WO2013056930A1 - Leuchtstoffrad, verfahren zum herstellen eines leuchtstoffrads und beleuchtungsanordnung - Google Patents

Leuchtstoffrad, verfahren zum herstellen eines leuchtstoffrads und beleuchtungsanordnung Download PDF

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WO2013056930A1
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phosphor
carrier
piece
substrate
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Stefan Kotter
Dirk Berben
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Osram Gmbh
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    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49826—Assembling or joining

Definitions

  • Fluorescent wheel method of making a
  • the invention relates to a phosphor wheel with
  • Segment segments that contain phosphor Furthermore, the invention relates to a method for producing the
  • Fluorescent wheel has.
  • LEDs LEDs
  • lasers usually in the form of laser diodes.
  • these light sources emit light in a narrow spectral range, so that their light is practically monochrome.
  • Fluorescent occurring wavelength conversion in turn emit light of a different wavelength.
  • remote phosphor Fluorescent occurring wavelength conversion in turn emit light of a different wavelength.
  • Light source containing phosphor-containing, for example, phosphorus-containing layer usually illuminated by LEDs or laser diodes and in turn emits light of a different color, i. another wavelength, off.
  • this technique can be used to generate corresponding mixed light, such as white light, with blue LED light by admixing yellow light generated by exciting a phosphor-containing, eg, phosphorus, blue light layer.
  • a phosphor-containing eg, phosphorus, blue light layer.
  • Phosphor layers such as cubic silicate minerals
  • Orthosilicates, garnets or nitrides are applied to surfaces of appropriate supports.
  • the phosphor layers are usually mechanically fixed with binders and attached to an optical system (lenses, collimators, etc.), wherein the light coupling can be done for example via air or by means of an immersion medium.
  • an optical system lens, collimators, etc.
  • Phosphors are usually excited by LEDs and / or laser diodes with high light output for emission.
  • the resulting thermal losses are, for example, on the carrier dissipate, overheating and thus
  • Color wheel rotates under an illumination beam, so that with rotating color wheel, the various phosphor layers of an annular path are irradiated sequentially in time, what every single area and thus the
  • the phosphors which are mostly in powder form, form without an additional use of binders,
  • binders are also generally used to bring together the phosphor particles to a phase, which then to appropriate
  • converter elements which consist of a phosphor comprising ceramic or of a phosphor
  • Lighting arrangement such as a projector or other arrangement in which a high illumination density is required, there is a difficulty in providing the relatively large area phosphor wheel evenly and homogeneously with a phosphor layer or a
  • Fluorescent wheel provided, for example, a manufacturing process can be simplified and thus a relatively high quality with low production costs and low waste can be made possible. Furthermore, in various embodiments, a
  • Fluorescent wheel is made with relatively high quality at low cost.
  • the Fluorescent wheel provided.
  • the phosphor wheel comprises a carrier and a plurality of prefabricated and then applied to the carrier individual, assembled
  • the phosphor wheel of individual segments connected via the carrier enables the individual segments and thus the phosphor wheel to be simple and easy inexpensive to produce.
  • several of the segments can be made by separating them from an easily handled and easily manufactured piece of material.
  • the fact that the individual segments are joined together means that the segments are physically independent of each other before assembly, which can be made together, but then isolated, and that the segments are then secured to the carrier and so again on the carrier get connected.
  • the segments are prefabricated and then assembled the prefabricated segments with the carrier to the actual phosphor wheel.
  • the segments are formed and joined together so that at least one segment of a circular path extends over a plurality of adjacent segments.
  • the circular path can be representative, for example, of a light path, over which during operation of the
  • Light beam can continuously irradiate the phosphor and so the phosphor wheel can emit light continuously.
  • the segments have a polygonal structure.
  • the polygonal structure can easily contribute to the fact that the segments can be separated easily and without much waste from the piece of material and after separating and applying the segments to the carrier, the segment of the circular path, for example of the light beam, extends over a plurality of adjacent segments.
  • the segments have a triangular or a trapezoidal structure.
  • the triangular or trapezoidal structure can be particularly In a simple way, the joined segments form a substantially closed surface, forming segments of a circular path on the support, and producing little waste during production.
  • Outer surface of the segments may be formed planar in at least some of the segments.
  • Segments running segments of a circular path sweeps.
  • the assembled segments can form a ring.
  • a midpoint angle of the segments may be, for example, in an angular range between 3 ° and 45 °, in particular in an angle range between 5 ° and 15 °.
  • the center angle can be 6 °. The smaller the center angle, the more individual
  • a first group of the segments comprises a first phosphor which is suitable for generating light of a first color.
  • a second group of segments has a second phosphor suitable for generating light of a second color different from the first color. In this way, with the help of the phosphor wheel light two
  • a third group of the segments comprises a third phosphor suitable for generating light of a third color different from the first and second colors. In this way, with the help of the phosphor wheel light three
  • a fourth group of segments is designed to be reflective. This easily allows the light of the light source with the
  • a plurality of segments having the same phosphor are juxtaposed to form a composite surface of the same phosphor on the support which is larger than the area of one of the segments.
  • Several segments of the same phosphor directly next to each other form a phosphor section.
  • phosphor sections can be arranged side by side, with their phosphors being able to differ from one another.
  • a plurality of reflective segments may be assembled into reflective sections and inserted between two phosphor sections.
  • the segments each have a substrate segment which is coated with a phosphor layer having the phosphor. This contributes to the fact that the segments are particularly easy to produce. In particular, a large piece of substrate can be coated and then the coated substrate segments can be singulated as finished segments. On one of the
  • the substrate segments may comprise metal or coated with a metal layer, for example, the Substrate aluminum or tungsten or from it
  • the substrate is made of highly reflective aluminum
  • the reflective segments can be easily prepared by not coated and only isolated.
  • the segments comprise or are formed from a ceramic.
  • the phosphor is embedded.
  • Segments made of ceramic can have a very high coefficient of thermal conductivity, so that large amounts of energy can be introduced into the segments without damaging the segments. Furthermore, the segments then no longer have to be coated with phosphor.
  • the segments of ceramic may be coated with a metal layer similar to the substrate segments so that they can be secured to the carrier, for example by means of soldering.
  • the segments comprise or are formed from a crystal.
  • the phosphor is incorporated in the crystal structure of the crystal.
  • Crystal segments can have a very high coefficient of thermal conductivity, so that without damaging the segments large
  • Amounts of energy can be introduced into the segments.
  • the segments then no longer have to be coated with phosphor.
  • the segments of crystal may be coated with a metal layer similar to the substrate segments so that they can be secured to the carrier, for example by means of soldering.
  • the segments may be glued to the carrier, for example.
  • the segments have recesses and the carrier has corresponding highlighting, so that the emphasis of the carrier are arranged in the recesses of the segments.
  • the segments have highlighting and the carrier to corresponding recesses, so that the emphasis of the segments are arranged in the recesses of the carrier.
  • the recesses This can help to place the segments on the carrier quickly, easily and accurately.
  • the recesses may be grooves, for example.
  • the segments may be in physical contact with the wearer. For example, only occasionally solder or adhesive can be applied so that other areas are in physical, so in direct contact with each other.
  • the carrier has receptacles for the segments and the segments are
  • Segments are simply inserted into the recordings intended for them. This may alternatively or in addition to the recesses and highlights help to arrange the segments quickly, easily and precisely on the support.
  • the support may comprise or be formed from copper or aluminum. This can help dissipate the heat generated in the segments during operation quickly and effectively via the carrier.
  • the carrier Have cooling elements, for example, cooling fins and / or cooling lines for a cooling medium.
  • a method of manufacturing the phosphor wheel is provided. In doing so, the carrier and a variety of individual segments
  • the segments have phosphor.
  • the segments are applied to the carrier and joined together. Form the phosphor wheel of individual segments which are joined together on the carrier and are then connected to each other via the carrier,
  • the piece of material may, for example, be strip-shaped, in particular formed from an endless strip. This contributes significantly to the particularly simple and inexpensive production.
  • the segments can for example be sawed or cut from the piece of material, for example by means of a
  • the piece of material becomes triangular or trapezoidal segments
  • the ⁇ is a ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • Phosphor layer is coated.
  • the phosphor layer is applied, for example, by doctoring or a printing process. This contributes to a cost effective and
  • the ⁇ is a ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • Substrate piece initially applied to a holding body and then sawn or cut so that individual
  • the substrate segments are coated on the holding body with the phosphor layer and then the
  • coated substrate segments detached from the holding body and thereby separated. Cutting or sawing the
  • Fluorescent layer on the segments is not damaged by sawing or cutting.
  • connection between the holding body and the substrate piece can be produced for example by means of an adhesive, for example a thermo-release adhesive. When separating the segments, this connection is released again.
  • an adhesive for example a thermo-release adhesive.
  • ceramic pieces or crystal pieces having the phosphor can also be connected to the holding body and, after the cutting or sawing, released from the holding body and thus singulated.
  • the piece of material having the phosphor before being singulated or the individual segments after singulation are coated on at least one side with a metal layer.
  • Substrate piece, with the metal layer before separating contributes to the cheap and easy manufacturing process.
  • the metal layer in general can contribute to the
  • the segments are attached to the carrier via the metal layer
  • soldering for example, by soldering or gluing. This contributes to good heat dissipation from the segments to the carrier. For example, solder before dicing on the
  • the segments can be joined together and the carrier can be heated with the segments such that the solder melts and permanently connects the carrier and the segments.
  • the segments can be easily and quickly attached to the carrier, with a good thermal coupling between the segments and the carrier is ensured.
  • the segments may be adhered to the carrier. This allows the attachment of the segments to the carrier in a particularly simple manner, wherein a good thermal coupling between segments and carrier can be achieved when choosing a suitable adhesive.
  • the ⁇ is a ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • the individual segments are applied to the carrier so that the emphasis of the carrier in the recesses of the segments or the emphasis of the segments are arranged in the recesses of the carrier.
  • adhesive can be applied exclusively to the recesses or the elevations.
  • receptacles for the segments in which the segments can be arranged can be formed in the support. For generating light of different colors
  • phosphors can be provided different phosphors and then two or three different groups of segments from the respective pieces of material can be separated and applied to the carrier accordingly.
  • reflective segments can also be produced as a supplement to the segments, isolated and applied to the carrier.
  • further different groups of segments can be produced.
  • a lighting arrangement which comprises the phosphor wheel and an excitation source, for example a light source, which selectively irradiates the segments of the phosphor wheel.
  • An excitation source may comprise, for example, one or more laser light sources and / or one or more LEDs and / or one or more superluminescent diodes.
  • the excitation source may also comprise electromagnetic radiators, for example flash lamps, ultraviolet radiators, infrared radiators, X-ray emitters.
  • the excitation source can also have corpuscular radiators, for example ion and / or electron emitters. For example, one is
  • Lighting arrangement in which the light source generates, for example, pulsed or continuous light, the phosphor wheel rotates, so that the light beam pulls a circular path over the phosphor wheel, in particular the segments.
  • the light source generates, for example, pulsed or continuous light
  • the phosphor wheel rotates, so that the light beam pulls a circular path over the phosphor wheel, in particular the segments.
  • Figure 1 shows a lighting arrangement according to various aspects
  • Figure 2 is a phosphor wheel according to various aspects
  • FIG. 3 shows a phosphor wheel according to various
  • Figure 5 is a phosphor segment according to various aspects
  • FIG. 6 shows a side view of the phosphor segment according to FIG.
  • Figure 7 shows a detail of a carrier according to various aspects
  • FIG. 10 is a flowchart of a method of manufacturing the phosphor wheel according to various embodiments
  • FIG. 11 is a flowchart of a method of manufacturing the phosphor wheel according to various
  • FIG. 12 is a flowchart of a method of manufacturing the phosphor wheel according to various
  • FIG. 1 shows a lighting arrangement 10 according to FIG.
  • a light source 12 which generates a light beam 14
  • a light beam 14 which generates a light beam 14
  • the phosphor wheel has a carrier 16 and a plurality of individual segments 20 mounted on the carrier 16.
  • the carrier 16 is on an axis 18 in a
  • the light source 12 is, for example, a laser diode.
  • the light source 12 may be a light emitting diode (LED) or another light source, such as a diffused light source.
  • the carrier 16 may include a cooling device, such as cooling fins or cooling pipes for a
  • the illumination arrangement 10 can also have a plurality of light sources 12.
  • the light beam 14 is mounted on the carrier 16
  • the light source 12 illuminates or irradiates the segments 20.
  • the light source 12 is a predetermined distance from the segments 20 and thus is not in physical contact with the segments 20.
  • the light beam 14 excites phosphors in the segments 20, so that the Segments 20 in turn emit light rays 22.
  • the color of the light rays 22 depends on which
  • Segments 20 are illuminated, which in turn is from a
  • Position or angular position of the carrier 16 depends.
  • pulsed light can be generated and tuned with an angular position and / or rotational speed of the phosphor wheel, wherein for tuning the angular position or the
  • Rotation speed for example, a motor for rotating the carrier 16 is driven.
  • a rotational frequency of the carrier 16 may be 120 Hz, for example.
  • the lighting assembly 10 may be part of a projector, beamer, or other device that benefits from high luminance.
  • the segments 20 have, for example, phosphor coatings or ceramic or crystal segments in which phosphors are embedded or incorporated. The used phosphor can in different
  • Embodiments be a phosphor mixture which comprises a mixture of different phosphors, whereby, for example, light can be generated, which combines several different colors.
  • Phosphors are known in the art. usual
  • Phosphors are, for example, garnets, silicates, nitrides, oxides, phosphates, borates, oxynitrides, sulfides, selenides, and halides of aluminum, silicon, magnesium, calcium, barium, strontium, zinc, cadmium, manganese, indium or tungsten and other transition metals, or Rare earth metals like
  • an activator such as copper, silver, aluminum, manganese, zinc, tin, lead, cerium, terbium, titanium, antimony or europium.
  • the phosphor is an oxidic or (oxi-) nitridic phosphor, such as a garnet, orthosilicate, nitrido (alumo) silicate or Nitridoorthosilikat, or a
  • Halide or halophosphate Concrete examples of suitable phosphors are
  • Yttrium Aluminum Garnet Cerium (YAG: Ce) or CaAlSiN3: Eu.
  • particles with light-scattering properties and / or auxiliaries may be included.
  • the phosphor segment may comprise a matrix material that
  • diamond or Al 2 O 3 may have. if the Segments 20 are formed wholly or partially of a crystal, these crystals may be single crystals.
  • a light source 12 for example, in different combinations with other materials, serve, in which case a light source 12 can be used, which generates very short-wavelength light.
  • FIG. 2 shows a plan view of the phosphor wheel from the perspective of the light source 12.
  • On the carrier 16 is a multiplicity of individual segments 20 having phosphor
  • segments 201 of a first group, segments 202 of a second group and segments 203 of a third group are circular or
  • the segments 20 of one of the groups arranged next to one another on the support 16 may also be referred to as a phosphor section.
  • the juxtaposed segments 201 of the first group on the carrier 16 form a first one
  • reflective segments 30 are arranged on the carrier, which complete the circular shape or ring shape and form two reflective sections.
  • the segments 201 of the first group have a first phosphor which, when excited by the light beam 14, emits light of a first color.
  • the segments 202 of the second group have a second phosphor which, when excited by means of the
  • Segments 203 of the third group have a third one
  • Phosphor which emits light of a third color when excited by the light beam 14.
  • the reflective segments reflect the light when irradiated
  • Light source 12 which may be white or colored, for example, blue, so that the reflected light may be white or colored, especially blue.
  • the first color may be red
  • the second color may be green
  • the second color may be green third color blue, whereby an RGB color space can be displayed.
  • the colors cyan, magenta and yellow are produced.
  • the segments 20 are for example polygonal, for example trapezoidal.
  • Segments ie the angle which the mutually oblique sides of the trapezium include in their extension, can in an angular range between 3 ° and 45 °, in particular
  • a width and a height of the segments 20 depends on the size of the carrier 16, the placement on the carrier 16, the center angle and the number of segments per
  • the width may be, for example, between 3 mm and 10 mm or between 1 mm and 25 mm, and the height may be, for example, between 5 mm and 10 mm or between 1 mm and 50 mm.
  • the width of the longer parallel sides of the trapezoidal segments 20 may be 3.14 mm at a center angle of 6 ° and a phosphor wheel diameter of 33 mm.
  • the assembled segments 201, 202, 203 together with the reflective segments 30 form in a first approximation a closed ring having a closed ring surface.
  • the joined segments 201, 202, 203 and / or the reflective segments 30 may form only one or more segments of a ring.
  • Ring surface extends a circular path 24, which is representative of a line which sweeps over the light beam 14 when the phosphor wheel rotates.
  • a segment of the circular path 24 extends over a plurality of the segments 20.
  • the segments 20 are preferably formed with respect to their geometric shape and size so that the circular path 24 lies completely within the ring surface, preferably a
  • Diameter of the light beam 14 is taken into account.
  • the dimensions of the segments 20 in FIG. 1 are taken into account.
  • the radius of the circular path 24 and / or the beam diameter of the light beam 14 are selected, for example, such that the
  • Light beam 14 in operation at any time over the segments 20 and / or the reflective segments 30 extends.
  • FIG. 3 shows the phosphor wheel according to various
  • Segments 20 are generated.
  • the segments 204, 205 of the fourth and fifth groups together with triangular reflective segments 32 approximately form a closed circular area.
  • the circular path 24 runs completely within this circular area.
  • FIG. 4 shows the phosphor wheel according to various
  • segments 209, 210 are formed triangular and wherein two geometric varieties of
  • Segments 209, 210 are arranged. The two
  • Different types of segments 209, 210 form on the carrier 16 a plurality of phosphor sections and are
  • the inner segments 210 are made smaller than the outer segments 209.
  • the inner and outer segments 210, 209 differ in the angle that opposes their respective bases. That is how it is
  • Reflective sections 34 may be formed, for example, in that the carrier 16 itself has a reflective effect, so that simply no segments, in particular segments 20, are applied to the carrier 16 in the corresponding areas.
  • reflective segments 30, 32 may be arranged.
  • Figure 5 shows a view of an underside of one of
  • the underside of the phosphor segment 20 faces the carrier 16 on the carrier 16.
  • the phosphor segment 20 may have a different shape
  • the phosphor segment has a highlight 36.
  • the highlighting 36 is formed, for example cuboid. Alternatively, the highlight 36
  • FIG. 6 shows a side view of the phosphor segment 20 according to FIG. 5.
  • the phosphor segment 20 has a
  • Substrate segment 40 which with a phosphor
  • a thickness of the substrate segment 40 is, for example, less than or equal to 100 ⁇ , less than or equal to 50 ⁇ or less than or equal to 10 ⁇ .
  • the phosphor segment 20 may include or be formed of ceramic or crystal. wherein the phosphor can then be embedded in the ceramic or incorporated in the crystal structure of the crystal and / or can be dispensed onto the phosphor layer 42.
  • the phosphor segment 20 is at least partially coated with a metal layer 37, for example at the highlight 36 and / or outside the highlight 36.
  • the phosphor segment 20 is at least partially coated with a metal layer 37, for example at the highlight 36 and / or outside the highlight 36.
  • Substrate segment 40 may be formed of metal, for example tungsten, and / or comprise on its underside metal.
  • the metal layer 37 or the substrate segment 40 may, for example, comprise or consist of aluminum, in particular reflective or highly reflective aluminum, chromium or copper.
  • a substrate segment 40 made of aluminum on its underside can be coated with copper in a galvanic coating process and / or be designed to be highly reflective on an upper side opposite the underside.
  • Metal layer 37 at the bottom contribute to a good thermal coupling of the phosphor segment 20 to the carrier 16 at. In addition, allow the metal or the
  • the segments 20 can be joined together on the support 16 and then the carrier 16 can be heated together with the segments 20 so that the solder melts and the segments 20 fixedly connected to the carrier 16. Additionally or alternatively, the segments 20 may also be glued to the carrier 16 and / or they may be at least partially in physical contact with the carrier 16. For example, solder can only be applied in the area of highlighting 36, and outside of the highlight, physical contact can be made.
  • FIG. 7 shows a section of the carrier 16 according to FIG.
  • Luminous segment 20 is arranged as intended, so is the emphasis 36 of the phosphor segment 20 in the recess 38 of the carrier 16. This can help to arrange the segments 20 quickly, precisely and easily on the support 16. Alternatively, several can
  • corresponding emphasis 36 and corresponding recesses 38 may be provided. Furthermore, as an alternative or in addition, recesses may be provided on the segments, which correspond to highlighting on the carrier 16. Further, the recesses 38 and highlighting 38 may be provided even with geometrically differently shaped segments 20, for example in triangular.
  • FIG. 8 shows a section of the carrier 16 according to FIG.
  • the receptacle 39 for receiving the segments 20.
  • the dimensions of the receptacle correspond to the dimensions of the segments 20 in such a way that one phosphor segment 20 each can simply be inserted into the receptacle 39, but can no longer slip laterally.
  • the receptacles 39 may be additionally or alternatively formed to the emphasis 36 and recesses 38. Furthermore, the images 39 can also be geometric
  • FIG. 9 shows a material piece 44 on a holding body 50 in a production process for producing the segments 20 according to various exemplary embodiments.
  • the piece of material 44 is, for example, a piece of substrate, a piece of ceramic or a piece of crystal and may, for example, be strip-shaped.
  • the piece of material 44 can be a section of an endless strip and / or have aluminum foil.
  • the piece of material 44 is connected to the holding body 50 connected and held by him.
  • the compound is preferably such that it is detachable without the
  • the piece of material 44 by means of a
  • Holding body 50 and the piece of material 44 are solved. Before releasing the piece of material 44 from the holding body 50, the piece of material 44 along predetermined 46th
  • Sawing or cutting of the piece of material 44 can take place, for example, with the aid of a laser or in an etching process, whereby cutting processes are preferred in which the cut is relatively narrow and thus as little as possible cutting waste arises.
  • Substrate segments 40 may after cutting on the
  • the substrate segments 40 may be first coated and then cut. If the segments 20 have the phosphor having ceramic or the phosphor having crystal, the
  • Material piece 44 is only shown in FIG. 9 so high that only a number of segments can be cut out of it. Alternatively, the piece of material 44 may also be provided so high that it can be made up of several rows of
  • FIG. 10 shows a flow diagram of a method for
  • a step S2 the carrier 16 is produced.
  • Carrier 16 may for example be made of copper or have this.
  • the carrier 16 may be formed, for example, circular or annular and / or
  • the carrier 16 may be provided with one or more cooling devices such as cooling fins or cooling channels for a cooling medium.
  • a step S4 the segments 20 are produced.
  • the production takes place, for example, by providing and processing the piece of material 44 and, for example, with the aid of the holding body 50.
  • a plurality of pieces of material 44 can be produced, each one
  • At least three pieces of material 44 can be produced, which have phosphors with which correspondingly three different groups of segments 20 can be produced, with the aid of which three different colors can be produced accordingly. After separating the segments 20 then segments 20 of all three pieces of material 44 and groups can be applied to a phosphor wheel, with the help of which then in the lighting arrangement 10 light threes
  • Colors can be generated.
  • the number of different colors and groups and thus different pieces of material 44 for a phosphor wheel and the number and color selection of the segments 20 for a phosphor wheel can depend on the lighting arrangement 10, for which the phosphor wheel
  • Material pieces 44 can also be equipped with two or more fluorescent wheels.
  • the segments 20 of different groups can be mass produced regardless of the later application and then later selected for individual applications, assembled and then assembled on one or more of the carriers 16, whereby the
  • corresponding fluorescent wheels are simple and inexpensive to produce.
  • a step S6 the segments 20 are applied to the carrier 16, the segments 20 on the carrier 16
  • Segments 20 may be polygonal, in particular triangular, quadrangular or trapezoidal or have another suitable shape.
  • FIG. 11 shows a method for producing the segments 20 according to various exemplary embodiments, wherein this method can be executed, for example, as step S4 of the method shown in FIG.
  • a step S10 the piece of material 44 is produced.
  • the piece of material 44 from a
  • Phosphorus-containing ceramic is formed and becomes
  • the piece of material 44 for example, a the
  • Holding body 50 are grown. On an underside of the piece of material 44 may in this context the
  • Metal layer 37 are vapor-deposited, for example, a chromium layer and / or copper layer, then thereafter the
  • Segments 20 of ceramic or crystal can be attached to the support 16, for example by means of soldering.
  • Material piece 44 isolated, wherein the piece of material 44 may be supported by the holding body 50 or not, depending on a stability of the piece of material 44.
  • the piece of material 44 may in this context, for example, from
  • Phosphor having ceramic or be formed of the phosphor having crystal Phosphor having ceramic or be formed of the phosphor having crystal.
  • FIG. 12 shows a method for producing the segments 20 according to various embodiments, wherein this
  • Process can be executed, for example, as step S4 of the method shown in FIG.
  • the holding body 50 is provided.
  • the holding body 50 for example, relatively stable and wears as little as possible in the subsequent cutting process.
  • the holding body 50 may for example be designed so that it is reusable.
  • a piece of material 44 is inserted
  • Substrate piece consists for example of an aluminum strip which is separated from an endless aluminum strip.
  • the substrate piece is detachably mounted on the holding body 50 and on the holding body 50 along the
  • Cutting lines 46 cut.
  • the cutting lines may be different, for example, such that triangular segments arise.
  • the substrate segments 40 are optionally placed on the holding body 50 with the phosphor layer 42
  • the substrate segments 40 may be formed, for example, reflective, for example by using highly reflective aluminum, and wherein the substrate segments 40 for producing the reflective
  • Segments 30, 32 do not need to be coated.
  • the segments 20 can be produced by means of printing processes, doctoring methods or tape Casting be coated.
  • the surface to be coated is, for example, straight or flat and can be treated accordingly before the coated, for example so that the
  • Phosphor layer 42 is more homogeneous or better at the
  • Phosphor layer 42 dried, baked and / or cured.
  • coated substrate segments 40 detached from the holding body 50 and thereby isolated, whereby the individual segments 20 arise.
  • the segments 20 may have other geometric shapes and / or may be differently arranged on the carrier 16 and / or
  • the segments 20 may comprise other or further materials and / or be manufactured in other ways.
  • the methods shown may have alternative or additional steps, for example for refining the segments 20.

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Abstract

Ein Leuchtstoffrad weist einen Träger (16) und eine Vielzahl von vorgefertigten und auf dem Träger (16) aufgebrachten einzelnen, zusammengefügten Segmenten (20) auf. Zumindest einige der Segmente (20) weisen Leuchtstoff auf.

Description

Beschreibung
Leuchtstoffrad, Verfahren zum Herstellen eines
Leuchtstoffrads und Beleuchtungsanordnung
Die Erfindung betrifft ein Leuchtstoffrad mit
SegmentSegmenten, die Leuchtstoff aufweisen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen des
Leuchtstoffrads und eine Beleuchtungsanordnung, die das
Leuchtstoffrad aufweist.
Heutzutage kommen bei modernen Beleuchtungseinrichtungen vermehrt energieeffiziente und intensitätsstarke Lichtquellen wie LEDs (_light emitting diode - Licht emittierende Diode) bzw. Laser, meist in Form von Laserdioden, zum Einsatz.
Anders als Glühlampe, bei denen es sich um thermische
Strahler handelt, emittieren diese Lichtquellen Licht in einem eng begrenzten Spektralbereich, so dass ihr Licht praktisch monochrom ist. Eine Möglichkeit, weitere
Spektralbereiche zu erschließen, besteht beispielsweise in der Lichtkonversion, bei welcher Leuchtstoffe mittels LEDs und/oder Laserdioden bestrahlt werden und durch die im
Leuchtstoff auftretende Wellenlängenkonversion ihrerseits Licht einer anderen Wellenlänge emittieren. Bei sogenannten „Remote-Phosphor" (Fern-Phosphor) -Anwendungen wird
beispielsweise eine sich in einem Abstand zu einer
Lichtquelle befindende leuchtstoffhaltige, beispielsweise phosphorhaltige, Schicht üblicherweise mittels LEDs oder Laserdioden beleuchtet und strahlt ihrerseits Licht einer anderen Farbe, d.h. einer anderen Wellenlänge, ab.
Beispielsweise kann diese Technik verwendet werden, um mit Licht blauer LEDs durch Beimischung von gelbem Licht, welches durch Anregung einer leuchtstoffhaltigen, beispielsweise phosphorhaltigen, Schicht mit dem blauen Licht erzeugt wird, entsprechendes Mischlicht, beispielsweise weißes Licht zu erzeugen . Für Remote-Phosphor-Anwendungen werden dünne
Leuchtstoffschichten wie kubische Silikat-Minerale,
Orthosilikate, Granate oder Nitride auf Oberflächen von entsprechenden Trägern aufgebracht. Die Leuchtstoffschichten werden dabei meist mit Bindemitteln mechanisch fixiert und an ein optisches System (Linsen, Kollimatoren, etc.) angebunden, wobei die Lichtkopplung beispielsweise über Luft oder mittels eines Immersionsmediums erfolgen kann. Um eine möglichst optimale optische Anbindung des optischen Systems zum
Leuchtstoff zu gewährleisten und Lichtverluste zu vermeiden, sollte eine möglichst direkte optische Anbindung
gewährleistet werden.
Bei den vorstehend genannten Anwendungen werden die
Leuchtstoffe für gewöhnlich mittels LEDs und/oder Laserdioden mit hohen Lichtleistungen zur Emission angeregt. Die dabei entstehenden thermischen Verluste sind, beispielsweise über den Träger, abzuführen, um eine Überhitzung und damit
thermisch bedingte Änderungen der optischen Eigenschaften oder auch die Zerstörung des Leuchtstoffes zu vermeiden.
Gängige Methoden zur Umgehung dieses Problems bestehen in der Verwendung eines Farbrads als Träger, das mit dem Leuchtstoff beschichtet ist, oder in der Begrenzung der Lichtleistung, mit welcher die Leuchtstoffschichten bestrahlt werden. Auf dem Farbrad sind Leuchtstoffschichten verteilt und das
Farbrad dreht sich unter einem Beleuchtungsstrahl, so dass mit drehendem Farbrad die verschiedenen Leuchtstoffschichten einer ringförmigen Bahn zeitlich sequentiell bestrahlt werden, was jeden einzelnen Bereich und damit die
Leuchtstoffschichten insgesamt schont.
Die Leuchtstoffe, die zumeist pulverförmig vorliegen, bilden ohne eine zusätzliche Verwendung von Bindemitteln,
beispielsweise Silikonen, keine mechanisch stabilen
Schichten, d.h. keine abrieb- und/oder kratzfesten Schichten oder Schichten ohne ausreichende Haftung, beispielsweise gegenüber der im Betrieb wirkenden Fliehkraft oder gegenüber im Betrieb auftretenden Vibrationen. Bindemittel werden aber auch generell verwendet, um die Leuchtstoffteilchen zu einer Phase zusammenzubringen, welche dann auf entsprechende
Oberflächen aufgetragen werden kann. Als Alternativen sind Konverterelemente bekannt, die aus einer den Leuchtstoff umfassenden Keramik oder aus einem den Leuchtstoff
umfassenden Kristall gebildet sind.
Bei Verwendung eines Leuchtstoffrades in einer
Beleuchtungsanordnung, beispielsweise einem Projektor oder einer anderen Anordnung, bei der eine hohe Beleuchtungsdichte erforderlich ist, besteht eine Schwierigkeit darin, das relativ großflächige Leuchtstoffrad gleichmäßig und homogen mit einer LeuchtstoffSchicht zu versehen oder ein
entsprechendes Leuchtstoffrad aus Keramik herzustellen.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen werden ein
Leuchtstoffrad und ein Verfahren zum Herstellen eines
Leuchtstoffrads bereitgestellt, wobei beispielsweise ein Herstellungsprozess vereinfacht werden kann und so eine relativ hohe Qualität bei geringen Herstellungskosten und geringem Ausschuss ermöglicht werden kann. Ferner wird in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine
Beleuchtungsanordnung bereitgestellt, bei der das
Leuchtstoffrad mit relativ hoher Qualität bei geringen Kosten hergestellt ist.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein
Leuchtstoffrad bereitgestellt. Das Leuchtstoffrad weist einen Träger und eine Vielzahl von vorgefertigten und danach auf dem Träger aufgebrachten einzelnen, zusammengefügten
Segmenten auf. Zumindest einige der Segmente weisen
Leuchtstoff auf. Das Leuchtstoffrad aus über den Träger zusammenhängenden einzelnen Segmenten auszubilden, ermöglicht, die einzelnen Segmente und damit das Leuchtstoffrad einfach und kostengünstig herzustellen. Insbesondere können mehrere der Segmente hergestellt werden, indem sie aus einem einfach handhabbaren und einfach herzustellenden Materialstück vereinzelt werden. Dass die einzelnen Segmente zusammengefügt sind, bedeutet, dass die Segmente vor dem Zusammenfügen voneinander körperlich unabhängige Einzelteile sind, die zwar gemeinsam gefertigt werden können, dann jedoch vereinzelt werden, und dass die Segmente dann auf dem Träger befestigt werden und so über den Träger wieder miteinander verbunden werden. Mit anderen Worten werden die Segmente vorgefertigt und dann die vorgefertigten Segmente mit dem Träger zum eigentlichen Leuchtstoffrad zusammengefügt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen sind die Segmente so ausgebildet und zusammengefügt, dass sich zumindest ein Segment einer Kreisbahn über mehrere benachbarte Segmente erstreckt. Die Kreisbahn kann beispielsweise repräsentativ für eine Lichtbahn sein, über die im Betrieb des
Leuchtstoffrads ein Lichtstrahl auf dem Leuchtstoffrad verläuft, wenn dieses mit dem Lichtstrahl bestrahlt wird und das Leuchtstoffrad sich dreht. Dies bewirkt, dass trotz der segmentierten Ausbildung der Segmente, im Betrieb der
Lichtstrahl kontinuierlich den Leuchtstoff bestrahlen kann und so das Leuchtstoffrad kontinuierlich Licht abstrahlen kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen weisen die Segmente eine polygonale Struktur auf. Die polygonale Struktur kann einfach dazu beitragen, dass die Segmente einfach und ohne viel Abfall aus dem Materialstück vereinzelt werden können und sich nach dem Vereinzeln und Aufbringen der Segmente auf den Träger das Segment der Kreisbahn, beispielsweise des Lichtstrahls, über mehrere benachbarte Segmente erstreckt. Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen weisen die Segmente eine dreieckförmige oder eine trapezförmige Struktur auf. Die dreieckförmige bzw. trapezförmige Struktur kann auf besonders einfache Weise dazu beitragen, dass die zusammengefügten Segmente eine im Wesentlichen geschlossene Oberfläche bilden, dass sie Segmente einer Kreisbahn auf dem Träger bilden und dass bei der Herstellung kaum Abfall entsteht. Eine
Außenoberfläche der Segmente kann bei zumindest einigen der Segmente planar ausgebildet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen bilden die
zusammengefügten Segmente zumindest ein Segment eines Rings. Dies trägt vorteilhaft dazu bei, dass der Lichtstrahl bei Drehung des Leuchtstoffrades ein oder mehrere über die
Segmente verlaufende Segmente einer Kreisbahn überstreicht. Darüber hinaus können die zusammengefügten Segmente einen Ring bilden.
Ein Mittelpunktswinkel der Segmente kann beispielsweise in einem Winkelbereich zwischen 3° und 45°, insbesondere in einem Winkelbereich zwischen 5° und 15° liegen.
Beispielsweise kann der Mittelpunktswinkel 6° sein. Je kleiner der Mittelpunktswinkel ist, desto mehr einzelne
Segmente werden benötigt. Die Verwendung relativ kleiner Segmente mit relativ kleinen Mittelpunktswinkeln trägt dazu bei, dass bei einer polygonalen Struktur der Segmente die Segmente insgesamt in guter Näherung Segmente eines Rings bilden können, wobei bei der Herstellung der Segmente nur relativ wenig Abfall entsteht. Eine untere Grenze für die Größe der Segmente und deren Mittelpunktswinkel bildet die Handhabbarkeit und Stabilität der einzelnen Segmente. Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen weist eine erste Gruppe der Segmente einen ersten Leuchtstoff auf, der zum Erzeugen von Licht einer ersten Farbe geeignet ist. Eine zweite Gruppe der Segmente weist einen zweiten Leuchtstoff auf, der zum Erzeugen von Licht einer zweiten Farbe geeignet ist, die sich von der ersten Farbe unterscheidet. Auf diese Weise kann mit Hilfe des Leuchtstoffrads Licht zweier
unterschiedlicher Farben erzeugt werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen weist eine dritte Gruppe der Segmente einen dritten Leuchtstoff auf, der zum Erzeugen von Licht einer dritten Farbe geeignet ist, die sich von der ersten und zweiten Farbe unterscheidet. Auf diese Weise kann mit Hilfe des Leuchtstoffrads Licht dreier
unterschiedlicher Farben erzeugt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen ist eine vierte Gruppe Segmente reflektierend ausgebildet. Dies ermöglicht auf einfache Weise das Licht der Lichtquelle mit der
entsprechenden Farbe umzulenken. Ferner können falls
erforderliche weitere Gruppen und/oder weitere Segmente vorgesehen sein.
Beispielsweise werden mehrere Segmente, die den gleichen Leuchtstoff aufweisen direkt nebeneinander angeordnet, so dass eine zusammengesetzte Fläche gleichen Leuchtstoffs auf dem Träger entsteht, die größer ist, als die Fläche eines der Segmente. Mehrere Segmente gleichen Leuchtstoffs direkt nebeneinander bilden einen Leuchtstoffabschnitt .
Nebeneinander können mehrere dieser Leuchtstoffabschnitte angeordnet werden, wobei deren Leuchtstoffe sich voneinander unterscheiden können. Ebenso können mehrere reflektierende Segmente zu reflektierenden Abschnitten zusammengefügt werden und zwischen zwei Leuchtstoffabschnitten eingefügt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen weisen die Segmente je ein Substratsegment auf, das mit einer den Leuchtstoff aufweisenden LeuchtstoffSchicht beschichtet ist. Dies trägt dazu bei, dass die Segmente besonders einfach herstellbar sind. Insbesondere kann ein großes Substratstück beschichtet werden und dann können die beschichteten Substratsegmente als fertige Segmente vereinzelt werden. Auf einer von der
Leuchtstoffschicht abgewandten Seite der Substratsegmente können die Substratsegmente Metall aufweisen oder mit einer Metallschicht beschichtet sein, beispielsweise kann das Substrat Aluminium oder Wolfram aufweisen oder daraus
gebildet sein und/oder es kann mit einer Kupfer und/oder Chromschicht beschichtet sein. Dies kann dazu beitragen, die Segmente auf einfache Weise und mit einer guten Wärmekopplung an dem Träger zu befestigen, beispielsweise mittels Löten. Falls das Substrat aus hoch reflektierendem Aluminium
gebildet ist, so können die reflektierenden Segmente einfach hergestellt werden, indem sie nicht beschichtet und lediglich vereinzelt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen weisen die Segmente eine Keramik auf oder sind daraus gebildet. In der Keramik ist der Leuchtstoff eingebettet. Segmente aus Keramik können einen sehr hohen Wärmeleitkoeffizienten haben, so dass ohne Beschädigung der Segmente große Energiemengen in die Segmente eingebracht werden können. Ferner müssen die Segmente dann nicht mehr mit Leuchtstoff beschichtet werden. Die Segmente aus Keramik können ähnlich den Substratsegmenten mit einer Metallschicht beschichtet werden, damit sie auf dem Träger befestigt werden können, beispielsweise mittels Löten.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen weisen die Segmente einen Kristall auf oder sind daraus gebildet. Der Leuchtstoff ist in der Kristallstruktur des Kristalls eingebaut. Segmente aus Kristall können einen sehr hohen Wärmeleitkoeffizienten haben, so dass ohne Beschädigung der Segmente große
Energiemengen in die Segmente eingebracht werden können.
Ferner müssen die Segmente dann nicht mehr mit Leuchtstoff beschichtet werden. Die Segmente aus Kristall können ähnlich den Substratsegmenten mit einer Metallschicht beschichtet werden, damit sie auf dem Träger befestigt werden können, beispielsweise mittels Löten.
Alternativ oder zusätzlich zu dem Löten können die Segmente beispielsweise an dem Träger festgeklebt sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen weisen die Segmente Ausnehmungen auf und der Träger weist dazu korrespondierende Hervorhebungen auf, so dass die Hervorhebungen des Trägers in den Ausnehmungen der Segmente angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich weisen die Segmente Hervorhebungen auf und der Träger dazu korrespondierende Ausnehmungen, so dass die Hervorhebungen der Segmente in den Ausnehmungen des Trägers angeordnet sind. Beim Zusammenfügen der Segmente auf dem Träger greifen die Hervorhebungen in die entsprechenden
Ausnehmungen ein. Dies kann dazu beitragen, die Segmente schnell, einfach und präzise auf dem Träger anzuordnen. Die Ausnehmungen können beispielsweise Nuten sein.
Ferner können die Segmente in körperlichem Kontakt mit dem Träger sein. Beispielsweise kann nur vereinzelt Lötzinn oder Klebstoff derart aufgebracht sein, dass andere Bereiche in körperlichem, also direktem Kontakt miteinander sind.
Beispielsweise kann lediglich an die Hervorhebungen und/oder Ausnehmungen Klebstoff bzw. Lötzinn aufgebracht werden, während die Flächen der Segmente und des Trägers ohne
Hervorhebung oder Ausnehmung in körperlichem Kontakt
miteinander angeordnet sind. Dies kann zu einer besonders guten Wärmekopplung der Segmente an den Träger beitragen. Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen weist der Träger Aufnahmen für die Segmente auf und die Segmente sind
zumindest teilweise in den Aufnahmen angeordnet. Beim
Herstellen des Leuchtstoffrads können dann die fertigen
Segmente einfach in die für sie vorgesehenen Aufnahmen eingelegt werden. Dies kann alternativ oder zusätzlich zu den Ausnehmungen und Hervorhebungen dazu beitragen, die Segmente schnell, einfach und präzise auf dem Träger anzuordnen.
Der Träger kann Kupfer oder Aluminium aufweisen oder daraus gebildet sein. Dies kann dazu Beitragen, die im Betrieb in den Segmenten entstehende Wärme schnell und effektiv über den Träger abzuführen. Alternativ oder zusätzlich kann der Träger Kühlelemente aufweisen, beispielsweise Kühlrippen und/oder Kühlleitungen für ein Kühlmedium.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zum Herstellen des Leuchtstoffrads bereitgestellt. Dabei werden der Träger und eine Vielzahl von einzelnen Segmenten
hergestellt. Zumindest einige der Segmente weisen Leuchtstoff auf. Die Segmente werden auf den Träger aufgebracht und zusammengefügt. Das Leuchtstoffrad aus einzelnen Segmenten auszubilden, die auf dem Träger zusammengefügt werden und danach über den Träger miteinander verbunden sind,
ermöglicht, die einzelnen Segmente und damit das
Leuchtstoffrad einfach und kostengünstig herzustellen. Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein
Materialstück bereitgestellt und mehrere der Segmente werden aus dem einen Materialstück vereinzelt. Das Materialstück kann beispielsweise streifenförmig, insbesondere aus einem Endlosstreifen gebildet sein. Dies trägt wesentlich zu der besonders einfachen und kostengünstigen Herstellung bei. Die Segmente können beispielsweise aus dem Materialstück gesägt oder geschnitten werden, beispielsweise mit Hilfe eines
Lasers . Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen werden aus dem Materialstück dreieckige oder trapezförmige Segmente
vereinzelt. Die dreieckige bzw. trapezförmige Form der
Segmente trägt dazu bei, dass bei der Herstellung der
Segmente aus einem größeren Materialstück wenig bis kein Verschnitt, also Abfall, entsteht und dass nach dem
Zusammenfügen der Segmente keine bis geringfügige Fugen zwischen den Segmenten sind und insgesamt durch die
zusammengefügten Segmente in guter Näherung zumindest ein Segment eines Rings gebildet werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen weist das
Materialstück ein Substratstück auf, das vor dem Vereinzeln der Segmente mit einer den Leuchtstoff aufweisenden
LeuchtstoffSchicht beschichtet wird. Die LeuchtstoffSchicht wird beispielsweise durch Rakeln oder einem Druckverfahren aufgebracht. Dies trägt zu einem kostengünstigen und
einfachen Herstellen der Segmente bei.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen wird das
Substratstück zunächst auf einen Haltekörper aufgebracht und dann so gesägt bzw. geschnitten, dass einzelne
Substratsegmente nach dem Sägen bzw. Schneiden über den
Haltekörper weiterhin zusammenhängen, und bei dem
anschließend die Substratsegmente auf dem Haltekörper mit der Leuchtstoffschicht beschichtet werden und danach die
beschichteten Substratsegmente von dem Haltekörper gelöst und dadurch vereinzelt werden. Das Schneiden bzw. Sägen der
Segmente vor dem Beschichten trägt dazu bei, dass die
Leuchtstoffschicht auf den Segmenten durch das Sägen bzw. Schneiden nicht beschädigt wird. Die vorübergehende
Verbindung zwischen dem Haltekörper und dem Substratstück kann beispielsweise mittels eines Klebstoffs, beispielsweise einem Thermo-Release-Kleber, hergestellt werden. Bei dem Vereinzeln der Segmente wird diese Verbindung wieder gelöst. Alternativ zu den beschichteten Substratsegmenten können auch Keramik- oder Kristallstücke, die den Leuchtstoff aufweisen, mit dem Haltekörper verbunden werden und nach dem Schneide bzw. Sägen vom Haltekörper gelöst und so vereinzelt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen werden das den Leuchtstoff aufweisende Materialstück vor dem Vereinzeln oder die einzelnen Segmente nach dem Vereinzeln zumindest auf einer Seite mit einer Metallschicht beschichtet. Das
Beschichten des Materialstücks, beispielsweise des
Substratstücks, mit der Metallschicht vor dem Vereinzeln trägt zu dem günstigen und einfachen Herstellungsprozess bei. Die Metallschicht im Allgemeinen kann dazu beitragen, die
Segmente auf einfache Weise an dem Träger zu befestigen und eine gute thermische Kopplung der Segmente an den Träger zu gewährleisten .
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen werden die Segmente über die Metallschicht an dem Träger befestigt,
beispielsweise mittels Löten oder Kleben. Dies trägt zu einer guten Wärmeableitung von den Segmenten hin zu dem Träger bei. Beispielsweise kann Lötzinn vor dem Vereinzeln auf das
Materialstück oder das Substratstück oder nach dem Vereinzeln auf die Segmente und/oder den Träger aufgebracht werden, dann können die vereinzelten Segmente auf dem Träger
zusammengefügt werden und der Träger kann mit den Segmenten derart erhitzt werden, dass das Lötzinn schmilzt und den Träger und die Segmente dauerhaft verbindet. Dadurch können die Segmente einfach und schnell an dem Träger befestigt werden, wobei eine gute Wärmekopplung zwischen den Segmenten und dem Träger gewährleistet ist. Alternativ dazu können die Segmente an dem Träger festgeklebt werden. Dies ermöglicht das Befestigen der Segmente an dem Träger auf besonders einfache Weise, wobei bei Wahl eines geeigneten Klebstoffs auch eine gute thermische Kopplung zwischen Segmenten und Träger erzielt werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen wird das
Materialstück mit Ausnehmungen oder Hervorhebungen
ausgebildet und der Träger wird mit dazu korrespondierenden Hervorhebungen bzw. Ausnehmungen ausgebildet. Nach dem
Vereinzeln der Segmente werden die einzelnen Segmente so auf den Träger aufgebracht, dass die Hervorhebungen des Trägers in den Ausnehmungen der Segmente bzw. die Hervorhebungen der Segmente in den Ausnehmungen des Trägers angeordnet sind. Zum Befestigen der Segmente an dem Träger kann Lötzinn oder
Klebstoff beispielsweise ausschließlich auf die Ausnehmungen oder die Erhebungen aufgebracht werden. Alternativ oder zusätzlich können in dem Träger Aufnahmen für die Segmente ausgebildet werden, in denen die Segmente angeordnet werden können . Zum Erzeugen von Licht unterschiedlicher Farbe können
unterschiedliche Leuchtstoffe aufweisende Segmente
hergestellt werden. Beispielsweise können zwei oder drei unterschiedliche Materialstücke mit entsprechenden
unterschiedlichen Leuchtstoffen versehen werden und dann können entsprechend zwei bzw. drei unterschiedliche Gruppen von Segmenten aus den jeweiligen Materialstücken vereinzelt und auf den Träger aufgebracht werden. Alternativ oder zusätzlich können auch reflektierende Segmente als Ergänzung zu den Segmenten hergestellt, vereinzelt und auf den Träger aufgebracht werden. Ferner können falls erforderlich noch weitere unterschiedliche Gruppen von Segmenten hergestellt werden .
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine
Beleuchtungsanordnung bereitgestellt, die das Leuchtstoffrad und eine Anregungsquelle, beispielsweise eine Lichtquelle, aufweist, die selektiv die Segmente des Leuchtstoffrads bestrahlt. Eine Anregungsquelle kann beispielsweise eine oder mehrere Laserlichtquellen und/oder eine oder mehrere LEDs und/oder eine oder mehrere Superlumineszenzdioden aufweisen. Die Anregungsquelle kann auch elektromagnetischen Strahler aufweisen, beispielsweise Blitzlampen, Ultraviolettstrahler, Infrarotstrahler, Röntgenstrahler. Die Anregungsquelle kann auch Korpuskularstrahler, beispielsweise Ionen- und/oder Elektronenemitter aufweisen. Beispielsweise ist ein
Lichtstrahl der Lichtquelle auf das Leuchtstoffrad gerichtet und trifft auf eines der Segmente. Im Betrieb der
Beleuchtungsanordnung, bei dem die Lichtquelle beispielsweise gepulstes oder kontinuierliches Licht erzeugt, dreht sich das Leuchtstoffrad, so dass der Lichtstrahl eine Kreisbahn über das Leuchtstoffrad, insbesondere die Segmente, zieht. Bei geeigneter Ansteuerung und Abstimmung von Drehgeschwindigkeit und Winkelposition des Leuchtstoffrades mit den Lichtpulsen kann so mit Hilfe des Leuchtstoffrads Licht in
unterschiedlichen Farben erzeugt werden. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen
Figur 1 eine Beleuchtungsanordnung gemäß verschiedenen
Ausführungsbeispielen;
Figur 2 ein Leuchtstoffrad gemäß verschiedenen
Ausführungsbeispielen;
Figur 3 ein Leuchtstoffrad gemäß verschiedenen
Ausführungsbeispielen,·
Figur 4 ein Leuchtstoffrad gemäß verschiedenen
Ausführungsbeispielen,·
Figur 5 ein Leuchtstoffsegment gemäß verschiedenen
Ausführungsbeispielen,·
Figur 6 eine Seitenansicht des Leuchtstoffsegments gemäß
Figur 5;
Figur 7 ein Ausschnitt eines Trägers gemäß verschiedenen
Ausführungsbeispielen,·
Figur 8 ein Ausschnitt eines Trägers gemäß verschiedenen
Ausführungsbeispielen,·
Figur 9 ein Materialstück gemäß verschiedenen
Ausführungsbeispielen,·
Figur 10 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen des Leuchtstoffrads gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen; Figur 11 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen des Leuchtstoffrads gemäß verschiedenen
Ausführungsbeispielen; Figur 12 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen des Leuchtstoffrads gemäß verschiedenen
Ausführungsbeispielen .
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen zur
Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser
Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben", „unten" usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen
Figur (en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der
Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert. Im Rahmen dieser Beschreibung wird der Begriff "gekoppelt" verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten oder
indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
Figur 1 zeigt eine Beleuchtungsanordnung 10 gemäß
verschiedenen Ausführungsbeispielen mit einer Lichtquelle 12, die einen Lichtstrahl 14 erzeugt, und mit einem
Leuchtstoffrad . Das Leuchtstoffrad weist einen Träger 16 und mehrere, einzelne auf dem Träger 16 befestigte Segmente 20 auf. Der Träger 16 ist an einer Achse 18 in einer
Drehrichtung 19 drehbar befestigt. Die Lichtquelle 12 ist beispielsweise eine Laserdiode. Alternativ dazu kann die Lichtquelle 12 eine Leuchtdiode (light emitting diode, LED) oder eine andere Lichtquelle, beispielsweise eine diffuse Lichtquelle, sein. Der Träger 16 kann eine Kühlvorrichtung, beispielsweise Kühlrippen oder Kühlleitungen für ein
Kühlmedium, aufweisen. Ferner kann der Träger 16
beispielsweise radförmig mit oder ohne Speichen ausgebildet sein und beispielsweise einen Durchmesser zwischen 20 mm und 50 mm, insbesondere zwischen 30 mm und 40 mm aufweisen. Die Beleuchtungsanordnung 10 kann auch mehrere Lichtquellen 12 aufweisen .
Der Lichtstrahl 14 ist auf an dem Träger 16 befestigte
Segmente 20 gerichtet. In anderen Worten beleuchtet oder bestrahlt die Lichtquelle 12 die Segmente 20. Die Lichtquelle 12 hat einen vorgegebenen Abstand zu den Segmenten 20 und ist somit nicht in körperlichem Kontakt mit den Segmenten 20. Der Lichtstrahl 14 regt Leuchtstoffe in den Segmenten 20 an, so dass die Segmente 20 ihrerseits Lichtstrahlen 22 abstrahlen. Die Farbe der Lichtstrahlen 22 hängt davon ab, welche
Segmente 20 beleuchtet werden, was wiederum von einer
Stellung bzw. Winkelposition des Trägers 16 abhängt. Dabei kann beispielsweise mit Hilfe der Lichtquelle 12 gepulstes Licht erzeugt werden und mit einer Winkelposition und/oder Drehgeschwindigkeit des Leuchtstoffrads abgestimmt werden, wobei zum Abstimmen der Winkelposition bzw. der
Drehgeschwindigkeit beispielsweise ein Motor zum Drehen des Träger 16 angesteuert wird. Eine Drehfrequenz des Trägers 16 kann beispielsweise 120 Hz sein. Die Beleuchtungsanordnung 10 kann beispielsweise ein Teil eines Projektors, Beamers oder einer anderen Vorrichtung sein, bei der hohe Leuchtdichten von Vorteil sind. Die Segmente 20 weisen beispielsweise Leuchtstoff- beschichtungen auf oder Keramik- oder Kristallsegmente, in denen Leuchtstoffe eingebettet bzw. eingebaut sind. Der verwendete Leuchtstoff kann in verschiedenen
Ausführungsbeispielen ein Leuchtstoffgemisch sein, welches eine Mischung aus verschiedenen Leuchtstoffen aufweist, wodurch beispielsweise Licht erzeugt werden kann, welches mehrere unterschiedliche Farben vereint. Geeignete
Leuchtstoffe sind im Stand der Technik bekannt. Übliche
Leuchtstoffe sind beispielsweise Granate, Silikate, Nitride, Oxide, Phosphate, Borate, Oxynitride, Sulfide, Selenide, und Halide von Aluminium, Silizium, Magnesium, Calcium, Barium, Strontium, Zink, Cadmium, Mangan, Indium oder Wolfram und anderen Übergangsmetallen, oder Seltenerdmetallen wie
Yttrium, Gadolinium oder Lanthan, die mit einem Aktivator, wie zum Beispiel Kupfer, Silber, Aluminium, Mangan, Zink, Zinn, Blei, Cer, Terbium, Titan, Antimon oder Europium dotiert sind. In verschiedenen Ausführungsformen der
Erfindung ist der Leuchtstoff ein oxidischer oder (oxi-) nitridischer Leuchtstoff, wie ein Granat, Orthosilikat , Nitrido (alumo) silikat oder Nitridoorthosilikat , oder ein
Halogenid oder Halophosphat . Konkrete Beispiele für geeignete Leuchtstoffe sind
Strontiumchloroapatit : Eu ( (Sr, Ca) 5 (PO4) 3CI :Eu; SCAP) ,
Yttrium-Aluminium-Granat : Cer (YAG:Ce) oder CaAlSiN3:Eu.
Ferner können im Leuchtstoff bzw. Leuchtstoffgemisch
beispielsweise Partikel mit lichtstreuenden Eigenschaften und/oder Hilfsstoffe enthalten sein. Beispiele für
Hilfsstoffe schließen Tenside und organische Lösungsmittel ein. Beispiele für Licht streuende Partikel sind Gold-, Silber- und Metalloxidpartikel. Unabhängig davon kann das Leuchtstoffsegment ein Matrixmaterial aufweisen, das
beispielsweise Diamant oder AI2O3 aufweisen kann. Falls die Segmente 20 vollständig oder teilweise einem Kristallen gebildet sind, können diese Kristalle Einkristalle sein.
Ferner kann als Leuchtstoff ausschließlich Phosphor,
beispielsweise in unterschiedlichen Kombinationen mit anderen Stoffen, dienen, wobei dann eine Lichtquelle 12 verwendet werden kann, die sehr kurzwelliges Licht erzeugt.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf das Leuchtstoffrad aus Sicht der Lichtquelle 12. Auf dem Träger 16 ist eine Vielzahl von einzelnen, Leuchtstoff aufweisenden Segmenten 20
aufgebracht und zusammengefügt. Insbesondere sind Segmente 201 einer ersten Gruppe, Segmente 202 einer zweiten Gruppe und Segmente 203 einer dritten Gruppe kreisförmig bzw.
ringförmig auf dem Träger 16 angeordneten. Die auf dem Träger 16 nebeneinander angeordneten Segmente 20 einer der Gruppen können auch als ein Leuchtstoffabschnitt bezeichnet werden. So bilden die nebeneinander angeordneten Segmente 201 der ersten Gruppe auf dem Träger 16 einen ersten
Leuchtstoffabschnitt , die Segmente 202 der zweiten Gruppe einen zweiten Leuchtstoffabschnitt und die Segmente 203 der dritten Gruppe einen dritten Leuchtstoffabschnitt . Zusätzlich sind reflektierende Segmente 30 auf dem Träger angeordnet, die die Kreisform bzw. Ringform komplettieren und zwei reflektierende Abschnitte bilden. Die Segmente 201 der ersten Gruppe weisen einen ersten Leuchtstoff auf, der bei Anregung mit Hilfe des Lichtstrahls 14 Licht einer ersten Farbe abstrahlt. Die Segmente 202 der zweiten Gruppe weisen einen zweiten Leuchtstoff auf, der bei Anregung mit Hilfe des
Lichtstrahls 14 Licht einer zweiten Farbe abstrahlt. Die Segmente 203 der dritten Gruppe weisen einen dritten
Leuchtstoff auf, der bei Anregung mit Hilfe des Lichtstrahls 14 Licht einer dritten Farbe abstrahlt. Die reflektierenden Segmente reflektieren bei Bestrahlung das Licht der
Lichtquelle 12, das weiß oder farbig, beispielsweise blau sein kann, so dass das reflektierte Licht entsprechend weiß bzw. farbig, insbesondere blau sein kann. Beispielsweise können die erste Farbe rot, die zweite Farbe grün und die dritte Farbe blau sein, wodurch ein RGB-Farbraum darstellbar ist. Alternativ dazu können mit Hilfe des Farbrades,
insbesondere der geeigneten Leuchtstoffe und der geeigneten Lichtquelle 12, die Farben Cyan, Magenta und Gelb erzeugt werden.
Die Segmente 20 sind beispielsweise polygon, beispielsweise trapezförmig ausgebildet. Ein Mittelpunktswinkel α der
Segmente, also der Winkel, den die zueinander schrägen Seiten des Trapezes in ihrer Verlängerung einschließen, kann in einem Winkelbereich zwischen 3° und 45°, insbesondere
zwischen 5° und 15° liegen und beispielsweise 6° betragen. Eine Breite und eine Höhe der Segmente 20 hängt von der Größe des Trägers 16, von der Platzierung auf dem Träger 16, von dem Mittelpunktswinkel und von der Anzahl von Segmenten pro
Träger 16 ab. Dabei kann die Breite beispielsweise zwischen 3 mm und 10 mm oder zwischen 1 mm und 25 mm sein und die Höhe kann beispielsweise zwischen 5 mm und 10 mm oder zwischen 1 mm und 50 mm sein. Die Breite der längeren parallelen Seiten der trapezförmigen Segmente 20 kann beispielsweise bei einem Mittelpunktswinkel von 6° und einem Leuchtstoffraddurchmesser von 33 mm 3,14 mm sein.
Die zusammengefügten Segmente 201, 202, 203 zusammen mit den reflektierenden Segmenten 30 bilden in erster Näherung einen geschlossenen Ring, der eine geschlossene Ringoberfläche hat. Alternativ dazu können die zusammengefügten Segmente 201, 202, 203 und/oder die reflektierenden Segmente 30 lediglich ein oder mehrere Segmente eines Rings bilden. Auf der
Ringoberfläche verläuft eine Kreisbahn 24, die repräsentativ für eine Linie ist, die der Lichtstrahl 14 überstreicht, wenn sich das Leuchtstoffrad dreht. Ein Segment der Kreisbahn 24 erstreckt sich über mehrere der Segmente 20. Die Segmente 20 sind vorzugsweise bezüglich ihrer geometrischen Form und Größe so ausgebildet, dass die Kreisbahn 24 vollständig innerhalb der Ringoberfläche liegt, wobei bevorzugt ein
Durchmesser des Lichtstrahls 14 mit berücksichtigt wird. In anderen Worten können die Ausmaße der Segmente 20 in
Abhängigkeit der Größe des Leuchtstoffrads , dem Radius der Kreisbahn 24 und/oder dem Strahldurchmesser des Lichtstrahls 14 gewählt werden, beispielsweise derart, dass der
Lichtstrahl 14 im Betrieb zu jeder Zeit über die Segmente 20 und/oder die reflektierenden Segmente 30 verläuft.
Figur 3 zeigt das Leuchtstoffrad gemäß verschiedenen
Ausführungsbeispielen, wobei die Segmente 20 beispielsweise dreieckig ausgebildet sind. Ferner sind im Unterschied zu dem in Figur 2 gezeigten Leuchtstoffrad lediglich Segmente 204 einer vierten Gruppe und Segmente 205 einer fünften Gruppe, also zweier unterschiedlicher Gruppen angeordnet, die
entsprechend zwei unterschiedliches Licht erzeugende
Leuchtstoffe aufweisen. Alternativ dazu kann auch gemäß dem in Figur 2 gezeigten Leuchtstoffrad Licht dreier
unterschiedlicher Farben mit entsprechenden Gruppen von
Segmenten 20 erzeugt werden. Die Segmente 204, 205 der vierten und fünften Gruppe bilden zusammen mit dreieckigen reflektierenden Segmenten 32 näherungsweise eine geschlossene Kreisfläche. Die Kreisbahn 24 verläuft vollständig innerhalb dieser Kreisfläche.
Figur 4 zeigt das Leuchtstoffrad gemäß verschiedenen
Ausführungsbeispielen, wobei Segmente 209, 210 dreieckig ausgebildet sind und wobei zwei geometrische Sorten von
Segmenten 209, 210 angeordnet sind. Die zwei
unterschiedlichen Sorten von Segmenten 209, 210 bilden auf dem Träger 16 mehrere Leuchtstoffabschnitte und sind
bezüglich der Farbe des Lichts, das mit Ihrer Hilfe erzeugt werden kann, aus einer sechsten Gruppe 206, einer siebten Gruppe 207 und einer achten Gruppe 208 von Segmenten 209, 210 entsprechend drei unterschiedlichen Lichtfarben hergestellt. Bezüglich ihrer geometrischen Form sind alle äußeren Segmente 209, deren Basis auf dem Träger 16 außen liegt, gleich ausgebildet und unterscheiden sich bezüglich der
geometrischen Form von allen inneren Segmenten 210, deren Basis auf dem Träger 16 innen liegt. Insbesondere sind die inneren Segmente 210 kleiner ausgebildet als die äußeren Segmente 209. Darüber hinaus unterscheiden sich die inneren und äußeren Segmente 210, 209 bezüglich des Winkels, der deren jeweiliger Basis gegenüberliegt. So ist der
Mittelpunktswinkel α der außen liegenden Segmente 209
ungleich einem weiteren Mittelpunktswinkel ß der innen liegenden Segmente 210. Die Segmente 209, 210 sind so
ausgebildet und zusammengefügt, dass sie zumindest Segmente eines Rings bilden. Reflektierende Abschnitte 34 können beispielsweise dadurch gebildet sein, dass der Träger 16 selbst reflektierend wirkt, so dass in den entsprechenden Bereichen einfach keine Segmente, insbesondere Segmente 20 auf den Träger 16 aufgebracht werden. Alternativ dazu können reflektierende Segmente 30, 32 angeordnet sein.
Figur 5 zeigt eine Ansicht einer Unterseite eines der
trapezförmigen Segmente 20 gemäß verschiedenen
Ausführungsbeispielen. Die Unterseite des LeuchtstoffSegments 20 ist auf dem Träger 16 dem Träger 16 zugewandt. Alternativ dazu kann das Leuchtstoffsegment 20 eine andere Form
aufweisen und beispielsweise dreieckig sein. Auf der
Unterseite weist das Leuchtstoffsegment eine Hervorhebung 36 auf. Die Hervorhebung 36 ist beispielsweise quaderförmig ausgebildet. Alternativ kann die Hervorhebung 36
beispielsweise zylinderförmig sein. Ferner können auch mehrere oder komplizierter geformte Hervorhebungen 36 an dem Leuchtstoffsegment 20 ausgebildet sein. Figur 6 zeigt eine Seitenansicht des LeuchtstoffSegments 20 nach Figur 5. Das Leuchtstoffsegment 20 weist ein
Substratsegment 40 auf, das mit einer den Leuchtstoff
aufweisenden LeuchtstoffSchicht 42 beschichtet ist. Eine Dicke des Substratsegments 40 ist beispielsweise kleiner oder gleich 100 μιτι, kleiner oder gleich 50 μιη oder kleiner oder gleich 10 μιη. Alternativ dazu kann das Leuchtstoffsegment 20 Keramik oder Kristall umfassen oder daraus gebildet sein, wobei der Leuchtstoff dann in der Keramik eingebettet bzw. in der Kristallstruktur des Kristalls eingebaut sein kann und/oder aus dem auf die LeuchtstoffSchicht 42 verzichtet werden kann. An der Unterseite ist das Leuchtstoffsegment 20 zumindest teilweise mit einer Metallschicht 37 beschichtet, beispielsweise an der Hervorhebung 36 und/oder außerhalb der Hervorhebung 36. Alternativ oder zusätzlich kann das
Substratsegment 40 aus Metall gebildet sein, beispielsweise aus Wolfram, und/oder an seiner Unterseite Metall umfassen. Die Metallschicht 37 bzw. das Substratsegment 40 können beispielsweise Aluminium, insbesondere reflektierendes oder hoch reflektierendes Aluminium, Chrom oder Kupfer aufweisen oder daraus bestehen. Beispielsweise kann ein Substratsegment 40 aus Aluminium an seiner Unterseite in einem galvanischen Beschichtungsprozess mit Kupfer beschichtet werden und/oder an einer der Unterseite gegenüberliegenden Oberseite hoch reflektierend ausgebildet sein. Das Metall bzw. die
Metallschicht 37 an der Unterseite tragen zu einer guten thermischen Kopplung des LeuchtstoffSegments 20 an den Träger 16 bei. Außerdem ermöglichen das Metall bzw. die
Metallschicht 37, das Leuchtstoffsegment 20 an dem Träger 16 fest zu löten. Beispielsweise kann Lötzinn auf die
Metallschicht 37 und den Träger 16 aufgebracht werden, die Segmente 20 können auf dem Träger 16 zusammengefügt werden und dann kann der Träger 16 zusammen mit den Segmenten 20 derart erhitzt werden, dass das Lötzinn schmilzt und die Segmente 20 fest mit dem Träger 16 verbindet. Zusätzlich oder alternativ können die Segmente 20 auch an dem Träger 16 festgeklebt sein und/oder sie können zumindest teilweise mit dem Träger 16 in körperlichem Kontakt sein. Beispielsweise kann Lötzinn nur im Bereich der Hervorhebung 36 aufgebracht werden und außerhalb der Hervorhebung kann der körperliche Kontakt hergestellt werden. Figur 7 zeigt einen Ausschnitt des Trägers 16 gemäß
verschiedenen Ausführungsbeispielen, auf dem die
anzuordnenden Segmente 20 gestrichelt angedeutet sind. Der Träger weist eine Ausnehmung 38 auf, die zu der Hervorhebung 36 des LeuchtstoffSegments 20 korrespondiert. Falls das
Leuchtstoffsegment 20 bestimmungsgemäß angeordnet wird, so befindet sich die Hervorhebung 36 des LeuchtstoffSegments 20 in der Ausnehmung 38 des Trägers 16. Die kann dazu beitragen, die Segmente 20 schnell, präzise und einfach auf dem Träger 16 anzuordnen. Alternativ dazu können auch mehrere
entsprechende Hervorhebungen 36 und dazu korrespondierende Ausnehmungen 38 vorgesehen sein. Ferner können alternativ oder zusätzlich an den Segmenten Ausnehmungen vorgesehen sein, die zu Hervorhebungen an dem Träger 16 korrespondieren. Ferner können die Ausnehmungen 38 und Hervorhebungen 38 auch bei geometrisch unterschiedlich geformten Segmenten 20 vorgesehen sein, beispielsweise bei dreieckigen.
Figur 8 zeigt einen Ausschnitt des Trägers 16 gemäß
verschiedenen Ausführungsbeispielen, der eine Aufnahme 39 zum Aufnehmen der Segmente 20 aufweist. Die Ausmaße der Aufnahme korrespondieren derart zu den Ausmaßen der Segmente 20, dass je ein Leuchtstoffsegment 20 in die Aufnahme 39 einfach eingelegt werden kann, jedoch nicht mehr seitlich verrutschen kann. Beispielsweise können die Segmente 20 mit einer
Spielpassung zu den entsprechenden Aufnahmen 39 ausgebildet sein. Die Aufnahmen 39 können zusätzlich oder alternativ zu den Hervorhebungen 36 und Ausnehmungen 38 ausgebildet sein. Ferner können die Aufnahmen 39 auch bei geometrisch
unterschiedlich geformten Segmenten 20 vorgesehen sein, beispielsweise bei dreieckigen. Figur 9 zeigt ein Materialstück 44 auf einem Haltkörper 50 in einem Herstellungsprozess zum Herstellen der Segmente 20 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. Das Materialstück 44 ist beispielsweise ein Substratstück, ein Keramikstück oder ein Kristallstück und kann beispielsweise streifenförmig ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Materialstück 44 einen Abschnitt eines Endlosstreifens sein und/oder Alu-Folie aufweisen. Das Materialstück 44 ist mit dem Haltekörper 50 verbunden und wird von ihm gehalten. Die Verbindung ist vorzugsweise dergestalt, dass sie lösbar ist, ohne den
Haltekörper 50 oder das Materialstück 44 zu zerstören.
Beispielsweise ist das Materialstück 44 mit Hilfe eines
Thermo-Release-Klebers an dem Haltekörper 50 festgeklebt. Diese Verbindung kann dann einfach durch Erwärmen des
Haltekörpers 50 und des Materialstücks 44 gelöst werden. Vor dem Lösen des Materialstücks 44 von dem Haltekörper 50 wird das Materialstück 44 entlang von vorgegebenen 46
Schnittkanten gesägt oder geschnitten, wobei die dadurch entstehenden Segmente, insbesondere die Substratsegmente 40, die Keramiksegmente oder Kristallsegmente weiterhin über den Haltekörper 50 zusammenhängen. Das Sägen bzw. Schneiden des Materialstücks 44 kann beispielsweise mit Hilfe eines Lasers oder in einem Ätzprozess erfolgen, wobei Schneidprozesse bevorzugt sind, bei denen der Schnitt relativ schmal ist und so möglichst wenig Schnittabfall entsteht. Die
Substratsegmente 40 können nach dem Schneiden auf dem
Haltekörper 50 mit der LeuchtstoffSchicht 42 beschichtet und danach vereinzelt werden, indem sie von dem Haltekörper 50 gelöst werden. Die Substratsegmente 40 zuerst zu schneiden und dann zu beschichten, trägt dazu bei, dass die
LeuchtstoffSchicht 42 durch den Schneidprozess nicht
beschädigt wird. Alternativ dazu können die Substratsegmente 40 auch zuerst beschichtet und dann geschnitten werden. Falls die Segmente 20 die Leuchtstoff aufweisende Keramik oder das Leuchtstoff aufweisende Kristall aufweisen, können die
Segmente 20 ohne Beschichtung vereinzelt werden. Das
Materialstück 44 ist in Figur 9 nur so hoch dargestellt, dass daraus nur eine Reihe von Segmenten ausgeschnitten werden kann. Alternativ dazu kann das Materialstück 44 auch so hoch bereitgestellt werden, dass daraus mehrere Reihen von
Segmenten ausgeschnitten werden können. Die Höhe des
Haltekörpers 50 kann dann entsprechend angepasst werden. Figur 10 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum
Herstellen des Leuchtstoffrads gemäß verschiedenen
Ausführungsbeispielen . In einem Schritt S2 wird der Träger 16 hergestellt. Der
Träger 16 kann beispielsweise aus Kupfer hergestellt werden oder dieses aufweisen. Der Träger 16 kann beispielsweise kreisförmig oder ringförmig ausgebildet sein und/oder
Speichen aufweisen. Ferner kann der Träger 16 mit einer oder mehreren Kühlvorrichtungen wie beispielsweise Kühlrippen oder Kühlkanälen für ein Kühlmedium versehen sein.
In einem Schritt S4 werden die Segmente 20 hergestellt. Die Herstellung erfolgt beispielsweise durch bereitstellen und bearbeiten des Materialsstücks 44 und beispielsweise mit Hilfe des Haltekörpers 50. Beispielsweise können mehrere Materialstücke 44 hergestellt werden, die jeweils
unterschiedliche Leuchtstoffe aufweisen. Beispielsweise können zumindest drei Materialstücke 44 hergestellt werden, die Leuchtstoffe aufweisen, mit denen entsprechend drei unterschiedliche Gruppen von Segmenten 20 herstellbar sind, mit deren Hilfe entsprechend drei unterschiedliche Farben erzeugt werden können. Nach dem Vereinzeln der Segmente 20 können dann Segmente 20 aller drei Materialstücke 44 und Gruppen auf ein Leuchtstoffrad aufgebracht werden, mit deren Hilfe dann in der Beleuchtungsanordnung 10 Licht dreier
Farben erzeugt werden kann. Die Anzahl unterschiedlicher Farben und Gruppen und damit unterschiedlicher Materialstücke 44 für ein Leuchtstoffrad und die Anzahl und Farbauswahl der Segmente 20 für ein Leuchtstoffrad können abhängig von der Beleuchtungsanordnung 10, für die das Leuchtstoffrad
vorgesehen ist, und/oder abhängig von der Anwendung, für die die Beleuchtungsanordnung 10 vorgesehen ist, individuell gewählt werden. Mit Hilfe der Segmente 20 der drei
Materialstücke 44 können auch zwei oder mehr Leuchtstoffräder ausgestattet werden. So können beispielsweise die Segmente 20 unterschiedlicher Gruppen in Massenproduktion unabhängig von der späteren Anwendung hergestellt und gelagert werden und dann zu einem späteren Zeitpunkt für individuelle Anwendungen ausgewählt, zusammengestellt und dann auf einem oder mehreren der Träger 16 zusammengefügt werden, wodurch die
entsprechenden Leuchtstoffräder einfach und kostengünstig herstellbar sind.
In einem Schritt S6 werden die Segmente 20 auf den Träger 16 aufgebracht, wobei die Segmente 20 auf dem Träger 16
zusammengefügt und darauf befestigt werden, beispielsweise mit Hilfe der Ausnehmungen 38, der Hervorhebungen 36, der Aufnahmen 39 und/oder mit Hilfe von Lötzinn, beispielsweise in einem Reflow-Soldering-Prozess , oder Klebstoff. Die
Segmente 20 können polygonal, insbesondere dreieckig, viereckig oder trapezförmig sein oder eine andere geeignete Form aufweisen.
Figur 11 zeigt ein Verfahren zum Herstellen der Segmente 20 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, wobei dieses Verfahren beispielsweise als Schritt S4 des in Figur 10 gezeigten Verfahrens abgearbeitet werden kann.
In einem Schritt S10 wird das Materialstück 44 hergestellt. Beispielsweise ist das Materialstück 44 aus einer den
Leuchtstoff aufweisenden Keramik gebildet und wird
beispielsweise in einem Sinterprozess hergestellt. Alternativ dazu kann das Materialstück 44 beispielsweise ein den
Leuchtstoff aufweisendes Kristall aufweisen oder daraus bestehen und kann beispielsweise in einem entsprechenden Aufwachsprozess auf ein Substratstück oder direkt auf den
Haltekörper 50 aufgewachsen werden. Auf eine Unterseite des Materialstücks 44 kann in diesem Zusammenhang die
Metallschicht 37 aufgedampft werden, beispielsweise eine Chrom-Schicht und/oder Kupfer-Schicht, damit danach die
Segmente 20 aus Keramik oder Kristall an dem Träger 16 beispielsweise mittels Löten befestigt werden können. In einem Schritt S12 werden die Segmente 20 aus dem
Materialstück 44 vereinzelt, wobei das Materialstück 44 von dem Haltekörper 50 gestützt werden kann oder nicht, abhängig von einer Stabilität des Materialstücks 44. Das Materialstück 44 kann in diesem Zusammenhang beispielsweise aus den
Leuchtstoff aufweisender Keramik oder aus den Leuchtstoff aufweisendem Kristall gebildet sein.
Figur 12 zeigt ein Verfahren zum Herstellen der Segmente 20 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, wobei dieses
Verfahren beispielsweise als Schritt S4 des in Figur 10 gezeigten Verfahrens abgearbeitet werden kann.
In einem Schritt S20 wird der Haltekörper 50 bereitgestellt. Der Haltekörper 50 ist beispielsweise relativ stabil und verschleißt bei dem nachfolgenden Schneidprozess möglichst wenig. Der Haltekörper 50 kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass er wieder verwendbar ist. In einem Schritt S22 wird als Materialstück 44 ein
Substratstück auf dem Haltekörper 50 angeordnet. Das
Substratstück besteht beispielsweise aus einem Aluminium- Streifen, der von einem Endlos-Aluminium-Streifen abgetrennt ist. Das Substratstück wird lösbar auf dem Haltekörper 50 befestigt und auf dem Haltekörper 50 entlang der
Schneidlinien 46 geschnitten. Alternativ dazu können die Schneidlinien anders verlaufen, beispielsweise so, dass dreieckige Segmente entstehen. In einem Schritt S24 werden optional die Substratsegmente 40 auf dem Haltekörper 50 mit der LeuchtstoffSchicht 42
beschichtet, wobei die Substratsegmente 40 beispielsweise reflektierend ausgebildet sein können, beispielsweise durch Verwendung hoch reflektierenden Aluminiums, und wobei die Substratsegmente 40 zum Herstellen der reflektierenden
Segmente 30, 32 nicht beschichtet werden müssen. Die Segmente 20 können mittels Druckverfahren, Rakelverfahren oder Tape- Casting beschichtet werden. Die zu beschichtende Fläche ist beispielsweise, gerade oder plan und kann vor dem Beschichtet entsprechend behandelt werden, beispielsweise damit die
LeuchtstoffSchicht 42 homogener ist oder besser an dem
Substratstück haftet. Nach dem Beschichten kann die
LeuchtstoffSchicht 42 getrocknet, gebacken und/oder gehärtet werden .
In einem Schritt S28 werden die geschnittenen und
beschichteten Substratsegmente 40 von dem Haltekörper 50 gelöst und dadurch vereinzelt, wodurch die einzelnen Segmente 20 entstehen.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen
Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise können die Segmente 20 andere geometrische Formen aufweisen und/oder unterschiedlich auf dem Träger 16 angeordnet und/oder
befestigt sein. Ferner können die Segmente 20 andere oder weitere Materialien aufweisen und/oder auf andere Art und Weise hergestellt sein. Beispielsweise können die gezeigten Verfahren alternative oder zusätzliche Schritte aufweisen, beispielsweise zum Veredeln der Segmente 20.
Bezugszeichenliste
10 Beieuchtungsanordnung
12 Lichtquelle
14 Lichtstrahl
16 Träger
18 Achse
19 Drehrichtung
20 Segmente
201 Segmente erste Gruppe
202 Segmente zweite Gruppe
203 Segmente dritte Gruppe
204 Segmente vierte Gruppe
205 Segmente fünfte Gruppe
206 sechste Gruppe
207 siebte Gruppe
208 achte Gruppe
209 äußere Segmente
210 innere Segmente
22 Lichtstrahlen
24 Kreisbahn
30 reflektierende Segmente
32 dreieckige reflektierende Segmente
36 Hervorhebung
37 Metallschicht
38 Ausnehmung
39 Aufnahme
40 Substratsegment
42 LeuchtstoffSchicht
44 Materialstück
46 Schneidkanten
50 Haltekörper
α Mittelpunktswinkel
ß weiterer Mittelpunktswinkel
S2 - S28 Schritte 2 bis 28

Claims

Patentansprüche
1. Leuchtstoffrad, aufweisend
• einen Träger (16);
• eine Vielzahl von vorgefertigten und auf dem Träger (16) aufgebrachten einzelnen, zusammengefügten
Segmenten (20) ;
• wobei zumindest einige der Segmente (20) Leuchtstoff aufweisen .
Leuchtstoffrad gemäß Anspruch 1, bei dem die Segmente (20) so ausgebildet und zusammengefügt sind, dass sich zumindest ein Segment einer Kreisbahn (24) über mehrere benachbarte Segmente (20) erstreckt.
Leuchtstoffrad gemäß Anspruch 2, bei dem die Segmente (20) eine polygonale Struktur aufweisen.
Leuchtstoffrad gemäß Anspruch 3,
wobei die Segmente (20) eine dreieckförmige oder eine trapezförmige Struktur aufweisen.
Leuchtstoffrad gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die zusammengefügten Segmente (20) zumindest ein Segment eines Rings bilden.
Leuchtstoffrad gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem eine erste Gruppe der Segmente (20) einen ersten Leuchtstoff aufweist, der zum Erzeugen von Licht einer ersten Farbe geeignet ist, und bei dem eine zweite
Gruppe der Segmente (20) einen zweiten Leuchtstoff aufweist, der zum Erzeugen von Licht einer zweiten Farbe geeignet ist, die sich von der ersten Farbe
unterscheidet .
7. Leuchtstoffrad gemäß Anspruch 6, bei dem eine dritte Gruppe der Segmente (20) einen dritten Leuchtstoff aufweist, der zum Erzeugen von Licht einer dritten Farbe geeignet ist, die sich von der ersten und zweiten Farbe unterscheidet .
Leuchtstoffrad gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, bei dem eine vierte Gruppe Segmente (30, 32) reflektierend ausgebildet sind.
Leuchtstoffrad gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Segmente (20) je ein Substratsegment (40) umfassen, das mit einer den Leuchtstoff aufweisenden LeuchtstoffSchicht (42) beschichtet ist.
Leuchtstoffrad gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Segmente (20) eine Keramik aufweisen oder daraus gebildet sind, in der der Leuchtstoff eingebettet ist .
Leuchtstoffrad gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Segmente (20) einen Kristall aufweisen oder daraus gebildet sind, in dessen Kristallstruktur der Leuchtstoff eingebaut ist.
Leuchtstoffrad nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Segmente (20) Ausnehmungen oder
Hervorhebungen (36) der Segmente (20) aufweisen und der Träger (16) dazu korrespondierende Hervorhebungen bzw. Ausnehmungen (38) des Trägers (16) aufweist, so dass die Hervorhebungen des Trägers (16) in den Ausnehmungen der Segmente (20) bzw. die Hervorhebungen (36) der Segmente (20) in den Ausnehmungen (38) des Trägers (16)
angeordnet sind.
Leuchtstoffrad nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Träger (16) Aufnahmen (39) für die Segmente (20) aufweist und die Segmente (20) zumindest teilweise in den Aufnahmen (39) angeordnet sind.
14. Verfahren zum Herstellen eines Leuchtstoffrads , bei dem
• ein Träger (16) hergestellt wird;
• eine Vielzahl von einzelnen Segmenten (20)
hergestellt wird, wobei zumindest einige der
Segmente (20) Leuchtstoff aufweisen; und
• die Segmente (20) auf den Träger (16) aufgebracht und zusammengefügt werden. 15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem ein Materialstück (44) bereitgestellt wird und die mehrere der Segmente (20) aus dem einen Materialstück (44) vereinzelt werden.
16. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Materialstück (44) ein Substratstück aufweist, das vor dem Vereinzeln der Segmente (20) mit einer den Leuchtstoff aufweisenden LeuchtstoffSchicht (42)
beschichtet wird. 17. Verfahren gemäß Anspruch 16, bei dem das Substratstück zunächst auf einen Haltekörper (50) aufgebracht und dann so gesägt bzw. geschnitten wird, dass einzelne
Substratsegmente (40) nach dem Sägen bzw. Schneiden über den Haltekörper (50) weiterhin zusammenhängen, und bei dem anschließend die Substratsegmente (40) mit der
LeuchtstoffSchicht beschichtet werden und die
beschichteten Substratsegmente (40) von dem Haltekörper (50) gelöst und dadurch vereinzelt werden. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem das den Leuchtstoff aufweisende Materialstück (44) vor dem Vereinzeln oder die einzelnen Segmente (20) nach dem Vereinzeln zumindest auf einer Seite mit einer
Metallschicht (37) beschichtet werden.
19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die Segmente (20) über die Metallschicht (37) an dem Träger (16) befestigt werden .
20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die Metallschichten (37) der Segmente (20) an dem Träger (16) fest gelötet werden .
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, bei dem die Segmente (20) an dem Träger (16) festgeklebt werden.
22. Beleuchtungsanordnung (10), mit einem Leuchtstoffrad
nach einem der Ansprüche 1 bis 21 und mit einer
Anregungsquelle, die selektiv die Segmente (20)
bestrahlt .
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