DE102019210255A1 - Illumination device for emitting light of several wavelengths, optical analysis device for illuminating and analyzing a sample and method for producing an illumination device - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Beleuchtungseinrichtung (1) zum Abstrahlen von Licht mehrerer Wellenlängen umfassend eine Lichtquelle (10); eine wellenlängenkonvertierende Einrichtung (2), welche in einem Abstrahlbereich der Lichtquelle (10) angeordnet ist, welche zumindest einen ersten Konverterbereich (KB3a, KB3b, ..., KB3n) mit einem ersten wellenlängenkonvertierenden Material (3a) und einen zweiten Konverterbereich (KB3a', KB3b', ..., KB3n') mit einem zweiten wellenlängenkonvertierenden Material (3b) umfasst, wobei der erste Konverterbereich (KB3a, KB3b, ..., KB3n) dazu eingerichtet ist, Licht von der Lichtquelle (10) in eine erste Wellenlänge zu konvertieren und der zweite Konverterbereich (KB3a', KB3b', ..., KB3n') dazu eingerichtet ist, Licht von der Lichtquelle (10) in eine zweite Wellenlänge zu konvertieren, wobei die erste und die zweite Wellenlänge verschieden sind, und wobei die Konverterbereiche (KB3a, KB3b', ..., KB3n) lateral nebeneinander angeordnet sind.The present invention provides a lighting device (1) for emitting light of several wavelengths, comprising a light source (10); a wavelength-converting device (2) which is arranged in an emission area of the light source (10) which has at least a first converter area (KB3a, KB3b, ..., KB3n) with a first wavelength-converting material (3a) and a second converter area (KB3a ' , KB3b ', ..., KB3n') with a second wavelength-converting material (3b), the first converter region (KB3a, KB3b, ..., KB3n) being set up to convert light from the light source (10) into a first To convert wavelength and the second converter area (KB3a ', KB3b', ..., KB3n ') is set up to convert light from the light source (10) into a second wavelength, the first and the second wavelength being different, and wherein the converter areas (KB3a, KB3b ', ..., KB3n) are arranged laterally next to one another.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung zum Abstrahlen von Licht mehrerer Wellenlängen, eine optische Analyseeinrichtung zum Beleuchten und Analysieren einer Probe und ein Verfahren zum Herstellen einer Beleuchtu ngsein richtung.The present invention relates to a lighting device for emitting light of several wavelengths, an optical analysis device for illuminating and analyzing a sample, and a method for producing a lighting device.

Stand der TechnikState of the art

Lichtkonvertierende Leuchtstoffe sind etwa aus Leuchtstoffröhren bekannt. Meist hat der Leuchtstoff aufgrund der Augenempfindlichkeit für die Abstrahlung im Sichtbaren nur eine vergleichsweise geringe Bandbreite von 400 nm bis etwa 700 nm. Für eine Anwendung in der Sensorik sind unter Umständen wesentlich größere Bandbreiten notwendig oder wünschenswert, etwa außerhalb des sichtbaren Wellenlängenbereichs, beispielsweise im Infrarot. Die Leuchtstoffentwicklung bezieht sich meist auf den sichtbaren Wellenlängenbereich und daher sind für das Infrarot wesentlich weniger geeignete Materialien für Infrarotleuchtstoffe bekannt.Light-converting phosphors are known from fluorescent tubes, for example. Owing to its sensitivity to the eyes, the fluorescent material usually only has a comparatively small bandwidth of 400 nm to about 700 nm. For use in sensor technology, significantly larger bandwidths may be necessary or desirable, for example outside the visible wavelength range, for example in the infrared . The development of luminescent substances mostly relates to the visible wavelength range and therefore far less suitable materials for infrared luminescent substances are known.

Für die Spektrometrie wird derzeit in dem Produkt SCiO von ConsumerPhysics eine PC-LED („Phosphor Converted Light Emitting Diode“) verwendet, die abseits des sichtbaren Wellenlängenbereiches von 700 nm bis 1000 nm Leuchtstoff-konvertiertes Infrarot-Licht emittiert. Das Anregungslicht der LED besitzt eine Wellenlänge von etwa 450 nm und wird vom Leuchtstoff mit weit geringeren Effizienzen umgesetzt als das für entsprechende Produkte aus der Beleuchtungsanwendung der Fall ist.For the spectrometry, a PC-LED ("Phosphor Converted Light Emitting Diode") is currently used in the SCiO product from ConsumerPhysics, which emits fluorescent-converted infrared light outside the visible wavelength range of 700 nm to 1000 nm. The excitation light of the LED has a wavelength of around 450 nm and is converted by the phosphor with far lower efficiencies than is the case for corresponding products from lighting applications.

Breitbandigere Lösungen und/oder entsprechende Produkte im längerwelligen Infrarotbereich wären wünschenswert. Insbesondere für die Spektrometrie sollte die Lichtquelle über einen breiten emittierten Wellenlängenbereich möglichst mit konstanter Intensität verfügen. Die Eigenschaften der verfügbaren Leuchtstoffe der PC-LED (phosphor converted) beeinflussen den Funktionsumfang und die Leistungsfähigkeit eines optischen Systems (z.B. eines Spektrometers oder einer Hyperspektralkamera) erheblich. Meist werden zwei verschiedene PC-LEDs mit unterschiedlichen Wellenlängenbereichen für die Beleuchtung verwendet. Um einen breiteren Wellenlängenbereich (> 300 nm) mit einer einzigen LED abzudecken, sind meist mehrere Leuchtstoffe erforderlich.More broadband solutions and / or corresponding products in the longer-wave infrared range would be desirable. For spectrometry in particular, the light source should have a broad emitted wavelength range with as constant an intensity as possible. The properties of the available phosphors of the PC-LED (phosphor converted) influence the functional scope and the performance of an optical system (e.g. a spectrometer or a hyperspectral camera) considerably. Usually two different PC-LEDs with different wavelength ranges are used for the lighting. In order to cover a wider wavelength range (> 300 nm) with a single LED, several phosphors are usually required.

In der CN 105 895783 A wird vorgeschlagen mehrere Leuchtstoffe übereinander zu stapeln und durch alle Schichten hindurch anzuregen.In the CN 105 895783 A it is proposed to stack several phosphors on top of one another and to excite them through all layers.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung schafft eine Beleuchtungseinrichtung zum Abstrahlen von Licht mehrerer Wellenlängen nach Anspruch 1, eine optische Analyseeinrichtung zum Beleuchten und Analysieren einer Probe nach Anspruch 13 und ein Verfahren zum Herstellen einer Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 15.The present invention provides a lighting device for emitting light of several wavelengths according to claim 1, an optical analysis device for illuminating and analyzing a sample according to claim 13 and a method for producing a lighting device according to claim 15.

Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Preferred further developments are the subject of the subclaims.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, eine Beleuchtungseinrichtung zum Abstrahlen von Licht mehrerer Wellenlängen, eine optische Analyseeinrichtung zum Beleuchten und Analysieren einer Probe und ein Verfahren zum Herstellen einer optischen Beleuchtungseinrichtung anzugeben, wobei eine kompakte und breitbandige Lichtquelle für eine Analysevorrichtung, etwa ein Spektrometer oder ein bildgebender Hyperspektralsensor, für das Bestrahlen einer Probe realisierbar ist. Die Beleuchtungseinrichtung kann im sichtbaren Wellenlängenbereich und auch im UV- oder infraroten Wellenlängenbereich, zur Anwendung in der Spektroskopie, abstrahlen. Durch die Beleuchtungseinrichtung können die Emissionseigenschaften mehrerer einzelner wellenlängenkonvertierender Materialien unabhängig voneinander an Bedarfszwecke angepasst werden und deren Beeinflussung untereinander verringert werden. So können etwa die Intensität die Emission, die Bandbreite der Beleuchtungseinrichtung, oder Anstiegs- und Abklingzeiten angepasst werden und dabei Emissionseffizienzeinbrüche im Vergleich zu einem Gemisch von wellenlängenkonvertierenden Materialein verringert oder vermieden werden.The idea on which the present invention is based consists in specifying a lighting device for emitting light of several wavelengths, an optical analysis device for illuminating and analyzing a sample and a method for producing an optical lighting device, with a compact and broadband light source for an analysis device, such as a spectrometer or an imaging hyperspectral sensor for irradiating a sample can be implemented. The lighting device can emit in the visible wavelength range and also in the UV or infrared wavelength range for use in spectroscopy. By means of the lighting device, the emission properties of several individual wavelength-converting materials can be adapted independently of one another to requirements and their mutual influence can be reduced. For example, the intensity, the emission, the bandwidth of the lighting device, or the rise and decay times can be adapted and, in the process, drops in emission efficiency compared to a mixture of wavelength-converting materials can be reduced or avoided.

Erfindungsgemäß umfasst die Beleuchtungseinrichtung zum Abstrahlen von Licht mehrerer Wellenlängen eine Lichtquelle; eine wellenlängenkonvertierende Einrichtung, welche in einem Abstrahlbereich der Lichtquelle angeordnet ist, welche zumindest einen ersten Konverterbereich mit einem ersten wellenlängenkonvertierenden Material und einen zweiten Konverterbereich mit einem zweiten wellenlängenkonvertierenden Material umfasst, wobei der erste Konverterbereich dazu eingerichtet ist, Licht von der Lichtquelle in eine erste Wellenlänge zu konvertieren und der zweite Konverterbereich dazu eingerichtet ist, Licht von der Lichtquelle in eine zweite Wellenlänge zu konvertieren, wobei die erste und die zweite Wellenlänge verschieden sind, und wobei die Konverterbereiche lateral nebeneinander angeordnet sind.According to the invention, the lighting device for emitting light of several wavelengths comprises a light source; a wavelength-converting device, which is arranged in an emission region of the light source, which comprises at least a first converter region with a first wavelength-converting material and a second converter region with a second wavelength-converting material, the first converter region being configured to convert light from the light source into a first wavelength to convert and the second converter area is set up to convert light from the light source into a second wavelength, wherein the first and the second wavelength are different, and wherein the converter areas are arranged laterally next to one another.

Durch eine Trennung der Leuchtstoffe kann eine höhere Abstrahlintensität erzielt werden als bei einem Gemisch von Leuchtstoffen. Auf diese Weise kann eine Beleuchtungseinrichtung bereitgestellt werden, welche über einen breiten Wellenlängenbereich möglichst mit konstanter Intensität emittiert.By separating the phosphors, a higher emission intensity can be achieved than with a mixture of phosphors. In this way, a lighting device can be provided which emits with as constant an intensity as possible over a broad wavelength range.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung ist das Licht von der Lichtquelle durch den ersten Konverterbereich in einen ersten Wellenlängenbereich konvertierbar und durch den zweiten Konverterbereich in einen zweiten Wellenlängenbereich konvertierbar, wobei der erste Wellenlängenbereich und der zweite Wellenlängenbereich sich teilweise überlappen.According to a preferred embodiment of the lighting device, the light from the light source can be converted into a first wavelength range by the first converter area and into a second wavelength range by the second converter area, the first wavelength range and the second wavelength range partially overlapping.

Durch die Anwendung von mehreren wellenlängenkonvertierenden Materialien kann ein Intensitätsverlauf der abgestrahlten Wellenlängen im Emissionsspektrum erhöht oder verbreitert werden, insbesondere kann der spektrale Intensitätsverlauf, also über die Wellenlängen, einen glatteren Verlauf aufweisen als ein einzelner Leuchtstoff.By using several wavelength-converting materials, an intensity profile of the emitted wavelengths in the emission spectrum can be increased or broadened; in particular, the spectral intensity profile, that is to say over the wavelengths, can have a smoother profile than a single phosphor.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung umfasst die Lichtquelle einen Laser oder eine LED.According to a preferred embodiment of the lighting device, the light source comprises a laser or an LED.

Ein Laser oder eine LED kann Licht mit einer genau definierten Abstrahlintensität bereitstellen und einfach in einer Beleuchtungseinrichtung verbaut werden.A laser or an LED can provide light with a precisely defined emission intensity and can easily be installed in a lighting device.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung ist die wellenlängenkonvertierende Einrichtung mit den Konverterbereichen jeweils direkt auf der Lichtquelle angeordnet.According to a preferred embodiment of the lighting device, the wavelength-converting device with the converter areas is each arranged directly on the light source.

Durch eine direkte Anordnung kann vorteilhaft eine in Baugröße kompakte Beleuchtungseinrichtung bereitgestellt werden. Bei den Konverterbereichen kann es sich um erste und/oder zweite Konverterbereiche handeln.A lighting device that is compact in size can advantageously be provided by a direct arrangement. The converter areas can be first and / or second converter areas.

Anstatt direkt auf der Lichtquelle kann die wellenlängenkonvertierende Einrichtung mit den Konverterbereichen um einen bestimmten Abstand benachbart oder angrenzend zur Lichtquelle sein.Instead of being directly on the light source, the wavelength-converting device with the converter regions can be adjacent or adjacent to the light source by a certain distance.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung umfasst diese eine Kavität in welcher die Lichtquelle angeordnet ist und die Konverterbereiche die Kavität zumindest teilweise füllen.According to a preferred embodiment of the lighting device, it comprises a cavity in which the light source is arranged and the converter regions at least partially fill the cavity.

Durch die Kavität kann an deren Seitenwänden ein reflektierender Effekt erzeugt werden und aus den Konverterbereichen austretende Strahlung an den Seitenbereichen wieder in die Konverterbereiche zurückreflektiert werden, was zu einer Steigerung der Effizienz der Konverterbereiche führen kann. Bei den Konverterbereichen kann es sich um erste und/oder zweite Konverterbereiche handeln.The cavity can generate a reflective effect on its side walls and radiation emerging from the converter areas can be reflected back into the converter areas at the side areas, which can lead to an increase in the efficiency of the converter areas. The converter areas can be first and / or second converter areas.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung umfasst die wellenlängenkonvertierende Einrichtung einen Träger, auf welchem die Konverterbereiche angeordnet sind und der Träger beabstandet zur Lichtquelle in einer Abstrahlrichtung des Lichts von der Lichtquelle angeordnet ist.According to a preferred embodiment of the lighting device, the wavelength-converting device comprises a carrier on which the converter areas are arranged and the carrier is arranged at a distance from the light source in an emission direction of the light from the light source.

Durch eine Anordnung auf einem Träger kann eine größere Freiheit zur Platzierung oder Orientierung der Leuchtstoffe erzielt werden. Durch eine Beabstandung können die Konverterbereiche von einer thermischen Wirkung der Lichtquelle entkoppelt sein. Bei den Konverterbereichen kann es sich um erste und/oder zweite Konverterbereiche handeln.By arranging them on a carrier, greater freedom for placing or orienting the phosphors can be achieved. The converter areas can be decoupled from a thermal effect of the light source by spacing them apart. The converter areas can be first and / or second converter areas.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung umfasst diese eine Kavität in welcher die Lichtquelle angeordnet ist und der Träger die Kavität zumindest teilweise überdeckt.According to a preferred embodiment of the lighting device, it comprises a cavity in which the light source is arranged and the carrier at least partially covers the cavity.

Die Anordnung auf einem Träger erlaubt eine einfache Platzierung der Leuchtstoffe über der Kavität, welche eine reflektierende Wirkung in einer Abstrahlrichtung aufweisen kann. Durch ein Überdecken der Kavität kann eine Kombination von Leuchtstoffen vorteilhaft einfach über dieser Kavität, diese zumindest teilweise überspannend, angeordnet werden.The arrangement on a carrier allows simple placement of the phosphors over the cavity, which can have a reflective effect in one direction of emission. By covering the cavity, a combination of phosphors can advantageously easily be arranged over this cavity, at least partially spanning it.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung sind die Konverterbereiche im Träger integriert oder auf dem Träger an einer der Lichtquelle abgewandten oder zugewandten Seite angeordnet und weisen eine optisch wirksame Form auf.According to a preferred embodiment of the lighting device, the converter areas are integrated in the carrier or arranged on the carrier on a side facing away from or facing the light source and have an optically effective shape.

Mit einer optisch wirksamen Form können beispielsweise Linsenwirkungen erzielt werden um die Abstrahlung der konvertierten Strahlung besser beeinflussen zu können, beispielsweise auf einen Bereich in Abstrahlrichtung zu fokussieren. Bei den Konverterbereichen kann es sich um erste und/oder zweite Konverterbereiche handeln.With an optically effective shape, lens effects can be achieved, for example, in order to be able to better influence the emission of the converted radiation, for example to focus on an area in the emission direction. The converter areas can be first and / or second converter areas.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung ist durch zumindest eines der ersten und/oder zweiten und/oder durch mehrere wellenlängenkonvertierenden Materialien das Licht von der Lichtquelle in einen Infrarot oder Nah-Infrarotbereich konvertierbar.According to a preferred embodiment of the lighting device, the light from the light source can be converted into an infrared or near-infrared range by means of at least one of the first and / or second and / or several wavelength-converting materials.

Für eine Anwendung in der Sensorik können verhältnismäßig große Bandbreiten notwendig oder wünschenswert sein, etwa außerhalb des sichtbaren Wellenlängenbereichs, beispielsweise im Infrarot.For use in sensor technology, relatively large bandwidths may be necessary or desirable, for example outside the visible wavelength range, for example in the infrared.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung umfasst diese eine Vielzahl von zumindest ersten und zweiten Konverterbereichen, und wobei mit einem Verhältnis von ersten Konverterbereichen zu zweiten Konverterbereichen das Verhältnis der Intensität von Licht zumindest der ersten Wellenlänge zur Intensität von Licht der zweiten Wellenlängen einstellbar ist.According to a preferred embodiment of the lighting device, it comprises a plurality of at least first and second converter areas, and the ratio of the intensity of light of at least the first wavelength to the intensity of light of the second wavelength can be set with a ratio of first converter areas to second converter areas.

Durch ein Beeinflussen des Verhältnisses der Konverterbereiche kann eine bestimmte Bandbreite der Abstrahlung mit einem Schwerpunkt der Intensität in der gewünschten Wellenlänge erzielt werden.By influencing the ratio of the converter areas, a certain bandwidth of the radiation can be achieved with a focus on the intensity in the desired wavelength.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung ist eine Intensität eines vom jeweiligen Konverterbereich abgestrahlten Lichts durch eine Dicke dieses Konverterbereichs einstellbar und die Konverterbereiche weisen gleiche oder unterschiedliche Dicken auf.According to a preferred embodiment of the lighting device, an intensity of a light emitted by the respective converter area can be set through a thickness of this converter area and the converter areas have the same or different thicknesses.

Bei den Konverterbereichen kann es sich um erste und/oder zweite Konverterbereiche handeln.The converter areas can be first and / or second converter areas.

Durch eine bei der Herstellung wählbaren Dicke kann vorteilhaft einfach auf die Abstrahlcharakteristik Einfluss genommen werden, vorteilhaft auf die abgestrahlte konvertierte Intensität.By means of a thickness that can be selected during manufacture, it is advantageously possible to easily influence the emission characteristic, advantageously on the emitted converted intensity.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung umfasst der Träger einen Diffusor.According to a preferred embodiment of the lighting device, the carrier comprises a diffuser.

Durch einen Diffusor kann eine räumliche Homogenisierung der Abstrahlung realisiert werden und es kann eine höhere Durchmischung der unterschiedlichen spektralen Anteile des emittierten Lichts von der Beleuchtungseinrichtung erzielt werden.A diffuser can be used to achieve spatial homogenization of the radiation, and greater mixing of the different spectral components of the light emitted by the lighting device can be achieved.

Erfindungsgemäß umfasst die optische Analyseeinrichtung zum Beleuchten und Analysieren einer Probe eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung mit welcher die Probe mit einem Licht mehrerer Wellenlängen bestrahlbar ist; und eine spektrale Sensoreinrichtung, mit welcher ein von der Probe reflektiertes Licht empfangbar und spektral analysierbar ist.According to the invention, the optical analysis device for illuminating and analyzing a sample comprises a lighting device according to the invention with which the sample can be irradiated with a light of several wavelengths; and a spectral sensor device with which a light reflected from the sample can be received and spectrally analyzed.

Die Probe kann vorteilhaft mit bestimmten Wellenlängen zielgerichtet bestrahlt werden und das Reflexionsspektrum der Probe dann von der spektralen Sensoreinrichtung analysiert werden.The sample can advantageously be irradiated in a targeted manner with specific wavelengths and the reflection spectrum of the sample can then be analyzed by the spectral sensor device.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Analyseeinrichtung kann die spektrale Sensoreinrichtung ein Spektrometer oder einen bildgebenden Hyperspektralsensor umfassen.According to a preferred embodiment of the optical analysis device, the spectral sensor device can comprise a spectrometer or an imaging hyperspectral sensor.

Durch das Spektrometer kann vorteilhaft ein Absorptionsspektrum von an der Probe reflektiertem Licht erzeugt werden.The spectrometer can advantageously generate an absorption spectrum of light reflected on the sample.

Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren zum Herstellen einer Beleuchtungseinrichtung ein Bereitstellen einer Lichtquelle; ein Anordnen einer wellenlängenkonvertierenden Einrichtung in einem Abstrahlbereich der Lichtquelle, wobei zumindest ein erster Konverterbereich mit einem ersten wellenlängenkonvertierenden Material und ein zweiter Konverterbereich mit einem zweiten wellenlängenkonvertierenden Material erzeugt wird, wobei der erste Konverterbereich dazu eingerichtet ist, Licht von der Lichtquelle in eine erste Wellenlänge zu konvertieren und der zweite Konverterbereich dazu eingerichtet ist, Licht von der Lichtquelle in eine zweite Wellenlänge zu konvertieren, wobei die erste und die zweite Wellenlänge verschieden sind, und wobei die Konverterbereiche lateral nebeneinander angeordnet werden. According to the invention, a light source is provided in the method for producing a lighting device; arranging a wavelength-converting device in an emission region of the light source, at least a first converter region being produced with a first wavelength-converting material and a second converter region being produced with a second wavelength-converting material, the first converter region being configured to convert light from the light source into a first wavelength convert and the second converter area is set up to convert light from the light source into a second wavelength, wherein the first and the second wavelength are different, and wherein the converter areas are arranged laterally next to one another.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Licht von der Lichtquelle durch den ersten Konverterbereich in einen ersten Wellenlängenbereich konvertiert und durch den zweiten Konverterbereich in einen zweiten Wellenlängenbereich konvertiert, wobei der erste Wellenlängenbereich und der zweite Wellenlängenbereich sich teilweise überlappen.According to a preferred embodiment of the method, the light from the light source is converted by the first converter region into a first wavelength range and converted by the second converter region into a second wavelength range, the first wavelength range and the second wavelength range partially overlapping.

Das Verfahren kann sich auch durch die bereits in Verbindung mit der Beleuchtungseinrichtung genannten Merkmale und deren Vorteile auszeichnen und umgekehrt.The method can also be distinguished by the features already mentioned in connection with the lighting device and their advantages, and vice versa.

Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.Further features and advantages of embodiments of the invention emerge from the following description with reference to the accompanying drawings.

FigurenlisteFigure list

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand des in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert.The present invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiment indicated in the schematic figures of the drawing.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Abhängigkeit einer Abstrahlungsintensität des transmittierten Anregungslichtes und des konvertierten Lichtes eines wellenlängenkonvertierenden Materials von der Wellenlänge bei Mischung der Materialien;
  • 2 eine schematische Seitenansicht einer Beleuchtungseinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
  • 3 eine schematische Seitenansicht einer Beleuchtungseinrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
  • 4 eine Draufsicht auf eine Anordnung von wellenlängenkonvertierenden Materialien gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
  • 5 eine schematische Abhängigkeit einer Abstrahlungsintensität des transmittierten Anregungslichtes und des konvertierten Lichtes eines wellenlängenkonvertierenden Materials von der Wellenlänge bei getrennt angeordneten Materialien mit unterschiedlichen Flächenverhältn issen;
  • 6 eine schematische Seitenansicht einer Beleuchtungseinrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
  • 7 eine schematische Seitenansicht einer Beleuchtungseinrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
  • 8 eine schematische Seitenansicht einer Beleuchtungseinrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
  • 9 eine schematische Seitenansicht einer optischen Analyseeinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und
  • 10 eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Herstellen einer Beleuchtungseinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Show it:
  • 1 a schematic dependence of an emission intensity of the transmitted excitation light and the converted light of a wavelength-converting material on the wavelength when the materials are mixed;
  • 2 a schematic side view of a lighting device according to an embodiment of the present invention;
  • 3 a schematic side view of a lighting device according to one further embodiment of the present invention;
  • 4th a plan view of an arrangement of wavelength-converting materials according to an embodiment of the present invention;
  • 5 a schematic dependency of an emission intensity of the transmitted excitation light and the converted light of a wavelength-converting material on the wavelength in the case of separately arranged materials with different area ratios;
  • 6th a schematic side view of a lighting device according to a further embodiment of the present invention;
  • 7th a schematic side view of a lighting device according to a further embodiment of the present invention;
  • 8th a schematic side view of a lighting device according to a further embodiment of the present invention;
  • 9 a schematic side view of an optical analysis device according to an embodiment of the present invention; and
  • 10 a block diagram of method steps of a method for producing a lighting device according to an embodiment of the present invention.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols denote identical or functionally identical elements.

1 zeigt eine schematische Abhängigkeit einer Abstrahlungsintensität des transmittierten Anregungslichtes und des konvertierten Lichtes eines wellenlängenkonvertierenden Materials von der Wellenlänge bei Mischung der Materialien; 1 shows a schematic dependency of an emission intensity of the transmitted excitation light and the converted light of a wavelength-converting material on the wavelength when the materials are mixed;

Wellenlängenkonvertierende Materialien können einen Leuchtstoff, umfassen. Um nach dem Anregen des Leuchtstoffs mehr als nur eine Wellenlänge anstrahlen zu können, können mehrere Leuchtstoffe genutzt werden, üblicherweise gemischt werden.Wavelength converting materials can include a phosphor. In order to be able to illuminate more than just one wavelength after the phosphor has been excited, several phosphors can be used, usually mixed.

Die 1a zeigt das transmittierende Anregungslicht A1 und eine resultierende Emission B1 für einen ersten Leuchtstoff als Intensität I in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Die 1b zeigt das transmittierte Anregungslicht A2 und ein resultierendes Emissionsspektrum B2 für einen zweiten Leuchtstoff als Intensität I in Abhängigkeit von der Wellenlänge. In der 1c ist das transmittierte Anregungslicht A3 dargestellt wobei die Anregung eines Leuchtstoffgemisches bei der gleichen Wellenlänge erfolgen kann,, und die jeweiligen Abstrahlungsspektren B1 und B2, wobei im Vergleich zu den Abstrahlungsspektren B1 und B2 der einzelnen Leuchtstoffe aus den 1a und 1b für das Leuchtstoffgemisch in der 1c eine deutlich geringere Intensität des konvertierten Lichts abgestrahlt wird.The 1a shows the transmitting excitation light A1 and a resulting emission B1 for a first phosphor as intensity I as a function of the wavelength. The 1b shows the transmitted excitation light A2 and a resulting emission spectrum B2 for a second phosphor as intensity I as a function of the wavelength. In the 1c is the transmitted excitation light A3 shown where the excitation of a phosphor mixture can take place at the same wavelength, and the respective radiation spectra B1 and B2 , being compared to the radiation spectra B1 and B2 of the individual phosphors from the 1a and 1b for the phosphor mixture in the 1c a significantly lower intensity of the converted light is emitted.

Werden zwei oder mehrere Leuchtstoffe gemischt, so kann sich ein Einbruch der abgestrahlten Intensitäten I ergeben, mit anderen Worten können die Intensitäten B1 und B2 in den abgestrahlten (konvertierten) Wellenlängen durch die Aufteilung der Anregungsintensität auf zwei Leuchtstoffe im besten Fall halbiert werden (1c). Beim Mischen von Leuchtstoffen können weitere Effizienzverluste zwischen Anregung A1 oder A2 (jeweils für die beiden Leuchtstoffe) und Abstrahlungsspektren B1 und B2 auftreten, etwa durch einen Überlapp von Wellenlängen von Emission und Anregung der beiden Leuchtstoffe. Auftretende Effizienzverluste können derart hoch sein, dass die Emission eines Leuchtstoffes vollständig ausgelöscht werden kann.If two or more phosphors are mixed, the emitted intensities I can drop, in other words the intensities can B1 and B2 in the emitted (converted) wavelengths can be halved in the best case by dividing the excitation intensity between two phosphors ( 1c ). When mixing phosphors there can be further losses in efficiency between excitation A1 or A2 (each for the two phosphors) and radiation spectra B1 and B2 occur, for example through an overlap of wavelengths of emission and excitation of the two phosphors. Efficiency losses that occur can be so great that the emission of a phosphor can be completely extinguished.

Folglich kann ein Mischen von unterschiedlichen Leuchtstoffen, um deren Leuchteigenschaften kombinieren zu können, zu einer negativen gegenseitigen Beeinflussung deren Abstrahlung führen.As a result, mixing different phosphors in order to be able to combine their luminous properties can lead to a negative mutual influencing of their emission.

So kann eine Intensität der abgestrahlten Wellenlängen bei einem Gemisch wesentlich geringer sein als die Summen der halben Intensitäten bei einer nicht gemischten Anordnung.For example, an intensity of the emitted wavelengths in the case of a mixture can be significantly lower than the sums of half the intensities in the case of a non-mixed arrangement.

Die Effizienz von gemischten Leuchtstoffen kann von der verwendeten Leuchtstoffgittermatrix, dem Aktivator (emittierendes Element), den Emissionsspektren und den Anregungs- und Absorptionsspektren abhängen.The efficiency of mixed phosphors can depend on the phosphor grid matrix used, the activator (emitting element), the emission spectra and the excitation and absorption spectra.

Das Bereitstellen von effizienteren Gemischen kann derzeit aufwändig mittels eines trial-and-error-Verfahrens erfolgen.The provision of more efficient mixtures can currently be carried out in a laborious manner by means of a trial-and-error process.

2 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Beleuchtungseinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 2 shows a schematic side view of a lighting device according to an embodiment of the present invention.

Die Beleuchtungseinrichtung 1 zum Abstrahlen von Licht mehrerer Wellenlängen umfasst eine Lichtquelle 10; eine wellenlängenkonvertierende Einrichtung 2, welche in einem Abstrahlbereich der Lichtquelle 10 angeordnet ist, welche zumindest einen ersten Konverterbereich KB3a mit einem ersten wellenlängenkonvertierenden Material 3a und einen zweiten Konverterbereich KB3b' mit einem zweiten wellenlängenkonvertierenden Material 3b umfasst, wobei der erste Konverterbereich KB3a dazu eingerichtet ist, Licht von der Lichtquelle 10 in einen ersten Wellenlängenbereich zu konvertieren und der zweite Konverterbereich KB3b' dazu eingerichtet ist, Licht von der Lichtquelle 10 in einen zweiten Wellenlängenbereich zu konvertieren, wobei der erste und der zweite Wellenlängenbereich verschieden sind, aber sich überlappen können, und wobei die Konverterbereiche KB3a und KB3b' lateral nebeneinander angeordnet sind. Die beiden oder auch mehrere vorhandenen wellenlängenkonvertierenden Materialien können in deren lichtkonvertierenden Wirkung unterschiedlich sein und Licht unterschiedlicher Wellenlängenbereiche abstrahlen. Anstatt von Wellenlängenbereichen können auch einzelne Wellenlängen abgestrahlt werden.The lighting device 1 for emitting light of multiple wavelengths comprises a light source 10 ; a wavelength converting device 2 , which in a radiation area of the light source 10 is arranged, which has at least one first converter area KB3a with a first wavelength-converting material 3a and a second converter area KB3b 'with a second wavelength-converting material 3b comprises, the first converter area KB3a to this is set up to receive light from the light source 10 to convert into a first wavelength range and the second converter range KB3b 'is set up to receive light from the light source 10 to convert into a second wavelength range, wherein the first and the second wavelength range are different, but may overlap, and wherein the converter ranges KB3a and KB3b 'are arranged laterally next to one another. The two or more existing wavelength-converting materials can differ in their light-converting effect and emit light of different wavelength ranges. Instead of wavelength ranges, individual wavelengths can also be emitted.

Die Lichtquelle 10 kann beispielsweise einen Laser oder eine LED umfassen.The light source 10 can for example comprise a laser or an LED.

Ferner kann die wellenlängenkonvertierende Einrichtung 2 mit den Konverterbereichen KB3a und KB3b' jeweils direkt auf der Lichtquelle 10 angeordnet sein und in direktem Kontakt mit dieser stehen. Die beiden Konverterbereiche oder alternativ dazu auch mehrere Konverterbereiche (nicht gezeigt), können die Lichtquelle 10 bedecken, beispielsweise zu gleichen Teilen der Oberfläche oder jeweils unterschiedlich große Bereiche der Oberfläche der Lichtquelle 10 bedecken.Furthermore, the wavelength converting device 2 with the converter areas KB3a and KB3b 'each directly on the light source 10 be arranged and be in direct contact with it. The two converter areas or, alternatively, several converter areas (not shown) can be the light source 10 cover, for example, equal parts of the surface or areas of the surface of the light source of different sizes 10 cover.

In der Ausführung der 2 kann die Beleuchtungseinrichtung 1 eine Kavität K umfassen, beispielsweise in einem Substrat, vorteilhaft mit schrägen Seitenwänden hin zur Öffnung der Kavität. Das Substrat 1a kann dabei für die von der Lichtquelle 10 abgestrahlte Strahlung reflektiv sein. In der Kavität K kann die Lichtquelle 10 angeordnet sein und die Konverterbereiche (KB3a, KB3b', ...) können die Kavität zumindest teilweise füllen.In the execution of the 2 can the lighting device 1 comprise a cavity K, for example in a substrate, advantageously with sloping side walls towards the opening of the cavity. The substrate 1a can be done for by the light source 10 emitted radiation be reflective. The light source can be in the cavity K 10 be arranged and the converter areas (KB3a, KB3b ', ...) can at least partially fill the cavity.

Durch zumindest eines der ersten und/oder zweiten wellenlängenkonvertierenden Materialien 3a oder 3b kann das Licht von der Lichtquelle 10 in einen Infrarot oder Nah-Infrarotbereich konvertierbar sein. Die beiden wellenlängenkonvertierenden Materialien 3a und 3b können vorteilhaft gleichzeitig (in einem Schritt, beispielsweise dispensiert) in der Kavität angeordnet werden.By at least one of the first and / or second wavelength-converting materials 3a or 3b can get the light from the light source 10 be convertible to an infrared or near-infrared range. The two wavelength converting materials 3a and 3b can advantageously be arranged in the cavity at the same time (in one step, for example dispensed).

Durch die Anordnung aus der 2 kann eine besonders kompakte Form der Beleuchtungseinrichtung erzielt werden.The arrangement from the 2 a particularly compact shape of the lighting device can be achieved.

3 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Beleuchtungseinrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 3 shows a schematic side view of a lighting device according to a further embodiment of the present invention.

Die Beleuchtungseinrichtung 1 der 3 unterscheidet sich dahingehend von jener aus der 2, dass die Kavität K nicht von wellenlängenkonvertierenden Materialien aufgefüllt ist, sondern die wellenlängenkonvertierende Einrichtung 2 einen Träger 2a umfasst, auf welchem die Konverterbereiche KB3a, KB3b', ..., KB3n, also mehrere dieser, angeordnet sein können, und der Träger 2a beabstandet zur Lichtquelle 10 in einer Abstrahlrichtung des Lichts von der Lichtquelle 10 angeordnet sein kann. Hierbei kann der Träger 2a die wellenlängenkonvertierenden Materialien 3a, 3b, ..., 3n an einer Unterseite umfassen (3a), welche der Kavität K zugewandt sein kann. Der Träger 2a kann eine transparente Platte, etwa eine Glasplatte umfassen, welche für die konvertierte Strahlung transparent sein kann. Gemäß einer anderen Ausführung, etwa in der 3b, können die wellenlängenkonvertierenden Materialien 3a, 3b, ..., 3n an einer Oberseite des Trägers 2a angeordnet sein und der Kavität K abgewandt sein. Der Träger 2a kann die Kavität K vorteilhaft vollständig, oder zumindest teilweise (nicht gezeigt) überdecken. Durch eine Anordnung auf einem Träger kann eine größere Freiheit zur Platzierung oder Orientierung der Leuchtstoffe erzielt werden.The lighting device 1 the 3 differs from that from the 2 that the cavity K is not filled by wavelength-converting materials, but the wavelength-converting device 2 a carrier 2a comprises, on which the converter areas KB3a, KB3b ', ..., KB3n, that is, several of these, can be arranged, and the carrier 2a spaced from the light source 10 in an emission direction of the light from the light source 10 can be arranged. Here, the carrier 2a the wavelength converting materials 3a , 3b , ..., 3n embrace at one bottom ( 3a) , which the cavity K can face. The carrier 2a can comprise a transparent plate, for example a glass plate, which can be transparent to the converted radiation. According to another embodiment, for example in the 3b , can use the wavelength converting materials 3a , 3b , ..., 3n on a top of the carrier 2a be arranged and facing away from the cavity K. The carrier 2a can cover the cavity K advantageously completely or at least partially (not shown). By arranging them on a carrier, greater freedom for placing or orienting the phosphors can be achieved.

4 zeigt eine Draufsicht auf eine Anordnung von wellenlängenkonvertierenden Materialien gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 4th shows a plan view of an arrangement of wavelength-converting materials according to an embodiment of the present invention.

Die Anordnung der wellenlängenkonvertierenden Materialien 3a und 3b, wie in den 4a, 4b oder 4c gezeigt, kann auf deren Anordnung in der Kavität oder auf dem Träger zutreffen. In der 4a kann das zweite wellenlängenkonvertierende Material 3b einen Kreis um den Mittelpunkt des betrachteten Bereichs, also der wellenlängenkonvertierende Einrichtung 2 in deren optischer Achse, beschreiben. Das erste wellenlängenkonvertierende Material 3a kann lateral außerhalb, beispielsweise direkt daran anschließend, und den zweiten Bereich 3b umgebend, angeordnet sein. Nach der 4b können beide Bereiche 3a und 3b symmetrisch um eine Trennachse herum angeordnet sein, vorteilhaft parallel nebeneinander und mit gleichen Dimensionen. In der 4c können beide Bereiche 3a und 3b ähnlich wie in einem Schachbrettmuster angeordnet sein, also die wellenlängenkonvertierende Einrichtung 2 eine Vielzahl von Bereichen KB3a und KB3b' mit ersten und zweiten wellenlängenkonvertierenden Material umfassen. Die Anordnungen der 4a - 4c können auch anders ausfallen, etwa mit ungleichen Bereichen in der 4b, oder jeweils mit mehreren unterschiedlichen Materialien oder anderen Formen oder anderen Größenverhältnissen.The arrangement of the wavelength converting materials 3a and 3b as in the 4a , 4b or 4c shown, may apply to their arrangement in the cavity or on the carrier. In the 4a can the second wavelength converting material 3b a circle around the center of the area under consideration, i.e. the wavelength-converting device 2 in their optical axis. The first wavelength converting material 3a can laterally outside, for example directly adjoining it, and the second area 3b surrounding, be arranged. After 4b can do both areas 3a and 3b be arranged symmetrically around a separation axis, advantageously parallel to one another and with the same dimensions. In the 4c can do both areas 3a and 3b be arranged similar to a checkerboard pattern, so the wavelength converting device 2 a plurality of regions KB3a and KB3b 'comprising first and second wavelength converting materials. The arrangements of the 4a - 4c can also turn out differently, for example with unequal areas in the 4b , or each with several different materials or other shapes or other proportions.

Die 5a und 5b zeigen eine schematische Abhängigkeit einer Abstrahlungsintensität des transmittierten Anregungslichtes und des konvertierten Abstrahlungsspektrums eines wellenlängenkonvertierenden Materials von der Wellenlänge bei getrennt angeordneten Materialien mit unterschiedlichen Flächenverhältnissen. Die gestrichelten Linien zu B1 und B2 zeigen Abstrahlungsspektren, welche nur bei Anregung des jeweiligen Leuchtstoffs allein entstehen würden. Das transmittierte Anregungslicht ist mit A3 gekennzeichnet. Der Leuchtstoff B1 ist beispielsweise nach der rechts oben in der 5a gezeigten Anordnung entsprechend dem Bereich KB3a verteilt, was einen geringeren Anteil an der Gesamtfläche (Abstrahlfläche) aufweisen kann, als der zweite Bereich KB3b'. Der abgestrahlte Anteil zu B2 weist somit auch eine höhere Emissionsintensität auf. So kann das Verteilungsverhältnis der konvertierenden Materialien über die Fläche die Abstrahlintensitäten der Bereiche B1 und B2 beeinflussen.The 5a and 5b show a schematic dependence of an emission intensity of the transmitted excitation light and the converted emission spectrum of a wavelength-converting material on the wavelength at separately arranged materials with different area ratios. The dashed lines for B1 and B2 show radiation spectra which would only arise if the respective phosphor alone was excited. The transmitted excitation light is marked with A3. The phosphor B1 is for example to the top right in the 5a The arrangement shown is distributed according to the area KB3a, which can have a smaller proportion of the total area (radiating area) than the second area KB3b '. The radiated portion of B2 thus also has a higher emission intensity. The distribution ratio of the converting materials over the area can thus determine the radiation intensities of the areas B1 and B2 influence.

Die 5b zeigt eine entsprechende Abstrahlcharakteristik für beide Leuchtstoffe, wie die 5a, jedoch mit umgekehrter Verteilung der Flächenbereiche der Abstrahlfläche. Somit kann eine vergrößerte Abstrahlintensität für den ersten Bereich B1 erzielbar sein. Generell kann durch die Trennung der Leuchtstoffe eine höhere Abstrahlintensität erzielt werden als bei einem Gemisch von Leuchtstoffen.The 5b shows a corresponding radiation characteristic for both phosphors, such as 5a , but with the opposite distribution of the surface areas of the radiating surface. An increased radiation intensity for the first area can thus be achieved B1 be achievable. In general, by separating the phosphors, a higher emission intensity can be achieved than with a mixture of phosphors.

Durch die Anwendung von mehreren wellenlängenkonvertierenden Materialien kann ein Intensitätsverlauf der abgestrahlten Wellenlängen im Emissionsspektrum verbessert werden, insbesondere kann der spektrale Intensitätsverlauf, also über die Wellenlängen, einen glatteren Verlauf aufweisen als ein einzelner Leuchtstoff. So kann auch die Bandbreite der Emission durch eine Kombination von Leuchtstoffen prinzipiell beliebig erweitert werden. Auch können Intensitätseinbrüche durch gegenseitige Absorptionen, etwa wie bei einer Mischung von Leuchtstoffen, besser vermieden oder verringert werden. Des Weiteren ist anzumerken, dass für Nutzungsszenarien, bei der die PC-LED mit höheren Frequenzen betrieben wird, die Anstiegs- und Abklingzeiten der Intensitäten der verschiedenen Leuchtstoffe unabhängig voneinander optimiert werden können.By using several wavelength-converting materials, an intensity profile of the emitted wavelengths in the emission spectrum can be improved; in particular, the spectral intensity profile, that is to say over the wavelengths, can have a smoother profile than a single phosphor. In principle, the bandwidth of the emission can also be expanded as required by a combination of phosphors. Intensity drops due to mutual absorptions, for example as with a mixture of phosphors, can also be better avoided or reduced. It should also be noted that for usage scenarios in which the PC-LED is operated at higher frequencies, the rise and fall times of the intensities of the various phosphors can be optimized independently of one another.

6 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Beleuchtungseinrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 6th shows a schematic side view of a lighting device according to a further embodiment of the present invention.

Nach der 6 kann auch eine Kombination einer mit dem wellenlängenkonvertierenden Material, etwa dem ersten Material 3a, gefüllten Kavität K und einem Träger 2a mit darauf angeordneten wellenlängenkonvertierenden Materialien 3a, 3b, ..., 3n, etwa an einer Oberseite oder Unterseite (nicht gezeigt) des Trägers 2a, bereitgestellt werden. Der Träger 2a kann dabei von dem ersten wellenlängenkonvertierenden Material 3a, welches in der Kavität angeordnet ist, beabstandet sein. Durch die Beabstandung kann das auf dem Träger angeordnete wellenlängenkonvertierende Material (3b oder weitere) thermisch von der Lichtquelle 10 entkoppelt sein, beispielsweise kann so ein Abstand zwischen der warmen Lichtquelle 10 und dem wellenlängenkonvertierenden Material groß genug gewählt werden um ein thermisches Quenching (Intensitätsabnahme der Abstrahlung des wellenlängenkonvertierenden Materials durch Wärmeeinwirkung) zu minimieren. Ein Abstand zwischen den wellenlängenkonvertierenden Material und der zu bestrahlenden Probe kann dabei sehr gering sein.After 6th can also be a combination of one with the wavelength-converting material, for example the first material 3a , filled cavity K and a carrier 2a with wavelength-converting materials arranged thereon 3a , 3b , ..., 3n , such as on a top or bottom (not shown) of the carrier 2a , to be provided. The carrier 2a can of the first wavelength-converting material 3a , which is arranged in the cavity, be spaced. Due to the spacing, the wavelength-converting material ( 3b or others) thermally from the light source 10 be decoupled, for example such a distance between the warm light source 10 and the wavelength-converting material are selected large enough to minimize thermal quenching (decrease in intensity of the radiation of the wavelength-converting material due to the action of heat). A distance between the wavelength-converting material and the sample to be irradiated can be very small.

Der Träger 2a kann getrennte Bereiche KB3b' mit dem zweiten wellenlängenkonvertierenden Material 3b umfassen, oder (nicht gezeigt) mehrere unterschiedliche oder gleiche wellenlängenkonvertierende Materialien separiert oder aneinander anliegend umfassen. Es kann des Weiteren auch eines der wellenlängenkonvertierenden Materialien flächig, etwa über den gesamten Träger 2a, ausgeformt sein und ein zweites oder mehrere wellenlängenkonvertierende Materialien bereichsweise (strukturiert) auf diesem flächig ausgeführten, angeordnet sein (nicht gezeigt). Der Träger 2a kann, etwa als ein Substrat, dabei die Kavität oder die gesamte Beleuchtungseinrichtung 1, etwa eine LED, verkapseln.The carrier 2a can separate areas KB3b 'with the second wavelength converting material 3b comprise, or (not shown) comprise several different or identical wavelength-converting materials separated or adjacent to one another. Furthermore, one of the wavelength-converting materials can also be flat, for example over the entire carrier 2a , and a second or more wavelength-converting materials can be arranged in areas (structured) on this flat design (not shown). The carrier 2a can, for example, as a substrate, thereby the cavity or the entire lighting device 1 , such as an LED.

Der abgestrahlte Anteil und die Stärke der abgestrahlten Intensität der jeweiligen Leuchtstoffe (wellenlängenkonvertierenden Materialien) lässt sich auch durch die Dicke der jeweiligen wellenlängenkonvertierenden Materialien unabhängig von den anderen Materialien beeinflussen, da etwa in dickeren (geometrisch) Leuchtstoffschichten mehr Licht konvertierbar ist als in dünneren Leuchtstoffschichten. Eine Vielzahl von ersten und zweiten Konverterbereichen (KB3a, KB3b', ..., KB3n) kann auf dem Träger oder der Kavität oder weiteren Trägern angeordnet sein, wobei mit einem Verhältnis von ersten Konverterbereichen (KB3a, KB3b, ..., KB3n) zu zweiten Konverterbereichen (KB3a', KB3b', ..., KB3n') das Verhältnis der Intensität von Licht des ersten Wellenlängenbereiches zur Intensität von Licht des zweiten Wellenlängenbereiches einstellbar sein kann.The emitted portion and the strength of the emitted intensity of the respective phosphors (wavelength-converting materials) can also be influenced by the thickness of the respective wavelength-converting materials independently of the other materials, since more light can be converted in thick (geometric) phosphor layers than in thinner phosphor layers. A large number of first and second converter areas (KB3a, KB3b ', ..., KB3n) can be arranged on the carrier or the cavity or further carriers, with a ratio of first converter areas (KB3a, KB3b, ..., KB3n) to second converter areas (KB3a ', KB3b', ..., KB3n ') the ratio of the intensity of light of the first wavelength range to the intensity of light of the second wavelength range can be set.

7 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Beleuchtungseinrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 7th shows a schematic side view of a lighting device according to a further embodiment of the present invention.

In den 7a und 7b werden unterschiedliche Formen der wellenlängenkonvertierenden Bereiche KB3a und KB3b' mit den jeweils zugehörigen Materialien 3a und 3b auf dem Träger 2a (7a) oder in dem Träger 2a (7b) gezeigt, welche sich in beiden Fällen an der Oberseite des Trägers befinden können. Es können in dieser Weise auch mehrere konvertierende Materialien an einer ober und/oder an einer Unterseite des Trägers vorhanden sein (nicht gezeigt). In der 7a ist eine runde Oberflächenform der wellenlängenkonvertierenden Materialien 3a und 3b gezeigt. Solche äußeren Formen der wellenlängenkonvertierenden Bereiche können eine optische Wirkung für das konvertierte Licht und/oder für das transmittierte Licht durch den wellenlängenkonvertierenden Bereich aufweisen, beispielsweise eine Linsenwirkung oder eine Variation des Spektrums über verschiedene Emissionswinkel.In the 7a and 7b different shapes of the wavelength-converting areas KB3a and KB3b 'with the respective associated materials 3a and 3b on the carrier 2a ( 7a) or in the carrier 2a ( 7b) shown, which can be on the top of the carrier in both cases. In this way, several converting materials can also be present on an upper and / or lower side of the carrier (not shown). In the 7a is a round surface shape of the wavelength converting materials 3a and 3b shown. Such external shapes of the wavelength-converting areas can have an optical effect for the have converted light and / or for the light transmitted through the wavelength-converting region, for example a lens effect or a variation of the spectrum over different emission angles.

Nach der 7b kann der Träger 2a vor dem Aufbringen der wellenlängenkonvertierenden Materialien 3a und 3b bereits Ausnehmungen umfassen, in welche dann die wellenlängenkonvertierenden Materialien 3a und 3b dann eingebracht (etwa appliziert oder dispensiert) werden können, wobei etwa ein Fließen der wellenlängenkonvertierenden Materialien eingedämmt werden kann und eine in den Bereichen KB3a und KB3b' der Ausnehmungen im Träger 2a definierte Flächenbedeckungen erzeugbar sein können.After 7b can the carrier 2a before applying the wavelength converting materials 3a and 3b already include recesses, in which then the wavelength-converting materials 3a and 3b can then be introduced (for example applied or dispensed), for example a flow of the wavelength-converting materials can be restrained and one in the areas KB3a and KB3b 'of the recesses in the carrier 2a defined area coverages can be generated.

8 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Beleuchtungseinrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 8th shows a schematic side view of a lighting device according to a further embodiment of the present invention.

Die 8a sowie die 8b zeigen ähnlich der 7a und 7b eine Anordnung von wellenlängenkonvertierenden Materialien 3a und 3b in Bereichen mit dem Unterschied, dass der Träger 2a als ein Diffusor ausgeformt sein kann, also etwa nach der 8a auf einer Seite mehrere Mikrolinsen umfassen kann und auf einer anderen Seite, den Mikrolinsen gegenüberliegend, die wellenlängenkonvertierenden Bereiche mit den wellenlängenkonvertierenden Materialien 3a und 3b aufweisen kann, welche den Träger 2a flächendeckend abdecken können und direkt nebeneinander und alternierend angeordnet sein können. Gemäß der 8b kann der Diffusor auch die wellenlängenkonvertierenden Materialien als Mikrolinsen umfassen. Die Mikrolinsen können dicht aneinander angeordnet sein und alternierend abwechselnd das erste und zweite wellenlängenkonvertierenden Material 3a und 3b oder auch weitere (nicht gezeigt) umfassen. Ein derartiger Diffusor kann sich durch eine räumliche Homogenisierung der Abstrahlung auszeichnen und es kann eine höhere Durchmischung der unterschiedlichen spektralen Anteile des emittierten Lichts von der Beleuchtungseinrichtung erzielt werden und gleichzeitig ein hoher Grad an Kompaktheit der Beleuchtungseinrichtung erzielt werden,The 8a as well as the 8b show similar to the 7a and 7b an array of wavelength converting materials 3a and 3b in areas with the difference that the carrier 2a can be shaped as a diffuser, so about after 8a can comprise several microlenses on one side and on the other side, opposite the microlenses, the wavelength-converting regions with the wavelength-converting materials 3a and 3b may have which the carrier 2a Can cover area-wide and can be arranged directly next to one another and alternately. According to the 8b the diffuser can also comprise the wavelength-converting materials as microlenses. The microlenses can be arranged close to one another and the first and second wavelength-converting material alternating 3a and 3b or also include others (not shown). Such a diffuser can be characterized by a spatial homogenization of the radiation and a higher degree of mixing of the different spectral components of the emitted light from the lighting device can be achieved and at the same time a high degree of compactness of the lighting device can be achieved,

9 zeigt eine schematische Seitenansicht einer optischen Analyseeinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 9 shows a schematic side view of an optical analysis device according to an embodiment of the present invention.

Die Optische Analyseeinrichtung 30 zum Beleuchten und Analysieren einer Probe 4 umfasst eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung 1 mit welcher die Probe 4 mit einem Licht L mehrerer Wellenlängen bestrahlbar ist; und eine spektrale Sensoreinrichtung 20, beispielsweise ein Spektrometer oder einen bildgebenden Hyperspektralsensor, mit welcher ein von der Probe 4 reflektiertes Licht LR empfangbar und spektral analysierbar ist. Beleuchtungseinrichtung 1 kann parallel neben der spektralen Sensoreinrichtung 20, vorzugsweise in einem gleichen Gehäuse angeordnet sein. Die Beleuchtungseinrichtung 1 kann nach der 9 einen Träger mit konvertierenden Bereichen 3a, 3b und 3c umfassen, es ist jedoch jede andere erfindungsgemäße Ausführungsform denkbar. An Seiten der spektralen Sensoreinrichtung 20 kann eine transparente Platte OPT, oder ein Objektiv oder ein anderes optisches Element am Gehäuse angeordnet sein. Das Gehäuse kann einen Trennbereich, etwa eine Wand, zwischen der spektralen Sensoreinrichtung 20 und der Beleuchtungseinrichtung 1 umfassen. Das optische Element OPT kann beispielsweise mindestens ein diffraktives Element, ein statischer Filter oder ein in Wellenlängen veränderlicher, also durchstimmbarer Filter sein. Die wellenlängenkonvertierenden Materialien 3a und 3b, oder auch weitere, können auf dem Träger 2a beispielsweise als Deckglas oder Platte ausgelegt oder aufgebracht sein. Die spektrale Sensoreinrichtung 20 kann einen Detektor umfassen, der etwa einem Fabry-Perot-Interferometer nachgeordnet sein kann. Dieser Detektor kann ein Einkanal- oder Mehrkanal Detektor sein.The optical analysis device 30th for illuminating and analyzing a sample 4th comprises a lighting device according to the invention 1 with which the sample 4th can be irradiated with a light L of several wavelengths; and a spectral sensor device 20th , for example a spectrometer or an imaging hyperspectral sensor, with which one of the sample 4th reflected light LR can be received and spectrally analyzed. Lighting device 1 can be parallel to the spectral sensor device 20th , preferably be arranged in the same housing. The lighting device 1 can after the 9 a beam with converting areas 3a , 3b and 3c include, but any other embodiment of the invention is conceivable. On the side of the spectral sensor device 20th a transparent plate OPT, or an objective or another optical element can be arranged on the housing. The housing can have a separation area, for example a wall, between the spectral sensor device 20th and the lighting device 1 include. The optical element OPT can be, for example, at least one diffractive element, a static filter or a filter that can be varied in terms of wavelengths, that is to say tunable. The wavelength converting materials 3a and 3b , or more, can be on the carrier 2a for example, be designed or applied as a cover glass or plate. The spectral sensor device 20th can comprise a detector which can be arranged downstream of a Fabry-Perot interferometer, for example. This detector can be a single-channel or multi-channel detector.

10 zeigt eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Herstellen einer Beleuchtungseinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 10 shows a block diagram of method steps of a method for producing a lighting device according to an embodiment of the present invention.

Bei dem Verfahren zum Herstellen einer Beleuchtungseinrichtung erfolgt ein Bereitstellen S1 einer Lichtquelle; ein Anordnen S2 einer wellenlängenkonvertierenden Einrichtung in einem Abstrahlbereich der Lichtquelle, wobei zumindest ein erster Konverterbereich mit einem ersten wellenlängenkonvertierenden Material und ein zweiter Konverterbereich mit einem zweiten wellenlängenkonvertierenden Material erzeugt wird, wobei der erste Konverterbereich dazu eingerichtet ist, Licht von der Lichtquelle in eine erste Wellenlänge zu konvertieren und der zweite Konverterbereich dazu eingerichtet ist, Licht von der Lichtquelle in eine zweite Wellenlänge zu konvertieren, wobei die erste und die zweite Wellenlänge verschieden sind, aber sich überlappen können, und wobei die Konverterbereiche lateral nebeneinander angeordnet werden.In the method for producing a lighting device, provision takes place S1 a light source; an arranging S2 a wavelength-converting device in an emission region of the light source, at least a first converter region being produced with a first wavelength-converting material and a second converter region being produced with a second wavelength-converting material, the first converter region being configured to convert light from the light source into a first wavelength and the second converter area is set up to convert light from the light source into a second wavelength, wherein the first and the second wavelength are different, but can overlap, and wherein the converter areas are arranged laterally next to one another.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.Although the present invention has been fully described above on the basis of the preferred exemplary embodiment, it is not restricted thereto, but rather can be modified in many different ways.

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Claims (16)

Beleuchtungseinrichtung (1) zum Abstrahlen von Licht mehrerer Wellenlängen umfassend - eine Lichtquelle (10); - eine wellenlängenkonvertierende Einrichtung (2), welche in einem Abstrahlbereich der Lichtquelle (10) angeordnet ist, welche zumindest einen ersten Konverterbereich (KB3a, KB3b, ..., KB3n) mit einem ersten wellenlängenkonvertierenden Material (3a) und einen zweiten Konverterbereich (KB3a', KB3b', ..., KB3n') mit einem zweiten wellenlängenkonvertierenden Material (3b) umfasst, wobei der erste Konverterbereich (KB3a, KB3b, ..., KB3n) dazu eingerichtet ist, Licht von der Lichtquelle (10) in eine erste Wellenlänge zu konvertieren und der zweite Konverterbereich (KB3a', KB3b', ..., KB3n') dazu eingerichtet ist, Licht von der Lichtquelle (10) in eine zweite Wellenlänge zu konvertieren, wobei die erste und die zweite Wellenlänge verschieden sind, und wobei die Konverterbereiche (KB3a, KB3b', ..., KB3n) lateral nebeneinander angeordnet sind.A lighting device (1) for emitting light of several wavelengths comprising - a light source (10); - A wavelength-converting device (2) which is arranged in an emission area of the light source (10) which has at least a first converter area (KB3a, KB3b, ..., KB3n) with a first wavelength-converting material (3a) and a second converter area (KB3a ', KB3b', ..., KB3n ') with a second wavelength-converting material (3b), the first converter area (KB3a, KB3b, ..., KB3n) being set up to convert light from the light source (10) into a to convert the first wavelength and the second converter area (KB3a ', KB3b', ..., KB3n ') is set up to convert light from the light source (10) into a second wavelength, the first and the second wavelength being different, and wherein the converter areas (KB3a, KB3b ', ..., KB3n) are arranged laterally next to one another. Beleuchtungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, bei welcher das Licht von der Lichtquelle (10) durch den ersten Konverterbereich (KB3a, KB3b, ..., KB3n) in einen ersten Wellenlängenbereich konvertierbar ist und durch den zweiten Konverterbereich (KB3a', KB3b', ..., KB3n') in einen zweiten Wellenlängenbereich konvertierbar ist, wobei der erste Wellenlängenbereich und der zweite Wellenlängenbereich sich teilweise überlappen.Lighting device (1) according to Claim 1 , in which the light from the light source (10) can be converted into a first wavelength range through the first converter area (KB3a, KB3b, ..., KB3n) and through the second converter area (KB3a ', KB3b', ..., KB3n ' ) is convertible into a second wavelength range, the first wavelength range and the second wavelength range partially overlapping. Beleuchtungseinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lichtquelle (10) einen Laser oder eine LED umfasst.Lighting device (1) according to Claim 1 or 2 , wherein the light source (10) comprises a laser or an LED. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die wellenlängenkonvertierende Einrichtung (2) mit den Konverterbereichen (KB3a, KB3b', ..., KB3n) jeweils direkt auf der Lichtquelle (10) angeordnet ist.Lighting device (1) according to one of the Claims 1 to 3 , wherein the wavelength converting device (2) with the converter areas (KB3a, KB3b ', ..., KB3n) is arranged directly on the light source (10). Beleuchtungseinrichtung (1) nach Anspruch 4, welche eine Kavität (K) umfasst in welcher die Lichtquelle (10) angeordnet ist und die Konverterbereiche (KB3a, KB3b', ..., KB3n) die Kavität zumindest teilweise füllen.Lighting device (1) according to Claim 4 which comprises a cavity (K) in which the light source (10) is arranged and the converter areas (KB3a, KB3b ', ..., KB3n) at least partially fill the cavity. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die wellenlängenkonvertierende Einrichtung (2) einen Träger (2a) umfasst, auf welchem die Konverterbereiche (KB3a, KB3b', ..., KB3n) angeordnet sind und der Träger (2a) beabstandet zur Lichtquelle (10) in einer Abstrahlrichtung des Lichts von der Lichtquelle (10) angeordnet ist.Lighting device (1) according to one of the Claims 1 to 5 , wherein the wavelength converting device (2) comprises a carrier (2a) on which the converter areas (KB3a, KB3b ', ..., KB3n) are arranged and the carrier (2a) is spaced from the light source (10) in an emission direction of the light from the light source (10) is arranged. Beleuchtungseinrichtung (1) nach Anspruch 6, welche eine Kavität (K) umfasst in welcher die Lichtquelle (10) angeordnet ist und der Träger (2a) die Kavität (K) zumindest teilweise überdeckt.Lighting device (1) according to Claim 6 which comprises a cavity (K) in which the light source (10) is arranged and the carrier (2a) at least partially covers the cavity (K). Beleuchtungseinrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7, bei welcher die Konverterbereiche (KB3a, KB3b', ..., KB3n) im Träger (2a) integriert sind oder auf dem Träger (2a) an einer der Lichtquelle (10) abgewandten oder zugewandten Seite angeordnet sind und eine optisch wirksame Form aufweisen.Lighting device (1) according to Claim 6 or 7th , in which the converter areas (KB3a, KB3b ', ..., KB3n) are integrated in the carrier (2a) or are arranged on the carrier (2a) on a side facing away from or facing the light source (10) and have an optically effective shape . Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welcher durch zumindest eines der ersten und/oder zweiten und/oder durch mehrere wellenlängenkonvertierenden Materialien (3a, 3b, ..., 3n) das Licht von der Lichtquelle (10) in einen Infrarot oder Nah-Infrarotbereich konvertierbar ist.Lighting device (1) according to one of the Claims 1 to 8th , in which the light from the light source (10) can be converted into an infrared or near-infrared range by at least one of the first and / or second and / or by several wavelength-converting materials (3a, 3b, ..., 3n). Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, welche eine Vielzahl von zumindest ersten und zweiten Konverterbereichen (KB3a, KB3b', ..., KB3n) umfasst, und wobei mit einem Verhältnis von ersten Konverterbereichen (KB3a, KB3b, ..., KB3n) zu zweiten Konverterbereichen (KB3a', KB3b', ..., KB3n') das Verhältnis der Intensität von Licht zumindest der ersten Wellenlänge zur Intensität von Licht der zweiten Wellenlängen einstellbar ist.Lighting device (1) according to one of the Claims 1 to 9 , which comprises a plurality of at least first and second converter areas (KB3a, KB3b ', ..., KB3n), and wherein with a ratio of first converter areas (KB3a, KB3b, ..., KB3n) to second converter areas (KB3a', KB3b ', ..., KB3n') the ratio of the intensity of light of at least the first wavelength to the intensity of light of the second wavelengths can be set. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welcher eine Intensität eines vom jeweiligen Konverterbereich (KB3a, KB3b', ..., KB3n) abgestrahlten Lichts durch eine Dicke dieses Konverterbereichs (KB3a, KB3b', ..., KB3n) einstellbar ist und die Konverterbereiche (KB3a, KB3b', ..., KB3n) gleiche oder unterschiedliche Dicken aufweisen.Lighting device (1) according to one of the Claims 1 to 10 , at which an intensity of a light emitted by the respective converter area (KB3a, KB3b ', ..., KB3n) can be set through a thickness of this converter area (KB3a, KB3b', ..., KB3n) and the converter areas (KB3a, KB3b ' , ..., KB3n) have the same or different thicknesses. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welcher der Träger (2a) einen Diffusor umfasst.Lighting device (1) according to one of the Claims 1 to 11 , in which the carrier (2a) comprises a diffuser. Optische Analyseeinrichtung (30) zum Beleuchten und Analysieren einer Probe (4) umfassend eine Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 mit welcher die Probe (4) mit einem Licht mehrerer Wellenlängen bestrahlbar ist; und eine spektrale Sensoreinrichtung (20), mit welcher ein von der Probe (4) reflektiertes Licht (LR) empfangbar und spektral analysierbar ist.Optical analysis device (30) for illuminating and analyzing a sample (4) comprising an illumination device (1) according to one of the Claims 1 to 12 with which the sample (4) can be irradiated with a light of several wavelengths; and a spectral sensor device (20) with which a light (LR) reflected from the sample (4) can be received and spectrally analyzed. Optische Analyseeinrichtung (30) nach Anspruch 13, bei welcher die spektrale Sensoreinrichtung (20) ein Spektrometer oder einen bildgebenden Hyperspektralsensor umfasst.Optical analysis device (30) according to Claim 13 , in which the spectral sensor device (20) comprises a spectrometer or an imaging hyperspectral sensor. Verfahren zum Herstellen einer Beleuchtungseinrichtung (1) umfassen die Schritte: - Bereitstellen (S1) einer Lichtquelle (10); - Anordnen (S2) einer wellenlängenkonvertierenden Einrichtung (2) in einem Abstrahlbereich der Lichtquelle (10), wobei zumindest ein erster Konverterbereich (KB3a, KB3b, ..., KB3n) mit einem ersten wellenlängenkonvertierenden Material (3a) und ein zweiter Konverterbereich (KB3a', KB3b', ..., KB3n') mit einem zweiten wellenlängenkonvertierenden Material (3b) erzeugt wird, wobei der erste Konverterbereich (KB3a, KB3b, ..., KB3n) dazu eingerichtet ist, Licht von der Lichtquelle (10) in eine erste Wellenlänge zu konvertieren und der zweite Konverterbereich (KB3a', KB3b', ..., KB3n') dazu eingerichtet ist, Licht von der Lichtquelle (10) in eine zweite Wellenlänge zu konvertieren, wobei die erste und die zweite Wellenlänge verschieden sind, und wobei die Konverterbereiche (KB3a, KB3b', ..., KB3n) lateral nebeneinander angeordnet werden.A method for producing a lighting device (1) comprises the steps: - providing (S1) a light source (10); - Arranging (S2) a wavelength converting device (2) in a radiation area of the Light source (10), wherein at least a first converter area (KB3a, KB3b, ..., KB3n) with a first wavelength-converting material (3a) and a second converter area (KB3a ', KB3b', ..., KB3n ') with a second wavelength-converting material (3b) is generated, the first converter area (KB3a, KB3b, ..., KB3n) being set up to convert light from the light source (10) into a first wavelength and the second converter area (KB3a ', KB3b' , ..., KB3n ') is set up to convert light from the light source (10) into a second wavelength, the first and second wavelengths being different, and the converter areas (KB3a, KB3b', ..., KB3n) are arranged laterally next to one another. Verfahren nach Anspruch 15, bei welchem das Licht von der Lichtquelle (10) durch den ersten Konverterbereich (KB3a, KB3b, ..., KB3n) in einen ersten Wellenlängenbereich konvertiert wird und durch den zweiten Konverterbereich (KB3a', KB3b', ..., KB3n') in einen zweiten Wellenlängenbereich konvertiert wird, wobei der erste Wellenlängenbereich und der zweite Wellenlängenbereich sich teilweise überlappen.Procedure according to Claim 15 , in which the light from the light source (10) is converted by the first converter area (KB3a, KB3b, ..., KB3n) into a first wavelength range and by the second converter area (KB3a ', KB3b', ..., KB3n ' ) is converted into a second wavelength range, the first wavelength range and the second wavelength range partially overlapping.
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