WO2018029299A1 - Leuchtstoff und verfahren zur herstellung eines leuchtstoffs - Google Patents

Leuchtstoff und verfahren zur herstellung eines leuchtstoffs Download PDF

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WO2018029299A1
WO2018029299A1 PCT/EP2017/070329 EP2017070329W WO2018029299A1 WO 2018029299 A1 WO2018029299 A1 WO 2018029299A1 EP 2017070329 W EP2017070329 W EP 2017070329W WO 2018029299 A1 WO2018029299 A1 WO 2018029299A1
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phosphor
sio
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combinations
metals
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PCT/EP2017/070329
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Markus SEIBALD
Dominik BAUMANN
Tim Fiedler
Stefan Lange
Hubert HUPPERTZ
Daniel DUTZLER
Thorsten Schröder
Daniel Bichler
Gudrun PLUNDRICH
Simon PESCHKE
Gregor HOERDER
Gina ACHRAINER
Klaus Wurst
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Osram Gmbh
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    • 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
    • C09K11/7728—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing europium
    • C09K11/77346—Aluminium Nitrides or Aluminium Oxynitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

Definitions

  • the invention relates to a luminophore and to a method for producing a luminophore.
  • This patent application claims the priority of German Patent Applications 10 2016 114 993.4 and 10 2016 121 692.5, the disclosure of which is hereby incorporated by reference.
  • Phosphors that can be efficiently excited with ultraviolet, blue, or green primary radiation and that have efficient emission in the blue, green, yellow, red, or deep red spectral region are of the greatest
  • LEDs light emitting diodes
  • Conversion LEDs are used for many applications, such as general lighting, display backlighting,
  • M 2 Si 5 N 8 Eu
  • MAlSiN 3 Eu
  • Phosphors is the relatively large half width of the
  • Emission wavelength For example, an emission in the red spectral range can not be achieved.
  • Adjustability of the emission wavelength for example, an emission in the red spectral range can not be achieved.
  • the phosphors show a thermal quenching behavior and are not very robust.
  • Oxonitridosilicates and SiAlONes of the formula MSi 2 O 2 N 2 : Eu, Si 6- z Al z O z N 8-z : RE or Si 6-x Al z O y N 8-y : RE z (RE metal of the rare Earths) emit radiation in the blue to yellow
  • Emission wavelength for example, a narrowband emission in the green and yellow spectral range can not be achieved.
  • these phosphors are expensive in the
  • the object of the present invention is to:
  • the phosphor has the general empirical formula: (MA) a (MB) b (MC) c (MD) d (TA) e (TB) f (TC) g (TD) h (TE) i (TF) j (XA ) k (XB) l (XC) m (XD) n.
  • MA is selected from the group of monovalent metals
  • MB is selected from a group of divalent metals
  • MC is selected from a group of tri-valent metals
  • MD is composed of a Group of tetravalent ones
  • TA is selected from a group of monovalent metals
  • TB is selected from a group of divalent metals
  • TC is selected from a group of trivalent metals
  • TD is selected from a group of
  • TE is selected from a group of pentavalent elements
  • TF is selected from a group of hexavalent elements
  • XA is selected from a group of elements comprising halogens
  • XB is selected from a group of elements comprising O, S and combinations thereof
  • the phosphor within its molecular formula comprises at least Eu, Ce, Yb and / or Mn. Eu, Ce, Yb and / or Mn serve as activators of the
  • the phosphor can in particular have the following formula:
  • Impurities taken together should preferably have at most one part by weight of the phosphor of at most 1 part per thousand or 100 ppm (parts per million) or 10 ppm. According to at least one embodiment applies to the
  • MA a (MB) b (MC) c (MD) d (TA) e (TB) f (TC) g (TD) h (TE) i (TF) j (XA) k (XB) 1 (XC ) m (XD) n : E: 0 ⁇ m ⁇ 0.875 v and / or v ⁇ l> 0.125 v.
  • the assignment of the elements to MA, MB, MC, MD, TA, TB , TC , TD, TE, TF is in particular due to their arrangement within the crystal structures of the phosphors.
  • TA, TB, TC, TD, TE and / or TF are surrounded by XA, XB, XC and / or XD and the resulting structural units are linked via common corners and edges.
  • the corner and edge linking of the units form in particular cavities or Channels in which MA, MB, MC and / or MD are arranged.
  • the phosphor has the following general empirical formula:
  • MA is selected from a group of monovalent metals comprising Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag and combinations thereof;
  • - MB is selected from a group of divalent metals including Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Mn, Eu, Yb, Ni, Fe, Co and
  • - TA is selected from a group of monovalent metals comprising Li, Na, Cu, Ag and combinations thereof
  • - TB is selected from a group of divalent metals including Mg, Zn, Mn, Eu, Yb, Ni and combinations thereof
  • - TC is selected from a group of trivalent metals comprising B, Al, Ga, In, Y, Fe, Cr, Sc, rare earths and combinations thereof,
  • TD is selected from a group of tetravalent metals comprising Si, Ge, Sn, Mn, Ti, Zr, Hf, Ce and combinations thereof,
  • XB is selected from a group of elements comprising O, S and combinations thereof,
  • the phosphor contains in particular within its empirical formula at least Eu, Ce, Yb and / or Mn and has in particular the
  • - MA is from a group of monovalent metals
  • MB is selected from a group of divalent metals comprising Mg, Ca, Sr, Ba, Eu and combinations thereof;
  • TA is one of a group of monovalent metals
  • TB is selected from a group of divalent metals that includes Eu,
  • - TC is from a group of trivalent metals
  • - TD is from a group of tetravalent metals
  • MA, MB, MC, MD, TA, TB, TC, TD, TE and TF are the corresponding monovalent, divalent, trivalent, tetravalent
  • MA and TA have the oxidation state +1, MB and TB the
  • XA, XB, XC and XD are the anions of the corresponding elements.
  • XA preferably has the oxidation state -1, XB the
  • WO 2013/175336 A1 describes a new family of red-emitting phosphors which have an emission with small half-value widths. The phosphors disclosed there have a share of at least 87.5%
  • Emission peaks short FWHM or full-width at half maximum, understood.
  • the emission peak is understood as the peak with the maximum intensity.
  • the phosphors have a high absorption capacity in the UV range to green range, in particular between 300 nm and 500 nm or between 300 nm and 460 nm, preferably between 300 nm and 430 nm or 300 nm and 450 nm, and can thus be efficiently with excite a primary radiation in this wavelength range.
  • the primary radiation can be from the luminescent whole (full conversion) or partial (partial conversion) into a longer-wave radiation, too
  • the inventors have discovered that themselves
  • Peak wavelength and / or the half-width of the phosphor by combinations or substitutions of the metals or elements MA, MB, MC, MD, TA, TB, TC, TD, TE, TF, XA, XC, XD and / or XB. So it became a possibility
  • the phosphors can have very narrow half-value widths, for example below 50 nm, below 30 nm or below 20 nm, which makes the phosphors suitable for many applications, for example for
  • peak wavelength refers to the wavelength in the emission spectrum at which the maximum intensity lies in the emission spectrum. According to at least one embodiment applies to the
  • the phosphor then has the following empirical formula:
  • the phosphor has only nitrogen and oxygen, nitrogen and sulfur or nitrogen, sulfur and oxygen, preferably only nitrogen and oxygen, as anions. However, it is not excluded that further, including anionic elements are present in the form of impurities.
  • the phosphor has the general empirical formula (MA) a (MB) b (TA) e (TD) h (XB) 1 (XC) m : E up. The following applies:
  • - MA is from a group of monovalent metals
  • MA is selected from a group of monovalent metals comprising Li, Na, K, Rb, Cs and combinations thereof.
  • MB is selected from a group of divalent metals including Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Mn, Eu, Yb, Ni, Fe, Co and
  • Particularly preferred TA is selected from a group of monovalent metals which include Li, Na and
  • TA Li
  • - TD is from a group of tetravalent metals
  • the phosphor has the general empirical formula
  • - MA is from a group of monovalent metals
  • MA is from a group of
  • monovalent metals selected, the Li, Na, K, Rb and
  • MB is selected from a group of divalent metals including Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Mn, Eu, Yb, Ni, Fe, Co and
  • Preferred is selected from a group of divalent metals which include Mn, Eu, Yb and
  • MB Eu or a combination of Eu with Mn and / or Yb,
  • - TA is from a group of monovalent metals which comprises Li, Na, Cu, Ag and combinations thereof.
  • TA is selected from a group of monovalent metals comprising Li, Na, and combinations thereof.
  • - TD is from a group of tetravalent metals
  • XB is selected from a group of elements comprising O, S and combinations thereof.
  • XB O.
  • the phosphor has the general empirical formula
  • MA is selected from a group of monovalent metals comprising Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag and combinations thereof;
  • MB is selected from a group of divalent metals including Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Mn, Eu, Yb, Ni, Fe, Co and
  • - TA is selected from a group of monovalent metals comprising Li, Na, Cu, Ag and combinations thereof
  • - TC is selected from a group of trivalent metals containing B, Al, Ga, In, Y, Fe, Cr, Sc, rare earths and combinations thereof
  • TD is selected from a group of tetravalent metals comprising Si, Ge, Sn, Mn, Ti, Zr, Hf, Ce and combinations thereof
  • XB is selected from a group of elements comprising O, S and combinations thereof,
  • E Eu, Ce, Yb and / or Mn.
  • E Eu, Ce, Yb and / or Mn.
  • the phosphor only nitrogen and oxygen, nitrogen and sulfur or nitrogen, sulfur and oxygen, preferably only nitrogen and oxygen, as anions.
  • the phosphor has the general empirical formula
  • MA is selected from a group of monovalent metals comprising Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag and combinations thereof;
  • MB is selected from a group of divalent metals comprising Mg, Ca, Sr, Ba, Eu and combinations thereof
  • - TA is selected from a group of monovalent metals comprising Li, Na, Cu, Ag and combinations thereof
  • TC is selected from a group of trivalent metals comprising B, Al, Ga and combinations thereof
  • TD is selected from a group of tetravalent metals comprising Si, Ge and combinations thereof
  • E Eu, Ce, Yb and / or Mn.
  • m ⁇ 3.5 or 1> 0.5. It is therefore an electroneutral phosphor containing only nitrogen and oxygen as anions.
  • the phosphor has the general empirical formula
  • MA is selected from a group of monovalent metals comprising Li, Na, K and combinations thereof,
  • phosphor contains at least Eu, Ce, Yb and / or Mn.
  • the phosphor is an oxide, that is, only oxygen is present as an anionic element in the phosphor.
  • Phosphor then has one of the following general
  • x 0, 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6; 0.7; 0.8; 0.9 or 1, preferably 0 ⁇ x ⁇ 1,
  • x 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6; 0.7; 0.8 or 0.9,
  • x' 0, 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6; 0.7; 0.8; 0.9 or 1, preferably 0 ⁇ x ' ⁇ 1,
  • x ' 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6; 0.7; 0.8 or 0.9,
  • x 0, 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6; 0.7; 0.8; 0.9 or 1, preferably 0 ⁇ x ⁇ 1,
  • x " 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6; 0.7; 0.8 or 0.9,
  • E is selected from a group comprising Eu, Ce, Yb, Mn and combinations thereof.
  • E can also be referred to as an activator.
  • the activator and in particular its environment in the host lattice are for the luminescence, in particular the
  • the phosphor is an oxide or oxonitride, preferably an oxonitride, and therefore has in its empirical formula only oxygen or oxygen and nitrogen as anionic elements.
  • the phosphor can have one of the following general empirical formulas: (MA) 1-y (TB) y (TA) 3-2y (TC) 3y (TD) 1-y (XB) 4-4y (XC) 4y : E,
  • y 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6; 0.7 or 0.8, most preferably 0 ⁇ y ⁇ 0.4,
  • y' 0, 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6; 0.7; 0.8; 0.9; 1.0; 1.1; 1.2; 1.3; 1.4; 1.5; 1.6; 1.7; 1.8; 1.9 or 2.0, preferably 0 ⁇ y ' ⁇ 1.75, especially
  • y '' 0, 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6; 0.7; 0.8; 0.9; 1.0; 1.1; 1.2; 1.3; 1.4; 1.5; 1.6; 1.7; 1.8; 1.9; 2.0; 2.1; 2.2; 2.3; 2.4; 2.5; 2.6; 2.7; 2.8; 2.9 or 3.0, preferably 0 ⁇ y " ⁇ 3, particularly preferably 0 ⁇ y" ⁇ 1.9,
  • w' '' 0, 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6; 0.7; 0.8; 0.9 or 1, preferably 0 ⁇ w '' ' ⁇ 1,
  • w' 0, 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6; 0.7; 0.8; 0.9 or 1, preferably 0 ⁇ w ' ⁇ 1,
  • w 0, 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6; 0.7; 0.8; 0.9 or 1, preferably 0 ⁇ w '' ⁇ 1 and E is selected from a group comprising Eu, Ce, Yb, Mn and
  • E is selected from a group comprising Eu, Ce, Yb, Mn and combinations thereof.
  • E is Eu 3+ , Eu 2+ , Ce 3+ , Yb 3+ , Yb 2+ and / or Mn 4+ .
  • the metals or elements MA, MB, TA, TB, TC, TD, XC and / or XB form the host lattice for the luminescent substances, E can be lattice sites of MA, MB, TA, TB, TC and / or TD, preferably of MA, partially replacing, or
  • Interstitial spaces occupy.
  • the activators Eu, Ce, Yb and / or Mn in particular Eu or Eu in combination with Ce, Yb and / or Mn, particularly well the color locus of the phosphor in the CIE color space, the peak wavelength ⁇ peak or
  • Dominance wavelength ⁇ dom, and the half width can be set.
  • the dominant wavelength is one way of spectral non-spectral (polychromatic) light mixtures
  • the point of intersection closer to said color represents the dominant wavelength of the color as the wavelength of the pure spectral color at it
  • the activator E in mol% amounts between 0.1 mol% to 20 mol%, 1 mol% to 10 mol%, 0.5 mol% to 5 mol%, 2 mol% to 5 mol%, to be available. Too high concentrations of E can lead to a loss of efficiency due to concentration quenching.
  • % by mole of the activator E, in particular Eu in particular in terms of mol% data based on the molar proportions of MA, MB, MC and MD in the respective phosphor understood.
  • the phosphor has one of the following general empirical formulas:
  • MA, E, x, x ', x ", z and z' are as defined above.
  • LiSi may at least partially be replaced by ZnAl or MgAl and a phosphor of the formula (MA) Li 3-x Si 1-x Zn x Al is obtained x O 4 : E or
  • (MA) Li 3-x Si 1-x Mg x Al x O 4 : E Starting from the phosphor of the empirical formula (MA) Li 3 SiO 4 : E, according to at least one embodiment (MA) Si may be at least partially replaced by CaAl and one obtains
  • LiSi Phosphor of the formula (MA) 1-x ' Ca x' Li 3 Si 1-x ' Al x' O 4 : E.
  • LiSi can at least partially be replaced by CaMg 2 and one obtains
  • Li 2 Si may at least partially be replaced by Mg 3 and one obtains
  • Phosphor of the formula (MA) Li 3-2z Mg 3z Si 1-z O 4 : E Starting from the phosphor of the empirical formula (MA) Li 3 SiO 4: E, according to at least one embodiment, Si 2 can be at least partially replaced by AlP and you get one
  • Phosphor of formula (MA) Li 3 Si 1-2z ' Al z' P z ' O 4 : E.
  • the phosphor has one of the following general empirical formulas:
  • Li 3 SiO 4 can be at least partially replaced by CaLiAl 3 N 4 and a phosphor of the formula (MA) 1-y * is obtained.
  • MA is selected from a group of monovalent metals comprising Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag and combinations thereof, and E is selected from a group comprising Eu, Ce, Yb, Mn and combinations thereof.
  • Oxonitridolithoalumosilikat phosphor It is 0 ⁇ y * ⁇ 0.875, preferably 0 ⁇ y * ⁇ 0.5, more preferably 0 ⁇ y * ⁇ 0.3, most preferably 0 ⁇ y * ⁇ 0.1.
  • y * 0.01; 0.02; 0.03; 0.04 or 0.05.
  • Li 3 SiO 4 may be at least partially replaced by SrLiAl 3 N 4 and a phosphor of the formula ## STR5 ## is obtained
  • MA is selected from a group of monovalent metals comprising Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag and combinations thereof, and E is selected from a group consisting of Eu, Ce, Yb, Mn and
  • Li 3 SiO 4 can be at least partially replaced by EuLiAl 3 N 4 and a phosphor of the formula (MA) 1-y * is obtained.
  • MA is selected from a group of monovalent metals comprising Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag and combinations thereof, and E is from a
  • the phosphor is an oxonitridol aluminosilicate phosphor.
  • LiO 2 may be at least partially replaced by AlN 2 and one obtains
  • LiO may at least partially be replaced by MgN and one obtains
  • (MA) O may at least partially be replaced by CaN and one obtains
  • LiSiO may be at least partially replaced by Al 2 N and one obtains
  • Li 3 SiO 2 may be at least partially replaced by CaAl 2 N 2 and obtained a phosphor of the formula (MA) 1-w 'Ca w''Li 3-w''Si 1-w' 2w Al '' O 4- 2w '' N 2w '': e.
  • MA is selected from a group of monovalent metals comprising Li, Na, K, Rb, Cs, and combinations thereof.
  • the phosphor has one of the following general empirical formulas:
  • the phosphor has one of the following general empirical formulas:
  • r 0; 0.05; 0.1; 0.15; 0.2; 0.25; 0.3; 0.35, 0.4; 0.45; 0.5; 0.55; 0.6; 0.65; 0.7; 0.75; 0.8; 0.85; 0.9; 0.95; 1.0.
  • 0 ⁇ r ⁇ 0.1 or 0.1 ⁇ r ⁇ 0.4 or 0.4 ⁇ r ⁇ 1.0; particularly preferably r 0, 0.125, 0.25, 0.5 or 1.0.
  • x, x ', x'', z and z' have the meanings given above.
  • the phosphor has one of the following general empirical formulas:
  • the phosphor has one of the following general empirical formulas:
  • r 0; 0.05; 0.1; 0.15; 0.2; 0.25; 0.3; 0.35, 0.4; 0.45; 0.5; 0.55; 0.6; 0.65; 0.7; 0.75; 0.8; 0.85; 0.9; 0.95; 1.0.
  • 0 ⁇ r ⁇ 0.1 or 0.1 ⁇ r ⁇ 0.4 or 0.4 ⁇ r ⁇ 1.0; particularly preferably r 0, 0.25, 0.5 or 1.0.
  • the phosphor has one of the following general empirical formulas:
  • y *, y ', y ", w' '', w 'and w' ' are as defined above.
  • the phosphor has one of the following general empirical formulas:
  • the phosphor has the general empirical formula (MA) 1 (TA) 3 (TD) 1 (XB) 4 : E.
  • MA is selected from a group of monovalent metals comprising Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag and combinations thereof.
  • MA is selected from a group of monovalent metals including Li, Na, K, Rb, Cs, and combinations it includes.
  • TA is selected from a group of monovalent metals comprising Li, Na, Cu, Ag and combinations thereof.
  • TD is selected from a group of tetravalent metals comprising Si, Ge, Sm, Mn, Ti, Zr, Hf, Ce, and combinations thereof.
  • XB is selected from a group of elements comprising O, S and combinations thereof.
  • the proportion of further elements may change.
  • E Eu 2+ and replaced in the empirical formula MA + , the charge equalization takes place via a change in the proportion of TA and / or TD.
  • the phosphor has the general empirical formula (MA) 1 (TA) 3 (TD) 1 (XB) 4 : E.
  • MA is selected from a group of monovalent metals comprising Li, Na, K, Rb, Cs and combinations thereof.
  • E Eu or a combination of Eu with Ce, Yb and / or Mn.
  • Primary radiation in the range of 300 nm to 460 nm or 300 nm to 500 nm, in particular between 300 nm and 450 nm or 300 nm and 430 nm.
  • the phosphor emits the formula
  • NaLi 3 SiO 4 Eu upon excitation with a primary radiation with a wavelength of 400 nm in the blue spectral range of the
  • Phosphor of the formula KLi 3 SiO 4 Eu very broad band from the blue to red spectral range, so that a white-colored light impression is created.
  • the phosphor of the formula Na 0.125 K 0.875 Li 3 SiO 4 : Eu has a band in the yellow-orange range.
  • Na 0.125 K 0.875 Li 3 SiO 4 : Eu shows next to this another emission peak with high intensity in the blue-green range.
  • a blue or blue-green spectral range is understood to be the range of the electromagnetic spectrum between 420 nm and 520 nm. As a green spectral range, the area of the
  • the red spectral range is the range of the
  • 0 ⁇ r ⁇ 0.1 or 0.1 ⁇ r ⁇ 0.4 or 0.4 ⁇ r ⁇ 1.0; particularly preferably r 0, 0.125, 0.25, 0.5 or 1.0.
  • TA Li
  • TD Si
  • XB O
  • Phosphor in particular the peak wavelength and the
  • Crystal system especially in a tetragonal or triclinic crystal system. Preferably crystallizes the
  • the phosphor according to this embodiment in the space group I4 1 / a, I4 / m or P-1.
  • the phosphor according to this embodiment crystallizes in one
  • the phosphor has the formula (Na r K 1-r ) 1 (TA) 3 (TD) 1 (XB) 4 : E with 0.4 ⁇ r ⁇ 1,
  • TA Li
  • TD Si
  • XB O
  • E Eu, Ce, Yb and / or Mn
  • the phosphor has the formula (Na r K 1- r ) Li 3 SiO 4 : E.
  • E Eu.
  • the phosphor has the formula NaLi 3 SiO 4 : Eu or
  • the peak wavelength of the phosphor is in the blue spectral range, in particular in the range between 450 nm and 500 nm.
  • the phosphor can be combined with a red and green phosphor.
  • Previous white-emitting conversion LEDs use a semiconductor chip which emits a blue primary radiation and a red and green phosphor. By overlaying the blue primary radiation and the red and green ones
  • Wavelength of the emitted primary radiation are set, the higher the quality of devices that consist of more than one semiconductor chip. But also after one
  • Sorting with tight tolerances can significantly change the peak wavelength of the semiconductor chips at variable operating temperatures and forward currents.
  • optical properties such as color location and color temperature.
  • the phosphor (Na r K 1-r ) 1 (TA) 3 (TD) 1 (XB) 4 : E or (Na r K 1-r ) Li 3 SiO 4 : E with 0.4 ⁇ r ⁇ is suitable 1, in particular
  • Lighting devices such as conversion LEDs that emit blue radiation.
  • conversion LEDs are used, for example, for signal lights, such as blue lights. Since these signal lights have to be very bright on the one hand and must lie on the other hand in a certain Farbort Scheme or at a specific color location, are not all
  • Conversion LEDs can thus be used specifically to increase the alertness and / or the ability to concentrate. For example, they can help to overcome a jet lag faster.
  • the phosphor or a conversion LED with the phosphor is suitable for "color on demand” applications, that is to say for conversion LEDs with consumer requirements blue color, for example, to realize certain brand-specific or product-specific colors
  • the phosphor has the formula NaLi 3 SiO 4 : Eu or (Na 0.5 K 0.5 ) Li 3 SiO 4 : Eu, (Rb 0.25 Na 0.75 ) Li 3 SiO 4 : Eu or (Cs 0 , 25 Na 0.25 Rb 0.25 Li 0.25 ) Li 3 SiO 4 : Eu, (Cs 0.25 Na 0.5 K 0.25 ) Li 3 SiO 4 : Eu or (Rb 0.25 Na 0 , 5 K 0.25 ) Li 3 SiO 4 : Eu on.
  • TA Li
  • TD Si
  • XB O and the
  • Phosphorus has the formula (Na r K 1-r ) Li 3 SiO 4 : E.
  • the phosphor has the formula (Na 0.25 K 0.75 ) Li 3 SiO 4 : Eu.
  • the peak wavelength of the phosphor is especially in the green spectral range.
  • (Na r K 1-r ) Li 3 SiO 4 : E with 0.2 ⁇ r ⁇ 0.4, preferably 0.2 ⁇ r ⁇ 0.4, more preferably 0.2 ⁇ r ⁇ 0.3, very particular preferably r 0.25 is particularly suitable for use in conversion LEDs for the backlighting of displays.
  • the phosphor has the formula (Na r K 1 -r ) 1 (TA) 3 (TD) 1 (XB) 4 : E with 0.05 ⁇ r ⁇ 0.2, preferably 0.1 ⁇ r ⁇ 0.2.
  • TA Li
  • the phosphor has the formula (Na r K 1-r ) Li 3 SiO 4 : E.
  • the phosphor Na 0.125 K 0.875 Li 3 SiO 4 : Eu the phosphor Na 0.125 K 0.875 Li 3 SiO 4 : Eu.
  • the phosphor of the formula (Na r K 1- r ) has 1 (TA) 3 (TD) 1 (XB) 4 : E or (Na r K 1-r ) Li 3 SiO 4 : E with 0.05 ⁇ r ⁇ 0.2 a broad emission band.
  • Conversion LEDs that emit white radiation. Due to the broad emission, in particular the two emission peaks in the blue or blue-green area and in the yellow-orange area, the phosphor can be used with advantage as the only phosphor in a lighting device such as a conversion LED. In particular, with such a
  • the phosphor has the formula (Na r K 1-r ) 1 (TA) 3 (TD) 1 (XB) 4 : E where 0 ⁇ r ⁇ 0.05
  • TA Li
  • the phosphor has the formula (Na r K 1-r ) Li 3 SiO 4 : E.
  • the phosphor KLi 3 SiO 4 Eu.
  • Fluorescent emits very broadband from the blue to red spectral range, so that a white light impression is created.
  • Lighting devices such as conversion LEDs that emit white radiation. Due to the broad emission of the
  • This phosphor can be used with advantage as the only phosphor in a lighting device such as a conversion LED.
  • a lighting device such as a conversion LED.
  • a blue-emitting semiconductor chip and a red and green phosphor to produce white light here can on the elaborate binning of the
  • Semiconductor chips are dispensed with or at least carried out with a larger tolerance. It can
  • Semiconductor chips which have a primary radiation that is not or only barely perceived by the human eye (300 nm to 460 nm, preferably up to 430 nm or 440 nm). Manufacturing, temperature or
  • Phosphors are necessary since the emission spectrum of only one phosphor is generated and is therefore constant.
  • the conversion LEDs can thus be produced with high throughput, since no color matching or complex chip binning is necessary. There are no color shifts or other negative effects on the emission spectrum due to selective degradation of only one phosphor. Depending on the application, partial conversion of the primary radiation can also take place. Since it is possible to use the phosphor with a
  • TA is preferably Li
  • E is selected from a group consisting of Eu, Mn, Ce, Yb and
  • the phosphor has the general empirical formula (K , Na , Li , Cs) 1 (TA) 3 (TD) 1 (XB) 4 : E, wherein K, Na, Li and Cs are contained in the phosphor.
  • the phosphor has the formula (K , Na , Li , Cs) Li 3 SiO 4 : E.
  • the phosphor has the formula
  • the phosphor has the general empirical formula (Rb , Na , Li , Cs) 1 (TA) 3 (TD) 1 (XB) 4 : E, wherein Rb, Na, Li and Cs are contained in the phosphor.
  • Rb Na, Li and Cs are contained in the phosphor.
  • Phosphor has the formula (Rb , Na , Li , Cs) Li 3 SiO 4 : E.
  • E is selected from a group consisting of Eu, Mn, Ce, Yb and
  • the phosphor has the formula
  • the phosphor has the general empirical formula (Cs, Na , K) 1 (TA) 3 (TD) 1 (XB) 4 : E, where Na, K and Cs are contained in the phosphor.
  • TA Li
  • E is from one
  • the phosphor has the formula (Cs 0.25 Na 0.50 K 0.25 ) (TA) 3 (TD) 1 (XB) 4 : E or (Cs 0.25 Na 0.50 K 0.25 ) Li 3 SiO 4 : E on.
  • the peak wavelength of the phosphor is in particular in the blue spectral range and has a half-width of less than 30 nm.
  • the phosphor has the general empirical formula (Rb, Na , K) 1 (TA) 3 (TD) 1 (XB) 4 : E, where Na, K and Rb are contained in the phosphor.
  • TA Li
  • the phosphor has the formula (Rb, Na , K) Li 3 SiO 4 : E. E is from one
  • the phosphor has the formula (Rb 0.25 Na 0.50 K 0.25 ) (TA) 3 (TD) 1 (XB) 4 : E or (Rb 0.25 Na 0.50 K 0.25 ) Li 3 SiO 4 : E on.
  • the peak wavelength of the phosphor is in particular in the blue spectral range and has a half-width of less than 30 nm.
  • Phosphor be combined with a red and green phosphor respectively. Also, these phosphors are suitable for use in lighting devices such as conversion LEDs that emit blue radiation. According to at least one embodiment, the phosphor (Rb , Na , Li , Cs) 1 (TA) 3 (TD) 1 (XB) 4 : E crystallizes,
  • the phosphor according to this embodiment crystallizes in a tetragonal crystal system with I4 / m.
  • the phosphor has the general empirical formula
  • TA Li
  • the phosphor has the formula (K 1-r '' - r ''' Na r'' Li r''' ) 1 Li 3 SiO 4 : E.
  • E is from a group
  • the phosphor has the formula (K 0.5 Na 0.25 Li 0.25 ) Li 3 SiO 4 : Eu.
  • the peak wavelength of the phosphor has the formula (K 0.5 Na 0.25 Li 0.25 ) Li 3 SiO 4 : Eu.
  • the Phosphor is particularly in the green spectral range and has a half-width of less than 50 nm.
  • the phosphor K 1-r '' - r ''' Na r'' Li r''' ) 1 (TA) 3 (TD) 1 (XB) 4 : E or (K 1-r '' - r ''' Na r'' Li r''' ) 1 Li 3 SiO 4 : E in a tetragonal or monoclinic crystal system.
  • the phosphor according to this embodiment preferably crystallizes in the space group I4 / m or C2 / m. Particularly preferably, the phosphor according to this embodiment crystallizes in a tetragonal one Crystal system with space group I4 / m or in one
  • TA Li
  • the phosphor has the formula (Rb r * Na 1- r * ) Li 3 SiO 4 : E.
  • the phosphor according to this embodiment preferably crystallizes in the space group I4 / m or C2 / m. Particularly preferably, the phosphor according to this embodiment crystallizes in a tetragonal one
  • TA Li
  • the phosphor has the formula (Rb r * Na 1-r * ) Li 3 SiO 4 : E.
  • the phosphor has the formula
  • the Phosphor is particularly in the green spectral range and has a half-width between 42 and 44 nm.
  • TA Li
  • the phosphor has the formula (Rb r * Na 1-r * ) Li 3 SiO 4 : E.
  • the peak wavelength of the phosphor is preferably in the blue spectral range and has a half-width between 20 and 24 nm.
  • the phosphor (Rb r * Na 1-r *) 1 (TA) 3 (TD) 1 (XB) 4: E or (Rb r * Na 1- r *) Li 3 SiO 4: E r 0 ⁇ * ⁇ 0.4, preferably 0.1 ⁇ r * ⁇ 0.35, more preferably 0.2 ⁇ r * ⁇ 0.3, most preferably r * 0.25, is particularly suitable for use in
  • the phosphor can be combined with a red and green phosphor.
  • the phosphor has the formula (Na r K 1-r ) 1 (TA) 3 (TD) 1 (XB) 4 : E or (Na r K 1-r ) Li 3 SiO 4 : E with 0, 2 ⁇ r ⁇ 0.4, preferably 0.2 ⁇ r ⁇ 0.3, especially
  • LCD displays differ from
  • Light sources for general lighting The requirements for light sources for general lighting exist
  • the colors are represented by the primary colors red, green, and blue.
  • the range of colors that can be reproduced on a display is therefore limited by the spanned color triangle of the colors red, green and blue.
  • These colors are filtered out accordingly by the backlighting spectrum of red, green and blue color filters.
  • the wavelength range of the transmitted radiation of the color filters is still very wide. Therefore, light sources with very narrow band emissions, so a small Half-width, in the green, blue and red spectral range needed to cover the widest possible color space.
  • the emission peaks are congruent with the transmission range of the respective color filter in order to lose as little light as possible, to achieve maximum efficiency, and to achieve crosstalk
  • Conversion LEDs for backlighting applications conventionally use as a green phosphor, for example
  • yttrium aluminum garnet has an emission peak with a large one
  • ⁇ -SiAlON has a half-value width of less than 60 nm and produces narrow-band emission in the green spectral range, which leads to a more saturated green reproduction than with the garnet phosphor.
  • the ⁇ -SiAlONs lack good internal and external quantum efficiency, which makes the overall backlighting less efficient.
  • the production of these phosphors requires very high temperatures and a
  • quantum dots are very unstable, especially in the case of
  • the phosphors according to the invention (Na r K 1-r ) have 1 (TA) 3 (TD) 1 (XB) 4 : E with 0.2 ⁇ r ⁇ 0.4,
  • Lighting devices such as white
  • Li 3 SiO 4 : Eu show the emission peaks a very large overlap with the transmission range of a
  • Green LEDs that emit radiation in the green wavelength range can be obtained, for example, by directly green-emitting semiconductor chips or in the form of conversion LEDs, comprising a blue or UV-emitting semiconductor chip and a green phosphor. Direct green emitting semiconductor chips show a very low quantum efficiency.
  • the primary radiation can be completely converted into green secondary radiation (full conversion) or partly converted into green secondary radiation (partial conversion) and the remaining primary radiation is filtered out by means of a filter, so that the conversion LED
  • the phosphor has the following general empirical formula:
  • crystallizing means that the atoms of one compound occupy the same place within the
  • Condensation degree of the phosphor according to the invention of the formula NaLi 3 SiO 4 : Eu is one, whereas typical oxosilicates have a degree of condensation equal to or less than 0.5
  • This phosphor is present in particular in a mixed phase, so that within the crystal structure of NaLi 3 SiO 4 : Eu the lattice sites are partially occupied by the elements Ca, Li, Al and N.
  • the well-known phosphor CaLiAl 3 N 4 : Eu is one in red
  • Phosphor having a peak wavelength at about 670 nm the has a half-value width of about 60 nm and crystallizes in an NaLi 3 SiO 4 isotypic crystal structure.
  • Spectral region of the electromagnetic spectrum with a peak wavelength of about 470 nm and shows a
  • narrowband emission that is an emission with a lower half width than 60 nm
  • mixed phase of these phosphors it is advantageously possible to provide a phosphor of the formula Na 1 y * Ca y * Li 3-2y * Al 3y * Si 1-y O 4-4y * N 4y * : Eu, wherein the proportion of CaLiAl 3 N 4 can be varied, which is expressed in the formula by the index y *.
  • a phosphor can be provided which allows the variable composition to adjust the peak wavelength in a range between 470 nm and 670 nm. The phosphor can thus be adjusted depending on the requirements or application targeted with respect to the desired color location. With only one phosphor can thus
  • the phosphor is particularly suitable in combination with a green and red phosphor for white conversion LEDs, especially for general lighting.
  • the phosphor is suitable for colored conversion LEDs.
  • the phosphor crystallizes Na 1-y * Ca y * Li 3-2y * Al 3y * Si 1-y * O 4-4y * N 4y * : E in one tetragonal crystal system.
  • the phosphor according to this embodiment crystallizes in the space group I4 1 / a.
  • the phosphor according to this embodiment crystallizes in a tetragonal one
  • the phosphor has the following general empirical formula:
  • the phosphor has the formula (MB) b (TA) e (TC) g (TD) h (XB) 1 (XC) m : E
  • MB is selected from a group of divalent metals including Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Mn, Eu, Yb, Ni, Fe, Co and
  • - TA is selected from a group of monovalent metals comprising Li, Na, Cu, Ag and combinations thereof
  • - TC is selected from a group of trivalent metals containing B, Al, Ga, In, Y, Fe, Cr, Sc, rare earths and combinations thereof,
  • TD is selected from a group of tetravalent metals comprising Si, Ge, Sn, Mn, Ti, Zr, Hf, Ce and combinations thereof,
  • the phosphor has the formula (MB) b (TA) e (TC) g (TD) h (XB) 1 (XC) m : E
  • MB is selected from a group of divalent metals comprising Mg, Ca, Sr, Ba and combinations thereof,
  • TA is selected from a group of monovalent metals comprising Li, Na and combinations thereof,
  • TC is selected from a group of trivalent metals comprising B, Al, Ga and combinations thereof,
  • TD is selected from a group of tetravalent metals comprising Si, Ge and combinations thereof,
  • the phosphor has the following general empirical formula:
  • MB (Si 0.25 Al -1 / 8 + r ** / 2 Li 7/8-r ** / 2 ) 4 (O 1-r ** N r ** ) 4 : E, where 0, 25 ⁇ r ** ⁇ 1, preferably 0.25 ⁇ r ** ⁇ 0.875, particularly preferably 0.4 ⁇ r ** ⁇ 0.8.
  • the phosphor is in particular a mixed phase of
  • the phosphor can thus depending on
  • the phosphor (MB) crystallizes (Si 0.25 Al -1 / 8 + r ** / 2 Li 7/8-r ** / 2 ) 4 (O 1-r ** N r ** ) 4 : E or Sr (Si 0.25 Al -1 / 8 + r ** / 2 Li 7 / 8- r ** / 2 ) 4 (O 1-r ** N r ** ) 4 : E in one tetragonal crystal system.
  • the phosphor according to this embodiment crystallizes in the space group I4 / m.
  • the phosphor according to this embodiment particularly preferably crystallizes in a tetragonal crystal system with the space group I4 / m.
  • the phosphor has the following general empirical formula: Na 1-y ** Eu y ** Li 3-2y ** Al 3y ** Si 1-y ** O 4-4y ** N 4y ** : E, where 0 ⁇ y ** ⁇ 1.0, preferably 0 ⁇ y ** ⁇ 0.875 or 0 ⁇ y ** ⁇ 0.5, particularly preferably 0.05 ⁇ y ** ⁇ 0.45, very particularly preferably 0.1 ⁇ y ** ⁇ 0.4, 0, 15 ⁇ y ** ⁇ 0.35 or 0.2 ⁇ y ** ⁇ 0.3.
  • the phosphor allows to adjust the peak wavelength in a range from yellow to red.
  • the phosphor can thus be adjusted depending on the requirements or application targeted with respect to the desired color location. Surprisingly, with just one phosphor almost all colors of the visible region, from yellow to red, can be produced.
  • the phosphor crystallizes Na 1-y ** Eu y ** Li 3-2y ** Al 3y ** Si 1-y ** O 4-4y ** N 4y ** : Eu in a tetragonal crystal system.
  • the phosphor according to this embodiment crystallizes in the space group I4 / m.
  • the phosphor according to this embodiment crystallizes in a tetragonal one
  • the phosphor has the formula (MB) b (TA) e (TC) g (XB) 1 (XC) m : E,
  • MB is selected from a group of divalent metals including Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Mn, Eu, Yb, Ni, Fe, Co and
  • - TA is selected from a group of monovalent metals comprising Li, Na, Cu, Ag and combinations thereof
  • - TC is selected from a group of trivalent metals containing B, Al, Ga, In, Y, Fe, Cr, Sc, rare earth metals and combinations thereof,
  • the phosphor has the formula (MB) b (TA) e (TC) g (XB) 1 (XC) m : E,
  • - MB is selected from a group of divalent metals comprising Mg, Ca, Sr, Ba, Zn and combinations thereof
  • - TA is selected from a group of monovalent metals comprising Li, Na, Cu, Ag and combinations thereof
  • - TC is selected from a group of trivalent metals comprising B, Al, Ga and combinations thereof
  • the phosphor has the following general empirical formula:
  • MB Li 3-2x ** Al 1 + 2x ** O 4-4x ** N 4x ** : Eu
  • MB is selected from the group of divalent metals comprising Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, and combinations thereof.
  • the phosphor has the following general empirical formula:
  • Composition allows to set the peak wavelength in a range from green to yellow or yellow-orange range. As a result, color locations can be achieved that can not be achieved with known phosphors. Depending on the requirements or application, the phosphor can thus be adjusted specifically with regard to the desired color locus in the green to yellow range.
  • the cell volume of the unit cell increases and, at the same time, the peak wavelength is shifted into the longer-wavelength range, in particular from the green to the red spectral range, with increasing x **. This is the
  • the phosphors preferably have low half-widths below 80 nm.
  • the phosphor SrLi 3-2x ** Al 1 + 2x ** O 4-4x ** N 4x ** : Eu, in particular with x ** ⁇ 0.1250, is suitable, for example, for use in lighting devices such as conversion LEDs, the emit white radiation, wherein a superposition of the blue primary radiation and the secondary radiation a white
  • the phosphor is very robust and efficient and it is advantageously possible to provide a conversion LED that emits total radiation having a color temperature below 3600 K, in particular 3400 K ⁇ 100 K and a color location close to the Planck curve.
  • the phosphor has the following general empirical formula:
  • the peak wavelength of this phosphor is in the green region of the electromagnetic spectrum.
  • the half width is preferably lower.
  • the phosphor (MB) crystallizes Li3-2x ** Al1 + 2x ** O4-4x ** N4x **: Eu or SrLi3- 2x ** Al 1 + 2x ** O 4-4x ** N 4x ** : Eu in a tetragonal crystal system.
  • the phosphor crystallizes according to this
  • the phosphor according to this embodiment crystallizes in a tetragonal crystal system in the space group I4 / m.
  • the phosphor crystallizes in a crystal structure with the same
  • Crystal structure with the same atomic sequence as crystallized in UCr 4 C 4 , CsKNa 2 Li 12 Si 4 O 16 or RbLi 5 ⁇ Li [SiO 4 ] ⁇ 2 means here and in the following that the sequence of the atoms of the
  • Phosphorus follows the same pattern as the sequence of atoms in UCr 4 C 4 , CsKNa 2 Li 12 Si 4 O 16 or RbLi 5 ⁇ Li [SiO 4 ] ⁇ 2 .
  • the crystal structure shows the same structural motifs as UCr 4 C 4 , CsKNa 2 Li 12 Si 4 O 16 or RbLi 5 ⁇ Li [SiO 4 ] ⁇ 2 .
  • Variation of the ionic radii in substitution with other atomic species can change the absolute position (atomic coordinates) of the atoms.
  • the phosphor can also be in a crystal structure with the same atomic sequence as that derived from UCr 4 C 4
  • the phosphor crystallizes in the same structural type as
  • crystal structures of the embodiments are characterized in particular by a three-dimensionally linked one
  • TA, TB, TC, TD, TE and / or TF are surrounded by XA, XB, XC and / or XD and the resulting structural units, preferably tetrahedrons, are linked via common corners and edges.
  • This arrangement results in a three-dimensionally extending anionic assembly.
  • MA, MB, MC and / or MD are arranged.
  • the phosphor has a crystal structure in which TA, TB, TC, TD, TE and / or TF are surrounded by XA, XB, XC and / or XD and the resulting assemblies are distributed over common corners and edges a three-dimensional network of space with cavities or channels are linked and in the cavities or
  • Channels MA, MB, MC and / or MD are arranged.
  • the structural units are tetrahedrons, preferably XA, XB, XC and / or XD occupy the corners of the tetrahedron and TA, TB, TC, TD, TE and / or TF are located in the center of the tetrahedron.
  • TA, TB, TC, TD, TE and / or TF are located in the center of the tetrahedron.
  • Embodiment KLi 3 SiO 4 E, which is isouble to KLi 3 GeO 4 , Li and Si surrounded by O and form the anionic building unit in the form of a spatial network of distorted (Li / Si) O 4 tetrahedra. In the resulting cavities are the K atoms
  • the Rb atoms are distorted cube-like surrounded by 8 O atoms, while the other part of the Li atoms is distorted square planar surrounded by 4 O atoms.
  • the phosphor has the general empirical formula: (MA) a (MB) b (MC) c (MD) d (TA) e (TB) f (TC) g (TD) h (TE) i (TF) j (XA) k (XB) 1 (XC ) m (XD) n : E
  • MA is selected from a group of monovalent metals
  • MB is selected from a group of divalent metals
  • MC is selected from a group of trivalent metals
  • MD is from a group of tetravalent metals
  • TA is selected from a group of monovalent metals
  • TB is selected from a group of divalent metals
  • TC is selected from a group of trivalent metals
  • TD is selected from a group of
  • TE is selected from a group of pentavalent elements
  • TF is selected from a group of hexavalent elements
  • XA is selected from a group of elements comprising halogens
  • the method comprises the following method steps:
  • the starting materials are present as a powder.
  • a further method step follows:
  • process steps B) and C) are followed by process step D), in which case the phosphor obtained in process step D) is heated
  • Annealing process can improve the optical properties of the
  • the starting materials melt during heating of the mixture obtained under A)
  • the cooling and cooling rates can be at 250 ° C per hour.
  • the process steps B), C) and / or D) take place under a forming gas atmosphere.
  • the ratio of nitrogen: hydrogen is 92.5: 7.5.
  • the process steps B), C) and / or D) take place in a tube furnace.
  • the method comprises the following method step A):
  • the method comprises the following method step A):
  • the method comprises the following method step A):
  • starting materials comprising or consisting of CaO, NaF, LiN 3 , Li 2 O, LiAlH 4 , AlF 3 , SiO 2 and EuF 3 .
  • the use of these starting materials may be a phosphor of the formula Na 1-y Ca y * * * Al 3-2y Li 3y * Si 1-y O 4-4y * N * 4y: Eu, for example,
  • the first exemplary embodiment (AB1) of the phosphor according to the invention has the empirical formula NaLi 3 SiO 4 : Eu 2+ (2 mol% Eu 2+ based on the molar amount of Na) and is prepared as follows: Na 2 CO 3 , Li 2 CO 3 , SiO 2 and Eu 2 O 3 are melted in a stoichiometric ratio corresponding to the empirical formula in an open nickel crucible.
  • the initial weight of the educts can be found in Table 1 below
  • the educts of the phosphor are commercially available, stable and also very inexpensive.
  • the simple synthesis at comparatively low temperatures makes the phosphor very inexpensive to manufacture and thus economically attractive.
  • the phosphor of the first embodiment (AB1) shows an emission in the blue spectral range of
  • the second embodiment (AB2) of the phosphor according to the invention has the empirical formula KLi 3 SiO 4 : Eu 2+ (2 mol% Eu 2+ based on the molar amount of K) and is prepared as follows: K 2 CO 3 , Li 2 CO 3 , SiO 2 and Eu 2 O 3 are melted in a stoichiometric ratio corresponding to the molecular formula in an open nickel crucible.
  • the initial weight of the educts can be found in Table 2 below
  • the phosphor of the second embodiment (AB2) shows a broad emission from the blue to red spectral region of the electromagnetic spectrum and thus emits white, in particular warm white, radiation with a color temperature below 3500 K.
  • the third embodiment (AB3) of the phosphor according to the invention has the empirical formula (Na 0.5 K 0.5 ) Li 3 SiO 4 : Eu 2+ (2 mol% Eu 2+ based on the molar amount of Na and K)
  • K 2 CO 3 , Na 2 CO 3 , Li 2 CO 3 , SiO 2 and Eu 2 O 3 are in one of the molecular formula corresponding stoichiometric ratio in one melted open nickel crucible.
  • the initial weights of the educts are given in Table 3 below.
  • the phosphor of the third embodiment shows an emission in the blue spectral range of
  • the fourth embodiment (AB4) of the phosphor according to the invention has the empirical formula (Na 0.25 K 0.75 ) Li 3 SiO 4 : Eu 2+ (2 Mol% Eu 2+ based on the molar amount of Na and K) or NaK 3 Li 12 Si 4 O 16 : Eu 2+ and is prepared as follows: K 2 CO 3 , Na 2 CO 3 , Li 2 CO 3 , SiO 2 2 and Eu 2 O 3 are mixed in a stoichiometric ratio corresponding to the empirical formula in an open nickel crucible.
  • the empirical formula (Na 0.25 K 0.75 ) Li 3 SiO 4 : Eu 2+ (2 Mol% Eu 2+ based on the molar amount of Na and K) or NaK 3 Li 12 Si 4 O 16 : Eu 2+ and is prepared as follows: K 2 CO 3 , Na 2 CO 3 , Li 2 CO 3 , SiO 2 2 and Eu 2 O 3 are mixed in a stoichiometric ratio corresponding to the empirical formula in an open nickel crucible.
  • the phosphor of the fourth embodiment (AB4) shows an emission in the green spectral range of
  • the fifth embodiment (AB5) of the phosphor according to the invention has the empirical formula (Rb 0.5 Li 0.5 ) Li 3 SiO 4 : Eu 2+ (2 mol% Eu 2+ based on the molar amount of (Rb 0.5 Li 0, 5 )
  • Rb 2 CO 3 , Li 2 CO 3 , SiO 2 and Eu 2 O 3 are in one of Molecular formula corresponding stoichiometric ratio mixed in an open nickel crucible.
  • the initial weights of the educts are shown in Table 5 below.
  • the resulting product is then ground and a green powder is obtained. Further heating under the same forming gas atmosphere and to temperatures below the melting point of the phosphor can be performed to further improve the optical properties of the phosphor.
  • Table 5 Table 5:
  • the phosphor of the fifth embodiment exhibits emission in the green spectral range of
  • Amount of Na and Ca is prepared as follows: CaO, NaF, NiN 3 , Li 2 O, LiAlH 4 ,, AlF 3 , SiO 2 and EuF 3 are in one of the molecular formula corresponding stoichiometric
  • Energy-dispersive X-ray spectroscopy on single crystals of the phosphor was an average Ca content of 3 mol%
  • the phosphor of the sixth embodiment (AB6) shows an emission in the blue-green spectral range of the
  • the seventh embodiment (AB7) of the phosphor according to the invention has the empirical formula
  • NaK 2 Li (Li 3 SiO 4 ) 4 Eu 2+ and is prepared as follows:
  • K 2 CO 3 , Na 2 CO 3 , Li 2 CO 3 , SiO 2 and Eu 2 O 3 are in one of
  • Melting point of the phosphor can be performed to further improve the optical properties of the phosphor. After cooling, an agglomerate of bright green crystals is obtained, which are separated by grinding, for example, in an agate mortar to form individual crystals. Table 7:
  • the phosphor of the seventh embodiment exhibits emission in the green spectral range of electromagnetic spectrum.
  • the eighth embodiment (AB8) of the phosphor according to the invention has the empirical formula (Rb 0.5 Na 0.5 ) Li 3 SiO 4 : Eu 2 + or RbNaLi 6 Si 2 O 8 : Eu 2+ and is prepared as follows: Rb 2 CO 3 , Na 2 CO 3, Li 2 CO 3 , SiO 2 and Eu 2 O 3 are in one of the molecular formula corresponding stoichiometric
  • the phosphor of the eighth embodiment (AB8) exhibits emission in the green spectral region of the
  • the ninth embodiment (AB9) of the phosphor according to the invention has the empirical formula (Rb 0.25 Na 0.75 ) Li 3 SiO 4 : Eu 2 + or RbNa 3 Li 12 Si 4 O 16 : Eu 2+ and is prepared as follows: Rb 2 CO 3 , Na 2 CO 3, Li 2 CO 3 , SiO 2 and Eu 2 O 3 are in one of the molecular formula corresponding stoichiometric
  • the phosphor of the ninth embodiment shows an emission in the blue spectral region of the
  • the initial weight of the educts can be found in the following Table 10.
  • mixed educts is for one to eight hours, preferably 2 to 6 hours, most preferably for four
  • the phosphor of the tenth embodiment shows an emission in the yellow or yellow-orange spectral range of the electromagnetic spectrum.
  • the composition of the tenth embodiment was determined by means of energy dispersive X-ray spectroscopy on single crystals and
  • the phosphor of the eleventh embodiment (AB11) shows an emission in the yellow-orange spectral range of
  • the phosphor can be at comparatively low
  • the phosphor of the twelfth embodiment shows an emission in the green to yellow spectral range of the electromagnetic spectrum. Further embodiments of the phosphor with the
  • Atmospheric pressure or slight negative pressure in a tube furnace heated and then cooled. After cooling to
  • the phosphor according to the invention has the empirical formula
  • the phosphor of the thirteenth embodiment (AB13) exhibits emission in the green spectral region of the
  • the phosphor according to the invention has the empirical formula
  • the phosphor of the fourteenth embodiment shows an emission in the blue spectral region of the
  • the phosphor according to the invention has the empirical formula
  • the phosphor of the fifteenth embodiment shows emission in the blue spectral region of the
  • the phosphor according to the invention has the empirical formula
  • the phosphor of the sixteenth embodiment (AB16) exhibits emission in the blue spectral region of the
  • the phosphor according to the invention has the empirical formula
  • Li 3 SiO 4 Eu 2+ or NaK 7 (Li 3 SiO 4 ) 8 : Eu 2+ and is prepared as follows: K 2 CO 3 , Na 2 CO 3 , Li 2 CO 3 , SiO 2 and Eu 2 O 3 are in one of the molecular formula corresponding
  • the nickel crucible with the mixed Educts will be at 1000 ° C for four hours under one
  • the phosphor of the seventeenth embodiment exhibits emission in blue-green and yellow-orange
  • FIGS. 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F show a selection of possible, electroneutral, sum formulas of FIG.
  • Figures 2, 13, 23, 38, 63, 68, 74, 82, 83, 92, 93, 102, 103, 105, 112, 118b, 129, 131, 133, 135, 152b, 154, 161, 163 show emission spectra of embodiments of the phosphor according to the invention.
  • Figures 3, 14, 24, 39, 64, 84, 94, 104, 130, 132, 134, 136 show the Kubelka-Munk functions for embodiments of the phosphor of the present invention.
  • Figures 4, 43, 66, 70, 76, 86, 96, 121, 123 show a comparison of optical properties of a
  • FIG. 7 shows a comparison of the Kubelka-Munk function of an embodiment with comparative examples.
  • Figures 8, 18, 25, 71, 77, 78, 88, 97, 107, 114, 137, 138, 139, 140, 160, 171, 172, 173 show sections of the
  • FIGS. 11, 12, 21, 22, 27, 28, 72, 73, 79, 80, 81, 90, 91, 99, 100, 108, 109, 110, 115, 116, 117, 126, 127, 128, 145 - 151, 152a, 158, 159, 174, 175, 176 show characteristic Properties of embodiments of the phosphor according to the invention.
  • Figures 15, 16, 124 show comparisons of emission spectra of a conversion LED with an embodiment of the phosphor according to the invention with comparative examples.
  • Figures 17, 125, 164, 167 shows a comparison of optical properties of a conversion LED with a
  • FIG. 29 shows a comparison of emission spectra of an embodiment with comparative examples
  • Figures 32, 33, 34 show comparisons of color purity at different dominant wavelengths of the primary radiation of an embodiment with comparative examples.
  • Figures 35, 36, 37, 166, 168 show simulated LED spectra at different excitation wavelengths.
  • Figure 41 shows the reflex positions and the relative
  • FIG. 42, 87, 101 show the thermal quenching behavior of an embodiment of the phosphor according to the invention in comparison to a conventional phosphor.
  • Figure 45 shows the coverage of color space rec2020 by different combinations of green and red
  • FIGS. 46 to 53 show graphs of FIG
  • Figures 54A, 54B and 54C show the coverage of various standard color spaces and color locations of filtered spectra of different combinations of green and red
  • FIGS. 59 to 62 show the simulated emission spectra of conversion LEDs with different combinations of green and red phosphor .
  • Figures 106, 113, 119, 153, 155, 162 show optical
  • Figures 156 and 157 show the dependence of the
  • Peak wavelength of the cell volume of a unit cell Figures 169 and 170 show spanned color spaces of the
  • Figures 1A, 1B, 1C, 1D, 1E and 1F show tables
  • the wavelength is plotted in nanometers on the x-axis and the emission intensity in percent on the y-axis.
  • the phosphor according to the invention was excited with primary radiation having a wavelength of 400 nm.
  • the phosphor has a half width of 32 nm or 1477 cm -1 and a dominant wavelength of 473 nm
  • FIG. 3 shows a normalized Kubelka-Munk function (K / S), plotted against the wavelength ⁇ in nm, for the first embodiment (AB1) of the phosphor according to the invention.
  • FIG. 4 shows a comparison of the half-width (FWHM), the peak wavelength ( ⁇ peak ), the dominant wavelength ( ⁇ dom ) and the luminous efficacy (LER) between a first comparative example (VB1: BaMgAl 10 O 17 : Eu), a second comparative example (FIG. VB2: Sr 5 (PO 4 ) 3 Cl: Eu), a third comparative example (VB3:
  • the peak wavelength of the phosphor according to the invention NaLi 3 SiO 4 : Eu is somewhat longer wavelength compared to the comparative examples.
  • NaLi 3 SiO 4 : Eu a significantly lower half-width and / or a higher light output (LER) than the comparative examples.
  • the shift of the peak wavelength to a longer wavelength and the smaller half width result in an increase in the overlap with the eye sensitivity curve.
  • the phosphor according to the invention has a very high and higher compared to the comparative examples
  • FIGs 5 and 6 show the emission spectra of VB1, VB2, VB3 and AB1 as described in Figure 4.
  • the wavelength in nanometers is plotted on the x-axis and the emission intensity in percent on the y-axis.
  • the wavenumber in cm.sup.- 1 is plotted on the x-axis and the emission intensity in percent on the y-axis.
  • the significantly lower half-width of the phosphor according to the invention NaLi 3 SiO 4 : Eu in comparison to VB1 and VB3 (BaMgAl 10 O 17 : Eu) can be seen.
  • FIG. 7 shows a normalized Kubelka-Munk function (K / S), plotted against the wavelength ⁇ in nm, for various phosphors VG1, VG2, VG3 and AB1, as defined in FIG.
  • the curve with the reference symbols VG1, VG2 and VG3 represents K / S for known phosphors
  • the curve with the reference symbol AB1 represents K / S for the first embodiment of the phosphor according to the invention.
  • the phosphor AB1 according to the invention has a higher absorption in comparison to the comparative examples VG1, VG2 and VG3 at relatively long wavelengths, in particular in the range from 360 nm. This is special advantageous because an efficient stimulation of the
  • Phosphor according to the invention with a primary radiation of a peak wavelength in the UV range to blue range of the electromagnetic spectrum, in particular in the range between 300 nm to 460nm, preferably between 300 nm to 430 nm or 440 nm, is possible. Therefore, the phosphor according to the invention is particularly well in combination with semiconductor chips having a primary radiation in the range between 300 nm to 430 nm or 440 nm, applicable.
  • FIG. 8 shows the tetragonal crystal structure of
  • Fluorescent NaLi 3 SiO 4 Eu in a schematic representation.
  • the hatched circles represent the Na atoms.
  • Crystal structure corresponds to the crystal structure of
  • NaLi 3 SiO 4 as described in B. Nowitzki, R. Hoppe, News about oxides of type A [(TO) n ]: NaLi 3 SiO 4 , NaLi 3 GeO 4 , NaLi 3 TiO 4 , Revue de Chimie minérale, 1986 , 23, 217-230.
  • Crystal structure is that of CaLiAl 3 N 4 : Eu, described in P. Pust, AS Wochnik, E. Baumann, PJ Schmidt, D.
  • FIG. 9 shows two X-ray diffraction powder diffractograms using copper K ⁇ 1 radiation. The diffraction angles are given in ° 2 ⁇ values on the x-axis and the intensity on the y-axis.
  • the X-ray powder diffraction pattern provided with the reference I shows that of the first embodiment AB1 of the invention
  • Figure 11 shows crystallographic data of NaLi 3 SiO 4.
  • Figure 12 shows atomic layers in the structure of NaLi 3 SiO 4.
  • Figure 13 the emission spectrum of the second
  • the wavelength is plotted in nanometers on the x-axis and the emission intensity in percent on the y-axis.
  • the phosphor according to the invention was excited with primary radiation having a wavelength of 400 nm.
  • the phosphor shows a broadband emission of about 430 nm to about 780 nm and thus emits white radiation or generates the emitted radiation a white Luminous impression.
  • the color locus of the phosphor is close to that of Planck's radiator at 2700 K.
  • Color temperature (CCT) is 2742 K
  • the luminous efficacy or luminescence efficiency is 290 lm / W
  • Color rendering index R9 at 21 This makes one suitable
  • FIG. 14 shows a normalized Kubelka-Munk function (K / S) plotted against the wavelength ⁇ in nm for the second exemplary embodiment (AB2) of the phosphor according to the invention. From Figure 14 it can be seen that the maximum of K / S for the second embodiment (AB2) of the phosphor according to the invention is about 340 nm.
  • the phosphor can be excited efficiently with a primary radiation from about 300 nm to 430 nm or 440 nm.
  • Figures 15 and 16 show simulated emission spectra of different conversion LEDs, the white radiation
  • the primary radiation source used is a semiconductor layer sequence based on InGaN, which has a primary radiation with a peak wavelength of 410 nm (FIG. 15).
  • the conversion LEDs according to the invention (LED 1 and LED 2) using only one phosphor, the inventive KLi 3 SiO 4 : Eu 2+ , display emission spectra similar to those of the comparative examples VLED 2 and VLED 1, each having one green and one red
  • Color temperature below 3500 K, preferably below 3000 K
  • FIG. 17 shows various properties of conversion LEDs with the luminophore KLi 3 SiO 4 : Eu 2+ according to the invention
  • the phosphors necessary, which makes the production of conversion LEDs very expensive.
  • the phosphors also show different emission properties depending on the temperature, the radiation density of the primary radiation and the Excitation wavelength and also have a different Degradier , ie a different stability in terms of temperature, radiation, moisture or gas influences, on. Also the production of
  • Phosphors vary in their physical properties such as density, grain size and in the
  • red emitting phosphors are needed. All known red emitting phosphors can be used.
  • the phosphor of the invention in a white-emitting conversion LED has numerous advantages. It can be used a primary radiation that is not or barely perceived by the human eye (300 nm to 430 nm or 440 nm). Fluctuations in the
  • the conversion LED has no intrinsic color, but shows a white appearance when switched off. Therefore, the phosphor is also suitable for "remote phosphor" arrangements in which no yellow or orange appearance in the off state is desired.
  • partial conversion of the primary radiation can also take place. Since it is possible to excite the phosphor with a primary radiation in the range of 300 nm to 430 nm or 440 nm, a contribution of the primary radiation, preferably in the short-wave blue region of the electromagnetic spectrum, to the total radiation results in objects illuminated thereby becoming whiter, more radiant and therefore more attractive.
  • optical brighteners in textiles preferably in the short-wave blue region of the electromagnetic spectrum
  • FIG. 18 shows the triclinic crystal structure of the phosphor KLi 3 SiO 4 : Eu in a schematic representation.
  • Crystal structure corresponds to the crystal structure of KLi 3 SiO 4, as described in K. Werthmann, R. Hoppe, About oxides of the new
  • Eu corresponds to that of KLi 3 SiO 4 .
  • Diagram shows the superposition of the measured reflections with the calculated reflections for KLi 3 SiO 4 .
  • the lower diagram shows the differences between the measured and calculated reflections.
  • a peak of an unknown minor phase was marked with asterisks.
  • FIG. 21 shows crystallographic data of KLi 3 SiO 4.
  • Figure 22 shows atomic layers in the structure of KLi 3 SiO 4.
  • Figure 23 the emission spectrum of the third
  • the wavelength is plotted in nanometers on the x-axis and the emission intensity in percent on the y-axis.
  • the phosphor has a half width of less than 20 nm and a peak wavelength of 486 nm. With this low half-width, this phosphor is one of the narrowest known Eu 2+ -doped phosphors.
  • the peak wavelength is blue-green, also called
  • Phosphors having a peak wavelength in this range are known and none of these phosphors has such a small half-width. With a peak wavelength of 486 nm and the small half width, the phosphor has a good overlap with the eye sensitivity curve.
  • the conversion of the UV or blue primary radiation into a secondary radiation with a slightly longer wavelength in the blue region of the electromagnetic spectrum (peak wavelength of 486 nm) increases the efficiency of the conversion LED.
  • the peak wavelength of the secondary radiation is in
  • FIG. 24 shows a normalized Kubelka-Munk function (K / S), plotted against the wavelength ⁇ in nm, for the third exemplary embodiment (AB3) of the phosphor according to the invention. From Figure 24 it can be seen that the maximum of K / S for the third embodiment (AB3) of the phosphor according to the invention is between 350 nm and 420 nm. Up to 500 nm, K / S is well above zero.
  • K / S Kubelka-Munk function
  • FIG. 25 shows the tetragonal crystal structure of
  • the hatched circles represent the Na atoms, the white circles fill the K atoms.
  • Crystal structure was determined from X-ray powder diffraction data. As a starting point, the crystal structure of CsKNa 2 Li 12 Si 4 O 16 was used with exchange of Cs for K.
  • FIG. 26 shows a crystallographic evaluation. Figure 26 shows a Rietveld refinement of
  • Atomic coordinates of all non-Li atoms were freely refined.
  • the superposition of the measured reflections with the calculated reflections for CsKNa 2 Li 12 Si 4 O 16 is shown.
  • the lower diagram shows the differences between the measured and calculated reflections.
  • Phosphorus (Na 0.5 K 0.5 ) Li 3 SiO 4 : Eu 2+ is structurally isotypic to the compounds CsKNa 2 Li 8 ⁇ Li [SiO 4 ] ⁇ 4 , RbNa 3 Li 8 ⁇ Li [SiO 4 ] ⁇ 4 , CsNa 3 Li 8 ⁇ Li [GeO 4 ] ⁇ 4 and RbNa 3 Li 8 ⁇ Li [TiO 4 ] ⁇ 4.
  • the structure is also similar to that of the first embodiment
  • FIG. 27 shows crystallographic data of (Na 0.5 K 0.5 ) Li 3 SiO 4.
  • FIG. 28 shows atomic layers in the structure of (Na 0.5 K 0.5 ) Li 3 SiO 4.
  • Figure 29 shows the emission spectra of the third
  • Embodiment of the phosphor according to the invention AB3 and three comparative examples ClS, OS and G, wherein ClS for Ca 8 Mg (SiO 4 ) 4 Cl 2 : Eu, OS for (Sr, Ba) 2 SiO 4 : Eu and G for
  • Lu 3 (Al, Ga) 5 O 12 Ce stands. All phosphors emit in the blue to blue-green range of the electromagnetic
  • Half width on and the peak wavelength is compared to the comparative examples to shorter wavelengths
  • Dominance wavelength is preferably in a range between 465 nm and 480 nm.
  • the use of the comparative examples is less well suited for this, since their peak wavelengths are above 510 nm, whereas the inventive
  • Phosphor has a peak wavelength of 486 nm.
  • AB9, AB14, AB15 and AB16 are also suitable for use in
  • Sensitivity curve for melatonin production that is, with which wavelengths the melatonin production in the body can best be suppressed ("human response function for melanopic effects "; Lucas et al., Trends in Neurosciences January 2014 Vol 37 No. 1)
  • Emission spectrum of AB3 has a high overlap with smel, making this radiation effective for suppressing the
  • Figure 30 shows the overlap of emission spectra
  • LEDs various phosphors (AB3, CIS, OS and G as described in Figure 29) and various blue emitting LEDs (unconverted) with the sensitivity curve for melatonin production.
  • the LEDs are
  • the LEDs Ipeak430nm (peak wavelength 430 nm) and Ipeak435nm (peak wavelength 435 nm) are not
  • the LEDs Ipeak440nm (peak wavelength 440 nm), Ipeak445nm (peak wavelength 445 nm), Ipeak450nm
  • Ipeak460nm peak wavelength 460 nm
  • Ipeak465nm peak wavelength 465 nm
  • Ipeak470nm peak wavelength 470 nm
  • semiconductor chips can emit radiation with a peak wavelength of up to 500 nm, but the efficiency decreases as the wavelength increases, which is why these are usually produced in large numbers only up to a peak wavelength of up to about 460 nm.
  • the applications of InGaN-based semiconductor chips in light-emitting diodes (without phosphor) are limited.
  • Fluorescent AB3 has a greater overlap with the sensitivity curve for melatonin production than the phosphors ClS, OS and G and also as the InGaN-based LEDs. This melatonin production with the
  • phosphor of the invention are efficiently suppressed. Due to similar optical properties, AB9, AB14, AB15 and AB16 are also suitable for suppression of
  • FIG. 31 shows the CIE standard table (1931), wherein the CIE-x component of the primary color red and the y-axis the CIE-y component of the primary color green are plotted on the x-axis.
  • the CIE-Normtafel the color locations are different
  • the black squares represent chromaticity coordinates of various blue and blue-green InGaN semiconductor chips with peak wavelengths between 430 nm and 492 nm and dominance wavelengths between 436 nm and 493 nm.
  • the black dot marks the white point Ew with the
  • Indiumgalliumnitrid semiconductor chip and the corresponding phosphors are constructed.
  • the area labeled EVL shows the typical blue color space for products for use in the area of signal lights for, for example, police vehicles.
  • the open circles mark color loci with 100% purity for selected dominant wavelengths at 468 nm, 476 nm, and 487 nm.
  • the conversion line (KL) of a typical blue LED to the color location of the inventive phosphor AB3 intersects the EVL color space in the middle, whereas the conversion lines of the same blue LED with the phosphors OS, ClS and G show only a slight overlap with the EVL color space. In this way, advantageously, a plurality of color spaces within the EVL color space can be achieved by using the phosphor AB3 than with the conventional phosphors. moreover
  • the conversion line K intersects the dashed line for the 487 nm dominant wavelength at the point I1 in the
  • Figures 32, 33 and 34 show a comparison of
  • the conversion LEDs with the phosphor AB3 and also with AB9, AB14, AB15 and AB16 show a significantly higher color purity than the
  • FIG. 35 shows the emission spectra of a conversion LED with a primary radiation of 430 nm and a conversion LED with a primary radiation of 455 nm, in each case with the phosphor AB3 at a
  • Embodiment AB4 of the phosphor according to the invention with the empirical formula (Na 0.25 K 0.75 ) represented Li 3 SiO 4 : Eu 2+ .
  • the wavelength is plotted in nm on the x-axis and the emission intensity in% on the y-axis.
  • the phosphor of the invention was excited with a primary radiation of a wavelength of 400 nm.
  • the phosphor has a half width of less than 50 nm, a peak wavelength of 529 nm, a
  • FIG. 39 shows a normalized Kubelka-Munk function (K / S) plotted against the wavelength ⁇ in nm for the fourth exemplary embodiment (AB4) of the phosphor according to the invention.
  • K / S Kubelka-Munk function
  • FIG. 40 shows the X-ray powder diffractogram of the fourth exemplary embodiment AB4. The intensity is shown on the y-axis and the ° 2 ⁇ values on the x-axis.
  • Figure 41 the reflex positions and the relative Intensity in% of the reflex positions of the
  • the embodiment AB4 of the phosphor according to the invention shows a high thermal stability. In FIG. 42, this is
  • the inventive phosphor AB4 compared to a conventional phosphor OS2, a green orthosilicate of the formula (Sr, Ba) 2 SiO 4 : Eu shown.
  • the phosphors were excited with a blue primary radiation having a wavelength of 460 nm at various temperatures of 25 to 225 ° C and their emission intensity was recorded. It can be clearly seen that the phosphor AB4 according to the invention has a significantly lower loss of emission intensity at typical temperatures prevailing in a conversion LED, in particular
  • FIG. 43 shows various optical properties of the fourth exemplary embodiment of the invention
  • Fluorescent AB4 compared to conventional phosphors G2 and OS2.
  • OS2 stands for a phosphor of the formula (Sr, Ba) 2 SiO 4 : Eu and G 2 for a phosphor of the formula
  • Color space coverage can be achieved, and to one
  • the reason for the improved Properties is the low half-width of the fourth embodiment AB4 with the formula (Na 0.25 K 0.75 ) Li 3 SiO 4 : Eu2 + of the phosphor according to the invention in comparison to the conventional phosphors. Due to a similar position of the peak wavelengths and half widths, the
  • the high luminous efficiency increases the efficiency of green conversion LEDs with partial or
  • FIG. 44 shows a comparison of the emission spectra of the fourth exemplary embodiment AB4 of the invention
  • Embodiment (Rb 0.5 Li 0.5 ) Li 3 SiO 4 of the phosphor according to the invention BS stands for a conventional green
  • Phosphors have a high coverage of the respective color space. With the phosphors according to the invention can thus be reproduced a wider range of colors.
  • a display device such as a display, with a conversion LED comprising the inventive
  • FIGS. 46 to 53 show a graphic representation of the color space coverage results for a dominant wavelength of the primary radiation at 448 nm described in FIG. 45.
  • the diagrams in each case indicate the second red phosphor used with its empirical formula.
  • Figures 54A, 54B and 54C show a more comprehensive list of the data of Figure 45, which additionally includes the color locations of the filtered spectra and coverage with others
  • FIGS. 55 to 58 show the spanned color spaces of various examples of those shown in FIG.
  • Embodiments AB4 and AB5 according to the invention are almost congruent. It can be seen that with the
  • Embodiments AB4 and AB5 of the invention are identical to Embodiments AB4 and AB5 of the invention.
  • Phosphors of the invention are prepared starting from inexpensive starting materials and also the synthesis is carried out at moderate temperatures. This keeps the production costs low, which also makes the phosphors very economical
  • Figures 59 to 62 show the corresponding
  • FIG. 63 shows the emission spectrum of the fifth exemplary embodiment AB5 of the phosphor according to the invention with the empirical formula (Rb 0.5 Li 0.5 ) Li 3 SiO 4 .
  • the wavelength is plotted in nm on the x-axis and the emission intensity in% on the y-axis.
  • the phosphor of the invention was excited with light of a wavelength of 400 nm.
  • the phosphor has a half-width of 43 nm and a
  • FIG. 64 shows a normalized Kubelka-Munk function (K / S) plotted against the wavelength ⁇ in nm for the fifth embodiment of the phosphor according to the invention.
  • the maximum of K / S for the fifth embodiment of the phosphor according to the invention is about 400 nm, but the high absorption range extends into the blue-green spectral range up to about 500 nm. Therefore, the phosphor can efficiently with a primary radiation having a wavelength between 330 and 500 nm, preferably 340 and 460 nm, particularly preferably 350 to 450 nm, are excited.
  • FIG. 65 shows the X-ray powder diffractogram of the fifth exemplary embodiment AB5 of the phosphor according to the invention with the reference symbol V.
  • the reference numeral VI The reference numeral VI
  • X-ray powder diffractogram shows a simulated compound RbLi (Li 3 SiO 4 ) 2 (K. Bernet, R. Hoppe, A "lithosilicate” with columnar units: RbLi5 ⁇ Li [SiO 4 ] 2, Z. Anorg. Allg. Chem., 1991 , 592, 93-105). Peaks in the X-ray powder diffraction pattern V, which can be assigned to the secondary phase Li 4 SiO 4 , are marked with asterisks.
  • FIG. 66 shows various optical properties of the fifth embodiment of the invention
  • OS1 stands for a phosphor of the formula (Sr, Ba) 2 SiO 4 : Eu and G1 for a phosphor of the formula
  • the phosphors G1 and OS1 have a different Eu or Ce content, in each case the same
  • the inventive phosphor AB5 shows a significantly higher light output (LER) and a significantly higher color purity. This leads to an improved color saturation, whereby a higher
  • Color space coverage can be achieved, and to one
  • the reason for the improved properties is the low half-width of the fourth embodiment AB5 with the formula (Rb 0.5 Li 0.5 ) Li 3 SiO 4 of the phosphor according to the invention in comparison to the
  • FIG. 67 shows a comparison of the emission spectra of the fifth embodiment AB5 of the invention
  • FIG. 68 shows the emission spectrum of the first exemplary embodiment AB1 with the empirical formula NaLi 3 SiO 4: Eu and of the sixth exemplary embodiment AB6 with the empirical formula Na 0.97 Ca 0.03 Li 2.94 Al 0.09 Si 0.97 O 3 88 N 0.12 : Eu shown.
  • the wavelength is plotted in nanometers on the x-axis and the emission intensity in percent on the y-axis.
  • the phosphor AB1 has a half width of 32 nm or 1477 cm -1 and a
  • Dominance wavelength of 473 nm the peak wavelength is approximately at 469 nm.
  • the phosphor AB6 has a
  • Half-width of 72.8 nm, a dominant wavelength of 548 nm, the peak wavelength is about 516.9 nm.
  • the luminous efficacy or luminescence efficiency of AB6 is 432.8 lm / W.
  • NaLi 3 SiO 4 : Eu is due to a stronger nephelauxetic
  • the phosphor is thus particularly suitable for Lighting fixtures or conversion LEDs in which
  • Figure 69 shows the emission spectra of AB6
  • Lu3Al3Ga2O12 Ce again.
  • the peak wavelength of the secondary radiation is closer to the maximum of the eye sensitivity at 555 nm compared to the primary radiation, whereby the emitted radiation has a higher overlap with the
  • Phosphors are particularly suitable for white conversion LEDs, for example for general lighting.
  • a total white radiation can be generated, which has a high color temperature.
  • FIG. 71 shows the tetragonal crystal structure of
  • the hatched circles represent the mixed occupied positions for the Na and Ca atoms.
  • the shaded areas represent the mixed Li / Si / Al-O / N tetrahedra.
  • Crystal structure corresponds to the crystal structure of
  • NaLi 3 SiO 4 Eu (see FIG. 8).
  • the crystal structure is similar to that of CaLiAl 3 N 4 : Eu described in P. Pust, AS Wochnik, E. Baumann, PJ Schmidt, D. Wiechert, C. Scheu, W. Schnick, Ca [LiAl 3 N 4 ]: Eu 2+ - A Narrow Band Red-Emitting
  • FIG. 73 shows atomic layers in the structure of FIG.
  • a single crystal of the phosphor according to the invention was excited with a primary radiation having a wavelength of 460 nm.
  • the phosphor has a half width of less than 50 nm, a
  • Color space coverage can be achieved, and to one
  • the reason for the improved characteristics is the small half width of the seventh embodiment AB7 having the formula (Na 0.25 K 0.50 Li 0.25 ) Li 3 SiO 4 : Eu 2+ of the phosphor according to the invention in comparison to the known phosphor BS.
  • the height of the seventh embodiment AB7 having the formula (Na 0.25 K 0.50 Li 0.25 ) Li 3 SiO 4 : Eu 2+ of the phosphor according to the invention in comparison to the known phosphor BS.
  • Luminous efficacy increases the efficiency of partial or full conversion green conversion LEDs compared to green conversion LEDs with known green phosphors having a comparable dominant and / or peak wavelength.
  • the optical data of the phosphors AB 7 and BS are shown in FIG.
  • FIG. 77 shows the monoclinic crystal structure of FIG. 77
  • the phosphor AB7 crystallizes in the same space group, C2 / m, as the fifth embodiment (Rb 0.5 Li 0.5 ) Li 3 SiO 4 : Eu 2 + with comparable grid parameters.
  • Li 3 SiO 4 : Eu 2+ contains two types of channels, one channel being occupied only by Rb and the other by Li only, while (Na 0.25 K 0.50 Li 0.25 ) Li 3 SiO 4 : Eu also contains two types of channels, with one channel occupied only by K and the other by Li and Na only.
  • the arrangement of Na and K in (Na0.25K0.50Li0.25) Li3SiO4: Eu is similar to that of
  • Crystal structure of AB7 is a crystal structure derived from the UCr 4 C 4 structure type with a higher degree of order.
  • Figure 78 the arrangement of Li, Na and K within the channels of the (Li 3 SiO 4 ) building units for
  • FIG. 79 shows crystallographic data of
  • FIG. 80 shows atomic layers in the structure of FIG.
  • FIG. 81 shows anisotropic displacement parameters of (Na 0.25 K 0.50 Li 0.25 ) Li 3 SiO 4 : Eu.
  • Figure 82 the emission spectrum of the eighth
  • the wavelength is plotted in nm on the x-axis and the emission intensity in% on the y-axis.
  • Emission spectrum was excited a powder of the phosphor according to the invention with a primary radiation of a wavelength of 400 nm.
  • the phosphor has a peak wavelength of about 525 nm and a dominant wavelength of 531 nm.
  • the half-width is below 45 nm and the color point in the CIE color space at the coordinates CIE-x: 0.211 and CIE-y: 0.671.
  • the empirical formula (Na 0.5 Rb 0.5 ) represented Li 3 SiO 4 : Eu 2+ To measure the emission spectrum, a powder of the
  • the phosphor excited with a primary radiation of a wavelength of 460 nm.
  • the phosphor has a half-width of less than 45 nm, a
  • the narrow half-width of the phosphor results in a saturated green emission of the phosphor. Due to the low half-width, the phosphor (Rb r * Na 1-r * ) 1 (TA) 3 (TD) 1 (XB) 4 : E or Rb r * Na 1- r * ) 1 Li 3 SiO 4 : E with 0.4 ⁇ r * ⁇ 1.0, in particular
  • FIG. 84 shows a normalized Kubelka-Munk function (K / S) plotted against the wavelength ⁇ in nm for the eighth exemplary embodiment (AB8) of the phosphor according to the invention.
  • K / S Kubelka-Munk function
  • FIG. 86 shows various optical properties of the eighth embodiment of the invention
  • Fluorescent AB8 compared to conventional phosphors ClS and OS1.
  • OS1 stands for a phosphor of the formula (Sr, Ba) 2 SiO 4 : Eu and ClS for Ca 7.8 Eu 0.2 Mg (SiO 4 ) 4 Cl 2 . All three phosphors show a similar dominant wavelength. However, the inventive phosphor AB8 shows a significantly higher light output (LER). This results in improved color saturation, allowing for greater color space coverage, and improved overall efficiency. The reason for the improved properties is the low half-width of the eighth embodiment AB8 with the formula (Na 0.5 Rb 0.5 ) Li 3 SiO 4 : Eu 2+ of the invention
  • Partial or full conversion conversion LEDs compared to green conversion LEDs with known green phosphors having a comparable dominance and / or peak wavelength.
  • Figure 87 the relative brightness in% is versus
  • the embodiment AB8 of the phosphor according to the invention shows a high thermal stability. In FIG. 87, this is
  • inventive phosphor AB8 shown as open squares
  • inventive phosphor OS1 of the formula (Sr, Ba) 2 SiO 4 : Eu (shown as filled diamonds).
  • the phosphors were given a blue primary radiation of one wavelength of 400 nm for the inventive phosphor AB8 or 460 nm for OS1 at different temperatures of 25 to 225 ° C excited and their emission intensity was thereby
  • Inventive phosphor AB8 a significantly lower loss of emission intensity at typical temperatures prevailing in a conversion LED, in particular
  • the phosphor can thus be used at higher operating temperatures in conversion LEDs. From 125 ° C AB8 shows a much lower loss of emission intensity in the
  • AB8 still shows an emission intensity of 90% at a temperature of 225 ° C
  • the black circles represent Rb atoms and the white circles Na atoms.
  • the phosphor AB8 crystallizes in the same space group, C2 / m, as the fifth embodiment (Rb 0.5 Li 0.5 ) Li 3 SiO 4 : Eu 2+ and the seventh embodiment (Na 0.25 K 0.50 Li 0.25 ) Li 3 SiO 4 : Eu with comparable lattice parameters.
  • the crystal structures of the phosphors (Na 0.5 Rb 0.5 ) Li 3 SiO 4 : Eu 2+ , (Na 0.25 K 0.50 Li 0.25 ) Li 3 SiO 4 : Eu and (Rb 0.5 Li 0.5 ) Li 3 SiO 4 : Eu 2+ have the same (Li 3 SiO 4 ) units.
  • the (Li 3 SiO 4 ) building units are SiO 4 and LiO 4 tetrahedra, oxygen occupying the corners and Li and Si respectively occupying the center of the tetrahedron. The occupation of the channels within these units is however
  • Li3SiO4: Eu 2+ contains two types of channels, one channel only with Rb and the other with Li only (Na 0.25 K 0.50 Li 0.25 ) Li 3 SiO 4 : Eu also contains two types of channels, one channel occupied only by K and the other by Li and Na only, and (Rb 0 , 5 Na 0.5 ) Li 3 SiO 4 : Eu2 + contains two types of channels, with one channel occupied only by Rb and the other by Na only.
  • Figure 89 shows a crystallographic evaluation.
  • Figure 89 shows a Rietveld refinement of
  • FIG. 91 shows atomic layers in the structure of FIG.
  • the wavelength is plotted in nm on the x-axis and the emission intensity in% on the y-axis.
  • Emission spectrum was excited a powder of the phosphor according to the invention with a primary radiation of a wavelength of 400 nm.
  • the phosphor has a peak wavelength of about 473 nm and a dominant wavelength of 476 nm.
  • the half-width is at 22 nm and the color point in the CIE color space at the coordinates CIE-x: 0.127 and CIE-y: 0.120.
  • the empirical formula (Na 0.75 Rb 0.25 ) represented Li 3 SiO 4 : Eu 2+ To measure the emission spectrum, a powder of the
  • the phosphor In contrast to the excitation with a primary radiation of 400 nm shown in FIG. 92, the phosphor has an even lower half-width between 19 nm and 21 nm.
  • FIG. 94 shows a normalized Kubelka-Munk function (K / S) plotted against the wavelength ⁇ in nm for the ninth embodiment (AB9) of the phosphor according to the invention and of BaMgAl 10 O 17 : Eu (50 mol%) (VB1) as a comparative example.
  • the phosphor according to the invention can be efficiently excited.
  • Characterized the phosphor is (Rb r * r * 1 Na) 1 (TA) 3 (TD) 1 (XB) 4: E or Rb r * Na 1-r *) Li 3 SiO 4: E 0 ⁇ r * ⁇ 0.4, in particular (Na 0.75 Rb 0.25 ) Li 3 SiO 4 : Eu 2+ , in particular for
  • FIG. 95 shows a comparison of the emission spectra of the ninth embodiment AB9 of the invention
  • FIG. 96 shows various optical properties of the ninth embodiment of the invention
  • Fluorescent AB9 compared to conventional phosphors VB1 and VB4.
  • VB1 stands for a phosphor of the formula BaMgAl 10 O 17 : Eu and VB4 for (Ba 0.75 Sr 0.25 ) Si 2 O 2 N 2 : Eu. All three phosphors show a similar dominance and
  • FIG. 97 shows the tetragonal crystal structure of
  • Phosphorus (Na 0.75 Rb 0.25 ) Li 3 SiO 4 : Eu 2+ in a schematic representation.
  • the black circles represent Rb atoms and the white circles Na atoms.
  • the phosphor AB9 crystallizes in the same space group, I4 / m, as the third embodiment (Na 0.5 K 0.5 ) Li 3 SiO 4 : Eu 2+ .
  • the third embodiment (Na 0.5 K 0.5 ) Li 3 SiO 4 : Eu 2+ .
  • Crystal structures of the phosphors (Na 0.5 K 0.5 ) Li 3 SiO 4 : Eu 2+ and (Na 0.75 Rb 0.25 ) Li 3 SiO 4 : Eu 2+ have the same (Li 3 SiO 4 ) - Building units on.
  • the (Li 3 SiO 4 ) building units have SiO 4 and LiO 4 tetrahedra, oxygen occupying the corners and Li and Si respectively occupying the center of the tetrahedron. The occupation of the channels within these units is different for the phosphors.
  • K 0.5 Na 0.5 Li 3 SiO 4 : Eu 2+ contains two types of channels, with one channel occupied only by K and the other by Na only.
  • FIG. 98 shows a crystallographic evaluation.
  • Figure 98 shows a Rietveld refinement of
  • FIG. 99 shows crystallographic data of
  • FIG. 100 shows atomic layers in the structure of FIG.
  • the embodiment AB9 of the phosphor according to the invention shows a high thermal stability. In FIG. 101, this is
  • the phosphor has a peak wavelength of about 628.7 nm and a
  • the half-width is at 99 nm and the color point in the CIE color space at the
  • a powder of the phosphor according to the invention was excited with a primary radiation having a wavelength of 460 nm.
  • the phosphor has a peak wavelength of about 632 nm and a
  • the half-width is 97.7 nm and the color point in the CIE color space in the
  • Figure 104 shows a normalized Kubelka-Munk function (K / S) plotted against the wavelength ⁇ in nm for the tenth embodiment (AB10) of the invention
  • the phosphor according to the invention can be efficiently excited.
  • Figure 105 the emission spectrum of the tenth
  • the embodiments were prepared as AB10, the weights are given in the following tables. Weights of starting materials for AB-10a
  • (Ca, Sr, Ba) 2 Si 5 N 8 : Eu show better adjustability the peak wavelength, but their use is expensive

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Abstract

Es wird ein Leuchtstoff angegeben. Der Leuchtstoff weist die allgemeine Summenformel auf: (MA)a(MB)b(MC)c(MD)d(TA)e(TB)f(TC)g(TD)h(TE)i(TF)j(XA)k(XB)l(XC)m(XD)n:E. Dabei ist MA aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt, MB ist aus einer Gruppe von divalenten Metallen ausgewählt, MC ist aus einer Gruppe von trivalenten Metallen ausgewählt, MD ist aus einer Gruppe von tetravalenten Metallen ausgewählt, TA ist aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt, TB ist aus einer Gruppe von divalenten Metallen ausgewählt, TC ist aus einer Gruppe von trivalenten Metallen ausgewählt, TD ist aus einer Gruppe von tetravalenten Metallen ausgewählt, TE ist aus einer Gruppe von pentavalenten Elementen ausgewählt, TF ist aus einer Gruppe von hexavalenten Elementen ausgewählt, XA ist aus einer Gruppe von Elementen ausgewählt, die Halogene umfasst, XB aus einer Gruppe von Elementen ausgewählt ist, die O, S und Kombinationen daraus umfasst, - E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn, XC = N und XD = C. Weiter gilt: a+b+c+d = t; e+f+g+h+i+j = u; k+l+m+n = v; a+2b+3c+4d+e+2f+3g+4h+5i+6j-k-21-3m-4n = w; 0,8 ≤ t ≤ 1; 3,5 ≤ u ≤ 4; 3,5 ≤ v ≤ 4; (-0,2) ≤ w ≤ 0,2 und 0 ≤ m < 0,875 v und/oder v ≥ 1 > 0,125 v.

Description

Beschreibung Leuchtstoff und Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs Die Erfindung betrifft einen Leuchtstoff und ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldungen 10 2016 114 993.4 und 10 2016 121 692.5, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Leuchtstoffe, die effizient mit ultravioletter, blauer oder grüner Primärstrahlung angeregt werden können und eine effiziente Emission im blauen, grünen, gelben, roten oder tiefroten Spektralbereich aufweisen, sind von größtem
Interesse für die Herstellung von weißen und farbigen
lichtemittierenden Dioden (LEDs). Solche sogenannte
Konversions-LEDs werden für viele Anwendungen, beispielsweise zur Allgemeinbeleuchtung, Display-Hinterleuchtung,
Beschilderung, in Automobilen und in zahlreichen weiteren Verbraucherprodukten, eingesetzt. Um eine
Effizienzsteigerung, eine höhere Robustheit, eine bessere Farbqualität, Farbraumabdeckung und/oder Farbtreue der
Konversions-LEDs zu erzielen, um zum einen die Anwendungen zu verbessern und zum anderen das Anwendungsspektrum der
Konversions-LEDs zu erweitern, ist die Nachfrage nach neuen Leuchtstoffen groß. Bekannte Leuchtstoffe, die eine Emission im grünen bis roten Spektralbereich mit einer relativ geringen Halbwertsbreite (FWHM) aufweisen, sind beispielsweise EAS:Eu oder EAGa2S4:Eu (EA = Erdalkalimetalle). Diese Leuchtstoffe sind aber wenig robust und zeigen eine temperaturabhängige Abnahme der
Intensität der emittierten Strahlung (thermisches Quenchen, "thermal quenching"). Nitridosilikate und Nitridoalumosilikate der Formel
M2Si5N8:Eu, MAlSiN3:Eu oder MM'Si2Al2N6:Eu mit M, M' = Mg,Ca,Sr oder M,M' = Mg,Ca,Sr,Ba emittieren im orangen bis roten
Spektralbereich und sind sehr effizient und stabil.
Nachteilig an diesen Leuchtstoffen ist die relativ große Halbwertsbreite der Emissionsbande, deren teure
Ausgangsstoffe und ein aufwendiges Herstellungsverfahren. Teilweise sind diese Leuchtstoffe auch nicht beständig gegenüber Feuchtigkeit. Granate der Formel A3B5O12:Ce (A = Metall der Seltenen Erden, B = Al,Ga) und deren Derivate emittieren im grünen und gelben Spektralbereich und weisen eine hohe Beständigkeit und eine hohe Konversionseffizienz auf. Nachteilig an diesen
Leuchtstoffen ist die relativ große Halbwertsbreite der
Emissionsbande und eine limitierte Einstellbarkeit der
Emissionswellenlänge. So kann beispielsweise eine Emission im roten Spektalbereich nicht erreicht werden. Orthosilikate und Oxonitridoorthosilikate der Formel
M2SiO4:Eu, M2-x-aRExEuaSiO4-xNx oder M2-x-aRExEuaSi1-yO4-x-2yNx (M = Sr, Ba, Ca, Mg; RE = Metall der Seltenen Erden) emittieren Strahlung im grünen bis orangen Spektralbereich. Die
Hauptnachteile dieser Leuchtstoffe sind eine relativ große Halbwertsbreite der Emissionsbande und eine limitierte
Einstellbarkeit der Emissionswellenlänge, beispielsweise kann eine Emission im roten Spektralbereich nicht erreicht werden. Zudem zeigen die Leuchtstoffe ein thermisches Quenchverhalten und sind wenig robust. Oxonitridosilikate und SiAlONe der Formel MSi2O2N2:Eu, Si6- zAlzOzN8-z:RE oder Si6-xAlzOyN8-y:REz (RE = Metall der Seltenen Erden) emittieren Strahlung im blauen bis gelben
Spektralbereich. Die Hauptnachteile dieser Leuchtstoffe sind eine relativ große Halbwertsbreite der Emissionsbande und eine limitierte Einstellbarkeit der Emissionswellenlänge. Zudem sind die Leuchtstoffe teilweise nicht sehr effizient und stabil und unter anderem durch teure Edukte teuer in der Herstellung. Nitridoaluminate der Formel MLiAl3N4:Eu (M = Ca,Sr)
emittieren im tiefroten Spektralbereich und weisen eine hohe Strahlungsstabilität und eine hohe Konversionseffizienz auf. Nachteilig ist eine limitierte Einstellbarkeit der
Emissionswellenlänge, beispielsweise kann eine schmalbandige Emission im grünen und gelben Spektralbereich nicht erreicht werden. Zudem sind diese Leuchtstoffe teuer in der
Herstellung und zudem teilweise nicht beständig gegen
Feuchtigkeitseinflüsse. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin,
Leuchtstoffe anzugeben, die effizient mittels ultravioletter, blauer oder grüner Primärstrahlung angeregt werden können, und eine effiziente Emission im blauen, grünen, gelben, roten und/oder tiefroten Spektralbereich aufweisen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von Leuchtstoffen anzugeben, das kostengünstig und einfach durchgeführt werden kann. Die Aufgaben werden durch einen Leuchtstoff und ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sowie Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben. Es wird ein Leuchtstoff angegeben. Der Leuchtstoff weist die allgemeine Summenformel auf: (MA)a(MB)b(MC)c(MD)d(TA)e(TB)f(TC)g(TD)h(TE)i(TF)j(XA)k(XB)l(XC)m (XD)n. Dabei ist MA aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt, MB ist aus einer Gruppe von divalenten Metallen ausgewählt, MC ist aus einer Gruppe von trivalenten Metallen ausgewählt, MD ist aus einer Gruppe von tetravalenten
Metallen ausgewählt, TA ist aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt, TB ist aus einer Gruppe von divalenten Metallen ausgewählt, TC ist aus einer Gruppe von trivalenten Metallen ausgewählt, TD ist aus einer Gruppe von
tetravalenten Metallen ausgewählt, TE ist aus einer Gruppe von pentavalenten Elementen ausgewählt, TF ist aus einer Gruppe von hexavalenten Elementen ausgewählt, XA ist aus einer Gruppe von Elementen ausgewählt, die Halogene umfasst, XB ist aus einer Gruppe von Elementen ausgewählt, die O, S und Kombinationen daraus umfasst, XC = N und XD = C. Weiter gilt:
- a+b+c+d = t;
- e+f+g+h+i+j = u
- k+l+m+n = v
- a+2b+3c+4d+e+2f+3g+4h+5i+6j–k-2l-3m-4n = w
- 0.8 ≤ t ≤ 1
- 3.5 ≤ u ≤ 4
- 3.5 ≤ v ≤ 4
- (-0.2) ≤ w ≤ 0.2. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Leuchtstoff innerhalb seiner Summenformel zumindest Eu, Ce, Yb und/oder Mn. Eu, Ce, Yb und/oder Mn dienen als Aktivatoren des
Leuchtstoffs, der für die Emission von Strahlung
verantwortlich ist. Damit kann der Leuchtstoff insbesondere die folgende Formel aufweisen:
(MA)a(MB)b(MC)c(MD)d(TA)e(TB)f(TC)g(TD)h(TE)i(TF)j(XA)k(XB)l(XC)m (XD)n:E, wobei E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn. Hier und im Folgenden werden Leuchtstoffe anhand von
Summenformeln beschrieben. Es ist bei den angegebenen
Summenformeln möglich, dass der Leuchtstoff weitere Elemente etwa in Form von Verunreinigungen aufweist, wobei diese
Verunreinigungen zusammengenommen bevorzugt höchstens einen Gewichtsanteil an dem Leuchtstoff von höchstens 1 Promille oder 100 ppm (parts per million) oder 10 ppm aufweisen sollten. Gemäß zumindest einer Ausführungsform gilt für den
Leuchtstoff mit der allgemeinen Summenformel
(MA)a(MB)b(MC)c(MD)d(TA)e(TB)f(TC)g(TD)h(TE)i(TF)j(XA)k(XB)l(XC)m (XD)n bzw.
(MA)a(MB)b(MC)c(MD)d(TA)e(TB)f(TC)g(TD)h(TE)i(TF)j(XA)k(XB)l(XC)m (XD)n:E: 0 ≤ m < 0,875 v und/oder v ≥ l > 0,125 v. Die Zuordnung der Elemente zu MA, MB, MC, MD, TA, TB, TC, TD, TE, TF ist insbesondere durch deren Anordnung innerhalb der Kristallstrukturen der Leuchtstoffe begründet. Insbesondere sind dabei innerhalb der Kristallstrukturen TA, TB, TC, TD, TE und/oder TF von XA, XB, XC und/oder XD umgeben und die sich daraus ergebenden Baueinheiten, über gemeinsame Ecken und Kanten verknüpft. Durch die Ecken- und Kantenverknüpfung der Baueinheiten bilden sich insbesondere Hohlräume oder Kanäle, in denen MA, MB, MC und/oder MD angeordnet sind.
Aufgrund dieser Zuordnung ist es möglich, dass sich die möglichen Elemente in MA, MB, MC, MD, TA, TB, TC, TD, TE und TF überschneiden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die folgende allgemeine Summenformel auf:
(MA)a(MB)b(TA)e(TB)f(TC)g(TD)h(XC)m(XB)l,
wobei
- MA aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt ist, die Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag und Kombinationen daraus umfasst,
- MB aus einer Gruppe von divalenten Metallen ausgewählt ist, die Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Mn, Eu, Yb, Ni, Fe, Co und
Kombinationen daraus umfasst,
- TA aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt ist, die Li, Na, Cu, Ag und Kombinationen daraus umfasst, - TB aus einer Gruppe von divalenten Metallen ausgewählt ist, die Mg, Zn, Mn, Eu, Yb, Ni und Kombinationen daraus umfasst, - TC aus einer Gruppe von trivalenten Metallen ausgewählt ist, die B, Al, Ga, In, Y, Fe, Cr, Sc, Seltene Erden und Kombinationen daraus umfasst,
- TD aus einer Gruppe von tetravalenten Metallen ausgewählt ist, die Si, Ge, Sn, Mn, Ti, Zr, Hf, Ce und Kombinationen daraus umfasst,
- XB aus einer Gruppe von Elementen ausgewählt ist, die O, S und Kombinationen daraus umfasst,
- XC = N
- a+b = t
- e+f+g+h = u
- l+m = v
- a+2b+e+2f+3g+4h-2l-3m= w
- 0.8 ≤ t ≤ 1 - 3.5 ≤ u ≤ 4
- 3.5 ≤ v ≤ 4
- (-0.2) ≤ w ≤ 0.2 und
0 ≤ m < 0,875 v und/oder v ≥ l > 0,125 v. Der Leuchtstoff enthält insbesondere innerhalb seiner Summenformel zumindest Eu, Ce, Yb und/oder Mn und weist insbesondere die
Summenformel (MA)a(MB)b(TA)e(TB)f(TC)g(TD)h(XC)m(XB)l:E mit E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn auf. Bevorzugt gilt:
- MA ist aus einer Gruppe von monovalenten Metallen
ausgewählt, die Li, Na, K, Rb, Cs und Kombinationen daraus umfasst,
- MB ist aus einer Gruppe von divalenten Metallen ausgewählt, die Mg, Ca, Sr, Ba, Eu und Kombinationen daraus umfasst, - TA ist aus einer Gruppe von monovalenten Metallen
ausgewählt, die Li, Na, Cu, Ag und Kombinationen daraus umfasst,
- TB ist aus einer Gruppe von divalenten Metallen ausgewählt, die Eu umfasst,
- TC ist aus einer Gruppe von trivalenten Metallen
ausgewählt, die B, Al, Ga, In und Kombinationen daraus umfasst,
- TD ist aus einer Gruppe von tetravalenten Metallen
ausgewählt, die Si, Ge, Sn, Mn, Ti und Kombinationen daraus umfasst und
- XB = O. 0 ≤ m < 0,875 v und/oder v ≥ l > 0,125 v bedeutet, dass der Mol-Anteil an XC, also Stickstoff, in dem Leuchtstoff unter 87,5 Mol% in Bezug auf die Gesamtstoffmenge v an XA, XB, XC und XD beträgt und/oder der Mol-Anteil an XB, also Sauerstoff und/oder Schwefel, in dem Leuchtstoff über 12,5 Mol% in Bezug auf die Gesamtstoffmenge v an XA, XB, XC und XD beträgt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei MA, MB, MC, MD, TA, TB, TC, TD, TE und TF um die entsprechenden monovalenten, divalenten, trivalenten, tetravalenten,
pentavalenten oder hexavalenten Kationen. Mit anderen Worten weisen MA und TA die Oxidationsstufe +1, MB und TB die
Oxidationsstufe +2, MC und TC die Oxidationsstufe +3, MD und TD die Oxidationsstufe +4, TE die Oxidationsstufe +5 und TF die Oxidationsstufe +6 auf. Bei XA, XB, XC und XD handelt es sich insbesondere um die Anionen der entsprechenden Elemente. Dabei weist XA bevorzugt die Oxidationsstufe -1, XB die
Oxidationsstufe -2, XC, also N, die Oxidationsstufe -3 und XD, also C, die Oxidationsstufe -4 auf. In der WO 2013/175336 A1 wird eine neue Familie von rot- emittierenden Leuchtstoffen beschrieben, die eine Emission mit kleinen Halbwertsbreiten aufweisen. Die dort offenbarten Leuchtstoffe weisen einen Anteil von mindestens 87,5 %
Stickstoff und höchstens 12,5 % Sauerstoff in Bezug auf die Gesamtmenge an anionischen Elementen des Leuchtstoffs auf. Ein höherer Sauerstoffgehalt in den Leuchtstoffen führt gemäß der WO 2013/175336 A1 zu instabilen Verbindungen.
Leuchtstoffe mit einem Sauerstoffgehalt über 12,5 % konnten folglich nicht isoliert werden. Unter der Halbwertsbreite wird hier und im Folgenden die spektrale Breite auf halber Höhe des Maximums des
Emissionspeaks, kurz FWHM oder Full-width at half maximum, verstanden. Als Emissionspeak wird der Peak mit der maximalen Intensität verstanden. Überraschenderweise haben die Erfinder der vorliegenden
Erfindung festgestellt, dass ein höherer Sauerstoff- und/oder Schwefelanteil, also ein Sauerstoff- und/oder Schwefelanteil in dem Leuchtstoff über 12,5 Mol% in Bezug auf die Gesamtstoffmenge an anionischen Elementen, beziehungsweise ein geringerer Stickstoffanteil, also ein Stickstoffanteil in dem Leuchtstoff unter 87,5 Mol% in Bezug auf die
Gesamtstoffmenge an anionischen Elementen, zu sehr stabilen und effizienten Leuchtstoffen mit hoher Quanteneffizienz führt. Die Leuchtstoffe weisen ein hohes Absorptionsvermögen im UV-Bereich bis grünen Bereich, insbesondere zwischen 300 nm und 500 nm oder zwischen 300 nm und 460 nm, bevorzugt zwischen 300 nm und 430 nm oder 300 nm und 450 nm, auf und lassen sich damit effizient mit einer Primärstrahlung in diesem Wellenlängenbereich anregen. Die Primärstrahlung kann von den Leuchtstoffen ganz (Vollkonversion) oder teilweise (Teilkonversion) in eine längerwellige Strahlung, auch
Sekundärstrahlung genannt, umgewandelt werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform gilt bevorzugt: 0 ≤ m < 0,75 v oder v ≥ l > 0,25 v, 0 ≤ m < 0,625 v oder v ≥ l > 0,375 v. Besonders bevorzugt ist: 0 ≤ m < 0,5 v oder v ≥ l > 0,5 v, 0 ≤ m < 0,375 v oder v ≥ l > 0,625 v, 0 ≤ m < 0,25 v oder v ≥ l > 0,7 v, 0 ≤ m < 0,125 v oder v ≥ l > 0,875 v oder m = 0 oder l = v. Die Erfinder haben herausgefunden, dass sich
überraschenderweise mit zunehmendem Sauerstoff- und/oder Schwefelgehalt beziehungsweise mit abnehmendem
Stickstoffgehalt die Peakwellenlänge der Leuchtstoffe hin zu kürzeren Wellenlängen verschiebt und zudem sehr stabile
Leuchtstoffe resultieren. Dadurch ist es mit Vorteil möglich, die gewünschte Peakwellenlänge des Leuchtstoffs durch eine Variation des Sauerstoff- bzw. des Stickstoffgehalts
entsprechend einzustellen. Auch lässt sich die
Peakwellenlänge und/oder die Halbwertsbreite des Leuchtstoffs durch Kombinationen oder Substitutionen der Metalle oder Elemente MA, MB, MC, MD, TA, TB, TC, TD, TE, TF, XA, XC, XD und/oder XB variieren. Es wurde also eine Möglichkeit
gefunden, Leuchtstoffe bereitzustellen, die in ihren
Eigenschaften, insbesondere der Peakwellenlänge und der
Halbwertsbreite, gezielt für eine entsprechende Anwendung angepasst werden können und dabei überraschenderweise auch noch sehr stabil sind. Insbesondere können die Leuchtstoffe sehr schmale Halbwertsbreiten, beispielsweise unter 50 nm, unter 30 nm oder unter 20 nm, aufweisen, was die Leuchtstoffe für viele Anwendungen, zum Beispiel für
Hinterleuchtungsanwendungen, interessant macht. Als "Peakwellenlänge" wird vorliegend die Wellenlänge im Emissionsspektrum bezeichnet, bei der die maximale Intensität im Emissionsspektrum liegt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform gilt für den
Leuchtstoff mit der Summenformel
(MA)a(MB)b(MC)c(MD)d(TA)e(TB)f(TC)g(TD)h(TE)i(TF)j(XA)k(XB)l(XC)m (XD)n:E:
a+b+c+d = 1;
e+f+g+h+i+j = 4;
k+l+m+n = 4;
a+2b+3c+4d+e+2f+3g+4h+5i+6j-k-2l-3m-4n = 0 und m < 3,5 oder l > 0,5. Dabei handelt es sich also um einen elektroneutralen Leuchtstoff. Gemäß zumindest einer Ausführungsform gilt n = 0, k = 0, v = 4 und m < 3,5 und l > 0,5. Der Leuchtstoff weist dann also folgende Summenformel auf:
(MA)a(MB)b(MC)c(MD)d(TA)e(TB)f(TC)g(TD)h(TE)i(TF)j(XB)l(XC)m:E. MA, MB, MC, MD, TA, TB, TC, TD, TE, TF, XC und XB sind dabei wie vorstehend definiert. Gemäß dieser Ausführungsform weist der Leuchtstoff nur Stickstoff und Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel oder Stickstoff, Schwefel und Sauerstoff, bevorzugt nur Stickstoff und Sauerstoff, als Anionen auf. Dabei ist aber nicht ausgeschlossen, dass weitere, auch anionische Elemente in Form von Verunreinigungen vorhanden sind.
Bevorzugt gilt m < 3,0 und l > 1,0; m < 2,5 und l > 1,5; m < 2,0 und l < 2,0; m < 1,5 und l > 2,5; m < 1,5 und l > 2,5; m < 1,0 und l > 3,0; m < 0,5 und l > 3,5 oder m = 0 und l = 4. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel (MA)a(MB)b(TA)e(TD)h(XB)l(XC)m:E auf. Dabei gilt bevorzugt:
- MA ist aus einer Gruppe von monovalenten Metallen
ausgewählt, die Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag und Kombinationen daraus umfasst. Besonders bevorzugt ist MA aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt, die Li, Na, K, Rb, Cs und Kombinationen daraus umfasst,
- MB ist aus einer Gruppe von divalenten Metallen ausgewählt, die Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Mn, Eu, Yb, Ni, Fe, Co und
Kombinationen daraus umfasst. Besonders bevorzugt ist MB aus einer Gruppe von divalenten Metallen ausgewählt, die Mn, Eu, Yb und Kombinationen daraus umfasst. Ganz besonders bevorzugt ist MB = Eu oder eine Kombination aus Eu und Mn und/oder Yb, - TA ist aus einer Gruppe von monovalenten Metallen
ausgewählt, die Li, Na, Cu, Ag und Kombinationen daraus umfasst. Besonders bevorzugt ist TA ist aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt, die Li, Na und
Kombinationen daraus umfasst. Ganz besonders bevorzugt ist TA = Li,
- TD ist aus einer Gruppe von tetravalenten Metallen
ausgewählt, die Si, Ge, Sn, Mn, Ti, Zr, Hf, Ce und
Kombinationen daraus umfasst. Besonders bevorzugt ist TD aus einer Gruppe von tetravalenten Metallen ausgewählt, die Si, Ge, Sn, Mn, Ti, und Kombinationen daraus umfasst. Ganz besonders bevorzugt ist TD = Si,
- XB ist aus einer Gruppe von Elementen ausgewählt, die O, S und Kombinationen daraus umfasst. Besonders bevorzugt ist XB = O,
- XC = N. Weiter gilt:
- a+b = t,
- e+h = u,
- l+m = v,
- a+2b+e+4h-2l-3m = w
- 0.8 ≤ t ≤ 1
- 3.5 ≤ u ≤ 4
- 3.5 ≤ v ≤ 4
- (-0.2) ≤ w ≤ 0.2
- 0 ≤ m < 0,875 v und/oder v ≥ l > 0,125 v und
- E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn, bevorzugt E = Eu. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel
(MA)a(MB)b(TA)e(TD)h(XB)l(XC)m:E auf. Dabei gilt:
- MA ist aus einer Gruppe von monovalenten Metallen
ausgewählt, die Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag und Kombinationen daraus umfasst. Bevorzugt ist MA aus einer Gruppe von
monovalenten Metallen ausgewählt, die Li, Na, K, Rb und
Kombinationen daraus umfasst,
- MB ist aus einer Gruppe von divalenten Metallen ausgewählt, die Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Mn, Eu, Yb, Ni, Fe, Co und
Kombinationen daraus umfasst. Bevorzugt ist aus einer Gruppe von divalenten Metallen ausgewählt, die Mn, Eu, Yb und
Kombinationen daraus umfasst. Besonders bevorzugt ist MB = Eu oder eine Kombination von Eu mit Mn und/oder Yb,
- TA ist aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt, die Li, Na, Cu, Ag und Kombinationen daraus umfasst. Bevorzugt ist TA aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt, die Li, Na und Kombinationen daraus umfasst. Besonders bevorzugt ist TA = Li,
- TD ist aus einer Gruppe von tetravalenten Metallen
ausgewählt, die Si, Ge, Sn, Mn, Ti, Zr, Hf, Ce und
Kombinationen daraus umfasst. Bevorzugt ist TD aus einer Gruppe von tetravalenten Metallen ausgewählt, die Si, Ge, Sn, Mn, Ti, und Kombinationen daraus umfasst. Besonders bevorzugt ist TD = Si,
- XB ist aus einer Gruppe von Elementen ausgewählt, die O, S und Kombinationen daraus umfasst. Bevorzugt ist XB = O.
- XC = N. Weiter gilt:
a+b = 1;
e+h = 4;
l+m = 4;
- a+2b+e+4h-2l-3m = 0 und m < 3,5 oder l > 0,5 und
E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn, bevorzugt E = Eu. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel
(MA)a(MB)b(TA)e(TC)g(TD)h(XB)l(XC)m:E auf, wobei
- MA aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt ist, die Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag und Kombinationen daraus umfasst,
- MB aus einer Gruppe von divalenten Metallen ausgewählt ist, die Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Mn, Eu, Yb, Ni, Fe, Co und
Kombinationen daraus umfasst,
- TA aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt ist, die Li, Na, Cu, Ag und Kombinationen daraus umfasst, - TC aus einer Gruppe von trivalenten Metallen ausgewählt ist, die B, Al, Ga, In, Y, Fe, Cr, Sc, Seltene Erden und Kombinationen daraus umfasst, - TD aus einer Gruppe von tetravalenten Metallen ausgewählt ist, die Si, Ge, Sn, Mn, Ti, Zr, Hf, Ce und Kombinationen daraus umfasst,
- XB aus einer Gruppe von Elementen ausgewählt ist, die O, S und Kombinationen daraus umfasst,
- XC = N
- a+b = t
- e+g+h = u
- l+m = v
- a+2b+e+3g+4h-2l-3m = w
- 0.8 ≤ t ≤ 1
- 3.5 ≤ u ≤ 4
- 3.5 ≤ v ≤ 4
- (-0.2) ≤ w ≤ 0.2 und
E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn. Bevorzugt gilt:
0 ≤ m < 0,875 v und/oder v ≥ l > 0,125 v. Gemäß dieser
Ausführungsform weist der Leuchtstoff nur Stickstoff und Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel oder Stickstoff, Schwefel und Sauerstoff, bevorzugt nur Stickstoff und Sauerstoff, als Anionen auf. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel
(MA)a(MB)b(TA)e(TC)g(TD)h(XB)l(XC)m:E auf, wobei
- MA aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt ist, die Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag und Kombinationen daraus umfasst,
- MB aus einer Gruppe von divalenten Metallen ausgewählt ist, die Mg, Ca, Sr, Ba, Eu und Kombinationen daraus umfasst, - TA aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt ist, die Li, Na, Cu, Ag und Kombinationen daraus umfasst, - TC aus einer Gruppe von trivalenten Metallen ausgewählt ist, die B, Al, Ga und Kombinationen daraus umfasst, - TD aus einer Gruppe von tetravalenten Metallen ausgewählt ist, die Si, Ge und Kombinationen daraus umfasst,
- XB = O,
- XC = N
- a+b = 1
- e+g+h = 4
- l+m = 4
- a+2b+e+3g+4h-2l-3m = 0 und
E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn. Bevorzugt ist m < 3,5 oder l > 0,5. Dabei handelt es sich also um einen elektroneutralen Leuchtstoff, der nur Stickstoff und Sauerstoff als Anionen aufweist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel
(MA)a(MB)b(TA)e(TC)g(TD)h(XB)l(XC)m:E auf, wobei
- MA aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt ist, die Li, Na, K und Kombinationen daraus umfasst,
- MB aus einer Gruppe von divalenten Metallen ausgewählt ist, die Mg, Ca, Sr, Ba, Eu und Kombinationen daraus umfasst, - TA = Li,
- TC = Al,
- TD = Si,
- XB = O,
- XC = N
- a+b = 1
- e+g+h = 4
- l+m = 4
- a+2b+e+3g+4h-2l-3m = 0 und E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn, bevorzugt E = Eu. Bevorzugt ist m < 3,5 oder l > 0,5. Dabei handelt es sich also um einen elektroneutralen Leuchtstoff, der nur Stickstoff und Sauerstoff als Anionen aufweist. Der Leuchtstoff enthält innerhalb seiner Summenformel zumindest Eu, Ce, Yb und/oder Mn. Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Leuchtstoff um ein Oxid, das heißt es liegt nur Sauerstoff als anionisches Element in dem Leuchtstoff vor. Der
Leuchtstoff weist dann eine der folgenden allgemeinen
Summenformeln auf:
(MA)1(TA)3(TD)1(XB)4:E,
(MA)1(TA)3-x(TD)1-x(TB)x(TC)x(XB)4:E,
(MA)1-x'(MB)x'(TA)3(TD)1-x'(TC)x'(XB)4:E,
(MA)1-x''(MB)x''(TA)3-x''(TD)1-x''(TB)2x''(XB)4:E,
(MA)1(TA)3-2z(TB)3z(TD)1-z(XB)4:E oder
(MA)1(TA)3(TD)1-2z'(TC)z'(TE)z'(XB)4:E, wobei
XB = O,
0 ≤ x ≤ 1, beispielsweise x = 0, 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9 oder 1, bevorzugt 0 < x < 1,
beispielsweise x = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8 oder 0,9,
0 ≤ x' ≤ 1, beispielsweise x' = 0, 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9 oder 1, bevorzugt 0 < x' < 1,
beispielsweise x' = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8 oder 0,9,
0 ≤ x'' ≤ 1, beispielsweise x'' = 0, 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9 oder 1, bevorzugt 0 < x < 1,
beispielsweise x'' = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8 oder 0,9,
0 ≤ z ≤ 1, bevorzugt z = 0, 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9 oder 1, bevorzugt 0 < z < 1, beispielsweise z = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8 oder 0,9,
0 ≤ z' ≤ 0,5, bevorzugt 0 < z' < 0,5, beispielsweise z' = 0, 0,1; 0,2; 0,3 oder 0,4, und E aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Eu, Ce, Yb, Mn und Kombinationen daraus umfasst. Hier und im Folgenden kann E auch als Aktivator bezeichnet werden. Der Aktivator und insbesondere dessen Umgebung in dem Wirtsgitter sind für die Lumineszenz, insbesondere die
Peakwellenlänge der Emission des Leuchtstoffs,
verantwortlich. Die Metalle beziehungsweise Elemente MA, MB, TA, TB, TC, TD, TE und/oder XB bilden bei den Leuchtstoffen insbesondere das Wirtsgitter, E kann dabei Gitterplätze der kationischen
Elemente MA, MB, TA, TB, TC, TD und/oder TE teilweise
ersetzen, oder Zwischengitterplätze einnehmen. Insbesondere besetzt E dabei die Gitterplätze von MA. Zum Ladungsausgleich kann sich der Anteil der weiteren Elemente, beispielsweise der von TA und/oder TD, ändern. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Leuchtstoff ein Oxid oder Oxonitrid, bevorzugt ein Oxonitrid und weist daher in seiner Summenformel nur Sauerstoff oder Sauerstoff und Stickstoff als anionische Elemente auf. Der Leuchtstoff kann dabei eine der folgenden allgemeinen Summenformeln aufweisen: (MA)1-y(TB)y(TA)3-2y(TC)3y(TD)1-y(XB)4-4y(XC)4y:E,
(MA)1-y*(MB)y*(TA)3-2y*(TC)3y*(TD)1-y*(XB)4-4y*(XC)4y*:E,
(MA)1(TA)3-y'(TC)y'(TD)1(XB)4-2y'(XC)2y':E,
(MA)1(TA)3-y''(TB)y''(TD)1(XB)4-y''(XC)y'':E,
(MA)1-w'''(MB)w'''(TA)3(TD)1(XB)4-w'''(XC)w''':E,
(MA)1(TA)3-w'(TC)2w'(TD)1-w'(XB)4-w'(XC)w' :E oder
(MA)1-w''(MB)w''(TA)3-w''(TD)1-w''(TC)2w''(XB)4-2w''(XC)2w'':E,
wobei
XB = O, 0 ≤ y ≤ 1, beispielsweise y = 0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9 oder 1, bevorzugt 0 < y < 0,875,
beispielsweise y = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7 oder 0,8, ganz besonders bevorzugt 0 ≤ y ≤ 0,4,
0 < y* < 0,875 oder bevorzugt 0 < y* ≤ 0,5, besonders
bevorzugt 0 < y* ≤ 0,3, ganz besonders bevorzugt 0 < y* ≤ 0,1,
0 ≤ y' ≤ 2, beispielsweise y' = 0, 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0; 1,1; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 1,9 oder 2,0, bevorzugt 0 < y' ≤ 1,75, besonders
bevorzugt 0 ≤ y' ≤ 0,9,
0 ≤ y'' ≤ 3, beispielsweise y'' = 0, 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0; 1,1; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 1,9; 2,0; 2,1; 2,2; 2,3; 2,4; 2,5; 2,6; 2,7; 2,8; 2,9 oder 3,0, bevorzugt 0 < y'' < 3, besonders bevorzugt 0 < y'' ≤ 1,9,
0 ≤ w''' ≤ 1, beispielsweise w''' = 0, 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9 oder 1, bevorzugt 0 < w''' < 1,
0 ≤ w' ≤ 1, beispielsweise w' = 0, 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9 oder 1, bevorzugt 0 < w' < 1,
0 ≤ w'' ≤ 1, beispielsweise w'' = 0, 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9 oder 1, bevorzugt 0 < w'' < 1 und E aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Eu, Ce, Yb, Mn und
Kombinationen daraus umfasst. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist E ist aus einer Gruppe ausgewählt, die Eu, Ce, Yb, Mn und Kombinationen daraus umfasst. Insbesondere handelt es sich bei E um Eu3+, Eu2+, Ce3+, Yb3+, Yb2+ und/oder Mn4+. Die Metalle beziehungsweise Elemente MA, MB, TA, TB, TC, TD, XC und/oder XB bilden bei den Leuchtstoffen das Wirtsgitter, E kann dabei Gitterplätze von MA, MB, TA, TB, TC und/oder TD, bevorzugt von MA, teilweise ersetzen, oder
Zwischengitterplätze einnehmen. Durch Verwendung der Aktivatoren Eu, Ce, Yb und/oder Mn, insbesondere Eu oder Eu in Kombination mit Ce, Yb und/oder Mn, kann besonders gut der Farbort des Leuchtstoffs im CIE- Farbraum, dessen Peakwellenlänge ^peak beziehungsweise
Dominanzwellenlänge ^dom, und die Halbwertsbreite eingestellt werden. Die Dominanzwellenlänge ist eine Möglichkeit, nichtspektrale (polychromatische) Lichtmischungen durch spektrales
(monochromatisches) Licht, welches eine ähnliche
Farbtonwahrnehmung erzeugt, zu beschreiben. Im CIE-Farbraum kann die Linie, die einen Punkt für eine bestimmte Farbe und den Punkt CIE-x = 0.333, CIE-y = 0.333 verbindet, so
extrapoliert werden, dass sie den Umriss des Raums in zwei Punkten trifft. Der Schnittpunkt, der näher an der besagten Farbe liegt, repräsentiert die Dominanzwellenlänge der Farbe als Wellenlänge der reinen spektralen Farbe an diesem
Schnittpunkt. Die Dominanzwellenlänge ist also die
Wellenlänge, die von dem menschlichen Auge wahrgenommen wird. Der Aktivator E kann gemäß einer weiteren Ausführungsform in Mol%-Mengen zwischen 0,1 Mol% bis 20 Mol%, 1 Mol% bis 10 Mol%, 0,5 Mol% bis 5 Mol%, 2 Mol% bis 5 Mol%, vorhanden sein. Zu hohe Konzentrationen an E können zu einem Effizienzverlust durch Konzentrationsquenching führen. Hier und im Folgenden werden Mol%-Angaben für den Aktivator E, insbesondere Eu, insbesondere als Mol%-Angaben bezogen auf die Molanteile von MA, MB, MC und MD im jeweiligen Leuchtstoff verstanden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff eine der folgenden allgemeinen Summenformeln auf:
(MA)Li3-xSi1-xZnxAlxO4:E;
(MA)Li3-xSi1-xMgxAlxO4:E;
(MA)1-x'Cax'Li3Si1-x'Alx'O4:E;
(MA)1-x''Cax''Li3-x''Si1-x''Mg2x''O4:E;
(MA)Li3-2zMg3zSi1-zO4:E;
(MA)Li3Si1-2z'Alz'Pz'O4:E. Insbesondere kommen MA, E, x, x’, x’’, z und z’ die vorstehend offenbarten Definitionen zu. Ausgehend von dem Leuchtstoff der Summenformel (MA)Li3SiO4:E kann gemäß zumindest einer Ausführungsform LiSi zumindest teilweise durch ZnAl oder MgAl ersetzt sein und man erhält einen Leuchtstoff der Formel (MA)Li3-xSi1-xZnxAlxO4:E oder
(MA)Li3-xSi1-xMgxAlxO4:E. Ausgehend von dem Leuchtstoff der Summenformel (MA)Li3SiO4:E kann gemäß zumindest einer Ausführungsform (MA)Si zumindest teilweise durch CaAl ersetzt sein und man erhält einen
Leuchtstoff der Formel (MA)1-x'Cax'Li3Si1-x'Alx'O4:E. Ausgehend von dem Leuchtstoff der Summenformel (MA)Li3SiO4:E kann gemäß zumindest einer Ausführungsform (MA)LiSi zumindest teilweise durch CaMg2 ersetzt sein und man erhält einen
Leuchtstoff der Formel (MA)1-x''Cax''Li3-x''Si1-x''Mg2x''O4:E. Ausgehend von dem Leuchtstoff der Summenformel (MA)Li3SiO4:E kann gemäß zumindest einer Ausführungsform Li2Si zumindest teilweise durch Mg3 ersetzt sein und man erhält einen
Leuchtstoff der Formel (MA)Li3-2zMg3zSi1-zO4:E. Ausgehend von dem Leuchtstoff der Summenformel (MA)Li3SiO4:E kann gemäß zumindest einer Ausführungsform Si2 zumindest teilweise durch AlP ersetzt sein und man erhält einen
Leuchtstoff der Formel (MA)Li3Si1-2z'Alz'Pz'O4:E. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff eine der folgenden allgemeinen Summenformeln auf:
(MA)1-yZnyLi3-2yAl3ySi1-yO4-4yN4y:E
(MA)1-y*Cay*Li3-2y*Al3y*Si1-y*O4-4y*N4y*:E,
(MA)1-y***Sry***Li3-2y***Al3y***Si1-y***O4-4y***N4y***:E
(MA)1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:E
(MA)Li3-y'Aly'SiO4-2y'N2y':E,
(MA)Li3-y''Mgy''SiO4-y''Ny'':E,
(MA)1-w'''Caw'''Li3SiO4-w'''Nw''':E,
(MA)Li3-w'Al2w'Si1-w'O4-w'Nw':E,
(MA)1-w''Caw''Li3-w''Si1-w''Al2w''O4-2w''N2w'':E. Insbesondere kommen MA, E, y, y*, y’, y’’, w’’’, w’ und w’’ die vorstehend offenbarten Definitionen zu. Weiter gilt 0 < y** ≤ 1, bevorzugt 0 < y** < 0,875 oder 0 < y** < 0,5, besonders bevorzugt 0,05 ≤ y** ≤ 0,45, ganz besonders bevorzugt 0,1 ≤ y** ≤ 0,4, 0,15 ≤ y** ≤ 0,35 oder 0,2 ≤ y** ≤ 0,3 und 0 ≤ y*** ≤ 1, bevorzugt 0 < y*** < 0,875 oder 0 < y*** ≤ 0,5, besonders bevorzugt 0 < y*** ≤ 0,3. Ausgehend von dem Leuchtstoff der Summenformel (MA)Li3SiO4:E kann gemäß zumindest einer Ausführungsform (MA)Li3SiO4 zumindest teilweise durch CaLiAl3N4 ersetzt sein und man erhält einen Leuchtstoff der Formel (MA)1-y*Cay*Li3-2y*Al3y*Si1- y*O4-4y*N4y*:E. MA ist dabei aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt, die Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag und Kombinationen daraus umfasst und E ist aus einer Gruppe ausgewählt, die Eu, Ce, Yb, Mn und Kombinationen daraus umfasst. Bevorzugt ist MA aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt, die Li, Na, K, Rb und Kombinationen daraus umfasst und E = Eu. Ganz bevorzugt ist MA = Na. Bei dem Leuchtstoff handelt es sich um einen
Oxonitridolithoalumosilikat-Leuchtstoff. Es gilt 0 < y* < 0,875, bevorzugt 0 < y* ≤ 0,5, besonders bevorzugt 0 < y* ≤ 0,3, ganz besonders bevorzugt 0 < y* ≤ 0,1. Beispielsweise gilt y* = 0,01; 0,02; 0,03; 0,04 oder 0,05. Ausgehend von dem Leuchtstoff der Summenformel (MA)Li3SiO4:E kann gemäß zumindest einer Ausführungsform (MA)Li3SiO4 zumindest teilweise durch SrLiAl3N4 ersetzt sein und man erhält einen Leuchtstoff der Formel
(MA)1-y***Sry***Li3-2y***Al3y***Si1-y***O4-4y***N4y***:E. MA ist dabei aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt, die Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag und Kombinationen daraus umfasst und E ist aus einer Gruppe ausgewählt, die Eu, Ce, Yb, Mn und
Kombinationen daraus umfasst, bevorzugt ist E = Eu. Bevorzugt ist MA aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt, die Li, Na, K, Rb und Kombinationen daraus umfasst. Ganz bevorzugt ist MA = Na. Bei dem Leuchtstoff handelt es sich um einen Oxonitridolithoalumosilikat-Leuchtstoff. Es gilt 0 < y*** < 0,875, bevorzugt 0 < y*** ≤ 0,5, besonders bevorzugt 0 < y*** ≤ 0,3. Beispielsweise gilt y*** = 0,25. Ausgehend von dem Leuchtstoff der Summenformel (MA)Li3SiO4:E kann gemäß zumindest einer Ausführungsform (MA)Li3SiO4 zumindest teilweise durch EuLiAl3N4 ersetzt sein und man erhält einen Leuchtstoff der Formel (MA)1-y**Euy**Li3- 2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:E. MA ist dabei aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt, die Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag und Kombinationen daraus umfasst und E ist aus einer
Gruppe ausgewählt, die Eu, Ce, Yb, Mn und Kombinationen daraus umfasst, bevorzugt ist E = Eu. Bevorzugt ist MA aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt, die Li, Na, K, Rb und Kombinationen daraus umfasst. Ganz bevorzugt ist MA = Na. Bei dem Leuchtstoff handelt es sich um einen Oxonitridolithoalumosilikat-Leuchtstoff. Bevorzugt gilt 0 < y** < 0,875 oder 0 < y** < 0,5, besonders bevorzugt 0,05 ≤ y** ≤ 0,45, ganz besonders bevorzugt 0,1 ≤ y** ≤ 0,4, 0,15 ≤ y** ≤ 0,35 oder 0,2 ≤ y** ≤ 0,3. Überraschenderweise zeigt der Leuchtstoff trotz des teilweise sehr hohen Anteils an Eu kein konzentrationsbedingtes Quenchverhalten und den damit verbundenen Effizienzverlust. Trotz des hohen Anteils an Eu ist der Leuchtstoff damit überraschenderweise sehr effizient. Ausgehend von dem Leuchtstoff der Summenformel (MA)Li3SiO4:E kann gemäß zumindest einer Ausführungsform LiO2 zumindest teilweise durch AlN2 ersetzt sein und man erhält einen
Leuchtstoff der Formel (MA)Li3-y'Aly'SiO4-2y'N2y':E. Ausgehend von dem Leuchtstoff der Summenformel (MA)Li3SiO4:E kann gemäß zumindest einer Ausführungsform LiO zumindest teilweise durch MgN ersetzt sein und man erhält einen
Leuchtstoff der Formel (MA)Li3-y''Mgy''SiO4-y''Ny'':E. Ausgehend von dem Leuchtstoff der Summenformel (MA)Li3SiO4:E kann gemäß zumindest einer Ausführungsform (MA)O zumindest teilweise durch CaN ersetzt sein und man erhält einen
Leuchtstoff der Formel (MA)1-w'''Caw'''Li3SiO4-w'''Nw''':E. Ausgehend von dem Leuchtstoff der Summenformel (MA)Li3SiO4:E kann gemäß zumindest einer Ausführungsform LiSiO zumindest teilweise durch Al2N ersetzt sein und man erhält einen
Leuchtstoff der Formel (MA)Li3-w'Al2w'Si1-w'O4-w'Nw':E. Ausgehend von dem Leuchtstoff der Summenformel (MA)Li3SiO4:E kann gemäß zumindest einer Ausführungsform (MA)Li3SiO2 zumindest teilweise durch CaAl2N2 ersetzt sein und man erhält einen Leuchtstoff der Formel (MA)1-w''Caw''Li3-w''Si1-w''Al2w''O4- 2w''N2w'':E. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist MA aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt, die Li, Na, K, Rb, Cs und Kombinationen daraus umfasst. Beispielsweise kann MA wie folgt gewählt sein: MA = Na, K, (Na,K), (Rb,Li). (Na,K), (Rb,Li) bedeutet dabei, dass eine Kombination aus Na und K beziehungsweise eine Kombination aus Rb und Li vorliegt.
Diese Wahl an MA ergibt besonders effiziente Leuchtstoffe, die vielseitig anwendbar sind. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff eine der folgenden allgemeinen Summenformeln auf:
NaLi3-xSi1-xZnxAlxO4:E,
NaLi3-xSi1-xMgxAlxO4:E,
Na1-x'Cax'Li3Si1-x'Alx'O4:E,
Na1-x''Cax''Li3-x''Si1-x''Mg2x''O4:E,
NaLi3-2zMg3zSi1-zO4:E,
NaLi3Si1-2z'Alz'Pz'O4:E . Insbesondere kommen x, x’, x’’, z und z’ die vorstehend genannten Bedeutungen zu. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff eine der folgenden allgemeinen Summenformeln auf:
(NarK1-r)1Li3-xSi1-xZnxAlxO4:E,
(NarK1-r)1Li3-xSi1-xMgxAlxO4:E,
(NarK1-r)1-x'Cax'Li3Si1-x'Alx'O4:E,
(NarK1-r)1-x''Cax''Li3-x''Si1-x''Mg2x''O4:E,
(NarK1-r)1Li3-2zMg3zSi1-zO4:E,
(NarK1-r)1Li3Si1-2z'Alz'Pz'O4:E, wobei
0 ≤ r ≤ 1, beispielsweise r = 0; 0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35, 0,4; 0,45; 0,5; 0,55; 0,6; 0,65; 0,7; 0,75; 0,8; 0,85; 0,9; 0,95; 1,0. Bevorzugt ist 0 ≤ r ≤ 0,1 oder 0,1 < r ≤ 0,4 oder 0,4 < r ≤ 1,0; besonders bevorzugt r = 0, 0,125, 0,25, 0,5 oder 1,0. Insbesondere kommen x, x’, x’’, z und z’ die vorstehend genannten Bedeutungen zu. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff eine der folgenden allgemeinen Summenformeln auf:
(Rbr'Li1-r')1Li3-xSi1-xZnxAlxO4:E,
(Rbr'Li1-r')1Li3-xSi1-xMgxAlxO4:E,
(Rbr'Li1-r')1-x'Cax'Li3Si1-x'Alx'O4:E,
(Rbr'Li1-r')1-x''Cax''Li3-x''Si1-x''Mg2x''O4:E,
(Rbr'Li1-r')1Li3-2zMg3zSi1-zO4:E,
(Rbr'Li1-r')1Li3Si1-2z'Alz'Pz'O4:E , wobei 0 ≤ r' ≤ 1,
beispielsweise r' = 0; 0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35, 0,4; 0,45; 0,5; 0,55; 0,6; 0,65; 0,7; 0,75; 0,8; 0,85; 0,9; 0,95; 1,0, bevorzugt 0,25 ≤ r' ≤ 0,75, besonders bevorzugt 0,4 ≤ r' ≤ 0,6 ganz besonders bevorzugt r' = 0,5.
Insbesondere kommen x, x’, x’’, z und z’ die vorstehend genannten Bedeutungen zu. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff eine der folgenden allgemeinen Summenformeln auf:
(NarK1-r)1-y*Cay*Li3-2y*Al3y*Si1-yO4-4y*N4y*:E,
(NarK1-r)Li3-y'Aly'SiO4-2y'N2y':E,
(NarK1-r)Li3-y''Mgy''SiO4-y''Ny'':E,
(NarK1-r)1-w'''Caw'''Li3SiO4-w'''Nw:E,
(NarK1-r)Li3-w'Al2w'Si1-w'O4-w'Nw':E,
(NarK1-r)1-w''Caw''Li3-w''Si1-w''Al2w''O4-2w''N2w'':E, wobei
0 ≤ r ≤ 1, beispielsweise r = 0; 0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35, 0,4; 0,45; 0,5; 0,55; 0,6; 0,65; 0,7; 0,75; 0,8; 0,85; 0,9; 0,95; 1,0. Bevorzugt ist 0 ≤ r ≤ 0,1 oder 0,1 < r ≤ 0,4 oder 0,4 < r ≤ 1,0; besonders bevorzugt r = 0, 0,25, 0,5 oder 1,0. Insbesondere kommen y*, y’, y’’, w’’’, w’ und w’’ die vorstehend genannten Bedeutungen zu. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff eine der folgenden allgemeinen Summenformeln auf:
(Rbr'Li1-r')1-y*Cay*Li3-2y*Al3y*Si1-y*O4-4y*N4y*:E,
(Rbr'Li1-r')Li3-y'Aly'SiO4-2y'N2y':E,
(Rbr'Li1-r')Li3-y''Mgy''SiO4-y''Ny'':E,
(Rbr'Li1-r')1-w'''Caw'''Li3SiO4-w'''Nw:E,
(Rbr'Li1-r')Li3-w'Al2w'Si1-w'O4-w'Nw':E,
(Rbr'Li1-r')1-w''Caw''Li3-w''Si1-w''Al2w''O4-2w''N2w'':E, wobei
wobei 0 ≤ r' ≤ 1, beispielsweise r' = 0; 0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35, 0,4; 0,45; 0,5; 0,55; 0,6; 0,65; 0,7; 0,75; 0,8; 0,85; 0,9; 0,95; 1,0, bevorzugt 0,25 ≤ r' ≤ 0,75, besonders bevorzugt 0,4 ≤ r' ≤ 0,6 ganz besonders bevorzugt r' = 0,5. Insbesondere kommen y*, y’, y’’, w’’’, w’ und w’’ die vorstehend genannten Bedeutungen zu. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff eine der folgenden allgemeinen Summenformeln auf:
Na1-y*Cay*Li3-2y*Al3y*Si1-y*O4-4y*N4y*:E,
NaLi3-y'Aly'SiO4-2y'N2y':E,
NaLi3-y''Mgy''SiO4-y''Ny'':E,
Na1-w'''Caw'''Li3SiO4-w'''Nw:E,
NaLi3-w'Al2w'Si1-w'O4-w'Nw':E,
Na1-w''Caw''Li3-w''Si1-w''Al2w''O4-2w''N2w'':E. Insbesondere kommen y*, y’, y’’, w’’’, w’ und w’’ die vorstehend genannten
Bedeutungen zu. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel (MA)1(TA)3(TD)1(XB)4:E auf. Dabei ist MA aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt, die Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag und Kombinationen daraus umfasst. Bevorzugt ist MA aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt, die Li, Na, K, Rb, Cs und Kombinationen daraus umfasst. TA ist aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt, die Li, Na, Cu, Ag und Kombinationen daraus umfasst. TD ist aus einer Gruppe von tetravalenten Metallen ausgewählt, die Si, Ge, Sm, Mn, Ti, Zr, Hf, Ce und Kombinationen daraus umfasst. XB ist aus einer Gruppe von Elementen ausgewählt, die O, S und Kombinationen daraus umfasst. E ist aus einer Gruppe ausgewählt, die Eu, Ce, Yb, Mn und Kombinationen daraus umfasst, bevorzugt ist E = Eu. Insbesondere besetzt E die Gitterplätze von MA oder
Zwischengitterplätze. Zum Ladungsausgleich kann sich dabei der Anteil der weiteren Elemente, beispielsweise der von TA und/oder TD, ändern. Beispielsweise ist E = Eu2+ und ersetzt in der Summenformel MA+, der Ladungsausgleich erfolgt über eine Änderung des Anteils an TA und/oder TD. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel (MA)1(TA)3(TD)1(XB)4:E auf. Dabei ist MA aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt, die Li, Na, K, Rb, Cs und Kombinationen daraus umfasst. TA = Li, TD = Si, XB = O und E ist aus einer Gruppe ausgewählt, die Eu, Ce, Yb, Mn und Kombinationen daraus umfasst.
Bevorzugt gilt: E = Eu oder eine Kombination aus Eu mit Ce, Yb und/oder Mn. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass sich durch eine Variation der Zusammensetzung von MA die Eigenschaften des Leuchtstoffs, insbesondere bezüglich der Peakwellenlänge und der Halbwertsbreite, erheblich ändern lassen. Zudem weisen die Leuchtstoffe ein großes Absorptionsvermögen von
Primärstrahlung im Bereich von 300 nm bis 460 nm oder 300 nm bis 500 nm, insbesondere zwischen 300 nm und 450 nm oder 300 nm und 430 nm auf. Beispielsweise emittiert der Leuchtstoff der Formel
NaLi3SiO4:Eu bei Anregung mit einer Primärstrahlung mit einer Wellenlänge von 400 nm im blauen Spektralbereich des
elektromagnetischen Spektrums und zeigt eine schmalbandige Emission, das heißt eine Emission mit einer geringen
Halbwertsbreite. Bei einer Anregung mit einer Primärstrahlung mit einer Wellenlänge von 400 nm emittiert dagegen der
Leuchtstoff der Formel KLi3SiO4:Eu sehr breitbandig vom blauen bis roten Spektralbereich, so dass ein weißfarbiger Leuchteindruck entsteht. Die Leuchtstoffe der Formel
(Na0,5K0,5)Li3SiO4:Eu, (Rb0,25Na0,75)Li3SiO4:Eu,
(Cs0,25Na0,5K0,25)Li3SiO4:Eu, (Rb0,25Na0,5K0,25)Li3SiO4:Eu und
(Cs0,25Na0,25Rb0,25Li0,25)Li3SiO4:Eu emittieren schmalbandig im blau-grünen Spektralbereich des elektromagnetischen Spektrums und die Leuchtstoffe der Formel (Rb0,5Li0,5)Li3SiO4:Eu,
(Rb0,5Na0,5)Li3SiO4:Eu, (Na0,25K0,75)Li3SiO4:Eu,
(Na0,25K0,50Li0,25)Li3SiO4:Eu und (Cs0,25Na0,25K0,25Li0,25)Li3SiO4:Eu emittieren schmalbandig im grünen Spektralbereich des
elektromagnetischen Spektrums. Bei einer Anregung mit einer Primärstrahlung mit einer Wellenlänge von 460 nm weist der Leuchtstoff der Formel Na0,125K0,875Li3SiO4:Eu eine Bande im gelb-orangen Bereich auf. Na0,125K0,875Li3SiO4:Eu zeigt neben dieser einen weiteren Emissionspeak mit hoher Intensität im blau-grünen Bereich. In nachstehender Tabelle sind die Eigenschaften der
Leuchtstoffe dargestellt:
Figure imgf000031_0001
Durch die unterschiedlichen Emissionseigenschaften sind die Leuchtstoffe für die verschiedensten Anwendungen geeignet. Als blauer oder blaugrüner Spektralbereich wird der Bereich des elektromagnetischen Spektrums zwischen 420 nm und 520 nm, verstanden. Als grüner Spektralbereich wird der Bereich des
elektromagnetischen Spektrums zwischen einschließlich 520 nm und 580 nm verstanden. Als roter Spektralbereich wird der Bereich des
elektromagnetischen Spektrums zwischen 630 nm und 780 nm verstanden. Als gelber oder gelb-oranger Spektralbereich wird der Bereich des elektromagnetischen Spektrums zwischen 580 nm und 630 nm verstanden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E auf, 0 ≤ r ≤ 1, beispielsweise r = 0; 0,05; 0,1; 0,125; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35, 0,4; 0,45; 0,5; 0,55; 0,6; 0,65; 0,7; 0,75; 0,8; 0,85; 0,9; 0,95; 1,0. Bevorzugt ist 0 ≤ r ≤ 0,1 oder 0,1 < r ≤ 0,4 oder 0,4 < r ≤ 1,0; besonders bevorzugt r = 0, 0,125, 0,25, 0,5 oder 1,0. Bevorzugt ist TA = Li, TD = Si, XB = O und E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn, bevorzugt E = Eu.
Überraschenderweise ändern sich die Eigenschaften des
Leuchtstoffs, insbesondere die Peakwellenlänge und die
Halbwertsbreite, bei einer Variation der Anteile an Na und K in dem Leuchtstoff. Dadurch sind durch diese Leuchtstoffe die verschiedensten Anwendungen einsetzbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kristallisiert der Leuchtstoff (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E oder (NarK1-r)Li3SiO4:E in einem tetragonalen, monoklinen oder triklinen
Kristallsystem, insbesondere in einem tetragonalen oder triklinen Kristallsystem. Bevorzugt kristallisiert der
Leuchtstoff gemäß dieser Ausführungsform in der Raumgruppe I41/a, I4/m oder P-1. Besonders bevorzugt kristallisiert der Leuchtstoff gemäß dieser Ausführungsform in einem
tetragonalen Kristallsystem mit der Raumgruppe I41/a oder I4/m oder in einem triklinen Kristallsystem mit der
Raumgruppe P-1. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die Formel (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E mit 0,4 < r ≤ 1,
bevorzugt 0,45 < r ≤ 1, ganz besonders bevorzugt r = 0,5 oder 1 auf. Bevorzugt ist TA = Li, TD = Si, XB = O und E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn und der Leuchtstoff weist die Formel (NarK1- r)Li3SiO4:E auf. Bevorzugt gilt E = Eu. Beispielsweise weist der Leuchtstoff die Formel NaLi3SiO4:Eu oder
(Na0,5K0,5)Li3SiO4:Eu auf. Die Peakwellenlänge des Leuchtstoffs liegt im blauen Spektralbereich, insbesondere im Bereich zwischen 450 nm und 500 nm. Der Leuchtstoff (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E oder
(NarK1-r)Li3SiO4:E mit 0,4 < r ≤ 1, beispielsweise NaLi3SiO4:Eu oder (Na0,5K0,5)Li3SiO4:Eu eignet sich insbesondere für die Verwendung in Konversions-LEDs, die weiße Strahlung
emittieren. Dazu kann der Leuchtstoff mit einem roten und grünen Leuchtstoff kombiniert werden. Bisherige weiß emittierende Konversions-LEDs verwenden einen Halbleiterchip, der eine blaue Primärstrahlung emittiert und einen roten und grünen Leuchtstoff. Durch eine Überlagerung der blauen Primarstrahlung und der roten und grünen
Sekundärstrahlung entsteht weißes Licht. Nachteilig an dieser Lösung ist, dass die epitaktisch aufgewachsenen
Halbleiterchips, basierend beispielsweise auf GaN oder InGaN, Schwankungen in der Peakwellenlänge der emittierten
Primärstrahlung aufweisen können. Dies führt zu Schwankungen in der weißen Gesamtstrahlung, wie eine Änderung des Farborts und der Farbwiedergabe, da die Primärstrahlung den blauen Anteil zu der Gesamtstrahlung beiträgt. Dies ist insbesondere bei dem Einsatz mehrerer Halbleiterchips in einer Vorrichtung problematisch. Um Schwankungen zu verhindern, müssen die Halbleiterchips entsprechend ihren Farborten sortiert werden ("Binning"). Je enger die Toleranzen bezüglich der
Wellenlänge der emittierten Primärstrahlung gesetzt werden, desto höher ist die Qualität von Vorrichtungen, die aus mehr als einem Halbleiterchip bestehen. Aber auch nach einer
Sortierung mit engen Toleranzen kann sich die Peakwellenlänge der Halbleiterchips bei variablen Betriebstemperaturen und Durchlassströmen signifikant ändern. In
Allgemeinbeleuchtungs- und anderen Anwendungen kann dies zu einer Änderung der optischen Eigenschaften, wie des Farborts und der Farbtemperatur, führen. Bei
Hinterleuchtungsanwendungen kann dies zudem zu einer
Verschiebung des blauen Farborts führen und damit zu einer Änderung des Farbraums. Der Leuchtstoff (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E mit 0,4 < r ≤ 1, beispielsweise NaLi3SiO4:Eu, (Rbr*Na1-r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E auf mit 0 < r* < 0,4, (Cs,Na,Rb,Li)1(TA)3(TD)1(XB)4:E,
(Cs,Na,K)1(TA)3(TD)1(XB)4:E oder (Rb,Na,K)1(TA)3(TD)1(XB)4:E oder (Na0,5K0,5)Li3SiO4:Eu, lässt sich effizient mit einer Primärstrahlung von 300 nm bis 460 nm, bevorzugt 300 nm bis 440 nm anregen. Die Kombination eines Halbleiterchips mit einer Primärstrahlung von 300 nm bis 440 nm, beispielsweise basierend auf GaInN, führt zu der Emission einer
Sekundärstrahlung im blauen Spektralbereich, die über einen deutlich breiteren Temperaturbereich und größere Bereiche für die Durchlassströme stabil ist. Da die Primärstrahlung von 300 nm bis 440 nm nicht oder kaum sichtbar ist, können verschiedenste Halbleiterchips als Primärstrahlungsquelle eingesetzt werden und dennoch ein konstantes und stabiles Emissionsspektrum der Konversions-LED erhalten werden. So kann ein aufwendiges "Binning" der Halbleiterchips vermieden oder vereinfacht und die Effizienz gesteigert werden. In Kombination mit einem grünen und einen roten Leuchtstoff eignet sich (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E mit 0,4 < r ≤ 1 damit besonders gut für dessen Anwendung in einer weißen
Konversions-LED. Zudem eignet sich der Leuchtstoff (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E oder (NarK1-r)Li3SiO4:E mit 0,4 < r ≤ 1, insbesondere
(Na0,5K0,5)Li3SiO4:Eu für die Verwendung in
Beleuchtungsvorrichtungen wie Konversions-LEDs, die eine blaue Strahlung emittieren. Solche Konversions-LEDs werden beispielsweise für Signallichter, wie Blaulichter, verwendet. Da diese Signallichter zum einen sehr hell sein müssen und zum anderen in einem bestimmten Farbortbereich oder an einem bestimmten Farbort liegen müssen, sind nicht alle
Blaulichtquellen für diese Verwendung geeignet. Zum anderen sind Konversions-LEDs mit dem Leuchtstoff (NarK1- r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E mit 0,4 < r ≤ 1,
insbesondere(Na0,5K0,5)Li3SiO4:Eu geeignet, die
Melatoninproduktion beim Menschen zu unterdrücken. Die
Konversions-LEDs können damit gezielt eingesetzt werden, um die Wachsamkeit und/oder die Konzentrationsfähigkeit zu steigern. Beispielsweise können sie dazu beitragen, einen Jet-Lag schneller zu überwinden. Außerdem eignet sich der Leuchtstoff beziehungsweise eine Konversions-LED mit dem Leuchtstoff für "color on demand"-Anwendungen, das heißt für Konversions-LEDs mit an Verbraucherwünschen angepassten blauen Farborten, beispielsweise zur Realisierung bestimmter markenspezifischer oder produktspezifischer Farben
beispielsweise in der Werbung oder auch im Design der
Innenausstattung für Autos. Alternativ eignen sich für
Konversions-LEDs, die eine blaue Strahlung emittieren
(Rbr*Na1-r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E auf, wobei 0 < r* < 0,4,
bevorzugt 0,1 ≤ r* ≤ 0,35, besonders bevorzugt 0,2 ≤ r* ≤ 0,3, ganz besonders bevorzugt r* = 0,25 oder
(Cs,Na,Rb,Li)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, (Cs,Na,K)1(TA)3(TD)1(XB)4:E und (Rb,Na,K)1(TA)3(TD)1(XB)4:E auf. Beispielsweise weist der Leuchtstoff die Formel NaLi3SiO4:Eu oder (Na0,5K0,5)Li3SiO4:Eu, (Rb0,25Na0,75)Li3SiO4:Eu oder (Cs0,25Na0,25Rb0,25Li0,25)Li3SiO4:Eu, (Cs0,25Na0,5K0,25)Li3SiO4:Eu oder (Rb0,25Na0,5K0,25)Li3SiO4:Eu auf. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die Formel (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E mit 0,2 < r ≤ 0,4, bevorzugt 0,2 < r ≤ 0,3, ganz besonders bevorzugt r = 0,25 auf. Bevorzugt ist TA = Li, TD = Si und XB = O und der
Leuchtstoff weist die Formel (NarK1-r)Li3SiO4:E auf. E ist aus einer Gruppe ausgewählt, die Eu, Mn, Ce, Yb und Kombinationen daraus umfasst, bevorzugt ist E = Eu. Beispielsweise weist der Leuchtstoff die Formel (Na0,25K0,75)Li3SiO4:Eu auf. Die Peakwellenlänge des Leuchtstoffs liegt insbesondere im grünen Spektralbereich. Der Leuchtstoff (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E oder
(NarK1-r)Li3SiO4:E mit 0,2 < r ≤ 0,4, bevorzugt 0,2 < r ≤ 0,4, besonders bevorzugt 0,2 < r ≤ 0,3, ganz besonders bevorzugt r = 0,25 auf eignet sich insbesondere für die Verwendung in Konversions-LEDs für die Hinterleuchtung von Displays. Zudem eignet sich der Leuchtstoff (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E oder (NarK1-r)Li3SiO4:E mit 0,2 < r ≤ 0,4, bevorzugt 0,2 < r ≤ 0,4, insbesondere (Na0,25K0,75)Li3SiO4:Eu für die Verwendung in Beleuchtungsvorrichtungen wie Konversions-LEDs, die eine grüne Strahlung emittieren. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die Formel (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E mit 0,05 < r ≤ 0,2, bevorzugt 0,1 < r ≤ 0,2. Bevorzugt ist TA = Li, TD = Si und XB = O und der Leuchtstoff weist die Formel (NarK1-r)Li3SiO4:E auf. E ist aus einer Gruppe ausgewählt, die Eu, Mn, Ce, Yb und Kombinationen daraus umfasst, bevorzugt E = Eu.
Beispielsweise ist der Leuchtstoff Na0,125K0,875Li3SiO4:Eu. Überraschenderweise weist der Leuchtstoff der Formel (NarK1- r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E oder (NarK1-r)Li3SiO4:E mit 0,05 < r ≤ 0,2 eine breite Emissionsbande auf. Insbesondere weist der
Leuchtstoff neben der Bande mit höchster Intensität (=
Peakwellenlänge) einen weiteren Emissionspeak auf, der eine ähnlich hohe Intensität aufweist wie der Emissionspeak bei der Peakwellenlänge. Der Leuchtstoff (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E oder (NarK1- r)Li3SiO4:E mit 0,05 < r ≤ 0,2, bevorzugt 0,1 < r ≤ 0,2, insbesondere Na0,125K0,875Li3SiO4:Eu eignet sich beispielsweise für die Verwendung in Beleuchtungsvorrichtungen wie
Konversions-LEDs, die weiße Strahlung emittieren. Durch die breite Emission, insbesondere die zwei Emissionspeaks im blauen bzw. blaugrünen Bereich und im gelb-orangen Bereich kann der Leuchtstoff mit Vorteil als einziger Leuchtstoff in einer Beleuchtungsvorrichtung wie einer Konversions-LED eingesetzt werden. Insbesondere kann mit einer solchen
Konversions-LED eine weiße Gesamtstrahlung mit
Farbtemperaturen über 8000 K und einem hohen
Farbwiedergabeindex und großer Farbraumabdeckung erzeugt werden, die insbesondere für die Allgemeinbeleuchtung und Hinterleuchtung von Displays eingesetzt werden kann. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die Formel (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E mit 0 ≤ r ≤ 0,05
bevorzugt r = 0 auf. Bevorzugt ist TA = Li, TD = Si und XB = O und der Leuchtstoff weist die Formel (NarK1-r)Li3SiO4:E auf. E ist aus einer Gruppe ausgewählt, die Eu, Mn, Ce, Yb und Kombinationen daraus umfasst, bevorzugt E = Eu.
Beispielsweise ist der Leuchtstoff KLi3SiO4:Eu. Der
Leuchtstoff emittiert sehr breitbandig vom blauen bis roten Spektralbereich, so dass ein weißer Leuchteindruck entsteht. Der Leuchtstoff (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E oder (NarK1- r)Li3SiO4:E mit 0 ≤ r ≤ 0,05, insbesondere KLi3SiO4:Eu eignet sich beispielsweise für die Verwendung in
Beleuchtungsvorrichtungen wie Konversions-LEDs, die weiße Strahlung emittieren. Durch die breite Emission des
Leuchtstoffs kann dieser mit Vorteil als einziger Leuchtstoff in einer Beleuchtungsvorrichtung wie einer Konversions-LED eingesetzt werden. Im Vergleich zu den bekannten weiß emittierenden Konversions- LEDs, die einen blau emittierenden Halbleiterchip und einen roten und grünen Leuchtstoff zur Erzeugung von weißem Licht einsetzen, kann hier auf das aufwendige Binning der
Halbleiterchips verzichtet werden oder dieses zumindest mit einer größeren Toleranz durchgeführt werden. Es können
Halbleiterchips eingesetzt werden, die eine Primärstrahlung aufweisen, die vom menschlichen Auge nicht oder nur kaum wahrgenommen wird (300 nm bis 460 nm, bevorzugt bis 430 nm oder 440 nm). Herstellungs-, temperatur- oder
durchlassstrombedingte Schwankungen der Primärstrahlungen wirken sich nicht negativ auf die
Gesamtstrahlungseigenschaften aus. Im Vergleich zur
Verwendung von zwei oder mehr Leuchtstoffen ist keine
Farbanpassung durch Variation der Konzentrationen der
Leuchtstoffe notwendig, da das Emissionsspektrum von nur einem Leuchtstoff erzeugt wird und damit konstant ist. Die Konversions-LEDs können so mit hohem Durchsatz hergestellt werden, da keine Farbanpassung oder ein aufwendiges Chip- Binning notwendig ist. Es treten keine Farbverschiebungen oder andere negative Effekte auf das Emissionsspektrum durch selektive Degradierung nur eines Leuchtstoffs auf. Je nach Anwendung kann auch eine Teilkonversion der Primärstrahlung erfolgen. Da es möglich ist, den Leuchtstoff mit einer
Primärstrahlung im Bereich von 300 nm bis 460 nm anzuregen, führt ein Beitrag der Primärstrahlung, bevorzugt im
kurzwelligen blauen Bereich des elektromagnetischen
Spektrums, zu der Gesamtstrahlung dazu, dass damit
beleuchtete Gegenstände weißer, strahlender und deshalb attraktiver wirken. Damit können beispielsweise optische Aufheller in Textilien angeregt werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel (Rbr'Li1-r')1(TA)3(TD)1(XB)4:E auf, wobei 0 ≤ r' ≤ 1, beispielsweise r' = 0; 0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35, 0,4; 0,45; 0,5; 0,55; 0,6; 0,65; 0,7; 0,75; 0,8; 0,85; 0,9; 0,95; 1,0, bevorzugt 0,25 ≤ r' ≤ 0,75, besonders bevorzugt 0,4 ≤ r' ≤ 0,6 ganz besonders bevorzugt r' = 0,5. Bevorzugt ist TA = Li, TD = Si und XB = O und der Leuchtstoff weist die Formel (Rbr'Li1-r')Li3SiO4:E auf. E ist aus einer Gruppe ausgewählt, die Eu, Mn, Ce, Yb und
Kombinationen daraus umfasst, bevorzugt E = Eu. Es hat sich gezeigt, dass diese Leuchtstoffe eine geringe Halbwertsbreite aufweisen und vielseitig anwendbar sind. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel (K,Na,Li,Cs)1(TA)3(TD)1(XB)4:E auf, wobei K, Na, Li und Cs in dem Leuchtstoff enthalten sind. Bevorzugt ist TA = Li, TD = Si und XB = O und der Leuchtstoff weist die Formel (K,Na,Li,Cs)Li3SiO4:E auf. E ist aus einer Gruppe ausgewählt, die Eu, Mn, Ce, Yb und Kombinationen daraus umfasst, bevorzugt E = Eu. Besonders bevorzugt weist der Leuchtstoff die Formel
(Cs0,25Na0,25K0,25Li0,25)(TA)3(TD)1(XB)4:E oder
(Cs0,25Na0,25K0,25Li0,25)Li3SiO4:E auf. Die Peakwellenlänge des Leuchtstoffs liegt insbesondere im grünen Spektralbereich und weist eine Halbwertsbreite von unter 50 nm auf. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel (Rb,Na,Li,Cs)1(TA)3(TD)1(XB)4:E auf, wobei Rb, Na, Li und Cs in dem Leuchtstoff enthalten sind. Bevorzugt ist TA = Li, TD = Si und XB = O und der
Leuchtstoff weist die Formel (Rb,Na,Li,Cs)Li3SiO4:E auf. E ist aus einer Gruppe ausgewählt, die Eu, Mn, Ce, Yb und
Kombinationen daraus umfasst, bevorzugt E = Eu. Besonders bevorzugt weist der Leuchtstoff die Formel
(Cs0,25Na0,25Rb0,25Li0,25)(TA)3(TD)1(XB)4:E oder
(Cs0,25Na0,25Rb0,25Li0,25)Li3SiO4:E auf. Die Peakwellenlänge des Leuchtstoffs liegt insbesondere im blauen Spektralbereich und weist eine Halbwertsbreite von unter 30 nm auf. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel (Cs,Na,K)1(TA)3(TD)1(XB)4:E auf, wobei Na, K und Cs in dem Leuchtstoff enthalten sind.
Bevorzugt ist TA = Li, TD = Si und XB = O und der Leuchtstoff weist die Formel (Cs,Na,K)Li3SiO4:E auf. E ist aus einer
Gruppe ausgewählt, die Eu, Mn, Ce, Yb und Kombinationen daraus umfasst, bevorzugt E = Eu. Besonders bevorzugt weist der Leuchtstoff die Formel (Cs0,25Na0,50K0,25)(TA)3(TD)1(XB)4:E oder (Cs0,25Na0,50K0,25)Li3SiO4:E auf. Die Peakwellenlänge des Leuchtstoffs liegt insbesondere im blauen Spektralbereich und weist eine Halbwertsbreite von unter 30 nm auf. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel (Rb,Na,K)1(TA)3(TD)1(XB)4:E auf, wobei Na, K und Rb in dem Leuchtstoff enthalten sind.
Bevorzugt ist TA = Li, TD = Si und XB = O und der Leuchtstoff weist die Formel (Rb,Na,K)Li3SiO4:E auf. E ist aus einer
Gruppe ausgewählt, die Eu, Mn, Ce, Yb und Kombinationen daraus umfasst, bevorzugt E = Eu. Besonders bevorzugt weist der Leuchtstoff die Formel (Rb0,25Na0,50K0,25)(TA)3(TD)1(XB)4:E oder (Rb0,25Na0,50K0,25)Li3SiO4:E auf. Die Peakwellenlänge des Leuchtstoffs liegt insbesondere im blauen Spektralbereich und weist eine Halbwertsbreite von unter 30 nm auf. Die Leuchtstoffe (Rb,Na,Li,Cs)1(TA)3(TD)1(XB)4:E,
(Cs,Na,K)1(TA)3(TD)1(XB)4:E und (Rb,Na,K)1(TA)3(TD)1(XB)4:E eignen sich insbesondere für die Verwendung in Konversions- LEDs, die weiße Strahlung emittieren. Dazu kann der
Leuchtstoff jeweils mit einem roten und grünen Leuchtstoff kombiniert werden. Auch eignen sich diese Leuchtstoffe für die Verwendung in Beleuchtungsvorrichtungen wie Konversions- LEDs, die eine blaue Strahlung emittieren. Gemäß zumindest einer Ausführungsform kristallisiert der Leuchtstoff (Rb,Na,Li,Cs)1(TA)3(TD)1(XB)4:E,
(K,Na,Li,Cs)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, (Rb,Na,K)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, (Cs,Na,K)(TA)3(TD)1(XB)4:E, (K,Na,Li,Cs)Li3SiO4:E,
(Rb,Na,Li,Cs)Li3SiO4:E, (Rb,Na,K)Li3SiO4:E oder
(Cs,Na,K)Li3SiO4:E in einem tetragonalen Kristallsystem. Bevorzugt kristallisiert der Leuchtstoff gemäß dieser
Ausführungsform in der Raumgruppe I4/m. Besonders bevorzugt kristallisiert der Leuchtstoff gemäß dieser Ausführungsform in einem tetragonalen Kristallsystem mit der I4/m. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel
(K1-r''-r'''Nar''Lir''')1(TA)3(TD)1(XB)4:E auf, wobei 0 < r'' < 0,5 und 0 < r''' < 0,5, beispielsweise r'' = 0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35, 0,4; 0,45 und r''' = 0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35, 0,4; 0,45. Bevorzugt ist 0,1 < r'' < 0,4 und 0,1 < r''' < 0,4, besonders bevorzugt 0,2 < r'' < 0,3 und 0,2 < r''' < 0,3. Bevorzugt ist TA = Li, TD = Si und XB = O und der Leuchtstoff weist die Formel (K1-r''- r'''Nar''Lir''')1Li3SiO4:E auf. E ist aus einer Gruppe
ausgewählt, die Eu, Mn, Ce, Yb und Kombinationen daraus umfasst, bevorzugt E = Eu. Überraschenderweise ändern sich die Eigenschaften des Leuchtstoffs, insbesondere die
Peakwellenlänge und die Halbwertsbreite, bei einer Variation der Anteile an Na, Li und K in dem Leuchtstoff. Dadurch sind diese Leuchtstoffe in den verschiedensten Anwendungen
einsetzbar. Beispielsweise weist der Leuchtstoff die Formel (K0,5Na0,25Li0,25)Li3SiO4:Eu auf. Die Peakwellenlänge des
Leuchtstoffs liegt insbesondere im grünen Spektralbereich und weist eine Halbwertsbreite von unter 50 nm auf. Gemäß zumindest einer Ausführungsform kristallisiert der Leuchtstoff (K1-r''-r'''Nar''Lir''')1(TA)3(TD)1(XB)4:E oder (K1-r''- r'''Nar''Lir''')1Li3SiO4:E in einem tetragonalen oder monoklinen Kristallsystem. Bevorzugt kristallisiert der Leuchtstoff gemäß dieser Ausführungsform in der Raumgruppe I4/m oder C2/m. Besonders bevorzugt kristallisiert der Leuchtstoff gemäß dieser Ausführungsform in einem tetragonalen Kristallsystem mit der Raumgruppe I4/m oder in einem
monoklinen Kristallsystem mit der Raumgruppe C2/m, besonders bevorzugt in einem monoklinen Kristallsystem mit der
Raumgruppe C2/m. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel (Rbr*Na1-r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E auf, wobei 0 < r* < 1, beispielsweise r* = 0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35, 0,4; 0,45; 0,5; 0,55; 0,6; 0,65; 0,7; 0,75; 0,8; 0,85; 0,9; 0,95 auf. Bevorzugt ist TA = Li, TD = Si und XB = O und der Leuchtstoff weist die Formel (Rbr*Na1- r*)Li3SiO4:E auf. E ist aus einer Gruppe ausgewählt, die Eu, Mn, Ce, Yb und Kombinationen daraus umfasst, bevorzugt E = Eu. Gemäß zumindest einer Ausführungsform kristallisiert der Leuchtstoff (Rbr*Na1-r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E oder (Rbr*Na1- r*)Li3SiO4:E in einem tetragonalen oder monoklinen
Kristallsystem. Bevorzugt kristallisiert der Leuchtstoff gemäß dieser Ausführungsform in der Raumgruppe I4/m oder C2/m. Besonders bevorzugt kristallisiert der Leuchtstoff gemäß dieser Ausführungsform in einem tetragonalen
Kristallsystem mit der Raumgruppe I4/m oder in einem
monoklinen Kristallsystem mit der Raumgruppe C2/m. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel (Rbr*Na1-r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E auf, wobei 0,4 ≤ r* < 1,0, bevorzugt 0,4 ≤ r* < 0,875 oder 0,4 ≤ r* ≤ 0, 75, besonders bevorzugt 0,4 ≤ r* ≤ 0,6 ganz besonders bevorzugt r* = 0,5. Bevorzugt ist TA = Li, TD = Si und XB = O und der Leuchtstoff weist die Formel (Rbr*Na1-r*)Li3SiO4:E auf. E ist aus einer Gruppe ausgewählt, die Eu, Mn, Ce, Yb und Kombinationen daraus umfasst, bevorzugt E = Eu. Beispielsweise weist der Leuchtstoff die Formel
(Rb0,5Na0,5)Li3SiO4:Eu auf. Die Peakwellenlänge des
Leuchtstoffs liegt insbesondere im grünen Spektralbereich und weist eine Halbwertsbreite zwischen 42 und 44 nm auf. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel (Rbr*Na1-r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E auf, wobei 0 < r* < 0,4, beispielsweise r* = 0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35, bevorzugt 0,1 ≤ r* ≤ 0,35, besonders
bevorzugt 0,2 ≤ r* ≤ 0,3, ganz besonders bevorzugt r* = 0,25. Bevorzugt ist TA = Li, TD = Si und XB = O und der Leuchtstoff weist die Formel (Rbr*Na1-r*)Li3SiO4:E auf. E ist aus einer Gruppe ausgewählt, die Eu, Mn, Ce, Yb und Kombinationen daraus umfasst, bevorzugt E = Eu. Die Peakwellenlänge des Leuchtstoffs liegt bevorzugt im blauen Spektralbereich und weist eine Halbwertsbreite zwischen 20 und 24 nm auf. Der Leuchtstoff (Rbr*Na1-r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E oder (Rbr*Na1- r*)Li3SiO4:E mit 0 < r* < 0,4, bevorzugt 0,1 ≤ r* ≤ 0,35, besonders bevorzugt 0,2 ≤ r* ≤ 0,3, ganz besonders bevorzugt r* = 0,25eignet sich insbesondere für die Verwendung in
Konversions-LEDs, die weiße Strahlung emittieren. Dazu kann der Leuchtstoff mit einem roten und grünen Leuchtstoff kombiniert werden. Zudem eignet sich der Leuchtstoff (Rbr*Na1-r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E oder (Rbr*Na1-r*)Li3SiO4:E mit 0 < r* < 0,4, bevorzugt 0,1 ≤ r* ≤ 0,35, besonders bevorzugt 0,2 ≤ r* ≤ 0,3, ganz besonders bevorzugt r* = 0,25 für die Verwendung in
Beleuchtungsvorrichtungen wie Konversions-LEDs, die eine blaue Strahlung emittieren. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die Formel (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E oder (NarK1-r)Li3SiO4:E mit 0,2 < r ≤ 0,4, bevorzugt 0,2 < r ≤ 0,3, besonders
bevorzugt r = 0,25 oder
(Rbr'Li1-r')1(TA)3(TD)1(XB)4:E oder (Rbr'Li1-r')Li3SiO4:E mit 0 ≤ r' ≤ 1, bevorzugt 0,25 ≤ r' ≤ 0,75, besonders bevorzugt 0,4 ≤ r' ≤ 0,6 auf. Bevorzugt ist TA = Li, TD = Si und XB = O. Die Peakwellenlänge des Leuchtstoffs liegt insbesondere im grünen Spektralbereich und weist eine Halbwertsbreite von unter 50 nm auf. In vielen Display-Anwendungen wie Fernsehern, Computer- Monitoren, Tablets und Smartphones sind die Hersteller bestrebt, die Farben lebendig und naturgetreu wiederzugeben, da dies für die Verbraucher sehr attraktiv ist. Lichtquellen für die Hinterleuchtung von Displays,
beispielsweise von LCD Displays, unterscheiden sich von
Lichtquellen für die Allgemeinbeleuchtung. Die Anforderungen an Lichtquellen für die Allgemeinbeleuchtung bestehen
insbesondere in einer hohen Lichtausbeute kombiniert mit einem kontinuierlichen Spektrum, um einen hohen
Farbwiedergabeindex zu erreichen. Bei LCD-Displays („liquid crystal displays) und anderen Displays werden die Farben durch die Primärfarben Rot, Grün und Blau wiedergegeben. Die Bandbreite an Farben, die an einem Display wiedergegeben werden können, ist daher durch das aufgespannte Farbdreieck der Farben Rot, Grün und Blau limitiert. Diese Farben werden von dem Spektrum für die Hinterleuchtung von roten, grünen und blauen Farbfiltern entsprechend herausgefiltert. Jedoch ist der Wellenlängenbereich der transmittierten Strahlung der Farbfilter immer noch sehr breit. Deshalb werden Lichtquellen mit sehr schmalbandigen Emissionen, also einer geringen Halbwertsbreite, im grünen, blauen und roten Spektralbereich benötigt, um einen möglichst breiten Farbraum abzudecken. Als Lichtquellen für Hinterleuchtungsanwendungen werden
vorwiegend ein blau emittierender Halbleiterchip mit einem Leuchtstoff mit einer Peakwellenlänge im grünen und einem Leuchtstoff mit einer Peakwellenlänge im roten
Spektralbereich kombiniert, wobei die Leuchtstoffe eine möglichst geringe Halbwertsbreite der Emission aufweisen. Im Idealfall sind die Emissionspeaks dabei deckungsgleich zu dem Transmissionsbereich des jeweiligen Farbfilters, um so wenig Licht wie möglich zu verlieren, die maximale Effizienz zu erreichen und ein Übersprechen beziehungsweise eine
Überlappung der verschiedenen Farbkanäle, das den
erreichbaren Farbraum limitiert, zu reduzieren. Konversions-LEDs für Hinterleuchtungsanwendungen setzen herkömmlich als grünen Leuchtstoff beispielsweise ein
Yttrium-Aluminium-Granat, ein Lutetium-Aluminium-Granat oder ein β-SiAlON (Si6-zAlzOzN8-z:RE oder Si6-xAlzOyN8-y:REz mit RE = Metall der Seltenen Erden) ein. Yttrium-Aluminium-Granat weist allerdings einen Emissionspeak mit einer großen
Halbwertsbreite auf, so dass durch die erheblichen
Filterverluste der erreichbare Farbraum beschränkt wird und auch die Effizienz gesenkt wird. β-SiAlON weist mit einer Halbwertsbreite von unter 60 nm eine schmalbandige Emission im grünen Spektralbereich auf, die zu einer gesättigteren Grünwiedergabe führt als mit dem Granat-Leuchtstoff. Den β- SiAlONen fehlt es aber an einer guten internen und externen Quanteneffizienz, was die gesamte Hinterleuchtung wenig effizient gestaltet. Des Weiteren erfordert die Herstellung dieser Leuchtstoffe sehr hohe Temperaturen und ein
aufwendiges Equipment. Damit ist der Leuchtstoff in seiner Herstellung sehr teuer und damit auch die Herstellung von Konversions-LEDs mit diesem Leuchtstoff. Auch Quantenpunkte werden aufgrund ihrer sehr schmalbandigen Emission zur Konversion von Primärstrahlung für
Hinterleuchtungsanwendungen eingesetzt. Quantenpunkte sind allerings sehr instabil, insbesondere bei den
Umgebungsbedingungen einer Konversions-LED für
Hinterleuchtungsanwendungen. Zudem weisen die meisten
kommerziell erhältlichen Quantenpunkte schädliche Elemente wie Hg oder Cd auf, deren Konzentration unter den
Regulierungen des RoHS (Beschränkung gefährlicher Stoffe, "reduction of hazardous substances", EU-Richtlinie
2011/65/EU) in kommerziellen Elektro- und Elektronikgeräten limitiert ist. Überraschenderweise weisen die erfindungsgemäßen Leuchtstoffe (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E mit 0,2 < r ≤ 0,4,
(Rbr'Li1-r')1(TA)3(TD)1(XB)4:E mit 0 ≤ r' ≤ 1, (K1-r''- r'''Nar''Lir''')1(TA)3(TD)1(XB)4:E mit 0 < r'' < 0,5 und 0 < r''' < 0,5, (K,Na,Li,Cs)(TA)3(TD)1(XB)4:E, und (Rbr*Na1- r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E mit 0,4 ≤ r* < 1,0, beispielsweise
(Rb0,5Li0,5)Li3SiO4:Eu, (Na0,25K0,75)Li3SiO4:Eu,
(Na0,25K0,50Li0,25)Li3SiO4:Eu, (Cs0,25Na0,25K0,25Li0,25)Li3SiO4:Eu und (Rb0,5Na0,5)Li3SiO4:Eu eine Peakwellenlänge im grünen
Spektralbereich und eine sehr kleine Halbwertsbreite auf und sind deshalb insbesondere für weiß emittierende
Beleuchtungsvorrichtungen wie beispielsweise weiß
emittierende Konversions-LEDs in Verbindung mit einem, eine blaue Primärstrahlung emittierenden Halbleiterchip und einem roten Leuchtstoff für Hinterleuchtungsanwendungen
insbesondere für Anzeigeelemente wie Displays geeignet. Mit Vorteil kann mit einer solchen weiß emittierenden Konversions-LED eine besonders große Bandbreite an Farben erreicht werden. Durch die geringe Halbwertsbreite der erfindungsgemäßen Leuchtstoffe (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E mit 0,2 < r ≤ 0,4,
(Rbr'Li1-r')1(TA)3(TD)1(XB)4:E mit 0 ≤ r' ≤ 1, (K1-r''- r'''Nar''Lir''')1(TA)3(TD)1(XB)4:E mit 0 < r'' < 0,5 mit 0 < r''' < 0,5, (K,Na,Li,Cs)(TA)3(TD)1(XB)4:E und (Rbr*Na1- r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E mit 0,4 ≤ r* < 1,0 beispielsweise
(Rb0,5Li0,5)Li3SiO4:Eu, (Na0,25K0,75)Li3SiO4:Eu,
(Na0,25K0,50Li0,25)Li3SiO4:Eu, (Cs0,25Na0,25K0,25Li0,25)Li3SiO4:Eu und (Rb0,5Na0,5)Li3SiO4:Eu zeigen die Emissionspeaks eine sehr große Überlappung mit dem Transmissionsbereich eines
Standard-Grünfilters, so dass nur wenig Licht verlorengeht und der erreichbare Farbraum groß ist. Grüne LEDs, die eine Strahlung im grünen Wellenlängenbereich emittieren, können zum einen durch direkt grün emittierende Halbleiterchips oder in Form von Konversions-LEDs, umfassend einen blau oder UV emittierenden Halbleiterchip und einen grünen Leuchtstoff, erhalten werden. Direkt grün emittierende Halbleiterchips zeigen eine sehr geringe Quanteneffizienz. Bei den Konversions-LEDs kann die Primärstrahlung zum einen vollständig in grüne Sekundärstrahlung konvertiert werden (Vollkonversion) oder zum anderen nur teilweise in grüne Sekundärstrahlung konvertiert werden (Teilkonversion) und der verbleibende Anteil an Primärstrahlung wird mittels eines Filters herausgefiltert, so dass die Konversions-LED
ausschließlich oder nahezu ausschließlich Sekundärstrahlung, insbesondere grüne Sekundärstrahlung, emittiert. Konversions-LEDs mit dem erfindungsgemäßen grünen Leuchtstoff der Formel (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E mit 0,2 < r ≤ 0,4,
(Rbr'Li1-r')1(TA)3(TD)1(XB)4:E mit 0 ≤ r' ≤ 1,(K1-r''- r'''Nar''Lir''')1(TA)3(TD)1(XB)4:E mit 0 < r'' < 0,5 und 0 < r''' < 0,5, (Cs,Na,K,Li)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, bevorzugt
(Cs0,25Na0,25K0,25Li0,25)(TA)3(TD)1(XB)4:E oder (Rbr*Na1- r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E mit 0,4 ≤ r* < 0,875, beispielsweise (Rb0,5Li0,5)Li3SiO4:Eu, (Na0,25K0,75)Li3SiO4:Eu,
(Na0,25K0,50Li0,25)Li3SiO4:Eu, (Cs0,25Na0,25K0,25Li0,25)Li3SiO4:Eu oder (Rb0,5Na0,5)Li3SiO4:Eu sind dagegen sehr effizient und zeigen auch ohne Einsatz eines Farbfilters eine hohe Farbreinheit und eine hohe Leistung. Herkömmlich werden (Y,Lu)3(Al,Ga)5O12:Ce, Orthosilikate oder Oxonitridoorthosilikate als grüne Leuchtstoffe eingesetzt. Die herkömmlichen Konversions-LEDs weisen oft eine geringe Effizienz und Farbreinheit auf. Um diese Nachteile zu
umgehen, werden Filter eingesetzt, um die Emission
anzupassen. Dies wirkt sich allerdings negativ auf die
Gesamtleistung der Konversions-LED aus. Konversions-LEDs mit einem Halbleiterchip und einem
erfindungsgemäßen grünen Leuchtstoff der Formel
(NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E mit 0,2 < r ≤ 0,4 und
(Rbr'Li1-r')1(TA)3(TD)1(XB)4:E mit 0 ≤ r' ≤ 1, beispielsweise (Rb0,5Li0,5)Li3SiO4:Eu und (Na0,25K0,75)Li3SiO4:Eu sind dagegen sehr effizient und zeigen auch ohne Einsatz eines Farbfilters eine hohe Farbreinheit und eine hohe Leistung. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die folgende allgemeine Summenformel auf:
Na1-y*Cay*Li3-2y*Al3y*Si1-y*O4-4y*N4y*:E, wobei 0 < y* < 0,875;
bevorzugt 0 < y* ≤ 0,5, besonders bevorzugt 0 < y* ≤ 0,3, ganz besonders bevorzugt 0 < y* ≤ 0,1. Beispielsweise gilt y* = 0,01; 0,02; 0,03, 0,04 oder 0,05. E ist aus einer Gruppe ausgewählt, die Eu, Mn, Ce, Yb und Kombinationen daraus umfasst. Bevorzugt ist E = Eu bzw. Eu2+. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass der Leuchtstoff der Formel NaLi3SiO4:Eu eine zu dem bekannten Leuchtstoff CaLiAl3N4:Eu isotype Kristallstruktur aufweist. Dass zwei Verbindungen in einer isotypen Kristallstruktur
kristallisieren bedeutet insbesondere, dass die Atome der einen Verbindung denselben Platz innerhalb der
Kristallstruktur einnehmen wie die korrespondierenden Atome der anderen Verbindung. Dadurch bleiben die Verknüpfungen von Baueinheiten innerhalb der Strukturen unverändert erhalten. Eine isotype Kristallstruktur bei Oxiden und Nitriden ist untypisch, da Nitride im Vergleich zu Oxiden üblicherweise einen höheren Kondensationsgrad der Polyeder, insbesondere der Tetraeder, innerhalb der Kristallstruktur aufweisen. Dies ist besonders vorliegend überraschend, da der
Kondensationsgrad des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs der Formel NaLi3SiO4:Eu bei eins liegt, typische Oxosilikate dagegen einen Kondensationsgrad gleich oder unter 0,5
aufweisen. Überraschenderweise haben die Erfinder
herausgefunden, dass ausgehend von dem Leuchtstoff der
Summenformel NaLi3SiO4:Eu die Elemente Na, Li, Si, O
teilweise durch die Elemente Ca, Li, Al und N ersetzt sein können, so dass ein Leuchtstoff der Formel Na1-y*Cay*Li3- 2y*Al3y*Si1-yO4-4y*N4y*:Eu resultiert. Dieser Leuchtstoff liegt insbesondere in einer gemischten Phase vor, so dass innerhalb der Kristallstruktur von NaLi3SiO4:Eu die Gitterplätze teilweise mit den Elementen Ca, Li, Al und N besetzt sind. Der bekannte Leuchtstoff CaLiAl3N4:Eu ist ein im roten
Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittierender
Leuchtstoff mit einer Peakwellenlänge bei etwa 670 nm, der eine Halbwertsbreite von etwa 60 nm aufweist und in einer zu NaLi3SiO4 isotypen Kristallstruktur kristallisiert. Im
Vergleich dazu emittiert NaLi3SiO4:Eu im blauen
Spektralbereich des elektromagnetischen Spektrums mit einer Peakwellenlänge von etwa 470 nm und zeigt eine
schmalbandigere Emission, das heißt eine Emission mit einer geringeren Halbwertsbreite als 60 nm. Durch die
erfindungsgemäße gemischte Phase dieser Leuchtstoffe ist es vorteilhafterweise möglich einen Leuchtstoff der Formel Na1- y*Cay*Li3-2y*Al3y*Si1-yO4-4y*N4y*:Eu bereitzustellen, bei dem der Anteil an CaLiAl3N4 variiert werden kann, was in der Formel durch den Index y* ausgedrückt wird. Durch diese Variation kann ein Leuchtstoff bereitgestellt werden, der es durch die variable Zusammensetzung erlaubt, die Peakwellenlänge in einem Bereich zwischen 470 nm und 670 nm einzustellen. Der Leuchtstoff kann somit je nach Anforderungen oder Anwendung gezielt hinsichtlich des gewünschten Farborts eingestellt werden. Mit nur einem Leuchtstoff können somit
überraschenderweise nahezu alle Farben des sichtbaren
Bereichs, von blau bis rot, erzeugt werden. Die Peakwellenlänge des Leuchtstoffs Na1-y*Cay*Li3-2y*Al3y*Si1- y*O4-4y*N4y*:E mit 0 < y* < 0,875, bevorzugt 0 < y* ≤ 0,5, besonders bevorzugt 0 < y* ≤ 0,3, ganz besonders bevorzugt 0 < y* ≤ 0,1 liegt bevorzugt im blauen oder im grünen
Spektralbereich. Der Leuchtstoff eignet sich insbesondere in Kombination mit einem grünen und roten Leuchtstoff für weiße Konversions-LEDs, insbesondere für die Allgemeinbeleuchtung. Zudem eignet sich der Leuchtstoff für farbige Konversions- LEDs. Gemäß zumindest einer Ausführungsform kristallisiert der Leuchtstoff Na1-y*Cay*Li3-2y*Al3y*Si1-y*O4-4y*N4y*:E in einem tetragonalen Kristallsystem. Bevorzugt kristallisiert der Leuchtstoff gemäß dieser Ausführungsform in der Raumgruppe I41/a. Besonders bevorzugt kristallisiert der Leuchtstoff gemäß dieser Ausführungsform in einem tetragonalen
Kristallsystem mit der Raumgruppe I41/a. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die folgende allgemeine Summenformel auf:
Na1-y***Sry***Li3-2y***Al3y***Si1-y***O4-4y***N4y***:E, wobei 0 < y*** < 0,875; bevorzugt 0 < y*** ≤ 0,5, besonders bevorzugt 0 < y*** ≤ 0,3. Beispielsweise gilt y*** = 0,01; 0,02; 0,03, 0,04 oder 0,05. E ist aus einer Gruppe ausgewählt, die Eu, Mn, Ce, Yb und Kombinationen daraus umfasst. Bevorzugt ist E = Eu bzw. Eu2+. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die Formel (MB)b(TA)e(TC)g(TD)h(XB)l(XC)m:E auf
wobei
- MB aus einer Gruppe von divalenten Metallen ausgewählt ist, die Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Mn, Eu, Yb, Ni, Fe, Co und
Kombinationen daraus umfasst,
- TA aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt ist, die Li, Na, Cu, Ag und Kombinationen daraus umfasst, - TC aus einer Gruppe von trivalenten Metallen ausgewählt ist, die B, Al, Ga, In, Y, Fe, Cr, Sc, Seltene Erden und Kombinationen daraus umfasst,
- TD aus einer Gruppe von tetravalenten Metallen ausgewählt ist, die Si, Ge, Sn, Mn, Ti, Zr, Hf, Ce und Kombinationen daraus umfasst,
- XB = O und/oder S
- XC = N
- b = 1;
- e+g+h = 4; - l+m = 4;
- 2b+e+3g+4h-2l-3m = 0 und m < 3,5 oder l > 0,5.
- E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn, bevorzugt E = Eu. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die Formel (MB)b(TA)e(TC)g(TD)h(XB)l(XC)m:E auf
wobei
- MB aus einer Gruppe von divalenten Metallen ausgewählt ist, die Mg, Ca, Sr, Ba und Kombinationen daraus umfasst,
- TA aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt ist, die Li, Na und Kombinationen daraus umfasst,
- TC aus einer Gruppe von trivalenten Metallen ausgewählt ist, die B, Al, Ga und Kombinationen daraus umfasst,
- TD aus einer Gruppe von tetravalenten Metallen ausgewählt ist, die Si, Ge und Kombinationen daraus umfasst,
- XC = N
- XB = O
- b = 1;
- e+g+h = 4;
- l+m = 4;
- 2b+e+3g+4h-2l-3m = 0 und m < 3,5 oder l > 0,5.
- E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn, bevorzugt E = Eu. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die folgende allgemeine Summenformel auf:
(MB)(Si0,25Al-1/8+r**/2Li7/8- r**/2)4(O1-r**Nr**)4:E, wobei 0,25 ≤ r**≤ 1, bevorzugt 0,25 < r** < 0,875, besonders bevorzugt 0,4 ≤ r** ≤ 0,8. MB ist aus einer Gruppe von divalenten Metallen ausgewählt ist, die Mg, Ca, Sr, Ba und Kombinationen daraus umfasst und E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn, bevorzugt E = Eu. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die folgende allgemeine Summenformel auf: Sr(Si0,25Al-1/8+r**/2Li7/8- r**/2)4(O1-r**Nr**)4:E, wobei 0,25 ≤ r**≤ 1, bevorzugt 0,25 < r** < 0,875, besonders bevorzugt 0,4 ≤ r**≤ 0,8 und E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn. Bei dem Leuchtstoff handelt es sich insbesondere um eine Mischphase der
Verbindungen SrSiLi3O3N:Eu (r** = 0,25) und Sr2Si2Al3Li3N8:Eu (r** = 1). Durch die erfindungsgemäße Mischphase ist es
vorteilhafterweise möglich einen Leuchtstoff bereitzustellen, bei dem der Anteil an Stickstoff variiert werden kann, was in der Formel durch den Index r** ausgedrückt wird. Durch diese Variation kann ein Leuchtstoff bereitgestellt werden, der es durch die variable Zusammensetzung erlaubt, die
Peakwellenlänge vom gelben bis roten Spektralbereich
einzustellen. Der Leuchtstoff kann somit je nach
Anforderungen oder Anwendung gezielt hinsichtlich des
gewünschten Farborts und/oder Farbwiedergabeindex eingestellt werden. Mit nur einem Leuchtstoff können somit
überraschenderweise viele Farben des sichtbaren Bereichs, insbesondere von gelb bis rot, erzeugt werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform kristallisiert der Leuchtstoff (MB)(Si0,25Al-1/8+r**/2Li7/8- r**/2)4(O1-r**Nr**)4:E oder Sr(Si0,25Al-1/8+r**/2Li7/8- r**/2)4(O1-r**Nr**)4:E in einem tetragonalen Kristallsystem. Bevorzugt kristallisiert der Leuchtstoff gemäß dieser Ausführungsform in der Raumgruppe I4/m.
Besonders bevorzugt kristallisiert der Leuchtstoff gemäß dieser Ausführungsform in einem tetragonalen Kristallsystem mit der Raumgruppe I4/m. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die folgende allgemeine Summenformel auf: Na1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:E, wobei 0 < y** ≤ 1,0, bevorzugt 0 < y** < 0,875 oder 0 < y** < 0,5, besonders bevorzugt 0,05 ≤ y** ≤ 0,45, ganz besonders bevorzugt 0,1 ≤ y** ≤ 0,4, 0,15 ≤ y** ≤ 0,35 oder 0,2 ≤ y** ≤ 0,3. E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn, bevorzugt E = Eu. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass sich der
Leuchtstoff der Formel Na1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:E, bevorzugt Na1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:Eu als
Mischphase zwischen NaLi3SiO4:E bzw. NaLi3SiO4:Eu (y** = 0) und der Verbindung EuLiAl3N4 (y** = 1) herstellen lässt und zudem einen effizienten Leuchtstoff mit einzigartigen
Eigenschaften darstellt. Dieser Leuchtstoff liegt
insbesondere in einer gemischten Phase vor, so dass innerhalb der Kristallstruktur von NaLi3SiO4:Eu die Gitterplätze teilweise mit den Elementen Eu, Li, Al und N besetzt sind. NaLi3SiO4:Eu emittiert im blauen Spektralbereich. Durch die erfindungsgemäße gemischte Phase von NaLi3SiO4:Eu und der Verbindung EuLiAl3N4 ist es vorteilhafterweise möglich einen Leuchtstoff der Formel Na1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:Eu, bereitzustellen, bei dem der Anteil an EuLiAl3N4 variiert werden kann, was in der Formel durch den Index y**
ausgedrückt wird. Durch diese Variation kann ein Leuchtstoff bereitgestellt werden, der es durch die variable
Zusammensetzung erlaubt, die Peakwellenlänge in einem Bereich vom gelben bis roten Bereich einzustellen. Der Leuchtstoff kann somit je nach Anforderungen oder Anwendung gezielt hinsichtlich des gewünschten Farborts eingestellt werden. Mit nur einem Leuchtstoff können somit überraschenderweise nahezu alle Farben des sichtbaren Bereichs, von gelb bis rot, erzeugt werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform kristallisiert der Leuchtstoff Na1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:Eu in einem tetragonalen Kristallsystem. Bevorzugt kristallisiert der Leuchtstoff gemäß dieser Ausführungsform in der Raumgruppe I4/m. Besonders bevorzugt kristallisiert der Leuchtstoff gemäß dieser Ausführungsform in einem tetragonalen
Kristallsystem mit der Raumgruppe I4/m. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die Formel (MB)b(TA)e(TC)g(XB)l(XC)m:E auf,
wobei
- MB aus einer Gruppe von divalenten Metallen ausgewählt ist, die Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Mn, Eu, Yb, Ni, Fe, Co und
Kombinationen daraus umfasst,
- TA aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt ist, die Li, Na, Cu, Ag und Kombinationen daraus umfasst, - TC aus einer Gruppe von trivalenten Metallen ausgewählt ist, die B, Al, Ga, In, Y, Fe, Cr, Sc, Seltenerdmetalle und Kombinationen daraus umfasst,
- XB = O,
- XC = N,
- b = 1;
- e+g = 4;
- l+m = 4;
- 2b+e+3g-2l-3m = 0 und m < 3,5 oder l > 0,5.
- E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn, bevorzugt E = Eu. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die Formel (MB)b(TA)e(TC)g(XB)l(XC)m:E auf,
wobei
- MB aus einer Gruppe von divalenten Metallen ausgewählt ist, die Mg, Ca, Sr, Ba, Zn und Kombinationen daraus umfasst, - TA aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt ist, die Li, Na, Cu, Ag und Kombinationen daraus umfasst, - TC aus einer Gruppe von trivalenten Metallen ausgewählt ist, die B, Al, Ga und Kombinationen daraus umfasst,
- XB = O,
- XC = N,
- b = 1;
- e+g = 4;
- l+m = 4;
- 2b+e+3g-2l-3m = 0 und m < 3,5 oder l > 0,5.
- E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn, bevorzugt E = Eu. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die folgende allgemeine Summenformel auf:
(MB)Li3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu mit 0 < x** ≤ 1,0, bevorzugt 0 < x** < 0,875, besonderes bevorzugt 0,125 ≤ x** < 0,875 oder 0,125 ≤ x** ≤ 0,5, ganz besonders bevorzugt 0,125 ≤ x** ≤ 0,45. MB ist aus Gruppe von divalenten Metallen ausgewählt ist, die Mg, Ca, Sr, Ba, Zn und Kombinationen daraus umfasst. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die folgende allgemeine Summenformel auf:
SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu mit 0 < x** ≤ 1,0, bevorzugt 0 < x** < 0,875, besonderes bevorzugt 0,125 ≤ x** < 0,875 oder 0,125 ≤ x** ≤ 0,5, ganz besonders bevorzugt 0,125 ≤ x** ≤ 0,45. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass sich der
Leuchtstoff der Formel SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu als
Mischphase zwischen SrLi3AlO4:Eu (x** = 0) und der Verbindung SrLiAl3N4 (x** = 1) herstellen lässt und zudem einen
effizienten Leuchtstoff mit einzigartigen Eigenschaften darstellt. Insbesondere weisen die Leuchtstoffe eine geringe Halbwertsbreite auf. SrLiAl3N4:Eu ist ein bekannter schmalbandig im roten
Spektralbereich emittierender Leuchtstoff. Durch die
erfindungsgemäße gemischte Phase von SrLi3AlO4:Eu und der Verbindung SrLiAl3N4 ist es vorteilhafterweise möglich einen Leuchtstoff der Formel SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu,
bereitzustellen, bei dem der Anteil an SrLiAl3N4 variiert werden kann, was in der Formel durch den Index x**
ausgedrückt wird. Durch diese Variation kann ein Leuchtstoff bereitgestellt werden, der es durch die variable
Zusammensetzung erlaubt, die Peakwellenlänge in einem Bereich vom grünen bis gelben bzw. gelb-orangen Bereich einzustellen. Dadurch können Farborte erreicht werden, die mit bekannten Leuchtstoffen nicht erreicht werden können. Der Leuchtstoff kann somit je nach Anforderungen oder Anwendung gezielt hinsichtlich des gewünschten Farborts im grünen bis gelben Bereich eingestellt werden. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass der Leuchtstoff der Formel SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu mit steigendem x** ab x** ≥ 0,1250 in derselben Kristallstruktur kristallisiert, dabei aber das Zellvolumen der Einheitszelle steigt und gleichzeitig mit steigendem x** die Peakwellenlänge in den längerwelligen Bereich, insbesondere vom grünen bis in den roten Spektralbereich, verschoben wird. Damit ist der
Leuchtstoff SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu mit 0,125 ≤ x** ≤ 1, bevorzugt 0,125 ≤ x** < 0,875, besonders bevorzugt 0,125 ≤ x** ≤ 0,5, ganz besonders bevorzugt 0,125 ≤ x** ≤ 0,45 vielseitig einsetzbar und eignet sich insbesondere für farbige Konversions-LEDs mit SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu als einzigen Leuchtstoff. Zusätzlich weisen die Leuchtstoffe bevorzugt geringe Halbwertsbreiten unter 80 nm auf. Der Leuchtstoff SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu, insbesondere mit x** ≥ 0,1250 eignet sich beispielsweise für die Verwendung in Beleuchtungsvorrichtungen wie Konversions-LEDs, die weiße Strahlung emittieren, wobei eine Überlagerung der blauen Primärstrahlung und der Sekundärstrahlung einen weiße
Gesamtstrahlung ergibt. Der Leuchtstoff ist sehr robust und effizient und es ist mit Vorteil möglich eine Konversions-LED bereitzustellen, die eine Gesamtstrahlung emittiert, die eine Farbtemperatur unter 3600 K, insbesondere 3400 K ± 100K und einen Farbort nah der Planck-Kurve aufweist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die folgende allgemeine Summenformel auf:
SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu mit 0 < x** < 0,125, bevorzugt 0 < x** < 0,120. Der Leuchtstoff SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu mit 0 < x** < 0,125 kristallisiert überraschenderweise nicht in einer zur Kristallstruktur von SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu mit x** ≥ 0,125 isotypen Kristallstruktur. Insbesondere kann der
Leuchtstoff mit 0 < x** < 0,125 eine Kristallstruktur
ausbilden, die sich als kristallographische Überstruktur der Kristallstruktur von Varianten des Leuchtstoffs mit x** ≥ 0,125 beschreiben lässt. Bevorzugt liegt die Peakwellenlänge dieses Leuchtstoffs im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Im
Vergleich zu SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu mit x** ≥ 0,125 ist die Halbwertsbreite bevorzugt geringer. Gemäß zumindest einer Ausführungsform kristallisiert der Leuchtstoff (MB)Li3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu oder SrLi3- 2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu in einem tetragonalen Kristallsystem. Bevorzugt kristallisiert der Leuchtstoff gemäß dieser
Ausführungsform in der Raumgruppe I4/m. Besonders bevorzugt kristallisiert der Leuchtstoff gemäß dieser Ausführungsform in einem tetragonalen Kristallsystem in der Raumgruppe I4/m. Gemäß zumindest einer Ausführungsform kristallisiert der Leuchtstoff in einer Kristallstruktur mit gleicher
Atomsequenz wie in UCr4C4, CsKNa2Li12Si4O16 oder
RbLi5{Li[SiO4]}2. Dass der Leuchtstoff in einer
Kristallstruktur mit gleicher Atomsequenz wie in UCr4C4, CsKNa2Li12Si4O16 oder RbLi5{Li[SiO4]}2 kristallisiert, bedeutet hier und im Folgenden, dass die Abfolge der Atome des
Leuchtstoffs demselben Muster folgt wie die Abfolge der Atome in UCr4C4, CsKNa2Li12Si4O16 oder RbLi5{Li[SiO4]}2. Mit anderen Worten zeigt die Kristallstruktur die gleichen Strukturmotive wie UCr4C4, CsKNa2Li12Si4O16 oder RbLi5{Li[SiO4]}2.
Beispielsweise kristallisiert der Leuchtstoff der Formel (Na0,5K0,5)Li3SiO3:Eu in einer Kristallstruktur mit gleicher Atomsequenz wie in CsKNa2Li12Si4O16, dabei besetzt K die Plätze des Cs und des K, Na die Plätze des Na, Li die Plätze des Li, Si die Plätze des Si und O die Plätze des O. Durch die
Variation der Ionenradien bei der Substitution mit anderen Atomsorten kann sich die absolute Position (Atomkoordinaten) der Atome ändern. Der Leuchtstoff kann auch in einer Kristallstruktur mit gleicher Atomsequenz wie in den von UCr4C4 abgeleiteten
Strukturen NaLi3SiO4 oder KLi3GeO4 kristallisieren. Gemäß zumindest einer Ausführungsform kristallisiert der Leuchtstoff im gleichen Strukturtyp wie
- NaLi3SiO4
- KLi3SiO4 - RbLi5{Li[SiO4]}2
- UCr4C4
- CsKNa2Li12Si4O16 oder
- CsKNaLi9{Li[SiO4]}4. Die Kristallstrukturen der Ausführungsformen zeichnen sich insbesondere durch ein dreidimensional verknüpftes
Raumnetzwerk aus. Dabei sind TA, TB, TC, TD, TE und/oder TF von XA, XB, XC und/oder XD umgeben und die sich daraus ergebenden Baueinheiten, bevorzugt Tetraeder über gemeinsame Ecken und Kanten verknüpft. Diese Anordnung führt zu einer sich dreidimensional erstreckenden anionischen Baueinheit. In den sich daraus ergebenden Hohlräumen bzw. Kanälen sind MA, MB, MC und/oder MD angeordnet. Gemäß zumindest eine Ausführungsform weist der Leuchtstoff eine Kristallstruktur auf, in der TA, TB, TC, TD, TE und/oder TF von XA, XB, XC und/oder XD umgeben sind und die sich daraus ergebenden Baueinheiten über gemeinsame Ecken und Kanten zu einem dreidimensionalen Raumnetz mit Hohlräumen bzw. Kanälen verknüpft sind und in den Hohlräumen bzw.
Kanälen MA, MB, MC und/oder MD angeordnet sind. Insbesondere handelt es sich bei den Baueinheiten um Tetraeder, wobei bevorzugt XA, XB, XC und/oder XD die Ecken der Tetraeder besetzen und TA, TB, TC, TD, TE und/oder TF im Zentrum der Tetraeder angeordnet sind. Beispielsweise sind in der Kristallstruktur der
Ausführungsform KLi3SiO4:E, welche isotyp zu KLi3GeO4 ist, Li und Si von O umgeben und bilden die anionische Baueinheit in Form eines Raumnetzes aus verzerrten (Li/Si)O4-Tetraedern. In den sich dabei ergebenden Hohlräumen sind die K-Atome
verzerrt würfelförmig von 8 O-Atomen umgeben. In der Kristallstruktur des Ausführungsbeispiels RbLi5{Li[SiO4]}2:E sind ein Teil der Li-Atome und Si von O umgeben und bilden die anionische Baueinheit in Form eines Raumnetzes aus. Dabei sind die Si-Atome verzerrt tetraedrisch von 4 O-Atomen umgeben. Die an der Baueinheit beteiligten Li- Atome sind in ihrer ersten Koordinationssphäre verzerrt trigonal planar von 3 O-Atomen umgeben. Unter Hinzunahme weiterer O-Atome in der Umgebung lässt sich die Koordination auch als verzerrt tetraedrisch bzw. verzerrt trigonal
bipyramidal beschreiben. In den sich ergebenden Hohlräumen sind die Rb-Atome verzerrt würfelförmig von 8 O-Atomen umgeben, während der andere Teil der Li-Atome verzerrt quadratisch planar von 4 O-Atomen umgeben ist. In Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung der hier offenbarten Leuchtstoffe kann es zu einer starken Verzerrung der Koordinationssphäre um MA, MB, MC und/oder MD kommen. Das führt beispielsweise im Falle des Ausführungsbeispiels
NaLi3SiO4:E dazu, dass die Umgebung der Na-Atome als
verzerrtes trigonales Prisma bzw. unter Hinzunahme eines weiteren O-Atoms als verzerrter gekappter Würfel vorliegt. Die angegebenen Ausführungsformen des Leuchtstoffs können gemäß nachfolgend angegebenen Verfahren hergestellt werden. Alle für den Leuchtstoff beschriebenen Merkmale gelten somit auch für das Verfahren zu dessen Herstellung und umgekehrt. Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs angegeben. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel auf: (MA)a(MB)b(MC)c(MD)d(TA)e(TB)f(TC)g(TD)h(TE)i(TF)j(XA)k(XB)l(XC)m (XD)n:E
Dabei ist MA aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt, MB ist aus einer Gruppe von divalenten Metallen ausgewählt, MC ist aus einer Gruppe von trivalenten Metallen ausgewählt, MD ist aus einer Gruppe von tetravalenten
Metallen ausgewählt, TA ist aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt, TB ist aus einer Gruppe von divalenten Metallen ausgewählt, TC ist aus einer Gruppe von trivalenten Metallen ausgewählt, TD ist aus einer Gruppe von
tetravalenten Metallen ausgewählt, TE ist aus einer Gruppe von pentavalenten Elementen ausgewählt, TF ist aus einer Gruppe von hexavalenten Elementen ausgewählt, XA ist aus einer Gruppe von Elementen ausgewählt, die Halogene umfasst, XB aus einer Gruppe von Elementen ausgewählt, die O, S und Kombinationen daraus umfasst, XC = N und XD = C. Weiter gilt: a+b+c+d = t;
- e+f+g+h+i+j = u
- k+l+m+n = v
- a+2b+3c+4d+e+2f+3g+4h+5i+6j–k-2l-3m-4n = w
- 0.8 ≤ t ≤ 1
- 3.5 ≤ u ≤ 4
- 3.5 ≤ v ≤ 4
- (-0.2) ≤ w ≤ 0.2 und E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn. Bevorzugt gilt: 0 ≤ m < 0,875 v und/oder v ≥ l > 0,125 v. Das Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte:
A) Vermengen von Edukten des Leuchtstoffs,
B) Aufheizen des unter A) erhaltenen Gemenges auf eine
Temperatur T1 zwischen 500 und 1400 °C, bevorzugt zwischen 700 und 1400 °C, C) Glühen des Gemenges bei einer Temperatur T1 von 500 bis 1400 °C, bevorzugt zwischen 700 und 1400 °C, für 0,5 Minuten bis zehn Stunden. In einer Ausführungsform liegen die Edukte als Pulver vor. In einer Ausführungsform folgt nach Verfahrensschritt C) ein weiterer Verfahrensschritt:
D) Abkühlen des Gemenges auf Raumtemperatur. Unter
Raumtemperatur werden insbesondere 20 °C verstanden. In einer Ausführungsform folgen auf Verfahrensschritt D) erneut die Verfahrensschritte B) und C), wobei dann der in Verfahrensschritt D) erhaltene Leuchtstoff aufgeheizt
beziehungsweise geglüht wird. Durch diesen weiteren
Glühvorgang können die optischen Eigenschaften des
Leuchtstoffs verbessert werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform schmelzen die Edukte beim Aufheizen des unter A) erhaltenen Gemenges in
Verfahrensschritt B). Die Auf- und Abkühlraten können beispielsweise bei 250 °C pro Stunde liegen. In einer Ausführungsform finden die Verfahrensschritte B), C) und/oder D) unter Formiergasatmosphäre statt. Bevorzugt liegt in dem Formiergas das Verhältnis von Stickstoff:Wasserstoff bei 92,5:7,5. In einer Ausführungsform finden die Verfahrensschritte B), C) und/oder D) in einem Rohrofen statt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den folgenden Verfahrensschritt A):
A) Vermengen der Edukte umfassend K2CO3, Cs2CO3, Na2CO3
und/oder Rb2CO3. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den folgenden Verfahrensschritt A):
A) Vermengen der Edukte umfassend oder bestehend aus SiO2, Eu2O3, Li2CO3 und zumindest ein Carbonat aus K2CO3, Cs2CO3, Na2CO3 und Rb2CO3. Insbesondere können beim Einsatz dieser Edukte die Leuchtstoffe (NarK1-r)Li3SiO4:Eu,
(Rbr'Li1-r')Li3SiO4:Eu und (K1-r''-r'''Nar''Lir''')Li3SiO4:Eu,
bevorzugt NaLi3SiO4:Eu, KLi3SiO4:Eu, (Na0,5K0,5)Li3SiO4:Eu,
(Rb0,5Li0,5)Li3SiO4:Eu, (Na0,25K0,75)Li3SiO4:Eu und
(Na0,25K0,5Li0,25)Li3SiO4:Eu hergestellt werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den folgenden Verfahrensschritt A):
A) Vermengen der Edukte umfassend oder bestehend aus CaO, NaF, LiN3, Li2O, LiAlH4, AlF3, SiO2 und EuF3. Insbesondere kann beim Einsatz dieser Edukte ein Leuchtstoff der Formel Na1- y*Cay*Li3-2y*Al3y*Si1-yO4-4y*N4y*:Eu, beispielsweise
Na0,97Ca0,03Li2,94Al0,09Si0,97O3,88N0,12:Eu hergestellt werden. Das Verfahren zur Herstellung ist im Vergleich zu vielen anderen Herstellungsverfahren für Leuchtstoffe sehr einfach durchzuführen. Insbesondere wird keine Schutzgasatmosphäre benötigt, da die Produkte feuchtigkeits- oder
sauerstoffunempfindlich sind. Zudem erfolgt die Synthese bei moderaten Temperaturen und ist daher sehr energieeffizient. Die Anforderungen beispielsweise an den verwendeten Ofen sind damit gering. Die Edukte sind kostengünstig kommerziell erhältlich und nicht toxisch. Ausführungsbeispiele Das erste Ausführungsbeispiel (AB1) des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs weist die Summenformel NaLi3SiO4:Eu2+ (2 Mol% Eu2+ bezogen auf die Stoffmenge von Na) auf und wird wie folgt hergestellt: Na2CO3, Li2CO3, SiO2 und Eu2O3 werden in einem der Summenformel entsprechenden stöchiometrischen Verhältnis in einem offenen Nickeltiegel geschmolzen. Die Einwaagen der Edukte finden sich in nachfolgender Tabelle 1. Der
Nickeltiegel mit den gemischten Edukten wird für eine Stunde auf etwa 1000 °C unter einer Formiergasatmosphäre (N2:H2 = 92,5:7,5) erhitzt und anschließend abgekühlt. Weiteres
Aufheizen unter derselben Formiergasatmosphäre und auf
Temperaturen unter dem Schmelzpunkt des Leuchtstoffs können durchgeführt werden, um die optischen Eigenschaften des
Leuchtstoffs weiter zu verbessern. Tabelle 1:
Figure imgf000066_0001
Die Edukte des Leuchtstoffs sind kommerziell erhältlich, stabil und zudem sehr preisgünstig. Die einfache Synthese bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen macht den Leuchtstoff sehr preisgünstig in seiner Herstellung und dadurch auch wirtschaftlich attraktiv. Der Leuchtstoff des ersten Ausführungsbeispiels (AB1) zeigt eine Emission im blauen Spektralbereich des
elektromagnetischen Spektrums. Das zweite Ausführungsbeispiel (AB2) des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs weist die Summenformel KLi3SiO4:Eu2+ (2 Mol% Eu2+ bezogen auf die Stoffmenge von K)auf und wird wie folgt hergestellt: K2CO3, Li2CO3, SiO2 und Eu2O3 werden in einem der Summenformel entsprechenden stöchiometrischen Verhältnis in einem offenen Nickeltiegel geschmolzen. Die Einwaagen der Edukte finden sich in nachfolgender Tabelle 2. Der
Nickeltiegel mit den gemischten Edukten wird für eine Stunde auf etwa 1000 °C unter einer Formiergasatmosphäre (N2:H2 = 92,5:7,5) erhitzt und anschließend abgekühlt. Weiteres
Aufheizen unter derselben Formiergasatmosphäre und auf
Temperaturen unter dem Schmelzpunkt des Leuchtstoffs können durchgeführt werden, um die optischen Eigenschaften des
Leuchtstoffs weiter zu verbessern. Tabelle 2:
Figure imgf000067_0001
Der Leuchtstoff des zweiten Ausführungsbeispiels (AB2) zeigt eine breite Emission vom blauen bis roten Spektralbereich des elektromagnetischen Spektrums und emittiert damit weiße, insbesondere warmweiße Strahlung mit einer Farbtemperatur unter 3500 K. Das dritte Ausführungsbeispiel (AB3) des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs weist die Summenformel (Na0,5K0,5)Li3SiO4:Eu2+ (2 Mol% Eu2+ bezogen auf die Stoffmenge von Na und K)
beziehungsweise NaKLi6Si2O8:Eu2+ auf und wird wie folgt hergestellt: K2CO3, Na2CO3, Li2CO3, SiO2 und Eu2O3 werden in einem der Summenformel entsprechenden stöchiometrischen Verhältnis in einem offenen Nickeltiegel geschmolzen. Die Einwaagen der Edukte finden sich in nachfolgender Tabelle 3. Der Nickeltiegel mit den gemischten Edukten wird für eine Stunde bis acht Stunden auf 800 °C bis 1100 °C unter einer Formiergasatmosphäre (N2:H2 = 92,5:7,5) erhitzt und
anschließend abgekühlt. Weiteres Aufheizen unter derselben Formiergasatmosphäre und auf Temperaturen unter dem
Schmelzpunkt des Leuchtstoffs können durchgeführt werden, um die optischen Eigenschaften des Leuchtstoffs weiter zu verbessern. Tabelle 3:
Figure imgf000068_0001
Der Leuchtstoff des dritten Ausführungsbeispiels (AB3) zeigt eine Emission im blauen Spektralbereich des
elektromagnetischen Spektrums. Das vierte Ausführungsbeispiel (AB4) des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs weist die Summenformel (Na0,25K0,75)Li3SiO4:Eu2+ (2 Mol% Eu2+ bezogen auf die Stoffmenge von Na und K) beziehungsweise NaK3Li12Si4O16:Eu2+ auf und wird wie folgt hergestellt: K2CO3, Na2CO3, Li2CO3, SiO2 und Eu2O3 werden in einem der Summenformel entsprechenden stöchiometrischen Verhältnis in einem offenen Nickeltiegel gemischt. Die
Einwaagen der Edukte finden sich in nachfolgender Tabelle 4. Der Nickeltiegel mit den gemischten Edukten wird für vier Stunden auf 900 °C bis 1100 °C unter einer
Formiergasatmosphäre (N2:H2 = 92,5:7,5) erhitzt und
anschließend abgekühlt. Weiteres Aufheizen unter derselben Formiergasatmosphäre und auf Temperaturen unter dem
Schmelzpunkt des Leuchtstoffs können durchgeführt werden, um die optischen Eigenschaften des Leuchtstoffs weiter zu verbessern. Tabelle 4:
Figure imgf000069_0001
Der Leuchtstoff des vierten Ausführungsbeispiels (AB4) zeigt eine Emission im grünen Spektralbereich des
elektromagnetischen Spektrums. Das fünfte Ausführungsbeispiel (AB5) des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs weist die Summenformel (Rb0,5Li0,5)Li3SiO4:Eu2+ (2 Mol% Eu2+ bezogen auf die Stoffmenge von (Rb0,5Li0,5)
beziehungsweise RbLiLi6Si2O8:Eu2+ auf und wird wie folgt hergestellt: Rb2CO3, Li2CO3, SiO2 und Eu2O3 werden in einem der Summenformel entsprechenden stöchiometrischen Verhältnis in einem offenen Nickeltiegel gemischt. Die Einwaagen der Edukte finden sich in nachfolgender Tabelle 5. Der Nickeltiegel mit den gemischten Edukten wird für vier Stunden auf etwa 1000 °C unter einer Formiergasatmosphäre (N2:H2 = 92,5:7,5) erhitzt und anschließend abgekühlt. Anschließend wird das erhaltende Produkt gemahlen und man erhält ein grünes Pulver. Weiteres Aufheizen unter derselben Formiergasatmosphäre und auf Temperaturen unter dem Schmelzpunkt des Leuchtstoffs können durchgeführt werden, um die optischen Eigenschaften des Leuchtstoffs weiter zu verbessern. Tabelle 5:
Figure imgf000070_0001
Der Leuchtstoff des fünften Ausführungsbeispiels (AB5) zeigt eine Emission im grünen Spektralbereich des
elektromagnetischen Spektrums. Das sechste Ausführungsbeispiel (AB6) des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs weist die Summenformel Na1-y*Cay*Li3-2y*Al3y*Si1-y*O4- 4y*N4y*:Eu (mit y*= 0,03; Eu2+ ca. 2 Mol% bezogen auf die
Stoffmenge von Na und Ca) auf und wird wie folgt hergestellt: CaO, NaF, NiN3, Li2O, LiAlH4, , AlF3, SiO2 und EuF3 werden in einem der Summenformel entsprechenden stöchiometrischen
Verhältnis in einer zugeschweißten Tantal-Ampulle auf maximal 950 °C erhitzt. Während des Erhitzens bzw. Brennvorgangs befindet sich die Ampulle in einem evakuierten Glasrohr um eine Oxidation der Ampulle (reduzierte Stabilität) und damit ein Platzen, was durch den Dampfdruck von verdampften Edukten beim Heizen herrührt, zu vermeiden. Nach Abkühlen auf
Raumtemperatur können einzelne Kristalle des Leuchtstoffs von Nebenprodukten isoliert und strukturell und optisch
untersucht werden. Die Einwaagen der Edukte finden sich in nachfolgender Tabelle 6. Tabelle 6:
Figure imgf000071_0001
Die Synthese bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen macht den Leuchtstoff sehr preisgünstig in seiner Herstellung und dadurch auch wirtschaftlich attraktiv. Mittels
energiedispersiver Röntgenspektroskopie an Einkristallen des Leuchtstoffs wurde ein mittlerer Ca-Anteil von 3 Mol%
basierend auf der Gesamtstoffmenge an Na und Ca und ein
Stickstoffanteil von 3 Mol% bezogen auf die Gesamtstoffmenge an Stickstoff und Sauerstoff ermittelt, was im Einklang mit der Formel Na0,97Ca0,03Li2,94Al0,09Si0,97O3,88N0,12:Eu steht. Der Leuchtstoff des sechsten Ausführungsbeispiels (AB6) zeigt eine Emission im blau-grünen Spektralbereich des
elektromagnetischen Spektrums. Das siebte Ausführungsbeispiel (AB7) des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs weist die Summenformel
(Na0,25K0,50Li0,25)Li3SiO4:Eu2+ beziehungsweise
NaK2Li(Li3SiO4)4:Eu2+ auf und wird wie folgt hergestellt:
K2CO3, Na2CO3, Li2CO3, SiO2 und Eu2O3 werden in einem der
Summenformel entsprechenden stöchiometrischen Verhältnis in einem offenen Nickeltiegel gemischt. Die Einwaagen der Edukte finden sich in nachfolgender Tabelle 7. Der Nickeltiegel mit den gemischten Edukten wird für vier Stunden auf 750 °C unter einer Formiergasatmosphäre (N2:H2 = 92,5:7,5) erhitzt und anschließend abgekühlt. Weiteres Aufheizen unter derselben Formiergasatmosphäre und auf Temperaturen unter dem
Schmelzpunkt des Leuchtstoffs können durchgeführt werden, um die optischen Eigenschaften des Leuchtstoffs weiter zu verbessern. Nach dem Abkühlen wird ein Agglomerat heller grüner Kristalle erhalten, die durch Mahlen beispielweise in einem Achat-Mörser zu einzelnen Kristallen vereinzelt werden. Tabelle 7:
Figure imgf000072_0001
Der Leuchtstoff des siebten Ausführungsbeispiels (AB7) zeigt eine Emission im grünen Spektralbereich des elektromagnetischen Spektrums. Durch
Einkristalldiffraktometrie kann dem Leuchtstoff die
Summenformel (Na0,25K0,50Li0,25)Li3SiO4:Eu2+ zugewiesen werden. Das achte Ausführungsbeispiel (AB8) des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs weist die Summenformel (Rb0,5Na0,5)Li3SiO4:Eu2+ beziehungsweise RbNaLi6Si2O8:Eu2+ auf und wird wie folgt hergestellt: Rb2CO3, Na2CO3, Li2CO3, SiO2 und Eu2O3 werden in einem der Summenformel entsprechenden stöchiometrischen
Verhältnis in einem offenen Nickeltiegel gemischt. Die
Einwaagen der Edukte finden sich in nachfolgender Tabelle 8. Der Nickeltiegel mit den gemischten Edukten wird für eine bis acht Stunden auf eine Temperatur zwischen 700 °C und 1000 °C unter einer Formiergasatmosphäre (N2:H2 = 92,5:7,5) erhitzt und anschließend abgekühlt. Anschließend wird das erhaltende Produkt gemahlen und man erhält ein grünes Pulver. Weiteres Aufheizen unter derselben Formiergasatmosphäre und auf Temperaturen unter dem Schmelzpunkt des Leuchtstoffs können durchgeführt werden, um die optischen Eigenschaften des Leuchtstoffs weiter zu verbessern. Tabelle 8:
Figure imgf000073_0001
Der Leuchtstoff des achten Ausführungsbeispiels (AB8) zeigt eine Emission im grünen Spektralbereich des
elektromagnetischen Spektrums. Das neunte Ausführungsbeispiel (AB9) des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs weist die Summenformel (Rb0,25Na0,75)Li3SiO4:Eu2+ beziehungsweise RbNa3Li12Si4O16:Eu2+ auf und wird wie folgt hergestellt: Rb2CO3, Na2CO3, Li2CO3, SiO2 und Eu2O3 werden in einem der Summenformel entsprechenden stöchiometrischen
Verhältnis in einem offenen Nickeltiegel gemischt. Die
Einwaagen der Edukte finden sich in nachfolgender Tabelle 9. Der Nickeltiegel mit den gemischten Edukten wird für eine bis acht Stunden auf eine Temperatur zwischen 700 °C und 1000 °C unter einer Formiergasatmosphäre (N2:H2 = 92,5:7,5) erhitzt und anschließend abgekühlt. Anschließend wird das erhaltende Produkt gemahlen und man erhält ein grünes Pulver. Weiteres Aufheizen unter derselben Formiergasatmosphäre und auf Temperaturen unter dem Schmelzpunkt des Leuchtstoffs können durchgeführt werden, um die optischen Eigenschaften des Leuchtstoffs weiter zu verbessern. Tabelle 9:
Figure imgf000074_0001
Der Leuchtstoff des neunten Ausführungsbeispiels (AB9) zeigt eine Emission im blauen Spektralbereich des
elektromagnetischen Spektrums. Das zehnte Ausführungsbeispiel (AB10) des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs weist die Summenformel Sr(Si0,25Al-1/8+r**/2Li7/8- r**/2)4(O1-r**Nr**)4 mit r** = 0,67 und somit
SrSiAl0,84Li2,16O1,32N2,68:Eu2+ auf und wird wie folgt hergestellt: NaLi3SiO4, SrO, LiAlH4 und Eu2O3 werden in einem offenen
Nickeltiegel gemischt. Die Einwaagen der Edukte finden sich in nachfolgender Tabelle 10. Der Nickeltiegel mit den
gemischten Edukten wird für eine bis acht Stunden, bevorzugt 2 bis sechs Stunden, ganz besonders bevorzugt für vier
Stunden auf eine Temperatur zwischen 800 °C und 1000 °C, bevorzugt 900 °C unter einer Formiergasatmosphäre (N2:H2 = 92,5:7,5) in einem Rohrofen erhitzt und anschließend
abgekühlt. Weiteres Aufheizen unter derselben Formiergasatmosphäre und auf Temperaturen unter dem Schmelzpunkt des Leuchtstoffs können durchgeführt werden, um die optischen Eigenschaften des Leuchtstoffs weiter zu verbessern. Tabelle 10:
Figure imgf000075_0001
Der Leuchtstoff des zehnten Ausführungsbeispiels (AB10) zeigt eine Emission im gelben bzw. gelb-orangen Spektralbereich des elektromagnetischen Spektrums. Die Zusammensetzung des zehnten Ausführungsbeispiels wurde mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie an Einkristallen und
Einkristalldiffraktometrie bestimmt. Das elfte Ausführungsbeispiel (AB11) des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs weist die Summenformel Na1-y**Euy*Li3-2y**Al3y**Si1- y**O4-4y**N4y**:Eu mit y** = 0,2224 auf und wird wie folgt hergestellt: CaO, LiF, LiN3, Li2O, LiAlH4, SiO2 und EuF3 werden in einer zugeschweißten Tantal-Ampulle auf maximal 900 °C erhitzt. Während des Erhitzens bzw. Brennvorgangs befindet sich die Ampulle in einem evakuierten Glasrohr um eine
Oxidation der Ampulle (reduzierte Stabilität) und damit ein Platzen, was durch den Dampfdruck von verdampften Edukten beim Heizen herrührt, zu vermeiden. Nach Abkühlen auf
Raumtemperatur können einzelne orangefarbige Kristalle des Leuchtstoffs von Nebenprodukten isoliert werden und
strukturell und optisch untersucht werden. Die Einwaagen der Edukte finden sich in nachfolgender Tabelle 11. Tabelle 11:
Figure imgf000076_0001
Der Leuchtstoff des elften Ausführungsbeispiels (AB11) zeigt eine Emission im gelb-orangen Spektralbereich des
elektromagnetischen Spektrums. Das zwölfte Ausführungsbeispiel (AB12) des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs weist die Summenformel SrLi3-2x**Al1+2x**O4- 4x**N4x**:Eu mit x** = 0,2014 auf und wird wie folgt
hergestellt: SrAl2O4:Eu und LiN3 werden in einer
zugeschweißten Tantal-Ampulle auf maximal 900 °C erhitzt. Während des Erhitzens bzw. Brennvorgangs befindet sich die Ampulle in einem evakuierten Glasrohr um eine Oxidation der Ampulle (reduzierte Stabilität) und damit ein Platzen, was durch den Dampfdruck von verdampften Edukten beim Heizen herrührt, zu vermeiden. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur können einzelne gelb/grünfarbige Kristalle des Leuchtstoffs von Nebenprodukten isoliert werden und strukturell und optisch untersucht werden. Die Einwaagen der Edukte finden sich in nachfolgender Tabelle 12. Tabelle 12:
Figure imgf000077_0001
Der Leuchtstoff kann bei vergleichsweise niedrigen
Temperaturen, unter 1000 °C hergestellt werden, was eine kostensparende Synthese ermöglicht. Der Leuchtstoff des zwölften Ausführungsbeispiels (AB12) zeigt eine Emission im grünen bis gelben Spektralbereich des elektromagnetischen Spektrums. Weitere Ausführungsbeispiele des Leuchtstoffs mit der
Summenformel SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu werden hergestellt, indem die Edukte gemäß nachfolgender Tabelle 13 in einem offenen Nickeltiegel gemischt werden. Der Nickeltiegel mit den gemischten Edukten wird für eine bis 12 Stunden,
bevorzugt 4 bis 8 Stunden auf eine Temperatur zwischen 800 °C und 1200 °C, bevorzugt 900 °C unter einer
Formiergasatmosphäre (N2:H2 = 92,5:7,5) unter
Atmosphärendruck oder leichtem Unterdruck in einem Rohrofen erhitzt und anschließend abgekühlt. Nach Abkühlen auf
Raumtemperatur können einzelne gelb/grünfarbige Kristalle isoliert werden. Tabelle 13:
Figure imgf000078_0001
Figure imgf000079_0001
Figure imgf000080_0001
Das dreizehnte Ausführungsbeispiel (AB13) des
erfindungsgemäßen Leuchtstoffs weist die Summenformel
(Cs0,25Na0,25K0,25Li0,25)Li3SiO4:Eu2+ auf und wird analog zu dem achten Ausführungsbeispiel hergestellt. Die Edukte sind in nachfolgender Tabelle 14 angegeben. Tabelle 14:
Figure imgf000080_0002
Der Leuchtstoff des dreizehnten Ausführungsbeispiels (AB13) zeigt eine Emission im grünen Spektralbereich des
elektromagnetischen Spektrums. Das vierzehnten Ausführungsbeispiel (AB14) des
erfindungsgemäßen Leuchtstoffs weist die Summenformel
(Cs0,25Na0,50K0,25)Li3SiO4:Eu2+ auf und wird analog zu dem achten Ausführungsbeispiel hergestellt. Die Edukte sind in
nachfolgender Tabelle 15 angegeben. Tabelle 15:
Figure imgf000081_0001
Der Leuchtstoff des vierzehnten Ausführungsbeispiels (AB14) zeigt eine Emission im blauen Spektralbereich des
elektromagnetischen Spektrums. Das fünfzehnte Ausführungsbeispiel (AB15) des
erfindungsgemäßen Leuchtstoffs weist die Summenformel
(Rb0,25Na0,50K0,25)Li3SiO4:Eu2+ auf und wird analog zu dem achten Ausführungsbeispiel hergestellt. Die Edukte sind in
nachfolgender Tabelle 16 angegeben. Tabelle 16:
Figure imgf000081_0002
Der Leuchtstoff des fünfzehnten Ausführungsbeispiels (AB15) zeigt eine Emission im blauen Spektralbereich des
elektromagnetischen Spektrums. Das sechzehnte Ausführungsbeispiel (AB16) des
erfindungsgemäßen Leuchtstoffs weist die Summenformel
(Rb0,25Na0,25Cs0,25Li0,25)Li3SiO4:Eu2+ auf und wird analog zu dem achten Ausführungsbeispiel hergestellt. Die Edukte sind in nachfolgender Tabelle 17 angegeben. Tabelle 17:
Figure imgf000082_0001
Der Leuchtstoff des sechzehnten Ausführungsbeispiels (AB16) zeigt eine Emission im blauen Spektralbereich des
elektromagnetischen Spektrums. Das siebzehnte Ausführungsbeispiel (AB17) des
erfindungsgemäßen Leuchtstoffs weist die Summenformel
(Na0,125K0,875)Li3SiO4:Eu2+ beziehungsweise NaK7(Li3SiO4)8:Eu2+ auf und wird wie folgt hergestellt: K2CO3, Na2CO3, Li2CO3, SiO2 und Eu2O3 werden in einem der Summenformel entsprechenden
stöchiometrischen Verhältnis in einem offenen Nickeltiegel gemischt. Die Einwaagen der Edukte finden sich in
nachfolgender Tabelle 18. Der Nickeltiegel mit den gemischten Edukten wird für vier Stunden auf 1000 °C unter einer
Formiergasatmosphäre (N2:H2 = 92,5:7,5) erhitzt und
anschließend mit einer konstanten Abkühlrate auf 300 °C abgekühlt. Der Ofen wird ausgeschaltet und nach Abkühlen auf Raumtemperatur werden gelb-grüne Einkristalle isoliert. Tabelle 18:
Figure imgf000083_0001
Der Leuchtstoff des siebzehnten Ausführungsbeispiels (AB17) zeigt eine Emission im blau-grünen und im gelb-orangen
Spektralbereich des elektromagnetischen Spektrums. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen. Figuren 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F zeigen eine Auswahl von möglichen, elektroneutralen Summenformeln von
Substitutionsexperimenten. Figuren 2, 13, 23, 38, 63, 68, 74, 82, 83, 92, 93, 102, 103, 105, 112, 118b, 129, 131, 133, 135, 152b, 154, 161, 163 zeigen Emissionsspektren von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs. Figuren 3, 14, 24, 39, 64, 84, 94, 104, 130, 132, 134, 136 zeigen die Kubelka-Munk-Funktionen für Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs. Figuren 4, 43, 66, 70, 76, 86, 96, 121, 123 zeigen einen Vergleich von optischen Eigenschaften eines
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit Vergleichsbeispielen. Figuren 5, 6, 44, 67, 69, 75, 85, 95, 122 zeigen einen
Vergleich von Emissionsspektren eines Ausführungsbeispiels mit Vergleichsbeispielen. Figur 7 zeigt einen Vergleich der Kubelka-Munk-Funktion eines Ausführungsbeispiels mit Vergleichsbeispielen. Figuren 8, 18, 25, 71, 77, 78, 88, 97, 107, 114, 137, 138, 139, 140, 160, 171, 172, 173 zeigen Ausschnitte der
Kristallstruktur für Ausführungsbeispiele des
erfindungsgemäßen Leuchtstoffs. Figuren 9, 19, 40, 65, 111, 118a, 177 zeigen
Röntgenbeugungspulverdiffraktogramme unter Verwendung von Kupfer-Kα1-Strahlung oder Molybdän-Kα1-Strahlung. Figur 10, 20, 26, 89, 98, 141, 142, 143, 144, zeigen
Rietveld-Verfeinerungen von Röntgenpulverdiffraktogrammen von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs. Figuren 11, 12, 21, 22, 27, 28, 72, 73, 79, 80, 81, 90, 91, 99, 100, 108, 109, 110, 115, 116, 117, 126, 127, 128, 145- 151, 152a, 158, 159, 174, 175, 176 zeigen charakteristische Eigenschaften von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs. Figuren 15, 16, 124 zeigen Vergleiche von Emissionsspektren einer Konversions-LED mit einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit Vergleichsbeispielen. Figuren 17, 125, 164, 167 zeigt einen Vergleich von optischen Eigenschaften einer Konversions-LED mit einem
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit Vergleichsbeispielen. Figur 29 zeigt einen Vergleich von Emissionsspektren eines Ausführungsbeispiels mit Vergleichsbeispielen und der
Empfindlichkeitskurve für die Melatoninproduktion. Figur 30 zeigt die Überlappung von Emissionsspektren
verschiedener Leuchtstoffe und verschiedener blau
emittierender LEDs mit der Empfindlichkeitskurve für die Melatoninproduktion. Figuren 31, 120, 165 zeigen Farborte verschiedener
Leuchtstoffe in der CIE-Normtafel (1931). Figuren 32, 33, 34 zeigen Vergleiche der Farbreinheit bei unterschiedlichen Dominanzwellenlängen der Primärstrahlung eines Ausführungsbeispiels mit Vergleichsbeispielen. Figuren 35, 36, 37, 166, 168 zeigen simulierte LED-Spektren bei verschiedenen Anregungswellenlängen. Figur 41 zeigt die Reflexpositionen und die relative
Intensität der Reflexe des Röntgenbeugungspulverdiffraktogramms eines
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs. Figuren 42, 87, 101 zeigen das thermische Quenchverhalten eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs im Vergleich zu einem herkömmlichen Leuchtstoff. Figur 45 zeigt die Abdeckung des Farbraums rec2020 durch unterschiedliche Kombinationen an grünem und rotem
Leuchtstoff. Figuren 46 bis 53 zeigen graphische Darstellungen der
Abdeckung des Farbraums rec2020 durch unterschiedliche
Kombinationen an grünem und rotem Leuchtstoff. Figuren 54A, 54B und 54C zeigen die Abdeckung verschiedener Standardfarbräume und Farborte von gefilterten Spektren unterschiedlicher Kombinationen an grünem und rotem
Leuchtstoff. Figuren 55 bis 58 zeigen die aufgespannten Farbräume von gefilterten Spektren mit unterschiedlichen Kombinationen an grünem und rotem Leuchtstoff bei einer Anregung mit einer Primärstrahlung λdom = 448 nm. Figuren 59 bis 62 zeigen die simulierten Emissionsspektren von Konversions-LEDs mit unterschiedlichen Kombinationen an grünem und rotem Leuchtstoff. Figuren 106, 113, 119, 153, 155, 162 zeigen optische
Eigenschaften von Ausführungsbeispielen. Figuren 156 und 157 zeigen die Abhängigkeit der die
Peakwellenlänge von dem Zellvolumen einer Einheitszelle Figuren 169 und 170 zeigen aufgespannte Farbräume der
gefilterten Gesamtstrahlung verschiedener Konversions-LEDs. Figuren 1A, 1B, 1C, 1D, 1E und 1F zeigen Tabellen mit
möglichen, elektroneutralen Leuchtstoffen, die durch
Substitutionsexperimente, analog der allgemeinen Summenformel (MA)a(MB)b(MC)c(MD)d(TA)e(TB)f(TC)g(TD)h(TE)i(TF)j(XA)k(XB)l(XC)m (XD)n, erreichbar sind. Die gezeigten Substitutionen sind nur beispielhaft, andere Substitutionen sind ebenso möglich. Der Aktivator E ist jeweils nur in der allgemeinen Formel und nicht in den konkreten Ausführungsformen dargestellt, aber dennoch auch in den konkreten Ausführungsformen vorhanden. In Figur 2 ist das Emissionsspektrum des ersten
Ausführungsbeispiels AB1 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel NaLi3SiO4 dargestellt. Auf der x-Achse ist die Wellenlänge in Nanometern aufgetragen und auf der y- Achse die Emissionsintensität in Prozent. Zur Messung des Emissionsspektrums wurde der erfindungsgemäße Leuchtstoff mit Primärstrahlung einer Wellenlänge von 400 nm angeregt. Der Leuchtstoff weist eine Halbwertsbreite von 32 nm oder 1477 cm-1 und eine Dominanzwellenlänge von 473 nm auf, die
Peakwellenlänge liegt etwa bei 469 nm. Figur 3 zeigt eine normierte Kubelka-Munk-Funktion (K/S), aufgetragen gegen die Wellenlänge λ in nm, für das erste Ausführungsbeispiel (AB1) des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs. K/S wurde dabei wie folgt berechnet: K/S = (1-Rinf)2/2Rinf, wobei Rinf der diffusen Reflexion
(Remission) des Leuchtstoffs entspricht. Aus Figur 3 ist ersichtlich, dass das Maximum von K/S für das erste Ausführungsbeispiel (AB1) des erfindungsgemäßen
Leuchtstoffs bei etwa 360 nm liegt. Hohe K/S-Werte bedeuten eine hohe Absorption in diesem Bereich. Der Leuchtstoff kann effizient mit einer Primärstrahlung ab etwa 300 nm bis 430 nm oder 440 nm angeregt werden. In Figur 4 ist ein Vergleich der Halbwertsbreite (FWHM), der Peakwellenlänge (λpeak), der Dominanzwellenlänge (λdom) und der Lichtausbeute (LER) zwischen einem ersten Vergleichsbeispiel (VB1: BaMgAl10O17:Eu), einem zweiten Vergleichsbeispiel (VB2: Sr5(PO4)3Cl:Eu), einem dritten Vergleichsbeispiel (VB3:
BaMgAl10O17:Eu) und dem ersten Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Leuchtstoffs NaLi3SiO4:Eu (AB1) gezeigt. VB1 und VB3 unterscheiden sich in der Konzentration an Eu. Alle Leuchtstoffe emittieren Strahlung im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Die Peakwellenlänge des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs NaLi3SiO4:Eu ist im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen etwas langwelliger. Wie
ersichtlich, weist der erfindungsgemäße Leuchtstoff
NaLi3SiO4:Eu eine deutlich geringere Halbwertsbreite und/oder eine höhere Lichtausbeute (LER) als die Vergleichsbeispiele auf. Die Verschiebung der Peakwellenlänge zu einer längeren Wellenlänge und die kleinere Halbwertsbreite führen zu einer Erhöhung der Überlappung mit der Augenempfindlichkeitskurve. Somit weist der erfindungsgemäße Leuchtstoff eine sehr hohe und im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen höhere
Lumineszenzeffizienz beziehungsweise Lichtausbeute auf. Die Figuren 5 und 6 zeigen die Emissionsspektren von VB1, VB2, VB3 und AB1, wie sie in Figur 4 beschrieben sind. In Figur 5 ist auf der x-Achse die Wellenlänge in Nanometern aufgetragen und auf der y-Achse die Emissionsintensität in Prozent. In Figur 6 ist auf der x-Achse die Wellenzahl in cm- 1 aufgetragen und auf der y-Achse die Emissionsintensität in Prozent. Hier wird die deutlich geringere Halbwertsbreite des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs NaLi3SiO4:Eu im Vergleich zu VB1 und VB3 (BaMgAl10O17:Eu) ersichtlich. BaMgAl10O17:Eu- Leuchtstoffe zeigen zudem im Gegensatz zu AB1 eine geringe Absorption ab einer Wellenlänge von 350 nm (vergleiche Figur 7). Zusammen mit der relativ großen Halbwertsbreite führt das zu einer relativ schlechten Farbreinheit der Leuchtstoffe VB1 und VB3. Der bekannte Leuchtstoff VB2 zeigt zwar eine kleine Halbwertsbreite, hat aber den Nachteil, dass dieser Chlor enthält. Viele Anwendungen unterliegen strikten Bedingungen was den Chlorgehalt angeht, so dass die Anwendung dieses Leuchtstoffs schon deswegen begrenzt ist. Nachteilig ist auch die Gefahr der Freisetzung von korrosivem HCl bei dessen Herstellung, was die Kosten für das Synthese-Equipment und deren Instandhaltungsmaßnahmen steigert. Figur 7 zeigt eine normierte Kubelka-Munk-Funktion (K/S), aufgetragen gegen die Wellenlänge λ in nm, für verschiedene Leuchtstoffe VG1, VG2, VG3 und AB1, wie sie in Figur 4 definiert sind. Die Kurve mit den Bezugszeichen VG1, VG2 und VG3 repräsentiert K/S für bekannte Leuchtstoffe, die Kurve mit den Bezugszeichen AB1 repräsentiert K/S für das erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs. Es ist ersichtlich, dass der erfindungsgemäße Leuchtstoff AB1 im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen VG1, VG2 und VG3 bei größeren Wellenlängen, insbesondere im Bereich ab 360 nm, eine höhere Absorption aufweist. Dies ist besonders vorteilhaft, da eine effiziente Anregung des
erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit einer Primärstrahlung einer Peakwellenlänge im UV-Bereich bis blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums, insbesondere im Bereich zwischen 300 nm bis 460nm, bevorzugt zwischen 300 nm bis 430 nm oder 440 nm, möglich ist. Deshalb ist der erfindungsgemäße Leuchtstoff besonders gut in Kombination mit Halbleiterchips, die eine Primärstrahlung im Bereich zwischen 300 nm bis 430 nm oder 440 nm aufweisen, anwendbar. Figur 8 zeigt die tetragonale Kristallstruktur des
Leuchtstoffs NaLi3SiO4:Eu in einer schematischen Darstellung. Die schraffierten Kreise stellen die Na-Atome dar. Die
Kristallstruktur entspricht der Kristallstruktur von
NaLi3SiO4, wie sie in B. Nowitzki, R. Hoppe, Neues über Oxide vom Typ A[(TO)n]: NaLi3SiO4, NaLi3GeO4, NaLi3TiO4, Revue de Chimie minérale, 1986, 23, 217-230 beschrieben ist. Die
Kristallstruktur ist zu der von CaLiAl3N4:Eu, beschrieben in P. Pust, A. S. Wochnik, E. Baumann, P. J. Schmidt, D.
Wiechert, C. Scheu, W. Schnick, Ca[LiAl3N4]:Eu2+ — A Narrow- Band Red-Emitting Nitridolithoaluminate, Chemistry of
Materials 2014 26, 3544-3549 isotyp. In Figur 9 sind zwei Röntgenbeugungspulverdiffraktogramme unter Verwendung von Kupfer-Kα1-Strahlung angegeben. Auf der x-Achse sind die Beugungswinkel in °2θ-Werten angegeben und auf der y-Achse die Intensität. Das mit dem Bezugszeichen I versehene Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm zeigt das des ersten Ausführungsbeispiels AB1 des erfindungsgemäßen
Leuchtstoffs NaLi3SiO4:Eu. Das mit dem Bezugszeichen II versehene Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm zeigt das aus der Kristallstruktur von NaLi3SiO4 (B. Nowitzki, R. Hoppe, Neues über Oxide vom Typ A[(TO)n]: NaLi3SiO4, NaLi3GeO4, NaLi3TiO4, Revue de Chimie minérale, 1986, 23, 217-230) simulierte Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm für NaLi3SiO4. Aus der Übereinstimmung der Reflexe ist erkennbar, dass der erfindungsgemäße Leuchtstoff NaLi3SiO4:Eu in derselben
Kristallstruktur kristallisiert wie NaLi3SiO4. In Figur 10 findet sich eine kristallographische Auswertung. Figur 10 zeigt eine Rietveld-Verfeinerung des
Röntgenpulverdiffraktogramms des ersten Ausführungsbeispiels AB1, also für NaLi3SiO4:Eu. Für die Rietveld-Verfeinerung wurden die Atomparameter für NaLi3SiO4 (Tabelle 7 in B.
Nowitzki, R. Hoppe, Revue de Chimie minérale, 1986, 23, 217- 230) verwendet, um zu zeigen, dass die Kristallstruktur von NaLi3SiO4:Eu der von NaLi3SiO4 entspricht. Im oberen Diagramm ist dabei die Überlagerung der gemessenen Reflexe mit den berechneten Reflexen für NaLi3SiO4 dargestellt. Im unteren Diagramm sind die Unterschiede der gemessenen und der
berechneten Reflexe dargestellt. Figur 11 zeigt kristallographische Daten von NaLi3SiO4. Figur 12 zeigt Atomlagen in der Struktur von NaLi3SiO4. In Figur 13 ist das Emissionsspektrum des zweiten
Ausführungsbeispiels AB2 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel KLi3SiO4:Eu2+ dargestellt. Auf der x- Achse ist die Wellenlänge in Nanometern aufgetragen und auf der y-Achse die Emissionsintensität in Prozent. Zur Messung des Emissionsspektrums wurde der erfindungsgemäße Leuchtstoff mit Primärstrahlung einer Wellenlänge von 400 nm angeregt. Der Leuchtstoff zeigt eine breitbandige Emission von etwa 430 nm bis etwa 780 nm auf und emittiert damit weiße Strahlung beziehungsweise erzeugt die emittierte Strahlung einen weißen Leuchteindruck. Mit Vorteil liegt der Farbort des Leuchtstoffs nah an dem des Planckschen Strahlers bei 2700 K. Der Farbort liegt bei folgenden Koordinaten CIE-x = 0,449 und CIE-y = 0,397 in der CIE-Normfarbtafel von 1931. Die
Farbtemperatur (CCT) liegt bei 2742 K, die Lichtausbeute oder Lumineszenzeffizienz bei 290 lm/W, der CRI
(Farbwiedergabeindex) liegt bei 81 und der
Farbwiedergabeindex R9 bei 21. Damit eignet sich eine
Konversions-LED umfassend den erfindungsgemäßen Leuchtstoff KLi3SiO4:Eu2+ insbesondere für die Allgemeinbeleuchtung. Figur 14 zeigt eine normierte Kubelka-Munk-Funktion (K/S), aufgetragen gegen die Wellenlänge λ in nm, für das zweite Ausführungsbeispiel (AB2) des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs. Aus Figur 14 ist ersichtlich, dass das Maximum von K/S für das zweite Ausführungsbeispiel (AB2) des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs bei etwa 340 nm liegt. Der Leuchtstoff kann effizient mit einer Primärstrahlung ab etwa 300 nm bis 430 nm oder 440 nm angeregt werden. Figuren 15 und 16 zeigen simulierte Emissionsspektren von verschiedenen Konversions-LEDs, die weiße Strahlung
emittieren. Als Primärstrahlungsquelle dient eine auf InGaN basierende Halbleiterschichtenfolge, die eine Primärstrahlung mit einer Peakwellenlänge von 410 nm (Figur 15)
beziehungsweise mit einer Peakwellenlänge von 390 nm (Figur 16) emittiert. Der Aufbau der Konversions-LEDs ist in Figur 17 gezeigt. Wie ersichtlich, zeigen die erfindungsgemäßen Konversions-LEDs (LED 1 und LED 2) unter Einsatz von nur einem Leuchtstoff, dem erfindungsgemäßen KLi3SiO4:Eu2+, ähnliche Emissionsspektren wie die Vergleichsbeispiele VLED2 und VLED1 mit jeweils einem grünen und einem roten
Leuchtstoff. Mit Vorteil ist es damit mit dem erfindungsgemäßen Leuchtstoff möglich, eine Konversions-LED bereitzustellen, die warmweißes Licht mit einer
Farbtemperatur unter 3500 K, bevorzugt unter 3000 K,
emittiert und dazu nur einen Leuchtstoff benötigt und nicht wie bekannte weiß emittierende Konversions-LEDs, die
zumindest einen grünen und einen roten Leuchtstoff in
Kombination mit einer blauen Primärstrahlung benötigen. In Figur 17 sind verschiedene Eigenschaften von Konversions- LEDs mit dem erfindungsgemäßen Leuchtstoff KLi3SiO4:Eu2+
(LED1, LED2) und den Vergleichsbeispielen (VLED1 und VLED2) gegenübergestellt. λprim steht dabei für die Wellenlänge der Primärstrahlung. In der dritten und vierten Spalte sind der erste und zweite Leuchtstoff angegeben. CIE-x und CIE-y geben die Farbkoordinaten x und y der Strahlung in der CIE- Normfarbtafel von 1931 an. CCT/K gibt die korrelierte
Farbtemperatur der Gesamtstrahlung in Kelvin an. R9 steht für einen dem Fachmann bekannten Farbwiedergabeindex (gesättigtes Rot). LER steht für die Lichtausbeute ("luminous efficacy") in Lumen pro Watt. Wie ersichtlich, weisen die Konversions- LEDs mit dem erfindungsgemäßen Leuchtstoff KLi3SiO4:Eu2+ als einzigen Leuchtstoff ähnliche optische Eigenschaften auf wie herkömmliche Konversions-LEDs, basierend auf zwei
Leuchtstoffen. Dabei fallen aber die Nachteile weg, die sich bei dem Einsatz von zwei oder mehreren Leuchtstoffen ergeben. Zum einen hängt das resultierende Spektrum stark von dem eingesetzten Verhältnis der Leuchtstoffe ab. Durch
Chargenschwankungen in der Leuchtstoffherstellung sind dadurch häufige Anpassungen der Konzentration der
Leuchtstoffe notwendig, was die Herstellung der Konversions- LEDs sehr aufwendig macht. Die Leuchtstoffe zeigen zudem unterschiedliche Emissionseigenschaften je nach Temperatur, der Strahlungsdichte der Primärstrahlung und der Anregungswellenlänge und weisen zudem ein unterschiedliches Degradierverhalten, also eine unterschiedliche Stabilität hinsichtlich Temperatur-, Strahlungs-, Feuchtigkeits- oder Gaseinflüssen, auf. Auch die Herstellung von
Leuchtstoffmischungen kann schwierig sein, wenn die
Leuchtstoffe sich in ihren physikalischen Eigenschaften wie beispielsweise der Dichte, Korngröße und im
Sedimentationsverhalten stark unterscheiden. All diese
Effekte führen bei der Verwendung von zwei Leuchtstoffen zu schwankenden Farbortverteilungen und Farbverschiebungen bei wechselnden Betriebsbedingungen, zum Beispiel Strom und/oder Temperatur, in den Produkten. Um herkömmlich einen hohen Farbwiedergabeindex, vorteilhafterweise mit niedriger
Farbtemperatur, insbesondere unter 3500 K oder unter 3000 K, zu erzielen, werden rot emittierende Leuchtstoffe benötigt. Alle bekannten rot emittierenden Leuchtstoffe können
allerdings nur mittels aufwendige Herstellungsmethoden synthetisiert werden und sind deshalb sehr viel teurer als bekannte grüne und gelbe Leuchtstoffe. Der erfindungsgemäße Leuchtstoff KLi3SiO4:Eu2+ kann dagegen kostengünstig
hergestellt werden, da die Edukte kommerziell erhältlich, stabil und zudem sehr preisgünstig sind. Zudem erfordert die Synthese keine Inertgasatmosphäre und gestaltet sich daher vergleichsweise einfach. Die Verwendung des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs in einer weiß emittierenden Konversions-LED weist zahlreiche Vorteile auf. Es kann eine Primärstrahlung eingesetzt werden, die vom menschlichen Auge nicht oder nur kaum wahrgenommen wird (300 nm bis 430 nm oder 440 nm). Schwankungen der
Primärstrahlungen wirken sich so nicht negativ auf die
Gesamtstrahlungseigenschaften aus. Es ist keine Farbanpassung notwendig, da das Emissionsspektrum konstant ist. Die Konversions-LEDs können mit hohem Durchsatz hergestellt werden, da keine Farbanpassung oder ein aufwendiges Chip- Binning notwendig ist. Es treten keine Farbverschiebungen oder andere negative Effekte auf das Emissionsspektrum durch selektive Degradierung nur eines Leuchtstoffs oder durch Temperatur- oder Durchlassstromschwankungen verursachte
Änderungen der Primärstrahlung auf. Des Weiteren weist die Konversions-LED keine Eigenfarbe auf, sondern zeigt im ausgeschalteten Zustand ein weißes Erscheinungsbild. Deshalb ist der Leuchtstoff auch für "remote-phosphor"-Anordnungen geeignet, bei denen kein gelbes oder oranges Erscheinungsbild im ausgeschalteten Zustand erwünscht ist. Je nach Anwendung kann auch eine Teilkonversion der Primärstrahlung erfolgen. Da es möglich ist, den Leuchtstoff mit einer Primärstrahlung im Bereich von 300 nm bis 430 nm oder 440 nm anzuregen, führt ein Beitrag der Primärstrahlung, bevorzugt im kurzwelligen blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums, zu der Gesamtstrahlung dazu, dass damit beleuchtete Gegenstände weißer, strahlender und deshalb attraktiver wirken. Damit können beispielsweise optische Aufheller in Textilien
angeregt werden. Figur 18 zeigt die trikline Kristallstruktur des Leuchtstoffs KLi3SiO4:Eu in einer schematischen Darstellung. Die
schraffierten Kreise stellen die K-Atome dar. Die
Kristallstruktur entspricht der Kristallstruktur von KLi3SiO4, wie sie in K. Werthmann, R. Hoppe, Über Oxide des neuen
Formeltyps A[(T4O4)]: Zur Kenntnis von KLi3GeO4, KLi3SiO4 und KLi3TiO4, Z. Anorg. Allg. Chem., 1984, 509, 7-22 beschrieben ist. Die Kristallstruktur ist zu der von SrLiAl3N4:Eu,
beschrieben in P. Pust, V. Weiler, C. Hecht, A. Tücks, A. S. Wochnik, A.-K. Henß, D. Wiechert, C. Scheu, P. J. Schmidt, W. Schnick, Narrow-Band Red-Emitting Sr[LiAl3N4]:Eu2+ as a Next- Generation LED-Phosphor Material Nat. Mater. 2014 13, 891-896 isotyp. In Figur 19 sind zwei Röntgenbeugungspulverdiffraktogramme unter Verwendung von Kupfer-Kα1-Strahlung angegeben. Auf der x-Achse sind die Beugungswinkel in °2θ-Werten angegeben und auf der y-Achse die Intensität. Das mit dem Bezugszeichen III versehene Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm zeigt das des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Leuchtstoffs KLi3SiO4:Eu. Das mit dem Bezugszeichen IV versehene Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm zeigt das aus der Kristallstruktur von KLi3SiO4 simulierte
Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm für KLi3SiO4. Aus der Übereinstimmung der Reflexe ist erkennbar, dass der
erfindungsgemäße Leuchtstoff KLi3SiO4:Eu in derselben
Kristallstruktur kristallisiert wie KLi3SiO4. In Figur 20 findet sich eine kristallographische Auswertung. Figur 20 zeigt eine Rietveld-Verfeinerung des
Röntgenpulverdiffraktogramms des zweiten Ausführungsbeispiels AB2, also KLi3SiO4:Eu. Für die Rietveld-Verfeinerung wurden die Atomparameter für KLi3SiO4 (K. Werthmann, R. Hoppe, Über Oxide des neuen Formeltyps A[(T4O4)]: Zur Kenntnis von
KLi3GeO4, KLi3SiO4 und KLi3TiO4, Z. Anorg. Allg. Chem., 1984, 509, 7-22) verwendet, um zu zeigen, dass die Kristallstruktur von KLi3SiO4:Eu der von KLi3SiO4 entspricht. Im oberen
Diagramm ist dabei die Überlagerung der gemessenen Reflexe mit den berechneten Reflexen für KLi3SiO4 dargestellt. Im unteren Diagramm sind die Unterschiede der gemessenen und der berechneten Reflexe dargestellt. Ein Peak einer unbekannten Nebenphase wurde mit Sternchen markiert. Figur 21 zeigt kristallographische Daten von KLi3SiO4. Figur 22 zeigt Atomlagen in der Struktur von KLi3SiO4. In Figur 23 ist das Emissionsspektrum des dritten
Ausführungsbeispiels AB3 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel (Na0,5K0,5)Li3SiO4:Eu2+ dargestellt. Auf der x-Achse ist die Wellenlänge in Nanometern aufgetragen und auf der y-Achse die Emissionsintensität in Prozent. Zur
Messung des Emissionsspektrums wurde der erfindungsgemäße Leuchtstoff mit Primärstrahlung einer Wellenlänge von 400 nm angeregt. Der Leuchtstoff weist eine Halbwertsbreite kleiner als 20 nm und eine Peak-Wellenlänge von 486 nm auf. Mit dieser geringen Halbwertsbreite gehört dieser Leuchtstoff zu den schmalbandigsten bekannten Eu2+-dotierten Leuchtstoffen. Die Peak-Wellenlänge liegt im blau-grünen, auch als
cyanfarben bezeichenbaren, Spektralbereich des
elektromagnetischen Spektrums. Bislang sind nur wenige
Leuchtstoffe mit einer Peakwellenlänge in diesem Bereich bekannt und keiner dieser Leuchtstoffe weist eine derart kleine Halbwertsbreite auf. Mit einer Peakwellenlänge von 486 nm und der kleinen Halbwertsbreite weist der Leuchtstoff eine gute Überlappung mit der Augenempfindlichkeitskurve auf. Die Konversion der UV- beziehungsweise blauen Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung mit einer etwas längeren Wellenlänge im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums (Peak- Wellenlänge von 486 nm) erhöht die Effizienz der Konversions- LED. Die Peakwellenlänge der Sekundärstrahlung liegt im
Vergleich zu der Primärstrahlung näher am Maximum der
Augenempfindlichkeit bei 555 nm, wodurch die emittierte
Strahlung einen höheren Überlapp mit der
Augenempfindlichkeitskurve aufweist und somit als heller empfunden wird. Ähnliche optische Eigenschaften werden auch mit AB9, AB14, AB15 und AB16 erzielt. Figur 24 zeigt eine normierte Kubelka-Munk-Funktion (K/S), aufgetragen gegen die Wellenlänge λ in nm, für das dritte Ausführungsbeispiel (AB3) des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs. Aus Figur 24 ist ersichtlich, dass das Maximum von K/S für das dritte Ausführungsbeispiel (AB3) des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs zwischen 350 nm und 420 nm liegt. Bis zu 500 nm liegt K/S deutlich über dem Wert Null. Der Leuchtstoff
(Na0,5K0,5)Li3SiO4:Eu2+ kann effizient mit einer Primärstrahlung ab etwa 340 nm angeregt werden. Figur 25 zeigt die tetragonale Kristallstruktur des
Leuchtstoffs (Na0,5K0,5)Li3SiO4:Eu2+ in einer schematischen Darstellung. Die schraffierten Kreise stellen die Na-Atome dar, die weiß ausgefüllten Kreise die K-Atome. Die
Kristallstruktur wurde aus Röntgenpulverdiffraktogramm-Daten ermittelt. Als Ausgangspunkt wurde die Kristallstruktur von CsKNa2Li12Si4O16 unter Austausch von Cs gegen K verwendet. In Figur 26 findet sich eine kristallographische Auswertung. Figur 26 zeigt eine Rietveld-Verfeinerung des
Röntgenpulverdiffraktogramms des dritten Ausführungsbeispiels AB3, also (Na0,5K0,5)Li3SiO4:Eu2+. Die Parameter und
Atomkoordinaten aller nicht Li-Atome wurden frei verfeinert. Im oberen Diagramm ist dabei die Überlagerung der gemessenen Reflexe mit den berechneten Reflexen für CsKNa2Li12Si4O16 dargestellt. Im unteren Diagramm sind die Unterschiede der gemessenen und der berechneten Reflexe dargestellt. Der
Leuchtstoff (Na0,5K0,5)Li3SiO4:Eu2+ ist strukturell isotyp zu den Verbindungen CsKNa2Li8{Li[SiO4]}4, RbNa3Li8{Li[SiO4]}4, CsNa3Li8{Li[GeO4]}4 und RbNa3Li8{Li[TiO4]}4. Die Struktur ist auch ähnlich zu der von dem ersten Ausführungsbeispiel
NaLi3SiO4:Eu und dem zweiten Ausführungsbeispiel KLi3SiO4:Eu des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs, weist aber eine komplizierte Anordnung der Alkalimetalle auf Figur 27 zeigt kristallographische Daten von (Na0,5K0,5)Li3SiO4. Figur 28 zeigt Atomlagen in der Struktur von (Na0,5K0,5)Li3SiO4. Die Figur 29 zeigt die Emissionsspektren des dritten
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs AB3 und drei Vergleichsbeispielen ClS, OS und G, wobei ClS für Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu, OS für (Sr,Ba)2SiO4:Eu und G für
Lu3(Al,Ga)5O12:Ce steht. Alle Leuchtstoffe emittieren im blauen bis blaugrünen Bereich des elektromagnetischen
Spektrums. AB3 weist wie ersichtlich die geringste
Halbwertsbreite auf und die Peakwellenlänge ist im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen zu kürzeren Wellenlängen
verschoben. Damit eignet sich der erfindungsgemäße
Leuchtstoff mit einer beispielsweise für eine Anwendung in Signallichtern wie Blaulichtern von beispielsweise Polizei-, Kranken-, Notarzt- oder Feuerwehrfahrzeugen, deren
Dominanzwellenlänge bevorzugt in einem Bereich zwischen 465 nm und 480 nm liegt. Der Einsatz der Vergleichsbeispiele ist dafür weniger gut geeignet, da deren Peakwellenlängen bei über 510 nm liegen, wohingegen der erfindungsgemäße
Leuchtstoff eine Peakwellenlänge von 486 nm aufweist.
Aufgrund ähnlicher optischer Eigenschaften eignen sich auch AB9, AB14, AB15 und AB16 für eine Anwendung in
Signallichtern. Die mit smel bezeichnete Kurve zeigt die
Empfindlichkeitskurve für die Melatoninproduktion, das heißt, mit welchen Wellenlängen die Melatoninproduktion im Körper am besten unterdrückt werden kann ("human response function for melanopic effects"; Lucas et al., Trends in Neurosciences January 2014 Vol. 37 No. 1). Wie ersichtlich, zeigt das
Emissionsspektrum von AB3 eine hohe Überlappung mit smel, so dass diese Strahlung effektiv zur Unterdrückung der
Melatoninbildung eingesetzt werden kann. Eine solche
Bestrahlung kann zu einer erhöhten Wachsamkeit oder auch Konzentrationsfähigkeit führen. Figur 30 zeigt die Überlappung von Emissionsspektren
verschiedener Leuchtstoffe (AB3, CIS, OS und G, wie unter Figur 29 beschrieben) und verschiedener blau emittierender LEDs (unkonvertiert) mit der Empfindlichkeitskurve für die Melatoninproduktion. Bei den LEDs handelt es sich um
lichtemittierende Dioden mit auf InGaN basierenden
Halbleiterchips. Die LEDs Ipeak430nm (Peakwellenlänge 430 nm) und Ipeak435nm (Peakwellenlänge 435 nm) sind nicht
üblicherweise in großen Stückzahlen kommerziell erhältlich, aber sehr effizient. Die LEDs Ipeak440nm (Peakwellenlänge 440 nm), Ipeak445nm (Peakwellenlänge 445 nm), Ipeak450nm
(Peakwellenlänge 450 nm) und Ipeak455nm (Peakwellenlänge 455 nm) sind kommerziell erhältlich, preisgünstig und effizient. Die LEDs Ipeak460nm (Peakwellenlänge 460 nm), Ipeak465nm (Peakwellenlänge 465 nm) und Ipeak470nm (Peakwellenlänge 470 nm) sind nur wenig effizient und kommerziell nicht
üblicherweise erhältlich. Auf InGaN basierende
Halbleiterchips können prinzipiell eine Strahlung mit einer Peakwellenlänge bis zu 500 nm emittieren, allerdings sinkt mit zunehmender Wellenlänge die Effizienz, weshalb diese üblicherweise nur bis zu einer Peakwellenlänge bis etwa 460 nm in großen Stückzahlen hergestellt werden. Dadurch sind die Anwendungsgebiete von InGaN-basierten Halbleiterchips in lichtemittierenden Dioden (ohne Leuchtstoff) begrenzt. Wie ersichtlich, zeigt die Emission des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs AB3 einen größeren Überlapp mit der Empfindlichkeitskurve für die Melatoninproduktion als die Leuchtstoffe ClS, OS und G und auch als die InGaN-basierten LEDs. Damit kann die Melatoninproduktion mit dem
erfindungsgemäßen Leuchtstoff effizient unterdrückt werden. Aufgrund ähnlicher optischer Eigenschaften eignen sich auch AB9, AB14, AB15 und AB16 zur Unterdrückung der
Melatoninproduktion. In Figur 31 ist die CIE-Normtafel (1931) gezeigt, wobei auf der x-Achse der CIE-x-Anteil der Grundfarbe Rot und auf der y-Achse der CIE-y-Anteil der Grundfarbe Grün aufgetragen ist. In die CIE-Normtafel sind die Farborte verschiedener
Leuchtstoffe (AB3, ClS, OS und G, wie unter Figur 29
beschrieben) eingezeichnet. Die schwarzen Vierecke stellen Farborte verschiedener blauer und blaugrüner InGaN- Halbleiterchips mit Peakwellenlängen zwischen 430 nm und 492 nm und Dominanzwellenlängen zwischen 436 nm und 493 nm dar. Der schwarze Punkt markiert den Weißpunkt Ew mit den
Koordinaten CIE-x = 1/3 und CIE-y = 1/3. Die schwarzen
Linien, die die Farbpunkte eines blauen Indiumgalliumnitrid- Halbleiterchips (λpeak = 445 nm; λdom = 449 nm) mit den
Farborten der Leuchtstoffe verbindet, repräsentieren die Konversionslinien von Konversions-LEDs, die aus dem
Indiumgalliumnitrid-Halbleiterchip und den entsprechenden Leuchtstoffen aufgebaut sind. Die mit EVL gekennzeichnete Fläche zeigt den typischen blauen Farbraum für Produkte zur Anwendung im Bereich der Signallichter für beispielsweise Polizeifahrzeuge. Die offenen Kreise markieren Farborte mit 100 %iger Farbreinheit für ausgewählte Dominanzwellenlängen bei 468 nm, 476 nm und 487 nm. Die gestrichelte Linie
repräsentiert Farborte mit Dominanzwellenlängen bei 487 nm mit unterschiedlicher Farbreinheit. Farborte auf dieser gestrichelten Linie, die näher an dem offenen Kreis 487 liegen, zeigen höhere Farbreinheiten als Farborte, die näher an dem Weißpunkt E liegen. Aus dieser Figur werden die vorteilhaften Effekte des neuen Leuchtstoffs AB3 deutlich: Die Konversionslinie (KL) einer typischen blauen LED zu dem Farbort des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs AB3 schneidet den EVL-Farbraum in der Mitte, wohingegen die Konversionslinien derselben blauen LED mit den Leuchtstoffen OS, ClS und G nur eine geringe Überlappung mit dem EVL-Farbraum zeigen. Damit können mit Vorteil mehrere Farbräume innerhalb des EVL- Farbraums durch Verwendung des Leuchtstoffs AB3 erzielt werden als mit den herkömmlichen Leuchtstoffen. Zudem
schneidet die Konversionslinie K die gestrichelte Linie für die Dominanzwellenlänge 487 nm in dem Punkt I1, der im
Vergleich zu den Schnittpunkten der Konversionslinien der bekannten Leuchtstoffe eine höhere Farbreinheit aufweist. Dieselbe Verbesserung der Farbreinheit unter Verwendung des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs AB3 zeigt sich auch für andere Zieldominanzwellenlängen, insbesondere innerhalb des EVL- Farbraums. Die korrespondierenden Linien sind der
Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt. Eine hohe
Farbreinheit führt zu einem gesättigteren Farbeindruck. Mit dem erfindungsgemäßen Leuchtstoff ist es damit möglich, zusätzliche Farborte zu erzielen, die bislang nicht erreicht werden können. Der erfindungsgemäße Leuchtstoff
(Na0,5K0,5)Li3SiO4:Eu2+ eignet sich daher besonders für
Konversions-LEDs, die eine blaue Strahlung mit hoher
Farbsättigung emittieren. Diese Konversions-LEDs sind
geeignet für den Einsatz in Blaulichtern oder auch für
"Color-on-Demand"-Anwendungen. Aufgrund ähnlicher optischer Eigenschaften eignen sich auch AB9, AB14, AB15 und AB16 für Konversions-LEDs, die eine blaue Strahlung mit hoher
Farbsättigung emittieren. Die Figuren 32, 33 und 34 zeigen einen Vergleich der
erzielbaren Farbreinheiten unterschiedlicher Konversions-LEDs bei verschiedenen Zieldominanzwellenlängen und Wellenlängen der Primärstrahlung. Zur Durchführung der
Simulationsexperimente wurde ein blauer Halbleiterchip mit den unterschiedlichen Leuchtstoffen AB3, ClS, OS und G kombiniert. Dabei wurden Halbleiterchips basierend auf InGaN verwendet, die eine hohe Effizienz aufweisen. Der Gehalt an Leuchtstoff wurde für jedes Experiment variiert, um die
Zieldominanzwellenlänge zu erreichen, anschließend wurde die Farbreinheit aus den resultierenden Spektren ermittelt. Die Ergebnisse zeigen, dass für alle gewählten
Zieldominanzwellenlängen und alle gewählten Wellenlängen der Primärstrahlung die Konversions-LEDs mit dem Leuchtstoff AB3 und auch mit AB9, AB14, AB15 und AB16 (nicht gezeigt) eine signifikant höhere Farbreinheit zeigen als die
Vergleichsbeispiele. Die Figuren 35, 36 und 37 zeigen die zu den Figuren 32, 33 und 34 korrespondierenden simulierten Emissionsspektren der Konversions-LEDs. Dabei zeigt Figur 35 die Emissionsspektren einer Konversions-LED mit einer Primärstrahlung von 430 nm und einer Konversions-LED mit einer Primärstrahlung von 455 nm jeweils mit dem Leuchtstoff AB3 bei einer
Zieldominanzwellenlänge von 468 nm. Figur 36 zeigt die
Emissionsspektren einer Konversions-LED mit einer
Primärstrahlung von 430 nm und einer Konversions-LED mit einer Primärstrahlung von 455 nm jeweils mit dem Leuchtstoff AB3 bei einer Zieldominanzwellenlänge von 487 nm. Figur 37 zeigt die Emissionsspektren einer Konversions-LED mit einer Primärstrahlung von 430 nm und einer Konversions-LED mit einer Primärstrahlung von 455 nm jeweils mit dem Leuchtstoff AB3 bei einer Zieldominanzwellenlänge von 476 nm. In Figur 38 ist das Emissionsspektrum des vierten
Ausführungsbeispiels AB4 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel (Na0,25K0,75)Li3SiO4:Eu2+ dargestellt. Auf der x-Achse ist die Wellenlänge in nm aufgetragen und auf der y-Achse die Emissionsintensität in %. Zur Messung des
Emissionsspektrums wurde der erfindungsgemäße Leuchtstoff mit einer Primärstrahlung einer Wellenlänge von 400 nm angeregt. Der Leuchtstoff weist eine Halbwertsbreite von weniger als 50 nm auf, eine Peakwellenlänge von 529 nm, eine
Dominanzwellenlänge von 541 nm und einen Farbpunkt im CIE- Farbraum mit den Koordinaten CIE-x: 0,255 und CIE-y: 0,680. Die schmale Halbwertsbreite des Leuchtstoffs führt zu einer gesättigten grünen Emission des Leuchtstoffs. Figur 39 zeigt eine normierte Kubelka-Munk-Funktion (K/S), aufgetragen gegen die Wellenlänge λ in nm, für das vierte Ausführungsbeispiel (AB4) des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs. Mit einer Primärstrahlung im Bereich zwischen 330 nm und 500 nm, bevorzugt 340 nm bis 460 nm, besonders bevorzugt 350 nm bis 450 nm, kann der erfindungsgemäße Leuchtstoff effizient angeregt werden. Dadurch ist der Leuchtstoff insbesondere für Hinterleuchtungsanwendungen geeignet, unter Verwendung eines Halbleiterchips mit einer Primärstrahlung im nahen UV-Bereich oder blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums. In Figur 40 ist das Röntgenpulverdiffraktogramm des vierten Ausführungsbeispiels AB4 gezeigt. Auf der y-Achse ist die Intensität und auf der x-Achse die °2θ-Werte angegeben. In Figur 41 sind die Reflexpositionen und die relative Intensität in % der Reflexpositionen des
Röntgenpulverdiffraktogramms angegeben. In Figur 42 ist die Emissionsintensität in % gegen die
Temperatur in °C aufgetragen. Wie ersichtlich, zeigt das Ausführungsbeispiel AB4 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs eine hohe thermische Stabilität. In Figur 42 ist das
thermische Quenchverhalten des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs AB4 im Vergleich zu einem herkömmlichen Leuchtstoff OS2, ein grünes Orthosilikat der Formel (Sr,Ba)2SiO4:Eu gezeigt. Die Leuchtstoffe wurden mit einer blauen Primärstrahlung mit einer Wellenlänge von 460 nm bei verschiedenen Temperaturen von 25 bis 225 °C angeregt und ihre Emissionsintensität wurde dabei aufgezeichnet. Es ist klar ersichtlich, dass der erfindungsgemäße Leuchtstoff AB4 einen deutlich niedrigeren Verlust an Emissionsintensität bei typischen Temperaturen, die in einer Konversions-LED herrschen, insbesondere
Temperaturen über 140 °C, aufweist. Mit Vorteil kann der Leuchtstoff damit auch bei höheren Betriebstemperaturen in Konversions-LEDs eingesetzt werden. Die Figur 43 zeigt verschiedene optische Eigenschaften des vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Leuchtstoffs AB4 im Vergleich zu herkömmlichen Leuchtstoffen G2 und OS2. OS2 steht dabei für einen Leuchtstoff der Formel (Sr,Ba)2SiO4:Eu und G2 für einen Leuchtstoff der Formel
Lu3(Al,Ga)5O12:Ce. Alle drei Leuchtstoffe zeigen eine ähnliche Dominanzwellenlänge. Dabei zeigt aber der erfindungsgemäße Leuchtstoff AB4 eine deutlich höhere Lichtausbeute (LER) und eine deutlich höhere Farbreinheit. Dies führt zu einer verbesserten Farbsättigung, womit eine höhere
Farbraumabdeckung erreicht werden kann, und zu einer
verbesserten Gesamteffizienz. Der Grund für die verbesserten Eigenschaften ist die geringe Halbwertsbreite des vierten Ausführungsbeispiels AB4 mit der Formel (Na0,25K0,75)Li3SiO4:Eu2+ des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs im Vergleich zu den herkömmlichen Leuchtstoffen. Aufgrund ähnlicher Lage der Peakwellenlängen und Halbwertsbreiten zeigen die
Ausführungsbeispiele AB5, AB7, AB13 und AB8 ebenso
verbesserte Eigenschaften. Die hohe Lichtausbeute erhöht die Effizienz von grünen Konversions-LEDs mit Teil- oder
Vollkonversion im Vergleich zu grünen Konversions-LEDs mit bekannten grünen Leuchtstoffen mit einer vergleichbaren
Dominanz- und/oder Peakwellenlänge. Figur 44 zeigt einen Vergleich der Emissionsspektren des vierten Ausführungsbeispiels AB4 des erfindungsgemäßen
Leuchtstoffs im Vergleich zu den unter Figur 43 beschriebenen herkömmlichen Leuchtstoffen G2 und OS2. In Figur 45 ist die Abdeckung des Farbraums rec2020 (xy) im CIE-Farbraumsystem und rec2020 (u'v') im CIE-LUV- Farbraumsystem (1976) durch unterschiedliche Kombinationen an einem grünen Leuchtstoff und einem roten Leuchtstoff in
Verbindung mit einer blauen Primärstrahlung unterschiedlicher Dominanzwellenlänge gezeigt. AB4 steht dabei für das vierte Ausführungsbeispiel (Na0,25K0,75)Li3SiO4:Eu2+ des
erfindungsgemäßen Leuchtstoffs und AB5 für das fünfte
Ausführungsbeispiel (Rb0,5Li0,5)Li3SiO4 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs, BS steht für einen herkömmlichen grün
emittierenden Beta-SiAlON:Eu-Leuchtstoff. Die Anteile an blauer, grüner und roter Strahlung wurden so angepasst, dass der weiße Farbort für typische Hinterleuchtungsanwendungen (CIE-x = 0,278 und CIE-y = 0,255) erzielt wurde. Auf das resultierende Spektrum wurden typische Farbfilterkurven angewendet und die resultierenden Farbpunkte für Blau, Grün und Rot wurden berechnet. Die Überlappung des resultierenden Farbraums mit den Standardfarbräumen wurde anschließend berechnet und verglichen. In allen Fällen ist ersichtlich, dass die erhaltenen Spektren mit den Ausführungsbeispielen AB4 und AB5 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs zu einer größeren Abdeckung des jeweiligen Farbraums führen. Wie AB4 und AB5 weisen auch AB7, AB13 und AB8 aufgrund der ähnlichen Peakwellenlänge und Halbwertsbreite (Figuren 76, 129, 86) in Kombination mit der in Figur 45 angegebenen roten
Leuchtstoffen eine hohe Abdeckung des jeweiligen Farbraums auf. Mit den erfindungsgemäßen Leuchtstoffen kann somit eine größere Bandbreite an Farben wiedergegeben werden. Damit kann beispielsweise eine Anzeigevorrichtung, wie ein Display, mit einer Konversions-LED umfassend den erfindungsgemäßen
Leuchtstoff, eine deutlich erhöhte Anzahl an Farben
wiedergeben als es bislang mit herkömmlichen Leuchtstoffen möglich ist. Die Figuren 46 bis 53 zeigen eine grafische Darstellung der in Figur 45 beschriebenen Ergebnisse der Farbraumabdeckung für eine Dominanzwellenlänge der Primärstrahlung bei 448 nm. In den Diagrammen ist jeweils der eingesetzte zweite rote Leuchtstoff mit seiner Summenformel angegeben. Die Figuren 54A, 54B und 54C zeigen eine umfassendere Liste der Daten aus Figur 45, die zusätzlich die Farborte der gefilterten Spektren und Abdeckungen mit anderen
Standardfarbräumen zeigen. Die Figuren 55 bis 58 zeigen die aufgespannten Farbräume verschiedener Beispiele der in Figur 45 dargestellten
Kombinationen mit einer Wellenlänge der Primärstrahlung λdom = 448 nm. Jede Figur zeigt einen Vergleich von drei verschiedenen grünen Leuchtstoffen (AB4, AB5 oder BS) jeweils kombiniert mit einem roten Leuchtstoff, der mit seiner
Summenformel in den Figuren angegeben ist. Die durch die gefilterten Spektren aufgespannten Farbräume mit den
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen AB4 und AB5 sind nahezu deckungsgleich. Es ist ersichtlich, dass mit den
Ausführungsbeispielen AB4 und AB5 des erfindungsgemäßen
Leuchtstoffs eine größere Bandbreite an Farben wiedergegeben werden kann, vor allem in der grünen und roten Ecke des aufgespannten Farbdreiecks (mit Pfeilen markiert). Ein ähnliches Verhalten wird auch mit den Ausführungsbeispielen AB7, AB13 und AB8 erhalten (nicht dargestellt). Dies wird der sehr schmalbandigen Emission der erfindungsgemäßen
Leuchtstoffe AB4 und AB5, AB7, AB13 und AB8 zugeordnet. Die Bandbreite an grünen Farben wird damit durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Leuchtstoffe AB4, AB5, AB7, AB13 und AB8 im Vergleich zu herkömmlichen Leuchtstoffen vergrößert. Die schmale Halbwertsbreite der erfindungsgemäßen
Leuchtstoffe reduziert zudem den durch die Filterung
entstehenden Verlust an Strahlung. Im Vergleich zu dem bekannten Leuchtstoff β-SiAlON (BS) können die
erfindungsgemäßen Leuchtstoffe ausgehend von preisgünstigen Edukten hergestellt werden und zudem erfolgt die Synthese bei moderaten Temperaturen. Dies hält die Herstellungskosten gering, was die Leuchtstoffe auch wirtschaftlich sehr
attraktiv für die Herstellung von Massenprodukten, wie LCD- Fernseher, Computer-Monitore oder Displays für Smartphones oder Tablets macht. Die Figuren 59 bis 62 zeigen die korrespondierenden
Konversion-LED-Spektren der Beispiele der Figuren 55 bis 58. Der rote Leuchtstoff ist mit seiner Summenformel in den
Figuren angegeben. In Figur 63 ist das Emissionsspektrum des fünften Ausführungsbeispiels AB5 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel (Rb0,5Li0,5)Li3SiO4 dargestellt. Auf der x-Achse ist die Wellenlänge in nm aufgetragen und auf der y- Achse die Emissionsintensität in %. Zur Messung des
Emissionsspektrums wurde der erfindungsgemäße Leuchtstoff mit Licht einer Wellenlänge von 400 nm angeregt. Der Leuchtstoff weist eine Halbwertsbreite von 43 nm auf und eine
Peakwellenlänge von 528 nm und eine Dominanzwellenlänge von 539 nm. Die Koordinaten CIE-x und CIE-y liegen bei 0,238 und 0,694. Damit erweist sich der Leuchtstoff als sehr geeignet für Hinterleuchtungsanwendungen, die einen gesättigten
Grünton aufweisen müssen. Figur 64 zeigt eine normierte Kubelka-Munk-Funktion (K/S), aufgetragen gegen die Wellenlänge λ in nm, für das fünfte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs. Das Maximum von K/S für das fünfte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs liegt etwa bei 400 nm, der Bereich hoher Absorption erstreckt sich allerdings in den blaugrünen Spektralbereich bis hin zu etwa 500 nm. Deshalb kann der Leuchtstoff effizient mit einer Primärstrahlung einer Wellenlänge zwischen 330 und 500 nm, bevorzugt 340 und 460 nm, besonders bevorzugt 350 bis 450 nm, angeregt werden. Figur 65 zeigt das Röntgenpulverdiffraktogramm des fünften Ausführungsbeispiels AB5 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit dem Bezugszeichen V. Das mit dem Bezugszeichen VI
versehene Röntgenpulverdiffraktogramm zeigt ein simuliertes der Verbindung RbLi(Li3SiO4)2 (K. Bernet, R. Hoppe, Ein „Lithosilicat“ mit Kolumnareinheiten: RbLi5{Li[SiO4]}2, Z. Anorg. Allg. Chem., 1991, 592, 93-105). Peaks in dem Röntgenpulverdiffraktogramm V, die der Nebenphase Li4SiO4 zugeordnet werden können, sind mit Sternchen gekennzeichnet. Die Figur 66 zeigt verschiedene optische Eigenschaften des fünften Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Leuchtstoffs AB5 im Vergleich zu herkömmlichen Leuchtstoffen G1 und OS1. OS1 steht dabei für einen Leuchtstoff der Formel (Sr,Ba)2SiO4:Eu und G1 für einen Leuchtstoff der Formel
Lu3(Al,Ga)5O12:Ce. Im Vergleich zu den Leuchtstoffen G2 und OS2 weisen die Leuchtstoffe G1 und OS1 einen anderen Eu- beziehungsweise Ce-Gehalt auf, um jeweils die gleiche
Dominanzwellenlänge zu erzielen wie das Ausführungsbeispiel AB5. Alle drei Leuchtstoffe zeigen eine ähnliche
Dominanzwellenlänge. Dabei zeigt aber der erfindungsgemäße Leuchtstoff AB5 eine deutlich höhere Lichtausbeute (LER) und eine deutlich höhere Farbreinheit. Dies führt zu einer verbesserten Farbsättigung, womit eine höhere
Farbraumabdeckung erreicht werden kann, und zu einer
verbesserten Gesamteffizienz. Der Grund für die verbesserten Eigenschaften ist die geringe Halbwertsbreite des vierten Ausführungsbeispiels AB5 mit der Formel (Rb0,5Li0,5)Li3SiO4 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs im Vergleich zu den
herkömmlichen Leuchtstoffen. Die hohe Lichtausbeute erhöht die Effizienz von grünen Konversions-LEDs mit Teil- oder Vollkonversion im Vergleich zu grünen Konversions-LEDs mit bekannten grünen Leuchtstoffen mit einer vergleichbaren
Peakwellenlänge. Figur 67 zeigt einen Vergleich der Emissionsspektren des fünften Ausführungsbeispiels AB5 des erfindungsgemäßen
Leuchtstoffs im Vergleich zu den unter Figur 66 beschriebenen herkömmlichen Leuchtstoffen G1 und OS1. In Figur 68 ist das Emissionsspektrum des ersten Ausführungsbeispiels AB1 mit der Summenformel NaLi3SiO4:Eu und des sechsten Ausführungsbeispiels AB6 mit der Summenformel Na0,97Ca0,03Li2,94Al0,09Si0,97O3,88N0,12:Eu dargestellt. Auf der x- Achse ist die Wellenlänge in Nanometern aufgetragen und auf der y-Achse die Emissionsintensität in Prozent. Zur Messung des Emissionsspektrums wurden die erfindungsgemäßen
Leuchtstoffe mit Primärstrahlung einer Wellenlänge von 400 nm (AB1) und 460 nm (AB6) angeregt. Der Leuchtstoff AB1 weist eine Halbwertsbreite von 32 nm oder 1477 cm-1 und eine
Dominanzwellenlänge von 473 nm auf, die Peakwellenlänge liegt etwa bei 469 nm. Der Leuchtstoff AB6 weist eine
Halbwertsbreite von 72,8 nm, eine Dominanzwellenlänge von 548 nm auf, die Peakwellenlänge liegt etwa bei 516,9 nm.
Der Farbort von AB6 liegt bei folgenden Koordinaten CIE-x = 0,301 und CIE-y = 0,282 in der CIE-Normfarbtafel von 1931. Die Lichtausbeute oder Lumineszenzeffizienz von AB6 liegt bei 432,8 lm/W. Die unterschiedlichen Eigenschaften von AB1 und AB6, insbesondere die in den längerwelligen Bereich
verschobene Peakwellenlänge von
Na0,97Ca0,03Li2,94Al0,09Si0,97O3,88N0,12:Eu im Vergleich zu
NaLi3SiO4:Eu liegt an einem stärkeren nephelauxetischen
Effekt der Stickstoffatome welche die Aktivatorionen, hier der Eu2+-Ionen, in der gemischten Phase
Na0,97Ca0,03Li2,94Al0,09Si0,97O3,88N0,12:Eu umgeben. Je höher der Stickstoffanteil in der Umgebung der Aktivatorionen ist, desto langwelliger liegt die Peakwellenlänge. Dadurch kann mit zunehmendem Stickstoffgehalt und somit mit steigendem Wert für y* in dem Leuchtstoff Na1-y*Cay*Li3-2y*Al3y*Si1-yO4- 4y*N4y*:Eu die Peakwellenlänge innerhalb des sichtbaren
Bereichs des elektromagnetischen Spektrums, insbesondere in einem Bereich zwischen 470 nm und 670 nm verschoben werden. Der Leuchtstoff eignet sich somit insbesondere für Beleuchtungsvorrichten oder Konversions-LEDs bei denen
Leuchtstoffe mit ganz spezifischen Eigenschaften benötigt werden (sogenannte "color on demand"-Anwendungen). Figur 69 zeigt die Emissionsspektren von AB6
(Anregungswellenlänge 460 nm) und vier Granatleuchtstoffen als Vergleichsbeispiele (Anregungswellenlänge jeweils 460 nm; 440 nm im Fall Y3Al3Ga2O12:Ce). Im Vergleich zu den bekannten Granatleuchtstoffen Y3Al5O12:Ce, Y3Al3Ga2O12:Ce und Lu3Al5O12:Ce weist das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel AB6 eine zu kürzeren Wellenlängen verschobene Peakwellenlänge und
kleinere Halbwertsbreite auf. Eine ähnliche Peakwellenlänge wie AB6 zeigt Lu3Al3Ga2O12:Ce. Im Vergleich zu den
Granatleuchtstoffen Y3Al5O12:Ce, Y3Al3Ga2O12:Ce und Lu3Al5O12:Ce liegt die Peakwellenlänge von AB6 und Lu3Al3Ga2O12:Ce näher am blauen Spektralbereich, in welchem in herkömmlichen
Konversions-LEDs nachteiliger Weise eine spektrale Lücke zu finden ist in welcher kein oder nur sehr wenig Licht
emittiert wird. Diese spektrale Lücke führt zu einer
schlechten Farbwiedergabe. Zur Reduzierung der spektralen Lücke wird daher häufig Lu3Al3Ga2O12:Ce eingesetzt. Das sechste Ausführungsbeispiel
Na0,97Ca0,03Li2,94Al0,09Si0,97O3,88N0,12:Eu weist aber im Vergleich zu Lu3Al3Ga2O12:Ce eine deutlich geringere Halbwertsbreite und eine, bedingt durch die kleinere Halbwertsbreite, größere Farbreinheit auf. Hinzu kommt, dass das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel AB6 einen höheren Überlapp mit der
Augenempfindlichkeitskurve aufweist, wodurch eine höhere Lichtausbeute resultiert. Ein Vergleich der optischen Daten ist in Figur 70 gezeigt. Die in Klammern angegebenen Prozente spiegeln die Änderungen der Werte im Vergleich zu
Lu3Al3Ga2O12:Ce wieder. Die Konversion der UV- beziehungsweise blauen Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung mit einer Wellenlänge im grünen Bereich des elektromagnetischen
Spektrums (Peak-Wellenlänge von 516,9 nm) erhöht die
Effizienz einer Konversions-LED. Die Peakwellenlänge der Sekundärstrahlung liegt im Vergleich zu der Primärstrahlung näher am Maximum der Augenempfindlichkeit bei 555 nm, wodurch die emittierte Strahlung einen höheren Überlapp mit der
Augenempfindlichkeitskurve aufweist und somit als heller empfunden wird. Konversions-LEDs mit dem Leuchtstoff
insbesondere in Kombination mit einem grünen und roten
Leuchtstoff eignen sich insbesondere für weiße Konversions- LEDs, zum Beispiel für die Allgemeinbeleuchtung. Insbesondere kann eine weiße Gesamtstrahlung erzeugt werden, die eine hohe Farbtemperatur aufweist. Figur 71 zeigt die tetragonale Kristallstruktur des
Leuchtstoffs Na0,97Ca0,03Li2,94Al0,09Si0,97O3,
Figure imgf000113_0001
12:Eu in einer schematischen Darstellung entlang der kristallographischen c- Achse. Die Struktur wurde durch Röntgenanalyse eines
Einkristalls des Leuchtstoffs bestimmt. Die schraffierten Kreise stellen die gemischt besetzten Positionen für die Na- und Ca-Atome dar. Die schraffierten Bereiche geben die gemischt besetzten Li/Si/Al-O/N Tetraeder wieder. Die
Kristallstruktur entspricht der Kristallstruktur von
NaLi3SiO4:Eu (siehe Figur 8). Die Kristallstruktur ist zu der von CaLiAl3N4:Eu, beschrieben in P. Pust, A. S. Wochnik, E. Baumann, P. J. Schmidt, D. Wiechert, C. Scheu, W. Schnick, Ca[LiAl3N4]:Eu2+ — A Narrow-Band Red-Emitting
Nitridolithoaluminate, Chemistry of Materials 2014 26, 3544- 3549 isotyp. Figur 72 zeigt kristallographische Daten von
Na0,97Ca0,03Li2,94Al0,09Si0,97O3,88N0,12:Eu. Figur 73 zeigt Atomlagen in der Struktur von
Na0,97Ca0,03Li2,94Al0,09Si0,97O3,88N0,12:Eu. In Figur 74 ist das Emissionsspektrum des siebten
Ausführungsbeispiels AB7 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel (Na0,25K0,5Li0,25)Li3SiO4:Eu2+ dargestellt. Zur Messung des Emissionsspektrums wurde ein Einkristall des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit einer Primärstrahlung einer Wellenlänge von 460 nm angeregt. Der Leuchtstoff weist eine Halbwertsbreite von weniger als 50 nm, eine
Peakwellenlänge von 532 nm, eine Dominanzwellenlänge von 540.3 nm und einen Farbpunkt im CIE-Farbraum mit den
Koordinaten CIE-x: 0,235 und CIE-y: 0,640 auf. Die schmale Halbwertsbreite des Leuchtstoffs führt zu einer gesättigten grünen Emission des Leuchtstoffs. Der Leuchtstoff (K1-r''- r'''Nar''Lir''')1(TA)3(TD)1(XB)4:E oder (K1-r''- r'''Nar''Lir''')1Li3SiO4:E mit 0 < r'' < 0,5 und 0 < r''' < 0,5 , insbesondere (Na0,25K0,5Li0,25)Li3SiO4:Eu2+ ist daher besonders attraktiv für dessen Verwendung in einer Konversions-LED, bei der eine schmalbandige Emission im grünen Spektralbereich benötigt wird, wie zur Hinterleuchtung von LCD-Displays. Figur 75 zeigt die Emissionsspektren von AB7 und einem β- SiAlON:Eu (BS) als Vergleichsbeispiel. Die Leuchtstoffe weisen vergleichbare Peak- und Dominanzwellenlängen und
Farbreinheiten auf, allerdings zeigt AB7 eine geringere
Halbwertsbreite und eine damit verbundene größere
Lichtausbeute und höhere Farbreinheit. Dies führt zu einer verbesserten Farbsättigung, womit eine höhere
Farbraumabdeckung erreicht werden kann, und zu einer
verbesserten Gesamteffizienz. Der Grund für die verbesserten Eigenschaften ist die geringe Halbwertsbreite des siebten Ausführungsbeispiels AB7 mit der Formel (Na0,25K0,50Li0,25)Li3SiO4:Eu2+ des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs im Vergleich zu dem bekannten Leuchtstoff BS. Die hohe
Lichtausbeute erhöht die Effizienz von grünen Konversions- LEDs mit Teil- oder Vollkonversion im Vergleich zu grünen Konversions-LEDs mit bekannten grünen Leuchtstoffen mit einer vergleichbaren Dominanz- und/oder Peakwellenlänge. Die optischen Daten der Leuchtstoffe AB 7 und BS sind in Figur 76 gezeigt. Damit erweist sich der Leuchtstoff K1-r''- r'''Nar''Lir''')1(TA)3(TD)1(XB)4:E oder (K1-r''- r'''Nar''Lir''')1Li3SiO4:E mit 0 < r'' < 0,5 und 0 < r''' < 0,5 , insbesondere (Na0,25K0,5Li0,25)Li3SiO4:Eu2+ als sehr geeignet für Anwendungen, bei denen ein gesättigten Grünton gewünscht wird, wie bei Hinterleuchtungsanwendungen. Figur 77 zeigt die monokline Kristallstruktur des
Leuchtstoffs (Na0,25K0,50Li0,25)Li3SiO4:Eu2+ in einer
schematischen Darstellung entlang der kristallographischen b- Achse. Die schwarzen Kreise stellen Na-Atome, die
schraffierten Kreise K-Atome und die weiß ausgefüllten Kreise die Li-Atome dar. Der Leuchtstoff AB7 kristallisiert in der gleichen Raumgruppe, C2/m, wie das fünfte Ausführungsbeispiel (Rb0,5Li0,5)Li3SiO4:Eu2+ mit vergleichbaren Gitterparametern. Die Kristallstrukturen der Leuchtstoffe
(Na0,25K0,50Li0,25)Li3SiO4:Eu und (Rb0,5Li0,5)Li3SiO4:Eu2+ weisen gleiche (Li3SiO4)-Baueinheiten auf. Die Besetzung der Kanäle innerhalb dieser Baueinheiten ist dabei jedoch
unterschiedlich. (Rb0,5Li0,5)Li3SiO4:Eu2+ enthält zwei Arten von Kanälen, wobei ein Kanal nur mit Rb und der andere nur mit Li besetzt ist, während (Na0,25K0,50Li0,25)Li3SiO4:Eu auch zwei Arten von Kanälen enthält, wobei ein Kanal nur mit K und der andere nur mit Li und Na besetzt ist. Die Anordnung von Na und K in (Na0,25K0,50Li0,25)Li3SiO4:Eu ist ähnlich zur der
Anordnung in CsKNaLi(Li3SiO4)4, wie in K. Bernet, R. Hoppe, Z. Anorg. Chem., 1991, 592, 93-105, beschrieben. Die genaue Anordnung von Na und Li innerhalb eines Kanals kann mittels Röntgenbeugung nicht festgestellt werden. Vorliegend wird von einer statistischen Anordnung ausgegangen. Die
Kristallstruktur von AB7 ist eine vom UCr4C4 Strukturtyp abgeleitete Kristallstruktur mit höherem Ordnungsgrad. In Figur 78 ist die Anordnung von Li, Na und K innerhalb der Kanäle der (Li3SiO4)-Baueinheiten für
(Na0,25K0,50Li0,25)Li3SiO4:Eu gezeigt. Die schwarzen Kreise stellen Na-Atome, die schraffierten Kreise K-Atome und die weiß ausgefüllten Kreise die Li-Atome dar. Die Anordnung ist entlang der kristallographischen c-Achse gezeigt. Figur 79 zeigt kristallographische Daten von
(Na0,25K0,50Li0,25)Li3SiO4:Eu. Figur 80 zeigt Atomlagen in der Struktur von
(Na0,25K0,50Li0,25)Li3SiO4:Eu. Figur 81 zeigt anisotrope Auslenkungsparameter (englisch: displacement parameters) von (Na0,25K0,50Li0,25)Li3SiO4:Eu. In Figur 82 ist das Emissionsspektrum des achten
Ausführungsbeispiels AB8 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel (Na0,5Rb0,5)Li3SiO4:Eu2+ dargestellt. Auf der x-Achse ist die Wellenlänge in nm aufgetragen und auf der y-Achse die Emissionsintensität in %. Zur Messung des
Emissionsspektrums wurde ein Pulver des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit einer Primärstrahlung einer Wellenlänge von 400 nm angeregt. Der Leuchtstoff weist eine Peakwellenlänge von etwa 525 nm und eine Dominanzwellenlänge von 531 nm auf. Die Halbwertsbreite liegt bei unter 45 nm und der Farbpunkt im CIE-Farbraum bei den Koordinaten CIE-x: 0,211 und CIE-y: 0,671. In Figur 83 ist das Emissionsspektrum des achten
Ausführungsbeispiels AB8 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel (Na0,5Rb0,5)Li3SiO4:Eu2+ dargestellt. Zur Messung des Emissionsspektrums wurde ein Pulver des
erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit einer Primärstrahlung einer Wellenlänge von 460 nm angeregt. Der Leuchtstoff weist eine Halbwertsbreite von weniger als 45 nm auf, eine
Peakwellenlänge von 528 nm, eine Dominanzwellenlänge von 533 nm und einen Farbpunkt im CIE-Farbraum mit den Koordinaten CIE-x: 0,212 und CIE-y: 0,686. Die schmale Halbwertsbreite des Leuchtstoffs führt zu einer gesättigten grünen Emission des Leuchtstoffs. Aufgrund der geringen Halbwertsbreite ist der Leuchtstoff (Rbr*Na1-r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E oder Rbr*Na1- r*)1Li3SiO4:E mit 0,4 ≤ r* < 1,0, insbesondere
(Na0,5Rb0,5)Li3SiO4:Eu2+ besonders attraktiv für dessen
Verwendung in einer Konversions-LED, bei der eine
schmalbandige Emission im grünen Spektralbereich benötigt wird, wie zur Hinterleuchtung von LCD-Displays. Figur 84 zeigt eine normierte Kubelka-Munk-Funktion (K/S), aufgetragen gegen die Wellenlänge λ in nm, für das achte Ausführungsbeispiel (AB8) des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs. Mit einer Primärstrahlung im Bereich zwischen 330 nm und 500 nm, bevorzugt 340 nm bis 460 nm, besonders bevorzugt 350 nm bis 450 nm, kann der erfindungsgemäße Leuchtstoff effizient angeregt werden. Dadurch ist der Leuchtstoff insbesondere für Hinterleuchtungsanwendungen geeignet, unter Verwendung eines Halbleiterchips mit einer Primärstrahlung im nahen UV-Bereich oder blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Figur 85 zeigt einen Vergleich der Emissionsspektren des achten Ausführungsbeispiels AB8 des erfindungsgemäßen
Leuchtstoffs im Vergleich zu den unter Figur 86 beschriebenen herkömmlichen Leuchtstoffen ClS und OS1. Die Figur 86 zeigt verschiedene optische Eigenschaften des achten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Leuchtstoffs AB8 im Vergleich zu herkömmlichen Leuchtstoffen ClS und OS1. OS1 steht dabei für einen Leuchtstoff der Formel (Sr,Ba)2SiO4:Eu und ClS für Ca7,8Eu0,2Mg(SiO4)4Cl2. Alle drei Leuchtstoffe zeigen eine ähnliche Dominanzwellenlänge. Dabei zeigt aber der erfindungsgemäße Leuchtstoff AB8 eine deutlich höhere Lichtausbeute (LER). Dies führt zu einer verbesserten Farbsättigung, womit eine höhere Farbraumabdeckung erreicht werden kann, und zu einer verbesserten Gesamteffizienz. Der Grund für die verbesserten Eigenschaften ist die geringe Halbwertsbreite des achten Ausführungsbeispiels AB8 mit der Formel (Na0,5Rb0,5)Li3SiO4:Eu2+ des erfindungsgemäßen
Leuchtstoffs im Vergleich zu den herkömmlichen Leuchtstoffen. Die hohe Lichtausbeute erhöht die Effizienz von grünen
Konversions-LEDs mit Teil- oder Vollkonversion im Vergleich zu grünen Konversions-LEDs mit bekannten grünen Leuchtstoffen mit einer vergleichbaren Dominanz- und/oder Peakwellenlänge. In Figur 87 ist die relative Helligkeit in % gegen die
Temperatur in °C aufgetragen. Wie ersichtlich, zeigt das Ausführungsbeispiel AB8 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs eine hohe thermische Stabilität. In Figur 87 ist das
thermische Quenchverhalten des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs AB8 (dargestellt als offene Quadrate) im Vergleich zu einem herkömmlichen Leuchtstoff OS1 der Formel (Sr,Ba)2SiO4:Eu (dargestellt als gefüllte Rauten) gezeigt. Die Leuchtstoffe wurden mit einer blauen Primärstrahlung mit einer Wellenlänge von 400 nm für den erfindungsgemäßen Leuchtstoff AB8 bzw. 460 nm für OS1 bei verschiedenen Temperaturen von 25 bis 225 °C angeregt und ihre Emissionsintensität wurde dabei
aufgezeichnet. Es ist klar ersichtlich, dass der
erfindungsgemäße Leuchtstoff AB8 einen deutlich niedrigeren Verlust an Emissionsintensität bei typischen Temperaturen, die in einer Konversions-LED herrschen, insbesondere
Temperaturen über 140 °C, aufweist. Mit Vorteil kann der Leuchtstoff damit auch bei höheren Betriebstemperaturen in Konversions-LEDs eingesetzt werden. Ab 125 °C zeigt AB8 einen deutlich geringeren Verlust an Emissionsintensität im
Vergleich zu OS1. Zudem zeigt AB8 bei einer Temperatur von 225 °C immer noch eine Emissionsintensität von 90 % im
Vergleich zu der Emissionsintensität von 100 % bei 25°C. Die Emissionsintensität bei 225°C ist mehr als doppelt so hoch als die Emissionsintensität von OS1 bei 225 °C. Figur 88 zeigt die monokline Kristallstruktur des
Leuchtstoffs (Na0,5Rb0,5)Li3SiO4:Eu2+ in einer schematischen Darstellung. Die schwarzen Kreise stellen Rb-Atome und die weiß ausgefüllten Kreise Na-Atome dar. Der Leuchtstoff AB8 kristallisiert in der gleichen Raumgruppe, C2/m, wie das fünfte Ausführungsbeispiel (Rb0,5Li0,5)Li3SiO4:Eu2+ und das siebte Ausführungsbeispiel (Na0,25K0,50Li0,25)Li3SiO4:Eu mit vergleichbaren Gitterparametern. Die Kristallstrukturen der Leuchtstoffe (Na0,5Rb0,5)Li3SiO4:Eu2+, (Na0,25K0,50Li0,25)Li3SiO4:Eu und (Rb0,5Li0,5)Li3SiO4:Eu2+ weisen die gleichen (Li3SiO4)- Baueinheiten auf. Die (Li3SiO4)-Baueinheiten sind SiO4- und LiO4-Tetraeder, wobei Sauerstoff die Ecken und Li bzw. Si die Mitte des Tetraeders besetzen. Die Besetzung der Kanäle innerhalb dieser Baueinheiten ist dabei jedoch
unterschiedlich. (Rb0,5Li0,5)Li3SiO4:Eu2+ enthält zwei Arten von Kanälen, wobei ein Kanal nur mit Rb und der andere nur mit Li besetzt ist, (Na0,25K0,50Li0,25)Li3SiO4:Eu enthält auch zwei Arten von Kanälen, wobei ein Kanal nur mit K und der andere nur mit Li und Na besetzt ist und (Rb0,5Na0,5)Li3SiO4:Eu2+ enthält zwei Arten von Kanälen, wobei ein Kanal nur mit Rb und der andere nur mit Na besetzt ist. In Figur 89 findet sich eine kristallographische Auswertung. Figur 89 zeigt eine Rietveld-Verfeinerung des
Röntgenpulverdiffraktogramms des achten Ausführungsbeispiels AB8. In dem Diagramm ist die Überlagerung der gemessenen Reflexe mit den berechneten Reflexen für
(Na0,5Rb0,5)Li3SiO4:Eu, sowie die Unterschiede der gemessenen und der berechneten Reflexe dargestellt. Der Leuchtstoff ist zu einem geringen Anteil mit Na3RbLi12Si4O16 verunreinigt. Figur 90 zeigt kristallographische Daten von
(Na0,5Rb0,5)Li3SiO4:Eu. Figur 91 zeigt Atomlagen in der Struktur von
(Na0,5Rb0,5)Li3SiO4:Eu. In Figur 92 ist das Emissionsspektrum des neunten
Ausführungsbeispiels AB9 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel (Rb0,25Na0,75)Li3SiO4:Eu dargestellt. Auf der x-Achse ist die Wellenlänge in nm aufgetragen und auf der y-Achse die Emissionsintensität in %. Zur Messung des
Emissionsspektrums wurde ein Pulver des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit einer Primärstrahlung einer Wellenlänge von 400 nm angeregt. Der Leuchtstoff weist eine Peakwellenlänge von etwa 473 nm und eine Dominanzwellenlänge von 476 nm auf. Die Halbwertsbreite liegt bei 22 nm und der Farbpunkt im CIE- Farbraum bei den Koordinaten CIE-x: 0,127 und CIE-y: 0,120. In der Figur 93 ist das Emissionsspektrum des neunten
Ausführungsbeispiels AB9 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel (Na0,75Rb0,25)Li3SiO4:Eu2+ dargestellt. Zur Messung des Emissionsspektrums wurde ein Pulver des
erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit einer Primärstrahlung einer Wellenlänge von 420 nm bzw. 440 nm angeregt. Der
Leuchtstoff weist im Vergleich zu der in Figur 92 gezeigten Anregung mit einer Primärstrahlung von 400 nm eine nochmals geringere Halbwertsbreite zwischen 19 nm und 21 nm auf.
(Na0,75Rb0,25)Li3SiO4:Eu2+ und (Na0,5K0,5)Li3SiO4:Eu2+ gehören zu den schmalbandigsten bekannten Eu2+-dotierten Leuchtstoffen. Figur 94 zeigt eine normierte Kubelka-Munk-Funktion (K/S), aufgetragen gegen die Wellenlänge λ in nm, für das neunte Ausführungsbeispiel (AB9) des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs und von BaMgAl10O17:Eu (50 mol%) (VB1) als Vergleichsbeispiel. Mit einer Primärstrahlung im Bereich zwischen 340 nm und 470 nm, bevorzugt 340 nm bis 450 nm, besonders bevorzugt 340 nm bis 420 nm, kann der erfindungsgemäße Leuchtstoff effizient angeregt werden. Dadurch ist der Leuchtstoff (Rbr*Na1- r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E bzw. Rbr*Na1-r*)Li3SiO4:E mit 0 < r* < 0,4, insbesondere (Na0,75Rb0,25)Li3SiO4:Eu2+, insbesondere für
Hinterleuchtungsanwendungen geeignet, unter Verwendung eines Halbleiterchips mit einer Primärstrahlung im nahen UV-Bereich oder blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Wie ersichtlich ist AB9 im Vergleich zu VB1 auch im blauen
Bereich des elektromagnetischen Spektrums effizient anregbar. Figur 95 zeigt einen Vergleich der Emissionsspektren des neunten Ausführungsbeispiels AB9 des erfindungsgemäßen
Leuchtstoffs im Vergleich zu den unter Figur 96 beschriebenen herkömmlichen Leuchtstoffen VB1 und VB4 bei einer
Anregungswellenlänge von 400 nm. Die Figur 96 zeigt verschiedene optische Eigenschaften des neunten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Leuchtstoffs AB9 im Vergleich zu herkömmlichen Leuchtstoffen VB1 und VB4. VB1 steht dabei für einen Leuchtstoff der Formel BaMgAl10O17:Eu und VB4 für (Ba0,75Sr0,25)Si2O2N2:Eu. Alle drei Leuchtstoffe zeigen eine ähnliche Dominanz- und
Peakwellenlänge. Dabei zeigt aber der erfindungsgemäße
Leuchtstoff AB9 eine deutlich geringere Halbwertsbreite als die Vergleichsbeispiele. Figur 97 zeigt die tetragonale Kristallstruktur des
Leuchtstoffs (Na0,75Rb0,25)Li3SiO4:Eu2+ in einer schematischen Darstellung. Die schwarzen Kreise stellen Rb-Atome und die weiß ausgefüllten Kreise Na-Atome dar. Der Leuchtstoff AB9 kristallisiert in der gleichen Raumgruppe, I4/m, wie das dritte Ausführungsbeispiel (Na0,5K0,5)Li3SiO4:Eu2+. Die
Kristallstrukturen der Leuchtstoffe (Na0,5K0,5)Li3SiO4:Eu2+ und (Na0,75Rb0,25)Li3SiO4:Eu2+ weisen die gleichen (Li3SiO4)- Baueinheiten auf. Die(Li3SiO4)-Baueinheiten weisen SiO4- und LiO4-Tetraeder auf, wobei Sauerstoff die Ecken und Li bzw. Si die Mitte des Tetraeders besetzen. Die Besetzung der Kanäle innerhalb dieser Baueinheiten ist bei den Leuchtstoffen verschieden. (K0,5Na0,5)Li3SiO4:Eu2+ enthält zwei Arten von Kanälen, wobei ein Kanal nur mit K und der andere nur mit Na besetzt ist. (Na0,75Rb0,25)Li3SiO4:Eu2+ enthält ebenso zwei Arten von Kanälen, wobei ein Kanal nur mit Na und der andere alternierend mit Na und Rb mischbesetzt ist. In Figur 98 findet sich eine kristallographische Auswertung. Figur 98 zeigt eine Rietveld-Verfeinerung des
Röntgenpulverdiffraktogramms des neunten Ausführungsbeispiels AB9. In dem Diagramm ist die Überlagerung der gemessenen Reflexe mit den berechneten Reflexen für
(Na0,75Rb0,25)Li3SiO4:Eudargestellt, sowie die Unterschiede der gemessenen und der berechneten Reflexe dargestellt. Der
Leuchtstoff ist zu einem geringen Anteil mit NaLi3SiO4 verunreinigt. Figur 99 zeigt kristallographische Daten von
(Na0,75Rb0,25)Li3SiO4:Eu. Figur 100 zeigt Atomlagen in der Struktur von
(Na0,75Rb0,25)Li3SiO4:Eu. In Figur 101 ist die relative Helligkeit in % gegen die
Temperatur in °C aufgetragen. Wie ersichtlich, zeigt das Ausführungsbeispiel AB9 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs eine hohe thermische Stabilität. In Figur 101 ist das
thermische Quenchverhalten des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs AB9 im Vergleich zu einem bekannten Leuchtstoff BaMgAl10O17:Eu (VB1) gezeigt. Die Leuchtstoffe wurden mit einer blauen
Primärstrahlung mit einer Wellenlänge von 400 nm bei
verschiedenen Temperaturen von 25 bis 225 °C angeregt und ihre Emissionsintensität zwischen 410 nm und 780 nm wurde dabei aufgezeichnet. Es ist klar ersichtlich, dass der erfindungsgemäße Leuchtstoff AB9 einen deutlich niedrigeren Verlust an Emissionsintensität bei Temperaturen über 100 °C aufweist. AB9 zeigt bei einer Temperatur von 225 °C immer noch eine Emissionsintensität von über 95 % im Vergleich zu der Emissionsintensität von 100 % bei 25°C. In Figur 102 ist das Emissionsspektrum des zehnten
Ausführungsbeispiels AB10 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel SrSiAl0,84Li2,16O1,32N2,68:Eu dargestellt. Zur Messung des Emissionsspektrums wurde ein Einkristall des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit einer Primärstrahlung einer Wellenlänge von 460 nm angeregt. Der Leuchtstoff weist eine Peakwellenlänge von etwa 628,7 nm und eine
Dominanzwellenlänge von 598 nm auf. Die Halbwertsbreite liegt bei 99 nm und der Farbpunkt im CIE-Farbraum bei den
Koordinaten CIE-x: 0,617 und CIE-y: 0,381. In Figur 103 ist das Emissionsspektrum des zehnten
Ausführungsbeispiels AB10 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel SrSiAl0,84Li2,16O1,32N2,68:Eu dargestellt. Zur Messung des Emissionsspektrums wurde ein Pulver des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit einer Primärstrahlung einer Wellenlänge von 460 nm angeregt. Der Leuchtstoff weist eine Peakwellenlänge von etwa 632 nm und eine
Dominanzwellenlänge von 600 nm auf. Die Halbwertsbreite liegt bei 97,7 nm und der Farbpunkt im CIE-Farbraum bei den
Koordinaten CIE-x: 0,626 und CIE-y: 0,372. Aufgrund von
Selbstabsorption weist das Emissionsspektrum des Pulvers eine geringere Halbwertsbreite auf als das Emissionsspektrum des Einkristalls von Figur 102. Figur 104 zeigt eine normierte Kubelka-Munk-Funktion (K/S), aufgetragen gegen die Wellenlänge λ in nm, für das zehnte Ausführungsbeispiel (AB10) des erfindungsgemäßen
Leuchtstoffs. Mit einer Primärstrahlung im Bereich zwischen 340 nm und 500 nm, bevorzugt 340 nm bis 460 nm kann der erfindungsgemäße Leuchtstoff effizient angeregt werden. In Figur 105 ist das Emissionsspektrum des zehnten
Ausführungsbeispiels AB10 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel SrSiAl0,84Li2,16O1,32N2,68:Eu und zweier weiter Ausführungsbeispiele (AB-10a und AB-10b) des
Leuchtstoffs mit der allgemeinen Formel Sr(Si0,25Al-1/8+r**/2Li7/8- r**/2)4(O1-r**Nr**)4 dargestellt. Die Ausführungsbeispiele wurden wie AB10 hergestellt, die Einwaagen sind in nachfolgenden Tabellen angegeben. Einwaagen der Edukte für AB-10a
Figure imgf000125_0001
Einwaagen der Edukte für AB-10b
Figure imgf000125_0002
Wie ersichtlich kann durch Variation von r** in der Formel Sr(Si0,25Al-1/8+r**/2Li7/8- r**/2)4(O1-r**Nr**)4 die Peakwellenlänge vom gelben in den roten Spektralbereich verschoben werden. Ein Vergleich von optischen Eigenschaften von AB10, AB-10a und AB-10b ist in Figur 106 gezeigt. Bekannte Leuchtstoffe, die Emissionen in diesem Spektralbereich zeigen sind α-SiAlON:Eu oder (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu. α-SiAlONe zeigen aber geringe
Einstellbarkeit der Peakwellenlänge als Sr(Si0,25Al-1/8+r**/2Li7/8- r**/2)4(O1-r**Nr**)4 und sind somit in ihrer Anwendung beschränkt. (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu zeigen zwar eine bessere Einstellbarkeit der Peakwellenlänge, deren Einsatz ist aber durch teure
Edukte, wie Erdalkalinitride, und hohe Synthesetemperaturen über 1400 °C, mit hohen Kosten verbunden. Der Leuchtstoff (MB)(Si0,25Al-1/8+r**/2Li7/8- r**/2)4(O1-r**Nr**)4:E bzw. Sr(Si0,25Al- 1/8+r**/2Li7/8- r**/2)4(O1-r**Nr**)4:E mit 0,25 ≤ r**≤ 1 kann somit je nach Anforderungen oder Anwendung gezielt hinsichtlich des gewünschten Farborts und/oder Farbwiedergabeindex eingestellt werden. Mit nur einem Leuchtstoff können somit
überraschenderweise viele Farben des sichtbaren Bereichs, insbesondere von gelb bis rot, erzeugt werden. Der
Leuchtstoff eignet sich insbesondere für Konversions- lichtemittierende Dioden, die dazu eingerichtet sind eine gelbe bis rote Strahlung oder eine weiße Strahlung zu
emittieren. Figur 107 zeigt die tetragonale Kristallstruktur des
Leuchtstoffs SrSiAl0,84Li2,16O1,32N2,68:Eu in einer schematischen Darstellung entlang der kristallographischen c-Achse. Die schraffierten Kreise stellen Sr-Atome und schraffierten
Bereiche stellen (Li,Si,Al)(O,N)4-Tetraeder dar. Der
Leuchtstoff AB10 kristallisiert im UCr4C4 Strukturtyp. Die Sr-Atome befinden sich in tetragonalen Kanälen, die durch die ecken- und kantenverknüpften (Li,Si,Al)(O,N)4-Tetraeder gebildet werden. Der Leuchtstoff kristallisiert in der
Raumgruppe I4/m. Figur 108 zeigt kristallographische Daten von
SrSiAl0,84Li2,16O1,32N2,68:Eu. Figur 109 zeigt Atomlagen in der Struktur von
SrSiAl0,84Li2,16O1,32N2,68:Eu. Figur 110 zeigt anisotrope Auslenkungsparameter von
SrSiAl0,84Li2,16O1,32N2,68:Eu. Figur 111 zeigt eine kristallographische Auswertung des
Röntgenpulverdiffraktogramms des zehnten Ausführungsbeispiels AB10. In dem Diagramm ist die Überlagerung der gemessenen Reflexe mit den berechneten Reflexen für
SrSiAl0,84Li2,16O1,32N2,68:Eu dargestellt. Der obere Teil des Diagramms zeigt die experimentell beobachteten Reflexe (Cu-K α1 Strahlung), der untere Teil des Diagramms zeigt die berechneten Reflexpositionen. Die Berechnung erfolgte
basierend auf dem Strukturmodell für
SrSiAl0,84Li2,16O1,32N2,68:Eu, wie es in den Figuren 107 – 110 beschrieben ist. Reflexe von Nebenphasen sind mit *
gekennzeichnet. Die Nebenphasen liegen zu einem sehr geringen Anteil vor. In Figur 112 ist das Emissionsspektrum des elften
Ausführungsbeispiels AB11 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel Na1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:Eu mit y** = 0,2224 im Vergleich zu dem ersten
Ausführungsbeispiel AB1 NaLi3SiO4 dargestellt. Der Leuchtstoff AB 11 weist eine Peakwellenlänge von etwa 613,4 nm und eine Dominanzwellenlänge von 593,6 nm auf. Die Halbwertsbreite liegt bei 105 nm und der Farbpunkt im CIE-Farbraum bei den Koordinaten CIE-x: 0,595 und CIE-y: 0,404. Die
unterschiedlichen Eigenschaften von AB1 und AB11,
insbesondere die in den längerwelligen Bereich verschobene Peakwellenlänge von Na1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:Eu mit y** = 0,2224 im Vergleich zu NaLi3SiO4:Eu liegt an einem stärkeren nephelauxetischen Effekt der Stickstoffatome welche die Aktivatorionen, hier die Eu2+-Ionen, in der gemischten Phase Na1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:Eu mit y** = 0,2224 umgeben. Je höher der Stickstoffanteil in der Umgebung der Aktivatorionen ist, desto langwelliger liegt die
Peakwellenlänge. Dadurch kann mit zunehmendem
Stickstoffgehalt und somit mit steigendem Wert für y** in dem Leuchtstoff Na1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:Eu die
Peakwellenlänge innerhalb des sichtbaren Bereichs des
elektromagnetischen Spektrums, insbesondere in einem Bereich zwischen 470 nm und 670 nm verschoben werden. Der Leuchtstoff (MA)1-y***Sry***Li3-2y***Al3y***Si1-y***O4-4y***N4y***:E bzw. Na1- y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:E mit 0 < y*** < 0,875 eignet sich somit insbesondere für Beleuchtungsvorrichten oder
Konversions-LEDs bei denen Leuchtstoffe mit ganz spezifischen Eigenschaften benötigt werden (sogenannte "color on demand"- Anwendungen), beispielweise für Blinklichter in einem
Kraftfahrzeug. Optische Daten für AB 11 sind in Figur 113 gezeigt. Figur 114 zeigt die tetragonale Kristallstruktur des
Leuchtstoffs Na1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:Eu mit y** = 0,2224 (AB11) und in einer schematischen Darstellung entlang der kristallographischen c-Achse. Die schraffierten Kreise stellen Na/Eu-Atome und die schraffierten Bereiche stellen (Li,Si,Al)(O,N)4-Tetraeder dar. Der Leuchtstoff AB11
kristallisiert im UCr4C4 Strukturtyp. Die Na- und Eu-Atome befinden sich in tetragonalen Kanälen, die durch die ecken- und kantenverknüpften (Li,Si,Al)(O,N)4-Tetraeder gebildet werden. Der Leuchtstoff kristallisiert in der Raumgruppe I4/m. Die Kristallstruktur ist bekannt z.B. für Leuchtstoffe der Formel Sr[Mg2Al2N4]:Eu2+ (WO 2013/175336 A1 oder P.Pust et al., Chem. Mater., 2014, 26, 6113). Überraschenderweise konnte vorliegend gezeigt werden, dass auch Leuchtstoffe mit einem Anteil von unter 87,5 % Stickstoff synthetisiert werden können und stabil sind. Figur 115 zeigt kristallographische Daten von Na1-y**Euy**Li3- 2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:Eu mit y** = 0,2224. Figur 116 zeigt Atomlagen in der Struktur von Na1-y**Euy**Li3- 2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:Eu mit y** = 0,2224. Figur 117 zeigt anisotrope Auslenkungsparameter von Na1- y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:Eu mit y** = 0,2224. Figur 118a zeigt eine kristallographische Auswertung des Röntgenpulverdiffraktogramms des elften Ausführungsbeispiels AB11. In dem Diagramm ist eine Gegenüberstellung der
gemessenen Reflexe mit den berechneten Reflexen für Na1- y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:Eu mit y** = 0,2224
dargestellt. Der obere Teil des Diagramms zeigt die
experimentell beobachteten Reflexe (Mo-K α1 Strahlung), der untere Teil des Diagramms zeigt die berechneten
Reflexpositionen. Die Berechnung erfolgte basierend auf dem Strukturmodell für Na1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:Eu mit y** = 0,2224, wie es in den Figuren 114 – 117 beschrieben ist. Durch die Übereinstimmung der Reflexe des berechneten Pulverdiffraktogramms mit den Reflexen des gemessenen
Pulverdiffraktogramms zeigt sich eine Übereinstimmung der Kristallstruktur von Einkristallen und Pulvern des
Leuchtstoffs.
In Figur 118b zeigt die Emissionsspektren von Na1-y**Euy**Li3- 2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:Eu mit y** = 0,1 (AB11-1), Na1-y*Cay*Li3- 2y*Al3y*Si1-y*O4-4y*N4y*:Eu mit y* = 0,25 (AB6-1; AB6-2) und Na1- y***Sry***Li3-2y***Al3y***Si1-y***O4-4y***N4y***:Eu mit y*** = 0,25 (AB18) Ein Vergleich der optischen Eigenschaften ist in Figur 119 gezeigt. Figur 120 zeigt einen Ausschnitt des CIE-Farbraums. In diesem Ausschnitt entspricht der mit ECE bezeichnete Bereich
Farborten für Blinklichter im Außenbereich eines
Kraftfahrzeugs im gelben bzw. gelb-orangen Farbbereich, die den ECE-Regelungen (ECE: Economic Commission for Europe) entsprechen. Die ECE-Regelungen sind ein Katalog von
international vereinbarten, einheitlichen technischen
Vorschriften für Kraftfahrzeuge sowie für Teile und
Ausrüstungsgegenstände von Kraftfahrzeugen. Ferner sind die Farborte des elften Ausführungsbeispiels AB11 und eines
Vergleichsbeispiels (Sr,Ca,Ba)2Si5N8:Eu (Comp 258) gezeigt. Die Farborte beider Leuchtstoffe liegen innerhalb des ECE- Bereichs und eignen sich daher für deren Einsatz in
Konversions-LEDs für Blinklichter in Kraftfahrzeugen. Im Gegensatz zu (Sr,Ca,Ba)2Si5N8:Eu kann der erfindungsgemäße Leuchtstoff AB11 bei niedrigeren Temperaturen hergestellt werden. Eine gelbe oder gelb-orange Konversions-LED mit AB11 (Vollkonversion) ist im Vergleich zu einer gelben oder gelb- orangen LED, basierend auf InGaAlP, viel effizienter und temperaturstabiler. Figur 121 zeigt die Farborte von AB11 und Comp 258. In Figur 122 ist das Emissionsspektrum eines Einkristalls des zwölften Ausführungsbeispiels AB12 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu mit x** = 0,2014 im Vergleich zu einem Vergleichsbeispiel (Ca,Sr,Ba)2SiO4:Eu dargestellt. Der Leuchtstoff AB12 weist eine Peakwellenlänge von etwa 580,3 nm und eine
Dominanzwellenlänge von 576,5 nm auf. Die Halbwertsbreite liegt bei 80 nm und der Farbpunkt im CIE-Farbraum bei den Koordinaten CIE-x: 0,486 und CIE-y: 0,506. Ein Vergleich der optischen Daten von AB12 und (Ca,Sr,Ba)2SiO4:Eu ist in Figur 123 dargestellt. (MB)Li3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu bzw. SrLi3- 2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu mit 0 < x** < 0,875, insbesondere mit x** = 0,2014 eignet sich zum Einsatz in farbigen Konversions- LEDs in denen die Primärstrahlung vollständig oder nahezu vollständig in Sekundärstrahlung konvertiert wird und ist damit insbesondere für "color on demand"-Anwendungen
einsetzbar. Wie in Figur 123 dargestellt weist eine
Konversions-LED mit AB12 eine höhere Lichtausbeute auf als eine Konversions-LED mit (Ca,Sr,Ba)2SiO4:Eu. Die Figur 124 zeigt simulierte Emissionsspektren von
Konversions-LEDs. Es sind Emissionsspektren von Konversions- LEDs mit einer Primärstrahlung von 442 nm mit dem zwölften Ausführungsbeispiel AB12 und Leuchtstoffen als
Vergleichsbeispiele gezeigt. Gezeigt sind weiße
Emissionsspektren, bei denen sich die Gesamtstrahlung aus der Primärstrahlung und der jeweiligen Sekundärstrahlung
zusammensetzt. Die optischen Daten sind in Figur 125
dargestellt. Aufgrund der geringen Halbwertsbreite von AB12 im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen, weist die
Konversions-LED mit dem erfindungsgemäßen Leuchtstoff AB12 eine höhere Lichtausbeute (LER) auf, da die Überlappung mit der Augenempfindlichkeitskurve größer ist als bei den
Vergleichsbeispielen. (MB)Li3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu bzw. SrLi3- 2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu mit 0 < x** < 0,875, insbesondere das zwölfte Ausführungsbeispiel eignet sich somit insbesondere für die Verwendung als einziger Leuchtstoff in einer
Konversions-LED zur Erzeugung von warmweißer Gesamtstrahlung, insbesondere mit einer Farbtemperatur von 3400 K ± 100K in Kombination mit einer Primärstrahlung im UV bis blauen Bereich, beispielweise mit einer Schichtenfolge basierend auf InGaN. Farbtemperaturen von 3400 K ± 100K mit Farborten nahe der Planck-Kurve werden bei der Verwendung von Y3Al5O12:Ce nicht erreicht. Der Einsatz von Modifikationen von
Y3Al5O12:Ce, wie (Y,Lu,Gd,Tb)3(Al,Ga)5O12:Ce (Figur 125) führt zwar zu den gewünschten Farborten und Farbtemperaturen, jedoch ist die Lichtausbeute geringer als bei der Verwendung von Y3Al5O12:Ce und das thermische Quenchverhalten höher.
Orthosilikate wie (Ca,Sr,Ba)2SiO4:Eu sind im Vergleich zu Y3Al5O12:Ce thermisch und chemisch instabiler und weisen zudem eine schlechtere Lichtausbeute im Vergleich zu einer
Konversions-LED mit AB12 auf. Figur 114 und Figur 160 zeigen die tetragonale
Kristallstruktur des Leuchtstoffs SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu mit x** = 0,2014 (AB12) in einer schematischen Darstellung entlang der kristallographischen c-Achse. Die schraffierten Kreise stellen Sr-Atome und schraffierten Bereiche stellen (Li,Al)(O,N)4-Tetraeder dar. Der Leuchtstoff AB12
kristallisiert im UCr4C4 Strukturtyp. Der Leuchtstoff
kristallisiert in der Raumgruppe I4/m. Die Kristallstruktur ist bekannt z.B. für Leuchtstoffe der Formel Sr[Mg2Al2N4]:Eu2+ (WO 2013/175336 A1 oder P.Pust et al., Chem. Mater., 2014, 26, 6113). Die (Li,Al)(O,N)4-Tetraeder bilden tetragonale Kanäle, in denen die Sr-Atome angeordnet sind.
Überraschenderweise konnte vorliegend gezeigt werden, dass auch Leuchtstoffe mit einem Anteil von unter 87,5 %
Stickstoff synthetisiert werden können und stabil sind. Die Leuchtstoffe der Formel SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu mit x** ≥ 0,1250 kristallisieren in diesem Kristalltyp, was anhand der Ausführungsbeispiele AB12-1 bis AB12-8 gezeigt werden konnte. Mit zunehmenden x** steigt das Volumen der Einheitszelle und die Peakwellenlänge wird zu längeren Wellenlängen verschoben. Figur 126 zeigt kristallographische Daten von SrLi3- 2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu mit x** = 0,2014 (AB12). Figur 127 zeigt Atomlagen in der Struktur von SrLi3- 2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu mit x** = 0,2014 (AB12) Figur 128 zeigt anisotrope Auslenkungsparameter von SrLi3- 2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu mit x** = 0,2014 (AB12). In Figur 129 ist das Emissionsspektrum von AB13 des
erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel
(Cs0,25Na0,25K0,25Li0,25)Li3SiO4:Eu2+ dargestellt. Zur Messung des Emissionsspektrums wurde ein Pulver des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit einer Primärstrahlung einer Wellenlänge von 400 nm angeregt. Der Leuchtstoff weist eine Halbwertsbreite von 46 nm, eine Peakwellenlänge von 530 nm und eine
Dominanzwellenlänge von 532 nm auf. Der Farbort liegt bei CIE-x: 0,222 und CIE-y: 0,647. Die optischen Eigenschaften sind ähnlich denen des achten Ausführungsbeispiels. Der Peak bei etwa 490 nm ist wahrscheinlich auf eine Verunreinigung durch CsNa2K(Li3SiO4)4:Eu2+ zurückzuführen. Figur 130 zeigt eine normierte Kubelka-Munk-Funktion (K/S), aufgetragen gegen die Wellenlänge λ in nm, für das AB13. Der Leuchtstoff kann effizient mit einer Primärstrahlung im blauen Bereich angeregt werden. In Figur 131 ist das Emissionsspektrum von AB14 des
erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel
(Cs0,25Na0,5K0,25)Li3SiO4:Eu2+ dargestellt. Zur Messung des
Emissionsspektrums wurde ein Pulver des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit einer Primärstrahlung einer Wellenlänge von 400 nm angeregt. Der Leuchtstoff weist eine Halbwertsbreite von 26 nm, eine Peakwellenlänge von 486 nm und eine
Dominanzwellenlänge von 497 nm auf. Der Farbort liegt bei CIE-x: 0,138 und CIE-y: 0,419. Figur 132 zeigt eine normierte Kubelka-Munk-Funktion (K/S), aufgetragen gegen die Wellenlänge λ in nm, für das AB14. Der Leuchtstoff kann effizient mit einer Primärstrahlung im blauen Bereich angeregt werden. In Figur 133 ist das Emissionsspektrum von AB15 des
erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel
(Rb0,25Na0,5K0,25)Li3SiO4:Eu2+ dargestellt. Zur Messung des
Emissionsspektrums wurde ein Pulver des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit einer Primärstrahlung einer Wellenlänge von 400 nm angeregt. Der Leuchtstoff weist eine Halbwertsbreite von 27 nm, eine Peakwellenlänge von 480 nm und eine
Dominanzwellenlänge von 490 nm auf. Der Farbort liegt bei CIE-x: 0,139 und CIE-y: 0,313. Der Peak bei etwa 530 nm ist wahrscheinlich auf eine Verunreinigung durch RbNa(Li3SiO4)2 oder K2NaLi(Li3SiO4)4 zurückzuführen. Figur 134 zeigt eine normierte Kubelka-Munk-Funktion (K/S), aufgetragen gegen die Wellenlänge λ in nm, für das AB15. Der Leuchtstoff kann effizient mit einer Primärstrahlung im blauen Bereich angeregt werden. In Figur 135 ist das Emissionsspektrum von AB16 des
erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel
(Cs0,25Na0,25Rb0,25Li0,25)Li3SiO4:Eu2+ dargestellt. Zur Messung des Emissionsspektrums wurde ein Pulver des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit einer Primärstrahlung einer Wellenlänge von 400 nm angeregt. Der Leuchtstoff weist eine Halbwertsbreite von 24 nm, eine Peakwellenlänge von 473 nm und eine
Dominanzwellenlänge von 489 nm auf. Der Peak bei etwa 530 nm ist wahrscheinlich auf eine Verunreinigung durch
RbNa(Li3SiO4)2 zurückzuführen. Die optischen Eigenschaften von AB14, AB15 und AB16 sind ähnlich zu denen von AB9 und AB3. Figur 136 zeigt eine normierte Kubelka-Munk-Funktion (K/S), aufgetragen gegen die Wellenlänge λ in nm, für das AB16. Der Leuchtstoff kann effizient mit einer Primärstrahlung im blauen Bereich angeregt werden. Figur 137 zeigt die tetragonale Kristallstruktur von AB13 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel
(Cs0,25Na0,25K0,25Li0,25)Li3SiO4:Eu2+. Die schwarzen Kreise stellen Cs-Atome, die weiß ausgefüllten Kreise Li-Atome, die
linierten Kreise K-Atome und die karierten Kreise Na-Atome dar. Die Kristallstruktur ist ähnlich zur Kristallstruktur des neunten Ausführungsbeispiels AB9, AB13 kristallisiert in der gleichen Raumgruppe, I4/m. Die(Li3SiO4)-Baueinheiten weisen SiO4 und LiO4 Tetraeder auf, wobei Sauerstoff die Ecken und Li bzw. Si die Mitte des Tetraeders besetzen.
(Cs0,25Na0,25K0,25Li0,25)Li3SiO4:Eu2+ enthält zwei Arten von Kanälen innerhalb der (Li3SiO4)-Baueinheiten, wobei ein Kanal mit Na und Li und der andere alternierend mit Cs und K besetzt ist. Die Anordnung von Na und Li innerhalb eines Kanals entspricht der von AB7. Die genaue Anordnung von Na und Li innerhalb eines Kanals kann mittels Röntgenbeugung nicht festgestellt werden. Figur 138 zeigt die tetragonale Kristallstruktur von AB14 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel (Cs0,25Na0,5K0,25)Li3SiO4:Eu2+. Die schwarzen Kreise stellen Cs- Atome, die linierten Kreise K-Atome und die karierten Kreise Na-Atome dar. Die Kristallstruktur ist ähnlich zur
Kristallstruktur des neunten Ausführungsbeispiels AB9, AB13 kristallisiert in der gleichen Raumgruppe I4/m. Die(Li3SiO4)- Baueinheiten weisen SiO4 und LiO4 Tetraeder auf, wobei
Sauerstoff die Ecken und Li bzw. Si die Mitte des Tetraeders besetzen. (Cs0,25Na0,5K0,25)Li3SiO4:Eu2+ enthält zwei Arten von Kanälen innerhalb der (Li3SiO4)-Baueinheiten, wobei ein Kanal mit Na und der andere alternierend mit Cs und K besetzt ist. Figur 139 zeigt die tetragonale Kristallstruktur von AB15 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel
(Rb0,25Na0,5K0,25)Li3SiO4:Eu2+. Die schwarzen Kreise stellen Rb- Atome, die linierten Kreise K-Atome und die karierten Kreise Na-Atome dar. Die Kristallstruktur ist isostrukturell zu der von AB14, wobei die Positionen der Cs-Atome durch Rb-Atome besetzt sind. Figur 140 zeigt die tetragonale Kristallstruktur von AB16 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel
(Cs0.25Na0.25Rb0.25Li0.25)Li3SiO4:Eu2+. Die schwarzen Kreise stellen Cs-Atome, die linierten Kreise Rb-Atome, die
karierten Kreise Na-Atome dar und die weißen Kreise Li-Atome dar. Die Kristallstruktur ist isostrukturell zu der von AB13, wobei die Positionen der K-Atome durch Rb-Atome besetzt sind. Figuren 141-144 zeigen je eine Rietveld-Verfeinerung des Röntgenpulverdiffraktogramms von AB13 (Figur 141), von AB14 (Figur 142), von AB15 (Figur 143) und von AB16 (Figur 144). In dem Diagramm ist die Überlagerung der gemessenen Reflexe mit den berechneten Reflexen dargestellt, sowie die
Unterschiede der gemessenen und der berechneten Reflexe. Figur 145 zeigt kristallographische Daten und Figur 146
Atomlagen von AB13. Figur 147 zeigt kristallographische Daten und Figur 148
Atomlagen von AB14. Figur 149 zeigt kristallographische Daten und Figur 150
Atomlagen von AB15. Figur 151 zeigt kristallographische Daten und Figur 152a Atomlagen von AB16. In Figur 152b ist das Emissionsspektrum von Einkristallen der Leuchtstoffe AB12-1 und AB12-2 des erfindungsgemäßen
Leuchtstoffs mit den Summenformeln SrLi3-2x**Al1+2x**O4- 4x**N4x**:Eu2+ mit x** = 0,125 (AB12-1) und x** = 0,1375 (AB12- 2) gezeigt. Die optischen Eigenschaften sind in Figur 153 gezeigt. In Figur 154 ist das Emissionsspektrum von einem Einkristall des Leuchtstoff SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu2+ mit x** < 0,125 gezeigt. Die Leuchtstoffe SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu2+ mit x** < 0,125 weisen eine geringere Halbwertsbreite auf als
Leuchtstoffe mit x** ≥ 0,125. Die optischen Eigenschaften sind in Figur 155 gezeigt. Die Kristallstruktur von
Leuchtstoffen der Formel SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu2+ mit x** < 0,125 ist verwandt zu dem UCr4C4 Strukturtyp, allerdings weisen Reflexe in Einkristallbeugungsdaten auf einen höheren Ordnungsgrad hin. Dies resultiert in einer vom UCr4C4
Strukturtyp abgeleiteten Kristallstruktur mit höherem
Ordnungsgrad. Überraschenderweise zeigen Leuchtstoffe mit einem höheren Sauerstoffgehalt einen höheren Ordnungsgrad innerhalb der Kristallstruktur. Die geringere Halbwertsbreite ist auf den höheren Ordnungsgrad der Kristallstruktur
zurückzuführen. In Figur 156 sind die Peakwellenlänge λpeak in nm gegen das Zellvolumen der Einheitszelle der Kristallstruktur von
Leuchtstoffen der Formel SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu mit x** ≥ 0,1250 für Pulver und Einkristalle von SrLi3-2x**Al1+2x**O4- 4x**N4x**:Eu mit unterschiedlichen Anteilen x** dargestellt. Die Unterschiede in den Peakwellenlängen bei der Messung an Pulvern und Einkristallen sind durch Reabsorptionseffekte in der Pulvermessung bedingt, die zu einer langwelligen
Verschiebung der beobachteten Peakwellenlänge führen kann. Die Peakwellenlängen können durch Anpassung des Zellvolumens der Einheitszelle eingestellt werden. Mit steigendem x** nimmt das Zellvolumen der Einheitszelle zu und gleichzeitig wird die Peakwellenlänge in den längerwelligen Bereich verschoben. Mit Vorteil kann durch die Variation von x** ≥ 0,125 die Peakwellenlänge vom grünen bis in den roten
Spektralbereich verschoben werden. Die Peakwellenlängen und Zellvolumina (V) für verschiedene Anteile x** sind in Figur 157 gezeigt. Der Leuchtstoff der allgemeinen Summenformel SrLi3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu ist dadurch für sehr viele
Anwendungen interessant. Insbesondere können Leuchtstoffe bereitgestellt werden, die Peakwellenlängen zwischen denen des gelb emittierenden Y3Al5O12:Ce, des orange-rot
emittierenden (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu und des rot emittierenden (Sr,Ca)SiAlN3:Eu aufweisen. Figur 158 zeigt kristallographische Daten von Einkristallen der Leuchtstoffe AB12-1 und AB12-2 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit den Summenformeln SrLi3-2x**Al1+2x**O4- 4x**N4x**:Eu2+ mit x** = 0,125 (AB12-1) und x** = 0,1375 (AB12- 2) gezeigt. Figur 159 zeigt Atomlagen in der Struktur von SrLi3- 2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:Eu2+ für AB12-2. In Figur 161 ist das Emissionsspektrum von AB17 des
erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel
Na0,125K0,875Li3SiO4:Eu dargestellt. Zur Messung des
Emissionsspektrums wurde ein Einkristall des
erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit einer Primärstrahlung einer Wellenlänge von 460 nm angeregt. Die mit Peak1 und Peak2 bezeichneten Kurven geben zwei Gauss-Kurven zur
Beschreibung der Gesamtemission mit zwei Emissionspeaks wieder. Die gemessene Kurve deckt sich mit der Summe der zwei Gauß-Kurven als berechnete Kurve. Die Wellenlänge des
Emissionspeaks mit der größten Intensität wird als
Peakwellenlänge bezeichnet. Die Wellenlänge des
Emissionspeaks mit niedrigeren Intensität wird als relatives Emissionsmaximum bezeichnet. Die aus dem Spektrum
resultierenden Daten sind in Figur 162 zusammengefasst. In Figur 163 ist das Emissionsspektrum von drei
Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs (NarK1- r)1Li3SiO4:Eu mit 0,05 < r < 0,2 mit unterschiedlichen
Anteilen r gezeigt. Auch diese zeigen eine breite Emission. Figur 164 zeigt eine Übersicht simulierter optischer Daten von Konversions-LEDs. Als Primärstrahlungsquelle wird ein blau emittierender Halbleiterchip basierend auf InGaN
eingesetzt, die Peakwellenlänge der Primärstrahlung liegt bei 438 nm oder 443 nm. Die zur Konversion der Primärstrahlung eingesetzten Leuchtstoffe sind AB17 und (Lu,Y)3Al5O12:Ce. Die Vergleichsbeispiele sind mit Comp1, Comp2 und Comp3
gekennzeichnet und die erfindungsgemäßen Ausführungsformen mit AB17-LED1 und AB17-LED2. Die Gesamtstrahlung der
Konversions-LEDs ergibt sich bei allen Konversions-LEDs aus einer Überlagerung der Primär-und der Sekundärstrahlungen. Die Farborte der Gesamtstrahlung liegen alle im kaltweißen Bereich mit Farbtemperaturen über 8000 K nahe an dem des Planckschen Strahlers. Überraschenderweise weisen die
erfindungsgemäßen Ausführungsformen einen hohen
Farbwiedergabeindex mit CRI > 80 und R9 > 50 auf, während die Vergleichsbeispiele nur einen CRI < 70 und R9 < 0 aufweisen. Dies ist auf die breite Emission des Leuchtstoffs AB17 vom grünen bis in den roten Spektralbereich zurückzuführen. Damit eignet sich der Leuchtstoff (NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:Eu mit 0,05 < r < 0,2, insbesondere (NarK1-r)1Li3SiO4:Eu, insbesondere für Konversions-LEDs für die Allgemeinbeleuchtung. Mit
Vorteil kann der Leuchtstoff als einziger Leuchtstoff in einer Konversions-LED für Allgemeinbeleuchtung eingesetzt werden. In Figur 165 sind die Farborte der Gesamtstrahlung der
Konversions-LEDs aus Figur 164 dargestellt. Wie ersichtlich befinden sich die Farborte alle nahe an den Farborten des Plankschen Strahlers. In Figur 166 sind Emissionsspektren der Konversions-LEDs AB17-LED2 und Comp2 aus Figur 164 dargestellt. Figur 167 zeigt eine Übersicht simulierter optischer Daten von Konversions-LEDs. Als Primärstrahlungsquelle wird ein blau emittierender Halbleiterchip basierend auf InGaN
eingesetzt, die Peakwellenlänge liegt bei 443 nm, 446 nm oder 433 nm. Die zur Konversion der Primärstrahlung eingesetzten Leuchtstoffe sind AB17 und Lu3Al5O12:Ce. Die
Vergleichsbeispiele sind mit Comp4 und Comp5 gekennzeichnet und die erfindungsgemäßen Ausführungsformen mit AB17-LED3, AB17-LED4 und AB17-LED5. In den erfindungsgemäßen
Ausführungsformen wird nur AB17 als Leuchtstoff eingesetzt, während in den Vergleichsbeispielen neben Lu3Al5O12:Ce ein zweiter, rot emittierender Leuchtstoff CaAlSiN3:Eu verwendet wird. Überraschenderweise weist die Gesamtstrahlung der erfindungsgemäßen Ausführungsformen eine sehr große
Überlappung mit dem Transmissionsbereich von Standard-Filtern und Filtern für größere Farbräume (HCG, High Color Gamut) auf, so dass nur wenig Licht verlorengeht und der erreichbare Farbraum möglichst groß ist. Wie ersichtlich kann mit den erfindungsgemäßen Ausführungsformen mit nur einem
Leuchtstoff, eine hohe, teilweise größere Abdeckung der
Farben des sRBG Farbraums erzielt werden als mit den
Vergleichsbeispielen, bei den zwei Leuchtstoffe eingesetzt werden. Damit eignet sich der Leuchtstoff (NarK1- r)1(TA)3(TD)1(XB)4:Eu mit 0,05 < r ≤ 0,2, insbesondere (NarK1- r)1Li3SiO4:Eu insbesondere für Konversions-LEDs für
Hinterleuchtungsanwendungen. Mit Vorteil kann der Leuchtstoff als einziger Leuchtstoff in einer Konversions-LED für
Hinterleuchtungsanwendungen eingesetzt werden. In Figur 168 sind Emissionsspektren der Konversions-LEDs AB17-LED5 und Comp5 aus Figur 167 dargestellt. Die Figuren 169 und 170 zeigen die aufgespannten Farbräume der gefilterten Gesamtstrahlung verschiedener Konversions- LEDs aus Figur 167 und deren Überlappung mit den sRGB- Farbraum. Es ist ersichtlich, dass mit den
Ausführungsbeispielen AB17-LED3 und AB17-LED5 eine große Bandbreite an Farben wiedergegeben werden kann, vor allem in der grünen Ecke des aufgespannten Farbdreiecks können mehr Farben erreicht werden als mit den Vergleichsbeispielen. Figur 171 zeigt eine Einheitszelle der tetragonalen
Kristallstruktur des Leuchtstoffs Na0,125K0,875Li3SiO4:Eu (AB17) in einer schematischen Darstellung entlang der
kristallographischen c-Achse. Die eng schraffierte Kreise Kreise stellen Na-Atome und die weißen Kreise K-Atome dar. Die schraffierten Bereiche stellen LiO4-Tetraeder, die eng schraffierten Bereiche SiO4-Tetraeder dar. Die LiO4- und SiO4- Tetraeder sind ecken- und kantenverknüpft und bilden Kanäle aus, in denen die Na- und K-Atome angeordnet sind. Die
Kristallstruktur ist verwandt zu der Kristallstruktur von AB3, AB7, AB8, AB9, AB13, AB14, AB15 und AB16. Insbesondere sind zwei Arten von Kanälen in der
Kristallstruktur enthalten. In den einen Kanälen sind
ausschließlich K-Atome angeordnet, während in den anderen Kanälen Na- und K-Atome angeordnet sind. Um die Kanäle, in denen ausschließlich K-Atome angeordnet sind, sind SiO4- Tetreder (eng schraffiert) in Form einer Helix angeordnet (Figur 172). Die Na-Atome (eng schraffierte Kreise) sind, innerhalb der Kanäle, in denen Na- und K-Atome angeordnet sind, verzerrt tetraedrisch von SiO4-Tetredern umgeben
(schwarze Bereiche; Figur 173). In Figur 172 ist der Kanal enthaltend nur K-Atome gezeigt. In Figur 173 ist der Kanal enthaltend K-Atome und Na-Atome gezeigt. Die Abfolge der Anordnung der K-Atome und Na-Atome innerhalb des Kanals ist NaKKKNaKKK. Die Darstellungen der Ausschnitte der
Kristallstruktur in den Figur 172 und 173 ist senkrecht zur kristallographischen c-Achse. Figur 174 zeigt kristallographische Daten von
Na0,125K0,875Li3SiO4:Eu (AB17). Figur 175 zeigt Atomlagen in der Struktur von
Na0,125K0,875Li3SiO4:Eu (AB17) Figur 176 zeigt anisotrope Auslenkungsparameter
Na0,125K0,875Li3SiO4:Eu (AB17). Figur 177 zeigt eine kristallographische Auswertung des
Röntgenpulverdiffraktogramms des siebzehnten
Ausführungsbeispiels AB17. In dem Diagramm ist eine
Gegenüberstellung der gemessenen Reflexe mit den berechneten Reflexen für Na0,125K0,875Li3SiO4:Eu dargestellt. Der obere Teil des Diagramms zeigt die experimentell beobachteten Reflexe (Mo-K α1 Strahlung), der untere Teil des Diagramms zeigt die berechneten Reflexpositionen. Die Berechnung erfolgte
basierend auf dem Strukturmodell für Na0,125K0,875Li3SiO4:Eu, wie es in den Figuren 171 – 176 beschrieben ist. Reflexe von Nebenphasen sind mit * gekennzeichnet. Durch die
Übereinstimmung der Reflexe des berechneten
Pulverdiffraktogramms mit den Reflexen des gemessenen
Pulverdiffraktogramms zeigt sich eine Übereinstimmung der Kristallstruktur von Einkristallen und Pulvern des
Leuchtstoffs. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Bezugszeichenliste ppm parts per million
^peak Peakwellenlänge
^dom Dominanzwellenlänge
AB Ausführungsbeispiel
g Gramm
E Emission
mmol Millimol
Mol% Molprozent
Rinf diffuse Reflexion
lm Lumen
W Watt
LER Lichtausbeute
LED lichtemittierende Diode
CRI Farbwiedergabeindex
CCT korrelierte Farbtemperatur
R9 Farbwiedergabeindex
K/S Kubelka-Munk-Funktion
K Kelvin
cm Zentimeter
nm Nanometer
°2θ Grad 2 Theta
I, II, III, IV, V, VI Röntgenpulverdiffraktogramm Ew Weißpunkt
KL Konversionslinie
T Temperatur
°C Grad Celsius

Claims

Patentansprüche 1. Leuchtstoff mit der allgemeinen Summenformel
(MA)a(MB)b(MC)c(MD)d(TA)e(TB)f(TC)g(TD)h(TE)i(TF)j(XA)k(XB)l(XC)m (XD)n:E,
wobei
- MA aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt ist, die Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag und Kombinationen daraus umfasst,
- MB aus einer Gruppe von divalenten Metallen ausgewählt ist, die Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Mn, Eu, Yb, Ni, Fe, Co und
Kombinationen daraus umfasst,
- MC aus einer Gruppe von trivalenten Metallen ausgewählt ist, die Y, Fe, Cr, Sc, In, Seltenerdmetalle und
Kombinationen daraus umfasst,
- MD aus einer Gruppe von tetravalenten Metallen ausgewählt ist, die Zr, Hf, Mn, Ce und Kombinationen daraus umfasst, - TA aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt ist, die Li, Na, Cu, Ag und Kombinationen daraus umfasst, - TB aus einer Gruppe von divalenten Metallen ausgewählt ist, Mg, Zn, Mn, Eu, Yb, Ni und Kombinationen daraus umfasst, - TC aus einer Gruppe von trivalenten Metallen ausgewählt ist, die B, Al, Ga, In, Y, Fe, Cr, Sc, Seltenerdmetalle und Kombinationen daraus umfasst,
- TD aus einer Gruppe von tetravalenten Metallen ausgewählt ist, die Si, Ge, Sn, Mn, Ti, Zr, Hf, Ce und Kombinationen daraus umfasst,
- TE aus einer Gruppe von pentavalenten Elementen ausgewählt ist, die P, Ta, Nb, V und Kombinationen daraus umfasst,
- TF aus einer Gruppe von hexavalenten Elementen ausgewählt ist, die W, Mo und Kombinationen daraus umfasst,
- XA aus einer Gruppe von Elementen ausgewählt ist, die F, Cl, Br und Kombinationen daraus umfasst, - XB aus einer Gruppe von Elementen ausgewählt ist, die O, S und Kombinationen daraus umfasst,
- XC = N
- XD = C
- E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn,
- a+b+c+d = t
- e+f+g+h+i+j = u
- k+l+m+n = v
- a+2b+3c+4d+e+2f+3g+4h+5i+6j–k-2l-3m-4n = w
- 0.8 ≤ t ≤ 1
- 3.5 ≤ u ≤ 4
- 3.5 ≤ v ≤ 4
- (-0.2) ≤ w ≤ 0.2 und
0 ≤ m < 0,875 v und/oder v ≥ l > 0,125 v.
2. Leuchtstoff nach Anspruch 1, der eine Kristallstruktur aufweist, in der TA, TB, TC, TD, TE und/oder TF von XA, XB, XC und/oder XD umgeben sind und die sich daraus ergebenden Baueinheiten über gemeinsame Ecken und Kanten zu einem dreidimensionalen Raumnetz mit Hohlräumen oder Kanälen verknüpft sind und in den Hohlräumen oder Kanälen MA, MB, MC und/oder MD angeordnet sind.
3. Leuchtstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- a+b+c+d = 1
- e+f+g+h+i+j = 4
- k+l+m+n = 4
- a+2b+3c+4d+e+2f+3g+4h+5i+6j–k-2l-3m-4n = 0 und
- m < 3,5.
4. Leuchtstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der die folgende allgemeine Summenformel aufweist:
(MA)a(MB)b(TA)e(TB)f(TC)g(TD)h(XB)l(XC)m:E,
wobei
- MA aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt ist, die Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag und Kombinationen daraus umfasst,
- MB aus einer Gruppe von divalenten Metallen ausgewählt ist, die Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Mn, Eu, Yb, Ni, Fe, Co und
Kombinationen daraus umfasst,
- TA aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt ist, die Li, Na, Cu, Ag und Kombinationen daraus umfasst, - TB aus einer Gruppe von divalenten Metallen ausgewählt ist, Mg, Zn, Mn, Eu, Yb, Ni und Kombinationen daraus umfasst, - TC aus einer Gruppe von trivalenten Metallen ausgewählt ist, die B, Al, Ga, In, Y, Fe, Cr, Sc, Seltene Erden und Kombinationen daraus umfasst,
- TD aus einer Gruppe von tetravalenten Metallen ausgewählt ist, die Si, Ge, Sn, Mn, Ti, Zr, Hf, Ce und Kombinationen daraus umfasst,
- XB aus einer Gruppe von Elementen ausgewählt ist, die O, S und Kombinationen daraus umfasst,
- XC = N
- E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn,
- a+b = 1
- e+f+g+h = 4
- l+m = 4
- a+2b+e+2f+3g+4h-2l-3m = 0
und
0 ≤ m < 3,5.
5. Leuchtstoff nach Anspruch 4, wobei - MA aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt ist, die Li, Na, K, Rb, Cs und Kombinationen daraus umfasst, - MB aus einer Gruppe von divalenten Metallen ausgewählt ist, die Mg, Ca, Sr, Ba, Eu und Kombinationen daraus umfasst, - TA aus einer Gruppe von monovalenten Metallen ausgewählt ist, die Li, Na, Cu, Ag und Kombinationen daraus umfasst, - TB aus einer Gruppe von divalenten Metallen ausgewählt ist, die Eu umfasst,
- TC aus einer Gruppe von trivalenten Metallen ausgewählt ist, die B, Al, Ga, In und Kombinationen daraus umfasst, - TD aus einer Gruppe von tetravalenten Metallen ausgewählt ist, die Si, Ge, Sn, Mn, Ti und Kombinationen daraus umfasst, - XB = O.
6. Leuchtstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 oder 5, wobei f = g = 0.
7. Leuchtstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, der eine der folgenden allgemeinen Summenformeln aufweist:
(MA)1(TA)3(TD)1(XB)4:E,
(MA)1(TA)3-x(TD)1-x(TB)x(TC)x(XB)4:E,
(MA)1-x'(MB)x'(TA)3(TD)1-x'(TC)x'(XB)4:E,
(MA)1-x''(MB)x''(TA)3-x''(TD)1-x''(TB)2x''(XB)4:E,
(MA)1(TA)3-2z(TB)3z(TD)1-z(XB)4:E oder
(MA)1(TA)3(TD)1-2z'(TC)z'(TE)z'(XB)4:E, wobei
0 ≤ x ≤ 1,
0 ≤ x' ≤ 1,
0 ≤ x'' ≤ 1,
0 ≤ z ≤ 1,
0 ≤ z' ≤ 0,5,
und E aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Eu, Ce, Yb, Mn und Kombinationen daraus umfasst.
8. Leuchtstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, der eine der folgenden allgemeinen Summenformeln aufweist:
(MA)1-y(TB)y(TA)3-2y(TC)3y(TD)1-y(XB)4-4y(XC)4y:E,
(MA)1-y*(MB)y*(TA)3-2y*(TC)3y*(TD)1-y*(XB)4-4y*(XC)4y*:E,
(MA)1(TA)3-y'(TC)y'(TD)1(XB)4-2y'(XC)2y':E,
(MA)1(TA)3-y''(TB)y''(TD)1(XB)4-y''(XC)y'':E,
(MA)1-w'''(MB)w'''(TA)3(TD)1(XB)4-w'''(XC)w''':E,
(MA)1(TA)3-w'(TC)2w'(TD)1-w'(XB)4-w'(XC)w' :E oder
(MA)1-w''(MB)w''(TA)3-w''(TD)1-w''(TC)2w''(XB)4-2w''(XC)2w'':E,
wobei
0 ≤ y < 0,875,
0 < y* < 0,875,
0 ≤ y' < 1,75,
0 ≤ y'' ≤ 3,
0 ≤ w''' ≤ 1,
0 ≤ w' ≤ 1,
0 ≤ w'' ≤ 1,
und E aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Eu, Ce, Yb, Mn und Kombinationen daraus umfasst.
9. Leuchtstoff nach Anspruch 7, der eine der folgenden allgemeinen Summenformeln aufweist:
(MA)Li3-xSi1-xZnxAlxO4:E
(MA)Li3-xSi1-xMgxAlxO4:E
(MA)1-x'Cax'Li3Si1-x'Alx'O4:E
(MA)1-x''Cax''Li3-x''Si1-x''Mg2x''O4:E
(MA)Li3-2zMg3zSi1-zO4:E oder
(MA)Li3Si1-2z'Alz'Pz'O4:E, wobei
0 ≤ x ≤ 1,
0 ≤ x' ≤ 1,
0 ≤ x'' ≤ 1,
0 ≤ z ≤ 1, 0 ≤ z' ≤ 0,5 und E aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Eu, Ce, Yb, Mn und Kombinationen daraus umfasst. .
10. Leuchtstoff nach Anspruch 8, der eine der folgenden allgemeinen Summenformeln aufweist:
(MA)1-yZnyLi3-2yAl3ySi1-yO4-4yN4y:E,
(MA)1-y*Cay*Li3-2y*Al3y*Si1-y*O4-4y*N4y*:E,
(MA)1-y***Sry***Li3-2y***Al3y***Si1-y***O4-4y***N4y***:E
(MA)1-y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:E
(MA)Li3-y'Aly'SiO4-2y'N2y':E,
(MA)Li3-y''Mgy''SiO4-y''Ny'':E,
(MA)1-w'''Caw'''Li3SiO4-w'''Nw''':E,
(MA)Li3-w'Al2w'Si1-w'O4-w'Nw':E,
(MA)1-w''Caw''Li3-w''Si1-w''Al2w''O4-2w''N2w'':E,
wobei
0 < y* < 0,875,
0 < y** < 0,875,
0 < y*** < 0,875,
0 ≤ y < 0,875,
0 ≤ y' ≤ 1,75,
0 ≤ y'' ≤ 3,
0 ≤ w''' ≤ 1,
0 ≤ w' ≤ 1,
0 ≤ w'' ≤ 1 und E aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Eu, Ce, Yb, Mn und Kombinationen daraus umfasst.
11. Leuchtstoff nach Anspruch 7, der einer der folgenden allgemeinen Summenformeln aufweist:
(NarK1-r)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, (Rbr'Li1-r')1(TA)3(TD)1(XB)4:E, (K1-r''- r'''Nar''Lir''')1(TA)3(TD)1(XB)4:E, (Cs,Na,K,Li)1(TA)3(TD)1(XB)4:E oder (Rbr*Na1-r*)1(TA)3(TD)1(XB)4:E,
(Cs,Na,Rb,Li)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, (Cs,Na,K)1(TA)3(TD)1(XB)4:E oder (Rb,Na,K)1(TA)3(TD)1(XB)4:E, wobei
0 ≤ r ≤ 1,
0 ≤ r' ≤ 1,
0 < r'' < 0,5,
0 < r''' < 0,5,
0 < r* < 1
und E aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Eu, Ce, Yb, Mn und Kombinationen daraus umfasst.
12. Leuchtstoff nach Anspruch 11, der einer der folgenden allgemeinen Summenformeln aufweist:
(NarK1-r)Li3SiO4:E, (Rbr'Li1-r')Li3SiO4:E, (K1-r''- r'''Nar''Lir''')Li3SiO4:E, (Cs,Na,K,Li)Li3SiO4:E ,(Rbr*Na1- r*)1Li3SiO4:E, (Cs,Na,Rb,Li)1Li3SiO4:E, (Cs,Na,K)Li3SiO4:E oder (Rb,Na,K)Li3SiO4:E
wobei
0 ≤ r ≤ 1,
0 ≤ r' ≤ 1,
0 < r'' < 0,5,
0 < r''' < 0,5,
0 < r* < 1
und E aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Eu, Ce, Yb, Mn und Kombinationen daraus umfasst.
13. Leuchtstoff nach Anspruch 10, der die Formel Na1-y*Cay*Li3- 2y*Al3y*Si1-y*O4-4y*N4y*:E aufweist, wobei 0 < y* < 0,875,
bevorzugt 0 < y* ≤ 0,5 und E aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Eu, Mn, Ce, Yb und Kombinationen daraus umfasst.
14. Leuchtstoff nach Anspruch 10, der die Formel Na1- y**Euy**Li3-2y**Al3y**Si1-y**O4-4y**N4y**:E, aufweist, wobei 0 < y** < 0,875, bevorzugt 0 < y** < 0,5 und E aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Eu, Mn, Ce, Yb und Kombinationen daraus umfasst.
15. Leuchtstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, der die Formel (MB)Li3-2x**Al1+2x**O4-4x**N4x**:E aufweist, wobei 0 < x** < 0,875, MB aus Gruppe von divalenten Metallen ausgewählt ist, die Mg, Ca, Sr, Ba, Zn und Kombinationen daraus umfasst und E aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Eu, Mn, Ce, Yb und Kombinationen daraus umfasst.
16. Leuchtstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, der die Formel (MB)(Si0,25Al-1/8+r**/2Li7/8- r**/2)4(O1-r**Nr**)4:E aufweist, wobei 0,25 ≤ r**≤ 1, MB aus einer Gruppe von divalenten
Metallen ausgewählt ist, die Mg, Ca, Sr, Ba und Kombinationen daraus umfasst und E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn.
17. Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs nach den Ansprüchen 1 bis 16 umfassend die Verfahrensschritte:
A) Vermengen von Edukten des Leuchtstoffs,
B) Aufheizen des unter A) erhaltenen Gemenges auf eine
Temperatur T1 zwischen 500 und 1400 °C,
C) Glühen des Gemenges bei einer Temperatur T1 von 500 bis 1400 °C für 0,5 Minuten bis zehn Stunden.
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