DE102019208285A1

DE102019208285A1 - Gelber leuchtstoff und lichtquelle

Info

Publication number: DE102019208285A1
Application number: DE102019208285.8A
Authority: DE
Inventors: Daniel Bichler; Simon Dallmeir; Gudrun Plundrich; Mark Vorsthove; Simon Peschke; Johanna Strube-Knyrim; Jutta Thoma; Christian Koch
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2019-06-06
Filing date: 2019-06-06
Publication date: 2020-12-10
Also published as: US11920071B2; WO2020245282A1; US20220325175A1; DE112020002698B4; DE112020002698A5

Abstract

Es wird ein Leuchtstoff angegeben. Der Leuchtstoff kristallisiert in einem triklinen Kristallsystem und weist die allgemeinen Summenformel XA3AlO4:E, wobei- X = Mg, Ca, Sr und/oder Ba;- A = Li, Na, K, Rb und/oder Cs und- E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn.

Description

Die Erfindung betrifft einen Leuchtstoff und eine Lichtquelle, die insbesondere den Leuchtstoff umfasst.
In konversionsbasierten Lichtquellen kommt derzeit für die Konversion blauer Primärstrahlung einer lichtemittierenden Diode (LED) oder Laserdiode in Sekundärstrahlung im gelben Spektralbereich fast ausschließlich der gelbe Leuchtstoff Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺ (YAG) zur Anwendung. YAG kristallisiert in der Granatstruktur in der kubischen Raumgruppe la3d. YAG absorbiert effizient Strahlung im blauen Spektralbereich und emittiert im gelben Spektralbereich. Dabei ist YAG zwar sehr effizient in der Konversion der Strahlung, jedoch weist die gelbe Sekundärstrahlung eine sehr hohe spektrale Halbwertsbreite („full width at half maximum“ - FWHM) von über 100 nm auf.
Es besteht Bedarf an Leuchtstoffen, die eine Emission im gelben Spektralbereich und eine schmale spektrale Halbwertsbreite aufweisen.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Leuchtstoff anzugeben, der im gelbgrünen bis gelben Spektralbereich Strahlung emittiert und eine schmale spektrale Halbwertsbreite aufweist. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung eine Lichtquelle mit dem hier beschriebenen Leuchtstoff und eine Verwendung der Lichtquelle anzugeben.
Diese Aufgabe wird beziehungsweise diese Aufgaben werden durch einen Leuchtstoff, eine Lichtquelle und eine Verwendung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
Es wird ein Leuchtstoff angegeben. Der Leuchtstoff weist die allgemeine Summenformel XA₃AlO₄:E auf, wobei

- X = Mg, Ca, Sr und/oder Ba;
- A = Li, Na, K, Rb und/oder Cs und
- E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn. E kann als Aktivator bezeichnet werden und ist insbesondere für die Emission von Strahlung des Leuchtstoffs verantwortlich.

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.
Überraschenderweise weisen die Leuchtstoffe bei einer Anregung mit einer Primärstrahlung eine Emission bzw. Sekundärstrahlung mit einer Peak- oder Dominanzwellenlänge im gelbgrünen bis gelben Spektralbereich auf und zeigen zudem eine schmale spektrale Halbwertsbreite (FWHM, full width at half maximum). Die Peakwellenlänge liegt bevorzugt zwischen einschließlich 510 nm und 580 nm, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 510 nm und einschließlich 530 nm oder zwischen einschließlich 560 nm und einschließlich 580 nm. Unter der spektralen Halbwertsbreite wird hier und im Folgenden die spektrale Breite auf halber Höhe des Maximums eines Emissionspeaks bzw. einer Emissionsbande verstanden.
Als „Peakwellenlänge“ wird vorliegend die Wellenlänge im Emissionsspektrum eines Leuchtstoffs bezeichnet, bei der die maximale Intensität im Emissionsspektrum bzw. einer Emissionsbande liegt.
Eine Emissionsbande oder das Emissionsspektrum des Leuchtstoffs kann hier und im Folgenden einen oder zwei Emissionspeaks aufweisen. Weist eine Emissionsbande oder das Emissionsspektrum zwei Emissionspeaks auf, zeigt die Emissionsbande insbesondere zwei Emissionsmaxima, wobei das Emissionsmaximum mit der größeren Intensität der Peakwellenlänge oder ungefähr der Peakwellenlänge entspricht. Wenn die beiden Emissionsmaxima nahe beisammen liegen, kann es durch Überlagerung zu einem leichten Shift im Maximum der Gesamtbande gegenüber des Emissionsmaximums des Emissionspeaks mit der größeren Intensität kommen.
Die Dominanzwellenlänge ist eine Möglichkeit, nichtspektrale (polychromatische) Lichtmischungen durch spektrales (monochromatisches) Licht, welches eine ähnliche Farbtonwahrnehmung erzeugt, zu beschreiben. Im CIE-Farbraum kann die Linie, die einen Punkt für eine bestimmte Farbe und den Punkt CIE-x = 0.333, CIE-y = 0.333 verbindet, so extrapoliert werden, dass sie den Umriss des Raums in zwei Punkten trifft. Der Schnittpunkt, der näher an der besagten Farbe liegt, repräsentiert die Dominanzwellenlänge der Farbe als Wellenlänge der reinen spektralen Farbe an diesem Schnittpunkt. Die Dominanzwellenlänge ist also die Wellenlänge, die von dem menschlichen Auge wahrgenommen wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Emission bzw. das Emissionsspektrum einen oder zwei Emissionspeaks auf. Die Emissionspeaks weisen insbesondere jeweils ein Emissionsmaximum auf. Dabei ist es insbesondere möglich, dass sich die Emissionspeaks zumindest teilweise überlagern, so dass eine Emissionsbande resultiert, die je nach Intensität der einzelnen zwei Emissionspeaks ein Emissionsmaximum oder zwei Emissionsmaxima aufweist. Dabei kann es sein, dass die Emissionsmaxima der Emissionsbande gegenüber den Emissionsmaxima der einzelnen Emissionspeaks verschoben, also bei kürzeren oder längeren Wellenlängen liegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Emission bzw. das Emissionsspektrum zwei Emissionspeaks auf. Insbesondere sind die Emissionspeaks zumindest teilweise überlagert, so dass eine Emissionsbande mit einem Emissionsmaximum, die der Peakwellenlänge entspricht oder zwei Emissionsmaxima, die einem Emissionsmaximum und einem zweiten Emissionsmaximum bei ungefähr der Peakwellenlänge entsprechen, resultiert. Insbesondere liegt ein Emissionsmaximum der Emissionsbande zwischen einschließlich 510 nm und einschließlich 530 nm und die Peakwellenlänge der Emissionsbande zwischen einschließlich 560 nm und einschließlich 580 nm oder ein Emissionsmaximum der Emissionsbande liegt zwischen einschließlich 560 nm und einschließlich 580 nm und die Peakwellenlänge der Emissionsbande zwischen einschließlich 510 nm und einschließlich 530 nm. Bevorzugt liegt ein Emissionsmaximum der Emissionsbande zwischen einschließlich 515 nm und einschließlich 525 nm und die Peakwellenlänge der Emissionsbande zwischen einschließlich 565 nm und einschließlich 575 nm oder ein Emissionsmaximum der Emissionsbande liegt zwischen einschließlich 565 nm und einschließlich 575 nm und die Peakwellenlänge der Emissionsbande zwischen einschließlich 515 nm und einschließlich 525 nm. Weist die Emissionsbande nur ein Emissionsmaximum auf liegt dieses und damit die Peakwellenlänge bevorzugt zwischen einschließlich 560 nm und einschließlich 580 nm oder zwischen einschließlich 510 nm und einschließlich 530 nm, bevorzugt zwischen einschließlich 565 nm und einschließlich 575 nm oder zwischen einschließlich 515 nm und einschließlich 525 nm. Vorteilhafterweise kann die relative Intensität der zwei Emissionspeaks über die Synthesebedingungen eingestellt werden, so dass darüber der Farbort der Sekundärstrahlung variiert werden kann. So ist es insbesondere auch möglich, dass ein Emissionspeak vollständig unterdrückt oder nahezu vollständig unterdrückt wird und somit das Emissionsspektrum nur einen Emissionspeak aufweist und somit die Emissionsbande dem Emissionspeak entspricht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Emission bzw. das Emissionsspektrum einen Emissionspeak auf bzw. besteht aus einem Emissionspeak. Die Peakwellenlänge liegt bevorzugt zwischen einschließlich 560 nm und einschließlich 580 nm, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 565 nm und einschließlich 575 nm und somit im gelben Bereich des elektromagnetischen Spektrums.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Emissionsbande eine spektrale Halbwertsbreite unter 90 nm auf, bevorzugt zwischen einschließlich 40 nm und einschließlich 90 nm. Setzt sich die Emissionsbande aus zwei Emissionspeaks zusammen können die Emissionspeaks jeweils eine spektrale Halbwertsbreite unter 50 nm, bevorzugt zwischen einschließlich 40 nm und einschließlich 50 nm aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Emission bzw. das Emissionsspektrum nur einen Emissionspeak auf bzw. besteht aus einem Emissionspeak. Die spektrale Halbwertsbreite liegt zwischen 40 nm und 50 nm, beispielsweise bei 46 nm. Insbesondere liegt die Peakwellenlänge dieser Ausführungsform zwischen einschließlich 560 nm und einschließlich 580 nm, bevorzugt zwischen einschließlich 565 nm und einschließlich 575 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kristallisiert der Leuchtstoff mit der Summenformel XA₃AlO₄:E in einer triklinen Kristallstruktur. Bevorzugt kristallisiert der Leuchtstoff in der triklinen Raumgruppe P1.
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⁺.
Durch Verwendung der Aktivatoren Eu, Ce, Yb und/oder Mn, insbesondere Eu oder Eu in Kombination mit Ce, Yb und/oder Mn, kann besonders gut der Farbort des Leuchtstoffs im CIE-Farbraum (1931), dessen Peakwellenlänge (λ_peak ) beziehungsweise Dominanzwellenlänge (λ_dom ), und die spektrale Halbwertsbreite eingestellt werden.
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 X im jeweiligen Leuchtstoff verstanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel (Sr_1-xX*_x)A₃AlO₄:E auf, wobei

- X* = Mg, Ba und/oder Ca,
- A = Li, Na, K, Rb und/oder Cs,
- E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn, und
- 0 ≤ x ≤ 1, bevorzugt 0 ≤ x < 1, besonders bevorzugt 0 ≤ x ≤ 0,5, ganz besonders bevorzugt 0 ≤ x ≤ 0,3. Durch die Variation des Anteils an Sr in dem Leuchtstoff kann mit Vorteil die Lage der Peakwellenlänge beeinflusst werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel SrA₃AlO₄:E auf, wobei

- A = Li, Na, K, Rb und/oder Cs und
- E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel (Sr_1-xX*_x) Li₃AlO₄: E auf, wobei

- X* = Mg, Ba und/oder Ca,
- E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn, und
- 0 ≤ x ≤ 1, bevorzugt 0 ≤ x < 1, besonders bevorzugt 0 ≤ x ≤ 0,5, ganz besonders bevorzugt 0 ≤ x ≤ 0,3.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel SrLi₃AlO₄:E auf, wobei

- E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn, bevorzugt E = Eu.

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 510 nm und 580 nm, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 510 nm und einschließlich 530 nm oder zwischen einschließlich 560 nm und einschließlich 580 nm aufweist. Die Dominanzwellenlänge kann bei einer Anregung mit einer Primärstrahlung aus dem UV bis blauen Spektralbereich im Bereich zwischen einschließlich 550 nm und 580 nm liegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel SrLi₃AlO₄:Eu auf. Eu ist insbesondere Eu²⁺.
Der Leuchtstoff SrLi₃AlO₄:Eu emittiert bei Anregung mit einer Primärstrahlung aus dem UV- bis blauen Spektralbereich eine Sekundärstrahlung mit einer Peakwellenlänge im gelbgrünen Spektralbereich, insbesondere zwischen einschließlich 535 nm und einschließlich 545 nm oder im gelben Spektralbereich, insbesondere zwischen einschließlich 565 nm und einschließlich 575 nm. Mit Vorteil kann durch die Synthesebedingungen das Emissionsspektrum beeinflusst werden. So kann die Emission bzw. das Emissionsspektrum eine oder zwei Emissionspeaks aufweisen, was eine Einstellung des Farborts ermöglicht. Im Falle von zwei Emissionspeaks kann deren Intensität variiert werden. Überraschenderweise weist die Emissionsbande, bestehend aus einem oder zwei Emissionspeaks des Leuchtstoffs, eine sehr schmale spektrale Halbwertsbreite unter 90 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 Lichtquellen bereitgestellt werden. Die Emissionspeaks können dabei jeweils eine spektrale Halbwertsbreite unter 50 nm aufweisen.
Die Erfinder haben somit erkannt, dass ein neuartiger schmalbandiger Leuchtstoff mit einer Peakwellenlänge im gelbgrünen bis gelben Bereich mit vorteilhaften Eigenschaften bereitgestellt werden kann, der bisher nicht bereitgestellt werden konnte.
Die Erfindung betrifft ferner eine Lichtquelle. Insbesondere weist die Lichtquelle den Leuchtstoff auf. Dabei gelten alle Ausführungen und Definitionen des Leuchtstoffs auch für die Lichtquelle und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Lichtquelle eine Primärstrahlungsquelle auf. Bevorzugt ist die Primärstrahlungsquelle eine Halbleiterlichtquelle, besonders bevorzugt eine lichtemittierende Diode (LED) oder eine Laserdiode. Die Primärstrahlungsquelle ist zur Emission von elektromagnetischer Primärstrahlung eingerichtet.
In Kombination mit dem in der Lichtquelle vorhandenen Leuchtstoff ist die Lichtquelle bevorzugt dazu eingerichtet, in Vollkonversion gelbes oder gelbgrünes Licht oder in Teil- oder Vollkonversion weißes Licht zu emittieren. Durch den hohen Überlapp der Sekundärstrahlung des Leuchtstoffs mit der Augenempfindlichkeitskurve weist die Lichtquelle eine hohe Lichtausbeute der Gesamtstrahlung auf.
Die Lichtquelle weist gemäß zumindest einer Ausführungsform 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 510 nm und einschließlich 580 nm und somit im gelbgrünen bis gelben Bereich des elektromagnetischen Spektrums.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Konversionselement ein drehbares Leuchtstoffrad. Das Leuchtstoffrad ist insbesondere um eine Drehachse drehbar und kann beispielweise kreisförmig oder ringförmig geformt sein. Eine Rotationsfrequenz oder Drehzahl kann beispielsweise zwischen 1 Hz und 200 Hz liegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Konversionselement, insbesondere das drehbare Leuchtstoffrad beabstandet von der Primärstrahlungsquelle angeordnet. Mit anderen Worten steht das Konversionselement nicht in direktem mechanischen Kontakt mit der Primärstrahlungsquelle.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Konversionselement, insbesondere das drehbare Leuchtstoffrad beabstandet von einer Laserdiode angeordnet. Mit anderen Worten steht das Konversionselement nicht in direktem mechanischen Kontakt mit der Laserdiode. Bei der Lichtquelle gemäß dieser Ausführungsform handelt es sich insbesondere um ein Laser Activated Remote Phosphor (LARP) System. Solche Systeme eignen sich insbesondere für Projektoren und Displays.
Es wird eine Verwendung der Lichtquelle in einem Projektor oder einem Display angegeben. Insbesondere ist das Konversionselement als drehbares Leuchtstoffrad ausgebildet und bei der Lichtquelle handelt es sich um ein LARP System.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Konversionselement bzw. die Lichtquelle 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 Lichtquelle liegt gemäß dieser Ausführungsform im gelbgrünen bis gelben Bereich des elektromagnetischen Spektrums.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Gesamtstrahlung der Lichtquelle eine weiße Mischstrahlung. Die, eine weiße Mischstrahlung emittierende, Lichtquelle 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 460 nm. Eine Überlagerung der blauen Primärstrahlung und der gelbgrünen bis gelben Sekundärstrahlung ergibt eine weiße Gesamtstrahlung der Lichtquelle. Es handelt sich um eine sogenannte Ein-Leuchtstoff-Lösung. Solche Lichtquellen können insbesondere in der Allgemeinbeleuchtung und im Automotive Bereich, insbesondere in Fahrzeugscheinwerfern, Anwendung finden.
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.
Die Lichtquelle kann einen zweiten Leuchtstoff zur Emission von Strahlung aus dem grünen Spektralbereich aufweisen.
Zusätzlich oder alternativ kann die Lichtquelle einen dritten Leuchtstoff aufweisen. Der dritte Leuchtstoff kann zur Emission von Strahlung aus dem roten Spektralbereich eingerichtet sein. Mit anderen Worten kann die Lichtquelle dann zumindest drei Leuchtstoffe, den grüngelb bis gelb emittierenden Leuchtstoff, einen rot emittierenden Leuchtstoff und einen grün emittierenden Leuchtstoff, aufweisen. Die Lichtquelle 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 Lichtquelle ist dann insbesondere eine weiße Mischstrahlung.
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.
Die Erfindung betrifft ferner einen Scheinwerfer. Insbesondere weist der Scheinwerfer die Lichtquelle auf. Dabei gelten alle Ausführungen und Definitionen der Lichtquelle für den Scheinwerfer und umgekehrt.
Es wird ein Scheinwerfer angegeben. Der Scheinwerfer umfasst eine Lichtquelle. Die Lichtquelle weist zumindest eine Primärstrahlungsquelle und ein Konversionselement umfassend den Leuchtstoff auf. Bevorzugt ist die Primärstrahlungsquelle eine Laserdiode.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Scheinwerfer ein Fahrzeugscheinwerfer.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Scheinwerfer zur Allgemeinbeleuchtung, Außenbeleuchtung, Sicherheitsbeleuchtung, Spezialbeleuchtung oder Bühnenbeleuchtung verwendet.
Ausführungsbeispiele
Ein Ausführungsbeispiel AB1 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel SrLi₃AlO₄: Eu²⁺ wurde wie folgt hergestellt: SrO, Li₂CO₃, Al₂O₃ und EU₂O₃ wurden gemischt und die Mischung in einem Nickeltiegel bei 800 °C in einem Gasdrucksinterofen unter 10 bar Stickstoffatmosphäre für 20 h geglüht. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur wurde ein Einkristall des Leuchtstoffs isoliert und charakterisiert. AB1 emittiert bei Anregung mit blauer Primärstrahlung gelbes Licht mit einer Dominanzwellenlänge λ_dom = 568 nm. Die Peakwellenlänge λ_peak liegt bei 566 nm. Die spektrale Halbwertsbreite der Emissionsbande liegt bei 46 nm.
Die Einwaagen der Edukte für AB1 finden sich in nachfolgender Tabelle 1. Tabelle 1:

Edukt Masse / g

SrO 14,47g

Li₂CO₃ 17,20g

Al₂O₃ 7, 91g

Eu₂O₃ 0,41g
Ein Ausführungsbeispiel AB2 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel SrLi₃AlO₄: Eu²⁺ wurde wie folgt hergestellt: SrO, Li₂O, Al₂O₃ und EuN wurden gemischt und die Mischung bei 800 °C in einem Strömungsofen unter 10% Wasserstoff enthaltender Formiergasatmosphäre für 20 h geglüht. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur wurde ein Einkristall des Leuchtstoffs isoliert und charakterisiert. AB2 emittiert bei Anregung mit blauer Primärstrahlung gelbgrünes Licht mit einer Dominanzwellenlänge λ_dom = 555 nm. Die Peakwellenlänge liegt bei 521 nm. Die spektrale Halbwertsbreite der Emissionsbande liegt bei 85 nm.
Die Einwaagen der Edukte für AB2 finden sich in nachfolgender Tabelle 2. Tabelle 2:

Edukt Masse / g

SrO 5,132g

Li₂O 2,220g

Al₂O₃ 2,525g

EuN 0,123g
Die Edukte des Leuchtstoffs sind kommerziell erhältlich, weitestgehend stabil, einfach handhabbar und zudem sehr preisgünstig.

Nachfolgende Tabelle 3 zeigt kristallographische Daten von SrLi₃AlO₄:Eu²⁺ (AB1) . Der Leuchtstoff kristallisiert im triklinen Kristallsystem in der Raumgruppe P1. Tabelle 3:

Summenformel	SrLi₃AlO₄: Eu²⁺
Molare Masse	199.42 g/mol
Z	4
Strukturtyp	SrLiAl₃N₄
Kristallsystem	triklin
Raumgruppe	P1
Gitterparameter
a / pm	575.15(2)
b / pm	732.68(2)
c / pm	971.96(3)
α / °	83.978 (1)
β / °	76.647(1)
y / °	79.625(1)
Volumen /nm³	0.39114(1)
Kristallographische Dichte p /g cm^-3	3.39
T /K	296 (2)
Diffraktometer	BRUKER D8 Quest
Strahlung	Cu-Kα (A = 154.178 nm)
Messbereich	4.686 < θ < 68.171
Reflexe gesamt	10034
Gemessene / unabhängige Reflexe	10567 / 1406
Gemessener Reziproker Raum	-6 ≤ h ≤ 6; -8 ≤ k ≤ 8; -11 ≤ 1 ≤ 11
R_all/wR_ref	2.42 %/ 5.66 %
GoF	1.123

Nachfolgende Tabellen 4a und 4b zeigen kristallographische Lageparameter von SrLi₃AlO₄: Eu²⁺ (AB1) . Tabelle 4a:

Name	Atomtyp	Wyckoff-Lage	x	y	z
Sr01	Sr	2i	0.53212(6)	0.63473 (4)	0.62467 (3)
Sr02	Sr	2i	0.50901(6)	0.12019(5)	0.11643 (4)
A103	Al	2i	0.95879(18)	0.28802(14)	0.13445(11)
A104	Al	2i	0.33910(18)	0.80331(14)	0.34593(11)
O005	O	2i	0.1553 (5)	0.6605 (4)	0.4630 (3)
O006	O	2i	0.8319 (4)	0.1159 (4)	0.2601(3)
O007	O	2i	0.3401 (4)	0.8044 (3)	0.1635 (3)
O008	O	2i	0.6906(4)	0.4255 (3)	0.0997 (3)
O009	O	2i	0.3268(5)	0.3030 (4)	0.3954 (3)
O00A	O	2i	0.1432 (5)	0.1602 (4)	0.9935 (3)
O00B	O	2i	0.1416(5)	0.3831 (4)	0.2224 (3)
O00C	O	2i	0.6382 (4)	0.6892 (4)	0.3577 (3)
Li0D	Li	2i	0.6982(13)	0.6717(10)	0.1474 (7)
Li0E	Li	2i	0.9473(12)	0.5500(10)	0.3725(7)
Li0F	Li	2i	0.0235 (12)	0.1777(9)	0.3871 (7)
Li0G	Li	2i	0.6964(12)	0.9419 (9)	0.4012 (7)
Li0H	Li	2i	0.3144 (14)	0.5625(10)	0.0995 (8)
Li0I	Li	2i	0.0339(12)	0.9284 (9)	0.1284 (7)

Tabelle 4b:

Name	Besetzung	U_iso
Sr01	1	0.0082 (2)
Sr02	1	0.0108 (2)
A103	1	0.0038 (2)
A104	1	0.0035 (2)
O005	1	0.0079 (5)
O006	1	0.0062 (5)
O007	1	0.0060 (5)
O008	1	0.0066 (5)
O009	1	0.0066 (5)
O00A	1	0.0069 (5)
O00B	1	0.0068 (5)
O00C	1	0.0063 (5)
Li0D	1	0.0144 (14)
Li0E	1	0.0118 (13)
Li0F	1	0.0103 (13)
Li0G	1	0.0116 (13)
Li0H	1	0.0171 (15)
Li0I	1	0.0120 (13)

Die Kristallstruktur und die in den Tabellen 4a und 4b gezeigten kristallographischen Daten wurden durch Röntgenbeugungsexperimente an Einkristallen des Leuchtstoffs bestimmt. Wie aus den Tabellen 4a und 4b ersichtlich weist die Kristallstruktur zwei kristallographisch unterschiedliche Sr-Atome (Sr0l, Sr02), zwei kristallographisch unterschiedliche Al-Atome (A103, A104), sechs kristallographisch unterschiedliche Li-Atome (Li0D, Li0E, Li0F, Li0G, LiOH, Li0I) und acht kristallographisch unterschiedliche O-Atome (0005, 0006, 0007, 0008, 0009, OOOA, OOOB, O00C) auf.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.

1 zeigt einen Ausschnitt der Kristallstruktur des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs
2, 3, 4, 5, 6, 7 zeigen Emissionsspektren.

1 zeigt einen Ausschnitt der Kristallstruktur (monoklin, Raumgruppe P1) des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs der Formel SrLi₃AlO₄: Eu²⁺. Die Kristallstruktur wurde mittels Einkristallröntgenbeugung bestimmt. Die Gitterparameter, kristallographischen Daten sowie die Güteparameter der röntgenographischen Bestimmung finden sich in Tabelle 3 und die kristallographischen Lageparameter der verfeinerten Struktur in den Tabellen 4a und 4b. Die Kristallstruktur des Leuchtstoffes entspricht derer von Sr[LiAl₃N_4] :Eu²⁺ (Pust, P. et al. Narrow-band red-emitting Sr[LiAl₃N_4] :Eu²⁺ as a nextgeneration LED-phosphor material. Nat. Mater. (2014)). In 1 stehen ausgefüllte Kreise für Sr, schraffierte Tetraeder für LiO₄-Tetraeder und ausgefüllte Tetraeder für AlO₄-Tetraeder. Bei den Tetreadern befinden sich Sauerstoffatome jeweils an den Ecken und Al oder Li im Zentrum der Tetraeder.
2 zeigt das Emissionsspektrum des Leuchtstoffs SrLi₃AlO₄: Eu²⁺ (AB1). Auf der x-Achse ist die Wellenlänge in Nanometern aufgetragen und auf der y-Achse die relative Intensität in Prozent. Der Leuchtstoff emittiert bei Anregung mit blauer Primärstrahlung gelbe Sekundärstrahlung mit einer Dominanzwellenlänge λ_dom = 568 nm und einer Peakwellenlänge λ_peak = 566 nm. Die Emissionsbande EB weist neben der Peakwellenlänge ein Emissionsmaximum EM auf. Die spektrale Halbwertsbreite der Emissionsbande liegt bei 46 nm.
3 zeigt wie 2 das Emissionsspektrum des Leuchtstoffs SrLi₃AlO₄: Eu²⁺ (AB1) . Hier wird deutlich, dass sich die Emissionsbande EB aus einer teilweisen Überlagerung von zwei Emissionspeaks EP1 und EP2 ergibt. EP1 weist eine geringere Intensität auf als EP2. Die sich ergebende Emissionsbande EB weist ein Emissionsmaximum EM resultierend aus EP1 und ein weiteres Emissionsmaximum, welches ungefähr der Peakwellenlänge entspricht, resultierend aus EP2 auf. Das Emissionsmaximum von EP1 liegt bei ca. 520 nm, das Emissionsmaximum von EP2 bei ca. 570 nm. Die spektrale Halbwertsbreite von EP1 beträgt ca. 40 nm, die von EP2 ca. 46 nm.
4 zeigt das Emissionsspektrum des Leuchtstoffs SrLi₃AlO₄: Eu²⁺ (AB2). Der Leuchtstoff emittiert bei Anregung mit blauer Primärstrahlung gelbe Sekundärstrahlung mit einer Dominanzwellenlänge λ_dom = 555 nm und einer Peakwellenlänge λ_peak = 521 nm. Die Emissionsbande weist neben der Peakwellenlänge ein Emissionsmaximum EM auf. Die spektrale Halbwertsbreite der Emissionsbande liegt bei 85 nm.
5 zeigt wie 4 das Emissionsspektrum des Leuchtstoffs SrLi₃AlO₄: Eu²⁺ (AB2). Hier wird deutlich, dass sich die Emissionsbande EB aus einer teilweisen Überlagerung von zwei Emissionspeaks EP1 und EP2 ergibt. EP2 weist eine geringere Intensität auf als EP1. Die sich ergebende Emissionsbande EB weist ein Emissionsmaximum EM resultierend aus EP2 und ein weiteres Emissionsmaximum, welches ungefähr der Peakwellenlänge λ_peak entspricht, resultierend aus EP1 auf. Wie in dem Emissionsspektrum deutlich erkennbar, ist das Emissionsmaximum EM der Emissionsbande gegenüber dem Emissionsmaximum des Emissionspeaks EP2 gering kurzwellig verschoben, während die Peakwellenlänge λ_peak der Emissionsbande gegenüber dem Emissionsmaximum des Emissionspeaks EP1 gering langwellig verschoben ist. Das Emissionsmaximum von EP1 liegt bei ca. 520 nm, das Emissionsmaximum von EP2 bei ca. 570 nm. Die spektrale Halbwertsbreite von EP1 beträgt ca. 40 nm, die von EP2 ca. 46 nm.
Ein Vergleich mit dem Emissionsspektrum von AB1 aus 3 zeigt, dass für AB1 die Intensität von EP1 geringer ist als die von EP2, während für AB2 die Intensität von EP2 geringer ist als die von EP1. Die Emissionsspektren von AB1 und AB2 der 2 bis 5 zeigen somit, dass das Verhältnis der Emissionspeaks EP1 und EP2 zueinander veränderbar ist und zumindest der Emissionspeak EP1 komplett oder nahezu komplett unterdrückt werden kann (siehe 2 und 3). Die Emissionsbande von AB1 entspricht daher nahezu dem Emissionspeak EP2.
Den Erfindern ist es somit überaschenderweise gelungen einen Leuchtstoff bereit zu stellen, dessen Peakwellenlänge in einem Bereich zwischen einschließlich 510 nm und einschließlich 530 nm oder zwischen einschließlich 560 und einschließlich 580 nm liegen kann. Die Lage der Peakwellenlänge hängt von der relativen Intensität der zwei Emissionspeaks der Emissionsbande ab, wobei durch Änderung der Synthesebedingungen insbesondere der Emissionspeak EP1 eine sehr geringe Intensität aufweisen oder vollständig unterdrückt werden kann.
In 6 ist ein Vergleich des Emissionsspektrums von AB1 mit dem des Leuchtstoffs Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺ (VB1) gezeigt. VB1 weist, gemessen an der Dominanzwellenlänge λ_dom , einen vergleichbaren Farbeindruck wie der erfindungsgemäße Leuchtstoff AB1 auf.
In 7 ist ein Vergleich des Emissionsspektrums von AB2 mit dem des Leuchtstoffs Lu₃Al₅O₁₂:Ce³⁺ (VB2) gezeigt. VB2 weist, gemessen an der Dominanzwellenlänge λ_dom , einen vergleichbaren Farbeindruck wie der erfindungsgemäße Leuchtstoff AB2 auf.

Wie aus den 6 und 7 deutlich erkennbar, weisen die Ausführungsbeispiele AB1 und AB2 deutlich geringere spektrale Halbwertsbreiten auf als die entsprechenden Vergleichsbeispiele VB1 und VB2. Diese geringere spektrale Halbwertsbreite führt in beiden Fällen zu einer deutlich erhöhten Lichtausbeute (LER), wie man an der in Tabelle 5 dargestellten relativen Lichtausbeute

\frac{η_{v} (Ausführungsbeispiel)}{η_{v} (Vergleichsbeispiel)}

erkennen kann. Tabelle 5:

Leuchtstoff	λ_dom	FWHM	$LER = \frac{η_{v} (Ausführungsbeispiel)}{η_{v} (Vergleichsbeispiel)}$
VB1 :_Y₃Al₅O₁₂	567 nm	46 nm	100%
AB1: _SrLi₃AlO₄: Eu²⁺	568 nm	116 nm	122%
VB2: Lu₃Al₅O₁₂	555 nm	85 nm	100%
_ AB2 : SrLi₃AlO₄:Eu²⁺	555 nm	110 nm	120%

Diese ca. 20% erhöhte Lichtausbeute der Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs ist direkt vorteilhaft für die meisten konversionsbasierten Lichtquellen. Als Einzelleuchtstoff in einer Vollkonversionslösung eingesetzt entspricht diese erhöhte Lichtausbeute dem Effizienzgewinn der Konversionslösung bei Verwendung der erfindungsgemäßen Leuchtstoffe.
Diese deutlichen Vorteile erstrecken sich nicht nur auf Vollkonversionsanwendungen mit nur einem einzelnen Leuchtstoff. Als Teil einer Konversionslösung mit mehreren Leuchtstoffen (z. B. weißes Licht emittierende Lichtquellen) kann der Effizienzgewinn durch den erfindungsgemäßen Leuchtstoff immer noch zu deutlichen Verbesserungen führen. Die genaue Größe des Effizienzgewinns in einer Mischung ist jedoch auch von den anderen Leuchtstoffen in der Mischung abhängig.
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.
Bezugszeichenliste

EP1: Emissionspeak
EP2: Emissionspeak
EB: Emissionsbande
EM: Emissionsmaxiumum
LED: lichtemittierende Diode
LER: Lichtausbeute
FWHM: Halbwertsbreite
λ_dom: Dominanzwellenlänge
λ_peak: Peakwellenlänge
AB: Ausführungsbeispiel
VB: Vergleichsbeispiel
g: Gramm
I: Intensität
Mol%: Molprozent
nm: Nanometer
°C: Grad Celsius

Claims

Leuchtstoff mit der allgemeinen Summenformel XA₃AlO₄:E, der in einem triklinen Kristallsystem kristallisiert und wobei - X = Mg, Ca, Sr und/oder Ba; - A = Li, Na, K, Rb und/oder Cs und - E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn.
Leuchtstoff nach Anspruch 1, der in der triklinen Raumgruppe P1 kristallisiert.
Leuchtstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit der allgemeinen Summenformel XLi₃AlO₄:E.
Leuchtstoff nach Anspruch 1 oder 2 mit der allgemeinen Summenformel (Sr_1-xX*_x) A₃AlO₄:E, wobei - X* = Mg, Ba und/oder Ca, und - 0 ≤ x ≤ 1.
Leuchtstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit der allgemeinen Summenformel (Sr_1-xX*_x) Li₃AlO₄:E, wobei - X* = Mg, Ba und/oder Ca, und - 0 ≤ x ≤ 1.
Leuchtstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit der allgemeinen Summenformel SrLi₃AlO₄:E.
Leuchtstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei E = Eu.
Lichtquelle umfassend einen Leuchtstoff gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7.
Lichtquelle nach Anspruch 8 aufweisend - zumindest eine Primärstrahlungsquelle, die zur Emission von elektromagnetischer Primärstrahlung eingerichtet ist und - ein Konversionselement, das den Leuchtstoff umfasst und zumindest teilweise die elektromagnetische Primärstrahlung in elektromagnetische Sekundärstrahlung konvertiert.
Lichtquelle nach Anspruch 9, wobei die Lichtquelle zur Emission einer weißen Gesamtstrahlung oder zur Emission einer gelben Gesamtstrahlung eingerichtet ist.
Lichtquelle nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die zumindest eine Primärstrahlungsquelle eine lichtemittierende Diode oder eine Laser Diode ist.
Lichtquelle nach Anspruch 11, wobei die Primärstrahlungsquelle eine Laser Diode ist.
Lichtquelle nach Anspruch 12, wobei das Konversionselement ein drehbares Leuchtstoffrad ist.
Scheinwerfer umfassend eine Lichtquelle nach Anspruch 12.
Scheinwerfer nach Anspruch 14, wobei es sich bei dem Scheinwerfer um einen Fahrzeugscheinwerfer handelt.
Verwendung eines Scheinwerfers nach Anspruch 14 in der Allgemeinbeleuchtung, Außenbeleuchtung, Sicherheitsbeleuchtung, Bühnenbeleuchtung oder Spezialbeleuchtung.
Verwendung einer Lichtquelle nach einem der Ansprüche 8 bis 13 in einem Display oder einem Projektor.