DE102006041119A1

DE102006041119A1 - Leuchtstoff und Licht emittierendes Bauteil

Info

Publication number: DE102006041119A1
Application number: DE102006041119A
Authority: DE
Inventors: Kohsei Kobe Takahashi; Naoto Tsukuba Hirosaki
Original assignee: National Institute for Materials Science; Sharp Corp
Current assignee: National Institute for Materials Science; Sharp Corp
Priority date: 2005-09-06
Filing date: 2006-09-01
Publication date: 2007-03-08
Also published as: US20100283381A1; JP2007204730A

Abstract

Es werden ein Leuchtstoff mit JEM-Phase mit hervorragender Leuchteffizienz und ein Licht emittierendes Bauteil, in dem dieser Leuchtstoff als erster Leuchtstoff verwendet wird, angegeben. Das Bauteil verfügt ferner über einen zweiten Leuchtstoff, der die Fluoreszenzstrahlung vom ersten Leuchtstoff nicht stark absorbiert. Die optische Absorption des ersten Leuchtstoffs bei der Wellenlänge der Komplementärfarbe zur Emissionswellenlänge des ersten Leuchtstoffs beträgt höchstens 30%. Beim erfindungsgemäßen Bauteil emittiert der zweite Leuchtstoff mit der genannten Komplementärfarbe.

Description

Die Erfindung betrifft einen Leuchtstoff, insbesondere einen Oxinitrid-Leuchtstoff, sowie ein Licht emittierendes Bauteil unter Verwendung des Leuchtstoffs sowie ein Licht emittierendes Halbleiterelement.
Ein Licht emittierendes Halbleiterelement wie eine Leuchtdiode (LED) zeigt die Vorteile einer geringen Größe, eines niedrigen Energieverbrauchs sowie einer stabilen Emission bei hoher Leuchtstärke. Ein Licht emittierendes Bauteil, das sichtbares Licht dadurch erzeugt, dass ein Licht emittierendes Halbleiterelement mit einem Leuchtstoff kombiniert wird, zeigt die Vorteile des Licht emittierenden Halbleiterelements, und zusätzlich emittiertes Licht mit einer gewünschten Farbe, wie Weiß, abhängig von der vorgesehenen Anwendung. Daher kann es als Hinterleuchtung für ein LED, ein tragbares Telefon oder ein tragbares Informationsterminal, ein Display für Werbung in Räumen oder im Freien, als Anzeige für verschiedene tragbare Geräte, als Schalterbeleuchtung, als Lichtquelle für BA(Büroautomatisierungs)-Geräte oder dergleichen verwendet werden.

Das Dokument JP-A-10-163535 offenbart ein Licht emittierendes Bauteil, bei dem ein blaues oder blauviolettes Licht emittierendes Halbleiterelement und ein oder zwei Leuchtstoffe kombiniert sind. Hierbei ist der Leuchtstoff so ausgewählt, dass die Farbe des durch das Halbleiterelement emittierten Lichts und die Farbe des durch den Leuchtstoff emittierten Lichts zueinander komplementär sind, so dass im Ergebnis quasi-weißes Licht emittiert wird.

Das Dokument JP-A-09-153644 offenbart ein Punktmatrixdisplay unter Verwendung eines Halbleiterelements aus einem Nitrid eines Elements der Gruppe III, das ultraviolettes Licht mit einer Peakemissionswellenlänge von 380 nm emittiert, als Anregungslichtquelle sowie mit drei verschiedenen Leuchtstoffschichten, die die drei Primärfarben Rot, Grün bzw. Blau emittieren.

Ferner offenbart das Dokument JP-A-2002,171000 ein Licht emittierendes Bauteil unter Verwendung eines Halbleiterelements, das Licht mit einer Wellenlänge von 390 bis 420 nm emittiert, sowie einem durch dieses Licht angeregten Leuchtstoff, der weißes Licht emittiert. Hierbei emittiert das Halbleiterelement Licht mit geringer Erkennbarkeit für das menschliche Auge, was zum Vorteil führt, dass selbst dann, wenn die Intensität oder die Wellenlänge der emittierten Strahlung variiert, der Farbton kaum variiert. Ferner führt Licht mit einer Wellenlänge von 390 bis 420 nm kaum zu irgendwelchen Schäden an Bautenkomponenten wie dem Harz, in dem der Leuchtstoff dispergiert ist, und es besteht geringer Einfluss auf den menschlichen Körper.

Herkömmlicherweise wird in weitem Umfang ein Oxid oder ein Sulfid als Leuchtstoffmaterial verwendet. Jüngere Beispiele für Oxinitrid oder Nitrid-Leuchtstoffe sind in den Dokumenten JP-A-2002-363554 und JP-A-2003-206481, der Internationalen Patentanmeldungsveröffentlichung WO2005/019376, von Naoto Hirosaki, Rong-jun Xie, Koji Kimoto, Takashi Sekiguchi, Yoshinobu Yamamoto, Takayuki Suehiro und Mamoru Mitomo in "Characterization and properties of green-emitting β-SiAlON:eu²⁺ powder phosphors for white light-emitting diodes", Applied Physics Letters 86, 211905 (2005) und in Kyota Ueda, Naoto Hirosaki, Hajime Yamamoto und Rong-Jun Xie in "Red phosphors for warm white light-emitting diodes", the 305th Meeting Technical Digest of Phosphor Research Society, 2004, S. 37-47 beschrieben. Diese Leuchtstoffe emittieren Licht mit hoher Effizienz, wenn sie mit Licht mit einer Wellenlänge von 390 bis 420 nm angeregt werden, und viele zeigen hervorragende Eigenschaften wie hohe chemische Stabilität und hohe Wärmebeständigkeit sowie eine kleine Änderung der Leuchteffizienz selbst dann, wenn die Anwendungstemperatur variiert.

Das Dokument JP-A-2004-244560 offenbart ein Licht emittierendes Bauteil mit der folgenden Struktur. Wenn ein Leuchtstoff (Ca_0,93, Eu_0,05, Mn_0,02)₁₀(PO₄)₆C₁₂ von einem mit einer Wellenlänge von 400 nm Licht emittierenden Element angeregt wird, zeigt er eine Peakemissionswellenlänge in einem blauvioletten bis blauen Bereich, ein Leuchtstoff (Ca_0,955Ce_0,045)₂(Si_0,964Al_0,036)₅N₈ zeigt eine Peakemissionswellenlänge in einem blaugrünen bis grünen Bereich, und ein Leuchtstoff SrCaSi₅N₈:Eu zeigt eine Peakemissionswellenlänge in einem gelblichroten bis roten Bereich. Das Mischen der Farben von diesen Leuchtstoffen führt zu einer Lichtemission im weißen Bereich.

Betreffend Oxinitrid-Leuchtstoffe ist aus der Internationalen Patentanmeldungsveröffentlichung WO2005/019376 ein Siliciumnitrid-Leuchtstoff mit einer JEM-Phase bekannt, bei der es sich um eine von α-SiAlON oder β-SiAlON abweichende Kristallphase handelt, die bei Anregung durch Strahlung im Nahultraviolett blaues Licht mit einer herkömmlicherweise nicht erzielten hohen Intensität emittiert.

Das Dokument JP-A-2004-071357 offenbart ein Licht emittierendes Bauteil, das einer Ausführungsform der Erfindung ähnelt, wobei auf einem Licht emittierenden Halbleiterelement ein roter (d. h. rot emittierender) Leuchtstoff, ein grüner Leuchtstoff und ein blauer Leuchtstoff angeordnet sind, so dass eine Wiederabsorption von Licht vermieden werden kann, das von einem Leuchtstoff emittiert wird, der näher am Halbleiterelement liegt.

Ferner ist im Dokument JP-A-2004-331934 ein roter Leuchtstoff La₂O₂S:Eu⁺Si mit Pulverreflexion bei roter oder kürzerer Wellenlänge von 450 nm, 545 nm und 624 nm von mindestens 84 %, 94 bzw. 97 % offenbart.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leuchtstoff mit JEM-Phase mit hervorragender Leuchteffizienz sowie ein Licht emittierendes Bauteil ebenfalls mit hervorragender Leuchteffizienz zu schaffen.

Diese Aufgabe ist durch den Leuchtstoff gemäß dem beigefügten Anspruch 1 und das Licht emittierende Bauteil gemäß dem Anspruch 3 gelöst.

Der erfindungsgemäße Leuchtstoff absorbiert bei einer Wellenlänge, die länger als die Wellenlänge ist, bei der er emittiert, und die die Beziehung einer Komplementärfarbe zur Emissionsfarbe hat, höchstens 30 %. Dadurch ergibt sich weißes Licht. Die Erfinder haben herausgefunden, dass bei einem Leuchtstoff die optische Absorption und die Leuchteffizienz bei einer Wellenlänge, die länger als die Wellenlänge der Fluoreszenzemission ist und die in der Beziehung der Komplementärfarbe zur Emissionswellenlänge steht, wenn die optische Absorption (in dieser Anmeldung auch als optische Absorption bei langer Wellenlänge bezeichnet) bei der Wellenlänge der Komplementärfarbe zur Emissionswellenlänge höchstens 30 % beträgt, eine gute Leuchteffizienz erzielbar ist.

Wenn bei einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Licht emittierenden Bauteils der erste Leuchtstoff blaue oder blaugrüne Fluoreszenzstrahlung emittiert, kann das Bauteil dann weißes Licht emittieren, wenn als zweiter Leuchtstoff ein solcher verwendet wird, der Licht der Komplementärfarbe emittiert. Als Haupttyp eines Leuchtstoffs wird dabei ein solcher bezeichnet, bei dem die Emissionsintensität der Fluoreszenzstrahlung, wie durch die Strahlungsmenge und die Leuchteffizienz bestimmt, höher als bei anderen Leuchtstoffen ist, wenn mehrere Leuchtstoffe verwendet werden.

Wenn ein erfindungsgemäßes Licht emittierendes Bauteil Licht mit den Farbartkoordinaten gemäß dem Anspruch 20 emittiert, kann eine Emissionsfarbe entsprechend einer Weißlicht- oder Glühlampe erzielt werden, weswegen ein solches Bauteil zur Beleuchtung besonders geeignet ist.

Dadurch, dass bei der Erfindung der erste Leuchtstoff ein solcher mit JEM-Phase mit niedriger optischer Absorption im Wellenlängenbereich, der länger als die Wellenlänge der Fluoreszenzstrahlung von diesem ersten Leuchtstoff ist, verwendet wird, kann eine hohe Leuchteffizienz erzielt werden.

Da weiterhin bei einem erfindungsgemäßen Licht emittierenden Bauteil eine Kombination aus einem erste und einem zweiten Leuchtstoff vorliegt, wobei der zweite Leuchtstoff Licht mit längerer Wellenlänge als der erste Leuchtstoff emittiert und der erste Leuchtstoff bei der Peakemissionswellenlänge des zweiten Leuchtstoffs niedrige optische Absorption zeigt, ist die Leuchteffizienz des ersten Leuchtstoffs verbessert, und vom zweiten Leuchtstoff emittiertes Licht wird vom ersten Leuchtstoff nicht stark absorbiert, weswegen das Licht emittierende Bauteil insgesamt eine hervorragende Leuchteffizienz zeigt.

Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher werden.

1 zeigt ein Messergebnis zu Anregungsspektren eines Leuchtstoffs mit JEM-Phase gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

2 zeigt Messergebnisse zu Emissionsspektren des Leuchtstoffs gemäß der genannten Ausführungsform.

3 zeigt Messergebnisse zu optische Absorptionsspektren des Leuchtstoffs gemäß der genannten Ausführungsform.

4 zeigt die Beziehung zwischen der optischen Absorption und der Leuchteffizienz des Leuchtstoffs mit JEM-Phase gemäß der genannten Ausführungsform.

5 zeigt die Beziehung zwischen der optischen Absorption des Leuchtstoffs mit JEM-Phase gemäß der genannten Ausführungsform und der Leuchtstärke des Licht emittierenden Bauteils, wenn das zugehörige Licht emittierende Halbleiterelement mit einem Treiberstrom von 40 mA betrieben wird.

6 ist eine Schnittansicht eines Licht emittierenden Bauteils gemäß einem Beispiel 1.

7 zeigt das Emissionsspektrum des Licht emittierenden Bauteils gemäß dem Beispiel 1.

8 zeigt das Emissionsspektrum eines Licht emittierenden Bauteils gemäß einem Vergleichsbeispiel 1.

9 ist eine Schnittansicht eines Licht emittierenden Bauteils gemäß einem Beispiel 2.

10 zeigt das Emissionsspektrum des Licht emittierenden Bauteils gemäß dem Beispiel 2.

11 zeigt das Emissionsspektrum eines Licht emittierenden Bauteils gemäß einem Vergleichsbeispiel 3.

12 ist eine Schnittansicht eines Licht emittierenden Bauteils gemäß einem Beispiel 3.

13 ist eine Schnittansicht eines Licht emittierenden Bauteils gemäß einem Beispiel 4.

14 zeigt das Emissionsspektrum des Licht emittierenden Bauteils gemäß dem Beispiel 4.

15 ist eine Schnittansicht eines Licht emittierenden Bauteils gemäß einem Beispiel 5.

16 ist eine Schnittansicht eines Licht emittierenden Bauteils gemäß einem Beispiel 6.

17 ist eine Schnittansicht eines Licht emittierenden Bauteils gemäß einem Beispiel 7.

18 zeigt Anregungs- und Emissionsspektren eines mit Eu aktivierten α-SiAlON-Leuchtstoffs, der durch die Zusammensetzungsformel Li_0,87Si_12-m-nAl_m+nO_nN_16-n(m = 2,0, n = 0,5 m) repräsentiert ist.

19 zeigt das Emissionsspektrum des Licht emittierenden Bauteils gemäß dem Beispiel 7.

20 zeigt die Beziehung zwischen der Leuchteffizienz des genannten, mit Eu aktivierten α-SiAlON-Leuchtstoffs, der durch die Zusammensetzungsformel Li_0,87Si_12-m-nAl_m+nO_nN_16-n gemäß der bevorzugten Ausführungsform repräsentiert ist, und dem Wert m in der Zusammensetzungsformel.

Die Erfinder haben die Beziehung zwischen der Leuchteffizienz und der optischen Absorption ausführlich untersucht, und sie haben herausgefunden, dass bei einem Leuchtstoff mit JEM-Phase eine hohe Leuchteffizienz erzielt werden kann, wenn die optische Absorption klein ist. Ein möglicher Grund dafür besteht darin, dass dann, wenn die optische Absorption klein ist, der Anteil der JEM-Phase hoch ist und der Anteil der Glasfaser klein ist.

Ferner haben es die Erfinder herausgefunden, dass hinsichtlich der geeigneten Art eines Leuchtstoffs, wenn mehrere Leuchtstoffe in einem Licht emittierenden Bauteil verwendet werden, nicht nur eine hervorragende Leuchteffizienz, sondern auch eine kleine optische Absorption bei anderen Wellenlängen erforderlich ist, um die Leuchteffizienz des Bauteils insgesamt zu verbessern. Im Dokument JP-A-2004-331934 ist es angegeben, dass höhere Reflexion (mit negativer Korrelation zur optischen Absorption) bei einer Wellenlänge unter derjenigen der vom Leuchtstoff emittierten Fluoreszenzstrahlung bevorzugt ist. Im Allgemeinen absorbiert jedoch ein Leuchtstoff Licht mit kürzerer Wellenlänge als derjenigen der Fluoreszenzstrahlung, und daher ist es ersichtlich, dass optische Absorption in einem Bereich kürzerer Wellenlängen als der der Fluoreszenzstrahlung auftritt. Weiterhin haben die Erfinder herausgefunden, dass bei einem blau bis blaugrünen Leuchtstoff, insbesondere einem solchen mit JEM-Phase, eine kleine optische Absorption von Licht mit längerer Wellenlänge als der seiner Fluoreszenzstrahlung vorliegt, insbesondere niedrige optische Absorption von grünem bis gelblichem bis rotem Licht mit langer Wellenlänge, was von besonderer Bedeutung ist, wenn der Leuchtstoff gemeinsam mit einem anderen Leuchtstoff, insbesondere in einem Licht emittierenden Bauteil, verwendet wird.

Schließlich haben die Erfinder erkannt, dass ein entsprechend den vorstehend genannten Erkenntnissen aufgebautes Licht emittierendes Bauteil hervorragende Farbwiedergabeeigenschaften zeigt und es insbesondere mit zur Beleuchtung geeigneter weißer Farbe emittieren kann (weiß, Taglichtweiß, Glühlampenfarbe und dergleichen), wenn ein Leuchtstoff mit JEM-Phase mit hervorragenden Lichtemissionseigenschaften verwendet wird, der zur Kom bination mit einem anderen Leuchtstoff oder anderen Leuchtstoffen geeignet ist.

Um beispielsweise bei einem Licht emittierenden Bauteil unter Verwendung eines ultraviolettes bis violettes Licht emittierenden Halbleiterelements als Anregungsquelle gute Farbwiedergabeeigenschaften zu realisieren, ist ein Leuchtstoff erforderlich, der Licht über einen weiten Wellenlängenbereich in gut ausgeglichener Weise emittiert. Zu diesem Zweck ist es möglich, mehrere Leuchtstoffe zu mischen. Wenn jedoch die Anzahl der zu mischenden Leuchtstoffe zunimmt, nimmt die Emissionsintensität insgesamt wegen einer Reabsorption der Fluoreszenzstrahlung ab. Unter Berücksichtigung dieses Problems wird, unter Ausnutzung der Tatsache, dass ein Leuchtstoff mit JEM-Phase mit hervorragenden Emissionseigenschaften von Blau bis Blaugrün eine große Halbwertsbreite des Emissionsspektrums aufweist, ein derartiger Leuchtstoff mit einem Leuchtstoff mit dazu komplementärer Wellenlänge im sichtbaren Bereich kombiniert, d. h., er wird mit einem gelben Leuchtstoff kombiniert, wodurch ein Licht emittierendes Bauteil mit sehr guten Farbwiedergabeeigenschaften erhalten werden kann, das natürliches Licht emittieren kann. Ferner kann durch Zumischen eines anderen Leuchtstoffs ein Licht emittierendes Bauteil mit noch besseren Farbwiedergabeeigenschaften realisiert werden.

Nachfolgend werden Ausführungsformen von Leuchtstoffen mit JEM-Phase beschrieben, die Licht von Ultraviolett bis Violett absorbieren und Licht von Blau bis Blaugrün emittieren, wobei auch andere Leuchtstoffe beschrieben werden, und es werden Ausführungsformen von Licht emittierenden Bauteilen angegeben, die eine Kombination aus einem blauen bis blaugrünen Leuchtstoff und einem anderen Leuchtstoff, der sichtbares Licht emittiert, verwenden.

Leuchtstoff mit JEM-Phase

Ein Leuchtstoff gemäß der Erfindung emittiert Fluoreszenzstrahlung mit einer ersten Wellenlänge, und seine optische Absorption bei einer Wellenlänge über der ersten und mit der Beziehung der Komplementärfarbe zur ersten Wellenlänge ist klein. Da die optische Absorption bei einer Wellenlänge über der ersten klein gemacht ist, kann eine hervorragende Leuchteffizienz selbst dann erzielt werden, wenn der Leuchtstoff in einem Licht emittierenden Bauteil gemeinsam mit einem anderen Leuchtstoff oder anderen Leuchtstoffen verwendet wird.

Die optische Absorption bei der Wellenlänge über der ersten, und mit der Komplementärfarbe zur ersten Wellenlänge, ist auf höchstens 30 % eingestellt. Dann ist die optische Absorption ausreichend klein, weswegen eine gute Leuchteffizienz erzielt werden kann, wenn der Leuchtstoff in einem Licht emittierenden Bauteil verwendet wird. Es ist eine optische Absorption von höchstens 20 % bevorzugt, und 15 % sind noch stärker bevorzugt. Die optische Absorption wird dadurch berechnet, dass die Peakemissionswellenlänge für die erste Wellenlänge und die Wellenlänge der Komplementärfarbe zur ersten Wellenlänge aufgefunden wird.

Die Hauptkristallphase des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs ist die JEM-Phase. Daher liefert der erfindungsgemäße Leuchtstoff eine zufriedenstellende Fluoreszenzstrahlung von Blau bis Blaugrün. Ferner verfügt ein Leuchtstoff mit JEM-Phase über eine weite Halbwertsbreite des Emissionsspektrums, und er ist vorteilhaft, wenn er für ein Licht emittierendes Bauteil in Kombination mit einem anderen Leuchtstoff verwendet wird, insbesondere einem solchen, der Fluoreszenzstrahlung der Komplementärfarbe zur Wellenlänge des von ihm emittierten Lichts liefert, da sehr gute Farbwiedergabeeigenschaften und natürliche Emission erzielt werden können. Genauer gesagt, kann weißes Licht dadurch erhal ten werden, dass einfach ein anderer Leuchtstoff zum Kompensieren einer Abweichung gegenüber Weiß verwendet wird.

Dass die Hauptkristallphase die JEM-Phase ist, bedeutet, dass diese 50 % oder mehr der Kristallphase des Leuchtstoffs ausmacht. Das Verhältnis kann beispielsweise aus dem Intensitätsverhältnis von Beugungspeaks berechnet werden, wie sie durch Röntgenbeugungsmessungen erhalten werden.

Dass bei der Erfindung die Wellenlänge in Beziehung zur Komplementärfarbe der ersten Wellenlänge steht, bedeutet, dass die Wellenlänge zu weißem Licht führt, wenn Kombination mit dem Licht der ersten Wellenlänge erfolgt. Hierbei bezeichnet "weißes Licht" Licht mit einer Farbartkoordinate x von mindestens 0,22 und höchstens 0,44 sowie einer Farbartkoordinate y von mindestens 0,22 und höchstes 0,44. Daher wird die Wellenlänge mit der Beziehung der Komplementärfarbe zur ersten Wellenlänge als bestimmter Wellenlängenbereich erhalten, und bei der Erfindung ist die optische Absorption im ganzen Wellenlängenbereich auf höchstens 30 % eingestellt.

Die JEM-Phase ist eine Phase mit speziellen Atompositionen (Atomanordnungsstrukturen), wie sie in der folgenden Tabelle 1 angegeben sind, in der die Kristallstruktur (Raumgruppe Pbcn) durch die zugehörigen Koordinaten gekennzeichnet ist. Einzelheiten der JEM-Phase sind von Jekabs Grins et al. in "Preparation and Crystal Structure of LaAl (Si_6-ZAl_Z)N_10-ZO_Z", Journal of Materials Chemistry Vol. 5, November 1995, S. 2001-2006 beschrieben. Tabelle

Raumgruppe: Pbcn

In der Tabelle 1 repräsentiert "Platz" die Symmetrie der Raumgruppe. Die Koordinaten x, y und z repräsentieren die Position eines Elements in einem jeweiligen Gitter, und sie nehmen Werte von 0 bis 1 ein. Was die Spalte "Atom" betrifft, gilt für die Zelle "SE", dass M und Ce eingegeben werden, wobei die Wahrscheinlichkeit des jeweiligen Zusammensetzungsanteils 1-x bzw. x beträgt; dabei ist M mindestens ein Element, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu. Betreffend die Zelle "Al" wird nur Al eingegeben; betreffend "M(1)" bis "M(3)" werden Si und Al mit der Wahrscheinlichkeit des jeweiligen Zusammensetzungsanteils 6-z und z) eingegeben; und betreffend "X(1) " bis "X(5) " werden N und 0 mit der Wahrscheinlichkeit eines jeweiligen Zusammensetzungsanteils von 10-z bzw. z eingegeben. Durch Vergleichen von unter Verwendung der Werte der Tabelle 1 berechneten Röntgenbeugungsdaten mit Röntgenbeugungsmessungen tatsächlicher Materialien kann erkannt werden, ob das erhaltene Material die JEM-Phase zeigt oder nicht.

Vorzugsweise ist ein Leuchtstoff gemäß der Erfindung durch die Zusammensetzungsformel M_1-xCe_xAl(Si_y1-zAl_z)N_y2-zO_z repräsentiert.

Hierbei repräsentiert M mindestens ein Element, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu. Dabei gilt ≤ 0,1 ≤ x ≤ 1; 5,9 ≤ y1 ≤ 6,1; 10,0 ≤ y2 ≤ 10,7 und 0,8 ≤ z ≤ 1,2, bevorzugt 0,9 ≤ z ≤ 1,1.

Der durch die obige Zusammensetzungsformel repräsentierte Leuchtstoff gemäß der Erfindung ist dahingehend vorteilhaft, dass er einen hohen Anteil der JEM-Phase und demgemäß hohe Leuchteffizienz zeigt.

Hinsichtlich der obigen Zusammensetzungsformel gilt, dass dann, wenn der die Menge des Aktivators Ce repräsentierende Wert x zunimmt, die Tendenz einer höheren Emissionsintensität besteht, und diesbezüglich beträgt der geeignete Wert von x mindestens 0,1 und höchstens 1.

Betreffend y1 und y2 gilt, dass für eine ideale JEM-Phase die Werte ungefähr 6 bzw. ungefähr 10 sind. Tatsächlich ist jedoch eine Glasphase oder eine andere Kristallphase eingemischt, und y1 liegt vorzugsweise zwischen mindestens 5,9 und höchstens 6,1, während y2 zwischen mindestens 10,0 und höchstens 10,7 liegt.

Wenn der Wert z mindestens 0,8 und höchstens 1,2 sowie vorzugsweise mindestens 0,9 und höchstens 1,1 beträgt, kann die JEM-Phase relativ einfach erhalten werden, weswegen dieser Bereich vorteilhaft ist.

Das erfindungsgemäße Licht emittierende Bauteil ist mit Folgendem versehen: einem Licht emittierenden Halbleiterelement, das Anregungslicht emittiert; einem ersten Leuchtstoff, der das Anregungslicht absorbiert und Fluoreszenzstrahlung emittiert; und einem zweiten Leuchtstoff, in Form eines Leuchtstofftyps oder mehrerer Leuchtstofftypen, zum Absorbieren des Anregungslichts und zum Emittieren von Fluoreszenzstrahlung mit einer Wellenlänge, die länger als die der vom ersten Leuchtstoff emittierten Fluoreszenzstrahlung ist; wobei der erste Leuchtstoff bei der Peakemissionswellenlänge der von einem Haupttyp des zweiten Leuchtstoffs emittierten Fluoreszenzstrahlung eine optische Absorption von höchstens 30 % aufweist.

Bei diesem Bauteil werden also ein erster und ein zweiter Leuchtstoff in Kombination verwendet, und die optische Absorption für die vom zweiten Leuchtstoff emittierte Fluoreszenzstrahlung durch den ersten Leuchtstoff ist auf einen niedrigen Wert eingestellt. Daher kann ein Licht emittierendes Bauteil mit hervorragender Leuchteffizienz erhalten werden. Wenn die optische Absorption höchstens 30 % beträgt, kann noch die für ein derartiges Bauteil erforderliche Leuchteffizienz erreicht werden.

Der genannte erste Leuchtstoff enthält als Hauptkristallphase eine JEM-Phase, wodurch eine besonders hervorragende Leuchteffizienz erzielbar ist.

Dabei emittiert der erste Leuchtstoff Fluoreszenzstrahlung mit einer ersten Wellenlänge, und er verfügt bei einer Wellenlänge über der ersten Wellenlänge, mit der Beziehung der Komplementärfarbe zur ersten Wellenlänge, über eine optische Absorption von höchstens 30 %, und seine Hauptkristallphase ist eine JEM-Phase. Wenn dann als zweiter Leuchtstoff ein solcher verwendet wird, der Fluoreszenzstrahlung emittiert, die die Beziehung der Komplementärfarbe zur Wellenlänge der vom ersten Leuchtstoff emittierten Fluoreszenzstrahlung zeigt, kann ein weißes Licht emittierendes Bauteil mit hervorragender Leuchteffizienz erhalten werden, und außerdem kann durch geeignetes Konzipieren der Kombination aus dem ersten und dem zweiten Leuchtstoff ein Bauteil erhalten werden, das Licht in der Farbe einer Glühlampe mit hoher Leuchteffizienz emittiert.

Vorzugsweise ist bei diesem Licht emittierenden Bauteil der erste Leuchtstoff durch die Zusammensetzungsformel M_1-xCe_xAl(Si_y1-z- Al_z) N_y2-zO_z repräsentiert, wobei M mindestens ein Element ist, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu. Es gilt 0,1 ≤ x ≤ 1; 5,9 ≤ y1 ≤ 6,1; 10,0 ≤ y2 ≤ 10,7 und 0,8 ≤ z ≤ 1,2, vorzugsweise 0,9 ≤ z ≤ 1,1. Mit einem derartigen Leuchtstoff kann ein Licht emittierendes Bauteil mit besonders hoher Leuchteffizienz erhalten werden.

Vorzugsweise beträgt die Peakemissionswellenlänge des ersten Leuchtstoffs mindestens 450 nm und höchstens 510 nm. Dann emittiert der erste Leuchtstoff in zufriedenstellender Weise blaues bis blaugrünes Licht, und es kann ein Licht emittierendes Bauteil mit guter Leuchteffizienz erhalten werden.

Ferner beträgt vorzugsweise die Halbwertsbreite des Emissionsspektrums des ersten Leuchtstoffs mindestens 80 nm. Dies ist ein großer Wert, und es kann ein Licht emittierendes Bauteil mit guten Farbwiedergabeeigenschaften erhalten werden, das mehr natürliches Licht emittiert, wenn Leuchtstoffe als erster und zweiter Leuchtstoff kombiniert werden, die die Beziehung von Komplementärfarben im sichtbaren Bereich einhalten, insbesondere dann, wenn sie derartiges Licht emittieren.

Beim ersten Leuchtstoff weist das emittierte Licht vorzugsweise eine Farbartkoordinate x von mindestens 0,05 und höchstens 0,25 und eine Farbartkoordinate y von mindestens 0,02 und höchstens 0,38 auf. Dann emittiert der erste Leuchtstoff in zufriedenstellender Weise blaues bis blaugrünes Licht.

Als erster Leuchtstoff wird beim erfindungsgemäßen Licht emittierenden Bauteil, d. h. als blauer bis blaugrüner Leuchtstoff, vorzugsweise ein Oxinitrid-Leuchtstoff (insbesondere mit Silicium, Aluminium, Sauerstoff, Stickstoff oder einem Lanthanoid-Seltenerdelement als Emissionszentrum) verwendet, genauer gesagt, ein Leuchtstoff mit JEM-Phase mit Ce³⁺ als Aktivator, wie er durch die Zusammensetzungsformel La_1-xCe_xAl(Si_6-zAl_z)N_10-zO_z repräsentiert ist.

Durch Untersuchungen an Leuchtstoffen mit JEM-Phase mit hervorragenden Emissionseigenschaften im blauen bis blaugrünen Bereich haben die Erfinder herausgefunden, dass dann, wenn der Wert x (d. h. die Menge des Aktivators Ce) in jeder der oben angegebenen Zusammensetzungsformeln für einen solchen Leuchtstoff variiert wird, ein guter Leuchtstoff mit einer Peakemissionswellenlänge im blauen bis blaugrünen Bereich, mit großer Halbwertsbreite des Emissionsspektrums und hoher Leuchteffizienz erhalten werden kann.

Die 1 zeigt Anregungsspektren eines Leuchtstoffs mit JEM-Phase, wie er durch die Zusammensetzungsformel La_1-xCe_xAl (Si_6-z-Al_z)N_10-zO_z repräsentiert ist, wobei der Wert x in der Zusammensetzungsformel variiert wurde, wobei sich die Intensität der Fluoreszenzstrahlung abhängig von der Wellenlänge des Anregungslichts änderte. Beispielsweise ist es erkennbar, dass dann, wenn x = 0,5 gilt, die Intensität des Anregungsspektrums um die Wellenlänge von 380 nm herum hoch ist. Der Grund dafür kann darin liegen, dass die Absorption von Ce³⁺-Ionen als Emissionszentrum in diesem Wellenlängenbereich hoch ist.

Die 2 zeigt die Ergebnisse von Emissionsspektrumsmessungen für denselben Leuchtstoff, wobei wieder der Wert x in der Zusammensetzungsformel variiert wurde. Als Anregungslicht wurde solches mit einer Wellenlänge von 405 nm verwendet. Die Erfinder haben herausgefunden, dass dann, wenn der Wert x erhöht wird, die Peakemissionswellenlänge im Wellenlängenbereich von Blau bis Blaugrün variiert. Genauer gesagt, beträgt die Peakemissionswellenlänge 505 nm, wenn x = 1 gilt, und die Halbwertsbreite des Emissionsspektrums beträgt dann ungefähr 120 nm. Da dieser letztere Wert sehr groß ist, sind auch gelbe Komponenten (Wellenlänge von 565 nm bis 600 nm) und rote Komponenten (Wellenlänge von mindestens 600 nm) enthalten. Daher kann weißes Licht erhalten werden, wenn ein weiterer Leuchtstoff dazu verwendet wird, einfach eine gewisse Abweichung von Weiß zu korrigieren.

Die Emission wird stärker, wenn der Wert x in der Formel, d. h. die Menge des Aktivators Ce, erhöht wird. Daher hat x vorzugsweise einen Wert von 0,1 und höchstens von 1,0. Außerdem ist es aus dem Vorstehenden ersichtlich, dass mit dem Zusammensetzungsanteil von 1-x vorhandenes La kaum zur Emission beträgt und dass La durch ein anderes Lanthanoid ersetzt werden kann, d. h. mindestens ein Element, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu.

Vorzugsweise werden als Leuchtstoffe mit JEM-Phase blaue Leuchtstoffe verwendet, wie sie in der Tabelle 2 angegeben sind.

Bei den in der Tabelle 2 angegebenen blauen Leuchtstoffen (a) bis (d) betragen die Atomkonzentration von La und Ce jeweils 2,75 %, und die Gesamtatomkonzentration der beiden beträgt demgemäß 5,5 %. In der Zusammensetzungsformel gilt x = 0,5. Ferner ist z = 1,05 derjenige Wert, der eine stabile Ausbildung der JEM-Phase ermöglicht. Wenn 0,8 ≤ z ≤ 1,2 gilt, kann die JEM-Phase bei üblichen Herstellbedingungen erhalten werden, und auch bei 0,9 ≤ z ≤ 1,1 kann die JEM-Phase unabhängig von den Herstellbedingungen relativ einfach erhalten werden.

Bei der Erfindung kann in der Zusammensetzungsformel La_1-xCe_xAl(Si_6-zAl_z)N_10-zO_z der Wert x 1,0 sein, d. h. die Atomkonzentration von La kann auf 0 % eingestellt sein und diejenige von Ce auf 5,5 %. Alternativ kann, unter Berücksichtigung einer stabilen Ausbildung der JEM-Phase, z = 0,95 in der Zusammensetzungsformel eingestellt werden.

Die in der Tabelle 2 angegebenen blauen Leuchtstoffe (a) bis (d) können beispielsweise wie folgt hergestellt werden. Silicium nitridpulver mit einem mittleren Korndurchmesser von 0,5 μm, einem Sauerstoffgehalt von 0,93 Massen% und einem Gehalt des α-Typs von 92 %, Aluminiumnitridpulver, Lanthanoxidpulver und Ceroxidpulver werden eingewogen und so gemischt, dass der Anteil (Massen%) 48,374; 16,96, 16,83 bzw. 17,8 % beträgt. Das Pulvergemisch wird in einen Bornitridtiegel gegeben, der dann in einem elektrischen Graphitwiderstandsofen platziert wird.

Der Elektroofen wird durch eine Vakuumpumpe evakuiert und von Raumtemperatur auf 800°C erwärmt. Es wird Stickstoffgas mit einer Reinheit von 99,999 Vol.% eingeleitet, wobei der Druck auf 1 MPa eingestellt wird. Dann wird die Temperatur mit einer Rate von ungefähr 500°C/Std. auf die Sintertemperatur erhöht und für eine vorbestimmte Sinterzeit aufrecht erhalten. Nach diesem Sintervorgang wird die Temperatur auf die Raumtemperatur abgesenkt, und der Leuchtstoff wird entnommen.

Die Tabelle 2 zeigt Sinterergebnisse für die genannten blauen Leuchtstoffe (a) bis (d) bei vier verschiedenen Sinterbedingungen, wobei das auf die obige Weise erhaltene Pulvergemisch verwendet wurde.

Dabei wurde klargestellt, dass ein Leuchtstoff mit JEM-Phase erhalten werden kann, wenn der Stickstoffdruck im Elektroofen mindestens 0,5 MPa beträgt. Tabelle 2

Der Anteil der JEM-Phase in der Kristallphase der auf die oben beschriebene Weise gesinterten Körper wurde durch Röntgenbeugung und Beugungspeakerkennung, wie in der Veröffentlichung WO2005/-019376 einer Internationalen Patentanmeldung beschrieben, ermittelt, und es wurde klargestellt, dass die JEM-Phase als Hauptkomponente mindestens 50 % betrug. Der Anteil der JEM-Phase zur Gesamtzusammensetzung einschließlich der Glasphase ist nicht angegeben.

Als Nächstes wurden an einem Leuchtstoffpulver aus den blauen Leuchtstoffen (a) bis (d) Messungen zum Gesamtlichtfluss innerhalb des Emissionsspektrums und zur optischen Absorption unter Verwendung einer Integrationskugel ausgeführt (siehe: Kazuaki Ohkubo et a., "Absolute Fluorescent Quantum Efficiency of NBS Phosphor Standard Samples", Journal of the Illuminating Engineering Institute of Japan, Vol. 83, No. 2, 1999, S. 87-93). Die optische Absorption wird dadurch berechnet, dass als Erstes das Reflexionsvermögen des in eine Zelle von 2 mm Dicke gepressten Leuchtstoffpulvers unter Verwendung der Integrationskugel ermittelt wird und dann die ermittelte Reflexion von 1 abgezogen wird.

Die blauen Leuchtstoffe (a) bis (d) wiesen eine Peakemissionswellenlänge von 490 nm auf. Die 3 zeigt die Wellenlängenabhängigkeit der optischen Absorption der blauen Leuchtstoffe (a) bis (d) mit JEM-Phase. Die optische Absorption nimmt bei jeder Probe bei einer Wellenlänge um 400 nm herum und darüber beträchtlich ab. Es wird davon ausgegangen, dass die optische Absorption bei einer Wellenlänge unter 400 nm von einer Absorption durch das im Leuchtstoff der JEM-Phase aktivierte Seltenerdelement herrührt, bei den blauen Leuchtstoffen (a) bis (d), also von der Absorption durch Ce³⁺ herrührt. Jeder der blauen Leuchtstoffe (a) bis (d) zeigt bei einer Wellenlänge von 400 nm eine hohe optische Absorption von 80 % oder mehr. Andererseits differiert die optische Absorption bei einer Wellenlänge über 500 nm beträchtlich zwischen den blauen Leuchtstoffen (a) bis (d).

Wie oben beschrieben, beträgt die Peakemissionswellenlänge der blauen Leuchtstoffe (a) bis (d) 490 nm, und daher liegt eine Wellenlänge über der Peakemissionswellenlänge, die in der Beziehung der Komplementärfarbe zur Wellenlänge steht, im Bereich von 580 bis 600 nm.

Aus dem in der Tabelle 2 angegebenen Ergebnis ist es ersichtlich, dass unter den blauen Leuchtstoffen (a) bis (d) die Leuchtstoffe (a) bis (c) eine optische Absorption von 30 % oder darunter bei 590 nm, d. h. innerhalb des Wellenlängenbereichs der Komplementärfarbe aufweisen, während der blaue Leuchtstoff (d) bei 590 nm eine optische Absorption von über 30 % zeigt.

Die 4 zeigt die Beziehung zwischen der optischen Absorption bei einer Wellenlänge von 450 nm für die oben angegebenen blauen Leuchtstoffe (a) bis (d) mit JEM-Phase und der Leuchteffizienz (= Quantenwirkungsgrad x Absorption des Anregungslichts) der Leuchtstoffe. Wie es erkennbar ist, kann eine höhere Leuchteffizienz erzielt werden, wenn ein Leuchtstoff mit JEM-Phase bei einer Wellenlänge von 590 nm eine niedrigere optische Absorption zeigt. Um einen Leuchtstoff mit höherer Leuchteffizienz als anderen Leuchtstoffen zu erzeugen, sollte die Leuchteffizienz mindestens 0,3 und vorzugsweise mindestens 0,4 betragen. Demgemäß beträgt die optische Absorption bei der Wellenlänge von 590 nm (gelb) vorzugsweise höchstens 30 %, bevorzugter höchstens 20 und am bevorzugtesten höchstens 15 %. Der Grund hierfür ist der folgende. Wenn der Gehalt der JEM-Phase als Kristallphase abnimmt, nimmt die Leuchteffizienz ab, da die Leuchteffizienz dieser Phase besonders hoch ist, und außerdem nimmt die Glasphase mit hoher optischer Absorption als nicht kristalline Phase als Nebenprodukt zu, wenn ein Leuchtstoffkristall mit JEM-Phase durch Sintern hergestellt wird.

Ferner tritt, wenn die optische Absorption im sichtbaren Bereich zunimmt, zusätzlich zum oben beschriebenen Effekt einer Verringerung der Leuchteffizienz, ein Effekt dahingehend auf, dass das Licht, das von einem in Kombination mit dem blauen Leuchtstoff verwendbaren Leuchtstoff emittiert wird, absorbiert wird, also Fluoreszenzlicht einer langen Wellenlänge wie Grün, Gelb oder Rot. Die Absorption von Licht anderer Wellenlängen senkt so die Gesamtleuchteffizienz eines Licht emittierenden Bauteils, das mehrere Leuchtstoffe verwendet. Daher zeigt, wie es aus der 5 erkennbar ist, die die Leuchtstärke des Licht emittierenden Bauteils für den Fall zeigt, dass der Treiberstrom, der das Licht emittierende Halbleiterelement im genannten Bauteil betreibt, 40 mA beträgt, und auch die optische Absorption des Leuchtstoffs zeigt, die Leuchtstärke des Licht emittierenden Bauteils eine höhere Abhängigkeit von der optischen Absorption zeigt (wie dies unter Bezugnahme auf ein Beispiel 1 näher beschrieben wird).

Ferner variiert die optische Absorption stark, wenn der Anteil der Glasphase im Leuchtstoff aufgrund der Herstellung stark variiert. Im Ergebnis variiert das Emissionsgleichgewicht zwischen dem Leuchtstoff mit der JEM-Phase und einem anderen Leuchtstoff. Demgemäß wird eine Farbtonkontrolle des Licht emittierenden Bauteils sehr schwierig. Eine derartige Farbtonvariation kann jedoch dadurch unterdrückt werden, dass die optische Absorption auf dem genannten Wert oder darunter gehalten wird.

Die Erfinder gehen davon aus, dass ein Leuchtstoff mit JEM-Phase nicht allzu viel Licht im sichtbaren Bereich absorbiert, wobei ein Leuchtstoff mit JEM-Phase mit niedrigem Anteil der Glasphase dadurch erhalten werden kann, dass hauptsächlich eine Beseitigung von Stickstoff aus der JEM-Phase während des Sinterns des Leuchtstoffs unterdrückt wird. Daher wird, als eine der Bedingungen zum Sintern eines Leuchtstoffs mit JEM-Phase, der Stickstoffdruck vorzugsweise auf mindestens 0,5 MPa und bevorzugter auf 1,0 MPa oder höher eingestellt. Um die Kristalleigenschaften der JEM-Phase auf einfache Weise zu verbessern, ist ein Sintern bei hoher Temperatur für lange Zeit erwünscht. Die Erfinder haben jedoch herausgefunden, dass der Anteil der Glasphase zunimmt, wenn die Temperatur zu hoch ist oder die Zeit auf hoher Temperatur zu lang ist. Gemäß dem Vorstehenden beträgt die Sintertemperatur wünschenswerterweise mindestens 1600°C und höchstens 1900°C sowie stärker erwünscht mindestens 1700°C und höchs tens 1800°C. Ferner beträgt die Sinterzeit wünschenswerterweise höchstens 50 Stunden und stärker erwünscht höchstens 30 Stunden. Ob der durch Sintern erhaltene Oxinitrid-Leuchtstoff die JEM-Phase oder die Glasphase zeigt, wird durch das Seltenerdelement als Aktivator nicht stark beeinflusst (das Seltenerdelement liegt mit geringer Menge vor und befindet sich immer am selben Gitterplatz), und daher sind die Herstellbedingungen allgemein für Leuchtstoff mit JEM-Phase mit verschiedenen Aktivierungsmengen an Seltenerdelementen, wie La oder Ce, anwendbar.

Es sei darauf hingewiesen, dass in der Zusammensetzungsformel La_1-xCe_xAl(Si_6-zAl_z)N_10-zO_z für den Leuchtstoff mit JEM-Phase bei idealem Vorliegen der JEM-Phase y1 = 6 und y2 = 10 gelten. Tatsächlich kann jedoch eine Glasphase oder eine andere Kristallphase eingemischt sein, und daher zeigt das Ergebnis der Zusammensetzungsanalyse eine gewisse Abweichung gegenüber den erwarteten Werten. Beispielsweise hat y1 einen Wert von ungefähr 5,9 bis 6,1, und y2 hat einen Wert von ungefähr 10,0 bis ungefähr 10,7.

Zweiter Leuchtstoff

Bei einem Licht emittierenden Bauteil gemäß der Erfindung kann als zweiter Leuchtstoff, der in Kombination mit dem ersten Leuchtstoff zu verwenden ist, ein gelber, ein roter oder ein grüner Leuchtstoff oder dergleichen verwendet werden. Der zweite Leuchtstoff kann einen Typ oder mehrere verschiedene Typen von Leuchtstoffen beinhalten, oder ein Haupttyp eines Leuchtstoffs wird so konzipiert, dass der erste Leuchtstoff bei der Peakemissionswellenlänge der vom einen Haupttyp emittierten Fluoreszenzstrahlung eine optische Absorption von höchstens 30 % zeigt.

Vorzugsweise beträgt die Peakemissionswellenlänge des einen Haupttyps des zweiten Leuchtstoffs mindestens 565 nm und höchs tens 605 nm. Dann emittiert der zweite Leuchtstoff gelbe Fluoreszenzstrahlung, und wenn er in Kombination mit dem blaue bis blaugrüne Fluoreszenzstrahlung emittierenden ersten Leuchtstoff verwendet wird, kann weiße Emission erzielt werden.

Vorzugsweise beträgt die Halbwertsbreite des Emissionsspektrums des einen Haupttyps des zweiten Leuchtstoffs mindestens 80 nm. Wegen dieser großen Halbwertsbreite können gute Farbwiedergabeeigenschaften erzielt werden.

Vorzugsweise ist der zweite Leuchtstoff ein Oxinitrid-Leuchtstoff. Unter Verwendung eines solchen Leuchtstoffs können die gewünschte Peakemissionswellenlänge und eine große Halbwertsbreite des Emissionsspektrums erzielt werden.

Als zweiter Leuchtstoff wird bei der Erfindung vorzugsweise ein mit Eu aktivierter Leuchtstoff aus α-SiAlON verwendet. Ein solcher ist als gelber Leuchtstoff mit hoher Emissionsintensität und großer Halbwertsbreite des Emissionsspektrums besonders geeignet. Dies gilt insbesondere dann, wenn dieser Leuchtstoff auch noch Li enthält. So wird vorzugsweise mit Eu aktiviertes α-SiAlON entsprechend der Zusammensetzungsformel Li_0,87mSi_12-m-n-Al_m+nO_nN_16-n (1,5 kg ≤ m ≤ 2,5, n = 0,5 m) verwendet.

Statt dem genannten α-SiAlON kann auch β-SiAlON verwendet werden, wodurch dann grüne Fluoreszenzstrahlung erzielt wird, mit denselben Vorteilen wie eben für α-SiAlON beschrieben.

Auch kann der zweite Leuchtstoff bei der Erfindung ein Nitrid-Leuchtstoff sein. Dann wird rote Fluoreszenzstrahlung erzielt, mit denselben Vorteilen, wie sie vorstehend für α-SiAlON beschrieben sind. Ein mit Eu aktivierter Leuchtstoff aus CaAlSiN₃ zeigt besonders hohe Emissionsintensität und eine besonders große Halbwertsbreite des Emissionsspektrums.

Nachfolgend werden spezielle Beispiele für gelbe, rote und grüne Leuchtstoffe als zweitem Leuchtstoff beschrieben.

Gelber Leuchtstoff

Für einen gelben Leuchtstoff wird vorzugsweise α-SiAlON mit der Zusammensetzungsformel Ca_0,93Eu_0,07Si₉Al₃ON₁₅, α-SiAlON mit der Zusammensetzungsformel (Ca_0,93Eu_0,07)_0,25Si_11,25Al_0,75ON_15,75 oder mit Eu aktiviertes α-SiAlON mit der Zusammensetzungsformel Li_0,87mSi_12-m-n-Al_m+nO_nN_16-n (m = 2,0, n = 0,5 m), also ein Oxinitrid-Leuchtstoff, und zwar insbesondere ein solcher, der Silicium, Aluminium, Sauerstoff, Stickstoff oder ein Lanthanoid des Seltenerdelements als Emissionszentrum enthält.

Der durch die Zusammensetzungsformel Ca_0,93Eu_0,07Si₉Al₃ON₁₅ repräsentierte α-SiAlON-Leuchtstoff zeigt eine Peakemissionswellenlänge von 590 nm und eine Halbwertsbreite des Emissionsspektrums vom großen Wert von 90 nm oder noch mehr. Der durch die Zusammensetzungsformel (Ca_0,93Eu_0,07)_0,25Si_11,25Al_0,75ON_15,75 repräsentierte α-SiAlON-Leuchtstoff zeigt eine Peakemissionswellenlänge von 580 nm und eine Halbwertsbreite des Emissionsspektrums von ungefähr 90 nm. Der durch die Zusammensetzungsformel Li_0,87mSi_12-m-n-Al_m+nO_nN_16-n (m = 2,0, n = 0,5 m) repräsentierte, mit Eu aktivierte α-SiAlON-Leuchtstoff zeigt eine kurze Peakemissionswellenlänge von 573 bis 577 nm und eine Halbwertsbreite des Emissionsspektrums vom großen Wert von 90 nm oder mehr.

Wie es in der 20 dargestellt ist, verfügt der durch die Zusammensetzungsformel Li_0,87mSi_12-m-n-Al_m+nO_nN_16-n repräsentierte, mit Eu aktivierte, gelbe Leuchtstoff eine hohe Leuchteffizienz, wenn 1,5 ≤ m ≤ 2,5 gilt, so dass ein Leuchtstoff verwendbar ist, der durch die Zusammensetzungsformel Li_0,87mSi_12-m-n-Al_m+nO_nN_16-n (m = 2,5, n = 0,5 m) repräsentiert ist. Um einen größeren Bereich gelber Wellenlänge zu überdecken, kann ein Gemisch oder ein Mischkris tall von diesem Leuchtstoff und einem solchen mit einer durch die Zusammensetzungsformel Ca_0,93Eu_0,07Si₉Al₃ON₁₅ oder einer ähnlichen Zusammensetzung verwendet werden.

Die Anregungsspektren der oben angegebenen Leuchtstoffe zeigen alle im Anregungslichtbereich von Ultraviolett bis Violett einen hohen Peak.

Ein durch die Zusammensetzungsformel Ca_0,93Eu_0,07Si₉Al₃ON₁₅ oder die Zusammensetzungsformel (Ca_0,93Eu_0,07)_0,25Si_11,25Al_0,75ON_15,75 repräsentierter α-SiAlON-Leuchtstoff wird auf die folgende Weise hergestellt. Pulver von Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid, Calciumcarbonat und Europiumoxid werden gemischt, in einen Bornitridtiegel gegeben, und nach einer Reaktion in Stickstoff von 1 MPa bei 1800°C für 10 Stunden wird der sich ergebende Körper gemahlen. Dieser mit Eu aktivierte α-SiAlON-Leuchtstoff emittiert gelbes Licht.

Bei der Erfindung kann als zweiter Leuchtstoff ein roter Leuchtstoff alleine oder in Kombination mit dem oben beschriebenen gelben Leuchtstoff verwendet werden. Als roter Leuchtstoff wird vorzugsweise ein solcher mit einer Peakemissionswellenlänge von ungefähr 610 bis ungefähr 670 nm verwendet, und in Kombination mit dem ersten Leuchtstoff, der Fluoreszenzstrahlung von Blau bis Blaugrün emittiert, kann weiße Emission erzielt werden.

Roter Leuchtstoff

Als roter Leuchtstoff kann CaAlSiN₃:Elu³⁺ (Aktivierungsmenge von 0,8 % Eu), wie in "Red phosphors for warm white light-emitting diodes", Proceedings of 305th Conference of Phosphor Research Society, 2004, S. 37-47, als ein Nitridleuchtstoff, verwendet werden, insbesondere ein solcher, der Silicium, Aluminium, Stickstoff oder ein Lanthanoid-Seltenerdelement als Emissions zentrum enthält. Der Leuchtstoff wird auf die folgende Weise hergestellt. Pulver von Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid, Calciumcarbonat und Europiumoxid werden in einem gegen Luft und Feuchtigkeit abgedichteten Handschuhkasten gemischt und dann in einen Bornitridtiegel gegeben. Nach einer Reaktion in Stickstoff von 1 MPa bei 1800°C wird der sich ergebende Körper gemahlen. Der so erhaltene, mit Eu aktivierte CaAlSiN₃-Leuchtstoff emittiert rotes Licht. Er zeigt eine Peakemissionswellenlänge von ungefähr 650 nm und eine Halbwertsbreite des Emissionsspektrums vom großen Wert von ungefähr 90 nm oder mehr.

Grüner Leuchtstoff

Bei einem Licht emittierenden Bauteil gemäß der Erfindung wird als zweiter Leuchtstoff vorzugsweise auch ein grüner Leuchtstoff verwendet. Dieser grüne Leuchtstoff sollte vorzugsweise in Kombination mit dem genannten gelben und/oder roten Leuchtstoff verwendet werden. Durch diese Kombination kann Licht emittiert werden, das näher an natürlichem Licht liegt. Die bevorzugte Peakemissionswellenlänge des grünen Leuchtstoffs beträgt mindestens 510 nm und höchstens 665 nm, bevorzugter mindestens 520 nm und höchstens 550 nm.

Als grüner Leuchtstoff kann ein mit Eu aktivierter β-SiAlON-Leuchtstoff, wie in "Characterization and properties of greenemitting β-SiAlON:Eu²⁺ powder phosphors for white light-emitting diodes", Applied Physics Letters 86, 211905 (2005), als ein Oxinitrid-Leuchtstoff verwendet werden, insbesondere ein solcher, der Silicium, Aluminium, Sauerstoff, Stickstoff oder ein Lanthanoid-Seltenerdelement als Emissionszentrum enthält. Dieser wird auf die folgende Weise hergestellt. Pulver von Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid und Europiumoxid werden gemischt und in einen Bornitridtiegel gegeben. Nach einer Reaktion in Stickstoff von 1 MPa bei 1900°C wird der sich ergebende Körper gemahlen. Der so erhaltene, mit Eu aktivierte β-SiAlON-Leuchtstoff emittiert grünes Licht mit hoher Intensität mit einer Peakemissionswellenlänge von ungefähr 540 nm, wenn er mit ultraviolettem bis violettem Anregungslicht angeregt wird. Die Halbwertsbreite des Emissionsspektrums des Leuchtstoffs beträgt ungefähr 55 nm.

Licht emittierendes Bauteil

Nun wird ein Licht emittierendes Bauteil gemäß einer Erscheinungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die in der 6 dargestellte Schnittansicht eines Licht emittierenden Bauteils 60 gemäß einem Beispiel 1 beschrieben.

Das Licht emittierende Bauteil 60 verfügt über einen Träger 65, auf dessen Oberfläche hergestellte Elektroden 66 und 67, ein Licht emittierendes Halbleiterelement 64, das elektrisch mit diesen verbunden ist, ein Siliconharz 69, das das Element 64 vergießt, einen blauen Leuchtstoff 11 und einen gelben Leuchtstoff 20, die im Siliconharz 69 dispergiert sind, sowie einen Rahmen 68, der den Gießumfang des Siliconharzes 69 begrenzt, wobei seine mit diesem in Kontakt stehende Fläche spiegelglatt bearbeitet ist, um Licht effizient entnehmen zu können. Die Elektroden 66 und 67 sind dreidimensional von der Oberseite, des Trägers 65 zur Unterseite als Montagefläche gezogen. Bei diesem Licht emittierenden Bauteil 60 ist der blaue Leuchtstoff 11 als erster Leuchtstoff vorhanden, und der gelbe Leuchtstoff 20 ist als zweiter Leuchtstoff im Sinn der Erfindung vorhanden.

Die Peakemissionswellenlänge des als erster Leuchtstoff verwendeten Leuchtstoffs mit JEM-Phase und die Peakemissionswellenlänge des als zweiter Leuchtstoff gemäß der Erfindung verwendeten, mit Eu aktivierten α-SiAlON-Leuchtstoffs können in weiten Bereichen, unter Beibehaltung einer hohen Leuchteffizienz, dadurch eingestellt werden, dass der Zusammensetzungsanteil von Materia lien variiert wird. Unter Verwendung dieser Eigenschaft ist es möglich, Licht emittierende Bauteile mit verschiedenen weißen Farbtönen frei zu konzipieren, einschließlich Tageslichtton mit hoher Farbtemperatur bis zu Glühlampenfarbe mit niedriger Farbtemperatur, insbesondere Licht emittierende Bauteile, die weißes Licht mit einer Farbartkoordinate x von mindestens 0,22 und höchstens 0,44 sowie einer Farbartkoordinate y von mindestens 0,22 und höchstens 0,44 emittieren, oder die mit der Farbe einer Glühlampe mit einer Farbartkoordinate x von mindestens 0,36 und höchstens 0,5 und einer Farbartkoordinate y von mindestens 0,33 und höchstens 0,46 emittieren, was nicht nur durch Einstellen des Mischungsverhältnisses sondern auch des Zusammensetzungsverhältnisses der Leuchtstoffe erfolgt.

Wenn als blauer Leuchtstoff 11 der in der Tabelle 2 angegebene blaue Leuchtstoff (2), der ein Leuchtstoff mit JEM-Phase ist, verwendet wird, beträgt die Peakemissionswellenlänge ungefähr 490 nm, und die Halbwertsbreite des Emissionsspektrums hat den großen Wert von ungefähr 120 nm. Daher ist dieser Leuchtstoff von großem Nutzen, um ein Licht emittierendes Bauteil mit hervorragenden Farbwiedergabeeigenschaften herzustellen. Herkömmlicherweise war es zum Herstellen eines Licht emittierenden Bauteils unter Verwendung von ultraviolettem oder violettem Anregungslicht übliche Vorgehensweise, drei Leuchtstoffe, nämlich für Blau, Grün und für Rot, zu kombinieren, wie es beispielsweise in JP-A-2002-171000 beschreiben ist. Der Grund dafür besteht darin, dass der herkömmliche blaue Leuchtstoff zwar eine relativ hohe Leuchteffizienz zeigt, jedoch seine Peakemissionswellenlänge den relativ kurzen Wert von ungefähr 450 nm zeigt und die Halbwertsbreite des Emissionsspektrums klein ist.

Wenn der oben genannte blaue Leuchtstoff (a) mit JEM-Phase als blauer Leuchtstoff 11 verwendet wird, beträgt die Peakemissionswellenlänge ungefähr 490 nm, und die Halbwertsbreite des Emissionsspektrums zeigt den großen Wert von ungefähr 120 nm, weswegen alleine mit diesem Leuchtstoff ein großer Bereich sichtbarer Wellenlängen überdeckt werden kann. Ferner kann alleine durch Kombinieren des gelben Leuchtstoffs 20, der die Komplementärfarbe zu Blau zeigt, um Weiß zu erzielen, ein weißes Licht emittierendes Bauteil mit hervorragenden Farbwiedergabeeigenschaften realisiert werden. Hierbei wird wünschenswerterweise als gelber Leuchtstoff 20 ein solcher mit einer Peakemissionswellenlänge von 565 nm bis 605 nm verwendet, um weißes Licht durch Kombination mit dem blauen Leuchtstoff gemäß der Erfindung zu erzielen, der über eine große Halbwertsbreite des Emissionsspektrums vom großen Wert von 80 nm oder noch mehr verfügt, um hervorragende Farbwiedergabeeigenschaften zu erzielen. Ferner ist es erwünscht, dass der gelbe Leuchtstoff Licht mit hoher Effizienz beim selben Anregungslicht wie dem blauen Leuchtstoff, d. h. ultraviolettem oder violettem Anregungslicht, emittiert.

Abweichend vom oben beschriebenen Licht emittierenden Bauteil mit einer Kombination aus blauen und gelben Leuchtstoffen kann die Emission weißen Lichts dadurch erzielt werden, dass in beispielsweise Siliconharz Leuchtstoffe kombiniert und eingebettet werden, die Blau, Blaugrün, Gelb, Rot und Grün emittieren. Auch kann dies, gemäß der 9, die eine Schnittansicht eines Licht emittierenden Bauteils gemäß dem Beispiel 2 zeigt, das später beschrieben wird, dadurch erzielt werden, dass ein blauer Leuchtstoff 11, ein gelber Leuchtstoff 21 und ein roter Leuchtstoff 30 kombiniert werden. Hierbei bildet der blaue Leuchtstoff 11 den ersten Leuchtstoff, und der gelbe Leuchtstoff 21 und der rote Leuchtstoff 30 bilden den zweiten Leuchtstoff gemäß der Erfindung.

Bei einem Licht emittierenden Bauteil gemäß der Erfindung können ein Licht emittierendes Halbleiterelement, ein zweites Element, in dem der zweite Leuchtstoff dispergiert ist, und ein erstes Element, in dem der erste Leuchtstoff dispergiert ist, in dieser Reihenfolge angeordnet werden.

Genauer gesagt, kann, wie es in der Schnittansicht der 16 eines Licht emittierenden Bauteils 70 gemäß einem Beispiel 6 dargestellt ist, dieses Bauteil über eine Struktur verfügen, bei der Harzschichten mit darin dispergierten Leuchtstoffen Leuchtstoffschicht für Leuchtstoffschicht voneinander getrennt sind.

Das Licht emittierende Bauteil 70 verfügt über einen Träger 65, auf der Oberfläche desselben ausgebildete Elektroden 66 und 67, das oben beschriebene Licht emittierende Halbleiterelement 64, das elektrisch mit diesen verbunden ist, ein Leuchtstoffelement 71 für lange Wellenlängen (aus Siliconharz 69A und einem gelben Leuchtstoff 20 (Leuchtstoff aus α-SiAlON), der in diesem dispergiert ist), das das Halbleiterelement 64 dicht einschließt, ein blaues Leuchtstoffelement 62 (aus Siliconharz 69B und in diesem dispergiertem blauem Leuchtstoff 11 (Leuchtstoff der JEM-Phase), das so ausgebildet ist, dass es das Element 71 bedeckt, und einen Rahmen 68, der den Gießumfang der Siliconharze 69A und 69B begrenzt und in Kontakt mit diesem über eine spiegelglatt bearbeitete Oberfläche verfügt, um Licht effizient herausführen zu können. Hierbei ist das Leuchtstoffelement 71 für lange Wellenlängen als zweites Element ausgebildet, und das blaue Leuchtstoffelement 72 ist als erstes Element gemäß der Erfindung ausgebildet.

Obwohl beim Beispiel der 16 im Leuchtstoffelement 71 für lange Wellenlängen der gelbe Leuchtstoff 20 dispergiert ist, kann ein roter Leuchtstoff oder ein grüner Leuchtstoff, allgemein ein Leuchtstoff, der mit einer Farbe längerer Wellenlängen emittiert, dispergiert sein. Alternativ können in Kombination mindestens zwei von grünen, gelben und roten Leuchtstoffen dispergiert sein.

Bei der Erfindung kann das zweite Element ferner aus mehreren Elementen bestehen, und in jedem derselben kann ein zweiter Leuchtstoff von anderem Typ dispergiert sein. Genauer gesagt, müssen das blaue Leuchtstoffelement 72 und das Element 71 mit einem Leuchtstoff für lange Wellenlängen nicht als zwei Schichten vorliegen, sondern das Element 71 für lange Wellenlängen kann in mehrere Schichten unterteilt sein, in denen verschiedene Leuchtstoffmaterialien dispergiert sein können. Beispielsweise kann es in zwei Schichten unterteilt sein, und die näher am Licht emittierenden Halbleiterelement 64 liegende Schicht kann über einen in ihr dispergierten roten Leuchtstoff verfügen, während in der anderen Schicht ein gelber Leuchtstoff dispergiert sein kann. Alternativ kann es in drei Schichten unterteilt sein, wobei in der dem Licht emittierenden Halbleiterelement 64 am nächsten liegenden Schicht ein roter Leuchtstoff dispergiert ist, in der zweitnächsten Schicht ein gelber Leuchtstoff dispergiert ist und in der entferntesten Schicht ein grüner Leuchtstoff dispergiert ist.

Licht emittierendes Halbleiterelement

Gemäß dem in der 6 dargestellten Beispiel kann als für das Licht emittierende Bauteil 60 erforderliches Licht emittierendes Halbleiterelement 64 eine LED aus einem Halbleiter auf GaN-Basis (typischerweise ein Halbleiter, der zumindest Ga und N enthält, und bei dem nach Bedarf Al, In sowie ein n- oder ein p-Dotierstoff verwendet sind) mit einer Aktivierungsschicht aus einem InGaN-Material verwendet werden.

Hinsichtlich der Emissionswellenlänge des Anregungslichts vom Licht emittierenden Halbleiterelement ist eine Peakemissionswellenlänge von mindestens 350 nm erwünscht, die die Peakwellenlänge des Anregungsspektrums für einen Leuchtstoff mit JEM-Phase überdeckt. Insbesondere ist eine Peakemissionswellenlänge von mindestens 390 nm und höchstens 420 nm erwünscht, bei der es zu einem zufriedenstellenden elektrooptischen Wandlungswirkungsgrad in einem Halbleiterelement auf InGaN-Basis kommt, wie es vorzugsweise als Licht emittierendes Halbleiterelement verwendet wird. Bei den nachfolgend beschriebenen Beispielen ist eine LED mit einer Peakemissionswellenlänge von mindestens 405 nm als Licht emittierendes Halbleiterelement verwendet. Ferner kann bei der Erfindung ein Licht emittierendes Halbleiterelement mit einer p-Elektrode und einer n-Elektrode auf einer Fläche verwendet werden.

Bei den nachfolgenden Beispielen wurden die folgenden Messverfahren verwendet.
Peakemissionswellenlänge, Halbwertsbreite des Emissionsspektrums sowie Anregungsspektrum
Unter Verwendung einer Integrationskugel wurden der Gesamtlichtfluss des Emissionsspektrums sowie das optische Absorptionsspektrum von Leuchtstoffen gemessen (Literaturstelle: Kazuaki Ohkubo et al., "Absolute Fluorescent Quantum Efficiency of NBS Phosphor Standard Samples", Journal of the Illuminating Engineering Institute of Japan, Vol. 83, No. 2, 1999, S. 87-93). Zur Messung wurde ein Spektrophotometer vom Typ S4500 der Firma Hitachi verwendet. Die optische Absorption wurde dadurch berechnet, dass als Erstes das Reflexionsvermögen von zu einer Zelle von 2 mm Dicke gepresstem Leuchtstoffpulver unter Verwendung der Integrationskugel ermittelt wurde und dann das berechnete Reflexionsvermögen von 1 abgezogen wurde.
Änderung der Farbart des Leuchtstoffs
Unter Verwendung eines Spektralmessgeräts MCPD7000 (von Otsuka Electronics Co., Ltd.) wurden Farbartkoordinaten gemessen, und es wurde die Änderung der Farbart von 0°C bis 100°C ausgewertet.
Beispiel 1
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf die Schnittansicht der 6 ein Licht emittierendes Bauteil 60 des Beispiels 1 beschrieben.
Dieses Licht emittierende Bauteil 60 verfügt über einen Träger 65, auf einer Fläche desselben ausgebildete Elektroden 66 und 67, ein Licht emittierendes Halbleiterelement 64, das elektrisch mit diesen verbunden ist, ein Siliconharz 69, das dasselbe dicht einschließt, einen blauen Leuchtstoff 11 und einen gelben Leuchtstoff 20, die im Siliconharz 69 dispergiert sind, und einen Rahmen 68, der den Gießumfang des Siliconharzes 69 begrenzt und in Kontakt mit diesem über eine spiegelglatt bearbeitete Fläche verfügt, um Licht effizient herausführen zu können. Die Elektroden 66 und 67 sind dreidimensional von der Oberseite des Trägers 65 zu dessen als Montagefläche dienender Unterseite verlegt. Hierbei bildet der blaue Leuchtstoff 11 den ersten Leuchtstoff, und der gelbe Leuchtstoff 20 bildet den zweiten Leuchtstoff gemäß der Erfindung.
Als blauer Leuchtstoff 11 wurde der oben beschriebene blaue Leuchtstoff (a) verwendet, und als gelber Leuchtstoff 20 wurde ein α-SiAlON-Leuchtstoff verwendet, der durch die Zusammensetzungsformel Ca_0,93Eu_0,07Si₉Al₃ON₁₅ repräsentiert ist. Damit dieses Licht emittierende Bauteil weißes Licht emittiert, wurden die zwei Leuchtstoffe mit einem Mischungsverhältnis (Massenverhältnis) von 20:6 im Siliconharz 69 dispergiert.
Der blaue Leuchtstoff 11 als Leuchtstoff mit JEM-Phase zeigt bei einer Wellenlänge von 590 nm (gelb) die kleine optische Absorption von 0,129, weswegen die vom kombinierten gelben Leuchtstoff 20 emittierte Fluoreszenzstrahlung nicht stark absorbiert wird; außerdem zeigt der blaue Leuchtstoff 11 selbst hohe Leuchteffizienz. Im Ergebnis erzielte dieses Licht emittierende Bauteil eine Leuchtstärke von 1820 Millicandela, wenn das Licht emittierende Halbleiterelement 64 mit einem Treiberstrom von 40 mA betrieben wurde, wie es in der 5 dargestellt ist.
Die Erfinder untersuchten verschiedene Leuchtstoffe, und sie fanden heraus, dass der beim vorliegenden Beispiel verwendete, mit Eu aktivierte α-SiAlON-Leuchtstoff den erforderlichen Bedingungen gemäß der Erfindung genügt und ein geeigneter Leuchtstoff ist. Insbesondere wurde beim vorliegenden Beispiel ein gelber Leuchtstoff 20 aus einem durch die Zusammensetzungsformel Ca_0,93Eu_0,07Si₉Al₃ON₁₅ repräsentierten α-SiAlON-Leuchtstoff verwendet. Der Leuchtstoff zeigt die Eigenschaften einer Peakemissionswellenlänge von ungefähr 590 nm und einer Halbwertsbreite des Emissionsspektrums vom großen Wert von ungefähr 90 nm oder mehr. Ferner zeigt das Anregungsspektrum (Fluoreszenzintensitätsverteilung, wenn die Wellenlänge des Anregungslichts variiert wird) im Nahultraviolettbereich einen hohen Peak.
Beim vorliegenden Beispiel absorbiert der blaue Leuchtstoff nicht viel gelbes Licht, und aufgrund seiner JEM-Phase zeigt er selbst eine hervorragende Leuchteffizienz. Bei diesem Beispiel sind nur zwei Typen von Leuchtstoffen verwendet, und der Dispersionsgrad der Leuchtstoffteilchen im Harz ist klein, wodurch eine hohe Leuchtstärke erzielt werden kann.
Die 7 zeigt das Emissionsspektrum dieses Licht emittierenden Bauteils unter Verwendung der oben beschriebenen zwei eingemischten Leuchtstoffe. Das emittierte Licht zeigte weiße Tages lichtfarbe mit einer Farbartkoordinate x von 0,32 und einer Farbartkoordinate y von 0,35. Der mittlere Farbwiedergabeindex Ra als Indikator für die Emission natürlichen Lichts hatte den hohen Wert von 88.
Das Licht emittierende Bauteil des vorliegenden Beispiels zeigt auch die folgenden Vorteile. Als Licht emittierendes Halbleiterelement ist eine LED mit einer Peakemissionswellenlänge von 405 nm mit geringer Erkennbarkeit verwendet, so dass die Emission sichtbaren Lichts vom Licht emittierenden Bauteil nur von den Leuchtstoffen herrührt. Daher ergibt sich nur eine kleine Änderung des Emissionsspektrums aufgrund von Unterschieden zwischen einzelnen LEDs als Emissionsquelle und wegen schlecht angepasster Emissionsintensität zwischen der LED und den Leuchtstoffen, und im Ergebnis kann eine stabile Farbart erzielt werden. Ferner sind beim vorliegenden Beispiel Leuchtstoffe mit ähnlichen physikalischen Eigenschaften, wie ähnlicher Dichte, verwendet. Daher wird eine beinahe gleichmäßige Dispersion der Leuchtstoffe im Harz möglich. Demgemäß ist die Richtungsvariation der Lichtemission klein, und es ist auch die Variation der Farbemission zwischen verschiedenen Licht emittierenden Bauteilen klein.
Ferner bestehen sowohl der blaue Leuchtstoff 11 als auch der gelbe Leuchtstoff 20 aus Siliciumoxidnitrid, d. h., sie sind Oxinitrid-Leuchtstoffe, bei denen die Änderung der Leuchteffizienz aufgrund einer Temperaturänderung während des Betriebs klein ist. Daher hat die Änderung der Farbart in einem großen Bereich der Betriebstemperatur von 0°C bis 100°C den kleinen Wert von 1/6 bis 1/4 desjenigen eines Licht emittierenden Bauteils unter Verwendung eines Oxidleuchtstoffs gemäß dem nachfolgend beschriebenen Vergleichsbeispiel 1.
Vergleichsbeispiel 1
Als herkömmliches Licht emittierendes Bauteil ist ein solches mit einer Kombination aus einer blaues Licht emittierenden Diode und einem YAG:Ce³⁺-Leuchtstoff bekannt, der aufgrund des von der Diode emittierten Anregungslichts gelbe Fluoreszenzstrahlung emittiert (JP-A-10-163535). Die 8 zeigt ein Emissionsspektrum des Licht emittierenden Bauteils des Vergleichsbeispiels 1 mit dieser Struktur. Hierbei sind das von der Licht emittierenden Diode emittierte blaue Licht und das vom YAG:Ce³⁺-Leuchtstoff emittierte gelbe Licht zueinander komplementär, weswegen quasiweißes Licht emittiert wird. Das blaue Licht zeigt jedoch eine kleine Halbwertsbreite des Emissionsspektrums, weswegen die Emissionsintensität nahe bei einer Wellenlänge von 500 nm liegt. Im Ergebnis unterscheidet sich das Emissionsspektrum von dem von natürlichem Licht, und der mittlere Farbwiedergabeindex Ra beträgt 64, was niedriger als beim Beispiel gemäß der Erfindung ist.
Vergleichsbeispiel 2
Als Vergleichsbeispiel 2 wurde ein Licht emittierendes Bauteil hergestellt, bei dem als blauer Leuchtstoff 11 der oben beschriebene blaue Leuchtstoff (d) mit einer relativ hohen optischen Absorption bei längeren Wellenlängen verwendet wurde. Die Leuchtstärke betrug 760 Millicandela (42 % derjenigen beim Beispiel 1), wenn das Licht emittierende Halbleiterelement 64 mit einem Treiberstrom von 40 mA betrieben wurde, und das emittierte Licht zeigte eine Farbartkoordinate x von 0,35 und eine Farbartkoordinate y von 0,36. Ein möglicher Grund ist der folgende. Die optische Absorption des oben beschriebenen blauen Leuchtstoffs (d) bei gelben Wellenlängen ist höher als die des blauen Leuchtstoffs (a), weswegen die gelbe Fluoreszenzstrahlung geschwächt wird. Ferner ist auch die Leuchteffizienz des blauen Leucht stoffs (d) selbst niedriger als die des blauen Leuchtstoffs (a). Die Einflüsse dieser Eigenschaften wirken so zusammen, dass die Leuchtstärke verringert ist, und die Eigenschaften heben einander auf, so dass es zu einer Änderung der Farbart kommt. Es wurden fünf Proben von Licht emittierenden Bauteilen hergestellt, und es wurde festgestellt, dass die Variation der Farbart zwischen den Proben größer als bei solchen gemäß dem Beispiel 1 war.
Beispiel 2
Die 9 ist eine Schnittansicht eines Licht emittierenden Bauteils 60B, das mehr natürliches Licht emittiert. Komponenten, die denen ähnlich sind, wie sie in der 6 dargestellt sind, sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet, und es sind nur die Leuchtstoffe verschieden.
Im Siliconharz 69 wurden drei verschiedene Typen von Leuchtstoffen dispergiert, um Weißlichtemission zu erzielen. Genauer gesagt, wurde als blauer Leuchtstoff 11 der oben beschriebene blaue Leuchtstoff (a) verwendet, als gelber Leuchtstoff 21 wurde durch die Zusammensetzungsformel (Ca_0,93Eu_0,07)_0,25Si_11,25Al_0,75ON_15,75 repräsentiertes α-SiAlON verwendet, und als roter Leuchtstoff 30 wurde eine kleine Menge von mit Eu aktiviertem CaAlSiN₃ zugesetzt, wobei das Mischungsverhältnis (Massenverhältnis) 20:6:2 betrug. Hierbei bildet der blaue Leuchtstoff 11 den ersten Leuchtstoff, und der gelbe Leuchtstoff 21 und der rote Leuchtstoff 30 bilden den zweiten Leuchtstoff gemäß der Erfindung.
Der bei diesem Beispiel verwendete rote Leuchtstoff 30 zeigt eine sehr hohe Leuchteffizienz, weswegen die Zusatzmenge auf ungefähr 10 % der Gesamtmenge der Leuchtstoffe eingestellt ist. Infolgedessen wurde keine starke Streuung der Fluoreszenzstrahlung oder Absorption des Anregungslichts durch den roten Leuchtstoff beobachtet, so dass sich kaum eine Verringerung der Leuchtstärke des Licht emittierenden Bauteils ergab.
Der rote Leuchtstoff 30 zeigt eine Halbwertsbreite des Emissionsspektrums von ungefähr 95 nm, und er ergänzt die Emission des blauen Leuchtstoffs 11 und des gelben Leuchtstoffs 21 im Bereich sichtbaren roten Lichts, so dass insgesamt ein flaches Emissionsspektrum erzielt werden kann. Die 10 zeigt das Emissionsspektrum des Licht emittierenden Bauteils, bei dem die Mischung der obigen drei Leuchtstoffe vorliegt. Das emittierte Licht ist weiß, mit einer Farbartkoordinate x von 0,37 und einer Farbartkoordinate y von 0,39, und die Leuchtstärke beträgt 1520 Millicandela (wenn das Licht emittierende Halbleiterelement 64 mit einem Treiberstrom von 40 mA betrieben wird). Wie es aus dem Emissionsspektrum erkennbar ist, ergibt sich über den gesamten Wellenlängenbereich sichtbaren Lichts gleichmäßige Lichtemission, und der Farbwiedergabeindex Ra als Indikator für die Emission natürlichen Lichts zeigt den hohen Wert von 96. Um eine derartig hohe Farbwiedergabeeigenschaft zu erzielen, ist es wünschenswert, dass der rote Leuchtstoff 30 eine Halbwertsbreite des Emissionsspektrums von 80 nm oder mehr aufweist. Wie oben angegeben, zeigt der rote Leuchtstoff 30 dieses Beispiels eine Halbwertsbreite des Emissionsspektrums von 95 nm.
Vergleichsbeispiel 3
Als Vergleichsbeispiel zum Stand der Technik unter Verwendung von drei verschiedenen Typen von Leuchtstoffen wurde ein Licht emittierendes Bauteil hergestellt, bei dem der blaue Leuchtstoff 11, der gelbe Leuchtstoff 21 und der rote Leuchtstoff 30 des Beispiels 2 durch einen blauen Leuchtstoff BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺, einen grünen Leuchtstoff SrAl₂O₄:Eu²⁺ und einen roten Leuchtstoff 0,5MgF₂·3, 5MgO·GeO₂:Mn⁴⁺ ersetzt wurden. Das erhaltene Emissionsspektrum ist in der 11 dargestellt, und es ergibt sich, dass weißes Licht mit einer Farbartkoordinate x von 0,35 und einer Farbartkoordinate y von 0,37 erhalten wurde. Außerdem ist es erkennbar, dass der mittlere Farbwiedergabeindex Ra den niedrigen Wert von 60 zeigt. Die Leuchtstärke des Licht emittierenden Bauteils des Vergleichsbeispiels 3 betrug 1120 Millicandela (wenn das Licht emittierende Halbleiterelement 64 mit einem Treiberstrom von 40 mA betrieben wurde).
Beispiel 3
Als Nächstes wurde, unter Verwendung dreier verschiedener Typen von Leuchtstoffen, ein Licht emittierendes Bauteil gemäß einem Beispiel 3 zum Erzielen einer Emission von wärmerem natürlichem Licht hergestellt. Gemäß der 9 ist bei diesem Licht emittierenden Bauteil der blaue Leuchtstoff 11 durch einen blaugrünen Leuchtstoff ersetzt, als gelber Leuchtstoff 21 ist ein durch die Zusammensetzungsformel (Ca_0,93Eu_0,07)_0,25Si_11,25Al_0,75ON_15,75 repräsentierter α-SiAlON verwendet, und als roter Leuchtstoff 30 ist ein mit Eu aktivierter CaAlSiN₃-Leuchtstoff verwendet. D. h., dass einfach die Leuchtstoffe und die Mischungsverhältnisse (Massenverhältnisse) geändert sind.
Beim vorliegenden Beispiel ist als erster Leuchtstoff ein blaugrüner Leuchtstoff verwendet, der kein La enthält, sondern bei dem der Ce-Zusammensetzungsanteil x den Wert 1 hat. Die Peakemissionswellenlänge beträgt ungefähr 505 nm, und die Halbwertsbreite des Emissionsspektrums zeigt den großen Wert von ungefähr 120 nm, was von anderen Leuchtstoffen, die blaues bis blaugrünes Licht emittieren, nur selten erzielt wird. Daher ist dieser Leuchtstoff mit JEM-Phase sehr nützlich, um ein Licht emittierendes Bauteil mit hervorragenden Farbwiedergabeeigenschaften herzustellen. Ferner beträgt die optische Absorption des blaugrünen Leuchtstoffs bei einer Wellenlänge von 580 nm 21 % sowie 18 % bei einer Wellenlänge von 650 nm, wobei diese Wellenlängen in der Beziehung der Komplementärfarbe zur Wellenlänge von 505 nm stehen, die die erste Wellenlänge gemäß der Erfindung bildet.
Ferner zeigt der durch die Zusammensetzungsformel (Ca_0,93Eu_0,07)_0,025-Si_11,25Al_0,75ON_15,75 repräsentierte α-SiAlON-Leuchtstoff als gelber Leuchtstoff eine Peakemissionswellenlänge von 580 nm und eine Halbwertsbreite des Emissionsspektrums von ungefähr 90 nm.
Ferner wurde als roter Leuchtstoff 30, um ein Emissionsspektrum näher an natürlichem Licht zu erzielen, der mit Eu aktivierte CaAlSiN₃-Leuchtstoff zugesetzt. Um Lichtemission mit wärmerer Farbe zu erzielen, wurde das Mischungsverhältnis (Massenverhältnis) des blaugrünen Leuchtstoffs, der den blauen Leuchtstoff des Beispiels 2 ersetzte, um ungefähr 50 % verringert, und das Mischungsverhältnis (Massenverhältnis) des roten Leuchtstoffs wurde um ungefähr 25 % erhöht. Genauer gesagt, wurde das Mischungsverhältnis (Massenverhältnis) zwischen Blaugrün:Gelb:Rot zu 10:6:2,5 eingestellt.
Die 12 zeigt das Emissionsspektrum eines Licht emittierenden Bauteils unter Verwendung des Gemischs der oben beschriebenen drei Typen von Leuchtstoffen. Das emittierte Licht hatte sogenannte Glühlampenfarbe mit einer Farbartkoordinate x von 0,43 und einer Farbartkoordinate y von 0,41. Wie es aus dem Emissionsspektrum erkennbar ist, wurde Licht sehr nahe an dem einer Standardlichtquelle A erhalten, und der mittlere Farbwiedergabeindex Ra als Indikator für die Emission natürlichen Lichts hatte den hohen Wert von 94.
Ferner konnte, da der bei diesem Beispiel verwendete rote Leuchtstoff eine sehr hohe Leuchteffizienz zeigte, durch geringes Erhöhen der Zusatzmenge die Emissionsintensität im roten Bereich verbessert werden. Ferner nahm, wenn das Mischungsverhältnis (Massenverhältnis) des blauen Leuchtstoffs mit relativ ge ringer Erkennbarkeit und relativ niedriger Leuchteffizienz verringert wurde, die Leuchtstärke des Licht emittierenden Bauteils gegenüber der beim Beispiel 3 nicht ab, wobei jedoch das Licht das Emissionsspektrum einer Glühlampenfarbe mit niedrigerer Gesamtleuchtstärke zeigte.
Beispiel 4
Als Nächstes wurde ein Licht emittierendes Bauteil gemäß einem Beispiel 4 hergestellt, das mehr Emission natürlichen Lichts zeigte.
Die 13 ist eine Schnittansicht eines Licht emittierenden Bauteils 60C. Hierbei sind Komponenten, die denen in der 6 ähnlich sind, mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Bei diesem Beispiel sind vier verschiedene Leuchtstoffe im Licht emittierenden Bauteil dispergiert, um Weißlichtemission zu erzielen. Genauer gesagt, ist als blauer Leuchtstoff 11 der oben beschriebene blaue Leuchtstoff (a) verwendet, als gelber Leuchtstoff 20 ist ein durch die Zusammensetzungsformel Ca_0,93Eu_0,07-Si₉Al₃ON₁₅ repräsentierter α-SiAlON-Leuchtstoff verwendet, als roter Leuchtstoff 30 ist ein mit Eu-aktivierter CaAlSiN₃-Leuchtstoff zugesetzt, und als grüner Leuchtstoff 40 ist eine kleine Menge eines mit Eu aktivierten β-SiAlON-Leuchtstoffs zugemischt. Das Mischungsverhältnis (Massenverhältnis) beträgt 20:6:2:2. Hierbei bildet der blaue Leuchtstoff 11 den ersten Leuchtstoff, und der gelbe Leuchtstoff 20, der rote Leuchtstoff 30 und der grüne Leuchtstoff 40 bilden den zweiten Leuchtstoff gemäß der Erfindung.
Der grüne Leuchtstoff 40 emittierte Licht hoher Intensität mit einer Wellenlänge von ungefähr 540 nm, wenn das Anregungslicht ultraviolett bis violett war. Die Halbwertsbreite des Emissionsspektrums des Leuchtstoffs betrug ungefähr 55 nm. Der grüne Leuchtstoff 40 ist vorhanden, um die spektrale Lücke zwischen dem blauen Leuchtstoff 11 und dem gelben Leuchtstoff 20 auszufüllen, und daher reicht eine Halbwertsbreite des Emissionsspektrums von mindestens 45 nm aus. Wenn bei diesem Beispiel die Halbwertsbreite des Emissionsspektrums des grünen Leuchtstoffs 40 zu groß wäre, ginge die Flachheit des Emissionsspektrums verloren, da in diesem Wellenlängenbereich hohe Erkennbarkeit besteht, wodurch sich eine unnatürliche Lichtemission ergäbe. Die Peakemissionswellenlänge des grünen Leuchtstoffs 40 beträgt wünschenswerterweise mindestens 510 nm und höchstens 565 nm, stärker erwünscht mindestens 520 nm und höchstens 550 nm.
Die 14 zeigt das Emissionsspektrum des Licht emittierenden Bauteils mit den oben beschriebenen vier verschiedenen Leuchtstofftypen. Die Lücke der Lichtemission im grünen Bereich, die sich daraus ergab, dass durch die Verwendung des blauen Leuchtstoffs das Emissionsspektrum leicht zur Seite kürzerer Wellenlängen verschoben war, konnte durch den grünen Leuchtstoff überdeckt werden.
Das von diesem Licht emittierenden Bauteil emittierte Licht war weiß, mit einer Farbartkoordinate x von 0,35 und einer Farbartkoordinate y von 0,37. Wie es aus dem Emissionsspektrum erkennbar ist, ergab sich über den gesamten Wellenlängenbereich sichtbaren Lichts eine gleichmäßige Lichtemission, und der mittlere Farbwiedergabeindex Ra als Indikator für die Emission natürlichen Lichts hatte den hohen Wert von 98.
Ferner zeigt der beim vorliegenden Beispiel verwendete grüne Leuchtstoff eine sehr hohe Leuchteffizienz, und seine Peakemissionswellenlänge liegt im Wellenlängenbereich hoher Erkennbarkeit, weswegen seine Zusatzmenge auf ungefähr 10 % der Gesamtmenge der Leuchtstoffe eingestellt ist. Daher war im Vergleich zu den Beispielen 1 und 2 kaum eine Verringerung der Leuchtstär ke des Licht emittierenden Bauteils, möglicherweise hervorgerufen durch eine erhöhte Leuchtstoffmenge, erkennbar.
Beispiel 5
Als Nächstes wurde ein Licht emittierendes Bauteil eines Beispiels 5 zum Erzielen einer wärmeren und natürlicheren Lichtemission hergestellt. Der Querschnitt dieses Bauteils ist derselbe wie der des in der 13 dargestellten Beispiels 4, wobei nur die Leuchtstoffe ausgetauscht sind.
Im Siliconharz 69 werden vier verschiedene Leuchtstofftypen dispergiert, um Lichtemission mit Glühlampenfarbe zu erzielen. Genauer gesagt, wird anstelle des blauen Leuchtstoffs 11 ein blaugrüner Leuchtstoff verwendet, als gelber Leuchtstoff 20 wird ein durch die Zusammensetzungsformel (Ca_0,93Eu_0,07)_0,25Si_11,25Al_0,75-ON_15,75 repräsentierter α-SiAlON-Leuchtstoff verwendet, als roter Leuchtstoff 30 wird ein mit Eu aktivierter CaAlSiN₃-Leuchtstoff verwendet, und als grüner Leuchtstoff 40 wird mit Eu aktiviertes β-SiAlON verwendet.
Um eine Lichtemission wärmerer Farbe zu erzielen, wurde das Mischungsverhältnis (Massenverhältnis) des blauen (blaugrünen) Leuchtstoffs gegenüber dem Beispiel 4 auf ungefähr 50 % verringert, und das Mischungsverhältnis (Massenverhältnis) des gelben/roten Leuchtstoffs wurde um ungefähr 10 % erhöht. Genauer gesagt, wurde das Mischungsverhältnis (Massenverhältnis)zwischen Blaugrün:Gelb:Rot:Grün auf 10:6,6:2,2:1,6 eingestellt.
Die 15 zeigt das Emissionsspektrum des Licht emittierenden Bauteils, bei dem die oben beschriebenen vier Leuchtstoffe eingemischt sind. Das von diesem Bauteil emittierte Licht hatte Glühlampenfarbe mit einer Farbartkoordinate x von 0,45 und einer Farbartkoordinate y von 0,42. Wie es aus dem Emissionsspektrum erkennbar ist, wurde mit Ausnahme der Wellenlänge des Anregungslichts geringer Erkennbarkeit ein Emissionsspektrum sehr nahe an dem einer Standardlichtquelle A erzielt, und der mittlere Farbwiedergabeindex Ra als Indikator für die Emission natürlichen Lichts hatte den hohen Wert von 97.
Ferner zeigte der beim vorliegenden Beispiel verwendete rote/gelbe Leuchtstoff eine sehr hohe Leuchteffizienz, und daher konnte durch geringes Erhöhen der Zusatzmenge die Emissionsstärke im roten/gelben Bereich verbessert werden. Ferner wurde, wenn das Mischungsverhältnis (Massenverhältnis) von Blau verringert wurde, um Licht entsprechend einer Glühlampenfarbe zu erzielen, im Vergleich zum Beispiel 4 kaum eine Verringerung der Leuchtstärke des Licht emittierenden Bauteils erkannt, obwohl das Licht Glühlampenfarbe hatte, bei dem der Anteil von Licht geringerer Erkennbarkeit größer als weiß ist.
Beispiel 6
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf die Schnittansicht der 16 ein Licht emittierendes Bauteil 70 beschrieben, bei dem das Harzelement zum Dispergieren von Leuchtstoffen auf die Leuchtstoffe einzeln verteilt ist.
Dieses Licht emittierende Bauteil 70 verfügt über einen Träger 65, auf dessen Oberfläche ausgebildete Elektroden 66 und 67, das oben beschriebene Licht emittierende Halbleiterelement 64, das elektrisch mit diesen verbunden ist, ein Leuchtstoffelement 71 für lange Wellenlängen (aus Siliconharz 69A und einem in diesem dispergierten gelben Leuchtstoff 20 (Leuchtstoff aus α-SiAlON)), das das Halbleiterelement 64 dicht einschließt, ein blaues Leuchtstoffelement 72 (aus Siliconharz 69B und in diesem dispergiertem blauem Leuchtstoff 11 (Leuchtstoff mit JEM-Phase)), das über dem Leuchtstoff 71 für lange Wellenlängen ausgebildet ist, und einen Rahmen 68, der den Gießumfang der Siliconharze 69A und 69B begrenzt und in Kontakt mit diesen über eine spiegelglatt bearbeitete Fläche verfügt, um das Licht effizient herauszuführen.
Beim vorliegenden Beispiel wurden als blauer Leuchtstoff 11 der oben beschriebene blaue Leuchtstoff (a) verwendet, und als gelber Leuchtstoff 20 wurde ein durch die Zusammensetzungsformel Ca_0,93Eu_0,07Si₉Al₃ON₁₅ repräsentierter α-SiAlON-Leuchtstoff verwendet. Auf diese Weise wird, da das blaue Leuchtstoffelement 72 und das Leuchtstoffelement 71 für lange Wellenlängen getrennt sind und das letztere näher am Licht emittierenden Halbleiterelement 64 liegt, gelbes Licht hoher Intensität vom gelben Leuchtstoff 20 emittiert, der in einem Gebiet angeordnet ist, in dem das Anregungslicht hohe Intensität zeigt. Jedoch ist das blaue Leuchtstoffelement 72 an der Außenseite positioniert, und daher wäre, wenn die optische Absorption für Gelb in diesem Gebiet hoch wäre, die Emission gelben Lichts zur Außenseite des Licht emittierenden Bauteils behindert, was zu einer Verringerung der Gesamtleuchtstärke führen würde. Daher wird es, wenn eine derartige Struktur verwendet werden soll, wesentlich, die optische Absorption für Gelb durch den blauen Leuchtstoff 11 stärker als beim Beispiel 1 abzusenken, bei dem der blaue und der gelbe Leuchtstoff gemischt im Harz dispergiert sind. Durch Anordnen des blauen Leuchtstoffelements, dessen optische Absorption für Licht mit langer Wellenlänge auf einen vorgegebenen Wert oder darunter herabgesetzt ist, wie beim vorliegenden Beispiel, kann ein Synergieeffekt zwischen der Anordnung (Effekt dahingehend, dass die optische Absorption von blauem bis blaugrünem Licht durch den gelben Leuchtstoff herabgedrückt ist) und einer kleinen optischen Absorption für Licht langer Wellenlängen (Effekt dahingehend, dass die optische Absorption für Gelb durch den blauen Leuchtstoff herabgedrückt ist) erzielt werden, so dass ein Licht emittierendes Bauteil mit extrem hoher Leuchteffizienz erhalten werden kann, wobei das vorliegende Beispiel ei ne Leuchtstärke von 2020 Millicandela zeigte (wenn das Licht emittierende Halbleiterelement 64 mit einem Treiberstrom von 40 mA betrieben wurde).
Beispiel 7
Die 17 ist eine Schnittansicht eines Licht emittierenden Bauteils 60C, das natürliches, helleres Licht emittiert. Komponenten, die denen der 9 ähnlich sind, sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet, und es sind nur die Leuchtstoffe verschieden.
Im Siliconharz 69 sind drei verschiedene Leuchtstoffe dispergiert, um Weißlichtemission zu erzielen. Genauer gesagt, wurde das Mischungsverhältnis (Massenverhältnis) zwischen Blau:Gelb:Rot zu 20:6:2 eingestellt. Als gelber Leuchtstoff wurde ein durch die Zusammensetzungsformel Li_0,87mSi_12-m-nAl_m+nO_nN_16-n (m = 2,0, n = 0,5 m) repräsentierter, mit Eu aktivierter α-SiAlON-Leuchtstoff verwendet. Im Vergleich zum beim Beispiel 2 verwendeten, durch die Zusammensetzungsformel Ca_0,93Eu_0,07Si₉Al₃ON₁₅ repräsentierten α-SiAlON-Leuchtstoff, und anderen Beispielen mit einer Peakemissionswellenlänge von 590 nm, zeigte der Leuchtstoff des vorliegenden Beispiels eine kürzere Peakemissionswellenlänge von 573 bis 577 nm. Der Leuchtstoff zeigte eine Halbwertsbreite des Emissionsspektrums von mindestens 90 nm. Die 18 zeigt repräsentative Anregungs- und Emissionsspektren des Leuchtstoffs. Wenn dieser gelbe Leuchtstoff 22 verwendet wird, wird es einfacher, die Leuchtstärke zu erhöhen, da seine Peakemissionswellenlänge nahe am Bereich hoher Erkennbarkeit für das menschliche Auge liegt.
Die 19 zeigt das Emissionsspektrum des Licht emittierenden Bauteils mit der Mischung der oben beschriebenen drei verschiedenen Leuchtstoffe. Das emittierte Licht war weiß, mit einer Farbartkoordinate x von 0,36 und einer Farbartkoordinate y von 0,39, und die Leuchtstärke betrug 1720 Millicandela (wenn das Licht emittierende Halbleiterelement 64 mit einem Treiberstrom von 40 mA betrieben wurde). Wie es aus dem Emissionsspektrum erkennbar ist, ergab sich über den gesamten Wellenlängenbereich sichtbaren Lichts eine gleichmäßige Lichtemission, und der mittlere Farbwiedergabeindex Ra als Indikator für die Emission natürlichen Lichts hatte den hohen Wert von 94. So ergebe es sich, dass die Verwendung des gelben Leuchtstoffs gemäß dem vorliegenden Beispiel wünschenswert ist, um sowohl zufriedenstellende Peakemissionswellenlängeeigenschaften als auch hohe Leuchtstärke zu erzielen.
Andere Möglichkeiten
Obwohl bei den beschriebenen Beispielen Leuchtstoffe in Siliconharz dispergiert sind, kann ein anderes Harz verwendet werden, wie ein Epoxiharz, oder ein anderes transparentes Material, wie Glas. Hinsichtlich der grünen bis roten Leuchtstoffe können nicht nur die bei den Beispielen beschriebenen, sondern auch die der Vergleichsbeispiele zugesetzt werden. Ferner kann ein anderer Leuchtstoff oder andere Leuchtstoffe, als sie oben beschrieben sind, wie ein TAG(TbAl₃O₁₂)-Leuchtstoff verwendet werden.
Ferner ist bei den oben beschriebenen Beispielen zwar eine LED als Licht emittierendes Halbleiterelement verwendet, jedoch kann auch ein Halbleiterlaser verwendet werden. Ferner kann die Wellenlänge des Anregungslichts jede beliebige Wellenlänge sein, vorausgesetzt, dass bei ihr ein zufriedenstellender elektronischer Wandlungswirkungsgrad des Halbleiterelements vorliegt und sie nahe der Peakwellenlänge des Anregungsspektrums des Leuchtstoffs liegt.

Claims

Leuchtstoff mit den folgenden Eigenschaften: er emittiert Fluoreszenzstrahlung mit einer ersten Wellenlänge; seine optische Absorption bei einer Wellenlänge, die länger als die erste Wellenlänge ist und in der Beziehung der Komplementärfarbe zur ersten Wellenlänge steht, beträgt höchstens 30 %; und seine Hauptkristallphase ist eine JEM-Phase.
Leuchtstoff nach Anspruch 1, mit der Zusammensetzungsformel M_1-xCe_xAl(Si_y1-zAl_z)N_y2-zO_z, wobei M mindestens ein Element repräsentiert, das aus der aus Folgendem bestehenden Gruppe ausgewählt ist: La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu, mit 0,1 ≤ x ≤ 1; 5,9 ≤ y ≤ 6,1; 10,0 ≤ y ≤ 10,7 und 0,8 ≤ z ≤ 1,2.
Licht emittierendes Bauteil mit: einem Licht emittierenden Halbleiterelement, das Anregungslicht emittiert; einem ersten Leuchtstoff, der das Anregungslicht absorbiert und Fluoreszenzstrahlung emittiert; und einem zweiten Leuchtstoff, in Form eines Leuchtstofftyps oder mehrerer Leuchtstofftypen, zum Absorbieren des Anregungslichts und zum Emittieren von Fluoreszenzstrahlung mit einer Wellenlänge, die länger als die der vom ersten Leuchtstoff emittierten Fluoreszenzstrahlung ist; wobei der erste Leuchtstoff bei der Peakemissionswellenlänge der von einem Haupttyp des zweiten Leuchtstoffs emittierten Fluoreszenzstrahlung eine optische Absorption von höchstens 30 aufweist.
Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leuchtstoff ein solcher gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2 ist.
Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leuchtstoff eine Peakemissionswellenlänge von mindestens 950 nm und höchstens 510 nm aufweist.
Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass, der erste Leuchtstoff eine Halbwertsbreite des Emissionsspektrums von mindestens 80 nm aufweist.
Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das vom ersten Leuchtstoff emittierte Licht eine Farbartkoordinate x von mindestens 0,05 und höchstens 0,25 sowie eine Farbartkoordinate y von mindestens 0,02 und höchstens 0,38 aufweist.
Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Haupttyp des zweiten Leuchtstoffs eine Peakemissionswellenlänge von mindestens 565 nm und höchstens 605 nm aufweist.
Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Haupttyp des zweiten Leuchtstoffs eine Halbwertsbreite des Emissionsspektrums von mindestens 80 nm aufweist.
Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Leuchtstoff über einen Oxinitrid-Leuchtstoff verfügt.
Bauteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Leuchtstoff über einen mit Eu aktivierten α-SiAlON-Leuchtstoff verfügt.
Bauteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass dieser zweite Leuchtstoff Li enthält.
Bauteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass dieser zweite Leuchtstoff durch die Zusammensetzungsformel Li_0,87mSi_12-m-n-Al_m+nO_nN_16-n (1,5 ≤ m = 2,5, n = 0,5 m) repräsentiert ist.
Bauteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Leuchtstoff über einen mit Eu aktivierten β-SiAlON-Leuchtstoff verfügt.
Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Leuchtstoff über einen Nitridleuchtstoff verfügt.
Bauteil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass dieser zweite Leuchtstoff über mit Eu aktiviertes CaAlSiN₃ verfügt.
Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht emittierende Halbleiterelement, ein zweites Element, in dem der zweite Leuchtstoff dispergiert ist, und ein erstes Element, in dem der erste Leuchtstoff dispergiert ist, in dieser Reihenfolge angeordnet sind.
Bauteil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Element ferner über mehrere Teilelemente verfügt, wobei in jedem der mehreren Teilelemente jeweils ein zweiter Leuchtstoff anderen Typs dispergiert ist.
Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Anregungslicht eine Peakemissionswellenlänge von mindestens 350 nm und höchstens 420 nm aufweist.
Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Licht emittierenden Bauteil emittierte Licht eine Farbartkoordinate x von mindestens 0,22 und höchstens 0,44 sowie eine Farbartkoordinate y von mindestens 0,22 und höchstens 0,44 aufweist, oder es eine Farbartkoordinate x von mindestens 0,36 und höchstens 0,5 sowie eine Farbartkoordinate y von mindestens 0,33 und höchstens 0,46 aufweist.