CN115397948B - 窄带的绿色的发光材料 - Google Patents
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Abstract
提出一种发光材料。所述发光材料具有通用分子式NavKxRbyLizCsw(Li3SiO4)4:E，其中‑v+x+y+z+w＝4；‑0＜v＜4；‑0＜x＜4；‑0＜y＜4；‑0＜z＜4；‑0＜w＜4并且‑E＝Eu、Ce、Yb和/或Mn。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光材料和一种尤其包括发光材料的照明设备。
背景技术
在娱乐电器的领域中，制造商致力于发现独有特征，以便出售其产品。在多种具有显示器的设备如电视、计算机显示器、平板电脑和智能电话中，对于顾客而言发光的且逼真的色彩是特别重要的。
在LCD显示器和大多数其他显示器类型的背景照明中所使用的光源中，通过添加三种原色(红、蓝和绿)来描述色彩。色彩的能够在这种显示器上示出的范围(色彩空间)因此局限于三角形，所述三角形能够通过三种原色的色点形成。所述色点通过三个色彩过滤器从背景照明的光谱中提取。然而，这些过滤器所允许通过的波长的范围是相当宽的。这需要具有由窄带的发射峰值构成的谱的光源，以便得到最大的色彩空间。
在用于背景照明应用的LED中，适合的发射光谱通常通过发蓝光的LED芯片与具有绿色的和红色的磷光体的组合来实现，所述磷光体具有尽可能窄带的发射峰。发射峰在理想情况下完全与色彩过滤器的允许通过带一致，以便尽可能少地浪费光并且实现最大效率并且使不同色彩通道之间的重叠/串扰最小，所述重叠/串扰会造成可实现的色彩空间的减小。
产生对在绿色光谱范围内窄带发射的发光材料的需求。
发明内容
本发明的一个目的在于，提出一种在绿色的光谱范围内发射辐射并且具有小的半值宽度的发光材料。此外，本发明的目的是，提出一种具有在此所描述的有利的发光材料的照明设备。
这些目的通过根据本发明的发光材料和照明设备来实现。本发明的有利的实施方式和改进方案在下文中描述。
提出一种发光材料。所述发光材料掺杂有活化剂E，其中E＝Eu、Ce、Yb和/或Mn。尤其地，活化剂负责发光材料的辐射的发射。发光材料具有通用分子式NavKxRbyLizCsw(Li3SiO4)4:E，其中
-v+x+y+z+w＝4；
-0＜v＜4；
-0＜x＜4；
-0＜y＜4；
-0＜z＜4；
-0＜w＜4并且
-E＝Eu、Ce、Yb和/或Mn，优选单独地E＝Eu或与Ce、Yb和/或Mn组合，特别优选E＝Eu。
在此和在下文中，发光材料根据分子式描述。在提出的分子式中可行的是，发光材料具有例如呈污物形式的其他元素，其中这些污物总计优选应当至多具有占发光材料的至多千分之1或100ppm(百万分之一)或10ppm的重量份额。
分子式的书写方式是NavKxRbyLizCsw(Li3SiO4)4:E，其中锂被列出两次，对于无机化学领域的技术人员来说是公知的。尤其地，该分子式使本领域技术人员清楚，锂能够在发光材料的晶体结构内占据不同位置。通用分子式NavKxRbyLizCsw(Li3SiO4)4:E的替选的书写方式是NavKxRbyCswLi12+zSi4O16:E。
发明人当前成功地合成了包含五种不同碱金属的高效的发光材料。
根据至少一个实施方式，发光材料具有通用分子式NavKxRbyLizCsw(Li3SiO4)4:E，其中
-v+x+y+z+w＝4
-0＜v≤3；
-0＜x≤3；
-0＜y≤3；
-0＜z≤3；
-0＜w≤3并且
-E＝Eu、Ce、Yb和/或Mn，优选单独地E＝Eu或与Ce、Yb和/或Mn组合，特别优选E＝Eu。
令人惊讶的是，包含五种不同的碱金属离子的分子式为NavKxRbyLizCsw(Li3SiO4)4:E的发光材料当被初级辐射激发时具有在绿色的光谱范围中的发射或次级辐射，并且显示出小的半值宽度。根据本发明的发光材料有利地具有仅一个发射带或仅一个发射峰。因此，能够确保：在温度变化时，发光材料的经发射的辐射的色坐标至多轻微移动。尤其地，与在具有两个发射带的发光材料中相比，色坐标的移动明显不那么明显，所述两个发射带还具有不同的猝灭表现。
在此和下文中，将半值宽度理解为发射峰或发射带的最大值的一半高度处的光谱宽度，简称FWHM或full-width at half maximum。
根据至少一个实施方式，发光材料具有通用分子式NavKxRbyLizCsw(Li3SiO4)4:E，其中
-v+x+y+z+w＝4；
-0＜v≤2；
-0＜x≤2；
-0＜y≤2；
-0＜z≤2
-0＜w≤2并且
-E＝Eu、Ce、Yb和/或Mn，优选单独地E＝Eu或与Ce、Yb和/或Mn组合，特别优选E＝Eu。
根据至少一个实施方式，发光材料具有通用分子式NavKxRbyLizCsw(Li3SiO4)4:E，其中
-v+x+y+z+w＝4；
-0.05≤v≤1.50；
-0.05≤x≤1.50；
-0.05≤y≤1.50；
-0.05≤z≤1.50；
-0.05≤w≤1.50并且
-E＝Eu、Ce、Yb和/或Mn，优选单独地E＝Eu或与Ce、Yb和/或Mn组合，特别优选E＝Eu。
发光材料的分子式NavKxRbyLizCsw(Li3SiO4)4:E有利地具有在529nm至539nm之间(包括边界值)的范围中的峰值波长，并且半值宽度在40nm和45nm之间。尤其地，发光材料的发射光谱示出仅一个发射峰从而尤其不显示双发射。换言之，发光材料的发射尤其没有相对最大值，而仅具有对应于峰值波长的绝对最大值。由此实现非常高的色彩纯度和非常高的光效率(LER)。
当前，“峰值波长”表示在发光材料的发射光谱中的波长，在所述波长中最大强度位于发射光谱或发射带中。
根据至少一个实施方式，发光材料具有通用分子式NavKxRbyLizCsw(Li3SiO4)4:E，其中
-v+x+y+z+w＝4；
-0.50≤v≤1.50；
-0.50≤x≤1.50；
-0.50≤y≤1.50；
-0.50≤z≤1.50；
-0.05≤w≤0.5并且
-E＝Eu、Ce、Yb和/或Mn，优选单独地E＝Eu或与Ce、Yb和/或Mn组合，特别优选E＝Eu。
其中A表示两种不同的碱金属离子的分子式为A4(Li3SiO4)4:E的已知的发光材料也已经具有在绿色的光谱范围中的峰值波长并且显示出小的半值宽度。Rb2Li2(Li3SiO4)4:Eu2+和Rb2Na2(Li3SiO4)4:Eu2+是具有仅一个发射峰的窄带的绿色的发光材料的实例，峰值波长为530m并且半值宽度为42nm(Ming Zhao等,Advanced Materials，2018，1802489，“Next-Generation Narrow-Band Green-Emitting RbLi(Li3SiO4)2:Eu2+Phosphor for BacklightDisplay Application”；Hongxu Liao等人,Advanced Functional Materials 2019，1901988，“Polyhedron Transformation toward Stahle Narrow-Band Green Phosphorsfor Wide-Color-Gamut Liquid Crystal Display”)。
还存在其中A表示两种不同的碱金属离子的分子式为A4(Li3SiO4)4:E的发光材料的实例，所述发光材料窄带地以在蓝色光谱范围内的峰值波长进行发射。这种发光材料的实例是RbNa3(Li3SiO4)4:Eu2+，其中峰值波长为471nm并且半值宽度仅为22.4nm(HongxuLiao等，Angewandte Chemie，2018，130，第1-5页，“Learning from a Mineral Structuretoward an Ultra-Narrow-Band Blue-Emitting Silicate Phosphor RbNa3(Li3SiO4)4:Eu2 +”)。
然而，还存在其中A表示两种不同的碱金属离子的分子式为A4(Li3SiO4)4:E的已知的发光材料的实例，所述发光材料具有所不希望的双发射，其具有在蓝色光谱范围内的发射峰和在绿色光谱范围内的发射峰。实例是(Na0.5K0.5)4(Li3SiO4)4:Eu，其显示出在486nm处的发射峰和在530nm处的发射峰，和NaK7(Li3SiO4)8:Eu，其具有在515nm处的发射峰和在598nm处的发射峰(Ming Zhao等人，Light:Science&Applications，2019，“Emergingultra-narrow-band cyan-emitting phosphor for white LEDs with enhanced colorrendition”；Daniel Dutzler等，Angewandte Chemie Int.Ed.2018，57，1–6，“AlkaliLithosilicates:Renaissance of a Reputable Substance Class with SurprisingLuminescence Properties”)。
如果将分子式A4(Li3SiO4)4:E中的碱金属离子A的数量增加到三种或四种不同的碱金属离子，那么发光材料仅显示双发射。因此，发光材料Cs4-x-y-zRbxNayLiz[Li3SiO4)4:Eu具有在473nm处的发射峰和在531nm处的发射峰(F.Ruegenberg等，Chemistry，AEuropeanJournal，2020，26，1-8，“ADouble-Band Emitter with Ultranarrow-Band Blue andNarrow-Band Green Luminescence”，图10)，发光材料CsKNa1.98-yLiy(Li3SiO4)4:0.02Eu2+，其中0≤y≤1，具有在485nm处的发射峰和在526nm的发射峰(Wei Wang等，Chemistry ofMaterials 2019，“Photoluminescence Control of UCr4C4-Typed Phosphors withSuperior Luminous Efficiency and High Color Purity via Controlling Site-Selection of Eu2+Activators”)，并且发光材料RbNa2K(Li3SiO4)4:Eu2+和CsNa2K(Li3SiO4)4:Eu2+分别具有在约480nm/485nm处的发射峰和在约531nm处的发射峰(Ming Zhao等，Advanced Optical Materials，2018，“Discovery of New Narrow-Band Phosphorswith the UCr4C4-Related Type Structure by Alkali Cation Effect”)。
从分子式为A4(Li3SiO4)4:E的已知的发光材料中知悉，在发光材料中存在越多的不同碱金属离子，双发射的趋势就明显从而在蓝色光谱范围内的发射增加。然而，刚好对于背景照明应用而言，需要具有在绿色光谱范围中的仅一个发射峰的窄带的发光材料，以便尽可能少地浪费光，实现最大效率并且使不同色彩通道之间的重叠/串扰最小。
更加令人惊讶的是，通用分子式为NavKxRbyLizCsw(Li3SiO4)4:E的、其中A4(Li3SiO4)4:E中的A也表示五个不同的碱金属离子，即锂、钠、钾、铷和铯的根据本发明的发光材料的发射光谱，在绿色光谱范围内具有仅一个发射峰从而有利地没有双发射。换言之，发光材料的发射尤其没有相对最大值，而是仅具有对应于峰值波长的绝对最大值。
根据至少一个实施方式，发光材料具有通用分子式NavKxRbyLizCsw(Li3SiO4)4:E，其中
-v+x+y+z+w＝4；
-1.00≤v≤1.40；
-0.80≤x≤1.20；
-0.80≤y≤1.20；
-0.60≤z≤1.00；
-0.05≤w≤0.30并且
-E＝Eu、Ce、Yb和/或Mn，优选单独地E＝Eu或与Ce、Yb和/或Mn组合，特别优选E＝Eu。
根据至少一个实施方式，发光材料具有通用分子式NavKxRbyLizCsw(Li3SiO4)4:E，其中
-v+x+y+z+w＝4；
-1.08≤v≤1.28；
-0.86≤x≤1.06；
-0.82≤y≤1.02；
-0.72≤z≤0.92；
-0.05≤w≤0.22并且
-E＝Eu、Ce、Yb和/或Mn，优选单独地E＝Eu或与Ce、Yb和/或Mn组合，特别优选E＝Eu。
根据至少一个实施方式，发光材料具有通用分子式NavKxRbyLizCsw(Li3SiO4)4:E，其中
-v+x+y+z+w＝4；
-1.16≤v≤1.20；
-0.94≤x≤0.98；
-0.90≤y≤0.94；
-0.80≤z≤0.84；
-0.10≤w≤0.14并且
-E＝Eu、Ce、Yb和/或Mn，优选单独地E＝Eu或与Ce、Yb和/或Mn组合，特别优选E＝Eu。
在一个优选的实施方式中，E＝Eu或Eu2+。已经表明，使用Eu2+作为活化剂存在特别有效的发光材料。
根据一个实施方式，活化剂E能够以在0.1摩尔％至20摩尔％之间、1摩尔％至10摩尔％、0.5摩尔％至5摩尔％、2摩尔％至5摩尔％的摩尔％量存在。由于浓度猝灭，过高的E浓度会导致效率损失。在此和下文中，活化剂E、特别是Eu或Eu2+的摩尔％说明尤其理解为按发光材料中的Li、K、Na、Rb和/或Cs的摩尔比例计的摩尔％说明。
根据至少一个实施方式，发光材料可用330nm和500nm之间、优选340nm和460nm之间、特别优选360nm和450nm之间的初级辐射来激发。
根据至少一个实施方式，发光材料以四方晶系或四方晶体结构结晶。
根据至少一个实施方式，发光材料在空间群I4/m中结晶。晶格参数a、b和c优选为和/>特别优选地，晶格参数a、b、c为：/>并且/>
根据至少一个实施方式，发光材料具有分子式Na1.18K0.96Rb0.92Li0.82Cs0.12(Li3SiO4)4:Eu。
发光材料Na1.18K0.96Rb0.92Li0.82Cs0.12(Li3SiO4)4:Eu的特征在于其位于绿色光谱范围内的534nm的峰值波长及其半值宽度约为42nm的窄带性。由于半值宽度非常小以及发光材料的发射光谱具有仅一个发射峰的特性，与已知的绿色发光材料相比，发光材料表现出极高的色彩纯度和极高的光效率。发光材料的主波长约为543nm。
主波长是如下可行性：通过产生类似色调感知的光谱(单色)光来描述非光谱(多色)的光混合。在CIE色彩空间中，连接特定颜色的点和点CIE-x＝0.333、CIE-y＝0.333的线能够外推为，使得其与空间轮廓在两点上相交。更接近所述颜色的交点将颜色的主波长表示为该交点处纯光谱色的波长。也就是说，主波长是人眼感知的波长。
例如，发光材料RbNa2K(Li3SiO4)4:Eu2+和CsNa2K(Li3SiO4)4:Eu2+具有双发射，所述双发射具在蓝色光谱范围内的发射和在绿色光谱范围内的发射，而根据本发明的发光体Na1.18K0.96Rb0.92Li0.82Cs0.12(Li3SiO4)4:Eu2+令人惊讶地显示出仅一个发射峰从而没有双发射。
因此，发明人已知悉，能够提供具有令人惊讶的有利特性的新型的绿色的发光材料。
用于制造发光材料的方法与许多其他用于发光材料的制造方法相比能非常简单地执行。因此，合成在650℃至900℃，尤其700℃至850℃或750℃至800℃之间的范围内的适当的温度下非常高能效地进行。例如对所使用的炉的要求因此是很低的。反应物可低成本地商购并且是无毒的。
本发明还涉及一种照明设备。尤其地，照明设备具有发光材料。在此，发光材料的所有实施方案和定义也适用于照明设备并且反之亦然。
在此提出一种照明设备。照明设备包括通用分子式为NavKxRbyLizCsw(Li3SiO4)4:E的发光材料，其中
-v+x+y+z+w＝4；
-0＜v＜4；
-0＜x＜4；
-0＜y＜4；
-0＜z＜4；
-0＜w＜4并且
E＝Eu、Ce、Yb和/或Mn，优选单独地E＝Eu或与Ce、Yb和/或Mn组合，特别优选E＝Eu。
根据至少一个实施方式，照明设备具有半导体层序列。半导体层序列设立用于发射电磁初级辐射。
根据至少一个实施方式，半导体层序列具有至少一个III-V族半导体化合物材料。所述半导体材料例如是氮化物半导体材料，如AlnIn1-n-mGamN，其中相应地0≤n≤1、0≤m≤1和n+m≤1。在此，半导体层序列能够具有掺杂剂和附加成分。然而，为了简单起见，仅给出半导体层序列的主要成分，即Al、Ga、In和N，即使这些成分可能部分地由少量其他物质替换和/或补充时也如此。尤其地，半导体层序列由InGaN形成。
半导体层序列包含具有至少一个pn结和/或具有一个或多个量子阱结构的有源层。在照明设备的运行时，在有源层中产生电磁辐射。辐射的波长或发射最大值优选在紫外和/或可见范围内，尤其在330nm和500nm之间(其中包括边界值)的波长中，优选在340nm和460nm之间(其中包括边界值)，特别优选在360nm和450nm之间(其中包括边界值)。
根据至少一个实施方式，初级辐射的波长或发射最大值在紫外范围中在330nm和400nm之间(其中包括边界值)，优选在360nm和400nm之间(其中包括边界值)，或者在蓝色范围中在400nm和460nm之间(其中包括边界值)，优选在400nm和450nm之间(其中包括边界值)。已经表明，能够用在这些范围中的初级辐射特别有效地激发发光材料。
根据至少一个实施方式，照明设备是发光二极管，简称为LED，尤其是转换LED。照明设备优选于是设立用于发射白光或绿光。
与存在于照明设备中的发光材料相结合，照明设备优选设立用于在完全转换中发射绿光并且在部分转换中发射白光。
根据至少一个实施方式，照明设备设立用于在完全转换中发射绿光。照明设备能够具有通用分子式为NavKxRbyLizCsw(Li3SiO4)4:E的发光材料作为唯一的发光材料。本实施方式的照明设备尤其适用于需要饱和的绿色发射的应用，如用于视频投影，例如在电影院、办公室或家、抬头显示器中的视频投影；用于具有可调节的显色指数或可调节的色温的光源，具有匹配于应用的光谱的光源，如商店照明或FCI灯(“对比指数”)。FCI灯是如下照明设备，其以产生具有特别高的颜色对比指数的白光为导向。该实施方式的转换发光二极管或照明设备也适用于彩色聚光灯、壁灯或运动式前照灯，尤其在舞台照明中。根据至少一个实施方式，照明设备具有转换元件。尤其地，转换元件包括发光材料或由发光材料构成。发光材料至少部分地或完全地将电磁初级辐射转换成电磁次级辐射。
根据至少一个实施方式，照明设备的总辐射是白色的混合辐射。本实施方式的照明设备或转换元件除了所述发光材料之外还能够包括红色的发光材料。所述实施方式的照明设备尤其适合于显示元件如显示器的背景照明。
根据至少一个实施方式，发光材料将电磁初级辐射部分地转换为电磁次级辐射。这也能够称作为部分转换。从照明设备中射出的总辐射于是由初级辐射和次级辐射组成，尤其是白色的混合辐射。
根据至少一个实施方式，转换元件除了所述发光材料外还具有第二和/或第三发光材料。例如，发光材料嵌入基质材料中。替选地，发光材料也能够存在于转换器陶瓷中。
照明设备能够具有用于发射来自红色光谱范围的辐射的第二发光材料。实施例
具有分子式Na1.18K0.96Rb0.92Li0.82Cs0.12(Li3SiO4)4:Eu的实施例AB如下制造：将Li2CO3、Na2CO3、K2CO3、Rb2CO3、Cs2CO3、SiO2和Eu2O3按表1中所示的量混合，并且混合物在敞开的镍坩埚中在氮氢混合气体气氛(N2:H2＝80:20)下在4小时内加热到750℃的温度。替选地，加热能够在100％ H2气氛下或在具有高达20％ N2、其余H2的氮氢混合气体气氛中进行。冷却后，得到发光材料的绿色单晶的烧结团块，其在玛瑙研钵中彼此分离。
| 反应物 | 质量/g |
| Cs2CO3 | 1.493 |
| Rb2CO3 | 1.058 |
| K2CO3 | 0.633 |
| Na2CO3 | 0.486 |
| Li2CO3 | 4.086 |
| SiO2 | 2.210 |
| Eu2O3 | 0.032 |
发光材料显示出在电磁光谱的绿色光谱范围内的发射。通过单晶衍射测量能够为发光材料分配分子式Na1.18K0.96Rb0.92Li0.82Cs0.12(Li3SiO4)4:Eu2+。由于在所使用的活化剂浓度中Eu的散射贡献可忽略不计，在拟合中未单独考虑Eu。
附图说明
本发明的其他有利的实施方式和改进方案从下面结合附图所描述的实施例中得出。
图1示出根据本发明的发光材料的一个实施例的晶体结构的一部分。
图2示出根据本发明的发光材料的一个实施例的X射线衍射粉末衍射图的Rietveld拟合。
图3示出根据本发明的发光材料的一个实施例的发射光谱。
图4示出根据本发明的发光材料的一个实施例的Kubelka-Munk函数。
图5示出两个对照例的发射光谱。
图6示出根据本发明的发光材料的一个实施例的热猝灭表现。
图7至9示出照明设备的示意性剖面图。
图10示出对照例的发射光谱。
具体实施方式
图1示出根据本发明的分子式为Na1.18K0.96Rb0.92Li0.82Cs0.12(Li3SiO4)4:Eu2+的发光材料的四方形晶体结构。实心圆是Rb原子(88.3％)和Cs原子(11.7％)，非实心圆是Rb原子(4.1％)和K原子(95.9％)，被划线的非实心的圆是Li原子(33.0％)，而被划线的实心圆是Li原子(7.8％)和Na原子(59.2％)。对角地划阴影的且较大地示出的多面体是LiO4四面体，而方格纹式划阴影的较小地示出的多面体是SiO4四面体。(Li3SiO4)单元具有SiO4四面体和LiO4四面体，其中氧占据角部而Li或Si占据四面体的中心。(Li3SiO4)单元形成(Li3SiO4)子结构，其对应于已知的岩石硅酸盐的(Li3SiO4)子结构(J.Hofmann、R.Brandes、R.Hoppe，Neue Silicate mit“Stuffed Pyrgoms”：CsKNaLi9{Li[SiO4]}4、CsKNa2Li8{Li[SiO4]}4、RbNa3Li8{Li[SiO4]}4、RbNaLi4{Li[SiO4]}4，Z.Anorg.Allg.Chem.，1994年，620，1495-1508)，然而，发光材料与已知的岩石硅酸盐的区别在于两种通道的不同的占据。(Li3SiO4)子结构形成沿着晶体学的c轴线的两种通道。第一种通道被较重的碱金属Cs、Rb和K占据。在此K和Rb交替地设置，其中Rb部分地由Cs取代(11.7％)并且K部分地由Rb取代(4.1％)。第二种通道被较轻的碱金属Na和Li占据。在第二种通道中，并非所有Na和Li位置都完全被占据，Na位置被Na占据59.2％而被Li占据7.8％，并且Li位置被Li占据33％。在提纯时，第二种通道的占据的总和设置为100％，以便确保电荷中性。Na1.18K0.96Rb0.92Li0.82Cs0.12(Li3SiO4)4:Eu2+的这种新型的晶体结构迄今为止是未知的。晶体结构是与CsNaKLi(Li3SiO4)和CsNaRbLi(Li3SiO4)4(J.Hofmann、R.Brandes、R.Hoppe，Neue Silicate mit“StuffedPyrgoms”：CsKNaLi9{Li[SiO4]}4、CsKNa2Li8{Li[SiO4]}4、RbNa3Li8{Li[SiO4]}4、和RbNaLi4{Li[SiO4]}4，Z.Anorg.Allg.Chem.，1994年，620，1495-1508)是等结构的。如所描述那样，Li在晶体结构中一方面占据(Li3SiO4)子结构内的位置而另一方面占据在由(Li3SiO4)子结构形成的通道内的位置，由此分子式的优选的书写方式是Na1.18K0.96Rb0.92Li0.82Cs0.12(Li3SiO4)4:Eu2+，其中也能够使用Na1.18K0.96Rb0.92Li0.82Cs0.12Li12.82Si4O16:Eu2-。发光材料在空间群I4/m中结晶。晶体结构借助于单晶(详见下表2、3和4)和粉末X射线衍射实验(图2)确定。
在表2中示出Na1.18K0.96Rb0.92Li0.82Cs0.12(Li3SiO4)4:Eu2+的晶体学数据。
表2：
在表3中示出Na1.18K0.96Rb0.92Li0.82Cs0.12(Li3SiO4)4:Eu2+的原子层。
表3：
| 原子 | x | y | z | 占据 | Uiso |
| Rb01 | 1/2 | 1/2 | 0 | 0.883(11) | 0.0176(3) |
| Cs01 | 1/2 | 1/2 | 0 | 0.117(11) | 0.0176(3) |
| K002 | 1/2 | 1/2 | 1/2 | 0.959(8) | 0.0120(6) |
| Rb02 | 1/2 | 1/2 | 1/2 | 0.041(8) | 0.0120(6) |
| Si03 | 0.21585(8) | 0.42217(8) | 1/2 | 1 | 0.0060(3) |
| Na04 | 0 | 1/2 | 3/4 | 0.592(13) | 0.0113(12) |
| Li04 | 0 | 1/2 | 3/4 | 0.078(13) | 0.0113(12) |
| O005 | 0.0966(2) | 0.3307(2) | 1/2 | 1 | 0.0106(5) |
| O006 | 0.29593(15) | 0.40548(16) | 0.2842(3) | 1 | 0.0110(4) |
| O007 | 0.1631(2) | 0.5621(2) | 1/2 | 1 | 0.0093() |
| Li08 | 0.0749(6) | 0.7118(6) | 1/2 | 1 | 0.0124(13) |
| Li09 | 0.3857(4) | 0.2575(5) | 0.2574(7) | 1 | 0.0173(10) |
| Li10 | 0 | 1/2 | 1/2 | 0.33(5) | 0.022(11) |
在表4中示出Na1.18K0.96Rb0.92Li0.82Cs0.12(Li3SiO4)4:Eu2+的各向异性的偏移参数。
表4：
| 原子 | U11 | U22 | U33 | U23 | U13 | U12 |
| Rb01 | 0.0199(3) | 0.0199(3) | 0.0131(4) | 0 | 0 | 0 |
| Cs01 | 0.0199(3) | 0.0199(3) | 0.0131(4) | 0 | 0 | 0 |
| K002 | 0.0107(6) | 0.0107(6) | 0.0146(9) | 0 | 0 | 0 |
| Rb02 | 0.0107(6) | 0.0107(6) | 0.0146(9) | 0 | 0 | 0 |
| Na04 | 0.0109(13) | 0.0109(13) | 0.012(2) | 0 | 0 | 0 |
| Li04 | 0.0109(13) | 0.0109(13) | 0.012(2) | 0 | 0 | 0 |
图2示出Na1.18K0.96Rb0.92Li0.82Cs0.12(Li3SiO4)4:Eu的X射线衍射粉末衍射图的Rietveld拟合。根据所测量的X射线粉末衍射图，可看到发光材料的高纯度。在上部的图表中在此示出所测量的反射与计算出的反射的重叠。在下部的图表中示出所测量的反射和计算出的反射的差。
图3示出Na1.18K0.96Rb0.92Li0.82Cs0.12(Li3SiO4)4:Eu2+的发射光谱。在x轴上绘制以纳米为单位的波长，并且在y轴上绘制以百分比为单位的相对强度。为了测量发射光谱，用波长为400nm的初级辐射激发根据本发明的发光材料的粉末。发光材料的峰值波长为534nm，并且主波长为543nm。半值宽度为42.3nm，并且CIE色彩空间中的色点的坐标为CIE-x：0.259和CIE-y：0.697。如所看到的那样，发光材料的发射光谱仅显示一个发射峰。因此，峰值波长不仅是绝对最大值，而且还是发射光谱内的唯一的最大值。
在通过波长为460nm的初级辐射(未示出)激发根据本发明的发光材料的粉末时，发光材料显示534nm的峰值波长和542.7nm的主波长。半值宽度为43.5nm，CIE色彩空间中的色点的坐标为CIE-x：0.257和CIE-y：0.702。在此这里，发光材料的发射光谱也仅具有一个发射峰，峰值波长是绝对最大值和唯一的最大值。
相反，在图10中示出的发光材料Cs4-x-y-zRbxNayLiz(Li3SiO4)4:Eu的发射光谱显示出两个发射峰从而显示出所不期望的双发射。
发射材料的发射示出与标准绿色滤波器的透射范围的大的重叠，使得仅少量地损失光，并且可实现的色彩空间是大的。因此，发光材料Na1.18K0.96Rb0.92Li0.82Cs0.12(Li3SiO4)4:Eu2+特别适合用于显示器的背景照明应用的转换LED。
图4示出用于Na1.18K0.96Rb0.92Li0.82Cs0.12(Li3SiO4)4:Eu2+的归一化Kubelka-Munk函数(KMF)，相对于以nm为单位的波长λ绘制。KMF在此如下计算：
KMF＝(1-Rinf)2/2Rinf，其中Rinf对应于发光材料的漫反射(漫发射)。
从图4中看到，发光材料能够被330nm和500nm之间的初级辐射有效地激发。高KMF值意味着在这个范围内的高吸收。
图5示出已知的发光材料Lu3(Al,Ga)5O12:Ce(G2)和(Sr,Ba)2SiO4:Eu(OS2)的发射光谱。
表5示出根据本发明的发光材料Na1.18K0.96Rb0.92Li0.82Cs0.12(Li3SiO4)4:Eu2+(AB)与已知的发光材料Lu3(Al,Ga)5O12:Ce(G2)和(Sr,Ba)2SiO4:Eu(OS2)的光谱数据的比较。
表5：
| AB | G2 | OS2 | |
| CIE-x | 0.259 | 0.287 | 0.263 |
| CIE-y | 0.697 | 0.536 | 0.645 |
| λpeak/nm | 534.0 | 537.4 | 536.3 |
| λdom/nm | 543.0 | 541.3 | 541.5 |
| FWHM/nm | 42.3 | 102.0 | 65.3 |
| LER/lm·Wopt -1 | 570.9 | 418.6 | 490.8 |
| 色彩纯度/％ | 90.2 | 49.0 | 75.3 |
所有三种发光材料都显示出相似的主波长。然而，根据本发明的发光材料AB示出明显更高的光效率(LER)和明显更高的色彩纯度。这引起更好的色彩纯度和更好的整体效率。
在图6中示出根据本发明的发光材料Na1.18K0.96Rb0.92Li0.82Cs0.12(Li3SiO4)4:Eu2+的热猝灭表现。在25℃至225℃的不同温度中，用波长为400nm的初级辐射激发发光材料，并且在此记录其发射强度。根据本发明的发光材料在转换LED中占主导的典型的温度中，特别是在140℃以上的温度中，仅示出发射强度的少量损失。甚至在200℃中，损失也仅为10％。因此，热猝灭表现甚至优于Lu3Al5O12:Ce的热淬灭表现。因此，发光材料也能够有利地在转换LED中在更高的运行温度中使用。
图7至9分别示出在此所描述的照明设备，尤其转换LED的不同实施方式的示意性侧视图。
图7至9的转换LED具有至少一种在此所描述的根据本发明的发光材料。附加地，另一发光材料或多种发光材料的组合能够存在于转换LED中。附加的发光材料是本领域技术人员已知的从而在此未详尽地提及。
根据图7的转换LED具有设置在衬底10上的半导体层序列2。例如，衬底10能够构成为是反射性的。在半导体层序列2之上设置有呈层形式的转换元件3。半导体层序列2具有有源层(未示出)，所述有源层在转换LED运行时发射波长为340nm至460nm的初级辐射。转换元件3设置在初级辐射S的光路中。转换元件3包括基体材料，例如硅、环氧树脂或混合材料，和根据本发明的发光材料4的颗粒。
发光材料4能够在转换LED运行时将初级辐射S至少部分或完全地转换成在绿色光谱范围内的次级辐射SA，尤其峰值波长在529nm和539nm之间(其中包括边界值)的次级辐射。发光材料4在转换元件3中在基体材料中在制造公差的范围内均匀地分布。
替选地，发光材料4也能够随着浓度梯度分布在基体材料中。
替选地，也能够不使用基体材料，使得发光材料4形成为陶瓷转换器。
转换元件3整面地施加在半导体层序列2的辐射出射面2a之上和半导体层序列2的侧面之上并且与半导体层序列2的辐射出射面2a和半导体层序列2的侧面直接机械接触。初级辐射S也能够经由半导体层序列2的侧面出射。
转换元件3例如能够通过注塑成型、压铸或通过喷涂法施加。此外，转换LED具有电接触部(在此未示出)，其构成和设置是对于本领域技术人员已知的。
替选地，转换元件也能够被预制并且借助于所谓的拾取和放置工艺施加到半导体层序列2上。
在图8中示出转换LED 1的另一实施例。转换LED 1在衬底10上具有半导体层序列2。转换元件3形成在半导体层序列2上。转换元件3形成为小板。小板能够由根据本发明的发光材料4的一起烧结的颗粒构成从而是陶瓷小板，或者小板具有例如玻璃、硅树脂、环氧树脂、聚硅氮烷、聚甲基丙烯酸酯或聚碳酸酯作为基体材料与嵌入其中的发光材料4的颗粒。
转换元件3整面地施加在半导体层序列2的辐射出射面2a之上。尤其地，初级辐射S不经由半导体层序列2的侧面出射，而是主要经由辐射出射面出射。转换元件3能够借助于例如由硅树脂构成的附着层(未示出)施加在半导体层序列2上。
根据图9的转换LED 1具有壳体11，所述壳体具有凹部。在凹部中设置有半导体层序列2，所述半导体层序列具有有源层(未示出)。有源层在转换LED运行时发射波长为340nm至460nm的初级辐射S。
转换元件3形成为在凹部中的层序列的封装件并且包括基体材料，例如硅树脂和发光材料4，例如Na1.18K0.96Rb0.92Li0.82Cs0.12(Li3SiO4)4:Eu。发光材料4在转换LED1运行时将初级辐射S至少部分地转换为次级辐射SA。替选地，发光材料将初级辐射S完全转换为次级辐射SA。
也可行的是，发光材料4在图7至9的实施例中在转换元件3中在空间上与半导体层序列2或辐射出射面2a间隔开地设置。这例如能够通过沉积或通过将转换层施加在壳体上实现。
例如，与图9的实施方式不同，封装件仅由基体材料，例如硅树脂构成，其中在封装件上与半导体层序列2间隔开地将转换元件3作为层施加在壳体11和封装件上。
结合附图所描述的实施例及其特征也能够根据其他实施例彼此组合，即使这些组合并未详尽地在附图中示出也如此。此外，结合附图所描述的实施例能够具有根据概述部分中的说明书的附加的或替选的特征。
附图标记列表
1 照明设备或转换LED
2 半导体层序列或半导体芯片
2a 辐射出射面
3 转换元件
4 发光材料
10 衬底
11 壳体
S 初级辐射
SA 次级辐射
LED 发光二极管
LER 光效率
W 瓦特
lm 流明
λdom 主波长
ppm 百万分比
AB 实施例
g 克
IR 相对强度
Mol％ 摩尔百分比
KMS Kubelka-Munk函数
K 开尔文
cm 厘米
nm 纳米
°2θ 2θ度
T 温度
℃ 摄氏度
Claims (14)
1.一种发光材料，具有通用分子式NavKxRbyLizCsw(Li3SiO4)4:E，其中
-v+x+y+z+w＝4；
-0＜v＜4；
-0＜x＜4；
-0＜y＜4；
-0＜z＜4；
-0＜w＜4并且
-E＝Eu、Ce、Yb和/或Mn。
2.根据权利要求1所述的发光材料，其中
-0＜v≤3；
-0＜x≤3；
-0＜y≤3；
-0＜z≤3并且
-0＜w≤3。
3.根据权利要求1所述的发光材料，其中
-0＜v≤2；
-0＜x≤2；
-0＜y≤2；
-0＜z≤2并且
-0＜w≤2。
4.根据权利要求1所述的发光材料，其中
-0.05≤v≤1.50；
-0.05≤x≤1.50；
-0.05≤y≤1.50；
-0.05≤z≤1.50并且
-0.05≤w≤1.50。
5.根据权利要求1所述的发光材料，其中
-0.50≤v≤1.50；
-0.50≤x≤1.50；
-0.50≤y≤1.50；
-0.50≤z≤1.50并且
-0.05≤w≤0.5。
6.根据权利要求1所述的发光材料，其中
-1.00≤v≤1.40；
-0.80≤x≤1.20；
-0.80≤y≤1.20；
-0.60≤z≤1.00并且
-0.05≤w≤0.30。
7.根据权利要求1所述的发光材料，其中
-1.08≤v≤1.28；
-0.86≤x≤1.06；
-0.82≤y≤1.02；
-0.72≤z≤0.92并且
-0.05≤w≤0.22。
8.根据权利要求1所述的发光材料，其中
-1.16≤v≤1.20；
-0.94≤x≤0.98；
-0.90≤y≤0.94；
-0.80≤z≤0.84并且
-0.10≤w≤0.14。
9.根据权利要求1所述的发光材料，其中
所述发光材料的晶体结构是四方的。
10.根据权利要求9所述的发光材料，所述发光材料以空间群I4/m结晶。
11.根据权利要求1所述的发光材料，所述发光材料具有在529nm至539nm之间的范围中的峰值波长，其中包括边界值。
12.根据权利要求1所述的发光材料，所述发光材料具有在40nm和45nm之间的半值宽度。
13.一种照明设备，包括根据权利要求1所述的发光材料。
14.根据权利要求13所述的照明设备，具有
-半导体层序列，所述半导体层序列设立用于发射电磁初级辐射；和
-转换元件，所述转换元件包括所述发光材料并且至少部分地将所述电磁初级辐射转换为电磁次级辐射。
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