DE10009783A1

DE10009783A1 - Lichterzeugungsmodul

Info

Publication number: DE10009783A1
Application number: DE10009783A
Authority: DE
Inventors: Vincent Thominet
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2000-03-01
Filing date: 2000-03-01
Publication date: 2001-09-06

Abstract

Das Lichterzeugungsmodul weist einen Reflektor (10), drei Halbleiterlichtquellen (12, 13, 14), von denen Licht (16, 17, 18) unterschiedlicher Farben ausgesandt wird, und wenigstens ein im Strahlengang des von den Halbleiterlichtquellen (12, 13, 14) ausgesandten Lichts angeordnetes lichtdurchlässiges Element (20) auf, das beugungsoptische Strukturen (22, 23, 24) aufweist, durch die hindurchtretendes Licht abgelenkt wird. Von einer Halbleiterlichtquelle (12) wird rotes Licht (16) ausgesandt, von einer Halbleiterlichtquelle (13) wird grünes Licht (17) ausgesandt und von einer Halbleiterlichtquelle (14) wird blaues Licht (18) ausgesandt. Das Element (20) weist in mehreren Schichten angeordnete unterschiedliche beugungsoptische Strukturen (22, 23, 24) für die verschiedenen Lichtfarben (16, 17, 18) auf, durch die das von den Halbleiterlichtquellen (12, 13, 14) ausgesandte Licht beim Durchtritt zumindest annähernd parallel zu einer optischen Achse (11) des Lichterzeugungsmoduls gerichtet wird, so daß eine Mischung der verschiedenen Lichtfarben erreicht wird und vom Lichterzeugungsmodul insgesamt zumindest annähernd weißes Licht ausgesandt wird.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Lichterzeugungsmodul nach der Gattung des Anspruchs 1.

Ein solches Lichterzeugungsmodul ist durch die DE 42 28 895 A1 bekannt. Dieses Lichterzeugungsmodul weist einen Reflektor, eine Halbleiterlichtquelle und ein im Strahlengang des von der Halbleiterlichtquelle ausgesandten Lichts angeordnetes Element mit einer beugungsoptischen Struktur auf, durch die hindurchtretendes Licht abgelenkt wird. Es ist nur eine Halbleiterlichtquelle vorgesehen, die Licht einer bestimmten Wellenlänge aussendet. Zur Erezugung von weißem Licht ist eine Vielzahl der Lichterzeugungsmodule in einer Beleuchtungseinrichtung angeordnet, wobei durch die beugungsoptischen Strukturen der Elemente der Lichterzeugungsmodule das von diesen ausgesandte Licht unterschiedlicher Wellenlängen derart abgelenkt werden soll, daß insgesamt aus der Beleuchtungseinrichtung weißes Licht austritt. Die Lichterzeugungsmodule müssen dabei in genau definierter Verteilung und exakter Lage in der Beleuchtungseinrichtung angeordnet sein, um sicherzustellen, daß weißes Licht ohne störende Farberscheinungen austritt. Darüberhinaus müssen Lichterzeugungsmodule für Licht mit den verschiedenen Wellenlängen vorgesehen werden.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Lichterzeugungsmodul mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch dieses bereits weißes Licht ausgesandt wird. Es können somit einheitlich ausgebildete Lichterzeugungsmodule in beliebiger Anordnung vorgesehen werden, wobei immer weißes Licht erhalten wird. Darüberhinaus wird durch die unterschiedlichen, auf die verschiedenen Lichtfarben der Halbleiterlichtquelle abgestimmten beugungsoptischen Strukturen des Elements eine gute Farbmischung und damit über einen großen Winkelbereich weißes Licht erreicht.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Lichterzeugungsmoduls angegeben.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Lichterzeugungsmodul gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einem Längsschnitt, Fig. 2 ein Lichterzeugungsmodul gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einem Längsschnitt und Fig. 3 eine Beleuchtungseinrichtung mit erfindungsgemäßen Lichterzeugungsmodulen.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In den Fig. 1 und 2 ist ein Lichterzeugungsmodul dargestellt, das zum Erzeugen von weißem Licht dient. Das Lichterzeugungsmodul weist einen Reflektor 10 auf, auf dem drei Halbleiterlichtquellen 12, 13, 14 angeordnet sind. Die Halbleiterlichtquellen 12, 13, 14 sind beispielsweise nebeneinander auf dem Reflektor 10 angeordnet. Von der in den Fig. 1 und 2 links angeordneten Halbleiterlichtquelle 12 wird rotes Licht 16 ausgesandt, von der mittleren Halbleiterlichtquelle 13 wird grünes Licht 17 ausgesandt und von der rechts angeordneten Halbleiterlichtquelle 14 wird blaues Licht 18 ausgesandt. Durch den Reflektor 10 wird von den Halbleiterlichtquellen 12, 13, 14 ausgesandtes Licht 16, 17, 18 reflektiert. Der Reflektor 10 kann beispielsweise annähernd eben oder in beliebiger Weise gekrümmt ausgebildet sein. Das Lichterzeugungsmodul weist eine optische Achse 11 auf, die senkrecht zur Oberfläche des Reflektors 10 verläuft.

Als Halbleiterlichtquellen 12, 13, 14 können Leuchtdioden verwendet werden, die bei einem Stromfluß sichtbare Strahlung aussenden. Außerdem können auch Laserdioden verwendet werden, die die unmittelbare Umwandlung elektrischer Energie in Laserlicht ermöglichen.

Im Strahlengang des von den Halbleiterlichtquellen 12, 13, 14 ausgesandten Lichts 16, 17, 18 und des vom Reflektor 10 reflektierten Lichts ist gemäß einem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel des Lichterzeugungsmoduls ein lichtdurchlässiges Element 20 angeordnet, das beispielsweise in Form einer zumindest annähernd ebenen, dünnen Scheibe ausgebildet ist. Das Element 20 kann aus Glas oder Kunststoff bestehen und ist zumindest annähernd senkrecht zur optischen Achse 11 des Lichterzeugungsmoduls angeordnet. Am Element 20 sind unterschiedliche beugungsoptische Strukturen 22, 23, 24 ausgebildet. Diese Strukturen sind beispielsweise als Beugungsgitter ausgebildet und in mehreren Schichten einander überlagert, wobei in jeder Schicht jeweils eine Struktur 22, 23, 24 ausgebildet ist. Die Strukturen 22, 23, 24 können auch in einer einzigen Schicht und damit in einer Ebene angeordnet sein. Die Abstände der Gitterlinien der Strukturen 22, 23, 24 liegen in der Größenordnung der Wellenlänge der Lichtfarbe, für die diese ausgelegt sind. Durch die beugungsoptischen Strukturen 22, 23, 24 des Elements 20 wird das hindurchtretende Licht abhängig von seiner Farbe unterschiedlich abgelenkt. Das Element 20 ist ein holografisches optisches Element, wobei die beugungsoptischen Strukturen 22, 23, 24 holografische Interferenzmuster darstellen. Das Element 20 bildet drei überlagerte optisch wirksame Elemente, eines für jede Lichtfarbe. Jede Struktur 22, 23, 24 ist für die Lichtfarbe des von einer Halbleiterlichtquelle 12, 13, 14 ausgesandten Lichts 16, 17, 18 ausgelegt, so daß Licht einer bestimmten Farbe durch die zugehörige Struktur 22, 23, 24 in einer bestimmten Weise abgelenkt wird. Die Struktur 22 ist für das von der Halbleiterlichtquelle 12 ausgesandte rote Licht 16 ausgelegt, die Struktur 23 ist für das von der Halbleiterlichtquelle 13 ausgesandte grüne Licht 17 ausgelegt und die Struktur 24 ist für das von der Halbleiterlichtquelle 14 ausgesandte blaue Licht 18 ausgelegt.

Es ist dabei vorgesehen, daß durch jede Struktur 22, 23, 24 zumindest im wesentlichen nur Licht der Farbe abgelenkt wird, für die die jeweilige Struktur ausgelegt ist, während Licht anderer Farbe zumindest im wesentlichen unbeeinflußt durch die Strukturen hindurchtritt. Vorzugsweise wird von den Halbleiterlichtquellen 12, 13, 14 ausgesandtes Licht und vom Reflektor 10 reflektiertes Licht durch die Strukturen 22, 23, 24 derart abgelenkt, daß dieses nach dem Durchtritt durch das Element 20 jeweils zumindest annähernd zueinander parallel verläuft und zumindest annähernd parallel zur optischen Achse 11 des Lichterzeugungsmoduls verläuft. Hierdurch wird eine gleichmäßige Mischung der verschiedenen Lichtfarben erreicht und aus dem Lichterzeugungsmodul tritt zumindest annähernd weißes Licht aus. Das aus dem Lichterzeugungsmodul austretende Licht weist eine Abweichung von einem parallelen Verlauf zur optischen Achse 11 von höchstens 5° auf, vorzugsweise von höchstens 3° auf.

Die Strukturen 22, 23, 24 in den Schichten des Elements 20 können beispielsweise mit einem Kopierverfahren in einfacher Weise erzeugt werden. Die Herstellung der Strukturen 22, 23, 24 kann beispielsweise mit einem photochemischen oder elektrochemischen Verfahren erfolgen, wobei die Strukturen in Form von Vertiefungen und/oder Erhebungen in den Schichten des Elements 20 erzeugt werden. Die Halbleiterlichtquellen 12, 13, 14 sind in nicht näher dargestellter Weise am Reflektor 10 befestigt und mit elektrischen Anschlüssen 26 verbunden, die am Lichterzeugungsmodul nach außen führen. Der Reflektor 10 mit den Halbleiterlichtquellen 12, 13, 14 und dem Element 20 sowie den Anschlüssen 26 bildet das Lichterzeugungsmodul. Das Lichterzeugungsmodul kann außerdem ein Gehäuse 28 oder einen Träger aufweisen, an dem der Reflektor 10 und das Element 20 gehalten sind. Das Lichterzeugungsmodul gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel weist eine geringe Bautiefe in Richtung der optischen Achse 11 auf.

In Fig. 2 ist das Lichterzeugungsmodul gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt, beidem wiederum der Reflektor 10 mit den Halbleiterlichtquellen 12, 13, 14 vorgesehen ist, durch die rotes Licht 16, grünes Licht 17 und blaues Licht 18 ausgesandt wird. Im Strahlengang des von den Halbleiterlichtquellen 12, 13, 14 ausgesandten Lichts und des vom Reflektor 10 reflektierten Lichts ist ein lichtdurchlässiges Element 30 in Form einer dünnen, zumindest annähernd ebenen Scheibe angeordnet. Zwischen dem Reflektor 10 und dem Element 30 ist ein weiteres optisches Element 36 angeordnet, das als gekrümmte Linse ausgebildet ist, die aus Glas oder Kunststoff bestehen kann. Die Linse 36 kann eine sphärische oder asphärische Krümmung aufweisen. Die Linse 36 kann durch eine Umhüllung des Reflektors 10 mit lichtdurchlässigem Material, insbesondere Kunststoff, gebildet sein.

Die Wirkung der Linse 36 ist derart, daß durch diese von den Halbleiterlichtquellen 12, 13, 14 ausgesandtes Licht 16, 17, 18 und vom Reflektor 10 reflektiertes Licht jeweils einer Farbe zumindest annähernd parallel gerichtet wird. Beispielsweise verläuft das von der Halbleiterlichtquelle 12 ausgesandte rote Licht 16 nach dem Durchtritt durch die Linse 36 zumindest annähernd parallel zueinander, jedoch zur optischen Achse 11 nach rechts geneigt. Von der Halbleiterlichtquelle 13 ausgesandtes grünes Licht 17 verläuft nach dem Durchtritt durch die Linse 36 zumindest annähernd parallel zueinander und beispielsweise zumindest annähernd parallel zur optischen Achse 11. Von der Halbleiterlichtquelle 14 ausgesandtes blaues Licht 18 verläuft nach dem Durchtritt durch die Linse 36 zumindest annähernd parallel zueinander, jedoch beispielsweise zur optischen Achse 11 nach links geneigt. Das Element 30 weist wiederum mehrere Schichten auf, in denen unterschiedliche beugungsoptische Strukturen 32, 33, 34 ausgebildet sind. Da das grüne Licht 17 bereits durch die Linse 36 zumindest annähernd parallel zur optischen Achse 11 gerichtet verläuft, kann eine entsprechende, für das grüne Licht 17 ausgelegte Struktur 33 des Elements 30 auch entfallen. Durch die Strukturen 32, 34 werden das rote Licht 16 und das blaue Licht 18 derart abgelenkt, daß dieses wie das grüne Licht 17 nach dem Durchtritt durch das Element 30 zumindest annähernd parallel zur optischen Achse 11 verläuft. Nach dem Durchtritt durch das Element 30 verläuft das gesamte aus dem Leichterzeugungsmodul austretende Licht zumindest annähernd parallel zueinander und zumindest annähernd parallel zur optischen Achse 11, so daß zumindest annähernd weißes Licht erhalten wird. Das Lichterzeugungsmodul gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weist infolge der Linse 36 eine etwas größere Bautiefe in Richtung der optischen Achse 11 auf als das Lichterzeugungsmodul gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Auch bei der Ausbildung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel verläuft das aus dem Lichterzeugungsmodul austretende Licht nach dem Durchtritt durch das Element 30 mit einer Abweichung vom parallelen Verlauf zur optischen Achse 11 von maximal 5°, vorzugsweise maximal 3°.

In Fig. 3 ist vereinfacht eine Beleuchtungseinrichtung, beispielsweise ein Scheinwerfer für Kraftfahrzeuge, dargestellt, die eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Lichterzeugungsmodulen 40 gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel aufweist. Die Lichterzeugungsmodule 40 können beliebig verteilt angeordnet sein und in beliebigen Kombinationen betrieben werden, um unterschiedliche Charakteristiken des aus der Beleuchtungseinrichtung austretenden Lichtbündels zu erzeugen. Die Anordnung und Verteilung der Lichterzeugungsmodule 40 hat keinen Einfluß auf die Farbe des aus der Beleuchtungseinrichtung austretenden Lichts, da bereits jedes Lichterzeugungsmodul zumindest annähernd weißes Licht aussendet.

Claims

1. Lichterzeugungsmodul mit einem Reflektor (10), mit wenigstens einer Halbleiterlichtquelle (12, 13, 14) und mit wenigstens einem im Strahlengang des von der Halbleiterlichtquelle (12, 13, 14) ausgesandten Lichts angeordneten lichtdurchlässigen Element (20; 30), das wenigstens eine beugungsoptische Struktur (22, 23, 24; 32, 33, 34) aufweist, durch die hindurchtretendes Licht abgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens drei Halbleiterlichtquellen (12, 13, 14) vorgesehen sind, von denen wenigstens eine Halbleiterlichtquelle (12) zumindest annähernd rotes Licht (16) aussendet, wenigstens eine Halbleiterlichtquelle (13) zumindest annähernd grünes Licht (17) aussendet und wenigstens eine Halbleiterlichtquelle (14) zumindest annähernd blaues Licht (18) aussendet und daß das wenigstens eine Element (20; 30) unterschiedliche beugungsoptische Strukturen (22, 23, 24; 32, 33, 34) für die verschiedenen Lichtfarben (16, 17, 18) aufweist, durch die das von den Halbleiterlichtquellen (12, 13, 14) ausgesandte Licht beim Durchtritt zumindest annähernd parallel zu einer optischen Achse (11) des Lichterzeugungsmoduls gerichtet wird.

2. Lichterzeugungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Halbleiterlichtquellen (12, 13, 14) und dem Element (30) wenigstens ein weiteres optisch wirksames Element (36) angeordnet ist, durch das von den Halbleiterlichtquellen (12, 13, 14) ausgesandtes Licht abgelenkt wird.

3. Lichterzeugungsmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch das optisch wirksame Element (36) das von den Halbleiterlichtquellen (12, 13, 14) ausgesandte Licht einer Lichtfarbe (16, 17, 18) jeweils zumindest annähernd parallel gerichtet wird, wobei Licht unterschiedlicher Farbe in unterschiedlichen Richtungen verläuft und daß durch die beugungsoptischen Strukturen (32, 33, 34) des Elements (30) durch dieses hindurchtretendes Licht zumindest annähernd parallel zur optischen Achse (11) gerichtet wird.

4. Lichterzeugungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beugungsoptischen Strukturen (22, 23, 24; 32, 33, 34) des Elements (20; 30) in mehreren übereinander liegenden Schichten einander überlagert sind.

5. Lichterzeugungsmodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch jede beugungsoptische Struktur (22, 23, 24; 32, 33, 34) zumindest im wesentlichen nur Licht einer Farbe abgelenkt wird.

6. Lichterzeugungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beugungsoptischen Strukturen (22, 23, 24; 32, 33, 34) des Elements (20; 30) in einer Ebene liegen.

7. Lichterzeugungsmodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die beugungsoptischen Strukturen (22, 23, 24; 32, 33, 34) des Elements (20; 30) hindurchtretendes Licht abhängig von seiner Farbe unterschiedlich abgelenkt wird.