WO2014114397A1 - Farbrad für eine leuchtvorrichtung - Google Patents

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WO2014114397A1
WO2014114397A1 PCT/EP2013/075699 EP2013075699W WO2014114397A1 WO 2014114397 A1 WO2014114397 A1 WO 2014114397A1 EP 2013075699 W EP2013075699 W EP 2013075699W WO 2014114397 A1 WO2014114397 A1 WO 2014114397A1
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filter
phosphor
color
light
color wheel
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PCT/EP2013/075699
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Inventor
Peter Hoehmann
Oliver Mehl
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Osram Gmbh
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Publication date
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    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
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    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/30—Semiconductor lasers

Definitions

  • the invention relates to a color wheel with a carrier substrate and at least one externally mounted thereon
  • the invention also relates to a lighting device with at least one such color wheel.
  • the invention is particularly applicable to
  • the invention is particularly applicable to LARP ("Laser Activated Remote Phosphor”) lighting devices in which the at least one phosphor region is illuminated by a spaced-apart laser.
  • LARP Laser Activated Remote Phosphor
  • Lighting devices of the type concerned with a rotatable color wheel are generally well known.
  • the phosphor area has
  • wavelength-converting phosphor which converts the incident light beam at least partially in (secondary) light of different, typically larger, wavelength and radiates again.
  • the secondary light is not sharp, but typically has a
  • the secondary light thus has an associated (converted) color spectrum. Since the externally irradiated light beam with respect to the
  • Lighting device is stationary, but the color wheel rotates, the phosphor area rotates below the external
  • the externally irradiated light beam thereby describes one, typically
  • annular, lighting track on the color wheel When several arranged along this lighting track
  • Phosphor areas produce these phosphor areas serially light portions of the generated by them Secondary light and possibly primary light. It is also known to have none at least in one area of the illumination lane
  • Wavelength conversion e.g. by providing a purely reflective reflection area or a
  • permeable transmitted-light range in order to also a light portion of the primary light without admixture of secondary light
  • the serial sequence of the light components can happen so quickly at a corresponding rotational speed of the color wheel that the human eye can no longer resolve the light components and perceives an integrated mixed light.
  • This mixed light has a color resulting from the ratio of the serial light components.
  • red, green and blue light components are serially generated, possibly in addition yellow or amber light components to produce a warm ⁇ white mixed light. These are usually a blue
  • the task is solved by a color wheel for a
  • Lighting device with a substrate (hereinafter without
  • Phosphor area is on its side facing away from the carrier substrate at least partially covered by at least one color filter.
  • This color wheel has the advantage that the color filter is a part of the color wheel and thus can be dispensed with an independent filter wheel with its disadvantages. So it no longer requires synchronization, and there is a cost reduction by a lower
  • the color filter is thus optically downstream of the phosphor region.
  • the secondary light and possibly the primary light is emitted as useful light from the same side of the color wheel on which the primary light
  • the external primary light beam first passes through the
  • the carrier substrate is reflective, in particular reflective, at least on its side carrying the phosphor regions.
  • the reflective design allows a particularly high light output.
  • the secondary light and possibly the primary light is emitted as useful light from another side of the color wheel than that to which the primary light is irradiated ("transmitted light arrangement").
  • the external primary light beam initially strikes a first side of the phosphor region.
  • the secondary light generated by this phosphor region and possibly
  • the color filter is located on the other side of the primary light irradiation
  • Carrier substrate It is also a development that the secondary light and possibly an unconverted primary light component is generated as useful light in a reflective arrangement, however, e.g. of the
  • Wavelength conversion in transmitted light arrangement is radiated through the color wheel ("hybrid arrangement".)
  • the color wheel For passing the primary light beam, the color wheel in
  • At least a portion of the luminous trace have a window or a section. It is also a training that at least one
  • Fluorescent area is completely covered by a color filter. As a result, the entire secondary light emitted by this phosphor region is filtered. It is also a continuing education that at least one
  • the secondary light emitted by the phosphor region is only partially filtered, and it For example, light components with different dominance wavelengths can be generated by means of a phosphor region.
  • filtered, e.g. red-shifted or green-shifted, secondary light are generated.
  • Fluorescent area suitable training that one
  • Phosphor area is at least partially covered at different portions of different color filters. For example, it may be so by means of a yellow-converting phosphor from the originally generated yellow
  • Secondary light e.g. be generated by filtering red-shifted and green-shifted by filtering secondary light.
  • the at least one color filter may in particular be applied directly to at least one phosphor region, e.g. by ion beam-assisted deposition.
  • the at least one color filter may in particular be applied in a flat contact with at least one phosphor region.
  • the carrier substrate has a high thermal conductivity ⁇ , preferably of at least 15 W / (m-K), particularly preferably of at least 150 W / (m-K). This enhances heat dissipation and thus cooling of the at least one phosphor region.
  • the carrier substrate is made of metal, e.g. Aluminum or copper.
  • the carrier substrate is present as a plate or disc, in particular as a circular plate.
  • the carrier substrate may be connected to its rotation with a drive motor, for example via a centrally arranged drive shaft. It is an embodiment that on the carrier substrate with a plurality of different phosphor areas with
  • Fluorescent region is covered by a color filter, which filters out at least one short wavelength wavelength range from the secondary light converted by the phosphor region. So can a shift of
  • Such filtering can be particularly by a long-pass filter or a
  • Such a dye region may in particular be a red light converting or
  • Fluorescent region is covered by a color filter, which filters out at least one long-wavelength wavelength range from the secondary light converted by the phosphor region. This allows a shift of
  • Such filtering can be particularly by a short-pass filter or a
  • Such a dye region may in particular be a green light converting or
  • At least one phosphor region is not covered by a color filter. So one does not like filtering in his own way
  • Dominance wavelength shifted secondary light can be used.
  • a dye region may in particular have a yellow or amber light-converting or "yellow” or “amber” phosphor.
  • the at least one phosphor region between the carrier substrate and a further, light-transmitting substrate hereinafter as a “filter substrate” without restricting the generality
  • the at least one color filter is integrated as a filter area in the translucent filter substrate. This allows for multiple color filters
  • Filter substrate thus have a plurality of different filter areas.
  • At least one filter region may be obtained, for example, by treatment of the base material of the filter substrate, e.g. Glass, e.g. by infiltration.
  • at least one filter region may be replaced by a
  • Filter layers are formed.
  • the filter areas may be e.g. be designed as an absorption filter and / or as a dielectric filter.
  • the filter substrate may generally be a transparent material with high thermal conductivity, e.g. Glass, glass ceramic, sapphire, transparent ceramics, etc.
  • color filters are arranged on the color wheel, e.g. arranged on a respective phosphor region and / or stacked on top of each other.
  • the base material of the filter substrate is for
  • the base material of the filter substrate is preferably highly thermally conductive for improved cooling, for example with a thermal conductivity ⁇ of at least 1 W / (mK). It is also a preferred embodiment, in particular for a reflective arrangement, that the carrier substrate has at least one externally illuminable reflection area not occupied by phosphor. The reflection area reflects the irradiated primary light without wavelength conversion and thus allows a well-defined in a simple manner
  • the carrier substrate may have at least one non-converting
  • Transmitted light area e.g. a window so that the primary light can radiate without wavelength conversion through the color wheel.
  • This primary light component can with the
  • the reflection area no color filter is connected downstream. This can e.g. be achieved by means of a simply transparent region of the filter substrate or by means of a cutout or window in the filter substrate at the location of the reflection region.
  • At least one of a phosphor region and / or reflection region is also an embodiment.
  • covering translucent cover is antireflex-coated at least on one side.
  • This cover may be, for example, the filter substrate.
  • the arrangement is preferred in which on the carrier substrate at least one reflection region or
  • Transmitted light area at least one red converting
  • Phosphor region and at least one green-converting phosphor region are arranged; in which further the red-converting phosphor region is covered by a long-pass color filter which has a short-wave color filter
  • Fluorescent region from a bandpass pass color filter or Shortpass color filter is covered, which is a long wavelength range from that of the green converting
  • At least one yellow-converting phosphor region is arranged on the carrier substrate, whereby, for example, a
  • Phosphor area is preferably not covered by a color filter.
  • a lighting device comprising at least one color wheel as described above, and at least one primary light source for irradiating the color wheel with primary light, which by means of at least one
  • Fluorescent region of the color wheel at least partially
  • Primary light source has at least one semiconductor light source.
  • the at least one semiconductor light source may in particular comprise at least one laser, in particular a laser diode, and / or at least one light-emitting diode.
  • Primary light source emits blue light. One like that
  • UV light as a primary light is conceivable, in particular with additional provision of blue light-converting phosphor on the color wheel.
  • the lighting device is a projection device, for example for the reproduction of Pictures and films ("home theater”), for simulation or as vehicle headlights.
  • Fig.l shows a sectional view in side view of a basic structure of a lighting device with a color wheel
  • FIG. 2 shows a top view of a color wheel according to the invention
  • Fig. 6 shows a spectral distribution of one by means of
  • Fig. 8 shows a spectral distribution of a typical unfiltered red secondary light
  • Fig. 10 shows an achievable color space or gamut of one
  • Lighting device with color wheel without color filter and a lighting device with the color wheel according to the invention are identical to the invention.
  • Fig.l shows a sectional view in side view of a basic structure of a lighting device in the form of e.g. an image projector 1 with a color wheel 2.
  • the color wheel 2 has a disk-shaped carrier substrate 3, which by a centrally arranged, motor-driven
  • phosphor areas 6 provided with wavelength-converting phosphor are arranged on a front panel 5 which can be illuminated by means of primary light P.
  • the phosphor regions 6 convert the incident on them, e.g. blue, primary light P at least partially, preferably completely, in
  • Secondary light S longer wavelength around.
  • the reflected secondary light S can be further guided and / or shaped by means of a coupling-out optical system 0.
  • the primary light P may be generated in particular by means of at least one semiconductor light source in the form of a laser Q.
  • transmitted primary light P can later be reunited to produce a total composite blended light.
  • This, preferably white, mixed light can e.g. to an imaging element such as a DLP mirror (not shown).
  • an imaging element such as a DLP mirror (not shown).
  • a dichroic mirror 14 gelengt, which is designed to be reflective of the primary light, for the secondary light S, however, permeable.
  • the primary light P can be radiated perpendicular to the color wheel 2.
  • the secondary light S passing through the coupling-out optics 0 is free of primary light components.
  • FIG. 2 shows a color wheel 2 according to the invention in a plan view of the front side 5 on the carrier substrate 3
  • the highly reflective aluminum or copper are six annular sector-shaped phosphor regions 6, 7, and 8 and a transmitted light region 9, which together form a ring on which a lighting track B of the primary light P is located.
  • the associated light spot F of the primary light P thus moves along the areas 6 - 9.
  • the areas 6-9 are each formed twice, namely
  • the axis of rotation A here corresponds to a longitudinal axis or axis of symmetry of the carrier substrate 3.
  • the regions 6 - 9 here have the same angular width, the invention is not limited thereto.
  • At least the phosphor regions 6, 7, and 8 are of a common, circular disk-shaped filter substrate 10
  • the filter substrate 10 has four color filters in
  • the filter areas 11, 12 can, for example, by on a transparent
  • the filter substrate 10 may also be at least partially one-sided and / or two-sided
  • the transmitted light region 9 is formed as a cutout or window in the carrier substrate 3.
  • the filter substrate 10 may in particular have a non-filtering region which is there to reduce light losses preferably antireflex coated on both sides, alternatively a section.
  • the carrier substrate 3 at the phosphor regions 6-8 for receiving the respective phosphor Ph has a depression or recess 13 in the front side 5.
  • the cross-sectional shape of the depression 13 is not limited and may be rectangular, for example. be tapered or free-shaped.
  • Carrier substrate 3 here has a thickness of about 0.5 mm, the phosphor regions 6-8 have a thickness of about 0.1 mm to 0.3 mm, the filter substrate has a thickness of not more than 1 mm, for example between 0, 1 mm and 0.5 mm.
  • Phosphor Ph preferably fills the recess 13 completely, so that at the transition between the filter substrate 10 and the phosphor Ph by reducing a difference in
  • the filter substrate 10 is flat
  • the phosphor is hermetically sealed, i. across from
  • the filter substrate 10 accordingly shows the filter region 11 associated with the phosphor region 6.
  • Fluorescent regions 6 each have a blue-green converting phosphor, which converts blue primary light P into green secondary light Sg. For this purpose, primary light P generated by the blue laser Q strikes the first
  • the filter substrate here: 10
  • at least one transparent, particularly thermally conductive layer have, for example, an ITO layer 15, on one side, for example, as shown on the front, or on both sides.
  • the filter region 11 is formed as a band-pass filter for filtering the blue-green converted secondary light Sg.
  • the filter area 11 filters the blue primary light P in only a very small amount. Consequently, the filter area 11
  • Primary light P is substantially completely converted into the unfiltered green secondary light Sg.
  • ⁇ Eas green secondary light Sg has, as shown in Figure 5 as a plot of spectral power density W / nm in relative units over a wavelength ⁇ in nm, a broad or
  • the unfiltered green secondary light Sg is transmitted through the
  • Color filter 11 backscattered and filtered there.
  • FIG. 6 shows a spectral distribution of a filtered blue ⁇ green converted or green secondary light Sg * analogous to Figure 5.
  • a longer-wave spectral range of the original green is produced by the filter region 11
  • the filtered green Secondary light Sg * is decoupled as useful light component, eg by means of the coupling-out optical system 0.
  • the two opposing phosphor regions 7 are purely blue by way of example in each case
  • Fig.7 shows a spectral filter characteristic of
  • the filter region 12 is formed as a long-pass filter for filtering the blue-red converted secondary light Sg.
  • the filter area 12 practically does not filter the blue primary light P. Impacting primary light P goes through the
  • Filter area 12 so virtually lossless, especially if at least the primary light side surface
  • the red secondary light Sr also has, as shown in FIG. 8 as a plot analogous to FIG. 5, a broad or non-singular spectral range.
  • the two opposing phosphor regions 8 have a blue-yellow one by way of example only
  • Primary light P converts to yellow secondary light Sy.
  • These phosphor regions 8 are not assigned a color filter.
  • an associated color coordinate P3 of the secondary light Sy remains unchanged in the associated color space after CIExyl931.
  • the filter substrate 10 may be at the phosphor areas 8 for
  • Color coordinates P2 * and P4 * causes the lighting device 1 with the color wheel 2 with the filter areas 11-12.
  • UV light as a primary light and an additional provision of a convertible into blue light phosphor and associated phosphor area possible.
  • red, green and yellow portions of light can also be achieved by appropriate partial filtering of yellow or other suitable light, e.g. as above
  • the at least one color filter can also be integrated into the carrier substrate or attached directly thereto, e.g. without use of a filter substrate.
  • phosphor can be in the carrier substrate
  • Carrier substrate over the phosphor with a filter such as a filter layer or a filter layer stack to be occupied.
  • a filter such as a filter layer or a filter layer stack to be occupied.
  • “on”, “an”, etc. may be taken to mean a singular or a plurality, in particular in the sense of “at least one” or “one or more”, etc., as long as this is not explicitly excluded, eg by the expression “exactly a "etc.
  • a number may include exactly the specified number as well as a usual tolerance range, as long as this is not explicitly excluded.

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Abstract

Das Farbrad (2) für eine Leuchtvorrichtung (1) ist mit einem Trägersubstrat (3) und mindestens einem darauf angebrachten, extern beleuchtbaren Leuchtstoffbereich (6-8) ausgestattet, wobei mindestens ein Leuchtstoffbereich (6,7) auf seiner dem Trägersubstrat (3) abgewandten Seite zumindest teilweise von mindestens einem Farbfilter (11, 12) abgedeckt ist. Eine Leuchtvorrichtung (1) weist mindestens ein solches Farbrad (2) sowie mindestens eine Primärlichtquelle (Q), insbesondere Halbleiterlichtquelle, zum Bestrahlen des Farbrads (2) mit Primärlicht (P), welches mittels des mindestens einen Leuchtstoffbereichs (6-8) des Farbrads (2) zumindest teilweise wellenlängenkonvertierbar ist, auf.

Description

Beschreibung
Farbrad für eine Leuchtvorrichtung Die Erfindung betrifft ein Farbrad mit einem Trägersubstrat und mindestens einem darauf angebrachten, extern
beleuchtbaren Leuchtstoffbereich . Die Erfindung betrifft auch eine Leuchtvorrichtung mit mindestens einem solchen Farbrad. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf
Fahrzeugscheinwerfer und Projektoren. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf LARP („Laser Activated Remote Phosphor" ) -Leuchtvorrichtungen, bei denen der mindestens eine Leuchtstoffbereich von einem beabstandet angeordneten Laser beleuchtet wird.
Leuchtvorrichtungen der betreffenden Art mit einem drehbaren Farbrad sind grundsätzlich gut bekannt. Dabei fällt ein extern eingestrahlter ( Primär- ) Lichtstrahl , z.B. ein blauer Lichtstrahl einer Laserdiode, auf den mindestens einen
Leuchtstoffbereich . Der Leuchtstoffbereich weist
wellenlängenkonvertierenden Leuchtstoff auf, welcher den einfallenden Lichtstrahl zumindest teilweise in (Sekundär-) Licht unterschiedlicher, typischerweise größerer, Wellenlänge umwandelt und wieder abstrahlt. Das Sekundärlicht ist jedoch nicht linienscharf, sondern weist typischerweise eine
spektrale Breite mit einer zugehörigen Spitzenwellenlänge und einer zugehörigen Dominanzwellenlänge auf. Das Sekundärlicht weist also ein zugehöriges (konvertiertes) Farbspektrum auf. Da der extern eingestrahlte Lichtstrahl in Bezug auf die
Leuchtvorrichtung stationär ist, sich das Farbrad aber dreht, dreht sich der Leuchtstoffbereich unter dem extern
eingestrahlten Lichtstrahl hindurch. Der extern eingestrahlte Lichtstrahl beschreibt dadurch eine, typischerweise
ringförmige, Beleuchtungsspur auf dem Farbrad. Bei mehreren entlang dieser Beleuchtungsspur angeordneten
Leuchtstoffbereichen erzeugen diese Leuchtstoffbereiche seriell Lichtanteile aus dem von ihnen erzeugten Sekundärlicht und ggf. Primärlicht. Es ist auch bekannt, an mindestens einem Bereich der Beleuchtungsspur keine
Wellenlängenkonversion vorzunehmen, z.B. durch Vorsehen eines rein reflektierenden Reflexionsbereichs oder eines
durchlässigen Durchlichtbereichs , um auch einen Lichtanteil des Primärlichts ohne Beimischung von Sekundärlicht
bereitzustellen. Die serielle Abfolge der Lichtanteile kann bei entsprechender Umdrehungsgeschwindigkeit des Farbrads so schnell geschehen, dass das menschliche Auge die Lichtanteile nicht mehr auflösen kann und ein integriertes Mischlicht wahrnimmt. Dieses Mischlicht weist eine Farbe auf, die sich aus dem Verhältnis der seriellen Lichtanteile ergibt. Um ein weißes Mischlicht zu erzeugen, werden häufig rote, grüne und blaue Lichtanteile seriell erzeugt, ggf. zusätzlich gelbe oder bernsteinfarbene Lichtanteile zur Erzeugung eines warm¬ weißen Mischlichts. Dazu werden in der Regel ein blauer
Primärlichtstrahl und blau-rot sowie blau-grün und ggf. blau¬ gelb konvertierende Leuchtstoffbereiche auf dem Farbrad abgeordnet. Diese Leuchtstoffbereiche weisen entsprechende blau-rot, blau-grün bzw. ggf. blau-gelb konvertierende
Leuchtstoffe auf.
Für anspruchsvolle Projektionsanwendungen (z.B. das Heimkino oder eine Simulation) sind aktuell verfügbare blau-rot und blau-grün konvertierende Leuchtstoffe für LARP-Proj ektoren mit blauen Laserlichtquellen nicht gut geeignet. So ist eine Dominanzwellenlänge des grünen Sekundärlichts zu groß und des roten Sekundärlichts zu gering. Weiterhin ist die Sättigung des grünen Sekundärlichts zu gering.
Um diese Nachteile zu überwinden ist es bisher bekannt, zusätzlich zu dem Farbrad ein sich synchron dazu drehendes, optisch nachgeschaltetes Filterrad zu verwenden, z.B. vor einem Integrator innerhalb eines DLP-Proj ektors . Dieses
Filterrad verursacht zusätzliche Kosten, zusätzlichen
Platzbedarf und zusätzlichen Aufwand zu seiner Ansteuerung des Filterrades. Insbesondere kritisch ist die genaue
Synchronisation der auf dem Filterrad befindlichen Filterbereiche mit zugehörigen Farbstoffbereichen des
Farbrads .
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine verbesserte Möglichkeit zur Erweiterung eines durch ein Farbrad erzeugten Farbraums bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen
Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind
insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Farbrad für eine
Leuchtvorrichtung mit einem Substrat (im Folgenden ohne
Beschränkung der Allgemeinheit als „Trägersubstrat"
bezeichnet) und mindestens einem darauf angebrachten, extern beleuchtbaren Leuchtstoffbereich, wobei mindestens ein
Leuchtstoffbereich auf seiner dem Trägersubstrat abgewandten Seite zumindest teilweise von mindestens einem Farbfilter abgedeckt ist. Dieses Farbrad weist den Vorteil auf, dass das Farbfilter einen Teil des Farbrads darstellt und somit auf ein eigenständiges Filterrad mit seinen Nachteilen verzichtet werden kann. So bedarf es keiner Synchronisation mehr, und es ergibt sich eine Kostenreduzierung durch eine geringere
Komplexität des Aufbaus. Auch ist so ein besonders kompakter Aufbau der zugehörigen Leuchtvorrichtung möglich.
Das Farbfilter ist also dem Leuchtstoffbereich optisch nachgeschaltet .
Es ist eine Weiterbildung, dass das Sekundärlicht und ggf. das Primärlicht als Nutzlicht von der gleichen Seite des Farbrads abgestrahlt wird, auf welche das Primärlicht
eingestrahlt wird („reflektive Anordnung"). Hierbei
durchläuft der externe Primärlichtstrahl zunächst das
Farbfilter und trifft dann auf den Leuchtstoffbereich . Das davon erzeugte Sekundärlicht und ggf. Primärlichtanteile werden wieder durch das Farbfilter gestrahlt. Es ist dazu noch eine Weiterbildung, dass das Trägersubstrat zumindest an seiner die Leuchtstoffbereiche tragenden Seite reflektierend, insbesondere spiegelnd, ausgebildet ist. Die reflektierende Ausbildung ermöglicht eine besonders hohe Lichtausbeute .
Es ist eine Weiterbildung, dass das Sekundärlicht und ggf. das Primärlicht als Nutzlicht von einer anderen Seite des Farbrads abgestrahlt wird als derjenigen, auf welche das Primärlicht eingestrahlt wird („Durchlichtanordnung" ) .
Hierbei trifft der externe Primärlichtstrahl zunächst auf eine erste Seite des Leuchtstoffbereichs . Das von diesem Leuchtstoffbereich erzeugte Sekundärlicht und ggf.
transmittierte Primärlichtanteile werden dann durch das
Farbfilter gestrahlt. Das Farbfilter befindet sich auf der zur Primärlichteinstrahlung anderen Seite des
Trägersubstrats . Es ist zudem eine Weiterbildung, dass das Sekundärlicht und ggf. ein nicht umgewandelter Primärlichtanteil als Nutzlicht in reflektiver Anordnung erzeugt wird, jedoch z.B. der
Primärlichtstrahl in einem Bereich ohne
Wellenlängenumwandlung in Durchlichtanordnung durch das Farbrad hindurch gestrahlt wird („hybride Anordnung") . Zum Durchlass des Primärlichtstrahls mag das Farbrad in
mindestens einem Abschnitt der Leuchtspur ein Fenster oder einen Ausschnitt aufweisen. Es ist außerdem eine Weiterbildung, dass mindestens ein
Leuchtstoffbereich vollständig von einem Farbfilter abgedeckt ist. Dadurch wird das gesamte von diesem Leuchtstoffbereich abgestrahlte Sekundärlicht gefiltert. Es ist zudem eine Weiterbildung, dass mindestens ein
Leuchtstoffbereich nur teilweise von einem Farbfilter
abgedeckt ist. Dadurch wird das von dem Leuchtstoffbereich abgestrahlte Sekundärlicht nur teilweise gefiltert, und es können Lichtanteile mit unterschiedlicher Dominanzwellenlänge mittels eines Leuchtstoffbereichs erzeugt werden.
Beispielsweise mag so aus einem gelb konvertierenden
Leuchtstoff ungefiltertes gelbes Sekundärlicht und
gefiltertes, z.B. rotverschobenes oder grünverschobenes, Sekundärlicht erzeugt werden.
Es ist noch eine zur Erzeugung von Lichtanteilen mit
unterschiedlicher Dominanzwellenlänge aus einem
Leuchtstoffbereich geeignete Weiterbildung, dass ein
Leuchtstoffbereich zumindest teilweise an unterschiedlichen Teilbereichen von unterschiedlichen Farbfiltern abgedeckt ist. Beispielsweise mag so mittels eines gelb konvertierenden Leuchtstoffs aus dem ursprünglich erzeugten gelben
Sekundärlicht ein z.B. durch Filterung rotverschobenes und ein durch Filterung grünverschobenes Sekundärlicht erzeugt werden .
Das mindestens eine Farbfilter mag insbesondere direkt auf mindestens einem Leuchtstoffbereich aufgebracht sein, z.B. durch Ionenstrahl-gestützte Deposition. Das mindestens eine Farbfilter mag insbesondere flächig kontaktierend auf mindestens einem Leuchtstoffbereich aufgebracht sein. Es ist auch eine Weiterbildung, dass das Trägersubstrat eine hohe Wärmeleitfähigkeit λ aufweist, bevorzugt von mindestens 15 W/ (m-K), besonders bevorzugt von mindestens 150 W/ (m-K) . Dies verstärkt eine Wärmeabfuhr und damit eine Kühlung des mindestens einen Leuchtstoffbereichs . Bevorzugt besteht das Trägersubstrat aus Metall, z.B. Aluminium oder Kupfer.
Es ist noch eine Weiterbildung, dass das Trägersubstrat als Platte oder Scheibe vorliegt, insbesondere als kreisförmige Platte. Das Trägersubstrat kann zu seiner Drehung mit einem Antriebsmotor verbunden sein, z.B. über eine zentrisch angeordnete Antriebswelle. Es ist eine Ausgestaltung, dass auf dem Trägersubstrat mehrere, unterschiedliche Leuchtstoffbereiche mit
unterschiedlichem Leuchtstoff angebracht sind, welche von unterschiedlichen Farbfiltern abgedeckt sind. So lässt sich ein besonders großer Farbraum oder „Gamut" erreichen.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass mindestens ein
Leuchtstoffbereich von einem Farbfilter abgedeckt ist, welches zumindest einen kurzwelligen Wellenlängenbereich aus dem von dem Leuchtstoffbereich konvertierten Sekundärlicht herausfiltert. So lässt sich eine Verschiebung der
Dominanzwellenlänge und damit der Farbe in Richtung einer größeren Wellenlänge erreichen. Eine solche Filterung lässt sich insbesondere durch ein Langpassfilter oder ein
Bandpassfilter erreichen. Ein solcher Farbstoffbereich mag insbesondere einen in rotes Licht konvertierenden bzw.
„roten" Leuchtstoff aufweisen.
Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass mindestens ein
Leuchtstoffbereich von einem Farbfilter abgedeckt ist, welches zumindest einen langwelligen Wellenlängenbereich aus dem von dem Leuchtstoffbereich konvertierten Sekundärlicht herausfiltert. Dadurch lässt sich eine Verschiebung der
Dominanzwellenlänge und damit der Farbe in Richtung einer kleineren Wellenlänge erreichen. Eine solche Filterung lässt sich insbesondere durch ein Kurzpassfilter oder ein
Bandpassfilter erreichen. Ein solcher Farbstoffbereich mag insbesondere einen in grünes Licht konvertierenden bzw.
„grünen" Leuchtstoff aufweisen.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass mindestens ein Leuchtstoffbereich nicht von einem Farbfilter abgedeckt ist. So mag auch ein nicht durch Filterung in seiner
Dominanzwellenlänge verschobenes Sekundärlicht genutzt werden. Ein solcher Farbstoffbereich mag insbesondere einen in gelbes oder in bernsteinfarbenes Licht konvertierenden bzw. „gelben" oder „bernsteinfarbenen" Leuchtstoff aufweisen. Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass der mindestens eine Leuchtstoffbereich zwischen dem Trägersubstrat und einem weiteren, lichtdurchlässigen Substrat (im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit als „Filtersubstrat"
bezeichnet) angeordnet ist und der mindestens eine Farbfilter als Filterbereich in das lichtdurchlässige Filtersubstrat integriert ist. Dadurch kann auf mehrere Farbfilter
verzichtet werden, was eine Montage erheblich erleichtert und ein besonders robustes Farbrad bereitstellt. Bei
Vorhandensein mehrerer Leuchtstoffbereiche mag das
Filtersubstrat also mehrere unterschiedliche Filterbereiche aufweisen .
Mindestens ein Filterbereich kann beispielsweise durch eine Behandlung des Grundmaterials des Filtersubstrats, z.B. Glas, gebildet werden, z.B. durch Infiltrierung. Alternativ oder zusätzlich mag mindestens ein Filterbereich durch eine
Beschichtung des Grundmaterials mit einer oder mehreren
Filterschichten gebildet werden. Die Filterbereiche können z.B. als Absorptionsfilter und/oder als dielektrische Filter ausgebildet sein.
Das Filtersubstrat mag allgemein ein transparentes Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit sein, z.B. Glas, Glaskeramik, Saphir, transparente Keramik usw.
Jedoch können grundsätzlich auch mehrere, separat
hergestellte Farbfilter an dem Farbrad angeordnet sein, z.B. auf einem jeweiligen Leuchtstoffbereich angeordnet und/oder übereinander gestapelt.
Das Grundmaterial des Filtersubstrats ist zur
Aufrechterhaltung einer hohen Lichtausbeute bevorzugt
transparent. Das Grundmaterial des Filtersubstrats ist zur verbesserten Kühlung bevorzugt gut wärmeleitfähig, z.B. mit einer Wärmeleitfähigkeit λ von mindestens 1 W/ (m-K) . Es ist auch eine insbesondere für eine reflektive Anordnung bevorzugte Ausgestaltung, dass das Trägersubstrat mindestens einen nicht mit Leuchtstoff belegten, extern beleuchtbaren Reflexionsbereich aufweist. Der Reflexionsbereich reflektiert das eingestrahlte Primärlicht ohne Wellenlängenumwandlung und ermöglicht so auf einfache Weise einen gut definierten
Lichtanteil des Primärlichts an dem Mischlicht.
Für eine Durchlichtanordnung oder eine hybride Anordnung mag das Trägersubstrat mindestens einen nichtkonvertierenden
Durchlichtbereich, z.B. ein Fenster, aufweisen, so dass das Primärlicht ohne Wellenlängenumwandlung durch das Farbrad strahlen kann. Dieser Primärlichtanteil kann mit den
reflektierten Lichtanteilen später vereinigt werden.
Es ist eine Weiterbildung, dass dem Reflexionsbereich kein Farbfilter nachgeschaltet ist. Dies kann z.B. mittels eines einfach transparenten Bereichs des Filtersubstrats oder mittels eines Ausschnitts oder Fensters in dem Filtersubstrat am Ort des Reflexionsbereichs erreicht werden.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass mindestens eine einen Leuchtstoffbereich und/oder Reflexionsbereich
abdeckende lichtdurchlässige Abdeckung zumindest einseitig antireflexbeschichtet ist. Diese Abdeckung mag beispielsweise das Filtersubstrat sein.
Es wird besonders die Anordnung bevorzugt, bei der an dem Trägersubstrat mindestens ein Reflexionsbereich oder
Durchlichtbereich, mindestens ein rot konvertierender
Leuchtstoffbereich und mindestens ein grün konvertierender Leuchtstoffbereich angeordnet sind; bei der ferner der rot konvertierende Leuchtstoffbereich von einem Langpass- Farbfilter abgedeckt ist, welches einen kurzwelligen
Wellenlängenbereich aus dem von dem rot konvertierenden
Leuchtstoffbereich abgestrahlten (roten) Sekundärlicht herausfiltert; und bei welchem der grün konvertierende
Leuchtstoffbereich von einem Bandpasspass-Farbfilter oder Kurzpass-Farbfilter abgedeckt ist, welches einen langwelligen Bereich aus dem von dem grün konvertierenden
Leuchtstoffbereich abgestrahlten (grünen) Sekundärlicht herausfiltert. Diese Anordnung erzeugt mit einfachen Mitteln einen insbesondere zur Erzeugung von weißem Mischlicht erweiterten Farbraum.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass an dem Trägersubstrat mindestens ein gelb konvertierender Leuchtstoffbereich angeordnet ist, wodurch beispielsweise ein
Farbwiedergabeindex des gemischten Nutzlichts bzw.
Mischlichts erhöhbar ist. Der gelb konvertierende
Leuchtstoffbereich ist bevorzugt nicht von einem Farbfilter abgedeckt .
Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Leuchtvorrichtung, aufweisend mindestens ein Farbrad wie oben beschrieben sowie mindestens eine Primärlichtquelle zum Bestrahlen des Farbrads mit Primärlicht, welches mittels des mindestens einen
Leuchtstoffbereichs des Farbrads zumindest teilweise
wellenlängenkonvertierbar ist.
Es ist eine Weiterbildung, dass die mindestens eine
Primärlichtquelle mindestens eine Halbleiterlichtquelle aufweist. Die mindestens eine Halbleiterlichtquelle mag insbesondere mindestens einen Laser, insbesondere Laserdiode, und/oder mindestens eine Leuchtdiode aufweisen.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die
Primärlichtquelle blaues Licht abstrahlt. Eine so
ausgestaltete Leuchtvorrichtung ist effizient und zudem preiswert bereitstellbar. Alternativ ist z.B. auch eine
Nutzung von UV-Licht als Primärlicht denkbar, insbesondere bei zusätzlichem Vorsehen von in blaues Licht konvertierendem Leuchtstoff an dem Farbrad.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass die Leuchtvorrichtung eine Projektionsvorrichtung ist, z.B. zur Wiedergabe von Bildern und Filmen („Heimkino"), zur Simulation oder als Fahrzeugscheinwerfer .
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im
Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur
Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
Fig.l zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen grundsätzlichen Aufbau einer Leuchtvorrichtung mit einem Farbrad;
Fig.2 zeigt in Draufsicht ein erfindungsgemäßes Farbrad;
Fig.3 zeigt das erfindungsgemäße Farbrad als
Schnittdarstellung in Seitenansicht;
Fig.4 zeigt eine spektrale Filtercharakteristik eines
Bandpassfilters zum Filtern des blau-grün konvertierten bzw. grünen Sekundärlichts; Fig.5 zeigt eine spektrale Verteilung oder
Spektralbereich eines typischen ungefilterten grünen Sekundärlichts;
Fig.6 zeigt eine spektrale Verteilung eines mittels des
Bandpassfilters aus Fig.4 gefilterten grünen
Sekundärlichts ;
Fig.7 zeigt eine spektrale Filtercharakteristik eines
Langpassfilters zum Filtern des blau-rot konvertierten bzw. roten Sekundärlichts;
Fig.8 zeigt eine spektrale Verteilung eines typischen ungefilterten roten Sekundärlichts;
Fig.9 zeigt eine spektrale Verteilung eines mittels des
Langpassfilters aus Fig.7 gefilterten roten
Sekundärlichts; und
Fig.10 zeigt einen erreichbaren Farbraum oder Gamut einer
Leuchtvorrichtung mit Farbrad ohne Farbfilter und einer Leuchtvorrichtung mit dem erfindungsgemäßen Farbrad .
Fig.l zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen grundsätzlichen Aufbau einer Leuchtvorrichtung in Form z.B. eines Bildprojektors 1 mit einem Farbrad 2. Das Farbrad 2 weist ein scheibenförmiges Trägersubstrat 3 auf, welches durch eine zentrisch angeordnete, motorgetriebene
Antriebswelle 4 in eine Drehung D versetzbar ist.
Auf einer mittels Primärlicht P beleuchtbaren Vorderseite 5 sind mit wellenlängenkonvertierendem Leuchtstoff versehene Leuchtstoffbereiche 6 angeordnet. Die Leuchtstoffbereiche 6 konvertieren das auf sie einfallende, z.B. blaue, Primärlicht P zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, in
Sekundärlicht S größerer Wellenlänge um. Das reflektierte Sekundärlicht S kann mittels einer Auskoppeloptik 0 weiter geführt und/oder geformt werden. Das Primärlicht P mag insbesondere mittels mindestens einer Halbleiterlichtquelle in Form eines Lasers Q erzeugt werden.
Je nach Drehstellung des Farbrads 2 werden nacheinander unterschiedliche Leuchtstoffbereiche 6 beleuchtet. Es ist auch möglich, dass ein Bereich des Trägersubstrats 3
beleuchtet wird, welches das Primärlicht ohne
Wellenlängenkonversion entweder reflektiert („reflektive Anordnung") oder, wie angedeutet, durchlässt
(„Durchlichtanordnung" ) Das Sekundärlicht S und das
durchgelassene Primärlicht P können später wieder vereinigt werden, um insgesamt ein seriell zusammengesetztes Mischlicht zu erzeugen. Dieses, bevorzugt weiße, Mischlicht kann z.B. auf ein Bilderzeugungselement wie einen DLP-Spiegel (o. Abb.) geleitet werden. In der gezeigten Anordnung wird das von dem Laser Q
ausgesandte Primärlicht P auf einen teildurchlässigen
Spiegel, z.B. einen dichroitischen Spiegel 14, gelengt, welcher für das Primärlicht spiegelnd ausgebildet ist, für das Sekundärlicht S hingegen durchlässig. Dadurch kann das Primärlicht P senkrecht auf das Farbrad 2 eingestrahlt werden. Und zudem ist das durch die Auskoppeloptik 0 laufende Sekundärlicht S frei von Primärlichtanteilen.
An der Rückseite des Trägersubstrats 3 ist zudem eine
Fig.2 zeigt ein erfindungsgemäßes Farbrad 2 in Draufsicht auf die Vorderseite 5. Auf dem Trägersubstrat 3 aus
hochreflektierendem Aluminium oder Kupfer befinden sich sechs ringsektorförmige Leuchtstoffbereiche 6, 7, und 8 sowie ein Durchlichtbereich 9, die zusammen einen Ring bilden, auf welchem sich eine Beleuchtungsspur B des Primärlichts P befindet. Der zugehörige Lichtfleck F des Primärlichts P bewegt sich also entlang der Bereiche 6 - 9. Die Bereiche 6 - 9 sind jeweils doppelt ausgebildet, nämlich
spiegelsymmetrisch zu einer Drehachse A des Trägersubstrats 3. Die Drehachse A entspricht hier einer Längsachse oder Symmetrieachse des Trägersubstrats 3. Obwohl die Bereiche 6 - 9 hier die gleiche Winkelbreite aufweisen, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt.
Zumindest die Leuchtstoffbereiche 6, 7, und 8 sind von einem gemeinsamen, kreisscheibenförmigen Filtersubstrat 10
abgedeckt. Das Filtersubstrat 10 weist vier Farbfilter in
Form von Filterbereichen 11 und 12 auf, welche zumindest die Leuchtstoffbereiche 6 bzw. 7 abdecken. Die Filterbereiche 11, 12 können beispielsweise durch auf einem transparenten
Grundmaterial aufgebrachte dielektrische Schichten bzw.
Schichtstapel gebildet sein. Das Filtersubstrat 10 mag ferner zumindest teilweise einseitig und/oder zweiseitig
antireflexbeschichtet sein.
Der Durchlichtbereich 9 ist als Ausschnitt oder Fenster in dem Trägersubstrat 3 ausgebildet. An seiner Position mag das Filtersubstrat 10 insbesondere einen nicht filternden Bereich aufweisen, der dort zur Reduzierung von Lichtverlusten bevorzugt beidseitig antireflexbeschichtet ist, alternativ einen Ausschnitt.
Wie in Fig.3 als Schnittdarstellung in Seitenansicht gezeigt, weist das Trägersubstrat 3 an den Leuchtstoffbereichen 6 - 8 zur Aufnahme des jeweiligen Leuchtstoffs Ph eine Mulde oder Vertiefung 13 in der Vorderseite 5. Die Querschnittsform der Vertiefung 13 ist nicht beschränkt und mag beispielsweise rechteckig, konisch zulaufend oder freiförmig sein. Das
Trägersubstrat 3 weist hier eine Dicke von ca. 0,5 mm auf, die Leuchtstoffbereichen 6 - 8 eine Dicke von ca. 0,1 mm bis 0,3 mm, das Filtersubstrat eine Dicke von nicht mehr als 1 mm, beispielsweise zwischen 0,1 mm und 0,5 mm. Der
Leuchtstoff Ph füllt die Vertiefung 13 bevorzugt ganz aus, damit beim Übergang zwischen dem Filtersubstrat 10 und dem Leuchtstoff Ph durch Verringerung eines Unterschieds im
Brechungsindex im Vergleich zu Luft möglichst geringe
Reflexionsverluste auftreten. Auf die Vorderseite 5 des
Trägersubstrats 3 wird das Filtersubstrat 10 flächig
aufgelegt und befestigt, z.B. aufgeklebt. Dadurch ist der Leuchtstoff hermetisch abgeschlossen, d.h. gegenüber
Umwelteinflüssen geschützt.
In dieser Figur ist dies beispielhaft für den
Leuchtstoffbereich 6 gezeigt. Das Filtersubstrat 10 zeigt entsprechend den zu dem Leuchtstoffbereich 6 zugehörigen Filterbereich 11.
Im Einzelnen mögen die beiden sich gegenüberliegenden
Leuchtstoffbereiche 6 jeweils einen blau-grün konvertierenden Leuchtstoff aufweisen, welcher blaues Primärlicht P in grünes Sekundärlicht Sg umwandelt. Dazu trifft durch den blauen Laser Q erzeugtes Primärlicht P zunächst auf den
Filterbereich 11.
Ganz allgemein kann das Filtersubstrat, hier: 10, mindestens eine transparente, besonders wärmeleitfähige Schicht aufweisen, z.B. eine ITO-Schicht 15, und zwar einseitig, z.B. wie gezeigt an der Vorderseite, oder beidseitig.
Fig.4 zeigt eine spektrale Filtercharakteristik des
zugehörigen Filterbereichs 11 als Auftragung eines
Transmissionskoeffizienten T über eine Wellenlänge λ in nm. Der Filterbereich 11 ist als Bandpassfilter zum Filtern des blau-grün konvertierten Sekundärlichts Sg ausgebildet. Der Filterbereich 11 filtert das blaue Primärlicht P in nur sehr geringem Maße. Folglich wird auf den Filterbereich 11
auftreffendes Primärlicht P fast ungedämpft hindurchgelassen und trifft auf den Leuchtstoffbereich 6. Dort wird das
Primärlicht P im Wesentlichen vollständig in das ungefilterte grüne Sekundärlicht Sg umgewandelt.
~Eas grüne Sekundärlicht Sg weist, wie in Fig.5 als Auftragung einer spektralen Leistungsdichte W/nm in relativen Einheiten über eine Wellenlänge λ in nm gezeigt, einen breiten bzw.
nicht-singulären Spektralbereich oder spektrale Verteilung auf. Eine Farbkoordinate P4 im zugehörigen Farbraum nach
CIExyl931 weist die Werte x = 0,3465 und y = 0,5864 auf, wie auch in Fig.10 dargestellt.
Das ungefilterte grüne Sekundärlicht Sg wird durch das
Farbfilter 11 zurückgestrahlt und dort gefiltert.
Fig.6 zeigt eine spektrale Verteilung eines gefilterten blau¬ grün konvertierten bzw. grünen Sekundärlichts Sg* analog zu Fig.5. Durch den Filterbereich 11 wird insbesondere ein längerwelliger Spektralbereich des ursprünglichen grünen
Sekundärlichts Sg unterdrückt bzw. gefiltert, wodurch sich eine Dominanzwellenlänge in Richtung zu kürzeren Wellenlängen hin herschoben hat. Eine Farbkoordinate P4* des gefilterten Sekundärlichts Sg* im zugehörigen Farbraum nach CIExyl931 weist die Werte x = 0,2690 und y = 0,6813 auf, wie in Fig.10 dargestellt. Schon hiermit wird der erreichbare oder
ansteuerbare Farbraum vergrößert. Das gefilterte grüne Sekundärlicht Sg* wird als Nutzlichtanteil ausgekoppelt, z.B. mittels der Auskoppeloptik 0.
Die beiden sich gegenüberliegenden Leuchtstoffbereiche 7 weisen rein beispielhaft jeweils einen blau-rot
konvertierenden Leuchtstoff auf, welcher das blaue
Primärlicht P in rotes Sekundärlicht Sr umwandelt.
Fig.7 zeigt eine spektrale Filtercharakteristik des
zugehörigen Filterbereichs 12 als Auftragung eines
Transmissionskoeffizienten T über eine Wellenlänge λ in nm. Der Filterbereich 12 ist als Langpassfilter zum Filtern des blau-rot konvertierten Sekundärlichts Sg ausgebildet. Der Filterbereich 12 filtert das blaue Primärlicht P praktisch nicht. Auftreffendes Primärlicht P durchläuft den
Filterbereich 12 also praktisch verlustfrei, insbesondere wenn zumindest die primärlichtseitige Oberfläche
antireflexbeschichtet ist. An dem Leuchtstoffbereich 7 wird das Primärlicht P im
Wesentlichen vollständig in das ungefilterte rote
Sekundärlicht Sr umgewandelt. Das rote Sekundärlicht Sr weist ebenfalls, wie in Fig.8 als Auftragung analog zu Fig.5 gezeigt, einen breiten bzw. nicht-singulären Spektralbereich auf. Eine Farbkoordinate P2 im zugehörigen Farbraum nach
CIExyl931 weist die Werte x = 0,6220 und y = 0,3769 auf, wie auch in Fig.10 dargestellt. Das ungefilterte rote
Sekundärlicht Sr wird dann durch den Filterbereich 12
zurückgestrahlt und dort gefiltert.
Fig.9 zeigt eine spektrale Verteilung eines mittels des
Filterbereichs 12 gefilterten blau-rot konvertierten
Sekundärlichts Sr* analog zur Auftragung nach Fig.6. Durch den Filterbereich 12 wird insbesondere ein kurzwelliger
Spektralbereich des ursprünglichen grünen Sekundärlichts Sr unterdrückt bzw. gefiltert, wodurch sich eine
Dominanzwellenlänge in Richtung zu größeren Wellenlängen hin herschiebt. Eine Farbkoordinate P2* des gefilterten Sekundärlichts Sr* im zugehörigen Farbraum nach CIExyl931 weist die Werte x = 0,6915 und y = 0,3083 auf, wie in Fig.10 dargestellt. Auch hiermit wird der erreichbare oder
ansteuerbare Farbraum vergrößert.
Die beiden sich gegenüberliegenden Leuchtstoffbereiche 8 weisen rein beispielhaft jeweils einen blau-gelb
konvertierenden Leuchtstoff auf, welcher das blaue
Primärlicht P in gelbes Sekundärlicht Sy umwandelt. Diesen Leuchtstoffbereichen 8 ist kein Farbfilter zugeordnet. Somit bleibt eine zugehörige Farbkoordinate P3 des Sekundärlichts Sy im zugehörigen Farbraum nach CIExyl931 unverändert. Das Filtersubstrat 10 mag an den Leuchtstoffbereichen 8 zur
Verringerung von Lichtverlusten antireflexbeschichtet sein.
Fig.10 zeigt einen erreichbaren Farbraum oder Gamut nach CIExyl931 einer Leuchtvorrichtung mit Farbrad ohne Farbfilter (gestrichelt eingezeichnet) und einer Leuchtvorrichtung 1 mit dem erfindungsgemäßen Farbrad 2 (strichpunktiert
eingezeichnet) .
Während eine Farbkoordinate PI des unkonvertiert durch den Durchlichtbereich 9 des Farbrads 2 durchgestrahlten
Primärlichts P sowie die Farbkoordinate P3 des gelben
Sekundärlichts Sy unverändert bleiben, wird durch die
Filterung eine Aufweitung des Farbraums durch eine
Verschiebung der Farbkoordinaten P2 bzw. P4 der
Leuchtvorrichtung mit Farbrad ohne Farbfilter zu
Farbkoordinaten P2* und P4* der Leuchtvorrichtung 1 mit dem Farbrad 2 mit den Filterbereichen 11 - 12 bewirkt.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das gezeigte
Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere
Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. So sind rein beispielhaft rote, grüne, gelbe und blaue
Lichtanteile für das weiße Mischlicht beschrieben worden. Die Erfindung ist jedoch nicht daraus beschränkt und mag auch andere und/oder zusätzliche Lichtfarben nutzen, z.B.
grünlich-weiß („mint") und bernsteinfarben („amber"). Auch ist z.B. die Nutzung von UV-Licht als Primärlicht und ein zusätzliches Vorsehen eines in blaues Licht umwandelnden Leuchtstoffs und zugehörigen Leuchtstoffbereichs möglich. Beispielsweise lassen sich rote, grüne und gelbe Lichtanteile auch durch entsprechende teilweise Filterung von gelbem oder anderem geeigneten Licht erreichen, z.B. wie oben
beschrieben .
Bei nicht senkrechtem Einfall der Sekundärstrahlung, hier: der grünen Sekundärstrahlung Sg und der roten
Sekundärstrahlung Sr, auf dielektrische Farbfilter, z.B. 11 und 12, können sich die Transmissionseigenschaften der
Farbfilter verändern. Für größere Einfallswinkel S erfolgt eine Verschiebung der Filterflanken in Richtung kürzerer Wellenlängen. Für das grünen Bandpass-Filter llist dies gleichbedeutend mit einer Verringerung der
Dominanzwellenlänge und einer Vergrößerung der y-Koordinate im CIExyl 931 -Diagramm . Der Farbraum wird dadurch noch weiter vergrößert, der Lichtstrom jedoch reduziert. Für das rote Langpass-Filter 12 ist dies ebenfalls gleichbedeutend mit einer Verringerung der Dominanzwellenlänge, jedoch wird in diesem Fall der Farbraum verkleinert und der Lichtstrom erhöht . Grundsätzlich kann das mindestens eine Farbfilter auch in das Trägersubstrat integriert sein bzw. direkt daran angebracht sein, z.B. ohne Verwendung eines Filtersubstrats.
Beispielsweise kann Leuchtstoff in das Trägersubstrat
eingebracht sein, z.B. darin vergossen sein, und das
Trägersubstrat über dem Leuchtstoff mit einem Filter, z.B. einer Filterschicht oder einem Filter-Schichtstapel, belegt sein . Allgemein kann unter "ein", "eine" usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von "mindestens ein" oder "ein oder mehrere" usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck "genau ein" usw.
Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
Bezugs zeichen
1 Bildprojektor
2 Farbrad
3 Trägersubstrat
4 Antriebswelle
5 Vorderseite
6 Leuchtstoffbereich
7 Leuchtstoffbereich
8 Leuchtstoffbereich
9 Durchlichtbereich
10 Filtersubstrat
11 Filterbereich
12 Filterbereich
13 Vertiefung
14 teildurchlässiger Spiegel
15 ITO-Schicht
A Drehachse
B Beieuchtungsspur
D Drehung
Λ Wellenlänge
F Lichtfleck
0 Auskoppeloptik
P Primärlicht
PI FärbkoOrdinate
P2 FärbkoOrdinate
P3 FärbkoOrdinate
P4 FärbkoOrdinate
Ph Leuchtstoff
Q Laser
S SekundärIicht
Sg grünes Sekundärlicht
Sr rotes Sekundärlicht
Sy gelbes Sekundärlicht
T Transmissionskoeffizient
W/lm spektrale Leistungsdichte

Claims

Patentansprüche
1. Farbrad (2) für eine Leuchtvorrichtung (1) mit einem
Trägersubstrat (3) und mindestens einem darauf
angebrachten, extern beleuchtbaren Leuchtstoffbereich ( 6-8 ) , wobei
mindestens ein Leuchtstoffbereich (6, 7) auf seiner dem Trägersubstrat (3) abgewandten Seite zumindest teilweise von mindestens einem Farbfilter (11, 12) abgedeckt ist.
2. Farbrad (2) nach Anspruch 1, wobei auf dem
Trägersubstrat mehrere, unterschiedliche
Leuchtstoffbereiche (6, 7) mit unterschiedlichem
Leuchtstoff angebracht sind, welche von
unterschiedlichen Farbfiltern (11, 12) abgedeckt sind.
3. Farbrad (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Leuchtstoffbereich (7) von einem Farbfilter (12) abgedeckt ist, welches zumindest einen kurzwelligen Wellenlängenbereich aus dem von diesem Leuchtstoffbereich (7) abgestrahlten Sekundärlicht (Sr) herausfiltert.
4. Farbrad (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Leuchtstoffbereich (6) von einem Farbfilter (11) abgedeckt ist, welches zumindest einen langwelligen Wellenlängenbereich aus dem von diesem Leuchtstoffbereich (6) abgestrahlten Sekundärlicht (Sg) herausfiltert.
5. Farbrad (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Leuchtstoffbereich (8) nicht von einem Farbfilter abgedeckt ist.
6. Farbrad (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Leuchtstoffbereich (6-8) zwischen dem Trägersubstrat (3) und einem
lichtdurchlässigen Filtersubstrat (10) angeordnet ist und das mindestens eine Farbfilter als Filterbereich (11, 12) in das Filtersubstrat (10) integriert ist.
Farbrad (2) nach Anspruch 6, wobei das Filtersubstrat (10) mit mindestens einer optisch transparenten, wärmeleitfähigen Schicht (15) beschichtet ist.
Farbrad (2) nach Anspruch 6 oder 7, wobei das
Trägersubstrat (3) an den Leuchtstoffbereichen (6-8) zur Aufnahme des jeweiligen Leuchtstoffs (Ph) eine Mulde oder Vertiefung (13) aufweist.
Farbrad (2) nach Anspruch 8, wobei der Leuchtstoff (Ph) die Vertiefung 13 ganz ausfüllt.
Farbrad (2) nach Anspruch 8, wobei das Filtersubstrat (10) flächig auf dem Trägersubstrat (3) aufliegt und mit Ausnahme der Leuchtstoffbereiche (6-8) mit dem
Trägersubstrat (3) verklebt ist.
Farbrad (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Trägersubstrat (3) mindestens einen nicht mit Leuchtstoff belegten, extern beleuchtbaren
Reflexionsbereich oder Durchlichtbereich (9) aufweist.
Farbrad (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
an dem Trägersubstrat (3) mindestens ein
Reflexionsbereich oder Durchlichtbereich (9), mindestens ein rot konvertierender Leuchtstoffbereich (7) und mindestens ein grün konvertierender
Leuchtstoffbereich (6) angeordnet sind;
der rot konvertierende Leuchtstoffbereich (7) von einem Langpass-Farbfilter (12) abgedeckt ist, welcher einen kurzwelligen Wellenlängenbereich aus dem von dem rot konvertierenden Leuchtstoffbereich
abgestrahlten Sekundärlicht (Sr) herausfiltert; und der grün konvertierende Leuchtstoffbereich (6) von einem Bandpasspass-Farbfilter (11) oder Kurzpass- Farbfilter abgedeckt ist, welcher einen langwelligen Bereich aus dem von dem grün konvertierenden Leuchtstoffbereich (6) abgestrahlten Sekundärlicht (Sg) herausfiltert.
13. Farbrad (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an dem Trägersubstrat (3) mindestens ein gelb konvertierender Leuchtstoffbereich (8) angeordnet ist, welchen nicht von einem Farbfilter abgedeckt ist.
14. Leuchtvorrichtung (1), aufweisend mindestens ein Farbrad (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie mindestens eine Primärlichtquelle (Q) , insbesondere Halbleiterlichtquelle, zum Bestrahlen des Farbrads (2) mit Primärlicht (P) , welches mittels des mindestens einen Leuchtstoffbereichs (6-8) des Farbrads (2) zumindest teilweise wellenlängenkonvertierbar ist.
15. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die
Primärlichtquelle (Q) blaues Licht abstrahlt.
PCT/EP2013/075699 2013-01-22 2013-12-05 Farbrad für eine leuchtvorrichtung WO2014114397A1 (de)

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DE102013200989.5 2013-01-22
DE102013200989.5A DE102013200989A1 (de) 2013-01-22 2013-01-22 Farbrad für eine Leuchtvorrichtung

Publications (1)

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WO2014114397A1 true WO2014114397A1 (de) 2014-07-31

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PCT/EP2013/075699 WO2014114397A1 (de) 2013-01-22 2013-12-05 Farbrad für eine leuchtvorrichtung

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