs konvertiert. In einer Lichtaustrittsrichtung des Leuchtmittels nach den Konverterelementen der Halbleiter-Lichtquellen ergibt sich eine additive Farbmischung des nicht konvertieren Lichts des ersten Wellenlängenbereichs und des konvertierten Lichts des anderen Wellenlängenbereichs.
Ferner betrifft die Erfindung auch einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einem solchen Leuchtmittel zum Aussenden von Licht zur Erzeugung einer Teilfernlichtverteilung und/oder einer Markierungslichtverteilung sowie eine Innenraumbeleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem solchen Leuchtmittel zum Aussenden von Licht zur variablen Ausleuchtung des Innenraums des Kraftfahrzeugs.
Die Halbleiter-Lichtquellen sind bspw. als Leuchtdioden (LEDs) ausgebildet. Bei sog. Matrix-LEDs ist eine Vielzahl von LEDs in Reihen und/oder Spalten angeordnet, wobei die einzelnen LEDs individuell ansteuerbar (d.h. ein- und ausschaltbar, evtl. sogar dimmbar) sind. Im Rahmen des sog. µAFS-Projekts hat OSRAM Opto Semiconductors zusammen mit anderen Partnern einen LED-Chip entwickelt, bei dem derzeit beispielsweise 1024 Lichtquellen mit geringem Abstand zueinander angeordnet sind. Der LED-Chip kann z.B. als Leuchtmittel in einem hochauflösenden Frontscheinwerfer für Kraftfahrzeuge eingesetzt werden, um variable, der momentanen Fahrsituation angepasste Lichtverteilungen, wie bspw. eine Teilfernlichtverteilung oder eine Markierungslichtverteilung, zu erzeugen. Dabei wird die resultierende Lichtverteilung an einer Lichtaustrittsfläche der Matrix-LED mittels einer Projektionsoptik auf der Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug abgebildet, so dass die Lichtverteilung am Ausgang des Leuchtmittels der Lichtverteilung auf der Fahrbahn entspricht.
Bei einer Teilfernlichtverteilung ist es möglich, ununterbrochen mit Fernlicht zu fahren, ein manuelles Abblenden der Lichtverteilung durch den Fahrer ist nicht mehr erforderlich. Entgegenkommende und vorausfahrende Fahrzeuge werden durch Sensoren im Kraftfahrzeug detektiert und aus der Lichtverteilung herausgenommen. D.h. der Bereich der Lichtverteilung, in dem sich andere Verkehrsteilnehmer befinden, wird abgeschattet, so dass diese nicht geblendet werden. Je näher ein anderes Fahrzeug kommt, desto mehr LEDs werden nach und nach abgeschaltet, um den abgeschatteten Bereich zu bilden. Außerhalb des abgeschatteten Bereichs ist nach wie vor eine Fernlichtverteilung aktiv, so dass die Fahrbahn stets bestmöglich ausgeleuchtet wird.
Bei einer Markierungslichtverteilung werden Objekte (Personen, Gegenstände, potentielle Gefahrenquellen) vor dem Kraftfahrzeug auf oder neben der Fahrbahn durch Sensoren im Kraftfahrzeug detektiert und durch eine oder mehrere der LEDs gezielt angestrahlt, um die Aufmerksamkeit des Fahrers des Kraftfahrzeugs auf die potentielle Gefahrenquelle zu richten.
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit von Matrix-LEDs ist die Innenraumbeleuchtung in Fahrzeugen (z.B. in Autos, Lastwagen, Bussen, aber auch Zügen, Straßenbahnen und Flugzeugen). Die einzeln oder gruppenweise ansteuerbaren Lichtquellen ermöglichen es, bestimmte Bereiche im Innenraum des Fahrzeugs gezielt anzustrahlen, zu beleuchten oder auszuleuchten, wie z.B. ein Buch eines lesenden Mitfahrers, Ablagefächer in der Mittelkonsole oder einer Türinnenverkleidung, ein geöffnetes Handschuh- oder Ablagefach, einen Fußraum, ausgeklappte Klapptische an der Rückseite der Rückenlehne von Vordersitzen, eine geöffnete Getränkebar o.ä. Dabei wäre es durch gezieltes Ansteuern der einzelnen LEDs sogar möglich, einer Positionsänderung eines angestrahlten Gegenstands, z.B. eines geöffneten Buchs, zu folgen. Auf diese Weise können die Mitfahrer in gezielt angestrahlten, beleuchteten oder ausgeleuchteten Bereichen tätig sein, z.B. ein Buch lesen, ohne den Fahrzeuglenker zu stören.
Insbesondere bei einer Innenraumbeleuchtung wäre eine Regelung der Farbe des ausgesandten Lichts wünschenswert. Aber auch bei Frontscheinwerfern oder Rückleuchten wäre es wünschenswert, wenn die Farbe des Lichts variiert werden könnte, damit die Fahrbahn mit der gewünschten Lichtfarbe ausgeleuchtet wird. Dabei geht es weniger um eine Änderung der Farbe des Lichts von einer Spektralfarbe in eine andere (z.B. von Rot (630-700 nm) zu Orange (590-630 nm)), als vielmehr um eine geringfügige Änderung des Farbtons (z.B. weißem Licht einen gelblichen Farbton oder gelbem Licht einen bernsteinfarbenen oder orangen Farbton zu geben). Insbesondere geht es also um eine Änderung der Wellenlänge des Lichts im Bereich von < 50 nm.
Bei den heute verwendeten Matrix-LEDs ist es nicht möglich, die Farbe des abgestrahlten Lichts zu verändern. Es wäre allenfalls denkbar, zwei Matrix-LEDs, die unterschiedlich farbiges Licht aussenden, übereinander anzuordnen, wobei sich eine resultierende Farbe des Lichts aus einer Summe bzw. additiven Mischung der Lichtanteile der beiden unterschiedlichen Farben ergibt. Eine Farbverstellung könnte dadurch erreicht werden, dass die beiden Matrix-LEDs je nach gewünschter resultierender Farbe des Lichts mit unterschiedlichem Lichtstrom betrieben werden. Eine solche Anordnung ist jedoch problematisch und teuer, da zwei Matrix-LEDs notwendig sind und die beiden Matrix-LEDs bzw. die resultierenden Lichtverteilungen pixelweise präzise übereinandergelegt werden müssen. Werden die Lichtverteilungen nicht präzise übereinandergelegt, ist es nicht mehr möglich, die resultierende Lichtverteilung beliebig durch Ein- und Ausschalten individueller LEDs zu verändern.
Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige, effektive und effiziente Möglichkeit vorzuschlagen, um die Farbe einer Matrix-Halbleiterlichtquelle zu verändern.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ausgehend von dem Leuchtmittel der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass das Leuchtmittel ein ansteuerbares optisches Element aufweist, dessen Transmissions- bzw. Reflexionseigenschaften durch die Ansteuerung veränderbar sind und das in der Lichtaustrittsrichtung den Konverterelementen der Halbleiter-Lichtquellen nachgeordnet ist. Das optische Element ist ausgebildet, in Abhängigkeit von der Ansteuerung einen Teil des additiv farbgemischten Lichts zurück auf mindestens eines der Konverterelemente zu reflektieren. Vorteilhafterweise ist das mindestens eine Konverterelement ferner ausgebildet, zumindest einen Teil des Lichts des ersten Wellenlängenbereichs aus dem zurückreflektierten Teil des additiv farbgemischten Lichts in Licht des anderen Wellenlängenbereichs zu konvertieren und wieder in Lichtaustrittsrichtung zu reflektieren. Vorzugsweise hat das optische Element für den nicht auf das mindestens eine Konverterelement zurückreflektierten Teil des additiv farbgemischten Lichts transparente Eigenschaften, so dass dieser Teil des Lichts durch das optische Element hindurchtritt.
Mit Hilfe des schaltbaren bzw. ansteuerbaren optischen Elements ist es möglich, einen einstellbaren Anteil des in der Lichtaustrittsrichtung ausgesandten additiv farbgemischten Lichts in die entgegengesetzte Richtung wieder zurück auf die Konverterelemente zu reflektieren. Der restliche Anteil des additiv farbgemischten Lichts tritt durch das optische Element hindurch und dient zur Erzeugung einer resultierenden Lichtverteilung des Leuchtmittels. Von dem zurückreflektierten Teil des additiv farbgemischten Lichts wird ein Teil des Lichts des ersten Wellenlängenbereichs von dem Konverterelement, auf das es trifft, in Licht des anderen Wellenlängenbereichs konvertiert und wieder in Lichtaustrittsrichtung in Richtung des optischen Elements reflektiert. Auf diese Weise wird der Anteil des Lichts des anderen Wellenlängenbereichs in dem durch das optische Element hindurchtretenden Licht, das zur Erzeugung der resultierenden Lichtverteilung des Leuchtmittels dient, größer als er ohne das optische Element wäre, sodass das durch das optische Element hindurchtretende Licht eine entsprechende Farbänderung erfährt. Durch eine geeignete Ansteuerung des optischen Elements kann der Grad der Farbänderung eingestellt werden.
In Abhängigkeit von der Ansteuerung des optischen Elements kann es quasi stufenlos zwischen stark reflektierend und voll transparent geschaltet werden. Das optische Element ist vorzugsweise in Lichtaustrittsrichtung sehr dicht hinter den Austrittsflächen der Konverterelemente angeordnet. Besonders bevorzugt ist ein Abstand zwischen den Austrittsflächen der Konverterelemente und einer Eintrittsfläche des optischen Elements von < 100 µm, vorzugsweise von < 50 µm. Aufgrund des geringen Abstands zwischen den Konverterelementen und dem ansteuerbaren optischen Element hat die Anordnung des optischen Elements kaum Auswirkungen auf den Abstand zwischen einer Lichtaustrittsfläche des Leuchtmittels und einer eventuell nachgeordneten Projektionsoptik (in der Regel zwischen 20 und 40 mm), sodass die Änderung des Abstands vernachlässigbar ist. Durch Anlegen einer Spannung an das optische Element kann der Anteil des durch das optische Element reflektierten bzw. transmittierten Lichts verändert werden. Wenn die Reflexion erhöht wird, wird ein größerer Teil des additiv farbgemischten Lichts auf die Konverterelemente der Halbleiterlichtquellen zurück reflektiert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass das optische Element als eine steuerbare Schicht ausgebildet ist, deren Transmissions- bzw. Reflexionseigenschaften durch Variieren einer angelegten elektrischen Spannung oder eines angelegten elektrischen Stroms veränderbar sind. Optische Elemente, deren Reflexions- bzw. Transmissionsverhalten durch Anlegen einer Spannung verändert werden kann, sind an sich aus anderen technischen Gebieten bekannt (vgl. bspw. US 2014/ 226 096 A1 und EP 3 279 723 A1 ). Sie werden bspw. für schaltbare Fenster (smart Windows) als Blick-, Wärme- und/oder Sonnenschutz eingesetzt. In dem schaltbaren optischen Element ist beispielsweise eine Flüssigkeitsschicht (z.B. Flüssigkristalle) zwischen zwei elektrisch leitenden Glasplatten eingebracht. Durch Anlegen einer Spannung von wenigen Volt wird zwischen den Glasplatten ein elektrisches Feld erzeugt, welches die ursprünglich isotrope Flüssigkeitsschicht in eine anisotrope Schicht verwandelt, an der das durchtretende Licht zumindest teilweise reflektiert wird. Neben einer Flüssigkristall-Schicht können auch elektrophoretische und elektrochromatische Schichten eingesetzt werden.
Die elektrochromatische Schicht enthält Materialien, die sich durch elektrochemische Reduktion/ Oxidation verfärben bzw. entfärben. Durch Anlegen einer Spannung an Elektroden zwischen denen die elektrochromatischen Materialien angeordnet können die Reduktions-/ Oxidations-Prozesse und damit die optischen Eigenschaften gezielt gesteuert werden. Die Elektroden bestehen üblicherweise aus dem durchsichtigen Material Indiumzinoxid (ITO).
Es ist ferner denkbar, dass die Transmissions- bzw. Reflexionseigenschaften des optischen Elements wellenlängenselektiv sind, d.h. es wird insbesondere Licht eines bestimmten Wellenlängenbereichs stärker reflektiert als Licht eines anderen Wellenlängenbereichs. Durch die Ansteuerung des optischen Elements wird ein Grad der Transmission bzw. Reflexion, vorzugsweise jedoch nicht ein effektiver Wellenlängenbereich, in dem transmittiert bzw. reflektiert wird, verändert. Dadurch kann bspw. erreicht werden, dass nicht ein Teil des gesamten additiv farbgemischten Lichts, sondern nur ein Teil eines bestimmten Wellenlängenbereichs, bspw. nicht konvertiertes blaues Licht, auf das mindestens eine Konverterelement zurückreflektiert wird. Für das Licht eines anderen Wellenlängenbereichs, bspw. für konvertiertes gelbes Licht, ist das optische Element im Wesentlichen transparent.
Das Leuchtelement einer Halbleiterlichtquelle kann bspw. als ein Laser ausgebildet sein, der Licht des ersten Wellenlängenbereichs auf das Konverterelement abstrahlt, welches einen Teil des Lichts in Licht des zweiten Wellenlängenbereichs konvertiert. In diesem Fall würde das Leuchtelement gewissermaßen ein Array von vielen Mini-Lasern umfassen.
Bevorzugt sind die Halbleiterlichtquellen als Leuchtdioden (LEDs) zum Aussenden von weißem Licht ausgebildet, wobei das Leuchtelement einer LED vorzugsweise InGaN umfasst und blaues Licht in dem ersten Wellenlängenbereich von 450 - 490 nm ausstrahlt. Das Konverterelement umfasst dann vorzugsweise Phosphor, sodass ein Teil des blauen Lichts in gelbes Licht des anderen Wellenlängenbereichs von 560 bis 590 nm umgewandelt wird. Das weiße Licht ergibt sich durch eine additive Farbmischung von unkonvertiertem blauem Licht und konvertiertem gelbem Licht.
Der blaue Anteil des durch das optische Element zurückreflektierten weißen Lichts wird von dem Konverterelement teilweise in gelbes Licht umgewandelt und größtenteils (z.B. zu über 80%) wieder in Lichtaustrittsrichtung zurückgestrahlt. Dadurch wird die Farbe des Lichts gezielt verändert. Durch die Erhöhung der Reflexion erhält das weiße Licht einen höheren Gelbanteil.
Um ein Übersprechen von Licht einer Halbleiterlichtquelle auf eine andere, insbesondere eine benachbarte Halbleiterlichtquelle zu verhindern, wird gemäß einer Weiterbildung vorgeschlagen, dass das optische Element ausgebildet ist, je nach Ansteuerung zumindest einen Teil der resultierenden Lichtverteilung zurück auf dasjenige oder diejenigen Konverterelemente zu reflektieren, von dem bzw. denen der zurückreflektierte Teil des additiv farbgemischten Lichts stammt. Demnach hat das optische Element vorzugsweise keine streuenden Eigenschaften. Nur so kann sichergestellt werden, dass durch Aktivieren oder Deaktivieren einzelner Halbleiterlichtquellen (auch wirklich nur) das entsprechende Pixel der resultierenden Lichtverteilung hell oder dunkel erscheint. Dies ist insbesondere in Fahrzeugscheinwerfern zur Realisierung einer Teilfernlichtverteilung und/oder einer Markierungslichtverteilung von großer Bedeutung, da ein Übersprechen von Licht auf eigentlich abgeschattete Pixel zu einer Blendung anderer Verkehrsteilnehmer führen würde.
Alternativ oder zusätzlich können zwischen den einzelnen Halbleiterlichtquellen des Leuchtmittels, insbesondere zwischen den Konverterelementen der Halbleiterlichtquellen, vorzugsweise in Lichtaustrittsrichtung über die Austrittsflächen der Konverterelemente überstehende seitliche Trennwände mit einer Flächenerstreckung im Wesentlichen parallel zu der Lichtaustrittsrichtung vorgesehen sein. Die Trennwände können auf ihren den Halbleiterlichtquellen bzw. den Konverterelementen zugewandten Seiten verspiegelt sein, um Licht, das ohne die Trennwände auf ein benachbartes Konverterelement treffen würde, auf das vorgesehene Konverterelement zu lenken.
Falls das optische Element streuende Eigenschaften hat, sollte das Element möglichst dicht über der LED Matrix angeordnet sein, so dass das gestreute Licht auf die Halbleiterlichtquelle fällt von der es abgestrahlt wurde. Bevorzugt ist in diesem Zusammenhang ein Abstand von < 50µm.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das optische Element in separat ansteuerbare Abschnitte unterteilt ist, die jeweils mindestens einem Konverterelement zugeordnet sind. Es ist denkbar, dass jeweils ein separat ansteuerbarer Abschnitt des optischen Elements nur einem Konverterelement einer Halbleiterlichtquelle zugeordnet ist. Es ist aber auch denkbar, dass jeweils ein separat ansteuerbarer Abschnitt des optischen Elements einer Gruppe von mehreren Konverterelementen von mehreren Halbleiterlichtquellen zugeordnet ist. Es ist ferner denkbar, dass die separat ansteuerbaren Abschnitte des optischen Elements zumindest zum Teil unterschiedlichen Anzahlen von Konverterelementen zugeordnet sind. Auf diese Weise ist es möglich, die Farbe von bestimmten Bereichen der resultierenden Lichtverteilung des Lichtmoduls individuell zu verändern, indem die Reflexions- bzw. Transmissionseigenschaften der verschiedenen Abschnitte des optischen Elements individuell eingestellt werden. Es wäre sogar denkbar, das optische Element matrixartig in separat ansteuerbare, der matrixartigen Anordnung der Halbleiterlichtquellen entsprechende Abschnitte zu unterteilen, so dass jeder einzelne Pixel der Lichtverteilung individuell eingestellt werden kann.
Zwischen den Konverterelementen der Halbleiterlichtquellen und dem ansteuerbaren optischen Element können eine oder mehrere Abbildungsoptiken, z.B. in Form von Sammellinsen, angeordnet sein. Vorzugsweise ist jedem der Konverterelemente eine eigene Abbildungsoptik zugeordnet, so dass sich ein Array vieler Abbildungsoptiken ergibt. Auch auf diese Weise kann ein Übersprechen von Licht einer Halbleiterlichtquelle auf die Konverterelemente von benachbarten Halbleiterlichtquellen verhindert werden. Durch Verwendung von Abbildungsoptiken kann zudem der Abstand zwischen einer Eintrittsfläche des optischen Elements und den Austrittsflächen der Konverterelemente auch größer als 100 µm gewählt werden.
Das erfindungsgemäße Leuchtmittel wird insbesondere in Scheinwerfern, Rückleuchten, sonstigen Leuchten von Kraftfahrzeugen und in Innenraumbeleuchtungseinrichtungen zum Ausleuchten des Innenraums eines Kraftfahrzeugs eingesetzt. Dabei kann das Kraftfahrzeug im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht nur ein Auto oder ein Lastwagen sein, sondern - anders als gemäß der Definition in der Straßenverkehrsordnung (StVO) - auch ein Zug, eine Straßenbahn, ein Boot, ein Schiff oder ein Flugzeug sein.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 einen erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugscheinwerfer;
2 ein erfindungsgemäßes Leuchtmittel mit einer Projektionsoptik, ohne eine an dem optischen Element anliegende Spannung; und
3 das Leuchtmittel aus 2 mit mehr Details und mit einer an dem optischen Element anliegenden Spannung.

In 1 ist ein erfindungsgemäßer Scheinwerfer für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Autos oder Lastkraftwagen, in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 101 bezeichnet. Entsprechende Scheinwerfer können jedoch auch in Zügen, Straßenbahnen, Booten, Schiffen oder Flugzeugen eingesetzt werden. Der Scheinwerfer 101 umfasst ein Gehäuse 102, das vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt ist. In einer Lichtaustrittsrichtung 103 weist das Scheinwerfergehäuse 102 eine Lichtaustrittsöffnung auf, die durch eine transparente Abdeckscheibe 104 verschlossen ist. Die Abdeckscheibe 104 ist aus farblosem Kunststoff oder Glas gefertigt. Die Scheibe 104 kann ohne optisch wirksame Profile als sogenannte klare Scheibe ausgebildet sein. Alternativ kann die Scheibe 104 zumindest bereichsweise mit optisch wirksamen Profilen (z.B. Zylinderlinsen oder Prismen) versehen sein, die eine Streuung des hindurchtretenden Lichts, vorzugsweise in horizontaler Richtung bewirken. Der Scheinwerfer 101 ist zum Einbau an einer Anbauseite eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Zwei der gezeigten Scheinwerfer 101, die an verschiedenen Anbauseiten des Kraftfahrzeugs angeordnet sind, bilden eine erfindungsgemäße Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung. Dabei sind die an unterschiedlichen Anbauseiten eingebauten Scheinwerfer 101 bezüglich ihres allgemeinen geometrischen äußeren Erscheinungsbildes vorzugsweise spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildet.
Im Inneren des Scheinwerfergehäuses 102 sind in dem dargestellten Beispiel zwei Lichtmodule 105, 106 angeordnet. Die Lichtmodule 105, 106 sind fest oder relativ zu dem Gehäuse 102 bewegbar angeordnet. Durch eine Relativbewegung der Lichtmodule 105, 106 zum Gehäuse 102 in horizontaler Richtung kann eine dynamische Kurvenlichtfunktion realisiert werden. Bei einer Bewegung der Lichtmodule 105, 106 um eine horizontale Achse, also in vertikaler Richtung, kann eine Leuchtweitenregelung realisiert werden. Selbstverständlich können in dem Scheinwerfergehäuse 102 auch mehr oder weniger als die dargestellten zwei Lichtmodule 105, 106 vorgesehen sein. Eines oder mehrere der Lichtmodule 105, 106 des Scheinwerfers 101 können ein erfindungsgemäßes Leuchtmittel als Lichtquelle aufweisen, das nachfolgend noch im Detail erläutert wird.
Das Lichtmodul 105 kann zur Erzeugung unterschiedlicher Lichtverteilungen ausgebildet sein, bspw. eines Abblendlichts, eines Fernlichts und eines Teilfernlichts oder von Teilen davon (z.B. eines Abblendlichtgrundlichts, eines Abblendlichtspots, eines Fernlichtgrundlichts, eines Fernlichtspots etc.). Es ist denkbar, dass sich die Lichtverteilungen der Lichtmodule 105, 106 zu der resultierenden Lichtverteilung des Scheinwerfers 101 ergänzen. Es ist ferner denkbar, dass sich die Lichtverteilungen der Lichtmodule von an verschiedenen Anbauseiten des Kraftfahrzeugs angeordneten Scheinwerfern 101 zu der resultierenden Lichtverteilung der Beleuchtungsanordnung umfassend beide Scheinwerfer 101 ergänzen.
An der Außenseite des Scheinwerfergehäuses 102 ist ein Steuergerät 107 in einem Steuergerätegehäuse 108 angeordnet. Selbstverständlich kann das Steuergerät 107 auch an einer beliebig anderen Stelle des Scheinwerfers 101 angeordnet sein. Insbesondere kann für jedes der Lichtmodule 105, 106 ein eigenes Steuergerät vorgesehen sein, wobei die Steuergeräte integraler Bestandteil der Lichtmodule 105, 106 sein können. Selbstverständlich kann das Steuergerät 107 auch entfernt von dem Scheinwerfer 101, bspw. im Motorraum des Kraftfahrzeugs, angeordnet sein. Das Steuergerät 107 dient zur Steuerung und/oder Regelung der Lichtmodule 105, 106 bzw. von Teilkomponenten der Lichtmodule 105, 106, wie beispielsweise von Leuchtmitteln der Lichtmodule 105, 106. Die Ansteuerung der Lichtmodule 105, 106 bzw. der Teilkomponenten durch das Steuergerät 107 erfolgt über Verbindungsleitungen 110, die in 1 durch eine gestrichelte Linie lediglich symbolisch dargestellt sind. Über die Leitungen 110 kann auch eine Versorgung der Lichtmodule 105, 106 mit elektrischer Energie erfolgen. Die Leitungen 110 sind aus dem Inneren des Scheinwerfers 101 durch eine Öffnung im Scheinwerfergehäuse 102 in das Steuergerätegehäuse 108 geführt und dort an die Schaltung des Steuergerätes 107 angeschlossen. Falls Steuergeräte als integraler Bestandteil der Lichtmodule 105, 106 vorgesehen sind, können die Leitungen 110 und kann die Öffnung in dem Scheinwerfergehäuse 102 entfallen. Das Steuergerät 107 umfasst ein Steckerelement 109 zum Anschluss eines Verbindungskabels zu einer übergeordneten Steuereinheit (z.B. in Form einer sog. Body Controller Unit) und/oder einer Energiequelle (z.B. in Form der Fahrzeugbatterie).
2 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Leuchtmittel 1, wie es bspw. in den Lichtmodulen 105, 106 eingesetzt werden kann. Das Leuchtmittel 1 umfasst mehrere matrixartig in mehreren Reihen und Spalten angeordnete Halbleiterlichtquellen 2, die in diesem Beispiel als LEDs ausgebildet sind. Somit kann das Leuchtmittel 1 auch als Matrix-LED bezeichnet werden. Das Leuchtmittel 1 sendet in diesem Beispiel weißes Licht aus. In dem Beispiel ist in dem Strahlengang des Leuchtmittels 1 eine Projektionsoptik 5 angeordnet, die hier zwei hintereinander angeordnete Linsen umfasst. Alternativ kann die Projektionsoptik 5 auch ein Mikrolinsenarray, einen Reflektor oder ein Mikroreflektorarray umfassen. Die Projektionsoptik 5 bildet die Lichtverteilung, die sich an einer Lichtaustrittsfläche des Leuchtmittels 1 ergibt, auf einer Fahrbahn vor dem mit dem Scheinwerfer 101 ausgestatteten Fahrzeug ab. Falls das Leuchtmittel 1 in einem Kraftfahrzeug als Innenraumbeleuchtungseinrichtung zur Ausleuchtung des Innenraums eingesetzt wird, kann die Projektionsoptik 5 die Lichtverteilung, die sich an einer Lichtaustrittsfläche des Leuchtmittels 1 ergibt, auf beliebige Bereiche in dem Innenraum lenken.
Die matrixartig angeordneten LEDs 2 senden Licht 6 eines ersten blauen Wellenlängenbereichs aus. Auf jeder einzelnen LED 2 sitzt ein Konverterelement 3, das einen Teil (z.B. etwa 66%) des blauen Lichts 6 der LEDs 2 in Licht 7 eines zweiten gelben Wellenlängenbereichs konvertiert. Der verbleibende Anteil (z.B. etwa 33%) an unkonvertiertem blauem Licht 8 und der Anteil an konvertiertem gelben Licht 7 ergeben zusammen durch additive Farbmischung weißes Licht, das zur Erzeugung der resultierenden Lichtverteilung des Leuchtmittels 1 dient. In einem Abstand 10 zu den Austrittsflächen der Konverterelemente 3 ist ein ansteuerbares bzw. schaltbares optisches Element 4 im Strahlengang angeordnet. Vorzugsweise ist das optische Element 4 möglichst dicht an den Austrittflächen der Konverterelemente 3 angeordnet. Das optische Element 4 wirkt im ausgeschalteten Zustand, d.h. ohne Ansteuerung, wie eine Glasplatte und ist für weißes Licht transparent.
Durch Anlegen einer Spannung an das optische Element 4 (vgl. 3) wird ein Teil des auftreffenden Lichts durch eine aktive Schicht 4a des optischen Elements 4 zurück auf die Konverterelemente 3 reflektiert (z.B. zwischen >0 und 10% Reflexion). Für den Teil des Lichts, der nicht zurück auf die Konverterelemente 3 reflektiert wird, hat das optische Element 4 vorzugsweise transparente Eigenschaften, d.h. dieser Teil des Lichts transmittiert durch das optische Element 4. Die aktive Schicht 4a ist bspw. eine Flüssigkristall-Schicht, eine elektrophoretische Schicht oder eine elektrochromatische Schicht. Nachfolgend wird beispielhaft von einer Reflexion an dem optischen Element 4 von 10% ausgegangen. Das bedeutet, dass das optische Element 4 einen Anteil 8b von 3,3% (33% x 10%) an blauem Licht 8 und einen Anteil 7b von 6,6% (66% x 10%) an gelbem Licht 7 auf das Konverterelement 3 zurückreflektiert. Der blaue Anteil 8b des reflektierten Lichts wird zum überwiegenden Teil (z.B. wiederum etwa 66%) in gelbes Licht umgewandelt, so dass zusätzlich 2,178% (3,3% x 66%) an gelbem Licht vorhanden sind. Von diesem Anteil werden bspw. 80% wieder zurück in Richtung optisches Element 4 reflektiert, so dass sich ein zusätzlicher Anteil an gelbem Licht von 1,7424% (2,178% x 80%) ergibt.
Durch die Erhöhung des gelben Anteils wird der Gesamtlichtstrom (Summe aus dem gelbem Lichtanteil 7a und blauem Lichtanteil 8a) gelblicher. Das heißt der Farbton des Lichts der resultierenden Lichtverteilung des Lichtmoduls 1 verändert sich von ursprünglich weiß (ohne das optische Element 4) in Richtung gelblich (mit dem optischen Element 4).
Damit das Prinzip funktioniert, sollte das optische Element 4 ausgebildet sein, das auftreffende Licht 7, 8 jeweils auf dasjenige Konverterelement 3 zurückzureflektieren, wo es seinen Ursprung hatte, d.h. das optische Element 4 sollte das auftreffende Licht 7, 8 beim Reflektieren nach Möglichkeit nicht streuen. Ferner ist es in diesem Zusammenhang vorteilhaft, wenn das optische Element 4 möglichst nah an den Konverterelementen 3 der LEDs 2 angeordnet ist. Es wird vorgeschlagen, dass der Abstand 10 in der Größenordnung der Abmessungen der Lichtaustrittsfläche eines Konverterelements 3 einer LED 2, also typischerweise bei < 50 µm, liegt. Dadurch wird erreicht, dass das zurückreflektierte Licht 7b, 8b immer auf das ursprüngliche Konverterelement 3 zurückfällt und so bei entsprechender Ansteuerung einzelner LEDs 2 weiterhin einzelne Pixel der resultierenden Lichtverteilung individuell abgedunkelt bzw. eingeschaltet werden können, ohne dass dies Auswirkungen auf benachbarte Pixel hätte.
Obwohl die vorliegende Erfindung an dem Beispiel einer einzelnen LED 2 gezeigt wurde, funktioniert das Prinzip für alle aktivierten LEDs 2 dementsprechend. Die Farbe des Lichts 7a, 8a von allen LEDs 2 ist somit gleich. Durch das optische Element 4 ergibt sich ein etwas anderer Abstand einer Lichtaustrittsfläche des Lichtmoduls 1 zu der Projektionsoptik 5, da die Lichtaustrittsfläche nun nicht mehr durch die Austrittsflächen der Konverterelemente 3, sondern durch die Austrittsfläche des optischen Elements 4 gebildet wird und etwas näher an die Projektionsoptik 5 gerückt ist. Die Änderung des Abstands zur Projektionsoptik 5, der typischerweise zwischen 20 und 40 mm beträgt, ist jedoch vernachlässigbar und hat kaum Auswirkungen auf die mittels der Projektionsoptik 5 auf der Fahrbahn vor dem Fahrzeug abgebildete Lichtverteilung. Es ist also egal, ob das auf die Projektionsoptik 5 auftreffende Licht von den Konverterelementen 3 oder von dem optischen Element 4 kommt.
Der Abstand 10 zwischen dem optischen Element 4 und den Konverterelementen 3 der LEDs 2 kann auch etwas größer also oben angegeben sein, insbesondere wenn zwischen den beiden Bauteilen 3, 4 mindestens eine abbildende Optik (nicht dargestellt) positioniert ist. Ferner wäre es denkbar, das optische Element 4 in mehrere einzeln ansteuerbare Abschnitte (nicht dargestellt) zu unterteilen, die jeweils mindestens einem Konverterelement 3 einer LED 2 zugeordnet sind. Es wäre sogar denkbar, dass jedem der Konverterelemente 3 ein separater eigener Abschnitt des optischen Elements 4 zugeordnet ist, so dass das optische Element 4 die gleiche Pixelstruktur wie die Matrix-LED 1 besitzt. Auf diese Weise kann die Farbe jedes einzelnen Pixels der resultierenden Lichtverteilung individuell variiert werden.
Die Erfindung wurde oben für ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem das optische Element 4 ausgebildet ist und angesteuert wird, damit der Gelbanteil im Licht der resultierenden Lichtverteilung des Leuchtmittels 1 erhöht wird. Ebenso ist es denkbar, dass bei entsprechender Ausgestaltung und Ansteuerung des optischen Elements 4 der Blauanteil erhöht wird. Des Weiteren wäre es denkbar, dass das optische Element 4 ausgebildet ist, einen Teil des auftreffenden Lichts 7, 8 wellenselektiv zurück auf das mindestens eine Konverterelement 3 zu reflektieren. Anders als in dem beschriebenen Beispiel, wo blaues und gelbes Licht 7b, 8b zurückreflektiert wird, würde dann hauptsächlich oder sogar nur gelbes Licht 7b oder nur blaues Licht 8b auf das Konverterelement 3 zurückreflektiert werden. Vorzugsweise würde in dem beschriebenen Beispiel nur blaues Licht 8b wellenlängenselektiv zurückreflektiert werden, wohingegen das gelbe Licht 7 vollständig transmittiert würde. Der zurückreflektierte gelbe Lichtanteil 7b wäre also Null oder nahezu Null und der transmittierte gelbe Lichtanteil 7a wäre gleich oder nahezu gleich dem auf das optische Element 4 auftreffenden gelben Lichtanteil 7.
Schließlich wird noch angemerkt, dass die Erfindung anhand einer Matrix-LED 1 beschrieben wurde, deren LEDs 2 blaues Licht 6 erzeugen und deren Konverterelemente 3 das blaue Licht 6 teilweise in gelbes Licht 7 umwandeln, sodass eine additive Farbmischung des unkonvertierten blauen Lichts 8 und des konvertierten gelben Lichts 7 weißes Licht ergibt. Selbstverständlich kann die Erfindung auch bei anders ausgebildeten Matrix-Halbleiterlichtquellen realisiert werden, wobei jede Halbleiterlichtquelle ein Leuchtelement 2 zur Erzeugung von Licht eines ersten Wellenlängenbereichs und ein Konverterelement 3 zur Umwandlung eines Teils des von dem Leuchtelement 2 erzeugten Lichts in Licht eines anderen Wellenlängenbereichs umfasst, so dass sich das Licht der resultierenden Lichtverteilung des Leuchtmittels 1 durch additive Überlagerung des Lichts der beiden Wellenlängenbereiche ergibt. So könnten die Leuchtelemente 2 bspw. auch UV-Licht und die Konverterelemente 3 bspw. auch grünes oder rotes Licht erzeugen, das sich mit dem blauen oder UV-Licht der Leuchtelemente 3 mischt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2014/226096 A1 [0013]
EP 3279723 A1 [0013]

Claims

Leuchtmittel (1) zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, das Leuchtmittel (1) umfassend mehrere matrixartig in mindestens einer Reihe und/oder mindesten einer Spalte angeordnete separat ansteuerbare Halbleiter-Lichtquellen, die jeweils ein ansteuerbares Leuchtelement (2) zum Aussenden von Licht (6) eines ersten Wellenlängenbereichs und ein Konverterelement (3) aufweisen, auf das zumindest ein Teil des von dem Leuchtelement (2) ausgesandten Lichts (6) trifft und das zumindest einen Teil des auftreffenden Lichts (6) des ersten Wellenlängenbereichs in Licht (7) eines anderen Wellenlängenbereichs konvertiert, wobei sich in einer Lichtaustrittsrichtung (9) des Leuchtmittels (1) nach den Konverterelementen (3) der Halbleiter-Lichtquellen eine additive Farbmischung des nicht konvertieren Lichts (8) des ersten Wellenlängenbereichs und des konvertierten Lichts (7) des anderen Wellenlängenbereichs ergibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmittel (1) ein ansteuerbares optisches Element (4) aufweist, dessen Transmissions- bzw. Reflexionseigenschaften durch die Ansteuerung veränderbar sind und das in der Lichtaustrittsrichtung (9) den Konverterelementen (3) der Halbleiter-Lichtquellen nachgeordnet ist, wobei das optische Element (4) ausgebildet ist, in Abhängigkeit von der Ansteuerung einen Teil des additiv farbgemischten Lichts (7, 8) zurück auf mindestens eines der Konverterelemente (3) zu reflektieren (7b, 8b).
Leuchtmittel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Konverterelement (3) ausgebildet ist, zumindest einen Teil des Lichts des ersten Wellenlängenbereichs aus dem zurückreflektierten Teil (7b, 8b) des additiv farbgemischten Lichts (7, 8) in Licht des anderen Wellenlängenbereichs zu konvertieren und wieder in Lichtaustrittsrichtung (9) zu reflektieren.
Leuchtmittel (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (4) ausgebildet ist, je nach Ansteuerung zumindest einen Teil des additiv farbgemischten Lichts (7, 8) zurück auf dasjenige oder diejenigen Konverterelemente (3) zu reflektieren, von dem bzw. denen der zurückreflektierte Teil (7b, 8b) des additiv farbgemischten Lichts (7, 8) stammt.
Leuchtmittel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transmissions- bzw. Reflexionseigenschaften des optischen Elements (4) wellenlängenselektiv sind, wobei durch die Ansteuerung des optischen Elements (4) ein Grad der Transmission bzw. Reflexion, nicht jedoch ein effektiver Wellenlängenbereich, in dem transmittiert bzw. reflektiert wird, veränderbar ist.
Leuchtmittel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (4) als eine steuerbare Schicht ausgebildet ist, deren Transmissions- bzw. Reflexionseigenschaften durch Variieren einer angelegten elektrischen Spannung oder eines angelegten elektrischen Stroms veränderbar sind.
Leuchtmittel (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (4) eine Flüssigkristall-Schicht, eine elektrophoretische Schicht oder eine elektrochromatische Schicht aufweist.
Leuchtmittel (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochromatische Schicht Wolframoxid (WO₃), Vanadiumoxid (V₂O₅), Indiumzinnoxid, Niob-Oxid, 3,4-Polyethylendioxythiophen (PEDOT) und/oder Polyanilin (PAni, ORMECON) umfasst.
Leuchtmittel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (4) in separat ansteuerbare Abschnitte unterteilt ist, die jeweils mindestens einem Konverterelement (3) zugeordnet sind.
Leuchtmittel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (4) in der Lichtaustrittsrichtung (9) unmittelbar nach den Konverterelementen (3) angeordnet ist, wobei ein Abstand (10) zwischen Austrittsflächen der Konverterelemente (3) der Halbleiter-Lichtquellen und einer Lichteintrittsfläche des optischen Elements (4) < 100 µm, vorzugsweise < 50 µm, beträgt.
Leuchtmittel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmittel (1) zur Verwendung in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer (101) zur Erzeugung einer Teilfernlichtverteilung oder einer Markierungslichtverteilung ausgebildet ist.
Leuchtmittel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmittel (1) zur Verwendung in einem Kraftfahrzeugrücklicht ausgebildet ist.
Leuchtmittel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmittel (1) zur Verwendung als Innenraumbeleuchtung eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist.
Kraftfahrzeugscheinwerfer (101) mit einem Leuchtmittel (1) zum Aussenden von Licht zur Erzeugung einer Teilfernlichtverteilung und/oder einer Markierungslichtverteilung, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftfahrzeugscheinwerfer (101) ein Leuchtmittel (1) nach Anspruch 10 aufweist, wobei die resultierende Lichtverteilung des Leuchtmittels (1) in der Lichtaustrittsrichtung (9) zur Erzeugung der Lichtverteilung des Scheinwerfers (101) dient.
Kraftfahrzeugscheinwerfer (101) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Lichtaustrittsrichtung (9) dem Leuchtmittel (1) nachgeordnet ein Projektionsoptikelement (5) angeordnet ist, welches die resultierende Lichtverteilung des Leuchtmittels (1) zur Erzeugung der Lichtverteilung des Scheinwerfers (101) auf eine Fahrbahn vor das mit dem Scheinwerfer (101) ausgestattete Kraftfahrzeug projiziert.
Innenraumbeleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Leuchtmittel (1) zum Aussenden von Licht zur Erzeugung einer variablen Ausleuchtung des Innenraums des Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenraumbeleuchtungseinrichtung ein Leuchtmittel (1) nach Anspruch 12 aufweist, wobei die resultierende Lichtverteilung des Leuchtmittels (1) in der Lichtaustrittsrichtung (9) zur Erzeugung der variablen Ausleuchtung des Innenraums dient.
Innenraumbeleuchtungseinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der Lichtaustrittsrichtung (9) dem Leuchtmittel (1) nachgeordnet ein Projektionsoptikelement (5) angeordnet ist, welches die resultierende Lichtverteilung des Leuchtmittels (1) zur Erzeugung der variablen Ausleuchtung des Innenraums auf bestimmte Positionen im Innenraum des Fahrzeugs projiziert.