EP2104872A1 - Licht emittierende vorrichtung - Google Patents

Licht emittierende vorrichtung

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Publication number
EP2104872A1
EP2104872A1 EP07856112A EP07856112A EP2104872A1 EP 2104872 A1 EP2104872 A1 EP 2104872A1 EP 07856112 A EP07856112 A EP 07856112A EP 07856112 A EP07856112 A EP 07856112A EP 2104872 A1 EP2104872 A1 EP 2104872A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light guide
light
radiation
wavelength
guide body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07856112A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hubert Ott
Alfred Lell
Uwe Strauss
Volker HÄRLE
Norbert Stath
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Publication of EP2104872A1 publication Critical patent/EP2104872A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0003—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being doped with fluorescent agents
    • G—PHYSICS
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/0005—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being of the fibre type
    • G02B6/001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being of the fibre type the light being emitted along at least a portion of the lateral surface of the fibre
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/036—Optical fibres with cladding with or without a coating core or cladding comprising multiple layers
    • G02B6/03616—Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference
    • G02B6/03622—Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference having 2 layers only
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/036—Optical fibres with cladding with or without a coating core or cladding comprising multiple layers
    • G02B6/03616—Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference
    • G02B6/03638—Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference having 3 layers only
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements

Definitions

  • the invention relates to light-emitting devices with a light guide.
  • Light-emitting devices with a light guide body are known, for example, from document WO 2006/038502 A1.
  • the object of certain embodiments of the invention is to specify further light-emitting devices with a light guide body.
  • An embodiment of the invention provides a light-emitting device which comprises: a radiation source for emitting radiation of at least one first wavelength, an elongated, curved light-conducting body into which the radiation emitted by the radiation source is coupled and which is first due to the coupled-in radiation Wavelength decouples light at an angle to its longitudinal axis.
  • the efficiency of the light emission can be increased in this light-emitting device in that the light is arranged guide body not in the immediate vicinity of the radiation-emitting radiation source, but for example, is separated by a light guide from the radiation source.
  • the radiation source is spatially separated, with the result that the operating temperature of the light guide body can be lowered, which can increase its reliability.
  • the Lichtleitk ⁇ rper which is elongated, that has substantially an elongated extent, is optically coupled to the radiation source and serves both for further transport of the radiation of the radiation source and for the emission of light preferably over the entire region formed by the longitudinal direction.
  • the optical waveguide can be embodied, for example, as a glass rod or as an optical fiber, in which the light is in each case guided as well as given off to the outside, for example by a corresponding surface treatment.
  • the light guide body is optically coupled to the radiation source via a light guide.
  • the radiation source is adapted to emit radiation in accordance with the colors red, green and blue (RGB).
  • the radiation source is designed as an RGB module.
  • the radiation source thus feeds radiation with different wavelengths, corresponding to the colors red, green and blue, into the optical waveguide. With a corresponding intensity of the different wavelengths in the emitted radiation, in total white light or light with a Set specific color temperature, which is emitted evenly by the light guide.
  • reflective materials can be provided in a further embodiment at locations of curvature of the light guide body.
  • the light guide body can be coated or printed with a reflective layer in order to prevent excessive coupling out of light energy at the curved parts.
  • the surface of the light-guiding body can be roughened for better outcoupling of the light.
  • the light guide body when pronounced as a glass fiber or plastic fiber on a roughened coat.
  • the light guide body has a converter material which converts the radiation transported by the light guide into light of a second, longer wavelength.
  • the light of the second, longer wavelength is emitted at an angle to the longitudinal axis of the light guide body.
  • the efficiency of the light conversion can be increased. For example, reabsorption of the converted light of the longer, second wavelength by the radiation source can be reduced. Further, from the above-mentioned lowering of the operating temperature of the light guide body also follows a reduced temperature of the converter material, which in turn can increase its reliability.
  • Such a spacing of the converter material from the radiation source can also be described as "remo- By conversion, the radiation of the first wavelength can preferably be converted to visible light of a second wavelength, wherein the second wavelength is greater than the first wavelength of the exciting radiation.
  • the radiation-emitting radiation source emits short-wave radiation in the range of 210 to 500 nm, preferably in the range of 210 nm to 420 nm, more preferably in the range of 360 nm to 420 nm or in the more blue range of about 420 nm to 500 nm.
  • the preferably converted-converted light of the second wavelength emitted after the conversion has a longer wavelength than the radiation originally emitted by the radiation source and may be in a wavelength range of 400 to 800 nm depending on this radiation.
  • the converter material may in particular be a phosphor which can be excited by the radiation emitted by the radiation source, for example to fluorescence.
  • oxide-based phosphors such as barium-magnesium aluminates doped with europium, may be used, such as BaMgAl 2 O 17 : Eu 2+.
  • strontium magnesium aluminates which are also doped with europium, such as, for example, SrMgAl 2 O 7: Eu 2+ and also chloroapatites with strontium, barium or calcium of the formula (Sr, Ba, Ca) 5 (PO 4) 3CI: Eu 2+ .
  • barium aluminates for example Ba3 Al28 ⁇ - ) 45: Eu2 +. All these compounds emit light in the blue wavelength range when pumped in the near UV.
  • Green-emitting phosphors are for example SrAl2Ü4: Eu ⁇ +.
  • Green to green yellow-emitting phosphors are, for example, chloro-silicates of the formula Ca 8 Mg (SiC> 4) 4Cl 2 : Eu 2+ , Mn 2 + , which are doped with europium or manganese, and thiogallates of the general formula AGa 2 S 4 .Eu 2 + , Ce 2 + , where A can be selected from calcium, strontium, barium, zinc and magnesium.
  • the converter materials or phosphors can also be used in such a way that they emit visible white light upon excitation with short-wave radiation and thus a conversion of the short-wave radiation into visible white light occurs.
  • the conversion of the radiation of the first wavelength can also result in visible light of the second wavelength, which leaves no white light impression in the viewer, but instead has, for example, yellow, green, red or another arbitrary color.
  • the optical fiber may comprise fibers containing a material selected from glass and plastic.
  • the light guide may also include fiber optic cables or light guide rods.
  • the optical waveguide may be constructed like a fiber, wherein a cross section through such a fiber shows a core region with a high refractive index, which is surrounded by a cladding region with a lower refractive index than the core region.
  • the core region is able to transport coupled modes of light and short-wave radiation, for example by means of interference and reflection.
  • a plurality of optical fibers can also be present, which are combined, for example, to form a fiber optic bundle, wherein each individual optical fiber can separately transport the radiation of the first wavelength emitted by the radiation source after the coupling to the fiber optic body or to the converter material.
  • a further embodiment of a light-emitting device according to the invention may also comprise a plurality of radiation sources, it being possible, for example, for a radiation source to be present for each one light guide. The radiation of the first wavelength emitted by these radiation sources can then be bundled by means of the optical fibers into, for example, an optical fiber bundle and converted into the light of the second, longer wavelength after the radiation has been transported through the optical fiber bundle by means of the converter material.
  • the radiation of the various radiation sources which is coupled into different optical fibers, is converted by means of different converter materials in visible light of different second wavelength, wherein by a mixture of this visible Light of different wavelength then a homogeneous white light impression for the viewer results.
  • the radiation source may comprise, for example, a short-wave radiation source, in particular a UV laser diode, for example an N-based laser diode such as an InGaN laser diode.
  • a short-wave radiation source in particular a UV laser diode, for example an N-based laser diode such as an InGaN laser diode.
  • UV laser diodes are particularly well suited to emit a directional UV radiation that can be well coupled into an optical fiber.
  • the radiation source can be connected to dissipate the heat loss, for example, with a heat sink.
  • the radiation source can be directly connected to the heat sink, or be in thermal contact with it.
  • the surface of the optical waveguide is coated or printed with the converter material.
  • the light guide body is designed with a diffuse material, passes through the part of the radiation of the first wavelength or the short-wave radiation from a core of the light guide to the surface of the light guide, where it meets the converter material and into the light or the radiation of the second Wavelength is converted.
  • the converter material may comprise nanoparticles enclosed in the light-conducting body are.
  • the advantage of nanoparticles can be that they reduce the light scattering and thus the luminous intensity of the visible light emitted by the converter material becomes more uniform.
  • the nanoparticles have particle diameters which lie at a few nanometers, for example between 2 to 50 nm, more preferably between 2 nm and 10 nm, since such small nanoparticles particularly well reduce light scattering of the converted visible light.
  • the particle diameter can also influence the wavelength of the converted light, for example due to the quantum size effect. For example, smaller diameter nanoparticles produce converted light of shorter wavelength compared to larger diameter nanoparticles.
  • the nanoparticles of the converter material are enclosed in the sheath of an optical waveguide embodied as a glass fiber.
  • the radiation of the first wavelength can partially escape from the core into the cladding region, where it in turn strikes the converter material.
  • a portion of the radiation of the first wavelength is converted into the light of the second wavelength, while the remaining radiation of the first wavelength is further transported in the core of the glass fiber, ie along the longitudinal axis of the light guide.
  • the curved light guide body forms a two-dimensional area.
  • the light guide is bent so that it fills a given area as evenly as possible. It can be formed by the light guide surface shapes that are round or rectangular or any other have polygonal shape.
  • the light-conducting body may, for example, have a meander-shaped or spiral or serpentine shape within the two-dimensional region. Because of the usually small spatial extent of the optical waveguide, in particular when designed as a glass fiber, the region in which the light guide is arranged can be made very flat. Thus, with various embodiments of light-emitting devices, thin area light sources can be manufactured and operated.
  • an optical component can be present which interacts with the converted light or with a radiation of the first wavelength emerging from the optical waveguide.
  • This optical component can interact, for example, with the converted light or with the radiation of the first wavelength emerging from the optical waveguide, for example short-wave radiation by means of scattering, refraction, reflection, deflection or diffraction.
  • the optical component can comprise, for example, a diffusing screen which can be arranged approximately parallel to the surface formed by the curved light-guiding body or in another way in the beam path of the light coupled out of the light-guiding body.
  • the converted light can be spread in space by the diffuser. Thus, a more uniform emission of the light can be achieved.
  • a detection device may additionally be present which can detect and thus indicate damage to the light guide and / or the light guide body. This can be particularly advantageous because it can be quickly detected whether the optical waveguide and / or the optical waveguide are damaged and thus also harmful light is radiated to the outside for the observer.
  • the detection device which can detect damage to the optical waveguide and / or the light-guiding body, also controls a power supply (current and / or voltage supply) for the radiation-emitting radiation source and can thus damage the optical waveguide and / or the light guide Switch off energy supply, with the result that the potentially dangerous emission of short-wave radiation, for example, UV radiation from the damaged optical fiber and / or the light guide is interrupted.
  • a power supply current and / or voltage supply
  • the detection device is able to switch off the energy supply of the radiation-emitting radiation source as a function of the detection of the damage of the light guide and / or of the light guide body.
  • the detection device comprises a second radiation source for emitting radiation of a third wavelength.
  • the second radiation source comprises a laser diode which is set up to emit red light.
  • the second radiation source emits radiation having a wavelength in the range from 630 nm to 770 nm, for example.
  • the detection device comprises a detector for detecting the radiation of the third wavelength.
  • a detection of the radiation of the third wavelength can indicate a functional capability of the light guide and of the light guide body.
  • the light guide and the light guide body between the second radiation source and the detector are arranged.
  • the second radiation source can couple the radiation of the third wavelength at the same end of the light guide as the first radiation source into the light guide, from where it is transported with undamaged light guide and light guide over this to the detector at a remote end of the light guide. If the radiation of the third wavelength is detected in the detector, it can be assumed that both the light guide and the light guide body are undamaged and no potentially dangerous radiation can escape from the light guide or the light guide body.
  • the second radiation source and the detector are arranged at one end of the light guide and the light guide body at another end of the light guide. For example, it can be detected again whether the radiation of the third wavelength emitted by the second radiation source reaches the detector. It can be assumed that with an undamaged light guide and an undamaged light guide body, the radiation of the third wavelength substantially unhindered reaches the distal end of the light guide body, wherein there is no re-radiation or reflection of the radiation of the third wavelength.
  • the third wavelength radiation may reflect at the damaged location.
  • the reflected radiation of the third wavelength is transmitted via the light guide body.
  • the light guide depending on the location of the damage, transported back to the detector and can be detected there. In this case, detection of the radiation of the third wavelength may indicate damage to the optical waveguide and / or the optical waveguide.
  • the detection can also be made dependent on a threshold, which corresponds to a low reflection of the radiation of the third wavelength with undamaged light guide and undamaged light guide body. If the detected radiation of the third wavelength is above this threshold value, damage can again be assumed.
  • Damage to light guides or light guide bodies can be carried out, for example, before operation of the first radiation source, which causes the emission of light from the light guide body.
  • a short radiation pulse is emitted by the second radiation source before operation and a detection result measured in the detector is evaluated.
  • it can be checked prior to operation of the light-emitting device, whether a hazard-free operation of the first radiation source can take place.
  • short radiation pulses can be emitted by the second radiation source and detected accordingly by the detector in order to be able to determine damage to the light guide body or light guide during operation.
  • the radiation pulses of the third wavelength are preferably temporally so short that this radiation process is not noticed, for example, by a human observer.
  • the detector may be coupled to one end of a light guide in a light-conducting manner, the light guide body then being arranged at the other end of this light guide.
  • This light guide may be part of a larger optical fiber network, such as a fiber optic bundle.
  • the other optical fibers of this bundle can then be connected to the radiation source and, for example, only this one optical fiber can be connected to the first detector.
  • the Detektionsvorri ⁇ htung that can detect damage to the light guide and / or the light guide may also include a first electrically conductive compound that extends in the light guide and in the light guide. Furthermore, there are then means for checking the functionality of this first electrically conductive connection, wherein the operability of the first electrically conductive connection indicates the functionality of the light guide and the light guide.
  • the first electrically conductive compound advantageously along the main axis of the light guide or the light guide and thus can particularly sensitive damage to the light guide and / or the light guide display.
  • Means for checking the operability of this first electrically conductive connection may comprise, for example, a power supply which applies an electrical pulse to the first electrically conductive connection.
  • ge connection for example, gives a wire, and thus checks its length over the course of the light guide. The length of the first electrically conductive connection, for example of the wire, is then determined by the pulse reflection at the other end of the wire and the transit time.
  • a second electrically conductive connection to additionally run through the light guide and the light guide body, which forms a circuit with the first electrically conductive connection and furthermore the means for checking the functionality of this first electrically conductive connection comprise a device which corresponds to the device shown in FIG Circuit can detect current flowing.
  • This may, for example, be a transistor circuit which only supplies the first radiation source with energy when the circuit is closed and thus indicates the integrity of the light guide and of the light guide body.
  • the first and second electrically conductive connections can be brought together, for example, at the distal end of the light guide body to form a current loop, for example by means of a metal sleeve or a metal ring.
  • the second electrically conductive connection extends through the light guide at a distance from the first electrically conductive connection and the means for checking the operability of the first electrically conductive connection can detect a voltage applied between the first and second electrical connection.
  • the capacitor effect between the first and second electrically conductive connections spaced apart from one another can be measured, and the capacitance change or RC resonance shift can thus be measured. Disruption of the light guide or the light guide are checked.
  • the light guide and the light guide body on a cladding region and a core region, wherein the electrically conductive compounds are brittle than the respective core region.
  • the electrically conductive connections can also run on or in the cladding region of the light guide and / or of the light guide body, or run, for example, between the cladding region and the core region.
  • the electrically conductive connections can also be arranged circumferentially in or on the optical waveguide, so that then advantageously a mechanical load bearing on the optical waveguide can also be detected from different directions. This applies analogously to the Lichtleitk ⁇ rper.
  • the electrically conductive connections can also be made so thin that they preferably break before the light guide and / or the light guide body, in particular break the respective core areas.
  • Brittleness is generally understood to mean the property of solids under stress to break rather than undergo plastic or elastic deformation.
  • a lighting device comprising one of the above-mentioned light-emitting devices.
  • Such a lighting device may for example be a lamp, table lamp, ceiling light or any other lighting devices, which are preferably designed as surface light sources.
  • a further embodiment of the invention is also a display comprising one of the above-mentioned light-emitting devices.
  • a light-emitting device is used as a component of such a display, which emits light flat according to the display surface of the display.
  • Such a planar illumination is suitable, for example, especially for LCD backlighting.
  • the invention also relates to displays in which the backlighting contains a light-emitting device as described above.
  • the displays are preferably not themselves emissive and are, for example, liquid crystal displays having a liquid crystal matrix.
  • FIGS. 1 and 2 show various embodiments of light-emitting devices according to the invention.
  • FIGS. 3 and 4 show various embodiments of an optical waveguide with converter material.
  • FIGS. 5 to 7 show various embodiments of light-emitting devices with a detection device.
  • FIGS. 8A to 1OB show various embodiments of light-conducting elements with electrically conductive connections.
  • FIG. 11 shows a further embodiment of a light-emitting device
  • FIG. 12 shows an exemplary embodiment of a lighting device with a light-emitting device according to the invention.
  • FIG. 1 shows a light-emitting device in which a radiation source 5, for example a UV diode laser, which is thermally conductively connected to a heat sink 6, emits short-wave radiation 11 (for example UV radiation), which is coupled into an optical waveguide 10 ,
  • the short-wave light 11 emitted by the radiation source 5 is coupled in at one end 10A of the light guide 10.
  • the optical waveguide 10 also includes a cladding region IOC, the short-wave radiation 11 transported through the optical waveguide 10 is coupled out of the optical waveguide 10 at the second end 1OB of the optical waveguide 10 and coupled into an end 2OB of an optical waveguide 20.
  • the end 1OB of the optical waveguide 10 and the end 20B of the optical waveguide 20 are thus optically coupled with each other.
  • the light guide 20 for example, an elongated, elongated glass rod or a glass fiber has a curvature and is executed meandering or serpentine.
  • the Lichtleitk ⁇ rper is thus carried out flat and forms a two-dimensional area.
  • the light guide body 20 comprises a converter material 15, via which the short-wave radiation 11, which is supplied via the light guide 10, is converted into visible light having a longer wavelength 12.
  • the Lichtleitk ⁇ rper 20 transported while the radiation 11 along the longitudinal axis of the Lichtleit stresses 20, so that over the entire length of the Lichtleit stressess 20 to the second end 2OE a uniform light emission of the converted light 12 can take place.
  • the surface of the light guide body 20 may be roughened to cause scattering of the converted light 12.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a light-emitting device.
  • the radiation source 5 is configured to emit red, green and blue colors corresponding to radiation and has a module 5A for generating red light, a module 5B for generating green light and a module 5C for generating blue light.
  • the radiation 11, which is coupled from the radiation source 5 into the light guide 10, comprises light of different wavelengths according to the radiation emitted by the modules 5A, 5B, 5C.
  • the result for the radiation 11 is white light or light of a specific color temperature, which is transported via the light guide 10 into the light guide body 20 for radiation there.
  • the light guide 20 is designed for example as a curved or curved glass rod or as an optical fiber made of glass or plastic.
  • the light guide 20 is designed so that both the radiation 11 is transported from one end 2OB to the other end 2OE and at an angle to the longitudinal axis, for example transversely to the longitudinal axis of the light guide 20 as light 12 is emitted.
  • the light guide body 20 may have a reflective layer 20A at certain points, which prevents an excessive proportion of the radiation 11 or of the light 12 from being emitted at this point. Thus, a uniform radiation of the light 12 is achieved.
  • the shape of the light guide 20 shown in Figure 2 is designed in this embodiment as a simple arc. However, other two-dimensional regions can also be formed by the light-guiding body 20, for example in the case of a meander-shaped or serpentine embodiment corresponding to the exemplary embodiment in FIG. 1.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of an optical waveguide 20 which is designed as a glass fiber.
  • the light guide body 20 or the glass fiber has a core 2OC and a jacket 2OD, which are shown as a cross section of an elongated glass fiber.
  • a layer of converter material 15 is provided on the surface of the optical waveguide 20, by which the radiation 11 of the first wavelength converts to light of a second, longer wavelength.
  • a further layer 45 is provided on the glass fiber 20, which reflects a radiation 11 of the first wavelength and is transparent to the light 12 of the second wavelength.
  • the surface of the light guide body 20 may be coated or printed with the converter material 15, for example.
  • Refractive indices of core region 2OC and cladding region 20D can be designed so that both a transport or a conduction of the radiation 11 by reflection and interference in the core region 2OC takes place and also meet parts of the radiation 11 through the cladding region 2OD on the layer with the converter material 15 there to generate the light of the second, longer wavelength.
  • the layer 45 allows the converted light 12 to exit the light guide body 20, but at the same time prevents potentially dangerous short-wave radiation 11 from being emitted from the light guide body 20.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of an optical waveguide 20 designed as a glass fiber.
  • 2OD converter material 15 is provided, which comprises nanoparticles in this exemplary embodiment.
  • the light guide body 20 in turn comprises a layer 45, which is impermeable to the radiation 11 of the first wavelength and transmissive to the light 12 of the second wavelength.
  • the embodiment of a light-emitting device shown in FIG. 5 comprises a detection device 25, which can detect damage to the light guide 10 and / or the light guide body 20.
  • the detection device 25 has a second radiation source 25E for emitting a radiation 13 of a third wavelength, which is in thermal contact with a further heat sink 6A.
  • a detector 25D for detecting the radiation 13 of the third wavelength is provided at the remote end 20E of the optical waveguide 20.
  • the third wavelength radiation 13 is coupled into the optical fiber 10 in place of or in addition to the first wavelength radiation 11 to pass over Optical fiber 10 and the light guide body 20 to be transported to the detector 25D.
  • the radiation of the third wavelength can be detected in sufficient intensity by the detector 25D.
  • the optical fiber 10 or the optical fiber body 20 or the optical fiber 10 and the optical fiber 20 have damage, such as a breakage, the third wavelength radiation 13 can not be detected by the detector 25D or can be detected only at a low intensity.
  • the light-conducting elements 10, 20 have been damaged, and that, for example, a power supply of the radiation source 5 is switched off via a coupling of the detector 25D to the first radiation source 5.
  • the emission of potentially harmful radiation 11 from the light-emitting device can be prevented.
  • the second radiation source 25E may, for example, be embodied as a laser for emitting red laser light. An examination for damage to the light-conducting elements 10, 20 can be carried out both before and during operation of the first radiation source 5.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of a light-emitting device with a detection device 25, in which the second radiation source 25E and the detector 25D are arranged at one end 10A of the light guide 10.
  • a light guide body 20, not shown in the figure, is disposed at another end 1OB of the light guide 10, also not shown.
  • it can be determined via the detector 25D based on a reflected radiation 13 of the third wavelength whether there is damage to the light-conducting elements 10, 20. For example, in the case of damage to the optical waveguide 10 and / or the optical waveguide 20, increased reflection of the radiation 13 may occur, which may be detected by the detector 25D, for example as a function of a threshold value.
  • a current or voltage supply of the first radiation source 5 can be switched off, similar to the exemplary embodiment in FIG. 5, in order to prevent the escape of dangerous radiation from the light-emitting device to prevent.
  • FIG. 7 shows another embodiment of a light-emitting device according to the invention, in which a detection device 25 is present, which can detect damage to the light guide 10.
  • a first electrical connection 25A as a wire
  • a second electrically conductive connection 25B also formed as a wire parallel to each other in the cladding region IOC of the light guide 10 and in the cladding region 2OD of the light guide.
  • Both electrically conductive connections 25A and 25B are connected in a circuit and are in electrical contact with the means 25C for checking the operability of the electrically conductive connection.
  • these means 25C for example a transistor circuit, simultaneously control the power supply for the radiation source 5.
  • the closed circuit of the electrically conductive connections 25A and 25B interrupted
  • the power supply for the radiation source 5 can be switched off immediately and thus the emission of potentially harmful short-wave radiation 11 (for example UV radiation) from the light-emitting device can be prevented.
  • FIGS. 8A and 8B show an optical waveguide 10 which comprises a core region 10E and a cladding region IOC surrounding the core region 10E, the core region having a higher refractive index than the cladding region.
  • the core region can conduct light or radiation, for example short-wave radiation, by reflection and interference.
  • a first electrically conductive connection 25A is present, which winds around the cladding region or is arranged circumferentially around the optical waveguide and thus can detect possible damage or breakage of the optical waveguide at the various points.
  • FIG. 8B is a cross section through the light guide at the position marked 200.
  • an electrically conductive connection 25A two electrically conductive connections could also run on the jacket region IOC, wherein these then form a closed circuit as described above or the capacitor effect between the parallel connections can be determined, thus detecting damage to the light guide could be.
  • a first electrically conductive connection 25A and a second electrically conductive connection 25B extend in the cladding region 2OD of the light guide body 20.
  • FIG Fig. 9A shown light guide 20.
  • two electrically conductive capable connections 25A and 25B may also pass only an electrically conductive connection through the cladding region 2OD.
  • the two electrically conductive connections may, for example, run parallel to the main axis 300 of the optical waveguide, or, as shown in FIGS. 8A and 8B, they may also be wound around this.
  • a first electrically conductive connection 25A and, parallel thereto, a second electrically conductive connection 25B run on the surface of the cladding region IOC of the optical waveguide 10.
  • These electrically conductive connections can be, for example, described above to be connected to a circuit or a capacitor effect occurring in these parallel connections can be measured and so damage to the optical fiber can be reliably detected.
  • FIG. 11 shows a further embodiment of a light-emitting device.
  • the light-conducting body 20 is designed in a spiral shape.
  • the radiation source 5 can in turn be embodied as an RGB module which emits the radiation 11 as substantially white light which is emitted as light 12 via the spiral-shaped light-conducting body 20.
  • the radiation source 5 can be embodied as a UV diode laser in order to emit short-wave radiation 11 (for example UV radiation), which is transported via the light guide 10 to the light guide body 20, where it encounters converter material 15 encompassed by the light guide body 20. In this case, the short-wave radiation 11 is converted into light of longer wavelength 12.
  • FIG. 1 shows a further embodiment of a light-emitting device.
  • the light-conducting body 20 is designed in a spiral shape.
  • the radiation source 5 can in turn be embodied as an RGB module which emits the radiation 11 as substantially white light which is emitted as light 12 via the spiral-shaped light-conducting body 20.
  • the short-wave radiation emitted by the radiation source 5 is coupled into a light guide 10 at one end 10A of the light guide and fed into the light guide 20 after being transported through the light guide 10 at the other end 1OB of the light guide.
  • the light-guiding body 20 again has converter material 15, by means of which the short-wave radiation 11 is converted into light of longer wavelength 12.
  • the light guide body 20 is arranged flat in a rear projection unit 50.
  • the light guide body 20 forms in this embodiment, a rectangular area, which corresponds for example to a screen surface of a display.
  • an optical element 60 is provided in this embodiment, which is embodied, for example, as a diffusing screen and arranged in the beam path of the decoupled from the light guide 20 light.
  • the optical component 60 By the optical component 60, a more uniform emission of the converted light 12 can be achieved.
  • the rear projection unit 50 has, for example, a fiber fixing 51, via which a mechanical fixing of the light guide 10 in the rear projection unit 50 can be achieved.
  • a second radiation source 25E for emitting radiation of a third wavelength 13 and a detector 25D for detecting the radiation 13 are also provided.
  • the detection device 25 can be used to detect damage to the optical waveguide 10 and / or the optical waveguide 20 in order to prevent leakage of light. To prevent potentially dangerous radiation from the lighting device 100.
  • the radiation source 5, for example a laser may be spatially separated spatially from the actual luminaire, which is formed by the light-conducting body 20.
  • This facilitates, for example, the maintenance and accessibility of lighting devices with such light-emitting devices.
  • the spatial separation for example, a replacement of the light source or a control electronics in a scheduled maintenance area, while the actual light source, the light guide 20, for example, in a difficult or complex accessible space, such as a clean room, an explosion-proof room, a Lighthouse, a transmission towers or similar.
  • the spatial separation and thus simplified maintenance can also be used in displays, in particular liquid crystal displays in frequently used traffic areas or high building positions.
  • the light-guiding body 20 Due to the possibility of carrying out the light-guiding body 20 with thin glass fibers or other thin light-conducting elements, in particular surface light sources with flat designs can be used as illumination means. For example, large-scale room lighting can be realized, which cause a uniform light radiation.
  • the invention is not limited to the embodiments shown here.
  • the features shown in certain embodiments may also be implemented in the other embodiments.
  • Other variations are For example, with regard to the geometric Ausgestal ⁇ tion of the light guide 20 possible.

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Abstract

Eine Ausführungsform der Erfindung schlägt eine Licht emittierende Vorrichtung vor, die eine Strahlungsquelle (5) zur Emission einer Strahlung (11) zumindest einer ersten Wellenlänge und einen elongierten gekrümmten Lichtleitkörper (20) umfasst, in den die von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung (11) eingekoppelt wird und der auf Grund der eingekoppelten Strahlung (11) erster Wellenlänge Licht (12) in einem Winkel zu seiner Längsachse auskoppelt.

Description

Beschreibung
Licht emittierende Vorrichtung
Die Erfindung betrifft Licht emittierende Vorrichtungen mit einem Lichtleitkörper.
Licht emittierende Vorrichtungen mit einem Lichtleitkörper sind beispielsweise aus der Druckschrift WO 2006/038502 Al bekannt .
Die Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen der Erfindung besteht darin, weitere Licht emittierende Vorrichtungen mit einem Lichtleitkörper anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Licht emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1. Weitere Ausgestaltungen der Licht emittierenden Vorrichtung und Beleuchtungseinrichtungen sowie ein Display mit der Licht emittierenden Vorrichtung sind Gegenstand weiterer Ansprüche.
Eine Ausführungsform der Erfindung stellt eine Licht emittierende Vorrichtung zur Verfügung, die umfasst : eine Strahlungsquelle zur Emission einer Strahlung zumindest einer erster Wellenlänge, einen elongierten, gekrümmten Lichtleitkörper, in den die von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung eingekoppelt wird und der auf Grund der eingekoppelten Strahlung erster Wellenlänge Licht in einem Winkel zu seiner Längsachse auskoppelt .
Die Effizienz der Lichtemission kann bei dieser Licht emittierenden Vorrichtung dadurch erhöht sein, dass der Licht- leitkörper nicht in unmittelbarer Nähe der Strahlung emittierenden Strahlungsquelle angeordnet ist, sondern beispielsweise durch einen Lichtleiter von der Strahlungsquelle getrennt ist. Dadurch wird beispielsweise der Ort der Abstrahlung des sichtbaren Lichts von dem Ort der Wärmeerzeugung, der Strahlungsquelle räumlich getrennt, mit der Folge, dass die Betriebstemperatur des Lichtleitkörpers gesenkt werden kann, was dessen Zuverlässigkeit erhöhen kann.
Der Lichtleitkδrper, der elongiert ist, also im Wesentlichen eine längliche Ausdehnung aufweist, ist optisch mit der Strahlungsquelle gekoppelt und dient sowohl zum Weitertransport der Strahlung der Strahlungsquelle als auch zur Emission von Licht bevorzugt über den gesamten, durch die Längsrichtung gebildeten Bereich. Der Lichtleitkörper kann dabei beispielsweise als Glasstab oder als Lichtleitfaser ausgeführt sein, in denen das Licht jeweils sowohl geführt wird als auch, beispielsweise durch eine entsprechende Oberflächenbehandlung, nach außen hin abgegeben wird.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Lichtleitkörper über einen Lichtleiter optisch mit der Strahlungsquelle gekoppelt .
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Strahlungsquelle zur Emission von Strahlung entsprechend den Farben rot, grün und blau (RGB) eingerichtet. Beispielsweise ist die Strahlungsquelle als RGB-Modul ausgeführt. Die Strahlungsquelle speist somit Strahlung mit verschiedenen Wellenlängen, entsprechend den Farben rot, grün und blau in den Lichtleitkörper ein. Bei entsprechender Intensität der verschiedenen Wellenlängen in der emittierten Strahlung kann sich in Summe weißes Licht beziehungsweise Licht mit einer bestimmten Farbtemperatur einstellen, welche vom Lichtleitkörper gleichmäßig abgegeben wird.
Um sowohl den Transport des Lichts innerhalb des Lichtleit- körpers als auch eine gleichmäßige Abstrahlung zu gewährleisten, können in einer weiteren Ausführungsform an Orten der Krümmung des Lichtleitkörpers Reflexionsmaterialien vorgesehen werden. Beispielsweise kann der Lichtleitkörper mit einer reflektierenden Schicht überzogen beziehungsweise bedruckt werden, um ein übermäßiges Auskoppeln von Lichtenergie an den Krümmungssteilen zu verhindern. Die Oberfläche des Lichtleit- kδrpers kann für eine bessere Auskopplung des Lichts aufge- raut sein. Beispielsweise weist der Lichtleitkörper bei Ausprägung als Glasfaser oder Kunststofffaser einen aufgerauten Mantel auf.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Lichtleitkörper ein Konvertermaterial auf, das die durch den Lichtleiter transportierte Strahlung in Licht einer zweiten, längeren Wellenlänge konvertiert. Das Licht der zweiten, längeren Wellenlänge wird in einem Winkel zur Längsachse des Lichtleitkörpers abgegeben.
Durch die räumliche Trennung der Strahlungsemittierenden Strahlungsquelle von dem Konvertermaterial kann die Effizienz der Lichtkonversion erhöht sein. Beispielsweise kann eine Reabsorption des konvertierten Lichts der längeren, zweiten Wellenlänge durch die Strahlungsquelle vermindert werden. Ferner folgt aus der zuvor erwähnten Erniedrigung der Betriebstemperatur des Lichtleitkörpers auch eine verminderte Temperatur des Konvertermaterials, was wiederum dessen Zuverlässigkeit erhöhen kann. Eine derartige Beabstandung des Konvertermaterials von der Strahlungsquelle kann auch als "Remo- te Phosphor Configuration" bezeichnet werden. Durch die Konversion kann die Strahlung der ersten Wellenlänge in -bevorzugt sichtbares- Licht einer zweiten Wellenlänge konvertiert werden, wobei die zweite Wellenlänge größer ist als die erste Wellenlänge der anregenden Strahlung.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung emittiert die Strahlen emittierende Strahlungsquelle kurzwellige Strahlung im Bereich von 210 bis 500 nm, bevorzugt im Bereich von 210 nm bis 420 nm, weiter bevorzugt im Bereich von 360 nm bis 420 nm oder im eher blauen Bereich von etwa 420 nm bis 500 nm. Das nach der Konversion ausgestrahlte -bevorzugt sichtbare- konvertierte Licht der zweiten Wellenlänge weist dabei eine längere Wellenlänge auf als die ursprünglich von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung und kann in Abhängigkeit von dieser Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 400 bis 800 nm liegen.
Das Konvertermaterial kann dabei insbesondere ein Leuchtstoff sein, der durch die von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung angeregt werden kann, beispielsweise zu Fluoreszenz. Im nahen UV können beispielsweise Leuchtstoffe auf O- xidbasis, wie zum Beispiel Barium-Magnesium-Aluminate, die mit Europium dotiert sind, verwendet werden, wie zum Beispiel BaMgAl2_0^17 : Eu^+ . Verwendet werden können auch Strontium- Magnesium-Aluminate, die ebenfalls mit Europium dotiert sind, wie zum Beispiel SrMgAl^oO^7 :Eu^+ sowie Chlorapatite mit Strontium, Barium oder Calcium der Formel (Sr, Ba, Ca) 5 (PO4) 3CI :Eu2+. Es können auch Bariumaluminate, zum Beispiel Ba3Al28<-)45 :Eu2+ verwendet werden. All die genannten Verbindungen emittieren Licht im blauen Wellenlängenbereich, wenn sie im nahen UV gepumpt werden. Grün emittierende Leuchtstoffe sind beispielsweise SrAl2Ü4 :Eu^+ . Grün bis grün- gelb emittierende Leuchtstoffe sind beispielsweise Chloro- Silikate der Formel Ca8Mg (SiC>4) 4Cl2 :Eu2+, Mn2 + , die mit Europium oder Mangan dotiert sind, sowie Thiogallate der allgemeinen Formel AGa2S4-.Eu2 + , Ce2 + , wobei A ausgewählt sein kann aus Calcium, Strontium, Barium, Zink und Magnesium. Weiterhin können als rot emittierende Leuchtstoffe und Konvertermaterialien beispielsweise Erdalkali-substituierte Strontium- Sulfide der allgemeinen Formel ((A, Sr)S:Eu2+mit A= Erdalkalimetallionen, sowie Nitridosilikate der Formel MsSi5N5N8IEu2+ mit M = Ca oder Sr verwendet werden.
Die Konvertermaterialien beziehungsweise Leuchtstoffe können auch derart eingesetzt werden, dass diese bei Anregung mit kurzwelliger Strahlung sichtbares Weißlicht emittieren und es somit zu einer Konversion der kurzwelligen Strahlung in sichtbares Weißlicht kommt. Eine Mischung von beispielsweise 47 Gew-% Strontium-Chlorapatit, 48 Gew-% Strontium-Aluminat und 5 Gew-% Nitridosilikate kann bei einer Anregung bei 405 nm Weißlicht mit einem Farbort x = 0,354 und y = 0,386 in der CIE-Norm Farbtafel emittieren. Bei weiteren Ausführungsformen der Erfindung kann durch die Konversion der Strahlung erster Wellenlänge auch sichtbares Licht der zweiten Wellenlänge resultieren, das keinen Weislichteindruck beim Betrachter hin- terlässt, sondern zum Beispiel gelb, grün, rot oder eine andere beliebige Farbe aufweist. Weiterhin ist es möglich, dass Licht emittierende Vorrichtungen Licht emittieren, das eine Mischung aus nicht konvertierter kurzwelliger Strahlung und konvertiertem Licht ist.
Der Lichtleiter kann beispielsweise Fasern umfassen, die ein Material enthalten, das ausgewählt ist aus Glas und Kunststoff. Somit kann der Lichtleiter auch Glasfaserkabel oder Lichtleitstäbe umfassen. Zum Einkoppeln und zum Transport des von der Strahlungsquelle bei einigen Ausführungsformen der Erfindung emittierten kurzwelligen Lichts, zum Beispiel UV- Lichts sind besonders gut Lichtleiter auf der Basis von Glas geeignet. Der Lichtleiter kann wie eine Faser aufgebaut sein, wobei ein Querschnitt durch eine derartige Faser einen Kernbereich mit hohem Brechungsindex zeigt, der von einem Mantel- bereich mit geringerem Brechungsindex als der Kernbereich umgeben ist. Der Kernbereich ist dabei in der Lage, eingekoppelte Moden von Licht und kurzwelliger Strahlung zum Beispiel mittels Interferenz und Reflexion zu transportieren.
Bei einer weiteren Ausführung der Erfindung können auch mehrere Lichtleiter vorhanden sein, die beispielsweise zu einem Lichtleiterbündel zusammengefasst werden, wobei jeder einzelne Lichtleiter separat die von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung erster Wellenlänge nach der Einkopplung zum Lichtleitkörper beziehungsweise zum Konvertermaterial transportieren kann. Eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Licht emittierenden Vorrichtung kann dabei auch mehrere Strahlungsquellen umfassen, wobei es beispielsweise möglich ist, dass für je einen Lichtleiter eine Strahlungsquelle vorhanden ist. Die von diesen Strahlungsquellen emittierte Strahlung erster Wellenlänge kann dann mittels der Lichtleiter in zum Beispiel einem Lichtleiterbündel gebündelt werden und nach dem Transport der Strahlung durch das Licht- leiterbündel mittels des Konvertermaterials in das Licht der zweiten, längeren Wellenlänge konvertiert werden. Dabei ist es auch möglich, dass die Strahlung der verschiedenen Strahlungsquellen, die in verschiedene Lichtleiter eingekoppelt wird, mittels unterschiedlicher Konvertermaterialien in sichtbares Licht unterschiedlicher zweiter Wellenlänge konvertiert wird, wobei durch eine Mischung dieses sichtbaren Lichts verschiedener Wellenlänge dann ein homogener Weißlichteindruck für den Betrachter resultiert.
Die Strahlungsquelle kann beispielsweise eine kurzwellige Strahlungsquelle, insbesondere eine UV-Laserdiode, zum Beispiel eine N-basierte Laserdiode wie eine InGaN-Laserdiode umfassen. Insbesondere können Materialien der allgemeinen Formel AlxInyGazN mit x, y, z ≥ 0 und x+y+z = 1 verwendet werden, zum Beispiel eine Laserdiode mit einer Emissionswellenlänge von 365 nm bis 425 nm mit einem In-Gehalt von 0-10 A- tom% (zum Beispiel x = 0; y = 0-0,1; z = 0,9-1,0) in der lichterzeugenden Schicht. UV-Laserdioden sind besonders gut geeignet, eine gerichtete UV-Strahlung zu emittieren, die gut in einen Lichtleiter eingekoppelt werden kann.
Die Strahlungsquelle kann zur Abfuhr der Verlustwärme beispielsweise mit einer Wärmesenke verbunden sein. Die Strahlungsquelle kann dabei direkt mit der Wärmesenke verbunden sein, oder in thermischem Kontakt mit ihr stehen.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Oberfläche des Lichtleitkörpers mit dem Konvertermaterial beschichtet oder bedruckt. Dabei ist der Lichtleitkörper mit einem diffusen Material gestaltet, durch das ein Teil der Strahlung der ersten Wellenlänge beziehungsweise der kurzwelligen Strahlung aus einem Kern des Lichtleitkörpers an die Oberfläche des Lichtleitkörpers gelangt, wo sie auf das Konvertermaterial trifft und in das Licht beziehungsweise die Strahlung der zweiten Wellenlänge konvertiert wird.
In einer weiteren Ausführungsform von erfindungsgemäßen Licht emittierenden Vorrichtungen kann das Konvertermaterial Nano- partikel umfassen, die im Lichtleitkörper eingeschlossen sind. Der Vorteil von Nanopartikeln kann darin bestehen, dass bei diesen die Lichtstreuung vermindert wird und so die Leuchtstärke des von dem Konvertermaterial emittierten sichtbaren Lichts gleichmäßiger wird. Vorteilhafterweise weisen die Nanopartikel Partikeldurchmesser auf, die bei einigen Na- nometern liegen, beispielsweise zwischen 2 bis 50 nm, weiter bevorzugt zwischen 2 nm bis 10 nm, da derartig kleine Nanopartikel besonders gut eine Lichtstreuung des konvertierten sichtbaren Lichts vermindern. Weiterhin kann auch der Partikeldurchmesser die Wellenlänge des konvertierten Licht zum Beispiel aufgrund des Quantengrößen-Effekts beeinflussen. So erzeugen Nanopartikel mit kleineren Durchmessern konvertiertes Licht mit kürzerer Wellenlänge im Vergleich zu Nanopartikeln mit größeren Durchmessern.
Beispielsweise sind die Nanopartikel des Konvertermaterials im Mantel eines als Glasfaser ausgeführten Lichtleitkörpers eingeschlossen. Bei entsprechender Gestaltung von Kern und Mantel der Glasfaser kann beispielsweise die Strahlung der ersten Wellenlänge teilweise aus dem Kern in den Mantelbereich austreten, wo sie wiederum auf das Konvertermaterial trifft. Somit wird ein Teil der Strahlung der ersten Wellenlänge in das Licht der zweiten Wellenlänge umgesetzt, während die übrige Strahlung der ersten Wellenlänge weiter im Kern der Glasfaser, also entlang der Längsachse des Lichtleitkörpers transportiert wird.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung formt der gekrümmte Lichtleitkörper einen zweidimensionalen Bereich. Beispielsweise ist der Lichtleitkörper so gebogen, dass er eine vorgegebene Fläche möglichst gleichmäßig ausfüllt. Dabei können durch den Lichtleitkörper flächige Formen gebildet werden, die rund oder rechteckig sind oder eine beliebige an- dere polygone Form aufweisen. Dazu kann der Lichtleitkörper beispielsweise innerhalb des zweidimensionalen Bereichs mäan- derförmig oder spiralförmig oder serpentinenförmig ausgeführt sein. Wegen der üblicherweise geringen räumlichen Ausdehnung des Lichtleitkörpers, insbesondere bei Ausführung als Glasfaser, kann der Bereich, in dem der Lichtleitkörper angeordnet ist, sehr flach ausgeführt werden. Somit lassen sich mit verschiedenen Ausführungsformen von Licht emittierenden Vorrichtungen dünne Flächenlichtquellen herstellen und betreiben.
Weiterhin kann bei einer Licht emittierenden Vorrichtung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ein optisches Bauteil vorhanden sein, das mit dem konvertierten Licht oder mit einer aus dem Lichtleitkörper austretenden Strahlung erster Wellenlänge wechselwirkt . Dieses optische Bauteil kann beispielsweise mit dem konvertierten Licht oder mit der aus dem Lichtleiter austretenden Strahlung erster Wellenlänge, zum Beispiel kurzwelliger Strahlung mittels Streuung, Brechung, Reflexion, Umlenkung oder Beugung wechselwirken. Das optische Bauteil kann beispielsweise eine Streuscheibe umfassen, die etwa parallel zu der vom gekrümmten Lichtleitkδrper gebildeten Fläche oder in anderer Weise im Strahlengang des aus dem Lichtleitkörper ausgekoppelten Lichts angeordnet sein kann. Zum Beispiel lässt sich das konvertierte Licht durch die Streuscheibe flächenmäßig streuen. Somit kann eine gleichmäßigere Abstrahlung des Lichts erreicht werden.
Bei weiteren Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Licht emittierenden Vorrichtung kann auch zusätzlich eine Detekti- onsvorrichtung vorhanden sein, die eine Beschädigung des Lichtleiters und/oder des Lichtleitkörpers detektieren und damit anzeigen kann. Dies kann besonders vorteilhaft sein, da dadurch schnell de- tektiert werden kann, ob der Lichtleiter und/oder der Lichtleitkörper beschädigt sind und damit auch für den Betrachter eventuell schädliches Licht nach außen abgestrahlt wird.
Besonders vorteilhaft kontrolliert die Detektionsvorrichtung, die eine Beschädigung des Lichtleiters und/oder des Licht- leitkörpers detektieren kann, auch eine Energieversorgung (Strom- und/oder Spannungsversorgung) für die Strahlung emittierende Strahlungsquelle und kann somit bei Beschädigung des Lichtleiters und/oder des Lichtleitkörpers die Energieversorgung abstellen, mit der Folge, dass auch die potentiell gefährliche Emission von kurzwelliger Strahlung, zum Beispiel UV-Strahlung aus dem beschädigten Lichtleiter und/oder dem Lichtleitkörper unterbrochen wird.
Beispielsweise ist die Detektionsvorrichtung in der Lage, in Abhängigkeit der Detektion der Beschädigung des Lichtleiters und/oder des Lichtleitkörpers die Energieversorgung der Strahlung emittierenden Strahlungsquelle auszuschalten.
In einer Ausführungsform der Licht emittierenden Vorrichtung umfasst die Detektionseinrichtung eine zweite Strahlungsquelle zur Emission einer Strahlung einer dritten Wellenlänge. Beispielsweise umfasst die zweite Strahlungsquelle eine Laserdiode, welche zur Emission von rotem Licht eingerichtet ist. Die zweite Strahlungsquelle emittiert zum Beispiel Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 630 nm bis 770 nm. Ferner umfasst die Detektionsvorrichtung einen Detektor zur Detektion der Strahlung der dritten Wellenlänge. Dabei kann eine Detektion der Strahlung der dritten Wellenlänge eine Funktionsfähigkeit des Lichtleiters und des Lichtleitkörpers anzeigen. Beispielsweise sind der Lichtleiter und der Lichtleitkörper zwischen der zweiten Strahlungsquelle und dem Detektor angeordnet. Die zweite Strahlungsquelle kann die Strahlung der dritten Wellenlänge am gleichen Ende des Lichtleiters wie die erste Strahlungsquelle in den Lichtleiter einkoppeln, von wo sie bei unbeschädigtem Lichtleiter und Lichtleitkörper über diese zum Detektor an einem entfernten Ende des Lichtleitkörpers transportiert wird. Wenn im Detektor die Strahlung der dritten Wellenlänge detektiert wird, kann davon ausgegangen werden, dass sowohl der Lichtleiter als auch der Lichtleitkörper unbeschädigt sind und keine potenziell gefährliche Strahlung aus dem Lichtleiter oder dem Lichtleitkörper austreten kann.
In einer anderen Ausführungsform der Licht emittierenden Vorrichtung sind die zweite Strahlungsquelle und der Detektor an einem Ende des Lichtleiters und der Lichtleitkörper an einem anderen Ende des Lichtleiters angeordnet. Beispielsweise kann wiederum detektiert werden, ob die von der zweiten Strahlungsquelle emittierte Strahlung der dritten Wellenlänge den Detektor erreicht. Dabei kann davon ausgegangen werden, dass bei einem unbeschädigten Lichtleiter und einem unbeschädigten Lichtleitkörper die Strahlung der dritten Wellenlänge im Wesentlichen ungehindert das entfernte Ende des Lichtleitkörpers erreicht, wobei es zu keiner Rückstrahlung oder Reflexion der Strahlung der dritten Wellenlänge kommt.
Wenn jedoch der Lichtleiter und/oder der Lichtleitkörper eine Beschädigung aufweist, zum Beispiel einen Bruch, kann es an der Beschädigungsstelle zu einer Reflexion der Strahlung der dritten Wellenlänge kommen. Die reflektierte Strahlung der dritten Wellenlänge wird über den Lichtleitkörper beziehungs- weise den Lichtleiter, abhängig vom Ort der Beschädigung, zum Detektor zurücktransportiert und kann dort detektiert werden. In diesem Fall kann eine Detektion der Strahlung der dritten Wellenlänge auf eine Beschädigung von Lichtleiter und/oder Lichtleitkörper hinweisen.
Die Detektion kann auch von einem Schwellwert abhängig gemacht werden, welcher einer geringen Reflexion der Strahlung der dritten Wellenlänge bei unbeschädigtem Lichtleiter und unbeschädigtem Lichtleitkörper entspricht . Wenn die detek- tierte Strahlung der dritten Wellenlänge über diesem Schwell - wert liegt, kann wiederum von einer Beschädigung ausgegangen werden .
Eine Beschädigung von Lichtleiter beziehungsweise Lichtleitkörper kann beispielsweise vor einem Betrieb der ersten Strahlungsquelle, welche die Emission von Licht aus dem Lichtleitkörper bewirkt, ausgeführt werden. Beispielsweise wird vor dem Betrieb ein kurzer Strahlungspuls von der zweiten Strahlungsquelle abgegeben und ein im Detektor gemessenes Detektionsergebnis ausgewertet. Somit kann vor dem Betrieb der Licht emittierenden Vorrichtung überprüft werden, ob ein gefährdungsfreier Betrieb der ersten Strahlungsquelle erfolgen kann. Ferner können auch während des Betriebs der Vorrichtung kurze Strahlungspulse von der zweiten Strahlungs- quelle emittiert und vom Detektor entsprechend detektiert werden, um auch Beschädigungen von Lichtleitkörper oder Lichtleiter im Betrieb feststellen zu können. Die Strahlungspulse der dritten Wellenlänge sind dabei vorzugsweise zeitlich so kurz, dass dieser Strahlungsvorgang beispielsweise von einem menschlichen Beobachter nicht bemerkt wird. Beispielsweise kann der Detektor an ein Ende eines Lichtleiters lichtleitend angekoppelt sein, wobei am anderen Ende dieses Lichtleiters dann der Lichtleitkörper angeordnet ist. Dieser Lichtleiter kann Bestandteil eines größeren Lichtleiterverbundes, beispielsweise eines Lichtleiterbündels, sein. In diesem Fall können dann die anderen Lichtleiter dieses Bündels mit der Strahlungsquelle verbunden sein und zum Beispiel nur diese eine Lichtleiterfaser mit dem ersten Detektor verbunden sein. Es ist auch möglich einen Strahlteiler im Lichtleiter anzubringen, der zumindest Teile der durch den Lichtleiter rücktransportierten Strahlung der dritten Wellenlänge zu dem ersten Detektor leitet.
Die Detektionsvorriσhtung, die eine Beschädigung des Lichtleiters und/oder des Lichtleitkörpers detektieren kann, kann beispielsweise auch eine erste elektrisch leitfähige Verbindung umfassen, die in dem Lichtleiter und in dem Lichtleitkörper verläuft . Weiterhin sind dann Mittel zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit dieser ersten elektrisch leitenden Verbindung vorhanden, wobei die Funktionsfähigkeit der ersten elektrisch leitfähigen Verbindung die Funktionsfähigkeit des Lichtleiters und des Lichtleitkörpers anzeigt.
Im Falle eines kabeiförmigen Lichtleiters beziehungsweise Lichtleitkörpers, beispielsweise eines Lichtleitstabes oder einer Glasfaser, verläuft die erste elektrisch leitfähige Verbindung vorteilhaft entlang der Hauptachse des Lichtleiters beziehungsweise des Lichtleitkörpers und kann somit besonders empfindlich Beschädigungen des Lichtleiters und/oder des Lichtleitkörpers anzeigen. Mittel zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit dieser ersten elektrisch leitfähigen Verbindung können beispielsweise eine Stromversorgung umfassen, die einen elektrischen Puls in die erste elektrisch leitfähi- ge Verbindung, beispielsweise einen Draht gibt, und somit dessen Länge über den Verlauf des Lichtleiters überprüft. Die Länge der ersten elektrisch leitfähigen Verbindung, beispielsweise des Drahtes, wird dann über die Pulsreflexion am anderen Drahtende und die Laufzeit bestimmt.
Weiterhin ist es möglich, dass zusätzlich eine zweite elektrisch leitfähige Verbindung durch den Lichtleiter und den Lichtleitkörper verläuft, die mit der ersten elektrisch leitfähigen Verbindung einen Stromkreis bildet und weiterhin die Mittel zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit dieser ersten elektrisch leitfähigen Verbindung eine Vorrichtung umfassen, die den im Stromkreis fließenden Strom detektieren kann. Dies kann beispielsweise eine Transistorschaltung sein, die nur dann die erste Strahlungsquelle mit Energie versorgt, wenn der Stromkreis geschlossen ist und somit die Unversehrtheit des Lichtleiters und des Lichtleitkörpers anzeigt . Die erste und zweite elektrisch leitfähige Verbindung können beispielsweise am entfernten Ende des Lichtleitkörpers zu einer Stromschleife zusammengeführt werden, zum Beispiel mittels einer Metallhülse oder eines Metallrings.
Möglich ist auch, dass die zweite elektrisch leitfähige Verbindung durch den Lichtleiter im Abstand zur ersten elektrisch leitfähigen Verbindung verläuft und die Mittel zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der ersten elektrisch leitenden Verbindung eine zwischen der ersten und zweiten elektrischen Verbindung anliegende Spannung detektieren können.
Beispielsweise kann der Kondensatoreffekt zwischen den voneinander beabstandeten ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Verbindung gemessen werden und somit über eine Kapazitätsänderung beziehungsweise RC-Resonanzverschiebung die Un- versehrtheit des Lichtleiters beziehungsweise des Lichtleitkörpers überprüft werden.
Vorteilhafterweise weisen der Lichtleiter und der Lichtleitkörper einen Mantelbereich und einen Kernbereich auf, wobei die elektrisch leitfähigen Verbindungen spröder sind als der jeweilige Kernbereich. In diesem Falle ist dann gewährleistet, dass bei mechanischer Belastung die elektrisch leitfähigen Verbindungen unterbrochen werden, noch bevor der Lichtleiter beziehungsweise der Lichtleitkörper bricht oder beschädigt wird. Die elektrisch leitfähigen Verbindungen können dabei auch auf oder im Mantelbereich des Lichtleiters und/oder des Lichtleitkörpers verlaufen, oder zum Beispiel zwischen dem Mantelbereich und dem Kernbereich verlaufen. Die elektrisch leitfähigen Verbindungen können im bzw. auf dem Lichtleiter auch umlaufend um diesen angeordnet sein, so dass dann vorteilhafterweise eine mechanische Belastung, die auf dem Lichtleiter lastet auch von verschiedenen Richtungen de- tektiert werden kann. Dies gilt analog auch für den Lichtleitkδrper. Die elektrisch leitfähigen Verbindungen können auch so dünn ausgeführt sein, das sie bevorzugt brechen, bevor der Lichtleiter und/oder der Lichtleitkörper, insbesondere die jeweiligen Kernbereiche brechen.
Unter Sprödigkeit versteht man allgemein die Eigenschaft von Festkörpern, unter Beanspruchung zu Zerbrechen anstatt plastische oder elastische Deformation zu erleiden. In diesem Zusammenhang wird auf das Stichwort "Sprödigkeit" im Römp Chemielexikon, 9. erweiterte und neu bearbeitete Auflage, Georg- Thieme-Verlag Stuttgart, verwiesen, auf dass hiermit voll inhaltlich Bezug genommen wird. Gegenstand weiterer Ausführungsformen der Erfindung ist auch eine Beleuchtungsvorrichtung, die eine der oben genannten Licht emittierenden Vorrichtungen umfasst . Eine derartige Beleuchtungseinrichtung kann beispielsweise eine Lampe, Tischleuchte, Deckenleuchte oder beliebige andere Beleuchtungseinrichtungen sein, die vorzugsweise als Flächenlichtquellen ausgeführt sind.
Gegenstand einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist auch ein Display, das eine der oben genannten Licht emittierenden Vorrichtungen umfasst . Besonders vorteilhaft wird als eine Komponente eines derartigen Displays eine Licht emittierende Vorrichtung verwendet, die Licht flächig entsprechend der Darstellungsfläche des Displays emittiert. Eine derartige flächige Beleuchtung ist zum Beispiel besonders zur LCD- Hinterleuchtung geeignet .
Somit sind Gegenstand der Erfindung nach weiteren Ausführungsformen auch Displays, bei denen die Hinterleuchtung eine Licht emittierende Vorrichtung wie oben beschrieben, enthält. Die Displays sind bevorzugt nicht selbst emissiv und sind zum Beispiel Flüssigkristalldisplays, die eine Flüssigkristallmatrix aufweisen.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren noch näher erläutert werden. Bei den Figuren handelt es sich um nicht maßstabsgetreue, schematische Zeichnungen. In den verschiedenen Figuren kennzeichnen mit gleichen Bezugszeichen versehene Elemente gleiche oder gleichwirkende Elemente.
Die Figuren 1 und 2 zeigen verschiedene Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Licht emittierenden Vorrichtungen. ie Figuren 3 und 4 zeigen verschiedene Ausführungsformen eines Lichtleitkörpers mit Konvertermaterial . ie Figuren 5 bis 7 zeigen verschiedene Ausführungsformen von Licht emittierenden Vorrichtungen mit einer Detekti- onsvorrichtung .
Die Figuren 8A bis 1OB zeigen verschiedene Ausführungsformen von lichtleitenden Elementen mit elektrisch leitfähigen Verbindungen.
Figur 11 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Licht emittierenden Vorrichtung und
Figur 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungseinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Licht emittierenden Vorrichtung.
Figur 1 zeigt eine Licht emittierende Vorrichtung, bei der eine Strahlungsquelle 5, zum Beispiel ein UV-Diodenlaser, der thermisch leitfähig mit einer Wärmesenke 6 verbunden ist, kurzwellige Strahlung 11 (zum Beispiel UV-Strahlung) emittiert, die in einen Lichtleiter 10 eingekoppelt wird. Das von der Strahlungsquelle 5 emittierte, kurzwellige Licht 11 wird dabei an einem Ende 10A des Lichtleiters 10 eingekoppelt. Der Lichtleiter 10 utnfasst auch einen Mantelbereich IOC, die durch den Lichtleiter 10 transportierte kurzwellige Strahlung 11 wird am zweiten Ende 1OB des Lichtleiters 10 aus dem Lichtleiter 10 ausgekoppelt und in ein Ende 2OB eines Lichtleitkörpers 20 eingekoppelt. Das Ende 1OB des Lichtleiters 10 und das Ende 20B des Lichtleitkörpers 20 sind somit optisch miteinander gekoppelt . Der Lichtleitkörper 20, beispielsweise ein elongierter, länglicher Glasstab oder eine Glasfaser weist eine Krümmung auf und ist mäanderförmig beziehungsweise serpentinenförmig ausgeführt. Der Lichtleitkδrper ist somit flächig ausgeführt und formt einen zweidimensionalen Bereich. Der Lichtleitkörper 20 umfasst ein Konvertermaterial 15, über das die kurzwellige Strahlung 11, welche über den Lichtleiter 10 zugeführt wird, in sichtbares Licht längerer Wellenlänge 12 konvertiert wird.
Der Lichtleitkδrper 20 transportiert dabei gleichzeitig die Strahlung 11 entlang der Längsachse des Lichtleitkörpers 20, so dass über die gesamte Länge des Lichtleitkörpers 20 bis zum zweiten Ende 2OE eine gleichmäßige Lichtabstrahlung des konvertierten Lichts 12 erfolgen kann.
Die Oberfläche des Lichtleitkörpers 20 kann aufgeraut sein, um eine Streuung des konvertierten Lichts 12 zu bewirken.
Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Licht emittierenden Vorrichtung. Dabei ist die Strahlungsquelle 5 zur Emission von Strahlung entsprechenden Farben rot, grün und blau eingerichtet und weist ein Modul 5A zur Erzeugung von rotem Licht, ein Modul 5B zur Erzeugung von grünem Licht und eine Modul 5C zur Erzeugung von blauem Licht auf. Die Strahlung 11, die von der Strahlungsquelle 5 in den Lichtleiter 10 eingekoppelt wird, umfasst Licht verschiedener Wellenlängen entsprechend der von den Modulen 5A, 5B, 5C abgegebenen Strahlung. Beispielsweise ergibt sich für die Strahlung 11 weißes Licht beziehungsweise Licht einer bestimmten Farbtemperatur, welches über den Lichtleiter 10 in den Lichtleitkörper 20 zur dortigen Abstrahlung transportiert wird. Der Lichtleitkörper 20 ist beispielsweise als gebogener beziehungsweise gekrümmter Glasstab oder als Lichtleitfaser aus Glas oder Kunststoff ausgeführt. Der Lichtleitkörper 20 ist dabei so gestaltet, dass sowohl die Strahlung 11 vom einen Ende 2OB zum anderen Ende 2OE transportiert wird als auch in einem Winkel zur Längsachse, beispielsweise quer zur Längsachse des Lichtleitkörpers 20 als Licht 12 abgestrahlt wird. Der Lichtleitkörper 20 kann an bestimmten Stellen eine Reflexionsschicht 2OA aufweisen, durch die verhindert wird, dass ein zu großer Anteil der Strahlung 11 beziehungsweise des Lichts 12 an dieser Stelle abgegeben wird. Somit wird eine gleichmäßige Abstrahlung des Lichts 12 erreicht .
Die in Figur 2 dargestellte Form des Lichtleitkörpers 20 ist in diesem Ausführungsbeispiel als einfacher Bogen ausgeführt. Jedoch können durch den Lichtleitkörper 20 auch andere zweidimensionale Bereiche geformt werden, beispielsweise bei einer mäanderförmigen oder serpentinenförmigen Ausführung entsprechend dem Ausführungsbeispiel in Figur 1.
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Lichtleitkörpers 20, der als Glasfaser ausgeführt ist. Der Lichtleitkörper 20 beziehungsweise die Glasfaser weist einen Kern 2OC sowie einen Mantel 2OD auf, die als Querschnitt einer länglichen Glasfaser dargestellt sind. Ferner ist an der Oberfläche des Lichtleitkörpers 20 eine Schicht mit Konvertermaterial 15 vorgesehen, durch die die Strahlung 11 der ersten Wellenlänge in Licht einer zweiten, längeren Wellenlänge konvertiert. Ferner ist eine weitere Schicht 45 auf der Glasfaser 20 vorgesehen, die eine Strahlung 11 erster Wellenlänge reflektiert und für das Licht 12 zweiter Wellenlänge durchlässig ist. Die Oberfläche des Lichtleitkörpers 20 kann zum Beispiel mit dem Konvertermaterial 15 beschichtet oder bedruckt sein. Brechungsindizes von Kernbereich 2OC und Mantelbereich 20D können so ausgeführt sein, dass sowohl ein Transport beziehungsweise eine Leitung der Strahlung 11 durch Reflexion und Interferenz im Kernbereich 2OC erfolgt als auch Teile der Strahlung 11 durch den Mantelbereich 2OD auf die Schicht mit dem Konvertermaterial 15 treffen, um dort das Licht der zweiten, längeren Wellenlänge zu erzeugen. Die Schicht 45 ermöglicht, dass das konvertierte Licht 12 aus dem Lichtleitkörper 20 austreten kann, verhindert aber gleichzeitig, dass potenziell gefährliche kurzwellige Strahlung 11 aus dem Lichtleitkörper 20 emittiert wird.
Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines als Glasfaser ausgeführten Lichtleitkörpers 20. Dabei ist im Mantelbereich 2OD Konvertermaterial 15 vorgesehen, welches in diesem Ausführungsbeispiel Nanopartikel umfasst . Der Lichtleitkörper 20 umfasst wiederum eine Schicht 45, die für die Strahlung 11 der ersten Wellenlänge undurchlässig und für das Licht 12 der zweiten Wellenlänge durchlässig ist.
Die in Figur 5 dargestellte Ausführungsform einer Licht emittierenden Vorrichtung umfasst eine Detektionsvorrichtung 25, die eine Beschädigung des Lichtleiters 10 und/oder des Licht- leitkörpers 20 detektieren kann. Dazu weist die Detektionsvorrichtung 25 eine zweite Strahlungsquelle 25E zur Emission einer Strahlung 13 einer dritten Wellenlänge auf, die in thermischem Kontakt mit einer weiteren Wärmesenke 6A steht . Ferner ist am entfernten Ende 2OE des Lichtleitkδrpers 20 ein Detektor 25D zur Detektion der Strahlung 13 der dritten Wellenlänge vorgesehen. Die Strahlung 13 der dritten Wellenlänge wird anstelle oder zusätzlich zu der Strahlung 11 der ersten Wellenlänge in den Lichtleiter 10 eingekoppelt, um über den Lichtleiter 10 und den Lichtleitkörper 20 zum Detektor 25D transportiert zu werden.
Bei unbeschädigtem Lichtleiter 10 und unbeschädigtem Lichtleitkörper 20 kann vom Detektor 25D die Strahlung der dritten Wellenlänge in ausreichender Intensität detektiert werden. Wenn jedoch der Lichtleiter 10 oder der Lichtleitkörper 20 oder der Lichtleiter 10 und der Lichtleitkörper 20 eine Beschädigung aufweisen, beispielsweise einen Bruch, kann vom Detektor 25D die Strahlung 13 der dritten Wellenlänge nicht oder nur in geringer Intensität detektiert werden. In diesem Fall kann auf eine Beschädigung der Lichtleitenden Elemente 10, 20 zurück geschlossen werden und über eine Kopplung des Detektors 25D mit der ersten Strahlungsquelle 5 beispielsweise eine Energieversorgung der Strahlungsquelle 5 abgeschaltet werden. Somit kann zum Beispiel die Emission von potenziell schädlicher Strahlung 11 aus der Licht emittierenden Vorrichtung heraus verhindert werden.
Die zweite Strahlungsquelle 25E kann beispielsweise als Laser zur Ausstrahlung von rotem Laserlicht ausgeführt sein. Eine Prüfung auf Beschädigung der lichtleitenden Elemente 10, 20 kann sowohl vor als auch während eines Betriebs der ersten Strahlungsquelle 5 durchgeführt werden.
Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Licht emittierenden Vorrichtung mit einer Detektionseinrichtung 25, bei der die zweite Strahlungsquelle 25E und der Detektor 25D an einem Ende 10A des Lichtleiters 10 angeordnet sind. Ein in der Abbildung nicht dargestellter Lichtleitkörper 20 ist an einem ebenfalls nicht gezeigten anderen Ende 1OB des Lichtleiters 10 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform kann über den Detektor 25D anhand einer reflektierten Strahlung 13 der dritten Wellenlänge bestimmt werden, ob eine Beschädigung der lichtleitenden Elemente 10, 20 vorliegt. Beispielsweise kann es bei einer Beschädigung des Lichtleiters 10 und/oder des Lichtleitkörpers 20 zu einer erhöhten Reflexion der Strahlung 13 kommen, die vom Detektor 25D beispielsweise in Abhängigkeit eines Schwellwerts detektiert werden kann. Wenn durch die Detekti- onseinrichtung 25 eine Beschädigung der lichtleitenden Elemente 10, 20 festgestellt wird, kann ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel in Figur 5 eine Strom- oder Spannungsversorgung der ersten Strahlungsquelle 5 abgeschaltet werden, um das Austreten von gefährlicher Strahlung aus der Licht emittierenden Vorrichtung zu verhindern.
Figur 7 zeigt eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Licht emittierenden Vorrichtung, bei der eine Detekti- onsvorrichtung 25 vorhanden ist, die eine Beschädigung des Lichtleiters 10 detektieren kann. Dabei verlaufen zueinander parallel im Mantelbereich IOC des Lichtleiters 10 beziehungsweise im Mantelbereich 2OD des Lichtleitkörpers 20 eine erste elektrische Verbindung 25A als Draht und eine zweite elektrisch leitfähige Verbindung 25B ebenfalls als Draht ausgebildet. Beide elektrisch leitfähigen Verbindungen 25A und 25B sind zu einem Stromkreis zusammengeschlossen und stehen in elektrischen Kontakt mit dem Mittel 25C zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der elektrisch leitfähigen Verbindung. Der Figur 7 kann entnommen werden, dass diese Mittel 25C, beispielsweise eine Transistorschaltung, gleichzeitig die Energieversorgung für die Strahlungsquelle 5 kontrollieren. Wenn aufgrund einer Beschädigung des Lichtleiters 10 und/oder des Lichtleitkörpers 20 der geschlossene Stromkreis aus den elektrisch leitfähigen Verbindungen 25A und 25B unterbrochen wird, kann somit auch sofort die Energieversorgung für die Strahlungsquelle 5 abgeschaltet und damit die Emission von potentiell schädlicher kurzwelliger Strahlung 11 (zum Beispiel UV-Strahlung) aus der Licht emittierenden Vorrichtung heraus verhindert werden.
Die Figuren 8A und 8B zeigen einen Lichtleiter 10, der einen Kernbereich 10E, und einen den Kernbereich 10E umgebenden Mantelbereich IOC umfasst, wobei der Kernbereich einen höheren Brechungsindex aufweist als der Mantelbereich. Der Kernbereich kann durch Reflexion und Interferenz Licht bzw. Strahlung, zum Beispiel kurzwellige Strahlung leiten. Auf der Oberfläche des Mantelbereichs IOC ist eine erste elektrisch leitfähige Verbindung 25A vorhanden, die sich um den Mantelbereich windet bzw. umlaufend um den Lichtleiter angeordnet ist und somit eine mögliche Beschädigung bzw. einen Bruch des Lichtleiters an den verschiedensten Stellen detektieren kann. Fig. 8B ist dabei ein Querschnitt durch den Lichtleiter an der mit 200 markierten Position. Anstatt von einer elektrisch leitfähigen Verbindung 25A könnten auch zwei elektrisch leitfähige Verbindungen derart auf dem Mantelbereich IOC verlaufen, wobei diese dann zum Beispiel wie oben beschrieben einen geschlossenen Stromkreis bilden oder der Kondensatoreffekt zwischen den parallel verlaufenden Verbindungen bestimmt werden kann und so eine Beschädigung des Lichtleiters detektiert werden könnte .
Im Gegensatz zu den Fig. 8A und 8B verlaufen bei dem in Fig. 9A und 9B gezeigten Lichtleiter eine erste elektrisch leitfähige Verbindung 25A und eine zweite elektrisch leitfähige Verbindung 25B im Mantelbereich 2OD des Lichtleitkörpers 20. Fig. 9B ist wieder ein Querschnitt durch den in Fig. 9A gezeigten Lichtleitkörper 20. Anstatt von zwei elektrisch leit- fähigen Verbindungen 25A und 25B kann auch nur eine elektrisch leitfähige Verbindung durch den Mantelbereich 2OD verlaufen. Die beiden elektrisch leitfähigen Verbindungen können dabei zum Beispiel parallel zur Hauptachse 300 des Lichtleitkörpers verlaufen, oder wie in Fig. 8A und 8B gezeigt auch um diese gewunden sein.
Bei dem in den Fig. 10A und im Querschnitt in Fig. 1OB gezeigten Lichtleiter verlaufen eine erste elektrisch leitfähige Verbindung 25A und parallel dazu eine zweite elektrisch leitfähige Verbindung 25B auf der Oberfläche des Mantelbereichs IOC des Lichtleiters 10. Diese elektrisch leitfähigen Verbindungen können zum Beispiel wie oben beschrieben zu einem Stromkreis zusammengeschlossen sein oder ein bei diesen parallelen Verbindungen auftretender Kondensatoreffekt kann gemessen werden und so eine Beschädigung des Lichtleiters zuverlässig detektiert werden.
Figur 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Licht emittierenden Vorrichtung. Im Unterschied zu der in Figur 1 dargestellten Licht emittierenden Vorrichtung ist der Licht- leitkörper 20 spiralförmig ausgeführt. Die Strahlungsquelle 5 kann dabei wiederum als RGB-Modul ausgeführt sein, welches die Strahlung 11 als im Wesentlichen weißes Licht emittiert, das als Licht 12 über den spiralförmigen Lichtleitkörper 20 abgestrahlt wird. Alternativ kann die Strahlungsquelle 5 als UV-Diodenlaser ausgeführt sein, um kurzwellige Strahlung 11 (zum Beispiel UV-Strahlung) zu emittieren, welche über den Lichtleiter 10 zum Lichtleitkörper 20 transportiert wird, wo sie auf vom Lichtleitkörper 20 umfasstes Konvertermaterial 15 trifft. Dabei wird die kurzwellige Strahlung 11 in Licht längerer Wellenlänge 12 konvertiert. Figur 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungsein- richtung 100, in der eine Licht emittierende Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung integriert ist. Auch in diesem Fall wird die von der Strahlungsquelle 5 emittierte kurzwellige Strahlung in einen Lichtleiter 10 an dem einen Ende 10A des Lichtleiters eingekoppelt und nach Transport durch den Lichtleiter 10 am anderen Ende 1OB des Lichtleiters in den Lichtleitkörper 20 eingespeist. Der Lichtleitkörper 20 weist beispielsweise wieder Konvertermaterial 15 auf, durch das die kurzwellige Strahlung 11 in Licht längerer Wellenlänge 12 umgewandelt wird. Der Lichtleitkörper 20 ist flächig in einer Rückprojektionseinheit 50 angeordnet. Der Lichtleitkörper 20 bildet in diesem Ausführungsbeispiel eine rechteckige Fläche, welche beispielsweise einer Bildschirmfläche eines Displays entspricht. Zusätzlich ist in diesem Ausführungsbeispiel ein optisches Element 60 vorgesehen, welches beispielsweise als Streuscheibe ausgeführt und im Strahlengang des vom Lichtleitkörper 20 ausgekoppelten Licht angeordnet ist. Durch das optische Bauteil 60 kann eine noch gleichmäßigere Abstrahlung des konvertierten Lichts 12 erreicht werden.
Die Rückprojektionseinheit 50 weist beispielsweise eine Faserfixierung 51 auf, über die sich eine mechanische Fixierung des Lichtleiters 10 in der Rückprojektionseinheit 50 erreichen lässt .
In der in Figur 12 dargestellten Beleuchtungseinrichtung 100 sind zudem eine zweite Strahlungsquelle 25E zur Emission von Strahlung einer dritten Wellenlänge 13 und ein Detektor 25D zur Detektion der Strahlung 13 vorgesehen. Wie beispielsweise in Figur 5 beschrieben, kann durch die Detektionseinrichtung 25 eine Beschädigung des Lichtleiters 10 und/oder des Lichtleitkörpers 20 festgestellt werden, um ein Austreten von po- tenziell gefährlicher Strahlung aus der Beleuchtungseinrichtung 100 zu verhindern.
Bei Licht emittierenden Vorrichtungen gemäß einem der dargestellten Ausführungsbeispiele kann die Strahlungsquelle 5, beispielsweise ein Laser räumlich von der eigentlichen Leuchte, welche durch den Lichtleitkörper 20 gebildet ist, räumlich getrennt sein. Dadurch wird beispielsweise die Wartung und Zugehbarkeit von Beleuchtungseinrichtungen mit derartigen Licht emittierenden Vorrichtungen erleichtert. Beispielsweise durch die räumliche Trennung kann beispielsweise auch ein Austausch der Lichtquelle oder einer Ansteuerungselektronik in einem vorgesehenen Wartungsbereich erfolgen, während sich das eigentliche Leuchtmittel, der Lichtleitkörper 20 beispielsweise in einem schwer oder aufwändig zugänglichen Raum befindet, wie beispielsweise einem Reinraum, einem explosionsgeschützten Raum, einem Leuchtturm, einem Sendemasten oder ähnlichem. Die räumliche Trennung und die damit vereinfachte Wartung können auch bei Displays, insbesondere Flüssigkristalldisplays in häufig frequentierten Verkehrsbereichen oder hohen Gebäudepositionen genutzt werden.
Durch die Möglichkeit, den Lichtleitkörper 20 mit dünnen Glasfasern oder anderen dünnen lichtleitenden Elementen auszuführen, lassen sich insbesondere Flächenlichtquellen mit flachen Bauformen als Beleuchtungseinrichtung nutzen. Beispielsweise lassen sich großflächige Raumbeleuchtungen realisieren, die eine gleichmäßige Lichtstrahlung bewirken.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die hier dargestellten Ausführungsformen. Insbesondere können die bei bestimmten Ausführungsformen gezeigten Merkmale auch in den anderen Ausführungsformen implementiert werden. Weitere Variationen sind beispielsweise auch hinsichtlich der geometrischen Ausgestal ■ tung des Lichtleitkörpers 20 möglich.

Claims

Patentansprüche
1. Licht emittierende Vorrichtung umfassend: eine Strahlungsquelle (5) zur Emission einer Strahlung (11) zumindest einer erster Wellenlänge, und einen elongierten, gekrümmten Lichtleitkörper (20) , in den die von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung (11) eingekoppelt wird und der auf Grund der eingekoppelten Strahlung (11) erster Wellenlänge Licht (12) in einem Winkel zu seiner Längsachse auskoppelt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , bei der die Strahlungsquelle (5) zur Emission von Strahlung entsprechend den Farben Rot, Grün und Blau eingerichtet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , bei der der Lichtleitkδrper (20) ein Konvertermaterial (15) aufweist, das die Strahlung (11) erster Wellenlänge in Licht (12) einer zweiten, längeren Wellenlänge konvertiert.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Strahlungsquelle (5) eine kurzwellige Strahlungsquelle, insbesondere eine UV-Laserdiode umfasst .
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei der das Konvertermaterial (15) ausgewählt ist aus einer Gruppe, die folgende Verbindungen umfasst : Ca8Mg (SiO4) 4C12: Eu2+, Mn2+; Y2O3: Eu2+, Bi3+; (Sr, Ba, Ca) 5 (PO4) 3C1: Eu2+ ; BaMgAl10O17 : Eu2+; SrMgAl10O171Eu2+; Ba3Al28O45: Eu2+; (Sr, Ba)2Al5O11JEu2+; SrAl2O4 :Eu2+; M2Si5N5N8 :Eu2+ mit M = Ca oder Sr; AGa2S4 : Eu2+, Ce2+ mit A ausgewählt aus Ca, Sr, Ba, Zn und Mg; (A, Sr) S.-Eu2+ mit A = Erdalkalimetallionen; und BaMg2Al16O27: Eu2+.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei der eine Oberfläche des Lichtleitkörpers (20) mit dem Konvertermaterial (15) beschichtet oder bedruckt ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei der das Konvertermaterial (15) Nanopartikel umfasst, die im Lichtleitkörper (20) eingeschlossen sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, bei der eine, eine Strahlung (11) erster Wellenlänge reflektierende, für das Licht (12) zweiter Wellenlänge durchlässige Schicht (45) an oder auf dem Lichtleitkörper (20) vorgesehen ist .
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der der Lichtleitkδrper (20) eine Glasfaser umfasst.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der der Lichtleitkörper (20) einen zweidimensionalen Bereich formt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der der Lichtleitkörper (20) mäanderförmig oder spiralförmig oder serpentinenförmig ausgeführt ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der im Strahlengang des aus dem Lichtleitkörper (20) ausgekoppelten Lichts (12) ein optisches Bauteil (60) angeordnet ist .
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der die Oberfläche des Lichtleitkörpers (20) aufgeraut ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der ein Lichtleiter (10) vorgesehen ist, über den die Strahlung (11) erster Wellenlänge in den Lichtleitkörper (20) eingekoppelt wird.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der der Lichtleiter (10) Fasern umfasst, die ein Material enthalten, das ausgewählt ist aus Glas und Kunststoff.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 15, bei der zusätzlich eine Detektionsvorrichtung (25) vorhanden ist, die eine Beschädigung des Lichtleiters (10) und/oder des Lichtleitkörpers (20) detektieren kann.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der die Detektionsvorrichtung (25) eine zweite Strahlungsquelle (25E) zur Emission einer Strahlung (13) einer dritten Wellenlänge sowie einen Detektor (25D) zur Detektion der Strahlung (13) der dritten Wellenlänge umfasst, wobei die Detektion der Strahlung (13) der dritten Wellenlänge eine Funktionsfähigkeit des Lichtleiters (10) und des Lichtleitkörpers (20) anzeigt.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der der Lichtleiter (10) und der Lichtleitkörper (20) zwischen der zweiten Strahlungsquelle (25E) und dem Detektor (25D) angeordnet sind.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der die zweite Strahlungsquelle (25E) und der Detektor (25D) an einem Ende (10A) des Lichtleiters (10) und der Lichtleitkörper (20) an einem anderen Ende (10B) des Lichtleiters (10) angeordnet sind.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei der in dem Lichtleiter (10) und in dem Lichtleitkörper (20) eine elektrisch leitfähige Verbindung (25A) verläuft; und
Mittel (25C) zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der elektrisch leitfähigen Verbindung (25A) vorhanden sind, wobei die Funktionsfähigkeit der elektrisch leitfähigen Verbindung (25A) die Funktionsfähigkeit des Lichtleiters (10) und des Lichtleitkörpers (20) anzeigt.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, bei der die Detektionsvorrichtung (25) eingerichtet ist, in Abhängigkeit der Detektion der Beschädigung des Lichtleiters (10) und/oder des Lichtleitkörpers (20) eine Energieversorgung der Strahlungsquelle (5) auszuschalten.
22. Beleuchtungseinrichtung (100), umfassend eine Licht emittierende Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
23. Display, umfassend eine Licht emittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21.
24. Display nach Anspruch 23, ausgebildet als Flüssigkristallmatrix, die im Strahlengang des Lichts (12) , das aus einer Licht emittierenden Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21 ausgekoppelt wird, angeordnet ist.
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