DE102019121348A1 - LUMINOUS, PROCESS FOR THE MANUFACTURING OF A LUMINOUS AND OPTOELECTRONIC COMPONENT - Google Patents

LUMINOUS, PROCESS FOR THE MANUFACTURING OF A LUMINOUS AND OPTOELECTRONIC COMPONENT Download PDF

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Abstract

Es wird ein Leuchtstoff mit der allgemeinen Formel EA(3-x)RExAl(2+x)Si(3-x)O12:A angegeben, wobei EA ausgewählt ist aus der Gruppe der zweiwertigen Kationen, RE ausgewählt ist aus Seltenerdmetallionen, A ausgewählt ist aus Aktivatorionen, und 0 < x < 2 ist. Es werden weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs sowie ein optoelektronisches Bauelement enthaltend einen Leuchtstoff angegeben.A phosphor with the general formula EA (3-x) RExAl (2 + x) Si (3-x) O12: A is specified, where EA is selected from the group of divalent cations, RE is selected from rare earth metal ions, A is selected is made up of activator ions, and 0 <x <2. A method for producing a phosphor and an optoelectronic component containing a phosphor are also specified.

Description

Es werden ein Leuchtstoff, ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs und ein optoelektronisches Bauelement angegeben.A phosphor, a method for producing a phosphor and an optoelectronic component are specified.

Eine zu lösende Aufgabe ist es, einen Leuchtstoff mit verbesserten Eigenschaften anzugeben. Darüber hinaus sollen ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs mit verbesserten Eigenschaften sowie ein optoelektronisches Bauelement mit einem Leuchtstoff mit verbesserten Eigenschaften angegeben werden.One problem to be solved is to specify a phosphor with improved properties. In addition, a method for producing a phosphor with improved properties and an optoelectronic component with a phosphor with improved properties are to be specified.

Diese Aufgaben werden durch einen Leuchtstoff, ein Verfahren sowie ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Leuchtstoffs, des Verfahrens und des Bauelements sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.These objects are achieved by a phosphor, a method and an optoelectronic component with the features of the independent claims. Advantageous embodiments of the phosphor, the method and the component are the subject matter of the respective dependent claims.

Es wird ein Leuchtstoff mit der allgemeinen Formel EA ( 3 x ) RE x Al ( 2 + x ) Si ( 3 x ) O 12 : A

Figure DE102019121348A1_0001
angegeben. Dabei ist EA ausgewählt aus der Gruppe der zweiwertigen Kationen und RE ausgewählt aus Seltenerdmetallionen. Weiterhin ist A ausgewählt aus Aktivatorionen, und es gilt 0 < x < 2.It becomes a phosphor with the general formula EA ( 3 - x ) RE x Al ( 2 + x ) Si ( 3 - x ) O 12 : A.
Figure DE102019121348A1_0001
specified. EA is selected from the group of divalent cations and RE is selected from rare earth metal ions. Furthermore, A is selected from activator ions, and 0 <x <2 applies.

Unter dem Begriff „Leuchtstoff“ wird hier und im Folgenden ein Wellenlängenkonversionsstoff verstanden, also ein Material, das zur Absorption und Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist. Insbesondere absorbiert der Leuchtstoff Strahlung, die ein anderes Wellenlängenmaximum als das Emissionsmaximum des Leuchtstoffs aufweist. Beispielsweise absorbiert der Leuchtstoff Strahlung mit einem Wellenlängenmaximum bei kleineren Wellenlängen als das Emissionsmaximum und emittiert somit Strahlung mit einem in Richtung rot verschobenen Emissionsmaximum. Reine Streuung oder reine Absorption werden vorliegend nicht als wellenlängenkonvertierend verstanden.The term “phosphor” is understood here and below to mean a wavelength conversion substance, that is to say a material that is designed to absorb and emit electromagnetic radiation. In particular, the phosphor absorbs radiation which has a different wavelength maximum than the emission maximum of the phosphor. For example, the phosphor absorbs radiation with a wavelength maximum at smaller wavelengths than the emission maximum and thus emits radiation with an emission maximum shifted in the direction of red. Pure scattering or pure absorption are not understood here to be wavelength-converting.

Hier und im Folgenden werden Leuchtstoffe mit Summenformeln beschrieben. Es ist bei den angegebenen Formeln möglich, dass der Leuchtstoff weitere Elemente etwa in Form von Verunreinigungen aufweist, wobei diese Verunreinigungen zusammengenommen mit einem Anteil von höchstens 1 Promille, bevorzugt höchstens 100 ppm (parts per million), besonders bevorzugt höchstens 10 ppm in dem Leuchtstoff vorhanden sind.Here and below, phosphors are described with empirical formulas. It is possible with the given formulas that the phosphor has further elements, for example in the form of impurities, these impurities taken together with a proportion of at most 1 per thousand, preferably at most 100 ppm (parts per million), particularly preferably at most 10 ppm in the phosphor available.

Der Leuchtstoff setzt sich aus Elementen zusammen, die in dem Leuchtstoff als Ionen, also Anionen oder Kationen vorliegen. Hier und im Folgenden werden die Bestandteile des Leuchtstoffs, insbesondere EA, RE und A, sowohl als Elemente als auch als Ionen bzw. Kationen oder Anionen bezeichnet. Die Angabe von konkreten Elementen erfolgt dabei der Übersichtlichkeit halber nicht notwendigerweise mit der Angabe der Ladung. Insbesondere liegen EA, RE, Al, Si und A als Kation vor, während O als Anion vorliegt.The phosphor is made up of elements that are present in the phosphor as ions, i.e. anions or cations. Here and below, the constituents of the phosphor, in particular EA, RE and A, are referred to both as elements and as ions or cations or anions. For the sake of clarity, the specification of specific elements does not necessarily include the specification of the load. In particular, EA, RE, Al, Si and A are present as a cation, while O is present as an anion.

EA, RE und A umfassen dabei unterschiedliche Elemente bzw. Ionen. Insbesondere handelt es sich bei EA nicht um ein Seltenerdmetallion.EA, RE and A include different elements or ions. In particular, EA is not a rare earth metal ion.

Der Leuchtstoff umfasst bevorzugt ein kristallines, beispielsweise keramisches Wirtsgitter, in das Aktivatorionen als Fremdelemente eingebracht sind. 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, RE, Al, Si und O besetzen hierbei jeweils bevorzugt festgelegte, symmetrisch gleichwertige Plätze innerhalb der dreidimensionalen Elementarzelle des Wirtsgitters. Man spricht bei solchen symmetrisch äquivalenten Plätzen in einem Kristall von Punktlagen. Hierbei besetzen das Aktivatorion A, das zweiwertige Kation EA und das Seltenerdmetallion RE bevorzugt dieselbe Punktlage. Das heißt, dass sich auf Plätzen im Kristall, die durch diese Punktlage definiert werden, bevorzugt entweder EA, RE oder A befinden.The luminescent material preferably comprises a crystalline, for example ceramic, host lattice into which activator ions are introduced as foreign elements. The crystalline host lattice is preferably built up from a three-dimensional unit cell that is usually periodically repeated. In other words, the unit cell is the smallest recurring unit of the crystalline host lattice. The elements EA, RE, Al, Si and O each preferably occupy defined, symmetrically equivalent places within the three-dimensional unit cell of the host lattice. Such symmetrically equivalent places in a crystal are referred to as point positions. The activator ion A, the divalent cation EA and the rare earth metal ion RE preferably occupy the same point position. This means that either EA, RE or A are preferably located in places in the crystal that are defined by this point position.

Das Wirtsgitter verändert die elektronische Struktur des Aktivatorions derart, dass elektromagnetische Strahlung mit einem ersten Wellenlängenbereich, im Folgenden auch Primärstrahlung, in dem Material absorbiert wird und einen elektronischen Übergang in dem Leuchtstoff anregt, der unter Aussenden einer elektromagnetischen Strahlung mit einem Emissionsspektrum eines zweiten Wellenlängenbereichs, im Folgenden auch Sekundärstrahlung, wieder in den Grundzustand übergeht. Somit ist das Aktivatorion, das in dem Wirtsgitter eingebracht ist, für die wellenlängenkonvertierenden Eigenschaften des Leuchtstoffs verantwortlich.The host lattice changes the electronic structure of the activator ion in such a way that electromagnetic radiation with a first wavelength range, hereinafter also referred to as primary radiation, is absorbed in the material and stimulates an electronic transition in the phosphor, which emits electromagnetic radiation with an emission spectrum of a second wavelength range, in the following also secondary radiation, goes back to the ground state. Thus, the activator ion introduced into the host lattice is responsible for the wavelength-converting properties of the phosphor.

Unter dem Begriff „zweiwertige Kationen“ werden hier und im Folgenden Elemente mit der Wertigkeit zwei verstanden, also Elemente, die in einer chemischen Verbindung zweifach positiv geladen sind. Um einen Ladungsausgleich in der Verbindung zu erzielen, 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, Teil der chemischen Substanz sein.The term “divalent cations” is understood here and in the following to mean elements with a valence of two, i.e. elements that are doubly positively charged in a chemical compound. In order to achieve a charge balance in the compound, two further elements, which are single negatively charged in the chemical compound, or another element which is doubly negatively charged in the chemical compound, can be part of the chemical substance.

Ein hier beschriebener Leuchtstoff kann Sekundärstrahlung im gelb-grünen Spektralbereich emittieren. Die Sekundärstrahlung weist somit Wellenlängen auf, deren Maximum in dem Bereich 500 nm bis 600 nm liegt. Insbesondere kann der Leuchtstoff im gelb-grünen Spektralbereich bei Anregung mit blauer und/oder ultravioletter Primärstrahlung emittieren. Die Primärstrahlung weist somit Wellenlängen auf, deren Maximum in dem Bereich 400 nm bis 500 nm liegt. Mit anderen Worten kann der Leuchtstoff eine blaue und/oder ultraviolette Primärstrahlung absorbieren und konvertierte, gelb-grüne Sekundärstrahlung emittieren.A phosphor described here can emit secondary radiation in the yellow-green spectral range. The secondary radiation thus has wavelengths whose maximum lies in the range 500 nm to 600 nm. In particular, the phosphor can emit in the yellow-green spectral range when excited with blue and / or ultraviolet primary radiation. The primary radiation thus has wavelengths whose maximum is in the range 400 nm to 500 nm. In other words, the phosphor can absorb blue and / or ultraviolet primary radiation and emit converted, yellow-green secondary radiation.

Damit hat ein solcher Leuchtstoff vergleichbare optische Eigenschaften wie die bekannten Leuchtstoffe LU3Al5O12:Ce3+ (LuAG) oder Y3Al5O12:Ce3+ (YAG) . Die Leuchtstoffe LuAG und YAG, die beide Granatstrukturtyp aufweisen, haben jedoch einen hohen Seltenerdmetallion-Anteil, insbesondere einen hohen Anteil an Lu- und Y-Ionen, und werden daher mit einem dementsprechend hohen Anteil an teuren und teilweise umweltbedenklichen Edukten hergestellt. Zusätzlich benötigen ausreichend effiziente Leuchtstoffe LuAG und YAG hohe Synthesetemperaturen zur Herstellung, was einen beträchtlichen Energieaufwand und hohe Energiekosten nach sich zieht.Such a phosphor thus has optical properties comparable to those of the known phosphors LU 3 Al 5 O 12 : Ce 3+ (LuAG) or Y 3 Al 5 O 12 : Ce 3+ (YAG). The luminescent materials LuAG and YAG, both of which have a garnet structure type, however, have a high proportion of rare earth metal ions, in particular a high proportion of Lu and Y ions, and are therefore produced with a correspondingly high proportion of expensive and in some cases environmentally harmful educts. In addition, sufficiently efficient phosphors LuAG and YAG require high synthesis temperatures for production, which entails a considerable expenditure of energy and high energy costs.

Die Erfinder haben erkannt, dass durch eine Reduzierung des Seltenerdmetallion-Anteils der Anteil an günstigen und weniger umweltbedenklichen Edukten zur Herstellung des Leuchtstoffs erhöht werden kann. Beispielsweise ist der Anteil von Lu im bekannten Leuchtstoff LU3Al5O12 61,7 mol% und der Anteil von Y im bekannten Leuchtstoff Y3Al5O12 45,1 mol%, während der Anteil von Y in einem auf oben genannter allgemeinen Formel basierenden Leuchtstoff Ca2Y1Al3Si2O12 nur 18 mol% und in einem weiteren auf oben genannter allgemeinen Formel basierenden Leuchtstoff Ba2Y1Al3Si2O12 13 mol% ist. Insbesondere ist in dem hier beschriebenen Leuchtstoff der Anteil an RE durch teilweisen Ersatz durch zweiwertige Kationen EA reduziert. Das bringt deutliche Kostenvorteile bei der Leuchtstoffherstellung und zudem eine Ressourcen- und Umwelteffizienz mit sich. Weiterhin erfordern die erfindungsgemäßen Leuchtstoffe weniger hohe Synthesetemperaturen. Die erfindungsgemäßen Leuchtstoffe können somit bei moderaten Synthesetemperaturen hergestellt werden, was die Energieeffizienz bei der Herstellung steigert und zusätzlich die Kosten, nämlich die Energiekosten, senkt.The inventors have recognized that by reducing the proportion of rare earth metal ions, the proportion of inexpensive and less environmentally harmful starting materials for producing the phosphor can be increased. For example, the proportion of Lu in the known phosphor LU 3 Al 5 O 12 is 61.7 mol% and the proportion of Y in the known phosphor Y 3 Al 5 O 12 is 45.1 mol%, while the proportion of Y in one of the above general formula based phosphor Ca 2 Y 1 Al 3 Si 2 O 12 is only 18 mol% and in another phosphor based on the above general formula Ba 2 Y 1 Al 3 Si 2 O 12 is 13 mol%. In particular, the proportion of RE in the phosphor described here is reduced by partial replacement by divalent cations EA. This brings significant cost advantages in the production of luminescent materials as well as resource and environmental efficiency. Furthermore, the phosphors according to the invention require less high synthesis temperatures. The phosphors according to the invention can thus be produced at moderate synthesis temperatures, which increases the energy efficiency during production and additionally lowers the costs, namely the energy costs.

Trotz des reduzierten Seltenerdmetallion-Anteils weisen die hier beschriebenen Leuchtstoffe vergleichbare optische Eigenschaften wie YAG und LuAG auf, können diese also in den jeweiligen Anwendungen ersetzen. Weiterhin weisen die hier beschriebenen Leuchtstoffe eine hohe Stabilität und Lebensdauer auf.Despite the reduced proportion of rare earth metal ions, the phosphors described here have optical properties that are comparable to those of YAG and LuAG and can therefore replace them in the respective applications. Furthermore, the phosphors described here have a high stability and service life.

Darüber hinaus kann ihre Emission zusätzlich durch Anpassung der exakten Zusammensetzung für die jeweilige Anwendung maßgeschneidert werden. Durch Veränderung der exakten Zusammensetzung des Leuchtstoffs, insbesondere was die Auswahl und den Anteil von EA und/oder RE betrifft, kann die Lage und Form der Emission variiert werden, was zu einer größeren Flexibilität im Einsatz des Leuchtstoffs führt als es bei bekannten Leuchtstoffen wie beispielsweise LuAG und YAG der Fall ist.In addition, their emissions can also be tailored to the respective application by adapting the exact composition. By changing the exact composition of the phosphor, in particular the selection and proportion of EA and / or RE, the position and form of the emission can be varied, which leads to greater flexibility in the use of the phosphor than is the case with known phosphors such as, for example LuAG and YAG is the case.

Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform ist der Leuchtstoff in der kubischen Raumgruppe Ia3d kristallisiert. Damit kristallisiert der Leuchtstoff wie YAG, LuAG und weitere bereits bekannte Leuchtstoffe des Grantstrukturtyps.According to at least one further embodiment, the phosphor is in the cubic space group Ia 3 d crystallizes. The phosphor such as YAG, LuAG and other already known phosphors of the grant structure type thus crystallize.

Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform weist der Leuchtstoff einen Gitterparameter a auf, und es gilt 11,6 ist kleiner oder gleich a und a ist kleiner oder gleich 12,1, also 11,6 ≤ a ≤ 12,1, insbesondere gilt 11,75 ist kleiner oder gleich a und a ist kleiner oder gleich 12,00, also 11,75 ≤ a ≤ 12,00. Der Gitterparameter a kann röntgenpulverdiffraktometrisch erhalten werden.According to at least one further embodiment, the phosphor has a lattice parameter a, and 11.6 is less than or equal to a and a is less than or equal to 12.1, that is to say 11.6 a 12.1, in particular 11.75 applies is less than or equal to a and a is less than or equal to 12.00, i.e. 11.75 ≤ a ≤ 12.00. The lattice parameter a can be obtained by X-ray powder diffraction.

Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform ist in dem Leuchtstoff EA ausgewählt aus einer Gruppe, die Mg, Ca, Sr, Ba und Kombinationen daraus umfasst. Insbesondere ist EA ausgewählt aus einer Gruppe, die aus Mg, Ca, Sr, Ba und Kombinationen daraus besteht. In dem Leuchtstoff kann somit eines der genannten Elemente vorhanden sein oder Kombinationen daraus. Damit kann es sich bei EA um Erdalkali-Kationen handeln. Im Vergleich zu herkömmlichen Leuchtstoffen wie YAG oder LuAG ist somit ein bestimmter Anteil an Seltenerdmetallionen RE durch Erdalkaliionen, die als zweitwertige Kationen EA eingesetzt werden, ersetzt. Je nachdem wieviel EA, welches EA oder welche Kombination von verschiedenen EA ausgewählt werden, kann die exakte Emissionswellenlänge des Leuchtstoffs beeinflusst werden. According to at least one further embodiment, EA is selected in the phosphor from a group comprising Mg, Ca, Sr, Ba and combinations thereof. In particular, EA is selected from a group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba, and combinations thereof. One of the elements mentioned or combinations thereof can thus be present in the phosphor. Thus EA can be alkaline earth cations. In comparison to conventional phosphors such as YAG or LuAG, a certain proportion of rare earth metal ions RE is replaced by alkaline earth metal ions, which are used as divalent cations EA. Depending on how much EA, which EA or which combination of different EA is selected, the exact emission wavelength of the phosphor can be influenced.

Gemäß einer Ausführungsform ist EA Ca. Der Einsatz von Ca in dem Leuchtstoff ermöglicht die Verwendung von besonders günstigen Edukten.According to one embodiment, EA is Ca. The use of Ca in the phosphor enables the use of particularly favorable starting materials.

Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform ist in dem Leuchtstoff RE ausgewählt aus einer Gruppe, die dreiwertige Seltenermetallionen und Kombinationen daraus umfasst. Insbesondere ist RE ausgewählt aus einer Gruppe die Y, Lu und Kombinationen daraus umfasst. Insbesondere ist RE ausgewählt aus einer Gruppe, die aus Y, Lu und Kombinationen daraus besteht. Zusätzlich oder alternativ sind insbesondere auch La und Gd denkbar. In dem Leuchtstoff kann somit eines der genannten Elemente vorhanden sein oder Kombinationen daraus. Je nachdem welches RE oder welche Kombination verschiedener RE ausgewählt werden, kann die exakte Emissionswellenlänge des Leuchtstoffs beeinflusst werden.In accordance with at least one further embodiment, RE is selected in the phosphor from a group which comprises trivalent rare metal ions and combinations thereof. In particular, RE is selected from a group comprising Y, Lu and combinations thereof. In particular, RE is selected from a group consisting of Y, Lu and combinations thereof. Additionally or alternatively, La and Gd are also particularly conceivable. One of the elements mentioned or combinations thereof can thus be present in the phosphor. Depending on which RE or which combination of different REs are selected, the exact emission wavelength of the phosphor can be influenced.

Gemäß einer Ausführungsform ist RE Y. Je höher der Y-Anteil in dem Leuchtstoff, desto mehr kann die emittierte Sekundärstrahlung in Richtung rot verschoben werden.According to one embodiment, RE is Y. The higher the Y component in the phosphor, the more the emitted secondary radiation can be shifted in the direction of red.

Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform ist in dem Leuchtstoff A ausgewählt aus einer Gruppe, die Eu, Ce, Yb, Pr Sm und Kombinationen daraus umfasst. Insbesondere ist A ausgewählt aus einer Gruppe, die aus Eu, Ce, Yb, Pr Sm und Kombinationen daraus besteht. Mit diesen Aktivatorionen kann eine Sekundärstrahlung im gewünschten Wellenlängenbereich, insbesondere im gelb-grünen Bereich, erzeugt werden.In accordance with at least one further embodiment, A is selected in the phosphor from a group comprising Eu, Ce, Yb, Pr Sm and combinations thereof. In particular, A is selected from a group consisting of Eu, Ce, Yb, Pr Sm, and combinations thereof. With these activator ions, secondary radiation can be generated in the desired wavelength range, in particular in the yellow-green range.

Gemäß einer Ausführungsform ist als A Ce ausgewählt. Ce bewirkt eine gelb-grüne Emission des Leuchtstoffs.According to one embodiment, A is selected as Ce. Ce causes the phosphor to emit yellow-green.

Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform ist in dem Leuchtstoff der allgemeinen Formel EA(3-x)RExAl(2+x)Si(3-x)O12: A x = 1. Der Leuchtstoff liegt somit in der Form EA2RE1A13Si2O12:A vor. Beispielsweise weist der Leuchtstoff die Formel Ca2Y1A13Si2O12:Ce auf. Ein solcher Leuchtstoff ist aufgrund seines hohen Ca-Anteils und niedrigen Y-Anteils besonders kostengünstig und darüber hinaus umweltschonend und energieeffizient herstellbar.According to at least one further embodiment, in the phosphor of the general formula EA (3-x) RE x Al (2 + x) Si (3-x) O 12 : A x = 1. The phosphor is thus in the form EA 2 RE 1 A1 3 Si 2 O 12 : A before. For example, the phosphor has the formula Ca 2 Y 1 A1 3 Si 2 O 12 : Ce. Due to its high Ca content and low Y content, such a luminescent material is particularly cost-effective and can also be produced in an environmentally friendly and energy-efficient manner.

Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform weist A in dem Leuchtstoff eine Konzentration von bis zu einschließlich 5 mol%, bevorzugt bis zu einschließlich 4 mol%, in Bezug auf den Gesamtgehalt an EA und RE auf.According to at least one further embodiment, A in the phosphor has a concentration of up to and including 5 mol%, preferably up to and including 4 mol%, in relation to the total content of EA and RE.

Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs angegeben. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs mit der allgemeinen Formel EA ( 3 x ) RE x Al ( 2 + x ) Si ( 3 x ) O 12 : A

Figure DE102019121348A1_0002
angegeben, wobei EA ausgewählt ist aus der Gruppe der zweiwertigen Kationen, RE ausgewählt ist aus Seltenerdmetallionen, A ausgewählt ist aus Aktivatorionen, und 0 < x < 2 ist. Das Verfahren umfasst die Schritte

  • - Bereitstellen eines stöchiometrischen Gemenges von Edukten, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Oxide, Carbonate, Nitrate, Oxalate, Citrate und Hydroxide jeweils von EA, RE, Al, Si und A und Kombinationen daraus umfasst,
  • - homogenes Vermengen der Edukte,
  • - Erhitzen der Edukte auf eine Temperatur, die aus dem Bereich 800°C bis 1600°C, insbesondere aus dem Bereich 1100°C bis 1600°C ausgewählt ist.
A method for producing a phosphor is also specified. According to at least one embodiment, a method for producing a phosphor having the general formula EA ( 3 - x ) RE x Al ( 2 + x ) Si ( 3 - x ) O 12 : A.
Figure DE102019121348A1_0002
indicated, where EA is selected from the group of divalent cations, RE is selected from rare earth metal ions, A is selected from activator ions, and 0 <x <2. The method comprises the steps
  • - Providing a stoichiometric mixture of starting materials selected from a group comprising oxides, carbonates, nitrates, oxalates, citrates and hydroxides of EA, RE, Al, Si and A and combinations thereof,
  • - homogeneous mixing of the starting materials,
  • Heating of the starting materials to a temperature which is selected from the range 800 ° C to 1600 ° C, in particular from the range 1100 ° C to 1600 ° C.

Optional können dem Gemenge weiterhin Flussmittel zugesetzt werden.Optionally, flux can also be added to the mixture.

Mit dem Verfahren kann insbesondere ein wie oben beschriebener Leuchtstoff hergestellt werden. Sämtliche in Verbindung mit dem Leuchtstoff offenbarten Merkmale und Ausführungsformen gelten somit auch für das Verfahren und umgekehrt.With the method, in particular a phosphor as described above can be produced. All of the features and embodiments disclosed in connection with the phosphor thus also apply to the method and vice versa.

Die Edukte können auch als EA-Oxide, EA-Carbonate, EA-Nitrate usw. bezeichnet werden. Die Gruppe von möglichen Edukten umfasst somit EA-Oxide, EA-Carbonate, EA-Nitrate, EA-Oxalate, EA-Citrate, EA-Hydroxide, RE-Oxide, RE-Carbonate, RE-Nitrate, RE-Oxalate, RE-Citrate, RE-Hydroxide, Al-Oxide, Al-Carbonate, Al-Nitrate, Al-Oxalate, Al-Citrate, Al-Hydroxide, Si-Oxide, Si-Carbonate, Si-Nitrate, Si-Oxalate, Si-Citrate, Si-Hydroxide, A-Oxide, A-Carbonate, A-Nitrate, A-Oxalate, A-Citrate, A-Hydroxide und Kombinationen daraus.The starting materials can also be referred to as EA oxides, EA carbonates, EA nitrates, etc. The group of possible starting materials thus includes EA-Oxide, EA-Carbonate, EA-Nitrate, EA-Oxalate, EA-Citrate, EA-Hydroxide, RE-Oxide, RE-Carbonate, RE-Nitrate, RE-Oxalate, RE-Citrate , RE-hydroxides, Al-oxides, Al-carbonates, Al-nitrates, Al-oxalates, Al-citrates, Al-hydroxides, Si-oxides, Si-carbonates, Si-nitrates, Si-oxalates, Si-citrates, Si -Hydroxides, A-oxides, A-carbonates, A-nitrates, A-oxalates, A-citrates, A-hydroxides and combinations thereof.

Die Edukte, die aus Oxiden, Carbonaten, Nitraten, Oxalaten, Citraten und Hydroxiden von EA, RE, Al, Si und A sowie Kombinationen daraus ausgewählt werden, werden in einem stöchiometrischen Gemenge bereitgestellt, das einen besonders niedrigen Anteil an RE-Oxiden bzw. RE-Carbonaten bzw. RE-Nitraten bzw. RE-Oxalaten bzw. RE-Citraten bzw. RE-Hydroxiden aufweist. Somit kann mit dem Verfahren ein Leuchtstoff mit reduziertem Seltenerdmetallion-Anteil hergestellt werden.The starting materials, which are selected from oxides, carbonates, nitrates, oxalates, citrates and hydroxides of EA, RE, Al, Si and A as well as combinations thereof, are provided in a stoichiometric mixture that has a particularly low proportion of RE oxides or RE carbonates or RE nitrates or RE oxalates or RE citrates or RE hydroxides. A phosphor with a reduced rare earth metal ion content can thus be produced with the method.

Die EA-Oxide umfassen beispielsweise MgO, BaO, CaO und SrO, die EA-Carbonate umfassen beispielsweise MgCO3, BaCO3, CaCO3 und SrCO3, die EA-Nitrate umfassen beispielsweise Mg(NO3)2, Ba(NO3)2, Ca(NO3)2, Sr(NO3)2. Weiterhin umfassen die RE-Oxide beispielsweise Y2O3 und LU2O3, die RE-Carbonate beispielsweise Y2(CO3)3 und Lu2(CO3)3, die RE-Nitrate beispielsweise Y(NO3)3 und Lu(NO3)3. Die A-Oxide umfassen beispielsweise Eu2O3, Yb2O3, Pr2O3, Sm2O3, CeO2, die A-Carbonate umfassen beispielsweise Eu2 (CO3)3, Ce2 (CO3)3, Yb2 (CO3)3, Pr2 (CO3)3 und Sm2 (CO3)3, und die A-Nitrate umfassen beispielsweise Eu(NO3)3, Ce(NO3)3, Yb(NO3)3,Pr(NO3)3 und Sm(NO3)3. Als Al-Oxid kann beispielsweise Al2O3, als Al-Nitrat kann beispielsweise Al(NO3)3, als Al-Hydroxid kann beispielsweise Al(OH)3, als Si-Oxid kann beispielsweise SiO2 ausgewählt werden.The EA oxides include, for example, MgO, BaO, CaO and SrO, the EA carbonates include, for example, MgCO 3 , BaCO 3 , CaCO 3 and SrCO 3 , the EA nitrates include, for example, Mg (NO 3 ) 2 , Ba (NO 3 ) 2 , Ca (NO 3 ) 2 , Sr (NO 3 ) 2 . The RE oxides also include, for example, Y 2 O 3 and LU 2 O 3 , the RE carbonates for example Y 2 (CO 3 ) 3 and Lu 2 (CO 3 ) 3 , the RE nitrates for example Y (NO 3 ) 3 and Lu (NO 3 ) 3 . The A oxides include, for example, Eu 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Pr 2 O 3 , Sm 2 O 3 , CeO 2 , and the A carbonates include, for example, Eu 2 (CO 3 ) 3 , Ce 2 (CO 3 ) 3 , Yb 2 (CO 3 ) 3 , Pr 2 (CO 3 ) 3 and Sm 2 (CO 3 ) 3 , and the A nitrates include, for example, Eu (NO 3 ) 3 , Ce (NO 3 ) 3 , Yb (NO 3 ) 3 , Pr (NO 3 ) 3 and Sm (NO 3 ) 3 . Al 2 O 3 can be selected as the Al oxide, for example Al (NO 3 ) 3 as the Al nitrate, for example Al (OH) 3 as the Al hydroxide, and SiO 2 , for example, as the Si oxide.

Werden als Edukte nicht die Oxide direkt gewählt, bilden sich diese im Syntheseprozess intermediär aus dem jeweiligen nichtoxidischen Edukt.If the oxides are not selected directly as starting materials, they are formed as an intermediate in the synthesis process from the respective non-oxidic starting material.

Das Erhitzen der Edukte auf die erhöhte Temperatur bewirkt die Umsetzung der Edukte zu dem Leuchtstoff. Die entsprechende Temperatur kann somit auch als Synthesetemperatur bezeichnet werden. Die exakte Synthesetemperatur hängt dabei von der genauen Zusammensetzung des Leuchtstoffs ab. Dabei hat auch der Anteil an Aktivatorionen wesentlichen Einfluss auf die Synthesetemperatur. Beispielsweise kann eine Veränderung der Aktivatorion-Konzentration eine Veränderung der Umsetzungs- bzw. Synthesetemperatur um bis zu 50°C herbeiführen.The heating of the educts to the elevated temperature causes the educts to be converted into the phosphor. The corresponding temperature can thus also be referred to as the synthesis temperature. The exact synthesis temperature depends on the exact composition of the phosphor. The proportion of activator ions also has a significant influence on the synthesis temperature. For example, a change in the activator ion concentration can bring about a change in the reaction or synthesis temperature of up to 50.degree.

Das Verfahren wird bei niedrigeren Temperaturen durchgeführt, als es bei den bekannten Leuchtstoffen YAG und LuAG der Fall ist. Während die bereits bekannten Leuchtstoffe YAG und LuAG üblicherweise bei etwa 1600°C synthetisiert werden müssen, kann der erfindungsgemäße Leuchtstoff bei kleineren Temperaturen als 1600°C hergestellt werden. Diese moderaten Synthesetemperaturen werden durch den reduzierten Anteil an Edukten von Seltenerdmetallionen ermöglicht und bedingen einen geringeren Energieaufwand sowie reduzierte Energiekosten.The process is carried out at lower temperatures than is the case with the known phosphors YAG and LuAG. While the already known phosphors YAG and LuAG usually have to be synthesized at around 1600 ° C., the phosphor according to the invention can be produced at temperatures below 1600 ° C. These moderate synthesis temperatures are made possible by the reduced proportion of educts of rare earth metal ions and require less energy and reduced energy costs.

Darüber hinaus kann mit dem Verfahren auf vergleichsweise einfachere Weise und mit weniger Aufwand, insbesondere auch geringerem finanziellen Aufwand, ein Leuchtstoff wie oben beschrieben hergestellt werden als es beispielsweise bei LuAG und YAG, aber auch bei nitridischen Leuchtstoffen der Fall ist.In addition, the method can be used to produce a phosphor as described above in a comparatively simpler manner and with less effort, in particular also less financial effort, than is the case, for example, with LuAG and YAG, but also with nitridic phosphors.

Das Erhitzen der Edukte und damit die Umsetzung der Edukte zu dem Leuchtstoff kann beispielsweise in einem offenen Korund- oder Nickeltiegel erfolgen. Ein Nickeltiegel kann nur gewählt werden, wenn die Synthesetemperatur unter dem Erweichungspunkt von Nickel liegt. Üblicherweise erfolgt die Umsetzung bei hohen Temperaturen für mindestens zwei bis vier Stunden, wobei die optimale Dauer der Umsetzung jedoch von der genauen Zusammensetzung abhängt.The heating of the educts and thus the conversion of the educts to the phosphor can take place, for example, in an open corundum or nickel crucible. A nickel crucible can only be selected if the synthesis temperature is below the softening point of nickel. The reaction is usually carried out at high temperatures for at least two to four hours, but the optimum duration of the reaction depends on the exact composition.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Temperatur aus dem Bereich 1200°C bis 1400°C ausgewählt. Damit ist die Temperatur zur Umsetzung der Edukte zu dem Leuchtstoff deutlich niedriger als in herkömmlichen Prozessen.According to at least one embodiment, the temperature is selected from the range 1200 ° C to 1400 ° C. This means that the temperature for converting the starting materials into the phosphor is significantly lower than in conventional processes.

Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform werden als Edukte CaO oder Ca2CO3, Y2O3, Al2O3, SiO2 und CeO2 ausgewählt. Mit diesen Edukten kann beispielsweise der Leuchtstoff Ca2Y1Al3Si2O12:Ce hergestellt werden.According to at least one further embodiment, CaO or Ca 2 CO 3 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiO 2 and CeO 2 are selected as starting materials. With these starting materials, for example, the phosphor Ca 2 Y 1 Al 3 Si 2 O 12 : Ce can be produced.

Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform wird das Erhitzen unter Formiergasatmosphäre durchgeführt. Dadurch werden reduzierende Bedingungen während der Umsetzung der Edukte gewährleistet. Bei dem Formiergas kann es sich beispielsweise um N2 mit bis zu 9% H2 handeln.According to at least one further embodiment, the heating is carried out under a forming gas atmosphere. This ensures reducing conditions during the conversion of the starting materials. The forming gas can be, for example, N 2 with up to 9% H 2 .

Es wird weiterhin ein optoelektronisches Bauelement angegeben. Der oben beschriebene Leuchtstoff ist insbesondere zur Verwendung in einem optoelektronischen Bauelement geeignet und vorgesehen. Merkmale und Ausführungsformen, die in Verbindung mit dem Leuchtstoff und/oder dem Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs beschrieben sind, gelten somit ebenso für das optoelektronische Bauelement und umgekehrt.An optoelectronic component is also specified. The phosphor described above is particularly suitable and intended for use in an optoelectronic component. Features and embodiments that are described in connection with the phosphor and / or the method for producing a phosphor therefore also apply to the optoelectronic component and vice versa.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement

  • - einen Halbleiterchip, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs von einer Strahlungsaustrittsfläche emittiert, und
  • - ein Konversionselement, das einen Leuchtstoff aufweist, der elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs konvertiert, wobei der Leuchtstoff die allgemeine Formel
EA ( 3 x ) RE x Al ( 2 + x ) Si ( 3 x ) O 12 : A
Figure DE102019121348A1_0003
aufweist, wobei
  • - EA ausgewählt ist aus der Gruppe der zweiwertigen Kationen,
  • - RE ausgewählt ist aus Seltenerdmetallionen,
  • - A ausgewählt ist aus Aktivatorionen, und
  • - 0 < x < 2 ist.
In accordance with at least one embodiment, the optoelectronic component comprises
  • a semiconductor chip which, during operation, emits electromagnetic radiation of a first wavelength range from a radiation exit surface, and
  • - A conversion element which has a phosphor which converts electromagnetic radiation of the first wavelength range into electromagnetic radiation of a second wavelength range, the phosphor having the general formula
EA ( 3 - x ) RE x Al ( 2 + x ) Si ( 3 - x ) O 12 : A.
Figure DE102019121348A1_0003
having, where
  • - EA is selected from the group of divalent cations,
  • - RE is selected from rare earth metal ions,
  • - A is selected from activator ions, and
  • - 0 <x <2.

Die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs bildet das Emissionsspektrum des Halbleiterchips aus und wird auch als Primärstrahlung bezeichnet.The electromagnetic radiation of the first wavelength range forms the emission spectrum of the semiconductor chip and is also referred to as primary radiation.

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. Die Primärstrahlung weist somit beispielsweise Wellenlängen aus dem Bereich 400 nm bis 500 nm auf.The semiconductor chip is, for example, a light-emitting diode chip or a laser diode chip. The semiconductor chip preferably has an epitaxially grown semiconductor layer sequence with an active zone which is suitable for generating electromagnetic radiation. For this purpose, the active zone has, for example, a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well or, particularly preferably, a multiple quantum well structure. During operation, the semiconductor chip preferably emits electromagnetic radiation from the ultraviolet spectral range and / or from the visible spectral range, particularly preferably from the blue spectral range. The primary radiation thus has, for example, wavelengths from the range 400 nm to 500 nm.

Der Leuchtstoff in dem Konversionselement 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 und wird auch als Sekundärstrahlung bezeichnet.The phosphor in the conversion element converts electromagnetic radiation of the first wavelength range into electromagnetic radiation of a second wavelength range. The electromagnetic radiation of the second wavelength range forms the emission spectrum of the phosphor and is also referred to as secondary radiation.

Die elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs ist von dem ersten Wellenlängenbereich bevorzugt zumindest teilweise verschieden. Der Leuchtstoff, der in dem Konversionselement enthalten ist oder aus dem das Konversionselement besteht, verleiht dem Konversionselement wellenlängenkonvertierende Eigenschaften. Beispielsweise wandelt das Konversionselement die elektromagnetische Strahlung des Halbleiterchips lediglich teilweise in elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs um, während ein weiterer Teil der elektromagnetischen Strahlung des Halbleiterchips von dem Konversionselement transmittiert wird. Das optoelektronische Bauelement emittiert in diesem Fall Mischlicht, das sich aus elektromagnetischer Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und elektromagnetischer Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs zusammensetzt. Das Mischlicht umfasst beispielsweise weißes Licht. Erfolgt eine vollständige Konversion der Primärstrahlung durch das Konversionselement und/oder findet keine Transmission von Primärstrahlung durch das Konversionselement statt, bezeichnet man das als Vollkonversion. In diesem Fall emittiert das optoelektronische Bauelement die von dem Konversionselement emittierte Sekundärstrahlung.The electromagnetic radiation of the second wavelength range is preferably at least partially different from the first wavelength range. The phosphor which is contained in the conversion element or from which the conversion element consists gives the conversion element wavelength-converting properties. For example, the conversion element only partially converts the electromagnetic radiation of the semiconductor chip into electromagnetic radiation of the second wavelength range, while a further part of the electromagnetic radiation of the semiconductor chip is transmitted by the conversion element. In this case, the optoelectronic component emits mixed light which is composed of electromagnetic radiation of the first wavelength range and electromagnetic radiation of the second wavelength range. The mixed light includes white light, for example. If the primary radiation is completely converted by the conversion element and / or if there is no transmission of primary radiation through the conversion element, this is referred to as full conversion. In this case, the optoelectronic component emits the secondary radiation emitted by the conversion element.

Durch Veränderung der exakten Zusammensetzung des Leuchtstoffs kann die Lage und Form der Sekundärstrahlung variiert werden, was zu einer größeren Flexibilität beim Einsatz des optoelektronischen Bauelements führt. Weiterhin kann das Bauelement sowohl kosten- als auch energieeffizient hergestellt werden, da der Leuchtstoff einen reduzierten Anteil an Seltenerdionen umfasst und eine reduzierte Synthesetemperatur aufweist. Darüber hinaus kann der Leuchtstoff aufgrund seiner niedrigen Schmelztemperatur direkt zu einer Keramik verarbeitet werden, die beispielsweise gut als Konversionsmaterial in Bauelementen eingesetzt werden kann, in denen hochtransparente Eigenschaften oder hohe thermische Leitfähigkeiten erforderlich sind.By changing the exact composition of the phosphor, the position and shape of the secondary radiation can be varied, which leads to greater flexibility when using the optoelectronic component. Furthermore, the component can be produced both cost-effectively and energy-efficiently, since the phosphor comprises a reduced proportion of rare earth ions and has a reduced synthesis temperature. In addition, due to its low melting temperature, the luminescent material can be processed directly into a ceramic which, for example, can be used well as a conversion material in components in which highly transparent properties or high thermal conductivities are required.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Konversionselement als Konversionsschicht ausgebildet. Die Konversionsschicht kann in direktem oder in indirektem Kontakt auf die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips aufgebracht sein. Im Falle eines indirekten Kontakts kann sie mit Hilfe von beispielsweise einer Klebeschicht auf die Strahlungsaustrittsfläche aufgebracht sein oder zwischen der Strahlungsaustrittsfläche und dem Konversionselement kann ein Verguss angebracht sein.According to at least one embodiment, the conversion element is designed as a conversion layer. The conversion layer can be in direct or indirect contact with the radiation exit surface of the semiconductor chip be applied. In the case of indirect contact, it can be applied to the radiation exit surface with the aid of, for example, an adhesive layer, or a potting can be applied between the radiation exit surface and the conversion element.

Halbleiterchip, Konversionsschicht und gegebenenfalls Klebeschicht können gemäß einer weiteren Ausführungsform auch alle von einem Verguss umgeben sein. Beispielsweise sind Halbleiterchip, Konversionselement und gegebenenfalls eine Klebeschicht dann in der Vertiefung eines Gehäuses angeordnet, in der weiterhin der Verguss angeordnet ist.According to a further embodiment, the semiconductor chip, conversion layer and, if appropriate, adhesive layer can also all be surrounded by an encapsulation. For example, the semiconductor chip, conversion element and, if necessary, an adhesive layer are then arranged in the recess of a housing in which the potting is also arranged.

Ein Verguss kann eine Durchlässigkeit für die Primärstrahlung und/oder die Sekundärstrahlung aufweisen, die mindestens 85 %, bevorzugt 95 % beträgt. Weiterhin kann ein Verguss beispielsweise Silikon oder Epoxidharz als Material aufweisen.A potting can have a permeability for the primary radiation and / or the secondary radiation that is at least 85%, preferably 95%. Furthermore, a potting can have silicone or epoxy resin as material, for example.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff eine Dominanzwellenlänge in dem Bereich einschließlich 480 nm bis einschließlich 585 nm, insbesondere in dem Bereich einschließlich 500 nm bis einschließlich 565 nm auf. Unter der Dominanzwellenlänge λdom ist eine integrale Größe zu verstehen, die die Farbe der emittierten Strahlung wiedergibt, die von dem menschlichen Auge wahrgenommen wird. Im Allgemeinen weicht die Dominanzwellenlänge von dem Emissionsmaximum ab. Der Leuchtstoff weist eine solche Dominanzwellenlänge insbesondere bei Anregung mit blauer und/oder ultravioletter Primärstrahlung auf.In accordance with at least one embodiment, the phosphor has a dominant wavelength in the range including 480 nm up to and including 585 nm, in particular in the range including 500 nm up to and including 565 nm. The dominant wavelength λ dom is to be understood as an integral variable which reproduces the color of the emitted radiation that is perceived by the human eye. In general, the dominant wavelength deviates from the emission maximum. The phosphor has such a dominant wavelength in particular when excited with blue and / or ultraviolet primary radiation.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Leuchtstoff eine Schwerpunktswellenlänge in dem Bereich einschließlich 520 nm bis einschließlich 590 nm, insbesondere in dem Bereich 534 nm bis 569 nm, auf. Die Schwerpunktswellenlänge λcent ist eine integrale Größe, die die energetische Lage der elektromagnetischen Strahlung wiedergibt. Der Leuchtstoff weist eine solche Schwerpunktswellenlänge insbesondere bei Anregung mit blauer und/oder ultravioletter Primärstrahlung auf.According to a further embodiment, the luminescent material has a main wavelength in the range from 520 nm to 590 nm inclusive, in particular in the range 534 nm to 569 nm. The focal wavelength λ cent is an integral quantity that reflects the energetic position of the electromagnetic radiation. The luminescent material has such a focal wavelength in particular when excited with blue and / or ultraviolet primary radiation.

Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform weist der Leuchtstoff ein Emissionsmaximum im grün-gelben Spektralbereich auf. Insbesondere weist er ein solches Emissionsmaximum bei Anregung mit blauer und/oder ultravioletter Primärstrahlung auf. Beispielsweise liegt das Emissionsmaximum des Leuchtstoffs zwischen einschließlich 500 nm und einschließlich 590 nm, insbesondere zwischen einschließlich 500 nm und einschließlich 550 nm.According to at least one further embodiment, the phosphor has an emission maximum in the green-yellow spectral range. In particular, it has such an emission maximum when excited with blue and / or ultraviolet primary radiation. For example, the emission maximum of the phosphor is between 500 nm and 590 nm inclusive, in particular between 500 nm and 550 nm inclusive.

Das Emissionsmaximum ist die Wellenlänge, bei der der Leuchtstoff bzw. der Halbleiterchip die größte Emission aufzeigt und kann anhand des Emissionsspektrums ermittelt werden.The emission maximum is the wavelength at which the luminescent material or the semiconductor chip exhibits the greatest emission and can be determined using the emission spectrum.

Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform liegt der Leuchtstoff in dem Konversionselement als Keramik vor. In einem solchen Fall kann die Konversionsschicht aus dem die Keramik bildenden Leuchtstoff bestehen. Eine Keramik eignet sich gut als Material für ein Konversionselement, da sie gut wärmeableitend ist. Solche Konversionselemente können daher gut in Bauelementen eingesetzt werden, die mit viel Energie betrieben werden wie beispielsweise Auto- oder Bühnenscheinwerfer.According to at least one further embodiment, the phosphor is present in the conversion element as ceramic. In such a case, the conversion layer can consist of the phosphor forming the ceramic. Ceramic is well suited as a material for a conversion element because it is good at dissipating heat. Such conversion elements can therefore be used well in components that are operated with a lot of energy, such as, for example, car or stage lights.

Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform liegt der Leuchtstoff in dem Konversionselement in eine Matrix eingebettet vor. Insbesondere liegt dann der Leuchtstoff in Partikelform vor. Ein solches Konversionselement ist günstig herstellbar und eignet sich insbesondere für Anwendungen, in denen niedrigere Energien angewandt werden.In accordance with at least one further embodiment, the luminescent material is embedded in a matrix in the conversion element. In particular, the phosphor is then in particle form. Such a conversion element is inexpensive to manufacture and is particularly suitable for applications in which lower energies are used.

Die Matrix kann beispielsweise ein Material aufweisen, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Polymeren und Glas gebildet ist. Als Polymere können beispielsweise Polystyrol, Polysiloxan, Polysilazan, PMMA, Polycarbonat, Polyacrylat, Polytetrafluorethylen, Polyvinyl, Silikonharz, Silikon, Epoxidharz und transparentes Synthesekautschuk ausgewählt werden. Als Glas können beispielsweise Silikate, Wasserglas und Quarzglas ausgewählt werden.For example, the matrix can comprise a material selected from a group consisting of polymers and glass. Polystyrene, polysiloxane, polysilazane, PMMA, polycarbonate, polyacrylate, polytetrafluoroethylene, polyvinyl, silicone resin, silicone, epoxy resin and transparent synthetic rubber can be selected as polymers. For example, silicates, water glass and quartz glass can be selected as glass.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Bauelements und des Verfahrens ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.Further advantageous embodiments and developments of the component and of the method result from the exemplary embodiments described below in connection with the figures.

Es zeigen:

  • 1 Emissionsspektren von Ausführungsbeispielen des Leuchtstoffs im Vergleich zu einem Referenzbeispiel,
  • 2 und 3 Schematische Schnittdarstellungen von optoelektronischen Bauelementen gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
Show it:
  • 1 Emission spectra of exemplary embodiments of the phosphor compared to a reference example,
  • 2 and 3 Schematic sectional representations of optoelectronic components in accordance with various exemplary embodiments.

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.Identical, identical or identically acting elements are provided with the same reference symbols in the figures. The figures and the proportions of the elements shown in the figures are not to be regarded as being to scale. Rather, individual elements, in particular layer thicknesses, can be shown exaggeratedly large for better illustration and / or for better understanding.

Der Leuchtstoff ist gemäß Ausführungsbeispiel 1) Ca2Y1Al3Si2O12:Ce. Dieser kann beispielsweise folgendermaßen hergestellt werden: Eine stöchiometrische Zusammensetzung bzw. ein stöchiometrisches Gemenge der Edukte CaO (alternativ Ca2CO3), Y2O3, Al2O3, SiO2 und CeO2 wird homogenisiert und in einem offenen Korund- oder Nickeltiegel umgesetzt. Die Umsetzung erfolgt im Kammerofen bei etwa 1330°C für vier Stunden unter Formiergasatmosphäre, die sich aus N2 mit bis zu 9% H2 zusammensetzt.According to exemplary embodiment 1), the phosphor is Ca 2 Y 1 Al 3 Si 2 O 12 : Ce. This can, for example, be produced as follows: A stoichiometric composition or a stoichiometric mixture of the starting materials CaO (alternatively Ca 2 CO 3 ), Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiO 2 and CeO 2 is homogenized and in an open corundum or Nickel crucible implemented. The reaction takes place in a chamber furnace at about 1330 ° C. for four hours under a forming gas atmosphere, which is composed of N 2 with up to 9% H 2 .

Die exakte Synthesetemperatur ist von der exakten Zusammensetzung des Leuchtstoffs und der Aktivatorkonzentration abhängig.The exact synthesis temperature depends on the exact composition of the phosphor and the activator concentration.

Gemäß diesem Verfahren können Leuchtstoffe beliebiger Zusammensetzung im Rahmen der allgemeinen Formel EA(3-x)RExAl(2+x)Si(3-x)O12:A hergestellt werden. Tabelle 1 gibt beispielhafte Einwaagen für drei verschiedene Ausführungsbeispiele wieder: Tab. 1 Zusammensetzung Edukt Stoffmenge [mmol] Gewicht [g] 1) Ca2Y1Al3Si2O12:Ce CaCO3 169,57 16,97 Y2O3 39,85 9,00 Al2O3 127,18 12,97 CeO2 5,09 0,88 SiO2 169,56 10,19 2) Sr2Lu1Al3Si2O12:Ce SrCO3 130,60 19,28 Lu2O3 30,69 12,21 Al2O3 97,95 9,99 CeO2 3,92 0,67 SiO2 130,60 7,85 3) Ca2Lu1Al3Si2O12:Ce CaCO3 149,1 14,92 Lu2O3 35,04 13,94 Al2O3 111,83 11,40 CeO2 4,47 0,77 SiO2 149,11 8,96 According to this process, phosphors of any composition within the general formula EA ( 3 - x ) RE x Al (2 + x) Si (3-x) O 12 : A can be produced. Table 1 shows sample weights for three different embodiments: Tab. 1 composition Educt Amount of substance [mmol] Weight [g] 1) Ca 2 Y 1 Al 3 Si 2 O 12 : Ce CaCO 3 169.57 16.97 Y 2 O 3 39.85 9.00 Al 2 O 3 127.18 12.97 CeO 2 5.09 0.88 SiO 2 169.56 10.19 2) Sr 2 Lu 1 Al 3 Si 2 O 12 : Ce SrCO 3 130.60 19.28 Lu 2 O 3 30.69 12.21 Al 2 O 3 97.95 9.99 CeO 2 3.92 0.67 SiO 2 130.60 7.85 3) Ca 2 Lu 1 Al 3 Si 2 O 12 : Ce CaCO 3 149.1 14.92 Lu 2 O 3 35.04 13.94 Al 2 O 3 111.83 11.40 CeO 2 4.47 0.77 SiO 2 149.11 8.96

Die Nummerierung der Ausführungsbeispiele wird auch im Folgenden beibehalten. Zusätzlich werden noch die Ausführungsbeispiele 4) Mg2Lu1Al3Si2O12:Ce und 5) Ba2Lu1Al3Si2O12:Ce angegeben.The numbering of the exemplary embodiments is also retained in the following. In addition, the exemplary embodiments 4) Mg 2 Lu 1 Al 3 Si 2 O 12 : Ce and 5) Ba 2 Lu 1 Al 3 Si 2 O 12 : Ce are given.

Tabelle 2 zeigt eine Übersicht über resultierende Dominanzwellenlängen λdom und Schwerpunktswellenlängen λcent bei Anregung des Leuchtstoffs mit blauer und/oder ultravioletter Primärstrahlung mit einer Wellenlänge von 460 nm der Ausführungsbeispiele 1 bis 5: Tab. 2 Zusammensetzung λdom [nm] λcent [nm] 4) Mg2Lu1Al3Si2O12:Ce 500 534 3) Ca2Lu1Al3Si2O12:Ce 530 539 2) Sr2Lu1Al3Si2O12:Ce 543 557 5) Ba2Lu1Al3Si2O12:Ce 545 549 1) Ca2Y1Al3Si2O12:Ce 565 569 Table 2 shows an overview of the resulting dominant wavelengths λ dom and focus wavelengths λ cent when the fluorescent material is excited with blue and / or ultraviolet primary radiation with a wavelength of 460 nm in Examples 1 to 5: Tab. 2 composition λ dom [nm] λ cent [nm] 4) Mg 2 Lu 1 Al 3 Si 2 O 12 : Ce 500 534 3) Ca 2 Lu 1 Al 3 Si 2 O 12 : Ce 530 539 2) Sr 2 Lu 1 Al 3 Si 2 O 12 : Ce 543 557 5) Ba 2 Lu 1 Al 3 Si 2 O 12 : Ce 545 549 1) Ca 2 Y 1 Al 3 Si 2 O 12 : Ce 565 569

Anhand der Ausführungsbeispiele und den jeweiligen Wellenlängen ist zu erkennen, dass der Ersatz von kleineren EA durch größere EA, also der Ersatz von Mg durch Ca, von Ca durch Sr und von Sr durch Ba, wie anhand der Ausführungsbeispiele 2) bis 4) zu erkennen ist, eine Verschiebung nach rot, also zu längeren Wellenlängen bewirkt. Ebenfalls eine Verschiebung nach rot bewirkt der Ersatz von Lu durch Y was bei einem Vergleich der Ausführungsbeispiele 1) und 3) zu erkennen ist. Diese Trends sind sowohl bei der Dominanzwellenlänge als auch bei der Schwerpunktswellenlänge zu erkennen.Based on the exemplary embodiments and the respective wavelengths, it can be seen that the replacement of smaller EA by larger EA, that is to say the replacement of Mg by Ca, of Ca by Sr and of Sr by Ba, as can be seen on the basis of embodiments 2) to 4) causes a shift to red, i.e. to longer wavelengths. The replacement of Lu by Y also causes a shift to red, which can be seen when comparing embodiments 1) and 3). These trends can be seen in both the dominant wavelength and the centroid wavelength.

Tabelle 3 zeigt die Abhängigkeit der Synthesetemperatur von der Aktivatorionkonzentration in dem Leuchtstoff. Auf Basis des Ausführungsbeispiels 1) wurde der Anteil an Ce in den Beispielen 1a) bis 1g) von 0,33 mol% auf 5 mol% erhöht und die jeweilige Synthesetemperatur ermittelt. Tab. 3 Zusammensetzung Synthesetemperatur Ca2Y1Al3Si2O12: yCe 1a) y= 0,01 1340°C 1b) y=0,03 1335°C 1c) y=0,05 1330°C 1d) y=0,075 1325°C 1e) y=0,1 1315°C 1f) y=0,12 1305°C 1g) y=0,15 1295°C Table 3 shows the dependence of the synthesis temperature on the activator ion concentration in the phosphor. On the basis of exemplary embodiment 1), the proportion of Ce in examples 1a) to 1g) was increased from 0.33 mol% to 5 mol% and the respective synthesis temperature was determined. Tab. 3 composition Synthesis temperature Ca 2 Y 1 Al 3 Si 2 O 12 : yCe 1a) y = 0.01 1340 ° C 1b) y = 0.03 1335 ° C 1c) y = 0.05 1330 ° C 1d) y = 0.075 1325 ° C 1e) y = 0.1 1315 ° C 1f) y = 0.12 1305 ° C 1g) y = 0.15 1295 ° C

Anhand der Synthesetemperaturen in Tabelle 3 ist der Zusammenhang zwischen Aktivatorionkonzentration in dem Leuchtstoff und Synthesetemperatur deutlich erkennbar. Insbesondere nimmt die Synthesetemperatur mit zunehmendem Anteil an Aktivatorionen ab. Mit höherer Aktivatorionkonzentration können somit noch energieeffizientere Leuchtstoffe bereitgestellt werden.Based on the synthesis temperatures in Table 3, the relationship between activator ion concentration in the phosphor and synthesis temperature can be clearly seen. In particular, the synthesis temperature decreases with an increasing proportion of activator ions. With a higher activator ion concentration, even more energy-efficient phosphors can thus be provided.

1 zeigt Emissionsspektren der Ausführungsbeispiele 1) bis 3) im Vergleich zu dem Referenzbeispiel LU3Al5O12: Ce (LuAG). Es ist zu sehen, dass die Emissionen der Ausführungsbeispiele vergleichbar mit der Emission des Referenzbeispiels sind, wobei die Emissionen der Ausführungsbeispiele durch ihre unterschiedlichen Zusammensetzungen leicht variieren. So emittiert beispielsweise Ausführungsbeispiel 3) im grünlichsten Bereich. Damit kann gezeigt werden, dass bei vergleichbaren optischen Eigenschaften wie das Referenzbeispiel der hier beschriebene Leuchtstoff durch Anpassung seiner Zusammensetzung eine für die jeweilige Anwendung gewünschte, maßgeschneiderte Emission aufweist. 1 shows emission spectra of working examples 1) to 3) in comparison with reference example LU 3 Al 5 O 12 : Ce (LuAG). It can be seen that the emissions of the exemplary embodiments are comparable to the emissions of the reference example, the emissions of the exemplary embodiments varying slightly due to their different compositions. For example, embodiment 3) emits in the greenest range. It can thus be shown that with optical properties comparable to those of the reference example, the phosphor described here has a tailor-made emission desired for the respective application by adapting its composition.

Gleichzeitig hat der Leuchtstoff gegenüber LuAG (und ebenfalls YAG) einen deutlich reduzierten Seltenerdmetallionanteil, was eine niedrigere Syntheseenergie bedingt, wodurch der Leuchtstoff mit geringeren Kosten und mit erhöhter Ressourcen- und Umwelteffizienz hergestellt werden kann.At the same time, compared to LuAG (and also YAG), the phosphor has a significantly reduced proportion of rare earth metal ions, which results in a lower synthesis energy, as a result of which the phosphor can be produced at lower costs and with increased resource and environmental efficiency.

Die 2 und 3 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele von optoelektronischen Bauelementen anhand von schematischen Schnittdarstellungen.The 2 and 3 show various exemplary embodiments of optoelectronic components on the basis of schematic sectional views.

2 zeigt ein optoelektronisches Bauelement, das einen Halbleiterchip 10 aufweist. Der Halbleiterchip 10 emittiert im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs (Primärstrahlung) aus einer Strahlungsaustrittsfläche 11. Der Halbleiterchip 10 weist eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone 12 auf, die dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Die Primärstrahlung weist beispielsweise Wellenlängen im blauen und/oder ultravioletten Bereich auf. 2 shows an optoelectronic component comprising a semiconductor chip 10 having. The semiconductor chip 10 emits electromagnetic radiation of a first wavelength range (primary radiation) during operation a radiation exit surface 11 . The semiconductor chip 10 has an epitaxially grown semiconductor layer sequence with an active zone 12 which is suitable for generating electromagnetic radiation. The primary radiation has wavelengths in the blue and / or ultraviolet range, for example.

Weiterhin weist das Bauelement ein Konversionselement 20 auf. Das Konversionselement 20 enthält entweder eine Matrix, in der der Leuchtstoff, insbesondere Partikel des Leuchtstoffs, eingebettet ist oder das Konversionselement weist eine aus dem Leuchtstoff gebildete Keramik auf oder besteht daraus. Der Leuchtstoff kann entweder aus einem der Ausführungsbeispiele 1) bis 5) ausgewählt sein, oder eine beliebig andere Zusammensetzung basierend auf der allgemeinen Formel EA(3-x)RExAl(2+x)Si(3-x)O12 : A mit den oben beschriebenen Eigenschaften aufweisen. Wenn das Konversionselement 20 eine Matrix aufweist, in der der Leuchtstoff eingebettet ist, können prinzipiell noch weitere Leuchtstoffe in die Matrix eingebettet sein. Beispielsweise könnte ein Leuchtstoff der allgemeinen Formel EA(3-x)RExAl(2+x)Si(3-x)O12:A gemeinsam mit rot emittierenden Leuchtstoffen in der Matrix kombiniert werden. Die Matrix weist dabei ein Material auf, das ausgewählt ist aus Polymeren wie beispielsweise Polystyrol, Polysiloxan, Polysilazan, PMMA, Polycarbonat, Polyacrylat, Polytetrafluorethylen, Polyvinyl, Silikonharz, Silikon, Epoxidharz und transparentes Synthesekautschuk, und Glas wie beispielsweise Silikate, Wasserglas und Quarzglas.The component also has a conversion element 20th on. The conversion element 20th either contains a matrix in which the luminescent material, in particular particles of the luminescent material, is embedded, or the conversion element has or consists of a ceramic formed from the luminescent material. The phosphor can either be selected from one of the exemplary embodiments 1) to 5), or any other composition based on the general formula EA (3-x) RE x Al (2 + x) Si (3-x) O 12 : A have the properties described above. If the conversion element 20th has a matrix in which the phosphor is embedded, further phosphors can in principle also be embedded in the matrix. For example, a phosphor of the general formula EA (3 - x ) RE x Al (2 + x) Si (3-x) O 12 : A could be combined together with red-emitting phosphors in the matrix. The matrix has a material which is selected from polymers such as polystyrene, polysiloxane, polysilazane, PMMA, polycarbonate, polyacrylate, polytetrafluoroethylene, polyvinyl, silicone resin, silicone, epoxy resin and transparent synthetic rubber, and glass such as silicates, water glass and quartz glass.

Der Leuchtstoff wandelt im Betrieb elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs (Sekundärstrahlung) um. Der zweite Wellenlängenbereich ist zumindest teilweise unterschiedlich von dem ersten Wellenlängenbereich und weist beispielsweise Wellenlängen im gelb-grünen Bereich auf. Bei nicht vollständiger Konversion der Primärstrahlung durch das Konversionselement sendet das Bauelement somit Mischlicht, das aus Primär- und Sekundärstrahlung zusammengesetzt ist, aus.During operation, the phosphor converts electromagnetic radiation of the first wavelength range into electromagnetic radiation of the second wavelength range (secondary radiation). The second wavelength range is at least partially different from the first wavelength range and has, for example, wavelengths in the yellow-green range. If the primary radiation is not completely converted by the conversion element, the component thus emits mixed light, which is composed of primary and secondary radiation.

Das Konversionselement 20, das hier als Konversionsschicht ausgebildet ist, kann entweder direkt auf dem Halbeiterchip 10 aufgebracht sein, oder beispielsweise mittels einer Klebeschicht (hier nicht explizit gezeigt), daran befestigt sein.The conversion element 20th , which is designed here as a conversion layer, can either be placed directly on the semiconductor chip 10 be applied, or for example by means of an adhesive layer (not explicitly shown here) attached to it.

Der Halbleiterchip 10 mit dem darauf angeordneten Konversionselement 20 ist in der Ausnehmung eines Gehäuses 30 angeordnet. Das Gehäuse 30 hat zum Halbleiterchip 10 hin abgeschrägte Seitenflächen, die reflektiv ausgebildet sein können. Der Halbleiterchip 10 und das Konversionselement 20 können in dem Gehäuse 30 von einem Verguss 40 umgeben sein, der hier nicht explizit gezeigt ist.The semiconductor chip 10 with the conversion element arranged on it 20th is in the recess of a housing 30th arranged. The case 30th has to the semiconductor chip 10 beveled side surfaces that can be reflective. The semiconductor chip 10 and the conversion element 20th can in the housing 30th from a potting 40 be surrounded, which is not explicitly shown here.

Alternativ kann das Gehäuse 20 auch keine Seitenwände und damit keine Ausnehmung aufweisen und als Träger ausgebildet sein (hier nicht gezeigt).Alternatively, the housing 20th also have no side walls and thus no recess and be designed as a carrier (not shown here).

3 beschreibt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Bauelements. Für die Elemente mit gleichen Bezugszeichen gelten die in Bezug auf 2 gemachten Ausführungen. Im Unterschied zu dem Bauelement wie es in 2 gezeigt ist, umfasst das in 3 gezeigte Bauelement weiterhin einen Verguss 40, der den Halbleiterchip 10 umgibt. Der Verguss kann beispielsweise aus einem Silikon oder Epoxidharz gebildet sein und weist eine Durchlässigkeit für elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone 12 auf, die mindestens 85%, bevorzugt 95% beträgt. 3 describes another embodiment of a component. For the elements with the same reference numerals, those with reference to FIG 2 made statements. In contrast to the component as shown in 2 is shown includes in 3 Component shown continues a potting 40 holding the semiconductor chip 10 surrounds. The encapsulation can for example be formed from a silicone or epoxy resin and has a permeability for electromagnetic radiation of the active zone 12 which is at least 85%, preferably 95%.

In diesem Ausführungsbeispiel ist das Konversionselement 20 nicht direkt auf dem Halbleiterchip 10 angeordnet, sondern beabstandet dazu auf der von dem Halbleiterchip 10 abgewandten Seite des Vergusses 40. Auch hier ist das Konversionselement 20 wieder als Konversionsschicht ausgebildet.In this exemplary embodiment, the conversion element is 20th not directly on the semiconductor chip 10 arranged, but spaced apart from it on the of the semiconductor chip 10 facing away from the potting 40 . Here, too, is the conversion element 20th again designed as a conversion layer.

Der Übersichtlichkeit halber sind in den 2 und 3 zusätzlich vorhandene Elemente, wie beispielsweise elektrische Kontaktierungen, nicht gezeigt.For the sake of clarity, the 2 and 3 additional elements, such as electrical contacts, are not shown.

Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele und deren Merkmale können gemäß weiterer Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden, auch wenn solche Kombinationen nicht explizit in den Figuren gezeigt sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele zusätzliche oder alternative Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.The exemplary embodiments described in connection with the figures and their features can be combined with one another in accordance with further exemplary embodiments, even if such combinations are not explicitly shown in the figures. Furthermore, the exemplary embodiments described in connection with the figures can have additional or alternative features according to the description in the general part.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.The description based on the exemplary embodiments is not restricted to the invention. Rather, the invention encompasses every new feature and every combination of features, which in particular includes every combination of features in the patent claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly specified in the patent claims or exemplary embodiments.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
HalbleiterchipSemiconductor chip
1111
StrahlungsaustrittsflächeRadiation exit surface
1212
Aktive ZoneActive zone
2020th
KonversionselementConversion element
3030th
Gehäusecasing
4040
VergussPotting

Claims (20)

Leuchtstoff mit der allgemeinen Formel EA ( 3 x ) RE x Al ( 2 + x ) Si ( 3 x ) O 12 : A
Figure DE102019121348A1_0004
wobei - EA ausgewählt ist aus der Gruppe der zweiwertigen Kationen, - RE ausgewählt ist aus Seltenerdmetallionen, - A ausgewählt ist aus Aktivatorionen, und - 0 < x < 2 ist.
Phosphor with the general formula EA ( 3 - x ) RE x Al ( 2 + x ) Si ( 3 - x ) O 12 : A.
Figure DE102019121348A1_0004
where - EA is selected from the group of divalent cations, - RE is selected from rare earth metal ions, - A is selected from activator ions, and - 0 <x <2.
Leuchtstoff nach dem vorhergehenden Anspruch, der in der kubischen Raumgruppe Ia3d kristallisiert ist.Phosphor according to the preceding claim, which is in the cubic space group Ia 3 d is crystallized. Leuchtstoff nach dem vorhergehenden Anspruch, der einen Gitterparameter a aufweist, und es gilt 11,6 ist kleiner oder gleich a und a ist kleiner oder gleich 12,1.Phosphor according to the preceding claim, which has a lattice parameter a, and 11.6 is less than or equal to a and a is less than or equal to 12.1. Leuchtstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei EA ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Mg, Ca, Sr, Ba und Kombinationen daraus umfasst.The phosphor according to any one of the preceding claims, wherein EA is selected from a group comprising Mg, Ca, Sr, Ba and combinations thereof. Leuchtstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei RE ausgewählt ist aus einer Gruppe, die dreiwertige Seltenerdmetallionen und Kombinationen daraus umfasst.The phosphor according to any one of the preceding claims, wherein RE is selected from a group comprising trivalent rare earth metal ions and combinations thereof. Leuchtstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei A ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Eu, Ce, Yb, Pr, Sm und Kombinationen daraus umfasst.The phosphor according to any one of the preceding claims, wherein A is selected from a group comprising Eu, Ce, Yb, Pr, Sm and combinations thereof. Leuchtstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei x = 1 ist.Phosphor according to one of the preceding claims, wherein x = 1. Leuchtstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei EA Ca ist.A phosphor according to any preceding claim, wherein EA is Ca. Leuchtstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei RE Y ist.A phosphor according to any preceding claim, wherein RE is Y. Leuchtstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei A Ce ist.A phosphor according to any preceding claim, wherein A is Ce. Leuchtstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei A eine Konzentration von bis zu einschließlich 5 mol% in Bezug auf den Gesamtgehalt an EA und RE aufweist.Phosphor according to one of the preceding claims, wherein A has a concentration of up to and including 5 mol% in relation to the total content of EA and RE. Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs mit der allgemeinen Formel EA ( 3 x ) RE x Al ( 2 + x ) Si ( 3 x ) O 12 : A
Figure DE102019121348A1_0005
wobei - EA ausgewählt ist aus der Gruppe der zweiwertigen Kationen, - RE ausgewählt ist aus Seltenerdmetallionen, - A ausgewählt ist aus Aktivatorionen, und - 0 < x < 2 ist, mit den Schritten - Bereitstellen eines stöchiometrischen Gemenges von Edukten, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Oxide, Carbonate, Nitrate, Oxalate, Citrate und Hydroxide jeweils von EA, RE, Al, Si und A und Kombinationen daraus umfasst, - homogenes Vermengen der Edukte, - Erhitzen der Edukte auf eine Temperatur, die aus dem Bereich 800°C bis 1600°C ausgewählt ist.
Process for producing a phosphor having the general formula EA ( 3 - x ) RE x Al ( 2 + x ) Si ( 3 - x ) O 12 : A.
Figure DE102019121348A1_0005
where - EA is selected from the group of divalent cations, - RE is selected from rare earth metal ions, - A is selected from activator ions, and - 0 <x <2, with the steps - Providing a stoichiometric mixture of starting materials selected from a group comprising oxides, carbonates, nitrates, oxalates, citrates and hydroxides of EA, RE, Al, Si and A and combinations thereof, - homogeneous mixing of the starting materials, - heating the starting materials to a temperature which is selected from the range 800 ° C to 1600 ° C.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Temperatur aus dem Bereich 1200°C bis 1400°C ausgewählt ist.Method according to the preceding claim, wherein the temperature is selected from the range 1200 ° C to 1400 ° C. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 und 13, wobei als Edukte CaO oder Ca2CO3, Y2O3, Al2O3, SiO2 und CeO2 ausgewählt werden.Method according to one of the Claims 12 and 13 , CaO or Ca 2 CO 3 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiO 2 and CeO 2 being selected as starting materials. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das Erhitzen unter Formiergasatmosphäre durchgeführt wird.Method according to one of the Claims 12 to 14th , wherein the heating is carried out under a forming gas atmosphere. Optoelektronisches Bauelement, umfassend - einen Halbleiterchip (10), der im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs von einer Strahlungsaustrittsfläche (11) emittiert, und - ein Konversionselement (20), das einen Leuchtstoff aufweist, der elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs konvertiert, wobei der Leuchtstoff die allgemeine Formel EA ( 3 x ) RE x Al ( 2 + x ) Si ( 3 x ) O 12 : A
Figure DE102019121348A1_0006
aufweist, wobei - EA ausgewählt ist aus der Gruppe der zweiwertigen Kationen, - RE ausgewählt ist aus Seltenerdmetallionen, - A ausgewählt ist aus Aktivatorionen, und - 0 < x < 2 ist.
Optoelectronic component, comprising - a semiconductor chip (10) which, during operation, emits electromagnetic radiation of a first wavelength range from a radiation exit surface (11), and - a conversion element (20) which has a phosphor that converts electromagnetic radiation of the first wavelength range into electromagnetic radiation second wavelength range converted, the phosphor having the general formula EA ( 3 - x ) RE x Al ( 2 + x ) Si ( 3 - x ) O 12 : A.
Figure DE102019121348A1_0006
wherein - EA is selected from the group of divalent cations, - RE is selected from rare earth metal ions, - A is selected from activator ions, and - 0 <x <2.
Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 15, wobei der Leuchtstoff eine Dominanzwellenlänge in dem Bereich einschließlich 480 nm bis einschließlich 585 nm aufweist.Optoelectronic component according to Claim 15 wherein the phosphor has a dominant wavelength in the range 480 nm to 585 nm inclusive. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 16 und 17, wobei der Leuchtstoff eine Schwerpunktswellenlänge in dem Bereich einschließlich 520 nm bis einschließlich 590 nm aufweist.Optoelectronic component according to one of the Claims 16 and 17th wherein the phosphor has a centroid wavelength in the range from 520 nm to 590 nm inclusive. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei der Leuchtstoff in dem Konversionselement (20) als Keramik vorliegt.Optoelectronic component according to one of the Claims 16 to 18th , wherein the phosphor in the conversion element (20) is present as ceramic. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei der Leuchtstoff in dem Konversionselement (20) in eine Matrix eingebettet vorliegt.Optoelectronic component according to one of the Claims 16 to 18th , wherein the phosphor in the conversion element (20) is embedded in a matrix.
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