DE112019001792B4 - Leuchtstoff und beleuchtungsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Leuchtstoff (4) mit der allgemeinen Summenformel (AE) Al1-yLiyO2-zNz: E, der in einer Kristallstruktur kristallisiert, die eine Schicht {uB, 12∞}[2(Li,Al)2(O,N)4] aufweist und der nicht in der monoklinen Raumgruppe P21/m kristallisiert, wobei E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn, AE = Mg, Ca, Sr und/oder Ba- 0 < y < 1,- 0 ≤ z < 2 und- 3-2y-4-z = -2.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Leuchtstoff und eine Beleuchtungsvorrichtung, die insbesondere den Leuchtstoff umfasst.
  • Die Druckschrift WO 2018/029 304 A1 beschreibt eine Beleuchtungsvorrichtung. Die Druckschrift WO 2019/075 469 A1 beschreibt Leuchtstoffe für Weißlichtdioden. Die Druckschrift EP 1 306 885 A2 beschreibt eine Leuchtstoffzusammensetzung für Niederdruckentladungslampen.
  • Das menschliche Auge nimmt blaues bis rotes Licht (ca. 380 bis 780 nm) wahr. Entsprechend der Augenempfindlichkeitskurve ist die Augenempfindlichkeit bei 555 nm am höchsten und somit im gelbgrünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums, während an den Randbereichen des sichtbaren Spektralbereichs die Augenempfindlichkeit sinkt. Für effiziente Beleuchtungsanwendungen ist es von zentraler Bedeutung den Überlapp des emittierten Lichts einer Beleuchtungsvorrichtung mit der Augenempfindlichkeitskurve zu maximieren. Der Überlapp mit der Augenempfindlichkeitskurve ist für grün emittierende Leuchtstoffe hoch und sinkt für gelbe, orange und rote Leuchtstoffe. Der Überlapp hängt dabei insbesondere von der exakten Lage des Emissionsmaximums und der Halbwertsbreite der Emissionsbande der Leuchtstoffe ab. Je breiter die Emissionsbande desto geringer ist der Überlapp des emittierten Lichts mit der Augenempfindlichkeitskurve im roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Für gelbe bis rote Leuchtstoffe ist eine geringe Halbwertsbreite deshalb von großer Bedeutung. Zudem ist insbesondere für gelbe, orange und rote Leuchtstoffe die Lage des Emissionsmaximums wichtig. Um Beleuchtungsvorrichtungen mit Leuchtstoffen zu optimieren, ist es wünschenswert, dass das Emissionsmaximum eines Leuchtstoffs verschoben werden kann bzw. dass unterschiedliche Leuchtstoffe mit unterschiedlichen Emissionsmaxima vorhanden sind, um für die jeweilige Anwendung den jeweils optimalen Leuchtstoff einsetzen zu können. Im gelben bis orangen Bereich des elektromagnetischen Spektrums sind bislang nur wenige effiziente Leuchtstoffe bekannt.
  • Granate der Formel (Y,Gd,Tb)3 (Al, Ga)5O12:Ce und deren Derivate emittieren bis zu einer Dominanzwellenlänge von 575 nm. Nachteilig an diesen Leuchtstoffen ist die relativ große Halbwertsbreite der Emissionsbande, die typischerweise über 125 nm liegt.
  • Auch (Sr, Ba)S12O2N2:Eu Leuchtstoffe emittieren im gelben Bereich des elektromagnetischen Spektrums, sind aber nur wenig stabil und limitieren somit die Lebensdauer von Beleuchtungsvorrichtungen.
  • 2,5, 8-Nitridosilikate EA2Si5N8 oder EA2(Si, Al)5(N,O)8 mit EA = Erdalkalimetall und α-SiAlONe sind als effiziente Leuchtstoffe bekannt, deren Dominanzwellenlänge über einen weiten Bereich eingestellt werden kann, jedoch weisen auch diese Leuchtstoffe eine große Halbwertsbreite auf.
  • Zusammengefasst gibt es keine effizienten, schmalbandigen Leuchtstoffe, die eine Emission mit einer Dominanzwellenlänge im gelben bis orangen Spektralbereich, insbesondere mit einer Dominanzwellenlänge zwischen 560 und 620 nm, bevorzugt zwischen 590 nm und 590 nm aufweisen.
  • Es besteht somit Bedarf an Leuchtstoffen, die eine Dominanzwellenlänge im gelben bis orangen Spektralbereich, insbesondere mit einer Dominanzwellenlänge zwischen 560 und 620 nm, bevorzugt zwischen 560 nm und 590 nm und eine geringe Halbwertsbreite aufweisen.
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Leuchtstoff anzugeben, der im gelben bis orangen Spektralbereich Strahlung emittiert und eine kleine Halbwertsbreite aufweist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Beleuchtungsvorrichtung mit dem hier beschriebenen vorteilhaften Leuchtstoff anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird beziehungsweise diese Aufgaben werden durch einen Leuchtstoff und eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
  • Es wird ein Leuchtstoff angegeben. Der Leuchtstoff ist mit einem Aktivator E dotiert, wobei E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn. Insbesondere ist der Aktivator für die Emission von Strahlung des Leuchtstoffs verantwortlich. Der Leuchtstoff kristallisiert in einer Kristallstruktur, die eine Schicht {uB, 12 ∞} [2 (X)2 (O,N)4], bevorzugt mehrere {uB, 12 ∞} [2 (X)2 (O,N)4] Schichten aufweist. X ist aus einer Gruppe von einwertigen, zweiwertigen, dreiwertigen und vierwertigen Elementen und Kombinationen daraus ausgewählt. Insbesondere ist X ein einwertiges, zweiwertiges, dreiwertiges oder vierwertiges Kation oder eine Kombination einwertiger, zweiwertiger, dreiwertiger und/oder vierwertiger Kationen.
  • Zur strukturellen Beschreibung der Schicht {uB, 12 ∞} [2 (X)2 (O,N)4] wird die Nomenklatur von Liebau (Liebau, F. 1985, Structural chemistry of silicates: structure, bonding, and classification, Springer Berlin) verwendet. Dabei bedeutet für {uB, 12 ∞} [2(X)2(O, N)4], dass die Kristallstruktur des Leuchtstoffs eine Schicht aus X(O,N)4-Tetraedern enthält, wobei X im Zentrum angeordnet ist und tetraedrisch von O und/oder N umgeben ist. O und/oder N besetzten somit die Ecken der Tetraeder. Jeder der X(O, N)4-Tetraeder teilt alle vier Ecken mit einem weiteren (X) (O, N)4-Tetraedern, so dass sich eine zweidimensional ausgedehnte Schicht ergibt. Das Verhältnis von X Atomen zu (O,N) Atomen innerhalb der Schicht beträgt somit 1 zu 2. Mit anderen Worten beträgt der Kondensationsgrad der Schicht 0,5.
  • Der Leuchtstoff kristallisiert nicht in der monoklinen Raumgruppe P21/m.
  • Überraschenderweise weisen die Leuchtstoffe bei einer Anregung mit einer Primärstrahlung eine Emission bzw. Sekundärstrahlung im gelben bis orangen Spektralbereich auf und zeigen zudem eine geringe Halbwertsbreite. Die erfindungsgemäßen Leuchtstoffe weisen mit Vorteil nur eine Emissionsbande auf. Dadurch kann gewährleistet werden, dass der Farbort der Sekundärstrahlung der Leuchtstoffe bei Änderung der Temperatur nicht verschoben wird.
  • Unter der Halbwertsbreite wird hier und im Folgenden die spektrale Breite auf halber Höhe des Maximums eines Emissionspeaks bzw. einer Emissionsbande, kurz FWHM oder Full-width at half maximum, verstanden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist X aus einer Gruppe ausgewählt, die Li, Na, K, Mg, Ca, Sr, Ba, B, Al, Ga, Si, Ge und Kombinationen daraus umfasst. Bevorzugt ist X aus einer Gruppe ausgewählt, die Li, Na, K, B, Al, Ga, Si, Ge und Kombinationen daraus umfasst. Besonders bevorzugt ist X eine Kombination aus Li, Na und/oder K mit B, Al und/oder Ga, ganz besonders bevorzugt eine Kombination aus Li, Na und/oder K mit Al.
  • 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.
  • Bei den angegebenen Summenformeln geben die Indices der Elemente deren molare Verhältnisse innerhalb des Leuchtstoffs an. Die Summenformel kann auch als Verhältnisformel bezeichnet werden.
  • Es wird außerdem beschrieben, dass der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel An+ x [Z1-yZ*yO2-zNz]:E aufweist, wobei
    • - Z = B, Al und/oder Ga, bevorzugt Z = Al oder Al und Ga,
    • - Z* = Li, Na und/oder K,
    • - E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn,
    • - A = Mg, Ca, Sr, Ba, Li, Na, K, Rb, Cs, Zn, Cu, Ag, Y, La, Lu, Sc und/oder Zr,
    • - 0 < xn ≤ 5,
    • - 0 ≤ y ≤ 1, bevorzugt 0 < y < 1
    • - 0 ≤ z ≤ 2 und
    • - 3-2y-4-z = -m = xn. Der Leuchtstoff kristallisiert in einer Kristallstruktur, die eine oder zumindest eine Schicht {uB, 12 ∞} [2(Z,Z*)2(O,N)4], bevorzugt mehrere {uB, 12 ∞}[2(Z,Z*)2(O,N)4] aufweist. Der Leuchtstoff kristallisiert nicht in der monoklinen Raumgruppe P21/m. Insbesondere kann der Leuchtstoff innerhalb seiner Kristallstruktur eine oder mehrere weitere Schichten {uB, 12 ∞} [2(Z,Z*)2(O,N)4] aufweisen.
  • Die Schicht {uB, 12 ∞} [2(Z,Z*)2(O,N)4] wird somit aus den Elementen Z, Z*, N und/oder O gebildet. Insbesondere sind die A-Atome und E außerhalb der Schicht {uB, 12 ∞} [2(Z,Z*)2(O,N)4], insbesondere zwischen zwei {uB, 12 ∞} [2(Z,Z*)2(O,N)4] Schichten angeordnet und somit nicht am Aufbau der Schicht beteiligt. Es ist daher möglich, dass A und Z* für das gleiche Element oder die gleichen Elemente steht bzw. stehen, diese sich aber innerhalb der Kristallstruktur an unterschiedlichen Positionen befinden. Wenn beispielsweise A = Z* = Li, befindet sich Li zum einen in den Zentren der die Schicht {uB, 12 ∞} [2(Z,Z*)2(O,N)4] bildenden Tetraeder, und zum anderen außerhalb der Schicht.
  • Unter einem Leuchtstoff der allgemeinen Summenformel An+ x [Z1-yZ*yO2-zNz]:E wird, wie einem Fachmann auf dem Gebiet der anorganischen Festkörperchemie bekannt, ein Leuchtstoff verstanden, dessen molares Verhältnis von A:Z:Z*:O:N bei x:1-y:y:2-z:z liegt. Die Indices innerhalb der Summenformel, also x, 1-y, y, 2-z und z geben somit die molaren Verhältnisse der Elemente A, Z , Z*, O und N an. Eine alternative Schreibweise des Leuchtstoffs ist somit beispielweise An+ 2x[Z2-2yZ*2yO4-2zN2z]m-:E. Beispielweise weist ein hier beschriebener Leuchtstoff die Summenformel Sr2LiAlO4:Eu auf, das molare Verhältnis von Sr:Li:Al:O liegt bei 2:1:1:4. Eine alternative Schreibweise der allgemeinen Summenformel des Leuchtstoffs ist SrLi0,5Al0,5O2:Eu.
  • Die Erfinder haben herausgefunden, dass sich der Sauerstoff- und der Stickstoffgehalt unter Beibehaltung der Kristallstruktur bzw. unter Beibehaltung der Schicht {uB, 12 ∞} [2(Z,Z*)2(O,N)4] in dem Leuchtstoff variieren lassen. Dadurch ist es mit Vorteil möglich, die Peakwellenlänge des Leuchtstoffs durch eine Variation des Sauerstoff- bzw. des Stickstoffgehalts zu variieren.
  • Als „Peakwellenlänge“ wird vorliegend die Wellenlänge im Emissionsspektrum eines Leuchtstoffs bezeichnet, bei der die maximale Intensität im Emissionsspektrum bzw. einer Emissionsbande liegt.
  • Es wird außerdem beschrieben, dass der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel An+ x [Al1-yLiyO2-zNz] : E aufweist, wobei
    • - E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn,
    • - A = Mg, Ca, Sr, Ba, Li, Na, K, Rb, Cs, Zn, Cu, Ag, Y, La, Lu, Sc und/oder Zr,
    • - 0 < xn ≤ 5,
    • - 0 ≤ y ≤ 1, bevorzugt 0 < y < 1
    • - 0 ≤ z ≤ 2 und
    • - 3-2y-4-z = -m = xn. Der Leuchtstoff kristallisiert in einer Kristallstruktur, die eine oder zumindest eine Schicht {uB, 12 ∞} [2(Li,Al)2 (O,N)4] aufweist. Der Leuchtstoff kristallisiert nicht in der monoklinen Raumgruppe P21/m. Insbesondere kann der Leuchtstoff innerhalb seiner Kristallstruktur eine oder mehrere weitere Schichten {uB, 12 ∞} [2 (Li,Al)2 (O,N)4] aufweisen.
  • Der Schicht {uB, 12 ∞} [2 (Li,Al)2 (O,N)4] kommt die Bedeutung zu, dass die Kristallstruktur des Leuchtstoffs eine Schicht aus (Al,Li) (O,N)4-Tetraedern enthält, wobei Al und/oder Li im Zentrum angeordnet sind und tetraedrisch von O und/oder N umgeben sind. O und/oder N besetzten somit die Ecken der Tetraeder. Jeder der (Al,Li) (O,N)4-Tetraeder teilt alle vier Ecken mit einem weiteren (Al,Li) (O,N)4-Tetraeder. Das Verhältnis von (Al,Li) Atomen zu (O,N) Atomen innerhalb der Schicht beträgt somit 1 zu 2. Mit anderen Worten beträgt der Kondensationsgrad der Schicht 0,5. Unter (Al,Li)(O,N)4-Tetraedern sind hier und im folgenden AlO4, LiO4, AlN4, LiN4, Al(O,N)4 und/oder Li(O,N)4 zu verstehen. Es sind also Tetraeder mit nur Sauerstoff oder Stickstoff an den Ecken und auch Tetraeder mit Sauerstoff und Stickstoff an den Ecken möglich.
  • Mit Vorteil ist es möglich den Anteil y, und damit die Menge an Li und Al und z und damit die Menge an N und O in dem Leuchtstoff zu variieren und dennoch die {uB, 12 ∞} [2(Li,Al)2(O,N)4] Schicht oder Schichten innerhalb der Kristallstruktur zu erhalten. Dies ermöglicht es insbesondere die Ladung m der Schicht variabel zu gestalten, was wiederum zu einer großen Auswahl an möglichen A-Atomen führt. A und E sind innerhalb der Kristallstruktur insbesondere außerhalb der Schicht {uB, 12 ∞} [2(Li,Al)2(O,N)4], insbesondere zwischen zwei {uB, 12 ∞} [2(Li,Al)2(O,N)4] - Schichten angeordnet. Durch Variation von A kann sich die Anordnung der {uB, 12 ∞} [2(Li,Al)2(O,N)4] Schichten zueinander ändern, was zu einer Änderung des Kristallsystems und der Raumgruppe führen kann.
  • Insbesondere kann sich die Anordnung der {uB, 12 ∞} [2(Li,Al)2(O,N)4] Schichten zueinander ändern und somit das Kristallsystem und die Raumgruppe, wenn A variiert wird und bei unterschiedlicher Anordnung und Ausordnung der (Al,Li) (O,N)4-Tetraeder. Unter der Ausordnung der Tetraeder ist dabei zu verstehen, ob die (Al) (O,N)4-Tetraeder und (Li) (O,N)4-Tetraeder statistisch verteilt sind oder symmetrisch angeordnet sind. Auch eine Mischbesetzung von A kann Einfluss auf das Kristallsystem und die Raumgruppe bzw. die Anordnung der {uB, 12 ∞} [2(Li,Al)2 (O,N)4] Schichten zueinander haben.
  • Es wird außerdem beschrieben, dass der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel An+ x [Al1-yLiyO2-zNz]m- : E aufweist, wobei
    • - E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn,
    • - A = Mg, Ca, Sr, Ba, Li, Na, K, Rb, Cs, Zn, Cu, Ag, Y, La, Lu, Sc und/oder Zr,
    • - 0 < xn ≤ 3,
    • - 0 ≤ y ≤ 1, bevorzugt 0 < y < 1 und
    • - 0 ≤ z ≤ 2 und
    • - 3-2y-4-z = -m = xn.
  • Der Leuchtstoff weist die allgemeine Summenformel (AE)Al1-yLiyO2-zNz:E auf, wobei
    • - E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn,
    • - AE = Mg, Ca, Sr und/oder Ba,
    • - 0 < y < 1, besonders bevorzugt 0,1 < y < 0,7, ganz besonders bevorzugt 0,2 < y < 0,6,
    • - 0 ≤ z < 2 und
    • - 3-2y-4-z = -2. Der Leuchtstoff weist somit insbesondere ein molares Verhältnis AE:Al:Li:O:N von 1:1-y:y:2-z:z auf. Eine alternative Schreibweise ist (AE) 2Al2-2yLi2yO4-2zN2z: E.
  • Der Leuchtstoff weist die allgemeine Summenformel (AE)Al1-yLiyO2-zNz:E auf, wobei
    • - E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn,
    • - AE = Mg, Ca, Sr und/oder Ba,
    • - 0 < y < 1,
    • - 0 ≤ z < 2, bevorzugt 0 ≤ z ≤ 1, besonders bevorzugt 0 ≤ z < 0,6 und
    • - 3-2y-4-z = -2. Der Leuchtstoff gemäß dieser Ausführungsform weist somit insbesondere ein molares Verhältnis AE:Al:Li:O:N von 1:1-y:y:2-z:z auf. Eine alternative Schreibweise ist (AE)2Al2-2yLi2yO4-2zN2z : E.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel (AE) Al1-yLiyO2-zNz:E auf, wobei
    • - E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn,
    • - AE = Mg, Ca, Sr und/oder Ba,
    • - 0,2 ≤ y ≤ 0, 6,
    • - 0 ≤ z < 2, bevorzugt 0 ≤ z ≤ 1, besonders bevorzugt 0 ≤ z < 0,6 und
    • - 3-2y-4-z = -2. Der Leuchtstoff gemäß dieser Ausführungsform weist somit insbesondere ein molares Verhältnis AE:Al:Li:O:N von 1:1-y:y:2-z:z auf. Eine alternative Schreibweise ist (AE) 2Al2-2yLi2yO4-2zN2z : E .
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel (Sr1-x'A*x') Al1-yLiyO2-zNz: E auf, wobei
    • - E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn,
    • - A* = Mg, Ca oder Ba,
    • - 0 ≤ x' ≤ 1, bevorzugt 0 ≤ x' ≤ 0,5, besonders bevorzugt 0 ≤ x' ≤ 0,25,
    • - 0 < y < 1,
    • - 0 ≤ z < 2 und
    • - 3-2y-4-z = -2.Der Leuchtstoff gemäß dieser Ausführungsform weist somit insbesondere ein molares Verhältnis Sr:A*:Al:Li:O:N von 1-x':x':1-y:y:2-z:z auf. Eine alternative Schreibweise ist (Sr1-x'A*x')2Al2-2yLi2yO4-2zN2z:E.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel (Sr1-x'Bax') Al1-yLiyO2-zNz: E auf, wobei
    • - E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn,
    • - 0 < x' ≤ 1, bevorzugt 0 < x' ≤ 0,5, besonders bevorzugt 0 < x' ≤ 0,25
    • - 0 < y < 1,
    • - 0 ≤ z < 2 und
    • - 3-2y-4-z = -2. Der Leuchtstoff gemäß dieser Ausführungsform weist somit insbesondere ein molares Verhältnis Sr:Ba:Al:Li:O:N von 1-x':x':1-y:y:2-z:z auf. Eine alternative Schreibweise ist (Sr1-x'Bax')2Al2-2yLi2yO4-2zN2z:E.
  • Durch die Substitution von Sr durch Ba kann die Lage der Dominanzwellenlänge bzw. der Peakwellenlänge in den längerwelligeren Bereich des elektromagnetischen Spektrums geschoben werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel SrAl1-yLiyO2-zNz: E auf, wobei
    • - 0 < y < 1,
    • - 0 ≤ z < 2 und
    • - 3-2y-4-z = -2. Der Leuchtstoff gemäß dieser Ausführungsform weist somit insbesondere ein molares Verhältnis Sr:Al:Li:O:N von 1:1-y:y:2-z:z auf. Eine alternative Schreibweise ist Sr2Al2-2yLi2yO4-2zN2z: E.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel SrAl1-yLiyO2-zNz: E auf, wobei
    • - 0 < y < 1, besonders bevorzugt 0,1 < y < 0,7, ganz besonders bevorzugt 0,2 < y < 0,6,
    • - 0 ≤ z < 2 und
    • - 3-2y-4-z = -2. Der Leuchtstoff gemäß dieser Ausführungsform weist somit insbesondere ein molares Verhältnis Sr:Al:Li:O:N von 1:1-y:y:2-z:z auf. Eine alternative Schreibweise ist Sr2A12-2yLi2yO4-2zN2z : E.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel SrAl1-yLiyO2-zNz: E auf, wobei
    • - 0 < y < 1,
    • - 0 ≤ z < 2, bevorzugt 0 ≤ z ≤ 1, besonders bevorzugt 0 ≤ z < 0,6 und
    • - 3-2y-4-z = -2. Der Leuchtstoff gemäß dieser Ausführungsform weist somit insbesondere ein molares Verhältnis Sr:Al:Li:O:N von 1:1-y:y:2-z:z auf. Eine alternative Schreibweise ist Sr2Al2-2yLl2y04-2zN2z : E .
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel SrAl1-yLiyO2-zNz: E auf, wobei
    • - 0, 2 ≤ y ≤ 0, 6,
    • - 0 ≤ z < 2, bevorzugt 0 ≤ z ≤ 1, besonders bevorzugt 0 ≤ z < 0,6 und
    • - 3-2y-4-z = -2. Der Leuchtstoff gemäß dieser Ausführungsform weist somit insbesondere ein molares Verhältnis Sr:Al:Li:O:N von 1:1-y:y:2-z:z auf. Eine alternative Schreibweise ist Sr2Al2-2yLl2y04-2zN2z : E .
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform kristallisiert der Leuchtstoff in einem orthorhombischen Kristallsystem bzw. in einer orthorhombischen Kristallstruktur.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform kristallisiert der Leuchtstoff in einer Raumgruppe Cmcm oder Pnma. Insbesondere kristallisiert der Leuchtstoff in der Raumgruppe Cmcm oder Pnma im orthorhombischen Kristallsystem. Es hat sich gezeigt, dass größere z Werte, also ein höherer Stickstoffanteil die orthorhombische Kristallstruktur stabilisiert. Insbesondere kann schon der Einbau von etwas Stickstoff, ausgehend von dem rein oxidischen Leuchtstoff, die orthorhombische Kristallstruktur stabilisieren.
  • Leuchtstoffe, die in einer orthorhombischen Kristallstruktur mit der Raumgruppe Cmcm kristallisieren, werden hier und im Folgenden als kristallisierend im α-Sr2LiAlO4 Strukturtyp bezeichnet.
  • Leuchtstoffe, die in einer orthorhombischen Kristallstruktur mit der Raumgruppe Pnma kristallisieren, werden hier und im Folgenden als kristallisierend im β-Sr2LiAlO4 Strukturtyp bezeichnet.
  • Überraschenderweise sind Leuchtstoffe, die in einer orthorhombischen Kristallstruktur und insbesondere in der Raumgruppe Cmcm oder Pnma kristallisieren besonders effizient. Diese Leuchtstoffe emittieren bei einer Anregung mit einer Primärstrahlung im Bereich zwischen 360 nm und 460 nm eine Sekundärstrahlung im gelben bis orangen Bereich des elektromagnetischen Spektrums, insbesondere mit einer Dominanzwellenlänge oder Peakwellenlänge zwischen 560 und 620 nm, bevorzugt zwischen 560 nm und 590 nm und einer Halbwertsbreite zwischen 55 nm und 100 nm. Durch die Lage der Dominanzwellenlänge einerseits und die geringe Halbwertsbreite andererseits weist die Emissionsbande der neuartigen Leuchtstoffe einen hohen Überlapp mit der Augenempfindlichkeitskurve auf, wodurch die Leuchtstoffe besonders effizient und für viele Beleuchtungsanwendungen attraktiv sind.
  • 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 kristallisiert der Leuchtstoff in einer monoklinen Kristallstruktur. Mit anderen Worten kristallisiert der Leuchtstoff in einem monoklinen Kristallsystem.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform kristallisiert der Leuchtstoff in der Raumgruppe P21. Insbesondere kristallisiert der Leuchtstoff in einer monoklinen Kristallstruktur in der Raumgruppe P21.
  • Leuchtstoffe, die in einer monoklinen Kristallstruktur mit der Raumgruppe P21 kristallisieren, werden hier und im Folgenden als kristallisierend im δ-Sr2LiAlO4 Strukturtyp bezeichnet.
  • Überraschenderweise ist es den Erfindern gelungen den Leuchtstoff An+ x[Z1-yZ*yO2-zNz]m- : E, insbesondere Sr2LiAlO4: Eu2+ oder in einer alternativen Schreibweise SrLi0,5Al0,5O2:Eu2+ mit einer monoklinen Kristallstruktur, der in der Raumgruppe P21 kristallisiert, herzustellen. Bekannt ist der Leuchtstoff mit der Formel Sr2LiAlO4:Eu2+, der in einer monoklinen Kristallstruktur in der Raumgruppe P21/m kristallisiert (Wang et al., Joule 2, 1-13, 2018). Dieser bekannte Leuchtstoff weist zwei Emissionsbanden auf und damit eine sehr breite Emission. Die beiden Emissionsbanden weisen ein unterschiedliches Temperaturverhalten auf, mit anderen Worten ändert sich die Intensität der Emissionsbanden mit zunehmender Temperatur unterschiedlich, was eine Änderung des Farborts der Sekundärstrahlung zur Folge hat. Aufgrund der breitbandigen Emission dieses bekannten Leuchtstoffs ist dieser zudem wenig effizient. Da ein konstanter Farbort über einen gewissen Temperaturbereich und/oder eine hohe Effizienz ausschlaggebende Kriterien für Beleuchtungsvorrichtungen sind, ist der bekannte Leuchtstoff für solche Anwendungen weniger attraktiv. Mit Vorteil weist dagegen der erfindungsgemäße Leuchtstoff gegenüber dem bekannten Leuchtstoff nur eine Emissionsbande mit einem Emissionsmaximum auf. Dies gewährleistet ein konstantes Temperaturverhalten, d.h. der Farbort der Sekundärstrahlung des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs ändert sich bei Änderung der Temperatur nicht. Zudem ist das Temperaturverhalten sehr gering, so dass die Sekundärstrahlung bei Erhöhung der Temperatur lediglich etwas an Helligkeit verliert. Durch die geringe Halbwertsbreite des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs von unter 100 nm ist zudem ein hoher Überlapp der Sekundärstrahlung mit der Augenempfindlichkeitskurve zu verzeichnen, wodurch der Leuchtstoff besonders effizient ist.
  • 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, dessen Peakwellenlänge λpeak beziehungsweise Dominanzwellenlänge λdom, und die Halbwertsbreite eingestellt werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist E = Eu2+. Es hat sich gezeigt, dass mit Eu2+ als Aktivator besonders effiziente Leuchtstoffe vorliegen.
  • Der Aktivator E kann gemäß einer weiteren Ausführungsform in Molö-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 A oder AE im jeweiligen Leuchtstoff verstanden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die Summenformel (Sr1-x'Bax') Al1-yLiyO2-zNz: Eu auf, wobei
    • - 0 ≤ x' ≤ 0,25,
    • - 0,2 ≤ y ≤ 0, 6,
    • - 0 ≤ z < 0,6 und
    • - 3-2y-4-z = -2, kristallisiert in einer orthorhombischen Kristallstruktur mit der Raumgruppe Cmcm oder Pnma oder in einer monoklinen Kristallstruktur mit der Raumgruppe P21 und weist in der Kristallstruktur eine Schicht {uB, 12 ∞} [2 (Li,Al)2 (O,N)4], bevorzugt mehrere {uB, 12 ∞} [2(Li,Al)2(O,N)4] Schichten auf. Der Leuchtstoff weist eine Sekundärstrahlung aus dem gelben oder gelb-orangen Spektralbereich auf bei Anregung aus dem UV- bis blauen Spektralbereich der Primärstrahlung. Insbesondere weist der Leuchtstoff eine schmalbandige Emission mit einer kleinen Halbwertsbreite, vorzugsweise von kleiner als 100 nm, auf. Die Lage der Dominanzwellenlänge in Kombination mit einer kleinen Halbwertsbreite führt zu einer hohen Lichtausbeute infolge der erhöhten Überlappung mit der menschlichen Augenempfindlichkeitskurve verglichen mit den herkömmlichen Leuchtstoffen vergleichbarer Dominanzwellenlänge. Der Leuchtstoff gemäß dieser Ausführungsform weist somit insbesondere ein molares Verhältnis Sr:Ba:Al:Li:O:N von 1-x':x':1-y:y:2-z:z auf. Eine alternative Schreibweise ist (Sr1-x'Bax')2Al2-2yLi2yO4-2zN2z: Eu.
  • Der hier beschriebene Leuchtstoff weist eine unterschiedliche Kristallstruktur verglichen mit Sr2LiAlO4:Eu2+, der in einer monoklinen Kristallstruktur in der Raumgruppe P21/m kristallisiert, auf. Da sich der bekannte Leuchtstoff von der Symmetrie dessen Kristallstruktur her zwischen dem β- und δ-Sr2LiAlO4 Strukturtyp einordnen lässt, wird der bekannte Leuchtstoff hier und im Folgenden als kristallisierend im γ-Sr2LiAlO4 Strukturtyp bezeichnet.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Leuchtstoff dazu befähigt, Primärstrahlung aus dem blauen Spektralbereich zu absorbieren und in Sekundärstrahlung zu konvertieren, die eine Dominanzwellenlänge λdom zwischen 560 und 620 nm, bevorzugt zwischen 560 nm und 590 nm aufweist.
  • Zudem weist der Leuchtstoff eine kleine Halbwertsbreite von < 100 nm auf.
  • Der hier beschriebene Leuchtstoff weist im Vergleich zu den bisher bekannten gelb emittierenden Leuchtstoffen, wie Y3Al5O12 : Ce3+, Sr0,5Ba0,5Si2O2N2:Eu2+ und α-SiAlON: Eu ein verbessertes photometrisches Strahlungsäquivalent oder eine verbesserte Lichtausbeute (LER) auf. Mit anderen Worten „überlappt“ die Emission bzw. Sekundärstrahlung des hier beschriebenen Leuchtstoffs auf Grund der geringeren Halbwertsbreite stärker mit der Augenempfindlichkeitskurve verglichen mit den bekannten Leuchtstoffen.
  • Die Erfinder haben somit erkannt, dass ein neuartiger Leuchtstoff mit vorteilhaften Eigenschaften bereitgestellt werden kann, der bisher nicht bereitgestellt werden konnte.
  • Das Verfahren zur Herstellung der Leuchtstoffe ist im Vergleich zu vielen anderen Herstellungsverfahren für Leuchtstoffe sehr einfach durchzuführen. Insbesondere wird keine Schutzgasatmosphäre benötigt, da die Edukte und Produkte feuchtigkeits- und/oder sauerstoffunempfindlich sind. Zudem erfolgt die Synthese bei moderaten Temperaturen und ist daher sehr energieeffizient. Die Anforderungen beispielsweise an den verwendeten Ofen sind damit gering. Die Edukte sind kostengünstig kommerziell erhältlich und nicht toxisch.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine Beleuchtungsvorrichtung. Insbesondere weist die Beleuchtungsvorrichtung den Leuchtstoff auf. Dabei gelten alle Ausführungen und Definitionen des Leuchtstoffs auch für die Beleuchtungsvorrichtung und umgekehrt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Beleuchtungsvorrichtung eine Halbleiterschichtenfolge auf. Die Halbleiterschichtenfolge ist zur Emission von elektromagnetischer Primärstrahlung eingerichtet.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Halbleiterschichtenfolge zumindest ein III-V-Verbindungshalbleitermaterial auf. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, wie AlnIn1-n-mGamN, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 ist. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile der Halbleiterschichtenfolge, also Al, Ga, In und N, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können. Insbesondere ist die Halbleiterschichtenfolge aus InGaN geformt.
  • Die Halbleiterschichtenfolge beinhaltet eine aktive Schicht mit mindestens einem pn-Übergang und/oder mit einer oder mit mehreren Quantentopfstrukturen. Im Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung wird in der aktiven Schicht eine elektromagnetische Strahlung erzeugt. Eine Wellenlänge oder das Emissionsmaximum der Strahlung liegt bevorzugt im ultravioletten und/oder sichtbaren Bereich, insbesondere bei Wellenlängen zwischen einschließlich 360 nm und einschließlich 460 nm, zum Beispiel zwischen einschließlich 400 nm und einschließlich 460 nm.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der Beleuchtungsvorrichtung um eine Leuchtdiode, kurz LED, insbesondere eine Konversions-LED. Die Beleuchtungsvorrichtung ist dann bevorzugt dazu eingerichtet, weißes oder farbiges Licht zu emittieren.
  • In Kombination mit dem in der Beleuchtungsvorrichtung vorhandenen Leuchtstoff ist die Beleuchtungsvorrichtung bevorzugt dazu eingerichtet, in Vollkonversion gelbes oder gelboranges Licht und in Teilkonversion weißes Licht zu emittieren.
  • Als gelber oder gelb-oranger Spektralbereich kann insbesondere der Bereich des elektromagnetischen Spektrums zwischen 560 und 620 nm, bevorzugt zwischen 560 nm und 590 nm verstanden werden.
  • Die Beleuchtungsvorrichtung weist ein Konversionselement auf. Insbesondere umfasst das Konversionselement den Leuchtstoff oder besteht daraus. Der Leuchtstoff konvertiert zumindest teilweise oder vollständig die elektromagnetische Primärstrahlung in elektromagnetische Sekundärstrahlung.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Gesamtstrahlung der Beleuchtungsvorrichtung weiße Mischstrahlung.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform konvertiert der Leuchtstoff die elektromagnetische Primärstrahlung teilweise in elektromagnetische Sekundärstrahlung. Dies kann auch als Teilkonversion bezeichnet werden. Die aus der Beleuchtungsvorrichtung austretende Gesamtstrahlung ist dann aus der Primär- und Sekundärstrahlung zusammengesetzt, insbesondere weiße Mischstrahlung.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Konversionselement neben dem Leuchtstoff einen zweiten und/oder dritten Leuchtstoff auf. Beispielsweise sind die Leuchtstoffe in einem Matrixmaterial eingebettet. Alternativ können die Leuchtstoffe auch in einer Konverterkeramik vorliegen.
  • Die Beleuchtungsvorrichtung kann einen zweiten Leuchtstoff zur Emission von Strahlung aus dem grünen Spektralbereich aufweisen.
  • Als grüner Spektralbereich kann insbesondere der Bereich des elektromagnetischen Spektrums zwischen einschließlich 520 nm und 560 nm verstanden werden.
  • Zusätzlich oder alternativ kann die Beleuchtungsvorrichtung einen dritten Leuchtstoff aufweisen. Der dritte Leuchtstoff kann zur Emission von Strahlung aus dem roten Spektralbereich eingerichtet sein. Mit anderen Worten weist die Beleuchtungsvorrichtung dann zumindest drei Leuchtstoffe, den gelb oder gelb-orange emittierenden Leuchtstoff, einen rot emittierenden Leuchtstoff und einen grün emittierenden Leuchtstoff, auf. Die Beleuchtungsvorrichtung ist daher zumindest zur Teilkonversion eingerichtet, wobei die Primärstrahlung vorzugsweise aus dem blauen Spektralbereich ausgewählt ist. Die resultierende Gesamtstrahlung der Beleuchtungsvorrichtung ist dann insbesondere weiße Mischstrahlung.
  • Als roter Spektralbereich kann der Bereich des elektromagnetischen Spektrums zwischen 620 nm und 780 nm verstanden werden.
  • Als blauer Spektralbereich kann insbesondere der Bereich des elektromagnetischen Spektrums zwischen 420 nm und 460 nm, verstanden werden.
  • Ausführungsbeispiele
  • Die Ausführungsbeispiele AB1 bis AB8 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs wurden wie folgt hergestellt: Li3N, Li2CO3, SrO, AlN, Al2O3 und Eu2O3 wurden in einem der Summenformel entsprechenden stöchiometrischen Verhältnis gemischt und die Mischung auf eine Temperatur zwischen 700 °C und 1200 °C, bevorzugt 900 °C unter einer Formiergasatmosphäre (N2:H2 = 92,5:7,5) unter Umgebungsdruck (AB1, AB2, AB4, AB5, AB6 und AB7) oder erhöhtem Druck (AB8) bis maximal 100 bar erhitzt und für 1 bis 20 h, bevorzugt 4 bis 8 h auf dieser Temperatur gehalten. Nach dem Abkühlen werden Einkristalle des Leuchtstoffs von intensiver gelber Farbe erhalten.
  • Die Edukte des Leuchtstoffs sind kommerziell erhältlich, stabil und zudem sehr preisgünstig. Die einfache Synthese bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen macht den Leuchtstoff sehr preisgünstig in seiner Herstellung und dadurch auch wirtschaftlich attraktiv.
  • Das Ausführungsbeispiel AB1-1 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs wurde wie folgt hergestellt: Sr3Al2O6, Li2O und Eu2O3 werden mit Li als Flussmittel in einer zugeschweißten Tantal-Ampulle mit einer Aufheizrate zwischen 1 °C/min und 5 °C/min, bevorzugt 3 °C/min, auf eine Temperatur zwischen 700 °C und 1200 °C, bevorzugt 800 °C erhitzt und für 20 Stunden bis 30 Stunden, bevorzugt 24 Stunden auf dieser Temperatur gehalten. Während des Erhitzens bzw. Brennvorgangs befindet sich die Ampulle in einem evakuierten Glasrohr um eine Oxidation der Ampulle (reduzierte Stabilität) und damit ein Platzen, was durch den Dampfdruck von verdampften Edukten beim Heizen herrührt, zu vermeiden. Nach Abkühlen auf mindestens 500 °C mit einer Abkühlrate zwischen 0,1 °C/min und 2 °C/min, bevorzugt 0,5°C/min wird der Ofen ausgeschaltet. Es können Einkristalle des Leuchtstoffs isoliert werden, die eine intensive Gelbfärbung aufweisen. Die Einwaagen der Edukte finden sich in nachfolgender Tabelle 1. Tabelle 1:
    Edukt Masse / mg
    Sr3Al2O6 97,34
    Li2O 7, 05
    Eu2O3 0, 83
    Li (Flussmittel) 16, 37
  • Das Ausführungsbeispiel AB9 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs wurde wie folgt hergestellt: Li3N, Li2CO3, SrO, BaNw (w etwa 1), Al2O3 und Eu2O3 werden gemischt und die Mischung in einem offenen Nickeltiegel auf eine Temperatur zwischen 700 °C und 1200 °C, bevorzugt 800 °C unter einer Formiergasatmosphäre (N2:H2 = 92,5:7,5) unter erhöhtem Druck bis maximal 100 bar erhitzt und für 1 bis 20 Stunden, bevorzugt 10 bis 14 Stunden, auf dieser Temperatur gehalten. Nach dem Abkühlen werden Einkristalle des Leuchtstoffs von intensiver gelb-oranger Farbe erhalten. Die Einwaagen der Edukte finden sich in nachfolgender Tabelle 2. Tabelle 2:
    Edukt Masse / g
    SrO 2, 947
    BaNw 1, 872
    Al2O3 2, 942
    Eu2O3 0, 073
    Li3N 0, 948
    Li2CO3 1,218
  • Das Ausführungsbeispiel AB10 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs wurde wie folgt hergestellt: Li3N, Li2CO3, SrO, AlN, Al2O3 und Eu2O3 werden gemischt und die Mischung in einem offenen Nickeltiegel auf eine Temperatur zwischen 700 °C und 1200 °C, bevorzugt 900 °C unter einer Formiergasatmosphäre (N2:H2 = 92,5:7,5) unter Umgebungsdruck oder erhöhtem Druck bis maximal 100 bar erhitzt und für 1 bis 20 Stunden, bevorzugt 4 bis 8 Stunden, auf dieser Temperatur gehalten. Nach dem Abkühlen werden Einkristalle des Leuchtstoffs von intensiver grüngelber Farbe erhalten. Die Einwaagen der Edukte finden sich in nachfolgender Tabelle 3. Tabelle 3:
    Edukt Masse / g
    SrO 7,789
    Al2O3 15, 18
    Eu2O3 0,380
    Li3N 15, 19
  • In nachstehender Tabelle 4 sind die Ausführungsbeispiele und deren Eigenschaften zusammengefasst: Tabelle 4
    AB Summenformel Strukturtyp λdom /nm FWHM /nm
    AB1 Sr2LiAlO4 : Eu2+ α-Sr2LiAlO4 - -
    AB2 Sr2Li0.9Al1.1O3.8N0.2 : Eu2+ α-Sr2LiAlO4 - -
    AB1-1 Sr2LiAlO4: Eu2+ α-Sr2LiAlO4 571 58
    AB4 Sr2Li0,9375Al1.0625O3.875N0.125 : Eu2+ α-Sr2LiAlO4 568 61
    AB5 Sr2Li0.88Al1.12O3.75N0.25: Eu2+ α-Sr2LiAlO4 573 59
    AB 6 Sr3Li0.75Al1.35O3.5N0.5: Eu2+ α-Sr2LiAlO4 574 61
    AB7 Sr3Li0.5Al1.5O3N: EU 2+ α-Sr2LiAlO4 577 65
    AB8 Sr2Li0.88Al1.12O3.75N0.35: Eu2+ α-Sr2LiAlO4 573 58
    AB 9 Sr1,81Ba0,19LiAlO4:Eu2+ β-Sr2LiAlO4 584 78
    AB10 Sr2LiAlO4 : Eu2+ δ-Sr2LiAlO4 571 95
  • Alternative Summenformeln für die Ausführungsbeispiele sind in nachfolgender Tabelle 4a gezeigt. Tabelle 4a
    AB Summenformel
    AB1 SrLi0,5Al0,5O2 : Eu2+
    AB2 SrLi0.45Al0.5O1.9N0.1:Eu2+
    AB1-1 SrLi0.5Al0.5O2 : Eu2+
    AB4 SrLi0.46875Al0.53125O1.9375N0.0625 : E u2+
    AB5 SrLi0.44Al0.56O1.875N0.125: Eu2+
    AB 6 SrLi0.375Al0.625O1.75N0.25 :Eu2+
    AB7 SrLi0.25Al0.75O1.5N0.5 :Eu2+
    AB8 SrLi0.44Al0.56O1.875N0.125: Eu2+
    AB 9 Sr0.905Ba0,095Li0.5Al0.5O2: Eu2+
    AB10 SrLi0.5Al0.5O2: Eu2+
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
    • 1A, 1B, 2A, 2B, 2C, 14, 15, 19 und 20 zeigen charakteristische Eigenschaften von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs.
    • 3 zeigt Einwaagen der Edukte für die Synthese verschiedener Ausführungsbeispiele des Leuchtstoffs.
    • 4, 5A, 5B, 6A, 6B und 16 zeigen optische Eigenschaften von Leuchtstoffen und lichtemittierenden Dioden.
    • 5C, 6C, 9, 10, 12, 13, 18, 23 und 24 zeigen Emissionsspektren.
    • 7A, 7B, 7C, 17A, 17B, 17C, 21A, 21B und 21C zeigen Ausschnitte der Kristallstruktur für Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs.
    • 7D zeigt eine Erläuterung der Liebau Nomenklatur.
    • 8, 22A und 22B zeigen Röntgenbeugungspulverdiffraktogramme unter Verwendung von Kupfer-Kα1-Strahlung.
    • 11 zeigt die Kubelka-Munk-Funktion für ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs.
    • 25, 26 und 27 zeigen Konversions-LEDs.
  • 1A und 1B zeigen kristallographische Daten von Sr2LiAlO4: Eu (AB1), Sr2Li0,9Al1,1O3,8N0,2 : Eu (AB2) und Sr2LiAlO4:Eu (AB1-1). Die Leuchtstoffe kristallisieren im orthorhombischen Kristallsystem in der Raumgruppe Cmcm und somit im Strukturtyp α-Sr2LiAlO4.
  • 2A, 2B und 2C zeigen Atomlagen in den Strukturen von Sr2LiAlO4: Eu (AB1), Sr2Li0,9Al1,1O3,8N0,2 : Eu (AB2) und Sr2LiAlO4:Eu (AB1-1).
  • 3 zeigt die Menge an eingesetzten Edukten für die Synthese der Ausführungsbeispiele AB4 bis AB8 der Formel SrAl1-yLiyO2-zNz:Eu, mit z = 1-2y, wobei der Wert für y in der zweiten Spalte der Tabelle angeben ist.
  • 4 zeigt einen Vergleich der Dominanzwellenlänge (λdom), der Halbwertsbreite (FWHM) und der Lichtausbeute (LER) der Ausführungsbeispiele AB4 bis AB8 der Formel SrAl1-yLiyO2-zNz:Eu, mit z = 1-2y, wobei der Wert für y in der zweiten Spalte der Tabelle angeben ist. Die Leuchtstoffe wurden mit einer Primärstrahlung von 400 nm oder 460 nm angeregt.
  • In 5A ist ein Vergleich der Halbwertsbreite (FWHM), der der Dominanzwellenlänge (λdom) und der Lichtausbeute (LER) zwischen LEDs (Vollkonversion) mit Y3Al5O12:Ce3+ und Sr0,5Ba0,5Si2O2N2:Eu2+ als Vergleichsbeispiele und dem Ausführungsbeispiel AB6 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel SrAl0,625Li0,375O1,75N0,25 : Eu (AB6) gezeigt. Wie ersichtlich, weist die LED mit dem erfindungsgemäßen Leuchtstoff SrAl0,625Li0,375O1,75N0,25:Eu eine deutlich geringere Halbwertsbreite der Gesamtstrahlung und eine höhere Lichtausbeute (LER) als die Vergleichsbeispiele auf. Die Lichtausbeute der LED mit dem erfindungsgemäßen Leuchtstoff ist um 27 % höher als die der LED mit Y3Al5O12: Ce3+ und um 14 % höher als die der LED mit Sr0,5Ba0,5Si2O2N2: Eu2+. Somit weist der erfindungsgemäße Leuchtstoff eine sehr hohe und im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen höhere Lichtausbeute beziehungsweise Lichtausbeuten auf.
  • In 5B ist ein Vergleich der Halbwertsbreite (FWHM), der Dominanzwellenlänge (λdom), der Lichtausbeute (LER) und der Lage des Farborts im CIE Farbraum zwischen LEDs (Vollkonversion) mit Y3Al5O12: Ce3+ als Vergleichsbeispiel und dem Ausführungsbeispiel AB1-1 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel Sr2AlLiO4:Eu (AB1-1) gezeigt. Wie ersichtlich, weist die LED mit dem erfindungsgemäßen Leuchtstoff Sr2AlLiO4:Eu eine deutlich geringere Halbwertsbreite der Gesamtstrahlung und/oder eine höhere Lichtausbeute (LER) als die Vergleichsbeispiele auf. Die Lichtausbeute der LED mit dem erfindungsgemäßen Leuchtstoff ist um 25 % höher als die der LED mit Y3Al5O12 : Ce3+.
  • 5C zeigt das Emissionsspektren von Y3Al5O12: Ce3+ und Sr2AlLiO4:Eu (AB1-1) . Auf der x-Achse ist die Wellenlänge in Nanometern aufgetragen und auf der y-Achse die Intensität in Prozent. Hier ist die deutlich geringere Halbwertsbreite des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs Sr2AlLiO4:Eu im Vergleich zu Y3Al5O12: Ce3+ ersichtlich. Durch die geringe Halbwertsbreite weist die Sekundärstrahlung des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs einen höheren Überlapp mit der Augenempfindlichkeitskurve auf und ist deshalb effizienter.
  • In 6A ist ein Vergleich der Lichtausbeute von zwei simulierten, eine weiße Gesamtstrahlung emittierenden LEDs, LED1 und LED2 gezeigt. LED 1 weist als Leuchtstoffe ein grün emittierendes Orthosilikat SrBaSiO4:Eu2+ und einen rot emittierenden Leuchtstoff CaAlSiN3:Eu auf. LED 2 enthält zusätzlich zu SrBaSiO4: Eu2+ und CaAlSiN3:Eu den erfindungsgemäßen Leuchtstoff SrAl0,625Li0,375O1,75N0,25: Eu (AB6) . Die LEDs wurden mit den gleichen Farborten, korrelierten Farbtemperaturen (CCT) und Farbwiedergabeindices (CRI) simuliert, um die Lichtausbeuten vergleichen zu können. LED2 weist im Vergleich zu LED1 eine um 7 Prozent höhere Lichtausbeute auf. Der Grund hierfür ist, dass durch die Zugabe des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs in LED2 zur Erreichung des CRI von 89 und des dargestellten Farborts im CIE Farbraum weniger des roten Leuchtstoffs CaAlSiN3:Eu eingesetzt werden muss als in LED1. Dadurch werden die Verluste im IR Bereich bedingt durch CaAlSiN3:Eu verringert.
  • In 6B ist ein Vergleich der Lichtausbeute von zwei simulierten, eine weiße Gesamtstrahlung emittierenden LEDs, LED3 und LED4 gezeigt. LED3 weist als Leuchtstoff Y3Al5O12:Ce3+ und LED4 weist als Leuchtstoff Sr2AlLiO4:Eu (AB1-1) auf. Die LEDs wurden mit den gleichen Farborten und korrelierten Farbtemperaturen (CCT) simuliert. LED4 mit Sr2AlLiO4:Eu (AB1-1) weist eine um 17 Prozent höhere Lichtausbeute auf.
  • In 6C sind die Emissionsspektren der unter 6B beschriebenen LED3 und LED4 gezeigt.
  • Die 7A und 7B zeigen einen Ausschnitt aus der Kristallstruktur des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs. Gezeigt ist die für die erfindungsgemäßen Leuchtstoffe wesentliche Schicht {uB, 12 ∞} [2(Li,Al)2 (O,N)4] entlang [001] (7A) und entlang [010] (7B). Es handelt sich um eine unverzweigte, zweidimensionale Schicht aus Einzelketten eckenverknüpfter (Al,Li)(O,N)4-Tetraeder. Innerhalb der Einzelketten findet sich eine sich wiederholende Einheit aus zwei eckenverknüpften (Al,Li)(O,N)4-Tetraedern. Die (Al,Li) (O,N)4-Tetraeder enthalten Al und/oder Li im Zentrum und O und/oder N an den Ecken der Tetraeder. Jeder der (Al,Li) (O,N)4-Tetraeder teilt alle vier Ecken mit einem weiteren (Al,Li) (O,N)4-Tetraeder. Das Verhältnis von (Al,Li) Atomen zu (O,N) Atomen innerhalb der Schicht beträgt somit 1 zu 2.
  • Die 7C zeigt einen Ausschnitt aus der Kristallstruktur des Leuchtstoffs An+ x[Al1-yLiyO2-zNz] : E mit Blickrichtung entlang [100]. Die {uB, 12 ∞}[2(Li,Al)2(O,N)4] Schichten sind entlang der kristallographischen b-Achse gestapelt. Zwischen den Schichten sind die A Atome, insbesondere Sr, und E angeordnet. Entsprechend der Schreibweise von Liebau kann der Leuchtstoff zur Kenntlichmachung der Kristallstruktur als (Sr,E)2{uB, 12 ∞} [2(Li,Al)2(O,N)4] bezeichnet werden, wobei sich Sr und E außerhalb der Schicht {uB, 12 ∞} [2(Li,Al)2(O,N)4] befindet.
  • 7D erläutert die Schreibweise der Schicht {uB, 12 ∞}[2(Li,Al)2(O,N)4], die von der allgemeinen Formel der Liebau Nomenklatur Mr{B, MD ∞] [P(SixOy] abgeleitet ist. Die allgemeine Formel beschreibt die Kristallstruktur von Silikaten, kann aber für ähnliche Kristallstrukturen mit anderen Elementen abgleitet werden. Die Schichten der Kristallstrukturen der erfindungsgemäßen Leuchtstoffe sind unverzweigte Einzelketten aus eckenverknüpften (Li,Al)1(O,N)4-Tetraedern (bzw. X (O,N)4- Tetraedern oder (Z, Z*)1 (O,N)4 (nicht gezeigt)), wobei die Ketten wiederrum durch eine Eckenverknüpfung der Tetraeder verbunden sind. Innerhalb der Einzelketten findet sich eine sich wiederholende Einheit aus zwei eckenverknüpften Tetraedern.
  • In 8 findet sich eine kristallographische Auswertung. 8 zeigt eine Rietveld-Verfeinerung des Röntgenpulverdiffraktogramms des vierten Ausführungsbeispiels AB4 Sr2Li0,9375Al1,0625O3,875N0,125 : Eu. Anhand des gemessenen Röntgenpulverdiffraktogramms ist die hohe Reinheit des Leuchtstoffs ersichtlich. Im oberen Diagramm ist dabei die Überlagerung der gemessenen Reflexe mit den berechneten Reflexen dargestellt. Im unteren Diagramm sind die Unterschiede der gemessenen und der berechneten Reflexe dargestellt.
  • 9 zeigt die Emissionsspektren von Sr2AlLiO4:Eu (AB1-1), Sr2Li0,88Al1,12O3,75N0,25 : Eu (AB5), Sr2Li0,75Al1,25O3,5N0,5 : Eu (AB6) und Sr2Li0,5Al1,5O3,0N:Eu (AB7).
  • 10 zeigt das Emissionsspektrum eines Einkristalls von Sr2Li0,75Al1,25O3,5N0,5:Eu (AB6) .
  • 11 zeigt eine normierte Kubelka-Munk-Funktion (K/S), aufgetragen gegen die Wellenlänge λ in nm, für das sechste Ausführungsbeispiel Sr2Li0,75Al1,25O3,5N0,5: Eu (AB6) des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs. K/S wurde dabei wie folgt berechnet:
    K/S = (1-Rinf)2/2Rinf, wobei Rinf der diffusen Reflexion (Remission) des Leuchtstoffs entspricht.
  • Aus 11 ist ersichtlich, dass das Maximum von K/S für AB6 zwischen 390 nm und 430 nm liegt. Hohe K/S-Werte bedeuten eine hohe Absorption in diesem Bereich. Der Leuchtstoff kann effizient mit einer Primärstrahlung zwischen 390 nm und 430 nm angeregt werden, zeigt aber bis 520 nm eine Absorption größer als null.
  • 12 zeigt das Emissionsspektrum einer bulk-Probe (Pulverprobe) von Sr2Li0,75Al1,25O3,5N0,5: Eu (AB8), der im Vergleich zu AB6 unter erhöhten Druck hergestellt wurde.
  • 13 zeigt die Emissionsspektren von Y3Al5O12:Ce3+, Sr0,5Ba0,5Si2O2N2: Eu2+ als Vergleichsbeispiele und dem Ausführungsbeispiel AB6 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel SrAl0,625Li0,375O1,75N0,25:Eu (AB6) .
  • 14 zeigt kristallographische Daten von Sr1,81Ba0,19LiAlO4:Eu (AB9) . Der Leuchtstoff kristallisiert im orthorhombischen Kristallsystem in der Raumgruppe Pnma und somit im Strukturtyp β-Sr2LiAlO4.
  • 15 zeigt Atomlagen in den Struktur von Sr1,81Ba0,19LiAlO4 : Eu (AB9).
  • In 16 ist ein Vergleich der Halbwertsbreite, der Dominanzwellenlänge und der Lichtausbeute von einem α-SiAlON als Vergleichsbeispiel und dem Ausführungsbeispiel AB9 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel Sr1,81Ba0,19LiAlO4: Eu (AB9) gezeigt. Wie ersichtlich weist der erfindungsgemäße Leuchtstoff Sr1,81Ba0,19LiAlO4: Eu eine geringere Halbwertsbreite und eine höhere Lichtausbeute (LER) als das Vergleichsbeispiel auf. Die Lichtausbeute des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs ist um 16 % höher als die des α-SiAlONs.
  • 17A zeigt einen Ausschnitt aus der Kristallstruktur des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs AB9. Gezeigt ist die für die erfindungsgemäßen Leuchtstoffe wesentliche Schicht {uB, 12 ∞} [2(Li,Al)2O4] entlang [100]. Es handelt sich um eine unverzweigte, zweidimensionale Schicht aus Einzelketten eckenverknüpfter (Al,Li)O4-Tetraeder. Innerhalb der Einzelketten findet sich eine sich wiederholende Einheit aus zwei eckenverknüpften Tetraedern, einem AlO4-Tetraeder und einem LiO4-Tetraeder.
  • 17B und 17C zeigen einen Ausschnitt aus der Kristallstruktur des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs AB9 mit Blickrichtung entlang [010] (17B) und [001] ( 17C). Zwischen den {uB, 12 ∞} [2(Li,Al)2O4] -Schichten sind Sr und Ba angeordnet. Die ausgefüllten/schraffierten Kreise sind Sr oder Ba Atome. Entsprechend der Schreibweise von Liebau kann der Leuchtstoff zur Kenntlichmachung der Kristallstruktur als (Sr,Ba,E)2{uB, 12 ∞} [2(Li,Al)2(O,N)4] bezeichnet werden, wobei sich Sr, Ba und E außerhalb der Schicht {uB, 12 ∞} [2(Li,Al)2(O,N)4] befinden.
  • 18 zeigt das Emissionsspektrum eines Einkristalls von Sr1,81Ba0,19LiAlO4:Eu (AB9) und das Emissionsspektrum eines Pulvers des bekannten α-SiAlONs.
  • 19 zeigt kristallographische Daten von Sr2LiAlO4:Eu (AB10). Der Leuchtstoff kristallisiert im monoklinen Kristallsystem in der Raumgruppe P21 und somit im Strukturtyp δ-Sr2LiAlO4.
  • 20 zeigt Atomlagen in der Struktur von Sr2LiAlO4:Eu (AB10).
  • 21A und 21B zeigen einen Ausschnitt aus der Kristallstruktur des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs AB10. Gezeigt ist die für die erfindungsgemäßen Leuchtstoffe wesentliche Schicht {uB, 12 ∞} [2 (Li,Al)2O4] mit Blickrichtung entlang [010] (21A) und [100] (21B). Es handelt sich um eine unverzweigte zweidimensionale Schicht aus Einzelketten eckenverknüpfter (Al,Li)O4-Tetraeder. Innerhalb der Einzelketten findet sich eine sich wiederholende Einheit aus zwei eckenverknüpften Tetraedern. Die unausgefüllten Dreiecke/Tetraeder stehen dabei für Tetraeder, in deren Zentren sich zu 80% Aluminium und zu 20% Lithium befindet, 80 % der Tetraeder weisen somit Aluminium und 20 % der Tetraeder Lithium im Zentrum auf. Die ausgefüllten/schraffierten Dreiecke/Tetraeder stehen dabei für Tetraeder, in deren Zentren sich zu 20% Aluminium und zu 80% Lithium befindet, 20 % der Tetraeder weisen somit Aluminium und 80 % der Tetraeder Lithium im Zentrum auf.
  • 21C zeigt einen Ausschnitt aus der Kristallstruktur des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs AB10 mit Blickrichtung entlang [001]. Zwischen den {uB, 12 ∞} [2 (Li,Al)2O4] -Schichten sind Sr Atome angeordnet. Entsprechend der Schreibweise von Liebau kann der Leuchtstoff zur Kenntlichmachung der Kristallstruktur als (Sr,E)2{uB, 12 ∞} [2 (Li, Al) 2O4] bezeichnet werden, wobei sich Sr und E außerhalb der Schicht {uB, 12 ∞} [2 (Li,Al)2O4] befinden.
  • 22A ist ein Ausschnitt eines gemessenen und berechneten Röntgenpulverdiffraktogramms von AB10 unter Verwendung von Kupfer-Kα1-Strahlung angegeben. Auf der x-Achse sind die Beugungswinkel in °2θ-Werten angegeben und auf der y-Achse die Intensität. Im Vergleich zu den Ausführungsformen des Leuchtstoffs, die im orthorhombischen Kristallsystem in der Raumgruppe Cmcm kristallisieren, zeigt AB10 und somit die Leuchtstoffe, die in einem monoklinen Kristallsystem in der Raumgruppe P21 kristallisieren zwei Reflexe im Bereich von etwa 39 bis 40 °2θ (hkl-und h1k1l1-Reflex). Dies ist auf die niedrigere Symmetrie der Leuchtstoffe, die im monoklinen Kristallsystem in der Raumgruppe P21 kristallisieren, zurückzuführen.
  • 22B zeigt einen Ausschnitt eines gemessenen und berechneten Röntgenpulverdiffraktogramms eines erfindungsgemäßen Leuchtstoffs, der im orthorhombischen Kristallsystem in der Raumgruppe Cmcm kristallisiert, unter Verwendung von Kupfer-Kα1-Strahlung. Im Vergleich zu den Ausführungsformen des Leuchtstoffs, die im monoklinen Kristallsystem in der Raumgruppe P21 kristallisieren, zeigen die Leuchtstoffe, die im orthorhombischen Kristallsystem in der Raumgruppe Cmcm kristallisieren nur einen Reflex im Bereich von etwa 39 bis 40 °2θ (hkl-Reflex). Dies ist auf die höhere Symmetrie der Leuchtstoffe, die im orthorhombischen Kristallsystem in der Raumgruppe Cmcm kristallisieren, zurückzuführen.
  • 23 zeigt das Emissionsspektrum von Sr2AlLiO4:Eu (AB10).
  • 24 zeigt die Emissionsspektren von Y3Al5O12: Ce3+ und Sr2AlLiO4:Eu (AB10).
  • Die 25 bis 27 zeigen jeweils schematische Seitenansichten verschiedener Ausführungsformen von hier beschriebenen Beleuchtungsvorrichtungen, insbesondere Konversions-LEDs.
  • Die Konversions-LEDs der 25 bis 27 weisen zumindest einen hier beschriebenen erfindungsgemäßen Leuchtstoff auf. Zusätzlich kann ein weiterer Leuchtstoff oder eine Kombination von Leuchtstoffen in der Konversions-LED vorhanden sein. Die zusätzlichen Leuchtstoffe sind dem Fachmann bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht explizit erwähnt.
  • Die Konversions-LED gemäß 25 weist eine Halbleiterschichtenfolge 2 auf, die auf einem Substrat 10 angeordnet ist. Das Substrat 10 kann beispielsweise reflektierend ausgebildet sein. Über der Halbleiterschichtenfolge 2 ist ein Konversionselement 3 in Form einer Schicht angeordnet. Die Halbleiterschichtenfolge 2 weist eine aktive Schicht auf (nicht gezeigt), die im Betrieb der Konversions-LED eine Primärstrahlung mit einer Wellenlänge von 360 nm bis 460 nm emittiert. Das Konversionselement 3 ist im Strahlengang der Primärstrahlung S angeordnet. Das Konversionselement 3 umfasst ein Matrixmaterial, wie beispielsweise ein Silikon, Epoxidharz oder Hybridmaterial, und Partikel des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs 4.
  • Beispielsweise weist der Leuchtstoff 4 eine mittlere Korngröße von 10 pm auf. Der Leuchtstoff 4 ist dazu befähigt, die Primärstrahlung S im Betrieb der Konversions-LED zumindest teilweise oder vollständig in eine Sekundärstrahlung SA im gelben Spektralbereich zu konvertieren. Der Leuchtstoff 4 ist in dem Konversionselement 3 in dem Matrixmaterial im Rahmen der Herstellungstoleranz homogen verteilt.
  • Alternativ kann der Leuchtstoff 4 auch mit einem Konzentrationsgradienten in dem Matrixmaterial verteilt sein.
  • Alternativ kann das Matrixmaterial auch fehlen, sodass der Leuchtstoff 4 als Keramikkonverter ausgeformt ist.
  • Das Konversionselement 3 ist über der Strahlungsaustrittsfläche 2a der Halbleiterschichtenfolge 2 und über den Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge 2 vollflächig aufgebracht und steht mit der Strahlungsaustrittsfläche 2a der Halbleiterschichtenfolge 2 und den Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge 2 in direktem mechanischen Kontakt. Die Primärstrahlung S kann auch über die Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge 2 austreten.
  • Das Konversionselement 3 kann beispielsweise durch Spritzguss-, Spritzpress- oder durch Spraycoating-Verfahren aufgebracht werden. Zudem weist die Konversions-LED elektrische Kontaktierungen (hier nicht gezeigt) auf, deren Ausbildung und Anordnung dem Fachmann bekannt ist.
  • Alternativ kann das Konversionselement auch vorgefertigt sein und mittels eines sogenannten Pick-and-Place-Prozesses auf die Halbleiterschichtenfolge 2 aufgebracht werden.
  • In 26 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Konversions-LED 1 gezeigt. Die Konversions-LED 1 weist eine Halbleiterschichtenfolge 2 auf einem Substrat 10 auf. Auf der Halbleiterschichtenfolge 2 ist das Konversionselement 3 ausgeformt. Das Konversionselement 3 ist als Plättchen ausgeformt. Das Plättchen kann aus zusammengesinterten Partikeln des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs 4 bestehen und somit ein keramisches Plättchen sein, oder das Plättchen weist beispielsweise Glas, Silikon, ein Epoxidharz, ein Polysilazan, ein Polymethacrylat oder ein Polycarbonat als Matrixmaterial mit darin eingebetteten Partikeln des Leuchtstoffs 4 auf.
  • Das Konversionselement 3 ist über der Strahlungsaustrittsfläche 2a der Halbleiterschichtenfolge 2 vollflächig aufgebracht. Insbesondere tritt keine Primärstrahlung S über die Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge 2 aus, sondern überwiegend über die Strahlungsaustrittsfläche 2a. Das Konversionselement 3 kann mittels einer Haftschicht (nicht gezeigt), beispielsweise aus Silikon, auf der Halbleiterschichtenfolge 2 aufgebracht sein.
  • Die Konversions-LED 1 gemäß der 27 weist ein Gehäuse 11 mit einer Ausnehmung auf. In der Ausnehmung ist eine Halbleiterschichtenfolge 2 angeordnet, die eine aktive Schicht aufweist (nicht gezeigt). Die aktive Schicht emittiert im Betrieb der Konversions-LED eine Primärstrahlung S mit einer Wellenlänge von 360 nm bis 460 nm.
  • Das Konversionselement 3 ist als Verguss der Schichtenfolge in der Ausnehmung ausgeformt und umfasst ein Matrixmaterial wie beispielsweise ein Silikon und einen Leuchtstoff 4, beispielsweise Sr2LiAlO4 des a- Sr2LiAlO4 Strukturtyps. Der Leuchtstoff 4 konvertiert die Primärstrahlung S im Betrieb der Konversions-LED 1 zumindest teilweise in eine Sekundärstrahlung SA. Alternativ konvertiert der Leuchtstoff die Primärstrahlung S vollständig in Sekundärstrahlung SA.
  • Möglich ist auch, dass der Leuchtstoff 4 in den Ausführungsbeispielen der 25 bis 27 in dem Konversionselement 3 räumlich von der Halbleiterschichtenfolge 2 oder der Strahlungsaustrittsfläche 2a beabstandet angeordnet ist. Dies kann beispielsweise durch Sedimentation oder durch Aufbringen der Konversionsschicht auf dem Gehäuse erreicht werden.
  • Beispielsweise kann im Gegensatz zu der Ausführungsform der 27 der Verguss lediglich aus einem Matrixmaterial, beispielsweise Silikon, bestehen, wobei auf dem Verguss beabstandet zu der Halbleiterschichtenfolge 2 das Konversionselement 3 als Schicht auf dem Gehäuse 11 und auf dem Verguss aufgebracht wird.

Claims (9)

  1. Leuchtstoff (4) mit der allgemeinen Summenformel (AE) Al1-yLiyO2-zNz: E, der in einer Kristallstruktur kristallisiert, die eine Schicht {uB, 12 ∞}[2(Li,Al)2(O,N)4] aufweist und der nicht in der monoklinen Raumgruppe P21/m kristallisiert, wobei E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn, AE = Mg, Ca, Sr und/oder Ba - 0 < y < 1, - 0 ≤ z < 2 und - 3-2y-4-z = -2.
  2. Leuchtstoff (4) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel (Sr1-x,A*x,)Al1-yLiyO2-zNz:E aufweist, wobei E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn, - A* = Mg, Ca oder Ba, - 0 ≤ x' ≤ 1, - 0 < y < 1, - 0 ≤ z < 2 und - 3-2y-4-z = -2.
  3. Leuchtstoff (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel SrAl1-yLiyO2-zNz: E aufweist, wobei E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn - 0 < y < 1, - 0 ≤ z < 2 und - 3-2y-4-z = -2.
  4. Leuchtstoff (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kristallstruktur orthorhombisch ist.
  5. Leuchtstoff (4) nach Anspruch 4, der in der Raumgruppe Cmcm oder Pnma kristallisiert.
  6. Leuchtstoff (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kristallstruktur monoklin ist.
  7. Leuchtstoff (4) nach Anspruch 6, der in der Raumgruppe P21 kristallisiert.
  8. Beleuchtungsvorrichtung (1) umfassend einen Leuchtstoff (4) gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7.
  9. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 8 aufweisend - eine Halbleiterschichtenfolge (2), die zur Emission von elektromagnetischer Primärstrahlung (S) eingerichtet ist und - ein Konversionselement (3), das den Leuchtstoff (4) umfasst und zumindest teilweise die elektromagnetische Primärstrahlung (S) in elektromagnetische Sekundärstrahlung (SA) konvertiert.
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