DE102018209074A1

DE102018209074A1 - Bestrahlungseinheit zur emission von strahlung

Info

Publication number: DE102018209074A1
Application number: DE102018209074.2A
Authority: DE
Inventors: Christian Gammer; Sergey Khrushchev
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2018-06-07
Filing date: 2018-06-07
Publication date: 2019-12-12

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bestrahlungseinheit (1) zur Emission von Strahlung, mit einer Pumpstrahlungseinheit (2) zur Emission einer Pumpstrahlung und einem beabstandet dazu angeordneten Konversionselement (3) zur zumindest teilweisen Spektralkonversion der Pumpstrahlung in eine Konversionsstrahlung (8), wobei die Pumpstrahlungseinheit (2) eine Mehrzahl arrayförmig angeordnete Laserquellen (4) aufweist, die jeweils zur Emission der Pumpstrahlung in Form eines Laserstrahlenbündels (7) vorgesehen sind, wobei die Laserquellen (4) für eine bereichsselektive Anregung des Konversionselements (3) zumindest gruppenweise selektiv betreibbar sind, und wobei die Laserquellen (4) ferner jeweils als Oberflächenemitter ausgebildet sind.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bestrahlungseinheit zur Emission von Strahlung, mit einer Pumpstrahlungseinheit und einem Konversionselement.
Stand der Technik
Bei Bestrahlungseinheiten der in Rede stehenden Art wird ein Konversionselement, auch als Leuchtstoffelement bezeichnet, mit Pumpstrahlung bestrahlt, welche dabei in eine Konversionsstrahlung anderer spektraler Zusammensetzung konvertiert wird. Die Pumpstrahlung kann bspw. blaues Licht sein, wobei dann, im Falle einer sog. Teilkonversion, anteilig nicht konvertiertes blaues Licht gemeinsam mit gelbem Licht als Konversionsstrahlung in Mischung Weißlicht ergeben kann. Die Pumpstrahlungseinheit, typischerweise ein Laser, und das Konversionselement sind zueinander beabstandet angeordnet, womit sich eine Bestrahlungseinheit hoher Strahl- bzw. Leuchtdichte realisieren lässt. Ein jüngeres Anwendungsgebiet ist die Straßenausleuchtung mit einem Kfz-Frontscheinwerfer, was den vorliegenden Gegenstand illustrieren, aber zunächst nicht in seiner Allgemeinheit beschränken soll.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine besonders vorteilhafte Bestrahlungseinheit anzugeben.
Dies wird erfindungsgemäß mit der Bestrahlungseinheit gemäß Anspruch 1 gelöst. Eine Besonderheit liegt dabei in der Ausgestaltung der Bestrahlungseinheit, die als Oberflächenemitter ausgebildete Laserquellen aufweist. Diese lassen sich zumindest gruppenweise selektiv betreiben, womit eine bereichsselektive Anregung des Konversionselements möglich ist. Von einem jeweiligen Oberflächenemitter bzw. dem davon emittierten Laserstrahlenbündel wird ein jeweiliger Bereich des Konversionselements angeregt, entsprechend wird aus diesem Bereich heraus ein Konversionsstrahlenbündel abgegeben. Das Konversionselement kann also bereichs- bzw. ortsselektiv angeregt werden und emittiert dann seinerseits aus einem entsprechend definierten Bereich heraus. Diese Ortsverteilung auf einer Abstrahlfläche des Konversionselements kann bspw. mit einer Optik in eine Raumwinkelverteilung umgesetzt werden, womit sich z. B. eine adaptive Beleuchtung realisieren lässt, etwa in einem Kfz-Frontscheinwerfer (siehe unten im Detail).
Ein Vorteil der als Oberflächenemitter ausgebildeten Laserquellen kann in diesem Zusammenhang zunächst in der erreichbaren Pixeldichte liegen. Mit den Oberflächenemittern lassen sich vergleichsweise viele Laserquellen pro Fläche unterbringen, was eine entsprechend feine Pixelierung der Anregung des Konversionselements und damit auch beleuchtungsseitig ergibt. Zudem lässt sich auch insgesamt eine adäquate Strahlungsleistung bzw. ein Lichtstrom erreichen, kann also aus einem Flächenelement, trotz der mitunter feingliedrigen Pixelierung, in Summe hinreichend Strahlung bzw. Licht emittiert werden, vergleiche die nachstehenden quantitativen Angaben.
Der vorliegende Ansatz zur Erzeugung einer Ortsverteilung auf dem Konversionselement bzw. einer Raumwinkelverteilung im Nah- oder Fernfeld geht dahin, nur die Laserquellen zu betreiben, in deren Bereichen bzw. Segmenten aktuell Strahlung bzw. Licht benötigt wird. Soll also bspw. ein bestimmter Bereich des Beleuchtungsfelds dunkel bleiben, etwa zur Vermeidung einer Blendung eines dort befindlichen Verkehrsteilnehmers (Kfz-Anwendung), so bleiben die zugeordneten Laserquellen inaktiv (sie werden jedenfalls nicht mit voller Leistung betrieben). Es wird anders ausgedrückt, nur dort Licht erzeugt, wo dieses auch benötigt wird. Dies kann gegenüber einem subtraktiven Verfahren, bei welchem die Ortsverteilung mit einem Flächenlichtmodulator (z. B. einem Mikrospiegel-Array) durch Ausblenden bestimmter Bereiche des Beleuchtungslichtkegels realisiert wird, eine verbesserte Energieeffizienz ermöglichen. Auch im Vergleich zu einem alternativ denkbaren, nicht-subtraktiven Verfahren, nämlich der Verwendung eines Arrays aus lichtemittierenden Dioden (LEDs), können die Laserquellen effizienter sein.
Bevorzugte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung, wobei bei der Darstellung der Merkmale nicht immer im Einzelnen zwischen Vorrichtungs- und Verfahrens- bzw. Verwendungsaspekten unterschieden wird; jedenfalls implizit ist die Offenbarung hinsichtlich sämtlicher Anspruchskategorien zu lesen. Werden bspw. die Vorteile der Bestrahlungseinheit in einer bestimmten Anwendung beschrieben, ist dies auch als Offenbarung einer entsprechenden Verwendung zu lesen.
Die vorliegend in Rede stehenden Oberflächenemitter werden auch als VCSEL bezeichnet (Vertical Cavity Surface Emitting Laser), im Folgenden wird auch von einem VCSEL-Array gesprochen. Einzelne VCSEL-Laserdioden emittieren heutzutage im mW-Bereich. Eine Variante des VCSEL-Lasers ist ein Vertical-External-Cavity-Surface-Emitting-Laser (VECSEL), dieser soll im Folgenden unter dem Begriff VCSEL subsummiert sein. VECSEL-Dioden können heute schon mit hohen Pulsleistungen im Watt-Bereich betrieben werden, sodass VECSEL-Arrays mehrere Hundert Watt Strahlungsleistung emittieren können.
Anders als bei einem Kantenemitter wird bei einem Oberflächenemitter die Strahlung gewinkelt bzw. senkrecht zur Chipebene emittiert, und es lässt sich mit gängigen Halbleiterprozessen auf dem Chip ein vergleichsweise dicht gepacktes Array an Laserdioden definieren, was umgekehrt eng gestaffelte Raumwinkelbereiche und damit eine gute Auflösung ergeben kann, auch die Leuchtdichte kann im Vergleich zu Kantenemittern höher sein. Zudem kann sich mit einem VCSEL-Array vorteilhafterweise auch ein einstückig gefertigtes 2D-Array realisieren lassen, siehe unten. Das VCSEL-Array kann derart vorgesehen sein, dass jede der Laserdioden von den anderen Quellen unabhängig angesteuert und damit in ihrer Leistung angepasst werden kann (im Allgemeinen können aber auch bereits durch die Verdrahtung auf der Chipebene einige der Laserdioden zu Gruppen zusammengefasst sein).
In der „arrayförmigen“ Anordnung können die Laserquellen im Allgemeinen auch nur in einer Dimension nebeneinander angeordnet sein, bspw. in einer Zeile. Bevorzugt ist eine matrixförmige Anordnung, in Zeilen und Spalten. Diese können regelmäßig bzw. äquidistant vorgesehen sein, was aber nicht zwingend ist. Unterschiedliche Abstände können sogar bevorzugt sein, siehe unten im Detail.
Bereits aktuell kommerziell verfügbare VCSEL-Arrays haben Pixeldichten von deutlich über 100 Pixel/mm², es sind sogar mehr als 150 Pixel/mm² möglich. Mit einem LED-Array lassen sich hingegen deutlich kleinere Pixeldichten erreichen, typischerweise von nur rund 60 Pixel/mm². Dabei ist die Entwicklung im LED-Bereich bereits weiter vorangeschritten, ist also für VCSEL-Arrays künftig eine stärkere Miniaturisierung und auch Effizienzverbesserung zu erwarten.
In bevorzugter Ausgestaltung sind die Oberflächenemitter auf einem gemeinsamen, also demselben Substrat vorgesehen. Hierbei ist insbesondere eine Integration auf ChipEbene möglich, das Substrat kann bevorzugt ein Halbleiter-Substrat sein. Letzteres ist aber im Allgemeinen nicht zwingend, in der Pumpstrahlungseinheit können bspw. auch mehrere Chips, auf denen jeweils ein Teil der Oberflächenemitter vorgesehen ist, zusammengefasst werden, etwa auf einem Submount bzw. Kühlkörper. Mit der Integration auf Halbleiter-Ebene, wenn also das gesamte Array auf einem Wafer hergestellt bzw. prozessiert wird, lässt sich eine hohe Genauigkeit in der Relativanordnung der Laserquellen erreichen. Dies kann bspw. eine nachgelagerte Justage vereinfachen, etwa des Konversionselements selbst oder einer diesem zugeordneten Optik (siehe unten). Ferner lassen sich die Laserquellen auf Wafer-Ebene auch vergleichsweise einfach und damit kostengünstig testen (Wafer-Prober, weniger aufwendig als Test auf Bauteilebene) .
Würde man das Array hingegen aus Kantenemittern aufbauen, müssten diese nicht nur jeweils für sich gehandhabt und gegebenenfalls auch gehäust werden, sondern müsste auch jedes einzelne Bauteil (jede Laserquelle) für sich einjustiert werden. Dies kann insbesondere in einer Massenfertigung erheblich Kosten bedeuten. Das VCSEL-Array kann auch eine gewisse Skalierbarkeit eröffnen, also eine gewisse Unabhängigkeit des Designs von der Pixeldichte bzw. Fläche des Arrays.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Abstand zwischen dem VCSEL-Array und dem Konversionselement mindestens 20 µm, wobei mindestens 50 µm bzw. 80 µm weiter und besonders bevorzugt sind. Der Abstand wird zwischen der Einstrahlfläche des Konversionselements und dem jeweiligen Oberflächenemitter genommen, und zwar als kleinster Abstand zwischen dessen Emissionsfläche und der Einstrahlfläche des Konversionselements. Vorteilhafte Obergrenzen, die im Allgemeinen auch von den Untergrenzen unabhängig von Interesse sein können und offenbart sein sollen, liegen bei in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt höchstens 200 µm, 150 µm bzw. 120 µm.
Wie nachstehend im Einzelnen erläutert, kann zum einen über den Abstand zwischen Array und Konversionselement und zum anderen über den Abstand zwischen den Laserquellen untereinander eingestellt werden, inwiefern die Konversionsstrahlenbündel, also letztlich die einzelnen „Pixel“ beleuchtungsseitig überlappen. Dabei geht auch die Divergenz der Laserstrahlenbündel ein, die typischerweise im Bereich einiger Grad oder auch höher liegen kann (der halbe Öffnungswinkel kann bspw. mindestens 5° und nicht mehr als 30° bzw. 20° betragen). Je näher bei gegebener Divergenz die Laserquellen aneinander gebracht und/oder je weiter das Konversionselement von den Laserquellen weg gebracht werden, desto ausgeprägter (größer) der Überlapp, vergleiche auch 1 zur Illustration. Mit dem erfindungsgemäßen Gegenstand kann ein guter Ausgleich zwischen hinreichend abgegrenzten Pixeln einerseits und einer insgesamt homogenen Beleuchtung andererseits erreicht bzw. eingestellt werden.
Generell durchsetzt die Pumpstrahlung dem Konversionselement vorgelagert bevorzugt ein Fluidvolumen, insbesondere ein Gasvolumen. Dieses kann luftgefüllt sein, es ist aber auch eine Füllung mit einem Inertgas möglich, bspw. um Degradationsprozessen vorzubeugen. Generell trifft die Pumpstrahlung der Emissionsfläche des jeweiligen Oberflächenemitters nachgelagert bevorzugt brechungsfrei auf das Konversionselement, gibt es also dazwischen keine Linse oder dergleichen. Die Abstände sind vorteilhafterweise so angepasst, dass keine gesonderte Lichtführung erforderlich ist.
Ganz allgemein wird das Konversionselement bevorzugt in Teilkonversion betrieben, wird also austrittsseitig nicht nur die Konversionsstrahlung, sondern auch anteilig nichtkonvertierte Pumpstrahlung genutzt. Die Laserstrahlenbündel, also der jeweilig nichtkonvertierte Teil davon, werden hierbei in dem Konversionselement typischerweise aufgefächert, bspw. aufgrund von Streuprozessen. Austrittsseitig liegt der nichtkonvertierte Anteil der Pumpstrahlung dann mit einer ähnlichen Winkelverteilung wie die Konversionsstrahlung vor, die von dem Leuchtstoff des Konversionselements typischerweise Lambertsch abgegeben wird.
Der Begriff „Leuchtstoff“ kann sich auch auf eine Mischung mehrerer Einzel-Leuchtstoffe beziehen, die bspw. jeweils Konversionsstrahlung mit unterschiedlichen spektralen Eigenschaften emittieren. Geeignete Leuchtstoffe können bspw. oxidische oder (oxi-)nitridische Materialien, wie Granate, Orthosilikate, Nitrido(alumo)silikate, Nitridoorthosilikate oder Halogenide oder Halophosphate aufweisen. Konkrete Beispiele können dotierte Yttrium-Aluminium-Granate wie YAG:Ce, dotierte Lutetium-Aluminium-Granat wie LuAG:Ce, dotierte Siliziumnitrid-Materialien wie Eu-dotiertes CaAlSiN3 oder dergleichen sein. Dotiermaterialien können generell bspw. Ce, Tb, Eu, Yb, Pr, Tm und/oder Sm sein. Weiterhin sind auch zusätzliche Dotierungen möglich, also Co-Dotierungen.
Besonders bevorzugt kann ein Konversionselement mit Cerdotiertem Yttrium-Aluminium-Granat (YAG:Ce) sein, insbesondere mit YAG:Ce als einzigem Leuchtstoff. Mit dessen gelber Konversionsstrahlung kann sich bei einer Teilkonversion in Mischung mit anteilig nicht konvertierter blauer Pumpstrahlung dann Weißlicht ergeben. Ganz allgemein ist die Konversion bevorzugt eine Down-Konversion, hat die Konversionsstrahlung also eine längere Wellenlänge (geringere Energie) als die Pumpstrahlung. Das Konversionselement kann mit einer lokal bzw. bereichsweise variierenden Dicke gefasst sein, z. B. zur Einstellung unterschiedlicher Farbtemperaturen. Andererseits kann aber auch ein Konversionselement mit über seine Erstreckung konstanter Dicke Einsatz finden.
Auch in spektraler Hinsicht kann das VCSEL-Array von besonderem Vorteil sein, weil die Wellenlänge der emittierten Pumpstrahlung eine vergleichsweise geringe Temperaturabhängigkeit zeigt (bspw. von nur rund 0,01 nm/K im Vergleich zu rund 0,1 nm/K bei Kantenemittern), was eine gute Farb- bzw. Weißpunktstabilität über die Temperatur ergibt. Im Übrigen lassen die Oberflächenemitter auch eine gute Lebensdauer erwarten.
Generell kann die dem VCSEL-Array zugewandte Seite des Konversionselements, insbesondere die Einstrahlfläche, entspiegelt bzw. wellenlängenabhängig verspiegelt sein. Es kann bspw. eine Spiegelschicht, etwa ein Mehrschichtsystem aus Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes, vorgesehen sein, welches für die Pumpstrahlung transmissiv, für die Konversionsstrahlung jedoch zumindest weitgehend reflektiv ist. Damit lässt sich die Effizienz erhöhen, kann nämlich im Konversionselement omnidirektional und damit auch in Richtung des Laserquellen-Arrays abgegebene Konversionsstrahlung dann letztlich doch zur Abstrahlfläche des Konversionselements geführt werden.
Das Konversionselement kann das Array im Allgemeinen auch freitragend überspannen, in bevorzugter Ausgestaltung ist bzw. sind jedoch Stützstellen in Form eines Abstandhalters vorgesehen. Betrachtet man das Array und den Abstandhalter in einer Aufsicht, also entgegen der Abstrahlrichtung (der Laserstrahlenbündel) auf die Oberflächenemitter blickend, erstreckt sich der Abstandhalter zwischen zumindest einigen der Laserquellen. Es sind also Stützstellen definiert, sodass bspw. auch bei einem Array mit größerer Fläche ein definierter Abstand zum Konversionselement gegeben ist, insbesondere auch in einem mittigen Bereich. Generell kann der Abstandhalter auch mehrteilig vorgesehen sein, also aus mehreren separat angesetzten oder aufgebrachten Abstandhalterteilen. Auch mit Blick auf die Justage etc. ist er jedoch bevorzugt einstückig, also nicht zerstörungsfrei in Einzelteile zerlegbar.
In bevorzugter Ausgestaltung umschließt der Abstandhalter zumindest einige, bevorzugt sämtliche Laserquellen jeweils vollständig. Dies bezieht sich weiterhin auf die Aufsicht. In dieser gesehen fasst der Abstandhalter eine jeweilige Laserquelle seitlich vollständig ein, also in Richtungen senkrecht zur Mittenachse des jeweiligen Laserstrahlenbündels. Auf diese Mittenachse, die in Ausbreitungsrichtung orientiert ist und mittig im Laserstrahlenbündel liegt, bezieht sich auch der vollständige Umlauf. Der Abstandhalter schafft bzw. definiert in anderen Worten nicht nur einen bestimmten Abstand zum Konversionselement, sondern separiert auch die Laserquellen voneinander. Dazu kann der Abstandhalter einseitig offene Kavitäten oder auch Durchgangslöcher bilden, in denen die einzelnen Laserquellen angeordnet sind, siehe unten im Detail.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Abstandhalter auf dem Substrat subtraktiv oder additiv hergestellt, also durch Materialab- oder -auftrag erzeugt. Der Abstandhalter kann somit bevorzugt bereits bei der Wafer-Prozessierung hergestellt werden, was die Genauigkeit der Positionierung betreffend und auch in Kostenhinsicht (Parallelisierung) von Vorteil sein kann. Hierbei können aus der Wafer-Prozessführung bekannte Verfahren Anwendung finden, die insoweit gut beherrscht sind (z. B. Abscheidung aus der Gasphase oder Ätzprozesse). Alternativ kann der Abstandhalter aber auch gesondert hergestellt und dann erst später mit dem Chip zusammengesetzt werden. Unabhängig von der Herstellung im Einzelnen kann der Abstandhalter nicht nur in optischer Hinsicht (definierter Abstand), sondern auch thermisch von Vorteil sein, nämlich bspw. eine Anbindung und damit Entwärmung des Konversionselements schaffen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Konversionselement mehrteilig (nicht unterbrechungsfrei zusammenhängend) aus mehreren Konversionselementteilen vorgesehen (die nicht miteinander monolithisch, aber bevorzugt einstückig am Abstandhalter angeordnet sind). Die Konversionselementteile sind jeweils einer der Laserquellen zugeordnet, bevorzugt sind jeweils immer genau eine Laserquelle und ein Konversionselementteil einander paarweise zugeordnet. Im Allgemeinen können die Konversionselementteile und der Abstandhalter auch zusammengesetzt sein, also als zuvor jeweils für sich hergestellte Teile aneinander befestigt werden. Bevorzugt werden die Konversionselementteile jedoch auf den Abstandhalter aufgebracht, bspw. in einem Druckverfahren.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind in dem Abstandhalter Durchgangslöcher ausgebildet. Ein jeweiliges Durchgangsloch erstreckt sich von einer dem Array zugewandten Seite des Abstandhalters zur entgegengesetzten Seite, die also dem Konversionselement zugewandt bzw. zugeordnet ist. Zur Illustration, diese Durchgangslöcher können bspw. jeweils einen Durchmesser von einigen 10 µm (z. B. rund 50 µm bis 100 µm) haben, und ihre Tiefe können Abhängigkeit von der Dicke des Abstandhalters in einem vergleichbaren Bereich liegen (z. B. 50 µm bis 200 µm). Bevorzugt ist in einem jeweiligen Durchgangsloch jeweils eine Laserquelle angeordnet, vorzugsweise jeweils genau eine Laserquelle.
Bevorzugt ist ferner eine Ausgestaltung dahingehend, dass in einem jeweiligen Durchgangsloch auch jeweils eines der Konversionselementteile angeordnet ist. Bevorzugt werden die Konversionselementteile von einem zuvor formlosen bzw. formneutralen Konversionselementmaterial ausgehend in die Löcher eingebracht, bspw. durch Aufrakeln. Auch unabhängig davon im Einzelnen kann der Abstandhalter bspw. aus einem zumindest transluzenten bzw. transparenten Material vorgesehen sein, bspw. aus Glas oder Saphir (hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit von Vorteil). Der transluzente/transparente Abstandhalter kann insbesondere dahingehend ausgestaltet sein, dass er ein gewisses Übersprechen zwischen den Pixeln bzw. Kavitäten sogar auch gezielt ermöglicht, um den Übergang zwischen den Pixeln zu glätten bzw. eine möglichst homogene Verteilung im Fernfeld zu erreichen.
Alternativ kann der Abstandhalter in bevorzugter Ausgestaltung jedoch auch optisch isolierend ausgeführt sein, wird also einem Strahlungsübertritt zwischen den einzelnen Laserquellen zumindest vorgebeugt (jedenfalls einem Übersprechen durch den Abstandhalter selbst). Im Einzelnen ist dies dann auch von der Geometrie des Abstandhalters abhängig, ein die jeweilige Laserquelle vollständig umschließender Abstandhalter (siehe vorne) kann diese dann auch entsprechend weitgehend isolieren.
Prinzipiell kann der optisch isolierende Abstandhalter auch absorbierend ausgeführt sein. Bevorzugt ist jedoch eine reflektive Ausgestaltung, auch aus Effizienzgründen. Dazu können in das Abstandhaltermaterial bspw. reflektive Partikel eingebettet sein, etwa aus Titandioxid. Alternativ oder zusätzlich ist auch eine reflektive Beschichtung des Abstandhalters möglich, können also insbesondere die Innenwandflächen, welche die Kavitäten bzw. Durchgangslöcher im Abstandhalter begrenzen, reflektiv beschichtet sein, bspw. mit einem Silberfilm.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform bildet das Konversionselement selbst den Abstandhalter. Dieses ist also an seiner dem Array zugewandten Seite nicht plan ausgeführt, sondern derart strukturiert, dass Stützstellen bzw. - wände geschaffen sind. Bevorzugt bildet das Konversionselement zu dieser Seite hin offene Kavitäten, in denen jeweils eine der Laserquellen angeordnet ist (bevorzugt jeweils genau eine).
In bevorzugter Ausgestaltung ist das Konversionselement auf Glasbasis vorgesehen, insbesondere kann sogenanntes Wasserglas von Vorteil sein, hinsichtlich der Möglichkeiten der Formgebung. Im Einzelnen kann zwischen Natronwasserglas, Kaliwasserglas und Lithiumwasserglas unterschieden werden, maßgeblich ist vorliegend, dass die Trocknung der wässrigen Lösung mit einer Verkieselung einhergeht. Der wässrigen Lösung können zuvor Leuchtstoffpartikel zugesetzt werden, die dann in das Wasserglas als Matrixmaterial eingebettet sind. Im Allgemeinen ist sogar auch denkbar, dass ein entsprechendes, noch flüssiges Glasmaterial direkt auf das VCSEL-Array aufgebracht wird. Die Emissionsflächen der Oberflächen können hierbei zuvor mit einer Passivierungsschicht oder dergleichen versehen werden, um einen Mindestabstand bzw. auch einen Luftspalt zu dem resultierenden Konversionselement hin einzustellen. Bevorzugt wird das Konversionselement mit der zu dem Array hin strukturierten Seite zunächst für sich hergestellt und dann an das Array angesetzt.
In bevorzugter Ausgestaltung des auf Glasbasis vorgesehenen Konversionselements werden die Kavitäten freigeätzt, bspw. nasschemisch. Anschließend wird das so strukturierte Konversionselement an das Array gesetzt, bspw. über eine Fügeverbindungsschicht damit verbunden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Abstrahlfläche des Konversionselements eine gemeinsame Optik zugeordnet. Über diese gemeinsame Optik werden aus unterschiedlichen Bereichen des Konversionselements heraus abgegebene Konversionsstrahlenbündel geführt, die Optik ist hinsichtlich der Richtungen senkrecht zu ihrer optischen Achse (bzw. ihren Achsen) einstückig, also nicht zerstörungsfrei in Einzelteile unterteilbar. Bevorzugt ist sie hinsichtlich dieser Richtungen monolithisch, also aus einem durchgehenden Material bzw. Guss geformt (in ihrem Inneren frei von Materialgrenzen zwischen unterschiedlichen Materialien bzw. Materialien unterschiedlicher Herstellungsgeschichte). In Richtung der Durchstrahlung muss die Optik indes nicht einstückig/monolithisch ausgestaltet sein, sondern können bspw. auch mehrere Einzellinsen aufeinanderfolgen.
In Zusammenhang mit dem VCSEL-Array ist die gemeinsame/einstückige Optik insoweit von besonderem Vorteil, als dann nur einmal justiert werden muss. Die Oberflächenemitter sind in dem Array mit hoher Genauigkeit zueinander angeordnet (siehe vorne), und es muss nur die Optik relativ dazu einjustiert werden. Etwa im Vergleich zu mehreren Kantenemittern mit jeweils einer eigenen Optik ist der Aufwand erheblich reduziert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Optik ein Mikrolinsen-Array auf. Dieses ist bevorzugt einstückig/monolithisch ausgeführt, die Mikrolinsen hängen also bevorzugt senkrecht zur Durchstrahlungsrichtung zusammen (vereinfachte Montage/Justage, siehe vorne). Besonders bevorzugt kann eine Anordnung derart sein, dass einem jeweiligen Bereich des Konversionselements, insbesondere dessen Abstrahlfläche, jeweils genau eine Mikrolinse zugeordnet ist und eine jeweilige Mikrolinse jeweils von genau einem Konversionsstrahlenbündel durchstrahlt wird, das auf genau eine Laserquelle zurückgeht (von gegebenenfalls unbeabsichtigten Streu- bzw. Reflexionseffekten abgesehen). Ebenso ist jedoch denkbar, dass einige Bereiche bzw. Konversionsstrahlenbündel mit einer Mikrolinse zusammengefasst werden (Clustering). Mit den Mikrolinsen kann insbesondere eine Projektion bzw. raumwinkelselektive Beleuchtung ermöglicht werden.
Generell kann die Optik in Durchstrahlungsrichtung auf das Mikrolinsen-Array folgend eine oder auch mehrere weitere Linsen aufweisen, bspw. eine Relais-Linse. Das Mikrolinsen-Array bzw. dessen Mikrolinsen können zu dem Konversionselement hin jeweils eine gekrümmte Eintrittsfläche haben, ebenso ist aber auch eine plane Eintrittsfläche möglich. Diese kann dann insbesondere planparallel zur Abstrahlfläche des Konversionselements liegen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind zumindest einige der Mikrolinsen mit ihrer optischen Achse zu dem jeweiligen Konversionsstrahlenbündel, welches die jeweilige Mikrolinse durchsetzt, versetzt. Konkret wird hierbei der Versatz zwischen der optischen Achse und der Mittenachse des Konversionsstrahlenbündels betrachtet. Besagte Mittenachse liegt parallel zur Hauptausbreitungsrichtung des jeweiligen Konversionsstrahlenbündels, in der Regel senkrecht zur Abstrahlfläche, und dabei mittig im Strahlenbündel.
Vorteilhaft ist eine Anordnung dahingehend, dass sich die Mikrolinsen in ihrem jeweiligen Versatz zumindest gruppenweise unterscheiden. Ein jeweiliger Versatz wird also bewusst unterschiedlich eingestellt, wird nämlich umgekehrt gezielt zur Strahlführung bzw. Einstellung der Lichtverteilung im Fernfeld genutzt. Entsprechend können Unterschiede im Versatz nicht nur dem Betrag nach, sondern auch in unterschiedlichen Versatzrichtungen begründet sein. Im Durchstrahlungsrichtung auf das Array blickend können die Versatzrichtungen bspw. sternförmig nach außen weisen.
In bevorzugter Ausgestaltung sind mittig des Mikrolinsen-Arrays einige der Mikrolinsen versatzfrei (ohne Versatz zum jeweiligen Konversionsstrahlenbündel) angeordnet und nimmt der Versatz der Mikrolinsen zum Rand hin zu, kann also einer geometrischen Streckung (Transformationsmatrix, Skalierung) entsprechen. Damit kann bspw. eine gezielte Aufweitung der optischen Abbildung und damit Festlegung einer gewünschten Verteilung im Fernfeld erreicht werden. Mit einer Transformationsmatrix kann zwischen einer Verteilung beleuchtungsseitig und einer Verteilung der Laserquellen eine Korrelation geschaffen werden. Ansonsten lässt sich die Zuordnung aber auch einfach durch sequenzielles Vermessen der Laserquellen ermitteln.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat die Optik einen Fokuspunkt (bezogen auf die Durchstrahlungsrichtung der Optik nachgelagert) . In diesem Fokuspunkt kann bevorzugt eine Blende angeordnet werden, die im Wesentlichen den Fokuspunkt maskiert, also umgebende Bereiche verdeckt. Dies kann bspw. Streulicht unterdrücken, also den im Fernfeld erreichbaren Kontrast verbessern helfen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform haben zumindest einige der Laserquellen des Arrays zu ihrer jeweilig nächstbenachbarten Laserquelle einen Abstand von höchstens 200 µm, wobei höchstens 180 µm, 160 µm, 140 µm, 120 µm bzw. 100 µm weitere, in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugte Obergrenzen sind. Im Prinzip kann ein möglichst kleiner Abstand bevorzugt sein, technisch bedingt können Untergrenzen bspw. bei mindestens 10 µm, 20 µm, 30 µm, 40 µm, 50 µm, 60 µm, 70 µm bzw. 80 µm liegen. Generell wird der Abstand zwischen den nächstbenachbarten Laserquellen als Mitte/Mitte-Abstand zwischen deren Emissionsflächen genommen. Sofern sich mit dem VCSEL-Array Pixel mit einer Kantenlänge von bspw. rund 80 µm realisieren lassen, resultiert bereits eine deutlich bessere Auflösung als mit einem LED-Array (Kantenlänge von rund 125 µm). Im Vergleich zu einem scannenden Aufbau (Laserstrahl über MEMS-Spiegel auf das Konversionselement geführt) kann der vorliegende Ansatz bei vergleichbarer Pixelgröße bspw. einen kompakteren und auch robusteren Aufbau (keine bewegten Teile) erlauben. Die momentane Entwicklung der VCSEL-Arrays lässt auch noch deutlich kleinere Kantenlängen erwarten, bspw. von rund 50 µm, was bei einem Lumen pro Pixel rund 400 Lumen pro mm² ergibt (im Vergleich zu knapp 200 Lumen pro mm² bei einem LED-Array mit 64 Pixeln pro mm² und 3 Lumen pro Pixel).
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Laserquellen über das Array hinweg nicht äquidistant angeordnet, sondern in unterschiedlichen Bereichen mit einer unterschiedlichen Flächendichte. Letztere bezieht sich auf die Pixel je Flächeneinheit, es kann insbesondere eine mittig erhöhte Flächendichte interessant sein. Generell kann die variierende Flächendichte an die Beleuchtungsanwendung bzw. an die zu erwartenden Beleuchtungsszenarien angepasst sein, kann also bspw. bei einer Kfz-Anwendung eine bereichsweise erhöhte Flächendichte einen Fernlicht-Boost schaffen.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Entwerfen bzw. Designen einer vorliegend offenbarten Bestrahlungseinheit. Dabei werden die Abstände, zwischen den Laserquellen und/oder zwischen deren Emissionsflächen und dem Konversionselement, so angepasst bzw. eingestellt, dass die Konversionsstrahlenbündel im Fernfeld einen Überlapp haben. Damit wird eine unterbrechungsfreie bzw. homogene Beleuchtung realisiert. Andererseits soll der Überlapp nicht zu groß werden (insbesondere kein vollständiger Überlapp), damit die Pixel hinreichend klar voneinander abgegrenzt sind. Bei Betrachtung einer jeweiligen, von einem jeweiligen Konversionsstrahlenbündel erzeugten Intensitätsverteilung können nächstbenachbarte Intensitätsverteilungen bspw. bis maximal zu ihrer Halbwertsbreite überlappen, also bis zu einem Abfall der jeweiligen Verteilung auf 50 % ihrer maximalen Intensität (weitere mögliche Grenzen können bei einem Abfall auf höchstens 40 %, 30 % bzw. 20 % liegen) . Generell wird bei der Anpassung der Abstände auch die Divergenz der Laserstrahlenbündel berücksichtigt, je größer diese, desto kleiner werden die Abstände gewählt.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer vorliegend offenbarten Bestrahlungseinheit zur Beleuchtung. Im Allgemeinen sind bspw. auch Anwendungen im Bereich der Unterhaltungs- bzw. Gebäudebeleuchtung, auch Architainment, denkbar, ferner können auch Industrie- bzw. anderweitige Nutzflächen beleuchtet werden, auch im Bereich Horticulture sind Anwendungen möglich. Bevorzugt ist eine Anwendung im Bereich der Beleuchtung, insbesondere Außenbeleuchtung, von Fahrzeugen, im Allgemeinen bspw. auch Luft- bzw. Wasserfahrzeugen (Flugzeuge, Helikopter, Schiffe). Besonders bevorzugt ist eine Anwendung im Bereich der Außenbeleuchtung von Kraftfahrzeugen, etwa Krafträdern, insbesondere aber auch Lastkraftwägen und Personenkraftwägen, besonders bevorzugt kann eine Verwendung in Scheinwerfern sein, insbesondere einem Frontscheinwerfer eines Kraftfahrzeugs.
Im Kfz-Bereich kann die Bestrahlungseinheit bspw. für ein Fernlicht bzw. Zusatzfernlicht genutzt werden, also jedenfalls zur Fernlichtunterstützung. Es lässt sich aber bspw. auch eine Tagfahrlichtfunktion bzw. ein Abblendlicht oder Frontnebellicht realisieren, auch aufgrund einer definierten Fernlichtverteilung, die sich aus den vorstehend im Einzelnen erläuterten Maßnahmen ergeben kann. Die Bestrahlungseinheit wird bevorzugt in einen Frontscheinwerfer integriert, in dem dann bspw. auch noch ein Blinker und dergleichen untergebracht sein kann.
Besonders bevorzugt ist eine Verwendung zur adaptiven Beleuchtung, insbesondere im Kfz-Bereich. Dabei wird das Verkehrsgeschehen, insbesondere andere Verkehrsteilnehmer, mit einer Erfassungseinheit erfasst, etwa einer Kamera oder bspw. auch einem LiDAR- bzw. Radarsystem. Die Beleuchtung wird dann in Abhängigkeit davon angepasst, es werden also bspw. andere Verkehrsteilnehmer zur Vermeidung einer Blendung nicht bzw. nur partiell angeleuchtet.
Figurenliste
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale im Rahmen der nebengeordneten Ansprüche auch in anderer Kombination erfindungswesentlich sein können und auch weiterhin nicht im Einzelnen zwischen den unterschiedlichen Anspruchskategorien unterschieden wird.
Im Einzelnen zeigt

1 eine erfindungsgemäße Bestrahlungseinheit in einem schematischen Schnitt, samt resultierender Intensitätsverteilung;
2 eine weitere Bestrahlungseinheit in einem schematischen Schnitt, samt einem Abstandhalter;
3 einen Teil der Bestrahlungseinheit gemäß 2 in einer Aufsicht;
4 eine weitere erfindungsgemäße Bestrahlungseinheit in einem schematischen Schnitt;
5 eine weitere erfindungsgemäße Bestrahlungseinheit in einem schematischen Schnitt, samt einem Abstandhalter;
6 den Abstandhalter der Anordnung gemäß 5 in einem schematischen Schnitt senkrecht zur Zeichenebene der 5;
7 einen 1 vergleichbaren Aufbau, mit einer alternativen Optik;
8 eine weitere Möglichkeit zur Gestaltung einer dem Konversionselement nachgelagerten Optik;
9 eine Möglichkeit zur arrayförmigen Anordnung von Oberflächenemittern in einer Aufsicht;
10 eine Möglichkeit zur Kontrastverbesserung im Fernfeld mit einer Blende.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung
1 zeigt eine erfindungsgemäße Bestrahlungseinheit 1 in einem schematischen Schnitt. Die Bestrahlungseinheit 1 weist eine Bestrahlungseinheit 2 und ein beabstandet dazu angeordnetes Konversionselement 3 auf. Bei der Pumpstrahlungseinheit 2 handelt es sich um ein VCSEL-Array, das eine Mehrzahl arrayförmig angeordnete Laserquellen 4 aufweist. Diese sind als Oberflächenemitter ausgebildet und auf einem gemeinsamen Substrat 5 angeordnet bzw. hergestellt, es handelt sich um ein Halbleiter-Substrat. Die Laserquellen sind darauf mit einem Abstand 6 von rund 80 µm zueinander angeordnet.
Im Betrieb kann jede der Laserquellen 4 ein jeweiliges Laserstrahlenbündel 7 emittieren, vorliegend blaues Licht mit einer Wellenlänge von rund 450 nm. Dieses blaue Licht trifft als Pumpstrahlung auf eine Einstrahlfläche 3A des Konversionselements 3 und wird in diesem anteilig konvertiert. Das Konversionselement 3, konkret der vorliegend verwendete Gelbleuchtstoff YAG:Ce, emittiert auf die Anregung mit der Pumpstrahlung hin eine Konversionsstrahlung 8, vorliegend gelbes Licht. Dieses ergibt in Mischung mit dem anteilig nichtkonvertierten blauen Licht dann Weißlicht.
An der Abstrahlfläche 3b des Konversionselements 3 abgegebene Strahlenbündel 9 (der Übersichtlichkeit halber ist nur eines eingezeichnet) enthalten also jeweils die Konversionsstrahlung 8, vorliegend in Mischung mit der anteilig nichtkonvertierten Pumpstrahlung. Der Abstrahlfläche 3B des Konversionselements 3 ist eine Optik 10 zugeordnet, über welche die Strahlenbündel 9 ins Fernfeld geführt werden. Vorliegend weist die Optik 10 ein Mikrolinsen-Array 11 auf, siehe auch unten im Detail.
In 1 rechts sind schematisch Intensitätsverteilungen 12 eingezeichnet, die sich beleuchtungsseitig im Fernfeld ergeben. Eine jeweilige Intensitätsverteilung 12 geht auf eine jeweilige Laserquelle 4 zurück, konkret auf eine jeweilige Anregung des Konversionselements 3 mit der Pumpstrahlung. Die Laserquellen 4 lassen sich durch eine entsprechende Verdrahtung auf dem Substrat, z. B. kreuzweise in das Substrat 5 gelegte Leiterbahnen (nicht dargestellt), jeweils einzeln, also selektiv betreiben. Durch entsprechendes Hinzu- oder Wegschalten einzelner Laserquellen lässt sich entsprechend auch die Lichtverteilung im Fernfeld anpassen, können nämlich einzelne Raumwinkelsegmente von der Beleuchtung ausgenommen werden. Eine bevorzugte Anwendung kann im Kfz-Bereich liegen (adaptive Straßenbeleuchtung), vergleiche die Beschreibungseinleitung im Einzelnen.
Der Abstand 6 zwischen den Laserquellen 4 und ein Abstand 13 zwischen deren Emissionsflächen 4a und der Einstrahlfläche 3a sind, unter Berücksichtigung der Divergenz der Laserstrahlenbündel 7, so eingestellt, dass die Intensitätsverteilungen 12 einen gewissen Überlapp haben. Vorliegend liegt der Abstand 13 bei rund 100 µm, die Laserquellen 4 haben jeweils eine Kantenlänge von 10 µm. Die Linsen des Mikrolinsen-Arrays 11 haben in Anpassung an den Abstand 6 eine Größe (Durchmesser) von 80 µm.
2 zeigt eine Bestrahlungseinheit 1, die in ihrer prinzipiellen Funktion jener gemäß 1 entspricht. Generell werden dieselben Teile bzw. Teile mit derselben Funktion vorliegend mit denselben Bezugszeichen versehen und wird insofern immer auch auf die Beschreibung zu den anderen Figuren verwiesen.
Die Bestrahlungseinheit 1 gemäß 2 weist zusätzlich einen Abstandhalter 20 auf, mit dem der Abstand 13 definiert eingestellt ist. Wie aus der Aufsicht gemäß 3 ersichtlich, umschließt der Abstandhalter 20 jede der Laserquellen 4 vollständig.
Der Abstandhalter 20 kann im Zuge der Wafer-Prozessierung abgeschieden oder subtraktiv hergestellt werden, er kann jedoch auch als gesondertes Bauteil an das Substrat 5 gesetzt werden. Es kann bspw. eine Saphirplatte mit Durchgangslöchern 21 als Abstandhalter 20 genutzt und an das Substrat 5 gesetzt werden. Generell kann der Abstandhalter 20 zusätzlich auch einer Entwärmung dienen, insbesondere des Konversionselements 3.
4 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Bestrahlungseinheit 1, wobei es auch in diesem Fall einen Abstandhalter 20 gibt. Dieser ist allerdings kein gesondertes Bauteil, sondern wird vom Konversionselement 3 selbst gebildet. Dieses kann aus Wasserglas vorgesehen sein, wobei in dieses als Matrixmaterial Leuchtstoffpartikel eingebettet sind. Das Konversionselement 3 gemäß 4 ist mit zu einer Seite hin offenen Kavitäten 40 geformt, diese sind in das Glasmaterial eingeätzt. In jeder der Kavitäten 40 ist eine der Laserquellen 4 angeordnet.
Die 5 und 6 zeigen eine weitere Möglichkeit zur Gestaltung des Abstandhalters 20 bzw. des Konversionselements 3. Dieses ist nämlich mehrteilig, aus mehreren Konversionselementteilen 3.1-3.3 aufgebaut. Die Konversionselementteile 3.1-3.3 sind jeweils in einem der Durchgangslöcher 21 in dem Abstandhalter 20 angeordnet. Die Herstellung kann bspw. von einer mit Durchgangslöchern 21 versehenen Platte, etwa aus Saphir, ausgehend durch Aufrakeln des Konvertermaterials erfolgen. Der Schnitt gemäß 6 liegt in 5 vertikal, am rechten Rand der Anordnung.
Die Bestrahlungseinheit 1 gemäß 7 entspricht in ihrem prinzipiellen Aufbau den bisher diskutierten Anordnungen (sie kann auch einen hier nicht dargestellten Abstandhalter aufweisen). Die Optik 10 weist zusätzlich zu dem Mikrolinsen-Array 11 eine Abbildungsoptik 70 auf. Diese ist schematisch als Einzellinse dargestellt, kann in der Praxis jedoch auch als Linsensystem ausgeführt sein.
Ferner illustriert 7, dass die Eintrittsfläche des Mikrolinsen-Arrays 11 nicht zwingend gekrümmt ausgeführt sein muss, sondern auch plan sein kann. Vorliegend ist einer jeweiligen Mikrolinse des Mikrolinsen-Arrays 11 jeweils genau eine Laserquelle 4 zugeordnet, es ließen sich aber auch mehrere Laserquellen 4 unter einer Mikrolinse zusammenfassen.
8 zeigt von der Anordnung gemäß 1 ausgehend eine Möglichkeit zur Aufweitung der optischen Abbildung und damit Einstellung der Lichtverteilung im Fernfeld. Dazu sind die Mikrolinsen 80 des Mikrolinsen-Arrays 11 unterschiedlich versetzt, was sich nach der jeweiligen optischen Achse 81 der jeweiligen Mikrolinse 80 bestimmt. Betrachtet wird jeweils der Versatz 82.1 - 82.3 zwischen der jeweiligen optischen Achse 81 und der Mittenachse 83 des aus dem jeweiligen Bereich des Konversionselements 3 heraus abgegebenen Konversionsstrahlenbündels. Mittig der Anordnung ist der Versatz 82.2 gleich Null, zum Rand hin wird der Versatz 82.1,82.3 größer, was die gewünschte Aufweitung ergibt. Je nach fotolithografischer Herstellung ist aber bspw. auch derselbe Versatz oder eine Streckung möglich.
9 illustriert in einer Aufsicht auf ein Array aus Laserquellen 4, dass diese nicht nur äquidistant/gleichmäßig auf dem Substrat 5 angeordnet werden können, sondern auch mit variierender Flächendichte. Vorliegend ist die Flächendichte in einem mittigen Bereich höher, kann dort also aus einem Flächenelement heraus mehr Licht abgegeben werden bzw. ist eine feinere Pixelierung möglich. Dies lässt sich im Einzelnen an die Beleuchtungsanwendung anpassen, vergleiche die Beschreibungseinleitung.
10 zeigt eine weitere Bestrahlungseinheit 1, die in ihrem prinzipiellen Aufbau den bisher diskutierten Ausführungsformen entspricht. Vorliegend gibt es ein erstes Mikrolinsen-Array 11.1 und ein weiteres Mikrolinsen-Array 11.2. Ferner gibt es, der Anordnung gemäß 7 vergleichbar, eine Abbildungsoptik 70. Die gesamte Optik 10 hat einen Fokuspunkt 90, der mit einer Blende 91 maskiert wird. Damit kann Streulicht unterdrückt werden, was den Kontrast verbessern hilft.
Bezugszeichenliste

Bestrahlungseinheit	1
Pumpstrahlungseinheit	2
Konversionselement	3
Konversionselementteile	3.1-3.3
Einstrahlfläche	3a
Abstrahlfläche	3b
Laserquellen	4
Emissionsfläche	4a
Substrat	5
Abstand (Laserquellen untereinander)	6
Laserstrahlenbündel	7
Konversionsstrahlung	8
Konversionsstrahlenbündel	9
Optik	10
Mikrolinsen-Array	11
Abstand (Laserquellen zur Einstrahlfläche)	13
Abstandhalter	20
Durchgangslöcher	21
Kavität	40
Mikrolinse	80
Optische Achse	81
Versatz der einzelnen Mikrolinsen	82
Versatz	82.1-82.3
Mittenachse	83
Fokuspunkt	90
Blende	91

Claims

Bestrahlungseinheit (1) zur Emission von Strahlung, mit einer Pumpstrahlungseinheit (2) zur Emission einer Pumpstrahlung und einem beabstandet dazu angeordneten Konversionselement (3) zur zumindest teilweisen Spektralkonversion der Pumpstrahlung in eine Konversionsstrahlung (8), wobei die Pumpstrahlungseinheit (2) eine Mehrzahl arrayförmig angeordnete Laserquellen (4) aufweist, die jeweils zur Emission der Pumpstrahlung in Form eines Laserstrahlenbündels (7) vorgesehen sind, wobei die Laserquellen (4) für eine bereichsselektive Anregung des Konversionselements (3) zumindest gruppenweise selektiv betreibbar sind, und wobei die Laserquellen (4) ferner jeweils als Oberflächenemitter ausgebildet sind.
Bestrahlungseinheit (1) nach Anspruch 1, bei welcher die als Oberflächenemitter ausgebildeten Laserquellen (4) auf einem gemeinsamen Substrat (5) vorgesehen sind, vorzugsweise einem Halbleiter-Substrat.
Bestrahlungseinheit (1) nach Anspruch 1 und 2, bei welcher eine Einstrahlfläche (3a) des Konversionselements (3), auf welche die Pumpstrahlung fällt, zu einem jeweiligen Oberflächenemitter, konkret dessen Emissionsfläche (4a) zur Emission der Pumpstrahlung, mindestens 20 µm und höchstens 200 µm beabstandet ist.
Bestrahlungseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die Laserquellen (4) und das Konversionselement (3) über einen Abstandhalter (20) zueinander beabstandet sind, welcher sich, bei Betrachtung der arrayförmig angeordneten Laserquellen (4) in einer Aufsicht, zwischen zumindest einigen der Laserquellen (4) erstreckt.
Bestrahlungseinheit (1) nach Anspruch 4, bei welcher der Abstandhalter (20) in der Aufsicht zumindest einige der Laserquellen (4) jeweils vollständig umschließt.
Bestrahlungseinheit (1) nach Anspruch 2 in Verbindung mit Anspruch 4 oder 5, bei welcher der Abstandhalter (20) subtraktiv oder additiv auf dem Substrat (5) hergestellt ist.
Bestrahlungseinheit (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei welcher das Konversionselement (3) mehrteilig aus mehreren Konversionselementteilen (3.1 - 3.3) vorgesehen ist, die jeweils einer der Laserquellen (4) zugeordnet sind, und der Abstandhalter (20) die Konversionselementteile trägt.
Bestrahlungseinheit (1) nach Anspruch 7, bei welcher in dem Abstandhalter (20) Durchgangslöcher (21) ausgebildet sind, wobei in einem jeweiligen Durchgangsloch (21) jeweils eine der Laserquellen (4) angeordnet ist und bevorzugt auch jeweils eines der Konversionselementteile (3.1 - 3.3) angeordnet ist.
Bestrahlungseinheit (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, bei welcher der Abstandhalter (20) optisch isolierend ausgeführt ist, der Abstandhalter (20) also einen Strahlungsdurchtritt von einer Laserquelle (4) zur nächstbenachbarten Laserquelle (4) blockiert.
Bestrahlungseinheit (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei welcher das Konversionselement (3) selbst den Abstandhalter (20) bildet, das Konversionselement (3) nämlich mit zu einer Seite hin offenen Kavitäten (40) vorgesehen ist, in denen jeweils eine der Laserquellen (4) angeordnet ist.
Bestrahlungseinheit (1) nach Anspruch 10, bei welcher das Konversionselement (3) auf Glasbasis vorgesehen ist und die Kavitäten (40) freigeätzt sind.
Bestrahlungseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher einer Abstrahlfläche (3b) des Konversionselements (3) eine gemeinsame Optik (10) zugeordnet ist, über die Konversionsstrahlenbündel (9), die aus unterschiedlichen Bereichen des Konversionselements (3) heraus auf eine Anregung mit unterschiedlichen Laserquellen (4) hin abgegeben werden, abgeführt werden.
Bestrahlungseinheit (1) nach Anspruch 12, bei welcher die Optik (10) ein Mikrolinsen-Array (11) aufweist und eine jeweilige Mikrolinse (80) von einem jeweiligen Konversionsstrahlenbündel (9) durchstrahlt wird, wobei zumindest einige der Mikrolinsen (80) mit ihrer jeweiligen optischen Achse (81) zu einer Mittenachse (83) des jeweiligen Konversionsstrahlenbündels (9) versetzt sind und sich die Mikrolinsen (80) zumindest gruppenweise in ihrem jeweiligen Versatz (82.1-82.3) unterscheiden.
Bestrahlungseinheit (1) nach Anspruch 13, bei welcher, bei Betrachtung des Mikrolinsen-Arrays (11) in einer Aufsicht, mittig des Mikrolinsen-Arrays (11) einige der Mikrolinsen (80) versatzfrei angeordnet sind und zu einem Rand des Mikrolinsen-Arrays (11) hin der jeweilige Versatz (82.1, 82.3) der Mikrolinsen zunimmt.
Bestrahlungseinheit (1) nach einem der Ansprüche, bei welcher die Optik (10) einen Fokuspunkt (90) hat, den eine Blende (91) maskiert.
Bestrahlungseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher in der arrayförmigen Anordnung zumindest einige der Laserquellen (4) zu ihrer jeweilig nächstbenachbarten Laserquelle (4) einen Abstand (6) von mindestens 10 µm und höchstens 200 µm haben.
Bestrahlungseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die Laserquellen (4) in einem ersten Bereich der arrayförmigen Anordnung mit einer anderen Flächendichte angeordnet sind als in einem zweiten Bereich der arrayförmigen Anordnung.
Verfahren zum Entwerfen einer Bestrahlungseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem - ein Abstand (6), den zumindest einige der Laserquellen (4) in der arrayförmigen Anordnung zu ihrer jeweilig nächstbenachbarten Laserquelle (4) haben, und/oder - ein Abstand (13), den eine Einstrahlfläche (3a) des Konversionselements (3) zu einem jeweiligen Oberflächenemitter, konkret dessen Emissionsfläche (4a) hat, so eingestellt werden, dass aus nächstbenachbarten Bereichen des Konversionselements (3) heraus abgegebene Konversionsstrahlenbündel (9) im Fernfeld einen Überlapp haben.
Verwendung einer Bestrahlungseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zur Beleuchtung, insbesondere zur adaptiven Beleuchtung, insbesondere in einem Kraftfahrzeug.
Verwendung nach Anspruch 19 einer Bestrahlungseinheit (1) nach Anspruch 13, wobei dem zumindest gruppenweisen Versatz entsprechend mit einer Transformationsmatrix zwischen einer Verteilung der Laserquellen (4) und einer Lichtverteilung beleuchtungsseitig umgerechnet wird.