DE102007025679A1

DE102007025679A1 - Oxidonitridoalumosilikat, strahlungsemittierende Vorrichtung mit dem Oxidonitridoalumosilikat und Verfahren zur Herstellung des Oxidonitridoalumosilikats

Info

Publication number: DE102007025679A1
Application number: DE102007025679A
Authority: DE
Inventors: Daniel Dr. Becker; Wolfram Hempel; Frank Dr. Jermann
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2007-06-01
Filing date: 2007-06-01
Publication date: 2008-12-04

Abstract

Es wird ein Oxonitridoalumosilikat mit der allgemeinen Formel Mx-tAlaSibN11-2xO4x:Zt angegeben sowie seine Verwendung in einer strahlungsemittierenden Vorrichtung als Leuchtstoff und ein Verfahren zu seiner Herstellung. Das Oxonitridoalumosilikat zeichnet sich durch seine Stabilität und Breitbandigkeit aus.

Description

Die Erfindung betrifft ein Oxidonitridoalumosilikat und eine strahlungsemittierende Vorrichtung aufweisend das Oxidonitridoalumosilikat als Leuchtstoff. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Oxidonitridoalumosilikats.
Leuchtstoffe, die in strahlungsemittierenden Vorrichtungen, beispielsweise in Leuchtdioden (LEDs), eingesetzt werden, können in verschiedenen Spektralbereichen emittieren.
Eine zu lösende Aufgabe ist es, ein Oxidonitridoalumosilikat (Sialon) bereitzustellen, das Strahlung in einem längerwelligen Spektralbereich als eine Strahlungsquelle einer strahlgunsemittierenden Vorrichtung emittiert, stabil und einfach herzustellen ist. Weiterhin ist eine Aufgabe, eine strahlungsemittierende Vorrichtung mit den Oxidonitridoalumosilikaten als Leuchtstoff und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Oxidonitridoalumosilikats bereitzustellen.
Diese Aufgaben werden durch ein Oxidonitridoalumosilikat gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Die Aufgabe zur Bereitstellung einer strahlungsemittierenden Vorrichtung, die ein derartiges Oxidonitridoalumosilikat aufweist, wird durch die Merkmale des Anspruchs 7 gelöst. Die Aufgabe zur Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Oxidonitridoalumosilikats wird durch die Merkmale des Anspruchs 10 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen des Oxidonitridoalumosilikats, der strahlungsemittierenden Vorrichtung mit dem Oxidonitridoalumosilikat als Leuchtstoff und des Verfahrens zur Herstellung des Oxidonitridoalumosilikats finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Es wird ein Oxidonitridoalumosilikat angegeben, das die allgemeine Formel M_x-tAl_aSi_bN_11-2xO_1x:Z_t aufweist. Diese Verbindung weist eine Dotierung mit Z auf, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Eu, Mn und Ce umfasst. M ist aus einer Gruppe ausgewählt, die Ba und Sr umfasst. Weiterhin gilt 0 < x ≤ 2 und für das Verhältnis Al zu Si 3:5 ≤ a:b ≤ 3:9. Ein solches Oxidonitridoalumosilikat kann Strahlung mit einer guten Farbwiedergabe emittieren und zeichnet sich durch Temperaturstabilität aus.
Oxidonitridoalumosilikate werden aufgrund ihrer Zusammensetzung aus Si, Al, O und N auch Sialone genannt. Sie sind Substitutionsvarianten von Si₃N₄, indem Si⁴⁺ partiell durch Al³⁺ und N^3– partiell durch O^2– substituiert ist.
Weiterhin kann in dem Oxidonitridoalumosilikat Z mit einem Anteil von 0,01x ≤ t ≤ 0,2x vorhanden sein, was 1 bis 20 mol% Dotierstoff bezüglich M entspricht. Durch die Höhe des Anteils an Dotierstoff kann die Wellenlänge der Emission ins Lang- oder Kurzwellige verschoben werden. Ein Anteil von 1 mol% Dotierstoff bezüglich M ist hoch genug, um schlechte Absorption zu vermeiden, ein Anteil von 20 mol% Dotierstoff bezüglich M ist klein genug, um ein Löschen der Emission zu verhindern. Beispielsweise kann eine Dotierung von Ba, Sr oder einer Mischung von Ba und Sr mit 5 mol% Dotierstoff in dem Oxidonitridoalumosilikat vorhanden sein.
Das Oxidonitridoalumosilikat kann die Formel M_x-tAl_aSi_bN_11-2xO_4x:Eu_t aufweisen und dadurch gekennzeichnet sein, dass es bei Wellenlängen, die kleiner als 410 nm sind, anregbar ist. Dadurch kann es in vielen gängigen strahlungsemittierenden Vorrichtungen, wie beispielsweise LEDs, als Leuchtstoff eingesetzt werden. Die Emissionswellenlänge dieser strahlungsemittierenden Vorrichtungen liegt in einem Bereich, in dem das Oxidonitridoalumosilikat durch die Strahlung angeregt werden kann. Besonders vorteilhaft wird das Oxidonitridoalumosilikat von Strahlung eines Wellenlängenbereichs von 350 bis 400 nm angeregt.
Weiterhin weist das Oxidonitridoalumosilikat mit der Formel M_x-tAl_aSi_bN_11-2xO_4x:Eu_t ein Emissionsmaximum der Strahlung im Bereich von 440 nm bis 490 nm auf. Besonders günstig liegt das Emissionsmaximum des Oxidonitridoalumosilikats bei 470 nm. Damit wird eine blau emittierende Verbindung bereitgestellt, die zudem breitbandig Strahlung emittiert. Das führt zu einer besonders guten Farbwiedergabe mit erhöhter Intensität. Dadurch, dass das Oxidonitridoalumosilikat langwellig emittiert, wird seine emittierte Strahlung nicht oder kaum von gegebenenfalls weiteren vorhandenen Leuchtstoffen absorbiert. Weiterhin kann das Oxidonitridoalumosilikat mit der Formel M_x-tAl_aSi_bN_11-2xO_4x:Eu_t eine Dominanzwellenlänge im langwelligeren Bereich, beispielsweise bei ca. 480 nm, aufweisen.
Oxidonitridoalumosilikate mit der allgemeinen Formel M_x-tAl_aSi_bN_11-2xO_4x:Eu_t, mit den oben genannten Eigenschaften, können eine kristalline Phase aufweisen, das im Röntgenbeugungsdiffraktogramm ein charakteristisches Reflexmuster zeigt. Damit sind Leuchtstoffe dieses Typs klar von anderen, bisher bekannten Leuchtstoffphasen bezüglich der Stöchiometrie und bezüglich ihrer Röntgenbeugungsdiffraktogramme zu unterscheiden. Die Phase des neuen Oxidonitridoalumosilikats zeigt beispielsweise starke Peaks mit Netzebenenabständen von d = 5,4 Å, d = 3,5 Å, d = 2,8 Å. Die Netzebenenabstände können in Abhängigkeit von der gegebenen Zusammensetzung etwas variieren, sind jedoch unabhängig von der Wellenlänge der verwendeten Strahlung. Das charakteristische Reflexmuster ist zu erkennen.
Es wird weiterhin eine strahlungsemittierende Vorrichtung umfassend eine Strahlungsquelle, die eine Primärstrahlung emittiert, und ein Oxidonitridoalumosilikat gemäß der obigen Beschreibung als Leuchtstoff angegeben, der im Strahlengang der Strahlungsquelle angeordnet ist und die Primärstrahlung ganz oder teilweise in eine langwelligere Sekundärstrahlung umwandelt. Das Oxidonitridoalumosilikat, das im Strahlengang angeordnet ist, kann die Formel M_x-tAl_aSi_bN_11-2xO₄:Eu_t umfassen. Damit kann das Oxidonitridoalumosilikat als Leuchtstoff in Strahlungsquellen, die Strahlung in einem Bereich von weniger als 410 nm Strahlung emittieren, eingesetzt werden, um die Primärstrahlung, die möglicherweise Wellenlängen außerhalb des sichtbaren Bereichs aufweist in eine sichtbare, langwelligere Sekundärstrahlung umzuwandeln. Beispielsweise kann durch einen Leuchtstoff mit den oben genannten Eigenschaften Strahlung im blauen Spektralbereich erzeugt werden.
Die Strahlungsquelle kann eine Leuchtdiode (LED) umfassen, die in einem Wellenlängenbereich von weniger als 410 nm Strahlung emittiert. Insbesondere kann die Leuchtdiode in einem Bereich von 350 bis 400 nm Strahlung emittieren. Dieser Bereich ist dazu geeignet, den Leuchtstoff anzuregen. Weiterhin kann die Strahlungsquelle eine Gasentladungslampe, eine Niederdruck-Quecksilberlampe, eine Xe-Excimer-Lampe oder wei tere Strahlungsquellen, die im Bereich von < 410 nm emittieren, umfassen.
Weiterhin kann die strahlungsemittierende Vorrichtung weitere Leuchtstoffe im Strahlengang der Strahlungsquelle aufweisen, wobei die Leuchtstoffe derart ausgewählt und gemischt sind, dass sie als Sekundärstrahlung aufgrund der Farbmischung der jeweiligen emittierten Sekundärstrahlungen weißes Licht erzeugen. Durch den Einsatz des oben beschriebenen Oxidonitridoalumosilikats als Leuchtstoff wird dabei eine gute Farbwiedergabe in Kombination mit den anderen Leuchtstoffen erreicht.
Der Einsatz eines Oxidonitridoalumosilikats als Leuchtstoff mit den oben genannten Eigenschaften in einer Strahlungsquelle, die eine Leuchtdiode (LED) umfassen kann, ist auch für den Betrieb bei hohen Temperaturen geeignet, da derartige Leuchtstoffe auch bei hohen Temperaturen, beispielsweise bis zu 225°C, niedrige Temperaturlöschung aufweisen, das heißt bei zunehmender Temperatur mit fast gleich bleibender Helligkeit strahlen. Das thermische Verhalten von Leuchtstoffen dieses Typs ist sehr gut.
Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Oxidonitridoalumosilikats mit den oben genannten Eigenschaften angegeben. Das Verfahren umfasst die Verfahrensschritte

A) Bereitstellen und Vermischen von Ausgangsmaterialien, die Verbindungen der im Oxidonitridoalumosilikat enthaltenen Elemente umfassen, im stöchiometrischen Verhältnis, und
B) Glühen dieser Mischung in reduzierender Atmosphäre.

Im Verfahrensschritt A) werden dabei die Ausgangsmaterialien bereitgestellt, eingewogen und vermischt. Die Ausgangsmateri alien sind aus einer Gruppe ausgewählt, die SiO₂, Si₃N₄, AlN, SrCO₃, BaCO₃, Mn₂O₃, CeO₂ und Eu₂O₃ umfasst. Die Mischung kann in einer Mörsermühle stattfinden. Beispielsweise werden 1,5 Teile SiO₂, 4,5 Teile Si₃N₄, 3 Teile AlN und 1 Teil SrCO₃ oder BaCO₃ oder 1 Teil einer Mischung aus SrCO₃ und BaCO₃ miteinander vermischt, wobei zu dem 1 Teil SrCO₃ bzw. BaCO₃ prozentual Eu₂O₃ zugegeben wird.
Im Verfahrensschritt B) werden die Ausgangsmaterialien, die im stöchiometrischen Verhältnis gemischt wurden, in mehreren Schritten bei Temperaturen zwischen 120°C und 1500°C in reduzierender Atmosphäre geglüht. Dabei kann in einem ersten Heizschritt mit einer Heizrate von 10 K/min eine Temperatur von 120°C erzeugt und 180 min gehalten werden. In einem zweiten Heizschritt wird mit einer Heizrate von 10 K/min eine Temperatur von 600°C erreicht, die 60 min gehalten wird. In dem dritten Heizschritt wird mit einer Heizrate von 5 K/min eine Temperatur von 800°C erzielt, die 60 min gehalten wird. Schließlich wird in einem vierten Heizschritt mit einer Heizrate von 7 K/min eine Temperatur von 1500°C erreicht, die 300 min gehalten wird. Nach Abkühlen der Probe auf Raumtemperatur wird sie mit einer Mörsermühle gemahlen.
Im folgenden werden anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren bestimmte Ausführungsformen des Oxidonitridoalumosilikats näher erläutert.
1 zeigt ein Phasendiagramm verschiedener kristalliner Phasen.
2a zeigt das Röntgendiffraktogramm des neuen Oxidonitridoalumosilikats.
2b zeigt die Röntgendiffraktrogramme des neuen Oxidonitridoalumosilikats im Vergleich zu weiteren Leuchtstoffen.
3 zeigt Emissionsspektren von zwei Varianten des neuen Oxidonitridoalumosilikats.
4 zeigt ein Anregungsspektrum des Oxidonitridoalumosilikats Sr_0,95Al₃Si₆N₉O₄:Eu_0,05
5 zeigt die thermische Stabilität des Oxidonitridoalumosilikats Sr_0,95Al₃Si₆N₉O₄:Eu_0,05
6 zeigt die schematische Seitenansicht einer Leuchtdiode.
Tabelle 1 zeigt die Einwaage der Ausgangsmaterialien für ein Oxidonitridoalumosilikat der Zusammensetzung Sr_0,95Al₃Si₆N₉O₄:Eu_0,05.
Tabelle 2 zeigt die Einwaage der Ausgangsmaterialien für ein Oxidonitridoalumosilikat der Zusammensetzung Ba_0,95Al₃Si₆N₉O₄:Eu_0,05.
Tabelle 3 zeigt die EDX-Daten eines Oxidonitridoalumosilikats bestehend aus den Elementen Sr, Eu, Al, Si, N und O.
Tabelle 4 zeigt die EDX-Daten eines Oxidonitridoalumosilikats bestehend aus den Elementen Ba, Eu, Al, Si, N und O.
Tabelle 5 zeigt die relative Quanteneffizienz von vier Oxidonitridoalumosilikaten.
1 zeigt ein Phasendiagramm verschiedener kristalliner Phasen. Jeder Punkt in dem Diagramm steht für die Phasenzusammensetzung einer Probe, die mittels Röntgenbeugung identifiziert wurde. Untersucht wurde die Phase des Oxidonitridoalumosilikats der Zusammensetzung Sr_x-tAl₃Si₉N_yO_22,5+x-1,5y:Eu_t im Vergleich zu bekannten Phasen ähnlicher Zusammensetzung (bei der Erstellung des Phasendiagramms wurde ein Al:Si-Verhältnis von 1:3 für das Oxidonitridoalumosilikat eingewogen; in weiteren Untersuchungen wurde festgestellt, dass die Phase ein Al:Si-Verhältnis aufweist, das größer als 1:3 ist). In dem Diagramm sind die Indices x und y auf den beiden Achsen aufgetragen. Die verschiedenen kristallinen Phasen, die als Vergleichsproben neben dem neuen Oxidonitridoalumoilikat identifiziert wurden, sind A Feldspat (SrAlSi₃O₈), B Orthosilikat (Sr₂SiO₄), C die S-Phase des Sialons M₂Si_12-xAl_xN_16-yO_2+y mit M = Sr und Ba und D die weitere Sialon-Phase SrSiAl₂N₂O₃. E gibt die Phase der Verbindung mit der Zusammensetzung Sr_x-tAl₃Si₉N_yO_22,5+x-1,5y:Eu_t an. Aus quantitativen Energie dispersiven Röntgen(EDX)-Analysen (vergleiche Tabellen 3 und 4) ergibt sich dabei ein Al/Si-Verhältnis a:b von ca. 3:6. Die Phase des Oxidonitridoalumosilikats lässt sich in dem Phasendiagramm deutlich von den übrigen Phasen unterscheiden und abgrenzen.
2a zeigt das Röntgendiffraktogramm des neuen Oxidonitridoalumosilikats mit einer Stöchiometrie von Sr_0,95Al₃Si₆N₉O₄:Eu_0,05 (die stöchiometrischen Angaben beziehen sich auf die Stöchiometrie, die für die Synthese berechnet wurde, die im Folgenden als Ansatzstöchiometrie bezeichnet wird). Aufgetragen ist die relative Intensität I_r in atomaren Einheiten gegen den Beugungswinkel 2θ in °. Es sind die Reflexe der Phase des Oxidonitridoalumosilikats Sr_0,95Al₃Si₆N₉O₄:Eu_0,05 (E_Sr) in dem Röntgendiffraktogramm zu sehen. Daneben existieren Reflexe von unreagierten Resten der Ausgangsmaterialien Si₃N₄ (F) und AlN (G). Das charakteristische Muster der Phase des Leuchtstoffs E_Sr stimmt mit keiner bisher bekannten Phase von Sialonen überein. Besonders charakteristisch sind die starken Reflexe mit Netzebenenabständen von etwa d = 5,4 Å, d = 3,5 Å und d = 2,8 Å in dem Diffraktogramm. Die unreagierten Reste der Ausgangsmaterialien F und G beruhen auf einer noch nicht vollständig optimierten Synthese, wodurch Reflexe dieser Verbindungen in geringfügigem Ausmaß zu finden sind.
Die charakteristischen Reflexe und die Netzebenenabstände des neuen E_Sr sind auch in 2b verdeutlicht, wo sie im Vergleich zu den Leuchtstoffen BaSiO₄ (H), BaSi₂N₂O₂ (K) und α-Sialon (L) in einem Diffraktrogramm gezeigt werden. Auch hier sind die relativen Intensitäten I_r in atomaren Einheiten gegen den Beugungswinkel 2θ in ° aufgetragen. Die Reflexe von E_Sr unterscheiden sich deutlich von den Reflexen der übrigen Leuchtstoffe.
In 3 sind Emissionsspektren von zwei Varianten des neuen Oxidonitridoalumosilikats zu sehen. E_Sr ist das Emissionsspektrum der Verbindung Sr_0,95Al₃Si₆N₉O₄:Eu_0,05 (Ansatzstöchiometrie), E_Ba ist das Emissionsspektrum des Oxidonitridoalumosilikats Ba_0,95Al₃Si₆N₉O₄:Eu_0,05 (Ansatzstöchiometrie). Aufgetragen in dem Spektrum ist die Wellenlänge λ in nm (x-Achse) gegen die relative Emissionsintensität I_E (y-Achse). Beide Verbindungen wurden bei 400 nm angeregt und zeigen ein Emissionsmaximum bei ca. 470 nm, wobei zwischen den beiden Proben nur ein geringfügiger Unterschied zu bemerken ist. Offenbar werden die Emissionseigenschaften, ähnlich wie bei bekannten α-Sialon-Leuchtstoffen, im wesentlichen durch das Gerüst des Al₃Si₆N₉O₄-Grundgitters bestimmt.
In 4 ist ein Anregungsspektrum des Oxidonitridoalumosilikats E_Sr (Sr_0,95Al₃Si₆N₉O₄:Eu_0,05 nach der Ansatzstöchiometrie) zu sehen. Aufgetragen ist die Wellenlänge λ in nm gegen die Anregungseffizienz E_A in %. Man sieht, dass die Verbindung zwischen 200 und 400 nm gut anregbar ist.
In 5 ist die thermische Stabilität in Form des Temperaturlöschungsverhaltens des Oxidonitridoalumosilikats E_SR (Sr_0,95Al₃Si₆N₉O₄:Eu_0,05 nach der Ansatzstöchiometrie) bei einer Anregung mit monochromatisierter Strahlung einer Xe-Entladungslampe von 400 nm zu sehen. Aufgetragen ist die Temperatur T in °C gegen die relative Helligkeit H_rol in %. Dabei ist die Helligkeit bei 25°C auf 100% genormt. Man sieht, dass sich bis zu einer Temperatur von 75°C die Helligkeit des Leuchtstoffs um weniger als 5% verändert, und auch bei Temperaturen bis zu 225°C nur um ca. 20% gegenüber dem Wert bei 25°C abnimmt.
In 6 ist die schematische Seitenansicht einer Leuchtdiode (LED) zu sehen, bei der Primärstrahlung durch ein Oxidonitridoalumosilikat, das als Leuchtstoff eingesetzt wird und sich im Strahlengang der Leuchtdiode befindet, in eine Sekundärstrahlung umgewandelt wird. Ein Leuchtdiodenchip 5, der mehrere funktionelle Schichten umfassen kann, befindet sich in einem Grundgehäuse 8, dessen Aussparung so groß ist, dass über oder auf dem Leuchtdiodenchip 5 eine Vergussmasse 4, die den Leuchtstoff 1 enthält, angeordnet werden kann. Der Leuchtstoff 1 umfasst dabei ein Oxidonitridoalumosilikat der allgemeinen Formel M_x-tAl₃Si₆N₉O₄:Z_t. Die Vergussmasse kann beispielsweise ein Epoxidharz sein. Der Leuchtstoff 1 kann auch ohne Vergussmasse in die Aussparung eingefüllt werden. Der Leuchtdiodenchip 5 ist über einen Bonddraht 6 mit dem ersten Anschluss 3 und direkt mit dem zweiten Anschluss 2 verbunden. Das Grundgehäuse weist eine Wand 7 auf, die angeschrägt sein kann, so dass die Strahlung besonders gut reflektiert wird. Der Leuchtdiodenchip emittiert Primärstrahlung, beispielsweise bei Wellenlängen, die kleiner als 410 nm sind. Diese Strahlung wird durch den Leuchtstoff in eine Sekundärstrahlung konvertiert, die bei Wellenlängen zwischen 440 und 490 nm ihr Emissionsmaximum hat. Das bedeutet, dass der Leuchtstoff blaues Licht emittiert. Es können weitere Leuchtstoffe in die Aussparung des Grundgehäuses eingebracht werden, die ihr Emissionsmaximum bei anderen Wellenlängen haben, so dass die Mischung der emittierten Strahlung aller Leuchtstoffe zum Beispiel ein weißes Licht ergibt.
In Tabelle 1 ist die Einwaage der Ausgangsmaterialien für ein Oxidonitridoalumosilikat der gewünschten Zusammensetzung Sr_0,95Al₃Si₆N₉O₄:Eu_0,05 zu sehen. Angegeben sind in der ersten Spalte die Ausgangsmaterialien, in der zweiten Spalte das Molekulargewicht M in g/mol, in der dritten Spalte ist der Atomanteil A angegeben, mit welchem das jeweilige Element des Ausgangsmaterials in das Oxidonitridoalumosilikat eingeht. In der vierten und fünften Spalte sind die Einwaagen W1 und W2 (W2 ist 1/45 der Einwaage W1) in g zusammen mit der Gesamteinwaage angegeben. Diese Materialien wurden in ihrer stöchiometrischen Zusammensetzung 5 Stunden bei 1500°C in einem Al₂O₃-Tiegel in Formiergasatmosphäre geglüht.
Tabelle 2 zeigt analog zu Tabelle 1 die Einwaage der Ausgangsmaterialien für ein Oxidonitridoalumosilikat der ge wünschten Zusammensetzung Ba_0,95Al₃Si₆N₉O₄:Eu_0,05. Die Synthese fand unter gleichen Bedingungen statt.
Tabelle 3 zeigt die EDX-Daten, die für das Oxidonitridoalumosilikat bestehend aus Sr, Eu, Al, Si, N und O gefunden wurde, Tabelle 4 zeigt analog die EDX-Daten für das Oxidonitridoalumosilikat bestehend aus Ba, Eu, Al, Si, N und O (hier sind in der mit X bezeichneten Spalte nicht zuordungsbare Signale angegeben). Es werden die Ergebnisse in Atom-% für die einzelnen Elemente, die Summe daraus und das errechnete Si/Al-Verhältnis für mehrere Proben für beide Verbindungen angegeben. Die Analyse dieser Daten aus Tabelle 3 beziehungsweise Tabelle 4 ergibt, dass das Verhältnis von Si zu Al zwischen 1,8 und 2,6, beziehungsweise das Verhältnis Al zu Si zwischen 0,38 und 0,56 (zwischen 3:5 und 3:9) liegt.
Die Tabelle 5 zeigt die relative Quanteneffizienz QE_rel von vier Oxidonitridoalumosilikaten bei zwei verschiedenen Anregegungswellenlängen, 254 nm und 400 nm. Die untersuchten Verbindungen sind nach ihrer Ansatzstöchiometrie Sr_0,95Al₃Si₆N₉O₄:Eu_0,05, Sr_0,95Al₃Si₉N₁₃O₄:Eu_0,05 Ba_0,95Al₃Si₆N₉O₄:Eu_0,05 und Ba_0,95Al₃Si₉N₁₃O₄:Eu_0,05. Bei einer Ansatzstöchiometrie, in der das Al/Si-Verhältnis 3:6 ist, ist die Quanteneffizienz deutlich höher, als bei einer Ansatzstöchiometrie mit einem Al/Si-Verhältnis von 3:9.
Die in den Figuren gezeigten Beispiele und die Ausführungsbeispiele zur Zusammensetzung und Herstellung des Oxidonitridoalumosilikats können beliebig variiert werden. Es ist weiterhin zu berücksichtigen, dass sich die Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt, sondern weitere, hier nicht aufgeführte Ausgestaltungen zulässt.

Claims

Oxidonitridoalumosilikat mit der allgemeinen Formel M_x-tAl_aSi_bN_11-2xO_4x:Z_t, wobei – M aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Ba und Sr umfasst, – 0 < x ≤ 2 gilt, – für das Verhältnis Al zu Si gilt: 3:5 ≤ a:b ≤ 3:9 – Z ein Dotierstoff ist, der aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Eu, Mn und Ce umfasst.
Oxidonitridoalumosilikat nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei Z mit einem Anteil von 0,01x ≤ t ≤ 0,2x vorhanden ist.
Oxidonitridoalumosilikat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend die Formel M_x-tAl_aSi_bN_11-2xO_4x:Eu_t.
Oxidonitridoalumosilikat nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet dadurch, dass es bei Wellenlängen < 410 nm anregbar ist.
Oxidonitridoalumosilikat nach einem der Ansprüche 3 oder 4, aufweisend ein Emissionsmaximum von Strahlung im Bereich von 440 nm bis 490 nm.
Oxidonitridoalumosilikat nach einem der Ansprüche 3 bis 5, aufweisend eine kristalline Phase, die im Röntgenbeugungsdiffraktogramm Reflexe mit Netzebenenabständen von d = 5,4 Å, d = 3,5 Å und d = 2,8 Å aufweist.
Strahlungsemittierende Vorrichtung, umfassend – eine Strahlungsquelle, die eine Primärstrahlung emittiert, und – ein Oxidonitridoalumosilikat gemäß einer der Ansprüche 1 bis 6 als Leuchtstoff, der im Strahlengang der Strahlungs quelle angeordnet ist, und der die Primärstrahlung ganz oder teilweise in eine langwelligere Sekundärstrahlung umwandelt.
Strahlungsemittierende Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Strahlungsquelle eine Leuchtdiode umfasst.
Strahlungsemittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, aufweisend ein Oxidonitridoalumosilikat der Formel M_x-tAl_aSi_bN_11-2xO_4x:Eu_t.
Strahlungsemittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, aufweisend eine Emission von Primärstrahlung im Bereich von < 410 nm.
Strahlungsemittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, aufweisend weitere Leuchtstoffe im Strahlengang, wobei die Leuchtstoffe derart ausgewählt und gemischt sind, dass sie weißes Licht als Sekundärstrahlung erzeugen.
Verfahren zur Herstellung eines Oxidonitridoalumosilikats gemäß den Ansprüchen 1 bis 6 mit den Verfahrensschritten A) Bereitstellen und Vermischen von Ausgangsmaterialien, die Verbindungen der im Oxidonitridoalumosilikat enthaltenen Elemente umfassen, im stöchiometrischen Verhältnis, B) Glühen der Mischung in reduzierender Atmosphäre.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei im Verfahrensschritt A) Ausgangsmaterialien bereitgestellt werden, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die SiO₂, Si₃N₄, AlN, SrCO₃, BaCO₃, Mn₂O₃, CeO₂ und Eu₂O₃ umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Glühen im Verfahrensschritt B) in mehreren Schritten bei Temperaturen zwischen 120°C und 1500°C durchgeführt wird.