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
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
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.
-
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.
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
Werden zwei oder mehrere Leuchtstoffe gemischt, so kann sich ein Einbruch der abgestrahlten Intensitäten I ergeben, mit anderen Worten können die Intensitäten
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.
Die Beleuchtungseinrichtung
Die Lichtquelle
Ferner kann die wellenlängenkonvertierende Einrichtung
In der Ausführung der
Durch zumindest eines der ersten und/oder zweiten wellenlängenkonvertierenden Materialien
Durch die Anordnung aus der
Die Beleuchtungseinrichtung
Die Anordnung der wellenlängenkonvertierenden Materialien
Die
Die
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.
Nach der
Der Träger
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.
In den
Nach der
Die
Die Optische Analyseeinrichtung
Bei dem Verfahren zum Herstellen einer Beleuchtungseinrichtung erfolgt ein Bereitstellen
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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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