WO2008058618A1

WO2008058618A1 - Leuchtstoffkörper enthaltend rubin für weisse oder color-on-demand leds

Info

Publication number: WO2008058618A1
Application number: PCT/EP2007/009277
Authority: WO
Inventors: Holger Winkler; Klaus Ambrosius; Thomas Juestel; Katsuhisa Nitta; Kaiman Shimizu
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 2006-11-17
Filing date: 2007-10-25
Publication date: 2008-05-22
Anticipated expiration: 2009-05-17
Also published as: TW200831642A; DE102007001903A1; CA2669828A1; US20100045163A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Leuchtstoffkörper enthaltend Cr(III) aktiviertes Aluminiumoxid (Rubin), dessen Herstellung sowie dessen Verwendung als LED-Konversionsleuchtstoff für weiße LEDs oder sog. Color-on-demand-Anwendungen.

Description

Leuchtstoffkörper enthaltend Rubin für weiße oder Color-on-demand

LEDs

Die Erfindung betrifft einen Leuchtstoffkörper, der auf einem synthetischen plättchenförmigen Rubin -Substrat basiert, dessen Herstellung sowie dessen Verwendung als LED-Konversionsleuchtstoff für weiße LEDs oder sogenannte Color-on-demand-Anwendungen.

Unter dem Color-on-demand Konzept versteht man die Realisierung von Licht eines bestimmten Farbpunktes mit einer pcLED unter Einsatz eines oder mehrer Leuchtstoffe. Dieses Konzept wird z.B. verwendet, um bestimmte Corporate Designs z.B. für beleuchtete Firmenlogos, Marken etc. zu erzeugen.

Weiße leuchtstoffkonvertierte LEDs (pcLED) sind dichromatische

Lichtquellen, bestehend aus einem blauen oder im nahen UV-Bereich elektrolumineszierenden AHnGaN-chip und einem gelben, bzw. gelblich grünem oder gelblich orangem Leuchtstoff, meist YAG:Ce oder Derivate davon oder ortho-Silicaten Me₂Siθ₄:Eu (mit Me = Ca, Sr, Ba). Für eine große Anzahl von Lichtanwendungen sind diese pcLEDs jedoch nur bedingt geeignet, weil ihr emittiertes Licht hohe Lichttemperaturen aufweist und nur über eine geringe Farbwiedergabe (color rendering) verfügt. Der Grund hierfür ist der fehlende Rotanteil im Licht der pcLEDs. Es gibt mehrere Ansätze, rötliches Licht dem Spektrum von pcLEDs hinzuzufügen. Bereits kommerziell erhältlich sind z.B. pcLEDs mit den folgenden roten

Leuchtstoffen: "Lumileds Luxeon I warm white" mit gelbem YAG:Ce und rötlichem CaS:Eu²⁺ und "Nichia Jupiter warm white" mit YAG:Ce und rötlichem Nitridosilikat:Eu²⁺. Die sulfidischen Leuchtstoffe CaS:Eu und SrS:Eu sind chemisch nicht stabil, d.h. sie hydrolysieren bei Betriebsbedingungen und Betriebsumgebung in der LED, wodurch sich während des Betriebes der damit ausgestatteten LED deren Farbpunkt im Laufe der Zeit hin zu höheren Farbtemperaturen verschiebt, letztendlich wieder bläulich weißes Licht entsteht. Nitridosilikate und Oxynitridosilikate sind nur unter sehr hohem technischen Aufwand herstellbar. Sie weisen zwar eine höhere chemische Stabilität als sulfidische Leuchtstoffe auf, zersetzen sich aber dennoch hydrolytisch. Zudem führen die

Hydrolyseprodukte sowohl der sulfidischen, als auch der nitridischen Leuchtstoffe zur Korrosion von Bestandteilen der LED, was deren Eigenschaften neben der Farbpunktverschiebung weiter verschlechtert. Die oben genannten rötlichen Leuchtstoffe sind Bandenemitter, dadurch wird ein großer Anteil der von ihnen emittierten Photonen vom Auge nicht als rot wahrgenommen: Die rötlichen Banden besitzen Ausläufer in den IR Bereich und in den orangen Bereich. Ein optimal wirkender roter Leuchtstoff muss ein Linienspektrum aufweisen, dessen Peak im tiefroten Bereich des Spektrums liegt (600 - 750 nm). Auf diese Weise sind hohe Lumenäquivalente mit roten Linienemittern erzielbar im Gegensatz zu den roten Bandenemittern.

Als Leuchtstoff werden derzeit für die weiße pcLED, die einen blau emittierenden Chip als Primärstrahlung enthalten, hauptsächlich YAG:Ce³⁺ oder Abwandlungen davon, oder ortho-Silikate:Eu²⁺ verwendet. Die Leuchtstoffe werden durch Festkörper-Diffusionsverfahren („mixing and firing") hergestellt, indem oxidische Edukte als Pulver gemischt, zermahlen und danach in einem Ofen bei Temperaturen bis zu 1700⁰C über bis zu mehreren Tagen in einer ggf. reduzierenden Atmosphäre geglüht werden.

Als Resultat entstehen Leuchtstoffpulver, die Inhomogenitäten aufweisen in Bezug auf die Morphologie, die Partikelgrößenverteilung und die Verteilung der lumineszenten Aktivatorionen in dem Volumen der Matrix. Des weiteren sind die Morphologie, die Partikelgrößenverteilungen und weitere Eigenschaften dieser nach dem traditionellen Verfahren hergestellten

Leuchtstoffe nur schlecht einstellbar und schwer reproduzierbar. Daher besitzen diese Partikel mehrere Nachteile, wie insbesondere eine inhomogene Beschichtung der LED Chips mit diesen Leuchtstoffen mit nicht optimaler und inhomogener Morphologie sowie Partikelgrößenverteilung, die zu hohen Verlustprozessen durch Streuung führen. Weitere Verluste entstehen in der Produktion dieser LEDs dadurch, dass die Leuchtstoffbeschichtung der LED Chips nicht nur inhomogen, sondern auch von LED zu LED nicht reproduzierbar ist. Dies führt dazu, dass es zu Variationen der Farbpunkte des emittierten Lichtes der pcLEDs auch innerhalb einer Charge kommt. Dadurch ist ein aufwendiger Sortierprozess der LEDs (sog. Binning) erforderlich. Das Aufbringen der Leuchtstoffpartikel auf die LED erfolgt durch einen aufwendigen Prozess.

Dazu werden die Leuchtstoffpartikel in einem Bindemittel, meist Silikonen oder Epoxiden, dispergiert und ein oder mehrere Tropfen dieser Dispersion auf den Chip gebracht. Während das Bindemittel aushärtet, kommt es bei den Leuchtstoffpartikeln durch unterschiedliche Morphologie und Größe zu uneinheitlichem Sedimentationsverhalten, woraus eine inhomogene

Beschichtung innerhalb einer LED und von LED zu LED resultiert. Deswegen müssen aufwändige Klassifizierungs-Prozesse durchgeführt werden (sog. Binning), wobei die LEDs nach Erfüllung oder Nichterfüllung von optischen Zielgrößen, wie der Verteilung von optischen Parametern innerhalb des Lichtkegels bezüglich Verteilung der Farbtemperatur,

Chromatizitäten (x,y-Werte innerhalb des CIE Chromatizitätsdiagramms), sowie der optischen Leistung, insbesondere des in Lumen ausgedrückten Lichtstromes und der Lumeneffizienz (Im/W), sortiert werden. Diese Sortierung führt zu einer Verringerung der Zeitausbeute von LED-units pro Maschinentag, weil zumeist » 30 % der LEDs als Ausschuß anfallen.

Diese Situation führt zu den hohen Stückkosten insbesondere von power LEDs (d.h. LEDs mit einem Leistungsbedarf von über 0.5 W), die selbst im Bereich von Abnahmemengen von über 10.000 Stück bei Preisen von mehreren US-$ pro Stück liegen können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Leuchtstoff, vorzugsweise einen Konversionsleuchtstoff für weiße LEDs oder für Color- - A -

on-demand-Anwendungen, zur Verfügung zu stellen, der eines oder mehrere der oben genannten Nachteile nicht aufweist und warm weißes Licht erzeugt.

Überraschenderweise kann die vorliegende Aufgabe dadurch gelöst werden, dass Rubin als Leuchtstoff synthetisch in Plättchenform nasschemisch herstellbar ist. Dadurch sind diese Rubine sehr kostengünstig produzierbar und eignen sich als Konversionsleuchtstoff für pcLEDs zur Erzeugung von warm weißen Licht mit hoher Effizienz und überlegener Farbwiedergabe aufgrund tiefroter Emission. Für die tiefrote

Farbe ist Cr³⁺ verantwortlich, welches sich als Dotierstoff in der kristallinen Matrix aus AI₂O₃ befindet und ein Linienemissionsspektrum erzeugt.

Diese Leuchtstoffplättchen können in einem nasschemischen Prozess hergestellt werden, in dem mit 0.01 bis 10 wt% Cr³⁺ bzw. Cr₂O₃ dotierte

Al₂θ₃-Plättchen erhalten werden, die ein sehr großes Aspektverhältnis aufweisen, eine atomar glatte Oberfläche und eine einstellbare Dicke besitzen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können diese Leuchtstoffplättchen dadurch hergestellt werden, indem ein synthetisch hergestellter Träger bzw. ein Substrat aus einem synthetisch hergestellten AI₂O₃ -Plättchen, welches mit 0.01 bis 10 wt% Cr³⁺ bzw. Cr₂O₃ dotiert ist und ein sehr großes Aspektverhältnis aufweist, eine atomar glatte Oberfläche und eine einstellbare Dicke besitzt, durch Fällungsreaktion in wässriger Suspension mit einer Leuchtstoffschicht beschichtet werden kann.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung dieser Leuchtstoffe und des Einsatzes dieser Leuchtstoffe in LEDs kommt es erstmals zu der Situation, dass Farbpunkt stabile, warm weiße LEDS möglich sind bzw. stabile Farbpunkte für Color-on-demand LED- Anwendungen mit roten Lichtanteilen realisierbar sind. Des Weiteren kommt es zu einer Verringerung der Herstellkosten von weißen LEDs und/oder LEDs für Color-on-demand-Anwendungen, weil die durch den Leuchtstoff verursachte Inhomogenität und geringe batch-to-batch Reproduzierbarkeit der Lichteigenschaften von LEDs eliminiert werden und die Leuchtstoffaufbringung auf den LED Chip vereinfacht und beschleunigt wird. Des weiteren lässt sich die Lichtausbeute von weißen LEDs und/oder Color-on-demand-Anwendungen mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens steigern. In der Summe werden die Kosten des LED-Lichtes geringer, weil: • die Kosten pro LED geringer werden (Investionskosten für den

Kunden)

• mehr Licht aus einer LED erhalten wird (günstigeres Lumen/EUR-

Verhältnis)

• insgesamt die sog. „total-cost-of-ownership", welche die Lichtkosten in Abhängigkeit der Investkosten, der Wartungskosten und Betriebsund Austauschkosten beschreibt, günstiger wird.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Leuchtstoffkörper enthaltend Cr(I I Inaktiviertes Aluminiumoxid (Rubin).

Unter dem Begriff „Leuchtstoffkörper" ist erfindungsgemäß ein plättchenförmiger Körper mit definierten Abbmessungen zu verstehen, der aus dem erfindungsgemäßen Leuchtstoff und ggf. weiteren Konversionsleuchtstoffen besteht.

Der erfindungsgemäße Leuchtstoffkörper lässt sich leicht durch die gelbe Emission des YAG:Ce oder z.B. von ortho-Silikatleuchtstoffen anregen. Bevorzugt ist es daher, wenn der erfindungsgemäße Rubin-haltige- Leuchtstoffkörper mindestens einen weiteren Konversionsleuchtstoff enthält (z.B. YAG:Ce) oder der erfindungsgemäße Leuchtstoff in einer Mischung mit weiteren Konversionsleuchtstoffen eingesetzt wird. Dabei wird ein Teil des von YAG:Ce oder den ortho-Silikaten emittierten gelben Lichtes vom Rubin-haltigen Leuchtstoffkörper absorbiert, während der weitaus meiste Teil des gelben Lichtes transmittiert wird, falls geringe Mengen des Rubinleuchtstoffes Einsatz finden (5 - 30 wt-% in Bezug auf die Masse des gelben Leuchtstoffes). Unter dem Begriff „YAG:Ce" sind dabei erfindungsgemäß alle Zusammensetzungen der allgemeinen Formel (Y₁Gd₁Tb₁Lu₁Pr)₃(AI₁Ga)₅O₁₂ zu verstehen. Der tiefrote erfindungsgemäße Leuchtstoffkörper weist eine hohe Quantenausbeute von 86% auf. Das von der LED emittierte Licht setzt sich dann additiv aus dem blauen (bzw.UV), dem gelben (eines weiteren Konversionsleuchtstoffes) und dem tiefroten Licht des Rubin-haltigen Leuchtstoffkörpers zusammen (siehe Abb. 2, Emissionsspektrum des erfindungsgemäßen Leuchtstoffkörpers). Das blaue bzw. UV-Licht kann aber auch vollständg von dem oder den Leuchtstoffen absorbiert werden.

Durch Variation der jeweiligen Anteile lassen sich alle Farbpunkte im Chromatizitätsdiagramm einstellen, welche sich innerhalb des Dreieckes befinden, das von den Farbkoordinaten der einzelnen Bestandteile aufgespannt wird.

Bevorzugt ist es, wenn die Dotierkonzentration des Chroms zwischen 0.01 und 10 wt % liegt. Besonders bevorzugt liegt sie zwischen 0.03 und 2.5 wt %.

Insbesondere können als weiteres Material für die erfindungsgemäßen

Leuchtstoffkörper neben Cr(III)- aktiviertem Aluminiumoxid folgende Verbindungen bzw. Leuchtstoffe gewählt werden, wobei in der folgenden Notation links vom Doppelpunkt das Wirtsgitter und rechts vom Doppelpunkt ein oder mehrere Dotierelemente aufgeführt sind. Wenn chemische Elemente durch Kommata voneinander getrennt und eingeklammert sind, können sie wahlweise verwendet werden. Je nach gewünschter Lumineszenzeigenschaft der Leuchtstoffkörper können eine oder auch mehrere der zur Auswahl gestellten Verbindungen herangezogen werden:

BaAI₂O₄:Eu²⁺, BaAI₂S₄:Eu²⁺, BaB₈O_1-3)Eu²⁺, BaF₂, BaFBrEu²⁺, BaFChEu²⁺, BaFCLEu²⁺, Pb²⁺, BaGa₂S₄:Ce³⁺, BaGa₂S₄:Eu²⁺, Ba₂Li₂Si₂ O₇:Eu²⁺, Ba₂Li₂Si₂O₇ISn²⁺, Ba₂Li₂Si₂O₇ISn²⁺, Mn²⁺, BaMgAI,₀O₁₇:Ce³⁺,

BaMgAI₁₀Oi₇:Eu²⁺, BaMgAI₁₀O₁₇: Eu²⁺, Mn²⁺, Ba₂Mg₃F₁₀)Eu²⁺, BaMg₃F₈:Eu²⁺,Mn²⁺, Ba₂MgSi₂O₇:Eu²⁺, BaMg₂Si₂O₇)Eu²⁺, Ba₅(PO₄)₃CI:Eu²⁺, Ba₅(PO₄J₃ChU₁ Ba₃(PO₄)₂:Eu²⁺, BaS:Au,K, BaSO₄:Ce³⁺, BaSO₄:Eu²⁺, Ba₂SiO₄:Ce³⁺,Li⁺,Mn²⁺, Ba₅SiO₄CI₆:Eu²⁺, BaSi₂O₅:Eu²⁺, Ba₂SiO₄:Eu²⁺, BaSi₂O₅)Pb²⁺, Ba_xSri_1-xF₂:Eu²⁺, BaSrMgSi₂O₇)Eu²⁺,

BaTiP₂O₇, (BaJi)₂P₂O₇)Ti, Ba₃WO₆)U, BaY₂F₈ Er³⁺,Yb⁺, Be₂SiO₄)Mn²⁺, Bi₄Ge₃O₁₂, CaAI₂O₄)Ce³⁺, CaLa₄O₇)Ce³⁺, CaAI₂O₄)Eu²⁺, CaAI₂O₄)Mn²⁺, CaAI₄O₇:Pb²⁺,Mn²⁺, CaAI₂O₄)Tb³⁺, Ca₃AI₂Si₃O₁₂)Ce³⁺, Ca₃AI₂Si₃Oi₂)Ce³⁺, Ca₃AI₂Si₃O₁₂)Eu²⁺, Ca₂B₅O₉BrEu²⁺, Ca₂B₅O₉CI)Eu²⁺, Ca₂B₅O₉CI)Pb²⁺, CaB₂O₄)Mn²⁺, Ca₂B₂O₅)Mn²⁺,

CaB₂O₄)Pb²⁺, CaB₂P₂O₉) Eu²⁺, Ca₅B₂SiO₁₀)Eu³⁺, Ca₀.₅Ba_{0 5}AI₁₂O₁₉:Ce³⁺,Mn²⁺, Ca₂Ba₃(PO4)₃CI:Eu²⁺, CaBr₂)Eu²⁺ in SiO₂, CaCI₂)Eu²⁺ in SiO₂, CaCI₂:Eu²⁺,Mn²⁺ in SiO₂, CaF₂)Ce³⁺, CaF₂:Ce³⁺,Mn²⁺, CaF₂)Ce³⁺Jb³⁺, CaF₂) Eu²⁺, CaF₂)Mn²⁺, CaF₂) U, CaGa₂O₄)Mn²⁺, CaGa₄O₇)Mn²⁺, CaGa₂S₄)Ce³⁺, CaGa₂S₄)Eu²⁺,

CaGa₂S₄)Mn²⁺, CaGa₂S₄)Pb²⁺, CaGeO₃)Mn²⁺, CaI₂)Eu²⁺ in SiO₂, Cal₂:Eu²⁺,Mn²⁺ in SiO₂, CaLaBO₄)Eu³⁺, CaLaB₃O₇)Ce³⁺, Mn²⁺, Ca₂La₂BO₆-_S)Pb²⁺, Ca₂MgSi₂O₇, Ca₂MgSi₂O₇)Ce³⁺, CaMgSi₂O₆)Eu²⁺, Ca₃MgSi₂O₈)Eu²⁺, Ca₂MgSi₂O₇)Eu²⁺, CaMgSi₂O₆)Eu²⁺, Mn²⁺, Ca₂MgSi₂O₇:Eu²⁺,Mn²⁺, CaMoO₄, CaMoO₄)Eu³⁺, CaO)Bi³⁺, CaO)Cd²⁺,

CaO)Cu⁺, CaO)Eu³⁺, CaO)Eu³⁺, Na⁺, CaO)Mn²⁺, CaO)Pb²⁺, CaO)Sb³⁺, CaO)Sm³⁺, CaO)Tb³⁺, CaO)TI, CaO-Zn²⁺, Ca₂P₂O₇)Ce³⁺, α-Ca₃(PO₄)₂:Ce³⁺, ß-Ca₃(PO₄)₂:Ce³⁺, Ca₅(PO₄)₃CI:Eu²⁺, Ca₅(PO₄)₃CI:Mn²⁺, Ca₅(PO₄)₃CI:Sb³⁺, Ca₅(PO₄)₃CI:Sn²⁺, ß-Ca₃(PO₄)₂:Eu²⁺,Mn²⁺, Ca₅(PO₄)₃F:Mn²⁺, Ca_s(PO₄)₃F:Sb³⁺, Ca_s(PO₄)₃F:Sn²⁺, α-Ca₃(PO₄)₂:Eu²⁺, ß-Ca₃(PO₄)₂:Eu²⁺,

Ca₂P₂O₇)Eu²⁺, Ca₂P₂O₇:Eu²⁺,Mn²⁺, CaP₂O₆)Mn²⁺, α-Ca₃(PO₄)₂:Pb²⁺, α- Ca₃(PO₄J₂)Sn²⁺, ß-Ca₃(PO₄)₂:Sn²⁺, ß-Ca₂P₂O₇:Sn,Mn, α-Ca₃(PO₄)₂:Tr, CaS)Bi³⁺, CaS:Bi³⁺,Na, CaS)Ce³⁺, CaS)Eu²⁺, CaS:Cu⁺,Na⁺, CaS)La³⁺, CaS)Mn²⁺, CaSO₄)Bi, CaSO₄)Ce³⁺, CaSO₄:Ce³⁺,Mn²⁺, CaSO₄)Eu²⁺, CaSO₄:Eu²⁺,Mn²⁺, CaSO₄)Pb²⁺, CaS)Pb²⁺, CaS:Pb²⁺,CI, CaS:Pb²⁺,Mn²⁺,

CaS:Pr³⁺,Pb²⁺,CI, CaS)Sb³⁺, CaS:Sb³⁺,Na, CaS)Sm³⁺, CaS)Sn²⁺, CaS:Sn²⁺,F, CaS:Tb³⁺, CaS:Tb³⁺,CI, CaS:Y³⁺, CaS:Yb²⁺, CaS:Yb²⁺,CI, CaSiO₃)Ce³⁺, Ca₃SiO₄CI₂:Eu²⁺, Ca₃SiO₄CI₂Pb²⁺, CaSiO₃:Eu²⁺, CaSiO₃:Mn²⁺,Pb, CaSiO₃:Pb²⁺, CaSiO₃:Pb²⁺,Mn²⁺, CaSiO₃Ti⁴⁺, CaSr₂(PO₄)₂:Bi³⁺, ß-(Ca,Sr)₃(PO₄)₂:Sn²⁺Mn²⁺, CaTi₀.₉AI₀.iO₃:Bi³⁺, CaTiO₃:Eu³⁺, CaTiO₃Pr³⁺, Ca₅(VO₄)₃CI, CaWO₄, CaWO₄Pb²⁺, CaWO₄:W,

Ca₃WO₆:U, CaYAIO₄:Eu³⁺, CaYBO₄:Bi³⁺, CaYBO₄:Eu³⁺, CaYB₀.₈O₃.₇:Eu³⁺, CaY₂ZrO₆: Eu³⁺, (Ca,Zn,Mg)₃(PO₄)₂:Sn, CeF₃, (Ce₁Mg)BaAI₁₁O₁₈Oe, (Ce₁Mg)SrAI₁₁O_1SiCe, CeMgAI₁₁O₁₉ICeTb, Cd₂B₆O₁₁)Mn²⁺, CdS:Ag⁺,Cr, CdS:ln, CdS:ln, CdS:ln,Te, CdSTe₁ CdWO₄, CsF, CsI, CsLNa⁺, CsITI₁ (ErCI₃)₀.₂₅(BaCI₂)o.₇5, GaN:Zn, Gd₃Ga₅0₁₂:Cr³⁺, Gd₃Ga₅O₁₂:Cr,Ce,

GdNbO₄:Bi³⁺, Gd₂O₂SiEu³⁺, Gd₂O₂Pr^3*, Gd₂O₂SPr₁Ce₁F₁ Gd₂O₂STb³⁺, Gd₂SiO₅)Ce³⁺, KAI₁₁O₁₇TI⁺, KGa₁₁O₁₇)Mn²⁺, K₂La₂Ti₃O₁₀)Eu, KMgF₃)Eu²⁺, KMgF₃)Mn²⁺, K₂SiF₆)Mn⁴⁺, LaAI₃B₄O₁₂)Eu³⁺, LaAIB₂O₆)Eu³⁺, LaAIO₃)Eu³⁺, LaAIO₃)Sm³⁺, LaAsO₄)Eu³⁺, LaBr₃)Ce³⁺, LaBO₃)Eu³⁺, (La₁Ce₁Tb)PO₄)CeTb, LaCI₃)Ce³⁺, La₂O₃)Bi³⁺, LaOBrTb³⁺, LaOBrTm³⁺, LaOCI)Bi³⁺, LaOCI)Eu³⁺,

LaOF)Eu³⁺, La₂O₃)Eu³⁺, La₂O₃)Pr³⁺, La₂O₂S)Tb³⁺, LaPO₄)Ce³⁺, LaPO₄)Eu³⁺, LaSiO₃CI)Ce³⁺, LaSiO₃CI)Ce³⁺Tb³⁺, LaVO₄)Eu³⁺, La₂W₃O₁₂)Eu³⁺, LiAIF₄)Mn²⁺, LiAI₅O₈)Fe³⁺, LiAIO₂)Fe³⁺, LiAIO₂)Mn²⁺, LiAI₅O₈)Mn²⁺, Li₂CaP₂O₇:Ce³⁺,Mn²⁺, LiCeBa₄Si₄O₁₄)Mn²⁺, LiCeSrBa₃Si₄Oi₄)Mn²⁺, LiInO₂)Eu³⁺, LiInO₂)Sm³⁺, LiLaO₂)Eu³⁺, LuAIO₃)Ce³⁺, (Lu₁Gd)₂SiO₅)Ce³⁺,

Lu₂SiO₅)Ce³⁺, Lu₂Si₂O₇)Ce³⁺, LuTaO₄)Nb⁵⁺, Lu_1-xY_xAIO₃:Ce³⁺, MgAI₂O₄)Mn²⁺, MgSrAI₁₀O₁₇)Ce, MgB₂O₄)Mn²⁺, MgBa₂(PO₄J₂)Sn²⁺, MgBa₂(PO₄)₂:U, MgBaP₂O₇)Eu²⁺, MgBaP₂O₇:Eu²⁺,Mn²⁺, MgBa₃Si₂O₈)Eu²⁺, MgBa(SO₄)₂:Eu²⁺, Mg₃Ca₃(PO₄)₄:Eu²⁺, MgCaP₂O₇)Mn²⁺, Mg₂Ca(SO₄)₃:Eu²⁺, Mg₂Ca(SO₄)₃:Eu²⁺,Mn², MgCeAI_nO₁₉)Tb³⁺,

Mg₄(F)GeO₆)Mn²⁺, Mg₄(F)(Ge₁Sn)O₆)Mn²⁺, MgF₂)Mn²⁺, MgGa₂O₄)Mn²⁺, Mg₈Ge₂O₁₁F₂)Mn⁴⁺, MgS)Eu²⁺, MgSiO₃)Mn²⁺, Mg₂SiO₄)Mn²⁺, Mg₃SiO₃F₄)Ti⁴⁺, MgSO₄)Eu²⁺, MgSO₄)Pb²⁺, MgSrBa₂Si₂O₇)Eu²⁺, MgSrP₂O₇)Eu²⁺, MgSr₅(PO₄)₄:Sn²⁺, MgSr₃Si₂0₈:Eu²⁺,Mn²⁺, Mg₂Sr(SO₄J₃)Eu²⁺, Mg₂TiO₄)Mn⁴⁺, MgWO₄, MgYBO₄)Eu³⁺,

Na₃Ce(PO₄)₂:Tb³⁺, NaI)TI₁ Na₁.₂₃K₀.₄₂Eu₀.₁₂TiSi₄O₁₁:Eu³⁺ _l Na_{1 23}Ko ₄₂EUa₁₂TiSi₅Oi_S xH₂O)Eu³⁺, Nai.₂₉Ko.₄₆Er₀.₀eTiSi₄On:Eu³⁺, Na₂Mg₃AI₂Si₂Oi₀)Tb, Na(Mg_2-xMn_x)LiSi₄OioF₂:Mn, NaYF₄)Er³⁺, Yb³⁺, NaYO₂)Eu³⁺, P46(70%) + P47 (30%), SrAI₁₂Oi₉)Ce³⁺, Mn²⁺, SrAI₂O₄)Eu²⁺, SrAI₄O₇)Eu³⁺, SrAIi₂O₁₉)Eu²⁺, SrAI₂S₄)Eu²⁺, Sr₂B₅O₉CI)Eu²⁺,

SrB₄O₇)Eu²⁺(F₁CI₁Br), SrB₄O₇)Pb²⁺, SrB₄O₇)Pb²⁺, Mn²⁺, SrB₈O₁₃)Sm²⁺, Sr_xBa_yCl_zAI₂O₄-z/₂: Mn²⁺, Ce³⁺, SrBaSiO₄:Eu²⁺, Sr(CI, Br,l)₂:Eu²⁺ in SiO₂, SrCI₂:Eu²⁺ in SiO₂, Sr₅CI(PO₄)₃:Eu, Sr_WF_xB₄O_{6 5}: Eu²⁺, Sr_wF_xB_yO_z: Eu²⁺, Sm²⁺, SrF₂:Eu²⁺, SrGai₂O₁₉:Mn²⁺, SrGa₂S₄)Ce³⁺, SrGa₂S₄)Eu²⁺, SrGa₂S₄Pb²⁺, SrIn₂O₄Pr³⁺, Al³⁺, (Sr,Mg)₃(PO₄)₂:Sn, SrMgSi₂O₆)Eu²⁺, Sr₂MgSi₂O₇)Eu²⁺, Sr₃MgSi₂O₈)Eu²⁺, SrMoO₄)U, SrO-3B₂O₃:Eu²⁺,CI, ß-SrO-3B₂O₃:Pb²⁺, ß-

SrO SB₂O₃ :Pb²⁺,Mn²⁺, α-SrO-3B₂O₃:Sm²⁺, Sr₆P₅BO₂₀)Eu, Sr₅(PO₄)₃CI:Eu²⁺, Sr₅(PO₄)₃CI:Eu²⁺,Pr³⁺, Sr₅(PO₄)₃CI:Mn²⁺, Sr₅(PO₄)₃CI:Sb³⁺, Sr₂P₂O₇)Eu²⁺, ß-Sr₃(PO₄)₂:Eu²⁺, Sr₅(PO₄)₃F:Mn²⁺, Sr₅(PO₄)₃F:Sb³⁺, Sr₅(PO₄)₃F:Sb³⁺,Mn²⁺, Sr₅(PO₄)₃F:Sn²⁺, Sr₂P₂O₇)Sn²⁺, ß- Sr₃(PO₄)₂:Sn²⁺, ß-Sr₃(PO₄)₂:Sn²⁺,Mn²⁺(AI), SrS)Ce³⁺, SrS)Eu²⁺, SrS)Mn²⁺,

SrS:Cu⁺,Na, SrSO₄)Bi, SrSO₄)Ce³⁺, SrSO₄)Eu²⁺, SrSO₄:Eu²⁺,Mn²⁺, Sr₅Si₄O₁₀CI₆)Eu²⁺, Sr₂SiO₄)Eu²⁺, SrTiO₃)Pr³⁺, SrTiO₃:Pr³⁺,AI³⁺, Sr₃WO₆)U, SrY₂O₃)Eu³⁺, ThO₂)Eu³⁺, ThO₂)Pr³⁺, ThO₂)Tb³⁺, YAI₃B₄O₁₂)Bi³⁺, YAI₃B₄O₁₂)Ce³⁺, YAI₃B₄O₁₂:Ce³⁺,Mn, YAI₃B₄O₁₂)Ce³⁺Jb³⁺, YAI₃B₄O₁₂)Eu³⁺, YAI₃B₄O₁₂:Eu³⁺,Cr³⁺, YAI₃B₄O₁₂:Th⁴⁺,Ce³⁺,Mn²⁺, YAIO₃)Ce³⁺, Y₃AI₅O₁₂)Ce³⁺,

(Y₁Gd₁Lu₁Tb)₃(AI, Ga)₅O₁₂)(Ce₁Pr₁Sm)₁ Y₃AI₅O₁₂)Cr³⁺, YAIO₃)Eu³⁺, Y₃AI₅O₁₂)Eu³', Y₄AI₂O₉)Eu³⁺, Y₃AI₅O₁₂)Mn⁴⁺, YAIO₃)Sm³⁺, YAIO₃)Tb³⁺, Y₃AI₅O₁₂)Tb³⁺, YAsO₄)Eu³⁺, YBO₃)Ce³⁺, YBO₃)Eu³⁺, YF₃: Er³⁺, Yb³⁺, YF₃)Mn²⁺, YF₃)Mn²⁺Jh⁴⁺, YF₃:Tm³⁺,Yb³⁺, (Y₁Gd)BO₃)Eu, (Y₁Gd)BO₃)Tb, (Y₁Gd)₂O₃)Eu³⁺, Y_{1 34}Gd_{0 60}O₃(Eu, Pr), Y₂O₃)Bi³⁺, YOBrEu³⁺, Y₂O₃)Ce,

Y₂O₃)Er³⁺, Y₂O₃)Eu³⁺(YOE), Y₂O₃)Ce³⁺Jb³⁺, YOCI)Ce³⁺, YOCI)Eu³⁺, YOF)Eu³⁺, YOF)Tb³⁺, Y₂O₃)Ho³⁺, Y₂O₂S)Eu³⁺, Y₂O₂S)Pr³⁺, Y₂O₂S)Tb³⁺, Y₂O₃)Tb³⁺, YPO₄)Ce³⁺, YPO₄)Ce³⁺Jb³⁺, YPO₄)Eu³⁺, YPO₄)Mn²⁺Jh⁴⁺, YPO₄)V⁵⁺, Y(P₁V)O₄)Eu, Y₂SiO₅)Ce³⁺, YTaO₄, YTaO₄)Nb⁵⁺, YVO₄)Dy³⁺, YVO₄)Eu³⁺, ZnAI₂O₄)Mn²⁺, ZnB₂O₄)Mn²⁺, ZnBa₂S₃)Mn²⁺, (Zn₁Be)₂SiO₄)Mn²⁺,

Zn_{0 4}Cd_{0 6}S)Ag₁ Zn_{0 6}Cd_{0 4}S)Ag₁ (Zn₁Cd)S)Ag₁CI₁ (Zn₁Cd)S)Cu₁ ZnF₂)Mn²⁺, ZnGa₂O₄, ZnGa₂O₄)Mn²⁺, ZnGa₂S₄)Mn²⁺, Zn₂GeO₄)Mn²⁺, (Zn₁Mg)F₂)Mn²⁺, ZnMg₂(PO₄J₂)Mn²⁺, (Zn₁Mg)₃(PO₄J₂)Mn²⁺, ZnO:AI³⁺,Ga³⁺, ZnO)Bi³⁺, ZnO)Ga³⁺, ZnO)Ga, ZnO-CdO)Ga, ZnO)S, ZnO)Se, ZnO)Zn, ZnS:Ag⁺,CI^", ZnS)Ag₁Cu₁CI, ZnS)Ag₁Ni, ZnS)Au₁In, ZnS-CdS (25-75), ZnS-CdS (50-50),

ZnS-CdS (75-25), ZnS-CdS)Ag₁Br₁Ni, ZnS-CdS:Ag⁺,CI, ZnS-CdS)Cu₁Br, ZnS-CdS)CuJ, ZnS)CI^", ZnS)Eu²⁺, ZnS)Cu, ZnS:Cu⁺,AI³⁺, ZnS:Cu⁺,CI\ ZnS)Cu₁Sn, ZnS)Eu²⁺, ZnS)Mn²⁺, ZnS)Mn₁Cu₁ ZnS)Mn²⁺Je²⁺, ZnS)P, ZnS:P^3',Cr, ZnS)Pb²⁺, ZnS:Pb²⁺,CI^", ZnS)Pb₁Cu, Zn₃(PO₄)₂:Mn²⁺, Zn₂SiO₄)Mn²⁺, Zn₂SiO₄:Mn²⁺,As⁵⁺, Zn₂SiO₄)Mn₁Sb₂O₂, Zn₂SiO₄:Mn²⁺,P, Zn₂SiO₄Ti⁴⁺, ZnSiSn²⁺, ZnS:Sn,Ag, ZnS:Sn²⁺,Li⁺, ZnSTe₁Mn, ZnS- ZnTe:Mn²⁺, ZnSe:Cu⁺,CI, ZnWO₄

Vorzugsweise besteht der Leuchtstoffkörper neben Cr (III) aktivierten

Aluminiumoxid aus mindestens einem weiteren der folgenden Leuchtstoffmaterialien:

(Y₁Gd₁Lu₁Sc₁Sm₁Tb)₃(AI₁Ga)₅Oi₂ICe (mit oder ohne Pr)₁ (Ca₁Sr₁Ba)₂SiO₄IEu₁ YSiO₂N:Ce, Y₂Si₃O₃N₄)Ce₁ Gd₂Si₃O₃N₄)Ce₁ (Y₁Gd₁Tb₁Lu₁Sm₁Sc)₃AI_5-XSi_xO_12-XN_xICe, SrAI₂O₄:Eu, Sr₄AI₁₄O₂₅IEu,

(Ba₁Sr₁Ca)Si₂N₂O₂IEu₁ SrSiAI₂O₃N₂IEu₁ (Ca₁Sr₁Ba)₂Si₅N₈IEu, (Ca₁Sr)AISiN₃IEu, Zink-Erdalkaliorthosilikate, Kupfer-Erdalkaliorthosilikate, Eisen-Erdalkaliorthosilikate, Molybdate, Wolframate, Vanadate, Gruppe-Ill Nitride, Oxide, jeweils einzeln oder Gemischen derselben mit einem oder mehreren Aktivatorionen wie Ce, Eu, Mn₁ Cr und/oder Bi.

Der Leuchtstoffkörper kann als Plättchen in Dicken von 50 nm bis zu etwa 20 μm, vorzugsweise zwischen 150 nm und 5 μm, grosstechnisch hergestellt werden. Der Durchmesser beträgt dabei von 50 nm bis 20μm. Er besitzt in der Regel ein Aspektverhältnis (Verhältnis des Durchmessers zur Teilchendicke) von 1 : 1 bis 400 : 1 , und insbesondere 3 : 1 bis 100 : 1. Die Plättchenausdehnung (Länge x Breite) ist von der Anordnung abhängig.

Die erfindungsgemäßen Plättchen eignen sich auch als Streuzentren innerhalb der Konversionsschicht, insbesondere dann, wenn sie besonders kleine Abmessungen aufweisen.

Die dem LED Chip zugewandte Oberfläche des erfindungsgemäßen Leuchtstoffkörpers kann mit einer Beschichtung versehen werden, welche entspiegelnd in Bezug auf die von dem LED Chip emittierte Primärstrahlung wirkt. Dies führt zu einer Verringerung der Rückstreuung der Primärstrahlung, wodurch diese besser in den erfindungsgemäßen Leuchtstoffkörper eingekoppelt werden kann.

Hierfür eignen sich beispielsweise brechzahlangepasste Beschichtungen, die eine folgende Dicke d aufweisen müssen: d = [Wellenlänge der Primärstrahlung des LED Chips /(4^* Brechzahl der Leuchtstoffkeramik)], s. beispielsweise Gerthsen, Physik, Springer Verlag, 18. Auflage, 1995. Diese Beschichtung kann auch aus photonischen Kristallen bestehen. Wobei hierunter auch eine Strukturierung der Oberfläche des plättchenförmigen Leuchtstoffkörpers fällt, um bestimmte Funktionalitäten zu erreichen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besitzt der plättchenförmige Leuchtstoffkörper auf der, einem LED Chip entgegengesetzten Seite eine strukturierte (z.B. pyramidale) Oberfläche (siehe Abb. 3). Somit kann möglichst viel Licht aus dem Leuchtstoffkörper ausgekoppelt werden. Ansonsten erfährt Licht, welches unter einem bestimmten Winkel, dem Grenzwinkel, und darüber hinaus auf die Grenzfläche plättchenförmiger Leuchtstoffkörper-Umgebung trifft, Totalreflektion, wodurch es einer unerwünschten Wellenleitung des Lichtes innerhalb der Leuchtstoffkörpers kommt.

Die strukturierte Oberfläche auf dem Leuchtstoffkörper wird durch nachträgliches Beschichten mit einem geeigneten Material, welches bereits strukturiert ist, oder in einem nachfolgenden Schritt durch (photo-) lithografische Verfahren, Ätzverfahren oder durch Schreibverfahren mit Energie- oder Materiestrahlen oder Einwirkung von mechanischen Kräften hergestellt.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass die Oberfläche des erfindungsgemäßen Leuchtstoffes selbst strukturiert wird durch Einsatz der oben genannten Verfahren.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besitzt der erfindungsgemäße Leuchtstoffkörper auf der, einem LED Chip entgegengesetzten Seite eine raue Oberfläche (siehe Abb.3), die Nanopartikel aus SiO₂, TiO₂, AI₂O₃, ZnO₂, ZrO₂ und/oder Y₂O₃ oder Kombinationen aus diesen Materialien oder aus Partikeln mit der Leuchtstoffzusammensetzung trägt. Dabei hat eine raue Oberfläche eine Rauhigkeit von bis zu einigen 100 nm. Die beschichtete Oberfläche hat den

Vorteil, dass Totalreflektion verringert oder verhindert werden kann und das Licht besser aus dem erfindungsgemäßen Leuchtstoffkörper ausgekoppelt werden kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besitzt der erfindungsgemäße Leuchtstoffkörper auf der dem Chip abgewandten Oberfläche eine Brechzahl angepasste Schicht, welche die Auskopplung der Primärstrahlung und oder der vom Leuchtstoffkörper emittierten Strahlung erleichtert.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besitzt der Leuchtstoffkörper auf der, einem LED Chip zugewandten Seite eine polierte Oberfläche gemäß DIN EN ISO 4287 (Rugotest; polierte Oberfläche haben die Rauheitsklasse N3-N1). Dies hat den Vorteil, dass die Oberfläche verringert wird, wodurch weniger Licht zurück gestreut wird.

Zusätzlich kann diese polierte Oberfläche auch noch mit einer Beschichtung versehen werden, die für die Primärstrahlung transparent ist, aber die Sekundärstrahlung reflektiert. Dann kann die Sekundärstrahlung nur nach oben emittiert werden. Bevorzugt ist auch, wenn die einem LED

Chip zugewandte Seite des Leuchtstoffkörpers eine für die von der LED emittierten Strahlung mit Anti-Reflex-Eigenschaften ausgestattete Oberfläche besitzt.

Die Edukte zur Herstellung des Leuchtstoffkörpers bestehen aus dem

Basismaterial (z. B. Salzlösungen des Aluminiums) sowie mindestens einem Cr(lll)-haltigen Dotierstoff. Als Edukte kommen anorganische und/oder organische Stoffe wie Nitrate, Carbonate, Hydrogencarbonate, Phosphate, Carboxyläte, Alkoholate, Acetate, Oxalate, Halogenide, Sulfate, metallorganische Verbindungen, Hydroxide und/oder Oxide der Metalle, Halbmetalle, Übergangsmetalle und/oder Seltenerden in Frage, welche in anorganischen und/oder organischen Flüssigkeiten gelöst und/oder suspendiert sind. Vorzugsweise werden Mischnitratlösungen, Chlorid- oder Hydroxidlösungen eingesetzt, welche die entsprechenden Elemente im erforderlichen stöchiometrischen Verhältnis enthalten.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Leuchtstoffes besteht darin, dass mit zunehmender Temperatur die Helligkeit des Leuchtstoffes zunimmt. Dies ist überraschend, da üblicherweise die Helligkeit von Leuchtstoffen mit steigender Temperatur abnimmt. Diese erfindungsgemäße vorteilhafte Eigenschaft ist besonders beim Einsatz des Leuchtstoffes in High power LEDs (> 1 Watt Energieaufnahme) von

Bedeutung, da diese auf Betriebstemperaturen von über 150 ⁰C kommen können.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffkörpers mit folgenden Verfahrensschritten: a) Herstellen einer Cr(lll)-aktivierten AI₂O₃-Leuchtstoffkörpers aus Leuchtstoffprecursor-Suspensionen oder Lösungen durch Mischen von mindestens zwei Edukten mit mindestens einem Cr (lll)-haltigen Dotierstoff nach nasschemischen Methoden b) Thermische Nachbehandlung des mit Cr(lll)-aktivierten AI₂O₃

Leuchtstoffkörpers.

Die nasschemische Herstellung besitzt generell den Vorteil, dass die resultierenden Materialien eine höhere Einheitlichkeit in Bezug auf die stöchiometrische Zusammensetzung, die Partikelgröße und die

Morphologie der Partikel aufweisen, aus denen der erfindungsgemäße Leuchtstoffkörper hergestellt wird. Die nasschemische Herstellung des Leuchtstoffes geschieht vorzugsweise nach dem Präzipitations- und/oder Sol-Gel-Verfahren.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen plättchenförmigen Leuchtstoffkörpers geschieht nach herkömmlichen Verfahren aus den entsprechenden Metall- und/oder Seltenerd-Salzen (z.B für Rubin vorzugsweise aus einer Aluminumsulfat-, Kaliumsulfat, Natriumsulfat und Chromalaun-Lösung). Das Herstellverfahren ist ausführlich in EP 763573 beschrieben. Die Rubin-Flakes werden dann als wässrige Suspension mit einem definierten Feststoffgehalt vorgelegt, erhitzt und können dann mit einer weiteren Leuchtstoffprecursor-Suspension (z.B. YAG:Ce-Vorstufen) versetzt werden. Hierbei werden bei den, dem Fachmann bekannten Prozessbedingungen Leuchtstoffe oder Vorstufen davon auf die Rubin- Flakes aufgebracht. Nach dem Abtrennen von der Suspension wird das

Material getrocknet und einem Glühprozess unterworfen, der mehrstufig und (teilweise) unter reduzierenden Bedingungen bei Temperaturen bis zu 1700⁰C erfolgen kann.

Nach mehreren Reinigungsschritten wird der Leuchtstoffkörper mehrere

Stunden bei Temperaturen zwischen 600 und 1800 ⁰C, vorzugsweise zwischen 800 und 1700 ⁰C geglüht. Dabei wird der Leuchstoffprecursor in den eigentlichen plättchenförmigen Leuchtstoffkörper überführt

Bevorzugt ist es, die Glühung zumindest teilweise unter reduzierenden

Bedingungen (z.B. mit Kohlenmonoxid, Formiergas, reinen oder Wasserstoff oder zumindest Vakuum oder Sauerstoffmangel-Atmosphäre) durchzuführen.

Desweiteren können die erfindungsgemäßen Leuchtstoffkörper auch mit

Einkristallsynthese-Methoden hergestellt werden (z.B. nach dem Verneuil- Verfahren, siehe Kontakte (Merck) 1991 , Nr. 2, 17-32 oder Ulimann (4.) 15, 146, Quelle: CD Römpp Chemie Lexikon - Version 1.0, Stuttgart/New York: Georg Thieme Verlag 1995)

Die erwähnten Methoden sind unter Bezeichnung wie Kyropoulus-, Bridgman-Stockbarger-, Czochralski-, Verneuil-Verfahren und als Hydrothermal-Synthese in Gebrauch. Man unterscheidet auch tiegelfreies

Zonenschmelzen u. Tiegelziehen (Quelle: CD Römpp Chemie Lexikon - Version 1.0, Stuttgart/New York: Georg Thieme Verlag 1995).

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Beleuchtungseinheit mit mindestens einer Primärlichtquelle, deren

Emissionsmaximum bzw. -maxima im Bereich 370 nm bis 670 nm liegt, vorzugsweise zwischen 380 nm und 450 nm und/oder zwischen 530 nm und 630 nm, wobei die primäre Strahlung teilweise oder vollständig in längerwellige Strahlung konvertiert wird durch den erfindungsgemäßen Leuchtstoffkörper und einen zusätzlichen Konversionsleuchtstoff (dieser kann sich direkt auf der Oberfläche der erfindungsgemäßen Rubin-Flakes befinden, oder als weiterer Leuchtstoff den Rubin-Flakes hinzugemischt werden). Außerdem können noch Streukörper in der Leuchtstoffmischung vorhanden sein. Vorzugsweise ist diese Beleuchtungseinheit weiß emittierend oder emittiert Licht mit einem bestimmten Farbpunkt (Color-on- demand-Prinzip).

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit handelt es sich bei der Lichtquelle um ein luminescentes IndiumAluminiumGalliumNitrid, insbesondere der Formel

IniGa_jAl_kN, wobei 0 < i, 0 < j, 0 < k, und i+j+k=1 ist. Dem Fachmann sind mögliche Formen von derartigen Lichtquellen bekannt. Es kann sich hierbei um lichtemittierende LED-Chips unterschiedlichen Aufbaus handeln. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit handelt es sich bei der Lichtquelle um eine lumineszente auf ZnO, TCO (Transparent conducting oxide), ZnSe oder SiC basierende Anordnung oder auch um eine auf einer organischen licht- emittierende Schicht basierende Anordnung.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit handelt es sich bei der Lichtquelle um eine Quelle, die Elektrolumineszenz und/oder Photolumineszenz zeigt. Weiterhin kann es sich bei der Lichtquelle auch um eine Plasma- oder Entladungsquelle handeln.

Der plättchenförmige Leuchtstoffkörper kann entweder in einem Harz dispergiert, oder bei geeigneten Größenverhältnissen direkt auf der Primärlichtquelle angeordnet werden oder aber von dieser, je nach

Anwendung, entfernt angeordnet sein (letztere Anordnung schliesst auch die „Remote phosphor Technologie" mit ein). Die Vorteile der „Remote phosphor Technologie" sind dem Fachmann bekannt und z.B. der folgenden Publikation zu entnehmen: Japanese Journ. of Appl. Phys. VoI 44, No. 21 (2005). L649-L651.

In einer weiteren Ausführungsform ist es bevorzugt, wenn die optische Ankopplung der Beleuchtungseinheit zwischen dem Leuchtstoffkörper und der Primärlichtquelle durch eine lichtleitende Anordnung realisiert wird. Dadurch ist es möglich, dass an einem zentralen Ort die Primärlichtquelle installiert wird und diese mittels lichtleitender Vorrichtungen, wie beispielsweise lichtleidenden Fasern, an den Leuchtstoff optisch angekoppelt ist. Auf diese Weise lassen sich den Beleuchtungswünschen angepasste Leuchten lediglich bestehend aus einem oder unterschiedlichen Leuchtstoffkörpern, die zu einem Leuchtschirm angeordnet sein können, und einem Lichtleiter, der an die Primärlichtquelle angekoppelt ist, realisieren. Auf diese Weise ist es möglich, eine starke Primärlichtquelle an einen für die elektrische Installation günstigen Ort zu platzieren und ohne weitere elektrische Verkabelung, sondern nur durch Verlegen von Lichtleitern an beliebigen Orten Leuchten aus Leuchtstoffkörpern, welche an die Lichtleiter gekoppelt sind, zu installieren.

Weiterhin kann es bevorzugt sein, dass die Beleuchtungseinheit aus einem oder mehreren Leuchtstoffkörpern besteht, die gleich oder unterschiedlich aufgebaut sind.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Leuchtstoffkörpers zur teilweisen oder vollständigen Konversion der blauen oder im nahen UV-liegenden Emission einer Lumineszenzdiode.

Weiterhin bevorzugt ist die Verwendung des erfindungsgemäßen

Leuchtstoffkörpers zur Konversion der blauen oder im nahen UV-liegenden Emission in sichtbare weiße Strahlung. Weiterhin ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Leuchtstoffkörpers zur Konversion der Primärstrahlung in einen bestimmten Farbpunkt nach dem „Color on demand"-Konzept bevorzugt.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Leuchtstoffkörper als Konversionsleuchtstoff für sichtbare Primärstrahlung zur Erzeugung von Weißlicht eingesetzt werden. In diesem Fall ist es für eine hohe Lichtleistung besonders vorteilhaft, wenn der Leuchtstoffkörper in

Kombination mit einem weiteren Konversionsleuchtstoff, der auf der Oberfläche des erfindungsgemäßen Rubin-Flakes aufgebracht ist, oder diesem beigemischt wird, einen bestimmten Anteil der sichtbaren Primärstrahlung absorbiert (im Falle von nicht sichtbarer Primärstrahlung soll diese gesamt absorbiert werden) und der restliche Anteil der

Primärstrahlung transmittiert wird in Richtung der Oberfläche, welche der Primärlichtquelle gegenüber liegt. Des weiteren ist es für eine hohe Lichtleistung vorteilhaft, wenn der Leuchtstoffkörper für die von ihm emittierte Strahlung möglichst transparent ist bzgl. der Auskopplung über die dem die Primärstrahlung emittierenden Material gegenüberliegende Oberfläche. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der Leuchtstoffkörper als Konversionsleuchtstoff für UV-Primärstrahlung zur Erzeugung von Weißlicht eingesetzt werden. In diesem Fall ist es für eine hohe Lichtleistung vorteilhaft, wenn der Leuchtstoffkörper die gesamte Primärstrahlung absorbiert und wenn der Leuchtstoffkörper für die von ihm emittierte Strahlung möglichst transparent ist.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Leuchtstoffkörpers in Elektrolumineszenz- Materialien, wie beispielsweise Eiektrolumineszenz-Folien (auch Leuchtfolien oder Lichtfolien genannt), in denen beispielsweise Zinksulfid oder Zinksulfid dotiert mit Mn²⁺, Cu⁺, oder Ag⁺ als Emitter eingesetzt wird, der im gelb-grünen Bereich emittiert. Die Anwendungsbereiche der Elektrolumineszenz-Folie sind z.B. Werbung, Displayhintergrundbeleuchtung in Flüssigkristallbildschirmen (LC-Displays) und Dünnschichttransistor-Displays (TFT-Displays), selbstleuchtende KFZ-

Kennzeichenschilder, Bodengrafik (in Verbindung mit einem tritt- und rutschfesten Laminat), in Anzeigen- und/oder Bedienelementen beispielsweise in Automobilen, Zügen, Schiffen und Flugzeugen oder auch Haushalts-, Garten-, Mess- oder Sport- und Freizeitgeräten.

Die folgenden Beispiele sollen die vorliegende Erfindung verdeutlichen. Sie sind jedoch keinesfalls als limitierend zu betrachten. Alle Verbindungen oder Komponenten, die in den Zubereitungen verwendet werden können, sind entweder bekannt und käuflich erhältlich oder können nach bekannten Methoden synthetisiert werden. Die in den Beispielen angegebenen

Temperaturen gelten immer in ⁰C. Es versteht sich weiterhin von selbst, dass sich sowohl in der Beschreibung als auch in den Beispielen die zugegebenen Mengen der Komponenten in den Zusammensetzungen immer zu insgesamt 100% addieren. Gegebene Prozentangaben sind immer im gegebenen Zusammenhang zu sehen. Sie beziehen sich üblicherweise aber immer auf die Masse der angegebenen Teil- oder Gesamtmenge.

Beispiel

Beispiel 1 : Herstellung von plättchenförmigen Leuchtstoffpartikeln der Zusammensetzung Ali.99i0₃:Cro.oo9

In 450 ml entionisierten Wasser werden 223.8 g Aluminiumsulfat-18-hydrat,

114.5 g Natriumsulfat, 93.7 g Kaliumsulfat und 2.59 g KCr(SO₄)₂ x 12H₂O (Chromalaun) bei etwa 75 ⁰C gelöst. Zu diesem Gemisch werden 2.0 g einer 34.4 % Titansulfat-Lösung zugefügt, woraus die wässrige Lösung (a) resultiert. In 250 ml entionisiertem Wasser werden 0.9 g tert. Natriumphosphat-12 hydrat und 107.9 g Natriumcarbonat gelöst, woraus die wässrige Lösung (b) entsteht.

Die beiden wässrigen Lösungen (a) und (b) werden gleichzeitig zu 200 ml entionisiertem Wasser unter Rühren innerhalb 15 Min. gegeben. Es wird weitere 15 Min. gerührt. Die entstehende Lösung wird bis zur Trockene eingedampft und der entstehende Feststoff 5 h lang bei ca. 1200 ⁰C geglüht. Es wird Wasser zugesetzt um freies Sulfat herauszuwaschen. Nach üblichen Reinigungschritten mit Wasser und Trocknung entstehen die gewünschten Rubinplättchen bzw. die plättchenförmigen Leuchtstoffe Ah 99iO3:Crooo9- Die plättchenförmigen Leuchtstoffe werden einer XRD-Phasenanalyse unterzogen und die beobachtbaren Röntgenreflexe sind hochkristallinem AI₂O₃ (Korundphase) zuzuordnen. Mit Hilfe eines optischen Mikroskopes und eines Rasterelektronenmikroskopes wurde die mittlere Größe der Leuchstoffplättchen bestimmt. Sie weisen eine Durchmesser bis zu 20 μm auf und eine Dicke bis zu 200 nm.

Abbildungen

Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:

Abb. 1 : Anregungsspektrum des erfindungsgemäßen Leuchtstoffkörpers, welches aus den beiden kristallfeldaufgespaltenen 3d-3d Banden des Cr³⁺ ([Ar] 3d³) besteht.

Abb.2: Emissionsspektrum des erfindungsgemäßen Leuchtstoffes bei Anregung mit 580 nm (Emissionsbereich des orange-gelben Konversionsleuchtstoffes YAG:Ce bzw. ortho-Silikaten). Es resultiert eine intensive tiefrote Linienemission mit einer Quantenausbeute von 86%.

Abb. 3: durch erfindungsgemäße Behandlung des plättchenförmigen Leuchtstoffkörpers können pyramidale Strukturen 2 auf der einen

Oberfläche des Plättchens erzeugt werden (oben). Ebenso können erfindungsgemäß auf eine Oberfläche (raue Seite 3) des plättchenförmigen Leuchtstoffkörpers Nanopartikel aus SiO₂, TiO₂, ZnO, ZrO₂, AI₂O₃, Y₂O₃ etc. oder Gemischen derselben oder Partikel aus der Leuchtstoffzusammensetzung bestehend aufgebracht werden. Abb. 4: zeigt die Änderung des Emissionsspektrums des erfindungsgemäßen Leuchtstoffes bei Temperaturen zwischen 20 ⁰C und 25O ⁰C bei einer Anregungswellenlänge von 390 nm.

Abb.5: zeigt das Temperaturlöschverhalten der Emissionslinie im Spektrum des erfindungsgemäßen Leuchtstoffes bei 693 nm.

Abb.6: zeigt die physikalisch gemessene Helligkeit (normalisiertes Integral, dargestellt in a.u. = willkürliche Einheiten) und die auf die Empfindlichkeit des Auges bezogene Helligkeit (LE = Lumenäquivalent in Einheiten Lumen/Watt) des erfindungsgemäßen Leuchtstoffes.

Claims

Patentansprüche

1. Leuchtstoffkörper enthaltend Cr(I I Inaktiviertes Aluminiumoxid.

2. Leuchtstoffkörper nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens einem weiteren Konversionsleuchtstoff enthält.

3. Leuchtstoffkörper nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er plättchenförmig ist und eine Dicke zwischen 50 nm und 20 μm, bevorzugt zwischen 150 nm und 5 μm aufweist.

4. Leuchtstoffkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der plättchenförmige Leuchtstoffkörper ein Aspektverhältnis von 1 :1 bis 400 : 1 , vorzugsweise von 3 : 1 bis 100 :1 aufweist.

5. Leuchtstoffkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass er eine strukturierte Oberfläche besitzt.

6. Leuchtstoffkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er eine raue Oberfläche besitzt, die Nanopartikel aus Siθ₂, TΪO2, AI₂O3, ZnO, ZrÜ₂ und/oder Y₂O₃ oder Mischoxide daraus oder Partikel mit der Leuchtstoffzusammensetzung trägt.

7. Leuchtstoffkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass er neben Cr(lll)-aktiviertem Aluminiumoxid mindestens einen weiteren der folgenden

Leuchtstoffmaterialien enthält: (Y₁Gd₁Lu₁Sc₁Sm₁Tb)₃(AI₁Ga)₅O₁₂ICe (mit oder ohne Pr)₁ (Ca₁Sr₁Ba)₂SiO₄IEu, YSiO₂N:Ce, Y₂Si₃O₃NAiCe, Gd₂Si₃O₃N₄:Ce, (Y₁Gd₁Tb₁Lu₁Sm₁Sc)₃AI₅-_XSi_XO_12-XN_xICe, SrAI₂O₄:Eu, Sr₄AI₁₄O₂₅IEu, (Ca,Sr,Ba)Si₂N₂O₂:Eu, SrSiAI₂O₃N₂:Eu, (Ca,Sr,Ba)₂Si₅N₈:Eu, (Ca,Sr)AISiN₃:Eu, Zink-Erdalkaliorthosilikate, Kupfer-

Erdalkaliorthosilikate, Eisen-Erdalkaliorthosilikate, Molybdate, Wolframate, Vanadate, Gruppe-Ill Nitride, Oxide, jeweils einzeln oder Gemischen derselben mit einem oder mehreren Aktivatorionen wie Ce, Eu, Mn, Cr und/oder Bi.

8. Leuchtstoffkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, erhältlich durch Mischen von mindestens zwei Edukten mit mindestens einem Cr(lll)-haltigen Dotierstoff nach nasschemischen Methoden und anschließender thermischer Nachbehandlung.

9. Leuchtstoffkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Edukte und der Dotierstoff anorganische und/oder organische Stoffe wie Sulfate, Nitrate, Carbonate, Hydrogencarbonate, Phosphate, Carboxylate, Alkoholate, Acetate, Oxalate, Halogenide, metall- organische Verbindungen, Hydroxide und/oder Oxide der Metalle,

Halbmetalle, Übergangsmetalle und/oder Seltenerden sind, welche in anorganischen und/oder organischen Flüssigkeiten gelöst und/oder suspendiert sind.

10. Leuchtstoffkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass er mit steigender Betriebstemperatur eine zunehmende Helligkeit und ein steigendes Lumenäquivalent aufweist.

11.Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffkörpers mit folgenden

Verfahrensschritten: a) Herstellen eines Cr(lll)-aktivierten AI₂O₃-Leuchtstoffkörpers aus Leuchtstoffprecursor-Suspensionen oder Lösungen durch Mischen von mindestens zwei Edukten mit mindestens einem Cr(lll)-haltigen Dotierstoff nach nasschemischen Methoden b) Thermische Nachbehandlung des mit Cr(lll)-aktivierten AI₂O₃

Leuchtstoffkörpers.

12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt a) der Leuchtstoffprecursor nasschemisch aus organischen und/oder anorganischen Metall- und/oder Seltenerd-Salzen mittels SoI-GeI-

Verfahren und/oder Präzipitationsverfahren hergestellt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 und/oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Leuchtstoffkörpers mit Nanopartikeln aus SiO₂, TiO₂, AI₂O₃, ZnO, ZrO₂ und/oder Y₂O₃ oder Mischoxide daraus oder mit Nanopartikeln aus der Leuchtstoffzusammensetzung beschichtet wird.

14. Beleuchtungseinheit mit mindestens einer Primärlichtquelle, deren Emissionsmaximum im Bereich 370 nm bis 670 nm liegt, vorzugsweise zwischen 380 nm und 450 nm und/oder zwischen 530 nm und 630 nm, wobei diese Strahlung teilweise oder vollständig in längerwellige Strahlung konvertiert wird durch einen Leuchtstoffkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9.

15. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Lichtquelle um ein lumineszentes IndiumAluminiumGalliumNitrid, insbesondere der Formel ln,Ga,Al_kN, wobei 0 < i, 0 < j, 0 < k, und i+j+k=1 handelt.

16. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 14 und/oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass es bei der Lichtquelle um eine lumineszente auf ZnO, TCO (Transparent conducting oxide), ZnSe oder SiC basierende Verbindung handelt.

17. Beleuchtungseinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis

16, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Lichtquelle um eine auf einer organischen lichtemittierenden Schicht basierendes Material handelt.

18. Beleuchtungseinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis

17, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Lichtquelle um eine Quelle handelt, die Elektrolumineszenz und/oder Photolumineszenz zeigt.

19. Beleuchtungseinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis

18, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Lichtquelle um eine Plasma- oder Entladungsquelle handelt.

20. Beleuchtungseinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis

19, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtstoffkörper direkt auf der Primärlichtquelle und/oder von dieser entfernt angeordnet ist.

21. Beleuchtungseinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Ankopplung zwischen dem Leuchtstoffkörper und der Primärlichtquelle durch eine lichtleitende Anordnung realisiert ist.

22. Beleuchtungseinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Leuchtstoffkörpern um eine Anordnung aus einem oder mehreren Leuchtstoffkörpern handelt, die gleich oder unterschiedlich aufgebaut sind.

23. Verwendung des Leuchtstoffkörpers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 zur teilweisen oder vollständigen Konversion der blauen oder im nahen UV-liegenden Emission einer Lumineszenz- diode.

24. Verwendung des Leuchtstoffkörpers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 zur Konversion der Primärstrahlung in einen bestimmten Farbpunkt nach dem Color-on-demand-Konzept.

25. Verwendung des Leuchtstoffkörpers nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 10 zur Konversion der blauen oder im nahen UV- liegenden Emission in sichtbare weiße Strahlung.

26. Verwendung des Leuchtstoffkörpers nach einem oder mehreren der

Ansprüche 1 bis 10 in Elektrolumineszenz-Materialien enthaltend beispielsweise ZnS oder ZnS dotiert mit Mn²⁺, Cu⁺ oder Ag⁺ als Emitter.