WO2008058619A1 - Leuchtstoffplättchen für leds aus strukturierten folien - Google Patents

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phosphor body
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sio
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Holger Winkler
Klaus Ambrosius
Ralf Petry
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Definitions

  • the invention relates to a phosphor body based on natural and / or synthetic, highly stable, platelet-shaped substrates such as mica (aluminosilicate), corundum (Al 2 O 3 ), silica (SiO 2 ), glass, ZrO 2 or TiO 2 and at least one phosphor its production via structured films and its use as an LED conversion phosphor for white LEDs or so-called color-on-demand applications.
  • mica aluminosilicate
  • corundum Al 2 O 3
  • silica SiO 2
  • glass glass
  • ZrO 2 or TiO 2 glass
  • at least one phosphor its production via structured films and its use as an LED conversion phosphor for white LEDs or so-called color-on-demand applications.
  • White LEDs represent the future technology for artificially generating light. So-called phosphor converted pcLEDs or luminescence-converted lukoLEDs will, in the general opinion of light and energy experts, replace the incandescent and halogen bulbs perceptibly from 2010 onwards. From 2015, the substitution of
  • the lumen efficiency of a commercially available white 1 W power pcLED is approximately 45 Im / W (lumens / watt), while the lumen efficiency of a light bulb is less than 20 Im / W.
  • the loss factors of the pcLED lie mainly with the phosphor (engl., Phosphor), that with white ones pcLEDs for emitting the white light and in color-on-demand LED applications to produce a specific color point is needed, as well as the semiconductor chip of the LED itself and the structural structure of the LED (packaging).
  • the color-on-demand concept is the realization of light of a particular color point with a pcLED using one or more phosphors. This concept is e.g. used to create certain corporate designs, e.g. for illuminated company logos, brands, etc.
  • phosphors currently used for the white pcLED, which contains a blue-emitting chip as a primary radiator, mainly YAGiCe 3+ or modifications thereof, or ortho-silicates: Eu 2+ .
  • the phosphors are produced by solid-state diffusion processes ("mixing and firing") by mixing oxidic educts as powders, grinding them and then annealing them in an oven at temperatures up to 1700 ° C. for up to several days in an optionally reducing atmosphere.
  • the phosphor particles are dispersed in a binder, usually silicones or epoxides, and one or more drops of this dispersion are applied to the chip.
  • a binder usually silicones or epoxides
  • the morphology and size of the phosphor particles result in inconsistent sedimentation behavior, resulting in inhomogeneous coating within an LED and from LED to LED.
  • Luminous flux and the lumen efficiency (Im / W) to be sorted.
  • This sorting leads to a reduction in the time yield of LED units per machine day, because in most cases »30% of the LEDs are produced as rejects.
  • This situation leads to the high unit cost, especially of power LEDs (i.e., LEDs with a power requirement of over 0.5 W), even in the
  • the object of the present invention is therefore to provide phosphors, preferably conversion phosphors for white LEDs or for color on demand applications, which do not have one or more of the abovementioned disadvantages.
  • the phosphor body should be platelet-shaped and have a diameter of about 20 microns.
  • the present object can be achieved in that the phosphor body by means of a structured substrate (For example, a polyethylene terephthalate film) wet-chemically in the form of thin platelets can be produced.
  • a structured substrate for example, a polyethylene terephthalate film
  • the inventive method for producing these phosphors and the use of these phosphors in LEDs leads to a reduction in the production of white LEDs and / or LEDs for
  • the present invention thus relates to a phosphor body consisting of a phosphor-coated substrate containing mica, glass ZrO 2 , TiO 2 , SiO 2 or Al 2 O 3 platelets or mixtures thereof.
  • a phosphor body obtainable by
  • Fluorescent body obtainable by • preparing a phosphor precursor suspension
  • phosphor body only of one or more phosphor materials, ie it does not contain a substrate of mica, glass, ZrO 2 -, TiO 2 -, SiO 2 - or Al 2 O 3 platelets or mixtures thereof.
  • the phosphor body or the phosphor platelets with diameters of more than 20 microns can be prepared by a natural or synthetically produced highly stable support or a substrate of mica, SiO 2 -, Al 2 O 3 -, ZrO 2 -, glass or TiO 2 platelets, which has a very high aspect ratio, has an atomically smooth surface and an adjustable thickness, can be coated by precipitation reaction in aqueous suspension or dispersion with a phosphor layer.
  • the platelets can also be constructed from the phosphor material itself. If the plate itself only serves as a carrier for the phosphor coating, it must consist of a material which is transparent to the primary radiation of the LED, or the Absorbs primary radiation and transfers this energy to the phosphor layer.
  • the LED light cone becomes more homogeneous (color point and brightness) and the
  • this phosphor layer is more favorable than of irregular phosphor powders because of the
  • LED chip emitted light is scattered back less from the surface of the flake, as from the surface of resin-dispersed non-uniform powders. Thus, more light can be absorbed and converted by the phosphor. As a result, the light efficiency of the white LEDs is increased.
  • the phosphor bodies according to the invention can also be applied directly over a finished, blue or UV LED or at a distance from the chip (so-called "remote phosphor concept”) .
  • This makes it possible, by simply exchanging the phosphor wafer, for the light temperature and the hue This can be done in the simplest way by replacing the chemically identical phosphor substance in the form of differently thick platelets.
  • the following compounds can be selected as the material for the phosphor bodies according to the invention, wherein in the following notation the host lattice is shown to the left of the colon and one or more doping elements to the right of the colon. When chemical elements are separated and bracketed by commas, they can optionally be used. Depending on the desired luminescence property of the phosphor body, a or several of the selected compounds are used:
  • BaAl 2 O 4 Eu 2+ , BaAl 2 S 4 ) Eu 2+ , BaB 8 Oi -3 : Eu 2+ , BaF 2 , BaFBrEu 2+ , BaFCkEu 2+ , BaFChEu 2+ , Pb 2+ , BaGa 2 S 4 ) Ce 3+ , BaGa 2 S 4 ) Eu 2+ , Ba 2 Li 2 Si 2 O 7 ) Eu 2+ , Ba 2 Li 2 Si 2 O 7 ) Sn 2+ , Ba 2 Li 2 Si 2 O 7 ) Sn 2+ , Mn 2+ , BaMgAl 10 Oi 7 ) Ce 3+ ,
  • BaTiP 2 O 7 (Ba 1 Ti) 2 P 2 O 7 ) Ti, Ba 3 WO 6 ) U, BaY 2 F 8 Er 3+ , Yb + , Be 2 SiO 4 ) Mn 2+ , Bi 4 Ge 3 O 12 , CaAl 2 O 4 ) Ce 3+ , CaLa 4 O 7 ) Ce 3+ , CaAl 2 O 4 ) Eu 2+ , CaAl 2 O 4 ) Mn 2+ , CaAl 4 O 7 : Pb 2+ , Mn 2+ , CaAl 2 O 4 ) Tb 3+ , Ca 3 Al 2 Si 3 O 12 ) Ce 3+ , Ca 3 Al 2 Si 3 Oi 2 ) Ce 3+ , Ca 3 Al 2 Si 3 O 12 ) Eu 2+ , Ca 2 B 5 O 9 BrEu 2+ , Ca 2 B 5 O 9 Cl) Eu 2+ , Ca 2 B 5 O 9 Cl) Pb 2+ , CaB 2 O 4 ) Mn 2+ ,
  • CaGa 2 S 4 Mn 2+ , CaGa 2 S 4 ) Pb 2+ , CaGeO 3 ) Mn 2+ , CaI 2 ) Eu 2+ in SiO 2 , Cal 2 : Eu 2+ , Mn 2+ in SiO 2 , CaLaBO 4 ) Eu 3+ , CaLaB 3 O 7 : Ce 3+ , Mn 2+ , Ca 2 La 2 BO 6 .
  • Ca 3 WO 6 U, CaYAIO 4 : Eu 3+ , CaYBO 4 : Bi 3+ , CaYBO 4 : Eu 3+ , CaYB 0 . 8 O 3 . 7 : Eu 3+ , CaY 2 ZrO 6 IEu 3+ , (Ca, Zn, Mg) 3 (PO 4 ) 2 : Sn, CeF 3 , (Ce, Mg) BaAlnO 18 : Ce, (Ce 1 Mg) SrAl 11 Oi 8 ) Ce, CeMgAl 11 O 19 ICeTb, Cd 2 B 6 O 11 ) Mn 2+ , CdS: Ag + , Cr, CdS: In, CdS: In, CdS: In, Te, CdSTe, CdWO 4 , CsF, CsI, CsI: Na + , CsITI 1 (ErCI) 0 25 (BaCl 2 ) 0 .75, GaN: Z
  • GdNbO 4 Bi 3+ , Gd 2 O 2 SiEu 3+ , Gd 2 O 2 Pr 3 *, Gd 2 O 2 SPr 1 Ce 1 F, Gd 2 O 2 STb 3+ , Gd 2 SiO 5 ICe 3+ , KAI 11 O 17 TI + , KGa 11 O 17 ) Mn 2+ , K 2 La 2 Ti 3 O 10 ) Eu, KMgF 3 ) Eu 2+ , KMgF 3 ) Mn 2+ , K 2 SiF 6 ) Mn 4+ , LaAl 3 B 4 O 12 ) Eu 3+ , LaAIB 2 O 6 ) Eu 3+ , LaAIO 3 ) Eu 3+ , LaAIO 3 ) Sm 3+ , LaAsO 4 ) Eu 3+ , LaBr 3 ) Ce 3+ , LaBO 3 ) Eu 3+ , (La 1 Ce 1 Tb) PO 4 ) Ce) Tb 1 LaCl 3 ) Ce 3+ ,
  • Ce Na 3 (PO 4) 2 Tb 3+, NaI) Tl, Na K L23 (M2 M2 EUC TiSi 4 O 11) Eu 3+, Na 1 23 K 42 0 0 12 Eu TiSi 5 O 13 XH 2 O) Eu 3+ , Na 1 29 K 0 46 Er 0 08 TiSi 4 Oi 1 ) Eu 3+ , Na 2 Mg 3 Al 2 Si 2 O 10 ) Tb, Na (Mg 2-x Mn x ) LiSi 4 O 10 F 2 : Mn, NaYF 4 ) He 3+ , Yb 3+ , NaYO 2 ) Eu 3+ , P46 (70%) + P47 (30%), SrAl 12 O 19 ) Ce 3+ , Mn 2+ , SrAl 2 O 4 ) Eu 2+ , SrAl 4 O 7 ) Eu 3+ , SrAl 12 O 19 ) Eu 2+ , SrAl 2 S 4 ) Eu 2+ , Sr 2
  • Sr 3 (PO 4) 2 Sn 2+, ß-Sr 3 (PO 4 ) 2 : Sn 2+ , Mn 2+ (Al), SrS: Ce 3+ , SrS: Eu 2+ , SrS: Mn 2+ ,
  • SrS Cu + , Na, SrSO 4 : Bi, SrSO 4 : Ce 3+ , SrSO 4 : Eu 2+ , SrSO 4 : Eu 2+ , Mn 2+ , Sr 5 Si 4 O 10 Cl 6 ) Eu 2+ , Sr 2 SiO 4 : Eu 2+ , SrTiO 3 Pr 3+ , SrTiO 3 Pr 3+ , Al 3+ , Sr 3 WO 6 : U, SrY 2 O 3 ) Eu 3+ , ThO 2 : Eu 3+ , ThO 2 Pr 3+ , ThO 2 Tb 3+ , YAl 3 B 4 O 12 ) Bi 3+ , YAl 3 B 4 O 12 ) Ce 3+ , YAl 3 B 4 O 12 : Ce 3+ , Mn, YAl 3 B 4 O.
  • ZnS-CdS Ag 1 Br 1 Ni 1 ZnS-CdS: Ag + , Cl, ZnS-CdS) Cu 1 Br 1 ZnS-CdS) Cu 1 I 1 ZnS) Cl " , ZnS ) Eu 2+ , ZnS) Cu, ZnS: Cu + , Al 3+ , ZnS: Cu + , Cr, ZnS) Cu 1 Sn, ZnS) Eu 2+ , ZnS) Mn 2+ , ZnS) Mn 1 Cu 1 ZnS ) Mn 2+ je 2+ , ZnS) P 1 ZnS: P 3 " , Cr, ZnS) Pb 2+ , ZnS: Pb 2+ , CI ⁇ ZnS) Pb 1 Cu, Zn 3 (PO 4 ) 2 : Mn 2 + , Zn 2 SiO 4 ) Mn 2+ , Zn 2 SiO 4 : Mn 2+
  • ZnTe Mn 2+
  • ZnSe Cu +
  • CI ZnWO 4
  • the phosphor body consists of at least one of the following phosphor materials:
  • Zinc-alkaline earth orthosilicates copper-alkaline earth orthosilicates, iron-alkaline earth orthosilicates, molybdate, tungstates, vanadates, group III nitrides, oxides, individually or mixtures thereof with one or more activator ions such as Ce, Eu, Mn, Cr and / or Bi.
  • the phosphor body can be produced on a large scale as platelets in thicknesses of 10 .mu.m up to 5 mm, preferably between 20 .mu.m and 100 .mu.m.
  • the platelets expansion in the two other dimensions (length x width) is when mounted directly on the chip of 100 .mu.m.times.100 .mu.m up to 8 mm.times.8 mm, preferably 120 .mu.m.times.120 .mu.m up to 3 mm.times.3 mm.
  • the phosphor chips are mounted over a finished LED and / or at a distance from the LED chip, which may cause the remote phoshor arrangement to fall, then the emerging light cone is to be completely covered by the platelets.
  • the platelet-shaped phosphor body usually has an aspect ratio (ratio of the diameter to the particle thickness) of 2: 1 to 400: 1, and in particular 1, 5: 1 to 100: 1.
  • the substrate used in the phosphor body consists of SiO 2 and / or Al 2 O 3 .
  • the side surfaces of the phosphor body according to the invention can be mirrored with a light or noble metal, preferably aluminum or silver.
  • the silvering effect causes no light to emerge laterally from the phosphor body by waveguiding in the phosphor body according to the invention. Lateral exiting light can reduce the luminous flux to be coupled out of the LED.
  • the mirroring of the phosphor body can take place in a process step after the production of the phosphor body.
  • the side surfaces are for this purpose e.g. wetted with a solution of silver nitrate and glucose and then exposed at elevated temperature to an ammonia atmosphere.
  • a silver coating on the side surfaces e.g. a silver coating on the side surfaces.
  • electroless metallization processes are also suitable, see, for example, Hollemann-Wiberg, Lehrbuch der Anorganischen Chemie, Walter de Gruyter Verlag or Ulimann's Encyclopedia of Chemical Technology.
  • the surface of the phosphor body according to the invention facing the LED chip can be provided with a coating which acts in an anti-reflection manner with respect to the primary radiation emitted by the LED chip.
  • a coating which acts in an anti-reflection manner with respect to the primary radiation emitted by the LED chip.
  • This also leads to a reduction in the backscattering of the primary radiation, as a result of which it can be better coupled into the phosphor body according to the invention.
  • Coating may also consist of photonic crystals, wherein this also includes a structuring of the surface of the flaky phosphor body to achieve certain functionalities.
  • the platelet-shaped phosphor body has a patterned (e.g., pyramidal) surface on the side opposite an LED chip (see Figure 5).
  • a patterned (e.g., pyramidal) surface on the side opposite an LED chip (see Figure 5).
  • the structured surface on the phosphor body is by subsequent coating with a suitable material, which is already structured, or in a subsequent step by (photo) lithographic methods, etching or writing method with
  • the phosphor body according to the invention has a rough surface (see FIG. 5) on the side opposite to an LED chip, the nanoparticles of SiO 2 , T ⁇ O 2 , Al 2 O 3 , ZnO 2 , ZrO 2 and / or Y 2 O 3 or Combinations of these materials or particles carries with the phosphor composition.
  • a rough surface has a roughness of up to several 100 nm.
  • the coated surface has the
  • the phosphor body according to the invention has on the side facing away from the chip
  • Fluorescent body on the side facing a LED chip a polished surface according to DIN EN ISO 4287 (Rugotest, polished surface have the roughness class N3-N1). This has the advantage that the surface is reduced, whereby less light is scattered back.
  • this polished surface can also be provided with a coating that is transparent to the primary radiation, but reflects the secondary radiation. Then the secondary radiation can only be emitted upwards. It is also preferable if the side of the phosphor body facing an LED chip has a surface equipped for the radiation emitted by the LED with antireflective properties.
  • the starting materials for the preparation of the phosphor body consist of the base material (for example, salt solutions of yttrium, aluminum, gadolinium, etc.) and at least one dopant (for example cerium).
  • Suitable starting materials are inorganic and / or organic substances such as nitrates, halides, carbonates, bicarbonates, phosphates, carboxylates, alcoholates, acetates, oxalates, sulfates, organometallic compounds, hydroxides and / or oxides of metals, semimetals, transition metals and / or
  • Rare earths in question which are dissolved and / or suspended in inorganic and / or organic liquids.
  • Mixed nitrate solutions, chloride or hydroxide solutions are used, which contain the corresponding elements in the required stoichiometric ratio.
  • Method for producing a phosphor body with the following method steps: a) producing a phosphor precursor suspension by mixing at least two educts and at least one dopant by wet chemical methods, b) preparing an aqueous suspension of mica, glass, ZrO 2 , TiO 2 , SiO 2 or Al 2 O 3 platelets or mixtures thereof, c) application of the aqueous suspension prepared in step b to a structured support medium to form a substrate film, d) solidification of the substrate film by drying and separation of the dried substrate film from the support medium, e ) Addition of the phosphor precursor suspension prepared under step a and subsequent addition of a
  • the structured carrier medium preferably from organic materials (eg polyethylene terephthalate films) or ceramic materials (eg corundum), platelet-shaped phosphor bodies with a diameter of between 20 ⁇ m and up to 5 mm can be produced.
  • the structured carrier medium consists of wells (preferably square) into which the substances from which the platelets are made are filled. The size of the plates is determined by the dimensions of the cups (length x width x depth) (see Fig.1 to 3). After filling the wells, the contents of the wells are elevated
  • the heating can take place up to a temperature (preferably from 180 to 800 ° C.) at which the structured carrier medium or the cups, if they consist of polymers, are fired away, as a result of which the platelets can be isolated or removed.
  • the wells may also be removed by passing the flexible carrier medium in the form of an endless belt over a reversing roller, with the solidified platelets separating from the carrier medium.
  • the platelets preferably consist of an inorganic substrate or binder material such as mica, glass, ZrO 2 -, TiO 2 -, SiO 2 - or
  • the preparation of the synthetic platelets is done by conventional methods via a strip process from the corresponding alkali salts (eg for silica from a potassium or sodium water glass solution). The preparation process is described in detail in EP 763573, EP 608388 and DE 19618564.
  • the platelets are then defined as an aqueous suspension with a
  • Solid content of mica, glass, ZrO 2 -, TiO 2 -, SiO 2 - or Al 2 O 3 presented and then coated by known to those skilled method via a previously described structured support medium with phosphor precursors.
  • salts of the desired components of the phosphor precursor eg YAG: Ce
  • the phosphor-coated substrate is annealed for several hours at temperatures between 700 and 1800 0 C, preferably between 900 and 1700 0 C.
  • the phosphor precursor or the phosphor precursor (preferably in the form of a phosphor hydroxide) is converted into the actual platelet-shaped phosphor body (preferably in oxide form). It is preferred to carry out the annealing at least partially under reducing conditions (for example with carbon monoxide, forming gas, pure hydrogen or at least a vacuum or an oxygen-deficient atmosphere).
  • this thermal aftertreatment consists of a two-stage process, wherein the first process may be a Scherrerhitzen, which is performed at the temperature Ti and the second process is an annealing process at the temperature T 2 .
  • Shock heating can be triggered, for example, by placing the sample to be heated in the oven already heated on Ti.
  • Ti is 700 to 1800 ° C., preferably 900 to 1600 ° C.
  • T 2 values between 1000 and 1800 ° C., preferably 1200 to 1700 ° C., apply.
  • the first process proceeds over a period of 1 to 2 h. Thereafter, the material can be cooled to room temperature and finely and gently ground with low energy input.
  • the annealing process at T 2 takes place over a period of, for example, 2 to 8 hours.
  • the annealing process can be carried out in a reducing atmosphere.
  • This two-stage thermal aftertreatment has the advantage that the partially crystalline or amorphous finely divided, surface-reactive phosphor powder, in the first step at the temperature Ti of a partial
  • the present invention further provides a process for producing a phosphor body with the following process steps: a) producing a phosphor precursor suspension
  • the inorganic substrate of mica, glass, ZrO 2 , TiO 2 , SiO 2 or Al 2 O 3 - platelets or mixtures thereof is mixed with the Leuchtstoffprecursor- suspension and from a substrate film on a structured
  • a further process variant relates to a process for the production of phosphor bodies with the following process variants:
  • Dopant by wet-chemical methods b) application of the phosphor precursor suspension to a structured carrier medium and formation of a substrate film, c) solidification of the substrate film by drying and separation of the dried substrate film from the carrier medium to form a phosphor precursor, d) thermal post-treatment of the phosphor precursor to the obtained phosphor body.
  • no inorganic substrate of mica, glass, ZrO 2 , TiO 2 , SiO 2 or AbO ß platelets or mixtures thereof, for the preparation of the phosphor body according to the invention is used.
  • the phosphor bodies produced in this way are particularly preferred when it comes to ensuring that the highest possible
  • Phosphorus concentration is required as conversion material.
  • the wet-chemical preparation generally has the advantage that the resulting materials according to the invention have a higher uniformity with regard to the stoichiometric composition, the particle size and the morphology of the particles from which the phosphor body according to the invention is produced.
  • the wet-chemical preparation of the phosphor body is preferably carried out by the precipitation and / or sol-gel process.
  • the advantage of the phosphor body according to the invention is that they are storable and without resin dispersion directly on the LED chip can be applied, if it is designed in flip-chip design.
  • Conventional LED chips with connecting wires on the surface can not be equipped directly with the phosphor chips according to the invention.
  • the optical coupling of the phosphor body to the chip for example, with a transparent
  • Another object of the present invention is a lighting unit with at least one primary light source whose emission maximum is in the range 240 to 510 nm, wherein the primary
  • Radiation is partially or completely converted into longer-wave radiation by the phosphor body according to the invention.
  • this lighting unit emits white or emits light with a certain color point (color-on-demand principle).
  • the person skilled in possible forms of such light sources are known. These may be light-emitting LED chips of different construction.
  • the light source is a luminescent arrangement based on ZnO, TCO (transparent conducting oxide), ZnSe or SiC or else an arrangement based on an organic light-emitting layer.
  • the platelet-shaped phosphor body can either be directly on the
  • Primary light source can be arranged or from this, depending on The remote array technology may also be used remotely (the latter arrangement also includes “remote phosphor technology.")
  • the advantages of "remote phosphor technology” are well known to those skilled in the art and can be found in the following publication: Japanese Journ. of Appl. Phys. VoI 44, no. 21 (2005). L649-L651.
  • the optical coupling of the illumination unit between the phosphor body and the primary light source is realized by a light-conducting arrangement.
  • the primary light source is installed at a central location and this is optically coupled to the phosphor by means of light-conducting devices, such as light-transmitting fibers.
  • the lighting requirements adapted lights can only be realized consisting of one or different phosphor bodies, which can be arranged to form a luminescent screen, and a light guide which is coupled to the primary light source.
  • Fluorescent bodies which are coupled to the optical fibers to install.
  • the lighting unit consists of one or more phosphor bodies, which are constructed the same or different.
  • Another object of the present invention is the use of the phosphor body according to the invention for the conversion of the blue or in the near UV emission in visible white radiation. Furthermore, the use of the phosphor body according to the invention for the conversion of the primary radiation into a specific color point according to the "color-on-demand" concept is preferred.
  • the phosphor body can be used as a conversion phosphor for visible primary radiation for generating white light. In this case, it is particularly advantageous for a high light output when the phosphor body absorbs a certain portion of the visible primary radiation (in the case of non-visible primary radiation, this is to be absorbed in its entirety) and the remaining portion of the primary radiation is transmitted in the direction of the surface, which Primary light source is opposite.
  • the phosphor body is as transparent as possible for the radiation emitted by it with respect to the coupling-out via the surface opposite the material emitting the primary radiation.
  • the phosphor body can be used as conversion phosphor for UV primary radiation for generating
  • White light can be used.
  • the phosphor body absorbs the entire primary radiation and if the phosphor body is as transparent as possible for the radiation emitted by it.
  • Example 1 Preparation of Silica Flakes with dimensions of 2 mm ⁇ 2 mm ⁇ 100 ⁇ m
  • a commercially available sodium silicate solution is initially with
  • Example 2 Coating of the flakes from Example 1 with YAG: Ce phosphor, starting from nitrate precursors
  • Silica flakes from Example 1 are presented as an aqueous suspension having a solids content of less than 50 g / l in a coating vessel. The suspension is then heated to 75 ° C and gently stirred with a few 100 rpm.
  • an aqueous solution containing the precursor of the actual phosphor is prepared as follows: 157.10 g of Al (NO 3 ) 3 .9H 2 O is added to the magnetic stir plate with stirring
  • the phosphor precursor (phosphorus hydroxide) is converted into the actual phosphor in the oxide form.
  • a second annealing under reducing conditions (CO or forming gas) is carried out at temperatures up to 1200 0 C.
  • the suspension is then heated to 75 ° C and intensively with 1000
  • the preformed YAG: Ce phosphor in the suspension now precipitates and the resulting phosphor nano-particles deposit on the silica substrate, i. the platelets are coated with the phosphor particles.
  • the coating process is completed.
  • the suspension is then stirred for a further 2 hours and the material is filtered off with suction as described, washed and calcined at 1000 ° C. for about 6 hours.
  • the phosphor precursor phosphorus hydroxide
  • the annealing takes place under reducing conditions (eg CO atmosphere).
  • Example 4 Incorporation of YAG: Ce phosphor particles in silica flakes
  • the preformed YAG: Ce phosphor now precipitates in the suspension. Thereafter, the suspension is dried and solidified. The solidified platelets are separated from the structured support medium and thermally post-treated. The thermal aftertreatment is carried out in a two-stage process: At 1000 0 C, the material is annealed in the air for 4 h, then the material at 1700 0 C in a reducing atmosphere
  • Forming gas annealed over a period of 6 h.
  • FIG. 1 Side view of the structured film consisting of wells with a certain depth.
  • the cups represent the template for the mica, glass, ZrO 2 , TiO 2 , SiO 2 or Al 2 O 3 platelets.
  • (1 PET film, predetermined breaking point for the mica, glass, ZrO 2 , TiO 2 , SiO 2 or Al 2 O 3 platelets)
  • Fig. 2 Top view of the film structure, which consists of juxtaposed rectangular wells.
  • Fig. 3 The wells are filled with the liquid or dissolved precursor substances for the platelets - gray (e.g., soda waterglass), the precursors are dried and heated - gray.
  • heating may be to a temperature at which the patterned support medium (e.g., PET film) is baked away, thereby isolating the (gray) platelets.
  • the dimensions of the plates correspond to those of the wells.
  • FIG. 5 pyramidal structures 2 can be produced on one surface of the platelet by treatment according to the invention of the platelet-shaped phosphor body (top). Likewise, according to the invention, on a surface (rough side 3) of the platelet-shaped phosphor body nanoparticles of SiO 2 , TiO 2 , ZnO 2 , ZrO 2 , Al 2 ⁇ 3 , Y 2 O 3 etc. or mixtures thereof or particles of the phosphor composition consisting.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Leuchtstoffkörper, der auf natürlichen und/oder synthetischen plättchenförmigen Substraten wie Glimmer, Korund, Silica, Glas, ZrO2 oder TiO2 sowie mindestens einem Leuchtstoff basiert, dessen Herstellung sowie dessen Verwendung als LED-Konversionsleuchtstoff für weiße LEDs oder sog. Color-on-demand-Anwendungen.

Description

Leuchtstoffplättchen für LEDs aus strukturierten Folien
Die Erfindung betrifft einen Leuchtstoffkörper, der auf natürlichen und/oder synthetischen, hoch stabilen, plättchenförmigen Substraten wie Glimmer (Aluminosilikat), Korund (AI2O3), Silica (SiO2), Glas, ZrO2 oder TiO2 sowie mindestens einem Leuchtstoff basiert, dessen Herstellung über strukturierte Folien sowie dessen Verwendung als LED- Konversionsleuchtstoff für weiße LEDs oder sogenannte Color-on-demand- Anwendungen.
Weiße LEDs stellen die zukünftige Technologie dar, um Licht künstlich zu erzeugen. Sogenannte phosphor converted pcLEDs oder Lumineszenzkonvertierte lukoLEDs werden nach allgemeiner Meinung von Licht und Energiefachleuten ab 2010 die Glühbirne und Halogenbirnen wahrnehmbar substituieren. Ab 2015 wird die Substitution von
Fluoreszenzröhren stattfinden.
Diese allgemein akzeptierte Roadmap wird aber nur dann eintreten, falls bis zum Jahre 2010 die Technologie der pcLEDs bedeutende Fortschritte erlangt: Heutzutage hat eine weiße 1 W power pcLED eine wall-plug-Effizienz von
15%, d.h. 15% der aus der Steckdose kommenden elektrischen Energie wird in sichtbares Licht umgewandelt, der Rest geht als Wärme verloren. Im Gegensatz zur Glühbirne, deren Prinzip vor über 100 Jahre von Edison erfunden worden ist und sich seitdem nicht geändert hat, stellt dies eine eindeutige Verbesserung dar: Lediglich 5 % der in die Glühbirne eintretende Energie wird zu sichtbarem Licht umgewandelt; der Rest geht als Wärme verloren und heizt die Umgebung auf.
Derzeit entspricht die Lumeneffizienz einer kommerziell erhältlichen weißen 1 W power pcLED ca. 45 Im/W (Lumen/Watt), während die Lumeneffizienz einer Glühbirne bei unter 20 Im/W liegt. Die Verlustfaktoren der pcLED liegen hauptsächlich bei dem Leuchtstoff (engl, phosphor), der bei weißen pcLEDs zur Abgabe des weißen Lichtes und bei Color-on-demand LED- Anwendungen zur Erzeugung eines bestimmten Farbpunktes benötigt wird, sowie bei dem Halbleiterchip der LED selbst und dem strukturellen Aufbau der LED (packaging).
Unter dem Color-on-demand Konzept versteht man die Realisierung von Licht eines bestimmten Farbpunktes mit einer pcLED unter Einsatz eines oder mehrerer Leuchtstoffe. Dieses Konzept wird z.B. verwendet, um bestimmte Corporate Designs z.B. für beleuchtete Firmenlogos, Marken etc. zu erzeugen.
Als Leuchtstoffe werden derzeit für die weiße pcLED, die einen blau emittierenden Chip als Primärstrahler enthält, hauptsächlich YAGiCe3+ oder Abwandlungen davon, oder ortho-Silikate:Eu2+ verwendet. Die Leuchtstoffe werden durch Festkörper-Diffusionsverfahren („mixing and firing") hergestellt, indem oxidische Edukte als Pulver gemischt, zermahlen und danach in einem Ofen bei Temperaturen bis zu 1700°C über bis zu mehreren Tagen in einer ggf. reduzierenden Atmosphäre geglüht werden. Als Resultat entstehen Leuchtstoffpulver, die Inhomogenitäten aufweisen in Bezug auf die Morphologie, die Partikelgrößenverteilung und die Verteilung der lumineszenten Aktivatorionen in dem Volumen der Matrix. Des weiteren sind die Morphologie, die Partikelgrößenverteilungen und weitere Eigenschaften dieser nach dem traditionellen Verfahren hergestellten Leuchtstoffe nur schlecht einstellbar und schwer reproduzierbar. Daher besitzen diese Partikel mehrere Nachteile, wie insbesondere eine inhomogene Beschichtung der LED-Chips mit diesen Leuchtstoffen mit nicht optimaler und inhomogener Morphologie sowie Partikelgrößenverteilung, die zu hohen Verlustprozessen durch Streuung führen. Weitere Verluste entstehen in der Produktion dieser LEDs dadurch, dass die Leuchtstoffbeschichtung der LED Chips nicht nur inhomogen, sondern auch von LED zu LED nicht reproduzierbar ist. Dies führt dazu, dass es zu Variationen der Farbpunkte des emittierten Lichtes der pcLEDs auch innerhalb einer Charge kommt. Dadurch ist ein aufwändiger Sortierprozess der LEDs (sog. Binning) erforderlich. Das Aufbringen der Leuchtstoffpartikel auf die LED erfolgt durch einen aufwändigen Prozess. Dazu werden die Leuchtstoffpartikel in einem Bindemittel, meist Silikonen oder Epoxiden, dispergiert und ein oder mehrere Tropfen dieser Dispersion auf den Chip gebracht. Während das Bindemittel aushärtet, kommt es bei den Leuchtstoffpartikeln durch unterschiedliche Morphologie und Größe zu uneinheitlichem Sedimentationsverhalten, woraus eine inhomogene Beschichtung innerhalb einer LED und von LED zu LED resultiert. Deswegen müssen aufwändige Klassifizierungsprozesse durchgeführt werden (sog. Binning), wobei die LEDs nach Erfüllung oder Nichterfüllung von optischen Zielgrößen, wie der Verteilung von optischen Parametern innerhalb des Lichtkegels bezüglich Verteilung der Farbtemperatur, Chromatizitäten (x,y-Werte innerhalb des CIE Chromatizitätsdiagramms), sowie der optischen Leistung, insbesondere des in Lumen ausgedrückten
Lichtstromes und der Lumeneffizienz (Im/W), sortiert werden. Diese Sortierung führt zu einer Verringerung der Zeitausbeute von LED-units pro Maschinentag, weil zumeist » 30 % der LEDs als Ausschuss anfallen. Diese Situation führt zu den hohen Stückkosten insbesondere von power LEDs (d.h. LEDs mit einem Leistungsbedarf von über 0.5 W), die selbst im
Bereich von Abnahmemengen von über 10.000 Stück bei Preisen von mehreren US-$ pro Stück liegen können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Leuchtstoffe, vorzugsweise Konversionsleuchtstoffe für weiße LEDs oder für Color-on- demand-Anwendungen, zur Verfügung zu stellen, die einen oder mehrere der oben genannten Nachteile nicht aufweisen. Dabei sollte der Leuchtstoffkörper plättchenförmig sein und einen Durchmesser von über 20 μm besitzen.
Überraschenderweise kann die vorliegende Aufgabe dadurch gelöst werden, dass der Leuchtstoffkörper mittels einem strukturierten Substrat (z.B. eine Polyethylenterephthalat-Folie) nasschemisch auch in Form von dünnen Plättchen herstellbar ist.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung dieser Leuchtstoffe und des Einsatzes dieser Leuchtstoffe in LEDs kommt es zu einer Verringerung der Herstellkosten von weißen LEDs und/oder LEDs für
Color-on-demand-Anwendungen, weil die durch den Leuchtstoff verursachte Inhomogenität und geringe batch-to-batch Reproduzierbarkeit der Lichteigenschaften von LEDs eliminiert werden und die Leuchtstoffaufbringung auf den LED Chip vereinfacht und beschleunigt wird. Des weiteren lässt sich die Lichtausbeute von weißen LEDs und/oder
Color-on-demand-Anwendungen mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens steigern. In der Summe werden die Kosten des LED-Lichtes geringer, weil:
• die Kosten pro LED geringer werden (Investionskosten für den Kunden)
• mehr Licht aus einer LED erhalten wird (günstigeres Lumen/EUR-
Verhältnis)
• insgesamt die sog. „total-cost-of-ownership", welche die Lichtkosten in
Abhängigkeit der Investkosten, der Wartungskosten und Betriebs- und Austauschkosten beschreibt, günstiger wird.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Leuchtstoffkörper bestehend aus einem mit Leuchtstoff-beschichteten Substrat enthaltend Glimmer-, Glas- ZrO2-, TiO2 -, SiO2- oder AI2O3-Plättchen oder Gemischen derselben.
Besonders bevorzugt ist ein Leuchtstoffkörper erhältlich durch
• Herstellen einer Leuchtstoffprecursor-Suspension durch
Mischen von mindestens zwei Edukten und mindestens einem Dotierstoff nach nasschemischen Methoden, • Herstellen einer wässrigen Suspension aus Glimmer-, Glas-, ZrO2-, TiO2-, SiO2 - oder AI2O3-Plättchen oder Gemischen derselben,
• Aufbringung der wässrigen Suspension auf ein strukturiertes Trägermedium unter Bildung eines Substratfilmes,
• Verfestigung des Substratfilmes durch Trocknung und Trennung des getrockneten Substratfilmes vom Trägermedium,
• Zugabe der Leuchtstoffprecursor-Suspension sowie anschließende Zugabe eines Fällungsreagenzes unter Bildung einer Leuchtstoffkörper- Vorstufe,
• Thermische Nachbehandlung der Leuchtstoffkörper-Vorstufe.
Weiterhin wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung gelöst durch einen
Leuchtstoffkörper erhältlich durch • Herstellen einer Leuchtstoffprecursor-Suspension durch
Mischen von mindestens zwei Edukten und mindestens einem Dotierstoff nach nasschemischen Methoden,
• Herstellen einer wässrigen Suspension aus Glimmer-, Glas-, ZrO2-, TiO2-, SiO2- oder AI2O3-Plättchen oder Gemischen derselben,
• Vereinigung der beiden oben hergestellten Suspensionen zum Substrat,
• Aufbringung des Substrates auf ein strukturiertes Trägermedium unter Bildung eines Substratfilmes, • Verfestigung des Substratfilmes durch Trocknung und Trennung des getrockneten Substratfilmes vom Trägermedium unter Bildung einer Leuchtstoffkörper-Vorstufe
• Thermische Nachbehandlung er Leuchtstoffkörper-Vorstufe zum erhaltenen Leuchtstoffkörper. Desweiteren wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung gelöst durch einen Leuchtstoffkörper erhältlich durch
• Herstellen einer Leuchtstoffprecursor-Suspension durch Mischen von mindestens zwei Edukten und mindestens einem
Dotierstoff nach nasschemischen Methoden,
• Aufbringung der Leuchtstoffprecursor-Suspension auf ein strukturiertes Trägermedium unter Bildung eines Substratfilmes,
• Verfestigung des Substratfilmes durch Trocknung und Trennung des getrockneten Substratfilmes vom Trägermedium unter
Bildung einer Leuchtstoffkörper-Vorstufe,
• Thermische Nachbehandlung der Leuchtstoffkörper-Vorstufe zum erhaltenen Leuchtstoffkörper.
In der zuletzt genannten Ausführungsform besteht der erfindungsgemäße
Leuchtstoffkörper somit lediglich aus einem oder mehreren Leuchtstoffmaterialien, d.h. er enthält kein Substrat aus Glimmer-, Glas-, ZrO2-, TiO2-, SiO2 - oder AI2O3-Plättchen oder Gemischen derselben.
Der Leuchtstoffkörper bzw. die Leuchtstoffplättchen mit Durchmessern von über 20 μm können hergestellt werden, indem ein natürlicher oder synthetisch hergestellter hoch stabiler Träger bzw. ein Substrat aus Glimmer-, SiO2-, AI2O3-, ZrO2-, Glas- oder TiO2-Plättchen, welches ein sehr großes Aspektverhältnis aufweist, eine atomar glatte Oberfläche und eine einstellbare Dicke besitzt, durch Fällungsreaktion in wässriger Suspension oder Dispersion mit einer Leuchtstoffschicht beschichtet werden kann. Neben Glimmer, ZrO2, SiO2, AI2O3, Glas oder TiO2 oder Gemischen derselben können die Plättchen auch aus dem Leuchtstoffmaterial selbst aufgebaut sein. Falls das Plättchen selbst lediglich als Träger für die Leuchtstoffbeschichtung dient, muss diese aus einem Material bestehen, welches transparent für die Primärstrahlung der LED ist, oder die Primärstrahlung absorbiert und diese Energie auf die Leuchtstoffschicht überträgt.
Durch den Einsatz der plättchenförmigen Leuchtstoffe wird der LED Lichtkegel homogener (Farbpunkt und Helligkeit) und die
Reproduzierbarkeit von LED zu LED nimmt zu, wodurch das Binning reduziert oder sogar eliminiert wird.
Des weiteren sind die Streueigenschaften dieser Leuchtstoffschicht günstiger als von unregelmäßigen Leuchtstoffpulvern, weil das von dem
LED-Chip ausgestrahlte Licht von der Oberfläche des Flakes weniger zurückgestreut wird, als von der Oberfläche von in Harz dispergierten uneinheitlichen Pulvern. Somit kann vom Leuchtstoff mehr Licht absorbiert und konvertiert werden. Als Resultat wird die Lichteffizienz der weißen LEDs gesteigert.
Die erfindungsgemäßen Leuchtstoffkörper können aber auch direkt über einer fertigen, blauen oder UV-LED bzw. in einem Abstand zum Chip (sog. „Remote Phosphor Konzept") aufgebracht werden. Dadurch ist es möglich, durch einfachen Austausch des Leuchtstoffplättchens die Lichttemperatur und den Farbton des Lichtes zu beeinflussen. Dies kann in der einfachsten Weise dadurch geschehen, dass die chemisch identische Leuchtstoffsubstanz in Form unterschiedlich dicker Plättchen ausgetauscht wird.
Insbesondere können als Material für die erfindungsgemäßen Leuchtstoffkörper folgende Verbindungen gewählt werden, wobei in der folgenden Notation links vom Doppelpunkt das Wirtsgitter und rechts vom Doppelpunkt ein oder mehrere Dotierelemente aufgeführt sind. Wenn chemische Elemente durch Kommata voneinander getrennt und eingeklammert sind, können sie wahlweise verwendet werden. Je nach gewünschter Lumineszenzeigenschaft der Leuchtstoffkörper können eine oder auch mehrere der zur Auswahl gestellten Verbindungen herangezogen werden:
BaAI2O4:Eu2+, BaAI2S4)Eu2+, BaB8Oi-3:Eu2+, BaF2, BaFBrEu2+, BaFCkEu2+, BaFChEu2+, Pb2+, BaGa2S4)Ce3+, BaGa2S4)Eu2+, Ba2Li2Si2 O7)Eu2+, Ba2Li2Si2 O7)Sn2+, Ba2Li2Si2 O7)Sn2+, Mn2+, BaMgAI10Oi7)Ce3+,
BaMgAI10Oi7)Eu2+, BaMgAIi0O17)Eu2+, Mn2+, Ba2Mg3F10)Eu2+, BaMg3F8:Eu2+,Mn2+, Ba2MgSi2O7)Eu2+, BaMg2Si2O7)Eu2+, Ba5(PO-O3CI)Eu2+, Ba5(PO4)3CI:U, Ba3(PO4)2:Eu2+, BaS)Au1K, BaSO4)Ce3+, BaSO4)Eu2+, Ba2SiO4:Ce3+,Li+,Mn2+, Ba5SiO4CI6)Eu2+, BaSi2O5)Eu2+, Ba2SiO4)Eu2+, BaSi2O5)Pb2+, BaxS ri1-xF2: Eu2+, BaSrMgSi2O7)Eu2+,
BaTiP2O7, (Ba1Ti)2P2O7)Ti, Ba3WO6)U, BaY2F8 Er3+,Yb+, Be2SiO4)Mn2+, Bi4Ge3O12, CaAI2O4)Ce3+, CaLa4O7)Ce3+, CaAI2O4)Eu2+, CaAI2O4)Mn2+, CaAI4O7:Pb2+,Mn2+, CaAI2O4)Tb3+, Ca3AI2Si3O12)Ce3+, Ca3AI2Si3Oi2)Ce3+, Ca3AI2Si3O12)Eu2+, Ca2B5O9BrEu2+, Ca2B5O9CI)Eu2+, Ca2B5O9CI)Pb2+, CaB2O4)Mn2+, Ca2B2O5)Mn2+,
CaB2O4)Pb2+, CaB2P2O9)Eu2+, Ca5B2SiOi0)Eu3+, Ca0.5Ba0 5AI12O19:Ce3+,Mn2+, Ca2Ba3(PO4)3CI:Eu2+, CaBr2)Eu2+ in SiO2, CaCI2)Eu2+ in SiO2, CaCI2:Eu2+,Mn2+ in SiO2, CaF2)Ce3+, CaF2:Ce3+,Mn2+, CaF2:Ce3+,Tb3+, CaF2:Eu2+, CaF2)Mn2+, CaF2) U, CaGa2O4)Mn2+, CaGa4O7)Mn2+, CaGa2S4)Ce3+, CaGa2S4)Eu2+,
CaGa2S4)Mn2+, CaGa2S4)Pb2+, CaGeO3)Mn2+, CaI2)Eu2+ in SiO2, Cal2:Eu2+,Mn2+ in SiO2, CaLaBO4)Eu3+, CaLaB3O7:Ce3+,Mn2+, Ca2La2BO6.5:Pb2+, Ca2MgSi2O7, Ca2MgSi2O7)Ce3+, CaMgSi2O6)Eu2+, Ca3MgSi2O8)Eu2+, Ca2MgSi2O7)Eu2+, CaMgSi2O6:Eu2+,Mn2+, Ca2MgSi2O7:Eu2+,Mn2+, CaMoO4, CaMoO4)Eu3+, CaO)Bi3+, CaO)Cd2+,
CaO)Cu+, CaO)Eu3+, CaO)Eu3+, Na+, CaO)Mn2+, CaO)Pb2+, CaO)Sb3+, CaO)Sm3+, CaO)Tb3+, CaO)TI, CaOZn2+, Ca2P2O7)Ce3+, α-Ca3(PO4)2:Ce3+, ß-Ca3(PO4)2:Ce3+, Ca5(PO4)3CI:Eu2+, Ca5(PO4)3CI:Mn2+, Ca5(PO4)3CI:Sb3+, Ca5(PO4)3CI:Sn2+, ß-Ca3(PO4)2:Eu2+,Mn2+, Ca5(PO4)3F:Mn2+, Cas(PO4)3F:Sb3+, Cas(PO4)3F:Sn2+, α-Ca3(PO4)2:Eu2+, ß-Ca3(PO4)2:Eu2+,
Ca2P2O7)Eu2+, Ca2P2O7:Eu2+,Mn2+, CaP2O6)Mn2+, α-Ca3(PO4)2:Pb2+, α- Ca3(PO4)2:Sn2+, ß-Ca3(PO4)2:Sn2+, ß-Ca2P2O7:Sn,Mn, α-Ca3(PO4)2:Tr, CaS)Bi3+, CaS:Bi3+,Na, CaS)Ce3+, CaS)Eu2+, CaS:Cu+,Na+, CaS)La3+, CaS)Mn2+, CaSO4)Bi, CaSO4)Ce3+, CaSO4:Ce3+,Mn2+, CaSO4)Eu2+, CaSO4:Eu2+,Mn2+, CaSO4)Pb2+, CaS)Pb2+, CaS:Pb2+,CI, CaS:Pb2+,Mn2+,
CaS:Pr3+,Pb2+,CI, CaS)Sb3+, CaS:Sb3+,Na, CaS)Sm3+, CaS)Sn2+, CaS:Sn2+,F, CaSTb3+, CaS:Tb3+,CI, CaS:Y3+, CaS:Yb2+, CaS:Yb2+,CI, CaSiO3:Ce3+, Ca3SiO4CI2IEu2+, Ca3SiO4CI2Pb2+, CaSiO3-Eu2+, CaSiO3:Mn2+,Pb, CaSiO3Pb2+, CaSiO3: Pb2+, Mn2+, CaSiO3Ti4+, CaSr2(PO4)2:Bi3+, ß-(Ca,Sr)3(PO4)2:Sn2+Mn2+, CaTi0.9AI0.iO3:Bi3+, CaTiO3:Eu3+, CaTiO3Pr3+, Ca5(VO4)3CI, CaWO4, CaWO4Pb2+, CaWO4:W,
Ca3WO6:U, CaYAIO4:Eu3+, CaYBO4:Bi3+, CaYBO4:Eu3+, CaYB0.8O3.7:Eu3+, CaY2ZrO6IEu3+, (Ca,Zn,Mg)3(PO4)2:Sn, CeF3, (Ce,Mg)BaAlnO18:Ce, (Ce1Mg)SrAI11Oi8)Ce, CeMgAI11O19ICeTb, Cd2B6O11)Mn2+, CdS:Ag+,Cr, CdS:ln, CdS:ln, CdS:ln,Te, CdSTe, CdWO4, CsF, CsI, Csl:Na+, CsITI1 (ErCIs)0 25(BaCI2)0.75, GaN:Zn, Gd3Ga5O12Or3+, Gd3Ga5O12:Cr,Ce,
GdNbO4:Bi3+, Gd2O2SiEu3+, Gd2O2Pr3*, Gd2O2SPr1Ce1F, Gd2O2STb3+, Gd2SiO5ICe3+, KAI11O17TI+, KGa11O17)Mn2+, K2La2Ti3O10)Eu, KMgF3)Eu2+, KMgF3)Mn2+, K2SiF6)Mn4+, LaAI3B4O12)Eu3+, LaAIB2O6)Eu3+, LaAIO3)Eu3+, LaAIO3)Sm3+, LaAsO4)Eu3+, LaBr3)Ce3+, LaBO3)Eu3+, (La1Ce1Tb)PO4)Ce)Tb1 LaCI3)Ce3+, La2O3)Bi3+, LaOBnTb3+, LaOBrTm3+, LaOCI)Bi3+, LaOCI)Eu3+,
LaOF)Eu3+, La2O3)Eu3+, La2O3)Pr3+, La2O2S)Tb3+, LaPO4)Ce3+, LaPO4)Eu3+, LaSiO3CI)Ce3+, LaSiO3CI)Ce3+Tb3+, LaVO4)Eu3+, La2W3O12)Eu3+, LiAIF4)Mn2+, LiAI5O8)Fe3+, LiAIO2)Fe3+, LiAIO2)Mn2+, LiAI5O8)Mn2+, Li2CaP2O7:Ce3+,Mn2+, LiCeBa4Si4O14)Mn2+, LiCeSrBa3Si4O14)Mn2+, LiInO2)Eu3+, LiInO2)Sm3+, LiLaO2)Eu3+, LuAIO3)Ce3+, (Lu1Gd)2SiO5)Ce3+,
Lu2SiO5)Ce3+, Lu2Si2O7)Ce3+, LuTaO4)Nb5+, Lu1-xYxAIO3:Ce3+, MgAI2O4)Mn2+, MgSrAI10O17)Ce, MgB2O4)Mn2+, MgBa2(PO4)2:Sn2+, MgBa2(PO4)2:U, MgBaP2O7)Eu2+, MgBaP2O7:Eu2+,Mn2+, MgBa3Si2O8)Eu2+, MgBa(SO4)2:Eu2+, Mg3Ca3(PO4)4:Eu2+, MgCaP2O7)Mn2+, Mg2Ca(SO4)3:Eu2+, Mg2Ca(SO4)3:Eu2+,Mn2, MgCeAInO19)Tb3+,
Mg4(F)GeO6)Mn2+, Mg4(F)(Ge1Sn)O6)Mn2+, MgF2)Mn2+, MgGa2O4)Mn2+, Mg8Ge2O11F2)Mn4+, MgS)Eu2+, MgSiO3)Mn2+, Mg2SiO4)Mn2+, Mg3SiO3F4)Ti4+, MgSO4)Eu2+, MgSO4)Pb2+, MgSrBa2Si2O7)Eu2+, MgSrP2O7)Eu2+, MgSr5(PO4)4:Sn2+, MgSr3Si208:Eu2+,Mn2+, Mg2Sr(SO4)3:Eu2+, Mg2TiO4)Mn4+, MgWO4, MgYBO4)Eu3+,
Na3Ce(PO4)2:Tb3+, NaI)TI, NaL23K(M2EUcM2TiSi4O11)Eu3+, Na1 23K0 42Eu0 12TiSi5O13 XH2O)Eu3+, Na1 29K0 46Er0 08TiSi4Oi1)Eu3+, Na2Mg3AI2Si2O10)Tb, Na(Mg2-xMnx)LiSi4O10F2:Mn, NaYF4)Er3+, Yb3+, NaYO2)Eu3+, P46(70%) + P47 (30%), SrAI12O19)Ce3+, Mn2+, SrAI2O4)Eu2+, SrAI4O7)Eu3+, SrAI12O19)Eu2+, SrAI2S4)Eu2+, Sr2B5O9CI)Eu2+,
SrB4O7)Eu2+(F1CI1Br), SrB4O7)Pb2+, SrB4O7)Pb2+, Mn2+, SrB8O13)Sm2+, SrxBSyCIzAI2O4-ZZ2: Mn2+, Ce3+, SrBaSiO4: Eu2+, Sr(CI, Br, I)2: Eu2+ in SiO2, SrCI2:Eu2+ in SiO2, Sr5CI(PO4)3:Eu, SrwFxB4O6.5:Eu2+, SrwFxByOz:Eu2+,Sm2+, SrF2:Eu2+, SrGai2Oi9:Mn2+, SrGa2S4:Ce3+, SrGa2S4:Eu2+, SrGa2S4Pb2+, SrIn2O4Pr3+, Al3+, (Sr,Mg)3(PO4)2:Sn, SrMgSi2O6: Eu2+, Sr2MgSi2O7:Eu2+, Sr3MgSi208:Eu2+, SrMoO4:U, SrO-3B2O3:Eu2+,CI, ß-SrO-3B2O3Pb2+, ß-
SrO-3B203 Pb2+,Mn2+, α-SrO-3B2O3:Sm2+, Sr6P5BO20:Eu, Sr5(PO4)3CI:Eu2+, Sr5(PO4)3CI: Eu2+, Pr3+, Sr5(PO4)3CI:Mn2+, Sr5(PO4)3CI:Sb3\ Sr2P2O7:Eu2+, ß-Sr3(PO4)2:Eu2+, Sr5(PO4)3F:Mn2+, Sr5(PO4)3F:Sb3+, Sr5(PO4)3F:Sb3+,Mn2+, Sr5(PO4)3F:Sn2+, Sr2P2O7:Sn2+, ß- Sr3(PO4)2:Sn2+, ß-Sr3(PO4)2:Sn2+,Mn2+(AI), SrS:Ce3+, SrS:Eu2+, SrS:Mn2+,
SrS:Cu+,Na, SrSO4:Bi, SrSO4:Ce3+, SrSO4:Eu2+, SrSO4:Eu2+,Mn2+, Sr5Si4O10CI6)Eu2+, Sr2SiO4:Eu2+, SrTiO3Pr3+, SrTiO3Pr3+,AI3+, Sr3WO6:U, SrY2O3)Eu3+, ThO2:Eu3+, ThO2Pr3+, ThO2Tb3+, YAI3B4O12)Bi3+, YAI3B4O12)Ce3+, YAI3B4O12:Ce3+,Mn, YAI3B4O12)Ce3+Jb3+, YAI3B4O12)Eu3+, YAI3B4O12:Eu3+,Cr3+, YAI3B4O12:Th4+,Ce3+,Mn2+, YAIO3)Ce3+, Y3AI5O12)Ce3+,
(Y1Gd1Lu1Tb)3(AI, Ga)5O12)(Ce1Pr1Sm), Y3AI5O12)Cr3+, YAIO3)Eu3+, Y3AI5O12)Eu3', Y4AI2O9)Eu3+, Y3AI5O12)Mn4+, YAIO3)Sm3+, YAIO3)Tb3+, Y3AI5O12)Tb3+, YAsO4)Eu3+, YBO3)Ce3+, YBO3)Eu3+, YF3:Er3+,Yb3+, YF3)Mn2+, YF3)Mn2+Jh4+, YF3:Tm3+,Yb3+, (Y1Gd)BO3)Eu, (Y1Gd)BO3)Tb, (Y1Gd)2O3)Eu3+, Y1 34Gd0 60O3(Eu1Pr), Y2O3)Bi3+, YOBDEU3+, Y2O3)Ce,
Y2O3)Er3+, Y2O3)Eu3+(YOE), Y2O3)Ce3+Jb3+, YOCI)Ce3+, YOCI)Eu3+, YOF)Eu3+, YOF)Tb3+, Y2O3)Ho3+, Y2O2S)Eu3+, Y2O2S)Pr3+, Y2O2S)Tb3+, Y2O3)Tb3+, YPO4)Ce3+, YPO4)Ce3+Jb3+, YPO4)Eu3+, YPO4)Mn2+Jh4+, YPO4)V5+, Y(P1V)O4)Eu, Y2SiO5)Ce3+, YTaO4, YTaO4)Nb5+, YVO4)Dy3+, YVO4)Eu3+, ZnAI2O4)Mn2+, ZnB2O4)Mn2+, ZnBa2S3)Mn2+, (Zn1Be)2SiO4)Mn2+,
Zn04Cd0 6S)Ag, Zn0 6Cd0 4S)Ag, (Zn1Cd)S)Ag1CI, (Zn1Cd)S)Cu, ZnF2)Mn2+, ZnGa2O4, ZnGa2O4)Mn2+, ZnGa2S4)Mn2+, Zn2GeO4)Mn2+, (Zn1Mg)F2)Mn2+, ZnMg2(PO4)2:Mn2+, (Zn,Mg)3(PO4)2:Mn2+, ZnO:AI3+,Ga3+, ZnO)Bi3+, ZnO)Ga3+, ZnO)Ga, ZnO-CdO)Ga, ZnO)S, ZnO)Se, ZnO)Zn, ZnS:Ag+,CI", ZnS)Ag1Cu1CI, ZnS)Ag1Ni1 ZnS)Au1In, ZnS-CdS (25-75), ZnS-CdS (50-50),
ZnS-CdS (75-25), ZnS-CdS)Ag1Br1Ni1 ZnS-CdS:Ag+,CI, ZnS-CdS)Cu1Br1 ZnS-CdS)Cu1I1 ZnS)CI", ZnS)Eu2+, ZnS)Cu, ZnS:Cu+,AI3+, ZnS:Cu+,Cr, ZnS)Cu1Sn, ZnS)Eu2+, ZnS)Mn2+, ZnS)Mn1Cu1 ZnS)Mn2+Je2+, ZnS)P1 ZnS:P3",Cr, ZnS)Pb2+, ZnS:Pb2+,CI\ ZnS)Pb1Cu, Zn3(PO4)2:Mn2+, Zn2SiO4)Mn2+, Zn2SiO4:Mn2+,As5+, Zn2SiO4)Mn1Sb2O2, Zn2SiO4)Mn2+P, Zn2SiO4:Ti4+, ZnSiSn2+, ZnS:Sn,Ag, ZnS:Sn2+,Li+, ZnS:Te,Mn, ZnS-
.2+
ZnTe:Mn2+, ZnSe:Cu+,CI, ZnWO4
Vorzugsweise besteht der Leuchtstoffkörper aus mindestens einem der folgenden Leuchtstoffmaterialien:
(Y, Gd, Lu, Sc, Sm, Tb)3 (AI, Ga)5O12:Ce (mit oder ohne Pr), (Ca, Sr, Ba)2SiO4:Eu, YSiO2N:Ce, Y2Si3O3N4)Ce, Gd2Si3O3N4:Ce, (Y1Gd1Tb1Lu)3AI5- χSixOi2-xNx:Ce, BaMgAli0Oi7:Eu, SrAI2O4:Eu, Sr4AI14O25IEu, (Ca,Sr,Ba)Si2N2O2:Eu, SrSiAI2O3N2:Eu, (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu, CaAISiN3:Eu,
Zink-Erdalkaliorthosilikate, Kupfer-Erdalkaliorthosilikate, Eisen-Erdalkali- orthosilikate, Molybdate, Wolframate, Vanadate, Gruppe-Ill Nitride, Oxide, jeweils einzeln oder Gemischen derselben mit einem oder mehreren Aktivatorionen wie Ce, Eu, Mn, Cr und/oder Bi.
Der Leuchtstoffkörper kann als Plättchen in Dicken von 10 μm bis zu 5 mm, vorzugsweise zwischen 20 μm bis 100 μm, grosstechnisch hergestellt werden. Die Plättchenausdehnung in den beiden anderen Dimensionen (Länge x Breite) ist bei Anbringung direkt auf dem Chip von 100 μm x 100 μm bis zu 8 mm x 8 mm, vorzugsweise 120 μm x 120 μm bis zu 3 mm x 3 mm.
Werden die Leuchtstoffplättchen über einer fertigen LED und/oder in einem Abstand vom LED-Chip angebracht, worunter die Remote-phoshor Anordnung fallen kann, so ist der austretende Lichtkegel vollständig von den Plättchen zu erfassen.
Der plättchenförmige Leuchtstoffkörper besitzt in der Regel ein Aspektverhältnis (Verhältnis des Durchmessers zur Teilchendicke) von 2 : 1 bis 400 : 1 , und insbesondere 1 ,5 : 1 bis 100 : 1. Vorzugsweise besteht das, im Leuchtstoffkörper eingesetzte, Substrat aus SiO2 und/oder AI2O3.
Die Seitenflächen des erfindungemäßen Leuchtstoffkörpers können mit einem Leicht- oder Edelmetall, vorzugsweise Aluminium oder Silber verspiegelt werden. Die Verspiegelung bewirkt, dass im erfindungsgemäßen Leuchtstoffkörper durch Wellenleitung kein Licht lateral aus dem Leuchtstoffkörper austritt. Lateral austretendes Licht kann den aus der LED auszukoppelnden Lichtstrom verringern. Die Verspiegelung des Leuchtstoffkörpers kann in einem Prozessschritt nach der Herstellung der Leuchtstoffkörper erfolgen. Die Seitenflächen werden hierzu z.B. mit einer Lösung aus Silbernitrat und Glucose benetzt und anschließend bei erhöhter Temperatur einer Ammoniak-Atmosphäre ausgesetzt. Hierbei bildet sich z.B. ein silberner Belag auf den Seitenflächen aus.
Alternativ bieten sich auch stromlose Metallisierungsverfahren an, siehe beispielsweise Hollemann-Wiberg, Lehrbuch der Anorganischen Chemie, Walter de Gruyter Verlag oder Ulimanns Enzyklopädie der chemischen Technologie.
Des weiteren kann die dem LED Chip zugewandte Oberfläche des erfindungsgemäßen Leuchtstoffkörpers mit einer Beschichtung versehen werden, welche entspiegelnd in Bezug auf die von dem LED Chip emittierte Primärstrahlung wirkt. Dies führt ebenfalls zu einer Verringerung der Rückstreuung der Primärstrahlung, wodurch diese besser in den erfindungsgemäßen Leuchtstoffkörper eingekoppelt werden kann. Hierfür eignen sich beispielsweise brechzahlangepasste Beschichtungen, die eine folgende Dicke d aufweisen müssen: d = [Wellenlänge der Primärstrahlung des LED Chips /(4* Brechzahl der Leuchtstoffkeramik)], s. beispielsweise Gerthsen, Physik, Springer Verlag, 18. Auflage, 1995. Diese
Beschichtung kann auch aus photonischen Kristallen bestehen, wobei hierunter auch eine Strukturierung der Oberfläche des plättchenförmigen Leuchtstoffkörpers fällt, um bestimmte Funktionalitäten zu erreichen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besitzt der plättchenfö rmige Leuchtstoffkörper auf der, einem LED Chip entgegengesetzten Seite eine strukturierte (z.B. pyramidale) Oberfläche (siehe Abb. 5). Somit kann möglichst viel Licht aus dem Leuchtstoffkörper ausgekoppelt werden. Ansonsten erfährt Licht, welches unter einem bestimmten Winkel, dem Grenzwinkel, und darüber hinaus auf die Grenzfläche plättchenförmiger Leuchtstoffkörper-Umgebung trifft,
Totalreflektion, wodurch es einer unerwünschten Wellenleitung des Lichtes innerhalb der Leuchtstoffkörpers kommt.
Die strukturierte Oberfläche auf dem Leuchtstoffkörper wird durch nachträgliches Beschichten mit einem geeigneten Material, welches bereits strukturiert ist, oder in einem nachfolgenden Schritt durch (photo-) lithografische Verfahren, Ätzverfahren oder durch Schreibverfahren mit
Energie- oder Materiestrahlen oder Einwirkung von mechanischen Kräften hergestellt. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass die Oberfläche des erfindungsgemäßen Leuchtstoffes selbst strukturiert wird durch Einsatz der oben genannten Verfahren.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besitzt der erfindungsgemäße Leuchtstoffkörper auf der, einem LED Chip entgegengesetzten Seite eine raue Oberfläche (siehe Abb.5), die Nanopartikel aus Siθ2, TΪO2, AI2O3, ZnO2, ZrO2 und/oder Y2O3 oder Kombinationen aus diesen Materialien oder aus Partikeln mit der Leuchtstoffzusammensetzung trägt. Dabei hat eine raue Oberfläche eine Rauhigkeit von bis zu einigen 100 nm. Die beschichtete Oberfläche hat den
Vorteil, dass Totalreflektion verringert oder verhindert werden kann und das Licht besser aus dem erfindungsgemäßen Leuchtstoffkörper ausgekoppelt werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besitzt der erfindungsgemäße Leuchtstoffkörper auf der, dem Chip abgewandten
Oberfläche eine Brechzahl angepasste Schicht, welche die Auskopplung der Primärstrahlung und oder der vom Leuchtstoffkörper emittierten Strahlung erleichtert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besitzt der
Leuchtstoffkörper auf der, einem LED Chip zugewandten Seite eine polierte Oberfläche gemäß DIN EN ISO 4287 (Rugotest; polierte Oberfläche haben die Rauheitsklasse N3-N1). Dies hat den Vorteil, dass die Oberfläche verringert wird, wodurch weniger Licht zurück gestreut wird.
Zusätzlich kann diese polierte Oberfläche auch noch mit einer Beschichtung versehen werden, die für die Primärstrahlung transparent ist, aber die Sekundärstrahlung reflektiert. Dann kann die Sekundärstrahlung nur nach oben emittiert werden. Bevorzugt ist auch, wenn die einem LED Chip zugewandte Seite des Leuchtstoffkörpers eine für die von der LED emittierten Strahlung mit Anti-Reflex-Eigenschaften ausgestattete Oberfläche besitzt.
Die Edukte zur Herstellung des Leuchtstoffkörpers bestehen aus dem Basismaterial (z. B. Salzlösungen des Yttrium, Aluminiums, Gadoliniums etc.) sowie mindestens einem Dotierstoff (z.B. Cer). Als Edukte kommen anorganische und/oder organische Stoffe wie Nitrate, Halogenide, Carbonate, Hydrogencarbonate, Phosphate, Carboxylate, Alkoholate, Acetate, Oxalate, Sulfate, metallorganische Verbindungen, Hydroxide und/oder Oxide der Metalle, Halbmetalle, Übergangsmetalle und/oder
Seltenerden in Frage, welche in anorganischen und/oder organischen Flüssigkeiten gelöst und/oder suspendiert sind. Vorzugsweise werden Mischnitratlösungen, Chlorid- oder Hydroxidlösungen eingesetzt, welche die entsprechenden Elemente im erforderlichen stöchiometrischen Verhältnis enthalten.
Weiterhin wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung gelöst durch ein
Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffkörpers mit folgenden Verfahrensschritten: a) Herstellen einer Leuchtstoffprecursor-Suspension durch Mischen von mindestens zwei Edukten und mindestens einem Dotierstoff nach nasschemischen Methoden, b) Herstellen einer wässrigen Suspension aus Glimmer-, Glas-, ZrO2-, TiO2-, SiO2 - oder AI2O3-Plättchen oder Gemischen derselben, c) Aufbringung der unter Schritt b hergestellten wässrigen Suspension auf ein strukturiertes Trägermedium unter Bildung eines Substratfilmes, d) Verfestigung des Substratfilmes durch Trocknung und Trennung des getrockneten Substratfilmes vom Trägermedium, e) Zugabe der, unter Schritt a hergestellten, Leuchtstoffprecursor- Suspension sowie anschließende Zugabe eines
Fällungsreagenzes unter Bildung einer Leuchtstoffkörper- Vorstufe f) Thermische Nachbehandlung der Leuchtstoffkörper-Vorstufe zum erhaltenen Leuchtstoffkörper.
Durch Einsatz von strukturierten Trägermedien, vorzugsweise aus organischen Materialien (z.B. Polyethylenterephthalat-Folien) oder auch keramischen Materialien (z.B. Korund), können plättchenförmige Leuchtstoffkörper mit einem Durchmesser zwischen 20 μm und bis zu 5 mm hergestellt werden. Das strukturierte Trägermedium besteht aus Näpfen (vorzugsweise quadratisch), in welche die Substanzen gefüllt werden, aus denen die Plättchen hergestellt werden. Die Größe der Plättchen wird durch die Abmessungen der Näpfe (Länge x Breite x Tiefe) vorgegeben (siehe Abb.1 bis 3). Nach dem Befüllen der Näpfe wird der Inhalt der Näpfe bei erhöhten
Temperaturen verfestigt. Hierbei kann das Erhitzen bis zu einer Temperatur (vorzugsweise von 180 bis 800 0C) erfolgen, bei der das strukturierte Trägermedium bzw. die Näpfe, falls diese aus Polymeren bestehen, weg gebrannt werden, wodurch die Plättchen isolierbar sind bzw. entfernt werden können. Alternativ können die Näpfe auch dadurch entfernt werden, indem das flexible Trägermedium in Form eines endlosen Bandes über eine Umkehrrolle geführt wird, wobei sich die verfestigten Plättchen vom Trägermedium lösen. Die Plättchen bestehen dabei vorzugsweise aus einem anorganischen Substrat bzw. Bindermaterial wie Glimmer-, Glas-, ZrO2-, TiO2-, SiO2 - oder
AI2O3-Plättchen oder Gemischen derselben, die mit Leuchtstoffpartikeln (wie z.B. YAG: Ce oder ortho-Silikate) beschichtet sind. Bevorzugt werden dabei Silica oder Korund-Plättchen eingesetzt. Die Herstellung der synthetischen Plättchen geschieht nach herkömmlichen Verfahren über einen Bandprozess aus den entsprechenden Alkalisalzen (z.B für Silica aus einer Kalium- oder Natronwasserglas-Lösung). Das Herstellverfahren ist ausführlich in EP 763573, EP 608388 und DE 19618564 beschrieben.
Die Plättchen werden dann als wässrige Suspension mit einem definierten
Feststoffgehalt an Glimmer-, Glas-, ZrO2-, TiO2-, SiO2 - oder AI2O3 vorgelegt und dann nach, dem Fachmann bekannten Verfahren über ein vorher beschriebenes strukturiertes Trägermedium mit Leuchtstoffprecursoren beschichtet. Hierzu werden Salze der gewünschten Komponenten des Leuchtstoffprecursors (z. B. YAG: Ce) auf der
Oberfläche der Substratplättchen ausgefällt. Bei exakt definierten Bedingungen (wie z.B. dem pH-Wert, der Temperatur und der Anwesenheit von Additiven fällt der vorgebildete Leuchtstoffprecursor in der Suspension aus und die enstehenden Partikel scheiden sich auf dem Substrat als Schicht ab. Nach mehreren Reinigungsschritten wird das mit Leuchtstoff- beschichtete Substrat mehrere Stunden bei Temperaturen zwischen 700 und 1800 0C, vorzugsweise zwischen 900 und 1700 0C geglüht. Dabei wird der Leuchtstoffprecursor bzw. die Leuchtstoffkörper-Vorstufe (vorzugsweise in Form eines Leuchtstoffhydroxids) in den eigentlichen plättchenförmigen Leuchtstoffkörper (vorzugsweise in Oxidform) überführt. Bevorzugt ist es, die Glühung zumindest teilweise unter reduzierenden Bedingungen (z.B. mit Kohlenmonoxid, Formiergas, reinen Wasserstoff oder zumindest Vakuum oder Sauerstoffmangel-Atmosphäre) durchzuführen.
Vorzugsweise handelt es sich dabei um eine ein- oder mehrstufige thermische Nachbehandlung im oben genannten Temperaturbereich. Besonders bevorzugt besteht diese thermische Nachbehandlung aus einem zweistufigen Prozess, wobei der erste Prozess ein Schockerhitzen sein kann, welches bei der Temperatur Ti durchgeführt wird und der zweite Prozess einen Temperprozess bei der Temperatur T2 darstellt. Das Schockerhitzen kann beispielsweise dadurch ausgelöst werden, indem die zu erhitzende Probe in den bereits auf Ti geheizten Ofen eingebracht wird.
Ti beträgt dabei 700 bis 18000C, vorzugsweise 900 bis 16000C und für T2 gelten Werte zwischen 1000 und 18000C, vorzugsweise 1200 bis 17000C. Der erste Prozess verläuft über einen Zeitraum von 1 - 2 h. Danach kann das Material auf Raumtemperatur abgekühlt und fein und sanft mit geringem Energieeintrag zermahlen werden. Der Temperprozess bei T2 erfolgt über einen Zeitraum von z.B. 2 bis 8 Stunden. Der Temperprozess kann in reduzierender Atmosphäre erfolgen.
Diese zweistufige thermische Nachbehandlung hat den Vorteil, dass das teilkristalline oder amorphe feinteilige, oberflächenreaktive Leuchtstoffpulver, im ersten Schritt bei der Temperatur Ti einer teilweisen
Versinterung unterzogen wird und in einem nachgeschalteten thermischen Schritt bei T2 die Ausbildung von perfekter Kristallqualität und die erforderliche Oxidationsstufe des Aktivators des Leuchtstoffes beibehalten bzw. realisiert wird.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffkörpers mit folgenden Verfahrensschritten: a) Herstellen einer Leuchtstoffprecursor-Suspension durch
Mischen von mindestens zwei Edukten und mindestens einem Dotierstoff nach nasschemischen Methoden, b) Herstellen einer wässrigen Suspension aus Glimmer-, Glas-, Zrθ2-, TiO2-, SiO2- oder Al2θ3-Plättchen oder Gemischen derselben, c) Vereinigung der unter Schritt a und b hergestellten Suspensionen zum Substrat, d) Aufbringung des Substrates auf ein strukturiertes Trägermedium und Entstehung eines Substratfilmes, e) Verfestigung des Substratfilmes durch Trocknung und Trennung des getrockneten Substratfilmes vom Trägermedium unter Bildung einer Leuchtstoffkörper-Vorstufe, f) Thermische Nachbehandlung der Leuchtstoffkörper-Vorstufe zu m erhaltenen Leuchtstoffkörper.
Bei der zweiten, erfindungsgemäßen Verfahrensvariante wird das anorganische Substrat aus Glimmer-, Glas-, ZrO2-, TiO2-, SiO2- oder AI2O3- Plättchen oder Gemischen derselben mit der Leuchtstoffprecursor- Suspension gemischt und daraus ein Substratfilm über ein strukturiertes
Trägermedium mittels Bandprozess hergestellt. Es findet somit keine Beschichtung des anorganischen Substrates mit Leuchtstoffpartikeln statt (wie beim ersten erfindungsgemäßen Verfahren), sondern die Leuchtstoffpartikel werden in das anorganische Substrat eingebettet (siehe Abb. 4). Eine weitere Verfahrensvariante betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Leuchtstoffkörpern mit folgenden Verfahrensvarianten:
a) Herstellen einer Leuchtstoffprecursor-Suspension durch Mischen von mindestens zwei Edukten und mindestens einem
Dotierstoff nach nasschemischen Methoden, b) Aufbringung der Leuchtstoffprecursor-Suspension auf ein strukturiertes Trägermedium und Entstehung eines Substratfilmes, c) Verfestigung des Substratfilmes durch Trocknung und Trennung des getrockneten Substratfilmes vom Trägermedium unter Bildung einer Leuchtstoffkörper-Vorstufe, d) Thermische Nachbehandlung des Leuchtstoffkörper-Vorstufe zum erhaltenen Leuchtstoffkörper.
Bei dieser dritten Varfahrensvariante wird kein anorganisches Substrat aus Glimmer-, Glas-, ZrO2-, TiO2-, SiO2- oder AbOß-Plättchen oder Gemischen derselben, zur Herstellung des erfindungsgemäßen Leuchtstoffkörpers eingesetzt. Die so hergestellten Leuchtstoffkörper sind besonders dann bevorzugt, wenn es darum geht, dass eine möglichst hohe
Leuchtstoffkonzentration als Konversionsmaterial erforderlich ist.
Die nasschemische Herstellung besitzt generell den Vorteil, dass die resultierenden erfindungsgemäßen Materialien eine höhere Einheitlichkeit in Bezug auf die stöchiometrische Zusammensetzung, die Partikelgröße und die Morphologie der Partikel aufweisen, aus denen der erfindungsgemäße Leuchtstoffkörper hergestellt wird. Die nasschemische Herstellung des Leuchtstoffkörpers geschieht vorzugsweise nach dem Präzipitations- und/oder Sol-Gel-Verfahren.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Leuchtstoffkörper besteht darin, dass sie lagerungsfähig sind und ohne Harzdispersion direkt auf dem LED-Chip aufgebracht werden können, falls dieser im Flip-Chip-Design ausgeführt ist. Herkömmliche LED Chips mit Anschlussdrähten auf der Oberfläche können nicht direkt mit den erfindungsgemäßen Leuchtstoffplättchen ausgestattet werden. Hier muss die optische Ankopplung des Leuchtstoffkörpers an den Chip beispielsweise mit einem transparenten
Harz erfolgen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Beleuchtungseinheit mit mindestens einer Primärlichtquelle, deren Emissionsmaximum im Bereich 240 bis 510 nm liegt, wobei die primäre
Strahlung teilweise oder vollständig in längerwellige Strahlung konvertiert wird durch den erfindungsgemäßen Leuchtstoffkörper. Vorzugsweise ist diese Beleuchtungseinheit weiß emittierend oder emittiert Licht mit einem bestimmten Farbpunkt ( Color-on-demand-Prinzip).
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit handelt es sich bei der Lichtquelle um ein lumineszentes IndiumAluminiumGalliumNitrid, insbesondere der Formel lniGajAlkN, wobei 0 < i, 0 < j, 0 < k, und i+j+k=1 ist. Dem Fachmann sind mögliche Formen von derartigen Lichtquellen bekannt. Es kann sich hierbei um lichtemittierende LED-Chips unterschiedlichen Aufbaus handeln.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit handelt es sich bei der Lichtquelle um eine lumineszente auf ZnO, TCO (Transparent conducting oxide), ZnSe oder SiC basierende Anordnung oder auch um eine auf einer organischen lichtemittierenden Schicht basierende Anordnung.
Der plättchenförmige Leuchtstoffkörper kann entweder direkt auf der
Primärlichtquelle angeordnet werden oder aber von dieser, je nach Anwendung, entfernt angeordnet sein (letztere Anordnung schliesst auch die „Remote phosphor Technologie" mit ein). Die Vorteile der „Remote phosphor Technologie" sind dem Fachmann bekannt und z.B. der folgenden Publikation zu entnehmen: Japanese Journ. of Appl. Phys. VoI 44, No. 21 (2005). L649-L651.
In einer weiteren Ausführungsform ist es bevorzugt, wenn die optische Ankopplung der Beleuchtungseinheit zwischen dem Leuchtstoffkörper und der Primärlichtquelle durch eine lichtleitende Anordnung realisiert wird. Dadurch ist es möglich, dass an einem zentralen Ort die Primärlichtquelle installiert wird und diese mittels lichtleitender Vorrichtungen, wie beispielsweise lichtleidenden Fasern, an den Leuchtstoff optisch angekoppelt ist. Auf diese Weise lassen sich den Beleuchtungswünschen angepasste Leuchten lediglich bestehend aus einem oder unterschiedlichen Leuchtstoffkörpern, die zu einem Leuchtschirm angeordnet sein können, und einem Lichtleiter, der an die Primärlichtquelle angekoppelt ist, realisieren. Auf diese Weise ist es möglich, eine starke Primärlichtquelle an einen für die elektrische Installation günstigen Ort zu platzieren und ohne weitere elektrische Verkabelung, sondern nur durch Verlegen von Lichtleitern an beliebigen Orten Leuchten aus
Leuchtstoffkörpern, welche an die Lichtleiter gekoppelt sind, zu installieren.
Weiterhin kann es bevorzugt sein, dass die Beleuchtungseinheit aus einem oder mehreren Leuchtstoffkörpern besteht, die gleich oder unterschiedlich aufgebaut sind.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Leuchtstoffkörpers zur Konversion der blauen oder im nahen UV-liegenden Emission in sichtbare weiße Strahlung. Weiterhin ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Leuchtstoffkörpers zur Konversion der Primärstrahlung in einen bestimmten Farbpunkt nach dem „Color-on-demand"-Konzept bevorzugt. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Leuchtstoffkörper als Konversionsleuchtstoff für sichtbare Primärstrahlung zur Erzeugung von Weißlicht eingesetzt werden. In diesem Fall ist es für eine hohe Lichtleistung besonders vorteilhaft, wenn der Leuchtstoffkörper einen bestimmten Anteil der sichtbaren Primärstrahlung absorbiert (im Falle von nicht sichtbarer Primärstrahlung soll diese gesamt absorbiert werden) und der restliche Anteil der Primärstrahlung transmittiert wird in Richtung der Oberfläche, welche der Primärlichtquelle gegenüber liegt. Des weiteren ist es für eine hohe Lichtleistung vorteilhaft, wenn der Leuchtstoffkörper für die von ihm emittierte Strahlung möglichst transparent ist bzgl. der Auskopplung über die dem die Primärstrahlung emittierenden Material gegenüberliegende Oberfläche. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der Leuchtstoffkörper als Konversionsleuchtstoff für UV-Primärstrahlung zur Erzeugung von
Weißlicht eingesetzt werden. In diesem Fall ist es für eine hohe Lichtleistung vorteilhaft, wenn der Leuchtstoffkörper die gesamte Primärstrahlung absorbiert und wenn der Leuchtstoffkörper für die von ihm emittierte Strahlung möglichst transparent ist.
Die folgenden Beispiele sollen die vorliegende Erfindung verdeutlichen. Sie sind jedoch keinesfalls als limitierend zu betrachten. Alle Verbindungen oder Komponenten, die in den Zubereitungen verwendet werden können, sind entweder bekannt und käuflich erhältlich oder können nach bekannten
Methoden synthetisiert werden. Die in den Beispielen angegebenen Temperaturen gelten immer in 0C. Es versteht sich weiterhin von selbst, dass sich sowohl in der Beschreibung als auch in den Beispielen die zugegebenen Mengen der Komponenten in den Zusammensetzungen immer zu insgesamt 100% addieren. Gegebene Prozentangaben sind immer im gegebenen Zusammenhang zu sehen. Sie beziehen sich üblicherweise aber immer auf die Masse der angegebenen Teil- oder Gesamtmenge.
Beispiele
Beispiel 1 : Herstellung von Silica-Plättchen (Silica-Flakes) mit Abmessungen von 2 mm x 2 mm x 100 μm
Eine kommerziell erhältliche Natronwasserglaslösung wird zunächst mit
VE-Wasser im Verhältnis 1 :2,5 verdünnt und mit 1 wt % Additiv (Disperse Ayd W22) versetzt. Nach homogenisieren der Lösung durch Rühren wird diese auf eine Polyethylenterephthalat-Folie(PET-Folie), die eine periodische Struktur mit der bevorzugten Dimension, bestehend aus quadratischen Näpfen einer Grundfläche von 2 mm x 2 mm und einer Höhe von 100 μm aufweist (siehe Abb. 1 und 2), aufgetragen. Der aufgetragene Film wird bei 1000C getrocknet und anschließend beim Führen über eine Umkehrrolle abgelöst (siehe Abb. 3). Die erhaltenen Silica-Rohflakes werden in einer wässrigen Lösung mit verdünnter Salzsäure bei pH=5 konditioniert.
Beispiel 2: Beschichtung der Flakes aus Bsp. 1 mit YAG:Ce-Leuchtstoff, ausgehend von Nitrat-Vorstufen
(Fällungsreaktion bei pH 7 - 9)
2.94 Y3+ + 0.06 Ce3+ +5 Al3+ 24 OH" → 3 (Y0 98Ce002XOH)3 ; + 5 AI(OH)3;
Thermische Umwandlung bei 10000C: 3 (Y0 98Ce0 O2)(OH)3 + 5 AI(OH)3 → (Y0 98Ce0 O2)SAI5O12 + + 12H2O |
Silica Flakes aus Beispiel 1 werden als wässrige Suspension mit einem Feststoffgehalt von weniger als 50 g/l in einem Belegungs-Gefäß vorgelegt. Die Suspension wird anschließend auf 75°C erhitzt und schonend mit wenigen 100 UpM gerührt.
Nun wird eine wässrige Lösung, die die Vorstufe des eigentlichen Leuchtstoffes enthält, folgendermaßen hergestellt: 157,10 g AI(NOs)3 x 9 H2O wird unter Rühren auf der Magnetrührplatte in
600 ml VE H2O (BG) gelöst. Wenn das Salz vollständig gelöst ist, wird 5 min nachgerührt. Dann werden Y(NO3)3 x 6 H2O (94,331g) zugegeben und ebenfalls gelöst, 5 min nachgerührt. 2,183g Ce(NO3)3 x 6H2O vervollständigen die Zusammensetzung der Nitrat- Lösung. Diese Lösung wird mittels eines Glas-Einleitrohrs zu der gerührten
Suspension, die das Substrat aus Silica beinhaltet, dosiert. Mittels eines zweiten Einleitrohrs wird gleichzeitig Natronlauge zu der genannten Suspension dosiert. Damit wird der pH-Wert der Suspension während der Fällungs-Reaktion konstant auf 8,0 gehalten. Bei beschriebenem pH-Wert fällt nun der vorgebildete YAG:Ce-Leuchtstoff in der Suspension aus und die entstehenden Leuchtstoff-Nano-Partikel scheiden sich auf dem Silica bzw. AI2O3 -Substrat ab, d.h. die Plättchen werden mit den Leuchtstoff-Partikeln beschichtet. Nach ca. 30 h ist der Beschichtungsprozess beendet. Die Suspension wird dann noch 2 h gerührt und das Material wie beschrieben abgesaugt, nachgewaschen und bei 1000 0C ca. 6 h lang geglüht. Bei der Glühung wird der Leuchtstoffprecursor (Leuchtstoffhydroxid) in den eigentlichen Leuchtstoff in der Oxidform überführt. Danach wird eine zweite Glühung unter reduzierenden Bedingungen (CO oder Formiergas) bei Temperaturen bis zu 12000C durchgeführt.
Beispiel 3: Herstellung von YAG:Ce Leuchtstoff auf Silica- Flakes, ausgehend von Chlorid Vorstufen (Fällungsreaktion bei pH 7 - 9)
2.94 Y3+ + 0.06 Ce3+ +5 Al3+ 24 OH' → 3 (Y0 98Ce0 02)(OH)3 1 + 5 AI(OH)3J Thermische Umwandlung bei 10000C:
3 (Y0 98Ce0 02)(OH)3 + 5 AI(OH)3 → (Y0 98Ce002J3AI5O12 + + 12H2O T
Silica Flakes bzw. AI2O3-Flakes (Herstellung siehe DE 4134600 sowie EP
763 573) werden als wässrige Suspension mit einem Feststoffgehalt von
50 g/l in einem Belegungs-Gefäß vorgelegt.
Die Suspension wird anschließend auf 75°C erhitzt und intensiv mit 1000
UpM gerührt. Nun wird eine wässrige Lösung, die die Vorstufe des eigentlichen
Leuchtstoffes enthält, folgendermaßen hergestellt:
101 ,42 g AICI3 x 6 H2O wird unter Rühren auf der Magnetrührplatte in 600 ml VE H2O (BG) gelöst. Wenn das Salz vollständig gelöst ist, wird 5 min nachgerührt. Dann werden YCI3 x 6 H2O (74,95g) zugegeben und ebenfalls gelöst, 5 min nachgerührt. 1 ,787g CeCI3 x 6H2O vervollständigen die Zusammensetzung der Chlorid- Lösung.
Diese Lösung wird mittels eines Glas-Einleitrohrs zu der gerührten
Suspension, die das Substrat aus Silica- und/oder AI2O3 beinhaltet, dosiert.
Mittels eines zweiten Einleitrohrs wird gleichzeitig Natronlauge zu der genannten Suspension dosiert. Damit wird der pH-Wert der Suspension während der Fällungs-Reaktion konstant auf 7,5 gehalten.
Bei beschriebenem pH-Wert fällt nun der vorgebildete YAG:Ce-Leuchtstoff in der Suspension aus und die entstehenden Leuchtstoff-Nano-Partikel scheiden sich auf dem Silica-Substrat ab, d.h. die Plättchen werden mit den Leuchtstoff-Partikeln beschichtet.
Nach ca. 30 h ist der Beschichtungsprozess beendet. Die Suspension wird dann noch 2 h gerührt und das Material wie beschrieben abgesaugt, nachgewaschen und bei 1000 0C ca. 6 h lang geglüht. Bei der Glühung wird der Leuchtstoffprecursor (Leuchtstoffhydroxid) in den eigentlichen Leuchtstoff (die Oxidform) überführt. Die Glühung erfolgt dabei unter reduzierenden Bedingungen (z.B. CO-Atmosphäre).
Beispiel 4: Einbau von YAG :Ce-Leuchtstoff Partikeln in Silica-Flakes
Eine kommerziell erhältliche Natronwasserglaslösung wird zunächst mit VE-Wasser im Verhältnis 1 :2,5 verdünnt und mit 1 wt % Additiv (Disperse AYT-W22, Fa. Poro-Additive GmbH) versetzt. Nach Homogenisieren der Mischung wird anschließend 30 wt % YAG- Leuchtstoff (Herstellung analog zu den Beispielen 2 oder 3) bezogen auf den SiO2 -Gehalt unter Rühren dazugegeben. Die Dispersion wird anschließend mit einem geeigneten Rührorgan (Propeller-Rührer, Ultra-Turax o.a.) 1 h intensiv gemischt. Nach Homogenisieren der Lösung durch Rühren wird diese auf ein Trägermedium bestehend aus einer Polyethylenterephthalat-Folie, die eine rechteckige Struktur mit der bevorzugten Dimension aufweist, aufgetragen. Der aufgetragene Film wird bei 100cC getrocknet und anschließend abgelöst. Die erhaltenen Silica-Rohflakes werden in einer wässrigen Lösung mit verdünnter Salzsäure bei pH=5 konditioniert und anschließend bei 8000C kalziniert.
Beispiel 5: Herstellung von YAG:Ce -Leuchtstoffplättchen
(Fällungsreaktion bei pH 7 - 9)
2.94 Y3+ + 0.06 Ce3+ +5 Al3+ 24 OH" → 3 (Yo.98Ce0.o2)(OH)3 J, + 5 AI(OH)3I
Thermische Umwandlung bei 10000C:
3 (Y0 98Ce002)(OH)3 + 5 AI(OH)3 → (Y0.98Ce0 02)3AI5O12 + + 12H2O T
101 ,42 g AICI3 x 6 H2O wird unter Rühren auf der Magnetrührplatte in 600 ml VE H2O (BG) gelöst. Wenn das Salz vollständig gelöst ist, wird 5 min nachgerührt. Dann werden YCI3 x 6 H2O (74,95g) zugegeben und ebenfalls gelöst, 5 min nachgerührt. 1 ,787g CeCI3 x 6H2O vervollständigen die Zusammensetzung der Chlorid- Lösung. Diese Lösung wird mittels eines Glas-Einleitrohrs in die Näpfe eines strukturierten Trägermediums bzw. Bandes dosiert. Mittels eines zweiten Einleitrohrs wird gleichzeitig Natronlauge zu der genannten Suspension dosiert. Damit wird der pH-Wert der Suspension während der Fällungs-Reaktion annährend neutral gehalten.
Bei beschriebenem pH-Wert fällt nun der vorgebildete YAG:Ce-Leuchtstoff in der Suspension aus. Danach wird die Suspension getrocknet und verfestigt. Die verfestigten Plättchen werden von dem strukturierten Trägermedium getrennt und thermisch nachbehandelt. Die thermische Nachbehandlung erfolgt in einem zweistufigen Prozess: Bei 1000 0C wird das Material an der Luft über 4 h lang geglüht, danach wird das Material bei 1700 0C in einer reduzierenden Atmosphäre
(Formiergas) über einen Zeitraum von 6 h geglüht.
Abbildungen
Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen: Abb. 1 : Seitenansicht der strukturierten Folie bestehend aus Näpfen mit einer bestimmten Tiefe. Die Näpfe stellen die Schablone für die Glimmer-, Glas-, ZrO2-, TiO2-, SiO2- oder AI2O3-Plättchen dar. (1 = PET-Folie, Sollbruchstelle für die Glimmer-, Glas-, ZrO2-, TiO2-, SiO2- oder AI2O3- Plättchen)
Abb. 2: Aufsicht der Folienstruktur, welche aus nebeneinander angeordneten rechteckigen Näpfen besteht.
Abb. 3: Die Näpfe werden mit den flüssigen oder gelösten Vorläufersubstanzen für die Plättchen befüllt -grau- (z.B. Natronwasserglas), die Vorläufersubstanzen werden getrocknet und erhitzt -grau-. Hierbei kann das Erhitzen bis zu einer Temperatur erfolgen, bei der das strukturierte Trägermedium (z.B. PET-Folie) weg gebrannt wird, wodurch die (grau-dargestellten) Plättchen isolierbar sind. Die Abmessungen der Plättchen entsprechen derjenigen der Näpfe. (1 = strukturierte PET-Folie,
Sollbruchstelle für das Silica; 2 = getrocknetes Natron-Wasserglas)
Abb. 4: Silica-Flakes, in die Leuchtstoffpulver eingebettet sind, bestehend aus YAG:Ce (1 = Leuchtstoffpartikel z.B. YAG:Ce; 2 = Silica-Flake- Matrix)
Abb. 5: durch erfindungsgemäße Behandlung des plättchenförmigen Leuchtstoffkörpers können pyramidale Strukturen 2 auf der einen Oberfläche des Plättchens erzeugt werden (oben). Ebenso können erfindungsgemäß auf eine Oberfläche (raue Seite 3) des plättchenförmigen Leuchtstoffkörpers Nanopartikel aus SiO2, TiO2, ZnO2, ZrO2, Al2θ3, Y2O3 etc. oder Gemischen derselben oder Partikel aus der Leuchtstoffzusammensetzung bestehend aufgebracht werden.

Claims

Patentansprüche
1. Leuchtstoffkörper bestehend aus einem mit Leuchtstoff -beschichteten
Substrat enthaltend Glimmer-, Glas-, ZrO2-, TiO2 -, SiO2- oder AI2O3- Plättchen oder Gemischen derselben.
2. Leuchtstoffkörper erhältlich durch • Herstellen einer Leuchtstoffprecursor-Suspension durch
Mischen von mindestens zwei Edukten und mindestens einem Dotierstoff nach nasschemischen Methoden,
• Herstellen einer wässrigen Suspension aus Glimmer-, Glas-, ZrO2-, TiO2-, SiO2 - oder AI2O3-Plättchen oder Gemischen derselben,
• Aufbringung der wässrigen Suspension auf ein strukturiertes Trägermedium unter Bildung eines Substratfilmes,
• Verfestigung des Substratfilmes durch Trocknung und Trennung des getrockneten Substratfilmes vom Trägermedium, • Zugabe der Leuchtstoffprecursor-Suspension sowie anschließende Zugabe eines Fällungsreagenzes unter Bildung einer Leuchtstoffkörper-Vorstufe,
• Thermische Nachbehandlung der Leuchtstoffkörper-Vorstufe.
3. Leuchtstoffkörper erhältlich durch
• Herstellen einer Leuchtstoffprecursor-Suspension durch Mischen von mindestens zwei Edukten und mindestens einem Dotierstoff nach nasschemischen Methoden,
• Herstellen einer wässrigen Suspension aus Glimmer-, Glas-, ZrO2-, TiO2-, SiO2- oder AI2O3-Plättchen oder Gemischen derselben, • Vereinigung der beiden oben hergestellten Suspensionen zum Substrat,
• Aufbringung des Substrates auf ein strukturiertes Trägermedium unter Bildung eines Substratfilmes, • Verfestigung des Substratfilmes durch Trocknung und Trennung des getrockneten Substratfilmes vom Trägermedium unter Bildung einer Leuchtstoffkörper-Vorstufe
• Thermische Nachbehandlung er Leuchtstoffkörper-Vorstufe zum erhaltenen Leuchtstoffkörper.
4. Leuchtstoffkörper erhältlich durch
• Herstellen einer Leuchtstoffprecursor-Suspension durch Mischen von mindestens zwei Edukten und mindestens einem Dotierstoff nach nasschemischen Methoden, • Aufbringung der Leuchtstoffprecursor-Suspension auf ein strukturiertes Trägermedium unter Bildung eines Substratfilmes,
• Verfestigung des Substratfilmes durch Trocknung und Trennung des getrockneten Substratfilmes vom Trägermedium unter Bildung einer Leuchtstoffkörper-Vorstufe, • Thermische Nachbehandlung der Leuchtstoffkörper-Vorstufe zum erhaltenen Leuchtstoffkörper.
5. Leuchtstoffkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass er plättchenförmig ist und eine Dicke zwischen 10 μm und 5 mm, bevorzugt 20 μm bis 100 μm aufweist.
6. Leuchtstoffkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der plättchenförmige Leuchtstoffkörper ein Aspektverhältnis von 2 :1 bis 400 : 1 , vorzugsweise von 1.5 : 1 bis 100 :1 aufweist.
7. Leuchtstoffkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus SiO2 und/oder AI2O3- Plättchen besteht.
8. Leuchtstoffkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenflächen des Leuchtstoffkörpers mit einem Leicht- oder Edelmetall verspiegelt sind.
9. Leuchtstoffkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die einem LED Chip entgegengesetzte
Seite des Leuchtstoffkörpers eine strukturierte Oberfläche besitzt.
10. Leuchtstoffkörper nach einem oder mehreren der Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die einem LED Chip entgegengesetzte Seite des Leuchtstoffkörpers eine raue Oberfläche besitzt, die
Nanopartikel aus SiO2, TiO2, AI2O3, ZnO2, ZrO2 und/oder Y2O3 oder Mischoxide daraus oder Partikel mit der Leuchtstoffzusammensetzung trägt.
11. Leuchtstoffkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die einem LED Chip zugewandte Seite des Leuchtstoffkörpers eine polierte Oberfläche gemäß DIN EN ISO 4287 besitzt.
12. Leuchtstoffkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die einem LED Chip zugewandte Seite des Leuchtstoffkörpers eine für die von der LED emittierten Strahlung in Vorwärtsrichtung transparente Oberfläche besitzt.
13. Leuchtstoffkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die einem LED Chip zugewandte Seite des Leuchtstoffkörpers eine für die von der LED emittierten Strahlung mit Anti-Reflex-Eigenschaften ausgestattete Oberfläche besitzt.
14. Leuchtstoffkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Edukte und der Dotierstoff anorganische und/oder organische Stoffe wie Nitrate, Carbonate, Hydrogencarbonate, Phosphate, Carboxylate, Alkoholate, Acetate, Oxalate, Halogenide, Sulfate, metallorganische Verbindungen, Hydroxide und/oder Oxide der Metalle, Halbmetalle, Übergangsmetalle und/oder Seltenerden sind, welche in anorganischen und/oder organischen Flüssigkeiten gelöst und/oder suspendiert sind.
15. Leuchtstoffkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass er aus mindestens einem der folgenden Leuchtstoffmaterialien besteht:
(Y, Gd, Lu, Sc1 Sm, Tb)3 (AI, Ga)5Oi2:Ce (mit oder ohne Pr), (Ca, Sr, Ba)2SiO4)Eu, YSiO2N:Ce, Y2Si3O3N4:Ce, Gd2Si3O3N4:Ce, (Y1Gd1Tb1Lu)3AI5-XSixOi2-XNXiCe, BaMgAli0Oi7:Eu, SrAI2O4:Eu, Sr4AIi4O25IEu, (Ca,Sr,Ba)Si2N2O2:Eu, SrSiAI2O3N2:Eu, (Ca1Sr1Ba)2Si5N8IEu1 CaAISiN3:Eu, Zink-Erdalkaliorthosilikate, Kupfer-
Erdalkaliorthosilikate, Eisen-Erdalkaliorthosilikate, Molybdate, Wolframate, Vanadate, Gruppe-Ill Nitride, Oxide, jeweils einzeln oder Gemischen derselben mit einem oder mehreren Aktivatorionen wie Ce1 Eu, Mn1 Cr und/oder Bi.
16. Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffkörpers mit folgenden Verfahrensschritten: a) Herstellen einer Leuchtstoffprecursor-Suspension durch
Mischen von mindestens zwei Edukten und mindestens einem Dotierstoff nach nasschemischen Methoden, b) Herstellen einer wässrigen Suspension aus Glimmer-, Glas-, ZrO2-, TiO2-, SiO2 - oder AI2O3-Plättchen oder Gemischen derselben, c) Aufbringung der unter Schritt b hergestellten wässrigen Suspension auf ein strukturiertes Trägermedium unter Bildung eines Substratfilmes, d) Verfestigung des Substratfilmes durch Trocknung und Trennung des getrockneten Substratfilmes vom Trägermedium, e) Zugabe der, unter Schritt a hergestellten, Leuchtstoffprecursor- Suspension sowie anschließende Zugabe eines
Fällungsreagenzes unter Bildung einer Leuchtstoffkörper- Vorstufe f) Thermische Nachbehandlung der Leuchtstoffkörper-Vorstufe zum erhaltenen Leuchtstoffkörper.
17. Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffkörpers mit folgenden Verfahrensschritten: a) Herstellen einer Leuchtstoffprecursor-Suspension durch Mischen von mindestens zwei Edukten und mindestens einem Dotierstoff nach nasschemischen Methoden, b) Herstellen einer wässrigen Suspension aus Glimmer-, Glas-, ZrO2-, TiO2-, SiO2- oder AI2O3-Plättchen oder Gemischen derselben, c) Vereinigung der unter Schritt a und b hergestellten Suspensionen zum Substrat, d) Aufbringung des Substrates auf ein strukturiertes Trägermedium und Entstehung eines Substratfilmes, e) Verfestigung des Substratfilmes durch Trocknung und Trennung des getrockneten Substratfilmes vom Trägermedium unter Bildung einer Leuchtstoffkörper-Vorstufe, f) Thermische Nachbehandlung der Leuchtstoffkörper-Vorstufe zu m erhaltenen Leuchtstoffkörper.
18. Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffkörpers mit folgenden Verfahrensschritten: a) Herstellen einer Leuchtstoffprecursor-Suspension durch Mischen von mindestens zwei Edukten und mindestens einem
Dotierstoff nach nasschemischen Methoden, b) Aufbringung der Leuchtstoffprecursor-Suspension auf ein strukturiertes Trägermedium und Entstehung eines Substratfilmes, c) Verfestigung des Substratfilmes durch Trocknung und Trennung des getrockneten Substratfilmes vom Trägermedium unter Bildung einer Leuchtstoffkörper-Vorstufe, d) Thermische Nachbehandlung des Leuchtstoffkörper-Vorstufe zum erhaltenen Leuchtstoffkörper.
19. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt a) der Leuchtstoffprecursor nasschemisch aus organischen und/oder anorganischen Metall-, Halbmetall-, Übergangsmetall- und/oder Seltenerd-Salzen mittels SoI- Gel-Verfahren und/oder Präzipitationsverfahren hergestellt wird.
20. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das strukturierte Trägermedium aus einem organischen oder einem keramischen Material, vorzugsweise aus einer Polyethylenterephthalat-Folie oder aus Korund, besteht.
21. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Nachbehandlung ein- oder mehrstufig bei Temperaturen zwischen 700 und 1800 0C, vorzugsweise zwischen 900 und 17000C durchgeführt wird.
22. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die vom LED Chip abgewandte Oberfläche des Leuchtstoffkörpers mit Nanopartikeln aus SiO2, TiO2, AI2O31 ZnO2, ZrO2 und/oder Y2O3 oder Mischoxide daraus oder mit Nanopartikeln aus der Leuchtstoffzusammensetzung beschichtet wird.
23. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine strukturierte Oberfläche auf der, vom LED Chip abgewandten Seite des Leuchtstoffkörpers erzeugt wird.
24. Beleuchtungseinheit mit mindestens einer Primärlichtquelle, deren Emissionsmaximum im Bereich 240 bis 510 nm liegt, wobei diese Strahlung teilweise oder vollständig in längerwellige Strahlung konvertiert wird durch einen Leuchtstoffkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14.
25. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Lichtquelle um ein lumineszentes IndiumAluminiumGalliumNitrid, insbesondere der Formel InjGajAlkN, wobei 0 < i, 0 < j, 0 < k, und i+j+k=1 handelt.
26. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 24 und/oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass es bei der Lichtquelle um eine lumineszente auf ZnO, TCO (Transparent conducting oxide), ZnSe oder SiC basierendes Material handelt.
27. Beleuchtungseinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 26 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Lichtquelle um eine auf einer organischen lichtemittierenden Schicht basierendes Material handelt.
28. Beleuchtungseinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis
27, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtstoffkörper direkt auf der Primärlichtquelle und/oder von dieser entfernt angeordnet ist.
29. Beleuchtungseinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis
28, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Ankopplung zwischen dem Leuchtstoffkörper und der Primärlichtquelle durch eine lichtleitende Anordnung realisiert ist.
30. Beleuchtungseinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis
29, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Leuchtstoffkörpern um eine Anordnung aus einem oder mehreren Leuchtstoffkörpern handelt, die gleich oder unterschiedlich aufgebaut sind.
31. Verwendung des Leuchtstoffkörpers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15 zur Konversion der blauen oder im nahen UV- liegenden Emission in sichtbare weiße Strahlung.
32. Verwendung des Leuchtstoffkörpers nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 15 zur Konversion der Primärstrahlung in einen bestimmten Farbpunkt nach dem Color-on-demand-Konzept.
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