DE102018212724A1 - Grüner leuchtstoff und beleuchtungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Es wird ein Mnoder Euund Mndotierter Kaliumaluminat-Leuchtstoff angegeben.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Leuchtstoff und eine Beleuchtungsvorrichtung, die insbesondere den Leuchtstoff umfasst.
• 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.
• Bekannte grün emittierende Leuchtstoffe weisen häufig sehr breite Emissionsbanden auf, so dass Strahlungsverluste bedingt durch eine teilweise Emission im UV-Bereich auftreten.
• EP2275512 A2 offenbart grün emittierende Leuchtstoffe.
• Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Leuchtstoff anzugeben, der im grünen Spektralbereich Strahlung emittiert. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Beleuchtungsvorrichtung mit dem hier beschriebenen Leuchtstoff anzugeben.
• Diese Aufgabe wird beziehungsweise 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 Mn²⁺ dotierter Kaliumaluminat-Leuchtstoff und ein Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierter Kaliumaluminat-Leuchtstoff angegeben. Der Kaliumaluminat-Leuchtstoff ist mit anderen Worten entweder mit Mn²⁺ oder mit Eu²⁺ und Mn²⁺ dotiert. Bevorzugt ist Mn²⁺ der einzige Dotierstoff des Kaliumaluminat-Leuchtstoffs oder Eu²⁺ und Mn²⁺ sind die einzigen Dotierstoffe des Kaliumaluminat-Leuchtstoffs. Im Folgenden wird der Mn²⁺ oder Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierte Kaliumaluminat-Leuchtstoff auch als Leuchtstoff bezeichnet.
• Überraschenderweise weisen Kaliumaluminat-Leuchtstoffe, die mit Mn²⁺ oder mit Eu²⁺ und Mn²⁺ dotiert sind bei einer Anregung mit einer Primärstrahlung eine Emission bzw. Sekundärstrahlung im grünen Spektralbereich auf und zeigen zudem eine geringe Halbwertsbreite (FWHM, full width at half maximum).
• Unter der Halbwertsbreite wird hier und im Folgenden die spektrale Breite auf halber Höhe des Maximums eines Emissionspeaks bzw. einer Emissionsbande verstanden.
• Dagegen hat sich gezeigt, dass Kaliumaluminat-Leuchtstoffe, die nur mit Eu²⁺ dotiert sind eine breitbandige Emission im blauen Spektralbereich aufweisen. Eine Dotierung des Kaliumaluminat-Leuchtstoffs mit Mn²⁺ hat sich als wesentlich für eine schmalbandige Emission im grünen Spektralbereich erwiesen.
• Als blauer Spektralbereich kann insbesondere der Bereich des elektromagnetischen Spektrums zwischen einschließlich 400 nm und 490 nm verstanden werden.
• Als grüner Spektralbereich kann insbesondere der Bereich des elektromagnetischen Spektrums zwischen einschließlich 490 nm und 550 nm verstanden werden.
• Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierte Kaliumaluminat-Leuchtstoffe zeigen zudem ein hohes Absorptionsvermögen im nahen UV-Bereich bis blauen Bereich und lassen sich somit effizient mit einer Primärstrahlung in diesem Wellenlängenbereich anregen.
• 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 allgemeinen Summenformel K_xAl_11+yO_17+z:Mn²⁺ oder K_xAl₁₁+_yO_17+z: (Mn²⁺, Eu²⁺) auf. In K_xAl_11+yO_17+z: (Mn²⁺, Eu²⁺) ist K_xAl_11+yO_17+z also mit Mn²⁺ und Eu²⁺ dotiert, während in K_xAl_11+yO_17+z :Mn²⁺ K_xAl_11+yO_17+z nur mit Mn²⁺ dotiert ist. Für den Leuchtstoff gilt: x + 3(11+y) = 2(17+z), wobei 0 < x, -17 < z und -11 < y.
• Gemäß zumindest einer Ausführungsform kristallisiert der Mn²⁺ oder Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierte Kaliumaluminat-Leuchtstoff, insbesondere K_xAl_11+yO_17+z:Mn²⁺ oder K_xAl₁₁+_yO_17+z: (Mn²⁺,Eu²⁺) in einer zu Natrium-β-Aluminat isotypen Kristallstruktur. Mit anderen Worten kristallisiert der Leuchtstoff in der hexagonalen Raumgruppe P6₃/mmc.
• 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.
• Innerhalb der Kristallstruktur befinden sich insbesondere spinellartige Schichten, die aus kantenverknüpften AlO₄-Tetreadern und eckenverknüpften AlO₆-Oktaedern aufgebaut sind. Diese Schichten sind durch die Anordnung von K⁺- und O^2--Ionen entlang der kristallographischen c-Achse voneinander separiert. Mn²⁺ oder Mn²⁺ und Eu²⁺ können dabei K⁺ oder Al³⁺ teilweise ersetzen.
• Ändert sich der Anteil x an Kalium innerhalb des Leuchtstoffs K_xAl_11+yO_17+z:Mn²⁺ oder K_xAl_11+yO_17+z: (M_n ²⁺, Eu²⁺) erfolgt ein Ladungsausgleich über den Aluminiumanteil durch y und/oder den Sauerstoffanteil durch z.
• Dabei ist es für 0 < x < 1 möglich, dass der Anteil an Aluminium erhöht wird und damit 0 < y oder der Anteil an Sauerstoff verringert wird und damit z < 0. Wird der Anteil an Sauerstoff verringert, befinden sind innerhalb der Kristallstruktur sogenannte Fehlstellen an Positionen, die im Falle von x = 1 mit Sauerstoff-Ionen besetzt sind. Die Positionen des Sauerstoffs, also die Ecken der AlO₄-Tetraeder und/oder der AlO₆-Okteader und die zwischen den Schichten, die aus kantenverknüpften AlO₄-Tetreadern und eckenverknüpften AlO₆-Oktaedern aufgebaut sind, angeordneten Sauerstoffpositionen sind somit teilweise nicht besetzt. Wird dagegen der Anteil an Aluminium erhöht, befinden sich zusätzliche Aluminium-Ionen auf Zwischengitterplätzen, die im Falle von x = 1 nicht besetzt sind. Möglich ist auch, dass der Ladungsausgleich durch eine Verringerung der Schichtdicke einzelner Schichten (und damit deren negative Gesamtladung), die aus kantenverknüpften AlO₄-Tetreadern und eckenverknüpften AlO₆-Oktaedern erfolgt und damit in einer Verringerung sowohl des Aluminium- als auch des Sauerstoffanteils. Die Fehlstellen, Besetzung von Zwischengitterplätzen oder die Verringerung einzelner Schichtdicken sind dabei insbesondere so gering, dass sich die sogenannte mittlere Kristallstruktur, die insbesondere durch die Kristallstrukturanalyse durch Röntgenbeugung ergibt, nicht ändert.
• Für 1 < x < 2 ist es möglich, dass der Anteil an Aluminium verringert wird und damit y < 0 oder der Anteil an Sauerstoff erhöht wird und damit 0 < z. Wird der Anteil an Aluminium verringert, befinden sind innerhalb der Kristallstruktur sogenannte Fehlstellen an Positionen, die im Falle von x = 1 mit Aluminium-Ionen besetzt sind. Die Positionen des Aluminiums, also die Zentren der AlO₄-Tetraeder und/oder der AlO₆-Okteader sind somit teilweise nicht besetzt. Wird dagegen der Anteil an Sauerstoff erhöht, befinden sich zusätzliche Sauerstoff-Ionen auf Zwischengitterplätzen, die im Falle von x = 1 nicht besetzt sind. Möglich ist auch, dass der Ladungsausgleich durch eine Erhöhung der Schichtdicke einzelner Schichten (und damit deren negative Gesamtladung), die aus kantenverknüpften AlO₄-Tetreadern und eckenverknüpften AlO₆-Oktaedern aufgebaut sind, erfolgt und damit in einer Erhöhung sowohl des Aluminium- als auch des Sauerstoffanteils. Die Fehlstellen, Besetzung von Zwischengitterplätzen oder die Erhöhung einzelner Schichtdicken sind dabei insbesondere so gering, dass sich die sogenannte mittlere Kristallstruktur nicht ändert.
• Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel K_xAl_11+yO_17+z:Mn²⁺ oder K_xAl₁₁+_yO_17+z: (Mn²⁺,Eu²⁺) auf. Für den Leuchtstoff gilt: x + 3(11+y) = 2(17+z), wobei 0 < x < 2, -1/2 < z < 1/2 und -1/3 < y < 1/3. Durch diese geringe Änderung des Anteils an Aluminium und/oder Sauerstoff kann insbesondere gewährleistet werden, dass sich die mittlere Kristallstruktur nicht ändert bzw. die Fehlstellen, die Besetzung von Zwischengitterplätzen oder die Änderung einzelner Schichtdicken bei der Röntgenstrukturanalyse nicht ins Gewicht fallen, so dass diese insgesamt rausgemittelt werden.
• Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel K_xAl_11+yO_17+z:Mn²⁺ oder K_xAl₁₁+_yO_17+z: (Mn²⁺,EU²⁺) mit 0 < x < 2 auf, wobei
• - für 0 < x < 1 gilt: y = 1/3(1-x) und z = 0 oder y = 0 und z = -1/2 (1-x);
• - für x = 1 gilt: y = 0 und z = 0 und
• - für 1 < x < 2 gilt: y = 0 und z = 1/2 (x-1) oder y = -1/3 (x-1) und z = 0.
Leuchtstoffe gemäß dieser Ausführungsform zeigen insbesondere eine Emission im grünen Spektralbereich mit einer Peakwellenlänge zwischen 490 nm und 530 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 490 nm und 530 nm.
• Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel K_xAl_11+yO_17+z:Mn²⁺ oder K_xAl_11+yO_17+z: (Mn²⁺,EU²⁺) mit 1 ≤ x < 2 auf, wobei
• - für x = 1 gilt: y = 0 und z = 0 und
• - für 1 < x < 2 gilt: y = 0 und z = 1/2 (x-1) oder y = -1/3 (x-1) und z = 0, bevorzugt y = -1/3 (x-1) und z = 0.
• Leuchtstoffe gemäß dieser Ausführungsform zeigen insbesondere eine Emission im grünen Spektralbereich mit einer Peakwellenlänge zwischen 490 nm und 530 nm. Zudem kann die Halbwertsbreite unter 30 nm liegen. Die Halbwertsbreite ist im Vergleich zu der von bekannten grünen Leuchtstoffen sehr gering. Aufgrund der kleinen Halbwertsbreite kann eine hohe Farbreinheit erzielt werden und die Effizienz und die Lichtausbeute einer Konversions-LED, die diesen Leuchtstoff enthält, gesteigert werden.
• Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel K_xAl_11+yO_17+z:Mn²⁺ oder K_xAl_11+yO_17+z: (Mn²⁺,EU²⁺) mit 0,5 < x < 1,5 auf, wobei
• - für 0,5 < x < 1 gilt: y = 1/3(1-x) und z = 0 oder y = 0 und z = -1/2 (1-x);
• - für x = 1 gilt: y = 0 und z = 0 und
• - für 1 < x < 1,5 gilt: y = 0 und z = 1/2 (x-1) oder y = -1/3 (x-1) und z = 0.
• Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel K_xAl_11+yO_17+z:Mn²⁺ oder K_xAl₁₁+_yO_17+z: (Mn²⁺,Eu²⁺) mit 0,7 ≤ x ≤ 1,3 auf, wobei
• - für 0,7 ≤ x < 1 gilt: y = 1/3(1-x) und z = 0 oder y = 0 und z = -1/2 (1-x);
• - für x = 1 gilt: y = 0 und z = 0 und
• - für 1 < x ≤ 1,3 gilt: y = 0 und z = 1/2 (x-1) oder y = -1/3 (x-1) und z = 0.
• Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel K_xAl_11+yO_17+z:Mn²⁺ oder K_xAl_11+yO_17+z:(Mn²⁺,Eu²⁺) mit 0,8 ≤ x ≤ 1,2 auf, wobei
• - für 0,8 ≤ x < 1 gilt: y = 1/3(1-x) und z = 0;
• - für x = 1 gilt: y = 0 und z = 0 und
• - für 1 < x ≤ 1,2 gilt: y = 0 und z = 1/2 (x-1).
• Mn²⁺ oder Mn²⁺ und Eu²⁺ kann oder können 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. Hier und im Folgenden werden Mol%-Angaben für Mn²⁺ oder Mn²⁺ und Eu²⁺ insbesondere als Mol%-Angaben bezogen auf die Molanteile von Kalium im jeweiligen Leuchtstoff verstanden.
• Effiziente Kaliumaluminat-Leuchtstoffe sind den Erfindern bislang nicht bekannt. Überraschenderweise haben sich die Mn²⁺ oder Mn²⁺ und Eu²⁺ dotierten Kaliumaluminat-Leuchtstoffe als besonders effizient erwiesen. Diese Leuchtstoffe emittieren bei einer Anregung mit einer Primärstrahlung im Bereich zwischen 330 nm und 470 nm eine Sekundärstrahlung im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums, insbesondere mit einer Peakwellenlänge zwischen 490 nm und 530 nm und einer Halbwertsbreite unter 30 nm. Durch die geringe Halbwertsbreite zeigen die Leuchtstoffe keine oder nur eine geringe Emission im UV-Bereich und sind dadurch besonders effizient, da die Emission nur oder überwiegend im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums liegt. Durch die Lage der Peakwellenlänge einerseits und die geringe Halbwertsbreite sind die erfindungsgemäßen Leuchtstoffe für viele Beleuchtungsanwendungen attraktiv. Insbesondere können weiß emittierende Beleuchtungsvorrichtungen mit einem hohen CRI (Farbwiedergabeindex, color rendering index) bereitgestellt werden.
• Die Erfinder haben somit erkannt, dass ein neuartiger Leuchtstoff mit vorteilhaften Eigenschaften bereitgestellt werden kann, der bisher nicht bereitgestellt werden konnte.
• Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Mn²⁺ dotierte Kaliumaluminat-Leuchtstoff aus den Edukten K₂CO₃, Al₂O₃ und MnCO₃ und der Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierter Kaliumaluminat-Leuchtstoff aus den Edukten K₂CO₃, Al₂O₃, MnCO₃ und Eu₂O₃ erhältlich.
• 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 Mn²⁺ oder Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierten Kaliumaluminat-Leuchtstoffs angeben.
  Das Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte:
1. A) Vermengen von Edukten des Leuchtstoffs,
2. B) Aufheizen des unter A) erhaltenen Gemenges auf eine Temperatur T1 zwischen 1000 °C und 1700 °C, bevorzugt 1500 °C,
3. C) Glühen des Gemenges bei einer Temperatur T1 zwischen 1000 °C und 1700 °C, bevorzugt 1500 °C, für 1 Stunde bis 20 Stunden, bevorzugt für 4 Stunden bis 8 Stunden
• Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden als Edukte im Verfahrensschritt A) K₂CO₃, Al₂O₃ und MnCO₃ zur Herstellung des Mn²⁺ dotierten Kaliumaluminat-Leuchtstoffs oder K₂CO₃, Al₂O₃, MnCO₃ und Eu₂O₃ zur Herstellung des Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierten Kaliumaluminat-Leuchtstoffs eingesetzt. Die Edukte können insbesondere als Pulver vorliegen und eingesetzt werden.
  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 N₂ Atmosphäre oder einer Formiergasatmosphäre, durchgeführt. Unter einer Formiergasatmosphäre wird eine insbesondere eine N₂ Atmosphäre mit bis zu 7,5 % H₂ verstanden.
• Das Verfahren zur Herstellung ist im Vergleich zu vielen anderen Herstellungsverfahren für Leuchtstoffe sehr einfach durchzuführen. Die Edukte sind kostengünstig kommerziell erhältlich, was den Leuchtstoff auch wirtschaftlich interessant macht.
• Die Erfindung betrifft ferner eine Beleuchtungsvorrichtung. Insbesondere weist die Beleuchtungsvorrichtung den Mn²⁺ oder den Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierten Kaliumaluminat-Leuchtstoff auf. Dabei gelten alle Ausführungen und Definitionen des Mn²⁺ oder den Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierten Kaliumaluminat-Leuchtstoffs auch für die Beleuchtungsvorrichtung und umgekehrt.
• 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 Al_nIn_i-n-mGa_mN, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 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 Primärstrahlung erzeugt. Eine Wellenlänge oder das Emissionsmaximum der Primärstrahlung liegt bevorzugt im ultravioletten und/oder sichtbaren Bereich, insbesondere bei Wellenlängen zwischen einschließlich 330 nm und einschließlich 470 nm, zum Beispiel zwischen einschließlich 400 nm und einschließlich 460 nm.
• Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt eine Wellenlänge oder das Emissionsmaximum der Primärstrahlung bei dem Einsatz des Mn²⁺ dotierten Kaliumaluminat-Leuchtstoffs bei etwa 460 nm. Der Mn²⁺ dotierte Kaliumaluminat-Leuchtstoff ist nur bei etwa 460 nm effizient anregbar.
• Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt eine Wellenlänge oder das Emissionsmaximum der Primärstrahlung bei dem Einsatz des Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierten Kaliumaluminat-Leuchtstoffs zwischen einschließlich 330 nm und einschließlich 470 nm, zum Beispiel bei 460 nm.
• 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 farbiges Licht zu emittieren.
• In Kombination mit dem in der Beleuchtungsvorrichtung vorhandenen Mn²⁺ oder Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierten Kaliumaluminat-Leuchtstoff ist die Beleuchtungsvorrichtung bevorzugt dazu eingerichtet, in Teilkonversion oder in Vollkonversion grünes Licht oder weißes Licht zu emittieren.
• Die Beleuchtungsvorrichtung weist ein Konversionselement auf. Insbesondere umfasst das Konversionselement den Mn²⁺ oder den Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierten Kaliumaluminat-Leuchtstoff oder besteht daraus. Der Leuchtstoff konvertiert zumindest teilweise oder vollständig die elektromagnetische Primärstrahlung in elektromagnetische Sekundärstrahlung im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums.
• Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Konversionselement bzw. die Beleuchtungsvorrichtung neben dem Mn²⁺ oder dem Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierten Kaliumaluminat-Leuchtstoff keinen weiteren Leuchtstoff auf. Das Konversionselement kann auch aus dem Leuchtstoff bestehen. Bevorzugt ist der Mn²⁺ oder der Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierte Kaliumaluminat-Leuchtstoff dazu eingerichtet die Primärstrahlung teilweise zu konvertieren. Die Gesamtstrahlung der Beleuchtungsvorrichtung ist somit eine Mischstrahlung aus der Primär- und der Sekundärstrahlung. Insbesondere liegt eine Wellenlänge oder das Emissionsmaximum der Primärstrahlung im sichtbaren blauen Bereich, insbesondere bei Wellenlängen zwischen einschließlich 400 nm und einschließlich 470 nm. Mit Vorteil ist es mit der Beleuchtungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform möglich, viele Farborte im blauen bis grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu erzielen. Es damit möglich den Farbort nach kundenspezifischen Wünschen festzulegen („color on demand“).
• Die Beleuchtungsvorrichtungen dieser Ausführungsform eignen sich beispielsweise für Signallichter, wie Blaulichter für beispielsweise Polizei-, Kranken-, Notarzt- oder Feuerwehrfahrzeuge.
• Die, eine weiße Mischstrahlung emittierende, Beleuchtungsvorrichtung ist für die Allgemeinbeleuchtung, beispielweise für Büroräume geeignet. Der hier beschriebene Mn²⁺ oder der Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierte Kaliumaluminat-Leuchtstoff weist einen großen Überlapp mit der melanopischen Kurve auf. Emittierte Strahlung des erfindungsgemäßen Mn²⁺ oder Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierten Kaliumaluminat-Leuchtstoffs bzw. der weiß emittierenden Beleuchtungsvorrichtung kann damit vorteilhafterweise die Müdigkeit herabsetzen und die Konzentrationsfähigkeit fördern.
• 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. Mit anderen Worten weist die Beleuchtungsvorrichtung dann zumindest zwei Leuchtstoffe, den grün emittierenden Mn²⁺ oder Mn²⁺ und Eu²⁺ dotierten Kaliumaluminat-Leuchtstoff und einen rot emittierenden Leuchtstoff auf. Die Beleuchtungsvorrichtung ist insbesondere zur Teilkonversion eingerichtet, wobei die Primärstrahlung vorzugsweise aus blauen Spektralbereich ausgewählt ist und vorzugsweise teilkonvertiert wird. Die resultierende Gesamtstrahlung der Beleuchtungsvorrichtung ist dann insbesondere eine weiße Mischstrahlung.
• Die Beleuchtungsvorrichtung kann einen dritten Leuchtstoff zur Emission von Strahlung aus dem blauen Spektralbereich aufweisen. Mit anderen Worten weist die Beleuchtungsvorrichtung dann zumindest drei Leuchtstoffe, den grün emittierenden Mn²⁺ oder Mn²⁺ und Eu²⁺ dotierten Kaliumaluminat-Leuchtstoff, einen rot emittierenden Leuchtstoff und einen blau emittierenden Leuchtstoff auf. Die Beleuchtungsvorrichtung ist insbesondere zur Vollkonversion eingerichtet, wobei die Primärstrahlung vorzugsweise aus UV bis blauen Spektralbereich ausgewählt ist und vorzugsweise voll konvertiert wird. Die resultierende Gesamtstrahlung der Beleuchtungsvorrichtung ist dann insbesondere eine weiße Mischstrahlung. Schwankungen in der weißen Gesamtstrahlung, wie eine Änderung des Farborts und der Farbwiedergabe, bedingt durch die Primärstrahlung können weitgehend vermieden werden, da der blaue Anteil an der Gesamtstrahlung der Sekundärstrahlung des dritten Leuchtstoffs entspricht und die Primärstrahlung nicht oder kaum zur Gesamtstrahlung beiträgt.
• Als roter Spektralbereich kann der Bereich des elektromagnetischen Spektrums zwischen 580 nm und 780 nm verstanden werden.
• Als UV bis blauer Spektralbereich kann insbesondere der Bereich des elektromagnetischen Spektrums zwischen 330 nm und 490 nm, verstanden werden, wobei als blauer Spektralbereich der Bereich zwischen einschließlich 400 nm und einschließlich 490 nm und als UV Spektralbereich der Bereich zwischen einschließlich 350 nm und 400 nm verstanden wird.
• Ausführungsbeispiele
• AB1: KAl₁₁O₁₇:Mn²⁺
• AB2: K_xAl_11+yO_17+z: (Mn²⁺,Eu²⁺) mit x = 1,2; z = 0 und y = -1/3 (x-1) .
• Die Ausführungsbeispiele AB1 und AB2 des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs wurden wie folgt hergestellt: K₂CO₃, MnCO₃ und Al₂O₃ (AB1) beziehungsweise K₂CO₃, MnCO₃, Al₂O₃ und Eu₂O₃ (AB2) wurden gemischt und die Mischung in einem Korundtiegel auf eine Temperatur von 1000 °C bis 1700 °C unter N₂ oder N₂ mit bis zu 7,5 % H₂ erhitzt und für 1 h bis 20 h auf dieser Temperatur gehalten. Nach dem Abkühlen werden Einkristalle des Leuchtstoffs erhalten. Dabei konnte teilweise die Entstehung von Al₂O₃ als Nebenphase beobachtet werden.
• Das Vergleichsbeispiel (VB1) wurde analog aber ohne Zugabe von MnCO₃ hergestellt.
• VB1: K_xAl_11+y0_17+z:Eu²⁺ mit x = 0,8; y = 0 und z = -1/2 (1-x) .
• Die Einwaagen der Edukte finden sich in nachfolgender Tabelle 1. Tabelle 1:

  	Edukt	Stoffmenge / mmol	Masse / g
  VB1	K2CO3	7.026	0.971
  	Al2O3	85.86	8.754
  	EU2O3	0.781	0.275
  AB1	K2CO3	7.858	1.086
  	Al2O3	85.65	8.733
  	MnCO3	1.575	0.181
  AB2	K2CO3	6.953	0.961
  	Al2O3	84.24	8.589
  	MnCO3	1.549	0.178
  	Eu2O3	0.773	0.272

• Tabelle 2 zeigt kristallographische Daten von AB2. Tabelle 2:

  	AB2
  Strukturtyp	Natrium-ß-Aluminat
  Kristallsystem	hexagonal
  Raumgruppe	P63/mmc (194)
  Gitterparameter
  a /pm	560.47(2)
  b /pm	560.47(2)
  c /pm	2270.59(11)
  α	90
  β	90
  γ	120
  Volumen /nm3	0.61769(5)
  Dichte ρ /g cm-3	3.3
  T /K	296 (2)
  Reflexe gesamt	3775
  Unabhängige Reflexe	277
  Gemessener reziproker Raum	-6 ≤ h ≤ 6
  	-6 ≤ k ≤ 6
  	-28 ≤ l ≤ 27
  Rall, wRref	7.35%, 18.64%
  GooF	1.143

• Tabelle 3 zeigt Atomlagen in der Struktur eines Einkristalls aus der Probe AB2 und Tabelle 4 zeigt die Besetzung und isotrope Verschiebungsparameter in der Struktur von AB2. Tabelle 3:

  Atom	Wyckoff-Position	x	y	z
  K1	2d	2/3	1/3	1/4
  K2	12j	0.199(8)	0.099(4)	0.25
  A11	2a	0	0	0.5
  A12	12k	0.3352 (4)	0.16759(19)	0.39404 (8)
  A13	4f	1/3	2/3	0.12482(13)
  A14	4f	1/3	2/3	0.32500(14)
  O1	4f	1/3	2/3	0.9443(3)
  O2	12k	0.3141(9)	0.1570(5)	0.5498(2)
  O3	4e	0	0	0.3584(3)
  O4	12k	0.5025(5)	0.4975(5)	0.35493(17)
  O5	2c	1/3	2/3	1/4

• Mn²⁺ und Eu²⁺ besetzten dabei die Positionen des Kaliums (K1 und/oder K2), sind aber in den Tabellen 3 und 4 nicht extra aufgelistet. Tabelle 4:

  Atom	Besetzung	U
  K1	1	Uanis*
  K2	0.053(9)	0.008(12)
  A11	1	0.0105(11)
  A12	1	0.0071(8)
  A13	1	0.0036(9)
  A14	1	0.0070(9)
  O1	1	0.0054(18)
  O2	1	0.0079(12)
  O3	1	0.0095(17)
  O4	1	0.0083(12)
  O5	1	0.019(3)
  * K1 wurde anisotrop verfeinert U11 = 0,042(2), U22 = 0,042(2), U33 = 0,012(2), U12 = 0,0208(10).

• Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
• 1 zeigt einen Ausschnitt der Kristallstruktur des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs.
• 2, 3, 4A, 5 zeigen Emissionsspektren.
• 4B zeigt einen Vergleich optischer Daten von Leuchtstoffen.
• 6, 7 und 8 zeigen Konversions-LEDs.
• 1 zeigt einen Ausschnitt der Kristallstruktur des Leuchtstoffs K_xAl_11+yO_17+z:(M_n ²⁺, Eu²⁺) bzw. K_xAl_11+yO_17+z:Mn²⁺ entlang der kristallographischen b-Achse. Bei den schraffierten Dreiecken handelt es sich um AlO₄-Tetraeder und AlO₆-Okteader, bei denen sich Al in den Zentren und Sauerstoff an den Ecken der Tetraeder bzw. Oktaeder befinden.
  Die AlO₄-Tetreader und AlO₆-Oktaedern bilden spinellartige Schichten. Zwischen den Schichten sind K⁺- Ionen mit der Wyckoff-Position 2d oder den Wyckoff-Position 2d und 12j (Tabelle 3) und O^2--Ionen (nicht gezeigt) angeordnet. Mn²⁺ oder Mn²⁺ und Eu²⁺ können dabei K⁺ oder Al³⁺ teilweise ersetzen.
• Ist der Anteil x an Kalium bei 0 < x < 1 ist die Wyckoff-Position 2d nicht vollständig mit Kalium-Ionen besetzt und die Wyckoff-Position 12j unbesetzt.
• Ist der Anteil x an Kalium bei x = 1 ist die Wyckoff-Position 2d vollständig mit Kalium-Ionen besetzt und die Wyckoff-Position 12j unbesetzt.
• Ist der Anteil x an Kalium bei 1 < x < 2 ist die Wyckoff-Position 2d vollständig mit Kalium-Ionen besetzt und die Wyckoff-Position 12j teilweise mit Kalium-Ionen besetzt.
• 2 zeigt das Emissionsspektren von KAl₁₁O₁₇:Mn²⁺ (AB1). Auf der x-Achse ist die Wellenlänge in Nanometern aufgetragen und auf der y-Achse die Intensität in Prozent. Der Leuchtstoff wurde zur Messung des Emissionsspektrums mit einer Primärstrahlung mit einer Peakwellenlänge von 460 nm angeregt. Der Leuchtstoff weist eine Peakwellenlänge von etwa 509 nm und eine Halbwertsbreite von 24 nm auf.
• 3 zeigt das Emissionsspektren von K_xAl_11+yO_17+z:(M_n ²⁺, Eu²⁺) mit x = 1,2; z = 0 und y = -1/3 (x-1) (AB2). Auf der x-Achse ist die Wellenlänge in Nanometern aufgetragen und auf der y-Achse die Intensität in Prozent. Der Leuchtstoff wurde zur Messung des Emissionsspektrums mit einer Primärstrahlung mit einer Peakwellenlänge von 460 nm angeregt. Der Leuchtstoff weist eine Peakwellenlänge von etwa 511 nm und eine Halbwertsbreite von 23 nm auf.
• Nachfolgende Tabelle 5 zeigt einen Vergleich von Emissionseigenschaften von AB1, AB2 und VB1. Tabelle 5:

  	λprim (nm)	λpeak (nm)	FWHM (nm)	LER (lmW-1)
  VB1	400	450	51	0.137
  VB1	460	*-	-	-
  AB1	400	**-	-	-
  AB1	460	509	24	0.533
  AB2	400	511	23	0.509
  AB2	460	511	23	0.542
  * nicht messbar wegen Überlapp mit der Primärstrahlung (λprim).
  ** Anregung bei einer Primärstrahlung (λprim) von 400 nm nicht möglich.

• Wie aus Tabelle 5 ersichtlich liegen die Peakwellenlängen der Ausführungsbeispiele AB1 und AB2 im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums mit Halbwertsbreiten unter 30 nm, während die Peakwellenlänge des nur mit Eu²⁺ dotierten Kaliumaluminat-Leuchtstoffs (VB1) im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums mit einer Halbwertsbreite von 51 nm liegt. Mit Vorteil bewirkt die Dotierung mit Mn²⁺ des Kaliumaluminats bzw. die Co-Dotierung des bereits mit Eu²⁺ dotierten Kaliumaluminats mit Mn²⁺ eine Verschiebung der Peakwellenlänge in den grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums und eine deutliche Verringerung der Halbwertsbreite der Emissionsbande. Dadurch kann mit AB1 und AB2 eine deutlich höhere Lichtausbeute (LER) erzielt werden als mit VB1.
• Der erfindungsgemäße Leuchtstoff kann als einziger Leuchtstoff in einer Beleuchtungsvorrichtung oder Konversions-LED vorhanden sein, die in Vollkonversion eine Gesamtstrahlung im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums oder in Teilkonversion eine Gesamtstrahlung im blauen bis grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert. Die Beleuchtungsvorrichtung oder Konversions-LED, die in Teilkonversion eine Gesamtstrahlung im blauen bis grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert, eignet sich beispielsweise für Signallichter, wie Blaulichter von beispielsweise Polizei-, Kranken-, Notarzt- oder Feuerwehrfahrzeugen.
• 4A zeigt Emissionsspektren des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs AB2 und zwei Vergleichsbeispielen Ca₈Mg(SiO₄)₄Cl₂:Eu²⁺ (VB2) und Ca₃Sc₂Si₃O₁₂:Ce³⁺ (VB3) .
• 4B zeigt einen Vergleich optischer Daten des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs AB2 und zwei Vergleichsbeispielen Ca₈Mg(SiO₄) ₄Cl₂ : Eu²⁺ (VB2) und Ca₃Sc₂S₁₃O₁₂:Ce³⁺ (VB3). Die Leuchtstoffe zeigen eine ähnliche Peakwellenlänge. AB2 zeigt im Vergleich zu VB2 und VB3 eine deutlich geringere Halbwertsbreite. Durch die geringe Halbwertsbreite weist der erfindungsgemäße Leuchtstoff deutlich geringere Strahlungsverluste bedingt durch eine teilweise Emission im UV-Bereich auf als herkömmliche Leuchtstoffe mit Peakwellenlängen im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums.
• 5 zeigt Emissionsspektren des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs AB2 und eines Vergleichsbeispiels Ca₈Mg(SiO₄)₄Cl₂:Eu²⁺ (VB2). Zudem zeigt 5 die melanopische Empfindlichkeitskurve M. Die melanopische Empfindlichkeitskurve M zeigt mit welchen Wellenlängen die Melatoninproduktion im Körper am besten unterdrückt werden kann. Wie ersichtlich zeigt das Emissionsspektrum von AB2 einen deutlich höheren Überlapp mit der melanopischen Empfindlichkeitskurve M als das Emissionsspektrum von VB2. Es ist folglich mit dem erfindungsgemäßen Leuchtstoff möglich melanopisch wirksames Licht zu erzeugen, so dass dieses Licht effektiv zur Unterdrückung der Melatoninbildung eingesetzt werden kann. Ist eine Person der Strahlung einer Beleuchtungsvorrichtung ausgesetzt, die den Leuchtstoff AB2 enthält, kann dies mit Vorteil zu einer erhöhten Wachsamkeit oder auch Konzentrationsfähigkeit der Person führen. Beleuchtungsvorrichtungen mit dem erfindungsgemäßen Leuchtstoff können somit für die Raumbeleuchtung, insbesondere für „Human Centric Lighting“ Anwendungen eingesetzt werden.
• Die 6 bis 8 zeigen jeweils schematische Seitenansichten verschiedener Ausführungsformen von hier beschriebenen Beleuchtungsvorrichtungen, insbesondere Konversions-LEDs.
• Die Konversions-LEDs der 6 bis 8 weisen zumindest einen hier beschriebenen erfindungsgemäßen Mn²⁺ oder Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierten Kaliumaluminat-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 6 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 einschließlich 330 nm und einschließlich 470 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.
• Beispielsweise weist der Leuchtstoff 4 eine mittlere Korngröße von 10 µm auf. 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 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 mechanischen 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 7 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 8 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 einschließlich 330 nm und einschließlich 470 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 KAl₁₁O₁₇: (Mn²⁺,Eu²⁺) . 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 6 bis 8 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 8 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

S

Primärstrahlung

SA

Sekundärstrahlung

LED

lichtemittierende Diode

LER

Lichtausbeute

λ_peak

Peakwellenlänge

ppm

Parts per Million

AB

Ausführungsbeispiel

VB

Vergleichsbeispiel

g

Gramm

I

Intensität

Mol%

Molprozent

nm

Nanometer

°C

Grad Celsius

lm

Lumen

W

Watt

mmol

Millimol

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• EP 2275512 A2 [0004]

Claims (14)

1. Mn²⁺ oder Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierter Kaliumaluminat-Leuchtstoff (4).
2. Mn²⁺ oder Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierter Kaliumaluminat-Leuchtstoff (4) nach Anspruch 1 mit der allgemeinen Summenformel K_xAl_11+yO_17+z:Mn²⁺ oder K_xAl_11+yO_17+z:(Mn²⁺,Eu²⁺), wobei x + 3(11+y) = 2(17+z), 0 < x, -11 < y und -17 < z.
3. Mn²⁺ oder Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierter Kaliumaluminat-Leuchtstoff (4) nach Anspruch 2, wobei 0 < x < 2, -1/2 < z < 1/2 und -1/3 < y < 1/3.
4. Mn²⁺ oder Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierter Kaliumaluminat-Leuchtstoff (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit der allgemeinen Summenformel K_xAl_11+yO_17+z:Mn²⁺ oder K_xAl_11+yO_17+z: (M_n ²⁺, Eu²⁺) mit 0 < x < 2, wobei - für 0 < x < 1 gilt: y = 1/3(1-x) und z = 0 oder y = 0 und z = -1/2 (1-x); - für x = 1 gilt: y = 0 und z = 0 und - für 1 < x < 2 gilt: y = 0 und z = 1/2 (x-1) oder y = -1/3 (x-1) und z = 0.
5. Mn²⁺ oder Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierter Kaliumaluminat-Leuchtstoff (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit der allgemeinen Summenformel K_xAl_11+yO_17+z:Mn²⁺ oder K_xAl_11+yO_17+z:(M_n ²⁺, Eu²⁺) mit 0,5 < x < 1,5 und - für 0,5 < x < 1 gilt: y = 1/3(1-x) und z = 0 oder y = 0 und z = -1/2 (1-x); - für x = 1 gilt: y = 0 und z = 0 und - für 1 < x < 1,5 gilt: y = 0 und z = 1/2 (x-1) oder y = -1/3 (x-1) und z = 0.
6. Mn²⁺ oder Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierter Kaliumaluminat-Leuchtstoff (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit der allgemeinen Summenformel K_xAl_11+yO_17+z:Mn²⁺ oder K_xAl_11+yO_17+z:(Mn²⁺,Eu²⁺) mit 0,7 ≤ x ≤ 1,3 und - für 0,7 ≤ x < 1 gilt: y = 1/3(1-x) und z = 0 oder y = 0 und z = -1/2 (1-x); - für x = 1 gilt: y = 0 und z = 0 und - für 1 < x ≤ 1,3 gilt: y = 0 und z = 1/2 (x-1) oder y = -1/3 (x-1) und z = 0.
7. Mn²⁺ oder Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierter Kaliumaluminat-Leuchtstoff (4) nach Anspruch 6, wobei 0,8 ≤ x ≤ 1,2 und - für 0,8 ≤ x < 1 gilt: y = 1/3(1-x) und z = 0; - für x = 1 gilt: y = 0 und z = 0 und - für 1 < x ≤ 1,2 gilt: y = 0 und z = 1/2 (x-1).
8. Mn²⁺ oder Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierter Kaliumaluminat-Leuchtstoff (4) nach Anspruch 6, wobei 0,8 ≤ x ≤ 1,2 und - für 0,8 ≤ x < 1 gilt: y = 0 und z = -1/2 (1-x); - für x = 1 gilt: y = 0 und z = 0 und - für 1 < x ≤ 1,2 gilt: y = -1/3 (x-1).
9. Mn²⁺ oder Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierter Kaliumaluminat-Leuchtstoff (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der in der hexagonalen Raumgruppe P6₃/mmc kristallisiert.
10. Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierter Kaliumaluminat-Leuchtstoff (4) nach einem der Ansprüche 2 bis 8 mit der allgemeinen Summenformel K_xAl_11+yO_17+z:(M_n ²⁺, Eu²⁺) .
11. Mn²⁺ dotierter Kaliumaluminat-Leuchtstoff (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, der aus den Edukten K₂CO₃, Al₂O₃ und MnCO₃ erhältlich ist.
12. Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierter Kaliumaluminat-Leuchtstoff (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, der aus den Edukten K₂CO₃, Al₂O₃, MnCO₃ und Eu₂O₃ erhältlich ist.
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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