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Die Erfindung geht aus von einem Konverter zur Konversion einer Anregungsstrahlung, insbesondere von blauem Licht, d.h. Licht mit einer Wellenlänge von 430nm bis 490nm, mit einer Trägerstruktur oder einer Trägermatrix zum Halten, insbesondere Einbetten, eines Leuchtstoffs. Des Weiteren geht die Erfindung von einem Leuchtmodul, von einem Scheinwerfer mit einem Leuchtmodul und von einem Fahrzeug mit einem Leuchtmodul aus.
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Der Konverter wird vorzugsweise in Konversionsleuchten mit der sogenannten Laser Activated Remote Phosphor Technologie (abgekürzt LARP-Technologie) eingesetzt. Bei dieser Technologie wird ein von einer Strahlungsquelle beabstandet angeordnetes Konversionselement oder ein Konverter, das einen Leuchtstoff aufweist oder daraus besteht, mit einer Anregungsstrahlung, insbesondere einem Anregungsstrahl oder Pumpstrahl oder Pumplaserstrahl, bestrahlt, insbesondere mit dem Anregungsstrahl einer Laserdiode. Die Anregungsstrahlung wird von dem Leuchtstoff zumindest teilweise absorbiert und zumindest teilweise in eine Konversionsstrahlung oder in ein Konversionslicht umgewandelt, deren Wellenlänge und somit spektralen Eigenschaften und/oder Farbe durch die Konversionseigenschaften des Leuchtstoffs bestimmt wird.
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Bei einer Down-Konversion wird die Anregungsstrahlung der Strahlungsquelle durch den bestrahlten Leuchtstoff in die Konversionsstrahlung mit längeren Wellenlängen als die Anregungsstrahlung konvertiert. So kann beispielsweise mit Hilfe des Konversionselementes eine blaue Anregungsstrahlung, insbesondere ein blaues Laserlicht, in eine rote und/oder grüne und/oder gelbe Konversionsstrahlung konvertiert werden. Bei einer teilweisen Konversion ergibt eine Überlagerung von nichtkonvertierter blauer Anregungsstrahlung und gelber Konversionsstrahlung weißes Nutzlicht. Eine Mischung von beispielsweise roter, grüner und blauer Konversionsstrahlung ergibt ein weißes Licht einer definierten Farbtemperatur und einem definierten Farbwiedergabeindex.
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Der Leuchtstoff kann auch als Wellenlängenkonversionselement bezeichnet werden. Leuchtstoffe, auch phosphorfreie Leuchtstoffe, werden oftmals auch als Phosphor oder Leuchtphosphor bezeichnet. Ein Leuchtstoff kann auch eine Leuchtstoffmischung aus mehreren Einzel-Leuchtstoffen sein. Ein bevorzugter Einzel-Leuchtstoff kann mit Cer dotiertes Yttrium-Aluminium-Granat (Ce:Y3Al5O12) sein, dann mit gelbem Licht als Konversionsstrahlung. Im Allgemeinen sind jedoch alternativ oder zusätzlich auch ein anderer oder andere Einzel-Leuchtstoff(e) möglich, etwa zur Emission von rotem und/oder grünem Konversionslicht, wobei auch ein anderer Gelbleuchtstoff denkbar ist.
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Der Konverter wird dabei oftmals hohen Temperaturen ausgesetzt, die aus der Wärmeumwandlung der Energie der auf den Konverter einstrahlenden Strahlung und der bei Umwandlung der hochenergetischen Strahlung in Strahlung mit niedriger Energie (und größerer Wellenlänge) freigesetzten Energie resultieren.
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Zum Beispiel offenbart das Dokument
DE 10 2011 086 713 A1 eine Leuchtvorrichtung, die mindestens eine ein Primärlicht ausstrahlende Halbleiterlichtquelle, mindestens einen von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle beabstandeten Leuchtstoffbereich zur zumindest teilweisen Umwandlung des Primärlichts in Sekundärlicht und mindestens einen dem mindestens einen Leuchtstoffbereich nachgeschalteten Filter aufweist, wobei der mindestens eine Filter zumindest für das Primärlicht teilweise reflektierend ist.
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Nachteilig an solchen Leuchtvorrichtungen ist jedoch, dass die Leuchtstoffe in einer Trägerstruktur gehalten werden, die entweder effektiv sind, aber eine schlechte Wärmeleitfähigkeit besitzen, oder ineffektiv sind und eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzen. Daher kann die entstehende Wärme oftmals nicht gut abgeführt werden, was aufgrund von negativen Temperatureffekten (thermisches Quenchen, thermisches Roll-Over) zu einer Effizienzreduktion des Konverters führt. Dabei bedeutet effektiv, dass durch die Überlagerung der blauen Anregungsstrahlung mit der durch den Leuchtstoff konvertierten, gelben Konversionsstrahlung Weiß- und/oder Gelbtöne erzeugt werden können. Dabei bedeutet effizient, dass vergleichsweise wenig Leuchtstoff benötigt wird, um ausreichende Konversionsstrahlung zu erzeugen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Trägerstruktur für einen Konverter, insbesondere zum Einsetzen in einem Leuchtmodul, bereitzustellen, die sowohl gleichzeitig effektiv ist und eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit besitzt als auch kostengünstig herstellbar ist. Weiterhin ist es die Aufgabe der Erfindung, ein effektives, effizientes und kostengünstiges Leuchtmodul sowie einen Weißlicht abstrahlenden Scheinwerfer mit diesem Leuchtmodul für ein Fahrzeug sowie ein Fahrzeug mit diesem Leuchtmodul bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Konverter, der eine Trägerstruktur oder eine Trägermatrix zum Halten von Leuchtstoff mit einer Mehrzahl von Durchgangsöffnungen oder Durchgangslöchern aufweist, in denen jeweils ein Leuchtstoff bzw. Leuchtstoffgemisch angeordnet ist, wobei die Durchgangsöffnungen in der Trägerstruktur jeweils einen Verjüngungsabschnitt haben, der sich, insbesondere in Strahlungsrichtung gesehen, in seinem Querschnitt verjüngt. Das heißt, dass zumindest eine erste Durchgangsöffnung oder eine Vielzahl an ersten Durchgangsöffnungen in der Trägermatrix vorhanden sind, in der/in denen jeweils ein Leuchtstoff angeordnet ist. Zusätzlich dazu können auch zweite Durchgangsöffnungen in der Trägermatrix vorhanden sein, in denen kein Leuchtstoff angeordnet ist. Mit anderen Worten weisen die Durchgangsöffnungen einen vorzugsweise trichterartigen Verjüngungsabschnitt auf, der ausgelegt ist, um die Anregungsstrahlung zu sammeln und zum Leuchtstoff hinzuführen. Der Verjüngungsabschnitt ist so in der Trägerstruktur ausgebildet, dass der Querschnitt des Verjüngungsabschnitts in der Strahlungsrichtung gesehen, d.h. in einer Anregungsstrahlungsausbreitungsrichtung, in der sich die Anregungsstrahlung ausbreitet oder bewegt bzw. mit zunehmenden Abstand von einer Eintrittsseite der Trägerstruktur, an der die Anregungsstrahlung in die Trägerstruktur eintritt, enger oder kleiner wird. Dies hat den Vorteil, dass die Anregungsstrahlung über den größeren Querschnitt des Verjüngungsabschnitts, d.h. über den Querschnittsbereich mit einem größeren Durchmesser des Verjüngungsabschnitts, also an der breiteren Öffnung, in der Durchgangsöffnung gesammelt oder gebündelt oder fokussiert wird und gerichtet hin zum Leuchtstoff geführt wird. In der Trägerstruktur sind eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen ausgebildet. Die Durchgangsöffnungen können sich dabei in ihrer Form und Größe unterscheiden. Auch ihr gegenseitiger Abstand kann über die Oberfläche der Trägerstruktur hinweg variieren.
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Vorzugsweise ist der Leuchtstoff in einem eintrittsseiteabgewandten Endbereich des Verjüngungsabschnittes, d.h. in einem schmaleren Bereich des Verjüngungsabschnittes, angeordnet, so dass die gesammelte Anregungsstrahlung auf den Leuchtstoff gerichtet wird und somit eine effektive Konversion erwirkbar ist. Besonders bevorzugt ist der Leuchtstoff in Strahlungsrichtung gesehen nach dem jeweiligen Verjüngungsabschnitt angeordnet. Ein Leuchtstoff kann dabei ein Leuchtstoffgemisch sein. Unterschiedliche Bereiche der Trägerstruktur können unterschiedliche Leuchtstoffe aufweisen, beispielsweise roten, grünen, oder gelben Leuchtstoff. Natürlich ist es möglich, in einigen Bereichen des Verjüngungsabschnittes keinen Leuchtstoff einzubringen.
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Die Durchgangsöffnungen können so ausgebildet sein, dass sie sich in ihrem Verjüngungsabschnitt kontinuierlich verjüngen, vorzugsweise konusförmig oder kegelförmig oder parabelförmig, oder stufenweise oder stufenförmig verjüngen. Die Seitenwände der Durchgangsöffnungen können zumindest abschnittsweise konvex, konkav und/oder freiförmig ausgebildet sein. Die jeweiligen Verjüngungsabschnitte unterschiedlicher Durchgangsöffnungen können denselben Verjüngungswinkel oder voneinander unterschiedliche Verjüngungswinkel haben oder gleich oder unterschiedlich ausgestaltet sein. Bei einer stufenförmigen Ausbildung können Zwischenkanten zwischen Stufen (in der Dickenrichtung der Trägerstruktur gesehen) waagerecht oder schräg oder geneigt ausgebildet sein. In einer alternativen Ausführungsform können die Durchgangsöffnungen sich auch in Strahlungsrichtung gesehen von der Eintrittsseite der Trägerstruktur verbreitern oder zumindest abschnittsweise verbreitern, beispielsweise stufenweise öffnen.
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Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Zudem ist es von Vorteil, wenn sich ein Aufnahmeabschnitt für den Leuchtstoff an einen jeweiligen Verjüngungsabschnitt anschließt. D.h., dass in Strahlungsrichtung gesehen die Anregungsstrahlung in den Verjüngungsabschnitt eintritt, in dem Aufnahmeabschnitt auf den Leuchtstoff auftrifft und zumindest teilweise konvertiert aus dem Aufnahmeabschnitt, insbesondere an einer Austrittsseite der Trägerstruktur, aus dem Konverter austritt. Der Aufnahmeabschnitt schließt sich also an den verjüngten Querschnitt des Verjüngungsabschnitts in Strahlungsrichtung an. Der Aufnahmeabschnitt kann auch als ein Reflektorraum oder Reflexionsabschnitt dienen, um die von dem Leuchtstoff konvertierte Anregungsstrahlung, d.h. das emittierte (gelbe) Licht, oder die, insbesondere gestreute, Anregungsstrahlung zu reflektieren und an der Austrittsseite der Trägerstruktur abzugeben und/oder zum Leuchtstoff zurück zu reflektieren. Der Leuchtstoff kann alternativ oder zusätzlich auch in einem Bereich des Verjüngungsabschnitts angeordnet sein, insbesondere in einem Bereich, der an den Aufnahmeabschnitt angrenzt.
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Der Aufnahmeabschnitt ist vorzugsweise so ausgebildet, dass er sich in Strahlungsrichtung gesehen in seinem Querschnitt verbreitert. So bildet sich in vorteilhafter Weise ein Raum zur Aufnahme des Leuchtstoffs und zum Reflektieren der Konversionsstrahlung, was eine Effizienz des Konverters erheblich erhöht. Mit anderen Worten sind die Durchgangsöffnungen so ausgebildet, dass sich der Querschnitt der Durchgangsöffnungen in Strahlungsrichtung gesehen (durch den Verjüngungsabschnitt) bis zu einem kleinsten Durchmesser verkleinert oder verschmälert und sich dann (durch den Aufnahmeabschnitt) bis zu der Austrittsseite verbeitert oder vergrößert. Der kleinste Durchmesser der Durchgangsöffnungen liegt also in einer Dickenrichtung der Trägerstruktur beabstandet zu der Eintrittsseite und zu der Austrittsseite, d.h. in Dickenrichtung innerhalb der Trägerstruktur.
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Vorzugsweise ist der Aufnahmeabschnitt zumindest abschnittsweise als eine kugelsegmentförmige oder schalenförmige Ausnehmung ausgebildet. So kann sich der Leuchtstoff, beispielsweise durch gezieltes Sedimentieren oder Zentrifugieren, in dem Aufnahmeabschnitt absetzen. Vorzugsweise hat die Ausnehmung eine Oberfläche einer Kugelkalotte mit einem Kugelradius von 20 bis 30 µm, vorzugsweise etwa 25 µm. Der Begriff „etwa“ kann beispielsweise bedeuten, dass eine Abweichung in den fachüblichen Toleranzen oder von bis zu 5% vorhanden sein kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Oberfläche des Aufnahmeabschnitts reflektierend oder verspiegelt, insbesondere silberverspiegelt, sein. Dadurch wird die reflektierende Eigenschaft des Aufnahmeabschnitts verbessert, so dass die Effizienz des Konverters weiter erhöht wird. Außerdem kann dadurch vorteilhafterweise auf die Wärmeleitfähigkeit eingewirkt werden, so dass eine entstehende Wärme besser von dem Leuchtstoff abgeführt werden kann.
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Zudem ist es von Vorteil, wenn die Trägerstruktur als eine Metallfolie ausgebildet ist, die eine Dicke von höchstens 250 µm, bevorzugt von 100 bis 200 µm, vorzugsweise von 130 bis 170 µm, weiter bevorzugt von etwa 150 µm besitzt. So können die Eigenschaften der guten Wärmeleitfähigkeit von Metall und der guten Reflexionseigenschaften von Metall genutzt werden. Die Leuchtstoffe können also durch die Trägerstruktur mit der guten Wärmeleitfähigkeit entwärmt werden, d.h., dass Wärme abgeführt wird, so dass die Effizienz der Leuchtstoffe zusätzlich verbessert wird. Außerdem können die metallischen Eigenschaften der Trägerstruktur, insbesondere eine elektrische Leitfähigkeit der Trägerstruktur, in vorteilhafter Weise genutzt werden, um die Trägerstruktur beispielsweise zu einer Kontaktierung der Strahlungsquelle oder des Chips zu verwenden, was eine Einsparung von Bonddraht oder „Wirebond“ ermöglicht.
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Darüber hinaus kann durch die Ausbildung der Trägerstruktur aus einem flexiblen Material oder durch die gezielte Ausbildung der Dicke der Trägerstruktur, so dass die Trägerstruktur biegsam ist, erreicht werden, dass die Trägerstruktur verteilungseffektiv von der Anregungsstrahlung erfasst wird. Insbesondere ist es dadurch möglich, die Trägerstruktur beispielsweise parabelförmig oder rotationsparabelförmig oder einer Abstrahlcharakteristik der Anregungsstrahlung folgend anzuordnen und somit bessere Flächenquellen, d.h. insbesondere eine gleichmäßig, flächig abgegebene Strahlung, zu erzielen und die Reflexionseigenschaften zum Reflektieren der Konversionsstrahlung zu verbessern. Eine flexible Trägerstruktur ermöglicht außerdem die Ausbildung einer formbaren, leuchtenden Oberfläche, die beispielsweise in einer (außenliegenden) Karosseriestruktur eines Fahrzeugs oder in das Gehäuse einer Leuchte integriert werden kann.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn Lochachsen der jeweiligen Durchgangsöffnungen zueinander und/oder zu einer Mittenachse der Trägerstruktur, d.h. einer zu einer Oberfläche der Trägerstruktur senkrecht verlaufenden Richtung oder in der Strahlungsrichtung gesehen, translationssymmetrisch ausgebildet sind, sich also im Parallelabstand zueinander erstrecken. Die Lochachsen der jeweiligen Durchgangsöffnungen können auch geneigt oder verkippt, insbesondere symmetrisch zu der Mittenachse der Trägerstruktur geneigt, ausgebildet sein. In einer alternativen Ausführungsform können die jeweiligen Lochachsen auch zueinander wellenförmig geneigt oder stochastisch geneigt angeordnet sein.
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Ferner ist es bevorzugt, wenn die Durchgangsöffnungen ein Lochraster bildend in der Trägerstruktur angeordnet sind, wobei die Durchgangsöffnungen vorzugsweise in einer Anordnung einer, insbesondere hexagonal, dichtesten Kugelpackung angeordnet sind. Dadurch ergibt sich zum einen eine räumliche Trennung der Leuchtstoffe, was Reabsorptionsvorgänge reduziert und somit die Effizienz der Leuchtstoffe steigert. Zum anderen können so auch lokale Leuchtstoff-Fehler, insbesondere sogenannte „dark spots“, welche sich aufgrund lokaler Überhitzung und damit Schädigung des Leuchtstoffs ergeben, besser auf kleine Bereich reduziert werden. Durch diese Anordnung wird also ein geeignetes Verhältnis zwischen guter Lichtqualität und effizienter Nutzung von Leuchtstoff erreicht. Die Tiefe des Lochrasters kann vorzugsweise 20 bis 80 µm, weiter bevorzugt 40 bis 65 µm, betragen.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Durchgangsöffnungen so in der Trägerstruktur angeordnet, dass die Lochachsen oder Mitten von jeweils benachbarten Durchgangsöffnungen mit einem Abstand von 100 bis 150 µm, vorzugsweise von 115 bis 125 µm, zueinander angeordnet sind. Dabei kann ein Öffnungsdurchmesser der Durchgangsöffnungen, d.h. ein Durchmesser des Querschnitts der Durchgangsöffnungen auf einer Eintrittsseite und/oder an der Austrittsseite der Trägerstruktur, zwischen 40 und 80 µm, vorzugsweise 50 bis 70 µm, betragen.
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Zudem ist es vorteilhaft, wenn die Leuchtstoffe als in einen Matrixwerkstoff eingebetteter Phosphor, insbesondere einkristalliner Phosphor („Single-Crystal Phosphor“, abgekürzt SCP), ausgebildet sind. Als Matrixwerkstoff kann zum Beispiel Glas und/oder Silikon und/oder Wasserglas verwendet werden. Bevorzugt wird der Phosphor gezielt zum Endbereich des Verjüngungsabschnitts oder an den Übergangsbereich zwischen dem Verjüngungsabschnitt und dem Aufnahmeabschnitt oder in den Aufnahmeabschnitt der Durchgangsöffnungen sedimentiert oder zentrifugiert. In einer alternativen Ausführungsform kann der Leuchtstoff unter Nutzung der Oberflächenspannung an der Position der Durchgangsöffnungen mit dem kleinsten Querschnittsdurchmesser gezielt in den Durchgangsöffnungen abgelagert werden.
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Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Trägerstruktur mit Silikon, vorzugsweise Klarsilikon, an der Eintrittsseite und/oder an der Austrittsseite, d.h. die Durchgangsöffnungen bedeckend oder verschließend, vergossen ist, was Auskoppelverluste bei der Lichtweitergabe reduziert, zum Beispiel bei Lichtleiter-Anwendungen. Falls ein umgebender Halter für den Verguss vorgesehen ist, dann kann dieser zugleich als ein Reflektor und/oder als ein Kühlkörper fungieren und zusätzlich die thermische Last der Trägerstruktur oder des darin gehaltenen Leuchtstoffs aufnehmen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Leuchtmodul gelöst, das zumindest eine Strahlungsquelle, die ausgelegt ist, um eine Anregungsstrahlung abzustrahlen, und einen Konverter gemäß einem oder mehreren der vorhergenannten Aspekte aufweist, wobei die Leuchtstoffe in einer Strahlungsrichtung gesehen von der Strahlungsquelle beabstandet angeordnet sind.
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Die Strahlungsquelle ist vorzugsweise eine Lichtquelle. Alternativ oder zusätzlich kann eine Strahlungsquelle vorgesehen sein, die zumindest teilweise eine Strahlung im nicht-sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums abgibt. Bei der oder einer der oder den Strahlungsquelle/n handelt es sich vorzugsweise um eine Laserdiode, die insbesondere Teil einer Laser Activated Remote Phosphor Lichtquelle (LARP-Lichtquelle) oder eine Mikro Laser Activated Remote Phosphor Lichtquelle (µLARP-Lichtquelle) ist, oder um eine Laserdiodenanordnung, welche vorzugsweise Strahlung im Wellenlängenbereich von 400 nm bis 450 nm emittiert. Alternativ kann/können die oder eine der lichtemittierende/n Komponente/n als oder jeweils als lichtemittierende Diode (LED) ausgestaltet sein. Diese kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten LED oder in Form mindestens eines LED-Chips, der eine oder mehrere Leuchtdioden aufweist, vorliegen. Es können mehrere LED-Chips auf einem gemeinsamen Substrat („Submount“) montiert sein und eine LED bilden, oder einzeln oder gemeinsam beispielsweise auf einer Platine (z.B. FR4, Metallkernplatine, etc.) befestigt sein („CoB“ = Chip on Board). Die mindestens eine LED kann mit mindestens einer eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, beispielsweise mit mindestens einer Fresnel-Linse oder einem Kollimator. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen LEDs, beispielsweise auf Basis von AlInGaN oder InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z.B. Polymer-OLEDs) einsetzbar. Die LED-Chips können direkt emittierend sein oder einen vorgelagerten Leuchtstoff aufweisen. Die LEDs können in Form von Mikro-LEDs ausgestaltet sein. Die Emissionswellenlängen der lichtemittierenden Komponenten können im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich liegen. Die lichtemittierenden Komponenten können zusätzlich mit einem eigenen Konverter ausgestattet sein.
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Bevorzugt emittieren die LED-Chips weißes Licht im genormten ECE-Weißfeld der Automobilindustrie, beispielsweise realisiert durch einen blauen Emitter und einen gelb/grünen Konverter. Ein Ausschluss einer bestimmten Strahlungsquellenart ist nicht beabsichtigt. Auch der Begriff „Leuchte“ soll eine Strahlung außerhalb des sichtbaren Bereichs nicht ausschließen. Die Strahlungsquelle kann eine rotationssymmetrische oder eine nichtrotationssymmetrische Abstrahlcharakteristik aufweisen.
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Vorzugsweise ist die Trägerstruktur so angeordnet, dass sie die Strahlungsquelle vorzugsweise kreisbogenförmig oder parabelförmig zumindest teilweise umgibt. Insbesondere kann die Trägerstruktur die Strahlungsquelle zumindest teilweise umschließen oder überwölben, was eine besonderes verteilungseffektive Ausbildung der Trägerstruktur bewirkt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Trägerstruktur parabelförmig oder rotationsparaboloidförmig ausgebildet. Alternativ kann die Trägerstruktur auch plattenförmig oder eben ausgestaltet sein.
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Die Trägerstruktur kann auch an der Platine angebunden sein. Außerdem kann die Trägerstruktur als elektromagnetische Abschirmung für unter der Trägerstruktur angeordnete Elektronikbauteile dienen.
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Erfindungsgemäß wird ein Scheinwerfer für ein Fahrzeug mit einem Leuchtmodul gemäß einem oder mehreren der vorhergenannten Aspekte vorgesehen. Der Scheinwerfer wird vorzugsweise bei einem Fahrzeug eingesetzt. Das Fahrzeug kann ein Luftfahrzeug oder ein wassergebundenes Fahrzeug oder ein landgebundenes Fahrzeug sein. Das landgebundene Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug oder ein Schienenfahrzeug oder ein Fahrrad sein. Besonders bevorzugt ist als Fahrzeug ein Lastkraftwagen oder ein Personenkraftwagen oder ein Kraftrad. Das Fahrzeug kann des Weiteren als nichtautonomes oder teil-autonomes oder autonomes Fahrzeug ausgestaltet sein. Wird der Scheinwerfer für ein Fahrzeug eingesetzt, so handelt es sich dann bei diesem vorzugsweise um einen Frontscheinwerfer.
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Weitere Anwendungen für den erfindungsgemäßen Scheinwerfer können Effektivbeleuchtungen, Entertainment-Beleuchtungen, Architainment-Beleuchtungen, Allgemein-Beleuchtungen, medizinische und therapeutische Beleuchtungen oder Beleuchtungen für den Gartenbau (Horticulture) sein.
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Erfindungsgemäß wird ein Fahrzeug mit einem Leuchtmodul gemäß einem oder mehreren der vorhergenannten Aspekte vorgesehen. Beanspruchbar ist auch ein Fahrzeug mit einem vorbeschriebenen Scheinwerfer.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Leuchtmoduls mit einem erfindungsgemäßen Konverter gemäß einem Ausführungsbeispiel,
- 2 eine vergrößerte schematische Darstellung einer Trägerstruktur des Konverters aus 1, und
- 3 eine perspektivische Darstellung der Trägerstruktur des Konverters.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente werden mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Auf eine erneute Beschreibung gleicher Merkmale wird größtenteils verzichtet.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Konverters 1, der Teil eines erfindungsgemäßen Leuchtmoduls 2 ist. Der Konverter 1 weist eine Trägerstruktur 4 auf, in der eine Mehrzahl an Durchgangsöffnungen 6 ausgebildet sind. Die Durchgangsöffnungen 6 erstrecken sich in eine Richtung senkrecht zu einer Oberfläche der Trägerstruktur 4.
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Die Trägerstruktur 4 weist eine Eintrittsseite 8 auf, an der eine Anregungsstrahlung in die Trägerstruktur 4 eintritt. Die Anregungsstrahlung wird von einer Strahlungsquelle 10 erzeugt, wobei die Strahlungsquelle 10 als eine Laserdiode 12 ausgebildet ist, die Strahlung im Wellenlängenbereich von 400 bis 450 nm, also blaues Laserlicht, emittiert. Die Strahlungsquelle 10 ist von der Trägerstruktur 4 beabstandet angeordnet. Die Trägerstruktur 4 ist etwa kreisbogenförmig, in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel etwa halbkreisbogenförmig, um die Strahlungsquelle 10 herum angeordnet. Die Trägerstruktur 4 überwölbt also die Strahlungsquelle 10, so dass jeder Punkt auf der Eintrittsseite 8 der Trägerstruktur 4 etwa gleich weit von der Strahlungsquelle 10 entfernt ist. Zwischen Strahlungsquelle 10, 12 und Trägerstruktur 4 ist ein transparentes Vergussmaterial 36 eingebracht, beispielsweise Silikon.
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Die von der Strahlungsquelle 10 emittierte Anregungsstrahlung tritt auf der Eintrittsseite 8 der Trägerstruktur 4 in die Durchgangsöffnungen 6 ein. Die Durchgangsöffnungen 6 erstrecken sich also in Strahlungsrichtung oder Anregungsstrahlungsausbreitungsrichtung gesehen. Jeweils ein Leuchtstoff 14 ist in den Durchgangöffnungen 6 angeordnet, so dass die Anregungsstrahlung auf den Leuchtstoff 14 in den Durchgangsöffnungen 6 auftrifft. Die Leuchtstoffe 14 werden also in der Trägerstruktur 4 gehalten oder eingebettet. Der Leuchtstoff 14 konvertiert einen Teil der Anregungsstrahlung zu einer gelben Konversionsstrahlung. Durch Überlagerung der blauen Anregungsstrahlung und der gelben Konversionsstrahlung ergibt sich weißes Nutzlicht, das auf einer Austrittsseite 16 der Trägerstruktur 4, die in Strahlungsrichtung gesehen auf einer der Eintrittsseite 8 gegenüberliegenden Seite der Trägerstruktur 4 liegt, austritt.
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Die Durchgangsöffnungen 6 sind in regelmäßigen Abständen voneinander angeordnet. Die Durchgangsöffnungen 6 weisen einen Verjüngungsabschnitt 18 und einen Aufnahmeabschnitt 20 auf. Der Verjüngungsabschnitt 18 bildet einen eintrittsseiten-zugewandten Teil der Durchgangsöffnungen 6, an den sich der durch den Aufnahmeabschnitt 20 gebildete austrittsseiten-zugewandte Teil der Durchgangsöffnungen 6 anschließt.
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Der Verjüngungsabschnitt 18 ist eine konusförmige Ausnehmung, die sich von der Eintrittsseite 8 der Trägerstruktur 4 hin zu der Austrittsseite 16 der Trägerstruktur 4 in ihrem Querschnitt verjüngt. Der Verjüngungsabschnitt 18 ist also trichterförmig ausgebildet. Der Verjüngungsabschnitt 18 öffnet sich mit einer etwa kreisförmigen Öffnung 22 auf der Eintrittsseite 8 der Trägerstruktur 4. Die Öffnungen 22 haben einen Durchmesser von etwa 50 bis 70 µm. Der Querschnitt des Verjüngungsabschnitts 18 wird mit zunehmendem Abstand von der Eintrittsseite 8 kleiner bis der Verjüngungsabschnitt 18 an seinem eintrittsseiteabgewandten Endbereich 24 den kleinsten Querschnitt hat. Seitenwände 26 des Verjüngungsabschnitts 18 sind gerade oder leicht konvex nach außen ausgebildet, so dass der Verjüngungsabschnitt 18 als eine etwa parabelstumpfförmige Ausnehmung ausgebildet ist. Die Anregungsstrahlung tritt also an den Öffnungen 22 der Durchgangsöffnungen 6 in den Verjüngungsabschnitt 18 ein und wird dort gesammelt.
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Der Aufnahmeabschnitt 20 ist als eine kugelsegmentförmige oder schalenförmige Ausnehmung ausgebildet, die sich zu der Austrittsseite 16 der Trägerstruktur öffnet. Der Aufnahmeabschnitt 20 verbreitert sich also in seinem Querschnitt von einem verjüngungsabschnitts-zugewandten Ende des Aufnahmeabschnitts 20 zu einem verjüngungsabschnittsabgewandten Ende des Aufnahmeabschnitts 20. Dabei mündet der Verjüngungsabschnitt 18 an seinem kleinsten Querschnitt in einem Übergangsbereich 28 des Durchgangslochs 6 in den Aufnahmeabschnitt 20. Der Leuchtstoff 14 ist in dem Übergangsbereich 28 und/oder in dem Aufnahmeabschnitt 20 aufgenommen. Eine Oberfläche 30 des Aufnahmeabschnitts 20 ist kugelkalottenförmig ausgebildet mit einem Kugelradius von etwa 25 µm. Die Oberfläche 30 des Aufnahmeabschnitts 20 ist silberverspiegelt, so dass die von den Leuchtstoffen 14 konvertierte Konversionsstrahlung reflektiert wird.
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Das Leuchtmodul 2 ist Teil eines Scheinwerfers 31, der schematisch mit einer Strichlinie gezeigt ist. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind Lochachsen 30 der Durchgangsöffnungen 6 parallel zueinander und translationssymmetrisch zu einer Mittenachse der Trägerstruktur 4 angeordnet. Die Durchgangslöcher 6 sind durchgehend rotationssymmetrisch zu den Lochachsen 30 ausgebildet, so dass der Verjüngungsabschnitt 18 und der Aufnahmeabschnitt 20 dieselbe Achse besitzen.
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Die Durchgangsöffnungen 6 sind mit einem transparenten Matrixwerkstoff 34 aufgefüllt, in dem der Leuchtstoff 14 enthalten ist und gezielt zu dem Übergangsbereich 28 und/oder zu dem Aufnahmeabschnitt 20 sedimentiert wird. Der Matrixwerkstoff 34 ist beispielsweise Silikon.
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Die Trägerstruktur 4 ist aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet, so dass die Trägerstruktur 4 wärmeleitend ist. Die Trägerstruktur 4 ist eine Metallfolie, in die die Durchgangsöffnungen 6 eingebracht sind. Die Trägerstruktur 4 besitzt eine Dicke von etwa 150 µm.
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Die Trägerstruktur 4 ist auf der Eintrittsseite 8 und auf der Austrittsseite 16 mit einem Vergussmaterial 36 vergossen. Das Vergussmaterial 36 ist beispielsweise Klarsilikon. Das Vergussmaterial 36 füllt einen Bereich zwischen der Strahlungsquelle 10 und der Trägerstruktur 4 vollständig aus.
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3 zeigt eine perspektivische Darstellung des Konverters 1. Die Durchgangsöffnungen 6 sind so in der Trägerstruktur 4 angeordnet, dass sie ein Lochraster 38 oder Lochmuster bilden. Dabei sind die Durchgangsöffnungen 6 in der Anordnung einer hexagonal dichtesten Kugelpackung angeordnet. Die Lochachsen 32 benachbarter Durchgangsöffnungen 6 haben einen Abstand von etwa 120 µm. Die Leuchtstoffe 14 werden dadurch räumlich voneinander getrennt und gleichmäßig über die gesamte Trägerstruktur 4 verteilt. Das Lochraster 38 hat eine Tiefe von etwa 50 pm. Die Trägerstruktur 4 ist aus einem flexiblen Material ausgebildet, so dass sie auch gewölbt, insbesondere parabelförmig, über der Strahlungsquelle 10 angeordnet werden kann (vergleiche 1).
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Bezugszeichenliste
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| Konverter |
1 |
| Leuchtmodul |
2 |
| Trägerstruktur |
4 |
| Durchgangsöffnung |
6 |
| Eintrittsseite |
8 |
| Strahlungsquelle |
10 |
| Laserdiode |
12 |
| Leuchtstoff |
14 |
| Austrittsseite |
16 |
| Verjüngungsabschnitt |
18 |
| Aufnahmeabschnitt |
20 |
| Öffnung |
22 |
| Endbereich |
24 |
| Seitenwand |
26 |
| Übergangsbereich |
28 |
| Oberfläche |
30 |
| Scheinwerfer |
31 |
| Lochachse |
32 |
| Matrixwerkstoff |
34 |
| Vergussmaterial |
36 |
| Lochraster |
38 |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011086713 A1 [0006]
