DE102019104008B4 - Leuchtstoff, verfahren zur herstellung eines leuchtstoffs und optoelektronisches bauelement - Google Patents

Leuchtstoff, verfahren zur herstellung eines leuchtstoffs und optoelektronisches bauelement Download PDF

Info

Publication number
DE102019104008B4
DE102019104008B4 DE102019104008.6A DE102019104008A DE102019104008B4 DE 102019104008 B4 DE102019104008 B4 DE 102019104008B4 DE 102019104008 A DE102019104008 A DE 102019104008A DE 102019104008 B4 DE102019104008 B4 DE 102019104008B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
phosphor
tetrahedron
electromagnetic radiation
elements
optoelectronic component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102019104008.6A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102019104008A1 (de
Inventor
Simon Peschke
Stefan Lange
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority to DE102019104008.6A priority Critical patent/DE102019104008B4/de
Priority to PCT/EP2020/053946 priority patent/WO2020169479A1/de
Priority to US17/431,438 priority patent/US11932791B2/en
Publication of DE102019104008A1 publication Critical patent/DE102019104008A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102019104008B4 publication Critical patent/DE102019104008B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
    • H01L33/502—Wavelength conversion materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/082—Compounds containing nitrogen and non-metals and optionally metals
    • C01B21/0821—Oxynitrides of metals, boron or silicon
    • C01B21/0823—Silicon oxynitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7728—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing europium
    • C09K11/77347—Silicon Nitrides or Silicon Oxynitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7728—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing europium
    • C09K11/77348—Silicon Aluminium Nitrides or Silicon Aluminium Oxynitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0225—Out-coupling of light
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/50—Solid solutions
    • C01P2002/52—Solid solutions containing elements as dopants
    • C01P2002/54—Solid solutions containing elements as dopants one element only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/76—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by a space-group or by other symmetry indications
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/77—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by unit-cell parameters, atom positions or structure diagrams

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)

Abstract

Leuchtstoff (1) mit der allgemeinen Formel EA7A2Si5N4O12: RE, wobei- EA ausgewählt ist aus der Gruppe gebildet durch die folgenden Elemente und Kombinationen dieser Elemente: Mg, Ca, Sr, Ba,- A ausgewählt ist aus der Gruppe gebildet durch die folgenden Elemente und Kombinationen dieser Elemente: Li, Na, K, Rb, Cs,- RE ein Aktivator-Element ist, und- RE ausgewählt ist aus der Gruppe der seltenen Erden, Mangan, Chrom und Nickel.

Description

  • Es werden ein Leuchtstoff und ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs angegeben. Darüber hinaus wird ein optoelektronisches Bauelement angegeben.
  • Die Druckschrift Abudurusuli et al., New J. Chem., Bd. 42, 2018, S. 3350-3355 beschreibt vier neue quartärnäre Chalcogenide.
  • Die Druckschrift Chiu et al., Optics Express, Bd. 19, 2011, Nr. S3, A331-A339 beschreibt Eu2+-aktivierte Siliziumoxynitride.
  • Die Druckschrift Lv et al., J. Phys. Chem. C, Bd 118, 2014, S. 4649-4655 beschreibt die Synthese, Struktur und Lumineszenzeigenschaften von K2Ba7Si16O40: Eu2+.
  • Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen Leuchtstoff mit erhöhter Effizienz anzugeben. Zusätzlich soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Leuchtstoffs angegeben werden. Weiterhin wird ein optoelektronisches Bauelement mit erhöhter Effizienz angegeben.
  • Diese Aufgaben werden durch einen Leuchtstoff mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 9 und durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen des Leuchtstoffs, des Verfahrens und des optoelektronischen Bauelements sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
  • Der Leuchtstoff weist die allgemeine Summenformel EA7A2Si5N4O12 : RE auf, wobei:
    • - EA ausgewählt ist aus der Gruppe gebildet durch die folgenden Elemente und Kombinationen dieser Elemente: Mg, Ca, Sr, Ba,
    • - A ausgewählt ist aus der Gruppe gebildet durch die folgenden Elemente und Kombinationen dieser Elemente: Li, Na, K, Rb, Cs,
    • - RE ein Aktivator-Element ist, und
    • - RE ausgewählt ist aus der Gruppe der seltenen Erden, Mangan, Chrom und Nickel.
  • Hier und im Folgenden werden Leuchtstoffe anhand von Summenformeln beschrieben. Es ist bei den angegebenen Summenformeln möglich, dass der Leuchtstoff weitere Elemente etwa in Form von Verunreinigungen aufweist, wobei diese Verunreinigungen zusammengenommen höchstens 1 Promille, bevorzugt höchstens 100 ppm (parts per million), besonders bevorzugt höchstens 10 ppm aufweisen. Gemäß der hier beschriebenen Summenformel weist der Leuchtstoff lediglich Stickstoff und/oder Sauerstoff als Anion auf. Jedoch ist aber nicht ausgeschlossen, dass weitere, auch anionische Elemente in Form von Verunreinigungen vorhanden sind.
  • Der Leuchtstoff umfasst bevorzugt ein kristallines, beispielsweise keramisches, Wirtsgitter, in das Fremdelemente als Aktivator-Elemente eingebracht sind. Bei dem Leuchtstoff kann es sich beispielsweise um ein keramisches Material handeln.
  • Das Aktivator-Element verändert die elektronische Struktur des Wirtsgitters derart, dass elektromagnetische Strahlung mit einer Primärwellenlänge in dem Material absorbiert wird und einen elektronischen Übergang in dem Leuchtstoff anregt, der unter Aussenden von elektromagnetischer Strahlung mit einem Emissionsspektrum wieder in den Grundzustand übergeht. Das Aktivator-Element, das in das Wirtsgitter eingebracht ist, ist so für die wellenlängenkonvertierenden Eigenschaften des Leuchtstoffs verantwortlich.
  • Mit dem Begriff „wellenlängenkonvertierend“ ist vorliegend gemeint, dass eingestrahlte elektromagnetische Strahlung eines bestimmten Wellenlängenbereichs, vorliegend mit einer Primärwellenlänge, in elektromagnetische Strahlung eines anderen, bevorzugt längerwelligen Wellenlängenbereichs, vorliegend des Emissionsspektrums, umgewandelt wird. In der Regel absorbiert ein wellenlängenkonvertierendes Element elektromagnetische Strahlung eines eingestrahlten Wellenlängenbereichs, wandelt diese durch elektronische Vorgänge auf atomarer und/oder molekularer Ebene in elektromagnetische Strahlung eines anderen Wellenlängenbereichs um und sendet die umgewandelte elektromagnetische Strahlung wieder aus. Insbesondere wird reine Streuung oder reine Absorption vorliegend nicht als wellenlängenkonvertierend verstanden.
  • Beispielsweise kann der Leuchtstoff in Partikelform mit Korngrößen zwischen einschließlich 1 Mikrometer und einschließlich 30 Mikrometer vorliegen.
  • Das kristalline Wirtsgitter ist bevorzugt aus einer sich in der Regel periodisch wiederholenden dreidimensionalen Elementarzelle aufgebaut. Mit anderen Worten handelt es sich bei der Elementarzelle um die kleinste wiederkehrende Einheit des kristallinen Wirtsgitters. Die Elemente EA, A, Si, N und O besetzen hierbei jeweils festgelegte Gitterplätze der dreidimensionalen Elementarzelle des Wirtsgitters. Hierbei besetzen das Aktivator-Element RE und das zweiwertige Element EA bevorzugt äquivalente Gitterplätze. Das heißt, dass sich entweder EA oder RE auf dem besagten Gitterplatz einer Elementarzelle befinden.
  • Mit dem Begriff „Wertigkeit“ in Bezug auf ein bestimmtes Element ist vorliegend gemeint, wie viele weitere Elemente mit entgegengesetzter Ladung in einer chemischen Verbindung benötigt werden, um einen Ladungsausgleich zu erzielen. Dies kann beispielsweise ein Element oder mehrere Elemente sein.
  • Elemente mit der Wertigkeit zwei werden auch als zweiwertige Elemente bezeichnet und sind häufig Elemente, die in einer chemischen Verbindung zweifach positiv geladen sind. Das heißt, es können beispielsweise zwei weitere Elemente, welche in der chemischen Verbindung einfach negativ geladen sind, oder ein weiteres Element, welches in der chemischen Verbindung zweifach negativ geladen ist, an das zweiwertige Element binden. Dies führt zu einem Ladungsausgleich. Zweiwertige Elemente sind vorliegend in der Regel ausgewählt aus der Gruppe gebildet durch Erdalkalielemente, Zink.
  • Einwertige Elemente, also Elemente der Wertigkeit eins, sind häufig Elemente, die in einer chemischen Verbindung einfach positiv geladen sind. Das heißt, es kann ein Element, welches in einer chemischen Verbindung einfach negativ geladen ist, an das einwertige Element binden. Somit wird ein Ladungsausgleich erzielt. Einwertige Elemente sind vorliegend in der Regel ausgewählt aus der Gruppe gebildet durch Alkalielemente sowie Kupfer, Silber und Gold.
  • Dreiwertige Elemente, also Elemente der Wertigkeit drei, sind häufig Elemente, die in einer chemischen Verbindung dreifach positiv geladen sind. Das heißt, es kann ein Element, welches in einer chemischen Verbindung dreifach negativ geladen ist, an das dreiwertige Element binden. Somit wird ein Ladungsausgleich erzielt. Dreiwertige Elemente sind vorliegend in der Regel ausgewählt aus der Gruppe gebildet durch Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Scandium, Yttrium sowie der seltenen Erden.
  • Vierwertige Elemente, also Elemente der Wertigkeit vier, sind häufig Elemente, die in einer chemischen Verbindung vierfach positiv geladen sind. Das heißt, es kann ein Element, welches in einer chemischen Verbindung vierfach negativ geladen ist, an das vierwertige Element binden. Somit wird ein Ladungsausgleich erzielt. Vierwertige Elemente sind vorliegend in der Regel ausgewählt aus der Gruppe gebildet durch Silizium, Germanium, Zinn, Titan, Zirkonium, Hafnium.
  • Fünfwertige Elemente, also Elemente der Wertigkeit fünf, sind häufig Elemente, die in einer chemischen Verbindung fünffach positiv geladen sind. Das heißt, es kann ein Element, welches in einer chemischen Verbindung fünffach negativ geladen ist, an das fünfwertige Element binden. Somit wird ein Ladungsausgleich erzielt. Fünfwertige Elemente sind vorliegend in der Regel ausgewählt aus der Gruppe gebildet durch Phosphor, Arsen, Vanadium, Niob, Tantal.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist RE ausgewählt aus der Gruppe gebildet durch die folgenden Elemente und Kombinationen dieser Elemente: Mn, Cr, Ni, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Yb, Tm.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Wirtsgitter des Leuchtstoffs eine Struktur auf, die Si(O,N)4-Tetraeder und AO4-Tetraeder umfasst. Die Si(O,N)4-Tetraeder und/oder die AO4-Tetraeder weisen in der Regel eine Tetraederlücke auf. Die Tetraederlücke ist ein Bereich im Inneren des jeweiligen Tetraeders. Beispielsweise wird mit dem Begriff „Tetraederlücke“ der Bereich im Inneren des Tetraeders bezeichnet, der frei bleibt, wenn in die Ecken des Tetraeders sich berührende Kugeln gesetzt werden.
  • Bevorzugt spannen die Sauerstoffatome und die Stickstoffatome des Si(O,N)4-Tetraeders den Tetraeder auf, wobei sich in der Tetraederlücke des durch die Sauerstoffatome und die Stickstoffatome aufgespannten Tetraeders das Si-Atom befindet. Hierbei bilden bevorzugt alle Atome, welche den Tetraeder aufspannen, einen ähnlichen Abstand zu dem Si-Atom, welches sich in der Tetraederlücke befindet.
  • Bevorzugt spannen die Sauerstoffatome des AO4- Tetraeders den Tetraeder auf und das A-Atom befindet sich in der Tetraederlücke des durch die Sauerstoffatome aufgespannten Tetraeders.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Leuchtstoffs sind bei der Struktur des Wirtsgitters zumindest ein Si(O,N)4-Tetraeder und zumindest ein AO4-Tetraeder jeweils über eine Ecke verknüpft.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Leuchtstoffs ist der AO4-Tetraeder über ein Sauerstoffatom mit dem Si(O,N)4-Tetraeder verknüpft. Bevorzugt ist das Sauerstoffatom, das den AO4-Tetraeder mit dem Si(O,N)4-Tetraeder verknüpft, ein gemeinsames Sauerstoffatom des AO4-Tetraeders und des Si(O,N)4-Tetraeders. Mit anderen Worten ist das Sauerstoffatom, das den AO4-Tetraeder mit dem Si(O,N)4-Tetraeder verknüpft, bevorzugt sowohl Teil des AO4-Tetraeders als auch Teil des Si(O,N)4-Tetraeders.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zumindest ein Si(O,N)4-Tetraeder über eine Ecke mit zumindest einem weiteren Si(O,N)4-Tetraeder verknüpft.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Leuchtstoffs ist der Si(O,N)4-Tetraeder über ein Stickstoffatom mit dem weiteren Si(O,N)4-Tetraeder verknüpft. Bevorzugt ist das Stickstoffatom, das den Si(O,N)4-Tetraeder mit dem weiteren Si(O,N)4-Tetraeder verknüpft, ein gemeinsames Stickstoffatom der Si(O,N)4-Tetraeder. Mit anderen Worten ist das Stickstoffatom, das den Si(O,N)4-Tetraeder mit dem weiteren Si(O,N)4-Tetraeder verknüpft, bevorzugt sowohl Teil des Si(O,N)4-Tetraeders als auch Teil des weiteren Si(O,N)4-Tetraeders.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform bilden die eckenverknüpften Si(O,N)4-Tetraeder einen Strang aus. Der Strang weist bevorzugt zumindest fünf verknüpfte Si(O,N)4-Tetraeder auf. Bevorzugt umfasst das Wirtsgitter des Leuchtstoffs mehrere Stränge von Si(O,N)4-Tetraedern. Hierbei kann beispielsweise ein Si(O,N)4-Tetraeder über zumindest ein AO4-Tetraeder mit Si(O,N)4-Tetraedern desselben Strangs oder des Nachbarstrangs verknüpft sein. Die AO4-Tetraeder verknüpfen bevorzugt die Si(O,N)4-Tetraeder umfassenden Stränge zu Schichten.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform bilden die Si(O,N)4-Tetraeder und die AO4-Tetraeder, die über eine Ecke verknüpft sind, Kanäle aus, in denen sich zumindest ein EA-Atom befindet. Die Kanäle sind bevorzugt als Hohlräume in den Strängen von eckenverknüpften Si(O,N)4-Tetraedern und eckenverknüpften AO4-Tetraedern ausgebildet.
  • Der Leuchtstoff weist die allgemeine Formel EA7A2Si5N4O12:RE auf.
  • EA ist ausgewählt aus der Gruppe gebildet durch die folgenden Elemente und Kombinationen dieser Elemente: Mg, Ca, Sr, Ba.
  • A ist ausgewählt aus der Gruppe gebildet durch die folgenden Elemente und Kombinationen dieser Elemente: Li, Na, K, Rb, Cs.
  • RE ist ausgewählt aus der Gruppe der seltenen Erden, Mn, Cr und Ni.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist RE ausgewählt aus der Gruppe gebildet durch die folgenden Elemente und Kombinationen dieser Elemente: Eu, Ce, Yb.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Leuchtstoff die folgende Formel auf: (EA1-aREa)7A2Si5N4O12. a bezeichnet hierbei den molekularen Anteil von RE bezogen auf EA und liegt bevorzugt zwischen einschließlich 0,001 und einschließlich 0,1. Besonders bevorzugt liegt der molekulare Anteil von RE bezogen auf EA zwischen einschließlich 0,005 und einschließlich 0,05. Mit anderen Worten sind bevorzugt zwischen einschließlich 0,5 % und einschließlich 5 % der Gitterplätze von EA mit RE besetzt. Der Anteil a an seltenen Erden eines Leuchtstoffs der folgenden Formel (EA1-aREa)7A2Si5N4O12 ist beispielsweise im Vergleich zu Granatleuchtstoffen wie Y3(Al,Ga)5O12:Ce (YAG) oder Lu3(Al,Ga)5O12:Ce (LuAG) deutlich reduziert. Das heißt, der Anteil a der seltenen Erden eines Leuchtstoffs der Formel (EA1-aREa)7A2Si5N4O12 ist deutlich geringer als der Anteil von seltenen Erden bei Granatleuchtstoffen, wie beispielsweise Lutetium in LuAG. Der Gewichtsanteil von seltenen Erden beträgt bei einem LuAG-Leuchtstoff zirka 70 %. Der hier beschriebene Leuchtstoff ist daher in der Regel vergleichsweise kostengünstig, da hierbei wenig seltene Erden Einsatz finden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Leuchtstoff die Formel Sr7Li2Si5N4O12 : RE auf. Bevorzugt ist hierbei RE Eu2+. RE, beispielsweise Eu2+, besetzt bevorzugt einen molekularen Anteil zwischen einschließlich 0,001 und einschließlich 0,1 der Gitterplätze von Sr. Mit anderen Worten sind bevorzugt zwischen einschließlich 0,1 % und 10 % der Gitterplätze, die im Wirtgitter Sr7Li2Si5N4O12 für Sr vorgesehen sind, mit RE wie etwa Eu2+ besetzt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Wirtsgitter des Leuchtstoffs eine Struktur auf, die Si(O,N)4-Tetraeder und LiO4-Tetraeder umfasst. Der Si(O,N)4-Tetraeder und/oder der LiO4-Tetraeder weisen in der Regel eine Tetraederlücke auf. Die Tetraederlücke ist ein Bereich im Inneren des jeweiligen Tetraeders. Beispielsweise wird mit dem Begriff „Tetraederlücke“ der Bereich im Inneren des Tetraeders bezeichnet, der frei bleibt, wenn in die Ecken des Tetraeders sich berührende Kugeln gesetzt werden.
  • Bevorzugt spannen die Sauerstoffatome und die Stickstoffatome des Si(O,N)4-Tetraeders den Tetraeder auf, wobei sich in der Tetraederlücke des durch die Sauerstoffatome und die Stickstoffatome aufgespannten Tetraeders das Siliziumatom befindet. Hierbei bilden bevorzugt alle Atome, welche den Tetraeder aufspannen, einen ähnlichen Abstand zu dem Siliziumatom, welches sich in der Tetraederlücke befindet.
  • Beispielsweise können die Abstände im Bereich von einschließlich 1.631 Angström bis einschließlich 1.722 Angström variieren.
  • Bevorzugt spannen die Sauerstoffatome des LiO4- Tetraeders den Tetraeder auf und das Lithiumatom befindet sich in der Tetraederlücke des durch die Sauerstoffatome aufgespannten Tetraeders.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Leuchtstoffs sind bei der Struktur des Wirtsgitters zumindest ein Si(O,N)4-Tetraeder und zumindest ein LiO4-Tetraeder jeweils über eine Ecke verknüpft.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Leuchtstoffs ist der LiO4-Tetraeder über ein Sauerstoffatom mit dem Si(O,N)4-Tetraeder verknüpft. Bevorzugt ist das Sauerstoffatom, das den LiO4-Tetraeder mit dem Si(O,N)4-Tetraeder verknüpft, ein gemeinsames Sauerstoffatom des LiO4-Tetraeders und des Si(O,N)4-Tetraeders. Mit anderen Worten ist das Sauerstoffatom, das den LiO4-Tetraeder mit dem Si(O,N)4-Tetraeder verknüpft, bevorzugt sowohl Teil des LiO4-Tetraeders als auch Teil des Si(O,N)4-Tetraeders.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zumindest ein Si(O,N)4-Tetraeder über eine Ecke mit zumindest einem weiteren Si(O,N)4-Tetraeder verknüpft.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Leuchtstoffs ist der Si(O,N)4-Tetraeder über ein Stickstoffatom mit dem weiteren Si(O,N)4-Tetraeder verknüpft. Bevorzugt ist das Stickstoffatom, das den Si(O,N)4-Tetraeder mit dem weiteren Si(O,N)4-Tetraeder verknüpft, ein gemeinsames Stickstoffatom der Si(O,N)4-Tetraeder. Mit anderen Worten ist das Stickstoffatom, das den Si(O,N)4-Tetraeder mit dem weiteren Si(O,N)4-Tetraeder verknüpft, bevorzugt sowohl Teil des Si(O,N)4-Tetraeder als auch Teil des weiteren Si(O,N)4-Tetraeders.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform bilden die eckenverknüpften Si(O,N)4-Tetraeder einen Strang aus. Der Strang weist bevorzugt zumindest fünf verknüpfte Si(O,N)4-Tetraeder auf. Bevorzugt umfasst das Wirtsgitter des Leuchtstoffs mehrere Stränge von Si(O,N)4-Tetraedern. Hierbei kann beispielsweise ein Si(O,N)4-Tetraeder über zumindest ein LiO4-Tetraeder mit Si(O,N)4-Tetraeder desselben Strangs oder des Nachbarstrangs verknüpft sein. Die LiO4-Tetraeder verknüpfen bevorzugt die aus Si(O,N)4-Tetraedern bestehenden Stränge zu Schichten.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform bilden die Si(O,N)4-Tetraeder und LiO4-Tetraeder, die über eine Ecke verknüpft sind, Kanäle aus, in denen sich zumindest ein Strontiumatom befindet. Die Kanäle sind bevorzugt als Hohlräume in den Strängen von eckenverknüpften Si(O,N)4-Tetraedern und LiO4-Tetraedern ausgebildet.
  • Zur Beschreibung der dreidimensionalen Elementarzelle des kristallinen Wirtsgitters werden sechs Gitterparameter benötigt, drei Längen a, b und c und drei Winkel α, β, γ. Die drei Gitterparameter a, b und c sind die Längen der Gittervektoren, die die Elementarzelle aufspannen. Die weiteren drei Gitterparameter α, β und γ sind die Winkel zwischen diesen Gittervektoren. α ist der Winkel zwischen b und c, β ist der Winkel zwischen a und c und γ ist der Winkel zwischen a und b.
  • Gemäß einer Ausführungsform liegt der Gitterparameter a insbesondere im Bereich von einschließlich 22,80 Å bis einschließlich 23,20 Å. Der Gitterparameter b liegt insbesondere im Bereich von einschließlich 5,30 Å bis einschließlich 5,70 Å. Der Gitterparameter c liegt insbesondere im Bereich von einschließlich 6,20 Å bis einschließlich 6,60 Å. Die Winkel α und γ betragen bevorzugt ungefähr 90° und der Winkel β liegt bevorzugt in einem Bereich zwischen einschließlich 100,0° und einschließlich 105,0°.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Wirtsgitter des Leuchtstoffs eine Struktur mit einer monoklinen Raumgruppe auf. Bevorzugt weist das Wirtsgitter des Leuchtstoffs die monokline Raumgruppe C2 auf.
  • Gemäß einer Ausführungsform kristallisiert der Leuchtstoff in der monoklinen Raumgruppe C2. Besonders bevorzugt liegen die Gitterparameter in der monoklinen Raumgruppe C2 bei a ungefähr gleich 22,98(1) Å, b ungefähr gleich 5,542(1) Å, c ungefähr gleich 6,477(1) Å, und die Winkel α und γ gleich 90° und der Winkel β ungefähr gleich 102,524(7)°.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die gleiche Kristallstruktur auf wie Sr7Li2Si5N4O12.
  • Der Leuchtstoff kann mit dem im Folgenden beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Merkmale und Ausführungsformen, die lediglich in Verbindung mit dem Leuchtstoff ausgeführt sind, können auch bei dem Verfahren ausgebildet sein und umgekehrt.
  • Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs mit der allgemeinen Formel EA7A2Si5N4O12: RE werden zunächst Edukte bereitgestellt, die aus der Gruppe gebildet durch die folgenden Edukte und Kombinationen dieser Edukte ausgewählt sind: EA2N, EAO, A2CO3, SiO2, RE2O3. Anschließend werden die Edukte auf eine Temperatur zwischen einschließlich 800 °C und einschließlich 1200 °C erhitzt. Die Temperatur zur Herstellung herkömmlicher Leuchtstoffe, wie beispielsweise Granate, ist in der Regel deutlich höher. So liegt die Temperatur bei der Herstellung von Granatleuchtstoffen in der Regel über 1400 °C. Demgegenüber ist die Temperatur bei dem vorliegenden Herstellungsverfahren deutlich reduziert, was zu einer vereinfachten Herstellung sowie zu einer verbesserten Energieeffizienz führt.
  • Gemäß einer Ausführungsform werden in einem ersten Schritt des Verfahrens die Edukte homogenisiert. Das entstandene Gemenge aus den Edukten wird in einen offenen Tiegel, bevorzugt in einen Nickeltiegel, gegeben. Das Gemenge aus den Edukten wird beispielsweise auf eine Temperatur von etwa 1000 °C für etwa 24 Stunden unter Stickstoffatmosphäre oder unter einer Formiergasatmosphäre erhitzt, um so reduzierende Bedingungen zu gewährleisten. Die Formiergasatmosphäre weist beispielsweise ein Gemisch aus Stickstoff oder Argon mit bis zu 7,5 % H2 auf oder ist aus einem solchen Gemisch gebildet.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist EA2N gleich Sr2N, EAO gleich SrO, A2CO3 gleich Li2CO3 und RE2O3 gleich Eu2O3.
  • Der Leuchtstoff ist insbesondere zur Verwendung in einem optoelektronischen Bauelement geeignet und vorgesehen. Merkmale und Ausführungsformen, die lediglich in Verbindung mit dem Leuchtstoff und/oder dem Verfahren ausgeführt sind, können auch bei dem optoelektronischen Bauelement ausgebildet sein und jeweils umgekehrt.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement einen Halbleiterchip, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs von einer Strahlungsaustrittsfläche aussendet. Die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs bildet das Emissionsspektrum des Halbleiterchips aus.
  • Bei dem Halbleiterchip handelt es sich zum Beispiel um einen Leuchtdiodenchip oder einen Laserdiodenchip. Bevorzugt weist der Halbleiterchip eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone auf, die dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Hierzu weist die aktive Zone beispielsweise einen pn- Übergang, eine Doppelheterostruktur, ein Einfachquantentopf- oder, besonders bevorzugt, eine Mehrfachquantentopfstruktur auf. Bevorzugt sendet der Halbleiterchip im Betrieb elektromagnetische Strahlung aus dem ultravioletten Spektralbereich und/oder aus dem sichtbaren Spektralbereich, besonders bevorzugt aus dem blauen Spektralbereich aus.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement ein Konversionselement auf, das einen hier beschriebenen Leuchtstoff aufweist. Der Leuchtstoff wandelt elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs um. Die elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs bildet das Emissionsspektrum des Leuchtstoffs aus.
  • Die elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs ist von dem ersten Wellenlängenbereich bevorzugt verschieden. Der Leuchtstoff, der in das Konversionselement eingebracht ist, verleiht dem Konversionselement wellenlängenkonvertierende Eigenschaften. Beispielsweise wandelt das Konversionselement die elektromagnetische Strahlung des Halbleiterchips lediglich in teilweise elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs um, während ein weiterer Teil der elektromagnetischen Strahlung des Halbleiterchips von dem Konversionselement transmittiert wird. Das optoelektronische Bauelement sendet in diesem Fall bevorzugt Mischlicht aus, das sich aus elektromagnetischer Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und elektromagnetischer Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs zusammensetzt. Beispielsweise sendet das optoelektronische Bauelement weißes Licht aus.
  • Beispielsweise kann neben dem Halbleiterchip und dem hier beschriebenen Leuchtstoff ein weiterer Leuchtstoff in das Konversionselement eingebracht sein. Bevorzugt wird der Leuchtstoff mit der allgemeinen Formel EA7A2Si5N4O12: RE mit einem rot emittierenden Leuchtstoff kombiniert, um somit Mischlicht mit einem Farbort im warmweißen Bereich zu erzeugen.
  • Das Mischlicht mit einem Farbort im warmweißen Bereich wird bevorzugt durch eine Kombination der blauen elektromagnetischen Strahlung des Halbleiterchips, elektromagnetischer Strahlung des rot-emittierenden Leuchtstoffs und der elektromagnetischen Strahlung des hier beschriebenen Leuchtstoffs erzeugt.
  • Als rot-emittierende Leuchtstoffe werden bevorzugt NitridLeuchtstoffe, beispielsweise (Ba,Sr,Ca)AlSiN3:Eu, Sr(Sr,Ca)Al2Si2N6:Eu, (Ca,Sr,Ba)Si2O2N2:Eu oder (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu, eingesetzt. Besonders bevorzugt wird als rot emittierender Leuchtstoff CaAlSiN3:Eu verwendet.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist das Konversionselement ein Matrixmaterial auf, in das der Leuchtstoff eingebettet ist. Das Matrixmaterial kann beispielsweise aus der Gruppe gebildet durch die folgenden Materialien ausgewählt sein: Polymere und Glas. Bevorzugt umfasst die Gruppe der Polymere Polystyrol, Polysiloxan, Polysilazan, PMMA, Polycarbonat, Polyacrylat, Polytetrafluorethylen, Polyvinyl, Silikonharz, Silikon, Epoxidharz und transparentes Synthesekautschuk. Die Gruppe der Gläser umfasst beispielsweise Silikate, Wasserglas und Quarzglas.
  • Bevorzugt wird das Konversionselement als Konversionsschicht ausgebildet. Die Konversionsschicht wird bevorzugt in direktem Kontakt auf die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips aufgebracht. Weiterhin ist es auch möglich, dass die Konversionsschicht mit Hilfe einer Klebeschicht auf die Strahlungsaustrittsfläche aufgebracht wird. Weiterhin kann beispielsweise zwischen der Strahlungsaustrittsfläche und dem Konversionselement ein Verguss angebracht sein. Somit ist das Konversionselement nicht im direkten Kontakt mit der Strahlungsaustrittsfläche. Der Verguss weist bevorzugt eine Durchlässigkeit für elektromagnetische Strahlung zumindest der aktiven Zone auf, die mindestens 85 %, bevorzugt 95 % beträgt. Die oben genannten Materialien für das Matrixmaterial können auch für den Verguss eingesetzt werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements liegt ein Emissionsmaximum des Leuchtstoffs zwischen einschließlich 500 Nanometer und einschließlich 550 Nanometer. Der Leuchtstoff absorbiert elektromagnetische Strahlung mit zumindest einer Anregungswellenlänge. Die Anregungswellenlänge des Leuchtstoffs kann hierbei beispielsweise im nahen ultravioletten bis blauen Spektralbereich, bei etwa 408 Nanometer oder 448 Nanometer, liegen. Das Emissionsmaximum des Leuchtstoffs liegt bevorzugt bei etwa 515 Nanometer. Ein Emissionsmaximum eines Emissionsspektrums des Halbleiterchips wird zur Vereinfachung vorliegend als Primärwellenlänge bezeichnet. Somit gibt es einen Überlapp der Bereiche für die Primärwellenlänge des Halbleiterchips und der Anregungswellenlänge des Leuchtstoffs.
  • Das Emissionsmaximum ist die Wellenlänge, bei der der Leuchtstoff bzw. der Halbleiterchip die größte Emission aufzeigt. Das Emissionsmaximum wird vorliegend anhand des Emissionsspektrums ermittelt. Bei einem Emissionsspektrum handelt es sich in der Regel um ein Diagramm, bei dem die spektrale Intensität oder der spektrale Lichtstrom pro Wellenlängenintervall („spektrale Intensität/spektraler Lichtstrom“) der von dem Leuchtstoff oder einem anderen Element ausgesandten elektromagnetischen Strahlung in Abhängigkeit der Wellenlänge λ dargestellt ist. Mit anderen Worten stellt das Emissionsspektrum eine Kurve dar, bei der auf der x-Achse die Wellenlänge und auf der y-Achse die spektrale Intensität oder der spektrale Lichtstrom aufgetragen ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform befindet sich das Emissionsmaximum des Leuchtstoffs bevorzugt im grüngelben Spektralbereich. Im Vergleich zu herkömmlichen Leuchtstoffen, beispielsweise Y3(Al,Ga)5O12:Ce, weist der erfindungsgemäße Leuchtstoff eine Schulter im roten Spektralbereich auf.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform liegt eine Dominanzwellenlänge der elektromagnetischen Strahlung des Emissionsspektrums des Leuchtstoffs zwischen einschließlich 555 Nanometer und einschließlich 575 Nanometer. Die Anregungswellenlänge ist hierbei bevorzugt im nahen ultravioletten bis blauen Spektralbereich, beispielsweise bei etwa 408 Nanometer oder 448 Nanometer. Bevorzugt liegt die Dominanzwellenlänge des Emissionsspektrums des Leuchtstoffs bei etwa 562 Nanometer oder 564 Nanometer.
  • Zur Bestimmung der Dominanzwellenlänge von elektromagnetischer Strahlung wird in einem CIE-Normdiagramm ausgehend vom Weißpunkt durch den Farbort der elektromagnetischen Strahlung eine gerade Linie gezogen. Der Schnittpunkt der geraden Linie mit der das CIE-Normdiagramm begrenzenden Spektralfarblinie bezeichnet die Dominanzwellenlänge der elektromagnetischen Strahlung. Im Allgemeinen weicht die Dominanzwellenlänge von dem Emissionsmaximum ab.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform liegt eine FWHM-Breite des Leuchtstoffs zwischen einschließlich 170 Nanometer und einschließlich 190 Nanometer. Die Anregungswellenlänge ist hierbei im nahen ultravioletten bis blauen Spektralbereich, beispielsweise bei etwa 408 Nanometer oder 448 Nanometer. Bevorzugt liegt die FWHM-Breite bei etwa 182 Nanometer oder 175 Nanometer.
  • Der Begriff FWHM-Breite („Full Width Half Maximum-Breite“) bezieht sich auf eine Kurve mit einem Maximum, wie etwa ein Emissionsspektrum, wobei die FWHM-Breite derjenige Bereich auf der x-Achse ist, der zu den beiden y-Werten korrespondiert, die der Hälfte des Maximums entsprechen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das optoelektronische Bauelement frei von einem weiteren Leuchtstoff. Das heißt, dass bevorzugt lediglich der Leuchtstoff mit der allgemeinen Formel EA7A2Si5N4O12:RE in dem Konversionselement des optoelektronischen Bauelements zur Wellenlängenkonversion enthalten ist und eine Wellenlängenkonversion innerhalb des optoelektronischen Bauelements bewirkt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das optoelektronische Bauelement frei von einem weiteren Leuchtstoff und sendet elektromagnetische Strahlung mit einer korrelierten Farbtemperatur zwischen einschließlich 9000 K und einschließlich 10000 K aus.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform sendet das optoelektronische Bauelement elektromagnetische Strahlung, mit einem kaltweißen Farbeindruck aus, beispielsweise mit einer korrelierten Farbtemperatur zwischen einschließlich 9000 K und einschließlich 10000 K. Ein Farbwiedergabeindex der elektromagnetischen Strahlung des optoelektronischen Bauelements ist mindestens 80, bevorzugt mindestens 85, besonders bevorzugt mindestens 90. Ebenso wird bevorzugt ein hoher roter Farbwiedergabeindex R9 von mindestens 60, bevorzugt mindestens 70, besonders bevorzugt mindestens 75 erzielt.
  • Beispielsweise wird bei einer korrelierten Farbtemperatur zwischen einschließlich 9000 K und einschließlich 10000 K ein hoher Farbwiedergabeindex von mindestens 80, bevorzugt mindestens 85, besonders bevorzugt mindestens 90 und ein hoher roter Farbwiedergabeindex R9 von mindestens 60, bevorzugt mindestens 70, besonders bevorzugt mindestens 75 erzielt. Die elektromagnetische Strahlung mit dem kaltweißen Farbeindruck wird bevorzugt durch eine Kombination der von dem Halbleiterchip emittierten elektromagnetischen Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und der von dem Leuchtstoff emittierten elektromagnetischen Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs, erhalten.
  • Die korrelierte Farbtemperatur ist ein Maß, um den Farbeindruck einer Lichtquelle quantitativ zu bestimmen. Der Farbwiedergabeindex beschreibt die Qualität der Farbwiedergabe von optoelektronischen Bauelementen gleicher korrelierter Farbtemperatur. Der rote Farbwiedergabeindex R9 ist ein spezieller Farbwiedergabeindex für gesättigtes rotes Licht.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement einen weiteren Leuchtstoff auf, der elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines dritten Wellenlängenbereichs aussendet. Insgesamt sendet das optoelektronische Bauelement somit eine elektromagnetische Strahlung mit einer korrelierten Farbtemperatur zwischen einschließlich 3000 K und einschließlich 5000 K aus. Der weitere Leuchtstoff ist bevorzugt ein Leuchtstoff, der elektromagnetische Strahlung des roten Spektralbereichs emittiert. Das führt zu einer niedrigeren korrelierten Farbtemperatur, welche zur Folge hat, dass ein warmweißer Farbeindruck mit einem hohen Farbwiedergabeindex R9 erzielt wird.
  • Eine Idee des vorliegenden optoelektronischen Bauelements ist es, Halbleiterchips, die unterschiedliche Primärwellenlängen aus dem nahen ultravioletten bis blauen Spektralbereichs aussenden, für verschiedene optoelektronische Bauelemente einzusetzen, ohne dass sich der Farbwiedergabeindex des Mischlichts der optoelektronischen Bauelemente mit dem hier beschriebenen Leuchtstoff stark unterscheidet. Dies kann die Prozessausbeute bei der Herstellung erhöhen und die Produktionskosten erniedrigen. Weiterhin ist der Anteil der seltenen Erden in dem Leuchtstoff niedrig, was zu einer einfachen und kostengünstigen Herstellung führt. Zusätzlich ist die Herstellungstemperatur herabgesetzt, um somit die Energieeffizienz zu steigern.
  • Weiterhin wird bei dem Einsatz des Leuchtstoffs mit der allgemeinen Formel EA7A2Si5N4O12: RE ohne einen weiteren Leuchtstoff in einem optoelektronischen Bauelement mit Vorteil ein kaltweißer Farbeindruck mit hoher korrelierter Farbtemperatur bei gleichzeitig hohem Farbwiedergabeindex erzielt. Dies ist unter anderem auf das breite Emissionsspektrum sowie die deutliche Schulter im roten Spektralbereich des Emissionsspektrums des Leuchtstoffs zurückzuführen. Außerdem kann mit Vorteil ein optoelektronisches Bauelement mit einem warmweißen Farbeindruck mit niedriger korrelierter Farbtemperatur realisiert, indem weitere Leuchtstoffe in das Konversionselement des optoelektronischen Bauelements eingebracht werden.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Bauelements und des Verfahrens ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
  • Es zeigen:
    • 1 einen Ausschnitt des Wirtsgitters des Leuchtstoffs Sr7Li2Si5N4O12: Eu2+ in Blickrichtung b gemäß einem Ausführungsbeispiel,
    • 2 einen Ausschnitt des Wirtsgitters des Leuchtstoffs Sr7Li2Si5N4O12: Eu2+ in Blickrichtung b gemäß einem Ausführungsbeispiel,
    • 3 einen Ausschnitt des Wirtsgitters des Leuchtstoffs Sr7Li2Si5N4O12: Eu2+ in Blickrichtung c gemäß einem Ausführungsbeispiel,
    • 4 und 5 einen Ausschnitt des Wirtsgitters des Leuchtstoffs Sr7Li2Si5N4O12: Eu2+ gemäß einem Ausführungsbeispiel,
    • 6 eine schematische Schnittdarstellung für verschiedene Verfahrensstadien eines Verfahrens zur Herstellung eines Leuchtstoffs gemäß einem Ausführungsbeispiel,
    • 7, 8 und 9 eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß jeweils einem Ausführungsbeispiel,
    • 10 zwei Emissionsspektren des Leuchtstoffs Sr7Li2Si5N4O12: Eu2+ gemäß eines Ausführungsbeispiels bei Anregung mit Primärwellenlängen des Halbleiterchips von ungefähr 408 Nanometern und ungefähr 448 Nanometern,
    • 11 Emissionsspektren von Sr7Li2Si5N4O12: Eu2+ und einem herkömmlichen Leuchtstoff mit vergleichbarer Dominanzwellenlänge,
    • 12 einen Farbwiedergabeindex als Funktion einer Primärwellenlänge des blau emittierenden Halbleiterchips für verschiedene optoelektronische Bauelemente mit weißem Farbeindruck, und
    • 13 gesamte Emissionsspektren für verschiedene optoelektronische Bauelemente mit weißem Farbeindruck mit einer Primärwellenlänge des Halbleiterchips von etwa 445 Nanometer.
  • Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
  • 1 zeigt einen Ausschnitt des Wirtsgitters des Leuchtstoffs 1 EA7A2Si5N4O12:RE, vorliegend des Leuchtstoffs L1 Sr7Li2Si5N4O12: Eu2+ in einer schematischen Darstellung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Wirtsgitter weist eine Struktur mit einer monoklinen Raumgruppe C2 auf. Die Struktur des Wirtsgitters weist eckenverknüpfte Si(O,N)4-Tetraeder 8 und AO4-Tetraeder auf. Vorliegend weist das Wirtsgitter A(O,N)4-Tetraeder mit A=Li, also LiO4-Tetraeder 9 auf.
  • „Eckenverknüpft“ heißt hier und im Folgenden, dass zwei Tetraeder über eine gemeinsame Ecke 10 miteinander verbunden sind. Die Ecke 10 kann entweder ein gemeinsames Sauerstoffatom 6 oder ein gemeinsames Stickstoffatom 7 sein. Die Struktur des Leuchtstoffs L1 wurde anhand von Röntgenstrukturanalysemessungen ermittelt, deren Ergebnisse beispielhaft in Tabelle 1 dargestellt sind. In den 1 bis 5 sind aufgrund der Übersichtlichkeit nicht alle Tetraeder und Atome mit einem Bezugszeichen versehen.
  • Der Si(O,N)4-Tetraeder 8 und/oder der LiO4-Tetraeder 9 weisen eine Tetraederlücke auf. Die Tetraederlücke ist ein Bereich im Inneren des jeweiligen Tetraeders.
  • Die Sauerstoffatome 6 und die Stickstoffatome 7 des Si(O,N)4-Tetraeders 8 spannen den Tetraeder auf, wobei sich in der Tetraederlücke des durch die Sauerstoffatome 6 und die Stickstoffatome 7 aufgespannten Tetraeders das Siliziumatom 4 befindet. Hierbei befinden sich bevorzugt alle Atome, welche den Tetraeder aufspannen, in ähnlichem Abstand zu dem Siliziumatom 4, welches sich in der Tetraederlücke befindet.
  • Bei dem LiO4-Tetraeder 9 spannen die Sauerstoffatome 6 einen Tetraeder auf und das Lithiumatom 3 befindet sich in der Tetraederlücke des durch die Sauerstoffatome 6 aufgespannten Tetraeders.
  • Zumindest ein Si(O,N)4-Tetraeder 8 und zumindest ein LiO4-Tetraeder 9 sind jeweils über ein Sauerstoffatom 6 miteinander verknüpft. Das Sauerstoffatom 6, das den LiO4-Tetraeder 9 mit dem Si(O,N)4-Tetraeder 8 verknüpft, ist ein gemeinsames Sauerstoffatom 6 des LiO4-Tetraeders 9 und des Si(O,N)4-Tetraeders 8. Die Si(O,N)4-Tetraeder 8 können ebenso über ein Stickstoffatom 7 mit einem weiteren Si(O,N)4-Tetraeder 8 verknüpft sein. Das Stickstoffatom 7, das den Si(O,N)4-Tetraeder 8 mit dem weiteren Si(O,N)4-Tetraeder 8 verknüpft, ist ein gemeinsames Stickstoffatom 7 der Si(O,N)4-Tetraeder 8. Die Struktur weist isolierte Stränge auf, die vorliegend aus fünf Si(O,N)4-Tetraedern 8, die über gemeinsame Ecken 10 verknüpft sind, gebildet sind.
  • Die Si(ON)4-Tetraeder 8 und LiO4-Tetraeder 9 bilden über eine Ecke 10 verknüpfte Kanäle 11 aus, in denen sich zumindest ein Strontiumatom 2 befindet. Das Strontiumatom 2 kann durch Europiumatome 5 als Aktivator-Element ersetzt werden. Die Kanäle 11 sind als Hohlräume in den Strängen von eckenverknüpften Si(O,N)4-Tetraedern 8 und LiO4-Tetraedern 9 ausgebildet.
  • Jedes Si(O,N)4-Tetraeder 8 ist über zumindest ein LiO4-Tetraeder 9 mit Si(O,N)4-Tetraedern 8 desselben oder des Nachbarstrangs verknüpft. Durch diese Verknüpfung entstehen, wie in 2 gezeigt, Schichten aus Ecken 10 verknüpften Si(O,N)4- 8 und LiO4-Tetraedern 9, welche sich in der bc-Ebene erstrecken. Die Strontiumatome 2 beziehungsweise die Europiumatome 5 besetzen die von Si(O,N)4- 8 und LiO4-Tetraedern 9 gebildeten Kanäle 11.
  • Die 3 unterscheidet sich von der 2 lediglich in der Blickrichtung. 2 erstreckt sich in Blickrichtung b und 3 in Blickrichtung c.
  • Die unten stehende Tabelle 1 zeigt die kristallografischen Daten des Leuchtstoffs L1 Sr7Li2Si5N4O12: Eu2+. Bei der monoklinen Raumgruppe sind die Winkel α und γ gleich 90° und β ungleich 90° und die Gitterparameter a, b und c unterscheiden sich. Die Mischbesetzung von Europium und Strontium wurde in der Strukturverfeinerung aufgrund des geringen atomaren Anteils an Europium nicht berücksichtigt. Tabelle 1: Kristallografische Daten von Sr7Li2Si5N4O12: Eu2+.
    Strukturtyp Sr7Li2Si5N4O12
    Berechnete Zusammensetzung Sr7Li2Si5N4O12: Eu2+
    Kristallsystem Monoklin
    Raumgruppe C2
    Gitterparameter
    a [Ä] 22,979 (4)
    b [Å] 5,5415 (9)
    c [Å] 6,4773 (11)
    α [°] 90
    β [°] 102,524(7)
    γ [°] 90
    Volumen [Å3] 805,2(2)
    Dichte [ρ/gcm-3] 2,519
    T [K] 296(2)
    Reflexe gesamt 4301
    Unabhängige Reflexe 1445
    Anzahl verfeinerter Parameter 132
    Gemessener reziproker Raum -27≤h≤27, -6≤k≤6, -7≤1≤7
    R1, wR2 2,80%, 5,93%
    GooF 1,043
    Δρmin, Δρmax [eÅ-3] -1,16/+0,91
  • Die unten stehende Tabelle 2 zeigt Atomlagenbesetzungen und isotrope Auslenkungsparameter für den Leuchtstoff L1 Sr7Li2Si5N4O12 : Eu2+. Tabelle 2: Atomlagen, Besetzungen und isotrope Auslenkungsparameter für den Leuchtstoff L1 Sr7Li2Si5N4O12:Eu2+.
    Atom e Wyck off-Posi tion x y z Bes etz ung Uiso
    Sr01 2a 0,5 0,7537(3) 0 1 0,0071(4)
    Sr02 4c 0,5714 (1) 0,2471 (2) 0,7556(2) 1 0,0090(3)
    Sr03 4c 0,8640(1) 0,3051(2) 0,5627(2) 1 0,0084(3)
    Sr04 4c 0,7793(1) 0,8261(2) 0,8176(2) 1 0,0098(3)
    Si05 2b 0,5 0,6578(8) 0,5 1 0,0063(9)
    Si06 4c 0, 6985 (1) 0,2974(6) 0,6772(4) 1 0,0065(6)
    Si07 4c 0,5871(1) 0,3323(7) 0,2539(4) 1 0,0061(6)
    O08 4c 0,6066(4) 0,5221(2) 0,0789(14) 1 0,0097(18 )
    O09 4c 0,6913(4) 0,5541(18 ) 0,7970(17) 1 0,011(2)
    O10 4c 0,5519(4) 0,822(2) 0,6545(12) 1 0,0150(17 )
    O11 4c 0,6827(5) 0,0753(18 ) 0,8291(16) 1 0,010(2)
    O12 4c 0,7673(4) 0,2661(17 ) 0, 6529 (13) 1 0,0155(19 )
    O13 4c 0,5689(5) 0,0774(16 ) 0,1288(14) 1 0,015(2)
    N14 4c 0,6482 (4) 0,279(2) 0,4487(14) 1 0,011(2)
    N15 4c 0,5316(5) 0,473(2) 0,3408(18) 1 0,011(2)
    Li16 4c 0,6431(13 ) 0,754(7) 0,914(5) 1 0,031(6)
  • 4 und 5 zeigen schematisch einen eckenverknüpften Kanal 11 aus Si(O,N)4- 8 und LiO4-Tetraedern 9 aus zwei verschiedenen Perspektiven. Im Kanal 11 befinden sich hierbei die Strontiumatome 2 und die Europiumatome 5.
  • Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der 6 werden in einem ersten Verfahrensschritt S1 Edukte bereitgestellt. Diese sind aus der folgenden Gruppe gewählt: EA2N, EAO, A2CO3, SiO2 und RE2O3. Die Edukte werden homogen vermengt, anschließend wird das Gemenge in einen offenen Nickeltiegel überführt, der in einen Rohrofen überführt wird. In einem zweiten Verfahrensschritt S2 wird das Gemenge unter einer Formiergasatmosphäre (N2:H2 = 92,5:7,5), um so reduzierende Bedingungen zu gewährleisten, oder unter einer Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur zwischen einschließlich 800 °C und einschließlich 1200 °C erhitzt. Das Gemenge wird für etwa 24 Stunden erhitzt. Der Leuchtstoff L1 wird beispielsweise hergestellt, indem die Edukte Sr2N, SrO, SiO2, Li2CO3 und Eu2O3 vermischt, homogenisiert und erhitzt werden. Das entsprechende Verhältnis der einzelnen Edukte zueinander ist exemplarisch in Tabelle 3 gezeigt. Die niedrige Temperatur im Vergleich zu herkömmlichen Herstellungsverfahren von Leuchtstoffen, wie beispielsweise Granatleuchtstoffe, führt zu einer vereinfachten Herstellung sowie zu einer verbesserten Energieeffizienz. Tabelle 3:Edukte für die Synthese von Leuchtstoff L1.
    Leuchtstoff L1 Edukt Stoffmenge [mmol] Masse [g]
    Sr2N 42,78 8,096
    SrO 14,26 1,478
    SiO2 71,30 4,284
    Li2CO3 14,26 1,054
    Eu2O3 0,2501 0,088
  • Die 7 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauelements 12, das einen Halbleiterchip 13, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs von einer Strahlungsaustrittsfläche 19 aussendet, aufweist. Die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs weist ein Emissionsspektrum auf, das auch als Emissionsspektrum des Halbleiterchips bezeichnet wird. Ein Emissionsmaximum des Emissionsspektrums des Halbleiterchips wird zur Vereinfachung vorliegend auch als Primärwellenlänge λP bezeichnet. Der Halbleiterchip 13 weist eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone 17 auf, die dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Außerdem umfasst das optoelektronische Bauelement 12 einen Verguss 15. Der Verguss 15 weist eine Durchlässigkeit für elektromagnetische Strahlung zumindest der aktiven Zone 17 auf, die mindestens 85 %, bevorzugt 95 % beträgt. Der Halbleiterchip 13 ist von dem Verguss 15 umgeben. Ebenso weist das optoelektronische Bauelement 12 ein Konversionselement 14 mit einem Leuchtstoff L1 auf, der elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs umwandelt. Die elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs weist ein Emissionsspektrum auf, das auch als Emissionsspektrum des Leuchtstoffs bezeichnet wird. Der Leuchtstoff L1 ist in ein Matrixmaterial eingebettet. Das Matrixmaterial ist aus der Gruppe der Polysiloxane ausgewählt. Das Konversionselement 14 kann als eine Konversionsschicht ausgebildet sein.
  • Das optoelektronische Bauelement 12 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 8 umfasst einen Halbleiterchip 13, ein Trägerelement 16, eine Klebeschicht 18 und ein Konversionselement 14. Das Konversionselement 14 ist mit Hilfe einer Klebeschicht 18 auf der Strahlungsaustrittsfläche 19 des Halbleiterchips 13 angeordnet. Das Konversionselement 14 kann jedoch auch direkt auf der Strahlungsaustrittsfläche 19 des Halbleiterchips 13 aufgebracht sein. Die der Strahlungsaustrittsfläche 19 gegenüberliegende Fläche des Halbleiterchips 13 ist auf einem Trägerelement 16 zur Stabilisierung angeordnet. Das Konversionselement 14 ist als Konversionsschicht ausgebildet und weist den Leuchtstoff L1 auf, der in das Matrixmaterial eingebettet ist.
  • Das Konversionselement 14 ist frei von einem weiteren Leuchtstoff und sendet elektromagnetische Strahlung mit einer korrelierten Farbtemperatur CCT zwischen einschließlich 9000 K und einschließlich 10000 K aus. Somit wird ein kaltweißer Farbeindruck bei einer hohen korrelierten Farbtemperatur CCT und ein hoher Farbwiedergabeindex CRI von mindestens 80, bevorzugt mindestens 85, besonders bevorzugt mindestens 90, erzielt. Die elektromagnetische Strahlung mit dem kaltweißen Farbeindruck wird durch eine Kombination der von dem Halbleiterchip 13 emittierten elektromagnetischen Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und der von dem Leuchtstoff L1 emittierten elektromagnetischen Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs, erhalten.
  • Im Vergleich zu der 8 weist das Ausführungsbeispiel der 9 einen weiteren Leuchtstoff LX in dem Konversionselement 14 auf. Der weitere Leuchtstoff LX kann beispielsweise ein Granatleuchtstoff oder ein Nitridleuchtstoff sein. Bevorzugt ist der Leuchtstoff ein rot emittierender Leuchtstoff. Als rot-emittierende Leuchtstoffe werden beispielsweise Nitridleuchtstoffe, beispielsweise (Ba,Sr,Ca)AlSiN3:Eu, Sr(Sr,Ca)Al2Si2N6:Eu, (Ca,Sr,Ba)Si2O2N2:Eu und (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu eingesetzt. Bevorzugt wird als rot emittierender Leuchtstoff (Ba,Sr,Ca)AlSiN3:Eu verwendet.
  • Der rot emittierende Leuchtstoff konvertiert elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines dritten Wellenlängenbereichs, bevorzugt dem roten Spektralbereich. Durch die Kombination von verschiedenfarbig emittierenden Leuchtstoffen kann aus der elektromagnetischen Strahlung des Halbleiterchips 13 im blauen Spektralbereich Mischlicht mit einem Farbort im weißen Bereich, bevorzugt im warmweißen Bereich, erzeugt werden. Durch die Kombination des Halbleiterchips 13, der elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs emittiert, mit dem Leuchtstoff L1, der elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs emittiert mit dem weiteren Leuchtstoff LX, der elektromagnetische Strahlung eines dritten Wellenlängenbereichs emittiert, wird elektromagnetische Strahlung im warmweißen Bereich mit einer korrelierten Farbtemperatur CCT zwischen einschließlich 3000 K und einschließlich 5000 K erzeugt.
  • 10 zeigt exemplarisch zwei Emissionsspektren eines Leuchtstoffs L1 bei Anregung mit elektromagnetischer Strahlung zweier Primärwellenlängen λP des Halbleiterchips 13 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Emissionsspektren sind eine Kurve, bei denen die spektrale Intensität I oder der spektrale Lichtstrom pro Wellenlängenintervall („spektrale Intensität/spektraler Lichtstrom“) der von dem Leuchtstoff L1 ausgesandten elektromagnetischen Strahlung auf der y-Achse gegen die Wellenlänge λ der von dem Leuchtstoff L1 ausgesandten elektromagnetischen Strahlung aufgetragen ist. Wenn die Primärwellenlänge λP des Halbleiterchips im nahen ultravioletten Spektralbereich, bei etwa 408 Nanometer, liegt, dann besitzt der hier beschriebene Leuchtstoff L1 ein Emissionsmaximum im grüngelben Spektralbereich bei etwa 515 Nanometer bei einer Dominanzwellenlänge λD von ungefähr 562 Nanometer und einer FWHM-Breite von ungefähr 182 Nanometer (durchgezogene Linie). Weiterhin kann die Primärwellenlänge λP des Halbleiterchips im blauen Spektralbereich, bei etwa 448 Nanometer, liegen. Der hier beschriebene Leuchtstoff L1 besitzt ein Emissionsmaximum im grüngelben Spektralbereich bei etwa 525 Nanometer bei einer Dominanzwellenlänge λD von ungefähr 564 Nanometer und einer FWHM-Breite von ungefähr 175 Nanometer (gestrichelte Linie).
  • In 11 sind Emissionsspektren des Leuchtstoffs L1 Sr7Li2Si5N4O12: Eu2+ im Vergleich zu einem herkömmlichen Leuchtstoff L2 mit vergleichbarer Dominanzwellenlänge λD gezeigt. Hierbei ist die Intensität I, der von den Leuchtstoffen ausgesandten elektromagnetischen Strahlung auf der y-Achse gegen die Wellenlänge λ, der von den Leuchtstoffen ausgesandten elektromagnetischen Strahlung aufgetragen. Der herkömmliche Leuchtstoff L2 weist die allgemeine Formel Y3(Al,Ga)5O12:Ce auf. Die Anregungswellenlänge der Leuchtstoffe liegt hierbei im blauen Spektralbereich bei etwa 460 Nanometer. Die Dominanzwellenlänge λD des Leuchtstoffs L1 beträgt 562,9 Nanometer. Im Vergleich zu dem herkömmlichen Leuchtstoff weist das Emissionsspektrum des Leuchtstoffs L1 eine Schulter im roten Spektralbereich auf. Die höhere FWHM-Breite und der somit gesteigerte Anteil an rötlicher Emission des Leuchtstoffs L1 im Vergleich zu dem herkömmlichen Leuchtstoff L2 sind in der 11 gezeigt.
  • Weiterhin wird in der 12 der Farbwiedergabeindex CRI gegen die Primärwellenlängen λP der Halbleiterchips 13 aufgetragen. Hierzu wird die elektromagnetische Strahlung mit dem Emissionsspektrum der Leuchtstoffe L1, L2 und L3 in Kombination mit L4 jeweils mit verschiedenen Primärwellenlängen λP verschiedener Halbleiterchips 13 kombiniert. Der Leuchtstoff L3 wird durch die Formel Lu3(Al,Ga)5O12:Ce beschrieben und der Leuchtstoff L4 durch die Formel CaAlSiN3:Eu. Es wurden vier verschiedene Halbleiterchips 13 mit verschiedenen Primärwellenlängen λp des Halbleiterchips 13 im blauen Spektralbereich eingesetzt. Die Farbwiedergabeindizes CRI des optoelektronischen Bauelements 12 mit dem Leuchtstoff L1 zeigt Werte zwischen 80 und 95, wohingegen das optoelektronische Bauelement 12 mit dem Leuchtstoff L2 und die Kombination der Leuchtstoffe L3 und L4 niedrigere Farbwiedergabeindizes CRI aufweisen. L2 zeigt lediglich Farbwiedergabeindizes CRI zwischen 60 und 75.
  • Außerdem zeigt die 12, dass es lediglich geringe Auswirkungen auf den Farbwiedergabeindex CRI des optoelektronischen Bauelements 12 mit dem Leuchtstoff L1 hat, ob mit einer Primärwellenlänge λp des Halbleiterchips 13 von etwa 415 Nanometer eingestrahlt wird oder mit einer Primärwellenlänge λp des Halbleiterchips 13 von 450 Nanometer. Hingegen zeigen die verschiedenen Primärwellenlängen λp des Halbleiterchips 13 stärkeren Einfluss auf den Farbwiedergabeindex CRI bei den optoelektronischen Bauelementen 12 mit den Leuchtstoffen L2 und L3 in Kombination mit L4. Bei der Verwendung von Halbleiterchips 13 mit kürzeren Primärwellenlängen λp fallen die Farbwiedergabeindizes CRI bei optoelektronischen Bauelementen 12 mit dem Leuchtstoff L2 und/oder L3 in Kombination mit L4 schneller ab als bei Verwendung von optoelektronischen Bauelementen 12 mit dem Leuchtstoff L1. Beispielsweise ist bei einer Primärwellenlänge λp des Halbleiterchips 13 von 450 Nanometer zu 430 Nanometer der Farbwiedergabeindex CRI bei optoelektronischen Bauelementen 12 mit den Leuchtstoffen L3 in Kombination mit L4 bei 94 und 78. Bei den optoelektronischen Bauelementen 12 mit dem Leuchtstoff L1 ist der Farbwiedergabeindex CRI bei 95 und 87 (siehe Tabelle 4). Das führt dazu, dass Halbleiterchips 13, die verschiedene Primärwellenlängen λp der elektromagnetischen Strahlung des blauen Spektralbereichs aussenden, für verschiedene optoelektronische Bauelemente 12 eingesetzt werden können, ohne dass sich der Farbwiedergabeindex CRI der optoelektronischen Bauelemente 12 mit dem hier beschriebenen Leuchtstoff L1 stark unterscheidet. Mit Vorteil führt das zu einer höheren Prozessausbeute und einer Erniedrigung der Produktionskosten.
  • In 13 wird ein gesamtes Emissionsspektrum von 380 Nanometer bis 780 Nanometer des optoelektronischen Bauelements 12 mit dem Leuchtstoff L1, L2 und die Kombination aus L3 und L4 gezeigt. Hierbei ist die Intensität I gegen die Wellenlänge λ der von den Leuchtstoffen ausgesandten elektromagnetischen Strahlung aufgetragen. Es wird deutlich, dass das gesamte Emissionsspektrum des optoelektronischen Bauelements 12 mit dem Leuchtstoff L1 eine breitere FWHM-Breite als die vergleichbaren herkömmlichen optoelektronischen Bauelemente 12 mit den Leuchtstoffen L2 und L3 in Kombination mit L4 aufzeigt. Ebenso ist eine deutliche Schulter im roten Spektralbereich des gesamten Emissionsspektrums des optoelektronischen Bauelements 12 mit dem Leuchtstoff L1 sichtbar.
  • In der Tabelle 4 sind Primärwellenlängen λp des Halbleiterchips 13, Dominanzwellenlängen λD, Farbwiedergabeindizes CRI, korrelierte Farbtemperaturen CCT, Farborte CIEX und CIEY sowie rote Farbwiedergabeindizes R9 für die optoelektronischen Bauelemente 12 mit den Leuchtstoffen L1, L2 und L3 in Kombination mit L4 aufgelistet. Die vergleichbaren optoelektronischen Bauelemente 12 mit dem Leuchtstoff L2 beziehungsweise den Leuchtstoffen L3 und L4 zeigen Farborte nahe denen mit dem Leuchtstoff L1. Die Tabelle 4 zeigt, dass das optoelektronische Bauelement 12 mit dem Leuchtstoff L1 eine hohe korrelierte Farbtemperatur CCT, CCT ≥ 9000 K bei gleichzeitig hohem Farbwiedergabeindex CRI, CRI ≥ 80, bevorzugt ≥ 85, besonders bevorzugt ≥ 90, und einem hohen roten Farbwiedergabeindex R9, R9 ≥ 60, bevorzugt R9 ≥ 70, besonders bevorzugt R9 ≥ 75, aufzeigt. Tabelle 4:Spektrale Daten verschiedener optoelektronischer Bauelemente 12.
    Lösung λP [nm] λD [nm] CIEX CIEy CCT [K] CRI R9
    L1 415,5 442,5 0,286 0,294 9156 83 67
    L2 415,5 442,5 0,277 0,293 10120 62 -46
    L3 + L4 414,0 426,1 0,286 0,294 9172 70 50
    L1 432,6 440,1 0,286 0,293 9201 87 72
    L2 432,6 440,1 0,278 0,294 10033 63 -43
    L3 + L4 434,0 439,8 0,286 0,293 9170 78 62
    L1 438,7 444,6 0,283 0,290 9674 89 75
    L2 438,7 444,6 0,274 0,289 10742 66 -39
    L3 + L4 438,0 444,4 0,283 0,290 9620 83 70
    L1 444,2 449,8 0,279 0,287 10305 94 80
    L2 444,2 449,8 0,272 0,286 11522 71 -35
    L3 + L4 444,0 449,6 0,279 0,287 10242 91 81
    L1 450,8 455,4 0,270 0,276 12447 95 90
    L2 450,8 455,4 0,284 0,276 13996 76 -24
    L3 + L4 450,0 454,9 0,270 0,276 12515 94 95
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Leuchtstoff
    2
    Strontiumatom
    3
    Lithiumatom
    4
    Siliziumatom
    5
    Europiumatom
    6
    Sauerstoffatom
    7
    Stickstoffatom
    8
    Si(O,N)4-Tetraeder
    9
    LiO4-Tetraeder
    10
    Ecke
    11
    Kanäle
    12
    optoelektronisches Bauelement
    13
    Halbleiterchip
    14
    Konversionselement
    15
    Verguss
    16
    Trägerelement
    17
    aktive Zone
    18
    Klebeschicht
    19
    Strahlungsaustrittsfläche
    S1
    Verfahrensschritt
    S2
    Verfahrensschritt
    L1
    Leuchtstoff 1
    L2
    Leuchtstoff 2
    L3
    Leuchtstoff 3
    L4
    Leuchtstoff 4
    CCT
    korrelierte Farbtemperatur
    CRI
    Farbwiedergabeindex
    R9
    roter Farbwiedergabeindex
    CIEX
    Farbort
    CIEy
    Farbort
    λP
    Primärwellenlänge
    λD
    Dominanzwellenlänge

Claims (16)

  1. Leuchtstoff (1) mit der allgemeinen Formel EA7A2Si5N4O12: RE, wobei - EA ausgewählt ist aus der Gruppe gebildet durch die folgenden Elemente und Kombinationen dieser Elemente: Mg, Ca, Sr, Ba, - A ausgewählt ist aus der Gruppe gebildet durch die folgenden Elemente und Kombinationen dieser Elemente: Li, Na, K, Rb, Cs, - RE ein Aktivator-Element ist, und - RE ausgewählt ist aus der Gruppe der seltenen Erden, Mangan, Chrom und Nickel.
  2. Leuchtstoff (1) nach Anspruch 1, der ein Wirtsgitter mit einer Struktur aufweist, die Si(O,N)4-Tetraeder und AO4-Tetraeder umfasst.
  3. Leuchtstoff (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, der das Wirtsgitter mit der Struktur aufweist, bei der zumindest ein Si(O,N)4-Tetraeder und zumindest ein AO4-Tetraeder jeweils über eine Ecke (10) verknüpft sind.
  4. Leuchtstoff (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei zumindest ein Si(O,N)4-Tetraeder über eine Ecke (10) mit zumindest einem weiteren Si(O,N)4-Tetraeder verknüpft ist.
  5. Leuchtstoff (1) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die Si(O,N)4-Tetraeder und die AO4-Tetraeder, die über eine Ecke (10) verknüpft sind, Kanäle (11) ausbilden, in denen sich zumindest ein EA-Atom befindet.
  6. Leuchtstoff (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, der die folgende Formel aufweist (EA1-aREa)7A2Si5N4O12, wobei a zwischen einschließlich 0,001 und einschließlich 0,1 liegt.
  7. Leuchtstoff (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Leuchtstoff die Formel Sr7Li2Si5N4O12:RE aufweist.
  8. Leuchtstoff (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Wirtsgitter des Leuchtstoffs (1) eine Struktur mit einer monoklinen Raumgruppe aufweist.
  9. Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs (1) mit der allgemeinen Formel EA7A2Si5N4O12: RE mit den Schritten - Bereitstellen von Edukten, die aus der Gruppe gebildet durch die folgenden Edukte und Kombinationen dieser Edukte gewählt sind: EA2N, EAO, A2CO3, SiO2 , RE2O3, - Erhitzen der Edukte auf eine Temperatur zwischen einschließlich 800 °C und einschließlich 1200 °C, wobei - EA ausgewählt ist aus der Gruppe gebildet durch die folgenden Elemente und Kombinationen dieser Elemente: Mg, Ca, Sr, Ba, - A ausgewählt ist aus der Gruppe gebildet durch die folgenden Elemente und Kombinationen dieser Elemente: Li, Na, K, Rb, Cs, - RE ein Aktivator-Element ist, und - RE ausgewählt ist aus der Gruppe der seltenen Erden, Mangan, Chrom und Nickel.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs (1) nach Anspruch 9, wobei EA2N gleich Sr2N ist, EAO gleich SrO ist, A2CO3 gleich Li2CO3 ist und RE2O3 gleich Eu2O3 ist.
  11. Optoelektronisches Bauelement (12) mit: - einem Halbleiterchip (13), der im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs von einer Strahlungsaustrittsfläche (19) aussendet, - einem Konversionselement (14), das einen Leuchtstoff (1) nach Anspruch 1 aufweist, der elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs umwandelt.
  12. Optoelektronisches Bauelement (12) nach Anspruch 11, wobei ein Emissionsmaximum des Leuchtstoffs (L1) zwischen einschließlich 500 Nanometer und einschließlich 550 Nanometer liegt.
  13. Optoelektronisches Bauelement (12) nach einem der Ansprüche 11 bis 12, wobei eine Dominanzwellenlänge (λD) des Leuchtstoffs (L1) zwischen einschließlich 555 Nanometer und einschließlich 575 Nanometer liegt.
  14. Optoelektronisches Bauelement (12) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei eine FWHM-Breite des Leuchtstoffs (1) zwischen einschließlich 170 Nanometer und einschließlich 190 Nanometer liegt.
  15. Optoelektronisches Bauelement (12) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, - das frei ist von einem weiteren Leuchtstoff (1), und - elektromagnetische Strahlung mit einer korrelierten Farbtemperatur (CCT) zwischen einschließlich 9000 K und einschließlich 10000 K aussendet.
  16. Optoelektronisches Bauelement (12) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, das einen weiteren Leuchtstoff (1) aufweist, der elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines dritten Wellenlängenbereichs und elektromagnetische Strahlung mit einer korrelierten Farbtemperatur (CCT) zwischen einschließlich 3000 K und einschließlich 5000 K aussendet.
DE102019104008.6A 2019-02-18 2019-02-18 Leuchtstoff, verfahren zur herstellung eines leuchtstoffs und optoelektronisches bauelement Active DE102019104008B4 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019104008.6A DE102019104008B4 (de) 2019-02-18 2019-02-18 Leuchtstoff, verfahren zur herstellung eines leuchtstoffs und optoelektronisches bauelement
PCT/EP2020/053946 WO2020169479A1 (de) 2019-02-18 2020-02-14 Leuchtstoff, verfahren zur herstellung eines leuchtstoffs und optoelektronisches bauelement
US17/431,438 US11932791B2 (en) 2019-02-18 2020-02-14 Phosphor process for producing a phosphor and optoelectronic device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019104008.6A DE102019104008B4 (de) 2019-02-18 2019-02-18 Leuchtstoff, verfahren zur herstellung eines leuchtstoffs und optoelektronisches bauelement

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102019104008A1 DE102019104008A1 (de) 2020-08-20
DE102019104008B4 true DE102019104008B4 (de) 2022-02-17

Family

ID=69645946

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019104008.6A Active DE102019104008B4 (de) 2019-02-18 2019-02-18 Leuchtstoff, verfahren zur herstellung eines leuchtstoffs und optoelektronisches bauelement

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11932791B2 (de)
DE (1) DE102019104008B4 (de)
WO (1) WO2020169479A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021130040A1 (de) * 2021-11-17 2023-05-17 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Leuchtstoff, verfahren zur herstellung eines leuchtstoffs und strahlungsemittierendes bauelement

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090284948A1 (en) 2006-07-05 2009-11-19 Ube Industries, Ltd., A Corporation Of Japan Sialon-based oxynitride phosphor and production method thereof
US7857994B2 (en) * 2007-05-30 2010-12-28 GE Lighting Solutions, LLC Green emitting phosphors and blends thereof
JP5190475B2 (ja) 2010-02-19 2013-04-24 株式会社東芝 蛍光体およびそれを用いた発光装置
KR101662925B1 (ko) 2012-05-31 2016-10-05 코쿠리츠켄큐카이하츠호징 붓시쯔 자이료 켄큐키코 형광체, 그 제조 방법, 발광 장치 및 화상 표시 장치
WO2017136423A1 (en) 2016-02-01 2017-08-10 Nitto Denko Corporation Silicon oxynitride phosphor

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ABUDURUSULI, A., WU, K., PAN, S.: Four new quaternary chalcogenides A2Ba7Sn4Q16 (A = Li, Na; Q = S, Se): syntheses, crystal structures determination, nonlinear optical performance invenstigation. In: New J. Chem., Bd. 42, 2018, S. 3350-3355. - ISSN 1369-9261
CHIU, Y.-C. [et al.]: Eu2+-activated silicon-oxynitride Ca3Si2O4N2: a green-emitting phosphor for white LEDs. In: Optics Express, Bd. 19, 2011, Nr. S3, A331-A339. - ISSN 1094-4087
LV, W. [et al.]: Synthesis, Structure, and Luminescence Properties of K2Ba7Si16O40:Eu2+ for White Light Emitting Diodes In: J. Phys. Chem. C, Bd. 118, 2014, S. 4649-4655 - ISSN 1932-7447

Also Published As

Publication number Publication date
DE102019104008A1 (de) 2020-08-20
US11932791B2 (en) 2024-03-19
WO2020169479A1 (de) 2020-08-27
US20220135880A1 (en) 2022-05-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021032569A1 (de) Leuchtstoff, verfahren zur herstellung eines leuchtstoffs und strahlungsemittierendes bauelement
WO2019092102A1 (de) Leuchtstoffkombination, konversionselement, optoelektronische vorrichtung
DE102008017039A1 (de) Leuchtstoff
DE102019121348A1 (de) Leuchtstoff, verfahren zur herstellung eines leuchtstoffs und optoelektronisches bauelement
DE102019104008B4 (de) Leuchtstoff, verfahren zur herstellung eines leuchtstoffs und optoelektronisches bauelement
DE102018004827B4 (de) Gelber leuchtstoff und beleuchtungsvorrichtung
DE102017123265B4 (de) Leuchtstoff und Konversions-LED
WO2016083448A1 (de) Optoelektronischer halbleiterchip, verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips, konversionselement und leuchtstoff für ein konversionselement
DE102018212724A1 (de) Grüner leuchtstoff und beleuchtungsvorrichtung
DE102022126575A1 (de) Leuchtstoff, verfahren zur herstellung eines leuchtstoffs und strahlungsemittierendes bauelement
DE102021203336A1 (de) Leuchtstoff, verfahren zur herstellung eines leuchtstoffs und strahlungsemittierendes bauelement
DE102019128207B9 (de) Leuchtstoff, Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs und strahlungsemittierendes Bauelement
DE102017121339B4 (de) Leuchtstoff und Konversions-LED
WO2014184003A1 (de) Verfahren zur herstellung eines leuchtstoffs, leuchtstoff und optoelektronisches bauelement
DE112019001792B4 (de) Leuchtstoff und beleuchtungsvorrichtung
DE102017123269A1 (de) Leuchtstoff und Konversions-LED
DE102021132004A1 (de) Leuchtstoff, leuchtstoffmischung, verfahren zur herstellung eines leuchtstoffs und strahlungsemittierendes bauelement
DE102022119601A1 (de) Leuchtstoff, verfahren zur herstellung eines leuchtstoffs und strahlungsemittierendes bauelement
WO2021204599A1 (de) Leuchtstoff, verfahren zur herstellung eines leuchtstoffs und optoelektronisches bauelement
WO2021043677A1 (de) Leuchtstoff, verfahren zur herstellung eines leuchtstoffs, optoelektronisches bauelement und pflanzenbeleuchtung
DE102021130040A1 (de) Leuchtstoff, verfahren zur herstellung eines leuchtstoffs und strahlungsemittierendes bauelement
DE102020204429A1 (de) Schmalbandiger grüner leuchtstoff
DE102021123852A1 (de) Leuchtstoff, verfahren zur herstellung eines leuchtstoffs und strahlungsemittierendes bauelement
WO2023041391A1 (de) Leuchtstoff, verfahren zur herstellung eines leuchtstoffs und strahlungsemittierendes bauelement
DE102022119187A1 (de) Leuchtstoff, verfahren zur herstellung eines leuchtstoffs und strahlungsemittierendes bauelement

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: C09K0011080000

Ipc: C09K0011790000

R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final