Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Lichtquelle, einem Grundkörper und einem darauf aufgebrachten Lichtkonversionselement sowie eine Lichtkonversionseinheit mit einem Lichtkonversionselement und einem optischen Element.

Im Stand der Technik sind laserbasierte Weißlichtmodule beschrieben. Das Prinzip der Erzeugung von weißem Licht beruht auf der Kombination der blauen Lichtemission von einer Laserdiode und der Lichtemission von einem gelb emittierenden Konvertermaterial, welches auch als Phosphor bezeichnet wird. Dabei wird die gelbe Lichtemission des Konverters durch die blaue Laserstrahlung bewirkt. Die Mischung des blauen Laserlichts mit der gelben Lichtemission erzeugt weißes Licht.

Das grundlegende Prinzip wird in zwei Konfigurationen umgesetzt: Der Transmissionsanordnung und der Remissionsanordnung. Bei der Transmissionsanordnung durchstrahlt das blaue Laserlicht das Konvertermaterial. Bei der Remissionsanordnung wird die blaue Laserstrahlung zum Konvertermaterial in einer Reflexionsgeometrie angeordnet. Ferner ist der Einsatz optischer Elemente bekannt, um die vom Laser abgegebene Strahlung auf das Konvertermaterial zu leiten.

Einige lichtemittierende Vorrichtungen werden z.B. in den folgenden Dokumenten beschrieben: US2016093779A1, JP2008251685A, US2019058303A, US2019032907A, US2018087726A, US2018058645A, US2017314768A, US2017284634A, US2017122505A und WO2013156444A1.

Aktuelle Lösungen haben allerdings einige Nachteile, von denen einige nachfolgend aufgezählt werden sollen: Ein Nachteil ist etwa, dass die Laserstrahlung häufig nicht mit idealen Parametern auf das Konvertermaterial trifft und/oder dass die abgegebene Strahlung nicht mit gewünschten Parametern austritt. Zu diesen Parametern kann z.B. die Leistungsdichte, die Lichtausbeute, die Spotgröße, der Einfallswinkel oder der Abstrahlwinkel gehören. Ein weiterer Nachteil kann sein, dass bei der Ein- und Auskopplung von Strahlung in das Konvertermaterial häufig unerwünschte Fresnelverluste durch den Brechzahlsprung entstehen. Ein weiterer Nachteil ist beispielsweise, dass das Konvertermaterial, insbesondere im Bereich der einfallenden Laserstrahlung, verschmutzen kann. Ein weiterer Nachteil kann darin liegen, dass die Justierung optischer Elemente, welche dazu genutzt werden, die Laserstrahlung auf den Konverter zu leiten, aufwändig ist. Zudem ist der Aufbau bekannter Lösungen häufig relativ komplex.

Es ist demnach eine Aufgabe der Erfindung, eine Beleuchtungseinrichtung und/oder eine Lichtkonversionseinheit anzugeben, bei welcher derartige Nachteile vermieden werden. Insbesondere sollen Parameter der auf den Konverter einfallenden und/oder der von dem Konverter emittierten Strahlung optimiert werden (z.B. Leistungsdichte, Lichtausbeute, Spotgröße, Einfallswinkel, Abstrahlwinkel). Vorzugsweise sollen Fresnelverluste bei der Ein- und Auskopplung vermindert werden. Vorzugsweise soll der Konverter zudem vor Verschmutzung geschützt werden. Ein Aspekt ist es zudem, eine Justierung optischer Elemente zu vermeiden und insbesondere den Aufbau einer Beleuchtungseinrichtung und/oder einer Lichtkonversionseinheit zu vereinfachen.

Speziell wird eine Anordnung und damit verbundene Komponente für ein laserbasiertes Beleuchtungsmodul zur Weißlichterzeugung, vorzugsweise in einer SMD-Anordnung gesucht durch welche die Möglichkeit besteht, die einfallende blaue Laserstrahlung auf das Konvertermaterial zu lenken und die emittierte konvertierte Strahlung vom Konverter mit gegenüber Luft reduzierten Fresnelverlusten aus dem Konverter auszukoppeln und insbesondere zu formen und zu mischen. Dies soll ohne komplexe Justierung von verschiedenen einzelnen optischen Komponenten und in einer sehr kompakten Art und Weise erfolgen. Weiterhin soll die Anordnung für ein hermetisches Gehäuse verwendbar sein bzw. ein Teil dessen sein.

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung umfassend zumindest eine Lichtquelle, ein Lichtkonversionselement (auch als Konverter, Konvertermaterial, Phosphor, etc. bezeichnet), welches dazu eingerichtet ist, mit Primärlicht beleuchtet zu werden und Sekundärlicht mit einer anderen Wellenlänge abzugeben, und ein optisches Element, welches dazu eingerichtet und/oder derart angeordnet ist, dass sowohl das von der Lichtquelle abgegebene Primärlicht das optische Element durchläuft, bevor das Primärlicht auf das Lichtkonversionselement trifft, als auch das von dem Lichtkonversionselement abgegebene Sekundärlicht das optische Element durchläuft, bevor das Sekundärlicht die Beleuchtungseinrichtung verlässt. Die Beleuchtungseinrichtung ist insbesondere zur Erzeugung von Weißlicht eingerichtet, kann aber auch zur Erzeugung anderer Farben eingerichtet sein, wobei sowohl Mischfarben als auch Vollfarben in Betracht kommen.

Vorzugsweise umfasst die Beleuchtungseinrichtung ferner einen Grundkörper, welcher insbesondere als Kühlkörper ausgebildet ist, wobei das Lichtkonversionselement bevorzugt auf dem Grundkörper angeordnet ist und/oder in dem Grundkörper eingebracht ist.

Das Lichtkonversionselement ist bevorzugt mit dem Grundkörper über eine Verbindungsschicht miteinander verbunden, wobei die Verbindungsschicht bevorzugt aus mindestens einem Klebstoff, mindestens einem Glas, mindestens einem keramischen Kleber oder mindesten einer metallischen Lotverbindung gebildet wird.

Ein ggf. umfasster Grundkörper weist eine Vorderseite auf, wobei auf dieser Vorderseite das Lichtkonversionselement aufgebracht sein kann. Vorzugsweise ist das Lichtkonversionselement unmittelbar auf der Vorderseite des Grundkörpers aufgebracht. Das Lichtkonversionselement weist seinerseits eine, vorzugsweise dem Grundkörper abgewandte, Vorderseite auf und ist dazu eingerichtet, das Sekundärlicht auf seiner Vorderseite abzugeben.

Die zumindest eine Lichtquelle ist dazu eingerichtet und/oder derart angeordnet, Primärlicht zur Beleuchtung des Lichtkonversionselements abzugeben, wobei die Lichtquelle vorzugsweise als Laserlichtquelle ausgebildet ist. Die Lichtquelle ist bevorzugt zur Abgabe von blauem Licht und/oder zur Abgabe von UV-Licht ausgebildet. Es kann vorgesehen sein, dass die Lichtquelle Primärlicht mit zumindest einer Wellenlänge im Bereich von 400nm bis 470nm abgibt. Ebenso ist eine Lichtquelle im UVA Bereich möglich.

Das Lichtkonversionselement ist insbesondere als Optokeramik (OC) ausgebildet. Vorzugsweise umfasst das Lichtkonversionselement keramisches Konvertermaterial. Eine solche Ausgestaltung kann vorteilhaft sein, um damit eine besonders hohe Lichtintensität auch für weißes Licht zu ermöglichen. Keramische Konvertermaterialien sind besonders temperaturstabil und wärmeleitend, so dass damit besonders hohe Leuchtdichten erzielt werden können. Denkbar sind auch organisch basierte Konverter oder Kombinationen aus organischen und keramischen Konvertermaterialien. Insbesondere ist es möglich, dass der Konverter so ausgestaltet ist, dass er ein Konverterelement umfasst, welches zwei oder mehr Konvertermaterialien umfasst, welche insbesondere so ausgestaltet sein können, dass sie Primärlicht in Licht unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung konvertieren. Beispielsweise ist es denkbar, dass ein Konverterelement einen sogenannten „gelben“ und einen sogenannten „roten“ Phosphor umfasst. Beispielsweise können diese Materialien als Mischung vorliegen, beispielsweise als Mischung umfassend ein organisches und ein keramisches Material, oder als Mischung aus organischen oder keramischen Materialien. Der Konverter kann aber auch so ausgestaltet sein, dass er mehrere Konverterelemente umfasst, welche jeweils ein unterschiedliches Konvertermaterial umfassen. Auch Mischungen dieser Ausführungen sind vorstellbar.

Insbesondere kann das keramische Konvertermaterial ein lumineszierendes keramisches Material sein oder ein solches umfassen. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung bedeutet dies, dass der Konverter beispielsweise überwiegend, also zu mindestens 50 Gew.-%, oder auch im Wesentlichen, also zu mindestens 90 Gew.-%, aus einem lumineszierenden keramischen Material bestehen kann. Auch ist es möglich, dass der Konverter vollständig aus dem lumineszierenden, keramischen Material besteht. Insbesondere umfasst also der Konverter und/oder das Konverterelement ein lumineszierendes keramisches Material oder besteht aus diesem. Der Konverter und/oder das Konverterelement kann auch als Kompositwerkstoff, beispielsweise als Phosphor-Glas-Komposit, oder als Phosphor-Kunststoff-Komposit, insb. Phosphor-Silikon-Komposit, oder als Phosphor-Keramik-Komposit ausgebildet sein und kann in diesem Fall beispielsweise mindestens 10 Gew.-% zumindest eines lumineszierenden Materials, also Leuchtstoffe, beispielsweise zwischen 10 Gew.-% und 30 Gew.-%, insbesondere zwischen 10 Gew.-% und 20 Gew.-%, umfassen.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Konverter und/oder das Konverterelement als lumineszierendes keramisches Material ein granatartiges keramisches Material oder besteht überwiegend, also zu mindestens 50 Gew.-%, oder im Wesentlichen, also zu mindestens 90 Gew.-%, oder vollständig aus diesem, wobei das granatartige keramische Material vorzugsweise die folgende Summenformel aufweist: A3B50i2:RE, wobei

A Y und/oder Gd und/oder Lu sowie B AI und/oder Ga umfasst und wobei RE ausgewählt ist aus der Gruppe der Seltenen Erden und bevorzugt Ce und/oder Pr umfasst.

Gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform weist das granatartige keramische Material die folgende Summenformel auf:

(Yi-xCex)3Al50i2 und/oder

(Yi-x-yGd _y Cex)3AI ₅ 0i2 und/oder

(Lui-xCe _x )3Al50i2 und/oder

(Y i-x-zLuzCex)3Al50i2 , wobei für x jeweils gilt: 0,005 < x < 0,05 und wobei für y gilt: 0 < y < 0,2, und wobei für z gilt: 0 < z < 1 .

Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Konverter und/oder das Konverterelement ein lumineszierendes keramisches Material oder besteht überwiegend, also zu mindestens 50 Gew.- %, oder im Wesentlichen, also zu mindestens 90 Gew.-%, oder vollständig aus diesem, wobei der Konverter

- als einkristallines Material

- als einphasige massive Keramik (z.B. eine sogenannte Optokeramik, polykristallin) vorliegt und/oder

- als mehrphasige massive Keramik vorliegt und/oder

- als einphasige oder mehrphasige Keramik bestimmter Porosität vorliegt und/oder

- als Kompositwerkstoff vorliegt, wie als Phosphor-Glas-Komposit (engl.: phosphor in glass, PIG) und/oder als Phosphor-Silikon-Komposit (engl.: phosphor in silicone, PIS).

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das keramische Material auch andere oxidische Verbindungen (außer Granatverbindungen), sowie auch nitridische Verbindungen, insbesondere aus der Gruppe der Aluminiumoxinitride und Siliziumaluminiumoxinitride.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Konverter und/oder das Konverterelement als poröse Sinterkeramik ausgebildet und die Porosität liegt zwischen 0,5% und 10%, bevorzugt zwischen 4% und 8%. Die Porosität bezieht sich hierbei auf das Volumen. Vorzugsweise liegt die mittlere Porengröße zwischen 400 pm und 1200 pm, bevorzugt zwischen 600 pm und 1000 pm und besonders bevorzugt zwischen 600 pm und 800 pm.

Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung wird unter einer einphasigen Keramik (z.B. einer Optokeramik) verstanden, dass wenigstens 95 VoL-% der von der Keramik umfassten Kristalle und/oder Kristallite dieselbe Kristallphase sind. Vorzugsweise ist der Volumenanteil von Fremdphasen deutlich geringer. Insbesondere können sogar mehr als 96 VoL-% oder mehr als 97 VoL-% oder mehr als 98 VoL-% oder sogar mehr als 99 VoL-% der von der Keramik umfassten Kristalle und/oder Kristallite dieselbe Kristallphase ausbilden. Nicht ausgeschlossen ist weiterhin, dass eine einphasige Keramik noch amorphe Bestandteile umfassen kann. Diese liegen aber in der Regel bei weniger als 5 VoL-%.

Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn das keramische Material so ausgestaltet ist, dass das Material eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 5 W/mK bis 200 W/mK aufweist. Auf diese Weise ist eine besonders gute Abteilung der bei der Konversion entstehenden bzw. entstandenen thermischen Energie möglich, sodass die Konversionseigenschaften des Konvertermaterials sich während des Betriebs des Materials nur geringfügig, wenn überhaupt, ändern.

Insbesondere kann das keramische Konvertermaterial polykristallin ausgestaltet sein.

Vorteilhaft kann es sein, wenn das Material homogen vorliegt bzw. im Wesentlichen homogen, wobei unter einer homogenen Ausgestaltung des Materials vorzugsweise bestanden wird, dass das Material als einphasige Keramik (oder Optokeramik) vorliegt.

Wie beschrieben umfasst die Beleuchtungseinrichtung ein optisches Element, welches dazu eingerichtet und/oder derart angeordnet ist, dass sowohl das von der Lichtquelle abgegebene Primärlicht das optische Element durchläuft, bevor das Primärlicht auf das Lichtkonversionselement trifft, als auch das von dem Lichtkonversionselement abgegebene Sekundärlicht das optische Element durchläuft, bevor es die Beleuchtungseinrichtung verlässt. Mit anderen Worten befindet sich das optische Element im Strahlengang zugleich vor als auch nach dem Lichtkonversionselement. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine gemeinsame Verwendung des optischen Elements für das Primärlicht und für das Sekundärlicht erfolgen. Das optische Element leitet demnach sowohl das einfallende Licht als auch das ausgehende Licht. Dabei kann das ausgehende Licht auch eine Mischung aus zumindest Teilen des eingehenden Lichtes (Primärlicht) mit dem erzeugten Sekundärlicht sein, welches im Folgenden unter dem Begriff des Sekundärlichts mit umfasst sein soll, auch wenn für beide unterschiedliche Anteile und die Abstrahlcharakteristika vorliegen.

Das optische Element, welches vorzugsweise Glas umfasst oder daraus besteht, ist in einer bevorzugten Ausführungsform auf dem Lichtkonversionselement, insbesondere auf der Vorderseite des Lichtkonversionselements, aufgebracht, z.B. mittels Glaslot und/oder eines Aufschmelzprozesses. Abgesehen von einem ggf. verwendeten Lotmaterial ist das optische Element vorzugsweise unmittelbar auf dem Konverter aufgebracht. Das optische Element und das Lichtkonversionselement können demnach gekoppelt sein und eine Baugruppe bilden. Das optische Element und das Lichtkonversionselement können bevorzugt stoffmäßig miteinander verbunden sein. Durch ein Aufbringen bzw. Verbinden des optischen Elements mit dem Konverter wird der Konverter in vorteilhafter Weise vor Verschmutzung geschützt.

Das optische Element und das Lichtkonversionselement können formschlüssig miteinander verbunden sein und/oder derart verbunden sein, dass zwischen dem optischen Element und dem Lichtkonversionselement eine optische Grenzfläche G1 gebildet ist, an welcher Primärlicht aus dem optischen Element in das Lichtkonversionselement einkoppelbar und Sekundärlicht aus dem Lichtkonversionselement in das optischen Element einkoppelbar ist. Mitunter kann auch, insbesondere reflektiertes, Primärlicht aus dem Lichtkonversionselement an der Grenzfläche G1 in das optische Element einkoppelbar sein.

Das optische Element weist ferner vorzugsweise eine Oberfläche auf, welche eine zweite optische Grenzfläche G2 zu einem umgebenden Medium bildet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass für einen Strahlwinkel, insbesondere einen Strahlwinkel gegenüber einer Normalen der Vorderseite des Lichtkonversionselements welcher kleiner ist als 70°, und insbesondere bei transversal elektrischer Polarisierung (TE), die Summe der Fresnelverluste an den Grenzflächen G1 und G2 niedriger ist als 0,2.

Es kann vorgesehen sein, dass durch direktes Auf- oder Anschmelzen auf, um oder an das Lichtkonversionselement oder zumindest einer Zwischenschicht, die bspw. aus zumindest einem Glaslot oder zumindest einer dünnen Glasschicht gebildet wird. Solche Zwischenschichten können auf dem Lichtkonversionselement oder dem optischen Element vorab appliziert oder aufgebracht sein oder als bspw. dünnes Plättchen beigestellt sein/werden. Das Aufbringen kann über entsprechende Beschichtungsprozesse, Druckprozesse oder in einem Sol-Gel Prozess erfolgen. Denkbar sind auch Abfolgen von Zwischenschichte als Schichten oder Plättchen, wobei auch auf den Plättchen entsprechende Schichten aufgebracht sein können. Diese Schichten können unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen und somit weiter die Fresnelverluste zwischen Konvertermaterial und dem Material des optischen Elements reduzieren.

Das optische Element ist vorteilhaft in seinen optischen Eigenschaften insbesondere dessen Brechwert an das Lichtkonversionselement angepasst oder weitgehend anpassbar. Die bezieht sich auf den Brechungsindex des Konverterelements oder im spezieller Ausführung auf den Brechungsindex einzelner Materialien und Bestandteile des Konverterelements.

Die Brechwertdifferenz zwischen dem optischen Element und dem Lichtkonversionselement beträgt dabei weniger als 2, insbesondere weniger als 1 ,5, vorzugsweise weniger als 1 , vorzugsweise weniger als 0,5, besonders bevorzugt weniger als 0,2 (insbesondere für den Fall, dass der Brechwert des Lichtkonversionselementes größer als der des optischen Elementes ist).

Die Oberfläche des optischen Elements kann für eine Optimierung im Hinblick auf Fresnelverluste beispielsweise durch ein Auslegungsverfahren wie folgt ausgebildet sein bzw. werden. Zunächst wird der Brewsterwinkel für die gewünschte Materialpaarung bzw. die Brechunsindizes berechnet. Aus einer Vorgabe, unter welchem Winkel das Lichtkonversionselement bestrahlt werden soll, kann dann eine Oberflächenform des optischen Elements und/oder eine Anordnung des Lasers derart festgelegt werden, dass dieser die Oberfläche unter dem Brewsterwinkel bestrahlt und/oder der gebrochene Strahl unter dem gewünschten Winkel auf das Lichtkonversionselement trifft. Im Falles, dass zumindest eine Zwischenschicht eingebracht wird ist auch diese vorteilhaft hinsichtlich deren Brechwert, insbesondere an das Licktkonversionselement, entsprechend angepasst bzw. anpassbar. Mit Blick auf das optische Element ist dessen Brechwert dann vorzugsweise gleich, und besonders bevorzugt nicht größer als der der Zwischenschicht. Auch eine Ausbildung einer Brechwertabstufung, bei mehr als einer Zwischenschicht quasi eines Brechwertgradienten, vom Lichtkonversionselement zum optischen Element, ist so möglich.

Neben der Anpassung bzw. Abstimmung der Brechwerte aneinander ist für möglichst geringe Fresnelverluste eine direkte Anbindung, d.h. bspw. ohne jeglichen Luftspalt, möglich, so dass die Lichtausbeute, Lichteinkopplung der Primärstrahlung und Lichtauskopplung der Sekundärstrahlung und Teilen der Primärstrahlung verbessert werden kann.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Anbindung der Komponenten Lichtkonversionselement und optisches Element, nahezu bzw. völlig fehlerfrei erfolgt, um eine effiziente, stabile und langlebige Beleuchtungseinrichtung zu ermöglichen. Mit anderen Worten, also, dass deren Verbindungs- oder Bondfläche makellos vorliegt. Ähnlich wie Verschmutzungen bei Beleuchtungseinrichtung ohne direkt auf dem Lichtkonversionselement appliziertes optisches Element können Fehlstellen im Verbund dazu führen, dass eine Beleuchtungseinrichtung mit optischem Element auf dem Lichtkonversionselement gestört oder gar zerstört wird, da die fallweise mit hoher Leistung auf kleine Flächen eingestrahlte primär Strahlung bspw. zu Überhitzungen an Kontaminationen oder Fehlstellen, bspw. eingeschlossenen oder umschlossenen Partikeln oder Blasen führen können, was unter anderem zu Störung der Funktion der Beleuchtungseinrichtung bzw. an der direkten Anbindung, ggf. Delamination oder gar Zerstörung von optischem Element und/oder Konversionselement zur Folge haben kann. Das optische Element kann demnach direkt oder mittels Zwischenschichten mit dem Lichtkonversionselement form- und oder stoffschlüssig verbunden sein. Bei direkter Aufschmelzung des optischen Elementes wird die sich bildende Grenzschicht als Grenzfläche oder Überganszone verstanden, kommen Zwischenschichten zum Einsatz kann sich eine Grenzschicht oder Übergangsbereich ausbilden.

Dabei kann das optische Element das Lichtkonversionselement nur an dessen Oberfläche bedecken, diese überdecken oder auch dessen Seitenflächen zumindest teil - oder abschnittsweise oder vollständig umschließen. Sowohl an der Oberfläche des optischen Elementes und/oder der Oberfläche sowie den Seitenflächen des Lichtkonversionselementes können Lotschichten und/oder haftvermittelnde Schichten aufgebracht sein, die beispielsweise sehr dünn (wenige 10 bis 100 nm) und für die Primär- und Sekundärstrahlung im Wesentlichen transparent sein können oder zumindest deren optische Wirkung vernachlässigbar sein kann, da diese bspw. weder filternd noch im signifikant abschwächen oder verändernd auf Primär- oder Sekundärlicht wirkend ausgebildet sein können.

Das optische Element braucht nicht notwendig auf dem Lichtkonversionselement aufgebracht zu sein. In einer alternativen Ausführungsform kann das optische Element auch von dem Lichtkonversionselement beabstandet sein. In einem solchen Fall kann das optische Element anderweitig an der Beleuchtungseinrichtung befestigt sein, beispielsweise an dem oder einem Grundkörper befestigt sein und/oder an dem oder einem Gehäuse befestigt sein. Hierzu kann das Gehäuse beispielsweise zweiteilig ausgestaltet sein, so dass dieses einen Sockelteil und einen Kappenteil aufweist. Das optische Element kann dann an dem Kappenteil befestigt sein. Bevorzugt ist das optische Element dabei durch das Kappenteil hindurchgeführt, wobei dann das optische Element eine Öffnung in dem Kappenteil verschließt. Durch Fügen von Kappenteil und Sockelteil, beispielsweise durch Kleben, Schweißen oder Löten, wird dann das Gehäuse erhalten. Zum Befestigen des optischen Elements an dem Kappenteil kann beispielsweise ein Glaslot verwendet werden.

Ist das optische Element nicht direkt an das Lichtkonversionselement angrenzend angeordnet, kann eine Zwischenschicht vorgesehen sein. Dieses kann flexibel ausgeführt sein und sich wie ein Kissen aus einem brechwertangepassten Material an das optische Element und das Lichtkonversionselement anschmiegen.

An den Seitenflächen des Lichtkonversionselementes können, im Falle, dass die Primärstrahlung ausschließlich auf die Oberfläche des Lichtkonversionselementes einstrahlt, diese Schichten auch transluzente oder opake Schichten umfassen, bspw. metallische Schichten, an welche sich bspw. eine folgende Lotschicht beim Verbinden von optischem Element und Lichtkonversionselement verbindet. Weiterhin ist denkbar, dass das Lichtkonversionselement von einem Rahmen umgeben ist, der dessen Seitenflächen zumindest teil- oder abschnittsweise umgibt und/oder überragt. Alternativ kann das Lichtkonversionselement auch in einer Kavität im Grundkörper angeordnet oder anordbar sein. Die Tiefe der Kavität kann dabei so gestaltet sein, dass die Seitenflächen zumindest teilweise umschlossen werden oder so, dass die Tiefe der Kavität die Dicke des Lichtkonversionselementes übersteigt. So geartete Rahmen können vorteilhaft zusätzlich Flächen bereitstellen die die Verbindung zwischen optischen Element und Lichtkonversionselement oder generell die Stabilität der Anbindung des optischen Elements oder Beleuchtungseinrichtung verbessern. Solche Rahmen oder Kavitäten bzw. Körper, in denen sich diese befinden, können beispielsweise aus Metallen oder Keramiken ausgebildet und bspw. unter Berücksichtigung wärmetechnischer Parameter, wie bspw. deren Wärmeleitfähigkeit ausgewählt sein. Vorteilhafte Kombinationen sind insbesondere im Falle von zusätzlichen Rahmen mitunter auch aus dem gleichen Material wie ein etwaiger Grundkörper.

Das optische Element kann auf seiner Außenfläche zumindest bereichsweise beschichtet sein, wobei z.B. eine, insbesondere dem Gehäuseinneren zugewandte, Seitenfläche des optischen Elements zumindest bereichsweise beschichtet sein kann. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Beschichtung Aussparungen aufweist, um das Primärlicht in das optische Element einzukoppeln und/oder das Sekundärlicht auszukoppeln. Eine Beschichtung kann in vorteilhafter Weise dazu beitragen, die Lichtführung zu optimieren, Verlustlicht zu reduzieren und/oder die Lichtmischung zu verbessern (z.B. Homogenisierung). Insbesondere kann durch eine zumindest bereichsweise Beschichtung ein Lichtaustritt ins Gehäuseinnere vermieden werden.

In einer Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass das optische Element rohrförmig ausgebildet ist, beispielsweise zylindrisch oder konisch. Das optische Element kann in diesem Fall eine umlaufende Wandung aufweisen, welche das Lichtkonversionselement umschließt. Die Wandung kann innenseitig verspiegelt ausgebildet sein. Auf der dem Lichtkonversionselement abgewandten Seite eines rohrförmig ausgebildeten optischen Elements kann eine den Hohlraum verschließende Linse angeordnet sein. Diese Ausführungsform braucht zwar nicht primär der Verminderung von Fresnelverlusten zu dienen, kann aber insbesondere zur Mischung und/oder Homogenisierung des insgesamt abgestrahlten Lichtes beitragen. Im Fall, dass das optische Element auf dem Konverter aufgebracht ist, können hierdurch in vorteilhafter Weise Fresnelverluste bzgl. des Primärlichtes, der Laserstrahlung, und dem erzeugten Sekundärlicht vermindert werden.

Mit anderen Worten können bei einem aufgebrachten optischen Element in vorteilhafter Weise Fresnelverluste zugleich bei dem Primärlicht als auch bei dem Sekundärlicht, d.h. sowohl bei der Einkopplung und bei der Auskopplung vermindert werden. Zudem können optische Bauteile eingespart werden. Vorteile liegen z.B. auch darin, dass Bauteile kompakt in einem bspw. Lasermodul platziert werden können und/oder die Anzahl der verwendeten optischen Komponenten vermindert werden kann, so dass die Reflexions- und Absorptionsverluste vermindert werden. Dies sind z.B. Vorteile gegenüber bekannten Lösungen, bei welchen die optischen Elemente für die Einkopplung und Strahlformung der Laserstrahlung und die optischen Elemente für die Auskopplung der im Konvertermaterial konvertierten Strahlung voneinander separiert sind.

In einer weiteren Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass das optische Element mit einer Entspiegelungsschicht (AR-Beschichtung) versehen ist. Die Entspiegelungsschicht kann aus mindestens einer dünnen Schicht oder Mehrfachschichten bestehen. Nutzbare Verfahren zur Herstellung von dünnen Beschichtungen sind die Tauchbeschichtung, das Aufdampfen (PVD), das atomare Schichtabscheiden (Atomic-Layer Deposition/ALD), und/oder Sputterprozesse (z.B. IBE, RIE). Bei Verwendung einer Einfachschicht, muss der Brechungsindex der Schicht n(Schicht) kleiner als der Brechungsindex von dem optischen Element sein n(Element). Bevorzugt wird eine dünne Lambda/4 Schicht mit einem Brechungsindex n (Schicht) = Wurzel n(Element) verwendet.

Insbesondere ist vorgesehen, dass das optische Element einen Volumenbereich aufweist, in welchem im Betrieb der Beleuchtungseinrichtung zugleich das von der Lichtquelle abgegebene Primärlicht als auch das von dem Lichtkonversionselement abgegebene Sekundärlicht verläuft. Das optische Element ist ferner vorzugsweise monolithisch, also einstückig ausgebildet. In einer Ausführungsform kann das optische Element als Rohr, insbesondere verspiegeltes Rohr, ausgebildet sein. Ein solches Rohr kann mit einem Medium gefüllt sein, so dass ein Kern-Mantel- System gebildet ist. Beispielsweise kann das Rohr Glas umfassen oder aus Glas bestehen und mit Glas mit einem anderen Brechungsindex gefüllt sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das optische Element als Strahlformer für das von dem Lichtkonversionselement abgegebene Sekundärlicht ausgebildet, insbesondere zur Fokussierung und/oder Kollimierung des von dem Lichtkonversionselement abgegebenen Sekundärlichts. Es kann vorgesehen sein, dass das optische Element darüber hinaus auch als Strahlformer für von dem Lichtkonversionselement reflektiertem Primärlicht (d.h. insbesondere Weißlicht) wirkt. Ferner kann das optische Element als Strahlformer zur Änderung der Querschnittsgeometrie des von dem Lichtkonversionselement abgegebenen Sekundärlichts ausgebildet sein. Das optische Element kann ferner ggf. verbleibende Anteile von Primärlicht, die vom Konverter ggf. reflektiert oder gestreut wird, formen oder führen.

Das optische Element kann eine gekrümmte Oberfläche aufweisen, wobei insbesondere eine der Vorderseite des Lichtkonversionselements abgewandte Oberfläche des optischen Elements gekrümmt ausgebildet ist. Die gekrümmte Oberfläche ist vorzugsweise konvex ausgebildet, um eine Fokussierung, Kollimierung und/oder Strahlformung des von dem Lichtkonversionselement abgegebenen Sekundärlichts zu bewirken.

Ferner kann das optische Element eine äußere Oberfläche mit einer anderen Querschnittsfläche als die Querschnittsfläche des Lichtkonversionselements aufweisen, z.B. eine unrunde, runde oder polygonale Querschnittsfläche der äußeren Oberfläche. Das optische Element kann zum oder vom Lichtkonversionselement ausgehend einen zumindest teil- oder abschnittsweise veränderlichen Querschnitt aufweisen, insb. im Wesentlichen konisch ausgebildet sein. Das optische Element kann in einer Ausführungsform an dessen dem Konverter abgewandten Fläche auch als diffraktives optisches Element (DOE) ausgebildet sein.

Alternativ oder zusätzlich kann das optische Element als Strahlformer für das von der Lichtquelle abgegebene Primärlicht ausgebildet sein, insbesondere zur Fokussierung und/oder Kollimierung des von der Lichtquelle abgegebenen Primärlichts auf das Lichtkonversionselement. Es kann somit insbesondere vorgesehen sein, dass das optische Element zugleich als Strahlformer für das einfallende Licht als auch als Strahlformer für das ausgehende Licht wirkt. Wenn das optische Element als Strahlformer für das eingehende und/oder das ausgehende Licht wirkt, können hierdurch vorteilhafte Synergieeffekte erzielt werden, z.B. weitere Bauteile eingespart werden.

Das optische Element kann insbesondere derart angeordnet sein und/oder eine derart zu dem das optische Element umgebenden Medium angepasste Brechzahl aufweisen, dass das von der Lichtquelle abgegebene Primärlicht in Folge der Brechung auf das Lichtkonversionselement trifft, bevorzugt auf dessen Mitte trifft. In einer Ausführungsform kann das umgebende Medium des optischen Elements ein Festkörper sein, beispielsweise indem das Gehäuse ausgegossen ist.

Ferner kann vorgesehen sein, dass das optische Element zumindest bereichsweise eine schräg zur Normalen des Lichtkonversionselements verlaufende Seitenflächen aufweist, derart, dass die Brechung des Primärlichts beim Übergang in das optische Element vermindert wird. In einem Beispiel kann das optische Element teil- oder abschnittsweise konisch geformt sein.

Es kann vorgesehen sein, dass die Primärlichtquelle so angeordnet ist, dass deren Licht senkrecht auf den Konverter trifft. Vorteilhaft kann die Primärlichtquelle PL direkt am optischen Element angeordnet sein, so dass im Wesentlichen kein (Luft)-Spalt zwischen Primärlichtquelle und optischen Element vorliegt, oder ein etwaiger Spalt mit einem Koppelmedium überbrückt wird, welches einen Brechzahlsprung im Spalt verhindert, minimiert, aber zumindest reduziert.

Der Grundkörper kann grundsätzlich unterschiedliche Formen annehmen. Beispielsweise kann der Grundkörper so geformt sein, dass von einem Boden ein Sockel hervorsteht, wobei der hervorstehende Sockel auch als Sockelelement bezeichnet werden kann und der Boden auch als Bodenelement bezeichnet werden kann.

Das zumindest eine Sockelelement bildet dabei vorzugsweise eine Auflagefläche für die Lichtquelle, derart, dass die Lichtquelle auf der Auflagefläche des Sockelelements aufgebracht ist, wobei die Lichtquelle (abgesehen von Lot, Kleber, etc.) insbesondere unmittelbar auf der Auflagefläche des Sockelelements aufgebracht ist. Das Bodenelement bildet vorzugsweise eine Auflagefläche für das Lichtkonversionselement derart, dass das Lichtkonversionselement auf der Auflagefläche des Bodenelements aufgebracht ist, wobei das Lichtkonversionselement (abgesehen von Lot, Kleber, etc.) insbesondere unmittelbar auf der Auflagefläche des Bodenelements aufgebracht ist.

Der Grundkörper kann insbesondere eine gemeinsame Halterung sowohl für die zumindest eine Lichtquelle als auch für das Lichtkonversionselement bilden. Demnach kann auf dem Grundkörper sowohl die zumindest eine Lichtquelle als auch das Lichtkonversionselement aufgebracht sein.

Die Auflagefläche des Sockelelements für die Lichtquelle verläuft bevorzugt schräg zu der Auflagefläche des Bodenelements für das Lichtkonversionselement, insbesondere derart, dass die Auflagefläche des Sockelelements für die Lichtquelle eine Ausrichtung der optischen Achse des von der Lichtquelle abgegebenen Primärlichts auf das Lichtkonversionselement, insbesondere durch das optische Element auf das Lichtkonversionselement, definiert.

Die zumindest eine Lichtquelle und das Lichtkonversionselement können auf dem Grundkörper derart zueinander ausgerichtet aufgebracht sein, dass die optische Achse des von der Lichtquelle abgegebenen Primärlichts direkt, z.B. geradlinig, auf das Lichtkonversionselement gerichtet ist oder mit einer Ablenkung (insbesondere durch das optische Element bewirkt) auf das Lichtkonversionselement gerichtet ist, welche geringer ist als 60 Grad, vorzugsweise geringer ist als 45 Grad, besonders bevorzugt geringer ist als 30 Grad, nochmals bevorzugter geringer ist als 15 Grad.

Die Geometrie der bevorzugt schräg zur Auflagefläche des Bodenelements verlaufenden Auflagefläche des Sockelelements kann derart ausgebildet sein, dass zwischen der Normalen der Auflagefläche für die Lichtquelle und der Normalen der Auflagefläche für das Lichtkonversionselement ein Winkel von mindestens 5 Grad besteht, vorzugsweise ein Winkel von mindestens 10 Grad besteht, besonders bevorzugt ein Winkel von mindestens 20 Grad besteht, nochmals bevorzugter ein Winkel von mindestens 30 Grad besteht. Der Grundkörper, insbesondere das Bodenelement des Grundkörpers, kann ferner einen Indikator zur Positionierung/Orientierung des Lichtkonversionselements aufweisen, wobei der Indikator vorzugsweise als Erhebung oder Vertiefung ausgebildet ist. In Bezug auf diesen Indikator wird hiermit die deutsche Patentanmeldung DE 10 2019 121 508.0 durch Referenz inkorporiert und es gelten die dort offenbarten weiteren Merkmale des Indikators zur Positionierung/Orientierung des Lichtkonversionselements auf dem Grundkörper auch im Rahmen dieser Offenbarung als offenbart.

Wie bereits beschrieben weist das Lichtkonversionselement eine dem Grundkörper abgewandte Vorderseite auf und die Beleuchtungseinrichtung und/oder das Lichtkonversionselement sind dazu eingerichtet, dass das Sekundärlicht auf der Vorderseite des Lichtkonversionselements abgegeben wird. Vorzugsweise sind Beleuchtungseinrichtung und/oder Lichtkonversionselement ferner dazu eingerichtet, dass das Lichtkonversionselement auf der Vorderseite mit dem von der Lichtquelle abgegebenen Primärlicht beleuchtet wird, derart, dass das Lichtkonversionselement auf der Vorderseite sowohl das Primärlicht empfängt als auch das Sekundärlicht abgibt. Mit anderen Worten weist die Beleuchtungseinrichtung insbesondere eine Reflexionsgeometrie auf.

Es kann aber alternativ oder zusätzlich auch vorgesehen sein, dass das Lichtkonversionselement auf einer Kantenfläche beleuchtet wird, welche den Übergang von der Vorderseite zur Rückseite des Lichtkonversionselementes bildet.

Die zumindest eine Lichtquelle befindet sich bevorzugt zusammen mit dem Lichtkonversionselement im Inneren eines gemeinsamen Gehäuses. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, die zumindest eine Lichtquelle in einem eigenen Gehäuse aufzunehmen. Dabei ist es denkbar, z.B. einen Strahlteiler oder einen dichroitischen Spiegel vorzusehen, durch den das Sekundärlicht hindurchtritt und durch den das von der Lichtquelle abgegebene Primärlicht auf das Lichtkonversionselement geleitet wird. Auch hierbei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass sowohl das Primärlicht als auch das Sekundärlicht durch das optische Element hindurchgeleitet werden.

Im Fall, dass ein optisches Element vorgesehen ist, sind die Beleuchtungseinrichtung und/oder das Lichtkonversionselement ferner vorzugsweise dazu eingerichtet, dass das Lichtkonversionselement auf seiner Vorderseite mit dem Primärlicht nach Durchlaufen des optischen Elements beleuchtet wird, dass also das aus dem optischen Element austretende Primärlicht auf die Vorderseite des Lichtkonversionselements trifft.

In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Lichtkonversionselement eine variable Dicke aufweist, insbesondere in der Mitte, durch welche die Mittelachse verläuft, eine größere Dicke aufweist als an einem von der Mittelachse entfernten Rand, und/oder eine konvexe Vorderseite aufweist. Das Lichtkonversionselement kann beispielsweise auch keilförmig ausgebildet sein.

Das Lichtkonversionselement kann die variable Dicke insbesondere im Bereich einer Primärlichtempfangsfläche und/oder im Bereich der Sekundärlichtabgabefläche aufweisen, wobei die Primärlichtempfangsfläche denjenigen Teil des Lichtkonversionselements, insbesondere der Vorderseite des Lichtkonversionselements, bezeichnet, in welchem das Primärlicht auftrifft und die Sekundärlichtabgabefläche entsprechend denjenigen Teil der Vorderseite des Lichtkonversionselements bezeichnet in welchem das Sekundärlicht abgegeben wird.

In Bezug auf die variable Dicke wird hiermit die deutschen Patentanmeldung 10 2019 121 507.2 durch Referenz inkorporiert und es gelten die dort offenbarten weiteren Merkmale der variablen Dicke des Lichtkonversionselements auch im Rahmen dieser Offenbarung als offenbart.

In einer Ausführungsform kann ferner vorgesehen sein, dass auf der Vorderseite des Grundkörpers eine Lichtkonversionsanordnung aufgebracht ist, welche eine Mehrzahl von Lichtkonversionselementen umfasst, welche jeweils durch einen Graben zumindest bereichsweise voneinander getrennt sind.

In Bezug auf den Graben durch welchen die Lichtkonversionselemente zumindest bereichsweise voneinander getrennt sind wird hiermit die deutschen Patentanmeldung 10 2019.121 515.3 durch Referenz inkorporiert und es gelten die dort offenbarten weiteren Merkmale des Grabens durch welchen die Lichtkonversionselemente zumindest bereichsweise voneinander getrennt sind auch im Rahmen dieser Offenbarung als offenbart. In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Beleuchtungseinrichtung zumindest zwei Lichtquellen, welche dazu eingerichtet sind, Primärlicht zur Beleuchtung des Lichtkonversionselements abzugeben. Bei Verwendung von mehr als einer Lichtquelle, sind die Lichtquellen bevorzugt so ausgebildet, dass die Wellenlängen der verschiedenen Lichtquellen bevorzugt leicht unterschiedlich sind.

In dieser Weiterbildung weist der Grundkörper vorzugsweise eine Form mit zumindest zwei, z.B. einander gegenüberliegenden, Sockelelementen auf, welche jeweils eine Auflagefläche für eine der Lichtquellen umfassen. Für jede der beiden Auflageflächen gelten die bereits beschriebenen weiteren Merkmale entsprechend. Insbesondere können die die Auflageflächen der Sockelelemente für die Lichtquellen jeweils schräg zu der Auflagefläche des Bodenelements für das Lichtkonversionselement verlaufen. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Auflageflächen der Sockelelemente für die Lichtquellen jeweils die optische Achse des von der Lichtquelle abgegebenen Primärlichts auf das Lichtkonversionselement ausrichtet, insbesondere die durch das optische Element verlaufende optische Achse auf das Lichtkonversionselement ausrichtet.

Bevorzugt weist der Grundkörper eine derartige Form auf, dass dieser zugleich ein Gehäuse für die Beleuchtungseinrichtung bildet, wobei das Gehäuse bevorzugt die zumindest eine Lichtquelle, insbesondere die zumindest zwei Lichtquellen, und das Lichtkonversionselement umschließt, insbesondere hermetisch umschließt, wobei das Gehäuse vorzugsweise ein Fenster aufweist durch welches das von dem Lichtkonversionselement abgegebene Sekundärlicht das Gehäuse verlassen kann.

Wie beschrieben weist ein das Gehäuse bildender Grundkörper der Beleuchtungseinrichtung vorzugsweise ein Fenster auf durch welches das Licht nach außen treten kann. Grundsätzlich kann das Fenster als Öffnung in dem Gehäuse, beispielsweise als ein stirnseitig offenes Ende ausgebildet sein. Insbesondere im Fall, dass das Gehäuse hermetisch ausgebildet ist, weist das Gehäuse allerdings vorzugsweise ferner ein transparentes Bauteil auf, welches zumindest teilweise das Fenster des Gehäuses bildet. Das transparente Bauteil kann bspw. als Glasscheibe ausgebildet sein. Das transparente Bauteil kann eine gekrümmte Oberfläche aufweisen, z.B. eine konvexe Oberfläche, insbesondere auf der Außenseite der Beleuchtungseinrichtung. Alternativ oder zusätzlich kann auch das optische Element zumindest teilweise das Fenster des Gehäuses bilden, insbesondere derart, dass das optische Element das Gehäuse durchdringt und/oder eine Oberfläche aufweist, welche nach außen gewandt ist, wobei dies insbesondere die gekrümmt ausgebildete Oberfläche sein kann, welche z.B. eine Kollimierung oder Fokussierung bewirkt. Das transparente Bauteil ist bevorzugt mit mindestens einer Entspiegelungsschicht beschichtet. Das Gehäuse kann auch mehrteilig ausgebildet sein und beispielsweise einen Sockelteil und einen Kappenteil umfassen. Das Kappenteil kann dabei beispielsweise topfförmig ausgestaltet sein, wobei in einer Bodenfläche der Topfform das Fenster und/oder das optische Element angeordnet sein kann.

Die Erfindung betrifft ferner eine Lichtkonversionseinheit umfassend ein Lichtkonversionselement und ein optisches Element, wobei in Bezug auf das Lichtkonversionselement und das optische Element insbesondere die vorstehend im Zusammenhang mit der Beleuchtungseinrichtung beschriebenen Merkmale entsprechend verwirklicht sein können.

Das Lichtkonversionselement ist dazu eingerichtet mit Primärlicht beleuchtet zu werden und Sekundärlicht mit einer anderen Wellenlänge abzugeben, wobei das Lichtkonversionselement vorzugsweise dazu eingerichtet ist, auf einer Vorderseite mit dem Primärlicht beleuchtet zu werden und das Sekundärlicht wiederum auf der Vorderseite abzugeben.

Das optisches Element ist dazu eingerichtet, dass sowohl das Primärlicht das optische Element durchläuft, bevor das Primärlicht auf das Lichtkonversionselement trifft, als auch das von dem Lichtkonversionselement abgegebene Sekundärlicht das optische Element durchläuft.

Das optische Element umfasst vorzugsweise Glas oder besteht aus Glas und ist besonders bevorzugt auf der Vorderseite des Lichtkonversionselements aufgebracht, z.B. mittels Glaslot und/oder eines Aufschmelzprozesses. Das optische Element und das Lichtkonversionselement können formschlüssig miteinander verbunden sein und/oder derart verbunden sein, dass zwischen dem optischen Element und dem Lichtkonversionselement eine optische Grenzfläche G1 gebildet ist, an welcher Primärlicht aus dem optischen Element in das Lichtkonversionselement einkoppelbar und Sekundärlicht aus dem Lichtkonversionselement in das optischen Element einkoppelbar ist. Das optische Element weist ferner vorzugsweise eine Oberfläche auf, welche eine zweite optische Grenzfläche G2 zu einem umgebenden Medium bildet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass für einen Strahlwinkel, insbesondere einen Strahlwinkel gegenüber einer Normalen der Vorderseite des Lichtkonversionselements welcher kleiner ist als 70°, und insbesondere bei transversal elektrischer Polarisierung (TE), die Summe der Fresnelverluste an den Grenzflächen G1 und G2 niedriger ist als 0,2.

Das optische Element der Lichtkonversionseinheit ist vorzugsweise dazu eingerichtet und/oder derart angeordnet, dass das optische Element einen Volumenbereich aufweist, in welchem zugleich das Primärlicht als auch das Sekundärlicht verläuft. Das optische Element kann monolithisch ausgebildet sein.

Das optische Element kann einen Strahlformer für das von dem Lichtkonversionselement abgegebene Sekundärlicht bilden, insbesondere zur Kollimierung/Fokussierung des von dem Lichtkonversionselement abgegebenen Sekundärlichts. Alternativ oder zusätzlich kann das optische Element einen Strahlformer für das Primärlicht bilden, insbesondere zur Kollimierung/Fokussierung des Primärlichts auf das Lichtkonversionselement.

Dazu kann das optische Element eine gekrümmte Oberfläche aufweisen, wobei die gekrümmte Oberfläche insbesondere der Vorderseite des Lichtkonversionselements abgewandt ist. Die gekrümmte Oberfläche kann konvex ausgebildet sein, um eine Fokussierung des von dem Lichtkonversionselement abgegebenen Sekundärlichts zu bewirken.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine seitliche Schnittdarstellung einer Beleuchtungseinrichtung,

Fig. 2 eine seitliche Schnittdarstellung eines Grundkörpers einer Beleuchtungseinrichtung,

Fig. 3 eine seitliche Schnittdarstellung eines Grundkörpers, welcher ein Gehäuse einer

Beleuchtungseinrichtung bildet,

Fig. 4, 5 seitliche Schnittdarstellungen einer Beleuchtungseinrichtung mit optischen Element gemäß einer ersten Ausführungsform, Fig. 6, 7 seitliche Schnittdarstellungen einer Beleuchtungseinrichtung mit optischen Element gemäß einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 8, 9 seitliche Schnittdarstellungen einer Beleuchtungseinrichtung mit optischen Element gemäß einer dritten Ausführungsform,

Fig. 10, 11 seitliche Schnittdarstellungen einer Beleuchtungseinrichtung mit optischen Element gemäß einer vierten Ausführungsform,

Fig. 12, 13 seitliche Schnittdarstellungen einer Beleuchtungseinrichtung mit optischen Element gemäß einer fünften Ausführungsform,

Fig. 14 zeigt eine Lichtkonversionsanordnung als Teil einer Beleuchtungseinrichtung mit einem optischen Element, welches auf einem Lichtkonversionselement aufgebracht ist,

Fig. 15 zeigt für das Primärlicht die Fresnelreflexion für Grenzflächenübergänge jeweils für den Fall für ein Glasmaterial gegenüber Luft, für das Konversionsmaterial gegenüber Luft und für das Konversionsmaterial gegenüber Glas. Der letztere Fall entspricht der Grenzfläche zwischen Konversionsmaterial und optischem Element,

Fig. 16 zeigt für das Primärlicht die summierten Fresnelreflexion für Grenzflächenübergänge für den Fall mit aufgebrachtem optischem Element und zum Vergleich ohne optisches Element,

Fig. 17 zeigt für das Sekundärlicht die Fresnelreflexion für Grenzflächenübergänge jeweils für den Fall für ein Glasmaterial gegenüber Luft, für das Konversionsmaterial gegenüber Luft und für das Konversionsmaterial gegenüber Glas. Der letztere Fall entspricht der Grenzfläche zwischen Konversionsmaterial und optischem Element, Fig. 18 zeigt für das Sekundärlicht die summierten Fresnelreflexion für Grenzflächenübergänge für den Fall mit aufgebrachtem optischem Element und zum Vergleich ohne optisches Element,

Fig. 19 zeigt eine Schnittdarstellung einer Beleuchtungseinrichtung mit einem aus Sockelteil und Kappenteil zusammengesetzten Gehäuse,

Fig. 20 zeigt das Kappenteil der in Figur 19 dargestellten Beleuchtungseinrichtung,

Fig. 21 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kappenteils, und

Fig. 22 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer zweiteiligen Beleuchtungseinrichtung mit separat angeordneter Lichtquelle.

Fig. 1 zeigt eine Beleuchtungseinrichtung 100 mit zwei Lichtquellen 200 und einem zwischen den beiden Lichtquellen 200 befindlichen Lichtkonversionselement 300, wobei die zwei Lichtquellen 200 und das Lichtkonversionselement 300 auf der Vorderseite 410 eines z.B. als Kühlkörper ausgebildeten Grundkörpers 400 angebracht sind. Die Lichtquellen 200 sind derart auf dem Grundkörper 400 angeordnet und ausgerichtet, dass die optischen Achsen des von den Lichtquellen 200 emittierten Primärlichts 250 auf das Lichtkonversionselement 300 gerichtet sind.

Das Lichtkonversionselement 300 weist eine dem Grundkörper abgewandte Vorderseite 310 auf und ist dazu eingerichtet auf seiner Vorderseite 310 mit dem Primärlicht 250 beleuchtet zu werden und auf seiner Vorderseite 310 wiederum das Sekundärlicht 350 zu emittieren.

Der Grundköper bildet ferner ein Gehäuse 700, welches die Lichtquellen 200 und das Lichtkonversionselement 300 umschließt. Das Gehäuse weist ein Fenster 710 auf, durch welches das Sekundärlicht 350 das Gehäuse 700 verlassen kann. Zugleich umschließt der Grundkörper vorzugsweise hermetisch ein transparentes Bauteil oberhalb des Lichtkonversionselements 300, um auf der Oberseite das Fenster 710 und einen hermetischen Abschluss zu bilden. Fig. 3 zeigt einen Grundkörper, welcher ein Gehäuse 700 bildet nochmals in Alleinstellung.

Fig. 2 zeigt den Grundkörper 400 mit der bzw. den Lichtquellen 200 und darin eingelassenem Lichtkonversionselement 300 nochmals in Alleinstellung. Der Grundkörper weist, ebenso wie in der Fig. 1 eine Form auf, derart, dass von einem Bodenelement 460 Sockelelemente 480 hervorstehen, welche jeweils eine Halterung für die Lichtquellen 200 bilden. Das Lichtkonversionselement 300 ist auf der Vorderseite 410 des Grundkörpers auf dem Bodenelement 460 zwischen den beiden Sockelelementen 480 angebracht. Der Grundkörper 400 bildet demnach eine gemeinsame Halterung für Lichtquellen 200 und Lichtkonversionselement 300.

Die Sockelelemente 480 weisen dazu jeweils eine Auflagefläche 482 zur Auflage der Lichtquelle 200 auf und das Bodenelement 460 weist eine Auflagefläche 462 zur Auflage des Lichtkonversionselements 300 auf, wobei die Auflageflächen 482 der Sockelelemente 480 schräg zu der Auflagefläche 462 des Bodenelements verlaufen, derart, dass die optische Achse des Primärlichts 250 auf das Lichtkonversionselement gerichtet ist.

Fig. 4 bis 11 zeigen Beleuchtungseinrichtungen 100 welche teils übereinstimmende Merkmale zu den bereits beschriebenen Ausführungsformen aufweisen. Ferner ist ein optisches Element 500 umfasst, welches auf der Vorderseite 310 des Lichtkonversionselements 300 aufgebracht ist, derart, dass sowohl das Primärlicht 250 als auch das Sekundärlicht 350 das optische Element 500 durchläuft. Das optische Element 500 bildet einen Strahlformer sowohl für das eingehende Primärlicht 250 als auch für das ausgehende Sekundärlicht 350, wobei hierfür insbesondere die konvexe äußere Oberfläche 510 dient. Zugleich bildet das optische Element 500 einen Schutz für die Vorderseite 310 des Lichtkonversionselements 300.

Durch diese Lösung können insbesondere die Laserstrahlung 250 wie auch die emittierte Konverterstrahlung 350 mit dem optischen Element 500 geformt und gleichzeitig die Fresnelverluste zum Konverter 300 verringert werden.

Das optischen Element 500 aus Glas ist mit dem Konvertermaterial 300, vornehmlich einer Optokeramik (OC), verbunden. Die Verbindung kann über einen direkten Aufschmelzprozess des Glasmaterials auf das Lichtkonversionselement 300 erfolgen. Dabei können die thermischen Ausdehnungskoeffizienten vorzugsweise aneinander angepasst sein. Der Unterschied der Ausdehnungskoeffizienten des optischen Elements 500 und dem Lichtkonversionselement 300 beträgt vorzugsweise weniger als 5x10 ⁶ K’ ¹ , besonders bevorzugt weniger als 1x10 ⁶ K’ ¹ . Das Glaselement umfließt das Lichtkonversionselement 300 und bildet einen spaltfreien Verbund mit dem Lichtkonversionselement 300. Auf der Oberfläche des optischen Element 500, insbesondere des Glaselements, bildet sich eine optische Oberfläche, vorzugsweise eine Linsenform aus, die über sich über die Oberflächenenergien freischmelzend ausbildet. Die Verbindung zwischen dem Lichtkonversionselement 300 und dem optischen Element 500 kann zusätzlich über ein Halteelement aus Keramik, Metall oder Glas oder einem anderen Material zur Führung der Komponenten unterstützt werden. Ebenso kann das Halteelement beispielsweise aus einem Metall mit anschließender lotfähiger Beschichtung zur Verbindung des optischen Elements zu einer weiteren Komponente, wie einem Kühlkörper oder dem Substrat eines hermetischen Gehäuses verwendet werden.

Das Element bestehend aus Lichtkonversionselement 300, optischem Element 500 und ggf. Halter ist in dem Lasermodul derart angeordnet, dass die Laserstrahlung über das optische Element 500 auf das Lichtkonversionselement 300 geführt wird. Dabei kann die Laserstrahlung fokussiert werden und/oder die Spotgröße verändert werden und/oder die Laserstrahlung über das optischen Element 500 auf das Lichtkonversionselement 300 gelenkt werden. Das in der OC konvertierte Licht wird über das optischem Element 500 aus dem gesamten optischen Element ausgekoppelt und bewirkt damit eine Abnahme der Fresnelverluste im Vergleich zur direkten Auskopplung der Lichtstrahlung aus der OC gegenüber Luft. Gleichzeitig erfolgt eine Strahlformung der von dem Lichtkonversionselement 300 emittierten Strahlung durch das optische Element 500.

Das optische Element 500 kann neben der Strahlformung auch eine Lichtmischung bewirken. Unterschiedlichen Farbkoordinaten die räumlich und in Abhängigkeit vom Abstrahlwinkel auf dem Lichtkonversionselement 300 erzeugt werden, können durch das optische Element 500 miteinander vermischt und dadurch eine Homogenisierung bewirkt werden. Fig. 9 und 10 zeigen eine Ausführungsform bei welcher das Lichtkonversionselement 300 auf der Oberfläche geformt ist. Das Lichtkonversionselement weist eine variable Dicke auf, hier eine konvexe Vorderseite 310.

Fig. 8 und 9 zeigen eine Ausführungsform bei welcher der Konverter auf der Oberfläche strukturiert ist, z.B. in mehrere Elemente unterteilt ist. Auf der Vorderseite 410 des Grundkörpers 400 befindet sich eine Lichtkonversionsanordnung 305, welche eine Mehrzahl von Lichtkonversionselementen 300 umfasst, welche jeweils durch einen Graben 307 zumindest bereichsweise voneinander getrennt sind.

Auch in diesen Ausführungsformen kann das optische Element 500 aus Glas durch einen Aufschmelzprozess im Formschluss mit dem Lichtkonversionselement 300 verbunden sein.

Fig. 10 und 11 zeigen eine Beleuchtungseinrichtung 100 bei welcher das optische Element 500 zumindest teilweise das Fenster 710 des Gehäuses 700 bildet und den das Gehäuse 700 bildenden Grundkörper 400 durchdringt.

Fig. 12 und 13 zeigen Beleuchtungseinrichtungen 100 welche in vielen Aspekten den in Fig. 4 bzw. Fig. 10 gezeigten Beleuchtungseinrichtungen 100 entsprechen. Das optische Element 500 weist hier eine zur Verminderung der Brechung angepasste Geometrie auf. Konkret ist dies in den gezeigten Beispielen durch eine schräg zur Normalen des Lichtkonversionselements 300 verlaufende Seitenfläche 520 realisiert, wobei die Neigung der Seitenfläche 520 derart ausgerichtet ist, dass die Normale der Seitenfläche 520 einen verminderten Winkel zur optischen Achse des Primärlichts aufweist. Gemäß dem in Fig. 12 gezeigten Beispiel kann das optische Element beispielsweise eine strukturierte Seitenfläche mit einer Mehrzahl schräg verlaufender Flächen aufweisen. Gemäß dem in Fig. 16 gezeigten Beispiel kann das optische Element auch zumindest abschnittsweise konisch verlaufen.

Fig. 19 zeigt eine Schnittdarstellung einer Beleuchtungseinrichtung 100 mit einem mehrteiligem, aus Sockelteil 701 und einem Kappenteil 702 zusammengesetzten Gehäuse 700. Das in Figur 19 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht weitgehend dem mit Bezug zur Figur 10 beschriebenen Beispiel, jedoch ist hier das optische Element 500 nicht direkt mit dem Lichtkonversionselement 300 verbunden. Das optische Element 500 ist durch eine Öffnung im Kappenteil 702 hindurchgeführt und an dem Kappenteil 702 befestigt. Die Abmessungen des optischen Elements 500 und des Kappenteils 702 sind dabei so gewählt, dass das optische Element 500 nach dem Fügen von Sockelteil 701 und Kappenteil 702 möglichst direkt an das Lichtkonversionselement 300 angrenzt. Ein noch verbleibender Spalt kann beispielsweise mit einem Zwischenelement, welches bevorzugt flexibel ausgeführt ist, oder einem Immersionsöl überbrückt werden.

Fig. 20 zeigt das Kappenteil der in Figur 19 dargestellten Beleuchtungseinrichtung ohne das Sockelteil 701 , vergleiche Figur 19. In diesem Beispiel ist das optische Element 500 durch eine Öffnung im Fenster 710 des Kappenteils 702 hindurchgeführt. Hierzu kann in dem Fenster 710 eine Öffnung vorgesehen sein, durch die das optische Element 500 hindurchgeführt ist. Z.B. durch Anglasen des Fensters 710 an das optische Element 500 kann die Öffnung verschlossen werden.

Fig. 21 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kappenteils 702. Im Gegensatz zu dem Beispiel der Figur 20 ist in dem Kappenteil 702 der Figur 21 kein separates Fenster 710 vorgesehen. Das optische Element 500 ist direkt durch eine Öffnung in dem Kappenteil 702, welches beispielsweise als tiefgezogenes Metallteil ausgeführt ist, hindurchgeführt. Zum Einglasen des optischen Elements 500 in der Öffnung in dem Metallteil kann beispielsweise ein Glaslot eingesetzt werden. Das optische Element 500 ist in dem in Figur 21 gezeigten Beispiel an ein Lichtkonversionselement 300 mit konvex geformter Oberfläche angepasst, wie in den Figuren 6 und 7 dargestellt. Selbstverständlich ist es möglich, die Form des optischen Elements 500 an jegliche Form eines Lichtkonversionselements 200 anzupassen.

Fig. 22 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer zweiteiligen Beleuchtungseinrichtung 100 mit separat angeordneter Lichtquelle 200. Das Lichtkonversionselement 300 und das optische Element 500 sind hier ähnlich zu der bereits mit Bezug zur Figur 10 beschriebenen Ausführungsform ausgeführt, jedoch weist der Grundkörper 400 keine Sockelelemente 480 auf, vergleiche Figur 2. Die zumindest eine Lichtquelle 200 befindet sich in diesem Ausführungsbeispiel nicht innerhalb des Gehäuses 700, welches das Lichtkonversionselement 300 aufnimmt, sondern ist separat davon angeordnet und kann ein eigenes Gehäuse aufweisen (nicht dargestellt). In der in Figur 22 dargestellten Ausführungsform ist ein dichroitischer Spiegel 202 vorgesehen, mit dem Primärlicht der Lichtquelle 200 durch das optische Element 500 hindurch auf das Lichtkonversionselement 300 geleitet wird. Sekundärlicht gelangt durch das optische Element 500 und durch den dichroitischen Spiegel 202 hindurch.

Fig. 14 zeigt eine Lichtkonversionseinheit mit einem Lichtkonversionselement 300 und einem darauf aufgebrachten optischen Element 500. Das Lichtkonversionselement 300 weist einen Brechungsindex n3 auf, das optische Element 500 weist einen Brechungsindex n2 auf und ein das optische Element 500 umgebendes Medium 550 weist einen Brechungsindex n1 auf. Zwischen dem Lichtkonversionselement 300 und dem optischen Element 500 besteht eine erste Grenzfläche G1 und zwischen dem optischen Element 500 und dem umgebenden Medium 550 besteht eine Grenzfläche G2. Primärlicht 250 durchläuft das optische Element 500 bevor es auf das Lichtkonversionselement 300 trifft und von dem Lichtkonversionselement 300 abgegebenes Sekundärlicht durchläuft ebenfalls das optische Element.

In Fig. 14 wird somit die generelle Anordnung der Beleuchtungseinheit ohne Primärlichtquelle, bspw. einem Laser, gezeigt, die dazu dienen kann, die Verhältnisse zu veranschaulichen bei der Einkopplung des Primärlichtes bzw. dessen Strahlungsleistung und Auskopplung insbesondere des Sekundärlichtes, welches von Lichtkonversionselement nach zumindest teilweiser Umwandlung des Primärlichtes und ggf. eines verbleibenden unkonvertierten Anteils des Primärlichtes, welches aus dem Lichtkonversionselement herausgestreut oder von dessen Oberfläche in Richtung der Linse reflektiert oder allgemein reemittiert wird.

Ein Ausführungsbeispiel, welches den Einfluss des optischen Elements in Kombination mit dem Lichtkonversionselement im Vergleich zu dem Falle ohne optischem Element ist im Weiteren beschrieben.

Dabei durchlaufen die jeweiligen Lichtanteile mehrere Brechungsindexbereiche bzw. treffen auf diese, dringen in diese ein, oder treten aus diesen aus. Gezeigt sind hier beispielhaft Luft oder ein umgebendes Medium 550 mit Brechungsindex n1 , das oder zumindest ein optisches Element 500 mit Brechungsindex n2 sowie das oder ein Lichtkonversionselement mit Brechungsindex n3. Fallweise können, wie zuvor beschrieben auch gerade am Übergang von optischen Element 500 zum Lichtkonversionselement 300 eine Grenzfläche oder Grenzschicht mit einem weiteren Brechungsindexübergang vorliegen.

Im vorliegenden Fall nach Fig.14 durchläuft das Primärlicht 250, insb. als Laserstrahl, zunächst unter eine Winkel a Luft 550, anschließend das optische Element 500 und trifft auf das Lichtkonversionselement 300 oder dringt darin ein.

Das so im oder am Lichtkonversionselement 300 erzeugt Sekundärlicht verlässt das Lichtkonversionselement 300 am oder um den Ort der Einstrahlung des Primärlichts im Wesentlichen in lambertscher Abstrahlung und passiert den Übergang aus dem Lichtkonversionselement mit Brechungsindex n3, gelangt in das optische Element mit Brechungsindex n2 und erreicht schließlich Luft mit Brechungsindex n1 .

Nichtkonvertiertes Primärlicht folgt dem Pfad des Sekundärlichts, je nach Eigenschaften des Lichtkonversionselementes 300, wie Oberfläche und Textur (Poren, Streuzentren, Streueigenschaften, etc.) entweder als im Wesentlichen dem Reflexionsgesetz folgend, eben als an der Oberfläche des Lichtkonversionselements reflektiertes, ggf. auch mit gegenüber des ursprünglichen Primärlichtes 250 aufgeweitetem Abstrahlwinkel, und/oder als am oder im Lichtkonversionselement 300 gestreutes, re-emittiertes Primärlicht am oder um den Ort der Einstrahlung des Primärlichts, dessen Abstrahlung sich einer lambertschen Abstrahlung annähern kann oder dieser entspricht.

Vorausgesetzt, das Primärlicht 250 ist im Wesentlichen ein Laserstrahl mit entsprechend geringem Abstrahlwinkel, kommen im Wesentlichen Fresnelverluste an den Brechungsindexübergängen zum Tragen. Beim Sekundärlicht sind hier je nach Abstrahlung dessen außerdem oder zusätzlich Verluste zu betrachten, die aufgrund der Brechwertverhältnisse insbesondere das Lichtkonversionselement nicht verlassen können.

Mit anderen Worten sind die Wege der Strahlungsleistung von Laser und konvertiertem Licht mit den Brechungsindizes n1 , z.B. Luft, n2, z.B. ein dielektrisches Material wie Glas, und n3 das Lichtkonversionsmaterial gekennzeichnet. Die einfallende Laserstrahlung (Primärlicht) trifft mit einem Einfallswinkel a zur Normalen N der Grenzfläche G1 auf das optische Element 300. In einem nächsten Schritt trifft der in das Glas eingekoppelte Laserstrahl unter einem Einfallswinkel a2 auf die Grenzfläche G2 zwischen Glas und Lichtkonversionsmaterial mit n3.

Bei der Betrachtung eines senkrechten Einfalls der Lichtstrahlung bei ebenen Grenzflächen können z.B. unter Verwendung eines Glaselements auf dem Konvertermaterial, je nach Anpassungen der Brechungsindezes aneinander, die Fresnelverluste gegenüber Luft von über 20% auf Fresnelverluste von deutlich unter 20% und unter 16% bei der Auskopplung der Lichtstrahlung aus dem Konverterelement erreicht werden. Weiterhin entsteht durch die Änderung des Brechzahlsprungs eine Änderung des Winkels der Totalreflexion. Durch eine Verringerung des Brechzahlsprungs unter Verwendung eines optischen Elements auf dem Konvertermaterial kann dieser Winkel um einen Faktor bis zu 2 und darüber hinaus erhöht und damit die Reflexionsverluste verringert werden. Die optischen Verluste zeigen bei gekrümmten Grenzflächen von Konvertermaterial und Glaselement davon abweichende Werte.

In Fig. 15 sind die Reflexionsverluste des Primärlichts in Abhängigkeit vom Einfallswinkel a an den jeweiligen Grenzflächen gezeigt. Die gewählten Brechungsindizes sind hier beispielhaft n1=1, n2=1 ,5 und n3=3. Die Reflexionsverluste sind hier für die einfallenden Lichtwellen mit senkrechter (TE) und paralleler (TP) Ausrichtung zur Einfallsebene beschrieben. Für den Übergang der Laserstrahlung aus Luft in Glas ergeben sich die beiden Kurven R_glas_TE und R_glas_TP. Generell nehmen die Reflexionsverluste mit dem Einfallswinkel zu. Im Falle der parallelen Polarisation tritt unter einem bestimmten Winkel, dem Brewsterwinkel, eine Reflexion von Null auf. Ein vergleichbarer Verlauf zeigt sich für den Übergang von Glas in das Lichtkonversionsmaterial, R_GOC_TE und R_GOC_TP- Die Reflexionsverluste sind hier insgesamt höher aufgrund des größeren Brechzahlsprungs. Zusätzlich sind die Reflexionsverluste für den Fall ohne optisches Element gezeigt R_OC_TE und R_OC_TP. Diese sind aufgrund des höheren Brechzahlsprungs zwischen n1 und n3 im Verlauf über den Einfallswinkel a am größten.

Der direkte Vergleich der Fresnelverluste in der Anordnung mit und ohne optischem Element ist in Fig. 16 gezeigt. Hier sind die Reflexionsverluste bei direkter Bestrahlung des Lichtkonversionselements (R_OC_TE und R_OC_TP) und der aufsummierten Reflexionsverluste bei Verwendung eines optischen Elements gezeigt (R_glas_TE+ R_GOC_TE und R_glas_TP+ R_GOC_TP). Mit optischem Element sind die Reflexionsverluste bei z.B. a=0° um AR>5%, vorzugsweise >10% kleiner im Vergleich zu den Reflexionsverlusten ohne optischem Element. Die Reflexionsverluste bleiben in diesem Beispiel bis zu einem Einfallswinkel a~65-70° kleiner und werden dann größer.

Insbesondere ist zu erkennen, dass für einen Einfallswinkel a des Primärlichts 250 kleiner einem bestimmten Winkel (hier z.B. ca. 70°C) die aufsummierten Fresnelverluste an den Grenzflächen G2 (Übergang n1 zu n2) und G1 (Übergang n2 zu n3) geringer sind als die Fresnelverluste eines Übergangs von n1 zu n3, d.h. ohne optisches Element. Vor diesem Hintergrund, aber ggf. auch unabhängig davon, sieht eine Ausführungsform der Erfindung vor, dass das Primärlicht 250 unter einem Winkel a zur Normalen N einstrahlt, welcher kleiner ist als 90°, insbesondere kleiner ist als 85°, insbesondere kleiner ist als 80°, insbesondere kleiner ist als 75°, insbesondere kleiner ist als 70°, insbesondere kleiner ist als 60°, insbesondere kleiner ist als 45°.

Fig. 17 betrifft das Sekundärlicht 350. Betrachtet man mit anderen Worten die Auskopplung der im Lichtkonversionselement erzeugten Strahlung, werden die Reflexionsverluste durch Fig. 17 prinzipiell beschrieben. Die Auskopplung der Lichtstrahlung aus einem Lichtkonversionselement in das umgebende Medium (d.h. ohne zusätzlichem optischen Element) ist durch R_OC_ TE und R_OC_TP beschrieben. Die Reflexionsverluste beim optischen Übergang der Lichtstrahlung aus dem Lichtkonversionselement in das optische Element und beim Übergang aus Glas in Luft sind jeweils durch R_OC_glas_TE/TP und R_glas_TE/TP beschrieben. Dabei sind die Reflexionsverluste beim Übergang R_OC_TE/TP deutlich höher im Vergleich zu den anderen gezeigten und wiederum stark winkelabhängig.

Zusätzlich ist der Effekt der Totalreflexion zu erkennen. Bei Totalreflexion wird Lichtstrahlung in das optisch dichtere Material komplett zurückreflektiert. In diesem Fall ist der Winkel der Totalresektion für das Lichtkonversionslement ca. a=20° (R_OC_ TE und R_OC_TP) wenn kein optisches Element vorgesehen ist. Der Winkel ist für die beiden anderen Fälle (R_OC_glas_TE/TP und R_glas_TE/TP), d.h. wenn ein optisches Element vorgesehen ist, größer. Das bedeutet, dass bei Verwendung eines optischen Elements auf dem Lichtkonversionselement der Totalreflexionswinkel vergrößert und damit der Strahlkegel zur Lichtauskopplung vergrößert wird. Damit wird die ausgekoppelte Lichtleistung vergrößert. In Fig.18 sind die aufsummierten Reflexionsverluste mit optischem Element im Vergleich zu dem Fall ohne optischem Element gezeigt. Für a=0° verringern sich mit Verwendung eines optischen Elements die Reflexionsverluste um AR>5%, bevorzugt >10%. Der Totalreflexionswinkel erhöht sich um Aa>5° bevorzugt >10° im besonderen >15°. Damit ist eine erhöhte Lichtauskopplung von AE >5% bevorzugt >10%, bevorzugt >20% möglich.

Mit der Erfindung können also eine Reihe von Vorteilen erzielt werden. Insbesondere eine Strahlformung der einfallenden Laserstrahlung und damit Anpassung der Laserstrahlung an die Anforderungen (höhere Leistungsdichte, definierte Spotgröße, Einfallswinkel auf Phosphor). Ferner eine Strahlformung der emittierten Strahlung vom Phosphor (Veränderung des Abstrahlwinkels der Strahlung durch das optische Element). Ferner können Fresnelverluste, die ohne optisches Element durch den Brechzahlsprung von Luft zum Phosphor beim Übergang der Laserstrahlung in den Phosphor und der Auskopplung der emittierten Strahlung aus dem Phosphor entstehen, mit der vorliegenden Erfindung reduziert werden. Weiterhin kann die konvertierende Stelle mit der höchsten Leistungsdichte von der Umgebung gegen Schmutz geschützt werden. Zudem kann durch das Aufbringen des optischen Elements auf das Lichtkonversionselement eine sonst aufwändige Justierung von optischen Elementen zum Laser und dem Konverter vermieden werden. Durch die Verbindung des Lichtkonversionselementes mit dem optischen Element können die Fresnelverluste und durch Totalreflexion im Lichtkonversionselement gefangenes Licht vermindert werden. Zudem können durch die gemeinsame Verwendung des optischen Elements für die Lasereinkopplung und die Lichtauskopplung aus dem Konverter Bauteile gespart werden. Außerdem kann das optische Element zur Strahlformung der eingehenden und der ausgehenden Strahlung dienen, so dass nochmals weitere Bauteile gespart werden.

Mit einem Aufbau einer Beleuchtungseinrichtung mit aufgebrachtem optischen Element lassen sich darüber hinaus weitere vorteilhafte Aspekte adressieren. So wird bspw. in einem Aufbau ohne direkte Verbindung von optischen Element und Lichtkonversionselement konvertiertes Licht ungehindert lambertsch zumindest in einen Teil des Halbraumes (+- 90° bzw. 180°) abgestrahlt und kann von ggf. umgebenden Elementen reflektiert und gestreut werden. Ähnliches trifft auch auf die ggf. verbleibenden Anteile des Primärlichtes zu, bei denen es sowohl gerichtete (reflektierte mit bestimmter Richtung), als auch lambertsch abstrahlende Anteile geben kann. Jedenfalls kann zumindest ein Teil der vom Konverter nach vorne wegweisend abgestrahlten Strahlung ggfs. entgegen möglicher Anforderungen verteilt sein. Das kann dazu führen, dass am zu beleuchtenden Ort weniger Licht zur Verfügung steht, als realiter vorhanden ist. Des Weiteren können sich auch unerwünschte Variationen der Farbtemperatur oder Leuchtfarbe über den gesamten Halbraum ergeben, je nachdem wie Sekundärlicht und Primärlicht zusammenkommen. Solche vor allem Farbunterscheide werden auch als Farbsäume oder (Farb-)Halos bezeichnet und werden oftmals als störend, mittels bspw. zusätzlicher Abschattungselemenete oder Blenden m sogar noch ausgeblendet, was zu einer weiteren Reduktion des verfügbaren Lichtes führt.

Ist die Beleuchtungseinrichtung bspw. wie in Fig. 1 ausgeführt, führt dies dazu, dass je nach Ausgestaltung durchaus wesentliche Anteile Lichtes nach vorne abgestrahlt werden können. Insbesondere Sekundärlicht aber auch Teile des Primärlichts leuchten das gesamte Gehäuse aus (Fehllicht, Falschlicht) und wie vorbeschrieben können eben diese Anteile zur anforderungsgemäßen Beleuchtung weniger oder gar nicht beitragen und begünstigen im Gegenteil ausfgangsseitig der Beleuchtungseinrichtung einen inhomogenen und farbfalschen Beleuchtungseindruck. Die gesamte leuchtende Fläche einer solchen Beleuchtungseinrichtung kann außerdem damit größer als gewünscht oder notwendig ausfallen bzw. erscheinen, insbesondere falls eine im Wesentlichen punktförmige bzw. diesem Ideal nahekommende, Lichtquelle basierend auf der Beleuchtungseinrichtung angestrebt werden soll oder gefordert ist.

Mittels eines vom Lichtkonversionselement beabstandeten optischen Element kann dem entgegengewirkt werden, allerdings werden auch hierbei nur das von diesem erfassbare Licht bspw. kollimiert oder anforderungsgemäß geführt, gelenkt oder verteilt. Defizite in Lichtausbeute oder Farbe kann dementsprechend auch nur in Grenzen begegnet werden. Farbunterschiede und andere Inhomogenitätetn, bspw. als oder im Intensitätsverlauf, werden ggf. nur deutlicher abgebildet.

Demgegenüber wird bei einem direkt auf den Konverter applizierten optischen Element die sekundär verfügbare Strahlung oder Licht im Wesentlichen bereits an dessen Ursprung erfasst und je nach Ausbildung des der Verbindung und Geometrie des optischen Elements effizienter anforderungsgemäß bereitgestellt.

Wie zuvor beschrieben kann schon eine Anordnung an sich bei angepasster optischer Ausgestaltung zur Reduktion von bspw. Fresnelverlusten führen und kann bereits licht- bzw. farbmischend wirken.

Weiter vorteilhaft kann insbesondere über die Länge, Form und/oder Nachbehandlung, durch bspw. teil- oder abschnittsweise Beschichtung (oder Cladding) die/eine Abstrahlung in den Halbraum weiter reduziert minimiert oder sogar im Wesentlichen ausgeschaltet werden und so ein größerer Anteil des Sekundärlichtes gezielt anforderungsgemäß bereitgestellt werden kann. Mit anderen Worten Fehl- oder Falschlicht werden mindestens reduziert.

Ist bspw. wie in den Figuren 10 und 11 ein längeres optisches Element vorgesehen, welches auch die Kanten des Lichtkonversionselements umschließt, können entsprechend der Ausgestaltung (insb. der Brechungsindizes, aber auch Geometrie) Sekundärlicht und verbleibende Anteile des Primärlichtes darin geführt, geleitet und auch modifiziert werden, so dass mitunter mehr Licht für die die Beleuchtung bereitstehen kann, die Beleuchtungseinrichtung insgesamt effizienter sein kann. Die Führung des Lichts im optischen Element kann weiterhin auch zu einer Homogenisierung und/oder Durchmischung der Lichtanteile, bspw. Lichtes unterschiedlicher Wellenlängen und damit zur homogenen Ausleuchtung mit hoher Farbtreue beitragen. Die Ausgestaltung des optischen Elementes auf dessen dem Lichtkonversionselement abgewandten Seite ist variabel gestaltbar und kann an eine gewünschte Be- oder Ausleuchtung angepasst oder anpassbar ausgelegt werden. Die Beleuchtungseinrichtung kann damit einer Punktlichtquelle zumindest nahekommen.

Das optische Element kann vorteilhaft weitere Maßnahmen oder Merkmale umfassen, um diese Aspekte weiter zu verbessern. Es ist denkbar, das optische Element zumindest teil- oder abschnittsweise mit einem Cladding, im Sinne eines faseroptischen Kern-Mantel Elementes, oder einer Beschichtung bspw. einer Verspiegelung, welche die Reflektion des Lichtes innerhalb des optischen Elementes weiter begünstig bzw. Austritt von Licht das innerhalb nicht totalreflektiert wird zu verhindern. Bei einer Beschichtung ist jedenfalls zu beachten, dass diese das Eintreten der Primärstrahlung in das optische Element ermöglichen. Das bspw. indem entsprechende Stellen ausgespart werden und/oder die Beschichtung wellenlängenselektiv ausgestaltet ist, so dass Primärlicht in das optische Element hinein passieren kann, aber nicht mehr austreten kann. Letzteres kann auch für das Sekundärlicht vorgesehen sein.

In einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das optische Element zumindest teil- oder abschnittsweise hohl, z.B. rohrförmig oder als Sackloch ausgeführt ist.

Dessen dem Lichtkonversionselement abgewandtes Ende kann offen verbleiben, verschmolzen werden oder mit einem weiteren Element abgschloßen werden. Letzteres kann plattenförmig aber auch mit zumindest einer Krümmung, bis hin zur Kugel, versehen ausgeführt sein, so dass es weiter zur Strahlformung des Lichtes in geeigneter Weise beiträgt.

Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass vorbeschriebene Varianten grundsätzlich auch auf weitere in den Figuren gezeigten Varianten übertragbar sind, bzw. nicht auf diese beschränkt sind.

Das optische Element kann dabei auch in anderen als im Wesentlichen runder Querschnittsgeometrie bspw. Rechteckig, quadratisch, polygon oder mit unterschiedlichen Krümmungsradien bspw. oval ausgestaltet sein. Die Querschnittsgeometrien können vorteilhaft auch so gestaltet werden, dass diese entlang der Länge eines optischen Elementes nicht konstant sind. Ausführungen zur Erleichterung der Einkopplung des Primärlichtes sind bereits in Figuren 12 und 13 gezeigt und beschrieben. Es zeigte sich außerdem, dass mit sich kontinuierlich über dessen Längen verändernden Querschnitt des optischen Elementes die Abstrahlcharakterisitik insbesondere lambertsch abstrahlenden Sekundärlichtes eingeengt (von unten nach oben größer werdender Querschnitt) oder umgekehrt auch aufgeweitet werden kann. Dies kommt insbesondere zum Tragen, falls das optische Element nicht monolithisch, sondern als faseroptische Komponente aus einer Mehr- oder Vielzahl von lichtleitenden Elementen zusammengesetzt ist.

Viele der vorgenannten Maßnahmen und Ausführurgen tragen dazu bei, Möglichkeiten zu eröffnen, eine derartige Beleuchtungseinrichtung an deren Anwendungsfall anzupassen. Beispielhaft seien hier die Einkopplung in weitere optische Komponenten oder Aufbauten, insbesondere Projektionseinrichtung oder Faseroptik, oder die gezielte Beleuchtung von Flächen in vorbestimmter Weise u.a. hinsichtlich Form, Schärfe. Intensität oder Intensitätsverteilung bzw. Homogenität oder Färbung.

Des Weiteren kann insbesondere in den Ausführungen nach Figuren 10, 11 , 13 das Fenster vorteilhaft auch transluzent oder opak, farbig oder unbunt ausgebildet sein, wodurch wiederum Austreten etwaigen Störlichts nach vorne minimiert oder verhindert werden kann.

Die Erfindung ermöglicht somit zusammenfassend insbesondere einen kompakter Aufbau, eine Reduzierung der Fresnelverluste an den Oberflächen und Reduzierung der Oberflächen an denen das Laserlicht und das erzeugte Weißlicht reflektiert werden, eine einfache Justierung der Komponenten zueinander und Reduzierung der Komponenten die zueinander justiert werden, eine Kollimierung bzw. Fokussierung der Laserstrahlung auf die Optokeramik, eine Kollimierung bzw. Strahlformung der Weißlichtstrahlung, sowie einen mechanischer Schutz der Position der Erzeugung hoher Leistungsdichten auf der Optokeramik mit Glas. Die Erfindung eignet sich insbesondere für LED-Module, Lasermodule, zur Weißlichterzeugung.

Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen. Die Beschreibung von Merkmalen eines Ausführungsbeispiels gilt jeweils auch für die anderen Ausführungsbeispiele.