WO2017133809A1 - Beleuchtungsvorrichtung zur emission von beleuchtungslicht - Google Patents

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WO2017133809A1
WO2017133809A1 PCT/EP2016/079558 EP2016079558W WO2017133809A1 WO 2017133809 A1 WO2017133809 A1 WO 2017133809A1 EP 2016079558 W EP2016079558 W EP 2016079558W WO 2017133809 A1 WO2017133809 A1 WO 2017133809A1
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radiation
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Jasmin Muster
Ricarda Schoemer
Jenny Trommer
Oliver Hering
Jürgen HAGER
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Osram Gmbh
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    • F21Y2115/30—Semiconductor lasers

Definitions

  • the present invention relates to a lighting device for emitting illumination light, which has a phosphor element.
  • a phosphor element is irradiated with a pump radiation.
  • the phosphor element converts the pump radiation into a conversion light, which then at least partially forms the illumination light emitted by the illumination device.
  • the conversion light can form the illumination light together with an unconverted proportion of pump radiation, in which case, for example, blue pump light can be preferred as pump radiation.
  • the conversion of light alone the illumination light ⁇ form (full conversion).
  • the present invention is based on the technical problem of specifying a particularly advantageous lighting device. According to the invention this object solves aumpssvor ⁇ direction for emission of illumination light, with an LED for emitting LED radiation, a laser for emitting laser radiation and a phosphor element for at least partial conversion of the LED radiation and the laser radiation in a conversion light, which at least partially forms the illumination light, wherein the LED, the laser and the phosphor element are so relatively zueinan ⁇ arranged that during operation of the proceedingssvor- direction on a Einstrahl resonance the Leuchtscherle ⁇ ment each time integral the LED with the LED radiation an LED irradiation surface irradiated and the laser with the laser radiation a laser
  • the LED radiation is emitted by the LED typically Lambertsch, so a semi-space completely filling, but in any case wide-angle;
  • the laser radiation is closely delt, the beam is sharply delimited.
  • the LED can now be used, for example, for a large-area basic illumination of the Einstrahl Type, which can be modulated with the laser ei ⁇ ne local elevation.
  • the phosphor element of a jeweili ⁇ gen surface region correlates out produce producege ⁇ bene amount of conversion of light with the amount of in a corresponding area (an irradiation surface) irradiated amount of pump radiation (LED and / or laser radiation), Thus, a corresponding radiation pattern is generated with a Einstrahlmuster.
  • the emitting of the phosphor element is preferably assigned an illumination optic ⁇ (imaging or non-imaging), which then directs the off added at different points of the radiating illumination light in different spatial directions ⁇ .
  • a large angular range can be supplied with illumination light and, with the local elevation, a disproportionately high amount of light can be supplied to a narrow angular range;
  • An interesting field of application may be, for example, in the field of street lighting with a motor vehicle headlight, see below in detail. This is intended to illustrate a possibility opened up by the invention, but does not limit the concept of the invention in its generality. Other applications can lighting devices such.
  • the laser and the LED irradiation surface have at least one intersection, so overlap.
  • a laser irradiation area namely the entire area of the irradiation area irradiated with the laser radiation at a respective instant (snapshot)
  • the illumination device eg the irradiation area can be scanned with the laser radiation
  • an LED Irradiation area namely, the entire area irradiated with the LED radiation in a respective time point (snapshot)
  • the respective irradiation area in the temporal integral is considered.
  • the LED irradiation area thus results as a union of all LED irradiation areas irradiated across the operation of the illumination device;
  • the La ⁇ ser irradiation area results as a union of all laser irradiation areas.
  • a jeweili ⁇ ge irradiation area is about the operation of time with the respective radiation total irradiated area.
  • the LED and the laser beam on the input surface may not necessarily doing ⁇ neuter in a time overlap, but there is the overlap at least in the time integral. The foregoing are nevertheless supplied corresponding to "the same time" with illumination light, a corresponding time offset can thereby, for example.
  • the irradiation of the Einstrahl Structure with LED radiation and laser radiation may be in operation of the lighting device z. B. also take place alternately, about completely temporally disjoint (at no time at the same time); but it is also, for example, a partial, but not complete overlap (over time) possible, so there are times in which is irradiated with LED and laser radiation simultaneously, and other times in which irradiated with only one of the two becomes.
  • the LED and / or laser radiation pulsed meet the Einstrahl Type, which can, for example, the respective average power can be adjusted. If both are pulsed, they may, for example, differ in their frequency (the pulse) and / or their duty cycle.
  • a respective exposure area / a respective irradiation area is preferably determined according to the half- ⁇ value width, the area / the surface area ranges on the input surface so to where the radiated power (of the respective radiation) has decreased to half (in general, could be the For example, edge can also be laid down where the radiation power has fallen to 1 / e or 1 / e 2 ).
  • the present main claim specifies an overlap of the irradiation surfaces, in general LED and laser irradiation surfaces could also lie side by side on the irradiation surface and touch or even touch each other; Such a variant should be expressly disclosed as an alternative to the subject of the main claim.
  • the laser radiation can be characterized in particular by a high intensity or a large coherence length; both the laser ⁇ ais the LED radiation are each preferably in a narrow frequency range, the radiation is thus in each case monochromatic.
  • LED and “laser” can each be also read on an array (an array) with multiple single LEDs / single laser sources; “More than one” means at least two, with at least three or at least four other lower limits (and may be at most 100, 80, 60, 40, 20, or 10 of which are independent upper limits).
  • the phosphor element is preferably be ⁇ driven in transmission, ie the single beam and the emitting surface are opposite to each other (however, the radiating pattern are on the radiating surface and the Einstrahlmuster on the irradiation surface substantially congruent).
  • an operation in reflection would also be possible, ie, the irradiation and emission surface could also coincide (and the opposite side surface of the phosphor element could then be mirrored, for example).
  • Gene ⁇ rell can be provided on the Einstrahl- and / or the radiating surface a dichroic mirroring, for example.
  • the conversion is preferably a down-conversion, the conversion light is compared to the laser radiation / LED radiation so longer wavelength (lower energy).
  • the laser irradiation surface is a subset of the LED irradiation surface, that is, it lies completely on the latter.
  • the laser irradiation surface is preferably a true subset of the LED irradiation surface, so the two are not congruent, but the laser irradiation surface is smaller (which is generally preferred).
  • the irradiation surface is flat and thus also the irradiation surfaces / irradiation regions are flat.
  • the laser irradiation surface has an area content of at most 40%, in this order increasingly preferably at most 35%, 30%, 25%, 20%, 15%, 10% and 5%, of the area content of the LED -Bemhlungs condensation makes up. Can teralian possible Un ⁇ eg. At least 0.5% and at least 1% lower (and generally also be independent of a maximum of interest).
  • the LED irradiation surface has a surface area that is at least 40%, preferably at least 45%, particularly preferably at least 50%, of a surface area of the LED irradiation surface.
  • half the input radiation with LED radiation is preferably at least ⁇ ⁇ be irradiated.
  • the "input surface” is the side surface of the fluorescent element which constitutes irradiation areas including ⁇ , but will in turn not necessarily irradiated in entire they adjoins in an edge (eg zy ⁇ relieving shaped phosphor element.) Or edge (e.g. B. cuboidal phosphor element) to the edge surface (cylindrical surface) or edge surfaces (side surfaces of the cuboid) of the phosphor element.
  • edge e.g. B. cuboidal phosphor element
  • the illumination device is set up such that, during operation, the irradiation surface is at least temporarily irradiated simultaneously by the LED and the laser.
  • Operating condition can in another loading the irradiation surface while only with either of the LED radiation, or the laser radiation is irradiated, but it should at least one Radiozu ⁇ was passed with simultaneous irradiation.
  • the lighting device for a particular operation is “set up", this means, as far as there is only one operating state, that the relative arrangement of LED, laser and phosphor element (and any means for beam guidance, such as lenses / Mirror) is such that, when the lighting device is switched on, a corresponding irradiation carried out; If there are several operating states, for example, a corresponding control unit can be provided which changes the irradiation from one to the other operating state accordingly, for example by adjusting the output power of the LED and / or the laser. "Operating state” is used when at least one of the sources (LED and laser) emits radiation.
  • the illumination device is set up in such a way that the irradiation surface is irradiated not only simultaneously with the LED and the laser but, in fact, there is also an overlap of LED and laser radiation on the irradiation surface at a respective point in time.
  • the laser and LED irradiation regions are each static, so none of the irradiation regions is moved over the irradiation surface during this time and / or its shape / size is changed.
  • the illumination device is set up for operation in at least two operating states, wherein the laser irradiation region has a first area (nonzero) in a first of the operating states and has a second area in a second one of the operating states greater than the first area is.
  • the laser irradiation region has a first area (nonzero) in a first of the operating states and has a second area in a second one of the operating states greater than the first area is.
  • the surface area of the laser irradiation area may, for example, be at least 20%, in the order of its designation at least 50%, 75%, 100%, 150%, 200%, 250%, 300%, 350%, 400 %, 450% and 500% respectively, be greater than in the first operating state; possible upper limits may be (independently of), for example, at most 5,000%, 3,000% or 1,000%.
  • a high-beam mode of the motor vehicle headlamp can be at least ⁇ supported, and / or it can be at least supported in the second operating state (large area) a Tagfahrlichtmo ⁇ dus, see below in Detail.
  • the first and second operating states are set, that is to say the size of the laser irradiation region varies, in that the relative distance of the laser and the phosphor element is changed.
  • the size of the laser irradiation region is ge ⁇ changes with the change in distance.
  • the laser radiation is incident divergently on the irradiation surface, so it is accordingly the Real ⁇ tivabstand in the first operating state (smaller range) is smaller than in the second operating state.
  • the change of the relative distance can generally be done with, for example, a linear motor.
  • an optical element can also be displaced to change the size of the laser irradiation region, via which the laser radiation is guided, for example a lens penetrated by the laser radiation.
  • a centroid of the laser irradiation region is ortsunverän ⁇ sary, namely across the operation of theanssvor- direction, ie, for example.
  • the centroid the purely geometric surface is used as the basis, so it is not weighted, for example, with the irradiance.
  • it is generally still possible to change the size and / or shape of the laser irradiation area, ie for example a change between the first and second operating state just described.
  • the laser radiation is so guided on the input surface of the Leuchtstof ⁇ felements that they impinge with a tilted to a perpendicular on the irradiation surface centroid direction.
  • tilted can, for example, be tilted by at least 5 °, 15 °, 25 °, 35 ° or 45 ° (increasingly preferred in the order in which it is mentioned), and independently thereof by not more than 80 °, 70 ° or 60 ° tilted mine.
  • the LED for the relatively large-area LED irradiation of the Einstrahl Structure zugege- turns be placed comparatively close to it and the laser radiation is led past the LED on the Einstrahl requirements.
  • the "direction of gravity" is taken as the mean value of all the directional vectors of the radiation beam of the respective considered radiation (laser or LED radiation), whereby in this averaging each directional vector is weighted with its corresponding radiant intensity irradiation surface
  • Laid plane compensatory surface taken, preferably, the input surface is planar and is perpendicular to the solder on the entire ⁇ A beam area.
  • the surface area of the LED irradiation area in a release position of the diaphragm is greater than in the cover position.
  • a shutter is provided which limits the LED irradiation area in the top position and increases in the release position.
  • the LED radiation in the release position is no longer limited by the aperture, but this fully ⁇ constantly taken from the beam path.
  • an embodiment may be such that, in the top position, the panel additionally blocks the path of the laser radiation toward the irradiation surface. This may also be of interest, even if the laser is not operated in the top position, for example as an additional safety device.
  • the diaphragm In the release position, the diaphragm can then not only let pass a previously blocked part of the LED radiation, but also release the path for the laser radiation.
  • the irradiation surface of the fluorescent element is divided into a plurality of adjacently arranged ⁇ regions having different conversion characteristics.
  • the regions can be arranged perpendicularly to the irradiation surface, for example, next to one another (line-shaped or column-shaped) or matrix-like, ie in rows and columns.
  • the different conversion properties could, for example, also be achieved by a different thickness of the regions taken perpendicular to the irradiation surface; before ⁇ Trains t
  • the phosphor material is different, so they can, for example, in the case of a composite of several individual phosphors Leuchtscherlementmateri- as their relative proportions in each area un- be different and / or areas can differ in each case at least one single phosphor. However, it may also differ in the same individual phosphor (s) whose concentration.
  • the phosphor element may, for example, also be composed of a plurality of layers stacked on one another in the thickness direction (see below), wherein in the case of the subdivision into adjacently arranged regions, these regions do not necessarily have to differ in all layers, but in at least one layer of the layer stack.
  • the next adjacent regions can each also adjoin one another directly.
  • the areas can actually be physically separated from each other, for example, by an interposed wall or a sheet, such as a thin sheet steel.
  • the regions may be separated from each other via a non-converting boundary material.
  • the division into areas, in particular ⁇ sondere in physically separate regions, for example, can be of interest in so far as such a sharp be ⁇ bordered illumination light emission may be possible. Therefore, it can generally also be independent of different conversion properties in the areas of interest.
  • the "plurality" means areas Minim ⁇ least two, preferably at least three regions, it being possible, for example, possible upper limits.
  • a maximum of ten and five areas are located.
  • the subdivision of the light ⁇ fabric elements extends in a thickness direction (which is parallel to the above-discussed solder is) through the entire fluorescent member therethrough, particularly preferably exclusively (not inclined) in the thickness direction.
  • the fluorescent element with the subdivision of Einstrahlflä- che in areas thus preferably in volume ranges shares under ⁇ , it is nevertheless preferred overall einstü ⁇ one piece, the individual areas are therefore not destruction, ⁇ freely separable.
  • a one-piece phosphor element is preferred; in other than the embodiments just described, it may preferably be monolithic (apart from statistically distributed components in its interior, free of material boundaries).
  • the invention also relates to a motor vehicle headlight (motor vehicle headlight) with a lighting device described herein, preferably a headlight and / or an automobile headlight.
  • the motor vehicle headlight is set up such that the LED irradiation surface is irradiated with the LED radiation both in a low beam mode and in a high beam mode.
  • the size and / or shape of the LED irradiation area in the low-beam and high-beam mode may differ, so that the LED irradiation area may be larger, for example, in the high-beam mode. Size and / or shape of the LED Irradiation area can however also be identical in Abbiend- and Fernlichtmo ⁇ dus.
  • the high beam mode is depending ⁇ d consult preferably additionally irradiated with the laser radiation.
  • ⁇ speaking turns can be combined with the laser radiation, a relatively narrowly defined range of comparatively high intensity and can be performed accordingly stimulate ⁇ speaking turns (with an illumination optical system) in a relatively small solid angle range a lot of illumination light. With a correspondingly narrow light cone the road can then be well into the distance illuminate ⁇ .
  • the motor vehicle headlight a presently described lighting ⁇ device having first and second operating state (Differing size of the laser-irradiation region), wherein in the first operating state (less laser irradiation area) is at least supports a beam mode of the headlamp and / or in the second operating state be ⁇ (large laser irradiation area) is at least supports a daytime running light mode of the headlight.
  • first operating state less laser irradiation area
  • ⁇ large laser irradiation area
  • the motor vehicle headlamp has a lighting system described here.
  • Device with mechanical shutter on wherein the headlamp in the top position (mask masked LED irradiation area) is switched to a low beam mode and is switched in the release position in a high beam mode.
  • the laser radiation can see then ⁇ additionally to the input surface tref ⁇ fen in the high-beam mode. the above illustration.
  • the invention also relates to the use of a lighting device described here for a corresponding motor vehicle headlight.
  • the at least one "LED” preferably comprises at least one light-emitting diode In the presence of a plurality of light-emitting diodes, these can shine in the same color or in different colors
  • a color can be monochrome (eg red, green, blue etc.) or multichrome (eg white) .
  • Several LEDs can a mixed light generate, for example, a blue mixed light
  • the at least one light-emitting diode may be at least one wavelength converting phosphor include (conversion LED)
  • LED chips can be mounted on a common substrate (“submount”)
  • substrate eg based on InGaN or AlInGaP
  • organic LEDs eg polymer OLEDs
  • LEDs eg polymer OLEDs
  • FIG. 1 shows a first illumination device according to the invention with LED, laser and phosphor element
  • Fluorescent element according to Figures 4a and b in plan view. Preferred embodiment of the invention
  • the LED 1 shows a first inventive lighting device with an LED ⁇ 1 (see. The definition in the introduction), a laser 2 which is a laser diode, and a fluorescent element 3 there is shown a schematic side and sectional view.
  • the LED 1 emits an LED radiation 4, which passes through a primary optics 5 for beam shaping and then falls onto an incident surface 6 of the phosphor element 3. With the primary optics 5, the opening angle of the LED light 4 emitted by the original Lambertsch is somewhat reduced.
  • the laser 2 emits laser radiation 7 which passes through a collimator lens 8 and then collides essentially collimated with the irradiation surface 6 of the phosphor element 3 and irradiates a substantially smaller area than the LED radiation 4.
  • Both the laser and the LED radiation is blue light of the presently of yttrium-aluminum garnet (YAG: Ce) fluorescent lampes constructed felement 3 proportionally into yellow light conversion is Conver ⁇ advantage. However, it is not convert all of the blue light, so that 6 entge ⁇ gennewen emission surface 9 of the fluorescent element 3 is a mixture of the yellow light conversion and a pro rata basis unconverted blue light is emitted as illumination light ⁇ 10 at one of the input surface.
  • this illumination light 10 two beams are shown, which emanate from different locations of the emission surface 9 and are directed with a Be ⁇ illumination optics 11 in different spatial directions.
  • Is then installed in a motor vehicle headlight lighting device is measured by how much BL LEVEL ⁇ tung light of what point of the radiating surface 9 is released 10, in which spatial direction and, accordingly, in which area, or on the road as much illumination light 10 passes.
  • the irradiation of the irradiation surface whatsoeverflä ⁇ CHIGE 6 with the LED radiation 4 for example, a wide-angle Grundausleuch- processing can be realized. Which a local elevation is exceeded superimposed with the spatially concentrated laser radiation 7. Accordingly, a comparatively narrow center solid angle region is supplied with a particularly large amount of illumination light 10.
  • FIGS. 2a-c show a second illumination device, constructed in a basically comparable manner according to FIG. 1, in three different operating states.
  • the same reference numerals designate parts having the same function, and to that extent, reference is always made to the description of the remaining figures.
  • an illumination optics for discharging the at different points of the radiating surface 9 of the Leuchtstof ⁇ felements 3 emitted illumination light is provided to comparable Figure 1, which however is not shown for clarity.
  • the phosphor element 3 according to the figures 2a-c is formed by a thin steel sheet 20 in two sections 3a, b un ⁇ tergliedert, which differ in their conversion properties (but this is generally not necessary), and it is accordingly the irradiation surface 6 in two regions 6a, b segmented.
  • the LED radiation 4 only the region 6a of the irradiation surface 6 being irradiated.
  • the segmentation by the steel sheet 20 may, for example, also be advantageous insofar as a clearly demarcated LED irradiation area 30, cf. the hatched area in Figure 3a, reach. Since the Relativanord ⁇ voltage of LED 1, the primary optics 5 and phosphor element 3 is present static and there is no masking of the LED radiation 4 corresponds to the embodiment according to Figure 2, the LED radiation portion 30 of the irradiated in time integral LED radiation surface.
  • FIGS 3a-c the input surface 6 of the lighting apparatus according to the figures 2a-c, respectively in top view, wherein the same letter a, b, c depending ⁇ wells referenced the same operating condition.
  • FIG. 3 b illustrates the small laser irradiation area 31 a, which corresponds to the LED
  • Irradiation area 30 is superimposed. In this little one Range is the registered radiation intensity ver ⁇ comparatively high, which is why accordingly Konver ⁇ sion light is generated.
  • the operating state according to FIGS. 2a / 3a corresponds to a low beam mode
  • the operating state according to FIGS. 2b / 3b corresponds to a high beam mode.
  • the LED radiation 4 is switched off, that is, the LED 1 is inactive.
  • the irradiation surface 6 is irradiated solely with the laser radiation 7, wherein, in contrast to FIG. 2b, the laser irradiation region 31b is significantly larger, cf. Figure 3c for illustration. This is achieved by an increased relative distance between the Einstrahl requirements 6 and the La ⁇ ser 2, resulting in the result of the divergent incident on the Einstrahl requirements 6 laser radiation 7 results in a size-changed laser irradiation region 31b.
  • the lighting device can support a daytime running light mode of the motor vehicle headlight (in which it emits light in total from an area of at least 25 cm 2 ).
  • the Laserstrah ⁇ lung 7 applies not only widened, but also obliquely incident on the input surface 6. Consequently, the effective optical path to the opposite radiating surface 9 in the area 3b of the phosphor element shorter than in the region 3a. This can be taken into account with the slightly different conversion properties, so that in the result, despite the different optical path, the ratio of unconverted laser radiation to conversion light is approximately the same in both regions 3a, b, ie comparable white illumination light is emitted.
  • a movable diaphragm 40 is provided in addition to the basic structure with LED 1 and laser 2.
  • Figure 4a shows the aperture 40 in a top position, Figure 4b in a release position. In the top position, the diaphragm 40 masks the LED radiation 4, that is to say that it fades out part of it, so that only LED radiation 4 falls on the region 6a of the radiation surface 6, cf.
  • Figure 5a for illustration.
  • the LED-irradiation region 30a and the portion 6a of the irradiation surface 6 are in this Radiozu ⁇ was congruent.
  • the diaphragm In the operating state according to FIG 4b, the diaphragm is pivoted to a Freigeb ein 40 and falls accordingly spre ⁇ accordingly, the entire LED radiation 4 to the irradiation surface 6, and pro rata in the portion 6b (see FIG. 5b for illustration).
  • the LED irradiation area 30 is therefore variable in this embodiment, in the operating state according to FIG. 4b / 5b it corresponds to the temporally integral resulting LED irradiation area.
  • the laser 2 is also activated in the release position. Fourth, so a locally increased intensity superimposed (see the description of Figures 1 and 2).
  • the diaphragm 40 In the release position, the diaphragm 40 also releases the path for the laser radiation 7, in the top position it blocks it (FIG. 4 a). This can, for example, provide an additional Si ⁇ safety and help prevent inadvertent leakage of laser radiation 7 high power density.
  • a motor vehicle headlight of the operating state according to the figures 4a / 5a corresponds to a light-mode low beam and that according to the figures 4b / 5b (Unblock ⁇ position) a high beam mode.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer LED (1) zur Emission von LED-Strahlung (4), einem Laser (2) zur Emission von Laserstrahlung (7) und einem Leuchtstoffelement (3) zur zumindest teilweisen Konversion der LED-Strahlung (4) und der Laserstrahlung (7) in ein Konversionslicht, wobei im Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung eine auf der Einstrahlfläche (6) des Leuchtstoffelements (3) mit der LED-Strahlung (4) bestrahlte LED-Bestrahlungsfläche und eine mit der Laserstrahlung (7) bestrahlte Laser-Bestrahlungsfläche zumindest überlappen. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus einen Kfz-Scheinwerfer mit einer solchen Beleuchtungsvorrichtung bzw. die Verwendung einer solchen Beleuchtungsvorrichtung für einen Kfz-Scheinwerfer.

Description

BELEUCHTUNGSVORRICHTUNG ZUR EMISSION VON
BELEUCHTUNGSLICHT
BESCHREIBUNG Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvor- richtung zur Emission von Beleuchtungslicht, welche ein Leuchtstoffelement aufweist.
Stand der Technik
Bei Beleuchtungsvorrichtungen der vorliegend relevanten Art wird ein Leuchtstoffelement mit einer Pumpstrahlung bestrahlt. Das Leuchtstoffelement konvertiert die Pump- Strahlung in ein Konversionslicht, welches dann zumindest anteilig das von der Beleuchtungsvorrichtung abgegebene Beleuchtungslicht bildet. Das Konversionslicht kann im Falle einer sogenannten Teilkonversion gemeinsam mit einem nicht konvertierten Anteil an Pumpstrahlung das Be- leuchtungslicht bilden, wobei dann bspw. blaues Pumplicht als Pumpstrahlung bevorzugt sein kann. Andererseits kann aber auch das Konversionslicht allein das Beleuchtungs¬ licht bilden (Vollkonversion) .
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine besonders vorteilhafte Beleuchtungsvor- richtung anzugeben. Erfindungsgemäß löst diese Aufgabe eine Beleuchtungsvor¬ richtung zur Emission von Beleuchtungslicht, mit einer LED zur Emission von LED-Strahlung, einem Laser zur Emission von Laserstrahlung und einem Leuchtstoffelement zur zumindest teilweisen Konversion der LED-Strahlung und der Laserstrahlung in ein Konversionslicht, welches zumindest anteilig das Beleuchtungslicht bildet, wobei die LED, der Laser und das Leuchtstoffelement derart relativ zueinan¬ der angeordnet sind, dass im Betrieb der Beleuchtungsvor- richtung auf einer Einstrahlfläche des Leuchtstoffele¬ ments jeweils im zeitlichen Integral die LED mit der LED- Strahlung eine LED-Bestrahlungsfläche bestrahlt und der Laser mit der Laserstrahlung eine Laser-
Bestrahlungsfläche bestrahlt, wobei die Laser- Bestrahlungsfläche mit der LED-Bestrahlungsfläche zumin¬ dest eine Schnittmenge hat.
Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung, wobei in der Darstellung nicht immer im Einzelnen zwischen Verfahrens- und Vorrichtungs- bzw. Verwendungsaspekten unterschieden wird; jedenfalls implizit ist die Offenbarung hinsicht¬ lich sämtlicher Anspruchskategorien zu lesen.
Eine Grundidee besteht vorliegend darin, nicht nur eine, sondern mindestens zwei Pumpstrahlungsquellen vorzusehen, und zwar mit der LED und dem Laser zwei Pumpstrahlungs¬ quellen unterschiedlichen Typs. Die LED-Strahlung wird von der LED typischerweise Lambertsch, also einen Halbraum vollständig ausfüllend, jedenfalls aber breitwinklig emittiert; demgegenüber ist die Laserstrahlung eng gebün- delt, ist das Strahlenbündel scharf begrenzt. Die LED kann nun bspw. für eine großflächige Grundausleuchtung der Einstrahlfläche genutzt werden, der mit dem Laser ei¬ ne lokale Überhöhung aufmoduliert werden kann. Im Prinzip korreliert die vom Leuchtstoffelement aus einem jeweili¬ gen Flächenbereich (einer Abstrahlfläche) heraus abgege¬ bene Menge an Konversionslicht mit der Menge des in einen entsprechenden Flächenbereich (einer Einstrahlfläche) eingestrahlten Menge an Pumpstrahlung (LED- und/oder La- serstrahlung) , wird also mit einem Einstrahlmuster ein entsprechendes Abstrahlmuster erzeugt. Der Abstrahlfläche des Leuchtstoffelements ist bevorzugt eine Beleuchtungs¬ optik (abbildend oder nicht abbildend) zugeordnet, welche das an unterschiedlichen Stellen der Abstrahlfläche abge- gebene Beleuchtungslicht dann in unterschiedliche Raum¬ richtungen lenkt.
Im Ergebnis kann so bspw. mit der großflächigen Grundausleuchtung ein großer Winkelbereich mit Beleuchtungslicht versorgt werden und kann mit der lokalen Überhöhung einem engen Winkelbereich überproportional viel Licht zugeführt werden; ein interessantes Anwendungsgebiet kann bspw. im Bereich der Straßenausleuchtung mit einem Kfz- Frontscheinwerfer liegen, siehe unten im Detail. Dies soll eine mit der Erfindung eröffnete Möglichkeit illust- rieren, den Erfindungsgedanken aber nicht in seiner Allgemeinheit beschränken. Weitere Anwendungsmöglichkeiten können Beleuchtungsvorrichtungen wie z. B. Scheinwerfer für Architekturbeleuchtung, Effektbeleuchtung, Unterwasserbeleuchtung, Signalleuchten, Schiffscheinwerfer, und Studiobeleuchtung sein. Die Laser- und die LED-Bestrahlungsfläche haben zumindest eine Schnittmenge, überlappen also. Da ein Laser- Bestrahlungsbereich, nämlich der gesamte mit der Laserstrahlung in einem jeweiligen Zeitpunkt (Momentaufnahme) bestrahlte Bereich der Einstrahlfläche, im Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung variiert werden kann (z. B. die Einstrahlfläche mit der Laserstrahlung abgerastert werden kann) und/oder ein LED-Bestrahlungsbereich, nämlich der gesamte mit der LED-Strahlung in einem jeweiligen Zeit- punkt (Momentaufnahme) bestrahlte Bereich, variabel sein kann, wird die jeweilige Bestrahlungsfläche im zeitlichen Integral betrachtet. Die LED-Bestrahlungsfläche ergibt sich also als Vereinigungsmenge aller über den Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung hinweg bestrahlten LED- Bestrahlungsbereiche; gleichermaßen ergibt sich die La¬ ser-Bestrahlungsfläche als Vereinigungsmenge aller Laser- Bestrahlungsbereiche . In anderen Worten ist eine jeweili¬ ge Bestrahlungsfläche die über den Betrieb hinweg mit der jeweiligen Strahlung insgesamt bestrahlte Fläche. Im Allgemeinen müssen also die LED- und die Laserstrahlung auf der Einstrahlfläche nicht notwendigerweise tat¬ sächlich in einem Zeitpunkt überlappen, sondern ergibt sich der Überlapp zumindest im zeitlichen Integral. Ein entsprechender zeitlicher Versatz kann dabei bspw. auch unterhalb der menschlichen Wahrnehmungsgrenze liegen, so¬ dass also in einer wahrnehmungsbedingten Mittelung bspw. der weite und der demgegenüber enge Winkelbereich den vorstehenden Ausführungen entsprechend gleichwohl „gleichzeitig" mit Beleuchtungslicht versorgt werden. Die Bestrahlung der Einstrahlfläche mit LED-Strahlung und Laserstrahlung kann im Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung z. B. auch abwechselnd erfolgen, etwa in zeitlicher Hinsicht vollständig disjunkt (in keinem Zeitpunkt gleichzeitig); es ist aber bspw. auch ein teilweiser, aber nicht vollständiger Überlapp (im zeitlichen Verlauf) möglich, sodass es also Zeitpunkte gibt, in denen mit LED- und Laserstrahlung gleichzeitig bestrahlt wird, und andere Zeitpunkte, in denen mit jeweils nur einer der beiden bestrahlt wird. Auch generell kann die LED- und/oder Laserstrahlung gepulst auf die Einstrahlfläche treffen, womit sich bspw. auch die jeweilige mittlere Leistung einstellen lassen kann. Sind beide gepulst, können sie sich bspw. in ihrer Frequenz (der Pulse) und/oder ihrem Tastgrad unterscheiden.
Generell wird ein jeweiliger Bestrahlungsbereich / eine jeweilige Bestrahlungsfläche bevorzugt nach der Halb¬ wertsbreite ermittelt, reicht der Bereich / die Fläche auf der Einstrahlfläche also bis dorthin, wo die Strah- lungsleistung (der jeweiligen Strahlung) auf die Hälfte abgefallen ist (im Allgemeinen könnte der Rand bspw. auch dort hingelegt werden, wo die Strahlungsleistung auf 1/e oder 1/e2 abgefallen ist). Wenngleich der vorliegende Hauptanspruch einen Überlapp der Bestrahlungsflächen kon- kretisiert, könnten im Allgemeinen LED- und Laser- Bestrahlungsfläche auch nebeneinander auf der Einstrahlfläche liegen und sich berühren oder auch nicht berühren; eine solche Variante soll ausdrücklich als Alternative zum Gegenstand des Hauptanspruchs offenbart sein. Ferner wäre es im Allgemeinen auch denkbar, LED- und Laserstrah- lung nicht auf dieselbe Einstrahlfläche einzustrahlen, sondern bspw. auf einander entgegengesetzte Seitenflächen des Leuchtstoffelements (was aber vorliegend nicht bean¬ sprucht ist) . Von der scharfen Bündelung abgesehen kann sich die Laserstrahlung insbesondere durch eine hohe Intensität bzw. eine große Kohärenzlänge auszeichnen; sowohl die Laser¬ ais auch die LED-Strahlung liegen jeweils bevorzugt in einem engen Frequenzbereich, die Strahlung ist also je- weils monochromatisch. Die Begriffe „LED" und „Laser" können jeweils auch auf eine Anordnung (ein Array) mit mehreren Einzel-LEDs/Einzel-Laserquellen zu lesen sein; „mehrere" meint mindestens zwei, wobei mindestens drei bzw. mindestens vier weitere Untergrenzen sind (und höchstens 100, 80, 60, 40, 20 bzw. 10 davon unabhängige Obergrenzen sein können) .
Bevorzugt wird das Leuchtstoffelement in Transmission be¬ trieben, sind also die Einstrahl- und die Abstrahlfläche einander entgegengesetzt (gleichwohl sind das Abstrahl- muster auf der Abstrahlfläche und das Einstrahlmuster auf der Einstrahlfläche im Wesentlichen deckungsgleich) . Im Allgemeinen wäre aber auch ein Betrieb in Reflexion möglich, könnten also Einstrahl- und Abstrahlfläche auch zusammenfallen (und die entgegengesetzte Seitenfläche des Leuchtstoffelements dann bspw. verspiegelt sein). Gene¬ rell kann an der Einstrahl- und/oder der Abstrahlfläche eine dichroitische Verspiegelung vorgesehen sein, bspw. beim Betrieb in Transmission an der Einstrahlfläche eine für das Konversionslicht reflektive / die Pumpstrahlung transmissive Beschichtung und/oder an der Abstrahlfläche eine für das Konversionslicht transmissive / die Pump¬ strahlung reflektive Beschichtung. Die Konversion ist bevorzugt eine Down-Konversion, das Konversionslicht ist gegenüber der Laserstrahlung / LED-Strahlung also längerwellig (niedrigerenergetisch) .
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Laser- Bestrahlungsfläche eine Teilmenge der LED- Bestrahlungsfläche, liegt sie also vollständig auf letz- terer. Die Laser-Bestrahlungsfläche ist bevorzugt eine echte Teilmenge der LED-Bestrahlungsfläche, die beiden sind also nicht deckungsgleich, sondern die Laser- Bestrahlungsfläche ist kleiner (was generell bevorzugt ist) . Soweit generell von der Größe einer Bestrahlungs- fläche / eines BeStrahlungsbereichs die Rede ist, wird der davon auf der Einstrahlfläche unter Berücksichtigung einer möglichen Topographie der Einstrahlfläche tatsäch¬ lich belegte Flächeninhalt zugrunde gelegt; bevorzugt ist die Einstrahlfläche plan und sind damit auch die Bestrah- lungsflächen/Bestrahlungsbereiche plan.
In bevorzugter Ausgestaltung hat die Laser- Bestrahlungsfläche einen Flächeninhalt, der höchstens 40 %, in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt höchstens 35 %, 30 %, 25 %, 20 %, 15 %, 10 % bzw. 5 %, des Flächen- inhalts der LED-Bestrahlungsfläche ausmacht. Mögliche Un¬ tergrenzen können bspw. bei mindestens 0,5 % bzw. mindestens 1 % liegen (und im Allgemeinen auch unabhängig von einer Obergrenze von Interesse sein) . Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat die LED- Bestrahlungsfläche einen Flächeninhalt, der mindestens 40 %, vorzugsweise mindestens 45 %, besonders bevorzugt mindestens 50 %, eines Flächeninhalts der LED- Bestrahlungsfläche ausmacht. Bevorzugt wird also zumin¬ dest die halbe Einstrahlfläche mit LED-Strahlung be¬ strahlt. Die „Einstrahlfläche" ist jene Seitenfläche des Leuchtstoffelements , welche die Bestrahlungsflächen bein¬ haltet, ihrerseits aber nicht notwendigerweise im Gesam- ten bestrahlt wird; sie grenzt in einer Kante (z. B. zy¬ linderförmiges Leuchtstoffelement) bzw. Kanten (z. B. quaderförmiges Leuchtstoffelement ) an die Kantenfläche (Zylindermantelfläche) bzw. Kantenflächen (Seitenflächen des Quaders) des Leuchtstoffelements . Bevorzugt ist die Einstrahlfläche plan.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Beleuchtungsvorrichtung so eingerichtet, dass im Betrieb die Einstrahlfläche zumindest zeitweilig gleichzeitig von der LED und dem Laser bestrahlt wird. In einem anderen Be- triebszustand kann die Einstrahlfläche dabei auch nur mit entweder der LED-Strahlung oder der Laserstrahlung bestrahlt werden, es soll aber zumindest einen Betriebszu¬ stand mit gleichzeitiger Bestrahlung geben. Soweit generell davon die Rede ist, dass die Beleuchtungsvorrichtung für einen bestimmten Betrieb „eingerichtet" ist, meint dies, soweit es nur einen einzigen Betriebszustand gibt, dass die Relativanordnung von LED, Laser und Leuchtstoffelement (und etwaiger Mittel zur Strahlführung, wie bspw. Linsen/Spiegel) derart ist, dass bei eingeschalte- ter Beleuchtungsvorrichtung eine entsprechende Bestrah- lung erfolgt; soweit es mehrere Betriebszustände gibt, kann bspw. eine entsprechende Steuereinheit vorgesehen sein, welche die Bestrahlung von dem einen zum anderen Betriebszustand entsprechend ändert, bspw. durch eine An- passung der Ausgangsleistung der LED und/oder des Lasers. Von „Betriebszustand" wird dann gesprochen, wenn zumindest eine der Quellen (LED und Laser) Strahlung emittiert .
In bevorzugter Ausgestaltung ist die Beleuchtungsvorrich- tung so eingerichtet, dass die Einstrahlfläche nicht nur gleichzeitig LED und Laser bestrahlt wird, sondern es tatsächlich auch in einem jeweiligen Zeitpunkt einen Überlapp von LED- und Laserstrahlung auf der Einstrahlfläche gibt. Bevorzugt sind der Laser- und der LED- Bestrahlungsbereich jedenfalls während der gleichzeitigen Bestrahlung der Einstrahlfläche jeweils statisch, wird also währenddessen keiner der Bestrahlungsbereiche über die Einstrahlfläche bewegt und/oder in seiner Form/Größe verändert . Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Beleuchtungsvorrichtung für einen Betrieb in mindestens zwei Be- triebszuständen eingerichtet, wobei der Laser- Bestrahlungsbereich in einem ersten der Betriebszustände einen ersten Flächeninhalt hat (der ungleich Null ist) und in einem zweiten der Betriebszustände einen zweiten Flächeninhalt hat, der größer als der erste Flächeninhalt ist. Wie bereits erläutert, bezieht sich „Bestrahlungsbe¬ reich" auf die in einem Zeitpunkt bestrahlte Fläche, also auf eine Momentaufnahme; die „Bestrahlungsfläche" ergibt sich über den Betrieb aufintegriert als Vereinigungsmenge der Bestrahlungsbereiche (bei einer statischen Anordnung fallen Bestrahlungsbereich und Bestrahlungsfläche zusammen, sind sie also deckungsgleich) . Der Flächeninhalt des Laser-Bestrahlungsbereichs kann im zweiten Betriebszustand bspw. um mindestens 20 %, in der Reihenfolge der Nennung zumindest bevorzugt mindestens 50 %, 75 %, 100 %, 150 %, 200 %, 250 %, 300 %, 350 %, 400 %, 450 % bzw. 500 %, größer als im ersten Betriebszu- stand sein; mögliche Obergrenzen können (davon unabhängig) bspw. bei höchstens 5.000 %, 3.000 % bzw. 1.000 % liegen. In dem ersten Betriebs zustand (kleiner Bereich) kann bspw. ein Fernlichtmodus des Kfz-Scheinwerfers zu¬ mindest unterstützt werden, und/oder es kann in dem zwei- ten Betriebszustand (großer Bereich) ein Tagfahrlichtmo¬ dus zumindest unterstützt werden, siehe unten im Detail.
In bevorzugter Ausgestaltung werden der erste und der zweite Betriebszustand eingestellt, also die Größe des Laser-Bestrahlungsbereichs variiert, indem der Relativab- stand von Laser und Leuchtstoffelement verändert wird. In Verbindung mit einem divergenten oder konvergenten, also nicht kollimierten, Laserstrahl wird mit der Abstandsänderung auch die Größe des Laser-Bestrahlungsbereichs ge¬ ändert. Bevorzugt fällt die Laserstrahlung divergent auf die Einstrahlfläche, ist also dementsprechend der Rela¬ tivabstand im ersten Betriebszustand (kleinerer Bereich) kleiner als im zweiten Betriebszustand. Die Änderung des Relativabstands kann generell mit bspw. einem Linearmotor erfolgen . Alternativ zur Veränderung des Relativabstands zwischen Einstrahlfläche und Laser, oder aber auch in Kombination damit, kann zur Veränderung der Größe des Laser- Bestrahlungsbereichs auch ein optisches Element versetzt werden, über welches die Laserstrahlung geführt wird, bspw. eine von der Laserstrahlung durchsetzte Linse.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Flächenschwerpunkt des Laser-Bestrahlungsbereichs ortsunverän¬ derlich, und zwar über den Betrieb der Beleuchtungsvor- richtung hinweg, also bspw. auch in unterschiedlichen Be- triebszuständen . Für die Ermittlung des Flächenschwerpunkts wird die rein geometrische Fläche zugrunde gelegt, wird diese also bspw. nicht mit der Bestrahlungsstärke gewichtet. Trotz des ortsunveränderlichen Flächenschwer- punkts ist im Allgemeinen noch eine Größen- und/oder Formänderung des Laser-Bestrahlungsbereichs möglich, also bspw. ein eben beschriebener Wechsel zwischen erstem und zweitem Betriebszustand.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Laser- Strahlung derart auf die Einstrahlfläche des Leuchtstof¬ felements geführt, dass sie mit einer zu einem Lot auf der Einstrahlfläche verkippten Schwerpunktrichtung auftrifft. „Verkippt" kann bspw. um mindestens 5°, 15°, 25°, 35° bzw. 45° verkippt (in der Reihenfolge der Nennung zu- nehmend bevorzugt) , und davon unabhängig etwa um nicht mehr als 80°, 70° bzw. 60° verkippt meinen. Es wird also schräg eingestrahlt, was bspw. anordnungsbedingt Vorteile bieten kann; es kann dann bspw. die LED für die relativ großflächige LED-Bestrahlung der Einstrahlfläche zuge- wandt, vergleichsweise nahe daran platziert sein und die Laserstrahlung an der LED vorbei auf die Einstrahlfläche geführt werden. Die „Schwerpunktrichtung" wird als Mittelwert sämtlicher Richtungsvektoren des Strahlenbündels der jeweilig betrachteten Strahlung (Laser- oder LED- Strahlung) genommen, wobei bei dieser Mittelwertbildung jeder Richtungsvektor mit der ihm zugehörigen Strahlstärke gewichtet wird. Das Lot wird im Allgemeinen als Lot auf eine in die Einstrahlfläche gelegte, plane Aus- gleichsfläche genommen; bevorzugt ist die Einstrahlfläche plan und steht das Lot senkrecht auf der gesamten Ein¬ strahlfläche .
Es kann auch eine schräg auf die Einstrahlfläche geführte LED-Strahlung bevorzugt sein, entweder in Kombination mit der schräg zugeführten Laserstrahlung oder auch für sich. Es ist dann also die Schwerpunktrichtung, mit welcher die LED-Strahlung auf die Einstrahlfläche trifft, gegenüber dem Lot auf der Einstrahlfläche verkippt, vgl. die vor¬ stehenden Definitionen und Winkelangaben. Bei einer bevorzugten Ausführungsform, die auch unabhängig von den Merkmalen des Hauptanspruchs, konkret unab¬ hängig vom Vorhandensein zweier unterschiedlicher Pumpstrahlungsquellen, als Erfindung gesehen wird und auch in dieser Form offenbart sein soll, ist eine mechanisch be- wegliche Blende vorgesehen, welche den LED- Bestrahlungsbereich in einer Verdeckstellung der Blende teilweise maskiert, also verkleinert. Dementsprechend ist der Flächeninhalt des LED-Bestrahlungsbereichs in einer Freigebstellung der Blende größer als in der Verdeckstel- lung. In anderen Worten ist ein Shutter vorgesehen, der den LED-Bestrahlungsbereich in der Verdeckstellung begrenzt und in der Freigebstellung vergrößert. Bevorzugt wird die LED-Strahlung in der Freigebstellung überhaupt nicht mehr durch die Blende begrenzt, sondern diese voll¬ ständig aus dem Strahlengang genommen.
Bevorzugt kann eine Ausgestaltung derart sein, dass die Blende in der Verdeckstellung zusätzlich auch den Pfad der Laserstrahlung zur Einstrahlfläche hin blockiert. Dies kann auch von Interesse sein, selbst wenn der Laser in der Verdeckstellung gar nicht betrieben wird, bspw. als zusätzliche Sicherheitseinrichtung. In der Freigebstellung kann die Blende dann nicht nur einen zuvor blockierten Teil der LED-Strahlung passieren lassen, sondern eben auch den Pfad für die Laserstrahlung freigeben.
In bevorzugter Ausgestaltung ist die Einstrahlfläche des Leuchtstoffelements in eine Mehrzahl nebeneinander ange¬ ordneter Bereiche mit unterschiedlichen Konversionseigenschaften untergliedert. Die Bereiche können senkrecht auf die Einstrahlfläche blickend bspw. nebeneinander (zeilen- oder spaltenförmig) oder matrixförmig angeordnet sein, also in Zeilen und Spalten. Im Allgemeinen könnten die unterschiedlichen Konversionseigenschaften bspw. auch durch eine unterschiedliche, senkrecht zur Einstrahlflä- che genommene Dicke der Bereiche erreicht werden; bevor¬ zugt unterscheidet sich jedoch das Leuchtstoffmaterial , können also bspw. im Falle eines aus mehreren Einzel- Leuchtstoffen zusammengesetzten Leuchtstoffelementmateri- als deren Relativanteile in den einzelnen Bereichen un- terschiedlich sein und/oder können sich Bereiche in jeweils mindestens einem Einzel-Leuchtstoff unterscheiden. Es kann aber auch bei demselben/denselben Einzel- Leuchtstoff (en) dessen/deren Konzentration unterschied- lieh sein. Generell kann das Leuchtstoffelement bspw. auch aus mehreren in Dickenrichtung (siehe unten) aufeinander gesetzten Schichten aufgebaut sein, wobei im Falle der Untergliederung in nebeneinander angeordnete Bereiche sich diese dann nicht notwendigerweise in allen Schichten unterscheiden müssen, sondern in zumindest einer Schicht des Schichtstapels.
Im Allgemeinen können in einem in benachbarte Bereiche untergliederten Leuchtstoffelement die nächst benachbar¬ ten Bereiche jeweils auch direkt aneinandergrenzen . Die Bereiche können aber auch tatsächlich physisch voneinander getrennt sein, bspw. durch einen dazwischen angeordneten Wall oder ein Blech, etwa ein dünnes Stahlblech. In allgemeinen Worten können die Bereiche also über ein nicht konvertierendes Grenzmaterial dazwischen voneinan- der getrennt sein. Die Unterteilung in Bereiche, insbe¬ sondere in physisch voneinander getrennte Bereiche, kann bspw. insoweit von Interesse sein, als so eine scharf be¬ grenzte Beleuchtungslicht-Emission möglich sein kann; sie kann deshalb im Allgemeinen auch unabhängig von unter- schiedlichen Konversionseigenschaften in den Bereichen von Interesse sein. Die „Mehrzahl" Bereiche meint mindes¬ tens zwei, vorzugsweise mindestens drei Bereiche, wobei mögliche Obergrenzen bspw. bei höchstens zehn bzw. fünf Bereichen liegen können. Bevorzugt erstreckt sich die Untergliederung des Leucht¬ stoffelements in einer Dickenrichtung (die parallel zu dem vorstehend diskutierten Lot liegt) durch das gesamte Leuchtstoffelement hindurch, besonders bevorzugt aus- schließlich in Dickenrichtung (nicht schräg) . Bei einem in Transmission betriebenen Leuchtstoffelement ist dann also bspw. die entgegengesetzte Abstrahlfläche zur Ein¬ strahlfläche deckungsgleich untergliedert. Wenngleich das Leuchtstoffelement mit der Unterteilung der Einstrahlflä- che in Bereiche also bevorzugt in Volumenbereiche unter¬ teilt ist, ist es gleichwohl insgesamt bevorzugt einstü¬ ckig, sind die einzelnen Bereiche also nicht zerstörungs¬ frei voneinander trennbar. Generell ist ein einstückiges Leuchtstoffelement bevorzugt; bei anderen als den eben beschriebenen Ausgestaltungen kann es bevorzugt monolithisch sein (von statistisch verteilten Bestandteilen abgesehen in seinem Inneren frei von Materialgrenzen) .
Die Erfindung betrifft auch einen Kraftfahrzeug- Scheinwerfer (Kfz-Scheinwerfer) mit einer vorliegend be- schriebenen Beleuchtungsvorrichtung, bevorzugt einen Frontscheinwerfer und/oder einen Automobil-Scheinwerfer.
In bevorzugter Ausgestaltung ist der Kfz-Scheinwerfer so eingerichtet, dass die LED-Bestrahlungsfläche sowohl in einem Abblendlichtmodus als auch in einem Fernlichtmodus mit der LED-Strahlung bestrahlt wird. Hierbei können sich Größe und/oder Form des LED-Bestrahlungsbereichs in dem Abblendlicht- und dem Fernlichtmodus unterscheiden, kann der LED-Bestrahlungsbereich also bspw. im Fernlichtmodus größer sein. Größe und/oder Form des LED- Bestrahlungsbereichs können im Abbiend- und Fernlichtmo¬ dus aber auch identisch sein. Im Fernlichtmodus wird je¬ denfalls bevorzugt zusätzlich mit der Laserstrahlung bestrahlt. Wie eingangs dargestellt, lässt sich mit der La- serstrahlung ein relativ eng begrenzter Bereich mit vergleichsweise hoher Intensität anregen und kann dement¬ sprechend dann auch (mit einer Beleuchtungsoptik) in einen relativ kleinen Raumwinkelbereich viel Beleuchtungslicht geführt werden. Mit einem entsprechend engen Licht- kegel lässt sich dann die Straße gut in die Ferne aus¬ leuchten .
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Kfz- Scheinwerfer eine vorliegend beschriebene Beleuchtungs¬ vorrichtung mit erstem und zweitem Betriebszustand (un- terschiedliche Größe des Laser-Bestrahlungsbereichs) auf, wobei in dem ersten Betriebszustand (kleiner Laser- Bestrahlungsbereich) ein Fernlichtmodus des Scheinwerfers zumindest unterstützt wird und/oder in dem zweiten Be¬ triebszustand (großer Laser-Bestrahlungsbereich) ein Tag- fahrlichtmodus des Scheinwerfers zumindest unterstützt wird. Insbesondere im Tagfahrlichtmodus ist dann bevor¬ zugt zusätzlich zu der Emission aus dem (großen) Laser- Bestrahlungsbereich heraus noch ein weiterer Beleuchtungsbestandteil des Kfz-Scheinwerfers aktiviert, bspw. ein LED-Streifen, also nebeneinander angeordnete LEDs, ggf. in Verbindung mit einer bevorzugt nicht abbildenden Optik zur Strahlführung.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Kfz- Scheinwerfer eine vorliegend beschriebene Beleuchtungs- Vorrichtung mit mechanischer Blende auf, wobei der Scheinwerfer in der Verdeckstellung (Blende maskiert LED- Bestrahlungsbereich) in einen Abblendlichtmodus geschaltet ist und in der Freigebstellung in einen Fernlichtmo- dus geschaltet ist. In dem Fernlichtmodus kann dann zu¬ sätzlich die Laserstrahlung auf die Einstrahlfläche tref¬ fen, vgl. die vorstehende Darstellung.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer vorliegend beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung für einen ent- sprechenden Kfz-Scheinwerfer .
Allgemein umfasst die mindestens eine „LED" bevorzugterweise mindestens eine Leuchtdiode. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtdioden können diese in der gleichen Farbe oder in verschiedenen Farben leuchten. Eine Farbe kann monochrom (z.B. rot, grün, blau usw.) oder multichrom (z.B. weiß) sein. Mehrere Leuchtdioden können ein Mischlicht erzeugen; z.B. ein blaues Mischlicht. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mindestens einen wellenlängenumwandelnden Leuchtstoff enthalten (Konversions-LED) . Die mindes- tens eine Leuchtdiode kann in Form mindestens einer ein¬ zeln gehäusten Leuchtdiode oder in Form mindestens eines LED-Chips vorliegen. Mehrere LED-Chips können auf einem gemeinsamen Substrat ("Submount") montiert sein. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen Leuchtdioden, z.B. auf Basis von InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z.B. Polymer-OLEDs ) einsetzbar. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs¬ beispielen näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale im Rahmen der nebengeordneten Ansprüche auch in anderer Kombination erfindungswesentlich sein können und auch weiterhin nicht im Einzelnen zwischen den unterschiedlichen Anspruchskategorien unterschieden wird.
Im Einzelnen zeigt
Figur 1 eine erste erfindungsgemäße Beleuchtungsvor¬ richtung mit LED, Laser und Leuchtstoffele- ment ;
Figur 2a-c eine zweite erfindungsgemäße Beleuchtungsvor¬ richtung in unterschiedlichen Betriebszustän- den;
Figur 3a-c die Bestrahlung der Einstrahlfläche des
Leuchtstoffelements gemäß den Figuren 2a-c in Aufsicht ;
Figur 4a, b eine dritte erfindungsgemäße Beleuchtungsvor¬ richtung in zwei unterschiedlichen Betriebs- zusfänden ; Figur 5 die Bestrahlung der Einstrahlfläche des
Leuchtstoffelements gemäß den Figuren 4a und b in Aufsicht. Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Figur 1 zeigt eine erste erfindungsgemäße Beleuchtungs¬ vorrichtung mit einer LED 1 (vgl. die Definition in der Beschreibungseinleitung), einem Laser 2, nämlich einer Laserdiode, und einem Leuchtstoffelement 3. Gezeigt ist eine schematische Seiten- bzw. Schnittansicht. Die LED 1 emittiert eine LED-Strahlung 4, welche eine Primäroptik 5 zur Strahlbündelformung durchsetzt und dann auf eine Einstrahlfläche 6 des Leuchtstoffelements 3 fällt. Mit der Primäroptik 5 wird der Öffnungswinkel der originär Lam- bertsch emittierten LED-Strahlung 4 etwas verringert.
Gleichermaßen zur Bestrahlung der Einstrahlfläche 6 emittiert der Laser 2 Laserstrahlung 7, die eine Kollimati- onslinse 8 durchsetzt und dann im Wesentlichen kollimiert auf die Einstrahlfläche 6 des Leuchtstoffelements 3 fällt und von dieser einen wesentlich kleineren Bereich bestrahlt als die LED-Strahlung 4.
Sowohl bei der Laser- als auch der LED-Strahlung handelt es sich um blaues Licht, das von dem vorliegend aus Yttrium-Aluminium-Granat (YAG:Ce) aufgebauten Leuchtstof- felement 3 anteilig in gelbes Konversionslicht konver¬ tiert wird. Es wird aber nicht das gesamte blaue Licht konvertiert, sodass an einer der Einstrahlfläche 6 entge¬ gengesetzten Abstrahlfläche 9 des Leuchtstoffelements 3 eine Mischung aus dem gelben Konversionslicht und antei- lig nicht konvertiertem blauem Licht als Beleuchtungs¬ licht 10 abgegeben wird. Exemplarisch sind von diesem Beleuchtungslicht 10 zwei Strahlenbündel dargestellt, die von unterschiedlichen Stellen der Abstrahlfläche 9 ausgehen und mit einer Be¬ leuchtungsoptik 11 in unterschiedliche Raumrichtungen ge- lenkt werden. Ist die Beleuchtungsvorrichtung dann in einen Kfz-Scheinwerfer eingebaut, bemisst sich danach, von welcher Stelle der Abstrahlfläche 9 wie viel Beleuch¬ tungslicht 10 abgegeben wird, in welche Raumrichtung und dementsprechend in welchem Bereich auf oder an der Straße wie viel Beleuchtungslicht 10 gelangt. Durch die großflä¬ chige Bestrahlung der Einstrahlfläche 6 mit der LED- Strahlung 4 kann bspw. eine weitwinklige Grundausleuch- tung realisiert werden, welcher mit der räumlich konzentrierten Laserstrahlung 7 eine lokale Überhöhung über- lagert wird. Es wird entsprechend ein vergleichsweise en¬ ger mittiger Raumwinkelbereich mit besonders viel Beleuchtungslicht 10 versorgt.
Die Figuren 2a-c zeigen eine zweite, jener gemäß Figur 1 prinzipiell vergleichbar aufgebaute Beleuchtungsvorrich- tung, und zwar in drei unterschiedlichen Betriebszustän- den. Generell bezeichnen im Rahmen dieser Offenbarung dieselben Bezugszeichen Teile mit derselben Funktion und wird insofern immer auch auf die Beschreibung zu den übrigen Figuren verwiesen. Im Falle der Beleuchtungsvor- richtung gemäß den Figuren 2a-c ist zu Figur 1 vergleichbar eine Beleuchtungsoptik zum Abführen der an unterschiedlichen Stellen der Abstrahlfläche 9 des Leuchtstof¬ felements 3 abgegebenen Beleuchtungslichts vorgesehen, die jedoch der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist. Das Leuchtstoffelement 3 gemäß den Figuren 2a bis c ist durch ein dünnes Stahlblech 20 in zwei Bereiche 3a, b un¬ tergliedert, die sich in ihren Konversionseigenschaften unterscheiden (was im Allgemeinen aber nicht notwendig ist) , und es ist dementsprechend auch die Einstrahlfläche 6 in zwei Bereiche 6a, b segmentiert.
In dem Betriebszustand gemäß Figur 2a wird nur die LED 1 betrieben, wobei mit der LED-Strahlung 4 ausschließlich der Bereich 6a der Einstrahlfläche 6 bestrahlt wird. Die Segmentierung durch das Stahlblech 20 kann bspw. auch insoweit von Vorteil sein, als sich so ein klar abgegrenzter LED-Bestrahlungsbereich 30, vgl. die schraffierte Fläche in Figur 3a, erreichen lässt. Da die Relativanord¬ nung von LED 1, Primäroptik 5 und Leuchtstoffelement 3 vorliegend statisch ist und es auch keine Maskierung der LED-Strahlung 4 gibt, entspricht im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 der LED-Bestrahlungsbereich 30 der im zeitlichen Integral bestrahlten LED-Bestrahlungsfläche.
Generell zeigen die Figuren 3a-c die Einstrahlfläche 6 der Beleuchtungsvorrichtung gemäß den Figuren 2a-c jeweils in Aufsicht, wobei derselbe Buchstabe a, b, c je¬ weils denselben Betriebszustand referenziert .
In dem Betriebszustand gemäß Figur 2b wird zusätzlich zu der Bestrahlung des Bereichs 6a der Einstrahlfläche 6 mit der LED-Strahlung 4 auch ein vergleichsweise kleiner Bereich davon mit der Laserstrahlung 7 bestrahlt, ist also der Laser 2 aktiviert. Figur 3b illustriert den kleinen Laser-Bestrahlungsbereich 31a, der dem LED-
Bestrahlungsbereich 30 überlagert ist. In diesem kleinen Bereich ist die eingetragene Strahlungsintensität ver¬ gleichsweise hoch, weswegen dementsprechend viel Konver¬ sionslicht erzeugt wird.
Dementsprechend wird an der Abstrahlfläche 9 über die (nicht dargestellte) Beleuchtungsoptik dann in einen engen Raumwinkelbereich viel Beleuchtungslicht (Konversi¬ onslicht mit anteilig nicht konvertierter Laserstrahlung) emittiert. In einem Kfz-Scheinwerfer entspricht der Betriebszustand gemäß den Figuren 2a/3a einem Abblendlicht- modus, wohingegen der Betriebszustand gemäß den Figuren 2b/3b einem Fernlichtmodus entspricht.
In dem Betriebszustand gemäß Figur 2c ist die LED- Strahlung 4 weggeschaltet, ist die LED 1 also inaktiv. Die Einstrahlfläche 6 wird allein mit der Laserstrahlung 7 bestrahlt, wobei im Unterschied zu Figur 2b der Laser- Bestrahlungsbereich 31b deutlich größer ist, vgl. Figur 3c zur Illustration. Dies wird durch einen vergrößerten Relativabstand zwischen der Einstrahlfläche 6 und dem La¬ ser 2 erreicht, woraus sich infolge der divergent auf die Einstrahlfläche 6 treffenden Laserstrahlung 7 ein in der Größe veränderter Laser-Bestrahlungsbereich 31b ergibt. In dem Betriebszustand gemäß den Figuren 2c/3c kann die Beleuchtungsvorrichtung einen Tagfahrlichtmodus des Kfz- Scheinwerfers unterstützen (in welchem dieser insgesamt aus einer Fläche von mindestens 25 cm2 Licht emittiert) .
Im Betriebszustand gemäß Figur 2c trifft die Laserstrah¬ lung 7 nicht nur aufgeweitet, sondern auch schräg auf die Einstrahlfläche 6. Folglich ist der effektive optische Weg zur entgegengesetzten Abstrahlfläche 9 in dem Bereich 3b des Leuchtstoffelements kürzer als in dem Bereich 3a. Dem kann mit den leicht unterschiedlichen Konversionseigenschaften Rechnung getragen werden, sodass im Ergebnis trotz des unterschiedlichen optischen Pfads das Verhält- nis von nicht konvertierter Laserstrahlung zu Konversionslicht in beiden Bereichen 3a, b in etwa gleich ist, also vergleichbares weißen Beleuchtungslicht emittiert wird .
Bei der Beleuchtungsvorrichtung gemäß den Figuren 4a, b ist zusätzlich zu dem Grundaufbau mit LED 1 und Laser 2 eine bewegliche Blende 40 vorgesehen. Figur 4a zeigt die Blende 40 in einer Verdeckstellung, Figur 4b in einer Freigebstellung. In der Verdeckstellung maskiert die Blende 40 die LED-Strahlung 4, blendet sie also einen Teil davon aus, sodass nur auf den Bereich 6a der Einstrahlfläche 6 LED-Strahlung 4 fällt, vgl. Figur 5a zur Illustration. Der LED-Bestrahlungsbereich 30a und der Bereich 6a der Einstrahlfläche 6 sind in diesem Betriebszu¬ stand deckungsgleich. In dem Betriebszustand gemäß Figur 4b ist die Blende 40 in eine Freigebstellung geschwenkt und fällt dementspre¬ chend die gesamte LED-Strahlung 4 auf die Einstrahlfläche 6, und zwar anteilig auch in deren Bereich 6b (vgl. Figur 5b zur Illustration) . Der LED-Bestrahlungsbereich 30 ist bei dieser Ausführungsform also veränderlich, in dem Betriebszustand gemäß Figur 4b/5b entspricht er der sich im zeitlichen Integral ergebenden LED-Bestrahlungsfläche.
Zusätzlich zu dem vergrößerten LED-Bestrahlungsbereich 30b wird in der Freigebstellung auch der Laser 2 akti- viert, also eine lokal erhöhte Intensität überlagert (siehe die Beschreibung zu den Figuren 1 und 2) . In der Freigebstellung gibt die Blende 40 auch den Pfad für die Laserstrahlung 7 frei, in der Verdeckstellung blockiert sie ihn (Figur 4a) . Dies kann bspw. eine zusätzliche Si¬ cherheit bieten und einem unbeabsichtigten Austritt von Laserstrahlung 7 hoher Leistungsdichte vorbeugen helfen.
In einem Kfz-Scheinwerfer entspricht der Betriebszustand gemäß den Figuren 4a/5a (Verdeckstellung) einem Abblend- lichtmodus und jener gemäß den Figuren 4b/5b (Freigeb¬ stellung) einem Fernlichtmodus.
BEZUGSZEICHENLISTE
LED 1
Laser 2
Leuchtstoffelement 3 Bereiche des Leuchtstoffelements 3a, b
LED-Strahlung 4
Primäroptik 5
Einstrahlfläche 6
Bereiche der Einstrahlfläche 6a, b Laserstrahlung 7
Kollimationslinse 8
Abstrahlfläche 9
Beleuchtungslicht 10
Beleuchtungsoptik 11 Stahlblech 20
LED-Bestrahlungsbereiche 30a, b
Laser-Bestrahlungsbereiche 31a, b
Blende 40

Claims

ANSPRUCHE
Beleuchtungsvorrichtung zur Emission von Beleuchtungslicht (10), mit
einer LED (1) zur Emission von LED-Strahlung (4), einem Laser (2) zur Emission von Laserstrahlung (7) und
einem Leuchtstoffelement (3) zur zumindest teilwei¬ sen Konversion der LED-Strahlung (4) und der Laserstrahlung (7) in ein Konversionslicht, welches zu¬ mindest anteilig das Beleuchtungslicht (10) bildet, wobei die LED (1), der Laser (2) und das Leuchtstof¬ felement (3) derart relativ zueinander angeordnet sind, dass im Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung auf einer Einstrahlfläche (6) des Leuchtstoffele¬ ments (3) jeweils im zeitlichen Integral die LED (1) mit der LED-Strahlung (4) eine LED-
Bestrahlungsfläche bestrahlt und der Laser
(2) mit der Laserstrahlung (7) eine Laser-Bestrahlungsfläche bestrahlt,
wobei die Laser-Bestrahlungsfläche mit der LED- Bestrahlungsfläche zumindest eine Schnittmenge hat.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Laser-Bestrahlungsfläche eine Teilmenge der LED- Bestrahlungsfläche ist.
3. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Laser-Bestrahlungsfläche einen Flächen- inhalt hat, der höchstens 40 % eines Flächeninhalts der LED-Bestrahlungsfläche ausmacht.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die LED-Bestrahlungsfläche einen Flächeninhalt hat, der mindestens 40 % eines Flächeninhalts der Einstrahlfläche (6) des Leucht¬ stoffelements (3) ausmacht.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die so eingerichtet ist, dass im Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung die Einstrahlfläche (6) des Leuchtstoffelements (3) zumindest zeitweilig gleichzeitig von der LED (1) mit der LED-Strahlung (4) und von dem Laser (2) mit der Laserstrahlung (7) bestrahlt wird.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 5, die so eingerichtet ist, dass während der zumindest zeitweilig gleichzeitigen Bestrahlung ein von dem Laser (2) mit der Laserstrahlung (7) in einem jeweiligen Zeitpunkt bestrahlter Laser-Bestrahlungsbereich (31) zumindest eine Schnittmenge mit einem von der LED (1) mit der LED-Strahlung (4) in einem jeweiligen Zeitpunkt bestrahlten LED-Bestrahlungsbereich (30) hat.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die für einen Betrieb in mindestens zwei Betriebszuständen eingerichtet ist, wobei ein mit der Laserstrahlung (7) in einem jeweiligen Zeitpunkt bestrahlter Laser-Bestrahlungsbereich (31) der Einstrahlfläche (6) des Leuchtstoffelements (3) in ei¬ nem ersten der Betriebszustände einen ersten Flächeninhalt hat und in einem zweiten der Betriebszu¬ stände einen zweiten Flächeninhalt hat, der größer als der erste Flächeninhalt ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher in den mindestens zwei Betriebszuständen der Laser (2) und die Einstrahlfläche (6) des Leuchtstoffele¬ ments (3) einen unterschiedlichen Relativabstand zu¬ einander haben, wobei die Laserstrahlung (7) divergent oder konvergent auf die Einstrahlfläche (6) trifft, womit der unterschiedlich große Flächeninhalt erreicht wird.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher ein Flächenschwerpunkt eines Laser-Bestrahlungsbereichs (31) der Einstrahlfläche (6) des Leuchtstoffelements (3), welcher Laser- Bestrahlungsbereich (31) im Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung in einem jeweiligen Zeitpunkt mit der Laserstrahlung (7) bestrahlt wird, ortsunveränderlich ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher der Laser (2) und das Leucht¬ stoffelement (3) derart relativ zueinander angeord¬ net sind, dass die Laserstrahlung (7) mit einer Schwerpunktrichtung auf die Einstrahlfläche (6) des Leuchtstoffelements (3) trifft, die zu einem Lot auf der Einstrahlfläche (6) verkippt ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer mechanisch beweglichen Blende (40), wobei ein im Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung mit der LED-Strahlung (4) in einem jeweiligen Zeitpunkt bestrahlter LED-Bestrahlungsbereich (30) der Einstrahlfläche (6) in einer Verdeckstellung der Blende (40) von dieser teilweise maskiert wird und einen ersten Flächeninhalt hat und in einer Freigeb¬ stellung der Blende (40) einen zweiten Flächeninhalt hat, der größer als der erste Flächeninhalt ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die Einstrahlfläche (6) des Leuchtstoffelements (3) in eine Mehrzahl Bereiche (6a, b) untergliedert ist, welche Bereiche (6a, b) sich in ihren Konversionseigenschaften unterscheiden, wobei vorzugsweise nächstbenachbarte der Berei¬ che (6a, b) nur mittelbar aneinander grenzen, also physisch voneinander getrennt sind.
Kfz-Scheinwerfer mit einer Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Kfz-Scheinwerfer nach Anspruch 13, der so eingerichtet ist, dass die LED-Bestrahlungsfläche sowohl in einem Abblendlichtmodus des Kfz-Scheinwerfers als auch in einem Fernlichtmodus des Kfz-Scheinwerfers mit der LED-Strahlung (4) bestrahlt wird, wobei in dem Fernlichtmodus zusätzlich die Laser- Bestrahlungsfläche mit der Laserstrahlung (7) be¬ strahlt wird.
Kfz-Scheinwerfer nach Anspruch 13 oder 14 mit einer Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 7, optional auch in Verbindung mit einem der Ansprüche 8 bis 12, der dazu eingerichtet ist, dass in dem ersten Be¬ triebszustand ein Fernlichtmodus des Kfz- Scheinwerfers zumindest unterstützt wird und/oder in dem zweiten Betriebszustand ein Tagfahrlichtmodus des Kfz-Scheinwerfers zumindest unterstützt wird. 16. Kfz-Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 13 bis 15 mit einer Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 11, der so eingerichtet ist, dass der Kfz-Scheinwerfer in der Verdeckstellung der Blende (40) in einen Abblendlichtmodus geschaltet ist und in der Freigeb- Stellung der Blende (40) in einen Fernlichtmodus ge¬ schaltet ist.
Verwendung einer Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 für einen Kfz-Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 13 bis 16.
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