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Patent Searching and Data


Title:
IRRADIATION APPARATUS COMPRISING A PHOSPHOR ELEMENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/207230
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an irradiation apparatus comprising a pumping radiation source (70), a phosphor element (2), and a piezo element (3) for monitoring the mechanical integrity of the phosphor element (2); when viewed in a main direction of radiation in which the pumping radiation (71) is incident on the phosphor element (2), the piezo element (3) is positioned in such a way as to enclose the phosphor element (2) or in such a way as to at least partially overlap with the phosphor element (2) (in a projection plane).

Inventors:
FEIL, Thomas (Rosenweg 1, lggingen, 73574, DE)
WEISSENBERGER, Daniel (Hohenzollernstraße 39, Giengen, 89537, DE)
HARTMANN, Andreas (Thüringenweg 50, Ulm, 98075, DE)
Application Number:
EP2017/061175
Publication Date:
December 07, 2017
Filing Date:
May 10, 2017
Export Citation:
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Assignee:
OSRAM GMBH (Marcel-Breuer-Straße 6, München, 80807, DE)
International Classes:
F21S8/10; F21V9/16; F21V25/02; F21V25/04
Domestic Patent References:
WO2016055142A12016-04-14
Foreign References:
US20140009952A12014-01-09
DE4204721A11994-03-17
JP2010118267A2010-05-27
JPH0472520A1992-03-06
Other References:
None
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Claims:
ANSPRÜCHE

Bestrahlungsvorrichtung mit

einer Pumpstrahlungsquelle (70) zur Emission einer Pumpstrahlung (71),

einem Leuchtstoffelement (2) zur Konversion der Pumpstrahlung (71) in eine Konversionsstrahlung, einem Piezoelement (3) mit elektrischen Anschluss¬ stellen (4a, b) , über welche das Piezoelement (3) für eine elektrische Messung kontaktierbar ist und einem Trägersubstrat (7), an welchem das Leuchtstof¬ felement (2) und das Piezoelement (3) angeordnet sind, und zwar an derselben Seite davon nebeneinander,

wobei die Pumpstrahlungsquelle (70) und das Leucht¬ stoffelement (2) derart relativ zueinander angeord¬ net sind, dass die von der Pumpstrahlungsquelle (70) im Betrieb emittierte Pumpstrahlung (71) mit einer Haupt-Einstrahlrichtung auf das Leuchtstoffelement (2) trifft,

und wobei das Piezoelement (3) derart ausgebildet ist, dass es das Leuchtstoffelement (2) in der Haupt-Einstrahlrichtung gesehen umschließt,

sodass mit der elektrischen Messung des Piezoele- ments (3) eine mechanische Integrität des Leucht¬ stoffelements (2) überwacht werden kann.

Bestrahlungsvorrichtung mit

einer Pumpstrahlungsquelle (70) zur Emission einer Pumpstrahlung (71),

einem Leuchtstoffelement (2) zur Konversion der Pumpstrahlung (71) in eine Konversionsstrahlung und einem Piezoelement (3) mit elektrischen Anschluss¬ stellen (4a, b) , über welche das Piezoelement (3) für eine elektrische Messung kontaktierbar ist, wobei die Pumpstrahlungsquelle (70) und das Leucht¬ stoffelement (2) derart relativ zueinander angeord¬ net sind, dass die von der Pumpstrahlungsquelle (70) im Betrieb emittierte Pumpstrahlung (71) mit einer Haupt-Einstrahlrichtung auf das Leuchtstoffelement (2) trifft,

wobei das Leuchtstoffelement (2) und das Piezoele¬ ment (3) derart angeordnet sind, dass eine senkrech¬ te Projektion des Leuchtstoffelements (2) in eine zu der Haupt-Einstrahlrichtung senkrechte Projektionsebene mit einer senkrechten Projektion des Piezoele- ments (3) in dieselbe Projektionsebene zumindest teilweise überlappt,

sodass mit der elektrischen Messung des Piezoele- ments (3) eine mechanische Integrität des Leucht¬ stoffelements (2) überwacht werden kann.

Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Messeinheit, welche für die elektrische Mes¬ sung über die elektrischen Anschlussstellen (4a, b) mit dem Piezoelement (3) verbunden oder verbindbar ist, wobei die Messeinheit für eine Resonanzmessung des Piezoelements (3) eingerichtet ist.

Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher das Piezoelement (3) als Fo¬ lie oder als Beschichtung aufgebracht ist.

5. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher das Piezoelement (3) zumin¬ dest transluzent ist.

6. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, ausgenommen Kombinationen mit Anspruch 1, bei welcher die senkrechte Projektion des Leuchtstof¬ felements (2) vollständig in der senkrechten Projektion des Piezoelements (3) liegt.

7. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, ausgenommen Kombinationen mit Anspruch 1, bei welcher zwischen dem LeuchtStoffelement und dem Pie¬ zoelement (3) eine für die Pumpstrahlung (71) und/oder die Konversionsstrahlung reflektive Schicht angeordnet ist.

8. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, ausgenommen Kombinationen mit Anspruch 1, bei welcher das Leuchtstoffelement (2) und das Piezoele¬ ment (3) direkt flächig aneinander grenzen.

9. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, ausgenommen Kombinationen mit Anspruch 1, mit einem Trägersubstrat (7), an welchem das Leuchtstof¬ felement (2) und das Piezoelement (3) angeordnet sind, und zwar auf einander entgegengesetzten Seiten des Trägersubstrats (7).

10. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, ausgenommen Kombinationen mit Anspruch 1, bei welcher mit der Pumpstrahlung (71) eine Rückseite (72) des Leuchtstoffelements (2) bestrahlt wird und das Leuchtstoffelement (2) mit der Rückseite (72) dem Piezoelement (3) zugewandt an diesem angeordnet ist .

11. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 10 mit einem Trägersubstrat (7), auf welchem das Piezoelement (3) angeordnet ist, und zwar dem Trägersubstrat (7) mit einer Rückseite zugewandt, die einer Vorderseite (6) des Piezoelements (3) mit dem Leuchtstoffelement (2) darauf entgegengesetzt liegt.

12. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, ausgenommen Kombinationen mit Anspruch 1, bei welcher mit der Pumpstrahlung (71) eine Rückseite (72) des Leuchtstoffelements (2) bestrahlt wird, wo¬ bei das Piezoelement (3) an einer der Rückseite (72) entgegengesetzten Vorderseite (5) des Leuchtstof¬ felements (2) angeordnet ist.

13. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 12, bei welcher in einer Aufsicht gesehen das Piezoelement (3) die Vorderseite (5) des Leuchtstoffelements (2) nur teilweise bedeckt, wobei das Piezoelement (3) in der Aufsicht gesehen vorzugsweise mit einem Loch geformt ist, durch welches hindurch die Konversionsstrahlung von dem Leuchtstoffelement (2) abgeführt wird, gege¬ benenfalls in Mischung mit anteilig nicht konver¬ tierter Pumpstrahlung (71).

14. Verwendung einer Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche zum Überwachen der mecha- nischen Integrität des Leuchtstoffelements (2) mit tels der elektrischen Messung des Piezoelements (3)

Verwendung nach Anspruch 14 zur Beleuchtung, insbe sondere zur Kfz-Beleuchtung .

Description:
BESTRAHLUNGSVORRICHTUNG MIT LEUCHTSTOFFELEMENT BESCHREIBUNG

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bestrahlungsvor ¬ richtung mit einem Leuchtstoffelement zur zumindest teil- weisen Konversion einer von einer Pumpstrahlungsquelle emittierten Pumpstrahlung in eine Konversionsstrahlung.

Stand der Technik

Mit der Kombination aus einer Pumpstrahlungsquelle hoher Leistungsdichte, z. B. einem Laser, und einem beabstandet dazu angeordneten Leuchtstoffelement , das auf eine Anre- gung mit der Pumpstrahlung hin Konversionsstrahlung emittiert, lassen sich bspw. Lichtquellen hoher Leuchtdichte realisieren. Dabei kann in dem Leuchtstoffelement die ge ¬ samte Pumpstrahlung konvertiert werden (Vollkonversion) oder auch nur ein Teil davon, wobei die anteilig nicht konvertierte Pumpstrahlung dann gemeinsam mit der Konversionsstrahlung genutzt werden kann (Teilkonversion) . Bei der Pumpstrahlung kann es sich bspw. um blaues Licht handeln, das dann im Falle der Teilkonversion z. B. in Mischung mit gelbem Licht als Konversionsstrahlung Weiß- licht zur Beleuchtung ergeben kann. Ein entsprechender Gelb-Leuchtstoff könnte bspw. Cer-dotiertes Yttrium- Aluminium-Granat (YAG:Ce) sein. Darstellung der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine besonders vorteilhafte Bestrahlungsvor ¬ richtung mit einem Leuchtstoffelement anzugeben.

Erfindungsgemäß löst diese Aufgabe eine Bestrahlungsvor- richtung mit einer Pumpstrahlungsquelle zur Emission ei ¬ ner Pumpstrahlung, einem Leuchtstoffelement zur Konversi ¬ on der Pumpstrahlung in eine Konversionsstrahlung, einem Piezoelement mit elektrischen Anschlussstellen, über welche das Piezoelement für eine elektrische Messung kontak- tierbar ist, und einem Trägersubstrat, an welchem das Leuchtstoffelement und das Piezoelement angeordnet sind, und zwar an derselben Seite davon nebeneinander, wobei die Pumpstrahlungsquelle und das Leuchtstoffelement der ¬ art relativ zueinander angeordnet sind, dass die von der Pumpstrahlungsquelle im Betrieb emittierte Pumpstrahlung mit einer Haupt-Einstrahlrichtung auf das Leuchtstoffelement trifft, und wobei das Piezoelement derart ausgebil ¬ det ist, dass es das Leuchtstoffelement in der Haupt- Einstrahlrichtung gesehen umschließt, sodass mit der elektrischen Messung des Piezoelements eine mechanische Integrität des Leuchtstoffelements überwacht werden kann; sowie eine Bestrahlungsvorrichtung mit denselben Bestandteilen (nicht zwingend mit Trägersubstrat) , wobei das Leucht- Stoffelement und das Piezoelement derart angeordnet sind, dass eine senkrechte Projektion des Leuchtstoffelements in eine zu der Haupt-Einstrahlrichtung senkrechte Projektionsebene mit einer senkrechten Projektion des Piezoele- ments in dieselbe Projektionsebene zumindest teilweise überlappt .

Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung, wobei in der Darstellung nicht immer im Einzelnen zwischen Vorrich- tungs- und Verfahrens- bzw. Verwendungsaspekten unterschieden wird; jedenfalls implizit ist die Offenbarung hinsichtlich sämtlicher Anspruchskategorien zu lesen.

Gemäß der ersten Variante sind Leuchtstoff- und Piezoele- ment also an derselben Seite eines Trägersubstrats und dabei nebeneinander angeordnet, wobei das Piezoelement das Leuchtstoffelement umschließt (bezogen auf einen Um ¬ lauf um eine Dickenrichtung, siehe unten, vollständig umlaufend, also in sich geschlossen) . In Bezug auf die Flä- chenrichtungen (siehe unten) können das Leuchtstoff- und das Piezoelement dabei auch aneinandergrenzen, bevorzugt sind sie zueinander beabstandet.

Bei der zweiten Variante sind das Leuchtstoff- und das Piezoelement in der Haupt-Einstrahlrichtung gesehen, bildlich gesprochen, zumindest teilweise überlappend vor ¬ gesehen (können dabei aber bspw. auch an einander entgegengesetzten Seiten eines Trägersubstrats angeordnet sein) . Beide Varianten erlauben eine gute mechanische Kopplung zwischen Leuchtstoff- und Piezoelement, und es kann über die elektrische Messung an dem Piezoelement die mechanische Integrität des Leuchtstoffelements überwacht werden, also das Vorhandensein des Leuchtstoffelements in intaktem Zustand.

Es kann bspw. während des Betriebs der Bestrahlungsvor- richtung bzw. auch in Betriebspausen überprüft werden, ob das Leuchtstoffelement insgesamt an seinem bestimmungsge ¬ mäßen Montageplatz sitzt. In einem Fehlerfall, also bei nicht vorhandenem (abgefallenem) bzw. auch defektem Leuchtstoffelement , könnte sich die gebündelte Pumpstrah- lung nämlich durch eine eigentlich zum Abführen der Konversionsstrahlung vorgesehene Optik ausbreiten. Für einen Betrachter würde dies eine erhebliche Gefahrenquelle dar ¬ stellen, es könnte eine Schädigung der Netzhaut und schlimmstenfalls ein Sehkraftverlust resultieren. Zum Vergleich breitet sich zwar auch im Falle der Teilkonversion im Normalbetrieb etwas Pumpstrahlung durch die Be ¬ leuchtungsoptik aus, deren Strahldichte ist aber aufgrund von Konversion und insbesondere auch Streuprozessen im Leuchtstoffelement deutlich geringer. Das erfindungsgemäß vorgesehene Piezoelement ist anord ¬ nungsbedingt - vgl. die beiden grundsätzlichen Varianten (umschließend bzw. überlappend) - mechanisch gut mit dem Leuchtstoffelement gekoppelt. Eine Veränderung des Leuchtstoffelements , z. B. ein Abfallen bzw. auch bereits ein Brechen/Reißen, verändert die mechanischen Rahmenbedingungen des Piezoelements . Im Allgemeinen ist bspw. auch eine Anordnung denkbar, bei welcher sich das Piezoelement bei abgelöstem/beschädigtem Leuchtstoffelement verformt, bspw. wenn die beiden intrinsisch zueinander verspannt vorgesehen sind.

Eine dann im Fehlerfall eintretende Verformung des Piezo ¬ elements könnte bspw. über eine Messung der elektrischen Spannung bzw. einer Spannungsänderung an den Anschlussstellen detektiert werden. Bevorzugt werden die An- Schlussstellen für eine Resonanzmessung genutzt und wird ein abgefallenes/beschädigtes Leuchtstoffelement über ein verändertes Schwingungsverhalten detektiert, siehe unten im Detail. Unabhängig davon im Einzelnen kann im Fehlerfall der Pumpstrahlungseintrag zumindest verringert, vor ¬ zugsweise vollständig verhindert werden, bspw. durch Ab- schalten der Pumpstrahlungsquelle (i. A. aber auch mecha ¬ nisch, z. B. mit einem Shutter) .

Mit dem erfindungsgemäßen Konzept lässt sich idealerweise nicht nur ein Totalausfall (abgefallenes Leuchtstoffele- ment) , sondern bereits auch eine Degradation in Form ei- ner randseitigen oder mittenzentrierten Rissbildung (die in einem vollständigen Bruch münden kann) oder eine partielle Ablösung oder Migration von Leuchtstoffelementma- terial feststellen, bspw. über das veränderte Schwingungsverhalten des Verbunds (aus Leuchtstoff- und Piezoe- lement) . Es können auch bereits Risse das Schwingungs ¬ bzw. Resonanzverhalten beeinflussen. Eine Rissbildung im Leuchtstoffelement kann bspw. thermisch induziert sein, sich also bspw. aufgrund eines Temperaturgradienten bei der Einstrahlung der Pumpstrahlung bzw. aufgrund von Tem- peraturschwankungen in der Anwendung ergeben. Chemische Veränderungen des Leuchtstoffes können ebenfalls detek ¬ tiert werden, wenn sie mit einer Massenänderung und/oder Migration von Leuchtstoffelementmaterial einhergehen.

Eine Anordnung „an", also bspw. das im Fall der ersten Variante „an" dem Trägersubstrat angeordnete Leuchtstoff ¬ bzw. Piezoelement , muss im Allgemeinen nicht direkt daran grenzend meinen, es kann also dazwischen auch noch eine weitere Schicht vorgesehen sein, bspw. eine der Montage dienende Fügeverbindungsschicht , etwa eine Schicht aus Klebstoff, bspw. Bond-Glas. Dies gilt ausdrücklich auch im Falle der nachstehend beschriebenen Variante „Leucht- stoff- und Piezoelement an entgegengesetzten Seiten des Trägersubstrats" .

Das Leuchtstoffelement ist bevorzugt einstückig, ver ¬ schiedene Bereiche davon sind dann also nicht zerstö- rungsfrei voneinander trennbar. Es kann bspw. ein Matrixmaterial, etwa eine Keramik, Glas oder auch ein Kunst ¬ stoffmaterial , aufweisen, in dem dann der Leuchtstoff auf diskrete Bereiche verteilt angeordnet ist, z. B. in Kör ¬ nern der Keramik oder in Partikelform in das Glas / den Kunststoff eingeformt. Das Leuchtstoffelement kann bspw. auch ein Monokristall des Leuchtstoffs sein, etwa ein YAG : Ce-Monokristall . Bei der vorstehend diskutierten Riss-/Bruchbildung könnte nun bspw. ein solcher Monokristall, das Matrixmaterial bzw. der Leuchtstoff selbst lo- kal aufgetrennt werden.

Das Leuchtstoffelement kann in Teil- oder Vollkonversion betrieben werden, es wird ausdrücklich auf die Angaben in der Stand-der-Technik-Würdigung verwiesen. Es ist sowohl ein Betrieb in Reflexion, bei dem Einstrahl- und Ab- strahlfläche des Leuchtstoffelements zusammenfallen, als auch ein Betrieb in Transmission möglich, bei dem die beiden einander entgegengesetzt liegen. Die „Einstrahlfläche" wird mit der Pumpstrahlung bestrahlt, die Konver ¬ sionsstrahlung (und ggf. anteilig nicht konvertierte Pumpstrahlung) wird an der Abstrahlfläche abgeführt, die ¬ ser ist also bevorzugt eine entsprechende Optik zugeord ¬ net, z. B. ein Linsensystem. Die Einstrahlfläche ist der tatsächlich mit Pumpstrahlung bestrahlte Bereich einer in der Regel insgesamt größeren Seitenfläche des Leuchtstof- felements, wobei die Seitenfläche mit der Einstrahlfläche bevorzugt die „Rückseite" ist / sein kann, insbesondere bei einem Betrieb in Transmission; im Allgemeinen kann die Einstrahlfläche aber auch in der Vorderseite liegen. Die Abstrahlfläche ist entsprechend jener Bereich einer in der Regel insgesamt größeren Seitenfläche des Leucht- stoffelements , aus dem heraus die Konversionsstrahlung (und ggf. anteilig nicht konvertierte Pumpstrahlung) ab ¬ gegeben wird.

Alternativ bzw. auch zusätzlich zu dem bereits diskutierten Laser als Pumpstrahlungsquelle kann bspw. auch eine LED (lichtemittierende Diode, bevorzugt Leuchtdiode) vor ¬ gesehen sein, etwa auf der Basis von InGaN oder AlInGaP, aber auch auf organischer Basis (organische LED, OLED) . Im Unterschied zu dem Laser emittiert die LED das Licht eher breitwinklig, bspw. Lambertsch. Bevorzugt ist als Pumpstrahlungsquelle ein Laser, der bspw. auch aus mehreren Einzel-Laserquellen aufgebaut sein kann. „Mehrere" meint mindestens zwei, wobei mindes ¬ tens drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun bzw. zehn weitere Untergrenzen sein können; mögliche Obergren- zen können (davon unabhängig) bspw. bei höchstens 500.000, 400.000, 300.000, 200.000, 100.000, 50.000, 10.000, 1.000, 500, 250, 100, 50 bzw. 20 liegen. Im Falle mehrere Einzel-Laserquellen können deren Strahlenbündel bspw. über eine Strahlkompressionsoptik zusammengeführt und dann überlagert auf das Leuchtstoffelement gebracht werden. Als Einzel-Laserquelle ist eine Laserdiode bevor ¬ zugt, wobei auch eine einzige Laserdiode für sich die Pumpstrahlungsquelle bilden kann. Alternativ zu einer Überlagerung kann jede Einzel-Laserquelle auch einen Teilbereich des Leuchtstoffs bestrahlen, wobei die be- strahlten Teilbereiche zumindest teilweise nicht überlap ¬ pen .

Generell ist die Konversion bevorzugt eine Down- Konversion, ist die Konversionsstrahlung also niedriger energetisch (längerwellig) als die Pumpstrahlung. Die Pumpstrahlung ist bevorzugt blaues Licht. Wenngleich im Allgemeinen auch eine Konversionsstrahlung im Infraroten denkbar ist (z. B. für eine Nachtsichtfunktion bzw. zur Datenübertragung) , handelt es sich dabei bevorzugt um sichtbares Licht. Die Konversionsstrahlung kann für sich (Vollkonversion) oder in Mischung mit anteilig nicht konvertierter Pumpstrahlung (Teilkonversion) bevorzugt Weißlicht bilden; im Allgemeinen ist der Gegenstand hie ¬ rauf aber nicht beschränkt und kann bspw. auch farbiges Licht (z. B. Rot, Grün und/oder Blau, auch sequenziell und/oder um andere Farben ergänzt) abgegeben werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Messeinheit vorgesehen, die mit den elektrischen Anschlussstellen des Piezoelements verbindbar ist, vorzugsweise damit verbunden ist. Bevorzugt ist die Messeinheit für eine Re ¬ sonanzmessung des Piezoelements eingerichtet, kann also ein verändertes Resonanzverhalten infolge eines degra ¬ dierten / zumindest in Teilen abgefallenen Leuchtstoffelements erfasst werden. Bevorzugt ist eine Resonanzfre- quenzmessung, die bspw. als Frequenz-Sweep durchgeführt werden kann. Mit einem beschädigten bzw. abgelösten Leuchtstoffelement ändert sich die Masse des schwingenden Systems und damit die Resonanzfrequenz.

Die für die Resonanzmessung vorgesehene Messeinheit regt das Piezoelement an, bspw. mit einer Wechselspannung, de- ren Frequenz über einen Bereich hinweg variiert wird. Generell (auch unabhängig von der Resonanzmessung) kann die elektrische Messung zur Überwachung der mechanischen Integrität während des laufenden Betriebs bei eingeschalte- ter Pumpstrahlungsquelle und dabei dauerhaft oder in In ¬ tervallen erfolgen, oder aber auch in Betriebspausen bei ausgeschalteter Pumpstrahlungsquelle .

In bevorzugter Ausgestaltung ist das Piezoelement als Folie oder Beschichtung aufgebracht. Beides kann insoweit vorteilhaft sein, als sich so bspw. ein im Verhältnis zum Leuchtstoffelement vergleichsweise dünnes Piezoelement realisieren lassen kann. Der relative Beitrag des Leucht ¬ stoffelements zum mechanischen Verhalten (insbesondere Resonanzverhalten) des Verbunds kann so also erhöht und damit die Messbarkeit verbessert werden. Generell kann das Piezoelement eine Dicke (in Dickenrichtung genommen) von bspw. mindestens 1 ym haben, wobei eine mögliche Obergrenze (davon unabhängig) bspw. bei höchstens 1 mm liegen kann. Das Leuchtstoffelement kann bspw. eine Dicke von mindestens 5 ym und (davon unabhängig) von z. B. nicht mehr als 5 mm haben.

Bei den vorliegend diskutierten Aufbauten/Schichtsystemen liegt die Dickenrichtung generell senkrecht zur Ein ¬ strahlfläche, diese ist bevorzugt plan. Die „Haupt- Einstrahlrichtung" ergibt sich als Mittelwert sämtlicher Richtungsvektoren, entlang welcher Pumpstrahlung einfällt, wobei bei dieser Mittelwertbildung jeder Richtungsvektor mit der zugehörigen Strahlfläche gewichtet wird. Bei einer senkrechten Einstrahlung fallen die Haupt-Einstrahlrichtung und die Dickenrichtung zusammen. Zur Dickenrichtung senkrecht liegen die Flächenrichtun- gen, in Bezug auf diese wird eine Flächenausdehnung ange ¬ geben .

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Piezoele- ment zumindest transluzent (lichtdurchlässig) , vorzugs- weise transparent (durchsichtig) . Ein entsprechendes Pie- zoelement kann bspw. aus einem transparenten Quarz vorgesehen sein; es ist bspw. ein Piezoelement aus Zinkoxid oder Aluminiumnitrid möglich.

Die nachstehend beschriebenen Ausgestalungen betreffen schwerpunktmäßig die zweite eingangs beschriebene Varian ¬ te, bei welcher das Leuchtstoff- und das Piezoelement in der zur Haupt-Einstrahlrichtung senkrechten Projektionsebene zumindest teilweise überlappen. Bezogen auf die senkrechte Projektion des Leuchtstoffelements können bspw. mindestens 5 %, 10 %, 15 % bzw. 20 % davon mit der senkrechten Projektion des Piezoelements zusammenfallen (vgl. z. B. die Ausführungsform gemäß Figur 3), wobei auch ein weiterreichender Überlapp von bspw. mindestens 40 %, 60 % bzw. 80 % möglich ist (angegeben als Bedeckung der Projektion des Leuchtstoffelements).

Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt die senkrechte Projektion des Leuchtstoffelements vollständig in der senkrechten Projektion des Piezoelements. Die beiden Projektionen können also vollständig deckungsgleich überlap- pen, oder es kann die senkrechte Projektion des Leucht ¬ stoffelements eine (kleinere) Teilmenge jener des Piezoe ¬ lements sein.

In bevorzugter Ausgestaltung ist, bezogen auf die Dickenrichtung, zwischen Leuchtstoff- und Piezoelement eine spektral zumindest teilweise reflektive Schicht angeord- net, die für die Pumpstrahlung und/oder die Konversions ¬ strahlung reflektiv ist. Die Schicht kann bspw. wellenlängenabhängig reflektiv sein, etwa als dichroitisches Schichtsystem ausgeführt, und nur die Pump- oder die Kon- versionsstrahlung reflektieren, die andere Strahlung hingegen transmittieren . Andererseits kann aber bspw. auch eine insgesamt, für Pump- und Konversionsstrahlung, re- flektive Schicht vorgesehen sein, bspw. ein Metallfilm. Letzteres kann insbesondere bei einem Betrieb in Reflexi- on bevorzugt sein.

Eine solche reflektive Schicht (wellenlängenabhängig oder vollverspiegelt ) kann auch generell, unabhängig von der Anordnung zwischen Leuchtstoff- und Piezoelement , als Teil des Schichtsystems bevorzugt sein. Bspw. bei einem Betrieb in Transmission kann der Einstrahlfläche in Bezug auf die Pumpstrahlung vorgelagert eine für die Pumpstrahlung transmissive und für die Konversionsstrahlung reflektive Schicht zugeordnet sein; alternativ oder zusätzlich dazu kann der Abstrahlfläche in Bezug auf die Kon- versionsstrahlung nachgelagert eine dafür transmissive, jedoch für die Pumpstrahlung reflektive Schicht zugeord ¬ net sein. Beim Betrieb in Reflexion ist rückseitig ein Vollspiegel bevorzugt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform grenzen das Leucht- Stoff- und das Piezoelement direkt aneinander, und zwar flächig. Eine entsprechende Grenzfläche erstreckt sich in den Flächenrichtungen. Eine solche Grenzfläche kann bspw. insoweit Vorteile bieten, als sie die mechanische Kopp ¬ lung optimieren helfen kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Trägersubstrat vorgesehen, an welchem das Leuchtstoff- und das Piezoelement angeordnet sind, und zwar auf einander in Bezug auf die Dickenrichtung entgegengesetzten Seiten da- von. Dabei ist einerseits ein Betrieb in Reflexion mög ¬ lich und kann das Trägersubstrat dann bspw. aus Metall vorgesehen sein, etwa als Stanzteil, bspw. aus Aluminium. Andererseits ist aber auch ein Betrieb in Transmission möglich, wobei dann ein zumindest transluzentes , bevor- zugt transparentes Trägersubstrat vorgesehen ist, bspw. aus Glas oder Saphir. Unabhängig davon, ob in Reflexion oder Transmission betrieben, kann das Trägersubstrat eine (in den Flächenrichtungen genommene) größere oder kleinere Grundfläche als das Piezoelement haben; die beiden können aber auch dieselbe Grundfläche haben (insbesondere im Fall einer Beschichtung bzw. Bespannung mit einer Folie) .

Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Einstrahlfläche an einer Rückseite des Leuchtstoffelements und ist dieses mit dieser Rückseite dem Piezoelement zu ¬ gewandt an diesem angeordnet (vgl. die vorstehenden Anga ¬ ben zur Anordnung „an") . Dabei erfolgt ein Betrieb in Transmission ( transluzentes/transparentes Piezoelement).

In bevorzugter Ausgestaltung ist dann ferner das Piezoe- lement seinerseits an einem Trägersubstrat angeordnet, und zwar mit seiner Rückseite dem Trägersubstrat zuge ¬ wandt (die Vorderseite des Piezoelements ist dem Leucht ¬ stoffelement zugewandt) . Das Piezoelement ist also in Be ¬ zug auf die Dickenrichtung zwischen dem Leuchtstoffele- ment und dem Trägersubstrat vorgesehen. Generell beziehen sich die Angaben „vorne"/„hinten" bzw. „Vorder-"/„Rück-" auf eine zur Dickenrichtung parallele Richtung, die insbesondere bei einem Betrieb in Reflexion mit der Einstrahlrichtung der Pumpstrahlung zusammenfallen kann (senkrechte Einstrahlung) bzw. zumindest eine Richtungs- komponente davon haben kann (verkippte Einstrahlung) oder bei einem Betrieb in Transmission bei rückseitiger Einstrahlung auch genau entgegengesetzt zur Einstrahlrichtung liegen kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Piezoele- ment an der Vorderseite des Leuchtstoffelements angeord ¬ net. Dabei kann zusätzlich auch ein Substratträger vorgesehen sein, an welchem dann das Leuchtstoffelement ange ¬ ordnet ist, und zwar mit seiner Rückseite dem Substrat ¬ träger zugewandt. Im Allgemeinen kann das vorderseitig an dem Leuchtstoffelement angeordnete Piezoelement das Leuchtstoffelement in einer Aufsicht gesehen auch voll ¬ ständig bedecken.

In bevorzugter Ausgestaltung bedeckt das Piezoelement die Vorderseite des Leuchtstoffelements nur teilweise, bspw. zu höchstens 60 %, 50 %, 40 % bzw. 30 % (mögliche Unter ¬ grenzen können bspw. bei mindestens 10 % bzw. 20 % lie ¬ gen) .

In bevorzugter Ausgestaltung ist das Piezoelement, welches das Leuchtstoffelement nur teilweise bedeckt, in Aufsicht betrachtet mit einem Loch geformt, durch welches hindurch die Konversionsstrahlung, ggf. in Mischung mit anteilig nicht konvertierter Pumpstrahlung, abgeführt wird („Abstrahlfläche"). Im Allgemeinen, insbesondere bei einem Betrieb in Reflexion, könnte das Leuchtstoffelement an dieser Vorderseite durch das Loch in dem Piezoelement hindurch auch bestrahlt werden. Das Piezoelement bildet bevorzugt die Form des Seitenrands des Leuchtstoffele- ments nach, das Loch hat vorzugsweise eine entsprechende Form. Das Loch kann bspw. rund, insbesondere kreisrund, aber auch eckig, insbesondere rechteckig/quadratisch sein. Bevorzugt liegt die Abstrahlfläche oder die mit der Pumpstrahlung bestrahlte Einstrahlfläche vollständig in ¬ nerhalb des Lochs, überlappt sie also nicht mit dem Pie ¬ zoelement . Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer vorliegend offenbarten Bestrahlungsvorrichtung zum Überwachen der mechanischen Integrität des Leuchtstoffelements mit ¬ tels der elektrischen Messung des Piezoelements, vgl. die vorstehenden Angaben dazu im Einzelnen. Es kann also die Bestrahlungsvorrichtung für eine entsprechende elektrische Messung eingerichtet sein, also bspw. eine Messeinheit mit entsprechender Steuerung aufweisen, oder es kann die Messung im Rahmen der Verwendung tatsächlich vorgenommen werden. Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer vorliegend beschriebenen Bestrahlungsvorrichtung zur Beleuchtung, insbesondere zur Kfz-Beleuchtung, insbesondere zur Kfz-Außenbeleuchtung, bevorzugt in einem Frontscheinwerfer. Das Kraftfahrzeug ist bevorzugt ein Automo- bil. Mit der Bestrahlungsvorrichtung wird eine Lichtquel ¬ le hoher Leuchtdichte zur Verfügung gestellt, die bspw. ein Fern-, aber auch ein Abblendlicht bilden bzw. unterstützen kann. Dabei hilft die Überwachung der mechanischen Integrität zudem, hohe Sicherheitsstandards zu ge- währleisten. Der Gegenstand ist im Allgemeinen aber selbstverständlich nicht auf Kfz-Beleuchtung beschränkt, sondern die Be ¬ strahlungsvorrichtung kann bspw. auch bei Projektionsanwendungen (insbesondere im Bereich der Videoprojektion), auf dem Feld der Bühnen- und/oder Effektbeleuchtung sowie auch bei medizinischen Lichtquellen, etwa im Bereich Endoskopie und/oder Mikroskopie, Anwendung finden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs ¬ beispielen näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale im Rahmen der nebengeordneten Ansprüche auch in anderer Kombination erfindungswesentlich sein können und auch weiterhin nicht im Einzelnen zwischen den Anspruchskategorien unterschieden wird.

Im Einzelnen zeigt

Figur 1 eine erste Konvertervorrichtung mit Piezoelement in einer Schrägansicht;

Figur 2 eine zweite Konvertervorrichtung mit Piezoelement in einer Schrägansicht;

Figur 3 eine dritte Konvertervorrichtung mit Piezoelement in einer Schrägansicht;

Figur 4 eine vierte Konvertervorrichtung mit Piezoelement in einer Schrägansicht;

Figur 5 eine fünfte Konvertervorrichtung mit Piezoele ¬ ment in einer Schrägansicht; Figur 6 eine sechste Konvertervorrichtung mit Piezoelement in einer Schrägansicht;

Figur 7a eine siebte Konvertervorrichtung mit Piezoelement in einer Schrägansicht; Figur 7b eine Bestrahlungsvorrichtung mit der Konvertervorrichtung gemäß Figur 7a in einer Seitenansicht .

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Figur 1 zeigt eine erste Konvertervorrichtung 1 mit einem Leuchtstoffelement 2, vorliegend einer YAG : Ce-Keramik . Das Leuchtstoffelement 2 ist auf einem Piezoelement 3 an ¬ geordnet, vorliegend einem Quarz. Das Piezoelement 3 weist zwei elektrische Anschlussstellen 4a, b auf, über die es für eine Resonanzmessung elektrisch kontaktierbar ist. Das Leuchtstoffelement 2 ist über eine nicht darge- stellte Klebstoffschicht an dem Piezoelement 3 befestigt. Aufgrund der mechanischen Kopplung bestimmt das Leucht ¬ stoffelement 2 das Schwingungsverhalten des Piezoelements 3 mit, konkret dessen Resonanzfrequenz.

Es kann nun im Betrieb bspw. aufgrund von Degradations- prozessen zu einem Reißen bzw. Brechen des Leuchtstoffelements 2 kommen bzw. kann sich das Leuchtstoffelement 2 auch insgesamt von dem Piezoelement 3 ablösen. Im Ergebnis ändert sich die Resonanzfrequenz des schwingenden Systems, was dann über eine Resonanzmessung an dem Piezo- element 3 festgestellt werden kann. Das Piezoelement 3 ermöglicht somit eine Überwachung der mechanischen Integrität des Leuchtstoffelements 2. Dieses Grundprinzip gilt für sämtliche nachfolgend beschriebenen Varianten, ohne dass dies dort immer nochmals im Einzelnen diskutiert wird. Generell bezeichnen dieselben Bezugszeichen Teile mit derselben Funktion und wird immer auch auf die Be- Schreibung zu den anderen Figuren verwiesen.

In der Schrägansicht gemäß Figur 1 ist eine Vorderseite 5 des Leuchtstoffelements 2 zu erkennen, dieses ist mit seiner entgegengesetzten Rückseite der Vorderseite 6 des Piezoelements 3 zugewandt auf diesem montiert. Bei einem Betrieb in Reflexion wird die Vorderseite 5 des Leucht ¬ stoffelements 2 mit einer Pumpstrahlung bestrahlt.

Das Piezoelement 3 ist gemäß Figur 1 auf einem Trägersub ¬ strat 7 angeordnet, und zwar mit seiner Rückseite dessen Vorderseite 8 zugewandt. Vorliegend ist das Trägersub- strat 7 eine Aluminiumplatte und wird das Leuchtstoffele- ment 2 in Reflexion betrieben, liegen also auf der Vorderseite 5 sowohl die Einstrahl- als auch die Abstrahlfläche. Dabei ist eine Voll- oder Teilkonversion möglich, wobei im letztgenannten Fall anteilig nicht konvertierte Pumpstrahlung (blaues Laserlicht) gemeinsam mit der Konversionsstrahlung (Gelblicht) in Mischung das Beleuchtungslicht (Weißlicht) bildet und an der Abstrahlfläche abgeführt wird. Optional kann zwischen dem Leuchtstof ¬ felement 2 und dem Piezoelement 3 eine reflektive Schicht vorgesehen sein, etwa ein auf das Piezoelement 3 abge ¬ schiedener Silberfilm (nicht dargestellt) , was die Licht ¬ ausbeute verbessern helfen kann.

Bei Figur 2 und sämtlichen Figuren bis Figur 7a ist die Sichtrichtung entsprechend, der Blick fällt also immer auf die Vorderseite 5 des Leuchtstoffelements 2 und (so- weit sichtbar bzw. vorhanden) die Vorderseiten 6, 8 von Piezoelement 3 und Trägersubstrat 7. Gemäß Figur 2 sind das Leuchtstoff- 2 und das Piezoelement 3 an der Vorder ¬ seite 8 des Trägersubstrats 7 angeordnet, das Piezoele- ment 3 ist in diesem Fall als Sili ziumnitrid-Beschichtung auf die Aluminiumplatte aufgebracht, das Leuchtstoffele- ment 2 ist ein YAG : Ce-Monokristall . Das Piezoelement 3 umschließt das Leuchtstoffelement 2 in einer Haupt- Einstrahlrichtung gesehen, was eine gute mechanische Kopplung ermöglicht. Bei der Variante gemäß Figur 1 und den folgenden Ausführungsformen überlappen Leuchtstoff- 2 und Piezoelement 3 hingegen in der Haupt- Einstrahlrichtung gesehen, was ebenfalls eine gute mecha ¬ nische Kopplung ergibt. Gemäß Figur 3 ist das Piezoelement 3 (eine Silizium- nitrid-Beschichtung) auf der Vorderseite 5 des Leucht ¬ stoffelements 2 angeordnet. Dabei bedeckt es diese Vor ¬ derseite 5 nur teilweise, das Piezoelement 3 ist nämlich mit einem Loch geformt, durch welches hindurch das Leuchtstoffelement 2 mit der Pumpstrahlung bestrahlt wird (bevorzugt bei einem Betrieb in Reflexion) . Das Leucht ¬ stoffelement 2 kann aber auch in Transmission betrieben werden, wobei das Trägersubstrat 7 dann transparent vor ¬ gesehen ist, bspw. aus Glas oder Saphir. Die Pumpstrah- lung wird dann bevorzugt an der in der Figur nicht sicht ¬ baren Rückseite zugeführt und die Konversionsstrahlung, ggf. gemischt mit anteilig nicht konvertierter Pumpstrah ¬ lung, an der Vorderseite 5 abgeführt.

Gemäß Figur 4 bedeckt das in diesem Fall transparente Piezoelement 3 die Vorderseite des Leuchtstoffelements 2. Das Piezoelement 3 ist als Folie aufgebracht, das Leucht- Stoffelement 2 ist mit seiner entgegengesetzten Rückseite an dem Trägersubstrat 7 angeordnet. Letzteres könnte re- flektiv sein und das Leuchtstoffelement 2 in Reflexion betrieben werden; es ist aber auch ein transparentes Trä- gersubstrat 7 und ein Betrieb des Leuchtstoffelements 2 in Transmission möglich.

Im Falle von Figur 5 bildet das Piezoelement 3 selbst den Träger, ist also kein Trägersubstrat zusätzlich vorgese ¬ hen. Das Piezoelement 3 ist in diesem Fall transparent (aus Quarz) , und das Leuchtstoffelement 2 kann in Trans ¬ mission betrieben werden (Konversionsstrahlung rückseitig abgeführt, oder rückseitige Einstrahlung und Konversions ¬ strahlung vorderseitig abgeführt) .

Bei der Variante gemäß Figur 6 sind Piezoelement 3 und Leuchtstoffelement 2 Figur 5 vergleichbar vorgesehen, ist dazwischen jedoch zusätzlich ein Trägersubstrat 7 angeordnet, das ebenfalls transparent ist. Auch gemäß Figur 7a ist ein transparentes Trägersubstrat 7 zwischen dem Leuchtstoffelement 2 und dem Piezoelement 3 vorgesehen. In diesem Fall hat das Trägersubstrat 7 jedoch eine grö ¬ ßere Grundfläche als das Piezoelement 3, was den gesamten Aufbau stabilisieren helfen kann.

Figur 7b zeigt eine Bestrahlungsvorrichtung mit einer Konvertervorrichtung 1 gemäß Figur 7a, und zwar in einer Seitenansicht. Eine Pumpstrahlungsquelle 70, nämlich eine Laserdiode, emittiert eine Pumpstrahlung 71, vorliegend blaues Laserlicht. Dieses fällt auf eine Rückseite 72 des Leuchtstoffelements 2. An der entgegengesetzten Vorderseite 5 wird das auf diese Anregung hin abgegebene Gelb- licht als Konversionsstrahlung in Mischung mit anteilig nicht konvertierter Pumpstrahlung abgeführt, nämlich über eine (nicht dargestellte) Beleuchtungsoptik. Das resul ¬ tierende Beleuchtungslicht 73 ist Weißlicht. Ein Strah ¬ lengang mit entgegengesetzter Richtung (d.h. Einstrahlung an der Vorderseite 5 und Austritt des Beleuchtungslichts an der Rückseite) ist aber ebenfalls möglich.

BEZUGSZEICHENLISTE

Konvertervorrichtung 1

Leuchtstoffelement 2

Piezoelement 3 Elektrische Anschlussstellen 4a, b

Vorderseite des Leuchtstoffelements 5

Vorderseite des Piezoelements 6

Trägersubstrat 7

Vorderseite des Trägersubstrats 8 Pumpstrahlungsquelle 70

Pumpstrahlung 71

Rückseite 72

Beleuchtungslicht 73