DE102004024889A1 - Konversions-LED - Google Patents

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Abstract

Die LED weist Leuchtstoffpartikel (2) auf mit einer aus dem Bereich von einschließlich 0,1 mum bis einschließlich 1,5 mum ausgewählten mittleren Leuchtstoffpartikelgröße d50, wobei insbesondere die Leuchtstoffpartikel Primärpartikel (4) mit einer aus dem Bereich von einschließlich 0,1 mum bis einschließlich 1,0 mum ausgewählten mittleren Primärpartikelgröße (5) aufweisen. Die Primärpartikel, die beispielsweise aus einem mit Cer dotierten Yttrium-Aluminium-Granat (Y¶3¶Al¶5¶O¶12¶) bestehen, sind zu den Leuchtstoffpartikeln agglomeriert.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine LED hoher Effizienz, die als Konversions-LED aufgebaut ist.
  • Stand der Technik
  • Ein Leuchtstoffpulver kleiner Partikelgröße und ein Verfahren zu dessen Herstellung ist aus I. Matsubara et al., Materials Research Bulletin 35 (2000), S. 217–224 bekannt. Die Leuchtstoffpartikel weisen eine mittlere Leuchtstoffpartikelgröße von mindestens 1 μm auf. Die Leuchtstoffpartikel bestehen aus einem mit Chrom dotierten Yttrium-Aluminium-Granat (Y3Al5O12). Chrom ist beispielsweise zu 0,5 mol % enthalten. Chrom stellt dabei eine optisch aktive Komponente des Granats dar. Chrom absorbiert Anregungslicht und emittiert nach Anregung Emissionslicht (Lumineszenz). Das im Granat enthaltene Chrom kann auch mit Hilfe von Elektronen zur Lumineszenz angeregt werden. So wird das bekannte Leuchtstoffpulver beispielsweise in einem Leuchtschirm (Leuchtstoffkörper) einer Kathodenstrahlröhre eingesetzt. Aus der WO 03/102113 ist ein Leuchtstoffpulver mit einer Partikelgröße zwischen 0,1 und 5 μm bekannt, das für eine Konversions-LED angewendet wird.
  • Das Herstellen des bekannten Leuchtstoffs erfolgt mit Hilfe einer sogenannten heterogenen Fällung. Dazu werden Aluminiumsulfat (Al2(SO4) 3 ) und Harnstoff in destilliertem Wasser gelöst. Die Lösung wird bei einer Temperatur von 80–90°C für eine Dauer von zwei Stunden kontinuierlich gerührt. Dabei bildet sich ein Niederschlag von Aluminiumhydroxid (Al(OH)3). Der erhaltene Niederschlag wird mit destilliertem Wasser und Isopropanol gewaschen und bei einer Temperatur von 120°C einen Tag lang getrocknet. Das Aluminiumhydroxid wird in destilliertem Wasser suspendiert. Um eine Agglomeratbildung des Aluminiumhydroxidpulvers zu vermeiden, wird kräftig gerührt und Harnstoff zugegeben. Stöchiometrische Mengen von Yttriumsulfat (Y2(SO4) 3 ) und Chromsulfat (Cr2(SO4) 3 ) werden ebenfalls in destilliertem Wasser gelöst. Danach werden die Suspensionen und die Lösung miteinander vermischt und für eine Stunde auf 80–90°C erhitzt. Der dabei erhaltene, Niederschlag wird mit destilliertem Wasser und Isopropanol gewaschen, zentrifugiert und bei 120°C über Nacht getrocknet. Abschließend wird das erhaltene Pulver bei 900°C–1700°C in Gegenwart von Luft zwei Stunden lang kalziniert. Es wird ein mit Chrom dotiertes Yttrium-Aluminium-Granat erhalten, das eine relativ hohe Lumineszenzeffizienz aufweist.
  • Da das mit diesem Verfahren hergestellte Leuchtstoffpulver aus Leuchtstoffpartikeln besteht, die jeweils eine Schicht aufweisen, die einige Zehntel μm dick ist und die nicht zur Lumineszenz beiträgt (tote Schicht), müssen die Leuchtstoffpartikel für die hohe Lumineszenzeffizienz eine mittlere Leuchtstoffpartikelgröße von mindestens 1 μm aufweisen. Ein typischer Durchmesser der Leuchtstoffpartikel beträgt im Durchschnitt 1 μm. Dies bedeutet aber, dass Herstellungsparameter des Verfahrens sehr genau eingestellt werden müssen, damit das resultierende Leuchtstoffpulver die hohe Lumineszenzeffizienz aufweist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Eine Aufgabe ist es, eine hocheffiziente Konversions-LED, die Leuchtstoffpulver zur Konversion der Primärstrahlung nützt, bereitzustellen.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird ein Leuchtstoffpulver angegeben, das Leuchtstoffpartikel mit einer aus dem Bereich von einschließlich 0,1 μm bis einschließlich 1,5 μm ausgewählten mittleren Leuchtstoffpartikelgröße aufweist. Das Leuchtstoffpulver ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtstoffpartikel Primärpartikel mit einer aus dem Bereich von einschließlich 0,1 μm bis einschließlich 1,0 μm ausgewählten mittleren Primärpartikelgröße aufweisen. Insbesondere ist bei der mittleren Leuchtstoffpartikelgröße ein bevorzugter Wert für die Untergrenze 0,2 μm, besonders bevorzugt 0,5 μm.
  • Darüber hinaus wird ein Leuchtstoffkörper angegeben, der ein derartiges Leuchtstoffpulver zum Umwandeln eines Anregungslichts in ein Emissionslicht aufweist. Das Emissionslicht, das als Lumineszenz bezeichnet wird, kann sowohl Fluoreszenz als auch Phosphoreszenz umfassen. Der Leuchtstoffkörper kann dabei nur aus dem Leuchtstoffpulver bestehen. Denkbar ist auch, dass sich das Leuchtstoffpulver in einer für das Anregungs- und Emissionslicht transparenten Matrix des Leuchtstoffkörpers befindet. Ebenso kann das Leuchtstoffpulver als Schicht auf dem Leuchtstoffkörper aufgetragen sein. Der Leuchtstoffkörper ist beispielweise ein LED-Konverter. LED steht für Light Emitting Diode.
  • Es hat sich gezeigt, dass ein Leuchtstoffpulver mit einer sehr hohen Lumineszenzeffizienz erhalten wird, wenn die Leuchtstoffpartikel aus kleinen Partikeln mit d50 im Bereich 0,1 μm bis 1,5 μm, insbesondere bis 1,0 μm , gebildet sind, insbesondere aus zur Lumineszenz beitragenden Primärpartikeln. Die Primärpartikel sind in einer Ausführungsform separiert, in einer anderen Ausführungsform im Sinne eines Aggregats fest miteinander verbunden (Sekundärpartikel). Beide Formen können u.U. Agglomerate bilden, die hier jedoch nicht als eigentliche Leuchtstoffpartikel im Sinne der obigen Definition verstanden werden.
  • Die Leuchtstoffpartikel weisen vorzugsweise eine im wesentlichen sphärische, insbesondere eine kugelförmige Gestalt auf. Damit ist gemeint, dass sie keine ausgeprägte kubische oder nadelförmige Struktur besitzen, aber durchaus Poren haben können.
  • Die Primärpartikel tragen entsprechend ihrer Zusammensetzung zur Lumineszenzeffizienz des Leuchtstoffpulvers bei. Die Primärpartikel können dabei voneinander abweichende Zusammensetzungen aufweisen.
  • Insbesondere können jetzt die Primärpartikel im Wesentlichen eine einzige Phase bilden. Dies bedeutet, dass die Primärteilchen einheitlich eine besonders erwünschte Zusammensetzung mit den gleichen (photo-)physikalischen Eigenschaften aufweisen.
  • Beispielsweise könnten bei dem binären System Aluminiumoxid-Yttriumoxid (Al2O3-Y2O3), neben der photophysikalisch aktiven Phase Yttrium-Aluminium-Granat weitere, nicht zur Lumineszenzeffizienz beitragende Phasen, die eigentlich unerwünscht sind, vorhanden sein. Solche Phasen weisen beispielsweise die Zusammensetzungen YAlO3 oder Al2Y4O9 auf. Vorzugsweise besitzen die Primärpartikel die Struktur eines Granats. Der Granat weist insbesondere eine Zusammensetzung A3B5O12 auf, wobei A und B dreiwertige Metalle sind. Vorzugsweise ist der Granat ein Yttrium-Aluminium-Granat mit der Zusammensetzung Y3Al5O12.
  • Seine Leuchtstoffeigenschaft erhält ein derartiger Granat dadurch, dass der Granat dotiert ist. Insbesondere weisen daher die Primärteilchen mindestens eine Dotierung mit einem Seltenerdmetall auf. Das Seltenerdmetall ist insbesondere aus der Gruppe Cer und/oder Gadolinium (Gd) und/oder Lanthan (La) und/oder Terbium (Tb) und/oder Praseodym (Pr) und/oder Europium (Eu) ausgewählt. Pr und Eu eignen sich insbesondere auch für die Kodotierung, beispielsweise zusammen mit Ce. Weitere Dotierungen, beispielsweise eine Übergangsmetalldotierung mit Chrom (Cr), oder Mischungen von Dotierungen sind ebenfalls denkbar.
  • In einer weiteren besonderen Ausgestaltung weisen die Leuchtstoffpartikel Poren auf mit einer aus dem Bereich von einschließlich 0,1 μm bis einschließlich 1,0 μm ausgewählten mittleren Porengröße. Insbesondere beträgt die mittlere Porengröße etwa 0,5 μm. Dadurch ergibt sich insbesondere eine Leuchtstoffpartikeldichte der Leuchtstoffpartikel, die aus dem Bereich von einschließlich 40% bis einschließlich 70% einer theoretischen Dichte ausgewählt ist.
  • Nachfolgend wird ein Herstellungsverfahren beschrieben. Zum Herstellungsverfahren wird die Vorstufe insbesondere aus der Gruppe Metallhydroxid und/oder Metalloxid ausgewählt. Im Fall des Yttrium-Aluminium-Granats werden beispielsweise Aluminiumhydroxid und Yttriumoxid eingesetzt.
  • Insbesondere wird zum Bereitstellen der Vorstufe ein chemisches Fällen der Vorstufe aus einer Metallsalzlösung des Metallsalzes durchgeführt.
  • Vorzugsweise wird das Metallsalz aus der Gruppe Metallhalogenid oder Metallsulfat ausgewählt. Das Metallhalogenid ist beispielsweise ein Metallchlorid. Vorzugsweise werden eine saure Metallsalzlösung und zum Fällen ein basisches Fällungsreagenz verwendet. Zur Erzeugung der feinen Primärteilchen wird insbesondere das basische Fällungsreagenz tropfenweise zur sauren Metallsalzlösung oder die saure Metallsalzlösung tropfenweise zum basischen Fällungsreagenz gegeben. Insbesondere wird als saure Metallsalzlösung eine schwefelsaure Metallsalzlösung verwendet. Als basisches Fällungsreagenz wird dabei insbesondere eine Ammoniaklösung verwendet. Darunter ist eine Lösung zu verstehen, bei der direkt Ammoniak im Lösungsmittel, beispielsweise Wasser, gelöst ist. Denkbar ist aber auch, dass eine Vorstufe des Ammoniaks im Lösungsmittel gelöst wird unter Freisetzung von Ammoniak. Die Vorstufe ist beispielsweise Harnstoff. Unter Erhitzen des Harnstoffs wird Ammoniak freigesetzt.
  • In einer weiteren Ausgestaltung wird zum Bereitstellen der Vorstufe nach dem Fällen der Vorstufe ein Reifen der Vorstufe durchgeführt. Während des Reifens kommt es zu verstärktem Kristallwachstum der Primärpartikel oder zur verstärkten Aggregationsbildung der Primärpartikel zu den Leuchtstoffpartikeln.
  • Das Reifen erfolgt insbesondere bei einem ph-Wert von einschließlich 5,5 bis einschließlich 6,5. Das Reifen wird insbesondere bei einer Reifungstemperatur durchgeführt, die aus dem Bereich von einschließlich 20°C bis einschließlich 90°C ausgewählt wird.
  • Zum Erzeugen der Primärpartikel und/oder zum Bilden der Leuchtstoffpartikel wird insbesondere ein Kalzinieren durchgeführt. Während des Kalzinierens kann es zur verstärkten Aggregationsbildung zwischen den Primärpartikeln kommen. Vorzugsweise wird das Kalzinieren bei einer Kalzinierungstemperatur durchgeführt, die aus dem Bereich von einschließlich 1200°C bis einschließlich 1700°C ausgewählt wird. Insbesondere beträgt die Kalzinierungstemperatur bis zu 1500°C.
  • An das Kalzinieren können sich weitere Verarbeitungsschritte anschließen. Beispielsweise werden die erhaltenen (Roh-) Leuchtstoffpartikel zusätzlich gemahlen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Anhand eines Ausführungsbeispiels und der dazugehörigen Figuren wird die Erfindung im Folgenden näher beschrieben. Die Figuren sind schematisch und stellen keine maßstabsgetreuen Abbildungen dar.
  • 1 zeigt schematisch ein Leuchtstoffpartikel, das aus einer Vielzahl von Primärpartikeln besteht;
  • 2a bis 2c zeigen jeweils eine REM-Aufnahme eines Leuchtstoffpulvers;
  • 3 zeigt einen Leuchtstoffkörper mit dem Leuchtstoffpulver (3a), und konkret eine LED (3b) mit derartiger Anordnung;
  • 4 zeigt ein Verfahren zum Herstellen des Leuchtstoffpulvers;
  • 5 zeigt die dem Verfahren zugrunde liegenden Reaktionsgleichungen.
  • 6 zeigt die Streuung und Absorption kleiner Leuchtstoffpartikel als Funktion der Partikelgröße.
  • Beste Art zur Ausführung der Erfindung
  • Das Leuchtstoffpulver 1 besteht aus einer Vielzahl von Leuchtstoffpartikeln 2 (1 und 2). Die Leuchtstoffpartikel 2 verfügen über eine sphärische oder zumindest im wesentlichen sphärische Gestalt 11. Insbesondere weicht ein beliebig orientierter Durchmesser nicht mehr als 30 % vom maximalen Durchmesser ab, siehe 1. Der mittlere Leuchtstoffpartikeldurchmesser 3 der Leuchtstoffpartikel beträgt etwa 1,3 μm. Die einzelnen Leuchtstoffpartikel 2 bestehen jeweils aus einem Aggregat oder auch Agglomerat 12 einer Vielzahl von Primärpartikeln 4. Die Primärpartikel weisen dabei mittlere Primärpartikeldurchmesser 5 von etwa 0,5 μm auf. Die Leuchtstoffpartikel 2 bestehen im Wesentlichen nur aus den Primärpartikeln 4. Zudem weisen die Leuchtstoffpartikel 2 Poren 6 mit einer mittleren Porengröße 7 von etwa 0,5 μm auf. Die Poren 6 sind offen.
  • Die genannten Partikeldurchmesser werden beispielsweise im Falle der Primärpartikel, bzw. bei eher kleineren Durchmessern, als Äquivalentdurchmesser mittels optisch oder elektronenmikroskopisch (beispielsweise REM) erfasster Partikelbilder und im Falle der Leuchtstoffpartikel, bzw. bei eher größeren Durchmessern, als Äquivalentdurchmesser aus Laserbeugungsmessungen verstanden. In guter Näherung kann davon ausgegangen, dass die beiden unterschiedlichen Verfahren zur Erfassung von Äquivalentdurchmessern ähnliche bis identische Ergebnisse bei ein- und derselben Probe liefern, wenn die Pulverproben optimal für die Messung vorbereitet sind.
  • Die Primärpartikel 4 bestehen aus einem Yttrium-Aluminium-Granat mit der Zusammensetzung Y3Al5O12. Die Primärpartikel 4 sind mit dem Seltenerdmetall Cer dotiert. Cer ist zu 0,5 mol enthalten. Die Primärpartikel 4 bilden eine einzige Phase mit der genannten Zusammensetzung.
  • Gemäß dem Verfahren zum Herstellen des Leuchtstoffpulvers 1 (4, 40) wird zunächst eine Vorstufe der Primärpartikel bereitgestellt (4, 41). Die Vorstufe besteht aus einem Pulvergemisch aus Aluminiumhydroxid (Al(OH)3) und Yttriumhydroxid (Y(OH)3). Dazu werden Aluminiumhydroxid und Yttriumoxid getrennt voneinander in konzentrierter Schwefelsäure gelöst (5, 51 und 52). Zur Beschleunigung des Lösens wird die Temperatur erhöht. Die beiden erhaltenen, schwefelsauren Metallsalzlösungen werden filtriert. Es wird jeweils die Konzentration an Aluminium beziehungsweise Yttrium bestimmt. Im Weiteren werden die Lösungen entsprechend der benötigten stöchiometrischen Messungen miteinander vermischt. Danach wird ein Fällen der entsprechenden Hydroxide mit einer basischen Ammoniaklösung durchgeführt (5, 53). Die Ammoniaklösung besteht aus in destilliertem Wasser gelösten Ammoniak (NH3). Zum Fällen wird die Ammoniaklösung tropfenweise zur schwefelsauren Lösung der Metallsalze zugegeben. Der dabei erhaltene Niederschlag wird mit 10°C kaltem, destilliertem Wasser gewaschen. Da eine bestimmte Menge an Aluminium durch das Wasser ausgewaschen wird, ist bei der Mischung der schwefelsauren Metallsalzlösungen darauf zu achten, dass Aluminium im Überschuss zugeführt wird. Der Niederschlag wird filtriert und bei 150°C für zehn Stunden getrocknet. Des Weiteren wird ein Kalzinieren des Niederschlags in Gegenwart von Formiergas, das zu 95 vol% aus Stickstoff (N2) und 5 vol% Wasserstoff (H2) besteht, durchgeführt (5, 54). Das Kalzinieren erfolgt bei 1200°C für eine Dauer von etwa zwei Stunden. Beim Kalzinieren werden die Primärpartikel aus der Vorstufe gebildet (4, 42). Gleichzeitig werden die Leuchtstoffpartikel des Leuchtstoffpulvers durch Agglomerieren der Primärpartikel gebildet (4, 43). Es wird ein Leuchtstoffpulver mit einer hohen Lumineszenzeffizienz erhalten.
  • Das Leuchtstoffpulver 1 wird in einem Leuchtstoffkörper 10 eingesetzt (3a in schematischer Darstellung). Der Leuchtstoffkörper 10 meint vor allem ein leuchtstoffhaltiges Gerät wie insbesondere eine Konversions-LED. Derartige LEDs sind auch unter dem Begriff LUKOLED bekannt. Mit Hilfe des Leuchtstoffpulvers 1 wird Anregungslicht 8, also Licht (oder auch kurzwellige Strahlung), das primär von einem Chip emittiert wird, zum Teil oder vollständig in Emissionslicht (Lumineszenz) 9 überführt. Diese Lumineszenz wird oft auch Sekundäremission genannt.
  • Ein konkretes Beispiel eines Leuchtstoffkörpers ist der Einsatz des Leuchtstoffpulvers in einer weißen, oder auch farbigen, LED zusammen mit einem InGaN-Chip. Der beispielhafte Aufbau einer derartigen Lichtquelle ist in 3b explizit gezeigt. Die Lichtquelle ist ein Halbleiterbauelement (Chip 1) des Typs InGaN mit einer Peak-Emissionswellenlänge von 460 nm (blau) mit einem ersten und zweiten elektrischen Anschluss 12,13, das in ein lichtundurchlässiges Grundgehäuse 18 im Bereich einer Ausnehmung 19 eingebettet ist. Einer der Anschlüsse 13 ist über einen Bonddraht 14 mit dem Chip 15 verbunden. Die Ausnehmung hat eine Wand 17, die als Reflektor für die blaue Primärstrahlung des Chips 15 dient. Die Ausnehmung 19 ist mit einer Vergussmasse 25 gefüllt, die als Hauptbestandteile ein Silikongießharz (oder auch Epoxidgießharz) (80 bis 90 Gew.-%) und Leuchtstoffpigmente 16 (weniger als 15 Gew.-%) enthält. Weitere geringe Anteile entfallen u.a. auf Methylether und Aerosil. Die Leuchtstoffpigmente sind gelbemittierender YAG:Ce gemäß der vorliegenden Erfindung oder eine Mischung aus zwei (oder auch mehr) Pigmenten, die grün und rot emittieren. Beispielsweise ist ein geeigneter grün emittierender Leuchtstoff ein Ce-dotierter Yttriumgranat, der neben Al auch Anteile an Ga und/oder Sc am Gitterplatz des Aluminiums enthält. Ein Beispiel für einen rot emittierenden Leuchtstoff ist ein Eu-haltiges Nitrid. In beiden Fällen mischt sich das Sekundärlicht des Leuchtstoffs mit dem Primärlicht des Chips zu weiß. Eine farbige LED wird beispielsweise durch Verwendung eines YAG:Eu als Leuchtstoff für die Anregung durch einen UV-emittierenden Chip erzielt.
  • Überraschend hat sich gezeigt, dass durch besonders sorgfältige Wahl der Partikelgröße d50 des Leuchtstoffs besondere Vorteile bei Konversions-LEDs erzielt werden können. Eine hohe Effizienz lässt insbesondere bei Wahl der mittleren Partikelgröße d50 im Bereich zwischen 0,2 und 1,0 μm beobachten. Dabei wird bewusst eine hohe Streuung in Kauf genommen, in Abkehr von bisherigen Vorstellungen, weil gleichzeitig auch das Verhältnis Absorption:Streuung erhöht wird. Ideal ist die Wahl von d50 in der Nähe der Partikelgröße mit der maximalen Streuung, bezogen auf die primär einfallende Strahlung. In der Praxis haben sich Abweichungen von bis zu 20 % noch gut bewährt. Abweichungen bis zu 50 % liefern häufig noch zufriedenstellende Ergebnisse. Grundsätzlich lässt sich damit eine LED mit hoher Absorption des vor die primäre Strahlungsquelle angebrachten Leuchtstoffs erzielen.
  • 6a, bei der der Streukoeffizient (in willkürlichen Einheiten und bezogen auf die Volumenkonzentration) gegen die Teilchengröße in μm aufgetragen ist, zeigt beispielhaft an drei Leuchtstoffen, dass bei vielen Leuchtstoffen die Streuung hin zu kleineren Partikeldurchmessern D unter 1 μm zunimmt. Sie kann sich typisch bis um einen Faktor 5 erhöhen. Dies erlaubt eine erheblich verbesserte Homogenisierung der insgesamt abgegebenen Strahlung, was vor allem bei Mischlicht-LEDs von besonderer Bedeutung ist. Damit ist gemeint, dass die primäre Strahlung der LED nicht vollständig konvertiert wird, sondern ein gewisser Rest davon selbst noch zur effektiv genutzten Strahlung direkt beiträgt. Ein konkretes Beispiel ist ein primär blau emittierender Chip, dessen Strahlung mit einem gelb emittierenden Leuchtstoff gemischt wird. Beide Strahlungsarten kommen allerdings aus unterschiedlichen Raumbereichen. Um damit einhergehende Farbsäume zu verwischen, mussten bisher sogar streuende Füllpartikel dem Verguss extra beigefügt werden, was zum einen aufwendig ist, zum anderen die Effizienz eher mindert. Insbesondere ist dieser Aufbau von Bedeutung, wenn mehr als ein Leuchtstoff ur teilweisen Konversion genutzt wird, also beispielsweise bei einem System mit blauer Primärstrahlung, das teilweise von einem grünen und teilweise von einem roten Leuchtstoff konvertiert wird, im Sinne einer auf dem RGB-Mischungsprinzip basierten weißen LED. Typische maximale Streuungen treten bei D = 0,2 bis 0,5 μm auf. Dabei erhöht sich die Streuintensität um einen typischen Faktor 2 bis 5 gegenüber dem Wert bei D = 1,5 μm. Die Streuintensität ändert sich zu hohen Durchmessern hin (D = 2 bis 5 μm) kaum mehr.
  • 6b, bei der der Absorptionskoeffizient (in willkürlichen Einheiten und bezogen auf die Volumenkonzentration) gegen die Teilchengröße in μm aufgetragen ist, zeigt beispielhaft, dass die Absorption zu kleineren Partikeldurchmessern D hin zunimmt und ein mehr oder minder ausgeprägtes Maximum bei etwa D = 0,06 bis 0,3 μm durchläuft. Die Absorption ist hier teilweise mehr als 5 mal größer als bei etwa D = 2 μm und mindestens doppelt so groß wie bei D = 1 μm.
  • Insgesamt steigt typisch das Verhältnis Absorption:Streuung hin zu kleineren Partikeldurchmessern D von 2 μm bis hinab zu 0,2 μm kontinuierlich an. Das bedeutet insgesamt eine Reduzierung der Streuverluste und eine erhöhte Effizienz. Zwar nimmt man u. U. dabei eine erhöhte Streuung in Kauf, es ergibt sich aber eine hocheffiziente LED mit homogenem Abstrahlungsverhalten. Die höhere Streuung führt zu einer besseren und homogeneren Übereinstimmung zwischen dem Verhalten von blauer und gelber Strahlung. Die hohe Absorption führt zu höherer Effizienz.
  • Dementsprechend lassen sich gute Ergebnisse für eine Wahl des mittleren Durchmessers d50 in der Nähe des optimalen Durchmessers D finden, mit einem Bereich von 0,1 bis 1,5 μm.
  • Bevorzugt kann der Dispersionsindex DI der Partikelgrößenverteilung so eng bemessen sein, dass er den erzielten Effekt nicht oder kaum beeinträchtigt. Ein Anhaltspunkt ist ein DI ≤ 0,5.

Claims (15)

  1. Konversions-LED, mit einem Chip, der primäre Strahlung einer Peakwellenlänge von 300 bis 550 nm emittiert, und mindestens einem als Pulver vorliegenden Leuchtstoff, der zumindest einen Teil der primären Strahlung absorbiert und bei einer anderen Wellenlänge als Sekundärstrahlung emittiert, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Partikelgröße d50 des Leuchtstoffs im Bereich 0,1 bis 1,5 μm liegt.
  2. Konversions-LED nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Partikelgröße d50 des Leuchtstoffpulvers in der Nähe der Partikelgröße mit dem größten Maximum der Absorption der primären Strahlung liegt, und höchstens um 50 %, bevorzugt höchstens 20 %, von dieser abweicht.
  3. Konversions-LED nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Chip blaue Strahlung mit einer Peakemissionswellenlänge von 430 bis 490 nm emittiert, die von dem mindestens einen Leuchtstoff teilweise absorbiert wird, der diese Strahlung in längerwellige Strahlung umwandelt, insbesondere so dass die LED insgesamt weiß emittiert.
  4. Konversions-LED nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtstoffpulver (1) Leuchtstoffpartikel (2) mit einer aus dem Bereich von einschließlich 0,3 μm, insbesondere von 0,5 μm, bis einschließlich 1,5 μm ausgewählten mittleren Leuchtstoffpartikelgröße (3) aufweist, wobei die Leuchtstoffpartikel (2) Primärpartikel (4) mit einer aus dem Bereich von einschließlich 0,1 μm bis einschließlich 1,0 μm ausgewählten mittleren Primärpartikelgröße (5) aufweisen.
  5. Konversions-LED nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffpartikel eine sphärische oder im wesentlichen sphärische Gestalt aufweisen.
  6. Konversions-LED nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffpartikel (2) im Wesentlichen nur aus den Primärpartikeln (4) bestehen.
  7. Konversions-LED nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärpartikel (4) im wesentlichen eine einzige Phase bilden.
  8. Konversions-LED nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärpartikel (4) die Struktur eines Granats aufweisen.
  9. Konversions-LED nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Granat eine Zusammensetzung A3B5O12 aufweist, wobei A und B dreiwertige Metalle sind, insbesondere ist A mindestens eines der Elemente Y, Gd, La, Tb, und B mindestens eines der Elemente Al, Ga, In.
  10. Konversions-LED nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung des Granats Y3Al5O12 ist.
  11. Konversions-LED nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärpartikel (4) mindestens eine Dotierung mit einem Seltenerdmetall aufweisen.
  12. Konversions-LED nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Seltenerdmetall aus der Gruppe Ce, Gd, La, Tb, Pr, Eu einzeln oder in Kombination ausgewählt ist.
  13. Konversions-LED nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffpartikel (2) Poren (6) aufweisen, insbesondere mit einer aus dem Bereich von einschließlich 0,1 μm bis einschließlich 1,0 μm ausgewählten mittleren Porengröße (7).
  14. Konversions-LED nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Porengröße (7) etwa 0,5 μm beträgt.
  15. Konversions-LED nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffpartikel (2) Poren entsprechend einer aus dem Bereich von einschließlich 40% bis einschließlich 70% der theoretischen Dichte des Leuchtstoffmaterials ausgewählten Dichte aufweisen.
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