DE112016002074B9

DE112016002074B9 - Leuchtstoff, Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs und Verwendung eines Leuchtstoffs

Info

Publication number: DE112016002074B9
Application number: DE112016002074.0T
Authority: DE
Inventors: Markus Seibald; Tim Fiedler; Dominik Baumann; Hubert Huppertz; Klaus Wurst; Gunter Heymann; Dominik Wilhelm
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2015-05-07
Filing date: 2016-05-06
Publication date: 2023-01-12
Anticipated expiration: 2036-05-07
Also published as: JP6562366B2; JP2018517806A; CN107592881B; US20180148644A1; DE112016002074A5; WO2016177890A1; CN107592881A; US10752836B2; DE112016002074B4

Abstract

Leuchtstoff umfassend eine anorganische Verbindung, die zumindest einen Aktivator E und N in ihrer Summenformel aufweist, wobei die anorganische Verbindung die folgende Summenformel aufweist:M4LiAl11N14:E,wobei M = Ca, Sr und/oder Ba,wobei E aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Ce und Eu und Kombinationen daraus umfasst, und wobei die anorganische Verbindung in einer Kristallstruktur mit gleicher Atomsequenz wie in K2Zn6O7kristallisiert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Leuchtstoff, ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs, eine Verwendung eines Leuchtstoffs in einem Konversionselement und eine Verwendung eines Leuchtstoffs zur Konversion von Licht.
Für Vorrichtungen, die auf weißen lichtemittierenden Dioden (LEDs) beruhen, besonders für die Hintergrundbeleuchtung, gibt es nur wenige Festkörperleuchtstoffe, die die Anforderungen an einen LED-Leuchtstoff, insbesondere mit einer Emission im tiefroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums, erfüllen. Bislang werden hauptsächlich zwei orange bis rot emittierende Leuchtstoffe der Formel (Sr,Ba)₂Si₅N₈:Eu²⁺ und (Sr,Ca)AlSiN₃:Eu²⁺ verwendet. Diese weisen allerdings erhebliche Nachteile bezüglich der Emission, der Abdeckung des Farbraums, der Halbwertsbreite (FWHM = Full Width Half Maximum) und der spektralen Filterung auf. Im Falle des Leuchtstoffs (Sr,Ba)₂Si₅N₈:Eu kann die Emissionswellenlänge vom orangen in den roten Spektralbereich verschoben werden, indem Barium durch Strontium substituiert wird. Durch diese Substitution wird allerdings die Langzeitstabilität des Leuchtstoffes reduziert. (Sr,Ba)₂Si₅N₈:Eu²⁺-Leuchtstoffe zeigen zudem große Halbwertsbreiten und zeigen keine Emission im tiefroten Spektralbereich, das heißt keine Emission bei einer Dominanzwellenlänge über 620 nm. Der Leuchtstoff (Sr,Ca)AlSiN₃:Eu²⁺ zeigt zwar bereits eine Emission im tiefroten Spektralbereich, weist aber eine sehr breite Emission auf, die in den nicht sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums hineinreicht, wodurch die Lumineszenzeffizienz dieses Leuchtstoffs verringert wird. Daher ist die Nachfrage nach einem Leuchtstoff, der eine Emission im tiefroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums, eine kleine Halbwertsbreite und dadurch wenig Emission außerhalb des sichtbaren Bereichs des elektromagnetischen Spektrums aufweist, von größtem Interesse.
In WO 2013/175336 A1 und Nature Materials 2014, P. Pust et al., „Narrow-band red emitting Sr[LiAl₃N₄] :Eu²⁺ as a next-generation LED-phosphor material“ wird ein Leuchtstoff der Formel SrLiAl₃N₄:Eu²⁺ offenbart, der bereits eine Emission im tiefroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums und eine kleine Halbwertsbreite aufweist, zudem zeigt dieser Leuchtstoff wenig Emission außerhalb des sichtbaren Bereichs des elektromagnetischen Spektrums. Allerdings weist der Leuchtstoff eine geringere Quanteneffizienz, das heißt ein schlechtes Verhältnis zwischen der Anzahl der emittierten und absorbierten Photonen, im Vergleich zu (Sr,Ba)₂Si₅N₈:Eu²⁺ und (Sr,Ca)AlSiN₃:Eu²⁺ auf.
Die Druckschrift US 2015 / 0 123 155 A1 beschreibt einen rot emittierenden Leuchtstoff.
Die Druckschrift WO 2015/ 044 106 A1 beschreibt einen Nitridoalumosilicat-Leuchtstoff.
Die Aufgabe zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es, einen Leuchtstoff bereitzustellen, der wenig Emission außerhalb des sichtbaren Bereichs des elektromagnetischen Spektrums aufweist, eine kleine Halbwertsbreite zeigt und zudem eine hohe Quanteneffizienz aufweist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein effizientes Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs anzugeben, eine Verwendung eines Leuchtstoffs in einem Konversionselement und eine Verwendung eines Leuchtstoffs zur Konversion von Licht anzugeben.
Die Aufgaben werden durch einen Leuchtstoff mit den Merkmalen der Ansprüche 1 - 7, durch ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs mit den Merkmalen der Ansprüche 8 und 9, durch eine Verwendung eines Leuchtstoffs mit den Merkmalen der Ansprüche 10 - 12 gelöst.
Es wird ein Leuchtstoff angegeben. Der Leuchtstoff umfasst eine anorganische Verbindung, die zumindest einen Aktivator E und N in ihrer Summenformel aufweist, wobei die anorganische Verbindung die folgende Summenformel aufweist: M₄LiAl₁₁N₁₄:E, wobei M = Ca, Sr und/oder Ba, wobei E aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Ce und Eu und Kombinationen daraus umfasst und wobei die anorganische Verbindung in einer Kristallstruktur mit gleicher Atomsequenz wie in K₂Zn₆O₇ kristallisiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Leuchtstoff eine anorganische Verbindung, die zumindest einen Aktivator E und N in ihrer Summenformel aufweist. Der Aktivator E ist dabei aus einer Gruppe, die Ce und Eu und Kombinationen daraus umfasst. Insbesondere ist der Aktivator E für die Wellenlänge der emittierten Strahlung des Leuchtstoffs verantwortlich. Ganz besonders bevorzugt ist E = Eu, bevorzugt Eu²⁺.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform besteht der Leuchtstoff aus der anorganischen Verbindung. Der Leuchtstoff weist dann zumindest einen Aktivator E und N in seiner Summenformel auf, wobei E aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Ce und Eu und Kombinationen daraus umfasst.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Leuchtstoff verschiedene Phasen, unter anderem die anorganische Verbindung, umfassen oder er kann aus einer oder mehrerer weiterer Phasen und der anorganischen Verbindung bestehen.
Die anorganische Verbindung kristallisiert in einer Kristallstruktur mit gleicher Atomsequenz wie in K₂Zn₆O₇. Dass die anorganische Verbindung in einer Kristallstruktur mit gleicher Atomsequenz wie in K₂Zn₆O₇ kristallisiert, bedeutet hier und im Folgenden, dass die Abfolge der Atome der anorganischen Verbindung demselben Muster folgt wie die Abfolge der Atome in K₂Zn₆O₇. Mit anderen Worten zeigt die Kristallstruktur die gleichen Strukturmotive wie K₂Zn₆O₇. Folgt beispielsweise die anorganische Verbindung beziehungsweise der Leuchtstoff der Summenformel (Sr,Eu)₂(Li_0,5Al_5,5)N₇, besetzen Sr und Eu die Plätze des K, Li und Al die Plätze des Zn und N die Plätze des O in K₂Zn₆O₇.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die anorganische Verbindung beziehungsweise der Leuchtstoff in der orthorhombischen Raumgruppe Pnnm beschrieben. In der orthorhombischen Beschreibung mit der Raumgruppe Pnnm liegt der Gitterparameter c insbesondere im Bereich von 3.21 - 3.29 Å, der Gitterparameter a im Bereich von 10.24 - 10.43 Å und der Gitterparameter b im Bereich von 10.29 - 10.43 Å. Besonders bevorzugt liegen die Gitterparameter in der orthorhombischen Beschreibung mit der Raumgruppe Pnnm bei a = 10,4291(7) Å, b = 10,4309(7) Å und c = 3,2349(2) und α = β= γ = 90°. Alternativ kann die Kristallstruktur aufgrund von Verzwillingung und Pseudosymmetrie auch in einem tetragonalen Kristallsystem beschrieben werden. Auch Beschreibungen in anderen Raumgruppen sind möglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich um eine elektroneutrale anorganische Verbindung beziehungsweise um einen elektroneutralen Leuchtstoff. Dadurch ist der Leuchtstoff sehr stabil und kann für die verschiedensten Anwendungen eingesetzt werden. Insbesondere für die Anwendung in einer lichtemittierenden Diode eignet sich der Leuchtstoff, da er über die Lebensdauer der lichtemittierenden Diode eine stabile und gleichmäßige Emission aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält M zumindest Sr, beispielsweise Sr und Ba oder Sr und Ca. Ganz besonders bevorzugt gilt M = Sr.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die anorganische Verbindung beziehungsweise der Leuchtstoff die folgende Summenformel auf: M_4-xEu_xLi_1+y'/2Al_11-y'/2N_14-y'O_y'. Dabei gilt: M = Ca, Sr und/oder Ba und 0 = y'.
Bevorzugt gilt: 0,001 ≤ x ≤ 0,4, besonders bevorzugt 0,01 ≤ x ≤ 0,2. Eu beziehungsweise Eu²⁺-Ionen ersetzen dabei insbesondere M und nehmen die Gitterplätze von M ein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die anorganische Verbindung oder der Leuchtstoff folgende Summenformel auf: M_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄, wobei M = Ca, Sr und/oder Ba und 0 < x ≤ 2. Bevorzugt ist M = Sr oder Sr und Ba oder Sr und Ca. Es handelt sich bei dieser Ausführungsform um einen Nitridoaluminat-Leuchtstoff.
In einer Ausführungsform weist die anorganische Verbindung beziehungsweise der Leuchtstoff im Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm unter Verwendung von Cu-K_α1-Strahlung zwei charakteristische Reflexe in einem Winkelbereich von 11,5-12,5°2θ und in einem Winkelbereich von 18,5-19,5°2θ auf. Die Röntgenbeugungsdaten wurden mittels Flächenprobenträger an einem Pulverdiffraktometer (PANalytical Empyrean) mit X-Celerator CCD-Detektor in Bragg-Brentano-Geometrie aufgenommen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff ein Emissionsmaximum im Bereich von 500 bis 680 nm, bevorzugt zwischen 594 nm und 680 nm, auf. Das Emissionsmaximum kann auch als Peakwellenlänge bezeichnet werden.
Als „Peakwellenlänge“ wird vorliegend die Wellenlänge eines Peaks bezeichnet, bei der die maximale Intensität des Peaks liegt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff eine Dominanzwellenlänge von λ > 500 nm, bevorzugt λ > 600 nm, besonders bevorzugt λ > 620 nm auf. 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 x = 0.333, 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 einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Leuchtstoff um einen rot emittierenden Leuchtstoff. Der Leuchtstoff weist somit eine Emission im roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums auf.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der rot emittierende Leuchtstoff einen Nitridoaluminat-Leuchtstoff. Mit anderen Worten kann es sich bei der anorganischen Verbindung um einen Nitridoaluminat-Leuchtstoff handeln. Insbesondere ist der Nitridoaluminat-Leuchtstoff mit Eu²⁺ dotiert.
Unter „rot emittierend“ wird hier und im Folgenden verstanden, dass der Leuchtstoff unter anderem eine Emission im roten Spektralbereich aufweist. Beispielsweise kann die Peakwellenlänge oder die Dominanzwellenlänge im grünen Spektralbereich liegen, der Leuchtstoff aufgrund der Breite des Emissionspeaks auch eine Emission im roten Spektralbereich aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Leuchtstoff beziehungsweise der rot emittierende Leuchtstoff verschiedene Phasen, unter anderem den Eu²⁺-dotierten Nitridoaluminat-Leuchtstoff, umfassen oder er kann aus einer oder mehrerer weiterer Phasen und dem Eu²⁺-dotierten Nitridoaluminat-Leuchtstoff bestehen.
In einer Ausführungsform besteht der Leuchtstoff beziehungsweise der rot emittierende Leuchtstoff aus dem Eu²⁺-dotierten Nitridoaluminat-Leuchtstoff. Dies bedeutet, dass der rot emittierende Leuchtstoff aus nur einer Phase, nämlich dem Eu²⁺-dotierten Nitridoaluminat-Leuchtstoff, besteht. Der rot emittierende Leuchtstoff kann aus dem Eu²⁺dotierten Nitridoaluminat-Leuchtstoff bestehen, der in nur einer Kristallstruktur vorliegt.
Gemäß einer Ausführungsform kristallisiert der Eu²⁺-dotierte Nitridoaluminat-Leuchtstoff in einer Kristallstruktur mit gleicher Atomsequenz wie in K₂Zn₆O₇.
Die Kristallstruktur kann insbesondere in der orthorhombischen Raumgruppe Pnnm beschrieben werden. In der orthorhombischen Beschreibung mit der Raumgruppe Pnnm liegt der Gitterparameter c insbesondere im Bereich von 3.21 - 3.29 Å, der Gitterparameter a im Bereich von 10.24 - 10.43 Å und der Gitterparameter b im Bereich von 10.29 - 10.43 Å. Insbesondere liegen die Gitterparameter in der orthorhombischen Beschreibung mit der Raumgruppe Pnnm bei a = 10,4291(7) Å, b = 10,4309(7) Å und c = 3,2349(2) und α = β= γ = 90°. Alternativ kann die Kristallstruktur aufgrund von Verzwillingung und Pseudosymmetrie auch in einem tetragonalen Kristallsystem beschrieben werden. Auch Beschreibungen in anderen Raumgruppen sind möglich.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Eu²⁺-dotierte Nitridoaluminat-Leuchtstoff beziehungsweise die anorganische Verbindung die Summenformel M_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄ auf, wobei M = Ca, Sr und/oder Ba und es gilt 0 < x ≤ 2, bevorzugt 0,001 ≤ x ≤ 0,4, besonders bevorzugt 0,01 ≤ x ≤ 0,2. Eu²⁺-Ionen ersetzen dabei insbesondere M und nehmen die Gitterplätze von M ein. Bevorzugt kristallisiert der Eu²⁺-dotierte Nitridoaluminat-Leuchtstoff mit der Summenformel M_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄ in einer Kristallstruktur mit gleicher Atomsequenz wie in K₂Zn₆O₇.
Es ist möglich, dass der Leuchtstoff oder die anorganische Verbindung weitere Elemente, etwa in Form von Verunreinigungen, aufweist, wobei diese Verunreinigungen zusammen genommen bevorzugt höchstens einen Gewichtsanteil an dem Leuchtstoff von höchstens 1 Promille oder 100 ppm oder 10 ppm, parts per million, aufweisen sollten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Eu²⁺-dotierte Nitridoaluminat-Leuchtstoff oder die anorganische Verbindung die Summenformel Sr_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄ auf und es gilt 0 < x ≤ 2, bevorzugt 0,001 ≤ x ≤ 0,4, besonders bevorzugt 0,01 ≤ x ≤ 0,2.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform besteht der Leuchtstoff beziehungsweise der rot emittierende Leuchtstoff aus einem Eu²⁺-dotierten Nitridoaluminat-Leuchtstoff der Summenformel M_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄. Damit weist der rot emittierende Leuchtstoff also nur eine Phase auf. Möglich ist aber auch, dass eine weitere Phase bestehend aus AlN vorhanden ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Leuchtstoff beziehungsweise der rot emittierende Leuchtstoff verschiedene Phasen, insbesondere eine Phase des Eu²⁺-dotierten Nitridoaluminat-Leuchtstoffs der Summenformel Sr_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄ und eine Phase des Leuchtstoffs der Summenformel SrLiAl₃N₄:Eu²⁺ oder der rot emittierende Leuchtstoff besteht aus diesen Phasen beziehungsweise Leuchtstoffen.
In einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff beziehungsweise der rot emittierende Leuchtstoff, insbesondere der Eu²⁺-dotierte Nitridoaluminat-Leuchtstoff im Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm unter Verwendung von Cu-K_α1-Strahlung zwei charakteristische Reflexe in einem Winkelbereich von 11,5-12,5°2θ und in einem Winkelbereich von 18,5-19,5°2θ auf. Die Röntgenbeugungsdaten wurden mittels Flächenprobenträger an einem Pulverdiffraktometer (PANalytical Empyrean) mit X-Celerator CCD-Detektor in Bragg-Brentano-Geometrie aufgenommen. Der bekannte Leuchtstoff SrLiAl₃N₄:Eu²⁺ ( WO 2013/175336 A1 und Nature Materials 2014, P. Pust et al., „Narrow-band red emitting Sr[LiAl₃N₄]:Eu²⁺ as a next-generation LED-phosphor material“) weist diese Reflexe nicht auf.
Der rot emittierende Leuchtstoff, insbesondere der Eu²⁺dotierte Nitridoaluminat-Leuchtstoff weist im Vergleich zu dem bekannten Leuchtstoff mit der Formel SrLiAl₃N₄:Eu²⁺ eine erhöhte Quanteneffizienz auf. Zur Messung der Quanteneffizienz, also dem Verhältnis zwischen der Anzahl der emittierten und absorbierten Photonen, wurde der erfindungsgemäße rot emittierende Leuchtstoff und der bekannte Leuchtstoff mit der Formel SrLiAl₃N₄:Eu²⁺ jeweils zu Pulvertabletten gepresst und es wurde unter identischen Bedingungen in einem Fluoromaxspektrometer die relative Quanteneffizienz im Vergleich zu dem Standardleuchtstoff YAG:Ce³⁺ (Yttriumaluminiumgranat dotiert mit Cer) bestimmt. Der bekannte Leuchtstoff wurde dabei bei vergleichbaren Bedingungen zu dem Verfahren hergestellt, das in Nature Materials 2014, P. Pust et al. angegeben wird.
Charakterisiert wurden die Leuchtstoffe durch eine Rietveld-Analyse basierend auf Röntgenbeugungspulverdiffraktogrammen. Gemessen gegenüber einem Standardleuchtstoff YAG:Ce³⁺ weist der erfindungsgemäße rot emittierende Leuchtstoff überraschenderweise eine um 15 % erhöhte relative Quanteneffizienz im Vergleich zu dem bekannten Leuchtstoff SrLiAl₃N₄:Eu²⁺ auf.
In einer Ausführungsform weist der rot emittierende Leuchtstoff ein Emissionsmaximum, also eine Peakwellenlänge im Bereich von 620 bis 680 nm, bevorzugt im Bereich von 640 und 680 nm, besonders bevorzugt im Bereich von 660 bis 680 nm auf. Damit liegt die Emission im tiefroten Spektralbereich des elektromagnetischen Spektrums. Insbesondere weist der Leuchtstoff gemäß dieser Ausführungsform die Summenformel M_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄ auf, wobei M = Ca, Sr und/oder Ba und 0 < x ≤ 2 oder enthält diese Verbindung als anorganische Verbindung beziehungsweise den Eu²⁺-dotierten Nitridoaluminat-Leuchtstoff.
In einer Ausführungsform weist der rot emittierende Leuchtstoff mit einer Peakwellenlänge im Bereich von 620 bis 680 nm eine Halbwertsbreite (FWHM) von kleiner als 90 nm, bevorzugt kleiner als 70 nm, besonders bevorzugt kleiner als 65 nm und besonders bevorzugt kleiner als 60 nm auf. Mit einer so geringen Halbwertsbreite kann erreicht werden, dass der erfindungsgemäße Leuchtstoff nur oder fast nur Strahlung im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert und so keine oder nur geringfügig Effizienzverluste durch Emission im nicht sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums entstehen. Im Vergleich weisen die bekannten Leuchtstoffe (Sr,Ba)₂Si₅N₈:Eu²⁺ eine Halbwertsbreite von größer 90 nm, (Sr, Ca) AlSiN₃: Eu²⁺ eine Halbwertsbreite von größer 70 nm und SrLiAl₃N₄:Eu²⁺ eine Halbwertsbreite von größer gleich 48 nm auf. Gegenüber dem Leuchtstoff SrLiAl₃N₄:Eu²⁺ weist der erfindungsgemäße Leuchtstoff allerdings eine nachweisbar höhere Quanteneffizienz auf.
In einer Ausführungsform emittiert der Leuchtstoff beziehungsweise der rot emittierende Leuchtstoff keine oder nur geringfügig Strahlung außerhalb des sichtbaren Spektralbereichs. Damit liegen alle oder nahezu alle emittierten Photonen im Sensitivitätsbereich des menschlichen Auges, was die Effizienzverluste durch Emission im nicht sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums ausschließt beziehungsweise minimiert. Dadurch wird eine hohe Lumineszenzeffizienz erzielt.
In einer Ausführungsform wird der Leuchtstoff beziehungsweise der rot emittierende Leuchtstoff aus Edukten hergestellt, die Li₃N, LiAlH₄, AlN, Sr₃N₂ und EuF₃ oder Li₃N, LiAlH₄, AlN, Sr₃N₂, SrH₂ und EuF₃ umfassen. Der Leuchtstoff kann auch bestehend aus diesen Edukten hergestellt werden. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass sich aus diesen Edukten der erfindungsgemäße Leuchtstoff beziehungsweise rot emittierende Leuchtstoff mit einer hohen Quanteneffizienz herstellen lässt. Experimente haben gezeigt, dass die Anwesenheit der Edukte Li₃N und LiAlH₄ für die Herstellung des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs wesentlich sind. Wenn nur eins dieser Edukte eingesetzt wird, zeigt das Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm die charakteristischen Reflexe im Winkelbereich von 11,5-12,5°2θ und im Winkelbereich von 18,5-19,5°2θ nicht. Insbesondere weist der Leuchtstoff beziehungsweise die anorganische Verbindung dann keine Kristallstruktur mit gleicher Atomsequenz wie in K₂Zn₆O₇ auf.
In einer Ausführungsform weist der rot emittierende Leuchtstoff eine Dominanzwellenlänge von λ > 620 nm auf.
In einer Ausführungsform ist der Leuchtstoff beziehungsweise der rot emittierende Leuchtstoff durch Strahlung im UV-Bereich bis blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums anregbar. Beispielsweise ist der Leuchtstoff beziehungsweise der rot emittierende Leuchtstoff durch Strahlung mit einer Wellenlänge von 240 nm bis 500 nm, bevorzugt 400 nm bis 500 nm, beispielsweise bei 460 nm anregbar. Im Vergleich zu dem bekannten Leuchtstoff SrLiAl₃N₄:Eu²⁺ weist der erfindungsgemäße Leuchtstoff beziehungsweise der rot emittierende Leuchtstoff eine höhere Absorption im Bereich von 450 nm bis 500 nm auf.
Die angegebenen Ausführungsformen des Leuchtstoffs beziehungsweise des rot emittierenden Leuchtstoffs können gemäß nachfolgend angegebenen Verfahren hergestellt werden. Alle für den Leuchtstoff beschriebenen Merkmale gelten somit auch für das Verfahren zu dessen Herstellung und umgekehrt.
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs angegeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Leuchtstoff eine anorganische Verbindung, die zumindest einen Aktivator E und N in ihrer Summenformel aufweist. Der Aktivator E ist dabei aus einer Gruppe, die Ce und Eu und Kombinationen daraus umfasst.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Leuchtstoff ein rot emittierender Leuchtstoff umfassend einen Eu²⁺-dotierten Nitridoaluminat-Leuchtstoff oder bestehend aus einem Eu²⁺dotierten Nitridoaluminat-Leuchtstoff.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff beziehungsweise der rot emittierende Leuchtstoff im Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm unter Verwendung von Cu-K_α1-Strahlung zwei charakteristische Reflexe im Winkelbereich von 11,5-12,5°2θ und im Bereich von 18,5-19,5°2θ auf.
Gemäß einer Ausführungsform kristallisiert die anorganische Verbindung beziehungsweise der Eu²⁺-dotierte Nitridoaluminat-Leuchtstoff in einer Kristallstruktur mit gleicher Atomsequenz wie in K₂Zn₆O₇. Die Kristallstruktur kann insbesondere in der orthorhombischen Raumgruppe Pnnm beschrieben werden. Insbesondere liegen die Gitterparameter in der orthorhombischen Beschreibung mit der Raumgruppe Pnnm bei a = 10,4291(7) Å, b = 10,4309(7) Å und c = 3,2349(2) und α = β= γ = 90°. Alternativ kann die Kristallstruktur aufgrund von Verzwillingung und Pseudosymmetrie in einem tetragonalen Kristallsystem beschrieben werden. Auch Beschreibungen in anderen Raumgruppen sind möglich.
Gemäß einer Ausführungsform weist die anorganische Verbindung beziehungsweise der Eu²⁺-dotierte Nitridoaluminat-Leuchtstoff die Summenformel M_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄ auf, wobei M = Ca, Sr und/oder Ba und es gilt 0 < x ≤ 2, bevorzugt 0,001 ≤ x ≤ 0,4, besonders bevorzugt 0,01 ≤ x ≤ 0,2. Eu²⁺-Ionen ersetzen dabei insbesondere M und nehmen die Gitterplätze von M ein. Bevorzugt kristallisiert der Eu²⁺-dotierte Nitridoaluminat-Leuchtstoff mit der Summenformel M_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄ in einer Kristallstruktur mit gleicher Atomsequenz wie in K₂Zn₆O₇.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die anorganische Verbindung beziehungsweise der Eu²⁺-dotierte Nitridoaluminat-Leuchtstoff die Summenformel Sr_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄ auf und es gilt 0 < x ≤ 0,4, bevorzugt 0,01 ≤ x ≤ 2, besonders bevorzugt 0,01 ≤ x ≤ 0,2.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform besteht der Leuchtstoff beziehungsweise der rot emittierende Leuchtstoff aus einem Eu²⁺-dotierten Nitridoaluminat-Leuchtstoff der Summenformel M_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄. Damit weist der Leuchtstoff beziehungsweise der rot emittierende Leuchtstoff also nur eine Phase auf. Möglich ist aber auch, dass eine weitere Phase bestehend aus AlN vorhanden ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Leuchtstoff beziehungsweise der rot emittierende Leuchtstoff verschiedene Phasen, insbesondere eine Phase des Eu²⁺-dotierten Nitridoaluminat-Leuchtstoffs der Summenformel Sr_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄ und eine Phase des Leuchtstoffs der Summenformel SrLiAl₃N₄:Eu²⁺ oder der Leuchtstoff beziehungsweise der rot emittierende Leuchtstoff besteht aus diesen Phasen beziehungsweise Leuchtstoffen.
Das Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte:

A) Vermengen der Edukte umfassend oder bestehend aus Li₃N, LiAlH₄, M₃N₂, AlN und EuF₃ oder umfassend oder bestehend aus Li₃N, LiAlH₄, M₃N₂, MH₂, AlN und EuF₃, wobei M = Sr, Ca und/oder Ba,
B) Aufheizen des unter A) erhaltenen Gemenges auf eine Temperatur T1 zwischen 900 und 1400 °C,
C) Glühen des Gemenges bei einer Temperatur T1 von 900 bis 1400 °C für fünf Minuten bis sechs Stunden.

Das Verfahren umfasst gemäß einer Ausführungsform folgende Verfahrensschritte:

A) Vermengen der Edukte umfassend oder bestehend aus Li₃N, LiAlH₄, Sr₃N₂, AlN und EuF₃ oder umfassend oder bestehend aus Li₃N, LiAlH₄, Sr₃N₂, SrH₂, AlN und EuF₃,
B) Aufheizen des unter A) erhaltenen Gemenges auf eine Temperatur T1 zwischen 900 und 1400 °C,
C) Glühen des Gemenges bei einer Temperatur T1 von 900 bis 1400 °C für fünf Minuten bis sechs Stunden.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass sich aus den Edukten Li₃N, LiAlH₄, Sr₃N₂, AlN und EuF₃ oder Li₃N, LiAlH₄, Sr₃N₂, SrH₂, AlN und EuF₃ der erfindungsgemäße Leuchtstoff oder der erfindungsgemäße rot emittierende Leuchtstoff herstellen lässt. Experimente haben gezeigt, dass die Anwesenheit der Edukte Li₃N und LiAlH₄ für die Herstellung des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs oder rot emittierenden Leuchtstoffs wesentlich ist. Wenn nur eins dieser Edukte eingesetzt wird, zeigt das Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm die charakteristischen Reflexe im Winkelbereich von 11,5-12,5°2θ und im Winkelbereich von 18,5-19,5°2θ nicht. Mit anderen Worten bildet sich der erfindungsgemäße Leuchtstoff beziehungsweise der erfindungsgemäße rot emittierende Leuchtstoff nicht, wenn nicht Li₃N und LiAlH₄ als Edukte eingesetzt werden. Der so hergestellte Leuchtstoff weist überraschenderweise eine hohe Quanteneffizienz auf.
In einer Ausführungsform liegen die Edukte als Pulver vor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren folgende Verfahrensschritte:

A) Vermengen der Edukte umfassend oder bestehend aus Li₃N, LiAlH₄, M₃N₂, AlN und EuF₃ oder umfassend oder bestehend aus Li₃N, LiAlH₄, M₃N₂, MH₂, AlN und EuF₃, wobei M = Sr, Ca und/oder Ba
B) Aufheizen des unter A) erhaltenen Gemenges auf eine Temperatur T1 zwischen 1000 °C und 1400 °C,
C) Glühen des Gemenges bei einer Temperatur T1 von 1000 °C bis 1400 °C, bevorzugt von 1300 °C bis 1400 °C, beispielsweise bei 1400 °C für fünf Minuten bis eine Stunde, beispielsweise 15 Minuten. Insbesondere wenn die Edukte bestehend aus Li₃N, LiAlH₄, M₃N₂, MH₂, AlN und EuF₃ eingesetzt werden, haben die Erfinder überraschenderweise festgestellt, dass der gebildete Leuchtstoff beziehungsweise der rot emittierende Leuchtstoff überwiegend den Eu²⁺-dotierten Nitridoaluminat-Leuchtstoff der Summenformel M_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄ aufweist beziehungsweise aus diesem Leuchtstoff besteht. Bevorzugt ist M = Sr.

In einer Ausführungsform liegt das Molverhältnis von LiAlH₄:Li₃N zwischen 5:1 und 1:1, bevorzugt zwischen 4:1 und 1:1, beispielsweise bei 1:1 oder 3:1. Insbesondere liegt dieses Molverhältnis vor, wenn der rot emittierende Leuchtstoff aus den Edukten bestehend aus Li₃N, LiAlH₄, Sr₃N₂, AlN und EuF₃ hergestellt wird. Insbesondere kann sich dabei der Leuchtstoff beziehungsweise der rot emittierende Leuchtstoff umfassend eine Phase des Eu²⁺-dotierten Nitridoaluminat-Leuchtstoffs der Summenformel Sr_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄ und eine Phase des Leuchtstoffs der Summenformel SrLiAl₃N₄:Eu²⁺ bilden.
In einer Ausführungsform liegt T1 zwischen 1100 bis 1300 °C, beispielsweise bei 1250 °C und das Glühen in Verfahrensschritt C) erfolgt für eine Stunde bis fünf Stunden.
In einer Ausführungsform folgt nach Verfahrensschritt C) ein weiterer Verfahrensschritt:

D) Abkühlen des Gemenges auf eine Temperatur T2, wobei gilt Raumtemperatur < T2 < T1. Unter Raumtemperatur werden 20 °C verstanden.

In einer Ausführungsform folgt auf Verfahrensschritt D) ein weiterer Verfahrensschritt:

E) Glühen des Gemenges bei einer Temperatur T2 von 800 bis 1300 °C für fünf Minuten bis zwei Stunden. Bevorzugt erfolgt das Glühen für fünf Minuten bis 60 Minuten, besonders bevorzugt für 10 Minuten bis 30 Minuten. Insbesondere wenn die Verfahrensschritte D) und E) stattfinden, kann das Glühen in Verfahrensschritt C) für fünf Minuten bis zwei Stunden, bevorzugt für fünf Minuten bis 60 Minuten, besonders bevorzugt für 10 Minuten bis 30 Minuten stattfinden.

In einer Ausführungsform liegt T2 zwischen 800 °C und 1300 °C, bevorzugt zwischen 900 °C und 1200 °C, besonders bevorzugt zwischen 950 °C und 1100 °C, beispielsweise bei 1000 °C.
In einer Ausführungsform ist T1 = 1250 °C und T2 = 1000 °C. Das Glühen in den Verfahrensschritten C) und E) kann bei dieser Ausführungsform jeweils für 10 Minuten bis 30 Minuten erfolgen, beispielsweise für jeweils 15 Minuten.
In einer Ausführungsform folgt auf Verfahrensschritt C) oder E) ein weiterer Verfahrensschritt:

F) Abkühlen des Gemenges auf Raumtemperatur.

In einer Ausführungsform erfolgt das Abkühlen des Gemenges auf Raumtemperatur im Verfahrensschritt F) mit einer Abkühlrate von 100 bis 400 °C pro Stunde, bevorzugt 150 bis 300 °C pro Stunde, besonders bevorzugt 220 bis 270 °C pro Stunde, beispielsweise mit einer Abkühlrate von 250 °C pro Stunde.
In einer Ausführungsform erfolgt das Abkühlen des Gemenges auf T2 im Verfahrensschritt D) mit einer Abkühlrate von 100 bis 400 °C pro Stunde, bevorzugt 100 bis 300 °C pro Stunde, besonders bevorzugt 150 bis 200 °C pro Stunde, beispielsweise mit einer Abkühlrate von 170 °C pro Stunde.
In einer Ausführungsform finden die Verfahrensschritte B), C), D), E) und/oder F) unter Formiergasatmosphäre statt. Bevorzugt liegt in dem Formiergas das Verhältnis von Stickstoff:Wasserstoff bei 92,5:7,5.
In einer Ausführungsform finden die Verfahrensschritte B), C), D), E) und/oder F) in einem Rohrofen statt.
In einer Ausführungsform erfolgt das Aufheizen in Verfahrensschritt B) mit einer Aufheizrate von 100 bis 400 °C pro Stunde, besonders bevorzugt von 150 bis 300 °C pro Stunde, besonders bevorzugt von 200 bis 250 °C pro Stunde, beispielsweise bei einer Aufheizrate von 250 °C pro Stunde.
In einer Ausführungsform werden die Edukte in einem Molverhältnis AlN:Sr₃N₂:Li₃N:LiAlH₄:EuF₃ = 1:0,05-0,3:0,05-0,2:0,05-0,4:0,001-0,009 eingesetzt. Bevorzugt werden die Edukte in einem Molverhältnis AlN:Sr₃N₂:Li₃N:LiAlH₄:EuF₃ = 1:0,1-0,2:0,05-0,1:0,05-0,3:0,001-0,003 eingesetzt, besonders bevorzugt werden die Edukte in einem Molverhältnis AlN:Sr₃N₂:Li₃N:LiAlH₄:EuF₃ = 1:0,1-0,15:0,06-0,1:0,08-0,2:0,001-0,002 eingesetzt. Insbesondere kann sich bei diesen Molverhältnissen der rot emittierende Leuchtstoff umfassend eine Phase des Eu²⁺-dotierten Nitridoaluminat-Leuchtstoffs der Summenformel Sr_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄ und eine Phase des Leuchtstoffs der Summenformel SrLiAl₃N₄:Eu²⁺ bilden.
Es hat sich gezeigt, dass sich durch eine Variation der Temperatur T1, der Temperatur T2, der Dauer des Verfahrensschritt C), der Dauer des Verfahrensschritts E) und/oder molaren Verhältnisse der Edukte die Halbwertsbreite des rot emittierenden Leuchtstoffs steuern lässt, insbesondere wenn als Edukte Li₃N, LiAlH₄, Sr₃N₂, AlN und EuF₃ eingesetzt werden, kann durch die Wahl der Temperatur und der Dauer des Verfahrensschritts C) die Zusammensetzung des rot emittierenden Leuchtstoffs variiert werden.
Es hat sich ferner gezeigt, dass sich durch eine Variation der Temperatur T1, der Dauer des Verfahrensschritts C), und/oder molaren Verhältnisse der Edukte beziehungsweise durch die Wahl der Edukte die Zusammensetzung des rot emittierenden Leuchtstoffs beeinflussen lässt. Insbesondere wenn die Edukte bestehend aus Li₃N, LiAlH₄, M₃N₂, MH₂, AlN und EuF₃ eingesetzt werden und in Verfahrensschritt C) das Glühen des Gemenges bei einer Temperatur T1 von 1000 °C bis 1400 °C, bevorzugt von 1300 °C bis 1400 °C, beispielsweise bei 1400 °C für fünf Minuten bis eine Stunde erfolgt, weist der gebildete Leuchtstoff beziehungsweise der rot emittierende Leuchtstoff überwiegend den Eu²⁺-dotierten Nitridoaluminat-Leuchtstoff der Summenformel M_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄ auf beziehungsweise besteht aus diesem Leuchtstoff.
Die angegebenen Ausführungsformen des Leuchtstoffs beziehungsweise des rot emittierenden Leuchtstoffs können für nachfolgend genannte Verwendungen eingesetzt werden. Die Merkmale des Leuchtstoffs sind auch für seine Verwendung offenbart und umgekehrt.
Es wird die Verwendung eines Leuchtstoffs zur Konversion von Licht in längerwelliges Licht angegeben. Darunter ist zu verstehen, dass Licht von dem Leuchtstoff absorbiert und als Licht mit einer längeren Wellenlänge emittiert wird.
Es wird weiter die Verwendung eines rot emittierenden Leuchtstoffs zur Konversion von Licht in längerwelliges, rotes Licht angegeben. Darunter ist zu verstehen, dass Licht von dem rot emittierenden Leuchtstoff absorbiert und als Licht mit einer längeren Wellenlänge, die im roten Spektralbereich liegt, emittiert wird.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Verwendung eines Leuchtstoffs beziehungsweise eines rot emittierenden Leuchtstoffs in einem Konversionselement angegeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Leuchtstoff eine anorganische Verbindung, die zumindest einen Aktivator E und N in ihrer Summenformel aufweist. Der Aktivator E ist dabei aus einer Gruppe, die Ce und Eu und Kombinationen daraus umfasst.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Leuchtstoff ein rot emittierender Leuchtstoff umfassend einen Eu²⁺-dotierten Nitridoaluminat-Leuchtstoff oder bestehend aus einem Eu²⁺dotierten Nitridoaluminat-Leuchtstoff.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff im Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm unter Verwendung von Cu-K_α1-Strahlung zwei charakteristische Reflexe in einem Winkelbereich von 11,5-12,5°2θ und in einem Winkelbereich von 18,5-19,5°2θ auf.
Gemäß einer Ausführungsform kristallisiert die anorganische Verbindung oder der Eu²⁺-dotierte Nitridoaluminat-Leuchtstoff in einer Kristallstruktur mit gleicher Atomsequenz wie in K₂Zn₆O₇. Die Kristallstruktur kann insbesondere in der orthorhombischen Raumgruppe Pnnm beschrieben werden. Insbesondere liegen die Gitterparameter in der orthorhombischen Beschreibung mit der Raumgruppe Pnnm bei a = 10,4291(7) Å, b = 10,4309(7) Å und c = 3,2349(2) und α = β= γ = 90°. Alternativ kann die Kristallstruktur aufgrund von Verzwillingung und Pseudosymmetrie in einem tetragonalen Kristallsystem beschrieben werden. Auch Beschreibungen in anderen Raumgruppen sind möglich.
Gemäß einer Ausführungsform weist die anorganische Verbindung oder der Eu²⁺-dotierte Nitridoaluminat-Leuchtstoff die Summenformel M_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄ auf, wobei M = Ca, Sr und/oder Ba und es gilt 0 < x ≤ 2, bevorzugt 0,001 ≤ x ≤ 0,4, besonders bevorzugt 0,01 ≤ x ≤ 0,2. Eu²⁺-Ionen ersetzen dabei insbesondere M und nehmen die Gitterplätze von M ein. Bevorzugt kristallisiert der Eu²⁺-dotierte Nitridoaluminat-Leuchtstoff mit der Summenformel M_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄ in einer Kristallstruktur mit gleicher Atomsequenz wie in K₂Zn₆O₇.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Eu²⁺-dotierte Nitridoaluminat-Leuchtstoff die Summenformel Sr_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄ auf und es gilt 0 < x ≤ 2, bevorzugt 0,001 ≤ x ≤ 0,4, besonders bevorzugt 0,01 ≤ x ≤ 0,2.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform besteht der Leuchtstoff beziehungsweise der rot emittierende Leuchtstoff aus einem Eu²⁺-dotierten Nitridoaluminat-Leuchtstoff der Summenformel M_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄. Damit weist der Leuchtstoff beziehungsweise der rot emittierende Leuchtstoff also nur eine Phase auf. Möglich ist aber auch, dass eine weitere Phase bestehend aus AlN vorhanden ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Leuchtstoff beziehungsweise der rot emittierende Leuchtstoff verschiedene Phasen, insbesondere eine Phase des Eu²⁺-dotierten Nitridoaluminat-Leuchtstoffs der Summenformel Sr_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄ und eine Phase des Leuchtstoffs der Summenformel SrLiAl₃N₄:Eu²⁺ oder der rot emittierende Leuchtstoff besteht aus diesen Phasen beziehungsweise Leuchtstoffen.
In einer Ausführungsform der Verwendung wird der Leuchtstoff beziehungsweise der rot emittierende Leuchtstoff zur Konversion von blauem Licht in längerwelliges, rotes Licht verwendet. Beispielsweise weist das blaue Licht eine Wellenlänge von 400 nm bis 500 nm auf.
In einer Ausführungsform der Verwendung ist das Konversionselement von einer lichtemittierenden Diode (LED) umfasst.
In einer Ausführungsform der Verwendung weist die LED einen Halbleiterchip auf, der im Betrieb blaue Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 500 nm, beispielsweise bei 460 nm, emittiert. Ein Halbleiterchip, der geeignet ist, im Betrieb blaue Strahlung zu emittieren, basiert beispielsweise auf Galliumnitrid oder Indiumgalliumnitrid.
Bevorzugt emittiert die LED weißes Licht. In dieser Ausführungsform kann das Konversionselement zusätzlich einen Leuchtstoff umfassen, der Strahlung im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert.
Die angegebenen Ausführungsformen des Leuchtstoffs beziehungsweise des rot emittierenden Leuchtstoffs können in einem Konversionselement einer lichtemittierenden Diode eingesetzt werden.
Es wird eine lichtemittierende Diode angegeben. Diese umfasst einen Halbleiterchip, der im Betrieb des Bauelements eine blaue Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 500 nm emittiert und ein Konversionselement umfassend einen rot emittierenden Leuchtstoff, der einen Eu²⁺-dotierten Nitridoaluminat-Leuchtstoff umfasst.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff beziehungsweise der rot emittierende Leuchtstoff im Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm unter Verwendung von Cu-K_α1-Strahlung zwei charakteristische Reflexe in einem Winkelbereich von 11,5-12,5°2θ und in einem Winkelbereich von 18,5-19,5°2θ auf. Der rot emittierende Leuchtstoff ist dazu eingerichtet, im Betrieb der lichtemittierenden Diode die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung in eine Sekundärstrahlung einer Wellenlänge zwischen 620 nm und 680 nm zu konvertieren.
Gemäß einer Ausführungsform kristallisiert die anorganische Verbindung beziehungsweise der Eu²⁺-dotierte Nitridoaluminat-Leuchtstoff in einer Kristallstruktur mit gleicher Atomsequenz wie in K₂Zn₆O₇. Die Kristallstruktur kann insbesondere in der orthorhombischen Raumgruppe Pnnm beschrieben werden. Insbesondere liegen die Gitterparameter in der orthorhombischen Beschreibung mit der Raumgruppe Pnnm bei a = 10,4291(7) Å, b = 10,4309(7) Å und c = 3,2349(2) und α = β= γ = 90°. Alternativ kann die Kristallstruktur aufgrund von Verzwillingung und Pseudosymmetrie in einem tetragonalen Kristallsystem beschrieben werden. Auch Beschreibungen in anderen Raumgruppen sind möglich.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Eu²⁺-dotierte Nitridoaluminat-Leuchtstoff die Summenformel M_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄ auf, wobei M = Ca, Sr und/oder Ba und es gilt 0 < x ≤ 2, bevorzugt 0,001 ≤ x ≤ 0,4, besonders bevorzugt 0,01 ≤ x ≤ 0,2. Eu²⁺-Ionen ersetzen dabei insbesondere M und nehmen die Gitterplätze von M ein. Bevorzugt kristallisiert der Eu²⁺dotierte Nitridoaluminat-Leuchtstoff mit der Summenformel M_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄ in einer Kristallstruktur mit vergleichbarer Atomsequenz wie in K₂Zn₆O₇.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Eu²⁺-dotierte Nitridoaluminat-Leuchtstoff die Summenformel Sr_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄ auf und es gilt 0 < x ≤ 2, bevorzugt 0,001 ≤ x ≤ 0,4, besonders bevorzugt 0,01 ≤ x ≤ 0,2.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform besteht der Leuchtstoff beziehungsweise der rot emittierende Leuchtstoff aus einem Eu²⁺-dotierten Nitridoaluminat-Leuchtstoff der Summenformel M_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄. Damit weist der rot emittierende Leuchtstoff also nur eine Phase auf. Möglich ist aber auch, dass eine weitere Phase bestehend aus AlN vorhanden ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der rot emittierende Leuchtstoff verschiedene Phasen, insbesondere eine Phase des Eu²⁺-dotierten Nitridoaluminat-Leuchtstoffs der Summenformel Sr_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄ und eine Phase des Leuchtstoffs der Summenformel SrLiAl₃N₄:Eu²⁺ oder der rot emittierende Leuchtstoff besteht aus diesen Phasen beziehungsweise Leuchtstoffen.
Eine mögliche Ausführung des Konversionselements ist die Ausführung in Form eines Vergusses, wobei der Verguss den Halbleiterchip formschlüssig umhüllt. Des Weiteren kann der dem Halbleiterchip formschlüssig umhüllende Verguss an den Seitenwänden zum Beispiel durch ein Gehäuse stabilisiert werden und befindet sich beispielsweise in einer Ausnehmung eines solchen Gehäuses. Materialien für den Verguss sind dem Fachmann bekannt.
Weiter kann das Konversionselement als Konversionsschicht ausgeführt sein. Bei der Konversionsschicht besteht ein direkter Kontakt zwischen Konversionsschicht und Halbleiterchip, wobei die Dicke der Konversionsschicht beispielsweise kleiner ist als die Dicke des Halbleiterchips und zum Beispiel konstant an allen Strahlungsaustrittsflächen ausgebildet sein kann.
Das Konversionselement kann ferner die Form einer Platte, oder einer Folie annehmen. Die Platte oder die Folie ist über dem Halbleiterchip angeordnet. Bei diesen weiteren Varianten der Ausführung des Konversionselements besteht nicht notwendigerweise ein direkter und/oder formschlüssiger Kontakt des Konversionselements mit dem Halbleiterchip. Das heißt, dass zwischen dem Konversionselement und dem Halbleiterchip ein Abstand bestehen kann. Mit anderen Worten ist das Konversionselement dem Halbleiterchip nachgeordnet und wird von der emittierten Strahlung des Halbleiterchips angestrahlt. Zwischen Konversionselement und Halbleiterchip kann dann ein Vergusskörper oder ein Luftspalt ausgebildet sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann die lichtemittierende Diode für Hintergrundbeleuchtung eingesetzt werden.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.

1, 4 und 7 zeigen Röntgenbeugungspulverdiffraktogramme unter Verwendung von Kupfer-K_α1-Strahlung von drei Ausführungsbeispielen eines rot emittierenden Leuchtstoffs,
2, 5 und 8 zeigen Emissionsspektren von drei Ausführungsbeispielen eines rot emittierenden Leuchtstoffs,
3, 6 und 9 zeigen Reflexionsgrade von drei Ausführungsbeispielen eines rot emittierenden Leuchtstoffs,
10 zeigt ein Emissionsspektrum eines Ausführungsbeispiels eines rot emittierenden Leuchtstoffs,
11 zeigt den Reflexionsgrad eines Ausführungsbeispiels eines rot emittierenden Leuchtstoffs,
12A, 12B, 13A, 13B und 14 zeigen ein Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm unter Verwendung von Kupfer-K_α1-Strahlung von einem Ausführungsbeispiel eines rot emittierenden Leuchtstoffs,
15 zeigt einen Ausschnitt der Kristallstruktur eines rot emittierenden Leuchtstoffs,
16A, 16B und 16C zeigen charakteristische Eigenschaften eines rot emittierenden Leuchtstoffs,
17 zeigt die Emissionsspektren von drei Substitutionsvarianten ausgehend von Sr₄LiAl₁₁N₁₄,
18A und 18B zeigen eine Auswahl von möglichen, elektroneutralen Summenformeln für Substitutionsexperimente.

In 1 sind drei Röntgenbeugungspulverdiffraktogramme unter Verwendung von Kupfer-K_α1-Strahlung angegeben. Auf der x-Achse sind die Beugungswinkel in °2θ-Werten angegeben und auf der y-Achse die Intensität. Das mit dem Bezugszeichen I versehene Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm zeigt das eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen rot emittierenden Leuchtstoffs. Es weist zwei charakteristische Reflexe in einem Winkelbereich von 11.5-12,5°2θ und in einem Winkelbereich von 18,5-19,5°2θ auf. Diese charakteristischen Reflexe des erfindungsgemäßen rot emittierenden Leuchtstoffs weisen eine relative Intensität zu dem stärksten Reflex im Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm von über 2 % (absoluter Intensität) beziehungsweise über 1 % (integrale Intensität) auf. Die Intensität dieser Reflexe ist mindestens dreimal so groß wie das Durchschnittsrauschen in dem Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm und damit handelt es sich um signifikante Reflexe, die dem rot emittierenden Leuchtstoff zugeordnet werden können. Das mit dem Bezugszeichen II versehene Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm entspricht dem des bekannten Leuchtstoffs mit der Formel SrLiAl₃N₄:Eu²⁺. Wie erkennbar, weist dieser bekannte Leuchtstoff die charakteristischen Reflexe des erfindungsgemäßen rot emittierenden Leuchtstoffs im Winkelbereich von 11,5-12,5°2θ und im Winkelbereich von 18,5-19,5°2θ nicht auf. Das mit dem Bezugszeichen III versehene Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm ist ein simuliertes einer Verbindung der Formel SrLiAl₃N₄. Aus den dargestellten Röntgenbeugungspulverdiffraktogrammen wird deutlich, dass es sich bei dem erfindungsgemäßen rot emittierenden Leuchtstoff um einen anderen Leuchtstoff handelt als den bekannten Leuchtstoff der Formel SrLiAl₃N₄:Eu²⁺. Dies belegen auch die zusätzlichen Reflexe in einem Winkelbereich von 11,5-12,5°2θ und im Winkelbereich von 18,5-19,5°2θ des erfindungsgemäß rot emittierenden Leuchtstoffs im Vergleich zu dem bekannten Leuchtstoff. Der erfindungsgemäße Leuchtstoff umfasst den bekannten Leuchtstoff SrLiAl₃N₄:Eu²⁺ und zusätzlich noch weitere Phase eines Eu²⁺-dotierten Nitridoaluminat-Leuchtstoffs der Summenformel Sr_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄ .
Das erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs, der das Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm mit dem Bezugszeichen I in 1 aufweist, wurde wie folgt hergestellt: 0,0591 mol Sr₃N₂, 0,0297 Li₃N, 0,089 mol LiAlH₄, 0,445 mol AlN und 0,0007 mol EuF₃ werden homogen vermengt. Das mol-Verhältnis AlN:Sr₃N₂:Li₃N:LiAlH₄:EuF₃ liegt bei 1:0,1328:0,0667:0,2:0,0016. Das Gemenge wird in einen Wolframtiegel überführt, der in einen Rohrofen überführt wird. Unter einer Formiergasatmosphäre (N₂:H₂ = 92,5:7,5) wird das Gemenge mit einer Heizrate von 250 °C pro Stunde auf eine Temperatur von 1250 °C erhitzt. Das Gemenge wird für 15 Minuten bei einer Temperatur von 1250 °C geglüht, im Anschluss darauf erfolgt eine Abkühlung auf 1000 °C mit einer Abkühlrate von 170 °C pro Stunde. Das Gemenge wird für 15 Minuten bei 1000° gehalten und dann mit einer Abkühlrate von 250 °C pro Stunde auf Raumtemperatur abgekühlt.
In 2 ist das Emissionsspektrum des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs, der wie unter 1 beschrieben synthetisiert wurde, abgebildet. Auf der x-Achse ist die Wellenlänge in Nanometern aufgetragen und auf der y-Achse die Emissionsintensität in Prozent. Zur Messung des Emissionsspektrums wurde der erfindungsgemäße Leuchtstoff mit blauem Licht einer Wellenlänge von 460 nm angeregt. Der Leuchtstoff weist eine Halbwertsbreite von 59 nm und eine Dominanzwellenlänge von 627 nm auf, das Maximum der Emission liegt in etwa bei 654 nm. Im Vergleich zu den bekannten Leuchtstoffen (Sr,Ba)₂Si₅N₈:Eu²⁺ mit einer Halbwertsbreite von größer 90 nm und (Sr,Ca)AlSiN₃:Eu²⁺ mit einer Halbwertsbreite von größer 70 nm weist der erfindungsgemäße Leuchtstoff damit eine kleinere Halbwertsbreite auf. Damit emittiert der erfindungsgemäße Leuchtstoff fast nur im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums, was zu einer Reduzierung der Verluste im IR-Bereich führt. Der bekannte Leuchtstoff SrLiAl₃N₄:Eu²⁺ weist eine Halbwertsbreite von etwa 50 nm auf, allerdings ist im Vergleich zu dem Leuchtstoff SrLiAl₃N₄:Eu²⁺ die Quanteneffizienz des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs höher.
3 zeigt den Reflexionsgrad des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs, der wie unter 1 beschrieben synthetisiert wurde, in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Auf der x-Achse ist die Wellenlänge in Nanometern aufgetragen und auf der y-Achse der Reflexionsgrad in Prozent. Wie ersichtlich, weist der erfindungsgemäße Leuchtstoff zwischen 450 und 500 nm ein Minimum im Reflexionsgrad auf und wird somit am besten mit einer Wellenlänge zwischen 450 und 500 nm angeregt, da hier die Absorption besonders hoch ist. Im Vergleich mit dem bekannten Leuchtstoff SrLiAl₃N₄:Eu²⁺ weist der erfindungsgemäße Leuchtstoff eine höhere Absorption im Bereich von 450 nm bis 500 nm auf.
In 4 sind drei Röntgenbeugungspulverdiffraktogramme unter Verwendung von Kupfer-K_α1-Strahlung angegeben. Auf der x-Achse sind die Beugungswinkel in °2θ-Werten angegeben und auf der y-Achse die Intensität. Das mit dem Bezugszeichen I’ versehene Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm zeigt das eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen rot emittierenden Leuchtstoffs. Es weist wie auch das erste Ausführungsbeispiel zwei charakteristische Reflexe in einem Winkelbereich von 11.5-12,5°2θ und in einem Winkelbereich von 18,5-19,5°2θ auf. Im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel ist die Intensität der charakteristischen Reflexe höher. Das mit dem Bezugszeichen II versehene Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm zeigt das eines bekannten Leuchtstoffs mit der Formel SrLiAl₃N₄:Eu²⁺. Wie in 1 ist auch hier erkennbar, dass der bekannte Leuchtstoff die charakteristischen Reflexe des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs in einem Winkelbereich von 11.5-12,5°2θ und in einem Winkelbereich von 18,5-19,5°2θ nicht aufweist. Das mit dem Bezugszeichen III versehene Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm ist ein simuliertes einer Verbindung der Formel SrLiAl₃N₄.
Das zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs, dessen Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm in 4 mit dem Bezugszeichen I' dargestellt ist, wurde wie folgt hergestellt: 0,0509 mol Sr₃N₂, 0,0383 Li₃N, 0,0383 mol LiAlH₄, 0,4216 mol AlN und 0,0006 mol EuF₃ werden zu einem homogenen Gemenge verarbeitet. Das mol-Verhältnis AlN:Sr₃N₂:Li₃N:LiAlH₄: EuF₃ liegt bei 1:0,1207:0,0908:0,0908:0,0014. Das Gemenge wird in einen Wolframtiegel überführt, der in einen Rohrofen überführt wird. Unter einer Formiergasatmosphäre (N₂:H₂ = 92,5:7,5) wird das Gemenge mit einer Aufheizrate von 250 °C pro Stunde auf eine Temperatur von 1250° erhitzt, eine Stunde bei dieser Temperatur gehalten und im Anschluss daran mit einer Abkühlrate von 250 °C pro Stunde auf Raumtemperatur abgekühlt. Der erfindungsgemäße Leuchtstoff des zweiten Ausführungsbeispiels umfasst den bekannten Leuchtstoff SrLiAl₃N₄: Eu²⁺ und zusätzlich noch weitere Phasen eines Eu²⁺dotierten Nitridoaluminat-Leuchtstoffs der Summenformel Sr_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄.
In 5 ist das Emissionsspektrum des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs, der wie unter 4 beschrieben synthetisiert wurde, abgebildet. Auf der x-Achse ist die Wellenlänge in Nanometern aufgetragen und auf der y-Achse die Emissionsintensität in Prozent. Zur Messung des Emissionsspektrums wurde der erfindungsgemäße Leuchtstoff mit blauem Licht einer Wellenlänge von 460 nm angeregt. Der Leuchtstoff weist eine Halbwertsbreite von 61 nm und eine Dominanzwellenlänge von 627 nm auf, das Maximum der Emission liegt in etwa bei 654 nm.
6 zeigt den Reflexionsgrad des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs, der wie unter 4 beschrieben synthetisiert wurde, in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Auf der x-Achse ist die Wellenlänge in Nanometern aufgetragen und auf der y-Achse der Reflexionsgrad in Prozent. Wie ersichtlich, weist der erfindungsgemäße Leuchtstoff zwischen 450 und 500 nm ein Minimum im Reflexionsgrad auf und wird somit am besten mit einer Wellenlänge zwischen 450 und 500 nm angeregt, da hier die Absorption besonders hoch ist. Im Vergleich zu dem bekannten Leuchtstoff SrLiAl₃N₄:Eu²⁺ weist auch das zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs eine höhere Absorption im Bereich von 450 nm bis 500 nm auf.
In 7 sind drei Röntgenbeugungspulverdiffraktogramme unter Verwendung von Kupfer-K_α1-Strahlung angegeben. Auf der x-Achse sind die Beugungswinkel in °2θ-Werten angegeben und auf der y-Achse die Intensität. Das mit dem Bezugszeichen I'' versehene Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm zeigt das eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen rot emittierenden Leuchtstoffs. Es weist wie auch das erste und das zweite Ausführungsbeispiel zwei charakteristische Reflexe in einem Winkelbereich von 11,5-12,5°2θ und in einem Winkelbereich von 18,5-19,5°2θ auf. Im Vergleich zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel ist die Intensität der charakteristischen Reflexe größer. Das mit dem Bezugszeichen II versehene Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm zeigt das eines Leuchtstoffs mit der Formel SrLiAl₃N₄:Eu²⁺. Wie in den 1 und 4 ist auch hier erkennbar, dass der bekannte Leuchtstoff die charakteristischen Reflexe des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs in einem Winkelbereich von 11,5-12,5°2θ und im Bereich von 18,5-19,5°2θ nicht aufweist. Das mit dem Bezugszeichen III versehene Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm ist ein simuliertes einer Verbindung der Formel SrLiAl₃N₄. Der erfindungsgemäße Leuchtstoff des dritten Ausführungsbeispiels umfasst den bekannten Leuchtstoff SrLiAl₃N₄:Eu²⁺ und zusätzlich noch weitere Phase eines Eu²⁺-dotierten Nitridoaluminat-Leuchtstoffs der Summenformel Sr_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄.
Das dritte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs, dessen Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm in 7 mit dem Bezugszeichen I'' dargestellt ist, wurde wie folgt hergestellt: 0,0591 mol Sr₃N₂, 0,0297 mol Li₃N, 0,089 mol LiAlH₄, 0,445 mol AlN und 0,0007 mol EuF₃ wurden zu einem homogenen Gemenge verarbeitet. Das mol-Verhältnis AlN:Sr₃N₂:Li₃N:LiAlH₄:EuF₃ liegt bei 1:0,1328:0,0667:0,20:0,0016. Das Gemenge wird in einen Wolframtiegel überführt, der in einen Rohrofen überführt wird. Unter einer Formiergasatmosphäre (N₂:H₂ = 92,5:7,5) wird das Gemenge mit einer Aufheizrate 250 °C pro Stunde auf eine Temperatur von 1250° erhitzt, fünf Stunden bei dieser Temperatur gehalten und im Anschluss daran mit einer Abkühlrate von 250 °C pro Stunde auf Raumtemperatur abgekühlt.
In 8 ist das Emissionsspektrum des dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs, der wie unter 7 beschrieben synthetisiert wurde, abgebildet. Auf der x-Achse ist die Wellenlänge in Nanometern aufgetragen und auf der y-Achse die Emissionsintensität in Prozent. Zur Messung des Emissionsspektrums wurde der erfindungsgemäße Leuchtstoff mit blauem Licht einer Wellenlänge von 460 nm angeregt. Der Leuchtstoff weist eine Halbwertsbreite von 68 nm und eine Dominanzwellenlänge von 625 nm auf, das Maximum der Emission liegt in etwa bei 652 nm.
9 zeigt den Reflexionsgrad des dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs, der wie unter 7 beschrieben synthetisiert wurde, in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Auf der x-Achse ist die Wellenlänge in Nanometern aufgetragen und auf der y-Achse der Reflexionsgrad in Prozent. Wie ersichtlich, weist der erfindungsgemäße Leuchtstoff zwischen 450 und 500 nm ein Minimum im Reflexionsgrad auf und wird somit am besten mit einer Wellenlänge zwischen 450 und 500 nm angeregt, da hier die Absorption besonders hoch ist. Im Vergleich zu dem bekannten Leuchtstoff SrLiAl₃N₄:Eu²⁺ kann auch für das dritte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs eine höhere Absorption im Bereich von 450 nm bis 500 nm gezeigt werden.
Insgesamt zeigt sich aus den drei Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen rot emittierenden Leuchtstoffs, dass durch eine Variation der Temperatur T1, der Dauer des Verfahrensschritt C) und/oder molaren Verhältnisse der Edukte die Halbwertsbreite des rot emittierenden Leuchtstoffs beziehungsweise die Zusammensetzung des rot emittierenden Leuchtstoffs variierbar ist. Zusammengefasst weisen die drei Ausführungsbeispiele folgende Halbwertsbreiten und Dominanzwellenlängen auf:

FWHM / nm λ_dom / nm

erstes Ausführungsbeispiel 59 627

zweites Ausführungsbeispiel 61 627

drittes Ausführungsbeispiel 68 625
In 10 ist das Emissionsspektrum eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen rot emittierenden Leuchtstoffs gezeigt. Auf der x-Achse ist die Wellenlänge in Nanometern aufgetragen und auf der y-Achse die Emissionsintensität in Prozent. Zur Messung des Emissionsspektrums wurde der erfindungsgemäße Leuchtstoff in Form einer Pulvertablette mit blauem Licht einer Wellenlänge von 460 nm angeregt. Der Leuchtstoff weist eine Halbwertsbreite von 85 nm und eine Dominanzwellenlänge von 623,5 nm auf, das Maximum der Emission liegt bei 670 nm.
Das vierte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs wurde wie folgt hergestellt: 161,75 mmol Sr₃N₂, 485,26 mmol SrH₂, 828,27 mmol LiAlH₄ , 48,72 mmol Li₃N, 1843,60 mmol AlN und 3,90 mmol EuF₃ wurden zu einem homogenen Gemenge verarbeitet. Das mol-Verhältnis AlN:Sr₃N₂:SrH₂:LiAlH₄:Li₃N:EuF₃ liegt bei 1:0,088:0,263:0,449:0,026:0,002. Das Gemenge wird in einen Wolframtiegel überführt, der wiederum in einen Rohrofen überführt wird. Unter einer Formiergasatmosphäre (N₂:H₂ = 92,5:7,5) wird das Gemenge mit einer Aufheizrate 250 °C pro Stunde auf eine Temperatur von 1400° erhitzt, 15 Minuten bei dieser Temperatur gehalten und im Anschluss daran mit einer Abkühlrate von 250 °C pro Stunde auf Raumtemperatur abgekühlt. Der Leuchtstoff weist die Summenformel Sr₄LiAl₁₁N₁₄:Eu²⁺ , wobei Eu²⁺ teilweise das Sr ersetzt. Eine alternative Schreibweise ist Sr_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄. Der rot emittierende Leuchtstoff beziehungsweise der Eu²⁺-dotierte Nitridoaluminat-Leuchtstoff kristallisiert in einer Kristallstruktur mit gleicher Atomsequenz wie in K₂Zn₆O₇. Die Kristallstruktur kann insbesondere in der orthorhombischen Raumgruppe Pnnm beschrieben werden. Insbesondere liegen die Gitterparameter in der orthorhombischen Beschreibung mit der Raumgruppe Pnnm bei a = 10,4291(7) Å, b = 10,4309(7) Å und c = 3,2349(2) und α = β= γ = 90°. Auch Beschreibungen in anderen Raumgruppen sind möglich.
In 11 ist der Reflexionsgrad des vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs, der wie unter 10 beschrieben synthetisiert wurde, in Abhängigkeit von der Wellenlänge dargestellt. Auf der x-Achse ist die Wellenlänge in Nanometern aufgetragen und auf der y-Achse der Reflexionsgrad in Prozent. Wie ersichtlich, weist der erfindungsgemäße Leuchtstoff zwischen 450 und 500 nm ein Minimum im Reflexionsgrad auf und wird somit am besten mit einer Wellenlänge zwischen 450 und 500 nm angeregt, da hier die Absorption besonders hoch ist. Im Vergleich zu dem bekannten Leuchtstoff SrLiAl₃N₄:Eu²⁺ kann auch für das vierte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs eine höhere Absorption im Bereich von 450 nm bis 500 nm gezeigt werden.
12A zeigt das Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm unter Verwendung von Kupfer-K_α1-Strahlung des vierten Ausführungsbeispiels, das wie unter 10 dargestellt synthetisiert wurde. Auf der x-Achse sind die Beugungswinkel in °2θ-Werten angegeben und auf der y-Achse die Intensität. Auch das vierte Ausführungsbeispiels weist zwei charakteristische Reflexe in einem Winkelbereich von 11,5-12,5°2θ und in einem Winkelbereich von 18,5-19,5°2θ auf.
12B zeigt einen Ausschnitt des Röntgenbeugungspulverdiffraktogramms aus 12A. Hier sind nochmals deutlich die zwei charakteristischen Reflexe in einem Winkelbereich von 11,5-12,5°2θ und in einem Winkelbereich von 18,5-19,5°2θ erkennbar.
In 13A sind zwei Röntgenbeugungspulverdiffraktogramme unter Verwendung von Kupfer-K_α1-Strahlung angegeben. Auf der x-Achse sind die Beugungswinkel in °2θ-Werten angegeben und auf der y-Achse die Intensität. Das mit dem Bezugszeichen I''' versehene Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm zeigt das des vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen rot emittierenden Leuchtstoffs. Das mit dem Bezugszeichen II versehene Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm zeigt das eines Leuchtstoffs mit der Formel SrLiAl₃N₄:Eu²⁺. Wie in den 1 und 4 und 7 ist auch hier erkennbar, dass der bekannte Leuchtstoff die charakteristischen Reflexe des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs in einem Winkelbereich von 11,5-12,5°2θ und im Bereich von 18,5-19,5°2θ nicht aufweist.
13B zeigt einen Ausschnitt des Röntgenbeugungspulverdiffraktogramms aus 13A.
In 14 sind zwei Röntgenbeugungspulverdiffraktogramme unter Verwendung von Kupfer-K_α1-Strahlung angegeben. Auf der x-Achse sind die Beugungswinkel in °2θ-Werten angegeben und auf der y-Achse die Intensität. Das mit dem Bezugszeichen I''' versehene Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm zeigt das gemessene Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm des vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen rot emittierenden Leuchtstoffs. Das mit dem Bezugszeichen IV versehene Diffraktogramm entspricht dem aus Einkristalldaten berechneten Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm für den erfindungsgemäßen Leuchtstoff der Formel Sr_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄. Die mit * versehenen Reflexe sind einer Nebenphase aus AlN zuzuordnen. Dies kann noch aus den Edukten resultieren oder möglicherweise auch auf eine teilweise Zersetzung des Leuchtstoffs zurückzuführen sein. Wie ersichtlich ist die Übereinstimmung zwischen dem gemessenen Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm mit den Bezugszeichen I''' und dem berechneten Diagramm mit dem Bezugszeichen VI sehr hoch.
15 zeigt die orthorhombische Kristallstruktur des Leuchtstoffs Sr_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄ in einer schematischen Darstellung. Der Leuchtstoff kristallisiert orthorhombisch in der Raumgruppe Pnnm. Die Struktur des Leuchtstoffs wurde anhand von Einkristallbeugungsdaten ermittelt. Die Struktur weist eckenverknüpfte und kantenverknüpfte (Al,Li)N-Tetraeder auf. Zwischen dem Tetreader-Netzwerk sind Sr-Atome angeordnet. Auch Beschreibungen in anderen Raumgruppen sind möglich. Der erfindungsgemäße Leuchtstoff weist somit die gleiche Atomsequenz auf wie K₂Zn₆O₇.
16A zeigt kristallographische Daten von Sr_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄.
16B zeigt Atomlagen in der Struktur von Sr_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄.
16C zeigt anisotrope Auslenkungsparameter für Sr_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄ .
17 zeigt die Emissionsspektren von drei Substitutionsvarianten des Leuchtstoffs Sr_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄. Unter Substitutionsvarianten ist dabei zu verstehen, dass in diesen Leuchtstoffen die Elemente Sr, Eu, Li, Al und/oder N in der Summenformel Sr_4-xEu_xLiAl₁₁N₁₄ teilweise gegen andere Elemente ersetzt sind. Auf der x-Achse ist die Wellenlänge in Nanometern aufgetragen und auf der y-Achse die Emissionsintensität E in Prozent. Zur Messung des Emissionsspektrums wurden die Proben in Form einzelner Kristalle mit blauem Licht einer Wellenlänge von 460 nm angeregt. Durch die Variation der Zusammensetzung lässt sich unter Erhalt der Halbwertsbreite, also unter Erhalt der Atomsequenzen, eine beträchtliche Verschiebung der Emissionsbande hin zu kürzeren Wellenlängen realisieren, was zu einer weiteren Erhöhung des Überlapps mit der Augenempfindlichkeit führt und damit zu effizienteren Leuchtstoffen. Der Leuchtstoff, der die Emission mit dem Bezugszeichen A aufweist, zeigt in EDX-Messungen ein molares Verhältnis Al:Si von etwa 1:1 und weist eine Peakwellenlänge von 636 nm auf und ist damit im Vergleich zu dem unsubstituierten Leuchtstoff Sr₄LiAl₁₁N₁₄:Eu²⁺, der eine Peakwellenlänge bei 670 nm aufweist, deutlich blauverschoben.
18A und 18B zeigen Tabellen mit möglichen, elektroneutralen Verbindungen, die durch Substitutionsexperimente, analog der allgemeinen Summenformel (AX_a AY_b AZ_c) (BV_d BW_e BX_f BY_g BZ_h) (CX_n CY_y) :E, erreichbar sind. Die gezeigten Substitutionen sind nur beispielhaft, andere Substitutionen sind unter Erhalt der Kristallstruktur ebenso möglich.
Bezugszeichenliste

I, II, III, IV, I', I'', I''': Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm
A: Emission
E: Emissionsintensität
R: Reflexionsgrad
λ: Wellenlänge
nm: Nanometer

Claims

Leuchtstoff umfassend eine anorganische Verbindung, die zumindest einen Aktivator E und N in ihrer Summenformel aufweist, wobei die anorganische Verbindung die folgende Summenformel aufweist: M₄LiAl₁₁N₁₄:E, wobei M = Ca, Sr und/oder Ba, wobei E aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Ce und Eu und Kombinationen daraus umfasst, und wobei die anorganische Verbindung in einer Kristallstruktur mit gleicher Atomsequenz wie in K₂Zn₆O₇ kristallisiert.
Leuchtstoff nach Anspruch 1, wobei die Kristallstruktur in der orthorhombischen Raumgruppe Pnnm beschrieben wird.
Leuchtstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die anorganische Verbindung folgende Summenformel aufweist: M_4-xEu_XLiAl₁₁N₁₄, wobei M = Ca, Sr und/oder Ba und 0 < x ≤ 2.
Leuchtstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei M = Sr.
Leuchtstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Leuchtstoff ein Emissionsmaximum im Bereich von 500 bis 680 nm, bevorzugt zwischen 594 nm und 680 nm, aufweist.
Leuchtstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Leuchtstoff eine Dominanzwellenlänge von λ > 500 nm, bevorzugt λ > 600 nm, besonders bevorzugt λ > 620 nm aufweist.
Leuchtstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der rot emittiert, umfassend einen Eu²⁺-dotierten Nitridoaluminat-Leuchtstoff, wobei der rot emittierende Leuchtstoff im Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm unter Verwendung von Cu-K_α1-Strahlung zwei charakteristische Reflexe in einem Winkelbereich von 11.5-12,5°2θ und in einem Winkelbereich von 18,5-19,5°2θ aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs nach Anspruch 1 umfassend die Verfahrensschritte: A) Vermengen der Edukte umfassend Li₃N, LiAlH₄, Sr₃N₂, AlN und EuF₃ oder Li₃N, LiAlH₄, Sr₃N₂, AlN, SrH₂ und EuF₃, B) Aufheizen des unter A) erhaltenen Gemenges auf eine Temperatur zwischen 900 und 1400 °C, C) Glühen des Gemenges bei einer Temperatur von 900 bis 1400 °C für fünf Minuten bis sechs Stunden, F) Abkühlen des Gemenges auf Raumtemperatur.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Verfahrensschritte B) bis F) unter Formiergasatmosphäre stattfinden.
Verwendung eines Leuchtstoffs nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in einem Konversionselement.
Verwendung nach Anspruch 10 in einem Konversionselement einer LED.
Verwendung eines Leuchtstoffs nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Konversion von Licht in längerwelliges, bevorzugt rotes Licht.