WO2021204588A1 - Schmalbandiger grüner leuchtstoff - Google Patents

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WO2021204588A1
WO2021204588A1 PCT/EP2021/058221 EP2021058221W WO2021204588A1 WO 2021204588 A1 WO2021204588 A1 WO 2021204588A1 EP 2021058221 W EP2021058221 W EP 2021058221W WO 2021204588 A1 WO2021204588 A1 WO 2021204588A1
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phosphor
sio
emission
radiation
lighting device
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PCT/EP2021/058221
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Inventor
Dominik BAUMANN
Simon PESCHKE
Philipp Schmid
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Publication date
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    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7728—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing europium
    • C09K11/7734—Aluminates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C09K11/7783—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing two or more rare earth metals one of which being europium
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00—Electroluminescent light sources
    • H05B33/12—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces
    • H05B33/18—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces characterised by the nature or concentration of the activator

Definitions

  • the invention relates to a phosphor and a lighting device which in particular comprises the phosphor.
  • colors are reproduced by adding three primary colors (red, blue and green).
  • the range of colors that can be displayed on such a display is therefore limited to the triangle that can be formed by the color points of the three primary colors.
  • a suitable emission spectrum is usually obtained by combining a blue-emitting LED chip with a green and a red phosphor with the narrowest possible bandwidth Emission peaks achieved.
  • the emission peaks completely coincide with the pass bands of the color filters in order to waste as little light as possible and to achieve maximum efficiency
  • One object of the invention is to provide a phosphor which emits radiation in the green spectral range and has a small half width.
  • a further object of the invention is to specify a lighting device with the advantageous phosphor described here.
  • a phosphor is specified.
  • E Eu, Ce, Yb and / or Mn.
  • the activator is responsible for the emission of radiation from the phosphor.
  • the phosphor has the general empirical formula Na v K x Rb y Li z Cs w (Li 3 SiO 4 ) 4 : E, where
  • phosphors are described using empirical formulas. With the empirical formulas given, it is possible for the phosphor to have further elements, for example in the form of impurities, these impurities taken together preferably having a weight fraction of the phosphor of at most 1 per thousand or 100 ppm (parts per million) or 10 ppm.
  • the inventors have succeeded in synthesizing an efficient phosphor which contains five different alkali metals.
  • the phosphor has the general empirical formula Na v K x Rb y Li z Cs w ( Li 3 SiO 4 ) 4 : E, where
  • the phosphors with the empirical formula Na v K x Rb y Li z Cs w ( Li 3 SiO 4 ) 4 : E which contain five different alkali metal ions, have an emission or secondary radiation in the green spectral range when excited with a primary radiation a small half width.
  • the phosphors according to the invention advantageously have only one emission band or only one emission peak. This can ensure that the color locus of the emitted radiation of the phosphors is at most slightly shifted when the temperature changes. In particular, the shift in the color location is significantly less pronounced than in the case of a phosphor with two emission bands, which also have different quenching behavior.
  • the half-width is understood to mean the spectral width at half the height of the maximum of an emission peak or an emission band, FWHM for short or full-width at half maximum.
  • the phosphor has the general empirical formula Na v K x Rb y Li z Cs w ( Li 3 SiO 4 ) 4 : E, where
  • the phosphor has the general empirical formula Na v K x Rb y Li z Cs w ( Li 3 SiO 4 ) 4 : E, where
  • the luminescent substance of the empirical formula Na v K x Rb y Li z Cs w ( Li 3 SiO 4 ) 4 : E advantageously has a peak wavelength in the range between 529 nm and 539 nm and the half width is between 40 nm and 45 nm.
  • the emission spectrum of the phosphor shows only one emission peak and thus in particular shows no double emission.
  • the emission of the phosphor has in particular no relative maximum, but only an absolute maximum, which corresponds to the peak wavelength. This achieves a very high degree of color purity and a very high light yield (LER).
  • the “peak wavelength” is the wavelength in the emission spectrum of a phosphor at which the maximum intensity lies in the emission spectrum or an emission band.
  • the phosphor has the general empirical formula Na v K x Rb y Li z Cs "(Li 3 SiO 4 ) 4 : E, where
  • Rb2Li 2 (Li 3 SiO 4 ) 4 : Eu 2+ and Rb2Na2 (Li 3 SiO 4 ) 4 : Eu 2+ are examples of narrow-band green phosphors with only one emission peak, the peak wavelengths are at 530 nm and the half-widths at 42 nm ( Ming Zhao et al., Advanced Materials, 2018, 1802489, "Next-Generation Narrow-Band Green-Emitting RbLi (Li 3 SiO 4 ) 2 : Eu 2+ Phosphor for Backlight Display Application”; Hongxu Liao et al., Advanced Functional Materials 2019, 1901988, "Polyhedron Transformation toward Stahle Narrow-Band Green Phosphors for Wide-Color-
  • phosphors with the empirical formula A 4 (Li 3 SiO 4 ) 4 : E in which A stands for two different alkali metal ions that emit in a narrow band with a peak wavelength in the blue spectral range.
  • A stands for two different alkali metal ions that emit in a narrow band with a peak wavelength in the blue spectral range.
  • An example of such a phosphor is RbNa3 (Li 3 SiO 4 ) 4 : Eu 2+ with a peak wavelength at 471 nm and a half width of only 22.4 nm (Hongxu Liao et al., Angewandte Chemie, 2018, 130, p 1 -5, "Learning from a Mineral Structure toward an Ultra-Narrow-Band Blue-Emitting Silicate Phosphorus RbNa 3 (Li 3 SiO 4 ) 4 : Eu 2+ ").
  • the phosphors show only double emissions.
  • the phosphor Cs 4-xyz Rb x Na y Li z [Li 3 SiO 4 ) 4 : Eu has an emission peak at 473 nm and an emission peak at 531 nm (F. Ruegenberg et al., Chemistry, A European Journal, 2020, 26, 1-8, “A Double-Band
  • Backlighting applications require narrow-band phosphors with only one emission peak in the green spectral range in order to waste as little light as possible, to achieve maximum efficiency and to minimize overlapping / crosstalk between the different color channels.
  • the emission spectrum of the phosphor according to the invention of the general formula Na v K x Rb y Li z Cs w ( Li 3 SiO 4 ) 4 : E, in which A in A 4 ( Li 3 SiO 4 ) 4 : E for there is five different alkali metal ions, i.e. lithium, sodium, potassium, rubidium and cesium, only one Emission peak in the green spectral range and thus advantageously has no double emission.
  • the emission of the phosphor has in particular no relative maximum, but only an absolute maximum, which corresponds to the peak wavelength.
  • the phosphor has the general empirical formula Na v K x Rb y Li z Cs w (Li 3 SiO 4 ) 4 : E, where
  • the phosphor has the general empirical formula Na v K x Rb y Li z Cs w (Li 3 SiO 4 ) 4 : E, where
  • the phosphor has the general empirical formula Na v K x Rb y Li z Cs w ( (Li 3 SiO 4 ) 4 : E, where
  • E Eu or Eu z + . It has been shown that particularly efficient phosphors are present with Eu 2+ as the activator.
  • the activator E can be present 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% be. Too high concentrations of E can lead to a loss of efficiency due to concentration quenching.
  • mol% data for the activator E in particular Eu or Eu 2+ , in particular as mol% data based on the molar proportions of Li, K, Na, Rb and / or Cs in the phosphor are understood.
  • the phosphor can be excited with a primary radiation between 330 nm and 500 nm, preferably between 340 nm and 460 nm, particularly preferably between 360 and 450 nm.
  • the phosphor crystallizes in a tetragonal crystal system or in a tetragonal crystal structure.
  • the phosphor crystallizes in the space group i4 / m.
  • the lattice parameters a, b and c are preferably 10.9 ⁇ a 11.1 ⁇ , 10.9 ⁇ b 11.1 ⁇ and 6.2 ⁇ c 6.4 ⁇ .
  • the phosphor has the empirical formula Na 1 , 18 K 0 , 96 Rb 0 , 92Li 0 , 82 Cs 0 , 12 (Li 3 SiO 4 ) 4 : Eu.
  • the phosphor Na 1 , 18 K 0 , 96 Rb 0 , 92Li 0 , 82CS0,12 (Li 3 SiO 4 ) 4 : Eu is characterized by its peak wavelength in the green spectral range at 534 nm and its narrow band with a half width of approx. 42 nm off. Due to the very small half-width and the property that the emission spectrum of the phosphor has only one emission peak, the phosphor shows an extremely high color purity and an extremely high luminous efficiency compared to known green phosphors. The dominant wavelength of the phosphor is around 543 nm.
  • the dominant wavelength is a way of describing non-spectral (polychromatic) light mixtures using spectral (monochromatic) light, which produces a similar perception of color.
  • the intersection that is closer to the said Color represents the dominant wavelength of the color as the wavelength of the pure spectral color at this intersection.
  • the dominant wavelength is the wavelength that is perceived by the human eye.
  • the inventors have thus recognized that a new type of green phosphor with surprisingly advantageous properties can be provided.
  • the process for producing the phosphor is very simple to carry out compared to many other production processes for phosphors.
  • the synthesis takes place at moderate temperatures in the range between 650 ° C - 900 ° C, in particular 700 ° C to 850 ° C or 750 ° C to 800 ° C and is therefore very energy efficient.
  • the requirements for the furnace used, for example, are therefore low.
  • the starting materials are commercially available at low cost and are non-toxic.
  • the invention also relates to a lighting device.
  • the lighting device has the phosphor. All the explanations and definitions of the phosphor also apply to the lighting device and vice versa.
  • a lighting device is specified.
  • the lighting device comprises a phosphor with the general empirical formula Na v K x Rb y Li z Cs w ( LisSiCU) 4 : E, where
  • the lighting device has a semiconductor layer sequence.
  • the semiconductor layer sequence is set up to emit electromagnetic primary radiation.
  • the semiconductor layer sequence has at least one III-V
  • the semiconductor material is, for example, a nitride compound semiconductor material, such as Al n Ini_ nm Ga m N, where 0 n 1, 0 m 1 and n + m 1 in each case.
  • the semiconductor layer sequence can have dopants and additional components. For the sake of simplicity, however, only the essential components of the semiconductor material.
  • the semiconductor layer sequence is formed from InGaN.
  • the semiconductor layer sequence contains an active layer with at least one pn junction and / or with one or more quantum well structures.
  • electromagnetic radiation is generated in the active layer.
  • a wavelength or the emission maximum of the radiation is preferably in the ultraviolet and / or visible range, in particular at wavelengths between 330 nm and 500 nm inclusive, preferably between 340 nm and 460 nm inclusive, particularly preferably between 360 nm and 450 nm inclusive.
  • a wavelength or the emission maximum of the primary radiation is in the ultraviolet range between 330 nm and 400 nm inclusive, preferably between 360 nm and 400 nm inclusive, or in the blue range between 400 nm and 460 nm inclusive, preferably between 400 nm and 450 nm inclusive nm. It has been shown that the phosphor can be excited particularly efficiently with primary radiation in these areas.
  • the lighting device is a light-emitting diode, or LED for short, in particular a conversion LED.
  • the lighting device is then preferably set up to emit white or green light.
  • the lighting device is preferably set up to emit green light in full conversion and white light in partial conversion. According to at least one embodiment, the lighting device is set up to emit green light in full conversion.
  • the lighting device can identify the phosphor with the general empirical formula Na v K x Rb y Li z Cs w (Li 3 SiO 4 ) 4 : E as the only phosphor.
  • the lighting device of this embodiment is particularly suitable for applications in which a saturated green emission is required, such as for video projection, for example in the cinema, office or home, head-up displays, for light sources with adjustable color rendering index or adjustable color temperature, light sources with adapted to the application Spectrum, such as shop lighting or FCI lamps ("feeling of contrast index").
  • FCI lamps are lighting devices that are designed to generate white light with a particularly high color contrast index. Conversion light-emitting diodes or lighting devices of this embodiment are also suitable for colored spotlights, wall lighting or movement spotlights, in particular in stage lighting. According to at least one embodiment, the lighting device has a conversion element.
  • the conversion element comprises or consists of the phosphor tstoff converts at least partially or completely the electromagnetic primary radiation into electromagnetic secondary radiation.
  • the total radiation of the lighting device is white mixed radiation.
  • the lighting device or the conversion element of this embodiment can comprise a red phosphor in addition to the phosphor.
  • the lighting device of this embodiment is particularly suitable for the background lighting of display elements such as displays.
  • the phosphor partially converts the electromagnetic primary radiation into electromagnetic secondary radiation. This can also be referred to as partial conversion.
  • the total radiation emerging from the lighting device is then composed of the primary and secondary radiation, in particular white mixed radiation.
  • the conversion element has a second and / or third phosphor in addition to the phosphor.
  • the phosphors are embedded in a matrix material.
  • the phosphors can also be present in a converter ceramic.
  • the lighting device can have a second phosphor for emitting radiation from the red spectral range.
  • the phosphor shows an emission in the green spectral range of the electromagnetic spectrum.
  • the sum formula Na 1, 18 K0, 96 Rb 0, 92 Li 0 , 82 CS 0, 12 (Li 3 SiO 4 ) 4 : Eu 2+ can be assigned to the phosphor by means of single crystal diffractometry. Due to the negligible scatter contribution of the Eu for the activator concentration used, Eu was not considered separately in the refinement.
  • FIG. 1 shows a section of the crystal structure of an exemplary embodiment of the phosphor according to the invention.
  • FIG. 2 shows a Rietveld refinement of the X-ray powder diffraction pattern of an exemplary embodiment of the phosphor according to the invention.
  • FIG. 3 shows an emission spectrum of an exemplary embodiment of the phosphor according to the invention.
  • FIG. 4 shows the Kubelka-Munk function of an exemplary embodiment of the phosphor according to the invention.
  • FIG. 5 shows an emission spectrum of two comparative examples.
  • FIG. 6 shows the thermal quench behavior of an exemplary embodiment of the phosphor according to the invention.
  • FIGS. 7 to 9 show schematic sectional views of lighting devices.
  • FIG. 10 shows an emission spectrum of a comparative example.
  • FIG. 1 shows the tetragonal crystal structure of the phosphor according to the invention with the empirical formula Na 1, 18 K0, 96 Rb 0, 92 Li 0 , 82 CS 0, 12 (Li 3 SiO 4) 4 : Eu 2+ .
  • the filled circles represent Rb atoms (88.3%) and Cs atoms (11.7%), the open circles represent Rb atoms (4.1%) and K atoms (95.9%), which are lined
  • the open circles represent Li atoms (33.0%) and the filled circles with lines represent Li atoms (7.8%) and Na atoms (59.2%).
  • the diagonally hatched and larger polyhedra are LiO 4 tetrahedra and the checkered hatched, smaller polyhedra shown are LiO 4 tetrahedra.
  • the (LiaSiO 4 ) units have SiO 4 and LiO 4 tetrahedra, with oxygen occupying the corners and Li or Si occupying the center of the tetrahedra.
  • the (Li 3 SiO 4 ) 4 units form a (Li 3 SiO 4 ) “ substructure, which corresponds to the (Li 3 SiO 4 ) - Substructure of known lithosilicates corresponds to (J. Hofmann, R. Brandes, R.
  • the (Li 3 SiO 4 ) ′′ substructure forms two types of channels along the crystallographic c-axis.
  • the first type of channels is occupied by the heavier alkali metals Cs, Rb and K.
  • K and Rb are arranged alternately, with Rb partially is substituted by Cs (11.7%) and K is partially substituted by Rb (4.1%).
  • the second type of channels is occupied by the lighter alkali metals Na and Li.
  • the Na position is occupied by Na to 59.2% and Li to 7.8%, and the Li position is occupied to 33% by Li.
  • the sum of the occupation of the second kind of channels became set to 100% during refinement to ensure charge neutrality.
  • New silicates with "Stuffed Pyrgoms” CsKNaLig ⁇ Li [SiO 4 ] ⁇ 4 , CsKNa 2 Li 8 ⁇ Li [SiO 4 ] ⁇ 4 , RbNa 3 Li 8 ⁇ Li [SiO 4 ] ⁇ 4 , and RbNaLi 4 ⁇ Li [ SiO 4 ] ⁇ A , 2. Anorg. Allg. Chem., 1994, 620, 1495-1508.).
  • Li occupies positions in the crystal structure on the one hand within the (Li 3 LiO 4 ) '' substructure and on the other within of the channels formed by the (Li 3 SiO 4) " substructure, due to which a preferred notation of the empirical formula is
  • Table 2 In Table 3, the atomic layers of Na 1.18 K 0, 96 0 Rb, Cs 0.82 Li 0.12 92 are (Li 3 SiO 4) 4: Eu 2+ shown.
  • Figure 2 shows a Rietveld refinement of Röntgenbeugungspulverdif fraktogramms of Na 1.18 K 0, 96 Rb 0, 92 Li 0.82 Cs 0.12 (Li 3 SiO 4) 4: Eu.
  • the high purity of the Luminous material can be seen.
  • the upper diagram shows the superimposition of the measured reflections with the calculated reflections.
  • the lower diagram shows the differences between the measured and calculated reflections.
  • Figure 3 shows the emission spectra of Na 1.18 K 0, 96 Rb 0, 92 Li 0.82 Cs 0.12 (Li 3 SiO 4) 4: Eu 2+.
  • the wavelength in nanometers is plotted on the x-axis and the relative intensity in percent on the y-axis.
  • a powder of the phosphor according to the invention was excited with primary radiation having a wavelength of 400 nm.
  • the phosphor has a peak wavelength of 534 nm and a dominant wavelength of 543 nm.
  • the half-width is 42.3 nm and the color point in the CIE color space is at the coordinates CIE-x: 0.259 and CIE-y: 0.697.
  • the emission spectrum of the phosphor shows only one emission peak.
  • the peak wavelength is therefore not only the absolute maximum, but also the only maximum within the emission spectrum.
  • the phosphor When a powder of the phosphor according to the invention is excited with a primary radiation of a wavelength of 460 nm (not shown), the phosphor exhibits a peak wavelength of 534 nm and a dominant wavelength of 542.7 nm.
  • the half width is 43.5 nm and the color point in the CIE color space is at the coordinates CIE-x: 0.257 and CIE-y: 0.702.
  • the emission spectrum of the phosphor has only one emission peak and the peak wavelength represents the absolute and only maximum.
  • the emission spectrum of the phosphor Cs 4-xyz Rb x Na y Li z [Li 3 SiO 4 ] 4 : Eu shown in FIG. 10 shows two emission peaks and thus an undesired double emission.
  • the emission of the phosphor shows a large overlap with the transmission range of a standard green filter, so that only little light is lost and the color space that can be achieved is large. Therefore, the phosphor is Na 1.18 K 0, 96 Rb 0, 92 Li 0.82 Cs 0.12 (Li 3 SiO 4) 4: Eu 2+ particularly for conversion LEDs for backlight applications for displays.
  • Figure 4 shows a normalized Kubelka-Munk function (KMF) plotted against wavelength in nm l, Na 1.18 K 0, 96 Rb 0, 92 Li 0.82 Cs 0.12 (Li 3 SiO 4) 4 : Eu 2+ .KMF was calculated as follows:
  • KMF (1-R inf ) 2 / 2R inf , where R inf corresponds to the diffuse reflection (remission) of the phosphor.
  • the phosphor can be excited efficiently with a primary radiation between 330 nm and 500 nm.
  • High KMF values mean high absorption in this area.
  • FIG. 5 shows the emission spectra of the known phosphors LU 3 (Al, Ga) 5 O 12 : Ce (G2) and (Sr, Ba) 2 SiO 4 : Eu (OS2).
  • Table 5 shows a comparison of the spectral data of the phosphor of the present invention Na 1.18 K 0, 96 Rb 0, 92 Li 0.82 Cs 0.12 (Li 3 SiO 4) 4: Eu 2+ (AB) with the known phosphors LU 3 (Al, Ga) 5 O 12 : Ce (G2) and (Sr, Ba) 2 S1O 4 : Eu (OS2).
  • the phosphor AB 5 according to the invention shows a significantly higher luminous efficacy (LER) and a significantly higher color purity. This leads to better color purity and better overall efficiency.
  • LER luminous efficacy
  • the thermal Quench of 0 Na phosphor according to the invention 1.18 0 K, Rb 0 96, 92 Li 0.82 Cs 0.12 (Li 3 SiO 4) 4: Eu 2+ shown.
  • the phosphor was excited with primary radiation with a wavelength of 400 nm at various temperatures from 25 to 225 ° C. and its emission intensity was recorded.
  • the phosphor according to the invention shows only a slight loss of emission intensity at typical temperatures that prevail in a conversion LED, in particular temperatures above 140.degree. Even at 200 ° C the loss is only 10%.
  • the thermal quenching behavior is thus even better than that of LU 3 AI 5 O 12 : Ce.
  • the phosphor can therefore advantageously also be used in conversion LEDs at higher operating temperatures.
  • FIGS. 7 to 9 each show schematic 5 side views of different embodiments from here described lighting devices, in particular conversion LEDs.
  • the conversion LEDs of FIGS. 7 to 9 have at least one inventive phosphor described here.
  • a further phosphor or a combination of phosphors can be present in the conversion LED.
  • the additional phosphors are known to the person skilled in the art and are therefore not explicitly mentioned at this point.
  • the conversion LED according to FIG. 7 has a semiconductor layer sequence 2 which is arranged on a substrate 10.
  • the substrate 10 can be designed to be reflective, for example.
  • a conversion element 3 is arranged in the form of a layer.
  • the semiconductor layer sequence 2 has an active layer (not shown) which, when the conversion LED is in operation, emits primary radiation with a wavelength of 340 nm to 460 nm.
  • the conversion element 3 is arranged in the beam path of the primary radiation S.
  • the conversion element 3 comprises a matrix material, such as a silicone, epoxy resin or hybrid material, and particles of the phosphor 4 according to the invention.
  • the phosphor 4 is capable of converting the primary radiation S during operation of the conversion LED at least partially or completely into secondary radiation SA in the green spectral range, in particular with a peak wavelength between 529 nm and 539 nm inclusive.
  • the phosphor 4 is in the conversion element 3 in the Matrix material distributed homogeneously within the manufacturing tolerance.
  • the phosphor 4 can also be distributed in the matrix material with a concentration gradient.
  • the matrix material can also be absent, so that the phosphor 4 is shaped as a ceramic converter.
  • the conversion element 3 is above the
  • Radiation exit surface 2a of the semiconductor layer sequence 2 and applied over the entire surface over the side surfaces of the semiconductor layer sequence 2 and is with the
  • the primary radiation S can also exit via the side surfaces of the semiconductor layer sequence 2.
  • the conversion element 3 can be applied, for example, by injection molding, transfer molding or spray coating processes.
  • the conversion LED has electrical contacts (not shown here), the design and arrangement of which is known to the person skilled in the art.
  • the conversion element can also be prefabricated and applied to the semiconductor layer sequence 2 by means of a so-called pick-and-place process.
  • FIG. 1 A further exemplary embodiment of a conversion LED 1 is shown in FIG.
  • the conversion LED 1 has a semiconductor layer sequence 2 on a substrate 10.
  • the conversion element 3 is on the semiconductor layer sequence 2 shaped.
  • the conversion element 3 is shaped as a plate.
  • the plate can consist of sintered-together particles of the phosphor 4 according to the invention and thus be a ceramic plate, or the plate has, for example, glass, silicone, an epoxy resin, a polysilazane, a polymethacrylate or a polycarbonate as a matrix material with particles of the phosphor 4 embedded therein.
  • the conversion element 3 is above the
  • Semiconductor layer sequence 2 from, but predominantly over the radiation exit area 2a.
  • the conversion element 3 can be applied to the semiconductor layer sequence 2 by means of an adhesive layer (not shown), for example made of silicone.
  • the conversion LED 1 according to FIG. 9 has a housing 11 with a recess.
  • a semiconductor layer sequence 2 which has an active layer (not shown) is arranged in the recess.
  • the active layer emits primary radiation S with a wavelength of 340 nm to 460 nm.
  • the conversion element 3 is formed as a casting of the layer sequence in the recess and comprises a matrix material such as a silicone and a phosphor 4, for example, Na 1.18 K 0, 96 Rb 0, 92 Li 0.82 Cs 0.12 (Li 3 SiO 4 ) 4 : Eu.
  • the phosphor 4 converts the primary radiation S during the operation of the conversion LED 1 at least partially into a secondary radiation SA. Alternatively, the phosphor converts the primary radiation S completely into secondary radiation SA. It is also possible for the phosphor 4 in the exemplary embodiments of FIGS. 7 to 9 to be arranged in the conversion element 3 at a spatial distance from the semiconductor layer sequence 2 or the radiation exit area 2a.
  • the encapsulation can consist only of a matrix material, for example silicone, the conversion element 3 being applied as a layer on the housing 11 and on the encapsulation at a distance from the semiconductor layer sequence 2.

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Abstract

Es wird ein Leuchtstoff angegeben. Der Leuchtstoff weist die allgemeine Summenformel NavKxRbyLizCsw (Li3SiO4)4:E auf, wobei - v+x+y+z+w = 4; - 0 < v < 4; - 0 < x < 4; - 0 < y < 4; - 0 < z < 4; - 0 < w < 4 und - E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn.

Description

Beschreibung
SCHMALBANDIGER GRÜNER LEUCHTSTOFF
Die Erfindung betrifft einen Leuchtstoff und eine Beleuchtungsvorrichtung, die insbesondere den Leuchtstoff umfasst.
Im Bereich der Unterhaltungselektronik sind die Hersteller bestrebt Alleinstellungsmerkmale zu finden, um ihre Produkte zu verkaufen. Bei vielen Geräten mit Displays, wie Fernsehern, Computermonitoren, Tablets und Smartphones, sind leuchtende und naturgetreue Farben für die Kunden besonders wichtig.
In Lichtquellen für den Einsatz in der Hintergrundbeleuchtung von LCD-Displays und den meisten anderen Anzeigetypen werden die Farben durch Hinzufügen von drei Primärfarben (rot, blau und grün) wiedergegeben. Der Bereich der Farben, der auf einer solchen Anzeige dargestellt werden kann (Farbraum), ist daher auf das Dreieck beschränkt, das durch die Farbpunkte der drei Primärfarben gebildet werden kann. Diese werden durch drei Farbfilter aus dem Spektrum der
Hintergrundbeleuchtung extrahiert. Der Bereich der von diesen Filtern durchgelassenen Wellenlängen ist jedoch recht breit. Dies erfordert eine Lichtquelle mit einem Spektrum, das aus drei schmalbandigen Emissionspeaks besteht, um den maximalen Farbraum zu erhalten.
Bei LEDs für Hintergrundbeleuchtungsanwendungen wird ein geeignetes Emissionsspektrum in der Regel durch die Kombination eines blau emittierenden LED-Chips mit einem grünen und einem roten Phosphor mit möglichst schmalbandigen Emissionspeaks erzielt. Die Emissionspeaks stimmen im Idealfall vollständig mit den Durchlassbändern der Farbfilter überein, um möglichst wenig Licht zu verschwenden und eine maximale Effizienz zu erreichen und
Überlappungen/Übersprechen zwischen den verschiedenen Farbkanälen zu minimieren, was eine Reduktion des erreichbaren Farbraums zur Folge hat.
Es besteht Bedarf an Leuchtstoffen, die schmalbandig im grünen Spektralbereich emittieren.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Leuchtstoff anzugeben, der im grünen Spektralbereich Strahlung emittiert und eine kleine Halbwertsbreite aufweist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Beleuchtungsvorrichtung mit dem hier beschriebenen vorteilhaften Leuchtstoff anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch einen Leuchtstoff und eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
Es wird ein Leuchtstoff angegeben. Der Leuchtstoff ist mit einem Aktivator E dotiert, wobei E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn. Insbesondere ist der Aktivator für die Emission von Strahlung des Leuchtstoffs verantwortlich. Der Leuchtstoff weist die allgemeine Summenformel NavKxRbyLizCsw (Li3SiO4)4 :E auf, wobei
- v+x+y+z+w = 4;
- 0 ≤ v ≤ 4;
- 0 ≤ x ≤ 4;
- 0 ≤ y ≤ 4;
- 0 ≤ z ≤ 4; - 0 ≤ w ≤ 4 und
- E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn, bevorzugt E = Eu allein oder in Kombination mit Ce, Yb und/oder Mn, besonders bevorzugt E = Eu.
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.
Die Schreibweise der Summenformel NavKxRbyLizCsw (Li3SiO4 )4 :E, bei der Lithium zweimal aufgeführt ist, ist einem Fachmann auf dem Gebiet der anorganischen Chemie allgemein bekannt. Insbesondere verdeutlicht diese Summenformel dem Fachmann, dass das Lithium innerhalb der Kristallstruktur des Leuchtstoffs unterschiedliche Positionen besetzen kann. Eine alternative Schreibweise der allgemeinen Summenformel NavKxRbyLizCsw (Li3SiO4 )4 :E ist NavKxRbyLi12+zSi4O16:E .
Den Erfindern ist es vorliegend gelungen einen effizienten Leuchtstoff zu synthetisieren, der fünf unterschiedliche Alkalimetalle enthält.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel NavKxRbyLizCsw (Li3SiO4)4 :E auf, wobei
- v+x+y+z+w = 4;
- 0 < v ≤ 3;
- 0 < x ≤ 3; - 0 < y ≤ 3;
- 0 < z ≤ 3;
- 0 < w ≤ 3 und
- E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn, bevorzugt E = Eu allein oder in Kombination mit Ce, Yb und/oder Mn, besonders bevorzugt E = Eu.
Überraschenderweise weisen die Leuchtstoffe mit der Summenformel NavKxRbyLizCsw (Li3SiO4 )4 :E, die fünf unterschiedliche Alkalimetallionen enthalten, bei einer Anregung mit einer Primärstrahlung eine Emission bzw. Sekundärstrahlung im grünen Spektralbereich auf und zeigen eine geringe Halbwertsbreite. Die erfindungsgemäßen Leuchtstoffe weisen mit Vorteil nur eine Emissionsbande bzw. nur einen Emissionspeak auf. Dadurch kann gewährleistet werden, dass der Farbort der emittierten Strahlung der Leuchtstoffe bei Ånderung der Temperatur höchstens geringfügig verschoben wird. Insbesondere ist die Verschiebung des Farborts deutlich weniger ausgeprägt wie bei einem Leuchtstoff mit zwei Emissionsbanden, die noch dazu ein unterschiedliches Quenching-Verhalten besitzen.
Unter der Halbwertsbreite wird hier und im Folgenden die spektrale Breite auf halber Höhe des Maximums eines Emissionspeaks bzw. einer Emissionsbande, kurz FWHM oder Full-width at half maximum, verstanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel NavKxRbyLizCsw (Li3SiO4)4 :E auf, wobei
- v+x+y+z+w = 4;
- 0 < v ≤ 2;
- 0 < x ≤ 2; - 0 ≤ y ≤ 2;
- 0 < z ≤ 2;
- 0 < w ≤ 2 und
- E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn, bevorzugt E = Eu allein oder in Kombination mit Ce, Yb und/oder Mn, besonders bevorzugt E = Eu.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel NavKxRbyLizCsw (Li3SiO4)4 :E auf, wobei
- v+x+y+z+w = 4;
- 0,05 ≤ v ≤ 1,50;
- 0,05 ≤ x ≤ 1,50;
- 0,05 ≤ y ≤ 1,50;
- 0,05 ≤ z < 1,50;
- 0,05 ≤ w < 1,50 und
- E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn, bevorzugt E = Eu allein oder in Kombination mit Ce, Yb und/oder Mn, besonders bevorzugt E = Eu.
Der Leuchtstoff der Summenformel NavKxRbyLizCsw (Li3SiO4)4 :E weist mit Vorteil eine Peakwellenlänge im Bereich zwischen einschließlich 529 nm bis 539 nm auf und die Halbwertsbreite liegt zwischen 40 nm und 45 nm. Insbesondere zeigt das Emissionsspektrum des Leuchtstoffs nur einen Emissionspeak und zeigt somit insbesondere keine Doppelemission. Mit anderen Worten weist die Emission des Leuchtstoffs insbesondere kein relatives Maximum, sondern nur ein absolutes Maximum auf, welches der Peakwellenlänge entspricht. Dadurch wird eine sehr hohe Farbreinheit und eine sehr hohe Lichtausbeute (LER) erreicht. Als "Peakwellenlänge" wird vorliegend die Wellenlänge im Emissionsspektrum eines Leuchtstoffs bezeichnet, bei der die maximale Intensität im Emissionsspektrum bzw. einer Emissionsbande liegt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel NavKxRbyLizCs„(Li3SiO4)4 :E auf, wobei
- v+x+y+z+w = 4;
- 0,05 ≤ v ≤ 1,50;
- 0,05 ≤ x ≤ 1,50;
- 0,05 ≤ y ≤ 1,50;
- 0,05 ≤ z < 1,50;
- 0,05 ≤ w < 0,5 und
- E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn, bevorzugt E = Eu allein oder in Kombination mit Ce, Yb und/oder Mn, besonders bevorzugt
E = Eu.
Bekannte Leuchtstoffe der Summenformel A4 (Li3SiO4)4 :E, bei denen A für zwei unterschiedliche Alkalimetallionen steht, weisen auch bereits Peakwellenlängen im grünen Spektralbereich auf und zeigen eine geringe Halbwertsbreite. Rb2Li2 (Li3SiO4)4 :Eu2+ und Rb2Na2(Li3SiO4)4 :Eu2+ sind Beispiele für schmalbandige grüne Leuchtstoffe mit nur einem Emissionspeak, die Peakwellenlängen liegen bei 530 nm und die Halbwertsbreiten bei 42 nm (Ming Zhao et al., Advanced Materials, 2018, 1802489, „Next-Generation Narrow-Band Green- Emitting RbLi(Li3SiO4)2 : Eu2+ Phosphor for Backlight Display Application"; Hongxu Liao et al., Advanced Functional Materials 2019, 1901988, „Polyhedron Transformation toward Stahle Narrow-Band Green Phosphors for Wide-Color-Gamut Liquid Crystal Display",). Es gibt auch Beispiele für Leuchtstoffe der Summenformel A4 (Li3SiO4)4 :E, bei denen A für zwei unterschiedliche Alkalimetallionen steht, die schmalbandig mit einer Peakwellenlänge im blauen Spektralbereich emittieren. Ein Beispiel für einen solchen Leuchtstoff ist RbNa3(Li3SiO4)4 :Eu2+ mit einer Peakwellenlänge bei 471 nm und einer Halbwertsbreite von nur 22,4 nm (Hongxu Liao et al., Angewandte Chemie, 2018, 130, p 1-5, „Learning from a Mineral Structure toward an Ultra-Narrow-Band Blue-Emitting Silicate Phosphor RbNa3 (Li3SiO4)4 :Eu2+").
Allerdings gibt es auch Beispiele bekannter Leuchtstoffe der Summenformel A4 (Li3SiO4)4 :E, bei denen A für zwei unterschiedliche Alkalimetallionen steht, die eine unerwünschte Doppelemission mit einem Emissionspeak im blauen und einem Emissionspeak im grünen Spektralbereich aufweisen. Beispiele sind (Na0.5K0.5)4(Li3SiO4)4 :Eu, das einen Emissionspeak bei 486 nm und einem Emissionspeak bei 530 nm zeigt und NaK7 (Li3SiO4)8 :Eu, das einen Emissionspeak bei 515 nm und einem Emissionspeak bei 598 nm aufweist (Ming Zhao et al., Light: Science & Applications, 2019, „Emerging ultra- narrow-band cyan-emitting phosphor for white LEDs with enhanced color rendition"; Daniel Dutzler et al., Angewandte Chemie Int. Ed. 2018, 57, 1 - 6, "Alkali Lithosilicates: Renaissance of a Reputable Substance Class with Surprising Luminescence Properties").
Erhöht man die Anzahl an Alkalimetallionen A in der Summenformel A4 (Li3SiO4)4 :E auf drei oder vier unterschiedliche Alkalimetallionen, zeigen die Leuchtstoffe ausschließlich Doppelemissionen. So weist der Leuchtstoff Cs4-x-y-zRbxNayLiz [Li3SiO4)4 :Eu einen Emissionspeak bei 473 nm und einen Emissionspeak bei 531 nm (F. Ruegenberg et al., Chemistry, A European Journal, 2020, 26, 1-8, „A Double-Band
Emitter with Ultranarrow-Band Blue and Narrow-Band Green Luminescence"; Fig. 10), der Leuchtstoff CsKNai.98-yLiy(LiaSiO4)4 :0,02Eu2+ mit 0 ≤ y ≤ 1 einen Emissionspeak bei 485 nm und einen Emissionspeak bei 526 nm (Wei Wang et al., Chemistry of Materials 2019, „Photoluminescence Control of UCr4C4-Typed Phosphors with Superior Luminous Efficiency and High Color Purity via Controlling Site-Selection of Eu2+ Activators") und die Leuchtstoffe RbNa2K(Li3SiO4)4 :Eu2+ und CsNa2K (Li3SiO4) 4 :Eu2+ jeweils einen Emissionspeak bei ca. 480nm/485 nm und einen Emissionspeak bei ca 531 nm auf (Ming Zhao et al., Advanced Optical Materials, 2018, "Discovery of New Narrow-Band Phosphors with the UCr4C4-Related Type Structure by Alkali Cation Effect").
Aus den bekannten Leuchtstoffen der Summenformel A4 (Li3SiO4) 4 :E ist ein klarer Trend zur Doppelemission und damit eine Zunahme der Emission im blauen Spektralbereich zu erkennen, je mehr unterschiedliche Alkalimetallionen in dem Leuchtstoff vorhanden sind. Gerade für
Hintergrundbeleuchtungsanwendungen werden aber schmalbandige Leuchtstoffe mit nur einem Emissionspeak im grünen Spektralbereich benötigt, um möglichst wenig Licht zu verschwenden, eine maximale Effizienz zu erreichen und Überlappungen/Übersprechen zwischen den verschiedenen Farbkanälen zu minimieren.
Umso überraschender ist, dass das Emissionsspektrum des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs der allgemeinen Formel NavKxRbyLizCsw (Li3SiO4 )4 :E, bei denen also A in A4 (Li3SiO4)4 :E für fünf unterschiedliche Alkalimetallionen steht, also Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium und Cäsium, nur einen Emissionspeak im grünen Spektralbereich und somit mit Vorteil keine Doppelemission aufweist. Mit anderen Worten weist die Emission des Leuchtstoffs insbesondere kein relatives Maximum, sondern nur ein absolutes Maximum auf, welches der Peakwellenlänge entspricht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel NavKxRbyLizCsw (Li3SiO4)4 :E auf, wobei
- v+x+y+z+w = 4;
- 1,00 ≤ v ≤ 1,40;
- 0,80 ≤ x ≤ 1,20;
- 0,80 ≤ y ≤ 1,20;
- 0,60 ≤ z ≤ 1,00;
- 0,05 ≤ w ≤ 0,30 und
- E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn, bevorzugt E = Eu allein oder in Kombination mit Ce, Yb und/oder Mn, besonders bevorzugt E = Eu.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel NavKxRbyLizCsw (Li3SiO4)4 :E auf, wobei
- v+x+y+z+w = 4;
- 1,08 ≤ v ≤ 1,28;
- 0,86≤ x ≤ 1,06;
- 0,82 ≤ y ≤ 1,02;
- 0,72 ≤ z ≤ 0,92;
- 0,05 ≤ w ≤ 0,22 und
- E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn, bevorzugt E = Eu allein oder in Kombination mit Ce, Yb und/oder Mn, besonders bevorzugt
E = Eu. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel NavKxRbyLizCsw ((Li3SiO4)4:E auf, wobei
- v+x+y+z+w = 4;
- 1,16 ≤ v ≤ 1,20;
- 0,94 ≤ x ≤ 0,98;
- 0,90 ≤ y ≤ 0,94;
- 0,80 ≤ z ≤ 0,84;
- 0,10 ≤ w ≤ 0,14 und
- E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn, bevorzugt E = Eu allein oder in Kombination mit Ce, Yb und/oder Mn, besonders bevorzugt E = Eu.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist E = Eu oder Euz+. Es hat sich gezeigt, dass mit Eu2+ als Aktivator besonders effiziente Leuchtstoffe vorliegen.
Der Aktivator E kann gemäß einer 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 oder Eu2+, insbesondere als Mol%-Angaben bezogen auf die Molanteile von Li, K, Na, Rb und/oder Cs in dem Leuchtstoff verstanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Leuchtstoff mit einer Primärstrahlung zwischen 330 nm und 500 nm, bevorzugt zwischen 340 nm und 460 nm, besonders bevorzugt zwischen 360 und 450 nm, anregbar. Gemäß zumindest einer Ausführungsform kristallisiert der Leuchtstoff in einem tetragonalen Kristallsystem bzw. in einer tetragonalen Kristallstruktur.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kristallisiert der Leuchtstoff in der Raumgruppe i4/m. Bevorzugt liegen die Gitterparameter a, b, und c bei 10,9 Å ≤ a ≤ 11,1 Å, 10,9 Å≤ b ≤ 11,1 Å und 6,2 Å ≤ c ≤ 6,4 Å. Besonders bevorzugt liegen die Gitterparameter a, b, c bei: a = b = 11,0063(5) Å and c = 6,3336(3) Å.
Gemäß zumindest einer Ausführunform weist der Leuchtstoff die Summenformel Na1,18K0,96Rb0,92Li0,82Cs0,12(Li3SiO4)4 :Eu auf.
Der Leuchtstoff Na1,18K0,96Rb0,92Li0,82CS0,12(Li3SiO4)4 :Eu zeichnet sich durch seine im grünen Spektralbereich liegende Peakwellenlänge bei 534 nm und seiner Schmalbandigkeit mit einer Halbwertsbreite von ca. 42 nm aus. Durch die sehr geringe Halbwertsbreite und der Eigenschaft, dass das Emissionsspektrum des Leuchtstoffs nur einen Emissionspeak aufweist, zeigt der Leuchtstoff im Vergleich zu bekannten grünen Leuchtstoffen eine extrem hohe Farbreinheit und eine extrem hohe Lichtausbeute. Die Dominanzwellenlänge des Leuchtstoffs liegt bei ca. 543 nm.
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.
Während beispielsweise die Leuchtstoffe RbNa2K (Li3SiO4) 4 :Eu2+ und CsNa2K(Li3SiO4)4 :Eu2+ eine Doppelemission mit einer Emission im blauen und einer Emission im grünen Spektralbereich aufweisen, zeigt der erfindungsgemäße Leuchtstoff Na1,18Ko,96Rbo,92Lio,82Cso,i2 (Li3SiO4)44:Eu2+ überraschenderweise nur einen Emissionspeak und somit keine Doppelemission .
Die Erfinder haben somit erkannt, dass ein neuartiger grüner Leuchtstoff mit überraschend vorteilhaften Eigenschaften bereitgestellt werden kann.
Das Verfahren zur Herstellung des Leuchtstoffs ist im Vergleich zu vielen anderen Herstellungsverfahren für Leuchtstoffe sehr einfach durchzuführen. Die Synthese erfolgt bei moderaten Temperaturen im Bereich zwischen 650 °C - 900 °C, insbesondere 700 °C bis 850 °C oder 750 °C bis 800 °C und ist daher sehr energieeffizient. Die Anforderungen beispielsweise an den verwendeten Ofen sind damit gering. Die Edukte sind kostengünstig kommerziell erhältlich und nicht toxisch.
Die Erfindung betrifft ferner eine Beleuchtungsvorrichtung. Insbesondere weist die Beleuchtungsvorrichtung den Leuchtstoff auf. Dabei gelten alle Ausführungen und Definitionen des Leuchtstoffs auch für die Beleuchtungsvorrichtung und umgekehrt. Es wird eine Beleuchtungsvorrichtung angegeben. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst einen Leuchtstoff mit der allgemeinen Summenformel NavKxRbyLizCsw (LisSiCU)4 :E, wobei
- v+x+y+z+w = 4;
- 0 ≤ v ≤ 4;
- 0 ≤ x ≤ 4;
- 0 ≤ y ≤ 4;
- 0 ≤ z ≤ 4;
- 0 ≤ w ≤ 4 und
E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn, bevorzugt E = Eu allein oder in Kombination mit Ce, Yb und/oder Mn, besonders bevorzugt E =
Eu.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Beleuchtungsvorrichtung eine Halbleiterschichtenfolge auf.
Die Halbleiterschichtenfolge ist zur Emission von elektromagnetischer Primärstrahlung eingerichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Halbleiterschichtenfolge zumindest ein III-V-
Verbindungshalbleitermaterial auf. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial, wie AlnIni_n-mGamN, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ l und n + m ≤ 1 ist. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile der
Halbleiterschichtenfolge, also Al, Ga, In und N, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können. Insbesondere ist die Halbleiterschichtenfolge aus InGaN geformt. Die Halbleiterschichtenfolge beinhaltet eine aktive Schicht mit mindestens einem pn-Übergang und/oder mit einer oder mit mehreren QuantentopfStrukturen. Im Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung wird in der aktiven Schicht eine elektromagnetische Strahlung erzeugt. Eine Wellenlänge oder das Emissionsmaximum der Strahlung liegt bevorzugt im ultravioletten und/oder sichtbaren Bereich, insbesondere bei Wellenlängen zwischen einschließlich 330 nm und einschließlich 500 nm, bevorzugt zwischen einschließlich 340 nm und einschließlich 460 nm, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 360 und einschließlich 450 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt eine Wellenlänge oder das Emissionsmaximum der Primärstrahlung im ultravioletten Bereich zwischen einschließlich 330 nm und 400 nm, bevorzugt einschließlich 360 nm und 400 nm oder im blauen Bereich zwischen einschließlich 400 nm und einschließlich 460 nm, bevorzugt zwischen einschließlich 400 nm und 450 nm. Es hat sich gezeigt, dass der Leuchtstoff mit einer Primärstrahlung in diesen Bereichen besonders effizient angeregt werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der Beleuchtungsvorrichtung um eine Leuchtdiode, kurz LED, insbesondere eine Konversions-LED. Die
Beleuchtungsvorrichtung ist dann bevorzugt dazu eingerichtet, weißes oder grünes Licht zu emittieren.
In Kombination mit dem in der Beleuchtungsvorrichtung vorhandenen Leuchtstoff ist die Beleuchtungsvorrichtung bevorzugt dazu eingerichtet, in Vollkonversion grünes Licht und in Teilkonversion weißes Licht zu emittieren. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Beleuchtungsvorrichtung dazu eingerichtet in Vollkonversion grünes Licht zu emittieren. Die Beleuchtungsvorrichtung kann den Leuchtstoff mit der allgemeinen Summenformel NavKxRbyLizCsw (Li3SiO4)4 :E als einzigen Leuchtstoff ausweisen. Die Beleuchtungsvorrichtung dieser Ausführungsform eignet sich insbesondere für Anwendungen bei denen eine gesättigte grüne Emission benötigt wird, wie zur Videoprojektion, beispielweise im Kino, Büro oder Zuhause, Head-Up Displays, für Lichtquellen mit einstellbarem Farbwiedergabeindex oder einstellbarer Farbtemperatur, Lichtquellen mit an die Anwendung angepassten Spektrum, wie Ladenbeleuchtung oder FCI-Lampen („feeling of contrast index"). FCI-Lampen sind Beleuchtungsvorrichtungen, die darauf ausgerichtet sind, ein Weißlicht mit einem besonders hohen Farbkontrastindex zu erzeugen. Geeignet sind Konversions-lichtemittierende Dioden oder Beleuchtungsvorrichtungen dieser Ausführungsform auch für farbige Spotlights, Wandbeleuchtungen oder Bewegungsscheinwerfer, insbesondere in der Bühnenbeleuchtung. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Beleuchtungsvorrichtung ein Konversionselement auf. Insbesondere umfasst das Konversionselement den Leuchtstoff oder besteht daraus. Der Leuchtstoff konvertiert zumindest teilweise oder vollständig die elektromagnetische Primärstrahlung in elektromagnetische Sekundärstrahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Gesamtstrahlung der Beleuchtungsvorrichtung eine weiße Mischstrahlung. Die Beleuchtungsvorrichtung oder das Konversionselement dieser Ausführungsform kann zusätzlich zu dem Leuchtstoff einen roten Leuchtstoff umfassen. Beleuchtungsvorrichtung dieser Ausführungsform eignet sich insbesondere für die Hintergrundbeleuchtung von Anzeigeelementen, wie Displays. Gemäß zumindest einer Ausführungsform konvertiert der Leuchtstoff die elektromagnetische Primärstrahlung teilweise in elektromagnetische Sekundärstrahlung. Dies kann auch als Teilkonversion bezeichnet werden. Die aus der Beleuchtungsvorrichtung austretende Gesamtstrahlung ist dann aus der Primär- und Sekundärstrahlung zusammengesetzt, insbesondere weiße Mischstrahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Konversionselement neben dem Leuchtstoff einen zweiten und/oder dritten Leuchtstoff auf. Beispielsweise sind die Leuchtstoffe in einem Matrixmaterial· eingebettet. Alternativ können die Leuchtstoffe auch in einer Konverterkeramik vorliegen.
Die Beleuchtungsvorrichtung kann einen zweiten Leuchtstoff zur Emission von Strahlung aus dem roten Spektralbereich aufweisen.
Ausführungsbeispiel
Das Ausführungsbeispiel AB mit der Summenformel Nai,igKo,96Rbo,92Lio,82Cso,i2(Li3SiO4)4 :Eu wurde wie folgt hergestellt: Li2CO3, Na2CO3, K2CO3, Rb2CO3, Cs2CO3, SiO2 und EU203 wurden in den in Tabelle 1 gezeigten Mengen gemischt und die Mischung in einem offenen Nickel Tiegel auf eine Temperatur von 750 °C unter einer Formiergasatmosphäre (N2:H2 = 80:20) für vier Stunden erhitzt. Alternativ kann das Erhitzen unter einer 100 % H2 Atmosphäre oder in einer Formiergasatmosphäre mit bis zu 20 % N2, Rest H2 erfolgen.
Nach dem Abkühlen wird ein Agglomerat an grünen Einkristallen des Leuchtstoffs erhalten, die in einem Achatmörser voneinander getrennt wurden
Figure imgf000019_0001
Der Leuchtstoff zeigt eine Emission im grünen Spektralbereich des elektromagnetischen Spektrums. Durch Einkristalldiffraktometrie kann dem Leuchtstoff die Summenformel Na1, 18K0,96Rb0, 92Li0,82CS0, 12 (Li3SiO4)4 :Eu2+ zugewiesen werden. Aufgrund des vernachlässigbaren Streubeitrags des Eu bei der eingesetzten Aktivatorkonzentration wurde Eu bei der Verfeinerung nicht gesondert berücksichtigt.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt der Kristallstruktur eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs.
Figur 2 zeigt eine Rietveld-Verfeinerung des Röntgenbeugungspulverdiffraktogramms eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs. Figur 3 zeigt ein Emissionsspektrum eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs.
Figur 4 zeigt die Kubelka-Munk-Funktion eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs.
Figur 5 zeigt ein Emissionsspektrum von zwei Vergleichsbeispielen .
Figur 6 zeigt das thermische Quenchverhalten eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs.
Figuren 7 bis 9 zeigen schematische Schnittdarstellung von Beleuchtungsvorrichtungen .
Figur 10 zeigt ein Emissionsspektrum eines Vergleichsbeispiels .
Figur 1 zeigt die tetragonale Kristallstruktur des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel Na1, 18K0,96Rb0, 92Li0,82CS0, 12 (Li3SiO4)4:Eu2+. Die ausgefüllten Kreise stellen Rb-Atome (88,3%) und Cs-Atome (11,7%), die nicht ausgefüllten Kreise Rb-Atome (4,1%) und K-Atome (95,9%), die linierten nicht ausgefüllten Kreise Li-Atome (33,0%) und die linierten ausgefüllten Kreise Li-Atome (7,8%) und Na-Atome (59,2%) dar. Die diagonal schraffierten und größer dargestellten Polyeder sind LiO4-Tetraeder und die kariert schraffierten, kleiner dargestellten Polyeder sind LiO4- Tetraeder. Die (LiaSiO4)-Baueinheiten weisen SiO4- und LiO4- Tetraeder auf, wobei Sauerstoff die Ecken und Li bzw. Si die Mitte der Tetraeder besetzen. Die (Li3SiO4)4-Baueinheiten bilden eine (Li3SiO4) “-Substruktur, die der (Li3SiO4)-- Substruktur von bekannten Lithosilikaten entspricht (J. Hofmann, R. Brandes, R. Hoppe, Neue Silicate mit „Stuffed Pyrgoms": CsKNaLi9{Li[SiO4]} 4, CsKNa2Li8{Li[SiO4]} 4,
RbNa3Li8 {Li [SiO4 ] } 4, und RbNaLi4 {Li [SiO4 ] } 4 , Z. Anorg. Allg. Chem., 1994, 620, 1495 - 1508.), allerdings unterscheidet sich der Leuchtstoff von bekannten Lithosilikaten in der unterschiedlichen Besetzung der zwei Arten von Kanälen. Die (Li3SiO4) "-Substruktur bildet zwei Arten von Kanälen entlang der kristallographischen c-Achse. Die erste Art von Kanälen ist mit den schwereren Alkalimetallen Cs, Rb und K besetzt. Dabei sind K und Rb alternierend angeordnet, wobei Rb teilweise durch Cs substituiert ist (11,7%) und K teilweise durch Rb substituiert ist (4,1 %). Die zweite Art von Kanälen ist mit den leichteren Alkalimetallen Na und Li besetzt. In der zweiten Art von Kanälen sind nicht alle Na- und Li- Positionen vollständig besetzt, die Na-Position ist von Na zu 59,2% und Li zu 7,8% besetzt und die Li-Position ist zu 33% mit Li besetzt. Die Summe der Besetzung der zweiten Art von Kanälen wurde bei der Verfeinerung auf 100% gesetzt, um Ladungsneutralität zu gewährleisten. Diese neuartige Kristallstruktur von Nai,18K0, 9 6Rb0, 92Li0, 82CS0 , 12 (Li3SiO4)4 :Eu2+ ist bislang nicht bekannt. Die Kristallstruktur ist isostrukturell zu der Kristallstruktur von CsNaKLiNavKxRbyLizCsw (Li3SiO4)4 und CsNaRbLi(Li3SiO4)4 ((J. Hofmann, R. Brandes, R. Hoppe,
Neue Silicate mit „Stuffed Pyrgoms": CsKNaLig{Li[SiO4]} 4, CsKNa2Li8{Li[SiO4]}4, RbNa3Li8{Li[SiO4]} 4, und RbNaLi4{Li[SiO4]}A, 2. Anorg. Allg. Chem., 1994, 620, 1495- 1508.). Wie beschrieben besetzt Li in der Kristallstruktur zum einen Positionen innerhalb der (Li3LiO4) "-Substruktur und zum anderen innerhalb der von der (Li3SiO4) "-Substruktur gebildeten Kanäle, aufgrund dessen ist eine bevorzugte Schreibweise der Summenformel
Na1, 18K0,96Rb0,92Li0, 82CS0 , 12 (Li3SiO4)4 :Eu2+, wobei auch Na1, 18K0, 96Rb0, 92CS0, 12Li12, 82Si4O16 :Eu2+ verwendet werden kann. Der Leuchtstoff kristallisiert in der Raumgruppe I4/m. Die Kristallstruktur wurde mittels Einkristall- (Details in nachfolgenden Tabellen 2, 3 und 4) und Pulverröntgenbeugungsexperimente (Figur 2) bestimmt.
In Tabelle 2 sind die kristallographischen Daten von Na1,18K0,96Rb0,92Li0,82Cs0,12 (Li3SiO4)4 :Eu2+ gezeigt.
Tabelle 2:
Figure imgf000022_0001
In Tabelle 3 sind die Atomlagen von Na1,18K0,96Rb0,92Li0,82Cs0,12 (Li3SiO4)4 :Eu2+ gezeigt.
Tabelle 3:
Figure imgf000023_0001
In Tabelle 4 sind die anisotropen Auslenkungsparameter von von Na1,18K0,96Rb0,92Li0,82Cs0,12 (Li3SiO4)4 :Eu2+ gezeigt.
Tabelle 4:
Figure imgf000023_0002
Figur 2 zeigt eine Rietveld-Verfeinerung des Röntgenbeugungspulverdif fraktogramms von Na1,18K0,96Rb0,92Li0,82Cs0,12 (Li3SiO4)4 :Eu. Anhand des gemessenen Röntgenpulverdiff raktogramms ist die hohe Reinheit des Leuchtstoffs ersichtlich. Im oberen Diagramm ist dabei die Überlagerung der gemessenen Reflexe mit den berechneten Reflexen dargestellt. Im unteren Diagramm sind die Unterschiede der gemessenen und der berechneten Reflexe dargestellt .
Figur 3 zeigt das Emissionsspektren von Na1,18K0,96Rb0,92Li0,82Cs0,12 (Li3SiO4)4 :Eu2+. Auf der x-Achse ist die Wellenlänge in Nanometern aufgetragen und auf der y-Achse die relative Intensität in Prozent. 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 534 nm und eine Dominanzwellenlänge von 543 nm auf. Die Halbwertsbreite liegt bei 42,3 nm und der Farbpunkt im CIE- Farbraum bei den Koordinaten CIE-x: 0,259 und CIE-y: 0,697. Wie ersichtlich zeigt das Emissionsspektrum des Leuchtstoffs nur einen Emissionspeak. Die Peakwellenlänge stellt somit nicht nur das absolute Maximum, sondern auch das einzige Maximum innerhalb des Emissionsspektrums dar.
Bei Anregung eines Pulvers des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit einer Primärstrahlung einer Wellenlänge von 460 nm (nicht gezeigt) zeigt der Leuchtstoff eine Peakwellenlänge von 534 nm und eine Dominanzwellenlänge von 542,7 nm auf. Die Halbwertsbreite liegt bei 43,5 nm und der Farbpunkt im CIE- Farbraum bei den Koordinaten CIE-x: 0,257 und CIE-y: 0,702. Auch hier weist das Emissionsspektrum des Leuchtstoffs nur einen Emissionspeak auf und die Peakwellenlänge stellt das absolute und einzige Maximum dar. Dagegen zeigt das in Figur 10 gezeigte Emissionsspektrum des Leuchtstoffs Cs4-x-y-zRbxNayLiz [Li3SiO4 ]4 :Eu zwei Emissionspeaks und damit eine unerwünschte Doppelemission.
Die Emission des Leuchtstoffs zeigt eine große Überlappung mit dem Transmissionsbereich eines Standard-Grünfilters, so dass nur wenig Licht verlorengeht und der erreichbare Farbraum groß ist. Deshalb eignet sich der Leuchtstoff Na1,18K0,96Rb0,92Li0,82Cs0,12 (Li3SiO4)4 :Eu2+ insbesondere für Konversions-LEDs für Hintergrundbeleuchtungsanwendungen für Displays.
Figur 4 zeigt eine normierte Kubelka-Munk-Funktion (KMF), aufgetragen gegen die Wellenlänge l in nm, für Na1,18K0,96Rb0,92Li0,82Cs0,12 (Li3SiO4)4 :Eu2+.KMF wurde dabei wie folgt berechnet:
KMF = (1-Rinf)2/2Rinf, wobei Rinf der diffusen Reflexion (Remission) des Leuchtstoffs entspricht.
Aus Figur 4 ist ersichtlich, dass der Leuchtstoff effizient mit einer Primärstrahlung zwischen 330 nm und 500 nm angeregt werden kann. Hohe KMF-Werte bedeuten eine hohe Absorption in diesem Bereich.
Figur 5 zeigt die Emissionsspektren von den bekannten Leuchtstoffen LU3 (Al,Ga)5O12 :Ce (G2) und (Sr,Ba)2SiO4 :Eu (OS2).
Tabelle 5 zeigt einen Vergleich der spektralen Daten des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs Na1,18K0,96Rb0,92Li0,82Cs0,12 (Li3SiO4)4 :Eu2+ (AB) mit den bekannten Leuchtstoffen LU3 (Al,Ga)5O12 :Ce (G2) und (Sr,Ba)2S1O4 :Eu (OS2).
Figure imgf000026_0001
Alle drei Leuchtstoffe zeigen eine ähnliche Dominanzwellenlänge. Der erfindungsgemäße Leuchtstoff AB 5 zeigt jedoch eine deutlich höhere Lichtausbeute (LER) und eine deutlich höhere Farbreinheit. Dies führt zu einer besseren Farbreinheit und zu einer besseren Gesamteffizienz.
In Figur 6 ist das thermische Quenchverhalten des 0 erfindungsgemäßen Leuchtstoffs Na1,18K0,96Rb0,92Li0,82Cs0,12 (Li3SiO4)4:Eu2+ dargestellt. Der Leuchtstoff wurde mit einer Primärstrahlung mit einer Wellenlänge von 400 nm bei verschiedenen Temperaturen von 25 bis 225 °C angeregt und seine Emissionsintensität wurde dabei 5 aufgezeichnet . Der erfindungsgemäße Leuchtstoff zeigt nur einen geringen Verlust an Emissionsintensität bei typischen Temperaturen, die in einer Konversions-LED herrschen, insbesondere Temperaturen über 140 °C. Sogar bei 200 °C liegt der Verlust nur bei 10 %. Damit ist das thermische 0 Quenchverhalten sogar besser als das von LU3AI5O12 :Ce. Mit Vorteil kann der Leuchtstoff damit auch bei höheren Betriebstemperaturen in Konversions-LEDs eingesetzt werden.
Die Figuren 7 bis 9 zeigen jeweils schematische 5 Seitenansichten verschiedener Ausführungsformen von hier beschriebenen Beleuchtungsvorrichtungen, insbesondere Konversions-LEDs .
Die Konversions-LEDs der Figuren 7 bis 9 weisen zumindest einen hier beschriebenen erfindungsgemäßen Leuchtstoff auf. Zusätzlich kann ein weiterer Leuchtstoff oder eine Kombination von Leuchtstoffen in der Konversions-LED vorhanden sein. Die zusätzlichen Leuchtstoffe sind dem Fachmann bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht explizit erwähnt.
Die Konversions-LED gemäß Figur 7 weist eine Halbleiterschichtenfolge 2 auf, die auf einem Substrat 10 angeordnet ist. Das Substrat 10 kann beispielsweise reflektierend ausgebildet sein. Über der
Halbleiterschichtenfolge 2 ist ein Konversionselement 3 in Form einer Schicht angeordnet. Die Halbleiterschichtenfolge 2 weist eine aktive Schicht auf (nicht gezeigt), die im Betrieb der Konversions-LED eine Primärstrahlung mit einer Wellenlänge von 340 nm bis 460 nm emittiert. Das Konversionselement 3 ist im Strahlengang der Primärstrahlung S angeordnet. Das Konversionselement 3 umfasst ein Matrixmaterial, wie beispielsweise ein Silikon, Epoxidharz oder Hybridmaterial, und Partikel des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs 4.
Der Leuchtstoff 4 ist dazu befähigt, die Primärstrahlung S im Betrieb der Konversions-LED zumindest teilweise oder vollständig in eine Sekundärstrahlung SA im grünen Spektralbereich, insbesondere mit einer Peakwellenlänge zwischen einschließlich 529 nm bis 539 nm zu konvertieren.
Der Leuchtstoff 4 ist in dem Konversionselement 3 in dem Matrixmaterial im Rahmen der Herstellungstoleranz homogen verteilt.
Alternativ kann der Leuchtstoff 4 auch mit einem Konzentrationsgradienten in dem Matrixmaterial verteilt sein.
Alternativ kann das Matrixmaterial auch fehlen, sodass der Leuchtstoff 4 als Keramikkonverter ausgeformt ist.
Das Konversionselement 3 ist über der
Strahlungsaustrittsfläche 2a der Halbleiterschichtenfolge 2 und über den Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge 2 vollflächig aufgebracht und steht mit der
Strahlungsaustrittsfläche 2a der Halbleiterschichtenfolge 2 und den Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge 2 in direktem mechanischem Kontakt. Die Primärstrahlung S kann auch über die Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge 2 austreten.
Das Konversionselement 3 kann beispielsweise durch Spritzguss-, Spritzpress- oder durch Spraycoating-Verfahren aufgebracht werden. Zudem weist die Konversions-LED elektrische Kontaktierungen (hier nicht gezeigt) auf, deren Ausbildung und Anordnung dem Fachmann bekannt ist.
Alternativ kann das Konversionselement auch vorgefertigt sein und mittels eines sogenannten Pick-and-Place-Prozesses auf die Halbleiterschichtenfolge 2 aufgebracht werden.
In Figur 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Konversions-LED 1 gezeigt. Die Konversions-LED 1 weist eine Halbleiterschichtenfolge 2 auf einem Substrat 10 auf. Auf der Halbleiterschichtenfolge 2 ist das Konversionselement 3 ausgeformt. Das Konversionselement 3 ist als Plättchen ausgeformt. Das Plättchen kann aus zusammengesinterten Partikeln des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs 4 bestehen und somit ein keramisches Plättchen sein, oder das Plättchen weist beispielsweise Glas, Silikon, ein Epoxidharz, ein Polysilazan, ein Polymethacrylat oder ein Polycarbonat als Matrixmaterial mit darin eingebetteten Partikeln des Leuchtstoffs 4 auf.
Das Konversionselement 3 ist über der
Strahlungsaustrittsfläche 2a der Halbleiterschichtenfolge 2 vollflächig aufgebracht. Insbesondere tritt keine Primärstrahlung S über die Seitenflächen der
Halbleiterschichtenfolge 2 aus, sondern überwiegend über die Strahlungsaustrittsfläche 2a. Das Konversionselement 3 kann mittels einer Haftschicht (nicht gezeigt), beispielsweise aus Silikon, auf der Halbleiterschichtenfolge 2 aufgebracht sein.
Die Konversions-LED 1 gemäß der Figur 9 weist ein Gehäuse 11 mit einer Ausnehmung auf. In der Ausnehmung ist eine Halbleiterschichtenfolge 2 angeordnet, die eine aktive Schicht aufweist (nicht gezeigt). Die aktive Schicht emittiert im Betrieb der Konversions-LED eine Primärstrahlung S mit einer Wellenlänge von 340 nm bis 460 nm.
Das Konversionselement 3 ist als Verguss der Schichtenfolge in der Ausnehmung ausgeformt und umfasst ein Matrixmaterial wie beispielsweise ein Silikon und einen Leuchtstoff 4, beispielsweise Na1,18K0,96Rb0,92Li0,82Cs0,12 (Li3SiO4)4:Eu. Der Leuchtstoff 4 konvertiert die Primärstrahlung S im Betrieb der Konversions-LED 1 zumindest teilweise in eine Sekundärstrahlung SA. Alternativ konvertiert der Leuchtstoff die Primärstrahlung S vollständig in Sekundärstrahlung SA. Möglich ist auch, dass der Leuchtstoff 4 in den Ausführungsbeispielen der Figuren 7 bis 9 in dem Konversionselement 3 räumlich von der Halbleiterschichtenfolge 2 oder der Strahlungsaustrittsfläche 2a beabstandet angeordnet ist. Dies kann beispielsweise durch Sedimentation oder durch Aufbringen der Konversionsschicht auf dem Gehäuse erreicht werden. Beispielsweise kann im Gegensatz zu der Ausführungsform der Figur 9 der Verguss lediglich aus einem Matrixmaterial, beispielsweise Silikon, bestehen, wobei auf dem Verguss beabstandet zu der Halbleiterschichtenfolge 2 das Konversionselement 3 als Schicht auf dem Gehäuse 11 und auf dem Verguss aufgebracht wird.
Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele und deren Merkmale können gemäß weiterer Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden, auch wenn solche Kombinationen nicht explizit in den Figuren gezeigt sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele zusätzliche oder alternative Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
Bezugszeichenliste
1 Beleuchtungsvorrichtung oder Konversions-LED
2 Halbleiterschichtenfolge oder Halbleiterchip
2a Strahlungsaustrittsfläche
3 Konversionselement
4 Leuchtstoff
10 Substrat
11 Gehäuse
5 Primärstrahlung
SA Sekundärstrahlung
LED lichtemittierende Diode
LER Lichtausbeute
W Watt lm Lumen λdom Dominanzwellenlänge ppm Parts per Million
AB Ausführungsbeispiel g Gramm
IR relative Intensität
Mol% Molprozent KMS Kubelka-Munk-Funktion
K Kelvin cm Zentimeter nm Nanometer °2Q Grad 2 Theta T Temperatur °C Grad Celsius

Claims

Patentansprüche
1. Leuchtstoff (4) mit der allgemeinen Summenformel NavKxRbyLizCsw (Li3SiO4 )4 :E, wobei
- v+x+y+z+w = 4;
- 0 ≤ v ≤ 4;
- 0 ≤ x ≤ 4;
- 0 ≤ y ≤ 4;
- 0 ≤ z ≤ 4;
- 0 ≤ w ≤ 4 und
- E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn.
2. Leuchtstoff (4) nach Anspruch 1, wobei
- 0 ≤ v ≤ 3;
- 0 ≤ x ≤ 3;
- 0 ≤ y ≤ 3;
- 0 ≤ z ≤ 3 und
- 0 ≤ w ≤ 3.
3. Leuchtstoff (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- 0 ≤ v ≤ 2;
- 0 ≤ x ≤ 2;
- 0 ≤ y ≤ 2;
- 0 ≤ z ≤ 2 und
- 0 ≤ w ≤ 2.
4. Leuchtstoff (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- 0,05 ≤ v ≤ 1,50;
- 0,05 ≤ x ≤ 1,50;
- 0,05 ≤ y ≤ 1,50;
- 0,05 ≤ z ≤ 1,50 und 0,05 ≤ w ≤ 1,50.
5. Leuchtstoff (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- 0,05 ≤ v ≤ 1,50;
- 0,05 ≤ x ≤ 1,50;
- 0,05 ≤ y ≤ 1,50;
- 0,05 ≤ z ≤ 1,50 und
- 0,05 ≤ w ≤ 0,5.
6. Leuchtstoff (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- 1,00 ≤ v ≤ 1,40;
- 0,80 ≤ x ≤ 1,20;
- 0,80 ≤ y ≤ 1,20;
- 0,60 ≤ z ≤ 1,00 und
- 0,05 ≤ w ≤ 0,30.
7. Leuchtstoff (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- 1,08 ≤ v ≤ 1,28;
- 0,86 ≤ x ≤ 1,06;
- 0,82 ≤ y ≤ 1,02;
- 0,72 ≤ z ≤ 0,92 und
- 0,05 ≤ w ≤ 0,22.
8. Leuchtstoff (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- 1,16 ≤ v ≤ 1,20;
- 0,94 ≤ x ≤ 0,98;
- 0,90 ≤ y ≤ 0,94;
- 0,80 ≤ z ≤ 0,84 und
- 0,10 ≤ w ≤ 0,14.
9. Leuchtstoff (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Kristallstruktur tetragonal ist.
10. Leuchtstoff (4) nach Anspruch 9, der in der Raumgruppe l4/m kristallisiert.
11. Leuchtstoff (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der eine Peakwellenlänge im Bereich zwischen einschließlich 529 nm bis 539 nm aufweist.
12. Leuchtstoff (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der eine Halbwertsbreite zwischen 40 nm und 45 nm aufweist.
13. Beleuchtungsvorrichtung (1) umfassend einen Leuchtstoff
(4) gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12.
14. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 13 aufweisend
- eine Halbleiterschichtenfolge (2), die zur Emission von elektromagnetischer Primärstrahlung (S) eingerichtet ist und
- ein Konversionselement (3), das den Leuchtstoff (4) umfasst und zumindest teilweise die elektromagnetische Primärstrahlung (S) in elektromagnetische Sekundärstrahlung (SA) konvertiert.
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