WO2015058825A1 - Leuchtstoffe - Google Patents

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WO2015058825A1
WO2015058825A1 PCT/EP2014/002573 EP2014002573W WO2015058825A1 WO 2015058825 A1 WO2015058825 A1 WO 2015058825A1 EP 2014002573 W EP2014002573 W EP 2014002573W WO 2015058825 A1 WO2015058825 A1 WO 2015058825A1
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WO
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formula
compound
compound according
emission
light source
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/002573
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tim Vosgroene
Holger Winkler
Ralf Petry
Christof Hampel
Andreas Benker
Original Assignee
Merck Patent Gmbh
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Filing date
Publication date
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Priority to US15/031,050 priority patent/US20160244665A1/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00—Electroluminescent light sources
    • H05B33/12—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces
    • H05B33/14—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces characterised by the chemical or physical composition or the arrangement of the electroluminescent material, or by the simultaneous addition of the electroluminescent material in or onto the light source
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7766—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing two or more rare earth metals
    • C09K11/7774—Aluminates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
    • H01L33/502—Wavelength conversion materials

Definitions

  • the present invention relates to cerium doped garnet phosphors. Another object of the present invention relates to a method for producing cerium-doped garnet luminophore, and the use of these garnet phosphors as conversion phosphors. Another object of the present invention relates to a light-emitting device containing cerium-doped garnet phosphors according to the invention.
  • Inorganic fluorescent powders which can be excited in the blue and / or UV spectral range are becoming increasingly important as conversion phosphors for phosphor converted LEDs, in short pc LEDs.
  • conversion phosphor materials systems such as alkaline earth orthosilicates, thiogallates, nitrides, and garnets each doped with Ce 3+ or Eu 2+ .
  • the latter garnet phosphors, which have the general formula M 3 Al 5 0i 2 : Ce 3+ , wherein M is Y, Lu, Tb or Gd, have an intense absorption in the blue spectral region, which very efficiently in yellow (YAG: Ce) or yellow-green (LuAG: Ce) emission is converted.
  • These materials are therefore widely used as well as due to their high chemical stability.
  • garnet phosphors takes place in particular as solid-state synthesis of the oxides, that is, for example, from LU 2 O 3 , Al 2 O 3 and EU 2 O 3 .
  • synthetic methods of solution are also known. Fluxes are usually used for the synthesis. These fulfill different tasks; Among other things, they allow lower reaction temperatures and / or accelerated crystal growth, or they prevent the formation of foreign phases. It is also possible that the flux is incorporated, at least in trace amounts, into the resulting garnet phosphor.
  • various substances are known, in particular BaF 2 and other fluorides.
  • No. 6,409,938 describes the synthesis of YAG: Ce and other garnets using AIF 3 as a flux. This achieves higher quantum efficiency. In addition, a less reducing atmosphere is sufficient for the reaction, which simplifies the reaction. The resulting garnet phosphor may also contain a small amount of fluoride from the flux. Both solid-state and wet-chemical processes are described. The reaction temperature used is 1500 ° C.
  • Another object of the present invention was to provide a process for the synthesis of garnet phosphors, with which the quantum efficiency of the garnet can be increased and / or in which a lower reaction temperature is sufficient than according to the prior art. Another object of the present invention was to provide a process for the synthesis of garnet phosphors while avoiding a fluoride-containing flux which nevertheless gives good results. Another object of the present invention is the
  • garnet phosphors having higher quantum efficiency compared to prior art garnet phosphors.
  • this object is achieved by the garnet phosphor is prepared by a wet chemical process, wherein a mixture of an alkaline earth metal halide and silica suspension is used as a flux.
  • Garnet phosphors obtainable by such a method are therefore a further subject of the present invention.
  • the invention therefore provides a compound of the formula (1)
  • M ' is Y, Tb, Gd or a mixture of these metals
  • EA is Ca, Sr, Ba or a mixture of these metals
  • EA is selected from Sr and / or Ba, more preferably Sr.
  • x ie the content of Ce, is 0.01 ⁇ x ⁇ 0.15.
  • Germanium 0.01 ⁇ z ⁇ 0.25, more preferably 0.01 ⁇ z ⁇ 0.15, especially 0.05 ⁇ z ⁇ 0.10.
  • the compounds of the invention may be coated. All coatings are suitable for this purpose. tion method, as known in the art to those skilled in the art and applied to phosphors. Suitable materials for the coating are in particular metal oxides, such as Al 2 O 3, TiO 2, rO 2 or ZnO 2, and nitrides, such as AIN, and SiO 2. The coating can be carried out, for example, by fluidized bed processes. Further suitable coating methods are known from JP 04-304290, WO 91/10715, WO 99/27033, US 2007/0298250, WO 2009/065480 and WO 2010/075908.
  • the present invention further provides a process for producing a cerium-doped garnet, characterized in that the process is carried out via a wet-chemically prepared precursor and a silicon- or germanium-containing compound and an alkaline earth metal halide are added.
  • a cerium-doped garnet in the sense of the present invention is a compound of the following formula (3)
  • M is Lu, Y, Tb, Gd or a mixture of these metals
  • ions M may be replaced by an alkaline earth metal selected from Mg, Ca, Sr and / or Ba, and at the same time an equal proportion of Al or Ga may be replaced by Si or Ge.
  • the cerium-doped garnet is a compound of the following formula (4)
  • EA is Mg, Ca, Sr, Ba or a mixture of these metals
  • Preferred embodiments of the compounds of the formula (4) are the compounds of the above-mentioned formulas (1), (1a), (1b), (1c) and (2).
  • Suitable starting materials for this are all silicon-containing compounds which hydrolyze to silica.
  • Suitable silicon-containing educts are tetraalkyl orthosilicates, where the alkyl groups, identically or differently on each occurrence, have 1 to 10 C atoms, preferably identical or different, each occurrence having 1 to 4 C atoms, in particular tetramethyl-, tetraethyl-, Tetra-n-propyl, tetra-iso-propyl and tetrabutyl orthosilicate, and silicon halides, in particular SiCI 4 and SiBr 4 .
  • Particularly preferred are tetramethyl orthosilicate (TMOS) and tetraethyl orthosilicate (TEOS).
  • the process may comprise the preparation of a germanium dioxide suspension.
  • Suitable starting materials for this are all germanium-containing compounds which hydrolyze to germanium dioxide.
  • Suitable germanium-containing starting materials are tetraalkylorthogermanates, where the alkyl groups, identically or differently on each occurrence, have 1 to 10 C atoms, preferably identical or different, each occurrence having 1 to 4 C atoms, in particular tetramethyl, tetraethyl, tetra-n-1-one.
  • Particularly preferred are tetramethyl orthogermanate and tetraethylorthogermanate.
  • the preferred reaction medium is a mixture of Alcohol, preferably with 1 to 4 C-atoms, more preferably methanol or ethanol, and water used.
  • the hydrolysis of these compounds to orthosilic acid H 4 SiO 4 or to H 4 GeO 4 and ethanol or methanol proceeds very slowly in neutral water.
  • the H formed decomposes SiO 4 and H 4 GeO 4 by the formation of Si-O-Si or GeO-Ge bonds and further release of water into silica or
  • Germanium dioxide The hydrolysis takes place considerably faster in an acidic or alkaline medium, since both catalyze the reaction considerably.
  • the preparation of the S1O2 or GeO2 suspension is therefore carried out in the alkaline, in particular in an ammoniacal solution. It is particularly preferred if the SiO 2 or GeO 2 suspension is neutralized after its preparation, in particular by addition of acid, for example hydrochloric acid.
  • the process continues to take place with addition of an alkaline earth halide.
  • the alkaline earth metal is selected from Mg, Ca, Sr and / or Ba, preferably Ca, Sr and / or Ba, more preferably Sr and / or Ba and especially Sr.
  • the halide ion is preferably not fluoride due to the corrosivity of Fluoride and the thus required more complex reaction.
  • the halide ion is preferably chloride or bromide, in particular chloride. Preference is thus given to the addition of CaCl 2 , SrC and / or BaCl 2 , particularly preferably SrC and / or BaC and in particular SrC 1.
  • a solution of one or more salts containing M, a cerium salt, an aluminum salt, an alkaline earth metal salt and optionally a gallium salt is prepared.
  • the solution is preferably prepared in water.
  • the ratio of M, Ce, Al, EA, Si or Ge and optionally Ga in the solutions and suspensions is determined by the desired ratio of these elements in the product. It applies to the proportion of EA and Si or Ge preferably: 0.01 ⁇ z ⁇ 0.25, particularly preferably 0.01 ⁇ z ⁇ 0.15 and in particular 0.05 ⁇ z ⁇ 0.1.
  • Suitable salts are any salts of the corresponding metals, provided that they are sufficiently soluble in water.
  • Suitable salts of the metals M, Ce, Al and, if appropriate, Ga are the halides, in particular chlorides, bromides and iodides, nitrates and carbonates, if appropriate in the form of the corresponding hydrates.
  • the solution described above or the solutions containing M, Ce, Al, EA and optionally Ga is combined with the Si0 2 or Ge0 2 suspension.
  • the S1O 2 or Ge0 2 suspension is preferably added to a precipitating reagent, for example ammonium bicarbonate solution. This serves to precipitate the ions in the form of the carbonates.
  • a precipitating reagent for example ammonium bicarbonate solution.
  • the solution or solutions containing M, Ce, Al, EA and optionally Ga are added to the SiO 2 or Ge0 2 suspension, this addition preferably being slow, for example dropwise.
  • the halides when the metals are used in the form of halides, such as chlorides, are acidic, it may be useful to neutralize during the reaction or
  • the resulting mixture is stirred, for example over a period of 1 minute to 24 hours, preferably 10 minutes to 10 hours, more preferably 15 minutes to 1 hour. This forms a solid.
  • the solid is separated, for example by suction or filtration, and dried.
  • the solid may be dried under vacuum and / or at elevated temperature, preferably at 60-200 ° C., more preferably at 100-150 ° C.
  • the precursor thus obtained is preferably converted to the product by two calcination steps.
  • the first calcination step is preferably carried out at a temperature of 800 to 1400 ° C, more preferably from 1000 to 1200 ° C. This first calcination step is preferably carried out in air.
  • the second calcination step is preferably carried out at a temperature of 1000 to 1600 ° C, more preferably from 1200 to 1500 ° C, most preferably from 1200 to 1400 ° C.
  • the second calcining step is preferably carried out under non-oxidizing conditions, ie. H. under substantially or completely oxygen-free conditions, in particular under reducing conditions.
  • Non-oxidizing conditions are understood as meaning any conceivable non-oxidizing atmospheres, in particular substantially oxygen-free atmospheres, that is to say an atmosphere whose maximum oxygen content is ⁇ 100 ppm, in particular ⁇ 10 ppm.
  • a non-oxidizing atmosphere can be generated, for example, by the use of inert gas, in particular nitrogen or argon.
  • a preferred non-oxidizing atmosphere is a reducing atmosphere.
  • the reducing atmosphere is defined as containing a reducing gas. Which gases have a reducing effect is known to the person skilled in the art.
  • Suitable reducing gases are hydrogen, carbon monoxide, ammonia or ethylene, preferably hydrogen, which gases may also be mixed with other non-oxidizing gases.
  • the reducing atmosphere is particularly preferably prepared by a mixture of nitrogen or argon and hydrogen, preferably in the ratio H 2 : N 2 or H 2 : Ar of 5:95 to 50:50, preferably about 10:90, in each case based on the volume.
  • reaction times of the first and second calcining steps are each independently preferably in the range of 1 to 18 hours, more preferably in the range of 3 to 8 hours.
  • the calcination is preferably carried out in each case so that the resulting mixtures, for example, in a vessel, for. B. boron nitride, AI2O3 or ceramic, are introduced into a high-temperature furnace.
  • the high-temperature furnace for example, a tube furnace containing a support plate made of molybdenum foil.
  • the work-up of the product is usually carried out by mortars, washing and / or sieving.
  • the washing for example, with water and / or an acid, such as. Hydrochloric acid or nitric acid.
  • the quantum efficiency of the product obtained is higher than the quantum efficiency of comparable compounds which have been prepared by a different process or with the addition of another flux, without adversely affecting other properties of the phosphor.
  • the present invention further relates to a compound obtainable according to the process of the invention.
  • the compound produced by the process according to the invention differs from compounds of the same or similar composition prepared according to the prior art in that it has a higher emission efficiency. Due to the complex structure of the compound of the invention, the compound of the invention can not be clearly characterized by structural features. However, it is clearly distinguishable from the compounds known in the prior art in that it has a higher radiation-induced emission efficiency and / or intensity and optionally a color shift of the emission maximum. Therefore, an identification of the compound according to the invention by the steps of the manufacturing method according to the invention is justified.
  • Another object of the present invention is the use of a compound of the invention, in particular a compound according to formula (1), (1a), (1 b), (1c), (2), (2a) or (2b), as a phosphor, in particular as a conversion luminescent substance.
  • a further subject of the present invention is an emission-converting material comprising the compound according to the invention.
  • the emission-converting material may consist of the compound according to the invention and would in this case be equated with the term "conversion phosphor".
  • the emission-converting material according to the invention contains, in addition to the compound according to the invention, further conversion phosphors.
  • the emission-converting material according to the invention contains a mixture of at least two conversion phosphors, one of which is a compound according to the invention.
  • the at least two conversion phosphors are phosphors which emit light of different wavelengths which are complementary to one another. Since the compound according to the invention is a yellow, green or yellow green emitting compound, it is preferably used in combination with an orange or red emitting compound and a blue emitting LED or with an orange or red emitting compound, a blue emitting compound and a used in the UV emitting LED. It may therefore be preferred that the conversion phosphor according to the invention is used in combination with one or more further conversion phosphors in the emission-converting material according to the invention, which then together preferably emit white light.
  • blue light is defined as light whose emission maximum lies between 400 and 459 nm, cyan light whose emission maximum is between 460 and 505 nm, green light whose emission maximum lies between 506 and 545 nm , as yellow light such, whose emission maximum lies between 546 and 565 nm, as orange light such, whose Emission maximum between 566 and 600 nm and is such as red light whose emission maximum is between 601 and 670 nm.
  • BaSrMgSi 2 O 7 Eu 2+, BaTiP 2 O 7, (Ba, Ti) 2 P 2 0 7: Ti, Ba 3 W0 6: U,
  • BaY 2 F 8 Er 3+ , Yb + , Be 2 Si0 4 : Mn 2+ , Bi 4 Ge 3 0 12 , CaAl 2 O 4 : Ce 3+ , CaLa 4 0 7 : Ce 3+ , CaAl 2 0 4 Eu 2+ , CaAl 2 O 4 : Mn 2+ , CaAl 4 O 7 : Pb 2+ , Mn 2+ , CaAl 2 O 4 : Tb 3+ ,
  • CaB 2 O 4 Pb 2+
  • CaB 2 P 2 O 9 Eu 2+
  • Ca 5 B 2 SiO 2 0 Eu 3+
  • Cao.5Bao .5 Ali 2 Oi 9 Ce 3+ , Mn 2+ , Ca 2 Ba 3 (PO 4 ) 3 Cl: Eu 2+ , CaBr 2 : Eu 2+ in Si0 2 , CaCl 2 : Eu 2+ in Si0 2) CaCl 2 : Eu 2+ , Mn 2+ in SiO 2 , CaF 2 : Ce 3+ , CaF 2 : Ce 3+ , Mn 2+ , CaF 2 : Ce 3+ , Tb 3+ , CaF 2 : Eu + , CaF 2 : Mn 2+ , CaF 2 : U, CaGa 2 O: Mn 2+ ,
  • CaGa 4 O 7 Mn 2+ , CaGa 2 S 4 : Ce 3+ , CaGa 2 S 4 : Eu 2+ , CaGa 2 S: Mn 2+ ,
  • CaGa 2 S 4 Pb 2+ , CaGeO 3 : Mn + , Cal 2 : Eu 2+ in SiO 2 , Cal 2 : Eu 2+ , Mn + in
  • Ca 2 P 2 O 7 Ce 3+ , ⁇ -Ca 3 (PO 4 ) 2 : Ce 3+ , ⁇ -Ca 3 (PO 4 ) 2 : Ce 3+ , Ca 5 (PO 4 ) 3 Cl: Eu 2 + , Ca 5 (PO 4 ) 3 Cl: Mn 2+ , Ca 5 (PO 4 ) 3 Cl: Sb 3+ , Ca 5 (PO 4 ) 3 Cl: Sn 2+ ,
  • beta-Ca 3 (P0 4) 2 Eu 2+, Mn 2+, Ca 5 (P0 4) 3 F: Mn 2+, Ca s (PO 4) 3 F: Sb 3+, Ca s (P0 4) 3 F: Sn 24 a-Ca 3 (PO 4 ) 2 : Eu 2+ , ⁇ -Ca 3 (PO 4 ) 2 : Eu 2+ , Ca 2 P 2 O 7 : Eu 2+ , Ca 2 P 2 0 7 : Eu 2+, Mn 2+, CaP 2 O 6: Mn 2+, a-Ca 3 (PO 4) 2: Pb 2+, a-Ca 3 (P0 4) 2: Sn 2+, beta-Ca 3 (P0 4 ) 2 : Sn 2+ , ⁇ -Ca 2 P 2 O 7 : Sn, Mn, ⁇ -Ca 3 (PO 4 ) 2 : Tr, CaS: Bi 3+ , CaS: Bi 3+ , Na, CaS
  • GdNb0 4 Bi 3+ , Gd 2 0 2 S: Eu 3+ , Gd 2 0 2 Pr 3+ , Gd 2 0 2 S: Pr, Ce, F, Gd 2 O 2 S: Tb 3+ , Gd 2 SiO 5 : Ce 3+ , KAl 0 17 : TI + , KGan0 7 : Mn 2+ , K 2 La 2 Ti 3 O 0 : Eu, KMgF 3 : Eu 2+ , KMgF 3 : Mn 2+ , K 2 SiF 6 : Mn + , LaAl 3 B 4 0i 2 : Eu 3+ , LaAIB 2 O 6 : Eu 3+ , LaAlO 3 : Eu 3+ , LaAIO 3 : Sm 3+ , LaAsO 4 : Eu 3+ , LaBr 3 : Ce 3+ , LaBO 3 : Eu 3+ , (La, Ce, Tb) PO 4 : Ce: T
  • LiAIF 4 Mn 2+ , LiAl 5 O 8 : Fe 3+ , LiAIO 2 : Fe 3+ , LiAIO 2 : Mn 2+ , LiAl 5 O 8 : Mn 2+ ,
  • Li 2 CaP 2 O 7 Ce 3+ , Mn 2+ , LiCeBa 4 SiO 14 : Mn 2+ , LiCeSrBa 3 Si 4 Oi 4 : Mn 2+ ,
  • MgBaP 2 0 7 Eu +
  • MgBaP 2 0 7 Eu 2+
  • MgBa (SO 4 ) 2 Eu 2+
  • Mg 3 Ca 3 (PO 4 ) 4 Eu 2+
  • MgCaP 2 O 7 Mn 2+
  • Mg 2 Ca (S0 4 ) 3 Eu 2+ ,
  • Mg 4 (F) (Ge, Sn) O 6 Mn 2+ , MgF 2 : Mn 2+ , MgGa 2 O 4 : Mn 2+ , Mg 8 Ge 2 OnF 2 : Mn 4+ , MgS: Eu 2+ , MgSi0 3 : Mn 2+ , Mg 2 Si0 4 : Mn 2 ⁇ Mg 3 Si0 3 F 4 : Ti 4+ , MgS0 4 : Eu 2+ , MgSO 4 : Pb 2+ , MgSrBa 2 Si 2 O 7 : Eu 2+ , MgSrP 2 O 7 : Eu 2+ , MgSr 5 (PO 4 ) 4 : Sn 2+ , MgSr 3 Si 2 O 8 : Eu 2+ , Mn 2+ , Mg 2 Sr (SO 4 ) 3 : Eu 2+ , Mg 2 Ti0 4 : Mn 4+ , MgW0 4 ,
  • SrB 4 O 7 Eu 2+ (F, CI, Br), SrB 4 O 7 : Pb 2+ , SrB 4 O 7 : Pb 2+ , Mn 2+ , SrB 8 0 13 : Sm 2+ , Sr x Ba y Cl z Al 2 O 4 -z / 2: Mn 2+ , Ce 3+ , SrBaSiO 4 : Eu 2+ , Sr (Cl, Br, I) 2 : Eu 2+ in SiO 2 , SrCl 2 : Eu 2+ in SiO 2 , Sr 5 Cl (PO 4 ) 3 : Eu, Sr w F x B 4 O 6 .5: Eu 2+ , Sr w F x B y O z : Eu 2+ , Sm 2+ , SrF 2 : Eu 2+ , SrGai 2 0i 9 : Mn 2+ , SrGa 2 S 4 : Ce 3+
  • Sr 5 (PO 4) 3 F Sb 3+, Mn 2+, Sr 5 (P0 4) 3 F: Sn 2+, Sr 2 P 2 0 7: Sn 2+, Sr-ß 3 (P0 4) 2 : Sn 2+ , ⁇ -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, SrS0: Ce 3+, SrS0 4: Eu 2+, SrS0 4: Eu 2+, Mn 2+, Sr 5 Si 4 OioCI 6: Eu 2+, Sr 2 SiO 4: Eu 2+, SrTiO 3 : Pr 3+ , SrTiO 3 : Pr 3+ , Al 3+ , Sr 3 W 0 6 : U, SrY 2 O 3 : Eu 3
  • Th0 2 Eu 3+
  • ThO 2 Pr 3+
  • Th0 2 Tb 3+
  • YAl 3 B 4 O 12 Bi 3+
  • YAl 3 B 4 0 12 Ce 3+
  • YAI 3 B 4 O 12 Ce 3+, Mn
  • YAI 0 3 B 4 12 Ce 3+, Tb 3+
  • YAI 3 B 4 Oi 2 Eu 3+
  • Y 2 O 2 S Tb 3+ , Y 2 O 3 : Tb 3+ , YPO 3: Ce 3+ , YPO 4 : Ce 3+ , Tb 3+ , YPO 4 : Eu 3+ ,
  • YPO 4 Mn 2+ , Th + , YPO 4 : V 5+ , Y (P, V) O 4 : Eu, Y 2 SiO 5 : Ce 3+ , YTaO 4 , YTaO 4 : Nb 5+ , YVO 4 : Dy 3+, YVO 4: Eu 3+, ZnAl 2 O 4: Mn 2+, ZnB 2 0 4: Mn 2+, ZnBa 2 S 3: Mn 2+,
  • Zn 2 Ge0 4 Mn 2+ , (Zn, Mg) F 2 : Mn 2+ , ZnMg 2 (PO 4 ) 2 : Mn 2+ , (Zn, Mg) 3 (PO 4 ) 2 : Mn 2+ , ZnO : Al 3+, Ga 3 ⁇ ZnO: Bi 3+, ZnO: Ga 3+, ZnO: Ga, ZnO-CdO: Ga, ZnO: S, ZnO: Se, ZnO: Zn, ZnS: Ag +, Cl ", ZnS: Ag, Cu, Cl, ZnS: Ag, Ni, ZnS: Au, In, ZnS-CdS (25-75), ZnS-CdS (50-50), ZnS-CdS (75-25), ZnS-CdS : Ag, Br, Ni, ZnS-CdS: Ag + , Cl, ZnS-CdS: Cu, Br, ZnS-CdS: Cu,
  • ZnS Te, Mn, ZnS-ZnTe: Mn 2+ , ZnSe: Cu ⁇ Cl or ZnW0 4 .
  • the emission-converting material according to the invention is used in a light source.
  • the light source is an LED, in particular a phosphor-converted LED, in short pc-LED.
  • the emission-converting material in addition to the conversion phosphor according to the invention comprises at least one further conversion phosphor, in particular so that the light source emits white light or light with a particular color point (color-on-demand principle).
  • Color-on-demand principle means the realization of light of a particular color point with a pc-LED using one or more conversion phosphors.
  • Another object of the present invention is thus a light source, the primary light source and the emission-converting
  • the emission-converting material in addition to the conversion phosphor according to the invention comprises at least one further conversion luminescent material, so that the light source preferably emits white light or light with a specific color point.
  • the light source according to the invention is preferably a pc-LED.
  • a pc-LED usually contains a primary light source and an emission converting material.
  • the emission-converting material according to the invention can either be dispersed in a resin (for example epoxy or silicone resin) or, with suitable proportions, directly on the surface of the resin
  • the primary light source may be a semiconductor chip, a luminescent light source such as ZnO, a so-called transparent conducting oxide, a ZnSe or SiC based device, an organic light emitting layer based device (OLED), or a plasma or discharge source, most preferably semiconductor chip.
  • a luminescent light source such as ZnO
  • a so-called transparent conducting oxide such as ZnSe or SiC based device
  • OLED organic light emitting layer based device
  • plasma or discharge source most preferably semiconductor chip.
  • the primary light source is a semiconductor chip, it is preferably a luminescent indium-aluminum-gallium nitride (InAIGaN), as known in the art.
  • InAIGaN luminescent indium-aluminum-gallium nitride
  • the emission-converting material according to the invention can be converted for use in light sources, in particular pc LEDs, into any external forms such as spherical particles, platelets and structured materials and ceramics. These forms are summarized under the term "shaped body". Consequently, the moldings are emission-converting moldings.
  • Another subject of the invention is a lighting unit which contains at least one light source according to the invention.
  • Such lighting units are mainly used in display devices, in particular liquid crystal display devices (LC display) with a backlight. Therefore, such a display device is the subject of the present invention.
  • LCD display liquid crystal display devices
  • the optical coupling between the emission-converting material and the primary light source preferably takes place by means of a light-conducting arrangement.
  • the primary light source to be installed at a central location and to be optically coupled to the emission-converting material by means of light-conducting devices, such as, for example, photoconductive fibers.
  • the lighting desires custom-fit lights consisting of one or more different conversion phosphors, which can be arranged to a fluorescent screen, and a light guide, which is coupled to the primary light source realize.
  • This makes it possible to place a strong primary light source in a convenient location for electrical installation and without further electrical wiring, only by laying fiber optics at any location, lights off
  • Figure 1 emission spectra of LuAG.Ce, prepared in accordance with Beispie! 1 without the addition of a flux (curve 1), according to example 4 with the flux combination SrCI 2 + S1O 2 (curve 2) according to the invention, according to example 2 with AIF 3 as flux (curve 3) and according to example 3 with BaF 2 as flux (curve 4).
  • the LuAG: Ce still contains ions of the flux in the lattice structure, that is to say, for example, in Example 4 (curve 2) Sr and Si.
  • FIG. 2 Emission spectra of the pcLEDs from Examples 6 and 7.
  • Powder emission spectra are measured by the following general procedure: A phosphor powder bed having a depth of 5 mm, the surface of which has been smoothed out with a glass plate, becomes the integration sphere of a Edinburgh fluorescence spectrometer
  • Instruments FL 920 irradiated with a xenon lamp as an excitation light source at a wavelength of 450 nm and the intensity of the emitted fluorescence radiation in a range of 465 nm to 800 nm in 1 nm steps measured.
  • Example 1 Preparation of LuAG: Ce without flux additive (curve 1 in FIGS. 1 and 2, comparative example)
  • the product is washed in 1 molar hydrochloric acid. 4 ml of HCl are added per gram of precalcined precursor and stirred for 20 minutes. The solid is again filtered off with suction and washed with 12 ml of demineralized water per g. After renewed drying 50 g of the material are reacted for 4 h at a temperature of 1350 ° C and under an argon / hydrogen atmosphere to the phosphor.
  • Example 4 Preparation of LuAG: Ce or Lu2,88Ce 0, o2Sro, iAl4,9Sio, iOi2 using the flux combination according to the invention (curve 2 in Figure 1 and 2)
  • the precursor thus prepared is precalcined for 4 hours at 1100 ° C in air. After precalcination, the product is briefly crushed and then reacted for 4 h at a temperature of 1350 ° C and under an argon / hydrogen atmosphere (90:10 v: v) to the phosphor.
  • the product has the composition
  • a mass of m L s (in g) of the phosphor listed in the respective LED example is weighed, mixed with msnikon (in g) of an optically transparent silicone and then mixed homogeneously in a planetary centrifugal mixer, so that the phosphor concentration in the total mass CLS (in% by weight).
  • the resulting silicone-phosphor mixture is applied by means of an automatic dispenser on the chip of a blue semiconductor LED and cured with heat.
  • the blue semiconductor LEDs used in the present examples for LED characterization have an emission wavelength of 442 nm and are operated at 350 mA amperage.
  • the photometric characterization of the LED is carried out with a spectrometer of the Fa.
  • the phosphor concentrations could not be selected identically, since similar color coordinates are obtained only at different phosphor concentrations, which can be compared with one another.
  • the LED of Example 6 has a higher luminous flux ⁇ ⁇ (in Im) with comparable color coordinates and thus a higher efficiency.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Cer-dotierte Granatleuchtstoffe. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung Cer-dotierter Granatleuchtstoffer, sowie die Verwendung dieser Granatleuchtstoffe als Konversionsleuchtstoffe. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft eine lichtemittierende Vorrichtung, die eine erfindungsgemäße Cer-dotierte Granatleuchtstoffe enthält.

Description

Leuchtstoffe
Die vorliegende Erfindung betrifft Cer-dotierte Granatleuchtstoffe. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung Cer-dotierter Granatleuchtstoffer, sowie die Verwendung dieser Granatleuchtstoffe als Konversionsleuchtstoffe. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft eine lichtemittierende Vorrichtung, die erfindungsgemäße Cer-dotierte Granatleuchtstoffe enthält.
Anorganische fluoreszente Pulver, die im blauen und/oder UV-Spektralbereich anregbar sind, gewinnen immer stärkere Bedeutung als Konver- sionsleuchtstoffe für phosphorkonvertierte (phosphor converted) LEDs, kurz pc-LEDs. Mittlerweile sind viele Konversionsleuchtstoffmaterialsysteme bekannt, wie beispielsweise Erdalkaliorthosilikate, Thiogallate, Nitride und Granate, die jeweils mit Ce3+ oder Eu2+ dotiert sind. Insbesondere die letztgenannten Granatleuchtstoffe, welche die allgemeine Formel M3AI50i2:Ce3+ aufweisen, worin M für Y, Lu, Tb oder Gd steht, weisen eine intensive Absorption im blauen Spektralbereich auf, welche sehr effizient in gelbe (YAG:Ce) bzw. gelbgrüne (LuAG:Ce) Emission konvertiert wird. Diese Materialien sind daher sowie aufgrund ihrer hohen chemischen Stabilität weit verbreitet.
Die Synthese von Granatleuchtstoffen erfolgt insbesondere als Festkörpersynthese aus den Oxiden, also beispielsweise aus LU2O3, AI2O3 und EU2O3. Weiterhin sind auch Syntheseverfahren aus Lösung bekannt. Dabei werden für die Synthese üblicherweise Flussmittel eingesetzt. Diese erfüllen unterschiedliche Aufgaben; unter anderem ermöglichen sie geringere Reaktionstemperaturen und/oder ein beschleunigtes Kristallwachstum, oder sie unterbinden die Bildung von Fremdphasen. Es ist auch möglich, dass das Flussmittel, zumindest in Spuren, in den resultierenden Granatleuchtstoff eingebaut wird. Als Flussmittel in der Synthese von Granatleuchtstoffen sind verschiedene Substanzen bekannt, insbesondere BaF2 und andere Fluoride.
Ein positiver Einfluss dieser Flussmittel auf die Lumineszenzeigenschaften des resultierenden Granatleuchtstoffs lässt sich nicht feststellen. Weiterhin ist trotz des Einsatzes der oben genannten Flussmittel die erforderliche Reaktionstemperatur in der Synthese noch sehr hoch und liegt bei bis zu ca. 1800 °C. Dies stellt erhebliche Anforderungen an die verwendeten Öfen und Geräte dar, wie beispielsweise Tiegel. Weiterhin ist das Verfahren aufgrund der hohen Temperaturen sehr energieintensiv.
US 6,409,938 beschreibt die Synthese von YAG:Ce und anderen Granaten unter Einsatz von AIF3 als Flussmittel. Dadurch wird eine höhere Quanteneffizienz erzielt. Außerdem ist eine weniger stark reduzierende Atmosphäre für die Reaktion ausreichend, was die Reaktionsführung vereinfacht. Der resultierende Granatleuchtstoff kann auch eine geringe Menge Fluorid aus dem Flussmittel enthalten. Es werden sowohl Festkörperverfahren wie auch nasschemische Verfahren beschrieben. Die verwendete Reaktionstemperatur liegt bei 1500 °C.
Generell sind die im Stand der Technik beschriebenen Fluorid-Flussmittel korrosiv und daher im technischen Maßstab schwierig zu handhaben.
Bei allen diesen Verfahren wäre es wünschenswert, wenn die erzeugten Granatleuchtstoffe eine noch höhere Quanteneffizienz aufweisen würden. Weiterhin wäre es wünschenswert, wenn bei der Synthese nochmals geringere Reaktionstemperaturen ausreichend wären. Außerdem wäre es wünschenswert, auf den Einsatz korrosiver Fluoride als Flussmittel ver- ziehten zu können, was zu einer vereinfachten technischen Durchführung der Synthese führen würde.
Es war somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Synthese von Granatleuchtstoffen bereitzustellen, mit dem die Quanten- effizienz der Granate gesteigert werden kann und/oder bei dem eine geringere Reaktionstemperatur als gemäß dem Stand der Technik ausreichend ist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung war die Bereitstellung eines Verfahrens zur Synthese von Granatleuchtstoffen unter Vermeidung eines fluoridhaltigen Flussmittels, das dennoch gute Ergebnisse liefert. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die
Bereitstellung von Granatleuchtstoffen, die eine höhere Quanteneffizienz im Vergleich zu Granatleuchtstoffen gemäß dem Stand der Technik aufweisen. Überraschend wurde gefunden, dass diese Aufgabe gelöst wird, indem der Granatleuchtstoff durch ein nasschemisches Verfahren hergestellt wird, wobei als Flussmittel eine Mischung aus einem Erdalkalihalogenid und Siliciumdioxid-Suspension eingesetzt wird. Granatleuchtstoffe, die durch ein solches Verfahren erhältlich sind, sind daher ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Gegenstand der Erfindung ist daher eine Verbindung der Formel (1),
(Lui-VM'V) 3-X-Z (EA)z (AI1-yGay)5-z (Si1-wGew)z 012 : Ce3+ X Formel (1 ) wobei für die verwendeten Symbole und Indizes gilt:
M' ist Y, Tb, Gd oder eine Mischung dieser Metalle;
EA ist Ca, Sr, Ba oder eine Mischung dieser Metalle;
0 < x < 0,50;
0 < y < 0,40;
0,01 < z < 0,5;
0 < w < 1 ;
0 < v < 1.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist v = 0. Es handelt sich also bevorzugt um eine Verbindung der folgenden Formel (1a),
Lu 3-x-z (EA)Z (AI1-yGay)5-z (Sii-wGew)z Oi2 : Ce3+ X Formel (1a) wobei die verwendeten Symbole und Indizes die oben genannten
Bedeutungen aufweisen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist y = 0. Es handelt sich also bevorzugt um eine Verbindung der folgenden Formel (1 b),
(LULVM'V) 3-X-Z (EA)z ΑΙδ-ζ (Sii-wGew)z Ö12 : Ce3+ X Formel (1b) wobei die verwendeten Symbole und Indizes die oben genannten
Bedeutungen aufweisen.
In nochmals einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist w = 0. Es handelt sich also bevorzugt um eine Verbindung der folgenden Formel (1c),
(LULVM'V) 3-X-Z (EA)z (AI1-yGay)5-z Siz 012 : Ce3\ Formel (1c) wobei die verwendeten Symbole und Indizes die oben genannten
Bedeutungen aufweisen.
Besonders bevorzugt treten die oben genannten Bevorzugungen gleichzeitig auf. Es handelt sich also besonders bevorzugt um Verbindungen der folgenden Formel (2a) und (2b),
(LULVM'V) 3-X-Z (EA)z Als-z Siz Oi2 : Ce3+ X Formel (2a)
Lu 3-x-z (EA)Z Als-z Siz O12 : Ce3+ X Formel (2b) wobei die verwendeten Symbole und Indizes die oben genannten
Bedeutungen aufweisen und v in Formel (2a) bevorzugt > 0 ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der oben genannten Verbindungen ist EA ausgewählt aus Sr und/oder Ba, besonders bevorzugt Sr.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gilt für x, also den Anteil an Ce: 0,01 < x < 0,15.
In nochmals einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gilt für z, also den Anteil des Erdalkalimetalls und des Siliciums bzw.
Germaniums: 0,01 < z < 0,25, besonders bevorzugt 0,01 < z < 0,15, insbesondere 0,05 < z < 0,10.
In nochmals einer weiteren Ausführungsform können die erfindungsgemäßen Verbindungen beschichet sein. Hierfür eignen sich alle Beschich- tungsverfahren, wie sie gemäß dem Stand der Technik dem Fachmann bekannt sind und für Phosphore angewandt werden. Geeignete Materialien für die Beschichtung sind insbesondere Metalloxide, wie AI2O3, T1O2, rO2 oder ZnÜ2, und Nitride, wie AIN, sowie S1O2. Dabei kann die Beschichtung beispielsweise durch Wirbelschichtverfahren durchgeführt werden. Weitere geeignete Beschichtungsverfahren sind bekannt aus JP 04-304290, WO 91/10715, WO 99/27033, US 2007/0298250, WO 2009/065480 und WO 2010/075908.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Cer-dotierten Granats, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren über eine nasschemisch hergestellte Vorstufe erfolgt und eine Silicium- oder Germanium-haltige Verbindung und ein Erdalkali- halogenid zugesetzt wird.
Ein Cer-dotierter Granat im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Verbindung der folgenden Formel (3),
M3-x(Ali-yGay)5Oi2 : Ce3+ X Formel (3) wobei für die verwendeten Symbole und Indizes gilt:
M ist Lu, Y, Tb, Gd oder eine Mischung dieser Metalle;
0 < x < 0,50;
0 < y < 0,40; dabei kann auch ein Teil der Ionen M durch ein Erdalkalimetall, ausgewählt aus Mg, Ca, Sr und/oder Ba, ersetzt sein und gleichzeitig ein gleicher Anteil von AI bzw. Ga durch Si oder Ge ersetzt sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Cer-dotierten Granat um eine Verbindung der folgenden Formel (4),
M3.x.z(EA)z(A\1.yGay)5.z(S 1.wGew)z012 : CeJ Formel (4) wobei M, x und y die oben genannten Bedeutungen aufweisen und für die weiteren verwendeten Symbole und Indizes gilt:
EA ist Mg, Ca, Sr, Ba oder eine Mischung dieser Metalle;
0,01 < z < 0,5;
0 < w < 1.
Bevorzugte Ausführungsformen der Verbindungen der Formel (4) sind die Verbindungen der oben aufgeführten Formeln (1), (1a), (1b), (1c) und (2).
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beinhaltet das
Verfahren die Herstellung einer Siliciumdioxid-Suspension. Als Edukte hierfür bieten sich alle Silicium-haltigen Verbindungen an, die zu Siliciumdioxid hydrolysieren. Geeignete Silicium-haltige Edukte sind Tetraalkyl- orthosilicate, wobei die Alkylgruppen gleich oder verschieden bei jedem Auftreten 1 bis 10 C-Atome, bevorzugt gleich oder verschieden bei jedem Auftreten 1 bis 4 C-Atome aufweisen, insbesondere Tetramethyl-, Tetra- ethyl-, Tetra-n-propyl-, Tetra-iso-propyl- und Tetrabutylorthosilicat, sowie Siliciumhalogenide, insbesondere SiCI4 und SiBr4. Besonders bevorzugt sind Tetramethylorthosilicat (TMOS) und Tetraethylorthosilicat (TEOS).
Analog kann das Verfahren die Herstellung einer Germaniumdioxid-Suspension umfassen. Als Edukte hierfür bieten sich alle Germanium-haltigen Verbindungen an, die zu Germaniumdioxid hydrolysieren. Geeignete Germanium-haltige Edukte sind Tetraalkylorthogermanate, wobei die Alkylgruppen gleich oder verschieden bei jedem Auftreten 1 bis 10 C-Atome, bevorzugt gleich oder verschieden bei jedem Auftreten 1 bis 4 C-Atome aufweisen, insbesondere Tetramethyl-, Tetraethyl-, Tetra-n-propyl-, Tetra- iso-propyl- und Tetrabutylorthogermanat, sowie Germaniumhalogenide, insbesondere GeCI4 und GeBr4. Besonders bevorzugt sind Tetramethyl- orthogermanat und Tetraethylorthogermanat.
Diese Verbindungen dienen als Siliciumdioxid- bzw. Germaniumdioxid-Vorstufen zur Herstellung von kolloidalen Sol-Gel-Systemen. Da TMOS, TEOS und die entspechenden Ge-Verbindungen in Wasser weitgehend unlöslich sind, wird als Reaktionsmedium bevorzugt eine Mischung aus einem Alkohol, bevorzugt mit 1 bis 4 C-Atomen, besonders bevorzugt Methanol oder Ethanol, und Wasser verwendet. Die Hydrolyse dieser Verbindungen zu Orthokieselsäure H4SiO4 bzw. zu H4GeO4 und Ethanol bzw. Methanol verläuft in neutralem Wasser sehr langsam. Dabei zerfällt das gebildete H4SiO bzw. H4GeO4 durch Ausbildung von Si-O-Si- bzw. Ge-O-Ge- Bindungen und Abgabe von Wasser weiter in Siliciumdioxid bzw.
Germaniumdioxid. Erheblich schneller erfolgt die Hydrolyse im sauren oder alkalischen Milieu, da beides die Reaktion erheblich katalysiert. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Herstellung der S1O2- bzw. GeO2-Suspension daher im Alkalischen, insbesondere in einer ammoniakalischen Lösung, durchgeführt. Es ist besonders bevorzugt, wenn die SiO2- bzw. GeO2-Suspension nach deren Herstellung neutralisiert wird, insbesondere durch Zugabe von Säure, beispielsweise Salzsäure.
Erfindungsgemäß erfolgt das Verfahren weiterhin unter Zusatz eines Erd- alkalihalogenids. Dabei ist das Erdalkalimetall ausgewählt aus Mg, Ca, Sr und/oder Ba, bevorzugt Ca, Sr und/oder Ba, besonders bevorzugt Sr und/oder Ba und insbesondere Sr. Bei dem Halogenidion handelt es sich bevorzugt nicht um Fluorid aufgrund der Korrosivität von Fluorid und der damit erforderlichen aufwändigeren Reaktionsführung. Bei dem Halogenidion handelt es sich bevorzugt um Chlorid oder Bromid, insbesondere Chlorid. Bevorzugt ist somit der Zusatz von CaCI2, SrC und/oder BaCI2, besonders bevorzugt SrC und/oder BaC und insbesondere SrC^.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Lösung aus einem oder mehreren Salzen enthaltend M, ein Cersalz, ein Aluminiumsalz, ein Erdalkalimetallsalz und gegebenenfalls ein Galliumsalz hergestellt. Die Lösung wird bevorzugt in Wasser hergestellt.
Alternativ ist es möglich, mehrere Lösungen herzustellen, die jeweils nur eines oder einige der Metalle enthalten.
Das Verhältnis von M, Ce, AI, EA, Si bzw. Ge und gegebenenfalls Ga in den Lösungen und Suspensionen bestimmt sich aus dem gewünschten Verhältnis dieser Elemente im Produkt. Dabei gilt für der Anteil an EA und Si bzw. Ge bevorzugt: 0,01 < z < 0,25, besonders bevorzugt 0,01 < z < 0,15 und insbesondere 0,05 < z < 0,1.
Als Salze eignen sich beliebige Salze der entsprechenden Metalle, vorausgesetzt diese sind ausreichend in Wasser löslich.
Geeignete Salze der Metalle M, Ce, AI und gegegenenfalls Ga sind die Halogenide, insbesondere Chloride, Bromide und lodide, Nitrate und Car- bonate, gegebenenfalls in Form der entsprechenden Hydrate. Bevorzugt sind die Choride MCI3, CeC und AICI3, sowie für Ga insbesondere auch Ga(N03)3, jeweils in Form der Hydrate.
Die oben beschriebene Lösung bzw. die Lösungen enthaltend M, Ce, AI, EA und gegebenenfalls Ga wird mit der Si02- bzw. Ge02-Suspension vereint. Dabei wird der S1O2- bzw. Ge02-Suspension bevorzugt ein Fällungsreagens zugegeben, beispielsweise Ammoniumhydrogencarbonatlösung. Dieses dient zur Fällung der Ionen in Form der Carbonate. Dabei ist es bevorzugt, wenn die Lösung bzw. die Lösungen enthaltend M, Ce, AI, EA und gegebenenfalls Ga zu der SiO2- bzw. Ge02-Suspension gegeben werden, wobei diese Zugabe bevorzugt langsam, beispielsweise tropfenweise, erfolgt. Da insbesondere die Halogenide, wenn die Metalle in Form der Halogenide, beispielsweise Chloride, eingesetzt werden, sauer sind, kann es sinnvoll zu sein, während der Reaktion zu neutralisieren bzw.
basisch zu stellen, beispielsweise durch Zugabe von Ammoniaklösung.
Die entstandene Mischung wird gerührt, beispielsweise über einen Zeitraum von 1 Minute bis 24 h, bevorzugt 10 Minuten bis 10 h, besonders bevorzugt 15 Minuten bis 1 h. Dabei bildet sich ein Feststoff.
In einem nächsten Verfahrensschritt wird der Feststoff abgetrennt, beispielsweise durch Absaugen oder Filtration, und getrocknet. Das Trocknen des Feststoffes kann unter Vakuum und/oder bei erhöhter Temperatur erfolgen, bevorzugt bei 60 - 200 °C, besonders bevorzugt bei 100 - 150 °C. Der so erhaltene Precursor wird bevorzugt durch zwei Kalzinierungsschritte zum Produkt umgesetzt. Dabei erfolgt der erste Kalzinierungsschritt bevorzugt bei einer Temperatur von 800 bis 1400 °C, besonders bevorzugt von 1000 bis 1200 °C. Dieser erste Kalzinierungsschritt wird bevorzugt an Luft durchgeführt.
Der zweite Kalzinierungsschritt erfolgt bevorzugt bei einer Temperatur von 1000 bis 1600 °C, besonders bevorzugt von 1200 bis 1500 °C, ganz besonders bevorzugt von 1200 bis 1400 °C. Dabei wird der zweite Kalzinierungsschritt bevorzugt unter nicht-oxidieren- den Bedingungen, d. h. unter weitgehend oder vollständig sauerstofffreien Bedingungen, insbesondere unter reduzierenden Bedingungen, durchgeführt. Unter nicht-oxidierenden Bedingungen werden jegliche denkbare nicht-oxidierende Atmosphären verstanden, insbesondere weitgehend sauerstofffreie Atmosphären, also eine Atmosphäre, deren Maximalgehalt an Sauerstoff < 100 ppm, insbesondere < 10 ppm ist. Eine nicht-oxidierende Atmosphäre kann beispielsweise durch die Verwendung von Schutzgas, insbesondere Stickstoff oder Argon, erzeugt werden. Eine bevorzugte nicht- oxidierende Atmosphäre ist eine reduzierende Atmosphäre. Die reduzierende Atmosphäre ist dadurch definiert, dass sie ein reduzierend wirkendes Gas enthält. Welche Gase reduzierend wirken, ist dem Fachmann bekannt.
Beispiele für geeignete reduzierende Gase sind Wasserstoff, Kohlen- monoxid, Ammoniak oder Ethylen, bevorzugt Wasserstoff, wobei diese Gase auch mit anderen nicht-oxidierenden Gasen gemischt sein können. Die reduzierende Atmosphäre wird insbesondere bevorzugt durch eine Mischung aus Stickstoff oder Argon und Wasserstoff hergestellt, vorzugs- weise im Verhältnis H2 : N2 bzw. H2 : Ar von 5 : 95 bis 50 : 50, bevorzugt etwa 10 : 90, jeweils bezogen auf das Volumen.
Es kann bevorzugt sein, das vorkalzinierte Produkt zwischen dem ersten und dem zweiten Kalzinierungsschritt abzukühlen und zu zerkleinern, beispielsweise durch Mörsern. Die Reaktionsdauer des ersten und des zweiten Kalzinierungsschritts liegen jeweils unabhängig voneinander bevorzugt im Bereich von 1 bis 18 h, besonders bevorzugt im Bereich von 3 bis 8 h.
Das Kalzinieren wird vorzugsweise jeweils so durchgeführt, dass die erhaltenen Mischungen beispielsweise in einem Gefäß, z. B. aus Bornitrid, AI2O3 oder Keramik, in einen Hochtemperaturofen eingebracht werden. Der Hochtemperaturofen ist beispielsweise ein Rohrofen, der eine Trägerplatte aus Molybdänfolie enthält.
Nach dem Kalzinieren erfolgt die Aufarbeitung des Produkts üblicherweise durch Mörsern, Waschen und/oder Sieben. Dabei kann das Waschen beispielsweise mit Wasser und/oder einer Säure, wie z. B. Salzsäure oder Salpetersäure, erfolgen.
Überraschend wurde gefunden, dass die Quanteneffizienz des erhaltenen Produkts höher ist als die Quanteneffizienz vergleichbarer Verbindungen, die durch ein anderes Verfahren oder unter Zusatz eines anderen Flussmittels hergestellt wurden, ohne dass andere Eigenschaften des Leuchtstoffs sich verschlechtern.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Verbindung, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich ist. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Verbindung unterscheidet sich von gemäß dem Stand der Technik hergestellten Verbindungen gleicher oder ähnlicher Zusammensetzung dadurch, dass sie eine höhere Emissionseffizienz aufweist. Aufgrund der komplexen Struktur der erfindungsgemäßen Verbindung kann die erfindungsgemäße Verbindung nicht eindeutig durch strukturelle Merkmale gekennzeichnet werden. Sie ist jedoch eindeutig dadurch von den im Stand der Technik bekannten Verbindungen unterscheidbar, dass sie eine höhere strahlungsinduzierte Emissionseffizienz bzw. -Intensität und gegebenenfalls eine Farbverschiebung des Emissionsmaximums aufweist. Deshalb ist eine Kennzeichnung der erfindungsgemäßen Verbindung durch die Schritte des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens gerechtfertigt. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung einer erfindungsgemäßen Verbindung, insbesondere einer Verbindung gemäß Formel (1), (1a), (1 b), (1c), (2), (2a) oder (2b), als Leuchtstoff, insbesondere als Konversionsleuchtstoff.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Emissionskonvertierendes Material umfassend die erfindungsgemäße Verbindung. Das Emissions-konvertierende Material kann aus der erfindungsgemäßen Verbindung bestehen und wäre in diesem Fall mit dem Begriff "Konver- sionsleuchtstoff' gleichzusetzen.
Es ist auch möglich, dass das erfindungsgemäße Emissions-konvertierende Material neben der erfindungsgemäßen Verbindung noch weitere Konversionsleuchtstoffe enthält. In diesem Fall enthält das erfindungsgemäße Emissions-konvertierende Material eine Mischung aus mindestens zwei Konversionsleuchtstoffen, wobei einer davon eine erfindungsgemäße Verbindung ist. Es ist insbesondere bevorzugt, dass die mindestens zwei Konversionsleuchtstoffe Leuchtstoffe sind, die Licht unterschiedlicher Wellenlängen emittieren, die komplementär zueinander sind. Da es sich bei der erfindungsgemäßen Verbindung um eine gelb, grün oder gelbgrün emittierende Verbindung handelt, wird diese bevorzugt in Kombination mit einer orange oder rot emittierenden Verbindung und einer blau emittierenden LED oder mit einer orange oder rot emittierenden Verbindung, einer blau emittierenden Verbindung und einer im UV emittierenden LED eingesetzt. Es kann also bevorzugt sein, dass der erfindungsgemäße Konver- sionsleuchtstoff in Kombination mit einem oder mehreren weiteren Konversionsleuchtstoffen in dem erfindungsgemäße Emissions-konvertierenden Material eingesetzt wird, die dann zusammen vorzugsweise weißes Licht emittieren.
Im Kontext dieser Anmeldung wird als blaues Licht solches Licht bezeichnet, dessen Emissionsmaximum zwischen 400 und 459 nm liegt, als cyan- farbenes Licht solches, dessen Emissionsmaximum zwischen 460 und 505 nm liegt, als grünes Licht solches, dessen Emissionsmaximum zwischen 506 und 545 nm liegt, als gelbes Licht solches, dessen Emissionsmaximum zwischen 546 und 565 nm liegt, als orange Licht solches, dessen Emissionsmaximum zwischen 566 und 600 nm liegt und als rotes Licht solches, dessen Emissionsmaximum zwischen 601 und 670 nm liegt.
Als weiterer Konversionsleuchtstoff, der zusammen mit der erfindungsgemäßen Verbindung eingesetzt werden kann, kann generell jeder mögliche Konversionsleuchtstoff eingesetzt werden. Dabei eignen sich beispielsweise: Ba2Si04:Eu2+, BaSi205:Pb2+, BaxSr1-xF2:Eu2+,
BaSrMgSi2O7:Eu2+, BaTiP2O7, (Ba,Ti)2P207:Ti, Ba3W06:U,
BaY2F8:Er3+,Yb+, Be2Si04:Mn2+, Bi4Ge3012, CaAI2O4:Ce3+, CaLa407:Ce3+, CaAI204:Eu2+, CaAI204:Mn2+, CaAI4O7:Pb2+, Mn2+, CaAI2O4:Tb3+,
Ca3AI2Si3O 2:Ce3+, Ca3AI2Si30i2:Ce3+, CasAbS O^Eu2*, Ca2B509Br:Eu2+, Ca2B5O9CI:Eu2+, Ca2B5O9CI:Pb2+, CaB204:Mn2+, Ca2B2O5:Mn2+,
CaB2O4:Pb2+, CaB2P2O9:Eu2+, Ca5B2SiOi0:Eu3+,
Cao.5Bao.5Ali2Oi9:Ce3+,Mn2+, Ca2Ba3(PO4)3CI:Eu2+, CaBr2:Eu2+ in Si02, CaCI2:Eu2+ in Si02) CaCI2:Eu2+,Mn2+ in Si02, CaF2:Ce3+, CaF2:Ce3+,Mn2+, CaF2:Ce3+,Tb3+, CaF2:Eu +, CaF2:Mn2+, CaF2:U, CaGa20 :Mn2+,
CaGa407:Mn2+, CaGa2S4:Ce3+, CaGa2S4:Eu2+, CaGa2S :Mn2+,
CaGa2S4:Pb2+, CaGeO3:Mn +, Cal2:Eu2+ in Si02, Cal2:Eu2+,Mn + in
SiO2, CaLaBO4:Eu3+, CaLaB307:Ce3+,Mn2+, Ca2La2B06.5:Pb2+, Ca2MgSi207, Ca2MgSi2O7:Ce3+, CaMgSi2O6:Eu2+, Ca3MgSi2O8:Eu2+, Ca2MgSi207:Eu2+, CaMgSi206:Eu2+,Mn2+, Ca2MgSi2O7:Eu2+,Mn2+, CaMo04, CaMo04:Eu3+, CaO:Bi3+, CaO:Cd2+, CaO:Cu+, CaO:Eu3+, CaO:Eu3+, Na+, CaO:Mn2+, CaO:Pb2+, CaO:Sb3+, CaO:Sm3+, CaO:Tb3+, CaO:TI, CaO:Zn2+,
Ca2P207:Ce3+, a-Ca3(PO4)2:Ce3+, ß-Ca3(PO4)2:Ce3+, Ca5(P04)3CI:Eu2+, Ca5(P04)3CI:Mn2+, Ca5(PO4)3CI:Sb3+, Ca5(P04)3CI:Sn2+,
ß-Ca3(P04)2:Eu2+,Mn2+, Ca5(P04)3F:Mn2+, Cas(PO4)3F:Sb3+, Cas(P04)3F:Sn24 a-Ca3(P04)2:Eu2+, ß-Ca3(P04)2:Eu2+, Ca2P207:Eu2+, Ca2P207:Eu2+,Mn2+, CaP2O6:Mn2+, a-Ca3(PO4)2:Pb2+, a-Ca3(P04)2:Sn2+, ß-Ca3(P04)2:Sn2+, ß-Ca2P207:Sn,Mn, a-Ca3(PO4)2:Tr, CaS:Bi3+, CaS:Bi3+,Na, CaS:Ce3+, CaS:Eu2+, CaS:Cu+,Na+, CaS:La3+, CaS:Mn2+, CaS04:Bi, CaS04:Ce3+, CaSO4:Ce3+,Mn2+, CaS0 :Eu2+, CaSO4:Eu2+,Mn2+, CaS04: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, CaS:Tb3+, CaS:Tb3+,CI, CaS:Y3+,
CaS:Yb2+, CaS:Yb2+,CI, CaSiO3:Ce3+, Ca3Si04CI2:Eu2+, Ca3Si04CI2:Pb +, CaSiO3:Eu2+, CaSiO3:Mn2+,Pb, CaSiO3:Pb2+, CaSi03:Pb2+,Mn2+, CaSi03:Ti4+ CaSr2(PO4)2:Bi3+, ß-(Ca,Sr)3(P04)2:Sn2+Mn2+, CaTi0.9AI0.iO3:Bi3+, CaTiO3:Eu3+, CaTiO3:Pr3+, Ca5(VO4)3CI, CaW04, CaW04:Pb2+, CaWO4:W, Ca3WO6:U, CaYAI04:Eu3+, CaYBO4:Bi3+, CaYBO4:Eu3+, CaYB0.8O3.7:Eu3+, CaY2ZrO6:Eu3+, (Ca,Zn,Mg)3(P04)2:Sn, CeF3, (Ce,Mg)BaAln018:Ce,
(Ce,Mg)SrAlnOi8:Ce, CeMgAlnOigiCe b, Cd2B6On :Mn2+, CdS:Ag+,Cr, CdS.ln, CdS:ln, CdS:ln,Te, CdS:Te, CdW04, CsF, Csl, Csl:Na+, Csl.TI, (ErCI3)0.25(BaCI2)o.75, GaN:Zn, Gd3Ga5Oi2:Cr3+, Gd3Ga5012:Cr)Ce,
GdNb04:Bi3+, Gd202S:Eu3+, Gd202Pr3+, Gd202S:Pr,Ce,F, Gd202S:Tb3+, Gd2SiO5:Ce3+, KAI 017:TI+, KGan0 7:Mn2+, K2La2Ti3O 0:Eu, KMgF3:Eu2+, KMgF3:Mn2+, K2SiF6:Mn +, LaAI3B40i2:Eu3+, LaAIB2O6:Eu3+, LaAI03:Eu3+, LaAIO3:Sm3+, LaAs04:Eu3+, LaBr3:Ce3+, LaBO3:Eu3+, (La,Ce,Tb)P04:Ce:Tb, LaCI3:Ce3+, La203:Bi3+, LaOBr:Tb3+, LaOBr:Tm3+, LaOCI:Bi3+, LaOCI:Eu3+, LaOF:Eu3+, La2O3:Eu3+, La2O3:Pr3+, La2O2S:Tb3+, LaP04:Ce3+, LaP04:Eu3+, LaSiO3CI:Ce3+, LaSi03CI:Ce3+,Tb3+, LaVO4:Eu3+, La2W3012:Eu3+,
LiAIF4:Mn2+, LiAI5O8:Fe3+, LiAIO2:Fe3+, LiAIO2:Mn2+, LiAI508:Mn2+,
Li2CaP2O7:Ce3+,Mn2+, LiCeBa4Si O14:Mn2+, LiCeSrBa3Si4Oi4:Mn2+,
LilnO2:Eu3+, Liln02:Sm3+, Lil_aO2:Eu3+, LuAI03:Ce3+, (Lu,Gd)2Si05:Ce3+, Lu2SiO5:Ce3+, Lu2Si2O7:Ce3+, LuTa04:Nb5+, Lu1-xYxAI03:Ce3+, MgAI204:Mn2+, gSrAI10Oi7:Ce, MgB204:Mn2+, gBa2(PO4)2:Sn2+, MgBa2(P0 )2:U,
MgBaP207:Eu +, MgBaP207:Eu2+,Mn2+, MgBa3Si208:Eu +, MgBa(S04)2:Eu2+, Mg3Ca3(PO4)4:Eu2+, MgCaP2O7:Mn2+, Mg2Ca(S04)3:Eu2+,
Mg2Ca(SO4)3:Eu2+,Mn2, MgCeAlnOi9:Tb3+, Mg4(F)Ge06:Mn2+,
Mg4(F)(Ge,Sn)O6:Mn2+, MgF2:Mn2+, MgGa204:Mn2+, Mg8Ge2OnF2:Mn4+, MgS:Eu2+, MgSi03:Mn2+, Mg2Si04:Mn2\ Mg3Si03F4:Ti4+, MgS04:Eu2+, MgSO4:Pb2+, MgSrBa2Si207:Eu2+, MgSrP207:Eu2+, MgSr5(P04)4:Sn2+, MgSr3Si208:Eu2+,Mn2+, Mg2Sr(S04)3:Eu2+, Mg2Ti04:Mn4+, MgW04,
MgYBO4:Eu3+, Na3Ce(PO4)2:Tb3+, Nal:TI, Na1.23Ko.42Euo.i2TiSi4Oii :Eu3+, Nai.23Ko.42Euo.i2TiSi5Oi3-xH2O:Eu3+, Nai.29Ko. 6 ro.o8 iSi Oii :Eu3+,
Na2Mg3AI2Si2O1o:Tbl Na(Mg2-xMnx)LiSi4O10F2:Mn, NaYF4:Er3+, Yb3+,
NaY02:Eu3+, P46(70%) + P47 (30%), SrAI120i9:Ce3+, Mn2+, SrAI204:Eu2+, SrAI407:Eu3+, SrAI120i9:Eu2+, SrAI2S4:Eu2+, Sr2B5O9CI:Eu2+,
SrB4O7:Eu2+(F,CI,Br), SrB4O7:Pb2+, SrB4O7:Pb2+, Mn2+, SrB8013:Sm2+, SrxBayClzAI2O4-z/2: Mn2+, Ce3+, SrBaSi04:Eu2+, Sr(CI,Br,l)2:Eu2+ in Si02, SrCI2:Eu2+ in SiO2, Sr5CI(PO4)3:Eu, SrwFxB406.5:Eu2+, SrwFxByOz:Eu2+,Sm2+, SrF2:Eu2+, SrGai20i9:Mn2+, SrGa2S4:Ce3+, SrGa2S4:Eu2+, SrGa2S4:Pb2+, Srln204:Pr3+, Al3+, (Sr,Mg)3(PO4)2:Sn, SrMgSi206:Eu2+, Sr2MgSi207:Eu2+, Sr3MgSi208:Eu2+, SrMo04:U, SrO-3B2O3:Eu2+,CI, ß-SrO-3B203:Pb2+, ß-SrO-3B203 :Pb2+,Mn2+, a-SrO-3B203:Sm2+, Sr6P5B02o:Eu, Sr5(P04)3CI:Eu2+, Sr5(P04)3CI:Eu2+,Pr3+, Sr5(P04)3CI:Mn2+, Sr5(P04)3CI:Sb3+, Sr2P207:Eu2+, ß-Sr3(P04)2:Eu2+, Sr5(PO4)3F:Mn2+, Sr5(P04)3F:Sb3+,
Sr5(PO4)3F:Sb3+,Mn2+, Sr5(P04)3F:Sn2+, Sr2P207:Sn2+, ß-Sr3(P04)2:Sn2+, ß-Sr3(PO4)2:Sn2+,Mn2+(AI), SrS:Ce3+, SrS:Eu2+, SrS:Mn2+, SrS:Cu+,Na, SrSO4:Bi, SrS0 :Ce3+, SrS04:Eu2+, SrS04:Eu2+,Mn2+, Sr5Si4OioCI6:Eu2+, Sr2SiO4:Eu2+, SrTi03:Pr3+, SrTi03:Pr3+,AI3+, Sr3W06:U, SrY203:Eu3+,
Th02:Eu3+, ThO2:Pr3+, Th02:Tb3+, YAI3B4O12:Bi3+, YAI3B4012:Ce3+,
YAI3B4O12:Ce3+,Mn, YAI3B4012:Ce3+,Tb3+, YAI3B4Oi2:Eu3+,
YAI3B40i2:Eu3+,Cr3+, YAI3B4Oi2:Th4+,Ce3+,Mn2+, YAI03:Ce3+, Y3AI5O12:Ce3+, Y3AI5O12:Cr3+, YAI03:Eu3+, Y3AI5O12:Eu3r, Y4AI209:Eu3+, Y3AI5Oi2:Mn + f YAI03:Sm3+, YAI03:Tb3+, Y3AI5O12:Tb3+, YAs04:Eu3+, YB03:Ce3+, YB03:Eu3+ YF3:Er3+,Yb3+, YF3:Mn2+, YF3:Mn2+,Th4+, YF3:Tm3+,Yb3+, (Y,Gd)B03:Eu, (Y,Gd)B03:Tb, (Y,Gd)203:Eu3+, Yi.34Gdo.6o03(Eu,Pr), Y203:Bi3+, YOBr:Eu3+, Y2O3:Ce, Y203:Er3+, Y203:Eu3+(YOE), Y2O3:Ce3+,Tb3+, YOCI:Ce3+,
YOCI:Eu3+, YOF:Eu3+, YOF:Tb3+, Y2O3:Ho3+, Y2O2S:Eu3+, Y202S:Pr3\
Y2O2S:Tb3+, Y2O3:Tb3+, YP0 :Ce3+, YPO4:Ce3+,Tb3+, YP04:Eu3+,
YP04:Mn2+,Th +, YP04:V5+, Y(P,V)04:Eu, Y2Si05:Ce3+, YTa04, YTa04:Nb5+, YVO4:Dy3+, YVO4:Eu3+, ZnAI2O4:Mn2+, ZnB204:Mn2+, ZnBa2S3:Mn2+,
(Zn,Be)2Si04:Mn2+, Zn0. Cd0.6S:Ag, Zn0.6Cd0.4S:Ag, (Zn,Cd)S:Ag,CI,
(Zn,Cd)S:Cu, ZnF2:Mn2+, ZnGa2O4l ZnGa20 :Mn2+, ZnGa2S4:Mn2+,
Zn2Ge04:Mn2+, (Zn,Mg)F2:Mn2+, ZnMg2(PO4)2:Mn2+, (Zn,Mg)3(P04)2:Mn2+, ZnO:AI3+,Ga3\ ZnO:Bi3+, ZnO:Ga3+, ZnO:Ga, ZnO-CdO:Ga, ZnO:S, ZnO:Se, ZnO:Zn, ZnS:Ag+,CI", ZnS:Ag,Cu,CI, ZnS:Ag,Ni, ZnS:Au,ln, ZnS-CdS (25- 75), ZnS-CdS (50-50), ZnS-CdS (75-25), ZnS-CdS:Ag,Br,Ni, ZnS- CdS:Ag+,CI, ZnS-CdS:Cu,Br, ZnS-CdS:Cu,l, ZnS:CI", ZnS:Eu2+, ZnS:Cu, ZnS:Cu+,AI3+, ZnS:Cu+,CI", ZnS:Cu,Sn, ZnS:Eu2+, ZnS:Mn +, ZnS:Mn,Cu, ZnS:Mn2+,Te2+, ZnS:P, ZnS:P3-,Cr, ZnS:Pb2+, ZnS:Pb2+,Cr, ZnS:Pb,Cu, Zn3(P04)2:Mn2+, Zn2Si04:Mn2\ Zn2Si04:Mn2+,As5+, Zn2Si04:Mn,Sb202, Zn2SiO4:Mn +,P, Zn2Si04:Ti4+, ZnS:Sn2+, ZnS:Sn,Ag, ZnS:Sn2+,Li+,
ZnS:Te,Mn, ZnS-ZnTe:Mn2+, ZnSe:Cu\CI oder ZnW04.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Emissions-konvertierenden Materials in einer Lichtquelle. Besonders bevorzugt ist die Lichtquelle eine LED, insbesondere eine phosphorkonvertierte LED, kurz pc-LED. Hierbei ist es besonders bevorzugt, dass das Emissions-konvertierende Material neben dem erfindungsgemäßen Konversionsleuchtstoff mindestens einen weiteren Konversionsleuchtstoff umfasst, insbesondere so, dass die Lichtquelle weißes Licht oder Licht mit einem bestimmten Farbpunkt (Color-on- demand-Prinzip) emittiert. Unter„Color-on-demand-Prinzip" versteht man die Realisierung von Licht eines bestimmten Farbpunktes mit einer pc-LED unter Einsatz eines oder mehrerer Konversionsleuchtstoffe.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit eine Lichtquelle, die eine Primärlichtquelle und das Emissions-konvertierende
Material umfasst.
Auch hier ist es insbesondere bevorzugt, dass das Emissions-konvertierende Material neben dem erfindungsgemäßen Konversionsleuchtstoff mindestens einen weiteren Konversionsleuchtstoff umfasst, so dass die Lichtquelle vorzugsweise weißes Licht oder Licht mit einem bestimmten Farbpunkt emittiert.
Die erfindungsgemäße Lichtquelle ist vorzugsweise eine pc-LED. Eine pc- LED enthält in der Regel eine Primärlichtquelle und ein Emissions-konver- tierendes Material. Das erfindungsgemäße Emissions-konvertierende Material kann hierfür entweder in einem Harz dispergiert (z.B. Epoxy- oder Siliconharz) oder bei geeigneten Größenverhältnissen direkt auf der
Primärlichtquelle oder aber von dieser, je nach Anwendung, entfernt angeordnet sein (letztere Anordnung schließt auch die "Remote Phosphor Technology" mit ein).
Die Primärlichtquelle kann ein Halbleiterchip, eine lumineszente Lichtquelle, wie ZnO, eine sogenanntes TCO (Transparent Conducting Oxide), eine ZnSe oder SiC basierende Anordnung, eine auf einer organischen Lichtemittierenden Schicht basierende Anordnung (OLED) oder eine Plasmaoder Entladungsquelle sein, am stärksten bevorzugt ein Halbleiterchip.
Dem Fachmann sind mögliche Formen von derartigen Primärlichtquellen bekannt. Ist die Primärlichtquelle ein Halbleiterchip, so handelt es sich vorzugsweise um ein lumineszentes Indium-Aluminium-Gallium-Nitrid (InAIGaN), wie es im Stand der Technik bekannt ist.
Das erfindungsgemäße Emissions-konvertierende Material kann zum Einsatz in Lichtquellen, insbesondere pc-LEDs, auch in beliebige äußere Formen wie sphärische Partikel, Plättchen sowie strukturierte Materialien und Keramiken überführt werden. Diese Formen werden unter dem Begriff "Formkörper" zusammengefasst. Folglich handelt es sich bei den Formkörpern um Emissions-konvertierende Formkörper.
Ein weiterer Erfindungsgegenstand ist eine Beleuchtungseinheit, die mindestens eine erfindungsgemäße Lichtquelle enthält. Solche Beleuchtungseinheiten werden hauptsächlich in Anzeigevorrichtungen, insbesondere Flüssigkristallanzeigevorrichtungen (LC-Display) mit einer Hintergrundbeleuchtung eingesetzt. Daher ist auch eine derartige Anzeigevorrichtung Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
In der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit erfolgt die optische An- kopplung zwischen dem Emissions-konvertierenden Material und der Primärlichtquelle (insbesondere Halbleiterchips) vorzugsweise durch eine lichtleitende Anordnung. Dadurch ist es möglich, dass an einem zentralen Ort die Primärlichtquelle installiert wird und diese mittels lichtleitender Vorrichtungen, wie beispielsweise lichtleitenden Fasern, an das Emissions- konvertierende Material optisch angekoppelt ist. Auf diese Weise lassen sich den Beleuchtungswünschen ängepasste Leuchten bestehend aus einem oder mehreren unterschiedlichen Konversionsleuchtstoffen, die zu einem Leuchtschirm angeordnet sein können, und einem Lichtleiter, der an die Primärlichtquelle angekoppelt ist, realisieren. Dadurch ist es möglich, eine starke Primärlichtquelle an einem für die elektrische Installation günstigen Ort zu platzieren und ohne weitere elektrische Verkabelung, nur durch Verlegung von Lichtleitern an beliebigen Orten, Leuchten aus
Emissions-konvertierenden Materialien, die an die Lichtleiter gekoppelt sind, zu installieren. Die folgenden Beispiele und Figuren sollen die vorliegende Erfindung verdeutlichen. Sie sind jedoch keinesfalls als limitierend zu betrachten.
Beschreibung der Figuren
Figur 1 : Emissionsspektren von LuAG.Ce, hergestellt gemäß Beispie! 1 ohne Zusatz eines Flussmittels (Kurve 1), gemäß Beispiel 4 mit der erfindungsgemäßen Flussmittelkombination SrCI2 + S1O2 (Kurve 2), gemäß Beispiel 2 mit AIF3 als Flussmittel (Kurve 3) und gemäß Beispiel 3 mit BaF2 als Flussmittel (Kurve 4). Dabei enthält das LuAG:Ce je nach Herstellungsverfahren in der Gitterstruktur noch Ionen des Flussmittels, also beispielsweise in Beispiel 4 (Kurve 2) Sr und Si.
Figur 2: Emissionsspektren der pcLEDs aus Beispiel 6 und 7.
Beispiele:
Allgemeine Vorschrift zur Messung der Emission
Die Messung der Pulveremissionsspektren erfolgt durch das folgende allgemeine Verfahren: Eine Leuchtstoff-Pulverschüttung mit einer Tiefe von 5 mm, deren Oberfläche mit einem Glasplättchen glatt gestrichen ist, wird in die Integrationskugel eines Fluoreszenzspektrometers Edinburgh
Instruments FL 920 mit einer Xenonlampe als Anregungslichtquelle bei einer Wellenlänge von 450 nm bestrahlt und die Intensität der emittierten Fluoreszenzstrahlung in einem Bereich von 465 nm bis 800 nm in 1 nm Schritten gemessen.
Beispiel 1 : Darstellung von LuAG:Ce ohne Flussmittelzusatz (Kurve 1 in Figur 1 und 2, Vergleichsbeispiel)
657,9 g Ammoniumhydrogencarbonat werden bei 25 °C in 6800 ml VE- Wasser gelöst. 241 ,6 g Lutetiumchlorid Hexahydrat, 1 ,47 g Cerchlorid Heptahydrat und 258,7 g Aluminiumchlorid Hexahydrat werden in 1020 ml VE-Wasser gelöst. Die entstandene Lösung wird innerhalb von 45 Min. zur vorher dargestellten Hydrogencarbonatlösung getropft und 60 Min. nachgerührt. Anschließend wird der resultierende Niederschlag abgesaugt und unter Vakuum bei 120 °C getrocknet. Der so dargestellte Precursor wird 4 h auf der Rollenbank zerkleinert. Anschließend wird das Material 8 h bei 1200 °C vorkalzininiert. Nach dem Vorkalzinieren wird das Produkt in 1- molarer Salzsäure gewaschen. Pro Gramm vorkalzinierter Precursor werden 4 ml HCl hinzugesetzt und 20 min gerührt. Der Feststoff wird erneut abgesaugt und mit 12 ml_ VE-Wasser pro g nachgewaschen. Nach erneuter Trocknung werden 50 g des Materials 4 h bei einer Temperatur von 1350 °C und unter einer Argon/Wasserstoffatmosphäre zum Leuchtstoff umgesetzt.
Beispiel 2: Darstellung von LuAG:Ce unter Zusatz von AIF3 (Kurve 3 in Figur 2, Vergleichsbeispiel)
50 g des unter 1.) dargestellten, vorkalzinierten und gewaschenen Pre- cursors werden mit 0,5 g AIF3 vermischt und 4 h bei einer Temperatur von 1350 °C und unter einer Argon/Wasserstoffatmosphäre zum Leuchtstoff umgesetzt.
Beispiel 3 Darstellung von LuAG:Ce unter Zusatz von BaF2 (Kurve 4 in Figur 2, Vergleichsbeispiel)
50 g des unter 1.) dargestellten, vorkalzinierten und gewaschenen Pre- cursors werden mit 1 ,75 g BaF2 vermischt und 4 h bei einer Temperatur von 1350 °C und unter einer Argon/Wasserstoffatmosphäre zum Leuchtstoff umgesetzt.
Beispiel 4: Darstellung von LuAG:Ce bzw. Lu2,88Ce0,o2Sro,iAl4,9Sio,iOi2 unter Verwendung der erfindungsgemäßen Flussmittelkombination (Kurve 2 in Figur 1 und 2)
363 ml Ethanol, 136 ml VE-Wasser und 54,4 ml Tetraethylorthosilikat werden vorgelegt. Unter Rühren werden 84,8 ml einer 25 %igen
Ammoniaklösung innerhalb von 30 s zugegeben. Die entstandene S1O2- Suspension wird noch 60 min. nachgerührt. Anschließend wird durch Zugabe von 100 ml 25 %iger Salzsäure ein pH-Wert von 7 eingestellt.
860,2 g Ammoniumhydrogencarbonat werden unter Erwärmen und Rühren 4800 ml VE-Wasser gelöst, anschließend wird die Si02-Suspension zuge- geben. 207,7 g Lutetiumchlorid Hexahydrat, 4,1 g Cerchlorid Heptahydrat, 262,7 g Aluminiumchlorid Hexahydrat und 72,5 g Strontiumchlorid-Hexa- hydrat werden in 960 ml VE-Wasser gelöst. Die entstandene Lösung wird innerhalb von 40 Minuten zur Hydrogencarbonat-Si02-Suspension zugetropft und 30 Min. nachgerührt. Anschließend wird der Feststoff abgesaugt und im unter Vakuum bei 120 °C getrocknet. Der so dargestellte Precursor wird 4 h bei 1100 °C an Luft vorkalzininiert. Nach dem Vorkalzinieren wird das Produkt kurz gemörsert und anschließend 4 h bei einer Temperatur von 1350 °C und unter einer Argon/Wasserstoffatmosphäre (90:10 v:v) zum Leuchtstoff umgesetzt. Das Produkt weist die Zusammensetzung
Lu2,88Ceo,o2Sro,iAl4,9Sio,iOi2 auf, wobei die Massenanteile der Kationen mittels ICP-OES bestimmt wurden.
Beispiel 5: Allgemeine Vorschrift: Herstellung und Messung von pcLEDs
Eine Masse von mLs (in g) des im jeweiligen LED-Beispiel aufgeführten Leuchtstoffs wird abgewogen, mit msnikon (in g) eines optisch transparenten Silikons versetzt und anschließend in einem Planeten-Zentrifugalmischer homogen vermischt, so dass die Leuchtstoffkonzentration in der Gesamtmasse CLS (in Gew.-%) beträgt. Das so erhaltene Silikon-Leuchtstoff- Gemisch wird mit Hilfe eines automatischen Dispensers auf den Chip einer blauen Halbleiter-LED aufgebracht und unter Wärmezufuhr ausgehärtet. Die in den vorliegenden Beispielen für die LED-Charakterisierung verwendeten blauen Halbleiter-LEDs weisen eine Emissionswellenlänge von 442 nm auf und werden mit 350 mA Stromstärke betrieben. Die lichttechnische Charakterisierung der LED erfolgt mit einem Spektrometer der Fa.
Instrument Systems - Spektrometer CAS 140 und einer damit verbundenen Integrationskugel ISP 250. Charakterisiert wird die LED über die Ermittlung der wellenlängenabhängigen spektralen Leistungsdichte. Das so erhaltene Spektrum des von der LED emittierten Lichts wird zur Berechnung der Farbpunktkoordinaten CIE x und y und des Lichtstroms Φν (in Im) verwendet. Beispiel 6: Herstellung einer pc-LED unter Einsatz des erfindungs-
Figure imgf000021_0001
Beispiel 7: Herstellung einer pc-LED unter Einsatz des LuAG:Ce-
Figure imgf000021_0002
In den oben aufgeführten LED-Beispielen 6 und 7 konnten die Leuchtstoffkonzentrationen nicht identisch gewählt werden, da nur bei unterschiedlichen Leuchtstoffkonzentrationen ähnliche Farbkoordinaten erhalten werden, die sich miteinander vergleichen lassen.
Wie man sieht, weist die LED aus Beispiel 6 einen höheren Lichtstrom Φν (in Im) bei vergleichbaren Farbkoordinaten und somit eine höhere Effizienz auf.

Claims

Patentansprüche
1. Verbindung gemäß Formel (1),
(LULVM'V) 3-X-Z (EA)z (AI1-yGay)5-z (Si1-wGew)z Oi 2 : Ce3+ X Formel (1 ) wobei für die verwendeten Symbole und Indizes gilt:
M' ist Y, Tb, Gd oder eine Mischung dieser Metalle;
EA ist Ca, Sr, Ba oder eine Mischung dieser Metalle;
0 < x < 0,50;
0 < y < 0,40;
0,01 < z < 0,5;
0 < w < 1 ;
0 < v < 1.
2. Verbindung nach Anspruch 1 gemäß Formel (1 a), ( b) oder (1 c),
Lu 3-x-z (EA)Z (A .yGayJs-z (Si1-wGew)z O12 : Ce3+ X Formel (1a)
(LULVM'V) 3-X-Z (EA)z Als-z (Si1-wGew)z 012 : Ce3+ X Formel (1 b)
(Lui.vM'v) 3-x-z (EA)z (AI1 -yGay)5-z Siz O12 : Ce3+ X Formel (1 c) wobei die verwendeten Symbole und Indizes die in Anspruch 1 genannten Bedeutungen aufweisen.
3. Verbindung nach Anspruch 1 oder 2 gemäß Formel (2a) oder (2b), (Lui-vM'v) 3-x-z (EA)Z Als-z Siz Oi2 : Ce3+ X Formel (2a)
Lu 3-x-z (EA)Z Al5-Z Siz 0^2 : Ce3+ X Formel (2b) wobei die verwendeten Symbole und Indizes die in Anspruch 1 genannten Bedeutungen aufweisen.
4. Verbindung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass EA ausgewählt ist aus Sr und/oder Ba.
5. Verbindung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für x gilt: 0,01 < x < 0,15.
6. Verbindung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für z gilt: 0,01 < z < 0,25.
7. Verfahren zur Herstellung eines Cer-dotierten Granats, dadurch
gekennzeichnet, dass das Verfahren über eine nasschemisch hergestellte Vorstufe erfolgt und eine Silicium- oder Germanium-haltige Verbindung und ein Erdalkalihalogenid zugesetzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Cer- dotierte Granat eine Verbindung der Formel (3) oder (4) ist,
M3-x(AI1-yGay)50i2 : Ce3+ X Formel (3)
M3-x-z(EA)z(AI1-yGay)5-z(Sii-wGew)zOi2 : Ce3+ X Formel (4) wobei für die verwendeten Symbole und Indizes gilt:
M ist Lu, Y, Tb, Gd oder eine Mischung dieser Metalle;
EA ist Mg, Ca, Sr, Ba oder eine Mischung dieser Metalle;
0 < x < 0,50;
0 < y < 0,40;
0,01 < z < 0,5;
0 < w < 1 ; dabei kann in Formel (3) auch ein Teil der Ionen M durch ein Erdalkalimetall, ausgewählt aus Mg, Ca, Sr und/oder Ba, ersetzt sein und gleichzeitig ein gleicher Anteil von AI bzw. Ga durch Si oder Ge ersetzt sein.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Silicium-haltige bzw. Germanium-haltige Verbindung eine Siliciumdi- oxid- bzw. Germaniumdioxid-Suspension oder eine Vorstufe davon, ausgewählt aus Tetraalkylorthosilicaten, wobei die Alkylgruppen gleich oder verschieden bei jedem Auftreten 1 bis 10 C-Atome aufweisen, oder Siliciumhalogeniden bzw. Tetraalkylorthogermanaten, wobei die Alkylgruppen gleich oder verschieden bei jedem Auftreten 1 bis 10 C- Atome aufweisen, oder Germaniumhalogeniden.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Erdalkalihalogenid CaCI2, SrC und/oder BaCI2 eingesetzt wird.
11. Verbindung erhältlich nach einem Verfahren gemäß einem oder
mehreren der Ansprüche 7 bis 10.
12. Emissionskonvertierendes Material umfassend eine Verbindung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 oder 11 und optional einen oder mehrere weitere Konversionsleuchtstoffe.
13. Verwendung einer Verbindung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 6 oder 11 oder eines emissionskonvertierenden
Materials nach Anspruch 12 als Leuchtstoff oder Konversionsleuchtstoff zur teilweisen oder vollständigen Konversion von Licht in Licht mit größerer Wellenlänge.
14. Lichtquelle, enthaltend eine Primärlichtquelle und mindestens eine
Verbindung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 oder 11 oder ein emissionskonvertierendes Material nach Anspruch 12.
15. Lichtquelle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die
Primärlichtquelle ein lumineszentes IndiumAluminiumGalliumNitrid, insbesondere der Formel InjGajAlkN, wobei 0 < i, 0 < j, 0 < k, und i+j+k=1 ist oder eine lumineszente auf ZnO, TCO (transparent conducting oxide) oder SiC basierende Anordnung oder eine Plasmaoder Entladungsquelle.
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