DE102012201192A1

DE102012201192A1 - Leuchtvorrichtung mit Leuchtstoffrad

Info

Publication number: DE102012201192A1
Application number: DE102012201192A
Authority: DE
Inventors: Oliver Mehl
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Coretronic Corp
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2012-01-27
Publication date: 2013-08-01
Also published as: CN104081114A; CN104081114B; WO2013110495A3; US20140369025A1; WO2013110495A2; US9476573B2

Abstract

Die Leuchtvorrichtung (11) ist mit einer Lichterzeugungseinrichtung (12) zur Erzeugung eines Primärlichts (B) und mit mindestens einem der Lichterzeugungseinrichtung (12) optisch nachgeschalteten Leuchtstoffrad (17, 28), welches Leuchtstoffrad (17, 28) mindestens einen Leuchtstoff (20, 30) zur Wellenlängenumwandlung des Primärlichts (B) in ein Sekundärlicht (R, G) aufweist, ausgerüstet, wobei der Lichterzeugungseinrichtung (12) mehrere Leuchtstoffräder (17, 28) optisch nachgeschaltet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchtvorrichtung mit einer Lichterzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Primärlichts und mit mindestens einem der Lichterzeugungseinrichtung optisch nachgeschalteten Leuchtstoffrad, welches Leuchtstoffrad mindestens einen Leuchtstoff zur Wellenlängenumwandlung des Primärlichts in ein Sekundärlicht aufweist.
In Projektoren, die zur Lichterzeugung Leuchtstoffe verwenden, werden üblicherweise ein Laser und ein dem Laser nachgeschaltetes, rotierendes Leuchtstoffrad eingesetzt (LARP; 'Laser Activated Remote Phosphhor'). Das Leuchtstoffrad weist typischerweise eine zentrale Antriebswelle auf, welche von einem Motor angetrieben wird.
Der Laser erzeugt Primärlicht, das zumindest teilweise durch auf dem Leuchtstoffrad befindliche Leuchtstoffe in Sekundärlicht größerer Wellenlänge ('Down Conversion') umgewandelt wird. Dabei dreht sich das Leuchtstoffrad typischerweise mit konstanter Winkelgeschwindigkeit unter einem ortfesten Lichtfleck des Primärlichtstrahls. Durch eine ausreichend schnelle sequentielle Abfolge der Lichtanteile kann der Mensch die einzelnen Farbanteile nicht mehr auflösen, und es wird praktisch ein Summenlicht erzeugt, dessen Summenfarbort sich aus einer Überlagerung der Farborte der einzelnen Farbanteile ergibt. Ein Anteil der einzelnen Farbanteile aus Primärlicht und Sekundärlicht ist dabei vor allem durch eine Winkelsektorlänge der Leuchtstoffe auf dem Leuchtstoffrad gegeben. Solche Projektoren sind grundsätzlich bekannt und brauchen hier nicht weiter beschrieben zu werden. Bei einer Bestrahlung des Leuchtstoffrads wird in dem Leuchtstoff eine bestimmte Verlustleistung erzeugt, die zum größten Teil auf dem sog. Stokes-Shift (welcher einer Energiedifferenz der Photonen zwischen der absorbierten und der emittierten Strahlung) beruht. Diese Verlustleistung führt zu einer Erwärmung des Leuchtstoffs. Die Verlustwärme wird durch Konvektion, Strahlungskühlung sowie durch Wärmeleitung des Trägermaterials des Leuchtstoffrads hin zur Motorachse des Leuchtstoffrads abgeführt, so dass sich eine stabile Betriebstemperatur einstellt. Viele Leuchtstoffe (z.B. nitridische Leuchtstoffe für den roten Spektralbereich) zeigen eine Konversionseffizienz, die stark von einer Betriebstemperatur abhängig ist. Zur Erhöhung und/oder Skalierung der Ausgangsleistung derartiger Projektoren kann eine Primärlichtleistung erhöht werden, was aber auch die Verlustwärme erhöht. Dadurch wiederum erhöht sich die Betriebstemperatur des Leuchtstoffs und des Leuchtstoffrades. Aufgrund der Temperaturabhängigkeit einer Konversionseffizienz von Leuchtstoffen sinkt die Gesamteffizienz der Lichterzeugung mit steigender Leistung.
Dies wird bisher durch eine Vergrößerung eines Raddurchmessers des Leuchtstoffrads kompensiert, da dann eine größere Fläche für die Wärmeabfuhr zur Verfügung steht und eine Reduktion der mittleren Leistungsdichte ermöglicht wird. So ist der Raddurchmesser häufig von 33 mm auf 40 mm und jetzt 55 mm oder sogar 70 mm gestiegen. Aufgrund der Anforderungen an den Bauraum und auch an die Leistung eines Motors des Leuchtstoffrads sind diesem Konzept jedoch Grenzen gesetzt.
Alternativ kann auch eine Reduktion der mittleren Verlustleistung erzielt werden, indem ein roter Lichtanteil nicht durch eine Wellenlängenkonversion mittels eines Leuchtstoffs, sondern mittels einer roten Leuchtdiode (LED) erzeugt wird. Aufgrund der dabei begrenzten Leuchtdichte von LEDs ist jedoch eine Lichtstromsteigerung auf mehrere Tausend Lumen nicht möglich oder nur unter erheblicher Vergrößerung einer Abbildungseinheit, was wiederum mit einer überproportional großen Kostensteigerung verbunden ist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine Leuchtvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche mit einfachen Mitteln eine verringerte Erwärmung zumindest eines der Leuchtstoffe bereitstellt.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Leuchtvorrichtung mit mindestens einer Lichterzeugungseinrichtung zur Erzeugung von Primärlicht und mit mindestens einem der Lichterzeugungseinrichtung optisch nachgeschalteten Leuchtstoffrad, welches Leuchtstoffrad mindestens einen Leuchtstoff zur Wellenlängenumwandlung des Primärlichts in ein Sekundärlicht aufweist, wobei der Lichterzeugungseinrichtung mehrere Leuchtstoffräder optisch nachgeschaltet sind.
Durch die Verwendung mehrerer Leuchtstoffräder können Leuchtstoffe auf unterschiedliche Leuchtstoffräder aufgeteilt und damit thermisch entkoppelt werden. Die an den Leuchtstoffen entstehende Verlustwärme kann über folglich mehrere Leuchtstoffräder abgeführt werden, was eine Wärmeableitung erheblich verbessert und folglich eine Verringerung eines Temperaturanstiegs der Leuchtstoffe ermöglicht. Dies wiederum ermöglicht beispielsweise die Leistungsskalierung der Leuchtvorrichtung in den Bereich mehrerer Tausend Lumen. Zudem ist die Leuchtvorrichtung mit einfachen Mitteln umsetzbar.
Unter einem Leuchtstoffrad kann insbesondere eine drehbare Scheibe verstanden werden, welcher mindestens einen durch das Primärlicht bestrahlbaren Leuchtstoffbereich aufweist. Ein Leuchtstoffbereich kann einen oder mehrere Leuchtstoffe aufweisen. Falls die Scheibe eine kreisförmige Scheibe ist, kann ein Leuchtstoffbereich insbesondere ringsektorförmig ausgestaltet sein. Da das auf das Leuchtstoffrad strahlende Primärlicht dort typischerweise einen ortfesten Lichtfleck erzeugt, dreht sich ein Leuchtstoffbereich unter dem Lichtfleck. Ein Farbanteil eines durch den Leuchtstoffbereich erzeugten Lichts ist damit proportional zu einer Bogenlänge des Leuchtstoffbereichs.
Dass ein Leuchtstoffrad der Lichterzeugungseinrichtung optisch nachgeschaltet ist, bedeutet insbesondere, dass das Leuchtstoffrad in oder nach einem Lichtpfad des von der Lichterzeugungseinrichtung erzeugten Primärlichts angeordnet ist.
Eine Drehbewegung der Leuchträder ist miteinander synchronisiert. Insbesondere können die Leuchträder eine vorbestimmte Dreh- oder Winkelstellung zueinander einnehmen und mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit oder Umdrehungsgeschwindigkeit gedreht werden. So wird eine fest vorbestimmte relative (Winkel-)Position der Leuchträder zueinander und folglich eine vorbestimmte sequenzielle Abfolge der einzelnen Farbanteile ermöglicht.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der Lichterzeugungseinrichtung mehrere Leuchtstoffräder optisch seriell nachgeschaltet sind. Dies kann insbesondere bedeuten, dass die Leuchtstoffräder sich in zumindest einer Drehstellung der Leuchträder seriell in einem Lichtpfad des von der Lichterzeugungseinrichtung erzeugten Primärlichts befinden. Dadurch wird außer dem zweiten oder weiteren Leuchtstoffrad kein weiteres Bauteil notwendig, um die Primärstrahlung auf die einzelnen Leuchtstoffräder aufzuteilen.
Alternativ mag die Lichterzeugungseinrichtung einen oder mehrere Strahlteiler aufweisen, um den Lichtpfad in mehrere Zweige oder Pfade aufzuteilen.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die mehreren Leuchtstoffräder seriell hintereinander geschaltet sind und jeweils unterschiedliche Leuchtstoffe aufweisen. Dadurch kann eine Temperaturabhängigkeit der Leuchtstoffe besonders einfach berücksichtigt werden.
Es ist eine Ausgestaltung davon, dass auf mindestens einem der mehreren Leuchtstoffräder mindestens ein Leuchtstoff mit einer vergleichsweise geringen Temperaturabhängigkeit vorhanden ist und auf mindestens einem anderen der mehreren Leuchtstoffräder ein Leuchtstoff mit einer vergleichsweise großen Temperaturabhängigkeit (z.B. ein nitridischer 'roter' Leuchtstoff) vorhanden ist. Folglich können auf einem Leuchtstoffrad mehrere thermisch vergleichsweise unempfindliche Leuchtstoffe angeordnet sein, was eine Zahl der Leuchtstoffräder reduziert.
Alternativ mag eine Aufteilung der Leuchtstoffe auf unterschiedliche Leuchtstoffräder umfassen, dass zumindest ein Leuchtstoff auf unterschiedliche Leuchtstoffräder aufgeteilt ist, also zumindest zwei Leuchtstoffräder den gleichen Leuchtstoff aufweisen. So wird eine besonders effektive Kühlung eines solchen Leuchtstoffs ermöglicht.
Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass die Leuchtstoffräder so ausgestaltet und anordenbar sind, dass in zumindest einer entsprechenden Drehstellung der Leuchtstoffräder das Primärlicht auf einen Leuchtstoff eines jeweiligen der Leuchtstoffräder fällt. Dadurch kann jeder der Leuchtstoffe der Leuchtstoffräder mit Primärlicht bestrahlt werden. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass zur Bestrahlung eines Leuchtstoffrads, welches mindestens einem anderen (vorgeschalteten) Leuchtstoffrad nachgeschaltet ist, bei dem mindestens einen vorgeschalteten Leuchtstoffrad ein für das Primärlicht durchlässiger Durchlassbereich von den Primärlicht durchleuchtbar ist oder in den Lichtpfad des Primärlichts hineingedreht ist. In anderen Worten ist das Primärlicht (ohne Wellenlängenumwandlung) durch die vorgeschalteten Leuchtstoffräder hindurch strahlbar.
Ein Durchlassbereich kann durch einen freien oder offenen Bereich in dem Leuchtstoffrad gebildet sein, z.B. einen ringsektorförmigen Schlitz, oder durch eine für das Primärlicht durchlässige Abdeckung, z.B. eine transparente Scheibe oder Folie.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass in einer Durchlass-Drehstellung das Primärlicht ohne Wellenlängenumwandlung durch die Leuchtstoffräder hindurchstrahlbar ist. Dadurch kann das Primärlicht als ein Lichtanteil des Summenlichts auf besonders einfache Weise bereitgestellt werden.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass das Primärlicht einen sichtbaren Spektralbereich, insbesondere blaues Licht, aufweist. Das Primärlicht kann als ein Lichtanteil des Summenlichts verwendet werden und weist insbesondere als blaues Primärlicht eine hohe Energie auf, so dass durch Leuchtstoffe Sekundärlicht in einem großen Spektralbereich erzeugbar ist.
Es ist noch eine Weiterbildung, dass das Primärlicht blaues Licht ist (z.B. mit einer Wellenlänge von 460 nm) und ein 'roter' Leuchtstoff das blaue Primärlicht in rotes Sekundärlicht umwandelt und ein 'grüner' Leuchtstoff das blaue Primärlicht in grünes Sekundärlicht umwandelt. Dadurch wird ein (sequentielles) Summenfarblicht aus roten, grünen und blauen Farbanteilen und damit ein großer Farbraum oder Gamut bereitgestellt. Der grüne Leuchtstoff und der rote Leuchtstoff können insbesondere auf unterschiedlichen Leuchtstoffrädern bzw. deren Leuchtstoffbereichen angeordnet sein. Jedoch ist die Leuchtvorrichtung nicht darauf beschränkt und kann andere oder zusätzliche Farbstoffe oder Farbanteile vorsehen, z.B. zusätzlich einen ('gelben') Farbstoff, welcher das blaue Primärlicht in gelbes Sekundärlicht umwandelt.
Das zusätzliche Vorsehen eines 'gelben' Farbstoffs unterstützt eine Stabilisierung eines Weißpunkts, eine Gesamteffizienz und den gelb bis roten Spektralanteil mit mehr Lumen.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass in keiner Drehstellung das Primärlicht ohne Wellenlängenumwandlung durch die Leuchtstoffräder hindurchstrahlbar ist. Dadurch ist auf besonders einfache Weise eine Leuchtvorrichtung umsetzbar, bei welcher das Primärlicht keinen Anteil des Summenlichts bildet.
Eine Weiterbildung davon ist, dass das Primärlicht blaues Licht umfasst, insbesondere mit einer Wellenlänge von 405 nm oder 445 nm. Ein blaues Licht von 440 bis 460 nm, insbesondere von 445 nm, ist sehr energiereich und vergleichsweise einfach durch InGaN-Laser mit hoher Leistung und Effizienz erzeugbar. Auch umfasst von dieser Weiterbildung ist die Verwendung eines blauen Primärlichts einer Wellenlänge von 405 nm und einer Verwendung von (mindestens) drei Leuchtstoffen, z.B. einem 'blauen' Leuchtstoff, welcher das blaue Primärlicht der Wellenlänge von 405 nm in blaues Sekundärlicht einer Wellenlänge von 460 nm umwandelt, einem roten Leuchtstoff und einem grünen Leuchtstoff aufweist.
Eine andere Weiterbildung davon ist, dass das Primärlicht UV-Licht umfasst und die Leuchtvorrichtung beispielsweise Leuchträder mit entsprechenden blauen, roten und grünen Leuchtstoffen.
Es ist noch eine Weiterbildung, dass die Leuchtstoffe auf jeweiligen Leuchtstoffrädern angeordnet sind; der blaue, rote und grüne Leuchtstoff also auf drei Leuchtstoffrädern. Dies ermöglicht eine besonders gute Wärmeabfuhr von den Leuchtstoffen.
Es ist eine alternative Weiterbildung, dass ein thermisch vergleichsweise unempfindlicher (z.B. blauer, gelber und/oder grüner) Farbstoff auf einem gemeinsamen Farbstoffrad angeordnet ist und ein thermisch empfindlicherer (z.B. roter, insbesondere nitridischer) Leuchtstoff als dort einziger Leuchtstoff auf einem anderen Farbrad angeordnet ist. Dies ermöglicht eine ausreichende Kühlung aller Leuchtstoffe bei einer geringen Zahl an Leuchtstoffrädern.
Die Lichterzeugungseinrichtung ist insbesondere kontinuierlich betreibbar, was einen besonders hohen Lichtstrom oder Helligkeit ermöglicht. Die Lichterzeugungseinrichtung kann aber auch gepulst oder getaktet betreibbar sein.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Lichterzeugungseinrichtung mindestens eine Laserlichtquelle aufweist. Diese ermöglicht eine hohe Strahlintensität und weist eine kompakte Bauform und hohe Lebensdauer auf. Zudem ist das davon erzeugte Primärlicht (Pumplicht) sehr präzise reproduzierbar. Die mindestens eine Laserlichtquelle kann insbesondere mindestens eine Laserdiode umfassen.
Jedoch ist die Lichterzeugungseinrichtung nicht auf die Verwendung mindestens eines Lasers als Lichtquelle beschränkt sondern mag z.B. auch mindestens eine andere Halbleiterlichtquelle wie eine LED umfassen. Auch ist z.B. die Verwendung einer breitbandigen Lichtquelle mit nachgeschaltetem Spektralfilter möglich.
Es ist eine zur einfachen und kompakten Auskopplung des Sekundärlichts vorteilhafte Ausgestaltung, dass zumindest einem, insbesondere jedem, Leuchtstoffrad ein dichroitischer Spiegel vorgeschaltet ist, welcher für das auf dieses Leuchtstoffrad einfallende Licht, insbesondere Primärlicht, durchlässig und für das von dem mindestens einen Leuchtstoff dieses Leuchtstoffrads wellenumgewandelte Sekundärlicht reflektierend ausgebildet ist.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die Leuchtvorrichtung ein Projektor oder ein Teil eines Projektors ist.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
Die Fig. skizziert eine Leuchtvorrichtung 11 mit einer Lichterzeugungseinrichtung 12. Die Lichterzeugungseinrichtung 12 kann z.B. einen Teil eines Projektors darstellen. Die Lichterzeugungseinrichtung 12 weist mindestens eine Halbleiterlichtquelle in Form mindestens einer Laserdiode 13 auf (z.B. ein Laserarray mit nachgeschalteter Kollimationsoptik), die blaues Primärlicht B mit einer Spitzenwellenlänge von ca. 440 bis 460 nm emittieren kann. Das blaue Primärlicht B trifft auf einen ersten dichroitischen, insbesondere dielektrischen, Spiegel 14, welcher zumindest für das blaue Primärlicht B durchlässig ist. Nach Durchlaufen des ersten dichroitischen Spiegels 14 trifft das Primärlicht B auf eine erste Fokussieroptik aufweisend zwei Linsen 15, 16, welche das blaue Primärlicht B auf ein erstes Leuchtstoffrad 17 fokussieren. Das erste Leuchtstoffrad 17 ist also der Lichterzeugungseinrichtung 12 optisch nachgeschaltet.
Das erste Leuchtstoffrad 17 weist ein kreisförmiges Substrat 18 auf, das mittels einer mittig angeordneten Antriebswelle 19 insbesondere mit einer konstanten Umdrehungsgeschwindigkeit oder Drehzahl drehbar ist. Auf dem Substrat 18 befinden sich zwei zumindest in etwa halbkreisförmige Segmente 20, 21 (darüber frontal dargestellt), welche bei Drehung des Leuchtstoffrad 17 von dem (fokussierten) blauen Primärlicht B bestrahlt werden. Durch die Drehung des Leuchtstoffrads 17 läuft ein Lichtfleck des blauen Primärlichts B kreisbogenförmig über die Segmente 20, 21.
Ein erstes der Segmente 20, 21 ist als ein 'grüner' Leuchtstoffbereich 20 ausgebildet, welcher auf der dem ersten dichroitischen Spiegel 14 und der Fokussieroptik 15, 16 zugewandten Seite des Substrats 18 „grünen“ Leuchtstoff zur insbesondere vollständigen Umwandlung des blauen Primärlichts B in grünes Sekundärlicht G aufweist. Das grüne Sekundärlicht G wird zurück durch die erste Fokussieroptik 15, 16 auf den ersten dichroitischen Spiegel 14 gestrahlt. Der erste dichroitische Spiegel 14 ist für das grüne Sekundärlicht G spekular reflektierend ausgebildet und koppelt das grüne Sekundärlicht G aufgrund seiner schrägen Stellung zu einem von dem blauen Primärlicht B definierten Lichtpfad seitlich aus, z.B. auf einen ersten Umlenkspiegel 22.
Ein zweites der Segmente 20, 21 ist als ein Durchlassbereich 21 ausgebildet, welcher das blaue Primärlicht B durchlässt. Der Durchlassbereich 21 kann z.B. als ein bogenförmiger Schlitz ausgebildet sein, wodurch Verluste vermieden werden. Bei geeigneter Winkelstellung des Leuchtstoffrads 17 durchläuft das blaue Primärlicht B also den Durchlassbereich 21 und trifft auf eine durch zwei Linsen 23, 24 gebildete Strahlaufweitungsoptik zur Aufweitung und Kollinearisierung des zuvor auf das Leuchtstoffrad 17 fokussierten blauen Primärlichts B.
Danach durchläuft das nun wieder aufgeweitete blaue Primärlicht B einen zweiten dichroitischen Spiegel 25, welcher für das blaue Primärlicht B durchlässig ist. Danach trifft das Primärlicht B auf eine zweite Fokussieroptik aufweisend zwei Linsen 26, 27, welche das blaue Primärlicht B auf ein zweites Leuchtstoffrad 28 fokussiert. Das zweite Leuchtstoffrad 28 ist also sowohl der Lichterzeugungseinrichtung 12 als auch dem ersten Leuchtstoffrad 17 optisch nachgeschaltet und optisch seriell zu dem ersten Leuchtstoffrad 17 angeordnet.
Das zweite Leuchtstoffrad 28 weist ebenfalls zwei (darüber frontal dargestellte) ringsektorförmige Segmente 29, 30 auf, welche bei Drehung des zweiten Leuchtstoffrads 28 von dem (dann wieder fokussierten) blauen Primärlicht B bestrahlt werden. Das zweite Leuchtstoffrad 28 weist zudem einen unbestimmten Bereich auf, welcher z.B. direkt das Substrat 18 aufweist.
Ein erstes der Segmente 29, 30 ist als ein „roter“ Leuchtstoffbereich 29 ausgebildet, welcher auf der dem zweiten dichroitischen Spiegel 25 und der Fokussieroptik 26, 27 zugewandten Seite des Substrats 18 „roten“ Leuchtstoff zur insbesondere vollständigen Umwandlung des blauen Primärlichts B in rotes Sekundärlicht R aufweist. Das rote Sekundärlicht R wird zurück durch die Fokussieroptik 26, 27 auf den zweiten dichroitischen Spiegel 25 gestrahlt. Der zweite dichroitische Spiegel 25 ist für das rote Sekundärlicht R spekular reflektierend ausgebildet und koppelt es aufgrund seiner schrägen Stellung zu einem von dem blauen Primärlicht B definierten Lichtpfad P seitlich aus, z.B. auf einen dritten dichroitischen Spiegel 31, welcher für das rote Sekundärlicht R reflektierend ausgebildet ist.
Ein zweites der Segmente 29, 30 ist als ein Durchlassbereich 30 ausgebildet, welcher das blaue Primärlicht B durchlässt. Der Durchlassbereich 30 kann z.B. als ein bogenförmiger Schlitz ausgebildet sein. Bei geeigneter Winkelstellung des Leuchtstoffrads 28 durchläuft das blaue Primärlicht B also den Durchlassbereich 30 und trifft auf eine durch eine Linse 32 gebildete Strahlaufweitungsoptik zur Aufweitung des zuvor auf das zweite Leuchtstoffrad 28 fokussierten blauen Primärlichts B. Danach trifft das aufgeweitete blaue Primärlicht B auf einen zweiten Umlenkspiegel 33, der das blaue Primärlicht B weiter auf einen vierten dichroitischen Spiegel 34 richtet, welcher für das blaue Primärlicht B reflektierend ausgebildet ist.
Der Umlenkspiegel 22 sowie die dichroitischen Spiegel 31 und 34 bilden eine Strahlvereinigungseinrichtung, welche bewirkt, dass ein hinter dem vierten dichroitischen Spiegel 34 ergebender Ausgangslichtstrahl E sich aus einer gleichgerichteten (sequentiellen) Kombination des grünen Sekundärlichts G, des roten Sekundärlichts R und des blauen Primärlichts B zusammensetzt. Dazu ist der dritte dichroitische Spiegel 31 zumindest für das grüne Sekundärlicht G durchlässig, und der vierte dichroitische Spiegel 34 ist zumindest für das grüne Sekundärlicht G und das rote Sekundärlicht R durchlässig.
Durch die Entkopplung des 'grünen' Leuchtstoffs des grünen Leuchtstoffbereichs 20 von dem 'roten' Leuchtstoff des roten Leuchtstoffbereichs 29 kann das zweite Leuchtstoffrad 28 ausschließlich zur Wärmeabfuhr von dem 'roten' Leuchtstoff verwendet werden, wodurch der thermisch empfindlich reagierende rote Leuchtstoff (d.h. mit einer großen Temperaturabhängigkeit seines Konversionsverhaltens) seine Konversionseffizienz besser auf hohem Niveau halten kann. So wird auch eine Leistungsskalierung des Ausgangslichtstrahls E unterstützt.
Bei einem Betrieb der Leuchtvorrichtung 11 wird die mindestens eine Laserdiode 13 im Dauerbetrieb betrieben, was aufgrund der effektiven Wärmeabfuhr von dem roten Leuchtstoff problemlos möglich ist. Die Leuchtstoffräder 17 und 28 werden mit gleicher Drehzahl und folglich festem Drehwinkel zueinander gedreht.
In einer ersten Winkel- oder Drehstellung oder Drehstellungsbereich befindet sich der grüne Leuchtstoffbereich 20 des Leuchtstoffrads 17 im Lichtpfad des blauen Primärlichts B und wird folglich durch das blaue Primärlicht B bestrahlt. Wie bereits oben beschrieben, wird dann grünes Sekundärlicht G von der Leuchtvorrichtung 11 abgestrahlt.
Bei einer Weiterdrehung der Leuchtstoffräder 17 und 28 gerät der Durchlassbereich 21 in den Lichtpfad des blauen Primärlichts B, und gleichzeitig befindet sich der rote Leuchtstoffbereich 29 in dem Lichtpfad des blauen Primärlichts B (zweite Drehstellung). Folglich wird der rote Leuchtstoffbereich 29 durch das blaue Primärlicht B bestrahlt und folglich rotes Sekundärlicht R von der Leuchtvorrichtung 11 abgestrahlt.
Bei einer noch weiteren Drehung der Leuchtstoffräder 17 und 28 bleibt der Durchlassbereich 21 des Leuchtstoffrads 17 in dem Lichtpfad des blauen Primärlichts B, und gleichzeitig kommt der Durchlassbereich 30 des Leuchtstoffrads 28 in den Lichtpfad des blauen Primärlichts B (dritte Drehstellung oder Durchlass-Drehstellung). Folglich wird das blaue Primärlicht B ohne Wellenlängenumwandlung durch die Leuchtstoffräder 17 und 28 hindurch gestrahlt und von der Leuchtvorrichtung 11 abgestrahlt.
Der Ausgangslichtstrahl E setzt sich folglich aus einer sequenziellen Kombination des grünen Sekundärlichts G, des roten Sekundärlichts R und des blauen Primärlichts B zusammen, welche bei ausreichend schneller Abfolge für den Menschen als gemischtes Summenlicht oder Mischlicht wahrgenommen wird. Ein Anteil an dem Mischlicht ist proportional zu der (Bogen-)Länge der Leuchtstoffbereiche und entspricht hier zumindest ungefähr einem Verhältnis G:R:B von 1/2:1/4:1/4.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das gezeigte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
So mag das Primärlicht nicht in den Ausgangslichtstrahl E gekoppelt werden, z.B. falls das Primärlicht UV-Licht oder blaues Licht einer Wellenlänge von ca. 405 nm ist. Insbesondere dann mag es vorteilhaft sein, dass in keiner Drehstellung das Primärlicht ohne Wellenlängenumwandlung durch die Leuchtstoffräder hindurchstrahlbar ist.
Anstelle dessen mag z.B. analog zu den gezeigten Leuchtstoffrädern ein zusätzliches Leuchtstoffrad mit vorgeschaltetem dichroitischen Spiegel (und ggf. anderen Elementen wie einer Fokussieroptik usw.) vorhanden sein, wobei dieses Leuchtrad beispielsweise einen blauen Leuchtstoff und folglich blauen Leuchtstoffbereich tragen kann, welcher das Primärlicht in gewünschtes blaues Sekundärlicht (z.B. einer Wellenlänge von ca. 460 nm) umwandeln kann.
Alternativ mag ein Teil des Durchlassbereichs 21 auf dem ersten Leuchtstoffrad 17 als ein 'blauer' Leuchtstoffbereich ausgebildet sein. Der vorgeschaltete erste dichroitische Spiegel 14 sollte dann auch für das blaue Sekundärlicht reflektierend ausgebildet sein und der dritte dichroitische Spiegel 31 für das blaue Sekundärlicht durchlässig ausgebildet sein. Auf den zweiten Umlenkspiegel 33 und den vierten dichroitischen Spiegel 34 kann dann verzichtet werden.
Allgemein können die Längen bzw. Bogenlängen der Leuchtstoffbereiche (z.B. 20, 29) und/oder Durchlassbereiche (z.B. 21, 30) aufeinander abgestimmt sein, z.B. je nach gewünschter Anwendung. Beispielsweise können sich Leuchtstoffbereiche und/oder Durchlassbereiche auf einem Leuchtstoffrad wiederholen bzw. in mehrere beabstandete Teilbereiche aufgeteilt sein. Beispielsweise können auf dem ersten Leuchtstoffrad 17 die Bereiche 20 und 21 so ausgeführt sein, dass sie nicht einen vollen Kreisumfang von 360° umfassen, sondern beispielsweise nur 90°, und sich dann in dieser Weise viermal hintereinander wiederholen, so dass sie wieder einen Vollkreis komplett überdecken. Entsprechend kann dann der Aufbau der weiteren nachgeschalteten Leuchtstoffräder modifiziert werden. Damit lässt sich bei gleichbleibender Drehfrequenz der Farbräder die Farbsequenz des Mischlichts verkürzen und folglich eine Bildwiederholfrequenz erhöhen.
Die Leuchtvorrichtung ist allgemein nicht auf das Vorsehen nur einer Lichterzeugungseinrichtung beschränkt und mag auch zwei oder mehr Lichterzeugungseinrichtungen aufweisen. Auch mag mittels der mindestens einen Lichterzeugungseinrichtung mehr als ein Primärlichtstrahl auf die Leuchtstoffräder eingestrahlt werden, und zwar auch aus unterschiedlichen Richtungen.
So mag es eine weitere allgemeine Weiterbildung sein, dass die Leuchtvorrichtung 11 z.B. dahingehend 'verdoppelt' wird, dass spiegelbildlich zu der ersten Lichterzeugungseinrichtung 12 eine zweite Lichterzeugungseinrichtung 12' dergestalt angeordnet ist, dass Primärstrahlung von der anderen Seite auf die Leuchtstoffräder einstrahlt. Alternativ mag dies durch eine Strahlaufteilung des von nur einer Lichterzeugungseinrichtung erzeugten Primärlichtstrahls erreicht werden.
Durch die beidseitige Bestrahlung kann vorteilhafterweise eine besonders hohe Strahlungsleistung der Leuchtvorrichtung erreicht werden. Insbesondere mag ein Leuchtstoffrad beidseitig bestrahlt werden, welches thermisch wenig empfindlichen Leuchtstoff aufweist, z.B. grünen und blauen Farbstoff. Durch die beidseitige Bestrahlung kann ferner eine gleichmäßigere Wärmebelastung des Leuchtstoffrads von beiden Seiten aus erreicht werden. Zudem ist es so möglich, zwei oder mehr Farbräume räumlich zu trennen, z.B. durch ein Vorsehen eines Leuchtstoffs auf einer Seite und eines anderen Leuchtstoffs auf einer anderen Seite des gleichen Leuchtstoffrads.

Claims

Leuchtvorrichtung (11) mit – mindestens einer Lichterzeugungseinrichtung (12) zur Erzeugung eines Primärlichts (B) und mit – mindestens einem der Lichterzeugungseinrichtung (12) optisch nachgeschalteten Leuchtstoffrad (17, 28), welches Leuchtstoffrad (17, 28) mindestens einen Leuchtstoff (20, 30) zur Wellenlängenumwandlung des Primärlichts (B) in ein Sekundärlicht (R, G) aufweist, wobei – der Lichterzeugungseinrichtung (12) mehrere Leuchtstoffräder (17, 28) optisch nachgeschaltet sind.
Leuchtvorrichtung (11) nach Anspruch 1, wobei der Lichterzeugungseinrichtung (12) mehrere Leuchtstoffräder (17, 28) optisch seriell nachgeschaltet sind.
Leuchtvorrichtung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mehreren Leuchtstoffräder (17, 28) seriell hintereinander geschaltet sind und jeweils unterschiedliche Leuchtstoffe (20, 30) aufweisen.
Leuchtvorrichtung (11) nach Anspruch 3, wobei auf mindestens einem (17) der mehreren Leuchtstoffräder mindestens ein Leuchtstoff (20) mit einer vergleichsweise geringen Temperaturabhängigkeit vorhanden ist und auf mindestens einem anderen (18) der mehreren Leuchtstoffräder (17, 28) ein Leuchtstoff (30) mit einer vergleichsweise großen Temperaturabhängigkeit vorhanden ist.
Leuchtvorrichtung (11) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die Leuchtstoffräder (17, 28) so ausgestaltet und anordenbar sind, dass in zumindest einer entsprechenden Drehstellung der Leuchtstoffräder (17, 28) das Primärlicht (B) auf einen Leuchtstoff (20, 30) eines jeweiligen der Leuchtstoffräder (17, 28) fällt.
Leuchtvorrichtung (11) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei in einer Durchlass-Drehstellung das Primärlicht (B) ohne Wellenlängenumwandlung durch die Leuchtstoffräder (17, 28) hindurchstrahlbar ist.
Leuchtvorrichtung (11) nach Anspruch 6, wobei das Primärlicht (B) einen sichtbaren Spektralbereich, insbesondere blaues Licht, aufweist.
Leuchtvorrichtung (11) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei in keiner Drehstellung das Primärlicht ohne Wellenlängenumwandlung durch die Leuchtstoffräder hindurchstrahlbar ist.
Leuchtvorrichtung (11) nach Anspruch 8, wobei das Primärlicht UV-Licht umfasst.
Leuchtvorrichtung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Lichterzeugungseinrichtung (12) mindestens eine Laserlichtquelle (13) aufweist.
Leuchtvorrichtung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedem Leuchtstoffrad (17, 28) ein dichroitischer Spiegel (14, 25) vorgeschaltet ist, welcher für das auf dieses Leuchtstoffrad (17, 28) einfallende Licht (B), insbesondere Primärlicht, durchlässig und für das von dem mindestens einen Leuchtstoff (20, 30) dieses Leuchtstoffrads (17, 28) wellenumgewandelte Sekundärlicht (R, G) reflektierend ausgebildet ist.
Leuchtvorrichtung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leuchtvorrichtung (11) ein Projektor oder ein Teil eines Projektors ist.