DE102014207776B4

DE102014207776B4 - Leuchtstoff, den Leuchtstoff enthaltende Lichtemissionsvorrichtung und Leuchtstoffherstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102014207776B4
Application number: DE102014207776.1A
Authority: DE
Inventors: Takashi KAIDE; Shoji Hosokawa
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2014-04-25
Publication date: 2022-03-03
Anticipated expiration: 2034-04-26
Also published as: US20140321099A1; US9705049B2; DE102014207776A1; JP6167913B2; JP2014224231A

Abstract

Leuchtstoff, der durch die allgemeine Formel MxCeySi6-zBzN8+wdargestellt ist,dadurch gekennzeichnet, dassM mindestens ein aus der Gruppe La, Y, Tb und Lu ausgewähltes Element ist, und2,0 < w < 4,0,2,0 < x < 3,5,0 < y < 1,0 und0 < z < 2,0 ist,wobei der Leuchtstoff ferner 10 bis 10000 ppm Fluor und 100 bis 10000 ppm Oxid enthält.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Leuchtstoff, ein Verfahren zum Herstellen des Leuchtstoffs und eine den Leuchtstoff enthaltende Lichtemissionsvorrichtung und insbesondere einen Nitridleuchtstoff, der aus einer nitridhaltigen Verbindung besteht und Licht in einem grünen bis gelben Bereich emittieren kann, eine den Nitridleuchtstoff enthaltende Lichtemissionsvorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen des Nitridleuchtstoffs.
Es sind Lichtemissionsvorrichtungen entwickelt worden, die eine Lichtquelle und ein Wellenumwandlungselement aufweisen, das durch Licht von der Lichtquelle angeregt wird und Licht mit einer von der Farbe der Lichtquelle verschiedenen Farbe emittieren kann. Infolgedessen können die Lichtemissionsvorrichtungen basierend auf dem Prinzip der additiven Lichtfarbenmischung Licht in verschiedenen Farben emittieren. Beispielsweise emittiert ein Lichtemissionselement das Primärlicht in einem Bereich kurzer Wellenlängen, der einem Bereich von ultraviolettem bis zu sichtbarem Licht entspricht, so dass ein Leuchtstoff durch dieses emittierte Licht angeregt wird. Daher wird das Primärlicht mindestens teilweise in Licht mit einer von der Wellenlänge des Primärlichts verschiedenen Wellenlänge umgewandelt. Dadurch kann gewünschtes Licht (z.B. rotes, blaues, grünes Licht) bereitgestellt werden. Außerdem kann durch additive Farbmischung verschiedener Lichtkomponenten weißes Licht bereitgestellt werden.
Basierend auf dem Prinzip sind für viele Anwendungsgebiete, wie beispielsweise für Signallichter, Mobiltelefone, verschiedene Beleuchtungen, Fahrzeugblinker oder verschiedenartige Displayvorrichtungen, LED-Lampen verwendet worden, die Leuchtdioden (nachstehend als LEDs bezeichnet) aufweisen. Insbesondere hat im Zuge der zunehmenden Anwendungen weißer LED-Lichtemissionsvorrichtungen, die eine LED und einen Leuchtstoff aufweisen, für eine Hintergrundbeleuchtung eines Flüssigkristalldisplays (LCD), ein elektronisches Blitzlicht usw. die Verwendung weißer LED-Lichtemissionsvorrichtungen zugenommen. Außerdem wird in jüngster Zeit versucht, die weißen LED-Lichtemissionsvorrichtungen als Beleuchtungsvorrichtungen zu verwenden. Weil die weißen LED-Lichtemissionsvorrichtungen Vorteile haben, wie beispielsweise eine lange Lebensdauer, und quecksilberfrei sind, wodurch die Umweltbelastung vermindert wird, wird erwartet, dass die weißen LED-Lichtemissionsvorrichtungen als Ersatzlichtquellen für Fluoreszenzlampen dienen können.
Eine weiße LED-Lichtemissionsvorrichtung weist eine blaue LED und einen gelben Leuchtstoff auf (vergl. z.B. japanische Patentveröffentlichung Nr. JP 3503139 B ). Diese Lichtemissionsvorrichtung mischt von der LED emittiertes blaues Licht mit gelbem Licht, das durch den gelben Leuchtstoff von dem blauen Licht von der LED umgewandelt wird, wodurch weißes Licht emittiert wird. In diesem Fall muss der in dieser Lichtemissionsvorrichtung verwendete Leuchtstoff durch durch die LED emittiertes blaues Licht mit einer Wellenlänge von 420 bis 470 nm effizient angeregt werden und Licht in einem gelben Bereich emittieren.
Außerdem wird die LED-Lichtemissionsvorrichtung aktiv untersucht, um ihre Lichtemissionseigenschaften zu verbessern. Beispielsweise ist es zum Erhöhen der Helligkeit von weißem Licht wichtig, die Intensitäten beider Lichtkomponenten der verschiedenen Farben zu erhöhen. Aus diesem Grunde ist ein Leuchtstoff erforderlich, der das Primärlicht von der LED mit einer hohen Energieeffizienz umwandeln kann. Außerdem ist es zum Verbessern der Farbwiedergabeeigenschaft oder der Farbreinheit von weißem Licht wichtig, dass die Lichtkomponenten konzipierte Farben haben. Um dies zu erreichen, muss die Peakwellenlänge des Leuchtstoffs innerhalb eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs liegen.
Ein durch Cerium aktivierter Leuchtstoff der Yttrium-Aluminium-Granat-Gruppe ist als ein gelber Leuchtstoff bekannt. Es ist außerdem bekannt, dass das Yttrium (Y) dieses gelben Leuchtstoffs teilweise z.B. durch Lu, Tb oder Gd substituiert werden kann, oder dass das Aluminium (Al) dieses gelben Leuchtstoffs teilweise z.B. durch Ga substituiert werden kann. Die Lichtwellenlänge des durch Cerium aktivierten Leuchtstoffs der Yttrium-Aluminium-Granat-Gruppe kann durch Einstellen der Zusammensetzung über einen breiten Bereich eingestellt werden.
Außerdem sind als von diesen Oxidleuchtstoffen verschiedene Leuchtstoffe Nitridleuchtstoffe bekannt, die Eigenschaften besitzen, die sich von denjenigen anderer anorganischer Verbindungen unterscheiden, obgleich Nitridleuchtstoffe im Vergleich zu Oxidleuchtstoffen nicht einfach herstellbar sind. Insbesondere werden z.B. Si₃N₄, AlN, BN und GaN in verschiedenen Anwendungen z.B. als Substratmaterialien, Halbleiter und Leuchtdioden verwendet und industriell hergestellt. Außerdem sind in den letzten Jahren Nitridleuchtstoffe mit drei oder mehr Elementen umfangreich untersucht worden. Es wurde von einigen Nitridverbindungen berichtet, die durch eine blaue LED oder eine im nahen Ultraviolett emittierende LED angeregt wurden und Licht in einem Bereich von blau bis rot emittierten.
Weil die Verbindungen oder Leuchtstoffe verschiedene Lichtemissionsspektren besitzen, können, wenn zwei oder mehr dieser Verbindungen oder Leuchtstoffe verwendet werden, die weißen LED-Lichtemissionsvorrichtungen weiter verbesserte Eigenschaften haben. Daher sind weiße LED-Lichtemissionsvorrichtungen untersucht worden. Beispielsweise können, wenn ein (Sr, Ca)AlSiN₃:Eu-Leuchtstoff als Leuchtstoff der Nitridgruppe in der in der JP 3 503 139 B2 beschriebenen weißen LED-Lichtemissionsvorrichtung verwendet wird, die Farbwiedergabeeigenschaft und der Farbwiedergabebereich verbessert werden (offengelegte japanische Patentveröffentlichung Nr. JP 2006-8721 A ).
Außerdem können, wenn der durch Cerium aktivierte Leuchtstoff der Yttrium-Aluminium-Granat-Gruppe, der in der Lage ist, eine gelbe Lichtkomponente zu emittieren, durch einen anderen Leuchtstoff ersetzt wird, die Farbwiedergabeeigenschaft und der Farbwiedergabebereich verbessert werden. La₃Si₆N₁₁:Ce ist als einer der anderen Leuchtstoffe beschrieben (vergleiche offengelegte japanische Patentveröffentlichungen Nr. JP 2008-88362 A und JP 2008-285659 A ).
EP 2 141 216 A1 beschreibt einen weiteren Leuchtstoff, sowie seine Herstellung und den Leuchtstoff enthaltende Licht emittierende Vorrichtungen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehenden Probleme zu lösen. Es ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Leuchtstoff, der eine bestimmte Verbindung aufweist, die dazu geeignet ist, seine Lichtemissionseigenschaften im Vergleich zu La₃Si₆N₁₁:Ce zu verbessern, ein Verfahren zum Herstellen dieses Leuchtstoffs und eine diesen Leuchtstoff enthaltende Lichtemissionsvorrichtung bereitzustellen.
Die vorstehenden Aufgaben werden durch Leuchtstoffe und eine den Leuchtstoff enthaltende Lichtemissionsvorrichtung gelöst und/oder durch Verfahren, die Merkmale des (der) unabhängigen Anspruchs (Ansprüche) aufweisen. Bevorzugte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Außerdem werden die vorstehenden Aufgaben durch Leuchtstoffe und den Leuchtstoff enthaltende Lichtemissionsvorrichtungen und/oder Verfahren gelöst, die in der vorliegenden Beschreibung dargestellt sind. Ein Leuchtstoff gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Verbindung auf, die durch die allgemeine Formel M_xCe_ySi_6-zB_zN_8+w dargestellt ist. M bezeichnet mindestens ein aus der Gruppe La, Y, Tb und Lu ausgewähltes Element, und w, x, y und z erfüllen die Bedingungen 2,0 < w < 4,0, 2,0 < x < 3,5, 0 < y < 1,0 bzw. 0 < z < 2,0.
Eine Lichtemissionsvorrichtung gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Anregungslichtquelle, den vorstehend erwähnten Leuchtstoff als einen ersten Leuchtstoff und ein Wellenlängenumwandlungselement auf. Die Anregungslichtquelle kann Licht in einem Bereich von ultraviolettem Licht bis blauem Licht emittieren. Der erste Leuchtstoff kann einen Teil des Lichts von der Anregungslichtquelle absorbieren und Lumineszenzstrahlung emittieren. Der erste Leuchtstoff ist im Wellenlängenumwandlungselement verteilt.
Ein Leuchtstoffherstellungsverfahren gemäß einem noch anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist einen Vorbereitungs-, Pulverisierungs- und Mischschritt, einen Füll- und Brennschritt und einen Feststoff-Flüssigkeit-Trenn-, Trocknungs-, Pulverisierungs-, Dispergier- und Filterschritt auf. Im Vorbereitungs-, Pulverisierungs- und Mischschritt werden Materialien für Elemente zum Herstellen einer Leuchtstoffzusammensetzung aus den Elementen selbst oder aus einem Oxid, Nitrid oder Carbonat der Elemente vorbereitet, pulverisiert und gemischt. Im Füll- und Brennschritt wird ein Schmelztiegel mit den erhaltenen Materialien gefüllt, und die erhaltenen Materialien werden in einer Reduktionsatmosphäre gebrannt. Im Feststoff-Flüssigkeit-Trenn-, Trocknungs-, Pulverisierungs-, Dispergier- und Filterschritt wird das gebrannte Produkt einer Feststoff-Flüssigkeit-Trennung unterzogen, und das Produkt wird nach der Feststoff-Flüssigkeit-Trennung getrocknet, pulverisiert, dispergiert und gefiltert, so dass ein Leuchtstoffpulver erhalten wird. Die Leuchtstoffzusammensetzung ist durch die allgemeine Formel M_xCe_ySi_6-zB_zN_8+w dargestellt. M bezeichnet mindestens ein aus der Gruppe La, Y, Tb und Lu ausgewähltes Element, und w, x, y und z erfüllen die Bedingungen 2,0 < w < 4,0, 2,0 < x < 3,5, 0 < y < 1,0 bzw. 0 < z < 2,0.
Erfindungsgemäß ist es möglich, die Intensität eines bestimmten Leuchtstoff, wie beispielsweise La₃Si₆N₁₁:Ce durch Substituieren eines Teils des Siliziums durch Bor zu verbessern.
Die vorstehenden und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung sowie ihre Merkmale werden anhand der nachstehenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich.

1 zeigt eine Querschnittansicht zum Darstellen einer erfindungsgemäßen Lichtemissionsvorrichtung;
2 zeigt einen Graphen zum Darstellen der Lichtemissionsspektren von Leuchtstoffen gemäß erfindungsgemäßen Beispielen 1 bis 3 und einem Vergleichsbeispiel 1;
3 zeigt einen Graphen zum Darstellen der Anregungsspektren der Leuchtstoffe gemäß den erfindungsgemäßen Beispielen 1 bis 3 und dem Vergleichsbeispiel 1;
4 zeigt ein 1000-fach vergrößertes SEM- (Rasterelektronenmikroskop) Bild des Leuchtstoffs gemäß dem erfindungsgemäßen Beispiel 3;
5 zeigt einen Graphen zum Darstellen der Lichtemissionsspektren von Leuchtstoffen gemäß erfindungsgemäßen Beispielen 2 und 4 und Vergleichsbeispielen 2 und 3;
6 zeigt einen Graphen zum Darstellen der Anregungsspektren der Leuchtstoffe gemäß den erfindungsgemäßen Beispielen 2 und 4 und den Vergleichsbeispielen 2 und 3;
7 zeigt einen Graphen zum Darstellen der Lichtemissionsspektren von Leuchtstoffen gemäß erfindungsgemäßen Beispielen 2 und 5 bis 7 und einem Vergleichsbeispiel 4;
8 zeigt einen Graphen zum Darstellen der Anregungsspektren der Leuchtstoffe gemäß den erfindungsgemäßen Beispielen 2 und 5 bis 7 und dem Vergleichsbeispiel 4;
9 zeigt einen Graphen zum Darstellen der Lichtemissionsspektren einer Lichtemissionsvorrichtung, die die Leuchtstoffe gemäß den erfindungsgemäßen Beispielen 1 bis 3 und dem Vergleichsbeispiel 1 aufweist; und
10 zeigt einen vergrößerten Graphen eines Bereichs von 0 bis 1500 der Lichtemissionsintensität in 9.

Ein erfindungsgemäßer Leuchtstoff weist eine Verbindung auf, die durch die allgemeine Formel M_xCe_ySi_6-zB_zN_8+w dargestellt ist. M bezeichnet mindestens ein aus der Gruppe La, Y, Tb und Lu ausgewähltes Element, und w, x, y und z erfüllen die Bedingungen 2,0 < w < 4,0, 2,0 < x < 3,5, 0 < y < 1,0 bzw. 0 < z < 2,0.
In einem erfindungsgemäßen Leuchtstoff können x, y und z vorzugsweise die Bedingungen 2,0 < x < 3,0, 0 < y < 0,5 bzw. 0 < z < 1,2 erfüllen.
Außerdem enthält ein erfindungsgemäßer Leuchtstoff 10 bis 10000 ppm Fluor.
Außerdem enthält ein erfindungsgemäßer Leuchtstoff 100 bis 10000 ppm Oxid.
Außerdem kann ein erfindungsgemäßer Leuchtstoff vorzugsweise eine Kristallphase mit einem Gewichtsanteil von nicht weniger als 50 Gew.-% aufweisen.
Außerdem liegt in einem erfindungsgemäßen Leuchtstoff der mittlere Partikeldurchmesser des Leuchtstoffs im Bereich von 2 bis 30 µm.
Ein erfindungsgemäßer Leuchtstoff wird durch die allgemeine Formel La₃Si₆N₁₁:Ce dargestellt und enthält mindestens Bor.
Außerdem kann eine erfindungsgemäße Lichtemissionsvorrichtung den vorstehend erwähnten Leuchtstoff als einen ersten Leuchtstoff aufweisen, sowie mindestens einen zweiten Leuchtstoff, der mindestens einen Teil des Lichts von der Anregungslichtquelle absorbieren und Lumineszenzstrahlung mit einer von der Peakwellenlänge des ersten Leuchtstoffs verschiedenen Peakwellenlänge emittieren kann.
Außerdem kann in einem erfindungsgemäßen Leuchtstoffherstellungsverfahren das gebrannte Produkt in einer Säurelösung angeordnet werden, wodurch der Gehalt von im gebrannten Produkt enthaltenen Verunreinigungen vermindert wird.
Außerdem kann in einem erfindungsgemäßen Leuchtstoffherstellungsverfahren die Säurelösung Chlorwasserstoffsäure enthalten.
Außerdem kann in einem erfindungsgemäßen Leuchtstoffherstellungsverfahren ferner Fluor enthalten sein.
Bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung basieren eine Beziehung zwischen der Farbbezeichnung und Farbartkoordinaten und eine Beziehung zwischen einem Lichtwellenlängenbereich und monochromatischem Licht auf dem JIS-Standard (JIS Z8110). Insbesondere entsprechen ein Bereich von 380 bis 455 nm einer bläulich violetten Farbe, ein Bereich von 455 bis 485 nm einer blauen Farbe, ein Bereich von 485 bis 495 nm einer bläulich grünen Farbe, ein Bereich von 495 bis 548 nm einer grünen Farbe, ein Bereich von 548 nm bis 573 nm einer gelblich grünen Farbe, ein Bereich von 573 bis 584 nm einer gelben Farbe, ein Bereich von 584 bis 610 einer Aprikosenfarbe und ein Bereich von 610 bis 780 nm einer roten Farbe.
Ein erfindungsgemäßer Leuchtstoff weist Silizium und Stickstoff auf. Der erfindungsgemäße Leuchtstoff kann Licht in einem Bereich von ultraviolettem bis blauem Licht absorbieren und Licht emittieren. Der erfindungsgemäße Leuchtstoff weist eine Verbindung auf, die durch die allgemeine Formel M_xCe_ySi_6-zB_zN_8+w dargestellt ist. M bezeichnet mindestens ein aus der Gruppe La, Y, Tb und Lu ausgewähltes Element, und w, x, y und z erfüllen die Bedingungen 2,0 < w < 4,0, 2,0 < x < 3,5, 0 < y < 1,0 bzw. 0 < z < 2,0.
Wenn M in der Zusammensetzung La ist, erfüllt x vorzugsweise die Bedingung 2,0 < x < 3,3 und am bevorzugtesten 2,0 < x < 3,0. Der untere Grenzwert des x-Bereichs ist festgelegt, um die gewünschte Zusammensetzung des Leuchtstoffs effizient zu erhalten. Beispielsweise kann, wenn die gewünschte Leuchtstoffzusammensetzung La₃Si₆N₁₁ ist, unbeabsichtigt LaSi₃N₅ hergestellt werden. In diesem Fall ist ein zusätzlicher Klassierungsprozess oder ein anderer Prozess erforderlich, um die gewünschte Leuchtstoffzusammensetzung von der anderen Zusammensetzung zu trennen. Im Gegensatz hierzu kann erfindungsgemäß, weil x innerhalb des vorstehenden Bereichs liegt, durch Einstellen der Leuchtstoffzusammensetzung auf einfache Weise die Wahrscheinlichkeit erhöht werden, dass die gewünschte Leuchtstoffzusammensetzung ohne großen Zeit- und Arbeitsaufwand erhalten wird. Außerdem ist der obere Grenzwert des x-Bereichs festgelegt, um eine Verschwendung von La zu vermeiden, weil, auch wenn La in einer den oberen Grenzwert überschreitenden Menge zugegeben wird, die den oberen Grenzwert überschreitende übermäßige La-Menge kaum zur Herstellung des gewünschten Leuchtstoffs beiträgt.
Außerdem erfüllt y von Ce in der Zusammensetzung bevorzugter die Bedingung 0 < y < 0,8 und am bevorzugtesten 0 < y < 0,5. Obwohl eine bestimmte Menge Ce erforderlich ist, um eine Lichtemission bei der Soll-Wellenlänge zu erhalten, werden, wenn die Ce-Menge zu groß ist, Ce-Elemente als Aktivator miteinander wechselwirken, wodurch die Lichtemissionsintensität des Leuchtstoffs abnehmen kann. Der y-Bereich ist derart definiert, dass die Abnahme der Lichtemissionsintensität des Leuchtstoffs verhindert wird.
Außerdem erfüllt z von B in der Zusammensetzung bevorzugter die Bedingung 0 < z < 1,5 und am bevorzugtesten 0 < y < 1,2. Obgleich eine bestimmte Menge B erforderlich ist, um die Lichtintensität des Leuchtstoffs zu erhöhen, kann, wenn die B-Menge zu groß ist, nicht erwartet werden, dass, nachdem die Lichtemission des Leuchtstoffs auf einen bestimmten Grad verbessert wurde, B zu einer weiteren Verbesserung der Lichtemission des Leuchtstoffs beiträgt.
Der erfindungsgemäße Leuchtstoff kann durch Licht in einem Bereich von nahem ultraviolettem Licht bis blauem Licht effizient angeregt werden und Licht mit Komponenten emittieren, die sich über einen großen Bereich von grünem bis gelbem Licht erstrecken. Wenn eine Lichtemissionsvorrichtung den erfindungsgemäßen Leuchtstoff zusammen mit einem Lichtemissionselement verwendet, das Licht in einem Bereich von nahem ultraviolettem bis blauem Licht emittiert, kann die Lichtemissionsvorrichtung eine verbesserte Lichtemissionseffizienz, eine gute Farbwiedergabeeigenschaft und einen guten Farbwiedergabebereich aufweisen. Außerdem wird es, wenn eine Lichtemissionsvorrichtung einen zusätzlichen Leuchtstoff aufweist, möglich sein, das Lichtemissionsspektrum der Lichtemissionsvorrichtung weiter zu verbessern.
Einem oder mehreren Materialien des Leuchtstoffs kann ein Flussmittel hinzugefügt werden, so dass das Flussmittel bei einer Brenntemperatur als eine Flüssigkeit eingebracht wird. Das gebrannte Produkt kann in einer Säurelösung angeordnet werden, wodurch der Anteil von im gebrannten Produkt enthaltenen Verunreinigungen vermindert wird.
Außerdem ist es bevorzugt, wenn der Leuchtstoff mindestens teilweise kristallisiert ist. Beispielsweise wird, wenn der Leuchtstoff sich in einem glasartigen (amorphen) Zustand befindet, das Komponentenverhältnis des Leuchtstoffs ungleichmäßig. Der Grund hierfür ist, dass die Struktur in einem glasartigen Zustand keine regelmäßige Anordnung hat. Infolgedessen kann der Leuchtstoff im glasartigen Zustand Licht mit einer ungleichmäßigen Farbe emittieren. Um dies zu vermeiden, ist es erforderlich, hochgradig gleichmäßige Reaktionsbedingungen im Herstellungsprozess bereitzustellen. Andererseits kann, weil der erfindungsgemäße Leuchtstoff ein pulver- oder granulatförmiges Material sein kann, das nicht in einer glasartigen sondern in einer kristallinen Phase vorliegt, der Leuchtstoff leicht hergestellt und leicht einer Behandlung unterzogen werden. Außerdem kann dieser Leuchtstoff in einem organischen Lösungsmittel gleichmäßig gelöst werden. Daher kann eine dünne leuchtende Kunststoff- oder Polymerschicht leicht eingestellt werden. Insbesondere liegt der Prozentanteil der Kristallphase im erfindungsgemäßen Leuchtstoff vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von nicht weniger als 50 Gew.-% und bevorzugter von nicht weniger als 80 Gew.-%. Dieser Prozentanteil entspricht dem Prozentanteil der Kristallphase im Leuchtstoff, der in der Lage ist, Licht zu emittieren. Wenn der Prozentanteil der Kristallphase im Leuchtstoff nicht kleiner ist als 50 Gew.-% kann die Lumineszenzstrahlung des Leuchtstoffs praktisch genutzt werden. Aus diesem Gesichtspunkt hat der Leuchtstoff vorzugsweise einen möglichst hohen Prozentanteil der Kristallphase. In diesem Fall kann die Lichtemissionsintensität des Leuchtstoffs hoch sein, und der Leuchtstoff kann leichter einer Behandlung unterzogen werden.
Partikeldurchmesser
Hinsichtlich der Verwendung in der Lichtemissionsvorrichtung ist es bevorzugt, wenn der Partikeldurchmesser des Leuchtstoffs innerhalb eines Bereichs von 1 bis 50 µm und bevorzugter von 2 bis 30 µm liegt. Außerdem ist es bevorzugt, wenn der Prozentanteil des Leuchtstoffs mit dem vorstehenden mittleren Partikeldurchmesser hoch ist. Außerdem ist die Partikelgrößenverteilung vorzugsweise schmal. Wenn ein Leuchtstoff verwendet wird, dessen Partikeldurchmesser- oder Partikelgrößenverteilung weniger ungleichmäßig ist, und der einen großen Partikeldurchmesser und ausgezeichnete optische Eigenschaften besitzt, kann die Farbungleichmäßigkeit vermindert werden. Daher ist es möglich, eine Lichtemissionsvorrichtung mit einem ausgezeichneten Farbton bereitzustellen. Daher können, wenn der Leuchtstoff einen Partikeldurchmesser innerhalb des vorstehenden Bereichs hat, die Lichtabsorptions- und -umwandlungseffizienz hoch sein. Bei einem Leuchtstoff mit einem Partikeldurchmesser von weniger als 2 µm besteht die Wahrscheinlichkeit einer Aggregatbildung.
Herstellungsverfahren
Nachstehend wird ein Verfahren zum Herstellen des vorstehend dargestellten erfindungsgemäßen Leuchtstoffs beschrieben. Materialien für Elemente zum Herstellen der Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs können die Elemente selbst, oder z.B. ein Oxid, ein Carbonat oder ein Nitrid der Elemente sein. Diese Materialien werden abgemessen, um ein vorgegebenes Zusammensetzungsverhältnis zu erhalten. Den Materialien können Zusatzstoffe, wie beispielsweise Flussmittel, hinzugefügt werden.
Insbesondere ist es bevorzugt, in der Leuchtstoffzusammensetzung ein Nitrid oder Oxid von Si als ein Material für den Leuchtstoff zu verwenden. Es können jedoch auch ein Imid, ein Amid oder eine andere Verbindung von Si verwendet werden. Beispiele des Si-Materials sind Si₃N₄ und SiO₂. Wenn Si selbst eigenständig verwendet wird, kann der Nitridleuchtstoff jedoch kostengünstig hergestellt werden und eine gute Kristallinität aufweisen. Die Reinheit des Materials beträgt vorzugsweise 2N oder mehr. Das Material kann jedoch andere Elemente wie Li, Na, K, B enthalten. Außerdem kann Si teilweise durch Al, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Ti, Zr oder Hf substituiert werden.
Außerdem ist es bevorzugt, das Nitrid oder Oxid von La in der Leuchtstoffzusammensetzung als ein Material für den Leuchtstoff zu verwenden. Es können aber auch andere Verbindungen von La oder auch La selbst verwendet werden. Beispiele des Materials für La sind LaN und La₂O₃. Die Reinheit des Materials beträgt vorzugsweise 2N oder mehr. Das Material kann jedoch andere Seltenerdelemente enthalten.
Außerdem ist es bevorzugt, das Nitrid oder Oxid von Ce in der Leuchtstoffzusammensetzung als Material für Aktivatoren zu verwenden. Es können aber auch andere Verbindungen von Ce oder Ce selbst verwendet werden. Beispiele anderer Materialien für Ce sind ein Fluorid und ein Carbonat von Ce.
Die Materialien können durch einen Mischer nass oder trocken gemischt werden. Die Materialien können durch ein Pulverisiergerät als Mischer gemischt werden, um die spezifischen Oberflächen der Materialien zu vergrößern. Kugelmühlen werden in der Industrie weit verbreitet als ein Pulverisiergerät verwendet. Außer Kugelmühlen können z.B. Schwingmühlen, Walzwerke, Strahlmühlen, Mörser und Stößel als Pulverisiergerät verwendet werden. Außerdem können die Materialien durch ein Pulverisiergerät und einen Mischer, wie beispielsweise einen Schneckenbandmischer, einen V-Mischer und einen Henschel-Mischer, gemischt werden. Damit die spezifischen Oberflächen der Materialien innerhalb bestimmter Bereiche liegen, können die Materialien durch einen Nassabscheider, z.B. einen Abscheidebehälter, einen Hydrozyklon oder eine Zentrifuge oder einen Trockenklassierer, wie beispielsweise einen Zyklon oder einen Luftstromsichter, klassiert werden. Diese Nassabscheider und Trockenklassierer werden in der Industrie weit verbreitet verwendet. Materialien, die in Luft instabil sind, werden in einem Handschuhkasten in einer Argon- oder Stickstoffatmosphäre gemischt.
Die vorstehend erwähnten gemischten Materialien werden in einem Schmelztiegel, z.B. in einem SiC-, Quarz-, Aluminiumoxid- oder BN-Schmelztiegel, angeordnet und in einer Reduktionsatmosphäre von N₂ und H₂ gebrannt. Die Brennatmosphäre kann z.B. eine Argon-, Ammoniak-, Kohlenmonoxid- oder Kohlenwasserstoffatmosphäre sein. Die Materialien werden bei einer Temperatur im Bereich von 1000°C bis 2000°C für 1 bis 30 Stunden gebrannt. Der Brenndruck wird auf einen Druck im Bereich von Atmosphärendruck bis 10 Atmosphären eingestellt. Die Materialien können z.B. durch einen rohrförmigen Ofen, einen Hochfrequenzofen, einen Metallofen, einen Atmosphärenofen oder einen Gasheizofen gebrannt werden.
Das gewünschte Leuchtstoffpulver wird z.B. durch Pulverisieren, Dispergieren und Filtrieren des gebrannten Produkts erhalten. Das gewünschte Leuchtstoffpulver wird einer Feststoff-Flüssigkeit-Trennung unterzogen. Die Feststoff-Flüssigkeit-Trennung wird z.B. durch Filtrieren, Saugfiltrieren, Druckfiltrieren, Fliehkrafttrennung oder Dekantieren ausgeführt, Verfahren, die in der Industrie weit verbreitet angewendet werden. Das gewünschte Leuchtstoffpulver kann z.B. durch einen Vakuumtrockner, einen Wärmetrockner, einen konischen Trockner oder einen Rotationsverdampfer getrocknet werden, die in der Industrie weit verbreitet verwendet werden. Außerdem kann, um von der gewünschten Kristallphase verschiedene andere Teile zu entfernen, das gewünschte Leuchtstoffpulver in einer Säurelösung angeordnet werden. In diesem Fall ist es möglich, die Lichtemissionseffizienz weiter zu verbessern.
Lichtemissionsvorrichtung
Nachstehend wird eine erfindungsgemäße Lichtemissionsvorrichtung 100 (vergl. 1) beschrieben, die den Leuchtstoff enthält. Beispielsweise können eine Beleuchtungsvorrichtung (z.B. eine Fluoreszenzlampe), eine Displayvorrichtung (z.B. ein Display und ein Radargerät) und ein LCD-Display als die Lichtemissionsvorrichtung verwendet werden. Vorzugsweise wird eine Lichtemissionselement, das Licht in einem Bereich von nahem ultraviolettem bis zu kurzwelligem sichtbaren Licht emittiert, als eine Anregungslichtquelle verwendet. Insbesondere können Halbleiter-Lichtemissionselemente kleinformatig sein und einen hochgradig effizienten Energieverbrauch haben und strahlendes Farblicht emittieren. Beispielsweise können Quecksilberdampflampen, die für vorhandene Fluoreszenzlampen verwendet werden, ebenfalls geeignet als eine andere Anregungslichtquelle verwendet werden.
Es sind verschiedenartige Lichtemissionsvorrichtungen bekannt, die ein Lichtemissionselement aufweisen, wie beispielsweise Lichtemissionsvorrichtungen des sogenannten Bullet-Typs und oberflächenmontierte Lichtemissionsvorrichtungen. Die erfindungsgemäße Lichtemissionsvorrichtung, die eine oberflächenmontierte Lichtemissionsvorrichtung ist, wird nachstehend unter Bezug auf 1 beschrieben.
1 zeigt eine schematische Ansicht zum Darstellen der erfindungsgemäßen Lichtemissionsvorrichtung 100. Die erfindungsgemäße Lichtemissionsvorrichtung 100 weist ein Gehäuse 110 mit einem vertieften Abschnitt, ein Lichtemissionselement 101 und ein Versiegelungselement 103 auf, das das Lichtemissionselement 101 abdeckt. Das Lichtemissionselement 101 ist auf der Bodenfläche 112 des vertieften Abschnitts des Gehäuses 110 angeordnet und durch leitfähige Drahtleitungen 104 mit einem Paar Anschlussklemmen (positive/negative Anschlussklemme) 111 verbunden, die im Gehäuse 110 angeordnet sind. Der vertiefte Abschnitt ist mit dem Versiegelungselement 103 gefüllt, das aus den Leuchtstoff 102 enthaltendem Harz ausgebildet ist. Endabschnitte der positiven/negativen Anschlussklemmen 111 stehen von Außenflächen des Gehäuses 110 hervor und sind so gebogen, dass die Endabschnitte sich entlang der Außenform des Gehäuses 110 erstrecken. Der Lichtemissionsvorrichtung 100 wird über die Anschlussklemmen 111 von außen elektrische Energie zugeführt, so dass sie Licht emittieren.
Nachstehend werden Komponenten des erfindungsgemäßen Lichtemissionselements beschrieben.
Lichtemissionselement
Das Lichtemissionselement 101 kann Licht in einem Bereich von ultraviolettem bis sichtbarem Licht emittieren. Die Peakwellenlänge des durch die Lichtemissionselement 101 emittierten Lichts liegt vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 240 bis 520 nm, bevorzugter von 420 bis 470 nm. Beispielsweise kann ein Nitrid-Halbleiterbauelement (In_xAl_yGa_1-x-yN, 0 ≤ x, 0 ≤ y, x+y ≤ 1) als das Lichtemissionselement 101 verwendet werden. Wenn ein Nitrid-Halbleiterbauelement verwendet wird, ist es möglich, eine gegen mechanische Stöße beständige stabile Lichtemissionsvorrichtung bereitzustellen.
Leuchtstoff
Der erfindungsgemäße Leuchtstoff 102 ist in einem Teil des Versiegelungselements 103 verteilt. Erfindungsgemäß dient das Versiegelungselement nicht nur als Element zum Schützen des Lichtemissionselements und des Leuchtstoffs vor der Außenumgebung, sondern auch als Wellenlängenumwandlungselement. Wenn das den Leuchtstoff enthaltende Versiegelungselement in der Nähe des Lichtemissionselements 101 angeordnet ist, kann das Licht vom Lichtemissionselement 101 effizient in Licht mit einer von der Wellenlänge des Lichts vom Lichtemissionselement verschiedenen Wellenlänge umgewandelt werden. Außerdem ist es möglich, eine Lichtemissionsvorrichtung mit einer guten Lichtemissionseffizienz bereitzustellen. Die Anordnung des den Leuchtstoff enthaltenden Elements ist jedoch nicht auf die Nähe des Lichtemissionselements beschränkt. Hinsichtlich des Wärmeeinflusses auf den Leuchtstoff kann das den Leuchtstoff enthaltende Wellenlängenumwandlungselement in einem bestimmten Abstand vom Lichtemissionselement angeordnet sein. Außerdem kann der Leuchtstoff 102 im Versiegelungselement 103 in einem im Wesentlichen gleichmäßigen Verhältnis vermischt sein, wodurch die Farbungleichmäßigkeit des Lichts vermindert wird.
Außerdem können zwei oder mehr Arten von Leuchtstoffen 102 verwendet werden. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Lichtemissionsvorrichtung 100 das Lichtemissionselement 101 zum Emittieren von blauem Licht, einen durch das blaue Licht angeregten erfindungsgemäßen Leuchtstoff und einen Leuchtstoff zum Emittieren von rotem Licht aufweisen. In diesem Fall kann die Lichtemissionsvorrichtung weißes Licht mit einer guten Farbwiedergabe emittieren. Beispiele eines Leuchtstoffs zum Emittieren von rotem Licht, die zusammen mit dem erfindungsgemäßen Leuchtstoff verwendbar sind, sind Nitridleuchtstoffe, wie beispielsweise (Ca_1-xSr_x)AlSiN₃:Eu (0 ≤ x ≤ 1,0) und (Ca)_1-x-ySr_xBa_y)₂Si₅N₈:Eu (0 ≤ x ≤ 1,0, 0 ≤ y ≤ 1,0), und Halogenidleuchtstoffe, wie beispielsweise K₂(Si_1-x-yGe_xTi_y)F₆:Mn (0≤ x ≤ 1,0 ≤ y ≤ 1). Wenn diese Leuchtstoffe zum Emittieren von rotem Licht zusammen mit dem erfindungsgemäßen Leuchtstoff verwendet werden, können Komponenten, die drei Primärfarben entsprechen, große Halbwertsbreiten haben. Infolgedessen kann die Lichtemissionsvorrichtung warmes weißes Licht emittieren.
Andere Beispiele von Leuchtstoffen zum Emittieren von rotem Licht, die zusammen mit dem erfindungsgemäßen Leuchtstoff verwendbar sind, sind durch Eu aktivierte Oxysulfidleuchtstoffe, wie beispielsweise (La, Y)₂O₂S:Eu, durch Eu aktivierte Sulfidleuchtstoffe, wie beispielsweise (Ca, Sr)S:Eu, durch Eu und Mn aktivierte Halophosphatleuchtstoffe, wie beispielsweise (Sr, Ca, Ba, Mg)₁₀(PO₄)₆Cl₂:Eu, durch Ce aktivierte Oxidleuchtstoffe, wie beispielsweise Lu₂CaMg₂(Si, Ge)₃O₁₂:Ce und durch Eu aktivierte Oxynitridleuchtstoffe, wie beispielsweise α-SIALON-Leuchtstoff.
Außerdem kann ein grüner oder ein blauer Leuchtstoff zusammen mit dem erfindungsgemäßen Leuchtstoff verwendet werden. Wenn ein Leuchtstoff hinzugefügt wird, der grünes oder blaues Licht mit einer Peakwellenlänge emittiert, die sich von derjenigen des erfindungsgemäßen Leuchtstoffs geringfügig unterscheidet, können der Farbwiedergabebereich und die Farbwiedergabeeigenschaft weiter verbessert werden. Außerdem kann, wenn ein Leuchtstoff hinzugefügt wird, der ultraviolettes Licht absorbiert und blaues Licht emittiert, an Stelle des Lichtemissionselements, das blaues Licht emittiert, ein Lichtemissionselement verwendet werden, das ultraviolettes Licht emittiert, so dass der Farbwiedergabebereich und die Farbwiedergabeeigenschaft verbessert werden.
Beispiele von Leuchtstoffen zum Emittieren von grünem Licht, die zusammen mit dem erfindungsgemäßen Leuchtstoff verwendbar sind, sind Silikatleuchtstoffe, wie beispielsweise (Ca, Sr, Ba)₂SiO₄:Eu und Ca₃Sc₂Si₃O₁₂:Ce, Chlorsilikatleuchtstoffe, wie beispielsweise Ca₈MgSi₄O₁₆Cl_2-δ:Eu, Mn, Oxynitridleuchtstoffe, wie beispielsweise β-SIALON von Si_6-zAl_zO_zN_8-z:Eu, durch Ce aktivierte Aluminatleuchtstoffe, wie beispielsweise (Y, Lu)₃(Al, Ga)₅O₁₂:Ce, durch Eu aktivierte Sulfidleuchtstoffe, wie beispielsweise SrGa₂S₄:Eu, und Oxidleuchtsoffe, wie beispielsweise CaSc₂O₄:Ce.
Beispiele von Leuchtstoffen zum Emittieren von blauem Licht, die zusammen mit dem erfindungsgemäßen Leuchtstoff verwendbar sind, sind durch Eu aktivierte Aluminatleuchtstoffe, wie beispielsweise (Sr, Ca, Ba)Al₂O₄:Eu, (Sr, Ca, Ba)₄Al₁₄O₂₅:Eu, (Ba, Sr, Ca)MgAl₁₀O₁₇:Eu und BaMgAl₁₄O₂₅:Eu, Tb, Sm, durch Eu und Mn aktivierte Aluminatleuchtstoffe, wie beispielsweise (Ba, Sr, Ca)MgAl₁₀O₁₇:Eu, Mn, durch Ce aktivierte Thiogallatleuchtstoffe, wie beispielsweise SrGa₂S₄:Ce und CaGa₂S₄:Ce, durch Eu aktivierte Silikatleuchtstoffe, wie beispielsweise (Ba, Sr, Ca, Mg)₂SiO₄:Eu, und durch Eu aktivierte Halophosphatleuchtstoffe, wie beispielsweise (Sr, Ca, Ba, Mg)₁₀(PO₄)₆Cl₂:Eu.
Versiegelungselement
Das Versiegelungselement 103 ist aus einem transparenten Harz oder Glas hergestellt. Der vertiefte Abschnitt der Lichtemissionsvorrichtung 100 wird mit dem transparenten Harz oder Glas gefüllt, so dass das Lichtemissionselement 101 durch das transparente Harz oder Glas bedeckt ist. Hinsichtlich einer einfachen Herstellung ist das Versiegelungselement vorzugsweise aus transparentem Harz hergestellt. Als das transparente Harz wird vorzugsweise z.B. eine Silikonharzzusammensetzung verwendet. Es kann aber auch eine elektrisch isolierende Harzzusammensetzung verwendet werden, wie beispielsweise eine Epoxidharzzusammensetzung oder eine Acrylharzzusammensetzung. Dem Versiegelungselement 103 kann zusammen mit dem Leuchtstoff 102 ein geeigneter Zusatzstoff hinzugefügt werden. Beispielsweise kann dem Versiegelungselement ein Lichtstreuelement hinzugefügt werden. In diesem Fall kann die Richtwirkung des Lichtemissionselements vermindert werden, so dass der Sichtwinkel vergrößert werden kann.
Nachstehend werden Leuchtstoffe erfindungsgemäßer Beispiele 1 bis 3 beschrieben. Lanthannitrid (LaN), Siliziumnitrid (Si₃N₄), Ceriumfluorid (CeF₃) und Bornitrid (BN) werden allgemein als Materialien für die Leuchtstoffe der Beispiele 1 bis 3 verwendet. Die Leuchtstoffe werden basierend auf Messungen der Materialien mit folgenden Zusammensetzungsverhältnissen erhalten.
Beispiel 1
Im Beispiel 1 werden die Materialien in einem Zusammensetzungsverhältnis von La:Si:B:Ce = 3:5,85:0,15:0,15 abgemessen. Insbesondere werden die folgenden Pulvermaterialien als Materialien des Leuchtstoffs gemäß Beispiel 1 abgemessen. Hierbei wird angenommen, dass die Reinheit der Materialien für den Leuchtstoff 100% beträgt.
Lanthannitrid (LaN) ... 5,99 g
Siliziumnitrid (Si₃N₄) ... 3,57 g
Bornitrid (BN) ... 0,05 g
Ceriumfluorid (CeF₃) ... 0,39 g.
Die abgemessenen Materialien werden in ausreichendem Maß trocken gemischt und in einem Schmelztiegel angeordnet. Die Materialien werden für 10 Stunden bei 1500°C gebrannt. Das gebrannte Produkt wird pulverisiert und dann in Chlorwasserstoffsäure angeordnet. Dadurch wird ein Leuchtstoffpulver erhalten.
Beispiele 2 - 3 und Vergleichsbeispiel 1

Ähnlich wie Beispiel 1 werden die Materialien gemäß den in Tabelle 1 dargestellten Mischverhältnissen eingestellt, und Leuchtstoffe gemäß Beispielen 2 und 3 und einem Vergleichsbeispiel 1 werden erhalten. Beispielsweise werden die Partikeldurchmesser, Pulvereigenschaften und Intensitäten gemessen. In Tabelle 1 bezeichnet Dm den Partikeldurchmesser in µm. Die Partikeldurchmesser werden durch Partikelmessungen unter Verwendung des elektrischen Widerstands basierend auf einem Verfahren zum Messen des elektrischen Widerstands in einer Messöffnung (elektrisches Erfassungszonenverfahren) gemäß dem Coulter-Prinzip gemessen. Insbesondere werden, nachdem die Leuchtstoffe in einer Lösung dispergiert sind, deren Partikeldurchmesser basierend auf den elektrischen Widerständen erhalten, die erzeugt werden, wenn die Partikel der Leuchtstoffe eine Messöffnung eines Messöffnungsrohrs durchlaufen. Die 2 und 3 zeigen die Lichtemissionsspektren und die Anregungsspektren der Leuchtstoffe gemäß den Beispielen 1 bis 3 bzw. dem Vergleichsbeispiel 1. 4 zeigt ein 1000-fach vergrößertes SEM-Bild des Leuchtstoffs gemäß Beispiel 3. Tabelle 2 zeigt Zusammensetzungsverhältnisse, die basierend auf analysierten Werten berechnet sind, wobei Si + B = 6 ist. Das Symbol „-“ in Tabelle 2 zeigt, dass der analysierte Wert von B kleiner ist als der Nachweisgrenzwert des Analysegeräts. Wie in der Tabelle 1 und 2 dargestellt ist, sind die relativen Intensitäten der Leuchtstoffe gemäß den Beispielen höher als diejenigen des Vergleichsbeispiels 1. D.h., es kann bestätigt werden, dass die Intensitäten der Leuchtstoffe gemäß den Beispielen durch Substituieren eines Teils des Siliziums durch Bor verbessert werden. Wie in 3 dargestellt ist, kann bestätigt werden, dass die Leuchtstoffe gemäß den Beispielen durch blaues Licht in einem Wellenlängenbereich von 420 bis 470 nm effizient angeregt werden. Außerdem wird, wie in Tabelle 1 und in 4 dargestellt ist, bestätigt, dass die Leuchtstoffe Partikeldurchmesser in einem Bereich von 2 bis 30 µm haben. Tabelle 1

Probe	La	Si	B	Ce	Partikeldurchmesser	Pulvereigenschaften
Probe	La	Si	B	Ce	Dm	x	y	Y
Vergleichsbeispiel	3	6	0	0,15	14,8	0,417	0,559	100,0
Beispiel 1		5,85	0,15		19,3	0,421	0,557	104,2
Beispiel 2		5,55	0,45		17,5	0,419	0,558	105,5
Beispiel 3		5,25	0,75		16,5	0,418	0,559	108,8

Tabelle 2

	Zusammensetzung (analysierter Wert)					Analysierter Wert (ppm)
	La	Si	B	Ce	N	F	O
Vergleichsbeispiel 1	2,75	6,00	-	0,14	11,16	470	1640
Beispiel 1	2,75	5,97	0,03	0,13	10,95	800	1530
Beispiel 2	2,65	5,83	0,17	0,13	10,80	1100	1920
Beispiel 3	2,65	5,71	0,29	0,14	11,30	1700	2290

Beispiel 4 und Vergleichsbeispiele 2 und 3
Es wurden relative Intensitäten von Leuchtstoffen gemäß einem Beispiel 4 und Vergleichsbeispielen 2 und 3, die verschiedene Zusammensetzungsverhältnisse von La aufweisen, auf der Basis des Leuchtstoffs gemäß Beispiel 2 gemessen. Die gemessenen Werte der Leuchtstoffe gemäß Beispiel 4 und den Vergleichsbeispielen 2 und 3 sind in den Tabellen 3 und 4 und in den 5 und 6 dargestellt. Außerdem wurden, ähnlich wie in Beispiel 1 usw., die Materialien auf die in Tabelle 3 dargestellten Mischverhältnisse eingestellt, so dass die Leuchtstoffe gemäß Beispiel 4 und gemäß den Vergleichsbeispielen 2 und 3 erhalten wurden. Die Partikeldurchmesser, Pulvereigenschaften und Intensitäten wurden gemessen.

Ähnlich wie in Tabelle 1 bezeichnet in Tabelle 3 Dm den Partikeldurchmesser in µm. Außerdem zeigen die 5 und 6 die Lichtemissionsspektren und Anregungsspektren der Leuchtstoffe gemäß Beispiel 4 bzw. gemäß den Vergleichsbeispielen 2 und 3. Außerdem zeigt Tabelle 4 Zusammensetzungsverhältnisse, die basierend auf analysierten Werten berechnet sind, wobei Si + B = 6 ist. Wie in Tabelle 3 und in 5 dargestellt ist, ist die relative Intensität des Leuchtstoffs gemäß Beispiel 4 höher als diejenige der Vergleichsbeispiele 2 und 3. D.h., es kann bestätigt werden, dass die relative Intensität des Leuchtstoffs gemäß Beispiel 1 verbessert ist. Gemäß diesem Ergebnis nimmt, wenn das Zusammensetzungsverhältnis von La nicht größer als 2 oder nicht niedriger als 3,5 ist, die relative Intensität des Leuchtstoffs deutlich ab. Aus diesem Grunde ist das Zusammensetzungsverhältnis von La erfindungsgemäß größer als 2 und niedriger als 3,5. Wie in 6 dargestellt ist, kann bestätigt werden, dass der Leuchtstoff gemäß Beispiel 4 durch blaues Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 420 bis 470 nm effizient angeregt wird. Tabelle 3

Probe	La	Si	B	Ce	Partikeldurchmesser	Pulvereigenschaften
Probe	La	Si	B	Ce	Dm	x	y	Rel. Int.
Vergleichsbeispiel 2	2	5,55	0,45	0,15	6,4	0,415	0,555	22,5
Beispiel 4	2,5				9,1	0,416	0,559	93,5
Beispiel 2	3				17,5	0,419	0,558	105,5
Vergleichsbeispiel 3	3,5				16,7	0,421	0,553	57,2

Tabelle 4

Probe	Zusammensetzung (basierend auf analysiertem Wert)					Analysierter Wert (ppm)
Probe	La	Si	B	Ce	N	F	0
Vergleichsbeispiel 2	1,73	5,63	0,37	0,14	9,86	2500	8270
Beispiel 4	2,26	5,68	0,32	0,13	10,23	2200	7020
Beispiel 2	2,65	5,83	0,17	0,13	10,80	1100	1920
Vergleichsbeispiel 3	2,42	5,70	0,30	0,11	8,40	8700	67280

Beispiele 5 bis 7 und Vergleichsbeispiel 4

Es wurden relative Intensitäten von Leuchtstoffen gemäß Beispielen 5 bis 7 und einem Vergleichsbeispiel 4, die verschiedene Zusammensetzungsverhältnisse von Ce aufweisen, auf der Basis des Leuchtstoffs gemäß Beispiel 2 gemessen. Die gemessenen Werte der Leuchtstoffe gemäß den Beispielen 5 bis 7 und Vergleichsbeispiel 4 sind in den Tabellen 5 und 6 und in den 7 und 8 dargestellt. Außerdem wurden, ähnlich wie in Beispiel 1 usw., die Materialien auf die in Tabelle 5 dargestellten Mischverhältnisse eingestellt, so dass die Leuchtstoffe gemäß den Beispielen 5 bis 7 und Vergleichsbeispiel 4 erhalten wurden. Die Partikeldurchmesser, Pulvereigenschaften und Intensitäten wurden gemessen. Außerdem zeigen die 7 und 8 die Lichtemissionsspektren und Anregungsspektren der Leuchtstoffe gemäß den Beispielen 5 bis 7 bzw. Vergleichsbeispiel 4. Außerdem zeigt Tabelle 6 Zusammensetzungsverhältnisse, die basierend auf analysierten Werten berechnet sind, wobei Si + B = 6 ist. Wie in Tabelle 5 und in 7 dargestellt ist, sind die relativen Intensitäten der Leuchtstoffe gemäß den Beispielen 5 bis 7 höher als diejenige des Vergleichsbeispiels 4. D.h., es kann bestätigt werden, dass die Intensitäten der Leuchtstoffe gemäß den Beispielen 5 bis 7 verbessert sind. Gemäß diesem Ergebnis nimmt, wenn das Zusammensetzungsverhältnis von Ce nicht kleiner ist als 1, die relative Intensität des Leuchtstoffs deutlich ab. Aus diesem Grunde ist das Zusammensetzungsverhältnis von Ce erfindungsgemäß kleiner als 1. Wie in 8 dargestellt ist, kann bestätigt werden, dass die Leuchtstoffe gemäß den Beispielen 5 bis 7 durch blaues Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 420 bis 470 nm effizient angeregt werden. Tabelle 5

Probe	La	Si	B	Ce	Partikeldurchmesser	Pulvereigenschaften
Probe	La	Si	B	Ce	Dm	x	y	Rel. Int.
Beispiel 5	3	5,55	0,45	0,05	13,7	0,407	0,561	86,6
Beispiel 2				0,15	17,5	0,419	0,558	105,5
Beispiel 6				0,3	16,3	0,430	0,550	103,0
Beispiel 7				0,5	13,1	0,436	0,546	84,4
Vergleichsbeispiel 4				1	9,4	0,441	0,538	25,8

Tabelle 6

Probe	Zusammensetzung (basierend auf analysiertem Wert)					Analysierter Wert (ppm)
Probe	La	Si	B	Ce	N	F	O
Beispiel 5	2,76	5,78	0,22	0,06	10,7	1400	3860
Beispiel 2	2,65	5,83	0,17	0,13	10,8	1100	1920
Beispiel 6	2,59	5,80	0,20	0,28	10,7	2400	3130
Beispiel 7	2,33	5,77	0,23	0,43	10,8	4700	4990
Vergleichsbeispiel 4	2,09	5,69	0,31	0,79	7,7	56000	79560

Lichtemissionsvorrichtung unter Verwendung von Leuchtstoffen der Beispiele 1 bis 3 und des Vergleichsbeispiels 1

Die Ergebnisse der Lichtemissionsvorrichtungen gemäß den Beispielen 1 bis 3 und Vergleichsbeispiel 1 sind in Tabelle 7 und in den 9 und 10 dargestellt. Die in diesen Tabelle und Figuren dargestellten Lichtemissionsvorrichtungen gemäß den Beispielen 1 bis 3 bzw. Vergleichsbeispiel 1 weisen die Leuchtstoffe gemäß den Beispielen 1 bis 3 bzw. Vergleichsbeispiel 1 und LED-Elemente als das Lichtemissionselement auf. Das LED-Element hat eine Größe von 500 × 290 µm und emittiert Licht in einem blauen Bereich mit einer Peakwellenlänge von 450 nm. Die Lichtemissionsvorrichtung weist das LED-Element und Silikonharz auf, das den Leuchtstoff enthält und das LED-Element abdeckt. 9 zeigt einen Graphen zum Darstellen der Lichtemissionsspektren der Lichtemissionsvorrichtungen. 10 zeigt einen vergrößerten Graphen eines Bereichs von 0 bis 1500 der Lichtemissionsintensität von 9. Wie in diesen Tabellen und Figuren dargestellt ist, kann bestätigt werden, dass der Lichtstrom der Lichtemissionsvorrichtungen dieser Beispiele im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 1 verbessert ist. Tabelle 7

	Durchlassstrom (mA)	Durchlassspannung (V)	Lichtstromverhältnis	Chromatizität x	Chromatizität y
Vergleichsbeispiel 1	150	3,3	100,0	0,264	0,239
Beispiel 1	150	3,3	105,6	0,265	0,241
Beispiel 2	150	3,3	104,1	0,262	0,235
Beispiel 3	150	3,3	105,0	0,264	0,239

Ein erfindungsgemäßer Leuchtstoff, eine den Leuchtstoff enthaltende erfindungsgemäße Lichtemissionsvorrichtung und ein erfindungsgemäßes Leuchtstoffherstellungsverfahren können z.B. für eine weiße Lichtquelle, ein LED-Display, eine Hintergrundbeleuchtung, ein Signallicht, einen beleuchteten Schalter, verschiedenartige Sensoren und verschiedenartige Anzeigen verwendet werden, die eine Lichtquelle in Form einer blauen oder ultravioletten Leuchtdiode mit guten Lichtemissionseigenschaften aufweisen.

Claims

Leuchtstoff, der durch die allgemeine Formel M_xCe_ySi_6-zB_zN_8+w dargestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass M mindestens ein aus der Gruppe La, Y, Tb und Lu ausgewähltes Element ist, und 2,0 < w < 4,0, 2,0 < x < 3,5, 0 < y < 1,0 und 0 < z < 2,0 ist, wobei der Leuchtstoff ferner 10 bis 10000 ppm Fluor und 100 bis 10000 ppm Oxid enthält.
Leuchtstoff nach Anspruch 1, wobei 2,0 < x < 3,0, 0 < y < 0,5 und/oder 0 < z < 1,2 ist.
Leuchtstoff nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Leuchtstoff eine Kristallphase aufweist, und wobei der Prozentanteil der Kristallphase nicht kleiner ist als 50 Gew.-%.
Leuchtstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der mittlere Partikeldurchmesser des Leuchtstoffs innerhalb des Bereichs von 2 bis 30 µm liegt.
Lichtemissionsvorrichtung mit: einer Anregungslichtquelle, die Licht in einem Bereich von ultraviolettem bis blauem Licht emittieren kann; dem Leuchtstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4 als einen ersten Leuchtstoff, der einen Teil des Lichts von der Anregungslichtquelle absorbieren und Lumineszenzstrahlung emittieren kann; und einem Wellenlängenumwandlungselement, in dem der erste Leuchtstoff verteilt ist.
Lichtemissionsvorrichtung nach Anspruch 5, ferner mit mindestens einem zweiten Leuchtstoff, der mindestens einen Teil des Lichts von der Anregungslichtquelle absorbieren und Lumineszenzstrahlung mit einer von der Peakwellenlänge des ersten Leuchtstoffs verschiedenen Peakwellenlänge emittieren kann.
Leuchtstoffherstellungsverfahren mit den Schritten: Bereitstellen, Pulverisieren und Mischen von Materialien für Elemente, die eine Zusammensetzung eines Leuchtstoffs bilden, wobei die Leuchtstoffzusammensetzung durch die allgemeine Formel M_xCe_ySi_6-zB_zN_8+w dargestellt ist, wobei M mindestens ein aus der Gruppe La, Y, Tb und Lu ausgewähltes Element bezeichnet und 2,0 < w < 4,0, 2,0 < x < 3,5, 0 < y < 1,0 und 0 < z < 2,0 ist und wobei der Leuchtstoff ferner 10 bis 10000 ppm Fluor und 100 bis 10000 ppm Oxid enthält, wobei die Materialien für die Elemente M, Si und B die Elemente selbst oder ein Oxid, ein Nitrid oder ein Carbonat dieser Elemente aufweisen, wobei das Material für das Element Ce das Element selbst oder ein Oxid, ein Nitrid, ein Carbonat oder ein Fluorid dieses Elements aufweist; Füllen eines Schmelztiegels mit den Materialien und Brennen der Materialien in einer Reduktionsatmosphäre, um ein gebranntes Produkt herzustellen; und Ausführen einer Feststoff-Flüssigkeit-Trennung für das gebrannte Produkt und Trocknen, Pulverisieren, Dispergieren und Filtern des Produkts nach der Feststoff-Flüssigkeit-Trennung, um ein Leuchtstoffpulver zu erhalten.
Leuchtstoffherstellungsverfahren nach Anspruch 7, wobei das gebrannte Produkt in einer Säurelösung angeordnet wird, um den Anteil an im gebrannten Produkt enthaltenen Verunreinigungen zu vermindern.
Leuchtstoffherstellungsverfahren nach Anspruch 8, wobei die Säurelösung Chlorwasserstoffsäure enthält.