WO2014095906A2 - Scheinwerfervorrichtung - Google Patents

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WO2014095906A2
WO2014095906A2 PCT/EP2013/076957 EP2013076957W WO2014095906A2 WO 2014095906 A2 WO2014095906 A2 WO 2014095906A2 EP 2013076957 W EP2013076957 W EP 2013076957W WO 2014095906 A2 WO2014095906 A2 WO 2014095906A2
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conversion
headlight device
radiation
primary radiation
conversion element
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Stefan GRÖTSCH
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/30—Semiconductor lasers

Definitions

  • light sources are desired that produce luminous areas in operation, which are characterized by a sharp shutter edge with high contrast.
  • the area of the shutter edge is then a high light-dark
  • Headlamp device a laser light source for emission of collimated primary radiation.
  • the laser light source may comprise at least one laser dion chip, which emits coherent radiation.
  • the laser diode chip may be formed, for example, with a semiconductor material.
  • the headlight device comprises a
  • Primary radiation are provided in secondary radiation and form lighting areas during operation.
  • the primary radiation in particular has a shorter wavelength than the
  • the conversion element on separating webs which separate the conversion areas from each other and are impermeable to the primary radiation and secondary radiation.
  • an optical crosstalk the so-called crosstalking, between the conversion regions can be prevented or at least reduced by the impermeable separating webs.
  • the conversion element is arranged at a distance from the laser light source.
  • the conversion element is therefore in particular not directly on the laser light source
  • Conversion element arranged on a support.
  • the carrier is designed as a heat sink.
  • the conversion element is in direct contact with the carrier designed as a heat sink. This allows a good cooling of the conversion element during operation, so that no or only a slight deterioration of the
  • Heat sink may be formed of Cu, Al or a light metal die casting containing Zn, Mg or Al.
  • the headlight device also includes a
  • Deflection device which is intended to direct the coming in operation of the laser light source collimated primary radiation on the conversion element and to guide as a scanning beam over portions of the conversion element.
  • Luminous areas generated which can be projected by means of a projection optics on the illuminated lane.
  • Primary radiation can be guided over the entire surface of the conversion element by means of the deflection device.
  • the laser light source when certain luminous areas that give a desired light distribution or a specific light pattern, the laser light source when certain
  • the headlamp device can emit pixelated light, also called "pixel light", with each pixel passing through a luminous area is formed.
  • pixel light can also be called a matrix beam.
  • the individual pixels are arranged in rows and columns.
  • the headlamp device is in particular as AFS
  • the pixel light can be any suitable front lighting system.
  • the pixel light can be any suitable front lighting system.
  • the pixel light can be any suitable front lighting system.
  • Headlight device reaches a luminous area a luminance of 50 to 500 Mcd / m2.
  • a parting consists of a single conversion area.
  • the scanning beam thus "scans" a partial area that consists of a single conversion area
  • this includes
  • Conversion element a body and a
  • Conversion material is arranged in the recesses.
  • the conversion areas are by the with the Conversion material provided recesses formed and are separated by the dividers of the body.
  • the conversion material can, for example, by means of
  • the conversion material preferably contains phosphors which may be embedded in a matrix material.
  • Matrix material can provide good adhesion between the base and the phosphors after application.
  • At least one of the following materials can be considered for the phosphors:
  • Rare earth metals doped alkaline earth sulfides with rare earth doped thiogallates are rare earth metals doped alkaline earth sulfides with rare earth doped thiogallates
  • Rare earth metals doped oxynitrides, rare earth-doped aluminum oxynitrides.
  • the phosphors are preferably formed from doped garnets such as Ce- or Tb-activated garnets such as YAG: Ce, TAG: Ce, TbYAG: Ce.
  • the primary radiation is unconverted and has a wavelength between 440 nm and 460 nm, which is particularly suitable for the excitation of YAG phosphors.
  • the primary radiation already be converted, with radiation of a wavelength of 405 nm, a converter is excited, which reemitiert in the visible blue region.
  • mixed-colored radiation is emitted from the conversion regions, which radiation is composed of the primary radiation and the secondary radiation.
  • the conversion regions which radiation is composed of the primary radiation and the secondary radiation.
  • Laser light source emitted blue light from the
  • Conversion element are at least partially converted into green and / or red and / or yellow light, so that the headlight device emits white light during operation.
  • the depressions of the conversion element may take the form of an inverted cone or truncated cone, a
  • the conversion areas which arise by filling the recesses with the conversion material, may have corresponding shapes.
  • the depressions are arranged like a matrix in the base body.
  • the body has periodic pits occurring along rows and columns
  • At least one side wall of the recesses is designed to be reflective. This advantageously reduces absorption losses caused by the dividers. Furthermore, the
  • Separating webs on the main surface be formed absorbent, for example, by a roughening of the body or by an absorbing coating, whereby optical crosstalk on the major surface can be suppressed.
  • the "at least one sidewall" of the well is
  • the recess has only one reflective side wall, if they
  • the recess is formed rotationally symmetrical. If the recess is rotationally symmetrical, it has in particular four reflective side surfaces.
  • the reflective side wall is arranged by means disposed on the base body
  • the reflection layer may be a mirroring made of a metal or a
  • the reflection layer is formed diffusely reflecting.
  • the reflection layer can be
  • At least one side wall extends obliquely to the main surface of the main body.
  • these preferably have at least two, particularly preferably four, obliquely extending side walls.
  • the side wall may in particular run perpendicular or at an angle smaller than 90 ° to the main surface of the main body.
  • the depressions taper off from the main surface. In other words, so will one
  • the depressions advantageously have a beam-shaping effect.
  • the base body contains a semiconductor material or a metal. in case of a
  • Metal can be advantageously dispensed with the reflective layer, if a reflective metal such as aluminum is used to form the body.
  • Suitable semiconductor materials are, for example, Si, Ge or GaAs.
  • Si is characterized by a good
  • the depressions are etched into the main body.
  • the pits in Si may be etched along the ⁇ 111 ⁇ planes with the sidewalls of the etched pits enclosing the major surface of the body at an angle of 54.7 °.
  • Main surface are arranged, advantageously have a
  • Page length between 200 ym and 1000 ym on.
  • the depth is preferably between 20 ym and 500 ym.
  • the separating webs arranged between the depressions can be between 0 ym and 200 ym wide. According to at least one embodiment, this projects
  • the conversion material is flush with the main surface of the body or has a concave surface.
  • the main body be smoothed or over-etched after the introduction of the conversion material, so that a flat surface is formed.
  • the optical device may comprise one or more antireflection layers.
  • the optical device may comprise a lens array, wherein in particular each conversion area is associated with a lens.
  • Radiation decoupling occurring from the conversion element radiation losses can be reduced.
  • a radiation bundling take place, which further contributes to the realization of a sharp shutter edge.
  • Headlamp device on an optical element that projects the coming of the conversion element mixed-color radiation on the road.
  • the optical element is preferably arranged on the carrier.
  • the optical detector According to at least one embodiment, the optical detector
  • Element is a reflector element that lies between the
  • Laser light source and the conversion element is arranged.
  • the reflector element can be parabolic
  • the reflector element can at least partially span the conversion element, that is the
  • Reflector element is the conversion element starting from the Carrier at least on one side surface and at one
  • the deflection device is arranged between the laser light source and the diaphragm, wherein the deflection device directs the primary radiation coming from the laser light source to the diaphragm during operation.
  • the diaphragm is designed and arranged so that only the conversion element is illuminated with the laser radiation.
  • micromirror Deflection at least one micromirror on.
  • the micromirror is advantageously pivotable about two axes.
  • the deflection device may have a control device which is provided to control the micromirror such that it assumes a desired spatial position and orientation.
  • the control device which is provided to control the micromirror such that it assumes a desired spatial position and orientation.
  • Laser light source emitted primary radiation by means of the micromirror line by line or in columns over the
  • Figure 1 is a schematic cross-sectional view of a
  • Figure 2 is a schematic perspective view of a
  • Figures 3A and 3B is a schematic cross-sectional view of a conversion region according to various
  • Figure 4 is a schematic cross-sectional view of a
  • Figure 1 shows an embodiment of a
  • the headlight device 1 comprises a laser light source 2 which collimated
  • Laser light source 2 comprise at least one laser diode chip, wherein the laser light source 2 is adapted to generate a radiation power of 3 watts in operation.
  • the wavelength of the primary radiation 3 is preferably in the blue visible range.
  • the primary radiation 3 can be
  • the primary radiation 3 may already be converted, with radiation of a
  • the headlamp device 1 comprises a
  • Conversion element 4 which has a plurality of conversion areas 5 and separating webs 7, which separate the conversion areas 5 from each other.
  • the conversion regions 5 are for the at least partial conversion of the collimated
  • Primary radiation 3 provided in secondary radiation 6 and form in operation lighting areas (not shown).
  • the dividers 7 are for the primary radiation 3 and
  • the headlight device 1 comprises a
  • Deflection device 8 in particular at least one
  • the deflection device 8 may have a control device (not shown) which is provided to control the micromirror such that it has a desired spatial position and
  • control device is adapted to the primary radiation 3 emitted by the laser light source 2 by means of the micromirror on the
  • the conversion regions 5 are arranged like a matrix along rows and columns in a main body 10 of the conversion element 4.
  • the scanning beam 9 is detected using the
  • the pattern is composed of the luminous areas, which arise by exciting the corresponding conversion areas 5.
  • the radiation of these luminous regions is, in particular, a mixed-color radiation which consists of the primary radiation 3 and
  • Secondary radiation 6 composed.
  • the luminous areas appear white.
  • the headlamp device 1 further comprises an optical element 13 which is arranged between the laser light source 2 and the
  • the optical element 13 is preferably a reflector element, which is the one of the
  • Conversion 5 coming mixed-colored radiation reflects and the luminous areas on a roadway
  • the conversion element 4 is arranged in a focal point of the optical element 13.
  • the optical element 13 is a parabolic trained
  • the optical element 13 has an aperture 14, through which the coming of the laser light source 2
  • Primary radiation 3 passes in operation before it impinges on the conversion element 4.
  • the deflecting device 8 deflects the primary radiation 3 in the direction of the diaphragm 14.
  • the diaphragm 14 has a
  • the headlamp device 1 further comprises a carrier 15 on which the conversion element 4 is arranged.
  • the carrier 15 is designed as a heat sink, as already described above. Also the optical
  • Element 13 is arranged on the carrier 15 and spans the conversion element 4, starting from the carrier 15 partially.
  • the mixed-color radiation is not in the direction of radiation of the primary radiation 3, but in another direction
  • the mixed-colored radiation can be generated in transmission.
  • the mixed-colored radiation can be generated in transmission.
  • FIG. 2 shows an embodiment of a base body 10, as used for example in a conversion element 4 of the headlight device 1 shown in Figure 1, shown in perspective.
  • the main body 10 is provided with matrix-like recesses 11.
  • the recesses 11 interrupt a main surface 10A of the
  • Main body 10 They extend from the main surface 10A towards a rear side 10B of the main body 10,
  • the main body 10 further comprises separating webs 7, which separate the recesses 11 from each other.
  • the recesses 11 may be formed by an etching process along the ⁇ 111 ⁇ crystal planes, where sidewalls IIA of the etched ones Recesses 11 extend at an angle of 54.7 ° to the main surface 10A.
  • the recesses 11 each have four side walls IIA, which are inclined at an angle of 54.7 ° with respect to the main surface 10A.
  • the recesses 11 have the shape of an inverted truncated pyramid and taper from the main surface 10A. They have a cross-sectional area which becomes smaller and smaller starting from the main surface 10A. This shows the
  • the cross-sectional areas of the recesses 11 have on the main surface 10A in particular a side length between 200 ym and 1000 ym.
  • the depth is preferably between 20 ym and 500 ym.
  • the separating webs 7 arranged between the recesses 11 can be between 0 ym and 200 ym wide.
  • the side walls IIA are formed reflecting, wherein on the base body 10, for example, a reflective coating, which is formed of a metal or a metal compound, or a diffusely reflecting reflection layer is arranged.
  • the separating webs 7 are advantageously designed to be absorbent on the main surface 10A, which can be realized, for example, by a roughening of the main body 10 or by an absorbent coating.
  • the conversion material 16 contains phosphors, which in a
  • Matrix material can be embedded.
  • the conversion material 16 does not protrude beyond the surface 10A of the base 10. As shown in Figure 3A, a surface 16A of the conversion material 16 may be concave. As shown in FIG. 3B, the surface 16A may alternatively be planar and terminate flush with the main surface 10A of the main body 10. As shown in FIG. The conversion regions 5 accordingly have a concave or planar surface 16A.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of a
  • the depressions 11 are separated from one another by separating webs 7, which form a line on the main surface 10A.
  • the separating webs 7 thus have a width equal to zero on the main surface 10A.
  • Conversion areas 5 are interrupted on the main surface 10 by the line-like dividers 7.
  • the invention is not by the description based on the

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Abstract

Es wird eine Scheinwerfervorrichtung (1) angegeben umfassend eine Laserlichtquelle (2) zur Emission von kollimierter Primärstrahlung (3), ein Konversionselement (4) aufweisend Konversionsbereiche (5), die zur zumindest teilweisen Umwandlung der kollimierten Primärstrahlung (3) in Sekundärstrahlung (6) vorgesehen sind und im Betrieb Leuchtbereiche bilden, und Trennstege (7), welche die Konversionsbereiche (5) voneinander trennen und für die Primärstrahlung (3) und Sekundärstrahlung (6) undurchlässig sind, eine Umlenkeinrichtung (8), welche dazu vorgesehen ist, die im Betrieb von der Laserlichtquelle (2) kommende kollimierte Primärstrahlung (3) auf das Konversionselement (4) zu lenken und als Abtaststrahl (9) über Teilbereiche des Konversionselements (4) zu führen.

Description

Beschreibung
Scheinwerfervorrichtung
Es wird eine Scheinwerfervorrichtung angegeben.
Für Scheinwerferanwendungen sind Lichtquellen gewünscht, die im Betrieb Leuchtbereiche erzeugen, die sich durch eine scharfe Shutterkante mit hohem Kontrast auszeichnen. Im
Bereich der Shutterkante ist dann ein hoher hell-dunkel
Kontrast zwischen dem Leuchtbereich und angrenzenden
Bereichen vorhanden. Bei einer Lichtquelle, die sich aus mehreren LED-Chips zusammensetzt, tritt das Problem auf, dass für eine ausreichende Leuchtdichte die LED-Chips in möglichst geringem Abstand zueinander angeordnet werden sollen. Dies bringt jedoch den Nachteil mit sich, dass aufgrund von optischem Übersprechen kein hoher Kontrast erzielt werden kann .
Eine zu lösende Aufgabe besteht vorliegend darin, eine
Scheinwerfervorrichtung anzugeben, die im Betrieb
Leuchtbereiche mit scharfer Shutterkante erzeugt.
Diese Aufgabe wird durch eine Scheinwerfervorrichtung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstands sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Scheinwerfervorrichtung eine Laserlichtquelle zur Emission von kollimierter Primärstrahlung. Beispielsweise kann die Laserlichtquelle mindestens einen Laserdiondenchip umfassen, der kohärente Strahlung emittiert. Der Laserdiodenchip kann beispielsweise mit einem Halbleitermaterial gebildet sein.
Weiterhin umfasst die Scheinwerfervorrichtung ein
Konversionselement mit Konversionsbereichen, die zur
zumindest teilweisen Umwandlung der kollimierten
Primärstrahlung in Sekundärstrahlung vorgesehen sind und im Betrieb Leuchtbereiche bilden. Die Primärstrahlung weist insbesondere eine kürzere Wellenlänge auf als die
Sekundärstrahlung.
Ferner weist das Konversionselement Trennstege auf, welche die Konversionsbereiche voneinander trennen und für die Primärstrahlung und Sekundärstrahlung undurchlässig sind. Vorteilhafterweise kann durch die undurchlässigen Trennstege ein optisches Übersprechen, das so genannte Crosstalking, zwischen den Konversionsbereichen verhindert oder zumindest vermindert werden. Unter „Crosstalking" und „optischem
Übersprechen" wird hier und im Folgenden der Effekt
verstanden, dass die von einem Konversionsbereich kommende Primärstrahlung und/oder Sekundärstrahlung in einen
benachbarten Konversionsbereich gelangen und diesen zu einer unerwünschten Abstrahlung von elektromagnetischer Strahlung anregen kann.
Vorzugsweise ist das Konversionselement in einem Abstand zur Laserlichtquelle angeordnet. Das Konversionselement ist also insbesondere nicht direkt auf der Laserlichtquelle
angeordnet .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das
Konversionselement auf einem Träger angeordnet. Vorzugsweise ist der Träger als Wärmesenke ausgebildet. Insbesondere befindet sich das Konversionselement in direktem Kontakt mit dem als Wärmesenke ausgebildeten Träger. Dies ermöglicht im Betrieb eine gute Kühlung des Konversionselements, so dass keine oder nur eine geringe Verschlechterung der
Konversionseffizienz eintritt. Beispielsweise kann die
Wärmesenke aus Cu, AI oder einem Leichtmetall-Druckguss gebildet sein, der Zn, Mg oder AI enthält.
Die Scheinwerfervorrichtung umfasst außerdem eine
Umlenkeinrichtung, welche dazu vorgesehen ist, die im Betrieb von der Laserlichtquelle kommende kollimierte Primärstrahlung auf das Konversionselement zu lenken und als Abtaststrahl über Teilbereiche des Konversionselements zu führen. In anderen Worten wird, ähnlich wie bei einem Abtastverfahren eines Scanners, die von der Laserlichtquelle emittierte
Primärstrahlung mittels der Umlenkeinrichtung über
Teilbereiche des Konversionselements geführt. Es werden somit nur die Konversionsbereiche zur Strahlungsemission angeregt, über welche der Abtaststrahl geführt wird. Die Strahlführung erfolgt dabei ausreichend schnell, so dass das menschliche Auge ihr nicht folgen kann. Auf diese Weise werden
Leuchtbereiche erzeugt, die mittels einer Projektionsoptik auf die auszuleuchtende Fahrbahn projiziert werden können.
Die von der Laserlichtquelle kommende kollimierte
Primärstrahlung kann mittels der Umlenkeinrichtung über die gesamte Oberfläche des Konversionselements geführt werden. Um bestimmte Leuchtbereiche zu erzeugen, die eine gewünschte Lichtverteilung oder ein bestimmtes Leuchtmuster ergeben, kann die Laserlichtquelle beim Erreichen bestimmter
Teilbereiche ein- oder ausgeschaltet werden. Auf diese Weise kann die Scheinwerfervorrichtung pixeliertes Licht, auch „Pixellicht" genannt, aussenden, wobei jedes Pixel durch einen Leuchtbereich gebildet ist. Das Pixellicht kann auch als Matrixstrahl bezeichnet. Beispielsweise sind die einzelnen Pixel zu Zeilen und Spalten angeordnet.
Die Scheinwerfervorrichtung ist insbesondere als AFS
(adaptive front lighting System) -Scheinwerfervorrichtung in einem Fahrzeug geeignet. Das Pixellicht kann
vorteilhafterweise zur gezielten Anleuchtung von
Verkehrsschildern oder Gefahrenquellen oder als Kurvenlicht verwendet werden. Ferner kann mittels des Pixellichts der Gegenverkehr ausgeblendet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Scheinwerfervorrichtung erreicht ein Leuchtbereich eine Leuchtdichte von 50 bis 500 Mcd/m2.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform besteht ein Teilberei aus einem einzigen Konversionsbereich. Der Abtaststrahl „scannt" also einen Teilbereich, der aus einem einzigen Konversionsbereich besteht. Im Betrieb wird dann der
Abtaststrahl nacheinander über die Konversionsbereiche bewe und ausgeschaltet, wenn ein bestimmter Konversionsbereich nicht zum Leuchten gebracht werden soll.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Konversionselement einen Grundkörper und ein
Konversionsmaterial. In den Grundkörper sind Vertiefungen eingebracht, welche eine Hauptfläche des Grundkörpers unterbrechen. Ferner weist der Grundkörper Trennstege auf, welche die Vertiefungen voneinander trennen. Das
Konversionsmaterial ist in den Vertiefungen angeordnet. Die Konversionsbereiche werden durch die mit dem Konversionsmaterial versehenen Vertiefungen gebildet und sind durch die Trennstege des Grundkörpers voneinander getrennt.
Das Konversionsmaterial kann beispielsweise mittels
Sedimentation, Elektrophorese, Einrakeln oder Jetten in die Vertiefungen eingebracht werden.
Das Konversionmaterial enthält vorzugsweise Leuchtstoffe, die in ein Matrixmaterial eingebettet sein können. Das
Matrixmaterial kann nach dem Aufbringen für eine gute Haftung zwischen dem Grundkörper und den Leuchtstoffen sorgen.
Für die Leuchtstoffe kommt beispielsweise zumindest eines der folgenden Materialien in Betracht:
Mit Metallen der seltenen Erden dotierte Granate, mit
Metallen der seltenen Erden dotierte Erdalkalisulfide, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Thiogallate, mit
Metallen der seltenen Erden dotierte Aluminate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Orthosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Chlorosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Erdalkalisiliziumnitride, mit
Metallen der seltenen Erden dotierte Oxynitride, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Aluminiumoxynitride .
Vorzugsweise sind die Leuchtstoffe aus dotierten Granaten wie Ce- oder Tb-aktivierte Granate wie YAG : Ce , TAG : Ce , TbYAG : Ce gebildet . Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Primärstrahlung unkonvertiert und weist eine Wellenlänge zwischen 440 nm und 460 nm auf, die zur Anregung von YAG-Leuchstoffen besonders geeignet ist. Alternativ kann die Primärstrahlung bereits konvertiert sein, wobei mit Strahlung einer Wellenlänge von 405 nm ein Konverter anregt wird, der im sichtbaren blauen Bereich reemittiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird im Betrieb aus den Konversionsbereichen mischfarbige Strahlung ausgesandt, die sich aus der Primärstrahlung und der Sekundärstrahlung zusammensetzt. Beispielsweise kann das von der
Laserlichtquelle emittierte blaue Licht von dem
Konversionselement zumindest teilweise in grünes und/oder rotes und/oder gelbes Licht umgewandelt werden, sodass die Scheinwerfervorrichtung im Betrieb weißes Licht abstrahlt.
Die Vertiefungen des Konversionselements können die Form eines umgedrehten Kegels oder Kegelstumpfes, einer
umgedrehten Pyramide oder eines umgedrehten Pyramidenstumpfes aufweisen. Es ist auch möglich, dass die Vertiefungen
quaderförmig ausgebildet sind. Die Konversionsbereiche, die durch Befüllung der Vertiefungen mit dem Konversionsmaterial entstehen, können entsprechende Formen aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Vertiefungen matrixartig im Grundkörper angeordnet. In anderen Worten weist der Grundkörper in regelmäßigen Abständen vorkommende Vertiefungen auf, die entlang von Zeilen und Spalten
angeordnet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist mindestens eine Seitenwand der Vertiefungen reflektierend ausgebildet. Dies vermindert vorteilhafterweise Absorptionsverluste, die durch die Trennstege verursacht werden. Weiterhin können die
Trennstege an der Hauptfläche absorbierend ausgebildet sein, zum Beispiel durch eine Aufrauung des Grundkörpers oder durch eine absorbierende Beschichtung, wodurch ein optisches Übersprechen an der Hauptfläche unterdrückt werden kann.
Die "mindestens eine Seitenwand" der Vertiefung ist
insbesondere so zu verstehen, dass die Vertiefung nur eine reflektierende Seitenwand aufweist, wenn sie
rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Ist die Vertiefung drehsymmetrisch ausgebildet, weist sie insbesondere vier reflektierende Seitenflächen auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die reflektierende Seitenwand durch eine auf dem Grundkörper angeordnete
Reflexionsschicht gebildet. Die Reflexionsschicht kann eine Verspiegelung sein, die aus einem Metall oder einer
Metallverbindung gebildet ist. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Reflexionsschicht diffus reflektierend ausgebildet ist. Beispielsweise kann die Reflexionsschicht ein
reflektierendes Material wie Ti02 enthalten. Gemäß zumindest einer Ausführungsform verläuft mindestens eine Seitenwand schräg zu der Hauptfläche des Grundkörpers. Bei einer drehsymmetrischen Form der Vertiefungen weisen diese bevorzugt mindestens zwei, besonders bevorzugt vier schräg verlaufende Seitenwände auf. Die Seitenwand kann insbesondere senkrecht oder in einem Winkel kleiner als 90° zu der Hauptfläche des Grundkörpers verlaufen. Besonders bevorzugt verjüngen sich die Vertiefungen ausgehend von der Hauptfläche. In anderen Worten wird also eine
Querschnittsfläche der Vertiefungen ausgehend von der
Hauptfläche immer kleiner. Hierbei weisen die Vertiefungen mit Vorteil eine strahlformende Wirkung auf. Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält der Grundkörper ein Halbleitermaterial oder ein Metall. Im Falle eines
Metalls kann mit Vorteil auf die Reflexionsschicht verzichtet werden, wenn ein reflektierende Metall wie beispielsweise Aluminium zur Bildung des Grundkörpers verwendet wird.
Geeignete Halbleitermaterialien sind zum Beispiel Si, Ge oder GaAs . Insbesondere Si zeichnet sich durch eine gute
Wärmeleitfähigkeit aus. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Vertiefungen in den Grundkörper geätzt. Mit Vorteil werden die
Vertiefungen entlang von Kristallebenen geätzt. Zum Beispiel können die Vertiefungen in Si entlang der {111} -Ebenen geätzt werden, wobei die Seitenwände der geätzten Vertiefungen mit der Hauptfläche des Grundkörpers einen Winkel von 54.7° einschließen .
Die Querschnittsflächen der Vertiefungen, welche an der
Hauptfläche angeordnet sind, weisen mit Vorteil eine
Seitenlänge zwischen 200 ym und 1000 ym auf. Die Tiefe beträgt vorzugsweise zwischen 20 ym und 500 ym. Die zwischen den Vertiefungen angeordneten Trennstege können zwischen 0 ym und 200 ym breit sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ragt das
Konversionsmaterial nicht über die Hauptfläche des
Grundkörpers hinaus. Auf diese Weise kann mit Vorteil ein optisches Übersprechen zwischen benachbarten
Konversionsbereichen verhindert oder zumindest vermindert werden. Insbesondere schließt das Konversionsmaterial mit der Hauptfläche des Grundkörpers bündig ab oder weist eine konkave Oberfläche auf. Beispielsweise kann der Grundkörper nach dem Einbringen des Konversionsmaterials überschliffen oder überätzt werden, so dass eine plane Oberfläche entsteht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Konversionselement eine optische Vorrichtung auf, die auf dem Grundkörper angeordnet ist und die Konversionsbereiche abdeckt. Beispielsweise kann die optische Vorrichtung eine oder mehrere Antireflexionsschichten umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann die optische Vorrichtung ein Linsenarray umfassen, wobei insbesondere jedem Konversionsbereich eine Linse zugeordnet ist. Durch die mindestens eine
Antireflexionsschicht können vorteilhafterweise bei der
Strahlungsauskopplung aus dem Konversionselement auftretende Strahlungsverluste reduziert werden. Außerdem kann mittels des Linsenarrays eine Strahlungsbündelung erfolgen, die weiter zur Realisierung einer scharfen Shutterkante beiträgt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Scheinwerfervorrichtung ein optisches Element auf, das die von dem Konversionselement kommende mischfarbige Strahlung auf die Fahrbahn projiziert. Insbesondere ist das
Konversionselement im Brennpunkt des optischen Elements angeordnet. Das optische Element ist vorzugsweise auf dem Träger angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das optische
Element ein Reflektorelement, das zwischen der
Laserlichtquelle und dem Konversionselement angeordnet ist. Beispielsweise kann das Reflektorelement parabolisch
ausgebildet sein, wobei eine Viertel-Reflektor-Schale
ausreicht. Das Reflektorelement kann das Konversionselement zumindest teilweise überspannen, das heißt das
Reflektorelement ist dem Konversionselement ausgehend vom Träger zumindest an einer Seitenfläche und an einer
Hauptfläche nachgeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Reflektorelement eine Blende auf, durch welche die
Primärstrahlung im Betrieb hindurchtritt. Besonders bevorzugt ist die Umlenkeinrichtung zwischen der Laserlichtquelle und der Blende angeordnet, wobei die Umlenkeinrichtung die von der Laserlichtquelle kommende Primärstrahlung im Betrieb zur Blende lenkt. Vorteilhafterweise ist die Blende so beschaffen und angeordnet, dass mit der Laserstrahlung ausschließlich das Konversionselement ausgeleuchtet wird. Insbesondere kann die Blende zur Einstellung einer Blendenöffnung einen
Blendenverschluss aufweisen. Dieser kann zum Beispiel bei Störungen geschlossen werden und dadurch das Austreten eines unabgelenkten Strahls verhindern.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Umlenkeinrichtung mindestens einen Mikrospiegel auf. Der Mikrospiegel ist mit Vorteil um zwei Achsen schwenkbar.
Weiterhin kann die Umlenkeinrichtung eine Steuervorrichtung aufweisen, die dafür vorgesehen ist, den Mikrospiegel derart anzusteuern, dass dieser eine gewünschte räumliche Position und Ausrichtung annimmt. Insbesondere kann die
Steuervorrichtung dazu eingerichtet sein, die von der
Laserlichtquelle emittierte Primärstrahlung mittels des Mikrospiegels zeilenweise oder spaltenweise über das
Konversionselement zu lenken. Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in
Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen . Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Querschnittsansicht einer
Scheinwerfervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figur 2 eine schematische perspektivische Ansicht eines
Grundkörpers eines Konversionselements gemäß einem
Ausführungsbeispiel , Figuren 3A und 3B eine schematische Querschnittsansicht eines Konversionsbereichs gemäß verschiedener
Ausführungsbeispiele,
Figur 4 eine schematische Querschnittsansicht eines
Konversionselements gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer
Scheinwerfervorrichtung 1. Die Scheinwerfervorrichtung 1 umfasst eine Laserlichtquelle 2, welche kollimierte
Primärstrahlung 3 emittiert. Beispielsweise kann die
Laserlichtquelle 2 mindestens einen Laserdiodenchip umfassen, wobei die Laserlichtquelle 2 darauf ausgelegt ist, im Betrieb eine Strahlungsleistung von 3 Watt zu erzeugen. Die Wellenlänge der Primärstrahlung 3 liegt vorzugsweise im blauen sichtbaren Bereich. Die Primärstrahlung 3 kann
unkonvertiert sein und eine Wellenlänge zwischen 440 nm und 460 nm aufweisen. Alternativ kann die Primärstrahlung 3 bereits konvertiert sein, wobei mit Strahlung einer
Wellenlänge von 405 nm ein Konverter anregt wird, der im sichtbaren blauen Bereich reemittiert. Weiterhin umfasst die Scheinwerfervorrichtung 1 ein
Konversionselement 4, das mehrere Konversionsbereiche 5 und Trennstege 7 aufweist, welche die Konversionsbereiche 5 voneinander trennen. Die Konversionsbereiche 5 sind zur zumindest teilweisen Umwandlung der kollimierten
Primärstrahlung 3 in Sekundärstrahlung 6 vorgesehen und bilden im Betrieb Leuchtbereiche (nicht dargestellt) . Die Trennstege 7 sind für die Primärstrahlung 3 und
Sekundärstrahlung 6 undurchlässig. Vorteilhafterweise kann mittels der Trennstege 7 ein optisches Übersprechen zwischen den Konversionsbereichen 5 vermindert oder sogar verhindert werden. Dadurch kann mittels der Scheinwerfervorrichtung 1 eine scharfe Shutterkante erzielt werden. Desweiteren umfasst die Scheinwerfervorrichtung 1 eine
Umlenkeinrichtung 8, die insbesondere mindestens einen
Mikrospiegel aufweist. Weiterhin kann die Umlenkeinrichtung 8 eine Steuervorrichtung (nicht dargestellt) aufweisen, die dafür vorgesehen ist, den Mikrospiegel derart anzusteuern, dass dieser eine gewünschte räumliche Position und
Ausrichtung annimmt. Insbesondere ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, die von der Laserlichtquelle 2 emittierte Primärstrahlung 3 mittels des Mikrospiegels auf das
Konversionselement 4 zu lenken und als Abtaststrahl 9 über Teilbereiche des Konversionselements 4, die insbesondere aus einem einzelnen Konversionsbereich 5 bestehen, zu führen.
Vorzugsweise sind die Konversionsbereiche 5 matrixartig entlang von Zeilen und Spalten in einem Grundkörper 10 des Konversionselements 4 angeordnet.
Im Betrieb wird der Abtaststrahl 9 mithilfe der
Umlenkeinrichtung 8 derart über die Zeilen und Spalten des Konversionselements 4 gelenkt und gegebenenfalls unterbrochen, dass ein Muster entsteht, das als Pixellicht oder Matrixstrahl bezeichnet werden kann. Das Muster setzt sich aus den Leuchtbereichen zusammen, die durch Anregung der entsprechenden Konversionsbereiche 5 entstehen. Die Strahlung dieser Leuchtbereiche ist insbesondere eine mischfarbige Strahlung, die sich aus der Primärstrahlung 3 und
Sekundärstrahlung 6 zusammensetzt. Insbesondere erscheinen die Leuchtbereiche weiß.
Die Scheinwerfervorrichtung 1 umfasst außerdem ein optisches Element 13, das zwischen der Laserlichtquelle 2 und dem
Konversionselement 4 angeordnet ist. Das optische Element 13 ist vorzugsweise ein Reflektorelement, das die von den
Konversionsbereichen 5 kommende mischfarbige Strahlung reflektiert und die Leuchtbereiche auf eine Fahrbahn
projiziert. Insbesondere ist das Konversionselement 4 in einem Brennpunkt des optischen Elements 13 angeordnet. Das optische Element 13 ist eine parabolisch ausgebildete
Viertel-Reflektor-Schale.
Das optische Element 13 weist eine Blende 14 auf, durch welche die von der Laserlichtquelle 2 kommende
Primärstrahlung 3 im Betrieb hindurchtritt, bevor sie auf das Konversionselement 4 auftrifft. Die Umlenkeinrichtung 8 lenkt die Primärstrahlung 3 in Richtung der Blende 14 um.
Vorteilhafterweise weist die Blende 14 einen
Blendenverschluss auf, mittels welchem die Größe und Position der Blendenöffnung eingestellt werden kann. Insbesondere kann die Blende 14 im Störfall verschlossen werden, so dass keine Laserstrahlung zu einem Beobachter gelangt, wodurch eine Augensicherheit gewährleistet wird. Die Scheinwerfervorrichtung 1 umfasst weiterhin einen Träger 15, auf welchem das Konversionselement 4 angeordnet ist.
Insbesondere ist der Träger 15 als Wärmesenke, wie bereits weiter oben beschrieben, ausgebildet. Auch das optische
Element 13 ist auf dem Träger 15 angeordnet und überspannt das Konversionselement 4 ausgehend vom Träger 15 teilweise.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die
mischfarbige Strahlung in Reflexion erzeugt. Das heißt, die mischfarbige Strahlung wird nicht in Einstrahlrichtung der Primärstrahlung 3, sondern in einer anderen Richtung
abgegeben. Alternativ kann die mischfarbige Strahlung in Transmission erzeugt werden. In diesem Fall wird die
mischfarbige Strahlung in Einstrahlrichtung der
Primärstrahlung 3 abgegeben.
In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Grundkörpers 10, wie er beispielsweise in einem Konversionselement 4 der in Figur 1 gezeigten Scheinwerfervorrichtung 1 Verwendung findet, perspektivisch dargestellt. Der Grundkörper 10 ist mit matrixartig angeordneten Vertiefungen 11 versehen. Die Vertiefungen 11 unterbrechen eine Hauptfläche 10A des
Grundkörpers 10. Sie erstrecken sich von der Hauptfläche 10A in Richtung einer Rückseite 10B des Grundkörpers 10,
unterbrechen jedoch die Rückseite 10B des Grundkörpers 10 nicht. Der Grundkörper 10 umfasst weiter Trennstege 7, welche die Vertiefungen 11 voneinander trennen.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der
Grundkörper 10 aus Si. Die Vertiefungen 11 sind in den
Grundkörper 10 geätzt. Bei Si können die Vertiefungen 11 durch einen Ätzprozess entlang der { 111 } -Kristallebenen erzeugt werden, wobei Seitenwände IIA der geätzten Vertiefungen 11 in einem Winkel von 54.7° zur Hauptfläche 10A verlaufen. Die Vertiefungen 11 weisen insbesondere jeweils vier Seitenwände IIA auf, die in einem Winkel von 54.7° gegenüber der Hauptfläche 10A geneigt sind. Die Vertiefungen 11 weisen die Form eines umgedrehten Pyramidenstumpfes auf und verjüngen sich ausgehend von der Hauptfläche 10A. Sie weisen eine Querschnittsfläche auf, die ausgehend von der Hauptfläche 10A immer kleiner wird. Dadurch weisen die
Vertiefungen 11 mit Vorteil eine strahlformende Wirkung auf.
Die Querschnittsflächen der Vertiefungen 11 weisen an der Hauptfläche 10A insbesondere eine Seitenlänge zwischen 200 ym und 1000 ym auf. Die Tiefe beträgt vorzugsweise zwischen 20 ym und 500 ym. Die zwischen den Vertiefungen 11 angeordneten Trennstege 7 können zwischen 0 ym und 200 ym breit sein.
Die Seitenwände IIA sind reflektierend ausgebildet, wobei auf dem Grundkörper 10 beispielsweise eine Verspiegelung, die aus einem Metall oder einer Metallverbindung gebildet ist, oder eine diffus reflektierende Reflexionsschicht angeordnet ist.
Ferner sind die Trennstege 7 mit Vorteil an der Hauptfläche 10A absorbierend ausgebildet, was zum Beispiel durch eine Aufrauung des Grundkörpers 10 oder durch eine absorbierende Beschichtung realisiert werden kann.
Wie in den Figuren 3A und 3B gezeigt ist, wird in den
Vertiefungen 11 des Grundkörpers 10, wie er in Figur 2 dargestellt ist, ein Konversionsmaterial 16 angeordnet. Das Konversionsmaterial 16 enthält Leuchtstoffe, die in ein
Matrixmaterial eingebettet sein können. Geeignete
Leuchtstoffe sind bereits weiter oben beschrieben. Das Konversionsmaterial 16 ragt nicht über die Oberfläche 10A des Grundkörpers 10 hinaus. Wie in Figur 3A dargestellt ist, kann eine Oberfläche 16A des Konversionsmaterials 16 konkav ausgebildet sein. Wie in Figur 3B dargestellt ist, kann die Oberfläche 16A alternativ plan ausgebildet sein und mit der Hauptfläche 10A des Grundkörpers 10 bündig abschließen. Die Konversionsbereiche 5 weisen entsprechend eine konkave oder plane Oberfläche 16A auf. In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Konversionselements 4 dargestellt. Hierbei weisen die
Vertiefungen 11 die Form einer umgedrehten Pyramide auf. Die Vertiefungen 11 sind durch Trennstege 7 voneinander getrennt, die an der Hauptfläche 10A eine Linie bilden. Im
mathematischen Sinne weisen die Trennstege 7 damit an der Hauptfläche 10A eine Breite gleich Null auf. Die
Konversionsbereiche 5 sind an der Hauptfläche 10 durch die linienartigen Trennstege 7 unterbrochen. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der
Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102012112994.0, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Scheinwerfervorrichtung (1) umfassend
- eine Laserlichtquelle (2) zur Emission von kollimierter Primärstrahlung (3) ,
- ein Konversionselement (4) aufweisend Konversionsbereiche (5) , die zur zumindest teilweisen Umwandlung der kollimierten Primärstrahlung (3) in Sekundärstrahlung (6) vorgesehen sind und im Betrieb Leuchtbereiche bilden, und Trennstege (7), welche die Konversionsbereiche (5) voneinander trennen und für die Primärstrahlung (3) und Sekundärstrahlung (6)
undurchlässig sind,
- eine Umlenkeinrichtung (8), welche dazu vorgesehen ist, die im Betrieb von der Laserlichtquelle (2) kommende kollimierte Primärstrahlung (3) auf das Konversionselement (4) zu lenken und als Abtaststrahl (9) über Teilbereiche des
Konversionselements (4) zu führen.
2. Scheinwerfervorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei
ein Teilbereich aus einem einzigen Konversionsbereich (5) besteht .
3. Scheinwerfervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Konversionselement (4) umfasst
- einen Grundkörper (10) aufweisend Vertiefungen (11), welche eine Hauptfläche (10) des Grundkörpers (10) unterbrechen, und Trennstege (7), welche die Vertiefungen (11) voneinander trennen, und
- ein Konversionsmaterial (16), das in den Vertiefungen (11) angeordnet ist, wobei die Konversionsbereiche (5) durch die mit dem Konversionsmaterial (16) versehenen Vertiefungen (16) gebildet und durch die Trennstege (7) des Grundkörpers (10) voneinander getrennt sind.
4. Scheinwerfervorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei
mindestens eine Seitenwand (IIA) der Vertiefungen (11) reflektierend ausgebildet ist.
5. Scheinwerfervorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei die reflektierende Seitenwand (IIA) durch eine auf dem
Grundkörper (10) angeordnete Reflexionsschicht gebildet ist.
6. Scheinwerfervorrichtung (1) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die mindestens eine Seitenwand (IIA) schräg zu der
Hauptfläche (10A) des Grundkörpers (10) verläuft, und wobei sich die Vertiefungen (11) ausgehend von der Hauptfläche (10A) verjüngen.
7. Scheinwerfervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei
der Grundkörper (10) ein Halbleitermaterial oder ein Metall enthält .
8. Scheinwerfervorrichtung (1) nach Anspruch 7, wobei
der Grundkörper (10) Si, Ge, GaAs oder AI enthält.
9. Scheinwerfervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei das Konversionsmaterial (16) nicht über die
Hauptfläche (10A) des Grundkörpers (10) hinausragt.
10. Scheinwerfervorrichtung (1) nach Anspruch 9, wobei das Konversionsmaterial (16) mit der Hauptfläche (10A) des Grundkörpers (10) bündig abschließt oder eine konkave
Oberfläche (16A) aufweist.
11. Scheinwerfervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ein optisches Element (13) aufweist, wobei das Konversionselement (4) im Brennpunkt des optischen Elements (13) angeordnet ist.
12. Scheinwerfervorrichtung (1) nach Anspruch 11, wobei das optische Element (13) ein Reflektorelement ist, das zwischen der Laserlichtquelle (2) und dem Konversionselement (4) angeordnet ist und eine Blende (14) aufweist, durch welche die Primärstrahlung (3) im Betrieb hindurchtritt.
13. Scheinwerfervorrichtung (1) nach Anspruch 12, wobei die Umlenkeinrichtung (8) zwischen der Laserlichtquelle (2) und der Blende (14) angeordnet ist und die von der
Laserlichtquelle (2) kommende Primärstrahlung (2) im Betrieb zur Blende (14) lenkt.
14. Scheinwerfervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Umlenkeinrichtung (8) mindestens einen Mikrospiegel aufweist.
15. Scheinwerfervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Scheinwerfervorrichtung (1) Pixellicht aussendet, und wobei jedes Pixel durch einen Leuchtbereich gebildet ist.
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