DE102012213373A1

DE102012213373A1 - Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs, zugehöriger Leuchtstoff und zugehöriges optoelektronisches Bauelement

Info

Publication number: DE102012213373A1
Application number: DE201210213373
Authority: DE
Inventors: Bianca Pohl
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2014-01-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffes umfassend die folgenden Verfahrensschritte: A) Mischen der Ausgangssubstanzen, – wobei die Mischung der Ausgangssubstanzen eine kationische Komponente und eine anionische Komponente aufweist, – wobei die kationische Komponente eine Kombination zumindest aus Barium, Silizium, Aluminium und Europium umfasst, – wobei die anionische Komponente zumindest Stickstoff und Sauerstoff umfasst, B) Erhitzen der Ausgangssubstanzen auf eine Temperatur von mindestens 1200°C unter reduzierender Atmosphäre, wobei nach dem Verfahrensschritt B) zumindest ein oder mehrere Reaktionsprodukte erhalten werden, welche den Leuchtstoff umfassen, wobei zumindest der Leuchtstoff zumindest einen Teil einer elektromagnetischen Primärstrahlung im UV- oder blauen Bereich absorbiert und eine elektromagnetische Sekundärstrahlung in einem Wellenlängenbereich von größer oder gleich 620 nm emittiert.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffes, einen zugehörigen Leuchtstoff und ein zugehöriges optoelektronisches Bauelement.
Stand der Technik
Strahlung emittierende Bauelemente, wie beispielsweise Leuchtdioden (LED), enthalten häufig Leuchtstoffe, um die von einer Strahlungsquelle emittierte Strahlung in eine Strahlung mit veränderter, meist längerer Wellenlänge umzuwandeln. Dabei ist die Effizienz des Leuchtstoffs in der Regel abhängig von seiner Lage des Absorptionsmaximums in Bezug auf den Wellenlängenbereich der elektromagnetischen Primärstrahlung und/oder von der Lage seines Emissionsmaximums, Insbesondere sind bei Strahlung emittierenden Bauelementen, welche warmweißes Licht emittieren, hocheffiziente Leuchtstoffe erforderlich, die eine Emission von elektromagnetischer Strahlung im roten Spektralbereich, beispielsweise mit Emissionsmaximum im Bereich von 580 nm bis 650 nm, aufweisen.
Ein Beispiel eines derartigen Leuchtstoffs, der als Sialon verstanden werden kann ist, findet sich in EP 1 696 016 .
Darstellung der Erfindung
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs, einen Leuchtstoff sowie ein optoelektronisches Bauelement anzugeben, das eine verbesserte Effizienz aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Gegenstände sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs umfasst gemäß einer Ausführungsform die Verfahrensschritte:

Schritt A) Mischen mehrerer Ausgangssubstanzen, – wobei die Mischung der Ausgangssubstanzen zumindest eine kationische Komponente und eine anionische Komponente aufweist, – wobei die kationische Komponente eine Kombination zumindest von Ausgangssubstanzen für Barium, Silizium, Aluminium und mindestens einem Aktivator, insbesondere Europium, umfasst, – wobei die anionische Komponente zumindest Stickstoff und Sauerstoff umfasst, – wobei ein Anteil an Barium bezogen auf einen Gesamtanteil der kationischen Komponente größer oder gleich 10 mol-% und kleiner oder gleich 60 mol-% ist, – wobei ein Anteil an Silizium bezogen auf den Gesamtanteil der kationischen Komponente größer oder gleich 40 mol-% und kleiner oder gleich 90 mol-% ist, – wobei ein Anteil an Aluminium bezogen auf den Gesamtanteil der kationischen Komponente größer 0 mol-% und kleiner oder gleich 40 mol-% ist, – wobei ein Anteil an Europium bezogen auf den Anteil an Barium größer 0 mol-% und kleiner oder gleich 40 mol-% ist, – wobei ein Anteil an Stickstoff bezogen auf den Gesamtanteil der anionischen Komponente größer oder gleich 40 mol-% und kleiner oder gleich 100 mol-% ist, – wobei ein Anteil an Sauerstoff bezogen auf den Gesamtanteil der anionischen Komponente größer oder gleich 0 mol-% und kleiner oder gleich 60 mol-% ist, und wobei sich ein Schritt B an den Schritt A anschließt:
B) Erhitzen der Ausgangssubstanzen auf eine Temperatur von mindestens 1200°C unter reduzierender Atmosphäre, wobei nach dem Verfahrensschritt B) zumindest ein oder mehrere Reaktionsprodukte erhalten werden, welche den Leuchtstoff umfassen, wobei zumindest der Leuchtstoff zumindest einen Teil einer elektromagnetischen Primärstrahlung im UV- oder blauen Bereich absorbiert und eine elektromagnetische Sekundärstrahlung in einem Wellenlängenbereich mit einem Emissionsmaximum von größer oder gleich 580 nm emittiert.

Hier und im Folgenden wird als ”Leuchtstoff” ein Stoff bezeichnet, der elektromagnetische Primärstrahlung zumindest teilweise absorbiert und als elektromagnetische Sekundärstrahlung in einem zumindest teilweise von der elektromagnetischen Primärstrahlung verschiedenen Wellenlängenbereich emittiert. Der Leuchtstoff kann hier und im Folgenden auch als Konversionsmaterial bezeichnet werden.
Elektromagnetische Primärstrahlung und/oder elektromagnetische Sekundärstrahlung können eine oder mehrere Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereiche in einem infraroten bis ultravioletten Wellenlängenbereich umfassen, insbesondere in einem Wellenlängenbereich zwischen etwa 185 nm und 800 nm, bevorzugt zwischen etwa 350 nm und 800 nm. Dabei kann die elektromagnetische Primärstrahlung und/oder elektromagnetischen Sekundärstrahlung von einem Linienemitter ausgehen, das heißt dass die elektromagnetische Primärstrahlung und/oder die elektromagnetische Sekundärstrahlung einen einfarbigen oder annähernd einfarbigen Wellenlängenbereich aufweisen können. Die elektromagnetische Primärstrahlung und/oder elektromagnetische Sekundärstrahlung kann alternativ von einem Bandenemitter ausgehen, das heißt, dass die elektromagnetische Primärstrahlung und/oder die elektromagnetische Sekundärstrahlung einen mischfarbigen Wellenlängenbereich aufweisen können, wobei der mischfarbige Wellenlängenbereich jeweils ein kontinuierliches Spektrum oder mehrere diskrete spektrale Komponenten bei verschiedenen Wellenlängen aufweisen kann.
Gemäß einer Ausführungsform kann zumindest der Leuchtstoff elektromagnetische Primärstrahlung aus einer oder mehreren Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche aus einem UV- oder blauen Bereich konvertieren. Beispielsweise ist die elektromagnetische Primärstrahlung durch zumindest eine Leuchtdiode oder einem Laser bzw. einer Laserdiode erzeugbar.
Hier und im Folgenden bezeichnen Farbangaben in Bezug auf emittierende Leuchtstoffe oder elektromagnetische Strahlung, beispielsweise elektromagnetische Primär- und/oder Sekundärstrahlung, den jeweiligen Spektralbereich der elektromagnetischen Strahlung, beispielsweise der elektromagnetischen Primärstrahlung oder elektromagnetischen Sekundärstrahlung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform konvertiert zumindest der Leuchtstoff elektromagnetische Primärstrahlung, welche mit ihrem Emissionsmaximum innerhalb eines Wellenlängenbereichs von 185 bis 600 nm, bevorzugt von 360 bis 470 nm liegt.
Gemäß einer Ausführungsform konvertiert der Leuchtstoff elektromagnetische Primärstrahlung, die zu dessen Anregung dient.
Die elektromagnetische Sekundärstrahlung des Leuchtstoffs kann ein Emissionsmaximum im Wellenlängenbereich von 580 nm bis 650 nm, besonders von 590 nm bis 630 nm, insbesondere 600 nm bis 620 nm aufweisen.
Insbesondere weist die elektromagnetische Sekundärstrahlung ein Emissionsmaximum von größer 580 nm auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die elektromagnetische Sekundärstrahlung ein Emissionsmaximum von größer 600 nm auf. Dabei kann die elektromagnetische Sekundärstrahlung im Vergleich zur elektromagnetischen Primärstrahlung einen Wellenlängenbereich aufweisen, welcher zu größeren Wellenlängen verschoben ist.
Gemäß einer Ausführungsform kann im Verfahrensschritt B zumindest ein oder mehrere Reaktionsprodukte erhalten werden, welche den Leuchtstoff umfassen. Sollte das Reaktionsprodukt mehrere Komponenten aufweisen, kann der Leuchtstoff aus dem Reaktionsprodukt extrahiert werden.
”Kationische Komponente” bezeichnet hier und im Folgenden Elemente des Periodensystems, wie beispielsweise Barium, Silizium, Aluminium und Europium, welche als Kation (Ba²⁺, Si⁴⁺, Al³⁺, Eu²⁺) frei oder gebunden in einer chemischen Verbindung, beispielsweise zumindest einer Ausgangssubstanz, vorliegen.
Alternativ oder zusätzlich kann die kationische Komponente Elemente des Periodensystems aufweisen, welche ungeladen sind bzw. elementar vorliegen. So kann beispielsweise die kationische Komponente Metalle, beispielsweise Silizium, Barium, Aluminium und/oder Europium als Metall umfassen.
Eine ”Kombination zumindest aus Barium, Silizium, Aluminium und Europium” in Bezug auf die kationische Komponente bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die kationische Komponente der Mischung der Ausgangssubstanzen zumindest Barium, Silizium, Aluminium und Europium enthält, wobei die Summe der Anteile aus Barium, Silizium, Aluminium und Europium 100% oder 100 mol-% beträgt, wenn die kationische Komponente keine weiteren Elemente enthält, oder weniger als 100% oder 100 mol-%, wenn neben Barium, Silizium, Aluminium und Europium auch weitere Elemente die kationische Komponente bilden.
”Gesamtanteil der kationischen Komponente” bezeichnet in diesem Zusammenhang zumindest die Summe aus den Anteilen an Barium, Silizium, Aluminium und Europium, wenn die kationische Komponente keine weiteren Elemente enthält. Wenn neben Barium, Silizium, Aluminium und Europium auch weitere Elemente für die kationische Komponente enthalten sind, dann werden Anteile dieser Elemente zu den Anteilen an Barium, Silizium, Aluminium und Europium addiert und zur Anteilsbemessung mitgezählt.
”Anteil an Barium” bezeichnet in diesem Zusammenhang den Stoffmengenanteil in Prozent mit der Einheit mol-% des Bariums bezogen auf den Gesamtanteil der kationischen Komponente.
”Anteil an Silizium” oder ”Anteil an Aluminium” bezeichnet entsprechend den Stoffmengenanteil in Prozent mit der Einheit mol-% des jeweiligen Elements (Silizium oder Aluminium) bezogen auf den Gesamtanteil der kationischen Komponente.
”Anteil an Europium” bezeichnet in diesem Zusammenhang den Stoffmengenanteil in Prozent mit der Einheit mol-% des Europiums bezogen auf den Anteil an Barium.
”Anionische Komponente” bezeichnet entsprechend Elemente des Periodensystems, wie Stickstoff, Chlor und Sauerstoff, die als Anion, beispielsweise als Oxid-Anion (O2-), Chlorid-Anion (Cl-), und/oder Sulfid-Anionen (S2-) in einer chemischen Verbindung, beispielsweise zumindest einer Ausgangssubstanz, vorliegen. Als Anion gebunden in einer chemischen Verbindung bedeutet nicht, dass das Element des Periodensystems als freies elektrisch geladenes Atom oder Molekül (mit zumindest einer Ionenladung) in der chemischen Verbindung vorliegt.
Vielmehr ist mit Anion die Oxidationszahl und/oder Wertigkeit des Elements des Periodensystems gemeint. Die Oxidationszahl (auch elektrochemische Wertigkeit) gibt an, wie viele Elementarladungen ein Atom innerhalb einer Verbindung formal aufgenommen bzw. abgegeben hätte.
Alternativ oder zusätzlich kann die anionische Komponente Elemente des Periodensystems aufweisen, welche ungeladen sind oder elementar vorliegen, beispielsweise als Stickstoff (N2), Sauerstoff (O2), Chlor (Cl2) und Fluor (F2).
”Anteil an Stickstoff” oder ”Anteil an Sauerstoff” bezeichnet in diesem Zusammenhang den Stoffmengenanteil in Prozent mit der Einheit mol-% des Stickstoffs oder Sauerstoffs bezogen auf den Gesamtanteil der anionischen Komponente.
Der ”Gesamtanteil der anionischen Komponente” bezeichnet hier und im Folgenden die Summe aus zumindest dem Anteil an Stickstoff und dem Anteil an Sauerstoff, wobei die Summe der Anteile aus Stickstoff und Sauerstoff 100% oder 100 mol-% beträgt, wenn die anionische Komponente keine weiteren Elemente enthält, oder weniger als 100% oder 100 mol-%, wenn neben Stickstoff und Sauerstoff auch weitere Elemente für die anionische Komponente eingesetzt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Mischung der Ausgangssubstanzen eine kationische Komponente aufweisen, welche eine Kombination von Barium, Silizium, Aluminium und Europium ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die anionische Komponente der Mischung der Ausgangssubstanzen aus Stickstoff und Sauerstoff bestehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist zumindest eine erste Ausgangssubstanz eine erste kationische Komponente und eine erste anionische Komponente, eine zweite Ausgangssubstanz eine zweite kationische Komponente und eine zweite anionische Komponente, und eine n-te Ausgangssubstanz eine n1-te kationische Komponente und eine n-te anionische Komponente auf. Dabei bezeichnet n oder n1 eine ganze Zahl mit n ≥ 3 bzw. n1 ≥ 3. Beispielsweise ist die erste kationische Komponente ein Kation und die erste anionische Komponente ein Anion, wobei diese gebunden in Form eines Salzes vorliegen. Durch Mischen der Ausgangssubstanzen, wie erste, zweite, n-te Ausgangssubstanz, kann die kationische Komponente der Mischung der Ausgangssubstanzen aus der Summe der ersten, zweiten, ... n1-ten kationischen Komponenten und die anionische Komponente der Mischung der Ausgangssubstanzen aus der Summe der ersten, zweiten, ... n-ten anionischen Komponenten gebildet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform können die erste kationische Komponente, die zweite kationische Komponente und/oder die n1-te kationische Komponente identisch sein. Entsprechend können die erste anionische Komponente, die zweite anionische Komponente und/oder die n-te anionische Komponente identisch sein. Beispielsweise können gleichzeitig die Ausgangssubstanzen Ba3N2 und BaCO3 gleichzeitig eingesetzt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegen im Verfahrensschritt A die erste, zweite und/oder n-te Ausgangssubstanz gemischt nebeneinander vor. Dabei kann die erste kationische Komponente gebunden mit der ersten anionischen Komponente als erste Ausgangssubstanz, die zweite kationische Komponente gebunden mit der zweiten anionischen Komponente als zweite Ausgangssubstanz und/oder die n1-te kationische Komponente gebunden mit der n-ten anionischen Komponente als n-te Ausgangssubstanz als Mischung vorliegen. Möglich ist es auch, dass die Anzahl unterschiedlicher kationischer und unterschiedlicher anionischer Komponenten differiert, dass also unterschiedliche Ausgangssubstanzen mit gleicher kationischer oder anionischer Komponente vorliegen. Die erste, zweite und/oder n1-te kationische Komponente bildet die kationische Komponente und die erste, zweite und/oder n-te anionische Komponente bildet die anionische Komponente der Mischung der Ausgangssubstanzen, wobei die jeweilige anionische und kationische Komponente chemisch in den jeweiligen Ausgangsverbindungen eingebunden sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Mischung der Ausgangssubstanzen Hydride, Carbonate, Nitride, Oxide wie beispielsweise Hydride, Carbonate, Nitride, Oxide der Seltenerdmetalle, Elemente der 3. Hauptgruppe des Periodensystems, Elemente der 4. Hauptgruppe des Periodensystems und/oder Erdalkalimetalle und Kombinationen daraus. Weiterhin können Chloride, Sulfate, Phosphate, Nitrate und Kombinationen daraus als Mischung der Ausgangssubstanzen eingesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die kationische Komponente der Mischung der Ausgangssubstanzen Elemente der 2. bis 4. Hauptgruppe der Elemente des Periodensystems und/oder Seltenerdmetalle aufweisen. Insbesondere kann die kationische Komponente Barium, Silizium, Aluminium und/oder Europium als Metall umfassen.
Für die Synthese ist eine ausreichende Homogenisierung durch Mischen erforderlich. Beim Mischprozess können die Bedingungen so gewählt werden, dass ausreichend Energie in das Mischgut eingetragen wird, wodurch es zu einer Vermahlung der Ausgangssubstanzen kommt. Die damit erhöhte Homogenität und Reaktivität der Mischung kann einen positiven Einfluss auf die Eigenschaften des resultierenden Leuchtstoffs haben.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Verfahrensschritt A über einem Zeitraum durchgeführt werden, welcher beispielsweise 3 Minuten bis 24 Stunden, insbesondere zwischen einer Stunde und 8 Stunden, beispielsweise 3 Stunden, umfasst. Dadurch kann eine homogene Vermischung gewährleistet werden.
Die Ausgangssubstanzen können stöchiometrisch eingewogen werden. Alternativ können die Ausgangssubstanzen auch nicht-stöchiometrisch eingewogen werden, wobei zumindest eine Ausgangssubstanz im Überschuss eingewogen werden kann, um eventuell Abdampfungsverluste während der Herstellung zu kompensieren. Beispielsweise können Ausgangssubstanzen, welche Erdalkalikomponenten umfassen, im Überschuss eingewogen werden.
Ausgangssubstanzen können aus einer Gruppe ausgewählt werden, die Erdalkalimetalle und deren Verbindungen, Silizium und dessen Verbindung, Aluminium und dessen Verbindung, und Europium und dessen Verbindung umfasst.
Dabei können Erdalkalimetallverbindungen aus Legierung, Hydriden, Siliziden, Nitriden, Halogeniden, Oxiden, Carbonaten sowie Erdalkalimetallen und Mischungen dieser Verbindungen bzw. Metalle ausgewählt werden. Bevorzugt werden Bariumcarbonat und/oder Bariumnitrid eingesetzt.
Siliziumverbindung können aus Siliziumnitriden, Erdalkalisiliziden, Siliziumdiimiden, Siliziumhydriden, Siliziumoxid sowie Siliziummetall oder Mischungen dieser Verbindung bzw. Siliziummetall ausgewählt werden. Bevorzugt werden Siliziumnitride und/oder Siliziumoxid eingesetzt, die stabil, leicht verfügbar und günstig sind.
Aluminiumverbindung können aus Legierungen, Oxiden, Nitriden sowie Aluminium und Mischungen dieser Verbindung bzw. Aluminium ausgewählt werden. Bevorzugt werden Aluminiumoxid und/oder Aluminiumnitrid eingesetzt, die stabil, leicht verfügbar und günstig sind.
Verbindung von Europium können aus Europiumoxiden, Europiumnitriden, Europiumhalogeniden, Europiumhydriden sowie Europium oder Mischungen dieser Verbindung bzw. Europium ausgewählt werden. Bevorzugt wird Europiumoxid eingesetzt, das stabil, leicht verfügbar und günstig ist. Analoges gilt für andere mögliche Aktivatoren.
Durch gezielte Veränderung der Schüttdichte und/oder durch Modifikation der Agglomeration der Mischung der Ausgangssubstanz kann die Entstehung von Nebenphasen reduziert werden. Außerdem kann die Partikelgrößenverteilung, Partikelmorphologie und die Ausbeute des resultierenden Leuchtstoffs beeinflusst werden. Die hierbei geeigneten Techniken sind beispielsweise rückstandslose Siebungen und Granulieren, gegebenenfalls unter Verwendung geeigneter Zusätze.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Mischung der Ausgangssubstanzen einen Anteil an Barium bezogen auf den Gesamtanteil der kationischen Komponente zwischen 10 mol-% und 60 mol-% aufweisen. Insbesondere kann der Anteil an Barium größer oder gleich 20 und kleiner oder gleich 40 mol-%, beispielsweise 30 mol-% betragen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Mischung der Ausgangssubstanzen einen Anteil an Silizium bezogen auf den Gesamtanteil der kationischen Komponente zwischen 40 mol-% und 90 mol-%, insbesondere größer oder gleich 50 mol-% und kleiner oder gleich 70 mol-%, beispielsweise 60 mol-%, aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Mischung der Ausgangssubstanzen einen Anteil an Aluminium bezogen auf den Gesamtanteil der kationischen Komponente größer 0 mol-% und kleiner oder gleich 20 mol-%, insbesondere zwischen 1 und 15 mol-%, beispielsweise 10 mol-% oder kleiner oder gleich 10 mol-%, aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Mischung der Ausgangssubstanzen einen Anteil an Europium bezogen auf den Anteil an Barium größer 0 mol-% und kleiner oder gleich 40 mol-%, insbesondere größer oder gleich 0,5 mol-% und kleiner oder gleich 20 mol-%, beispielsweise 1 mol-%, aufweisen. Europium kann als Dotierstoff bzw. Aktivator verwendet werden, bevorzugt allein oder in Kombination mit einem weiteren Aktivator.
Gemäß einer Ausführungsform kann die kationische Komponente weiterhin Yttrium und/oder Gallium als dreiwertige Ionen umfassen.
Sie kann außerdem auch weitere Seltenerdmetalle, beispielsweise Cer, Gadolinium und/oder Lutetium, und/oder Mangan und/oder Kombinationen daraus umfassen. Diese Elemente des Periodensystems können als Dotierstoff, auch Aktivator genannt, verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Mischung der Ausgangssubstanzen einen Anteil an Stickstoff bezogen auf den Gesamtanteil der anionischen Komponente größer oder gleich 40 mol-%, insbesondere größer oder gleich 80 mol-% aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Mischung der Ausgangssubstanzen einen Anteil an Sauerstoff bezogen auf den Gesamtanteil der anionischen Komponente größer oder gleich 0 mol-% und kleiner oder gleich 60 mol-%, insbesondere kleiner oder gleich 20 mol-% aufweisen. Der Anteil des Sauerstoff kann insbesondere in einem Bereich von 1 Mol.-% bis 15 Mol.-% liegen.
Die hier angegebenen Bereiche für die Anteile der Anionen beziehungsweise die Anteile der Kationen können dabei gemäß vorheriger Beschreibung beliebig miteinander kombiniert werden, sodass eine Mischung der Ausgangssubstanzen aus einer beliebigen Kombination der Anteile der einzelnen Anionen beziehungsweise Kationen hergestellt werden kann, auch wenn diese Kombination hier nicht explizit erwähnt ist.
Durch Mischen der Ausgangssubstanzen mit entsprechenden Anteilen der Elemente in der kationischen Komponente und anionischen Komponente kann zumindest ein Reaktionsprodukt hergestellt werden, welches den Leuchtstoff umfasst. Die Mischung der Ausgangssubstanzen wird auf mindestens 1200°C unter reduzierender Atmosphäre erhitzt, wobei der als zumindest ein Reaktionsprodukt resultierende Leuchtstoff elektromagnetische Sekundärstrahlung im roten oder tiefroten Bereich emittiert. Der Leuchtstoff weist eine hohe Stabilität, Quanteneffizienz, Konversionseffizienz und niedriges thermisches Quenching auf.
Der Leuchtstoff kann gemäß einer Ausführungsform als Nebenphase oder Hauptphase der Reaktionsprodukte oder phasenrein vorliegen. Unter ”Hauptphase” ist in diesem Zusammenhang ein Reaktionsprodukt zu verstehen, dass den größten Anteil bezogen auf den Gesamtanteil aller Reaktionsprodukte aufweist. ”Nebenphase” bezeichnet alle Reaktionsprodukte, die keine Hauptphase sind oder bilden.
Gemäß einer Ausführungsform können andere Phasen, welche nicht den Leuchtstoff umfassen, eine Lumineszenz aufweisen oder nicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird im Verfahrensschritt A) zusätzlich zumindest ein Flussmittel bzw. Schmelzmittel zugesetzt. Ein Schmelzmittel bzw. Flussmittel kann für die Verbesserung der Kristallinität und zur Unterstützung des Kristallwachstums des Leuchtstoffs eingesetzt werden. Schmelzmittel bzw. Flussmittel können die Reaktionstemperatur herabsetzen. Hier können Chloride und Fluoride der eingesetzten Erdalkalimetalle, wie Bariumchlorid, Bariumfluorid und/oder Halogenide, wie Ammoniumchlorid, Ammoniumfluorid, Kaliumfluorid, Kaliumchlorid, Magnesiumfluorid, Lithiumfluorid, Lithiumchlorid und/oder Carbonate, wie Lithiumcarbonat und/oder borhaltige Verbindungen wie H₃BO₃, B₂O₃, Li₂B₄O₇, NaBO₂, Na₂B₄O₇, verwendet werden. Weiterhin kommen beliebige Kombinationen aus zwei oder mehreren der oben genannten Schmelzmittel bzw. Flussmittel in Frage.
Die Ausgangssubstanzen und gegebenenfalls die Schmelz- bzw. Flussmittel werden homogenisiert, beispielsweise in einer Mörsermühle, einer Kugelmühle, einem Turbulentmischer, einem Pflugscharmischer oder mittels anderer geeigneter Methoden.
Die Mischung der Ausgangssubstanzen kann in dem Verfahrensschritt B gemäß einer Ausführungsform einmal oder mehrfach erhitzt werden. Das Erhitzen kann in einem Tiegel, beispielsweise aus Wolfram, Molybdän, Korund oder Bornitrid erfolgen. Dabei kann der Tiegel eine Metallauskleidung, beispielsweise aus Molybdän oder eine Auskleidung aus Saphir aufweisen. Das Erhitzen kann in einem gasdichten Ofen unter reduzierender Atmosphäre und/oder Inertgas wie z. B. in Wasserstoff, Ammoniak, Argon und Stickstoff oder Mischungen daraus erfolgen. Die Atmosphäre kann fließend oder stationär sein. Es kann zudem von Vorteil für die Qualität des Leuchtstoffs sein, wenn elementarer Kohlenstoff in fein verteilter Form im Ofenraum anwesend ist. Alternativ ist es möglich, dass Kohlenstoff direkt in die Mischung der Ausgangsverbindungen gegeben wird. Mehrfaches Erhitzen des Leuchtstoffs mit oder ohne zwischengeschalteten Nachbearbeitungsprozess, wie z. B. Mahlen und/oder Sieben kann die Kristallinität oder die Korngrößenverteilung weiter verbessern. Weitere Vorteile können eine niedrigere Defektdichte verbunden mit verbesserten optischen Eigenschaften des Leuchtstoffs und/oder eine höhere Stabilität des Leuchtstoffs sein, welche bei herkömmlichen Leuchtstoffen, die nicht dem wiederholtem Verfahrensschritt B unterzogen werden, zumeist nicht erhalten werden. Zwischen dem mehrfachen Erhitzen kann der Leuchtstoff behandelt werden oder es können dem Leuchtstoff Substanzen, wie Ausgangssubstanzen, Flussmittel bzw. Schmelzmittel, andere Substanzen oder eine Mischung dieser Stoffe zugegeben werden. Der erhitzte Leuchtstoff kann weiterhin gemahlen werden. Für die Mahlung des Leuchtstoffs können übliche Werkzeuge, wie beispielsweise eine Mörsermühle, eine Fließbettmühle oder eine Kugelmühle eingesetzt werden. Bei der Mahlung sollte dabei der Anteil von erzeugtem Splitterkorn möglichst gering gehalten werden, da diese die optischen Eigenschaften des Leuchtstoffs verschlechtern kann. Zusätzlich kann nach dem Mahlen vor Wiederholen des Verfahrensschritt B eine Siebung erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Verfahrenschritt B) zumindest einmal für eine Dauer zwischen 1 Stunde und 24 Stunden durchgeführt. Alternativ oder zusätzlich wird der Verfahrensschritt B) unter einer reduzierenden Atmosphäre oder Inertgas durchgeführt, welche aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Wasserstoff (H₂), Argon, Stickstoff (N₂), Ammoniak (NH₃) und Kombinationen daraus umfasst.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Verfahrensschritt B zweimal, dreimal oder auch mehrmals durchgeführt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Verfahrensschritt B) bei einer Temperatur von größer gleich 1000°C, besonders bei 1200°C bis 2000°C, bevorzugt bei 1400°C bis 2000°C, besonders bevorzugt bei 1400°C bis 1800°C, beispielsweise bei 1600°C, durchgeführt.
Die homogenisierte Ausgangsmischung, welche im Verfahrensschritt A) erhalten werden kann, kann im Verfahrensschritt B) in einem Ofen, beispielsweise einem Rohrofen, einem Kammerofen oder einem Durchschubofen, für mehrere Stunden unter reduzierender Atmosphäre oder Inertgas geglüht werden. Das Glühgut kann anschließend gemahlen werden, beispielsweise in einer Mörsermühle, Kugelmühle, Fließbettmühle oder anderen Mühlentypen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann nach dem Verfahrensschritt B) ein zusätzlicher Verfahrensschritt C) durchgeführt werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Leuchtstoff nicht phasenrein erhalten wurde.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Verfahrensschritt C) den Prozessschritt: C) Isolierung des Leuchtstoffs durch chemische Nachbehandlung, beispielsweise alkalische Waschung in NaOH oder einer anderen Lauge oder saure Waschung in HCl oder einer anderen Säure.
Das gemahlene Pulver aus Verfahrensschritt B) oder C) kann weiteren Fraktionier- und Klassierschritten, wie beispielsweise Siebung, Flotation oder Sedimentation unterzogen werden.
Im Verfahrensschritt C) kann der Leuchtstoff in Wasser oder in wässrigen Säuren und/oder Laugen wie Salzsäure, Salpetersäure, Flusssäure, Schwefelsäure, organischen Säuren, Natronlauge, Kalilauge oder einer Mischung dieser gewaschenen werden. Dadurch können Nebenphasen, Glasphasen oder andere Verunreinigungen entfernt sowie eine Verbesserung der optischen Eigenschaften des Leuchtstoffs erreicht werden. Es ist auch möglich, durch Klassieren gezielt kleinere Leuchtstoffpartikel auszulösen und die Partikelgrößenverteilung für die Anwendung zu optimieren.
Es wird weiterhin ein Leuchtstoff angegeben, welcher durch ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs erhältlich ist, wobei der Leuchtstoff eine Zusammensetzung aufweist, welche Barium, Silizium, Europium und Aluminium als kationische Leuchtstoffkomponente und Stickstoff und Sauerstoff als anionische Leuchtstoffkomponente aufweist, wobei der Leuchtstoff zumindest einen Teil einer elektromagnetischen Primärstrahlung im UV- oder blauen Bereich absorbiert und eine elektromagnetische Sekundärstrahlung mit einem Wellenlängenmaximum von größer oder gleich 580 nm emittiert.
Dabei gelten für den Leuchtstoff alle bisher in der Beschreibung des allgemeinen Teils dargestellten Ausführungsformen und Definition, welche beim Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs beschrieben wurden.
”Kationische Leuchtstoffkomponente” bezeichnet hier und im Folgenden, dass der Leuchtstoff zumindest Barium, Silizium, Aluminium und Europium als Kationen umfasst oder daraus besteht, wobei die Summe der Anteile aus Barium, Silizium, Aluminium und Europium 100% oder 100 mol-% beträgt, wenn die kationische Leuchtstoffkomponente keine weiteren Elemente enthält, oder weniger als 100% oder 100 mol-%, wenn neben Barium, Silizium, Aluminium und Europium auch weitere Elemente für die kationische Leuchtstoffkomponente eingesetzt werden. ”Als Kation” bedeutet nicht zwangsläufig, dass das Element des Periodensystems als freies elektrisch geladenes Atom oder Molekül (mit zumindest einer Ionenladung) in der chemischen Verbindung vorliegt. Vielmehr ist mit „als Kation” eine positive Oxidationszahl und/oder Wertigkeit des Elements des Periodensystems gemeint.
”Anionische Leuchtstoffkomponente” bezeichnet hier und im Folgenden, dass der Leuchtstoff als Anionen zumindest Sauerstoff und Stickstoff umfasst oder daraus besteht, wobei die Summe der Anteile Sauerstoff und Stickstoff 100% oder 100 mol-% beträgt, wenn die anionische Leuchtstoffkomponente keine weiteren Elemente enthält, oder weniger als 100% oder 100 mol-%, wenn neben Sauerstoff und Stickstoff auch weitere Elemente für die anionische Leuchtstoffkomponente eingesetzt werden. ”Als Anion” bedeutet nicht zwangsläufig, dass das Element des Periodensystems als freies elektrisch geladenes Atom oder Molekül (mit zumindest einer Ionenladung) in der chemischen Verbindung vorliegt. Vielmehr ist mit Anion oder mit der Ionenladung des Anions ein Element des Periodensystems mit negativer Oxidationszahl und/oder Wertigkeit gemeint.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform emittiert der Leuchtstoff eine elektromagnetische Sekundärstrahlung in einem Wellenlängenbereich mit Maxima von 580 nm bis 650 nm, bevorzugt 590 nm bis 630 nm, besonders bevorzugt 600 nm bis 620 nm, beispielsweise 610 nm.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Leuchtstoff ein Emissionsmaximum bei 610 nm +/–10 nm auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden für den Leuchtstoff folgende Summenformeln für Leuchtstoffreinphasen vorgeschlagen, die je nach Herstellungsroute als Haupt- oder Nebenphasen allein oder in Kombination auftreten können:
(Ba_1-yEu_y)Si_4-xAl_xO_xN_6-x mit 1 ≤ x ≤ 2 und 0 ≤ y ≤ 1
(Ba_1-yEu_y)₄Si_11-xAl_xO_2+xN_16-x mit 2 ≤ x ≤ 4 und 0 ≤ y ≤ 1
(Ba_1-yEu_y)₅Si_12-xAl_xO_2+xN_18-x mit 2 ≤ x ≤ 4 und 0 ≤ y ≤ 1
(Ba_1-yEu_y)₅Si_13-xAl_xO_4+xN_18-x mit 2 ≤ x ≤ 4 und 0 ≤ y ≤ 1
(Ba_1-yEu_y)₈Si_20-xAl_xO_x4+xN_30-x mit 4 ≤ x ≤ 7 und 0 ≤ y ≤ 1
(Ba_1-yEu_y)₁₀Si_29-xAl_xO_8+xN_40-x mit 1 ≤ x ≤ 10 und 0 ≤ y ≤ 1
(Ba_1-yEu_y)₁₀Si_29-xAl_xO_5+xN_42-x mit 3 ≤ x ≤ 8 und 0 ≤ y ≤ 1
x und/oder y-Werte in obigen Strukturformeln des Leuchtstoffs können insbesondere auch nicht ganzzahlige Werte sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich um einen Leuchtstoff, der allgemein wie folgt darstellbar ist, wobei D ein geeigneter Aktivator ist:
(Ba1-yDy)Si4-xAlxOxN6-x mit 1 ≤ x ≤ 2 und 0 ≤ y ≤ 0,4;
(Ba1-yDy)4Si11-xAlxO2+xN16-x mit 2 ≤ x ≤ 4 und 0 ≤ y ≤ 0,4;
(Ba1-yDy)5Si12-xAlxO2+xN18-x mit 2 ≤ x ≤ 4 und 0 ≤ y ≤ 0,4
(Ba1-yDy)5Si13-xAlxO4+xN18-x mit 2 ≤ x ≤ 4 und 0 ≤ y ≤ 0,4
(Ba1-yDy)8Si20-xAlxOx4+xN30-x mit 4 ≤ x ≤ 7 und 0 ≤ y ≤ 0,4
(Ba1-yDy)10Si29-xAlxO8+xN40-x mit 1 ≤ x ≤ 10 und 0 ≤ y ≤ 0,4
(Ba1-yDy)10Si29-xAlxO5+xN42-x mit 3 ≤ x ≤ 8 und 0 ≤ y ≤ 0,4
Dabei ist D bevorzugt allein oder überwiegend Eu oder auch Ce, bevorzugt sind weitere Zusätze Mn oder auch Tb.
Dabei muss der Leuchtstoff nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach den obigen Formeln aufweisen. Vielmehr können sie beispielsweise ein oder mehrere zusätzliche Dotierstoffe, sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhalten obige Formeln jedoch nur die wesentlichen Bestandteile.
In einer anderen Ausführungsform weist der Leuchtstoff auch eine andere Summenformel auf, die bislang noch nicht identifiziert bzw. zugeordnet werden konnte.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Strukturen und/oder die stöchiometrische Zusammensetzung für die Leuchtstoffreinphasen anhand von Merkmalen, die beispielsweise mittels Elementaranalyse, Röntgenbeugung (XRD, X-ray diffraction), Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) oder Einkristallanalyse gewonnen werden, näher bestimmt werden.
Der Leuchtstoff kann als Pulver vorliegen, er kann ggf. in einer Matrix eingebettet sein. Gemäß einer Ausführungsform kann der Leuchtstoff als Keramik oder in Glas eingebettet vorliegen.
Es wird weiterhin ein optoelektronisches Bauelement angegeben, welches den Leuchtstoff umfasst dessen Herstellung vorangegangen beschrieben wurde, wobei das optoelektronische Bauelement einen Strahlengang der elektromagnetischen Primärstrahlung vorsieht, wobei der Leuchtstoff im Strahlengang angeordnet ist.
Dabei gelten für das optoelektronische Bauelement alle bisher in der Beschreibung des allgemeinen Teils dargestellten Ausführungsformen und Definition des Verfahrens zur Herstellung eines Leuchtstoffs und des Leuchtstoffs.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass hier unter dem Begriff ”Bauelement” nicht nur fertige Bauelemente, wie beispielsweise Leuchtdioden (LEDs) oder Laserdioden zu verstehen sind, sondern auch Substrate und/oder Halbleiterschichten, sodass beispielsweise bereits ein Verbund einer Kupferschicht und einer Halbleiterschicht ein Bauelement darstellen und einen Bestandteil eines übergeordneten zweiten Bauelements bilden kann, in dem beispielsweise zusätzlich elektrische Anschlüsse vorhanden sind. Das erfindungsgemäße optoelektronische Bauelement kann beispielsweise ein Dünnfilmhalbleiterchip, insbesondere ein Dünnfilmleuchtdiodenchip, sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann das optoelektronische Bauelement eine Schichtenfolge umfassen. Unter ”Schichtenfolge” ist in diesem Zusammenhang eine mehr als eine Schicht umfassende Schichtenfolge zu verstehen, beispielsweise eine Folge einer p-dotierten und einer n-dotierten Halbleiterschicht, wobei die Schichten übereinander angeordnet sind. Die Schichtenfolge kann die elektromagnetische Primärstrahlung emittieren.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Schichtenfolge eine Halbleiterschichtenfolge sein, wobei die in der Halbleiterschichtenfolge vorkommenden Halbleitermaterialien nicht beschränkt sind, sofern diese zumindest teilweise Elektrolumineszenz aufweisen. Es werden beispielsweise Verbindungen aus den Elementen verwendet, die aus Indium, Gallium, Aluminium, Stickstoff, Phosphor, Arsen, Sauerstoff, Silizium, Kohlenstoff und Kombinationen daraus ausgewählt sind. Es können aber auch andere Elemente und Zusätze verwendet werden. Die Schichtenfolge mit einem aktiven Bereich kann beispielsweise auf Nitridverbindungshalbleitermaterialien basieren. ”Auf Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basierend” bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest ein Teil davon, ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise Al_nGa_mIn_1-n-mN aufweist oder aus diesem besteht, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Die Halbleiterschichtenfolge kann als aktiven Bereich beispielsweise einen herkömmlichen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopfstruktur (SQW-Struktur) oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW-Strukur) aufweisen. Die Halbleiterschichtenfolge kann neben dem aktiven Bereich weitere funktionelle Schichten und funktionelle Bereiche umfassen, etwa p- oder n-dotierte Ladungsträgertransportschichten, also Elektronen- oder Löchertransportschichten, p- oder n-dotierte Confinement- oder Cladding-Schichten, Pufferschichten und/oder Elektroden sowie Kombinationen daraus. Solche Strukturen den aktiven Bereich oder die weiteren funktionellen Schichten und Bereiche betreffend sind dem Fachmann insbesondere hinsichtlich Aufbau, Funktion und Struktur bekannt und werden von daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.
Alternativ ist es möglich, eine organische Leuchtdiode (OLED) als optoelektronisches Bauelement auszuwählen, wobei beispielsweise die von der OLED emittierte elektromagnetische Primärstrahlung durch ein im Strahlengang der elektromagnetischen Primärstrahlung befindliches Konversionsmaterial oder befindlichen Leuchtstoff in eine elektromagnetische Sekundärstrahlung umgewandelt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird im Betrieb des optoelektronischen Bauelements die elektromagnetische Primärstrahlung von der Schichtenfolge mit einem aktiven Bereich emittiert und trifft auf den Leuchtstoff, der im Strahlengang der elektromagnetischen Primärstrahlung angeordnet ist und geeignet ist, die elektromagnetische Primärstrahlung zumindest teilweise zu absorbieren und als elektromagnetische Sekundärstrahlung mit einem zumindest teilweise von der elektromagnetischen Primärstrahlung verschiedenen Wellenlängenbereich zu emittieren.
Gemäß einer Ausführungsform kann das optoelektronische Bauelement neben dem Leuchtstoff einen weiteren Leuchtstoff aufweisen, welcher eine weitere elektromagnetische Sekundärstrahlung emittiert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann sich die gesamte elektromagnetische Sekundärstrahlung aus einer elektromagnetischen Sekundärstrahlung, die von dem Leuchtstoff emittiert wird, und zumindest einer weiteren elektromagnetischen Sekundärstrahlung, die von dem weiteren Leuchtstoff emittiert wird, zusammensetzen. Die weitere elektromagnetische Sekundärstrahlung kann eine Wellenlänge im Bereich 490 nm bis 680 nm aufweisen, z. B. mit Emissionsmaximum bei 550 nm. Die elektromagnetische Sekundärstrahlung kann ein Wellenlängenmaximum aufweisen, die größer oder gleich 580 nm, bevorzugt größer oder gleich 600 nm, beispielsweise 610 nm ist. Der Leuchtstoff emittiert somit im orange-roten Spektralbereich der elektromagnetischen Strahlung und der weitere Leuchtstoff im gelben oder grünen Spektralbereich der elektromagnetischen Strahlung.
Das optoelektronische Bauelement weist gemäß einer weiteren Ausführungsform eine Gesamtemission auf, die sich aus elektromagnetischer Primärstrahlung und der gesamten elektromagnetischen Sekundärstrahlung zusammensetzt.
Insbesondere kann dabei von einem äußeren Betrachter im Betrieb des optoelektronischen Bauelements die Gesamtemission als weißes Licht wahrgenommen werden.
Alternativ ist es möglich, dass der Leuchtstoff, aber kein weiterer Leuchtstoff, im optoelektronischen Bauelement vorhanden ist. Dadurch kann insbesondere bei Betrieb des optoelektronischen Bauelements die von einem äußeren Betrachter wahrgenommene Gesamtemission als rotes Licht wahrgenommen werden. Dabei kann die elektromagnetische Primärstrahlung zumindest teilweise von dem Leuchtstoff absorbiert und in eine elektromagnetische Sekundärstrahlung, mit einem Emissionsmaximum Wellenlänge von größer oder gleich 200 nm konvertiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann zumindest der Leuchtstoff in einem Matrixmaterial eingebettet sein. Die Einbettung des Leuchtstoffs in das Matrixmaterial kann homogen oder mit einem Konzentrationsgradienten verteilt oder eingebettet sein. Insbesondere eignen sich als Matrixmaterial Polymere oder Keramikmaterialien oder Glas. Beispielsweise kann das Matrixmaterial ein Epoxidharz, Polymethylmetacrylat (PMMA), Polystyrol, Glas, Keramik wie YAG oder Al2O3, Polycarbonat, Polyacrylat, Polyurethan oder ein Silikonharz, wie etwa Polysiloxan oder Mischungen daraus umfassen oder sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Leuchtstoff in einem Matrixmaterial eingebettet und als Verguss, Schicht oder Folie ausgeformt sein. Der Verguss kann beispielsweise stoffschlüssig oder eine Vergussmasse mit einer Schichtenfolge mit einem aktiven Bereich verbunden sein. Die Vergussmasse kann dabei beispielsweise Polymermaterial sein. Insbesondere kann es sich um Epoxid oder Silikon handeln, ein methylsubstituiertes Silikon, beispielsweise Poly(dimethylsiloxan) und/oder Polymethylvinylsiloxan, ein cyclohexylsubstituiertes Silikon, zum Beispiel Poly(dicyclohexyl)siloxan oder eine Kombination davon.
Weiterhin kann das Matrixmaterial zusätzlich einen Füllstoff, wie beispielsweise ein Metalloxid, so etwa Titandioxid, Zirkoniumdioxid, Zinkoxid, Aluminiumoxid, und/oder Glaspartikel umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Leuchtstoff als Partikel oder Keramikplättchen ausgeformt sein und zumindest teilweise die elektromagnetische Primärstrahlung streuen. Der Leuchtstoff kann gleichzeitig als ein Leuchtzentrum, das Strahlung der elektromagnetischen Primärstrahlung teilweise absorbiert und eine elektromagnetische Sekundärstrahlung emittiert, und als Streuzentrum für die elektromagnetische Primärstrahlung ausgebildet sein. Die Streueigenschaften des Leuchtstoffs können zu einer verbesserten Strahlungsauskopplung aus dem Bauelement führen. Die Streuwirkung kann beispielsweise auch zu einer Steigerung der Absorptionswahrscheinlichkeit von Primärstrahlung in dem Leuchtstoff führen, wodurch eine geringere Schichtdicke der Schicht, die den Leuchtstoff enthält, erforderlich sein kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das optoelektronische Bauelement eine die Schichtenfolge mit dem aktiven Bereich umschließende Verkapselung aufweisen, wobei der Leuchtstoff im Strahlengang der elektromagnetischen Primärstrahlung innerhalb oder außerhalb der Verkapselung angeordnet sein kann. Die Verkapselung kann jeweils als Dünnschichtverkapselung ausgeführt sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Leuchtstoff in direktem Kontakt mit der Strahlungsquelle. So kann die Konversion der elektromagnetischen Primärstrahlung in die elektromagnetische Sekundärstrahlung zumindest teilweise nahe der Strahlungsquelle, beispielsweise in einem Abstand Leuchtstoff und Strahlungsquelle von kleiner oder gleich 200 μm, bevorzugt kleiner oder gleich 50 μm erfolgen (so genannte ”Chip Level Conversion”).
Gemäß einer Ausführungsform ist der Leuchtstoff von der Strahlungsquelle beabstandet. So kann zumindest teilweise die Konversion der elektromagnetischen Primärstrahlung in die elektromagnetische Sekundärstrahlung in einem großen Abstand zur Strahlungsquelle erfolgen. Beispielsweise in einem Abstand zwischen Leuchtstoff und Strahlungsquelle von größer oder gleich 200 μm, bevorzugt größer oder gleich 750 μm, besonders bevorzugt größer oder gleich 900 μm (so genannte ”Remote Phosphor Conversion”).
Grundsätzlich ist für das Kation nicht ausgeschlossen, geringe Beimengungen an Ba oder auch Sr allein oder in Kombination einzusetzen, diese sollten aber nicht so hoch sein, dass sie eine Änderung der Kristallstruktur des neuartigen Ba-Sialons erzwingen. Ein Anhaltspunkt für eine Obergrenze ist insbesondere eine Bemengung in Höhe von bis zu 10 Mol.-% am gesamten kotionischen Metall M, das weit überwiegend von Ba gestellt wird
Figuren
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes ergeben sich aus den im Folgenden aus den in Verbindung mit den Figuren näher beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Die Figuren zeigen:
1a schematisch ein ternäres Phasendiagramm des Molenbruchverhältnisses der kationischen Komponente der Mischung der Ausgangsstoffe,
1b schematisch ein ternäres Phasendiagramm des Molenbruchverhältnisses der kationischen Komponente der Mischung der Ausgangssubstanzen,
2a Emissionsspektren von Ausführungsbeispielen und eines Vergleichsbeispiels,
2b ein Emissionsspektrum eines Ausführungsbeispiels,
3a ein Röntgenpulverdiffraktogramm eines Vergleichsbeispiels,
3b ein Röntgenpulverdiffraktogramm eines Vergleichsbeispiels,
3c ein Röntgenpulverdiffraktogramm eines Ausführungsbeispiels,
4 die schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements;
5 die Konversionsrate für verschiedene Sialon-Leuchtstoffe.
Beschreibung der Zeichnungen
Die 1a zeigt ein ternäres Phasendiagramm des Molenbruchverhältnisses der kationischen Komponente in der Mischung der Ausgangssubstanzen umfassend Silizium (Si) mit Anteil xSi, Barium (Ba) mit Anteil xBa und Aluminium (Al) mit Anteil xAl. Europium (Eu) als Dotierung ist hier nicht gezeigt, je nach Höhe der Dotierung ersetzt es einen bestimmten Anteil von Ba.
Die anionische Komponente der Mischung der Ausgangssubstanzen umfassend Stickstoff und Sauerstoff kann als vierte Dimension im Phasendiagramm dargestellt werden. Das gleichseitige Dreieck stellt die Konzentrations- oder Molenbruchebene der kationischen Komponenten in der Mischung der Ausgangssubstanzen dar. Die Seiten des gleichseitigen Dreiecks bezeichnen hier den jeweiligen Molenbruch von Silizium (x_Si), Barium (x_Ba) und Aluminium (x_Al). Die Summe der einzelnen Molenbrüche der kationischen Komponente ergibt in der Summe 1 oder 100% oder 100 mol-%. Dabei gilt die Formel: x_Al + x_Ba + x_Si = 1. In dem ternären Phasendiagramm zeigt der trapezartige Bereich den Molenbruchbereich der Mischung der Ausgangsstoffe, dessen Reaktionsprodukt oder Reaktionsprodukte den Leuchtstoff umfassen. Der trapezartige Bereich wird von einer viereckigen Fläche mit den Eckpunkten 1a-1, 1a-2, 1a-3 und 1a-4 im ternären Phasendiagramm umschlossen. Dabei gilt die Definition zu Sauerstoff und Stickstoff als vierte Dimension des ternären Phasendiagramms. Die Eckpunkte der viereckigen Fläche zeigen das Molenbruchverhältnis der kationischen Komponente wie folgt:

1a-i: Si:Al:Ba = 0,949:0,001:0,050,

1a-2: Si:Al:Ba = 0,374:0,001:0,625,

1a-3: Si:Al:Ba = 0,225:0,350:0,425, und

1a-4: Si:Al:Ba = 0,600:0,350:0,050.
Der ellipsenförmige Bereich im ternären Phasendiagramm innerhalb der trapezartigen Fläche zeigt das Molenbruchverhältnis der kationischen Komponente der Mischung der Ausgangssubstanzen, welche mit einem Emissionsmaximum in einem Wellenlängenbereich von 580 nm bis 650 nm, bevorzugt 600 bis 630 nm, beispielsweise 610 nm emittieren.
1b zeigt wie 1a das ternäre Phasendiagramm des Molenbruchverhältnisses der kationischen Komponente (hier Ba, Al, Si) in der eingesetzten Mischung der Ausgangsstoffe. Im Unterschied zu 1a sind in 1b Ausführungsbeispiele B, C und D angegeben.
A ist ein Vergleichsbeispiel eines herkömmlichen orange-rot emittierenden Leuchtstoffs. In diesem Vergleichsbeispiel A ist das molare Verhältnis aus Ba, Si und Al für Ba₂Si₅N₈:Eu gezeigt, wobei der Eu-Anteil dem Ba zugeschlagen ist. Es ergibt sich:

A: Si:Al:Ba = 0,72:0:0,28.

Neuartig sind die Ausführungsbeispiele:

B: Si:Al:Ba = 0,60:0,10:0,30,

C: Si:Al:Ba = 0,50:0,20:0,30, und

D: Si:Al:Ba = 0,55:0,05:0,40.
Die Mischung der Ausgangsverbindungen wird auf mindestens 1200°C unter reduzierender Atmosphäre erhitzt, wobei zumindest ein Reaktionsprodukt entsteht, das den Leuchtstoff umfasst. Der Leuchtstoff, das Reaktionsprodukt bzw. die Reaktionsprodukte des Ausführungsbeispiel B, weist ein Emissionsspektrum mit einer Halbwertsbreite von 105 nm und ein Emissionsmaximum von 611 nm auf.
2a zeigt die zu Ausführungsbeispiel X2 und dem Vergleichsbeispiel X1 zugehörigen Emissionsspektren, wobei die Intensität I in Prozent in Abhängigkeit der Wellenlänge λ in nm dargestellt ist. Dabei wurde mit einer elektromagnetischen Primärstrahlung, welche eine Wellenlänge von 460 nm aufweist, angeregt. Aus den Emissionsspektren ist zu erkennen, dass das Ausführungsbeispiel X2 im Vergleich zum Vergleichsbeispiel X1, welches den Leuchtstoff Ba2Si5N8:Eu mit einem Eu-Anteil von 3 mol-% umfasst, ein höheres Emissionsmaximum aufweist. So zeigt das Vergleichsbeispiel X1 ein Emissionsmaximum von 584 nm, hingegen das Ausführungsbeispiel X2 ein Emissionsmaximum von etwa 611 nm. Der Anteil des Aktivators Eu ist hier 2 Mol.-% bezogen auf Ba.
Die 2b zeigt ein Emissionsspektrum eines Ausführungsbeispiels X3 mit einer Intensität I in Prozent in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ in nm des Leuchtstoffs, welcher nach dem Verfahrenschritt C durch eine saure Waschung isoliert wurde. Dabei wurde mit einer elektromagnetischen Primärstrahlung, welche eine Wellenlänge von 460 nm aufweist, angeregt. Das Emissionsmaximum liegt bei 611 +/–2 nm. Somit zeigt der Leuchtstoff im Vergleich zu herkömmlichen vorbekannten BaSiAlONen als Leuchtstoff eine zu größeren Wellenlängen hin verschobene elektromagnetische Sekundärstrahlung. Die Lage des Emissionsmaximums ist abhängig von der Aktivatorkonzentration und lässt sich je nach Konzentration des Aktivators lang- bzw. kurzwellig schieben.
3a zeigt für das Vergleichsbeispiel X1, also Ba2Si5N8:Eu, ein der Bibliothek entnommenes Röntgenpulverdiffraktogramm auf Basis von Bestrahlung mit Kupfer (Cu) Kα mit der Intensität I in a. U. (arbitrary unit) als Funktion des Winkels 2θ in °.
3b zeigt ein der Bibliothek entnommenes Röntgenpulverdiffraktogramm mit der Intensität I in a. U. (arbitrary unit) als Funktion von 2θ in ° des Vergleichsbeispiels BaAlSi5O2N7:Eu. Der Winkel 2θ bezeichnet hier und im Folgenden den Winkel zwischen Strahlungsquelle, Probe und Detektor.
3c zeigt ein experimentell bestimmtes Röntgenpulverdiffraktogramm mit der Intensität I in a. U. als Funktion von 2θ in ° des isolierten neuartigen Eu2+-dotierten Leuchtstoffs gemäß Ausführungsbeispiel X3. Das Reflexmuster des Leuchtstoffs unterscheidet sich deutlich von den Reflexmustern der Vergleichsbeispiele unter anderem bei Winkeln von 2θ = 27° bis 40°. Weiterhin sind charakteristische Unterschiede über den gesamten 2θ-Bereich zu beobachten. Somit unterscheidet sich die Struktur des Leuchtstoffs signifikant von der Struktur der Vergleichsbeispiele.
4 zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements am Ausführungsbeispiel einer Leuchtdiode (LED). Das optoelektronische Bauelement weist eine Schichtenfolge 1 mit einem aktiven Bereich (nicht explizit gezeigt), einen ersten elektrischen Anschluss 2, einen zweiten elektrischen Anschluss 3, einen Bonddraht 4, einen Verguss 5, eine Gehäusewand 7, ein Gehäuse 8, eine Ausnehmung 9, einen Leuchtstoff 6, und ein Matrixmaterial 10 auf. Die Schichtenfolge 1 mit einem aktiven Bereich, dem der Leuchtstoff 6 in seinem Strahlengang vorgeschaltet ist, ist innerhalb des optoelektronischen Bauelements, des Vergusses 5 und/oder der Ausnehmung 9 angeordnet. Der erste und zweite elektrische Anschluss 2, 3 sind unter der Schichtenfolge 1 angeordnet. Einen mittelbar und/oder unmittelbar direkten elektrischen und/oder mechanischen Kontakt weisen die Schichtenfolge 1 mit einem aktiven Bereich und der Bonddraht 4 und die Schichtenfolge 1 mit einem aktiven Bereich mit dem ersten und/oder dem zweiten elektrische Anschluss 2, 3 auf.
Weiterhin kann die Schichtenfolge 1 mit einem aktiven Bereich auf einem Träger (hier nicht gezeigt) angeordnet sein. Bei einem Träger kann es sich beispielsweise um ein Printed Circuit Board (PCB), ein Keramiksubstrat, eine Leiterplatte oder eine Metallplatte, z. B. Aluminiumplatte handeln.
Alternativ ist eine trägerlose Anordnung der Schichtenfolge 1 bei so genannten Dünnfilmchips möglich.
Der aktive Bereich ist zur Emission elektromagnetischer Primärstrahlung in eine Abstrahlrichtung geeignet. Die Schichtenfolge 1 mit einem aktiven Bereich kann beispielsweise auf Nitridverbindungshalbleitermaterial basieren. Nitridverbindungshalbleitermaterial emittiert insbesondere elektromagnetische Primärstrahlung im blauen und/oder ultravioletten Spektralbereich. Insbesondere kann InGaN als Nitridverbindungshalbleitermaterial, welche eine elektromagnetische Primärstrahlung mit einer Wellenlänge von 460 nm aufweist, verwendet werden. Die Emissionswellenlänge (Peak) kann insbesondere in einem Bereich von 440 bis 475 nm liegen.
Im Strahlengang der elektromagnetischen Primärstrahlung ist der Leuchtstoff 6, der wie hier schematisch gezeigt in Partikelform vorliegt und in einem Matrixmaterial 10 eingebettet ist, angeordnet. Das Matrixmaterial 10 ist beispielsweise Polymer- oder Keramikmaterial. Dabei ist der Leuchtstoff 6 unmittelbar in direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt auf der Schichtenfolge 1 mit einem aktiven Bereich angeordnet.
Alternativ können weitere Schichten und Materialien, wie beispielsweise der Verguss, zwischen dem Leuchtstoff 6 und der Schichtenfolge 1 angeordnet sein (hier nicht gezeigt).
Alternativ kann der Leuchtstoff 6 mittelbar oder unmittelbar an der Gehäusewand 7 eines Gehäuses 8 angeordnet sein (hier nicht gezeigt).
Alternativ ist es möglich, dass der Leuchtstoff 6 in einer Vergussmasse eingebettet ist (hier nicht gezeigt) und zusammen mit dem Matrixmaterial 10 als Verguss 5 ausgeformt ist.
Der Leuchtstoff konvertiert zumindest teilweise die elektromagnetische Primärstrahlung in eine elektromagnetische Sekundärstrahlung. Beispielsweise wird die elektromagnetische Primärstrahlung im blauen Spektralbereich der elektromagnetischen Strahlung emittiert, wobei zumindest ein Teil dieser elektromagnetischen Primärstrahlung vom Leuchtstoff in eine elektromagnetische Sekundärstrahlung im roten Spektralbereich der elektromagnetischen Strahlung konvertiert werden kann. Alternativ oder zusätzlich können weitere Leuchtstoffe vorhanden sein, welche beispielsweise eine weitere elektromagnetische Sekundärstrahlung im grünen Spektralbereich aufweisen. Die aus dem optoelektronischen Bauelement austretende Gesamtstrahlung ist eine Überlagerung aus blau emittierender Primärstrahlung und rot und grün emittierender Sekundärstrahlung, wobei die für den äußeren Betrachter sichtbare Gesamtemission weißes Licht ist, insbesondere emittiert die LED warmweiße Lichtfarben mit einer Farbtemperatur von 2600 bis 3500 K.
5 zeigt eine Gegenüberstellung der Maintenance verschiedener Leuchtstoffe. Dabei ist die Konversionsrate in willkürlichen Einheiten (a.u.) relativ zu den Anfangsbedingungen als Funktion der Zeit in Minuten aufgetragen.
Kurve 1 und 2 zeigen verschiedene Sr-Sialone. Hier nimmt die Konversionsrate mit der Zeit deutlich ab. Merklich besser schneidet ein Leuchtstoff ab, bei dem statt Sr eine Mischung (Sr, Ba) mit 25% Ba-Anteil verwendet wird (Kurve 3). Offenbar hat Ba hier eine stark stabilisierende Wirkung. Nochmals merklich besser verhält sich ein Leuchtstoff, der nur Ba aufweist und auf Sr ganz verzichtet (Kurve 4). Das Ba-Sialon bildet dabei eine andere Struktur als ein stöchiometrisch ähnlich eingewogenes Sr-Sialon.
Der neuartige, durch blaues Licht oder UV-Strahlung anregbare rot emittierende Leuchtstoff vom Typ Ba-SiAlON besitzt typisch eine dominante Wellenlänge von etwa 590 nm. Bisher bekannte Ba-haltige Leuchtstoffe des Typs Nitridosilikat sind zwar stabil, besitzen aber eine deutlich kurzwelligere Emission. Sie sind daher für viele Anwendungen ungeeignet. Dagegen sind Sr-haltige Leuchtstoffe des Typs Nitridosilikat zwar deutlich langwelliger, aber in ihrer einfachsten Realisierung nicht ausreichend stabil. Leuchtstoffe vom Typ Calsin sind zwar stabil, zeigen aber nur einen engen nutzbaren Bereich der Peakemission in einem Bereich 615 bis 620 nm. Sie sind für viele Anwendungen daher ungeeignet. Ca-haltige Leuchtstoffe des Typs Nitridosilikat zeigen eine relativ kurzwellige Emission, sie sind daher ebenfalls für etliche Anwendungen wie Realisierung von warmweißen Lichtquellen ungeeignet.
Das neuartige Ba-Sialon lässt sich in einem breiten Bereich des ternären Phasensystems darstellen. Je nach Einwagenzusammensetzung entsteht es als Hauptprodukt oder auch als Nebenphase zusammen mit anderen Verbindungen. Häufig werden als Ausgangssubstanzen AlN, Si3N4, Ba3N2, BaCO3, SiO2 und Al2O3 verwendet. Hinzu kommt mindestens ein Aktivator, häufig ein Seltenerdoxid wie Eu2O3. Der Existenzbereich hochwertiger Leuchtstoffe des neuartigen Typs liegt in einem Feld, das beschrieben ist durch folgende Abgrenzungen bei der Herstellung:
Der Anteil Stickstoff N liegt in einem Bereich 40 bis 100 Mol.-%, Randwerte eingeschlossen, bezogen auf den Gesamtanionenanteil, der in aller Regel weit überwiegend von Sauerstoff (O) und Stickstoff (N) gestellt wird.
Der Anteil des Al liegt in einem Bereich 1 bis 40 Mol.-%, Randwerte eingeschlossen, bezogen auf den Gesamtkationenanteil (Ba+Si+Al+D) mit D als Aktivator.
Der Anteil des Si liegt in einem Bereich 40 bis 90 Mol.-%, Randwerte eingeschlossen, bezogen auf den Gesamtkationenanteil (Ba+Si+Al+D) mit D als Aktivator.
Der Anteil des Ba zusammen mit D liegt in einem Bereich 10 bis 60 Mol.-%, Randwerte eingeschlossen, bezogen auf den Gesamtkationenanteil (Ba+Si+Al+D) mit D als Aktivator.
Bevorzugt bildet sich der neuartige Leuchtstoff mit großem Phasenanteil, meist als Hauptphase, bei folgender Herstellvorschrift:
Der Anteil Stickstoff N liegt in einem Bereich 80 bis 100 Mol.-%, Randwerte eingeschlossen, bezogen auf den Gesamtanionenanteil, der in aller Regel weit überwiegend oder im wesentlichen von Sauerstoff (O) und Stickstoff (N) gestellt wird. Hier ist im wesentlichen der Rest der anionischen Komponente durch Sauerstoff gebildet.
Der Anteil des Al liegt in einem Bereich 5 bis 25 Mol.-%, Randwerte eingeschlossen, bezogen auf den Gesamtkationenanteil (Ba+Si+Al+D) mit D als Aktivator.
Der Anteil des Si liegt in einem Bereich 50 bis 70 Mol.-%, Randwerte eingeschlossen, bezogen auf den Gesamtkationenanteil (Ba+Si+Al+D) mit D als Aktivator.
Der Anteil des Ba zusammen mit D liegt in einem Bereich 20 bis 40 Mol.-%, Randwerte eingeschlossen, bezogen auf den Gesamtkationenanteil (Ba+Si+Al+D) mit D als Aktivator.
Für die Synthese werden o. g. Ausgangsmaterialen im entsprechenden Mischungsverhältnis eingewogen. Sie werden mehrere Stunden lang, bevorzugt mindestens 3 Std. lang, homogenisiert. Die Glühung erfolgt unter reduzierender Atmosphäre, typisch bei mindestens 1000°C, bevorzugt mindestens 1400°C bis maximal 2000°C, für eine Haltezeit von 1 bis 12 Std.
Eine typische Konzentration des Aktivators ist 0,5 bis 8%, bezogen auf Ba. Gute Eigenschaften werden insbesondere mit 1 bis 4% Aktivator, häufig Eu, erzielt.
Der neue Leuchtstoff hat typisch eine dominante Wellenlänge von 590 nm und ein Maximum der Emission bei 610 nm. Er ermöglicht den Einsatz in LEDs, insbesondere für Weißmischungen. Dabei wird häufig ein weiterer Leuchtstoff zusätzlich eingesetzt, insbesondere handelt es sich dabei um einen gelb-grün emittierenden Leuchtstoff, häufig ein Granat. Häufig wird eine Vollkonversions-LED damit realisiert.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1696016 [0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs umfassend die Verfahrensschritte: A) Mischen der Ausgangssubstanzen, – wobei die Mischung der Ausgangssubstanzen eine kationische Komponente und eine anionische Komponente aufweist, – wobei die kationische Komponente eine Kombination zumindest aus Barium, Silizium, Aluminium und Europium umfasst, – wobei die anionische Komponente zumindest Stickstoff und Sauerstoff umfasst, – wobei ein Anteil an Barium bezogen auf einen Gesamtanteil der kationischen Komponente größer oder gleich 10 mol-% und kleiner oder gleich 60 mol-% ist, – wobei ein Anteil an Silizium bezogen auf den Gesamtanteil der kationischen Komponente größer oder gleich 40 mol-% und kleiner oder gleich 90 mol-% ist, – wobei ein Anteil an Aluminium bezogen auf den Gesamtanteil der kationischen Komponente größer 0 mol-% und kleiner oder gleich 40 mol-% ist, – wobei ein Anteil an Europium bezogen auf den Anteil an Barium größer 0 mol-% und kleiner oder gleich 20 mol-% ist, – wobei ein Anteil an Stickstoff bezogen auf den Gesamtanteil der anionischen Komponente größer oder gleich 40 mol-% und kleiner oder gleich 100 mol-% ist, – wobei ein Anteil an Sauerstoff bezogen auf den Gesamtanteil der anionischen Komponente größer oder gleich 0 mol-% und kleiner oder gleich 60 mol-% ist, und B) Erhitzen der Ausgangssubstanzen auf eine Temperatur von mindestens 1200°C unter reduzierender Atmosphäre, wobei nach dem Verfahrensschritt B zumindest ein oder mehrere Reaktionsprodukte erhalten werden, welche den Leuchtstoff (6) umfassen, wobei zumindest der Leuchtstoff (6) zumindest einen Teil einer elektromagnetischen Primärstrahlung im UV- oder blauen Bereich absorbiert und eine elektromagnetische Sekundärstrahlung in einem Wellenlängenbereich mit einem Emissionsmaximum von größer oder gleich 580 nm emittiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Mischung der Ausgangssubstanzen einen Anteil an Barium bezogen auf den Gesamtanteil der kationischen Komponente zwischen 10 mol-% und 60 mol-% aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mischung der Ausgangssubstanzen einen Anteil an Silizium bezogen auf den Gesamtanteil der kationischen Komponente zwischen 40 mol-% und 90 mol-% aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mischung der Ausgangssubstanzen einen Anteil an Aluminium bezogen auf den Gesamtanteil der kationischen Komponente größer 0 mol-% und kleiner oder gleich 25 mol-% aufweist, insbesondere größer 1 Mol.-%.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mischung der Ausgangssubstanzen einen Anteil an Stickstoff bezogen auf den Gesamtanteil der anionischen Komponente größer oder gleich 40 mol-% aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mischung der Ausgangssubstanzen Hydride, Carbonate, Nitride, Oxide und Metalle und/oder Kombinationen daraus umfasst.
Verfahren nach einen der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Verfahrensschritt A zusätzlich zumindest ein Flussmittel zugesetzt wird.
Verfahren nach einen der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verfahrensschritt B zumindest einmal für eine Dauer zwischen einer Stunde und 24 Stunden durchgeführt wird und/oder wobei die reduzierende Atmosphäre aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Wasserstoff (H₂), Kohlenmonoxid (CO), Stickstoff (N₂), Ammoniak (NH₃) und Kombinationen daraus umfasst.
Verfahren nach einen der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verfahrensschritt B zweimal oder mehrmals durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass nach dem Verfahrensschritt B einen zusätzlichen Verfahrensschritt C aufweist: C) Isolierung des Leuchtstoffs durch chemische Nachbehandlung.
Leuchtstoff erhältlich durch ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs nach einem der Ansprüche 1 bis 10, – wobei der Leuchtstoff eine Zusammensetzung aufweist, welche Barium, Silizium und Aluminium sowie Europium und/oder Yttrium und/oder Gallium und/oder weitere Seltenerdmetalle, beispielsweise Cer, Gadolinium und/oder Lutetium, und/oder Mangan und/oder Kombinationen daraus als kationische Leuchtstoffkomponente und Stickstoff und Sauerstoff als anionische Leuchtstoffkomponente aufweist, – wobei der Leuchtstoff (6) zumindest einen Teil einer elektromagnetischen Primärstrahlung im UV- oder blauen Bereich absorbiert und eine elektromagnetische Sekundärstrahlung in einem Wellenlängenbereich mit einem Emissionsmaximum von größer oder gleich 580 nm emittiert.
Leuchtstoff erhältlich durch ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs nach einem der Ansprüche 1 bis 10, – wobei der Leuchtstoff eine Zusammensetzung aufweist, welche Barium, Silizium, einen Aktivator, der Barium teilweise ersetzt, insbesondere Europium, und Aluminium als kationische Leuchtstoffkomponente und zumindest Stickstoff und Sauerstoff als anionische Leuchtstoffkomponente aufweist, – wobei der Leuchtstoff (6) zumindest einen Teil einer elektromagnetischen Primärstrahlung im UV- oder blauen Bereich absorbiert und eine elektromagnetische Sekundärstrahlung in einem Wellenlängenbereich mit einem Emissionsmaximum von größer oder gleich 580 nm emittiert.
Leuchtstoff nach Anspruch 12, wobei die elektromagnetische Primärstrahlung in einen Wellenlängenbereich von 254 bis 600 nm liegt.
Leuchtstoff nach Anspruch 12, wobei die elektromagnetische Sekundärstrahlung ein Emissionsmaximum von größer 580 nm aufweist.
Leuchtstoff nach Anspruch 12, wobei der Leuchtstoff (6) ein Emissionsmaximum bei 610±10 nm aufweist.
Optoelektronisches Bauelement aufweisend einen Leuchtstoff nach einem der Ansprüche 11 bis 15 oder einen Leuchtstoff, welcher gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 erzeugt worden ist, wobei das optoelektronische Bauelement einen Strahlengang der elektromagnetischen Primärstrahlung vorsieht, wobei der Leuchtstoff (6) im Strahlengang angeordnet ist.