WO2013144053A1 - Lighting device comprising luminophore body on heat sink - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a lighting device which has a heat sink and at least one phosphor body, wherein the at least one phosphor body with its
- Rear side is arranged on the heat sink and the
- Irradiation is provided on its front.
- Lighting device is particularly applicable as a light-generating unit in a projector, e.g. For
- Video projectors or as a vehicle light e.g. For
- phosphor For efficient generation of long-wavelength (secondary) light (e.g., the colors green, yellow, red, infrared, etc.), phosphor is often used which emits blue (primary) light from
- LEDs Light-emitting diodes
- the phosphor is usually in layer form with its back on a heat sink and is irradiated on the front side with the blue primary light.
- the insufficient heat dissipation is achieved by applying the phosphor to a rotating color wheel to reduce the thermal load of the phosphor by using a larger irradiated area.
- this is technically complex and prevents a compact design. If no color wheel is used, the power density of the irradiated blue primary light is kept so small that the accumulated heat can still be dissipated.
- Phosphor layer should be designed so thin that the heat is still well dissipated. However, this happens at the expense of conversion efficiency.
- a lighting device comprising a heat sink and at least one
- Fluorescent body is arranged with its back to the heat sink and is occupied at its front to be irradiated with a transparent layer, which is a
- Heat removal reaches the front of the phosphor body, at which most of the waste heat is generated. Even the larger-scale distribution of heat and thus heat dissipation surface (eg by convection) gives a considerable cooling effect. In addition, a thickness of the phosphor body does not need to be reduced so that the di Conversion efficiency does not suffer. Also needs one
- the heat sink may be a metallic heat sink, e.g. made of aluminum and / or copper.
- the phosphor body is a layered or sheet-like phosphor body.
- the phosphor body has a light-permeable matrix material which has phosphor (particles) as filling material.
- matrix material is a transparent material, but may also be translucent or opaque.
- the translucent material may e.g. non-converting scattering particles
- the matrix material may be, for example, silicone, ABS or PC. It is particularly preferred that the matrix material is water glass, as this is higher temperature resistant.
- the ceramic converter consists of highly concentrated phosphor, which is a ceramic
- This luminescent ceramic is characterized by a particularly high thermal conductivity and temperature resistance.
- the phosphor body may have one or more phosphors.
- Primary light e.g., blue light or UV light
- Phosphor can also be emitted from the front.
- the translucent layer is connected to the heat sink. This results in an even more effective heat dissipation from the front of the
- Fluorescent body achieved.
- Fluorescent body for example, no recesses
- Fastening means e.g. made of metal, that the attachment (s) of the phosphor body does not emit light
- Fastening means may comprise, for example, a snap means or a locking means.
- the phosphor body has water glass as a base material or matrix material and the translucent layer of glass material (glass, quartz, water glass or similar).
- the translucent layer thus has a similar refractive index as that
- Matrix material of the phosphor body so that light losses due to reflection at the boundary layer between
- Fluorescent body and translucent layer can be avoided.
- translucent layer is a diamond or sapphire plate. This is particularly heat-conducting and thus allows a particularly effective cooling.
- the translucent layer is a glass material plate (made of glass, quartz or the like), which is coated with a light-transmitting, electrically conductive material.
- the translucent, electrically conductive material is typically particularly highly thermally conductive, so that there is a further improved cooling of the phosphor body. It is a further development of that
- the translucent layer may in particular be made prior to application to the phosphor body, e.g. with the translucent, electrically conductive material
- the translucent, electrically conductive material is a TCO (Transparent
- Conducting oxide material is, that is, a transparent, electrically conductive oxide material.
- the TCO material may be e.g. Indium Tin Oxide (ITO), Fluorine Tin Oxide (FTO),
- AZO Aluminum-tin-oxide
- ATO antimony-tin-oxide
- the material is a material having an anisotropic thermal conductivity, e.g. with embedded graphene or carbon nanotubes. It is also an embodiment that the translucent layer has an antireflection coating. This can
- a particularly preferred development consists in that the phosphor body comprises water glass as the matrix material, the translucent layer likewise consists of water glass and the light-permeable layer has an antireflection coating on the free surface facing away from the phosphor body.
- An advantage here is that the Application process of the antireflection coating does not or only slightly influences the phosphor particles.
- the phosphor body is designed as a phosphor ceramic.
- the Phosphor body and / or on the translucent layer at least one optic is applied or integrated, e.g. by immersion.
- the optics may e.g. be a lens or a concentrator.
- the optics can be anti-reflective.
- the heat sink is a stationary heat sink.
- This lighting device has the advantage that it allows a simple and compact design and yet the (at least one) phosphor is well cooled.
- the heat sink may be a movable heat sink, e.g. a rotatable disc of a light wheel or
- the movable heat sink may provide even better cooling and / or distribution of the incident primary light.
- the lighting device at least one light source, in particular
- the at least one light source has, in particular, at least one ultraviolet and / or blue light radiating light
- the at least one light source has at least one laser.
- a laser can be made particularly bright and narrow and may be particularly efficiently matched to a phosphor.
- the laser may be formed, for example in the form of a laser diode as a semiconductor light source.
- Such a development is particularly suitable as a light-generating unit in a projector, such as video projector.
- the at least one light source at least one light-emitting diode as a
- the lighting device is not limited thereto and may, for example, also have a different type of light source, e.g. a fluorescent tube.
- the light source may be followed by a spectral filter. It is also a continuing education that the
- Lighting device is a vehicle lighting device or a part thereof.
- the vehicle light device can
- a headlight in particular be a headlight.
- land vehicles eg cars, trucks,
- Fig.l shows a sectional view in side view a
- FIG. 3 shows a sectional view in side view of a
- Fig.l shows a lighting device 11 according to a first embodiment with a heat sink 12 and a
- a typical layer thickness of the phosphor body 13 is about 20 to 100 microns, especially 50 to 100 microns.
- the phosphor body 13 is arranged with its rear side 14 on the heat sink 12 and to be irradiated at its
- the light-permeable layer 16 has at least the same high thermal conductivity as the phosphor body 13.
- the heat sink 12 is for example made of aluminum, while the phosphor body 13 as water glass
- Matrix material 17 are embedded in the phosphor particles 18 as filler.
- the phosphor body is formed as a phosphor ceramic.
- the phosphor ceramic is mounted on the heat sink with a high thermal conductivity adhesive.
- Front side of the phosphor body 13 is a
- Semiconductor light source in the form of a blue primary light P emitting (blue ⁇ ) laser 19, in particular laser diode mounted.
- the blue primary light P passes through the
- the translucent layer 16 hits the ply-like Phosphor body 13 and is there at least partially converted into secondary light S lesser wavelength, eg in yellow secondary light S.
- secondary light S lesser wavelength
- a large part of the blue primary light P is converted and the resulting energy difference is converted into heat ('Stokes heat ').
- the phosphor body 13 has one with respect to the thickness of the
- Heat sink 12 would be dissipated.
- the Stokes heat generated in a region of the phosphor body 13 in the vicinity of the front surface 15 can be spread (e.g., at a comparatively small focal spot) and also dissipated more intensely via the transparent sheet 16, e.g. by heat convection in the environment. This improves cooling of this near-side area.
- the translucent layer 16 is like the matrix material 17 of the phosphor body 13 made of water glass. So can
- this may be provided with an antireflection coating 21.
- FIG. 2 shows a sectional side view of a lighting device 31 according to a second embodiment.
- the transparent layer 32 is a self-supporting layer, for example of sapphire or diamond, which is placed flat on the phosphor body 13.
- the translucent layer 32 laterally beyond the phosphor body 13 out.
- the translucent layer 32 thus has an edge beyond the phosphor body 13 protruding
- FIG. 3 shows a sectional side view of a
- Lighting device 41 according to a third embodiment.
- the lighting device 41 differs from the
- Luminous device 31 characterized in that the translucent layer 42 to further increase the heat dissipation of the thermally loaded front side of the phosphor body 13 on its phosphor body 13 side facing a coating 43 of a transparent, electrically conductive material, in particular a TCO material such as indium Tin oxide (ITO).
- a transparent, electrically conductive material in particular a TCO material such as indium Tin oxide (ITO).
- ITO indium Tin oxide
- the third embodiment is particularly advantageous if the light-transmissive layer 42 itself has too low a thermal conductivity, e.g. at a
- a light-transmissive layer may have both a coating of a transparent, electrically conductive material and an anti-reflection coating.
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Description
Leuchtvorrichtung mit Leuchtstoffkörper auf Kühlkörper Lighting device with phosphor body on heat sink
Die Erfindung betrifft eine Leuchtvorrichtung, welche einen Kühlkörper und mindestens einen Leuchtstoffkörper aufweist, wobei der mindestens eine Leuchtstoffkörper mit seiner The invention relates to a lighting device which has a heat sink and at least one phosphor body, wherein the at least one phosphor body with its
Rückseite an dem Kühlkörper angeordnet ist und zur Rear side is arranged on the heat sink and the
Bestrahlung an seiner Vorderseite vorgesehen ist. Die Irradiation is provided on its front. The
Leuchtvorrichtung ist insbesondere einsetzbar als Licht erzeugende Einheit in einem Projektor, z.B. für Lighting device is particularly applicable as a light-generating unit in a projector, e.g. For
Videoprojektoren oder als Fahrzeugleuchte, z.B. für Video projectors or as a vehicle light, e.g. For
Kraftfahrzeuge . Motor vehicles.
Zur effizienten Erzeugung von langwelligem ( Sekundär- ) Licht (z.B. der Farben grün, gelb, rot, infrarot usw.) wird häufig Leuchtstoff verwendet, welcher blaues (Primär-) Licht vonFor efficient generation of long-wavelength (secondary) light (e.g., the colors green, yellow, red, infrared, etc.), phosphor is often used which emits blue (primary) light from
Leuchtdioden (LEDs) oder Laserdioden wellenlängenumwandelt bzw. konvertiert. Der Leuchtstoff liegt üblicherweise in Schichtform mit seiner Rückseite auf einem Kühlkörper auf und wird vorderseitig mit dem blauen Primärlicht bestrahlt. Light-emitting diodes (LEDs) or laser diodes wavelength converted or converted. The phosphor is usually in layer form with its back on a heat sink and is irradiated on the front side with the blue primary light.
Bereits in den ersten 10 bis 30 Mikrometern wird dabei der Großteil des blauen Primärlichts konvertiert und die daraus resultierende Energiedifferenz in Wärme umgewandelt ( ' Stokes- Wärme ' ) . Bei typischen Schichtdicken der LeuchtstoffSchicht von 20 bis 100 Mikrometern muss diese Wärme erst durch die LeuchtstoffSchicht zum Kühlkörper transportiert werden. Die Leuchtstoffschicht besitzt jedoch zumeist eine schlechte Wärmeleitfähigkeit, so dass die Wärme nur unzureichend abgeführt werden kann. Dies beeinträchtigt eine Already in the first 10 to 30 micrometers, most of the blue primary light is converted and the resulting energy difference is converted into heat ('Stokes heat'). With typical layer thicknesses of the phosphor layer of 20 to 100 micrometers, this heat must first be transported through the phosphor layer to the heat sink. However, the phosphor layer usually has a poor thermal conductivity, so that the heat can be dissipated only insufficient. This affects one
Konversionseffizienz und begrenzt die erreichbare Conversion efficiency and limits the achievable
Leuchtdichte . Luminance.
Bisher wird die unzureichende Wärmeabfuhr dadurch gelöst, dass der Leuchtstoff auf ein rotierendes Farbrad aufgetragen wird, um durch Verwendung einer größeren bestrahlten Fläche die thermische Belastung des Leuchtstoffs zu verkleinern. Dies ist jedoch technisch aufwändig und verhindert einen kompakten Aufbau. Wird kein Farbrad verwendet, wird die Leistungsdichte des eingestrahlten blauen Primärlichts so klein gehalten, dass die anfallende Wärme noch abgeführt werden kann. Dies So far, the insufficient heat dissipation is achieved by applying the phosphor to a rotating color wheel to reduce the thermal load of the phosphor by using a larger irradiated area. However, this is technically complex and prevents a compact design. If no color wheel is used, the power density of the irradiated blue primary light is kept so small that the accumulated heat can still be dissipated. This
geschieht jedoch auf Kosten der Leuchtdichte. However, this happens at the expense of the luminance.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Another possibility is the
LeuchtstoffSchicht so dünn auszulegen, dass die Wärme noch gut abgeführt wird. Dies geschieht jedoch auf Kosten der Konversionseffizienz. Phosphor layer should be designed so thin that the heat is still well dissipated. However, this happens at the expense of conversion efficiency.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine Leuchtvorrichtung bereitzustellen, welche eine verbesserte Wärmeabfuhr von einem Leuchtstoff ohne eine signifikante Reduzierung der Leuchtdichte und/oder der It is the object of the present invention to overcome the disadvantages of the prior art, at least in part, and in particular to provide a lighting device which provides improved heat dissipation from a phosphor without a significant reduction in luminance and / or brightness
Konversionseffizienz ermöglicht. Conversion efficiency allows.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen This object is achieved according to the characteristics of the independent
Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Claims solved. Preferred embodiments are
insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar. in particular the dependent claims.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Leuchtvorrichtung, aufweisend einen Kühlkörper und mindestens einen The object is achieved by a lighting device, comprising a heat sink and at least one
Leuchtstoffkörper, wobei der mindestens eine Phosphor body, wherein the at least one
Leuchtstoffkörper mit seiner Rückseite an dem Kühlkörper angeordnet ist und an seiner zu bestrahlenden Vorderseite mit einer lichtdurchlässigen Lage belegt ist, welche eine Fluorescent body is arranged with its back to the heat sink and is occupied at its front to be irradiated with a transparent layer, which is a
zumindest gleich hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist wie der Leuchtstoffkörper . at least the same high thermal conductivity as the phosphor body.
Dadurch wird eine verbesserte Wärmespreizung und/oder As a result, improved heat spreading and / or
Wärmeabfuhr an der Vorderseite des Leuchtstoffkörpers erreicht, an welcher der größte Teil der Abwärme erzeugt wird. Bereits die großflächigere Verteilung der Wärme und damit auch Wärmeableitfläche (z.B. durch Konvektion) ergibt einen erheblichen Kühleffekt. Zudem braucht dazu eine Dicke des Leuchtstoffkörpers nicht reduziert zu werden, so dass di Konversionseffizienz nicht leidet. Auch braucht eine Heat removal reaches the front of the phosphor body, at which most of the waste heat is generated. Even the larger-scale distribution of heat and thus heat dissipation surface (eg by convection) gives a considerable cooling effect. In addition, a thickness of the phosphor body does not need to be reduced so that the di Conversion efficiency does not suffer. Also needs one
Intensität eines eingestrahlten Lichts nicht verringert zu werden. Darüber hinaus kommt die Leuchtvorrichtung ohne Intensity of an incident light not to be reduced. In addition, the lighting device comes without
Bewegungsmechanik aus und kann also eine kompakte Bauform beibehalten. Movement mechanics and can therefore maintain a compact design.
Dabei ist es eine zur effektiven Wärmeabfuhr besonders bevorzugte Weiterbildung, dass die lichtdurchlässige Lage eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als der It is a particularly preferred for effective heat dissipation development that the translucent layer has a higher thermal conductivity than that
Leuchtstoffkörper . Jedoch mag auch eine lichtdurchlässigePhosphor body. However, also like a translucent
Lage mit einer gleichen oder ähnlichen Wärmeleitfähigkeit wie derjenigen des Leuchtstoffkörpers ausreichend sein, da diese Lage nicht direkt durch den Leuchtstoff aufgewärmt wird und so für eine effektivere Wärmespreizung zur Verfügung steht. Be sufficient location with the same or similar thermal conductivity as that of the phosphor body, since this position is not warmed up directly by the phosphor and so is available for a more effective heat dissipation.
Der Kühlkörper mag insbesondere ein metallischer Kühlkörper sein, z.B. aus Aluminium und/oder Kupfer. In particular, the heat sink may be a metallic heat sink, e.g. made of aluminum and / or copper.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Leuchtstoffkörper ein schichtartiger oder lagenartiger Leuchtstoffkörper ist. It is a development that the phosphor body is a layered or sheet-like phosphor body.
Es ist noch eine Weiterbildung, dass der Leuchtstoffkörper ein lichtdurchlässiges Matrixmaterial aufweist, welches als Füllmaterial Leuchtstoff (partikel ) aufweist. Das It is yet another development that the phosphor body has a light-permeable matrix material which has phosphor (particles) as filling material. The
Matrixmaterial ist insbesondere ein transparentes Material, mag aber auch transluzent oder opak sein. Das transluzente Material mag z.B. nichtkonvertierende Streupartikel In particular, matrix material is a transparent material, but may also be translucent or opaque. The translucent material may e.g. non-converting scattering particles
aufweisen . Das Matrixmaterial mag beispielsweise Silikon, ABS oder PC sein. Es ist besonders bevorzugt, dass das Matrixmaterial Wasserglas ist, da dieses höher temperaturbeständig ist. exhibit . The matrix material may be, for example, silicone, ABS or PC. It is particularly preferred that the matrix material is water glass, as this is higher temperature resistant.
Für Hochtemperaturanwendungen (insbesondere größer etwa 150°C) wird als Leuchtstoffkörper bevorzugt ein For high temperature applications (especially greater about 150 ° C) is preferred as a phosphor body
Keramikkonverter verwendet. Der Keramikkonverter besteht aus hochkonzentriertem Leuchtstoff, der zu einer Keramik Ceramic converter used. The ceramic converter consists of highly concentrated phosphor, which is a ceramic
ausgebildet wird. Diese Leuchtstoffkeramik zeichnet sich durch eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit und Temperaturbeständigkeit aus. is trained. This luminescent ceramic is characterized by a particularly high thermal conductivity and temperature resistance.
Der Leuchtstoffkörper mag einen oder mehrere Leuchtstoffe aufweisen. The phosphor body may have one or more phosphors.
Zum Betrieb der Leuchtvorrichtung wird vorderseitig To operate the lighting device is front side
Primärlicht (z.B. blaues Licht oder UV-Licht) auf den Primary light (e.g., blue light or UV light) on the
Leuchtstoffkörper gestrahlt, und zwar durch die Fluorescent body blasted, by the
lichtdurchlässige Lage hindurch. Dieses Licht wird zumindest teilweise durch den Leuchtstoff in Sekundärlicht translucent layer through. This light is at least partially through the phosphor in secondary light
typischerweise größerer Wellenlänge umgewandelt und isotrop emittiert. Dadurch tritt das Sekundärlicht und ggf. ein nicht umgewandelter Primärlichtanteil wieder aus der Vorderseite aus. Zur Erhöhung einer Effizienz kann zumindest eine typically of larger wavelength and isotropically emitted. As a result, the secondary light and possibly an unconverted primary light component emerge again from the front side. To increase efficiency, at least one
Kontaktfläche des Kühlkörpers mit dem Leuchtstoff Contact surface of the heat sink with the phosphor
reflektierend ausgestaltet sein, so dass auf den Kühlkörper auftreffendes Licht nach erneutem Durchgang durch den be designed reflective, so that incident on the heat sink after re-passage through the light
Leuchtstoff ebenfalls von der Vorderseite abstrahlbar ist. Phosphor can also be emitted from the front.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die lichtdurchlässige Lage mit dem Kühlkörper verbunden ist. Dadurch wird eine noch effektivere Wärmeabfuhr von der Vorderseite des It is an embodiment that the translucent layer is connected to the heat sink. This results in an even more effective heat dissipation from the front of the
Leuchtstoffkörpers erreicht. Fluorescent body achieved.
Es ist eine besonders einfach realisierbare Ausgestaltung davon, dass die lichtdurchlässige Lage einen randseitig über den mindestens einen Leuchtstoffkörper hinausragenden It is a particularly simple embodiment of the fact that the translucent layer has an edge beyond the projecting at least one phosphor body
Randbereich aufweist und über den Randbereich mit dem Has edge region and over the edge region with the
Kühlkörper verbunden ist. Dadurch braucht der Heat sink is connected. This requires the
Leuchtstoffkörper beispielsweise keine Aussparungen Fluorescent body, for example, no recesses
aufzuweisen . show.
Auch kann so eine Herstellung vereinfacht werden, Also, such a production can be simplified
beispielsweise indem ein auf dem Kühlkörper befestigter Leuchtstoffkörper in einem Schritt vorderseitig und For example, by a mounted on the heat sink phosphor body in a step front and
randseitig mit geeignetem Material für eine lichtdurchlässige Lage vergossen, besprüht oder sonst wie belegt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, insbesondere bei einer Befestigung der lichtdurchlässigen Lage mittels nicht lichtdurchlässiger Mittel, z.B. gut thermisch leitfähiger, mechanischer potted on the edge with suitable material for a translucent layer, sprayed or otherwise can be occupied. Another advantage is, in particular in a fastening of the translucent layer by means of non-translucent means, for example, good thermal conductivity, mechanical
Befestigungsmittel, z.B. aus Metall, dass die Befestigung (en) von dem Leuchtstoffkörper abgestrahltes Licht nicht Fastening means, e.g. made of metal, that the attachment (s) of the phosphor body does not emit light
blockieren oder abschatten. Das mindestens eine block or shadow. The at least one
Befestigungsmittel kann beispielsweise ein Schnappmittel oder ein Rastmittel umfassen. Fastening means may comprise, for example, a snap means or a locking means.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass der Leuchtstoffkörper Wasserglas als Grundmaterial oder Matrixmaterial aufweist und die lichtdurchlässige Lage aus Glasmaterial (Glas, Quarz, Wasserglas o.ä.) besteht. Die lichtdurchlässige Lage weist folglich einen ähnlichen Brechungsindex auf wie das It is still an embodiment that the phosphor body has water glass as a base material or matrix material and the translucent layer of glass material (glass, quartz, water glass or similar). The translucent layer thus has a similar refractive index as that
Matrixmaterial des Leuchtstoffkörpers , so dass Lichtverluste durch Reflexion an der Grenzschicht zwischen Matrix material of the phosphor body, so that light losses due to reflection at the boundary layer between
Leuchtstoffkörper und lichtdurchlässiger Lage vermieden werden können. Fluorescent body and translucent layer can be avoided.
Es wird allgemein zur Reduzierung von Reflexen an (internen) Grenzflächen bevorzugt, dass ein Brechungsindex der It is generally preferred for reducing reflections at (internal) interfaces that a refractive index of the
lichtdurchlässigen Lage zumindest ähnlich, insbesondere gleich, einem Brechungsindex eines Matrixmaterials des translucent layer at least similar, in particular equal, a refractive index of a matrix material of the
Leuchtstoffkörpers ist. Is phosphor body.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die It is yet another embodiment that the
lichtdurchlässige Lage ein Diamant- oder Saphirplättchen ist. Dieses ist besonders wärmeleitend und erlaubt folglich eine besonders effektive Kühlung. translucent layer is a diamond or sapphire plate. This is particularly heat-conducting and thus allows a particularly effective cooling.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass die lichtdurchlässige Lage ein Glasmaterialplättchen (aus Glas, Quarz o.ä.) ist, welche mit einem lichtdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Material beschichtet ist. Das lichtdurchlässige, elektrisch leitfähige Material ist typischerweise besonders stark wärmeleitend, so dass sich eine nochmals verbesserte Kühlung des Leuchtstoffkörpers ergibt. Es ist eine Weiterbildung davon, dass sich das It is also an embodiment that the translucent layer is a glass material plate (made of glass, quartz or the like), which is coated with a light-transmitting, electrically conductive material. The translucent, electrically conductive material is typically particularly highly thermally conductive, so that there is a further improved cooling of the phosphor body. It is a further development of that
lichtdurchlässige, elektrisch leitfähige Material zumindest an einer dem Leuchtstoffkörper zugewandten Seite der translucent, electrically conductive material at least on a phosphor body facing side of the
lichtdurchlässigen Lage befindet und insbesondere mit dem Leuchtstoffkörper in Kontakt steht. is translucent layer and in particular is in contact with the phosphor body.
Die lichtdurchlässige Lage kann insbesondere vor Aufbringung auf den Leuchtstoffkörper hergestellt sein, z.B. mit dem lichtdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Material The translucent layer may in particular be made prior to application to the phosphor body, e.g. with the translucent, electrically conductive material
beschichtet worden sein. have been coated.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass das lichtdurchlässige, elektrisch leitfähige Material ein TCO (Transparent It is also an embodiment that the translucent, electrically conductive material is a TCO (Transparent
Conducting Oxide) -Material ist, also ein transparentes, elektrisch leitfähiges Oxidmaterial. Das TCO-Material mag z.B. Indium-Zinn-Oxid (ITO), Fluor-Zinn-Oxid (FTO) , Conducting oxide) material is, that is, a transparent, electrically conductive oxide material. The TCO material may be e.g. Indium Tin Oxide (ITO), Fluorine Tin Oxide (FTO),
Aluminium-Zinn-Oxid (AZO) und/oder Antimon-Zinn-Oxid (ATO) aufweisen . Aluminum-tin-oxide (AZO) and / or antimony-tin-oxide (ATO).
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass das Material ein Material mit einer anisotropen Wärmeleitfähigkeit ist, z.B. mit eingebettetem Graphen oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen . Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass die lichtdurchlässige Lage eine Antireflexbeschichtung aufweist. Diese kann It is also an embodiment that the material is a material having an anisotropic thermal conductivity, e.g. with embedded graphene or carbon nanotubes. It is also an embodiment that the translucent layer has an antireflection coating. This can
insbesondere Reflexionen an der Vorderseite, an welcher das Primärlicht eingestrahlt wird, unterdrücken und folglich eine Lichtausbeute erhöhen und eine präzise Farbmischung in particular reflections on the front, at which the primary light is irradiated suppress, and thus increase a luminous efficacy and a precise color mixing
unterstützen. support.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung besteht darin, dass der Leuchtstoffkörper Wasserglas als Matrixmaterial aufweist, die lichtdurchlässige Lage ebenfalls aus Wasserglas besteht und die lichtdurchlässige Lage auf der dem Leuchtstoffkörper abgewandten freien Oberfläche eine Antireflexbeschichtung aufweist. Ein Vorteil ist hierbei, dass der Aufbringungsprozess der Antireflexbeschichtung die Leuchtstoffpartikel nicht oder nur geringfügiger beeinflusst. A particularly preferred development consists in that the phosphor body comprises water glass as the matrix material, the translucent layer likewise consists of water glass and the light-permeable layer has an antireflection coating on the free surface facing away from the phosphor body. An advantage here is that the Application process of the antireflection coating does not or only slightly influences the phosphor particles.
In einer für Hochtemperaturanwendungen besonders bevorzugten Variante ist der Leuchtstoffkörper als Leuchtstoffkeramik ausgebildet . In a variant which is particularly preferred for high-temperature applications, the phosphor body is designed as a phosphor ceramic.
Es ist zudem eine Weiterbildung, dass an dem It is also a training that on the
Leuchtstoffkörper und/oder an der lichtdurchlässigen Lage mindestens eine Optik aufgebracht oder integriert ist, z.B. durch Immersion. Die Optik kann z.B. eine Linse oder ein Konzentrator sein. Die Optik kann entspiegelt sein. Phosphor body and / or on the translucent layer at least one optic is applied or integrated, e.g. by immersion. The optics may e.g. be a lens or a concentrator. The optics can be anti-reflective.
Es ist außerdem eine Weiterbildung, dass der Kühlkörper ein stationärer Kühlkörper ist. Diese Leuchtvorrichtung weist den Vorteil auf, dass sie eine einfache und kompakte Bauweise erlaubt und dennoch der (mindestens eine) Leuchtstoff gut kühlbar ist. Alternativ mag der Kühlkörper ein beweglicher Kühlkörper sein, z.B. eine drehbare Scheibe eines Leuchtrads oder It is also a development that the heat sink is a stationary heat sink. This lighting device has the advantage that it allows a simple and compact design and yet the (at least one) phosphor is well cooled. Alternatively, the heat sink may be a movable heat sink, e.g. a rotatable disc of a light wheel or
Farbrads. Der bewegliche Kühlkörper mag eine noch bessere Kühlung und/oder Verteilung des eingestrahlten Primärlichts bereitstellen . Color wheel. The movable heat sink may provide even better cooling and / or distribution of the incident primary light.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Leuchtvorrichtung mindestens eine Lichtquelle, insbesondere It is still an embodiment that the lighting device at least one light source, in particular
Halbleiterlichtquelle, zur Bestrahlung einer Vorderseite des Leuchtstoffkörpers aufweist. So kann vorteilhafterweise ein hochenergetischer, effizient auf den (mindestens einen) Semiconductor light source, for irradiating a front side of the phosphor body. Thus, advantageously, a high-energy, efficient on the (at least one)
Leuchtstoff abgestimmter Primärlichtstrahl mit einem Fluorescent tuned primary light beam with a
vergleichsweise geringen Aufwand bereitgestellt werden. be provided relatively little effort.
Die mindestes eine Lichtquelle weist insbesondere mindestens eine ultraviolettes und/oder blaues Licht abstrahlende The at least one light source has, in particular, at least one ultraviolet and / or blue light radiating light
Lichtquelle auf. Jedoch ist dieser spektrale Bereich nicht einschränkend zu verstehen. Es ist ferner eine Weiterbildung, dass die mindestens eine Lichtquelle mindestens einen Laser aufweist. Ein solcher Laser kann besonders lichtstark und schmal ausgebildet sein und mag besonders effizient auf einen Leuchtstoff abgestimmt sein. Der Laser kann beispielsweise in Form einer Laserdiode als einer Halbleiterlichtquelle ausgebildet sein. Eine derartige Weiterbildung ist insbesondere als Licht erzeugende Einheit in einem Projektor, beispielsweise Videoprojektor, geeignet . Light source on. However, this spectral range is not meant to be limiting. It is also a development that the at least one light source has at least one laser. Such a laser can be made particularly bright and narrow and may be particularly efficiently matched to a phosphor. The laser may be formed, for example in the form of a laser diode as a semiconductor light source. Such a development is particularly suitable as a light-generating unit in a projector, such as video projector.
Es ist ferner eine Weiterbildung, dass die mindestens eine Lichtquelle mindestens eine Leuchtdiode als eine It is also a development that the at least one light source at least one light-emitting diode as a
Halbleiterlichtquelle aufweist. Jedoch ist die Leuchtvorrichtung nicht darauf beschränkt und kann beispielsweise auch eine andersartige Lichtquelle aufweisen, z.B. eine Leuchtstoffröhre. Der Lichtquelle kann ein Spektralfilter nachgeschaltet sein. Es ist darüber hinaus eine Weiterbildung, dass die Semiconductor light source has. However, the lighting device is not limited thereto and may, for example, also have a different type of light source, e.g. a fluorescent tube. The light source may be followed by a spectral filter. It is also a continuing education that the
Leuchtvorrichtung eine Fahrzeugleuchtvorrichtung oder ein Teil davon ist. Die Fahrzeugleuchtvorrichtung kann Lighting device is a vehicle lighting device or a part thereof. The vehicle light device can
insbesondere ein Scheinwerfer sein. Als Fahrzeuge können beispielsweise landgebundene Fahrzeuge (z.B. Pkw, Lkw, in particular be a headlight. For example, land vehicles (eg cars, trucks,
Motorräder, E-Bikes, Fahrräder usw.) in Betracht kommen, aber auch Flugzeuge oder Schiffe usw. Motorcycles, e-bikes, bicycles, etc.), but also aircraft or ships, etc.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im The above-described characteristics, features and advantages of this invention as well as the manner in which they are achieved will become clearer and more clearly understood
Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den In connection with the following schematic description of exemplary embodiments that are associated with the
Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur Drawings are explained in more detail. It can to
Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein. Fig.l zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eineClarity identical or equivalent elements must be provided with the same reference numerals. Fig.l shows a sectional view in side view a
Leuchtvorrichtung gemäß einem ersten Lighting device according to a first
Ausführungsbeispiel ; Embodiment;
Fig.2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine 2 shows a sectional side view of a
Leuchtvorrichtung gemäß einem zweiten Lighting device according to a second
Ausführungsbeispiel; und Embodiment; and
Fig.3 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine 3 shows a sectional view in side view of a
Leuchtvorrichtung gemäß einem dritten Lighting device according to a third
Ausführungsbeispiel . Embodiment.
Fig.l zeigt eine Leuchtvorrichtung 11 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit einem Kühlkörper 12 und einem Fig.l shows a lighting device 11 according to a first embodiment with a heat sink 12 and a
lagenartigen Leuchtstoffkörper 13. Eine typische Schichtdicke des Leuchtstoffkörpers 13 beträgt ca. 20 bis 100 Mikrometer, insbesondere 50 bis 100 Mikrometer. layer-like phosphor body 13. A typical layer thickness of the phosphor body 13 is about 20 to 100 microns, especially 50 to 100 microns.
Der Leuchtstoffkörper 13 ist mit seiner Rückseite 14 an dem Kühlkörper 12 angeordnet und an seiner zu bestrahlenden The phosphor body 13 is arranged with its rear side 14 on the heat sink 12 and to be irradiated at its
Vorderseite 15 mit einer lichtdurchlässigen Lage 16 belegt. Die lichtdurchlässige Lage 16 weist eine zumindest gleich hohe Wärmeleitfähigkeit auf wie der Leuchtstoffkörper 13. Front 15 with a translucent layer 16 occupied. The light-permeable layer 16 has at least the same high thermal conductivity as the phosphor body 13.
Der Kühlkörper 12 besteht beispielsweise aus Aluminium, während der Leuchtstoffkörper 13 Wasserglas als The heat sink 12 is for example made of aluminum, while the phosphor body 13 as water glass
Matrixmaterial 17 aufweist, in das Leuchtstoffpartikel 18 als Füllmaterial eingebettet sind. Matrix material 17, are embedded in the phosphor particles 18 as filler.
In einer für Hochtemperaturanwendungen besonders bevorzugten Variante (nicht dargestellt) ist der Leuchtstoffkörper als Leuchtstoffkeramik ausgebildet. Die Leuchtstoffkeramik ist beispielsweise mit einem Kleber mit hoher Wärmeleitfähigkeit auf dem Kühlkörper befestigt. In a variant which is particularly preferred for high-temperature applications (not shown), the phosphor body is formed as a phosphor ceramic. For example, the phosphor ceramic is mounted on the heat sink with a high thermal conductivity adhesive.
Vorderseitig des Leuchtstoffkörpers 13 ist eine Front side of the phosphor body 13 is a
Halbleiterlichtquelle in Form eines blaues Primärlicht P abstrahlenden (, blauen λ) Lasers 19, insbesondere Laserdiode angebracht. Das blaue Primärlicht P durchläuft die Semiconductor light source in the form of a blue primary light P emitting (blue λ ) laser 19, in particular laser diode mounted. The blue primary light P passes through the
lichtdurchlässige Lage 16, trifft dann auf den lagenartigen Leuchtstoffkörper 13 und wird dort zumindest teilweise in Sekundärlicht S geringerer Wellenlänge umgewandelt, z.B. in gelbes Sekundärlicht S. Dabei wird bereits in den ersten 10 bis 30 Mikrometern ein Großteil des blauen Primärlichts P konvertiert und die daraus resultierende Energiedifferenz in Wärme umgewandelt ( ' Stokes-Wärme ' ) . Der Leuchtstoffkörper 13 besitzt jedoch eine in Bezug auf die Dicke des translucent layer 16, then hits the ply-like Phosphor body 13 and is there at least partially converted into secondary light S lesser wavelength, eg in yellow secondary light S. In the first 10 to 30 micrometers, a large part of the blue primary light P is converted and the resulting energy difference is converted into heat ('Stokes heat '). However, the phosphor body 13 has one with respect to the thickness of the
Leuchtstoffkörpers 13 nur vergleichsweise schlechte Phosphor body 13 only comparatively bad
Wärmeleitfähigkeit, so dass die Wärme ohne die Thermal conductivity, so that the heat without the
lichtdurchlässige Lage 16 nur unzureichend durch den translucent layer 16 is insufficient due to the
Kühlkörper 12 abgeführt werden würde. Heat sink 12 would be dissipated.
Mittels der lichtdurchlässige Lage 16 kann jedoch die in einem Bereich des Leuchtstoffkörpers 13 in der Nähe der Vorderseite 15 erzeugte Stokes-Wärme gespreizt werden (z.B. bei einem vergleichsweise kleinen Brennfleck) und auch über die lichtdurchlässige Lage 16 verstärkt abgeführt werden, z.B. durch Wärmekonvektion in die Umgebung. Dies verbessert eine Kühlung dieses vorderseitennahen Bereichs. However, by means of the transparent sheet 16, the Stokes heat generated in a region of the phosphor body 13 in the vicinity of the front surface 15 can be spread (e.g., at a comparatively small focal spot) and also dissipated more intensely via the transparent sheet 16, e.g. by heat convection in the environment. This improves cooling of this near-side area.
Die lichtdurchlässige Lage 16 besteht wie das Matrixmaterial 17 des Leuchtstoffkörpers 13 aus Wasserglas. So kann The translucent layer 16 is like the matrix material 17 of the phosphor body 13 made of water glass. So can
vorteilhafterweise eine Lichtbrechung und Reflexion an der Grenzfläche zwischen dem Leuchtstoffkörper 13 und der lichtdurchlässigen Lage 16 verhindert werden. Zudem ergibt sich eine genau passende, feste Verbindung ohne mechanischen oder thermischen Mismatch. Advantageously, a refraction of light and reflection at the interface between the phosphor body 13 and the translucent layer 16 are prevented. In addition, a precisely fitting, firm connection without mechanical or thermal mismatch results.
Um die Lichtausbeute zu verbessern und eine Farbabweichung durch Reflexion an einer freien (vorderen) Oberfläche 20 der lichtdurchlässigen Lage 16 zu unterdrücken, kann diese mit einer Antireflexbeschichtung 21 versehen sein. Ein In order to improve the luminous efficacy and to suppress a color deviation by reflection on a free (front) surface 20 of the transparent layer 16, this may be provided with an antireflection coating 21. One
zusätzlicher Vorteil der lichtdurchlässigen Lage 16 aus Wasserglas ist hierbei, dass der Aufbringungsprozess der Antireflexbeschichtung 21 die Leuchtstoffpartikel 18 nicht oder nur geringfügig beeinflusst und damit z.B. vor einer thermischen Zersetzung oder chemischen Zerstörung bewahren kann . Fig.2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Leuchtvorrichtung 31 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Bei der Leuchtvorrichtung 31 ist die lichtdurchlässige Lage 32 eine selbsttragende Lage, z.B. aus Saphir oder Diamant, welche flächig auf den Leuchtstoffkörper 13 aufgelegt wird. An additional advantage of the translucent layer 16 made of water glass is that the application process of the antireflection coating 21 does not or only slightly influences the phosphor particles 18 and thus can, for example, prevent them from thermal decomposition or chemical destruction. 2 shows a sectional side view of a lighting device 31 according to a second embodiment. In the lighting device 31, the transparent layer 32 is a self-supporting layer, for example of sapphire or diamond, which is placed flat on the phosphor body 13.
Zur mechanischen Befestigung an dem und damit auch For mechanical attachment to the and thus also
thermischen Verbindung mit dem Kühlkörper 12 ragt die thermal connection with the heat sink 12 protrudes the
lichtdurchlässige Lage 32 seitlich über den Leuchtstoffkörper 13 heraus. Die lichtdurchlässige Lage 32 weist folglich einen randseitig über den Leuchtstoffkörper 13 hinausragenden translucent layer 32 laterally beyond the phosphor body 13 out. The translucent layer 32 thus has an edge beyond the phosphor body 13 protruding
Randbereich 33 auf, mittels welchem sie mit dem Kühlkörper 12 verbunden ist. Die Befestigung geschieht beispielsweise über thermisch leitfähige Klammern 34 oder Rastelemente, z.B. aus Aluminium oder Kupfer, oder auch über thermisch leitfähiges Schnittstellenmaterial (TIM-Material) , z.B. über thermisch leitfähigen Kleber oder Wärmeleitpaste usw. Fig.3 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eineEdge region 33, by means of which it is connected to the heat sink 12. The fastening takes place, for example, via thermally conductive clamps 34 or latching elements, e.g. made of aluminum or copper, or else via thermally conductive interface material (TIM material), e.g. via thermally conductive adhesive or thermal paste, etc. Fig. 3 shows a sectional side view of a
Leuchtvorrichtung 41 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Die Leuchtvorrichtung 41 unterscheidet sich von der Lighting device 41 according to a third embodiment. The lighting device 41 differs from the
Leuchtvorrichtung 31 dadurch, dass die lichtdurchlässige Lage 42 zur weiteren Erhöhung der Wärmeableitung von dem thermisch belasteten, vorderseitigen Bereich des Leuchtstoffkörpers 13 auf ihrer dem Leuchtstoffkörper 13 zugewandten Seite eine Beschichtung 43 aus einem lichtdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Material, insbesondere einem TCO-Material wie Indium-Zinn-Oxid (ITO), aufweist. Die Beschichtung 43 Luminous device 31 characterized in that the translucent layer 42 to further increase the heat dissipation of the thermally loaded front side of the phosphor body 13 on its phosphor body 13 side facing a coating 43 of a transparent, electrically conductive material, in particular a TCO material such as indium Tin oxide (ITO). The coating 43
kontaktiert also den Leuchtstoffkörper 13 direkt großflächig. Das dritte Ausführungsbeispiel ist besonders vorteilhaft, falls die lichtdurchlässige Lage 42 selbst eine zu geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist, was z.B. bei einer thus contacts the phosphor body 13 directly over a large area. The third embodiment is particularly advantageous if the light-transmissive layer 42 itself has too low a thermal conductivity, e.g. at a
lichtdurchlässigen Lage 42 aus Glas oder einem anderen translucent layer 42 of glass or another
Glasmaterial wie Quarz auftreten mag. Glass material like quartz may appear.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die gezeigten Although the invention is shown in detail by the
Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. So können Merkmale der gezeigten Ausführungsbeispiele miteinander ausgetauscht oder kombiniert werden. Exemplary embodiments has been illustrated and described in more detail, thus, the invention is not limited thereto and other variations can be deduced therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention. Thus features of the embodiments shown can be interchanged or combined.
Beispielsweise mag eine lichtdurchlässige Lage sowohl eine Beschichtung aus einem lichtdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Material als auch eine Antireflexbeschichtung aufweisen. For example, a light-transmissive layer may have both a coating of a transparent, electrically conductive material and an anti-reflection coating.
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