WO2017097504A1 - Lichterzeugung mit leuchtdiode und laser - Google Patents

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WO2017097504A1
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generating device
primary
laser
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Krister Bergenek
Jörg SORG
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Osram GmbH
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    • H10H20/8511—Wavelength conversion means characterised by their material, e.g. binder
    • H10H20/8512—Wavelength conversion materials
    • H10H20/8513—Wavelength conversion materials having two or more wavelength conversion materials

Definitions

  • the invention relates to a light-generating device comprising at least one light-emitting diode with a first primary light-emitting semiconductor layer and having a phosphor layer which is arranged on the semiconductor layer, and having at least one laser for generating at least one laser beam from a second primary light, by means of which the phosphor layer can be irradiated, which phosphor layer for at least partially converting the first primary light into at least a first
  • Secondary light and at least partially converting the second primary light is formed in at least a second secondary light.
  • the invention also relates to a
  • Headlamp at least one such item
  • Light generating device has.
  • the invention also relates to a vehicle which has at least one such
  • Light generating device has.
  • the invention further relates to a method for emitting light from a
  • a phosphor layer of a light emitting diode wherein a first side of the phosphor layer by means of a first
  • emissive semiconductor layer is irradiated and simultaneously or sequentially a second side of the
  • Phosphor layer is irradiated by means of a second primary light emitted by at least one laser.
  • the first side of the phosphor layer is hereinafter also referred to as the rear side of the phosphor layer, and the second side of the phosphor layer is also referred to below as the front side of the phosphor layer.
  • the invention is particularly useful for vehicle lighting,
  • DE 10 2011 088 791 B3 discloses a lighting unit with a phosphor element, which is provided with a first
  • Pump light source is operated in transmission and emits light converted at a radiating surface.
  • the phosphor element is additionally illuminated on the emission surface, ie operated in reflection, which increases the amount of converted light.
  • US 2014/0340869 A1 discloses a solid state illumination system in which a light source module comprises a first light source comprising a light emitting diode and a light source
  • the LED emits a wavelength in a first absorption band of the phosphor layer to a broadband light emission with longer
  • Phosphor layer generated.
  • simultaneous laser pumping of the phosphor layer increases the light emission of the phosphor, thus causing high brightness emission, e.g. in green, yellow or
  • amber spectral ranges Other modules that provide emission at other wavelengths, e.g. In the UV and near UV spectral ranges as well as dichroic beam splitters / combiners enable an efficient, compact, high brightness reaching illumination system, suitable for fluorescence imaging and analysis.
  • Light generating device comprising at least one
  • Light-emitting diode having a semiconductor layer emitting a first primary light and having a phosphor layer which is arranged on the semiconductor layer, and at least one laser for generating at least one laser beam from a second primary light by means of which the phosphor layer can be irradiated, which phosphor layer for at least partially converting the first primary light in at least a first secondary light and for at least partially converting the second primary light into at least a second one
  • Light generating device is adapted to the
  • Fluorescent layer by means of the second primary light to be illuminated dynamically or temporally variable.
  • the entire phosphor layer can be irradiated by the first primary light generated by the semiconductor layer, so that advantageously a comparatively large-area, homogeneous light emission from the phosphor layer can be produced with the associated mixed light.
  • This "LED mode” also offers a high luminance (in the
  • the phosphor layer is arranged on the semiconductor layer, it can be irradiated with the first primary light on the rear side, that is to say on its first side facing the semiconductor layer, which is also referred to as the rear side.
  • Variable illumination with the second primary light may also be the total of the light generating device
  • Phosphor layer as a conversion layer of an LED and as a phosphor body for laser excitation so the advantages of both types of excitation can be combined.
  • the phosphor layer is irradiated by the first primary light on its rear side and by the second primary light on its front side, a corresponding heat is advantageously applied to different regions of the light source
  • Light generating device is particularly compact implemented.
  • the light generating device may also be referred to as a hybrid light generating device or as a hybrid light source.
  • the light-emitting diode can be present as an LED chip.
  • the light-emitting diode may be a thin-film light-emitting diode.
  • the light-emitting diode may be a flip-chip LED.
  • Light-emitting diode or its housing or package may be an SMD component.
  • the semiconductor layer may comprise one or in particular also a plurality of layers of semiconductor material, wherein at least two adjacent layers of different Semiconductor material can exist.
  • the semiconductor layer can thus also be formed as a semiconductor layer stack.
  • the semiconductor layers can z. Epitaxially
  • the semiconductor material has a high thermal conductivity of, for example, about 130 / (m-K).
  • the light-emitting diode can be attached to a housing or package or to a printed circuit board
  • Low thermal resistance material e.g., by means of a TIM [Thermal Interface] material
  • soldering or by sintering The light-emitting diode can be arranged, for example, on a leadframe or leadtrace or on a ceramic substrate.
  • the phosphor layer can also be referred to as a conversion layer.
  • the phosphor layer may have been deposited on the emissive semiconductor layer or previously prepared and then on the semiconductor layer
  • a ceramic phosphor element with a monocrystalline ceramic, a polycrystalline (single-phase or polyphase) ceramic or a combination of monocrystalline phosphor elements with scattering layers can be used as the phosphor layer.
  • the ceramic phosphor element may e.g. in the form of a platelet. It may in particular be glued.
  • As a material of the phosphor layer may also be a with
  • Fluorescent particles filled glass matrix are used, which have been compressed by temperature or by temperature and pressure.
  • As the material of the phosphor layer and at least one phosphor powder can be used by a
  • Binder matrix is held together.
  • the binder matrix can be made, for example, from: silicone; Silicone, epoxy, acrylic,
  • Polyurethane hybrid materials in particular based on SiO 2 or siloxane (s) and / or silazane (s) exist.
  • the phosphor layer can also be a deposited
  • Thin-film phosphor layer can be used.
  • the deposition may e.g. directly on the chip or on an auxiliary carrier - for example made of glass, sapphire, polycrystalline
  • the phosphor layer can be prepared by means of a suitable
  • Interface materials such as silicone or glass on a - in particular designed as an LED chip - LED are mounted as such.
  • subcarriers on which the phosphor layer has been applied can be mounted on the light emitting diode as such by means of suitable interface materials. It is also possible to separate the phosphor layer by an air gap of the light-emitting diode as such.
  • the first primary light may be, for example, blue light. The first primary light, for example, by the
  • Phosphor layer for example, comprising a yellow yttrium-aluminum garnet: cerium (YAG: Ce) phosphor, at least partially converted to yellow first secondary light.
  • YAG Ce
  • the surface of the phosphor layer can thereby be a mixed light of the first primary light, which has passed through the phosphor layer without wavelength conversion, and the first
  • Secondary light are generated, e.g. a yellow-blue or
  • Such a light-emitting diode chip can in particular be a surface radiator.
  • the first mixed light thus produced can be used in particular for applications in the automotive industry, for example as a light source of a
  • Headlamps for high and low beam designed to have a color locus within the white field of the corresponding ECE standard.
  • the second emitted by the laser - e.g. blue - primary light is at least partially converted by the phosphor layer into the second - e.g. yellow - secondary light.
  • a mixed light of the second primary light and the second secondary light can also be produced thereby, e.g. a yellow-blue or white mixed light.
  • the first and the second primary light as well as the first and the second secondary light can be radiated from the phosphor layer proportionally.
  • This principle can be extended to other lasers with third, fourth, etc. primary light and to third, fourth, etc. secondary light.
  • Automotive industry for example, as a light source of a
  • Front headlamps for high and low beam be provided and in each case or together have a color locus, which lies within a white field of the corresponding ECE standard.
  • the light generating device may do so
  • the phosphor layer will change shape and / or size and / or position.
  • At least one movable mirror in particular for the dynamic deflection of the associated laser beam, can be arranged between the at least one laser and the phosphor layer that can be irradiated therefrom.
  • Luminescent layer is movable.
  • the phosphor layer is therefore scanning by means of at least one laser beam
  • a sweeping of the phosphor layer can be understood with a laser beam. This is a through a specific laser beam on the front of the
  • Fluorescent layer movable laser beam can (in addition to or alternatively to the LED lighting) dynamic
  • Laser beam generated spot on the phosphor layer is for a high resolution advantageously much smaller than the surface of the phosphor layer.
  • Fluorescent layer allows locally much higher peak luminance (of more than 1000 cd / mm 2 ) at the same time high spatial resolution and high
  • Embodiment of at least one mirror scanner being arranged between the at least one laser and the phosphor layer which can be irradiated therefrom.
  • the mirror scanner has at least one movable mirror for dynamically deflecting the associated laser beam on the phosphor layer.
  • the at least one movable mirror may comprise at least one rotating mirror and / or at least one resonantly reciprocating mirror.
  • deflection may either deflect a mirror in two directions (e.g.
  • Microscanners or two orthogonally rotatable standing mirrors are used, over which the laser beam
  • Phosphor layer can be implemented with high local and temporal resolution with high efficiency.
  • the web can e.g. a line-shaped or column-shaped path, a Lissaj ous figure or any other track.
  • the web can be an open or closed web.
  • the train can be one
  • Railway section or may be more than one another
  • a scan frequency may e.g. 100 Hz to 2300 Hz or even more.
  • the phosphor layer can therefore be illuminated dynamically via a surface light modulator. It can by the
  • Area modulator individual subareas of a Beam cross section of the at least one laser beam are selectively blocked.
  • Area light modulator is a reflective area modulator, e.g. a micromirror field.
  • the micromirror array has many movable mirrors for dynamically deflecting the
  • associated laser beam and in particular optionally as a useful light to a predetermined position on the
  • Micromirror field can therefore be a laser beam, which partially or total area incident on him, modulated by the adjustable position of the micromirrors and provided on
  • Regions of the phosphor layer are reflected.
  • a static surface lighting can be generated, on the other hand, but also a temporally and locally
  • Be realized light distribution for example, if by an approximately central irradiation of the surface of the
  • Phosphor layer is a bright spot to be generated, for example, serves as a high beam or additional high beam and for a given period of time (eg on the order of seconds or minutes) locally unchanged and / or time in the power density should be unchanged and thus a special case of dynamic lighting represents. Should only be a spatially static and only temporally
  • changing irradiation of the surface of the phosphor layer may be provided, it is sufficient to direct the laser beam by means of a fixed optics on the intended surface area.
  • the micromirror field for example, a Digital Mirror Device (DMD) from the company Texas Instruments or a one- or two-dimensional MEMS (micro-electrical-mechanical system) or MOEMS (micro-optical-electrical-mechanical system) or a LCoS (Liquid Crystal on MMD).
  • DMD Digital Mirror Device
  • MOEMS micro-optical-electrical-mechanical system
  • LCoS Liquid Crystal on Liquid Crystal
  • Area light modulators such as an LCD (Liquid Crystal Display) can be used.
  • the at least one movable mirror forms part of a micromechanical system or MEMS system.
  • a micromechanical system is particularly compact and insensitive.
  • This variation can e.g. by adjusting an amplitude of an operating signal for operating the at least one laser and / or by varying a pulse width in a pulsed laser.
  • At least one laser beam or the associated second primary light can be dimmed.
  • the illumination of the phosphor layer can be locally or locally dynamic.
  • the temporal variation of the laser power may be combined with a local variation of the luminous spot generated by the second primary radiation, but it is not needed.
  • this embodiment also includes that a firm on the
  • Front of the phosphor layer directed laser beam is variable only in terms of its power or brightness. It is another embodiment that at least one
  • Laser beam is movable over a plurality of light-emitting diodes. This makes it easy to use with simple means
  • the plurality of light-emitting diodes have respective phosphor layers, because such a development is produced by default
  • individual light-emitting diodes can be built particularly inexpensive.
  • Light generating device has a plurality of individually controllable LEDs. This results in the advantage that the light emission pattern can also be locally resolved at the LED level, in particular like a pixel. Thus, it may be possible to dispense with the activation of a laser for certain Lichtabstrahlmuster. Several LEDs can do this
  • the LEDs may be LED chips.
  • at least one light-emitting diode can be used, which has a plurality of individually controllable, in particular individually activatable, light segments.
  • first primary light and the second primary light have a different wavelength. This can be a particularly large selection of
  • the wavelength of the second primary light may be 440 nm or 405 nm.
  • Primary light have a same wavelength.
  • the phosphor layer may be a mixture of a first
  • Secondary light particularly efficiently converts, and a second phosphor, which converts the second primary light into the second secondary light particularly efficient, be.
  • first secondary light and the second secondary light have the same wavelength. This gives the advantage of having a common phosphor that passes both through the first and through the second
  • Primary light is excitable, can be used, whereby the phosphor layer is easier to produce. It is also an embodiment that the
  • Phosphor layer of at least one light emitting diode optionally by the first primary light and the second primary light can be irradiated simultaneously or only by the first
  • an illumination frequency can be at least 25 Hz, in particular at least 50 Hz, in particular at least 100 Hz, in particular at least 200 Hz.
  • the illumination frequency may indicate how many individual illuminations of the phosphor layer with the first primary light and the second primary light or many illuminations of the phosphor layer can be performed with a pair of the first primary light and the second primary light per second.
  • an illumination frequency of 100 Hz may mean that the phosphor surface has been alternately illuminated 50 times by the first primary light and 50 times by the second primary light in one second.
  • the light generating device can thus basically in three different basic modes or modes
  • the phosphor layer can be at least one
  • LEDs are only to be irradiated with the first primary light ("LED mode") -
  • the (pure) LED mode can provide a particularly large-area and uniform light emission pattern with low light-emitting diode exposure. LED operation supports a particularly long service life and is cost-effective.
  • the phosphor layer can be at least one
  • the LED can only be irradiated with the second primary light (“laser operation”) -
  • the (pure) laser operation can provide an individually adapted light emission pattern with high spatial resolution, high contrast and high luminance.
  • the phosphor layer can be at least one
  • LED are irradiated with the first primary light and simultaneously with the second primary light ("hybrid operation").
  • hybrid operation a part of the front side or even the entire front side of the phosphor layer can be irradiated with the laser light or the second primary light.
  • the phosphor layer can also be irradiated with light that is not converted by the phosphor layer.
  • the phosphor layer can be used for such light e.g. serve as a scattering volume or as a diffuse reflector.
  • the irradiation with such a light has the advantage that the radiated mixed light more
  • Color components can be admixed, e.g. for changing the light color or the color locus of the total emitted light.
  • Reflection surface not only likes the first primary light radiated backwards from the semiconductor layer, but also backward emitted light and / or second primary light from the phosphor layer (ie, back to the front)
  • the reflection surface may e.g. for thin-film LED chips as one in close proximity to the semiconductor layer
  • reflective surface also referred to as “rear side mirror” of the associated LED chip to be formed.
  • an LED chip with a thin sapphire substrate may be mounted on a highly reflective substrate and covered by a phosphor layer.
  • the highly reflective substrate thus provides the reflection surface.
  • Laser beam is designed so that an expansion of a luminous spot generated on the phosphor layer by a laser beam not more than 40%, in particular not more than 30%, in particular not more than 20%, in particular not more than 10%, in particular not more than 5% , measures a corresponding extent of the phosphor layer.
  • the shape of the spot may be e.g. be round or oval.
  • a diameter of the light spot a Have an extent of not more than 50%, in particular not more than 20%, in particular not more than 10%,
  • Phosphor layer corresponds.
  • the shape and / or size of the spot may be fixed or variable. With variable shape and / or size of the spot, e.g. one between the associated
  • At least one laser and the phosphor layer at least one beam shaping optics, e.g. at least one lens.
  • the at least one laser may be arranged on the same substrate or leadframe as the at least one
  • the object is also achieved by a headlamp, comprising at least one light-generating device as described above.
  • the headlight can be analogous to the
  • Light generating device may be formed and gives the same advantages.
  • the headlamp can be operated in three basic modes:
  • the headlight can be used, for example, to areas in front of a vehicle
  • the pure LED operation can e.g. used when there is no risk of dazzling other road users (oncoming vehicles, pedestrians, etc.) or animals.
  • the headlight can be used, for example, to target areas in front of a vehicle exclude lighting or attenuate the lighting that would otherwise be dazzled, such as areas where other road users are located.
  • hybrid operation for example, in addition to the light emission pattern generated by the LED operation by the laser operation subregions with a particularly high luminance
  • a central or external region of the phosphor layer could be illuminated by scanning by means of the high-intensity laser beam.
  • Phosphor layer may e.g. be a cornering light function.
  • the light-generating device may for example be arranged downstream of a DLP area light modulator, which throws the light generated by the light generating device directly or via a projection optics on the road.
  • Basic brightness can be used and edge areas only in case of need (eg when cornering) in addition by Laser radiation in hybrid operation are illuminated (for
  • the headlight can therefore in particular in all three
  • Phosphor layer are irradiated with the associated laser light or second primary light to produce a particularly bright and large-area Lichtabstrahlmuster.
  • the headlamp may have an outcoupling optics for coupling out the light generated by means of the at least one (in particular exactly one) light generating device, e.g. in an area in front of the vehicle.
  • the coupling-out optics is in particular designed such that a starting position of a radiated light beam on the phosphor layer
  • the outcoupling optics is advantageously the same for the first mixed light and for the second mixed light.
  • the headlight can be a vehicle headlight
  • the vehicle can be a motor vehicle (car, truck, bus, motorcycle, construction vehicle, etc.), a
  • the headlight can also be a spotlight for stage lighting, effect lighting, etc.
  • the headlamp makes possible a particularly inexpensive and durable implementation of an AFS (Adaptive Front Lighting System) headlamp or ADB
  • the object is also achieved by a vehicle having at least one light generating device as above
  • the vehicle can be analogous to the
  • the vehicle may be a motor vehicle (e.g., a car such as a passenger car, truck, bus, etc. or a motorcycle), a railroad, a watercraft (e.g., a boat or a ship), or an aircraft (e.g., an airplane or a helicopter).
  • a motor vehicle e.g., a car such as a passenger car, truck, bus, etc. or a motorcycle
  • a railroad e.g., a boat or a ship
  • an aircraft e.g., an airplane or a helicopter
  • the vehicle has at least one sensor and the vehicle is set up, the phosphor layer depending on at least one
  • a vehicle may change its light emission pattern in response to particular external conditions.
  • the sensor can have a camera sensitive in the visible spectral range and / or in the infrared and / or ultraviolet spectral range, by means of which image recognition can be performed on specific objects such as other road users (vehicles and / or pedestrians, etc.) or animals.
  • Refresh rate for example, up to 400 Hz or even more, to respond to external influences particularly fast. That through the camera
  • the Lichtabstrahlmuster can then be varied so that the particular objects no longer or with a lower brightness are illuminated.
  • the sensor can also be, for example, a range finder, a proximity sensor, a speedometer, etc., for example based on radar, laser or lidar.
  • the headlamp can be used as an AFS or ADB headlamp.
  • Emitting light from a phosphor layer of a light-emitting diode in which a first side of the phosphor layer is irradiated by means of a first primary light, which is generated by a semiconductor layer emitting the first primary light, and at the same time a second side of the
  • Phosphor layer is irradiated by means of a second primary light emitted by at least one laser scanning.
  • Fig.l shows a sectional view in side view a
  • FIG. 2 shows a top view of a phosphor layer of a
  • FIG. 3 shows a top view of the phosphor layer of FIG
  • FIG. 4 shows a plan view of the phosphor layer of FIG.
  • Fig.l shows a sectional side view of a sketch of a light generating device 1, the e.g. may form part of a headlamp S of a passenger car K.
  • the light-generating device 1 has a light-emitting diode 2, which has a thin-film LED 3 with a phosphor layer 4 applied thereon.
  • the thin-film LED 3 has a substrate layer 5, a reflective layer 6 ("backside mirror") disposed thereon, and one on the
  • Reflecting layer 6 arranged semiconductor layer 7.
  • the semiconductor layer 7 is formed as a semiconductor layer stack and emits first primary light PI having a first primary light wavelength, e.g. blue light.
  • the first primary light PI is partially radiated surface, so that one of the semiconductor layer 7 facing back of the phosphor layer 4 is uniformly and over the entire surface illuminated.
  • First primary light PI emitted in the direction of the substrate layer 5 is reflected back by the reflective layer 6 arranged on the substrate layer 5 and then likewise at least partially reaches the
  • the first primary light PI is partially converted into secondary light Sl of a first secondary light wavelength ("PI ->Sl").
  • the first secondary light Sl may be, for example, yellow light.
  • the first secondary light Sl is, together with the unconverted portion of the first primary light PI, as the first mixed light PI, Sl (for example, as a white mixed light) of one, of the semiconductor layer. 7
  • the mixed light PI, Sl arrives at a
  • Discharge optics 9 the mixed light PI, Sl from the
  • Light generator 1 or from the headlight S decouples, e.g. in an area in front of a vehicle or on a stage.
  • the light-emitting diode 2 rests with its substrate layer 5 on a printed circuit board 10 or a lead frame of a package, to which (s) also heat generated at the light-emitting diode 2 H
  • the light generating device 1 further has
  • the laser illumination unit 11 for emitting at least one laser beam L from the second primary light P2.
  • the laser illumination unit 11 has one or more lasers 12 (eg laser diodes) which emit the second primary light P2 emitted by them through a collimating optical system 13 onto a MEMS scanning system 14 ("MEMS mirror scanner") which has at least one movable deflection mirror (FIG. o. Fig.)
  • MEMS scanning system 14 is adapted to the at least one incident laser beam L or the
  • Front 8 of the phosphor layer 4 to judge, so that there is a moving over the front 8 spot light F of the second primary light P2 results.
  • Luminous spot F is much smaller than a plane Expansion of the phosphor layer 4, for example, in one direction only 10% so large. The position of the light spot F on the
  • Front 8 of the phosphor layer 4 can therefore be varied over time.
  • the light spot F on the surface on the front side 8 of the phosphor layer 4 can draw a path.
  • the spot F becomes the second
  • Primary light P2 partially in second secondary light S2
  • the second secondary light S2 may be e.g. be yellow light.
  • the second secondary light S2 is combined with the unconverted portion of the second
  • Primary light P2 as the second mixed light P2, S2 (for example, as a white mixed light) from the front side 8 of FIG
  • the second mixed light P2, S2 then also passes to the outcoupling optics 9, which also the second mixed light P2, S2 from the
  • the collimation optics 13 can be fixed or variably adjustable.
  • the variable adjustability of the collimating optics 13 can be used, for example, for beam shaping, e.g. to
  • Laser beam L are radiated through this gap on the phosphor layer 4, possibly at an oblique angle of incidence to a normal vector of the surface 8.
  • the at least one laser beam L are irradiated through the coupling-out optics 9 on the phosphor layer 4 (o. Fig.).
  • the coupling-out optics 9 has a reflector (not shown)
  • the at least one laser beam L can be radiated onto the phosphor layer 4 through a hole in the reflector. This hole can be kept small due to the small beam diameter of the laser beam L.
  • the first primary light PI and the second primary light P2 may have the same or a different wavelength
  • Secondary light S2 may be the same or one
  • the laser lighting unit 11 is at the same
  • Printed circuit board 10 arranged as the LED 2.
  • FIG. 2 shows a plan view of the phosphor layer 4 of FIG
  • Light-emitting diode 2 in an operating mode of a pure LED operation, in which the phosphor layer 4 is irradiated only by the first primary light PI.
  • the phosphor layer 4 is irradiated only by the first primary light PI.
  • FIG. 3 shows a top view of the phosphor layer 4 of FIG
  • Light emitting diode 2 in an operating mode of a pure laser operation, in which the phosphor layer 4 only by the Laser beam L and the second primary light P2 is irradiated.
  • the light spot F by means of the MEMS scanning system 14 on the front side 8 on the surface of
  • Luminescent layer 4 abfahren or on the surface
  • FIG. 4 shows a top view of the phosphor layer 4 of FIG.
  • LED 2 in a hybrid mode of operation, in which the phosphor layer 4 both by the first primary light PI and - at least partially - simultaneously by the
  • the phosphor layer 4 can optionally in one of
  • Operating modes are operated.
  • the operating modes can alternate in time sequentially.
  • the intensity or brightness of the at least one laser beam L can be varied (eg, dimmed) to an even greater variation of the light emission pattern E2 or E3 or reach M2 and M3.
  • This variation can be achieved, for example, by adjusting an amplitude of an operating signal for
  • Fig. 5 shows a light generating device 15, e.g. a headlight S, in which the at least one laser beam L is movable over a plurality of light-emitting diodes 2 or their phosphor layers 4. So can a particularly large area
  • Light emission pattern El, E2 or E3 of the plurality of LEDs 2 can be achieved.
  • the light-emitting diodes 2 can be operated independently in the respective operating modes, e.g. a light-emitting diode 2 in pure LED mode, a
  • LED 2 in pure laser mode and a light emitting diode 2 in hybrid mode.
  • the LEDs 2 is followed by a common secondary optics 9. Alternatively or additionally, the
  • LEDs 2 are followed by a respective secondary optics.
  • the light emitting diodes 2 can be individually controlled, e.g. individually generate the first primary light El independently of the other light-emitting diodes 2.
  • a plurality of light emitting diodes 2 may be provided, each with associated laser illumination units 11 be.
  • the LEDs 2 may be followed by a common secondary optics 9, or it may be the
  • LEDs 2 are followed by a respective secondary optics.
  • a number may include exactly the specified number as well as a usual tolerance range, as long as this is not explicitly excluded.

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Abstract

Eine Lichterzeugungsvorrichtung (1) weist mindestens eine Leuchtdiode (2) mit einer ein erstes Primärlicht (P1) emittierenden Halbleiterschicht (7) und mit einer Leuchtstoffschicht (4), die auf der Halbleiterschicht (7) angeordnet ist, und mindestens einen Laser (12) zum Erzeugen mindestens eines Laserstrahls (L) aus einem zweiten Primärlicht (P2), mittels dessen die Leuchtstoffschicht (4) bestrahlbar ist, auf, welche Leuchtstoffschicht (4) zum zumindest teilweise Umwandeln des ersten Primärlichts (P1) in mindestens ein erstes Sekundärlicht (S1) und zum zumindest teilweise Umwandeln des zweiten Primärlichts (P2) in mindestens ein zweites Sekundärlicht (S2) ausgebildet ist, wobei die Lichterzeugungsvorrichtung (1) dazu eingerichtet ist, die Leuchtstoffschicht (4) mittels des zweiten Primärlichts (P2) dynamisch zu beleuchten. Ein Scheinwerfer (S) weist mindestens eine solche Lichterzeugungsvorrichtung (1) auf. Ein Fahrzeug weist mindestens eine solche Lichterzeugungsvorrichtung (1) auf. Ein Verfahren dient zum Abstrahlen von Licht von einer Leuchtstoffschicht (4) einer Leuchtdiode (2). Die Erfindung ist besonders vorteilhaft nutzbar zur Fahrzeugbeleuchtung, Bühnenbeleuchtung oder Effektbeleuchtung.

Description

LICHTERZEUGUNG MIT LEUCHTDIODE UND LASER BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft eine Lichterzeugungsvorrichtung, aufweisend mindestens eine Leuchtdiode mit einer ein erstes Primärlicht emittierenden Halbleiterschicht und mit einer Leuchtstoffschicht , die auf der Halbleiterschicht angeordnet ist, und aufweisend mindestens einen Laser zum Erzeugen mindestens eines Laserstrahls aus einem zweiten Primärlicht, mittels dessen die Leuchtstoff schicht bestrahlbar ist, welche Leuchtstoffschicht zum zumindest teilweisen Umwandeln des ersten Primärlichts in mindestens ein erstes
Sekundärlicht und zum zumindest teilweise Umwandeln des zweiten Primärlichts in mindestens ein zweites Sekundärlicht ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft auch einen
Scheinwerfer, der mindestens eine solche
Lichterzeugungsvorrichtung aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, das mindestens eine solche
Lichterzeugungsvorrichtung aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Abstrahlen von Licht von einer
Leuchtstoffschicht einer Leuchtdiode, bei dem eine erste Seite der Leuchtstoffschicht mittels eines ersten
Primärlichts, das von einer das erste Primärlicht
emittierenden Halbleiterschicht erzeugt wird, bestrahlt wird und gleichzeitig oder sequenziell eine zweite Seite der
Leuchtstoffschicht mittels eines von mindestens einem Laser abgestrahlten zweiten Primärlichts scannend bestrahlt wird. Die erste Seite der Leuchtstoffschicht wird nachstehend auch als Rückseite der Leuchtstoffschicht bezeichnet und die zweite Seite der Leuchtstoffschicht wird nachstehend auch als Vorderseite der Leuchtstoffschicht bezeichnet. Die Erfindung ist insbesondere nutzbar zur Fahrzeugbeleuchtung,
Bühnenbeleuchtung oder Effektbeleuchtung. DE 10 2011 088 791 B3 offenbart eine Beleuchtungseinheit mit einem Leuchtstoffelement, das mit einer ersten
Pumplichtquelle in Transmission betrieben wird und an einer Abstrahlfläche konvertiertes Licht abgibt. Mit einer zweiten Pumplichtquelle wird das Leuchtstoffelement zusätzlich an der Abstrahlfläche beleuchtet, also in Reflexion betrieben, was die Menge an konvertiertem Licht erhöht.
US 2014/0340869 AI offenbart ein Festkörper- Beleuchtungssystem, bei dem ein Lichtquellenmodul eine erste Lichtquelle, umfassend eine Leuchtdiode und eine
Leuchtstoffschicht , aufweist, wobei die LED eine Wellenlänge in einem ersten Absorptionsband der Leuchtstoffschicht emittiert, um eine Breitbandlichtemission mit längeren
Wellenlängen des Leuchtstoffs zu erzeugen, und eine zweite Lichtquelle aufweist, die eine Laseremission mit einer zweiten Wellenlänge in der Absorptionsbande des
Leuchtstoffschicht erzeugt. Während des Betriebs der LED erhöht gleichzeitiges Laserpumpen der Leuchtstoffschicht die Lichtemission des Leuchtstoffs und bewirkt so eine Emission mit hoher Helligkeit, z.B. in grünen, gelben oder
bernsteinfarbenen Spektralbereichen. Weitere Module, die Emission bei anderen Wellenlängen bereitzustellen, z.B. in den UV- und nahen UV-Spektralbereiche sowie dichroitische Strahlteiler / Kombinierer ermöglichen eine effiziente, kompakte, hohe Helligkeit erreichende Beleuchtungssystem, geeignet für die Fluoreszenz-Bildgebung und Analyse.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine Beleuchtungsvorrichtung bereitzustellen, mit der eine besonders vielseitige Lichtverteilung bei gleichzeitig langer Lebensdauer in kompakter Bauweise erzeugt werden kann. Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen
Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind
insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar. Die Aufgabe wird gelöst durch eine
Lichterzeugungsvorrichtung, aufweisend mindestens eine
Leuchtdiode mit einer ein erstes Primärlicht emittierenden Halbleiterschicht und mit einer LeuchtstoffSchicht , die auf der Halbleiterschicht angeordnet ist, und mindestens einen Laser zum Erzeugen mindestens eines Laserstrahls aus einem zweiten Primärlicht, mittels dessen die LeuchtstoffSchicht bestrahlbar ist, welche LeuchtstoffSchicht zum zumindest teilweise Umwandeln des ersten Primärlichts in mindestens ein erstes Sekundärlicht und zum zumindest teilweise Umwandeln des zweiten Primärlichts in mindestens ein zweites
Sekundärlicht ausgebildet ist, wobei die
Lichterzeugungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, die
LeuchtstoffSchicht mittels des zweiten Primärlichts dynamisch oder zeitlich veränderlich zu beleuchten.
Insbesondere ist durch das von der Halbleiterschicht erzeugte erste Primärlicht die gesamte LeuchtstoffSchicht bestrahlbar, so dass mit dem zugehörigen Mischlicht vorteilhafterweise eine vergleichsweise großflächige, homogene Lichtabstrahlung von der LeuchtstoffSchicht erzeugbar ist. Dieser "LED- Betrieb" bietet zudem eine hohe Leuchtdichte (in der
Größenordnung von etwa 100 cd/mm2) zu attraktiven Kosten und ist besonders langlebig. Dadurch, dass die LeuchtstoffSchicht auf der Halbleiterschicht angeordnet ist, ist sie rückseitig , das heißt, an ihrer der Halbleiterschicht zugewandten ersten Seite, die auch als Rückseite bezeichnet wird, mit dem ersten Primärlicht bestrahlbar. Durch die zeitlich
veränderliche Beleuchtung mit dem zweiten Primärlicht kann auch das insgesamt von der Lichterzeugungsvorrichtung
abgestrahlte Lichtabstrahlmuster mit einfachen Mitteln und mit hoher Geschwindigkeit oder Dynamik erheblich variiert werden. So können besonders vielseitige und insbesondere auch an externe Ereignisse angepasste Lichtabstrahlmuster
bereitgestellt werden. Durch eine hybride Nutzung der
LeuchtstoffSchicht als Konversionsschicht einer LED und als Leuchtstoffkörper zur Laseranregung können also die Vorteile beider Anregungsarten kombiniert werden.
Da die LeuchtstoffSchicht durch das erste Primärlicht an ihrer Rückseite und durch das zweite Primärlicht an ihrer Vorderseite bestrahlt wird, wird vorteilhafterweise eine entsprechende Wärme an unterschiedlichen Bereichen der
LeuchtstoffSchicht erzeugt. Dies ermöglicht
vorteilhafterweise eine höhere gesamte Anregungsleistung ohne dass Sättigungseffekte (z.B. eine geringere
Umwandlungseffizienz aufgrund einer höheren Temperatur und/oder Anregungsdichte) in der LeuchtstoffSchicht
auftreten . Zudem ergibt sich der Vorteil, dass diese
Lichterzeugungsvorrichtung besonders kompakt umsetzbar ist. Die Lichterzeugungsvorrichtung kann auch als eine Hybrid- Lichterzeugungsvorrichtung oder als eine Hybrid-Lichtquelle bezeichnet werden.
Die Leuchtdiode kann als LED-Chip vorliegen.
Die Leuchtdiode kann eine Dünnfilm-Leuchtdiode sein. Die Leuchtdiode kann eine Flip-Chip-Leuchtdiode sein. Die
Leuchtdiode oder ihr Gehäuse oder Package kann ein SMD- Bauteil sein.
Die Halbleiterschicht kann eine oder insbesondere auch mehrere Lagen aus Halbleitermaterial aufweisen, wobei zumindest zwei benachbarte Lagen aus unterschiedlichem Halbleitermaterial bestehen können. Die Halbleiterschicht kann somit auch als ein Halbleiter-Schichtstapel ausgebildet sein. Die Halbleiterlagen können z. B. epitaktisch
aufgebracht worden sein ( "Epi-Stapel " oder "Epi-Stack" ) .
Das Halbleitermaterial weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit von beispielsweise ca. 130 / (m-K) auf. Die Leuchtdiode kann an einem Gehäuse oder Package oder an einer Leiterplatte
angeordnet sein, und zwar vorteilhafter mittels eines
Material mit einem geringen Wärmewiderstand (z.B. mittels eines TIM ["Thermal Interface" ] -Materials) , durch Löten oder durch Sintern. Die Leuchtdiode kann beispielsweise an einem Leadframe oder Leadtrace oder an einem Keramiksubstrat angeordnet sein.
Die LeuchtstoffSchicht kann auch als Konversionsschicht bezeichnet werden. Die LeuchtstoffSchicht kann auf der emittierenden Halbleiterschicht abgeschieden worden sein oder zuvor hergestellt und dann auf der Halbleiterschicht
angeordnet worden sein, z.B. darauf aufgeklebt worden sein.
Als LeuchtstoffSchicht kann beispielsweise ein keramisches Leuchtstoffelement mit einer einkristallinen Keramik, einer polykristallinen (einphasigen oder mehrphasigen) Keramik oder einer Kombinationen aus einkristallinen Leuchtstoffelementen mit streuenden Schichten verwendet werden. Das keramische Leuchtstoffelement kann z.B. in Form eines Plättchens vorliegen. Es kann insbesondere aufgeklebt sein. Als Material der LeuchtstoffSchicht kann auch eine mit
LeuchtstoffPartikeln gefüllt Glasmatrix verwendet werden, die durch Temperatur oder durch Temperatur und Druck verdichtet worden sind. Als Material der LeuchtstoffSchicht kann auch mindestens ein Leuchtstoff-Pulver verwendet werden, das von einer
Bindermatrix zusammengehalten wird. Die Bindermatrix kann beispielweise aus: Silikon; Silikon-, Epoxy-, Acryl-,
Polyuretan-Hybrid-Materialien; Sol-Gel-Bindersystemen, insbesondere auf Si02-Basis oder aus Siloxan (en) und/oder, Silazan (en) bestehen.
Als die LeuchtstoffSchicht kann auch eine abgeschiedene
Dünnfilm-LeuchtstoffSchicht verwendet werden. Die Abscheidung kann z.B. direkt auf den Chip oder auf einem Hilfsträger - beispielsweise aus Glas, Saphir, polykristallinem
Aluminiumoxid (PCA) , Diamant usw. - geschehen. Allgemein kann die LeuchtstoffSchicht mittels geeigneter
Interface-Materialien wie beispielsweise Silikon oder Glas auf einer - insbesondere als LED-Chip ausgebildeten - Leuchtdiode als solcher montiert werden. Alternativ können Hilfsträger, auf denen die LeuchtstoffSchicht aufgebracht worden ist, mittels geeigneter Interface-Materialien auf die Leuchtdiode als solche montiert werden. Ebenso besteht die Möglichkeit, die LeuchtstoffSchicht durch einen Luftspalt von der Leuchtdiode als solcher zu trennen. Das erste Primärlicht kann beispielsweise blaues Licht sein. Das erste Primärlicht kann beispielsweise durch die
Leuchtstoffschicht , zum Beispiel aufweisend einen gelben Yttrium-Aluminium-Granat : Cer (YAG : Ce) -Leuchtstoff, zumindest teilweise in gelbes erstes Sekundärlicht umgewandelt werden. An der der Halbleiterschicht abgewandten, vorderseitigen
Oberfläche der Leuchtstoffschicht kann dadurch ein Mischlicht aus dem erstem Primärlicht, das die Leuchtstoffschicht ohne Wellenlängenumwandlung durchlaufen hat, und dem ersten
Sekundärlicht erzeugt werden, z.B. ein gelb-blaues bzw.
weißes Mischlicht. Ein solcher Leuchtdioden-Chip kann insbesondere ein Oberflächenstrahler sein. Das so erzeugte erste Mischlicht kann insbesondere für Anwendungen in der Automobilindustrie, zum Beispiel als Lichtquelle eines
Frontscheinwerfers für Abbiend- und Fernlicht, vorgesehen sein und einen Farbort aufweisen, der innerhalb des Weiß- Feldes der entsprechenden ECE-Norm liegt.
Auch das durch den Laser abgestrahlte zweite - z.B. blaue - Primärlicht wird durch die LeuchtstoffSchicht zumindest teilweise umgewandelt, und zwar in das zweite - z.B. gelbe - Sekundärlicht. An der von der Halbleiterschicht abgewandten, vorderseitigen Oberfläche der LeuchtstoffSchicht kann dadurch auch ein Mischlicht aus dem zweiten Primärlicht und dem zweiten Sekundärlicht erzeugt werden, z.B. ein gelb-blaues bzw. weißes Mischlicht.
Folglich können von der LeuchtstoffSchicht anteilig das erste und das zweite Primärlicht als auch das erste und das zweite Sekundärlicht abgestrahlt werden. Dieses Prinzip lässt sich auf weitere Laser mit drittem, viertem usw. Primärlicht und auf drittes, viertes usw. Sekundärlicht erweitern.
Das erste Mischlicht und/oder das zweite Mischlicht usw.
können insbesondere für Anwendungen in der
Automobilindustrie, zum Beispiel als Lichtquelle eines
Frontscheinwerfers für Abbiend- und Fernlicht, vorgesehen sein und jeweils oder zusammen einen Farbort aufweisen, der innerhalb eines Weiß-Feldes der entsprechenden ECE-Norm liegt .
Insbesondere kann die Lichterzeugungsvorrichtung dazu
eingerichtet sein, die LeuchtstoffSchicht mittels des zweiten Primärlichts zeitlich und örtlich variabel zu beleuchten. Folglich kann der durch das zweite Primärlicht beleuchtete Bereich oder "Leuchtfleck" an der Vorderseite der Leuchtstoffschicht mit der Zeit seine Form und/oder seine Größe und/oder seine Position ändern.
Insbesondere kann dazu zwischen dem mindestens einen Laser und der davon bestrahlbaren Leuchtstoffschicht mindestens ein beweglicher Spiegel insbesondere zum dynamischen Umlenken des zugehörigen Laserstrahls angeordnet sein.
Es ist eine Weiterbildung, dass mindestens ein Laserstrahl bzw. das zweite Primärlicht scannend über die
Leuchtstoffschicht bewegbar ist. Die Leuchtstoffschicht ist also mittels mindestens eines Laserstrahls scannend
beleuchtbar. Unter einer "scannenden" Bewegung kann
insbesondere ein Überstreichen der Leuchtstoffschicht mit einem Laserstrahl verstanden werden. Dadurch ist ein durch einen bestimmten Laserstrahl auf der Vorderseite der
Leuchtstoffschicht erzeugter Leuchtfleck zu unterschiedlichen Zeitpunkten an unterschiedlichen Positionen auf der
Leuchtstoffschicht erzeugbar. Durch den relativ zu der
Leuchtstoffschicht bewegbaren Laserstrahl können (zusätzlich oder alternativ zu der LED-Beleuchtung) dynamisch
veränderbare, im Vergleich zu der gesamten Leuchtstofffläche kleinere Bereiche der Leuchtstoffschicht zur Erzeugung des zugehörigen Mischlichts angeregt werden. Der durch den
Laserstrahl erzeugte Leuchtfleck auf der Leuchtstoffschicht ist für eine hohe Auflösung vorteilhafterweise viel kleiner als die Fläche der Leuchtstoffschicht . Die dabei durch das zweite Primärlicht erzeugte Lichtabstrahlung von der
Leuchtstoffschicht ("Laser-Betrieb") ermöglicht lokal noch weit höhere Spitzenleuchtdichten (von mehr als 1000 cd/mm2) bei gleichzeitig hoher örtlicher Auflösung und hohem
Kontrast. Die scannende Bewegung des Laserstrahls ermöglicht also im Gegensatz zu einer statischen Beleuchtung mit
Laserstrahlung bei einfachem Aufbau eine besonders flexible Variation des Lichtabstrahlmusters, insbesondere auch mit einer besonders hohen Dynamik. Es ist eine mögliche
Ausgestaltung davon, dass zwischen dem mindestens einen Laser und der davon bestrahlbaren LeuchtstoffSchicht mindestens ein Spiegelscanner angeordnet ist. Der Spiegelscanner weist mindestens einen beweglichen Spiegel zum dynamischen Umlenken des zugehörigen Laserstrahls auf der LeuchtstoffSchicht auf. Der mindestens eine bewegliche Spiegel kann mindestens einen rotierenden Spiegel und/oder mindestens einen resonant hin- und her-beweglichen Spiegel auf. Zur zweidimensionalen
Ablenkung kann beispielsweise entweder ein Spiegel in zwei Richtungen ausgelenkt werden (z.B. mittels eines
Mikroscanners) , oder es werden zwei orthogonal drehbare stehende Spiegel verwendet, über die der Laserstrahl
reflektiert wird. Durch den Spiegelscanner kann die Bewegung oder Umpositionierung des Laserstrahls auf der
LeuchtstoffSchicht mit einer hohen örtlichen und zeitlichen Auflösung mit hoher Effizienz umgesetzt werden.
Insbesondere kann in einer scannenden Anordnung der
Leuchtfleck auf einer vorgegebenen Bahn auf der
LeuchtstoffSchicht bewegt werden. Die Bahn kann z.B. eine zeilen- oder spaltenförmige Bahn, eine Lissaj ous-Figur oder eine beliebige andere Bahn sein. Die Bahn kann eine offene oder geschlossene Bahn sein. Die Bahn kann einen
Bahnabschnitt aufweisen oder kann mehrere voneinander
getrennte Bahnabschnitte aufweisen. Eine Scan-Frequenz kann z.B. 100 Hz bis 2300 Hz oder sogar noch mehr betragen.
Es ist noch Ausgestaltung, dass zwischen dem mindestens einen Laser und der davon bestrahlbaren LeuchtstoffSchicht
mindestens ein Flächenlichtmodulator angeordnet ist. Die LeuchtstoffSchicht ist also über einen Flächenlichtmodulator dynamisch beleuchtbar. Dabei können durch den
Flächenmodulator einzelne Teilbereiche eines Strahlquerschnitts des mindestens einen Laserstrahls selektiv blockiert werden.
Es ist eine Weiterbildung davon, dass mindestens ein
Flächenlichtmodulator ein reflektierender Flächenmodulator ist, z.B. ein Mikrospiegelfeld . Das Mikrospiegelfeld weist viele bewegliche Spiegel zum dynamischen Umlenken des
zugehörigen Laserstrahls an, und zwar insbesondere wahlweise als Nutzlicht auf eine vorgegebene Position auf der
LeuchtstoffSchicht oder als nicht genutztes Licht auf einen Absorptionskörper. In einer Anordnung mit dem
Mikrospiegelfeld kann also ein Laserstrahl, welcher teil- oder gesamtflächig auf ihn einfällt, durch die einstellbare Stellung der Mikrospiegel moduliert und auf vorgesehene
Bereiche der LeuchtstoffSchicht reflektiert werden. Dadurch ist zum einen eine statische Flächenbeleuchtung erzeugbar, zum anderen aber auch eine sich zeitlich und örtlich
dynamisch verändernde Lichtverteilung einstellbar. Auch kann über einen vorgegebenen Zeitraum eine statische
Lichtverteilung realisiert werden, beispielsweise, wenn durch eine etwa mittige Bestrahlung der Oberfläche der
LeuchtstoffSchicht ein heller Lichtpunkt erzeugt werden soll, der bspw. als Fernlicht oder Zusatzfernlicht dient und für eine vorgegebene Zeitdauer (z.B. in der Größenordnung von Sekunden oder Minuten) örtlich unverändert und/oder zeitlich in der Leistungsdichte unverändert sein soll und somit einen Spezialfall einer dynamischen Beleuchtung darstellt. Soll nur eine örtlich statische und lediglich zeitlich sich
verändernde Bestrahlung der Oberfläche der LeuchtstoffSchicht vorgesehen sein, genügt es, den Laserstrahl mittels einer feststehenden Optik auf den vorgesehenen Oberflächenbereich zu lenken.
Unter einem reflektierenden Flächenlichtmodulator,
insbesondere dem Mikrospiegelfeld, kann beispielsweise ein Digital Mirror Device (DMD) der Fa. Texas Instruments oder ein ein-oder zweidimensionales MEMS (Mikro-Elektrisch- Mechanisches-System) bzw. MOEMS (Mikro-Optisch-Elektrisch- Mechanisches-System) oder ein LCoS (Liquid Crystal on
Silicon) oder ähnliche Technologien verstanden werden.
Grundsätzlich können aber auch transmittierende
Flächenlichtmodulatoren wie ein LCD (Liquid Crystal Display) verwendet werden.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass der mindestens eine bewegliche Spiegel einen Teil eines mikromechanischen Systems oder MEMS-Systems darstellt. Ein solches mikromechanisches System ist besonders kompakt und unempfindlich.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass eine Leistung mindestens eines Laserstrahls variierbar ist, um vorteilhafterweise eine noch stärkere Variation des Lichtabstrahlmusters zu
erreichen. Diese Variation kann z.B. durch Einstellen einer Amplitude eines Betriebssignals zum Betreiben des mindestens einen Lasers und/oder durch eine Variation einer Pulsbreite bei einem getaktet betriebenen Laser erreicht werden.
Insbesondere können mindestens ein Laserstrahl bzw. das zugehörige zweite Primärlicht gedimmt werden. In dieser
Ausgestaltung kann die Beleuchtung der LeuchtstoffSchicht örtlich fest oder örtlich dynamisch sein. Insbesondere kann die zeitliche Variation der Laserleistung mit einer örtlichen Variation des durch die zweite Primärstrahlung erzeugten Leuchtflecks kombiniert sein, braucht es aber nicht. Somit umfasst diese Ausgestaltung auch, dass ein fest auf die
Vorderseite der LeuchtstoffSchicht gerichteter Laserstrahl nur in Bezug auf seine Leistung oder Helligkeit variierbar ist . Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass mindestens ein
Laserstrahl über mehrere Leuchtdioden bewegbar ist. So lässt sich mit konstruktiv einfachen Mitteln ein besonders
großflächiges, hochauflösendes Lichtabstrahlmuster
bereitstellen. Zudem können so Bauteile eingespart werden.
Es ist eine Weiterbildung, dass die mehreren Leuchtdioden jeweilige Leuchtstoffschichten aufweisen, weil sich eine solche Weiterbildung mit standardmäßig hergestellten
einzelnen Leuchtdioden besonders preiswert aufbauen lässt.
Es ist noch eine Weiterbildung, dass mehrere Leuchtdioden eine gemeinsame LeuchtstoffSchicht aufweisen. Dadurch lassen sich Spalte bei Übergang der Leuchtdioden als solchen und folglich auch unbeleuchtete oder schwächer beleuchtete
Streifen im Lichtabstrahlmuster vermeiden.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die
Lichterzeugungsvorrichtung mehrere individuell ansteuerbare Leuchtdioden aufweist. Dies ergibt den Vorteil, dass sich so das Lichtabstrahlmuster auch auf LED-Ebene - insbesondere bildpunktartig - örtlich auflösen lässt. So kann ggf. auf die Aktivierung eines Lasers für bestimmte Lichtabstrahlmuster verzichtet werden. Mehrere Leuchtdioden können dazu
insbesondere matrixförmig angeordnet sein. Insbesondere hierbei können die Leuchtdioden LED-Chips sein. Alternativ oder zusätzlich kann mindestens eine Leuchtdiode verwendet werden, die mehrere individuell ansteuerbare, insbesondere individuell aktivierbare, Leuchtsegmente aufweist.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass das erste Primärlicht und das zweite Primärlicht eine unterschiedliche Wellenlänge aufweisen. Dadurch kann eine besonders große Auswahl an
Lasern verwendet werden. Auch kann so eine Effizienz
besonders hoch gehalten werden. Beispielsweise kann die Wellenlänge des ersten Primärlichts 442 nm oder 447 nm betragen. Beispielsweise kann die Wellenlänge des zweiten Primärlichts 440 nm oder 405 nm betragen. Alternativ können das erste Primärlicht und das zweite
Primärlicht eine gleiche Wellenlänge aufweisen.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass das erste Sekundärlicht und das zweite Sekundärlicht eine unterschiedliche
Wellenlänge aufweisen. Dadurch kann eine besonders effiziente Wellenlängenkonversion ermöglicht werden. Beispielsweise kann die LeuchtstoffSchicht eine Mischung aus einem ersten
Leuchtstoff, welcher das erste Primärlicht in das erste
Sekundärlicht besonders effizient umwandelt, und einem zweiten Leuchtstoff, welcher das zweite Primärlicht in das zweite Sekundärlicht besonders effizient umwandelt, sein.
Es ist eine Weiterbildung, dass das erste Sekundärlicht und das zweite Sekundärlicht eine gleiche Wellenlänge aufweisen. Dies ergibt den Vorteil, dass ein gemeinsamer Leuchtstoff, der sowohl durch das erste als auch durch das zweite
Primärlicht anregbar ist, verwendet werden kann, wodurch die LeuchtstoffSchicht einfacher herstellbar ist. Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass die
LeuchtstoffSchicht mindestens einer Leuchtdiode wahlweise durch das erste Primärlicht und das zweite Primärlicht gleichzeitig bestrahlbar ist oder nur durch das erste
Primärlicht oder das zweite Primärlicht bestrahlbar ist. Die LeuchtstoffSchicht kann also durch das erste Primärlicht und/oder durch das zweite Primärlicht bestrahlbar sein. So lässt sich vorteilhafterweise eine noch größere Flexibilität bei der Erzeugung des Lichtabstrahlmusters erreichen. Es ist eine Weiterbildung, dass die LeuchtstoffSchicht sequenziell oder abwechselnd durch das erste Primärlicht und durch das zweite Primärlicht bestrahlbar ist. Dies kann eine Belastung der Leuchtdiode noch weiter verringern. Um eine für das menschliche Auge überlagerte Darstellung der zugehörigen Lichtmuster auch bei einer großen zu bestrahlenden Fläche zu erreichen, kann eine Beleuchtungsfrequenz insbesondere mindestens 25 Hz, insbesondere mindestens 50 Hz, insbesondere mindestens 100 Hz, insbesondere mindestens 200 Hz,
insbesondere mindestens 300 Hz, insbesondere mindestens 400 Hz, betragen. Dabei kann die Beleuchtungsfrequenz angeben, wie viele einzelne Beleuchtungen der LeuchtstoffSchicht mit dem ersten Primärlicht und dem zweiten Primärlicht oder viele Beleuchtungen der LeuchtstoffSchicht mit einem Paar aus dem ersten Primärlicht und dem zweiten Primärlicht pro Sekunde durchgeführt werden können. So kann eine Beleuchtungsfrequenz von 100 Hz bedeuten, dass die Leuchtstofffläche in einer Sekunde abwechselnd 50-mal durch das erste Primärlicht und 50-mal durch das zweite Primärlicht beleuchtet worden ist.
Die Lichterzeugungsvorrichtung kann also grundsätzlich in drei unterschiedlichen Grund-Betriebsarten oder Modi
betrieben werden: Erstens kann die LeuchtstoffSchicht mindestens einer
Leuchtdiode nur mit dem ersten Primärlicht bestrahlt werden ("LED-Betrieb")- Der (reine) LED-Betrieb kann ein besonders großflächiges und gleichmäßiges Lichtabstrahlmuster bei geringer Belastung der Leuchtdiode bereitstellen. Der LED- Betrieb unterstützt eine besonders lange Lebensdauer und ist kostengünstig .
Werden hierbei mehrere individuell ansteuerbare Leuchtdioden oder LED-Segmente verwendet, kann auch durch eine jeweilige Aktivierung oder Deaktivierung der Leuchtdioden eine Anpassung einer Form des Lichtabstrahlmusters erreicht werden, jedoch mit einer geringeren Auflösung als bei einer Beleuchtung mit einem Laserstrahl. Dies kann auch bei einer geringen Zahl von Leuchtdioden (z.B. von fünf oder weniger) vorteilhaft sein.
Zweitens kann die LeuchtstoffSchicht mindestens einer
Leuchtdiode nur mit dem zweiten Primärlicht bestrahlt werden ("Laser-Betrieb")- Der (reine) Laser-Betrieb kann ein individuell angepasstes Lichtabstrahlmuster mit hoher örtlicher Auflösung, hohem Kontrast und hoher Leuchtdichte bereitstellen .
Drittens kann die LeuchtstoffSchicht mindestens einer
Leuchtdiode mit dem ersten Primärlicht und gleichzeitig mit dem zweiten Primärlicht bestrahlt werden ( "Hybrid-Betrieb" ) . Dabei kann ein Teil der Vorderseite oder sogar die gesamte Vorderseite der LeuchtstoffSchicht mit dem Laserlicht oder dem zweiten Primärlicht bestrahlt werden.
Grundsätzlich kann die LeuchtstoffSchicht auch mit Licht bestrahlt werden, das von der LeuchtstoffSchicht nicht konvertiert wird. Die LeuchtstoffSchicht kann für solches Licht z.B. als Streuvolumen bzw. als diffuser Reflektor dienen. Die Bestrahlung mit einem solchen Licht weist den Vorteil auf, dass dem abgestrahlten Mischlicht weitere
Farbkomponenten beigemischt werden können, z.B. zur Änderung der Lichtfarbe bzw. des Farborts des insgesamt abgestrahlten Lichts .
Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass die Halbleiterschicht an ihrer der LeuchtstoffSchicht abgewandten Seite eine
Reflexionsfläche für das von der Halbleiterschicht
abgestrahlte Licht aufweist. Dadurch wird eine erhöhte
Effizienz bzw. Lichtausbeute erreicht. Durch die Reflexionsfläche mag nicht nur das von der Halbleiterschicht rückwärts abgestrahlte erste Primärlicht, sondern auch von der LeuchtstoffSchicht rückwärts abgestrahltes Licht und/oder zweites Primärlicht zurück (d.h., wieder nach vorne)
reflektiert werden.
Die Reflexionsfläche kann z.B. bei Dünnfilm-LED-Chips als eine in unmittelbarer Nähe zu der Halbleiterschicht
angeordnete Reflexionsfläche (auch als "Rückseitenspiegel" bezeichnet) des zugehörigen LED-Chips ausgebildet sein.
Alternativ kann beispielsweise ein LED-Chip mit einem dünnen Saphir-Substrat auf einem hochreflektiven Substrat montiert werden, und durch eine LeuchtstoffSchicht abgedeckt werden. Das hochreflektive Substrat stellt also die Reflexionsfläche bereit .
Es ist auch noch eine Ausgestaltung, dass der Laserstrahl so ausgestaltbar ist, dass eine Ausdehnung eines auf der
LeuchtstoffSchicht durch einen Laserstrahl erzeugten
Leuchtflecks nicht mehr als 50% einer entsprechenden
Ausdehnung der LeuchtstoffSchicht misst.
Dadurch lässt sich eine besonders hohe Auflösung des zweiten Mischlichts auf der Leuchtstofffläche erreichen. Die
Auflösung lässt sich noch dadurch steigern, dass der
Laserstrahl so ausgestaltbar ist, dass eine Ausdehnung eines auf der LeuchtstoffSchicht durch einen Laserstrahl erzeugten Leuchtflecks nicht mehr als 40%, insbesondere nicht mehr als 30%, insbesondere nicht mehr als 20%, insbesondere nicht mehr als 10%, insbesondere nicht mehr als 5%, einer entsprechenden Ausdehnung der LeuchtstoffSchicht misst.
Die Form des Leuchtflecks kann z.B. rund oder oval sein.
Insbesondere kann ein Durchmesser des Leuchtflecks eine Ausdehnung aufweisen, die nicht mehr als 50%, insbesondere nicht mehr als 20%, insbesondere nicht mehr als 10%,
insbesondere nicht mehr als 5%, einer Kantenlänge der
LeuchtstoffSchicht entspricht.
Die Form und/oder eine Größe des Leuchtflecks können fest oder variabel sein. Bei variabler Form und/oder Größe des Leuchtflecks kann z.B. eine zwischen dem zugehörigen
mindestens einen Laser und der LeuchtstoffSchicht mindestens eine Strahlformungsoptik vorhanden sein, z.B. mindestens eine Linse .
Der mindestens eine Laser kann auf dem gleichen Substrat oder Leadframe angeordnet sein wie die mindestens eine
Leuchtdiode.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch einen Scheinwerfer, aufweisend mindestens eine Lichterzeugungsvorrichtung wie oben beschrieben. Der Scheinwerfer kann analog zu der
Lichterzeugungseinrichtung ausgebildet sein und ergibt die gleichen Vorteile.
So kann der Scheinwerfer in drei Grundbetriebsarten betrieben werden :
Im reinen LED-Betrieb kann der Scheinwerfer beispielsweise dazu verwendet werden, um Bereiche vor einem Fahrzeug
großflächig und gleichmäßig auszuleuchten, z.B. als ein
Abblendlicht. Der reine LED-Betrieb kann z.B. verwendet werden, wenn keine Gefahr besteht, andere Verkehrsteilnehmer (entgegenkommende Fahrzeuge, Fußgänger usw.) oder Tiere zu blenden .
Im reinen Laser-Betrieb kann der Scheinwerfer beispielsweise dazu verwendet werden, um gezielt Bereiche vor einem Fahrzeug von einer Beleuchtung auszunehmen oder dort die Beleuchtung abzuschwächen, die ansonsten geblendet würden, z.B. Bereiche, in denen sich andere Verkehrsteilnehmer befinden. Im Hybrid-Betrieb können z.B. zusätzlich zu dem mittels des LED-Betriebs erzeugten Lichtabstrahlmuster durch den Laser- Betrieb Teilbereiche mit besonders hoher Leuchtdichte
hinzugefügt werden, z.B. zur Erzeugung eines Fernlichts oder Teil-Fernlichts und/oder zur Erzeugung eines Gefahrenlichts, das auf eine, beispielsweise auf der Straße befindliche,
Gefahrenzone projiziert wird. Dabei könnte beispielsweise ein mittiger oder außenliegender Bereich der Leuchtstoffschicht mittels des hochintensiven Laserstrahls scannend beleuchtet werden .
Eine weitere Möglichkeit der hybriden Beleuchtung der
Leuchtstoffschicht kann z.B. eine Kurvenlichtfunktion sein. Dazu kann der Lichterzeugungseinrichtung beispielsweise ein DLP-Flächenlichtmodulator nachgeordnet sein, welcher das von der Lichterzeugungseinrichtung erzeugte Licht direkt oder über eine Projektionsoptik auf die Fahrbahn wirft. Die
Schwierigkeit bei einer Umsetzung der Kurvenlichtfunktion im reinen LED-Betrieb besteht darin, dass die wegen der
homogenen Beleuchtung der Leuchtstoffschicht die Randbereiche der Leuchtstoffschicht nicht mit einer noch höheren
Intensität versorgt werden können. Dies wäre aber notwendig, um eine intensive Kurvenlichtfunktion über einen DLP zu realisieren. Eine Leuchtdichte und eine Helligkeit des
Lichtabstrahlmusters des Scheinwerfers dürfen in der Kurve nicht zurückgehen. Um eine solche homogene und hochintensive Ausleuchtung in den Randbereichen des DLP mit geringen Kosten umzusetzen, kann in einem üblichen Betrieb die durch
Bestrahlung mit dem ersten Primärlicht erzeugte
Grundhelligkeit verwendet werden und Randbereiche nur im Bedarfsfall (z.B. bei einer Kurvenfahrt) zusätzlich durch Laserstrahlung im Hybridbetrieb beleuchtet werden (zur
Erzeugung einer lokal hohen Leuchtdichte) . Ein weiterer
Vorteil neben den geringen Kosten ist die gegenüber reinen Lasersystemen verbesserte Effizienz. Licht wird nur da erzeugt, wo es für die Beleuchtung des aktuellen
Lichtabstrahlmusters benötigt wird.
Der Scheinwerfer kann also insbesondere in allen drei
Grundbetriebsarten verwendet werden.
In einer Variante kann die gesamte Vorderseite der
LeuchtstoffSchicht mit dem zugehörigen Laserlicht oder zweiten Primärlicht bestrahlt werden, um ein besonders helles und großflächiges Lichtabstrahlmuster zu erzeugen.
Der Scheinwerfer kann eine Auskopplungsoptik zum Auskoppeln des mittels der mindestens einen (insbesondere genau einen) Lichterzeugungseinrichtung erzeugten Lichts aufweisen, z.B. in einen Bereich vor dem Fahrzeug. Die Auskopplungsoptik ist insbesondere so ausgebildet, dass eine Ausgangsposition eines abgestrahlten Lichtstrahls auf der LeuchtstoffSchicht
bestimmt, wohin dieser Lichtstrahl in den Raum geworfen wird. Die Auskopplungsoptik ist vorteilhafterweise die gleiche für das erste Mischlicht und für das zweite Mischlicht.
Der Scheinwerfer kann ein Fahrzeugscheinwerfer sein,
insbesondere zur Raumbeleuchtung vor dem Fahrzeug
(Frontscheinwerfer) . Das Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug (Pkw, Lkw, Bus, Motorrad, Baustellenfahrzeug usw.), ein
Wasserfahrzeug (Schiff usw.) oder ein Luftfahrzeug (Flugzeug, Hubschrauber usw.) sein. Der Scheinwerfer kann aber auch ein Scheinwerfer zur Bühnenbeleuchtung, Effektbeleuchtung usw. sein . Der Scheinwerfer ermöglicht insbesondere eine besonders preiswerte und langlebige Umsetzung eines AFS ("Adaptive Frontlighting System" ) -Scheinwerfers bzw. eines ADB
("Automated Driving Beam" ) -Scheinwerfers .
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Fahrzeug, aufweisend mindestens eine Lichterzeugungsvorrichtung wie oben
beschrieben und/oder mindestens einen Scheinwerfer wie oben beschrieben. Das Fahrzeug kann analog zu der
Lichterzeugungsvorrichtung und zu dem Scheinwerfer
ausgebildet sein und ergibt die gleichen Vorteile.
Das Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug (z.B. ein Kraftwagen wie ein Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Bus usw. oder ein Motorrad), eine Eisenbahn, ein Wasserfahrzeug (z.B. ein Boot oder ein Schiff) oder ein Luftfahrzeug (z.B. ein Flugzeug oder ein Hubschrauber) sein.
Es ist eine Ausgestaltung, dass das Fahrzeug mindestens einen Sensor aufweist und das Fahrzeug dazu eingerichtet ist, die LeuchtstoffSchicht in Abhängigkeit von mindestens einem
Sensormesswert dynamisch zu beleuchten. So kann ein Fahrzeug sein Lichtabstrahlmuster in Reaktion auf insbesondere äußere Bedingungen ändern. Beispielsweise kann der Sensor eine im sichtbaren Spektralbereich und/oder im infraroten und/oder im ultravioletten Spektralbereich empfindliche Kamera aufweisen, mittels der eine Bilderkennung auf bestimmte Objekte wie andere Verkehrsteilnehmer (Fahrzeuge und/oder Fußgänger usw.) oder Tiere durchgeführt werden kann. Eine
Bildwiederholfrequenz kann beispielsweise bis zu 400 Hz oder sogar noch mehr betragen, um auf äußere Einflüsse besonders schnell reagieren zu können. Das durch die Kamera
aufgenommene Bild entspricht dabei dem Sensormesswert.
Beispielsweise kann das Lichtabstrahlmuster dann so variiert werden, dass die bestimmten Objekte nicht mehr oder mit einer geringeren Helligkeit angestrahlt werden. Der Sensor kann aber z.B. auch ein Entfernungsmesser, ein Näherungssensor, ein Geschwindigkeitsmesser usw. sein, z.B. auf der Basis von Radar, Laser oder Lidar. Insbesondere kann der Scheinwerfer wie ein AFS oder ADB- Scheinwerfer verwendet werden.
Die Aufgabe wird zudem gelöst durch ein Verfahren zum
Abstrahlen von Licht von einer LeuchtstoffSchicht einer Leuchtdiode, bei dem eine erste Seite der LeuchtstoffSchicht mittels eines ersten Primärlicht, das von einer das erste Primärlicht emittierenden Halbleiterschicht erzeugt wird, bestrahlt wird und gleichzeitig eine zweite Seite der
LeuchtstoffSchicht mittels eines von mindestens einem Laser abgestrahlten zweiten Primärlichts scannend bestrahlt wird.
Das Verfahren kann analog zu den oben beschriebenen
Vorrichtungen ausgebildet werden und ergibt die gleichen Vorteile . Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im
Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den
Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur
Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
Fig.l zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine
Skizze einer Lichterzeugungseinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel als Teils eines
Scheinwerfers ;
Fig.2 zeigt in Draufsicht eine LeuchtstoffSchicht einer
Leuchtdiode der Lichterzeugungseinrichtung aus
Fig.l im LED-Betrieb; Fig.3 zeigt in Draufsicht die LeuchtstoffSchicht der
Leuchtdiode der Lichterzeugungseinrichtung aus
Fig.l im Laser-Betrieb;
Fig.4 zeigt in Draufsicht die LeuchtstoffSchicht der
Leuchtdiode der Lichterzeugungseinrichtung aus
Fig.l im Hybrid-Betrieb; und
Fig.5 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine
Skizze einer Lichterzeugungseinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel als Teils eines
Scheinwerfers .
Fig.l zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Skizze einer Lichterzeugungseinrichtung 1, die z.B. einen Teil eines Scheinwerfers S eines Personenkraftwagens K bilden kann. Die Lichterzeugungseinrichtung 1 weist eine Leuchtdiode 2 auf, die eine Dünnfilm-LED 3 mit einer darauf aufgebrachten LeuchtstoffSchicht 4 aufweist. Die Dünnfilm-LED 3 weist eine Substratschicht 5, eine darauf angeordnete reflektierende Schicht 6 ("Rückseitenspiegel") und eine auf der
reflektierenden Schicht 6 angeordnete Halbleiterschicht 7 auf .
Die Halbleiterschicht 7 ist als ein Halbleiter-Schichtstapel ausgebildet und emittiert erstes Primärlicht PI mit einer ersten Primärlicht-Wellenlänge, z.B. blaues Licht. Das erste Primärlicht PI wird teilweise flächig gestrahlt, so dass davon eine der Halbleiterschicht 7 zugewandte Rückseite der LeuchtstoffSchicht 4 gleichmäßig und ganzflächig beleuchtet wird. In Richtung der Substratschicht 5 abgestrahltes erstes Primärlicht PI wird von der auf der Substratschicht 5 angeordneten, reflektierenden Schicht 6 zurückreflektiert und gelangt dann ebenfalls zumindest teilweise zu der
LeuchtstoffSchicht 4 bzw. zu der Rückseite der
LeuchtstoffSchicht 4. An der LeuchtstoffSchicht 4 wird das erste Primärlicht PI teilweise in Sekundärlicht Sl einer ersten Sekundärlicht- Wellenlänge umgewandelt ("PI -> Sl"). Das erste Sekundärlicht Sl kann z.B. gelbes Licht sein. Das erste Sekundärlicht Sl wird zusammen mit dem nicht umgewandelten Anteil des ersten Primärlicht PI als erstes Mischlicht PI, Sl (z.B. als weißes Mischlicht) von einer, von der Halbleiterschicht 7
abgewandten Vorderseite 8 der LeuchtstoffSchicht 4
abgestrahlt. Das Mischlicht PI, Sl gelangt zu einer
Auskopplungsoptik 9, die das Mischlicht PI, Sl aus der
Lichterzeugungseinrichtung 1 bzw. aus dem Scheinwerfer S auskoppelt, z.B. in einen Bereich vor einem Fahrzeug oder auf eine Bühne. Die Leuchtdiode 2 liegt mit ihrer Substratschicht 5 auf einer Leiterplatte 10 oder einem Leadframe eines Packages auf, an welche (s) auch an der Leuchtdiode 2 erzeugte Wärme H
abgegeben wird. Die Lichterzeugungseinrichtung 1 weist ferner
eine Laserbeleuchtungseinheit 11 zum Aussenden mindestens eines Laserstrahls L aus zweitem Primärlicht P2 aus. Die Laserbeleuchtungseinheit 11 weist dazu einen oder mehrere Laser 12 (z.B. Laserdioden) auf, die das von ihnen emittierte zweite Primärlicht P2 durch eine Kollimationsoptik 13 auf ein MEMS-Scansystem 14 ( "MEMS-Spiegelscanner" ) strahlen, das dazu mindestens einen beweglichen Umlenkspiegel (o. Abb.) zum dynamischen Umlenken des mindestens einen Laserstrahls L aufweist. Das MEMS-Scansystem 14 ist dazu ausgelegt, den mindestens einen einfallenden Laserstrahl L bzw. das
einfallende zweite Primärlicht P2 scannend auf die
Vorderseite 8 der LeuchtstoffSchicht 4 zu richten, so dass sich dort ein über die Vorderseite 8 bewegender Leuchtfleck F des zweiten Primärlichts P2 ergibt. Eine Ausdehnung des
Leuchtflecks F ist dabei deutlich kleiner als eine ebene Ausdehnung der LeuchtstoffSchicht 4, z.B. in einer Richtung nur 10% so groß. Die Position des Leuchtflecks F an der
Vorderseite 8 der LeuchtstoffSchicht 4 kann also zeitlich variiert werden. Insbesondere kann der Leuchtfleck F auf der Oberfläche an der Vorderseite 8 der LeuchtstoffSchicht 4 eine Bahn ziehen. Am Ort des Leuchtflecks F wird das zweite
Primärlicht P2 teilweise in zweites Sekundärlicht S2
umgewandelt ("P2 -> S2") . Das zweite Sekundärlicht S2 kann z.B. gelbes Licht sein. Das zweite Sekundärlicht S2 wird zusammen mit dem nicht umgewandelten Anteil des zweiten
Primärlichts P2 als zweites Mischlicht P2, S2 (z.B. als weißes Mischlicht) von der Vorderseite 8 der
LeuchtstoffSchicht 4 abgestrahlt. Das zweite Mischlicht P2, S2 gelangt dann ebenfalls zu der Auskopplungsoptik 9, die auch das zweite Mischlicht P2, S2 aus der
Lichterzeugungseinrichtung 1 bzw. aus dem Scheinwerfer S auskoppelt. Durch die Verwendung der gleichen
Auskopplungsoptik 9 für das Mischlicht PI, Sl und das
Mischlicht P2, S2 können Kosten und Bauraum eingespart werden.
Die Kollimationsoptik 13 kann fest oder variabel einstellbar sein. Die variable Einstellbarkeit der Kollimationsoptik 13 kann beispielsweise zur Strahlformung dienen, z.B. zur
Einstellung einer Größe und/oder Form eines
Strahlquerschnitts des Laserstrahls L und damit auch des Leuchtflecks F.
Ist ein Spalt zwischen der Leuchtdiode 2 und der
Auskopplungsoptik 9 vorhanden, kann der mindestens eine
Laserstrahl L durch diesen Spalt auf die LeuchtstoffSchicht 4 gestrahlt werden, ggf. unter einem schrägem Einfallswinkel zu einem Normalenvektor der Oberfläche 8. Alternativ kann der mindestens eine Laserstrahl L durch die Auskopplungsoptik 9 auf die LeuchtstoffSchicht 4 gestrahlt werden (o. Abb.) . Insbesondere falls die Auskopplungsoptik 9 einen Reflektor (o. Abb.) aufweist, kann der mindestens eine Laserstrahl L durch ein Loch in dem Reflektor auf die LeuchtstoffSchicht 4 gestrahlt werden. Dieses Loch kann aufgrund des geringen Strahldurchmessers des Laserstrahls L klein gehalten werden.
Insgesamt wird durch das erste Mischlicht PI, Sl und/oder durch das zweite Mischlicht P2, S2 ein Lichtabstrahlmuster El, E2 oder E3 an der Vorderseite 8 der LeuchtstoffSchicht 4 erzeugt, das mittels der Auskopplungsoptik 9 in ein
entsprechendes, durch den Scheinwerfer abgestrahltes
Lichtabstrahlmuster Ml, M2 oder M3 umgewandelt wird.
Das erste Primärlicht PI und das zweite Primärlicht P2 können eine gleiche oder eine unterschiedliche Wellenlänge
aufweisen. Das erste Sekundärlicht Sl und das zweite
Sekundärlicht S2 können eine gleiche oder eine
unterschiedliche Wellenlänge aufweisen. Die Laserbeleuchtungseinheit 11 ist an der gleichen
Leiterplatte 10 angeordnet wie die Leuchtdiode 2.
Fig.2 zeigt in Draufsicht die LeuchtstoffSchicht 4 der
Leuchtdiode 2 in einem Betriebsmodus eines reinen LED- Betriebs, bei dem die LeuchtstoffSchicht 4 nur durch das erste Primärlicht PI bestrahlt wird. Dadurch wird an der Oberfläche der LeuchtstoffSchicht 4 ein homogenes,
vollflächiges Lichtabstrahlmuster El erzeugt. Folglich wird auch ein großflächiges, von dem Scheinwerfer S abgestrahltes Lichtabstrahlmuster Ml erzeugt, z.B. zur Umsetzung eines Abblendlichts .
Fig.3 zeigt in Draufsicht die LeuchtstoffSchicht 4 der
Leuchtdiode 2 in einem Betriebsmodus eines reinen Laser- Betriebs, bei dem die LeuchtstoffSchicht 4 nur durch den Laserstrahl L bzw. das zweite Primärlicht P2 bestrahlt wird. Dazu wird der Leuchtfleck F mittels des MEMS-Scansystems 14 an der Vorderseite 8 auf der Oberfläche der
Leuchtstoffschicht 4 abgefahren bzw. auf die Oberfläche
"gescannt", wie durch den Pfeil angedeutet, bis das
gewünschte Lichtabstrahlmuster E2 erzeugt worden ist.
Außerhalb des Lichtabstrahlmusters E2 leuchtet die
Leuchtstoffschicht 4 nicht. Das im reinen Laser-Betrieb erzeugte Lichtabstrahlmuster E2 weist lokal eine weit höhere Leuchtdichte auf als das Lichtabstrahlmuster El und kann mit hoher Auflösung und hohem Kontrast erzeugt werden. Dabei ist grundsätzlich eine beliebige, auch mehrteilige Form des Lichtabstrahlmusters E2 erzeugbar. Fig.4 zeigt in Draufsicht die Leuchtstoffschicht 4 der
Leuchtdiode 2 in einem hybriden Betriebsmodus, bei dem die Leuchtstoffschicht 4 sowohl durch das erste Primärlicht PI als auch - zumindest teilweise - gleichzeitig durch den
Laserstrahl L bzw. das zweite Primärlicht P2 bestrahlt wird. Das sich ergebende Lichtabstrahlmusters E3 ist hier
beispielhaft eine Überlagerung der Lichtabstrahlmuster El und E2 (d.h., dass E3 = El + E2 gilt) . Dadurch kann in einem Bereich El-a, der durch das erste Primärlicht PI und durch das zweite Primärlicht P2 bestrahlt wird, eine besonders hohe Leuchtdichte erreicht werden, während der restliche Bereich El-b nur durch das erste Primärlicht PI bestrahlt wird und dort eine "Grundhelligkeit" bereitstellt.
Die Leuchtstoffschicht 4 kann wahlweise in einem der
Betriebsmodi betrieben werden. Die Betriebsmodi können sich zeitlich sequentiell abwechseln.
Allgemein kann die Intensität oder Helligkeit des mindestens einen Laserstrahls L variiert (z.B. gedimmt) werden, um eine noch stärkere Variation des Lichtabstrahlmusters E2 oder E3 bzw. M2 und M3 zu erreichen. Diese Variation kann z.B. durch Einstellen einer Amplitude eines Betriebssignals zum
Betreiben des mindestens einen Lasers 12 und/oder durch eine Variation einer Pulsbreite bei einem getaktet betriebenen Laser 12 erreicht werden.
Fig.5 zeigt eine Lichterzeugungsvorrichtung 15, z.B. eines Scheinwerfers S, bei dem der mindestens eine Laserstrahl L über mehrere Leuchtdioden 2 bzw. deren Leuchtstoffschichten 4 bewegbar ist. So kann ein besonders großflächiges
Lichtabstrahlmuster aus einer Addition der
Lichtabstrahlmuster El, E2 oder E3 der mehreren Leuchtdioden 2 erreicht werden. Die Leuchtdioden 2 können unabhängig voneinander in den jeweiligen Betriebsmodi betrieben werden, z.B. eine Leuchtdiode 2 im reinen LED-Betrieb, eine
Leuchtdiode 2 im reinen Laser-betrieb und eine Leuchtdiode 2 im Hybridbetrieb.
Den Leuchtdioden 2 ist eine gemeinsame Sekundäroptik 9 nachgeschaltet. Alternativ oder zusätzlich kann den
Leuchtdioden 2 eine jeweilige Sekundäroptik nachgeschaltet sein .
Allgemein können die Leuchtdioden 2 individuell ansteuerbar sein, z.B. individuell das erste Primärlicht El unabhängig von den anderen Leuchtdioden 2 erzeugen.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die gezeigten
Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
So können in noch einer Variante mehrere Leuchtdioden 2 mit jeweils zugehörigen Laserbeleuchtungseinheiten 11 vorgesehen sein. Auch hierbei kann den Leuchtdioden 2 eine gemeinsame Sekundäroptik 9 nachgeschaltet sein, oder es kann den
Leuchtdioden 2 eine jeweilige Sekundäroptik nachgeschaltet sein .
Allgemein kann unter "ein", "eine" usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von "mindestens ein" oder "ein oder mehrere" usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck "genau ein" usw.
Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Lichterzeugungseinrichtung
2 Leuchtdiode
3 Dünnfilm-LED
4 LeuchtstoffSchicht
5 Substratschicht
6 Reflektierende Schicht
7 Halbleiterschicht
8 Vorderseite der LeuchtstoffSchicht
9 Sekundäroptik
10 Leiterplatte
11 Laserbeleuchtungseinheit
12 Laser
13 Kollimationsoptik
14 MEMS-Scansystem
15 Lichterzeugungseinrichtung
E1-E3 Lichtabstrahlmuster
F Leuchtfleck
K Personenkraftwagen
L Laserstrahl
M1-M3 Lichtabstrahlmuster
PI Erstes Primärlicht
P2 Zweites Primärlicht
S Scheinwerfer
51 Erstes Sekundärlicht
52 Zweites Sekundärlicht

Claims

PATENTA S PRÜCHE
1. Lichterzeugungsvorrichtung (1; 15), aufweisend
- mindestens eine Leuchtdiode (2) mit einer ein erstes Primärlicht (PI) emittierenden Halbleiterschicht (7) und mit einer LeuchtstoffSchicht (4), die auf der Halbleiterschicht (7) angeordnet ist, und
- mindestens einen Laser (12) zum Erzeugen mindestens eines Laserstrahls (L) aus einem zweiten Primärlicht (P2), mittels dessen die LeuchtstoffSchicht (4) bestrahlbar ist,
- welche LeuchtstoffSchicht (4) zum zumindest teilweise Umwandeln des ersten Primärlichts (PI) in mindestens ein erstes Sekundärlicht (Sl) und zum zumindest teilweise Umwandeln des zweiten Primärlichts (P2) in mindestens ein zweites Sekundärlicht (S2) ausgebildet ist,
wobei
- die Lichterzeugungsvorrichtung (1; 15) dazu
eingerichtet ist, die LeuchtstoffSchicht (4) mittels des zweiten Primärlichts (P2) dynamisch zu
beleuchten .
2. Lichterzeugungsvorrichtung (1; 15) nach Anspruch 1,
wobei zwischen dem mindestens einen Laser (12) und der davon bestrahlbaren LeuchtstoffSchicht (4) mindestens ein Spiegelscanner (14) angeordnet ist.
3. Lichterzeugungsvorrichtung (1; 15) nach Anspruch 1,
wobei zwischen dem mindestens einen Laser (12) und der davon bestrahlbaren LeuchtstoffSchicht (4) mindestens ein Flächenlichtmodulator, insbesondere
Mikrospiegelfeld, angeordnet ist. Lichterzeugungsvorrichtung (15) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Leistung mindestens eines Laserstrahls (L) variierbar ist.
Lichterzeugungsvorrichtung (15) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere Leuchtdioden (2) mittels mindestens eines Laserstrahls (L) gemeinsam dynamisch beleuchtbar sind.
Lichterzeugungsvorrichtung (15) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Lichterzeugungsvorrichtung (1) mehrere individuell ansteuerbare Leuchtdioden (2) aufweist.
Lichterzeugungsvorrichtung (1; 15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Sekundärlicht (Sl) und das zweite Sekundärlicht (S2) eine
unterschiedliche Wellenlänge aufweisen.
Lichterzeugungsvorrichtung (1; 15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die LeuchtstoffSchicht (4) mindestens einer Leuchtdiode (2) wahlweise durch das erste Primärlicht (PI) und das zweite Primärlicht (P2) gleichzeitig bestrahlbar ist oder nur durch das erste Primärlicht (PI) oder das zweite Primärlicht (P2) bestrahlbar ist.
Lichterzeugungsvorrichtung (1; 15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halbleiterschicht (7) an ihrer der LeuchtstoffSchicht (4) abgewandten Seite eine Reflexionsfläche (6) für das von der
Halbleiterschicht (7) abgestrahlte Licht (PI) aufweist.
10. Lichterzeugungsvorrichtung (1; 15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Laserstrahl (L) so ausgestaltbar ist, dass eine Ausdehnung eines auf der LeuchtstoffSchicht (4) durch einen Laserstrahl (L) erzeugten Leuchtflecks (F) nicht mehr als 50 ~6 einer entsprechenden Ausdehnung der LeuchtstoffSchicht (4) misst .
11. Scheinwerfer (S) , aufweisend mindestens eine
Lichterzeugungsvorrichtung (1; 15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
12. Fahrzeug, aufweisend mindestens eine
Lichterzeugungsvorrichtung (1; 15) nach einem der
Ansprüche 1 bis 10, insbesondere mindestens einen
Scheinwerfer nach Anspruch 11.
13. Fahrzeug nach Anspruch 12, wobei das Fahrzeug mindestens einen Sensor aufweist und das Fahrzeug dazu eingerichtet ist, die LeuchtstoffSchicht (4) in Abhängigkeit von mindestens einem Sensormesswert dynamisch zu beleuchten.
14. Verfahren zum Abstrahlen von Licht von einer
LeuchtstoffSchicht (4) einer Leuchtdiode (2), bei dem - eine erste Seite der LeuchtstoffSchicht (4) mittels eines ersten Primärlichts (PI), das von einer Halbleiterschicht (7) erzeugt wird, bestrahlt wird und gleichzeitig
- eine zweite Seite (8) der LeuchtstoffSchicht (4)
mittels eines von mindestens einem Laser (12) abgestrahlten zweiten Primärlichts (P2) scannend bestrahlt wird.
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