WO2024052074A1 - Illumination device and light conversion unit - Google Patents

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WO2024052074A1
WO2024052074A1 PCT/EP2023/072685 EP2023072685W WO2024052074A1 WO 2024052074 A1 WO2024052074 A1 WO 2024052074A1 EP 2023072685 W EP2023072685 W EP 2023072685W WO 2024052074 A1 WO2024052074 A1 WO 2024052074A1
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light
conversion element
light conversion
optical element
optical
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PCT/EP2023/072685
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Frank Gindele
Christian RAKOBRANDT
Edgar Pawlowski
Rainer Graf
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Schott Ag
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    • H01S5/32308Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
    • H01S5/32341Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP

Definitions

  • the invention relates to a lighting device with a light source, a base body and a light conversion element applied thereto, as well as a light conversion unit with a light conversion element and an optical element.
  • Laser-based white light modules are described in the prior art.
  • the principle of producing white light is based on the combination of blue light emission from a laser diode and light emission from a yellow-emitting converter material, also known as phosphor.
  • the yellow light emission from the converter is caused by the blue laser radiation.
  • the mixing of the blue laser light with the yellow light emission produces white light.
  • the basic principle is implemented in two configurations: the transmission arrangement and the remission arrangement.
  • the blue laser light shines through the converter material.
  • the blue laser radiation is arranged in a reflection geometry relative to the converter material.
  • optical elements is known in order to direct the radiation emitted by the laser onto the converter material.
  • Some light-emitting devices are described, for example, in the following documents: US2016093779A1, JP2008251685A, US2019058303A, US2019032907A, US2018087726A, US2018058645A, US2017314768A, US2017284634A , US2017122505A and WO2013156444A1.
  • One disadvantage is that the laser radiation often does not hit the converter material with ideal parameters and/or that the emitted radiation does not emerge with the desired parameters. These parameters can include, for example, the power density, the luminous efficacy, the spot size, the angle of incidence or the beam angle. Another disadvantage can be that when radiation is coupled in and out of the converter material, undesirable Fresnel losses often arise due to the jump in refractive index. Another disadvantage, for example, is that the converter material, especially in the area of the incident laser radiation, can pollute. Another disadvantage can be that the adjustment of optical elements, which are used to direct the laser radiation to the converter, is complex. In addition, the structure of known solutions is often relatively complex.
  • parameters of the radiation incident on the converter and/or the radiation emitted by the converter should be optimized (e.g. power density, luminous efficacy, spot size, angle of incidence, angle of radiation). Fresnel losses during coupling and decoupling should preferably be reduced.
  • the converter should also preferably be protected from contamination.
  • One aspect is also to avoid adjustment of optical elements and in particular to simplify the structure of a lighting device and/or a light conversion unit.
  • an arrangement and associated component for a laser-based lighting module for white light generation preferably in an SMD arrangement, is sought, through which it is possible to direct the incident blue laser radiation onto the converter material and the emitted converted radiation from the converter with reduced Fresnel losses compared to air to be decoupled from the converter and in particular to be formed and mixed.
  • This should be done without complex adjustment of various individual optical components and in a very compact manner.
  • the arrangement should be usable for a hermetic housing or be part of it.
  • the invention relates to a lighting device comprising at least one light source, a light conversion element (also referred to as a converter, converter material, phosphor, etc.), which is designed to be illuminated with primary light and to emit secondary light with a different wavelength, and an optical element which is set up and/or arranged in such a way that both the primary light emitted by the light source passes through the optical element before the primary light hits the light conversion element, and the secondary light emitted by the light conversion element passes through the optical element before the secondary light leaves the lighting device.
  • the lighting device is set up in particular to generate white light, but can can also be set up to produce other colors, both mixed colors and full colors being considered.
  • the lighting device further comprises a base body, which is designed in particular as a heat sink, wherein the light conversion element is preferably arranged on the base body and/or is introduced into the base body.
  • the light conversion element is preferably connected to the base body via a connecting layer, the connecting layer preferably being formed from at least one adhesive, at least one glass, at least one ceramic adhesive or at least one metallic solder connection.
  • a base body that may be included has a front side, and the light conversion element can be applied to this front side.
  • the light conversion element is preferably applied directly to the front of the base body.
  • the light conversion element in turn has a front side, preferably facing away from the base body, and is designed to emit the secondary light on its front side.
  • the at least one light source is designed and/or arranged to emit primary light for illuminating the light conversion element, wherein the light source is preferably designed as a laser light source.
  • the light source is preferably designed to emit blue light and/or to emit UV light. It can be provided that the light source emits primary light with at least one wavelength in the range from 400nm to 470nm. A light source in the UVA range is also possible.
  • the light conversion element is designed in particular as an optoceramic (OC).
  • the light conversion element preferably comprises ceramic converter material.
  • Ceramic converter materials are particularly temperature-stable and heat-conducting, meaning that particularly high luminance levels can be achieved.
  • Organic-based converters or combinations of organic and ceramic converter materials are also conceivable.
  • the converter it is possible for the converter to be designed in such a way that it comprises a converter element which comprises two or more converter materials, which can in particular be designed so that they convert primary light into light of different spectral composition.
  • a converter element comprises a so-called “yellow” and a so-called “red” phosphor.
  • these materials can be present as a mixture, for example as a mixture comprising an organic and a ceramic material, or as a mixture of organic or ceramic materials.
  • the converter can also be designed in such a way that it comprises a plurality of converter elements, each of which comprises a different converter material. Mixtures of these versions are also conceivable.
  • the ceramic converter material can be or include a luminescent ceramic material.
  • the converter can, for example, consist predominantly, i.e. at least 50% by weight, or essentially, i.e. at least 90% by weight, of a luminescent ceramic material. It is also possible for the converter to consist entirely of the luminescent ceramic material.
  • the converter and/or the converter element comprises or consists of a luminescent ceramic material.
  • the converter and/or the converter element can also be designed as a composite material, for example as a phosphorus-glass composite, or as a phosphorus-plastic composite, in particular phosphorus-silicone composite, or as a phosphorus-ceramic composite and in this case can for example at least 10% by weight of at least one luminescent material, i.e. phosphors, for example between 10% by weight and 30% by weight, in particular between 10% by weight and 20% by weight.
  • a composite material for example as a phosphorus-glass composite, or as a phosphorus-plastic composite, in particular phosphorus-silicone composite, or as a phosphorus-ceramic composite and in this case can for example at least 10% by weight of at least one luminescent material, i.e. phosphors, for example between 10% by weight and 30% by weight, in particular between 10% by weight and 20% by weight.
  • the converter and/or the converter element comprises a garnet-like ceramic material as a luminescent ceramic material or consists predominantly, i.e. at least 50% by weight, or essentially, i.e. at least 90% by weight, or completely of this, wherein the garnet-like ceramic material preferably has the following molecular formula: A3B50i2:RE, where
  • RE is selected from the group of rare earths and preferably comprises Ce and/or Pr.
  • the garnet-like ceramic material has the following molecular formula:
  • the converter and/or the converter element comprises a luminescent ceramic material or consists predominantly, i.e. at least 50% by weight, or essentially, i.e. at least 90% by weight, or completely of this, wherein the converter
  • - is present as a single-phase solid ceramic (e.g. a so-called optoceramic, polycrystalline) and/or
  • - is present as a composite material, such as a phosphor-glass composite (PIG) and/or a phosphor-silicone composite (PIS).
  • a composite material such as a phosphor-glass composite (PIG) and/or a phosphor-silicone composite (PIS).
  • the ceramic material also includes other oxidic compounds (except garnet compounds), as well as nitridic compounds, in particular from the group of aluminum oxynitrides and silicon aluminum oxynitrides.
  • the converter and/or the converter element is designed as a porous sintered ceramic and the porosity is between 0.5% and 10%, preferably between 4% and 8%.
  • the porosity refers to the volume. Preferably it is located average pore size between 400 pm and 1200 pm, preferably between 600 pm and 1000 pm and particularly preferably between 600 pm and 800 pm.
  • a single-phase ceramic (e.g. an optoceramic) is understood to mean that at least 95% by volume of the crystals and/or crystallites comprised by the ceramic are the same crystal phase.
  • the volume fraction of foreign phases is preferably significantly lower.
  • even more than 96% by volume or more than 97% by volume or more than 98% by volume or even more than 99% by volume of the crystals and/or crystallites comprised by the ceramic can form the same crystal phase. It cannot be ruled out that a single-phase ceramic may still contain amorphous components. However, these are usually less than 5% by volume.
  • the ceramic material is designed in such a way that the material has a thermal conductivity in the range of 5 W/mK to 200 W/mK. In this way, a particularly good separation of the thermal energy created or created during the conversion is possible, so that the conversion properties of the converter material only change slightly, if at all, during operation of the material.
  • the ceramic converter material can be designed to be polycrystalline.
  • the material is present homogeneously or essentially homogeneously, whereby a homogeneous design of the material preferably means that the material is present as a single-phase ceramic (or optoceramic).
  • the lighting device comprises an optical element which is set up and/or arranged in such a way that both the primary light emitted by the light source passes through the optical element before the primary light hits the light conversion element, and the secondary light emitted by the light conversion element passes through the optical one Element passes through before it leaves the lighting device.
  • the optical element is located in the beam path both before and after the light conversion element. This allows the optical element to be used jointly for the primary light and for the secondary light in an advantageous manner.
  • the optical element therefore guides both the incoming light and the outgoing light.
  • the outgoing light can also be a mixture of at least parts of the incoming light (primary light) with the generated secondary light, which is to be included in the following under the term secondary light, even if different proportions and emission characteristics exist for both.
  • the optical element which preferably comprises or consists of glass, is applied to the light conversion element, in particular to the front of the light conversion element, for example by means of glass solder and/or a melting process. Apart from any solder material used, the optical element is preferably applied directly to the converter. The optical element and the light conversion element can therefore be coupled and form an assembly. The optical element and the light conversion element can preferably be materially connected to one another. By applying or connecting the optical element to the converter, the converter is advantageously protected from contamination.
  • the optical element and the light conversion element can be connected to one another in a form-fitting manner and/or connected in such a way that an optical interface G1 is formed between the optical element and the light conversion element, at which primary light from the optical element can be coupled into the light conversion element and secondary light from the light conversion element can be coupled into the optical element can be coupled in.
  • an optical interface G1 is formed between the optical element and the light conversion element, at which primary light from the optical element can be coupled into the light conversion element and secondary light from the light conversion element can be coupled into the optical element can be coupled in.
  • primary light in particular reflected primary light
  • the optical element further preferably has a surface which forms a second optical interface G2 to a surrounding medium.
  • a beam angle in particular a beam angle relative to a normal to the front of the light conversion element, which is smaller than 70 °, and in particular at transverse electrical polarization (TE), the sum of the Fresnel losses at the interfaces G1 and G2 is lower than 0.2.
  • intermediate layer which is formed, for example, from at least one glass solder or at least one thin glass layer.
  • Such intermediate layers can be applied or applied in advance to the light conversion element or the optical element or can be provided as, for example, a thin plate.
  • the application can take place via appropriate coating processes, printing processes or in a sol-gel process. Sequences of intermediate layers as layers or platelets are also conceivable, with corresponding layers also being able to be applied to the platelets. These layers can have different refractive indices and thus further reduce the Fresnel losses between the converter material and the material of the optical element.
  • the optical element is advantageously adapted or largely adaptable in terms of its optical properties, in particular its refractive index, to the light conversion element.
  • the refractive index difference between the optical element and the light conversion element is less than 2, in particular less than 1.5, preferably less than 1, preferably less than 0.5, particularly preferably less than 0.2 (particularly in the case that the refractive index of the light conversion element is larger than that of the optical element).
  • the surface of the optical element can be designed as follows for optimization with regard to Fresnel losses, for example by a design method.
  • the Brewster angle is calculated for the desired material pairing or the refractive indices.
  • a surface shape of the optical element and/or an arrangement of the laser can then be determined such that it irradiates the surface at the Brewster angle and/or the refracted beam at the desired angle hits the light conversion element. If at least one intermediate layer is introduced, this is also advantageously adapted or adaptable in terms of its refractive index, in particular to the Lickt conversion element.
  • its refractive index is then preferably the same, and particularly preferably not greater, than that of the intermediate layer. It is also possible to form a refractive power gradation, with more than one intermediate layer, so to speak, a refractive power gradient, from the light conversion element to the optical element.
  • connection of the components light conversion element and optical element occurs almost or completely error-free in order to enable an efficient, stable and long-lasting lighting device.
  • their connection or bonding surface is flawless.
  • defects in the composite can lead to a lighting device with an optical element on the light conversion element being disrupted or even destroyed, since the primary radiation, for example, is irradiated with high power onto small areas
  • Overheating of contamination or defects, for example enclosed or enclosed particles or bubbles can lead to, among other things, disruption of the function of the lighting device or the direct connection, possibly delamination or even destruction of the optical element and/or conversion element .
  • the optical element can therefore be connected to the light conversion element in a form-fitting and/or cohesive manner directly or by means of intermediate layers.
  • the boundary layer that forms is understood as a boundary surface or transition zone; if intermediate layers are used, a boundary layer or transition region can be formed.
  • the optical element can only cover the surface of the light conversion element, cover it or at least partially cover its side surfaces enclose in sections or completely.
  • solder layers and/or adhesion-promoting layers can be applied, which can be, for example, very thin (a few 10 to 100 nm) and essentially transparent to the primary and secondary radiation or at least their optical effect can be negligible, since, for example, they cannot be designed to filter or significantly weaken or change the primary or secondary light.
  • the optical element does not necessarily need to be applied to the light conversion element.
  • the optical element can also be spaced from the light conversion element.
  • the optical element can be attached to the lighting device in another way, for example attached to the or a base body and/or attached to the or a housing.
  • the housing can, for example, be designed in two parts, so that it has a base part and a cap part.
  • the optical element can then be attached to the cap part.
  • the optical element is preferably guided through the cap part, the optical element then closing an opening in the cap part.
  • the housing is then obtained by joining the cap part and the base part, for example by gluing, welding or soldering.
  • a glass solder can be used to attach the optical element to the cap part.
  • an intermediate layer can be provided. This can be designed to be flexible and nestle against the optical element and the light conversion element like a cushion made of a material adapted to the refractive index.
  • these layers can also include translucent or opaque layers, for example metallic layers, to which, for example, a subsequent solder layer is attached when connecting the optical element and light conversion element connects.
  • the light conversion element is surrounded by a frame which at least partially or partially surrounds and/or projects beyond its side surfaces.
  • the light conversion element can also be arranged or can be arranged in a cavity in the base body. The depth of the cavity can be designed such that the side surfaces are at least partially enclosed or such that the depth of the cavity exceeds the thickness of the light conversion element.
  • Frames of this type can advantageously provide additional surfaces that improve the connection between the optical element and the light conversion element or generally improve the stability of the connection of the optical element or lighting device.
  • Such frames or cavities or bodies in which they are located can be made, for example, from metals or ceramics and, for example, selected taking into account thermal parameters, such as their thermal conductivity.
  • Advantageous combinations, particularly in the case of additional frames, are sometimes made of the same material as any base body.
  • the optical element can be coated at least in some areas on its outer surface, for example a side surface of the optical element that faces the interior of the housing can be coated at least in some areas. It can be provided that the coating has recesses in order to couple the primary light into the optical element and/or to couple out the secondary light.
  • a coating can advantageously help to optimize the light guidance, reduce lost light and/or improve the light mixing (e.g. homogenization). In particular, light leakage into the interior of the housing can be avoided by coating at least in some areas.
  • the optical element is tubular, for example cylindrical or conical.
  • the optical element can have a circumferential wall which encloses the light conversion element.
  • the wall can be mirrored on the inside.
  • a lens closing the cavity can be arranged on the side of a tubular optical element facing away from the light conversion element.
  • Fresnel losses can be advantageously reduced both in the primary light and in the secondary light, i.e. both during coupling and decoupling.
  • optical components can be saved.
  • Advantages also include, for example, that components can be placed compactly in a laser module, for example, and/or the number of optical components used can be reduced, so that reflection and absorption losses are reduced.
  • the optical element is provided with an anti-reflective layer (AR coating).
  • AR coating anti-reflective layer
  • the anti-reflective layer can consist of at least one thin layer or multiple layers.
  • Usable processes for producing thin coatings are dip coating, vapor deposition (PVD), atomic layer deposition (ALD), and/or sputtering processes (e.g. IBE, RIE).
  • PVD vapor deposition
  • ALD atomic layer deposition
  • sputtering processes e.g. IBE, RIE.
  • the refractive index of the layer n(layer) must be smaller than the refractive index of the optical element n(element).
  • the optical element has a volume area in which both the primary light emitted by the light source and the secondary light emitted by the light conversion element pass during operation of the lighting device.
  • the optical element is also preferably monolithic, i.e. formed in one piece.
  • the optical element can be designed as a tube, in particular a mirrored tube.
  • Such a tube can be filled with a medium so that a core-cladding system is formed.
  • the tube may comprise glass or be made of glass and filled with glass with a different refractive index.
  • the optical element is designed as a beam shaper for the secondary light emitted by the light conversion element, in particular for focusing and/or collimating the secondary light emitted by the light conversion element. It can be provided that the optical element also acts as a beam shaper for primary light (i.e. in particular white light) reflected by the light conversion element. Furthermore, the optical element can be designed as a beam shaper for changing the cross-sectional geometry of the secondary light emitted by the light conversion element. The optical element can also shape or guide any remaining portions of primary light that may be reflected or scattered by the converter.
  • the optical element can have a curved surface, with in particular a surface of the optical element facing away from the front of the light conversion element being curved.
  • the curved surface is preferably convex in order to effect focusing, collimation and/or beam shaping of the secondary light emitted by the light conversion element.
  • the optical element can have an outer surface with a different cross-sectional area than the cross-sectional area of the light conversion element, for example a non-round, round or polygonal cross-sectional area of the outer surface.
  • the optical element can have a cross-section that can be changed at least partially or in sections starting from or towards the light conversion element, in particular it can be essentially conical.
  • the optical element can also be designed as a diffractive optical element (DOE) on its surface facing away from the converter.
  • DOE diffractive optical element
  • the optical element can be designed as a beam shaper for the primary light emitted by the light source, in particular for focusing and/or collimating the primary light emitted by the light source onto the light conversion element. It can therefore be provided in particular that the optical element acts both as a beam shaper for the incident light and as a beam shaper for the outgoing light. If that optical element acts as a beam shaper for the incoming and / or outgoing light, advantageous synergy effects can be achieved, for example additional components can be saved.
  • the optical element can in particular be arranged in such a way and/or have a refractive index adapted to the medium surrounding the optical element in such a way that the primary light emitted by the light source hits the light conversion element as a result of the refraction, preferably hits the center of it.
  • the surrounding medium of the optical element can be a solid, for example in that the housing is cast.
  • the optical element has, at least in some areas, side surfaces that run obliquely to the normal of the light conversion element, such that the refraction of the primary light is reduced during the transition into the optical element.
  • the optical element can be partially or partially conically shaped.
  • the primary light source is arranged so that its light hits the converter perpendicularly.
  • the primary light source PL can advantageously be arranged directly on the optical element, so that there is essentially no (air) gap between the primary light source and the optical element, or any gap is bridged with a coupling medium, which prevents or minimizes a jump in the refractive index in the gap, but at least reduced.
  • the basic body can basically take different shapes.
  • the base body can be shaped in such a way that a base protrudes from a base, the protruding base also being referred to as a base element and the base also being referred to as a base element.
  • the at least one base element preferably forms a support surface for the light source, such that the light source is applied to the support surface of the base element, the light source (apart from solder, adhesive, etc.) being applied in particular directly to the support surface of the base element.
  • the floor element preferably forms a support surface for the light conversion element in such a way that the light conversion element is applied to the support surface of the floor element, the light conversion element (apart from solder, adhesive, etc.) being applied in particular directly to the support surface of the floor element.
  • the base body can in particular form a common holder for both the at least one light source and for the light conversion element. Accordingly, both the at least one light source and the light conversion element can be applied to the base body.
  • the support surface of the base element for the light source preferably runs obliquely to the support surface of the base element for the light conversion element, in particular in such a way that the support surface of the base element for the light source aligns the optical axis of the primary light emitted by the light source to the light conversion element, in particular through the optical element on the light conversion element.
  • the at least one light source and the light conversion element can be applied to the base body aligned with one another in such a way that the optical axis of the primary light emitted by the light source is directed directly, for example in a straight line, at the light conversion element or with a deflection (in particular caused by the optical element).
  • the light conversion element is directed, which is less than 60 degrees, preferably less than 45 degrees, particularly preferably less than 30 degrees, even more preferably less than 15 degrees.
  • the geometry of the support surface of the base element which preferably extends obliquely to the support surface of the base element, can be designed such that there is an angle of at least 5 degrees, preferably an angle of at least 10 degrees, between the normal of the support surface for the light source and the normal of the support surface for the light conversion element exists, particularly preferably an angle of at least 20 degrees, even more preferably an angle of at least 30 degrees.
  • the base body in particular the base element of the base body, can further have an indicator for positioning/orientation of the light conversion element, the indicator preferably being designed as an elevation or depression.
  • the German patent application DE 10 2019 121 508.0 is hereby incorporated by reference and the further features of the indicator disclosed there for positioning/orientation of the light conversion element on the base body are also deemed to be disclosed within the scope of this disclosure.
  • the light conversion element has a front side facing away from the base body and the lighting device and/or the light conversion element are set up so that the secondary light is emitted on the front side of the light conversion element.
  • the lighting device and/or light conversion element are further configured to illuminate the light conversion element on the front with the primary light emitted by the light source, such that the light conversion element on the front both receives the primary light and emits the secondary light.
  • the lighting device has, in particular, a reflection geometry.
  • the light conversion element is illuminated on an edge surface which forms the transition from the front to the back of the light conversion element.
  • the at least one light source is preferably located together with the light conversion element inside a common housing.
  • both the primary light and the secondary light are passed through the optical element.
  • the lighting device and/or the light conversion element are also preferably set up to do so Light conversion element is illuminated on its front side with the primary light after passing through the optical element, so that the primary light emerging from the optical element hits the front side of the light conversion element.
  • the light conversion element has a variable thickness, in particular in the middle through which the central axis runs, has a greater thickness than at an edge distant from the central axis, and / or has a convex front side.
  • the light conversion element can also be wedge-shaped, for example.
  • the light conversion element can have the variable thickness in particular in the area of a primary light receiving surface and/or in the area of the secondary light emission surface, the primary light receiving surface designating that part of the light conversion element, in particular the front side of the light conversion element, in which the primary light strikes and the secondary light emission surface corresponding to that part of the front side of the Light conversion element refers to which the secondary light is emitted.
  • German patent application 10 2019 121 507.2 is hereby incorporated by reference and the further features of the variable thickness of the light conversion element disclosed there are also deemed to be disclosed within the scope of this disclosure.
  • a light conversion arrangement is applied to the front of the base body, which comprises a plurality of light conversion elements, each of which is separated from one another at least in some areas by a trench.
  • the lighting device comprises at least two light sources which are designed to emit primary light for illuminating the light conversion element.
  • the light sources are preferably designed such that the wavelengths of the different light sources are preferably slightly different.
  • the base body preferably has a shape with at least two, for example opposite, base elements, each of which includes a support surface for one of the light sources.
  • the support surfaces of the base elements for the light sources can each run obliquely to the support surface of the base element for the light conversion element. It can be provided that the support surfaces of the base elements for the light sources each align the optical axis of the primary light emitted by the light source with the light conversion element, in particular align the optical axis running through the optical element with the light conversion element.
  • the base body has such a shape that it simultaneously forms a housing for the lighting device, wherein the housing preferably encloses, in particular hermetically encloses, the at least one light source, in particular the at least two light sources, and the light conversion element, wherein the housing preferably has a window through which the secondary light emitted by the light conversion element can leave the housing.
  • a base body of the lighting device forming the housing preferably has a window through which the light can escape to the outside.
  • the window can be designed as an opening in the housing, for example as an end that is open at the front.
  • the housing preferably also has a transparent component, which at least partially forms the window of the housing.
  • the transparent component can be designed, for example, as a glass pane.
  • the transparent component can have a curved surface, for example a convex surface, in particular on the outside of the lighting device.
  • the optical element can also be at least partially the window of the housing form, in particular in such a way that the optical element penetrates the housing and/or has a surface which faces outwards, which can in particular be the curved surface which, for example, effects collimation or focusing.
  • the transparent component is preferably coated with at least one anti-reflective layer.
  • the housing can also be designed in several parts and, for example, include a base part and a cap part.
  • the cap part can, for example, be designed in the shape of a pot, wherein the window and/or the optical element can be arranged in a bottom surface of the pot shape.
  • the invention further relates to a light conversion unit comprising a light conversion element and an optical element, wherein in particular the features described above in connection with the lighting device can be implemented accordingly with respect to the light conversion element and the optical element.
  • the light conversion element is designed to be illuminated with primary light and to emit secondary light with a different wavelength, wherein the light conversion element is preferably designed to be illuminated with the primary light on a front side and to emit the secondary light in turn on the front side.
  • the optical element is set up so that both the primary light passes through the optical element before the primary light hits the light conversion element and the secondary light emitted by the light conversion element passes through the optical element.
  • the optical element preferably comprises glass or consists of glass and is particularly preferably applied to the front of the light conversion element, for example by means of glass solder and/or a melting process.
  • the optical element and the light conversion element can be connected to one another in a form-fitting manner and/or connected in such a way that an optical interface G1 is formed between the optical element and the light conversion element, at which primary light from the optical element can be coupled into the light conversion element and secondary light from the light conversion element can be coupled into the optical element can be coupled in.
  • the optical element further preferably has a surface which has a second optical interface G2 to a surrounding medium forms.
  • a beam angle in particular a beam angle relative to a normal to the front of the light conversion element, which is smaller than 70 °, and in particular with transverse electrical polarization (TE), the sum of the Fresnel losses at the interfaces G1 and G2 is lower than 0.2.
  • TE transverse electrical polarization
  • the optical element of the light conversion unit is preferably set up and/or arranged in such a way that the optical element has a volume region in which both the primary light and the secondary light pass.
  • the optical element can be monolithic.
  • the optical element can form a beam shaper for the secondary light emitted by the light conversion element, in particular for collimating/focusing the secondary light emitted by the light conversion element.
  • the optical element can form a beam shaper for the primary light, in particular for collimating/focusing the primary light onto the light conversion element.
  • the optical element can have a curved surface, with the curved surface facing away from the front side of the light conversion element.
  • the curved surface can be designed to be convex in order to bring about focusing of the secondary light emitted by the light conversion element.
  • 1 is a side sectional view of a lighting device
  • FIG. 2 is a side sectional view of a base body of a lighting device
  • Fig. 3 is a side sectional view of a base body, which is a housing
  • FIG. 14 shows a light conversion arrangement as part of a lighting device with an optical element which is applied to a light conversion element
  • Fig. 15 shows the Fresnel reflection for the primary light for interface transitions in each case for a glass material in relation to air, for the conversion material in relation to air and for the conversion material in relation to glass.
  • the latter case corresponds to the interface between conversion material and optical element
  • Fig. 17 shows the Fresnel reflection for interface transitions for the secondary light in each case for a glass material in relation to air, for the conversion material in relation to air and for the conversion material in relation to glass.
  • the latter case corresponds to the interface between conversion material and optical element
  • 18 shows the summed Fresnel reflection for interface transitions for the secondary light for the case with an applied optical element and, for comparison, without an optical element
  • FIG. 19 shows a sectional view of a lighting device with a housing composed of a base part and a cap part
  • FIG. 19 shows the cap part of the lighting device shown in FIG. 19,
  • Fig. 21 shows a further embodiment of a cap part
  • Fig. 22 shows an exemplary embodiment of a two-part lighting device with a separately arranged light source.
  • Fig. 1 shows a lighting device 100 with two light sources 200 and a light conversion element 300 located between the two light sources 200, the two light sources 200 and the light conversion element 300 being attached to the front 410 of a base body 400 designed, for example, as a heat sink.
  • the light sources 200 are arranged and aligned on the base body 400 in such a way that the optical axes of the primary light 250 emitted by the light sources 200 are directed towards the light conversion element 300.
  • the light conversion element 300 has a front side 310 facing away from the base body and is set up to be illuminated on its front side 310 with the primary light 250 and in turn to emit the secondary light 350 on its front side 310.
  • the base body further forms a housing 700, which encloses the light sources 200 and the light conversion element 300.
  • the housing has a window 710 through which the secondary light 350 can leave the housing 700.
  • the base body preferably hermetically encloses a transparent component above the light conversion element 300 in order to form the window 710 and a hermetic seal on the top.
  • Fig. 3 shows a base body, which forms a housing 700 again alone.
  • Fig. 2 shows the base body 400 with the light source(s) 200 and the light conversion element 300 embedded therein again alone.
  • the base body has a shape such that base elements 480 protrude from a base element 460, each of which forms a holder for the light sources 200.
  • the light conversion element 300 is attached to the front 410 of the base body on the base element 460 between the two base elements 480.
  • the base body 400 therefore forms a common holder for light sources 200 and light conversion element 300.
  • the base elements 480 each have a support surface 482 for supporting the light source 200 and the base element 460 has a support surface 462 for supporting the light conversion element 300, the support surfaces 482 of the base elements 480 running obliquely to the support surface 462 of the base element, such that the optical axis of the primary light 250 is directed towards the light conversion element.
  • an optical element 500 is included, which is applied to the front side 310 of the light conversion element 300, such that both the primary light 250 and the secondary light 350 pass through the optical element 500.
  • the optical element 500 forms a beam shaper for both the incoming primary light 250 and for the outgoing secondary light 350, with the convex outer surface 510 serving in particular for this purpose.
  • the optical element 500 forms protection for the front 310 of the light conversion element 300.
  • the laser radiation 250 as well as the emitted converter radiation 350 can be shaped with the optical element 500 and at the same time the Fresnel losses to the converter 300 can be reduced.
  • the optical element 500 made of glass is connected to the converter material 300, primarily an optoceramic (OC).
  • the connection can be made via a direct melting process Glass material onto the light conversion element 300.
  • the thermal expansion coefficients can preferably be adapted to one another.
  • the difference in the expansion coefficients of the optical element 500 and the light conversion element 300 is preferably less than 5x10 6 K' 1 , particularly preferably less than 1x10 6 K' 1 .
  • the glass element flows around the light conversion element 300 and forms a gap-free connection with the light conversion element 300.
  • an optical surface preferably a lens shape, is formed, which melts freely over itself via the surface energies.
  • connection between the light conversion element 300 and the optical element 500 can be additionally supported via a holding element made of ceramic, metal or glass or another material to guide the components.
  • the holding element for example made of a metal with a subsequent solderable coating, can be used to connect the optical element to another component, such as a heat sink or the substrate of a hermetic housing.
  • the element consisting of light conversion element 300, optical element 500 and possibly holder is arranged in the laser module in such a way that the laser radiation is guided via the optical element 500 to the light conversion element 300.
  • the laser radiation can be focused and/or the spot size can be changed and/or the laser radiation can be directed onto the light conversion element 300 via the optical element 500.
  • the light converted in the OC is coupled out of the entire optical element via the optical element 500 and thus causes a decrease in the Fresnel losses compared to the direct coupling of the light radiation from the OC to air.
  • the radiation emitted by the light conversion element 300 is shaped by the optical element 500.
  • the optical element 500 can also cause light mixing. Different color coordinates, which are generated spatially and depending on the beam angle on the light conversion element 300, can be mixed with one another by the optical element 500 and thereby bring about homogenization.
  • 9 and 10 show an embodiment in which the light conversion element 300 is formed on the surface.
  • the light conversion element has a variable thickness, here a convex front side 310.
  • FIGS. 8 and 9 show an embodiment in which the converter is structured on the surface, for example divided into several elements.
  • a light conversion arrangement 305 which comprises a plurality of light conversion elements 300, each of which is separated from one another at least in regions by a trench 307.
  • the optical element 500 made of glass can be positively connected to the light conversion element 300 by a melting process.
  • FIGS. 10 and 11 show a lighting device 100 in which the optical element 500 at least partially forms the window 710 of the housing 700 and penetrates the base body 400 forming the housing 700.
  • the optical element 500 here has a geometry adapted to reduce refraction. Specifically, in the examples shown, this is realized by a side surface 520 running obliquely to the normal of the light conversion element 300, the inclination of the side surface 520 being aligned such that the normal of the side surface 520 has a reduced angle to the optical axis of the primary light.
  • the optical element can, for example, have a structured side surface with a plurality of oblique surfaces.
  • the optical element can also be conical at least in sections.
  • FIG. 19 shows a sectional view of a lighting device 100 with a multi-part housing 700 composed of a base part 701 and a cap part 702.
  • the exemplary embodiment shown in FIG. 19 largely corresponds to the example described with reference to FIG. 10, but the optical element 500 is not direct here with the Light conversion element 300 connected.
  • the optical element 500 is passed through an opening in the cap part 702 and attached to the cap part 702.
  • the dimensions of the optical element 500 and the cap part 702 are selected so that the optical element 500 adjoins the light conversion element 300 as directly as possible after the base part 701 and cap part 702 have been joined.
  • a remaining gap can be bridged, for example, with an intermediate element, which is preferably designed to be flexible, or with an immersion oil.
  • the optical element 500 is passed through an opening in the window 710 of the cap part 702.
  • an opening can be provided in the window 710, through which the optical element 500 is passed.
  • the opening can be closed.
  • FIG. 21 shows a further exemplary embodiment of a cap part 702.
  • no separate window 710 is provided in the cap part 702 in FIG. 21.
  • the optical element 500 is passed directly through an opening in the cap part 702, which is designed, for example, as a deep-drawn metal part.
  • a glass solder can be used to glass the optical element 500 into the opening in the metal part.
  • the optical element 500 is adapted to a light conversion element 300 with a convex surface, as shown in FIGS. 6 and 7.
  • FIG. 22 shows an exemplary embodiment of a two-part lighting device 100 with a separately arranged light source 200.
  • the light conversion element 300 and the optical element 500 are designed here similarly to the embodiment already described with reference to FIG. 10, but the base body 400 has no base elements 480, compare Figure 2.
  • the at least one light source 200 is not located within the housing 700, which accommodates the light conversion element 300, but is arranged separately from it and can have its own housing (not shown).
  • a dichroic mirror 202 is provided, with which primary light from the light source 200 is directed through the optical element 500 onto the light conversion element 300. Secondary light passes through the optical element 500 and through the dichroic mirror 202.
  • the 14 shows a light conversion unit with a light conversion element 300 and an optical element 500 applied thereon.
  • the light conversion element 300 has a refractive index n3
  • the optical element 500 has a refractive index n2
  • a medium 550 surrounding the optical element 500 has a refractive index n1 .
  • Primary light 250 passes through the optical element 500 before it hits the light conversion element 300 and secondary light emitted by the light conversion element 300 also passes through the optical element.
  • the lighting unit 14 shows the general arrangement of the lighting unit without a primary light source, for example a laser, which can serve to illustrate the conditions when coupling in the primary light or its radiation power and coupling out in particular the secondary light, which is emitted from the light conversion element at least partial conversion of the primary light and possibly a remaining unconverted portion of the primary light, which is scattered out of the light conversion element or reflected from its surface in the direction of the lens or generally re-emitted.
  • a primary light source for example a laser
  • the respective light components pass through several refractive index ranges or hit them, penetrate into them, or emerge from them. Shown here are, for example, air or a surrounding medium 550 with refractive index n1, the or at least one optical element 500 with refractive index n2 and the or a light conversion element with refractive index n3. In some cases, as described above, it can also be at the transition from optical element 500 There is an interface or boundary layer with a further refractive index transition to the light conversion element 300.
  • the primary light 250 in particular as a laser beam, first passes through an angle a through air 550, then through the optical element 500 and hits the light conversion element 300 or penetrates into it.
  • the secondary light generated in this way in or on the light conversion element 300 leaves the light conversion element 300 at or around the location of irradiation of the primary light essentially in Lambertian radiation and passes through the transition from the light conversion element with refractive index n3, reaches the optical element with refractive index n2 and finally reaches air with refractive index n1.
  • Unconverted primary light follows the path of the secondary light, depending on the properties of the light conversion element 300, such as surface and texture (pores, scattering centers, scattering properties, etc.), either as essentially following the law of reflection, or as reflected on the surface of the light conversion element, if necessary also with compared to the original primary light 250 widened beam angle, and / or as on or in the light conversion element 300 scattered, re-emitted primary light at or around the location of the irradiation of the primary light, the radiation of which can approach or correspond to a Lambertian radiation.
  • the properties of the light conversion element 300 such as surface and texture (pores, scattering centers, scattering properties, etc.)
  • the primary light 250 is essentially a laser beam with a correspondingly small beam angle
  • Fresnel losses essentially come into play at the refractive index transitions.
  • additional or additional losses must be taken into account, which cannot leave the light conversion element in particular due to the refractive index conditions.
  • the paths of the radiant power of the laser and converted light are marked with the refractive indices n1, for example air, n2, for example a dielectric material such as glass, and n3, the light conversion material.
  • the incident laser radiation (primary light) hits the optical element 300 at an angle of incidence a to the normal N of the interface G1.
  • the laser beam coupled into the glass hits the interface G2 between the glass and light conversion material with n3 at an angle of incidence a2.
  • the Fresnel losses compared to air of over 20% can be reduced to Fresnel losses of well under 20% and under 16% during decoupling the light radiation from the converter element can be achieved.
  • the change in the refractive index jump results in a change in the angle of total reflection.
  • the reflection losses are described here for the incident light waves with a perpendicular (TE) and parallel (TP) orientation to the plane of incidence.
  • the two curves R_glas_TE and R_glas_TP result for the transition of laser radiation from air into glass. In general, reflection losses increase with the angle of incidence. In the case of parallel polarization, zero reflection occurs at a certain angle, the Brewster angle.
  • a comparable course can be seen for the transition from glass to the light conversion material, R_GOC_TE and R_GOC_TP.
  • the reflection losses are higher overall here due to the larger jump in refractive index.
  • the reflection losses for the case without an optical element are shown R_OC_TE and R_OC_TP. These are largest over the angle of incidence a due to the higher jump in refractive index between n1 and n3.
  • Fig. 16 The direct comparison of the Fresnel losses in the arrangement with and without an optical element is shown in Fig. 16.
  • Fig. 16 Here are the reflection losses when irradiated directly Light conversion element (R_OC_TE and R_OC_TP) and the summed reflection losses when using an optical element are shown (R_glas_TE+ R_GOC_TE and R_glas_TP+ R_GOC_TP).
  • R_OC_TE and R_OC_TP irradiated directly Light conversion element
  • the reflection losses remain smaller up to an angle of incidence a ⁇ 65-70° and then become larger.
  • the summed Fresnel losses at the interfaces G2 (transition n1 to n2) and G1 (transition n2 to n3) are lower than the Fresnel losses of a transition from n1 to n3, i.e. without an optical element.
  • one embodiment of the invention provides that the primary light 250 shines at an angle a to the normal N, which is smaller than 90°, in particular smaller than 85°, in particular smaller than 80 °, in particular is smaller than 75°, in particular is smaller than 70°, in particular is smaller than 60°, in particular is smaller than 45°.
  • Fig. 17 relates to the secondary light 350. If one considers, in other words, the decoupling of the radiation generated in the light conversion element, the reflection losses are basically described by Fig. 17.
  • the decoupling of the light radiation from a light conversion element into the surrounding medium is described by R_OC_TE and R_OC_TP.
  • the reflection losses during the optical transition of the light radiation from the light conversion element into the optical element and during the transition from glass to air are respectively described by R_OC_glas_TE/TP and R_glas_TE/TP.
  • the reflection losses at the R_OC_TE/TP transition are significantly higher compared to the others shown and are again strongly dependent on the angle.
  • the effect of total reflection can be seen.
  • total reflection light radiation is completely reflected back into the optically denser material.
  • the angle is larger for the other two cases (R_OC_glas_TE/TP and R_glas_TE/TP), ie when an optical element is provided.
  • R_OC_glas_TE/TP and R_glas_TE/TP ie when an optical element is provided.
  • Fig. 18 the summed reflection losses with an optical element are shown in comparison to the case without an optical element.
  • using an optical element reduces the reflection losses by AR>5%, preferably >10%.
  • the total reflection angle increases by Aa>5°, preferably >10°, in particular >15°. This makes an increased light output of AE >5%, preferably >10%, preferably >20% possible.
  • a number of advantages can therefore be achieved with the invention.
  • beam shaping of the incident laser radiation and thus adaptation of the laser radiation to the requirements higher power density, defined spot size, angle of incidence on phosphor.
  • beam shaping of the emitted radiation from the phosphor (change in the radiation angle of the radiation through the optical element).
  • Fresnel losses which arise without an optical element due to the jump in refractive index from air to the phosphor during the transition of the laser radiation into the phosphor and the coupling of the emitted radiation from the phosphor, can be reduced with the present invention.
  • the converting point with the highest power density can be protected from dirt from the environment.
  • optical element by applying the optical element to the light conversion element, an otherwise complex adjustment of optical elements to the laser and the converter can be avoided.
  • the optical element By connecting the light conversion element to the optical element, the Fresnel losses and light trapped in the light conversion element due to total reflection can be reduced.
  • components can be saved by using the optical element together for laser coupling and light extraction from the converter.
  • the optical element can be used to shape the incoming and outgoing radiation, so that further components are saved.
  • converted light is emitted unhindered in a Lambertian manner at least into a part of the half-space (+- 90° or 180°) and can be reflected and scattered by any surrounding elements.
  • Something similar also applies on the remaining parts of the primary light, where there can be both directed (reflected with a certain direction) and Lambertian parts.
  • at least part of the radiation emitted by the converter in a forward direction can, if necessary, be distributed contrary to possible requirements. This can result in less light being available at the location to be illuminated than is actually available.
  • color temperature or luminous color can occur across the entire half-space, depending on how secondary light and primary light come together.
  • color differences in particular, are also referred to as color fringes or (color) halos and are often considered disruptive and are even hidden using, for example, additional shading elements or apertures, which leads to a further reduction in the available light.
  • the lighting device is designed, for example, as in FIG. 1, this means that, depending on the design, significant portions of light can be emitted forward.
  • secondary light but also parts of the primary light illuminate the entire housing (missing light, false light) and, as described above, these components can contribute less or not at all to the required lighting and, on the contrary, promote an inhomogeneous and incorrectly colored lighting impression on the output side of the lighting device.
  • the entire luminous surface of such a lighting device can therefore be or appear larger than desired or necessary, in particular if a substantially point-shaped light source or one that comes close to this ideal is desired or required based on the lighting device.
  • the secondary available radiation or light is essentially already detected at its origin and depending on the design of the connection and geometry of the optical element, provided more efficiently as required.
  • an arrangement itself with an adapted optical design, can lead to a reduction in, for example, Fresnel losses and can already have a light or color mixing effect.
  • the radiation into the half-space can be further reduced or even essentially eliminated, particularly via the length, shape and/or aftertreatment, for example by partial or sectional coating (or cladding), and thus a larger proportion of the secondary light can be targeted can be provided as required. In other words, missing or false light is at least reduced.
  • a longer optical element which also encloses the edges of the light conversion element, secondary light and remaining portions of the primary light can be guided, guided and also in accordance with the design (in particular the refractive indices, but also geometry). be modified so that sometimes more light can be provided for the lighting, the lighting device can be more efficient overall.
  • the guidance of the light in the optical element can also contribute to a homogenization and/or mixing of the light components, for example light of different wavelengths, and thus to homogeneous illumination with high color fidelity.
  • the design of the optical element on the side facing away from the light conversion element can be designed variably and can be adapted or designed to be adaptable to a desired illumination or illumination. The lighting device can thus at least come close to a point light source.
  • the optical element can advantageously include further measures or features to further improve these aspects. It is conceivable to cover the optical element at least partially or in sections with a cladding, in the sense of a fiber-optic core-sheath element, or a coating, for example a mirror coating, which further promotes the reflection of light within the optical element or the escape of light to prevent total reflection within.
  • a coating it should be noted that this allows the primary radiation to enter the optical element.
  • the coating can also be provided for the secondary light.
  • the optical element is at least partially or partially hollow, for example tubular or designed as a blind hole.
  • the light conversion element can remain open, be fused or closed off with another element.
  • the latter can be plate-shaped but also provided with at least one curvature, up to a sphere, so that it further contributes to the beam shaping of the light in a suitable manner.
  • the optical element can also be designed in a cross-sectional geometry other than essentially round, for example rectangular, square, polygonal or with different radii of curvature, for example oval.
  • the cross-sectional geometries can advantageously also be designed so that they are not constant along the length of an optical element. Versions to facilitate the coupling of the primary light are already shown and described in Figures 12 and 13. It was also shown that with the cross-section of the optical element continuously changing over its length, the radiation characteristics, in particular of Lambertian secondary light, can be narrowed (cross-section increasing from bottom to top) or, conversely, expanded. This is particularly important if the optical element is not monolithic, but is composed as a fiber-optic component from a plurality or plurality of light-conducting elements.
  • Examples here include coupling into other optical components or structures, in particular projection devices or fiber optics, or the targeted illumination of surfaces in a predetermined manner, including in terms of shape and sharpness. Intensity or intensity distribution or homogeneity or coloring.
  • the window can advantageously also be designed to be translucent or opaque, colored or achromatic, which in turn can minimize or prevent any stray light from escaping to the front.
  • the invention enables in particular a compact structure, a reduction in the Fresnel losses on the surfaces and a reduction in the surfaces on which the laser light and the white light generated are reflected, a simple adjustment of the components to one another and a reduction of the components that are adjusted to one another, a collimation or .Focusing the laser radiation on the optoceramic, collimating or beam shaping the white light radiation, as well as mechanical protection of the position of generating high power densities on the optoceramic with glass.
  • the invention is particularly suitable for LED modules, laser modules, for generating white light.

Abstract

The invention relates to an illumination device (100) comprising at least one light source (200) for emitting primary light (250), a main body (400), the main body (400) having a front side (410), and a light conversion element (300) which is attached to the front side (410) of the main body (400) and is configured to be illuminated with the primary light (250) emitted from the light source (200) and to emit secondary light (350) with a different wavelength, wherein the light conversion element (300) has a front side (310) facing away from the main body (400) and is configured to emit the secondary light (350) on the front side (310). The invention also relates to a light conversion unit comprising a light conversion element and an optical element (500).

Description

Beleuchtunqseinrichtunq und Lichtkonversionseinheit Lighting device and light conversion unit
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Lichtquelle, einem Grundkörper und einem darauf aufgebrachten Lichtkonversionselement sowie eine Lichtkonversionseinheit mit einem Lichtkonversionselement und einem optischen Element. The invention relates to a lighting device with a light source, a base body and a light conversion element applied thereto, as well as a light conversion unit with a light conversion element and an optical element.
Im Stand der Technik sind laserbasierte Weißlichtmodule beschrieben. Das Prinzip der Erzeugung von weißem Licht beruht auf der Kombination der blauen Lichtemission von einer Laserdiode und der Lichtemission von einem gelb emittierenden Konvertermaterial, welches auch als Phosphor bezeichnet wird. Dabei wird die gelbe Lichtemission des Konverters durch die blaue Laserstrahlung bewirkt. Die Mischung des blauen Laserlichts mit der gelben Lichtemission erzeugt weißes Licht. Laser-based white light modules are described in the prior art. The principle of producing white light is based on the combination of blue light emission from a laser diode and light emission from a yellow-emitting converter material, also known as phosphor. The yellow light emission from the converter is caused by the blue laser radiation. The mixing of the blue laser light with the yellow light emission produces white light.
Das grundlegende Prinzip wird in zwei Konfigurationen umgesetzt: Der Transmissionsanordnung und der Remissionsanordnung. Bei der Transmissionsanordnung durchstrahlt das blaue Laserlicht das Konvertermaterial. Bei der Remissionsanordnung wird die blaue Laserstrahlung zum Konvertermaterial in einer Reflexionsgeometrie angeordnet. Ferner ist der Einsatz optischer Elemente bekannt, um die vom Laser abgegebene Strahlung auf das Konvertermaterial zu leiten. The basic principle is implemented in two configurations: the transmission arrangement and the remission arrangement. In the transmission arrangement, the blue laser light shines through the converter material. In the remission arrangement, the blue laser radiation is arranged in a reflection geometry relative to the converter material. Furthermore, the use of optical elements is known in order to direct the radiation emitted by the laser onto the converter material.
Einige lichtemittierende Vorrichtungen werden z.B. in den folgenden Dokumenten beschrieben: US2016093779A1, JP2008251685A, US2019058303A, US2019032907A, US2018087726A, US2018058645A, US2017314768A, US2017284634A, US2017122505A und WO2013156444A1. Some light-emitting devices are described, for example, in the following documents: US2016093779A1, JP2008251685A, US2019058303A, US2019032907A, US2018087726A, US2018058645A, US2017314768A, US2017284634A , US2017122505A and WO2013156444A1.
Aktuelle Lösungen haben allerdings einige Nachteile, von denen einige nachfolgend aufgezählt werden sollen: Ein Nachteil ist etwa, dass die Laserstrahlung häufig nicht mit idealen Parametern auf das Konvertermaterial trifft und/oder dass die abgegebene Strahlung nicht mit gewünschten Parametern austritt. Zu diesen Parametern kann z.B. die Leistungsdichte, die Lichtausbeute, die Spotgröße, der Einfallswinkel oder der Abstrahlwinkel gehören. Ein weiterer Nachteil kann sein, dass bei der Ein- und Auskopplung von Strahlung in das Konvertermaterial häufig unerwünschte Fresnelverluste durch den Brechzahlsprung entstehen. Ein weiterer Nachteil ist beispielsweise, dass das Konvertermaterial, insbesondere im Bereich der einfallenden Laserstrahlung, verschmutzen kann. Ein weiterer Nachteil kann darin liegen, dass die Justierung optischer Elemente, welche dazu genutzt werden, die Laserstrahlung auf den Konverter zu leiten, aufwändig ist. Zudem ist der Aufbau bekannter Lösungen häufig relativ komplex. However, current solutions have some disadvantages, some of which will be listed below: One disadvantage is that the laser radiation often does not hit the converter material with ideal parameters and/or that the emitted radiation does not emerge with the desired parameters. These parameters can include, for example, the power density, the luminous efficacy, the spot size, the angle of incidence or the beam angle. Another disadvantage can be that when radiation is coupled in and out of the converter material, undesirable Fresnel losses often arise due to the jump in refractive index. Another disadvantage, for example, is that the converter material, especially in the area of the incident laser radiation, can pollute. Another disadvantage can be that the adjustment of optical elements, which are used to direct the laser radiation to the converter, is complex. In addition, the structure of known solutions is often relatively complex.
Es ist demnach eine Aufgabe der Erfindung, eine Beleuchtungseinrichtung und/oder eine Lichtkonversionseinheit anzugeben, bei welcher derartige Nachteile vermieden werden. Insbesondere sollen Parameter der auf den Konverter einfallenden und/oder der von dem Konverter emittierten Strahlung optimiert werden (z.B. Leistungsdichte, Lichtausbeute, Spotgröße, Einfallswinkel, Abstrahlwinkel). Vorzugsweise sollen Fresnelverluste bei der Ein- und Auskopplung vermindert werden. Vorzugsweise soll der Konverter zudem vor Verschmutzung geschützt werden. Ein Aspekt ist es zudem, eine Justierung optischer Elemente zu vermeiden und insbesondere den Aufbau einer Beleuchtungseinrichtung und/oder einer Lichtkonversionseinheit zu vereinfachen. It is therefore an object of the invention to provide a lighting device and/or a light conversion unit in which such disadvantages are avoided. In particular, parameters of the radiation incident on the converter and/or the radiation emitted by the converter should be optimized (e.g. power density, luminous efficacy, spot size, angle of incidence, angle of radiation). Fresnel losses during coupling and decoupling should preferably be reduced. The converter should also preferably be protected from contamination. One aspect is also to avoid adjustment of optical elements and in particular to simplify the structure of a lighting device and/or a light conversion unit.
Speziell wird eine Anordnung und damit verbundene Komponente für ein laserbasiertes Beleuchtungsmodul zur Weißlichterzeugung, vorzugsweise in einer SMD-Anordnung gesucht durch welche die Möglichkeit besteht, die einfallende blaue Laserstrahlung auf das Konvertermaterial zu lenken und die emittierte konvertierte Strahlung vom Konverter mit gegenüber Luft reduzierten Fresnelverlusten aus dem Konverter auszukoppeln und insbesondere zu formen und zu mischen. Dies soll ohne komplexe Justierung von verschiedenen einzelnen optischen Komponenten und in einer sehr kompakten Art und Weise erfolgen. Weiterhin soll die Anordnung für ein hermetisches Gehäuse verwendbar sein bzw. ein Teil dessen sein. In particular, an arrangement and associated component for a laser-based lighting module for white light generation, preferably in an SMD arrangement, is sought, through which it is possible to direct the incident blue laser radiation onto the converter material and the emitted converted radiation from the converter with reduced Fresnel losses compared to air to be decoupled from the converter and in particular to be formed and mixed. This should be done without complex adjustment of various individual optical components and in a very compact manner. Furthermore, the arrangement should be usable for a hermetic housing or be part of it.
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung umfassend zumindest eine Lichtquelle, ein Lichtkonversionselement (auch als Konverter, Konvertermaterial, Phosphor, etc. bezeichnet), welches dazu eingerichtet ist, mit Primärlicht beleuchtet zu werden und Sekundärlicht mit einer anderen Wellenlänge abzugeben, und ein optisches Element, welches dazu eingerichtet und/oder derart angeordnet ist, dass sowohl das von der Lichtquelle abgegebene Primärlicht das optische Element durchläuft, bevor das Primärlicht auf das Lichtkonversionselement trifft, als auch das von dem Lichtkonversionselement abgegebene Sekundärlicht das optische Element durchläuft, bevor das Sekundärlicht die Beleuchtungseinrichtung verlässt. Die Beleuchtungseinrichtung ist insbesondere zur Erzeugung von Weißlicht eingerichtet, kann aber auch zur Erzeugung anderer Farben eingerichtet sein, wobei sowohl Mischfarben als auch Vollfarben in Betracht kommen. The invention relates to a lighting device comprising at least one light source, a light conversion element (also referred to as a converter, converter material, phosphor, etc.), which is designed to be illuminated with primary light and to emit secondary light with a different wavelength, and an optical element which is set up and/or arranged in such a way that both the primary light emitted by the light source passes through the optical element before the primary light hits the light conversion element, and the secondary light emitted by the light conversion element passes through the optical element before the secondary light leaves the lighting device. The lighting device is set up in particular to generate white light, but can can also be set up to produce other colors, both mixed colors and full colors being considered.
Vorzugsweise umfasst die Beleuchtungseinrichtung ferner einen Grundkörper, welcher insbesondere als Kühlkörper ausgebildet ist, wobei das Lichtkonversionselement bevorzugt auf dem Grundkörper angeordnet ist und/oder in dem Grundkörper eingebracht ist. Preferably, the lighting device further comprises a base body, which is designed in particular as a heat sink, wherein the light conversion element is preferably arranged on the base body and/or is introduced into the base body.
Das Lichtkonversionselement ist bevorzugt mit dem Grundkörper über eine Verbindungsschicht miteinander verbunden, wobei die Verbindungsschicht bevorzugt aus mindestens einem Klebstoff, mindestens einem Glas, mindestens einem keramischen Kleber oder mindesten einer metallischen Lotverbindung gebildet wird. The light conversion element is preferably connected to the base body via a connecting layer, the connecting layer preferably being formed from at least one adhesive, at least one glass, at least one ceramic adhesive or at least one metallic solder connection.
Ein ggf. umfasster Grundkörper weist eine Vorderseite auf, wobei auf dieser Vorderseite das Lichtkonversionselement aufgebracht sein kann. Vorzugsweise ist das Lichtkonversionselement unmittelbar auf der Vorderseite des Grundkörpers aufgebracht. Das Lichtkonversionselement weist seinerseits eine, vorzugsweise dem Grundkörper abgewandte, Vorderseite auf und ist dazu eingerichtet, das Sekundärlicht auf seiner Vorderseite abzugeben. A base body that may be included has a front side, and the light conversion element can be applied to this front side. The light conversion element is preferably applied directly to the front of the base body. The light conversion element in turn has a front side, preferably facing away from the base body, and is designed to emit the secondary light on its front side.
Die zumindest eine Lichtquelle ist dazu eingerichtet und/oder derart angeordnet, Primärlicht zur Beleuchtung des Lichtkonversionselements abzugeben, wobei die Lichtquelle vorzugsweise als Laserlichtquelle ausgebildet ist. Die Lichtquelle ist bevorzugt zur Abgabe von blauem Licht und/oder zur Abgabe von UV-Licht ausgebildet. Es kann vorgesehen sein, dass die Lichtquelle Primärlicht mit zumindest einer Wellenlänge im Bereich von 400nm bis 470nm abgibt. Ebenso ist eine Lichtquelle im UVA Bereich möglich. The at least one light source is designed and/or arranged to emit primary light for illuminating the light conversion element, wherein the light source is preferably designed as a laser light source. The light source is preferably designed to emit blue light and/or to emit UV light. It can be provided that the light source emits primary light with at least one wavelength in the range from 400nm to 470nm. A light source in the UVA range is also possible.
Das Lichtkonversionselement ist insbesondere als Optokeramik (OC) ausgebildet. Vorzugsweise umfasst das Lichtkonversionselement keramisches Konvertermaterial. Eine solche Ausgestaltung kann vorteilhaft sein, um damit eine besonders hohe Lichtintensität auch für weißes Licht zu ermöglichen. Keramische Konvertermaterialien sind besonders temperaturstabil und wärmeleitend, so dass damit besonders hohe Leuchtdichten erzielt werden können. Denkbar sind auch organisch basierte Konverter oder Kombinationen aus organischen und keramischen Konvertermaterialien. Insbesondere ist es möglich, dass der Konverter so ausgestaltet ist, dass er ein Konverterelement umfasst, welches zwei oder mehr Konvertermaterialien umfasst, welche insbesondere so ausgestaltet sein können, dass sie Primärlicht in Licht unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung konvertieren. Beispielsweise ist es denkbar, dass ein Konverterelement einen sogenannten „gelben“ und einen sogenannten „roten“ Phosphor umfasst. Beispielsweise können diese Materialien als Mischung vorliegen, beispielsweise als Mischung umfassend ein organisches und ein keramisches Material, oder als Mischung aus organischen oder keramischen Materialien. Der Konverter kann aber auch so ausgestaltet sein, dass er mehrere Konverterelemente umfasst, welche jeweils ein unterschiedliches Konvertermaterial umfassen. Auch Mischungen dieser Ausführungen sind vorstellbar. The light conversion element is designed in particular as an optoceramic (OC). The light conversion element preferably comprises ceramic converter material. Such a configuration can be advantageous in order to enable a particularly high light intensity even for white light. Ceramic converter materials are particularly temperature-stable and heat-conducting, meaning that particularly high luminance levels can be achieved. Organic-based converters or combinations of organic and ceramic converter materials are also conceivable. In particular, it is possible for the converter to be designed in such a way that it comprises a converter element which comprises two or more converter materials, which can in particular be designed so that they convert primary light into light of different spectral composition. For example, it is conceivable that a converter element comprises a so-called “yellow” and a so-called “red” phosphor. For example, these materials can be present as a mixture, for example as a mixture comprising an organic and a ceramic material, or as a mixture of organic or ceramic materials. However, the converter can also be designed in such a way that it comprises a plurality of converter elements, each of which comprises a different converter material. Mixtures of these versions are also conceivable.
Insbesondere kann das keramische Konvertermaterial ein lumineszierendes keramisches Material sein oder ein solches umfassen. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung bedeutet dies, dass der Konverter beispielsweise überwiegend, also zu mindestens 50 Gew.-%, oder auch im Wesentlichen, also zu mindestens 90 Gew.-%, aus einem lumineszierenden keramischen Material bestehen kann. Auch ist es möglich, dass der Konverter vollständig aus dem lumineszierenden, keramischen Material besteht. Insbesondere umfasst also der Konverter und/oder das Konverterelement ein lumineszierendes keramisches Material oder besteht aus diesem. Der Konverter und/oder das Konverterelement kann auch als Kompositwerkstoff, beispielsweise als Phosphor-Glas-Komposit, oder als Phosphor-Kunststoff-Komposit, insb. Phosphor-Silikon-Komposit, oder als Phosphor-Keramik-Komposit ausgebildet sein und kann in diesem Fall beispielsweise mindestens 10 Gew.-% zumindest eines lumineszierenden Materials, also Leuchtstoffe, beispielsweise zwischen 10 Gew.-% und 30 Gew.-%, insbesondere zwischen 10 Gew.-% und 20 Gew.-%, umfassen. In particular, the ceramic converter material can be or include a luminescent ceramic material. In the context of the present disclosure, this means that the converter can, for example, consist predominantly, i.e. at least 50% by weight, or essentially, i.e. at least 90% by weight, of a luminescent ceramic material. It is also possible for the converter to consist entirely of the luminescent ceramic material. In particular, the converter and/or the converter element comprises or consists of a luminescent ceramic material. The converter and/or the converter element can also be designed as a composite material, for example as a phosphorus-glass composite, or as a phosphorus-plastic composite, in particular phosphorus-silicone composite, or as a phosphorus-ceramic composite and in this case can for example at least 10% by weight of at least one luminescent material, i.e. phosphors, for example between 10% by weight and 30% by weight, in particular between 10% by weight and 20% by weight.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Konverter und/oder das Konverterelement als lumineszierendes keramisches Material ein granatartiges keramisches Material oder besteht überwiegend, also zu mindestens 50 Gew.-%, oder im Wesentlichen, also zu mindestens 90 Gew.-%, oder vollständig aus diesem, wobei das granatartige keramische Material vorzugsweise die folgende Summenformel aufweist: A3B50i2:RE, wobei According to one embodiment, the converter and/or the converter element comprises a garnet-like ceramic material as a luminescent ceramic material or consists predominantly, i.e. at least 50% by weight, or essentially, i.e. at least 90% by weight, or completely of this, wherein the garnet-like ceramic material preferably has the following molecular formula: A3B50i2:RE, where
A Y und/oder Gd und/oder Lu sowie B AI und/oder Ga umfasst und wobei RE ausgewählt ist aus der Gruppe der Seltenen Erden und bevorzugt Ce und/oder Pr umfasst. AY and/or Gd and/or Lu as well as B AI and/or Ga and wherein RE is selected from the group of rare earths and preferably comprises Ce and/or Pr.
Gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform weist das granatartige keramische Material die folgende Summenformel auf: According to yet another embodiment, the garnet-like ceramic material has the following molecular formula:
(Yi-xCex)3Al50i2 und/oder (Yi-xCex)3Al50i2 and/or
(Yi-x-yGdyCex)3AI50i2 und/oder (Yi-x-yGd y Cex)3AI 5 0i2 and/or
(Lui-xCex)3Al50i2 und/oder (Lui-xCe x )3Al50i2 and/or
(Y i-x-zLuzCex)3Al50i2 , wobei für x jeweils gilt: 0,005 < x < 0,05 und wobei für y gilt: 0 < y < 0,2, und wobei für z gilt: 0 < z < 1 . (Y i-x-zLuzCex)3Al50i2 , where the following applies to x: 0.005 < x < 0.05 and where the following applies to y: 0 < y < 0.2, and where the following applies to z: 0 < z < 1 .
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Konverter und/oder das Konverterelement ein lumineszierendes keramisches Material oder besteht überwiegend, also zu mindestens 50 Gew.- %, oder im Wesentlichen, also zu mindestens 90 Gew.-%, oder vollständig aus diesem, wobei der Konverter According to one embodiment, the converter and/or the converter element comprises a luminescent ceramic material or consists predominantly, i.e. at least 50% by weight, or essentially, i.e. at least 90% by weight, or completely of this, wherein the converter
- als einkristallines Material - as a single-crystalline material
- als einphasige massive Keramik (z.B. eine sogenannte Optokeramik, polykristallin) vorliegt und/oder - is present as a single-phase solid ceramic (e.g. a so-called optoceramic, polycrystalline) and/or
- als mehrphasige massive Keramik vorliegt und/oder - is present as a multi-phase solid ceramic and/or
- als einphasige oder mehrphasige Keramik bestimmter Porosität vorliegt und/oder - is present as a single-phase or multi-phase ceramic of certain porosity and/or
- als Kompositwerkstoff vorliegt, wie als Phosphor-Glas-Komposit (engl.: phosphor in glass, PIG) und/oder als Phosphor-Silikon-Komposit (engl.: phosphor in silicone, PIS). - is present as a composite material, such as a phosphor-glass composite (PIG) and/or a phosphor-silicone composite (PIS).
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das keramische Material auch andere oxidische Verbindungen (außer Granatverbindungen), sowie auch nitridische Verbindungen, insbesondere aus der Gruppe der Aluminiumoxinitride und Siliziumaluminiumoxinitride. According to a further embodiment, the ceramic material also includes other oxidic compounds (except garnet compounds), as well as nitridic compounds, in particular from the group of aluminum oxynitrides and silicon aluminum oxynitrides.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Konverter und/oder das Konverterelement als poröse Sinterkeramik ausgebildet und die Porosität liegt zwischen 0,5% und 10%, bevorzugt zwischen 4% und 8%. Die Porosität bezieht sich hierbei auf das Volumen. Vorzugsweise liegt die mittlere Porengröße zwischen 400 pm und 1200 pm, bevorzugt zwischen 600 pm und 1000 pm und besonders bevorzugt zwischen 600 pm und 800 pm. According to a further embodiment, the converter and/or the converter element is designed as a porous sintered ceramic and the porosity is between 0.5% and 10%, preferably between 4% and 8%. The porosity refers to the volume. Preferably it is located average pore size between 400 pm and 1200 pm, preferably between 600 pm and 1000 pm and particularly preferably between 600 pm and 800 pm.
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung wird unter einer einphasigen Keramik (z.B. einer Optokeramik) verstanden, dass wenigstens 95 VoL-% der von der Keramik umfassten Kristalle und/oder Kristallite dieselbe Kristallphase sind. Vorzugsweise ist der Volumenanteil von Fremdphasen deutlich geringer. Insbesondere können sogar mehr als 96 VoL-% oder mehr als 97 VoL-% oder mehr als 98 VoL-% oder sogar mehr als 99 VoL-% der von der Keramik umfassten Kristalle und/oder Kristallite dieselbe Kristallphase ausbilden. Nicht ausgeschlossen ist weiterhin, dass eine einphasige Keramik noch amorphe Bestandteile umfassen kann. Diese liegen aber in der Regel bei weniger als 5 VoL-%. In the context of the present disclosure, a single-phase ceramic (e.g. an optoceramic) is understood to mean that at least 95% by volume of the crystals and/or crystallites comprised by the ceramic are the same crystal phase. The volume fraction of foreign phases is preferably significantly lower. In particular, even more than 96% by volume or more than 97% by volume or more than 98% by volume or even more than 99% by volume of the crystals and/or crystallites comprised by the ceramic can form the same crystal phase. It cannot be ruled out that a single-phase ceramic may still contain amorphous components. However, these are usually less than 5% by volume.
Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn das keramische Material so ausgestaltet ist, dass das Material eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 5 W/mK bis 200 W/mK aufweist. Auf diese Weise ist eine besonders gute Abteilung der bei der Konversion entstehenden bzw. entstandenen thermischen Energie möglich, sodass die Konversionseigenschaften des Konvertermaterials sich während des Betriebs des Materials nur geringfügig, wenn überhaupt, ändern. It can be particularly advantageous if the ceramic material is designed in such a way that the material has a thermal conductivity in the range of 5 W/mK to 200 W/mK. In this way, a particularly good separation of the thermal energy created or created during the conversion is possible, so that the conversion properties of the converter material only change slightly, if at all, during operation of the material.
Insbesondere kann das keramische Konvertermaterial polykristallin ausgestaltet sein. In particular, the ceramic converter material can be designed to be polycrystalline.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Material homogen vorliegt bzw. im Wesentlichen homogen, wobei unter einer homogenen Ausgestaltung des Materials vorzugsweise bestanden wird, dass das Material als einphasige Keramik (oder Optokeramik) vorliegt. It can be advantageous if the material is present homogeneously or essentially homogeneously, whereby a homogeneous design of the material preferably means that the material is present as a single-phase ceramic (or optoceramic).
Wie beschrieben umfasst die Beleuchtungseinrichtung ein optisches Element, welches dazu eingerichtet und/oder derart angeordnet ist, dass sowohl das von der Lichtquelle abgegebene Primärlicht das optische Element durchläuft, bevor das Primärlicht auf das Lichtkonversionselement trifft, als auch das von dem Lichtkonversionselement abgegebene Sekundärlicht das optische Element durchläuft, bevor es die Beleuchtungseinrichtung verlässt. Mit anderen Worten befindet sich das optische Element im Strahlengang zugleich vor als auch nach dem Lichtkonversionselement. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine gemeinsame Verwendung des optischen Elements für das Primärlicht und für das Sekundärlicht erfolgen. Das optische Element leitet demnach sowohl das einfallende Licht als auch das ausgehende Licht. Dabei kann das ausgehende Licht auch eine Mischung aus zumindest Teilen des eingehenden Lichtes (Primärlicht) mit dem erzeugten Sekundärlicht sein, welches im Folgenden unter dem Begriff des Sekundärlichts mit umfasst sein soll, auch wenn für beide unterschiedliche Anteile und die Abstrahlcharakteristika vorliegen. As described, the lighting device comprises an optical element which is set up and/or arranged in such a way that both the primary light emitted by the light source passes through the optical element before the primary light hits the light conversion element, and the secondary light emitted by the light conversion element passes through the optical one Element passes through before it leaves the lighting device. In other words, the optical element is located in the beam path both before and after the light conversion element. This allows the optical element to be used jointly for the primary light and for the secondary light in an advantageous manner. The optical element therefore guides both the incoming light and the outgoing light. The outgoing light can also be a mixture of at least parts of the incoming light (primary light) with the generated secondary light, which is to be included in the following under the term secondary light, even if different proportions and emission characteristics exist for both.
Das optische Element, welches vorzugsweise Glas umfasst oder daraus besteht, ist in einer bevorzugten Ausführungsform auf dem Lichtkonversionselement, insbesondere auf der Vorderseite des Lichtkonversionselements, aufgebracht, z.B. mittels Glaslot und/oder eines Aufschmelzprozesses. Abgesehen von einem ggf. verwendeten Lotmaterial ist das optische Element vorzugsweise unmittelbar auf dem Konverter aufgebracht. Das optische Element und das Lichtkonversionselement können demnach gekoppelt sein und eine Baugruppe bilden. Das optische Element und das Lichtkonversionselement können bevorzugt stoffmäßig miteinander verbunden sein. Durch ein Aufbringen bzw. Verbinden des optischen Elements mit dem Konverter wird der Konverter in vorteilhafter Weise vor Verschmutzung geschützt. In a preferred embodiment, the optical element, which preferably comprises or consists of glass, is applied to the light conversion element, in particular to the front of the light conversion element, for example by means of glass solder and/or a melting process. Apart from any solder material used, the optical element is preferably applied directly to the converter. The optical element and the light conversion element can therefore be coupled and form an assembly. The optical element and the light conversion element can preferably be materially connected to one another. By applying or connecting the optical element to the converter, the converter is advantageously protected from contamination.
Das optische Element und das Lichtkonversionselement können formschlüssig miteinander verbunden sein und/oder derart verbunden sein, dass zwischen dem optischen Element und dem Lichtkonversionselement eine optische Grenzfläche G1 gebildet ist, an welcher Primärlicht aus dem optischen Element in das Lichtkonversionselement einkoppelbar und Sekundärlicht aus dem Lichtkonversionselement in das optischen Element einkoppelbar ist. Mitunter kann auch, insbesondere reflektiertes, Primärlicht aus dem Lichtkonversionselement an der Grenzfläche G1 in das optische Element einkoppelbar sein. The optical element and the light conversion element can be connected to one another in a form-fitting manner and/or connected in such a way that an optical interface G1 is formed between the optical element and the light conversion element, at which primary light from the optical element can be coupled into the light conversion element and secondary light from the light conversion element can be coupled into the optical element can be coupled in. Sometimes it can also be possible to couple primary light, in particular reflected primary light, from the light conversion element into the optical element at the interface G1.
Das optische Element weist ferner vorzugsweise eine Oberfläche auf, welche eine zweite optische Grenzfläche G2 zu einem umgebenden Medium bildet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass für einen Strahlwinkel, insbesondere einen Strahlwinkel gegenüber einer Normalen der Vorderseite des Lichtkonversionselements welcher kleiner ist als 70°, und insbesondere bei transversal elektrischer Polarisierung (TE), die Summe der Fresnelverluste an den Grenzflächen G1 und G2 niedriger ist als 0,2. The optical element further preferably has a surface which forms a second optical interface G2 to a surrounding medium. In particular, it can be provided that for a beam angle, in particular a beam angle relative to a normal to the front of the light conversion element, which is smaller than 70 °, and in particular at transverse electrical polarization (TE), the sum of the Fresnel losses at the interfaces G1 and G2 is lower than 0.2.
Es kann vorgesehen sein, dass durch direktes Auf- oder Anschmelzen auf, um oder an das Lichtkonversionselement oder zumindest einer Zwischenschicht, die bspw. aus zumindest einem Glaslot oder zumindest einer dünnen Glasschicht gebildet wird. Solche Zwischenschichten können auf dem Lichtkonversionselement oder dem optischen Element vorab appliziert oder aufgebracht sein oder als bspw. dünnes Plättchen beigestellt sein/werden. Das Aufbringen kann über entsprechende Beschichtungsprozesse, Druckprozesse oder in einem Sol-Gel Prozess erfolgen. Denkbar sind auch Abfolgen von Zwischenschichte als Schichten oder Plättchen, wobei auch auf den Plättchen entsprechende Schichten aufgebracht sein können. Diese Schichten können unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen und somit weiter die Fresnelverluste zwischen Konvertermaterial und dem Material des optischen Elements reduzieren. It can be provided that by direct melting or melting on, around or on the light conversion element or at least an intermediate layer, which is formed, for example, from at least one glass solder or at least one thin glass layer. Such intermediate layers can be applied or applied in advance to the light conversion element or the optical element or can be provided as, for example, a thin plate. The application can take place via appropriate coating processes, printing processes or in a sol-gel process. Sequences of intermediate layers as layers or platelets are also conceivable, with corresponding layers also being able to be applied to the platelets. These layers can have different refractive indices and thus further reduce the Fresnel losses between the converter material and the material of the optical element.
Das optische Element ist vorteilhaft in seinen optischen Eigenschaften insbesondere dessen Brechwert an das Lichtkonversionselement angepasst oder weitgehend anpassbar. Die bezieht sich auf den Brechungsindex des Konverterelements oder im spezieller Ausführung auf den Brechungsindex einzelner Materialien und Bestandteile des Konverterelements. The optical element is advantageously adapted or largely adaptable in terms of its optical properties, in particular its refractive index, to the light conversion element. This refers to the refractive index of the converter element or, in a special version, to the refractive index of individual materials and components of the converter element.
Die Brechwertdifferenz zwischen dem optischen Element und dem Lichtkonversionselement beträgt dabei weniger als 2, insbesondere weniger als 1 ,5, vorzugsweise weniger als 1 , vorzugsweise weniger als 0,5, besonders bevorzugt weniger als 0,2 (insbesondere für den Fall, dass der Brechwert des Lichtkonversionselementes größer als der des optischen Elementes ist). The refractive index difference between the optical element and the light conversion element is less than 2, in particular less than 1.5, preferably less than 1, preferably less than 0.5, particularly preferably less than 0.2 (particularly in the case that the refractive index of the light conversion element is larger than that of the optical element).
Die Oberfläche des optischen Elements kann für eine Optimierung im Hinblick auf Fresnelverluste beispielsweise durch ein Auslegungsverfahren wie folgt ausgebildet sein bzw. werden. Zunächst wird der Brewsterwinkel für die gewünschte Materialpaarung bzw. die Brechunsindizes berechnet. Aus einer Vorgabe, unter welchem Winkel das Lichtkonversionselement bestrahlt werden soll, kann dann eine Oberflächenform des optischen Elements und/oder eine Anordnung des Lasers derart festgelegt werden, dass dieser die Oberfläche unter dem Brewsterwinkel bestrahlt und/oder der gebrochene Strahl unter dem gewünschten Winkel auf das Lichtkonversionselement trifft. Im Falles, dass zumindest eine Zwischenschicht eingebracht wird ist auch diese vorteilhaft hinsichtlich deren Brechwert, insbesondere an das Licktkonversionselement, entsprechend angepasst bzw. anpassbar. Mit Blick auf das optische Element ist dessen Brechwert dann vorzugsweise gleich, und besonders bevorzugt nicht größer als der der Zwischenschicht. Auch eine Ausbildung einer Brechwertabstufung, bei mehr als einer Zwischenschicht quasi eines Brechwertgradienten, vom Lichtkonversionselement zum optischen Element, ist so möglich. The surface of the optical element can be designed as follows for optimization with regard to Fresnel losses, for example by a design method. First, the Brewster angle is calculated for the desired material pairing or the refractive indices. Based on a specification at which angle the light conversion element should be irradiated, a surface shape of the optical element and/or an arrangement of the laser can then be determined such that it irradiates the surface at the Brewster angle and/or the refracted beam at the desired angle hits the light conversion element. If at least one intermediate layer is introduced, this is also advantageously adapted or adaptable in terms of its refractive index, in particular to the Lickt conversion element. With regard to the optical element, its refractive index is then preferably the same, and particularly preferably not greater, than that of the intermediate layer. It is also possible to form a refractive power gradation, with more than one intermediate layer, so to speak, a refractive power gradient, from the light conversion element to the optical element.
Neben der Anpassung bzw. Abstimmung der Brechwerte aneinander ist für möglichst geringe Fresnelverluste eine direkte Anbindung, d.h. bspw. ohne jeglichen Luftspalt, möglich, so dass die Lichtausbeute, Lichteinkopplung der Primärstrahlung und Lichtauskopplung der Sekundärstrahlung und Teilen der Primärstrahlung verbessert werden kann. In addition to adapting or coordinating the refractive values to one another, a direct connection, i.e. without any air gap, is possible for the lowest possible Fresnel losses, so that the light yield, light coupling of the primary radiation and light coupling of the secondary radiation and parts of the primary radiation can be improved.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Anbindung der Komponenten Lichtkonversionselement und optisches Element, nahezu bzw. völlig fehlerfrei erfolgt, um eine effiziente, stabile und langlebige Beleuchtungseinrichtung zu ermöglichen. Mit anderen Worten, also, dass deren Verbindungs- oder Bondfläche makellos vorliegt. Ähnlich wie Verschmutzungen bei Beleuchtungseinrichtung ohne direkt auf dem Lichtkonversionselement appliziertes optisches Element können Fehlstellen im Verbund dazu führen, dass eine Beleuchtungseinrichtung mit optischem Element auf dem Lichtkonversionselement gestört oder gar zerstört wird, da die fallweise mit hoher Leistung auf kleine Flächen eingestrahlte primär Strahlung bspw. zu Überhitzungen an Kontaminationen oder Fehlstellen, bspw. eingeschlossenen oder umschlossenen Partikeln oder Blasen führen können, was unter anderem zu Störung der Funktion der Beleuchtungseinrichtung bzw. an der direkten Anbindung, ggf. Delamination oder gar Zerstörung von optischem Element und/oder Konversionselement zur Folge haben kann. Das optische Element kann demnach direkt oder mittels Zwischenschichten mit dem Lichtkonversionselement form- und oder stoffschlüssig verbunden sein. Bei direkter Aufschmelzung des optischen Elementes wird die sich bildende Grenzschicht als Grenzfläche oder Überganszone verstanden, kommen Zwischenschichten zum Einsatz kann sich eine Grenzschicht oder Übergangsbereich ausbilden. In particular, it can be provided that the connection of the components light conversion element and optical element occurs almost or completely error-free in order to enable an efficient, stable and long-lasting lighting device. In other words, that their connection or bonding surface is flawless. Similar to contamination in a lighting device without an optical element applied directly to the light conversion element, defects in the composite can lead to a lighting device with an optical element on the light conversion element being disrupted or even destroyed, since the primary radiation, for example, is irradiated with high power onto small areas Overheating of contamination or defects, for example enclosed or enclosed particles or bubbles, can lead to, among other things, disruption of the function of the lighting device or the direct connection, possibly delamination or even destruction of the optical element and/or conversion element . The optical element can therefore be connected to the light conversion element in a form-fitting and/or cohesive manner directly or by means of intermediate layers. When the optical element is melted directly, the boundary layer that forms is understood as a boundary surface or transition zone; if intermediate layers are used, a boundary layer or transition region can be formed.
Dabei kann das optische Element das Lichtkonversionselement nur an dessen Oberfläche bedecken, diese überdecken oder auch dessen Seitenflächen zumindest teil - oder abschnittsweise oder vollständig umschließen. Sowohl an der Oberfläche des optischen Elementes und/oder der Oberfläche sowie den Seitenflächen des Lichtkonversionselementes können Lotschichten und/oder haftvermittelnde Schichten aufgebracht sein, die beispielsweise sehr dünn (wenige 10 bis 100 nm) und für die Primär- und Sekundärstrahlung im Wesentlichen transparent sein können oder zumindest deren optische Wirkung vernachlässigbar sein kann, da diese bspw. weder filternd noch im signifikant abschwächen oder verändernd auf Primär- oder Sekundärlicht wirkend ausgebildet sein können. The optical element can only cover the surface of the light conversion element, cover it or at least partially cover its side surfaces enclose in sections or completely. Both on the surface of the optical element and/or the surface as well as the side surfaces of the light conversion element, solder layers and/or adhesion-promoting layers can be applied, which can be, for example, very thin (a few 10 to 100 nm) and essentially transparent to the primary and secondary radiation or at least their optical effect can be negligible, since, for example, they cannot be designed to filter or significantly weaken or change the primary or secondary light.
Das optische Element braucht nicht notwendig auf dem Lichtkonversionselement aufgebracht zu sein. In einer alternativen Ausführungsform kann das optische Element auch von dem Lichtkonversionselement beabstandet sein. In einem solchen Fall kann das optische Element anderweitig an der Beleuchtungseinrichtung befestigt sein, beispielsweise an dem oder einem Grundkörper befestigt sein und/oder an dem oder einem Gehäuse befestigt sein. Hierzu kann das Gehäuse beispielsweise zweiteilig ausgestaltet sein, so dass dieses einen Sockelteil und einen Kappenteil aufweist. Das optische Element kann dann an dem Kappenteil befestigt sein. Bevorzugt ist das optische Element dabei durch das Kappenteil hindurchgeführt, wobei dann das optische Element eine Öffnung in dem Kappenteil verschließt. Durch Fügen von Kappenteil und Sockelteil, beispielsweise durch Kleben, Schweißen oder Löten, wird dann das Gehäuse erhalten. Zum Befestigen des optischen Elements an dem Kappenteil kann beispielsweise ein Glaslot verwendet werden. The optical element does not necessarily need to be applied to the light conversion element. In an alternative embodiment, the optical element can also be spaced from the light conversion element. In such a case, the optical element can be attached to the lighting device in another way, for example attached to the or a base body and/or attached to the or a housing. For this purpose, the housing can, for example, be designed in two parts, so that it has a base part and a cap part. The optical element can then be attached to the cap part. The optical element is preferably guided through the cap part, the optical element then closing an opening in the cap part. The housing is then obtained by joining the cap part and the base part, for example by gluing, welding or soldering. For example, a glass solder can be used to attach the optical element to the cap part.
Ist das optische Element nicht direkt an das Lichtkonversionselement angrenzend angeordnet, kann eine Zwischenschicht vorgesehen sein. Dieses kann flexibel ausgeführt sein und sich wie ein Kissen aus einem brechwertangepassten Material an das optische Element und das Lichtkonversionselement anschmiegen. If the optical element is not arranged directly adjacent to the light conversion element, an intermediate layer can be provided. This can be designed to be flexible and nestle against the optical element and the light conversion element like a cushion made of a material adapted to the refractive index.
An den Seitenflächen des Lichtkonversionselementes können, im Falle, dass die Primärstrahlung ausschließlich auf die Oberfläche des Lichtkonversionselementes einstrahlt, diese Schichten auch transluzente oder opake Schichten umfassen, bspw. metallische Schichten, an welche sich bspw. eine folgende Lotschicht beim Verbinden von optischem Element und Lichtkonversionselement verbindet. Weiterhin ist denkbar, dass das Lichtkonversionselement von einem Rahmen umgeben ist, der dessen Seitenflächen zumindest teil- oder abschnittsweise umgibt und/oder überragt. Alternativ kann das Lichtkonversionselement auch in einer Kavität im Grundkörper angeordnet oder anordbar sein. Die Tiefe der Kavität kann dabei so gestaltet sein, dass die Seitenflächen zumindest teilweise umschlossen werden oder so, dass die Tiefe der Kavität die Dicke des Lichtkonversionselementes übersteigt. So geartete Rahmen können vorteilhaft zusätzlich Flächen bereitstellen die die Verbindung zwischen optischen Element und Lichtkonversionselement oder generell die Stabilität der Anbindung des optischen Elements oder Beleuchtungseinrichtung verbessern. Solche Rahmen oder Kavitäten bzw. Körper, in denen sich diese befinden, können beispielsweise aus Metallen oder Keramiken ausgebildet und bspw. unter Berücksichtigung wärmetechnischer Parameter, wie bspw. deren Wärmeleitfähigkeit ausgewählt sein. Vorteilhafte Kombinationen sind insbesondere im Falle von zusätzlichen Rahmen mitunter auch aus dem gleichen Material wie ein etwaiger Grundkörper. On the side surfaces of the light conversion element, in the event that the primary radiation irradiates exclusively onto the surface of the light conversion element, these layers can also include translucent or opaque layers, for example metallic layers, to which, for example, a subsequent solder layer is attached when connecting the optical element and light conversion element connects. Furthermore, it is conceivable that the light conversion element is surrounded by a frame which at least partially or partially surrounds and/or projects beyond its side surfaces. Alternatively, the light conversion element can also be arranged or can be arranged in a cavity in the base body. The depth of the cavity can be designed such that the side surfaces are at least partially enclosed or such that the depth of the cavity exceeds the thickness of the light conversion element. Frames of this type can advantageously provide additional surfaces that improve the connection between the optical element and the light conversion element or generally improve the stability of the connection of the optical element or lighting device. Such frames or cavities or bodies in which they are located can be made, for example, from metals or ceramics and, for example, selected taking into account thermal parameters, such as their thermal conductivity. Advantageous combinations, particularly in the case of additional frames, are sometimes made of the same material as any base body.
Das optische Element kann auf seiner Außenfläche zumindest bereichsweise beschichtet sein, wobei z.B. eine, insbesondere dem Gehäuseinneren zugewandte, Seitenfläche des optischen Elements zumindest bereichsweise beschichtet sein kann. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Beschichtung Aussparungen aufweist, um das Primärlicht in das optische Element einzukoppeln und/oder das Sekundärlicht auszukoppeln. Eine Beschichtung kann in vorteilhafter Weise dazu beitragen, die Lichtführung zu optimieren, Verlustlicht zu reduzieren und/oder die Lichtmischung zu verbessern (z.B. Homogenisierung). Insbesondere kann durch eine zumindest bereichsweise Beschichtung ein Lichtaustritt ins Gehäuseinnere vermieden werden. The optical element can be coated at least in some areas on its outer surface, for example a side surface of the optical element that faces the interior of the housing can be coated at least in some areas. It can be provided that the coating has recesses in order to couple the primary light into the optical element and/or to couple out the secondary light. A coating can advantageously help to optimize the light guidance, reduce lost light and/or improve the light mixing (e.g. homogenization). In particular, light leakage into the interior of the housing can be avoided by coating at least in some areas.
In einer Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass das optische Element rohrförmig ausgebildet ist, beispielsweise zylindrisch oder konisch. Das optische Element kann in diesem Fall eine umlaufende Wandung aufweisen, welche das Lichtkonversionselement umschließt. Die Wandung kann innenseitig verspiegelt ausgebildet sein. Auf der dem Lichtkonversionselement abgewandten Seite eines rohrförmig ausgebildeten optischen Elements kann eine den Hohlraum verschließende Linse angeordnet sein. Diese Ausführungsform braucht zwar nicht primär der Verminderung von Fresnelverlusten zu dienen, kann aber insbesondere zur Mischung und/oder Homogenisierung des insgesamt abgestrahlten Lichtes beitragen. Im Fall, dass das optische Element auf dem Konverter aufgebracht ist, können hierdurch in vorteilhafter Weise Fresnelverluste bzgl. des Primärlichtes, der Laserstrahlung, und dem erzeugten Sekundärlicht vermindert werden. In one embodiment it can also be provided that the optical element is tubular, for example cylindrical or conical. In this case, the optical element can have a circumferential wall which encloses the light conversion element. The wall can be mirrored on the inside. A lens closing the cavity can be arranged on the side of a tubular optical element facing away from the light conversion element. Although this embodiment does not need to primarily serve to reduce Fresnel losses, it can contribute in particular to the mixing and/or homogenization of the overall emitted light. In the event that the optical element is applied to the converter, this can advantageously reduce Fresnel losses with respect to the primary light, the laser radiation, and the secondary light generated.
Mit anderen Worten können bei einem aufgebrachten optischen Element in vorteilhafter Weise Fresnelverluste zugleich bei dem Primärlicht als auch bei dem Sekundärlicht, d.h. sowohl bei der Einkopplung und bei der Auskopplung vermindert werden. Zudem können optische Bauteile eingespart werden. Vorteile liegen z.B. auch darin, dass Bauteile kompakt in einem bspw. Lasermodul platziert werden können und/oder die Anzahl der verwendeten optischen Komponenten vermindert werden kann, so dass die Reflexions- und Absorptionsverluste vermindert werden. Dies sind z.B. Vorteile gegenüber bekannten Lösungen, bei welchen die optischen Elemente für die Einkopplung und Strahlformung der Laserstrahlung und die optischen Elemente für die Auskopplung der im Konvertermaterial konvertierten Strahlung voneinander separiert sind. In other words, with an applied optical element, Fresnel losses can be advantageously reduced both in the primary light and in the secondary light, i.e. both during coupling and decoupling. In addition, optical components can be saved. Advantages also include, for example, that components can be placed compactly in a laser module, for example, and/or the number of optical components used can be reduced, so that reflection and absorption losses are reduced. These are, for example, advantages over known solutions in which the optical elements for the coupling and beam shaping of the laser radiation and the optical elements for the coupling out of the radiation converted in the converter material are separated from one another.
In einer weiteren Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass das optische Element mit einer Entspiegelungsschicht (AR-Beschichtung) versehen ist. Die Entspiegelungsschicht kann aus mindestens einer dünnen Schicht oder Mehrfachschichten bestehen. Nutzbare Verfahren zur Herstellung von dünnen Beschichtungen sind die Tauchbeschichtung, das Aufdampfen (PVD), das atomare Schichtabscheiden (Atomic-Layer Deposition/ALD), und/oder Sputterprozesse (z.B. IBE, RIE). Bei Verwendung einer Einfachschicht, muss der Brechungsindex der Schicht n(Schicht) kleiner als der Brechungsindex von dem optischen Element sein n(Element). Bevorzugt wird eine dünne Lambda/4 Schicht mit einem Brechungsindex n (Schicht) = Wurzel n(Element) verwendet. In a further embodiment it can also be provided that the optical element is provided with an anti-reflective layer (AR coating). The anti-reflective layer can consist of at least one thin layer or multiple layers. Usable processes for producing thin coatings are dip coating, vapor deposition (PVD), atomic layer deposition (ALD), and/or sputtering processes (e.g. IBE, RIE). When using a single layer, the refractive index of the layer n(layer) must be smaller than the refractive index of the optical element n(element). A thin lambda/4 layer with a refractive index n (layer) = root n (element) is preferably used.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das optische Element einen Volumenbereich aufweist, in welchem im Betrieb der Beleuchtungseinrichtung zugleich das von der Lichtquelle abgegebene Primärlicht als auch das von dem Lichtkonversionselement abgegebene Sekundärlicht verläuft. Das optische Element ist ferner vorzugsweise monolithisch, also einstückig ausgebildet. In einer Ausführungsform kann das optische Element als Rohr, insbesondere verspiegeltes Rohr, ausgebildet sein. Ein solches Rohr kann mit einem Medium gefüllt sein, so dass ein Kern-Mantel- System gebildet ist. Beispielsweise kann das Rohr Glas umfassen oder aus Glas bestehen und mit Glas mit einem anderen Brechungsindex gefüllt sein. In particular, it is provided that the optical element has a volume area in which both the primary light emitted by the light source and the secondary light emitted by the light conversion element pass during operation of the lighting device. The optical element is also preferably monolithic, i.e. formed in one piece. In one embodiment, the optical element can be designed as a tube, in particular a mirrored tube. Such a tube can be filled with a medium so that a core-cladding system is formed. For example, the tube may comprise glass or be made of glass and filled with glass with a different refractive index.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das optische Element als Strahlformer für das von dem Lichtkonversionselement abgegebene Sekundärlicht ausgebildet, insbesondere zur Fokussierung und/oder Kollimierung des von dem Lichtkonversionselement abgegebenen Sekundärlichts. Es kann vorgesehen sein, dass das optische Element darüber hinaus auch als Strahlformer für von dem Lichtkonversionselement reflektiertem Primärlicht (d.h. insbesondere Weißlicht) wirkt. Ferner kann das optische Element als Strahlformer zur Änderung der Querschnittsgeometrie des von dem Lichtkonversionselement abgegebenen Sekundärlichts ausgebildet sein. Das optische Element kann ferner ggf. verbleibende Anteile von Primärlicht, die vom Konverter ggf. reflektiert oder gestreut wird, formen oder führen. In a preferred embodiment, the optical element is designed as a beam shaper for the secondary light emitted by the light conversion element, in particular for focusing and/or collimating the secondary light emitted by the light conversion element. It can be provided that the optical element also acts as a beam shaper for primary light (i.e. in particular white light) reflected by the light conversion element. Furthermore, the optical element can be designed as a beam shaper for changing the cross-sectional geometry of the secondary light emitted by the light conversion element. The optical element can also shape or guide any remaining portions of primary light that may be reflected or scattered by the converter.
Das optische Element kann eine gekrümmte Oberfläche aufweisen, wobei insbesondere eine der Vorderseite des Lichtkonversionselements abgewandte Oberfläche des optischen Elements gekrümmt ausgebildet ist. Die gekrümmte Oberfläche ist vorzugsweise konvex ausgebildet, um eine Fokussierung, Kollimierung und/oder Strahlformung des von dem Lichtkonversionselement abgegebenen Sekundärlichts zu bewirken. The optical element can have a curved surface, with in particular a surface of the optical element facing away from the front of the light conversion element being curved. The curved surface is preferably convex in order to effect focusing, collimation and/or beam shaping of the secondary light emitted by the light conversion element.
Ferner kann das optische Element eine äußere Oberfläche mit einer anderen Querschnittsfläche als die Querschnittsfläche des Lichtkonversionselements aufweisen, z.B. eine unrunde, runde oder polygonale Querschnittsfläche der äußeren Oberfläche. Das optische Element kann zum oder vom Lichtkonversionselement ausgehend einen zumindest teil- oder abschnittsweise veränderlichen Querschnitt aufweisen, insb. im Wesentlichen konisch ausgebildet sein. Das optische Element kann in einer Ausführungsform an dessen dem Konverter abgewandten Fläche auch als diffraktives optisches Element (DOE) ausgebildet sein. Furthermore, the optical element can have an outer surface with a different cross-sectional area than the cross-sectional area of the light conversion element, for example a non-round, round or polygonal cross-sectional area of the outer surface. The optical element can have a cross-section that can be changed at least partially or in sections starting from or towards the light conversion element, in particular it can be essentially conical. In one embodiment, the optical element can also be designed as a diffractive optical element (DOE) on its surface facing away from the converter.
Alternativ oder zusätzlich kann das optische Element als Strahlformer für das von der Lichtquelle abgegebene Primärlicht ausgebildet sein, insbesondere zur Fokussierung und/oder Kollimierung des von der Lichtquelle abgegebenen Primärlichts auf das Lichtkonversionselement. Es kann somit insbesondere vorgesehen sein, dass das optische Element zugleich als Strahlformer für das einfallende Licht als auch als Strahlformer für das ausgehende Licht wirkt. Wenn das optische Element als Strahlformer für das eingehende und/oder das ausgehende Licht wirkt, können hierdurch vorteilhafte Synergieeffekte erzielt werden, z.B. weitere Bauteile eingespart werden. Alternatively or additionally, the optical element can be designed as a beam shaper for the primary light emitted by the light source, in particular for focusing and/or collimating the primary light emitted by the light source onto the light conversion element. It can therefore be provided in particular that the optical element acts both as a beam shaper for the incident light and as a beam shaper for the outgoing light. If that optical element acts as a beam shaper for the incoming and / or outgoing light, advantageous synergy effects can be achieved, for example additional components can be saved.
Das optische Element kann insbesondere derart angeordnet sein und/oder eine derart zu dem das optische Element umgebenden Medium angepasste Brechzahl aufweisen, dass das von der Lichtquelle abgegebene Primärlicht in Folge der Brechung auf das Lichtkonversionselement trifft, bevorzugt auf dessen Mitte trifft. In einer Ausführungsform kann das umgebende Medium des optischen Elements ein Festkörper sein, beispielsweise indem das Gehäuse ausgegossen ist. The optical element can in particular be arranged in such a way and/or have a refractive index adapted to the medium surrounding the optical element in such a way that the primary light emitted by the light source hits the light conversion element as a result of the refraction, preferably hits the center of it. In one embodiment, the surrounding medium of the optical element can be a solid, for example in that the housing is cast.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das optische Element zumindest bereichsweise eine schräg zur Normalen des Lichtkonversionselements verlaufende Seitenflächen aufweist, derart, dass die Brechung des Primärlichts beim Übergang in das optische Element vermindert wird. In einem Beispiel kann das optische Element teil- oder abschnittsweise konisch geformt sein. Furthermore, it can be provided that the optical element has, at least in some areas, side surfaces that run obliquely to the normal of the light conversion element, such that the refraction of the primary light is reduced during the transition into the optical element. In one example, the optical element can be partially or partially conically shaped.
Es kann vorgesehen sein, dass die Primärlichtquelle so angeordnet ist, dass deren Licht senkrecht auf den Konverter trifft. Vorteilhaft kann die Primärlichtquelle PL direkt am optischen Element angeordnet sein, so dass im Wesentlichen kein (Luft)-Spalt zwischen Primärlichtquelle und optischen Element vorliegt, oder ein etwaiger Spalt mit einem Koppelmedium überbrückt wird, welches einen Brechzahlsprung im Spalt verhindert, minimiert, aber zumindest reduziert. It can be provided that the primary light source is arranged so that its light hits the converter perpendicularly. The primary light source PL can advantageously be arranged directly on the optical element, so that there is essentially no (air) gap between the primary light source and the optical element, or any gap is bridged with a coupling medium, which prevents or minimizes a jump in the refractive index in the gap, but at least reduced.
Der Grundkörper kann grundsätzlich unterschiedliche Formen annehmen. Beispielsweise kann der Grundkörper so geformt sein, dass von einem Boden ein Sockel hervorsteht, wobei der hervorstehende Sockel auch als Sockelelement bezeichnet werden kann und der Boden auch als Bodenelement bezeichnet werden kann. The basic body can basically take different shapes. For example, the base body can be shaped in such a way that a base protrudes from a base, the protruding base also being referred to as a base element and the base also being referred to as a base element.
Das zumindest eine Sockelelement bildet dabei vorzugsweise eine Auflagefläche für die Lichtquelle, derart, dass die Lichtquelle auf der Auflagefläche des Sockelelements aufgebracht ist, wobei die Lichtquelle (abgesehen von Lot, Kleber, etc.) insbesondere unmittelbar auf der Auflagefläche des Sockelelements aufgebracht ist. Das Bodenelement bildet vorzugsweise eine Auflagefläche für das Lichtkonversionselement derart, dass das Lichtkonversionselement auf der Auflagefläche des Bodenelements aufgebracht ist, wobei das Lichtkonversionselement (abgesehen von Lot, Kleber, etc.) insbesondere unmittelbar auf der Auflagefläche des Bodenelements aufgebracht ist. The at least one base element preferably forms a support surface for the light source, such that the light source is applied to the support surface of the base element, the light source (apart from solder, adhesive, etc.) being applied in particular directly to the support surface of the base element. The floor element preferably forms a support surface for the light conversion element in such a way that the light conversion element is applied to the support surface of the floor element, the light conversion element (apart from solder, adhesive, etc.) being applied in particular directly to the support surface of the floor element.
Der Grundkörper kann insbesondere eine gemeinsame Halterung sowohl für die zumindest eine Lichtquelle als auch für das Lichtkonversionselement bilden. Demnach kann auf dem Grundkörper sowohl die zumindest eine Lichtquelle als auch das Lichtkonversionselement aufgebracht sein. The base body can in particular form a common holder for both the at least one light source and for the light conversion element. Accordingly, both the at least one light source and the light conversion element can be applied to the base body.
Die Auflagefläche des Sockelelements für die Lichtquelle verläuft bevorzugt schräg zu der Auflagefläche des Bodenelements für das Lichtkonversionselement, insbesondere derart, dass die Auflagefläche des Sockelelements für die Lichtquelle eine Ausrichtung der optischen Achse des von der Lichtquelle abgegebenen Primärlichts auf das Lichtkonversionselement, insbesondere durch das optische Element auf das Lichtkonversionselement, definiert. The support surface of the base element for the light source preferably runs obliquely to the support surface of the base element for the light conversion element, in particular in such a way that the support surface of the base element for the light source aligns the optical axis of the primary light emitted by the light source to the light conversion element, in particular through the optical element on the light conversion element.
Die zumindest eine Lichtquelle und das Lichtkonversionselement können auf dem Grundkörper derart zueinander ausgerichtet aufgebracht sein, dass die optische Achse des von der Lichtquelle abgegebenen Primärlichts direkt, z.B. geradlinig, auf das Lichtkonversionselement gerichtet ist oder mit einer Ablenkung (insbesondere durch das optische Element bewirkt) auf das Lichtkonversionselement gerichtet ist, welche geringer ist als 60 Grad, vorzugsweise geringer ist als 45 Grad, besonders bevorzugt geringer ist als 30 Grad, nochmals bevorzugter geringer ist als 15 Grad. The at least one light source and the light conversion element can be applied to the base body aligned with one another in such a way that the optical axis of the primary light emitted by the light source is directed directly, for example in a straight line, at the light conversion element or with a deflection (in particular caused by the optical element). the light conversion element is directed, which is less than 60 degrees, preferably less than 45 degrees, particularly preferably less than 30 degrees, even more preferably less than 15 degrees.
Die Geometrie der bevorzugt schräg zur Auflagefläche des Bodenelements verlaufenden Auflagefläche des Sockelelements kann derart ausgebildet sein, dass zwischen der Normalen der Auflagefläche für die Lichtquelle und der Normalen der Auflagefläche für das Lichtkonversionselement ein Winkel von mindestens 5 Grad besteht, vorzugsweise ein Winkel von mindestens 10 Grad besteht, besonders bevorzugt ein Winkel von mindestens 20 Grad besteht, nochmals bevorzugter ein Winkel von mindestens 30 Grad besteht. Der Grundkörper, insbesondere das Bodenelement des Grundkörpers, kann ferner einen Indikator zur Positionierung/Orientierung des Lichtkonversionselements aufweisen, wobei der Indikator vorzugsweise als Erhebung oder Vertiefung ausgebildet ist. In Bezug auf diesen Indikator wird hiermit die deutsche Patentanmeldung DE 10 2019 121 508.0 durch Referenz inkorporiert und es gelten die dort offenbarten weiteren Merkmale des Indikators zur Positionierung/Orientierung des Lichtkonversionselements auf dem Grundkörper auch im Rahmen dieser Offenbarung als offenbart. The geometry of the support surface of the base element, which preferably extends obliquely to the support surface of the base element, can be designed such that there is an angle of at least 5 degrees, preferably an angle of at least 10 degrees, between the normal of the support surface for the light source and the normal of the support surface for the light conversion element exists, particularly preferably an angle of at least 20 degrees, even more preferably an angle of at least 30 degrees. The base body, in particular the base element of the base body, can further have an indicator for positioning/orientation of the light conversion element, the indicator preferably being designed as an elevation or depression. With regard to this indicator, the German patent application DE 10 2019 121 508.0 is hereby incorporated by reference and the further features of the indicator disclosed there for positioning/orientation of the light conversion element on the base body are also deemed to be disclosed within the scope of this disclosure.
Wie bereits beschrieben weist das Lichtkonversionselement eine dem Grundkörper abgewandte Vorderseite auf und die Beleuchtungseinrichtung und/oder das Lichtkonversionselement sind dazu eingerichtet, dass das Sekundärlicht auf der Vorderseite des Lichtkonversionselements abgegeben wird. Vorzugsweise sind Beleuchtungseinrichtung und/oder Lichtkonversionselement ferner dazu eingerichtet, dass das Lichtkonversionselement auf der Vorderseite mit dem von der Lichtquelle abgegebenen Primärlicht beleuchtet wird, derart, dass das Lichtkonversionselement auf der Vorderseite sowohl das Primärlicht empfängt als auch das Sekundärlicht abgibt. Mit anderen Worten weist die Beleuchtungseinrichtung insbesondere eine Reflexionsgeometrie auf. As already described, the light conversion element has a front side facing away from the base body and the lighting device and/or the light conversion element are set up so that the secondary light is emitted on the front side of the light conversion element. Preferably, the lighting device and/or light conversion element are further configured to illuminate the light conversion element on the front with the primary light emitted by the light source, such that the light conversion element on the front both receives the primary light and emits the secondary light. In other words, the lighting device has, in particular, a reflection geometry.
Es kann aber alternativ oder zusätzlich auch vorgesehen sein, dass das Lichtkonversionselement auf einer Kantenfläche beleuchtet wird, welche den Übergang von der Vorderseite zur Rückseite des Lichtkonversionselementes bildet. Alternatively or additionally, it can also be provided that the light conversion element is illuminated on an edge surface which forms the transition from the front to the back of the light conversion element.
Die zumindest eine Lichtquelle befindet sich bevorzugt zusammen mit dem Lichtkonversionselement im Inneren eines gemeinsamen Gehäuses. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, die zumindest eine Lichtquelle in einem eigenen Gehäuse aufzunehmen. Dabei ist es denkbar, z.B. einen Strahlteiler oder einen dichroitischen Spiegel vorzusehen, durch den das Sekundärlicht hindurchtritt und durch den das von der Lichtquelle abgegebene Primärlicht auf das Lichtkonversionselement geleitet wird. Auch hierbei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass sowohl das Primärlicht als auch das Sekundärlicht durch das optische Element hindurchgeleitet werden. The at least one light source is preferably located together with the light conversion element inside a common housing. Alternatively, provision can be made to accommodate the at least one light source in its own housing. It is conceivable, for example, to provide a beam splitter or a dichroic mirror through which the secondary light passes and through which the primary light emitted by the light source is directed to the light conversion element. Here, too, it is provided according to the invention that both the primary light and the secondary light are passed through the optical element.
Im Fall, dass ein optisches Element vorgesehen ist, sind die Beleuchtungseinrichtung und/oder das Lichtkonversionselement ferner vorzugsweise dazu eingerichtet, dass das Lichtkonversionselement auf seiner Vorderseite mit dem Primärlicht nach Durchlaufen des optischen Elements beleuchtet wird, dass also das aus dem optischen Element austretende Primärlicht auf die Vorderseite des Lichtkonversionselements trifft. In the event that an optical element is provided, the lighting device and/or the light conversion element are also preferably set up to do so Light conversion element is illuminated on its front side with the primary light after passing through the optical element, so that the primary light emerging from the optical element hits the front side of the light conversion element.
In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Lichtkonversionselement eine variable Dicke aufweist, insbesondere in der Mitte, durch welche die Mittelachse verläuft, eine größere Dicke aufweist als an einem von der Mittelachse entfernten Rand, und/oder eine konvexe Vorderseite aufweist. Das Lichtkonversionselement kann beispielsweise auch keilförmig ausgebildet sein. In one embodiment, it can be provided that the light conversion element has a variable thickness, in particular in the middle through which the central axis runs, has a greater thickness than at an edge distant from the central axis, and / or has a convex front side. The light conversion element can also be wedge-shaped, for example.
Das Lichtkonversionselement kann die variable Dicke insbesondere im Bereich einer Primärlichtempfangsfläche und/oder im Bereich der Sekundärlichtabgabefläche aufweisen, wobei die Primärlichtempfangsfläche denjenigen Teil des Lichtkonversionselements, insbesondere der Vorderseite des Lichtkonversionselements, bezeichnet, in welchem das Primärlicht auftrifft und die Sekundärlichtabgabefläche entsprechend denjenigen Teil der Vorderseite des Lichtkonversionselements bezeichnet in welchem das Sekundärlicht abgegeben wird. The light conversion element can have the variable thickness in particular in the area of a primary light receiving surface and/or in the area of the secondary light emission surface, the primary light receiving surface designating that part of the light conversion element, in particular the front side of the light conversion element, in which the primary light strikes and the secondary light emission surface corresponding to that part of the front side of the Light conversion element refers to which the secondary light is emitted.
In Bezug auf die variable Dicke wird hiermit die deutschen Patentanmeldung 10 2019 121 507.2 durch Referenz inkorporiert und es gelten die dort offenbarten weiteren Merkmale der variablen Dicke des Lichtkonversionselements auch im Rahmen dieser Offenbarung als offenbart. With regard to the variable thickness, German patent application 10 2019 121 507.2 is hereby incorporated by reference and the further features of the variable thickness of the light conversion element disclosed there are also deemed to be disclosed within the scope of this disclosure.
In einer Ausführungsform kann ferner vorgesehen sein, dass auf der Vorderseite des Grundkörpers eine Lichtkonversionsanordnung aufgebracht ist, welche eine Mehrzahl von Lichtkonversionselementen umfasst, welche jeweils durch einen Graben zumindest bereichsweise voneinander getrennt sind. In one embodiment, it can further be provided that a light conversion arrangement is applied to the front of the base body, which comprises a plurality of light conversion elements, each of which is separated from one another at least in some areas by a trench.
In Bezug auf den Graben durch welchen die Lichtkonversionselemente zumindest bereichsweise voneinander getrennt sind wird hiermit die deutschen Patentanmeldung 10 2019.121 515.3 durch Referenz inkorporiert und es gelten die dort offenbarten weiteren Merkmale des Grabens durch welchen die Lichtkonversionselemente zumindest bereichsweise voneinander getrennt sind auch im Rahmen dieser Offenbarung als offenbart. In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Beleuchtungseinrichtung zumindest zwei Lichtquellen, welche dazu eingerichtet sind, Primärlicht zur Beleuchtung des Lichtkonversionselements abzugeben. Bei Verwendung von mehr als einer Lichtquelle, sind die Lichtquellen bevorzugt so ausgebildet, dass die Wellenlängen der verschiedenen Lichtquellen bevorzugt leicht unterschiedlich sind. With regard to the trench through which the light conversion elements are at least partially separated from one another, German patent application 10 2019.121 515.3 is hereby incorporated by reference and the further features of the trench disclosed there through which the light conversion elements are separated from one another at least partially also apply within the scope of this disclosure disclosed. In a further development of the invention, the lighting device comprises at least two light sources which are designed to emit primary light for illuminating the light conversion element. When using more than one light source, the light sources are preferably designed such that the wavelengths of the different light sources are preferably slightly different.
In dieser Weiterbildung weist der Grundkörper vorzugsweise eine Form mit zumindest zwei, z.B. einander gegenüberliegenden, Sockelelementen auf, welche jeweils eine Auflagefläche für eine der Lichtquellen umfassen. Für jede der beiden Auflageflächen gelten die bereits beschriebenen weiteren Merkmale entsprechend. Insbesondere können die die Auflageflächen der Sockelelemente für die Lichtquellen jeweils schräg zu der Auflagefläche des Bodenelements für das Lichtkonversionselement verlaufen. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Auflageflächen der Sockelelemente für die Lichtquellen jeweils die optische Achse des von der Lichtquelle abgegebenen Primärlichts auf das Lichtkonversionselement ausrichtet, insbesondere die durch das optische Element verlaufende optische Achse auf das Lichtkonversionselement ausrichtet. In this development, the base body preferably has a shape with at least two, for example opposite, base elements, each of which includes a support surface for one of the light sources. The additional features already described apply accordingly to each of the two support surfaces. In particular, the support surfaces of the base elements for the light sources can each run obliquely to the support surface of the base element for the light conversion element. It can be provided that the support surfaces of the base elements for the light sources each align the optical axis of the primary light emitted by the light source with the light conversion element, in particular align the optical axis running through the optical element with the light conversion element.
Bevorzugt weist der Grundkörper eine derartige Form auf, dass dieser zugleich ein Gehäuse für die Beleuchtungseinrichtung bildet, wobei das Gehäuse bevorzugt die zumindest eine Lichtquelle, insbesondere die zumindest zwei Lichtquellen, und das Lichtkonversionselement umschließt, insbesondere hermetisch umschließt, wobei das Gehäuse vorzugsweise ein Fenster aufweist durch welches das von dem Lichtkonversionselement abgegebene Sekundärlicht das Gehäuse verlassen kann. Preferably, the base body has such a shape that it simultaneously forms a housing for the lighting device, wherein the housing preferably encloses, in particular hermetically encloses, the at least one light source, in particular the at least two light sources, and the light conversion element, wherein the housing preferably has a window through which the secondary light emitted by the light conversion element can leave the housing.
Wie beschrieben weist ein das Gehäuse bildender Grundkörper der Beleuchtungseinrichtung vorzugsweise ein Fenster auf durch welches das Licht nach außen treten kann. Grundsätzlich kann das Fenster als Öffnung in dem Gehäuse, beispielsweise als ein stirnseitig offenes Ende ausgebildet sein. Insbesondere im Fall, dass das Gehäuse hermetisch ausgebildet ist, weist das Gehäuse allerdings vorzugsweise ferner ein transparentes Bauteil auf, welches zumindest teilweise das Fenster des Gehäuses bildet. Das transparente Bauteil kann bspw. als Glasscheibe ausgebildet sein. Das transparente Bauteil kann eine gekrümmte Oberfläche aufweisen, z.B. eine konvexe Oberfläche, insbesondere auf der Außenseite der Beleuchtungseinrichtung. Alternativ oder zusätzlich kann auch das optische Element zumindest teilweise das Fenster des Gehäuses bilden, insbesondere derart, dass das optische Element das Gehäuse durchdringt und/oder eine Oberfläche aufweist, welche nach außen gewandt ist, wobei dies insbesondere die gekrümmt ausgebildete Oberfläche sein kann, welche z.B. eine Kollimierung oder Fokussierung bewirkt. Das transparente Bauteil ist bevorzugt mit mindestens einer Entspiegelungsschicht beschichtet. Das Gehäuse kann auch mehrteilig ausgebildet sein und beispielsweise einen Sockelteil und einen Kappenteil umfassen. Das Kappenteil kann dabei beispielsweise topfförmig ausgestaltet sein, wobei in einer Bodenfläche der Topfform das Fenster und/oder das optische Element angeordnet sein kann. As described, a base body of the lighting device forming the housing preferably has a window through which the light can escape to the outside. In principle, the window can be designed as an opening in the housing, for example as an end that is open at the front. In particular, in the case that the housing is hermetically designed, the housing preferably also has a transparent component, which at least partially forms the window of the housing. The transparent component can be designed, for example, as a glass pane. The transparent component can have a curved surface, for example a convex surface, in particular on the outside of the lighting device. Alternatively or additionally, the optical element can also be at least partially the window of the housing form, in particular in such a way that the optical element penetrates the housing and/or has a surface which faces outwards, which can in particular be the curved surface which, for example, effects collimation or focusing. The transparent component is preferably coated with at least one anti-reflective layer. The housing can also be designed in several parts and, for example, include a base part and a cap part. The cap part can, for example, be designed in the shape of a pot, wherein the window and/or the optical element can be arranged in a bottom surface of the pot shape.
Die Erfindung betrifft ferner eine Lichtkonversionseinheit umfassend ein Lichtkonversionselement und ein optisches Element, wobei in Bezug auf das Lichtkonversionselement und das optische Element insbesondere die vorstehend im Zusammenhang mit der Beleuchtungseinrichtung beschriebenen Merkmale entsprechend verwirklicht sein können. The invention further relates to a light conversion unit comprising a light conversion element and an optical element, wherein in particular the features described above in connection with the lighting device can be implemented accordingly with respect to the light conversion element and the optical element.
Das Lichtkonversionselement ist dazu eingerichtet mit Primärlicht beleuchtet zu werden und Sekundärlicht mit einer anderen Wellenlänge abzugeben, wobei das Lichtkonversionselement vorzugsweise dazu eingerichtet ist, auf einer Vorderseite mit dem Primärlicht beleuchtet zu werden und das Sekundärlicht wiederum auf der Vorderseite abzugeben. The light conversion element is designed to be illuminated with primary light and to emit secondary light with a different wavelength, wherein the light conversion element is preferably designed to be illuminated with the primary light on a front side and to emit the secondary light in turn on the front side.
Das optisches Element ist dazu eingerichtet, dass sowohl das Primärlicht das optische Element durchläuft, bevor das Primärlicht auf das Lichtkonversionselement trifft, als auch das von dem Lichtkonversionselement abgegebene Sekundärlicht das optische Element durchläuft. The optical element is set up so that both the primary light passes through the optical element before the primary light hits the light conversion element and the secondary light emitted by the light conversion element passes through the optical element.
Das optische Element umfasst vorzugsweise Glas oder besteht aus Glas und ist besonders bevorzugt auf der Vorderseite des Lichtkonversionselements aufgebracht, z.B. mittels Glaslot und/oder eines Aufschmelzprozesses. Das optische Element und das Lichtkonversionselement können formschlüssig miteinander verbunden sein und/oder derart verbunden sein, dass zwischen dem optischen Element und dem Lichtkonversionselement eine optische Grenzfläche G1 gebildet ist, an welcher Primärlicht aus dem optischen Element in das Lichtkonversionselement einkoppelbar und Sekundärlicht aus dem Lichtkonversionselement in das optischen Element einkoppelbar ist. Das optische Element weist ferner vorzugsweise eine Oberfläche auf, welche eine zweite optische Grenzfläche G2 zu einem umgebenden Medium bildet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass für einen Strahlwinkel, insbesondere einen Strahlwinkel gegenüber einer Normalen der Vorderseite des Lichtkonversionselements welcher kleiner ist als 70°, und insbesondere bei transversal elektrischer Polarisierung (TE), die Summe der Fresnelverluste an den Grenzflächen G1 und G2 niedriger ist als 0,2. The optical element preferably comprises glass or consists of glass and is particularly preferably applied to the front of the light conversion element, for example by means of glass solder and/or a melting process. The optical element and the light conversion element can be connected to one another in a form-fitting manner and/or connected in such a way that an optical interface G1 is formed between the optical element and the light conversion element, at which primary light from the optical element can be coupled into the light conversion element and secondary light from the light conversion element can be coupled into the optical element can be coupled in. The optical element further preferably has a surface which has a second optical interface G2 to a surrounding medium forms. In particular, it can be provided that for a beam angle, in particular a beam angle relative to a normal to the front of the light conversion element, which is smaller than 70 °, and in particular with transverse electrical polarization (TE), the sum of the Fresnel losses at the interfaces G1 and G2 is lower than 0.2.
Das optische Element der Lichtkonversionseinheit ist vorzugsweise dazu eingerichtet und/oder derart angeordnet, dass das optische Element einen Volumenbereich aufweist, in welchem zugleich das Primärlicht als auch das Sekundärlicht verläuft. Das optische Element kann monolithisch ausgebildet sein. The optical element of the light conversion unit is preferably set up and/or arranged in such a way that the optical element has a volume region in which both the primary light and the secondary light pass. The optical element can be monolithic.
Das optische Element kann einen Strahlformer für das von dem Lichtkonversionselement abgegebene Sekundärlicht bilden, insbesondere zur Kollimierung/Fokussierung des von dem Lichtkonversionselement abgegebenen Sekundärlichts. Alternativ oder zusätzlich kann das optische Element einen Strahlformer für das Primärlicht bilden, insbesondere zur Kollimierung/Fokussierung des Primärlichts auf das Lichtkonversionselement. The optical element can form a beam shaper for the secondary light emitted by the light conversion element, in particular for collimating/focusing the secondary light emitted by the light conversion element. Alternatively or additionally, the optical element can form a beam shaper for the primary light, in particular for collimating/focusing the primary light onto the light conversion element.
Dazu kann das optische Element eine gekrümmte Oberfläche aufweisen, wobei die gekrümmte Oberfläche insbesondere der Vorderseite des Lichtkonversionselements abgewandt ist. Die gekrümmte Oberfläche kann konvex ausgebildet sein, um eine Fokussierung des von dem Lichtkonversionselement abgegebenen Sekundärlichts zu bewirken. For this purpose, the optical element can have a curved surface, with the curved surface facing away from the front side of the light conversion element. The curved surface can be designed to be convex in order to bring about focusing of the secondary light emitted by the light conversion element.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Figuren näher erläutert. Dabei zeigen: The invention is explained in more detail below using a few figures. Show:
Fig. 1 eine seitliche Schnittdarstellung einer Beleuchtungseinrichtung, 1 is a side sectional view of a lighting device,
Fig. 2 eine seitliche Schnittdarstellung eines Grundkörpers einer Beleuchtungseinrichtung,2 is a side sectional view of a base body of a lighting device,
Fig. 3 eine seitliche Schnittdarstellung eines Grundkörpers, welcher ein Gehäuse einerFig. 3 is a side sectional view of a base body, which is a housing
Beleuchtungseinrichtung bildet, lighting device forms,
Fig. 4, 5 seitliche Schnittdarstellungen einer Beleuchtungseinrichtung mit optischen Element gemäß einer ersten Ausführungsform, Fig. 6, 7 seitliche Schnittdarstellungen einer Beleuchtungseinrichtung mit optischen Element gemäß einer zweiten Ausführungsform, 4, 5 side sectional views of a lighting device with an optical element according to a first embodiment, 6, 7 side sectional views of a lighting device with an optical element according to a second embodiment,
Fig. 8, 9 seitliche Schnittdarstellungen einer Beleuchtungseinrichtung mit optischen Element gemäß einer dritten Ausführungsform, 8, 9 side sectional views of a lighting device with an optical element according to a third embodiment,
Fig. 10, 11 seitliche Schnittdarstellungen einer Beleuchtungseinrichtung mit optischen Element gemäß einer vierten Ausführungsform, 10, 11 side sectional views of a lighting device with an optical element according to a fourth embodiment,
Fig. 12, 13 seitliche Schnittdarstellungen einer Beleuchtungseinrichtung mit optischen Element gemäß einer fünften Ausführungsform, 12, 13 side sectional views of a lighting device with an optical element according to a fifth embodiment,
Fig. 14 zeigt eine Lichtkonversionsanordnung als Teil einer Beleuchtungseinrichtung mit einem optischen Element, welches auf einem Lichtkonversionselement aufgebracht ist, 14 shows a light conversion arrangement as part of a lighting device with an optical element which is applied to a light conversion element,
Fig. 15 zeigt für das Primärlicht die Fresnelreflexion für Grenzflächenübergänge jeweils für den Fall für ein Glasmaterial gegenüber Luft, für das Konversionsmaterial gegenüber Luft und für das Konversionsmaterial gegenüber Glas. Der letztere Fall entspricht der Grenzfläche zwischen Konversionsmaterial und optischem Element, Fig. 15 shows the Fresnel reflection for the primary light for interface transitions in each case for a glass material in relation to air, for the conversion material in relation to air and for the conversion material in relation to glass. The latter case corresponds to the interface between conversion material and optical element,
Fig. 16 zeigt für das Primärlicht die summierten Fresnelreflexion für Grenzflächenübergänge für den Fall mit aufgebrachtem optischem Element und zum Vergleich ohne optisches Element, 16 shows the summed Fresnel reflection for interface transitions for the primary light for the case with an optical element applied and, for comparison, without an optical element,
Fig. 17 zeigt für das Sekundärlicht die Fresnelreflexion für Grenzflächenübergänge jeweils für den Fall für ein Glasmaterial gegenüber Luft, für das Konversionsmaterial gegenüber Luft und für das Konversionsmaterial gegenüber Glas. Der letztere Fall entspricht der Grenzfläche zwischen Konversionsmaterial und optischem Element, Fig. 18 zeigt für das Sekundärlicht die summierten Fresnelreflexion für Grenzflächenübergänge für den Fall mit aufgebrachtem optischem Element und zum Vergleich ohne optisches Element, Fig. 17 shows the Fresnel reflection for interface transitions for the secondary light in each case for a glass material in relation to air, for the conversion material in relation to air and for the conversion material in relation to glass. The latter case corresponds to the interface between conversion material and optical element, 18 shows the summed Fresnel reflection for interface transitions for the secondary light for the case with an applied optical element and, for comparison, without an optical element,
Fig. 19 zeigt eine Schnittdarstellung einer Beleuchtungseinrichtung mit einem aus Sockelteil und Kappenteil zusammengesetzten Gehäuse, 19 shows a sectional view of a lighting device with a housing composed of a base part and a cap part,
Fig. 20 zeigt das Kappenteil der in Figur 19 dargestellten Beleuchtungseinrichtung, 20 shows the cap part of the lighting device shown in FIG. 19,
Fig. 21 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kappenteils, und Fig. 21 shows a further embodiment of a cap part, and
Fig. 22 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer zweiteiligen Beleuchtungseinrichtung mit separat angeordneter Lichtquelle. Fig. 22 shows an exemplary embodiment of a two-part lighting device with a separately arranged light source.
Fig. 1 zeigt eine Beleuchtungseinrichtung 100 mit zwei Lichtquellen 200 und einem zwischen den beiden Lichtquellen 200 befindlichen Lichtkonversionselement 300, wobei die zwei Lichtquellen 200 und das Lichtkonversionselement 300 auf der Vorderseite 410 eines z.B. als Kühlkörper ausgebildeten Grundkörpers 400 angebracht sind. Die Lichtquellen 200 sind derart auf dem Grundkörper 400 angeordnet und ausgerichtet, dass die optischen Achsen des von den Lichtquellen 200 emittierten Primärlichts 250 auf das Lichtkonversionselement 300 gerichtet sind. Fig. 1 shows a lighting device 100 with two light sources 200 and a light conversion element 300 located between the two light sources 200, the two light sources 200 and the light conversion element 300 being attached to the front 410 of a base body 400 designed, for example, as a heat sink. The light sources 200 are arranged and aligned on the base body 400 in such a way that the optical axes of the primary light 250 emitted by the light sources 200 are directed towards the light conversion element 300.
Das Lichtkonversionselement 300 weist eine dem Grundkörper abgewandte Vorderseite 310 auf und ist dazu eingerichtet auf seiner Vorderseite 310 mit dem Primärlicht 250 beleuchtet zu werden und auf seiner Vorderseite 310 wiederum das Sekundärlicht 350 zu emittieren. The light conversion element 300 has a front side 310 facing away from the base body and is set up to be illuminated on its front side 310 with the primary light 250 and in turn to emit the secondary light 350 on its front side 310.
Der Grundköper bildet ferner ein Gehäuse 700, welches die Lichtquellen 200 und das Lichtkonversionselement 300 umschließt. Das Gehäuse weist ein Fenster 710 auf, durch welches das Sekundärlicht 350 das Gehäuse 700 verlassen kann. Zugleich umschließt der Grundkörper vorzugsweise hermetisch ein transparentes Bauteil oberhalb des Lichtkonversionselements 300, um auf der Oberseite das Fenster 710 und einen hermetischen Abschluss zu bilden. Fig. 3 zeigt einen Grundkörper, welcher ein Gehäuse 700 bildet nochmals in Alleinstellung. The base body further forms a housing 700, which encloses the light sources 200 and the light conversion element 300. The housing has a window 710 through which the secondary light 350 can leave the housing 700. At the same time, the base body preferably hermetically encloses a transparent component above the light conversion element 300 in order to form the window 710 and a hermetic seal on the top. Fig. 3 shows a base body, which forms a housing 700 again alone.
Fig. 2 zeigt den Grundkörper 400 mit der bzw. den Lichtquellen 200 und darin eingelassenem Lichtkonversionselement 300 nochmals in Alleinstellung. Der Grundkörper weist, ebenso wie in der Fig. 1 eine Form auf, derart, dass von einem Bodenelement 460 Sockelelemente 480 hervorstehen, welche jeweils eine Halterung für die Lichtquellen 200 bilden. Das Lichtkonversionselement 300 ist auf der Vorderseite 410 des Grundkörpers auf dem Bodenelement 460 zwischen den beiden Sockelelementen 480 angebracht. Der Grundkörper 400 bildet demnach eine gemeinsame Halterung für Lichtquellen 200 und Lichtkonversionselement 300. Fig. 2 shows the base body 400 with the light source(s) 200 and the light conversion element 300 embedded therein again alone. 1, the base body has a shape such that base elements 480 protrude from a base element 460, each of which forms a holder for the light sources 200. The light conversion element 300 is attached to the front 410 of the base body on the base element 460 between the two base elements 480. The base body 400 therefore forms a common holder for light sources 200 and light conversion element 300.
Die Sockelelemente 480 weisen dazu jeweils eine Auflagefläche 482 zur Auflage der Lichtquelle 200 auf und das Bodenelement 460 weist eine Auflagefläche 462 zur Auflage des Lichtkonversionselements 300 auf, wobei die Auflageflächen 482 der Sockelelemente 480 schräg zu der Auflagefläche 462 des Bodenelements verlaufen, derart, dass die optische Achse des Primärlichts 250 auf das Lichtkonversionselement gerichtet ist. The base elements 480 each have a support surface 482 for supporting the light source 200 and the base element 460 has a support surface 462 for supporting the light conversion element 300, the support surfaces 482 of the base elements 480 running obliquely to the support surface 462 of the base element, such that the optical axis of the primary light 250 is directed towards the light conversion element.
Fig. 4 bis 11 zeigen Beleuchtungseinrichtungen 100 welche teils übereinstimmende Merkmale zu den bereits beschriebenen Ausführungsformen aufweisen. Ferner ist ein optisches Element 500 umfasst, welches auf der Vorderseite 310 des Lichtkonversionselements 300 aufgebracht ist, derart, dass sowohl das Primärlicht 250 als auch das Sekundärlicht 350 das optische Element 500 durchläuft. Das optische Element 500 bildet einen Strahlformer sowohl für das eingehende Primärlicht 250 als auch für das ausgehende Sekundärlicht 350, wobei hierfür insbesondere die konvexe äußere Oberfläche 510 dient. Zugleich bildet das optische Element 500 einen Schutz für die Vorderseite 310 des Lichtkonversionselements 300. 4 to 11 show lighting devices 100 which partly have identical features to the embodiments already described. Furthermore, an optical element 500 is included, which is applied to the front side 310 of the light conversion element 300, such that both the primary light 250 and the secondary light 350 pass through the optical element 500. The optical element 500 forms a beam shaper for both the incoming primary light 250 and for the outgoing secondary light 350, with the convex outer surface 510 serving in particular for this purpose. At the same time, the optical element 500 forms protection for the front 310 of the light conversion element 300.
Durch diese Lösung können insbesondere die Laserstrahlung 250 wie auch die emittierte Konverterstrahlung 350 mit dem optischen Element 500 geformt und gleichzeitig die Fresnelverluste zum Konverter 300 verringert werden. With this solution, in particular the laser radiation 250 as well as the emitted converter radiation 350 can be shaped with the optical element 500 and at the same time the Fresnel losses to the converter 300 can be reduced.
Das optischen Element 500 aus Glas ist mit dem Konvertermaterial 300, vornehmlich einer Optokeramik (OC), verbunden. Die Verbindung kann über einen direkten Aufschmelzprozess des Glasmaterials auf das Lichtkonversionselement 300 erfolgen. Dabei können die thermischen Ausdehnungskoeffizienten vorzugsweise aneinander angepasst sein. Der Unterschied der Ausdehnungskoeffizienten des optischen Elements 500 und dem Lichtkonversionselement 300 beträgt vorzugsweise weniger als 5x106 K’1, besonders bevorzugt weniger als 1x106 K’1. Das Glaselement umfließt das Lichtkonversionselement 300 und bildet einen spaltfreien Verbund mit dem Lichtkonversionselement 300. Auf der Oberfläche des optischen Element 500, insbesondere des Glaselements, bildet sich eine optische Oberfläche, vorzugsweise eine Linsenform aus, die über sich über die Oberflächenenergien freischmelzend ausbildet. Die Verbindung zwischen dem Lichtkonversionselement 300 und dem optischen Element 500 kann zusätzlich über ein Halteelement aus Keramik, Metall oder Glas oder einem anderen Material zur Führung der Komponenten unterstützt werden. Ebenso kann das Halteelement beispielsweise aus einem Metall mit anschließender lotfähiger Beschichtung zur Verbindung des optischen Elements zu einer weiteren Komponente, wie einem Kühlkörper oder dem Substrat eines hermetischen Gehäuses verwendet werden. The optical element 500 made of glass is connected to the converter material 300, primarily an optoceramic (OC). The connection can be made via a direct melting process Glass material onto the light conversion element 300. The thermal expansion coefficients can preferably be adapted to one another. The difference in the expansion coefficients of the optical element 500 and the light conversion element 300 is preferably less than 5x10 6 K' 1 , particularly preferably less than 1x10 6 K' 1 . The glass element flows around the light conversion element 300 and forms a gap-free connection with the light conversion element 300. On the surface of the optical element 500, in particular the glass element, an optical surface, preferably a lens shape, is formed, which melts freely over itself via the surface energies. The connection between the light conversion element 300 and the optical element 500 can be additionally supported via a holding element made of ceramic, metal or glass or another material to guide the components. Likewise, the holding element, for example made of a metal with a subsequent solderable coating, can be used to connect the optical element to another component, such as a heat sink or the substrate of a hermetic housing.
Das Element bestehend aus Lichtkonversionselement 300, optischem Element 500 und ggf. Halter ist in dem Lasermodul derart angeordnet, dass die Laserstrahlung über das optische Element 500 auf das Lichtkonversionselement 300 geführt wird. Dabei kann die Laserstrahlung fokussiert werden und/oder die Spotgröße verändert werden und/oder die Laserstrahlung über das optischen Element 500 auf das Lichtkonversionselement 300 gelenkt werden. Das in der OC konvertierte Licht wird über das optischem Element 500 aus dem gesamten optischen Element ausgekoppelt und bewirkt damit eine Abnahme der Fresnelverluste im Vergleich zur direkten Auskopplung der Lichtstrahlung aus der OC gegenüber Luft. Gleichzeitig erfolgt eine Strahlformung der von dem Lichtkonversionselement 300 emittierten Strahlung durch das optische Element 500. The element consisting of light conversion element 300, optical element 500 and possibly holder is arranged in the laser module in such a way that the laser radiation is guided via the optical element 500 to the light conversion element 300. The laser radiation can be focused and/or the spot size can be changed and/or the laser radiation can be directed onto the light conversion element 300 via the optical element 500. The light converted in the OC is coupled out of the entire optical element via the optical element 500 and thus causes a decrease in the Fresnel losses compared to the direct coupling of the light radiation from the OC to air. At the same time, the radiation emitted by the light conversion element 300 is shaped by the optical element 500.
Das optische Element 500 kann neben der Strahlformung auch eine Lichtmischung bewirken. Unterschiedlichen Farbkoordinaten die räumlich und in Abhängigkeit vom Abstrahlwinkel auf dem Lichtkonversionselement 300 erzeugt werden, können durch das optische Element 500 miteinander vermischt und dadurch eine Homogenisierung bewirkt werden. Fig. 9 und 10 zeigen eine Ausführungsform bei welcher das Lichtkonversionselement 300 auf der Oberfläche geformt ist. Das Lichtkonversionselement weist eine variable Dicke auf, hier eine konvexe Vorderseite 310. In addition to beam shaping, the optical element 500 can also cause light mixing. Different color coordinates, which are generated spatially and depending on the beam angle on the light conversion element 300, can be mixed with one another by the optical element 500 and thereby bring about homogenization. 9 and 10 show an embodiment in which the light conversion element 300 is formed on the surface. The light conversion element has a variable thickness, here a convex front side 310.
Fig. 8 und 9 zeigen eine Ausführungsform bei welcher der Konverter auf der Oberfläche strukturiert ist, z.B. in mehrere Elemente unterteilt ist. Auf der Vorderseite 410 des Grundkörpers 400 befindet sich eine Lichtkonversionsanordnung 305, welche eine Mehrzahl von Lichtkonversionselementen 300 umfasst, welche jeweils durch einen Graben 307 zumindest bereichsweise voneinander getrennt sind. 8 and 9 show an embodiment in which the converter is structured on the surface, for example divided into several elements. On the front 410 of the base body 400 there is a light conversion arrangement 305, which comprises a plurality of light conversion elements 300, each of which is separated from one another at least in regions by a trench 307.
Auch in diesen Ausführungsformen kann das optische Element 500 aus Glas durch einen Aufschmelzprozess im Formschluss mit dem Lichtkonversionselement 300 verbunden sein. In these embodiments too, the optical element 500 made of glass can be positively connected to the light conversion element 300 by a melting process.
Fig. 10 und 11 zeigen eine Beleuchtungseinrichtung 100 bei welcher das optische Element 500 zumindest teilweise das Fenster 710 des Gehäuses 700 bildet und den das Gehäuse 700 bildenden Grundkörper 400 durchdringt. 10 and 11 show a lighting device 100 in which the optical element 500 at least partially forms the window 710 of the housing 700 and penetrates the base body 400 forming the housing 700.
Fig. 12 und 13 zeigen Beleuchtungseinrichtungen 100 welche in vielen Aspekten den in Fig. 4 bzw. Fig. 10 gezeigten Beleuchtungseinrichtungen 100 entsprechen. Das optische Element 500 weist hier eine zur Verminderung der Brechung angepasste Geometrie auf. Konkret ist dies in den gezeigten Beispielen durch eine schräg zur Normalen des Lichtkonversionselements 300 verlaufende Seitenfläche 520 realisiert, wobei die Neigung der Seitenfläche 520 derart ausgerichtet ist, dass die Normale der Seitenfläche 520 einen verminderten Winkel zur optischen Achse des Primärlichts aufweist. Gemäß dem in Fig. 12 gezeigten Beispiel kann das optische Element beispielsweise eine strukturierte Seitenfläche mit einer Mehrzahl schräg verlaufender Flächen aufweisen. Gemäß dem in Fig. 16 gezeigten Beispiel kann das optische Element auch zumindest abschnittsweise konisch verlaufen. 12 and 13 show lighting devices 100 which correspond in many aspects to the lighting devices 100 shown in FIGS. 4 and 10, respectively. The optical element 500 here has a geometry adapted to reduce refraction. Specifically, in the examples shown, this is realized by a side surface 520 running obliquely to the normal of the light conversion element 300, the inclination of the side surface 520 being aligned such that the normal of the side surface 520 has a reduced angle to the optical axis of the primary light. According to the example shown in FIG. 12, the optical element can, for example, have a structured side surface with a plurality of oblique surfaces. According to the example shown in FIG. 16, the optical element can also be conical at least in sections.
Fig. 19 zeigt eine Schnittdarstellung einer Beleuchtungseinrichtung 100 mit einem mehrteiligem, aus Sockelteil 701 und einem Kappenteil 702 zusammengesetzten Gehäuse 700. Das in Figur 19 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht weitgehend dem mit Bezug zur Figur 10 beschriebenen Beispiel, jedoch ist hier das optische Element 500 nicht direkt mit dem Lichtkonversionselement 300 verbunden. Das optische Element 500 ist durch eine Öffnung im Kappenteil 702 hindurchgeführt und an dem Kappenteil 702 befestigt. Die Abmessungen des optischen Elements 500 und des Kappenteils 702 sind dabei so gewählt, dass das optische Element 500 nach dem Fügen von Sockelteil 701 und Kappenteil 702 möglichst direkt an das Lichtkonversionselement 300 angrenzt. Ein noch verbleibender Spalt kann beispielsweise mit einem Zwischenelement, welches bevorzugt flexibel ausgeführt ist, oder einem Immersionsöl überbrückt werden. 19 shows a sectional view of a lighting device 100 with a multi-part housing 700 composed of a base part 701 and a cap part 702. The exemplary embodiment shown in FIG. 19 largely corresponds to the example described with reference to FIG. 10, but the optical element 500 is not direct here with the Light conversion element 300 connected. The optical element 500 is passed through an opening in the cap part 702 and attached to the cap part 702. The dimensions of the optical element 500 and the cap part 702 are selected so that the optical element 500 adjoins the light conversion element 300 as directly as possible after the base part 701 and cap part 702 have been joined. A remaining gap can be bridged, for example, with an intermediate element, which is preferably designed to be flexible, or with an immersion oil.
Fig. 20 zeigt das Kappenteil der in Figur 19 dargestellten Beleuchtungseinrichtung ohne das Sockelteil 701 , vergleiche Figur 19. In diesem Beispiel ist das optische Element 500 durch eine Öffnung im Fenster 710 des Kappenteils 702 hindurchgeführt. Hierzu kann in dem Fenster 710 eine Öffnung vorgesehen sein, durch die das optische Element 500 hindurchgeführt ist. Z.B. durch Anglasen des Fensters 710 an das optische Element 500 kann die Öffnung verschlossen werden. 20 shows the cap part of the lighting device shown in FIG. 19 without the base part 701, compare FIG. 19. In this example, the optical element 500 is passed through an opening in the window 710 of the cap part 702. For this purpose, an opening can be provided in the window 710, through which the optical element 500 is passed. For example, by glazing the window 710 onto the optical element 500, the opening can be closed.
Fig. 21 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kappenteils 702. Im Gegensatz zu dem Beispiel der Figur 20 ist in dem Kappenteil 702 der Figur 21 kein separates Fenster 710 vorgesehen. Das optische Element 500 ist direkt durch eine Öffnung in dem Kappenteil 702, welches beispielsweise als tiefgezogenes Metallteil ausgeführt ist, hindurchgeführt. Zum Einglasen des optischen Elements 500 in der Öffnung in dem Metallteil kann beispielsweise ein Glaslot eingesetzt werden. Das optische Element 500 ist in dem in Figur 21 gezeigten Beispiel an ein Lichtkonversionselement 300 mit konvex geformter Oberfläche angepasst, wie in den Figuren 6 und 7 dargestellt. Selbstverständlich ist es möglich, die Form des optischen Elements 500 an jegliche Form eines Lichtkonversionselements 200 anzupassen. 21 shows a further exemplary embodiment of a cap part 702. In contrast to the example in FIG. 20, no separate window 710 is provided in the cap part 702 in FIG. 21. The optical element 500 is passed directly through an opening in the cap part 702, which is designed, for example, as a deep-drawn metal part. For example, a glass solder can be used to glass the optical element 500 into the opening in the metal part. In the example shown in FIG. 21, the optical element 500 is adapted to a light conversion element 300 with a convex surface, as shown in FIGS. 6 and 7. Of course, it is possible to adapt the shape of the optical element 500 to any shape of a light conversion element 200.
Fig. 22 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer zweiteiligen Beleuchtungseinrichtung 100 mit separat angeordneter Lichtquelle 200. Das Lichtkonversionselement 300 und das optische Element 500 sind hier ähnlich zu der bereits mit Bezug zur Figur 10 beschriebenen Ausführungsform ausgeführt, jedoch weist der Grundkörper 400 keine Sockelelemente 480 auf, vergleiche Figur 2. Die zumindest eine Lichtquelle 200 befindet sich in diesem Ausführungsbeispiel nicht innerhalb des Gehäuses 700, welches das Lichtkonversionselement 300 aufnimmt, sondern ist separat davon angeordnet und kann ein eigenes Gehäuse aufweisen (nicht dargestellt). In der in Figur 22 dargestellten Ausführungsform ist ein dichroitischer Spiegel 202 vorgesehen, mit dem Primärlicht der Lichtquelle 200 durch das optische Element 500 hindurch auf das Lichtkonversionselement 300 geleitet wird. Sekundärlicht gelangt durch das optische Element 500 und durch den dichroitischen Spiegel 202 hindurch. 22 shows an exemplary embodiment of a two-part lighting device 100 with a separately arranged light source 200. The light conversion element 300 and the optical element 500 are designed here similarly to the embodiment already described with reference to FIG. 10, but the base body 400 has no base elements 480, compare Figure 2. In this exemplary embodiment, the at least one light source 200 is not located within the housing 700, which accommodates the light conversion element 300, but is arranged separately from it and can have its own housing (not shown). In the one in Figure 22 In the embodiment shown, a dichroic mirror 202 is provided, with which primary light from the light source 200 is directed through the optical element 500 onto the light conversion element 300. Secondary light passes through the optical element 500 and through the dichroic mirror 202.
Fig. 14 zeigt eine Lichtkonversionseinheit mit einem Lichtkonversionselement 300 und einem darauf aufgebrachten optischen Element 500. Das Lichtkonversionselement 300 weist einen Brechungsindex n3 auf, das optische Element 500 weist einen Brechungsindex n2 auf und ein das optische Element 500 umgebendes Medium 550 weist einen Brechungsindex n1 auf. Zwischen dem Lichtkonversionselement 300 und dem optischen Element 500 besteht eine erste Grenzfläche G1 und zwischen dem optischen Element 500 und dem umgebenden Medium 550 besteht eine Grenzfläche G2. Primärlicht 250 durchläuft das optische Element 500 bevor es auf das Lichtkonversionselement 300 trifft und von dem Lichtkonversionselement 300 abgegebenes Sekundärlicht durchläuft ebenfalls das optische Element. 14 shows a light conversion unit with a light conversion element 300 and an optical element 500 applied thereon. The light conversion element 300 has a refractive index n3, the optical element 500 has a refractive index n2 and a medium 550 surrounding the optical element 500 has a refractive index n1 . There is a first interface G1 between the light conversion element 300 and the optical element 500 and there is an interface G2 between the optical element 500 and the surrounding medium 550. Primary light 250 passes through the optical element 500 before it hits the light conversion element 300 and secondary light emitted by the light conversion element 300 also passes through the optical element.
In Fig. 14 wird somit die generelle Anordnung der Beleuchtungseinheit ohne Primärlichtquelle, bspw. einem Laser, gezeigt, die dazu dienen kann, die Verhältnisse zu veranschaulichen bei der Einkopplung des Primärlichtes bzw. dessen Strahlungsleistung und Auskopplung insbesondere des Sekundärlichtes, welches von Lichtkonversionselement nach zumindest teilweiser Umwandlung des Primärlichtes und ggf. eines verbleibenden unkonvertierten Anteils des Primärlichtes, welches aus dem Lichtkonversionselement herausgestreut oder von dessen Oberfläche in Richtung der Linse reflektiert oder allgemein reemittiert wird. 14 shows the general arrangement of the lighting unit without a primary light source, for example a laser, which can serve to illustrate the conditions when coupling in the primary light or its radiation power and coupling out in particular the secondary light, which is emitted from the light conversion element at least partial conversion of the primary light and possibly a remaining unconverted portion of the primary light, which is scattered out of the light conversion element or reflected from its surface in the direction of the lens or generally re-emitted.
Ein Ausführungsbeispiel, welches den Einfluss des optischen Elements in Kombination mit dem Lichtkonversionselement im Vergleich zu dem Falle ohne optischem Element ist im Weiteren beschrieben. An exemplary embodiment which shows the influence of the optical element in combination with the light conversion element compared to the case without an optical element is described below.
Dabei durchlaufen die jeweiligen Lichtanteile mehrere Brechungsindexbereiche bzw. treffen auf diese, dringen in diese ein, oder treten aus diesen aus. Gezeigt sind hier beispielhaft Luft oder ein umgebendes Medium 550 mit Brechungsindex n1 , das oder zumindest ein optisches Element 500 mit Brechungsindex n2 sowie das oder ein Lichtkonversionselement mit Brechungsindex n3. Fallweise können, wie zuvor beschrieben auch gerade am Übergang von optischen Element 500 zum Lichtkonversionselement 300 eine Grenzfläche oder Grenzschicht mit einem weiteren Brechungsindexübergang vorliegen. The respective light components pass through several refractive index ranges or hit them, penetrate into them, or emerge from them. Shown here are, for example, air or a surrounding medium 550 with refractive index n1, the or at least one optical element 500 with refractive index n2 and the or a light conversion element with refractive index n3. In some cases, as described above, it can also be at the transition from optical element 500 There is an interface or boundary layer with a further refractive index transition to the light conversion element 300.
Im vorliegenden Fall nach Fig.14 durchläuft das Primärlicht 250, insb. als Laserstrahl, zunächst unter eine Winkel a Luft 550, anschließend das optische Element 500 und trifft auf das Lichtkonversionselement 300 oder dringt darin ein. In the present case according to FIG. 14, the primary light 250, in particular as a laser beam, first passes through an angle a through air 550, then through the optical element 500 and hits the light conversion element 300 or penetrates into it.
Das so im oder am Lichtkonversionselement 300 erzeugt Sekundärlicht verlässt das Lichtkonversionselement 300 am oder um den Ort der Einstrahlung des Primärlichts im Wesentlichen in lambertscher Abstrahlung und passiert den Übergang aus dem Lichtkonversionselement mit Brechungsindex n3, gelangt in das optische Element mit Brechungsindex n2 und erreicht schließlich Luft mit Brechungsindex n1 . The secondary light generated in this way in or on the light conversion element 300 leaves the light conversion element 300 at or around the location of irradiation of the primary light essentially in Lambertian radiation and passes through the transition from the light conversion element with refractive index n3, reaches the optical element with refractive index n2 and finally reaches air with refractive index n1.
Nichtkonvertiertes Primärlicht folgt dem Pfad des Sekundärlichts, je nach Eigenschaften des Lichtkonversionselementes 300, wie Oberfläche und Textur (Poren, Streuzentren, Streueigenschaften, etc.) entweder als im Wesentlichen dem Reflexionsgesetz folgend, eben als an der Oberfläche des Lichtkonversionselements reflektiertes, ggf. auch mit gegenüber des ursprünglichen Primärlichtes 250 aufgeweitetem Abstrahlwinkel, und/oder als am oder im Lichtkonversionselement 300 gestreutes, re-emittiertes Primärlicht am oder um den Ort der Einstrahlung des Primärlichts, dessen Abstrahlung sich einer lambertschen Abstrahlung annähern kann oder dieser entspricht. Unconverted primary light follows the path of the secondary light, depending on the properties of the light conversion element 300, such as surface and texture (pores, scattering centers, scattering properties, etc.), either as essentially following the law of reflection, or as reflected on the surface of the light conversion element, if necessary also with compared to the original primary light 250 widened beam angle, and / or as on or in the light conversion element 300 scattered, re-emitted primary light at or around the location of the irradiation of the primary light, the radiation of which can approach or correspond to a Lambertian radiation.
Vorausgesetzt, das Primärlicht 250 ist im Wesentlichen ein Laserstrahl mit entsprechend geringem Abstrahlwinkel, kommen im Wesentlichen Fresnelverluste an den Brechungsindexübergängen zum Tragen. Beim Sekundärlicht sind hier je nach Abstrahlung dessen außerdem oder zusätzlich Verluste zu betrachten, die aufgrund der Brechwertverhältnisse insbesondere das Lichtkonversionselement nicht verlassen können. Provided that the primary light 250 is essentially a laser beam with a correspondingly small beam angle, Fresnel losses essentially come into play at the refractive index transitions. In the case of secondary light, depending on the radiation, additional or additional losses must be taken into account, which cannot leave the light conversion element in particular due to the refractive index conditions.
Mit anderen Worten sind die Wege der Strahlungsleistung von Laser und konvertiertem Licht mit den Brechungsindizes n1 , z.B. Luft, n2, z.B. ein dielektrisches Material wie Glas, und n3 das Lichtkonversionsmaterial gekennzeichnet. Die einfallende Laserstrahlung (Primärlicht) trifft mit einem Einfallswinkel a zur Normalen N der Grenzfläche G1 auf das optische Element 300. In einem nächsten Schritt trifft der in das Glas eingekoppelte Laserstrahl unter einem Einfallswinkel a2 auf die Grenzfläche G2 zwischen Glas und Lichtkonversionsmaterial mit n3. In other words, the paths of the radiant power of the laser and converted light are marked with the refractive indices n1, for example air, n2, for example a dielectric material such as glass, and n3, the light conversion material. The incident laser radiation (primary light) hits the optical element 300 at an angle of incidence a to the normal N of the interface G1. In a next step, the laser beam coupled into the glass hits the interface G2 between the glass and light conversion material with n3 at an angle of incidence a2.
Bei der Betrachtung eines senkrechten Einfalls der Lichtstrahlung bei ebenen Grenzflächen können z.B. unter Verwendung eines Glaselements auf dem Konvertermaterial, je nach Anpassungen der Brechungsindezes aneinander, die Fresnelverluste gegenüber Luft von über 20% auf Fresnelverluste von deutlich unter 20% und unter 16% bei der Auskopplung der Lichtstrahlung aus dem Konverterelement erreicht werden. Weiterhin entsteht durch die Änderung des Brechzahlsprungs eine Änderung des Winkels der Totalreflexion. Durch eine Verringerung des Brechzahlsprungs unter Verwendung eines optischen Elements auf dem Konvertermaterial kann dieser Winkel um einen Faktor bis zu 2 und darüber hinaus erhöht und damit die Reflexionsverluste verringert werden. Die optischen Verluste zeigen bei gekrümmten Grenzflächen von Konvertermaterial und Glaselement davon abweichende Werte. When considering a vertical incidence of light radiation on flat interfaces, e.g. using a glass element on the converter material, depending on the adjustments of the refractive indices to one another, the Fresnel losses compared to air of over 20% can be reduced to Fresnel losses of well under 20% and under 16% during decoupling the light radiation from the converter element can be achieved. Furthermore, the change in the refractive index jump results in a change in the angle of total reflection. By reducing the jump in refractive index using an optical element on the converter material, this angle can be increased by a factor of up to 2 and beyond, thereby reducing reflection losses. The optical losses show different values for curved interfaces between the converter material and the glass element.
In Fig. 15 sind die Reflexionsverluste des Primärlichts in Abhängigkeit vom Einfallswinkel a an den jeweiligen Grenzflächen gezeigt. Die gewählten Brechungsindizes sind hier beispielhaft n1=1, n2=1 ,5 und n3=3. Die Reflexionsverluste sind hier für die einfallenden Lichtwellen mit senkrechter (TE) und paralleler (TP) Ausrichtung zur Einfallsebene beschrieben. Für den Übergang der Laserstrahlung aus Luft in Glas ergeben sich die beiden Kurven R_glas_TE und R_glas_TP. Generell nehmen die Reflexionsverluste mit dem Einfallswinkel zu. Im Falle der parallelen Polarisation tritt unter einem bestimmten Winkel, dem Brewsterwinkel, eine Reflexion von Null auf. Ein vergleichbarer Verlauf zeigt sich für den Übergang von Glas in das Lichtkonversionsmaterial, R_GOC_TE und R_GOC_TP- Die Reflexionsverluste sind hier insgesamt höher aufgrund des größeren Brechzahlsprungs. Zusätzlich sind die Reflexionsverluste für den Fall ohne optisches Element gezeigt R_OC_TE und R_OC_TP. Diese sind aufgrund des höheren Brechzahlsprungs zwischen n1 und n3 im Verlauf über den Einfallswinkel a am größten. 15 shows the reflection losses of the primary light as a function of the angle of incidence a at the respective interfaces. The chosen refractive indices here are, for example, n1=1, n2=1.5 and n3=3. The reflection losses are described here for the incident light waves with a perpendicular (TE) and parallel (TP) orientation to the plane of incidence. The two curves R_glas_TE and R_glas_TP result for the transition of laser radiation from air into glass. In general, reflection losses increase with the angle of incidence. In the case of parallel polarization, zero reflection occurs at a certain angle, the Brewster angle. A comparable course can be seen for the transition from glass to the light conversion material, R_GOC_TE and R_GOC_TP. The reflection losses are higher overall here due to the larger jump in refractive index. In addition, the reflection losses for the case without an optical element are shown R_OC_TE and R_OC_TP. These are largest over the angle of incidence a due to the higher jump in refractive index between n1 and n3.
Der direkte Vergleich der Fresnelverluste in der Anordnung mit und ohne optischem Element ist in Fig. 16 gezeigt. Hier sind die Reflexionsverluste bei direkter Bestrahlung des Lichtkonversionselements (R_OC_TE und R_OC_TP) und der aufsummierten Reflexionsverluste bei Verwendung eines optischen Elements gezeigt (R_glas_TE+ R_GOC_TE und R_glas_TP+ R_GOC_TP). Mit optischem Element sind die Reflexionsverluste bei z.B. a=0° um AR>5%, vorzugsweise >10% kleiner im Vergleich zu den Reflexionsverlusten ohne optischem Element. Die Reflexionsverluste bleiben in diesem Beispiel bis zu einem Einfallswinkel a~65-70° kleiner und werden dann größer. The direct comparison of the Fresnel losses in the arrangement with and without an optical element is shown in Fig. 16. Here are the reflection losses when irradiated directly Light conversion element (R_OC_TE and R_OC_TP) and the summed reflection losses when using an optical element are shown (R_glas_TE+ R_GOC_TE and R_glas_TP+ R_GOC_TP). With an optical element, the reflection losses at, for example, a=0° are AR>5%, preferably >10% smaller compared to the reflection losses without an optical element. In this example, the reflection losses remain smaller up to an angle of incidence a~65-70° and then become larger.
Insbesondere ist zu erkennen, dass für einen Einfallswinkel a des Primärlichts 250 kleiner einem bestimmten Winkel (hier z.B. ca. 70°C) die aufsummierten Fresnelverluste an den Grenzflächen G2 (Übergang n1 zu n2) und G1 (Übergang n2 zu n3) geringer sind als die Fresnelverluste eines Übergangs von n1 zu n3, d.h. ohne optisches Element. Vor diesem Hintergrund, aber ggf. auch unabhängig davon, sieht eine Ausführungsform der Erfindung vor, dass das Primärlicht 250 unter einem Winkel a zur Normalen N einstrahlt, welcher kleiner ist als 90°, insbesondere kleiner ist als 85°, insbesondere kleiner ist als 80°, insbesondere kleiner ist als 75°, insbesondere kleiner ist als 70°, insbesondere kleiner ist als 60°, insbesondere kleiner ist als 45°. In particular, it can be seen that for an angle of incidence a of the primary light 250 smaller than a certain angle (here, for example, approximately 70 ° C), the summed Fresnel losses at the interfaces G2 (transition n1 to n2) and G1 (transition n2 to n3) are lower than the Fresnel losses of a transition from n1 to n3, i.e. without an optical element. Against this background, but possibly also independently of this, one embodiment of the invention provides that the primary light 250 shines at an angle a to the normal N, which is smaller than 90°, in particular smaller than 85°, in particular smaller than 80 °, in particular is smaller than 75°, in particular is smaller than 70°, in particular is smaller than 60°, in particular is smaller than 45°.
Fig. 17 betrifft das Sekundärlicht 350. Betrachtet man mit anderen Worten die Auskopplung der im Lichtkonversionselement erzeugten Strahlung, werden die Reflexionsverluste durch Fig. 17 prinzipiell beschrieben. Die Auskopplung der Lichtstrahlung aus einem Lichtkonversionselement in das umgebende Medium (d.h. ohne zusätzlichem optischen Element) ist durch R_OC_ TE und R_OC_TP beschrieben. Die Reflexionsverluste beim optischen Übergang der Lichtstrahlung aus dem Lichtkonversionselement in das optische Element und beim Übergang aus Glas in Luft sind jeweils durch R_OC_glas_TE/TP und R_glas_TE/TP beschrieben. Dabei sind die Reflexionsverluste beim Übergang R_OC_TE/TP deutlich höher im Vergleich zu den anderen gezeigten und wiederum stark winkelabhängig. Fig. 17 relates to the secondary light 350. If one considers, in other words, the decoupling of the radiation generated in the light conversion element, the reflection losses are basically described by Fig. 17. The decoupling of the light radiation from a light conversion element into the surrounding medium (i.e. without an additional optical element) is described by R_OC_TE and R_OC_TP. The reflection losses during the optical transition of the light radiation from the light conversion element into the optical element and during the transition from glass to air are respectively described by R_OC_glas_TE/TP and R_glas_TE/TP. The reflection losses at the R_OC_TE/TP transition are significantly higher compared to the others shown and are again strongly dependent on the angle.
Zusätzlich ist der Effekt der Totalreflexion zu erkennen. Bei Totalreflexion wird Lichtstrahlung in das optisch dichtere Material komplett zurückreflektiert. In diesem Fall ist der Winkel der Totalresektion für das Lichtkonversionslement ca. a=20° (R_OC_ TE und R_OC_TP) wenn kein optisches Element vorgesehen ist. Der Winkel ist für die beiden anderen Fälle (R_OC_glas_TE/TP und R_glas_TE/TP), d.h. wenn ein optisches Element vorgesehen ist, größer. Das bedeutet, dass bei Verwendung eines optischen Elements auf dem Lichtkonversionselement der Totalreflexionswinkel vergrößert und damit der Strahlkegel zur Lichtauskopplung vergrößert wird. Damit wird die ausgekoppelte Lichtleistung vergrößert. In Fig.18 sind die aufsummierten Reflexionsverluste mit optischem Element im Vergleich zu dem Fall ohne optischem Element gezeigt. Für a=0° verringern sich mit Verwendung eines optischen Elements die Reflexionsverluste um AR>5%, bevorzugt >10%. Der Totalreflexionswinkel erhöht sich um Aa>5° bevorzugt >10° im besonderen >15°. Damit ist eine erhöhte Lichtauskopplung von AE >5% bevorzugt >10%, bevorzugt >20% möglich. In addition, the effect of total reflection can be seen. In total reflection, light radiation is completely reflected back into the optically denser material. In this case, the angle of total resection for the light conversion element is approximately a=20° (R_OC_TE and R_OC_TP) if no optical element is provided. The angle is larger for the other two cases (R_OC_glas_TE/TP and R_glas_TE/TP), ie when an optical element is provided. This means that when using an optical element on the Light conversion element increases the total reflection angle and thus enlarges the beam cone for light extraction. This increases the output light output. In Fig. 18 the summed reflection losses with an optical element are shown in comparison to the case without an optical element. For a=0°, using an optical element reduces the reflection losses by AR>5%, preferably >10%. The total reflection angle increases by Aa>5°, preferably >10°, in particular >15°. This makes an increased light output of AE >5%, preferably >10%, preferably >20% possible.
Mit der Erfindung können also eine Reihe von Vorteilen erzielt werden. Insbesondere eine Strahlformung der einfallenden Laserstrahlung und damit Anpassung der Laserstrahlung an die Anforderungen (höhere Leistungsdichte, definierte Spotgröße, Einfallswinkel auf Phosphor). Ferner eine Strahlformung der emittierten Strahlung vom Phosphor (Veränderung des Abstrahlwinkels der Strahlung durch das optische Element). Ferner können Fresnelverluste, die ohne optisches Element durch den Brechzahlsprung von Luft zum Phosphor beim Übergang der Laserstrahlung in den Phosphor und der Auskopplung der emittierten Strahlung aus dem Phosphor entstehen, mit der vorliegenden Erfindung reduziert werden. Weiterhin kann die konvertierende Stelle mit der höchsten Leistungsdichte von der Umgebung gegen Schmutz geschützt werden. Zudem kann durch das Aufbringen des optischen Elements auf das Lichtkonversionselement eine sonst aufwändige Justierung von optischen Elementen zum Laser und dem Konverter vermieden werden. Durch die Verbindung des Lichtkonversionselementes mit dem optischen Element können die Fresnelverluste und durch Totalreflexion im Lichtkonversionselement gefangenes Licht vermindert werden. Zudem können durch die gemeinsame Verwendung des optischen Elements für die Lasereinkopplung und die Lichtauskopplung aus dem Konverter Bauteile gespart werden. Außerdem kann das optische Element zur Strahlformung der eingehenden und der ausgehenden Strahlung dienen, so dass nochmals weitere Bauteile gespart werden. A number of advantages can therefore be achieved with the invention. In particular, beam shaping of the incident laser radiation and thus adaptation of the laser radiation to the requirements (higher power density, defined spot size, angle of incidence on phosphor). Furthermore, beam shaping of the emitted radiation from the phosphor (change in the radiation angle of the radiation through the optical element). Furthermore, Fresnel losses, which arise without an optical element due to the jump in refractive index from air to the phosphor during the transition of the laser radiation into the phosphor and the coupling of the emitted radiation from the phosphor, can be reduced with the present invention. Furthermore, the converting point with the highest power density can be protected from dirt from the environment. In addition, by applying the optical element to the light conversion element, an otherwise complex adjustment of optical elements to the laser and the converter can be avoided. By connecting the light conversion element to the optical element, the Fresnel losses and light trapped in the light conversion element due to total reflection can be reduced. In addition, components can be saved by using the optical element together for laser coupling and light extraction from the converter. In addition, the optical element can be used to shape the incoming and outgoing radiation, so that further components are saved.
Mit einem Aufbau einer Beleuchtungseinrichtung mit aufgebrachtem optischen Element lassen sich darüber hinaus weitere vorteilhafte Aspekte adressieren. So wird bspw. in einem Aufbau ohne direkte Verbindung von optischen Element und Lichtkonversionselement konvertiertes Licht ungehindert lambertsch zumindest in einen Teil des Halbraumes (+- 90° bzw. 180°) abgestrahlt und kann von ggf. umgebenden Elementen reflektiert und gestreut werden. Ähnliches trifft auch auf die ggf. verbleibenden Anteile des Primärlichtes zu, bei denen es sowohl gerichtete (reflektierte mit bestimmter Richtung), als auch lambertsch abstrahlende Anteile geben kann. Jedenfalls kann zumindest ein Teil der vom Konverter nach vorne wegweisend abgestrahlten Strahlung ggfs. entgegen möglicher Anforderungen verteilt sein. Das kann dazu führen, dass am zu beleuchtenden Ort weniger Licht zur Verfügung steht, als realiter vorhanden ist. Des Weiteren können sich auch unerwünschte Variationen der Farbtemperatur oder Leuchtfarbe über den gesamten Halbraum ergeben, je nachdem wie Sekundärlicht und Primärlicht zusammenkommen. Solche vor allem Farbunterscheide werden auch als Farbsäume oder (Farb-)Halos bezeichnet und werden oftmals als störend, mittels bspw. zusätzlicher Abschattungselemenete oder Blenden m sogar noch ausgeblendet, was zu einer weiteren Reduktion des verfügbaren Lichtes führt. With a construction of a lighting device with an applied optical element, further advantageous aspects can also be addressed. For example, in a structure without a direct connection between the optical element and the light conversion element, converted light is emitted unhindered in a Lambertian manner at least into a part of the half-space (+- 90° or 180°) and can be reflected and scattered by any surrounding elements. Something similar also applies on the remaining parts of the primary light, where there can be both directed (reflected with a certain direction) and Lambertian parts. In any case, at least part of the radiation emitted by the converter in a forward direction can, if necessary, be distributed contrary to possible requirements. This can result in less light being available at the location to be illuminated than is actually available. Furthermore, undesirable variations in the color temperature or luminous color can occur across the entire half-space, depending on how secondary light and primary light come together. Such color differences, in particular, are also referred to as color fringes or (color) halos and are often considered disruptive and are even hidden using, for example, additional shading elements or apertures, which leads to a further reduction in the available light.
Ist die Beleuchtungseinrichtung bspw. wie in Fig. 1 ausgeführt, führt dies dazu, dass je nach Ausgestaltung durchaus wesentliche Anteile Lichtes nach vorne abgestrahlt werden können. Insbesondere Sekundärlicht aber auch Teile des Primärlichts leuchten das gesamte Gehäuse aus (Fehllicht, Falschlicht) und wie vorbeschrieben können eben diese Anteile zur anforderungsgemäßen Beleuchtung weniger oder gar nicht beitragen und begünstigen im Gegenteil ausfgangsseitig der Beleuchtungseinrichtung einen inhomogenen und farbfalschen Beleuchtungseindruck. Die gesamte leuchtende Fläche einer solchen Beleuchtungseinrichtung kann außerdem damit größer als gewünscht oder notwendig ausfallen bzw. erscheinen, insbesondere falls eine im Wesentlichen punktförmige bzw. diesem Ideal nahekommende, Lichtquelle basierend auf der Beleuchtungseinrichtung angestrebt werden soll oder gefordert ist. If the lighting device is designed, for example, as in FIG. 1, this means that, depending on the design, significant portions of light can be emitted forward. In particular, secondary light but also parts of the primary light illuminate the entire housing (missing light, false light) and, as described above, these components can contribute less or not at all to the required lighting and, on the contrary, promote an inhomogeneous and incorrectly colored lighting impression on the output side of the lighting device. The entire luminous surface of such a lighting device can therefore be or appear larger than desired or necessary, in particular if a substantially point-shaped light source or one that comes close to this ideal is desired or required based on the lighting device.
Mittels eines vom Lichtkonversionselement beabstandeten optischen Element kann dem entgegengewirkt werden, allerdings werden auch hierbei nur das von diesem erfassbare Licht bspw. kollimiert oder anforderungsgemäß geführt, gelenkt oder verteilt. Defizite in Lichtausbeute oder Farbe kann dementsprechend auch nur in Grenzen begegnet werden. Farbunterschiede und andere Inhomogenitätetn, bspw. als oder im Intensitätsverlauf, werden ggf. nur deutlicher abgebildet. This can be counteracted by means of an optical element spaced apart from the light conversion element, but here too only the light that can be detected by this element is, for example, collimated or guided, directed or distributed as required. Deficiencies in light output or color can therefore only be addressed to a limited extent. Color differences and other inhomogeneities, for example as or in the intensity curve, may only be shown more clearly.
Demgegenüber wird bei einem direkt auf den Konverter applizierten optischen Element die sekundär verfügbare Strahlung oder Licht im Wesentlichen bereits an dessen Ursprung erfasst und je nach Ausbildung des der Verbindung und Geometrie des optischen Elements effizienter anforderungsgemäß bereitgestellt. In contrast, with an optical element applied directly to the converter, the secondary available radiation or light is essentially already detected at its origin and depending on the design of the connection and geometry of the optical element, provided more efficiently as required.
Wie zuvor beschrieben kann schon eine Anordnung an sich bei angepasster optischer Ausgestaltung zur Reduktion von bspw. Fresnelverlusten führen und kann bereits licht- bzw. farbmischend wirken. As described above, an arrangement itself, with an adapted optical design, can lead to a reduction in, for example, Fresnel losses and can already have a light or color mixing effect.
Weiter vorteilhaft kann insbesondere über die Länge, Form und/oder Nachbehandlung, durch bspw. teil- oder abschnittsweise Beschichtung (oder Cladding) die/eine Abstrahlung in den Halbraum weiter reduziert minimiert oder sogar im Wesentlichen ausgeschaltet werden und so ein größerer Anteil des Sekundärlichtes gezielt anforderungsgemäß bereitgestellt werden kann. Mit anderen Worten Fehl- oder Falschlicht werden mindestens reduziert. Further advantageously, the radiation into the half-space can be further reduced or even essentially eliminated, particularly via the length, shape and/or aftertreatment, for example by partial or sectional coating (or cladding), and thus a larger proportion of the secondary light can be targeted can be provided as required. In other words, missing or false light is at least reduced.
Ist bspw. wie in den Figuren 10 und 11 ein längeres optisches Element vorgesehen, welches auch die Kanten des Lichtkonversionselements umschließt, können entsprechend der Ausgestaltung (insb. der Brechungsindizes, aber auch Geometrie) Sekundärlicht und verbleibende Anteile des Primärlichtes darin geführt, geleitet und auch modifiziert werden, so dass mitunter mehr Licht für die die Beleuchtung bereitstehen kann, die Beleuchtungseinrichtung insgesamt effizienter sein kann. Die Führung des Lichts im optischen Element kann weiterhin auch zu einer Homogenisierung und/oder Durchmischung der Lichtanteile, bspw. Lichtes unterschiedlicher Wellenlängen und damit zur homogenen Ausleuchtung mit hoher Farbtreue beitragen. Die Ausgestaltung des optischen Elementes auf dessen dem Lichtkonversionselement abgewandten Seite ist variabel gestaltbar und kann an eine gewünschte Be- oder Ausleuchtung angepasst oder anpassbar ausgelegt werden. Die Beleuchtungseinrichtung kann damit einer Punktlichtquelle zumindest nahekommen. If, for example, as in Figures 10 and 11, a longer optical element is provided, which also encloses the edges of the light conversion element, secondary light and remaining portions of the primary light can be guided, guided and also in accordance with the design (in particular the refractive indices, but also geometry). be modified so that sometimes more light can be provided for the lighting, the lighting device can be more efficient overall. The guidance of the light in the optical element can also contribute to a homogenization and/or mixing of the light components, for example light of different wavelengths, and thus to homogeneous illumination with high color fidelity. The design of the optical element on the side facing away from the light conversion element can be designed variably and can be adapted or designed to be adaptable to a desired illumination or illumination. The lighting device can thus at least come close to a point light source.
Das optische Element kann vorteilhaft weitere Maßnahmen oder Merkmale umfassen, um diese Aspekte weiter zu verbessern. Es ist denkbar, das optische Element zumindest teil- oder abschnittsweise mit einem Cladding, im Sinne eines faseroptischen Kern-Mantel Elementes, oder einer Beschichtung bspw. einer Verspiegelung, welche die Reflektion des Lichtes innerhalb des optischen Elementes weiter begünstig bzw. Austritt von Licht das innerhalb nicht totalreflektiert wird zu verhindern. Bei einer Beschichtung ist jedenfalls zu beachten, dass diese das Eintreten der Primärstrahlung in das optische Element ermöglichen. Das bspw. indem entsprechende Stellen ausgespart werden und/oder die Beschichtung wellenlängenselektiv ausgestaltet ist, so dass Primärlicht in das optische Element hinein passieren kann, aber nicht mehr austreten kann. Letzteres kann auch für das Sekundärlicht vorgesehen sein. The optical element can advantageously include further measures or features to further improve these aspects. It is conceivable to cover the optical element at least partially or in sections with a cladding, in the sense of a fiber-optic core-sheath element, or a coating, for example a mirror coating, which further promotes the reflection of light within the optical element or the escape of light to prevent total reflection within. When using a coating, it should be noted that this allows the primary radiation to enter the optical element. For example, by leaving out corresponding points and/or by designing the coating to be wavelength-selective, so that primary light can pass into the optical element but can no longer exit. The latter can also be provided for the secondary light.
In einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das optische Element zumindest teil- oder abschnittsweise hohl, z.B. rohrförmig oder als Sackloch ausgeführt ist. In a further embodiment it can be provided that the optical element is at least partially or partially hollow, for example tubular or designed as a blind hole.
Dessen dem Lichtkonversionselement abgewandtes Ende kann offen verbleiben, verschmolzen werden oder mit einem weiteren Element abgschloßen werden. Letzteres kann plattenförmig aber auch mit zumindest einer Krümmung, bis hin zur Kugel, versehen ausgeführt sein, so dass es weiter zur Strahlformung des Lichtes in geeigneter Weise beiträgt. Its end facing away from the light conversion element can remain open, be fused or closed off with another element. The latter can be plate-shaped but also provided with at least one curvature, up to a sphere, so that it further contributes to the beam shaping of the light in a suitable manner.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass vorbeschriebene Varianten grundsätzlich auch auf weitere in den Figuren gezeigten Varianten übertragbar sind, bzw. nicht auf diese beschränkt sind. It will be apparent to the person skilled in the art that the above-described variants can in principle also be transferred to other variants shown in the figures, or are not limited to them.
Das optische Element kann dabei auch in anderen als im Wesentlichen runder Querschnittsgeometrie bspw. Rechteckig, quadratisch, polygon oder mit unterschiedlichen Krümmungsradien bspw. oval ausgestaltet sein. Die Querschnittsgeometrien können vorteilhaft auch so gestaltet werden, dass diese entlang der Länge eines optischen Elementes nicht konstant sind. Ausführungen zur Erleichterung der Einkopplung des Primärlichtes sind bereits in Figuren 12 und 13 gezeigt und beschrieben. Es zeigte sich außerdem, dass mit sich kontinuierlich über dessen Längen verändernden Querschnitt des optischen Elementes die Abstrahlcharakterisitik insbesondere lambertsch abstrahlenden Sekundärlichtes eingeengt (von unten nach oben größer werdender Querschnitt) oder umgekehrt auch aufgeweitet werden kann. Dies kommt insbesondere zum Tragen, falls das optische Element nicht monolithisch, sondern als faseroptische Komponente aus einer Mehr- oder Vielzahl von lichtleitenden Elementen zusammengesetzt ist. The optical element can also be designed in a cross-sectional geometry other than essentially round, for example rectangular, square, polygonal or with different radii of curvature, for example oval. The cross-sectional geometries can advantageously also be designed so that they are not constant along the length of an optical element. Versions to facilitate the coupling of the primary light are already shown and described in Figures 12 and 13. It was also shown that with the cross-section of the optical element continuously changing over its length, the radiation characteristics, in particular of Lambertian secondary light, can be narrowed (cross-section increasing from bottom to top) or, conversely, expanded. This is particularly important if the optical element is not monolithic, but is composed as a fiber-optic component from a plurality or plurality of light-conducting elements.
Viele der vorgenannten Maßnahmen und Ausführurgen tragen dazu bei, Möglichkeiten zu eröffnen, eine derartige Beleuchtungseinrichtung an deren Anwendungsfall anzupassen. Beispielhaft seien hier die Einkopplung in weitere optische Komponenten oder Aufbauten, insbesondere Projektionseinrichtung oder Faseroptik, oder die gezielte Beleuchtung von Flächen in vorbestimmter Weise u.a. hinsichtlich Form, Schärfe. Intensität oder Intensitätsverteilung bzw. Homogenität oder Färbung. Many of the aforementioned measures and implementations contribute to opening up possibilities for adapting such a lighting device to its application. Examples here include coupling into other optical components or structures, in particular projection devices or fiber optics, or the targeted illumination of surfaces in a predetermined manner, including in terms of shape and sharpness. Intensity or intensity distribution or homogeneity or coloring.
Des Weiteren kann insbesondere in den Ausführungen nach Figuren 10, 11 , 13 das Fenster vorteilhaft auch transluzent oder opak, farbig oder unbunt ausgebildet sein, wodurch wiederum Austreten etwaigen Störlichts nach vorne minimiert oder verhindert werden kann. Furthermore, particularly in the embodiments according to Figures 10, 11, 13, the window can advantageously also be designed to be translucent or opaque, colored or achromatic, which in turn can minimize or prevent any stray light from escaping to the front.
Die Erfindung ermöglicht somit zusammenfassend insbesondere einen kompakter Aufbau, eine Reduzierung der Fresnelverluste an den Oberflächen und Reduzierung der Oberflächen an denen das Laserlicht und das erzeugte Weißlicht reflektiert werden, eine einfache Justierung der Komponenten zueinander und Reduzierung der Komponenten die zueinander justiert werden, eine Kollimierung bzw. Fokussierung der Laserstrahlung auf die Optokeramik, eine Kollimierung bzw. Strahlformung der Weißlichtstrahlung, sowie einen mechanischer Schutz der Position der Erzeugung hoher Leistungsdichten auf der Optokeramik mit Glas. Die Erfindung eignet sich insbesondere für LED-Module, Lasermodule, zur Weißlichterzeugung. In summary, the invention enables in particular a compact structure, a reduction in the Fresnel losses on the surfaces and a reduction in the surfaces on which the laser light and the white light generated are reflected, a simple adjustment of the components to one another and a reduction of the components that are adjusted to one another, a collimation or .Focusing the laser radiation on the optoceramic, collimating or beam shaping the white light radiation, as well as mechanical protection of the position of generating high power densities on the optoceramic with glass. The invention is particularly suitable for LED modules, laser modules, for generating white light.
Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen. Die Beschreibung von Merkmalen eines Ausführungsbeispiels gilt jeweils auch für die anderen Ausführungsbeispiele. It will be apparent to those skilled in the art that the embodiments described above are to be understood as examples and the invention is not limited to these, but can be varied in many ways without departing from the scope of protection of the claims. The description of features of one exemplary embodiment also applies to the other exemplary embodiments.

Claims

1 . Beleuchtungseinrichtung (100), insbesondere zur Erzeugung von Weißlicht, umfassend: zumindest eine Lichtquelle (200) zur Abgabe von Primärlicht (250), insbesondere zur Abgabe von blauem oder ultraviolettem Laserlicht, ein Lichtkonversionselement (300) mit einer Vorderseite (310), wobei das Lichtkonversionselement (300) dazu eingerichtet ist, mit dem von der Lichtquelle (200) abgegebenen Primärlicht (250) beleuchtet zu werden und Sekundärlicht (350) mit einer anderen Wellenlänge auf seiner Vorderseite (310) abzugeben, und ein optisches Element (500), welches dazu eingerichtet, dass sowohl das von der Lichtquelle (200) abgegebene Primärlicht (250) das optische Element (500) durchläuft, bevor das Primärlicht (250) auf das Lichtkonversionselement (300) trifft, als auch das von dem Lichtkonversionselement (300) abgegebene Sekundärlicht (350) das optische Element (500) durchläuft, bevor das Sekundärlicht (350) die Beleuchtungseinrichtung (100) verlässt. 1 . Illumination device (100), in particular for generating white light, comprising: at least one light source (200) for emitting primary light (250), in particular for emitting blue or ultraviolet laser light, a light conversion element (300) with a front side (310), wherein the Light conversion element (300) is designed to be illuminated with the primary light (250) emitted by the light source (200) and to emit secondary light (350) with a different wavelength on its front side (310), and an optical element (500), which set up so that both the primary light (250) emitted by the light source (200) passes through the optical element (500) before the primary light (250) hits the light conversion element (300), as well as the secondary light emitted by the light conversion element (300). (350) passes through the optical element (500) before the secondary light (350) leaves the lighting device (100).
2. Beleuchtungseinrichtung (100), nach dem vorstehenden Anspruch, wobei das optische Element (500) mit einer Entspiegelungsschicht (AR-coating) versehen ist und die Entspiegelungsschicht bevorzugt aus mindestens einer dünnen Schicht besteht. 2. Illumination device (100), according to the preceding claim, wherein the optical element (500) is provided with an anti-reflection layer (AR coating) and the anti-reflection layer preferably consists of at least one thin layer.
3. Beleuchtungseinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das optische Element (500) vorzugsweise Glas umfasst und besonders bevorzugt auf der Vorderseite (310) des Lichtkonversionselements (300) aufgebracht ist, insbesondere mittels Glaslot und/oder eines Aufschmelzprozesses, und/oder wobei das optische Element (500) und das Lichtkonversionselement (300) formschlüssig miteinander verbunden sind und/oder derart verbunden sind, dass zwischen dem optischen Element (500) und dem Lichtkonversionselement (300) eine optische Grenzfläche (G1) gebildet ist, an welcher Primärlicht (250) aus dem optischen Element (500) in das Lichtkonversionselement (300) einkoppelbar und Sekundärlicht (350) aus dem Lichtkonversionselement (300) in das optischen Element (500) einkoppelbar ist, und/oder wobei das optische Element (500) eine Oberfläche aufweist, welche eine zweite optische Grenzfläche (G2) zu einem umgebenden Medium (550) bildet, und/oder wobei für zumindest einen Strahlwinkel, insbesondere einen Strahlwinkel gegenüber einer Normalen der Vorderseite des Lichtkonversionselements welcher kleiner ist als 70°, und insbesondere bei transversal elektrischer Polarisierung (TE), die Summe der Fresnelverluste an den Grenzflächen G1 und G2 niedriger ist als 0,2. 3. Lighting device (100) according to one of the preceding claims, wherein the optical element (500) preferably comprises glass and is particularly preferably applied to the front side (310) of the light conversion element (300), in particular by means of glass solder and / or a melting process, and / or wherein the optical element (500) and the light conversion element (300) are connected to one another in a form-fitting manner and/or are connected in such a way that an optical interface (G1) is formed between the optical element (500) and the light conversion element (300), at which Primary light (250) from the optical element (500) can be coupled into the light conversion element (300) and secondary light (350) from the light conversion element (300) can be coupled into the optical element (500), and / or wherein the optical element (500) is a Surface which forms a second optical interface (G2) to a surrounding medium (550), and / or wherein for at least one beam angle, in particular a beam angle opposite a normal of the front side of the light conversion element which is smaller than 70°, and in particular with transverse electrical polarization (TE), the sum of the Fresnel losses at the interfaces G1 and G2 is lower than 0.2.
4. Beleuchtungseinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das optische Element (500) einen Volumenbereich aufweist, in welchem zugleich das von der Lichtquelle (200) abgegebene Primärlicht (250) als auch das von dem Lichtkonversionselement (300) abgegebene Sekundärlicht (350) verläuft, und/oder wobei das optische Element (500) monolithisch ausgebildet ist. 4. Lighting device (100) according to one of the preceding claims, wherein the optical element (500) has a volume area in which both the primary light (250) emitted by the light source (200) and the secondary light emitted by the light conversion element (300) ( 350), and/or wherein the optical element (500) is monolithic.
5. Beleuchtungseinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das optische Element (500) als Strahlformer für das von dem Lichtkonversionselement (300) abgegebene Sekundärlicht (350) ausgebildet ist, insbesondere zur Fokussierung und/oder Kollimierung des von dem Lichtkonversionselement (300) abgegebenen Sekundärlichts (350) ausgebildet ist, und/oder zur Änderung der Querschnittsgeometrie des von dem Lichtkonversionselement (300) abgegebenen Sekundärlichts (350) ausgebildet ist und/oder wobei das optische Element (500) eine, insbesondere der Vorderseite (310) des Lichtkonversionselements (300) abgewandte, gekrümmte Oberfläche (510) aufweist, wobei die gekrümmte Oberfläche (510) vorzugsweise konvex ausgebildet ist, um eine Fokussierung und/oder Kollimierung des von dem Lichtkonversionselement (300) abgegebenen Sekundärlichts (350) zu bewirken und/oder wobei die äußere Oberfläche des optischen Elements (500) eine andere Querschnittsfläche als die des Lichtkonversionselements (300) aufweist, z.B. eine unrunde, runde oder polygonale Querschnittsfläche aufweist und/oder wobei das optische Element (500) zum oder vom Lichtkonversionselements (300) ausgehend einen zumindest teil- oder abschnittsweise veränderlichen Querschnitt aufweist, insb. im Wesentlichen konisch ausgebildet ist und/oder wobei das optische Element (500) an dessen dem Konverter abgewandten Fläche als diffraktives optisches Element ausgebildet ist. Beleuchtungseinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das optische Element (500) als Strahlformer für das von der Lichtquelle (200) abgegebene Primärlicht (250) ausgebildet ist, insbesondere zur Fokussierung und/oder Kollimierung des von der Lichtquelle (200) abgegebenen Primärlichts (250) auf das Lichtkonversionselement (300) ausgebildet ist und/oder wobei das optische Element zumindest bereichsweise eine schräg zur Normalen des Lichtkonversionselements (300) verlaufende Seitenfläche (520) aufweist, derart, dass die Brechung des Primärlichts (250) beim Übergang in das optische Element (500) vermindert wird, wobei das optische Element beispielsweise teil- oder abschnittsweise konisch geformt ist. Beleuchtungseinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Grundkörper (400) mit einer Vorderseite (410), wobei der Grundkörper (400) insbesondere als Kühlkörper ausgebildet ist, wobei der Grundkörper (400) vorzugsweise eine Form aufweist, dass von einem Bodenelement (460) ein Sockelelement (480) hervorsteht, wobei das zumindest eine Sockelelement (480) eine Auflagefläche (482) für die Lichtquelle (200) umfasst, derart, dass die Lichtquelle (200) auf der Auflagefläche (482) des Sockelelements (480) aufgebracht ist, und/oder wobei das Bodenelement (460) eine Auflagefläche (462) für das Lichtkonversionselement (300) umfasst, derart, dass das Lichtkonversionselement (300) auf der Auflagefläche (462) des Bodenelements (460) aufgebracht ist, und/oder wobei auf dem Grundkörper (400) sowohl die zumindest eine Lichtquelle (200) als auch das Lichtkonversionselement (300) aufgebracht ist, insbesondere derart, dass der Grundkörper (400) eine gemeinsame Halterung für die zumindest eine Lichtquelle (200) und das Lichtkonversionselement (300) bildet. Beleuchtungseinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Auflagefläche (482) des Sockelelements (480) für die Lichtquelle (200) schräg zu der Auflagefläche (462) des Bodenelements (460) für das Lichtkonversionselement (300) verläuft, insbesondere derart, dass die Auflagefläche (482) des Sockelelements (480) für die Lichtquelle (200) eine Ausrichtung der optischen Achse des von der Lichtquelle abgegebenen Primärlichts (250) auf das Lichtkonversionselement (300), insbesondere durch das optische Element (500) auf das Lichtkonversionselement (300), definiert und/oder wobei die zumindest eine Lichtquelle (200) und das Lichtkonversionselement (300) auf dem Grundkörper (400) derart zueinander ausgerichtet aufgebracht sind, dass die optische Achse des von der Lichtquelle (200) abgegebenen Primärlichts (250) direkt, z.B. geradlinig, auf das Lichtkonversionselement (300) gerichtet ist oder mit einer, insbesondere durch das optische Element (500) bewirkten, Ablenkung auf das Lichtkonversionselement (300) gerichtet ist, welche geringer ist als 60 Grad, vorzugsweise geringer ist als 45 Grad, besonders bevorzugt geringer ist als 30 Grad, nochmals bevorzugter geringer ist als 15 Grad. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zwischen der Normalen der Auflagefläche (482) für die Lichtquelle (200) und der Normalen der Auflagefläche (462) für das Lichtkonversionselement (300) ein Winkel von mindestens 5 Grad besteht, vorzugsweise ein Winkel von mindestens 10 Grad besteht, besonders bevorzugt ein Winkel von mindestens 20 Grad besteht, nochmals bevorzugter ein Winkel von mindestens 30 Grad besteht und/oder wobei der Grundkörper (400), insbesondere das Bodenelement (460) des Grundkörpers (400), einen Indikator (450) zur Positionierung/Orientierung des Lichtkonversionselements (300) aufweist, wobei der Indikator (450) vorzugsweise als Erhebung oder Vertiefung ausgebildet ist. Beleuchtungseinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Lichtkonversionselement (300) dazu eingerichtet ist, auf der Vorderseite (310) mit dem von der Lichtquelle abgegebenen Primärlicht (250) beleuchtet zu werden, derart, dass das Lichtkonversionselement (300) auf der Vorderseite (310) sowohl das Primärlicht (250) empfängt als auch das Sekundärlicht (350) abgibt und/oder wobei das Lichtkonversionselement (300) dazu eingerichtet ist, auf einer einen Übergang von der Vorderseite (310) zur Rückseite (320) des Lichtkonversionselement bildenden Kantenfläche (330) mit dem von der Lichtquelle abgegebenen Primärlicht (250) beleuchtet zu werden. Beleuchtungseinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Lichtkonversionselement (300) eine variable Dicke aufweist, insbesondere in der Mitte, durch welche die Mittelachse (600) verläuft, eine größere Dicke aufweist als an einem von der Mittelachse (600) entfernten Rand, und/oder eine konvexe Vorderseite (310) aufweist, und/oder wobei eine, insbesondere auf der Vorderseite (410) des Grundkörpers (400) aufgebrachte, Lichtkonversionsanordnung (305) umfasst ist, welche eine Mehrzahl von Lichtkonversionselementen (300) umfasst, welche jeweils durch einen Graben (307) zumindest bereichsweise voneinander getrennt sind. Beleuchtungseinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend zumindest zwei Lichtquellen (200), welche dazu eingerichtet sind, Primärlicht (250) zur Beleuchtung des Lichtkonversionselements (300) abzugeben, wobei die zumindest zwei Lichtquellen insbesondere unterschiedliche Wellenlängen aufweisen, und/oder wobei der Grundkörper (400) vorzugsweise zumindest zwei, z.B. einander gegenüberliegende, Sockelelemente (480) aufweist, welche jeweils eine Auflagefläche (482) für eine der Lichtquellen (200) umfassen, wobei die Auflageflächen (482) der Sockelelemente (480) für die Lichtquellen (200) vorzugsweise jeweils schräg zu der Auflagefläche (462) des Bodenelements (460) für das Lichtkonversionselement (300) verlaufen, insbesondere derart, dass die Auflageflächen (482) der Sockelelemente (480) für die Lichtquellen (200) jeweils die optische Achse des von der Lichtquelle abgegebenen Primärlichts (250) auf das Lichtkonversionselement (300) ausrichtet, insbesondere durch das optische Element (500) auf das Lichtkonversionselement (300) ausrichtet. Beleuchtungseinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Grundkörper (400) ein Gehäuse (700) bildet, welches die zumindest eine Lichtquelle (200), insbesondere die zumindest zwei Lichtquellen (200) und das Lichtkonversionselement (300) umschließt, insbesondere hermetisch umschließt, und/oder wobei der das Gehäuse (700) bildende Grundkörper (400) ein Fenster (710) aufweist durch welches das von dem Lichtkonversionselement (300) abgegebene Sekundärlicht (350) das Gehäuse verlässt. Beleuchtungseinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der das Gehäuse (700) bildende Grundkörper ein transparentes Bauteil erfasst, welches zumindest teilweise das Fenster (710) des Gehäuses (700) bildet und/oder wobei das optische Element (500) zumindest teilweise das Fenster (710) des Gehäuses (700) bildet, insbesondere derart, dass das optische Element das Gehäuse (700) durchdringt und/oder eine Oberfläche aufweist, insbesondere die gekrümmte Oberfläche (510), welche nach außen gewandt ist. Beleuchtungseinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (400) als ein Sockelteil (701) ausgebildet ist und zusammen mit einem Kappenteil (702) ein Gehäuse (700) ausbildet, wobei das Kappenteil ein Fenster (710) aufweist und das Kappenteil mit dem Fenster (710) das optische Element (500) abdeckt, oder wobei das optische Element (500) durch eine Durchgangsöffnung in dem Kappenteil (702) hindurchgeführt ist. Beleuchtungseinrichtung (100) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (500) fest mit dem Kappenteil (702) verbunden ist. Beleuchtungseinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Lichtquelle (200) außerhalb des Gehäuses (700) angeordnet ist. Beleuchtungseinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (500) direkt an das Lichtkonversionselement (300) angrenzt, dass zwischen dem optischen Element (500) und dem Lichtkonversionselement (300) eine Zwischenschicht angeordnet ist oder dass zwischen dem optischen Element (500) und dem Lichtkonversionselement (300) ein Spalt ausgebildet ist. Lichtkonversionseinheit umfassend: ein Lichtkonversionselement (300), welches dazu eingerichtet ist, mit Primärlicht (250) beleuchtet zu werden und Sekundärlicht (350) mit einer anderen Wellenlänge abzugeben, wobei das Lichtkonversionselement (300) vorzugsweise dazu eingerichtet ist, auf einer Vorderseite (310) mit dem Primärlicht (250) beleuchtet zu werden und das Sekundärlicht (350) wiederum auf der Vorderseite (310) abzugeben, und ein optisches Element (500), welches dazu eingerichtet, dass sowohl das Primärlicht (250) das optische Element (500) durchläuft, bevor das Primärlicht (250) auf das Lichtkonversionselement (300) trifft, als auch das von dem Lichtkonversionselement (300) abgegebene Sekundärlicht (350) das optische Element (500) durchläuft. Lichtkonversionseinheit nach dem vorstehenden Anspruch, wobei das optische Element (500) vorzugsweise Glas umfasst und besonders bevorzugt auf der Vorderseite (310) des Lichtkonversionselements (300) aufgebracht ist, insbesondere mittels Glaslot und/oder eines Aufschmelzprozesses, und/oder wobei das optische Element (500) und das Lichtkonversionselement (300) formschlüssig miteinander verbunden sind und/oder derart verbunden sind, dass zwischen dem optischen Element (500) und dem Lichtkonversionselement (300) eine optische Grenzfläche (G1) gebildet ist, an welcher Primärlicht (250) aus dem optischen Element (500) in das Lichtkonversionselement (300) einkoppelbar und Sekundärlicht (350) aus dem Lichtkonversionselement (300) in das optischen Element (500) einkoppelbar ist, und/oder wobei das optische Element (500) eine Oberfläche aufweist, welche eine zweite optische Grenzfläche (G2) zu einem umgebenden Medium (550) bildet, und/oder wobei für zumindest einen Strahlwinkel, insbesondere einen Strahlwinkel gegenüber einer Normalen der Vorderseite des Lichtkonversionselements welcher kleiner ist als 70°, und insbesondere bei transversal elektrischer Polarisierung (TE), die Summe der Fresnelverluste an den Grenzflächen G1 und G2 niedriger ist als 0,2. Lichtkonversionseinheit nach dem vorstehenden Anspruch, wobei das optische Element (500) einen Volumenbereich aufweist, in welchem zugleich das Primärlicht (250) als auch das Sekundärlicht (350) verläuft und/oder wobei das optische Element (500) monolithisch ausgebildet ist. Lichtkonversionseinheit nach einem der beiden vorstehenden Ansprüche, wobei das optische Element (500) als Strahlformer für das von dem Lichtkonversionselement (300) abgegebene Sekundärlicht (350) ausgebildet ist, insbesondere zur Fokussierung des von dem Lichtkonversionselement (300) abgegebenen Sekundärlichts (350) ausgebildet ist, und/oder wobei das optische Element (500) eine, insbesondere der Vorderseite (310) des Lichtkonversionselements (300) abgewandte, gekrümmte Oberfläche (510) aufweist, wobei die gekrümmte Oberfläche (510) vorzugsweise konvex ausgebildet ist, um eine Fokussierung des von dem Lichtkonversionselement (300) abgegebenen Sekundärlichts (350) zu bewirken und/oder wobei das optische Element (500) als Strahlformer für das Primärlicht (250) ausgebildet ist, insbesondere zur Fokussierung des Primärlichts (250) auf das Lichtkonversionselement (300) ausgebildet ist. 5. Illumination device (100) according to one of the preceding claims, wherein the optical element (500) is designed as a beam shaper for the secondary light (350) emitted by the light conversion element (300), in particular for focusing and / or collimating the light emitted by the light conversion element (300 ) emitted secondary light (350) is designed, and / or is designed to change the cross-sectional geometry of the secondary light (350) emitted by the light conversion element (300) and / or wherein the optical element (500) is one, in particular the front (310) of the light conversion element (300) facing away from the curved surface (510), wherein the curved surface (510) is preferably convex in order to effect focusing and/or collimation of the secondary light (350) emitted by the light conversion element (300) and/or wherein the outer surface of the optical element (500) has a different cross-sectional area than that of the light conversion element (300), for example has a non-round, round or polygonal cross-sectional area and/or wherein the optical element (500) extends at least partially to or from the light conversion element (300). - or has a cross-section that can be changed in sections, in particular is essentially conical and / or wherein the optical element (500) is designed as a diffractive optical element on its surface facing away from the converter. Illumination device (100) according to one of the preceding claims, wherein the optical element (500) is designed as a beam shaper for the primary light (250) emitted by the light source (200), in particular for focusing and / or collimating the light emitted by the light source (200). Primary light (250) is formed on the light conversion element (300) and / or wherein the optical element has, at least in some areas, a side surface (520) which runs obliquely to the normal of the light conversion element (300), such that the refraction of the primary light (250) during the transition into the optical element (500) is reduced, the optical element being, for example, partially or partially conically shaped. Lighting device (100) according to one of the preceding claims, further comprising a base body (400) with a front side (410), the base body (400) being designed in particular as a heat sink, the base body (400) preferably having a shape that of a A base element (480) protrudes from the base element (460), the at least one base element (480) comprising a support surface (482) for the light source (200), such that the light source (200) rests on the support surface (482) of the base element (480 ) is applied, and/or wherein the base element (460) comprises a support surface (462) for the light conversion element (300), such that the light conversion element (300) is applied to the support surface (462) of the base element (460), and/ or wherein both the at least one light source (200) and the light conversion element (300) are applied to the base body (400), in particular in such a way that the base body (400) has a common holder for the at least one light source (200) and the light conversion element ( 300). Lighting device (100) according to one of the preceding claims, wherein the support surface (482) of the base element (480) for the light source (200) runs obliquely to the support surface (462) of the base element (460) for the light conversion element (300), in particular in such a way that that the support surface (482) of the base element (480) for the Light source (200) defines an alignment of the optical axis of the primary light (250) emitted by the light source on the light conversion element (300), in particular by the optical element (500) on the light conversion element (300), and/or wherein the at least one light source ( 200) and the light conversion element (300) are applied to the base body (400) aligned with one another in such a way that the optical axis of the primary light (250) emitted by the light source (200) is directed directly, for example in a straight line, towards the light conversion element (300) or with a deflection, in particular caused by the optical element (500), directed towards the light conversion element (300), which is less than 60 degrees, preferably less than 45 degrees, particularly preferably less than 30 degrees, even more preferably less than 15 degrees. Lighting device according to one of the preceding claims, wherein there is an angle of at least 5 degrees, preferably an angle of at least 10, between the normal of the support surface (482) for the light source (200) and the normal of the support surface (462) for the light conversion element (300). degrees, particularly preferably an angle of at least 20 degrees, even more preferably an angle of at least 30 degrees and/or wherein the base body (400), in particular the base element (460) of the base body (400), provides an indicator (450). Positioning/orientation of the light conversion element (300), wherein the indicator (450) is preferably designed as a survey or depression. Lighting device (100) according to one of the preceding claims, wherein the light conversion element (300) is set up to be illuminated on the front side (310) with the primary light (250) emitted by the light source, such that the light conversion element (300) on the Front side (310) receives both the primary light (250) and emits the secondary light (350) and/or wherein the light conversion element (300) is set up to form a transition from the front side (310) to the back side (320) of the light conversion element Edge surface (330) to be illuminated with the primary light (250) emitted by the light source. Lighting device (100) according to one of the preceding claims, wherein the light conversion element (300) has a variable thickness, in particular in the middle through which the central axis (600) runs, has a greater thickness than at an edge remote from the central axis (600). , and/or has a convex front side (310), and/or wherein a light conversion arrangement (305), which is applied in particular to the front side (410) of the base body (400), is included, which comprises a plurality of light conversion elements (300), which are each separated from one another at least in some areas by a trench (307). Lighting device (100) according to one of the preceding claims, comprising at least two light sources (200) which are designed to emit primary light (250) for illuminating the light conversion element (300), wherein the at least two light sources in particular have different wavelengths, and/or where the base body (400) preferably has at least two, for example opposite, base elements (480), each of which comprises a support surface (482) for one of the light sources (200), the support surfaces (482) of the base elements (480) for the light sources ( 200) preferably each run obliquely to the support surface (462) of the base element (460) for the light conversion element (300), in particular in such a way that the support surfaces (482) of the base elements (480) for the light sources (200) each correspond to the optical axis of the The primary light (250) emitted by the light source is aligned with the light conversion element (300), in particular aligned with the light conversion element (300) by the optical element (500). Lighting device (100) according to one of the preceding claims, wherein the base body (400) forms a housing (700) which encloses, in particular hermetically, the at least one light source (200), in particular the at least two light sources (200) and the light conversion element (300). encloses, and / or wherein the base body (400) forming the housing (700) has a window (710) through which the secondary light (350) emitted by the light conversion element (300) leaves the housing. Lighting device (100) according to one of the preceding claims, wherein the base body forming the housing (700) captures a transparent component which at least partially forms the window (710) of the housing (700) and/or wherein the optical element (500) at least partially forms the window (710) of the housing (700), in particular in such a way that the optical element penetrates the housing (700) and/or has a surface, in particular the curved surface (510), which faces outwards. Lighting device (100) according to one of claims 1 to 12, characterized in that the base body (400) is designed as a base part (701) and, together with a cap part (702), forms a housing (700), the cap part forming a window ( 710) and the cap part with the window (710) covers the optical element (500), or wherein the optical element (500) is passed through a through opening in the cap part (702). Lighting device (100) according to claim 15, characterized in that the optical element (500) is firmly connected to the cap part (702). Lighting device (100) according to one of claims 13 to 16, characterized in that the at least one light source (200) is arranged outside the housing (700). Lighting device (100) according to one of claims 1 to 17, characterized in that the optical element (500) directly adjoins the light conversion element (300), that an intermediate layer is arranged between the optical element (500) and the light conversion element (300), or that a gap is formed between the optical element (500) and the light conversion element (300). Light conversion unit comprising: a light conversion element (300), which is designed to be illuminated with primary light (250) and to emit secondary light (350) with a different wavelength, wherein the light conversion element (300) is preferably designed to be on a front side (310) to be illuminated with the primary light (250) and to emit the secondary light (350) on the front (310), and an optical element (500), which is set up so that both the primary light (250) passes through the optical element (500). , before the primary light (250) hits the light conversion element (300), and the secondary light (350) emitted by the light conversion element (300) passes through the optical element (500). Light conversion unit according to the preceding claim, wherein the optical element (500) preferably comprises glass and is particularly preferably applied to the front side (310) of the light conversion element (300), in particular by means of glass solder and/or a melting process, and/or wherein the optical element ( 500) and the light conversion element (300) are connected to one another in a form-fitting manner and/or are connected in such a way that an optical interface (G1) is formed between the optical element (500) and the light conversion element (300), at which primary light (250) emerges from the optical element (500) can be coupled into the light conversion element (300) and secondary light (350) from the light conversion element (300) can be coupled into the optical element (500), and / or wherein the optical element (500) has a surface which has a second optical interface (G2) to a surrounding medium (550), and/or wherein for at least one beam angle, in particular a beam angle relative to a normal to the front of the light conversion element which is smaller than 70°, and in particular with transverse electrical polarization (TE), the sum of the Fresnel losses at the interfaces G1 and G2 is lower than 0.2. Light conversion unit according to the preceding claim, wherein the optical element (500) has a volume region in which both the primary light (250) and the secondary light (350) extend and/or wherein the optical element (500) is monolithic. Light conversion unit according to one of the two preceding claims, wherein the optical element (500) is designed as a beam shaper for the secondary light (350) emitted by the light conversion element (300), in particular for focusing the secondary light (350) emitted by the light conversion element (300). , and/or wherein the optical element (500) has a curved surface (510), in particular facing away from the front side (310) of the light conversion element (300), wherein the curved surface (510) is preferably convex in order to enable focusing of the light conversion element (300). secondary light (350) emitted by the light conversion element (300) and/or wherein the optical element (500) is designed as a beam shaper for the primary light (250), in particular for focusing the primary light (250) on the light conversion element (300).
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