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Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung umfassend eine Lichtabgabeeinheit, welche dazu eingerichtet ist, Primärlicht abzugeben, und ein Lichtkonversionselement, welches dazu eingerichtet ist, mit dem Primärlicht beleuchtet zu werden und Sekundärlicht mit einer anderen Wellenlänge abzugeben.
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Beleuchtungseinrichtungen sind in verschiedenen Ausführungen bekannt, beispielsweise sogenannte Entladungs- und Halogenlampen. Aus verschiedenen Gründen, beispielsweise hinsichtlich der Energieeffizienz oder einem geringen Platzbedarf, vorzugsweise bei gleichzeitig hoher Leuchtdichte sind auf Laserlichtquellen basierende Beleuchtungseinrichtungen von zunehmendem Interesse. Diese sind in der Regel so aufgebaut, dass sie mindestens eine Laserlichtquelle, wie beispielsweise eine Laserdiode, umfassen sowie ein Lichtkonversionselement.
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Das Lichtkonversionselement dient dazu, das Licht der Laserlichtquelle aufzunehmen und mit anderer Wellenlänge wieder abzugeben, weil das von der Laserlichtquelle bzw. von den Laserlichtquellen ausgestrahlte Licht in der Regel nicht den gewünschten, beispielsweise farbneutralen, „weißen“ Farbort aufweist. Das Lichtkonversionselement bzw. die Lichtkonversionselementesind in der Lage, nach Bestrahlen mit dem Licht der Laserlichtquelle bzw. der Laserlichtquellen, z.B. mit einer Wellenlänge von 450nm bei einem blauer Laser, welches in der Regel monochromatisch ist, dieses partiell oder vollständig in eine oder mehrere andere Wellenlängen bzw. in ein spezifisches Wellenlängenspektrum umzuwandeln. Auf diese Weise kann durch additive Farbmischung, von dem gestreuten Licht und dem konvertierten Licht, ein Lichtbild mit einem gewünschten bzw. spezifizierten Farbort erzeugt werden.
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Das Lichtkonversionselement wird auch als Konverter (z.B. Ce:YAG), Leuchtstoffelement oder (engl.) Phosphor bezeichnet, wobei der Begriff „Phosphor“ hier nicht im Sinne des gleichnamigen chemischen Elements zu verstehen ist, sondern sich vielmehr auf die Eigenschaft dieser Stoffe bezieht, zu lumineszieren. Im Sinne der vorliegenden Offenbarung ist daher unter dem Begriff des „Phosphors“, sofern nicht ausdrücklich anders ausgeführt, stets ein Leuchtstoff, nicht jedoch das gleichnamige chemische Element, zu verstehen.
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Besondere Bedeutung haben solche auf Laserlichtquellen basierenden Beleuchtungseinrichtungen insbesondere deshalb, weil auf diese Weise eine hohe Luminanz bzw. Leuchtdichte (engl.: luminance) erreicht werden kann, was insbesondere für Anwendungen beispielsweise im Automobilsektor, relevant sein kann.
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Oft ist es ein Ziel, eine besonders hohe Leuchtdichte auch und gerade bei geringer Laserleistung zu erreichen, um nicht nur eine hohe Leuchtdichte zu erzielen, sondern auch den Energieverbrauch möglichst gering zu halten. Dies kann erreicht werden, indem ein Lichtfleck einer nur geringen Abmessung, beispielsweise eines nur geringen Durchmessers (z.B. kleiner als 500 Mikrometer), jedoch mit entsprechend hoher Leuchtdichte, erzeugt wird.
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Der verwendete Phosphor kann einerseits in Transmission und andererseits auch in Remission (Reflexion) betrieben werden. Häufig sind verwendete Phosphore (Lichtkonversionselemente) in direktem Kontakt mit einem LED-Chip und als Scheibchen planar ausgeführt.
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Darüber hinaus beschreibt die internationale Patentanmeldung
WO10106504A1 ein Wellenlängenkonversionselement mit konvexer Krümmung.
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Die internationale Patentanmeldung
WO11010237A1 beschreibt ein Wellenlängenkonversionselement mit konvexer Krümmung und/oder Array.
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Die internationale Patentanmeldung
WO13024246A1 beschreibt ein Wellenlängenkonversionselement mit optisch integrierten konvexen Strukturen.
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Die deutsche Patentanmeldung
DE 10 2013 217 319 A1 betrifft eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Laserlichtquelle und einem Lichtwellenlängenkonversionselement, wobei das Lichtwellenlängenkonversionselement Leuchtstoff aufweist, der auf einem Oberflächenbereich eines Substrats angeordnet ist und zur Wellenlängenkonversion des von der mindestens einen Laserlichtquelle emittierten Lichts dient, und wobei das Lichtwellenlängenkonversionselement am Rand des mit Leuchtstoff versehenen Oberflächenbereichs des Substrats eine größere Dicke als im Flächenschwerpunkt des mit Leuchtstoff versehenen Oberflächenbereichs des Substrats besitzt, wobei die Dicke jeweils senkrecht zum mit Leuchtstoff versehenen Oberflächenbereich des Substrats gemessen wird.
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Es hat sich allerdings herausgestellt, dass mit den bekannten Beleuchtungseinrichtungen keine Abstimmung von optischen Parametern innerhalb des Beleuchtungsflecks, wie beispielsweise der Farbkoordinaten, gewährleistet ist. Insbesondere zeigt sich bei einem planaren Konverter unter Anregung mit einem blauen Laser überraschenderweise, dass die Farbkoordinaten über die räumliche Ausdehnung des Leuchtflecks hinweg nicht konstant verlaufen. Auch bei konvexen Konvertern mit rückseitiger Beleuchtung ist eine Kontrolle optischer Parameter nicht immer ausreichend gewährleistet.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Beleuchtungseinrichtung bereit zu stellen, welche eine gezielte Abstimmung von optischen Parametern innerhalb des Beleuchtungsflecks, z.B. der Farbkoordinaten, ermöglicht, wobei die Abstimmung insbesondere im Wesentlichen über die gesamte Fläche des Konverters ermöglicht wird. Es soll somit eine Beleuchtungseinrichtung angegeben werden mit der die optischen Parameter derart beeinflussbar sind, dass diese bestimmten Spezifikationen genügen. Ein Aspekt der Aufgabe ist es außerdem, eine Beleuchtungseinrichtung, welche vorgegebene Anforderungen hinsichtlich der optischen Eigenschaften erfüllt, bereit zu stellen, wobei die Beleuchtungseinrichtung eine sehr hohe Leuchtdichte von vorzugsweise weißem Licht aufweist. Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist es eine entsprechende Beleuchtungseinrichtung anzugeben, welche kostengünstig herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Beleuchtungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit.
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Die Beleuchtungseinrichtung umfasst eine Lichtabgabeeinheit und ein Lichtkonversionselement, wobei die Lichtabgabeeinheit dazu eingerichtet ist das Lichtkonversionselement zu beleuchten, so dass dieses Sekundärlicht abgeben kann. Mit anderen Worten ist die Lichtabgabeeinheit dazu eingerichtet, Primärlicht abzugeben, während das Lichtkonversionselement dazu eingerichtet ist mit dem Primärlicht beleuchtet zu werden und Sekundärlicht mit einer anderen Wellenlänge abzugeben.
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Erfindungsgemäß ist weiter das Lichtkonversionselement dazu eingerichtet, auf seiner Vorderseite mit dem Primärlicht beleuchtet zu werden, wobei das Primärlicht auf der Vorderseite im Bereich einer Primärlichtempfangsfläche (welche insbesondere dem Leuchtfleck des Primärlichts auf der Vorderseite des Lichtkonversionselements entsprechen aber auch davon abweichen kann), auftrifft. Die Lichtabgabeeinheit ist so angeordnet bzw. dazu eingerichtet, das Lichtkonversionselement auf seiner Vorderseite mit dem Primärlicht zu bestrahlen. Das Lichtkonversionselement ist erfindungsgemäß dazu eingerichtet, das Sekundärlicht wiederum auf der Vorderseite abzugeben, wobei die Abgabe im Bereich einer Sekundärlichtabgabefläche erfolgt, welche im einfachsten Fall der Primärlichtempfangsfläche entsprechen kann, grundsätzlich aber auch davon abweichen kann. Mit anderen Worten sind die Lichtabgabeeinheit und/oder das Lichtkonversionselement so ausgebildet und/oder angeordnet, dass ein Remissionsbetrieb (Reflexionsbetrieb) erfolgen kann.
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Erfindungsgemäß weist das Lichtkonversionselement im Bereich der Primärlichtempfangsfläche und/oder im Bereich der Sekundärlichtabgabefläche eine variable Dicke auf. Unter der Dicke ist insbesondere die Abmessung des Lichtkonversionselements zu verstehen, welche entlang der Beleuchtungsrichtung des Sekundärlichts verläuft. Erfindungsgemäß ist die variable Dicke des Lichtkonversionselements dabei derart ausgebildet ist, dass ein optischer Parameter des Sekundärlichts, insbesondere eine Farbkoordinate, einer vordefinierten Spezifikation genügt.
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Mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau, bei welchem ein Laserstrahl z.B. senkrecht und seitlich eingestrahlt werden kann und/oder der der Anregungsspot des Lasers z.B. auch im Wesentlichen die Größe des Konverters besitzen kann, wie jeweils nachfolgend noch näher ausgeführt wird, ist es möglich, die Form des Konverters auf die Laserstrahlung in der Weise abzustimmen, dass optische Parameter, wie z.B. die Farbkoordinaten, bestimmten Spezifikationen genügen. Ein Beispiel hierfür ist der Erzielung homogener Farbkoordinaten über die räumliche Ausdehnung des Leuchtspots hinweg.
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Es wird demnach eine Beleuchtungseinrichtung bereitgestellt, mit welcher über die Form des Konvertermaterials vorgegebene Anforderungen hinsichtlich der optischen Eigenschaften des Leuchtspots erfüllt werden können. Ferner ermöglicht die Erfindung, sehr hohe Leuchtdichten und Strahlungsleistungen, vorzugsweise mit weißem Licht, zu erzielen. Dadurch kann eine Homogenität oder Abstimmung der optischen Eigenschaften innerhalb des Leuchtflecks für die jeweilige Anwendung erreicht werden.
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Eine Beeinflussung der optischen Parameter kann grundsätzlich auch über die Anregungsintensität des Lasers, der Temperatur oder der Materialzusammensetzung des Phosphors ermöglicht werden. Die Erfindung stellt demgegenüber eine weitere Möglichkeit bereit, nämlich durch Variation der Dicke des Lichtkonversionselements. Eine Kombination der Erfindung mit anderen Möglichkeiten der Beeinflussung der optischen Parameter ist vorteilhaft ebenso möglich.
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Durch Variation der Dicke des Lichtkonversionselements können optische Parameter innerhalb der räumlichen Ausdehnung des Leuchtflecks gezielt gesteuert werden, denn diese werden insbesondere durch das Streu- und Konversionsverhalten des Phosphors bestimmt. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Dicke des Konverters lokal geringer ist und dadurch ein Farbanteil, z.B. der Gelbanteil, der Sekundärstrahlung an dieser räumlichen Position verändert, z.B. verringert, wird. Dadurch kann bewirkt werden, dass die Homogenität der Farbkoordinaten insgesamt erhöht wird.
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Mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung kann außerdem vorteilhaft eine hohe Luminanz bzw. Leuchtdichte (engl.: luminance) erreicht werden, was insbesondere für Anwendungen beispielsweise im Automobilsektor, im Flugzeugsektor, in der medizinischen Beleuchtung und im generellen Beleuchtungssektor, bspw. Bühnen-, Suchscheinwerfer, von Bedeutung sein kann. Es ist somit möglich, eine besonders hohe Leuchtdichte auch und gerade bei geringer Laserleistung zu erreichen, um nicht nur eine hohe Leuchtdichte zu erzielen, sondern auch den Energieverbrauch möglichst gering zu halten. Hierzu kann auch ein Lichtfleck einer nur geringen Abmessung vorgesehen sein, beispielsweise eines nur geringen Durchmessers, jedoch mit entsprechend hoher Leuchtdichte. Insbesondere in den genannten Anwendungen sind die Anforderungen an den Leuchtfleck, möglichst homogene Eigenschaften bzw. Eigenschaften, die an die weiterführende Optik angepasst sind, häufig relevant. Dies kann wie beschrieben durch diese Erfindung, der Abstimmung der Formgebung des Konvertermaterials auf den Laserspot, ermöglicht werden.
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Mit der Erfindung wird somit eine Lösung angegeben, eine kostengünstige Konverter-Anordnung zu realisieren, die die Abstimmung der optischen Eigenschaften im Leuchtfleck und eine dazu wünschenswerte hohe Präzision in der Ausrichtung im Gesamtsystem erfüllt.
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Wie eingangs beschrieben kann eine Beleuchtungseinrichtung so aufgebaut sein, dass neben dem Lichtkonversionselement eine Laserlichtquelle umfasst ist. Es ist allerdings nicht zwingend eine Laserlichtquelle umfasst, es kann beispielsweise auch nur ein Lichtleiter umfasst sein, welcher das Primärlicht abgibt, wobei der Lichtleiter seinerseits mit einer Laserlichtquelle verbunden sein kann, um das Licht in den Lichtleiter einzukoppeln. Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung umfasst demnach zumindest eine Lichtabgabeeinheit, welche dazu eingerichtet ist, das Primärlicht abzugeben.
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In einer Variante kann die Lichtabgabeeinheit eine Lichtquelle, insbesondere eine Laserlichtquelle, umfassen, welche dazu eingerichtet ist, das Primärlicht zur Beleuchtung des Lichtkonversionselements abzugeben.
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Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass die Lichtabgabeeinheit einen Lichtleiter, insbesondere einen Faserlichtleiter, umfasst, welcher dazu eingerichtet ist, das Primärlicht zur Beleuchtung des Lichtkonversionselements abzugeben.
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Ferner kann alternativ oder zusätzlich auch vorgesehen sein, dass die Lichtabgabeeinheit eine Linse umfasst, welche dazu eingerichtet ist, das Primärlicht zur Beleuchtung des Lichtkonversionselements abzugeben.
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Die Lichtabgabeeinheit ist vorzugsweise derart angeordnet, dass das Primärlicht seitlich auf das Lichtkonversionselements eingestrahlt wird, wobei das Primärlicht insbesondere entlang einer optischen Achse eingestrahlt wird, welche zu einer Mittelachse, d.h. die Achse, die durch die Mitte der Vorderseite des Lichtkonversionselements verläuft, insbesondere als Normale zur Oberfläche, des Lichtkonversionselements und/oder zu einer optischen Achse des Sekundärlichts einen Winkel von größer als 30 Grad, vorzugsweise größer als 45 Grad, besonders bevorzugt von größer als 60 Grad aufweist.
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Vorzugsweise ist die Lichtabgabeeinheit dazu eingerichtet und/oder derart angeordnet, dass die Primärlichtempfangsfläche innerhalb derer das Lichtkonversionselement mit dem Primärlicht beleuchtet wird, kleiner ist als 1 Quadratmillimeter, vorzugsweise kleiner ist als 0,5 Quadratmillimeter, besonders bevorzugt kleiner ist als 0,2 Quadratmillimeter.
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Die Lichtabgabeeinheit bzw. -einheiten, welche das Primärlicht abgibt, weist vorzugsweise eine Strahlungsleistung von mindestens 0,5W auf. Ferner kann vorgesehen sein, dass das Sekundärlicht eine Leuchtdichte von mindestens 50cd/mm2 aufweist.
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Das Lichtkonversionselement ist vorzugsweise plättchenförmig und/oder scheibenförmig ausgebildet. Quer bzw. senkrecht zur Dicke, d.h. entlang der Richtung entlang derer sich die Vorderseite erstreckt, hat das Lichtkonversionselement demnach bevorzugt eine Abmessung, welche größer ist als seine Dicke. Das Lichtkonversionselement kann z.B. rund oder eckig ausgebildet sein.
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Wie bereits vorstehend beschrieben weist das Lichtkonversionselement eine variable Dicke auf, d.h. es gibt zumindest zwei verschiedene Dicken für verschiedenen Stellen auf der Vorderseite. Vorzugsweise weist das Lichtkonversionselement in der Mitte, d.h. dort wo die Mittelachse verläuft, eine größere Dicke aufweist, als an einem von der Mittelachse entfernten Rand.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Lichtkonversionselement eine gewölbte, insbesondere konvexe Oberfläche, z.B. Vorderseite, aufweist und/oder eine zum Rand hin abgeschrägte Oberfläche, z.B. Vorderseite, aufweist.
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Vorzugsweise ist die variable Dicke des Lichtkonversionselements derart ausgebildet, dass das Lichtkonversionselement als maximale Dicke eine Abmessung von 1mm (größte Dicke) aufweist und als minimale Dicke eine Abmessung von 0.02mm (kleinste Dicke) aufweist. Allgemein kann insbesondere vorgesehen sein, dass die variable Dicke des derart ausgebildet ist, dass das Lichtkonversionselement als maximale Dicke eine Abmessung von über 0,1mm, insbesondere über 0,5mm, aufweist und als minimale Dicke eine Abmessung von unter 0,1 mm, insbesondere unter 0,05mm aufweist.
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Die variable Dicke des Lichtkonversionselements ist derart ausgebildet, dass ein optischer Parameter des Sekundärlichts, insbesondere eine Farbkoordinate, einer vordefinierten Spezifikation genügt, insbesondere, wenn das Lichtkonversionselement mit monochromatischem Primärlicht bestrahlt wird.
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Die variable Dicke des Lichtkonversionselements kann etwa derart ausgebildet sein, dass eine oder mehrere Farbkoordinaten des Sekundärlichts über den Bereich der Primärlichtempfangsfläche und/oder über den Bereich der Sekundärlichtabgabefläche eine Variation von weniger als 0,25, vorzugsweise von weniger als 0,15, vorzugsweise von weniger als 0,05 aufweisen, insbesondere wenn das Lichtkonversionselement mit monochromatischem Primärlicht bestrahlt wird.
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Ein Vorteil des Remissionsbetriebs (Reflexionsbetriebs) ist es, dass das Lichtkonversionselement von der Rückseite gekühlt werden kann. Daher umfasst die Beleuchtungseinrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform einen Grundkörper, welcher insbesondere als Kühlkörper ausgebildet ist, wobei das Lichtkonversionselement mittelbar oder unmittelbar auf dem Grundkörper aufgebracht ist. Das Lichtkonversionselement kann somit direkt auf dem Grundkörper befestigt sein oder auch auf einem Zwischenelement befestigt sein, welches seinerseits auf dem Grundkörper befestigt ist.
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Vorzugsweise umfasst die Beleuchtungseinrichtung ein Ausrichtungselement zur Ausrichtung des Lichtkonversionselements relativ zum Primärlicht, so dass insbesondere die Vorderseite und/oder die Primärlichtempfangsfläche auf der Vorderseite des Lichtkonversionselements justiert werden kann. Das Lichtkonversionselement ist bevorzugt auf dem Ausrichtungselement aufgebracht und das Ausrichtungselement ist wiederum bevorzugt auf dem Grundkörper aufgebracht.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Lichtkonversionselement, welches, wie bereits vorstehend beschrieben, dazu eingerichtet ist, mit Primärlicht beleuchtet zu werden und Sekundärlicht mit einer anderen Wellenlänge abzugeben, wobei das Lichtkonversionselement eine Vorderseite aufweist und dazu eingerichtet ist, auf der Vorderseite im Bereich einer Primärlichtempfangsfläche mit dem Primärlicht beleuchtet zu werden und das Sekundärlicht auf der Vorderseite im Bereich einer Sekundärlichtabgabefläche abzugeben und wobei das Lichtkonversionselement im Bereich der Primärlichtempfangsfläche und/oder im Bereich der Sekundärlichtabgabefläche eine variable Dicke aufweist, wobei die variable Dicke des Lichtkonversionselements derart ausgebildet ist, dass ein optischer Parameter des Sekundärlichts, insbesondere eine Farbkoordinate, einer vordefinierten Spezifikation genügt.
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Ein solches erfindungsgemäßes Lichtkonversionselement kann vorzugsweise in der Mitte, durch welche die Mittelachse verläuft, eine größere Dicke aufweisen als an einem von der Mittelachse entfernten Rand und/oder eine gewölbte, insbesondere konvexe, Vorderseite aufweisen und/oder eine zum Rand hin abgeschrägte Vorderseite aufweisen, wobei hierzu auch auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen wird.
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Die variable Dicke des Lichtkonversionselements ist derart ausgebildet, dass ein optischer Parameter des Sekundärlichts, insbesondere eine Farbkoordinate, einer vordefinierten Spezifikation genügt, wobei die variable Dicke des Lichtkonversionselements insbesondere derart ausgebildet ist, dass eine oder mehrere Farbkoordinaten des Sekundärlichts über den Bereich der Primärlichtempfangsfläche und/oder über den Bereich der Sekundärlichtabgabefläche eine Variation von weniger als 0,25, vorzugsweise von weniger als 0,15, vorzugsweise von weniger als 0,05 aufweisen, wobei hierzu wiederum auf das vorstehend Gesagte verwiesen wird.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Lichtkonversionseinrichtung umfassend einen Grundkörper welcher insbesondere als Kühlkörper ausgebildet ist und ein mittelbar oder unmittelbar auf dem Grundkörper aufgebrachtes Lichtkonversionselement entsprechend den vorstehenden Ausführungen.
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Die erfindungsgemäße Lichtkonversionseinrichtung kann ferner ein Ausrichtungselement zur Ausrichtung des Lichtkonversionselements relativ zum Primärlicht umfassen, wobei das Lichtkonversionselement auf dem Ausrichtungselement aufgebracht sein kann und das Ausrichtungselement wiederum auf dem Grundkörper aufgebracht sein kann, wozu wiederum auf das vorstehend Gesagte verwiesen wird.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Bearbeitung eines Lichtkonversionselements.
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Hierbei wird zunächst ein Lichtkonversionselement, welches dazu eingerichtet ist, mit Primärlicht beleuchtet zu werden und Sekundärlicht mit einer anderen Wellenlänge abzugeben, bereitgestellt. Dieses Lichtkonversionselement wird dann bearbeitet, indem Material des Lichtkonversionselements abgetragen wird, insbesondere Material auf der Vorderseite und/oder am Rand des Lichtkonversionselements abgetragen wird, um die Dicke des Lichtkonversionselements lokal zu verändern.
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Bei der Bearbeitung des Lichtkonversionselement wird die Dicke des Lichtkonversionselements derart verändert, dass ein optischer Parameter des Sekundärlichts, insbesondere eine Farbkoordinate, einer vordefinierten Spezifikation genügt, insbesondere wenn das Lichtkonversionselements mit monochromatischem Primärlicht bestrahlt wird.
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Vorzugsweise wird die Dicke des Lichtkonversionselements derart verändert, dass eine oder mehrere Farbkoordinaten von Sekundärlicht über den Bereich der Primärlichtempfangsfläche und/oder über den Bereich der Sekundärlichtabgabefläche eine Variation von weniger als 0,25, vorzugsweise von weniger als 0,15, vorzugsweise von weniger als 0,05 aufweisen.
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Schließlich betrifft die Erfindung noch ein Verfahren zur Herstellung einer Lichtkonversionseinrichtung .
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Hierbei wird zunächst ein, wie vorstehend erläutert, bearbeitetes Lichtkonversionselement bereitgestellt. Dieses bearbeitete Lichtkonversionselements wird dann auf einem Grundkörper, welcher insbesondere als Kühlkörper ausgebildet ist, angeordnet und/oder befestigt. Alternativ kann das bearbeitete Lichtkonversionselement auch auf einem Zwischenelement, z.B. auf einem Ausrichtungselement zur Ausrichtung des Lichtkonversionselements relativ zu dem Primärlicht einer Lichtabgabeeinheit angeordnet und/oder befestigt werden, wobei dieses Zwischenelement vorzugsweise wiederum auf dem Grundkörper angeordnet und/oder befestigt wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine aus dem Stand der Technik bekannte Beleuchtungseinrichtung, bei der ein Lichtkonversionselement (Konverter) im Transmissionsbetrieb zum Einsatz kommt;
- 2 eine Beleuchtungseinrichtung, bei der ein Konverter im Remissionsbetrieb zum Einsatz kommt;
- 3 eine Beleuchtungseinrichtung entsprechend 2, bei welcher der Konverter auf einem Kühlkörper aufgebracht ist;
- 4 Messkurven der Leuchtdichte und der cx- und cy-Farbkoordinate des Sekundärlichts, aufgetragen über die Position auf der Vorderseite des Konverters;
- 5 eine Beleuchtungseinrichtung mit einem Konverter mit variabler Dicke, wobei die Vorderseite an den Rändern des Konverters abgeschrägt ist; und
- 6 eine Beleuchtungseinrichtung mit einem Konverter mit variabler Dicke, wobei die Vorderseite eine konvexe Wölbung aufweist.
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1 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Beleuchtungseinrichtung 100, welche für den Transmissionsbetrieb ausgelegt ist. Die Beleuchtungseinrichtung 100 umfasst eine als Laserdiode ausgebildete Lichtabgabeeinheit 200, mit welcher Primärlicht 250, z.B. blaues Licht, auf die Rückseite 320 eines Lichtkonversionselements 300 gestrahlt wird. Das Lichtkonversionselements 300 empfängt demnach das Primärlicht 250 auf der Rückseite 320 und gibt auf der Vorderseite 310 Sekundärlicht 350 ab.
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2 zeigt eine ähnliche Beleuchtungseinrichtung 100, welche jedoch für den Remissionsbetrieb (Reflexionsbetrieb) ausgelegt ist. Hier strahlt die Lichtabgabeeinheit 200 das Primärlicht 250 auf die Vorderseite 310 des Lichtkonversionselements 300, wobei die Vorderseite im Bereich einer Primärlichtempfangsfläche 330 beleuchtet wird. Das Lichtkonversionselement 300 gibt auf der Vorderseite 310 im Bereich einer Sekundärlichtabgabefläche 340 das Sekundärlicht 350 ab.
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3 zeigt wiederum eine Beleuchtungseinrichtung 100, welche für den Remissionsbetrieb (Reflexionsbetrieb) ausgelegt ist, wobei das Lichtkonversionselement 300 dazu eingerichtet ist, auf der Vorderseite 310 im Bereich einer Primärlichtempfangsfläche 330 mit dem Primärlicht 250 beleuchtet zu werden und das Sekundärlicht 350 auf der Vorderseite 310 im Bereich einer Sekundärlichtabgabefläche 340 abzugeben, wobei das Lichtkonversionselement 300 ferner auf einem als Kühlkörper ausgebildeten Grundkörper 400 aufgebracht ist.
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Hierbei kommt das Prinzip der Anregung des als planaren Phosphorplättchen ausgebildeten Lichtkonversionselements 300 mit dem als Laserstrahl ausgebildeten Primärlicht 250 zum Einsatz. Die optischen Parameter innerhalb der räumlichen Ausdehnung des Leuchtflecks sind inhomogen und durch das Streu- und Konversionsverhalten des Phosphors bestimmt. Eine Beeinflussung der optischen Parameter ist z.B. über die Anregungsintensität des Lasers, der Temperatur oder der Materialzusammensetzung des Phosphors möglich. Zur Erreichung oder Optimierung einer Homogenität oder Abstimmung der optischen Eigenschaften auf die jeweilige Anwendung bietet die vorliegende Erfindung jedoch die Möglichkeit der Dickenvariation, wie nachstehend beschrieben.
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4 zeigt den Verlauf der Intensität der Laseranregung 352 eines blauen Lasers und die dazugehörige cx-Farbkoordinate 354 und cy-Farbkoordinate 356 des Sekundärlichts 350, aufgetragen über die Position auf der Vorderseite 310, bzw. über die Position im Leuchtfleck, des in 3 dargestellten planaren Lichtkonversionselements 300. Bei dem planaren Konverter zeigt sich unter Anregung mit einem blauen Laser überraschenderweise, dass die Farbkoordinaten 354, 356 über die räumliche Ausdehnung des Leuchtflecks hinweg nicht konstant verlaufen. Eine Variation der Farbkoordinaten über die Position des Leuchtflecks ist hier im Bereich von 0,3 bis zu 0,5 zu sehen. Die Zunahme der Farbkoordinaten zum Rand des Leuchtflecks hin ist wesentlich durch die Streueigenschaften des Phosphors gegeben. Der Gelbanteil ist am Rande des Leuchtflecks erhöht.
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Um die Homogenität optischer Parameter über den Leuchtfleck hinweg und die präzise Ausrichtung der Konvertermaterials zum Laserspot zu gewährleisten, kann von einem Konverter ein Teil des Konverters über z.B. Laserablation oder anderen Verfahren abgetragen werden, so dass der Konverter gezielt geformt wird, wodurch die optische Eigenschaften des Leuchtflecks an die Anforderung, wie z.B. die Homogenität der Farbkoordinaten über den Leuchtfleck hinweg, anpasst werden können. Es kann darüber hinaus eine zentrische Anordnung des Konverters zum Laserspot mittels eines Ausrichtungselements (Alignementstruktur) vorgenommen werden.
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5 und 6 zeigen zwei Ausführungsformen, bei denen die Form des Konverters an die optischen Eigenschaften angepasst ist. Das Lichtkonversionselement 300 ist auf einem Ausrichtungselement 500 angeordnet, welches seinerseits auf einem Kühlkörper 400 angebracht ist, so dass das Lichtkonversionselement 300 mittelbar auf dem Kühlkörper 400 befestigt ist. In beiden Ausführungsformen ist der Konverter 300 an den von der Mittelachse 600 entfernten Rändern dünner ausgeführt, wobei der Konverter in 5 zum Rand hin abgeschrägt ist, während er in 6 eine konvexe Vorderseite 310 aufweist.
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Durch die Reduzierung des Konvertermaterials am Rand des Leuchtflecks kann der Gelbanteil an dieser räumlichen Position verringert werden. Damit wird auch der gelb konvertierte blaue Anteil des Lasers verringert und somit die Farbkoordinaten kleiner. Dadurch wird bewirkt, dass die Homogenität der Farbkoordinaten deutlich erhöht wird. Die genaue Abstimmung der optischen Parameter im Leuchtfleck wird ermöglicht durch die genaue Ausrichtung des Konverters zum Laserspot mittels des Ausrichtungselements 500, welches auf dem Grundkörper 400 angebracht ist.
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Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen. Ferner ist ersichtlich, dass die Merkmale unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung, den Ansprüchen, den Figuren oder anderweitig offenbart sind, auch einzeln wesentliche Bestandteile der Erfindung definieren, selbst wenn sie zusammen mit anderen Merkmalen gemeinsam beschrieben sind und somit als unabhängig voneinander offenbart angesehen werden können.
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Die Beschreibung von Merkmalen eines Ausführungsbeispiels gilt jeweils auch für die anderen Ausführungsbeispiele.
