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Die Erfindung betrifft einen Leuchtstoff und eine Konversions-LED, die insbesondere den Leuchtstoff umfasst.
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Typischerweise werden in weiß emittierenden Konversions-LEDs ein Halbleiterchip, der eine blaue Primärstrahlung emittiert und ein oder mehrere Leuchtstoffe, die die Primärstrahlung teilweise in eine Sekundärstrahlung konvertieren, eingesetzt. Eine Überlagerung der Primär- und der Sekundärstrahlung ergibt eine weiße Gesamtstrahlung der Konversions-LED. Die praktikabelste Lösung liegt in der Verwendung eines blau emittierenden Halbleiterchips und nur eines, gelb emittierenden Leuchtstoffs.
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Bekannte gelbe Leuchtstoffe sind (Y, Gd, Tb, Lu) 3Al5O12: Ce Granatleuchtstoffe. Diese sind durch den hohen Anteil an Seltenen Erden vergleichsweise teuer.
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Die
DE 10 2006 008 300 A1 offenbart einen Leuchtstoff und eine Lichtquelle mit derartigem Leuchtstoff sowie ein Herstellverfahren für den Leuchtstoff.
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Es besteht Bedarf an Leuchtstoffen, die eine Emission im gelben Spektralbereich aufweisen, die gegenüber dem Stand der Technik verbessert sind.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Leuchtstoff anzugeben, der im gelben Spektralbereich Strahlung emittiert. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Konversions-LED mit dem hier beschriebenen Leuchtstoff anzugeben.
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Diese Aufgabe wird beziehungsweise diese Aufgaben werden durch einen Leuchtstoff und eine Konversions-LED gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
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Es wird ein Leuchtstoff angegeben. Der Leuchtstoff weist die allgemeine Summenformel Z2X14Si5N4O13: E auf, wobei
- - Z = Mg, Ca, Sr und/oder Ba und
- - X = Li, Na, K, Rb und/oder Cs. Der Leuchtstoff ist mit einem Aktivator E dotiert, wobei E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn. Insbesondere ist der Aktivator für die Emission von Strahlung des Leuchtstoffs verantwortlich.
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Hier und im Folgenden werden Leuchtstoffe anhand von Summenformeln beschrieben. Es ist bei den angegebenen Summenformeln möglich, dass der Leuchtstoff weitere Elemente etwa in Form von Verunreinigungen aufweist, wobei diese Verunreinigungen zusammengenommen bevorzugt höchstens einen Gewichtsanteil an dem Leuchtstoff von höchstens 1 Promille oder 100 ppm (parts per million) oder 10 ppm aufweisen sollten.
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Die Leuchtstoffe weisen bei einer Anregung mit einer Primärstrahlung eine Emission bzw. Sekundärstrahlung mit einer Peakwellenlänge im gelben Spektralbereich auf. Die Peakwellenlänge liegt bevorzugt zwischen einschließlich 540 nm und einschließlich 580 nm.
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Als „Peakwellenlänge“ wird vorliegend die Wellenlänge im Emissionsspektrum eines Leuchtstoffs bezeichnet, bei der die maximale Intensität im Emissionsspektrum bzw. einer Emissionsbande liegt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist E zumindest Eu, bevorzugt zumindest Eu2+. Dabei kann Eu oder Eu2+ mit Ce, Yb und/oder Mn kombiniert sein. Besonders bevorzugt gilt E = Eu oder Eu2+. Insbesondere ersetzt E Z und/oder X, bevorzugt Z.
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Der Aktivator E kann gemäß einer weiteren Ausführungsform in Mol%-Mengen zwischen 0,1 Mol% bis 20 Mol%, 1 Mol% bis 10 Mol%, 0,5 Mol% bis 5 Mol%, 2 Mol% bis 5 Mol%, vorhanden sein. Zu hohe Konzentrationen an E können zu einem Effizienzverlust durch Konzentrationsquenching führen. Hier und im Folgenden werden Mol%-Angaben für den Aktivator E, insbesondere Eu, insbesondere als Mol%-Angaben bezogen auf die Molanteile von Z und/oder X, bevorzugt von Z im jeweiligen Leuchtstoff verstanden.
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Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass Leuchtstoffe der allgemeine Summenformel Z2X14Si5N4O13 : E sehr effizient und zudem aus vergleichsweise kostengünstigen Edukten bei moderaten Temperaturen herstellbar sind.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Leuchtstoff dazu befähigt, Primärstrahlung aus dem UV bis blauen Spektralbereich zu absorbieren und in Sekundärstrahlung zu konvertieren, die eine Peakwellenlänge zwischen einschließlich 540 nm und einschließlich 580 nm, bevorzugt zwischen einschließlich 550 nm und einschließlich 570 nm aufweist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel Z2X14Si5N4O13: E auf, wobei
- - Z = Mg, Ca, Sr und/oder Ba;
- - X = Li in Kombination mit Na, K, Rb und/oder Cs und
- - E = Eu , Ce, Yb und/oder Mn.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel Z2X14Si5N4O13 : Eu auf, wobei
- - Z = Mg, Ca, Sr und/oder Ba und
- - X = Li in Kombination mit Na, K, Rb und/oder Cs.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel Z2Li14Si5N4O13 : E auf, wobei
- - Z = Mg, Ca, Sr und/oder Ba und
- - E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel Z2Li14S15N4O13 : E auf, wobei
- - Z = Mg, Ca, Sr und/oder Ba und
- - E = Eu in Kombination mit Ce, Yb und/oder Mn.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel Z2Li14Si5N4O13 : Eu auf, wobei
- - Z = Mg, Ca, Sr und/oder Ba.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel Z2X14Si5N4O13: E auf, wobei
- - Z = Sr in Kombination mit Mg, Ca und/oder Ba;
- - X = Li, Na, K, Rb und/oder Cs und
- - E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel Z2X14Si5N4O13: Eu auf, wobei
- - Z = Sr in Kombination mit Mg, Ca und/oder Ba und
- - X = Li, Na, K, Rb und/oder Cs.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel Sr2X14Si5N4O13: E auf, wobei
- - X = Li, Na, K, Rb und/oder Cs und
- - E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel Sr2X14Si5N4O13: Eu auf, wobei
- - X = Li, Na, K, Rb und/oder Cs.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel Sr2Li14Si5N4O13: E auf, wobei
- - E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel Sr2Li14Si5N4O13: Eu auf.
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Der Leuchtstoff Sr2Li14Si5N4O13:Eu emittiert bei Anregung mit einer Primärstrahlung aus dem UV- bis blauen Spektralbereich eine Sekundärstrahlung mit einer Peakwellenlänge im gelben Spektralbereich, insbesondere zwischen einschließlich 550 nm und einschließlich 570 nm. Die Emissionsbande des Leuchtstoffs weist insbesondere eine Halbwertsbreite unter 140 nm und damit eine hohe Lichtausbeute infolge eines großen Überlapps mit der menschlichen Augenempfindlichkeitskurve mit einem Maximum bei 555 nm, auf. Dadurch können mit dem Leuchtstoff besonders effiziente Konversions-LEDs bereitgestellt werden.
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Unter der Halbwertsbreite (FWHM, full width at half maximum) wird hier und im Folgenden die spektrale Breite auf halber Höhe des Maximums eines Emissionspeaks bzw. einer Emissionsbande verstanden.
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Die Erfinder haben somit erkannt, dass ein neuartiger Leuchtstoff mit vorteilhaften Eigenschaften bereitgestellt werden kann, der bisher nicht bereitgestellt werden konnte.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform kristallisiert der Leuchtstoff in einem trigonalen Kristallsystem. Bevorzugt kristallisiert der Leuchtstoff in der trigonalen Raumgruppe R3.
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Das Verfahren zur Herstellung des Leuchtstoffs ist im Vergleich zu vielen anderen Herstellungsverfahren für Leuchtstoffe beispielweise gegenüber dem Herstellungsverfahren von gelben Granatleuchtstoffen sehr einfach durchzuführen. Insbesondere erfolgt die Synthese bei moderaten Temperaturen und ist daher sehr energieeffizient. Die Edukte sind kostengünstig kommerziell erhältlich und nicht toxisch.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Konversions-LED. Insbesondere weist die Konversions-LED den Leuchtstoff auf. Dabei gelten alle Ausführungen und Definitionen des Leuchtstoffs auch für die Konversions-LED und umgekehrt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Konversions-LED eine Halbleiterschichtenfolge auf. Die Halbleiterschichtenfolge ist zur Emission von elektromagnetischer Primärstrahlung eingerichtet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Halbleiterschichtenfolge zumindest ein III-V-Verbindungshalbleitermaterial auf. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, wie AlnIn1-n-mGamN, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 ist. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile der Halbleiterschichtenfolge, also Al, Ga, In und N, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können. Insbesondere ist die Halbleiterschichtenfolge aus InGaN geformt.
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Die Halbleiterschichtenfolge beinhaltet eine aktive Schicht mit mindestens einem pn-Übergang und/oder mit einer oder mit mehreren Quantentopfstrukturen. Im Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung wird in der aktiven Schicht eine elektromagnetische Strahlung erzeugt. Eine Wellenlänge oder das Emissionsmaximum der Strahlung liegt bevorzugt im ultravioletten und/oder sichtbaren Bereich, insbesondere bei Wellenlängen zwischen einschließlich 300 nm und einschließlich 470 nm.
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Die Konversions-LED ist bevorzugt dazu eingerichtet, weißes oder farbiges Licht zu emittieren.
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In Kombination mit dem in der Konversions-LED vorhandenen Leuchtstoff ist die Konversions-LED bevorzugt dazu eingerichtet, in Vollkonversion gelbes Licht oder in Teil- oder Vollkonversion weißes Licht zu emittieren.
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Die Konversions-LED weist ein Konversionselement auf. Insbesondere umfasst das Konversionselement den Leuchtstoff oder besteht aus dem Leuchtstoff. Der Leuchtstoff konvertiert zumindest teilweise oder vollständig die elektromagnetische Primärstrahlung in elektromagnetische Sekundärstrahlung. Die Peakwellenlänge der Sekundärstrahlung liegt insbesondere zwischen einschließlich 540 nm und einschließlich 580 nm, bevorzugt im gelben Bereich des elektromagnetischen Spektrums.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Konversionselement bzw. die Konversions-LED neben dem Leuchtstoff keinen weiteren Leuchtstoff auf. Das Konversionselement kann auch aus dem Leuchtstoff bestehen. Der Leuchtstoff kann dazu eingerichtet sein die Primärstrahlung vollständig zu konvertieren. Die Gesamtstrahlung der Konversions-LED liegt gemäß dieser Ausführungsform im gelben Bereich des elektromagnetischen Spektrums.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Gesamtstrahlung der Konversions-LED eine weiße Mischstrahlung. Die, eine weiße Mischstrahlung emittierende, Konversions-LED kann bevorzugt neben dem Leuchtstoff keinen weiteren Leuchtstoff enthalten. Der Leuchtstoff ist dazu eingerichtet die Primärstrahlung teilweise zu konvertieren. Hierzu liegt die Peakwellenlänge der Primärstrahlung bevorzugt im sichtbaren blauen Spektralbereich, beispielsweise zwischen 400 nm und 470 nm. Eine Überlagerung der blauen Primärstrahlung und der gelben Sekundärstrahlung ergibt eine weiße Gesamtstrahlung der Konversions-LED. Solche Konversions-LEDs können insbesondere in der Allgemeinbeleuchtung Anwendung finden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Konversionselement neben dem Leuchtstoff einen zweiten und/oder dritten Leuchtstoff auf. Das Konversionselement kann neben dem Leuchtstoff, dem zweiten und dritten Leuchtstoff weitere Leuchtstoffe umfassen. Beispielsweise sind die Leuchtstoffe in einem Matrixmaterial eingebettet. Alternativ können die Leuchtstoffe auch in einer Konverterkeramik vorliegen.
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Die Konversions-LED kann einen zweiten Leuchtstoff zur Emission von Strahlung aus dem grünen Spektralbereich aufweisen.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Konversions-LED einen dritten Leuchtstoff aufweisen. Der dritte Leuchtstoff kann zur Emission von Strahlung aus dem roten Spektralbereich eingerichtet sein. Mit anderen Worten kann die Konversions-LED dann zumindest drei Leuchtstoffe, den gelb emittierenden Leuchtstoff, einen rot emittierenden Leuchtstoff und einen grün emittierenden Leuchtstoff, aufweisen. Die Konversions-LED ist zur Vollkonversion oder Teilkonversion eingerichtet, wobei die Primärstrahlung bei Vollkonversion vorzugsweise aus dem UV bis blauen Spektralbereich und bei Teilkonversion aus dem blauen Bereich ausgewählt ist. Die resultierende Gesamtstrahlung der Konversions-LED ist dann insbesondere eine weiße Mischstrahlung.
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Rote und grüne Leuchtstoffe sind dem Fachmann bekannt und werden hier nicht separat aufgeführt.
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Ein zusätzlich zu dem Leuchtstoff vorhandener zweiter und oder dritter Leuchtstoff kann insbesondere den Farbwiedergabeindex (CRI, „color rendering index“) steigern. Weitere Leuchtstoffe neben dem zweiten und dem dritten Leuchtstoff sind dabei insbesondere nicht ausgeschlossen. Je höher der Farbwiedergabeindex desto echter oder naturgetreuer ist der wahrgenommene Farbeindruck.
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Ausführungsbeispiel
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Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel Sr2Li14Si5N4O13: Eu2+ wurde wie folgt hergestellt: SrO, Li3N, Al2O3, SiO2 und Eu2O3 wurden gemischt und die Mischung in einem offenen Nickeltiegel auf eine Temperatur von etwa 775°C unter N2 mit bis zu 7,5 % H2 erhitzt und für 36h auf dieser Temperatur gehalten und abschließend abgekühlt.
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Die Einwaage der Edukte findet sich in nachfolgender Tabelle 1. Tabelle 1:
| Edukt | Stoffmenge / mmol | Masse / g |
| SrO | 100.2 | 10.382 |
| SiO2 | 100.6 | 6.044 |
| Li3N | 100.6 | 3.504 |
| Eu2O3 | 0.2017 | 0.071 |
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Die Edukte des Leuchtstoffs sind kommerziell erhältlich, stabil, einfach handhabbar und zudem sehr preisgünstig. Die einfache und energieeffiziente Synthese bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen macht den Leuchtstoff sehr preisgünstig in seiner Herstellung.
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Insbesondere ist der Leuchtstoff kostengünstiger herzustellen als (Y, Gd, Tb, Lu)3Al5O12:Ce, da die Verwendung hochpreisiger Seltenerdenelemente (Y, Gd, Tb, Lu und Ce bei (Y, Gd, Tb, Lu)3Al5O12:Ce) auf Eu reduziert werden kann. Auch werden die Granatleuchtstoffe üblicherweise bei Temperaturen zwischen 1400 °C und 1600 °C synthetisiert. Die Synthese des neuen Leuchtstoffs ist daher vergleichsweise energiesparend und die Produktionskosten halten sich in Grenzen.
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Nachfolgende Tabelle 2 zeigt kristallographische Daten von Sr
2Li
14Si
5N
4O
13:Eu
2+. Der Leuchtstoff kristallisiert im trigonalen Kristallsystem in der Raumgruppe R
3. Tabelle 2:
| | |
| Strukturtyp | Sr2Li14Si5N4O13 |
| Berechnete Zusammensetzung | Sr2Li14Si5N4O13: Eu |
| Kristallsystem | trigonal |
| Raumgruppe | R3 |
| Gitterparameter | |
| a /Å | 5.9659(2) |
| c /Å | 36.9238(13) |
| α/° | 90 |
| β/° | 90 |
| γ/° | 120 |
| Volumen /Å3 | 1138.12(9) |
| Dichte ρ /g cm-3 | 2.673 |
| T /K | 296 (2) |
| Reflexe gesamt | 4301 |
| Unabhängige Reflexe | 441 |
| Anzahl verfeinerter Parameter | 56 |
| Gemessener Reziproker Raum | -6 ≤ h ≤ 7 |
| -5 ≤ k ≤ 6 |
| -43 ≤ 1 ≤ 43 |
| R 1, wR 2 | 5.25%, 12,15% |
| GooF | 1.071 |
| Δρmin, Δρmax /eÅ-3 (Restelektronendichte) | -0.78 / + 0.93 |
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Nachfolgende Tabelle 3 zeigt Atomlagen für Sr
2Li
14Si
5N
4O
13: Eu
2+. Tabelle 3:
| Atome | Wyckoff-Position | x | y | z |
| Sr01 | 6c | 0 | 0 | 0.42844 (3) |
| Si02 | 6c | 1/3 | 2/3 | 0.45027 (8) |
| Si03 | 18f | 0.4975(9) | 0.5036(9) | 0.38716 (9) |
| Li03 | 18f | 0.4975(9) | 0.5036(9) | 0.38716 (9) |
| O004 | 3b | 0 | 0 | 1/2 |
| O005 | 6c | 1/3 | 2/3 | 0.4956 (2) |
| O006 | 6c | 1/3 | 2/3 | 0.3653 (3) |
| O007 | 18f | 0.8264(16) | 0.6549(16) | 0.37130(17) |
| N007 | 18f | 0.8264(16) | 0.6549(16) | 0.37130(17) |
| O008 | 18f | 0.482 (3) | 0.511(3) | 0.4374 (2) |
| N008 | 18f | 0.482 (3) | 0.511(3) | 0.4374 (2) |
| Li09 | 3a | 2/3 | 1/3 | 1/3 |
| Li10 | 6c | 2/3 | 1/3 | 0.4512 (6) |
| Li11 | 6c | 0 | 0 | 0.3510(4) |
| Li12 | 18f | 0.665(6) | 0.985 (5) | 0.5054 (7) |
| Li13 | 9e | 1/6 | 1/3 | 1/3 |
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Nachfolgende Tabelle 4 zeigt Besetzungen und isotrope Auslenkungsparameter für Sr
2Li
14Si
5N
4O
13: Eu
2+. Tabelle 4:
| Atome | Wyckoff-Position | Besetzung | U iso |
| Sr01 | 6c | 1 | 0.0299(5) |
| Si02 | 6c | 1 | 0.0154 (8) |
| Si03 | 18f | 1/2 | 0.0201(8) |
| Li03 | 18f | 1/2 | 0.0201(8) |
| O004 | 3b | 1 | 0.025 (3) |
| O005 | 6c | 1 | 0.029(2) |
| O006 | 6c | 1 | 0.039 (3) |
| O007 | 18f | 2/3 | 0.0378(16) |
| N007 | 18f | 1/3 | 0.0378(16) |
| O008 | 18f | 2/3 | 0.073 (3) |
| N008 | 18f | 1/3 | 0.073 (3) |
| Li09 | 3a | 1 | 0.033 (8) |
| Li10 | 6c | 1 | 0.026(5) |
| Li11 | 6c | 1 | 0.006 (3) |
| Li12 | 18f | 1/2 | 0.024(6) |
| Li13 | 9e | 1 | 0.128(18) |
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Die Kristallstruktur und die in den Tabellen 2, 3 und 4 gezeigten kristallographischen Daten wurden durch Röntgenbeugungsexperimente bestimmt.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
- 1, 2A, 2B, 3A, 3B, 4A und 4B zeigen Ausschnitte der Kristallstruktur eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs.
- 5 zeigt ein Emissionsspektrum eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs.
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1 zeigt die Elementarzelle innerhalb der Kristallstruktur von Sr2Li14S15N4O13: Eu2+ in Blickrichtung der kristallographischen b-Achse. Linear schraffierte Kreise repräsentieren Sr-Atome, unausgefüllte Kreise repräsentieren Sauerstoff-Atome und gekreuzt schraffierte Kreise repräsentieren Sauerstoff- oder Stickstoff-Atome. Li(N, O)6-Oktaeder sind unausgefüllt dargestellt, Li(N,O)4-Tetraeder gekreuzt schraffiert und Si(N,O)4 -Tetraeder linear schraffiert. Ausgefüllte Tetraeder sind Li(N,O)4- oder Si(N,O)4 -Tetraeder. Eine Art, die Kristallstruktur zu beschreiben, ist deren Zerlegung in einzelne Schichten, die in 1 mit A), B) und C) gekennzeichnet sind. Die drei Schichten A), B) und C) sind in der Elementarzelle entlang der kristallographischen c-Achse gestapelt und in den 2A, 2B, 3A, 3B, 4A und 4B separat dargestellt und beschrieben. Die Schichtenfolge innerhalb der Elementarzelle kann folgendermaßen abgekürzt werden: ABCBABCBABCB.
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2A und 2B zeigen Schicht A) der Elementarzelle innerhalb der Kristallstruktur von Sr2Li14S15N4O13: Eu2+ (AB) in unterschiedlichen Blickrichtungen. Innerhalb der Schicht A) sind Li (N,O)6-Oktaeder kantenverknüpft. Durch die Kantenverknüpfung der Li (N,O)6-Oktaeder entstehenden Lücken zwischen den Li (N, O)6-Oktaedern, in denen teilweise Li(N, O)4-Tetraeder angeordnet sind. Die Li (N,O)6-Oktaeder sind unausgefüllt dargestellt und die Li (N,O)4-Tetraeder gekreuzt schraffiert. Bei den Li (N,O)6-Oktaedern sind jeweils ein Li-Atom im Zentrum des Oktaeders und Sauerstoff- und Stickstoff-Atome an den Ecken des Oktaeders angeordnet. Bei den Li(N,O)4-Tetraedern sind jeweils ein Li-Atom im Zentrum des Tetraeders und Sauerstoff- und Stickstoff-Atome an den Ecken des Tetraeders angeordnet.
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3A und 3B zeigen Schicht B) der Elementarzelle innerhalb der Kristallstruktur von Sr2Li14S15N4O13: Eu2+ in unterschiedlichen Blickrichtungen. Innerhalb der Schicht B) sind jeweils drei Li(N,O)4- und/oder Si(N,O)4-Tetraeder zu einem dreigliedrigen Ring eckenverknüpft. Die Tetraederspitzen der Li(N,O)4- und Si(N,O)4-Tetraeder zeigen alle in dieselbe Richtung. Das Verhältnis von Li(N,O)4- zu Si(N,O)4 -Tetraedern entspricht 1:1. Jeder Tetraeder eines dreigliedrigen Rings ist dabei über eine Ecke mit zwei weiteren dreigliedrigen Ringen verknüpft. In den Kanälen, die jeweils von drei dreigliedrigen Ringen gebildet werden, sind Strontium-Atome (linear schraffierte Kreise) angeordnet. Die Li(N,O)4- und Si(N,O)4 -Tetraeder sind ausgefüllt dargestellt. Bei den Li(N,O)4-Tetraedern sind jeweils ein Li-Atom im Zentrum des Tetraeders und Sauerstoff- oder Stickstoff-Atome an den Ecken des Tetraeders angeordnet. Bei den Si(N,O)4-Tetraedern sind jeweils ein Si-Atom im Zentrum des Tetraeders und Sauerstoff- oder Stickstoff-Atome an den Ecken des Tetraeders angeordnet.
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4A und 4B zeigen Schicht C) der Elementarzelle innerhalb der Kristallstruktur von Sr2Li14S15N4O13: Eu2+ in unterschiedlichen Blickrichtungen. Schicht C) kann als Doppelschicht beschrieben werden. Sie besteht aus sechsgliedrigen Ringen von alternierend angeordneten, eckenverknüpften Li(N,O)4- und Si(N,O)4- Tetraedern, deren Tetraederspitzen (= Sauerstoffatome) alle in dieselbe Richtung zeigen. Jeder Li(N,O)4- und Si(N,O)4- Tetraeder dieser sechsgliedrigen Ringe ist Teil von drei sechsgliedrigen Ringen. Die Doppelschicht ergibt sich dadurch, dass die Spitzen der Li(N,O)4- und Si(N,O)4-Tetraeder jedes sechsgliedrigen Rings gleichzeitig die Spitzen weiterer - in 4A darunter liegenden - Tetraeder eines anderen sechsgliedrigen Rings sind. Aus 4B ist ersichtlich, dass die Spitze eines Li(N,O)4-Tetraeders gleichzeitig die Spitze eines Si(N,O)4-Tetraeders ist und anders herum. Die beiden übereinanderliegenden sechsgliedrigen Ringe sind somit formal um eine Tetraedereinheit zueinander verdreht. Zusätzlich sind die beschriebenen Tetraeder innerhalb eines sechsgliedrigen Rings teilweise über gemeinsame Kanten durch Li(O,N)4- Tetraeder miteinander verknüpft. Eine freie Verfeinerung der Besetzung der Li-Position (Li12 in den Tabellen 3 und 4) dieser verknüpfenden Tetraeder lieferte einen Wert von ca. 50%, wodurch dieser Parameter in der weiteren Verfeinerung auf ½ festgehalten wurde. In den Kanälen der sechsgliedrigen Ringe sind Strontium-Atome (linear schraffierte Kreise) angeordnet. Zwei der fünf Anionen-Lagen zeigten - bei Verfeinerung als Sauerstoff-Atome - eine Unterbesetzung der jeweiligen Lage. Um Ladungsneutralität zu gewährleisten, wurden diese beiden Lagen jeweils mit 2/3 Sauerstoff und 1/3 Stickstoff besetzt (O007/N007 und O008/N008 in den Tabellen 3 und 4). Bei den Li(N,O)4-Tetraedern sind jeweils ein Li-Atom im Zentrum des Tetraeders und Sauerstoff- oder Stickstoff-Atome an den Ecken des Tetraeders angeordnet. Bei den Si(N,O)4-Tetraedern sind jeweils ein Si-Atom im Zentrum des Tetraeders und Sauerstoff- oder Stickstoff-Atome an den Ecken des Tetraeders angeordnet. Gekreuzt schraffierte Tetraeder sind Li(N,O)4-Tetraeder und linear schraffierte Tetraeder Si(N,O)4-Tetraeder.
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5 zeigt ein Emissionsspektrum eines Einkristalls von Sr2Li14Si5N4O13:Eu2+ (AB) gemessen an einen nicht kalibrierten Gerät. Auf der x-Achse ist die Wellenlänge in Nanometern aufgetragen und auf der y-Achse die Intensität in Prozent. Der Leuchtstoff wurde zur Messung des Emissionsspektrums mit einer Primärstrahlung mit Peakwellenlängen von 405 nm und 440 nm gleichzeitig angeregt. Der Leuchtstoff weist eine Peakwellenlänge im gelben Bereich des elektromagnetischen Spektrums auf. Die Peakwellenlänge liegt bei etwa 560 nm und die Halbwertsbreite bei etwa 130 nm.
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Der erfindungsgemäße Leuchtstoff kann als einziger Leuchtstoff in einer Konversions-LED vorhanden sein. Hierzu liegt die Primärstrahlung vorzugsweise im sichtbaren, blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums, bevorzugt zwischen 400 und 470 nm. Eine Überlagerung der Primär- und der Sekundärstrahlung ergibt eine weiße Gesamtstrahlung oder Mischstrahlung.
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Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele und deren Merkmale können gemäß weiterer Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden, auch wenn solche Kombinationen nicht explizit in den Figuren gezeigt sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele zusätzliche oder alternative Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- LED
- lichtemittierende Diode
- FWHM
- Halbwertsbreite
- ppm
- Parts per Million
- g
- Gramm
- I
- Intensität
- Mol%
- Molprozent
- mmol
- Millimol
- nm
- Nanometer
- °C
- Grad Celsius
