Beschreibung

LEUCHTSTOFF UND KONVERSIONS-LED Die Erfindung betrifft einen Leuchtstoff, ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs und eine Konversions-LED.

Leuchtstoffe, die effizient mit ultravioletter und/oder blauer Primärstrahlung angeregt werden können und eine effiziente Emission im grünen Spektralbereich aufweisen, sind von großem Interesse für die Herstellung von weißen und farbigen Konversions-LEDs. Konversions-LEDs werden

beispielsweise zur Allgemeinbeleuchtung eingesetzt. Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, einen Leuchtstoff anzugeben, der eine Strahlung im grünen Bereich des

elektromagnetischen Spektrums emittiert. Eine weitere Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur

Herstellung eines Leuchtstoffs, der eine Strahlung im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert und in der Bereitstellung einer Konversions-LED umfassend einen Leuchtstoff, der eine Strahlung im blauen bis grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert. Die Aufgabe wird durch einen Leuchtstoff, ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs und einer Konversions-LED gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte

Ausführungen sowie Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind jeweils in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Es wird ein Leuchtstoff mit der Summenformel

(AB) i _+x+ 2yAlii-x-y (AC) _x LiyOi7 : E angegeben. Für den Leuchtstoff gilt : 0 < x+y < 11,

AC = Mg, Ca, Sr, Ba und/oder Zn,

AB = Na, K, Rb und/oder Cs, und

E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn . Bevorzugt gilt

x > 0 und

y > 0. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform enthält der Leuchstoff somit sowohl AC = Mg, Ca, Sr, Ba und/oder Zn und Li. Leuchtstoffe gemäß dieser Aussführungsform emitteren insbesondere besonders effizient im grünen Spektralbereich .

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 weist der Leuchtstoff die folgende allgemeine Summenformel auf:

(AB) i _+x+ 2yAlii-x-y (AC) _x LiyOi7 : Eu, wobei gilt:

- 0 < x+y < 11,

- AC = Mg, Ca, Sr, Ba und/oder Zn, und

- AB = Na, K, Rb und/oder Cs . Bevorzugt gilt

- x > 0 und

- y > 0.

Die Erfinder haben herausgefunden, dass Eu-dotierte

Leuchstoffe besonders effizient sind.

Überraschenderweise ist es den Erfindern gelungen, einen Leuchtstoff bereitzustellen, der von einem Alkali-Aluminat abgeleitet ist und der innerhalb seiner Summenformel neben Alkalimetall- (Na, K, Rb und/oder Cs) und Aluminiumionen Lithiumionen und/oder zweiwertige Kationen, bevorzugt

Lithiumionen und zweiwertige Kationen enthält und

insbesondere in einer zu Natrium-ß ^{λ X} -Aluminat isotypen

Kristallstruktur kristallisiert. Durch die Dotierung mit einem Aktivator E (E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn) , bevorzugt Eu, besonders bevorzugt Eu ²⁺ , kann der Leuchtstoff nach Anregung mit einer Primärstrahlung im blauen oder nahen UV-Bereich eine Strahlung im blauen bis grünen, bevorzugt im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittieren.

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.

Gemäß zumindest einer Asuführungsform weist der Leuchtstoff die Summenformel (AB) i+2yAlii- _y Li _y Oi7 : E auf. Für den Leuchtstoff gilt :

- 0 < y < 11,

- AB = Na, K, Rb und/oder Cs, und

- E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn . Bevorzugt gilt

- 0 < y < 1,

- AB = Na und

- E = Eu.

Gemäß zumindest einer Asuführungsform weist der Leuchtstoff die Summenformel (AB) i+ _x Aln- _x (AC) _x Oi7 : E auf. Für den

Leuchtstoff gilt:

- 0 < x < 11,

- AC = Mg, Ca, Sr, Ba und/oder Zn, - AB = Na, K, Rb und/oder Cs, und

- E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn . Bevorzugt gilt:

- 0 < x < 1,

- AC = Mg und/oder Zn,

- AB = Na und

- E = Eu.

Leuchtstoffe gemäß dieser Ausführungsform zeigen insbesondere eine Emission im blauen Spektralbereich mit einer

Peakwellenlänge zwischen 470 nm und 500 nm.

Als "Peakwellenlänge" wird vorliegend die Wellenlänge im Emissionsspektrum bezeichnet, bei der die maximale Intensität im Emissionsspektrum liegt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt die

Peakwellenlänge des Leuchtstoffs im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums, bevorzugt zwischen 520 nm und 560 nm, besonders bevorzugt zwischen 525 nm und 550 nm. Grün emittierende Leuchtstoffe werden für eine Vielzahl an

Anwendungen, wie beispielweise für Konversions-LEDs für die Allgemeinbeleuchtung, benötigt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die Formel (AB) i _+x+ 2yAlii-x-y (AC) _x Li _y Oi7 : E auf, wobei

- 0 < x+y < 2, bevorzugt 0,5 -S x+y -S 1,5,

- x > 0,

- y > o,

- AC = Mg, Ca, Sr, Ba und/oder Zn,

- AB = Na, K, Rb und/oder Cs und

- E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn, bevorzugt E = Eu . AC und Li können innerhalb der Kristallstruktur insbesondere zwei AI-

Gitterplätze teilweise besetzen. Eine alternative

Schreibweise für die Summenformel des Leuchtstoffs, die die teilweise Substitution von zwei Aluminiumionen durch AC und Li verdeutlicht, ist (AB) ι+χ _+2γ Αΐ9 (Al ₂ -x- _y ) (AC) _x Li _y Oi7 : Eu .

Leuchtstoffe, die sowohl AC und Li enthalten zeigen im

Vergleich zu Leuchtstoffen, die nur AC oder Li enthalten, überraschenderweise eine in den langwelligen Bereich

verschobene Peakwellenlänge und emittieren insbesondere im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums.

Die Leuchtstoffe sind sehr stabil und weisen insbesondere eine hohe Quanteneffizienz auf. Die Leuchtstoffe weisen ein hohes Absorptionsvermögen im nahen UV-Bereich bis blauen Bereich auf und lassen sich somit effizient mit einer

Primärstrahlung in diesem Wellenlängenbereich anregen. Die Primärstrahlung kann von dem Leuchtstoff ganz

(Vollkonversion) oder teilweise (Teilkonversion) in eine längerwellige Strahlung, auch Sekundärstrahlung genannt, umgewandelt werden. Zudem kann die Halbwertsbreite unter 75 nm liegen. Die Halbwertsbreite ist im Vergleich zu der von bekannten grünen Leuchtstoffen, wie beispielweise

LU3AI5O12 : Ce, sehr gering. Aufgrund der kleinen

Halbwertsbreite kann eine hohe Farbreinheit erzielt werden und die Effizienz und die Lichtausbeute einer Konversions-LED enthaltend den Leuchtstoff gesteigert 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.

Die Erfinder haben herausgefunden, dass überraschenderweise das Vorhandensein von Li und AC in dem Leuchtstoff für die guten optischen Eigenschaften, insbesondere die Lage der Peakwellenlänge im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums und die geringe Halbwertsbreite, wesentlich ist. So zeigen beispielweise Nai,72Lio,3Älio,660i7 :Eu ²⁺ und

ai,57 no,57Älio,430i7 : Eu ²⁺ im Vergleich zu Nai ₊ x ₊ 2yAlii-x-yZn _x LiyOi7 : Eu mit x = 0,7 und y = 0,3 eine zu kürzeren Wellenlängen

verschobene Peakwellenlänge und eine größere Halbwertsbreite.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die Summenformel Nai+x+2yAlii- _x -y (AC) _x Li _y Oi7 : E auf, wobei

- 0 < x+y < 11, bevorzugt 0 < x+y < 2, besonders bevorzugt

0, 5 < x+y < 1,5,

- x > 0,

- y > 0,

- AC = Mg, Ca, Sr, Ba und/oder Zn und

- E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn, bevorzugt E = Eu .

Nai _+x+ 2yAlii-x-y (AC) _x Li _y Oi7 : E bzw . Nai _+x+ 2yAlii- _x - _y (AC) _x Li _y Oi7 : Eu leitet sich insbesondere von Natrium-ß ^{λ X} -Aluminat ab und weist im Vergleich zu Natrium-ß ^{λ X} -Aluminat innerhalb seiner Summenformel neben Natrium- und Aluminiumionen Lithiumionen und Zink-, Magnesium-, Calcium-, Strontium- und/oder

Bariumionen auf. Insbesondere kristallisiert der Leuchtstoff in einer zu Natrium-ß ^{λ X} -Aluminat isotypen Kristallstruktur. Dabei können innerhalb der Kristallstruktur insbesondere Li und AC des Leuchtstoffs denselben Gitterplatz innerhalb der Kristallstruktur einnehmen wie AI in Natrium-ß ^{λ X} -Aluminat . AI, AC und Li besetzen somit insbesondere eine

kristallographische Position. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die Summenformel Nai+ _x +2yAlii- _x - _y (Zni- _Z A _Z ) _x Li _y Oi7 :E auf, wobei

0 -S z < 1, bevorzugt 0 -S z < 0,5, - 0 < x+y < 11, bevorzugt 0 < x+y < 2, besonders bevorzugt 0, 5 < x+y < 1,5,

- x > 0,

- y > 0,

- A = Mg, Ca, Sr und/oder Ba und

- E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn, bevorzugt E = Eu .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die Summenformel Nai+x+2yAlii- _x -y ( Zni- _Z A _Z ) _x Li _y Oi7 :Eu auf, wobei

- 0 < z < 1, bevorzugt 0 < z < 0,5,

- 0 < x+y < 11, bevorzugt 0 < x+y < 2, besonders bevorzugt 0, 5 < x+y < 1,5,

- x > 0,

- y > 0, und

- A = Mg, Ca, Sr und/oder Ba.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die Summenformel Nai+x+2yAlii-x-yZn _x L iyOi 7 : E oder Nai+x+2yAlii- _x - _y Zn _x L iyOi 7 : Eu auf, wobei

- 0 < x+y < 11, bevorzugt 0 < x+y < 2, besonders bevorzugt

0, 5 < x+y < 1,5,

- x > 0,

- y > 0 und

- E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die Summenformel Nai+x+2yAlii-x-yZn _x L iyOi 7 : E oder Nai+ _x +2yAlii- _x - _y Zn _x L iyOi 7 : Eu auf, wobei

- 0 < x+y < 2, bevorzugt 0,5 -S x+y -S 1,5,

- 0,2 < x < l

- 0,l < y < 0,5,

- E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn . Beispielsweise ist x = 0,7 und y = 0,3. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die Summenformel Nai+x+2yAlii- _x -y (Mgi- _z A ^x _{z x} Li _y Oi7 :Eu auf, wobei

- 0 < ζ ^λ < 1, bevorzugt 0 < ζ ^λ < 0,5

- 0 < x+y < 11, bevorzugt 0 < x+y < 2, besonders bevorzugt

0, 5 < x+y < 1,5,

- x > 0,

- y > 0,

- Α ^λ = Zn, Ca, Sr und/oder Ba und

- E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die Summenformel Nai+x+2yAlii- _x -y (Mgi- _z A ^x _{z x} Li _y Oi7 :Eu auf, wobei

- 0 < ζ ^λ < 1, bevorzugt 0 < ζ ^λ < 0,5

- 0 < x+y < 11, bevorzugt 0 < x+y < 2, besonders bevorzugt

0, 5 < x+y < 1,5,

- x > 0,

- y > 0, und

- Α ^λ = Zn, Ca, Sr und/oder Ba.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die Summenformel Nai+x+2yAlii-x-yMg _x LiyOi7 : E oder Nai+ _x +2yAlii- _x - _y Mg _x LiyOi7 : Eu auf, wobei

- 0 < x+y < 11, bevorzugt 0 < x+y < 2, besonders bevorzugt 0,5 < x+y < 1,5,

- x > 0,

- y > 0 und

- E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn . Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die Summenformel ai+x+2yAlii-x-yMgxL i _y Oi7 : E oder Nai+ _x +2yAlii- _x - _y Mg _x LiyOi7 : Eu auf, wobei

- 0 < x+y < 2, bevorzugt 0,5 -S x+y -S 1,5, - 0, 2 < x < 1

- o,i < y < o,5

- und

- E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn . Beispielsweise ist y = 0,3 und x = 0,5.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform kristallisiert der Leuchtstoff in einem trigonalen Kristallsystem. Gemäß zumindest einer Ausführungsform kristallisiert der

Leuchtstoff in einer Raumgruppe R3m. Bevorzugt

kristallisiert der Leuchtstoff in einem trigonalen

Kristallsystem mit der Raumgruppe R3m. 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. Der Leuchtstoff weist die Formel

(AB) i _+x+ 2yAlii-x-y (AC) _x LiyOi7 : E auf, wobei

- 0 < x+y < 11

- AC = Mg, Ca, Sr, Ba und/oder Zn und

- AB = Na, K, Rb und/oder Cs . Bevorzugt gilt:

- x > 0 und

- y > 0.

Das Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte:

A) Vermengen von Edukten des Leuchtstoffs

B) Aufheizen des unter A) erhaltenen Gemenges auf eine

Temperatur Tl zwischen 1200 und 1800 °C, bevorzugt zwischen 1400 °C und 1650 °C, C) Glühen des Gemenges bei einer Temperatur Tl zwischen 1200 und 1800 °C, bevorzugt zwischen 1400 °C und 1650 °C, für 6 Stunden bis 15 Stunden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden als Edukte im Verfahrensschritt A) (AB) ₂ C0 ₃ , Li ₂ C0 ₃ , AI2O3, (AC)O und Eu ₂ 0 ₃ eingesetzt, wobei AC = Mg, Ca, Sr, Ba und/oder Zn und AB = Na, K, Rb und/oder Cs . Die Edukte können insbesondere als Pulver vorliegen und eingesetzt werden. Insbesondere wird dabei ein Leuchtstoff der folgenden allgemeine Summenformel gebildet :

(AB) i _+x+ 2yAlii-x-y (AC) _x LiyOi7 : Eu, wobei gilt:

- 0 < x+y < 11,

- x > 0,

- y > 0,

- AC = Mg, Ca, Sr, Ba und/oder Zn, und

- AB = Na, K, Rb und/oder Cs .

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 werden Verfahrensschritt D) , C) und B) unter einer Formiergasatmosphäre, insbesondere mit 7,5 % H2 und 92,5 % N2 durchgeführt.

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. Das Verfahren zur Herstellung ist im Vergleich zu vielen anderen Herstellungsverfahren für Leuchtstoffe sehr einfach durchzuführen. Insbesondere wird keine Schutzgasatmosphäre benötigt, da die Edukte und der entstehende Leuchtstoff feuchtigkeits- oder Sauerstoffunempfindlich sind. Die Edukte sind kostengünstig kommerziell erhältlich, was den

Leuchtstoff auch wirtschaftlich interessant macht. Es wird eine Konversions-LED (Konversions-lichtemittierende

Diode) umfassend einen Leuchtstoff angegeben. Die angegebenen Ausführungsformen des Leuchtstoffs können in einer

Konversions-LED, wie nachfolgend beschrieben, enthalten sein. Alle für den Leuchtstoff beschriebenen Merkmale gelten somit auch für den Leuchtstoff in der Konversions-LED und

umgekehrt .

Es wird eine Konversions-LED angegeben. Die Konversions-LED umfasst eine Primärstrahlungsquelle, die im Betrieb des

Bauelements eine elektromagnetische Primärstrahlung

emittiert, und ein Konversionselement umfassend einen

Leuchtstoff. Das Konversionselement ist im Strahlengang der elektromagnetischen Primärstrahlung angeordnet und der

Leuchtstoff ist dazu eingerichtet, die elektromagnetische Primärstrahlung zumindest teilweise in eine

elektromagnetische Sekundärstrahlung zu konvertieren. Der Leuchtstoff weist die Formel

(AB) i _+x+ 2yAlii-x-y (AC) _x LiyOi7 : E auf, wobei

- 0 < x+y < 11,

- AC = Mg, Ca, Sr, Ba und/oder Zn,

- AB = Na, K, Rb und/oder Cs, und

- E = Eu, Ce, Yb und/oder Mn . Bevorzugt gilt

- x > 0 und - y > 0.

Dass der Leuchtstoff die elektromagnetische Primärstrahlung zumindest teilweise in eine elektromagnetische

Sekundärstrahlung konvertiert, kann zum einen bedeuten, dass die elektromagnetische Primärstrahlung teilweise von dem Leuchtstoff absorbiert und als Sekundärstrahlung mit einem zumindest teilweise von der Primärstrahlung verschiedenen, insbesondere längeren Wellenlängenbereich emittiert wird. Bei dieser sogenannten Teilkonversion emittiert die Konversions- LED insbesondere eine Gesamtstrahlung, die sich aus der

Primärstrahlung und der Sekundärstrahlung zusammensetzt. Es ist also möglich, dass die Konversions-LED eine

Mischstrahlung aus Primärstrahlung und Sekundärstrahlung emittiert.

Dass der Leuchtstoff zumindest teilweise die

elektromagnetische Primärstrahlung in eine elektromagnetische Sekundärstrahlung konvertiert, kann auch bedeuten, dass die elektromagnetische Primärstrahlung nahezu vollständig durch den Leuchtstoff absorbiert wird und in Form einer

elektromagnetischen Sekundärstrahlung abgegeben wird. Dies kann auch als Vollkonversion bezeichnet werden. Die

emittierte Strahlung beziehungsweise Gesamtstrahlung der Konversions-LED gemäß dieser Ausführungsform entspricht somit vollständig oder nahezu vollständig der elektromagnetischen Sekundärstrahlung. Unter nahezu vollständiger Konversion ist eine Konversion über 90 %, insbesondere über 95 % , zu

verstehen. Es ist also möglich, dass die Konversions-LED überwiegend Sekundärstrahlung emittiert.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der Primärstrahlungsquelle um eine Schichtenfolge mit einer aktiven Schicht, die dazu eingerichtet ist, im Betrieb der Konversions-LED eine elektromagnetische Primärstrahlung zu emittieren . Unter "Schichtenfolge" ist in diesem Zusammenhang eine mehr als eine Schicht umfassende Schichtenfolge zu verstehen, beispielsweise eine Folge einer p-dotierten und einer n- dotierten Halbleiterschicht, wobei die Schichten übereinander angeordnet sind und wobei zumindest eine aktive Schicht enthalten ist, die elektromagnetische Primärstrahlung

emittiert .

Die Schichtenfolge kann als Epitaxieschichtenfolge oder als strahlungsemittierender Halbleiterchip mit einer

Epitaxieschichtenfolge, also als epitaktisch gewachsene

Halbleiterschichtenfolge, ausgeführt sein. Dabei kann die Schichtenfolge beispielsweise auf der Basis von InGaAlN ausgeführt sein. InGaAlN-basierte Halbleiterchips und

Halbleiterschichtenfolgen sind insbesondere solche, bei denen die epitaktisch hergestellte Halbleiterschichtenfolge eine Schichtenfolge aus unterschiedlichen Einzelschichten

aufweist, die mindestens eine Einzelschicht enthält, die ein Material aus dem III-V-Verbindungshalbleitermaterialsystem In _x Al _y Gai-x-yN mit O ^ x ^ l, O ^ y ^ l und x + y < 1 aufweist. Halbleiterschichtenfolgen, die zumindest eine aktive Schicht auf Basis von InGaAlN aufweisen, können beispielsweise elektromagnetische Strahlung in einem ultravioletten bis blauen Wellenlängenbereich emittieren. Die aktive Halbleiterschichtenfolge kann neben der aktiven Schicht weitere funktionale Schichten und funktionelle

Bereiche umfassen, etwa p- oder n-dotierte

Ladungsträgertransportschichten, also Elektronen- oder Löchertransportschichten, undotierte oder p- oder n-dotierte Confinement- , Cladding- oder Wellenleiterschichten,

Barriereschichten, Planarisierungsschichten, Pufferschichten, Schutzschichten und/oder Elektroden sowie Kombinationen daraus. Weiterhin können beispielsweise auf einer dem

Aufwachssubstrat abgewandten Seite der

Halbleiterschichtenfolge eine oder mehrere Spiegelschichten aufgebracht sein. Die hier beschriebenen Strukturen, die aktive Schicht oder die weiteren funktionalen Schichten und Bereiche betreffend sind dem Fachmann insbesondere

hinsichtlich Aufbau, Funktion und Struktur bekannt und werden von daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.

In einer Ausführungsform liegt die elektromagnetische

Primärstrahlung der Primärstrahlungsquelle beziehungsweise der aktiven Schicht der Schichtenfolge im nahen UV-Bereich bis blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Im nahen UV-Bereich kann dabei bedeuten, dass die emittierte Primärstrahlung eine Wellenlänge zwischen einschließlich 300 nm und einschließlich 420 nm aufweist. Im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums kann dabei bedeuten, dass die emittierte Primärstrahlung eine Wellenlänge zwischen 420 nm und einschließlich 500 nm aufweist. Insbesondere hat sich gezeigt, dass der Leuchtstoff besonders effizient

elektromagnetische Primärstrahlung im blauen Bereich

absorbiert .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die

Primärstrahlungsquelle beziehungsweise die Schichtenfolge eine Strahlungsaustrittsfläche auf, über der das

Konversionselement angeordnet ist. Dass eine Schicht oder ein Element "auf" oder "über" einer anderen Schicht oder einem anderen Element angeordnet oder aufgebracht ist, kann dabei hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt auf der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist.

Weiter kann es auch bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element mittelbar auf beziehungsweise über der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Dabei können dann weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der einen oder der anderen Schicht beziehungsweise zwischen dem einen oder dem anderen Element angeordnet sein.

Die Strahlungsaustrittsfläche ist dabei eine Hauptfläche der Primärstrahlungsquelle beziehungsweise der Schichtenfolge. Die Strahlungsaustrittsfläche erstreckt sich insbesondere parallel zu einer Haupterstreckungsebene der

Halbleiterschichten der Schichtenfolge. Beispielsweise tritt mindestens 75 % oder 90 % der die Schichtenfolge verlassenden Primärstrahlung über die Strahlungsaustrittsfläche aus der Schichtenfolge heraus.

In einer Ausführungsform weist das Konversionselement einen direkten mechanischen Kontakt zu der Primärstrahlungsquelle beziehungsweise der Schichtenfolge, insbesondere zu der Strahlungsaustrittsfläche der Primärstrahlungsquelle

beziehungsweise der Schichtenfolge, auf.

In einer Ausführungsform ist das Konversionselement

vollflächig über der Primärstrahlungsquelle beziehungsweise der Schichtenfolge, insbesondere der

Strahlungsaustrittsfläche der Primärstrahlungsquelle

beziehungsweise der Schichtenfolge, angeordnet. Die Konversion der UV- beziehungsweise blauen Primärstrahlung durch den Leuchtstoff (AB) i _+x+ 2yAlii-x-y (AC) _x Li _y Oi7 : E, bevorzugt (AB) i _+x+ 2yAlii-x-y (AC) _x L iyOi 7 : Eu resultiert in einer

Sekundärstrahlung mit einer Peakwellenlänge im blauen bis grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums, bevorzugt im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums,

insbesondere zwischen 520 nm und 560 nm. Damit liegt diese sehr nah am Maximum der Augenempfindlichkeit bei 555 nm, wodurch die Sekundärstrahlung einen hohen Überlapp mit der Augenempfindlichkeitskurve aufweist und somit als hell empfunden wird. Dadurch können Konversions-LEDs umfassend den Leuchtstoff mit Vorteil eine hohe Effizienz aufweisen. Um eine weiße Gesamtstrahlung der Konversions-LED zu

erzeugen, kann das Konversionselement einen zweiten

Leuchtstoff umfassen, der dazu eingerichtet sein kann, im Betrieb der Konversions-LED die elektromagnetische

Primärstrahlung und/oder die elektromagnetische

Sekundärstrahlung, welche vom dem Leuchtstoff (AB) i _+x+ 2 _y Aln- _x - _y (AC) _x L iyOi 7 : E, bevorzugt (AB) ι _+χ+ 2 _Υ Α1ιι- _χ - _γ (AC) _x Li _y Oi7 : Eu emittiert wird, teilweise in eine elektromagnetische Sekundärstrahlung im roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu

konvertieren. Eine Überlagerung einer blauen Primärstrahlung und der grünen und roten Sekundärstrahlung erzeugt einen weißen Leuchteindruck.

Der zweite Leuchtstoff mit einer Peakwellenlänge im roten Spektralbereich kann beispielsweise ein Nitridosilikat oder ein Nitridoaluminat sein. Insbesondere kann das

Nitridosilikat ausgewählt sein aus den Materialsystemen

(Ca, Sr, Ba, Eu) 2 (Si, AI) s (N, 0) ₈ , (Ca, Sr, Ba, Eu) AISi (N, 0) 3,

(Ca, Sr, Ba, Eu) AISi (N, 0) 3 -Si ₂ N ₂ 0, (Ca, Sr, Ba, Eu) ₂ Si ₅ N ₈ , (Ca, Sr , Ba, Eu) AIS1N3 und Kombinationen daraus. Das Nitridoaluminat kann die Formel MLiAl3 4:Eu (M = Ca, Sr) aufweisen . Weiterhin kann der zweite Leuchtstoff aus einem

Materialsystem mit einer Peakwellenlänge im roten

Spektralbereich ausgewählt sein, der in der Patentanmeldung WO 2015/052238 AI beschrieben ist, deren Offenbarungsgehalt hiermit diesbezüglich vollumfänglich durch Rückbezug

aufgenommen wird. Beispielsweise weist der zweite Leuchtstoff die Formel Sr ( Sr , Ca) S12AI2N6 : Eu auf.

Der zweite Leuchtstoff mit einer Peakwellenlänge im roten Spektralbereich kann auch ein Leuchtstoff mit der

Summenformel A ₂ [SiF ₆ ] :Mn ⁴⁺ mit A = Li, Na, K, Rb, Cs sein, beispielsweise K2SiF6:Mn ⁴⁺ .

Der zweite Leuchtstoff mit einer Peakwellenlänge im roten Spektralbereich kann auch Mg4GeOs,sF:Mn sein.

In einer Ausführungsform umfasst das Konversionselement ein Matrixmaterial. Der Leuchtstoff oder der Leuchtstoff und der zweite Leuchtstoff kann in dem Matrixmaterial verteilt sein, beispielsweise ist er in dem Matrixmaterial homogen verteilt.

Das Matrixmaterial ist sowohl transparent für die

Primärstrahlung als auch für die Sekundärstrahlung und ist beispielsweise ausgewählt aus einer Gruppe von Materialien bestehend aus: Gläser, Silikone, Epoxidharze, Polysilazane, Polymethacrylate und Polycarbonate sowie Kombinationen davon. Unter transparent wird verstanden, dass das Matrixmaterial zumindest teilweise durchlässig für die Primärstrahlung als auch für die Sekundärstrahlung ist. In einer Ausführungsform handelt es sich bei den Leuchtstoffen um Partikel des entsprechenden Leuchtstoffs. Die Partikel der Leuchtstoffe können unabhängig voneinander eine mittlere Korngröße zwischen 1 ym und 50 ym, bevorzugt zwischen 5 ym und 40 ym, besonders bevorzugt zwischen 8 ym und 35 ym, ganz besonders bevorzugt zwischen 8 ym und 30 ym, aufweisen. Mit diesen Korngrößen wird die Primärstrahlung beziehungsweise die Sekundärstrahlung an diesen Partikeln vorteilhafterweise wenig und/oder hauptsächlich in

Vorwärtsrichtung gestreut, was Effizienzverluste verringert.

In einer Ausführungsform besteht das Konversionselement aus dem Leuchtstoff und dem Matrixmaterial oder dem Leuchtstoff und dem zweiten Leuchtstoff und dem Matrixmaterial.

Die Konversions-LED kann ein Gehäuse umfassen. In dem Gehäuse kann in der Mitte eine Ausnehmung vorhanden sein. Die

Primärstrahlungsquelle beziehungsweise die Schichtenfolge kann in der Ausnehmung angebracht sein. Möglich ist auch, dass eine oder mehrere weitere der Primärstrahlungsquellen beziehungsweise Schichtenfolgen in der Ausnehmung angebracht sind . Es ist möglich, dass die Ausnehmung mit einem die

Primärstrahlungsquelle beziehungsweise die Schichtenfolge abdeckenden Verguss ausgefüllt ist. Die Ausnehmung kann aber auch aus einem Luftraum bestehen. In einer Ausführungsform ist das Konversionselement Teil eines Vergusses der Primärstrahlungsquelle beziehungsweise der Schichtenfolge oder das Konversionselement bildet den Verguss . In einer Ausführungsform ist das Konversionselement als eine Schicht ausgebildet. Die Schicht kann über der

Strahlungsaustrittsfläche der Primärstrahlungsquelle

beziehungsweise des Schichtenstapels oder über der

Strahlungsaustrittsfläche und den Seitenflächen der

Primärstrahlungsquelle beziehungsweise der Schichtenfolge angeordnet sein. Aufgrund der hervorragenden optischen Eigenschaften des

Leuchtstoffs (AB) i _+x+ 2yAlii-x-y (AC) _x Li _y Oi7 : E, insbesondere

(AB) i _+x+ 2yAlii-x-y (AC) _x L iyOi 7 : Eu wie eine hohe Quanteneffizienz, eine hohe Lichtausbeute, eine Emission mit geringer

Halbwertsbreite, eine gute Farbwiedergabe und Farbreinheit, eignen sich Konversions-LEDs umfassend diesen Leuchtstoff für viele Beleuchtungsanwendungen, zum Beispiel für die

Allgemein- und Straßenbeleuchtung, als auch für die

Hinterleuchtung von Anzeigeelementen wie Displays. Ausführungsbeispiele

Das erste Ausführungsbeispiel (ABl) des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs weist die Summenformel Nai+x+2yAlii-x-yZ n _x L iyOi 7 : Eu ²⁺ (2 Mol-% Eu ²⁺ ) mit x = 0,7 und y = 0,3 und somit die Formel a2,3AlioZno, 7L i o,30i7 :Eu ²⁺ auf und wird wie folgt hergestellt: a2 C03 , L12CO3, ZnO, AI2O3 und EU2O3 werden intensiv gemischt und in einem Korund-Tiegel für zehn Stunden in einem Ofen bei Temperaturen zwischen 1400 °C und 1650 °C unter

Formiergasatmosphäre geglüht ( 2:H2 = 92,5:7,5) und

anschließend abgekühlt. Es wird ein grün-gelbes Produkt erhalten. Die Einwaagen der Edukte finden sich in

nachfolgender Tabelle 1. Weiteres Aufheizen unter derselben Formiergasatmosphäre und auf Temperaturen unter dem Schmelzpunkt des Leuchtstoffs können durchgeführt werden, die optischen Eigenschaften des Leuchtstoffs weiter zu verbessern. Vorliegend wurde die Synthese des Leuchtstoffs nicht optimiert.

Tabelle 1:

Edukt Stoffmenge / mmol Masse / g

Na ₂ C0 ₃ 81,15 8, 601

Li ₂ C0 ₃ 10,58 0, 782

ZnO 49,40 4, 020

AI2O3 352, 8 35, 96

EU2O3 0,418 0, 147

Die Edukte des Leuchtstoffs sind kommerziell erhältlich, stabil und zudem sehr preisgünstig. Die einfache Synthese macht den Leuchtstoff sehr preisgünstig in seiner Herstellung und dadurch auch wirtschaftlich attraktiv.

Der Leuchtstoff des ersten Ausführungsbeispiels (ABl) zeigt eine Emission im grünen Spektralbereich des

elektromagnetischen Spektrums mit einer Peakwellenlänge bei 535 nm und einer Halbwertsbreite von etwa 65 nm.

Das zweite Ausführungsbeispiel (AB2) des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs weist die Summenformel Nai+x+2yAlii-x-yMg _x LiyOi7 : Eu ²⁺ (2 Mol% Eu ²⁺ ) mit x = 0,5 und y = 0,3 und somit die Formel a2.iAlio,2Mgo,5Lio,30i7 : Eu ²⁺ auf und wird wie folgt hergestellt: a2C03, L12CO3, MgO, AI2O3 und EU2O3 werden intensiv gemischt und in einem Korrund-Tiegel für fünf bis zehn Stunden in einem Ofen bei Temperaturen zwischen 1400 °C und 1650 °C unter Formiergasatmosphäre geglüht ( 2:H2 = 92,5:7,5) und anschließend abgekühlt. Es wird ein grün-gelbes Produkt erhalten. Die Einwaagen der Edukte finden sich in

nachfolgender Tabelle 2. 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. Vorliegend wurde die Synthese des Leuchtstoffs nicht optimiert. Tabelle 2:

Edukt Stoffmenge / mmol Masse / g

Na ₂ C0 ₃ 78,21 8,289

Li ₂ C0 ₃ 11, 18 0, 826

MgO 37,24 1,501

AI2O3 379, 86 38,730

EU2O3 1, 861 0, 655

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 zweiten Ausführungsbeispiels (AB2) zeigt eine Emission im grünen Spektralbereich des

elektromagnetischen Spektrums mit einer Peakwellenlänge bei 543 nm und einer Halbwertsbreite von etwa 70 nm. Die

Summenformel wurde mittels ICP-MS (induktiv gekoppelte

Plasmamassenspektrometrie, inductively coupled plasma mass spectroscopy) bestätigt. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen. Figuren 1, 2, 13, 14 zeigen charakteristische Eigenschaften von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs,

Figuren 3 und 15 zeigen Ergebnisse von energiedispersiver Röntgenanalyse von Ausführungsbeispielen des

erfindungsgemäßen Leuchtstoffs,

Figuren 4 und 16 zeigen Ausschnitte der Kristallstruktur des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs, Figuren 5 und 17 zeigen Rietveld-Verfeinerungen von

Röntgenpulverdiffraktogrammen von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs,

Figuren 6 und 18 zeigen Absorptions- und Emissionsspektren von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs,

Figur 7 zeigt die Quanteneffizienz in Abhängigkeit von der Anregungswellenlänge eines Ausführungsbeispiels des

erfindungsgemäßen Leuchtstoffs,

Figur 19 zeigt Emissionsspektren von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs,

Figuren 8, 10, 20 zeigen einen Vergleich von

Emissionsspektren, Figur 9 zeigt die Kubelka-Munk-Funktionen für ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs und Vergleichsbeispielen, Figuren 11 und 21 zeigen Vergleiche optischer Eigenschaften von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit Vergleichsbeispielen,

Figur 12 zeigt das thermische Quenchverhalten eines

Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs,

Figuren 22 und 23 zeigen schematische Seitenansichten von Konversions-LEDs . Figur 1 zeigt kristallographische Daten von Nai+ _x +2 _y Alii- _x - _y Zn _x LiyOi7 :Eu mit x = 0,7 und y = 0,3 (ABl). Die

Kristallstruktur wurde anhand von Röntgenbeugungsdaten eines Einkristalls des Leuchtstoffs bestimmt und verfeinert. Die Strukturverfeinerung erfolgte unter Einbeziehung von Na, Li, AI und 0. Es wurde davon ausgegangen, dass Li, AI und Zn dieselbe kristallographische Position besetzen, so dass die Verfeinerung nur unter Einbeziehung von Li und AI erfolgen konnte, zumal eine freie Verfeinerung von drei Atomen, die sich eine kristallographische Position teilen, nicht sinnvoll möglich ist. Durch energiedispersive Röntgenspektroskopie konnte das Vorhandensein von Zn in dem Leuchtstoff jedoch nachgewiesen werden. Die Ergebnisse sind in Figur 3 gezeigt. Energiedispersive Röntgenspektroskopie dient dem qualitativen oder semiquantitativen Nachweis von Elementen und nicht dem quantitativen Nachweis, was die unterschiedlichen Werte der durchgeführten Messungen erklärt. Li kann aufgrund der geringen molekularen Masse nicht mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie nachgewiesen werden. Zudem zeigen Experimente, dass sich der Leuchtstoff ABl ohne die Zugabe von lithiumhaltigen Edukten, insbesondere L12CO3, oder zinkhaltigen Edukten, insbesondere ZnO, nicht bildet. Diese Synthesen führten vielmehr zu farblosen Produkten, die bei Anregung mit UV-Strahlung eine Sekundärstrahlung im blauen

Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittieren. Um eine Emission im grünen Spektralbereich und eine geringe

Halbwertsbreite des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs

(AB) i _+x+ 2yAl i i-x-y (AC) _x LiyOi7 : Eu, insbesondere Nai _+x+ 2yAl i i-x- _y Zn _x LiyOi7 : Eu, zu erzielen, hat sich somit das Vorhandensein von Li und AC, insbesondere von Li und Zn, als wesentlich erwiesen .

Figur 2 zeigt Atomlagen in der Struktur von

Na ₂ ,3AlioZno,7Lio,30i7 :Eu ²⁺ (ABl). Innerhalb der Struktur

besetzten Li, AI und Zn die kristallographische Position A14/Li4.

Die Figuren 3 und 16 zeigen die trigonale Kristallstruktur der Leuchtstoffe a2,3AlioZno,7Lio,30i7 :Eu ²⁺ und

a2,iAlio, 2Mgo,5Lio,30i7 :Eu ²⁺ in einer schematischen Darstellung aus etwas unterschiedlichen Blickrichtungen, jedoch beide in etwa entlang [001] . Die Kristallstruktur setzt sich aus spinellartigen Blöcken zusammen, in denen AI, Li und Zn beziehungsweise AI, Li und Mg die Zentren (nicht dargestellt) kanten- und eckenverknüpfter Oktaeder ( (AI , Li , Zn) Οε-Oktaeder oder (AI , Li , Mg) Οβ-Oktaeder) und die Zentren eckenverknüpfter Tetraeder ( (AI , Li , Zn) 0 ₄ -Tetraeder oder (AI , Li , Mg) O4- Tetraeder) besetzen. Die spinellartigen Blöcke sind durch Ebenen mit frei beweglichen Na-Ionen separiert. Die

Kristallstruktur ist isotyp zu der Kristallstruktur von

Natrium-ß ^{λ X} -Aluminat . AI, Li und Zn beziehungsweise AI, Li und Mg nehmen dabei denselben Platz innerhalb der Kristallstruktur ein, wie AI innerhalb der Kristallstruktur von Natrium-ß ^{λ X} -Aluminat .

In Figur 5 findet sich eine kristallographische Auswertung. Figur 5 zeigt eine Rietveld-Verfeinerung eines

Röntgenpulverdiffraktogramms des ersten Ausführungsbeispiels ABl, also für Nai+x+2yAlii-x-yZn _x LiyOi7 : Eu mit x = 0,7 und y = 0,3. Für die Rietveld-Verfeinerung wurden die Atomparameter für Natrium-ß ^{λ X} -Aluminat verwendet, um zu zeigen, dass die Kristallstruktur von Nai+x+2yAlii-x-yZn _x L iyOi 7 : Eu mit x = 0,7 und y = 0,3 zu der von Natrium-ß ^{λ X} -Aluminat isotyp ist. Im oberen Diagramm ist dabei die Überlagerung der gemessenen Reflexe mit den berechneten Reflexen für Nai+ _x +2yAlii-x-yZn _x L iyOi 7 : Eu mit x = 0,7 und y = 0,3 dargestellt. Im unteren Diagramm sind die Unterschiede der gemessenen und der berechneten Reflexe dargestellt. Es werden keine Nebenphasen, insbesondere keine Nebenphasen, die Na, Zn, Li und O enthalten, beobachtet, so dass anhand des Röntgenpulverdiffraktogramms bestätigt werden kann, dass der Leuchtstoff alle eingesetzten Edukte enthält. Die Unterschiede der Intensität der Reflexe sind auf eine noch nicht vollständige Strukturaufklärung zurückzuführen.

In Figur 6 ist das Emissionsspektrum (ES) und das

Anregungsspektrum (AS) einer Pulverprobe des ersten

Ausführungsbeispiels ABl des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel Na2,3AlioZno,7Lio,30i7 :Eu ²⁺ dargestellt . Das Anregungsspektrum wurde bei 535 nm aufgenommen. Bei einer Anregung des Leuchtstoffs mit einer Primärstrahlung von 460 nm zeigt der Leuchtstoff eine Peakwellenlänge von etwa 535 nm mit einer Halbwertsbreite von etwa 65 nm. Die

Quanteneffizienz liegt bei über 90 %. Der Farbpunkt im CIE- Farbraum liegt bei den Koordinaten CIE-x: 0,323 und CIE- y: 0, 633. In Figur 7 ist die absolute Quanteneffizienz (QE _a ) des ersten Ausführungsbeispiels ABl des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel a2,3AlioZno,7Lio,30i7 :Eu ²⁺ in Abhängigkeit von der Anregungswellenlänge und somit der Wellenlänge der Primärstrahlung dargestellt. Wie ersichtlich kann der

Leuchtstoff bis zumindest einer Wellenlänge der

Primärstrahlung von 480 nm effizient angeregt werden. Eine Variation der Konzentration an Eu und eine Optimierung der Synthese des Leuchtstoffs kann zu einer weiteren Verbesserung der optischen Eigenschaften des Leuchtstoffs führen.

In Figur 8 ist ein Vergleich von Emissionsspektren gezeigt. Gezeigt sind die Emissionsspektren von dem ersten

Ausführungsbeispiel a2,3AlioZno,7Lio,30i7 :Eu ²⁺ (Anregung mit einer Primärstrahlung von 460 nm) und zwei weiteren

Ausführungsbeispielen ai,72Lio,3Älio,660i7 :Eu ²⁺ und

ai,57Zno,57Alio,430i7 : Eu ²⁺ (Anregung mit einer Primärstrahlung von 400 nm) . Die undotierten Verbindungen ai,72Lio,3Alio,660i7 und ai,57Zno,57Alio,430i7 sind aus der Literatur bekannt und kristallisieren ebenso wie die erfindungsgemäßen Leuchtstoffe in einer zu Natrium-ß ^{λ X} -Aluminat isotypen Kristallstruktur. Ein Vergleich der Leuchtstoffe a2,3AlioZno,7Lio,30i7 :Eu ²⁺ mit ai,72Lio,3Älio,660i7 :Eu ²⁺ und ai,57 no,57Älio,430i7 : Eu ²⁺ , zeigt dass der Leuchstoff, der sowohl Li als auch Zn enthält, eine

Peakwellenlänge näher an 555 nm und eine geringere

Halbwertsbreite aufweist. Dies zeigt sich im Vergleich der Emissionsspektren. ai,72Lio,3Älio,660i7 :Eu ²⁺ und

ai,57Zno,57Alio,430i7 : Eu ²⁺ zeigen eine Peakwellenlänge im blauen bis blaugrünen Bereich ( peak = 490 nm für

ai,57Zno,57Alio,430i7 : Eu ²⁺ und ( peak = 520 nm für

ai,72Lio,3Älio,660i7 :Eu ²⁺ ) mit einer Halbwertsbreite über 100 nm, während das erste Ausführungsbeispiel überraschenderweise eine Strahlung mit Peakwellenlänge im grünen Bereich ( peak = 535 nm) mit einer Halbwertsbreite von etwa 65 nm zeigt. Im Gegensatz zu a2,3AlioZno,7Lio,30i7 :Eu ²⁺ sind

ai,72Lio,3Älio,660i7 :Eu ²⁺ und ai,57 no,57Älio,430i7 : Eu ²⁺ farblose Feststoffe.

Figur 9 zeigt einen Vergleich normierter Kubelka-Munk- Funktion (K/S), aufgetragen gegen die Wellenlänge λ in nm, für das erste Ausführungsbeispiel (ABl) des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs und den zwei weiteren Ausführungsbeispielen ai,72Lio,3Älio,660i7 :Eu ²⁺ und Nai,57Zno,57Älio,430i7 : Eu ²⁺ .

K/S wurde dabei wie folgt berechnet:

K/S = ( 1-Rinf) ² /2Rinf, wobei R± _n f der diffusen Reflexion

(Remission) der Leuchtstoffe entspricht. Hohe K/S-Werte bedeuten eine hohe Absorption in diesem Bereich.

Aus Figur 9 ist ersichtlich, dass K/S für die

Ausführungsbeispiele ai,72Lio,3Älio,660i7 :Eu ²⁺ und

ai,57Zno,57Alio,430i7 : Eu ²⁺ hin zu längeren Wellenlängen steiler absinkt als für das erste Ausführungsbeispiel des

erfindungsgemäßen Leuchtstoffs und ab etwa 425 nm keine

Absorption mehr zeigen, während das erste Ausführungsbeispiel bis zu 500 nm eine signifikante Absorption aufweist.

Figur 10 zeigt die Emissionsspektren von Pulverproben des ersten Ausführungsbeispiels (ABl) des erfindungsgemäßen

Leuchtstoffs und zwei Vergleichsbeispielen Lu3 (AI , Ga) 5O12 : Ce ³⁺ und ( Sr , Ba) 2S1O4 : Eu ²⁺ . Alle Leuchtstoffe wurden mit einer Primärstrahlung von 460 nm angeregt. Alle drei Leuchtstoffe zeigen eine ähnliche Dominanzwellenlänge im Bereich von 555 nm. Wie ersichtlich, weist der erfindungsgemäße Leuchtstoff a2,3AlioZno,7Lio,30i7 :Eu ²⁺ eine geringere Halbwertsbreite als die Vergleichsbeispiele auf. Die kleinere Halbwertsbreite führt 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 geringere

Halbwertsbreite führt zudem zu einer gesättigteren Farbe der Sekundärstrahlung, was sich in einer höheren Farbreinheit widerspiegelt .

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.

In Figur 11 ist ein Vergleich der optischen Daten des ersten Ausführungsbeispiels (ABl) des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs und den zwei Vergleichsbeispielen Lu3 (AI , Ga) 5O12 : Ce ³⁺ und

( Sr, Ba) 2S1O4 : Eu ²⁺ gezeigt . Wie ersichtlich zeigt ABl eine relative Quanteneffizienz über 100 % und ist damit deutlich höher als die der Vergleichsbeispiele. Dies ist vor allem auch insofern bedeutend, als dass der erfindungsgemäße

Leuchtstoff hinsichtlich der Synthese nicht optimiert ist. In Figur 12 ist die relative Helligkeit in % gegen die

Temperatur in °C aufgetragen. Es ist ein Vergleich des thermischen Quenchverhaltens des erfindungsgemäßen

Leuchtstoffs ABl im Vergleich zu den zwei

Vergleichsbeispielen Lu3 (AI , Ga) 5O12 : Ce ³⁺ und ( Sr , Ba) 2S1O4 : Eu ²⁺ gezeigt. Wie ersichtlich, zeigt das erste Ausführungsbeispiel a2,3AlioZno,7Lio,30i7 :Eu ²⁺ des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs eine höhere thermische Stabilität als (Sr,Ba)2Si04 und eine zu Lu3 (AI , Ga) 5O12 : Ce ³⁺ vergleichbare thermische Stabilität. Die Leuchtstoffe wurden mit einer blauen Primärstrahlung mit einer Wellenlänge von 460 nm bei verschiedenen Temperaturen von 25 bis 225 °C angeregt und ihre relative Helligkeit wurde dabei aufgezeichnet. Der erfindungsgemäße Leuchtstoff ABl eignet sich für dessen Einsatz in Konversions-LEDs, in denen der Leuchtstoff typischerweise höheren Temperaturen,

beispielweise bis zu 140 °C, ausgesetzt sein kann. Mit

Vorteil kann der Leuchtstoff damit auch bei höheren

Betriebstemperaturen in Konversions-LEDs eingesetzt werden. Figur 13 zeigt kristallographische Daten von Nai _+x+ 2 _y Alii- _x - _y Mg _x LiyOi7 :Eu mit x = 0,5 und y = 0,3 (AB2). Die

Kristallstruktur wurde anhand von Röntgenbeugungsdaten eines Einkristalls des Leuchtstoffs bestimmt und verfeinert. Die Strukturverfeinerung erfolgte unter Einbeziehung von Na, Mg, AI und 0. Es wurde davon ausgegangen, dass Li, AI und Mg dieselbe kristallographische Position besetzen, so dass die Verfeinerung nur unter Einbeziehung von Mg und AI erfolgen konnte, zumal eine Verfeinerung von drei Atomen, die sich eine kristallographische Position teilen, nicht sinnvoll möglich ist. Durch energiedispersive Röntgenspektroskopie konnte das Vorhandensein von Mg in dem Leuchtstoff

nachgewiesen werden. Die Ergebnisse sind in Figur 15 gezeigt. Energiedispersive Röntgenspektroskopie dient dem qualitativen oder semiquantitativen Nachweis von Elementen, Aussagen über die exakte Quantität der Elemente können daraus nicht

getroffen werden. Die bestimmten Werte sind somit nicht als Prozentangaben hinsichtlich der exakten Quantität der

Elemente zu verstehen. Li kann aufgrund der geringen

molekularen Masse nicht mittels energiedispersiver

Röntgenspektroskopie nachgewiesen werden. Zudem zeigen

Vergleichsexperimente, dass sich der Leuchtstoff ohne die Zugabe von lithiumhaltigen Edukten, insbesondere L12CO3 , nicht bildet. Der Einsatz eines lithiumhaltigen Edukts, insbesondere L12CO3 , zeigt sich somit als wesentlich für die Bildung des Leuchtstoffs AB2. Die Synthese ohne L12CO3 führte zu einem farblosen Produkt, das bei Anregung mit UV-Strahlung eine Sekundärstrahlung im blauen Bereich des

elektromagnetischen Spektrums emittiert. Um eine Emission im grünen Spektralbereich und eine geringe Halbwertsbreite

(AB) i _+x+ 2yAlii-x-y (AC) _x L iyOi 7 : Eu, insbesondere Nai _+x+ 2yAlii-x- _y Mg _x L iyOi 7 : Eu, zu erzielen, hat sich somit das Vorhandensein von Li und AC, insbesondere von Li und Mg, als wesentlich erwiesen.

Figur 14 zeigt Atomlagen in der Struktur von

Na ₂ ,iAlio,2Mgo,5Lio,30i7 :Eu ²⁺ (AB2). Innerhalb der Struktur

besetzten Li, AI und Mg die kristallographische Position A13/Mg3.

In Figur 17 findet sich eine kristallographische Auswertung. Figur 17 zeigt eine Rietveld-Verfeinerung des

Röntgenpulverdiffraktogramms des zweiten Ausführungsbeispiels AB2, also für Na ₂ ,iAlio,2Mgo,5Li ₀ ,30i7 :Eu ²⁺ . Für die Rietveld- Verfeinerung wurden die Atomparameter für Natrium-ß ^{x x} - Aluminat verwendet, um zu zeigen, dass die Kristallstruktur von a2,iAlio,2Mgo,5Lio,30i7 :Eu ²⁺ zu der von Natrium-ß ^{λ X} -Aluminat isotyp ist. Im oberen Diagramm ist dabei die Überlagerung der gemessenen Reflexe mit den berechneten Reflexen für

a2, iAl io,2Mgo,5Lio, 30i7 :Eu ²⁺ dargestellt. Im unteren Diagramm sind die Unterschiede der gemessenen und der berechneten Reflexe dargestellt. Es werden keine Nebenphasen beobachtet, insbesondere bilden sich keine Nebenphasen, die Na, Mg, Li und 0 enthalten, so dass anhand des

Röntgenpulverdiffraktogramms bestätigt werden kann, dass der Leuchtstoff alle eingesetzten Edukte enthält. Die

Unterschiede der Intensität der Reflexe sind auf eine noch nicht vollständige Strukturaufklärung zurückzuführen.

In Figur 18 ist das Emissionsspektrum (ES) und das

Anregungsspektrum (AS) einer Pulverprobe des zweiten

Ausführungsbeispiels AB2 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs mit der Summenformel Na2, iAl io,2Mgo,sLio, 30i7 :Eu ²⁺ dargestellt . Das Anregungsspektrum wurde bei 535 nm aufgenommen. Bei einer Anregung des Leuchtstoffs mit einer Primärstrahlung von 460 nm zeigt der Leuchtstoff eine Peakwellenlänge von etwa 543 nm mit einer Halbwertsbreite von etwa 70 nm. Die

Quanteneffizienz liegt bei über 89 %. Der Farbpunkt im CIE- Farbraum liegt bei den Koordinaten CIE-x: 0,374 und CIE- y: 0, 599. In Figur 19 ist ein Vergleich von Emissionsspektren des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels gezeigt. Die Leuchtstoffe wurden mit einer Primärstrahlung einer

Wellenlänge von 460 nm angeregt. Die Substitution von Zn durch Mg resultiert in einer Verschiebung der Peakwellenlänge hin zu längeren Wellenlängen.

Figur 20 zeigt die Emissionsspektren des zweiten

Ausführungsbeispiels (AB2) des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs und zweier Vergleichsbeispiele LU3 (AI , Ga) 5O12 : Ce ³⁺ und

S r2 S i202 2 : Eu ²⁺ . Alle drei Leuchtstoffe zeigen eine ähnliche Dominanzwellenlänge im Bereich von 561 nm. Wie ersichtlich, weist der erfindungsgemäße Leuchtstoff eine geringere

Halbwertsbreite als die Vergleichsbeispiele auf. Die kleinere Halbwertsbreite führt zu einer Erhöhung der Überlappung mit der Augenempfindlichkeitskurve. Somit weist der

erfindungsgemäße Leuchtstoff Na2 , iAl io,2Mgo, sLi o , 30i7 :Eu ²⁺ eine sehr hohe und im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen höhere Lumineszenzeffizienz beziehungsweise Lichtausbeute auf. Die geringere Halbwertsbreite führt zudem zu einer gesättigteren Farbe der Sekundärstrahlung, was sich in einer höheren

Farbreinheit widerspiegelt. In Figur 21 ist ein Vergleich der optischen Daten des zweiten Ausführungsbeispiels (AB2) des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs und zwei Vergleichsbeispielen LU3 (AI , Ga) 5O12 : Ce ³⁺ und

S r2 S i202 2 : Eu ²⁺ gezeigt. Wie ersichtlich zeigt AB2 eine höhere relative Quanteneffizienz als S r2 S i202 2 : Eu ²⁺ . Dies ist vor allem insofern bedeutend, als dass der erfindungsgemäße

Leuchtstoff hinsichtlich der Synthese nicht optimiert ist, so dass nach einer optimierten Synthese die Quanteneffizienz höher als bei LU3 (AI , Ga) 5O12 : Ce ³⁺ liegen könnte. Die Konversions-LED gemäß Figur 22 weist eine Schichtenfolge 2 auf, die auf einem Substrat 10 angeordnet ist. Das Substrat 10 kann beispielsweise reflektierend ausgebildet sein. Über der Schichtenfolge 2 ist ein Konversionselement 3 in Form einer Schicht angeordnet. Die Schichtenfolge 2 weist eine aktive Schicht auf (nicht gezeigt) , die im Betrieb der

Konversions-LED eine Primärstrahlung mit einer Wellenlänge von 420 nm und einschließlich 500 nm emittiert. Das

Konversionselement ist im Strahlengang der Primärstrahlung S angeordnet. Das Konversionselement 3 umfasst ein Matrixmaterial, wie beispielsweise ein Silikon, und Partikel des Leuchtstoffs Na2,iAlio,2Mgo,sLio,30i7 :Eu ²⁺ mit einer mittleren Korngröße von 10 ym, der die Primärstrahlung im Betrieb der Konversions-LED zumindest teilweise in eine Sekundärstrahlung im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums

konvertiert. Der Leuchtstoff ist in dem Konversionselement 3 in dem Matrixmaterial im Rahmen der Herstellungstoleranz homogen verteilt. Das Konversionselement 3 ist über der

Strahlungsaustrittsfläche 2a der Schichtenfolge 2 und über den Seitenflächen der Schichtenfolge 2 vollflächig

aufgebracht und steht mit der Strahlungsaustrittsfläche 2a der Schichtenfolge 2 und den Seitenflächen der Schichtenfolge 2 in direktem mechanischem Kontakt. Die Primärstrahlung kann auch über die Seitenflächen der Schichtenfolge 2 austreten.

Das Konversionselement 3 kann beispielsweise durch

Spritzguss-, Spritzpress- oder durch Spray Coating-Verfahren aufgebracht werden. Zudem weist die Konversions-LED

elektrische Kontaktierungen auf (nicht gezeigt) , deren

Ausbildung und Anordnung dem Fachmann bekannt ist.

Die Konversions-LED 1 gemäß Figur 23 weist ein Gehäuse 11 mit einer Ausnehmung auf. In der Ausnehmung ist eine

Schichtenfolge 2 angeordnet, die eine aktive Schicht aufweist (nicht gezeigt) , die im Betrieb der Konversions-LED eine Primärstrahlung mit einer Wellenlänge von 420 bis 500 nm emittiert. Das Konversionselement 3 ist als Verguss der

Schichtenfolge 2 in der Ausnehmung ausgeformt und umfasst ein Matrixmaterial, wie beispielsweise ein Silikon, und einen

Leuchtstoff, beispielsweise a2,3AlioZno,7Lio,30i7 :Eu ²⁺ , der die Primärstrahlung im Betrieb der Konversions-LED 1 zumindest teilweise in eine Sekundärstrahlung konvertiert, die im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums liegt.

Möglich ist auch, dass der Leuchtstoff in dem

Konversionselement 3 räumlich über der

Strahlungsaustrittsfläche 2a konzentriert ist. Dies kann beispielsweise durch Sedimentation erreicht werden.

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. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2017 123 269.9, deren

Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Bezugs zeichenliste ppm parts per million

dom Dominanzwellenlänge

peak Peakwellenlänge

λ Wellenlänge

FWHM Halbwertsbreite

LER Lichtausbeute

QE _a absolute Quanteneffizienz

QE _r relative Quanteneffizienz

AS Anregungsspektrum

ES Emissionsspektrum

K/S Kubelka-Munk-Funktion

t Zeit

T Temperatur

1 Intensität

°C Grad Celsius

E Emission

En Energie

LED lichtemittierende Diode

nm Nanometer

Im Lumen

W Watt

°2Θ Grad 2 Theta

1 Konversions-LED

2 Schichtenfolge/Halbleiterchip 2a Strahlungsaustrittsfläche

3 Konversionselement

10 Substrat

11 Gehäuse

S Strahlengang der Primärstrahlung