DE102018210546A1 - Leuchtvorrichtung, scheinwerfer und verfahren - Google Patents

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Dennis Sprenger
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Simon Lankes
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Abstract

Offenbart ist eine Leuchtvorrichtung mit einer Optik. Diese hat ein Konversionselement, das einer Auskoppelfläche der Optik vorgeschaltet ist. Dem Konversionselement ist eine Lichtquelle zugeordnet, die Anregungsstrahlung hin zum Konversionselement emittiert. Das Konversionselement konvertiert dann die Anregungsstrahlung zumindest teilweise und koppelt die Strahlung dann über die Auskoppelfläche aus der Optik aus.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einer Leuchtvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Optikanordnung und einen Scheinwerfer mit einer Leuchtvorrichtung.
  • Aus dem Stand der Technik ist eine Leuchtvorrichtung bekannt, die eine Vielzahl von lichtimitierenden Dioden (LEDs) aufweist. Einer jeweiligen LED ist hierbei eine jeweilige Optik nachgeschaltet. Beispielsweise wird die Leuchtvorrichtung für ein Fahrzeug eingesetzt, womit dann über die Optiken von den LEDs emittierte Strahlung in ein Fernfeld projiziert werden kann. In der Überlagerung der emittierten Strahlungen kann eine vorgegebene Lichtverteilung erreicht werden. Die Optiken sind Teil eines Projektionsmoduls. Hierdurch wird eine vergleichsweise flache Bauweise erreicht. Da an Stelle einer einzelnen Lichtquelle eine Vielzahl von kleinen LEDs vorgesehen sind, ist eine Kühlung der Leuchtvorrichtung vergleichsweise einfach. Überlagert sich die Strahlung der einzelnen LEDs im Fernfeld nur gering, so können in der Lichtverteilung einzelne Bereiche oder Kacheln gezielt ein- und ausgeschaltet werden, indem die entsprechenden LEDs ein- und ausgeschaltet werden. Bei einer Fahrzeugbeleuchtung kann hierdurch ein adaptives Fernlicht oder Abblendlicht umgesetzt sein (Adaptiv Driving Beam (ADB)), wobei diese auch bei einer Allgemeinbeleuchtung als Akzentlicht einsetzbar ist. Damit die einzelnen von einer jeweiligen LED ausgeleuchteten Bereiche der Lichtverteilung im Fernfeld homogen und möglichst kompakt ausgebildet sind, also dicht an dicht sitzen, ist eine exakte Ausrichtung der Optiken zu ihrer jeweiligen zugeordneten LED notwendig. Ein Parallelversatz zwischen der Optik und der jeweiligen Lichtquelle würde zu einer Winkelverschiebung im Fernfeld führen. Eine Verkippung der Optik zu ihrer jeweiligen Lichtquelle würde dann zu einer Verzerrung des bestrahlten Bereichs in der Lichtverteilung führen.
  • Um eine präzise Ausrichtung zwischen einer jeweiligen Optik und der jeweiligen Lichtquelle zu gewährleisten, ist in einem ersten Ansatz bekannt, dass die Lichtquellen mit Standardverfahren, wie beispielsweise über „Surface-Mount Device(SMD)-Löten“, auf ein Substrat aufgebracht werden. Danach können die Optiken einzeln mit hoher Genauigkeit auf eine jeweilige Lichtquelle einjustiert werden, was einen hohen Aufwand bedeutet. Alternativ können die Optiken einstückig als Optik-Array ausgebildet sein. Die Lichtquellen können dann nach einem präzisen Ausmessen der Position der Optiken entsprechend präzise auf dem Substrat platziert werden. Für diese beiden Verfahren sind nachteilig spezielle Maschinen notwendig mit hoher Setzgenauigkeit, sogenannte „fine placer“, die nur einen geringen Durchsatz erlauben. In einem weiteren Ansatz können in einer jeweiligen Optik Elemente oder Designelemente, wie beispielsweise ein Lichtleiter oder ein Lichtmischstab, zur Erhöhung der Toleranzen vorgesehen sein. Dies führt üblicherweise zu einem vergrößerten Bauraumbedarf und zu höheren Kosten. Auch können die Abbildungsqualität und die optische Effizienz verschlechtert sein.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Leuchtvorrichtung und/oder einen Scheinwerfer zu schaffen, die/der vorrichtungstechnisch einfach und kostengünstig herstellbar ist und deren/dessen emittierte Strahlung präzise ausgebbar ist. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der Leuchtvorrichtung zu schaffen, das kostengünstig und einfach ist.
  • Diese Aufgabe hinsichtlich der Leuchtvorrichtung wird gelöst gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, hinsichtlich des Scheinwerfers gemäß den Merkmalen des Anspruchs 14 und hinsichtlich des Verfahrens gemäß den Merkmalen des Anspruchs 15.
  • Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
  • Erfindungsgemäß ist eine Leuchtvorrichtung vorgesehen, die eine Optik oder ein Projektionsmodul aufweist. Die Optik kann zumindest eine Einkoppelfläche für zumindest eine Lichtquelle, insbesondere eine Halbleiterlichtquelle, aufweisen. Über die Einkoppelfläche kann Strahlung der zugeordneten Lichtquelle einkoppelbar sein. Des Weiteren weist die Optik vorzugsweise eine Auskoppelfläche auf. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat die Optik ein Konversionselement, das der Einkoppelfläche und/oder der Auskoppelfläche vorgeschaltet ist. Mit dem Konversionselement kann eine Anregungsstrahlung zumindest teilweise in eine Konversionsstrahlung konvertiert werden. Die Konversionsstrahlung kann dann beispielsweise über die Einkoppelfläche in die Optik eingekoppelt sein und über die Auskoppelfläche dann ausgekoppelt sein.
  • Diese Lösung hat den Vorteil, dass das Konversionselement oder der Konverter in die Optik vorzugsweise integriert ist, also das Konversionselement kann in eine in der Optik vordefinierte Position platziert sein. Das Konversionselement kann dann beispielsweise die Anregungsstrahlung der Lichtquelle streuen und im Sinne der abbildenden Optik effektiv die Lichtquelle darstellen. Hierdurch ergibt sich eine äußerst genaue oder nahezu perfekte oder perfekte Ausrichtung der Lichtquelle zur Optik, insbesondere dadurch, dass das Konversionselement im gleichen Herstellprozess wie die gesamte Optik erzeugt wird, womit Positionierungsfehler aufgrund der Verbindung mit mehreren Komponenten entfallen, insbesondere wenn das Konversionselement beispielsweise durch einen Gießprozess ausgebildet wird. Es ist somit keine aufwendige Justage mit speziellen hochpräzisen Maschinen, wie im Eingangs erläuterten Stand der Technik, notwendig, um eine gute Abbildungsqualität des Gesamtsystems zu erzielen. Es sind auch keine optischen Elemente zur Lichtmischung notwendig, die zusätzlich Bauraum erfordern würden und in der Regel Effizienz kosten würden.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Lichtquelle vorzugsweise in Form einer Halbleiterlichtquelle ausgebildet. Diese kann, beispielsweise blaue, Anregungsstrahlung emittieren, wobei dann das Konversionselement einen Teil oder zumindest einen Teil der Anregungsstrahlung in, beispielsweise gelbe, Konversionsstrahlung konvertiert. Die nicht konvertierte Anregungsstrahlung kann über das Konversionselement gestreut werden. Die gestreute Anregungsstrahlung zusammen mit der gestreuten Konversionsstrahlung ergibt dann ein Nutzlicht, beispielsweise weißes Licht. Somit stellt das Konversionselement auf einfache Weise eine, insbesondere weiße, Lichtquelle dar.
  • Für die Lichtmischung und für die Erzeugung von Nutzlicht, insbesondere weißem Licht, wird somit das Konversionslicht, insbesondere gemischt mit dem blauen Licht, eingesetzt, womit auf weitere optische Elemente zur Lichtmischung verzichtet werden kann.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Optik eine Mehrzahl von Einkoppelflächen für jeweils zumindest eine Lichtquelle auf. Die Optik kann dann für eine jeweilige Einkoppelfläche zumindest eines Teils der Einkoppelflächen oder für alle Einkoppelflächen ein jeweiliges Konversionselement aufweisen. Das jeweilige Konversionselement kann dann der jeweilig zugeordneten Einkoppelfläche vorgeschaltet sein. Somit ist vorzugsweise die Optik einstückig für eine Mehrzahl oder Vielzahl von Lichtquellen ausgebildet, womit ein Herstellungsprozess und eine Handhabbarkeit vereinfacht ist. Hierdurch kann die Herstellung einer Matrix oder eines Arrays von Lichtquellen mit zugehöriger Optik mit vergleichsweise geringem Aufwand erfolgen, wobei dann die Lichtquellen in Form der Konversionselemente äußerst genau zu den optischen Elementen ausgerichtet sind. Alternativ ist denkbar, dass für eine jeweilige Lichtquelle eine jeweilige Optik vorgesehen ist, die hierfür jeweils ein Konversionselement aufweist.
  • Als Material ist vorzugsweise Silikon für die Optik eingesetzt. Hierbei handelt es sich um ein optisch transparentes Material mit ausreichend hohem Widerstand gegen hohe auftretende Leistungsdichten, das zugleich äußerst flexibel formbar ist. Es können aber auch Kunststoffe wie Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC) oder Glas für die Optik eingesetzt werden, wobei dies insbesondere abhängig von einem Abstand, einer konkreten Form der Optik und einer Strahlungsintensität/Leuchtdichte der LEDs sowie der auftretenden Temperaturen und Temperaturschwankungen sein kann.
  • Einer jeweiligen Einkoppelfläche ist vorzugsweise eine jeweilige Auskoppelfläche zugeordnet, um insbesondere jeweils eine Linse auszugestalten. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist denkbar, dass die Mehrzahl von Einkoppelflächen in eine gleiche Richtung weisen und/oder in einer gemeinsamen Ebene liegen. Denkbar ist auch, dass die Einkoppelflächen gleich ausgestaltet sind.
  • Vorzugsweise ist eine Einkoppelseite der Optik, insbesondere etwa, eben ausgestaltet, womit beispielsweise eine Montage einer Leiterplatte oder einer Befestigungsplatte an der Einkoppelseite auf einfache Weise ermöglicht ist.
  • Die Auskoppelfläche oder eine jeweilige Auskoppelfläche ist vorzugsweise konvex ausgestaltet. Beispielsweise ist die Auskoppelfläche oder eine jeweilige Auskoppelfläche als Kuppe ausgebildet. Vorzugsweise sind die Einkoppelflächen voneinander beabstandet. Des Weiteren sind vorteilhafterweise die Auskoppelflächen voneinander beabstandet. Die Einkoppelflächen sind beispielsweise als Matrix oder Array oder in einer Zeile oder mehreren Zeilen oder in einer Spalte oder mehreren Spalten angeordnet. Sind mehrere Zeilen und/oder Spalten vorgesehen, so können diese auch unterschiedliche Anzahlen von Einkoppelflächen aufweisen. Die Zeilen und/oder Spalten können auch versetzt zueinander angeordnet sein, womit die Einkoppelflächen dichter zueinander angeordnet werden können (dichteste Packung), indem die Zeilen und/oder Spalten näher aneinander angeordnet werden können. Die Dichte der Anordnung kann auch innerhalb der Matrix variieren.
  • In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung begrenzt die zumindest eine Einkoppelfläche oder eine jeweilige Einkoppelfläche oder zumindest ein Teil der Einkoppelflächen jeweils eine/-n, insbesondere in der Optik ausgebildete/-n, Aussparung oder Aufnahmeraum oder Kavität zum Anordnen des Konversionselements. Das Konversionselement ist somit vorzugsweise in der Aussparung angeordnet. Hierdurch kann auf einfache Weise das Konversionselement bei der Optik angeordnet werden. Des Weiteren führt die Anordnung des Konversionselements in der Aussparung zu einer sicheren Halterung des Konversionselements und des Weiteren ist das Konversionselement weitestgehend vor äußeren Krafteinflüssen geschützt. Die in die Optik oder das Optikelement integrierte Aussparung oder Aussparungen kann/können vorzugsweise im gleichen Herstellungsprozess wie die gesamte Optik erzeugt werden, womit Positionierungsfehler aufgrund der Verbindung mehrerer Komponenten entfallen, insbesondere wenn das Konversionselement, beispielsweise durch einen Gießprozess, in den Aufnahmeraum eingebracht ist. Hierzu ergibt sich eine nahezu perfekte oder perfekte Ausrichtung der Lichtquelle, also des Konversionselements, zur Optik. Es ist somit keine Einzelausrichtung einer jeweiligen Optik zur jeweiligen Lichtquelle notwendig, da eine gemeinsame Optik verwendet wird, wo hochpräzise die Lichtquelle/n in Form des Konversionselements durch die Aussparung/en einfach anordbar ist/sind, was zu einer guten Abbildungsqualität des Gesamtsystems führt.
  • Die Aussparung ist vorzugsweise zylindrisch und/oder sacklochförmig, z.B. auch mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt, ausgebildet. Insbesondere kann sie von der Einkoppelseite her in die Optik eingebracht sein. Mit anderen Worten ist die Aussparung vorzugsweise konkav ausgestaltet. Sie kann in Richtung weg von der Auskoppelfläche offen ausgebildet sein. Beispielsweise hat die Aussparung eine, insbesondere ebene, Bodenfläche, die von einer zylindrischen Mantelfläche umgriffen ist. Denkbar ist, dass die, insbesondere jeweilige, Aussparung koaxial zur optischen Hauptachse seiner zugeordneten Einkoppelfläche und/oder Auskoppelfläche angeordnet ist. Des Weiteren ist denkbar, dass ein Teil, insbesondere die Mantelfläche, der Aussparung zumindest abschnittsweise oder vollständig reflektierend ausgebildet ist. Die reflektierende Ausgestaltung erfolgt beispielsweise durch Aufbringen einer Metallisierung oder von TiO2 (Titandioxid). Mit anderen Worten können vertikale oder annähernd vertikale Wände in den Kavitäten reflektierend ausgestaltet sein. Hierdurch kann auf einfache Weise Strahlung, die nicht hin in Richtung Auskoppelfläche strahlt in die Aussparung zurückreflektiert werden, um eine Effizienz der Lichtquelle zu erhöhen. Die Bodenfläche der Aussparung dient dann als Einkoppelfläche. Ist der Aufnahmeraum nicht reflektierend ausgestaltet, so kann zusätzlich die Mantelfläche oder die gesamte Innenfläche der Aussparung als Einkoppelfläche dienen.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Hauptabstrahlrichtung der Lichtquelle in Richtung der optischen Hauptachse der Optik weist oder im Parallelabstand zur optischen Hauptachse vorgesehen ist.
  • Die Halbleiterlichtquelle ist beispielsweise als Lichtemittierende Diode (LED) ausgebildet. Eine Licht emittierende Diode (LED) oder Leuchtdiode kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten LED oder in Form mindestens eines LED-Bauteils, das 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 im Strahlengang nachgelagerten Leuchtstoff aufweisen. Alternativ kann die lichtemittierende Komponente eine Laserdiode oder eine Laserdiodenanordnung sein. Denkbar ist auch eine OLED-Leuchtschicht oder mehrere OLED-Leuchtschichten oder einen OLED-Leuchtbereich vorzusehen. Die Emissionswellenlängen der lichtemittierenden Komponenten können im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich liegen. Die lichtemittierenden Komponenten können zusätzlich mit einem eigenen Konverter ausgestattet sein. Bevorzugt emittieren die LED-Chips weißes Licht im genormten ECE-Weißfeld der Automobilindustrie, beispielsweise realisiert durch einen blauen Emitter und einen gelb/grünen Konverter.
  • Vorzugsweise hat die Lichtquelle eine, insbesondere ebene, Emissionsfläche. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass es sich bei der Lichtquelle um eine oberflächenemittierende Lichtquelle handelt. Die Lichtquelle kann dann praktisch Strahlung im Wesentlichen ausschließlich von einer ebenen Oberfläche oder Emissionsfläche ausstrahlen. Alternativ ist denkbar, dass die Lichtquelle, insbesondere die Halbleiterlichtquelle, als volumenemittierende Lichtquelle ausgebildet ist. Beispielsweise weist sie eine konvexe oder zylindrische oder quaderförmige Emissionsfläche auf. Die Emissionsfläche der Lichtquelle kann dann einen stirnseitigen Flächenabschnitt haben, der insbesondere hin zur Optik weist. Dieser kann von einem seitlichen Mantelflächenabschnitt umgriffen sein. Beispielsweise kann der Mantelflächenabschnitt teilweise oder vollständig derart ausgestaltet sein, dass Licht nicht über diesen nach außen tritt. Somit ist beispielsweise die Systemeffizienz steigerbar, indem mehr Licht hin zum Konversionselement geführt wird. Beispielsweise wird der Mantelflächenabschnitt verspiegelt oder von einem, insbesondere weißen, Rahmen umgriffen, womit aus der volumenemittierten Lichtquelle eine oberflächenemittierende Lichtquelle geschaffen werden kann. Der Rahmen ist beispielsweise über „molding“ oder einen Verguss herstellbar. Mit anderen Worten kann die Lichtquelle als seitlich verspiegelter Volumenemitter ausgestaltet sein.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Konversionselement in Richtung der optischen Hauptachse gesehen und/oder auf seiner zur Lichtquelle weisenden Seite eine größere Fläche oder Einstrahlfläche als die Abstrahlfläche oder Emissionsfläche der Lichtquelle, insbesondere die hin zum Konversionselement weist, insbesondere in Richtung der optischen Hauptachse gesehen, auf. Mit anderen Worten kann das Konversionselement eine größere Abmessung als die Lichtquelle aufweisen - insbesondere quer zur Abstrahlrichtung -, womit die Lichtquelle mit einer größeren Toleranz platziert werden kann. Die Emissionsfläche, die beispielsweise eben ausgebildet sein kann, hat beispielsweise eine rechtwinklige Umfangsform. Eine Seitenlänge der Lichtquelle ist hierbei vorzugsweise kleiner als 250 µm oder 150 µm oder 80 µm oder 40 µm oder 20µm, wobei die Seitenlängen bei einer Lichtquelle vorzugsweise gleich sein können.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können bei der Optik reflektierende Strukturen vorgesehen sein, um eine Versatztoleranz der Lichtquellen weiter zu erhöhen.
  • Vorzugsweise ist eine Befestigungsplatte oder Leiterplatte vorgesehen, auf der die Lichtquellen montiert sind. Denkbar ist auch, dass eine jeweilige Lichtquelle eine eigene Befestigungsplatte oder einen Submount aufweist. Mehrere Submounts wiederum können auf einer gemeinsamen Befestigungsplatte befestigt sein. Die Lichtquelle wird beispielsweise durch Kleben und/oder Löten und/oder Sintern an der Befestigungsplatte oder dem Submount befestigt. Die Befestigungsplatte und/oder das Submount können als „Ball-Grid-Array“ oder als Kugelgitteranordnung ausgebildet sein. Die Lichtquellen können dann beispielsweise durch Löten befestigt sein.
  • Die Optik wird vorzugsweise mit der Befestigungsplatte oder dem Submount fest verbunden, insbesondere verklebt. Die Verklebung erfolgt beispielsweise mit Silikon, Siloxan oder Silazan, insbesondere mit einem klaren und/oder transparenten Silikon. Denkbar ist auch einen nichtreflektiven Kleber zu verwenden, falls dies für den Kontrast zwischen der Emission benachbarter Optiken notwendig ist.
  • Die Einkoppelseite der Optik dient vorzugsweise als Befestigungsfläche oder als Befestigungsseite, um die Optik mit der Befestigungsplatte oder den Submount zu verbinden.
  • Denkbar ist auch, dass die Einkoppelseite für eine jeweilige Lichtquelle als Total-Internal-Reflection(TIR)-Optik ausgebildet ist. So ist beispielsweise dann die Aussparung oder eine jeweilige Aussparung mit dem Konversionselement von einer oder einer jeweiligen paraboloidstumpfförmigen Außenmantelfläche der Optik umgriffen, die dann als TIR-Fläche dient. Die paraboloidstumpfförmige Außenmantelfläche verbreitet sich dabei vorzugsweise in einer Richtung hin zur Auskoppelfläche. Die Ausgestaltung als TIR-Optik führt zur Steigerung der optischen Effizienz, insbesondere wenn volumenemittierende Lichtquellen eingesetzt sind.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Konversionselement die Lichtquelle umgreift. Das Konversionselement ist dann beispielsweise topfförmig oder büchsenförmig ausgebildet und insbesondere in Richtung weg von der Auskoppelfläche geöffnet. Somit kann äußerst effizient die von der Lichtquelle emittierte Strahlung in das Konversionselement eingekoppelt werden. Es ist dann eine effiziente Einkopplung sowohl von der Strahlung einer oberflächenemittierenden Lichtquelle als auch von einer volumenemittierenden Lichtquelle ermöglicht.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Lichtquelle beispielsweise zumindest teilweise oder vollständig in der Aussparung angeordnet oder, insbesondere ausgehend von der Befestigungsplatte oder dem Submount, eingetaucht sein. Somit ist die Lichtquelle äußerst nahe am Konversionselement angeordnet. Des Weiteren kann die Leuchtvorrichtung hierdurch äußerst kompakt ausgestaltet sein. Außerdem ist durch die Anordnung der Lichtquelle in der Aussparung diese vor äußeren Kraft- und Umwelteinflüssen geschützt.
  • Eine Emissionsfläche der Lichtquelle kann an dem Konversionselement, insbesondere abschnittsweise oder vollständig, anliegen oder, insbesondere abschnittsweise oder vollständig, angrenzen, um effizient Strahlung in das Konversionselement einzukoppeln. Vorzugsweise ist die Emissionsfläche der Lichtquelle von dem Konversionselement, insbesondere gleichmäßig, beabstandet. Hierdurch können auf einfache Weise oberflächenemittierende oder volumenemittierende Lichtquellen eingesetzt werden, wobei dann Farborte oder ein Farbort unabhängig von der Lichtquellenposition sind/ist.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbespiel der Erfindung kann das Konversionselement als Schicht in den Aufnahmeraum eingebracht sein, was einfach herstellbar ist. Vorzugsweise ist das Konversionselement dann bodenseitig der Aussparung angeordnet und weist ausgehend von der Öffnung der Aussparung beispielsweise eine, insbesondere im Wesentlichen, konstante Tiefe oder Dicke auf. Das Konversionselement ist beispielsweise dünner als die Tiefe der Aussparung, womit Bauraum geschaffen ist, um die Lichtquelle zumindest teilweise in die Aussparung einzusetzen. Denkbar ist auch, dass das Konversionselement die Aussparung vollständig ausfüllt.
  • Ist die Lichtquelle vom Konversionselement beabstandet, so kann im Zwischenraum zwischen dem Konversionselement und der Lichtquelle eine transparente Füllmasse eingebracht sein. Dies führt vorzugsweise zu einer effizienteren Lichtauskoppelung aus der Lichtquelle und zu einer effizienteren Lichteinkoppelung des Lichts in das Konversionselement. Bei der Füllmasse handelt es sich beispielsweise um einen Kleber und/oder um Silikon und/oder um (ein) Siloxan/e und/oder um ein Silazan. Vorzugsweise wird die Füllmasse vorrichtungstechnisch einfach eingegossen, wobei beispielsweise vor dem Aushärten der Füllmasse die LED in den Aufnahmeraum eintaucht. Mit anderen Worten ist eine Füllmasse vorgesehen, die derart ausgestaltet ist, dass eine effizientere Auskopplung und Einkopplung der Strahlung der Lichtquelle ermöglicht ist.
  • Ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Aussparung, insbesondere im Wesentlichen, vollständig mit dem Konversionselement gefüllt, dann kann die Lichtquelle außerhalb der Aussparung vorgesehen sein. Das Konversionselement hat dann beispielsweise eine ebene Lichteintrittsfläche.
  • Vorzugsweise ist dem Konversionselement oder einem jeweiligen Konversionselement ein Farbmischelement oder ein jeweiliges Farbmischelement nachgeschaltet, wobei dies beispielsweise in oder an der Optik vorgesehen ist/sind oder der Optik nachgeschaltet ist/sind. Über das Farbmischelement, das beispielsweise als Streuplatte oder Streuverguss ausgebildet ist, können Farbinhomogenitäten auf einfache Weise ausgeglichen werden.
  • Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Herstellung einer Optikanordnung gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Aspekte vorgesehen. Das Konversionselement ist vorzugsweise in den Aufnahmeraum oder die Aussparung der Optik eingefüllt und kann anschließend ausgehärtet werden. Alternativ ist denkbar, dass das Konversionselement in die Optik fest eingesetzt wird oder alternativ an der Optik befestigt ist.
  • Diese Lösung hat den Vorteil, dass auf einfache Weise eine Optikanordnung herstellbar ist, die eine hohe Effizienz aufweist und mit vergleichsweise hohen Toleranzen herstellbar ist.
  • Die Lichtquelle/n kann/können auf der Befestigungsplatte oder dem Submount oder dem jeweiligen Submount befestigt werden. Bei der Befestigung der Lichtquellen weist vorzugsweise die Befestigungsseite der Befestigungsplatte oder des Submounts entgegengesetzt zur Schwerkraftrichtung, was zu einer einfachen Montage beziehungsweise Befestigung der Lichtquellen führt.
  • Insbesondere nach dem Befestigen der Lichtquellen kann die Befestigungsplatte mit der Optik verbunden werden.
  • Beim Einbringen des Konversionselements oder der Konversionselemente in die Aussparung/en weist/weisen diese mit ihrer/ihren Öffnung/en vorzugsweise entgegengesetzt der Schwerkraftrichtung. Hierdurch ist eine einfache Montage des Konversionselements oder der Konversionselemente ermöglicht.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vor dem Aushärten des Konversionselements die Lichtquelle in die Aussparung oder eine jeweilige Lichtquelle in eine jeweilige Aussparung eintauchen oder eingesetzt werden. Somit kann sich das Konversionselement bei Bedarf an die Form der Lichtquelle anpassen und zumindest abschnittsweise an der Lichtquelle anliegen, womit äußerst effizient Strahlung von der Lichtquelle in das Konversionselement einkoppelbar ist. Vorzugsweise entspricht die Füllmenge des Konversionselements, insbesondere im Wesentlichen, dem Volumen der Aussparung abzüglich dem Volumen der Lichtquelle beziehungsweise dem Teil der Lichtquelle, der in der Aussparung vorgesehen ist. Dies hat den Vorteil, dass in der Aussparung kein Leerraum vorgesehen ist. Ist die Lichtquelle vollständig in der Aussparung eingetaucht, dann wird die Lichtquelle vollumfänglich von dem Konversionselement umgriffen, was zu einer äußerst effizienten Lichteinkopplung führt. Mit anderen Worten können die Kavitäten in der Optik mit dem Konverter gefüllt werden, ohne dass eine Aushärtung erfolgt, das heißt der Konverter bleibt viskos. Das Füllvolumen kann dann um das Chipvolumen kleiner sein als das Kavitätsvolumen. Denkbar ist, dass hinsichtlich des Volumens der Aussparung und/oder der Füllmenge des Konversionselements und/oder bezüglich des Volumens der Lichtquelle bestimmte Toleranzen zugelassen sind. Insbesondere kann ein Toleranzausgleich über die Größe der Aussparung ermöglicht sein. Das Eintauchen der Lichtquelle in die jeweilige Aussparung vor dem Aushärten ist sowohl für volumenemittierende als auch für oberflächenemittierende Lichtquellen vorteilhaft, da bei beiden Ausführungsformen Strahlung direkt in das Konversionselement eingekoppelt werden kann. Sind die Positionstoleranzen der Lichtquellen auf der Befestigungsplatte derart gewählt, dass im montierten Zustand seitlich der Lichtquelle unterschiedliche Dicken des Konversionselements ausgebildet sind, kann dies, insbesondere bei einer Teilkonversion, zu Farbinhomogenitäten über den Abstrahlungswinkel führen. Hierbei ist dann vorteilhaft, wenn Farbmischelemente in der Optik vorgesehen sind oder zumindest der Einkoppelfläche vorgeschaltet und/oder der Auskoppelfläche der Optik nachgeschaltet sind. Vorteilhaft wäre dann auch, insbesondere bei volumenemittierenden Lichtquellen, dass die Lichtquellen seitlich reflektierend oder verspiegelt ausgebildet sind. Des Weiteren wäre denkbar, die Optik im Bereich der Einkoppelfläche als TIR-Optik auszugestalten, womit die optische Effizienz durch „Einsammlung“ des seitlich von der Lichtquelle emittierten Lichts gesteigert werden kann.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist denkbar, dass vor dem Aushärten des Konversionselements und vor dem Einsetzen der Lichtquelle ein Stempel in die oder die jeweilige Aussparung eintaucht, um einen Aufnahmeraum für die Lichtquelle oder die jeweilige Lichtquelle in der Aussparung zu schaffen. Anschließend, also vorzugsweise bevor der Stempel wieder aus der Aussparung herausgeführt wird, wird/werden das/die Konversionselement/e ausgehärtet. Somit kann das oder das jeweilige Konversionselement vor dem Entfernen des Stempels ausgehärtet oder zumindest formstabil sein. Vorzugsweise ist die Füllmenge des Konversionselements, im Wesentlichen, kleiner als das Volumen der Aussparung. Insbesondere kann die Füllmenge des Konversionselements kleiner als das Volumen der Aussparung abzüglich dem Volumen der Lichtquelle sein. Somit ist möglich, dass die Lichtquelle, die in die Aussparung eingesetzt ist, zumindest teilweise oder vollständig von dem Konversionselement beabstandet ist. Mit anderen Worten werden die Kavitäten in der Optik nicht vollständig mit dem Konverter gefüllt. Ein Stempel und ein anschließendes Aushärten sorgen für eine gleichmäßige Konverterverteilung, auf der, insbesondere kompletten, Innenseite der Aussparung. Der Stempel ist hierbei vorzugsweise derart ausgestaltet, dass das Konversionselement büchsenförmig oder topfförmig ausgebildet ist. Sind die Lichtquellen im eingesetzten Zustand dann von dem Konversionselement beabstandet, so sind vorteilhafterweise Farborte unabhängig von der Position der Lichtquelle. Es ist beispielsweise lediglich notwendig, dass die Lichtquellen innerhalb der jeweiligen Kavität angeordnet sind. Über die Position des Stempels bezüglich der Optik oder der Aussparung kann dann die Ausgestaltung des Konversionselements beeinflusst werden, insbesondere die Dicke des Konversionselements und somit die Farborte. Eine derartige Ausgestaltung der Optik ist sowohl für oberflächenemittierende Lichtquellen als auch für volumenemittierende Lichtquellen geeignet. Da die Konversionselemente ausgehärtet sind, kann dann im Anschluss - also nach dem Entfernen der Stempel - die gesamte Optik bewegt werden und beispielsweise gedreht werden, indem die Öffnungen der Aussparungen in Schwerkraftrichtung weisen. Die Optik kann dann weiter auf die Befestigungsplatte gesetzt werden, die mit den Lichtquellen nach oben weisen kann. Somit sind im Gegensatz zum Einsetzen der Lichtquellen bei nicht ausgehärteten Konversionselementen zwei getrennte Prozessschritte ermöglicht. Mit andern Worten kann das Füllen der Kavität und das Aufsetzen der Chips in zwei getrennten Prozessschritten erfolgen.
  • Alternativ oder zusätzlich zum Stempeln ist denkbar, dass das Konversionselement vor dem Einbringen in die Aussparung oder die jeweilige Aussparung vorgeformt ist, insbesondere topfförmig. Die Vorformung erfolgt dabei vorzugsweise so, dass das Konversionselement mit seiner Außenmantelfläche an der Innenmantelfläche der Aussparung anliegt, beispielsweise kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig. Das Konversionselement kann beispielsweise in einem Spritzguss hergestellt sein. Des Weiteren ist denkbar, dass das Konversionselement als Plättchen ausgebildet ist und dann bodenseitig der Aussparung anliegen kann.
  • Des Weiteren ist denkbar, insbesondere an Stelle eines Stempels oder Vorformen des Konversionselements, dass das Konversionselement in die Aussparung durch ein maskiertes Sprühen eingebracht ist.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Aussparung oder eine jeweilige Aussparung teilweise, also insbesondere nicht vollständig, mit dem, insbesondere plättchenförmigen, Konversionselement gefüllt ist. Somit ist das Konversionselement vorzugsweise als Schicht, insbesondere mit einer konstanten Schichtdicke, ausgestaltet. Das Konversionselement kann dann bodenseitig der Aussparung kraft- und/oder form- und/oder stoffschlüssig gehalten sein. Mit anderen Worten werden die Kavitäten in der Optik nicht vollständig mit dem Konverter gefüllt. Das Konversionselement wird nach dem Füllen vorzugsweise ausgehärtet. Die Füllmenge des Konversionselements ist dabei vorzugsweise derart, dass nach dem Einsetzen der Lichtquellen diese vom jeweiligen Konversionselement beabstandet sind. Denkbar ist auch, dass die Lichtquellen, insbesondere stirnseitig an das Konversionselement angrenzen oder anliegen. Sind die Lichtquellen beabstandet, so ist weiter denkbar, dass vor dem Aushärten der Konversionselemente die Lichtquellen bereits in die Aussparungen eintauchen, indem die Befestigungsplatte mit der Optik verbunden wird. Vorzugsweise werden hierbei oberflächenemittierende Lichtquellen eingesetzt. Alternativ können auch volumenemittierende Lichtquellen verwendet werden, die seitlich reflektierend ausgebildet sind. Vorteilhafterweise ist bei dieser Ausführungsform erreicht, dass die Farborte unabhängig von der Position der Lichtquellen sind, wenn die Lichtquellen innerhalb der Aussparung angeordnet sind. Des Weiteren ist vorteilhaft, dass beispielsweise kein Stempel erforderlich ist. Ein möglicher direkter Austritt der Anregungsstrahlung der Lichtquellen kann dabei abhängig von den Freiräumen zwischen der jeweiligen Lichtquelle und dem jeweiligen Konversionselement sein.
  • Vorzugsweise kann, insbesondere nach dem Aushärten des Konversionselements, ein Füllstoff in die Aussparung eingebracht sein, der dann beispielsweise zwischen der jeweiligen Lichtquelle und dem jeweiligen Konversionselement vorgesehen ist. Ist beispielsweise das Konversionselement topfförmig ausgestaltet, so kann der Füllstoff innerhalb des vom Konversionselement begrenzten Raums eingebracht sein. Vor dem Aushärten des Füllstoffs werden dann vorzugsweise die Lichtquellen in die Aussparung eingebracht. Mit anderen Worten kann zur effizienteren Lichtauskopplung aus den Lichtquellen der Freiraum zwischen den Konversionselementen und der Lichtquelle mit einem transparenten Kleber vergossen werden. Bevor der Kleber oder der Füllstoff aushärtet, wird die Lichtquelle in die Aussparung eingesetzt. Eine derartige Ausgestaltung ist für oberflächenemittierende Lichtquellen und für volumenemittierende Lichtquellen äußerst vorteilhaft. Die Farborte sind dann vorzugsweise unabhängig von den Positionen der Lichtquellen, wobei lediglich erforderlich ist, dass die Lichtquellen innerhalb der Aussparungen angeordnet sind. Durch den Füllstoff kann die Auskoppeleffizienz der Lichtquellen gesteigert werden. Das Einbringen des Füllstoffs ist sowohl bei topfförmigen Konversionselementen als auch bei plättchenförmigen Konversionselementen vorteilhaft. Ist das Konversionselement als ein Plättchen oder eine Schicht vorgesehen, so ist denkbar den Füllstoff vor dem Aushärten des Konversionselements in die Aussparung einzubringen, da der schichtförmige Aufbau aufgrund eines Sedimentationsprozesses aufrechterhalten bleiben würde. Denkbar ist auch das Konversionselement und den Füllstoff gemeinsam einzubringen, wobei dann aufgrund des Sedimentationsprozesses der Konverter sich bodenseitig der Aussparung sammeln würde. Außerdem ist denkbar, dass das Konversionselement nach dem Einbringen des flüssigen Füllstoffs, also vor dessen Aushärtung eingebracht wird, womit wiederum beim Sedimentationsprozess sich das Konversionselement bodenseitig der Aussparung sammeln würde. Insgesamt ist dann nur ein Aushärteprozess notwendig, das heißt das Konversionselement und der Füllstoff können gemeinsam ausgehärtet werden.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist denkbar, dass die Aussparung/en, insbesondere im Wesentlichen, vollständig mit dem Konversionselement gefüllt wird/werden. Die Konversionselemente können dann zusammen mit der Einkoppelseite der Optik eine planare Fläche ausbilden, um die Lichtquellen zu montieren. Vorzugsweise wird die Optik mit den ausgehärteten Konversionselementen auf die Leiterplatte mit den Lichtquellen gesetzt, wobei die Lichtquellen, insbesondere oberflächenemittierende Lichtquellen oder volumenemittierende Lichtquellen mit seitlicher Reflektion, an den Konversionselementen, insbesondere stirnseitig, anliegen. Denkbar ist auch, dass nach dem Aushärten der Konversionselemente die jeweilige Lichtquelle auf das jeweilige Konversionselement gesetzt wird, wobei die Lichtquellen noch nicht mit der Befestigungsplatte verbunden sein können. Die Lichtquellen können dann mit dem Konversionselement fest verbunden werden, beispielsweise durch Kleben oder Aushärten eines Füllstoffes. Die Optik zusammen mit den Lichtquellen kann dann auf die Befestigungsplatte zum weiteren Befestigen der Lichtquellen gesetzt werden. Denkbar ist auch, dass die Lichtquellen bevor oder nachdem sie mit dem Konversionselement verbunden sind auf ein Submount gesetzt werden beziehungsweise mit einem Submount verbunden werden. Die Optik mit den Lichtquellen und den jeweiligen Submounts kann dann mit der Befestigungsplatte über die Submounts verbunden werden. Hierbei können auch mit der Befestigungsplatte vorzugsweise Toleranzen vorgesehen sein, die höher sind, als wenn die Lichtquellen direkt mit der Befestigungsplatte verbunden sind.
  • Erfindungsgemäß ist ein Scheinwerfer mit der Leuchtvorrichtung gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte oder mit der Leuchtvorrichtung, die durch das Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte hergestellt ist, vorgesehen.
  • Der Scheinwerfer wird beispielsweise 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 das Fahrzeug ein Lastkraftwagen oder ein Personenkraftwagen oder ein Kraftrad. Das Fahrzeug kann des Weiteren als nicht-autonomes oder teilautonomes oder autonomes Fahrzeug ausgestaltet sein.
  • Weitere Anwendungsbereiche können beispielsweise Scheinwerfer für Effektbeleuchtungen, Entertainmentbeleuchtungen, Architainmentbeleuchtungen, Allgemeinbeleuchtung, medizinische und therapeutische Beleuchtung, Beleuchtungen für den Gartenbau (Horticulture) etc. sein.
  • Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
    • 1a bis 1c in einer schematischen Darstellung eine Leuchtvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zusammen mit einem Verfahren zur Herstellung,
    • 2 in einer schematischen Darstellung eine Leuchtvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
    • 3a bis 3c in einer schematischen Darstellung eine Leuchtvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel zusammen mit einem Verfahren zur Herstellung,
    • 4a und 4b in einer schematischen Darstellung eine Leuchtvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel zusammen mit einem Verfahren zur Herstellung,
    • 5a und 5b in einer schematischen Darstellung eine Leuchtvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiels zusammen mit einem Verfahren zur Herstellung,
    • 6a und 6b in einer schematischen Darstellung eine Leuchtvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel zusammen mit einem Verfahren zur Herstellung,
    • 7a bis 7c in einer schematischen Darstellung eine Leuchtvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel zusammen mit einem Verfahren zur Herstellung,
    • 8a bis 8c in einer schematischen Darstellung ein Verfahren zur Herstellung der Leuchtvorrichtung aus 7a und
    • 9a bis 9c in einer schematischen Darstellung eine Leuchtvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel zusammen mit einem Verfahren zur Herstellung.
  • Gemäß 1a ist eine Leuchtvorrichtung 1 gezeigt, die für einen Scheinwerfer 2 eines Fahrzeugs einsetzbar ist, wobei der Scheinwerfer 2 schematisch mit einer Strichlinie in 1a dargestellt ist. Die Leuchtvorrichtung 1 hat eine Optik 4, die aus einer Vielzahl von matrixartig oder arrayartig angeordneter Einzeloptiken 6 ausgebildet ist, wovon der Einfachheit halber nur eine mit einem Bezugszeichen versehen ist. Die Einzeloptiken 6 sind somit einstückig miteinander verbunden. Die Einzeloptiken 6 weisen jeweils eine Auskoppelfläche 8 auf, die kuppelartig oder noppenartig oder auch in Form einer Fresneloptik ausgestaltet ist. In Reihe zu einer jeweiligen Auskoppelfläche 8 - in Richtung einer optischen Hauptachse gesehen - hat eine jeweilige Einzeloptik 6 eine Einkoppelfläche 10. Bei dieser handelt es sich um die Innenfläche einer zylindrischen oder rechteckigen Aussparung 12, die in eine jeweilige Einzeloptik 6 auf ihrer von der Auskoppelfläche 8 wegweisenden Seite her eingebracht ist. In weiterer Ausgestaltung weist die Optik 4, die etwa plattenförmig ausgebildet ist, eine ebene Einkoppelseite 14 auf, von der aus die Aussparungen 12 eingebracht sind. Diese dient als Befestigungsseite oder Befestigungsfläche für eine Befestigungsplatte in Form einer Leiterplatte 16.
  • Auf der Leiterplatte 16 ist für eine jeweilige Einzeloptik 6 eine Lichtquelle in Form einer LED 18 befestigt, wobei der Einfachheit halber nur eine mit einem Bezugszeichen versehen ist. Zum Befestigen der LEDs 18 weist die Leiterplatte 16 eine insbesondere etwa, ebene Befestigungsfläche 20 auf. Über diese wird die Leiterplatte 16 dann an der Einkoppelseite 14 über eine Klebung, beispielsweise mit klarem Silikon, oder eine Klemmung oder Verschraubung befestigt. Im verbundenen Zustand der Leiterplatte 16 und der Optik 4 ist eine jeweilige LED 18 in eine jeweilige Aussparung 12 vollständig eingesetzt. Mit ihrer Stirnseite weist die LED 18 hin zur Auskoppelfläche 8. Des Weiteren ist die LED 18 von der Innenwandung der Aussparung 12, insbesondere gleichmäßig beabstandet. Zwischen der LED 18 und der Optik 6 ist in einer jeweiligen Aussparung 12 ein Konversionselement 22 eingebracht, wobei der Einfachheit halber nur eines mit einem Bezugszeichen versehen ist. Dieses ist gemäß 1a etwa topfförmig ausgestaltet und umgreift die LED 18 bis auf deren Befestigungsseite vollständig. Eine jeweilige LED 18 koppelt dann ihre Strahlung, beispielsweise blaues Licht, als Anregungsstrahlung in das Konversionselement 22 ein. Das Konversionselement weist einen Leuchtstoff als Konversionsmaterial auf, wobei der „Leuchtstoff“ auch eine Leuchtstoffmischung aus mehreren Einzel-Leuchtstoffen sein kann. Ein bevorzugter Einzel-Leuchtstoff kann mit Cer dotiertes Yttrium-Aluminium-Granat (YAG:Ce) sein, dann mit gelbem Licht als Konversionsstrahlung. Im Allgemeinen sind jedoch alternativ oder zusätzlich auch ein anderer bzw. andere Einzel-Leuchtstoff(e) möglich, etwa zur Emission von rotem und/oder grünem Konversionslicht, wobei auch ein anderer Gelbleuchtstoff denkbar ist. Über das Konversionselement 22 wird die Anregungsstrahlung dann teilweise in Konversionsstrahlung konvertiert, wobei es sich beispielsweise um gelbe Strahlung handeln kann. Sowohl die Konversionsstrahlung, als auch die nicht konvertierte Anregungsstrahlung sind über das Konversionselement 22 gestreut. Die blaue nicht konvertierte Anregungsstrahlung und die gelbe Konversionsstrahlung ergeben dann gestreutes, weißes Nutzlicht, das ausgehend vom Konversionselement 22 in Richtung der Auskoppelfläche 8 strahlt und über diese ausgekoppelt wird.
  • Zur Herstellung der Leuchtvorrichtung 1 aus 1a ist vorgesehen gemäß 1b die Optik 4 derart anzuordnen, dass Öffnungen der Aussparungen 12 entgegengesetzt zur Schwerkraftrichtung 24 weisen. Die Aussparungen 12 werden dann mit dem Konversionselement 22 gefüllt, wobei dieses in diesem Verfahrensschritt eine viskose oder nicht formstabile Konsistenz aufweist. Ein Füllvolumen des Konversionselement 22 ist dabei kleiner oder gleich dem Volumen der Aussparung 12 abzüglich dem Volumen der LED 18, siehe auch 1a. Vor, nach oder parallel zu diesem Schritt werden gemäß 1c die LEDs 18 auf die Leiterplatte 16 montiert, beispielsweise über Löten, Kleben oder Sintern. Die Befestigungsfläche 20 weist hierbei entgegengesetzt der Schwerkraftrichtung 24, siehe 1b. zum Verbinden der Leiterplatte 16 mit der Optik 4 wird die Leiterplatte 16 derart gedreht, dass die Befestigungsfläche 20 nach unten in Schwerkraftrichtung 24 weist, siehe 1a. Im Anschluss wird die Leiterplatte 20 auf die Optik 4 gesetzt, wobei die LEDs 18 in die Aussparungen 12 und somit in die Konversionselemente 22 eintauchen und diese entsprechend verformen. Das Verbinden der Leiterplatte 16 mit der Optik 4 erfolgt bevor die Konversionselemente 22 ausgehärtet sind.
  • Die Ausführungsform gemäß 1a ist äußerst vorteilhaft für volumenemittierende als auch für oberflächenemittierende LEDs 18. Denkbar wäre seitliche Flächen der LEDs 18, falls es sich bei diesen um volumenemittierende LEDs handelt, reflektierend oder spiegelnd auszugestalten, damit Strahlung nur stirnseitig emittiert werden kann. Alternativ oder zusätzlich wäre denkbar den Konversionselementen 22 Farbmischelemente nachzuschalten, um Farbinhomogenitäten auszugleichen.
  • Die Leuchtvorrichtung 1 aus 1a kann beispielsweise als adaptive Lichtquelle, beispielsweise für einen Matrix-Scheinwerfer, eingesetzt sein. Insbesondere ist denkbar die Leuchtvorrichtung 1 als adaptives Fernlicht einzusetzen. Jede einzelne LED 18 oder Gruppen von LEDs 18 können dann beispielsweise separat angesteuert werden und dadurch ein- und ausgeschaltet sowie gedimmt werden. In Kombination mit einem Kamerasystem und einer bildverarbeitenden Elektronik und/oder anderer Sensorik, können Gegenverkehr und vorrausfahrende Fahrzeuge erkannt und zumindest bereichsweise ausgeblendet werden. Es ist auch möglich, über das Kamerasystem erkannte Objekte, wie beispielsweise Fußgänger, Tiere oder Hindernisse, separat anzuleuchten und somit den Fahrer darauf aufmerksam zu machen. Durch die Leuchtvorrichtung 1 sind die Lichtquellen, die hier praktisch durch die Konversionselemente 22 gebildet werden, auf vorrichtungstechnisch einfache Weise äußerst genau zueinander anordbar. Hierdurch können einzelne Bereiche in einem Lichtfeld äußerst genau durch Steuern der LEDs 18 wunschgemäß ausgebildet werden.
  • In 2 ist eine Leuchtvorrichtung 26 gezeigt, bei der im Unterschied zur 1a eine Optik 28 aus einer Mehrzahl von Einzeloptiken gebildet ist. Eine Einzeloptik ist als eine Total-Internal-Reflection(TIR)-Optik 32 oder als TIR-Abschnitt ausgebildet, der eine Einzeloptik in Form einer Linse 34 oder eines Linsenabschnitts nachgeschaltet ist. Die Optik 32 und die Linse 34 bilden ein Optikpaar, wobei gemäß 2 eine Mehrzahl von Optikpaaren vorgesehen sind, die im Parallelabstand zueinander angeordnet sind. Im Folgenden wird die Ausgestaltung eines Optikpaars erläutert. Die TIR-Optik 32 und die Linse 34 sind beispielsweise voneinander beabstandet. Die TIR-Optik 32 ist kegelstumpfförmig ausgestaltet und verbreitert sich ausgehend von der Leiterplatte 16. Seine kegelstumpfförmige Außenmantelfläche 36 ist hierbei als TIR-Fläche ausgestaltet und reflektiert Strahlung zu einer Ausgangsfläche 38 der TIR-Optik 32, die hin zur Linse 34 weist. Im Nachgang zur Ausgangsfläche 38 ist dann die Linse 34 nachgeschaltet. Die Linse 34 ist dabei beispielsweise als konvexe Linse oder Sammellinse ausgestaltet. Es ist denkbar zusätzliche optische Elemente vorzusehen. In die von der Ausgangsfläche 38 wegweisende Stirnseite 40 der TIR-Optik 32 ist eine Aussparung 42 eingebracht. In die Aussparung 42 ist ein Konversionselement 44 eingebracht. Eine jeweilige LED 18 taucht dann in die Aussparung 42 ein und wird von dem Konversionselement 44 vollständig umfasst. Die Herstellung erfolgt dabei entsprechend der Ausführungsform gemäß den 1a bis 1c. Die TIR-Optik 32 und die Linsenabschnitte 34 sind dann über Stege 45 einstückig miteinander verbunden, wobei die Stege 45 seitlich von der TIR-Optik 32 und der Linse 34 vorgesehen sind. Denkbar ist auch die Optik 32 und die Linse 34 eines jeweiligen Optikpaars auf andere Weise zu verbinden und/oder auszugestalten. Mit der TIR-Optik 32 kann die optische Effizienz durch Einsammeln des seitlichen emittierten Lichts gesteigert werden. Denkbar ist auch hier, um mögliche Farbinhomogenitäten auszugleichen, Farbmischelemente den Konversionselementen 44 nachzuschalten.
  • Gemäß 3a ist eine Leuchtvorrichtung 46 gezeigt, bei der im Unterschied zur Ausführungsform in 1a Aussparungen 48 einen vergrößerten Durchmesser und/oder eine größere Tiefe aufweisen, wobei die Abmessungen von der LED-Größe abhängen. Des Weiteren ist eine jeweilige LED 50 von einem jeweiligen Konversionselement 52 beabstandet. Das jeweilige Konversionselement 52 ist topfförmig ausgestaltet und überdeckt die jeweilige LED 50. Die LEDs 50 können als oberflächenemittierende LEDs oder volumenemittierende LEDs 50 ausgebildet sein. Bei dieser Ausführungsform sind Farborte, insbesondere im Wesentlichen, unabhängig von der genauen Position der LEDs 50, wobei es im Prinzip für eine hohe Farbhomogenität ausreichend ist, dass die LEDs 50 innerhalb der Aussparungen 48 liegen.
  • Zur Herstellung der Leuchtvorrichtung 46 weist die Optik 54 gemäß 3b mit ihren Aussparungen 48 entgegengesetzt der Schwerkraftrichtung 24. Es werden dann die Konversionselemente 52 formlos eingeführt, indem diese einen viskosen Zustand haben. Die Aussparungen 48 werden hierbei nur teilweise mit dem Konversionselement 52 befüllt. Im Anschluss daran wird in eine jeweilige Aussparung 48 ein nicht dargestellter Stempel eingetaucht, um die Konversionselemente 52 topfförmig zu formen. Nach dem Aushärten können die Stempel entfernt werden. Es ist dann eine gleichmäßige Verteilung der Konversionselemente 52 auf der kompletten Innenseite der jeweiligen Aussparung 48 erreicht. Gemäß 3c sind auf der Leiterplatte 16 die LEDs 50 angeordnet. Die LEDs 50 weisen hierbei entgegengesetzt zur Schwerkraftrichtung 24. Die Optik 54 aus 3b wird dann derart gedreht, dass die Aussparungen 48 nach unten in Schwerkraftrichtung 24 weisen. Im Anschluss wird dann die Optik 54 auf die Leiterplatte 16 gesetzt, womit die LEDs 50 in den Aussparungen 48 angeordnet sind.
  • Bei der Ausführungsform der Leuchtvorrichtung 46 gemäß 3a kann das Verfüllen der Aussparungen 48 mit den Konversionselementen 52 und deren Aushärten unabhängig vom Eintauchen der LEDs 50 im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 1a sein. Somit sind zwei getrennte Prozessschritte hierfür ermöglicht.
  • Gemäß 4a ist eine weitere Ausführungsform einer Leuchtvorrichtung 56 gezeigt. Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 3a sind in den Zwischenräumen zwischen den LEDs 50 und dem jeweiligen Konversionselement 52 Füllmassen jeweils in Form eines Klebers 57 eingebracht, um die Lichtauskopplung aus den LEDs 50 weiter zu verbessern.
  • Zur Herstellung der Leuchtvorrichtung 56 wird gemäß 4b nach dem Aushärten der Konversionselemente 52 siehe 3b, der Kleber 57 in dem von den jeweiligen Konversionselement 52 begrenzten Aufnahmeraum gebracht. Die Leiterplatte 16 aus 3c mit den LEDs 50 wird dann vor dem Aushärten des Klebers 57 gedreht, sodass die LEDs 50 in Schwerkraftrichtung 24 weisen. Im Anschluss wird dann die Leiterplatte 16 mit der Optik 54 verbunden, wobei die LEDs 50 in den Kleber 57 oder Klebstoff eintauchen. Danach kann der Kleber 57 ausgehärtet werden.
  • Die Ausführungsform der Leuchtvorrichtung 56 gemäß 4a ist vorteilhaft für oberflächenemittierende LEDs 50 als auch für volumenemittierende LEDs 50.
  • In 5a ist eine weitere Ausführungsform einer Leuchtvorrichtung 58 gezeigt. Im Unterschied zur Ausführungsform aus 3a sind Konversionselemente 60 jeweils als Schicht in der jeweiligen Aussparung 48 eingebracht. Die schichtförmigen Konversionselemente 60 können sich dann im Parallelabstand zur Leiterplatte 16 erstrecken.
  • Zur Herstellung der Leuchtvorrichtung 58 wird gemäß 5b die Optik 54 derart angeordnet, dass die Öffnungen der Aussparungen 48 entgegengesetzt der Schwerkraftrichtung 24 weisen. Im Anschluss werden die Konversionselemente 60 eingefüllt, womit sie sich als Schicht bodenseitig der Aussparung 48 ansammeln. Im Anschluss werden die Konversionselemente 60 ausgehärtet. Die Schichtdicke ist dabei derart gewählt, dass gemäß 5a im montierten Zustand der LEDs 50 diese von den Konversionselementen 60 beabstandet sind. Vorzugsweise wird die Leuchtvorrichtung 58 gemäß 5a für oberflächenemittierende LEDs 50 eingesetzt. Denkbar ist auch volumenemittierende LEDs 50 zu verwenden, die vorzugsweise seitlich reflektierend oder verspiegelt sind. Vorteilhafterweise sind bei dieser Ausführungsform keine Stempel notwendig.
  • In 6a ist eine Leuchtvorrichtung 62 gezeigt, bei der, im Unterschied zur Ausführungsform in 5a, ein Freiraum zwischen den LEDs 50 und den schichtförmigen Konversionselementen 60 mit einem Füllstoff in Form des Klebers 57 ausgefüllt ist. Hierdurch kann Licht effizienter aus den LEDs 50 ausgekoppelt werden.
  • Zur Herstellung der Leuchtvorrichtung 62 wird gemäß 6b die Optik 54 derart angeordnet, dass die Aussparungen 48 mit ihren Öffnungen entgegengesetzt der Schwerkraftrichtung 24 weisen. Es wird dann im Anschluss nach dem Aushärten der Konversionselemente 60, siehe auch 5b, der Kleber 57 in eine jeweilige Aussparung 48 eingefüllt. Im Anschluss daran werden die LEDs 50 gemäß 6a in die Aussparungen 48 getaucht und die Leiterplatte 16 mit der Optik 54 verbunden. Danach kann der Kleber 57 ausgehärtet werden.
  • Bei der Leuchtvorrichtung 62 gemäß 6a können vorzugsweise oberflächenemittierende LEDs 50 eingesetzt werden. Denkbar ist auch volumenemittierende LEDs 50 zu verwenden, die vorzugsweise seitlich reflektierend ausgestaltet sind.
  • In 7a ist eine Leuchtvorrichtung 64 dargestellt, bei der im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 5a die Aussparungen 48 jeweils vollständig mit einem Konversionselement 66 aufgefüllt sind. Hierdurch entsteht gemäß 7c eine planare Fläche aus der Einkoppelseite 14 zusammen mit den Außenflächen der Konversionselemente 66. Gemäß 7a sind LEDs 68 dann außen an den Konversionselementen 66 befestigt. Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 6a liegen die LEDs 68 großflächig an den Konversionsflächen 66 an. Gemäß 7b werden die LEDs 68 vor der Verbindung mit den Konversionselementen 66 auf der Leiterplatte 16 montiert. Gemäß 7a ist die Optik 54 dann von der Leiterplatte 16 beabstandet, wobei die LEDs 68 dann zwischen der Optik 54 und der Leiterplatte 16 angeordnet sind. Im Zwischenraum der Optik 54 und der Leiterplatte 60 kann beispielsweise transparentes Silikon vorgesehen sein. Vorzugsweise wird die Leuchtvorrichtung 64 mit oberflächenemittierenden LEDs 68 verwendet. Denkbar ist auch volumenemittierende LEDs 68 einzusetzen, die vorzugsweise seitlich reflektierend ausgestaltet sind. Das Auffüllen der Aussparungen 48 mit den Konversionselementen 66 und das Aushärten und das Aufsetzen der LEDs 68 kann dann in zwei getrennten Prozessschritten erfolgen, insbesondere im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 1a.
  • In den 8a bis 8c ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung der Leuchtvorrichtung 64 aus 7a gezeigt. Zunächst wird die Optik 54 gemäß 8a derart angeordnet, dass die Aussparungen 48 mit ihren Öffnungen entgegengesetzt der Schwerkraftrichtung 24 weisen. Im Anschluss daran werden die Konversionselemente 66 eingefüllt und ausgehärtet, siehe 8b. Danach wird gemäß 8c auf ein jeweiliges Konversionselement 66 eine jeweilige LED 68 gesetzt. Das Zwischenprodukt gemäß 8c kann dann gemäß 7a auf die Leiterplatte 16 gesetzt werden und mit dieser verbunden werden.
  • In 9a ist eine Leuchtvorrichtung 70 dargestellt. Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 7a ist zwischen den LEDs 68 und der Leiterplatte 16 für eine jeweilige LED 68 ein Submount 72 vorgesehen.
  • Zur Herstellung der Leuchtvorrichtung 70 werden die LEDs 68 gemäß 9c auf ihr jeweiliges Submount 72 gesetzt. Dieses Zwischenprodukt gemäß 9c wird dann gemäß 9b auf ein jeweiliges Konversionselement 66 gesetzt und mit diesem verbunden. Das Zwischenprodukt aus 9b wiederum wird gemäß 9a auf die Leiterplatte 16 gesetzt.
  • Offenbart ist eine Leuchtvorrichtung mit einer Optik. Diese hat ein Konversionselement, das einer Auskoppelfläche der Optik vorgeschaltet ist. Dem Konversionselement ist eine Lichtquelle zugeordnet, die Anregungsstrahlung hin zum Konversionselement emittiert. Das Konversionselement konvertiert dann die Anregungsstrahlung zumindest teilweise und koppelt die Strahlung dann über die Auskoppelfläche aus der Optik aus.
  • Bezugszeichenliste
  • Leuchtvorrichtung 1; 26; 46; 56; 58; 62; 64; 70
    Scheinwerfer 2
    Optik 4; 28; 54
    Einzeloptiken 6
    Auskoppelfläche 8
    Einkoppelfläche 10
    Aussparung 12; 42; 48
    Einkoppelseite 14
    Leiterplatte 16
    LED 18; 50; 68
    Befestigungsfläche 20
    Konversionselement 22; 44; 52; 60; 66
    Schwerkraftrichtung 24
    TIR-Optik 32
    Linse 34
    Außenmantelfläche 36
    Austrittsfläche 38
    Stirnseite 40
    Stege 45
    Kleber 57
    Submount 72

Claims (15)

  1. Leuchtvorrichtung mit einer Optik (4; 28; 54), die zumindest eine Einkoppelfläche (10) für zumindest eine Lichtquelle (18; 50; 68) aufweist und die zumindest eine Auskoppelfläche (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik (4; 28; 54) mindestens ein Konversionselement (22; 44; 52; 60; 66) aufweist, das der Einkoppelfläche (10) und/oder der Auskoppelfläche (8) vorgeschaltet ist.
  2. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lichtquelle (18; 50; 68) in Form einer Halbleiterlichtquelle ausgebildet ist, die eine Anregungsstrahlung emittiert, wobei die Anregungsstrahlung vom Konversionselement (22; 44; 52; 60; 66) zumindest teilweise in eine Konversionsstrahlung konvertiert ist.
  3. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Optik (4; 28; 54) eine Mehrzahl von Einkoppelflächen (10) für jeweils zumindest eine Lichtquelle (18; 50; 68) aufweist, wobei die Optik (4; 28; 54) für eine jeweilige Einkoppelfläche (10) zumindest eines Teils der Einkoppelflächen (10) ein jeweiliges Konversionselement (22; 44; 52; 60; 66) aufweist, und wobei das jeweilige Konversionselement (22; 44; 52; 60; 66) der jeweiligen zugeordneten Einkoppelfläche (10) und/oder Auskoppelfläche (8) vorgeschaltet ist.
  4. Leuchtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Einkoppelfläche (10) oder ein Teil der Einkoppelflächen (10) oder alle Einkoppelflächen (10) eine oder jeweils eine Aussparung (12; 42; 48) zum Anordnen des oder des jeweiligen Konversionselements (22; 44; 52; 60; 66) begrenzt/begrenzen.
  5. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Aussparung (12; 42; 48) sacklochförmig ausgestaltet ist.
  6. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Aussparung (12; 42; 48) in Richtung weg von der Auskoppelfläche (8) offen ausgebildet ist.
  7. Leuchtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 6, wobei zumindest eine Teilfläche der Aussparung (12; 42; 48) zumindest abschnittsweise oder vollständig reflektierend ausgebildet ist.
  8. Leuchtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Konversionselement (22; 44; 52; 60; 66) in Richtung der optischen Hauptachse gesehen eine größere Fläche als die Abstrahlfläche der zugeordneten Lichtquelle (18; 50; 68) in Richtung der optischen Hauptachse gesehen aufweist.
  9. Leuchtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtquelle (18; 50; 68) oder die Lichtquellen (18; 50; 68) auf jeweils einer oder einer gemeinsamen Befestigungsplatte (16) montiert sind oder auf einem oder jeweils auf einem Submount (72) befestigt ist/sind.
  10. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Submounts (72) auf einer gemeinsamen Befestigungsplatte (16) befestigt sind.
  11. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Optik (4; 28; 54) mit der Befestigungsplatte (16) oder dem oder den Submount/s (72) verbunden ist.
  12. Leuchtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Konversionselement (22; 44; 52; 60; 66) die Lichtquelle (18; 50; 68) umgreift oder eine Schichtform hat.
  13. Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 12, wobei die Lichtquelle/n (18; 50; 68) zumindest teilweise oder vollständig in der oder der jeweiligen Aussparung (12; 42; 48) angeordnet ist/sind, oder wobei die Lichtquelle/n am Konversionselement (22; 44; 52; 60; 66) oder am jeweiligen Konversionselement (22; 44; 52; 60; 66) befestigt ist/sind und außerhalb der Aussparung(48) angeordnet ist/sind.
  14. Scheinwerfer mit einer Leuchtvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
  15. Verfahren zur Herstellung einer Leuchtvorrichtung gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Konversionselement (22; 44; 52; 60; 66) in die Aussparung (12; 42; 48) der Optik (4; 28; 54) eingefüllt und anschließend ausgehärtet wird oder wobei das Konversionselement (22; 44; 52; 60; 66) in die Optik (4; 28; 54) eingesetzt wird.
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